JP2021076419A - 回転角センサおよび回転角検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】検出精度が低下することを抑制できる回転角センサを提供する。【解決手段】磁気抵抗素子を備え、着磁ロータ１１０と対向するように配置されるセンサチップ２１と、センサチップ２１を搭載するケーシング３０と、を備える回転角センサにおいて、ケーシング３０のうちのセンサチップ２１を挟んで着磁ロータ１１０と反対側に位置する部分に、磁性材料で構成されるシールド部材８０を配置する。【選択図】図１

Description

本発明は、着磁ロータの回転を検出する回転角センサおよび回転角検出装置に関するものである。

従来より、着磁ロータの回転を検出する回転角センサが提案されている（例えば、特許文献１参照）。具体的には、この回転角センサは、車両の車軸と共に回転する円環形状の着磁ロータを回転検出の対象とし、着磁ロータの表面と対向するように配置されている。

なお、着磁ロータは、周方向に沿ってＮ極とＳ極とに交互に着磁されたロータである。回転角センサは、付与される磁気ベクトルの変化に基づいて抵抗値が変化する磁気抵抗素子が形成されたセンサチップを有する構成とされ、当該磁気ベクトルに応じた検出信号を出力する構成とされている。

そして、回転角センサは、着磁ロータの回転に伴う磁極（すなわち、Ｓ極、Ｎ極）の入れ替わりを検出する。具体的には、回転角センサは、上記着磁ロータが回転すると磁気抵抗素子に影響する磁気ベクトルが変化するため、この磁気ベクトルの変化（すなわち、振れ角）に対応した磁気抵抗素子の抵抗値変化に基づき、着磁ロータの回転に応じた検出信号を出力する。

特開２００６−３２２５号公報

ところで、上記のような回転角センサでは、磁気ベクトルの振れ角に対応した磁気抵抗素子の抵抗値変化に基づいて着磁ロータの回転角を検出するため、磁気抵抗素子に印加される磁気ベクトルの角度が重要となる。この場合、回転角センサ（すなわち、磁気抵抗素子）に、外部磁界の磁気ベクトル等、着磁ロータ以外の磁気ベクトルが印加されると検出精度が低下する。

本発明は上記点に鑑み、検出精度が低下することを抑制できる回転角センサおよび回転角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の請求項１では、円盤状とされ、周方向に沿ってＮ極とＳ極とが交互に着磁された着磁ロータ（１１０）の回転角を検出する回転角センサであって、磁気抵抗素子を備え、着磁ロータと対向するように配置されるセンサチップ（２１）と、センサチップを搭載するケーシング（３０）と、を備え、ケーシングには、センサチップを挟んで着磁ロータと反対側に位置する部分に、磁性材料で構成されるシールド部材（８０）が配置されている。

これによれば、回転角センサが使用される際、センサチップを挟んで着磁ロータと反対側にシールド部材が配置される。このため、着磁ロータと反対側から外部の磁気ベクトルがセンサチップに達することをシールド部材によって抑制できる。したがって、検出精度が低下することを抑制できる。

また、請求項６では、請求項１ないし５のいずれか１つに記載の回転角センサ（１）と、着磁ロータ（１１０）と、着磁ロータに備えられると共に、着磁ロータを被実装部材に固定する保持部材（１２０）と、を備え、保持部材は、着磁ロータを挟んで回転角センサと反対側に配置され、磁性材料で構成されている。

これによれば、保持部材が磁性材料で構成されているため、着磁ロータ側から外部の磁気ベクトルがセンサチップに達することを抑制できる。したがって、検出精度が低下することをさらに抑制できる。

なお、各構成要素等に付された括弧付きの参照符号は、その構成要素等と後述する実施形態に記載の具体的な構成要素等との対応関係の一例を示すものである。

回転角検出装置を示す断面図である。 図１中のモールド部材の詳細な断面図である。 図１中の矢印III方向から視た着磁ロータ、モールド部材、ターミナルの位置関係を示す平面図である。 図１中の矢印IV方向から視た着磁ロータ、モールド部材、シールド部材の位置関係を示す平面図である。 第２実施形態における回転角検出装置を示す断面図である。 第３実施形態における回転角検出装置を示す断面図である。 図６中の矢印VII方向から視た着磁ロータ、モールド部材、シールド部材の位置関係を示す平面図である。

以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、同一符号を付して説明を行う。

（第１実施形態）
第１実施形態について、図面を参照しつつ説明する。本実施形態の回転角検出装置は、自動車等の車両に搭載され、車軸に備えられる着磁ロータの回転を検出するのに利用されると好適である。

図１に示されるように、回転角検出装置は、回転角センサ１０と、ロータ部１００とを備えている。まず、回転角センサ１０の構成について説明する。回転角センサ１０は、モールド部材２０がケーシング３０に搭載されて構成されている。以下では、図１中の紙面上側を一端部側とし、図１中の紙面下側を他端部側として説明する。

モールド部材２０は、図２に示されるように、センサチップ２１、回路チップ２２、リードフレーム２３、これらを封止するモールド樹脂２６等を有している。

センサチップ２１は、印加される磁気ベクトルに応じた検出信号を出力するように構成されている。本実施形態では、センサチップ２１には、磁気ベクトルに応じて抵抗値が変化する磁気抵抗素子が２つ形成されている。そして、磁気抵抗素子は、ブリッジ回路を構成するように接続されている。なお、２つの磁気抵抗素子は、センサチップ２１の中心を挟んで対称に形成されている。

回路チップ２２は、センサチップ２１を駆動する駆動回路や、検出信号に対して増幅処理等の処理を行う処理回路等が形成されたＩＣチップ等が用いられる。

リードフレーム２３は、図示しない接着剤を介してセンサチップ２１および回路チップ２２を搭載するアイランド部２３ａと、外部との電気的接続を行う端子部２３ｂとを備えている。リードフレーム２３は、一般的な銅（Ｃｕ）や４２アロイ等の導電性に優れた金属にて構成され、エッチング加工やプレス加工等によって所定形状に加工されている。本実施形態では、アイランド部２３ａは平面矩形状とされ、端子部２３ｂは、アイランド部２３ａの周囲に配置されている。

そして、センサチップ２１と回路チップ２２とは、ボンディングワイヤ２４を介して電気的に接続されている。回路チップ２２と端子部２３ｂの一端部とは、ボンディングワイヤ２５を介して電気的に接続されている。なお、これらボンディングワイヤ２４、２５は、金やアルミニウム等で構成されている。

モールド樹脂２６は、一般的なエポキシ樹脂等で構成され、金型を用いたトランスファーモールド法等によって形成されている。具体的には、モールド樹脂２６は、端子部２３ｂにおける他端部側が露出すると共に、センサチップ２１、回路チップ２２、リードフレーム２３、ボンディングワイヤ２４、２５が封止されるように形成されている。

ケーシング３０は、図１に示されるように、コネクタケース４０とキャップ７０とを備えた構成とされている。コネクタケース４０は、サブケース５０および主ケース６０を有する構成とされている。サブケース５０は、例えば、ポリフェニレンサルファイド（すなわち、ＰＰＳ）やポリブチレンテレフタレート（すなわち、ＰＢＴ）等の樹脂を型成形することにより作られている。そして、サブケース５０は、一端部側の外周面に凹部５１が形成されている。

サブケース５０には、センサチップ２１と外部回路等とを電気的に接続するための金属棒状のターミナル５２が複数本備えられている。これら各ターミナル５２は、インサート成形により、サブケース５０と一体に成形されることによってサブケース５０内に保持されている。なお、図１中では、１本のターミナル５２のみが図示されているが、実際には複数本のターミナル５２が備えられている。

具体的には、各ターミナル５２は、一端部がサブケース５０における凹部５１から露出し、他端部がサブケース５０の他端部側から突出するように、サブケース５０に保持されている。なお、サブケース５０の他端部側から突出するターミナル５２の他端部は、図示しないワイヤハーネス等の外部配線部材を介して外部回路等と電気的に接続される。

サブケース５０の凹部５１には、上記モールド部材２０が配置されている。そして、モールド部材２０における端子部２３ｂのうちのモールド樹脂２６から露出する他端部と、ターミナル５２の一端部とは、溶接等によって電気的に接続されている。これにより、センサチップ２１は、回路チップ２２、端子部２３ｂを介してターミナル５２と電気的に接続され、外部回路との接続が図られる。

主ケース６０は、サブケース５０と同様に、例えば、ポリフェニレンサルファイドやポリブチレンテレフタレート等の樹脂を型成形することにより作られている。そして、主ケース６０は、インサート成形によってサブケース５０と一体に成形されることにより、サブケース５０と一体化されている。

具体的には、主ケース６０は、一端部側からサブケース５０の一端部側が露出するように形成されている。具体的には、主ケース６０は、サブケース５０の一端部側に搭載されているモールド部材２０等が露出するように形成されている。また、主ケース６０は、一端部側に筒状の挿入部６１が形成されており、他端部側に、ターミナル５２の他端部を露出させる開口部６２が形成されている。

さらに、主ケース６０には、一端部側と他端部側との間に、環状の溝部６３が形成されている。そして、溝部６３には、Ｏリング６４が配置されている。

キャップ７０は、ポリフェニレンサルファイドやポリブチレンテレフタレート等の樹脂を型成形することにより作られ、他端部側が開口部とされた有底筒状とされている。キャップ７０は、モールド部材２０等を収容するように開口部側が主ケース６０の挿入部６１に圧入されることにより、主ケース６０と一体化されている。

そして、本実施形態では、サブケース５０には、センサチップ２１が配置される側と反対側の部分に、シールド部材８０が配置されている。言い換えると、サブケース５０には、センサチップ２１が配置される凹部５１の底面と反対側の部分を反対部５３とすると、反対部５３にシールド部材８０が配置されている。シールド部材８０は、鉄等の磁性材料を用いて構成され、例えば、ＳＰＣＣやＳ４５Ｃ等を用いて構成されている。また、シールド部材８０は、例えば、シリコーン系接着剤等で構成される接合部材を介して配置される。なお、後述するように、回転角センサ１０は、モールド部材２０のセンサチップ２１が着磁ロータ１１０と対向するように配置される。このため、反対部５３は、言い換えると、サブケース５０のうちの着磁ロータ１１０と反対側の部分であるということもできる。

以上が本実施形態における回転角センサ１０の構成である。

ロータ部１００は、図１、図３、および図４に示されるように、着磁ロータ１１０および保持部材１２０等を備えた構成とされている。着磁ロータ１１０は、一面１１０ａおよび他面１１０ｂを有する円環形状とされており、周方向に沿ってＮ極とＳ極とに交互に着磁されている。そして、着磁ロータ１１０は、他面１１０ｂ側に保持部材１２０が備えられ、保持部材１２０が被実装部材としての車軸に固定されることにより、車軸と共に回転するようになっている。なお、保持部材１２０は、着磁ロータ１１０の他面１１０ｂのほぼ全面に配置されている。

そして、回転角検出装置は、回転角センサ１０が着磁ロータ１１０の一面１１０ａと対向するように配置されることで構成される。この場合、回転角センサ１０は、モールド部材２０が着磁ロータ１１０の一面１１０ａと対向するように配置される。つまり、回転角センサ１０は、モールド部材２０を挟んでシールド部材８０と着磁ロータ１１０が位置するように、配置される。

なお、回転角センサ１０は、モールド部材２０におけるセンサチップ２１の中心と、着磁ロータ１１０における内径と外径との間の中心とが対向するように配置されることが好ましい。これにより、本実施形態ではセンサチップ２１に当該センサチップの中心を挟んで対称に２つの磁気抵抗素子が形成されているため、着磁ロータ１１０に起因する磁気ベクトルがセンサチップ２１に形成された２つの磁気抵抗素子に均等に印加され易くなり、検出感度の向上を図ることができる。

以上説明したように、本実施形態では、センサチップ２１を挟んで着磁ロータ１１０と反対側にシールド部材８０が配置されている。このため、着磁ロータ１１０と反対側から外部の磁気ベクトルがセンサチップ２１に達することをシールド部材８０によって抑制できる。したがって、検出精度が低下することを抑制できる。

（第２実施形態）
第２実施形態について説明する。本実施形態は、第１実施形態に対し、キャップ７０にシールド部材８０を配置したものである。その他に関しては、第１実施形態と同様であるため、ここでは説明を省略する。

本実施形態では、図５に示されるように、シールド部材８０は、キャップ７０の外周面に配置されている。具体的には、シールド部材８０は、キャップ７０における外周面のうち、サブケース５０の反対部５３と対向する部分にシールド部材８０が配置されている。

このように、キャップ７０にシールド部材８０を配置するようにしても、上記第１実施形態と同様の効果を得ることができる。

（第３実施形態）
第３実施形態について説明する。本実施形態は、第１実施形態に対し、シールド部材８０の形状を変更したものである。その他に関しては、第１実施形態と同様であるため、ここでは説明を省略する。

本実施形態では、図６および図７に示されるように、シールド部材８０は、モールド部材２０（すなわち、センサチップ２１）側に突出した側部８１を有する構成とされている。具体的には、シールド部材８０とモールド部材２０（すなわち、センサチップ２１）との配列方向において、側部８１は、着磁ロータ１１０の回転方向と交差するように形成されていると共に、着磁ロータ１１０の径方向と交差するように形成されている。つまり、側部８１は、モールド部材２０を略囲むように形成されている。但し、側部８１は、本実施形態では、凹部５１の底面までは達しないように形成されている。

なお、シールド部材８０とモールド部材２０との配列方向においてとは、言い換えると、シールド部材８０とモールド部材２０との配列方向から視たときということもできる。さらに言い換えると、シールド部材８０とモールド部材２０との配列方向においてとは、モールド部材２０と着磁ロータ１１０の配列方向から視たときということもでき、着磁ロータ１１０の他面１１０ｂ側から視たときということもできる。

これによれば、側部８１が形成されているため、当該側部８１によっても、外部の磁気ベクトルがセンサチップ２１に達することを抑制できる。したがって、検出精度が低下することをさらに抑制できる。

また、本実施形態では、側部８１は、凹部５１の底面まで達しないように形成されている。このため、着磁ロータ１１０からの磁気ベクトルが側部８１に吸収されることを抑制でき、感度が低下することを抑制できる。

（他の実施形態）
本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した範囲内において適宜変更が可能である。

例えば、上記各実施形態において、保持部材１２０は、シールド部材８０と同様の磁性材料で構成されていてもよい。これによれば、保持部材１２０により、着磁ロータ１１０側から外部の磁気ベクトルがセンサチップ２１に達することを保持部材１２０によって抑制できる。したがって、検出精度が低下することをさらに抑制できる。

また、上記第３実施形態において、側部８１は、着磁ロータ１１０の周方向と交差するように形成されている部分、および着磁ロータ１１０の径方向と交差するように形成されている部分のうちの一方のみが形成されていてもよい。また、側部８１は、凹部５１の底面を超えるように形成されていてもよい。

１０ 回転角センサ
２１ センサチップ
３０ ケーシング
８０ シールド部材
１１０ 着磁ロータ

Claims (6)

1. 円環形状とされ、周方向に沿ってＮ極とＳ極とが交互に着磁された着磁ロータ（１１０）の回転角を検出する回転角センサであって、
   磁気抵抗素子を備え、前記着磁ロータと対向するように配置されるセンサチップ（２１）と、
   前記センサチップを搭載するケーシング（３０）と、を備え、
   前記ケーシングには、前記センサチップを挟んで前記着磁ロータと反対側に位置する部分に、磁性材料で構成されるシールド部材（８０）が配置されている回転角センサ。
2. 前記ケーシングは、前記センサチップが配置されるコネクタケース（４０）を有し、
   前記シールド部材は、前記コネクタケースのうちの前記センサチップが配置される部分と反対側に位置する部分に備えられている請求項１に記載の回転角センサ。
3. 前記シールド部材は、前記シールド部材と前記センサチップとの配列方向において、前記着磁ロータの回転方向と交差するように、前記センサチップ側に突出した側部（８１）を有する請求項１または２に記載の回転角センサ。
4. 前記シールド部材は、前記シールド部材と前記センサチップとの配列方向において、前記着磁ロータの径方向と交差するように、前記センサチップ側に突出した側部（８１）を有する請求項１ないし３のいずれか１つに記載の回転角センサ。
5. 前記ケーシングは、前記センサチップが配置されるコネクタケース（４０）と、前記センサチップを収容するように前記コネクタケースに一体化されたキャップ（７０）と、を有し、
   前記シールド部材は、前記キャップの外周面に備えられている請求項１に記載の回転角センサ。
6. 請求項１ないし５のいずれか１つに記載の回転角センサ（１）と、
   前記着磁ロータ（１１０）と、
   前記着磁ロータに備えられると共に、前記着磁ロータを被実装部材に固定する保持部材（１２０）と、を備え、
   前記保持部材は、前記着磁ロータを挟んで前記回転角センサと反対側に配置され、磁性材料で構成されている回転角検出装置。

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