特開 2023-63777 磁気センサユニット

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023063777

(43)【公開日】2023-05-10

(54)【発明の名称】磁気センサユニット

(51)【国際特許分類】

   G01D 5/245 20060101AFI20230428BHJP

   G01B 7/30 20060101ALI20230428BHJP

【ＦＩ】

G01D5/245 110L

G01D5/245 B

G01B7/30 H

【審査請求】未請求

【請求項の数】11

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021173786

(22)【出願日】2021-10-25

(71)【出願人】

【識別番号】000222934

【氏名又は名称】東洋電装株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100125254

【弁理士】

【氏名又は名称】別役 重尚

(74)【代理人】

【識別番号】100118278

【弁理士】

【氏名又は名称】村松 聡

(72)【発明者】

【氏名】岸 昇示

(72)【発明者】

【氏名】吉田 聖哉

【テーマコード（参考）】

2F063

2F077

【Ｆターム（参考）】

2F063AA35

2F063BA08

2F063DA01

2F063DA05

2F063GA52

2F077AA41

2F077JJ01

2F077JJ07

2F077JJ23

2F077UU12

2F077VV02

2F077VV23

(57)【要約】

【課題】磁気センサで磁界の変化を正確に検出することができるとともに、ヨークに対する各マグネットを正確に位置決めすることができる磁気センサユニットとを提供することを目的とする。
【解決手段】磁気センサユニット５０は、基板２１に対して相対的に変位するロータ１３に固定されたヨーク３０と、ヨーク３０に固定され、ロータ１３の相対的な変位方向に離間して配置されたマグネット３４およびマグネット３５と、基板２１に固定され、マグネット３４およびマグネット３５により形成される磁界の変化を検出する磁気センサ２２とを備える。ヨーク３０は、マグネット３４とマグネット３５との間に突出した凸部３８を有する。凸部３８は、マグネット３４が当接する当接部３８３と、マグネット３５が当接する当接部３８５とを有する。
【選択図】図４

【特許請求の範囲】

【請求項1】

第１部材に対して相対的に変位する第２部材に固定された磁性体と、
前記磁性体に固定され、前記第２部材の相対的な変位方向に離間して配置された少なくとも２つのマグネットと、
前記第１部材に固定され、前記各マグネットにより形成される磁界の変化を検出する磁気センサと、を備え、
前記磁性体は、前記２つのマグネットの間に突出した凸部を有し、
前記凸部は、前記各マグネットが当接する当接部を有する磁気センサユニット。

【請求項2】

前記磁性体には、前記各マグネットが固定される部分に凹部が設けられており、
前記各凹部により、前記磁性体の前記２つのマグネットの間が相対的に前記凸部となる、請求項１に記載の磁気センサユニット。

【請求項3】

前記磁性体は、板状をなし、
前記各当接部の前記磁性体の板厚方向に沿った長さは、前記磁性体の板厚の２５％以上１００％以下である、請求項２に記載の磁気センサユニット。

【請求項4】

前記磁性体は、板状をなし、
前記各当接部の前記磁性体の板厚方向に沿った長さは、前記磁性体の板厚の２５％以上５０％以下である、請求項３に記載の磁気センサユニット。

【請求項5】

前記各当接部は、前記マグネットと面接触する、請求項１に記載の磁気センサユニット。

【請求項6】

前記各凹部は、前記当接部側の深さが、その他の部分の深さよりも深い、請求項２に記載の磁気センサユニット。

【請求項7】

前記磁性体は、前記変位方向に延設され、該変位方向の途中に前記凸部が配置された平面部と、前記変位方向における前記平面部の両端部から前記平面部と交差する方向に屈曲する２つの屈曲部とを有する、請求項１に記載の磁気センサユニット。

【請求項8】

前記２つのマグネットのうちの一方のマグネットは、Ｎ極が前記磁性体側に臨み、他方のマグネットは、Ｓ極が前記磁性体側に臨む、請求項７に記載の磁気センサユニット。

【請求項9】

前記磁気センサは、前記平面部に対向して配設される、請求項８に記載の磁気センサユニット。

【請求項10】

前記第２部材は、回転中心を中心として回転変位し、
前記平面部は、前記回転中心に対して略垂直である、請求項９に記載の磁気センサユニット。

【請求項11】

前記第２部材は、二輪車のハンドルのスロットル操作によって回転し、
前記磁気センサは、前記磁界の変化に応じて、スロットル開度を検出する、請求項１に記載の磁気センサユニット。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、磁気センサユニットに関する。

【背景技術】

【0002】

従来、マグネットにより形成される磁界の変化を磁気センサで検出する磁気センサユニットが知られている（特許文献１）。例えば、一方の部材にマグネットを固定するとともに、他方の部材に磁気センサを固定し、両部材が相対的に変位したときの磁界の変化を磁気センサで検出した結果から、両部材の相対的な変位が取得される。検出対象の変位を検出可能な範囲は、マグネットが形成する磁界の範囲に依存する。

【0003】

特許文献１には、円筒状のヨークと、ヨークの内周部に固定された２つのマグネットと、ヨークの回転中心に配置された磁気センサと、備える回転角度検出ユニットが開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２００７－１３２８１９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

特許文献１に記載の発明では、２つのマグネットがヨークの周方向に互いに離間して配置されている。そのため、マグネット同士の間には、空間が形成された状態となる。この空間では、マグネット同士の間の空間の大きさに応じて、磁束密度の低下が生じ易くなり、外部の磁界からの影響を受け易くなる。従って、磁気センサは、前記磁界の変化を正確に検出するのが困難となる。また、特許文献１に記載の発明では、ヨークに対する各マグネットの正確な位置決めが困難となる。

【0006】

本発明は、磁気センサで磁界の変化を正確に検出することができるとともに、ヨークに対する各マグネットを正確に位置決めすることができる磁気センサユニットとを提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

上記目的を達成するために、本発明の磁気センサユニットは、第１部材に対して相対的に変位する第２部材に固定された磁性体と、磁性体に固定され、第２部材の相対的な変位方向に離間して配置された少なくとも２つのマグネットと、第１部材に固定され、各マグネットにより形成される磁界の変化を検出する磁気センサと、を備え、磁性体は、２つのマグネットの間に突出した凸部を有し、凸部は、各マグネットが当接する当接部を有する。

【発明の効果】

【0008】

本発明によれば、磁気センサで磁界の変化を正確に検出することができるとともに、ヨークに対する各マグネットを正確に位置決めすることができる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】磁気センサユニットが適用されるスロットルグリップ装置の模式図である。

【図2】スロットルグリップ装置が備える基板およびロータの外観斜視図である。

【図3】基板およびロータに支持される磁気センサユニットの要部の斜視図である。

【図4】磁気センサユニットの要部の分解斜視図である。

【図5】図４中のＡ－Ａ線断面図である。

【図6】図３中の矢印Ｂ方向から見た図である。

【図7】図３中の矢印Ｃ方向から見た図である。

【図8】従来の磁気センサユニットの側面図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。しかしながら、以下の実施形態に記載されている構成はあくまで例示に過ぎず、本発明の範囲は実施形態に記載されている構成によって限定されることはない。

【0011】

図１に示すスロットルグリップ装置１００は、一例として、自動二輪車のハンドルバー１４の右方に延出した部分に取り付けられる。スロットルグリップ装置１００が適用される車体としては、自動二輪車に限定されず、例えば、バータイプのハンドルを備える３輪や４輪のバギーの他、スノーモービル、水上オートバイク（水上バイク）等の各種の車体が挙げられる。スロットルグリップ装置１００は、グリップ部１０およびハウジング１１を備える。ハンドルバー１４の方向（Ｘ方向）については、ハンドルバー１４の先端側を＋Ｘ側、車体中央側を－Ｘ側とする。グリップ部１０は、ハンドルバー１４の先端部を含む領域に配置される。グリップ部１０は、ゴム材等で構成される。ハウジング１１は、グリップ部１０に対して、－Ｘ側（車体中央側）に隣接して配置されている。

【0012】

ハンドルバー１４には、スロットルパイプ１２が支持されている。スロットルパイプ１２は、略円筒状をなし、ハンドルバー１４の回転中心Ｃ１回りに、ハンドルバー１４の外周面に沿って回動可能である。なお、回転中心Ｃ１は、Ｘ方向と平行である。また、スロットルパイプ１２の外周には、グリップ部１０が配置されている。スロットルパイプ１２は、運転手によるグリップ部１０の回転操作に応じてハンドルバー１４の回転中心Ｃ１回りに回転する。

【0013】

ハウジング１１内には、基板（第１部材）２１と、基板２１に対して相対的に回転中心Ｃ１を中心として回転変位するロータ（第２部材）１３と、磁気センサユニット５０とが収容される（図２参照）。図３に示すように、磁気センサユニット５０は、磁気センサ２２、マグネット（第１マグネット）３４、マグネット（第２マグネット）３５、ヨーク（磁性体）３０を備える。なお、磁気センサユニット５０は、本実施形態では２つのマグネット（マグネット３４、マグネット３５）を備えているが、マグネットの数は、２つに限定されず、例えば、３つ以上であってもよい。また、ハウジング１１は、外壁を有し、その外壁のうち、二輪車の車体に近い側（－Ｘ側）の壁が外壁１１ａであり、グリップ部１０に近い側（＋Ｘ側）の壁が外壁１１ｂである。Ｘ方向において、外壁１１ａに近い順に、ヨーク３０、マグネット３４、３５、磁気センサ２２が位置している。これにより外部磁界による磁気センサ２２への影響をヨーク３０で効果的に軽減でき、ハウジング１１の小型化に寄与することができる。なお、ヨーク３０、マグネット３４、３５、磁気センサ２２の配置は、磁気センサ２２と磁気センサ２２に近い側の外壁との間にヨーク３０が配設されていればよい。なお、ヨーク３０、マグネット３４、３５、磁気センサ２２の配置は、図１に示す配置に限定されない。

【0014】

基板２１は、不図示の固定部材を介してハウジング１１に固定されている。基板２１には、磁気センサ２２が実装されて（固定されて）いる。変位の検出対象となるロータ１３は、スロットルパイプ１２に固定されている。ロータ１３には、ヨーク３０が固定されている。ヨーク３０には、マグネット３４、マグネット３５が固定されている。従って、グリップ部１０が回転すると、スロットルパイプ１２と連動して、ロータ１３、ヨーク３０、マグネット３４、マグネット３５が一括して回転する。このスロットルパイプ１２の回転角は、アクセルポジションセンサ（ＡＰＳ）としての磁気センサユニット５０で検出される。

【0015】

図３、図４に示すように、ヨーク３０は、板状の部材で構成されている。ヨーク３０の構成材料としては、例えば、鉄、ケイ素鋼、パーマロイ等の軟磁性材料が用いられる。これにより、ヨーク３０は、マグネット３４、マグネット３５からの磁界によって容易に磁化される。このヨーク３０は、ロータ１３の変位方向、すなわち、回転方向に沿って延設された平面部３１と、変位方向における平面部３１の一端部から屈曲する屈曲部３２と、他端部から屈曲する屈曲部３３と、を有する。図６、図７に示すように、平面部３１は、回転中心Ｃ１を中心とする円弧状をなし、回転中心Ｃ１に対して略垂直である。これにより、ヨーク３０は、ロータ１３の回転に伴って、マグネット３４およびマグネット３５とともに安定して回転することができる。円弧状をなす平面部３１の中心角θ３０は、例えばマグネットを２個使用する場合、９０°以上１８０°以下が好ましく、９０°以上１２０°以下がより好ましい。屈曲部３２および屈曲部３３は、それぞれ、平面部３１と交差する方向、すなわち、＋Ｘ側に突出して（起立して）いる。屈曲部３２の突出高さＨ３２と、屈曲部３３の突出高さＨ３３とは、同じである。

【0016】

平面部３１の＋Ｘ側には、屈曲部３２と屈曲部３３との間に、マグネット３４およびマグネット３５が固定されている。マグネット３４は、屈曲部３２側に位置し、マグネット３５は、屈曲部３３側に位置する。マグネット３４およびマグネット３５は、それぞれ、直方体の永久磁石であり、平面部３１に対して磁力によって固定される。なお、平面部３１に対する固定方法としては、磁力による方法に限定されず、例えば、マグネット３４およびマグネット３５とヨーク３０とを樹脂で覆うモールド成形を、磁力による方法と併用してもよい。マグネット３４とマグネット３５とは、平面部３１の長手方向（ロータ１３の相対的な変位方向）に離間して配置されている。また、マグネット３４、マグネット３５のうちの一方のマグネットは、Ｎ極がヨーク３０側に臨み、他方のマグネットは、Ｓ極がヨーク３０側に臨む。本実施形態では、マグネット３４のＮ極がヨーク３０の平面部３１側に臨み、マグネット３５のＳ極がヨーク３０の平面部３１側に臨んでいる。このように、互いに隣接するマグネット３４とマグネット３５とは、平面部３１と当接する磁極が逆となるように配置されている。

【0017】

図６に示すように、マグネット３４とマグネット３５とは、最短距離（直線距離）で隙間Ｄ１を保って配置されている。マグネット３４は、屈曲部３２に対して、最短距離で隙間Ｄ２を保って配置されている。マグネット３５は、屈曲部３３に対して、最短距離で隙間Ｄ３を保って配置されている。隙間Ｄ１、隙間Ｄ２、隙間Ｄ３は、互い同じであってもよいし、異なっていてもよい。図７に示すように、マグネット３４の＋Ｘ側の面３４１と、マグネット３５の＋Ｘ側の面３５１と、屈曲部３２の＋Ｘ側の面３２１と、屈曲部３３の＋Ｘ側の面３３１とは、同一平面上に位置する。

【0018】

前述したように、基板２１には、磁気センサ２２が固定されている。図３（図６、図７も同様）に示すように、磁気センサ２２は、平面部３１に対向して配設されている。磁気センサ２２は、マグネット３４、マグネット３５により形成される磁界の変化を検出する。運転手によるグリップ部１０の回転操作は、スロットル操作である。このスロットル操作によって、前述したように、ヨーク３０とマグネット３４およびマグネット３５とがロータ１３とともに回転する。磁気センサ２２は、磁界の変化に応じて、ロータ１３の回転変位を検出し、当該回転変位をスロットル開度として検出する。そして、スロットル開度に応じて、エンジンの吸入空気量が調整されて、エンジンの出力やエンジン回転数が制御されることとなる。

【0019】

次に、マグネット３４、３５の磁力線と、磁気センサ２２での検出との関係について説明する。図７では、マグネット３４および３５と、ヨーク３０とによって形成される磁束ベクトルを模式的に示している。

【0020】

図７に示すように、マグネット３５の面３５１のＮ極からマグネット３４の面３４１のＳ極にかけて磁力線Ｍ１が形成される。また、マグネット３４のＮ極が平面部３１に当接している。これにより、マグネット３４に近い屈曲部３２の面３２１側の極性がＮ極となり、当該面３２１のＮ極からマグネット３４の面３４１のＳ極にかけて磁力線Ｍ２が形成される。一方、マグネット３５のＳ極が平面部３１に当接している。これにより、マグネット３５に近い屈曲部３３の面３３１の極性はＳ極となり、マグネット３５の面３５１のＮ極から屈曲部３３の面３３１のＳ極にかけて磁力線Ｍ３が形成される。

【0021】

スロットル操作によって、磁気センサ２２に対して相対的に、ヨーク３０と、マグネット３４およびマグネット３５とが回転中心Ｃ１回りに回転変位する。このとき、磁気センサ２２を通る磁界の大きさや磁力線の方向が変化する。

【0022】

ここで、屈曲部３２および屈曲部３３がヨーク３０から省略されている場合について、考えてみる。この場合、磁力線Ｍ２および磁力線Ｍ３に相当する磁力線は、ほとんど形成されず、主に磁力線Ｍ１だけが形成される。従って、ロータ１３の回転変位の検出範囲は、マグネット３４とマグネット３５との間が磁気センサ２２に対向する範囲内に限定されてしまう。

【0023】

一方、本実施形態では、磁力線Ｍ１だけでなく磁力線Ｍ２および磁力線Ｍ３も形成される。従って、ロータ１３の回転変位の検出範囲を、屈曲部３２と屈曲部３３との間が磁気センサ２２に対向する範囲まで拡大することができる。

【0024】

また、ヨーク３０は、磁性体であることにより、シールド機能を果たす。これにより、－Ｘ側からの磁気センサ２２への外部の磁界からの影響を抑制することができ、よって、ロータ１３の回転変位の検出精度が高まる。また、ヨーク３０により、磁力線を磁気センサ２２側に集中させることができ、マグネット３４、マグネット３５の小型化も可能となる。前述したように、マグネット３４とマグネット３５とは、隙間Ｄ１分だけ、離間して配置されている。マグネット３４は、屈曲部３２に対して、隙間Ｄ２分だけ、離間して配置されている。マグネット３５は、屈曲部３３に対して、隙間Ｄ３分だけ、離間して配置されている。このような配置により、ヨーク３０の長手方向の磁界の範囲が大きくなるので、検出範囲を広くとることが容易となる。また、マグネット３４とマグネット３５とは、平面部３１と当接する磁極が逆となっているので、検出範囲をより広くとることができる。

【0025】

前述したように、マグネット３４とマグネット３５とは、離間して配置されている。そのため、マグネット３４とマグネット３５との間には、空間が形成された状態となる。この空間では、マグネット３４とマグネット３５との間の空間の大きさに応じて、磁束密度の低下が生じ易くなり、外部の磁界からの影響を受け易くなるおそれがある。この場合、磁気センサ２２は、ロータ１３の回転に伴う磁界の変化を正確に検出するのが困難となるおそれがある。また、ヨーク３０に対するマグネット３４およびマグネット３５の正確な位置決めが行われていない場合、ロータ１３の回転変位の検出が困難となるおそれがある。

【0026】

そこで、磁気センサユニット５０は、このような不具合を低減可能に構成されている。以下、この構成および作用について説明する。

【0027】

図４に示すように、ヨーク３０の平面部３１には、マグネット３４が固定される部分に凹部（第１凹部）３６と、マグネット３５が固定される部分に凹部（第２凹部）３７と、が設けられている。そして、凹部３６と凹部３７とにより、ヨーク３０のマグネット３４とマグネット３５との間およびその周囲が相対的に凸部３８となる。従って、ヨーク３０は、マグネット３４とマグネット３５との間、すなわち、平面部３１の長手方向の途中に突出した凸部３８を有することとなる。なお、凹部３６および凹部３７は、例えばプレス加工によって形成されている。

【0028】

凸部３８は、マグネット３４が当接する当接部（第１当接部）３８３と、マグネット３５が当接する当接部（第２当接部）３８５と、を有する。図６に示すように、当接部３８３と当接部３８５とは、これらの間の中点Ｃ２と回転中心Ｃ１とを通る仮想線ＶＬ１を対称の軸として線対称に配置されている。

【0029】

当接部３８３は、マグネット３４のマグネット３５側の面３４２と面接触する。これにより、当接部３８３は、マグネット３４との接触面積を広く確保することができる。また、当接部３８５は、マグネット３５のマグネット３４側の面３５２と面接触する。これにより、当接部３８５は、マグネット３５との接触面積を広く確保することができる。そして、図７に示すように、当接部３８３と当接部３８５との間の部分が磁路となって、マグネット３４のＮ極からマグネット３５のＳ極に向かう磁力線Ｍ４を集中させることができ、マグネット３４とマグネット３５との間での磁束密度をより高めることができる。これにより、マグネット３４とマグネット３５との間の空間では、外部の磁界からの影響が抑制される。そして、磁気センサ２２は、マグネット３４とマグネット３５との間でも、ロータ１３の回転に伴う磁界の変化をより正確に検出することができる、すなわち、検出精度がより向上する。

【0030】

また、当接部３８３には、マグネット３４の外側の面３４３と面接触する壁面（補助当接部）３８４がつながって形成されている。当接部３８５には、マグネット３５の外側の面３５３と面接触する壁面（補助当接部）３８６がつながって形成されている。

【0031】

また、当接部３８３により、ヨーク３０の周方向に対するマグネット３４の位置決めを正確に行うことができ、壁面３８４により、ヨーク３０の径方向に対するマグネット３４の位置決めを正確に行うことができる。一方、当接部３８５により、ヨーク３０の周方向に対するマグネット３５の位置決めを正確に行うことができ、壁面３８６により、ヨーク３０の径方向に対するマグネット３５の位置決めを正確に行うことができる。さらに、マグネット３４とマグネット３５との間に当接部３８３および当接部３８５を設けることにより、マグネット３４とマグネット３５との位置決めを正確に行うことができ、より精度よく変位を検出することができる。

【0032】

なお、当接部３８３と壁面３８４との間は、窪んでおり、マグネット３４の角部３４４から逃げる逃げ部３８７となる（図６参照）。同様に、当接部３８５と壁面３８６との間も、窪んでおり、マグネット３５の角部３５４から逃げる逃げ部３８８となる。

【0033】

ここで、当接部３８３および当接部３８５を有する凸部３８がヨーク３０から省略された磁気センサユニット５０’について考えてみる。この場合、図８に示すように、凸部３８が省略されている分、マグネット３４のＮ極からマグネット３５のＳ極に向かう磁力線Ｍ４’が十分に形成され難くなる、すなわち、磁気センサユニット５０での磁力線Ｍ４よりも磁束密度が乏しくなる。それに伴い、磁束密度Ｍ１～磁束密度Ｍ３も乏しくなる。例えば、マグネット３４（マグネット３５）やヨーク３０の構成材料、隙間Ｄ１の大きさ等の諸条件にもよるが、磁気センサユニット５０’（磁力線Ｍ４’を生じさせる部分）での磁束密度は、磁気センサユニット５０（磁力線Ｍ４を生じさせる部分）での磁束密度よりも２０～４０％程度小さくなることがある。この場合、磁気センサ２２によって磁界の変化を正確に検出に影響する可能性がある。また、磁気センサユニット５０’では、凸部３８が省略されているため、ヨーク３０上でのマグネット３４およびマグネット３５の位置が一定に定まらず、正確な位置決めが困難となる。

【0034】

図４に示すように、凹部３６は、当接部３８３側の深さ（ＤＰ１＋ＤＰ２）が、その他の部分の深さ（ＤＰ２）よりも深い。これにより、マグネット３４が面接触する当接部３８３および壁面３８４を確実に確保することができる。同様に、凹部３７は、当接部３８５側の深さ（ＤＰ３＋ＤＰ４）が、その他の部分の深さ（ＤＰ４）よりも深い（図５参照）。これにより、マグネット３５が面接触する当接部３８５および壁面３８６を確実に確保することができる。

【0035】

また、凹部３７の深さＤＰ３は、ヨーク３０の板厚Ｔ３０の２５％以上１００％以下が好ましく、２５％以上５０％以下がより好ましい（凹部３６の深さＤＰ１についても同様）。これにより、当接部３８３とマグネット３４と接触範囲、および、当接部３８５当接部３５との接触範囲をそれぞれ十分に確保することができ、凸部３８での磁束密度をより高めることができる。

【0036】

なお、磁気センサ２２によって変位を検出される変位部材（本実施形態ではロータ１３）は、磁気センサ２２に対して相対的に変位するものであればよい。従って、磁気センサ２２または変位部材のいずれかまたは双方が実際に変位する構成であってもよい。また、相対的な変位部材の変位態様は回転変位に限定されない。

【符号の説明】

【0037】

１３ ロータ（第２部材）
２１ 基板（第１部材）
２２ 磁気センサ
３０ ヨーク
３４ マグネット（第１マグネット）
３５ マグネット（第２マグネット）
３８ 凸部
５０ 磁気センサユニット
３８３ 当接部（第１当接部）
３８５ 当接部（第２当接部）

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】