(57)【要約】【課題】  回転軸に偏心やぶれが生じても回転軸の回転変位を高精度に検出できる磁気式回転変位センサを提供する。【解決手段】  回転軸の軸心を中心とするリング状とされて回転軸に対する固定側に配置され、周方向の一半部と他半部とが互いに逆向きに径方向に着磁されている磁石１１と、磁石１１の外周面に配置されたバックヨーク１２と、回転軸に取り付けられて磁石１１のなすリング内に磁石１１の内周面と間隙を保って位置されたロータ３１と、磁気センサ１３とよりなる。ロータ３１は磁石１１の内周面に沿った半円筒状の外周面をそれぞれ有し、回転変位方向に間隙を介して配列された２つのコア３２，３３よりなり、それらコアの少なくとも一方に突出部３４が設けられて、その突出部３４が他方のコアの回転軸の軸方向と垂直な面に空隙３５を介して平行対向される。磁気センサ１３は空隙３５に、上記軸方向の磁束の変化を検出するように配置される。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転軸の回転変位を検出する磁気式回転変位センサであって、
上記回転軸の軸心を中心とするリング状とされて上記回転軸に対する固定側に配置され、周方向の一半部と他半部とが互いに逆向きに径方向に着磁されている磁石と、
その磁石の外周面に固定配置された軟磁性材料よりなるリング状バックヨークと、
上記回転軸に取り付けられて上記磁石のなすリング内に上記磁石の内周面と間隙を保って位置された軟磁性材料よりなるロータと、
上記固定側に固定された磁気センサとよりなり、
上記ロータは上記磁石の内周面に沿った半円筒状の外周面をそれぞれ有し、回転変位方向に間隙を介して配列された２つのコアよりなり、
それらコアの少なくとも一方に突出部が設けられて、その突出部が他方のコアの上記回転軸の軸方向と垂直な面に空隙を介して平行対向され、
上記磁気センサは上記空隙に、上記軸方向の磁束の変化を検出するように配置されていることを特徴とする磁気式回転変位センサ。
【請求項２】
請求項１記載の磁気式回転変位センサにおいて、
上記２つのコアは上記突出部を除いて共に半円筒形をなすものとされていることを特徴とする磁気式回転変位センサ。
【請求項３】
請求項２記載の磁気式回転変位センサにおいて、
上記突出部は上記２つのコアの一方に設けられ、その一方のコアの半円筒形の周方向両端から上記軸方向に突出された一対の脚部と、それら脚部に両端が支持され、板面が上記軸方向と垂直とされて上記他方のコアの上記軸方向端面との間に上記空隙を構成する半円弧状平板部とよりなることを特徴とする磁気式回転変位センサ。
【請求項４】
請求項２記載の磁気式回転変位センサにおいて、
上記突出部は上記２つのコアの両方に設けられ、一方の突出部は上記半円筒形の上記軸方向端面上に突出された脚部と、その脚部の先端から板面が上記軸方向と垂直とされて延長された平板部とよりなり、他方の突出部はその板面が上記平板部との間に上記空隙を構成するように上記半円筒形の上記軸方向端部から突出されていることを特徴とする磁気式回転変位センサ。
【請求項５】
請求項１乃至４記載のいずれかの磁気式回転変位センサにおいて、
上記磁気センサが複数設けられていることを特徴とする磁気式回転変位センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は回転軸の回転変位を非接触で検出する磁気式回転変位センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
図８はこの種の磁気式回転変位センサの従来例として特許文献１に記載されている構成を示したものであり、この例では磁気式回転変位センサは磁石１１とバックヨーク１２と磁気センサ１３とロータ１４とによって構成されている。図８中、２１は回転軸を示す。
磁石１１は回転軸２１の軸心を中心とするリング状とされて回転軸２１に対する固定側に配置されており、その周方向の一半部１１ａと他半部１１ｂとは互いに逆向きに径方向に着磁されている。磁石１１は例えばボンド磁石とされる。
軟磁性材料よりなるバックヨーク１２は磁石１１と同心のリング状をなすものとされ、磁石１１の外周面に対接されて固定配置されている。
【０００３】
ロータ１４は軟磁性材料よりなる２つのコア１５，１６によって構成されており、一方のコア１５は半円柱形とされ、さらに回転軸２１の軸心上に位置する突部１５ａを備えた形状となっている。他方のコア１６は半円筒形をなすものとされ、これらコア１５，１６の外周面は回転軸２１の軸心を中心とする一円筒面上に位置するものとされている。コア１５の内面を構成する突部１５ａの周面及びその周面と半円筒状外周面とをつなぐ平面はコア１６の内周面及び周方向両端面と所定の間隙を介して対向されている。
２つのコア１５，１６よりなるロータ１４は図には示していないが、回転軸２１の端部に取り付けられた円形の取り付け板に取り付けられており、磁石１１のなすリング内に磁石１１の内周面と所定の間隙を保って位置され、回転軸２１の回転に伴って回転するものとされる。
【０００４】
磁気センサ１３はコア１５と１６との間のコア１６の内周面に沿った間隙１７内に位置するように固定配置されており、コア１５，１６間の径方向の磁束の変化を検出するものとされる。磁気センサ１３は例えばホールＩＣとされている。
図９は上記のような構成とされた磁気式回転変位センサにおいて、磁石１１によって形成される磁束線（点線で示す）がロータ１４の回転変位位置によって変化する様子を示したものであり、図９Ａに示したようにロータ１４のコア１５，１６がそれぞれ磁石１１の一半部１１ａと他半部１１ｂに対して均等に対向するように位置している場合には磁束はコア１５，１６を通り、磁気センサ１３を通過する磁束は０となる。
【０００５】
これに対し、回転軸２１の回転に伴ってコア１５，１６が回転変位することにより、例えば図９Ｂに示したように磁気センサ１３を磁束が通過するようになり、よって磁気センサ１３の出力電圧の変化によって回転軸２１の回転変位（回転角）を検出することができるものとなっている。
【特許文献１】特開２００５−１７０５８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、上述した従来の磁気式回転変位センサでは図９Ｂに示したようにコア１５の回転軸心に位置する突部１５ａに磁束が集中するような構造となっており、つまりロータ１４の一方のコア１５は回転軸心ほど磁束密度が高くなるような構造となっている。
従って、例えば回転軸２１に組み立て精度や部品の熱的変形等の要因によって偏心が生じた場合、あるいは回転軸２１に回転ぶれが生じた場合、この磁束が集中する突部１５ａの、磁気センサ１３との位置関係が変化するために磁気センサ１３を通過する磁束が変動し、つまり出力が変動して検出精度が大きく損なわれるものとなっていた。
【０００７】
この発明の目的はこのような問題に鑑み、回転軸の偏心やぶれによって検出精度が損なわれることなく、回転変位を高精度に検出することができるようにした磁気式回転変位センサを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
請求項１の発明によれば、回転軸の回転変位を検出する磁気式回転変位センサは、回転軸の軸心を中心とするリング状とされて回転軸に対する固定側に配置され、周方向の一半部と他半部とが互いに逆向きに径方向に着磁されている磁石と、その磁石の外周面に固定配置された軟磁性材料よりなるリング状バックヨークと、回転軸に取り付けられて磁石のなすリング内に磁石の内周面と間隙を保って位置された軟磁性材料よりなるロータと、固定側に固定された磁気センサとよりなり、ロータは磁石の内周面に沿った半円筒状の外周面をそれぞれ有し、回転変位方向に間隙を介して配列された２つのコアよりなり、それらコアの少なくとも一方に突出部が設けられて、その突出部が他方のコアの回転軸の軸方向と垂直な面に空隙を介して平行対向され、磁気センサは上記空隙に、上記軸方向の磁束の変化を検出するように配置されているものとされる。
【０００９】
請求項２の発明では請求項１の発明において、２つのコアは上記突出部を除いて共に半円筒形をなすものとされる。
請求項３の発明では請求項２の発明において、上記突出部は２つのコアの一方に設けられ、その一方のコアの半円筒形の周方向両端から上記軸方向に突出された一対の脚部と、それら脚部に両端が支持され、板面が上記軸方向と垂直とされて他方のコアの上記軸方向端面との間に上記空隙を構成する半円弧状平板部とよりなるものとされる。
請求項４の発明では請求項２の発明において、上記突出部は２つのコアの両方に設けられ、一方の突出部は上記半円筒形の上記軸方向端面上に突出された脚部と、その脚部の先端から板面が上記軸方向と垂直とされて延長された平板部とよりなり、他方の突出部はその板面が上記平板部との間に上記空隙を構成するように上記半円筒形の上記軸方向端部から突出されているものとされる。
【００１０】
請求項５の発明では請求項１乃至４のいずれかの発明において、磁気センサが複数設けられる。
【発明の効果】
【００１１】
この発明によれば、ロータを構成する２つのコアの少なくとも一方に突出部を設けて、その突出部が他方のコアの回転軸の軸方向と垂直な面に空隙を介して平行対向するようにし、その空隙に磁気センサを配置するものとなっており、磁気センサは平行対向する面によって構成されて均一な磁界分布を有する空隙内に位置されるため、回転軸に偏心やぶれが生じても、それによって出力が変動するといったことは発生せず、よって回転変位を極めて高精度に検出することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
この発明の実施形態を図面を参照して実施例により説明する。
図１はこの発明による磁気式回転変位センサの一実施例を示したものであり、図８と対応する部分には同一符号を付し、その詳細な説明を省略する。
この例では磁気式回転変位センサは磁石１１とバックヨーク１２と磁気センサ１３とロータ３１とによって構成されており、回転軸（図示せず）に取り付けられて磁石１１のなすリング内に磁石１１の内周面と所定の間隙を保って位置されるロータ３１は２つのコア３２，３３よりなるものとされる。
【００１３】
コア３２，３３は共に回転軸の軸心を中心とする半円筒形をなすものとされて、磁石１１の内周面に沿った半円筒状の外周面を有するものとされており、一方のコア３２にはさらに突出部３４が一体形成されて設けられている。なお、コア３２，３３の半円筒形をなす部分は所定の間隙を介して回転変位方向に配列されている。
コア３２に設けられた突出部３４はコア３２の半円筒形をなす部分の周方向両端から回転軸の軸方向（Ｚ方向）に突出された一対の脚部３４ａと、それら脚部３４ａに両端が支持され、板面がＺ方向と垂直とされた半円弧状の平板部３４ｂとよりなるものとされ、平板部３４ｂはコア３３のＺ方向と垂直な端面に沿う形状とされて、コア３３のＺ方向端面と所定の空隙３５を介して平行対向されている。
【００１４】
磁気センサ１３はこの例では空隙３５内に、空隙３５内のＺ方向の磁束の変化を検出するように配置される。磁気センサ１３は磁石１１及びバックヨーク１２と同様、回転軸に対する固定側（図示せず）に固定されている。
上記のような構成において、コア３２，３３及びバックヨーク１２はそれぞれ軟磁性材料よりなるものとされ、その材料には例えばケイ素鋼等が使用される。磁石１１には例えばボンド磁石が用いられ、樹脂に混合される永久磁石の粉末にはサマリウムコバルトやフェライト等の粉末が使用される。磁気センサ１３は例えばホールＩＣとされる。なお、図１中、１３ａは磁気センサ１３の端子を示す。
【００１５】
この図１に示した磁気式回転変位センサによれば、回転軸の回転に伴ってロータ３１が回転することにより、磁石１１によって形成される磁束線がロータ３１の回転変位位置に応じて変化するものとなっている。この際、ロータ３１の回転変位位置に応じてコア３２からコア３３へ、あるいはコア３３からコア３２へ流れるようになる磁束は、この例では空隙３５及び突出部３４を介して流れるものとなっており、よって空隙３５に配置した磁気センサ１３の出力電圧の変化によって回転軸の回転変位（回転角）を検出することができる。
【００１６】
図２はロータ３１が回転した状態を示したものであり、図３はロータ３１の回転変位位置と空隙３５に生じる磁界（検出磁界）の関係を示したものである。なお、回転変位位置０度は磁石１１の一半部１１ａと他半部１１ｂとの境界（磁極の境目）を結ぶ線と、コア３２，３３それぞれの周方向中心を結ぶ線とが一致した状態であり、この状態では空隙３５には磁界は生じない。
以上説明したように、この例ではロータ３１を構成する一方のコア３２に突出部３４を設け、その突出部３４が他方のコア３３の回転軸の軸方向と垂直な面に空隙３５を介して平行対向するようにし、その空隙３５に磁気センサ１３を配置して回転軸の軸方向の磁束の変化を検出するものとなっている。
【００１７】
従って、例えば回転軸に偏心やぶれが生じても、磁気センサ１３は平行対向する面によって構成されて均一な磁界分布をなす空隙３５内に位置しているため、回転軸の偏心やぶれの影響によって出力が変動するといったことが抑えられ、よって回転軸の回転変位を高精度に検出することができる。
図４は上述した磁気式回転変位センサの実装例として、自動車のエンジンスロットル開度の検出に使用した例を示したものであり、スロットル弁に接続されている回転軸２１はその端部がベアリング２２を介してケース２３に支持されている。ロータ３１はこの例では樹脂よりなるロータモールド２４によってコア３２，３３が一体化され、回転軸２１に固定されている。回転軸２１は非磁性材料よりなるものとされる。
【００１８】
ケース２３には磁石１１を内周に備えるバックヨーク１２が取り付けられ、さらに樹脂製のコネクタケース２５が取り付けられている。磁気センサ１３はその端子１３ａがリードフレーム２６の一端に半田付けされており、磁気センサ１３とリードフレーム２６とは半田付け接続された状態でコネクタケース２５にインサート成形されている。リードフレーム２６の他端はコネクタケース２５に設けられている外部接続用のコネクタ部２５ａに導出されている。
コネクタケース２５がケース２３に取り付けられることによって、磁気センサ１３は図４に示したように空隙３５内に位置される。なお、空隙３５を構成すべく、ロータモールド２４には溝２４ａが形成されている。
【００１９】
エンジンスロットル開度の検出に、この発明による磁気式回転変位センサを用いることにより、例えば温度上昇によってケース２３が変形し、回転軸２１の軸心が磁石１１のなすリングの中心からずれる（偏心する）といった状況が発生してもスロットル開度を精度良く検出することができる。なお、磁石１１と磁気センサ１３とを図４に示したように近接して配置することができるため、それらの温度差を小さくすることができ、よって例えば磁気センサ１３に温度補正演算機能を有するホールＩＣを使用する場合に、その補正精度の向上を図ることができる。
【００２０】
ロータ３１を構成する２つのコア３２，３３の形状は上述した例に限らず、他の形状とすることもできる。図５及び６は他の形状例を示したものであり、図５ではコア３２は半円弧状の平板部３４ｂに替えて半円状の平板部３４ｃを有し、この平板部３４ｃと他方のコア３３との間に空隙３５を構成するものとなっている。なお、平板部３４ｃは図１と同様、一対の脚部３４ａによって支持されており、またこの例ではコア３２の半円筒形をなす部分の突出部３４形成側の端面に半円形の板部３２ａが設けられて端部が蓋されたものとなっている。
【００２１】
図６はコア３２，３３の両方に突出部を設けた例を示したものであり、コア３２に設けられている突出部３６はコア３２の半円筒形をなす部分の軸方向（Ｚ方向）端面上に突出された脚部３６ａと、その脚部３６ａの先端（上端）から板面がＺ方向と垂直とされて中心方向に延長された平板部３６ｂとよりなるものとされる。
一方、コア３３にはコア３２の平板部３６ｂとの間に空隙３５を構成するように、平板状をなす突出部３７がコア３３の半円筒形をなす部分のＺ方向端部から中心方向に突出されて形成されており、磁気センサ１３はこれらコア３２の平板部３６ｂとコア３３の突出部３７との間に構成された空隙３５に位置される。
【００２２】
これら図５及び６に示した構成では図１に示した構成と異なり、回転軸がロータ３１を貫通しない構造となっており、ロータ３１は回転軸の端部に取り付けられる。
なお、上述した例ではコア３２，３３は突出部を除いて、いずれも半円筒形をなすものとされているが、半円筒形に限定されるものではなく、例えば半円柱状の形状とすることもできる。但し、磁束を効果的に空隙３５に導く点で半円筒形とするのが好ましい。
図７は図１に示した構成において、空隙３５に磁気センサ１３を２つ配置するようにした例を示したものであり、このような構成を採用すれば検出出力数の倍増を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】Ａはこの発明による磁気式回転変位センサの一実装例を示す斜視図、Ｂはその断面図。
【図２】図１に示した磁気式回転変位センサにおいてロータが回転した状態を示す斜視図。
【図３】図１に示した磁気式回転変位センサの回転変位位置と検出磁界の関係を示すグラフ。
【図４】図１に示した磁気式回転変位センサの一実装例（使用例）を示す断面図。
【図５】この発明による磁気式回転変位センサの他の実施例を示す斜視図。
【図６】この発明による磁気式回転変位センサの他の実施例を示す斜視図。
【図７】この発明による磁気式回転変位センサの他の実施例を示す斜視図。
【図８】従来の磁気式回転変位センサを示す平面図。
【図９】図８に示した磁気式回転変位センサにおいて、ロータの回転によって磁束線が変化する様子を示す図。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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