特許 7577027 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】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-10-24

(45)【発行日】2024-11-01

(54)【発明の名称】磁気センサユニット

(51)【国際特許分類】

   G01D 5/14 20060101AFI20241025BHJP

【ＦＩ】

G01D5/14 F

【請求項の数】 9

(21)【出願番号】P 2021085155

(22)【出願日】2021-05-20

(65)【公開番号】P2022178383

(43)【公開日】2022-12-02

【審査請求日】2024-02-09

(73)【特許権者】

【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

(72)【発明者】

【氏名】錦織 弘明

【審査官】吉田 久

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１２－１３６６９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１７－９０１０５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００８－６４７３７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１５－３４８２２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１３－２０５１４１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１３－９６７２３（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０１Ｄ ５／１２－５／２５２

Ｇ０１Ｂ ７／００－７／３４

Ｂ６２Ｋ ２３／００－２３／０８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

回転中心を中心として、第１部材に対して相対的に回転変位する第２部材に固定された磁性体と、
前記磁性体に固定された少なくとも１つのマグネットと、
前記第１部材に固定され、前記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、を有し、
前記磁性体は、前記第２部材の相対的な回転変位方向に延設され且つ前記回転中心の軸線方向に対して略垂直な基面を有する平面部と、前記回転変位方向における前記平面部の両端部から前記平面部の前記基面と交差する方向に屈曲する２つの屈曲部とを含み、
前記マグネットは、前記２つの屈曲部の間において、Ｎ極およびＳ極のうち一方の磁極が前記平面部の前記基面と当接するように配置された、磁気センサユニット。

【請求項2】

前記マグネットは、前記２つの屈曲部に対して隙間を保って配置される、請求項１に記載の磁気センサユニット。

【請求項3】

隣接する前記マグネット間で、前記平面部の前記基面と当接する磁極が逆となるように、複数の前記マグネットが前記２つの屈曲部の間に配置された、請求項１または２に記載の磁気センサユニット。

【請求項4】

前記マグネットは、隣接する前記マグネットに対して隙間を保って配置される、請求項３に記載の磁気センサユニット。

【請求項5】

前記磁気センサは、前記平面部の前記基面に対向して配設される、請求項４に記載の磁気センサユニット。

【請求項6】

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、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。

【請求項7】

前記２つの屈曲部は、前記平面部の前記基面に対して略垂直な方向に屈曲する、請求項１に記載の磁気センサユニット。

【請求項8】

前記磁気センサユニットはハウジングに収容され、
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、
前記ハウジングの外壁に近い側から、前記磁性体、前記マグネット、前記磁気センサの順に位置している、請求項１に記載の磁気センサユニット。

【請求項9】

前記磁気センサユニットはハウジングに収容され、
前記ハウジングの外壁に近い側から、前記磁性体、前記マグネット、前記磁気センサの順に位置している、請求項６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】

本技術は、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、２）。例えば、一方の部材にマグネットを固定すると共に、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は、３つ以上のマグネットをハルバッハ配列で配置することで、検出可能な範囲を広く確保している。また、特許文献２は、回転方向の変位を精度良く検出するために、回転軸上にセンサを配置し、センサの周囲に円筒状のヨークを配置している。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】２０１３－２０５１４１号公報

【文献】２００７－１３２８１９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

しかしながら、特許文献１では、マグネットを３以上設ける必要があり、構成が簡単ではない。また特許文献２は、レイアウトに制約が大きく構成が簡単ではない。

【0006】

本技術は、簡単な構成で、検出対象の変位方向における検出範囲を広げ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技術の磁気センサユニットは、回転中心を中心として、第１部材に対して相対的に回転変位する第２部材に固定された磁性体と、前記磁性体に固定された少なくとも１つのマグネットと、前記第１部材に固定され、前記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、を有し、前記磁性体は、前記第２部材の相対的な回転変位方向に延設され且つ前記回転中心の軸線方向に対して略垂直な基面を有する平面部と、前記回転変位方向における前記平面部の両端部から前記平面部の前記基面と交差する方向に屈曲する２つの屈曲部とを含み、前記マグネットは、前記２つの屈曲部の間において、Ｎ極およびＳ極のうち一方の磁極が前記平面部の前記基面と当接するように配置された。

【発明の効果】

【0008】

本技術によれば、簡単な構成で、検出対象の変位方向における検出範囲を広げることができる。

【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】磁気センサユニットの要部斜視図である。

【図3】＋Ｘ側から見た磁気センサユニットを示す図である。

【図4】Ｘ方向に直交する方向から見た磁気センサユニットを示す図である。

【図5】変形例の磁気センサユニットを示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

以下、図面を参照して本技術の実施の形態を説明する。

【0011】

（第１の実施の形態）
図１は、本技術の一実施の形態に係る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。この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が適用される車体は自動二輪車に限定されず、バータイプのハンドルを備える３輪や４輪のバギーのほか、スノーモービル等の各種の車体に本技術を適用可能である。スロットルグリップ装置１００は、グリップ部１０を備える。

【0012】

ハンドルバー１４の方向については、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、ハンドルバー１４の車体中央側（先端側とは反対側であり、図１における左方；－Ｘ側）に隣接して配置されている。

【0013】

スロットルパイプ１２の外周にグリップ部１０が配置され、スロットルパイプ１２の内周にハンドルバー１４が挿入される。スロットルパイプ１２は、回転中心Ｃ１の周りに、ハンドルバー１４の外周面に沿って回動可能な状態でハンドルバー１４に支持されている。スロットルパイプ１２は略円筒状であり、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の周りに回転する。回転中心Ｃ１の軸線方向はＸ方向と平行である。

【0014】

ハウジング１１内には、磁気センサユニット５０が収容される。磁気センサユニット５０は、主に、磁気センサ２２、マグネット３４、３５およびヨーク３０（磁性体）を含む。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、ヨーク３０にはマグネット３４、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およびマグネット３４、３５が一体に回転する。従って、第１部材である基板２１に対して第２部材であるロータ１３は相対的に回転変位する。

【0015】

図２は、磁気センサユニット５０の要部斜視図である。図３は、＋Ｘ側から見た磁気センサユニット５０を示す図である。図４は、Ｘ方向に直交する方向から見た磁気センサユニット５０を示す図である。

【0016】

図３に示すように、ヨーク３０は、＋Ｘ側から見て回転中心Ｃ１を中心とする円弧形状である。ヨーク３０は、平面部３１と２つの屈曲部３２、３３とを含み、磁性部材により一体に形成される。基板２１や磁気センサ２２に対するヨーク３０の相対的な変位方向は、回転中心Ｃ１を中心とする円周方向Ｒである。平面部３１は、この円周方向Ｒに板状に延設された部分である。平面部３１の基面３１ａ（＋Ｘ側の面）は、回転中心Ｃ１に対して略垂直である。屈曲部３２、３３は、円周方向Ｒにおける平面部３１の両端部から起立するように屈曲した部分である。屈曲部３２、３３は、平面部３１の基面３１ａに対して略垂直な同じ方向（＋Ｘ方向）に屈曲している（図２、図４も参照）。

【0017】

図４に示すように、マグネット３４、３５は、平面部３１の基面３１ａに当接している。マグネット３４、３５は永久磁石であり、基面３１ａに対して磁力によって固定されるが、接着剤等、いかなる手法で固定されてもよい。マグネット３４、３５は、２つの屈曲部３２、３３の間において、Ｎ極およびＳ極のうち一方の磁極が平面部３１と当接するように配置されている。具体的には、マグネット３４はＮ極が平面部３１と対向当接し、マグネット３５はＳ極が平面部３１と対向当接している。すなわち、互いに隣接するマグネット３４とマグネット３５とで、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。

【0018】

＋Ｘ方向におけるマグネット３４、３５の端部が先端部３４ａ、３５ａである。＋Ｘ方向における屈曲部３２、３３の端部が先端部３２ａ、３３ａである。先端部３４ａ、３５ａ、先端部３２ａ、３３ａは略面一であり、つまり略同高である。

【0019】

また、図３に示すように、マグネット３４は、隣接する屈曲部３２に対して隙間Ｄ２を保って配置され、マグネット３５は、隣接する屈曲部３３に対して隙間Ｄ３を保って配置されている。また、マグネット３４とマグネット３５とは、隙間Ｄ１を保って配置されている。隙間Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３は互いに異なっていてもよいし共通であってもよい。

【0020】

なお、隙間Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３は、直線距離での最短距離で定義されたが、平面部３１の幅方向中心での円周方向Ｒにおける最短距離で定義されてもよい。あるいは、各隙間は、回転中心Ｃ１を中心とする角度で定義されてもよい。

【0021】

磁気センサ２２は基板２１に固定され（図２参照）、平面部３１の基面３１ａに対向して配設されている（図４参照）。磁気センサ２２は、マグネット３４、３５により形成される磁界を検出する。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。スロットル操作によって、上述したように、ヨーク３０およびマグネット３４、３５がロータ１３と共に回転する。磁気センサ２２は、磁界の変化を検出することで、ロータ１３の回転変位を検出し、これによってスロットル開度を検出する。

【0022】

ところで、ハウジング１１は外壁を有する。図１に示すように、ハウジング１１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の平面部３１、マグネット３４、３５、磁気センサ２２が位置している。

【0023】

次に、磁気センサユニット５０の上記構成による作用を説明する。

【0024】

図４に、マグネット３４、３５およびヨーク３０により形成される磁束ベクトルを模式的に示している。まず、マグネット３５の先端部３５ａのＮ極からマグネット３４の先端部３４ａのＳ極にかけて磁力線Ｍ１が形成される。

【0025】

また、マグネット３４のＮ極が平面部３１の基面３１ａに当接しているため、マグネット３４に近い側の屈曲部３２の先端部３２ａの極性はＮ極となる。これにより、屈曲部３２の先端部３２ａのＮ極からマグネット３４の先端部３４ａのＳ極にかけて磁力線Ｍ２が形成される。これは、マグネット３４の先端部３４ａ→マグネット３４と基面３１ａとの当接部→屈曲部３２の先端部３２ａという磁路と、屈曲部３２の先端部３２ａ→マグネット３４の先端部３４ａという磁力線とが形成されるからである。同様に、マグネット３５のＳ極が平面部３１の基面３１ａに当接しているため、マグネット３５に近い側の屈曲部３３の先端部３３ａの極性はＳ極となる。これにより、マグネット３５の先端部３５ａのＮ極から屈曲部３３の先端部３３ａのＳ極にかけて磁力線Ｍ３が形成される。

【0026】

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およびマグネット３４、３５が円周方向Ｒに回転変位する。すると、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。

【0027】

仮に、ヨーク３０が、屈曲部３２、３３を有さず平面部３１だけの構成であったとすると、円周方向Ｒにおけるマグネット３４、３５の外縁の外側にはほとんど磁界が形成されず、主に磁力線Ｍ１だけが形成される。すなわち、磁界が形成されるのは、円周方向Ｒにおけるマグネット３４、３５の外縁同士の間に限定される。そのため、ロータ１３の検出可能な回転範囲が、マグネット３４、３５の外縁同士の距離内に限定されてしまう。

【0028】

一方、本実施の形態では、磁力線Ｍ１だけでなく磁力線Ｍ２、Ｍ３も形成されるので、円周方向Ｒにおけるマグネット３４、３５の外縁の外側にまで、検出可能なロータ１３の回転変位の範囲を拡大することができる。図４に示す例では、円周方向Ｒにおける屈曲部３２、３３間で、ロータ１３の回転変位の検出が可能となる。

【0029】

また、ヨーク３０が磁性体であり、しかもヨーク３０内に磁路が形成されることから、ヨーク３０がシールド機能を果たす。すなわち、マグネット３４、３５が配置された側とは反対側（－Ｘ側）から磁気センサ２２への外磁の影響を抑制することができ、ロータ１３の回転変位の検出精度が高まる。さらにヨーク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、マグネットの小型化も可能となる。

【0030】

本実施の形態によれば、ヨーク３０は、円周方向Ｒに延設された平面部３１と、平面部３１に対して略垂直な方向に屈曲する２つの屈曲部３２、３３とを含む。マグネット３４、３５は、屈曲部３２、３３の間において、Ｎ極およびＳ極のうち一方の磁極が平面部３１と当接するように配置された。これにより、マグネット３４により形成される磁界の範囲が拡大されるので、検出対象であるロータ１３の回転変位の検出範囲を広げることができる。しかも、ヨーク３０の端部を屈曲させることで屈曲部３２、３３を設けることができ、部品点数増加が抑制されるので、構成が簡単である。また、レイアウト上の制約が小さい。

【0031】

また、ヨーク３０には、鋼板のような「軟磁性体」を採用することが可能であるので、検出可能な範囲を安価に幅広くすることが容易である。

【0032】

特に、マグネット３４、３５は、２つの屈曲部３２、３３に対して隙間Ｄ２、Ｄ３を保って配置される。また、マグネット３４、３５同士は隙間Ｄ１を保って配置される。これらから、円周方向Ｒにおいて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である。なお、これらの隙間のいずれかまたは全てを設けることは必須でない。

【0033】

また、隣接するマグネット３４、３５間で、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。

【0034】

また、磁気センサユニット５０において、ハウジング１１の外壁１１ａに近い側（－Ｘ側）から、ヨーク３０の平面部３１、マグネット３４、３５、磁気センサ２２の順に位置している（図１参照）。従って、ハウジング１１の外壁１１ａと磁気センサ２２との間に外磁の影響を抑制するための空間を特別に設ける必要がない。そのため、スロットルグリップ装置１００の小型化が容易となる。

【0035】

なお、この観点からは、ヨーク３０、マグネット３４、３５、磁気センサ２２の配置を、回転中心Ｃ１と直交する平面で反転した配置としてもよい（図示せず）。この構成においては、ハウジング１１の外壁１１ｂに近い側（＋Ｘ側）から、ヨーク３０の平面部３１、マグネット３４、３５、磁気センサ２２の順に位置する。従って、ハウジング１１の外壁１１ｂと磁気センサ２２との間に外磁の影響を抑制するための空間を特別に設ける必要がないので、スロットルグリップ装置１００の小型化が容易となる。

【0036】

なお、屈曲部３２、３３間に配置するマグネットの数は１個でもよく、３個以上でもよい。マグネットを複数配置する場合でも、検出範囲を広くする観点からは、隣接するマグネット間で平面部３１と当接する磁極が逆となるように、複数のマグネットが屈曲部３２、３３の間に配置されるのが望ましい。

【0037】

なお、マグネット３４、３５の先端部３４ａ、３５ａと屈曲部３２、３３の先端部３２ａ、３３ａとの高さ関係は、例示したものに限定されない。これらの高さ関係は、隙間Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３と合わせ、所望する検出精度や検出範囲に応じて適宜設計すればよい。

【0038】

なお、ヨーク３０において、屈曲部３２、３３が、平面部３１に対して略垂直な方向に屈曲することは必須でない。すなわち、平面部３１の両端部から平面部３１と交差する方向に屈曲すればよい。

【0039】

なお、マグネット３４、３５が配置される平面部３１は回転中心Ｃ１に略垂直であった。しかし、回転中心Ｃ１を中心とする検出対象の変位を検出する観点からは、平面部３１を回転中心Ｃ１と平行に設け、平面部３１の外周側または内周側にマグネット３４、３５を配置してもよい。その場合、磁気センサ２２は、平面部３１の外周側または内周側に、平面部３１と対向して設ける。

【0040】

なお、磁気センサ２２が平面部３１の基面３１ａに対向すること、および、平面部３１の基面３１ａが、回転中心Ｃ１に対して垂直であることは、必須でない。

【0041】

なお、本実施の形態では、ヨーク３０は回転中心Ｃ１を中心とする円弧形状で、マグネット３４、３５は円周方向Ｒに並んで配置されたが、マグネットの並び方向はこれに限定されない。検出対象も回転部材に限定されない。例えば、図５に変形例を示すように、直線方向における検出対象の変位を検出するためには、ヨーク３０を直線的に設け、マグネットを直線的に配列してもよい。

【0042】

図５は、マグネットを直線方向に３つ配列した変形例を示す模式図である。検出対象となる変位部材５１はＦ方向に直線変位する。ヨーク３０は変位部材５１に固定される。ヨーク３０の平面部３１はＦ方向に延設される。平面部３１の基面３１ａに、マグネット３６、３７、３８がＦ方向に直列配置される。屈曲部３２、３３に隣接するマグネット３６、３８は、それぞれ隣接する屈曲部３２、３３に対して隙間Ｄ４を保って配置される。また、各マグネットは、隣接するマグネットに対して隙間Ｄ４を保って配置される。なお、図５に示した隙間Ｄ４は共通であることは必須でない。

【0043】

このような構成においても、Ｆ方向におけるマグネット３６、３８の外縁の外側にまで磁界が形成されるので、当該外縁の外側にまで、検出可能な範囲を拡大することができる。

【0044】

このように、ヨークの平面部を、検出対象の相対的な変位方向に延設し、当該変位方向における平面部の両端部から２つの屈曲部を設け、２つの屈曲部間にマグネットを当該変位方向に並べて配置してもよい。

【0045】

なお、磁気センサによって変位を検出される変位部材は、磁気センサ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。

【0046】

なお、本実施の形態において、「略」を付したものは完全を除外する趣旨ではない。例えば、「略垂直」、「略円筒状」、「略面一」、「略同高」は、それぞれ完全な垂直、円筒状、面一、同高を含む趣旨である。

【0047】

以上、本技術をその好適な実施形態に基づいて詳述してきたが、本技術はこれら特定の実施形態に限られるものではなく、この技術の要旨を逸脱しない範囲の様々な形態も本技術に含まれる。

【符号の説明】

【0048】

１３ ロータ
２１ 基板
２２ 磁気センサ
３０ ヨーク
３１ 平面部
３２、３３ 屈曲部
３４～３８ マグネット
５０ 磁気センサユニット

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】