JPS6281502A - 回転角検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は例えば内燃機関のスロットル弁の回転軸の如く
、微小角度ずつ小刻みに回動させられる回転体の回転角
を検出する目的に好適した回転角検出装置に関する。

［従来の技術］ 従来の回転角検出方法としては、電気回路に使われるボ
リュームの如き可変抵抗器を回転軸に組付けることが行
われてきたが、摺動部分の耐久性に問題があり作動（ｔ
ｉ頼性に欠けるうえに検出精度の点でも不充分であった
。

そこで例えば特開昭［５６−１０７１１９Ｊにみられる
ように、回転角が検出されるべき回転軸の先端部に平行
磁界を生じさせる永久磁石を取付けること゛によって形
成させた回転する磁界内に、感ｒ／１１ｔ’ｌＡ子を配
設し、磁界の回転に伴う感磁性素子の出力変化に基づい
て上記の回転角を検知する方法が提案されている。

し発明が解決しようとする問題点１ 上記の［特開昭５６−１０７１１９Ｊに開示された装置
は、可変抵抗器を使用する方法と異なって計測信号がｔ
ｉ械的な接触面を通過させられることのないいわゆる非
接触タイプであるので、作動信頼性に欠ける所はないが
、次のような新たな問題が派生している。

即ちインジウム・アンチモナイドなどの半導体またはニ
ッケルなどの強磁性材料製の短冊状体をなず感磁性素子
の艮手力向に流される電流の方向と、回転する平行磁界
の′ｖ１１界方向とのなす角度θの変化に応じて、素子
の出力電圧は第５図のグラフに描かれた様に波動し、θ
の値が０の時出力は最小となり、９０°の時最人となり
、１８０°及び２７０°の時再びそれぞれ最小値または
最大値に達する。回転角情報としての素子の出力電圧は
、磁界の回転角つまり被計測回転軸の回転角の変化に対
しｔ直線グラフ的に変化することが当然望ましいので、
この装置の場合には、θがＯ〜９０°の値をとる範囲に
おいては図中に（イ）及び（ハ）で示した、０〜２５°
及び６５〜９０°の領域では比例的な回転角検出が行え
ず、符号（ロ）で示したわずかに２５〜６５°の範囲で
しか装置は比例的計測機能を果してくれないことになり
甚だ不都合である３５回転磁界が３６０°回転する間に
はこのような出力変動の波が２つ現われるｈ＜、第２の
波の部分についても事情は同じであり、また現在の出力
信号が第１と第２のいずれの波の部分に当るかの判別手
段も必要となって来る。

また計測回転軸の向転変位む１を増巾することなく直接
的に計測するので、微小な回転角を精密に計ることは困
難であった。

本発明は被計測回転軸のより広い回動範囲内に回って有
効な回転角Ｊ１測が行えると共に、必要に応じてより精
密な計測を行うことも可能な磁界検出素子組込み型の回
転角検出装置を提供づることを目的とする。

［問題点を解決するための手段］ 上記の目的を達成するために本発明の回転角検出装置は
、外力によって回動させられる被計測回転軸と、平行磁
界を生ずる磁石を、その磁界方向が回転体の回転軸方向
に対して直交するようにして該回転体に取付けた回転磁
界発生体と、前記被計測回転軸の回転角を縮小または拡
大さけて前記回転トｎ界発生体の回転軸に伝えるための
回転動伝達手段と、前記平行磁界の方向を検知すること
によって前記被計測回転軸の回転角を知るための、前記
回転磁界内に設置した磁界検出素子と、該磁界検出素子
の出力信号に基づいて前記被計測回転軸の回転角を口定
するための処理回路とからなる構成を採用した。

［作用および発明の効果］ Ｆ記の如き構成を備えた本発明装置は、被計測回転軸が
外力によって回動させられると、この回転軸と回転磁界
発生体の回転軸との間に介在させた回転動伝達手段が、
被計測回転軸の現実の回転角を縮小させて回転磁界発生
体の回転軸に伝える（例えば前者が９０°回転した時に
、後者は例えばその１／３に当る３０°だけ回動させら
れる）。又は回転動伝達手段を設計変更すれば、現実の
回転角が拡大されて伝えられる（例えば前斉が回転角に
して１°回動した時、後者は例えばその１０（８の１０
°回動させられる）。

従って回転動伝達手段が例えば減速比１／３といった回
転角縮小側に設語されている場合には、被計測回転軸が
９０°回動した時には、回転磁界発生体はその１／３の
３０’回動させられることになり、その３０°回動する
領域を磁界検出素子の出力が直線的に変化する領域内に
合わせるようにすると、有効な比例的５１測が行える被
計測回転軸の回転角範囲が３倍に拡大されることになる
。

また回転動伝達手段が例えば増速比１０といった回転角
拡大側に設計されている場合には、被ｉ；ｌ測同転軸の
回動角度が微小であってム回転磁界発生体は大きく回動
するので、それに伴・う磁界検出素子の出力変化の度合
も大きくなり、従ってδ１重粘度を充分に向上させるこ
とができる。

し実施例］ 以下に本発明装置の具体的な構成を、内燃機関のスロッ
トル弁開度の検出を目的とする場合を例にとって第１図
及び第２図を参照しながら以下に説明する。

１は被計測回転軸としてのスロツＩ〜ルシャフト、３０
はこのシャフトに固着させたスロットル弁の弁体、３１
はスロットルチャンバー、３２はスロワ］・ルシャフト
１の軸受である。

３３は筒状体をなす装置ケーシングの本体部分、３３Ａ
はケーシングの底板、３３Ｂはケーシングの取付は用フ
ランジ状部であって、硬質合成樹脂または金属の一体成
形体からなる。３３Ｃは嵌合式のケーシング蓋、３４は
蓋３３Ｃの密閉用パツキンである。

このケーシングはそのフランジ状部３３Ｂに挿通させた
取付用ビス３５によってスロットルチャンバー３１に螺
着される。３６はこの取付は部の気密保持用のパツキン
である。

２は平行磁界発生用磁石であって、この実施例ではその
横断面図としての第２図に示されたように円筒状に成形
された強磁性材料の内周面に直径方向に２極着磁を行う
ことによって作成されている。６はその外周面に嵌着さ
せた筒状の磁気鴻閉材である。

４は平行磁界発生用磁石２の取付基盤をなす回転軸であ
って、ケーシング底４ｆｉ３３Ａに設けた穿孔に嵌着さ
せた軸受７にはめ込まれており、回転軸４に磁石２をそ
の平行磁界方向が回転軸４の軸方向と直交するようにし
て取ト１けることによって回転磁界発生体が形成されて
いる。３は被計測回転軸としてのス［１ツトルシヤフト
１の一端を装置ケーシング３３内に突出させた部分に、
このシャフトに対して同軸的に取付けた駆動側歯車であ
って、シャツ１〜１自身に切削加工を施して形成させる
かまたは別個に作成したしのをシャフト１に嵌着させる
。

５は回転磁界発生体の回転軸４に同軸的に取付りた、被
計測回転軸１の同転角縮小用爾中であって、この歯車に
かみ合わされる駆動側歯車３によって伝えられる被計測
回転＠１の回転動を所定の減速比をもって回転軸４に伝
えることにって、回転磁界発生体を被計測回転軸１の回
動角度より６ある一定の割合を：６つて減少された角用
だけ回動ざ眩る役割を果たす。この回転角度縮小用歯車
５６回転軸４と一体的に形成させてしよいし、別個に作
成したうえ回転軸４に嵌着させてもよい。また被計測回
転軸１に犬歯数の歯車を、回転磁界発生体の回転軸４に
小歯教の山車を嵌着させてこの両歯中が１１＾み合わさ
れるように回転動伝達手段を構成ずれば、被泪測回転！
Ｉｌｌ　１の回動の角度を増大させて回転軸４に伝える
こともできる、。

２０は磁界検出素子であって、絶縁性包埋材２１に埋設
させたうえ回転磁界中に位置させられるようにして装置
ケーシングの中仕切板３３Ｄに取付けられている。２２
．２３．２４はそれぞれ素ｒ２０の入力端子、出力端子
およびアース端子に接続されたリード線、２５は装置ケ
ーシングに取イ］けられた配線基盤、２６は素子２０の
出力信号に基づいて被計測回転＋ｌ１１の回転角を０定
するための処理回路の構成部品、２７はハーネスである
。もつとも素子２０の出力信号は単に増巾させるのみで
たりる使用方法も司能である。

ｖｔｋ！１Ｔｌｌ検出累子２０の一例として強磁性Ａ９
膜抵抗素子の具体的構造を第３図にまたその結線を第４
図に示した。４０は磁気抵抗効果の大ぎなニッケル合金
などを蒸着方法その他の方法によりガラスｖ！盤４３の
面上に薄膜状にイ（１着させたうえ、パターニングを行
って形成させた、短欄状のパターンをなず磁気検出部で
ある。４１は電極部分、４２は電極端子のはＩυだイ１
（〕個所、４４は保護膜、４５は塗料、そ（）で４６は
素子のアセンブリークースＣある。

このような構造を備えた磁界検出木Ｆ２０の磁気検出部
４０の知柵艮手乃向に電流Ｉを流すと共にこの検出部４
０を平行磁界内に位置させると、電流１とｔ社界ト１の
各々の方向のなす角度を０、そして素：ｆ、　２０の抵
抗値を比抵抗ρで表１と、ρ（０）−ρ０−Δｓｉｎ　
２　θの関係式が成り立ら、角θの変化につれて磁界検
出素子２０の出力電圧は第５図のグラフに描かれたよう
に波動状をなして変動する。図中のＶｌｌとＶ［はそれ
ぞれ最大及び最小出力電圧をまた上記のρＯは雇人出力
時におれる比抵抗を表している。

５１ど５２はそれぞれ大ベンチユリと小ベンチユリ、５
３はフロート室、５４は主ジェツト、５５は燃料溜、５
６は空気ブリード管、５７は主空気ジツエト、５８は主
ノズルである。

次に上記実施例装置の作動を説明する。内燃機関が自動
車の駆動用エンジンである場合には、アクセルペダルの
踏込み動作がリンク機構などを介してスロットルシャフ
ト１に伝達されペダルの踏込み度合に比例してスロット
ルシャフト１、従ってスロットル弁の弁体３０が同方向
に回ｊｈさ往られることになる。エンジンを電了式燃利
自動噴躬装置などを用いて最良の運転状態に制御しよう
とする場合には、このスロットル開度は一つの重要な制
御関与情報となるので連続的に精密に監視する必要があ
る。

スロットルシャフト１が上述の如くして回動させられる
と、このシャット１の先端に切削加工を施して形成され
ている駆動側歯車３の回動に伴って、この歯車３にかみ
合っている回転角縮小用歯車５が設定された減速比例え
ばこの実施例では３：１の減速比をもって回動さられる
ので、歯車５を同軸的に取付けである回転磁界発生体の
回転軸４は、スロットルシャフト１が回転角にして３°
回動したどすればその１／３の回転角つまり１６だけ回
動さＵられる。それにともなって回転磁界発生体に取付
けられている円筒形の平行磁界発生用磁石２ら磁界方向
をその回転面上で角度１°だけ偏向させられる。スロッ
トルシャフト１と回転磁界発生体の回転軸４との間のこ
のような連動関係について第６図を参照しながら説明す
ると、駆動側歯車３が同軸的に取付けられているスロッ
トルシャフト１が角度φ°だ【）回動すると、被動側の
回転角縮小用歯車５が同軸的に取ｔＨＪられている回転
磁界発生体の回転軸４は回転角にしてθ°回動させられ
る。そしてこの実施例では小歯車３に対する大歯車５の
歯数比は３に設定されているので、スロットルシャフト
１がφ°回動させられることによって回転軸４は１／３
φ°（−θ°）回転覆るという関係に置かれる。

回転磁界発生体には前述のようにして平行磁界発生用磁
石２が取付けられているので、平行磁界の方向１」もま
た同方向に同じ角度だけ隔向さぜられる。従ってスロッ
トル弁の開度が０°であってスロットルシャフト１の回
転角φもＯｏである時に、磁界検出素子２０を流れる電
流方向Ｉが平行磁界の方向Ｈに対して平行に置かれるよ
うな位置関係をもって素子２０を回転磁界内に設置させ
ることによって、第５図および第７図に模式的に説明さ
れているようにスロットルシャフト１がφ°回動させら
れるのに伴って、磁界検出素子２０内を流れる電流方向
１に対して平行磁界方向１」は角１／３θ°（＝θ°）
偏向させられることになる。

そしで■に述べたように磁界検出素子２０に通電しなが
ら平行磁界を及ぼした時、磁気抵抗を受けた素子２０の
出力電圧は第５図にみられるように角θがＯ’　（及び
１８０°）の時最小値Ｖ［にまで低下し、９０°（及び
２７０°）の時１４人値のＶＨにまで上背ツ″るといっ
た波形を描いて変りｊするので、磁界検出素子２０の出
力電圧の変化を検知することによって平行磁界の回動角
θ従って回転磁界発生体の回転軸４の回動角θを知るこ
とができる。もっともこの場合出力電圧Ｖは回動角０の
変化に対してほぼ直線的グラフ的関係のもどに変Ｏ」シ
ないと、回動角θの算定手段が複雑化して実用に耐えな
いので、出力電圧Ｖを回動角θの検知情報として有効に
利用できる領域は、第５図から理解されるようにＯがほ
ぼ２５〜６５°の値をとる約４０６範囲に限定されるは
ずである。

しかし上記実施例装置において検知したい回転角は、実
は回転磁界発生体の回転軸４のそれではなくて、この回
転軸４と回転動伝達手段を介して連動関係に置かれてい
るスロットルシャフト１の回転角φである。既述の如く
この連動関係とは、従動軸としての回転軸４が３０°回
動させられた時には、駆動軸であり］つ被計測回転軸と
してのスロットルシャフト１はその３倍の９０°回転し
ているという、いわば被計測同転輪の回転角を縮小させ
て回転磁界発生体の回転軸に伝える関係である。

そこで第６図を参照しながら装置の作動説明をつづける
と、自動車のアクセルペダルを踏込むことににってスロ
ットル弁を全開から全開に向けて回動さＵて行くと、ス
［ｌットルシャフト１の回動角φはＯ°→９０°へと増
大させられるが、平行磁界発生用磁石２が数句けられて
いる回転磁界発生体の回転＠４は角φの１／３の０°→
３０°だけしか回動されないことになる。スロットルシ
ャツ１〜１がφ°回動した時、回転軸４がそれに連動し
て回動させられる角度θは図示の関係にある。つまり第
６図のグラフを手助けとして理解されることは、スロッ
トルシャフト１の回動角φが７５６→１９５゜の範囲内
に納まっている限り、磁界検出素子２０の出力電圧Ｖは
ほぼ直線関係を保って連続的に変化するという事実であ
る。従ってスロワ１−ル弁が仝閉の時、磁界検出素子２
０の電流方向Ｉと平行磁界方向］」とのなす角度が２５
°となるように素子２０の取イ」け方向を設定して置く
ことによって、スロットルシャフト１がＯ→９０°　（
φとしては２５°→１１５°）の範囲で回動さぜ゛られ
る間において、Ｖｉｆｌ界検出素子２０の出力電圧を連
続的に計測することによってスロットルシャフト１の回
転角を比例的に簡単且つ正確に知ることができる、。

これに対して本発明装置と同様に磁界検出素子の電気出
力特性を利用した従来の回転角検出装置が連続ｐつ直線
的に検知することのできる回転角範囲は第５図に示され
たにうにわずかに約４０６　と本発明による上記実施例
装置の１７３にすき゛ないことは既述の通りである。

上記実施例においては被計測回転軸の回転角を縮小させ
て回転磁界発生体の回転軸に伝えるための回転動伝達手
段として歯数比３の１組の減速歯車が使われているが、
歯数比３は１つの設置ｉ値にすぎず、この値は必要に応
じて適宜に決定り゛ればよい。又歯車以外の回転動伝達
手段例えばタイミングベルトを利用してもよいし、回転
体の全体構成を様々に設ｈ］変史できることも勿論であ
る。

そして既に説明したように回転動伝達手段として減速南
中機構に代えて増速歯巾機構を採り入れれば被計測回転
軸の微小な回動角を拡大して回転磁界発生体に伝えられ
るので、それに伴って磁界検出素子の出力を拡大さゼて
取り出す効果が得られることになり、装置の３１側精度
を飛躍的に向上させることも可能となる。

また、第５図および第６図にみられるように回転角θと
出力電圧Ｖとはヒステリシスをもったグラフを描≦関係
にあるが、本発明装置ではη１測値に表れるこのヒステ
リシスの影響を減縮させる効果も備えている。

さらに本発明装置に用いられている平行磁界発生用磁石
は円筒状強磁性体の内周面に２極着磁して形成されてい
ると共に、その外周面に磁気鴻閉筒が嵌着されているの
で、磁石の磁気漏洩を阻止する効果に加えて外界からの
磁気の影響を著しく低く押えられて、装置の５１側感度
がこのような面からも高められる。また円筒形であるが
故に、回転軸４と同軸に設定することが容易で且つ磁界
検出素子２０を円筒の中心に設定することも容易である
。

本発明装置の使途は勿論上記実施例に限られることなく
、各種の計測装置の計測手段、各種自動闘械の作動制御
手段、各種の輸送機の走行制御手段などとして活用する
ことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明装置を内燃機関のス［１ツト・ル弁のス
ロットルシャツ１−に組付けた実施例の側断面図、第２
図はこの装置に組込まれた平行磁界発生用磁石の横断面
図、第３図と第４図は磁界検出素子の具体的構成を例示
した部分破断斜視図とその結線図、第５図は従来の回転
角検出装置における磁界検出素子中を流れる電流方向と
平行磁界の方向どがなす角度θと、この素子の出ツノ７
Ｕｉ圧Ｖとの相関グラフ、第６図は本発明による回転角
検出装置における、被計測軸の回転角φに対づる素子の
出力電圧■の値の相関グラフである。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）外力によって回動させられる被計測回転軸と、平行
   磁界を生ずる磁石を、その磁界方向が回転体の回転軸方
   向に対して直交するようにして該回転体に取付けた回転
   磁界発生体と、 前記被計測回転軸の回転角を縮小または拡大させて前記
   回転磁界発生体の回転軸に伝えるための回転動伝達手段
   と、 前記平行磁界の方向を検知することによって前記被計測
   回転軸の回転角を知るための、前記回転磁界内に設置し
   た磁界検出素子と、 該磁界検出素子の出力信号に基づいて前記被計測回転軸
   の回転角を算定するための処理回路とからなる回転角検
   出装置。 ２）前記回転動伝達手段は、前記被計測回転軸と、前記
   回転磁界発生体の回転軸とにそれぞれ取付けられて相互
   にかみ合う、減速用または増速用の少なくとも２個の歯
   車の組合わせからなることを特徴とする特許請求の範囲
   第１項記載の回転角検出装置。 ３）前記平行磁界発生用磁石は、円筒状磁性体の内周面
   の直径方向に２極着磁を行って形成されていることを特
   徴とする特許請求の範囲第１項または第２項記載の回転
   角検出装置。