JP2009204567A

JP2009204567A - 回転角度検出装置

Info

Publication number: JP2009204567A
Application number: JP2008049575A
Authority: JP
Inventors: Hatsuo Hayakawa; 肇夫早川
Original assignee: Nippon Seiki Co Ltd
Current assignee: Nippon Seiki Co Ltd
Priority date: 2008-02-29
Filing date: 2008-02-29
Publication date: 2009-09-10

Abstract

【課題】耐久性に優れ、連続した回転角度での検出が可能な回転角度検出装置を提供する。
【解決手段】回転部材１と、この回転部材１に固着され回転部材１の回転に伴って回転するマグネット２と、このマグネット２に対向して配置されマグネット２が回転することによってマグネット２の磁界の強さを検出する磁気検出用集積回路３と、ハウジング４とを備え、磁気検出用集積回路３の磁気検出面３３はマグネット２の着磁方向Ｐと略平行である。
【選択図】図１

Description

本発明は、マグネットと磁気検出用集積回路を用いて回転部材の回転角度を検出する非接触式の回転角度検出装置に関するものである。

回転部材の回転角度を検出するものとして、例えば、下記特許文献１に示されているものがある。特許文献１に記載された変速位置検出装置は、ギヤシフトレバーの揺動と連動して回転するシフトカム２と、このシフトカム２の回転角度を検出すべくシフトカム２と対向して固設された端子台１と、端子台１に配設されたアース用固定端子８ａおよび複数（６個）の接触固定端子８ｂと、シフトカム２と連動し得る一方、端子台１に対して回転が許容されつつ連結されて一体化すると共に、シフトカム２と端子台１との間に介在された連動部材３と、この連動部材３に配設されてシフトカム２の回転角度に応じて所定の接触固定端子８ｂと接触する可動端子９と、この可動端子９をアース用固定端子８ａおよび接触固定端子８ｂ側に付勢するコイルスプリング１０，１１とを具備し、可動端子９が何れの接触固定端子８ｂと接触して導通するかに応じてギヤシフトレバーによる変速位置を検出するものである。即ち、シフトカム２の回転角度を検出することで、変速位置が検出できるというものである。
特開２００３−２０８８３４号公報

しかしながら、上記特許文献１の変速位置検出装置は、可動端子９の接触部９ｂ，９ｃが固定端子８ａ，８ｂに接触する接触式であるため、繰り返し使用されることによって接触箇所の耐久性が低下しやすい。また、機械的な接点による検出であるため、小刻みな回転角度での検出が不可能である。よって、位置検出数も限られてしまい、数多くの位置検出を必要とした際に対応できないという問題点を有している。

本発明はこの様な点に鑑みなされたもので、耐久性に優れ、連続した回転角度での検出が可能な回転角度検出装置を提供することを目的とする。

本発明は前記目的を達成するため、回転部材と、この回転部材に固着され前記回転部材の回転に伴って回転するマグネットと、このマグネットに対向して配置され前記マグネットが回転することによって前記マグネットの磁界の強さを検出する磁気検出用集積回路とを備え、前記磁気検出用集積回路の磁気検出面は前記マグネットの着磁方向と略平行である。

また、回転部材と、この回転部材に固着され前記回転部材の回転に伴って回転するマグネットと、このマグネットに対向して配置され前記マグネットが回転することによって前記マグネットの磁界の強さを検出する磁気検出用集積回路と、前記マグネットおよび前記磁気検出用集積回路および前記回転部材が収納されるハウジングとを備え、前記磁気検出用集積回路の磁気検出面は前記マグネットの着磁方向と略平行であり、前記回転部材はその一部が前記ハウジング外に露出する露出部を有すると共に、この露出部近辺の前記回転部材箇所および前記マグネット近辺の前記回転部材箇所が前記ハウジングにそれぞれ支持される第１の受け部および第２の受け部を有しているものである。

また、前記回転部材と前記マグネットとは一体的に形成されているものである。

耐久性に優れ、連続した回転角度での検出が可能な回転角度検出装置を得ることができる。

本発明を、車両に於ける例えば変速機のシフトレバーの操作と連動して回転するシフトカムの回転角度を検出する回転角度検出装置を実施形態として説明する。図１は、本発明の第１実施形態を示す回転角度検出装置の断面図である。図２は、マグネットと磁気検出用集積回路との関係を示す説明図であり、図３はマグネットと磁気検出用集積回路内の磁気検出素子との平面方向の関係を示す説明図である。

回転角度検出装置Ａは、図示しない変速機のシフトレバーの操作に連動して回転するシフトカムに連結され、このシフトカムの回転に伴って回転する回転部材１と、この回転部材１に固着され回転部材１の回転に伴って回転するマグネット２と、このマグネット２に対向して配置されマグネット２が回転することによってマグネット２の磁界の強さを検出する磁気検出用集積回路３を備えている。また、マグネット２と磁気検出用集積回路３と回転部材１とが収納されるハウジング４を備えている。

ハウジング４は、上ハウジング４Ａと下ハウジング４Ｂとに分かれており、それぞれが例えばＰＢＴ（ポリブチレンテレフタレート）からなる合成樹脂で形成されている。上ハウジング４Ａは、周壁４１Ａと、円筒部４２などを有しており、周壁４１Ａで囲まれた空間ＳＡ内にマグネット２が収納されるようになっている。円筒部４２内には空間ＳＡ側から回転部材１が挿入されるようになっている。

下ハウジング４Ｂは、上ハウジング４Ａの周壁４１Ａと外径が同じ周壁４１Ｂと、仕切壁４３などを有しており、周壁４１Ｂと仕切壁４３を設けることによって下ハウジング４Ｂの空間ＳＢが形成される。そして、マグネット２と一体となった回転部材１が上ハウジング４Ａの円筒部４２内に挿通された後に、上ハウジング４Ａの周壁４１Ａと下ハウジング４Ｂの周壁４１Ｂとが圧入によって装着されるように構成されている。なお、上ハウジング４Ａの周壁４１Ａと下ハウジング４Ｂの周壁４１Ｂとを溶着するようにしても良い。

回転部材１は、例えば真鍮にニッケルめっきを施した略円柱状を成しており、その一部（上端側）が上ハウジング４Ａ外に露出する露出部１１を有し、下端側は上ハウジング４Ａの円筒部４２の内径よりも大きい径大部１２としてある。また、露出部１１近辺の上ハウジング４Ａの円筒部４２に対応した回転部材１箇所の周囲には第１の受け部１３が設けてある。また、マグネット２近辺の上ハウジング４Ａの円筒部４２に対応した回転部材１箇所の周囲には第２の受け部１４が設けてある。この第１および第２の受け部１３，１４は、円筒部４２に対応した回転部材１箇所の両端箇所（第１および第２の受け部１３，１４となる箇所）を除いて径小とすることによって形成されるものである。

また、回転部材１の露出部１１箇所には溝１５が設けてあり、回転部材１が円筒部４２内に挿通された後にＥリング５を溝１５に嵌入することによって、回転部材１が上ハウジング４Ａに装着される。更に、Ｅリング５と径大部１２とによって回転部材１の軸方向の移動が規制され、その状態で回転部材１が回転した際、回転部材１の露出部１１近辺である上ハウジング４Ａの円筒部４２内と、マグネット２近辺である上ハウジング４Ａの円筒部４２内とで第１の受け部１３および第２の受け部１４が摺動するようになっている。

マグネット２は、プラスチックマグネットからなり、回転部材１と一体的に形成されている。即ち、回転部材１の下端部（磁気検出用集積回路３側）に芯部１６を設け、この芯部１６の周囲にプラスチックマグネットを射出成形したものである。このマグネット２は、Ｎ極とＳ極に着磁（２極着磁）された円板状であり、回転部材１の中心軸とマグネット２の中心とは一致している。従って、マグネット２の着磁方向Ｐは図２に示した両端矢印方向となっている。

磁気検出用集積回路３は、例えばホールＩＣからなり、マグネット２の回転に伴う磁界の強さを検出するものであり、マグネット２の中心を原点として９０度の角度を成すように配置される例えば２個の磁気検出素子３１Ａ，３１Ｂと、金属製のリード部３２と、磁気検出素子３１Ａ，３１Ｂとリード部３２とを導通接続するワイヤ（図示せず）などを備えており、これらが樹脂によってモールドされている。リード部３２は硬質な回路基板６に半田付けされている。この磁気検出用集積回路３の磁気検出面３３はマグネット２の着磁方向Ｐと略平行となっている。

この磁気検出用集積回路３が半田付けされた回路基板６は、下ハウジング４Ｂの周壁４１Ｂに例えば溶着することによって取り付けられ、それによって磁気検出用集積回路３が空間ＳＢ内に収納されるようになっている。なお、図示しないが、回路基板６を周壁４１Ｂに取り付けた後にエポキシ樹脂を回路基板６の裏面側に流し込んで、磁気検出用集積回路３が収納された下ハウジング４Ｂの空間ＳＢ内に水や埃が浸入しないようにしてある。

７は、回路基板６に固着された例えばコードからなる電気的接続部材であり、磁気検出用集積回路３と電気的に接続されている。この電気的接続部材７の先端側は、車両に備えられた変速位置表示器に接続され、例えばシフトレバーがどの変速位置にセレクトされているかが表示されるようになっている。

次に、上記の様に構成された回転角度検出装置Ａの作用について説明する。車両の運転者が変速機のシフトレバーを操作することで、このシフトレバー操作に連動してシフトカム（図示せず）が回転する。このシフトカムの回転に伴って回転するように構成された回転部材１が回転する。回転部材１が回転することによって、回転部材１と一体的に形成されたマグネット２が、磁気検出素子３１Ａ，３１Ｂがモールドされた磁気検出用集積回路３上を回転する。

すると、図３に示す様に、マグネット２と磁気検出用集積回路３との間にマグネット２の回転角度θに応じた磁界ベクトルＶが発生し、その磁界ベクトルＶのｃｏｓ方向の磁界の強さを磁気検出素子３１Ａが検出する。また、磁界ベクトルＶのｓｉｎ方向の磁界の強さを磁気検出素子３１Ｂが検出する。そして、検出された各方向の磁界の強さからマグネット２の回転角度θは、θ＝ｔａｎ^―１（Ｖｓｉｎθ／Ｖｃｏｓθ）となり、回転角度θと出力信号との関係は３６０度に亘ってリニアに変化する。ここで、前述した様に、マグネット２の中心（着磁方向Ｐの中心）と、９０度の角度を成すように配置された磁気検出素子３１Ａ，３１Ｂの交点とが一致する様になっている（図３に於いて、一致点をＱとする）。

そして、図示しないが、この出力信号が車両のＥＣＵ（エンジンコントロールユニット）などに入力され、ＥＣＵはそれに基づき変速機位置の詳細を確認できる。また、出力信号が電気的接続部材７を介して車両に備えられた変速位置表示器に入力され、変速機の変速位置が表示されるようになる。

この様に、マグネット２と磁気検出用集積回路３を用いた非接触式としたことにより、従来の様に機械的な接点がなくなり、耐久性に優れた回転角度検出装置を得ることができる。また、磁気検出用集積回路３の磁気検出面３３がマグネット２の着磁方向Ｐと略平行となるように配置したことにより、回転部材１（即ちシフトカム）の連続した細かな回転角度検出が可能となる。従って、数多くの位置検出を必要とした際にも対応可能となる。

また、回転部材１に第１の受け部１３および第２の受け部１４を設け、この第１の受け部１３および第２の受け部１４がハウジング４に支持されるように構成したことにより、回転部材１の回転ぶれが抑えられる。従って、回転部材１の回転角度（シフトカムの回転角度）を高精度で検出できる。

また、回転部材１とマグネット２とを一体的に形成したことにより、回転部材１とマグネット２とが一体で回転するため、回転部材１に対するマグネット２の回転ぶれが起こらず、回転部材１の回転角度（シフトカムの回転角度）をより高精度で検出できる。

図４は、本発明の第２実施形態を示す回転角度検出装置の断面図である。本実施形態は、回転部材に設けられる第２の受け部の位置が異なるのみで、他は前記第１実施形態と同じため、前記第１実施形態と同一または相当箇所には同一符号を付すが、その詳細説明は省略する。

ハウジング４は、上ハウジング４Ａと下ハウジング４Ｂとに分かれている。上ハウジング４Ａは、周壁４１Ａと、円筒部４２などを有しており、円筒部４２内には空間ＳＡ側から回転部材１が挿入されるようになっている。下ハウジング４Ｂは、上ハウジング４Ａの周壁４１Ａと外径が同じ周壁４１Ｂと、仕切壁４３などを有しており、仕切壁４３の中央箇所には凹部４４が設けてある。

回転部材１の一部（上端側）は、上ハウジング４Ａ外に露出する露出部１１を有し、下端側は上ハウジング４Ａの円筒部４２の内径よりも大きい径大部１２としてある。また、露出部１１近辺の上ハウジング４Ａの円筒部４２に対応した回転部材１箇所の周囲には第１の受け部１３が設けてある。この第１の受け部１３は、円筒部４２に対応した回転部材１箇所（第１の受け部１３となる箇所）を除いて径小とすることによって形成されるものである。

また、回転部材１の下端部にはマグネット２が一体的に形成される芯部１６が設けてある。更に、芯部１６の延長線上には第２の受け部１４が一体に設けてある。この第２の受け部１４は、下ハウジング４Ｂに設けられた凹部４４内に挿入されるようになっている。そして、回転部材１が回転した際、回転部材１の露出部１１近辺である上ハウジング４Ａの円筒部４２内と、マグネット２近辺である下ハウジング４Ｂの凹部４４内とで第１の受け部１３および第２の受け部１４が摺動するようになっている。

この様に、回転部材１に第１の受け部１３および第２の受け部１４を設け、この第１の受け部１３および第２の受け部１４がハウジング４に支持されるように構成したことにより、前記第１実施形態と同様に回転部材１およびのマグネット２の回転ぶれが抑えられる。第１の受け部１３および第２の受け部１４がマグネット２を挟むように設けられているため、回転ぶれに対してはより効果的である。従って、回転部材１の回転角度（シフトカムの回転角度）を高精度で検出できる。

なお、前記各実施形態に於いては、磁気検出用集積回路３としてホールＩＣを用いたが、磁界の強さに応じた物理量を出力する素子なら磁気抵抗素子あるいはＧＭＲなどとしても良い。また、変速機の変速位置（シフトカムの回転角度）を検出する回転角度検出装置を実施形態として説明したが、シフトカムの回転角度検出用に限定するものではなく、例えばハンドル角度などを検出する回転角度検出装置としても良い。

本発明の第１実施形態を示す回転角度検出装置の断面図。同回転角度検出装置に用いられるマグネットと磁気検出用集積回路との関係を示す説明図。同マグネットと磁気検出用集積回路内の磁気検出素子との平面方向の関係を示す説明図。本発明の第２実施形態を示す回転角度検出装置の断面図。

符号の説明

Ａ回転角度検出装置
１回転部材
１１露出部
１３第１の受け部
１４第２の受け部
２マグネット
３磁気検出用集積回路
３１Ａ，３１Ｂ磁気検出素子
３３磁気検出面
４ハウジング
４Ａ上ハウジング
４Ｂ下ハウジング
Ｐ着磁方向

Claims

回転部材と、この回転部材に固着され前記回転部材の回転に伴って回転するマグネットと、このマグネットに対向して配置され前記マグネットが回転することによって前記マグネットの磁界の強さを検出する磁気検出用集積回路とを備え、前記磁気検出用集積回路の磁気検出面は前記マグネットの着磁方向と略平行であることを特徴とする回転角度検出装置。
回転部材と、この回転部材に固着され前記回転部材の回転に伴って回転するマグネットと、このマグネットに対向して配置され前記マグネットが回転することによって前記マグネットの磁界の強さを検出する磁気検出用集積回路と、前記マグネットおよび前記磁気検出用集積回路および前記回転部材が収納されるハウジングとを備え、前記磁気検出用集積回路の磁気検出面は前記マグネットの着磁方向と略平行であり、前記回転部材はその一部が前記ハウジング外に露出する露出部を有すると共に、この露出部近辺の前記回転部材箇所および前記マグネット近辺の前記回転部材箇所が前記ハウジングにそれぞれ支持される第１の受け部および第２の受け部を有していることを特徴とする回転角度検出装置。
前記回転部材と前記マグネットとは一体的に形成されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の回転角度検出装置。