JP2004239799A - 回転角検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】フリクショントルクが少なく、レイアウト性に優れた低コストの回転角検出装置を提供する。
【解決手段】シャフト２に磁性体からなる作動部２１を設け、作動部２１にマグネット２３ａ，２３ｂを間隔をあけて取り付ける。マグネット２３ａ，２３ｂの外側には、磁性体にて形成され、マグネット２３ａ，２３ｂと間隔をあけて対向する対向面２６ａ，２６ｂを備えるステータ部材２５ａ，２５ｂを設ける。ステータ部材２５ａ，２５ｂの間には非磁性体の支持ブロック２７を配し、支持ブロック２７内にはホールＩＣ２８及び磁性体のポールピース２９を取り付ける。シャフト２の回転に伴い、対向面２６ａ，２６ｂとマグネット２３ａ，２３ｂの外周面２４ａ，２４ｂとの対向面積Ｓが変化し、ホールＩＣ２８を通過する磁束の密度も回転角に比例して変化する。
【選択図】 図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、被検出物の回転角度を検出する回転角検出装置に関し、特に、エンジンのスロットル弁開度の検出装置に適用して有効な技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、非接触型の回転角検出装置として、例えば特許第２８４２４８２号公報のように、被検出物に磁石を取り付け、その磁束変化を捉えて被検出物の回転角度の検出を行うものが知られている。
【０００３】
図１２の回転角検出装置では、回転角度の検出が求められるシャフト５１には磁性体からなるロータコア５２が取り付けられる。ロータコア５２の内周には、２極構成のリングマグネット５３が固定される。リングマグネット５３の外側には、シャフト５１と同軸状にステータコア５４が配置される。ステータコア５４は磁性体にて形成され、断面半円形状の２個のコアピース５４ａ，５４ｂから構成される。コアピース５４ａ，５４ｂの間の間隙５５にはホールＩＣ５６が配置されている。
【０００４】
ステータコア５４は、図１２に示すように、リングマグネット５３の磁束の磁路となっており、ホールＩＣ５６からは鎖交する磁束密度に応じた電圧信号が出力される。シャフト５１と共にリングマグネット５３が回転すると、ホールＩＣ５６を通過する磁束量が変化し、これに伴いホールＩＣ５６からの出力信号も変化する。この信号変化はシャフト５１の回転角度と対応しており、その回転に伴ってほぼ直線的に変化する。これにより、ホールＩＣ５６からの信号に基づき、シャフト５１の回転角度の検出が可能となる。
【０００５】
一方、近年、自動車部品の電子化に伴い、エンジンのスロットル弁をモータにて駆動するいわゆる電子制御スロットル装置が広く用いられている。そこでは、従来のアクセルワイヤによる機械的動作に代えて、電気信号によってスロットル弁が制御される。アクセル踏み込み量はポテンショメータ等によって電気的に検出され、その値に応じてモータが駆動されてスロットル弁の開閉が行われる。
【０００６】
このような電子制御スロットル装置では、スロットル弁の開度は、図１２のような回転角検出装置によってが検出されるが、これ以外にもマグネットをステータコアの外側に配したアウタロータ型の検出装置も多く使用されている。例えば特開２００１−２０８５１０号公報、特開２００１−２８９６１０号公報等には、このようなアウタロータ型の装置が開示されている。そこでは、スロットル弁が固定されたシャフトがモータ駆動されると、ホールＩＣの出力信号によって、シャフトの回転角度、すなわちスロットル弁の開度が検出される。そして、検出された弁開度に基づいてモータの動作制御が行われ、アクセル踏み込み量やエンジン負荷等に応じた弁開度が設定される。
【０００７】
【特許文献１】特許第２８４２２８２号公報
【特許文献２】特開平８−３５８０９号公報
【特許文献３】特開２００１−４３１５号公報
【特許文献４】特開２００１−５９７０２号公報
【特許文献５】特開２００１−１８８００３号公報
【特許文献６】特開２００１−２０８５１０号公報
【特許文献７】特開２００１−２８９６０９号公報
【特許文献８】特開２００１−２８９６１０号公報
【特許文献９】特開２００１−３０３９７９号公報
【特許文献１０】特開２００１−３１７９０９号公報
【特許文献１１】特願２００２−２１１２０１号
【特許文献１２】特願２００２−２５７７２３号
【特許文献１３】特願２００２−２５８９０１号
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、図１２のような回転角検出装置では、図１２に示すように、ステータコア５４の全周が磁路となるため、シャフト５１の回転抵抗（フリクショントルク）が大きくなるという問題があった。すなわち、ステータコア５４とリングマグネット５３の間には全周に亘って磁気的吸引力が発生するため、図１２の回転角検出装置は、その分、シャフト５１のフリクショントルクが大きくなる。フリクショントルクが大きくなると、シャフト駆動用のモータの出力も大きくしなければならず、モータの体格や価格、消費電流量が増大し好ましくない。
【０００９】
また、図１２の回転角検出装置では、軸方向に長いリングマグネット５３を使用するため、磁石の使用量が多くコスト高になるという問題もあった。さらに、リングマグネット５３やステータコア５４を径方向にシャフト５１と同心円状に配置する構成のため、装置全体の外径が大きくなりがちであり、レイアウト上の制約を受けるという問題もあった。
【００１０】
本発明の目的は、フリクショントルクが少なく、レイアウト性に優れた低コストの回転角検出装置を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明の回転角検出装置は、回転角度の検出が求められる被検出体に設けられた磁性体からなる作動部と、前記作動部に取り付けられた第１のマグネットと、前記第１のマグネットと軸方向に間隔をあけて前記作動部に取り付けられ、前記第１のマグネットとは異なる極性を有する第２のマグネットと、前記第１のマグネットの外側に配置され、前記第１のマグネットと間隔をあけて対向する対向面を備えてなる、磁性体にて形成された第１のステータ部材と、前記第１のステータ部材と軸方向に間隔をあけて配置され、前記第２のマグネットと間隔をあけて対向する対向面を備えてなる、磁性体にて形成された第２のステータ部材と、前記第１のマグネットから前記第１及び第２のステータ部材を介して前記第２のマグネットに至る磁路中に配置された磁気検出素子とを有することを特徴とする。
【００１２】
本発明にあっては、第１及び第２のマグネットと、マグネットに対向する対向面を備えたステータ部材とによって磁路を形成しているので、作動部周囲の磁路を削減できマグネットと対向面との間に働く磁気的吸引力を低減できる。従って、被検出体の回転抵抗力を低減させることができる。また、被検出体の片側領域のみで回転角検出装置を構成することができるため、マグネット量の低減やレイアウト性の向上を図ることが可能となる。
【００１３】
前記回転角検出装置において、前記第１及び第２のマグネットに断面が円弧形状となった外周面を形成し、前記第１及び第２のステータ部材の前記対向面をそれぞれ前記各外周面と略一定間隔をあけて対向させても良い。
【００１４】
また、前記回転角検出装置において、前記第１及び第２のマグネットに断面が円弧形状となった外周面を形成すると共に、前記第１及び第２のステータ部材の前記対向面にそれぞれ、前記各外周面と略一定間隔をあけて対向する円弧部と、前記円弧部の端部に形成され末端に向けて前記各外周面との間隔が拡大する拡開部とを設けても良い。これにより、マグネットから作動部を介して対向面に至る磁路が形成されにくくなり、出力信号の曲線部分が減少し、磁気検出素子からより直線領域の広い信号出力を得ることが可能となる。
【００１５】
本発明の他の回転角検出装置は、回転角度の検出が求められる被検出体に設けられた磁性体からなる作動部と、前記作動部に取り付けられたマグネットと、前記マグネットの外側に配置され、前記マグネットと間隔をあけて対向する対向面を備えてなる、磁性体にて形成された第１のステータ部材と、前記第１のステータ部材と軸方向に間隔をあけて配置され、前記作動部と間隔をあけて対向する対向面を備えてなる、磁性体にて形成された第２のステータ部材と、前記マグネットから前記第１及び第２のステータ部材と前記作動部を介して前記マグネットに至る磁路中に配置された磁気検出素子とを有することを特徴とする。
【００１６】
本発明にあっては、マグネットと、マグネットや作動部に対向する対向面を備えたステータ部材によって磁路を形成しているので、作動部周囲の磁路を削減できマグネットと対向面との間に働く磁気的吸引力を低減できる。従って、被検出体の回転抵抗力を低減させることができる。また、被検出体の片側領域のみで回転角検出装置を構成することが可能となるため、レイアウト性も向上する。さらに、マグネット１個にて磁路が形成されるので、マグネット使用量の更なる削減が可能となる。
【００１７】
前記回転角検出装置において、前記マグネットに断面が円弧形状となった外周面を形成し、前記第１のステータ部材の前記対向面を前記外周面と略一定間隔をあけて対向させると共に、前記第２のステータ部材の前記対向面を前記作動部と略一定間隔をあけて対向させても良い。
【００１８】
また、前記回転角検出装置において、前記マグネットに断面が円弧形状となった外周面を形成すると共に、前記第１のステータ部材の前記対向面に、前記外周面と略一定間隔をあけて対向する円弧部と、前記円弧部の端部に形成され末端に向けて前記各外周面との間隔が拡大する拡開部とを設けても良い。これにより、マグネットから作動部を介して対向面に至る磁路が形成されにくくなり、出力信号の曲線部分が減少し、磁気検出素子からより直線領域の広い信号出力を得ることが可能となる。
【００１９】
さらに、前記回転角検出装置において、前記マグネットを前記外周面の中心角が略１８０°に形成された半円筒形状に形成しても良い。このように、半円筒形等、部分円弧断面の外周面を有するマグネットを用いることにより、円形断面を有するリングマグネットに対し、磁石使用量を半減させることができる
【００２０】
一方、本発明の他の回転角検出装置は、回転角度の検出が求められる被検出体に設けられた磁性体からなる作動部と、前記作動部に取り付けられ、軸方向に隣接して第１及び第２の磁極層が形成されたマグネットと、前記第１の磁極層の外側に配置され、前記第１の磁極層と間隔をあけて対向する対向面を備えてなる、磁性体にて形成された第１のステータ部材と、前記第１のステータ部材と軸方向に間隔をあけて配置され、前記第２の磁極層と間隔をあけて対向する対向面を備えてなる、磁性体にて形成された第２のステータ部材と、前記第１の磁極層から前記第１及び第２のステータ部材を介して前記第２の磁極層に至る磁路中に配置された磁気検出素子とを有することを特徴とする。
【００２１】
本発明にあっては、第１及び第２の磁極層と、各磁極層に対向する対向面を備えたステータ部材とによって磁路を形成しているので、作動部周囲の磁路を削減できマグネットと対向面との間に働く磁気的吸引力を低減できる。従って、被検出体の回転抵抗力を低減させることができる。また、被検出体の片側領域のみで回転角検出装置を構成することができると共に、１個の磁石に複数の磁極層を設けたので軸方向の寸法を短縮できレイアウト性も向上する。
【００２２】
前記回転角検出装置において、前記マグネットに断面が円形となった外周面を形成し、前記第１及び第２のステータ部材の前記対向面をそれぞれ前記各外周面と略一定間隔をあけて対向させても良い。
【００２３】
また、前記回転角検出装置において、前記マグネットに断面が円弧形状となった外周面を形成すると共に、前記第１及び第２のステータ部材の前記対向面にそれぞれ、前記外周面と略一定間隔をあけて対向する円弧部と、前記円弧部の端部に形成され末端に向けて前記外周面との間隔が拡大する拡開部とを設けても良い。これにより、マグネットから作動部を介して対向面に至る磁路が形成されにくくなり、出力信号の曲線部分が減少し、磁気検出素子からより直線領域の広い信号出力を得ることが可能となる。
【００２４】
さらに、回転角検出装置において、前記第１及び第２の磁極層を、互いに隣接する磁極の極性を異にする１又は２極の磁極をそれぞれ有する構成としても良い。
【００２５】
加えて、前記回転角検出装置において、前記磁気検出素子を前記第１及び第２のステータ部材の間に配置しても良く、前記第１及び第２のステータ部材の間に非磁性体からなる支持部材を設けても良い。
【００２６】
さらに、前記回転角検出装置において、前記第１又は第２のステータ部材の少なくとも一方に、軸方向に沿って延びその先端部が前記磁気検出素子と対向する、磁性体にて形成されたポール部材を設けても良い。これにより、マグネットの磁束を効率良く磁気検出素子に導くことができ、磁束変化の検出精度向上が図られる。また、ポール部材の先端と磁気検出素子との間の間隙を調整することにより、磁気検出素子に流入する磁束量を調節でき、磁気検出素子の感度調整も可能となる。
【００２７】
一方、前記回転角検出装置において、エンジンのスロットル弁が固定された回転軸を前記被検出体としても良い。
【００２８】
【発明の実施の形態】
（実施の形態１）
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。図１は本発明の実施の形態１である回転角検出装置を使用した電子制御スロットル弁の構成を示す断面図である。図１の電子制御スロットル弁はエンジンの吸気通路に配置され、スロットル弁１の開度によりエンジンの吸入空気量を制御している。スロットル弁１はシャフト２に固定されており、ギア１１〜１４からなる減速機構１５を介してブラシレスモータ３（以下、モータ３と略記する）によって駆動される。
【００２９】
シャフト２は、金属製のハウジング４に固定されたベアリング１６ａ，１６ｂによって回動自在に支持されている。ハウジング４の図１において上部には、合成樹脂製のカバー５が取り付けられている。カバー５の内側には基板３０が固定されている。シャフト２に固定されたギア１１には、ねじりコイルばね１７が取り付けられている。このねじりコイルばね１７によってシャフト２は所定の回転方向に付勢され、その付勢力によってスロットル弁１が全閉位置まで自動的に復帰する。
【００３０】
シャフト２の端部には、スロットル弁１の開度を検出する回転角検出装置６が設けられている。図２は回転角検出装置６の構成を示す平面図、図３は図２の回転角検出装置を図２のＸ方向から見た場合の側面図である。回転角検出装置６では、スロットル弁１が取り付けられたシャフト２が被検出体となり、その回転角度が検出される。シャフト２は磁性体にて形成され、その端部には作動部２１として小径部２２が設けられている。
【００３１】
小径部２２には、瓦状のマグネット２３ａ，２３ｂが軸方向に間隔をあけて接着等により固定されている。マグネット２３ａ，２３ｂは半円筒形に形成されており、断面が円弧形状となった外周面２４ａ，２４ｂを有している。外周面２４ａ，２４ｂは中心角が１８０°分の円周を有している。マグネット２３ａ，２３ｂはラジアル着磁が施されており、表面側の磁極を互いに異にしている。マグネット２３ａはＮ極が、マグネット２３ｂはＳ極がそれぞれ表面に配されている。なお、マグネット２３ａ，２３ｂは、外周面２４ａ，２４ｂが円弧状であれば良く、内周面は必ずしも円弧状でなくとも良い。
【００３２】
小径部２２には、ステータプレート２５ａ，２５ｂ（第１及び第２のステータ部材、以下、プレート２５ａ，２５ｂと略記する）が隣接配置されている。プレート２５ａ，２５ｂは磁性体にて形成され、マグネット２３ａ，２３ｂに合わせて軸方向に間隔をあけて配置されている。プレート２５ａ，２５ｂの端部には、マグネット２３ａ，２３ｂの外周面２４ａ，２４ｂに対向する対向面２６ａ，２６ｂが設けられている。対向面２６ａ，２６ｂはマグネット２３ａ，２３ｂの外側に配置され、円弧部４８ａと、円弧部４８ａの両端に形成された拡開部４８ｂとから構成される。円弧部４８ａは、マグネット２３ａ，２３ｂの外周面２４ａ，２４ｂと略一定間隔のエアギャップＧ_１をあけて対向する。これに対し、拡開部４８ｂは円弧部４８ａから接線状に延伸し、外周面２４ａ，２４ｂとの間の間隙は末端部ほど増大するようになっている。
【００３３】
プレート２５ａ，２５ｂの間には、合成樹脂等の非磁性体にて形成された支持ブロック（支持部剤）２７が取り付けられている。支持ブロック２７内には、プレート２５ｂ側にホールＩＣ（磁気検出素子）２８が取り付けられている。ホールＩＣ２８は、ホール素子と信号増幅回路とを一体化したＩＣであり、リニア出力ホールＩＣが使用されている。一方、支持ブロック２７のプレート２５ａ側には、磁性体にて形成されたポールピース（ポール部材）２９が取り付けられている。ポールピース２９は円柱形に形成されており、その先端はプレート２５ａから軸方向に沿って延び、ホールＩＣ２８の端面と対向している。
【００３４】
ホールＩＣ２８は、マグネット２３ａからプレート２５ａ，２５ｂを介してマグネット２３ｂに至る磁路Ｍ中に配置される。ここでは、図２に示すように、マグネット２３ａ→対向面２６ａ→プレート２５ａ→ポールピース２９→ホールＩＣ２８→プレート２５ｂ→対向面２６ｂ→マグネット２３ｂなる経路の磁路Ｍが形成される。マグネット２３ａからプレート２５ａに至った磁束は、図３に示すようにポールピース２９に収束されてホールＩＣ２８を通過する。このため、マグネット２３ａ，２３ｂの磁束を効率良くホールＩＣ２８に導くことができ、磁束変化の検出精度向上が図られる。また、ポールピース２９の先端とホールＩＣ２８との間の間隙Ｇ_２を調整することにより、ホールＩＣ２８に流入する磁束量を調節でき、ホールＩＣ２８の感度調整も可能である。
【００３５】
モータ３は、図１に示すように、ステータ３１の内側にロータ３２を回転自在に配置したいわゆるインナーロータ型のブラシレスモータである。ステータ３１は、駆動コイル３３と、コイル３３が巻装されたステータコア３４とから構成され、基板３０に固定されている。ステータコア３４は、金属板を積層して形成されており、内周側に突設された突極に駆動コイル３３が巻回されて巻線が形成されている。基板３０には、ロータ３２の回転位置を検出するホールＩＣ（図示せず）が設けられている。このホールＩＣからはロータ３２に回転に伴って、ロータ位置検出信号が出力される。
【００３６】
ロータ３２は、ロータシャフト３５と、ロータシャフト３５に固定されたロータコア３６及びロータコア３６の外周に固定されたロータマグネット３７とから構成される。ロータマグネット３７は円筒状に形成され、Ｎ，Ｓの極が等間隔に配置されている。ロータシャフト３５はベアリング３８ａ，３８ｂにて回転自在に支持されており、ベアリング３８ａはカバー５に、ベアリング３８ｂはハウジング４に取り付けられたブラケット３９にそれぞれ取り付けられている。
【００３７】
ロータコア３６には、円柱状のマグネット取付部３６ａと、ギヤ１４が形成されている。ギヤ１４は、アイドルギヤ１８のギヤ１３と噛合している。アイドルギヤ１８は、ブラケット３９に固定されたギアシャフト１９に回転自在に支持されている。アイドルギヤ１８にはギヤ１３と一体にギヤ１２が形成されており、ギヤ１２はシャフト２に固定されたギア１１と噛合している。これにより、モータ３におけるロータ３２の回転が減速されてシャフト２に伝達される。
【００３８】
次に、このような電子制御スロットル弁における回転角検出装置６の作用について説明する。当該電子制御スロットル弁では、スロットル弁１が全閉状態のとき回転角検出装置６において図３の状態（θ＝０°）となるように設定されている。シャフト２は、スロットル弁１の全閉・全開に合わせて、θ＝０°〜９０°の間で動作し、シャフト２の回転に伴って磁路Ｍの磁束密度が変化する。この磁束密度変化によるホールＩＣ２８の出力電圧の変化に基づき、シャフト２の回転角度、すなわちスロットル弁１の開度が検出される。回転角検出装置６は、シャフト２の回転角が１８０°センシング可能な仕様となっており、そのセンシング領域の一部を用いてスロットル弁１の開度検出を行う。
【００３９】
回転角検出装置６では、シャフト２の回転に伴い、対向面２６ａ，２６ｂとマグネット２３ａ，２３ｂの外周面２４ａ，２４ｂとの対向面積Ｓが変化する。図４は、図３の状態からシャフト２が角度θ_１だけ回転した状態を示す説明図である。図４に示すように、シャフト２が回転すると、外周面２４ａの下方は対向面２６ａから離れ、対向面２６ａには外周面２４ａと対向しない部分が生じる。つまり、シャフト２の回転により対向面積Ｓが減少する。なお、マグネット２３ｂ側においても同様に、対向面２６ｂとマグネット２３ｂの外周面２４ｂとの対向面積が減少する。
【００４０】
磁路Ｍにおいては、マグネット２３ａから対向面２６ａを介してプレート２５ａに磁束が流入する。従って、対向面２６ａと外周面２４ａの対向面積Ｓが減少すると、その分、マグネット２３ａからプレート２５ａに流入する磁束も減少する。この際、磁束減少の割合は対向面積Ｓの減少に比例する。すなわち、シャフト２の回転に伴い、磁路Ｍ中に位置するホールＩＣ２８を通過する磁束の密度も回転角に比例して直線的に変化する。そして、この磁束変化に基づき、ホールＩＣ２８からはシャフト２の回転角度に比例した直線的な電圧信号が出力される。
【００４１】
なお、マグネット２３ａ，２３ｂでは、シャフト２１側の磁極からシャフト２１を介して対向面２６ａ，２６ｂとの間で磁路が形成され、ホールＩＣ２８からの信号がθ＝０°近傍にてやや曲線的になる傾向がある。そこで、当該回転角検出装置６では、対向面２６ａ，２６ｂの端部に拡開部４８ｂを設け、対向面２６ａ，２６ｂとシャフト２１との間の距離（エアギャップ）をより大きくしている。このため、シャフト２１を介した前述の磁路が形成されにくくなっており、出力信号の曲線部分を減少させ、より直線領域の広い信号出力をホールＩＣ２８から得ることができる。
【００４２】
このようにして得られたホールＩＣ２８からの出力信号は制御装置（ＣＰＵ）に送られる。制御装置には、ホールＩＣ２８の出力変化がシャフト２の回転角度と関係付けてテーブル等の形で格納されている。制御装置は、ホールＩＣ２８の出力変化に基づき、テーブル等を参照しつつシャフト２の回転角度、すなわちスロットル弁１の開度を算出する。
【００４３】
このように回転角検出装置６では、半円筒形状のマグネット２３ａ，２３ｂと半円状の対向面２６ａ，２６ｂを備えたプレート２５ａ，２５ｂによって磁路Ｍを形成しているので、従来、図１２のようにシャフト２の全周に亘って形成されていた磁路がシャフト２の半周のみに削減される。このため、マグネット２３ａ，２３ｂと対向面２６ａ，２６ｂとの間に働く磁気的吸引力も半周分となり、シャフト２のフリクショントルクを低減させることができる。また、半円筒形状のマグネット２３ａ，２３ｂを使用してシャフト２の片側領域のみで回転角検出装置６を構成できるため、マグネット使用量を低減できると共に、装置が全周に亘って配される従来の回転角検出装置に比してレイアウト性も向上する。
【００４４】
さらに、プレート２５ａ，２５ｂは磁性体の薄板にて構成できるため、これらと対向するマグネット２３ａ，２３ｂもその軸方向長を短くすることができる。従って、この点においてもマグネットの使用量を削減することができ、部品コストや重量を低減させることが可能となる。
【００４５】
なお、回転角検出装置６では、マグネット２３ｂを省くことも可能である。図５は、回転角検出装置６においてマグネット２３ｂを省いた変形例の構成を示す平面図である。ここでは、磁路Ｍはマグネット２３ａの表裏にあるＮ極とＳ極の間で形成される。すなわち、マグネット２３ａ（表面Ｎ極）→対向面２６ａ→プレート２５ａ→ポールピース２９→ホールＩＣ２８→プレート２５ｂ→対向面２６ｂ→小径部２２→マグネット２３ａ（裏面Ｓ極）なる経路の磁路Ｍが形成される。このように図５の装置ではマグネット２３ｂが省かれ、マグネット使用量の更なる削減が可能となる。但し、磁束量確保の点では図２の構成の方が有利である。
【００４６】
（実施の形態２）
図６は、本発明の実施の形態２である回転角検出装置４１の構成を示す平面図、図７は図６の回転角検出装置を図３と同様に見た側面図である。なお、以下の実施の形態では、回転角検出装置以外の部分は実施の形態１の電子制御スロットル弁と同様であるためその説明は省略する。また、実施の形態１と同様の部分、部材には同一の符号を使用する。
【００４７】
回転角検出装置４１では、円筒形のマグネット４２が作動部２１の小径部２２に取り付けられている。マグネット４２は、軸方向に２層の磁極層４３ａ，４３ｂ（第１及び第２の磁極層）を有している。各磁極層４３ａ，４３ｂは、互いに隣接する磁極の極性を異にする２極の磁極をそれぞれ有している。つまり、各磁極層４３ａ，４３ｂはそれぞれ円周方向に２極に着磁されると共に、磁極層４３ａ，４３ｂ同士の間では、隣接する磁極層の極性が異なるように各磁極が配置されている。
【００４８】
マグネット４２の外側にはプレート２５ａ，２５ｂが配設されている。プレート２５ａの対向面２６ａには、磁極層４３ａの外周面４４ａが略一定間隔のエアギャップＧ_１をあけて対向する。一方、プレート２５ｂの対向面２６ｂには、磁極層４３ｂの外周面４４ｂが略一定間隔のエアギャップＧ_１をあけて対向する。磁極層４３ａ，４３ｂ間には、磁極層４３ａ→対向面２６ａ→プレート２５ａ→ポールピース２９→ホールＩＣ２８→プレート２５ｂ→対向面２６ｂ→磁極層４３ｂなる経路の磁路Ｍが形成される。
【００４９】
回転角検出装置４１では、シャフト２の回転に伴い、対向面２６ａ，２６ｂと対向するマグネット４２の極性が変化する。図８は、図７の状態からシャフト２が角度θ_１だけ回転した状態を示す説明図である。図８に示すように、シャフト２が回転すると、磁極層４３ａのＮ極下方は対向面２６ａから離れ、対向面２６ａ上方に磁極層４３ａのＳ極が対向する。すると、磁極層４３ａのＮ極からプレート２５ａを介してプレート２５ｂ側に向かっていた磁束の一部が、プレート２５ａ中にて磁極層４３ａ自身のＳ極に向かう。つまり、対向面２６ａとの対向面積が相等しい異極性の磁極からの磁束はプレート２５ａ内にて閉ループを形成し、平衡成分となる。そして、この平衡成分以外の不平衡成分が磁路Ｍを流通し、その分だけ磁路Ｍ中を流れる磁束量が減少する。
【００５０】
回転角検出装置４１においてもホールＩＣ２８を通過する磁束の密度は、シャフト２の回転角に比例して直線的に変化する。ホールＩＣ２８からはシャフト２の回転角度に比例した直線的な電圧信号が出力され、この信号に基づきシャフト２の回転角が算出される。この際、回転角検出装置４１では不平衡成分を積極的に形成しているため、回転角に応じた磁路Ｍの磁束量変化は、先の回転角検出装置６よりも大きくなる。従って、回転角に対する感度をより高めることができ、角度検出精度が向上する。なお、回転角検出装置４１は、円筒形状のマグネット４２を使用しているため、シャフト２の回転角度を３６０°検出可能である。
【００５１】
回転角検出装置４１では、マグネット４２の各磁極層４３ａ，４３ｂを１極構成とすることもできる。図９は、回転角検出装置４１において各磁極層４３ａ，４３ｂを１極構成とした変形例の構成を示す平面図である。ここでは、マグネット４２は半円筒形状に形成され、磁極層４３ａは外周面４４ａにＮ極のみが，磁極層４３ｂは外周面４４ｂにＳ極のみが配されている。つまり、図２の回転角検出装置６において、マグネット２３ａ，２３ｂを一体化した構成となっており、図９の回転角検出装置４５は実施の形態１，２の複合形態となっている。
【００５２】
（実施の形態３）
図１０は、本発明の実施の形態３である回転角検出装置４６の構成を示す側面図である。前述の実施の形態では、作動部２１においてシャフト２に直接マグネット２３ａ等を取り付けた構成を示したが、作動部２１に磁性体からなるコア４７を取り付け、その外側にマグネットを取り付ける形としても良い。この場合、コア４７によって磁路を形成することができるため、シャフト２が磁性体にて形成されていない場合にも当該回転角検出装置を使用することができる。なお、図１０では、図２，３の回転角検出装置６においてシャフト２にコア４７を取り付けた構成を示しているが、回転角検出装置４１，４５においても同様の構成を採ることも可能である。
【００５３】
本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることは言うまでもない。
例えば、前述の実施の形態１では、外周面中心角を１８０°とした半円筒形状のマグネットを用いた構成を示したが、中心角は１８０°には限定されず、検出角度範囲に応じて適宜変更可能である。また、対向面の角度もそれに合わせて適宜変更可能である。
【００５４】
加えて、前述の実施の形態では本発明による回転角検出装置を電子制御スロットル弁の開度検出に用いた例を示したが、その適用対象はこれには限定されず、モータ回転軸等、回転体の回転角度検出に広く適応可能である。
【００５５】
【発明の効果】
本発明の回転角検出装置によれば、被検出体に設けられた磁性体からなる作動部に第１及び第２のマグネットを取り付けると共に、各マグネットと軸方向に間隔をあけて対向する対向面を備えた磁性体よりなる第１及び第２のステータ部材を設け、第１のマグネットから第１及び第２のステータ部材を介して第２のマグネットに至る磁路中に磁気検出素子を配置したので、作動部周囲の磁路を削減できマグネットと対向面との間に働く磁気的吸引力を低減できる。従って、被検出体の回転抵抗力を低減させることができる。また、被検出体の片側領域のみで回転角検出装置を構成することができ、マグネット量の低減やレイアウト性の向上を図ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１である回転角検出装置を使用した電子制御スロットル弁の構成を示す断面図である。
【図２】本発明の実施の形態１である回転角検出装置の構成を示す平面図である。
【図３】図２の回転角検出装置を図２のＸ方向から見た場合の側面図である。
【図４】図３の状態からシャフトが角度θ１だけ回転した状態を示す説明図である。
【図５】図２の回転角検出装置において一方のマグネットを省いた変形例の構成を示す平面図である。
【図６】本発明の実施の形態２である回転角検出装置の構成を示す平面図である。
【図７】図６の回転角検出装置を図３と同様に見た側面図である。
【図８】図７の状態からシャフトが角度θ_１だけ回転した状態を示す説明図である。
【図９】図６の回転角検出装置において各磁極層を１極構成とした変形例の構成を示す平面図である。
【図１０】本発明の実施の形態３である回転角検出装置の構成を示す側面図である。
【図１１】従来の回転角検出装置の構成を示す説明図である。
【符号の説明】
１ スロットル弁
２ シャフト
３ ブラシレスモータ
４ ハウジング
５ カバー
６ 回転角検出装置
１１〜１４ ギア
１５ 減速機構
１６ａ，１６ｂ ベアリング
１７ ねじりコイルばね
１８ アイドルギヤ
１９ ギアシャフト
２１ 作動部
２２ 小径部
２３ａ，２３ｂ マグネット
２４ａ，２４ｂ 外周面
２５ａ，２５ａ ステータプレート（ステータ部材）
２６ａ，２６ｂ 対向面
２７ 支持ブロック（支持部材）
２８ ホールＩＣ（磁気検出素子）
２９ ポールピース（ポール部材）
３０ 基板
３１ ステータ
３２ ロータ
３３ 駆動コイル
３４ ステータコア
３５ ロータシャフト
３６ ロータコア
３６ａ マグネット取付部
３７ ロータマグネット
３８ａ，３８ｂ ベアリング
３９ ブラケット
４１ 回転角検出装置
４２ マグネット
４３ａ，４３ｂ 磁極層
４４ａ，４４ｂ 外周面
４５ 回転角検出装置
４６ 回転角検出装置
４７ コア
４８ａ 円弧部
４８ｂ 拡開部
５１ シャフト
５２ ロータコア
５３ リングマグネット
５４ ステータコア
５４ａ コアピース
５５ 間隙
５６ ホールＩＣ
Ｇ_１ エアギャップ
Ｇ_２ 間隙
Ｍ 磁路
Ｓ 対向面積

Claims (15)

1. 回転角度の検出が求められる被検出体に設けられた磁性体からなる作動部と、
   前記作動部に取り付けられた第１のマグネットと、
   前記第１のマグネットと軸方向に間隔をあけて前記作動部に取り付けられ、前記第１のマグネットとは異なる極性を有する第２のマグネットと、
   前記第１のマグネットの外側に配置され、前記第１のマグネットと間隔をあけて対向する対向面を備えてなる、磁性体にて形成された第１のステータ部材と、
   前記第１のステータ部材と軸方向に間隔をあけて配置され、前記第２のマグネットと間隔をあけて対向する対向面を備えてなる、磁性体にて形成された第２のステータ部材と、
   前記第１のマグネットから前記第１及び第２のステータ部材を介して前記第２のマグネットに至る磁路中に配置された磁気検出素子とを有することを特徴とする回転角検出装置。
2. 請求項１記載の回転角検出装置において、前記第１及び第２のマグネットは断面が円弧形状となった外周面を備え、前記第１及び第２のステータ部材の前記対向面はそれぞれ前記各外周面と略一定間隔をあけて対向することを特徴とする回転角検出装置。
3. 請求項１記載の回転角検出装置において、前記第１及び第２のマグネットは断面が円弧形状となった外周面を備え、前記第１及び第２のステータ部材の前記対向面はそれぞれ、前記各外周面と略一定間隔をあけて対向する円弧部と、前記円弧部の端部に形成され末端に向けて前記各外周面との間隔が拡大する拡開部とを有することを特徴とする回転角検出装置。
4. 回転角度の検出が求められる被検出体に設けられた磁性体からなる作動部と、
   前記作動部に取り付けられたマグネットと、
   前記マグネットの外側に配置され、前記マグネットと間隔をあけて対向する対向面を備えてなる、磁性体にて形成された第１のステータ部材と、
   前記第１のステータ部材と軸方向に間隔をあけて配置され、前記作動部と間隔をあけて対向する対向面を備えてなる、磁性体にて形成された第２のステータ部材と、
   前記マグネットから前記第１及び第２のステータ部材と前記作動部を介して前記マグネットに至る磁路中に配置された磁気検出素子とを有することを特徴とする回転角検出装置。
5. 請求項４記載の回転角検出装置において、前記マグネットは断面が円弧形状となった外周面を備え、前記第１のステータ部材の前記対向面は前記外周面と略一定間隔をあけて対向すると共に、前記第２のステータ部材の前記対向面は前記作動部と略一定間隔をあけて対向するとことを特徴とする回転角検出装置。
6. 請求項４記載の回転角検出装置において、前記マグネットは断面が円弧形状となった外周面を備え、前記第１のステータ部材の前記対向面は、前記外周面と略一定間隔をあけて対向する円弧部と、前記円弧部の端部に形成され末端に向けて前記各外周面との間隔が拡大する拡開部とを有することを特徴とする回転角検出装置。
7. 請求項２，３，５，６の何れか１項に記載の回転角検出装置において、前記マグネットは、前記外周面の中心角が略１８０°に形成された半円筒形状であることを特徴とする回転角検出装置。
8. 回転角度の検出が求められる被検出体に設けられた磁性体からなる作動部と、
   前記作動部に取り付けられ、軸方向に隣接して第１及び第２の磁極層が形成されたマグネットと、
   前記第１の磁極層の外側に配置され、前記第１の磁極層と間隔をあけて対向する対向面を備えてなる、磁性体にて形成された第１のステータ部材と、
   前記第１のステータ部材と軸方向に間隔をあけて配置され、前記第２の磁極層と間隔をあけて対向する対向面を備えてなる、磁性体にて形成された第２のステータ部材と、
   前記第１の磁極層から前記第１及び第２のステータ部材を介して前記第２の磁極層に至る磁路中に配置された磁気検出素子とを有することを特徴とする回転角検出装置。
9. 請求項８記載の回転角検出装置において、前記マグネットは断面が円形となった外周面を備え、前記第１及び第２のステータ部材の前記対向面はそれぞれ前記外周面と略一定間隔をあけて対向することを特徴とする回転角検出装置。
10. 請求項８記載の回転角検出装置において、前記マグネットは断面が円弧形状となった外周面を備え、前記第１及び第２のステータ部材の前記対向面はそれぞれ、前記外周面と略一定間隔をあけて対向する円弧部と、前記円弧部の端部に形成され末端に向けて前記外周面との間隔が拡大する拡開部とを有することを特徴とする回転角検出装置。
11. 請求項８〜１０の何れか１項に記載の回転角検出装置において、前記第１及び第２の磁極層は、互いに隣接する磁極の極性を異にする１又は２極の磁極をそれぞれ有することを特徴とする回転角検出装置。
12. 請求項１〜１１の何れか１項に記載の回転角検出装置において、前記磁気検出素子は、前記第１及び第２のステータ部材の間に配置されることを特徴とする回転角検出装置。
13. 請求項１〜１２の何れか１項に記載の回転角検出装置において、前記第１及び第２のステータ部材の間に非磁性体からなる支持部材を設けたことを特徴とする回転角検出装置。
14. 請求項１〜１３の何れか１項に記載の回転角検出装置において、前記第１又は第２のステータ部材の少なくとも一方に、軸方向に沿って延びその先端部が前記磁気検出素子と対向する、磁性体にて形成されたポール部材を設けたことを特徴とする回転角検出装置。
15. 請求項１〜１４の何れか１項に記載の回転角検出装置において、前記被検出体は、エンジンのスロットル弁が固定された回転軸であることを特徴とする回転角検出装置。

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