JP2016099191A - 回転角検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】一対の磁電変換素子に対する磁石部材の相対回転に応じて軸部材の回転角信号が検出され、電子制御装置に出力される回転角検出装置において、ワイヤハーネスの簡素化を可能とすると共に検出信号の正誤判定を確実に行う。【解決手段】一対の磁電変換素子の一方（１０１）に接続される第１の処理回路１１０と、一対の磁電変換素子の他方（１０２）に接続される第２の処理回路１２０と、第２の処理回路の演算結果と第１の処理回路の演算結果とを比較する比較回路１３０と、比較回路の比較結果並びに第１及び第２の処理回路の演算結果に応じた信号を出力する単一の出力回路１４０とを備え、出力回路の単一の出力信号線ＬＯが電子制御装置ＥＣＵに電気的に接続されている。【選択図】図３

Description

本発明は、回転角検出装置に関し、特に、磁電変換素子に対する磁石部材の相対回転に応じて軸部材の回転角を検出する回転角検出装置に係る。

従来から、例えば自動車のブレーキペダルの操作量を検出するため、軸部材の回転角を検出する無接触型の回転角検出装置が知られており、例えば、磁電変換素子に対向して軸部材に配置される磁石部材を有し、この磁石部材の磁電変換素子に対する相対回転に応じて軸部材の回転角を検出するように構成されている。例えば、下記の特許文献１に「磁気センサを備えたハウジングと、前記磁気センサと対向する磁石を備え、且つ、前記ハウジングに対して回動可能な回動部材と、***作部材と共に回動操作される軸部材とを有し、前記***作部材の揺動角を、前記磁石に対して相対回転する前記磁気センサからの出力信号の変化によって検出可能に構成された回転角検出装置」が開示されている（特許文献１の段落〔０００１〕に記載）。

また、下記の特許文献２には、「動径方向に着磁された円板磁石を回転させ、該円板磁石により発生する水平磁場を互いに９０度に配置されたＸ，Ｙ磁電変換素子で感磁し、該Ｘ，Ｙ磁電変換素子による出力値から回転角度を求める回転角度センサ」が開示されており（特許文献２の段落〔００１６〕に記載）、磁電変換素子としてホール素子が用いられている（同段落〔００２０〕に記載）。

特開２００７−１３９４５８号公報 特開２００７−９３２８０号公報

上記の特許文献１においては「***作部材を介して軸部材に傾動成分を伴う応力が加えられた場合でも、回転角の検出精度が低下し難い回転角検出装置を提供すること」を目的とし（特許文献１の段落〔０００５〕に記載）、「前記回動部材と前記軸部材とは互いの回転軸芯どうしが傾動可能に連係されており、且つ、前記軸部材の傾動に関わらず、前記回動部材の回転軸芯を前記ハウジングの固定軸芯と同軸芯状に保持する調芯機構が設けられている」回転角検出装置が提案され（同段落〔０００６〕に記載）、「自動車の操縦用ペダルなどによって回動操作される***作部材の揺動角を検出するための回転角検出装置として用いることができる」旨記載されている（同段落〔００３０〕に記載）。一方、特許文献２においては「少ない磁電変換素子で低コスト化、構造の単純化が図れ、また、円板磁石の中心から外れた位置にも磁電変換素子が配置可能であり、磁電変換素子と円板磁石との相対位置ずれによる角度誤差を抑えることのできる回転角度センサを提供すること」が目的とされ（特許文献２の段落〔００１５〕に記載）、磁電変換素子の配置が特定されている（同段落〔００１６〕に記載）。

そして、上記特許文献１に記載の回転角検出装置の具体的な構成は、特許文献１の図２に開示され段落〔００１３〕乃至〔００１６〕に記載されているように、感磁ユニットは一対のホールＩＣとノイズ除去用のコンデンサなどを含み、ハウジングは、感磁ユニット、コネクタ部及び収容部を有するハウジング本体と、収容部を密閉状に閉じるカバー部材とからなり、ハウジング本体に突出形成されたボス部に、一対のホールＩＣがインサート成形によって収納され、軸部材はカバー部材に形成された軸受けに枢支されている。

尚、上記特許文献２においては、図１に開示され段落〔００２０〕及び〔００２１〕に記載されているように、磁電変換素子であるＸ，Ｙホール素子に対向するように配置され、動径方向に着磁された円板磁石を回転させ、これによって発生する水平磁場を互いに９０度に配置されたＸ，Ｙホール素子で感磁し、これらの出力値から回転角度を求めるように構成されている。

上記従来の回転角検出装置は、例えば図１０に示す回転センサのように構成され、磁電変換素子を有する磁気センサ１及び２から夫々の出力信号線を介して外部の電子制御装置ＥＣＵに電気的に接続され、アナログ信号が出力されることが一般的である。このため、２本の出力信号線が必要となり、これらに電源線及び接地線を加えた計４本の信号線が必要となる。また、検出（出力）信号の正誤判定は電子制御装置ＥＣＵのみで行われるため、外部ノイズ等に起因する誤信号によって誤検出と判定されるおそれがあり、別途誤判定対策が必要となる。

そこで、本発明は、一対の磁電変換素子に対する磁石部材の相対回転に応じて軸部材の回転角信号が検出され、電子制御装置に出力される回転角検出装置において、ワイヤハーネスの簡素化を可能とすると共に検出信号の正誤判定を確実に行い得る回転角検出装置を提供することを課題とする。

上記の課題を達成するため、本発明は、一対の磁電変換素子と、該一対の磁電変換素子に対向して軸部材に配置される磁石部材を有し、該磁石部材の前記一対の磁電変換素子に対する相対回転に応じて前記一対の磁電変換素子によって前記軸部材の回転角信号が検出され、該回転角信号が電子制御装置に出力される回転角検出装置において、前記一対の磁電変換素子の一方に接続される第１の処理回路と、前記一対の磁電変換素子の他方に接続される第２の処理回路と、該第２の処理回路の演算結果と前記第１の処理回路の演算結果とを比較する比較回路と、該比較回路の比較結果並びに前記第１及び第２の処理回路の演算結果に応じた信号を出力する単一の出力回路とを備え、該出力回路の単一の出力信号線が前記電子制御装置に電気的に接続される構成としたものである。尚、前記出力信号線と共に電源線及び接地線を介して前記電子制御装置に電気的に接続される構成としてもよい。

上記の回転角検出装置において、前記一対の磁電変換素子、第１の処理回路、第２の処理回路、比較回路及び出力回路は単一のＩＣチップで構成することができる。

また、上記の回転角検出装置において、前記一対の磁電変換素子を収容するハウジングと、該ハウジングに接合され前記軸部材を回転可能に支持する支持部材と、前記一対の磁電変換素子に電気的に接続されるコネクタ部材とを備えたものとし、前記ハウジングが、少なくとも前記一対の磁電変換素子を収容する素子室が形成された本体部と、該本体部と一体的に形成され前記コネクタ部材に接合される接合部を有し、該接合部に対し前記コネクタ部材が液密的に嵌合されて接合される構成とするとよい。

更に、前記一対の磁電変換素子、第１の処理回路、第２の処理回路、比較回路及び出力回路が単一のＩＣチップで構成され、該ＩＣチップが前記素子室に収容される構成とするとよい。前記ハウジングは、前記素子室とは分離して前記本体部に形成される磁石室を有し、該磁石室内に前記磁石部材を収容した状態で、前記支持部材に接合される構成とするとよい。

本発明は上述のように構成されているので以下の効果を奏する。即ち、本発明の回転角検出装置においては、一対の磁電変換素子の一方に接続される第１の処理回路と、一対の磁電変換素子の他方に接続される第２の処理回路と、第２の処理回路の演算結果と第１の処理回路の演算結果とを比較する比較回路と、比較回路の比較結果並びに第１及び第２の処理回路の演算結果に応じた信号を出力する単一の出力回路とを備え、出力回路の単一の出力信号線が電子制御装置に電気的に接続されるように構成されているので、出力信号線、電源線及び接地線を介して電子制御装置に電気的に接続される構成とした場合でも、ワイヤハーネス全体として簡素化が可能となる。しかも、一対の磁電変換素子の何れかに検出誤差が生じた場合には比較回路で誤検出と判定することができ、出力回路から電子制御装置に対し誤検出を示す信号を供給し得ることに加え、電子制御装置自体においても正誤判定を行うことができるので、検出信号の正誤判定を確実に行うことができる。

上記の回転角検出装置において、一対の磁電変換素子、第１の処理回路、第２の処理回路、比較回路及び出力回路を単一のＩＣチップで構成すれば、ワイヤハーネスの簡素化のみならず、装置全体の小型化が可能となる。

また、上記の回転角検出装置において、一対の磁電変換素子を収容するハウジングと、ハウジングに接合され軸部材を回転可能に支持する支持部材と、一対の磁電変換素子に電気的に接続されるコネクタ部材とを備えたものとし、ハウジングが、少なくとも一対の磁電変換素子を収容する素子室が形成された本体部と、本体部と一体的に形成されコネクタ部材に接合される接合部を有し、接合部に対しコネクタ部材が液密的に嵌合されて接合される構成とすれば、簡単な構造で、容易且つ適切に磁電変換素子に対する防水性を確保することができる。

更に、一対の磁電変換素子、第１の処理回路、第２の処理回路、比較回路及び出力回路が単一のＩＣチップで構成され、ＩＣチップが素子室に収容される構成とすれば、ＩＣチップに対する防水性を確保しつつ小型の装置とすることができる。更に、ハウジングを、素子室とは分離して本体部に形成される磁石室を有し、磁石室内に磁石部材を収容した状態で、支持部材に接合される構成とすれば、回動する磁石部材に対しＩＣチップを完全に分離することができるので、確実に防水性を確保することができる。

本発明の一実施形態に係る回転角検出装置の断面図である。 本発明の一実施形態に供される磁石部材と磁電変換素子の関係を示す平面図である。 本発明の一実施形態に供されるＩＣチップの構成を示す回路図である。 本発明の一実施形態に供されるハウジングと支持部材を分離して示す断面図である。 本発明の一実施形態に供される支持部材を示す平面図である。 本発明の一実施形態に供される支持部材に軸部材を装着した状態を示す平面図である。 本発明の一実施形態に供される軸部材を示す斜視図である。 本発明の一実施形態に係る回転角検出装置を示す斜視図である。 本発明の一実施形態に係る回転角検出装置を分解して示す斜視図である。 従来の回転センサの構成例を示す回路図である。

以下、本発明の望ましい実施形態を図面を参照して説明する。図１乃至図９は本発明の一実施形態に係り、ＩＣチップ１０内に構成される一対の磁電変換素子に対する磁石部材２０の相対回転に応じて軸部材２の回転角を検出する無接触型の回転角検出装置で、外部機構、例えばブレーキペダルの操作量の検出に供される。図３に１０１、１０２で示す一対の磁電変換素子は例えば一対のホールＩＣで構成され、他の素子等と共にＩＣチップ１０内に構成されている。このＩＣチップ１０を収容するハウジング１に対し、図１に示すように、軸部材２を回転可能に支持する支持部材３が接合され、リターンスプリング４を構成するコイルばねの一端が軸部材２に係止され他端が支持部材３に係止されている。例えば防水コネクタのコネクタ部材５がハウジング１に接合されると、ＩＣチップ１０がコネクタ部材５を介して外部の電子制御装置ＥＣＵに電気的に接続されると共に、ＩＣチップ１０が外部に対し密封される。そして、駆動レバー６が軸部材２に固定されると共に、ペダルレバーＰＬに係合するように配置されると、ブレーキペダルセンサが構成されるが、装置の構造については図１並びに図４乃至図９を参照して後述する。

本実施形態においては、上記の磁石部材２０によって、図２に破線矢印で示すように平行な磁場が形成される。そして、磁石部材２０が軸部材２の軸を中心に回転駆動されたときには、磁石部材２０による平行磁場は、図２に一点鎖線の矢印で示すように、固定位置のＩＣチップ１０に対し相対的に回転し、例えば回転角θとなったときの磁場強度ＢのＸ方向成分ＢｘとＹ方向成分ＢｙがＩＣチップ１０によって検出される。而して、磁場方向に比例した信号（回転角信号）がＩＣチップ１０から出力され、図１及び図３に示す電子制御装置ＥＣＵにて回転角が演算される。

上記のＩＣチップ１０内には、図３に示すように、一対の磁電変換素子の一方（１０１）に接続される第１の処理回路１１０と、一対の磁電変換素子の他方（１０２）に接続される第２の処理回路１２０と、この第２の処理回路１２０の演算結果と第１の処理回路１１０の演算結果とを比較する比較回路１３０と、この比較回路１３０の比較結果並びに第１及び第２の処理回路１１０及び１２０の演算結果に応じた信号を出力する単一の出力回路１４０が構成され、この出力回路１４０の単一の出力信号線ＬＯが電子制御装置ＥＣＵに電気的に接続され、磁電変換素子１０１及び１０２による二つの検出結果及び両者の比較結果を含むデジタル信号が出力されるように構成されている。図３に示す第１及び第２の処理回路１１０及び１２０内において、１１１及び１２１は増幅器、１１２及び１２２はアナログ−デジタル変換器、１１３及び１２３はデジタル信号処理装置、１１４及び１２４はメモリ、Ｂは電源を表し、夫々磁電変換素子１０１及び１０２を構成するホールＩＣに接続されている。尚、ＧＮＤは接地、ＬＧは接地線、ＬＢは電源線、ＬＯは出力信号線を表す。

出力回路１４０ではデジタル出力プロトコルに基づく通信が行われ、例えば図３の一点鎖線の枠内に示すように、メッセージ周期（ｍｐ）毎に、二つの磁電変換素子１０１及び１０２に関する同期情報、ステータス情報、第１及び第２の処理回路１１０及び１２０の演算結果である演算値１及び２が格納されたデータワード１及び２、並びに正誤判定（比較結果）の情報が電子制御装置ＥＣＵに伝達される。即ち、単一の出力信号線ＬＯで（従来の）二つの出力信号分の情報を伝達することができる。

以上のように、本実施形態においては、出力回路１４０の出力信号線ＬＯ、電源線ＬＢ及び接地線ＬＧを介して電子制御装置ＥＣＵに電気的に接続されており、出力回路１４０からデジタル信号の出力が電子制御装置ＥＣＵに供給されるように構成されている。従って、ワイヤハーネスは出力信号線ＬＯ、電源線ＬＢ及び接地線ＬＧの３本となり、従来の４本に比し簡素化される。また、本実施形態においては、一対の磁電変換素子１０１、１０２、第１の処理回路１１０、第２の処理回路１２０、比較回路１３０及び出力回路１４０が単一のＩＣチップ１０で構成されており、このＩＣチップ１０が図１に示すハウジング１内に収容されている。而して、一対の磁電変換素子１０１、１０２の何れかに検出誤差が生じた場合には比較回路１３０内で誤検出と判定され、出力回路１４０から電子制御装置ＥＣＵに対し、誤検出を示す信号が供給される。しかも、電子制御装置ＥＣＵにおいても従前同様、正誤判定が行われるので正誤判定を確実に行うことができる。

図４乃至図９は、図１と共に回転角検出装置の構造を示すもので、以下、各構成部材について具体的に説明する。先ず、ハウジング１は合成樹脂製で、図１及び図４に示すように本体部１ａと接合部１ｂを有し、本体部１ａには素子室ＳＣが形成されており、少なくともＩＣチップ１０が収容されている。また、本体部１ａには、素子室ＳＣとは分離して磁石室ＭＣが形成されており、この磁石室ＭＣ内に磁石部材２０がＩＣチップ１０に対向する位置で収容されるように、本体部１ａが合成樹脂製の支持部材３に接合される。接合部１ｂは本体部１ａと一体的に形成され、この接合部１ｂのみを介して素子室ＳＣが外部空間に連通するように構成されている。従って、接合部１ｂにコネクタ部材５が液密的に嵌合されると素子室ＳＣは密閉空間となる。本実施形態のハウジング１は、本体部１ａから一体的に延出する円筒部１ｃを有しており、例えば円筒部１ｃの全周に亘ってレーザ溶接されると、円筒部１ｃが支持部材３に密着して接合され、磁石室ＭＣが外部空間から遮蔽される。

一方、支持部材３は、図５及び図６に示すように、軸部材２を回転可能に支持する軸受部３ａが形成され、その回りに環状凹部３ｂが形成されている。この環状凹部３ｂの回りには環状の立壁３ｃが形成されており、ハウジング１の円筒部１ｃの内周面に立壁３ｃが嵌合されるように構成されている。尚、円筒部１ｃと立壁３ｃの嵌合時の位置決め用に、立壁３ｃから複数（本実施形態では４個）の突起３ｄが延出形成されており、円筒部１ｃの内周面にはこれらに嵌合する凹部１ｄが形成されている。更に、環状凹部３ｂ内には、リターンスプリング４の端部４ａを係止するため、平面視円弧状の係止突起３ｅが延出形成されている。また、立壁３ｃから外側に、相互に離隔する方向に延出する一対のフランジ部３ｆ、３ｆが形成され、夫々に取付孔３ｇ、３ｇが形成されている。

軸部材２は、図７に示すように、合成樹脂によって円板部２ａと軸部２ｂが一体に形成され、磁石部材２０が円板部２ａに埋設されている。軸部２ｂの先端には所謂二面幅の係合部２ｃが形成されており、駆動レバー６に形成される二面幅の係合孔６ｃ（図９に示す）と係合可能に構成されている。更に、軸部材２の円板部２ａ下面には、リターンスプリング４の端部４ｂを係止するため、円弧状の係止突起２ｅが延出形成されており、支持部材３の係止突起３ｅに対し、平面視で図５に示す位置関係にある。

即ち、駆動レバー６は軸部材２の径方向に延出する延出部６ａと、軸部材２の軸に平行に延出し外部機構（ペダルレバーＰＬ）と係合する係合部６ｂを有し、（係合孔６ｃと係合部２ｃの係合により）延出部６ａの一端が軸部材２に固定され、延出部６ａの他端が軸部材２の径方向に延出し、リターンスプリング４の付勢力に抗して軸部材２を回転駆動するように構成されている。

磁石部材２０は、軸部２ｂの軸に対して直交する面上に配置される直方体の永久磁石２１を有し、この直方体の永久磁石２１には、軸部２ｂの軸に対して直交する方向に溝２１ａが形成されている。この溝２１ａは、ＩＣチップ１０に対向する面に対し反対側の面に形成されており、直方体の一方の面の中心を含み、短尺側の側面に平行に延在するように形成され、直方体の長尺側の長さに対し３分の１の幅に設定されている。そして、永久磁石２１に対し、その溝２１ａの長手方向に添って着磁されている。

ハウジング１内のＩＣチップ１０は、前述のように一対の磁電変換素子（図３に１０１及び１０２で示す）を有し、軸部材２の回転、ひいては磁石部材２０の回転角度変化に応じて変化する永久磁石２１による磁場の角度変化が一対の磁電変換素子によって検出され、磁場角度に応じた電圧出力がコネクタ部材５を介して電子制御装置ＥＣＵに供給されるように構成されている。

上記の回転角検出装置の組付工程について、図９を参照して説明する。先ず、支持部材３の環状凹部３ｂ内にリターンスプリング４が収容され、その端部４ａが係止突起３ｅに係止される。続いて、軸部材２の軸部２ｂが支持部材３の軸受部３ａ内に収容されると共に、軸部材２の係止突起２ｅにリターンスプリング４の端部４ｂが係止され、環状の立壁３ｃ内に軸部材２の円板部２ａが収容されると、図４の下部に示す状態となり、更に、図４の上部に示すハウジング１が支持部材３に接合される。即ち、ハウジング１の円筒部１ｃに形成された各凹部１ｄが、支持部材３の立壁３ｃに形成された各突起３ｄに嵌合されて、円筒部１ｃが立壁３ｃに対し所定の位置に嵌合された後、円筒部１ｃの全周に亘ってレーザ溶接される。これにより、ハウジング１が支持部材３に密着接合され、図３に示す磁石室ＭＣが形成される。

次に、ハウジング１の本体部１ａ内にＩＣチップ１０が収容され、ＩＣチップ１０に対向する位置で保持される。そして、本体部１ａ内で、ＩＣチップ１０を構成する一対の磁電変換素子１０１、１０２等にコネクタ部材５が電気的に接続されると共に、接合部１ｂに対しコネクタ部材５が液密的に嵌合され、図１に示すように密閉空間の素子室ＳＣが形成される。更に、軸部材２の係合部２ｃに駆動レバー６の係合孔６ｃが係合されて接合され、軸部材２が駆動レバー６の揺動に応じて回転駆動されるように構成される。

上記の構成になる回転角検出装置は、図１に示すように、駆動レバー６の係合部６ｂがペダルレバーＰＬに係合するように配置される。このとき、駆動レバー６はリターンスプリング４の付勢力によってペダルレバーＰＬに押圧される状態となるので、ペダルレバーＰＬは、予め設定された初期位置に保持される。この状態からペダルレバーＰＬが操作されると、駆動レバー６が軸部材２（軸部２ｂ）の軸を中心に揺動し、リターンスプリング４の付勢力に抗して軸部材２が回転駆動されるので、軸部材２の円板部２ａに埋設された磁石部材２０が軸部２ｂの軸を中心に回転する。即ち、ハウジング１内に収容支持されたＩＣチップ１０に対し、（ハウジング１と一体の）支持部材３に支持された磁石部材２０が相対的に回転し、その回転角度変化に応じて変化する永久磁石２１による磁場の角度変化が、ＩＣチップ１０内の一対の磁電変換素子（１０１、１０２）によって検出される。而して、磁場角度に応じた電圧出力がコネクタ部材５を介して電子制御装置ＥＣＵに供給される。

１ ハウジング
１ａ 本体部
１ｂ 接合部
２ 軸部材
３ 支持部材
４ リターンスプリング
５ コネクタ部材
６ 駆動レバー
１０ ＩＣチップ
２０ 磁石部材
ＳＣ 素子室
ＭＣ 磁石室
１０１，１０２ 磁電変換素子
１１０ 第１の処理回路
１２０ 第２の処理回路
１３０ 比較回路
１４０ 出力回路
ＬＯ 出力信号線
ＥＣＵ 電子制御装置

Claims (6)

1. 一対の磁電変換素子と、該一対の磁電変換素子に対向して軸部材に配置される磁石部材を有し、該磁石部材の前記一対の磁電変換素子に対する相対回転に応じて前記一対の磁電変換素子によって前記軸部材の回転角信号が検出され、該回転角信号が電子制御装置に出力される回転角検出装置において、前記一対の磁電変換素子の一方に接続される第１の処理回路と、前記一対の磁電変換素子の他方に接続される第２の処理回路と、該第２の処理回路の演算結果と前記第１の処理回路の演算結果とを比較する比較回路と、該比較回路の比較結果並びに前記第１及び第２の処理回路の演算結果に応じた信号を出力する単一の出力回路とを備え、該出力回路の単一の出力信号線が前記電子制御装置に電気的に接続されていることを特徴とする回転角検出装置。
2. 前記出力回路の出力信号線、電源線及び接地線を介して前記電子制御装置に電気的に接続されることを特徴とする請求項１記載の回転角検出装置。
3. 前記一対の磁電変換素子、第１の処理回路、第２の処理回路、比較回路及び出力回路が単一のＩＣチップで構成されていることを特徴とする請求項１又は２記載の回転角検出装置。
4. 前記一対の磁電変換素子を収容するハウジングと、該ハウジングに接合され前記軸部材を回転可能に支持する支持部材と、前記一対の磁電変換素子に電気的に接続されるコネクタ部材とを備え、前記ハウジングが、少なくとも前記一対の磁電変換素子を収容する素子室が形成された本体部と、該本体部と一体的に形成され前記コネクタ部材に接合される接合部を有し、該接合部に対し前記コネクタ部材が液密的に嵌合されて接合されることを特徴とする請求項１又は２記載の回転角検出装置。
5. 前記一対の磁電変換素子、第１の処理回路、第２の処理回路、比較回路及び出力回路が単一のＩＣチップで構成されており、該ＩＣチップが前記素子室に収容されていることを特徴とする請求項４記載の回転角検出装置。
6. 前記ハウジングは、前記素子室とは分離して前記本体部に形成される磁石室を有し、該磁石室内に前記磁石部材を収容した状態で、前記支持部材に接合されることを特徴とする請求項４又は５記載の回転角検出装置。

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