JP4941847B2 - 回転角検出装置 - Google Patents

Description

本発明は、アクセルペダルの回転角を検出する回転角検出装置に関する。

従来より、運転者の踏力によって正逆回転するアクセルペダルに中心軸を挟んで２つの磁石を向き合うように固定し、この２つの磁石と相対回転可能に設けられたホールＩＣから出力される電圧信号を検出することでアクセルペダルの回転角を検出する回転角検出装置が公知である。特許文献１では、横断面が円孔状の磁石の径方向外側に円筒状のヨークを設け、磁気回路を形成することで、２つの磁石の間の磁束密度を大きくしている。

特開２００７−１３２８１９号公報

ところで、この種の回転角検出装置では、磁石の体積による製造コストへの影響が大きいので、磁石の体積を小さくし、製造コストを低減することが考えられる。
しかしながら、磁石の体積を小さくすると、図７の矢印φ１００に示すように、磁石１０１、１０２の周方向の端部とヨーク１０３の内壁との間に磁束が流れることにより、２つの磁石１０１、１０２の間に磁束が平行に流れる平行磁界の得られる範囲が狭くなることが懸念される。このため、製造上の公差等によってヨーク１０３の中心軸からホールＩＣ１０４が移動した場合、ホールＩＣ１０４の出力する電圧信号が変化し、検出精度が低下するおそれがある。
本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、その目的は、平行磁界を広範囲に得ることで検出精度を向上し、また、製造コストを低減することの可能な回転角検出装置を提供することにある。

請求項１に係る発明によると、筒状のヨークの内壁の一部に第１磁石が設けられ、この第１磁石に対し中心軸を挟んで反対側に位置する前記ヨークの内壁の他の一部に第２磁石が設けられる。第１磁石と第２磁石との間の磁界内に設けられる磁気検出手段は、第１磁石及び第２磁石と相対回転することで変化する磁界の向きに応じた電気信号を出力する。ヨークは、板材により形成され、この板材の周方向の端部が突き合わされる突合せ部は、第１磁石および第２磁石の少なくともいずれか一方の径方向外側に位置する。
この構成により、第１磁石と第２磁石とが向き合う方向をＸ方向、Ｘ方向に垂直かつヨークの中心軸に垂直な方向をＹ方向とすると、Ｙ方向の一方のヨークと、他方のヨークを流れる磁束の量が略均等になる。このため、第１磁石及び第２磁石の間に流れる磁束は、中心軸を対称にＹ方向の一方と他方を流れる磁束の量の均衡が保たれ、平行磁界を広範囲に得ることができる。したがって、製造上の公差等によって磁気検出手段が中心軸から移動した場合、磁気検出手段と磁気回路の並進ずれによる電圧信号変化が抑制されるので、回転角検出装置の検出精度を向上することができる。
従来の円筒状のヨークは、母材となる円筒状のパイプ材を切断することで形成されていたので、ヨークを異形状に形成することが困難であった。そこで、請求項１に記載の発明では、ヨークを板材により形成している。このため、異形状のヨークを１枚又は複数枚の板材から例えば曲げ加工等により容易に加工形成することができる。
ヨークは、Ｙ方向の内径がＸ方向の内径よりも大きく形成される。これにより、第１磁石及び第２磁石のＹ方向の互いに向き合う端部とヨークの内壁とのＹ方向の距離を遠くすることができる。したがって、第１磁石及び第２磁石の互いに向き合う端部からヨークへ流れる磁束が減少することで、第１磁石と第２磁石の間を流れる磁束が多くなり、平行磁界を広範囲に得ることができる。
さらに、前記第１磁石の外壁のうち前記「ヨークの内壁の一部」に対向する外壁部分の曲率半径は、前記「ヨークの内壁の一部」の曲率半径よりも大きく、前記第２磁石の外壁のうち前記「ヨークの内壁の他の一部」に対向する外壁部分の曲率半径は、前記「ヨークの内壁の他の一部」の曲率半径よりも大きい。
これにより、第１磁石及び第２磁石の外壁のうち、Ｙ方向の端部が必ずヨークの内壁に当接するので、磁束を安定して流すことができる。

請求項２に係る発明によると、第１磁石は、Ｙ方向の外壁がＹ方向に略垂直に形成され、第２磁石は、Ｙ方向の外壁がＹ方向に略垂直に形成される。このため、従来の円弧状に形成された磁石と比較して、磁石の体積を小さくできると共に、ヨークとＹ方向の隙間を大きくすることができる。
また、第１磁石及び第２磁石のＹ方向の外壁をＹ方向に略垂直に形成することで、磁石の製造時に矩形状の磁石の母材から多数の磁石を取出すことができる。このため、磁石の製造コストを削減することができる。

請求項３に係る発明によると、突合せ部は、第１磁石および第２磁石の少なくともいずれか一方のＹ方向の中央に位置する。このため、Ｙ方向の一方と他方のヨークを流れる磁束のバランスを確実に保つことができる。

本発明の第１実施形態の回転角検出装置を示す平面図である。 本発明の第１実施形態の回転角検出装置を適用したアクセルペダルモジュールを示す側面図である。 本発明の第１実施形態の回転角検出装置を適用したアクセルペダルモジュールを示す断面図である。 本発明の比較例の回転角検出装置を示す平面図である。 本発明の第２実施形態の回転角検出装置を示す平面図である。 本発明の第３実施形態の回転角検出装置を示す平面図である。 従来の回転角検出装置を示す平面図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
（第１実施形態）
本発明の第１実施形態による回転角検出装置をアクセルペダルモジュールに適用したものについて説明する。アクセルペダルモジュールは、車両に搭載され、運転者によるアクセルペダルの踏込量を回転角度を示す電圧信号として出力する。この電圧信号に基づき車両のエンジン制御装置（ＥＣＵ）がエンジンの運転状態を制御する。

先ず、アクセルペダルモジュールの構成を図２及び図３に基づき説明する。アクセルペダルモジュール１は、ハウジング１０、アクセルペダル２０、ペダルロータ３０、２重コイルスプリング４０、４１、フリクションワッシャ５０及び回転角検出装置６０等を備えている。
ハウジング１０は、車体に取付け可能な底板１１、この底板１１の両端から垂直に立ち上がる左右の側板１２、１３、この左右の側板１２、１３の上部に設けられる天板１４等から一体に形成されている。

アクセルペダル２０は、運転者の踏力を受ける操作部２１が一端に設けられ、他端が左右の側板１２、１３の間に設けられる開口１５からハウジング１０内に挿入されている。アクセルペダル２０の他端には軸孔２２が設けられ、この軸孔２２に略円柱状の軸部材２３が固定されている。軸部材２３は、左右の側板１２、１３に設けられた軸受部１６、１７に回転可能に支持されている。これにより、アクセルペダル２０は中心軸Ｏ周りに回転可能となる。

アクセルペダル２０の中心軸Ｏ方向の一方にペダルロータ３０が設けられている。アクセルペダル２０のペダルロータ３０側の外壁に設けられたはす歯２４と、ペダルロータ３０のアクセルペダル２０側の外壁に設けられたはす歯３１が噛み合うことで、アクセルペダル２０とペダルロータ３０は共に回転する。

ペダルロータ３０の径方向外側に設けられた支持部３２には、皿状のスプリングホルダ３３が載置されている。２重コイルスプリング４０、４１は、一端がスプリングホルダ３３に係止され、他端が天板１４の内壁に係止されている。２重コイルスプリング４０、４１は、アクセルペダル２０の回転角度に応じた弾性力をスプリングホルダ３３を介してペダルロータ３０に与える。

ペダルロータ３０と側板１２との間にフリクションワッシャ５０が設けられ、アクセルペダル２０と側板１３との間にフリクションリング５１が設けられている。運転者が操作部２１に踏力を与えると、この踏力と２重コイルスプリング４０、４１の弾性力に応じて、アクセルペダル２０とペダルロータ３０とを中心軸Ｏ方向に引き離すスラスト力がはす歯２４、３１によって生じる。このため、フリクションワッシャ５０と側板１２、及びフリクションリング５１と側板１３との間に、アクセルペダル２０の回転角度に応じた摩擦力が生じる。この摩擦力は、アクセルペダル２０の回転を妨げる抵抗力となり、アクセルペダル２０の回転に所定のヒステリシス特性を与える。

回転角検出装置６０は、第１磁石６１、第２磁石６２、ヨーク６３、及び磁気検出手段としてのホールＩＣ６４等を備えている。
第１磁石６１、第２磁石６２及びヨーク６３は、軸部材２３の端部に樹脂モールドされている。ホールＩＣ６４は、２個のホール素子と信号増幅回路等を一体化した磁気センサであり、ホール素子の磁気検出面を通過する磁束密度に応じた電圧信号を出力する。ホールＩＣ６４の出力する電圧信号は、センサホルダ６５内を通りコネクタ６６から図示しない車両のＥＣＵに伝送される。

次に、回転角検出装置６０について、図１を参照し、詳細に説明する。図１において、横方向をＸ方向、縦方向をＹ方向とする。
ヨーク６３は、例えば鉄等の磁性材からなる板材を曲げ加工することで、筒状に形成されている。ヨーク６３は、Ｙ方向の上側に位置する上壁６３１、Ｙ方向の下側に位置する下壁６３２、Ｘ方向の右側に位置する右壁６３３、並びにＸ方向の左側に位置する第１左壁６３４及び第２左壁６３５を有している。第１左壁６３４及び第２左壁６３５の端部同士は中心軸からＸ方向左側の位置で突合わされている。以後、ヨークを形成する板材の周方向の端部同士が突合わされる箇所を突合せ部と称する。
なお、上側、下側、右側、左側、上壁、下壁、右壁、左壁は、回転角検出装置６０が図１に示された状態において便宜上使用するものであり、回転角検出装置６０がアクセルペダルモジュールに適用されたときの絶対的な位置関係を示すものではない。

右壁６３３、第１左壁６３４及び第２左壁６３５と、上壁６３１及び下壁６３２とは曲率半径の異なる円弧状に形成されている。右壁６３３、第１左壁６３４及び第２左壁６３５の曲率半径は、上壁６３１と下壁６３２の曲率半径よりも大きい。このため、上壁６３１の内壁と下壁６３２の内壁との間の中心軸を通る距離は、第１左壁６３４、第２左壁６３５と右壁６３３との間の中心軸を通る距離よりも大きい。したがって、ヨーク６３は、Ｘ方向の内壁の曲率半径がＹ方向の内壁の曲率半径よりも大きく形成されている。また、ヨーク６３は、中心軸を通るＹ方向の内径が中心軸を通るＸ方向の内径よりも大きく形成されている。

第１左壁６３４及び第２左壁６３５の内壁に第１磁石６１が設けられ、右壁６３３の内壁に第２磁石６２が設けられている。第１磁石６１は中心軸側にＮ極が着磁されており、第２磁石６２は中心軸側にＳ極が着磁されている。第１磁石６１と第２磁石６２は、Ｘ方向に平行に着磁されている。第１磁石６１と第２磁石６２との間に矢印φ１に示すように磁束が流れる。
第１磁石６１のＹ方向の両側の外壁６１１、６１２と、第２磁石６２のＹ方向の両側の外壁６２１、６２２は、いずれもＹ方向に略垂直に形成されている。また、第１磁石６１の中心軸側の壁面６１３と、第２磁石６２の中心軸側の壁面６２３は、ホールＩＣ６４と所定の間隔を有し、中心軸を中心とした円弧状に形成されている。

第１磁石６１のヨーク６３側の外壁６１４は、第１左壁６３４及び第２左壁６３５の曲率半径に対応した円弧状に形成され、第１左壁５３４及び第２左壁６３５の内壁に当接している。同様に、第２磁石６２のヨーク６３側の外壁６２４は、右壁６３３の曲率半径に対応した円弧状に形成され、右壁６３３の内壁に当接している。
ここで、第１磁石６１のヨーク６３側の外壁６１４の曲率半径は、第１左壁６３４及び第２左壁６３５の曲率半径より大きく形成されているのが好ましい。また、第２磁石６２のヨーク６３側の外壁６２４の曲率半径は、右壁６３３の曲率半径より大きく形成されているのが好ましい。こうすることで、第１磁石６１及び第２磁石６２の径方向外側におけるＹ方向の端部が必ずヨーク６３の内壁に当接するので、磁束を安定して流すことができる。
上述した第１磁石６１、第２磁石６２及びヨーク６３により、磁気回路が形成される。第１磁石６１、第２磁石６２、右壁６３３、上壁６３１、第１左壁６３４の順に矢印φ２に示すように磁束が流れ、また、第１磁石６１、第２磁石６２、右壁６３３、下壁６３２、第２左壁６３５の順に矢印φ３に示すように磁束が流れる。このため、第１磁石６１と第２磁石６２との間を流れる磁束密度が大きくなる。

ホールＩＣ６４は、ヨーク６３の中心軸上に、ヨーク６３、第１磁石６１及び第２磁石６２と相対回転可能に設けられる。ホールＩＣ６４と、ヨーク６３、第１磁石６１及び第２磁石６２とが相対回転すると、ホールＩＣ６４に対する第１磁石６１と第２磁石６２との間の磁界の向きが変わり、ホールＩＣ６４内にモールドされている２個のホール素子６４１、６４２の磁気検出面を通過する磁束密度が変化する。これにより、ホールＩＣ６４は、ホールＩＣ６４とヨーク６３、第１磁石６１及び第２磁石６２との相対回転角度を電圧信号として出力する。

次に、比較例の回転角検出装置を図４に示す。以下、第１実施形態と実質的に同一の構成には同一の符号を付して説明を省略する。
比較例の回転角検出装置７０では、ヨーク７３の突合せ部７３６がＹ方向の上側に位置している。
ヨーク７３は、Ｙ方向の上側に位置する第１上壁７３１及び第２上壁７３２、Ｙ方向の下側に位置する下壁７３３、Ｘ方向の右側に位置する右壁７３４、並びにＸ方向の左側に位置する左壁７３５を有している。

第１上壁７３１及び第２上壁７３２の端部同士は、中心軸からＹ方向上側の位置で突合せ部７３６を形成している。この突合せ部７３６には、磁束が流れ難い。したがって、第１磁石６１、第２磁石６２、右壁７３４、第２上壁７３２、第１上壁７３１、左壁７３５を矢印φ４に示すように流れる磁束の量に対し、第１磁石６１、第２磁石６２、右壁７３４、下壁７３３、左壁７３５を矢印φ５に示すように流れる磁束の量が多くなる。これにより、第１磁石６１と第２磁石６２との間では、中心軸を挟んで第１、第２上壁７３１、７３２側の磁束密度が矢印φ６に示すように小さくなり、下壁７３３側の磁束密度が矢印φ７に示すように大きくなる。したがって、第１磁石６１と第２磁石６２との間で磁界のバランスが崩れ、平行磁界を形成することが困難となる。

（第１実施形態の効果）
第１実施形態では、突合せ部６３６がＸ方向に位置し、第１左壁６３４と第２左壁６３５が第１磁石６１の外壁６１４に当接している。このため、第１磁石６１、第２磁石６２、右壁６３３、上壁６３１、第１左壁６３４を矢印φ２に示すように流れる磁束の量と、第１磁石６１、第２磁石６２、右壁６３３、下壁６３２、第２左壁６３５を矢印φ３に示すように流れる磁束の量が略同じになる。したがって、矢印φ１に示すように、第１磁石６１と第２磁石６２との間の磁界のバランスが保たれ、平行磁界を広範囲に得ることができる。

第１実施形態では、ヨーク６３は、中心軸を通るＹ方向の内径が中心軸を通るＸ方向の内径よりも大きく形成されている。第１磁石６１及び第２磁石６２は、Ｙ方向の外壁６１１、６１２、６２１、６２２がＹ方向に略垂直に形成されている。このため、第１磁石６１と第２磁石６２のＹ方向の外壁６１１、６１２、６２１、６２２の向き合う端部と、ヨーク６３の内壁とのＹ方向の距離Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３、Ｌ４を遠くすることができる。これにより、第１磁石６１及び第２磁石６２のＹ方向の外壁６１１、６１２、６２１、６２２の向き合う端部からヨーク６３へリークする磁束を減らし、第１磁石６１及び第２磁石６２の向き合う磁極間を流れる磁束の量を多くすることができる。これにより、例え体積の小さい磁石であっても、矢印φ１に示すように、平行磁界を広範囲に得ることができる。したがって、製造上の公差等によってホールＩＣ６４が中心軸から移動した場合、ホールＩＣ６４と磁気回路の並進ずれによる電圧信号変化が抑制され、検出精度を向上することができる。

また、第１、第２磁石６１、６２のＹ方向の外壁６１１、６１２、６２１、６２２をＹ方向に略垂直に形成することで、第１、第２磁石６１、６２の体格を小さくすると共に、第１、第２磁石６１、６２の製造時に矩形状の磁石の母材から多数の磁石を取出すことができる。このため、第１、第２磁石６１、６２の製造コストを削減することができる。

（第２実施形態）
本発明の第２実施形態を図５に示す。本実施形態では、ヨーク８１、８２が磁性材からなる２枚の板材により形成されている。
上側のヨーク８１は、Ｙ方向の上側に位置する上壁８１１、Ｘ方向の右側に位置する第１右壁８１２、及びＸ方向の左側に位置する第１左壁８１３を有している。
下側のヨーク８２は、Ｙ方向の下側に位置する下壁８２１、Ｘ方向の右側に位置する第２右壁８２２、及びＸ方向の左側に位置する第２左壁８２３を有している。

第１右壁８１２及び第２右壁８２２の端部同士は、中心軸からＸ方向右側で突合せ部８３２を形成している。また、第１左壁８１３及び第２左壁８２３の端部同士は、中心軸からＸ方向の左側で突合せ部８３３を形成している。
第２実施形態では、ヨーク８１、８２を２枚の板材から形成することで、それぞれのヨーク８１、８２を容易に形成加工することができる。
また、第２実施形態では、突合せ部８３２、８３３は、第１磁石６１および第２磁石６２のＹ方向の中央に位置している。このため、第１磁石６１、第２磁石６２、第１右壁８１２、上壁８１１及び第１左壁８１３によって形成される磁気回路を矢印φ８に示すように流れる磁束の量と、第１磁石６１、第２磁石６２、第２右壁８２２、下壁８２１及び第２左壁８２３によって形成される磁気回路を矢印φ９に示すように流れる磁束の量が略同じになる。これにより、矢印φ１０に示すように、第１磁石と第２磁石との間に流れる磁束のバランスが保たれ、平行磁界を広範囲に得ることができる。

（第３実施形態）
本発明の第３実施形態を図６に示す。本実施形態では、ヨーク９１が磁性材からなる１枚の板材により形成されている。
ヨーク９１は、Ｙ方向の上側に位置する上壁９１１、Ｙ方向の下側に位置する下壁９１２、Ｘ方向の右側に位置する右壁９１３、並びにＸ方向の左側に位置する第１左壁９１４及び第２左壁９１５を有している。第１左壁９１４及び第２左壁９１５の端部同士が形成する突合せ部９１６は、第１磁石６１のヨーク９１側の径方向外側に位置している。
第１磁石６１、第２磁石６２、右壁９１３、上壁９１１、第１左壁９１４によって形成される磁気回路を矢印φ１１に示すように磁束が流れ、また、第１磁石６１、第２磁石６２、右壁９１３、下壁９１２、第２左壁９１５によって形成される磁気回路を矢印φ１２に示すように磁束が流れる。

本実施形態では、突合せ部９１６は、第１磁石６１のヨーク９１側の外壁に当接している。したがって、矢印φ１３に示すように、第１磁石６１と第２磁石６２との間に流れる磁束のバランスが保たれ、平行磁界を広範囲に得ることができる。
また、本実施形態では、ヨークが１枚の板材により形成されている。このため、構成部品点数を低減することができる。これにより、軸部材２３の端部にヨーク９１と第１、第２磁石６１、６２を樹脂モールドする際、軸部材にヨークを容易に位置決めすることができる。したがって、作り易さを向上し、製造コストを低減することができる。

（他の実施形態）
上述した複数の実施形態では、ヨークの横断面を略楕円状に形成した。これに対し、本発明のヨークは、横断面の一部に直線を含む形状であっても良いし、多角形状であっても良い。
上述した複数の実施形態では、磁気検出手段としてホールＩＣを例に説明した。これに対し、本発明の磁気検出手段は、例えばＭＲ素子などの磁気センサであっても良い。
上述した複数の実施形態では、アクセルペダルモジュールに適用した回転角検出装置について説明した。これに対し、本発明の回転角検出装置は、回転体と非回転体の回転角度を検出する種々のモジュールに適用することができる。
このように、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲で、種々の形態により実施することができる。

６０：回転角検出装置、６１：第１磁石、６２：第２磁石、６３：ヨーク、６４：ホールＩＣ（磁気検出手段）６３６：突合せ部

Claims (3)

1. 磁性材から形成された筒状のヨークと、
   前記ヨークの内壁の一部に設けられる第１磁石と、
   前記第１磁石に対し前記ヨークの中心軸を挟んで反対側に位置する前記ヨークの内壁の他の一部に設けられ、前記第１磁石に異種の磁極が向き合う第２磁石と、
   前記第１磁石と前記第２磁石との間の磁界内に設けられ、前記第１磁石及び前記第２磁石に対し相対回転することで変化する磁界の向きに応じた電気信号を出力する磁気検出手段と、を備え、
   前記ヨークは、板材により形成され、この板材の周方向の端部が突き合わされる突合せ部は、前記第１磁石および前記第２磁石の少なくともいずれか一方の径方向外側に位置するとともに、
   前記第１磁石と前記第２磁石とが向き合う方向をＸ方向とし、Ｘ方向に垂直かつ前記ヨークの中心軸に垂直な方向をＹ方向とすると、前記ヨークは、Ｙ方向の内径がＸ方向の内径よりも大きく、
   前記第１磁石の外壁のうち前記「ヨークの内壁の一部」に対向する外壁部分の曲率半径は、前記「ヨークの内壁の一部」の曲率半径よりも大きく、
   前記第２磁石の外壁のうち前記「ヨークの内壁の他の一部」に対向する外壁部分の曲率半径は、前記「ヨークの内壁の他の一部」の曲率半径よりも大きいことを特徴とする回転角検出装置。
2. 前記第１磁石は、Ｙ方向の外壁がＹ方向に略垂直に形成され、
   前記第２磁石は、Ｙ方向の外壁がＹ方向に略垂直に形成されることを特徴とする請求項１に記載の回転角検出装置。
3. 前記突合せ部は、前記第１磁石および前記第２磁石の少なくともいずれか一方のＹ方向の中央に位置することを特徴とする請求項１または２に記載の回転角検出装置。

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