JP3632038B2

JP3632038B2 - 回動角検出装置

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Publication number: JP3632038B2
Application number: JP28330498A
Authority: JP
Inventors: 吉宏木暮; 弘次中沢
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1998-09-19
Filing date: 1998-09-19
Publication date: 2005-03-23
Anticipated expiration: 2018-09-19
Also published as: US6275027B1; DE19944019A1; DE19944019C2; JP2000097606A; US20010048302A1; US6462537B2

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば回動軸の回動角等を検出するのに好適に用いられる回動角検出装置に関し、特に自動車用エンジンのスロットルバルブ開度、アクセルペダル開度等を検出するのに用いられる回動角検出装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、回動角検出装置は、自動車用エンジンのスロットルバルブ開度、アクセルペダル開度等を検出するのに広く用いられている。そこで、回動角検出装置によってスロットルバルブ開度の検出を行う場合を例に挙げて説明する。
【０００３】
電子制御式燃料噴射装置を備えた自動車用エンジン等では、エンジンの吸気通路の途中にスロットルバルブを設け、該スロットルバルブの開度を回動角検出装置により検出する構成としている。そして、該回動角検出装置からの信号は、エンジンの吸入空気量に対応した信号としてコントロールユニットに出力され、該コントロールユニット側では吸入空気量に従って燃料の噴射量を演算するものである。このような自動車用エンジン等に用いる回動角検出装置として、マグネット、ヨーク等を用いた非接触型のものが知られている（例えば、特開平９−１８９５０８号公報、特開平９−１８９５０９号公報等）。
【０００４】
ここで、従来技術による回動角検出装置は、スロットルバルブの弁開度に応じて回動する回動軸に設けられたマグネットと、該マグネットの周囲を取り囲む３個以上のヨークと、該各ヨーク間に配設された複数のホール素子とから構成されている。
【０００５】
そして、従来技術の回動角検出装置では、マグネットと３個以上のヨークとによって複数の磁気回路を構成し、各磁気回路毎に独立してホール素子を配設している。これにより、複数のホール素子によって複数の磁気回路の磁束密度を検出し、これらのホール素子から出力される検出信号を用いることによって回動軸の回動角、即ちスロットルバルブの弁開度を検出している。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述した従来技術による回動角検出装置では、３個以上のヨークによって複数の磁気回路を構成しているため、ヨークの形状が複雑になり、複数の屈曲部、切欠部等が形成され易い。そして、マグネットによる磁束が、ヨーク内を通過するとき、これらの屈曲部等から外部へと漏れる傾向があるという問題がある。
【０００７】
また、従来技術による回動角検出装置では、３個以上のヨークによってマグネットの周囲をほぼ全周に亘って取り囲む構成としているから、前記各ヨーク間で周方向の漏れ磁束が発生し、回動角の検出信号に悪影響を与えるという問題がある。
【０００８】
さらに、３個以上のヨークをケーシング内に配設するため、回動角検出装置が全体的に大型化すると共に、部品点数が多くなるため製造コストが増大するという問題もある。
【０００９】
本発明は上述した従来技術の問題に鑑みなされたもので、本発明はヨークの形状を簡略化して漏れ磁束の発生を抑えることができ、回動角の検出精度を向上できると共に、部品点数を削減して全体を小型化できるようにした回動角検出装置を提供することを目的としている。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上述した課題を解決するために、請求項１の発明は、回動可能に設けられたマグネットと、該マグネットを挟んで互いに径方向で対向した第１，第２の磁極片部から径方向内向きに延びた第１，第２のオーバハング部をマグネットの回動中心上で互いに重なり合って形成してなる第１，第２のヨークと、該第１，第２のヨークを構成する第１，第２のオーバハング部間に設けられ、前記マグネットと第１，第２のヨークとの対向面積に応じた信号を出力する信号出力手段とからなる回動角検出装置において、前記第１，第２のヨークの第１，第２のオーバハング部は、前記マグネットの回動中心を要とする扇形状に形成された扇形面部と、該扇形面部の要側に設けられ前記マグネットの回動中心を越える位置まで延びて形成された延長部とによって構成し、該各延長部は前記信号出力手段を挟むように互いにほぼ等しい面積をもって重なり合う構成としたことを特徴としている。
【００１１】
このような構成としたことにより、マグネットを第１，第２の磁極片部との間で非接触状態に保持し、回動角に応じてマグネットと第１，第２の磁極片部との対向面積が変化する。そして、信号出力手段は、このマグネットと第１，第２の磁極片部との対向面積に対応した信号を出力するから、信号出力手段から出力される信号を用いることによって回動角を検出することができる。
【００１２】
しかも、マグネットと２個のヨークとによって磁気回路を構成しているから、オーバハング部を含めてヨーク全体を簡単な形状に成形でき、ヨークの途中部位から磁束が漏れるのを防止し、ヨーク内の磁束密度を高めることができる。
【００１３】
また、第１，第２のヨークの第１，第２のオーバハング部を、マグネットの回動中心を要とする扇形状に形成された扇形面部と、該扇形面部の要側に設けられマグネットの回動中心を越える位置まで延びて形成された延長部とによって構成し、該各延長部を信号出力手段を挟むように互いにほぼ等しい面積をもって重なり合う構成としたから、対向した各延長部間の隙間に生じる磁束が部分的に集中するのを防止し、各延長部間の磁界をほぼ均一な磁束とすることができる。さらに、第１，第２のオーバハング部を扇形面部を用いて形成したから、第１，第２のヨークを、オーバハング部と磁極片部とを連結する外周端側を折曲するだけの簡略化した構造にでき、ヨークの途中部位から磁束が外部に漏れるのを防止でき、第１，第２のヨーク内の磁束密度を高めることができ、第１，第２のヨーク内の磁束密度を高めることができる。
【００１４】
請求項２の発明は、回動可能に設けられたマグネットと、該マグネットを挟んで互いに径方向で対向した第１，第２の磁極片部から径方向内向きに延びた第１，第２のオーバハング部をマグネットの回動中心上で互いに重なり合って形成してなる第１，第２のヨークと、該第１，第２のヨークを構成する第１，第２のオーバハング部間に設けられ、前記マグネットと第１，第２のヨークとの対向面積に応じた信号を出力する信号出力手段と、前記第１，第２のヨークを構成する第１，第２の磁極片部間に設けられ、該第１，第２の磁極片部間で周方向に向う磁束を遮断する磁束遮断部とからなる回動角検出装置において、前記第１，第２のヨークの第１，第２のオーバハング部は、前記マグネットの回動中心を要とする扇形状に形成された扇形面部と、該扇形面部の要側に設けられ前記マグネットの回動中心を越える位置まで延びて形成された延長部とによって構成し、該各延長部は前記信号出力手段を挟むように互いにほぼ等しい面積をもって重なり合う構成としたことを特徴としている。
【００１５】
このような構成としたことにより、マグネットを第１，第２の磁極片部との間で非接触状態に保持し、回動角に応じてマグネットと第１，第２の磁極片部との対向面積が変化する。そして、信号出力手段は、このマグネットと第１，第２の磁極片部との対向面積に対応した信号を出力するから、信号出力手段から出力される信号を用いることによって回動角を検出することができる。
【００１６】
しかも、第１，第２の磁極片部間に磁束遮断部を設けたから、マグネットによる磁束が、例えば第１の磁極片部から第２の磁極片部へと周方向に直接回り込むのを抑制することができる。これにより、磁極片部からヨーク内に進入した磁束を、オーバハング部を通じて信号出力手段へと導くことができる。
【００１７】
また、第１，第２のヨークの第１，第２のオーバハング部を、マグネットの回動中心を要とする扇形状に形成された扇形面部と、該扇形面部の要側に設けられマグネットの回動中心を越える位置まで延びて形成された延長部とによって構成し、該各延長部を信号出力手段を挟むように互いにほぼ等しい面積をもって重なり合う構成としたから、対向した各延長部間の隙間に生じる磁束が部分的に集中するのを防止し、各延長部間の磁界をほぼ均一な磁束とすることができる。さらに、第１，第２のオーバハング部を扇形面部を用いて形成したから、第１，第２のヨークを、オーバハング部と磁極片部とを連結する外周端側を折曲するだけの簡略化した構造にでき、ヨークの途中部位から磁束が外部に漏れるのを防止でき、第１，第２のヨーク内の磁束密度を高めることができ、第１，第２のヨーク内の磁束密度を高めることができる。
【００１８】
請求項３の発明では、マグネットを、該マグネットの回動中心を挟んで互いに異なる磁極となった両端面を凸円弧面部として形成し、第１，第２の磁極片部を、前記マグネットの回動中心に対して該各凸円弧面部と同軸に対向する凹円弧面部をもって形成したことにある。
【００１９】
このように、マグネットを回動させて、該マグネットの凸円弧面部と磁極片部の凹円弧面部とが対向したとき、この対向面積の変化に伴って、ヨーク内を通過する磁束密度を変化させることができる。
【００２０】
請求項４の発明では、信号出力手段を、第１，第２のヨークを構成する第１，第２のオーバハング部間にフレキシブル基板を介して配設された磁電変換素子からなり、前記フレキシブル基板は途中部位を折曲げた状態で前記マグネットと第１，第２のヨークを収容するケーシング内に配設する構成としたことにある。
【００２１】
このような構成としたことにより、フレキシブル基板によって、第１のオーバハング部と第２のオーバハング部との隙間に磁電変換素子を位置決めすると共に、該フレキシブル基板には信号処理回路等の回路部品を実装でき、しかもフレキシブル基板の途中部位を折曲させることで、ケーシング内の小さなスペースにも配設することができる。
【００２２】
請求項５の発明では、第１のヨークと第２のヨークとを、保磁力が１エルステッド以下の磁性材料によって形成し、マグネットを、最大エネルギ積が２０×１０^６ガウスエルステッド以下の磁気特性を有する永久磁石材料によって形成したことにある。
【００２３】
このような構成としたことにより、第１，第２のヨーク内にマグネットからの磁束が通ったときに該各ヨーク内に残る残留磁束を小さくする。これにより、マグネットを回動させ、マグネットと第１，第２のヨークとの対向面積を増加させたときと減少させたときに発生していた検出信号の差を小さくし、検出誤差を小さくすることができる。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る回動角検出装置の実施の形態を、図１ないし図７を参照しつつ詳細に説明する。
【００２５】
１は回動角検出装置の外形をなすケーシングで、該ケーシング１は、軸方向に延びる筒部１Ａと、該筒部１Ａの軸方向の途中に設けられ、後述のカバー１８と共に筒部１Ａ内に収容室Ａを画成した隔壁部１Ｂと、該隔壁部１Ｂから軸方向上向きに突設され、後述のヨーク支持筒３を位置決めする筒状突部１Ｃと、前記隔壁部１Ｂから軸方向下向きに突設され、内周側が収容室Ａ内に連通する筒状の軸受保持部１Ｄと、前記筒部１Ａの外周側から径方向外向きに突設された２個のコネクタ部１Ｅ，１Ｅとから構成されている。そして、隔壁部１Ｂの下側部分は、筒部１Ａと軸受保持部１Ｄとの間が後述する戻しばね１７用のばね室Ｂとなっている。
【００２６】
また、ケーシング１にはコネクタ部１Ｅから収容室Ａ内に延びる複数本のピン端子２（１本のみ図示）が埋設されると共に、ばね室Ｂ内には例えば１００°程度の角度範囲に亘って切欠き（図示せず）が設けられ、この切欠きによって後述するレバー１６の回動範囲を規制している。
【００２７】
３はケーシング１の隔壁部１Ｂ上に筒状突部１Ｃによって位置決めされたヨーク支持筒で、該ヨーク支持筒３は樹脂材料により有蓋筒状に形成され、後述する第１，第２のヨーク８，９を樹脂モールド等の手段により一体に保持するものである。そして、ヨーク支持筒３は第１，第２のヨーク８，９と共にケーシング１の筒状突部１Ｃ内に着脱可能に嵌着され、後述のマグネット７に対する第１，第２のヨーク８，９の位置決めを行っている。
【００２８】
４はケーシング１内に回動可能に設けられた回動軸で、該回動軸４は軸受５を用いて軸受保持部１Ｄ内に取付けられ、該回動軸４の先端側は軸受保持部１Ｄ内から収容室Ａ内に向けて突出し、後述の回動板６が一体に形成されている。また、回動軸４の基端側は軸受保持部１Ｄから軸方向下向きに突出し、レバー１６が取付けられている。
【００２９】
６は回動軸４の先端側に一体に形成された回動板で、該回動板６は略円板状に形成され、該回動板６上には後述のマグネット７が固着されている。
【００３０】
７は回動板６上に接着剤等によって固着されたマグネットで、該マグネット７は、回動軸４の軸線と直交し長さ方向の両側が異なる磁極となった矩形状または小判状に形成されている。また、該マグネット７は、図３、図４等に示すように、該マグネット７の回動中心Ｏ1−Ｏ1を挟んで互いに異なる磁極となった両端面を凸円弧面部７Ａ，７Ｂとして形成し、該凸円弧面部７Ａ，７Ｂ間は平行面部７Ｃ，７Ｄとなっている。
【００３１】
ここで、マグネット７の凸円弧面部７Ａ，７Ｂは、図３に示すように、回動中心Ｏ1−Ｏ1に対して、例えば７０〜１２０°、好ましくは９０°の角度α1 をもって形成されている。また、凸円弧面部７Ａ，７Ｂの角度α1 は、後述するヨーク８，９の磁極片部８Ａ，９Ａの角度α2 とほぼ等しい値となっている。
【００３２】
なお、マグネット７は、最大エネルギ積が２０×１０^６ガウスエルステッド以下の磁気特性を有する永久磁石材料（例えばＮｄ−Ｆｅ−Ｃｏ、Ｓｍ−Ｃｏの希土類ボンドマグネット等）によって形成されている。
【００３３】
８はヨーク支持筒３によってケーシング１内に設けられた第１のヨークで、該第１のヨーク８は、マグネット７による磁束を後述するホール素子１５に導くものである。また、第１のヨーク８は、図３に示す如く、マグネット７の凸円弧面部７Ａと一定の間隔を保って対向するように、マグネット７の回動中心Ｏ1−Ｏ1に対し一定の曲率半径で例えば約９０°の角度α2 をもって延び、内周側が凹円弧面部８Ａ1 となって円弧状に形成された第１の磁極片部８Ａと、該第１の磁極片部８Ａの軸方向端部から径方向内向きに折曲して形成され、マグネット７を上側から跨ぐように平板状をなして延びた第１のオーバハング部８Ｂとから構成されている（図４参照）。
【００３４】
ここで、オーバハング部８Ｂは、図４、図５に示す如く、外周端側が第１の磁極片部８Ａの軸方向端部と一体に連結され、マグネット７の回動中心Ｏ1−Ｏ1を要位置Ｐとする扇形状に形成された扇形面部８Ｂ1 と、該扇形面部８Ｂ1 の要位置Ｐ側に設けられ、マグネット７の回動中心Ｏ1−Ｏ1を越える位置まで延びた略正方形または長方形の延長部８Ｂ2 とから構成されている。そして、該延長部８Ｂ2 は後述する第２のオーバハング部９Ｂの延長部９Ｂ2 との間でホール素子１５を上，下から挟む構成となっている。
【００３５】
９はヨーク支持筒３によってケーシング１内に設けられた第２のヨークで、該第２のヨーク９は、マグネット７を挟んで第１のヨーク８と径方向に対向することによって磁気回路を形成し、マグネット７による磁束をホール素子１５へと導くものである。また、第２のヨーク９は、図３に示す如く、マグネット７の凸円弧面部７Ｂと一定の間隔を保って対向するように、マグネット７の回動中心Ｏ1−Ｏ1に対し一定の曲率半径で例えば約９０°の角度α2 をもって延び、内周側が凹円弧面部９Ａ1 となって円弧状に形成された第２の磁極片部９Ａと、該第２の磁極片部９Ａの軸方向端部から径方向内向きに折曲して形成され、マグネット７を上側から跨ぐように平板状をなして延びた第２のオーバハング部９Ｂとから構成されている（図４参照）。
【００３６】
ここで、オーバハング部９Ｂは、外周端側が第２の磁極片部９Ａの軸方向端部と一体に連結され、マグネット７の回動中心Ｏ1−Ｏ1を要位置Ｐとする扇形状に形成された扇形面部９Ｂ1 と、該扇形面部９Ｂ1 の要位置Ｐ側に設けられ、マグネット７の回動中心Ｏ1−Ｏ1を越える位置まで延びた略正方形または長方形の延長部９Ｂ2 とから構成されている。そして、該延長部９Ｂ2 は第１のオーバハング部８Ｂの延長部８Ｂ2 に隙間１０をもって重なり合っている。
【００３７】
さらに、図６に示す如く、マグネット７の回動角±θは、凸円弧面部７Ａの中心部位が第１の磁極片部８Ａと第２の磁極片部９Ａとの周方向の中間位置にあるときを初期位置Ｏ2とし、マグネット７が右側に回動したときを正方向（＋θ）、左側に回動したときを負方向（−θ）とする。このとき、マグネット７（回動軸４）が回動する範囲は±４５°の間であり、回動角θが＋４５°のときにはスロットルバルブの最大開弁時（フルスロットル時）に対応している。
【００３８】
また、第１，第２のヨーク８，９は、例えば電磁純鉄（ＳＵＹＢ，ＳＵＹＰ）、Ｆｅ−Ｎｉ合金等のように保磁力が１エルステッド以下となる磁性材料によって形成されている。
【００３９】
１１，１１は第１，第２の磁極片部８Ａ，９Ａとの間に設けられた磁束遮断部で、該各磁束遮断部１１は、互いにマグネット７を挟んで径方向で対向し、第１，第２の磁極片部８Ａ，９Ａ間で周方向に延び、ヨーク支持筒３の一部を構成している。そして、磁束遮断部１１は、マグネット７の回動中心Ｏ1−Ｏ1を中心として５０°〜１３０°の範囲で例えば９０°の角度α3 を有している。特に、この角度α3 は、マグネット７の凸円弧面部７Ａ，７Ｂの角度α1 とほぼ等しい値に設定することが好ましい。
【００４０】
１２はケーシング１の収容室Ａ内に配設されたフレキシブル基板で、該フレキシブル基板１２は、折曲げ可能な基板として形成され、ホール素子１５，信号処理回路を構成する回路部品１３，１３等がそれぞれ搭載される部品搭載部１２Ａ，１２Ａと、該各部品搭載部１２Ａ間に設けられた細長状の折曲部１２Ｂ，１２Ｂ，１２Ｂと、後述の接続部１２Ｃとから大略構成されている（図１参照）。
【００４１】
また、フレキシブル基板１２のうち、一端側に位置した部品搭載部１２Ａは隙間１０に延設され、その先端側にはホール素子１５が取付けられている。一方、フレキシブル基板１２の他端側には接続部１２Ｃが設けられ、該接続部１２Ｃはピン端子２の先端側に半田付け等の手段を用いて接続されている。さらに、フレキシブル基板１２は、３箇所の折曲部１２Ｂを利用して、略Ｖ字状に折曲げられ、中央に位置した折曲部１２Ｂが筒状突部１Ｃとコネクタ部１Ｅとの間で隔壁部１Ｂ上に接着剤１４を用いて固着され、フレキシブル基板１２はケーシング１内に固定されている。
【００４２】
１５は信号出力手段を構成する磁電変換素子としてのホール素子で、該ホール素子１５はフレキシブル基板１２によって延長部８Ｂ2 と延長部９Ｂ2 との隙間１０に配置されている。また、該ホール素子１５の磁気検出方向は、回動軸４の軸線（マグネット７の回動中心Ｏ1−Ｏ1の軸線）に平行で、かつマグネット７の磁極線と直交する方向となっている。さらに、該ホール素子１５は、マグネット７、第１，第２のヨーク８，９からなる磁気回路を通る磁束密度に比例した検出信号を出力するものである。
【００４３】
１６は回動軸４の下端側に一体的に固着されたレバーで、該レバー１６はその中央部が回動軸４にかしめ固定されると共に、径方向外側に向って延び、その先端はスロットルバルブ側のレバー（図示せず）と係合している。そして、レバー１６はスロットルバルブが開閉操作されるのに応じ、回動軸４を回動させるものである。
【００４４】
１７はケーシング１のばね室Ｂ内に配設された戻しばねで、該戻しばね１７はコイルスプリング等によって形成され、その一端側１７Ａは隔壁部１Ｂの底部側に掛け止めされ、他端側１７Ｂはレバー１６に掛け止めされている。そして、該戻しばね１７はレバー１６を回動軸４、回動板６およびマグネット７と共に図６に示す初期位置Ｏ2に付勢するものである。
【００４５】
１８はケーシング１の筒部１Ａを施蓋するカバーで、該カバー１８はケーシング１の収容室Ａを閉塞し、外部のダスト等から収容室Ａを保護する。また、カバー１８はヨーク支持筒３の上面側に当接し、該ヨーク支持筒３をケーシング１の隔壁部１Ｂとの間に挟んで固定するものである。
【００４６】
このように構成された本実施の形態による回動角検出装置は、２個のヨーク８，９によって２極方式の回動角検出装置を構成するもので、図６に示すように、マグネット７の初期位置Ｏ2は、その凸円弧面部７Ａが周方向に離間した第１の磁極片部８Ａと第２の磁極片部９Ａとの中央に位置している。このとき、マグネット７の凸円弧面部７Ａ，７Ｂは、いずれの磁極片部８Ａ，９Ａにも対向していないから、マグネット７からの磁束は、ヨーク８，９内を殆ど通らない。
【００４７】
次に、スロットルバルブの回動に伴いマグネット７の凸円弧面部７Ａ，７Ｂが初期位置Ｏ2から回動角＋θをもって周方向右側に回動する。このとき、マグネット７の凸円弧面部７Ａは第１の磁極片部８Ａの凹円弧面部８Ａ1 と対向し、凸円弧面部７Ｂは第２の磁極片部９Ａの凹円弧面部９Ａ1 と対向する。これにより、マグネット７から発生する磁束は、第１のヨーク８と第２のヨーク９とを通してホール素子１５に導かれ、該ホール素子１５からは、第１，第２のヨーク８，９を通る磁束密度に対応した正の検出信号が出力される（図７参照）。
【００４８】
一方、マグネット７の凸円弧面部７Ａ，７Ｂが初期位置Ｏ2から回動角−θをもって周方向左側に回動する。このとき、マグネット７の凸円弧面部７Ａは第２の磁極片部９Ａの凹円弧面部９Ａ1 と対向し、凸円弧面部７Ｂは第１の磁極片部８Ａの凹円弧面部８Ａ1 と対向する。これにより、マグネット７から発生する磁束は、第２のヨーク９と第１のヨーク８とを通してホール素子１５に導かれ、該ホール素子１５からは、第１，第２のヨーク８，９を通る磁束密度に対応した負の検出信号が出力される（図７参照）。そして、この検出信号を用いて、回動軸４の回動角θ、即ちスロットルバルブの弁開度を検出することができる。
【００４９】
かくして、本実施の形態による回動角検出装置では、第１，第２の磁極片部８Ａ，９Ａ間には磁束遮断部１１，１１を設けたから、マグネット７の周囲をほぼ全周に亘って磁性材料によって取り囲んだ場合に比べて、マグネット７による磁束が、図５中の矢示Ｃ方向に示すように、マグネット７の外周側に回り込む漏れ磁束の発生を抑制することができる。これにより、マグネット７と磁極片部８Ａ，９Ａとが対向する部分からヨーク８，９内に進入した磁束が、磁極片部８Ａ，９Ａの周方向端部から漏れ出るのを防止し、より多くの磁束をオーバハング部８Ｂ，９Ｂを通じてホール素子１５へと導くことができる。このため、ホール素子１５は外部磁界等の影響が受け難くなり、ＳＮ比が向上するから、回動角θの検出感度を高めることができる。
【００５０】
また、第１のヨーク８は、円弧状の第１の磁極片部８Ａと、平板状の第１のオーバハング部８Ｂとによって構成し、第２のヨーク９は、円弧状の第２の磁極片部９Ｂと、平板状の第２のオーバハング部９Ｂとによって構成している。
【００５１】
そして、これらのヨーク８，９の形状は、磁極片部８Ａ，９Ａとオーバハング部８Ｂ，９Ｂとを連結する外周端のみを折曲するだけで、ヨーク８，９の形状を簡略化でき、第１，第２のヨーク８，９内を通る磁束が外部に漏れるのを低減し、磁束密度を高めることができる。
【００５２】
これにより、ホール素子１５では、第１，第２のヨーク８，９によって導かれる磁束密度を検出信号として出力し、この検出信号から、マグネット７の回動角θ（スロットルバルブの弁開度）を検出でき、回動角検出装置の検出感度を高めることができる。
【００５３】
また、ヨーク８，９のオーバハング部８Ｂ，９Ｂを、扇形面部８Ｂ1 ，９Ｂ1 と延長部８Ｂ2 ，９Ｂ2 とから構成し、該延長部８Ｂ2 ，９Ｂ2 を、ほぼ等しい面積をもって、隙間１０を介して重なり合うようにしたから、軸方向に対向した第１の延長部８Ｂ2 と第２の延長部９Ｂ2 との隙間１０に生じる磁束が、部分的に集中するのを防止し、ほぼ均一な磁束を形成することができる。これにより、隙間１０に配設されるホール素子１５に作用する磁束を、延長部８Ｂ2 ，９Ｂ2 間のどの位置でもほぼ均一にすることにより、ホール素子１５による検出誤差を低減することができる。
【００５４】
さらに、第１，第２の磁極片部８Ａ，９Ａの凹円弧面部８Ａ1 ，９Ａ1 を、マグネット７の凸円弧面部７Ａ，７Ｂの角度α1 とほぼ等しい角度α2 をもって同軸に対向した円弧面として構成したから、第１の磁極片部８Ａとマグネット７との対向面積、第２の磁極片部９Ａとマグネット７との対向面積をほぼ等しくすることができる。このため、２つの対向面積を回動角θに対応して変化させることができ、ヨーク８，９内の磁束密度を回動角θに対応してより大きく変化させることができる。
【００５５】
この結果、本実施の形態による回動角検出装置では、マグネット７、第１のヨーク８、第２のヨーク９によって磁気回路を構成し、この途中にホール素子１５を配設するという簡単な構成にも拘らず、ヨーク８，９からの漏れ磁束を低減すると共に、ホール素子１５に加わる磁束をほぼ均一な磁束とすることにより、回動軸４の回動角θを高精度に検出することができる。
【００５６】
また、回動角検出装置は、マグネット７、２個のヨーク８，９、ホール素子１５等によって簡単な構造で構成されているため、従来技術のように、３個以上のヨークによって複雑に構成する必要がなく、部品点数を削減して小型化を図ると共に、コスト低減も実現することができる。
【００５７】
さらに、ホール素子１５をフレキシブル基板１２に取付け、該フレキシブル基板１２をヨーク８，９間の隙間１０内へと延設しているから、該フレキシブル基板１２によって、第１のオーバハング部８Ｂと第２のオーバハング部９Ｂとの隙間１０にホール素子１５を位置決めすると共に、該フレキシブル基板１２には信号処理回路等の回路部品１３を実装することができる。しかも、フレキシブル基板１２は折曲部１２Ｂを折曲げることにより、ケーシング１内の小さなスペースにも配設することができ、よりケーシング１を小型化することができる。
【００５８】
ところで、仮に、第１，第２のヨーク８，９を保磁力の大きい磁性材料で形成し、マグネット７をエネルギ積が大きい磁気特性を有する永久磁石材料によって形成すると、図７中に二点鎖線で示す特性線ａ1 ，ａ2 の如く回動角θに対する検出信号のヒステリシスが大きくなる。特性線ａ1 は回動軸４を右側に回動させて回動角θを−θから＋θに変化させたとき、特性線ａ2 は回動軸４を左側に回動させて回動角θを＋θから−θに変化させたときのそれぞれの回動角θに対応する検出信号を示したものである。
【００５９】
図７の特性線ａ1 ，ａ2 からも明らかなように、第１，第２のヨーク８，９内にマグネット７からの磁束が通ったときには、各ヨーク８，９内に残る残留磁束が大きいと、回動軸４を右側に回動させたときには下側の特性線ａ1 となり、回動軸を左側に回動させたときには上側の特性線ａ2 となる。このため、同じ回動角θであっても検出信号に差が発生していた。
【００６０】
そこで、本実施の形態では、第１，第２のヨーク８，９を、保磁力が１エルステッド以下の磁性材料によって形成し、マグネット７を、最大エネルギ積が２０×１０^６ガウスエルステッド以下の磁気特性を有する永久磁石材料によって形成している。これにより、第１，第２のヨーク８，９内にマグネット７からの磁束が通ったときでも、該ヨーク８，９内に残る磁束を低減すると共に、マグネット７から発生する磁束を小さくしたから、回動軸４の右回動時と、回動軸の左回動時とで発生していた下側の特性線ｂ1 と上側の特性線ｂ2 との差を近づけることができ、検出信号のばらつきを抑制し、回動角検出装置の信頼性を高めることができる。
【００６１】
なお、前記実施の形態では、ケーシング１内に回動軸４を内蔵したものについて述べたが、本発明はこれに限らず、スロットルボディと該スロットルボディに設けられるケースとによってケーシングを構成するようにし、弁軸を回動軸とし、該弁軸にマグネットを設け、ケース側にヨーク、ホール素子等を収容する構成してもよい。
【００６２】
また、前記実施の形態では、第１のヨーク８と第２のヨーク９との間に隙間１０を設け、該隙間１０にホール素子１５を設けるようにしたが、これに限らず、この隙間１０にホール素子を２個設けてもよく、この場合、１個が故障した場合の信頼性を確保することができる。
【００６３】
【発明の効果】
以上詳述した如く、請求項１の発明によれば、マグネットと第１，第２のヨークを構成する第１，第２の磁極片部との間を非接触状態に保持し、回動角に応じてマグネットと第１，第２の磁極片部との対向面積を変化させることにより、信号出力手段では、このマグネットの磁極位置の変化を磁束密度の変化として検出し、回動角を検出することができる。しかも、従来技術に比べて部品点数を減らすことにより、装置全体の小型化を図ると共に、コスト低減を図ることができる。
【００６４】
また、第１，第２のヨークの第１，第２のオーバハング部を、マグネットの回動中心を要とする扇形状に形成された扇形面部と、該扇形面部の要側に設けられマグネットの回動中心を越える位置まで延びて形成された延長部とによって構成し、該各延長部を信号出力手段を挟むように互いにほぼ等しい面積をもって重なり合う構成としたから、対向した各延長部間の隙間に生じる磁束が部分的に集中するのを防止し、各延長部間の磁界をほぼ均一な磁束とすることができる。これにより、信号出力手段で検出される磁束は、そのばらつきを低減し、回動角の検出感度を高めることができる。さらに、第１，第２のオーバハング部を扇形面部を用いて形成したから、第１，第２のヨークを、オーバハング部と磁極片部とを連結する外周端側を折曲するだけの簡略化した構造にでき、ヨークの途中部位から磁束が外部に漏れるのを防止でき、第１，第２のヨーク内の磁束密度を高めることができ、第１，第２のヨーク内の磁束密度を高めることができる。これにより、信号出力手段から出力される信号を大きくして検出感度を高めることができる。
【００６５】
請求項２の発明では、第１，第２のヨークを構成する第１，第２の磁極片部間に磁束遮断部を設けたから、マグネットの周囲をほぼ全周に亘って磁性材料によって取り囲んだ場合に比べて、マグネットによる磁束が、マグネットの外周側に回り込む漏れ磁束の発生を抑制することができる。これにより、ヨークの磁束が外部に漏れ出るのを防止し、より多くの磁束を信号出力手段へと導くことができ、信号出力手段から出力される信号を大きくして回動角の検出感度を高めることができる。
【００６６】
また、第１，第２のヨークの第１，第２のオーバハング部を、マグネットの回動中心を要とする扇形状に形成された扇形面部と、該扇形面部の要側に設けられマグネットの回動中心を越える位置まで延びて形成された延長部とによって構成し、該各延長部を信号出力手段を挟むように互いにほぼ等しい面積をもって重なり合う構成としたから、対向した各延長部間の隙間に生じる磁束が部分的に集中するのを防止し、各延長部間の磁界をほぼ均一な磁束とすることができる。これにより、信号出力手段で検出される磁束は、そのばらつきを低減し、回動角の検出感度を高めることができる。さらに、第１，第２のオーバハング部を扇形面部を用いて形成したから、第１，第２のヨークを、オーバハング部と磁極片部とを連結する外周端側を折曲するだけの簡略化した構造にでき、ヨークの途中部位から磁束が外部に漏れるのを防止でき、第１，第２のヨーク内の磁束密度を高めることができ、第１，第２のヨーク内の磁束密度を高めることができる。これにより、信号出力手段から出力される信号を大きくして検出感度を高めることができる。
【００６７】
請求項３の発明では、マグネットを、該マグネットの回動中心を挟んで互いに異なる磁極となった両端面を凸円弧面部として形成し、第１，第２の磁極片部を、前記マグネットの回動中心に対して該各凸円弧面部と同軸に対向する凹円弧面部をもって形成したから、マグネットを回動させて、該マグネットの凸円弧面部と磁極片部の凹円弧面部とが対向したとき、この対向面積の変化に伴って、ヨーク内を通過する磁束密度を変化させることができる。これにより、ヨーク内の磁束密度を回動角に対応させて変化させることができ、回動角を検出することができる。
【００６８】
請求項４の発明では、信号出力手段を、第１，第２のヨークを構成する第１，第２のオーバハング部間にフレキシブル基板を介して配設された磁電変換素子からなり、前記フレキシブル基板を途中部位を折曲げた状態で前記マグネットと第１，第２のヨークを収容するケーシング内に配設する構成としたから、該フレキシブル基板によって、第１のオーバハング部と第２のオーバハング部との隙間に信号出力手段を位置決めすると共に、該フレキシブル基板には信号処理回路等の回路部品を実装できる。しかも、フレキシブル基板は、その途中部位を折曲させることにより、ケーシング内の小さなスペースにも配設することができ、装置自体の小型化を図ることができる。
【００６９】
請求項５の発明では、第１，第２のヨークを、保磁力が１エルステッド以下の磁性材料によって形成し、前記マグネットを、最大エネルギ積が２０×１０^６ガウスエルステッド以下の磁気特性を有する永久磁石材料によって形成したから、第１，第２のヨーク内にマグネットからの磁束が通ったときに該各ヨーク内に残る磁束を低減すると共に、マグネットから各ヨークに向けて発生する磁束を低くし、マグネットが回動して第１，第２のヨークとの対向面積が増加したときと減少するときとで、信号出力手段から出力される検出信号の差を小さくし、検出感度を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態による回動角検出装置を示す縦断面図である。
【図２】本発明の実施の形態による回動角検出装置のうちカバーの一部を破断にして示す平面図である。
【図３】本発明の実施の形態によるマグネット、第１のヨーク、第２のヨーク等を示す図１中の矢示III −III 方向からみた横断面図である。
【図４】本発明の実施の形態によるマグネット、第１のヨーク、第２のヨーク、ホール素子を示す斜視図である。
【図５】本発明の実施の形態によるマグネット、第１のヨーク、第２のヨーク、ホール素子を示す平面図である。
【図６】回動角検出装置に用いるマグネット、第１のヨーク、第２のヨーク、ホール素子等の配置関係を示す模式的構成図である。
【図７】回動角に対するホール素子から出力される検出信号との関係を示す特性線図である。
【符号の説明】
１ケーシング
４回動軸
７マグネット
７Ａ，７Ｂ凸円弧面部
８第１のヨーク
８Ａ第１の磁極片部
８Ａ1，９Ａ1 凹円弧面部
８Ｂ第１のオーバハング部
８Ｂ1 ，９Ｂ1 扇形面部
８Ｂ2 ，９Ｂ2 延長部
９第２のヨーク
９Ａ第２の磁極片部
９Ｂ第２のオーバハング部
１０隙間
１１磁束遮断部
１２フレキシブル基板
１５ホール素子（信号出力手段）

Claims

回動可能に設けられたマグネットと、
該マグネットを挟んで互いに径方向で対向した第１，第２の磁極片部から径方向内向きに延びた第１，第２のオーバハング部をマグネットの回動中心上で互いに重なり合って形成してなる第１，第２のヨークと、
該第１，第２のヨークを構成する第１，第２のオーバハング部間に設けられ、前記マグネットと第１，第２のヨークとの対向面積に応じた信号を出力する信号出力手段とからなる回動角検出装置において、
前記第１，第２のヨークの第１，第２のオーバハング部は、前記マグネットの回動中心を要とする扇形状に形成された扇形面部と、該扇形面部の要側に設けられ前記マグネットの回動中心を越える位置まで延びて形成された延長部とによって構成し、該各延長部は前記信号出力手段を挟むように互いにほぼ等しい面積をもって重なり合う構成としたことを特徴とする回動角検出装置。
回動可能に設けられたマグネットと、
該マグネットを挟んで互いに径方向で対向した第１，第２の磁極片部から径方向内向きに延びた第１，第２のオーバハング部をマグネットの回動中心上で互いに重なり合って形成してなる第１，第２のヨークと、
該第１，第２のヨークを構成する第１，第２のオーバハング部間に設けられ、前記マグネットと第１，第２のヨークとの対向面積に応じた信号を出力する信号出力手段と、
前記第１，第２のヨークを構成する第１，第２の磁極片部間に設けられ、該第１，第２の磁極片部間で周方向に向う磁束を遮断する磁束遮断部とからなる回動角検出装置において、
前記第１，第２のヨークの第１，第２のオーバハング部は、前記マグネットの回動中心を要とする扇形状に形成された扇形面部と、該扇形面部の要側に設けられ前記マグネットの回動中心を越える位置まで延びて形成された延長部とによって構成し、該各延長部は前記信号出力手段を挟むように互いにほぼ等しい面積をもって重なり合う構成としたことを特徴とする回動角検出装置。
前記マグネットは、該マグネットの回動中心を挟んで互いに異なる磁極となった両端面を凸円弧面部として形成し、前記第１，第２の磁極片部は、前記マグネットの回動中心に対して該各凸円弧面部と同軸に対向する凹円弧面部をもって形成してなる請求項１または２に記載の回動角検出装置。
前記信号出力手段は、前記第１，第２のヨークを構成する第１，第２のオーバハング部間にフレキシブル基板を介して配設された磁電変換素子からなり、前記フレキシブル基板は途中部位を折曲げた状態で前記マグネットと第１，第２のヨークを収容するケーシング内に配設する構成としてなる請求項１，２または３に記載の回動角検出装置。
前記第１，第２のヨークは、保磁力が１エルステッド以下の磁性材料によって形成し、前記マグネットは、最大エネルギ積が２０×１０^６ガウスエルステッド以下の磁気特性を有する永久磁石材料によって形成してなる請求項１，２，３または４に記載の回動角検出装置。