JP2005003590A - 回転角度検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ステータヨークを用いることなく、組付誤差等によってホール素子と補助磁石にズレが生じても、補助磁石からホールＩＣに与えられるオフセット磁束が変動するのを防ぐ。
【解決手段】ホール素子２のＺ軸周りを覆うように補助磁石８を配置することで、ホール素子２の位置が補助磁石８に対してＸ軸方向にズレても、オフセット磁束の変動が抑えられる。また、ホール素子２の組付位置が補助磁石８のＹ軸方向にズレても、オフセット磁束の変動が抑えられる。さらに、補助磁石８のＺ軸方向の寸法（筒方向長）を調整することで、補助磁石８の中心からホール素子２がＺ軸方向にズレても、オフセット磁束の変動を抑えられる。即ち、ホール素子２の位置が補助磁石８の中心から３次元方向へズレても、オフセット磁束のズレを防ぐことができ、検出精度の低下を招かない。
【選択図】 図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、２つの部材（例えば、回転部材と非回転部材）の相対回転角度を検出する回転角度検出装置に関する。
【０００２】
【発明の背景】
従来の回転角度検出装置の概略構造を図２７を参照して説明する。
回転角度検出装置は、直径方向に分割された略円筒状を呈し、同一方向に向く磁極の磁石（以下、主磁石Ｊ１ ）が配置された磁性体製のロータＪ２ と、このロータＪ２ の内部に固定配置された磁気検出素子Ｊ３ （例えば、ホールＩＣ）とを備える。そして、主磁石Ｊ１ と磁気検出素子Ｊ３ との相対回転角度が変化すると、磁気検出素子Ｊ３ を通過する磁束密度（磁力）が変化して磁気検出素子Ｊ３ の出力信号が変化する。
即ち、回転角度検出装置は、磁気検出素子Ｊ３ の出力信号に基づいて、主磁石Ｊ１ 側の部材と、磁気検出素子Ｊ３ 側の部材との相対回転角度を検出するものである。
【０００３】
上記構成を採用する回転角度検出装置における典型的な回転角度と磁気検出素子Ｊ３ を通過する磁束密度（以下、磁気検出素子Ｊ３ を通過する磁束密度を、単に磁束密度と称す）の関係を図２（ａ）に示す。この図２（ａ）に示されるように、図２７（ａ）で磁気検出素子Ｊ３ を中心として、主磁石Ｊ１ が右方向に回転した際の磁束密度変化による磁気検出素子Ｊ３ の出力範囲を正側、左方向に回転した際の磁束密度変化による磁気検出素子Ｊ３ の出力範囲を負側とした場合、磁気検出素子Ｊ３ の使用出力範囲を、正側または負側のどちらかで使用すると、±９０°で磁束密度が折り返すため、検出限界は±９０°の範囲になる。
一般的に、主磁石Ｊ１ として永久磁石が用いられる。永久磁石は、温度によって磁束が変化する特性を有している。しかし、磁束密度が０（ｍＴ、以下単位省略）の時に、温度特性の変化が最も少なくなる。このため、磁束密度０付近の磁気検出精度が高くなる。
【０００４】
ここで、例えば回転角度検出装置をスロットルバルブの開度を検出する手段に用いる場合、アイドリング付近の微少開度を高い精度で検出する要求のために、磁束密度０付近をスロットルバルブの０°位置として使用する要求がある。
すると、スロットルバルブの検出範囲は、０°〜９０°の範囲に限られてしまい、９０°以上を検出することができなくなってしまう。
即ち、スロットルバルブに適用する場合に限らず、従来の回転角度検出装置は、角度０°の基準角を磁束密度０付近に設定すると、９０°以上を検出することができず、検出角度範囲は０°〜９０°に限定されてしまう。
【０００５】
また、検出精度を高めるためには、検出角度範囲における磁束密度の変化特性が直線性（以下、単に直線性と称す）であることが求められる。
しかし、磁気検出素子Ｊ３ の出力はサインカーブを描くため、直線性の高い検出範囲が狭く、検出範囲を広げようとすると図２（ａ）に示すように直線性が低下してしまう。
【０００６】
上記の不具合を解決する手段として、図２８に示すように、磁気検出素子Ｊ３ の近傍に補助磁石Ｊ４ を配置し、磁気検出素子Ｊ３ の磁気検出方向に一定の磁力を与えることで、温度特性によって磁束密度が変化しない磁束密度０付近に角度０°の基準角を設定しつつ、検出角度の範囲を９０°以上に拡大したり、直線性の高い検出範囲を広げる技術が提案されている（周知技術ではない：例えば、特許文献１参照）。
【０００７】
【特許文献１】
特願２００２−２８５３７８
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記の特許文献１に示す技術では、図２９の下側に示すように、単に磁気検出素子Ｊ３ の近傍に補助磁石Ｊ４ を配置して、磁気検出素子Ｊ３ の磁気検出方向に一定の磁力を与える場合、補助磁石Ｊ４ が開磁路であるため、補助磁石Ｊ４ と磁気検出素子Ｊ３ の距離（図２９中ではＸ軸方向の距離で表す）が変化すると、図２９の上側グラフに示すように、磁気検出素子Ｊ３ の検出する磁束密度が大きく変動してしまう。
すると、補助磁石Ｊ４ によるオフセット後に磁束密度が０となる主磁石Ｊ１ の回転角度が変動することになり、検出精度の低下を招いてしまう。
【０００９】
また、図３０に示すように、磁気検出素子Ｊ３ に対して常に相対回転角度が変化せずに、主磁石Ｊ１ の発生した磁束を磁気検出素子Ｊ３ へ効率的に導くためのステータヨークＪ５ を用いる場合、補助磁石Ｊ４ が閉磁路化するため磁気検出素子Ｊ３ と補助磁石Ｊ４ の相対距離のズレの影響を小さく抑えることができる。
しかし、ステータヨークＪ５ を用いることによって部品数が増加してしまう。また、そのステータヨークＪ５ の残留磁束によって磁気検出素子Ｊ３ に与えられる磁束密度にヒステリシスが発生するため、検出精度が劣化してしまう。
【００１０】
【発明の目的】
本発明の回転角度検出装置は、主磁石によって磁気検出素子に与えられる磁束密度を補助磁石によって異なる値に変更（オフセット）させる技術に適用される発明であり、磁気検出素子に対して相対回転角度が変化しないヨーク（磁気検出素子が非回転部材の場合はステータヨークであり、磁気検出素子が回転部材の場合はロータヨークである）を廃止してヨークの残留磁束の影響によって検出精度が劣化するのを防ぐとともに、組付誤差等によって磁気検出素子と補助磁石に相対距離のズレが生じても、補助磁石によるオフセット値（磁気検出素子に与えられる磁束密度の変更量）が変動するのを防ぐことを目的としている。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
〔請求項１の手段〕
請求項１の手段を採用する回転角度検出装置は、磁気検出素子の周りを囲むように配置された補助磁石が磁気検出素子の磁気検出方向に一定の磁力を与えることによって、主磁石により磁束密度が０となる主磁石角度を補助磁石によって他の角度にオフセットさせることができる。
即ち、温度特性によって磁束密度が変化しない磁束密度０の主磁石角度を任意に設定（オフセット量の設定）できる。
このオフセット量の設定によって、温度特性によって磁束密度が変化しない磁束密度０の主磁石角度を、オフセット前の磁束密度０となる角度より移動させて基準角（角度０°）に設定できるため、検出角度範囲を９０°以上に拡大することができる。
また、主磁石により磁束密度が０となる基準角を補助磁石によって他の角度にオフセットさせることにより、磁気検出素子の出力のうち、直線性の高い部分を多く用いて回転角度を検出することが可能になる。即ち、直線性の高い検出範囲を広げることが可能になり、広い検出範囲を高い精度で検出できる。
【００１２】
また、請求項１の手段を採用する回転角度検出装置は、磁気検出素子の周りを囲むように補助磁石が配置されている。
これによって、磁気検出素子の周りが全包囲磁気ギャップとなる。このため、磁気検出素子と補助磁石の相対距離が、磁気検出素子を囲む補助磁石の内側でズレても、補助磁石が磁気検出素子へ与える磁束密度の変化が抑えられ、補助磁石によるオフセット量の変動が抑えられる。
即ち、磁気検出素子と補助磁石の相対距離が、磁気検出素子を囲む補助磁石の内側でズレても、磁束密度０の主磁石角度（基準角）がズレるのを防ぐことができ、検出精度の低下を招かない。
【００１３】
さらに、請求項１の手段を採用する回転角度検出装置は、磁気検出素子に対して相対回転角度が変化せずに、主磁石の発生した磁束を磁気検出素子へ効率的に導くためのヨーク（磁気検出素子が非回転部材の場合はステータヨーク、磁気検出素子が回転部材の場合はロータヨーク）を用いない。このヨークを用いないことにより、部品数を抑えることができる。
また、磁気検出素子に対して相対回転角度が変化しないヨークを用いないため、そのヨークの残留磁束の影響が発生しない。即ち、ヨークの残留磁束が磁気検出素子に与える磁束密度のヒステリシスが発生しなくなるため、ヨークを用いることによる検出精度の劣化を防ぐことができる。
【００１４】
〔請求項２の手段〕
請求項２の手段を採用する回転角度検出装置は、磁気検出素子の両側に配置された補助磁石が磁気検出素子の磁気検出方向に一定の磁力を与えることによって、主磁石により磁束密度が０となる主磁石角度を補助磁石によって他の角度にオフセットさせることができる。
即ち、上述した請求項１の手段と同様、温度特性によって磁束密度が変化しない磁束密度０の主磁石角度を任意に設定（オフセット量の設定）できる。
このオフセット量の設定によって、温度特性によって磁束密度が変化しない磁束密度０の主磁石角度を、オフセット前の磁束密度０となる角度より移動させて基準角（角度０°）に設定できるため、検出角度範囲を９０°以上に拡大することができる。
また、主磁石により磁束密度が０となる主磁石角度（基準角）を補助磁石によって他の角度にオフセットさせることにより、磁気検出素子の出力のうち、直線性の高い部分を多く用いて回転角度を検出することが可能になる。即ち、直線性の高い検出範囲を広げることが可能になり、広い検出範囲を高い精度で検出できる。
【００１５】
また、請求項２の手段を採用する回転角度検出装置は、磁気検出素子の両側に補助磁石が配置される。
このため、磁気検出素子と補助磁石の相対距離が、補助磁石が磁気検出素子を挟む方向（補助磁石の一方側あるいは他方側）へズレても、補助磁石が磁気検出素子へ与える磁束密度の変化が抑えられ、補助磁石によるオフセット量の変動が抑えられる。
即ち、磁気検出素子と補助磁石の相対距離が、補助磁石が磁気検出素子を挟む方向へズレても、磁束密度０の主磁石角度（基準角）がズレるのを防ぐことができ、検出精度の低下を招かない。
【００１６】
さらに、請求項２の手段を採用する回転角度検出装置は、上述した請求項１の手段と同様、磁気検出素子に対して相対回転角度が変化せずに、主磁石の発生した磁束を磁気検出素子へ効率的に導くためのヨークを用いない。このヨークを用いないことにより、部品数を抑えることができる。
また、磁気検出素子に対して相対回転角度が変化しないヨークを用いないため、そのヨークの残留磁束の影響が発生しない。即ち、ヨークの残留磁束が磁気検出素子に与える磁束密度のヒステリシスが発生しなくなるため、ヨークを用いることによる検出精度の劣化を防ぐことができる。
【００１７】
〔請求項３の手段〕
請求項３の手段を採用する回転角度検出装置は、補助磁石が磁気検出素子に与える磁束方向と、磁気検出素子の磁気検出方向とが平行でなく、オフセット角を有するものである。
このように、補助磁石が磁気検出素子に与える磁束方向と、磁気検出素子の磁気検出方向とにオフセット角を持たせたことにより、オフセット角を調整することで、磁気検出素子の検出する磁束密度を調整することができる。即ち、オフセット角を調整することにより、磁束密度０の主磁石角度（基準角）を任意に調整できる。
【００１８】
〔請求項４の手段〕
請求項４の手段を採用する回転角度検出装置の主磁石と補助磁石は、ともに温度特性が同一の永久磁石である。
このように設けられることにより、温度変化によって磁束密度０の主磁石角度（基準角）が変化する不具合を回避できる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を、複数の実施例と変形例を用いて説明する。以下で説明する第１〜第８実施例は第１発明（請求項１の発明）に対応した実施例であり、第９〜第１３実施例は第２発明（請求項２の発明）に対応した実施例である。また、第１４実施例〜第１７実施例は第１、第２発明に共通の変形例を示す。
【００２０】
［第１実施例］
図１〜図３を用いて第１実施例を説明する。
まず、図１を参照して回転角度検出装置の基本構成を説明する。なお、図１（ａ）は回転角度検出装置を回転軸方向から見た図であり、図１（ｂ）は回転角度検出装置の回転軸方向に沿う断面図である。
【００２１】
この実施例に示す回転角度検出装置は、例えばスロットルバルブの回転角度（開度）を検出するためのものであり、スロットルバルブと図示しない部材を介して一体に回転するロータ１（回転部材）と、ホール素子２（磁気検出素子の一例）を内蔵するホールＩＣ３とを備える。このホールＩＣ３は、図示しない固定部材（非回転部材）によって支持されて、ホール素子２がロータ１の回転軸上に配置される。
【００２２】
ロータ１は、ホールＩＣ３の周囲、厳密にはホール素子２の周囲に同芯的に配置されたものであり、円筒形状を呈した磁石支持筒４と、ホール素子２に磁力をを与える主磁石５とで構成される。
この主磁石５は、ホール素子２に磁束を与える磁束付与磁石６と、磁束付与磁石６からホール素子２に向けて与えられた磁束を吸引する磁束吸引磁石７とからなる。即ち、磁束付与磁石６の内周面がＮ極の極性で、磁束吸引磁石７の内周面がＳ極の極性を持つように配置されている。
【００２３】
磁束付与磁石６と磁束吸引磁石７は、ホール素子２の両側に距離を隔てて対向配置される。この実施例の磁束付与磁石６と磁束吸引磁石７は、それぞれ半円筒形状を呈するものであり、磁束付与磁石６と磁束吸引磁石７によって直径方向に分割された略円筒形状を呈する。そして、磁束付与磁石６と磁束吸引磁石７の円弧端が対向する部分には所定のエアギャップが形成される。そして、磁束付与磁石６と磁束吸引磁石７は、磁石支持筒４内に固定されて、ホール素子２の周りを囲んで配置される。
なお、磁束付与磁石６および磁束吸引磁石７の少なくとも一方の厚さを変化させて、ホール素子２の設置位置がズレても、主磁石５がホール素子２に与える磁束密度が変化しないように設けても良い。
【００２４】
ロータ１の中心に配置されたホールＩＣ３は、ホール素子２と信号処理回路等を一体化した周知のＩＣであり、ホール素子２の磁気検出面に対して直交する方向（磁気検出方向）の磁束密度に応じた電圧信号を出力する。
【００２５】
上記構成（後述する補助磁石８を搭載していない構成）における回転角度検出装置の作動を、図２（ａ）を参照して説明する。
なお、以下では、図１に示されるように、ロータ１の回転軸をＺ軸とし、このＺ軸と直交する方向で、且つホール素子２の磁気不感方向（磁気検出面に沿う方向）をＸ軸とし、上記Ｚ軸と直交する方向で、且つホール素子２の磁気検出方向（磁気検出面に直交する方向）をＹ軸として説明する。
ここで、磁束付与磁石６と磁束吸引磁石７との間のエアギャップの中心軸がＹ軸方向に向くロータ１の回転角度を０°、磁束付与磁石６と磁束吸引磁石７との間のエアギャップの中心軸がＸ軸方向に向くロータ１の回転角度を９０°（図１参照）とする。
【００２６】
回転角度検出装置は、磁束付与磁石６→ホールＩＣ３（ホール素子２）→磁束吸引磁石７という経路で磁束が流れる磁気回路が形成される。そして、スロットルバルブとともにロータ１が回転すると、ホール素子２の磁気検出面と直交する磁束密度が変化する。
即ち、図２（ａ）に示すように、ロータ１の回転角度が９０°の時にホール素子２の磁気検出面に直交する磁束密度が最大になり、ロータ１の回転角度が９０°より増加しても、逆に９０°より減少しても、回転角度に応じてホール素子２の磁気検出面に直交する磁束密度が減少する。
そして、ロータ１の回転角度が０°の位置では、ホール素子２の磁気検出面と直交する磁束が０になる。
【００２７】
さらに、ロータ１の回転角度が０°よりもマイナス側に回転すると、回転角度に応じてホール素子２の磁気検出面と直交する反対方向の磁束密度が増える。そして、ロータ１の回転角度が−９０°の時にホール素子２の磁気検出面と直交する逆向きの磁束密度が最大になる。
ロータ１の回転角度が−９０°よりもさらにマイナス側に回転すると、回転角度に応じて磁気検出面と直交する反対方向の磁束量が減少を始め、ホール素子２を通過する逆向きの磁束密度が減少する。
【００２８】
（第１実施例の第１の特徴）
「発明の背景」の項でも説明したように、スロットルバルブの開度を検出する回転角度検出装置は、微少開度（アイドリング付近）を高い精度で検出する要求のために、磁束密度０付近をスロットルバルブの０°位置として使用する要求がある。
すると、回転角度検出装置の検出範囲は、０°〜９０°の範囲に限られてしまい、回転角度検出装置で９０°以上を検出することができない。
【００２９】
そこで、この実施例の回転角度検出装置は、ホールＩＣ３に対して常に相対回転角度が変化せず、且つホールＩＣ３に一定の磁束密度を与えて、ホールＩＣ３の検出する磁束密度をオフセットさせる補助磁石８が設けられている。
この実施例の補助磁石８は、Ｚ軸方向から見てホールＩＣ３（ホール素子２）の周りを囲むように配置される。具体的に、この実施例の補助磁石８は、図１に示すように、円筒形状を呈して、ホールＩＣ３（ホール素子２）の周囲を覆うものであり、円筒形状を呈した補助磁石８の中心にホール素子２が来るように図示しない固定部材に取り付けられる。
【００３０】
この実施例の補助磁石８は、磁気検出方向（磁気検出面に対して直角方向）に磁極が向くように着磁されている。
また、この実施例の補助磁石８は、ホール素子２に与えられる磁束密度を加算するように設けられている。具体的には、図１（ａ）に示すように、補助磁石８の上側内周面がＮ極で、下側内周面がＳ極となるように着磁され、主磁石５のみがホール素子２に与える磁束密度が０になった時（図１の状態）でも、補助磁石８がホール素子２に与える磁束の影響によってホールＩＣ３の出力がプラスの出力（加算出力）を発生するように設けられている。なお、補助磁石８がホール素子２に与える磁束密度は、主磁石５がホール素子２に与える最大磁束密度より小さく設けられている。
【００３１】
上記のように設けられることにより、図２（ｂ）に示すように、磁束密度が０となる主磁石角度を補助磁石８によって変化させることができる。具体的に、図２（ｂ）中において、一点鎖線Ａで示すラインが補助磁石８が無くて主磁石５のみによる回転角度と磁束密度との関係を示すものであるが、補助磁石８を配置したことにより、磁束密度が０となる主磁石角度が、矢印で示す磁束密度αに相当する角度分オフセットできる。
なお、主磁石５（磁束付与磁石６と磁束吸引磁石７）と補助磁石８は、ともに温度特性が同一の永久磁石である。即ち、主磁石５と補助磁石８は、同一材料（例えば、希土類磁石、フェライト磁石、アルニコ磁石、フェライト樹脂に着磁した磁石等）の永久磁石である。このため、温度変化によって磁束密度が０になる角度が変化する不具合を回避できる。
【００３２】
（第１の効果）
本実施例の回転角度検出装置は、温度特性によって磁束密度が変化しない磁束密度０付近に、スロットルバルブにおいて検出精度が最も要求されるスロットルバルブの０°付近を設定しつつ、検出角度の範囲βを９０°以上に拡大することができる。このため、スロットル開度が９０°以上のスロットルバルブの開度を回転角度検出装置で検出することができる。
また、ホールＩＣ３の出力のうち、直線性の高い部分を多く用いて回転角度を検出することができる。即ち、直線性の高い検出範囲を広げることができ、検出精度を高めることができる。
【００３３】
（第１実施例の第２の特徴）
ホール素子２のＺ軸周りを覆うように円筒形状の補助磁石８が配置されるため、ホール素子２の位置が補助磁石８に対してＸ軸方向にズレても、図３（ａ）に示すように、補助磁石８がホール素子２に与える磁束密度（オフセット磁束）の変動が抑えられる。即ち、磁束密度０の主磁石角度（基準角）がズレるのを防ぐことができ、検出精度の低下を招かない。
同様に、ホール素子２のＺ軸周りを覆うように円筒形状の補助磁石８が配置されるため、ホール素子２の組付位置が補助磁石８のＹ軸方向にズレても、図３（ｂ）に示すように、補助磁石８がホール素子２に与える磁束密度（オフセット磁束）の変動が抑えられる。即ち、磁束密度０の主磁石角度（基準角）がズレるのを防ぐことができ、検出精度の低下を招かない。
このように、Ｚ軸方向から見て、ホール素子２の周りを囲むように補助磁石８を配置することにより、補助磁石８の中心からＺ軸周り（Ｘ軸とＹ軸による２次元方向）にホール素子２がズレても、磁束密度０の主磁石角度（基準角）がズレるのを防ぐことができ、検出精度の低下を招かない。
【００３４】
一方、円筒形状を呈する補助磁石８は、Ｚ軸方向の両端側で漏れ磁束が大きくなる。
そこで、補助磁石８のＺ軸方向の寸法（筒方向長）を長く設けることにより、図３（ｃ）に示すように、漏れ磁束の影響の無いＺ軸領域を長く得ることができる。即ち、補助磁石８のＺ軸方向の寸法（筒方向長）を調整することで、補助磁石８の中心からホール素子２がＺ軸方向にズレても、補助磁石８がホール素子２に与える磁束密度（オフセット磁束）の変動を抑えることができ、検出精度の低下を招かない。
【００３５】
（第２の効果）
本実施例の回転角度検出装置は、上述したように、Ｚ軸方向から見て、ホール素子２の周囲を補助磁石８で囲み、且つ補助磁石８のＺ軸方向の寸法（筒方向長）を調整することによって、ホール素子２の位置が補助磁石８の中心から３次元方向（Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸による３次元方向）へズレても、磁束密度０の主磁石角度（基準角）がズレるのを防ぐことができ、検出精度の低下を招かない。
【００３６】
（第１実施例の第３の特徴および効果）
本実施例の回転角度検出装置は、「発明の背景」の項で示したステータヨーク（図３０の符号Ｊ５ 参照）を用いることなく、上述した第２の効果を得ることができる。
しかし、ステータヨークを用いると、部品数が増加してしまう。また、ステータヨークの残留磁束によってホール素子２に与えられる磁束密度にヒステリシスが発生して検出精度が劣化する。
【００３７】
本実施例ではステータヨークを用いていないため、部品数を減らすことができ、回転角度検出装置のコストを抑えることができる。
また、ステータヨークを用いないため、ステータヨークの残留磁束の影響が発生しない。即ち、ステータヨークの残留磁束がホール素子２に与える磁束密度のヒステリシスが発生しなくなるため、ステータヨークを用いることによる検出精度の劣化を防ぐことができる。
【００３８】
［第２実施例］
図４を用いて第２実施例を説明する。この図４（ａ）は回転角度検出装置をＺ軸方向から見た図であり、図４（ｂ）は回転角度検出装置のＺ軸方向に沿う断面図である。なお、この第２実施例以降における第１実施例と同一符号は、特に説明を加えない限り同一機能物を示すものである。
上記の第１実施例では、補助磁石８を円筒形状に設けた例を示したが、この実施例では、補助磁石８を断面が矩形の筒形状に設けたものである。
このような構成を採用しても、第１実施例と同様の作用効果を得ることができる。
【００３９】
［第３実施例］
図５を用いて第３実施例を説明する。この図５（ａ）は回転角度検出装置をＺ軸方向から見た図であり、図５（ｂ）は回転角度検出装置のＺ軸方向に沿う断面図である。
上記の第１実施例では、１つの円筒形状の補助磁石８でホールＩＣ３（ホール素子２）を囲む例を示したが、この実施例では、半円筒形状を呈する２つの補助磁石８を組み合わせて、ホールＩＣ３（ホール素子２）を囲むように設けたものである。
このような構成を採用しても、第１実施例と同様の作用効果を得ることができる。
【００４０】
［第４実施例］
図６を用いて第４実施例を説明する。この図６（ａ）は回転角度検出装置をＺ軸方向から見た図であり、図６（ｂ）は回転角度検出装置のＺ軸方向に沿う断面図である。
この実施例では、板状を呈した複数（この実施例では４つ）の補助磁石８でホールＩＣ３（ホール素子２）の周りを囲むように設けたものである。
このような構成を採用しても、第１実施例と同様の作用効果を得ることができる。
【００４１】
［第５実施例］
図７、図８を用いて第５実施例を説明する。この図７（ａ）は回転角度検出装置をＺ軸方向から見た図であり、図７（ｂ）は回転角度検出装置のＺ軸方向に沿う断面図である。
上記の第１〜第４実施例の補助磁石８は、磁気検出方向（磁気検出面に対して直角方向）に磁束が向くように着磁されている例を示した。
【００４２】
これに対し、本実施例では、補助磁石８の着磁方向は、ホール素子２の磁気検出方向に対しオフセット角θを有する。即ち、補助磁石８がホール素子２に与える磁束方向と、ホール素子２の磁気検出方向とは、平行でなく、オフセット角θを有するものである。
このように、補助磁石８がホール素子２に与える磁束方向と、ホール素子２の磁気検出方向とにオフセット角θを持たせたことにより、図８に示すように、オフセット角θ（図８中、設置角度）を調整することにより、補助磁石８がホール素子２に与える磁束密度（図８中、補極磁束密度）を可変することができる。即ち、オフセット角θを調整することにより、磁束密度０の主磁石角度（基準角）を調整することができる。
【００４３】
［第６実施例］
図９、図１０を用いて第６実施例を説明する。この図９（ａ）は回転角度検出装置をＺ軸方向から見た図であり、図９（ｂ）は回転角度検出装置のＺ軸方向に沿う断面図である。
上記の第１〜第５実施例では、１つのホールＩＣ３（ホール素子２）を用いる例を示したが、この実施例では、２つのホールＩＣ３（ホール素子２）を用いる例を示す。
【００４４】
上記第１〜第５実施例のように、ホールＩＣ３（ホール素子２）が１つの場合は、ホール素子２を回転中心に設置する。本実施例のようにホールＩＣ３（ホール素子２）が２つの場合は、一方のホールＩＣ３のホール素子２を回転中心に設置し、その上に他方のホールＩＣ３を設置する。
すると、図９（ｃ）に示すように、他方のホールＩＣ３のホール素子２が、回転中心よりもホールＩＣ３の厚みａだけズレる。
【００４５】
このような場合は、図１０（ａ）に示すように、２つのホール素子２の中心に、補助磁石８の筒中心が来るように補助磁石８を設置し、２つのホール素子２に同量の磁束密度を与える。即ち、図９（ａ）に示すように、補助磁石８の筒中心を、ａ／２だけ他方のホールＩＣ３側にずらして設置する。
このように設けられることにより、図９（ｂ）に示すように、２つのホール素子２において、磁束密度が０となる主磁石角度（オフセット角）が同量になる。これによって、２つのホールＩＣ３から同じ検出特性を得ることができる。
【００４６】
［第７実施例］
図１１、図１２を用いて第７実施例を説明する。この図１１（ａ）は回転角度検出装置をＺ軸方向から見た図であり、図１１（ｂ）は回転角度検出装置のＺ軸方向に沿う断面図である。
（第７実施例の第１の特徴）
上記の第１実施例では、第１実施例中における図３（ａ）の実線｛図１２（ａ）の破線Ａ’参照｝に示すように、ホール素子２の設置位置が補助磁石８に対してＸ軸方向にズレた場合、ホール素子２と補助磁石８の距離が接近し、補助磁石８からホール素子２へ与えられる磁束密度が増加し、オフセット量が増加してしまう。
【００４７】
そこで、この実施例では、上記の不具合を解決するために、補助磁石８をＺ軸方向から見た厚みを、図１１（ａ）に示すように、Ｙ軸方向が厚く、Ｘ軸方向が薄くなるように設けている。この補助磁石８の厚みの変化は、ホール素子２の設置位置がＸ軸方向へズレるのに応じて変化するホール素子２を通過する磁束密度の変化幅に基づいて設定される。つまり、ホール素子２の設置位置がＸ軸方向へズレても、補助磁石８からホール素子２に与えられる磁束密度が変化しないように設定される。
【００４８】
本実施例の回転角度検出装置は、上記のように設けられることにより、組付誤差等によって、ホール素子２の設置位置が補助磁石８に対してＸ軸方向へズレても、ズレた方向に薄くなった補助磁石８によって、補助磁石８からホール素子２へ与えられる磁束密度の増加をなくすことができる。具体的には、図１２（ａ）の実線Ａに示されるように、ホール素子２の設置位置が中央からＸ軸方向へズレても補助磁石８がホール素子２に与える磁束密度は増加せず、ほぼ一定に保たれる。
即ち、回転角度検出装置の組付誤差等によって、ホール素子２の設置位置がＸ軸方向へズレても補助磁石８がホール素子２に与える磁束密度（オフセット磁束）の変動が抑えられるため、検出精度の低下を招かない。
【００４９】
（第７実施例の第２の特徴）
上記の第１実施例では、第１実施例中における図３（ｃ）｛図１２（ｂ）の破線Ｂ’参照｝に示すように、円筒形状を呈する補助磁石８は、Ｚ軸方向の両端側で漏れ磁束が大きくなる。
そこで、この実施例では、上記の不具合を解決するために、補助磁石８のＺ軸方向に沿う厚みを、図１１（ｂ）に示すように、ホール素子２の設置位置の周囲が薄く、ホール素子２の設置位置より離れる側に厚くなるように設けている。補助磁石８の厚みの変化は、ホール素子２の設置位置がＺ軸方向へズレるのに応じて変化するホール素子２を通過する磁束密度の変化幅に基づいて設定される。即ち、ホール素子２の設置位置がＺ軸方向へズレても、補助磁石８がホール素子２に与える磁束密度が変化しないように設定される。
【００５０】
本実施例の回転角度検出装置は、上記のように設けられることにより、組付誤差等によって、ホール素子２の設置位置が補助磁石８に対してＺ軸方向へズレても、ズレた方向に厚くなった補助磁石８によって、補助磁石８からホール素子２へ与えられる磁束密度の低下をなくすことができる。具体的には、図１２（ｂ）の実線Ｂに示されるように、ホール素子２の設置位置が中央からＺ軸方向へズレても補助磁石８がホール素子２に与える磁束密度は低下せず、ほぼ一定に保たれる。
即ち、回転角度検出装置の組付誤差等によって、ホール素子２の設置位置がＺ軸方向へズレても補助磁石８がホール素子２に与える磁束密度（オフセット磁束）の変動が抑えられるため、検出精度の低下を招かない。
【００５１】
［第８実施例］
図１３、図１４を用いて第８実施例を説明する。この図１３（ａ）は回転角度検出装置をＺ軸方向から見た図であり、図１３（ｂ）は回転角度検出装置のＺ軸方向に沿う断面図である。
上記の第１〜第７実施例は、Ｚ軸方向から見てホールＩＣ３（ホール素子２）の周りを囲むように補助磁石８を配置する例を示した。
これに対し、この第８実施例は、Ｚ軸方向と直交する方向（この実施例ではＹ軸方向）から見て、ホールＩＣ３（ホール素子２）の周りを囲むように補助磁石８を配置したものである。なお、この実施例の補助磁石８は、図１４に示すように矩形の筒形状を呈するものである。
【００５２】
この実施例のように、Ｙ軸方向から見て、ホールＩＣ３（ホール素子２）の周りを補助磁石８で囲むことにより、ホール素子２の位置が補助磁石８のＸ軸方向にズレても補助磁石８がホール素子２に与える磁束密度（オフセット磁束）の変動が抑えられる。また、ホール素子２の組付位置が補助磁石８のＺ軸方向にズレても補助磁石８がホール素子２に与える磁束密度（オフセット磁束）の変動が抑えられる。
即ち、Ｙ軸方向から見て、ホール素子２の周りを囲むように補助磁石８を配置することにより、補助磁石８の中心からＹ軸周り（Ｘ軸とＺ軸による２次元方向）にホール素子２がズレても、補助磁石８がホール素子２に与える磁束密度（オフセット磁束）の変動が抑えられる。
【００５３】
また、この実施例では、図１３（ａ）、（ｂ）に示すように、ホール素子２が補助磁石８の筒方向の端からはみ出る。このように、ホール素子２が補助磁石８の筒方向の端からはみ出ても、補助磁石８の磁力がホール素子２に影響を与えることができれば不具合は生じない。
【００５４】
［第９実施例］
図１５〜図１７を用いて第９実施例を説明する。この図１５（ａ）は回転角度検出装置をＺ軸方向から見た図であり、図１５（ｂ）は回転角度検出装置のＺ軸方向に沿う断面図である。
上記の実施例では、ホール素子２の周りを補助磁石８で囲むことで、ホール素子２のズレの影響を抑える例を示した。
これに対し、以下の実施例では、Ｚ軸方向から見て、あるいはＺ方向と直交する方向から見て、ホール素子２の両側に補助磁石８を配置する例を示す。具体的には、平行配置された２つの板状の補助磁石８の中央にホール素子２を配置する例を示す。
【００５５】
この第９実施例は、Ｚ軸方向から見てホール素子２のＸ軸方向の両側に補助磁石８を配置する例を示す。このように設けられると、図１６（ａ）に示すように、２つの補助磁石８の間には、２つの補助磁石８による合成磁力が発生する。このため、ホール素子２の位置が補助磁石８のＸ軸方向（補助磁石８がホール素子２を挟む方向）にズレても、磁束密度０の主磁石角度（基準角）がズレるのを防ぐことができ、検出精度の低下を招かない。
【００５６】
一方、２枚の補助磁石８は、Ｙ軸方向の両端側で漏れ磁束が大きくなる。そこで、図１７（ｂ）に示すように補助磁石８のＹ軸方向の寸法（板長ｈ）を長く設けることにより、図１６（ｂ）に示すように漏れ磁束の影響の無いＹ軸領域を長く得ることができる。そこで、補助磁石８のＹ軸方向の寸法（板長ｈ）を調整することで、補助磁石８の中心からホール素子２がＹ軸方向にズレても、磁束密度０の主磁石角度（基準角）がズレるのを防ぐことができ、検出精度の低下を招かない。
【００５７】
なお、この実施例では、補助磁石８のＹ軸方向の寸法（板長ｈ）を長く設ける例を示したが、補助磁石８の厚みをホール素子２の設置位置の周囲が薄く、ホール素子２の設置位置よりＹ軸方向へ離れる側に厚く設けて、ホール素子２の設置位置がＹ軸方向へズレても、補助磁石８がホール素子２に与える磁束密度が変化しないように設けても良い。
【００５８】
同様に、２枚の補助磁石８は、Ｚ軸方向の両端側で漏れ磁束が大きくなる。そこで、図１７（ｃ）に示すように補助磁石８のＺ軸方向の寸法（板長ｄ）を長く設けることにより、図１６（ｃ）に示すように漏れ磁束の影響の無いＺ軸領域を長く得ることができる。そこで、補助磁石８のＺ軸方向の寸法（板長ｄ）を調整することで、補助磁石８の中心からホール素子２がＺ軸方向にズレても、磁束密度０の主磁石角度（基準角）がズレるのを防ぐことができ、検出精度の低下を招かない。
【００５９】
なお、この実施例では、補助磁石８のＺ軸方向の寸法（板長ｄ）を長く設ける例を示したが、補助磁石８の厚みをホール素子２の設置位置の周囲が薄く、ホール素子２の設置位置よりＺ軸方向へ離れる側に厚く設けて、ホール素子２の設置位置がＺ軸方向へズレても、補助磁石８がホール素子２に与える磁束密度が変化しないように設けても良い。
【００６０】
［第１０実施例］
図１８を用いて第１０実施例を説明する。この図１８（ａ）はホールＩＣ３と補助磁石８をＺ軸方向から見た図であり、図１８（ｂ）はホールＩＣ３と補助磁石８のＺ軸方向に沿う断面図である。
この第１０実施例は、上述した第６実施例と同様、２つのホールＩＣ３（ホール素子２）を用いるものである。
【００６１】
上記第９実施例のように、ホールＩＣ３（ホール素子２）が１つの場合は、ホール素子２を回転中心に設置する。これに対し、本実施例のようにホールＩＣ３（ホール素子２）が２つの場合は、一方のホールＩＣ３のホール素子２を回転中心に設置し、その上に他方のホールＩＣ３を設置する。
すると、他方のホールＩＣ３のホール素子２が、回転中心よりもホールＩＣ３の厚み分ズレる。
【００６２】
このような場合は、図１８（ａ）、（ｂ）に示すように、２つのホール素子２の中心に、補助磁石８の板中心が来るように設置し、２つのホール素子２に同量の磁束密度を与える。このように設けられることにより、２つのホール素子２において、磁束密度が０となる主磁石角度（オフセット角）が同量になり、２つのホールＩＣ３から同じ検出特性を得ることができる。
【００６３】
［第１１実施例］
図１９、図２０を用いて第１１実施例を説明する。この図１９（ａ）は回転角度検出装置をＺ軸方向から見た図であり、図１９（ｂ）は回転角度検出装置のＺ軸方向に沿う断面図である。
上記第１０実施例は、独立した２つの板状の補助磁石８を用いた例を示したが、この第１１実施例は、図２０に示すように、補助磁石８を断面コ字形に設けて、ホール素子２を両側から挟む２つの補助磁石８を１部品にしたものである。即ち、ホール素子２の両側に配置される補助磁石８と、その補助磁石８を連結する連結部材８ａとを、一体に設けたものである。
このように設けることにより、組付け性が格段に向上する。
【００６４】
［第１２実施例］
図２１を用いて第１２実施例を説明する。この図２１（ａ）は回転角度検出装置をＺ軸方向から見た図であり、図２１（ｂ）は回転角度検出装置のＺ軸方向に沿う断面図である。
上記第９〜第１１実施例は、Ｚ軸方向から見てホール素子２のＸ軸方向の両側に補助磁石８を配置する例を示した。
これに対し、この実施例は、Ｚ軸方向から見てホール素子２のＹ軸方向の両側に補助磁石８を配置したものである。このように設けられることにより、ホール素子２の位置が補助磁石８のＹ軸方向（補助磁石８がホール素子２を挟む方向）にズレても、磁束密度０の主磁石角度（基準角）がズレるのを防ぐことができる。
【００６５】
［第１３実施例］
図２２を用いて第１３実施例を説明する。この図２２（ａ）は回転角度検出装置をＺ軸方向から見た図であり、図２２（ｂ）は回転角度検出装置のＺ軸方向に沿う断面図である。
この第１３実施例は、Ｚ軸に直交する方向（この実施例ではＸ軸方向）から見てホール素子２のＺ軸方向の両側に補助磁石８を配置したものである。このように設けられることにより、ホール素子２の位置が補助磁石８のＺ軸方向（補助磁石８がホール素子２を挟む方向）にズレても、磁束密度０の主磁石角度（基準角）がズレるのを防ぐことができる。
【００６６】
［第１４実施例］
図２３を用いて第１４実施例を説明する。この図２３（ａ）は回転角度検出装置をＺ軸方向から見た図である。
上記の第１〜第１３実施例の補助磁石８は、ホール素子２に磁束密度を加算して与えるように設けていた。
これに対し、この実施例は、図２３（ａ）に示すようにホール素子２に与えられる磁束密度を減算するように補助磁石８を設けたものである。
このように設けられることにより、図２３（ｂ）に示すように、磁束密度が０となる主磁石角度を補助磁石８によってマイナス側にオフセットできる。
【００６７】
［第１５実施例］
図２４を用いて第１５実施例を説明する。この図２４（ａ）は回転角度検出装置をＺ軸方向から見た図であり、図２４（ｂ）は回転角度検出装置のＺ軸方向に沿う断面図である。なお、この実施例は、ロータ１の変形例を示すものであり、図２４中においては補助磁石８を省略して示す。
上記の第１〜第１４実施例のロータ１は、磁束付与磁石６および磁束吸引磁石７が半円筒形状を呈する例を示した。
これに対し、この第１５実施例のロータ１は、Ｚ軸方向から見て、平板形状を呈した磁束付与磁石６および磁束吸引磁石７を平行に配置したものである。
【００６８】
なお、磁束付与磁石６および磁束吸引磁石７の少なくとも一方の厚さを変化させて、ホール素子２の設置位置がズレても、主磁石５がホール素子２に与える磁束密度が変化しないように設けても良い。
【００６９】
［第１６実施例］
図２５を用いて第１６実施例を説明する。この図２５（ａ）は回転角度検出装置をＺ軸方向から見た図であり、図２５（ｂ）は回転角度検出装置のＺ軸方向に沿う断面図である。なお、この実施例は、ロータ１の変形例を示すものであり、図２５中においては補助磁石８を省略して示す。
上記の第１〜第１５実施例のロータ１は、磁束付与磁石６および磁束吸引磁石７を、それぞれ１つの磁石で構成した例を示した。
これに対し、この第１６実施例のロータ１は、磁束付与磁石６および磁束吸引磁石７を複数（この実施例ではそれぞれ２つづつ）の磁石で構成したものである。
【００７０】
なお、磁束付与磁石６および磁束吸引磁石７の少なくとも一方の厚さを変化させて、ホール素子２の設置位置がズレても、主磁石５がホール素子２に与える磁束密度が変化しないように設けても良い。
【００７１】
［第１７実施例］
図２６を用いて第１７実施例を説明する。この図２６（ａ）は回転角度検出装置をＺ軸方向から見た図であり、図２６（ｂ）は回転角度検出装置のＺ軸方向に沿う断面図である。なお、この実施例は、ロータ１の変形例を示すものであり、図２６中においては補助磁石８を省略して示す。
上記の第１〜第１６実施例のロータ１は、磁束付与磁石６および磁束吸引磁石７を、それぞれ独立した別磁石で構成した例を示した。
これに対し、この第１７実施例のロータ１は、磁束付与磁石６および磁束吸引磁石７を１つの磁石で構成したものである。
【００７２】
なお、この実施例のように磁束付与磁石６および磁束吸引磁石７を１つの磁石で構成した場合であっても、磁束付与磁石６および磁束吸引磁石７の少なくとも一方の厚さを変化させて、ホール素子２の設置位置がズレても、主磁石５がホール素子２に与える磁束密度が変化しないように設けても良い。
【００７３】
〔変形例〕
上記の実施例では、固定部材を固定し、ロータ１を回転させた例を示したが、逆にロータ１に相当する部材を固定し、磁気検出素子（実施例ではホール素子２を内蔵するホールＩＣ３）を支持する部材を回転させる構造を採用しても良い。言い換えれば、磁気検出素子を回転させ、主磁石５を固定して磁気検出素子の出力から回転角度を検出しても良い。
【００７４】
上記の実施例では、ホール素子２を内蔵するホールＩＣ３を用いる例を示したが、ホール素子２のみを主磁石５（磁束付与磁石６と磁束吸引磁石７）の内部に配置し、信号処理回路を主磁石５の外部に配置しても良い。つまり、例えば、ホール素子２の信号処理回路を回転角度検出装置から離れた制御装置内に設けても良い。
【００７５】
上記の実施例では、回転角度検出装置の具体的な一例としてスロットルバルブの開度を検出する例を示したが、産業ロボットのアーム部の回転角度等、他の回転角度を検出するように設けても良い。
【図面の簡単な説明】
【図１】回転角度検出装置をＺ軸方向から見た図およびＺ軸方向に沿う断面図である（第１実施例）。
【図２】磁束密度と回転角度の関係を示すグラフである（第１実施例）。
【図３】ホール素子のズレ量とオフセット磁束の関係を示すグラフである（第１実施例）。
【図４】回転角度検出装置をＺ軸方向から見た図およびＺ軸方向に沿う断面図である（第２実施例）。
【図５】回転角度検出装置をＺ軸方向から見た図およびＺ軸方向に沿う断面図である（第３実施例）。
【図６】回転角度検出装置をＺ軸方向から見た図およびＺ軸方向に沿う断面図である（第４実施例）。
【図７】回転角度検出装置をＺ軸方向から見た図およびＺ軸方向に沿う断面図である（第５実施例）。
【図８】補助磁石の設置角度とオフセット磁束の関係を示すグラフである（第５実施例）。
【図９】回転角度検出装置をＺ軸方向から見た図、Ｚ軸方向に沿う断面図および２つのホールＩＣをＺ軸方向から見た図である（第６実施例）。
【図１０】ホール素子のＹ軸方向の設置位置とオフセット磁束の関係を示すグラフである（第６実施例）。
【図１１】回転角度検出装置をＺ軸方向から見た図およびＺ軸方向に沿う断面図である（第７実施例）。
【図１２】ホール素子のズレ量とオフセット磁束の関係を示すグラフである（第７実施例）。
【図１３】回転角度検出装置をＺ軸方向から見た図およびＺ軸方向に沿う断面図である（第８実施例）。
【図１４】補助磁石の三面図である（第８実施例）。
【図１５】回転角度検出装置をＺ軸方向から見た図およびＺ軸方向に沿う断面図である（第９実施例）。
【図１６】ホール素子のズレ量とオフセット磁束の関係を示すグラフである（第９実施例）。
【図１７】ホール素子のズレ量とオフセット磁束の関係を示す斜視図とグラフである（第９実施例）。
【図１８】ホール素子と補助磁石をＺ軸方向から見た図およびＺ軸方向に沿う断面図である（第１０実施例）。
【図１９】回転角度検出装置をＺ軸方向から見た図およびＺ軸方向に沿う断面図である（第１１実施例）。
【図２０】補助磁石の断面図である（第１１実施例）。
【図２１】回転角度検出装置をＺ軸方向から見た図およびＺ軸方向に沿う断面図である（第１２実施例）。
【図２２】回転角度検出装置をＺ軸方向から見た図およびＺ軸方向に沿う断面図である（第１３実施例）。
【図２３】回転角度検出装置をＺ軸方向から見た図および磁束密度と回転角度の関係を示すグラフである（第１４実施例）。
【図２４】回転角度検出装置をＺ軸方向から見た図およびＺ軸方向に沿う断面図である（第１５実施例）。
【図２５】回転角度検出装置をＺ軸方向から見た図およびＺ軸方向に沿う断面図である（第１６実施例）。
【図２６】回転角度検出装置をＺ軸方向から見た図およびＺ軸方向に沿う断面図である（第１７実施例）。
【図２７】回転角度検出装置をＺ軸方向から見た図およびＺ軸方向に沿う断面図である（従来例）。
【図２８】回転角度検出装置をＺ軸方向から見た図およびＺ軸方向に沿う断面図である（参考例）。
【図２９】ホール素子のズレ量とオフセット磁束の関係を示すグラフである（参考例）。
【図３０】回転角度検出装置をＺ軸方向から見た図である（参考例）。
【符号の説明】
１ ロータ
２ ホール素子（磁気検出素子）
３ ホールＩＣ
４ 磁石支持筒
５ 主磁石
６ 磁束付与磁石
７ 磁束吸引磁石
８ 補助磁石

Claims (4)

1. 磁気検出素子と、この磁気検出素子に磁力を与える主磁石とを備え、前記磁気検出素子と前記主磁石の相対回転角度の変化を、前記磁気検出素子に与えられる磁力によって検出する回転角度検出装置において、
   前記磁気検出素子の近傍に、前記磁気検出素子に対して常に相対回転角度が変化せず、且つ前記磁気検出素子の磁気検出方向に一定の磁力を与える補助磁石を備えるものであり、
   この補助磁石は、前記磁気検出素子の周りを囲むように配置されることを特徴とする回転角度検出装置。
2. 磁気検出素子と、この磁気検出素子に磁力を与える主磁石とを備え、前記磁気検出素子と前記主磁石の相対回転角度の変化を、前記磁気検出素子に与えられる磁力によって検出する回転角度検出装置において、
   前記磁気検出素子の近傍に、前記磁気検出素子に対して常に相対回転角度が変化せず、且つ前記磁気検出素子の磁気検出方向に一定の磁力を与える補助磁石を備えるものであり、
   この補助磁石は、前記磁気検出素子の両側に配置されることを特徴とする回転角度検出装置。
3. 請求項１または請求項２に記載の回転角度検出装置において、
   前記補助磁石が前記磁気検出素子に与える磁束方向と、前記磁気検出素子の磁気検出方向とは、平行でなく、オフセット角を有することを特徴とする回転角度検出装置。
4. 請求項１〜請求項３のいずれかに記載の回転角度検出装置において、
   前記主磁石と前記補助磁石は、ともに温度特性が同一の永久磁石であることを特徴とする回転角度検出装置。

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