JP2001188003A - 回転角検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 回転角検出装置のステータコアを流れる磁束
を、ステータコア内部の磁気検出素子に効率良く鎖交さ
せて、磁気検出素子の出力を大きくする。 【解決手段】 ステータコア２５を直径方向に貫通する
ギャップ部３０の中央部に磁束検出部３７を形成し、こ
の磁束検出部３７にホールＩＣ３１を配置する。磁束検
出部３７の両側には、大ギャップ部３８を形成し、各大
ギャップ部３８のギャップＧ3 を磁束検出部３７のギャ
ップＧ2 よりも大きくする。これにより、ステータコア
２５を流れる磁束を磁束検出部３７に集中させて、ホー
ルＩＣ３１に鎖交する磁束密度を大きくすることで、ホ
ールＩＣ３１の出力を大きくする。尚、大ギャップ部３
８は、ステータコア２５外周側のギャップＧ4 が狭くな
るように形成し、且つ、該ギャップＧ4 は、永久磁石２
７とステータコア２５とのエアギャップＧ1 よりも大き
く形成すると良い。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、磁気検出素子を用
いて被検出物の回転角を検出する回転角検出装置に関す
るものである。

【０００２】

【従来の技術】従来より、ホール素子等の磁気検出素子
を用いて被検出物の回転角を検出する回転角検出装置が
知られている（例えば、特公平１０−２８４２４８２号
公報、特開平８−３５８０９号公報、ＰＣＴ：ＷＯ９８
／０８０６号公報、米国特許第５８６１７４５号公報、
ドイツ：第１９６３４２８１号公開特許公報参照）。例
えば、内燃機関のスロットルバルブの開度（スロットル
開度）を検出する回転角検出装置は、図１１に示すよう
に、スロットルバルブ（図示せず）と一体的に回転する
円筒状のロータコア１１の内周側に、ステータコア１２
が同軸状に配置されている。ロータコア１１の内周部に
は、２個の円弧状の永久磁石１３がステータコア１２を
挟んで対向するように固定されている。一方、ステータ
コア１２の内部には、一定幅の磁束検出ギャップ１４が
直径方向に貫通するように形成され、この磁束検出ギャ
ップ１４の中央部にホールＩＣ等の磁気検出素子１５が
配置されている。

【０００３】この構成では、ロータコア１１の回転角に
応じてステータコア１２の磁束検出ギャップ１４を通過
する磁束密度（磁気検出素子１５に鎖交する磁束密度）
が変化し、その磁束密度に応じて磁気検出素子１５の出
力が変化するため、この磁気検出素子１５の出力からロ
ータコア１１の回転角（スロットルバルブの回転角）を
検出するようにしている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記従来構造では、ス
テータコア１２の直径方向に一定幅の磁束検出ギャップ
１４を貫通するように形成し、この磁束検出ギャップ１
４の中央部に磁気検出素子１５を配置しているため、磁
束検出ギャップ１４の中央部を通過する磁束のみが磁気
検出素子１５に鎖交し、その両側を通過する磁束は磁気
検出素子１５に鎖交しない。このため、磁束検出ギャッ
プ１４を通過する全体の磁束量に対して磁気検出素子１
５に鎖交する磁束の割合が少なくなってしまい、磁気検
出素子１５の出力が小さくなってしまう。その結果、磁
気検出素子１５の出力信号の増幅率を大きくする必要が
あり、その分、信号増幅回路の構成が複雑化してコスト
高になる。しかも、信号増幅率を大きくすると、温度変
化による磁気検出素子１５の出力変化も大きく増幅され
てしまい、温度変化の影響を受けやすくなって、回転角
の検出精度が低下するという欠点もある。

【０００５】本発明はこのような事情を考慮してなされ
たものであり、従ってその目的は、ステータコアを流れ
る磁束のできるだけ多くを磁気検出素子に鎖交させるこ
とができて、磁気検出素子の出力を大きくすることがで
き、回転角の検出精度を向上できると共に、信号増幅回
路の構成を簡素化してコストダウンすることができる回
転角検出装置を提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の請求項１の回転角検出装置では、ステータ
コア内部のギャップ部を、ギャップの小さい磁束検出部
と、該磁束検出部に磁束を集中させる大ギャップ部とか
ら構成し、磁気検出素子を磁束検出部に配置するように
している。

【０００７】この構成では、ステータコアを流れる磁束
は、ステータコア内部のギャップ部のうち、ギャップの
小さい磁束検出部に集中するため、この磁束検出部に配
置された磁気検出素子には、ステータコアを流れる磁束
の多くが鎖交するようになり、磁気検出素子の出力を大
きくすることができる。このため、磁気検出素子の出力
信号の増幅率を小さくすることができて、温度変化によ
る磁気検出素子の出力変化の影響を小さく抑えることが
でき、回転角の検出精度を向上できる。しかも、磁気検
出素子の出力信号の増幅率を小さくできれば、その分、
信号増幅回路の構成を簡素化して低コスト化することも
できる。

【０００８】この場合、請求項２のように、磁束検出部
をステータコアの中央部に形成し、磁束検出部の両側に
それぞれ大ギャップ部を形成するようにすると良い。こ
のようにすれば、磁束検出部の両側から均等に磁束を集
めることができるため、ステータコアを流れる磁束を効
率良く磁束検出部に集中させることができる。

【０００９】また、請求項３のように、大ギャップ部
は、ステータコアの外周側でギャップが狭くなるように
形成すると良い。つまり、大ギャップ部のうちのステー
タコア外周側のギャップを狭くすれば、その分、ステー
タコアの外周面（磁束を受ける面）の面積を広くするこ
とができる。これにより、永久磁石からの磁束をより多
くステータコアに流すことができて、磁束検出部を通過
する磁束（磁気検出素子に鎖交する磁束）を更に多くす
ることができる。

【００１０】この場合、仮に、大ギャップ部のうちのス
テータコア外周側のギャップを、ステータコア外周のエ
アギャップよりも小さく形成すると、後述する理由によ
り、磁束検出部を通過する磁束密度が０になる回転角
［図４の位置からロータコアが±９０°回転した位置］
の付近で、回転角に対する磁束密度変化特性の直線性
（磁気検出素子の出力変化特性の直線性）を確保できな
くなり、回転角の検出精度が低下する。

【００１１】そこで、請求項４のように、大ギャップ部
のうちのステータコア外周側のギャップを、該ステータ
コア外周のエアギャップよりも大きく形成すると良い。
このようにすれば、磁束検出部を通過する磁束密度が０
になる回転角の付近でも、回転角に対して磁束密度を直
線的に変化させることができて、磁気検出素子の出力変
化特性の直線性を向上でき、回転角の検出精度を向上で
きる。

【００１２】また、請求項５のように、大ギャップ部
は、曲面状に形成すると良い。このようにすれば、大ギ
ャップ部周辺で磁束が乱れることなく流れて、磁束検出
部に磁束をスムーズに集中させることができ、磁束検出
部における磁束密度増大効果をより向上させることがで
きる。

【００１３】また、請求項６，７のように、ステータコ
アは、外周側から磁束検出部（磁気検出素子）に向かっ
て軸方向寸法が狭くなるように形成しても良い。このよ
うにすれば、ステータコアを流れる磁束を軸方向でも磁
気検出素子に集中させることができると共に、永久磁石
に対向するステータコアの外周部の軸方向寸法を拡大し
て、永久磁石からの磁束をステータコアの外周部で受け
やすくすることができる。これにより、各部品の軸方向
の組立誤差や振動により永久磁石とステータコアとの軸
方向の相対位置がずれたとしても、永久磁石からの磁束
をステータコアの外周部で安定して受けることができ、
磁気検出素子に鎖交する磁束が軸方向の組立誤差や振動
で変化することを防止できる。これにより、軸方向の組
立誤差や振動に対しても、安定した出力特性を得ること
ができ、上述した磁束集中効果と相俟って、回転角の検
出精度を向上できる。

【００１４】ところで、本発明の回転角検出装置は、後
述する実施形態（１）〜（４）のように、永久磁石の磁
極面をステータコアの外周面に対向させ、永久磁石の磁
極面からステータコアに磁束が直接流れるようにしても
良いが、請求項８のように、ロータコアに複数の永久磁
石を互いに磁界が反発し合うように設け、各永久磁石の
磁束がロータコアを通って、ロータコアとステータコア
とのギャップを通過してステータコア内に流れるように
構成しても良い。

【００１５】この構成では、永久磁石の磁極面をステー
タコアの外周面に対向させる必要がなくなるため、永久
磁石を成形しやすい形状（例えば平板状）に形成して、
簡単な着磁法（例えば平行着磁）で着磁することがで
き、永久磁石を低コスト化できると共に、永久磁石の製
造ばらつきを少なくできる。これにより、永久磁石の製
造ばらつきに起因する磁気検出素子の出力誤差を小さく
でき、回転角の検出精度を向上できる。しかも、永久磁
石は、磁束がロータコアに流れる位置に配置すれば良
く、ロータコアの内周側に磁石を配置する必要がないた
め、ロータコアの径方向寸法を小さくすることができ、
回転角検出装置を小型化できると共に、ヨークにおける
磁石の配置場所を比較的自由に選択でき、設計の自由度
も高めることができる。

【００１６】この場合、請求項９のように、ロータコア
の内周側のうちの永久磁石の近傍部分に、該永久磁石の
両極とステータコアとの間の磁束の短絡を防止するため
の空隙部を形成すると良い。このようにすれば、永久磁
石の磁束の短絡を空隙部によって防止でき、磁束の短絡
による検出精度の低下（検出磁束密度の低下）を防ぐこ
とができる。

【００１７】

【発明の実施の形態】［実施形態（１）］以下、本発明
の実施形態（１）を図１乃至図５に基づいて説明する。

【００１８】まず、図１乃至図４に基づいて回転角検出
装置全体の構成を説明する。回転角検出装置の本体ハウ
ジング２１には、スロットルバルブ等の被検出物の回転
軸２２が軸受２３を介して回動自在に挿通支持されてい
る。この回転軸２２の先端部（右端部）には、円筒カッ
プ状のロータコア２４がかしめ等により固定され、この
ロータコア２４の内周側に、ステータコア２５が同軸状
に配置されている。ロータコア２４とステータコア２５
は共に鉄等の磁性材料で形成されている。

【００１９】図２（ａ）に示すように、ロータコア２４
の内周部には、円筒状の永久磁石２７が取り付けられて
いる。この永久磁石２７は、接着、樹脂モールド等によ
りロータコア２４に同心状に固定され、永久磁石２７の
内周面とステータコア２５の外周面との間に均一なエア
ギャップＧ1 が形成されている。永久磁石２７は、磁石
内部の磁力線の向きがラジアル方向（径方向）となるよ
うに着磁（ラジアル着磁）され、永久磁石２７の上半部
は、内周側がＮ極、外周側がＳ極となるように着磁さ
れ、永久磁石２７の下半部は、外周側がＮ極、内周側が
Ｓ極となるように着磁されている。尚、永久磁石２７
は、上半部と下半部を２分割して、２個の磁石で円筒状
の磁石を構成しても良い。この永久磁石２７は、磁石内
部の磁力線が互いに平行となるように着磁（平行着磁）
しても良い。

【００２０】また、ロータコア２４の左側面部には、磁
束の短絡を防止するための複数の貫通孔２８が回転軸２
２を取り巻くように形成されている（図３参照）。ロー
タコア２４の外周部は樹脂２９でモールドされている。

【００２１】一方、ステータコア２５は上下に２分割さ
れ、両者の間隔が樹脂製のスペーサ３２によって規制さ
れることで、直径方向に貫通するギャップ部３０が形成
されている。このギャップ部３０の中央部には、平行磁
場を形成するための磁束検出部３７が所定のギャップＧ
2 で形成されている。この磁束検出部３７に後述するホ
ールＩＣ３１が配置されるため、磁束検出部３７の長さ
寸法は、ホールＩＣ３１の幅寸法とほぼ同一又はそれ以
上に設定すれば良い。本実施形態（１）では、磁束検出
部３７を通過する磁束密度をできるだけ高めるために、
磁束検出部３７の長さ寸法は、ホールＩＣ３１の幅寸法
とほぼ同一に設定されている。

【００２２】この磁束検出部３７の両側には、上下方向
に円弧状に窪んだ大ギャップ部３８が形成され、各大ギ
ャップ部３８のギャップＧ3 が、磁束検出部３７のギャ
ップＧ2 よりも大きく形成されている。これにより、ス
テータコア２５を流れる磁束は、大ギャップ部３８を通
過せずに、磁束検出部３７に集中して流れる（図４参
照）。

【００２３】また、大ギャップ部３８は、前述したよう
に円弧状に形成することで、ステータコア２５の外周側
のギャップＧ4 が狭くなるように形成され、且つ、該ギ
ャップＧ4 は、永久磁石２７とステータコア２５とのエ
アギャップＧ1 よりも大きく形成されている。

【００２４】磁束検出部３７に配置されたホールＩＣ３
１は、ホール素子（磁気検出素子）と信号増幅回路とを
一体化したＩＣであり、磁束検出部３７を通過する磁束
密度（ホールＩＣ３１に鎖交する磁束密度）に応じた電
圧信号を出力する。尚、ホールＩＣ３１は、磁束密度に
対する出力ゲイン調整、オフセット調整、温度特性の補
正のプログラムを外部から電気トリミングする機能を有
したり、断線、ショートの自己診断機能を有していても
良い。ホールＩＣ３１は、樹脂製のスペーサ３２によっ
て位置決めされ、ホールＩＣ３１の端子がスペーサ３２
内を通してコネクタピン３３に溶接等により接続されて
いる。このコネクタピン３３、ステータコア２５、スペ
ーサ３２等を樹脂でモールド成形することで、コネクタ
ハウジング３４が形成されている。

【００２５】このコネクタハウジング３４の左側面に
は、ステータコア２５と同心状に環状凹部３５が形成さ
れ、この環状凹部３５に本体ハウジング２１の右端縁部
３６を圧入、接着等により固定することで、ロータコア
２４とステータコア２５との同軸精度を確保している。

【００２６】以上のように構成した回転角検出装置は、
図４に示す位置（以下、この位置のロータコア２４の回
転角を０°とする）では、磁気回路が、永久磁石２７の
上側部→ステータコア２５の上側部→磁束検出部３７→
ステータコア２５の下側部→永久磁石２７の下側部→ロ
ータコア２４→永久磁石２７の上側部の経路で形成さ
れ、永久磁石２７の磁束が、ステータコア２５の上側部
から下側部に流れる（以下、この磁束の流れ方向を正方
向とする）。そして、スロットルバルブ等の被検出物の
回転に伴ってロータコア２４が回転すると、磁束の一部
がステータコア２５の下側部から上側部（反対方向）に
流れ、これが磁束検出部３７で正方向に流れる磁束と打
ち消し合うため、磁束検出部３７では、正方向に流れる
磁束量Φ1とその反対方向に流れる磁束量Φ2 との差に
相当する磁束量（Φ1 −Φ2 ）が流れる。

【００２７】この場合、ロータコア２４の回転角が０〜
１８０°の範囲では、回転角に応じて正方向の磁束量Φ
1 が減少し、反対方向の磁束量Φ2 が増加するため、図
５に示すように、回転角が０〜１８０°の範囲では、回
転角に応じて磁束検出部３７を通過する磁束密度が減少
する。この際、回転角が９０°の位置で、正方向の磁束
量Φ1 と反対方向の磁束量Φ2 とが同じになり、両者が
打ち消し合って磁束検出部３７の磁束密度が０となる。
その後、回転角が１８０°〜３６０°になると、回転角
に応じて正方向の磁束量Φ1 が増加し、反対方向の磁束
量Φ2 が減少するため、回転角に対する磁束検出部３７
の磁束密度の変化の勾配が０〜１８０°の場合と反対と
なる。

【００２８】このように、ロータコア２４の回転角に応
じてステータコア２５の磁束検出部３７を通過する磁束
密度（ホールＩＣ３１に鎖交する磁束密度）が変化し、
この磁束密度に応じてホールＩＣ３１の出力が変化す
る。制御回路（図示せず）は、ホールＩＣ３１の出力を
読み込んでロータコア２４の回転角（被検出物の回転
角）を検出する。

【００２９】以上説明した実施形態（１）では、ホール
ＩＣ３１を配置する磁束検出部３７の両側に大ギャップ
部３８を形成したので、ステータコア２５を流れる磁束
を磁束検出部３７に集中させて、磁束検出部３７を通過
する磁束密度を大きくすることができる。これにより、
磁束検出部３７に配置したホールＩＣ３１のホール素子
に鎖交する磁束密度を大きくすることができ、ホールＩ
Ｃ３１のホール素子の出力を大きくすることができる。
本発明者らの実験結果によれば、図１１に示すように、
直径全長にわたって一定幅の磁束検出ギャップ１４を形
成した従来構成と比較して、本実施形態（１）では、大
ギャップ部３８による磁束集中効果によってホールＩＣ
３１のホール素子の出力を約１．３倍に増大できること
が確認された。

【００３０】この結果、ホールＩＣ３１のホール素子の
出力の増幅率を小さくすることが可能となり、温度変化
によるホール素子の出力変化の影響を小さく抑えること
ができ、回転角の検出精度を向上することができる。し
かも、ホール素子の出力信号の増幅率が小さくなれば、
その分、ホールＩＣ３１の信号増幅回路の構成を簡素化
することができ、ホールＩＣ３１の低コスト化が可能と
なる。

【００３１】また、本実施形態（１）では、ステータコ
ア２５の中央部に磁束検出部３７を形成し、その両側に
それぞれ大ギャップ部３８を形成したので、磁束検出部
３７の両方向から均等に磁束を集めることができ、ステ
ータコア２５を流れる磁束を効率良く磁束検出部３７に
集中させることができる。

【００３２】しかも、大ギャップ部３８は、ステータコ
ア２５の外周側でギャップＧ4 が狭くなるように形成さ
れているので、ステータコア２５の外周面（磁束を受け
る面）の面積を広くすることができる。これにより、永
久磁石２７からの磁束をより多くステータコア２５に流
すことができて、磁束検出部３７を通過する磁束（ホー
ルＩＣ３１に鎖交する磁束）を更に多くすることができ
る。

【００３３】前述したように、回転角が９０°の位置で
は、正方向の磁束量Φ1 とその反対方向の磁束量Φ2 と
が同じになり、両者が打ち消し合って磁束検出部３７の
磁束密度が０となる（図５参照）。仮に、大ギャップ部
３８のうちのステータコア２５外周側のギャップＧ4
を、永久磁石２７とステータコア２５とのエアギャップ
Ｇ1 よりも小さく形成すると、回転角が９０°の付近
で、正方向の磁束量Φ1 と反対方向の磁束量Φ2 がほぼ
同じとなる回転角の範囲が広がってしまい、その範囲で
は、回転角が少し変化しても、磁束検出部３７の磁束密
度がほぼ０のまま、あまり変化しなくなる。その結果、
回転角が９０°の付近で、回転角に対する磁束密度変化
特性の直線性（ホールＩＣ３１の出力変化特性の直線
性）を確保できなくなり、９０°付近の回転角の検出精
度が低下する。

【００３４】その点、本実施形態（１）では、大ギャッ
プ部３８のうちのステータコア２５の外周側のギャップ
Ｇ4 が、永久磁石２７とステータコア２５とのエアギャ
ップＧ1 よりも大きく形成されているため、９０°付近
でも、正方向の磁束量Φ1 とその反対方向の磁束量Φ2
が共に回転角に応じて変化して、磁束検出部３７の磁束
量（Φ1 −Φ2 ）が回転角に応じて直線的に変化するよ
うになる（図５参照）。これにより、９０°付近におけ
るホールＩＣ３１の出力変化特性の直線性が向上し、９
０°付近の回転角の検出特性が向上する。

【００３５】また、本実施形態（１）では、大ギャップ
部３８を円弧状に形成したので、大ギャップ部３８周辺
で磁束が乱れることなく流れて、磁束検出部３７に磁束
をスムーズに集中させることができ、磁束検出部３７に
おける磁束密度増大効果をより向上させることができ
る。このような効果は、大ギャップ部３８を円弧状以外
の曲面状に形成しても、得られる。

【００３６】尚、永久磁石や大ギャップ部の形状、ホー
ルＩＣの配置形態等は、図２（ｂ）〜（ｆ）に示すよう
に種々の変形例が考えられる。例えば、図２（ｂ），
（ｃ）の例では、ロータコア２４の両側に、２個の円弧
状の永久磁石３９をステータコア２５を挟んで対向する
ように配置し、更に、図２（ｃ）では、大ギャップ部４
０をステータコア２５の外周側に向って直線的に拡開す
るように形成している。

【００３７】また、ホールＩＣ３１は、磁束検出部３７
に２つ配置しても良く、図２（ｄ）に示すように、磁束
検出部３７を通る磁束の方向（上下方向）に重ねて配置
したり、或は、図２（ｅ），（ｆ）に示すように、磁束
検出部３７を通る磁束の方向と直角方向に並べて配列し
たりしても良い。このようにすれば、２つのホールＩＣ
３１のホール素子に鎖交する磁束密度をほぼ同一にする
ことができ、２つのホールＩＣ３１の出力を互いに比較
して異常がないか否かを確認しながら回転角を検出する
ことができるようになり、回転角検出装置の信頼性を向
上することができる。

【００３８】［実施形態（２）］次に、図６及び図７を
用いて本発明の実施形態（２）を説明する。但し、上記
実施形態（１）と実質的に同じ部分には、同一符号を付
して説明を省略する。

【００３９】本実施形態（２）では、ロータコア２４と
永久磁石２７を樹脂でモールド成形することで、被検出
物と連結するための回転レバー４１が形成され、この回
転レバー４１のロータコア２４のモールド樹脂部がステ
ータコア４２の外周に回動自在に嵌合支持されている。
この場合、ロータコア２４（永久磁石２７）の内周側の
モールド樹脂部がステータコア４２に対する軸受部（摺
動部）として機能する。従って、永久磁石２７に対する
ステータコア４２外周の磁気的なギャップＧ1は、モー
ルド樹脂部の厚みによって確保されている。回転レバー
４１は、ねじりコイルばね４３によって所定の回転方向
に付勢され、その付勢力によって初期位置まで自動的に
復帰するようになっている。

【００４０】回転レバー４１の中心部には、挿通孔４４
が形成され、この挿通孔４４がステータコア４２の左端
部に設けられた小径部４５に挿通され、この小径部４５
の先端部に固定されたストッパプレート４６によって、
回転レバー４１がステータコア４２から抜け止めされて
いる。このストッパプレート４６と回転レバー４１との
間には、回転レバー４１のスラスト方向の動きを規制す
るスプリングワッシャ４７が挟み込まれている。

【００４１】また、図７（ａ）に示すように、ステータ
コア４２の内部には、直径方向に貫通するギャップ部３
０が形成されている。本実施形態（２）においても、ギ
ャップ部３０の中央部に磁束検出部３７が形成されると
共に、該磁束検出部３７の両側に大ギャップ部３８が形
成されている。この場合も、前記実施形態（１）と同じ
く、各大ギャップ部３８のギャップＧ3 が磁束検出部３
７のギャップＧ2 よりも大きく形成され、ステータコア
４２を流れる磁束が磁束検出部３７に集中して流れるよ
うになっている。更に、大ギャップ部３８は、ステータ
コア４２の外周側のギャップＧ4 が狭くなるように形成
され、且つ、該ギャップＧ4 が永久磁石２７とステータ
コア２５とのエアギャップＧ1 よりも大きく形成されて
いる。このようなＧ1 〜Ｇ4 の設定による効果は、前記
実施形態（１）と同じである。

【００４２】また、図７（ａ）に示すように、磁束検出
部３７には、２つのホールＩＣ３１が磁束検出部３７を
通る磁束の方向に重ねて配置されている。或は、図７
（ｂ）に示すように、磁束検出部３７にホールＩＣ３１
を１つのみ配置しても良い。尚、コネクタハウジング３
４には、回転レバー４１やロータコア２４の周囲を取り
囲むように筒状カバー部４８が一体に形成されている。
また、永久磁石や大ギャップ部の形状、ホールＩＣの配
置形態等は、図２（ｂ）〜（ｆ）に示すように、種々変
更しても良い。

【００４３】以上説明した本実施形態（２）において
も、前記実施形態（１）と同じく、ホールＩＣ３１を配
置する磁束検出部３７の両側に大ギャップ部３８を形成
したので、磁束検出部３７を通過する磁束密度を大きく
して、ホールＩＣ３１のホール素子の出力を大きくする
ことができ、回転角の検出精度を向上できると共に、信
号増幅回路の構成を簡素化してホールＩＣ３１を低コス
ト化することができる。その他、前記実施形態（１）と
同じ効果を得ることができる。

【００４４】［実施形態（３）］次に、図８及び図９を
用いて本発明の実施形態（３）を説明する。本実施形態
（３）は、前記実施形態（１）と共通する部分が多いの
で、前記実施形態（１）と実質的に同じ部分には、同一
符号を付して説明を省略する。

【００４５】本実施形態（３）では、ステータコア４９
の両側面部をテーパ状に形成している。これにより、ス
テータコア４９の外周面の軸方向寸法を永久磁石２７よ
りも大きくして、永久磁石２７の内周面全体をステータ
コア４９の外周面に確実に対向させると共に、ステータ
コア４９の軸方向寸法を外周側から磁束検出部５０に向
かって狭くして、ステータコア４９を流れる磁束を軸方
向でも磁束検出部５０のホールＩＣ３１に集中させるよ
うにしている。

【００４６】尚、本実施形態（３）では、ステータコア
４９の磁束検出部５０の軸方向寸法をホールＩＣ３１の
軸方向寸法とほぼ同一に設定しているが、ホールＩＣ３
１内部のホール素子への磁束の集中性を更に高めるため
に、磁束検出部５０の軸方向寸法をホールＩＣ３１の軸
方向寸法より狭くしても良い。或は、磁束検出部５０の
軸方向寸法をホールＩＣ３１の軸方向寸法よりも少し大
きくしても良い。

【００４７】以上説明した実施形態（３）によれば、ス
テータコア４９の両側面部をテーパ状に形成したので、
ステータコア４９の外周面を広くしながら、ホールＩＣ
３１への磁束の集中性を高めることができる。ステータ
コア４９の外周面を広くすれば、各部品の軸方向の組立
誤差や振動により永久磁石２７とステータコア４９との
軸方向の相対位置がずれたとしても、永久磁石２７から
の磁束をステータコア４９の外周面で安定して受けるこ
とができ、ホールＩＣ３１のホール素子に鎖交する磁束
が軸方向の組立誤差や振動で変化することを防止するこ
とができる。これにより、軸方向の組立誤差や振動に対
しても、安定した出力特性を得ることができ、上述した
ステータコア４９のテーパ形状と大ギャップ部３８によ
る磁束集中効果と相俟って、回転角の検出精度を更に向
上することができる。

【００４８】尚、本実施形態（３）では、ステータコア
４９の両側面部をテーパ状に形成したが、片側の側面部
のみをテーパ状に形成しても良い。

【００４９】［実施形態（４）］次に、図１０を用いて
本発明の実施形態（４）を説明する。本実施形態（４）
は、前記実施形態（２）と共通する部分が多いので、前
記実施形態（２）と実質的に同じ部分には、同一符号を
付して説明を省略する。

【００５０】本実施形態（４）では、ステータコア５１
の左側面の中心部に非磁性材製の軸部５３を固定し、こ
の軸部５３に回転レバー４１を挿通するようにしてい
る。そして、前記実施形態（３）と同じように、ステー
タコア５１の右側面部をテーパ状に形成することで、ス
テータコア５１の外周面の軸方向寸法を永久磁石２７よ
りも大きくして、永久磁石２７の内周面全体をステータ
コア４９の外周面に確実に対向させると共に、ステータ
コア５１の軸方向寸法を外周側から磁束検出部５２に向
かって狭くして、ステータコア５１を流れる磁束を軸方
向でもホールＩＣ３１に集中させるようにしている。こ
の構成により、本実施形態（４）においても、前記実施
形態（３）と同じ効果を得ることができる。

【００５１】尚、上記実施形態（３），（４）では、磁
束検出部５０，５２の両側に大ギャップ部３８を形成し
ているが、大ギャップ部３８を形成しない構成としても
良く、この場合でも、軸方向でのホールＩＣ３１（ホー
ル素子）ヘの磁束集中効果によって、回転角の検出精度
を向上することができる。

【００５２】以上説明した各実施形態（１）〜（４）で
は、永久磁石をステータコアの外周面に対向させて、磁
束をラジアル方向に通過させるラジアルギャップ型の構
成としたが、永久磁石をステータコアに対してアキシャ
ル方向に対向させて、磁束をアキシャル方向に通過させ
るアキシャルギャップ型の構成としても良い。また、永
久磁石をステータコアに対してアキシャル方向に対向さ
せながら、ロータコアに形成した円筒部をステータコア
の外周面に近接させて対向させ、該円筒部とステータコ
アとの間で磁束をラジアル方向に通過させるラジアルギ
ャップ型の構成としても良い。

【００５３】［実施形態（５）］上記各実施形態（１）
〜（４）では、永久磁石の磁極面をステータコアの外周
面に対向させ、永久磁石の磁極面からステータコアに磁
束が直接流れるようになっているが、図１２乃至図１４
に示す本発明の実施形態（５）では、ロータコア６１に
２個の永久磁石６２を互いに磁界が反発し合うように設
け、各永久磁石６２の磁束がロータコア６１を通って、
ロータコア６１とステータコア４９とのギャップを通過
してステータコア４９内に流れるように構成している。
以下、この構成を詳細に説明する。

【００５４】図１２に示すように、ロータコア６１は、
楕円又は長円形の筒状に形成され、その長径方向の両側
に形成された２個の切欠部６３に、それぞれ永久磁石６
２が１個ずつ嵌め込まれて接着等により固定されてい
る。各永久磁石６２は、それぞれ平板状に形成され、そ
の両端面にＮ極とＳ極が平行着磁されている。２個の永
久磁石６２は、同じ極性の磁極面をロータコア６１の半
円弧部分を介して磁気的に対向させることで、２個の永
久磁石６２の磁界がロータコア６１の内部で互いに反発
し合うように配置されている。

【００５５】この構成により、図１２に矢印で示すよう
に、各永久磁石６２のＮ極から出た磁束は、ロータコア
６１→ステータコア４９→磁束検出部５０（ホールＩＣ
３１）→ステータコア４９→ロータコア６１の経路で各
永久磁石６２のＳ極に戻る。そして、スロットルバルブ
等の被検出物の回転に伴って、ロータコア６１が回転す
ると、その回転角に応じてステータコア４９の磁束検出
部５０を通過する磁束密度（ホールＩＣ３１に鎖交する
磁束密度）が図１４に示すように変化し、この磁束密度
に応じてホールＩＣ３１の出力が変化する。

【００５６】この場合、ロータコア６１を楕円又は長円
形に形成して、その長径方向の両側に２個の永久磁石６
２を配置しているため、ロータコア６１とステータコア
４９との間のギャップが永久磁石６２に近付くほど大き
くなっている。これにより、ロータコア６１の内周側の
うちの各永久磁石６２の近傍部分には、各永久磁石６２
の両極とステータコア４９との間の磁束の短絡を防止す
るための大きなギャップ（空隙部）が形成されている。

【００５７】また、ロータコア６１とステータコア４９
との間のギャップは、各永久磁石６２から離れるに従っ
て徐々に小さくなるため、ロータコア６１の内周面から
ステータコア４９の外周面への磁束の流れが永久磁石６
２に近い場所に偏ることが防止され、ステータコア４９
への磁束の流れが分散・平均化する。これにより、回転
角に対する磁束検出部５０の磁束密度の変化特性の直線
性が向上する。その他の構成は、前記実施形態（３）と
同じである。

【００５８】以上説明した実施形態（５）では、ロータ
コア６１に２個の永久磁石６２を互いに磁界が反発し合
うように設け、各永久磁石６２の磁束がロータコア６１
を通って、ロータコア６１とステータコア４９とのギャ
ップを通過してステータコア４９内に流れるように構成
したので、永久磁石６２の磁極面でステータコア４９と
の間のエアギャップを形成する必要がなくなり、永久磁
石６２を製造しやすい形状、着磁しやすい形状である例
えば平板状に形成することができる。

【００５９】このように、平板状の永久磁石６２であれ
ば、最も簡単な成形法で、最も簡単な着磁法（平行着
磁）で、永久磁石６２を製造することができ、製造ばら
つきの少ない高品質の永久磁石６２を安価に製造するこ
とができる。これにより、永久磁石６２の製造ばらつき
に起因するホールＩＣ３１の出力誤差を小さくでき、回
転角の検出精度を向上できる。

【００６０】しかも、ロータコア６１の内周側のギャッ
プは、各永久磁石６２の近傍部分が大きくなっているの
で、各磁石２７の磁束の短絡を当該ギャップで防止で
き、磁束検出部５０（ホールＩＣ３１）を通過する磁束
密度の低下を防止できて、検出精度の低下を防ぐことが
できる。

【００６１】［実施形態（６）］上記実施形態（５）で
は、ロータコア６１を楕円又は長円形に形成して、その
長径方向の両側に２個の永久磁石６２に配置すること
で、ロータコア６１の内周側のうちの各永久磁石６２の
近傍部分に、磁束短絡防止用の大きなギャップ（空隙
部）を形成したが、図１５に示す本発明の実施形態
（６）では、円筒状のロータコア６５の内周側のうちの
各永久磁石６２の近傍部分に凹状の空隙部６６を形成
し、この空隙部６６で永久磁石６２の磁束の短絡を防止
するようにしている。従って、本実施形態（６）では、
円筒状のロータコア６５の内周面とステータコア４９の
外周面とのギャップは、磁束短絡防止用の空隙部６６を
除いて均一となっている。その他の構成は、前記実施形
態（５）と実質的に同じである。以上説明した実施形態
（６）でも、前記実施形態（５）と同じ効果を得ること
ができる。

【００６２】［実施形態（７）］図１６に示す本発明の
実施形態（７）では、円筒状のロータコア６７の内周側
に凹状の空隙部を形成せず、円筒状のロータコア６７の
内周面全体が均一のギャップを介してステータコア４９
の外周面と対向している。その他の構成は、前記実施形
態（６）と同じである。

【００６３】本実施形態（７）では、ステータコア４９
の磁束検出部５０の両側部に形成した大ギャップ部３８
が、ステータコア４９を流れる磁束を磁束検出部５０に
集中させる役割を果たすと共に、永久磁石６２の磁束の
短絡を少なくする役割も果たす。これにより、本実施形
態（７）でも、２個の永久磁石６２の反発磁界を利用し
て回転角を検出することができる。

【００６４】尚、上記実施形態（５）〜（７）では、ロ
ータコアの直径方向に対向する位置に２個の永久磁石６
２を配置したが、ロータコアのうちの磁束の流れる経路
中であれば、永久磁石６２の位置を適宜変更しても良
く、要は、２個の永久磁石６２を互いに磁界が反発し合
うように設ければ良い。

【００６５】また、上記各実施形態（５）〜（７）で
は、磁束の流れる２つの経路にそれぞれ永久磁石６２を
１個ずつ配置したが、磁界を強くするために、１つの経
路に複数の永久磁石を配置し、隣接する永久磁石のＮ極
とＳ極を対向させるようにしても良い。

【００６６】或は、ロータコアに３個以上の磁石を互い
に磁界が反発し合うように設け、磁束の流れる経路を３
つ以上形成し、これらの経路の磁束が並行して流れる位
置にホールＩＣ（磁気検出素子）を配置するようにして
も良い。また、上記実施形態（５）〜（７）における永
久磁石の形状は、平板状に限定されず、永久磁石の配置
場所や配置スペースに応じて、製造しやすい適宜の形状
に形成すれば良い。また、各永久磁石の大きさはそれぞ
れ異なっていても良い。

【００６７】また、上記各実施形態（５）〜（７）は、
被検出物の回転軸２２にロータコアを直結する構成であ
るが、図６又は図１０と同じように、ロータコアをモー
ルド成形して形成した回転レバーを任意の被検出物と連
結できるように構成しても良い。

【００６８】また、上記各実施形態（５）〜（７）で
は、磁束検出部の磁束密度を検出する磁気検出素子とし
てホールＩＣ３１を用いたが、ホールＩＣ（ホール素
子）に代えて、磁気抵抗素子等を用いるようにしても良
い。また、磁束検出部の片側のみに大ギャップ部を形成
しても良く、この場合、磁束検出部の位置を他方側にず
らしても良い。

【００６９】その他、本発明は、スロットルバルブの回
転角検出装置に限定されず、種々の回転体の回転角検出
装置に適用することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態（１）を示す回転角検出装置
の縦断面図

【図２】（ａ）〜（ｃ）は、それぞれ永久磁石や大ギャ
ップ部の形状、ホールＩＣの配置形態の異なる方法を示
す図１のＡ−Ａ断面図

【図３】図１のＢ−Ｂ断面図

【図４】磁束の流れを示す図

【図５】実施形態（１）のロータコア回転角に対する磁
束検出部の磁束密度の変化特性を示す図

【図６】本発明の実施形態（２）を示す回転角検出装置
の縦断面図

【図７】（ａ）と（ｂ）はそれぞれホールＩＣの異なる
配置方法を示す図６のＣ−Ｃ断面図

【図８】本発明の実施形態（３）を示す回転角検出装置
の縦断面図

【図９】図８のＤ−Ｄ断面図

【図１０】本発明の実施形態（４）を示す回転角検出装
置の縦断面図

【図１１】従来の回転角検出装置を説明するための断面
図

【図１２】本発明の実施形態（５）におけるロータコ
ア、永久磁石、ステータコアの配置関係を示す図

【図１３】実施形態（５）の回転角検出装置の縦断面図

【図１４】実施形態（５）のロータコア回転角に対する
磁束検出部の磁束密度の変化特性を示す図

【図１５】本発明の実施形態（６）におけるロータコ
ア、永久磁石、ステータコアの配置関係を示す図

【図１６】本発明の実施形態（７）におけるロータコ
ア、永久磁石、ステータコアの配置関係を示す図

【符号の説明】

２１…本体ハウジング、２２…回転軸、２４…ロータコ
ア、２５…ステータコア、２７…永久磁石、３０…ギャ
ップ部、３１…ホールＩＣ（磁気検出素子）、３７…磁
束検出部、３８…大ギャップ部、３９…永久磁石、４０
…大ギャップ部、４１…回転レバー、４２…ステータコ
ア、４３…ねじりコイルばね、４７…スプリングワッシ
ャ、４９…ステータコア、５０…磁束検出部、５１…ス
テータコア、５２…磁束検出部、６１…ロータコア、６
２…永久磁石、６５…ロータコア、６６…磁束短絡防止
用の空隙部、６７…ロータコア。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 河野 禎之 愛知県刈谷市昭和町１丁目１番地 株式会 社デンソー内 Ｆターム(参考） 2F063 AA35 BA06 CA08 CA40 DA05 EA03 GA52 KA01 2F077 CC02 JJ01 JJ08 JJ23 QQ01 VV02

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 被検出物の回転に応じて回転するロータ
   コアと、 前記ロータコアに固定された永久磁石と、 前記ロータコアと同軸状に配置されたステータコアと、 前記ステータコアの内部に形成されたギャップ部に配置
   され、該ギャップ部を通過する磁束密度に応じた信号を
   出力する磁気検出素子とを備え、 前記磁気検出素子の出力信号に基づいて前記被検出物の
   回転角を検出する回転角検出装置であって、 前記ステータコア内部のギャップ部を、ギャップの小さ
   い磁束検出部と、該磁束検出部に磁束を集中させる大ギ
   ャップ部とから構成し、前記磁気検出素子を前記磁束検
   出部に配置したことを特徴とする回転角検出装置。
2. 【請求項２】 前記磁束検出部は、前記ステータコアの
   中央部に形成され、前記磁束検出部の両側にそれぞれ前
   記大ギャップ部が形成されていることを特徴とする請求
   項１に記載の回転角検出装置。
3. 【請求項３】 前記大ギャップ部は、前記ステータコア
   の外周側でギャップが狭くなるように形成されているこ
   とを特徴とする請求項１又は２に記載の回転角検出装
   置。
4. 【請求項４】 前記大ギャップ部のうちの前記ステータ
   コア外周側のギャップは、該ステータコア外周のエアギ
   ャップよりも大きくなるように形成されていることを特
   徴とする請求項３に記載の回転角検出装置。
5. 【請求項５】 前記大ギャップ部は、曲面状に形成され
   ていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記
   載の回転角検出装置。
6. 【請求項６】 前記ステータコアは、外周側から前記磁
   束検出部に向かって軸方向寸法が狭くなるように形成さ
   れていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに
   記載の回転角検出装置。
7. 【請求項７】 被検出物の回転に応じて回転するロータ
   コアと、 前記ロータコアに固定された永久磁石と、 前記ロータコアと同軸状に配置されたステータコアと、 前記ステータコアの内部に形成されたギャップ部に配置
   され、該ギャップ部を通過する磁束密度に応じた信号を
   出力する磁気検出素子とを備え、 前記磁気検出素子の出力信号に基づいて前記被検出物の
   回転角を検出する回転角検出装置であって、 前記ステータコアは、外周側から前記磁気検出素子に向
   かって軸方向寸法が狭くなるように形成されていること
   を特徴とする回転角検出装置。
8. 【請求項８】 前記ロータコアに複数の永久磁石を互い
   に磁界が反発し合うように設けたことを特徴とする請求
   項１乃至７のいずれかに記載の回転角検出装置。
9. 【請求項９】 前記ロータコアの内周側のうちの前記永
   久磁石の近傍部分には、該永久磁石の両極と前記ステー
   タコアとの間の磁束の短絡を防止するための空隙部が形
   成されていることを特徴とする請求項８に記載の回転角
   検出装置。