JP2010249670A

JP2010249670A - 回転角センサ

Info

Publication number: JP2010249670A
Application number: JP2009099647A
Authority: JP
Inventors: Tomohiro Matsushima; 知宏松島; Yasuhiro Sugimori; 康弘杉森
Original assignee: Yazaki Corp
Current assignee: Yazaki Corp
Priority date: 2009-04-16
Filing date: 2009-04-16
Publication date: 2010-11-04
Also published as: US8552714B2; US20100264912A1

Abstract

【課題】使用する永久磁石の構造の単純化や小型化によって、コスト軽減と、軽量化を図ることのできる回転角センサを提供すること。
【解決手段】回転軸２３上のヨークの一対の円板部２５ａ，２５ｂに永久磁石２７を装備して、一対の円板部２５ａ，２５ｂの外周部に沿って周方向に徐々に強さが変化する磁界を形成し、一対の円板部２５ａ，２５ｂの外周囲のセンサ設置位置に設けたホール素子の出力信号によって回転軸２３の回転角を検出する回転角センサにおいて、回転した際にホール素子との間の離間距離が周方向に徐々に変化する傾斜姿勢に一対の円板部２５ａ，２５ｂを固定したことで、永久磁石２７を板厚が一定の円板状に形成して、使用する永久磁石２７の小型化や構造の単純化を実現することができる。
【選択図】図３

Description

本発明は、回転軸と一体に回転するヨークの円板部の周方向に徐々に強さが変化する磁界をホール素子によって検出して、前記回転軸の回転角を検出する回転角センサに関する。

下記特許文献１には、回転軸と一体に回転するヨークの円板部の周方向に徐々に強さが変化する磁界をホール素子によって検出して、前記回転軸の回転角を検出する回転角センサが記載されている。

図７及び図８は、下記特許文献１に記載の回転角センサと同様な仕組みで回転軸の回転を検出する回転角センサの構成を示したものである。
図７及び図８に示した回転角センサ１は、センサケース３に回転自在に支持された回転軸５に、高透磁材料製のヨーク７と、該ヨーク７に固定された永久磁石９と、印加される磁界の強さに応じた出力信号を発生するホール素子（ホールＩＣ）１１とを備えた構成である。

回転軸５は、中心に不図示の駆動軸が嵌合する軸係合孔５ａが貫通形成されていて、軸係合孔５ａに嵌合した駆動軸と一体に回転する。

ヨーク７は、図７及び図１０に示すように、回転軸５の軸方向に離間した回転軸５上の２箇所に鍔状に固定装備される一対の円板部７ａ，７ｂと、これらの一対の円板部７ａ，７ｂを磁気的に結合する連結部７ｃとを、高透磁材料の金属板のプレス成形で一体形成したものである。

一対の円板部７ａ，７ｂは、いずれも、回転軸５の軸線方向に直交するように、回転軸５に取り付けられる。円板部７ａ，７ｂには、軸係合孔５ａと同心に、軸係合孔８が貫通形成されている。

永久磁石９は、図９に示すように、一対の円板部７ａ，７ｂのそれぞれの対向面に積層状態に設けられた一対の磁石板９ａ，９ｂから構成されている。
一対の磁石板９ａ，９ｂは、平面視の形状は円板部７ａ，７ｂと略同一で、図９及び図１１に示すように、中心部には、軸係合孔５ａに同心に、軸係合孔１０が貫通形成されている。

一対の磁石板９ａ，９ｂは、側面視の形状では、図１１（ａ）に示すように、周方向に徐々に板厚が変化するテーパ構造になっている。これは、一対の円板部７ａ，７ｂの外周部に沿って周方向に徐々に強さが変化する磁界を形成するためである。

回転軸５は樹脂製である。一対の円板部７ａ，７ｂ及び磁石板９ａ，９ｂは、インサート成形により回転軸５に一体化され、図９に示す軸組立体１５として、センサケース３に組み付けられる。

ホール素子１１は、一対の円板部７ａ，７ｂの外周側で、対向する一対の永久磁石９，９間の隙間の中間に磁界検出部１１ａが位置するように、センサケース３に固定される。ホール素子１１の出力端子は、センサケース３に設けられた外部接続端子１７に接続されている。

図７及び図８に示した回転角センサ１では、前述のように磁石板９ａ，９ｂが一対の円板部７ａ，７ｂの周方向に徐々に厚さが変化する構造となっているため、軸組立体１５が図８の矢印Ｅ方向に回転駆動されると、磁界検出部１１ａと磁石板９ａ，９ｂとの間の隙間（ギャップ）が円板部７ａ，７ｂの周方向に徐々に変化し、これにより、磁界検出部１１ａを横切る磁束密度が変化するため、ホール素子１１の出力が軸組立体１５の回転角に応じて変化し、回転軸５の回転角が検出される。

特開２０００−０２８３１２号公報

ところが、一対の円板部７ａ，７ｂの外周部に沿って周方向に徐々に強さが変化する磁界を形成するために、円板部７ａ，７ｂに固定する磁石板９ａ，９ｂを、図１１（ａ）に示したように板厚が徐々に変化する構造とした従来の回転角センサ１では、磁石板９ａ，９ｂの板厚が嵩んで重量化を招くと共に、テーパ面を持つ磁石板９ａ，９ｂの加工に手間がかかり、低コスト化が難しいという問題も生じた。

本発明の目的は上記課題を解消することに係り、磁界形成のために使用する永久磁石の形状を単純にして加工を容易にすると共に小型化して、コスト軽減と、軽量化を図ることのできる回転角センサを提供することにある。

本発明の前述した目的は、下記の構成により達成される。
（１）回転軸の軸方向に離間した前記回転軸上の２箇所に鍔状に固定装備される一対の円板部とこれらの一対の円板部を磁気的に結合する連結部とを一体形成した高透磁材料製のヨークと、
前記一対の円板部の対向端面間に装備されて前記一対の円板部の外周部に沿って周方向に徐々に強さが変化する磁界を形成する永久磁石と、
前記一対の円板部の外周囲に固定設定されたセンサ設置位置に固定配置されて前記回転軸の回転時に前記センサ設置位置を通過する前記円板部外周における磁界の強さに応じた出力信号を発生するホール素子と、
を備えた回転角センサであって、
前記センサ設置位置は、前記一対の円板部の外周縁部に挟まれる適宜位置であり、
前記一対の円板部は、前記回転軸の回転時に前記ホール素子に対向する前記一対の円板部の外周縁部表面と前記ホール素子との間の離間距離が前記一対の円板部の回転に伴って前記円板部の周方向に徐々に変化する傾斜姿勢で前記回転軸に固定され、
前記永久磁石は、板厚が一定の円板状に形成されて、前記ホール素子に対向する前記円板部の表面に積層状態に装備されたことを特徴とする回転角センサ。

（２）車両のＡＴシフトポジションセンサに用いられることを特徴とする上記（１）に記載の回転角センサ。

（３）車両のスロットル位置センサに用いられることを特徴とする上記（１）に記載の回転角センサ。

（４）車両の燃料残量センサに用いられることを特徴とする上記（１）に記載の回転角センサ。

上記（１）の構成によれば、永久磁石を固定するヨークの一対の円板部自体が回転軸に傾斜姿勢で装備されていて、回転時には、ホール素子と円板部とのギャップが徐々に変化するため、円板部に固定される永久磁石は板厚が一定の円板状であっても、永久磁石とホール素子との間の隙間が円板部の回転と共に徐々に変化して、前記一対の円板部の外周部に沿って周方向に徐々に強さが変化する磁界を形成することができる。

即ち、永久磁石は板厚が一定の円板状であっても、回転軸と一体に円板部が回転駆動されると、ホール素子と各永久磁石との間の隙間が円板部の周方向に徐々に変化し、これにより、ホール素子を横切る磁束密度が変化するため、ホール素子の出力が回転軸の回転角に応じて変化し、回転軸の回転角を検出することができる。

そして、ヨークの一対の円板部に固定する各永久磁石は、板厚が一定の単純な構造とすることにより、手間のかかる加工が不要になり、加工コストの低減により、低コスト化を図ることができる。

また、板厚を一定とした薄肉化により材料の節減による低コスト化や、軽量化を図ることもできる。

上記（２）、（３）、（４）の構成によれば、回転角センサが、車両のＡＴシフトポジションセンサ、スロットル位置センサ、燃料残量センサ等に用いられることにより、車両の小型化、軽量化、コスト軽減に貢献できる。

本発明による回転角センサによれば、ヨークの円板部に固定する永久磁石は、板厚が一定の単純な円板状にでき、永久磁石の構造の単純化や薄肉化による小型化によって、コスト軽減と、軽量化を図ることができる。

本発明に係る回転角センサの一実施形態の縦断面図である。図１のＦ−Ｆ断面図である。図２に示した回転角センサにおける軸組立体のＧ−Ｇ断面図である。（ａ）は図１に示した回転角センサで使用しているヨークの側面図、（ｂ）は（ａ）のＨ矢視図である。（ａ）は図１に示した回転角センサで使用している一対の永久磁石の側面図、（ｂ）は（ａ）Ｉ矢視図である。本発明の一実施形態におけるホール素子と永久磁石との間の隙間の説明図である。従来の回転角センサの縦断面図である。図７のＡ−Ａ断面図である。図８に示した回転角センサにおける軸組立体のＢ−Ｂ断面図である。（ａ）は図７に示した回転角センサで使用しているヨークの側面図、（ｂ）は（ａ）のＣ矢視図である。（ａ）は図７に示した回転角センサで使用している一対の永久磁石の側面図、（ｂ）は（ａ）Ｄ矢視図である。

以下、本発明に係る回転角センサの好適な実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。

図１及び図２に示すように、本発明の一実施形態の回転角センサ２１は、センサケース３に回転自在に支持された回転軸２３に、高透磁材料製のヨーク２５と、該ヨーク２５に固定された永久磁石２７と、印加される磁界の強さに応じた出力信号を発生するホール素子（ホールＩＣ）１１とを備えた構成である。

回転軸２３は、中心に不図示の駆動軸が嵌合する軸係合孔２３ｃが貫通形成されていて、軸係合孔２３ｃに嵌合した駆動軸と一体に回転する。

ヨーク２５は、図１及び図４に示すように、回転軸２３の軸方向に離間した回転軸２３上の２箇所に鍔状に固定装備される一対の円板部２５ａ，２５ｂと、これらの一対の円板部２５ａ，２５ｂを磁気的に結合する連結部２５ｃとを、高透磁材料の金属板のプレス成形で一体形成したものである。

ホール素子１１は、回転軸２３に固定された一対の円板部２５ａ，２５ｂの外周囲に固定設定されたセンサ設置位置（図１及び図２に示す位置）に位置するように、センサケース３に固定されている。

このセンサ設置位置は、回転軸２３の軸方向には一対の円板部２５ａ，２５ｂの中間位置で、回転軸２３の径方向には一対の円板部２５ａ，２５ｂの外周縁に挟まれる位置である。

本実施形態の場合、一対の円板部２５ａ，２５ｂは、図３及び図４に示すように、各円板部２５ａ，２５ｂの外周縁部表面とホール素子１１との間の離間距離（ギャップ）が一対の円板部２５ａ，２５ｂの回転に伴って円板部２５ａ，２５ｂの周方向に徐々に変化する傾斜角θの傾斜姿勢で回転軸２３に固定される。
また、各円板部２５ａ，２５ｂには、軸係合孔２３ｃと同心に、軸係合孔２８が貫通形成されている。

永久磁石２７は、図３及び図５に示すように、一対の円板部２５ａ，２５ｂのそれぞれの対向面に積層状態に設けられた一対の磁石板２７ａ，２７ｂから構成されている。
一対の磁石板２７ａ，２７ｂは、板厚が一定の円板状に形成されたもので、平面視の形状は円板部２５ａ，２５ｂと略同一である。また、それぞれの磁石板２７ａ，２７ｂの中心部には、軸係合孔２３ｃに同心に、軸係合孔３０が貫通形成されている。

回転軸２３は樹脂製である。一対の円板部２５ａ，２５ｂ及び磁石板２７ａ，２７ｂは、インサート成形により回転軸２３に一体化され、図３に示す軸組立体３３として、センサケース３に組み付けられる。

なお、図３に示したように、インサート成形の際に、回転軸２３を構成する樹脂材の一部は、一対の円板部２５ａ，２５ｂの外表面に積層されて、円板部２５ａ，２５ｂを保護する保護壁２３ａ，２３ｂとなる。

前述したように、ホール素子１１は、一対の円板部２５ａ，２５ｂの外周側で、対向する一対の磁石板２７ａ，２７ｂ間の隙間の中間に磁界検出部１１ａが位置するように、センサケース３に固定される。ホール素子１１の出力端子は、センサケース３に設けられた外部接続端子１７に接続されている。

以上に説明した一実施形態の回転角センサ２１では、永久磁石２７を固定するヨーク２５の一対の円板部２５ａ，２５ｂ自体が回転軸２３に傾斜姿勢で装備されていて、回転時には、ホール素子１１と円板部２５ａ，２５ｂとのギャップが徐々に変化するため、円板部２５ａ，２５ｂに固定される磁石板２７ａ，２７ｂは板厚が一定の円板状であっても、図６に示すように、各磁石板２７ａ，２７ｂとホール素子１１との間の隙間が円板部２５ａ，２５ｂの回転と共に徐々に変化して、前記一対の円板部２５ａ，２５ｂの外周部に沿って周方向に徐々に強さが変化する磁界を形成することができる。

即ち、磁石板２７ａ，２７ｂは板厚が一定の円板状であっても、回転軸２３と一体に円板部２５ａ，２５ｂが回転駆動されると、ホール素子１１と各磁石板２７ａ，２７ｂとの間の隙間が円板部２５ａ，２５ｂの周方向に徐々に変化し、これにより、ホール素子１１を横切る磁束密度が変化するため、ホール素子１１の出力が回転軸２３の回転角に応じて変化し、回転軸２３の回転角を検出することができる。

そして、ヨーク２５の一対の円板部２５ａ，２５ｂに固定する各磁石板２７ａ，２７ｂは、板厚が一定の単純な構造とすることにより、手間のかかる加工が不要になり、加工コストの低減により、低コスト化を図ることができる。

また、板厚を一定とした薄肉化により材料の節減による低コスト化や、軽量化を図ることもできる。
また、上記回転角センサは、車両のＡＴシフトポジションセンサ、スロットル位置センサ、燃料残量センサ、等に用いられることにより、車両の小型化、軽量化、コスト軽減に貢献できる。

３センサケース
２１回転角センサ
２３回転軸
２３ｃ軸係合孔
２５ヨーク
２５ａ，２５ｂ円板部
２５ｃ連結部
２７永久磁石
２７ａ，２７ｂ磁石板（永久磁石）
３３軸組立体

Claims

回転軸の軸方向に離間した前記回転軸上の２箇所に鍔状に固定装備される一対の円板部とこれらの一対の円板部を磁気的に結合する連結部とを一体形成した高透磁材料製のヨークと、
前記一対の円板部の対向端面間に装備されて前記一対の円板部の外周部に沿って周方向に徐々に強さが変化する磁界を形成する永久磁石と、
前記一対の円板部の外周囲に固定設定されたセンサ設置位置に固定配置されて前記回転軸の回転時に前記センサ設置位置を通過する前記円板部外周における磁界の強さに応じた出力信号を発生するホール素子と、
を備えた回転角センサであって、
前記センサ設置位置は、前記一対の円板部の外周縁部に挟まれる適宜位置であり、
前記一対の円板部は、前記回転軸の回転時に前記ホール素子に対向する前記一対の円板部の外周縁部表面と前記ホール素子との間の離間距離が前記一対の円板部の回転に伴って前記円板部の周方向に徐々に変化する傾斜姿勢で前記回転軸に固定され、
前記永久磁石は、板厚が一定の円板状に形成されて、前記ホール素子に対向する前記円板部の表面に積層状態に装備されたことを特徴とする回転角センサ。
車両のＡＴシフトポジションセンサに用いられることを特徴とする請求項１に記載の回転角センサ。
車両のスロットル位置センサに用いられることを特徴とする請求項１に記載の回転角センサ。
車両の燃料残量センサに用いられることを特徴とする請求項１に記載の回転角センサ。