JP2001133210A

JP2001133210A - 非接触型位置センサ

Info

Publication number: JP2001133210A
Application number: JP31672899A
Authority: JP
Inventors: Yoshimitsu Odajima; 義光小田島
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1999-11-08
Filing date: 1999-11-08
Publication date: 2001-05-18

Abstract

(57)【要約】【課題】回転変位位置、直線変位位置を検出する非接
触型位置センサにおいて、磁気発生体の回転に伴う磁気
感受素子からの出力の直線誤差を小さくし、自動車への
使用に適し、高精度で、かつ磁気回路の構成が簡易なセ
ンサを提供することを目的とする。【解決手段】外部からの回転操作に応動して回転する
回転軸８上に配置され、かつ前記回転軸８に対し垂直方
向に磁化された磁気発生体１を前記回転軸８と直交する
方向のエアギャップ７を介して第１ヨーク２ａと第２ヨ
ーク２ｂで囲繞して前記ヨークの内周を回転可能に収容
し、前記回転軸８を通る第１平面に平行に形成された前
記第１ヨーク２ａと第２ヨーク２ｂのもとで対向する第
１空隙３ａに磁気感受素子４を配置し、前記第１空隙３
ａの近傍に前記第１空隙３ａより小さい第２空隙６のも
とで磁気バイパス手段を構成する磁性体５を配置した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、非接触で回転変位
位置、直線変位位置を検出する非接触型位置センサに関
するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、例えば車載用内燃機関のスロット
ル開度センサとして用いられるロータリポジションセン
サ、或いは同機関のバルブストロークセンサとして用い
られるリニアポジションセンサ等、被検出体の回転角度
や直線移動量を検出するセンサには摺動式抵抗器が用い
られることが多かった。この摺動式抵抗器は、摺動部の
摩擦や汚損によって、その出力特性が変動したり、ノイ
ズが発生するなど、それらセンサとしての精度上、多く
の問題を抱えるものであった。

【０００３】そこで、現在では、例えば、第１の従来技
術である特開平８−４９５７５号公報に記載のアクセル
ペダルの操作量検出装置のように、外部から受ける磁界
の方向に応じた検出信号を発生する磁電変換素子と、こ
の磁電変換素子を挟んで互いに対向配置された１対の円
弧状磁石を用いて、上記被検出体の回転角度を非接触に
て検出する、いわゆる非接触型位置センサが用いられる
ようになってきている。因みに、こうした非接触型位置
センサでは、センサ素子自身には摺動部が存在せず、し
たがって、摩擦や汚損によって出力特性が変動したりノ
イズが発生する等の懸念もない。

【０００４】その他、第２の従来技術である公表特許第
９２１０７２２号公報に記載のホール素子を有する磁気
的位置および速度センサが知られている。このセンサ
は、回転するシャフトを囲む磁石、この磁石の対向する
側に配置される固定子から構成される。固定子は取付具
によりケーシングに固定され、固定子の凹部内にホール
ゾンデと励磁巻線が向かい合って配置されている。

【０００５】また、第３の従来技術である特許第５１６
４６６８号公報に記載のシャフト位置の変化に対する感
度を低減した角位置センサは、回転磁石と、この回転磁
石の回転軸と直交する面に２個の磁極片を対向して配置
し、この２個の磁極片と回転磁石間に対向配置して構成
される端部空隙にホール素子を配置し、他端部あるいは
他端部に延びる対向した磁極片の間に磁石を配置してい
る。

【０００６】また、第４の従来技術である特開平９−２
４３３１１号公報に記載の回動角検出装置は、回転磁石
の磁極方向を囲繞する３個以上の磁極片から構成されて
おり、磁石周囲に磁極片と同数の空隙を配置すると共
に、個々の磁極片から延びて構成される磁気検出空隙を
備え、この検出空隙に配置された２つのホール素子の信
号を処理している。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記し
た第１の従来技術の磁気回路において、センサ出力は磁
電変換素子を囲む対向した１対の円弧状磁石からの一定
磁界が回転する回転移動量（回転方向）として検出する
ことから出力信号は正弦波状となり、スロットル開度セ
ンサのように回転移動量が広いセンサに用いる場合は、
出力信号を直線に補正するデジタル処理回路が必要にな
る。

【０００８】また、上記第２の従来技術のセンサにおい
て、磁石は放射状に交差磁化されているものを用いるた
め、その材質が限定され、自動車で使用するには磁石の
温度特性が問題となる。従って、自動車で使用するため
には改良が必要である。

【０００９】また、上記第３の従来技術のセンサにおい
ては、回転磁石と磁極片との空隙の作用で回転磁石の位
置ずれの影響を受け難く、また、ホール素子からの出力
信号は上記第１の従来技術のセンサと同様に検出角度範
囲において正弦波状出力を直線に補正する手段が必要で
ある。

【００１０】上記第４の従来技術のセンサにおいては、
３個以上の磁極片と２個のホール素子を用いて回転角位
置を検出した信号を絶対値付与器、加算器、割算器で検
出信号を処理しており、回転角位置に応じた直線信号を
得るために複雑な磁気回路部品並びに信号処理回路で構
成されている。

【００１１】本発明は、たとえば、スロットル開度セン
サに求められる回転移動量の検出において、センサ出力
の直線誤差を１％より小さく、自動車中への使用に適
し、高精度で、かつ磁気回路の構成が簡素な非接触型位
置センサを提供することを目的とするものである。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
め、本発明の非接触型位置センサは、外部からの回転操
作に応動して回転する回転軸に配置され、前記回転軸に
対して垂直方向に磁化された磁気発生体と前記磁気発生
体の磁極を囲繞し前記回転軸を通る第一平面に平行に形
成された、少なくとも２個の第１空隙のもとで対向する
第１ヨークおよび第２ヨークと、前記第１空隙内に配置
されて前記磁気発生体の回転に伴って前記第１空隙内の
磁束密度の変化に感応する磁気感受素子と、前記第１空
隙を形成する前記第１ヨーク及び第２ヨークの断面積よ
り小さい断面積をもち、前記第１空隙の近傍に配置され
た磁性体を含み、前記第１空隙より小さい第２空隙のも
とで形成された磁気バイパス手段を備え、前記磁気発生
体は前記回転軸と直交するエアギャップの存在下で前記
第１ヨークおよび第２ヨークの内側を回転可能としたも
のである。

【００１３】この構成により、前記磁気発生体が回転し
たとき、磁気感受素子が配置された第１空隙を通る磁束
密度より高い磁束密度の磁束が第２空隙を含む磁気バイ
パス手段を通ることになり、磁気発生体の回転に伴う正
弦波状に変化する第１空隙の磁束を、磁気バイパス手段
を形成する磁性体の磁化力に対する透磁率の変化特性で
第２空隙をバイパスする。この結果、たとえば、スロッ
トル開度センサの回転移動領域において第１空隙内の磁
気感磁素子を通る磁束変化の直線性が改善され、自動車
への使用に適し、高精度で、かつ磁気回路の構成が簡易
な非接触型位置センサが得られる。

【００１４】

【発明の実施の形態】本発明の請求項１に記載の発明
は、外部からの回転操作に応動して回転する回転軸に配
置され、前記回転軸に対して垂直方向に磁化された磁気
発生体と、前記磁気発生体の磁極を囲繞し前記回転軸を
通る第一平面に平行に形成された少なくとも２個の第１
空隙のもとで対向する第１ヨークおよび第２ヨークと、
前記第１空隙内に配置されて前記磁気発生体の回転に伴
って前記第１空隙内の磁束密度の変化に感応する磁気感
受素子と、前記第１空隙を形成する前記第１ヨーク及び
第２ヨークの断面積より小さい断面積をもち、前記第１
空隙の近傍に配置された磁性体を含み、前記第１空隙よ
り小さい第２空隙のもとで形成された磁気バイパス手段
を備え、前記磁気発生体は前記回転軸と直交するエアギ
ャップの存在下で前記第１ヨークおよび第２ヨークの内
側を回転可能である非接触型位置センサである。

【００１５】このセンサは、前記磁気発生体が回転した
とき、磁気感受素子が配置された第１空隙を通る磁束密
度より高い磁束密度の磁束が第２空隙を含む磁気バイパ
ス手段を通ることになり、磁気発生体の回転に伴う正弦
波状に上昇する第１空隙の磁束を、磁気バイパス手段を
形成する磁性体の磁化力に対する透磁率の変化特性で第
２空隙をバイパスする。この結果、センサの回転移動領
域において第１空隙内の磁気感磁素子を通る磁束変化に
よる出力の直線性の誤差が改善される。

【００１６】請求項２に記載の発明は、請求項１記載の
発明において、前記第１ヨークおよび第２ヨークが半円
環状の磁性体からなる非接触型位置センサであり、前記
半円環状の磁性体の端面が互いに対向して前記第１空隙
を形成し、第１空隙の近傍に第２空隙を含む磁気バイパ
ス手段を形成しているため、ヨーク磁路長を最短で形成
でき、磁気損失の小さい小型のセンサを実現できる。

【００１７】請求項３に記載の発明は、外部からの回転
操作に応動して回転する回転軸に配置され、前記回転軸
に対して垂直方向に磁化された磁気発生体と、前記磁気
発生体を囲繞し前記回転軸を通る第１平面に平行で、か
つ前記第１平面に面対称であるも、前記回転軸の軸方向
に異なるように形成された少なくとも３個の第１空隙の
もとで対向する第１ヨークおよび第２ヨークと、前記第
１空隙内に配置されて前記磁気発生体の回転に伴って前
記第１空隙内の磁束密度に感応する磁気感受素子と、前
記第１空隙を形成する前記第１ヨークおよび第２ヨーク
の断面積より小さい断面積をもち、前記第１空隙の近傍
に配置された磁性体を含み、前記第１空隙より小さい第
２空隙のもとで形成された磁気バイパス手段を備え、前
記磁気発生体は前記回転軸と直交する方向及び前記回転
軸の軸方向のエアギャップの存在下で前記第１ヨークお
よび第２ヨークの内側を回転可能である非接触型位置セ
ンサである。この構成のセンサは、軸半径方向の方向へ
の磁気発生体のずれに対して影響を受け難い位置に、第
１空隙と磁気バイパス手段及び磁気感受素子を設置で
き、その結果、高性能なセンサを実現できる。

【００１８】本発明の請求項４記載の発明は、第１のヨ
ーク片と第２のヨーク片を有する第１ヨークと、前記第
１のヨーク片に端面が対向する第３のヨーク片と前記第
２のヨーク片に側面が対向する第４のヨーク片を有する
第２ヨークと、前記第１ヨークと第２ヨークにより構成
される空間内に位置し、外部からの回転操作に応動して
回転する回転軸に配置されて前記回転軸に対し垂直方向
に磁化された磁気発生体と、前記回転軸を通る第１平面
に平行に形成された前記第１ヨークと第２ヨーク間の連
続した単一の第１空隙内に配設され、前記磁気発生体の
回転に伴う前記第１空隙内の磁束の変化に感応する磁気
感受素子と、前記第１空隙を形成する前記ヨークの断面
積より小さい断面積をもち、前記第１空隙の近傍に配置
された磁性体を含み、前記第１空隙より小さい第２空隙
のもとで形成された磁気バイパス手段を備え、前記第１
ヨーク及び第２ヨークは前記回転軸を通る前記第１平面
に対し垂直で、かつ前記回転軸を通る第２平面上で鍵型
断面形状をしており、前記磁気発生体は前記回転軸の軸
方向及び前記回転軸と直交する方向のエアギャップの存
在下で前記第１ヨーク及び第２ヨークの内周を回転可能
である非接触型位置センサである。

【００１９】この構成によるセンサは、第１のヨーク片
と第３のヨーク片が面対向して形成する第１空隙が１面
であるため、寸法精度に優れた第１空隙が実現可能とな
る。また、軸半径方向の方向への磁気発生体のずれに対
して影響を受け難い位置に第１空隙と磁気バイパス手段
及び磁気感受素子を設置でき、その結果、組み立てばら
つきの少ない高性能なセンサを実現できる。

【００２０】請求項５に記載の発明は、請求項４記載の
発明において、前記第１ヨーク及び第２ヨークが底部を
有する半円筒状のヨークより構成されているため、より
集磁能力を高くすることができる。そして、回転軸に対
して平行な面と垂直な面に第１空隙を構成できるため、
磁気バイパス手段と磁気感受素子を設置するスペースに
制約されないという利点を有する。

【００２１】請求項６に記載の発明は、請求項４記載の
発明において、前記第１ヨーク及び第２ヨークが底部を
有する半円筒状のヨークより構成され、そして、前記ヨ
ークの底部に前記第１空隙より大きい前記回転軸を中心
とした円形の第３空隙を付加したものであるため、より
第１空隙を横切る磁束変化量を大きくすることができ
る。その結果、回転移動量に対して高感度のセンサを実
現できる。

【００２２】請求項７に記載の発明は、請求項６記載の
発明において、第３空隙の直径を前記磁気発生体の外形
と同じ径まで拡大したものであり、この構成によれば、
更に、回転移動量に対しての高感度の非接触型位置セン
サが実現できる。

【００２３】請求項８に記載の発明は、請求項１、３、
４のいずれかに記載の発明において、前記磁気バイパス
手段の磁性体の透磁率が、軸の回転移動に伴う磁束密度
の変化に対して正の係数で、かつ非線形である非接触型
位置センサであり、磁気発生体の回転移動に伴う第１空
隙の磁束変化を磁気バイパス手段で直線に補正するよう
に第１空隙の磁束をコントロールすることにより、第１
空隙を横切る磁束変化量を大きくすることができる。そ
の結果、回転移動量に対して高感度のセンサを実現で
き、磁気感受素子から直線性の優れた信号を得ることが
できる。

【００２４】請求項９に記載の発明は、請求項１、３、
４のいずれかに記載の発明において、前記第１空隙に対
し少なくとも２個以上の前記磁気バイパス手段を備え、
この磁気バイパス手段の間に形成された第１空隙に磁気
感受素子を配設したもので、この構成によれば、磁気感
受素子を配置する第１空隙の磁束分布を均一にすること
ができる。その結果、磁気感受素子を配置する位置ずれ
の影響を受け難いセンサを実現できる。

【００２５】請求項１０に記載の発明は、請求項１、
３、４のいずれかに記載の発明において、前記第１空隙
の近傍に配設する磁気バイパス手段を前記第１空隙を架
橋する磁路を少なくとも２つ有する１枚の磁性体板で構
成し、前記磁路間に存在する前記第１空隙に磁気感磁素
子を配置して前記第１ヨークと第２ヨークとに対し前記
磁性体板を機械的連結手段で一体化したものであるた
め、ヨーク間の磁気感受素子が配置される第１空隙が前
記磁性体板で決定され、その結果、ヨークの位置決めが
容易となり、特性を安定化することができる。

【００２６】請求項１１に記載の発明は、請求項１、
３、４のいずれかに記載の発明において、前記磁気バイ
パス手段の磁性体の材質は、前記ヨークを構成する部材
と同一であることを特徴とするもので、前記第１空隙の
もとで対向する第１ヨーク面及び第２ヨーク面にこの第
１ヨーク及び第２ヨークの一部を延長して磁気バイパス
手段となる突起片を形造ると共に、この突起片の先端に
第２空隙を形成して互いに対向配置することで磁気回路
を形成することができる。従って、最少の加工部品の組
み合わせで所望の特性を得ることができる。

【００２７】請求項１２に記載の発明は、請求項１、
３、４のいずれかに記載の発明において、前記磁気バイ
パス手段の磁性体の材質を、前記ヨークを構成する部材
と異なった材質としたもので、この構成によれば、前記
第１ヨーク、第２ヨークの磁気損失により、磁気感受素
子を配設する第１空隙を通る磁束が磁気発生体の回転移
動による起磁力に対して一様な変化とならない場合があ
る。この場合、ヨークの材質差で生じる第１空隙の磁束
変化特性に適したヨーク材質と異なる非線形透磁率の磁
気バイパス手段を選定することで、磁気感受素子を通る
磁束変化の直線性を良くすることができる。

【００２８】請求項１３に記載の発明は、請求項１、
３、４のいずれかに記載の発明において、前記磁気バイ
パス手段を形成する磁性体は電磁鋼板あるいは構造用圧
延鋼または構造用鋼から成る軟磁性体であることを特徴
とするものである。この材質によれば、起磁力が小さい
領域の透磁率は線形で、大きい領域では正の非線形の特
性を有する。従って、磁気発生体の回転に伴う第１空隙
の起磁力の変化に応じて磁気バイパス手段を介して磁束
をバイパスするため、磁気発生体の回転に伴って正弦波
状に湾曲した第１空隙の磁束変化を直線性の良い特性に
補正できる。

【００２９】請求項１４に記載の発明は、請求項１、
３、４のいずれかに記載の発明において、前記第２空隙
を構成する部材は非磁性体で構成し、前記第１ヨークと
第２ヨーク及び前記磁気バイパス手段の磁性体の表面に
非磁性体からなる前記第２空隙を形成して、前記第１ヨ
ークと第２ヨーク及び前記磁気バイパス手段を機械的に
一体化したものである。この構成によれば、磁気発生体
の回転に伴う第１空隙間の磁界変化に対して、前記磁性
体の磁束を非磁性体の高い磁気抵抗で制限できる。した
がって、前記非磁性体の厚みを変えることで、磁気バイ
パス手段の磁性体の透磁率の動作領域の調整が可能とな
り、ヨーク材質や磁気回路の構造の違い及び磁気バイパ
ス手段の磁性体の違いで生じるセンサ出力の直線性の誤
差を改善することが可能となる。

【００３０】請求項１５に記載の発明は、請求項１４に
記載の発明において、前記第２空隙を構成する非磁性の
部材を、メッキ膜または塗装膜としたものである。この
構成によれば、第２空隙を含む磁気バイパス手段の透磁
率の設定をメッキ膜厚または塗装膜厚で容易に決定でき
るほか、磁気バイパス手段およびヨークを防錆する効果
が付加されることから、経時変化の少ない高性能なセン
サが実現できる。

【００３１】請求項１６に記載の発明は、請求項１４に
記載の発明において、前記第２空隙を構成する非磁性の
部材は、フィルム状のテープで形成したものであり、具
体的には、前記第１ヨークと第２ヨーク及び前記磁気バ
イパス手段の磁性体のいずれかの表面に接着固定する。
この構成によれば、このテープの厚みを変えることで第
２空隙を含む磁気バイパス手段の透磁率の調整が可能で
ある。この結果、磁気回路のばらつきで生じるセンサ出
力の直線性の誤差を容易に調整できる。

【００３２】なお、請求項１５、１６に記載の発明にお
いて、前記第１ヨークおよび第２ヨークと、前記磁気バ
イパス手段の磁性体との間に形成する第２空隙の厚み
は、前記第１空隙の間隔より小さいことは言うまでもな
い。第１空隙の磁気抵抗より第２空隙の磁気抵抗が小さ
くなることから、第２空隙の磁束密度を第１空隙の磁束
密度に比して大きくすることができる。その結果、前記
第１空隙を形成する前記第１ヨークと前記第２ヨークが
対向する辺の長さより短い磁気バイパス手段を用いて、
直線性の誤差を補正するための所望の磁束量をバイパス
することができ、その結果、前記第１ヨークおよび第２
ヨークの形状に比して小型の磁気バイパス手段でセンサ
出力の直線性の誤差の補正が可能となる。そして、第１
空隙を形成する第１ヨークと第２ヨークの対向する断面
積より小さい断面積の磁性体で構成する磁気バイパス手
段としているため、磁気バイパス手段を形成する磁性体
の磁束密度を前記第１ヨークと第２ヨークの磁束密度よ
り高くできて、磁気発生体の回転移動量に対する磁気バ
イパス手段の透磁率の変化を大きくすることができる。
その結果、磁気バイパス手段によって生じる第１空隙の
磁束密度の低下（センサの感度低下）を小さくしなが
ら、磁気発生体の回転移動量に伴うセンサ出力の直線性
を良くできる。また、残留磁束の大きいヨーク材質にお
いては、第１空隙に生じる残留磁界を磁気バイパス手段
でバイパスされるため、磁気発生体の往復回転移動で生
じるセンサ出力のヒステリシスを小さくできる。

【００３３】請求項１７に記載の発明は、請求項１４に
記載の発明において、非磁性体で構成された第２空隙を
含む前記磁気バイパス手段を前記第１ヨークと第２ヨー
クに機械的に一体化する手段を熱硬化樹脂、熱可塑性樹
脂、非磁性のハトメ、熱溶着、超音波溶着のいずれかと
するものであり、この構成によれば第２空隙を含む磁気
バイパス手段を堅牢に固定でき、経時変化の少ない安定
した特性を得ることができる。

【００３４】請求項１８に記載の発明は、請求項１、
３、４のいずれかに記載の発明において、前記第１ヨー
クと第２ヨークに設けた凹部に磁気バイパス手段を配設
し固定したものである。この構成によれば、第１ヨーク
と第２ヨーク及び磁気バイパス手段に予め第２空隙を形
成して、前記凹部に磁気バイパス手段を嵌合させるだけ
で容易に配置できるほか、磁気バイパス手段の位置決め
をより精度良くできるため、センサ特性を安定にでき
る。そして、複雑な固定手段を用いることがないので、
組み立て工数を削減でき、安価なセンサとすることがで
きる。

【００３５】請求項１９に記載の発明は、請求項１、
３、４のいずれかに記載の発明において、前記第１空隙
を、前記第１ヨークと第２ヨーク間を機械的に一体化す
る非磁性から成るスペーサにより構成しているため、第
１空隙の寸法がスペーサにより決定され、その結果、第
１ヨークおよび第２ヨークの位置決めが容易となり、特
性を安定化できる。

【００３６】請求項２０に記載の発明は、請求項１、
３、４のいずれかに記載の発明において、前記第１ヨー
クと第２ヨーク間の前記第１空隙中に挿入される充填剤
にて前記磁気感応素子が保持されているため、磁気感受
素子の位置を完全に固定できる上、機械的振動に対し強
固なセンサを実現できる。

【００３７】請求項２１に記載の発明は、請求項１、
３、４のいずれかに記載の発明において、前記第１空隙
内に少なくとも２個以上の前記磁気感受素子が配設され
ているため、センサより２信号以上の出力が必要な場
合、所望の出力を得ることができる。

【００３８】請求項２２に記載の発明は、請求項１、
３、４のいずれかに記載の発明において、前記磁気感受
素子はホール素子で構成したもので、磁気発生体の回転
移動に伴う第１空隙の磁束密度の変化に比例した電圧信
号と、磁束の磁性の変化に対応した出力電圧を得ること
ができるため、この電圧信号を増幅処理して所望のセン
サ信号とすることができる。

【００３９】請求項２３に記載の発明は、請求項１、
３、４のいずれかに記載の発明において、前記磁気発生
体が円盤状の磁石より構成されているため、磁気バイパ
ス手段がない時の前記磁気発生体の回転に伴うセンサ出
力がより正弦波に近くて滑らかな出力特性となり、第２
空隙を含む磁気バイパス手段の滑らかな透磁率の変化特
性で容易に直線性の誤差の小さい出力に補正が可能にな
り、その結果、直線性の優れたセンサが実現できる。ま
た、回転軸と直交するエアギャップ寸法が均一になるよ
うに第１ヨークと第２ヨークが磁気発生体を囲繞する構
成とし、更に、磁気発生体と第１ヨークおよび第２ヨー
クの軸方向にエアギャップを設けることで、軸方向およ
び軸の半径方向への磁気発生体のずれに対して影響を受
け難い高性能なセンサを実現できる。

【００４０】請求項２４に記載の発明は、請求項１、
３、４のいずれかに記載の発明において、前記磁気発生
体がリング状の磁石より構成されているため、リング状
磁石の中空部に軟磁性体または非磁性体から成る回転軸
の連結手段を容易に構成でき、スロットルバルブの回転
シャフトを受けて直接磁気発生体を回転させる等の軸受
構造において、所望のバリエーションを構成できる。

【００４１】請求項２５に記載の発明は、請求項１、
３、４のいずれかに記載の発明において、前記磁気発生
体を円弧状の２つの磁極面を有した磁石としたものであ
る。この形状によれば、磁石外形に平行な面を有してい
るため、着磁の際、この面を固定して着磁できることか
ら、着磁方向が安定し、その結果、回転基準位置におい
て、センサ出力のばらつきの少ないセンサを実現でき
る。

【００４２】本発明の請求項２６に記載の発明は、請求
項１、３、４のいずれかに記載の発明において、前記磁
気発生体に前記回転軸と同軸の位置決め穴を有するた
め、着磁の際、この穴を基準にして着磁できることか
ら、着磁方向が安定するとともに、磁気発生体を回転軸
上に容易に配置する位置決め穴とすることもできる。そ
の結果、回転基準位置においてセンサ出力のばらつきの
少ない高性能なセンサを実現できる。

【００４３】以下、本発明の実施の形態について、図１
から図２０を用いて説明する。

【００４４】（実施の形態１）図１（ａ）は本発明の非
接触型位置センサの第１の実施の形態の原理を説明する
ための上面図であり、図１（ｂ）はその正面図である。
図１（ａ），（ｂ）において、１は外部からの回転操作
に応動して回転する回転軸８に配置された磁気発生体、
２ａと２ｂは前記磁気発生体１の磁極を囲繞し前記回転
軸の中心９を通る平面に対し対向配置された第１ヨーク
と第２ヨーク、３ａと３ｂは前記ヨーク２ａ，２ｂ間に
形成された第１空隙、４は磁気発生体１の回転に伴う第
１空隙３ａ内の磁束の変化に感応する磁気感受素子、４
ａは前記磁気感受素子４の感受面、５は第１空隙３ａ，
３ｂを形成する第１ヨークまたは第２ヨークの断面積よ
り小さい断面積から成る第１空隙３ａの近傍に配置され
た磁性体、６は前記第１ヨークと第２ヨークと前記磁性
体５の間に設けられた第２空隙、５６は前記第２空隙６
と前記磁性体５で構成される磁気バイパス手段、７は第
１ヨークと第２ヨークと磁気発生体１との間に形成され
る回転軸８の軸に直交する方向のエアギャップである。
ここで、１０は前記磁気発生体１の磁化方向を示し、回
転軸８の軸に直交する方向にある。φ１は第１空隙３
ａ，３ｂ及び磁気感受素子４の感受面４ａを通る磁束で
ある。

【００４５】本実施の形態１において、第１ヨーク２
ａ、第２ヨーク２ｂは軟磁性体よりなり、第１空隙３
ａ，３ｂのもとで互いに対向するように配置されてい
る。また、磁性体５も軟磁性体で構成され、この磁性体
５と第１ヨークと第２ヨークとの間に設けられた第２空
隙は第１空隙３ａまたは３ｂの間隔より小さく設定され
ている。そして、磁気発生体１は回転軸８と垂直な断面
が正方形または長方形である直方体形状のＳｍＣｏの永
久磁石で構成され、回転軸８と垂直な方向１０に１軸配
向されており、この方向に磁化が向いている。また、磁
気感応素子４はホール素子で構成され、第１空隙３ａを
通過する磁束φ１が、このホール素子の感受面４ａに垂
直となるように第１空隙３ａ内に充填剤などにより固定
されている。また、回転軸８は磁気回路に影響を及ぼさ
ないようにステンレス鋼などの非磁性体で構成するのが
望ましい。

【００４６】先ず、図２と図３を用いて、本発明の非接
触型位置センサの動作原理を説明する。図２（ａ）は磁
気発生体１が回転した時の磁束φの流れを模式した非接
触型位置センサの上面図であり、図２（ｂ）は図２
（ａ）の磁気感受素子であるホール素子４からの出力電
圧を示す図である。なお、図２において、図１と同一構
成部分には同一番号を付して詳細な説明を省略し、異な
る部分についてのみ記述する。

【００４７】図２（ａ）において、θは磁気感受素子４
の感受面４ａから磁気発生体１の磁化方向が回転移動し
た角度、φは等間隔に構成された第１空隙３ａ，３ｂと
ホール素子４の感受面４ａを通る磁束、Ｌは磁気発生体
１の磁極の長さ、ｈは磁気発生体１の磁極の幅を示して
おり、図１と異なる点は、磁気バイパス手段を設けてな
い非接触回転型位置センサ９１としている点にある。

【００４８】このように構成された非接触型位置センサ
の動作を説明する。図２（ａ）は磁気発生体１が磁気感
受面４ａと磁気発生体１の磁化方向が平行な位置からθ
回転したときの磁束φの分布を示している。そして、こ
の位置において、磁気発生体１のＮとＳの磁極面と第１
ヨークと第２ヨークに対向する面において、エアギャッ
プ７と第１ヨークと第２ヨークを介して磁気発生体１の
一部が磁気的に短絡（図２（ａ）の斜線部）される。そ
して、磁気発生体１の残りの起磁力で発生する磁束φが
第１空隙３ａと３ｂおよび、これに収納された磁気感受
素子４とを通り、磁気感受素子４から磁束φに比例した
電圧が出力される。従って、磁気感受素子４から出力さ
れる電圧は、第１ヨーク２ａと第２ヨーク２ｂの磁気抵
抗が一定とした場合、磁気発生体の回転角度θに対して
略比例した電圧になるが、ヨーク２に対する回転中の磁
気発生体１の磁化方向１０の関係でホール素子４の出力
電圧は近似的に正弦波となる。この関係を図２（ｂ）に
示す。図２（ｂ）は磁気発生体１の回転角度θとホール
素子４の出力電圧の関係を示している。また、図２
（ｃ）と図２（ｄ）と図２（ｅ）は磁気発生体１の回転
の様子を表す模式図である。まず、図２（ｃ）のように
磁気感応素子４の感受面４ａと磁化方向１０が平行の場
合、磁気発生体１の両磁極が互いに第１ヨークと第２ヨ
ークを介して短絡されるため、感受面４ａに印加される
磁束φはゼロとなる。この状態をθ＝０とする。これよ
り磁気発生体１が回転し、θが増加又は減少すると、第
１空隙３ａと３ｂを流れる磁束量と方向が変化し、感受
面４ａに印加される磁束φも変化して磁気感受素子４の
出力も変動する。

【００４９】ここで、図２（ｃ）から（ｅ）の約±４５
ｄｅｇの範囲を角度測定するときの磁気発生体１の形状
は、磁極の幅ｈと磁極の長さＬが等しい直方体磁石を用
いればよく、この直方体磁石での出力は図２（ｂ）の実
線Ｖ₁となる。また、±４５ｄｅｇ以上を計測するとき
の磁気発生体１のｈとＬは、ｈ＞Ｌの関係が望ましいこ
とは、前記動作説明からも推測できる。しかし、これら
の磁気回路の構成での出力は近似的に正弦波状で回転角
度θに比例した直線の理想出力に対して測定誤差を生じ
る。

【００５０】次に、図１に示す第１空隙３ａの近傍に第
２空隙６のもとで磁気バイパス手段５６を配置した時の
動作を図３から図５を用いて説明する。図３は図１の磁
気回路を等価回路に模式したものであり、図４はこの磁
気回路における磁気発生体の回転角度に対する磁気感受
素子を通る磁束変化を示すものである。図５は磁気バイ
パス手段５６を構成する磁性体の磁気特性図である。

【００５１】図３において、Ｍは磁気発生体１が及ぼす
起磁力、ｇ１とｇ２は磁気発生体１と第１ヨーク２ａお
よび第２ヨーク２ｂとの間のエアギャップ相当の磁気抵
抗、ｒ１とｒ２は前記第１ヨーク２ａ及び第２ヨーク２
ｂの磁気抵抗、Ｒ１は第１空隙３ａの磁気抵抗、４は前
記第１空隙３ａ内に配置されるホール素子、φは第１ヨ
ーク２ａおよび第２ヨーク２ｂを通る磁束、φ１は前記
ホール素子４を通過する磁束、Ｒ２は第２空隙６に相当
する磁気抵抗、μは磁性体５の透磁率、５６は前記磁気
抵抗Ｒ２と透磁率μを含む磁気バイパス手段である。こ
の磁気バイパス手段５６は、磁気バイパス手段がない状
態での非接触型位置センサの磁気回路９１ａの、第１空
隙に配置された磁気感受素子４を含む磁気抵抗Ｒ１に並
列に接続した構成となっている。

【００５２】この磁気回路の構成においての動作は、前
述した図２と同じ動作により、第１空隙３ａと磁気バイ
パス手段５６には、磁気発生体１の回転に伴う正弦波状
の磁界が印加される。この磁界によって、第１空隙３ａ
には磁気抵抗Ｒ１で制限された磁束φ１が通ると共に、
磁気バイパス手段５６にも第２空隙６の磁気抵抗Ｒ２と
磁性体５の透磁率μで制限された磁束φ２が通る。この
磁束φ２は、磁性体に印加される磁界の大きさと磁性体
中の磁束密度で決定される透磁率特性によって変化す
る。そこで、磁気バイパス手段５６の磁性体５を軟磁性
体で構成して、図５に示すような印加磁界が小さい条件
では正で線形であり、かつ、印加磁界が大きい条件では
正で非線形の軟磁性体特有の透磁率で磁束φ２をバイパ
スさせて、磁気発生体の回転に伴う正弦波状の印加磁界
による磁束φからφ２を減じて直線誤差の少ない磁束φ
１を得るようにしたものである。従って、図４の様に、
磁気発生体１の回転に伴う正弦波状の磁束φの変化を、
直線誤差の少ない磁束φ１にすることができ、磁気感受
素子４を含む第１空隙３ａおよび３ｂを通る磁束φ１の
直線性が改善されたことになり、磁束変化を電圧に変換
出力するホール素子出力の直線性が改善される。

【００５３】そして、回転軸心９を通る第１平面で横切
られる磁性体５の断面積を第１空隙３ａおよび３ｂを形
成するヨークの断面積より小さくすることで、磁気発生
体１の回転中、常に、磁気バイパス手段の磁性体５の磁
束密度を第１空隙を通る磁束密度およびヨークの磁束密
度より大きくして、バイパス磁束φ２の小さい条件で磁
性体の透磁率の変化効果を効率良く得る構成としてい
る。また、第１ヨークと第２ヨークとに接する面積を小
さくして、バイパス磁束φ２を少なくしてセンサの感度
低下を抑制すると共に、磁気感受素子の実装スペースを
確保できる構成としている。

【００５４】上記動作から明らかなように、磁束φ１は
磁気バイパス手段がないときの磁束φからφ２を減じた
値となる。したがって、磁気バイパス手段を設けること
によって、センサの磁気感度は図４のφ１のように低下
するが、磁気感受素子の出力信号をオペアンプ等を用い
た回路で増幅処理することで、この課題は解決される。

【００５５】なお、本発明の実施形態１では、磁気感応
素子４としてホール素子を利用した例のみについて説明
したが、必ずしもこれに限定されるものではない。ま
た、本発明の実施形態１では、磁気発生体１としてＳｍ
Ｃｏの永久磁石を用いた場合について説明したが、必ず
しもこれに限定されるものではない。また、本発明の実
施形態１では、図１において、磁気バイパス手段５６の
配置位置を回転軸心９と直交するＡ面で記載したが、回
転軸と平行したＢ面でも同様の効果を得ることができ
る。また、本発明の実施形態１では、磁気バイパス手段
５６と磁気感受素子４の配置を同一空隙として説明した
が、必ずしもこれに限定されるものではない。

【００５６】（実施の形態２）図６は本発明の非接触型
位置センサの第２の実施の形態を説明するための上面図
である。なお、図６において、図１と同一構成部分には
同一番号を付して詳細な説明を省略し、異なる部分につ
いてのみ記述する。図６において、実施の形態１と異な
る点は、２つのヨークが第１ヨーク２２ａと第２ヨーク
２２ｂが２つの半円環状の磁性で構成されている点にあ
る。本実施の形態２の動作原理は、基本的には実施の形
態１で説明したものと同一であるので、詳細な説明は省
略する。

【００５７】この構成においては、磁気発生体１を囲繞
する２つのヨークが回転軸心９を中心とする略円環状で
あるため、磁気回路のヨークの磁路長が最短となり、磁
気損失の小さい小型のセンサを実現できる。

【００５８】（実施の形態３）図７は本発明の非接触型
位置センサの第３の実施の形態を説明するための上面図
であり、図８は図７の形態を変形した別の応用例を示し
た図である。なお、図７と図８において、図１と同一構
成部分には同一番号を付して詳細な説明を省略し、異な
る部分についてのみ記述する。また、本実施形態３の動
作原理は、基本的には実施の形態１で説明したものと同
一であるので、詳細な説明は省略する。

【００５９】図７において、３２ａは第１ヨーク、３２
ｂは第２ヨーク、１２ａは前記第１ヨーク３２ａの一部
が回転軸心９に垂直な面方向まで延びる延長ヨーク片、
１２ｂは前記第２ヨーク３２ｂの一部が回転軸心９に垂
直な面方向まで延びる延長ヨーク片、３ｃは前記第１ヨ
ーク片１２ａと第２ヨーク片１２ｂの先端に構成された
空隙であり、第１ヨーク３２ａと第２ヨーク３２ｂの面
対向部分に設けた第１の空隙３ａ，３ｂと同じ領域（回
転軸心９を通る第１平面）内にあって、第１の空隙を構
成している。すなわち、本実施の形態３（図７）におい
て、延長ヨーク片１２ａを含む第１ヨーク３２ａと延長
ヨーク片１２ｂを含む第２ヨーク３２ｂは、磁気発生体
１の回転軸心９を通る第１平面に面対称に構成され、前
記第１ヨーク３２ａと第２ヨーク３２ｂ間に対向して形
成する第１空隙は３個で、前記第１平面に平行に構成さ
れている。そして、第２空隙を含む磁気バイパス手段５
６と磁気感受素子４は、回転軸心９と平行な位置で磁気
発生体１から離れた第１空隙３ｃに配置されており、回
転軸心９と直交するエアギャップ７の存在下で磁気発生
体１がヨーク２の内側を回転するように構成している。

【００６０】また、図８（ａ）は本実施形態である別の
応用例である非接触型位置センサの上面図で、図８
（ｂ）はこの正面図である。本実施形態３（図８）にお
いて、８４は磁気発生体１を囲繞する第１ヨーク、８４
ａは前記第１ヨーク８４の一部が回転軸心９と直交する
平面に平行に延びて磁気発生体１の上を覆うように構成
した延長ヨーク片、８５は磁気発生体１を囲繞する第２
ヨーク、８５ａは前記第１ヨーク８５の一部が回転軸心
９と直交する平面に平行に延びて磁気発生体１の上を覆
うように構成した延長ヨーク片、３ｄは前記２つの延長
ヨーク片８４ａと８５ａが対向して構成された空隙であ
り、回転軸心９を通る第１平面に平行な第１空隙３ａ，
３ｂの領域内にあって、第１の空隙を構成している。第
２空隙を含む磁気バイパス手段５６と磁気感受素子４
は、前記２つの延長ヨーク片８４ａと８５ａが対向して
構成された空隙３ｄに配置されていて、回転軸心９の軸
方向のエアギャップ７と回転軸心９と直交する方向のエ
アギャップ７ａの存在下で磁気発生体１がヨーク２の内
側を回転するように構成したものである。ここで、図７
の場合と異なるところは、第１の空隙３ｄを構成してい
る空隙３ｄが軸心方向に延長されたことである。

【００６１】本実施形態３においては、磁気感受素子４
と磁気バイパス手段５６を磁気発生体１と離れた位置、
または、磁気発生体１の磁化方向の影響を受け難い位置
に配置できるため、センサの構成上考慮されるべき機械
的公差および耐久磨耗による軸の半径方向の磁気発生体
１の位置ずれによる磁界変化の影響を受け難い高精度の
センサを実現できる。

【００６２】なお、本発明の実施の形態３では、磁気バ
イパス手段５６と磁気感受素子４の配置を同一空隙とし
て説明したが、必ずしもこれに限定されるものではな
い。

【００６３】（実施の形態４）図９（ａ）は本発明の非
接触型位置センサの第４の実施の形態を説明するための
上面図であり、図９（ｂ）はその側面図である。図９に
おいて、６２は第１のヨーク片６２ａと第２のヨーク片
６２ｂを有する第１ヨーク、６３は前記第１のヨーク片
６２ａに端面が対向する第３のヨーク片６３ａと前記第
２のヨーク片６２ｂに側面が対向する第４のヨーク片６
３ｂを有する第２ヨーク、１は回転軸心９に対し垂直方
向に磁化されて外部からの回転操作に応動して回転する
回転軸８に配置された磁気発生体、４は磁気発生体１の
回転に伴う第１空隙６４内の磁束の変化に感応する磁気
感応素子、６４は前記第１ヨーク６２と第２ヨーク６３
の間の連続した単一の第１空隙、７１は第１のヨーク片
６２ａまたは第３のヨーク片６３ａと磁気発生体１との
エアギャップ、７０は第２のヨーク片６２ｂまたは第４
のヨーク片６３ｂと磁気発生体１とのエアギャップ、６
は第１のヨーク片６２ａと第３のヨーク片６３ａとの間
の第２空隙、５は第１のヨーク片６２ａと第３のヨーク
片６３ａに前記第２空隙６を介して配置された磁性体で
あり磁気バイパス手段５６を構成している。本実施の形
態４において、第１ヨーク６２及び第２ヨーク６３は軟
磁性材料よりなり、第１空隙６４のもとで互いに対向す
るように配置されている。そして、第１空隙６４で横切
られる磁性体５の断面積は第１空隙６４を介して対向す
る第１のヨーク片６２ａまたは第３のヨーク片６３ａの
断面積より小さく設定され、回転軸心９の軸方向のエア
ギャップ７１と、回転軸心９と直交する方向のエアギャ
ップ７０との存在下で磁気発生体１が第１ヨーク６２と
第２ヨーク６３の内側を回転するように構成している。

【００６４】本実施の形態４の動作原理は、基本的には
実施の形態１で説明したものと同一であるので、詳細な
説明は省略する。

【００６５】本実施の形態４における磁気回路の構成に
より、第１ヨーク片６２ａと第３のヨーク片６３ａが１
個の連続した第１空隙６４を介して面対向するため、寸
法精度の良い第１空隙６４を容易に実現できる。したが
って、第１空隙６４の磁気分布が均一になり、第１空隙
６４内に配置する磁気感受素子４の位置ずれによる影響
を殆ど受けることがない。また、閉磁気回路内に磁気感
受素子４が配置されているため、軸方向及び軸の半径方
向への磁気発生体１のずれに対し、すなわちエアギャッ
プ７０またはエアギャップ７１の変動に対して、その影
響を非常に受け難い。

【００６６】このように本実施の形態４の構成にて、磁
気感応素子４の取付け位置ずれ、軸方向及び軸の半径方
向への磁気発生体１のずれによる影響を受け難く、か
つ、磁気回路の構成が簡易で、センサ出力の直線性の誤
差が少ない高性能なセンサを実現することができる。

【００６７】（実施の形態５）図１０（ａ）は本発明の
非接触型位置センサの第５の実施の形態を説明するため
の上面図であり、図１０（ｂ）はその側面図である。な
お、図１０において、図９と同一構成部分には同一番号
を付して詳細な説明を省略し、異なる部分についてのみ
記述する。図１０において、第１ヨーク６２及び第２ヨ
ーク６３は底部を有する半円筒状のヨーク片で構成され
ており、第１空隙６４のもとで対向するように配置され
ている。また、磁気発生体１はエアギャップ７０及びエ
アギャップ７１のもとで第１ヨーク６２と第２ヨーク６
３で囲繞されている。

【００６８】本実施の形態５の動作原理は、基本的には
実施の形態１で説明したものと同一であるので、詳細な
説明は省略する。

【００６９】本実施の形態５において、実施の形態４と
異なる点は、底部をもつ半円筒状のヨーク片が用いられ
ていることである。この構成においては、磁気発生体１
を有底の半円筒状ヨークで半径方向を囲繞した閉磁気回
路であるため、実施の形態４に比しヨークの集磁能力が
向上して磁気発生体１の回転での第１空隙６４の磁束変
化を大きくできる。その結果、第４の実施の形態の場合
より高感度の非接触型位置センサを実現できる。

【００７０】（実施の形態６）図１１（ａ）は本発明の
非接触型位置センサの第６の実施の形態を説明するため
の上面図であり、図１１（ｂ）は図１１（ａ）を別の形
態に変形した上面図である。なお、図１１において、図
１０と同一構成部分には同一番号を付して詳細な説明を
省略し、異なる部分についてのみ記述する。

【００７１】本実施の形態６において、実施の形態５と
異なる点は、第１空隙６４のもとで対向配置した有底の
半円筒状ヨーク６２，６３の底部に回転軸心９を中心と
する第１空隙６４の間隔より大きい径からなる空隙７２
を付加した磁気回路としていることである。この構成に
よれば、連続する第１空隙６４の一部の面に距離が大
（磁気抵抗が大）なる空隙７２が介在することになり、
磁気感受素子４が配置される磁束変化量を大きくするこ
とができる。その結果、第５の実施の形態より高感度の
センサを実現できる。そして、図１１（ｂ）は、さらに
図１１（ａ）に比し空隙７３の径を磁気発生体１に内接
する直径まで拡大した構成としている。この構成によれ
ば、更に高感度のセンサにすることができる。また、こ
の空隙７２，７３に回転の位置決めをする軸受け（図示
せず）を固定することにより、この中を磁気発生体１に
連結した回転軸８を通す構造も可能となり、センサの構
造設計をする上での応用性が拡大する。なお、本発明の
実施の形態６では、磁気バイパス手段５６を構成する磁
性体５をヨークの側面に配置した構成としているが、必
ずしもこの面に限定されるものではない。

【００７２】（実施の形態７）図１２は本発明の非接触
型位置センサの第７の実施の形態を説明するための上面
図である。なお、図１２において、図１０と同一構成部
分には同一番号を付して詳細な説明を省略し、異なる部
分についてのみ記述する。

【００７３】本実施の形態７において、実施の形態５と
異なる点は、第１空隙６４に、第２空隙６と磁性体５で
構成する磁気バイパス手段５６と７６を２個配置してい
る点である。この構成によれば、磁気バイパス手段５
６，７６の近傍に集中する磁界を２つの磁気バイパス手
段５６，７６に分散できるため、磁気感受素子４を配置
する磁気バイパス手段５６と７６に隣接する第１空隙６
４ａの磁界強度の差を少なくでき、そして、磁気バイパ
ス手段５６と７６で挟まれた第１空隙６４ａの磁界分布
を均一にできることから、磁気バイパス手段５６と７６
の近傍まで磁気感受素子４を配置しても検出感度の誤差
を発生しない。その結果、磁気感受素子４の配置位置の
ずれに影響を受けないセンサとすることができる。

【００７４】（実施の形態８）図１３は本発明の非接触
型位置センサの第８の実施の形態を説明するための上面
図である。なお、図１３において、図１０と同一構成部
分には同一番号を付して詳細な説明を省略し、異なる部
分についてのみ記述する。

【００７５】本実施の形態８において、図１０と異なる
点は、磁気バイパス手段を第１空隙６４を架橋して磁路
を２つ有する１枚の磁性体板８６で構成し、この磁路間
に磁気感受素子４を配置し、この磁性体板８６を用いて
第１ヨーク６２と第２ヨーク６３とを機械的連結手段で
一体化した構成としている。この構成によれば、第１ヨ
ーク６２および第２ヨーク６３間の第１空隙６４が磁性
体板８６で決定され、センサ特性を安定化できる。

【００７６】（実施の形態９）図１４（ａ）は本発明の
非接触型位置センサの第９の実施の形態を説明するため
の上面図であり、図１４（ｂ）はその側面図である。な
お、図１４において、図１０と同一構成部分には同一番
号を付して詳細な説明を省略し、異なる部分についての
み記述する。

【００７７】本実施の形態９において、図１０と異なる
点は、第１空隙６４のもとで対向配置した第１ヨーク６
２と第２ヨーク６３の一部を延長して突起部３７と３８
を形成するとともに、この延長した突起部３７，３８の
先端に第２空隙３７ａと３８ｂを形成している点であ
る。

【００７８】本実施の形態９において、本発明者の検討
結果では、磁気バイパス手段を形成する磁性体の材質
は、電磁鋼板、構造用圧延鋼板、構造用鋼が好ましく、
空気或いは空気に近い透磁率で第２空隙を構成する場
合、第１空隙の間隔に対する比率が０．２以下の第２空
隙の間隔が最適であるという結果を得た。これは、本発
明に係わる以下の作用によるもので、以下、図１５を用
いて説明する。図１５は磁気バイパス手段の磁性体の前
記材質に磁化力を与えたときの磁化力に対する磁束密度
Ｂと透磁率μの関係を示した磁化特性図である。この図
１５に示すように、磁化力に対する磁束密度Ｂと透磁率
μの変化が、起磁力が小の領域では磁束密度Ｂと透磁率
μの変化が線形であり、起磁力が大の領域では、透磁率
の変化が非線形に変化する特性を有しており、磁気発生
体の回転に伴う正弦波状に変化する第１空隙の磁化力を
この磁化特性で磁気バイパスする作用で、直線誤差の小
さい出力を得ることができる。そして、前述のように、
第２空隙より大きく第１空隙を設定しているため、第１
ヨーク及び第２ヨークの磁束密度は、磁気バイパス手段
より遥かに小さい磁束密度Ｂ１で、かつ、透磁率の線形
領域で動作し、磁気発生体の回転に伴う磁力変化に比例
した磁束を通す磁気回路として動作する。

【００７９】この構成によれば、磁気バイパス手段の磁
性体を別に用意することなく第１ヨーク６２と第２ヨー
ク６３と磁気バイパス手段の材質が同一のもとで、磁気
バイパス効果を備えた磁気回路とすることができ、直線
誤差の小さいセンサが実現できる。そして、この構成に
よれば、最小の加工部品数の組み合わせで磁気回路を簡
素に構成できるため、低コスト化が可能となる。

【００８０】そして、磁気バイパス手段の磁性体の動作
領域は、第２空隙の作用により、図１５の起磁力Ｈの範
囲で、磁性体の飽和磁束密度に対して余裕のある磁束密
度であるため、温度の影響を受け難い。

【００８１】また、前記磁性体に電磁鋼板を用いれば、
起磁力と透磁率曲線が多様であることから、容易に磁気
回路に適した材質を選定できる。

【００８２】なお、本発明の実施形態９では、底部を有
する半円筒状ヨークで説明したが、必ずしもこれに限定
されるものでなく、上記動作原理に基づいて、円環状ヨ
ークを用いて磁気回路を構成するものも本発明に属する
ものである。

【００８３】そして、これらの磁気回路を構成する部品
で自動車等の使用環境に適合させるためには、防錆処理
が必要になる。そのため、本発明の実施の形態１から９
の非接触型位置センサにおいては、前記第１ヨークと第
２ヨークと磁気バイパス手段の表面を非磁性の材質から
なるメッキ膜や塗装膜で、前記第２空隙に適した防錆処
理膜厚を施して互いに密着配置している。そして、第２
空隙の間隔が前記表面処理膜厚で不足する場合は、前記
防錆処理と併せて耐熱性にすぐれたポリイミド等のフィ
ルム状のテープで第２空隙を構成してもよいし、また、
磁気回路の構成部品と機械的公差のばらつきで生じるセ
ンサ出力の直線誤差を修正する手段として、前記テープ
の厚みを変えて磁気バイパス手段の磁性体の透磁率の動
作領域を変えることで、前記直線誤差を補正することも
できる。なお、第２空隙は非磁性から成る板状のもので
構成してもよい。

【００８４】そして、この磁気バイパス手段としての磁
性体をヨークに固定するためには、熱硬化樹脂や熱可塑
性樹脂、或いは非磁性のハトメで強固に密着固定する。
また、第２空隙が非磁性のメッキ膜の場合は、熱溶着や
超音波溶着、或いは、接着剤で密着固定してもよい。

【００８５】なお、本実施の形態９の説明の中では、磁
気感受素子４を１個利用した１バンドタイプの例につい
てのみ記したが、これらの磁気感応素子４を複数個用意
することにより、片方の出力または双方を組み合わせた
出力により、異常状態を検知し自己診断を行なうこと、
及び双方の組み合わせ出力を利用して諸特性の改善を図
ることも可能である。

【００８６】（実施の形態１０）図１６は本発明の非接
触型位置センサの第１０の実施の形態を説明するための
第１ヨークの斜視図である。本実施形態１０において、
図１０と異なる点は、第１ヨーク６２のＡ面またはＢ面
に凹部４３または４４を設け、この凹部４３または４４
に磁気バイパス手段４６または４７を嵌合する構成とし
ていることである。この構成によれば、複雑な固定手段
を用いることなく磁気バイパス手段４６または４７を第
１ヨーク６２に固定することができる。なお、本実施の
形態１０において、凹部を第１ヨークに配設した構成で
説明したが、第１ヨークと第２ヨークの双方に凹部を配
設した構成でも良い。

【００８７】また、図１７に示すように、第１空隙に非
磁性からなるスペーサ４５を配設し、第１ヨークと第２
ヨークを機械的に一体化することにより、第１空隙の寸
法がスペーサの厚みで決定され、その結果、有底の半円
筒状の第１ヨーク片及び第２ヨーク片の位置決めが容易
となり、特性を安定化することができる。

【００８８】（実施の形態１１）図１８〜図２０は本発
明の非接触型位置センサの第１１の実施の形態を説明す
るための磁気発生体の形状を示す図である。なお、図１
８〜図２０において、図６と同一構成部分には同一番号
を付して詳細な説明を省略し、異なる部分についてのみ
記述する。

【００８９】本実施の形態１１において、実施の形態１
〜１０と異なる点は、磁気発生体の形状を回転軸心９に
対して直交する方向の外形形状が略円形をしている点に
ある。

【００９０】図１８において、５１は磁気発生体として
の磁石、５２は磁石５１を第１ヨーク２２ａと第２ヨー
ク２２ｂで囲繞するエアギャップである。この構成にお
いて、磁石５１は回転軸心９を中心とした円盤状として
おり、磁気バイパス手段５６を設けない状態でのセンサ
出力が、直方体磁石に比してより正弦波状で滑らかな曲
線となるため、前述の磁気バイパス手段による直線誤差
の補正が容易となる。そして、磁石５１の半径方向の周
囲に等間隔のエアギャップ５２を設けて、磁石５１を第
１ヨーク２２ａと第２ヨーク２２ｂで囲繞した構成とし
ているため、磁石５１が半径方向へずれても、図３のｇ
１とｇ２の変化が相殺されるように作用し、閉磁気回路
の総磁気抵抗が変化しない。したがって、磁石の半径方
向のずれに影響を受け難く、直線性に優れた非接触型位
置センサを実現できる。

【００９１】図１９（ａ）はリング状の磁石５３を示し
ており、図１９（ｂ）はこのリング状磁石に軸受け手段
を構成した斜視図である。

【００９２】この構成によれば、円盤状磁石と同じ効果
が得られるほかに、図１９（ｂ）に示すように、前記リ
ング状磁石５３の中空部５４に軸受け手段５５を配設
し、その軸受け手段５５にスロットルバルブに連結され
たシャフト４８を受けるための軸受け溝５５ａを容易に
構成できる他、磁石を回転させるためのシャフトの連結
構造について応用範囲が広くなる。

【００９３】図２０は磁気発生体を小判状にしたもの
で、５７は円弧状の２つの着磁面を有した小判状磁石、
５０は前記磁石５７に設けられた穴、５７ａと５７ｂは
磁石５７の磁極面、５７ｃと５７ｄは磁化方向に平行に
構成した平面、５８は磁石５７に着磁する時の着磁ヨー
クである。磁石５７の形状は磁化方向と平行する２つの
平面５７ｃ，５７ｄを有し、磁極面５７ａ，５７ｂを円
弧状に構成している。この場合も、前記の直線誤差の補
正が容易な特性が得られるほか、着磁機の着磁ヨーク５
８で着磁する場合、２つの平面５７ｃ，５７ｄを固定す
るとともに、この平面を基準に着磁することができる。
したがって、磁石形状に対しての磁化方向が安定し、前
記第１ヨークと第２ヨークとで構成する第１空隙の位置
と、磁石の形状を基準にした位置を合せたときのセンサ
出力のばらつきを少なくできる。

【００９４】また、磁石５７に設けた孔５０を回転軸心
９と同軸の位置決め穴として利用することにより、磁気
発生体を回転軸上に容易に位置決めすることができ、そ
の結果、回転位置において、センサ出力のばらつきを少
なくできる。そして、本実施の形態１１によれば、磁石
を囲繞した磁気抵抗の小さい閉磁気回路が構成されるた
め、熱負荷による不可逆減磁を生ずることもなく、磁石
の熱枯らしの工程を省くことができる。

【００９５】なお、本実施の形態１１では、磁気発生体
として一対の磁極からなる１個の永久磁石を利用した例
について説明したが、従来の第１の例で説明した一対の
円弧状磁石を対向配置された構成であっても構わない。

【００９６】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、磁気発生
体の回転に伴う磁気感受素子の出力の直線誤差が１％以
下で、自動車への使用に適し、高精度で、なおかつ磁気
回路の構成が簡易な非接触型位置センサが得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）本発明の非接触型位置センサの第１の実
施の形態を示す上面図（ｂ）同センサの正面図

【図２】（ａ）同センサの動作原理を示す上面図（ｂ）同センサの動作原理を示す出力特性図（ｃ），（ｄ），（ｅ）同センサの動作原理を示す模式
図

【図３】同センサの等価回路図

【図４】同センサの磁束変化を示す図

【図５】同センサに使用する磁気バイパス手段としての
磁性体の磁気特性図

【図６】本発明の非接触型位置センサの第２の実施の形
態を示す上面図

【図７】本発明の非接触型位置センサの第３の実施の形
態を示す上面図

【図８】（ａ）本発明の非接触型位置センサの第３の実
施の形態の変形例を示す上面図（ｂ）同正面図

【図９】（ａ）本発明の非接触型位置センサの第４の実
施の形態を示す上面図（ｂ）同側面図

【図１０】（ａ）本発明の非接触型位置センサの第５の
実施の形態を示す上面図（ｂ）同側面図

【図１１】（ａ）本発明の非接触型位置センサの第６の
実施の形態を示す上面図（ｂ）本発明の非接触型位置センサの第６の実施の形態
の変形例を示す上面図

【図１２】本発明の非接触型位置センサの第７の実施の
形態を示す上面図

【図１３】本発明の非接触型位置センサの第８の実施の
形態を示す上面図

【図１４】（ａ）本発明の非接触型位置センサの第９の
実施の形態を示す上面図（ｂ）同側面図

【図１５】同センサに使用する磁性体の動作領域を説明
する磁化特性図

【図１６】本発明の非接触型位置センサの第１０の実施
の形態を示す斜視図

【図１７】同センサの別の実施の形態を示す斜視図

【図１８】本発明の非接触型位置センサの第１１の実施
の形態を示す上面図

【図１９】（ａ）同センサの別の磁石の形状を示す上面
図（ｂ）同磁石の応用を示す斜視図

【図２０】同センサの別の磁石の形状を示す上面図

【符号の説明】

１磁気発生体２ａ第１ヨーク２ｂ第２ヨーク３ａ，３ｂ第１空隙４磁気感受素子４ａ感受面５磁性体６第２空隙７エアギャップ７ａエアギャップ８回転軸９回転軸心１０磁化方向１２ａ，１２ｂ延長ヨーク片２２ａ第１ヨーク２２ｂ第２ヨーク３２ａ第１ヨーク３２ｂ第２ヨーク３７突起部３７ａ第２空隙３８突起部３８ｂ第２空隙４３凹部４４凹部４５スペーサ４６磁性体４７磁性体４８シャフト５０穴５３磁気発生体５４中空部５５軸受け手段５５ａ軸受け溝５６磁気バイパス手段５７磁気発生体５８着磁ヨーク６２第１ヨーク６２ａ第１のヨーク片６２ｂ第２のヨーク片６３第２ヨーク６３ａ第３のヨーク片６３ｂ第４のヨーク片６４第１空隙７０エアギャップ７１エアギャップ７２第３空隙７３第３空隙７６磁性体８４ａ，８５ａヨーク片８６磁性体板９１ａ磁気回路

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】外部からの回転操作に応動して回転する
回転軸に配置され、前記回転軸に対して垂直方向に磁化
された磁気発生体と、前記磁気発生体の磁極を囲繞し前
記回転軸を通る第一平面に平行に形成された少なくとも
２個の第１空隙のもとで対向する第１ヨークおよび第２
ヨークと、前記第１空隙内に配置されて前記磁気発生体
の回転に伴って前記第１空隙内の磁束密度の変化に感応
する磁気感受素子と、前記第１空隙を形成する前記第１
ヨーク及び第２ヨークの断面積より小さい断面積をも
ち、前記第１空隙の近傍に配置された磁性体を含み、前
記第１空隙より小さい第２空隙のもとで形成された磁気
バイパス手段を備え、前記磁気発生体は前記回転軸と直
交するエアギャップの存在下で前記第１ヨークおよび第
２ヨークの内側を回転可能である非接触型位置センサ。
【請求項２】前記第１ヨーク、第２ヨークは半円環状
の磁性体で構成した請求項１記載の非接触型位置セン
サ。
【請求項３】外部からの回転操作に応動して回転する
回転軸に配置され、前記回転軸に対して垂直方向に磁化
された磁気発生体と、前記磁気発生体を囲繞し前記回転
軸を通る第１平面に平行で、かつ前記第１平面に面対称
であるも、前記回転軸の軸方向に異なるように形成され
た少なくとも３個の第１空隙のもとで対向する第１ヨー
クおよび第２ヨークと、前記第１空隙内に配置されて前
記磁気発生体の回転に伴って前記第１空隙内の磁束密度
の変化に感応する磁気感受素子と、前記第１空隙を形成
する前記第１ヨーク及び第２ヨークの断面積より小さい
断面積をもち、前記第１空隙の近傍に配置された磁性体
を含み、前記第１空隙より小さい第２空隙のもとで形成
された磁気バイパス手段を備え、前記磁気発生体は前記
回転軸と直交する方向及び前記回転軸の軸方向のエアギ
ャップの存在下で前記第１ヨークおよび第２ヨークの内
側を回転可能である非接触型位置センサ。
【請求項４】第１のヨーク片と第２のヨーク片を有す
る第１ヨークと、前記第１のヨーク片に端面が対向する
第３のヨーク片と前記第２のヨーク片に側面が対向する
第４のヨーク片を有する第２ヨークと、前記第１ヨーク
および第２ヨークにより構成される空間内に位置し、外
部からの回転操作に応動して回転する回転軸に配置され
て前記回転軸に対し垂直方向に磁化された磁気発生体
と、前記回転軸を通る第１平面に平行に形成された前記
第１ヨークと第２ヨーク間の連続した単一の第１空隙内
に配設され、前記磁気発生体の回転に伴う前記第１空隙
内の磁束の変化に感応する磁気感受素子と、前記第１空
隙を形成する前記第１ヨークまたは第２ヨークの断面積
より小さい断面積をもち、前記第１空隙の近傍に配置さ
れた磁性体を含み、前記第１空隙より小さい第２空隙の
もとで形成された磁気バイパス手段を備え、前記第１ヨ
ーク及び第２ヨークは前記回転軸を通る前記第１平面に
対し垂直で、かつ前記回転軸を通る第２平面上で鍵型断
面形状をしており、前記磁気発生体は前記回転軸の軸方
向及び前記回転軸と直交する方向のエアギャップの存在
下で、前記第１ヨーク及び第２ヨークの内周を回転可能
である非接触型位置センサ。
【請求項５】前記第１ヨーク及び第２ヨークは底部を
有する半円筒状のヨークである請求項４記載の非接触型
位置センサ。
【請求項６】前記第１ヨーク及び第２ヨークは底部を
有する半円筒状のヨークであり、前記ヨークの底部に前
記第１空隙より大きい前記回転軸を中心とする円形の第
３空隙を付加した請求項４記載の非接触型位置センサ。
【請求項７】前記第３空隙の直径は、前記磁気発生体
の外形まで大きくした請求項６記載の非接触型位置セン
サ。
【請求項８】前記磁気バイパス手段としての磁性体の
透磁率が、前記磁気発生体の回転移動に伴う前記磁気バ
イパス手段としての磁性体に印加される磁界の強さに対
して正の係数で、かつ非線形である請求項１、３、４の
いずれかに記載の非接触型位置センサ。
【請求項９】前記第１空隙に対し少なくとも２個以上
の前記磁気バイパス手段を備え、前記磁気バイパス手段
の間に形成された第１空隙に磁気感受素子を配設した請
求項１、３、４のいずれかに記載の非接触型位置セン
サ。
【請求項１０】前記第１空隙の近傍に配設する磁気バ
イパス手段としての磁性体は、前記第１空隙を架橋する
磁路を少なくとも２つ有する１枚の磁性体板で構成さ
れ、前記磁路間に存在する前記第１空隙に磁気感磁素子
を配置し、前記第１ヨークと第２ヨークとに対し前記磁
性体板を機械的連結手段で一体化した請求項１、３、４
のいずれかに記載の非接触型位置センサ。
【請求項１１】前記磁気バイパス手段としての磁性体
の材質は、前記ヨークを構成する部材と同一である請求
項１、３、４のいずれかに記載の非接触型位置センサ。
【請求項１２】前記磁気バイパス手段としての磁性体
の材質は、前記ヨークを構成する部材と異なる請求項
１、３、４のいずれかに記載の非接触型位置センサ。
【請求項１３】前記磁気バイパス手段を形成する磁性
体が電磁鋼板あるいは構造用圧延鋼または構造用鋼から
成る軟磁性体である請求項１、３、４のいずれかに記載
の非接触型位置センサ。
【請求項１４】前記第２空隙を構成する部材は非磁性
体であり、前記第１ヨークと第２ヨークの表面及び前記
磁気バイパス手段としての磁性体の表面間に前記第２空
隙を形成し、前記第１ヨークと第２ヨーク及び前記磁気
バイパス手段を機械的に一体化した請求項１、３、４の
いずれかに記載の非接触型位置センサ。
【請求項１５】前記第２空隙を構成する非磁性体の部
材は、メッキ膜または塗装膜で形成した請求項１４に記
載の非接触型位置センサ。
【請求項１６】前記第２空隙を構成する非磁性体の部
材は、フィルム状のテープで形成した請求項１４に記載
の非接触型位置センサ。
【請求項１７】非磁性体で構成された第２空隙を含む
前記磁気バイパス手段を前記第１ヨーク及び第２ヨーク
に機械的に一体化する手段は、熱硬化樹脂、射出成形樹
脂、非磁性のハトメ、熱溶着、超音波溶着のいずれかで
ある請求項１４に記載の非接触型位置センサ。
【請求項１８】前記第１ヨーク及び第２ヨークに凹部
を設け、前記凹部に前記磁気バイパス手段を固定した請
求項１、３、４のいずれかに記載の非接触型位置セン
サ。
【請求項１９】前記第１空隙は、前記第１ヨーク及び
第２ヨーク間を機械的に一体化する非磁性から成るスペ
ーサにより構成した請求項１、３、４のいずれかに記載
の非接触型位置センサ。
【請求項２０】前記第１ヨーク及び第２ヨーク間の前
記第１空隙中に充填剤が挿入され、その充填剤にて前記
磁気感応素子を保持した請求項１、３、４のいずれかに
記載の非接触型位置センサ。
【請求項２１】前記第１空隙内に少なくとも２個以上
の前記磁気感応素子を配設した請求項１、３、４のいず
れかに記載の非接触型位置センサ。
【請求項２２】前記磁気感受素子はホール素子である
請求項１、３、４のいずれかに記載の非接触型位置セン
サ。
【請求項２３】前記磁気発生体が円盤状の磁石より構
成される請求項１、３、４のいずれかに記載の非接触型
位置センサ。
【請求項２４】前記磁気発生体がリング状の磁石より
構成される請求項１、３、４のいずれかに記載の非接触
型位置センサ。
【請求項２５】前記磁気発生体は、円弧状の２つの磁
極面を有した磁石により構成される請求項１、３、４の
いずれかに記載の非接触型位置センサ。
【請求項２６】前記磁気発生体に前記回転軸と同軸の
位置決め穴を有することを特徴とする請求項１、３、４
のいずれかに記載の非接触型位置センサ。