JP2004150905A - 非接触式回転位置センサ及び非接触式回転位置センサを有する電子制御スロットル弁装置 - Google Patents
非接触式回転位置センサ及び非接触式回転位置センサを有する電子制御スロットル弁装置 Download PDFInfo
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Abstract
【課題】回転移動する物体の回転位置を精度良くセンシングする、コンパクトな非接触式回転位置センサを提供する。
【解決手段】磁路の途中に磁気絞り部を設け、この絞り部に２個の磁気感応素子を隣接して配置する。磁束を効果的に磁気感応素子の装着部に集めることができ、感度の高い高精度の非接触式回転位置センサが得られるとともに、２個の磁気感応素子が隣接しているため、磁気感応素子からの信号線の引き回しが簡素化できる。
【選択図】 図１６
【解決手段】磁路の途中に磁気絞り部を設け、この絞り部に２個の磁気感応素子を隣接して配置する。磁束を効果的に磁気感応素子の装着部に集めることができ、感度の高い高精度の非接触式回転位置センサが得られるとともに、２個の磁気感応素子が隣接しているため、磁気感応素子からの信号線の引き回しが簡素化できる。
【選択図】 図１６
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は例えば内燃機関のスロットル弁のスロットルシャフトの回転角度やアクセルペダルの踏み込み角度を検出する回転位置センサに関し、特に非接触式回転位置センサに関する。また、本発明はそのような非接触式回転位置センサを備えた絞弁組立体に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来のこの種の回転位置センサとしては特許文献１に記載されたものが知られている。
【０００３】
この種のセンサの分野では、磁気感応素子は、素子の故障を判断したり、１個のセンサが故障した時のバックアップのために通常２個取り付けられる。
【０００４】
【特許文献１】
米国特許第５５２８１３９号
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
この従来技術では、２個の磁気感応素子はステータの周上の互いに１８０度ずれた反対側に配置される。このため、磁気感応素子からの信号配線は、離れた２点からの配線になり、量産化の妨げになるという問題があった。
【０００６】
本発明の目的は、非接触式回転位置センサとしての十分な性能を保持しながら、２個の磁気感応素子を隣接して配置できる非接触式回転位置センサを提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために本発明では、回転子を形成する永久磁石を挟んで配置される固定子（ステータ）側磁路の一部に磁束を集中させる絞り部を設け、当該磁束絞り部（磁束収束部）に２個の磁気感応素子を並列あるいは重ねて配置する。
【０００８】
また別の発明では永久磁石を回転軸の端部に装着し、本体に装着される樹脂カバーにこの磁石を挟んで磁気通路を形成するステータ組立体を装着し、このステータ組立体には磁束を集中させる絞り部（磁束収束部）を設けてその磁束収束部に２個の磁気感応素子を並列あるいは重ねて設置する。
【０００９】
またさらに別の発明では、永久磁石をスロットルシャフトの端部に装着し、本体（スロットルボディー）に装着される樹脂製のギアカバーにこの磁石を挟んで磁気通路を形成するステータ組立体を装着し、このステータ組立体には磁束を集中させる絞り部（磁束収束部）を設けてその磁束収束部に２個の磁気感応素子を並列あるいは重ねて設置する。ギアカバーに磁気感応素子の入出力端子の他にモータの入出力端子に接続される複数の導体を一緒にインサートモールドし、ギアカバーに設けたコネクタ部にそれら導体の端部を配置する。
【００１０】
【発明の実施の形態】
図１から図６を用いて本発明の第一の実施例を説明する。
【００１１】
図１は本実施例の外観を示し、図２はその内部構造がわかるように示した図である。図１，図２に示すように、本実施例では、リング状（環状）の永久磁石
１０およびリング状の永久磁石１０を支持するシャフト（回転軸）１５により回転子を形成し、リング状の永久磁石１０を磁性板（磁性体組立体）１１，１２，１３，１４で上下に挟み込む。
【００１２】
上側の磁性板１１，１２は、お互いに水平方向に離れて配置される。下側の磁性板１３，１４も同様である。その結果両磁性板１１，１２の間にエアギャップ１８が形成される。
【００１３】
磁性板１１，１３には、リング状の永久磁石１０の外周部位に磁束絞り部（磁束収束部）を形成する突起状磁性体１６，１７が形成され、突起状磁性体１６，１７の間に磁気感応素子の一種である２個のホール素子２１，２２を配置する。ここで、磁性板１２，１４の間にも磁性板１１，１３と同様の突起状磁性体を配置してもよいが、必ずしも必要ではない。ここで、ホール素子２１、あるいはホール素子２２のうち、どちらか片方だけでも機能するが、故障時の相互のバックアップあるいは故障診断のチェック用に２個配置する。また、磁束絞り部（磁束収束部）を形成する突起状磁性体１６，１７は、それぞれ磁性板１１，１３と一体に形成しても良いし、別体に形成しておいて後から接着あるいは溶接によって取り付けても良い。
【００１４】
この実施例の正面図を図６に示す。
【００１５】
磁性板１１，１３および１２，１４は略均一なギャップＧ１を以って対面配置されている。
【００１６】
磁性板１１，１２とリング状の永久磁石１０の上面との間には均一な小ギャップｇ１が設けてあり、また磁性板１３，１４とリング状の永久磁石１０の下面との間には均一な小ギャップｇ２が設けられている。
【００１７】
その結果ギャップＧ１は磁石の厚みｔ１に、小ギャップｇ１，ｇ２を加えた大きさとなる。
【００１８】
また、突起状磁性体１６，１７のギャップはリング状の永久磁石１０の厚み
ｔ１より小さい。
【００１９】
また、磁性板１１，１２の間のエアギャップ１８はなくても良い。この実施例は後述する。
【００２０】
さらに、磁性板１３，１４の間に設けられたシャフト１５の挿通孔の径ｄは、リング状の永久磁石１０の外径Ｄ０よりも小さくした方がよく、リング状の永久磁石１０の内径Ｄよりも小さくする方が望ましい。シャフト１５は、磁性体，非磁性体のどちらでも良い。
【００２１】
以上、本発明の構造について説明したので、次に、本構造における磁束の流れについて説明し、本発明の原理を示す。
【００２２】
リング状の永久磁石１０は、図３の矢印で示すように、概ね回転軸方向に着磁されている。リング状の永久磁石１０の磁化の向きは、回転方向１８０°の領域で略上向きにその他の領域は略下向きである。
【００２３】
このときの磁束密度ベクトルは、概略図４のような分布をなす。すなわち、リング状の永久磁石１０による磁場は、上下の磁性板１１，１２，１３，１４に分流され、その一部は、突起状磁性体１６，１７並びにホール素子２１，２２を通過する。ホール素子２１，２２を通過する磁場の向きと強さは、リング状の永久磁石１０の回転位置によって変化する。
【００２４】
ここで、リング状の永久磁石１０の回転位置と、ホール素子２１を通過する磁束量との関係について、図５を用いて説明する。図５には、リング状の永久磁石１０における磁場の向きを示す。
【００２５】
この回転位置において、領域ａと領域ｂは、丁度同じ開き角度にあり、それぞれの領域の磁場の向きは、互いに反対の向きである。このため、領域ａと領域ｂからの磁束は互いに打ち消し合う。実際は、磁化分布の向きが反転する領域ａと領域ｃの境界付近は、磁化が弱まっているので、厳密には相殺しないが、概ね打ち消し合うと見て良い。
【００２６】
このため、残りの領域ｃにおける磁束の大部分が、磁気抵抗の小さい磁路を形成する突起状磁性体１６，１７を通過する。この量は、永久磁石１０の領域ｃが占める断面積にほぼ比例している。
【００２７】
また、永久磁石１０の領域ｃが占める断面積は、リング状の永久磁石１０の回転角度に比例する。従って、ホール素子２１，２２で検出される磁束密度は、リング状の永久磁石１０の回転角度に概ね比例している。これにより、ホール素子２１，２２で検出される磁束密度をセンシングすることにより、リング状の永久磁石１０の回転角度、すなわちシャフト１５の回転角度が検出できることになる。
【００２８】
上下の磁性板１１と１３，１２と１４は均一なギャップＧ１を保って対面している。上下の磁性板１１と１３，１２と１４はリング状の永久磁石１０との間に均一なギャップｇ１（上側ギャップ），ｇ２（下側ギャップ）を保ってリング状の永久磁石１０と対面している。ギャップＧ１はリング状の永久磁石１０の厚さｔ１よりギャップｇ１＋ｇ２分だけ大きい。しかし、突起状磁性体１６，１７間のギャップＧ２はリング状の永久磁石１０の厚さより小さい。この構成によってリング状の永久磁石１０の磁束を突起状磁性体１６，１７において収束させることができる。この意味において、突起状磁性体１６，１７は磁気絞り部を形成する。つまり、磁性板１１，１３間に磁束の通り易い部分として突起状磁性体１６，１７を設け、この部分に磁束を集中させることが本実施例のポイントである。
【００２９】
なお、本センサを低コストで生産する場合、各部位の取り付け精度は±０．２ｍｍ程度であることを考えると、本実施例において、リング状の永久磁石１０と上下の磁性板１１，１２，１３，１４の間のエアギャップｇ１，ｇ２の長さを、それぞれ０．５ｍｍ 以上、望ましくは１ｍｍ前後にした方が、取り付け誤差によるセンサの特性への影響を小さくできる。これは、以下の実施例においても共通事項である。
【００３０】
磁性材は多かれ少なかれ、磁気ヒステリシス特性を有しており、一般的に０．５Ｔあるいは１Ｔを超えると、磁気ヒステリシス効果が次第に顕著になってくる。回転位置センサの回転位置精度を高精度にするためには、磁気ヒステリシスは極力小さい範囲で使うのが望ましい。従って、磁性材内部、代表的には磁性板１１，１２，１３，１４の内部の磁束密度が０．５Ｔ 以下であることが望ましい。また、磁気ヒステリシスの小さい磁性材料、例えばパーマロイ等を使うことが望ましい。以上のことは、以下に示す他の実施例においても共通事項である。
【００３１】
なお、本実施例では、永久磁石はリング状であるが、円盤状のものでも、同様の機能を持たせることができる。
【００３２】
本実施例では、磁気感応素子であるホール素子２１，２２を並列に配置したが、図７に示すように、ホール素子２１，２２を突起状磁性体１６，１７の間のギャップＧ２に重ねて配置しても良い。
【００３３】
本発明の第二の実施例を図８から図１２の図を用いて説明する。図８は本実施例の外観を示し、図９はその内部構造がわかるように示した図である。図８，図９に示すように、本実施例は、先の第一の実施例と殆ど構造は変わらないが、唯一、上部の磁性板３０が１枚ものになっている点が異なる。リング状の永久磁石１０からの磁束を、突起状磁性体１６，１７の方に分流するためには、上下の磁性板のうち、どちらか一方に水平方向エアギャップがあれば良く、本実施例では、下側の磁性板１３，１４に水平方向エアギャップがある例を示してある。図１０はリング状の永久磁石１０の磁化分布を示しており、図１１は磁束密度ベクトル分布の様子を示している。
【００３４】
本実施例では、磁性板３０において、リング状の永久磁石１０の上部の部分に磁路が形成されるため、突起状磁性体１６，１７に分流する磁束の量が減少するものの、上部の磁性板３０は１枚もので良いため、部品数が減り、製作し易いという効果がある。また、回転位置センサを下部の面で固定する場合、上部は外側になるが、外側からの磁性体の侵入によるセンサ出力への影響が軽減できるという効果もある。
【００３５】
以上に述べた第一及び第二の実施例で共通の内容として、磁性板１１や磁性板３０に設けた突起状磁性体１６，１７の裏側には、凹み部３１，３２を設けている。この凹み部３１，３２は必須のものではないが、この凹み部３１，３２を設けると、磁性板１１や磁性板３０の磁気ヒステリシスによる非接触式回転位置センサ特性への悪影響を緩和できるという利点がある。また、図２２，図２３に示したように、凹み部３１にさらに凹み部３３を設けて、凹み部を２段あるいは多段構造にすると効果はさらに大きくなる。
【００３６】
この物理的理由を図１３および図１４を用いて説明する。リング状の永久磁石１０の回転に伴い、上側の磁性板１１，１２には磁気ヒステリシスに伴う残留磁化成分が残る。磁気感応素子であるホール素子２１，２２に影響を与えるのは、磁性板１１上の残留磁化成分の方なので、図１３には磁性板１１の方のみの残留磁化成分を３種類の太い矢印で示してある。点Ｐ，点Ｑ，点Ｒに示した黒矢印，斜線矢印，白ぬき矢印は、磁性板１１に発生した磁化成分をあらわす。白ぬき矢印，斜線矢印，黒矢印の順に磁化成分が強いことを意味する。上から見て反時計回りを正回転、その逆を逆回転と呼ぶ。
【００３７】
図１３の上部に示す状態Ａから、リング状の永久磁石１０が９０度正回転すると、状態Ｂを経て、状態Ｃになる。次にリング状の永久磁石１０が９０度逆回転すると、状態Ｃから、状態Ｄを経て、状態Ａにもどる。
【００３８】
リング状の永久磁石１０のＮ極とＳ極の境目に位置する磁石板１１の点Ｐにおいて、磁化成分７０が生成される。点Ｑ，点Ｒでもそれぞれ磁化成分７１′，７２″が生成されている。
【００３９】
状態Ｂに移ると、リング状の永久磁石１０のＮ極とＳ極の境目に相当する位置が点Ｑに移動するため、点Ｑでは一番強い磁化成分７１をもつ。点Ｐでは、前の状態Ａで強い磁化成分７０があったので、ヒステリシス効果により、点Ｒよりは強い磁化成分７０′をもつ。
【００４０】
状態Ｃに移ると、リング状の永久磁石１０のＮ極とＳ極の境目に相当する位置が点Ｒに移動するため、点Ｒで一番強い磁化成分７２をもつ。点Ｑでは、前の状態Ｂで強い磁化成分７１があったので、ヒステリシス効果により、点Ｐよりは強い磁化成分７１′をもつ。
【００４１】
次に逆回転して、状態Ｄに移ると、リング状の永久磁石１０のＮ極とＳ極の境目に相当する位置が再び点Ｑに移動するため、点Ｑで一番強い磁化成分７１をもつ。点Ｒでは、前の状態Ｃで強い磁化成分７２があったので、ヒステリシス効果により、点Ｐよりは強い磁化成分７２′をもつ。
【００４２】
状態Ａにもどると、リング状の永久磁石１０のＮ極とＳ極の境目に相当する位置が点Ｐに移動するため、点Ｐで一番強い磁化成分７０をもつ。点Ｑでは、前の状態Ｄで強い磁化成分７１があったので、ヒステリシス効果により、点Ｒよりは強い磁化成分７１′をもつ。
【００４３】
このように、ヒステリシス効果により、状態Ｂと状態Ｄでは、点Ｐ，点Ｒでの磁化の強さが異なる。このため、この影響がホール素子２１，２２の信号成分にのる。
【００４４】
磁性板３０および磁性板１３に設けた突起状磁性体１６，１７の裏側に、凹み部３１，３２を設けた場合、そこの磁路の開口部が狭くなるため、磁束が集中する。図１４では、ホール素子２１，２２の上部の磁気絞り部の右側の部分である。このため、図１４に示すように、磁性板１１の左側の磁気絞り部で有意な磁化成分８０〜８３をもつ。
【００４５】
ここで、状態Ｂと状態Ｄに着目する。
【００４６】
状態Ｂでは、点Ｐと点Ｒの磁化のアンバランスにより、ホール素子２１，２２には上向きの磁束成分が発生する。これに対して、凹み部３１，３２を設けた場合、新たに発生した磁化成分８１により、ホール素子２１，２２には下向きの磁束成分が発生する。これは、点Ｐと点Ｒの磁化のアンバランスによる影響を弱める方向に働く。
【００４７】
状態Ｄでは、点Ｐと点Ｒの磁化のアンバランスにより、ホール素子２１，２２には下向きの磁束成分が発生する。これに対して、凹み部３１，３２を設けた場合、新たに発生した磁化成分８３により、ホール素子２１，２２には上向きの磁束成分が発生する。この状態Ｄにおいても、凹み部３１，３２は、点Ｐと点Ｒの磁化のアンバランスによる影響を弱める方向に働く。
【００４８】
以上の理由により、磁性板１１に凹み部３１，３２を設けると、磁性板１１の磁気ヒステリシスによる非接触式回転位置センサ特性への悪影響を緩和できる。
【００４９】
本発明の第二の実施例を収納ケースに収めた例としての第三の実施例について説明する。図１５には、磁性板３０，１３，１４を非磁性体製のケース６０への取り付け方の一例である。磁性板１３，１４のコーナーは隅切りしており、それに応じて、ケース６０の四隅には、非磁性体製の三角柱４０を配設する。あるいは、このような形状になるように、ケース６０の内部を加工する。磁性板１３，１４，磁気絞り部である突起状磁性体１７で構成された底板１０１をケース６０の内部に挿入する。シャフト１５に固定されたリング状の永久磁石１０を挿入し、その上に磁性板３０をかぶせる。このとき、前述の非磁性体製の三角柱４０によって、磁性板３０とリング状の永久磁石１０の間にはある一定のギャップｇ１が形成される。
【００５０】
本発明の第二の実施例を例えばアクセルペダルの踏込み量を検出する回転位置センサとして実機に適用した第四の実施例について説明する。図１６は、本実施例における装置上面図を、また、そのＡ−Ａ断面図を図１７に、Ｂ−Ｂ断面図を図１８に示す。
【００５１】
図１６において、回転角を検出すべき対象装置の収納ケース６０には回転軸を外に出すための回転軸貫通用穴６５が設けられており、収納ケース６０の外表面上に、突起状磁性体１７が取り付けられた磁性板１３および突起状磁性体がない磁性板１４，ホール素子２１，２２を装着する。対象装置の即ち、例えばアクセルペダルの踏込みに応じて回転する回転軸には、リング状の永久磁石１０とシャフト１５が一体となったものを取り付ける。さらに、磁性板１３および磁性板１４の上には非磁性体のスペーサ９０を挟み込んで、その上に磁性板３０を載せ、収納カバー６１を載せて固定する。
【００５２】
ホール素子２１，２２からの信号線は、信号端子５１，５６に接続される。また、ホール素子２１，２２からのアース線は、アース端子５２，５５に接続されており、ホール素子２１，２２からの電源線は、電源端子５３，５４に接続されている。
【００５３】
さらに、ホール素子２１，２２からの信号線とアース端子間、並びにホール素子２１，２２からの電源線とアース端子間には、それぞれ、高周波の信号ノイズおよびサージ電圧をカットするためのコンデンサー４１〜４４が具備されている。
【００５４】
なお、これまでの実施例では、磁性板１１，１２，１３，１４，３０は、隅切りの矩形状の板で例示したが、本発明はこれに限定されるものではなく、その他の形状、例えば、円盤型や、半円盤型，扇型，台形型等いずれの形状でも良い。
【００５５】
最後に、磁気感応素子２１，２２について述べる。図１９は、磁気感応素子９２と信号増幅部９３，ゼロ・スパン調整・温度補正部９４から構成されるホールＩＣ９１を示す。磁気感応素子２１，２２に、このホールＩＣ９１を用いることができる。この場合、磁気感応素子２１，２２の出力のタイプとして、図２０および図２１の２種類を設定できる。図２０は、同一信号にするＡ特性（同相出力）を表し、図２１は、逆信号にするＢ特性（クロス出力）を表す。Ａ特性は、磁気感応素子２１，２２を同一に構成すれば済む。一方、Ｂ特性を実施する方法として、次に２つの方法で実施できる。第一の方法は、ホール素子９２の向きがを互いに上下反対方向になるように、すなわち片方が表向きの場合は、もう片方は裏向きになるようにホールＩＣ９１を取り付けて、磁気感応素子２１，２２に入る磁束の向きを逆にする方法である。第二の方法は、ホール素子９２の向きはともに同一方向とし、信号増幅部９３において、片方を正の信号として増幅し、もう一方を負の信号に変換して増幅する。本実施例により、磁気感応素子２１，２２からの信号出力の利用範囲が多様化できる効果がある。
【００５６】
以下に本発明の実施の態様を列挙する。
【００５７】
【実施態様１】
外周が円形あるいは円弧状の永久磁石，前記永久磁石を支持固定するシャフト，前記永久磁石を上下から挟みこむ磁性板，前記上下磁性板少なくとも一方の磁性板がエアギャップを介して水平方向に分離されており、前記上下の磁性板の間に配置された少なくとも一つの突起状磁性体部、並びに前記突起状磁性体部の突起面に配置された少なくとも２個の隣接する磁気感応素子を有し、前記永久磁石並びに前記シャフトから構成される回転子が、上下に配置された前記磁性板に対して相対的に回転可能であり、前記永久磁石は概ね回転軸の方向に磁化されており、前記永久磁石が回転することにより、前記少なくとも２個の磁気感応素子を通過する磁束量が変動することを特徴とする非接触式回転位置センサ。
【００５８】
【実施態様２】
前記実施態様１に記載の非接触式回転位置センサにおいて、前記上下の磁性板の間に配置された少なくとも一つの突起状磁性体部の突起面に２個並列に磁気感応素子を有することを特徴とする非接触式回転位置センサ。
【００５９】
【実施態様３】
前記実施態様１に記載の非接触式回転位置センサにおいて、前記上下の磁性板の間に配置された少なくとも一つの突起状磁性体部の突起面に２個重なった磁気感応素子を有することを特徴とする非接触式回転位置センサ。
【００６０】
【実施態様４】
前記実施態様１〜３に記載の非接触式回転位置センサにおいて、少なくとも一つの突起状磁性体部が配置された前記上下の磁性板に関して、突起状磁性体部が配置された面とは反対側の面において、突起状磁性体部の配置された部位のすぐ裏側の位置において一段あるいは多段の凹み部を形成することを特徴とする非接触式回転位置センサ。
【００６１】
【実施態様５】
前記実施態様４に記載の非接触式回転位置センサにおいて、前記上下の磁性板の間に配置された少なくとも一つの突起状磁性体部と突起状磁性体部の反対側の位置の凹み部を、磁性板の押出し成型加工にて製造することを特徴とする非接触式回転位置センサ。
【００６２】
【実施態様６】
前記実施態様１〜５に記載の非接触式回転位置センサにおいて、永久磁石が半径方向にある幅をもつ円弧状であることを特徴とする非接触式回転位置センサ。
【００６３】
【実施態様７】
前記実施態様１〜５に記載の非接触式回転位置センサにおいて、永久磁石が円盤状であることを特徴とする非接触式回転位置センサ。
【００６４】
【実施態様８】
前記実施態様１〜５，７に記載の非接触式回転位置センサにおいて、永久磁石が回転軸方向から見て少なくとも２極に磁化されていることを特徴とする非接触式回転位置センサ。
【００６５】
【実施態様９】
前記実施態様１から８までに記載の非接触式回転位置センサにおいて、永久磁石と上下の磁性板の間のエアギャップの幅を、それぞれ０．５ｍｍ 以上、望ましくは１ｍｍ前後にしたことを特徴とする非接触式回転位置センサ。
【００６６】
【実施態様１０】
前記実施態様１から９までに記載の非接触式回転位置センサにおいて、磁性材内部の磁束密度が０．５Ｔ 以下であることを特徴とする非接触式回転位置センサ。
【００６７】
【実施態様１１】
前記実施態様１から１０までに記載の非接触式回転位置センサにおいて、隣接する２個の磁気感応素子からの信号出力が逆相であることを特徴とする非接触式回転位置センサ。
【００６８】
【実施態様１２】
前記実施態様１から１１までに記載の非接触式回転位置センサにおいて、磁性板と磁性板を固定する部材を樹脂成形による一体加工で製作したことを特徴とする非接触式回転位置センサ。
【００６９】
【実施態様１３】
絞弁の一端部に取り付けられた環状もしくは半環状磁石、
前記絞弁が装備された本体に装着される樹脂カバー、
当該樹脂カバーに装着される補助カバー、
前記樹脂カバーと補助カバーとに取り付けられ、前記環状もしくは半環状磁石を挟んで磁路を形成する磁路形成部材、
前記磁路内にあって前記磁路を通る磁束を特定の箇所に集中させる磁束収束部、
当該磁束収束部に取り付けられ、前記絞り弁の回転に伴う前記磁束収束部の磁束変化を検出する少なくとも２個の隣接した磁気感応素子からなる絞弁組立体。
【００７０】
【実施態様１４】
永久磁石、この永久磁石の発生する磁束を通す磁路部材、
当該磁路部材を通る磁束を特定の箇所に収束させるために前記磁路部材に設けた磁気収束部，前記磁路部材と前記永久磁石との相対的回転に伴う磁路内の磁束変化を検出すべく前記磁気収束部に配置された少なくとも２個の隣接する磁気感応素子，前記磁路部材に非接触状態で当該磁路部材を包囲する磁気シールド用磁性部材を備えた非接触式回転位置センサ。
【００７１】
これらの実施態様によれば、磁束を効果的に磁気感応素子の装着部に集めることができるため、感度の高い高精度の非接触式回転位置センサが得られるという効果がある。
【００７２】
さらに、２個の磁気感応素子を片側に配置しているため、磁気感応素子に接続した各種ケーブルの引き回しが簡素化され、量産性に富むという効果もある。
【００７３】
また、磁性板の突起状磁性体の裏側に凹み部を形成することにより、磁気感応素子からの信号のヒステリシス性を小さくできるという効果もある。
【００７４】
次に図２４により本発明になる非接触式回転位置センサを内燃機関の電子制御スロットル弁装置のスロットルポジションセンサとして同装置に組み込んだ実施例を説明する。
【００７５】
図２４は、エンジンの空気流量を制御するスロットルボディ２４Ａに本実施例に係る非接触式の回転位置センサ（スロットルポジションセンサ）を搭載した状態を示す縦断面図である。図中、他の実施例と同一符号は、同一或いは共通する要素を示すものである。
【００７６】
本実施例に係る回転位置センサ（スロットルポジションセンサ）の基本構造は図１６の実施例等と同様である。
【００７７】
異なる点は、本実施例の回転位置センサのハウジング２４１は、まず第１にスロットルボディ２４Ａに装着するギア機構３０３のカバー（ギアカバー）２４Ｂにセンサハウジング２４１を形成した点である。
【００７８】
スロットルボディ２４Ａには、スロットルシャフト３４０を駆動するモータ３０２を収容するモータハウジング３０１と、ギア機構３０３，ディフォルト機構を収容するギアハウジング３０６とが一体に成形される。このギアハウジング３０６を覆うのがギアカバー２４Ｂであり、このギアカバー２４Ｂにセンサハウジング２４１が形成されている。
【００７９】
モータ３０２の端子３０２Ａ及びそのグラウンド端子３０２Ｂは、接続金具３１１を介してギアカバー２４Ｂに設けた中間端子３１２Ａ，３１２Ｂと接続されている。
【００８０】
モータ３０２の動力は、ギア機構３０３（ピニオン３０３Ａ，中間ギア３０３Ｂ，ファイナルギア３０３Ｃ）を介してスロットルシャフト２４０に伝達され、スロットルバルブ３１０が駆動される。
【００８１】
ギアカバー２４Ｂのセンサハウジング部には孔４５が形成されており、スロットルシャフト２４０の一端がこの孔４５を通ってセンサハウジング内に延びている。
【００８２】
スロットルシャフト２４０の先端部２４１にはリング状の永久磁石１０が保持要素２４２を介して図１６に示す実施例と同じ方法で固定されている。４４０は抜け止め用の金属製Ｃリングである。
【００８３】
ギアカバー２４Ｂに設けたセンサハウジング部２４１の内部に収容される下ステータとしての磁性板１３，１４の保持構造及びそのレイアウト，ホールＩＣ２１，２２の配置及び入出力端子５１〜５６の引き出し構造（ガイド構造）と、その入出力端子５１〜５６とコンデンサ４１〜４４との接合態様及び外部接続端子５１ａ〜５６ａとの接続構造については図１６の実施例と基本的に同様である。
【００８４】
また、上ステータとしての磁性板１１，１２はカバー６１とセンサハウジング部を形成するギアカバー２４Ｂで挟んで保持する態様も図１６の実施例同様である。
【００８５】
図１６の実施例と異なる第２の点は、コネクタ６４及びその外部接続端子５１ａ〜５６ａの配置と、入出力端子５１〜５６から外部接続端子５１ａ〜５６ａ先端までの配線パターンである。
【００８６】
コネクタ６４は、ギアカバー２４Ｂの側面に一体成形され、このコネクタ６４は、センサハウジング２４１と離れた位置に配置してある。
【００８７】
コネクタ６４にインサート成形される外部接続端子５１ａ〜５６ａには、図１６に示すように回転位置センサの２個のホールＩＣに用いる入出力端子５１〜５６と、スロットル駆動用のモータ端子７Ｄ，７Ｅとが接続されている。本実施例では、２個のホールＩＣ２１，２２の電源端子ＶＤＤとＧＮＤ端子については、それぞれ共用としている。
【００８８】
すなわち、図２４の実施例のコネクタには図示されていないが、回転位置センサ（スロットルポジションセンサ）に関係する外部接続端子は、１個の電源端子ＶＤＤと１個のグラウンド端子と２個のセンサ入出力端子計４個としている。また、外部接続端子は、上記回転位置センサ用のものにモータ用の電源端子とそのグラウンド端子とを合わせれば総計６個となり、これらの端子を３個ずつ２列に配置している（図面にはホールＩＣの入出力端子に及びその接続導体は図１６に合わせて６本あるように記載しているが実際は４本に纏められている）。
【００８９】
電源端子ＶＤＤに対応の導体，グラウンド端子に対応の導体，センサ出力端子に対応の導体及びモータ端子に対応の２本の導体は、ギアカバー２４Ｂにインサート成形により埋設される。
【００９０】
外部接続端子５１ａ〜５６ａ接続端子部のうち、電源用導体については途中で二つに分かれて、各一端が各ホールＩＣ２１，２２の電源端子との接合部に引き出されている。グラウンド用導体についても途中で二つに分かれて、各一端が各ホールＩＣ２１，２２のグラウンド端子との接合部に引き出されている。
【００９１】
また、外部接続端子５１ａ〜５６ａ接続端子部はコンデンサ４１〜４４などの回路素子と接続するためにその一部が露出するようにしてある。このうち、電源用導体に対応の露出部は１つ、グラウンド用導体に対応の露出部７Ｂは２つ、センサ出力用導体に対応の露出部は１つずつとしてある。
【００９２】
その導体露出部の配列は、センサ出力用導体露出部グラウンド用導体露出部，電源用導体露出部，グラウンド用導体露出部，センサ出力用導体露出部の順としてある。
【００９３】
そして、センサ出力用導体露出部とグラウンド用導体露出部との間，電源用導体露出部とグラウンド用導体露出部７Ｂ″との間，グラウンド用導体露出部とセンサ出力用導体露出部の間に、それぞれコンデンサ４１〜４４などの回路素子を接続している。この回路素子は、導体露出部間に設けた凹部（穴部）に挿入されているこのため図２４では破線で示してある。
【００９４】
本実施例によれば、図１６の実施例と同様の効果を奏するほかに、外部接続端子及びインサートモールドされるワイヤハーネスの合理化を一層図ることができる。
【００９５】
なおこの種センサの従来技術としては他にも日本特許第２８４２４８２号，日本特許第２９２０１７９号，米国特許第５７８９９１７号および米国特許第６１３７２８８号に記載されたものが知られている。これら従来技術は永久磁石側を回転子とすると、固定子内の円周方向の磁束密度が、回転子の回転方向に対して線形的に分布していることに着目したものであり、固定子内の磁場分布が、磁石が取付けられた回転子の回転位置になるべく影響されないようにするために、回転子と固定子との対向面の形状に関しては、回転方向に対して垂直な方向の長さが均一になるように構成している。この点で上記した本実施例の磁路構成と基本的に構成が異なる。
【００９６】
【発明の効果】
本発明によれば、精度を落とさずにコンパクトな非接触式回転位置センサあるいはそれを備えた電子制御スロットル弁装置が得られた。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第一の実施例の外観を示す図である。
【図２】本発明の第一の実施例の内部構造を示す図である。
【図３】本発明の第一の実施例の構成部品であるリング状の永久磁石の磁化分布を示す図である。
【図４】本発明の第一の実施例における磁束密度ベクトル分布を示す図である。
【図５】本発明の第一の実施例における非接触回転位置センサの動作原理を説明する図である。
【図６】本発明の第一の実施例における非接触回転位置センサの断面図である。
【図７】本発明の第一の実施例の変形例の外観を示す図である。
【図８】本発明の第二の実施例の外観を示す図である。
【図９】本発明の第二の実施例の内部構造を示す図である。
【図１０】本発明の第二の実施例の構成部品であるリング状の永久磁石の磁化分布を示す図である。
【図１１】本発明の第二の実施例における磁束密度ベクトル分布を示す図である。
【図１２】本発明の第二の実施例における非接触回転位置センサの断面図である。
【図１３】本発明において、凹み部がないときの信号のヒステリシス現象を説明する図である。
【図１４】本発明において、凹み部があるときの信号のヒステリシス現象が緩和される原理を説明する図である。
【図１５】本発明の第三の実施例の外観を示す図である。
【図１６】本発明の第四の実施例の外観を示す図である。
【図１７】本発明の第四の実施例のＡ−Ａ断面図を示す図である。
【図１８】本発明の第四の実施例のＢ−Ｂ断面図を示す図である。
【図１９】磁気感応素子としてのホールＩＣを示す図である。
【図２０】ホールＩＣの第一番目の出力特性を示す図である。
【図２１】ホールＩＣの第二番目の出力特性を示す図である。
【図２２】凹み部が二段構造になった実施例を示す図である。
【図２３】凹み部が二段構造になった実施例の断面を示す図である。
【図２４】本発明になるセンサを搭載した内燃機関の電子制御スロットル弁装置の断面図である。
【符号の説明】
１０…リング状の永久磁石、１１，１２，１３，１４，３０…磁性板、１５…シャフト、１６，１７…突起状磁性体、１８…磁性板１１，１２の間のエアギャップ、２１，２２，９２…ホール素子、３１，３２，３３…凹み部、４０…非磁性三角柱、４１，４２，４３，４４…コンデンサー、５０ａ，５１ａ…突起部位、５１，５６…信号端子、５２，５５…アース端子、５３，５４…電源端子、
６０…収納ケース、６１…収納カバー、６２，６３…取り付け穴、７０，７０′，７０″，７１，７１′，７１″，７２，７２′，７２″，８０，８１，８２，８３…磁化成分、９０…非磁性スペーサ、９１…ホールＩＣ、９３…信号増幅部、９４…ゼロ・スパン調整・温度補正部、１００，２００，３００，４００，５００…非接触式回転位置センサ。
【発明の属する技術分野】
本発明は例えば内燃機関のスロットル弁のスロットルシャフトの回転角度やアクセルペダルの踏み込み角度を検出する回転位置センサに関し、特に非接触式回転位置センサに関する。また、本発明はそのような非接触式回転位置センサを備えた絞弁組立体に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来のこの種の回転位置センサとしては特許文献１に記載されたものが知られている。
【０００３】
この種のセンサの分野では、磁気感応素子は、素子の故障を判断したり、１個のセンサが故障した時のバックアップのために通常２個取り付けられる。
【０００４】
【特許文献１】
米国特許第５５２８１３９号
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
この従来技術では、２個の磁気感応素子はステータの周上の互いに１８０度ずれた反対側に配置される。このため、磁気感応素子からの信号配線は、離れた２点からの配線になり、量産化の妨げになるという問題があった。
【０００６】
本発明の目的は、非接触式回転位置センサとしての十分な性能を保持しながら、２個の磁気感応素子を隣接して配置できる非接触式回転位置センサを提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために本発明では、回転子を形成する永久磁石を挟んで配置される固定子（ステータ）側磁路の一部に磁束を集中させる絞り部を設け、当該磁束絞り部（磁束収束部）に２個の磁気感応素子を並列あるいは重ねて配置する。
【０００８】
また別の発明では永久磁石を回転軸の端部に装着し、本体に装着される樹脂カバーにこの磁石を挟んで磁気通路を形成するステータ組立体を装着し、このステータ組立体には磁束を集中させる絞り部（磁束収束部）を設けてその磁束収束部に２個の磁気感応素子を並列あるいは重ねて設置する。
【０００９】
またさらに別の発明では、永久磁石をスロットルシャフトの端部に装着し、本体（スロットルボディー）に装着される樹脂製のギアカバーにこの磁石を挟んで磁気通路を形成するステータ組立体を装着し、このステータ組立体には磁束を集中させる絞り部（磁束収束部）を設けてその磁束収束部に２個の磁気感応素子を並列あるいは重ねて設置する。ギアカバーに磁気感応素子の入出力端子の他にモータの入出力端子に接続される複数の導体を一緒にインサートモールドし、ギアカバーに設けたコネクタ部にそれら導体の端部を配置する。
【００１０】
【発明の実施の形態】
図１から図６を用いて本発明の第一の実施例を説明する。
【００１１】
図１は本実施例の外観を示し、図２はその内部構造がわかるように示した図である。図１，図２に示すように、本実施例では、リング状（環状）の永久磁石
１０およびリング状の永久磁石１０を支持するシャフト（回転軸）１５により回転子を形成し、リング状の永久磁石１０を磁性板（磁性体組立体）１１，１２，１３，１４で上下に挟み込む。
【００１２】
上側の磁性板１１，１２は、お互いに水平方向に離れて配置される。下側の磁性板１３，１４も同様である。その結果両磁性板１１，１２の間にエアギャップ１８が形成される。
【００１３】
磁性板１１，１３には、リング状の永久磁石１０の外周部位に磁束絞り部（磁束収束部）を形成する突起状磁性体１６，１７が形成され、突起状磁性体１６，１７の間に磁気感応素子の一種である２個のホール素子２１，２２を配置する。ここで、磁性板１２，１４の間にも磁性板１１，１３と同様の突起状磁性体を配置してもよいが、必ずしも必要ではない。ここで、ホール素子２１、あるいはホール素子２２のうち、どちらか片方だけでも機能するが、故障時の相互のバックアップあるいは故障診断のチェック用に２個配置する。また、磁束絞り部（磁束収束部）を形成する突起状磁性体１６，１７は、それぞれ磁性板１１，１３と一体に形成しても良いし、別体に形成しておいて後から接着あるいは溶接によって取り付けても良い。
【００１４】
この実施例の正面図を図６に示す。
【００１５】
磁性板１１，１３および１２，１４は略均一なギャップＧ１を以って対面配置されている。
【００１６】
磁性板１１，１２とリング状の永久磁石１０の上面との間には均一な小ギャップｇ１が設けてあり、また磁性板１３，１４とリング状の永久磁石１０の下面との間には均一な小ギャップｇ２が設けられている。
【００１７】
その結果ギャップＧ１は磁石の厚みｔ１に、小ギャップｇ１，ｇ２を加えた大きさとなる。
【００１８】
また、突起状磁性体１６，１７のギャップはリング状の永久磁石１０の厚み
ｔ１より小さい。
【００１９】
また、磁性板１１，１２の間のエアギャップ１８はなくても良い。この実施例は後述する。
【００２０】
さらに、磁性板１３，１４の間に設けられたシャフト１５の挿通孔の径ｄは、リング状の永久磁石１０の外径Ｄ０よりも小さくした方がよく、リング状の永久磁石１０の内径Ｄよりも小さくする方が望ましい。シャフト１５は、磁性体，非磁性体のどちらでも良い。
【００２１】
以上、本発明の構造について説明したので、次に、本構造における磁束の流れについて説明し、本発明の原理を示す。
【００２２】
リング状の永久磁石１０は、図３の矢印で示すように、概ね回転軸方向に着磁されている。リング状の永久磁石１０の磁化の向きは、回転方向１８０°の領域で略上向きにその他の領域は略下向きである。
【００２３】
このときの磁束密度ベクトルは、概略図４のような分布をなす。すなわち、リング状の永久磁石１０による磁場は、上下の磁性板１１，１２，１３，１４に分流され、その一部は、突起状磁性体１６，１７並びにホール素子２１，２２を通過する。ホール素子２１，２２を通過する磁場の向きと強さは、リング状の永久磁石１０の回転位置によって変化する。
【００２４】
ここで、リング状の永久磁石１０の回転位置と、ホール素子２１を通過する磁束量との関係について、図５を用いて説明する。図５には、リング状の永久磁石１０における磁場の向きを示す。
【００２５】
この回転位置において、領域ａと領域ｂは、丁度同じ開き角度にあり、それぞれの領域の磁場の向きは、互いに反対の向きである。このため、領域ａと領域ｂからの磁束は互いに打ち消し合う。実際は、磁化分布の向きが反転する領域ａと領域ｃの境界付近は、磁化が弱まっているので、厳密には相殺しないが、概ね打ち消し合うと見て良い。
【００２６】
このため、残りの領域ｃにおける磁束の大部分が、磁気抵抗の小さい磁路を形成する突起状磁性体１６，１７を通過する。この量は、永久磁石１０の領域ｃが占める断面積にほぼ比例している。
【００２７】
また、永久磁石１０の領域ｃが占める断面積は、リング状の永久磁石１０の回転角度に比例する。従って、ホール素子２１，２２で検出される磁束密度は、リング状の永久磁石１０の回転角度に概ね比例している。これにより、ホール素子２１，２２で検出される磁束密度をセンシングすることにより、リング状の永久磁石１０の回転角度、すなわちシャフト１５の回転角度が検出できることになる。
【００２８】
上下の磁性板１１と１３，１２と１４は均一なギャップＧ１を保って対面している。上下の磁性板１１と１３，１２と１４はリング状の永久磁石１０との間に均一なギャップｇ１（上側ギャップ），ｇ２（下側ギャップ）を保ってリング状の永久磁石１０と対面している。ギャップＧ１はリング状の永久磁石１０の厚さｔ１よりギャップｇ１＋ｇ２分だけ大きい。しかし、突起状磁性体１６，１７間のギャップＧ２はリング状の永久磁石１０の厚さより小さい。この構成によってリング状の永久磁石１０の磁束を突起状磁性体１６，１７において収束させることができる。この意味において、突起状磁性体１６，１７は磁気絞り部を形成する。つまり、磁性板１１，１３間に磁束の通り易い部分として突起状磁性体１６，１７を設け、この部分に磁束を集中させることが本実施例のポイントである。
【００２９】
なお、本センサを低コストで生産する場合、各部位の取り付け精度は±０．２ｍｍ程度であることを考えると、本実施例において、リング状の永久磁石１０と上下の磁性板１１，１２，１３，１４の間のエアギャップｇ１，ｇ２の長さを、それぞれ０．５ｍｍ 以上、望ましくは１ｍｍ前後にした方が、取り付け誤差によるセンサの特性への影響を小さくできる。これは、以下の実施例においても共通事項である。
【００３０】
磁性材は多かれ少なかれ、磁気ヒステリシス特性を有しており、一般的に０．５Ｔあるいは１Ｔを超えると、磁気ヒステリシス効果が次第に顕著になってくる。回転位置センサの回転位置精度を高精度にするためには、磁気ヒステリシスは極力小さい範囲で使うのが望ましい。従って、磁性材内部、代表的には磁性板１１，１２，１３，１４の内部の磁束密度が０．５Ｔ 以下であることが望ましい。また、磁気ヒステリシスの小さい磁性材料、例えばパーマロイ等を使うことが望ましい。以上のことは、以下に示す他の実施例においても共通事項である。
【００３１】
なお、本実施例では、永久磁石はリング状であるが、円盤状のものでも、同様の機能を持たせることができる。
【００３２】
本実施例では、磁気感応素子であるホール素子２１，２２を並列に配置したが、図７に示すように、ホール素子２１，２２を突起状磁性体１６，１７の間のギャップＧ２に重ねて配置しても良い。
【００３３】
本発明の第二の実施例を図８から図１２の図を用いて説明する。図８は本実施例の外観を示し、図９はその内部構造がわかるように示した図である。図８，図９に示すように、本実施例は、先の第一の実施例と殆ど構造は変わらないが、唯一、上部の磁性板３０が１枚ものになっている点が異なる。リング状の永久磁石１０からの磁束を、突起状磁性体１６，１７の方に分流するためには、上下の磁性板のうち、どちらか一方に水平方向エアギャップがあれば良く、本実施例では、下側の磁性板１３，１４に水平方向エアギャップがある例を示してある。図１０はリング状の永久磁石１０の磁化分布を示しており、図１１は磁束密度ベクトル分布の様子を示している。
【００３４】
本実施例では、磁性板３０において、リング状の永久磁石１０の上部の部分に磁路が形成されるため、突起状磁性体１６，１７に分流する磁束の量が減少するものの、上部の磁性板３０は１枚もので良いため、部品数が減り、製作し易いという効果がある。また、回転位置センサを下部の面で固定する場合、上部は外側になるが、外側からの磁性体の侵入によるセンサ出力への影響が軽減できるという効果もある。
【００３５】
以上に述べた第一及び第二の実施例で共通の内容として、磁性板１１や磁性板３０に設けた突起状磁性体１６，１７の裏側には、凹み部３１，３２を設けている。この凹み部３１，３２は必須のものではないが、この凹み部３１，３２を設けると、磁性板１１や磁性板３０の磁気ヒステリシスによる非接触式回転位置センサ特性への悪影響を緩和できるという利点がある。また、図２２，図２３に示したように、凹み部３１にさらに凹み部３３を設けて、凹み部を２段あるいは多段構造にすると効果はさらに大きくなる。
【００３６】
この物理的理由を図１３および図１４を用いて説明する。リング状の永久磁石１０の回転に伴い、上側の磁性板１１，１２には磁気ヒステリシスに伴う残留磁化成分が残る。磁気感応素子であるホール素子２１，２２に影響を与えるのは、磁性板１１上の残留磁化成分の方なので、図１３には磁性板１１の方のみの残留磁化成分を３種類の太い矢印で示してある。点Ｐ，点Ｑ，点Ｒに示した黒矢印，斜線矢印，白ぬき矢印は、磁性板１１に発生した磁化成分をあらわす。白ぬき矢印，斜線矢印，黒矢印の順に磁化成分が強いことを意味する。上から見て反時計回りを正回転、その逆を逆回転と呼ぶ。
【００３７】
図１３の上部に示す状態Ａから、リング状の永久磁石１０が９０度正回転すると、状態Ｂを経て、状態Ｃになる。次にリング状の永久磁石１０が９０度逆回転すると、状態Ｃから、状態Ｄを経て、状態Ａにもどる。
【００３８】
リング状の永久磁石１０のＮ極とＳ極の境目に位置する磁石板１１の点Ｐにおいて、磁化成分７０が生成される。点Ｑ，点Ｒでもそれぞれ磁化成分７１′，７２″が生成されている。
【００３９】
状態Ｂに移ると、リング状の永久磁石１０のＮ極とＳ極の境目に相当する位置が点Ｑに移動するため、点Ｑでは一番強い磁化成分７１をもつ。点Ｐでは、前の状態Ａで強い磁化成分７０があったので、ヒステリシス効果により、点Ｒよりは強い磁化成分７０′をもつ。
【００４０】
状態Ｃに移ると、リング状の永久磁石１０のＮ極とＳ極の境目に相当する位置が点Ｒに移動するため、点Ｒで一番強い磁化成分７２をもつ。点Ｑでは、前の状態Ｂで強い磁化成分７１があったので、ヒステリシス効果により、点Ｐよりは強い磁化成分７１′をもつ。
【００４１】
次に逆回転して、状態Ｄに移ると、リング状の永久磁石１０のＮ極とＳ極の境目に相当する位置が再び点Ｑに移動するため、点Ｑで一番強い磁化成分７１をもつ。点Ｒでは、前の状態Ｃで強い磁化成分７２があったので、ヒステリシス効果により、点Ｐよりは強い磁化成分７２′をもつ。
【００４２】
状態Ａにもどると、リング状の永久磁石１０のＮ極とＳ極の境目に相当する位置が点Ｐに移動するため、点Ｐで一番強い磁化成分７０をもつ。点Ｑでは、前の状態Ｄで強い磁化成分７１があったので、ヒステリシス効果により、点Ｒよりは強い磁化成分７１′をもつ。
【００４３】
このように、ヒステリシス効果により、状態Ｂと状態Ｄでは、点Ｐ，点Ｒでの磁化の強さが異なる。このため、この影響がホール素子２１，２２の信号成分にのる。
【００４４】
磁性板３０および磁性板１３に設けた突起状磁性体１６，１７の裏側に、凹み部３１，３２を設けた場合、そこの磁路の開口部が狭くなるため、磁束が集中する。図１４では、ホール素子２１，２２の上部の磁気絞り部の右側の部分である。このため、図１４に示すように、磁性板１１の左側の磁気絞り部で有意な磁化成分８０〜８３をもつ。
【００４５】
ここで、状態Ｂと状態Ｄに着目する。
【００４６】
状態Ｂでは、点Ｐと点Ｒの磁化のアンバランスにより、ホール素子２１，２２には上向きの磁束成分が発生する。これに対して、凹み部３１，３２を設けた場合、新たに発生した磁化成分８１により、ホール素子２１，２２には下向きの磁束成分が発生する。これは、点Ｐと点Ｒの磁化のアンバランスによる影響を弱める方向に働く。
【００４７】
状態Ｄでは、点Ｐと点Ｒの磁化のアンバランスにより、ホール素子２１，２２には下向きの磁束成分が発生する。これに対して、凹み部３１，３２を設けた場合、新たに発生した磁化成分８３により、ホール素子２１，２２には上向きの磁束成分が発生する。この状態Ｄにおいても、凹み部３１，３２は、点Ｐと点Ｒの磁化のアンバランスによる影響を弱める方向に働く。
【００４８】
以上の理由により、磁性板１１に凹み部３１，３２を設けると、磁性板１１の磁気ヒステリシスによる非接触式回転位置センサ特性への悪影響を緩和できる。
【００４９】
本発明の第二の実施例を収納ケースに収めた例としての第三の実施例について説明する。図１５には、磁性板３０，１３，１４を非磁性体製のケース６０への取り付け方の一例である。磁性板１３，１４のコーナーは隅切りしており、それに応じて、ケース６０の四隅には、非磁性体製の三角柱４０を配設する。あるいは、このような形状になるように、ケース６０の内部を加工する。磁性板１３，１４，磁気絞り部である突起状磁性体１７で構成された底板１０１をケース６０の内部に挿入する。シャフト１５に固定されたリング状の永久磁石１０を挿入し、その上に磁性板３０をかぶせる。このとき、前述の非磁性体製の三角柱４０によって、磁性板３０とリング状の永久磁石１０の間にはある一定のギャップｇ１が形成される。
【００５０】
本発明の第二の実施例を例えばアクセルペダルの踏込み量を検出する回転位置センサとして実機に適用した第四の実施例について説明する。図１６は、本実施例における装置上面図を、また、そのＡ−Ａ断面図を図１７に、Ｂ−Ｂ断面図を図１８に示す。
【００５１】
図１６において、回転角を検出すべき対象装置の収納ケース６０には回転軸を外に出すための回転軸貫通用穴６５が設けられており、収納ケース６０の外表面上に、突起状磁性体１７が取り付けられた磁性板１３および突起状磁性体がない磁性板１４，ホール素子２１，２２を装着する。対象装置の即ち、例えばアクセルペダルの踏込みに応じて回転する回転軸には、リング状の永久磁石１０とシャフト１５が一体となったものを取り付ける。さらに、磁性板１３および磁性板１４の上には非磁性体のスペーサ９０を挟み込んで、その上に磁性板３０を載せ、収納カバー６１を載せて固定する。
【００５２】
ホール素子２１，２２からの信号線は、信号端子５１，５６に接続される。また、ホール素子２１，２２からのアース線は、アース端子５２，５５に接続されており、ホール素子２１，２２からの電源線は、電源端子５３，５４に接続されている。
【００５３】
さらに、ホール素子２１，２２からの信号線とアース端子間、並びにホール素子２１，２２からの電源線とアース端子間には、それぞれ、高周波の信号ノイズおよびサージ電圧をカットするためのコンデンサー４１〜４４が具備されている。
【００５４】
なお、これまでの実施例では、磁性板１１，１２，１３，１４，３０は、隅切りの矩形状の板で例示したが、本発明はこれに限定されるものではなく、その他の形状、例えば、円盤型や、半円盤型，扇型，台形型等いずれの形状でも良い。
【００５５】
最後に、磁気感応素子２１，２２について述べる。図１９は、磁気感応素子９２と信号増幅部９３，ゼロ・スパン調整・温度補正部９４から構成されるホールＩＣ９１を示す。磁気感応素子２１，２２に、このホールＩＣ９１を用いることができる。この場合、磁気感応素子２１，２２の出力のタイプとして、図２０および図２１の２種類を設定できる。図２０は、同一信号にするＡ特性（同相出力）を表し、図２１は、逆信号にするＢ特性（クロス出力）を表す。Ａ特性は、磁気感応素子２１，２２を同一に構成すれば済む。一方、Ｂ特性を実施する方法として、次に２つの方法で実施できる。第一の方法は、ホール素子９２の向きがを互いに上下反対方向になるように、すなわち片方が表向きの場合は、もう片方は裏向きになるようにホールＩＣ９１を取り付けて、磁気感応素子２１，２２に入る磁束の向きを逆にする方法である。第二の方法は、ホール素子９２の向きはともに同一方向とし、信号増幅部９３において、片方を正の信号として増幅し、もう一方を負の信号に変換して増幅する。本実施例により、磁気感応素子２１，２２からの信号出力の利用範囲が多様化できる効果がある。
【００５６】
以下に本発明の実施の態様を列挙する。
【００５７】
【実施態様１】
外周が円形あるいは円弧状の永久磁石，前記永久磁石を支持固定するシャフト，前記永久磁石を上下から挟みこむ磁性板，前記上下磁性板少なくとも一方の磁性板がエアギャップを介して水平方向に分離されており、前記上下の磁性板の間に配置された少なくとも一つの突起状磁性体部、並びに前記突起状磁性体部の突起面に配置された少なくとも２個の隣接する磁気感応素子を有し、前記永久磁石並びに前記シャフトから構成される回転子が、上下に配置された前記磁性板に対して相対的に回転可能であり、前記永久磁石は概ね回転軸の方向に磁化されており、前記永久磁石が回転することにより、前記少なくとも２個の磁気感応素子を通過する磁束量が変動することを特徴とする非接触式回転位置センサ。
【００５８】
【実施態様２】
前記実施態様１に記載の非接触式回転位置センサにおいて、前記上下の磁性板の間に配置された少なくとも一つの突起状磁性体部の突起面に２個並列に磁気感応素子を有することを特徴とする非接触式回転位置センサ。
【００５９】
【実施態様３】
前記実施態様１に記載の非接触式回転位置センサにおいて、前記上下の磁性板の間に配置された少なくとも一つの突起状磁性体部の突起面に２個重なった磁気感応素子を有することを特徴とする非接触式回転位置センサ。
【００６０】
【実施態様４】
前記実施態様１〜３に記載の非接触式回転位置センサにおいて、少なくとも一つの突起状磁性体部が配置された前記上下の磁性板に関して、突起状磁性体部が配置された面とは反対側の面において、突起状磁性体部の配置された部位のすぐ裏側の位置において一段あるいは多段の凹み部を形成することを特徴とする非接触式回転位置センサ。
【００６１】
【実施態様５】
前記実施態様４に記載の非接触式回転位置センサにおいて、前記上下の磁性板の間に配置された少なくとも一つの突起状磁性体部と突起状磁性体部の反対側の位置の凹み部を、磁性板の押出し成型加工にて製造することを特徴とする非接触式回転位置センサ。
【００６２】
【実施態様６】
前記実施態様１〜５に記載の非接触式回転位置センサにおいて、永久磁石が半径方向にある幅をもつ円弧状であることを特徴とする非接触式回転位置センサ。
【００６３】
【実施態様７】
前記実施態様１〜５に記載の非接触式回転位置センサにおいて、永久磁石が円盤状であることを特徴とする非接触式回転位置センサ。
【００６４】
【実施態様８】
前記実施態様１〜５，７に記載の非接触式回転位置センサにおいて、永久磁石が回転軸方向から見て少なくとも２極に磁化されていることを特徴とする非接触式回転位置センサ。
【００６５】
【実施態様９】
前記実施態様１から８までに記載の非接触式回転位置センサにおいて、永久磁石と上下の磁性板の間のエアギャップの幅を、それぞれ０．５ｍｍ 以上、望ましくは１ｍｍ前後にしたことを特徴とする非接触式回転位置センサ。
【００６６】
【実施態様１０】
前記実施態様１から９までに記載の非接触式回転位置センサにおいて、磁性材内部の磁束密度が０．５Ｔ 以下であることを特徴とする非接触式回転位置センサ。
【００６７】
【実施態様１１】
前記実施態様１から１０までに記載の非接触式回転位置センサにおいて、隣接する２個の磁気感応素子からの信号出力が逆相であることを特徴とする非接触式回転位置センサ。
【００６８】
【実施態様１２】
前記実施態様１から１１までに記載の非接触式回転位置センサにおいて、磁性板と磁性板を固定する部材を樹脂成形による一体加工で製作したことを特徴とする非接触式回転位置センサ。
【００６９】
【実施態様１３】
絞弁の一端部に取り付けられた環状もしくは半環状磁石、
前記絞弁が装備された本体に装着される樹脂カバー、
当該樹脂カバーに装着される補助カバー、
前記樹脂カバーと補助カバーとに取り付けられ、前記環状もしくは半環状磁石を挟んで磁路を形成する磁路形成部材、
前記磁路内にあって前記磁路を通る磁束を特定の箇所に集中させる磁束収束部、
当該磁束収束部に取り付けられ、前記絞り弁の回転に伴う前記磁束収束部の磁束変化を検出する少なくとも２個の隣接した磁気感応素子からなる絞弁組立体。
【００７０】
【実施態様１４】
永久磁石、この永久磁石の発生する磁束を通す磁路部材、
当該磁路部材を通る磁束を特定の箇所に収束させるために前記磁路部材に設けた磁気収束部，前記磁路部材と前記永久磁石との相対的回転に伴う磁路内の磁束変化を検出すべく前記磁気収束部に配置された少なくとも２個の隣接する磁気感応素子，前記磁路部材に非接触状態で当該磁路部材を包囲する磁気シールド用磁性部材を備えた非接触式回転位置センサ。
【００７１】
これらの実施態様によれば、磁束を効果的に磁気感応素子の装着部に集めることができるため、感度の高い高精度の非接触式回転位置センサが得られるという効果がある。
【００７２】
さらに、２個の磁気感応素子を片側に配置しているため、磁気感応素子に接続した各種ケーブルの引き回しが簡素化され、量産性に富むという効果もある。
【００７３】
また、磁性板の突起状磁性体の裏側に凹み部を形成することにより、磁気感応素子からの信号のヒステリシス性を小さくできるという効果もある。
【００７４】
次に図２４により本発明になる非接触式回転位置センサを内燃機関の電子制御スロットル弁装置のスロットルポジションセンサとして同装置に組み込んだ実施例を説明する。
【００７５】
図２４は、エンジンの空気流量を制御するスロットルボディ２４Ａに本実施例に係る非接触式の回転位置センサ（スロットルポジションセンサ）を搭載した状態を示す縦断面図である。図中、他の実施例と同一符号は、同一或いは共通する要素を示すものである。
【００７６】
本実施例に係る回転位置センサ（スロットルポジションセンサ）の基本構造は図１６の実施例等と同様である。
【００７７】
異なる点は、本実施例の回転位置センサのハウジング２４１は、まず第１にスロットルボディ２４Ａに装着するギア機構３０３のカバー（ギアカバー）２４Ｂにセンサハウジング２４１を形成した点である。
【００７８】
スロットルボディ２４Ａには、スロットルシャフト３４０を駆動するモータ３０２を収容するモータハウジング３０１と、ギア機構３０３，ディフォルト機構を収容するギアハウジング３０６とが一体に成形される。このギアハウジング３０６を覆うのがギアカバー２４Ｂであり、このギアカバー２４Ｂにセンサハウジング２４１が形成されている。
【００７９】
モータ３０２の端子３０２Ａ及びそのグラウンド端子３０２Ｂは、接続金具３１１を介してギアカバー２４Ｂに設けた中間端子３１２Ａ，３１２Ｂと接続されている。
【００８０】
モータ３０２の動力は、ギア機構３０３（ピニオン３０３Ａ，中間ギア３０３Ｂ，ファイナルギア３０３Ｃ）を介してスロットルシャフト２４０に伝達され、スロットルバルブ３１０が駆動される。
【００８１】
ギアカバー２４Ｂのセンサハウジング部には孔４５が形成されており、スロットルシャフト２４０の一端がこの孔４５を通ってセンサハウジング内に延びている。
【００８２】
スロットルシャフト２４０の先端部２４１にはリング状の永久磁石１０が保持要素２４２を介して図１６に示す実施例と同じ方法で固定されている。４４０は抜け止め用の金属製Ｃリングである。
【００８３】
ギアカバー２４Ｂに設けたセンサハウジング部２４１の内部に収容される下ステータとしての磁性板１３，１４の保持構造及びそのレイアウト，ホールＩＣ２１，２２の配置及び入出力端子５１〜５６の引き出し構造（ガイド構造）と、その入出力端子５１〜５６とコンデンサ４１〜４４との接合態様及び外部接続端子５１ａ〜５６ａとの接続構造については図１６の実施例と基本的に同様である。
【００８４】
また、上ステータとしての磁性板１１，１２はカバー６１とセンサハウジング部を形成するギアカバー２４Ｂで挟んで保持する態様も図１６の実施例同様である。
【００８５】
図１６の実施例と異なる第２の点は、コネクタ６４及びその外部接続端子５１ａ〜５６ａの配置と、入出力端子５１〜５６から外部接続端子５１ａ〜５６ａ先端までの配線パターンである。
【００８６】
コネクタ６４は、ギアカバー２４Ｂの側面に一体成形され、このコネクタ６４は、センサハウジング２４１と離れた位置に配置してある。
【００８７】
コネクタ６４にインサート成形される外部接続端子５１ａ〜５６ａには、図１６に示すように回転位置センサの２個のホールＩＣに用いる入出力端子５１〜５６と、スロットル駆動用のモータ端子７Ｄ，７Ｅとが接続されている。本実施例では、２個のホールＩＣ２１，２２の電源端子ＶＤＤとＧＮＤ端子については、それぞれ共用としている。
【００８８】
すなわち、図２４の実施例のコネクタには図示されていないが、回転位置センサ（スロットルポジションセンサ）に関係する外部接続端子は、１個の電源端子ＶＤＤと１個のグラウンド端子と２個のセンサ入出力端子計４個としている。また、外部接続端子は、上記回転位置センサ用のものにモータ用の電源端子とそのグラウンド端子とを合わせれば総計６個となり、これらの端子を３個ずつ２列に配置している（図面にはホールＩＣの入出力端子に及びその接続導体は図１６に合わせて６本あるように記載しているが実際は４本に纏められている）。
【００８９】
電源端子ＶＤＤに対応の導体，グラウンド端子に対応の導体，センサ出力端子に対応の導体及びモータ端子に対応の２本の導体は、ギアカバー２４Ｂにインサート成形により埋設される。
【００９０】
外部接続端子５１ａ〜５６ａ接続端子部のうち、電源用導体については途中で二つに分かれて、各一端が各ホールＩＣ２１，２２の電源端子との接合部に引き出されている。グラウンド用導体についても途中で二つに分かれて、各一端が各ホールＩＣ２１，２２のグラウンド端子との接合部に引き出されている。
【００９１】
また、外部接続端子５１ａ〜５６ａ接続端子部はコンデンサ４１〜４４などの回路素子と接続するためにその一部が露出するようにしてある。このうち、電源用導体に対応の露出部は１つ、グラウンド用導体に対応の露出部７Ｂは２つ、センサ出力用導体に対応の露出部は１つずつとしてある。
【００９２】
その導体露出部の配列は、センサ出力用導体露出部グラウンド用導体露出部，電源用導体露出部，グラウンド用導体露出部，センサ出力用導体露出部の順としてある。
【００９３】
そして、センサ出力用導体露出部とグラウンド用導体露出部との間，電源用導体露出部とグラウンド用導体露出部７Ｂ″との間，グラウンド用導体露出部とセンサ出力用導体露出部の間に、それぞれコンデンサ４１〜４４などの回路素子を接続している。この回路素子は、導体露出部間に設けた凹部（穴部）に挿入されているこのため図２４では破線で示してある。
【００９４】
本実施例によれば、図１６の実施例と同様の効果を奏するほかに、外部接続端子及びインサートモールドされるワイヤハーネスの合理化を一層図ることができる。
【００９５】
なおこの種センサの従来技術としては他にも日本特許第２８４２４８２号，日本特許第２９２０１７９号，米国特許第５７８９９１７号および米国特許第６１３７２８８号に記載されたものが知られている。これら従来技術は永久磁石側を回転子とすると、固定子内の円周方向の磁束密度が、回転子の回転方向に対して線形的に分布していることに着目したものであり、固定子内の磁場分布が、磁石が取付けられた回転子の回転位置になるべく影響されないようにするために、回転子と固定子との対向面の形状に関しては、回転方向に対して垂直な方向の長さが均一になるように構成している。この点で上記した本実施例の磁路構成と基本的に構成が異なる。
【００９６】
【発明の効果】
本発明によれば、精度を落とさずにコンパクトな非接触式回転位置センサあるいはそれを備えた電子制御スロットル弁装置が得られた。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第一の実施例の外観を示す図である。
【図２】本発明の第一の実施例の内部構造を示す図である。
【図３】本発明の第一の実施例の構成部品であるリング状の永久磁石の磁化分布を示す図である。
【図４】本発明の第一の実施例における磁束密度ベクトル分布を示す図である。
【図５】本発明の第一の実施例における非接触回転位置センサの動作原理を説明する図である。
【図６】本発明の第一の実施例における非接触回転位置センサの断面図である。
【図７】本発明の第一の実施例の変形例の外観を示す図である。
【図８】本発明の第二の実施例の外観を示す図である。
【図９】本発明の第二の実施例の内部構造を示す図である。
【図１０】本発明の第二の実施例の構成部品であるリング状の永久磁石の磁化分布を示す図である。
【図１１】本発明の第二の実施例における磁束密度ベクトル分布を示す図である。
【図１２】本発明の第二の実施例における非接触回転位置センサの断面図である。
【図１３】本発明において、凹み部がないときの信号のヒステリシス現象を説明する図である。
【図１４】本発明において、凹み部があるときの信号のヒステリシス現象が緩和される原理を説明する図である。
【図１５】本発明の第三の実施例の外観を示す図である。
【図１６】本発明の第四の実施例の外観を示す図である。
【図１７】本発明の第四の実施例のＡ−Ａ断面図を示す図である。
【図１８】本発明の第四の実施例のＢ−Ｂ断面図を示す図である。
【図１９】磁気感応素子としてのホールＩＣを示す図である。
【図２０】ホールＩＣの第一番目の出力特性を示す図である。
【図２１】ホールＩＣの第二番目の出力特性を示す図である。
【図２２】凹み部が二段構造になった実施例を示す図である。
【図２３】凹み部が二段構造になった実施例の断面を示す図である。
【図２４】本発明になるセンサを搭載した内燃機関の電子制御スロットル弁装置の断面図である。
【符号の説明】
１０…リング状の永久磁石、１１，１２，１３，１４，３０…磁性板、１５…シャフト、１６，１７…突起状磁性体、１８…磁性板１１，１２の間のエアギャップ、２１，２２，９２…ホール素子、３１，３２，３３…凹み部、４０…非磁性三角柱、４１，４２，４３，４４…コンデンサー、５０ａ，５１ａ…突起部位、５１，５６…信号端子、５２，５５…アース端子、５３，５４…電源端子、
６０…収納ケース、６１…収納カバー、６２，６３…取り付け穴、７０，７０′，７０″，７１，７１′，７１″，７２，７２′，７２″，８０，８１，８２，８３…磁化成分、９０…非磁性スペーサ、９１…ホールＩＣ、９３…信号増幅部、９４…ゼロ・スパン調整・温度補正部、１００，２００，３００，４００，５００…非接触式回転位置センサ。
Claims (10)
- 回転角度を検出すべきシャフトの端部に取り付けた永久磁石、
当該磁石を挟むように配置した一対のステータ、
当該一対のステータの一部に形成した磁気絞り部、
当該磁気絞り部に配置した２個の磁気感応素子、
当該２個の磁気感応素子からの信号を取り出すために当該素子の一側に整列させて設けた複数の端子、
を備えた非接触式回転位置センサ。 - 回転角度を検出すべきシャフトの端部に配置されたセンサケース、
前記シャフトに取り付けられ、前記ケースの中でシャフトと共に回転する永久磁石、
当該磁石を挟むようにして前記センサーケースに取り付けられた一対のステータ、
当該一対のステータの一部に形成した磁気絞り部、
当該磁気絞り部に配置した２個の磁気感応素子、
当該２個の磁気感応素子の複数の信号端子を接続すべく、前記ケースの一側に形成された複数の端子を有するコネクタ
を備えた非接触式回転位置センサ。 - ボディーに取り付けられたモータ、
当該モータの回転をスロットルシャフトに固定したギアに伝達する減速ギア、
前記ボディーに取り付けられ、前記減速ギアを被う樹脂カバー、
当該樹脂カバーに形成した孔から突出する前記スロットルシャフトに固定された磁石、
当該磁石を挟むように前記樹脂カバーに固定された一対のステータ、
当該一対のステータの一部に形成した磁気絞り部、
当該磁気絞り部に配置した２個の磁気感応素子、
当該２個の磁気感応素子の複数の信号端子と前記モータの端子とを接続すべく、前記樹脂ケースに形成された複数の端子を有するコネクタ
を備えた非接触式回転位置センサを有する電子制御スロットル弁装置。 - 請求項１に記載の非接触式回転位置センサにおいて、永久磁石がリング状であることを特徴とする非接触式回転位置センサ。
- 請求項２に記載の非接触式回転位置センサにおいて、永久磁石がリング状であることを特徴とする非接触式回転位置センサ。
- 請求項３に記載の電子制御スロットル弁装置において、永久磁石がリング状であることを特徴とする非接触式回転位置センサを有する電子制御スロットル弁装置。
- 請求項１記載の非接触式回転位置センサにおいて、磁気感応素子がホール素子あるいはホールＩＣであることを特徴とする非接触式回転位置センサ。
- 請求項２記載の非接触式回転位置センサにおいて、磁気感応素子がホール素子あるいはホールＩＣであることを特徴とする非接触式回転位置センサ。
- 請求項３記載の非接触式回転位置センサにおいて、磁気感応素子がホール素子あるいはホールＩＣであることを特徴とする非接触式回転位置センサを有する電子制御スロットル弁装置。
- 請求項１に記載の非接触式回転位置センサにおいて、前記隣接する２個の磁気感応素子からの信号出力が同相あるいは逆相（クロス）であることを特徴とする非接触式回転位置センサ。
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