JP2013190337A5 - - Google Patents
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Description
本発明は,回転軸に取り付けられ,回転軸の軸線と直交する一定方向に着磁された磁石と,この磁石の端面に対向配置され,この磁石と協働して前記回転軸の回転角度を磁電変換的に検出する非回転の磁電変換素子とを備えてなる回転角度検出装置の改良に関する。
かゝる回転角度検出装置は,例えば,特許文献1に開示されるように既に知られている。
図3に示すように,従来のかゝる回転角度検出装置における中実円筒状の磁石010は,磁電変換素子015に対向する端面010aが,回転軸2の軸線Yに直交する平坦面に形成されている。このような磁石010の端面010aが臨む磁界Mでは,弓形の磁束fの曲率は,磁石010の端面010aから離れるにつれて減少していくので,回転角度検出装置のコンパクト化を図るべく,磁石010の端面010aに磁電変換素子015を充分に近づけると,環境温度の変化や経年変化等により,磁石010及び磁電変換素子015の位置関係に僅かなずれが生じても,磁電変換素子015が感受する磁気が変化してしまい,回転角度の検出精度に影響が出る。そこで,従来では,回転角度の検出精度を安定させるために,磁石010の端面010aから比較的離れた,弓形の磁束の曲率が比較的小さい個所に磁電変換素子015の感磁中心C02を配置することが行われているが,この場合,回転角度検出装置のコンパクト化が困難となる。
本発明は,かゝる事情に鑑みてなされたもので,磁石の端面近くの磁束の曲率を小さくさせ得て,その個所に磁電変換素子を配置することにより,コンパクトで回転角度検出精度を安定させることを可能にする前記回転角度検出装置を提供することを目的とする。
上記目的を達成するために,本発明は,回転軸に取り付けられ,回転軸の軸線と直交する一定方向に着磁された磁石と,この磁石の端面に対向配置され,この磁石と協働して前記回転軸の回転角度を磁電変換的に検出する非回転の磁電変換素子とを備えてなる回転角度検出装置において,前記磁石の端面に臨む磁界の磁束を偏平化して該磁石側に寄せるべく,前記磁石の端面に凹曲面を形成したことを第1の特徴とする。
また本発明は,第1の特徴に加えて,前記磁石を磁性合成樹脂製とし,これを前記回転軸の端部にモールド成形したことを第2の特徴とする。
さらに本発明は,第1の特徴に加えて,前記凹曲面を,前記回転軸の軸線上に中心を持つ凹状球面となし,その中心又はその近傍に前記磁電変換素子の感磁中心を位置させたことを第3の特徴とする。
本発明の第1の特徴によれば,磁石の端面に凹曲面を形成した分,磁石の端面に臨む磁界の磁束が磁石側へ変位することになり,その磁石の端面近くの磁束の曲率が減少する。したがって,回転角度検出装置のコンパクト化を図るべく,磁石に近接した個所に磁電変換素子を配置しても,磁電変換素子は,磁束の曲率が減少した個所で磁気を感受することができるので,磁石及び磁電変換素子の位置関係に多少のずれがあっても,磁電変換素子が感受する磁気の変化は極めて小さく,回転軸の回転角度の検出精度を安定させることができ,回転角度検出装置のコンパクト化及び回転角度検出精度の安定性を両立させることができる。
本発明の第2の特徴によれば,磁石を磁性合成樹脂製とし,これを前記回転軸の端部にモールド成形したことで,回転軸に磁石を取り付けるためのねじや接着,かしめ等の特別な取り付け手段が不要となり,製作が容易でコストの低減を図ることができる。しかも磁性合成樹脂への着磁は,回転軸へのモールド成形後に行うことになるから,回転軸の所定の基準角度位置と磁石の着磁方向とを正確に設定することができ,高精度の回転角度検出装置を得ることができる。
本発明の第3の特徴によれば,前記凹曲面を,回転軸の軸線上に中心を持つ凹状球面となし,その中心又はその近傍に磁電変換素子の感磁中心を位置させたことで,環境温度の変化や経年変化等により,磁石及び磁電変換素子間に多少の傾きが生じても,磁電変換素子が置かれる磁場の状態に殆ど変化が起こらず,回転軸の回転角度の検出精度を安定させることができる。
本発明の実施の形態を,添付図面に基づいて以下に説明する。
先ず図1において,符号1は,エンジンの吸気系の一部を構成するスロットルボディであり,内部にエンジンの吸気ポートに連通する吸気道1aを有する。このスロットルボディ1には,吸気道1aを横断するように配置される回転軸2が回転自在に支承され,この回転軸2に,吸気道1aを開閉するバタフライ型のスロットル弁3がねじ止めされる。回転軸2の一端部には,これをマニュアル操作するためのスロットルレバー又は自動操作するための電動モータ(何れも図示せず。)が連結され,その他端部には,スロットル弁3の開度を検出する本発明の回転角度検出装置5が接続される。
スロットルボディ1の両側面には,吸気道1aの半径方向外方に突出する一対の円筒状の軸受ボス6(図には,その一方のみ示す。)が形成され,その一方の軸受ボス6の中空部,即ち装着孔6aに,前記回転軸2を回転自在に支持するシール付きのボールベアリング7のアウタレース7aが圧入され,その圧入深さは,アウタレース7aが,装着孔6aの底部6bに当接することで規制される。
前記回転角度検出装置5は,上記装着孔6aの中心部に位置するよう回転軸2の先端部に結合される磁石10と,軸受ボス6に取り付けられる磁電変換ユニット11とよりなっている。
磁石10は,回転軸2の端部と同径で中実円筒状をなす磁性合成樹脂製で,回転軸2の端部にモールド成形される。その際,磁石10の,磁電変換ユニット11における磁電変換素子15に対向する端面10aには凹曲面10bが形成される。図示例では,その凹曲面10bとして回転軸2の軸線Y上に中心C1を持つ凹状球面10bが形成される。また回転軸2の外周面には,磁石10の素材を食い込ませてそれとの結合強度を強化するアンカ溝12が形成される。
この磁石10は,回転軸2の軸線Yに直交する一定方向に着磁される。これにより磁石10は,その所定の直径線上の対向位置にN,S極を有することになる。
磁電変換ユニット11は,絶縁性合成樹脂製で円筒状のパッケージ13と,このパッケージに,その外周面より突出するように一体成形されるカプラ14と,中心部に埋設される磁電変換素子15と,これら素子の出力信号を外部に取り出すべくカプラ14に保持される複数の信号端子17とよりなっており,磁電変換素子15には,例えばホール素子が使用される。この磁電変換素子15は,その感磁中心C2が前記磁石10の凹状球面10bの中心C1又はその近傍に来るように配置される。
円筒状のパッケージ13の外周には,鋼板製で円筒状の磁性筒体19がアウトサート成形により結合される。この磁性筒体19には,カプラ14の根元を受容する切欠き19aが設けられる。この磁性筒体19はパッケージ13と共に,前記軸受ボス6の装着孔6aに軽圧入により嵌装されると共に,その内端がシム21を介して前記ボールベアリング7のアウタレース7aの外端面に当接するように配置される。
前記軸受ボス6の周壁には,パッケージ13の外周面より突出したカプラ14の根元を受け入れて磁電変換ユニット11の装着孔6aへの嵌装位置を規定する位置決め溝23が設けられ,またパッケージ13の内端面には,前記磁石10を無接触で収容する凹部24が設けられている。
前記軸受ボス6の外端面には,装着孔6aの開口端に外向きの段部6dを介して連なる係止孔6cが設けられている。この係止孔6cは,装着孔6aより大径で且つ充分に浅く形成され,また段部6dは,前記パッケージ13及び磁性筒体19の外端面と略面一に形成されている。磁電変換ユニット11の装着孔6aへの嵌装後,この係止孔6cに鋼板製の磁性蓋板20が磁性筒体19の外端面を押圧するところまで圧入される。
磁性蓋板20は,その外周から中心に向かって外方へ膨らむように形成されていて,拡径方向の弾性力を有しており,磁性蓋板20は,その弾性力により,外周縁を係止孔6cの内周面に食い込ませることで,軸受ボス6に強固に固着される。こうして,磁性蓋板20は,磁電変換ユニット11を装着孔6aに保持すると共に,磁性筒体19をシム21を介してボールベアリング7のアウタレース7aに当接させた状態に保持する。上記シム21は,磁石10とパッケージ13との間に所定の軸方向間隙を付与すべく,換言すれば磁石10と磁電変換素子15との間の距離を規定通りに設定すべく,その板厚が選定される。而して,上記磁性筒体19及び磁性蓋板20によって,パッケージ13の外周面及び外端面を覆う磁気シールド26が構成される。尚,パッケージ13の取り付け状態により磁石10と磁電変換素子15との間の距離を規定通りに設定し得る場合には,前記シム21は不要となる。
次に,この実施形態の作用について説明する。
磁電変換素子15は,磁石10の端面10aが臨む磁界Mに配置され,それが感受する磁気に応じた電圧を発生する。而して,回転軸2に結合された磁石10が,スロットル弁3の開度変化に応じて回転位置を変えると,磁電変換素子15に対する磁石10の磁界Mの方向の変化により磁電変換素子15が感受する磁気量が変化するので,磁電変換素子15の発生電圧が変化し,その電圧信号が,信号端子17に接続される電子制御ユニットに出力され,そこでスロットル弁3の開度に演算され,そのデータはエンジンの燃料噴射量,点火時期等の制御に利用される。
ところで,回転軸2の端部にモールド成形された合成樹脂製の磁石10は,磁電変換素子15に対向する端面10aに凹曲面10bが形成されるため,図2に示すように,磁石10の磁界Mが上記凹曲面10bの凹曲した分,磁石10側へ変位することになり,その結果,磁石10の端面10aに臨む弓形の磁束fの曲率が減少し,特に磁束fの中央部が偏平化することになる。そこで,回転角度検出装置5のコンパクト化を図るべく,従来の磁電変換素子015の位置よりも,磁石10に充分近接した個所に磁電変換素子15を配置しても,磁電変換素子15は,磁束fの偏平化した個所で磁気を感受するので,磁石10及び磁電変換素子15の位置関係に多少のずれがあっても,磁電変換素子15が感受する磁気の変化は極めて小さく,したがって回転軸2の回転角度の検出精度を安定させることができる。かくして,回転角度検出装置5のコンパクト化と,回転角度検出精度の安定性の両方を満足させることができる。
また,磁石10の端面10aには,回転軸2の軸線Y上に中心C1を持つ凹状球面10bが形成され,その中心C1又はその近傍に磁電変換素子15の感磁中心C2が配置されるので,環境温度の変化や経年変化により,磁石10及び磁電変換素子15間に多少の傾きが生じても,磁電変換素子15が置かれる磁界Mの状態に殆ど変化が起こらず,回転軸2の回転角度の検出精度を安定させることができる。
さらに,磁石10は磁性合成樹脂製とされ,回転軸2の端部にモールド成形されるので,回転軸2に磁石10を取り付けるためのねじや接着,かしめ等の特別な取り付け手段が不要となり,製作が容易でコストの低減を図ることができる。しかも磁性合成樹脂への着磁は,回転軸2へのモールド成形後に行うことになるから,回転軸2の所定の基準角度位置と磁石10の着磁方向とを正確に設定することができ,高精度の回転角度検出装置5を得ることができる。
本発明は上記実施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の設計変更が可能である。例えば,本発明の回転角度検出装置は,スロットル弁3の開度検出に限らず,各種機器の回転角度検出装置に適用することができる。また前記磁電変換素子15は,検出軸を互いに交差させる複数の磁電変換素子を内装してなる集積型磁電変換素子で構成することもできる。
f・・・・・磁束
C1・・・・磁石の凹状球面の中心
C2・・・・磁電変換素子の感磁中心
M・・・・・磁界
Y・・・・・回転軸の軸線
2・・・・・回転軸
5・・・・・回転角度検出装置
10・・・・磁石
10a・・・磁石の端面
10b・・・凹曲面(凹状球面)
15・・・・磁電変換素子
C1・・・・磁石の凹状球面の中心
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