JP3632038B2 - 回動角検出装置 - Google Patents
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Description
【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20×106 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20×106 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20×106 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20×106 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 (5)
- 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20×106 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。
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