CN102607405A - 旋转角度传感器 - Google Patents

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Abstract

一种旋转角度传感器，具备：磁铁，具有垂直于旋转轴的端面并具有与旋转轴垂直的方向的磁化，以旋转轴为中心旋转；以及磁性传感器，与磁铁的端面相向，检测磁铁的磁场。磁铁具有包含端面的板状部，以及相对于板状部配置于端面的相反侧并与板状部连结的环状部。板状部不包含供旋转轴通过的空腔，而环状部包含供旋转轴通过的空腔。

Description

旋转角度传感器
技术领域
本发明涉及具备旋转的磁铁和检测磁铁的磁场的磁性传感器并检测磁铁的旋转角度的旋转角度传感器。
背景技术
近年来，在汽车的方向盘的旋转位置的检测等各种用途中，为了检测对象物的旋转位置，磁式旋转角度传感器得到广泛利用。作为磁式旋转角度传感器，例如，已知有如日本特开2007-93280号公报以及日本特开2010-66196号公报所记载的那样，具备旋转的磁铁和检测磁铁的磁场的磁性传感器并基于磁性传感器的检测输出而检测磁铁的旋转角度的传感器。
在具备旋转的磁铁和磁性传感器的旋转角度传感器中，例如，磁铁具有垂直于旋转轴的端面且具有与旋转轴垂直的方向的磁化，磁性传感器以相对磁铁的端面隔开既定间隔而相向的方式配置。作为这样结构的旋转角度传感器所寻求的性能，例如有：因磁铁而发生并施加于磁性传感器的磁场的强度较大，以及磁铁的实际旋转角度和基于磁性传感器的检测输出而检测出的磁铁的旋转角度(以下称为检测角度)之差(以下称为角度误差)较小。
向磁性传感器除了施加有磁铁发生的磁场外，还存在施加有电动机的泄漏磁场或地磁等其他磁场的情况。为在施加于磁性传感器的磁场之中相对地减小磁铁发生的磁场以外的磁场的影响，需要使因磁铁而发生并施加于磁性传感器的磁场的强度较大。因磁铁而发生并施加于磁性传感器的磁场的强度的增大，例如能通过用剩磁通密度较大的磁性材料形成磁铁，或使磁铁大型化来实现。
另一方面，发生角度误差的原因之一是磁铁和磁性传感器的位置关系的偏离。在制作旋转角度传感器时、旋转角度传感器的使用时，存在磁铁和磁性传感器的位置关系从期望的位置关系稍微偏离的情况。这里，在平行于磁铁的端面的假想平面上与旋转轴相交的位置(以下称为中心位置)，设磁铁的磁场的方向与磁铁的磁化的方向平行。而且，在假想平面上，设旋转轴通过磁性传感器的中心的磁性传感器的位置为磁性传感器的期望的位置。在上述的假想平面上，在从中心位置偏离的位置，存在磁铁的磁场的方向和中心位置的磁铁的磁场的方向不同的情况。因此，在假想平面上，在磁性传感器的位置从期望的位置偏离的情况下，可能发生磁性传感器所检测的磁场的方向与在配置于期望的位置时磁性传感器所检测的磁场的方向不同的情况。这样，可能因磁铁和磁性传感器的位置关系的偏离而引起角度误差的产生。即使在产生了磁铁和磁性传感器的位置关系的偏离的情况下，旋转角度传感器也寻求角度误差较小。
在日本特开2007-93280号公报中，记载了如下的技术：在具备圆板磁铁和磁电转换元件的旋转角度传感器中，通过将磁电转换元件配置于因圆板磁铁的旋转轴偏离而引起的角度误差较小的位置来抑制角度误差。
在日本特开2010-66196号公报中，记载了通过考虑磁铁的形状和磁检测部的配置来减小角度误差的技术。在该技术中，磁铁具有旋转中心轴的附近部、附近部的外侧的第1外周部以及第1外周部的外侧的第2外周部。附近部的与旋转中心轴平行的方向的厚度，比第1外周部及第2外周部的与旋转中心轴平行的方向的厚度厚。
如前所述，在具备旋转的磁铁和磁性传感器的旋转角度传感器中，寻求因磁铁而发生并施加于磁性传感器的磁场的强度较大，以及因磁铁和磁性传感器的位置关系的偏离而引起的角度误差较小。为了满足这些要求，可以考虑将磁性传感器配置于增大磁铁发生的磁场的强度且减小因磁铁和磁性传感器的位置关系的偏离而引起的角度误差的位置。
本申请的发明人通过模拟，确认了在圆柱形状的磁铁的端面附近存在一个区域(以下称为平行磁场区域)，该区域内的磁场方向是与期望的位置的磁场方向实质相同的方向，以及平行于磁铁的端面的假想平面上的平行磁场区域的面积随着磁铁的端面和假想平面之间的距离而变化。因此，认为通过在平行磁场区域的面积最大的假想平面上配置磁性传感器，能够使因磁铁和磁性传感器的位置关系的偏离而引起的角度误差变小。
另一方面，为了增大圆柱形状的磁铁发生的磁场的强度，增加磁铁的厚度(旋转轴方向的尺寸)是有效的。然而，在增大磁铁的厚度的情况下，发现会产生以下那样的问题。即，通过模拟得知，增大磁铁的厚度时，平行磁场区域的面积最大的假想平面和磁铁的端面之间的距离变小。因此，增大磁铁的厚度且将磁性传感器配置在平行磁场区域的面积最大的假想平面上时，磁铁的端面和磁性传感器之间的距离变得过小，从而产生磁性传感器与磁铁接触而破损的可能性。
这样，在使用圆柱形状的磁铁的情况下，增大因磁铁而发生并施加于磁性传感器的磁场的强度，而不使磁铁和磁性传感器之间的距离变得过小，且减小因磁铁和磁性传感器的位置关系的偏离而引起的角度误差，这是困难的。在日本特开2007-93280号公报及日本特开2010-66196号公报所记载的技术中，不能够解决这个问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种旋转角度传感器，该旋转角度传感器具备旋转的磁铁和检测磁铁的磁场的磁性传感器并检测磁铁的旋转角度，能增大因磁铁而发生并施加于磁性传感器的磁场的强度，且减小因磁铁和磁性传感器的位置关系的偏离而引起的角度误差，而不使磁铁和磁性传感器之间的距离变得过小。
本发明的旋转角度传感器具备：磁铁，具有垂直于旋转轴的端面并具有与旋转轴垂直的方向的磁化，以旋转轴为中心旋转；以及磁性传感器，与磁铁的端面相向并检测磁铁的磁场，该旋转角度传感器基于磁性传感器的检测输出而检测磁铁的旋转角度。磁铁具有：包含端面的板状部，以及相对于板状部配置于端面的相反侧并与板状部连结的环状部。板状部不包含供旋转轴通过的空腔，而环状部包含供旋转轴通过的空腔。
在本发明的旋转角度传感器中，磁铁的包含旋转轴的任意剖面的形状可以是相对旋转轴而言线对称的形状。在此情况下，可以是，板状部具有圆板形状，环状部的与旋转轴垂直的任意剖面中的环状部的外周及内周都是圆形。
另外，在本发明的旋转角度传感器中，也可以是，在位于从端面离开与磁铁的端面和磁性传感器之间的距离相等的距离的位置，且平行于端面的假想平面上，在与旋转轴相交的第1位置以及与该第1位置不同的第2位置，磁铁的磁场方向互相平行。
另外，在本发明的旋转角度传感器中，磁性传感器也可以包含磁阻效应元件。
在本发明的旋转角度传感器中，磁铁具有：包含与磁性传感器相向的端面的板状部，以及相对于板状部配置于端面的相反侧并与板状部连结的环状部，板状部不包含供旋转轴通过的空腔，但环状部包含供旋转轴通过的空腔。通过使用本发明的磁铁，例如，在因磁铁和磁性传感器的位置关系的偏离而引起的角度误差变小的磁铁的端面和磁性传感器之间的距离(以下称为最佳距离)大致相等的条件下进行比较时，与使用圆柱形状的磁铁的情况相比，能够增大因磁铁而发生并施加于磁性传感器的磁场的强度。另外，通过使用本发明的磁铁，例如，在最佳距离的上述磁场的强度大致相等的条件下进行比较时，与使用圆柱形状的磁铁的情况相比，能够增大最佳距离。因此，依据本发明，能增大因磁铁而发生并施加于磁性传感器的磁场的强度，而不使磁铁和磁性传感器之间的距离变得过小，且减小因磁铁和磁性传感器的位置关系的偏离而引起的角度误差。
本发明的其他的目的、特征以及益处，通过以下的说明将会更加清晰。
附图说明
图1是示出本发明的一个实施方式的旋转角度传感器的概略结构的立体图。
图2是分解示出图1所示的磁铁的立体图。
图3是示出本发明的一个实施方式的旋转角度传感器的概略结构的侧面图。
图4是示出图3所示的旋转角度传感器的磁铁和磁性传感器的平面图。
图5是图3所示的磁铁的仰视图。
图6是图3所示的磁铁的侧面图。
图7是示出本发明的一个实施方式的方向和角度的定义的说明图。
图8是示出本发明的一个实施方式的旋转角度传感器的电路结构的电路图。
图9是示出图8所示的磁性传感器的1个MR元件的一部分的立体图。
图10是示出通过第1模拟求出的磁铁周边的磁场分布的说明图。
图11是示出图10所示的假想平面PL1的磁场分布的说明图。
图12是示出图10所示的假想平面PL2的磁场分布的说明图。
图13是示出图10所示的假想的直线L上的离磁铁的端面的距离和角度误差的关系的特性图。
图14是示出通过第2模拟求出的磁铁的厚度和最佳距离的关系的特性图。
图15是示出通过第3模拟求出的磁铁和磁性传感器之间的距离与角度误差的关系的特性图。
图16是示出通过第3模拟求出的磁铁和磁性传感器之间的距离与施加于磁性传感器的磁场的强度的关系的特性图。
图17是示出通过第4模拟求出的磁铁的环状部分厚度比率与最佳距离以及最佳距离上的磁场的强度的关系的特性图。
图18是示出通过第5模拟求出的磁铁的形状与最佳距离以及最佳距离上的磁场的强度的关系的特性图。
图19是通过第6模拟求出的磁铁和磁性传感器之间的距离与施加于磁性传感器的磁场的强度以及角度误差的关系的特性图。
图20是示出本发明的一个实施方式的磁铁的第1变形例的平面图。
图21是示出本发明的一个实施方式的磁铁的第2变形例的平面图。
图22是示出本发明的一个实施方式的磁铁的第3变形例的剖面图。
图23是示出本发明的一个实施方式的磁铁的第4变形例的剖面图。
图24是示出本发明的一个实施方式的磁铁的第5变形例的剖面图。
图25是示出本发明的一个实施方式的磁铁的第6变形例的剖面图。
图26是示出本发明的一个实施方式的磁铁的第7变形例的剖面图。
图27是示出本发明的一个实施方式的磁铁的第8变形例的剖面图。
具体实施方式
以下参照附图对本发明的实施方式进行详细说明。首先，参照图1至图7对本发明的一个实施方式的旋转角度传感器的概略结构进行说明。图1是示出本实施方式的旋转角度传感器的概略结构的立体图。图2是分解示出图1所示的磁铁的立体图。图3是示出本实施方式的旋转角度传感器的概略结构的侧面图。图4是示出图3所示的旋转角度传感器的磁铁和磁性传感器的平面图。图5是图3所示的磁铁的仰视图。图6是图3所示的磁铁的侧面图。图7是示出本实施方式中的方向和角度的定义的说明图。
如图1及图3所示，本实施方式的旋转角度传感器1具备：磁铁2，基板8(参照图3)，以及搭载于基板8的磁性传感器5。磁铁2通过固定用夹具7固定于以旋转轴C为中心旋转的轴6的轴向的一端部。磁铁2与轴6的旋转联动，以旋转轴C为中心旋转。
磁铁2具有垂直于旋转轴C的端面2a并具有与旋转轴C垂直的方向的磁化。磁铁2具有：包含端面2a的板状部3，以及相对于板状部3配置于端面2a的相反侧并与板状部3连结的环状部4。板状部3不包含供旋转轴C通过的空腔，但环状部4包含供旋转轴C通过的空腔4a。
板状部3具有以包含旋转轴C的假想平面为中心对称地配置的N极和S极。磁铁2的磁化方向是从板状部3的S极朝向N极的方向，是垂直于S极和N极的边界的方向。在图1中，符号M所示的箭头表示磁铁2的磁化的方向。板状部3和环状部4具有与磁铁2的磁化方向相同的方向的磁化。在图4中，描绘于板状部3的箭头表示板状部3的磁化的方向。在图5中，描绘于环状部4的箭头表示环状部4的磁化的方向。
磁铁2基于自身具有的磁化而发生磁场。在图1中，符号H所示的箭头表示在端面2a附近且在旋转轴C上的位置的磁铁2的磁场方向。
基板8具有与磁铁2的端面2a相向的面，该面固定有磁性传感器5。磁性传感器5与磁铁2的端面2a相向，检测磁铁2的磁场。旋转角度传感器1基于磁性传感器5的检测输出而检测磁铁2的旋转角度。
磁铁2中的包含旋转轴C的任意剖面的形状是相对旋转轴C线对称的形状。图1至图7示出磁铁2的形状的一个例子。在该例子中，板状部3具有圆板形状，垂直于旋转轴C的环状部4的任意剖面中的环状部4的外周及内周，都是以旋转轴C为中心的圆形。
这里，如图5及图6所示，以记号d1表示磁铁2的直径，以记号d2表示环状部4的内径、即空腔4a的直径。板状部3的直径和环状部4的直径与磁铁2的直径d1相等。另外，如图6所示，磁铁2、板状部3以及环状部4的厚度(与旋转轴C平行的方向的尺寸)分别用记号t2、t3、t4表示。
接着，参照图7对本实施方式中的方向和角度的定义进行说明。首先，将与图1所示的旋转轴C平行且从磁铁2的端面2a朝向磁性传感器5的方向定义为Z方向。然后，在垂直于Z方向的假想平面上，将相互正交的两个方向定义为X方向和Y方向。在图7中，将X方向表示为朝向右侧的方向，将Y方向表示为朝向上侧的方向。另外，定义与X方向相反的方向为-X方向，定义与Y方向相反的方向为-Y方向。
另外，为了表示磁铁2的旋转角度，定义空间的基准方向DR和与磁铁2一起旋转的磁铁基准方向DM。设基准方向DR为例如Y相向。磁铁基准方向DM例如设为与磁铁2的磁化的方向相反的方向。而且，将磁铁基准方向DM相对基准方向DR所成的角度定义为磁铁2的旋转角度θ。设磁铁2以及磁铁基准方向DM在图7中沿逆时针方向旋转。角度θ在从基准方向DR沿逆时针方向看时用正值表示，在从基准方向DR沿顺时针方向看时用负值表示。
这里，考虑在位于从端面2a离开与磁铁2的端面2a和磁性传感器5之间的距离相等的距离的位置平行于端面2a的假想平面。以下，称该假想平面为传感器配置面。磁性传感器5实质上在传感器配置面中检测磁铁2的磁场。用记号H0表示在传感器配置面上与旋转轴C相交的位置检测的磁铁2的磁场。磁场H0的方向与磁铁2的磁化方向平行，与磁铁基准方向DM一致。因此，磁场H0的方向相对于基准方向DR所成的角度与角度θ一致。
另外，用记号HS表示传感器配置面上的磁铁2的磁场中施加于磁性传感器5的磁场。磁性传感器5检测该磁场HS。旋转角度传感器1基于磁性传感器5的检测输出来检测磁铁2的旋转角度θ。实际上，旋转角度传感器1基于磁性传感器5的检测输出，将磁场HS的方向相对于基准方向DR所成的角度(以下称为检测角度)θS作为与旋转角度θ对应的角度而检测。检测角度θS的正负的定义与角度θ相同。理想的是检测角度θS和旋转角度θ一致。
将旋转轴C通过磁性传感器5的中心的磁性传感器5的位置，设为传感器5的期望的位置。在磁性传感器5配置于期望的位置的情况下，由于磁场HS和H0相等，所以检测角度θS和旋转角度θ相等。然而，在传感器配置面上磁性传感器5配置于从期望的位置偏离的位置的情况下，存在磁场HS的方向和磁场H0的方向不同的情况。图7示出了该情况下的例子。在此情况下，检测角度θS和旋转角度θ不一致。检测角度θS和旋转角度θ的差称为角度误差，并用符号dθ表示。在图7所示的例子中，角度误差dθ与磁场HS的方向相对于磁场H0的方向所成的角度相等。角度误差dθ的正负的定义与角度θ相同。
接着，参照图8对旋转角度传感器1的电路结构进行说明。图8是示出旋转角度传感器1的电路结构的电路图。磁性传感器5具有第1及第2检测电路11、12。基板8具有差分检测器13、14和运算电路15。运算电路15例如能够用微型计算机实现。
第1检测电路11检测磁场HS的一个方向分量的强度，并输出表示该强度的信号。第2检测电路12检测磁场HS的另一个方向分量的强度，并输出表示该强度的信号。第1及第2检测电路11、12至少包含1个磁检测元件。
第1及第2检测电路11、12可以分别包含串联连接的一对磁检测元件作为至少一个磁检测元件。在该情况下，第1及第2检测电路11、12也可分别具有包含串联连接的第1对磁检测元件和串联连接的第2对磁检测元件的惠斯登(Wheatstone)电桥电路。以下，对第1及第2检测电路11、12分别具有上述惠斯登电桥电路时的例子进行说明。
第1检测电路11具有惠斯登电桥电路16。惠斯登电桥电路16包含电源端口V1、接地端口G1、两个输出端口E11、E12、串联连接的第1对磁检测元件R11、R12以及串联连接的第2对磁检测元件R13、R14。磁检测元件R11、R13各自的一端与电源端口V1连接。磁检测元件R11的另一端与磁检测元件R12的一端和输出端口E11连接。磁检测元件R13的另一端与磁检测元件R14的一端和输出端口E12连接。磁检测元件R12、R14各自的另一端与接地端口G1连接。向电源端口V1施加既定大小的电源电压。接地端口G1与地(ground)连接。
第2检测电路12具有惠斯登电桥电路17。惠斯登电桥电路17包含电源端口V2、接地端口G2、两个输出端口E21、E22、串联连接的第1对磁检测元件R21、R22以及串联连接的第2对磁检测元件R23、R24。磁检测元件R21、R23各自的一端与电源端口V2连接。磁检测元件R21的另一端与磁检测元件R22的一端和输出端口E21连接。磁检测元件R23的另一端与磁检测元件R24的一端和输出端口E22连接。磁检测元件R22、R24各自的另一端与接地端口G2连接。向电源端口V2施加既定大小的电源电压。接地端口G2与地连接。
在本实施方式中，作为包含于惠斯登电桥电路(以下记为电桥电路)16、17的全部的磁检测元件，使用MR(磁阻效应)元件，特别是TMR(隧道磁阻效应)元件。此外，也可代替TMR元件而使用GMR(巨磁阻效应)元件。TMR元件或GMR元件具有磁化方向被固定的磁化固定层，磁化方向随着施加的磁场方向而变化的自由层，以及配置于磁化固定层和自由层之间的非磁性层。在TMR元件中，非磁性层是隧道结(tunnel barrier)层。在GMR元件中，非磁性层是非磁性导电层。在TMR元件或GMR元件中，电阻值随着自由层的磁化方向相对磁化固定层的磁化方向所成的角度而变化，该角度为0°时电阻值为最小值，角度为180°时电阻值为最大值。在以下的说明中，记包含于电桥电路16、17的磁检测元件为MR元件。在图8中，填涂的箭头表示MR元件的磁化固定层的磁化方向，留白的箭头表示MR元件的自由层的磁化方向。
在第1检测电路11中，MR元件R11、R14的磁化固定层的磁化方向为-X方向，MR元件R12、R13的磁化固定层的磁化的方向是X方向。在此情况下，输出端口E11、E12的电位差随着磁场HS的-X方向分量的强度而变化。因此，第1检测电路11检测磁场HS的-X方向分量的强度并输出表示该强度的信号。具体而言，输出端口E11、E12的电位差是第1检测电路11的输出信号。图7所示的角度θs是0°时和180°时，磁场HS的-X方向分量的强度是0。角度θs比0°大且比180°小时，磁场HS的-X方向分量的强度是正值。角度θs比180°大且比360°度小时，磁场HS的-X方向分量的强度是负值。
在第2检测电路12中，MR元件R21、R24的磁化固定层的磁化方向为Y方向，MR元件R22、R23的磁化固定层的磁化方向是-Y方向。在此情况下，输出端口E21、E22的电位差随着磁场HS的Y方向分量的强度而变化。因此，第2检测电路12检测磁场HS的Y方向分量的强度并输出表示该强度的信号。具体而言，输出端口E21、E22的电位差是第2检测电路12的输出信号。图7所示的角度θs是90°时和270°时，磁场HS的Y方向分量的强度是0。角度θs为0°以上且不足90°时，以及比270°大且在360°以下时，磁场HS的Y方向分量的强度是正值。角度θs比90°大且比270°度小时，磁场HS的Y方向分量的强度是负值。
差分检测器13将对应于输出端口E11、E12的电位差的信号作为第1信号S1输出到运算电路15。差分检测器14将对应于输出端口E21、E22的电位差的信号作为第2信号S2输出到运算电路15。第1信号S1和第2信号S2以互为相等的信号周期T周期性变化。在本实施方式中，优选第2信号S2的相位相对第1信号S1的相位相差信号周期T的1/4的奇数倍。但是，从磁检测元件的制作精度等方面来看，第1信号S1和第2信号S2的相位差也可从信号周期T的1/4的奇数倍稍微偏离。在以下的说明中，设第1信号S1和第2信号S2的相位的关系是上述的优选的关系。
在图8所示的例子中，第2检测电路12的MR元件的磁化固定层的磁化方向与第1检测电路11的MR元件的磁化固定层的磁化方向正交。理想的是，第1信号S1的波形是正弦(Sine)波形，第2信号S2的波形是余弦(Cosine)波形。在此情况下，第2信号S2的相位相对第1信号S1的相位相差信号周期T的1/4即π/2(90°)。运算电路15基于第1信号S1及第2信号S2算出检测角度θs。具体而言，例如，运算电路15通过下述的式(1)算出θs。此外，“atan”表示反正切。
θs＝atan(S1/S2)    ...(1)
式(1)中的atan(S1/S2)表示求出θs的反正切计算。此外，在360°的范围内，式(1)中的θs的解有相差180°的两个值。然而，能够通过S1和S2的正负的组合来判断θs的真正的值是式(1)中的θs的两个解的哪一个。即，S1是正值时，θs比0°大且比180°小。S1是负值时，θs比180°大且比360°小。S2是正值时，θs在0°以上且不足90°以及比270°大且360°以下的范围内。S2是负值时，θs比90°大且比270°小。运算电路15通过式(1)和上述的S1、S2的正负组合的判定，在360°的范围内求出θs。
此外，不限于第2信号S2的相位相对于第1信号S1的相位相差信号周期T的1/4的情况，只要第2信号S2的相位相对于第1信号S1的相位相差信号周期T的1/4的奇数倍，就能够求出θs。
接着，参考图9说明MR元件的结构的一个例子。图9是示出图8所示的磁性传感器5的1个MR元件的一部分的立体图。在该例子中，1个MR元件具有多个下部电极，多个MR膜，以及多个上部电极。多个下部电极42配置于未图示的基板上。各个下部电极42具有细长的形状。沿下部电极42的长度方向邻接的两个下部电极42之间形成有间隙。如图9所示，在下部电极42的上表面上，在长度方向的两端附近分别配置有MR膜50。MR膜50包含从下部电极42侧依次层叠的自由层51、非磁性层52、磁化固定层53以及反铁磁性层54。自由层51与下部电极42电连接。反铁磁性层54由反铁磁性材料形成，使其与磁化固定层53之间产生交换连接从而固定磁化固定层53的磁化方向。多个上部电极43配置于多个MR膜50上。各个上部电极43具有细长的形状，使配置于沿下部电极42的长度方向邻接的两个下部电极42上并邻接的两个MR膜50的反铁磁性层54彼此电连接。通过这样的结构，图9所示的MR元件具有通过多个下部电极42和多个上部电极43串联连接的多个MR膜50。此外，MR膜50中的层51～54的配置，也可以与图9所示的配置上下相反。
接着，对旋转角度传感器1的作用及效果进行说明。旋转角度传感器1基于磁性传感器5的检测输出，检测出检测角度θs作为与磁铁2的旋转角度θ对应的角度。如前所述，在磁性传感器5配置于期望的位置的情况下，施加于磁性传感器5的磁场HS和磁场H0相等，因而检测角度θs和旋转角度θ相等。然而，在因磁铁2和磁性传感器5的位置关系的偏离而引起在传感器配置面上磁性传感器5配置于从期望的位置偏离的位置的情况下，有可能发生磁场HS的方向和磁场H0的方向不同的情况。在该情况下，检测角度θs与旋转角度θ不一致，从而发生角度误差dθ。
在旋转角度传感器1中，寻求即使在产生有磁铁2和磁性传感器5的位置关系的偏离的情况下角度误差dθ也较小。旋转角度传感器1也寻求因磁铁2而发生并施加于磁性传感器5的磁场的强度较大。这是为了在施加于磁性传感器5的磁场之中，使磁铁2发生的磁场以外的磁场的影响相对较小。在旋转角度传感器1中，进一步寻求使磁铁2和磁性传感器5之间的距离不过小，以免磁性传感器5与磁铁2接触而破损。根据本实施方式，通过使用具有板状部3和环状部4的磁铁2，能增大因磁铁2而发生并施加于磁性传感器5的磁场的强度，而不使磁铁2和磁性传感器5之间的距离变得过小，且减小因磁铁2和磁性传感器5的位置关系的偏离而引起的角度误差dθ。以下，参照多次模拟的结果对该效果进行详细说明。
首先，对研究磁铁周边的磁场分布的第1模拟的结果进行说明。在第1模拟中，使用有限元法(FEM)求出磁铁2的周边磁场分布。图10是示出通过第1模拟求出的磁铁2的周边磁场分布的说明图。图11是示出图10所示的假想平面PL1的磁场分布的说明图。图12是示出图10所示的假想平面PL2的磁场分布的说明图。图10表示图11和图12的10-10线的位置的剖面。
在图11及图12中，实线框内的箭头，表示磁场的方向。另外，在图10至图12中，记号“R+”所示的区域表示角度误差dθ为正值的区域，记号“R-”所示的区域表示角度误差dθ为负值的区域。另外，记号“R0”所示的区域表示角度误差dθ实质为0的区域，即磁场HS的方向相对于磁场H0的方向所成的角度实质为0的区域(以下称为平行磁场区域)。
所述的“角度误差dθ实质为0”以及“磁场HS的方向相对于磁场H0的方向所成的角度实质为0”，除了角度误差dθ(磁场HX的方向相对于磁场H0的方向所成的角度)为0的情况外，还包含处于旋转角度传感器1的容许范围内的情况。此外，在图10至图12中，为了方便，以线表示邻接的区域的边界。然而，实际上，角度误差dθ并不是以该线为界不连续地变化，而是在线的附近，角度误差dθ对于位置的变化连续却急剧地变化。
从图10至图12可知，在磁铁2的端面2a附近存在平行磁场区域R0，以及与端面2a平行的假想平面上的平行磁场区域R0的面积随着端面2a和假想平面之间的距离而变化。假想平面PL1、PL2都是与端面2a平行的假想平面，是离端面2a的距离互不相同的平面。假想平面PL1是在改变离端面2a的距离而得的多个假想平面之中，平行磁场区域R0的面积最大或者接近最大的平面。假想平面PL2上的平行磁场区域R0的面积比假想平面PL1上的平行磁场区域R0的面积小。
在本实施方式中，将假想平面PL1和端面2a之间的距离称为最佳距离。这里，参照图13对最佳距离的决定方法，即假想平面PL1的位置的决定方法进行说明。首先，如图10所示，假定与旋转轴C平行的假想直线L。将旋转轴C和直线L之间的距离设为例如假定的磁铁2和磁性传感器5的位置关系的偏离量的最大值程度，设在磁铁2的直径d1的0～10％的范围内。在图10所示的例子中，磁铁2的直径d1是15mm，旋转轴C和直线L之间的距离为0.3mm，这是直径d1的2％。在图10及图11中，点P1表示在假想平面PL1上与旋转轴C相交的位置，点P2表示在假想平面PL1上与直线L相交的位置。另外，在图10及图12中，点P11表示在假想平面PL2上与旋转轴C相交的位置，点P12表示在假想平面PL2上与直线L相交的位置。
在最佳距离的决定方法中，接着，求出直线L上的离端面2a的距离dL和角度误差dθ的关系。此外，角度误差dθ设为通过模拟而得的直线L上的点的磁场的方向相对于磁场H0的方向所成的角度。图13示出距离dL和角度误差dθ的关系。图13示出距离dL和角度误差dθ的关系。在图13中，横轴表示角度误差dθ，纵轴表示距离dL。图13的纵轴左侧的区域表示角度误差dθ为正值的区域，纵轴右侧的区域表示角度误差dθ为负值的区域。在图13所示的例子中，随着距离dL变大，角度误差dθ从正值变为负值。接着，从图13所示的关系求出角度误差dθ变为0的距离dL，并将其设为最佳距离dL0。此外，根据假想直线L的位置，也存在与图13相反，角度误差dθ随着距离dL变大而从负值变为正值的情况。然而，即使在该情况下，也能够求出角度误差dθ变为0的距离dL并将其设为最佳距离dL0。
为了减小因磁铁2和磁性传感器5的位置关系的偏离而引起的角度误差dθ，优选将磁性传感器5配置于假想平面PL1上。以下对此进行说明。在图11中，标记了符号5a的虚线所示的框，表示在假想平面PL1上以位置P1和磁性传感器5的中心一致的方式配置的磁性传感器5。标记了符号5a的虚线所示的框，是指假想平面PL1上的磁性传感器5的期望位置。另外，在图11中，标记了符号5b的虚线所示的框，表示在假想平面PL1上以位置P2和磁性传感器5的中心一致的方式配置的、即配置在从期望的位置偏离的位置的磁性传感器5。在图12中，标记了符号5c的虚线所示的框，表示在假想平面PL2上以位置P11和磁性传感器5的中心一致的方式配置的磁性传感器5。标记了符号5c的虚线所示的框是指假想平面PL2上的磁性传感器5的期望的位置。另外，在图12中，标记了符号5d的虚线所示的框，表示在假想平面PL2上以位置P12和磁性传感器5的中心一致的方式配置的、即配置于从期望的位置偏离的位置的磁性传感器5。
如图11所示，在假想平面PL1上，平行磁场区域R0宽广，符号5a所示的框(磁性传感器5)和符号5b所示的框(磁性传感器5)都包含于平行磁场区域R0。因此，在将磁性传感器5配置于假想平面PL1上的情况下，将磁性传感器5配置于符号5a所示的期望的位置，或配置在符号5b所示的偏离的位置，角度误差dθ都为0。
与此相对，如图12所示，在假想平面PL2上，平行磁场区域R0狭窄，虽然符号5c所示的框(磁性传感器5)大致包含于平行磁场区域R0，但符号5d所示的框(磁性传感器5)内的较大的区域没有被包含于平行磁场区域R0。在将磁性传感器5配置于假想平面PL2上的情况下，若磁性传感器5配置于符号5c所示的期望的位置，则角度误差dθ为0。然而，当磁性传感器5配置在符号5d所示的偏离的位置时，角度误差dθ为绝对值较大的值。
从以上的说明可了解到，通过将磁性传感器5配置于假想平面PL1上，能减小因磁铁2和磁性传感器5的位置关系的偏离而引起的角度误差dθ。因此，优选将磁性传感器5配置于假想平面PL1上。在假想平面PL1上，在与旋转轴C相交的位置P1和与位置P1不同的位置P2，磁铁2的磁场方向互相平行。因此，假想平面PL1与本发明中的“在位于从端面离开与磁铁的端面和磁性传感器之间的距离相等的距离的位置与端面平行的假想平面”对应，位置P1对应于本发明中的第1位置，位置P2对应于本发明中的第2位置。
此外，不限于本实施方式的磁铁2，在之后作为比较例的磁铁而列举的圆柱形状的磁铁、环状的磁铁的端面附近，也存在区域R0、R+、R-。但是，区域R0、R+、R-的分布随磁铁的形状而变化。前述的磁场H0、磁场HS、角度误差dθ及最佳距离dL0，也用于比较例的磁铁。
接着，使用第1比较例的磁铁对研究磁铁的厚度和最佳距离dL0的关系的第2模拟的结果进行说明。第1比较例的磁铁是具有和磁铁2的板状部3相同的形状的圆柱形状的NbFeB接合(ネオジボンド)磁铁。在第2模拟中，改变第1比较例的磁铁的直径和厚度，求出最佳距离dL0。第2模拟的其他条件和第1模拟相同。
图14是示出通过第2模拟求出的第1比较例的磁铁的厚度和最佳距离dL0的关系的特性图。在图14中，以符号d5表示第1比较例的磁铁的直径，以符号t5表示第1比较例的磁铁的厚度。在图14中，横轴表示厚度t5，纵轴表示最佳距离dL0。从图14可知，最佳距离dL0随着厚度t5变大而变小。另外，可知最佳距离dL0随着直径d5变小而变小。
接着，关于作为本实施方式中的磁铁2的一个例子的实施例的磁铁2和第2至第4比较例的磁铁，对研究磁铁和磁性传感器5之间的距离和施加于磁性传感器5的磁场HS的强度的关系的第3模拟的结果进行说明。在第3模拟中，使用NbFeB接合磁铁作为各磁铁。实施例的磁铁2的形状如下。直径d1为15mm、空腔4a的直径(环状部4的内径)d2为4mm。另外，磁铁2的厚度t2、板状部3的厚度t3、环状部4的厚度t4分别为6mm、3mm、3mm。
第2及第3比较例的磁铁是具有和磁铁2的板状部3相同的形状的圆柱形状的NbFeB接合磁铁。第4比较例的磁铁是具有和磁铁2的环状部4相同的形状的NbFeB接合磁铁。第2至第4比较例的磁铁的直径都是15mm。第4比较例的磁铁的空腔的直径(磁铁的内径)为4mm。第2比较例的磁铁的厚度为3mm。第3及第4比较例的磁铁的厚度都是6mm。
在第3模拟中，对各磁铁改变磁铁的端面和磁性传感器5之间的距离dG，并求出施加于磁性传感器5的磁场HS的强度和角度误差dθ。此外，磁场HS的强度设为从磁铁端面离开距离dG的旋转轴C上的位置的磁场H0的强度。另外，角度误差dθ设为在位于从磁铁的端面离开距离dG的位置，且平行于端面的假想平面上，假想的直线L上的磁场方向相对磁场H0的方向所成的角度。第3模拟的其他的条件与第1模拟相同。
图15是示出通过第3模拟求出的距离dG和角度误差dθ的关系的特性图。图16是示出通过第3模拟求出的距离dG和施加于磁性传感器5的磁场HS的强度的关系的特性图。在图15中，横轴表示距离dG，纵轴表示角度误差dθ，在图16中，横轴表示距离dG，纵轴表示磁场HS的强度。磁场HS的强度的单位是Oe(1Oe＝79.6A/m)。
在图15中，角度误差dθ成为0的距离dG是最佳距离dL0。最佳距离dL0在实施例的磁铁2中约为2.5mm，在第2比较例的磁铁中约为2.3mm，在第3比较例的磁铁中约为1.5mm，在第4比较例的磁铁中约为5.1mm。
比较实施例的磁铁2和第2比较例的磁铁，可得到以下的结论。如图15所示，在实施例的磁铁2和第2比较例的磁铁中最佳距离dL0大致相等。然而，如图16所示，在最佳距离dL0的HS的强度，与第2比较例的磁铁相比，实施例的磁铁2一方较大。最佳距离dL0是因磁铁和磁性传感器5的位置关系的偏离而引起的角度误差dθ变小的磁铁的端面和磁性传感器5之间的距离。由此可知，以因磁铁和磁性传感器5的位置关系的偏离而引起的角度误差dθ变小的磁铁的端面和磁性传感器5之间的距离(最佳距离dL0)大致相等的条件比较时，通过使用本实施方式的磁铁2，与使用圆柱形状的磁铁(第2比较例的磁铁)的情况相比，能够使磁场HS的强度变大。
比较第2比较例的磁铁和第3比较例的磁铁，可知在使用圆柱形状的磁铁的情况下，增大磁铁的厚度时，虽然最佳距离dL0的磁场HS的强度变大，但最佳距离dL0变小。因此，在使用圆柱形状的磁铁的情况下，通过改变磁铁的厚度，增大最佳距离dL0的磁场强度，且减小因磁铁和磁性传感器5的位置关系的偏离而引起的角度误差dθ时，磁铁和磁性传感器5之间的距离变得过小。
另外，比较第3比较例的磁铁和第4比较例的磁铁，可知通过使用环状的磁铁(第4比较例的磁铁)能够增大最佳距离dL0。然而，在使用环状的磁铁(第4比较例的磁铁)的情况下，最佳距离dL0的磁场HS的强度变得非常小。
从以上的考察可知，通过使用本实施方式的磁铁2，能增大因磁铁2而发生并施加于磁性传感器5的磁场的强度，而不使磁铁2和磁性传感器5之间的距离变得过小，且减小因磁铁2和磁性传感器5的位置关系的偏离而引起的角度误差dθ。在使用圆柱形状的磁铁或环状的磁铁的情况下不能够得到该效果。
接着，关于实施例的磁铁2，对研究最佳距离dL0和最佳距离dL0的磁场HS的强度的关系的第4模拟的结果进行说明。第4模拟的实施例的磁铁2的形状如下。直径d1为15mm、空腔4a的直径(环状部4的内径)d2为4mm。另外，磁铁2的厚度t2为3mm。在第4模拟中，使环状部4的厚度t4对磁铁2的厚度t2的比率(以下称为环状部分厚度比率)t4/t2在0～100％的范围内变化，求出最佳距离dL0和最佳距离dL0的磁场HS的强度。第4模拟的其他的条件与第3模拟相同。此外，环状部分厚度比率为0％的磁铁是圆柱形状的磁铁，环状部分厚度比率是100％的磁铁是环状的磁铁。环状部分厚度比率为0％的磁铁2和100％的磁铁2，虽不是本实施方式的磁铁2，但为了方便，也包括在实施例的磁铁2内。
图17是示出通过第4模拟求出的磁铁2的环状部分厚度比率t4/t2和最佳距离dL0以及最佳距离dL0的磁场HS的强度的关系的特性图。在图17中，横轴表示环状部分厚度比率t4/t2，左侧的纵轴表示在最佳距离dL0的磁场HS的强度，右侧的纵轴表示最佳距离dL0。从图17可知，最佳距离dL0作为环状部分厚度比率t4/t2的一次函数，随环状部分厚度比率t4/t2的增加而增加。另外，从图17可知，最佳距离dL0的磁场HS的强度作为环状部分厚度比率t4/t2的一次函数，随环状部分厚度比率t4/t2的增加而减少。由这些结论可知，依据本实施方式，通过调整环状部分厚度比率，能调整最佳距离dL0和磁场HS的强度。
此外，参照图15及图16，比较第3模拟的第2比较例的磁铁和第3比较例的磁铁可知，在使用圆柱形状的磁铁的情况下，通过使磁铁的厚度变小来增大最佳距离dL0时，与使用本实施方式的磁铁2的情况相比，最佳距离dL0的磁场HS的强度变得过小。
如前所述，本实施方式的磁铁2不包含环状部分厚度比率为0％的磁铁和环状部分厚度比率为100％的磁铁。如图17所示，在本实施方式中，若环状部分厚度比率比0％大、比100％小，则关于最佳距离dL0和最佳距离dL0的磁场HS的强度，具有与环状部分厚度比率为0％或100％的磁铁不同的特性。因此，本实施方式的磁铁2的环状部分厚度比率只要比0％大、比100％小即可。但是，为了明确地区别本实施方式的磁铁2和环状部分厚度比率为0％或100％的磁铁、即圆柱形状或环状的磁铁，优选本实施方式的磁铁2的环状部分厚度比率在5～95％的范围内。
接着，关于实施例的磁铁2和第5至第7比较例的磁铁，对研究磁铁的形状和最佳距离dL0以及最佳距离dL0的磁场HS的强度的关系的第5模拟的结果进行说明。第5模拟的实施例的磁铁2的形状如下。直径d1为15mm。另外，磁铁2的厚度t2、板状部3的厚度t3、环状部4的厚度t4分别为3mm、1.5mm、1.5mm。第5至第7比较例的磁铁是具有和磁铁2的板状部3相同形状的圆柱形状的磁铁，其直径分别为10mm、15mm、20mm。
在第5模拟中，使空腔4a的直径(环状部4的内径)d2对于磁铁2的直径d1的比率(以下称为空腔部分内径比率)在0～100％的范围内变化，求出最佳距离dL0和最佳距离dL0的磁场HS的强度。另外，在第5模拟中，使第5至第7比较例的磁铁的厚度变化，对第5至第7比较例的磁铁，求出最佳距离dL0和最佳距离dL0的磁场HS的强度。第5模拟的其他的条件与第3模拟相同。
图18是示出通过第5模拟求出的磁铁的形状和最佳距离dL0以及最佳距离dL0的磁场HS的强度的关系的特性图。在图18中，横轴表示最佳距离dL0，纵轴表示最佳距离dL0的磁场HS的强度。图18中的各点附近所标记的数字，表示磁铁的厚度(单位为mm)。另外，符号61表示空腔部分内径比率为0％的点，符号62表示空腔部分内径比率为50％的点，符号63表示空腔部分内径比率为100％的点。空腔部分内径比率为0％的点和50％的点之间的4个点，按照接近0％的点的顺序，是空腔部分内径比率为10％、20％、30％、40％的点。另外，空腔部分内径比率为50％的点和100％的点之间的4个点，按照接近50％的点的顺序，是空腔部分内径比率为60％、70％、80％、90％的点。另外，在图18中，多个虚曲线分别表示在圆柱形状的磁铁中使厚度固定而改变直径的情况下的特性。特别是，标记了符号64的虚曲线，表示在厚度为3mm的圆柱形状的磁铁中改变直径的情况下的特性。另外，标记了符号65的虚曲线，表示在厚度为1.5mm的圆柱形状的磁铁中改变直径的情况下的特性。
此外，空腔部分内径比率为0％的磁铁2是厚度为3mm的圆柱形状的磁铁，这与厚度为3mm的第6比较例的磁铁相同。另外，空腔部分内径比率为100％的磁铁2是厚度为1.5mm的圆柱形状的磁铁，这与厚度为1.5mm的第6比较例的磁铁相同。空腔部分内径比率为0％的磁铁2和为100％的磁铁2，虽不是本实施方式的磁铁2，但为了方便，也包括在实施例的磁铁2内。
如图18所示，依据本实施方式，通过调整空腔部分内径比率能调整最佳距离dL0和磁场HS的强度。以下，对从图18所示的第5模拟的结果导出的本实施方式的效果进行说明。
首先，对直径相等的实施例的磁铁2和第6比较例的磁铁，以最佳距离dL0相等的条件进行比较。于是，从图18可知，在除了空腔部分内径比率为0％和100％的情况以外的实施例的磁铁2中，与第6比较例的磁铁相比，最佳距离dL0的磁场HS的强度较大。因此，通过使用本实施方式的磁铁2，以因磁铁和磁性传感器5的位置关系的偏离而引起的角度误差dθ变小的磁铁的端面和磁性传感器5之间的距离(最佳距离dL0)大致相等的条件比较时，与使用圆柱形状的磁铁(第6比较例的磁铁)的情况相比，能够增大磁场HX的强度。
接着，对实施例的磁铁2和第6比较例的磁铁，以最佳距离dL0的磁场HS的强度相等的条件进行比较。于是，从图18可知，在除了空腔部分内径比率为0％和100％的情况以外的实施例的磁铁2中，与第6比较例的磁铁相比，最佳距离dL0变大。因此，通过使用本实施方式的磁铁2，若以磁场HS的强度大致相等的条件比较时，与使用圆柱形状的磁铁(第6比较例的磁铁)的情况相比，能够增大因磁铁和磁性传感器5的位置关系的偏离引起的角度误差dθ变小的磁铁的端面和磁性传感器5之间的距离(最佳距离dL0)。
从以上结论可知，依据本实施方式，能增大磁场HS的强度，而不使磁铁2和磁性传感器5之间的距离变得过小，且减小因磁铁2和磁性传感器5的位置关系的偏离而引起的角度误差dθ。
如前所述，本实施方式的磁铁2不包括空腔部分内径比率为0％的磁铁和空腔部分内径比率为100％的磁铁。如图18所示，在本实施方式中，若空腔部分内径比率比0％大、比100％小，则关于最佳距离dL0和最佳距离dL0的磁场HS的强度，与使用圆柱形状的磁铁的情况相比更能发挥效果。因此，本实施方式的磁铁2的空腔部分内径比率只要比0％大、比100％小即可。但是，为了明确地区别本实施方式的磁铁2和空腔部分内径比率为0％或100％的磁铁、即圆柱形状的磁铁，优选本实施方式的磁铁2的空腔部分内径比率在5～95％的范围内。
另外，在图18中，在表示实施例的磁铁2的特性的曲线之中，在空腔部分内径比率比0％大且在50％以下的范围中，特别显著地发挥以下效果。即，在该范围中，与通过将第6比较例的磁铁的厚度从3mm减小到1.5mm而增大最佳距离dL0的情况相比，同时显著地发挥能够增大最佳距离dL0这一效果和能够增大最佳距离dL0的磁场HS的强度这一效果。因此，在期望这些显著的效果的情况下，优选将空腔部分内径比率设在比0％大且在50％以下的范围，更优选设在5％～50％的范围内。
另外，在图18中，在表示实施例的磁铁2的特性的曲线之中，空腔部分内径比率为比50％大、比100％小的范围内，通过减小空腔部分内径比率，能够增大最佳距离dL0，而最佳距离dL0的磁场HS的强度几乎不变。因而，在调整最佳距离dL0而使最佳距离dL0的磁场HS的强度几乎不变的情况下，优选将空腔部分内径比率设在比50％大且比100％小的范围，更优选设在比50％大且在95％以下的范围内。
从第5模拟的结果导出的上述的各倾向，不依赖于环状部分厚度比率。
以上，如参照第1至第5模拟的结果所说明的那样，依据本实施方式，能增大磁场HS的强度，而不使磁铁2和磁性传感器5之间的距离变得过小，且减小因磁铁2和磁性传感器5的位置关系的偏离而引起的角度误差dθ。
但是，在图18中，多条虚曲线表明，在圆柱形状的磁铁中，通过增大磁铁的直径，不用怎么减小最佳距离dL0的磁场HS的强度，就能增大最佳距离dL0。然而，在圆柱形状的磁铁中，增大磁铁的直径时，磁铁的体积变大，其结果是，与本实施方式的磁铁2相比，磁铁的成本上升。以下，对此举出具体例子来进行说明。这里，参照图18比较直径为20mm、厚度为2.8mm的第7比较例的磁铁和空腔部分内径比率为15％的实施例的磁铁2。在这两个磁铁中，最佳距离dL0大致相等，最佳距离dL0的磁场HS的强度也大致相等。然而，上述尺寸的第7比较例的磁铁的体积为880mm3，与之相对，空腔部分内径比率为15％的磁铁2的体积为524mm3。这样，依据本实施方式，通过使用磁铁2，以最佳距离dL0和最佳距离dL0的磁场HS的强度大致相等的条件比较时，与使用圆柱形状的磁铁的情况相比，能够减小磁铁2的体积，其结果是能够抑制磁铁2的成本。
接着，关于本实施方式的磁铁2，对研究磁铁2和磁性传感器5之间的距离和施加于磁性传感器5的磁场HS的强度的关系的第6模拟的结果进行说明。在第6模拟中，使用最佳距离dL0相等的第1及第2磁铁2。这两个磁铁的直径d1为15mm，厚度t2为3mm。在第1磁铁2中，空腔4a的直径(环状部4的内径)d2为4mm，环状部4的厚度t4为1.5mm。在第2磁铁2中，空腔4a的直径(环状部4的内径)d2为7mm、环状部4的厚度t4为1mm。第1磁铁2的体积为511mm3，第2磁铁2的体积为492mm3。在第6模拟中，对第1及第2磁铁2，改变磁铁2的端面2a和磁性传感器5之间的距离dG，求出磁场HS的强度和角度误差dθ。此外，第6模拟中的磁场HS的强度和角度误差dθ与在第3模拟说明的磁场HS的强度和角度误差dθ相同。第6模拟的其他的条件与第3模拟相同。
图19是示出通过第6模拟求出的磁铁2和磁性传感器5之间的距离dG与施加于磁性传感器5的磁场HS的强度以及角度误差dθ的关系的特性图。在图19中，横轴表示距离dG，左侧的纵轴表示磁场HS的强度，右侧的纵轴表示角度误差dθ。另外，图19中的虚直线表示在第1及第2磁铁2中角度误差dθ为0的距离dG即最佳距离dL0。如图19所示，在第1磁铁2中，与第2磁铁2相比，最佳距离dL0的磁场HS的强度变大。这可认为是因为与第2磁铁2相比，第1磁铁2的体积较大。从该结果可知，使磁铁2的直径d1及厚度t2固定，改变环状部4的内径d2及厚度t4，在得到相同的最佳距离dL0的情况下，对于环状部4的形状，与内径d2较大、厚度t4较小的形状相比，内径d2较小、厚度t4较大的一方，在能够增大最佳距离dL0的磁场HS的强度的方面是有利的。
以下，对本实施方式的其他的效果进行说明。在本实施方式中，包含磁铁2的旋转轴C的任意剖面的形状是相对旋转轴C线对称的形状。依据本实施方式，通过使用这样的形状的磁铁2，能够防止因磁铁2的形状引起的角度误差的发生。满足上述的形状的必要条件的磁铁2的一个例子，是到此为止所说明的磁铁2，即板状部3具有圆板形状、与旋转轴C垂直的环状部4的任意剖面中的环状部4的外周及内周都是圆形的磁铁2。然而，本实施方式的磁铁2不限于到此为止所说明的磁铁2，例如，包括以下的多个变形例中列举的各种形状的磁铁。变形例的磁铁，具有板状部和环状部，板状部不含有供旋转轴C通过的空腔，但环状部含有供旋转轴通过的空腔。另外，变形例的磁铁的包含旋转轴C的任意的剖面的形状是相对于旋转轴C线对称的形状。通过使用这样的磁铁，与使用圆柱形状的磁铁的情况相比，能够获得到此为止所说明的各种效果。
变形例
接着，参照图20至图27对本实施方式的磁铁2的第1至第8变形例进行说明。图20是示出磁铁2的第1变形例的平面图。图21是示出磁铁2的第2变形例的平面图。第1及第2变形例的磁铁101，与图1至图3所示的磁铁2相同，具有垂直于旋转轴C(未图示)的端面101a，并具有与旋转轴C垂直的方向的磁化。另外，磁铁101具有包含端面101a的板状部102，以及相对板状部102配置于端面101a的相反侧并与板状部102连结的环状部(未图示)。板状部102具有沿图20或图21的上下方向延伸的长圆板形状(椭圆形状)。板状部102不包含供旋转轴C通过的空腔。环状部包含外周部以及供旋转轴C通过的空腔。与旋转轴C垂直的环状部的任意剖面的环状部的外周的形状，是长圆形状(椭圆形状)，这与垂直于旋转轴C的板状部102的任意剖面的板状部102的外周的形状相同。垂直于旋转轴C的环状部的任意剖面的环状部内周的形状，可以是长圆形状(椭圆形状)，也可以是圆形。
第1变形例的板状部102具有配置于图20中的左右方向的N极和S极。第2变形例的板状部102具有配置于图21的上下方向的N极和S极。第1及第2变形例的磁铁101的磁化的方向，是从板状部102的S极朝向N极的方向，是垂直于S极和N极的边界的方向。
图22至图26分别是示出磁铁2的第3至第7变形例的剖面图。第3至第7变形例的磁铁2，与图1至图3所示的磁铁2同样具有垂直于旋转轴C(未图示)的端面2a，并具有与旋转轴C垂直的方向的磁化。另外，第3至第7变形例的磁铁2，具有包含端面2a的板状部3，以及相对板状部3配置于端面2a的相反侧并与板状部3连结的环状部4。第3至第7变形例的板状部3的形状，与图1至图4所示的板状部3的形状相同。与图1至图3、图5所示的环状部4同样，第3至第7变形例的环状部4包含旋转轴C所通过的空腔4a。在第3至第7变形例中，垂直于旋转轴C的环状部4的任意剖面的环状部4的外周及内周都是圆形。
在图22至图24所示的第3至第5变形例中，环状部4的内径、即空腔4a的直径，随着从磁铁2的端面2a离开而变大。如图22所示，第3变形例的空腔4a的形状是圆锥台形状。如图23所示，在第4变形例中，在板状部3和环状部4的边界的位置，环状部4的内径、即空腔4a的直径是0。第4变形例的空腔4a的形状是圆锥形状。如图24所示，第5变形例的空腔4a的形状是半球形状。
在图25所示的第6变形例中，环状部4的内径、即空腔4a的直径，随着从磁铁2的端面2a离开而变小。在图26所示的第7变形例中，在空腔4a之中，接近端面2a的第1部分的直径，与离端面2a较远的第2部分的直径相比较大。第1部分的直径不依赖于离端面2a的距离，是固定的。第二部分的直径也不依赖于离端面2a的距离，是固定的。
图27是示出磁铁2的第8变形例的剖面图。第8变形例的磁铁103与图1至图3所示的磁铁2同样，具有垂直于旋转轴C(未图示)的端面103a，并具有与旋转轴C垂直的方向的磁化。另外，磁铁103具有包含端面103a的第1板状部104，相对第1板状部104配置于端面103a的相反侧并与第1板状部104连结的环状部105，以及相对环状部105配置于端面103a的相反侧并与环状部105连结的第2板状部106。第1板状部104对应于本发明的板状部。虽然第1及第2板状部104、106不包含供旋转轴C通过的空腔，但环状部105包含供旋转轴C通过的空腔105a。第1及第2板状部104、106具有圆板形状。垂直于旋转轴C的环状部105的任意的剖面的环状部105的外周以及内周都是圆形。在第8变形例中，空腔部105a被第1及第2板状部104、106和环状部105包围。
对于本实施方式的磁铁2，平面形状(从垂直于端面的方向看的形状)可以是图20或图21所示的形状，包含旋转轴C的剖面的形状也可以是图22至图27的任一个所示的形状。另外，对于本实施方式的磁铁2，包含旋转轴C的任意剖面的形状只要是相对旋转轴C线对称的形状即可，平面形状可以是正方形、长方形、六边形、八边形等。
此外，本发明不限于上述实施方式，能进行各种变更。例如，磁性传感器5也可以使用AMR(各向异性磁阻效应)元件作为电桥电路16、17的全部磁检测元件。
基于以上的说明，显然能实施本发明的各种方式、变形例。因此，在和以下的权利要求的范围等价的范围中，也能以上述的最佳方式以外的方式实施本发明。

Claims (5)

1.一种旋转角度传感器，具备：
磁铁，具有垂直于旋转轴的端面，并具有与所述旋转轴垂直的方向的磁化，以所述旋转轴为中心旋转；以及
磁性传感器，与所述磁铁的端面相向，检测所述磁铁的磁场，
基于所述磁性传感器的检测输出，所述旋转角度传感器检测磁铁的旋转角度，其特征在于，
所述磁铁具有：
包含所述端面的板状部；以及
相对于所述板状部配置于所述端面的相反侧并与所述板状部连结的环状部，
所述板状部不包含供所述旋转轴通过的空腔，而所述环状部包含供所述旋转轴通过的空腔。
2.根据权利要求1所述的旋转角度传感器，其特征在于，所述磁铁的包含所述旋转轴的任意剖面的形状，是对于所述旋转轴而言线对称的形状。
3.根据权利要求2所述的旋转角度传感器，其特征在于，所述板状部具有圆板形状，所述环状部的与所述旋转轴相垂直的任意剖面的所述环状部的外周及内周都是圆形。
4.根据权利要求1所述的旋转角度传感器，其特征在于，在位于从所述端面离开与所述磁铁的端面和所述磁性传感器之间的距离相等的距离的位置，且平行于所述端面的假想平面上，在与所述旋转轴相交的第1位置以及与该第1位置不同的第2位置，所述磁铁的磁场的方向相互平行。
5.根据权利要求1所述的旋转角度传感器，其特征在于，所述磁性传感器包含磁阻效应元件。
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Cited By (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104583728A (zh) * 2012-08-22 2015-04-29 罗伯特·博世有限公司 用于获取旋转运动的构件的旋转角度的传感器组件
CN104656043A (zh) * 2013-11-19 2015-05-27 英飞凌科技股份有限公司 垂直梯度测量角传感器、系统以及方法
CN105627910A (zh) * 2014-11-20 2016-06-01 爱信精机株式会社 旋转角度检测装置
WO2016162772A1 (en) * 2015-04-09 2016-10-13 International Business Machines Corporation Rotating magnetic field hall measurement system
US9678040B2 (en) 2015-04-09 2017-06-13 International Business Machines Corporation Rotating magnetic field hall measurement system
CN107179045A (zh) * 2016-03-11 2017-09-19 Tdk株式会社 旋转角度检测装置和旋转机械装置
CN107209031A (zh) * 2015-11-26 2017-09-26 三菱电机株式会社 磁传感器及旋转装置
CN107735650A (zh) * 2015-04-16 2018-02-23 马克斯贝尔曼有限公司 霍尔传感器
CN109507619A (zh) * 2017-09-15 2019-03-22 英飞凌科技股份有限公司 磁性传感器设备和方法
CN110243279A (zh) * 2018-03-08 2019-09-17 Tdk株式会社 磁铁结构体、旋转角度检测器及电动动力转向装置
CN111656208A (zh) * 2018-03-22 2020-09-11 株式会社东海理化电机制作所 磁传感器

Families Citing this family (24)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101371941B1 (ko) * 2011-12-14 2014-03-12 현대자동차주식회사 드라이브 샤프트의 등속 조인트 절각 측정 장치
JP2014044121A (ja) * 2012-08-27 2014-03-13 Denso Corp 開度検出装置
US9606190B2 (en) * 2012-12-21 2017-03-28 Allegro Microsystems, Llc Magnetic field sensor arrangements and associated methods
JP2014199182A (ja) 2013-03-29 2014-10-23 Tdk株式会社 磁気センサシステム
JP2015045529A (ja) * 2013-08-27 2015-03-12 Tdk株式会社 回転磁界センサ
DE102014008173B4 (de) * 2014-06-10 2022-08-11 Tdk-Micronas Gmbh Magnetfeldmessvorrichtung
JP6330178B2 (ja) * 2014-11-19 2018-05-30 日立金属株式会社 トルク操舵角センサ
DE102015206108A1 (de) * 2015-04-02 2016-10-20 Bühler Motor GmbH Magnetgebermittel
US10139214B2 (en) * 2015-09-07 2018-11-27 Electronics And Telecommunications Research Institute Apparatus for acquiring location coordinates of object using two measurement heads and method using the same
JP6801170B2 (ja) * 2015-09-10 2020-12-16 日立金属株式会社 回転角検出用磁石、回転角検出装置及び回転角検出用磁石の製造方法
DE102016102828B4 (de) * 2016-02-18 2023-04-27 Infineon Technologies Ag Magnetische Winkelsensorvorrichtung und Verfahren
JP6512141B2 (ja) * 2016-03-09 2019-05-15 Tdk株式会社 磁石および変位検出装置
JP6671269B2 (ja) * 2016-09-21 2020-03-25 アルプスアルパイン株式会社 回転入力装置
US10591274B2 (en) * 2016-09-28 2020-03-17 Infineon Technologies Ag External field robust angle sensing with differential magnetic field
JP2018182161A (ja) 2017-04-18 2018-11-15 Tdk株式会社 磁石、磁石構造体、及び、回転角度検出器
WO2018198235A1 (ja) * 2017-04-26 2018-11-01 三菱電機株式会社 回転式アクチュエータ及びｖｇアクチュエータ
CN108953596A (zh) * 2017-05-18 2018-12-07 泰科电子(上海)有限公司 用于感测档位转轴位置的传感系统
DE102017216664A1 (de) 2017-09-20 2019-03-21 Continental Teves Ag & Co. Ohg Elektrischer Hohlwellenmotor
JP6796573B2 (ja) * 2017-11-17 2020-12-09 日本電産モビリティ株式会社 磁極方向検出装置
JP6954187B2 (ja) * 2018-03-08 2021-10-27 Tdk株式会社 磁石構造体、回転角度検出器および電動パワーステアリング装置
JP6784283B2 (ja) 2018-09-19 2020-11-11 Tdk株式会社 角度センサシステム
DE102020105933A1 (de) * 2019-03-06 2020-09-10 Infineon Technologies Ag Gegenüber einem externen feld robuste winkelerfassung mit differentiellem magnetfeld
CN115735097A (zh) * 2020-07-03 2023-03-03 株式会社村田制作所 位置检测装置
JP7453166B2 (ja) * 2021-01-26 2024-03-19 ヒロセ電機株式会社 回転検出装置

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006208252A (ja) * 2005-01-31 2006-08-10 Tdk Corp 角度検出装置
JP2008051638A (ja) * 2006-08-24 2008-03-06 Denso Corp 回転角度検出装置
CN101644561A (zh) * 2008-07-30 2010-02-10 Tdk株式会社 角度检测装置和角度检测方法
JP2010085394A (ja) * 2008-09-05 2010-04-15 Nidec Sankyo Corp 磁気式回転検出装置およびその製造方法
JP2010145371A (ja) * 2008-12-22 2010-07-01 Aisin Seiki Co Ltd 角度検出装置

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002022406A (ja) * 2000-07-11 2002-01-23 Yazaki Corp 回転角センサ
JP4259937B2 (ja) * 2003-06-30 2009-04-30 アルプス電気株式会社 角度検出センサ
JP2006208048A (ja) * 2005-01-25 2006-08-10 Denso Corp 回転角検出装置
JP2007093280A (ja) 2005-09-27 2007-04-12 Asahi Kasei Electronics Co Ltd 回転角度センサ
JP2007093284A (ja) 2005-09-27 2007-04-12 Denso Corp カーナビゲーション装置
JP4955244B2 (ja) 2005-09-27 2012-06-20 横河電機株式会社 バイオチップ読み取り装置およびバイオチップ読み取り方法
JP5137755B2 (ja) 2008-09-12 2013-02-06 古河電気工業株式会社 回転センサ
JP5202343B2 (ja) * 2009-01-08 2013-06-05 三菱電機株式会社 回転角検出器

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006208252A (ja) * 2005-01-31 2006-08-10 Tdk Corp 角度検出装置
JP2008051638A (ja) * 2006-08-24 2008-03-06 Denso Corp 回転角度検出装置
CN101644561A (zh) * 2008-07-30 2010-02-10 Tdk株式会社 角度检测装置和角度检测方法
JP2010085394A (ja) * 2008-09-05 2010-04-15 Nidec Sankyo Corp 磁気式回転検出装置およびその製造方法
JP2010145371A (ja) * 2008-12-22 2010-07-01 Aisin Seiki Co Ltd 角度検出装置

Cited By (20)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104583728B (zh) * 2012-08-22 2016-11-09 罗伯特·博世有限公司 用于获取旋转运动的构件的旋转角度的传感器组件
CN104583728A (zh) * 2012-08-22 2015-04-29 罗伯特·博世有限公司 用于获取旋转运动的构件的旋转角度的传感器组件
US9915552B2 (en) 2013-11-19 2018-03-13 Infineon Technologies Ag Perpendicular gradiometric angle sensors, systems and methods
CN104656043A (zh) * 2013-11-19 2015-05-27 英飞凌科技股份有限公司 垂直梯度测量角传感器、系统以及方法
CN104656043B (zh) * 2013-11-19 2018-03-27 英飞凌科技股份有限公司 垂直梯度测量角传感器、系统以及方法
CN105627910A (zh) * 2014-11-20 2016-06-01 爱信精机株式会社 旋转角度检测装置
US9678040B2 (en) 2015-04-09 2017-06-13 International Business Machines Corporation Rotating magnetic field hall measurement system
GB2553985B (en) * 2015-04-09 2021-06-23 Ibm Rotating magnetic field Hall measurement system
CN107615088A (zh) * 2015-04-09 2018-01-19 国际商业机器公司 旋转磁场霍尔测量系统
GB2553985A (en) * 2015-04-09 2018-03-21 Ibm Rotating magnetic field hall measurement system
WO2016162772A1 (en) * 2015-04-09 2016-10-13 International Business Machines Corporation Rotating magnetic field hall measurement system
CN107735650A (zh) * 2015-04-16 2018-02-23 马克斯贝尔曼有限公司 霍尔传感器
CN107209031A (zh) * 2015-11-26 2017-09-26 三菱电机株式会社 磁传感器及旋转装置
CN107209031B (zh) * 2015-11-26 2018-09-28 三菱电机株式会社 磁传感器及旋转装置
CN107179045A (zh) * 2016-03-11 2017-09-19 Tdk株式会社 旋转角度检测装置和旋转机械装置
US10907991B2 (en) 2017-09-15 2021-02-02 Infineon Technologies Ag Magnetic sensor device and method for determining a rotation speed, a direction of rotation, and/or a rotation angle of a magnetic component about a rotation axis
CN109507619A (zh) * 2017-09-15 2019-03-22 英飞凌科技股份有限公司 磁性传感器设备和方法
CN109507619B (zh) * 2017-09-15 2021-08-31 英飞凌科技股份有限公司 磁性传感器设备和方法
CN110243279A (zh) * 2018-03-08 2019-09-17 Tdk株式会社 磁铁结构体、旋转角度检测器及电动动力转向装置
CN111656208A (zh) * 2018-03-22 2020-09-11 株式会社东海理化电机制作所 磁传感器

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CN102607405B (zh) 2015-11-25
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US8749229B2 (en) 2014-06-10
DE102012100194A1 (de) 2012-07-12

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