JP2010276574A - 回転角度検出センサ - Google Patents

Abstract

【課題】回転角度検出センサに円柱型の永久磁石を採用しつつ、芯ずれによる角度誤差を防止する。
【解決手段】円柱型の永久磁石１を、軸方向に磁気異方性をもつ円柱型の成形体に対して軸方向に両面４極着磁された異方性磁石とし、永久磁石１の一端面から軸方向に離れた位置で同一円周上に配置される複数の磁気センサ２，３を、永久磁石１と同心の中心から永久磁石半径ｒの５５％〜８０％の半径方向領域Ａ内に配置し、かつ複数の磁気センサ２，３と永久磁石１の一端面との間に、１．５ｍｍ〜３ｍｍの間隔ｇを軸方向に設けることにより、軸方向の磁束密度分布の変化が緩やかな領域で複数の磁気センサ２，３による検出を行うようにした。
【選択図】図１

Description

この発明は、永久磁石と磁気センサを用いて２部材間の相対的な回転角度を検出可能な非接触型の回転角度検出センサに関する。

この種の回転角度検出センサとして、円柱型の永久磁石と、この永久磁石の一端面から軸方向に離れた位置で同一円周上に配置される複数の磁気センサとを備えたものがある。永久磁石は、この一端面の半円域にＮ極を有すると共に残り半円域にＳ極を有する。この種の回転角度検出センサは、複数の磁気センサと永久磁石の相対的な同心回転の回転角度を複数の磁気センサ間の出力差を利用した演算で求める処理回路を備えている。使用に際しては、相対的な回転角度を検出したい２部材のうち、一方の部材に対して永久磁石が固定され、他方の部材に対して複数の磁気センサが固定される。前記の固定に際しては、可能な限り、永久磁石の中心線、複数の磁気センサが配置される円周の中心、及び２部材の相対回転の回転中心軸が同一直線上にあるように配置される（特許文献１）。

従来、永久磁石として、円柱型の成形体に径方向着磁されたものが用いられている。この種の永久磁石は、円柱状の中心線を含むアキシアル平面を境として、その半分にＮ極を有し、残り半分にＳ極を有する。その軸方向の磁束密度分布を考えたとき、磁束密度のピークは、永久磁石の一端面外縁と交わる軸方向の直線上にある。なるべく磁束密度の大きい空間に複数の磁気センサを配置した方が、分解能の確保や外来磁場の影響を受け難い。このため、複数の磁気センサは、通常、永久磁石の一端面外縁と軸方向に対向するように配置される（特許文献２）。

特開２００４−１９１１０１号公報 特開２００５−２９１９４２号公報

しかしながら、径方向着磁された永久磁石の軸方向の磁束密度は、ピーク付近で急に変化する。このため、使用に際し、複数の磁気センサが配置される円周の中心と永久磁石の中心とが相対的に偏心すると（芯ずれ）、実際の回転角度に相当する磁気センサの出力と異なった出力となり、回転角度検出センサが求めた回転角度と２部材間の実際の回転角度との間の角度誤差が大きくなり易い。この角度誤差を低減するため、特許文献２に開示された回転角度検出センサは、円柱型の永久磁石に代えて、永久磁石の一端部を円すい台形状や段付き状に形成したものを採用しているが、特殊形状化によって永久磁石の設計が難しくなる。

上記の事情に鑑み、この発明の課題は、回転角度検出センサに円柱型の永久磁石を採用しつつ、芯ずれによる角度誤差を防止することにある。

上記の課題を解決するため、この発明は、円柱型の永久磁石と、前記永久磁石の一端面から軸方向に離れた位置で同一円周上に配置される複数の磁気センサとを備え、前記永久磁石は、この一端面の半円域にＮ極を有すると共に残り半円域にＳ極を有する回転角度検出センサにおいて、前記永久磁石は、円柱型であって全体が均質な材料で形成され、かつ軸方向に異方性をもった成形体に対して軸方向に両面４極着磁された異方性磁石からなり、前記複数の磁気センサは、前記永久磁石と同心の中心から永久磁石半径の４０％〜８０％の半径方向領域内に配置される構成を採用した。ここで、「軸方向」とは、永久磁石の中心線に沿った方向をいう。「円柱型」とは、軸方向全域で同一外径をもった中実体であることをいう。「軸方向に異方性をもった成形体」とは、材料を円柱型に固める際に材料中の磁石結晶の磁化容易方向を軸方向に揃えた成形体をいう。「軸方向に両面４極着磁された」とは、円柱状の一端面の半円域に第１のＮ極、第１のＮ極と軸方向に対向する他端面の半円域に第１のＳ極、他端面の残り半円域に第２のＮ極、及び第２のＮ極と軸方向に対向する一端面の残り半円域に第２のＳ極を有するように軸方向に磁化されたことをいう。「磁気センサ」とは、軸方向の磁束密度を電気信号に変換する機能部位をいう。

種々の円柱型の永久磁石における軸方向の磁束密度分布を検討した結果、上記の異方性磁石においては、永久磁石の一端面から軸方向に離れ、かつ永久磁石と同心の中心から永久磁石半径の４０％〜８０％の半径方向領域内で、磁束密度の変化が緩やかなことを見出した。係る領域内に複数の磁気センサを配置すれば、円柱型の永久磁石を採用しても、芯ずれによる角度誤差を防止することができる。

前記複数の磁気センサは、前記永久磁石半径の５５％〜８０％の半径方向領域内に配置されることが好ましい。この領域は、角度誤差の防止に好適である。

前記複数の磁気センサと前記永久磁石の一端面との間に、軸方向に少なくとも１ｍｍの間隔が設けられていることが好ましい。この領域は、角度誤差の防止に好適である。なお、間隔の最大間隔は、磁気センサの検出限界で定まるため、１ｍｍ〜検出限界の間で適宜に設定することができる。

特に、前記間隔が１．５ｍｍ〜３ｍｍであることがより好ましい。この領域は、磁束密度のピークからの落ち込みが特に少なく、磁束密度の検出に有利である。なお、３ｍｍを超えて離すことは、磁束密度が小さくなるだけでなく、磁束密度の変化が緩和される恩恵も小さくなり、回転角度検出センサの設置空間が不用に軸方向に大型化するため、好ましくない。

前記複数の磁気センサが一体にまとめられたセンサアレイを備え、前記永久磁石半径は、前記複数の磁気センサの最小ピッチ半径に対して１．２５倍以上であり、かつ最大ピッチ半径に対して２．５倍以下であることが好ましい。ここで、「複数の磁気センサの最小ピッチ半径」とは、複数の磁気センサの１つを他の磁気センサに重ね合わせる仮想回転移動の中心（すなわち、複数の磁気センサが配置される同一円周の中心）を考えたとき、その１つの磁気センサが中心から最も近いところに描く回転軌跡円の半径をいい、「最大ピッチ半径」とは、その仮想的回転移動において１の磁気センサが中心から最も遠いところに描く回転軌跡円の半径をいう。複数の磁気センサが一体にまとめられたセンサアレイは、磁気センサを個々に配置する手間がなく、便利である。その代わり、複数の磁気センサは、センサアレイに固有の配置中心をもった同一円周上に固定される。永久磁石半径を前記最小ピッチ半径に対して１．２５倍以上であり、かつ最大ピッチ半径に対して２．５倍以下にすれば、センサアレイを採用しても前記半径方向領域内に複数の磁気センサを配置することができる。

この発明は、永久磁石、複数の磁気センサ等をハウジング内に組み込み、軸をハウジングに対して転がり軸受で回転自在に支持したセンサユニットに構成することもできる。このセンサユニットは、軸を同心の相対回転を行う２部材の一方の部材とし、ハウジングを、他方の部材とした回転角度検出センサを内蔵する。このセンサユニットは、例えば、一般産業機械、建設機械の駆動軸と機体間のように、相対回転を行う他の２部材間の回転角度検出に利用される。他の２部材の一方にセンサユニットの軸を固定し、他の２部材の他方にセンサユニットのハウジングを固定すれば、他の２部材間の相対的な回転角度を検出することができる。

具体的には、軸と、ハウジングと、前記軸と前記ハウジング間に組み込まれた転がり軸受と、前記複数の磁気センサを実装された回路基板とを備え、前記永久磁石は、前記ハウジング内に位置する前記軸の一端に対して固定され、前記軸の他端は前記ハウジングの外部に露出し、前記ハウジングは、前記転がり軸受に予圧を与えるハウジング蓋を一端側に有し、前記回路基板は、前記ハウジング蓋の他端中央部に固定されている構成とすることができる。これにより、ハウジングを相対回転する２部材の一方に対して固定し、軸を他方に対して固定することが可能なセンサユニットに構成することができる。このセンサユニットは、転がり軸受に予圧を与えることで軸受剛性を高め、軸の芯ずれを防止し、予圧用の蓋を複数の磁気センサの支持に利用することができる。

具体的には、前記ハウジング蓋、前記軸、並びに前記転がり軸受の内外輪及び転動体が強磁性材料で形成され、前記ハウジング蓋の他端中央部の周囲に前記外輪との接触部が設けられ、前記複数の磁気センサは、前記ハウジング蓋、前記軸及び前記転がり軸受により形成された磁気シールド空間内に配置されることが好ましい。ハウジング蓋、軸、並びに転がり軸受の内外輪及び転動体を強磁性材料で形成し、ハウジング蓋を外輪に接触させると、ハウジング蓋、軸及び転がり軸受で磁気シールドの一種である強磁性シールドを形成することができる。ハウジング蓋、軸の一端及び外輪の位置関係から、この強磁性シールドを、ハウジング外部から磁気センサへ一直線に向かう磁力線の全てがハウジング蓋等のいずれかと交わるように設けることができる。この強磁性シールドが有効な前記磁気シールド空間内へ外部磁界の磁力線が真直ぐに達することはできず、ハウジング蓋、外輪、転動体、内輪及び軸が一連に形成する迂回路へ導かれる。その磁気シールド空間内に複数の磁気センサが配置されるため、外部磁界による磁束密度の検出誤差を防止することができる。磁気シールドがハウジング蓋、軸及び転がり軸受により形成されるため、ハウジング蓋を取り付けるハウジング本体の素材を自由に選択することができる。例えば、ハウジング本体を樹脂射出成形やアルミニウム合金等で形成することにより、ハウジングを軽量化することも可能になる。

また、前記永久磁石を保持する磁石ホルダを備え、前記転がり軸受の内輪は、その嵌め合い面の一端部が前記軸の一端よりも突き出るように設けられ、前記磁石ホルダを前記嵌め合い面の一端部に嵌合することにより前記永久磁石を半径方向に位置決め可能であることが好ましい。ここで、半径方向は、軸の軸心に直交する方向をいう。内輪の嵌め合い面の一端部に磁石ホルダを嵌合すれば、磁石ホルダを十分な精度で半径方向に位置決めし、ひいては、磁石ホルダに保持された永久磁石を簡単に半径方向に位置決めすることができる。

また、前記磁石ホルダは、前記永久磁石の外径面を嵌め込む筒部と、該筒部に嵌め込まれた該永久磁石の一端面に掛かる抜止め部とで該永久磁石を保持し、前記抜止め部は、前記永久磁石半径の８０％を超えた半径方向領域部分に掛かるようにすることが好ましい。永久磁石を筒部で半径方向に位置決めし、永久磁石の一端面に掛かる抜止め部により、永久磁石と複数の磁気センサ間の間隔を維持することができる。抜止め部は、永久磁石半径の８０％を超えた半径方向領域部分に掛かるため、前記間隔の設定に際して支障にならない。

また、前記ハウジング蓋の他端中央部は、前記転がり軸受の外輪との接触部よりも一端側に凹み、前記回路基板は、前記複数の磁気センサを構成する素子よりも一端側で樹脂封止されていることが好ましい。ここで、複数の磁気センサを構成する素子とは、１の磁気センサを有する素子、センサアレイ、少なくとも１つの磁気センサと他の回路とを一体にまとめた集積回路をいい、複数の磁気センサが２以上の素子からなる場合、それら２以上の素子の全てをいう。ハウジング蓋の他端中央部を一端側へ凹入させると、その凹内壁を型として回路基板の樹脂封止を容易に行うことができる。その樹脂封止層は、複数の磁気センサを構成する素子よりも一端側に形成される。このため、樹脂封止層は、永久磁石と素子との間の間隔設定に際して支障にならず、結果的に永久磁石と複数の磁気センサとの間隔設定の支障にならない。

上述のように、この発明は、円柱型の永久磁石を採用しつつ、磁束密度の変化が緩やかな領域内に複数の磁気センサを配置し、芯ずれによる角度誤差を防止することができる。

（ａ）は、第１実施形態に係る回転角度検出センサの正面図、（ｂ）は、前記（ａ）中に示したｂ−ｂ線の断面図 永久磁石の一例において中心線を含む一平面上の磁束分布図 図２の永久磁石による軸方向の磁束密度分布図 永久磁石の他例において中心線を含む一平面上の磁束分布図 図４の永久磁石による軸方向の磁束密度分布図 第２実施形態に係る回転角度検出センサの正面図 第３実施形態に係る回転角度検出センサを軸の回転中心軸を含む一平面上で示した断面図

図１に示すように、第１実施形態に係る回転角度検出センサ（以下、単に「第１実施形態」と称する）は、円柱型の永久磁石１と、永久磁石１の一端面から軸方向に離れた位置で同一円周上に配置される複数の磁気センサ２，３とを備える。

永久磁石１は、円柱型の成形体に対して軸方向に両面４極着磁された異方性磁石からなる。成形体は、外径＞軸方向長さの円柱型であって、全体が均質な材料で形成され、かつ軸方向に異方性をもつ。その成形体に対して両面４極着磁された結果、永久磁石１は、円柱状の一端面の半円域に第１のＮ極、第１のＮ極と軸方向に対向する他端面の半円域に第１のＳ極、他端面の残り半円域に第２のＮ極、及び第２のＮ極と軸方向に対向する一端面の残り半円域に第２のＳ極を有している。永久磁石１の材料の種類や製造方法は特に限定されず、フェライト磁石、ネオジム磁石、焼結磁石、鋳造磁石等を採用することができる。

永久磁石１の一例として、永久磁石半径ｒを５ｍｍかつ軸方向長さ４ｍｍとして軸４の一端に支持し、その磁束分布を図２に示し、その軸方向の磁束密度分布を図３に示す。別例として、永久磁石半径ｒを７．５ｍｍかつ軸方向長さ４ｍｍとして軸４の一端に支持し、その磁束分布を図４に示し、その軸方向の磁束密度分布を図５に示す。図２〜図５の各図中、横軸は、永久磁石１の中心線を含む直線Ｌ上を「０」位置とし、直線Ｌから該直線Ｌと直交する直線方向に離れた距離（ｍｍ）を示している。図２、図４の各図中、縦軸は、永久磁石１の一端面を軸方向の「０」位置とし、その「０」位置から軸方向に離れた距離（ｍｍ）を示している。図３、図５の各図中、縦軸は、軸方向の磁束密度（Ｗｂ）の値を目盛りで示す。図２、図４に示す永久磁石１の一端面から軸方向に１ｍｍ離れた位置における磁束密度分布を図３、図５中に実線で示し、同１．５ｍｍ離れた位置における磁束密度分布を図３、図５中に破線で示し、同２ｍｍ離れた位置における磁束密度分布を図３、図５中に一点鎖線で示し、同３ｍｍ離れた位置における磁束密度分布を図３、図５中に二点鎖線で示す。前記磁束分布及び磁束密度分布は、周知の磁場解析プログラムを用いたコンピュータ解析で求めた。

図１、図３、図５から明らかなように、永久磁石１の一端面から軸方向に離れ、かつ軸方向と直交する平面上において、永久磁石１の軸方向の磁束密度分布は、永久磁石１と同心の中心（直線Ｌ）から永久磁石半径ｒの４０％〜８０％の半径方向領域Ａ内で磁束密度の変化が緩やかである。結果的に、半径方向領域Ａ内は、磁束密度のピークからの落ち込みも緩やかである。４０％未満の半径方向領域及び８０％を超えた半径方向領域では、磁束密度の変化が比較的に急である。半径方向領域Ａ内のうち、永久磁石半径ｒの５５％〜８０％の半径方向領域Ａ１内で磁束密度の変化が特に緩やかである。また、永久磁石１の一端面から軸方向に１ｍｍ離れた位置、同１．５ｍｍ、同２ｍｍ、同３ｍｍの順に、すなわち永久磁石１の一端面から軸方向に近いほどに、磁束密度が大きくなり、磁束密度の変化が急になる。特に、１ｍｍと１．５ｍｍ以上とを比較すると、１．５ｍｍ以上では、半径方向領域Ａ内で磁束密度の変化率が緩やかでありながら磁束密度のピークからの落ち込みが少ない。

上述のような磁束密度分布は図３、図５に共通していることから、永久磁石１において、外径と軸方向長さの比（１０：４，１５：４）を変更しても同様の磁束密度分布を得られることが分かる。

図１に示す磁気センサ２，３は、軸方向の磁束密度を電気信号に変換する機能部位である。磁気センサ２，３は、例えば、ホール素子、ＭＲ（Ｍａｇｎｅｔｏ−Ｒｅｓｉｓｔｉｖｅ）素子、ＭＩ（Ｍａｇｎｅｔｏ−Ｉｍｐｅｄａｎｃｅ）素子等の磁気検出素子の感磁部からなる。ホール素子の感磁部は、例えば、半導体薄膜部からなる。ＭＲ素子の感磁部は、例えば、強磁性薄膜部、又は一軸異方性強磁性薄膜部の導電路からなる。ＭＩ素子の感磁部は、例えば、微小高周波電流を流してインピーダンス変化を検出される磁性導体部からなる。複数の磁気センサ２，３が一体にまとめられたセンサアレイや、少なくとも１つの磁気センサの他に、適宜に信号増幅回路、ＡＤ変換回路、記憶回路、信号処理回路等と一体にまとめられた集積回路を採用することもできる。

相対回転する関係の２部材（図示省略）のうち、一方の部材に対して永久磁石１が固定され、他方の部材に対して複数の磁気センサ２，３が固定される。その結果、複数の磁気センサ２，３は、永久磁石１の一端面から軸方向に離れた位置で同一円周上に配置され、かつ同一円周の中心Ｌ回りに９０°の回転角度差をもつように配置される。永久磁石１、複数の磁気センサ２，３、及び２部材は、可能な限り永久磁石１の中心線、複数の磁気センサ２，３が配置された同一円周の中心、及び２部材の相対回転の回転中心軸が直線Ｌ上にあるように配置される。勿論、これらを同一直線Ｌ上に配置することが理想的である。

上述の配置において、複数の磁気センサ２，３と永久磁石１の一端面との間には、軸方向に１．５ｍｍ〜３ｍｍの間隔ｇが設けられる。また、複数の磁気センサ２，３は、永久磁石１と同心の中心（直線Ｌ）から永久磁石半径ｒの５５％〜８０％の半径方向領域Ａ１内に配置される。複数の磁気センサ２，３は、仮に任意の一方向に芯ずれ量δが生じても半径方向領域Ａ内に位置するように、半径方向領域Ａの境界から余裕をもって配置される。芯ずれ量δは、永久磁石１の中心線と、複数の磁気センサ２，３が配置された同一円周の中心との間に生じる相対的な半径方向の最大許容ずれ量である。芯ずれ量δは、一方の部材の回転中心と他方の部材の回転中心間に許容する相対的な半径方向のずれ量、永久磁石１の中心線と、一方の部材の回転中心間に許容する相対的な半径方向のずれ量、前記同一円周の中心と他方の部材の回転中心間に許容する相対的な半径方向のずれ量により定まる。複数の磁気センサ２，３は、係る芯ずれ量δを見越した余裕をもって半径方向領域Ａ内に配置されるため、半径方向領域Ａ内で検出を行うことができる。

前記一方の部材と他方の部材は、永久磁石１による軸方向の磁束密度分布において半径方向領域Ａに悪影響を及ぼさない限り、素材、形状等を適宜に設ければよい。例えば、図２〜図５の各例では、軸４が強磁性材料の鋼として定義されている。図２、図４の磁束分布から明らかなように、軸４を強磁性材料で形成しても、軸４の一端がヨークとして殆ど機能せず、永久磁石１の磁界への影響を無視することができる。

なお、第１実施形態は、上述の９０°配置により、複数の磁気センサ２，３間で９０°の位相差をもった出力を得られるようになっている。複数の磁気センサ２，３と永久磁石１の相対的な同心回転の回転角度を複数の磁気センサ２，３間の出力差を利用した演算で求める信号処理回路（図示省略）を備えている。前記相対的な同心回転の中心線は、永久磁石１の中心線と、複数の磁気センサ２，３が配置される同一円周の中心とを含む直線Ｌになっている。前記の信号処理回路は、適宜に採用することができる。例えば、磁気センサ２の出力：Ｖｘ、磁気センサ３の出力：Ｖｙ、回転角度：θとしたとき、｜Ｖｘ｜?｜Ｖｙ｜では、θ＝ａｒｃｔａｎ（Ｖｘ／Ｖｙ）、｜Ｖｘ｜?｜Ｖｙ｜では、θ＝ａｒｃｃｏｔ（Ｖｘ／Ｖｙ）で求めることができる。特許文献１に開示されたベクトル回転方式でもよい。複数の磁気センサ２，３は、上述のような９０°配置に限定されず、検出に支障がない範囲で適宜に回転角度差を決めればよい。なお、温度補償のため、磁気センサ２と１８０°の位相差をもった磁気センサ、磁気センサ３と１８０°の位相差をもった磁気センサを追加することもできる。

上述のような第１実施形態によれば、使用に際し、図１に示すように、半径方向領域Ａ内に位置する複数の磁気センサ２，３は、常に磁束密度の変化の緩やかな半径方向領域Ａ内で検出を行うことになる。したがって、第１実施形態は、円柱型の永久磁石１を採用しつつ、芯ずれによる角度誤差を防止することができる。

また、第１実施形態は、複数の磁気センサ２，３を特に磁束密度の変化が緩やかな半径方向領域Ａ１内に配置したため、角度誤差をより防止することができる。

また、第１実施形態は、複数の磁気センサ２，３と永久磁石１の一端面との間に軸方向に少なくとも１ｍｍの間隔ｇを設けたため、半径方向領域Ａ内でも磁束密度の変化が特に急な軸方向域を避けて複数の磁気センサ２，３を配置することができる。

また、第１実施形態は、前記間隔ｇを１．５ｍｍ〜３ｍｍにしたため、半径方向領域Ａ内で磁束密度のピークからの落ち込みが少ない位置に複数の磁気センサ２，３を配置することができる。このため、第１実施形態は、分解能の確保や外来磁場の影響を受け難くするのに有利である。

図６に第２実施形態を示す。なお、以下では第１実施形態との相違点を述べる。図示のように、第２実施形態は、複数の磁気センサ２，３が樹脂モールドで一体にまとめられたセンサアレイ５を備える。永久磁石１は想像線で図示し、センサアレイ５の他端を軸方向から図示した。

複数の磁気センサ２，３は、ホール素子の半導体薄膜、ＭＲ素子の強磁性薄膜部等のような静止感磁部からなる。複数の磁気センサ２，３は、モールドにより同一円周上に固定されている。同一円周の中心は、複数の磁気センサ２，３のうち、１の磁気センサ２を他の磁気センサ３に重ね合わせる仮想回転移動の回転中心軸である。図示された正規の固定状態において、同一円周の中心は直線Ｌと考えてよい。

永久磁石半径ｒは、複数の磁気センサ２，３の最小ピッチ半径ｒ１に対して１．２５倍以上であり、かつ複数の磁気センサ２，３の最大ピッチ半径ｒ２に対して２．５倍以下である。永久磁石半径ｒを最小ピッチ半径ｒ１に対して１．２５倍以上にすることは、磁気センサ２，３を前記永久磁石半径ｒの４０％以上の半径方向領域Ａ内に配置することと等価である。永久磁石半径ｒを最大ピッチ半径ｒ２に対して２．５倍以下にすることは、磁気センサ２，３を永久磁石半径ｒの８０％以下の半径方向領域Ａ内に配置することと等価である。したがって、第２実施形態は、センサアレイ５の採用により磁気センサ２，３を個々に配置する手間がなく、実装が容易でありながら、半径方向領域Ａ内に複数の磁気センサ２，３を配置することができる。ひいては、市販品や既存品のセンサアレイ５を使用しても、この発明を実施することができる。

第３実施形態を図７に示す。図示のように、第３実施形態は、軸４と、ハウジング６と、軸４とハウジング６間に組み込まれた転がり軸受７，７と、複数の磁気センサ２，３を実装された回路基板８とを備える。永久磁石１は、ハウジング６内に位置する軸の一端に対して固定されている。軸４の他端は、ハウジング６の外部に露出している。ハウジング６は、転がり軸受７，７に予圧を与えるハウジング蓋９を一端側に有する。回路基板８は、ハウジング蓋９の他端中央部９ａに固定されている。図示された正規のユニット組立状態において、軸４の軸心は、永久磁石１の中心線等を含む直線Ｌ上にあると考えてよい。

ハウジング蓋９は、転がり軸受７，７の外輪を支持する軸受座を形成されたハウジング本体１０の一端側に取り付けられる。ハウジング蓋９をハウジング本体１０にねじ締結すると、そのねじ締結力により転がり軸受７，７がハウジング本体１０の肩部とハウジング蓋９間に挟まれ、所定の予圧が与えられるようになっている。転がり軸受７，７に予圧を与えられるので、軸受剛性を高め、軸４の芯ずれを防止することができる。図示のように、転がり軸受７をハウジング蓋９で直接に押して予圧を与える場合、他端中央部９ａの周囲に外輪１１との接触部９ｂが設けられる。なお、予圧は、転がり軸受７をハウジング蓋９で直接に軸方向に押す態様に限定されず、転がり軸受とハウジング蓋間にスペーサを介して押すこともできる。単純な平板状のハウジング蓋にしたい場合は、スペーサを採用すればよい。

ハウジング蓋９の他端中央部９ａは、ハウジング６内に位置する軸４の一端の軸方向延長上に位置する部分を含む。永久磁石１を軸４の一端に対して固定すれば、他端中央部９ａを複数の磁気センサ２，３の支持に利用することができる。予圧用のハウジング蓋９は、複数の磁気センサ２，３を実装された回路基板８の固定に十分な取付け精度や剛性をもつ。

ハウジング６を他の部材へ容易に取り付けるため、ハウジング本体１０に外フランジ１０ａを設けることが好ましい。外フランジ１０ａにねじ締結用の貫通孔が設けられる。

ハウジング本体１０の他端側の内周と軸４との間をシール１２で密封することが好ましい。磁性粉のハウジング６内への侵入をシール１２で防止することができる。同じ目的から、スリンガ１３をシール１２の外側に設けることがより好ましい。又はハウジング蓋９とハウジング本体１０との間をＯリング１４により密封することも好ましい。

第３実施形態は、永久磁石１を保持する磁石ホルダ１５を備える。内輪１６は、その嵌め合い面の一端部１６ａが軸４の一端よりも突き出るように設けられている。内輪１６の嵌め合い面の一端部１６ａが軸４の一端よりも突き出るため、その一端部１６ａに磁石ホルダ１５の外周部１５ａを嵌合することができる。この嵌合により、磁石ホルダ１５に保持された永久磁石１を半径方向に位置決め可能である。したがって、永久磁石１を簡単に半径方向に位置決めすることができる。

磁石ホルダ１５は、永久磁石１の外径面を嵌め込む筒部１５ｂと、筒部１５ｂに嵌め込まれた永久磁石１の一端面に掛かる抜止め部１５ｃとで永久磁石１を保持する。永久磁石１の外径面を筒部１５ｂに嵌め込むと、永久磁石１を磁石ホルダ１５の外周部１５ａに対して半径方向に位置決めすることができる。軸４は、転がり軸受７，７の支持によりハウジング６に対して軸方向に位置決めされている。磁石ホルダ１５を軸４の一端に固定した状態では、軸４の一端に支持された永久磁石１が他端側へ変位することはない。したがって、永久磁石１の一端面に掛かる抜止め部１５ｃにより、永久磁石１とハウジング蓋９に固定された磁気センサ２，３間の間隔ｇを維持することができる。

抜止め部１５ｃは、永久磁石１の一端面のうち、永久磁石半径ｒの８０％を超えた半径方向領域部分に掛かる。このため、抜止め部１５ｃが間隔ｇを設定する際に支障とならず、抜止め部１５ｃの中心方向厚と無関係に間隔ｇを自由に狭く設定することができる。

上述のような磁石ホルダ１５は、樹脂射出成形により簡単に製造することができる。前記磁束密度分布の乱れを防止するため、磁性を無視し得る素材で磁石ホルダ１５を形成することは勿論である。

磁石ホルダ１５の最終的な固定手段として、軸４の一端に対するねじ締結を採用することができる。軸４の一端やねじは、永久磁石１の磁束分布を乱さない限り、素材、形状等を適宜に決定することができる。

複数の磁気センサ２，３は、集積回路１７の一部にセンサアレイとして一体にまとめられている。回路基板８は、集積回路１７を他端側の基板面に片面実装され、ケーブル１８を接続された状態でハウジング蓋９の他端中央部９ａに固定される。回路基板８に接続されたケーブル１８は、ハウジング蓋９のケーブル口から外部に取り出される。回路基板８の他端側の基板面に片面実装することにより、回路基板８の一端側の基板面を他端中央部９ａに対して直接に支持することができる。このため、回路基板８をねじ締結する際のスペーサを省略することができる。

ハウジング蓋９の他端中央部９ａは、外輪１１との接触部９ｂよりも一端側に凹む。他端中央部９ａを一端側へ凹入させることにより、その他端中央部９ａの凹内壁を型として、回路基板８の樹脂封止を容易に行うことができる。なお、他端中央部９ａを軸４の一端から突き出た内輪１６の一端側の側面と接触しないように接触部９ｂよりも凹ませることにより、外輪１１と内輪１６の幅が同一でも、内輪１６とハウジング蓋９とが接触しないようになっている。

回路基板８は、集積回路１７の他端よりも一端側で樹脂封止されている。この樹脂封止後、ハウジング蓋９はハウジング本体１０に取り付けられる。集積回路１７は、複数の磁気センサ２，３を構成する素子に相当する。その集積回路１７の他端は、樹脂モールド部の他端になっている。樹脂封止層１９は、集積回路１７の他端よりも一端側に形成されるため、永久磁石１と集積回路１７の他端間の軸方向間隔を設定する際の支障にならない。したがって、永久磁石１と複数の磁気センサ２，３との間隔ｇを自由に設定することができる。

なお、ハウジング蓋９のケーブル口も樹脂封止層２０により閉塞されている。他端中央部９ａにねじ締結された回路基板８でケーブル口が覆われているため、回路基板８やケーブル口の封止用樹脂の充填を行い易い。回路基板８用の樹脂充填とケーブル口用の樹脂充填とを分けることが可能なため、両樹脂封止層１９，２０を相異なる種類の樹脂で形成することができる。特に、回路基板８用の樹脂封止層１９は、ハウジング６内に位置するため、ケーブル口用の樹脂封止層２０よりも振動吸収性に優れたものを採用することが好ましい。ケーブル口用の樹脂封止層２０は、ハウジング６外に位置するため、回路基板８用の樹脂封止層１９よりも機械的強度、耐候性、防水性に優れたものを採用することが好ましい。

回路基板８の樹脂封止後、ハウジング本体１０に軸４、転がり軸受７，７等を組み込み、ハウジング蓋９をハウジング本体１０に取り付けることができる。この取付けにより、複数の磁気センサ２，３は、永久磁石１の一端面から軸方向に間隔ｇをもって、半径方向領域Ａ内の所定位置に配置される。

ハウジング蓋９、軸４、並びに転がり軸受７の外輪１１、内輪１６及び転動体２１のそれぞれは、適宜の強磁性材料で形成されている。ハウジング蓋９の取付けにより、一端側の転がり軸受７の外輪１１と接触部９ｂとの接触が確保され、強磁性材料製の転がり軸受７、ハウジング蓋９及び軸４により磁気シールドが形成される。磁気シールドは、ハウジング６の外部から磁気センサ２，３へ一直線に向かう磁力線の全てがハウジング蓋９、軸４、内外輪１６，１１のいずれかと交わるように設けられた強磁性シールドからなる。複数の磁気センサ２，３は、その磁気シールドの有効な磁気シールド空間内に配置される。外部磁界の磁力線は、複数の磁気センサ２，３へ真直ぐに達することはできず、ハウジング蓋９、外輪１１、転動体２１、内輪１６及び軸４が一連に形成する迂回路へ導かれる。このため、外部磁界による磁束密度の検出誤差を防止することができる。

前記強磁性材料は、特に限定されない。例えば、軸受鋼を採用することにより、従来から標準的な軸受鋼製の内外輪及び転動体を有する転がり軸受、一般構造用の軸及びハウジング蓋を用いて磁気シールド空間を形成することができる。なお、ハウジング本体１０は、軽量化のため、アルミニウム合金や樹脂等の非磁性材料で形成されている。

この発明の範囲は、上述の実施形態に限定されず、特許請求の範囲の記載と均等の範囲内での全ての変更を含むものである。

１ 永久磁石
２，３ 磁気センサ
４ 軸
５ センサアレイ
６ ハウジング
７ 転がり軸受
８ 回路基板
９ ハウジング蓋
９ａ 他端中央部
９ｂ 接触部
１０ ハウジング本体
１１ 外輪
１６ 内輪
１６ａ 嵌め合い面の一端部
１７ 集積回路
１９，２０ 樹脂封止層
２１ 転動体

Claims (10)

1. 円柱型の永久磁石と、前記永久磁石の一端面から軸方向に離れた位置で同一円周上に配置される複数の磁気センサとを備え、
   前記永久磁石は、この一端面の半円域にＮ極を有すると共に残り半円域にＳ極を有する回転角度検出センサにおいて、
   前記永久磁石は、円柱型であって全体が均質な材料で形成され、かつ軸方向に異方性をもった成形体に対して軸方向に両面４極着磁された異方性磁石からなり、
   前記複数の磁気センサは、前記永久磁石と同心の中心から永久磁石半径の４０％〜８０％の半径方向領域内に配置されることを特徴とする回転角度検出センサ。
2. 前記複数の磁気センサは、前記永久磁石半径の５５％〜８０％の半径方向領域内に配置されることを特徴とする請求項１に記載の回転角度検出センサ。
3. 前記複数の磁気センサと前記永久磁石の一端面との間に、軸方向に少なくとも１ｍｍの間隔が設けられていることを特徴とする請求項１又は２に記載の回転角度検出センサ。
4. 前記間隔が１．５ｍｍ〜３ｍｍであることを特徴とする請求項３に記載の回転角度検出センサ。
5. 前記複数の磁気センサが一体にまとめられたセンサアレイを備え、
   前記永久磁石半径は、前記複数の磁気センサの最小ピッチ半径に対して１．２５倍以上であり、かつ最大ピッチ半径に対して２．５倍以下であることを特徴とする請求項１から４のいずれか１つに記載の回転角度検出センサ。
6. 軸と、ハウジングと、前記軸と前記ハウジング間に組み込まれた転がり軸受と、前記複数の磁気センサを実装された回路基板とを備え、
   前記永久磁石は、前記ハウジング内に位置する前記軸の一端に対して固定され、
   前記軸の他端は前記ハウジングの外部に露出し、
   前記ハウジングは、前記転がり軸受に予圧を与えるハウジング蓋を一端側に有し、
   前記回路基板は、前記ハウジング蓋の他端中央部に固定されていることを特徴とする請求項１から５のいずれか１つに記載の回転角度検出センサ。
7. 前記ハウジング蓋、前記軸、並びに前記転がり軸受の内外輪及び転動体が強磁性材料で形成され、
   前記ハウジング蓋の他端中央部の周囲に前記外輪との接触部が設けられ、
   前記複数の磁気センサは、前記ハウジング蓋、前記軸及び前記転がり軸受により形成された磁気シールド空間内に配置されることを特徴とする請求項６に記載の回転角度検出センサ。
8. 前記永久磁石を保持する磁石ホルダを備え、
   前記転がり軸受の内輪は、その嵌め合い面の一端部が前記軸の一端よりも突き出るように設けられ、
   前記磁石ホルダを前記嵌め合い面の一端部に嵌合することにより前記永久磁石を半径方向に位置決め可能であることを特徴とする請求項６又は７に記載の回転角度検出センサ。
9. 前記磁石ホルダは、前記永久磁石の外径面を嵌め込む筒部と、該筒部に嵌め込まれた該永久磁石の一端面に掛かる抜止め部とで該永久磁石を保持し、
   前記抜止め部は、前記永久磁石半径の８０％を超えた半径方向領域部分に掛かることを特徴とする請求項８に記載の回転角度検出センサ。
10. 前記ハウジング蓋の他端中央部は、前記転がり軸受の外輪との接触部よりも一端側に凹み、前記回路基板は、前記複数の磁気センサを構成する素子よりも一端側で樹脂封止されていることを特徴とする請求項６から９のいずれか１つに記載の回転角度検出センサ。

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