JP2003035561A - 回転位置検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 磁界発生体を大型化することなく検出感度の
向上を図ることができ、しかも、外部磁界の影響を受け
にくい回転位置検出装置を安価に得る。 【解決手段】 磁気センサ１と、磁界発生体３を有して
被検体と共に回転する回転体２とを備え、上記磁界発生
体からの磁界方向による上記磁気センサの出力変化で上
記回転体の回転位置を検出する回転位置検出装置におい
て、上記回転体は、上記磁気センサを取り囲む筒状であ
って、筒の内側に突出し上記磁気センサを挟んで対向す
る２つの突出部を有し、しかも少なくとも上記磁界発生
体と磁性体からなる。さらに、突出部の対向面における
回転体の回転軸に直交する横断面の形状が、中央部が窪
んだＵ字状である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、被検体と共に回
転する回転体の回転位置を検出する回転位置検出装置に
関し、詳しくは、ホール素子や磁気抵抗素子などの、磁
界に対応した電気信号を出力する磁気センサを備える回
転位置検出装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】図８は、例えば特開平８−２０１１０６
号公報に記載された従来の回転位置検出装置であるスロ
ットル開度センサの要部の構成を示し、（ａ）は斜視
図、（ｂ）は平面図である。図において、３１は回転
軸、３２はロータ、３３は永久磁石（磁界発生体）、３
４はホール素子（磁気センサ）である。スロットルバル
ブ（図示略）の回動軸３１に連動して回転するロータ３
２に対しその回動軸３１と直交する方向に着磁された同
心円筒状の永久磁石３３が設けられ、この永久磁石３３
の中空部中央には、ロータ３２の軸方向に平行に、永久
磁石３３の磁界方向を検出するためのホール素子３４が
配設される。このホール素子３４は、スロットル開度セ
ンサの図示しないハウジング部により固定されている。
そして、スロットルバルブの回動に伴い永久磁石３３が
ホール素子３４の周りを回転することによりホール素子
３４の感磁面に対する磁界方向が変化し、その変化した
角度θに対応した電気信号すなわちホール電圧が、同ホ
ール素子３４から出力される。このようなスロットル開
度センサでは、ホール素子３４からこうした態様で出力
されるホール電圧を所要に処理して、上記スロットルバ
ルブの開度に対応した電気信号を出力する。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】従来の回転位置検出装
置は以上のように構成され、更なる検出感度の向上が求
められているが、より高磁界を発生する磁界発生体の開
発やより感度の向上した磁気センサの開発には限界があ
り、磁界発生体を大型化あるいは強力にして対応するし
かなかった。また、磁気センサであるホール素子３４を
同心円筒状の永久磁石３３の中空部中央に配設している
ので外部磁界の影響を受けにくいが、一般に、円筒状の
永久磁石は製作し難く高価であるという問題があった。

【０００４】本発明は、上記のような従来のものの問題
点を解決するためになされたものであり、磁界発生体を
大型化することなく検出感度の向上を図ることができ、
しかも、外部磁界の影響を受けにくい回転位置検出装置
を安価に得ることを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明に係る回転位置検
出装置は、磁気センサと、磁界発生体を有して被検体と
共に回転する回転体とを備え、上記磁界発生体からの磁
界方向による上記磁気センサの出力変化で上記回転体の
回転位置を検出する回転位置検出装置において、上記回
転体は、上記磁気センサを取り囲む筒状であって、筒の
内側に突出し上記磁気センサを挟んで対向する２つの突
出部を有し、しかも少なくとも上記磁界発生体と磁性体
からなるものである。

【０００６】また、突出部の対向面における回転体の回
転軸に直交する横断面の形状が、中央部が窪んだＵ字状
であるものである。

【０００７】また、磁気センサが回転体の回転軸から外
れた位置に配置され、かつ突出部の形状または磁界発生
体の配置が、上記回転体の回転軸を通りかつ２つの突出
部を結ぶ面に垂直な面に対して非対称であるものであ
る。

【０００８】

【発明の実施の形態】実施の形態１．図１は本発明の実
施の形態１による回転位置検出装置の要部の構成を示す
横断面図である。図において、１は磁気センサであり、
例えばホール素子、磁気抵抗素子、強磁性抵抗素子など
が用いられる。１ａは磁気センサ１の感磁面である。２
は被検体（図示せず）と共に回転する回転体であり、磁
気センサ１を挟んで対向配置された磁界発生体３を有し
ている。また、回転体２は、磁気センサ１を取り囲む筒
状（円筒状）であって、筒の内側に突出し磁気センサ１
を挟んで対向する１対の突出部２０を有し、本実施の形
態では突出部２０が磁界発生体３からなり、筒の部分が
磁性体４からなる。磁性発生体３としては、例えば、永
久磁石（焼結磁石、ボンド磁石など）や電磁石などが用
いられ、磁性体４としては、例えば、鉄やケイ素鋼板を
積層したものなどが用いられる。磁性発生体３は、例え
ば接着剤やガラス素材の接着テープなどにより、磁性体
４に固定される。２０ａは突出部２０の対向面である。
５は補助磁性体であり、磁気センサ１と磁界発生体３間
の磁気センサ１の近傍であって、磁気センサ１の感磁面
１ａを側方から挟む位置に、磁気センサ１と共に固定さ
れている。補助磁性体５としては、例えば、鉄やケイ素
鋼板を積層したものなどが用いられる。また、補助磁性
体５は、中央部が厚く両端に行くほど薄くなるような横
断面形状を有しており、本実施の形態では、円柱をその
中心軸に平行な面で切ったような形状を有している。６
は磁束である。

【０００９】このように構成されたものにおいて、回転
体２は被検体と共に回転し、回転により磁気センサ１の
感磁面１ａにおける磁束６の角度が変化することによ
り、磁気センサ１の出力が変化することを利用して、回
転角度を検出する。磁気センサ１は磁界発生体３が発生
する磁束のうち、感磁面１ａに垂直な成分のみを出力に
変換するため、回転角度と出力の関係は三角関数とな
る。そこで、磁気センサ１の出力を、例えばマイクロコ
ンピュータやＤＳＰ（ＤｉｇｉｔａｌＳｉｇｎａｌ Ｐ
ｒｏｃｅｓｓｏｒ）などのＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐ
ｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）やアナログ回路部から
なる出力角度変換部に取り込んで、角度位置に対して一
次関数となるように変換して位置情報とする。

【００１０】以上のように、本実施の形態では、回転体
２は、磁気センサ１を取り囲む筒状で、筒の内側に突出
し磁気センサ１を挟んで対向する突出部２０を有し、突
出部２０の少なくとも一部（本実施の形態では全部）が
磁界発生体３からなり筒の部分が磁性体４からなるの
で、突出部２０により、磁気センサ１の位置する部位に
おける磁束６の密度を高めることができ、磁界発生体３
を大型化することなく検出感度の向上を図ることができ
る。また、磁気センサ１は、筒状の磁性体４により取り
囲まれているので、外部磁界の影響を受けにくく、従来
の回転位置検出装置のように筒状の永久磁石３３を用い
るのに比べて、材料費も安く、製作も容易である。

【００１１】また、本実施の形態では、磁気センサ１と
磁界発生体３間の磁気センサ１の近傍に、磁気センサ１
の感磁面１ａを側方から挟むように固定され、中央部が
厚く両端に行くほど薄くなる形状の補助磁性体５を備え
ており、磁界発生体３の両極間、特に磁気センサ１の近
傍における磁束６の通り道を変化させて磁気センサ１の
感磁面１ａに到達する磁束量の垂直成分を変化させるこ
とにより、すなわち、磁界発生体３からの磁束６を、磁
気センサ１の近傍で補助磁性体５を通るように曲げるこ
とにより、磁気センサの感磁面１ａに入る磁束の垂直成
分を三角関数の極値付近で減少させ、回転体２の回転角
度と磁気センサ１の出力との関係を、曲線的な三角関数
からより直線的な関数に近づけることができる。

【００１２】なお、補助磁性体５の設置位置および詳細
な形状は、磁界計算により、回転体２が回転したとき
に、磁気センサ１の出力が、回転角度位置に対して、１
次関数となるように設計することにより決定した。この
ように設計することにより、出力角度変換部が不要とな
り、温度影響を受けやすいアナログ回路部や、ＣＰＵへ
の負荷を軽減することができ、装置全体としてコスト低
減が図れる。

【００１３】なお、図では磁性体４が円筒状である場合
を示したが、円に限らず楕円であってもよく、また、多
角筒であってもよい。

【００１４】なお、補助磁性体５は必ずしも無くてもよ
く、この場合にも、磁気センサの位置する部位における
磁束の密度を高めることができる結果、磁界発生体を大
型化することなく検出感度の向上を図ることができ、し
かも、外部磁界の影響を受けにくい回転位置検出装置を
安価に得ることができる。

【００１５】実施の形態２．図２は本発明の実施の形態
２による回転位置検出装置の要部の構成を示す横断面図
である。上記実施の形態１では突出部２０の全体が磁界
発生体３で形成されている場合について示したが、本実
施の形態では、突出部２０の一部（本実施の形態では先
端部）が磁界発生体３で形成されており、筒状部を含む
残部は磁性体４で形成されている。磁界発生体３は、例
えば接着剤やガラス素材の接着テープなどにより、磁性
体４に固定される。このように構成されたものにおいて
も、上記実施の形態１の場合と同様の効果が得られる。

【００１６】なお、補助磁性体５は必ずしも無くてもよ
く、この場合にも、磁気センサの位置する部位における
磁束の密度を高めることができる結果、磁界発生体を大
型化することなく検出感度の向上を図ることができ、し
かも、外部磁界の影響を受けにくい回転位置検出装置を
安価に得ることができる。

【００１７】実施の形態３．図３は本発明の実施の形態
３による回転位置検出装置の要部の構成を示す横断面図
である。上記実施の形態２では突出部２０の先端部が磁
界発生体３からなる場合について示したが、本実施の形
態では、突出部２０の根元部が磁界発生体３からなる。
このような回転体２は、磁性体４に設けられた空隙に、
磁界発生体３として、例えば永久磁石を埋め込んだり、
ボンド磁石を射出成形したのち着磁したりすることによ
り製造される。このように、磁性体４の内部に磁界発生
体３を埋め込むことにより、磁性体４と磁界発生体３の
固定が容易になり、高速回転にも耐え得る回転位置検出
装置が得られる。

【００１８】なお、磁界発生体３の端部と筒内の空隙と
の間にある磁性体４の領域２０ｂはできるだけ狭い方
が、漏れ磁束が少なく好ましい。

【００１９】また、上記実施の形態１および２では、補
助磁性体５は、円柱をその中心軸に平行な面で切ったよ
うな、中央部が厚く両端に行くほど薄くなるような横断
面形状を有している場合を示したが、本実施の形態で
は、補助磁性体４は、中央部が厚く両端に行くほど薄く
なるような横断面形状の１つである三日月形状を有して
いる。この場合にも、上記実施の形態１および２の場合
と同様の効果が得られる。

【００２０】なお、補助磁性体５は必ずしも無くてもよ
く、この場合にも、磁気センサの位置する部位における
磁束の密度を高めることができる結果、磁界発生体を大
型化することなく検出感度の向上を図ることができ、し
かも、外部磁界の影響を受けにくい回転位置検出装置を
安価に得ることができる。

【００２１】実施の形態４．図４は本発明の実施の形態
４による回転位置検出装置の要部の構成を示す横断面図
である。図において、Ｏは回転体２の回転中心すなわち
回転軸である。上記実施の形態１〜３では何れも、磁気
センサ１が回転体２の回転中心（回転軸）に配置され、
かつ突出部２０の形状および磁界発生体３の配置が回転
体２の回転軸を通りかつ２つの突出部２０を結ぶ面に垂
直な面に対して対称である場合について示したが、本実
施の形態では、図４に示すように、磁気センサ１が回転
体２の回転軸Ｏから外れた位置に配置され、かつ突出部
２０の形状および磁界発生体３の配置が回転体２の回転
軸Ｏを通りかつ２つの突出部を結ぶ面に垂直な面に対し
て非対称である。

【００２２】上記実施の形態１〜３では、例えば図１お
よび図２に示したように、磁界発生体３の両極間の磁束
６の分布は回転体２の回転軸を通る面に対して対称であ
ったが、本実施の形態では、磁界発生体３の両極間の磁
束６の分布は回転体２の回転軸Ｏを通る面に対して非対
称となり、図４に示したように、両極間の磁束６の分布
が扇形状となるように、磁気センサ１の位置、突出部２
０の形状および磁界発生体３の配置を設計することによ
り、１８０度回転して磁気センサ１が感知する磁束の極
性（±）の変化と磁束の角度に対する変化量の違いから
３６０度の検出が可能となる。

【００２３】なお、図４では突出部２０の形状および磁
界発生体３の配置の両方が回転体２の回転軸Ｏを通る面
に対して非対称である場合を示したが、突出部２０の形
状および磁界発生体３の配置の内の一方のみが回転体２
の回転軸Ｏを通る面に対して非対称であってもよく、こ
の場合にも、磁界発生体３の両極間の磁束６の分布は回
転体２の回転軸Ｏを通る面に対して非対称となり、両極
間の磁束６の分布が扇形状となるように、磁気センサ１
の位置と突出部２０の形状、または磁気センサ１の位置
と磁界発生体３の配置を設計することにより、図４の場
合と同様の効果が得られる。

【００２４】なお、図４では補助磁性体を設けない場合
について示しているが、実施の形態１〜３で示したのと
同様に補助磁性体を設けてもよく、この場合には、出力
の直線性がより向上する。

【００２５】実施の形態５．図５は本発明の実施の形態
５による回転位置検出装置の要部の構成を示す横断面図
である。上記実施の形態１〜３では何れも、磁気センサ
１が回転体２の回転中心（回転軸）に配置され、かつ２
つの突出部２０および磁界発生体３が回転体２の回転中
心Ｏに対して１８０度をなす角度で配置された場合につ
いて示したが、本実施の形態では、図５に示すように、
２つの突出部２０および磁界発生体３が回転体２の回転
中心Ｏに対して１２０度の位置に配置され、磁気センサ
１は２つの突出部２０を結ぶ円弧上に配置（図５では回
転体２の回転中心Ｏに配置）される。

【００２６】本実施の形態では、図５に示したように、
両極間の磁束６の分布が円弧形状となるように、磁気セ
ンサ１の位置、突出部２０の形状および磁界発生体３の
配置を設計することにより、検出可能な角度範囲を広げ
ることができる。

【００２７】なお、図５では、突出部２０および磁界発
生体３が回転体２の回転中心Ｏに対して１２０度をなす
角度で配置される場合を示したが、角度は必ずしも１２
０度である必要はなく、磁界発生体３の発生磁界などに
応じて、適宜設計すればよい。また、突出部２０のみが
回転体２の回転中心Ｏに対して１８０度でない角度で配
置されてあり、磁界発生体３は磁束が突出部２０より効
率よく発生するような配置で磁性体４内に配置されても
よく、この場合にも、両極間の磁束６の分布が円弧形状
となるように、磁気センサ１の位置と突出部２０の形
状、または磁気センサ１の位置と磁界発生体３の配置を
設計することにより、図５の場合と同様の効果が得られ
る。またさらに、図５では、２つの突出部２０の形状お
よび磁界発生体３の配置が回転体２の回転軸を通りかつ
２つの突出部２０を結ぶ面に垂直な面に対して対称であ
る場合について示したが、２つの突出部２０の形状また
は磁界発生体３の配置が回転体２の回転軸Ｏを通りかつ
２つの突出部２０を結ぶ面に垂直な面に対して非対称で
あってもよい。

【００２８】また、磁気センサ１は必ずしも回転体２の
回転中心Ｏ付近になくてもよく、円弧形状となる磁束の
うち、磁気センサの感磁面１ａに入る垂直成分が、回転
角度に対して、直線的になるように配置できれば、出力
の直線性が向上するという効果も得られる。

【００２９】実施の形態６．図６は本発明の実施の形態
６による回転位置検出装置の要部の構成を示す横断面図
である。上記実施の形態２〜５では何れも、突出部２０
の対向面２０ａが平面である場合について示したが、本
実施の形態では、対向面２０ａにおける回転体２の回転
軸に直交する横断面の形状が、中央部が窪んだＵ字状で
ある。

【００３０】このように、突出部２０の対向面２０ａに
おける回転体２の回転軸Ｏに直交する断面の形状を、中
央部が窪んだＵ字状とすることにより、磁界発生体３か
ら磁性体４を介して空気層に出る磁束の向きを微調整す
ることができ、磁気センサの感磁面１ａに到達する磁束
の垂直成分の量を変えることができるので、回転体２の
回転角度と磁気センサ１の出力との関係を、曲線的な三
角関数からより直線的な関数に近づけることができる。

【００３１】なお、突出部２０の対向面２０ａの詳細な
形状は、磁界計算により、回転体２が回転したときに、
磁気センサ１の出力が、回転角度位置に対して、１次関
数となるように設計することにより決定した。このよう
に設計することにより、出力角度変換部が不要となり、
温度影響を受けやすいアナログ回路部や、ＣＰＵへの負
荷を軽減することができ、装置全体としてコスト低減が
図れる。

【００３２】なお、図１で示した実施の形態１の場合
も、突出部２０の対向面２０ａにおける回転体２の回転
軸に直交する断面の形状が、中央部が窪んだＵ字状とな
っているので、同様に、回転体２の回転角度と磁気セン
サ１の出力との関係を、曲線的な三角関数からより直線
的な関数に近づけることができる。

【００３３】実施の形態７．図７は本発明の実施の形態
７による回転位置検出装置の要部の構成を示す横断面図
である。上記実施の形態１〜６では何れも、突出部２０
の少なくとも一部が磁界発生体３であるというように、
磁界発生体３が突出部２０の近傍に配置された場合につ
いて示したが、図７に示すように、回転体２の筒状部に
配置されてもよく、上記各実施の形態と同様の効果が得
られる。

【００３４】

【発明の効果】以上のように、本発明によれば、磁気セ
ンサと、磁界発生体を有して被検体と共に回転する回転
体とを備え、上記磁界発生体からの磁界方向による上記
磁気センサの出力変化で上記回転体の回転位置を検出す
る回転位置検出装置において、上記回転体は、上記磁気
センサを取り囲む筒状であって、筒の内側に突出し上記
磁気センサを挟んで対向する２つの突出部を有し、しか
も少なくとも上記磁界発生体と磁性体からなるので、磁
気センサの位置する部位における磁束の密度を高めるこ
とができる結果、磁界発生体を大型化することなく検出
感度の向上を図ることができ、しかも、外部磁界の影響
を受けにくい回転位置検出装置を安価に得ることができ
る。

【００３５】また、突出部の対向面における回転体の回
転軸に直交する横断面の形状が、中央部が窪んだＵ字状
であるので、回転体の回転角度に対する磁気センサの出
力特性の直線性を向上させることができる。

【００３６】また、磁気センサが回転体の回転軸から外
れた位置に配置され、かつ突出部の形状または磁界発生
体の配置が、上記回転体の回転軸を通りかつ２つの突出
部を結ぶ面に垂直な面に対して非対称であるので、回転
体の検出角度を３６０度にすることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の実施の形態１による回転位置検出装
置の要部の構成を示す横断面図である。

【図２】 本発明の実施の形態２による回転位置検出装
置の要部の構成を示す横断面図である。

【図３】 本発明の実施の形態３による回転位置検出装
置の要部の構成を示す横断面図である。

【図４】 本発明の実施の形態４による回転位置検出装
置の要部の構成を示す横断面図である。

【図５】 本発明の実施の形態５による回転位置検出装
置の要部の構成を示す横断面図である。

【図６】 本発明の実施の形態６による回転位置検出装
置の要部の構成を示す横断面図である。

【図７】 本発明の実施の形態７による回転位置検出装
置の要部の構成を示す横断面図である。

【図８】 従来の回転位置検出装置の要部の構成を示
し、（ａ）は斜視図、（ｂ）は平面図である。

【符号の説明】

１ 磁気センサ、１ａ 磁気センサの感磁面、２ 回転
体、２０ 突出部、２０ａ 突出部の対向面、３ 磁界
発生体、４ 磁性体、５ 補助磁性体、６ 磁束、３１
回転軸、３２ ロータ、３３ 永久磁石（磁界発生
体）、３４ ホール素子（磁気センサ）。

フロントページの続き (72)発明者 吉澤 敏行 東京都千代田区丸の内二丁目２番３号 三 菱電機株式会社内 Ｆターム(参考） 2F063 AA35 BA06 CA34 DA05 GA52 KA01 2F077 CC02 JJ01 JJ08 JJ09 JJ23 VV02

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 磁気センサと、磁界発生体を有して被検
   体と共に回転する回転体とを備え、上記磁界発生体から
   の磁界方向による上記磁気センサの出力変化で上記回転
   体の回転位置を検出する回転位置検出装置において、上
   記回転体は、上記磁気センサを取り囲む筒状であって、
   筒の内側に突出し上記磁気センサを挟んで対向する２つ
   の突出部を有し、しかも少なくとも上記磁界発生体と磁
   性体からなることを特徴とする回転位置検出装置。
2. 【請求項２】 突出部の対向面における回転体の回転軸
   に直交する横断面の形状が、中央部が窪んだＵ字状であ
   ることを特徴とする請求項１記載の回転位置検出装置。
3. 【請求項３】 磁気センサが回転体の回転軸から外れた
   位置に配置され、かつ突出部の形状または磁界発生体の
   配置が、上記回転体の回転軸を通りかつ２つの突出部を
   結ぶ面に垂直な面に対して非対称であることを特徴とす
   る請求項１記載の回転位置検出装置。