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WO2018198235A1 - 回転式アクチュエータ及びｖｇアクチュエータ - Google Patents

回転式アクチュエータ及びｖｇアクチュエータ Download PDF

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WO2018198235A1
WO2018198235A1 PCT/JP2017/016577 JP2017016577W WO2018198235A1 WO 2018198235 A1 WO2018198235 A1 WO 2018198235A1 JP 2017016577 W JP2017016577 W JP 2017016577W WO 2018198235 A1 WO2018198235 A1 WO 2018198235A1
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WO
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magnet
hole
sensor
rotary actuator
shaft
Prior art date
Application number
PCT/JP2017/016577
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
修榮 邉
Original Assignee
三菱電機株式会社
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 三菱電機株式会社 filed Critical 三菱電機株式会社
Priority to PCT/JP2017/016577 priority Critical patent/WO2018198235A1/ja
Priority to JP2019514955A priority patent/JP6690865B2/ja
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01D5/00—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable
    • G01D5/12—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means
    • G01D5/244—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing characteristics of pulses or pulse trains; generating pulses or pulse trains
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01D5/00—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable
    • G01D5/12—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means
    • G01D5/244—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing characteristics of pulses or pulse trains; generating pulses or pulse trains
    • G01D5/245—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing characteristics of pulses or pulse trains; generating pulses or pulse trains using a variable number of pulses in a train

Definitions

  • the present invention relates to a rotary actuator and a VG (Variable Geometry) actuator using the rotary actuator.
  • VG turbocharger for automobiles
  • an actuator for controlling the opening degree of the nozzle vane in the VG turbocharger that is, a so-called “VG actuator”
  • VG actuator an electrically controlled rotary actuator is used.
  • the VG actuator is provided with a mechanism for detecting the rotation angle of the shaft using a magnet and a sensor. That is, the magnet is provided at one end of the shaft and is rotatable together with the shaft. The sensor is disposed opposite to the magnet via a so-called “air gap”. The sensor detects the rotation angle of the shaft by detecting the magnetic field generated by the magnet (see, for example, Patent Document 1).
  • the range of the value of magnetic flux density that can be detected by the sensor (hereinafter referred to as “detectable range”) is set to a predetermined range according to the specification of the sensor. For this reason, in the mechanism for detecting the rotation angle of the shaft, it is required that the value of the magnetic flux density at the sensor position be within the detectable range. However, since the magnetic flux density at the position of the sensor varies due to the following factors, it is difficult to keep the value of the magnetic flux density within the detectable range.
  • the VG actuator is composed of a plurality of parts, and the design dimension of each part is given a margin from the viewpoint of absorbing the dimensional variation of each part. For this reason, the VG actuator has a backlash between components, and the width of the air gap varies due to this backlash.
  • the magnetic flux density at the sensor position increases in a quadratic function as the width of the air gap decreases.
  • the magnetic flux density of the magnetic field generated by the magnet varies according to the environmental temperature. For this reason, the magnetic flux density at the position of the sensor also varies according to the environmental temperature. Therefore, even if the variation amount of the width of the air gap is reduced by increasing the dimensional accuracy of each part, it is difficult to keep the value of the magnetic flux density at the sensor position within the detectable range.
  • the present invention has been made to solve the above-described problems, and provides a rotary actuator and a VG actuator that can easily keep the value of the magnetic flux density at the sensor position within the detectable range. Objective.
  • the rotary actuator according to the present invention is provided at one end of the shaft, and is disposed so as to face the magnet through an air gap and a magnet that can rotate integrally with the shaft, and detects a magnetic field generated by the magnet.
  • a sensor for detecting the rotation angle of the shaft, and the magnet is composed of a first half corresponding to the N pole and a second half corresponding to the S pole, and the first half
  • a hole or a magnetic shield body is provided between the second halves, and the sensor detects a magnetic field straddling the hole or the magnetic shield body.
  • FIG. 3 is a sectional view taken along line A-A ′ shown in FIG. 2. It is explanatory drawing which shows distribution of the magnetic flux density by the magnetic field produced between the center part of the 1st half part, and the center part of the 2nd half part when the magnet which does not have a hole part is used. It is explanatory drawing which shows distribution of the magnetic flux density by the magnetic field produced between the center part of the 1st half part, and the center part of the 2nd half part when the magnet which has a hole part is used.
  • FIG. 9 is a cross-sectional view taken along line A-A ′ shown in FIG. 8. It is a top view of the other magnet which concerns on Embodiment 1 of this invention.
  • FIG. 13 is a sectional view taken along line A-A ′ shown in FIG. 12.
  • FIG. 1 is an explanatory diagram showing a main part of the rotary actuator according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a plan view of the magnet according to Embodiment 1 of the present invention.
  • 3 is a cross-sectional view taken along line AA ′ shown in FIG.
  • the rotary actuator 100 according to the first embodiment will be described focusing on an example applied to an in-vehicle VG actuator.
  • 1 is a gear.
  • the gear 1 is rotated by driving a motor (not shown).
  • a substantially rod-shaped shaft 2 is provided along the rotation axis A1. That is, the gear 1 is provided at one end of the shaft 2, and the output lever 3 is provided at the other end of the shaft 2.
  • the shaft 2 rotates integrally with the gear 1 (see arrow A2 shown in FIG. 1), and the output lever 3 is rotated when the shaft 2 rotates.
  • the rotation of the output lever 3 changes the opening degree of the nozzle vane provided in the VG turbocharger (not shown).
  • a substantially disk-shaped magnet 4 is provided at one end of the shaft 2.
  • the magnet 4 is rotatable integrally with the shaft 2 and has a substantially semi-disc-shaped portion corresponding to the N pole (hereinafter referred to as “first half”) 4N and a substantially semi-disc-shaped portion corresponding to the S pole (hereinafter referred to as “first half”). It is referred to as “second half”.) 4S.
  • a hole 42 is provided between the central portion 41N of the first half 4N and the central portion 41S of the second half 4S. That is, the hole 42 is disposed at the center of the magnet 4 and is disposed on the rotation axis A1. As shown in FIGS. 2 and 3, the hole 42 is configured by a substantially cylindrical through hole along the rotation axis A ⁇ b> 1.
  • 5 is a sensor.
  • the sensor 5 is mounted on the electronic circuit board 6 and is disposed so as to face the magnet 4 through the air gap 7.
  • the sensor 5 detects the rotation angle of the shaft 2 by detecting the component in the direction along the detection surface 51 (see arrow A3 shown in FIG. 1) of the magnetic field generated by the magnet 4. That is, the sensor 5 is composed of a rotation angle sensor using a magnetic sensor.
  • the senor 5 is disposed on the rotation axis A1.
  • the sensor 5 detects at least a magnetic field generated between the central portion 41N of the first half 4N and the central portion 41S of the second half 4S, that is, a magnetic field straddling the hole 42.
  • Components such as the gear 1, the shaft 2, the magnet 4, the sensor 5, and the electronic circuit board 6 are accommodated in a housing (not shown).
  • the member 8 formed by integrally assembling components such as the gear 1, the shaft 2, the output lever 3, and the magnet 4 has a backlash in the direction along the rotation axis A1 with respect to the housing. This backlash occurs because the design dimensions of each of these parts are provided with an allowance from the viewpoint of absorbing the dimensional variations of these parts.
  • the width W of the air gap 7 varies due to the backlash of the member 8 with respect to the housing.
  • the main part of the rotary actuator 100 is configured.
  • FIG. 4 shows a distribution of magnetic flux density due to a magnetic field generated between the central portion 41N of the first half 4N and the central portion 41S of the second half 4S when the magnet 4 having no hole 42 is used. It is explanatory drawing which shows.
  • FIG. 5 shows the magnetic field generated between the central portion 41N of the first half 4N and the central portion 41S of the second half 4S, that is, straddles the hole 42 when the magnet 4 having the hole 42 is used. It is explanatory drawing which shows distribution of the magnetic flux density by a magnetic field.
  • the thickness of the broken line and the shade of color represent the magnitude of the magnetic flux density. As shown in FIGS. 4 and 5, by using the magnet 4 having the hole 42, the magnetic flux density in the vicinity of the center of the magnet 4 is larger than when the magnet 4 having no hole 42 is used. The thickness can be reduced.
  • FIG. 6 shows a case where the magnet 4 that does not have the hole 42 is used and the width W of the air gap 7 between the central portion 41N of the first half 4N and the central portion 41S of the second half 4S. It is a characteristic view which shows magnetic flux density B in the position of the sensor 5 by the generated magnetic field.
  • FIG. 7 shows a case where the magnet 4 having the hole 42 is used and is formed between the central portion 41N of the first half 4N and the central portion 41S of the second half 4S with respect to the width W of the air gap 7. It is a characteristic view which shows magnetic flux density B in the position of the sensor 5 by the magnetic field, ie, the magnetic field straddling the hole part.
  • ⁇ W indicates a range in which the width W varies due to rattling of the member 8
  • ⁇ B indicates a range of values of the magnetic flux density B that can be detected by the sensor 5, that is, a detectable range.
  • A4 indicates a region of ⁇ W ⁇ ⁇ B. I indicates a characteristic line when the environmental temperature is approximately ⁇ 40 ° C., II indicates a characteristic line when the environmental temperature is approximately 150 ° C., and III indicates that the environmental temperature is approximately 25 ° C. The characteristic line at a certain time is shown.
  • the sensor 5 can normally detect the rotation angle of the shaft 2 in a temperature environment of approximately ⁇ 40 ° C. In a range where the characteristic line II is included in the region A4, the sensor 5 can normally detect the rotation angle of the shaft 2 in a temperature environment of about 150 ° C. In a range where the characteristic line III is included in the region A4, the sensor 5 can normally detect the rotation angle of the shaft 2 in a temperature environment of approximately 25 ° C.
  • the magnitude of the magnetic flux density in the vicinity of the central portion of the magnet 4 increases (see FIG. 4).
  • the width W of the air gap 7 is small, the magnetic flux density B at the position of the sensor 5 becomes a value larger than the upper limit value of the detectable range ⁇ B (see region A5 shown in FIG. 6).
  • the characteristic lines I to III deviate from the region A4, and the sensor 5 cannot normally detect the rotation angle of the shaft 2.
  • the magnetic flux density B is greater than the upper limit value of the detectable range ⁇ B when the width W of the air gap 7 is less than approximately 1.9 millimeters (mm). Is also a large value.
  • the magnetic flux density B is larger than the upper limit value of the detectable range ⁇ B when the width W of the air gap 7 is less than about 1.2 mm.
  • the magnetic flux density B is larger than the upper limit value of the detectable range ⁇ B when the width W of the air gap 7 is less than approximately 1.7 mm.
  • the magnetic flux density in the vicinity of the center of the magnet 4 can be reduced (see FIG. 5).
  • decrease of the width W can be made loose (refer FIG.6 and FIG.7).
  • the value of the magnetic flux density B at the position of the sensor 5 can be within the detectable range ⁇ B (see FIG. 7).
  • the magnet 4 having the hole 42 it is easy to fit the value of the magnetic flux density B at the position of the sensor 5 within the detectable range ⁇ B. Further, since it is not necessary to increase the dimensional accuracy of each component, it is possible to prevent an increase in the unit price of each component, and it is possible to prevent an increase in the unit price of the rotary actuator 100. Furthermore, since the sensor 5 can detect the rotation angle of the shaft 2 even if the width W of the air gap 7 is reduced, the rotary actuator 100 can be downsized.
  • the shape of the hole 42 is not limited to the through hole shown in FIGS.
  • the hole part 42 should just be formed in the opposing surface part with respect to the sensor 5 in the magnet 4 at least.
  • the hole 42 may be constituted by a substantially hemispherical recess formed in the surface of the magnet 4 facing the sensor 5.
  • size of the magnetic flux density in the vicinity of the center part of the magnet 4 can be made small like the example shown in FIG. As a result, the same effect as that obtained when the magnet 4 is provided with a through hole can be obtained.
  • the hole 42 has a substantially hemispherical concave portion (hereinafter referred to as “first concave portion”) 42 a formed on the surface of the magnet 4 facing the sensor 5, and the opposing portion. It may be constituted by a substantially hemispherical concave portion (hereinafter referred to as “second concave portion”) 42 b formed on the back surface portion with respect to the surface portion.
  • first concave portion substantially hemispherical concave portion
  • second concave portion substantially hemispherical concave portion
  • the magnet 4 may be provided with a magnetic shield body using a magnetic shield material instead of the hole 42.
  • a substantially disk-shaped magnetic shield body 43 may be disposed on the surface of the magnet 4 facing the sensor 5.
  • the use of the rotary actuator 100 is not limited to the VG actuator, and is not limited to the on-vehicle actuator.
  • the environmental temperature fluctuates greatly, and the member 8 is likely to be loose due to vibration.
  • the magnetic flux density B at the position of the sensor 5 is likely to fluctuate, which is suitable for using the rotary actuator 100 of the first embodiment.
  • the rotary actuator 100 is provided at one end of the shaft 2, and is disposed so as to face the magnet 4 via the magnet 4 that can rotate integrally with the shaft 2 and the air gap 7.
  • a sensor 5 that detects the rotation angle of the shaft 2 by detecting the magnetic field generated by the magnet 4, and the magnet 4 corresponds to the first half 4N corresponding to the N pole and the S pole.
  • the hole portion 42 or the magnetic shield body 43 is provided between the first half portion 4N and the second half portion 4S, and the sensor 5 includes the hole portion 42 or the magnetic portion. A magnetic field straddling the shield body 43 is detected.
  • the value of the magnetic flux density B at the position of the sensor 5 can be within the detectable range ⁇ B regardless of the width W of the air gap 7 and the environmental temperature. As a result, it becomes easy to keep the value of the magnetic flux density B at the position of the sensor 5 within the detectable range ⁇ B.
  • the hole 42 or the magnetic shield body 43 is provided between the central portion 41N of the first half 4N and the central portion 41S of the second half 4S, and the sensor 5 is connected to the first half 4N. A magnetic field generated between the central portion 41N and the central portion 41S of the second half 4S is detected. Accordingly, the rotary actuator 100 can be realized using the magnet 4 illustrated in FIGS. 2 and 3, 8 and 9, 10 and 11, or 12 and 13.
  • the hole part 42 is provided in the magnet 4, and the hole part 42 is comprised by the through-hole.
  • the rotary actuator 100 is realizable using the magnet 4 illustrated in FIG.2 and FIG.3.
  • the hole part 42 is provided in the magnet 4,
  • the hole part 42 is comprised by the recessed part formed in the opposing surface part with respect to the sensor 5 in the magnet 4.
  • the rotary actuator 100 can be realized using the magnet 4 illustrated in FIGS. 8 and 9.
  • the hole part 42 is provided in the magnet 4,
  • the hole part 42 is the 1st recessed part 42a formed in the opposing surface part with respect to the sensor 5 in the magnet 4, and the 2nd recessed part formed in the back surface part with respect to the said opposing surface part. 42b. Accordingly, the rotary actuator 100 can be realized using the magnet 4 illustrated in FIGS. 10 and 11.
  • the magnet 4 is provided with a magnetic shield body 43, and the magnetic shield body 43 is disposed on the surface of the magnet 4 facing the sensor 5. Accordingly, the rotary actuator 100 can be realized using the magnet 4 illustrated in FIGS. 12 and 13.
  • any component of the embodiment can be modified or any component of the embodiment can be omitted within the scope of the invention.
  • the rotary actuator of the present invention can be used for, for example, an in-vehicle VG actuator.

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
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Abstract

回転式アクチュエータ（１００）は、シャフト（２）の一端部に設けられており、シャフト（２）と一体に回転自在なマグネット（４）と、エアギャップ（７）を介してマグネット（４）と対向配置されており、マグネット（４）により生じた磁界を検出することによりシャフト（２）の回転角を検出するセンサ（５）と、を備え、マグネット（４）は、Ｎ極に対応する第１半部（４Ｎ）とＳ極に対応する第２半部（４Ｓ）とにより構成されており、かつ、第１半部（４Ｎ）と第２半部（４Ｓ）間に穴部（４２）又は磁気シールド体（４３）が設けられており、センサ（５）は、穴部（４２）又は磁気シールド体（４３）に跨る磁界を検出するものである。

Description

回転式アクチュエータ及びＶＧアクチュエータ
　本発明は、回転式アクチュエータと、この回転式アクチュエータを用いたＶＧ（Ｖａｒｉａｂｌｅ　Ｇｅｏｍｅｔｒｙ）アクチュエータとに関する。
　従来、自動車用のＶＧターボチャージャが開発されている。また、ＶＧターボチャージャにおけるノズルベーンの開度を制御するアクチュエータ、いわゆる「ＶＧアクチュエータ」が開発されている。ＶＧアクチュエータには、電制の回転式アクチュエータが用いられている。
　ＶＧアクチュエータには、マグネット及びセンサを用いてシャフトの回転角を検出する機構が設けられている。すなわち、マグネットはシャフトの一端部に設けられており、シャフトと一体に回転自在である。センサは、いわゆる「エアギャップ」を介してマグネットと対向配置されている。センサは、マグネットにより生じた磁界を検出することにより、シャフトの回転角を検出する（例えば、特許文献１参照）。
国際公開第２０１４／０２９８８５号
　通常、センサにより検出可能な磁束密度の値の範囲（以下「検出可能範囲」という。）は、センサの仕様により所定の範囲に定められている。このため、シャフトの回転角を検出する機構において、センサの位置における磁束密度の値を検出可能範囲内に収めることが求められる。しかしながら、センサの位置における磁束密度は以下の要因により変動するため、当該磁束密度の値を検出可能範囲内に収めることが困難であった。
　第一に、ＶＧアクチュエータは複数の部品により構成されており、各部品の寸法バラツキを吸収する観点から各部品の設計寸法に余裕を持たせている。このため、ＶＧアクチュエータは部品間のガタツキを有しており、このガタツキによりエアギャップの幅が変動する。センサの位置における磁束密度は、エアギャップの幅が小さくなるにつれて二次関数状に大きくなる。ここで、ガタツキを低減してエアギャップの幅の変動量を小さくするために、各部品を高寸法精度化することが考えられる。しかしながら、この場合、各部品の単価が増大して、ＶＧアクチュエータの単価も増大する問題があった。
　第二に、マグネットにより生ずる磁界の磁束密度は、環境温度に応じて変動する。このため、センサの位置における磁束密度も環境温度に応じて変動する。よって、仮に各部品の高寸法精度化によりエアギャップの幅の変動量を小さくしても、センサの位置における磁束密度の値を検出可能範囲内に収めることは困難であった。
　本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、センサの位置における磁束密度の値を検出可能範囲内に収めることが容易な回転式アクチュエータ及びＶＧアクチュエータを提供することを目的とする。
　本発明の回転式アクチュエータは、シャフトの一端部に設けられており、シャフトと一体に回転自在なマグネットと、エアギャップを介してマグネットと対向配置されており、マグネットにより生じた磁界を検出することによりシャフトの回転角を検出するセンサと、を備え、マグネットは、Ｎ極に対応する第１半部とＳ極に対応する第２半部とにより構成されており、かつ、第１半部と第２半部間に穴部又は磁気シールド体が設けられており、センサは、穴部又は磁気シールド体に跨る磁界を検出するものである。
　本発明によれば、上記のように構成したので、センサの位置における磁束密度の値を検出可能範囲内に収めることが容易な回転式アクチュエータ及びＶＧアクチュエータを得ることができる。
本発明の実施の形態１に係る回転式アクチュエータの要部を示す説明図である。 本発明の実施の形態１に係るマグネットの平面図である。 図２に示すＡ－Ａ’線に沿う断面図である。 穴部を有しないマグネットを用いた場合における、第１半部の中央部と第２半部の中央部との間に生じた磁界による磁束密度の分布を示す説明図である。 穴部を有するマグネットを用いた場合における、第１半部の中央部と第２半部の中央部との間に生じた磁界による磁束密度の分布を示す説明図である。 穴部を有しないマグネットを用いた場合における、エアギャップの幅に対する、第１半部の中央部と第２半部の中央部との間に生じた磁界によるセンサの位置における磁束密度を示す特性図である。 穴部を有するマグネットを用いた場合における、エアギャップの幅に対する、第１半部の中央部と第２半部の中央部との間に生じた磁界によるセンサの位置における磁束密度を示す特性図である。 本発明の実施の形態１に係る他のマグネットの平面図である。 図８に示すＡ－Ａ’線に沿う断面図である。 本発明の実施の形態１に係る他のマグネットの平面図である。 図１０に示すＡ－Ａ’線に沿う断面図である。 本発明の実施の形態１に係る他のマグネットの平面図である。 図１２に示すＡ－Ａ’線に沿う断面図である。
　以下、この発明をより詳細に説明するために、この発明を実施するための形態について、添付の図面に従って説明する。
実施の形態１．
　図１は、本発明の実施の形態１に係る回転式アクチュエータの要部を示す説明図である。図２は、本発明の実施の形態１に係るマグネットの平面図である。図３は、図２に示すＡ－Ａ’線に沿う断面図である。図１～図３を参照して、実施の形態１の回転式アクチュエータ１００について、車載用のＶＧアクチュエータに応用した例を中心に説明する。
　図中、１はギアである。図示しないモータが駆動することにより、ギア１が回転するようになっている。この回転軸Ａ１に沿うように、略棒状のシャフト２が設けられている。すなわち、ギア１はシャフト２の一端部に設けられており、シャフト２の他端部には出力レバー３が設けられている。シャフト２はギア１と一体に回転するものであり（図１に示す矢印Ａ２参照）、シャフト２が回転することにより出力レバー３が回動するようになっている。出力レバー３の回動により、図示しないＶＧターボチャージャに設けられたノズルベーンの開度が変化するようになっている。
　また、シャフト２の一端部には略円盤状のマグネット４が設けられている。マグネット４はシャフト２と一体に回転自在であり、Ｎ極に対応する略半円盤状の部位（以下「第１半部」という。）４ＮとＳ極に対応する略半円盤状の部位（以下「第２半部」という。）４Ｓとにより構成されている。第１半部４Ｎの中央部４１Ｎと第２半部４Ｓの中央部４１Ｓとの間には、穴部４２が設けられている。すなわち、穴部４２はマグネット４の中心部に配置されており、回転軸Ａ１上に配置されている。図２及び図３に示す如く、穴部４２は、回転軸Ａ１に沿う略円柱状の貫通孔により構成されている。
　図中、５はセンサである。センサ５は、電子回路基板６に実装されており、エアギャップ７を介してマグネット４と対向配置されている。センサ５は、マグネット４により生じた磁界のうちの検出面５１に沿う方向（図１に示す矢印Ａ３参照）の成分を検出することにより、シャフト２の回転角を検出するものである。すなわち、センサ５は磁気センサを用いた回転角センサにより構成されている。
　ここで、センサ５は回転軸Ａ１上に配置されている。センサ５は、少なくとも、第１半部４Ｎの中央部４１Ｎと第２半部４Ｓの中央部４１Ｓとの間に生じた磁界、すなわち穴部４２に跨る磁界を検出するようになっている。
　ギア１、シャフト２、マグネット４、センサ５及び電子回路基板６などの部品は、図示しないハウジング内に収容されている。ここで、ギア１、シャフト２、出力レバー３及びマグネット４などの部品を一体に組み立ててなる部材８は、ハウジングに対して回転軸Ａ１に沿う方向のガタツキを有している。このガタツキは、これらの各部品の寸法バラツキを吸収する観点から、これらの各部品の設計寸法に余裕を持たせているために生ずるものである。ハウジングに対する部材８のガタツキにより、エアギャップ７の幅Ｗが変動するようになっている。
　このようにして、回転式アクチュエータ１００の要部が構成されている。
　次に、図４～図７を参照して、マグネット４に穴部４２を設けたことによる効果について説明する。
　図４は、仮に穴部４２を有しないマグネット４を用いた場合における、第１半部４Ｎの中央部４１Ｎと第２半部４Ｓの中央部４１Ｓとの間に生じた磁界による磁束密度の分布を示す説明図である。図５は、穴部４２を有するマグネット４を用いた場合における、第１半部４Ｎの中央部４１Ｎと第２半部４Ｓの中央部４１Ｓとの間に生じた磁界、すなわち穴部４２に跨る磁界による磁束密度の分布を示す説明図である。
　図４及び図５の各々において、破線の太さ及び色の濃淡が磁束密度の大きさを表している。図４及び図５に示す如く、穴部４２を有するマグネット４を用いることにより、穴部４２を有しないマグネット４を用いた場合に比して、マグネット４の中心部の近傍における磁束密度の大きさを小さくすることができる。
　図６は、仮に穴部４２を有しないマグネット４を用いた場合における、エアギャップ７の幅Ｗに対する、第１半部４Ｎの中央部４１Ｎと第２半部４Ｓの中央部４１Ｓとの間に生じた磁界によるセンサ５の位置における磁束密度Ｂを示す特性図である。図７は、穴部４２を有するマグネット４を用いた場合における、エアギャップ７の幅Ｗに対する、第１半部４Ｎの中央部４１Ｎと第２半部４Ｓの中央部４１Ｓとの間に生じた磁界、すなわち穴部４２に跨る磁界によるセンサ５の位置における磁束密度Ｂを示す特性図である。
　図６及び図７の各々において、ΔＷは部材８のガタツキにより幅Ｗが変動する範囲を示しており、ΔＢはセンサ５により検出可能な磁束密度Ｂの値の範囲、すなわち検出可能範囲を示しており、Ａ４はΔＷ×ΔＢによる領域を示している。また、Ｉは環境温度が略－４０℃であるときの特性線を示しており、ＩＩは環境温度が略１５０℃であるときの特性線を示しており、ＩＩＩは環境温度が略２５℃であるときの特性線を示している。
　すなわち、特性線Ｉが領域Ａ４内に含まれる範囲において、センサ５は略－４０℃の温度環境にてシャフト２の回転角を正常に検出することができる。特性線ＩＩが領域Ａ４内に含まれる範囲において、センサ５は略１５０℃の温度環境にてシャフト２の回転角を正常に検出することができる。特性線ＩＩＩが領域Ａ４内に含まれる範囲において、センサ５は略２５℃の温度環境にてシャフト２の回転角を正常に検出することができる。
　穴部４２を有しないマグネット４を用いた場合、マグネット４の中心部の近傍における磁束密度の大きさが大きくなる（図４参照）。このため、エアギャップ７の幅Ｗが小さいとき、センサ５の位置における磁束密度Ｂが検出可能範囲ΔＢの上限値よりも大きい値となる（図６に示す領域Ａ５参照）。この結果、特性線Ｉ～ＩＩＩが領域Ａ４から外れて、センサ５がシャフト２の回転角を正常に検出することができなくなる。
　図６に示す例においては、環境温度が略－４０℃である場合、エアギャップ７の幅Ｗが略１．９ミリメートル（ｍｍ）未満のとき、磁束密度Ｂが検出可能範囲ΔＢの上限値よりも大きい値となる。環境温度が略１５０℃である場合、エアギャップ７の幅Ｗが略１．２ｍｍ未満のとき、磁束密度Ｂが検出可能範囲ΔＢの上限値よりも大きい値となる。環境温度が略２５℃である場合、エアギャップ７の幅Ｗが略１．７ｍｍ未満のとき、磁束密度Ｂが検出可能範囲ΔＢの上限値よりも大きい値となる。
　これに対して、穴部４２を有するマグネット４を用いることにより、マグネット４の中心部の近傍における磁束密度の大きさを小さくすることができる（図５参照）。これにより、穴部４２を有しないマグネット４を用いた場合に比して、幅Ｗの減少に対する磁束密度Ｂの増加を緩やかにすることができる（図６及び図７参照）。この結果、エアギャップ７の幅Ｗにかかわらず、また環境温度にかかわらず、センサ５の位置における磁束密度Ｂの値を検出可能範囲ΔＢ内に収めることができる（図７参照）。
　すなわち、穴部４２を有するマグネット４を用いることにより、センサ５の位置における磁束密度Ｂの値を検出可能範囲ΔＢ内に収めることが容易となる。また、各部品の高寸法精度化が不要であるため、各部品の単価増大を防ぐことができ、回転式アクチュエータ１００の単価増大を防ぐことができる。さらに、エアギャップ７の幅Ｗを小さくしてもセンサ５がシャフト２の回転角を検出できるため、回転式アクチュエータ１００の小型化を実現することができる。
　なお、穴部４２の形状は、図２及び図３に示す貫通孔に限定されるものではない。穴部４２は、少なくとも、マグネット４におけるセンサ５に対する対向面部に形成されたものであれば良い。
　具体的には、例えば、図８及び図９に示す如く、穴部４２は、マグネット４におけるセンサ５に対する対向面部に形成された略半球状の凹部により構成されたものであっても良い。これにより、図５に示す例と同様に、マグネット４の中心部の近傍における磁束密度の大きさを小さくすることができる。この結果、マグネット４に貫通孔を設けた場合と同様の効果を得ることができる。
　または、例えば、図１０及び図１１に示す如く、穴部４２は、マグネット４におけるセンサ５に対する対向面部に形成された略半球状の凹部（以下「第１凹部」という。）４２ａと、当該対向面部に対する裏面部に形成された略半球状の凹部（以下「第２凹部」という。）４２ｂとにより構成されたものであっても良い。これにより、図５に示す例と同様に、マグネット４の中心部の近傍における磁束密度の大きさを小さくすることができる。この結果、マグネット４に貫通孔を設けた場合、又はセンサ５に対する対向面部のみに凹部を設けた場合と同様の効果を得ることができる。また、マグネット４の対向面部側の半部の形状と裏面部側の半部の形状とが互いに対称となるため、マグネット４の成型及び部材８の組立てを容易にすることができる。
　また、マグネット４は、穴部４２に代えて、磁気シールド材料を用いた磁気シールド体を設けたものであっても良い。具体的には、例えば、図１２及び図１３に示す如く、マグネット４におけるセンサ５に対する対向面部に略円盤状の磁気シールド体４３が配置されたものであっても良い。これにより、図５に示す例と同様に、マグネット４の中心部の近傍における磁束密度の大きさを小さくすることができる。この結果、マグネット４に穴部４２を設けた場合と同様の効果を得ることができる。
　また、回転式アクチュエータ１００の用途はＶＧアクチュエータに限定されるものではなく、車載用のアクチュエータに限定されるものでもない。しかしながら、車載用のアクチュエータ、特にＶＧアクチュエータにおいては、環境温度の変動が激しく、また振動により部材８のガタツキが生じ易い。このため、センサ５の位置における磁束密度Ｂが変動し易く、実施の形態１の回転式アクチュエータ１００を用いるのに好適である。
　以上のように、実施の形態１の回転式アクチュエータ１００は、シャフト２の一端部に設けられており、シャフト２と一体に回転自在なマグネット４と、エアギャップ７を介してマグネット４と対向配置されており、マグネット４により生じた磁界を検出することによりシャフト２の回転角を検出するセンサ５と、を備え、マグネット４は、Ｎ極に対応する第１半部４ＮとＳ極に対応する第２半部４Ｓとにより構成されており、かつ、第１半部４Ｎと第２半部４Ｓ間に穴部４２又は磁気シールド体４３が設けられており、センサ５は、穴部４２又は磁気シールド体４３に跨る磁界を検出するものである。これにより、エアギャップ７の幅Ｗにかかわらず、また環境温度にかかわらず、センサ５の位置における磁束密度Ｂの値を検出可能範囲ΔＢ内に収めることができる。この結果、センサ５の位置における磁束密度Ｂの値を検出可能範囲ΔＢ内に収めることが容易となる。
　また、穴部４２又は磁気シールド体４３は、第１半部４Ｎの中央部４１Ｎと第２半部４Ｓの中央部４１Ｓとの間に設けられており、センサ５は、第１半部４Ｎの中央部４１Ｎと第２半部４Ｓの中央部４１Ｓとの間に生じた磁界を検出するものである。これにより、図２及び図３、図８及び図９、図１０及び図１１、又は、図１２及び図１３に例示するマグネット４を用いて回転式アクチュエータ１００を実現することができる。
　また、マグネット４に穴部４２が設けられており、穴部４２は、貫通孔により構成されている。これにより、図２及び図３に例示するマグネット４を用いて回転式アクチュエータ１００を実現することができる。
　また、マグネット４に穴部４２が設けられており、穴部４２は、マグネット４におけるセンサ５に対する対向面部に形成された凹部により構成されている。これにより、図８及び図９に例示するマグネット４を用いて回転式アクチュエータ１００を実現することができる。
　また、マグネット４に穴部４２が設けられており、穴部４２は、マグネット４におけるセンサ５に対する対向面部に形成された第１凹部４２ａと、当該対向面部に対する裏面部に形成された第２凹部４２ｂとにより構成されている。これにより、図１０及び図１１に例示するマグネット４を用いて回転式アクチュエータ１００を実現することができる。
　また、マグネット４に磁気シールド体４３が設けられており、磁気シールド体４３は、マグネット４におけるセンサ５に対する対向面部に配置されている。これにより、図１２及び図１３に例示するマグネット４を用いて回転式アクチュエータ１００を実現することができる。
　なお、本願発明はその発明の範囲内において、実施の形態の任意の構成要素の変形、もしくは実施の形態の任意の構成要素の省略が可能である。
　本発明の回転式アクチュエータは、例えば、車載用のＶＧアクチュエータに用いることができる。
　１　ギア、２　シャフト、３　出力レバー、４　マグネット、４Ｎ　第１半部、４Ｓ　第２半部、５　センサ、６　電子回路基板、７　エアギャップ、８　部材、４１Ｎ　中央部、４１Ｓ　中央部、４２　穴部、４２ａ　第１凹部、４２ｂ　第２凹部、４３　磁気シールド体、５１　検出面、１００　回転式アクチュエータ。

Claims (7)

  1. 　シャフトの一端部に設けられており、前記シャフトと一体に回転自在なマグネットと、
    　エアギャップを介して前記マグネットと対向配置されており、前記マグネットにより生じた磁界を検出することにより前記シャフトの回転角を検出するセンサと、を備え、
    　前記マグネットは、Ｎ極に対応する第１半部とＳ極に対応する第２半部とにより構成されており、かつ、前記第１半部と前記第２半部間に穴部又は磁気シールド体が設けられており、
    　前記センサは、前記穴部又は前記磁気シールド体に跨る前記磁界を検出するものである
    　ことを特徴とする回転式アクチュエータ。
  2. 　前記穴部又は前記磁気シールド体は、前記第１半部の中央部と前記第２半部の中央部との間に設けられており、
    　前記センサは、前記第１半部の中央部と前記第２半部の中央部との間に生じた前記磁界を検出するものである
    　ことを特徴とする請求項１記載の回転式アクチュエータ。
  3. 　前記マグネットに前記穴部が設けられており、
    　前記穴部は、貫通孔により構成されている
    　ことを特徴とする請求項１記載の回転式アクチュエータ。
  4. 　前記マグネットに前記穴部が設けられており、
    　前記穴部は、前記マグネットにおける前記センサに対する対向面部に形成された凹部により構成されている
    　ことを特徴とする請求項１記載の回転式アクチュエータ。
  5. 　前記マグネットに前記穴部が設けられており、
    　前記穴部は、前記マグネットにおける前記センサに対する対向面部に形成された第１凹部と、当該対向面部に対する裏面部に形成された第２凹部とにより構成されている
    　ことを特徴とする請求項１記載の回転式アクチュエータ。
  6. 　前記マグネットに前記磁気シールド体が設けられており、
    　前記磁気シールド体は、前記マグネットにおける前記センサに対する対向面部に配置されている
    　ことを特徴とする請求項１記載の回転式アクチュエータ。
  7. 　請求項１記載の回転式アクチュエータを用いたＶＧアクチュエータ。
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