JP2006258741A - 回転角度検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 従来技術において、２つの磁気センサを用いて検出角度範囲を広くした装置では、磁気センサの微小な位置ズレにより回転検出誤差が大きくなってしまう。
【解決手段】 第１、第２センサ４、５を磁石１から離れた位置に配置し、磁石１がＹ軸方向へ放出する磁束を第１磁気センサ４に導く第１磁束伝達手段２と、磁石１がＸ軸方向へ放出する磁束を第２磁気センサ５に導く第２磁束伝達手段３とを設け、第１磁束伝達手段２の第１磁気ギャップＧ１に第１磁気センサ４を配置し、第２磁束伝達手段３の第２磁気ギャップＧ２に第２磁気センサ５を配置する。第１、第１’磁性部材７、８は、閉磁路を形成し、第２、第２’磁性部材９、１０も閉磁路を形成するため、回転角度検出装置を構成する部品に位置ズレが多少生じても、第１、第２磁気センサ４、５の出力変化が抑えられ、位置ズレによる回転検出誤差の発生が抑えられる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、２つの部材（例えば、回転部材と非回転部材）の相対回転角度を非接触で検出する回転角度検出装置に関する。

（従来例１）
磁石１と、第１、第２磁気センサ４、５とによって、広い範囲の回転角度を検出する回転角度検出装置として、図７に示す従来例１が知られている。
従来例１の回転角度検出装置は、円板状に形成された磁石１（外周縁の軸心とシャフトの回転軸とが略一致し、回転軸に対して垂直方向の一方から他方に向けて磁力線が向くように着磁された永久磁石）と、この磁石１の外縁の上面に配置されて磁石１から与えられる磁束に応じた出力を発生する第１磁気センサ４と、磁石１の外縁の上面に配置されるとともに、第１磁気センサ４に対して回転方向に９０°異なった位置に配置されて磁石１から与えられる磁束に応じた出力を発生する第２磁気センサ５とを備える。

２つの部材が相対回転すると、第１、第２磁気センサ４、５は、ｓｉｎカーブ（正弦曲線）とｃｏｓカーブ（余弦曲線）を出力する｛図３（ａ）参照｝。角度演算装置（マイクロコンピュータ）は、第１、第２磁気センサ４、５の出力を逆三角関数演算で１８０°間隔の右上がりの直線特性に変換し｛図３（ｂ）参照｝、各右上がりの直線特性を繋ぎ合わせる｛図３（ｃ）参照｝。このようにして、回転角度検出装置は、２つの部材の相対角度を０°〜３６０°の広い範囲で検出することができる（例えば、特許文献１参照）。

（従来例１の不具合）
上述した従来例１の回転角度検出装置は、第１、第２磁気センサ４、５が磁石１の円周付近に配置されるものであった。
磁石１の円周付近は、図８中の一点鎖線円αで示すように開磁場であり、第１、第２磁気センサ４、５が磁石１に対向する部位（取付位置）は、図８中の破線円βで示すように磁束ベクトルは一定方向に均一化されておらず、磁石１の外周端部から放射状に延びている。
このため、磁石１に対する第１、第２磁気センサ４、５の微妙な位置ズレ（振動による軸ぶれや組付け誤差等）が生じると、第１、第２磁気センサ４、５のセンサ出力が変化することになり、結果的に回転検出誤差が大きくなってしまう。

上記の具体的な不具合を、図９を参照して説明する。なお、回転軸に垂直な半径方向をＸ軸と称し、回転軸に垂直でＸ軸に対して回転方向に９０°異なった半径方向をＹ軸と称し、回転軸をＺ軸と称する。
（第１磁気センサ４の位置ズレによる出力変動）
第１磁気センサ４の位置ズレによる出力変動を図９（ａ）を参照して説明する。
まず、第１磁気センサ４の取付位置が規定の位置に取り付けられた場合の出力波形を実線Ａ１に示す。
第１磁気センサ４の取付位置がＹ軸方向に１ｍｍズレた場合は、出力波形が一点鎖線Ａ２に示すように、実線Ａ１に比較して大きくズレてしまう。
また、第１磁気センサ４の取付位置がＺ軸方向に１ｍｍズレた場合も、出力波形が破線Ａ３に示すように、実線Ａ１に比較して多少ズレてしまう。

（第２磁気センサ５の位置ズレによる出力変動）
第２磁気センサ５の位置ズレによる出力変動を図９（ｂ）を参照して説明する。
まず、第２磁気センサ５の取付位置が規定の位置に取り付けられた場合の出力波形を実線Ｂ１に示す。
第２磁気センサ５の取付位置がＹ軸方向に１ｍｍズレた場合は、出力波形が一点鎖線Ｂ２に示すように、実線Ｂ１に比較して大きくズレてしまう。
また、第２磁気センサ５の取付位置がＺ軸方向に１ｍｍズレた場合も、出力波形が破線Ｂ３に示すように、実線Ｂ１に比較して多少ズレてしまう。

（演算角度誤差） 第１、第２磁気センサ４、５の位置ズレによる回転検出誤差を図９（ｃ）を参照して説明する。
上述したように、第１磁気センサ４または第２磁気センサ５の取付位置がＹ軸方向に１ｍｍズレた場合、第１、第２磁気センサ４、５の出力から角度演算を行うと、実線Ｃ１に示すように、回転検出誤差が大きくなってしまう。
また、第１磁気センサ４または第２磁気センサ５の取付位置がＺ軸方向に１ｍｍズレた場合も、第１、第２磁気センサ４、５の出力から角度演算を行うと、破線Ｃ２に示すように、回転検出誤差が生じてしまう。

（従来例２）
上述した従来例１に対し、磁気センサ４の位置ズレを抑える回転角度検出装置として、図１０（ａ）に示す従来例２が知られている。
従来例２の回転角度検出装置は、円板状に形成された磁石１（外周縁の軸心とシャフトの回転軸とが略一致し、回転軸に対して垂直方向の一方から他方に向けて磁力線が向くように着磁された永久磁石）と、付与される磁力変化に応じた出力を発生する１つの磁気センサ４と、磁束を伝達する一対の磁性部材（２つの磁極片）７、８で構成され、磁石１の径方向外側の一方側から、磁気センサ４の配置箇所を介して、磁石１の径方向外側の他方側へ、磁石１の磁束を導く磁束伝達手段２とを備え、磁束伝達手段２の途中に設けられた磁気ギャップＧに磁気センサ４を配置する構成を備える。

２つの部材が相対回転すると、磁束伝達手段２を構成する一対の磁性部材７、８が受ける磁束が変化し、結果的に磁気センサ４に与えられる磁束密度が変化する。これによって磁気センサ４は、ｓｉｎカーブを出力する。そして、角度演算装置（マイクロコンピュータ）は、磁気センサ４の出力するｓｉｎカーブの略直線範囲（例えば、回転角度１８０°を中心とした±６０°前後）に基づいて回転角度を検出する。

この従来例２は、一対の磁性部材７、８によって閉磁路を形成し、その閉磁路の磁束経路中に設けた磁気ギャップＧに磁気センサ４を配置する構成である。このため、磁石１に対して一対の磁性部材７、８が多少位置ズレ（振動による軸ぶれや組付け誤差等）したり、磁気ギャップＧにおいて磁気センサ４が多少位置ズレ（振動による軸ぶれや組付け誤差等）しても、磁気センサ４のセンサ出力の変化が抑えられることになり、位置ズレによる回転検出誤差の発生を抑えることができる（例えば、特許文献２参照）。

（従来例２の不具合）
上述した従来例２の回転角度検出装置は、一対の磁性部材７、８によって磁石１の磁気変化を磁気センサ４に伝えるものであった。このため、２つの部材の相対角度は磁気センサ４の出力するｓｉｎカーブにおける略直線範囲でしか検出することができない。即ち、従来例１では３６０°の広い範囲で回転角度を検出することができたが、従来例２では狭い範囲でしか回転角度を検出することができない。
また、図１０（ｂ）に示すように、一対の磁性部材７、８による磁束経路中の磁気ギャップＧに、第１、第２磁気センサ４、５の磁気検出面の位相を９０°ずらして配置しても、従来例１のように２つの出力を得ることはできず、３６０°の広い範囲で相対角度を検出することができない。
特開２００３−７５１０８号公報 米国特許第５１６４６６８号明細書

本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、３６０°の広い範囲で相対角度を検出することができ、且つ振動による軸ぶれや組付け誤差等による位置ズレが生じても回転検出誤差の発生を抑えることのできる回転角度検出装置の提供にある。

［請求項１の手段］
請求項１の回転角度検出装置は、磁石の放出する磁力を、２つの磁束伝達手段（第１、第２磁束伝達手段）によって、２つの磁気センサ（第１、第２磁気センサ）に導く。第１磁束伝達手段は、第１、第１’磁性部材を備え、第２磁束伝達手段は第２、第２’磁性部材を備える。そして、第１、第１’磁性部材の磁石対向部と、第２、第２’磁性部材の磁石対向部とが、回転角度方向に略９０°ズレた位置で対向配置される。また、第１、第１’磁性部材による第１磁気ギャップ内に第１磁気センサを配置し、第２、第２’磁性部材による第２磁気ギャップ内に第２磁気センサを配置する構成を採用する。
このように設けられることにより、２つの部材が相対回転すると、第１、第２磁気センサが、ｓｉｎカーブ（正弦曲線）とｃｏｓカーブ（余弦曲線）を出力する。
このため、第１、第２磁気センサによる２つの出力により、２つの部材の相対角度を０°〜３６０°の広い範囲で検出することができる。

一方、第１磁束伝達手段の第１、第１’磁性部材は、閉磁路（磁石→第１磁性部材→第１磁気センサの配置される第１磁気ギャップ→第１’磁性部材→磁石よりなる閉磁路）を形成する。このため、磁石に対して第１、第１’磁性部材が振動による軸ぶれや組付け誤差等により位置ズレしたり、第１磁気ギャップ内で第１磁気センサが振動による軸ぶれや組付け誤差等により位置ズレしても、第１磁気センサの出力変化が抑えられる。
また、第１磁束伝達手段と同様、第２磁束伝達手段の第２、第２’磁性部材は、閉磁路（磁石→第２磁性部材→第２磁気センサの配置される第２磁気ギャップ→第２’磁性部材→磁石よりなる閉磁路）を形成する。このため、磁石に対して第２、第２’磁性部材が振動による軸ぶれや組付け誤差等により位置ズレしたり、第２磁気ギャップ内で第２磁気センサが振動による軸ぶれや組付け誤差等により位置ズレしても、第２磁気センサの出力変化が抑えられる。
このように、位置ズレが生じても、第１、第２磁気センサの出力変化が抑えられるため、位置ズレによる回転検出誤差の発生が抑えられる。

即ち、請求項１の回転角度検出装置は、３６０°の広い範囲で相対角度を検出することができるとともに、振動による軸ぶれや組付け誤差等による位置ズレが生じても回転検出誤差の発生を抑えることができる。

［請求項２の手段］
請求項２の回転角度検出装置は、第１、第１’磁性部材の一方側の磁石対向部が、磁石の外周縁に対向する位置に配置されるとともに、第２、第２’磁性部材の一方側の磁石対向部も、磁石の外周縁に対向する位置に配置されるものである。
このように設けられることにより、位置ズレによって磁石が第１磁性部材に接近すると、磁石と第１’磁性部材とが離反し、逆に磁石が第１’磁性部材に接近すると、磁石と第１磁性部材とが離反することになる。
同様に、位置ズレによって磁石が第２磁性部材に接近すると、磁石と第２’磁性部材とが離反し、逆に磁石が第２’磁性部材に接近すると、磁石と第２磁性部材とが離反することになる。
このようにして位置ズレが生じても、磁石と第１、第１’磁性部材で受け渡される磁束の変化が抑えられるとともに、磁石と第２、第２’磁性部材で受け渡される磁束の変化が抑えられるため、回転検出誤差の発生を抑えることができる。

［請求項３の手段］
請求項３の回転角度検出装置は、第１磁気ギャップを形成する第１、第１’磁性部材の他方側の対向面が、平行面に設けられるとともに、第２磁気ギャップを形成する第２、第２’磁性部材の他方側の対向面も、平行面に設けられるものである。
このように、第１、第１’磁性部材において第１磁気ギャップを形成する対向面が平行面に設けられることにより、第１磁気センサが配置される部分において、磁束ベクトルが同一方向に揃う範囲が広がる。
同様に、第２、第２’磁性部材において第２磁気ギャップを形成する対向面が平行面に設けられることにより、第２磁気センサが配置される部分において、磁束ベクトルが同一方向に揃う範囲が広がる。
このようにして、第１、第２磁気センサの配置される部位において、磁束ベクトルが同一方向に揃う範囲が広げられることにより、位置ズレが生じても、第１磁気センサに与えられる磁束の変化が抑えられるとともに、第２磁気センサに与えられる磁束の変化が抑えられるため、回転検出誤差の発生を抑えることができる。

［請求項４の手段］
請求項４の回転角度検出装置は、第１磁気ギャップを形成する第１、第１’磁性部材の他方側の対向面が、第１磁気センサに向かって突出する突起面に設けられるとともに、第２磁気ギャップを形成する第２、第２’磁性部材の他方側の対向面も、第２磁気センサに向かって突出する突起面に設けられるものである。
このように、第１磁気ギャップを形成する第１、第１’磁性部材の対向面を第１磁気センサに向かって突出する突起面に設けることにより、第１磁気センサが配置される第１磁気ギャップの一部に強い磁束を生じさせることができ、第１磁気センサに与える磁束密度を高めることができる。
同様に、第２磁気ギャップを形成する第２、第２’磁性部材の対向面を第２磁気センサに向かって突出する突起面に設けることにより、第２磁気センサが配置される第２磁気ギャップの一部に強い磁束を生じさせることができ、第２磁気センサに与える磁束密度を高めることができる。
この結果、第１、第２磁気センサに与えられる磁束の変化量を大きくすることができ、回転角度検出装置の角度検出精度を高めることが可能となる。

［請求項５の手段］
請求項５の回転角度検出装置は、第１磁気ギャップと第２磁気ギャップが１つの箇所で略９０°の角度をなしてクロスするように設けられており、第１、第２磁気センサが第１磁気ギャップと第２磁気ギャップのクロス部分に接近して配置されたものである。
このように、第１、第２磁気センサが第１磁気ギャップと第２磁気ギャップのクロス部分に接近配置されることにより、回転角度検出装置の体格を小さくすることができる。その結果、回転角度検出装置の搭載性を向上することができる。

最良の形態１の回転角度検出装置は、相対回転する一方および他方の相対回転角度を、第１、第２磁気センサの出力により求めるものであり、
（ａ）相対回転する一方に設けられ、円板状、リング状、円筒状など外周縁が円形を呈し、外周縁の軸心と回転軸とが略一致し、回転軸に対する垂直方向の一方から他方に向けて磁力線が向くように着磁された磁石と、
（ｂ）付与される磁力変化に応じた出力を発生する第１磁気センサと、
（ｃ）この第１磁気センサとは別に設けられ、付与される磁力変化に応じた出力を発生する第２磁気センサと、
（ｄ）相対回転する他方に設けられ、磁石の径方向外側の一方側から、第１磁気センサの配置箇所を介して、磁石の径方向外側の他方側へ、磁石の磁束を導く磁束の伝達手段であり、
磁束を伝達する第１磁性部材と第１’磁性部材を備え、
第１、第１’磁性部材の一方側の磁石対向部が磁石の磁力を受ける位置において回転中心に対して対向配置され、
第１、第１’磁性部材の他方側が対向して第１磁気ギャップを形成し、その第１磁気ギャップ内に第１磁気センサが配置される第１磁束伝達手段と、
（ｅ）相対回転する他方に設けられ、第１磁束伝達手段とは略９０°位相がズレた磁石の磁束を、磁石の径方向外側の一方側から、第２磁気センサの配置箇所を介して、磁石の径方向外側の他方側へ導く磁束の伝達手段であり、
磁束を伝達する第２磁性部材と第２’磁性部材を備え、
第２、第２’磁性部材の一方側の磁石対向部が磁石の磁力を受ける位置において回転中心に対して対向配置され、
第２、第２’磁性部材の他方側が対向して第２磁気ギャップを形成し、その第２磁気ギャップ内に第２磁気センサが配置される第２磁束伝達手段とを具備する。

実施例１を図１〜図３を参照して説明する。
まず、図１、図２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は回転角度検出装置の概略図、図２は回転角度検出装置における電気回路の概略図である。
以下では、回転軸に垂直な半径方向をＸ軸と称し、回転軸に垂直でＸ軸に対して回転方向に９０°異なった半径方向をＹ軸と称し、回転軸をＺ軸と称する。

（回転角度検出装置の説明）
この実施例１に示す回転角度検出装置は、シャフト（相対回転する一方の部材であり、この実施例では回転部材：図７参照）、シャフトに固定される円板形状の磁石１、図示しない非磁性体製の基板（相対回転する他方の部材であり、この実施例では固定部材：例えば、ハウジングに固定された回路基板等）に搭載された第１、第２磁束伝達手段２、３、非磁性体製の基板に搭載された第１、第２磁気センサ４、５、および角度演算装置６を備える。
なお、シャフトは、例えばスロットル開度センサにおいてスロットルバルブ（角度検出の対象物）と一体に回転するものである。

（磁石１の説明）
磁石１は、円板形状を呈した永久磁石であり、厚みは一定に設けられており、磁石１の中心とシャフトのＺ軸とが一致してシャフトに固定されてシャフトと一体に回転する。即ち、磁石１の軸心とＺ軸とが一致する。
磁石１は、Ｚ軸に対して垂直方向の一方から他方に向けて磁力線が向くように着磁されている。即ち、図１中の右向き破線矢印で示すように、図１の磁石１の回転位置においてＸ軸に沿う方向に着磁されたものであり、Ｘ軸の一方が磁力線の発生部（Ｎ極）とすると、Ｘ軸の他方が磁力線の吸引部（Ｓ極）となる。

（第１磁束伝達手段２の説明）
第１磁束伝達手段２は、非磁性体製の基板の表面に沿って配置され、磁石１の径方向外側の一方側（Ｙ軸方向の一方側）から、第１磁気センサ４の配置箇所を介して、磁石１の径方向外側の他方側（Ｙ軸方向の他方側）へ磁石１の磁束を導く磁束の伝達手段であり、その途中には、第１磁気センサ４が配置される第１磁気ギャップ（磁束の受け渡しを行う空間）Ｇ１が設けられている。
磁石１の外周の一方側から第１磁気ギャップＧ１に磁束を導く部材は、磁性体材料よりなる第１磁性部材７で構成され、第１磁気ギャップＧ１から磁石１の外周の他方側へ磁束を導く部材も、磁性体材料よりなる第１’磁性部材８で構成される。なお、第１、第１’磁性部材７、８は、軟鉄など磁束の伝達性に優れた金属片（磁極片）によって構成される。

第１、第１’磁性部材７、８の磁石対向部（第１、第１’磁性部材７、８の一方側）は、磁石１が発生する磁力を受ける位置においてＺ軸を挟んで１８０°対向配置されるものであり、この実施例では第１、第１’磁性部材７、８の磁石対向部は、磁石１の外周縁に向いて対向配置される。具体的に、この実施例における第１磁性部材７の磁石対向部は、磁石１のＹ軸方向の一方（図１上側）に対向するものであり、第１’磁性部材８の磁石対向部は、磁石１のＹ軸方向の他方（図１下側）に対向するものである。

第１、第１’磁性部材７、８のセンサ対向部（第１、第１’磁性部材７、８の他方側）は、第１磁気ギャップＧ１において１８０°対向して配置される。具体的に、この実施例では、第１磁気ギャップＧ１においてＹ軸方向の磁束を受け渡すものであり、第１磁性部材７におけるセンサ対向面はＹ軸方向の他方（図１下側）に向くものであり、第１’磁性部材８におけるセンサ対向面はＹ軸方向の一方（図１上側）に向くものである。
また、この実施例では、第１、第１’磁性部材７、８のセンサ対向面は、平行面に設けられ、第１磁気センサ４が配置される部分において磁束ベクトルが同一方向に揃う範囲を広げるように設けられている。

（第２磁束伝達手段３の説明）
第２磁束伝達手段３は、第１磁束伝達手段２と同じ非磁性体製の基板に沿って配置されるものであり、第１磁束伝達手段２とは略９０°位相がズレた磁石１の磁束を、磁石１の径方向外側の一方側（Ｘ軸方向の一方側）から、第２磁気センサ５の配置箇所を介して、磁石１の径方向外側の他方側（Ｘ軸方向の他方側）へ導く磁束の伝達手段であり、その途中には第２磁気センサ５が配置される第２磁気ギャップ（磁束の受け渡しを行う空間）Ｇ２が設けられている。
磁石１の外周の一方側から第２磁気ギャップＧ２（センサ対向部）に磁束を導く部材は、磁性体材料よりなる第２磁性部材９で構成され、第２磁気ギャップＧ２から磁石１の外周の他方側へ磁束を導く部材も、磁性体材料よりなる第２’磁性部材１０で構成される。なお、第２、第２’磁性部材９、１０は、軟鉄など磁束の伝達性に優れた金属片（磁極片）によって構成される。

第２、第２’磁性部材９、１０の磁石対向部（第２、第２’磁性部材９、１０の一方側）は、第１、第１’磁性部材７、８の磁石対向部の対向角度に対して、回転角度方向に略９０°ズレた位置においてＺ軸を挟むように対向配置されるものであり、この実施例では第２、第２’磁性部材９、１０の磁石対向部は、磁石１の外周縁に向いて対向配置されている。具体的に、この実施例における第２磁性部材９の磁石対向部は、磁石１のＸ軸方向の一方（図１右側）に対向するものであり、第２’磁性部材１０の磁石対向部は、磁石１のＸ軸方向の他方（図１左側）に対向するものである。

第２、第２’磁性部材９、１０のセンサ対向部（第２、第２’磁性部材９、１０の他方側）は、第２磁気ギャップＧ２において１８０°対向して配置される。具体的に、この実施例では、第２磁気ギャップＧ２においてＸ軸方向の磁束を受け渡すものであり、第２磁性部材９におけるセンサ対向面はＸ軸方向の一方（図１右側）に向くものであり、第２’磁性部材１０におけるセンサ対向面はＸ軸方向の他方（図１左側）に向くものである。
また、この実施例では、第２、第２’磁性部材９、１０のセンサ対向面は、平行面に設けられ、第２磁気センサ５が配置される部分において磁束ベクトルが同一方向に揃う範囲を広げるように設けられている。

なお、この実施例１では、第１、第１’磁性部材７、８の全長（磁束の流れる経路長）と、第２、第２’磁性部材９、１０の全長（磁束の流れる経路長）とが略同じとなるように揃えられており、第１磁気ギャップＧ１の磁束の変化幅と、第２磁気ギャップＧ２の磁束の変化幅とが略同じになるように設けられている。
ここで、第１磁気ギャップＧ１には、第１磁気センサ４が配置されるものであり、第２磁気ギャップＧ２には、第２磁気センサ５が配置されるものである。
この実施例では、図１に示されるように、上述した第１磁気ギャップＧ１と第２磁気ギャップＧ２が１つの箇所で略９０°の角度をなしてクロスするように設けられており、第１、第２磁気センサ４、５は、第１磁気ギャップＧ１と第２磁気ギャップＧ２のクロス部分に近接して配置される。なお、第１、第２磁気センサ４、５が配置される部分（第１磁気ギャップＧ１と第２磁気ギャップＧ２のクロス部分）では、磁石１が３６０°回転すると、その磁石１の回転に応じて磁束の合成ベクトルが３６０°回転する。

（第１、第２磁気センサ４、５の説明）
第１磁気センサ４は、非磁性体製の基板の表面に固定されるものであり、磁気検出面を通過する磁束の流れ方向および磁束密度に応じた出力を発生する第１ホール素子４ａ（図２参照）を内蔵している。ここで、第１ホール素子４ａは、微弱なセンサ出力を発生するものであるため、その微弱出力を増幅する第１増幅アンプ１１が接続される。この第１増幅アンプ１１は、第１磁気センサ４内に封入したものであっても良いし、第１磁気センサ４とは別に配置されるものであっても良い。

第２磁気センサ５は、第１磁気センサ４と同様、非磁性体製の基板の表面に固定されるものであり、磁気検出面を通過する磁束の流れ方向および磁束密度に応じた出力を発生する第２ホール素子５ａ（図２参照）を内蔵している。ここで、第２ホール素子５ａは、微弱なセンサ出力を発生するものであるため、その微弱出力を増幅する第２増幅アンプ１２が接続される。この第２増幅アンプ１２は、第２磁気センサ５内に封入したものであっても良いし、第２磁気センサ５とは別に配置されるものであっても良い。

第１、第２磁気センサ４、５は、上述したように、第１磁気ギャップＧ１と第２磁気ギャップＧ２のクロス部分に近接して配置されるものである。なお、第１、第２磁気センサ４、５は、互いに略９０°の角度をなして配置される。このように第１、第２磁気センサ４、５が配置されることにより、第１磁気ギャップＧ１に生じる磁束変化に応じた電圧信号を第１磁気センサ４が出力するとともに、第２磁気ギャップＧ２に生じる磁束変化に応じた電圧信号を第２磁気センサ５が出力する。このため、磁石１が回転すると、図３（ａ）に示すように、磁石１の回転に対して第１磁気センサ４がｓｉｎカーブのセンサ出力Ａを発生し、第２磁気センサ５がｃｏｓカーブのセンサ出力Ｂを発生する。

（角度演算装置６の説明）
角度演算装置６は、周知構成のＤＳＰ（デジタル・シグナル・プロセッサ）もしくはマイクロコンピュータ等であり、図２に示すように、第１磁気センサ４のセンサ出力Ａを第１ＡＤＣ１３でデジタル変換して入力するとともに、第２磁気センサ５のセンサ出力Ｂを第２ＡＤＣ１４でデジタル変換して入力する。
角度演算装置６は、第１、第２磁気センサ４、５の出力から角度演算をするものであり、図３（ａ）に示すように、第１磁気センサ４のｓｉｎカーブ出力と、第２磁気センサ５のｃｏｓカーブ出力とを、図３（ｂ）に示すように、逆三角関数演算で１８０°間隔の右上がりの直線特性Ｃに変換｛ｔａｎθ＝ｓｉｎθ／ｃｏｓθ→θ＝ｔａｎ^-1（ｓｉｎθ／ｃｏｓθ）｝する。そして、角度演算装置６は、図３（ｃ）に示すように、各右上がりの直線特性Ｃを繋ぎ合わせ、磁石１の回転０°〜３６０°に対応した回転角度出力Ｄを発生するものである。
これに対し、第１、第２磁気センサ４、５の回転方向のズレ角度が、略９０°とは異なるα°（α≠０°、α≠１８０°）に設けられる場合、角度演算装置６は、第１磁気センサ４のｓｉｎカーブ出力と、第２磁気センサ５のｃｏｓカーブ出力とから、先ずｔａｎθを求め｛ｔａｎθ＝ｃｏｔα（ｓｉｎθ−ｃｏｓθ）／（ｓｉｎθ＋ｃｏｓθ）｝、これを、逆三角関数演算で１８０°間隔の右上がりの直線特性Ｃに変換し［ｔａｎθ＝ｃｏｔα（ｓｉｎθ−ｃｏｓθ）／（ｓｉｎθ＋ｃｏｓθ）→θ＝ｔａｎ^-1｛ｃｏｔα（ｓｉｎθ−ｃｏｓθ）／（ｓｉｎθ＋ｃｏｓθ）｝］、各右上がりの直線特性Ｃを繋ぎ合わせて、磁石１の回転０°〜３６０°に対応した回転角度出力Ｄを発生するものである。

（回転角度検出装置の作動説明）
シャフトが回転して磁石１が回転すると、磁石１から第１、第１’磁性部材７、８および第２、第２’磁性部材９、１０に与えられる磁力が変化し、第１、第２磁気ギャップＧ１、Ｇ２に磁石１の回転に応じた磁気変化が生じる。すると、第１磁気ギャップＧ１に配置された第１磁気センサ４が磁石１の回転角度に応じたセンサ出力Ａを発生するとともに、第２磁気ギャップＧ２に配置された第２磁気センサ５が磁石１の回転角度に応じたセンサ出力Ｂを発生する。
角度演算装置６は、上述したように、第１、第２磁気センサ４、５のセンサ出力Ａ、Ｂに基づいて磁石１の回転０°〜３６０°に対応した回転角度出力Ｄを発生する。このため、回転角度出力Ｄに基づいて磁石１の回転角度、即ちシャフトの回転角度（スロットル開度）を検出することができる。

（実施例１の効果）
実施例１の回転角度検出装置は、上述した構成を採用することにより、以下の効果を得ることができる。
（１）回転角度検出装置は、上述したように、シャフト（磁石１）の回転を、０°〜３６０°の広い範囲で検出することができる。

（２）第１磁束伝達手段２の第１、第１’磁性部材７、８は、閉磁路（磁石１→第１磁性部材７→第１磁気センサ４の配置される第１磁気ギャップＧ１→第１’磁性部材８→磁石１よりなる閉磁路）を形成する。このため、磁石１に対して第１、第１’磁性部材７、８が振動による軸ぶれや組付け誤差等により位置ズレしたり、第１磁気ギャップＧ１内で第１磁気センサ４が振動による軸ぶれや組付け誤差等により位置ズレしても、第１磁気センサ４の出力変化が抑えられる。
これと同様に、第２磁束伝達手段３の第２、第２’磁性部材９、１０は、閉磁路（磁石１→第２磁性部材９→第２磁気センサ５の配置される第２磁気ギャップＧ２→第２’磁性部材１０→磁石１よりなる閉磁路）を形成する。このため、磁石１に対して第２、第２’磁性部材９、１０が振動による軸ぶれや組付け誤差等により位置ズレしたり、第２磁気ギャップＧ２内で第２磁気センサ５が振動による軸ぶれや組付け誤差等により位置ズレしても、第２磁気センサ５の出力変化が抑えられる。
このように、回転角度検出装置を構成する部品に位置ズレが生じても、第１、第２磁気センサ４、５の出力変化が抑えられるため、位置ズレによる回転検出誤差の発生が抑えられる。

（３）第１、第１’磁性部材７、８の磁石対向部が、磁石１の外周縁に対向する位置に配置されるとともに、第２、第２’磁性部材９、１０の磁石対向部も、磁石１の外周縁に対向する位置に配置される。
この結果、磁石１に対する基板（固定部材）の位置ズレにより、磁石１が第１磁性部材７に接近すると、磁石１と第１’磁性部材８とが離反し、逆に磁石１が第１’磁性部材８に接近すると、磁石１と第１磁性部材７とが離反することになる。
同様に、磁石１に対する基板（固定部材）の位置ズレにより、磁石１が第２磁性部材９に接近すると、磁石１と第２’磁性部材１０とが離反し、逆に磁石１が第２’磁性部材１０に接近すると、磁石１と第２磁性部材９とが離反することになる。
このように、磁石１に対して基板（固定部材）が位置ズレしても、磁石１と第１、第１’磁性部材７、８で受け渡される磁束の変化が抑えられるとともに、磁石１と第２、第２’磁性部材９、１０で受け渡される磁束の変化が抑えられるため、回転検出誤差の発生を抑えることができる。

（４）第１磁気ギャップＧ１を形成する第１、第１’磁性部材７、８の対向面が、平行面に設けられるとともに、第２磁気ギャップＧ２を形成する第２、第２’磁性部材９、１０の対向面も、平行面に設けられる。
これにより、第１磁気センサ４が配置される部分において、磁束ベクトルが同一方向に揃う範囲が広がるとともに、第２磁気センサ５が配置される部分において、磁束ベクトルが同一方向に揃う範囲が広がる。
このようにして、第１、第２磁気センサ４、５の配置される部位において、磁束ベクトルが同一方向に揃う範囲が広げられることにより、第１磁気ギャップＧ１において第１磁気センサ４が位置ズレしても、第１磁気センサ４に与えられる磁束の変化が抑えられるとともに、第２磁気ギャップＧ２において第２磁気センサ５が位置ズレしても、第２磁気センサ５に与えられる磁束の変化が抑えられるため、回転検出誤差の発生を抑えることができる。

（５）第１、第１’磁性部材７、８および第２、第２’磁性部材９、１０が基板の表面に沿って設けられるとともに、第１、第２磁気センサ４、５も基板の表面に搭載される。即ち、第１、第２磁束伝達手段２、３と第１、第２磁気センサ４、５が同一平面上において配置される。この結果、回転角度検出装置を薄型に設けることができ、回転角度検出装置の搭載性を向上することができる。

（６）第１磁気ギャップＧ１と第２磁気ギャップＧ２が１つの箇所でクロスするように設けられて、第１、第２磁気センサ４、５が第１磁気ギャップＧ１と第２磁気ギャップＧ２のクロス部分において近接して配置される。これによって、第１、第２磁気ギャップＧ１、Ｇ２の配置スペースを小さくすることができ、結果的に回転角度検出装置の体格を小さくすることが可能となり、回転角度検出装置の搭載性を向上することができる。

実施例２を図４を参照して説明する。なお、以下の実施例において実施例１と同一符号は、同一機能物を示すものである。
この実施例２は、第１、第１’磁性部材７、８および第２、第２’磁性部材９、１０の磁石対向部（磁石１の磁力を受ける部分）の長さを延長し、磁石１の外周縁に略平行な円弧部を設けたものである。
このように設けることで、第１、第１’磁性部材７、８および第２、第２’磁性部材９、１０において、磁石１と対向する面積が大きくなり、第１、第２磁気ギャップＧ１、Ｇ２に導く磁束密度を高めることができる。即ち、第１、第２磁気センサ４、５に与えられる磁束の変化量を大きくすることができ、回転角度検出装置の角度検出精度を高めることが可能となる。

実施例３を図５を参照して説明する。
上記の実施例１、２では、第１磁気ギャップＧ１を形成する第１、第１’磁性部材７、８の対向面を平行面に設け、第２磁気ギャップＧ２を形成する第２、第２’磁性部材９、１０の対向面も平行面に設ける例を示した。
これに対し、この実施例３は、第１磁気ギャップＧ１を形成する第１、第１’磁性部材７、８の対向面を第１磁気センサ４に向かって突出する突起面に設けるとともに、第２磁気ギャップＧ２を形成する第２、第２’磁性部材９、１０の対向面も、第２磁気センサ５に向かって突出する突起面に設けるものである。

具体的に、第１、第１’磁性部材７、８の対向面に設けられる突起面は、第１磁気ギャップＧ１を通過する磁束を収束させる磁気レンズの作用を奏し、第２、第２’磁性部材９、１０の対向面に設けられる突起面は、第２磁気ギャップＧ２を通過する磁束を収束させる磁気レンズの作用を奏するものであり、この実施例３における各突起面は、図５に示すように、第１磁気センサ４あるいは第２磁気センサ５に向かう円錐形状、三角錐形状、三角面等の形状に設けられている。なお、この突起形状は、磁束を第１磁気ギャップＧ１あるいは第２磁気ギャップＧ２で収束できるものであれば、半球形状、半円柱形状など、他の形状であっても良い。

この実施例３に示すように、第１磁気ギャップＧ１を形成する第１、第１’磁性部材７、８の対向面を第１磁気センサ４に向かって突出する突起面に設けることにより、第１磁気センサ４が配置される第１磁気ギャップＧ１の一部に強い磁束を生じさせることができ、第１磁気センサ４に与える磁束密度を高めることができる。
同様に、第２磁気ギャップＧ２を形成する第２、第２’磁性部材９、１０の対向面を第２磁気センサ５に向かって突出する突起面に設けることにより、第２磁気センサ５が配置される第２磁気ギャップＧ２の一部に強い磁束を生じさせることができ、第２磁気センサ５に与える磁束密度を高めることができる。
この結果、第１、第２磁気センサ４、５に与えられる磁束の変化量を大きくすることができ、回転角度検出装置の角度検出精度を高めることが可能となる。

実施例４を図６を参照して説明する。
この実施例４は、上述した実施例２と実施例３とを組み合わせたものである。
即ち、この実施例４は、（１）第１、第１’磁性部材７、８および第２、第２’磁性部材９、１０の磁石対向部（磁石１の磁力を受ける部分）の長さを延長し、磁石１の外周縁に略平行な円弧部を設けるとともに、（２）第１、第２磁気ギャップＧ１、Ｇ２を形成する第１、第１’磁性部材７、８の対向面、および第２、第２’磁性部材９、１０の対向面に、第１磁気センサ４あるいは第２磁気センサ５に向かう突起面を設けたものである。

このように設けることにより、第１、第１’磁性部材７、８および第２、第２’磁性部材９、１０において、磁石１と対向する面積が大きくなり、第１、第２磁気ギャップＧ１、Ｇ２に導く磁束密度を高めることができる。
また、第１、第２磁気ギャップＧ１、Ｇ２の一部に強い磁束を生じさせることができ、第１、第２磁気センサ４、５に与える磁束密度を高めることができる。
これによって、第１、第２磁気センサ４、５に与えられる磁束の変化量を大きくすることができ、回転角度検出装置の角度検出精度を高めることが可能となる。

〔変形例〕
第１磁束伝達手段２または第２磁束伝達手段３の少なくとも一方に、第１磁束伝達手段２を流れる磁束量、あるいは第２磁束伝達手段３を流れる磁束量を調整する磁束量調節手段を設けても良い。このような磁束量調節手段を設けることにより、第１、第２磁気センサ４、５の波高が揃わない場合に、磁束量調節手段を調節することで波高を揃えることが可能となる。
上記の実施例では、第１、第１’磁性部材７、８および第２、第２’磁性部材９、１０を基板の表面に沿って設ける例、即ち２次元的に配置する例を示した。これに対し、第１、第１’磁性部材７、８および第２、第２’磁性部材９、１０を３次元的に配置しても良い。

上記の実施例では、第１磁気ギャップＧ１と第２磁気ギャップＧ２が１つの箇所でクロスし、且つ第１、第２磁気センサ４、５が第１磁気ギャップＧ１と第２磁気ギャップＧ２のクロス部分において近接配置される例を示した。これに対し、第１磁気ギャップＧ１と第２磁気ギャップＧ２を異なる箇所に設け、第１磁気ギャップＧ１に第１磁気センサ４を配置し、第２磁気ギャップＧ２に第２磁気センサ５を配置しても良い。このように設けることで、第１、第２磁気センサ４、５の向きを自由に設定することができるとともに、第１、第１’磁性部材７、８および第２、第２’磁性部材９、１０の取り回しの自由度が高まるため、回転角度検出装置の設計の自由度が高まる。

上記の実施例では、第１、第１’磁性部材７、８および第２、第２’磁性部材９、１０を、金属片（磁極片）で設ける例を示した。これに対し、第１、第１’磁性部材７、８および第２、第２’磁性部材９、１０を、磁性体製で且つ可撓性の金属線で設けても良い。具体的には、軟鉄よりなる多数の鉄線を束にするなどして第１、第１’磁性部材７、８および第２、第２’磁性部材９、１０を設けても良い。このように設けることで、第１、第１’磁性部材７、８および第２、第２’磁性部材９、１０の取り回しが容易になる。

上記の実施例では、第１、第２磁気センサ４、５を磁石１の比較的近くに配置する例を示した。これに対し、第１、第２磁気センサ４、５を磁石１から少し離れた場所に設置して、第１、第１’磁性部材７、８および第２、第２’磁性部材９、１０により、磁石１の磁束を第１、第２磁気センサ４、５へ導くように設けても良い。
この場合、必要に応じて第１、第１’磁性部材７、８および第２、第２’磁性部材９、１０の周囲を磁気シール部材で磁気シールして、外部の磁力や磁性体の影響が第１、第１’磁性部材７、８および第２、第２’磁性部材９、１０を流れる磁束に及ばないようにしても良い。

上記の実施例では、第１、第２磁気センサ４、５が配置される側を固定し、磁石１を回転させた例を示したが、逆に磁石１を固定し、第１、第２磁気センサ４、５が配置される側を回転させる構造を採用しても良い。また、第１、第２磁気センサ４、５が配置される側と、磁石１の双方が共に回転する構造を採用しても良い。

上記の実施例では、第１、第２磁気センサ４、５の一例として第１、第２ホール素子４ａ、５ａを用いた例を示したが、磁気抵抗素子（ＭＲＥ）など、他の磁気センサを用いても良い。
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、エンジンのクランクシャフトの回転角度、車輪の回転角度、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。

回転角度検出装置の概略図である（実施例１）。 回転角度検出装置の電気回路の概略図である（実施例１）。 センサ出力波形、逆三角関数演算、繋ぎ合わせの説明用のグラフである（実施例１）。 回転角度検出装置の概略図である（実施例２）。 回転角度検出装置の概略図である（実施例３）。 回転角度検出装置の概略図である（実施例４）。 回転角度検出装置の概略斜視図および概略図である（従来例１）。 磁束ベクトルを示す説明図である（従来例１）。 第１、第２磁気センサの位置ズレに対する波形出力と回転検出誤差を示すグラフである（従来例１）。 回転角度検出装置の概略図である（従来例２）。

符号の説明

１ 磁石
２ 第１磁束伝達手段
３ 第２磁束伝達手段
４ 第１磁気センサ
５ 第２磁気センサ
７ 第１磁性部材
８ 第１’磁性部材
９ 第２磁性部材
１０ 第２’磁性部材
Ｇ１ 第１磁気ギャップ
Ｇ２ 第２磁気ギャップ

Claims (5)

1. （ａ）相対回転する一方に設けられ、円板状、リング状、円筒状など外周縁が円形を呈し、外周縁の軸心と回転軸とが略一致し、回転軸に対する垂直方向の一方から他方に向けて磁力線が向くように着磁された磁石と、
   （ｂ）付与される磁力変化に応じた出力を発生する第１磁気センサと、
   （ｃ）この第１磁気センサとは別に設けられ、付与される磁力変化に応じた出力を発生する第２磁気センサと、
   （ｄ）相対回転する他方に設けられ、前記磁石の径方向外側の一方側から、前記第１磁気センサの配置箇所を介して、前記磁石の径方向外側の他方側へ、前記磁石の磁束を導く磁束の伝達手段であり、
   磁束を伝達する第１磁性部材と第１’磁性部材を備え、
   前記第１、第１’磁性部材の一方側の磁石対向部が前記磁石の磁力を受ける位置において回転中心に対して対向配置され、
   前記第１、第１’磁性部材の他方側が対向して第１磁気ギャップを形成し、その第１磁気ギャップ内に前記第１磁気センサが配置される第１磁束伝達手段と、
   （ｅ）相対回転する他方に設けられ、前記第１磁束伝達手段とは略９０°位相がズレた前記磁石の磁束を、前記磁石の径方向外側の一方側から、前記第２磁気センサの配置箇所を介して、前記磁石の径方向外側の他方側へ導く磁束の伝達手段であり、
   磁束を伝達する第２磁性部材と第２’磁性部材を備え、
   前記第２、第２’磁性部材の一方側の磁石対向部が前記磁石の磁力を受ける位置において回転中心に対して対向配置され、
   前記第２、第２’磁性部材の他方側が対向して第２磁気ギャップを形成し、その第２磁気ギャップ内に前記第２磁気センサが配置される第２磁束伝達手段と、を具備し、
   相対回転する一方および他方の相対回転角度を、前記第１、第２磁気センサの出力により求めることを特徴とする回転角度検出装置。
2. 請求項１に記載の回転角度検出装置において、
   前記第１、第１’磁性部材の一方側の磁石対向部は、前記磁石の外周縁に対向する位置に配置されるとともに、
   前記第２、第２’磁性部材の一方側の磁石対向部も、前記磁石の外周縁に対向する位置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、
   前記第１磁気ギャップを形成する前記第１、第１’磁性部材の他方側の対向面は、平行面に設けられるとともに、
   前記第２磁気ギャップを形成する前記第２、第２’磁性部材の他方側の対向面も、平行面に設けられることを特徴とする回転角度検出装置。
4. 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、
   前記第１磁気ギャップを形成する前記第１、第１’磁性部材の他方側の対向面は、前記第１磁気センサに向かって突出する突起面に設けられるとともに、
   前記第２磁気ギャップを形成する前記第２、第２’磁性部材の他方側の対向面も、前記第２磁気センサに向かって突出する突起面に設けられることを特徴とする回転角度検出装置。
5. 請求項１〜請求項４のいずれかに記載の回転角度検出装置において、
   前記第１磁気ギャップと前記第２磁気ギャップは、１つの箇所で略９０°の角度をなしてクロスするように設けられており、前記第１、第２磁気センサは、前記第１磁気ギャップと前記第２磁気ギャップのクロス部分に接近配置されたことを特徴とする回転角度検出装置。
   

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