JP2018077108A

JP2018077108A - 回転検出装置

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Publication number: JP2018077108A
Application number: JP2016218563A
Authority: JP
Inventors: 拓海吉谷; Takumi Yoshitani
Original assignee: Melexis Technologies SA
Current assignee: Melexis Technologies SA
Priority date: 2016-11-09
Filing date: 2016-11-09
Publication date: 2018-05-17
Also published as: CN108061513B; US20180128882A1; CN108061513A; EP3321639B1; EP3321639A1; US10429452B2

Abstract

【課題】キャリブレーションの手順増加を抑制するとともに、回転体の回転角度を連続的に検出する回転検出装置を提供する。
【解決手段】回転検出装置５は、回転軸方向を法線とする面に歯先３ｈ及び歯底３ｌを有する回転体３と、回転体３の歯先３ｈ及び歯底３ｌの歯面に向けて磁場を形成する磁石２と、回転体３と磁石２との間であって、回転体３の回転軸上以外に配置され、少なくとも２つの位置で回転体３の回転軸方向における磁束密度を検出する磁気検出素子と、磁気検出素子によって２つの位置において検出される回転体３の回転軸方向における磁束密度の差分と、２つの位置において検出される回転体３の回転軸方向及び径方向に直交する方向における磁束密度の差分とに応じて回転体３の回転角度を算出する信号処理部とを有する磁気センサ１とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、回転検出装置に関する。

従来の技術として、回転体に設けられたギア歯の通過をカウントすることで回転体の回転角度を検出する回転検出装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特許文献１に開示された回転検出装置は、円筒状のバイアス磁石と、回転体に設けられたギア歯が回転体の回転に伴って通過する際に変化する磁界を検出する３つの磁気抵抗素子と、３つの磁気抵抗素子のうち２つずつの出力のそれぞれから差動信号を検出する検出部と、検出部が検出した差動信号のそれぞれの振幅が一致するように調整する振幅調整部と、振幅調整部で振幅が調整された差動信号のそれぞれの差分値を取得する差分値取得部と、差分値取得部が取得した差分値から閾値に基づいて二値化信号を生成する判定回路部とを有し、判定回路部が生成した二値化信号の波形に基づいてギア歯の通過をカウントし、回転体の回転角度を検出する。円筒状のバイアス磁石によって生成される磁束の対称性に対して３つの磁気抵抗素子の配置が傾いている場合、差動信号のそれぞれの振幅は一方が大きく他方が小さくなるため、それぞれの振幅が一致しないが、振幅調整部によりそれぞれの振幅が一致するように調整されるため、二値化信号がギア歯の通過に一致したものとなる。

特開２０１５‐２１５３４２号公報

しかし、特許文献１に示す回転検出装置は、円筒状のバイアス磁石によって生成される磁束の対称性に対して３つの磁気抵抗素子の配置が傾けて配置された場合であっても、ギア歯の通過に一致した二値化信号が得られるため、回転検出装置のキャリブレーションが不要となるものの、あくまでも二値化信号を出力するものであるから、ギア歯の通過をカウントするだけであり、回転体の回転角度の分解能には限界があり、回転角度を連続的に検出することはできない、という問題がある。

従って、本発明の目的は、回転体の回転角度を連続的に検出する回転検出装置を提供することにある。

本発明の一態様は、上記目的を達成するため、以下の回転検出装置を提供する。

［１］回転軸方向を法線とする面に歯先及び歯底を有し、前記歯先は第１の回転角度の範囲に設けられ、前記歯底は前記第１の回転角度の範囲以外に設けられる軟磁性体である回転体と、
前記回転体の前記歯先及び前記歯底の歯面に向けて磁場を形成する磁石と、
前記回転体と前記磁石との間であって、前記回転体の回転軸上以外に配置され、少なくとも２つの位置で前記回転体の回転軸方向における磁束密度を検出する磁気検出素子と、前記磁気検出素子によって前記２つの位置において検出される前記回転体の回転軸方向における磁束密度の差分と、前記２つの位置において検出される前記回転体の回転軸方向及び径方向に直交する方向における磁束密度の差分とに応じて前記回転体の回転角度を算出する信号処理部とを有する磁気センサとを備える回転検出装置。
［２］前記磁気センサの前記信号処理部は、前記回転体の歯面との距離を無限遠にした場合の前記磁気検出素子の出力する信号に基づいて第１の補正値を設定するとともに、前記第１の補正値によって前記磁気検出素子の出力値を補正した後に前記回転体を一回転以上させた際の出力値の振幅に基づいて第２の補正値を設定し、前記磁気検出素子によって前記２つの位置において検出される前記回転体の回転軸方向における磁束密度の差分を前記第１の補正値によって補正した値と、前記２つの位置において検出される前記回転体の回転軸方向及び径方向に直交する方向における磁束密度の差分を前記第２の補正値によって補正した値とに応じて前記回転体の回転角度を算出する前記［１］に記載の回転検出装置。

請求項１に係る発明によれば、回転体の回転角度を連続的に検出することができる。
請求項２に係る発明によれば、キャリブレーションの手順増加を抑制することができる。

図１は、実施の形態に係る回転検出装置の構成例を示す側面図である。図２（ａ）‐（ｃ）は、回転検出装置の構成を示す正面図、側面図及び平面図である。図３（ａ）及び（ｂ）は、磁気センサの構成を示す斜視図及び断面図である。図４は、回転検出装置の磁気センサの動作を説明するための概略図である。図５Ａ（ａ）‐（ｃ）は、磁石によって形成される磁場の様子を表す概略図である。図５Ｂ（ｄ）及び（ｅ）は、磁石によって形成される磁場の様子を表す概略図である。図６は、ギアの回転に伴い磁気センサが検出するｘ方向の磁束密度の変化例を示すためのグラフ図である。図７は、ギアの回転に伴い磁気センサが検出するｚ方向の磁束密度の変化例を示すためのグラフ図である。図８は、ギアの回転に伴い磁気センサが検出するｘ方向及びｚ方向の磁束密度の変化例を示すためのグラフ図である。図９は、磁気センサ及び磁石の配置を説明するための概略図である。図１０（ａ）及び（ｂ）は、ギアの回転に伴い磁気センサが検出する磁束密度の変化を示すためのグラフ図である。図１１は、ｚ方向のオフセットを修正した、ギアの回転に伴い磁気センサが検出するｘ方向及びｚ方向の磁束密度の変化例を示すためのグラフ図である。図１２は、ｘ方向のオフセットを修正した、ギアの回転に伴い磁気センサが検出するｘ方向及びｚ方向の磁束密度の変化例を示すためのグラフ図である。図１３は、ホール素子及び磁石の配置を説明するための概略図である。

［実施の形態］
（回転検出装置の構成）
図１は、実施の形態に係る回転検出装置の構成例を示す側面図である。図２（ａ）‐（ｃ）は、回転検出装置の構成を示す正面図、側面図及び平面図である。図３（ａ）及び（ｂ）は、磁気センサの構成を示す斜視図及び断面図である。

回転検出装置５は、回転体３の歯先３ｈからエアギャップＡ_ｇｈを設けて配置される磁気センサ１と、磁化方向をＤ_ｍとして磁気センサ１の裏面側（基板１００側）に配置される磁石２とを有し、磁気センサ１と磁石２は樹脂等によりモールドされている。

磁石２は、フェライト、サマリウムコバルト、ネオジウム等の材料を用いて形成された永久磁石である。なお、磁石２は、一例として、平面視において四角形状を有しているが、円形状としてもよい。また、磁石の大きさは、一例として、直径１０ｍｍ×高さ５ｍｍであるが、磁気センサ１の大きさに応じて印加する磁場を調整するため、適宜変更することができる。

回転体３は、軟磁性体材料を用いて形成され、ｚ軸方向を回転軸方向とし、Ｄ_ｒ方向に回転するものであり、磁気センサ１との距離の近い歯先３ｈ及び距離の遠い歯底３ｌとを有する。様々なサイズのものを用いることができるが、一例として、半径２．５ｍｍ、磁気センサ１から歯先３ｈとの距離がＡ_ｇｈ＝２ｍｍ、歯底３ｌとの距離がＡ_ｇｌ＝５ｍｍ、磁気センサ１が配置される位置が回転軸から径方向にＲ＝２ｍｍ離れた位置とする。なお、回転体３は、歯先３ｈと歯底３ｌとの境界を、図示するように歯先３ｈ及び歯底３ｌの面に対して直交する面とするが、磁気センサ１が後述する出力を得られるならば、直交しない面としてもよく、連続的に接続するような曲面にしてもよい。また、歯先３ｈは角度範囲（第一の回転角度の範囲）を１８０°、歯底３ｌの角度範囲を１８０°とするが、互いに適宜変更してもよい。また、回転体３は、回転する被検出物に接続されて回転するものであってもよい。

また、磁気センサ１は、図３（ａ）及び（ｂ）に示すように、一例として、ｚ方向に厚みを有する平板状の基板１００と、基板１００上に設けられてｘｙ面に平行な検出面を有し、磁気検出素子として検出方向を感磁方向Ｄ_ｓｚとするホール素子１００ｌ_１、１００ｌ_２及びホール素子１００ｒ_１、１００ｒ_２と、ホール素子１００ｌ_１、１００ｌ_２上に一部が重なるように設けられてｘ方向の磁束をｚ方向に変換してホール素子１００ｌ_１、１００ｌ_２に検出させる磁気コンセントレータ１０１ｌと、ホール素子１００ｒ_１、１００ｒ_２上に一部が重なるように設けられてｘ方向の磁束をｚ方向に変換してホール素子１００ｒ_１、１００ｒ_２に検出させる磁気コンセントレータ１０１ｒと、ホール素子１００ｌ_１、１００ｌ_２、１００ｒ_１、１００ｒ_２の出力する信号を処理する信号処理部（図示せず）を有し、ｘ、ｚ方向の磁束密度を検出するホールＩＣである。なお、ｘ方向は回転体３の回転軸方向及び径方向に直交する方向であり、ｚ方向は回転体３の回転軸方向である。

磁気センサ１は、ホール素子１００ｌ_１及び１００ｌ_２並びに磁気コンセントレータ１０１ｌにより感磁方向Ｄ_ｓｘ及びＤ_ｓｚにおいて磁束密度を検出し、ホール素子１００ｒ_１及び１００ｒ_２並びに磁気コンセントレータ１０１ｒにより感磁方向Ｄ_ｓｘ及びＤ_ｓｚにおいて磁束密度を検出する。

具体的には、ホール素子１００ｌ_１と１００ｌ_２との出力の差分、ホール素子１００ｒ_１と１００ｒ_２との出力の差分をとることで感磁方向Ｄ_ｓｘの磁束密度に比例した出力を得る。また、ホール素子１００ｌ_１と１００ｌ_２との出力の和、ホール素子１００ｒ_１と１００ｒ_２との出力の和をとることで感磁方向Ｄ_ｓｚの磁束密度に比例した出力を得る。詳細は、「磁気検出動作」において述べる。

また、磁気センサ１は、例えば、メレキシス製ＭＬＸ９０３７１等を用い、ホール素子１００ｌ_１と１００ｌ_２との間隔、ホール素子１００ｒ_１と１００ｒ_２との間隔は、ｄ_ｓ＝０．２ｍｍであり、パッケージモールド部はｚ方向の厚みが１．５ｍｍ、ｘ方向の幅が５．２ｍｍ、ｙ方向の幅が４．５ｍｍである。磁気センサ１の磁気コンセントレータ１０１ｌ及び１０１ｒの間隔ｄ_ｓ＝２ｍｍであり、パーマロイを用いることができる。また、磁気センサ１は、さらにｙ方向の磁束密度を検出するホール素子を設けるものであってもよい。

なお、磁気センサ１は、検出方向がｘ方向であればＭＲ素子等の他の種類の素子を用いてもよいし、検出方向がｘ方向を含めば複数の軸方向にそれぞれ磁気検出素子を配置した多軸磁気検出ＩＣを用いてもよい。

図９は、磁気センサ１及び磁石２の配置を説明するための概略図である。

磁気センサ１は、理想的には磁気センサ１の検出中心Ｃ_ｃを磁石２の外形上の中心Ｃ_ｍに一致させて樹脂等によりモールドすることで製作されるが、製作誤差等により検出中心Ｃ_ｃと中心Ｃ_ｍとはギャップＧだけずれているものとする。ギャップＧは、一例として、０．２５ｍｍである。また、ホール素子１００ｌ_１及び１００ｌ_２並びに磁気コンセントレータ１０１ｌによる検出中心をＣ_ｃｌとし、ホール素子１００ｒ_１及び１００ｒ_２並びに磁気コンセントレータ１０１ｒによる検出中心をＣ_ｃｒとする。

（回転検出装置の動作）
次に、実施の形態の作用を、図１‐図１３を用いて説明する。まず、磁気センサ１の磁気検出動作を説明し、次に回転検出装置５が回転体３の回転を検出する回転検出動作について説明した後、回転検出装置５のキャリブレーション動作について説明する。

（磁気検出動作）
図４は、回転検出装置５の磁気センサ１の動作を説明するための概略図である。

磁気センサ１を透過する磁束はホール素子１００ｌ_１、１００ｌ_２、１００ｒ_１、１００ｒ_２によって感知され、磁束密度に比例した信号を出力する。以下、代表してホール素子１００ｌ_１、１００ｌ_２によって検出される磁束について説明するが、ホール素子１００ｒ_１、１００ｒ_２についても同様である。

磁束ｆのうち、平行成分Ｂ_／／は磁気コンセントレータ１０１ｌに誘導されることで、磁束密度の大きさが平行成分Ｂ_／／に比例する垂直成分Ｂ⊥に変換され、１対のホール素子１００ｌ_１及び１００ｌ_２によって測定される。垂直成分であるＢ_Ｚも１対のホール素子１００ｌ_１及び１００ｌ_２によって測定される。

つまり、図面左側のホール素子１００ｌ_１は“Ｂ_⊥‐Ｂ_Ｚ”を測定する一方、図面右側のホール素子１００ｌ_２は“‐Ｂ_⊥‐Ｂ_Ｚ”を測定する。従って、ホール素子１００ｌ_１の出力とホール素子１００ｌ_２の出力との差をとれば２Ｂ_⊥が得られ、和をとれば‐２Ｂ_ｚが得られる。

以下において磁気センサ１は、ホール素子１００ｌ_１の出力とホール素子１００ｌ_２の出力との差（以下、２Ｂ_ｘ⊥ｌとする。）及びホール素子１００ｌ_１の出力とホール素子１００ｌ_２の出力との和２Ｂ_ｚｌを得、同様にホール素子１００ｒ_１及び１００ｒ_２により２Ｂ_ｘ⊥ｒ及び２Ｂ_ｚｒを得る。また、これらの差分からΔＢ_ｘ＝Ｂ_ｘ⊥ｌ‐Ｂ_ｘ⊥ｒと、ΔＢ_ｚ＝Ｂ_ｚｌ‐Ｂ_ｚｒとを得る。磁気センサ１は、当該ΔＢ_ｘ及びΔＢ_ｚに基づいて、次に説明する「回転検出動作」のように回転体３の回転を検出する。

（回転検出動作）
図５Ａ（ａ）‐（ｃ）は、磁石によって形成される磁場の様子を表す概略図である。また、図５Ｂ（ｄ）及び（ｅ）は、磁石によって形成される磁場の様子を表す概略図である。

図５Ａ（ａ）に示すように、磁気センサ１が回転体３の位置Ｐ_ａ上にいる場合（θ＝０°）において、磁石２から回転体３の歯先３ｈへと誘引される磁束は図中の矢印のようになり、磁気センサ１のホール素子１００ｌ_１及び１００ｌ_２（以下、総称して「ホール素子１００ｌ」という。）並びにホール素子１００ｒ_１及び１００ｒ_２（以下、総称して「ホール素子１００ｒ」という。）が検出する磁束密度のｘ成分は正並びに負であるため、その差分ΔＢ_ｘは回転体３の回転範囲内において最も大きくなる。また、ホール素子１００ｌ及び１００ｒが検出する磁束密度のｚ成分は同等であるため、ｚ成分の差分ΔＢ_ｚは０となる。

次に、図５Ａ（ｂ）に示すように、磁気センサ１が回転体３の位置Ｐ_ｂ上にいる場合（θ＝９０°）において、図中左半分の磁束は歯先３ｈに引き寄せられ、右半分の磁束は歯底３ｌに向かうような磁場が形成されるため、ホール素子１００ｌが検出する磁束密度は図５Ａ（ａ）の場合と同等であるが、ホール素子１００ｒが検出する磁束は図５Ａ（ａ）の場合より小さくなり、磁気センサ１が検出する磁束密度のｘ成分の差分が図５Ａ（ａ）の場合に比べて小さくなる。また、ホール素子１００ｒが検出する磁束密度のｚ成分は図５Ａ（ａ）の場合に比べて小さくなるため、ｚ成分の差分ΔＢ_ｚは負の方向でθ＝０°の状態より小さい値となる。

次に、図５Ａ（ｃ）に示すように、磁気センサ１が回転体３の位置Ｐ_ｃ上にいる場合（θ＝１８０°）において、磁石２から回転体３の歯底３ｌへと誘引される磁束は図中の矢印のようになり、ホール素子１００ｌ及び１００ｒが検出する磁束密度のｘ成分は正及び負であるが、図５Ａ（ａ）の場合に比べて、それぞれの絶対値は小さくなる。従って、磁束密度のｘ成分の差分は最小となる。また、ホール素子１００ｌ及び１００ｒが検出する磁束密度のｚ成分は同等であるため、ｚ成分の差分ΔＢ_ｚは０となる。

次に、図５Ｂ（ｄ）に示すように、磁気センサ１が回転体３の位置Ｐ_ｄ上にいる場合（θ＝２７０°）において、図５Ａ（ｂ）と左右反転した状態となり、磁気センサ１が検出する磁束密度のｘ成分の差分が図５Ａ（ｂ）の場合と同等となる。また、ホール素子１００ｒが検出する磁束密度のｚ成分の差分は図５Ａ（ｂ）の場合の正負を反転させたものとなる。

また、図５Ｂ（ｅ）に示すように、回転体３が１回転して磁気センサ１が再び回転体３の位置Ｐ_ａ上にいる場合（θ＝３６０°）において、図５Ａ（ａ）と同様の状態となり、磁気センサ１が検出する磁束密度のｘ成分の差分は回転体３の回転範囲内において最も大きくなる。また、ｚ成分の差分ΔＢ_ｚは０となる。

ただし、上記したように磁気センサ１が磁束密度を検出するのは、図９に示す磁気センサ１の検出中心Ｃ_ｃ及び磁石２の中心Ｃ_ｍが一致しており、ギャップＧ＝０の場合であり、ギャップＧ≠０の場合はΔＢ_ｘ及びΔＢ_ｚにはオフセットが生じる。

以上に説明したように、磁気センサ１の検出する磁束密度を、ギャップＧに起因するオフセットを考慮したグラフにすると以下の図６及び図７のようになる。

図６は、ギアの回転に伴い磁気センサが検出するｘ方向の磁束密度の差分の変化例を示すためのグラフ図である。また、図７は、ギアの回転に伴い磁気センサが検出するｚ方向の磁束密度の差分の変化例を示すためのグラフ図である。また、図８は、ギアの回転に伴い磁気センサが検出するｘ方向及びｚ方向の磁束密度の差分の変化例を示すためのグラフ図である。

図６に示すように、磁気センサ１が検出する磁束密度のｘ成分の差分ΔＢ_ｘは、回転体３の位置がＰ_ａ（θ＝０°、３６０°）においてΔＢ_ｘは最大となり、変位量の中間点Ｐ_ｃ（θ＝１８０°）においてΔＢ_ｘは最小となる。なお、ΔＢ_{ｘｏｆｆｓｅｔ}は、ホール素子１００ｌ及び１００ｒに対して常に外に開く向きの磁界がバイアスされているため、及びギャップＧ≠０であるために生じるものである。なお、磁石２の磁気特性は温度に依存するため、ΔＢ_{ｘｏｆｆｓｅｔ}の値も温度に依存するものとなる。

図７に示すように、磁気センサ１が検出する磁束密度のｚ成分の差分ΔＢ_ｚは、回転体３の位置がＰ_ａ（θ＝０°、３６０°）、中間点Ｐ_ｃ（θ＝１８０°）は０となり、経過点Ｐ_ｂ（θ＝９０°）で最大に、経過点Ｐ_ｄ（θ＝２７０°）で最小になる。なお、ΔＢ_{ｚｏｆｆｓｅｔ}は、ホール素子１００ｌ及び１００ｒに対して常に外に開く向きの磁界がバイアスされている状態で、ギャップＧ≠０であることによりホール素子１００ｌが検出するｚ方向の磁束密度とホール素子１００ｒが検出するｘ方向の磁束密度とが等しくなくなるために生じるものである。なお、磁石２の磁気特性は温度に依存するため、ΔＢ_{ｚｏｆｆｓｅｔ}の値も温度に依存するものとなる。

図８に示すように、縦軸をΔＢ_ｚ、横軸をΔＢ_ｘとすると、中心の座標を（ΔＢ_{ｘｏｆｆｓｅｔ}，ΔＢ_{ｚｏｆｆｓｅｔ}）とする円となる。なお、図６及び図７に示したΔＢ_ｘ及びΔＢ_ｚの振幅は適宜正規化するものとする。

上記した図８に示した円の中心座標（ΔＢ_{ｘｏｆｆｓｅｔ}，ΔＢ_{ｚｏｆｆｓｅｔ}）を補正して原点にすることができれば、補正後のΔＢ_ｘ’及びΔＢ_ｚ’から、Ａｒｃｔａｎ（ΔＢ_ｚ’／ΔＢ_ｘ’）を演算して、回転体３の回転角度θを算出することができる。従って、以下では当該補正に該当するキャリブレーション動作について説明する。

（キャリブレーション動作）
まず、キャリブレーション動作を説明する前に、オフセットが生じる理由について説明する。図１０（ａ）及び（ｂ）は、ギアの回転に伴い磁気センサが検出する磁束密度の変化を示すためのグラフ図である。また、図１３は、ホール素子１００ｌ及び磁石２の配置を説明するための概略図である。

仮に、図１３に示すように、ホール素子１００ｌ及び磁気コンセントレータ１０１ｌの検出中心Ｃ_ｃｌと磁石２の中心Ｃ_ｍを一致させた場合に、ギャップＧ_ｃｌが生じているとした場合、ホール素子１００ｌが検出する磁束密度は図１０（ａ）及び（ｂ）に説明するようになる。

図１０（ａ）に示すように、回転体３の歯底３ｌの中心が最もホール素子１００ｌに近づいた状態においてはｚ軸に対称な磁場が形成されるため、図１０（ｂ）に示すように、ホール素子１００ｌが検出する磁束密度のｘ成分はギャップＧ_ｃｌ＝０であれば０となる。しかし、Ｇ_ｃｌ≠０の場合は有限の値（Ｂ_{ｘｏｆｆｓｅｔ}）となる。また、回転体３が回転方向Ｄ_ｒに回転するにつれて歯先３ｈが近づくとｘ成分は負へと傾き、ホール素子１００ｌが検出する磁束密度のｘ成分は負の値をとる。また、歯先３ｈがホール素子１００ｌに最も近づいた状態において、ｚ軸に対称な磁場が形成されてホール素子１００ｌが検出する磁束密度のｘ成分はギャップＧ_ｃｌ＝０であれば０となる。しかし、Ｇ_ｃｌ≠０の場合は有限の値（Ｂ_{ｘｏｆｆｓｅｔ}）となる。

さらに、回転体３が回転方向Ｄ_ｒに回転するにつれて歯先３ｈがホール素子１００ｌ上を通り過ぎていくと、通り過ぎるタイミングでｘ成分は負から正へと反転し、その後歯先３ｈが最もホール素子１００ｌから遠ざかった状態に近づくにつれてＢ_{ｘｏｆｆｓｅｔ}に戻っていく。

つまり、図１０（ａ）及び（ｂ）に示すように、回転体３の回転に伴い、ホール素子１００ｌ上を歯が通過する場合であって、歯先３ｈから歯底３ｌに変化するタイミングに、ホール素子１００ｌの出力信号レベルは最小となる（実線、Ａ_ｇｈ＝１．９ｍｍ）。また、歯底３ｌから歯先３ｈに変化するタイミングに、ホール素子１００ｌの出力信号レベルは最大となる。

次に、エアギャップＡ_ｇｈを変化させた場合について述べる。エアギャップＡ_ｇｈ＝１．４ｍｍ及び２．４ｍｍの場合であっても、図１０（ａ）及び（ｂ）に示すように、回転体３の回転に伴い、ホール素子１００ｌ上を歯が通過する場合であって、歯先３ｈから歯底３ｌに変化するタイミングに、ホール素子１００ｌの出力信号レベルは最小となり、歯底３ｌから歯先３ｈに変化するタイミングに、ホール素子１００ｌの出力信号レベルは最大となる。これはエアギャップＡ_ｇｈの数値に関わらず多少の誤差とともに生じる現象である。

また、歯底３ｌがホール素子１００ｌに最も近づいた状態において、ホール素子１００ｌ上にｚ軸に対称な磁場が形成されて、ホール素子１００ｌが検出する磁束密度のｘ成分がＢ_{ｘｏｆｆｓｅｔ}となるタイミングはエアギャップＡ_ｇｈが異なっていても一致する（一致点Ｐ_１、図１０（ｂ））。

一方、歯先３ｈがホール素子１００ｌに最も近づいた状態においては、ホール素子１００ｌ上にｚ軸に対称な磁場が形成されて、ホール素子１００ｌが検出する磁束密度のｘ成分がＢ_{ｘｏｆｆｓｅｔ}となるタイミングはエアギャップＡ_ｇｈが異なることでずれる。

一方、一致点Ｐ_１は、エアギャップＡ_ｇｈが無限遠の場合のホール素子１００ｌが検出する磁束密度と一致するものであるため、回転体３がない状態でのホール素子１００ｌの出力からＢ_{ｘｏｆｆｓｅｔ}が得られる。

Ｂｘはホール素子１００ｌ_１と１００ｌ_２の出力の差分から求まるものであり、ΔＢ_ｚはホール素子１００ｌと１００ｒの出力の差分から求まるものであるため、再び図９に示す状態に話を戻すと、上記した図１０及び図１３で説明した方法と同様の方法から、回転体３がない状態での磁気センサ１の出力である差分ΔＢ_ｚからΔＢ_{ｚｏｆｆｓｅｔ}が得られることとなる（第１の補正値）。

上記方法により得られたΔＢ_{ｚｏｆｆｓｅｔ}によって図８に示したΔＢ_ｚを補正することで以下に示す図１１のような出力が得られる。

図１１は、ｚ方向のオフセットを修正した、ギアの回転に伴い磁気センサが検出するｘ方向及びｚ方向の磁束密度の変化例を示すためのグラフ図である。

差分ΔＢ_ｘ、ΔＢ_ｚ’は、ΔＢ_ｘ軸上に中心を有する円となる。従って、回転体３を一回転させることで得られるΔＢ_ｘｍａｘ及びΔＢ_ｘｍｉｎから中間点を求めることでΔＢ_{ｘｏｆｆｓｅｔ}が得られる（第２の補正値）。

上記方法により得られたΔＢ_{ｘｏｆｆｓｅｔ}によって図１１に示したΔＢ_ｘを補正することで以下に示す図１２のような出力が得られる。

図１２は、ｘ方向のオフセットを修正した、ギアの回転に伴い磁気センサが検出するｘ方向及びｚ方向の磁束密度の変化例を示すためのグラフ図である。

上記したキャリブレーション動作により、図１２に示すように、円の中心座標（ΔＢ_{ｘｏｆｆｓｅｔ}，ΔＢ_{ｚｏｆｆｓｅｔ}）を補正して原点にすることができる。補正後のΔＢ_ｘ’及びΔＢ_ｚ’から、Ａｒｃｔａｎ（ΔＢ_ｚ’／ΔＢ_ｘ’）を演算して、回転体３の回転角度θが算出される。

（実施の形態の効果）
上記した実施の形態によれば、歯先及び歯底が１つずつの設けられた形状の回転体３を用いるようにしたため、回転角度θを連続的に検出することができる。

また、エアギャップＡ_ｇｈが無限の場合における磁気センサ１の出力値からΔＢ_{ｚｏｆｆｓｅｔ}を定めるようにしたため、工場出荷時にはΔＢ_ｚがΔＢ_ｚ’に補正されており、各回転体３に合わせるためにΔＢ_{ｘｏｆｆｓｅｔ}を求めればよく、磁気検出装置５のキャリブレーションが簡略化される。

［他の実施の形態］
なお、本発明は、上記実施の形態に限定されず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々な変形が可能である。例えば、回転検出装置５の検出方向Ｄ_ｓｚを回転体３の回転軸に正確に合わせて組み付けできない場合は、磁気センサ１の信号処理部によって適宜ΔＢ_ｘ及びΔＢ_ｚを補正してもよい。また、ｙ方向に並べて配置されたホール素子をさらに設け、これらのホール素子の出力を用いてΔＢ_ｘ及びΔＢ_ｚを補正してもよい。

また、上記した実施の形態のセンサ、磁石、ギアは例示であって、位置検出の機能が損なわれず、本発明の要旨を変更しない範囲内で、これらをそれぞれ適宜選択して新たな組み合わせに変更して用いてもよい。

１：磁気センサ
２：磁石
３：回転体
３ｈ：歯先
３ｌ：歯底
５：回転検出装置
１００：基板
１００ｌ：ホール素子
１００ｒ：ホール素子
１０１ｌ：磁気コンセントレータ
１０１ｒ：磁気コンセントレータ

Claims

回転軸方向を法線とする面に歯先及び歯底を有し、前記歯先は第１の回転角度の範囲に設けられ、前記歯底は前記第１の回転角度の範囲以外に設けられる軟磁性体である回転体と、
前記回転体の前記歯先及び前記歯底の歯面に向けて磁場を形成する磁石と、
前記回転体と前記磁石との間であって、前記回転体の回転軸上以外に配置され、少なくとも２つの位置で前記回転体の回転軸方向における磁束密度を検出する磁気検出素子と、前記磁気検出素子によって前記２つの位置において検出される前記回転体の回転軸方向における磁束密度の差分と、前記２つの位置において検出される前記回転体の回転軸方向及び径方向に直交する方向における磁束密度の差分とに応じて前記回転体の回転角度を算出する信号処理部とを有する磁気センサとを備える回転検出装置。
前記磁気センサの前記信号処理部は、前記回転体の歯面との距離を無限遠にした場合の前記磁気検出素子の出力する信号に基づいて第１の補正値を設定するとともに、前記第１の補正値によって前記磁気検出素子の出力値を補正した後に前記回転体を一回転以上させた際の出力値の振幅に基づいて第２の補正値を設定し、前記磁気検出素子によって前記２つの位置において検出される前記回転体の回転軸方向における磁束密度の差分を前記第１の補正値によって補正した値と、前記２つの位置において検出される前記回転体の回転軸方向及び径方向に直交する方向における磁束密度の差分を前記第２の補正値によって補正した値とに応じて前記回転体の回転角度を算出する請求項１に記載の回転検出装置。