JP2009162741A - 回転角検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】３６０度超の回転角度を検出する磁気式角度センサの検出精度を向上すること。
【解決手段】一対の部分円筒磁石９が磁気検出素子６を挟んで回転対称に配置され、ヨーク８が一対の部分円筒磁石９の外周面部に接して磁気検出素子６を囲んでいる。一対の部分円筒磁石９は回転体１の回転とともに軸心ｍの周りを回転しつつ軸方向に変位する。一対の部分円筒磁石９は、軸心ｍに対して傾斜配置され、これにより、一対の部分円筒磁石９が回転しつつ磁気検出素子６に対して軸方向に変位することによる磁気検出素子６の検出磁界の大きさにより何回転かを判定することができる。一対の部分円筒磁石９は、軸心ｍ上の磁界の大きさ及びリニアリティを改善する。
【選択図】図１

Description

本発明は、回転軸の回転による磁界ベクトルの回転を検出することにより、回転軸の回転角を検出する回転角検出装置の改良に関する。

磁石（着磁体を含む）の回転角変化を磁気検出素子により検出する回転角検出装置を用いた操舵角検出装置が知られている。この回転角検出装置において、被検出回転軸の３６０度を超える回転角を検出する装置（以下、３６０度超回転角検出装置とも言う）が特許文献１、２に知られている。

特許文献２は、磁石を回転するとともに軸方向に移動させる構造を採用し、磁気センサを磁石に対して軸方向に近接配置し、磁束密度の方向により回転角を、その磁束密度の大きさにより何回転目かを判定する３６０度超回転角検出装置を提案している。

また、本出願人の出願になる特許文献３は、内周面が円錐テーパ面（単に円錐面とも言う）となる筒状磁石の円錐テーパ面を着磁することによりこの円錐テーパ面に互いに１８０度離れてN極とS極とを形成し、この円錐テーパ面を磁気検出素子の周囲を回転させる同時に軸方向に変位させることにより、磁束密度の方向により回転角を、その磁束密度の大きさにより何回転目かを判定する３６０度超回転角検出装置を提案している。
特開２００５−３６２５号公報 米国特許第６８９４４８７号明細書 特開２００７−２５６２５０号公報

特許文献１の３６０度超回転角検出装置は、回転角を検出すべき一つの被検出回転軸にそれぞれ独立に噛合する二つの磁石軸の回転角をそれぞれ磁気検出素子により検出し、これら二つの磁気検出素子から互いに位相角が異なる出力を発生させ、信号処理部によりこれら二つの出力の位相角の差から３６０度超の回転角を演算することを提案している。上記した特許文献１の回転角検出装置は、３６０度超の回転角を検出できるものの、歯車機構と磁石と磁気検出素子とのセットを２組、被検出回転軸の周囲に配置せねばならず、部品点数及び装置体格が増大し、製造コストも増大するという問題があった。このような２軸型の３６０度超回転角検出装置の問題点は、次に説明する１軸型の３６０度超回転角検出装置により軽減される。

特許文献２は、磁気検出素子に作用する磁石磁界と外部ノイズ磁界との分別が簡単ではなく、SN比が悪いという問題点があった。

特許文献３は、磁気検出素子の周囲が磁石やヨークにより囲まれているため外部ノイズ磁界の影響を低減して検出精度を向上可能なものの、磁石の内周面が円錐テーパ面となっているので磁石の製造、着磁工程が複雑であり、磁石材料も多く消費する必要があった。また、磁石各部の径方向厚さが異なるため、磁石に割れが生じやすいという問題もあった。

本発明は上記問題点に鑑みなされたものであり、磁石材料使用量を低減しつつ磁気検出素子に作用する磁界強度を向上可能な１軸型の３６０度超回転角検出装置を提供することをその目的としている。

上記課題を解決する本発明の回転角度検出装置は、回転体の回転に連動して磁石回転軸心の周囲を回転するとともに軸方向に移動するギャップ付き磁気回路と、前記磁石回転軸心に配置されて前記ギャップ付き磁気回路が前記磁石回転軸心上の磁界を検出する磁気検出素子と、前記磁気検出素子の信号に基づいて検出した前記磁界の方向により前記磁石の回転角を、前記磁気検出素子の信号に基づいて検出した前記磁界の大きさにより前記磁石の回転回数が何回目かを検出する信号処理部とを備え、前記ギャップ付き磁気回路は、前記磁界を形成する磁石と、前記磁石回転軸心上の前記磁界を強化するためのヨークとを有する回転角度検出装置において、前記磁石は、部分円筒状に形成されるとともに前記磁気検出素子を挟んで対面配置される一対の部分円筒磁石を有し、前記一対の部分円筒磁石の内周面部は、前記磁気検出素子に向けて配置されて互いに逆極性の磁極面をなし、前記ヨークは、前記一対の部分円筒磁石を囲んで前記磁石回転軸心の全周に配置される筒形の磁性部材からなるとともに前記一対の部分円筒磁石の外周面部と磁束を授受することをその特徴としている。なお、ここで言う部分円筒磁石とは、内径及び外径がそれぞれ一定である円筒磁石をその軸心を中心とし所定角度２αだけ切断した形状を有する。円筒磁石の２αは３６０度である。好適には、２αは、６０〜１５０度とされる。

すなわち、本発明は、筒状のヨークの内側に互いに１８０度離れて一対の部分円筒磁石を配置した点をその特徴としている。これにより、次の効果を奏することができる。

まず、磁石厚さが一定であるため、圧縮、焼結時の割れなどが生じにくく、かつ磁石材料の使用量も少なくでき、磁石コストを低減することができる。

次に、本発明の一対の部分円筒磁石を用いた場合、円筒状乃至円錐テーパ筒状の磁石に比べて、回転軸心に配置された磁気検出素子に与える磁界強度を増大できることがわかった。本発明者は、その理由として、円筒磁石から一部の部分円筒磁石に変更した際に切断し除いた部分が、前記磁石回転軸心上の磁界を低下させるためであると推測している。本発明では、円筒磁石から磁界を低下させる部分をなくした一対の部分円筒磁石は、磁石回転軸心上の磁気検出素子に強い磁界を形成することができる。この点については後述するものとする。

好適な態様において、前記一対の部分円筒磁石は、前記一対の部分円筒磁石の軸方向一端が前記一対の部分円筒磁石の軸方向他端よりも前記磁石回転軸心にそれぞれ近接配置される傾斜姿勢を有する。すなわち、この態様では、部分円筒磁石は、磁石回転軸心に対して傾斜配置されている。これにより、部分円筒磁石の回転とともに、磁気検出素子から部分円筒磁石の内周面部までの径方向距離が変化するため、磁気検出素子の磁石磁界の強度を良好に連続変化させることができ、部分円筒磁石を用いて１回転超の磁石回転を良好に検出することができる。

好適な態様において、前記一対の部分円筒磁石の外周面部と前記ヨークとの間に設けられたギャップの磁気抵抗により、前記磁石回転軸心上の磁界強度は、前記磁石回転軸心の軸方向に連続的に変更される。すなわち、この態様では、一対の部分円筒磁石の外周面部と、それを囲むヨークとの間の空隙（ギャップ）の形状を軸方向において変更することにより、磁石回転軸心上の磁石磁界強度を変更する。これにより、簡素な構造により磁石回転軸心の軸方向各部の磁界強度を変更することが可能となる。

好適な態様において、前記一対の部分円筒磁石の外周面部と前記ヨークとの間に設けられたギャップの大きさは、前記磁石回転軸心と平行な方向へ連続的に変更される。これにより、簡素な構造により磁石回転軸心の軸方向各部の磁界強度の変化の直線性を向上することができ、信号処理が容易となり、回転回数の判別精度を向上することができる。

好適な態様において、前記一対の部分円筒磁石の間に位置して前記ヨークの内周面から径方向内側へ突出する軟磁性の突部を有し、前記突部は、前記磁石回転軸心上の各部の磁石磁界の大きさを連続的に変化させる形状を有する。このようにすれば、簡素な構造により磁石回転軸心の軸方向各部の磁界強度を変更することが可能となる。

好適な態様において、互いに直交配置される２つの磁気検出素子が用いられ、これら２つの磁気検出素子が検出する信号の割合により磁気検出素子に対する部分円筒磁石の回転角が検出される。更に説明すると、部分円筒磁石の回動とともに、静止状態の上記２つの磁気検出素子に作用する磁界は正弦波状に変化する。結局、検出した部分円筒磁石の角度のａｒｃｔａｎ値から部分円筒磁石の３６０度以下の回転角θを求め、更にこれに回転回数×３６０度を加算して最終的な部分円筒磁石の回転角を算出し、これを回転体の回転角（回動角とも言う）に置換すればよい。これらの信号処理については、本出願人の出願になる特開２００７−２５６２５０、２６３５８５、３０９６８１を参照されたい。

好適な態様において、軟磁性材料により形成されるとともに、前記ヨークの内周面から一対の部分円筒磁石の間の隙間に向けて径内向きへ個別に突出する一対のヨーク突部を有する。ヨーク突部はヨークと一体に形成されるのが好ましい。このようにすれば、回転対称に配置された一対のヨーク突部がその近傍の磁束を吸収するため、軸心近傍の磁束がヨーク突部側に引っ張られることになり、その結果として軸心近傍の磁界を平行化し、その磁束分布を均一化することができる。これにより、磁気検出素子の位置が軸心からずれても誤差が生じにくくなる。

好適な態様において、一対のヨーク突部は、ヨークを切り曲げて形成されている。このようにすれば、容易にヨーク突部の製造、取り付けを行うことができる。

本発明の回転角検出装置を用いた操舵角検出装置の好適実施形態を以下に説明する。ただし、本発明は、下記の実施形態に限定解釈されるものではなく、他の技術を組み合わせて本発明の技術思想を実現してもよい。

（実施形態１）
（装置構成）
実施形態１の操舵角検出装置を、図１、図２を参照して説明する。図１は装置の軸方向模式断面図、図２は上方から磁石回転軸心ｍの向きにみたヨーク８及び一対の部分円筒磁石９の平面図である。

この操舵角検出装置は、操舵軸をなす回転体１の回転角を検出するための装置であって、回転体１には、シザーズギアからなる駆動歯車２が固定されている。３は回転体１が貫通するハウジングであって、ハウジング３の内周面の一部の領域にはねじ受け４が固定されている。５は駆動歯車２及びねじ受け４と噛合する従動歯車であり、６はハウジングから従動歯車５の軸心（本発明で言う磁石回転軸心）ｍ上に垂下する磁気検出素子である。７はプリント基板であり、このプリント基板７上には本発明で言う信号処理部をなす電子回路１００が搭載されている。

駆動歯車２は、いわゆるノンバックラッシギヤであるシザーズギアにより構成されている。駆動歯車２の詳細については後述する。

ねじ受け４は、内周面に螺旋ねじ面が形成された円筒をその所定角度幅だけ軸方向に切り取った部分円筒形状を有している。したがって、ねじ受け４の内周面部には部分的な螺旋ねじ面が形成されている。

従動歯車５は、回転体１とねじ受け４との間に介設されており、従動歯車５の軸心ｍは、回転体１の軸心とねじ受け４の周方向中心とを結ぶ仮想直線上に配置されている。従動歯車５は、シザーズギアである駆動歯車２と噛合している。かつ、従動歯車５の歯先には、ねじ受け４の部分的な螺旋ねじ面に噛合するねじ溝が形成されている。従動歯車５は、ハウジング３の底部上面に回動自在に配置されている。

円筒状の従動歯車５の内周面には筒状のヨーク８が固定され、軟鉄製のヨーク８の内周面には一対の部分円筒磁石９が互いに１８０度離れて嵌入、固定されている。ヨーク８の内周面のうち、一対の部分円筒磁石９の外周面部に密着する部分は部分円筒面形状となっている。この実施形態では、筒状のヨーク８の内周面は図２に示す形状となっているが、一対の部分円筒磁石９の外周面部間を磁気短絡しつつ磁気検出素子６の全周を囲む筒形状であれば、その内周面は他の種々の形状をもつことができる。

一対の部分円筒磁石９は、その軸方向下端が軸方向上端よりも磁石回転軸心ｍに近接する傾斜姿勢にてヨーク８に固定されている。また、一対の部分円筒磁石９の径方向の厚さは一定とされている。更に説明すると、一対の部分円筒磁石９は、円筒磁石をその軸心と平行にその軸心から占有角２αだけ切り取った形状を有している。なお、ヨーク８と従動歯車５とを一体に形成してもよい。

一対の部分円筒磁石９は、図２に示すようにその径方向断面の所定の一方向（図２に示すA-A方向）へ着磁され、その結果として、一対の部分円筒磁石９の内周面部は、反対極性の磁極面となる。具体的には、図２における上側の部分円筒磁石９の内周面部はS極面となり、図２における下側の部分円筒磁石９の内周面部はN極面となっている。これにより、軸心ｍにはA-A方向の磁界Bが軸心ｍと直角方向（径方向）に形成される。筒状のヨーク８は、一対の部分円筒磁石９の外周面部同士を磁気的に短絡するとともに、外部ノイズ磁界を遮蔽している。

軸心ｍには磁気検出素子６が配置されている。磁気検出素子６は、軸心ｍと直角な方向（径方向）かつ互いに直交するＸ、Y方向の磁界成分を検出する一対のホール素子からなる。すなわち、第１のホール素子は上記X方向磁界成分Bxに応じた信号電圧を出力し、第２のホール素子は上記Y方向磁界成分Byに応じた信号電圧を出力する。

一対の部分円筒磁石９が軸心に形成する磁界（磁石磁界とも言う）は、X方向磁界成分BxとY方向磁界成分Byとのベクトル和となる。磁気検出素子６は、これら２つのホール素子の出力信号を増幅する周辺回路を有し、Ｘ方向磁束密度成分Ｂｘに比例する信号電圧Ｖｘと、Ｙ方向磁束密度成分Ｂｙに比例する信号電圧Ｖｙを出力する。

（動作）
上記説明した装置の回転角検出動作を以下に説明する。

回転体１とともに駆動歯車２が回動すると、駆動歯車２と噛合する従動歯車５が回動する。従動歯車５はねじ受け４と噛合しているため、従動歯車５は回動するとともに軸方向に変位する。回転体１が回動すると、上記一対の磁極面すなわちN極面及びS極面が回転するとともに、上記一対の磁極面と磁気検出素子６との間の径方向距離が連続的に変化する。その結果、回転体１が回転すると、磁気検出素子６を径方向に貫通する磁界（磁束密度と考えてもよい）の方向と大きさとがそれぞれ連続的に変化する。

A-A方向に対する永久磁石９の回転角度をθとする時、一対の部分円筒磁石９が磁気検出素子６に与えるＸ方向磁束密度成分ＢｘとＹ方向磁束密度成分Ｂｙとは、次のようになる。
Ｂｘ ＝ ｆ (θ)・ｃｏｓθ
Ｂｙ ＝ ｆ (θ)・ｓｉｎθ

なお、f (θ)は、永久磁石９の軸方向変位により磁気検出素子６の位置における磁束密度Ｂのベクトル長の変化を示す関数値である。 f (θ ) は磁石やヨークの形状、材質等で決まる値である。信号処理部１００は、磁束密度Ｂのベクトル長を示す関数値f (θ)と磁石回転軸の回転回数との関係を記憶している。

信号処理部１００は、磁気検出素子６から入力されるＸ方向磁束密度成分ＢｘとＹ方向磁束密度成分Ｂｙとを逆正接演算する機能をもつ。この逆正接演算により、
θ ＝ ａｒｃｔａｎ (Ｂｙ／Ｂｘ)
が算出され、回転角θにより永久磁石９の３６０度内の角度情報を得ることができる。更に、信号処理部は、Ｘ方向磁束密度成分ＢｘとＹ方向磁束密度成分Ｂｙとの二乗和の平方根を演算する機能をもつ。この演算により、磁束密度Ｂのベクトル長が算出され、この磁束密度Ｂのベクトル長を示す関数値 f (θ)と、記憶する上記関係とから、磁石回転軸の回転回数が算出される。すなわち、この実施形態では、f (θ)の大きさから所定の軸方向基準位置からの何回転目の回転かを演算し、ａｒｃｔａｎ(Ｂｙ／Ｂｘ)から現在の磁石９の回転角θを演算し、これらから３６０度以上の回転角θ'を算出する。たとえば現在２回目の回転であり、θが５５度であれば、最終回転角θ'は４１５度が算出されて出力される。

回転体１の回転角φ、一対の部分円筒磁石９の回転角θ'と、磁気検出素子６の位置でのＸ方向磁束密度成分Ｂｘ及びＹ方向磁束密度成分Ｂｙとの関係を図３に示す。すなわち、この実施形態によれば、一対の部分円筒磁石９を回転させるとともに軸方向へ変位させることにより、１セットの回転磁石アセンブリを用いてだけで３６０度以上の回転角を検出することができる。

（駆動歯車２の説明）
次に、駆動歯車２を図１を参照して更に説明する。

駆動歯車２は、回転体１に嵌着、固定された第１歯車２１と、第１歯車２１に対して軸方向に隣接する第２歯車２２と、コイルスプリング２３とからなる。第２歯車２２は、回転体１又は第２歯車２２に遊嵌されており、コイルスプリング２３により第１歯車２１に対して周方向一方側に弾性付勢されている。第１歯車２１及び第２歯車２２は等歯数でほぼ同一形状の歯を有し、第１歯車２１の歯と第２歯車２２の歯は、従動歯車５の歯を挟んでいる。このため、コイルスプリング２３が第２歯車２２を駆動歯車２のトルク方向（回転方向）と逆方向へ弾性付勢するため、従動歯車５の歯には径方向内側への合力が加えられる。この合力は、径方向面内にて変位可能な従動歯車５を通じてねじ受け４に伝達され、その結果として、従動歯車５の歯先のねじ面とねじ受け４のねじ面との間の遊びが解消される。

一対の部分円筒磁石９は、その軸方向下端が軸方向上端よりも磁石回転軸心ｍに近接する傾斜姿勢にてヨーク８に固定されている。また、一対の部分円筒磁石９の径方向の厚さは一定とされている。更に説明すると、一対の部分円筒磁石９は、円筒磁石をその軸心と平行にその軸心から占有角２αだけ切り取った形状を有している。なお、ヨーク８と従動歯車５とを一体に形成してもよい。

一対の部分円筒磁石９は、図２に示すようにその径方向断面の所定の一方向（図２に示すA-A方向）へ着磁され、その結果として、一対の部分円筒磁石９の内周面部は、反対極性の磁極面となる。具体的には、図２における上側の部分円筒磁石９の内周面部はS極面となり、図２における下側の部分円筒磁石９の内周面部はN極面となっている。

実験及びシミュレーションにより調べた部分円筒磁石９の既述の占有角αと軸心ｍ上の磁束密度Bとの関係を図４に示す。αが６０°を超えると磁束密度Bが低下することがわかる。αが９０°であるということは、一対の部分円筒磁石９が密着して完全な円筒となっている状態を意味する。このことから、たとえばαを４０〜６０°とすることにより、完全円筒型の磁石よりも軸心ｍ上の磁束密度を向上できることがわかった。したがって、この実施形態の一対の部分円筒磁石９を用いることにより、検出精度を向上させることができる。

実験及びシミュレーションにより調べた部分円筒磁石９の傾斜角βと軸心ｍ上の磁束密度Bとの関係を図５に示す。傾斜角βが０°の場合に比較して傾斜角βが２０°の場合には軸心ｍ上の各部における磁束密度Bの変化を直線的とすることができるため、磁気検出素子６の出力のリニアリティを向上できることがわかった。

つまり、一対の部分円筒磁石９を傾斜配置することにより、磁気検出素子６を一対の部分円筒磁石９に対して軸心ｍの方向へ相対変位させた場合の磁束密度を直線的に変化させることができるため、完全円筒形磁石の内周面を円錐テーパ面としたと同様の効果を得ることができる。一対の部分円筒磁石９は、成型しやすい形状であるためその割れの心配もない。ヨークは軟磁性体、例えば鉄を用いるため、割れの問題はなく、高い寸法精度で加工できるため、磁石を配置するガイドとしても利用すれば、磁石を位置精度よく配置させることができる。

（効果）
上記説明したこの実施形態によれば、回転角検出感度及びリニアリティの両方を改善できるため、回転角検出精度を向上できることがわかった。

（変形態様）
上記実施形態では、一対の部分円筒磁石９の磁化方向をA-A方向としたが、軸心ｍに向かう径方向としてもよい。

（実施形態２）
実施形態２を図７を参照して説明する。この実施形態は、上述した実施形態１の一対の部分円筒磁石９に相当する一対の部分円筒磁石１１a、１１bを傾斜させずに軸心ｍと平行方向に配置し、かつ、ヨーク１２の内周面８０を円錐テーパ面としたものである。xは磁石底面から距離である。一対の部分円筒磁石１１ａ、１１ｂはその径方向に磁化されているものとする。この実施形態の特徴は、ヨーク１２の内周面と一対の部分円筒磁石１１ａ、１１ｂの外周面部との間に空隙（ギャップ）１３が設けられ、この空隙１３の径方向幅はｘの増大に比例して増大する点にある。

このようにすると、図８に示すように、軸心ｍの上方（ｘが大）部分を通過する磁束（図８に点線にて示す）が流れる磁路中の磁気抵抗は、軸心ｍの下方（ｘが小）部分を通過する磁束が流れる磁路中の磁気抵抗より大きくなるため、軸心ｍ上の磁束密度Bは、ｘの増大につれて減少する。これにより、磁気検出素子６に対する一対の部分円筒磁石１１ａ、１１ｂの相対回転につれて磁束密度Bの大きさを変更することができ、回転回数を精度良く検出することができる。なお、空隙１３に非磁性体を配置してもよいことはもちろんである。

（変形態様）
上記実施形態では、一対の部分円筒磁石１１ａ、１１ｂの磁化方向をその径方向としたが、軸心ｍと直角平面における平行方向としてもよい。しかし、径方向に着磁することにより軸心ｍ上の磁束密度を一層向上することができる。

（変形態様）
その他の変形態様を図９〜図１２に示す。これらの変形態様は、空隙１３の形状を種々変更したものである。このようにしても、一対の部分円筒磁石１１ａ、１１ｂの内周面部である磁極面が軸心ｍ上の各部に与える磁気的影響は軸心ｍの各部の距離ｘに応じて変化するため、上記と同様の効果を得ることができる。

（実施形態３）
実施形態３を図１３を参照して説明する。実施形態２と同様に一対の部分円筒磁石１１a、１１bを傾斜させずに軸心ｍと平行方向に配置し、かつ、実施形態１と同様にヨーク１２の内周面を一対の部分円筒磁石１１ａ、１１ｂの外周面部に密着させ、更に、一対の部分円筒磁石１１ａ、１１ｂの間に軟磁性の突部２３a、２３ｂを円筒状のヨーク８の内周面から径方向内側に突出した点にその特徴がある。したがって、突部２３ａ、２３ｂは、互いに１８０度離れて配置されている。突部２３ａ、２３ｂはヨーク１２と一体に形成されてもよく、別々に形成して一対の部分円筒磁石１１ａ、１１ｂとともにヨーク１２の内周面に接着してもよい。

このようにすれば、図１４に示すように、一対の部分円筒磁石１１ａ、１１ｂ間を流れる磁束（図１４に点線にて示す）は、突部２３ａ、２３ｂに吸引されるため、軸心ｍ上の磁束密度が低下する。この磁束密度の低下は、一対の突部２３ａ、２３ｂと軸心ｍとの距離が小さいほど言い換えればｘが小さいほど大きい。したがって、この実施形態３においても、既述した他の実施形態と同様に、距離ｘの大きさに応じて軸心ｍ上の磁束密度Bを変更することができることがわかる。

（変形態様）
変形態様を図１５〜図１７に示す。

これらの変形態様は、突部２３ａ、２３ｂをヨーク１２と一体に形成するとともに、突部２３ａ、２３ｂの形状を種々変更した点にその特徴がある。このような形状の突部２３ａ、２３ｂを用いても、軸心ｍ上の各部の磁界の大きさを変更することができる。すなわち、これらの形状の一対の突部２３ａ、２３ｂが軸心ｍ上の各部に与える磁気的影響は軸心ｍの各部の距離ｘに応じて変化するため、上記と同様の効果を得ることができる。

（実施形態４）
実施形態４の操舵角検出装置を、図１８〜図２３を参照して説明する。ただし、この実施形態４の各構成要素には、実施形態１〜３の各構成要素の符号に対して独立に付されている。

（装置構成）
図１８はこの操舵角検出装置の軸方向断面図である。

１１は回転体、１２は図１に示す駆動歯車２に相当する第一の歯車、１３は図１に示す従動歯車に相当する第二の歯車、１４は図１に示す部分円筒磁石９に相当する永久磁石であり、ヨーク１６を通じて第二の歯車１３に固定されている。永久磁石１４は既述したように一対配置されているが、図１８ではその一つが図示されている。１５は磁気検出素子、１６は円筒状のヨークであり、第二の歯車１３の内周面に固定されている。ただし、図１８において、ヨーク１６の断面にはハッチングが省略されている。１６a、１６ｂはヨーク１６に設けられて径方向内側に突出するヨーク突部である。１７は、基板２０から軸方向に垂下する支柱であり、支柱１７の下端には磁気検出素子１５が固定されている。１８はねじ受け、１９はハウジングである。ハウジング１９は、上端開口のハウジング１９ａと下端開口のハウジング１９ｂとからなる。ハウジング１９ａと下端開口のハウジング１９ｂとは密閉ケースを構成している。２１は本発明で言う信号処理部をなす処理装置であり、基板２０に実装されている。処理装置２１は図１に示す電子回路１００に相当する。回転体１１はハウジング１９ａ、１９ｂを貫通しており、部分円筒状のねじ受け１８の部分内周面には螺旋ねじ面が形成され、ねじ受け１８のねじ面は、第二の歯車１３に螺合している。同じく、第二の歯車１３は、第一の歯車１２に螺合している。

これにより、回転体１１及び第一の歯車１２が第二の歯車１３を回転させると、第二の歯車１３はねじ受け１８によりガイドされて軸方向に進退する。その結果、回転体１１の回転により第二の歯車１３が回転するとともに軸方向に進退すると、一対の永久磁石１４及びヨーク１６が回転するととともに軸方向に進退する。実施形態１で既述した一対の永久磁石１４及びヨーク１６の独特の形状及び配置により、それらの径方向内側の空間に形成される磁界は、軸方向上方よりも下方に向けて連続的に強化されている。このため、第二の歯車１３の軸心Mの位置に設けられた磁気検出素子１５は、３６０度を超える第二の歯車１３の回転角を検出することができる。図１９は、磁気検出素子１５を構成する一対のホール素子の出力と回転体１１の回転角との関係を示す波形図である。

上記説明したこの実施形態の装置構成及びその動作は、ヨーク突部１６ａ、１６ｂを除いて実施形態１と同じであるため、これ以上の説明は省略する。

この回転角度検出装置の要部をなすヨーク１６の内部構造を図２０を参照して更に詳しく説明する。円筒状のヨーク１６の内部の径方向断面を図２０（ａ）に、その軸方向断面を図２０（ｂ）、図２０（ｃ）に示す。図２０（ｂ）はヨーク突部１６ａ、１６ｂの周方向中央位置を結ぶ直線に沿った断面を示し、図２０（ｃ）は永久磁石１４ａ、１４ｂの周方向中央位置を結ぶ直線に沿った断面を示す。軸心Mには、互いに直交し、かつ、それぞれ径方向の磁界強度に応答して出力信号を発生する一対のホール素子を内蔵する磁気検出素子１５が配置されている。ただし、磁気検出素子１５は図２０では図示を省略されている。なお、それぞれ１つの磁気検出手段を内蔵する２つの磁気検出素子を軸心Mに配置してもよいことはもちろんである。

それぞれ部分円筒状に形成された一対のの径方向断面は、円筒磁石をその軸心と平行に切断した円弧断面をなす。永久磁石１４ａ、１４ｂの軸方向下端は、その軸方向上端よりも軸心Mに近接する傾斜姿勢にてヨーク１６の内周面に回転対称に固定されている。永久磁石１４ａ、１４ｂの厚さは一定とされている。略円筒状のヨーク１６の内周面は、図２０（ｃ）に示すように永久磁石１４ａ、１４ｂの外表面に密着するテーパ面となっている。ただし、ヨーク１６の内周面は、永久磁石１４ａ、１４ｂに接しない部位にて、図２０（ｂ）に示すように円筒状となっている。永久磁石１４ａ、１４ｂは、図２０に示すXーX方向へ着磁されている。その結果、一対の永久磁石１４ａ、１４ｂの内周面部は反対極性の磁極面となる。具体的には、永久磁石１６ａの内周面部はN極面となり、永久磁石１６ｂの内周面部はS極面となっている。ヨーク１６は、一対の永久磁石１４ａ、１４ｂの外周面部同士を磁気的に短絡するとともに外部ノイズ磁界を遮蔽している。これにより、軸心M近傍には、X-X方向の磁界が形成される（図２１（ｂ）参照）。永久磁石１４ａ、１４ｂ間のX-X方向の距離が異なるため、軸心MにおけるX-X方向の磁界強度は、上方へ向かうにつれて連続的に低下する。

（ヨーク突部１６ａ、１６ｂ）
この実施形態の特徴をなすヨーク突部１６ａ、１６ｂについて、説明する。

ヨーク突部１６ａ、１６ｂは、一対の永久磁石１ｆ４ａ、１４ｂの間に位置してヨーク１６の内周面から軸心Mに向けて求心方向であるY-Y方向へ突設されている。ヨーク突部１６ａ、１６ｂは、互いに１８０度離れて回転対称に設けられ、ヨーク突部１６ａ、１６ｂの先端は、図２０（ｂ）に示すように、隣接する永久磁石１４ａ、１４ｂの内周面部よりも軸心Mに近い位置にまで達している。

このようにすると、図２１（ｂ）に示すように、永久磁石１４ａ、１４ｂが磁束を吸収するため軸心Ｍ近傍の磁界がヨーク突部１６ａ、１６ｂに向けて引っ張られることになり、その結果として、ヨーク突部１６ａ、１６ｂが無い場合の軸心Ｍ近傍の磁界方向に比べて、軸心Ｍ近傍の磁界方向がXーX方向へ直線化する。なお、図２１（ａ）はヨーク突部１６ａ、１６ｂが無い場合の磁束の流れを示し、図２１（ｂ）はヨーク突部１６ａ、１６ｂを設けた場合の磁束の流れを示す。結局、この実施形態によれば、磁束を一部吸収するヨーク突部１６ａ、１６ｂの追加により、軸心Ｍ近傍の磁界方向をX-X方向へ直線化し、軸心Ｍ近傍の磁化強度のばらつきを低減することができる。

（変形態様）
この実施形態のヨーク突部１６ａ、１６ｂの先端面は、X-X方向及び軸心Ｍと平行にに延在する平面としたが、ヨーク突部１６ａ、１６ｂの先端面に適宜、テーパを設けたり、丸めるなどの形状変化を与えても良い。また、この実施形態のヨーク突部１６ａ、１６ｂは、ヨーク１６から角棒状に突出しているが、たとえば先端に向けて先細形状としてもよい。その他、図２０（ｂ）に示すヨーク突部１６ａ、１６ｂの軸方向幅は比較的狭いが、更に軸方向幅を増大してもよい。

また、図２２に示すように、ヨーク１６の一部を切り曲げてヨーク突部１６ａ、１６ｂを形成しても良い。更に、図２３に示すように、ヨーク突部１６ａ、１６ｂを基準として、永久磁石１４ａ、１４ｂをヨーク１６の内周面に固定しても良い。つまり、位置決め部材として利用しても良い。

（実施例効果）
この実施形態によれば、製造公差のばらつきにより、磁気検出素子１５が軸心位置から径方向にずれてもそれにより磁気検出素子１５に作用する磁界強度の変化を減らすことができるため、検出精度の低下を抑止することができる。

実施形態１の操舵角検出装置示す模式軸方向断面図である。 図１のヨーク及び一対の部分円筒磁石の平面図である。 回転体の回転角φ、一対の部分円筒磁石の回転角θ'と、軸心上のＸ方向磁束密度成分Ｂｘ及びＹ方向磁束密度成分Ｂｙとの関係を示す図である。 部分円筒磁石の既述の占有角αと軸心上の磁束密度Bとの関係を示す特性図である。 部分円筒磁石の傾斜角βを示す模式断面図である。 図５における傾斜角βと軸心ｍ上の磁束密度Bとの関係を示す特性図である。 実施形態２のヨーク及び一対の部分円筒磁石の構造を示す図であり、（A）はその模式平面図、（B）はその模式軸方向断面図である。 図７における磁束分布を示す説明図であり、（A）はその模式平面図、（B）はその模式軸方向断面図である。 実施形態２の変形態様を示す模式軸方向断面図である。 実施形態２の変形態様を示す模式軸方向断面図である。 実施形態２の変形態様を示す模式軸方向断面図である。 実施形態２の変形態様を示す模式軸方向断面図である。 実施形態３のヨーク及び一対の部分円筒磁石の構造を示す図であり、（A）はその模式平面図、（B）はその模式軸方向断面図、（C）は一対の突部の模式軸方向断面図である。 図１３における磁束分布を示す説明図であり、（A）はその模式平面図、（B）はその模式軸方向断面図である。 実施形態２の変形態様を示す図であり、（A）はヨーク及び一対の部分円筒磁石の構造を示す模式平面図、（B）はそのヨーク及び一対の突部の軸方向断面図である。 実施形態２の変形態様を示す図であり、特にそのヨーク及び一対の突部の軸方向断面図である。 実施形態２の変形態様を示す図であり、特にそのヨーク及び一対の突部の軸方向断面図である。 実施形態４の操舵角検出装置の軸方向断面図である。 図１８の装置の出力と回転角度との関係を示す波形図である。 図１８の装置のヨーク内部を示す図であり、図２０（ａ）はその径方向断面図、図２０（ｂ）はその軸方向断面図（Y-Y方向）、図２０（ｃ）はその軸方向断面図（X-X方向）である。 ヨーク突部の磁束分布変更効果を示す径方向断面図であり、図２１（ａ）はヨーク突部を設けない場合、図２１（ｂ）はヨーク突部を設けた場合を示す。 変形例を示すヨークの軸方向断面図である。 ヨーク突部を永久磁石の位置決めに用いる態様を示すための模式径方向断面図である。

符号の説明

（実施形態１〜３）
１ 回転体
２ 駆動歯車
３ ハウジング
５ 従動歯車
６ 磁気検出素子
７ プリント基板
８ ヨーク
９ 永久磁石（部分円筒磁石）
１１a、１１ｂ 部分円筒磁石
１３ 空隙（ギャップ）
２３a、２３ｂ 突部
２３ コイルスプリング
８０ 内周面
１００ 信号処理部（電子回路）
（実施形態４）
１１ 回転体
１２ 第一の歯車
１３ 第二の歯車
１４、１４ａ、１４ｂ 永久磁石
１５ 磁気検出素子
１６ ヨーク
１６ａ、１６ｂ ヨーク突部
１７ 支柱
１８ ねじ受け
１９ 下ハウジング（ハウジング）
２０ 上ハウジング（ハウジング）
２１ 処理装置（信号処理部）

Claims (7)

1. 回転体の回転に連動して磁石回転軸心の周囲を回転するとともに軸方向に移動するギャップ付き磁気回路と、前記磁石回転軸心に配置されて前記ギャップ付き磁気回路が前記磁石回転軸心上の磁界を検出する磁気検出素子と、前記磁気検出素子の信号に基づいて検出した前記磁界の方向により前記磁石の回転角を、前記磁気検出素子の信号に基づいて検出した前記磁界の大きさにより前記磁石の回転回数が何回目かを検出する信号処理部とを備え、前記ギャップ付き磁気回路は、前記磁界を形成する磁石と、前記磁石回転軸心上の前記磁界を強化するためのヨークとを有する回転角度検出装置において、
   前記磁石は、部分円筒状に形成されるとともに前記磁気検出素子を挟んで対面配置される一対の部分円筒磁石を有し、
   前記一対の部分円筒磁石の内周面部は、前記磁気検出素子に向けて配置されて互いに逆極性の磁極面をなし、
   前記ヨークは、前記一対の部分円筒磁石を囲んで前記磁石回転軸心の全周に配置される筒形の軟磁性部材からなるとともに前記一対の部分円筒磁石の外周面部と磁束を授受することを特徴とする回転角度検出装置。
2. 前記一対の部分円筒磁石は、前記一対の部分円筒磁石の軸方向一端が前記一対の部分円筒磁石の軸方向他端よりも前記磁石回転軸心にそれぞれ近接配置される傾斜姿勢を有することを特徴とする請求項１記載の回転角度検出装置。
3. 前記一対の部分円筒磁石の外周面部と前記ヨークとの間に設けられたギャップの磁気抵抗により、前記磁石回転軸心上の磁界強度は、前記磁石回転軸心の軸方向に連続的に変更される請求項１記載の回転角度検出装置。
4. 前記一対の部分円筒磁石の外周面部と前記ヨークとの間に設けられたギャップの大きさは、前記磁石回転軸心と平行な方向へ連続的に変更される請求項３記載の回転角度検出装置。
5. 前記一対の部分円筒磁石の間に位置して前記ヨークの内周面から径方向内側へ突出する軟磁性の突部を有し、前記突部は、前記磁石回転軸心上の各部の磁石磁界の大きさを連続的に変化させる形状を有する請求項１記載の回転角度検出装置。
6. 軟磁性材料により形成されるとともに、前記ヨークの内周面から前記一対の部分円筒磁石の間の隙間に向けて径内向きへ個別に突出する一対のヨーク突部を有する請求項２記載の回転角度検出装置。
7. 前記一対のヨーク突部は、前記ヨークを切り曲げて形成されている請求項６記載の回転角度検出装置。

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