JP2004271495A - 回転角センサ及びこの回転角センサを具備した回転角検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】回転角に対し、磁束密度変化の直線性が良好な磁気回路の提供と、その磁気回路を用いて回転角演算負荷が小さいアルゴリズムを備えた回転角センサを提供することを目的とする。
【解決手段】磁石３の軸方向の厚さｈは、周方向にＮ極３ａとＳ極３ｂとの境界部３ｃからＮ極３ａ及びＳ極３ｂの周方向中央部に向かって漸減している。これにより、Ｎ極３ａ及びＳ極３ｂの周方向中央付近のいずれの部分から径方向に発生する磁束量は、厚さｈが全周に渡って等しい磁石３のＮ極３ａ及びＳ極３ｂの周方向中央付近のいずれの部分から発生する磁束量よりも小さくできる。このことから、磁石３のＮ極３ａ及びＳ極３ｂの周方向中央付近のいずれの部分からから発生する磁束量をほぼ一定に設定することができる。この磁石３が回転することで、ギャップ４１の磁束密度変化を略三角波にすることができるため、磁気センサ５が直線性の良い出力信号を得ることができる。
【選択図】 図３

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、回転軸の回転角を検出する回転角センサに関する。
【０００２】
【従来技術】
従来、回転軸の回転角を検出する回転角センサは、回転軸に連結され、且つＮ極とＳ極とが周方向に着磁されているリング状の磁石と、この磁石の外周に設けられ、且つギャップを構成するための放射状の溝を有する磁気ヨークと、この磁気ヨークのギャップ内に設けられ、磁気ヨークの磁束密度を検出する磁気センサとから構成されている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
【特許文献１】
特許２８４２４８２号公報（第４頁右欄第２１行〜第５頁左欄第１７行、第２図）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上述の回転角センサの磁石は、磁束密度が周方向に一定の割合で変化するＮ極とＳ極とが１８０度間隔に着磁されていることから、回転軸の回転による磁気センサが検出する磁束密度の周期波形が正弦波となり、磁気センサが直線性の良い磁束密度を検出することができない。そのため、回転軸の回転を絶対角として検出するためには、三角関数やマップ演算等の規模が大きい処理を行う必要があり、演算負荷が高くなってしまうという問題がある。
【０００５】
本発明は、上記問題に鑑みなされたものであり、磁気センサが直線性の良い磁束密度を検出することができる回転角センサを提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、請求項１では、回転する回転軸と、回転軸に連結され、且つ周方向に着磁されており、周囲に磁界を形成するリング状の硬磁性体と、硬磁性体により形成される磁界内に配置されて磁気回路を形成し、この磁気回路が回転軸の回転によって硬磁性体との相対位置が変化すると、磁束密度が変化するように構成された軟磁性体と、軟磁性体と非接触に設置され、軟磁性体の磁気回路に発生する磁束密度を検出する磁束密度検出器とを備え、硬磁性体の周方向の所定領域のいずれの部分から発生する磁束量をほぼ一定に設定することを特徴としている。
【０００７】
この構成により、硬磁性体の周方向の所定領域のいずれの部分から発生する磁束量をほぼ一定に設定することで、硬磁性体が周方向に回転する際の軟磁性体の磁気回路に発生する磁束密度を比例して変化させることができる。これにより、磁気検出器が直線性の良い磁束密度を検出することができる。
【０００８】
また、請求項２では、硬磁性体は、磁気極性の異なる第１の磁極と第２の磁極とが連結され、第１及び第２の磁極の周方向の略中央付近のいずれの部分から発生する磁束量をほぼ一定に設定することを特徴としている。
【０００９】
この構成により、第１及び第２の磁極の周方向の略中央付近のいずれの部分から発生する磁束量をほぼ一定に設定することで、硬磁性体から発生する周方向の磁束量の変化を略矩形波にできる。そのため、磁気検出器が検出する磁束密度の変化を略三角波形にすることができる。
【００１０】
また、請求項３では、第１及び第２の磁極の周方向の中央部の軸方向の厚さは、第１及び第２の磁極の周方向の境界付近の軸方向の厚さよりも薄いことを特徴としている。
【００１１】
この構成により、第１及び第２の磁極の周方向の中央部の軸方向の厚さを第１及び第２の磁極の周方向の境界付近の軸方向の厚さよりも薄くすることで、第１及び第２の磁極の周方向の中央付近の外周面積が小さくなり、第１及び第２の磁極の周方向の略中央付近のいずれの部分から発生する磁束量を低減させることができ、ほぼ一定に設定することができる。
【００１２】
また、請求項４では、第１及び第２の磁極の周方向の中央部の径方向の厚さは、第１及び第２の磁極の周方向の境界付近の径方向の厚さよりも薄いことを特徴としている。
【００１３】
この構成により、第１及び第２の磁極の周方向の中央部の径方向の厚さを第１及び第２の磁極の周方向の境界付近の径方向の厚さよりも薄くすることで、第１及び第２の磁極の周方向の中央付近の径方向体積が小さくなり、第１及び第２の磁極の周方向の略中央付近のいずれの部分から発生する磁束密度を低減させることができるため、第１及び第２の磁極の周方向の略中央付近のいずれの部分から発生する磁束量を低減させることができ、ほぼ一定に設定することができる。
【００１４】
また、請求項５では、硬磁性体は、ほぼ一定の磁束密度もしくは磁束量に変換するための補助軟磁性体を有し、第１及び第２の磁極の外周で、且つ周方向の略中央付近に補助軟磁性体が設けられることを特徴としている。
【００１５】
この構成により、第１及び第２の磁極の外周で、且つ周方向の略中央付近に補助軟磁性体を設けることで、第１及び第２の磁極の周方向の略中央付近のいずれの部分から発生する磁束量をほぼ一定に設定することができる。
【００１６】
また、請求項６では、硬磁性体の軸方向の厚さは、軟磁性体の軸方向の厚さよりも薄く、硬磁性体と軟磁性体との軸方向の厚さ方向の中心が全周に渡って軸方向に一致して設けられることを特徴としている。
【００１７】
この構成により、硬磁性体が連結されている回転軸が軸方向に少しずれたとしても、硬磁性体が軟磁性体から軸方向にはみ出すことを抑制できるため、硬磁性体から発生する磁束量の漏洩を抑制できる。これにより、磁束密度検出器が検出する磁束密度の変動を抑制できる。
【００１８】
また、請求項７では、軟磁性体の外周側は、磁気シールドによって覆われていることを特徴としている。
【００１９】
この構成により、回転角センサの外部からの磁束の影響を抑制できると共に、硬磁性体から発生する磁束密度が回転角センサの外部へ漏洩することを抑制できる。
【００２０】
また、請求項８では、軟磁性体は、硬磁性体の外周側に設けられ、且つ周方向の略９０度毎に放射状の第１から第４のギャップが形成され、磁気ヨークの外周から磁気シールドまでの径方向の距離は、第１から第４のギャップの周方向の長さよりも大きいことを特徴としている。
【００２１】
この構成により、軟磁性体で集めた磁束密度が磁気シールドに漏洩することを抑制できる。
【００２２】
また、請求項９では、請求項１から８のいずれか１つに記載の回転角センサを具備した回転角検出装置において、硬磁性体は、第１及び第２の磁極が周方向略１８０度間隔に連結され、軟磁性体は、硬磁性体の外周側に設けられ、且つ周方向の略９０度毎に放射状のギャップが形成され、磁束密度検出器は、周方向に連続した２つのギャップ内にそれぞれ１つずつ配置され、且つこのギャップ内に発生する磁束密度を検出すると共に、電気信号に変換し、磁束密度検出器で変換された電気信号に基づいて回転軸の回転角を演算するための回転角演算部を有していることを特徴としている。
【００２３】
この構成により、硬磁性体が周方向に回転する際の周方向に連続した２つのギャップ内に発生する磁束密度は、周方向に略９０度ずれて発生するため、その２つのギャップ内に配置される２つの磁束密度検出器が変換する電気信号も周方向に略９０度ずれる。そして、磁束密度検出器で変換された電気信号に基づいて回転角演算部が回転軸の回転角を演算することで、回転軸の回転角を求めることができる。
【００２４】
また、請求項１０では、回転角演算部は、２つの磁束密度検出器で変換された電気信号をそれぞれつなぎ合わせて回転軸の回転角を演算することを特徴としている。
【００２５】
この構成により、回転角演算部が連続した回転軸の回転角を演算することができる。
【００２６】
また、請求項１１では、回転角演算部は、加減乗除の少なくとも１つによって回転軸の回転角を演算することを特徴としている。
【００２７】
この構成により、磁束密度検出器が直線性の良い磁束密度を検出して電気信号に変換することから、回転角演算部が回転軸の回転角を演算する際に、三角関数等の規模が大きい処理を行う必要がなく、簡単な演算のみで対応できるため、演算負荷の低減を図ることができる。
【００２８】
また、請求項１２では、回転軸は、車両のステアリングと連結されるステアリング軸であることを特徴としている。
【００２９】
この構成により、本発明の回転角センサ及び回転角検出装置によって、ステアリング軸と連結されるステアリングの回転角を検出することができる。
また、請求項１３では、回転する回転軸と、回転軸に連結されると共に、磁気極性の異なる第１の磁極と第２の磁極とが周方向略１８０度間隔に連結されたリング状の硬磁性体と、硬磁性体の外周側に設けられると共に、周方向の略９０度毎に放射状のギャップが形成され、回転軸の回転によって硬磁性体との相対位置が変化すると、ギャップ内に発生する磁束密度が変化するように構成された軟磁性体と、周方向に連続した２つのギャップ内にそれぞれ１つずつ配置され、２つのギャップ内に発生する磁束密度を検出して電気信号に変換する磁束密度検出器と、磁束密度検出器で変換した２つの電気信号に基づいて、回転軸の回転角を演算するための回転角演算部とを備えた回転角検出装置において、硬磁性体の周方向の所定領域のいずれの部分から発生する磁束量がほぼ一定に設定され、磁束密度検出器で変換した２つの電気信号は、直線部を有する略９０度位相のずれた略三角波であって、回転角演算部での回転角の演算は、２つの電気信号の直線部をつなぎ合わせた線が略直線となるように実際の直線部の電気信号を補正して行われることを特徴としている。
【００３０】
この構成により、硬磁性体の周方向の所定領域のいずれの部分から発生する磁束量がほぼ一定に設定されていることから、硬磁性体の周方向に回転する際の軟磁性体に形成されたギャップ内に発生する磁束密度を比例して変化させることができ、磁束密度検出器が直線性の良い磁束密度を検出することができる。さらに、実際の磁束密度検出器で変換した２つの電気信号は、ばらつきを生じ、回転角演算部が正確な回転軸の回転角を演算できないことから、回転角演算部が２つの電気信号の直線部をつなぎ合わせた線が略直線となるように実際の直線部の前記電圧信号を補正することで、回転軸の回転角を、誤差を抑制して演算することができる。
【００３１】
また、請求項１４では、磁束密度検出器で変換した２つの電気信号は、回転軸の回転角に対する電圧値であって、実際の直線部の電圧信号の補正は、２つの電気信号の直線部を所定の幅で区切って抽出し、抽出したそれぞれの直線部の傾きの符号を一致させると共に、それぞれの直線部がつなぎ合わされるつなぎ合わせ部の電圧値が一致するように平行移動させて１本の線を生成し、生成した前記１本の線の最大電圧値と最小電圧値とを直線的に結び、最大電圧値と最小電圧値とを結んだ直線の中間電圧値を理想の中間電圧値に補正するための電圧補正値を決定し、最大電圧値と最小電圧値とを結んだ直線の傾きを理想の傾きに補正するための傾き補正値を決定することを特徴としている。
【００３２】
実際の回転角演算部で変換した直線部の電圧信号は、例えば磁石の形状などによってばらつきが生じ、それぞれの直線部のつなぎ合わせ部の電圧値、それぞれの直線部の傾き及び電気信号の中間電圧値が回転軸の回転角０に必ずしも一致しない。このことから、実際の直線部の電圧信号の補正は、２つの電気信号の直線部を所定の幅で区切って抽出し、抽出したそれぞれの直線部の傾きの符号を一致させると共に、それぞれの直線部がつなぎ合わされるつなぎ合わせ部の電圧値が一致するように平行移動させて１本の線を生成し、生成した前記１本の線の最大電圧値と最小電圧値とを直線的に結び、最大電圧値と最小電圧値とを結んだ直線の中間電圧値を理想の中間電圧値に補正するための電圧補正値を決定し、最大電圧値と最小電圧値とを結んだ直線の傾きを理想の傾きに補正するための傾き補正値を決定することで、回転角演算部が２つの電気信号の直線部をつなぎ合わせた線が略直線にできると共に、回転角演算部で変換した直線部の電圧信号を理想の電圧信号と略一致させることができる。
【００３３】
また、請求項１５では、周囲の温度を検出する温度検出手段を有し、磁束密度検出器は、温度検出手段で検出した温度に基づいて、２つの磁束密度検出器で変換された電気信号を補正することを特徴としている。
【００３４】
硬磁性体は、周囲の温度が高くなるにつれて磁束量が小さくなる特性を持っているため、２つの磁束密度検出器で検出する磁束密度の大きさも小さくなってしまう。このことから、回転角演算部で周囲の温度に基づいて、２つの磁束密度検出器で変換された電気信号を補正することで、硬磁性体の温度特性によって、回転角検出部で変換する電気信号の出力低下を防止することができる。
【００３５】
また、請求項１６では、磁束密度検出器には、温度に応じて電気信号を補正するための電圧信号補正値が予めマップに記憶されており、電圧信号の補正は、マップに記憶されている電圧信号補正値によって行われることを特徴としている。
【００３６】
この構成により、磁束密度検出器に電圧信号補正値を予めマップに記憶させておくことで、磁束密度検出器が電圧信号補正値に基づいて、２つの磁束密度検出器で変換された電気信号を補正することができる。
【００３７】
また、請求項１７では、回転角演算部には、理想の電気信号の最大電圧信号値及び最小電圧信号値が予め記憶されており、実際の電気信号の最大電圧信号値と理想の最大電圧信号値との第１の偏差及び実際の電気信号の最小電圧信号値と理想の最小電圧信号値と第２の偏差をそれぞれ演算し、演算された第１及び第２の偏差に基づいて、実際の最大電圧信号値及び最小電圧信号値を補正することを特徴としている。
【００３８】
硬磁性体は、周囲の温度が高くなるにつれて磁束量が小さくなる特性を持っているため、２つの磁束密度検出器で検出する磁束密度の大きさも小さくなってしまう。このことから、回転角演算部が実際の電気信号の最大電圧信号値と予め記憶された理想の最大電圧信号値との第１の偏差及び実際の電気信号の最小電圧信号値と理想の最小電圧信号値と第２の偏差をそれぞれ演算し、演算された第１及び第２の偏差に基づいて、実際の最大電圧信号値及び最小電圧信号値を補正することで、硬磁性体の温度特性によって、回転角検出部で変換する電気信号の出力低下を防止することができる。
【００３９】
また、請求項１８では、第１及び第２の磁極の径方向の厚さは、周方向中央部に向かって漸減していることを特徴としている。
【００４０】
この構成により、第１及び第２の磁極の径方向に厚さを周方向の中央部に向かって漸減させることで、第１及び第２の磁極の径方向体積が周方向の中央部に向かって徐々に小さくなり、第１及び第２の磁極の周方向の略中央付近のいずれの部分から発生する磁束密度を低減させることができる。これにより、第１及び第２の磁極の周方向の略中央付近のいずれの部分から発生する磁束量も低減させることができ、ほぼ一定に設定することができる。
【００４１】
また、請求項１９では、硬磁性体及び軟磁性体の内周が円形状であって、第１及び第２の磁極の周方向の中央部の径方向の厚さよりも厚い境界付近の径方向の厚さを薄くすることで、硬磁性体の外周を略円形状にすることを特徴としている。
【００４２】
硬磁性体の内周が円形状であって、第１及び第２の磁極の径方向の厚さが周方向の中央部に向かって漸減していると、一般的に硬磁性体の外周が楕円形状となる。また、軟磁性体の内周も円形状であるため、第１及び第２の磁極の周方向の中央部から軟磁性体の内周までの径方向の距離は、第１及び第２の磁極の周方向の境界部から軟磁性体の内周までの径方向の距離よりも長くなる。そのため、第１及び第２の磁極の周方向の中央付近から発生する磁束が軟磁性体に流れずに外部に漏洩する磁束が増加してしまい、磁束密度検出器が検出する磁束密度が小さくなってしまう。しかし、本構成では、第１及び第２の磁極の周方向の中央部の径方向の厚さよりも厚い境界付近の径方向の厚さを薄くして、硬磁性体の外周を略円形状にすることから、第１及び第２の磁極の周方向の中央部から軟磁性体の内周までの径方向の距離を第１及び第２の磁極の周方向の境界部から軟磁性体の内周までの径方向の距離に近づけることができ、外部に漏洩する磁束が低減され、磁束密度検出器が検出する磁束密度が小さくなることを抑制できると共に、磁束密度検出器に外部からの磁束の影響を与えることも抑制できる。
【００４３】
また、請求項２０では、硬磁性体の軸方向の厚さは、軟磁性体の軸方向の厚さよりも厚く、硬磁性体の軸方向両端が軟磁性体の軸方向両端よりも軸方向に突出して設けられることを特徴としている。
【００４４】
この構成により、硬磁性体の軸方向両端が軟磁性体の軸方向両端よりも軸方向に突出して設けられることから、硬磁性体が連結されている回転軸が軸方向に少しずれたとしても、硬磁性体の外周と軟磁性体の内周とが径方向に対向するため、硬磁性体から発生する磁束を確実に軟磁性体に流すことができる。また、硬磁性体から発生する磁束量は、淵部分が最も大きくなるため、外部からの例えば摩耗鉄粉などが硬磁性体の淵部分に優先的に付着し、硬磁性体の軟磁性体との対向面から発生する磁束に影響を与えない。
【００４５】
【発明の実施の形態】
以下、図に示す実施形態について説明する。
【００４６】
［第１実施形態］
図１の（ａ）は、本発明の回転角センサの側面図、（ｂ）は、（ａ）のＩ−Ｉ矢視断面図及びこの回転角センサを具備した回転角検出装置である。図２は、本発明の磁石を示した斜視図である。図３の（ａ）は、本発明の磁石から発生する磁束量φの方向を示した図、（ｂ）は、（ａ）の周方向の角度θにおける磁石から発生する磁束量φの周期波形を示したグラフである。図４の（ａ）は、磁石が周方向に回転した状態を示した図、（ｂ）は、磁気センサが変換した電気信号の周期波形を示したグラフである。図５は、本発明の回転角演算部での演算手順を示したフローチャートである。図６は、本発明の回転角演算部で演算された電気信号の周期波形を示したグラフである。
【００４７】
本実施形態での回転角検出装置１は、図１（ａ）及び（ｂ）に示すように、回転軸２の外周側に設けられる回転角センサと回転角演算部６とから構成され、回転角センサで検出した信号に基づいて、回転角演算部６が演算することで、回転軸２の回転角を検出している。
【００４８】
回転角センサは、硬磁性体を成す磁石３、軟磁性体を成すヨーク４及び磁束密度検出器を成す磁気センサ５から構成されている。
【００４９】
磁石３は、リング状であって、回転軸２の外周に連結され、且つ磁気極性の異なる第１の磁極を成すＮ極３ａと第２の磁極を成すＳ極３ｂとから成っている。このＮ極３ａとＳ極３ｂとは、周方向の略１８０度間隔に連結されている。また、図２に示すように、磁石３の軸方向の厚さｈは、周方向にＮ極３ａとＳ極３ｂとの境界部３ｃからＮ極３ａ及びＳ極３ｂの周方向中央部に向かって漸減している。
【００５０】
ヨーク４は、磁石３の外周に近接して配置される環状体であって、第１から第４のヨーク４ａ〜４ｄから構成されている。この第１から第４のヨーク４ａ〜４ｄは、それぞれ周方向の略９０度間隔にギャップ４１を介して設けられている。また、図１（ａ）に示すように、ヨーク４の軸方向の厚さは、磁石３の軸方向の厚さよりも厚く形成され、且つヨーク４の軸方向の厚さ方向の中心位置は、磁石３の軸方向の厚さ方向の中心位置と全周に渡って軸方向に一致して設けられている。
【００５１】
磁気センサ５は、第１及び第２の磁気センサ５ａ、５ｂとから構成されている。第１の磁気センサ５ａは、第１及び第４のヨーク４ａ、４ｄとの周方向の間のギャップ４１内に、第２の磁気センサ５ｂは、第１及び第２のヨーク４ａ、４ｂとの周方向の間のギャップ４１内に挿入されており、それぞれ挿入されたギャップ４１に生じる磁束量を磁束密度として検出する。但し、この第１及び第２の磁気センサ５ａ、５ｂは、ヨーク４と非接触に設けられている。また、磁気センサ５としては、例えばホール素子、ホールＩＣ及び磁気抵抗素子等を使用することができ、検出した磁束密度を電気信号（例えば電圧信号）に変換して回転角演算部６に出力する。
【００５２】
回転角演算部６は、第１及び第２の磁気センサ５ａ、５ｂで変換された電気信号に基づいて、回転軸２の回転角（絶対角）を演算する。具体的には、第１及び第２の磁気センサ５ａ、５ｂで変換された２つの電気信号をそれぞれつなぎ合わせることで、９０ｄｅｇ以上の連続した回転軸２の回転角を演算する。
【００５３】
次に、本実施形態の作動について説明する。
【００５４】
先ず、磁石３から発生する磁束の磁束密度について説明する。上述のように磁石３の軸方向の厚さｈは、周方向にＮ極３ａとＳ極３ｂとの境界部３ｃからＮ極３ａ及びＳ極３ｂの周方向中央部に向かって漸減していることから、Ｎ極３ａ及びＳ極３ｂの周方向中央部分の厚さがＮ極３ａ及びＳ極３ｂの境界部３ｃの厚さよりも薄くなる。そのため、Ｎ極３ａ及びＳ極３ｂの周方向中央付近の外周面の面線が小さくなり、Ｎ極３ａ及びＳ極３ｂの周方向中央付近のいずれの部分から径方向に発生する磁束の磁束密度が厚さｈが全周に渡って等しい磁石３のＮ極３ａ及びＳ極３ｂの周方向中央付近のいずれの部分から発生する磁束の磁束密度よりも低減する。このことから、Ｎ極３ａ及びＳ極３ｂの周方向中央付近のいずれの部分から径方向に発生する磁束量は、厚さｈが全周に渡って等しい磁石３のＮ極３ａ及びＳ極３ｂの周方向中央付近のいずれの部分から発生する磁束量よりも低減する。つまり、Ｎ極３ａ及びＳ極３ｂの磁束量が大きい部分から発生する磁束量を低減させることができる。このことから、本実施形態の磁石３から発生する磁束量の周期波形は、図３（ｂ）に示す波形となり、範囲Ｘ（Ｎ極３ａの周方向中央付近）と範囲Ｙ（Ｓ極３ｂの周方向中央付近）との磁束量をそれぞれほぼ一定に設定することができる。
【００５５】
なお、図３（ｂ）のように、Ｎ極３ａ及びＳ極３ｂの周方向中央付近のいずれの部分から発生する磁束量をほぼ一定になるように、磁石３の厚さｈをＮ極３ａ及びＳ極３ｂの境界部３ｃからＮ極及びＳ極の周方向中央部に向かって漸減させる。
【００５６】
次に、図４に示すように、回転軸２が周方向に回転した場合の磁気センサ５が検出する磁束密度の変化について説明する。
【００５７】
図４（ａ）に示す（Ｉ）の状態（０ｄｅｇ）の場合、第１のヨーク４ａと第４のヨーク４ｄとの間のギャップ４１には、磁束が流れず磁束密度としては０となる。また、第１のヨーク４ａと第２のヨーク４ｂとの間のギャップ４１には、負の極性の磁束密度の最大値が生じる。このことから、第１及び第２の磁気センサ５ａ、５ｂは、図４（ｂ）の点線（Ｉ）に示す電圧信号に変換する。
そして、図４（ａ）に示す（Ｉ）の状態から回転軸２が周方向に９０度右回転し、（Ｉ）の状態（９０ｄｅｇ）になった場合、第１のヨーク４ａと第４のヨーク４ｄとの間のギャップ４１には、正の極性の磁束密度の最大値が生じる。また、第１のヨーク４ａと第２のヨーク４ｂとの間のギャップ４１には、磁束が流れず磁束密度としては０となる。このことから、第１及び第２の磁気センサ５ａ、５ｂは、図４（ｂ）の点線（ＩＩ）に示す電圧信号に変換する。
さらに、図４（ａ）に示す（ＩＩ）の状態から回転軸２が周方向に９０度右回転
し、（ＩＩＩ）の状態（１８０ｄｅｇ）になった場合、第１のヨーク４ａと第４のヨ
ーク４ｄとの間のギャップ４１には、磁束が流れず磁束密度としては０となる。また、第１のヨーク４ａと第２のヨーク４ｂとの間のギャップ４１には、正の極性の磁束密度の最大値が生じる。このことから、第１及び第２の磁気センサ５ａ、５ｂは、図４（ｂ）の点線（ＩＩ）に示す電圧信号に変換する。
また、磁石３のＮ極３ａ及びＳ極３ｂの周方向中央付近のいずれの部分から発生する磁束量がほぼ一定であることから、回転軸２が周方向に回転している際の第１及び第４のギャップ４１と第１及び第２のギャップ４１とに生じる磁束の磁束密度は、一定の割合で変化する。このことから、第１及び第２の磁気センサ５ａ、５ｂは、図４（ｂ）の太線のように、一定の割合で変化する電圧信号に変換する。
【００５８】
次に、図５に示すフローチャートに基づいて回転角演算部６の処理手順について説明する。なお、第１の磁気センサ５ａの出力電圧をＶａ、第２の磁気センサ５ｂの出力電圧をＶｂ及び回転角演算部６の出力電圧をＶｏｕｔとする。
【００５９】
Ｓ１では、Ｖａが３．０［Ｖ］よりも大きいかを判定する。Ｖａが３．０［Ｖ］よりも大きい場合には、Ｓ６に進み、以下の式▲１▼の演算を行い、Ｓ１に戻る。また、Ｖａが３．０［Ｖ］よりも小さい場合には、Ｓ２に進む。
【００６０】
Ｖｏｕｔ＝１＋Ｖｂ・・・・・・・・・・▲１▼
Ｓ２では、Ｖａが２．０［Ｖ］よりも小さいかを判定する。Ｖａが２．０［Ｖ］よりも小さい場合には、Ｓ７に進み、以下の式▲２▼の演算を行い、Ｓ１に戻る。また、Ｖａが２．０［Ｖ］よりも大きい場合には、Ｓ３に進む。
【００６１】
Ｖｏｕｔ＝４−Ｖｂ・・・・・・・・・・▲２▼
Ｓ３では、Ｖｂが２．４［Ｖ］よりも小さいかを判定する。Ｖｂが２．４［Ｖ］よりも小さい場合には、Ｓ８に進み、以下の式▲３▼の演算を行い、Ｓ１に戻る。また、Ｖｂが２．４［Ｖ］よりも大きい場合には、Ｓ４に進む。
【００６２】
Ｖｏｕｔ＝Ｖａ・・・・・・・・・・・・▲３▼
Ｓ４では、Ｖｂが２．６［Ｖ］よりも大きいか、Ｖａが２．５［Ｖ］よりも小さいかを判定する。Ｖｂが２．６［Ｖ］よりも大きく、Ｖａが２．５［Ｖ］よりも小さい場合には、Ｓ９に進み、以下の式▲４▼の演算を行い、Ｓ１に戻る。また、それ以外の場合には、Ｓ５に進む。
【００６３】
Ｖｏｕｔ＝３−Ｖａ・・・・・・・・・・▲４▼
Ｓ５では、Ｖｂが２．６［Ｖ］よりも大きいか、Ｖａが２．５［Ｖ］以上であるかを判定する。Ｖｂが２．６［Ｖ］よりも大きく、Ｖａが２．５［Ｖ］以上の場合には、Ｓ１０に進み、以下の式▲５▼の演算を行い、Ｓ１に戻る。また、それ以外の場合には、Ｓ１１に進み、以下の式▲６▼の演算を行い、Ｓ１に戻る。
【００６４】
Ｖｏｕｔ＝７−Ｖａ・・・・・・・・・・▲５▼
Ｖｏｕｔ＝０・・・・・・・・・・・・・▲６▼
以上の処理を回転角演算部６が演算することで、Ｖｏｕｔは、図６に示すように、回転軸２の回転角３６０度（−１８０ｄｅｇ〜１８０ｄｅｇ）の範囲で一定の割合で変化させることができるため、回転軸２の３６０度の絶対角を検出することができる。
【００６５】
［第１実施形態の効果］
本実施形態の磁石３の軸方向の厚さｈは、周方向にＮ極３ａとＳ極３ｂとの境界部３ｃからＮ極３ａ及びＳ極３ｂの周方向中央部に向かって漸減していることから、Ｎ極３ａ及びＳ極３ｂの周方向中央付近の外周面の面積が小さくなり、Ｎ極３ａ及びＳ極３ｂの周方向中央付近のいずれの部分から径方向に発生する磁束の磁束密度をほぼ一定に設定することができる。そのため、回転軸２が周方向に回転する際のギャップ４１に生じる磁束量は、ほぼ一定の割合で変化する。これにより、第１及び第２の磁気センサ５ａ、５ｂが直線性の良い磁束密度を検出することができる。
【００６６】
さらに、磁石３が発生する周方向の磁束量の変化を略矩形波にできるため、磁気センサ５が検出する磁束密度の変化を略三角波形にすることができる。これにより、回転角演算部６が三角関数等の規模が大きい処理を行う必要がなく、例えば加算、減算、乗算及び除算の簡単な演算のみによって処理させることができるため、演算負荷の低減を図ることができる。
【００６７】
また、ヨーク４の軸方向の厚さは、磁石３の厚さよりも厚く形成され、且つヨーク４の軸方向の中心位置は、磁石３の軸方向の中心位置と全周に渡って軸方向に一致して設けられていることから、磁石３が連結されている回転軸２が軸方向に少しずれたとしても、磁石３がヨーク４から軸方向にはみ出すことを抑制できるため、磁石３から発生する磁束量の漏洩を抑制できる。これにより、磁気センサ５が検出する磁束密度の変動を抑制できる。
【００６８】
また、第１及び第２の磁気センサ５ａ、５ｂで変換された２つの電気信号をそれぞれつなぎ合わせることで、回転軸２の回転角を９０ｄｅｇ以上の連続した角度信号とすることができる。
【００６９】
なお、回転角演算部６での演算処理では、磁気センサ５の出力電圧値と特定な電圧値とを比較することによって演算しているが、本実施形態での磁気センサ５の出力電圧値と異なる出力電圧値の場合には、比較する電圧値を磁気センサ５の出力電圧値に対応した値に変更することで、回転軸２の絶対角３６０度を検出することができる。
【００７０】
なお、図５に示すように、本実施形態での回転角演算部６の処理手順でのＶａ及びＶｂの比較値は、あくまでも一例であり、本実施形態の比較値と異なる値であってもよい。
【００７１】
［第２実施形態］
図７の（ａ）は、本発明の回転角センサの側面図、（ｂ）は、（ａ）のＶＩＩ−ＶＩＩ矢視断面図及びこの回転角センサを具備した回転角検出装置である。ここでは、第１実施形態と同様な箇所は省略し、相違する部分についてのみ説明する。
【００７２】
第１実施形態でのヨーク４は、第１から第４のヨーク４ａ〜４ｄから構成しているが、本実施形態でのヨーク４は、図７に示すように、一体で構成している。また、ヨーク４の周方向の略９０間隔に溝部４２を形成することで、ギャップ４１が形成されている。なお、この溝部４２は、例えば研削等によって形成している。
【００７３】
以上のように、ヨーク４を一体で形成することで、磁石３の外周側へ設ける際の位置決めが容易になると共に、部品点数の低減を図ることができる。
また、ヨーク４を研削等によって溝部４２を形成することで、ギャップ４１を形成させることができるため、ギャップ４１を形成する周方向の位置ずれが生じたり、ギャップ４１の周方向の間の長さの誤差が生じる等の不具合を抑制することができる。
【００７４】
［第３実施形態］
図８の（ａ）は、回転角検出装置の軸方向断面図、（ｂ）は、（ａ）のＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ
矢視断面図である。図９は、外部磁束の流れを示した図である。図１０は、本発明の磁気センサと回転角演算部との接続方法を示した図である。ここでは、第１実施形態と同様な箇所は省略し、相違する部分についてのみ説明する。
【００７５】
本実施形態では、図８に示すように、回転角検出装置１の外側に磁気シールド７を設けられている。この磁気シールド７は、軟磁性体から形成されており、ヨーク４の外周を覆うように設けられている。また、図８（ｂ）に示すように、磁気シールド７は、ヨーク４の外周から磁気シールド７までの径方向の距離がギャップ４１の周方向の長さＬよりも大きくなるように設けられている。
【００７６】
また、磁気センサ５のターミナルは、長手方向が軸方向に向かって設けられ、且つ回転角演算部６に接続されている。さらに、回転角演算部６は、ワイヤーハーネス８を介して図示しないマイコンに接続されている。
【００７７】
以上のように、磁気シールド７をヨーク４の外周を覆うように設けることで、図９に示すように、回転角検出装置１の外部からの磁束１０がヨーク４を通過することを抑制できるため、ギャップ４１に生じる磁束の磁束密度に影響を与えることを抑制できる。
【００７８】
さらに、磁気シールド７は、ヨーク４の外周から磁気シールド７までの径方向の距離がギャップ４１の周方向の長さＬよりも大きくなるように設けられることから、ヨーク４に流れる磁束が磁気シールド７に漏洩することを抑制できる。
【００７９】
なお、本実施形態での磁気センサ５のターミナルは、長手方向が軸方向に向かって設けられ、且つ回転角演算部６に接続されているが、図１０に示すように、磁気センサ５のターミナルは、長手方向が径方向に向かって設けられ、且つ回転角演算部６に接続されていてもよい。
【００８０】
［第４実施形態］
図１１は、本発明の回転角検出装置を電動パワーステアリング装置に適用した図である。ここでは、第１実施形態と同様な箇所は省略し、相違する部分についてのみ説明する。
【００８１】
本実施形態では、回転角検出装置１を図示しないステアリングの操舵力を軽減させるための電動パワーステアリング装置１１に適用している。
【００８２】
電動パワーステアリング装置１１は、ステアリングに連結されている入力軸１１ａと、車両の転舵輪側に連結されている出力軸１１ｂと、入力軸１１ａ及び出力軸１１ｂとの間に設けられているトーションバー１１ｃと、ステアリングに加えられた操舵力を検出するトルクセンサ１１ｄと、本発明の回転角演算部６内に設けられ、且つトルクセンサ１１ｄからの検出値に基づいて操舵補助力を決定する制御部と、制御部で決定された操舵補助力を発生させる電動モータ１１ｅと、電動モータ１１ｅで発生した操舵補助力を減速して出力軸１１ｂに伝達させる動力伝達部１１ｆと、動力伝達部１１ｆを覆うためのハウジング１１ｇと、から構成されている。
【００８３】
回転角検出装置１の回転角センサは、入力軸１１ａの外周に設けられている。また、回転角演算部６は、ハウジングに固定され、且つ回転角センサ及びトルクセンサからの電気信号が信号線を介して入力される。
【００８４】
以上のように、本発明の回転角センサを入力軸１１ａの外周に設けることで、ステアリングの回転角を検出することができる。
【００８５】
［第５実施形態］
図１２は、本発明の磁石の軸方向平面図である。図１３の（ａ）は、本発明の磁石の軸方向断面図、（ｂ）は、（ａ）のＡ−Ａ矢視断面図である。図１４は、本発明の磁石の軸方向断面図である。ここでは、第１実施形態と同様な箇所は省略し、相違する部分についてのみ説明する。
【００８６】
本実施形態での磁石３は、図１２に示すように、楕円形状で、且つ径方向の厚さＦが周方向にＮ極３ａとＳ極３ｂとの境界部３ｃからＮ極３ａ及びＳ極３ｂの周方向中央部に向かって漸減している。
【００８７】
以上のことから、Ｎ極３ａ及びＳ極３ｂの周方向中央部分の径方向の厚さがＮ極３ａ及びＳ極３ｂの境界部３ｃの径方向の厚さよりも薄くなり、Ｎ極３ａ及びＳ極３ｂの周方向中央付近の径方向の体積が小さくなる。そのため、Ｎ極３ａ及びＳ極３ｂの周方向中央付近のいずれの部分から径方向に発生する磁束の磁束密度は、厚さＦが全周に渡って等しい磁石３のＮ極３ａ及びＳ極３ｂの周方向中央付近のいずれの部分から発生する磁束の磁束密度よりも低減する。このことから、Ｎ極３ａ及びＳ極３ｂの周方向中央付近のいずれの部分から径方向に発生する磁束量は、厚さＦが全周に渡って等しい磁石３のＮ極３ａ及びＳ極３ｂの周方向中央付近のいずれの部分から発生する磁束量よりも低減する。これにより、第１実施形態と同様に、磁石３から発生する磁束量の周期波形は、図３（ｂ）に示す波形となり、範囲Ｘ（Ｎ極３ａの周方向中央付近）と範囲Ｙ（Ｓ極３ｂの周方向中央付近）との磁束量をそれぞれほぼ一定に設定することができる。
【００８８】
なお、図１３に示すように、軸方向にＮ極３ａとＳ極３ｂとが等間隔で着磁されている磁石３の外周に補助ヨーク４４ａ、４４ｂを設けていても磁石３から径方向に発生する磁束量をほぼ一定に設定することができる。この補助ヨーク４４ａ、４４ｂは、軟磁性体から成っており、磁石３から発生する磁束を平均してほぼ一定の磁束量に変換するものである。また、磁石３の軸方向両端面に補助ヨーク４４ａ、４４ｂが設けられている。さらに、補助ヨーク４４ａと補助ヨーク４４ｂとは、軸を挟んで対称位置に設けられている。
【００８９】
なお、周方向にＮ極とＳ極とが等間隔で着磁されている磁石３を用いる場合において、図１４に示すように、磁石３の外周面で、且つＮ極３ａとＳ極３ｂとの周方向中央付近に補助ヨーク４４ａ、４４ｂが設けられていても同様の構成とすることができる。
【００９０】
［第６実施形態］
図１５の（ａ）は、本発明の回転角センサの軸方向平面図、（ｂ）は、本発明の回転角センサの側面図である。ここでは、第１実施形態と同様な箇所は省略し、相違する部分についてのみ説明する。
【００９１】
本実施形態での磁石３は、図１５（ｂ）に示すように、周方向及び軸方向にＮ極３ａとＳ極３ｂとが等間隔で着磁されている。また、図１５（ａ）に示すように、磁石３の内径は、ヨーク４の内径よりも大きく、且つ磁石３の外径は、ヨーク４の外径よりも小さく構成されている。さらに、磁石３の軸方向一端面とヨーク４の軸方向一端面とが軸方向に対向して設けられている。この構成により、回転角センサを第１実施形態と同様の構成とすることができる。
【００９２】
なお、以上説明した第１から第６実施形態でのヨーク４は、第１から第４のヨーク４ａ〜４ｄから構成されており、この第１から第４のヨーク４ａ〜４ｄは、それぞれ周方向の略９０度間隔にギャップ４１を介して設けられているが、図１６に示すように、ヨーク４を２つのヨーク４ｅ、４ｆのみから構成してもよい。この場合、ヨーク４ｅ、４ｆは、例えば周方向の略１８０度間隔にギャップ４１を介して設けられ、２つのギャップ４１のいずれか一方に磁気センサ５ｃが設けられる。また、ヨーク４を４つ以上で構成していてもよい。
【００９３】
［第７実施形態］
図１７は、磁気センサ５ａ、５ｂの出力電圧Ｖａ，Ｖｂの理想の周期波形を示したグラフである。図１８は、理想の回転角演算部６の出力電圧Ｖｌを示したグラフである。
【００９４】
磁気センサ５ａ、５ｂの出力電圧Ｖａ，Ｖｂの周期波形は、図１７に示すように、所定の幅で区切られた直線部Ｖａｌ１、Ｖａｌ２、Ｖａｌ３、Ｖｂｌ１、Ｖｂｌ２を有する９０度位相のずれた略三角波形となる。そして、回転角演算部６は、第１実施形態で説明した演算を行い、直線部Ｖａｌ１、Ｖａｌ２、Ｖａｌ３、Ｖｂｌ１、Ｖｂｌ２を図１８に示す直線部ＶａＬ１、ＶａＬ２、ＶａＬ３、ＶｂＬ１、ＶｂＬ２となるように、傾きの符号を一致させ、且つ平行移動させる。そして、直線部ＶａＬ１、ＶａＬ２、ＶａＬ３、ＶｂＬ１、ＶｂＬ２をそれぞれつなぎ合わせて一直線とする。これにより、回転角演算部６が回転軸２の３６０度の絶対角を正確に検出することができる。
【００９５】
しかしながら、磁気センサ５は、磁石３から発生する磁束量を磁束密度として検出するが、実際、例えば磁石３の形状誤差等によって、磁石３から発生する磁束にばらつきが生じ、磁気センサ５の出力電圧Ｖａ，Ｖｂにもばらつきが生じてしまう。さらに、磁気センサ５の出力電圧Ｖａ，Ｖｂにばらつきが生じることで、回転角演算部６の出力電圧Ｖｌにもばらつきが生じてしまう。そのため、図１８に示す直線部ＶａＬ１、ＶａＬ２、ＶａＬ３、ＶｂＬ１、ＶｂＬ２がつなぎ合わされるそれぞれのつなぎ合わせ部Ｐ１〜Ｐ３の電圧値が必ずしも一致せず、直線部ＶａＬ１、ＶａＬ２、ＶａＬ３、ＶｂＬ１、ＶｂＬ２をつなぎ合わせた線が１本の線とならない。
【００９６】
そこで、本実施形態では、磁気センサ５の出力電圧Ｖａ，Ｖｂにばらつきが生じた場合において、その出力電圧Ｖａ，Ｖｂの周期波形の所定の幅で区切られた直線部Ｖａｌ１、Ｖａｌ２、Ｖａｌ３、Ｖｂｌ１、Ｖｂｌ２のそれぞれ傾きの符号を一致させ、且つ平行移動させた直線部Ｌａ１、Ｌａ２、Ｌａ３、Ｌｂ１、Ｌｂ２をつなぎ合わせた線が略直線となるように補正するための補正方法について説明する。なお、この補正は、回転角演算部６で行われる。
【００９７】
図１９は、磁気センサ５ａ、５ｂの出力電圧Ｖａ，Ｖｂの実際の周期波形の一例を示したグラフである。図２０は、回転角演算部６の出力電圧ＬＨの一例を示したグラフである。図２１は、図２０の回転角演算部６の出力電圧ＬＨのつなぎ合わせ部Ｐ１〜Ｐ３を補正した後のグラフである。図２２は、実際の回転角演算部６の出力電圧ＬＨを補正するための処理手順を示したフローチャートである。
【００９８】
図１９に示すように、実際の磁気センサ５ａ、５ｂの出力電圧Ｖａ，Ｖｂは、ばらつきを生じ、周期波形が必ずしも最大値を軸とした対称の略三角波形にならない。そのため、図２０に示すように、回転角演算部６で傾きの符号を一致させ、且つ平行移動させた直線部Ｌａ１、Ｌａ２、Ｌａ３、Ｌｂ１、Ｌｂ２のそれぞれのつなぎ合わせ部Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３の出力電圧Ｖａ，Ｖｂの値が必ずしも一致しない。これにより、実際の回転角演算部６の出力電圧ＬＨは、１本の線とならない。
【００９９】
そこで、実際の回転角演算部６の出力電圧ＬＨが理想の直線と略一致するように、回転角演算部６での実際の回転角演算部６の出力電圧ＬＨの補正方法について説明する。
【０１００】
磁気センサ５ａ、５ｂの出力電圧Ｖａ、Ｖｂの周期波形は、９０度位相のずれた周期波形となるため、出力電圧Ｖａの周期波形と出力電圧Ｖｂの周期波形とが交差（一致）する点が２点存在する。そして、図２２に示すステップＳ１００では、その２つの交差点Ｘｍａｘ、Ｘｍｉｎの出力電圧ＶＸＨ、ＶＸＬをそれぞれ算出し、ステップＳ１０１に進む。
【０１０１】
ステップＳ１０１では、ステップＳ１００で算出した出力電圧ＶＸＨ、ＶＨＬに基づいて、出力電圧ＶＸＨ、ＶＨＬの中間電圧ＶＸＭを演算し、ステップＳ１０２に進む。なお、ここでは、以下の式▲１▼の演算により出力電圧ＶＸＨ、ＶＨＬの中間電圧ＶＸＭを求めることができる。
【０１０２】
ＶＸＭ＝（ＶＸＨ＋ＶＸＬ）／２・・・・・▲１▼
ステップＳ１０２では、回転角演算部６が第１実施形態で説明した演算処理（図５参照）を行い、直線部Ｌａ１、Ｌａ２、Ｌａ３、Ｌｂ１、Ｌｂ２のそれぞれのつなぎ合わせ部Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３を決定する。なお、図５のステップＳ１の３．０が出力電圧ＶＸＨに、ステップＳ２の２．０が出力電圧ＶＸＬに、ステップＳ４、Ｓ５の２．５が中間電圧ＶＸＭに相当する。
【０１０３】
ここで、つなぎ合わせ部Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３の決定方法を具体的に説明する。まず、上述したように、実際の直線部Ｌａ１、Ｌａ２、Ｌａ３、Ｌｂ１、Ｌｂ２のそれぞれのつなぎ合わせ部の電圧Ｐ１０〜Ｐ１７は、一致していない。このため、例えば直線部Ｌｂ１の電圧Ｐ１１と直線部Ｌａ３の電圧Ｐ１０との偏差に基づき、直線部Ｌｂ１の電圧Ｐ１１が直線部Ｌａ３の電圧Ｐ１０に一致するように直線部Ｌｂ１の電圧Ｐ１１を平行移動させ、直線部Ｌａ１の電圧Ｐ１３と補正後の直線部Ｌｂ１の電圧Ｐ１２との偏差に基づき、直線部Ｌａ１の電圧Ｐ１３が補正後の直線部Ｌｂ１の電圧Ｐ１２に一致するように直線部Ｌａ１の電圧Ｐ１３を平行移動させる。そして、直線部Ｌｂ２の電圧Ｐ１５を補正後の直線部Ｌａ１の電圧Ｐ１４に、直線部Ｌａ２の電圧Ｐ１７を補正後の直線部Ｌｂ２の電圧Ｐ１６にそれぞれ順番に一致するように平行移動させていくことで、１本の線となる。なお、このとき、直線部Ｌａ１、Ｌａ２、Ｌａ３、Ｌｂ１、Ｌｂ２の傾きを変えずに平行移動させる。そのため、平行移動した後の直線部Ｌａ２の電圧Ｐ１８は、図２１に示す電圧Ｐ１８ａとなる。
【０１０４】
そして、図２１に示すように、電圧Ｐ９と平行移動した後の電圧Ｐ１８ａとを直線的に結ぶ。これにより、最大値Ｐ１８ａの電圧値ＶＨ及び最小値Ｐ９の電圧値ＶＬから以下の式▲２▼の演算により電圧値ＶＨと電圧値ＶＬとの中間値ＶＭを求めることができる。
【０１０５】
ＶＭ＝（ＶＨ＋ＶＬ）／２・・・・・▲２▼
次に、ステップＳ１０２で求めた電圧値ＶＨと電圧値ＶＬとの中間値ＶＭは、図２１に示す理想の直線の中間値のように必ずしも２．５Ｖとならないため、ステップＳ１０３では、中間値ＶＭを理想の２．５Ｖに補正するための中間電圧補正値Ｖｏｆｓを以下の式▲３▼により演算して求め、ステップＳ１０４に進む。
【０１０６】
Ｖｏｆｓ＝ＶＭ−２．５・・・・・▲３▼
ステップＳ１０２で電圧Ｐ９と平行移動した後の電圧Ｐ１８ａとを直線的に結んだ直線ＬＨの傾きＫは、図２１に示す理想の直線の傾きと必ずしも一致しないため、ステップＳ１０４では、直線ＬＨの傾きＫを理想の直線の傾きに一致させるための傾き補正値Ｋｆを以下の式▲４▼により演算して求め、ステップＳ１０５に進む。
【０１０７】
Ｋｆ＝４／（ＶＨ−ＶＬ）・・・・・▲４▼
ステップＳ１０５では、補正後の回転角演算部６の出力電圧をＶｏｕｔ’、実際の回転角演算部６の出力電圧をＶｊとし、以下の式▲５▼の演算を行い、処理を終了する。これにより、補正後の回転角演算部６の出力電圧Ｖｏｕｔ’（図２１に示す直線部Ｌａ１、Ｌａ２、Ｌａ３、Ｌｂ１、Ｌｂ２）を理想の回転角演算部６の出力電圧Ｖｌ（図２１に示す直線部ＶａＬ１、ＶａＬ２、ＶａＬ３、ＶｂＬ１、ＶｂＬ２）と略一致させることができると共に、回転角演算部６の出力電圧範囲を理想の出力電圧範囲と同じ０．５〜４．５Ｖとすることができ、回転角演算部６が回転軸２の３６０度の絶対角を、誤差を抑制して検出することができる。
【０１０８】
Ｖｏｕｔ’＝（Ｖｊ−２．５＋Ｖｏｆｓ）×Ｋｆ＋２．５・・・・・▲５▼
なお、つなぎ合わせ部Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３は、２つの磁気センサ５ａ、５ｂの出力電圧Ｖａ，Ｖｂの直線部Ｌａ１、Ｌａ２、Ｌａ３、Ｌｂ１、Ｌｂ２がそれぞれ補正されて、つなぎ合わされることから、直線部Ｌａ１、Ｌａ２、Ｌａ３、Ｌｂ１、Ｌｂ２をつなぎ合わせる際に、平行移動させるための補正値がそれぞれ異なるため、つなぎ合わせ部Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３付近での演算負荷が高くなる。このため、本発明の回転角検出装置１が電動パワーステアリング装置１１に具備された場合、ステアリングは、中立位置（回転角０ｄｅｇ）に位置する頻度が高いため、つなぎ合わせ部Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３をステアリングの中立位置（０ｄｅｇ）以外にすることで、２つの異なる電圧信号をつなぎ合わせる頻度が低くなり、回転角演算部６の演算負荷が高くなることを抑制できる。具体的には、磁石３を回転軸２に連結させる際に、周方向に位置合わせをして連結させることで、つなぎ合わせ部Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３をステアリングの中立位置（０ｄｅｇ）以外にすることができる。
【０１０９】
なお、図１９に示す実際の磁気センサ５ａ，５ｂの出力電圧Ｖａ，Ｖｂは、変化しないことから、本実施形態では、回転角検出装置１を電動パワーステアリング装置１１に搭載した時に、ステアリングを２回３６０度左右に回転させて、中間電圧補正値Ｖｏｆｓと傾き補正値Ｋｆとを演算して求める。これにより、中間電圧補正値Ｖｏｆｓと傾き補正値Ｋｆとの演算を１回のみ行うため、回転角演算部６での演算負荷が高くなることを抑制できる。
【０１１０】
［第８実施形態］
図２３は、実際の磁気センサ５ａ、５ｂの出力電圧Ｖａ，Ｖｂの周期波形と理想の磁気センサ５ａ、５ｂの出力電圧Ｖａ，Ｖｂの周期波形とを示したグラフである。
【０１１１】
磁石３から発生する磁束量は、周囲の温度が高くなるにつれて徐々に低減していく。そして、磁石３から発生する磁束量が低減することで、磁気センサ５ａ、５ｂが検出する磁束密度が小さくなり、磁気センサ５ａ、５ｂの出力電圧Ｖａ，Ｖｂも同様に小さくなってしまう。本実施形態では、周囲の温度が高くなることで、磁石３から発生する磁束量の低減による磁気センサ５ａ、５ｂの出力電圧Ｖａ，Ｖｂの出力低下を補正する方法について説明する。
【０１１２】
図２３に示す点線の周期波形は、理想の磁気センサ５ａ、５ｂの出力電圧Ｖａｍ，Ｖｂｍの周期波形である。また、実線の周期波形は、周囲の温度が所定温度であるときの実際の磁気センサ５ａ、５ｂの出力電圧Ｖａｊ、Ｖｂｊの周期波形である。
【０１１３】
磁気センサ５は、周囲の温度を検出する温度検出手段（図示しない）を有しており、温度検出手段で検出した周囲の温度に基づいて、実際の磁気センサ５ａ、５ｂの出力電圧Ｖａｊ，Ｖｂｊをそれぞれ理想の磁気センサ５ａ、５ｂの出力電圧Ｖａｍ，Ｖｂｍに一致させるための補正値が予めマップに記憶されている。なお、予めマップに記憶された補正値は、使用する磁石３の種類もしくは磁石３から発生する磁束量の大きさによって変更させる。
【０１１４】
そして、磁気センサ５は、温度検出手段で検出した周囲の温度に基づき、マップから補正値を決定し、実際の磁気センサ５ａ，５ｂの出力電圧Ｖａｊ，Ｖｂｊを補正する。これにより、実際の磁気センサ５ａ、５ｂの出力電圧Ｖａｊ，Ｖｂｊを理想の出力電圧Ｖａｍ，Ｖｂｍに一致させることができる。よって、磁石３の温度特性による出力電圧Ｖａ，Ｖｂの低下を抑制できる。
【０１１５】
なお、温度検出手段によって周囲の温度に基づいて実際の磁気センサ５ａ、５ｂの出力電圧Ｖａｊ，Ｖｂｊを補正するのではなく、例えば回転角演算部６に理想の磁気センサ５ａ、５ｂの出力電圧Ｖａｍ，Ｖｂｍの最大値Ｖａｍｍａｘ，Ｖｂｍｍａｘ及び最小値Ｖａｍｍｉｎ，Ｖｂｍｍｉｎを予め記憶させておき、実際の磁気センサ５ａ、５ｂの出力電圧Ｖａｊ，Ｖｂｊの最大値Ｖａｊｍａｘ，Ｖｂｊｍａｘ及び最小値Ｖａｊｍｉｎ，Ｖｂｊｍｉｎと、記憶している出力電圧Ｖａｍ，Ｖｂｍの最大値Ｖａｍｍａｘ，Ｖｂｍｍａｘ及び最小値Ｖａｍｍｉｎ，Ｖｂｍｍｉｎとのそれぞれの偏差Ｈｍａｘ，Ｈｍｉｎを演算する。そして、演算した偏差Ｈｍａｘ，Ｈｍｉｎに基づいて、実際の磁気センサ５ａ，５ｂの出力電圧Ｖａｊ，Ｖｂｊの最大値Ｖａｊｍａｘ，Ｖｂｊｍａｘ及び最小値Ｖａｊｍｉｎ，Ｖｂｊｍｉｎを補正する。これにより、実際の磁気センサ５ａ、５ｂの出力電圧Ｖａｊ，Ｖｂｊを理想の電圧信号Ｖａｍ，Ｖｂｍに一致させることができる。
【０１１６】
［第９実施形態］
図２４は、（ａ）は、図１２（ｂ）の磁石３を適用した場合の回転角センサの軸方向平面図、（ｂ）は、本実施形態の磁石３を適用した場合の回転角センサの軸方向平面図である。図２５は、周方向の角度θにおける図２４（ｂ）の磁石３から発生する磁束量φの周期波形を示したグラフである。
【０１１７】
図１２（ｂ）の磁石３は、内周が円形状であって、外周が楕円形状であるため、磁石３の外周側に設けられるヨーク４の内周が円形状である回転角センサに適用した場合、図２４（ａ）に示すように、Ｎ極３ａ及びＳ極３ｂの周方向中央部からヨーク４の内周までの径方向の距離Ｇは、Ｎ極３ａ及びＳ極３ｂの周方向境界部からヨーク４の内周までの径方向の距離よりも長くなってしまう。これにより、Ｎ極３ａ及びＳ極３ｂの周方向中央付近から発生する磁束がヨーク４に流れずに外部への漏洩する磁束が増加してしまう。そのため、ヨーク４内に流れる磁束密度が小さくなり、磁気センサ５の検出値も小さくなってしまう。
【０１１８】
そこで、本実施形態では、外周が楕円形状である磁石３のＮ極３ａ及びＳ極３ｂの周方向中央部からヨーク４の内周までの径方向の距離Ｇを短くすることで、Ｎ極３ａ及びＳ極３ｂの周方向中央部から発生する磁束の漏洩を抑制させる。
【０１１９】
具体的な手段としては、図２４（ｂ）に示すように、外周が楕円形状である磁石３のＮ極３ａ及びＳ極３ｂの周方向境界付近の径方向の厚さを例えば研削等によって薄くすることで、磁石３の外周を略円形状となるようにする。これにより、Ｎ極３ａ及びＳ極３ｂの周方向中央部からヨーク４の内周までの径方向の距離Ｇを短くすることでき、Ｎ極３ａ及びＳ極３ｂの周方向中央部から発生する磁束の漏洩を抑制できる。
【０１２０】
なお、Ｎ極３ａ及びＳ極３ｂの周方向境界付近の径方向の厚さを薄くするが、本発明部分のほぼ一定の磁束量が発生する磁石３のＮ極３ａ及びＳ極３ｂの周方向中央付近の厚さは、薄くしない。これにより、図２５に示すように、範囲Ｘ（Ｎ極３ａの周方向中央付近）と範囲Ｙ（Ｓ極３ｂの周方向中央付近）との磁束量をほぼ一定に設定することができる。
【０１２１】
なお、Ｎ極３ａ及びＳ極３ｂの周方向境界付近の径方向の厚さを薄くすることで、範囲Ｘ及び範囲Ｙ以外の磁石３から発生する磁束は変化するが、回転角演算部６で回転軸２の回転角の３６０度を演算するために、必要でなく問題ない。
【０１２２】
［第１０実施形態］
図２６は、本実施形態の回転角センサの軸方向平面図である。
【０１２３】
第１から第９実施形態でのヨーク４は、金属製からなる軟磁性体で構成されているが、本実施形態でのヨーク４は、第１から第９実施形態のヨーク４よりも径方向の厚さが薄い軟磁性体の板材で構成されている。そして、４本の板材をそれぞれプレス加工（例えば、打ち抜き加工、曲げ加工）によって図２６に示すように成形する。これにより、体積Ｓ分のヨーク４の軽量化が図れる。
【０１２４】
なお、本実施形態でのヨーク４を板材によって構成されているが、金属製のヨーク４を例えば研削等によって、径方向の厚さが薄くなるようにしてもよい。この場合、研削した体積分のヨーク４の軽量化が図れる。
【０１２５】
［第１１実施形態］
図２７は、本実施形態の回転角センサの側面の断面図である。
【０１２６】
図２７（ａ）に示すように、磁石３は、淵３１を有する円板状であって、磁石３の軸方向の厚さＢは、ヨーク４の軸方向の厚さＣよりも厚く構成されている。さらに、磁石３の軸方向両端がヨーク４の軸方向両端よりも軸方向に突出している。また、磁石３は、回転軸２の外周に一体成形されている。
【０１２７】
この構成により、磁石３の淵３１付近から発生する磁束量は、最も大きく、磁石３の軸方向両端がヨーク４の軸方向両端よりも軸方向に突出しているため、外部からの例えば摩耗鉄粉などが磁石３の淵３１に優先的に付着する。これにより、ヨーク４の内周面と対向する磁石３の対向面に外部からの摩耗鉄粉が付着しく難いため、磁石３の対向面からヨーク４の内周面に流れる磁束が変化することを抑制できる。
【０１２８】
また、磁石３は、回転軸２の外周に一体成形されているため、磁石３と回転軸２との同軸度を向上させることができる。
【０１２９】
なお、磁石３は、回転軸２の外周に一体成形されているが、図２７（ｂ）に示すように、樹脂部材９を介して回転軸２の外周に一体成形させていてもよい。
【０１３０】
なお、磁石３の種類は、特に限定することなく、例えばフェライト磁石やプラスティック製のボンド磁石などであってもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）は、本発明の回転角センサの側面図、（ｂ）は、（ａ）のＩ−Ｉ矢視断面図及びこの回転角センサを具備した回転角検出装置である。（第１実施形態）
【図２】本発明の磁石を示した斜視図である。（第１実施形態）
【図３】（ａ）は、本発明の磁石から発生する磁束量φの方向を示した図、（ｂ）は、（ａ）の周方向の角度θにおける磁石から発生する磁束量φの周期波形を示したグラフである。（第１実施形態）
【図４】（ａ）は、磁石が周方向に回転した状態を示した図、（ｂ）は、磁気センサが変換した電気信号の周期波形を示したグラフである。（第１実施形態）
【図５】本発明の回転角演算部での演算手順を示したフローチャートである。（第１実施形態）
【図６】本発明の回転角演算部で演算された電気信号の周期波形を示したグラフである。（第１実施形態）
【図７】（ａ）は、本発明の回転角センサの側面図、（ｂ）は、（ａ）のＶＩＩ−ＶＩＩ矢視断面図及びこの回転角センサを具備した回転角検出装置である。（第２実施形態）
【図８】（ａ）は、回転角検出装置の軸方向断面図、（ｂ）は、（ａ）のＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ矢視断面図である。（第２実施形態）
【図９】外部磁束の流れを示した図である。（第２実施形態）
【図１０】本発明の磁気センサと回転角演算部との接続方法を示した図である。（第３実施形態）
【図１１】本発明の回転角検出装置を電動パワーステアリング装置に適用した図である。（第４実施形態）
【図１２】本発明の磁石の軸方向平面図である。（第５実施形態）
【図１３】（ａ）は、本発明の磁石の軸方向断面図、（ｂ）は、（ａ）のＡ−Ａ矢視断面図である。（第５実施形態）
【図１４】本発明の磁石の軸方向断面図である。（第５実施形態）
【図１５】（ａ）は、本発明の回転角センサの軸方向平面図、（ｂ）は、本発明の回転角センサの側面図である。（第６実施形態）
【図１６】（ａ）は、他の実施例を示した回転角センサの側面図、（ｂ）は、（ａ）のＸ−Ｘ矢視断面図及びこの回転角センサを具備した回転角検出装置である。
【図１７】磁気センサの出力電圧の理想の周期波形を示したグラフである。（第７実施形態）
【図１８】理想の回転角演算部の出力電圧を示したグラフである。（第７実施形態）
【図１９】磁気センサの出力電圧の実際の周期波形の一例を示したグラフである。（第７実施形態）
【図２０】実際の回転角演算部の出力電圧の一例を示したグラフである。（第７実施形態）
【図２１】図２０の実際の回転角演算部の出力電圧のつなぎ合わせ部を補正した後のグラフである。（第７実施形態）
【図２２】実際の回転角演算部の出力電圧を補正するための処理手順を示したフローチャートである。（第７実施形態）
【図２３】実際の磁気センサの出力電圧の周期波形と理想の磁気センサの出力電圧の周期波形とを示したグラフである。（第８実施形態）
【図２４】（ａ）は、図１２（ｂ）の磁石を適用した場合の回転角センサの軸方向平面図、（ｂ）は、本実施形態の磁石を適用した場合の回転角センサの軸方向平面図である。（第９実施形態）
【図２５】周方向の角度θにおける図２４（ｂ）の磁石から発生する磁束量φの周期波形を示したグラフである。（第９実施形態）
【図２６】本実施形態の回転角センサの軸方向平面図である。（第１０実施形態）
【図２７】本実施形態の回転角センサの側面の断面図である。（第１１実施形態）
【符号の説明】
１…回転角検出装置、
２…回転軸、
３…磁石
４…ヨーク、
５…磁気センサ、
６…回転角演算部、
７…磁気シールド

Claims (20)

1. 回転する回転軸と、
   前記回転軸に連結され、且つ周方向に着磁されており、周囲に磁界を形成するリング状の硬磁性体と、
   前記硬磁性体により形成される磁界内に配置されて磁気回路を形成し、この磁気回路が前記回転軸の回転によって前記硬磁性体との相対位置が変化すると、磁束密度が変化するように構成された軟磁性体と、
   前記軟磁性体と非接触に設置され、前記軟磁性体の磁気回路に発生する磁束密度を検出する磁束密度検出器とを備え、
   前記硬磁性体の周方向の所定領域のいずれの部分から発生する磁束量をほぼ一定に設定することを特徴とする回転角センサ。
2. 前記硬磁性体は、磁気極性の異なる第１の磁極と第２の磁極とが連結され、
   前記第１及び第２の磁極の周方向の略中央付近のいずれの部分から発生する前記磁束量をほぼ一定に設定することを特徴とする請求項１記載の回転角センサ。
3. 前記第１及び第２の磁極の周方向の中央部の軸方向の厚さは、前記第１及び第２の磁極の周方向の境界付近の軸方向の厚さよりも薄いことを特徴とする請求項２記載の回転角センサ。
4. 前記第１及び第２の磁極の周方向の中央部の径方向の厚さは、前記第１及び第２の磁極の周方向の境界付近の径方向の厚さよりも薄いことを特徴とする請求項２記載の回転角センサ。
5. 前記硬磁性体は、ほぼ一定の前記磁束量に変換するための補助軟磁性体を有し、
   前記第１及び第２の磁極の外周で、且つ周方向の略中央付近に前記補助軟磁性体が設けられることを特徴とする請求項２記載の回転角センサ。
6. 前記硬磁性体の軸方向の厚さは、前記軟磁性体の軸方向の厚さよりも薄く、
   前記硬磁性体と前記軟磁性体との軸方向の厚さ方向の中心が全周に渡って軸方向に一致して設けられることを特徴とする請求項１から５のいずれか１つに記載の回転角センサ。
7. 前記軟磁性体の外周側は、磁気シールドによって覆われていることを特徴とする請求項１から６のいずれか１つに記載の回転角センサ。
8. 前記軟磁性体は、前記硬磁性体の外周側に設けられ、且つ周方向の略９０度毎に放射状の第１から第４のギャップが形成され、
   前記磁気ヨークの外周から前記磁気シールドまでの径方向の距離は、前記第１から第４のギャップの周方向の長さよりも大きいことを特徴とする請求項７記載の回転角センサ。
9. 請求項１から８のいずれか１つに記載の回転角センサを具備した回転角検出装置において、
   前記硬磁性体は、前記第１及び第２の磁極が周方向略１８０度間隔に連結され、
   前記軟磁性体は、前記硬磁性体の外周側に設けられ、且つ周方向の略９０度毎に放射状のギャップが形成され、
   前記磁束密度検出器は、周方向に連続した２つのギャップ内にそれぞれ１つずつ配置され、且つこの前記ギャップ内に発生する磁束密度を検出すると共に、電気信号に変換し、
   前記磁束密度検出器で変換された前記電気信号に基づいて前記回転軸の回転角を演算するための回転角演算部を有していることを特徴とする回転角検出装置。
10. 前記回転角演算部は、２つの前記磁束密度検出器で変換された前記電気信号をそれぞれつなぎ合わせて前記回転軸の回転角を演算することを特徴とする請求項９記載の回転角検出装置。
11. 前記回転角演算部は、加減乗除の少なくとも１つによって前記回転軸の回転角を演算することを特徴とする請求項９又は１０記載の回転角検出装置。
12. 前記回転軸は、車両のステアリングと連結されるステアリング軸であることを特徴とする請求項１から１１のいずれか１つに記載の回転角センサ及び回転角検出装置。
13. 回転する回転軸と、
    前記回転軸に連結されると共に、磁気極性の異なる第１の磁極と第２の磁極とが周方向略１８０度間隔に連結されたリング状の硬磁性体と、
    前記硬磁性体の外周側に設けられると共に、周方向の略９０度毎に放射状のギャップが形成され、前記回転軸の回転によって前記硬磁性体との相対位置が変化すると、前記ギャップ内に発生する磁束密度が変化するように構成された軟磁性体と、
    周方向に連続した２つのギャップ内にそれぞれ１つずつ配置され、前記２つのギャップ内に発生する磁束密度を検出して電気信号に変換する磁束密度検出器と、
    前記磁束密度検出器で変換した２つの前記電気信号に基づいて、前記回転軸の回転角を演算するための回転角演算部とを備えた回転角検出装置において、
    前記硬磁性体の周方向の所定領域のいずれの部分から発生する磁束量がほぼ一定に設定され、
    前記磁束密度検出器で変換した２つの前記電気信号は、直線部を有する略９０度位相のずれた略三角波であって、
    前記回転角演算部での前記回転角の演算は、前記２つの電気信号の直線部をつなぎ合わせた線が略直線となるように実際の前記直線部の前記電気信号を補正して行われることを特徴とする回転角検出装置。
14. 前記磁束密度検出器で変換した２つの電気信号は、前記回転軸の回転角に対する電圧値であって、
    実際の前記直線部の前記電圧信号の補正は、前記２つの電気信号の直線部を所定の幅で区切って抽出し、
    抽出したそれぞれの前記直線部の傾きの符号を一致させると共に、それぞれの前記直線部がつなぎ合わされるつなぎ合わせ部の電圧値が一致するように平行移動させて１本の線を生成し、
    生成した前記１本の線の最大電圧値と最小電圧値とを直線的に結び、
    前記最大電圧値と前記最小電圧値とを結んだ直線の中間電圧値を理想の中間電圧値に補正するための電圧補正値を決定し、
    前記最大電圧値と前記最小電圧値とを結んだ直線の傾きを理想の傾きに補正するための傾き補正値を決定することを特徴とする請求項１３記載の回転角検出装置。
15. 周囲の温度を検出する温度検出手段を有し、
    前記磁束密度検出器は、前記温度検出手段で検出した温度に基づいて、２つの前記磁束密度検出器で変換された前記電気信号を補正することを特徴とする請求項１３又は１４記載の回転角検出装置。
16. 前記磁束密度検出器には、前記温度に応じて前記電気信号を補正するための電圧信号補正値が予めマップに記憶されており、
    前記電圧信号の補正は、前記マップに記憶されている前記電圧信号補正値によって行われることを特徴とする請求項１５記載の回転角検出装置。
17. 前記回転角演算部には、理想の前記電気信号の最大電圧信号値及び最小電圧信号値が予め記憶されており、
    実際の前記電気信号の最大電圧信号値と理想の前記最大電圧信号値との第１の偏差及び実際の前記電気信号の最小電圧信号値と理想の前記最小電圧信号値と第２の偏差をそれぞれ演算し、
    演算された前記第１及び第２の偏差に基づいて、実際の前記最大電圧信号値及び前記最小電圧信号値を補正することを特徴とする請求項１３又は１４記載の回転角検出装置。
18. 前記第１及び第２の磁極の径方向の厚さは、周方向中央部に向かって漸減していることを特徴とする請求項２記載の回転角センサ。
19. 前記硬磁性体及び前記軟磁性体の内周が円形状であって、前記第１及び第２の磁極の周方向の中央部の径方向の厚さよりも厚い境界付近の径方向の厚さを薄くすることで、前記硬磁性体の外周を略円形状にすることを特徴とする請求項１８記載の回転角センサ。
20. 前記硬磁性体の軸方向の厚さは、前記軟磁性体の軸方向の厚さよりも厚く、
    前記硬磁性体の軸方向両端が前記軟磁性体の軸方向両端よりも軸方向に突出して設けられることを特徴とする請求項１から５、請求項１８及び請求項１９のいずれか１つに記載の回転角センサ。

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