JP2007187471A - 回転角検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】簡単な構成でありながらも、回転体の回転角の変化に対して線形的に推移する電気出力に基づいて同回転体の回転角を検出することのできる回転角検出装置を提供する。
【解決手段】外周面および内周面をその両極とする円筒磁石１０を、回転体であるシャフトＳに同期回転可能に駆動連結した。また、この円筒磁石１０の一端側および他端側の外周面に磁性体からなる略円筒状の遮磁部材１１，１２をそれぞれ外嵌することによって一体固定するとともに、それら遮磁部材１１，１２の対向する端面の間に、円筒磁石１０の回転角に応じてその外周面の露出幅Ｘが一定の割合で変化するようにスリット１３を形成した。そして、円筒磁石１０の外周面と対向してホールＩＣ２０を配設するようにした。
【選択図】図１

Description

本発明は、回転体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。

例えば車両のステアリングシャフトの回転角を検出する装置としては一般に、光学式ロータリーエンコーダが採用されている。この光学式ロータリーエンコーダは、ステアリングシャフトとともに回転するスリット円板をその厚さ方向に挟み込む態様で発光素子および受光素子がそれぞれ配設された構成となっている。スリット円板には通常、その軸心周りに複数のスリットが透接されている。こうした光学式ロータリーエンコーダでは、ステアリングシャフトの回転に伴ってスリット円板が回転すると、受光素子からの照射光が同スリット円板を透過したり遮蔽されたりするため、これら照射光の透過あるいは遮蔽の回数の計数を通じて上記ステアリングシャフトの回転角が検出されるようになっている。

ところで、この種の光学式ロータリーエンコーダにあっては、スリット円板に形成されたスリットの数によってステアリングシャフトの回転角の分解能が決定される。そこで、回転角の分解能を上げるためには、微細加工技術を用いて上記スリット円板により多くのスリットを透設する必要がある。このため、光学式ロータリーエンコーダによる回転角の検出には、その分解能の向上に自ずと限界があった。

そこで近年では、回転体とともに回転する磁石と、同磁石の磁界を検出可能に配設された磁気検出素子とを備えて構成された磁気式の回転角検出装置も開発され、実用化されている。この回転角度検出装置では、回転体の回転に伴う磁石周囲の連続的な磁界変化を上記磁気検出素子を通じて検出し、同磁気検出素子からの電気出力に基づいて回転体の回転角を検出するようにしている。

磁気式の回転角検出装置としては、例えば特許文献１に記載の回転角検出装置が知られている。特許文献１に記載の回転角検出装置は、内燃機関のスロットルバルブの回転角（開度）を検出する回転角検出装置として構成されている。具体的には、この回転角検出装置は、スロットルバルブと一体的に回転する円筒状のロータコアと、該ロータコアの内周側において上記ロータコアと同軸となるように配設された円柱状のステータコアとを備える構成となっている。ロータコアには、その直径方向の対向する位置にあって、その周方向において互いの磁極が対向するように２個の磁石が設けられている。すなわち、ロータコアにおいて、２個の磁石は、その磁界がロータコアの内部で互いに反発するように設けられている。一方、ステータコアには、その直径方向に貫通して同ステータコアを２分割する凹形状のギャップが設けられるとともに、このギャップの内部にホールＩＣが配設されている。このような構造の回転角検出装置によれば、ロータコアの回転角、すなわちスロットバルブの開度に応じてホールＩＣに鎖交する磁束の密度が変化することから、ホールＩＣの電気出力に基づいてスロットバルブの開度を求めることができるようになる。

こうした磁気式の回転角検出装置によれば、上述の光学式ロータリーエンコーダに見られるようなスリット板のスリット数による上記分解能の制約が解消されるようになり、回転角の検出分解能の向上を容易に図ることができるようになる。
特開２００１−３１７９０９号公報

しかしながら、磁石から発生した磁束はＮ極からＳ極へと指向するため、磁石周囲の磁界は必ずしも一様とはならず、磁気検出素子により検出される磁界の大きさも回転体の回転角に比例したものとはならない。そこで従来の磁気式の回転角検出装置においては、磁気検出素子からの電気出力のうち、回転体の回転角にほぼ比例する部分のみを抽出してこれに補正等の処理を施すことによって回転体の回転角を求めるようにしていた。

この点、上記特許文献１に記載の回転角検出装置では、ロータコアの内部において２個の磁石の磁界を互いに反発させることにより、ホールＩＣによって検出される磁界の大きさが一定の範囲内においてほぼ比例するようにはなっている。しかし、この回転角検出装置では、ホールＩＣからの電気出力と回転体の回転角との線形性をより改善するためには、上記２個の磁石の製造時におけるこれら磁石の着磁強度や着磁方向等の厳密な管理とともに、磁石およびホールＩＣの配置箇所や磁石の配設向き等の管理が必要となる。また、この特許文献１に記載の回転角検出装置では、２個の磁石を用いていることから、こうした管理も容易ではなく、回転角検出装置の構造が複雑化する要因ともなっている。

本発明は、こうした実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、簡単な構成でありながらも、回転体の回転角の変化に対して線形的に推移する電気出力に基づいて同回転体の回転角を検出することのできる回転角検出装置を提供することにある。

こうした目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、回転角検出装置として、回転角の検出対象となる回転体に同期回転可能に駆動連結されるとともに外周面および内周面をその両極とする円筒磁石と、上記円筒磁石に一体固定されるとともに、同円筒磁石の回転角に応じて上記外周面の露出幅が一定の割合で変化するように同外周面の一部を覆う磁性体からなる遮磁部材と、上記円筒磁石の外周面と対向して配設された磁気検出素子と、を備えて構成し、上記円筒磁石の周囲に生じる磁界に応じた上記磁気検出素子の電気出力に応じて上記回転体の回転角を検出するようにした。

上記構成では、回転体に同期回転可能に円筒磁石が駆動連結されるとともに、同円筒磁石には、磁性体からなる遮磁部材が一体固定されている。円筒磁石から生じた磁束の一部は、この遮磁部材によって吸収される。また、円筒磁石において遮磁部材は、円筒磁石の回転角に応じて同円筒磁石の外周面の露出幅が一定の割合で変化するように、すなわち円筒磁石の外周面のうち露出している部分の同円筒磁石の軸心方向における長さが円筒磁石の回転に応じて一定の割合で変化するように、同外周面の一部を覆う態様で固定されている。このため、上記円筒磁石が回転すると、同円筒磁石の外周面と対向して配設された磁気検出素子の周囲に生じる磁界の強さは、円筒磁石の回転角に応じて一定の割合で変化する。したがって、回転角検出装置としてこのような構成によれば、簡単な構成でありながらも、回転体の回転角の変化に対して線形的に推移する電気出力に基づいて同回転体の回転角を検出することができるようになる。

このような回転角検出装置において、上記遮磁部材は、具体的には、例えば請求項２に記載の発明によるように、上記円筒磁石の外周面に外嵌される略円筒形状の部材として形成されるとともに、その周面に、上記円筒磁石の回転角に応じて溝幅の変化するスリットが形成されることにより製造される。こうした遮磁部材によれば、その周面に形成されたスリットの溝幅が上記円筒磁石の回転角に応じて変化するため、上述のように、円筒磁石の回転角に応じて同円筒磁石の外周面の露出幅が一定の割合で変化するようになる。このため、上記磁気検出素子の周囲に生じる磁界の強さが円筒磁石の回転角に応じて一定の割合で変化するようになり、回転体の回転角の変化に対して線形的に推移する電気出力を得ることができるようになる。

また、請求項２に記載の回転角検出装置において、請求項３に記載の発明によるように、上記遮磁部材を、上記円筒磁石の一端側及び他端側の外周面にそれぞれ外嵌される２つの円筒状の部材に分割形成するとともに、上記スリットを、それら２つの部材の対向する端面の間に形成するようにすることが、回転角検出装置による回転角の検出範囲の拡大を図る点からも有効である。このように２つの円筒状の部材の対向する端面の間に上記スリットを形成することにより、上記円筒磁石の外周面の周周り全域にわたって上記スリットが設けられることとなる。このため、上記磁気検出素子の周囲の磁界の強さが円筒磁石の回転角に応じて一定の割合で変化する領域は、上記円筒磁石の周周り全域に拡大されるようになり、ひいては回転角検出装置による回転角の検出範囲の拡大が図られるようになる。

なお、請求項４に記載の発明によるように、上記２つの部材を、同一形状に形成することとすれば、上記遮磁部材の製造工数や製造コストの削減を通じて回転角検出装置のコストの削減を図ることもできるようになる。

また、請求項５に記載の発明では、請求項１〜４のいずれか１項に記載の回転角検出装置を同軸上に複数併設するとともに、それら複数の回転角検出装置の上記円筒磁石のうちで、上記回転体と駆動連結される円筒磁石を、同円筒磁石の１回転毎に切り替える切替機構を備えて回転角検出装置を構成するようにした。

回転角検出装置としてこのような構成によれば、複数の円筒磁石のうちで、上記回転体と駆動連結される円筒磁石が円筒磁石の１回転毎に切換機構を通じて切り替えられることから、回転体と同期回転する円筒磁石は、回転体の回転数毎に異なるようになる。このため、回転体の１回転以上の回転角を検出することができるようになる。

本発明によれば、簡単な構成でありながらも、回転体の回転角の変化に対して線形的に推移する電気出力に基づいて同回転体の回転角を検出することのできる回転角検出装置を提供することができるようになる。

（第１の実施の形態）
以下、本発明にかかる回転角検出装置を具体化した第１の実施の形態について、図１〜図４を参照しつつ説明する。

図１（ａ）は、本実施の形態にかかる回転角検出装置の斜視構造を、図１（ｂ）は同回転角検出装置の分解斜視構造をそれぞれ模式的に示したものである。
図１（ａ）に示すように、この回転角検出装置は、検出対象となるシャフトＳに外嵌されることにより同シャフトＳに同期回転可能に駆動連結された円筒磁石１０と、磁性体からなって、この円筒磁石１０の図中の上端側および下端側の外周面にそれぞれ外嵌された略円筒状の遮磁部材１１，１２とを備える構成となっている。すなわち、本実施の形態にかかる回転角検出装置では、円筒磁石１０の外周面の一部が、磁性体からなる遮磁部材１１，１２によって覆われた構成となっている。

このうち円筒磁石１０は、図１（ｂ）に示すように、外周面および内周面がその両極となるように着磁されている。本実施の形態では、図中に矢印にて示すように、円筒磁石１０は、その外周面のうち、軸心Ｏ周りの半分がＮ極となるように着磁されるとともに、残りの半分の外周面がＳ極となるように着磁されている。

また、図１（ａ）に示すように、遮磁部材１１，１２は、同一形状をなし、それらの対向する端面の間に形成されたスリット１３の溝幅、すなわち上記円筒磁石１０の外周面の露出幅Ｘが同円筒磁石１０の軸心Ｏ周りの回転角に応じて一定の割合で変化するように形成されている。具体的には、遮磁部材１１は、円筒形状をなす部材の図中下方の端部を、図中右側の幅Ｗが図中左側の幅Ｗよりも厚くなるように斜めに切断したような形状に形成されている。一方、遮磁部材１２は、円筒形状をなす部材の図中上方の端部を、図中右側の幅Ｗが図中左側の幅Ｗよりも厚くなるように斜めに切断したような形状に形成されている。そして、これら遮磁部材１１，１２は、その幅Ｗが最も広い部分および最も狭い部分、すなわちスリット１３の溝幅が最も狭くなる部分および最も広くなる部分が、上記円筒磁石１０の外周面におけるＮ極とＳ極との境界にそれぞれ一致するように、上記円筒磁石１０の上端側および下端側にそれぞれ外嵌されている。

また、こうした回転角検出装置において、上記スリット１３の両端面からの距離が等しく、同スリット１３を通じて上記円筒磁石１０の外周面と対向する位置には、ホールＩＣ２０が、回転角検出装置に固定された回路基板上に配設されている。ホールＩＣ２０は、ホール素子をその周辺回路とともにパッケージ化したものである。なお、ホール素子は、半導体材料からなる素子であり、その内部に制御電流が流れている状態で制御電流の方向に対して直交する方向に磁界が印加されたときにホール効果の発現によってその磁界の強さに比例したホール電圧を出力する。このため、こうしたホール素子を備えたホールＩＣ２０は、その周囲の磁界の強さに応じた電圧（電気出力）、すなわち同ホールＩＣ２０に鎖交する円筒磁石１０の磁束の密度に応じた電圧を出力する。

次に、以上の構成の回転角検出装置によるシャフトＳの回転角θの検出態様について図２〜４を参照しつつ説明する。図２（ａ）〜（ｈ）は、ホールＩＣ２０周辺における回転角検出装置の側面構造およびその図中Ａ−Ａに沿った断面構造を、シャフトＳの回転角θとの対比のもとにそれぞれ模式的に併せ示したものである。なおここでは、円筒磁石１０の外周面上におけるＮ極とＳ極との境界のうち一方を回転角「０°」とし、「−１８０°」から「１８０°」までの「３６０°」（１回転）内のシャフトＳの回転角θを回転角検出装置により検出可能としている。これにともない、円筒磁石１０は、回転角θが「−１８０〜０°」の領域では外周面がＮ極となるように着磁され、さらに回転角θが「０〜１８０°」の領域では外周面がＳ極となるように着磁されているものとする。またここでは、スリット１３の溝幅（露出幅Ｘ）が最も狭いところを回転角「０°」としている。

図２（ａ）に示すように、シャフトＳが回転角θ１（−１８０°≦θ１＜０°）だけ回転したとき、回転角検出装置では、円筒磁石１０のＮ極に着磁された外周面上にホールＩＣ２０が位置する。このときのホールＩＣ２０の位置における円筒磁石１０の外周面の露出幅Ｘは、露出幅Ｘ１となる。

ところで、上述のように、遮磁部材１１，１２は、円筒磁石１０の回転角に応じて上記露出幅Ｘが一定の割合で変化するように同円筒磁石１０の外周面の一部を覆っている。このため、上記露出幅Ｘは、円筒磁石１０の回転角、すなわちシャフトＳの回転角θに応じて一定の割合で変化することとなる。

具体的には、図２（ｂ）に示すように、シャフトＳが回転角θ２（θ１＜θ２＜０°）だけ回転したときにおける露出幅Ｘは、露出幅Ｘ１よりも短い露出幅Ｘ２となる。また、図２（ｃ）に示すように、シャフトＳが回転角θ３（θ２＜θ３＜０°）だけ回転したときにおける露出幅Ｘは、この露出幅Ｘ２よりも短い露出幅Ｘ３となる。さらに、図２（ｄ）に示すように、シャフトＳが回転角θ４（θ３＜θ４＜０°）だけ回転したときにおける露出幅Ｘは、この露出幅Ｘ３よりも短い露出幅Ｘ４となる。また同様に、図２（ｅ）に示すように、シャフトＳが回転角θ５（θ４＜θ５＜０°）だけ回転したときにおける露出幅Ｘは、この露出幅Ｘ４よりも短い露出幅Ｘ５となる。

一方、図２（ｆ）に示すように、シャフトＳが回転角θ６（０°≦θ６＜１８０°）だけ回転したとき、回転角検出装置では、円筒磁石１０のＳ極に着磁された周面上にホールＩＣ２０が位置する。このときのホールＩＣ２０の位置における円筒磁石１０の露出幅Ｘは、上記露出幅Ｘ５よりも長い露出幅Ｘ６となる。また、図２（ｇ）に示すように、シャフトＳが回転角θ７（θ６＜θ７＜１８０°）だけ回転したときにおける露出幅Ｘは、この露出幅Ｘ６よりも長い露出幅Ｘ７となる。さらに、図２（ｈ）に示すように、シャフトＳが回転角θ８（θ７＜θ８＜１８０°）だけ回転したときにおける露出幅Ｘは、この露出幅Ｘ７よりも長い露出幅Ｘ８となる。

図３は、こうしたシャフトＳの回転角θに対する露出幅Ｘの推移を示したものである。同図３に示されるように、露出幅Ｘは、シャフトＳの回転角θが「−１８０°」〜「０°」の範囲内では回転角θの増加に伴って一定の割合で減少するとともに、シャフトＳの回転角θが「０°」〜「１８０°」の範囲内では、回転角θの増加に伴って一定の割合で増加することとなる。

さて、こうした回転角検出装置では、上記遮磁部材１１，１２が磁性体によって形成されていることから、円筒磁石１０から発生した磁束のうちその一部が遮磁部材１１，１２にて吸収されるとともに、これら遮磁部材１１，１２によって吸収されなかった残りの磁束がホールＩＣ２０に鎖交する。また、円筒磁石１０の外周面の露出幅ＸがシャフトＳの回転角θに応じて一定の割合で変化するため、上記ホールＩＣ２０に鎖交する磁束の量は、シャフトＳの回転角θに伴って一定の割合で変化する。しかも、ホールＩＣ２０は、回転角θが「−１８０°」〜「０°」の範囲内では円筒磁石１０のＮ極に着磁された外周面と対向し、回転角θが「０°」〜「１８０°」の範囲内では円筒磁石１０のＳ極に着磁された外周面と対向するように配置されている。このため、シャフトＳの回転角θに応じてホールＩＣ２０周辺の磁界の強さも一定の割合で変化するようになり、図４に示すように、回転角θの変化に対して線形的に推移する電圧がホールＩＣ２０から出力されることとなる。

こうして回転角検出装置のホールＩＣ２０から出力された電圧は、シャフトＳの１回転内にあっては固有の値となる。すなわち、同図４に示されるように、シャフトＳの回転角θが回転角θ１のときには、ホールＩＣ２０から電圧値Ｖ１の電圧が出力される。また、シャフトＳの回転角θが回転角θ２のときには、ホールＩＣ２０から電圧値Ｖ２の電圧が出力される。同様に、シャフトＳの回転角θが回転角θ３〜θ８へと変化すると、ホールＩＣ２０からは、これら回転角θ３〜θ８にそれぞれ対応した電圧値Ｖ３〜Ｖ８の電圧が出力される。このように、シャフトＳの回転角θとホールＩＣ２０から出力される電圧の電圧値とが一対一で対応していることから、回転角検出装置では、複雑な演算を用いることなく、ホールＩＣ２０の出力電圧に基づいてシャフトＳの回転角θを容易に検出することができるようになる。

なお、本実施の形態では、シャフトＳが「回転体」に、ホールＩＣ２０のホール素子が「磁気検出素子」にそれぞれ相当する構成となっている。また、本実施の形態では、遮磁部材１１，１２が、「円筒磁石の一端側及び他端側の外周面にそれぞれ外嵌される２つの円筒状の部材」に相当する構成ともなっている。

以上説明したように、本実施の形態にかかる回転角検出装置によれば、以下のような効果を得ることができるようになる。
（１）シャフトＳに円筒磁石１０を同期回転可能に駆動連結するとともに、この円筒磁石１０の上端側および下端側の外周面にそれぞれ、磁性体からなる略円筒状の遮磁部材１１，１２を外嵌することにより、円筒磁石１０の外周面の一部を覆うように一体固定した。そして、これら遮磁部材１１，１２の対向する端面の間に、シャフトＳの回転角θの変化に伴って円筒磁石１０の外周面の露出幅Ｘが一定の割合で変化するようにスリット１３を形成した。また、このスリット１３の溝幅の最も狭い部分および最も広い部分がそれぞれ上記円筒磁石１０の外周面におけるＮ極およびＳ極の境界と一致するように、上記遮磁部材１１，１２を上記円筒磁石１０に一体固定した。さらに、ホールＩＣ２０を、上記スリット１３の両端面からの距離が等しく、同スリット１３を通じて上記円筒磁石１０の外周面と対向する位置に配設した。これにより、円筒磁石１０から発生した磁束のうちその一部が遮磁部材１１，１２にて吸収されるとともに、これら遮磁部材１１，１２によって吸収されたなかった残りの磁束がホールＩＣ２０に鎖交するようになる。また、このホールＩＣ２０に鎖交する磁束の量は、シャフトＳの回転角θに伴って一定の割合で変化するようになる。このため、シャフトＳの回転角θに応じてホールＩＣ２０周辺の磁界の強さも一定の割合で変化するようになり、回転角θの変化に対して線形的に推移する電圧がホールＩＣ２０から出力されるようになる。したがって、複雑な演算を用いることなく、シャフトＳの回転角θの変化に対して線形的に推移するホールＩＣ２０の出力電圧に基づいて同シャフトＳの回転角θを容易に検出することができるようになる。

（２）シャフトＳに円筒磁石１０を固定するとともに、この円筒磁石１０に遮磁部材１１，１２をそれぞれ固定し、円筒磁石１０の外周面に対向するようにホールＩＣ２０を配設するようにした。すなわち、非常に簡易な構成にて回転角検出装置を構成するようにした。このため、従来の磁気式の回転角検出装置に比較して、磁石およびホールＩＣの配置箇所や磁石の配設向き等の管理が容易になるとともに、磁束の発生源が円筒磁石１０のみであるため、製造時における着磁強度や着磁方向等の管理を容易にすることができるようにもなる。

（３）遮磁部材１１および遮磁部材１２を同一形状に形成するようにした。このため、遮磁部材１１，１２の製造工数や製造コストの削減を通じて回転角検出装置のコストの削減を図ることができるようになる。

（第２の実施の形態）
次に、本発明にかかる回転角検出装置を具体化した第２の実施の形態について説明する。本実施の形態にかかる回転角検出装置は、先の第１の実施の形態の回転角検出装置を複数併設することにより、検出対象となる回転体の１回転以上の回転角の検出が可能な構成となっている。本実施の形態では、この回転角検出装置を、車両のステアリングシャフトの回転角を検出する回転角検出装置として具体化している。以下、こうした回転角検出装置について、図５〜７を参照しつつ説明する。なお、先の第１の実施の形態と同様の構成については、同一の符号を付してその詳細な説明を割愛する。また、本実施の形態では、先の第１の実施の形態にかかる回転角検出装置における「−１８０°」を「０°」に、「１８０°」を「３６０°」に置き換えることにより、上記複数併設された回転角検出装置の各々の回転角の検出範囲を「０°」から「３６０°」としている。

図５に示すように、本実施の形態にかかる回転角検出装置は、先の第１の実施の形態の回転角検出装置が固定軸Ｊ周りに３つ併設された構成を有している。詳しくは、この回転角検出装置は、円筒磁石１０ａおよび同円筒磁石１０ａに固定された平歯車３０ａと、円筒磁石１０ｂと同円筒磁石１０ｂに固定された平歯車３０ｂと、円筒磁石１０ｃおよび同円筒磁石１０ｃに固定された平歯車３０ｃとが順に上記固定軸Ｊ上に回転可能に設けられている。すなわち、円筒磁石１０ａ〜１０ｃはそれぞれ、上記固定軸Ｊの軸心周りに独立して回転可能となっている。

また、これら円筒磁石１０ａ〜１０ｃの図中左側の端部および右側の端部には、遮磁部材１１ａ〜１１ｃおよび遮磁部材１２ａ〜１２ｃがそれぞれ外嵌されている。そして、円筒磁石１０ａ〜１０ｃの外周面と対向する位置には、ホールＩＣ２０ａ〜２０ｃがそれぞれ配設されている。なお、便宜上、円筒磁石１０ａ、遮磁部材１１ａ，１２ａ、およびホールＩＣ２０ａによって構成される回転角検出装置を「センサ１」とし、円筒磁石１０ｂ、遮磁部材１１ｂ，１２ｂ、およびホールＩＣ２０ｂによって構成される回転角検出装置を「センサ２」とする。同様に、円筒磁石１０ｃ、遮磁部材１１ｃ，１２ｃ、およびホールＩＣ２０ｃによって構成される回転角検出装置を「センサ３」とする。

また、車両のステアリングシャフトと同期回転可能に駆動連結されたシャフトＳの図中右側の端部には、すぐばかさ歯車４０が形成されている。このシャフトＳの図中右側には、回転軸４３が回転可能に軸支されるとともに、そのシャフトＳ側の端部には、上記すぐばかさ歯車４０と同一の歯数を有するすぐばかさ歯車４２が形成されている。さらに、上記シャフトＳに形成されたすぐばかさ歯車４０と上記回転軸４３に形成されたすぐばかさ歯車４２とのそれぞれに歯合するように、両者の間にすぐばかさ歯車４１が回転可能に設けられている。すなわち、シャフトＳと回転軸４３とは、すぐばかさ歯車４０〜４２を介して同期回転可能に駆動連結されている。

こうした回転軸４３は、図６にその一部断面構造を示すように、すぐばかさ歯車４２の形成された端部と反対側の端面が開口された略有底筒状に形成されており、その内周面には、互いに対向する位置にピン４３ａ，４３ｂがそれぞれ突出形成されている。

また、回転軸４３の図中右側には、往復軸４４が往復同可能に配設されている。詳しくは、往復軸４４の回転軸４３側の一端部には、上記回転軸４３のピン４３ａ，４３ｂの直径とほぼ同一の幅を有する係合溝４４ａ，４４ｂがその軸心方向にそってそれぞれ凹設されている。上記回転軸４３と往復軸４４とは、これらピン４３ａ，４３ｂと係合溝４４ａ，４４ｂとが係合した状態で駆動連結されている。この往復軸４４の中央部には、上記センサ１〜センサ３の平歯車３０ａ〜３０ｃのそれぞれと選択的に歯合する駆動歯車４５が固定されている。一方、上記往復軸４４の他端部には、その外周面にねじ山４４ｃが形成されている。なお、このねじ山４４ｃのピッチは、往復軸４４が１回転したときに上記駆動歯車４５が、円筒磁石１０ａ（円筒磁石１０ｂ，１０ｃ）の軸心方向の長さ（幅）、および平歯車３０ａ（平歯車３０ｂ，３０ｃ）の軸心方向の長さ（幅）の和だけその軸心方向に往動あるいは復動するような値に設定されている。また、上記往復軸４４の図中右側には、一方が閉塞された有底筒状の軸受部４６が、その内周面に形成されたねじ溝４６ａと上記往復軸４４のねじ山４４ｃとが歯合する態様で固定されている。

以上の構成を有する回転角検出装置にあっては、シャフトＳの１回転毎に上記センサ１〜センサ３の円筒磁石１０ａ〜１０ｃのうちで、上記シャフトＳと駆動連結される円筒磁石が切り替えられることとなる。すなわち、シャフトＳの１回転毎に、上記円筒磁石１０ａ〜１０ｃのうちの一つが同シャフトＳと駆動連結される。次に、こうした上記シャフトＳの１回転毎における円筒磁石１０ａ〜１０ｃの切り替え態様について、先の図５および図６を参照しつつ説明する。なお、ここでは、初期の状態として、往復軸４４の駆動歯車４５とセンサ１の平歯車３０ａとが歯合しているものとする。

図５に示すように、シャフトＳが回転すると、すぐばかさ歯車４０〜４２を介してシャフトＳの回転力が回転軸４３に伝達されることとなり、回転軸４３がシャフトＳの回転に同期して回転する。こうして回転軸４３が回転することにより、回転軸４３とピン４３ａ，４３ｂを介して駆動連結されている往復軸４４が回転する。上述のように、この往復軸４４の他端部にはねじ山４４ｃが形成されており、このねじ山４４ｃは、固定された軸受部４６のねじ溝４６ａと歯合している。このため、往復軸４４は、回転軸４３の回転に同期して回転するとともにその軸心方向に移動することとなる。すなわち、シャフトＳの回転に伴って往復軸４４がその軸心方向に移動する。

このとき往復軸４４がその軸心方向に移動する距離は、同往復軸４４の端部に形成されたねじ山４４ｃのピッチによって決定される。本実施の形態では、上述のように、往復軸４４のねじ山４４ｃのピッチは、往復軸４４が１回転したときに同往復軸４４に固定された上記駆動歯車４５が、円筒磁石１０ａの幅および平歯車３０ａの幅の和だけその軸心方向に移動するような値に設定されている。このため、シャフトＳの回転に同期して往復軸４４が１回転すると、往復軸４４の駆動歯車４５は、センサ１の平歯車３０ａとの歯合を解除してセンサ２の平歯車３０ｂと歯合する。そして、往復軸４４がさらに１回転すると、往復軸４４の駆動歯車４５は、こうしたセンサ２の平歯車３０ａとの歯合を解除してセンサ３の平歯車３０ｃと歯合するようになる。すなわち、シャフトＳが１回転する毎に、上記円筒磁石１０ａ〜１０ｃのうちの一つが同シャフトＳと駆動連結されることとなる。

このような構成の回転角検出装置においても、円筒磁石１０ａ〜１０ｃのそれぞれの露出幅Ｘは、回転角θが「０°」〜「１８０°」の間では回転角θの増加に比例して一定の割合で減少することとなり、回転角θが「１８０°」〜「３６０°」の間では回転角θの増加に比例して一定の割合で増加することとなる。このため、本実施の形態にかかる回転角検出装置にあっても、図７に示すように、回転角θの変化に対して線形的に推移する電圧がホールＩＣ２０ａ〜２０ｃのそれぞれから出力される。ただし、本実施の形態では、シャフトＳが１回転する毎に上記シャフトＳと駆動連結される円筒磁石が切り替えられるため、シャフトＳの回転数毎に、ホールＩＣ２０ａ〜２０ｃのうちの一つのみから回転角θの変化に対して線形的に推移する電圧が出力される。回転角検出装置は、各ホールＩＣ２０ａ〜２０ｃの出力電圧から求められる各円筒磁石１０ａ〜１０ｃの各回転角を加算することにより、シャフトＳの「０°」〜「１０８０°」までの範囲内の回転角θを検出することができる。

例えば、図７に示すように、センサ１のホールＩＣ２０ａからは回転角「０°」に対応する電圧値Ｅ１の電圧が、センサ２のホールＩＣ２０ｂからは回転角「１８０°」に対応する電圧値Ｅ２の電圧が、そしてセンサ３のホールＩＣ２０ｃからは回転角「０°」に対応する電圧値Ｅ３の電圧がそれぞれ出力されたとする。この場合、回転角検出装置では、これら求めた各回転角が加算され、シャフトＳの回転角θとして「５４０°」（３６０°＋１８０°＋０°）が算出される。

なお、本実施の形態では、すぐばかさ歯車４０〜４２、回転軸４３、ピン４３ａ，４３ｂ、往復軸４４、係合溝４４ａ，４４ｂ、ねじ山４４ｃ、駆動歯車４５、軸受部４６、ねじ溝４６ａ、および平歯車３０ａ〜３０ｃが「切替機構」に相当する構成となっている。

以上説明したように、本実施の形態にかかる回転角検出装置によれば、上記（１）〜（３）の効果に加えて、次のような新たな効果を得ることができるようになる。
（４）先の第１の実施の形態の回転角検出装置を固定軸Ｊ周りに３つ併設した。また、すぐばかさ歯車４０〜４２、回転軸４３、ピン４３ａ，４３ｂ、往復軸４４、係合溝４４ａ，４４ｂ、ねじ山４４ｃ、駆動歯車４５、軸受部４６、ねじ溝４６ａ、および平歯車３０ａ〜３０ｃによって構成される切替機構によって、シャフトＳが１回転する毎に、円筒磁石１０ａ〜１０ｃのうちの一つが同シャフトＳと駆動連結されるようにした。これにより、シャフトＳと同期回転する円筒磁石がシャフトＳの回転数毎に異なるようになる。このため、各円筒磁石１０ａ〜１０ｃの各回転角を加算することにより、シャフトＳの１回転以上の回転角θを検出することができるようになる。

なお、この発明にかかる回転角検出装置は上各記実施の形態に限定されるものではなく、同実施の形態を適宜変更した例えば次のような形態として実施することもできる。
・上記第２の実施の形態では、上記第１の実施の形態の回転角検出装置を固定軸Ｊ上に３つ併設することにより、シャフトＳの「０°」〜「１０８０°」までの範囲内の回転角θを検出可能としていた。こうして固定軸Ｊ上に併設する回転角検出装置の数は、検出対象の回転体の回転数に応じて任意に選択することができる。例えば、固定軸Ｊ上に４つの回転角検出装置を併設するとともに、シャフトＳが１回転する毎に、それらの円筒磁石のうちの一つが同シャフトＳと駆動連結されるようにすれば、「０°」〜「１４４０°」（３６０×４）までの範囲におよぶシャフトＳの回転角θを求めることができるようになる。すなわち、検出対象の回転体の回転数に応じて上記第１の実施の形態にかかる回転角検出装置を複数併設することにより、多回転する回転体の回転角θを好適に求めることができる。

・上記第２の実施の形態では、往復軸４４に固定された駆動歯車４５の移動を通じてシャフトＳの１回転毎に円筒磁石１０ａ〜１０ｃのうちの一つだけがシャフトＳに駆動連結されるようにしていた。しかし、別途の手段によってシャフトＳの回転数を検出可能であるならば、こうした駆動歯車４５を往復移動させるための機構を割愛するようにしてもよい。すなわち、上記第１の実施の形態の回転角検出装置に、シャフトＳの回転数を検出するための手段を追加することによっても、多回転する回転体の回転角θを求めることができる。

・上記第２の実施の形態では、上記第１の実施の形態にかかる回転角検出装置を固定軸Ｊ上に３つ併設するとともに、シャフトＳの１回転毎に円筒磁石１０ａ〜１０ｃのうちの一つだけをシャフトＳに駆動連結することにより、シャフトＳの３回転までの回転角θの検出を可能としていた。しかし、シャフトＳの１回転以上の回転角θを検出するための回転角検出装置の構成は、このような構成に限定されない。例えば図８に示す回転角検出装置では、上記第１の実施の形態にかかる回転角検出装置を２つ用いることによって、シャフトＳの３回転の範囲内の回転角θを検出することができるようにしている。詳しくは、同図８に示すように、この回転角検出装置では、検出対象となるシャフトＳに平歯車５０を外嵌するとともに、２つの円筒磁石１０ａ，１０ｂのうち円筒磁石１０ａには上記平歯車５０と同一の歯数の平歯車３０ａを、円筒磁石１０ｂには上記平歯車５０の３倍の歯数を有する平歯車３０ｂを固定する。そして、これら円筒磁石１０ａ，１０ｂを、回転可能に軸支されたシャフトＳ１，Ｓ２にそれぞれ固定する。このようにすれば、シャフトＳの１回転に対して、円筒磁石１０ａが１回転するとともに、円筒磁石１０ｂが１／３回転するようになる。このため、円筒磁石１０ｂの回転角からシャフトＳの回転数を求めるとともに、円筒磁石１０ａの回転角からシャフトＳの１回転内の回転角を求めることにより、シャフトＳの１回転以上の回転角θを求めることができるようになる。もちろん、円筒磁石１０ｂの回転角のみからシャフトＳの１回転以上の回転角θを求めることも可能ではある。

・上記第１の実施の形態において、遮磁部材１１，１２の形状は、これら遮磁部材１１，１２の対向する端面の間に形成されるスリット１３の溝幅が円筒磁石１０の回転角に応じて一定の割合で変化するような形状であればよく、必ずしも同一形状でなくてもよい。なお、実使用上は、ホールＩＣ２０の特性等によっては、円筒磁石１０の回転角に応じてスリット１３の溝幅、すなわち円筒磁石１０の外周面の露出幅Ｘが一定の割合で変化するように回転角検出装置を構成したとしても、シャフトＳの回転角θの変化に対して線形的に推移する電圧がホールＩＣ２０から出力されないおそれがある。この場合には、シャフトＳの回転角θの変化に対して線形的に推移する電圧がホールＩＣ２０から出力されるようにシャフトＳの１回転内の露出幅Ｘの推移を求め、この露出幅Ｘの推移が実現できるような形状に上記遮磁部材１１，１２をそれぞれ形成するようにすればよい。

・上記第１の実施の形態では、遮磁部材を遮磁部材１１，１２といった２つの部材に具体化することにより、シャフトＳの回転角θの検出範囲の拡大を図っていた。しかしながら、検出対象とする回転体の回転可能範囲が１回転未満である場合には、遮磁部材を上記各実施の形態のように分割しないで、１つの部材として形成するようにしてもよい。このようにすれば、回転角検出装置の部品点数の削減を通じて、回転角検出装置の製造コストの一層の削減を図ることもできる。要するに、遮磁部材は、磁性体から形成されるとともに、円筒磁石１０の回転角に応じてその外周面の露出幅Ｘが一定の割合で変化するように同外周面の一部を覆うような形状に形成されればよく、その形状は、遮磁部材１１および遮磁部材１２といった２つの部材に分割された形状に限定されない。

・磁気検出素子としては、上記各実施の形態におけるホールＩＣ２０，２０ａ〜２０ｃのホール素子の他に、例えばＧＭＲ（Giant Magneto Resistance：巨大磁気抵抗）素子を採用するようにしてもよい。

（ａ）は、本発明にかかる回転角検出装置の第１の実施の形態についてその斜視構造を模式的に示す斜視図、（ｂ）は、同実施の形態にかかる回転角検出装置の分解斜視構造を模式的に示す斜視図。 （ａ）〜（ｈ）は、同実施の形態にかかる回転角検出装置において、ホールＩＣ周辺の側面構造およびその図中Ａ−Ａに沿った断面構造を、シャフトの回転角θとの対比のもとにそれぞれ模式的に示す側面図および断面図。 同実施の形態にかかる回転角検出装置を構成する円筒磁石の露出幅とシャフトの回転角θとの関係を示すグラフ。 同実施の形態にかかる回転角検出装置を構成するホールＩＣからの出力電圧とシャフトの回転角θとの関係を模式的に示すグラフ。 本発明にかかる回転角検出装置の第２の実施の形態についてその斜視構造を模式的に示す斜視図。 同実施の形態にかかる回転角検出装置の切替機構の一部について、その一部断面構造を模式的に示す断面図。 同実施の形態にかかる回転角検出装置を構成するホールＩＣからの出力電圧とシャフトの回転角θとの関係を模式的に示すグラフ。 他の実施の形態にかかる回転角検出装置についてその平面構造を模式的に示す平面図。

符号の説明

１０，１０ａ〜１０ｃ…円筒磁石、１１，１１ａ〜１１ｃ、１２、１２ａ〜１２ｃ…遮磁部材、１３…スリット、２０，２０ａ〜２０ｃ…ホールＩＣ、３０ａ〜３０ｃ，５０…平歯車、４０〜４２…すぐばかさ歯車、４３…回転軸、４３ａ，４３ｂ…ピン、４４…往復軸、４４ａ，４４ｂ…係合溝、４４ｃ…ねじ山、４５…駆動歯車、４６…軸受部、４６ａ…ねじ溝、Ｓ…シャフト、Ｊ…固定軸。

Claims (5)

1. 回転角の検出対象となる回転体に同期回転可能に駆動連結されるとともに外周面および内周面をその両極とする円筒磁石と、
   前記円筒磁石に一体固定されるとともに、同円筒磁石の回転角に応じて前記外周面の露出幅が一定の割合で変化するように同外周面の一部を覆う磁性体からなる遮磁部材と、
   前記円筒磁石の外周面と対向して配設された磁気検出素子と、
   を備え、前記円筒磁石の周囲に生じる磁界に応じた前記磁気検出素子の電気出力に応じて前記回転体の回転角を検出する回転角検出装置。
2. 前記遮磁部材は、前記円筒磁石の外周面に外嵌される略円筒形状の部材として形成されるとともに、その周面には、前記円筒磁石の回転角に応じて溝幅の変化するスリットが形成されてなる
   請求項１に記載の回転角検出装置。
3. 前記遮磁部材は、前記円筒磁石の一端側及び他端側の外周面にそれぞれ外嵌される２つの円筒状の部材に分割形成されてなり、前記スリットは、それら２つの部材の対向する端面の間に形成されてなる
   請求項２に記載の回転角検出装置。
4. 前記２つの部材は、同一形状に形成されてなる
   請求項３に記載の回転角検出装置。
5. 請求項１〜４のいずれか１項に記載の回転角検出装置を同軸上に複数併設するとともに、
   それら複数の回転角検出装置の前記円筒磁石のうちで、前記回転体と駆動連結される円筒磁石を、同円筒磁石の１回転毎に切り替える切替機構を備えた
   ことを特徴とする回転角検出装置。

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