JP2019124680A - 回転角度検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】検出精度が向上した回転角度検出装置を提供する。【解決手段】磁石１２は、回転体１１の回転軸心ＡＸに垂直な径方向に配置された極を有し、回転体１１と共に回転する。磁性部１３は、磁石１２に対する径方向外側にリング状に配置され、周方向の複数箇所にギャップ１７、１８を設けている。磁気検出部１４は、複数のギャップ１７、１８のうちの１つの特定ギャップ１７に配置され、磁場の接線方向磁束成分および径方向磁束成分を検出する。検出位置に対して径方向外側に位置する特定ギャップ１７の狭小部３１の接線方向幅ｗ１は、検出位置ギャップ幅ｗ２よりも狭くなっている。これにより、磁気検出部１４が検出する径方向磁束成分に対する外乱磁界の影響を十分に低減することができる。そのため、検出精度が向上する。【選択図】図１

Description

本発明は、回転角度検出装置に関する。

従来、回転体と共に回転する磁石に対して径方向外側に磁気検出部を設け、その磁場の接線方向磁束成分と径方向磁束成分とを検出し、それらの検出値に基づき回転体の回転角度を検出する回転角度検出装置が知られている。特許文献１では、接線方向磁束成分を検出する検出素子と、径方向磁束成分を検出する検出素子とが設けられている。

特表２００９−５１６１８６号公報

前述のような形式の回転角度検出装置では、磁気検出部がオープンな磁場に配置されるため、外乱磁界の影響を受けやすいという課題がある。これに対して、特許文献１には、磁気検出部の周りに壁を設けることが記載されている。しかし、このような壁によっても外乱磁界の影響を十分に低減することはできず、検出精度が低下する。

本発明は、上述の点に鑑みてなされたものであり、その目的は、検出精度が向上した回転角度検出装置を提供することである。

本発明の回転角度検出装置は、磁石（１２）、磁性部（１３、４１、６１、８１、１０１、１４１、１６１）および磁気検出部（１４、１２１）を備えている。磁石は、回転体の回転軸心（ＡＸ）に垂直な径方向に配置された極を有し、回転体と共に回転する。磁性部は、磁石に対する径方向外側にリング状に配置され、周方向の複数箇所にギャップ（１７、１８、４４、４５、６４、６５、８４、８５、１０４、１０５、１４４、１４５、１６４、１６５）を設けている。磁気検出部は、複数のギャップのうちの１つの特定ギャップ（１７、４４、６４、８４、１０４、１４４、１６４）に配置され、磁場の接線方向磁束成分および径方向磁束成分を検出する。

磁気検出部が配置される位置のことを検出位置とし、検出位置における特定ギャップの接線方向幅のことを検出位置ギャップ幅（ｗ２）とする。検出位置に対して径方向外側に位置する特定ギャップの一部の接線方向幅（ｗ１）は、検出位置ギャップよりも狭くなっている。

そのため、磁気検出部の検出値としてのＳｉｎ波形信号およびＣｏｓ波形信号に基づきアークタンジェント演算を行うことで、回転体の３６０°の回転角度を算出することができる。また、リング状の磁性部の特定ギャップに磁気検出部が配置されるとともに、磁気検出部に対する径方向外側のギャップ幅が比較的狭くなっていることにより、磁気検出部が検出する径方向磁束成分への外乱磁界の影響を十分に低減することができる。そのため、検出精度が向上する。

第１実施形態の回転角度検出装置を概略的に示す模式図である。 第１実施形態の磁気検出部を説明するブロック図である。 第１実施形態において、回転体の回転角度と第１ホール素子の検出信号との関係を示す図である。 第１実施形態において、回転体の回転角度と第２ホール素子の検出信号との関係を示す図である。 第１実施形態において、回転角度検出装置と、その外側に配置された外乱磁石とを示す図である。 外乱磁石の有無ごとに、回転体の回転角度と径方向磁束成分との関係、および、回転体の回転角度と理想波形に対する誤差との関係を示す図である。 第２実施形態の回転角度検出装置を概略的に示す模式図である。 第３実施形態の回転角度検出装置を概略的に示す模式図である。 第４実施形態の回転角度検出装置を概略的に示す模式図である。 第５実施形態の回転角度検出装置を概略的に示す模式図である。 第６実施形態の回転角度検出装置の磁気検出部を説明するブロック図である。 第７実施形態の回転角度検出装置を概略的に示す模式図である。 第７実施形態の磁気検出部を説明するブロック図である。 第７実施形態の磁気検出部の模式図である。 第７実施形態において、初期の第３ホール素子の検出値、リファレンス値、およびそれらの差分を示す図である。 第７実施形態において、経年時の第３ホール素子の検出値、リファレンス値、およびそれらの差分を示す図である。 第８実施形態の回転角度検出装置を説明するブロック図である。 第９実施形態の回転角度検出装置を説明するブロック図である。 第１０実施形態の回転角度検出装置を説明するブロック図である。 第１１実施形態の磁気検出部の模式図である。 第１２実施形態の回転角度検出装置を概略的に示す模式図である。 第１２実施形態の回転角度検出装置を説明するブロック図である。 第１の他の実施形態の回転角度検出装置を概略的に示す模式図である。 第２の他の実施形態の回転角度検出装置を概略的に示す模式図である。

以下、複数の実施形態を図面に基づき説明する。実施形態同士で実質的に同一の構成には同一の符号を付して説明を省略する。装置の構造を示す図面は、構成を分かり易くするために模式的に示している。各部の寸法、角度および寸法比は必ずしも正確なものではない。

［第１実施形態］
第１実施形態の回転角度検出装置１０を図１に示す。回転角度検出装置１０は、回転体１１の回転角度を検出する装置であり、磁石１２、磁性部１３および磁気検出部１４を備えている。磁気検出部１４からの回転角度信号は、外部の図示しないＥＣＵ（Electronic Control Unit）等に伝達される。

以下の説明において、回転体１１の回転軸心ＡＸに垂直な方向のことを「径方向」と記載する。また、回転体１１の横断面において回転軸心ＡＸを中心とする円の接線の方向のことを「接線方向」と記載する。また、回転体１１の回転方向のことを単に「回転方向」と記載する。また、単に「回転角度」と記載されている場合、回転体１１の回転角度のことを意味するものとする。

磁石１２は、回転体１１の径方向に配置された極を有している。この極は、Ｎ極およびＳ極を含む。第１実施形態では、磁石１２は、回転方向に沿う円弧状の第１磁石部１５および第２磁石部１６から構成されている。Ｎ極とＳ極は、第１磁石部１５および第２磁石部１６の板厚方向に配置されている。第１磁石部１５は、回転体１１の一方の側面に固定されている。第２磁石部１６は、回転体１１の他方の側面に固定されている。磁石１２は、回転体１１と共に回転する。

磁性部１３は、磁石１２の磁束が流れる磁気回路を形成するものであって、磁石１２の周り、すなわち磁石１２に対する径方向外側にリング状に配置されている。磁性部１３は、周方向の複数箇所にギャップ１７、１８を設けている。磁性部１３は、磁石１２に対して径方向に離間して配置されている。磁石１２と磁性部１３との間には、環状の隙間１９が設けられている。第１実施形態では、磁性部１３は、回転方向に沿う円弧状の第１磁性体２１および第２磁性体２２から構成されている。第１磁性体２１は、磁石１２に対して径方向一方側に配置されている。第２磁性体２２は、磁石１２に対して第１磁性体２１とは反対側に設けられている。第１磁性体２１の周方向一方の端部２３と第２磁性体２２の周方向他方の端部２４との間にはギャップ１７が形成されている。また、第１磁性体２１の周方向他方の端部２５と第２磁性体２２の周方向一方の端部２６との間にはギャップ１８が形成されている。磁性部１３は、例えば図示しない固定部材などに一体に保持される。

第１磁性体２１および第２磁性体２２は、回転軸心ＡＸに対して点対称に配置されている。また、ギャップ１７およびギャップ１８は、回転軸心ＡＸに対して点対称に設けられている。つまり、ギャップ１７およびギャップ１８は、形状が同じであり、かつ、回転軸心ＡＸを挟んだ正反対位置に位置している。

磁気検出部１４は、磁石１２により形成される磁場中のギャップ１７に配置され、配置位置における磁場の磁束密度の接線方向成分（以下、接線方向磁束成分）および磁束密度の径方向成分（以下、径方向磁束成分）を検出する。ギャップ１７は、複数のギャップ１７、１８のうちの１つの特定のギャップである。以下、ギャップ１７のことを適宜「特定ギャップ１７」と記載する。磁気検出部１４は、磁性部１３と同様に前記固定部材などに一体に保持される。

第１実施形態では、磁気検出部１４は、図２に示すように第１ホール素子２７、第２ホール素子２８、および回転角演算回路２９等を有している。

第１ホール素子２７は、磁気検出部１４の配置位置（以下、適宜「検出位置」と記載）の磁場の径方向磁束成分を検出する。第２ホール素子２８は、検出位置の磁場の接線方向磁束成分を検出する。第１ホール素子２７および第２ホール素子２８は、検出面の向きが互いに９０°異なるように配置されている。第２ホール素子２８は、図３に示すように接線方向磁束成分に対応する検出信号Ｓｙを検出値として出力する。回転角度と検出信号Ｓｙとの関係はＳｉｎ波形を示す。第１ホール素子２７は、図４に示すように径方向磁束成分に対応する検出信号Ｓｘを検出値として出力する。回転角度と検出信号Ｓｘとの関係はＣｏｓ波形を示す。検出信号Ｓｙと検出信号Ｓｘは、互いに９０°の位相差を有する信号である。図２に戻って、回転角演算回路２９は、これらの検出信号Ｓｙおよび検出信号Ｓｘに基づきアークタンジェント演算を行い、回転体１１の３６０°の回転角度を算出する。

次に、特定ギャップ１７の特徴について説明する。特定ギャップ１７は、磁気検出部１４に対する径方向外側に狭小部３１を有している。狭小部３１の接線方向幅ｗ１は、検出位置ギャップ幅ｗ２よりも狭くなっている。検出位置ギャップ幅ｗ２は、検出位置における特定ギャップ１７の接線方向幅のことである。つまり、特定ギャップ１７は、検出位置に対する径方向外側の所定位置の接線方向幅ｗ１が検出位置の接線方向幅ｗ２よりも狭くなるように設けられている。第１実施形態では、所定位置は、特定ギャップ１７のうち最も径方向外側の位置である。

具体的には、特定ギャップ１７の狭小部３１は、２つの突起３２、３３の間に形成されている。突起３２、３３は、検出位置に対して径方向外側で接線方向へ突き出している。すなわち、第１磁性体２１は、狭小部３１に対応する径方向位置で第２磁性体２２側に突き出す突起３２を形成している。第２磁性体２２は、狭小部３１に対応する径方向位置で第１磁性体２１側に突き出す突起３３を形成している。磁気検出部１４は、突起３２、３３に対して径方向内側に配置されている。

ここで、図５、図６を参照して、検出位置の磁場の径方向磁束成分に対する外乱磁石３５の影響について説明する。外乱磁石３５は、外乱磁界を発生するものであって、回転角度検出装置１０の外側に配置されている。図５では、特定ギャップ１７に対して径方向外側の位置、すなわち、回転体１１の回転角度が０degとなる位置に外乱磁石３５が配置されている。

図６の上段は、外乱磁石３５が配置されない場合、外乱磁石３５が０deg位置に配置された場合、および、外乱磁石３５が９０deg位置に配置された場合のそれぞれについて、回転体１１の回転角度と径方向磁束成分との関係を示している。図６の下段は、磁気検出部１４が検出する径方向磁束成分と理想波形との誤差を示している。これらの関係から、磁気検出部１４が検出する径方向磁束成分は、外乱磁石３５の影響を受けていないことが分かる。突起３２、３３は、磁気検出部１４を外乱磁界から遮るものとして機能している。

（効果）
以上説明したように、第１実施形態では、回転角度検出装置１０は、磁石１２、磁性部１３および磁気検出部１４を備えている。磁石１２は、回転体１１の回転軸心ＡＸに垂直な径方向に配置された極を有し、回転体１１と共に回転する。磁性部１３は、磁石１２に対する径方向外側にリング状に配置され、周方向の複数箇所にギャップ１７、１８を設けている。磁気検出部１４は、複数のギャップ１７、１８のうちの１つの特定ギャップ１７に配置され、磁場の接線方向磁束成分および径方向磁束成分を検出する。検出位置に対して径方向外側に位置する特定ギャップ１７の狭小部３１の接線方向幅ｗ１は、検出位置ギャップ幅ｗ２よりも狭くなっている。

そのため、磁気検出部１４の検出値としてのＳｉｎ波形信号およびＣｏｓ波形信号に基づきアークタンジェント演算を行うことで、回転体１１の３６０°の回転角度を算出することができる。また、リング状の磁性部１３の特定ギャップ１７に磁気検出部１４が配置されるとともに、特定ギャップ１７のうち磁気検出部１４に対する径方向外側の接線方向幅ｗ１が狭くなっていることにより、磁気検出部１４が検出する径方向磁束成分に対する外乱磁界の影響を十分に低減することができる。そのため、検出精度が向上する。

また、第１実施形態では、磁性部１３は複数の磁性体２１、２２を含む。特定ギャップ１７は、第１磁性体２１の端部２３と第２磁性体２２の端部２４との間に形成されている。磁性体２１、２２は、検出位置に対して径方向外側で接線方向へ突き出す突起３２、３３を形成している。これにより、磁気検出部１４に対する径方向外側に位置する特定ギャップ１７の一部（すなわち狭小部３１）の接線方向幅ｗ１を比較的狭くすることができる。

［第２実施形態］
第２実施形態では、図７に示すように、回転角度検出装置４０の磁性部４１は、第１磁性体４２および第２磁性体４３を含む。第１磁性体４２の端部４６と第２磁性体４３の端部４７との間にはギャップ４４が形成されている。また、第１磁性体４２の端部４８と第２磁性体４３の端部４９との間にはギャップ４５が形成されている。

特定ギャップ４４の狭小部５１は、第１磁性体４２の突起５２と第２磁性体４３の突起５３との間に形成されている。突起５２、５３は先細り形状である。すなわち、突起５２、５３は、根元から先端に向かって徐々に細くなるように形成されている。そのため、磁性体４２、４３が機械加工にて製造しやすくなる。特に、突起５２、５３の根元の角の角度が比較的大きくなることで、プレス加工用の型の消耗や故障が軽減される。

［第３実施形態］
第３実施形態では、図８に示すように、回転角度検出装置６０の磁性部６１は、第１磁性体６２および第２磁性体６３を含む。第１磁性体６２の端部６６と第２磁性体６３の端部６７との間にはギャップ６４が形成されている。また、第１磁性体６２の端部６８と第２磁性体６３の端部６９との間にはギャップ６５が形成されている。

特定ギャップ６４の狭小部７１は、第１磁性体６２の突起７２と第２磁性体６３の突起７３との間に形成されている。突起７２、７３の根元の角７４はラウンド形状である。そのため、磁性体６２、６３が機械加工にて製造しやすくなる。特に、プレス加工用の型のうち、突起７２、７３の根元の角７４に対応する部分の消耗や故障が軽減される。

［第４実施形態］
第４実施形態では、図９に示すように、回転角度検出装置８０の磁性部８１は、第１磁性体８２および第２磁性体８３を含む。第１磁性体８２の端部８６と第２磁性体８３の端部８７との間にはギャップ８４が形成されている。また、第１磁性体８２の端部８８と第２磁性体８３の端部８９との間にはギャップ８５が形成されている。

特定ギャップ８４の狭小部９１は、第１磁性体８２の突起９２と第２磁性体８３の突起９３との間に形成されている。端部８６〜８９のうち突起９２、９３の根元に隣接する箇所には、ギャップ８４、８５とは反対側に凹む凹部９４が形成されている。凹部９４は、突起９２、９３の根元の角に対応しており、ラウンド形状である。そのため、磁性体８２、８３が機械加工にて製造しやすくなる。特に、プレス加工用の型のうち凹部９４に対応する部分の消耗や故障が軽減される。また、凹部９４があることで、凹部のない第１〜第３実施形態と比べて、検出位置の磁場の乱れが少なくなる。

［第５実施形態］
第５実施形態では、図１０に示すように、回転角度検出装置１００の磁性部１０１は、第１磁性体１０２および第２磁性体１０３を含む。第１磁性体１０２の端部１０６と第２磁性体１０３の端部１０７との間にはギャップ１０４が形成されている。また、第１磁性体１０２の端部１０８と第２磁性体１０３の端部１０９との間にはギャップ１０５が形成されている。

端部１０６〜１０９は、径方向内側から径方向外側に向かって他の磁性体側に突き出すように形成されている。これにより、ギャップ１０４、１０５の接線方向幅が径方向外側にいくにしたがい連続的に狭くなっている。特定ギャップ１０４の狭小部１１１は、端部１０６の先端と端部１０７の先端との間に形成されている。このようにして、特定ギャップ１０４の狭小部１１１の接線方向幅ｗ１が検出位置ギャップ幅ｗ２よりも狭くなるように構成されてもよい。また、特定ギャップ１０４の接線方向幅が径方向外側にいくにしたがい連続的に狭くなっていることで、磁気検出部１４が検出する接線方向磁束成分のゲインが比較的高くなる効果がある。

［第６実施形態］
第６実施形態では、図１１に示すように、回転角度検出装置１２０の磁気検出部１２１は、回転体の回転角度を算出する回転角演算回路１２２を有している。回転体の回転角度範囲を第１範囲と第２範囲に分けたとき、回転角演算回路１２２は、接線方向磁束成分に対応する第２ホール素子２８の検出値を用いて、回転体の回転角度が第１範囲と第２範囲とのどちらに属するかの識別を行う。第６実施形態では、第１範囲は０〜１８０°の範囲であり、第２範囲は１８０〜３６０°の範囲である。第２ホール素子２８の検出値が負である場合、回転体の回転角度範囲が０〜１８０°であると判断され、また、第２ホール素子２８の検出値が正である場合、回転体の回転角度範囲が１８０〜３６０°であると判断される。また、回転角演算回路１２２は、径方向磁束成分に対応する第１ホール素子２７の検出値を用いて回転体の回転角度を算出する。

このように第１範囲と第２範囲との識別だけに接線方向磁束成分を用いることで、接線方向磁束成分が外乱磁界の影響を受ける場合であっても、回転角度の検出精度が低下しない。回転角度の算出には、外乱磁界の影響が十分に低減された径方向磁束成分が用いられるため、検出精度が向上する。

［第７実施形態］
第１〜第６実施形態では、磁性部の特徴により、磁気検出部が検出する径方向磁束成分への外乱磁界の影響を低減し、回転角度の検出精度低下を抑制している。その一方で、磁気検出部の経年劣化により検出値が変動し、回転角度の検出精度が低下するという別の課題があった。第７実施形態では、経年劣化に伴う回転角度の検出精度低下が抑制された回転角度検出装置を提供することを目的としている。

図１２に示す第７実施形態の回転角度検出装置２００は、磁気検出部２０１を備えている。図１３に示すように、磁気検出部２０１は、第１検出素子としての第１ホール素子２７、第２検出素子としての第２ホール素子２８、および、第３検出素子としての第３ホール素子２０３を有している。第３ホール素子２０３は、検出位置における磁場の所定方向磁束成分を検出する。第７実施形態では、上記所定方向は、図１４に示すように接線方向および径方向に直交する方向であって、軸方向である。すなわち、第３ホール素子２０３は、検出位置における磁場の軸方向の磁束成分を検出可能に配置されたホール素子である。

第１ホール素子２７は、縦型ホール素子である。第２ホール素子２８は、横型ホール素子である。第３ホール素子２０３は、第１ホール素子２７と同じ素子構成のもの、すなわち縦型ホール素子である。磁気検出部２０１は、径方向に対応するX軸方向、接線方向に対応するY軸方向、および、軸方向に対応するZ軸方向の磁気を測定する３軸磁気センサである。

図１３に戻って、磁気検出部２０１は、劣化補正部２０５および回転角演算回路２０６と共にパッケージ２０７内に封入されている。劣化補正部２０５は、第３ホール素子２０３の検出値に基づき、経年劣化により変動した第１ホール素子２７の検出値を補正する。回転角演算回路２０６は、第１ホール素子２７の補正後検出値および第２ホール素子２８の検出値に基づき回転角度を算出する。第３ホール素子２０３の検出値は、回転角度算出に用いない検出値である。

劣化補正部２０５について詳しく説明する。劣化補正部２０５は、特性チェック回路２１１、リファレンス回路２１２、差分算出回路２１３、および補正演算回路２１４を有している。

特性チェック回路２１１は、第３ホール素子２０３の特性をチェックするために、第３ホール素子２０３に所定の磁束を与える。例えば、特性チェック回路２１１は、図１４に示すようにインダクタ２１５を有する回路であって、インダクタ２１５に電流を流すことにより第３ホール素子２０３の感磁面に略垂直な磁束を発生させる。

以下、第１ホール素子２７の特性、すなわち回転角度と第１ホール素子２７の検出値との関係のことを第１ホール特性と記載する。また、第３ホール素子２０３の特性、すなわち回転角度に相当する角度相当値と第３ホール素子２０３の検出値との関係のことを第３ホール特性と記載する。特性チェック回路２１１が発する所定の磁束は、使用初期段階に第３ホール素子２０３に与えられたとき、第３ホール特性が第１ホール特性と同様にＣｏｓ波形を示すように設定される。ここで、使用初期段階とは、例えば、製品出荷前に工場で検査等を行っている段階である。これは、経年劣化の起こる前の段階といえる。

図１３に戻って、リファレンス回路２１２は、電源を供給しなくても記憶を保持する不揮発性メモリを有している。リファレンス回路２１２は、回転角度検出装置２００の使用初期段階において特性チェック回路２１１により所定の磁束が与えられたときの第３ホール素子２０３の検出値をリファレンス値として記憶する。つまり、リファレンス回路２１２は、初期の第３ホール特性を記憶する。

差分算出回路２１３は、経年時において特性チェック回路２１１により所定の磁束が与えられたときの第３ホール素子２０３の検出値とリファレンス値との差分を算出する。差分算出回路２１３は、不揮発性メモリを有しており、算出した差分を角度相当値と対応付けて記憶する。図１５に示すように、初期の第３ホール素子２０３の検出値は、リファレンス値との差がない。そのため、それらの差分は略０となる。一方、図１６に示すように、経年時の第３ホール素子２０３の検出値は、ほとんどの角度相当値においてリファレンス値と差がある。そのため、それらの差分は０ではなくなる。つまり、差分算出回路２１３は、経年劣化による第３ホール特性の変動量を算出する。

補正演算回路２１４は、差分算出回路２１３により算出された差分に基づき、経年劣化による変動が低減されるように第１ホール素子２７の検出値を補正する。つまり、補正演算回路２１４は、第３ホール特性と同様に第１ホール特性も経年劣化により変動したものとみなし、第３ホール特性の変動傾向に合わせて第１ホール素子２７の検出値の変動量を算出し、その変動量をキャンセルする。

（効果）
第７実施形態では、磁気検出部２０１の検出値としてのＳｉｎ波形信号およびＣｏｓ波形信号に基づきアークタンジェント演算を行うことで、回転体１１の３６０°の回転角度を算出することができる。また、リング状の磁性部１３の特定ギャップ１７に磁気検出部２０１が配置されるとともに、特定ギャップ１７のうち磁気検出部２０１に対する径方向外側の接線方向幅ｗ１が狭くなっていることにより、磁気検出部２０１が検出する径方向磁束成分に対する外乱磁界の影響を十分に低減することができる。そのため、検出精度が向上する。

また、第７実施形態では、磁気検出部２０１は、配置位置における磁場の径方向磁束成分を検出する第１検出素子２７、接線方向磁束成分を検出する第２検出素子２８、および、所定方向磁束成分を検出する第３ホール素子２０３を有する。回転角度検出装置２００は、劣化補正部２０５および回転角演算回路２０６をさらに備える。劣化補正部２０５は、回転角度算出に用いない第３ホール素子２０３の検出値に基づき、経年劣化により変動した第１ホール素子２７の検出値を補正する。回転角演算回路２０６は、少なくとも第１ホール素子２７の補正後検出値に基づき回転角度を算出する。これにより、経年劣化に耐性をもたせることができる。

また、第７実施形態では、第３ホール素子２０３は、第１ホール素子２７と同じ素子構成である。劣化補正部２０５は、特性チェック回路２１１、リファレンス回路２１２、差分算出回路２１３、および補正演算回路２１４を有している。特性チェック回路２１１は、第３ホール素子２０３に所定の磁束を与える。リファレンス回路２１２は、使用初期段階において所定の磁束が与えられたときの第３ホール素子２０３の検出値をリファレンス値として記憶する。差分算出回路２１３は、経年時において所定の磁束が与えられたときの第３ホール素子２０３の検出値とリファレンス値との差分を算出する。補正演算回路２１４は、前記差分に基づき、経年劣化による変動が低減されるように第１ホール素子２７の検出値を補正する。これにより、経年劣化に伴う第１ホール素子２７の検出値の変動量を算出し、その変動量をキャンセルすることができる。

また、第７実施形態では、特性チェック回路２１１はインダクタ２１５を有する回路である。これにより、インダクタ２１５に電流を印加することで、第３ホール素子２０３に与える磁束を制御することができる。

また、第７実施形態では、第３ホール素子２０３は、接線方向および径方向に直交する方向の磁束成分を検出可能に配置された素子である。これにより、３軸磁気センサのうち回転角度算出に用いない素子を活用して劣化補正することで、素子面積を低減することができる。

［第８実施形態］
第８実施形態では、図１７に示すように、回転角度検出装置２２０の回転角演算回路２２１は、第６実施形態の回転角演算回路１２２と同様に、第２ホール素子２８の検出値を用いて回転角度が第１範囲と第２範囲とのどちらに属するかの識別を行う。次に、劣化補正部２０５により補正された第１ホール素子２７の補正後検出値を用いて回転角度を算出する。

このように第１範囲と第２範囲との識別だけに接線方向磁束成分に対応する検出値を用いることで、接線方向磁束成分が外乱磁界の影響を受ける場合であっても、回転角度の検出精度が低下しない。回転角度の算出には、外乱磁界の影響が十分に低減された径方向磁束成分に対応する検出値が用いられるため、検出精度が向上する。

［第９実施形態］
第９実施形態では、図１８に示すように、回転角度検出装置２３０の回転角演算部２３１は、式（１）の関係から、劣化補正部２０５により補正された第１ホール素子２７の補正後検出値に基づき、第２ホール素子２８の補正後検出値の大きさを算出する。式（１）において、Ｂｘは径方向磁束成分であり、Ｂｙは接線方向磁束成分である。
Ｂｘ²＋Ｂｙ²＝１ ・・・（１）

次に、回転角演算部２３１は、第２ホール素子２８の検出値を用いて、上記算出された第２ホール素子２８の補正後検出値の正負を判断する。最後に、回転角演算部２３１は、第１ホール素子２７の補正後検出値および第２ホール素子２８の補正後検出値に基づきアークタンジェント演算を行うことで、回転角度を算出する。このように回転角度の算出には、外乱磁界の影響が十分に低減された径方向磁束成分に対応する検出値、および、その検出値を基に算出された接線方向磁束成分に対応する検出値が用いられるため、検出精度が向上する。

［第１０実施形態］
第１０実施形態では、図１９に示すように、回転角度検出装置２４０の回転角演算部２４１は、第１ホール素子２７の補正後検出値と、その補正後検出値の位相を９０°シフトさせたものとに基づきアークタンジェント演算を行うことで、回転角度を算出する。第１ホール素子２７の補正後検出値の位相を９０°シフトさせたものは、第２ホール素子２８の検出値に対応する。このように回転角度の算出には、外乱磁界の影響が十分に低減された径方向磁束成分に対応する検出値が用いられるため、検出精度が向上する。

［第１１実施形態］
第１１実施形態では、図２０に示すように、磁気検出部２５１の第３ホール素子２５３は、第１ホール素子２７に並列に配置された素子である。このように、回転角度算出に用いる第１ホール素子２７を含む磁気センサとは別に劣化補正に用いる第３ホール素子２５３を設けてもよい。劣化補正用に専用に素子を設けることで、補正精度を上げることができる。

［第１２実施形態］
第１２実施形態では、図２１に示すように、回転角度検出装置２６０は、回転体１１と共に回転する２つの磁石２６１、２６２と、磁石２６１、２６２の磁束が流れる磁気回路を形成する磁性部２６３と、磁石２６１、２６２により形成される磁場中に配置される磁気検出部２６６とを備えている。磁性部２６３は、リング状に配置された第１磁性体２６４および第２磁性体２６５から構成されている。第１磁性体２６４および第２磁性体２６５は、円弧状に形成されている。第１磁性体２６４は、磁石２６１、２６２のＮ極同士をつなぐように配置されている。第２磁性体２６５は、磁石２６１、２６２のＳ極同士をつなぐように配置されている。磁石２６１、２６２の磁束は、第１磁性体２６４の中央部から回転体１１の回転軸心ＡＸ付近を通って第２磁性体２６５の中央部まで流れる。磁気検出部２６６は、回転体１１の回転軸心ＡＸ付近に設けられている。磁性部２６３は、、磁気検出部２６６に対して外側に設けられており、磁気検出部２６６が検出する磁束成分への外乱磁界の影響を低減できる。

図２２に示すように、磁気検出部２６６は、配置位置における磁場の第１方向磁束成分を検出する第１ホール素子２７、第２方向磁束成分を検出する第２ホール素子２８、および、所定方向磁束成分を検出する第３ホール素子２０３を有する。第１方向が第７実施形態の径方向に対応しており、第２方向が第７実施形態の接線方向に対応しており、所定方向が第７実施形態の軸方向に対応している。その他の磁気検出部２６６の構成は、例えば劣化補正部２０５および回転角演算回路２０６と共にパッケージ２０７内に封入されていること等、第７実施形態と同様である。

以上のように、磁気検出部２６６が検出する磁束成分への外乱磁界の影響を低減できるものであれば、第７実施形態の磁性部１３に限らず、図２１に示すような磁性部２６３であってもよい。それでも第７実施形態と同様に、検出精度が向上し、また、経年劣化に耐性をもたせることができる。

［他の実施形態］
他の実施形態では、第２実施形態のように磁性体の突起が先細り形状になっており、かつ、第４実施形態のように突起の根元に隣接する箇所に凹部が形成されていてもよい。

他の実施形態では、磁性部の各ギャップの接線方向幅は、同じでなくてもよい。例えば、図２３に示すように、回転角度検出装置１４０の磁性部１４１は、第１磁性体１４２および第２磁性体１４３を有する。端部１４６と端部１４７との間の特定ギャップ１４４は、端部１４８と端部１４９との間のギャップ１４５よりも大きい。一方、他の実施形態では、逆に、特定ギャップが他のギャップよりも小さくてもよい。

他の実施形態では、磁性部の各ギャップは、回転軸心に対して点対称に設けられなくてもよい。例えば、図２４に示すように、回転角度検出装置１６０の磁性部１６１は、第１磁性体１６２および第２磁性体１６３を有する。端部１６６と端部１６７との間の特定ギャップ１６４は、端部１６８と端部１６９との間のギャップ１６５に対して、回転軸心ＡＸを挟んだ正反対位置から外れた位置に設けられている。

他の実施形態では、磁石は、１つの環状の磁石から構成されてもよい。また、他の実施形態では、磁石は、２つの磁石部に限らず、３つ以上の磁石部から構成されてもよい。また、各磁石部の配置および着磁は、前述のものに限らない。要するに、磁石は、回転体の回転軸心に垂直な径方向に配置された極を有するものであればよい。

他の実施形態では、回転角演算回路および劣化補正部は、磁気検出部ではなく、その外部に設けられてもよい。また、他の実施形態では、回転角演算回路および劣化補正部は、磁気検出部と共にパッケージングされていなくてもよい。また、他の実施形態では、磁気検出部は、ホール素子に限らず、ＭＲ素子等の他の磁気センサを用いてもよい。また、磁気検出部は、１つの素子で接線方向磁束成分と径方向磁束成分とを検出してもよい。

他の実施形態では、劣化補正部を構成する各機能部（すなわち、特性チェック部、リファレンス部、差分算出部、および補正演算部）は、専用の論理回路によるハードウェア処理により実現されるに限らず、コンピュータ読み出し可能非一時的有形記録媒体等のメモリに予め記憶されたプログラムをＣＰＵで実行することによるソフトウェア処理により実現されてもよいし、両者の組み合わせで実現されてもよい。各機能部のうちどの部分をハードウェア処理により実現し、どの部分をソフトウェア処理により実現するかは、適宜選択可能である。

本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の形態で実施可能である。

１０、４０、６０、８０、１００、１２０、１４０、１６０、２００、２２０、２３０、２４０、２６０・・・回転角度検出装置
１１・・・回転体
１２、２６１、２６２・・・磁石
１３、４１、６１、８１、１０１、１４１、１６１、２６３・・・磁性部
１４、１２１、２０１、２５１、２６６・・・磁気検出部
１７、１８、４４、４５、６４、６５、８４、８５、１０４、１０５、１４４、１４５、１６４、１６５・・・ギャップ
１７、４４、６４、８４、１０４、１４４、１６４・・・特定ギャップ
ＡＸ・・・回転軸心
ｗ１・・・検出位置ギャップ幅
ｗ２・・・特定ギャップの一部の接線方向幅

Claims (24)

1. 回転体（１１）の回転角度を検出する回転角度検出装置であって、
   前記回転体の回転軸心（ＡＸ）に垂直な径方向に配置された極を有し、前記回転体と共に回転する磁石（１２）と、
   前記磁石に対する径方向外側にリング状に配置され、周方向の複数箇所にギャップ（１７、１８、４４、４５、６４、６５、８４、８５、１０４、１０５、１４４、１４５、１６４、１６５）を設けている磁性部（１３、４１、６１、８１、１０１、１４１、１６１）と、
   複数の前記ギャップのうちの１つの特定ギャップ（１７、４４、６４、８４、１０４、１４４、１６４）に配置され、磁場の接線方向磁束成分および径方向磁束成分を検出する磁気検出部（１４、１２１、２０１、２５１、２６６）と、
   を備え、
   前記磁気検出部が配置される位置のことを検出位置とし、
   前記検出位置における前記特定ギャップの接線方向幅のことを検出位置ギャップ幅（ｗ２）とすると、
   前記検出位置に対して径方向外側に位置する前記特定ギャップの一部の接線方向幅（ｗ１）は、前記検出位置ギャップよりも狭くなっている回転角度検出装置。
2. 前記磁性部は複数の磁性体（２１、２２、４２、４３、６２、６３、８２、８３、１０２、１０３、１４２、１４３、１６２、１６３）を含み、
   前記特定ギャップは、２つの前記磁性体の端部（２３、２４、４６、４７、６６、６７、８６、８７、１０６、１０７、１４６、１４７、１６６、１６７）の間に形成されており、
   前記磁性体は、前記検出位置に対して径方向外側で接線方向へ突き出す突起（３２、３３、５２、５３、７２、７３、９２、９３）を形成している請求項１に記載の回転角度検出装置。
3. 前記突起（５２、５３）は先細り形状である請求項２に記載の回転角度検出装置。
4. 前記突起（７２、７３、９２、９３）の根元の角（７４、９４）がラウンド形状である請求項２または３に記載の回転角度検出装置。
5. 前記磁性体の前記端部のうち前記突起（９２、９３）の根元に隣接する箇所には、前記特定ギャップ（８４）とは反対側に凹む凹部（９４）が形成されている請求項２〜４のいずれか一項に記載の回転角度検出装置。
6. 前記磁性部は複数の磁性体（１０２、１０３）を含み、
   前記特定ギャップ（１０４）は、２つの前記磁性体の端部（１０６、１０７）の間に形成されており、
   前記磁性体の前記端部は、径方向内側から径方向外側に向かって他の前記磁性体側に突き出すように形成されている請求項１に記載の回転角度検出装置。
7. 前記回転体の回転角度を算出する回転角演算部（２９、１２２）をさらに備えており、
   前記回転体の回転角度範囲を第１範囲と第２範囲に分けたとき、
   前記回転角演算部は、接線方向磁束成分に対応する前記磁気検出部の検出値を用いて、前記回転体の回転角度が前記第１範囲と前記第２範囲とのどちらに属するかの識別を行い、径方向磁束成分に対応する前記磁気検出部の検出値を用いて前記回転体の回転角度を算出する請求項１〜６に記載の回転角度検出装置。
8. 前記磁石は、複数の円弧状の磁石部（１５、１６）、または、環状の磁石から構成されている請求項１〜７に記載の回転角度検出装置。
9. 前記磁気検出部（２０１、２５１）は、配置位置における磁場の径方向磁束成分を検出する第１検出素子（２７）、接線方向磁束成分を検出する第２検出素子（２８）、および、所定方向磁束成分を検出する第３検出素子（２０３、２５３）を有し、
   前記回転角度検出装置は、
   回転角度算出に用いない前記第３検出素子の検出値に基づき、経年劣化による変動が低減されるように前記第１検出素子の検出値を補正する劣化補正部（２０５）と、
   少なくとも前記第１検出素子の補正後検出値に基づき前記回転体の回転角度を算出する回転角演算部（２０６、２２１、２３１、２４１）と、
   をさらに備える請求項１〜６のいずれか一項に記載の回転角度検出装置。
10. 前記第３検出素子は、前記第１検出素子と同じ素子構成であり、
    前記劣化補正部は、
    前記第３検出素子に所定の磁束を与える特性チェック部（２１１）と、
    使用初期段階において前記所定の磁束が与えられたときの前記第３検出素子の検出値をリファレンス値として記憶するリファレンス部（２１２）と、
    経年時において前記所定の磁束が与えられたときの前記第３検出素子の検出値と前記リファレンス値との差分を算出する差分算出部（２１３）と、
    前記差分に基づき、経年劣化による変動が低減されるように前記第１検出素子の検出値を補正する補正演算部（２１４）と、
    を有する請求項９に記載の回転角度検出装置。
11. 径方向磁束成分をＢｘとし、接線方向磁束成分をＢｙとすると、
    前記回転角演算部（２３１）は、
    「Ｂｘ²＋Ｂｙ²＝１」の関係から、前記第１検出素子の補正後検出値に基づき、前記第２検出素子の補正後検出値の大きさを算出し、
    前記第２検出素子の検出値を用いて前記第２検出素子の補正後検出値の正負を判断し、
    前記第１検出素子の補正後検出値および前記第２検出素子の補正後検出値を用いて前記回転体の回転角度を算出する請求項９または１０に記載の回転角度検出装置。
12. 前記回転体の回転角度範囲を第１範囲と第２範囲に分けたとき、
    前記回転角演算部（２２１）は、前記第２検出素子の検出値を用いて、前記回転体の回転角度が前記第１範囲と前記第２範囲とのどちらに属するかの識別を行い、前記第１検出素子の補正後検出値を用いて前記回転体の回転角度を算出する請求項９〜１１のいずれか一項に記載の回転角度検出装置。
13. 前記回転角演算部（２４１）は、前記第１検出素子の補正後検出値と、当該補正後検出値の位相を９０°シフトさせたものとを用いて前記回転体の回転角度を算出する請求項９または１０に記載の回転角度検出装置。
14. 前記特性チェック部はインダクタ（２１５）を有する回路である請求項１０に記載の回転角度検出装置。
15. 前記第３検出素子（２５３）は、前記第１検出素子に並列に配置された素子である請求項９〜１４のいずれか一項に記載の回転角度検出装置。
16. 前記第３検出素子（２０３）は、接線方向および径方向に直交する方向の磁束成分を検出可能に配置された素子である請求項９〜１４のいずれか一項に記載の回転角度検出装置。
17. 回転体（１１）の回転角度を検出する回転角度検出装置であって、
    前記回転体と共に回転する磁石（１２、２６１、２６２）と、
    前記磁石の磁束が流れる磁気回路を形成する磁性部（１３、４１、６１、８１、１０１、１４１、１６１、２６３）と、
    前記磁石により形成される磁場中に配置され、配置位置における磁場の第１方向磁束成分を検出する第１検出素子（２７）、第２方向磁束成分を検出する第２検出素子（２８）、および、所定方向磁束成分を検出する第３検出素子（２０３、２５３）を有する磁気検出部（１４、１２１、２０１、２５１、２６６）と、
    回転角度算出に用いない前記第３検出素子の検出値に基づき、経年劣化による変動が低減されるように前記第１検出素子の検出値を補正する劣化補正部（２０５）と、
    少なくとも前記第１検出素子の補正後検出値に基づき前記回転体の回転角度を算出する回転角演算部（２９、１２２、２０６、２２１、２３１、２４１）と、
    を備える回転角度検出装置。
18. 前記第３検出素子は、前記第１検出素子と同じ素子構成であり、
    前記劣化補正部は、
    前記第３検出素子に所定の磁束を与える特性チェック部（２１１）と、
    使用初期段階において前記所定の磁束が与えられたときの前記第３検出素子の検出値をリファレンス値として記憶するリファレンス部（２１２）と、
    経年時において前記所定の磁束が与えられたときの前記第３検出素子の検出値と前記リファレンス値との差分を算出する差分算出部（２１３）と、
    前記差分に基づき、経年劣化による変動が低減されるように前記第１検出素子の検出値を補正する補正演算部（２１４）と、
    を有する請求項１７に記載の回転角度検出装置。
19. 径方向磁束成分をＢｘとし、接線方向磁束成分をＢｙとすると、
    前記回転角演算部（２３１）は、
    「Ｂｘ²＋Ｂｙ²＝１」の関係から、前記第１検出素子の補正後検出値に基づき、前記第２検出素子の補正後検出値の大きさを算出し、
    前記第２検出素子の検出値を用いて前記第２検出素子の補正後検出値の正負を判断し、
    前記第１検出素子の補正後検出値および前記第２検出素子の補正後検出値を用いて前記回転体の回転角度を算出する請求項１７または１８に記載の回転角度検出装置。
20. 前記回転体の回転角度範囲を第１範囲と第２範囲に分けたとき、
    前記回転角演算部（２２１）は、前記第２検出素子の検出値を用いて、前記回転体の回転角度が前記第１範囲と前記第２範囲とのどちらに属するかの識別を行い、前記第１検出素子の補正後検出値を用いて前記回転体の回転角度を算出する請求項１７〜１９のいずれか一項に記載の回転角度検出装置。
21. 前記回転角演算部（２４１）は、前記第１検出素子の補正後検出値と、当該補正後検出値の位相を９０°シフトさせたものとを用いて前記回転体の回転角度を算出する請求項１７または１８に記載の回転角度検出装置。
22. 前記特性チェック部はインダクタ（２１５）を有する回路である請求項１８に記載の回転角度検出装置。
23. 前記第３検出素子（２５３）は、前記第１検出素子に並列に配置された素子である請求項１７〜２２のいずれか一項に記載の回転角度検出装置。
24. 前記第３検出素子（２０３）は、第１方向および第２方向に直交する方向の磁束成分を検出可能に配置された素子である請求項１７〜２２のいずれか一項に記載の回転角度検出装置。

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