JP2024011557A - 磁気センサ及びモータ組立体 - Google Patents

Abstract

【課題】磁石と素子が回転体から離間して配置され、磁場検出性能が向上した磁気センサを提供する。【解決手段】磁気センサ１は、軸方向Ｚに延びる回転体２の回転角を検知する。磁気センサ１は、回転体２の軸方向Ｚにおける先端面２１に環状に設けられ、軟磁性体で形成された凹凸構造２２と、磁石３と、素子４と、を有している。凹凸構造２２は凸部２３と凹部２４とを備え、凸部２３は、凹部２４に対し軸方向Ｚに突き出している。素子４は、磁石３と凹凸構造２２とによって形成される磁場を検知する。磁石３と素子４は回転体２から離間して配置され、且つ磁石３と素子４の相互の位置関係が固定されている。磁石３と素子４の少なくともいずれかは、軸方向Ｚと、軸方向Ｚと直交する径方向Ｒの少なくともいずれかにおいて、凹凸構造２２と異なる位置にある。【選択図】図１

Description

本発明は磁気センサ及びモータ組立体に関する。

回転体の回転角を磁場検知素子で検知する角度センサが知られている。特許文献１には回転軸の先端面に設けられた凹凸構造と、回転軸の先端面と対向して設けられた磁石と、回転軸の先端面と磁石との間に設けられ磁場を検出する素子と、を有する磁気式角度センサが開示されている。回転軸の回転に伴い磁石と凹凸構造が発生する磁場が変化する。素子はこの磁場の変化を検出することで回転軸の回転角を検知する。磁石と素子は回転軸から離間した一つの基板に支持されているため、磁石を回転軸に取り付けることによって生じ得る磁石の破損、位置ずれなどの問題が生じない。

特開２０１７－１５１１０５号公報

特許文献１に開示された角度センサでは、素子が磁石と回転体（回転軸）との間にある。このため、素子の設置位置における磁場が回転体の回転に伴い変化しにくく、磁場検出性能を高めることが困難である。

本発明は、磁石と素子が回転体から離間して配置され、磁場検出性能が向上した磁気センサを提供することを目的とする。

本発明の磁気センサは、軸方向に延びる回転体の回転角を検知する。磁気センサは、回転体の軸方向における先端面に環状に設けられ、軟磁性体で形成された凹凸構造と、磁石と、少なくとも一つの素子と、を有している。凹凸構造は少なくとも一つの凸部と少なくとも一つの凹部とを備え、少なくとも一つの凸部は、少なくとも一つの凹部に対し軸方向に突き出している。少なくとも一つの素子は、磁石と凹凸構造とによって形成される磁場を検知する。磁石と少なくとも一つの素子は回転体から離間して配置され、且つ磁石と少なくとも一つの素子の相互の位置関係が固定されている。磁石と少なくとも一つの素子の少なくともいずれかは、軸方向と、軸方向と直交する径方向の少なくともいずれかにおいて、凹凸構造と異なる位置にある。

本発明によれば、磁石と素子が回転体から離間して配置され、磁場検出性能が向上した磁気センサを提供することができる。

本発明の一実施形態に係るモータ組立体と磁気センサ（角度センサ）の概要図である。 凹凸構造の平面図である。 様々な計算例の概要図である。 ケース１の計算結果を示す図である。 ケース２の計算結果を示す図である。 ケース３の計算結果を示す図である。 ケース４の計算結果を示す図である。 ケース１ａの計算結果を示す図である。 ケース２ａの計算結果を示す図である。 ケース３ａの計算結果を示す図である。 ケース４ａの計算結果を示す図である。 ケース１ｂの計算結果を示す図である。 ケース２ｂの計算結果を示す図である。 ケース３ｂの計算結果を示す図である。 ケース４ｂの計算結果を示す図である。 ケース５の計算結果を示す図である。 ケース６の計算結果を示す図である。 ケース７の計算結果を示す図である。 ケース５ａの計算結果を示す図である。 ケース６ａの計算結果を示す図である。 ケース７ａの計算結果を示す図である。 ケース８の計算結果を示す図である。 ケース９の計算結果を示す図である。 角度センサにおける磁石と素子の配置条件を説明する図である。 磁石と素子の他の配置条件を説明する図である。 ケース２，３（タイプ１）の正面図と側面図である。 ケース２，３（タイプ２）の正面図と側面図である。 ケース２ａ，３ａ（タイプ１）の正面図と側面図である。 ケース２ａ，３ａ（タイプ２）の正面図と側面図である。 ケース２ｂ，３ｂ（タイプ１）の正面図と側面図である。 ケース２ｂ，３ｂ（タイプ２）の正面図と側面図である。 ケース６（タイプ１）の正面図と側面図である。 ケース６（タイプ２）の正面図と側面図である。 ケース６ａ（タイプ１）の正面図と側面図である。 ケース６ａ（タイプ２）の正面図と側面図である。 ケース９（タイプ１）の正面図と側面図である。 本発明の一実施形態に係る磁気センサ（ストロークセンサ）の概要図である。

以下、図面を参照して本発明の磁気センサの実施形態を説明する。以下の説明において、軸方向Ｚは回転体２の回転軸Ｃと平行な方向、径方向Ｒは回転体２の回転軸Ｃと直交する方向を意味し、径方向Ｒは軸方向Ｚと直交する。軸方向Ｚの周りを回転する方向を周方向Ｗという。素子４の位置は素子４の感磁部の位置で定義される。

図１（ａ）はモータ組立体６の側面図、図１（ｂ）は磁気センサ１の概略斜視図、図１（ｃ）は磁気センサ１の側面図（図１（ａ）のＡ部拡大図）を示している。モータ組立体６は、モータ７と、モータ７に連結された回転体２と、磁気センサ１と、を有している。回転体２は軸方向Ｚに延びる回転軸Ｃの周りを回転可能である。回転体２は長手方向に延びる細長いロッド２Ａの形状を有しているが、回転軸Ｃの周りを回転可能である限り形状は限定されない。回転体２には、モータ７と凹凸構造２２（後述）との間に、被駆動体（図示せず）との接続部２７が設けられ、接続部２７には被駆動体との接続のためのネジ溝（図示せず）などが形成されている。回転体２は軟磁性体で形成されている。回転体２の軸方向Ｚにおける先端面２１に凹凸構造２２が設けられている。凹凸構造２２は回転体２と一体形成され、従って凹凸構造２２も軟磁性体で形成されている。凹凸構造２２を除き、回転体２の材料は限定されず、例えば、凹凸構造２２以外の部分が非磁性体で形成されてもよい。本実施形態の磁気センサ１は、回転体２の回転角を検知する角度センサである。磁気センサ１は、凹凸構造２２と、磁石３と、少なくとも一つの磁場検出素子（以下、単に素子４という）と、を有する。本実施形態では一つの素子４が設けられている。

図２（ａ）に、図１（ａ）のＢ方向からみた回転体２の先端面２１の正面図を示す。図中の矢印は回転体２の回転方向を示す。凹凸構造２２は回転体２の先端面２１に環状に設けられている。すなわち、凹凸構造２２は少なくとも一つの凸部（以下、単に凸部２３という）と少なくとも一つの凹部（以下、単に凹部２４という）とを有し、凸部２３と凹部２４が先端面２１において周方向Ｗに交互に配列している。凸部２３と凹部２４の数は回転体２の直径に応じて選択できるが、それぞれ６～１０個程度設けることが好ましい。この場合、凸部２３の形状と大きさは互いに同じであり、凹部２４の形状と大きさも互いに同じであることが好ましい。また、凸部２３と凹部２４は一定の角度間隔で配列されることが好ましい。凸部２３は凹部２４に対し軸方向Ｚに突き出している。凸部２３の軸方向Ｚの突き出し長さは全ての凸部２３で同じである。回転体２の先端面２１は回転体２と直交する平面であり、凹部２４は当該平面の一部であり、凸部２３の基部は当該平面上にある。

素子４は、磁石３と凹凸構造２２とによって形成される磁場を検知する。磁場強度は凹凸構造２２の回転に伴い変化する。特定の方向の磁場強度と回転体２の回転角度との関係は予め求められている。従って、磁気センサ１の演算部（図示せず）は、素子４が検知した磁場強度から回転体２の回転角度を検知することができる。素子４の種類は限定されず、ホール素子のほか、ＡＭＲ素子、ＴＭＲ素子などの磁気抵抗効果素子を用いることができる。素子４は、異なる２方向の磁場強度を検知する複数の検出部を備えていることが好ましい。これによって、３６０度の角度範囲で角度検出が可能となる。磁場強度の好ましい検出方向は後述するケースによって異なる。図２（ａ）に破線で示すように、磁気センサ１は複数の素子４Ａ，４Ｂを備えていてもよい。複数の素子４を設けることで、回転角を検知する精度を向上させることができる。すなわち、素子４と磁石３を組み立てる際に回転体２に対して位置ずれが起きることがあるが、複数の素子４の出力を演算することによって、位置ずれに起因する精度の低下を抑制することができる。

磁石３は概ね直方体であるが、形状は限定されない。図１（ｂ），１（ｃ）に示すように、磁石３と素子４は一つの支持部材５で支持されている。本実施形態では、支持部材５は素子４の回路基板であるがこれに限定されない。支持部材５は回転体２から離れた位置（例えば車体）に固定的に取り付けられ、回転体２は支持部材５に対して相対的に回転する。すなわち、磁石３と素子４は凹凸構造２２から離間して配置され、且つ磁石３と素子４の相互の位置関係が固定されている。磁石３を回転体２に取り付ける場合、磁石３が回転体２に偏芯して取り付けられることで磁石に遠心力が働き、磁石３の破損や回転体２からの脱落が生じる可能性がある。また、磁石３と素子４を個別に取り付けるため、磁石３と素子４との間で位置ずれが生じやすい。本実施形態では、これらの問題が解消される。なお、磁石３と素子４は、一つの支持部材５で支持されている必要はない。磁石３と素子４は、磁石３と素子４の相互の位置関係が固定されている限り、別々の支持部材に支持されていてもよい。

回転体２は、回転体２の先端面２１から軸方向Ｚに突き出す環状の外壁部２５を有している。外壁部２５は先端面２１の外周縁部２６に沿って、外周縁部２６の全周を延びている。外壁部２５は先端面２１の外周縁部２６だけに設けられている。外壁部２５は軸方向Ｚにおいて、凸部２３と凹部２４の少なくとも一部、好ましくは全体を覆っている。外壁部２５は凹凸構造２２と一体である。すなわち、外壁部２５は各凸部２３と一体化されている。図２（ｂ）に示すように、外壁部２５は凹凸構造２２から分離していてもよい。素子４は外壁部２５の内側に位置することが好ましい。より具体的には、素子４は軸方向Ｚ及び径方向Ｒにおいて外壁部２５の内側にあることが好ましい。このように、素子４を外壁部２５で覆うことで外部磁場の影響を低減することができる。一例では、外壁部２５がない場合（図２（ａ）において外壁部２５がない場合）、素子４の位置における外部磁場は、回転体２（凹凸構造２２を含む）の遮へい効果によって約８０％低減する。外壁部２５がある場合（図２（ａ）の場合）、素子４の位置における外部磁場は、回転体２の遮へい効果に加えて外壁部２５の遮へい効果によって約９５％低減する。

素子４と磁石３と凹凸構造２２の様々な相対位置関係について、素子４の磁場検出性能を計算した。図３～２３を参照して、計算例を説明する。上述の通り、凹凸構造２２は環状の形状を有しているが、計算の便宜上、凹凸構造２２を直線形状で近似する。素子４の近傍を通る凸部２３と凹部２４の動きは近似的に直線運動とみなせる。図３は様々な計算例の概要を示している。各欄の右上の数字はケース番号を示す。すべてのケースで、凹凸構造２２は図３における左右方向（以下、移動方向Ｄ１という）に移動する。ケース１～７では、磁石３は移動方向Ｄ１と直交する方向Ｄ２に着磁され、ケース１ａ～７ａでは、磁石３は移動方向Ｄ１に着磁され、ケース１ｂ～４ｂ、８、９では、磁石３は方向Ｄ１，Ｄ２と直交する方向Ｄ３に着磁されている。

図３の正面図を参照すると、ケース２～４では、凹凸構造２２と素子４と磁石３の方向Ｄ２における配置関係が異なっている。ケース２では、凹凸構造２２と素子４と磁石３の方向Ｄ２における配置関係はケース１と同じである。ケース３では、方向Ｄ２において素子４が凹凸構造２２と重なっている。ケース４では、方向Ｄ２において素子４が磁石３と重なっている。ケース２ａ～４ａ、ケース２ｂ～４ｂについても同様である。ケース５～７では、凹凸構造２２と素子４と磁石３の方向Ｄ２における配置関係はケース１と同じである。ケース８では、磁石３が素子４と凹凸構造２２との間にあり、ケース９では、素子４が磁石３と凹凸構造２２との間にある。なお、本明細書においてある部材が他の部材と「重なる」とは、ある部材の少なくとも一部と他の部材の少なくとも一部が、所定の方向において少なくとも部分的に重なることを意味する。また、ある部材が他の２つの部材の「間にある」とは、ある部材が所定の方向において他の２つの部材の間のギャップのみにある（２つの部材のいずれとも重なっていない）ことを意味する。

図３の側面図を参照すると、ケース１，１ａ、１ｂでは、凹凸構造２２と素子４と磁石３が方向Ｄ３において重なっている。ケース２～４，２ａ～４ａ、２ｂ～４ｂでは、凹凸構造２２と磁石３は方向Ｄ３において重なっているが、素子４は方向Ｄ３において凹凸構造２２及び磁石３と異なる位置にある。ケース５～７では、素子４及び／または磁石３が方向Ｄ３において凹凸構造２２と異なる位置にある。ケース５では、方向Ｄ３において素子４は凹凸構造２２と磁石３の間にある。ケース６では、方向Ｄ３において素子４は凹凸構造２２と重なっているが、凹凸構造２２の中心から磁石３側にずれている。ケース７では、方向Ｄ３において素子４は磁石３と重なっている。ケース５ａ～７ａについても同様である。ケース８、９では、凹凸構造２２と素子４は方向Ｄ３において重なっているが、磁石３は方向Ｄ３において凹凸構造２２及び素子４と異なる位置にある。なお、本明細書においてある部材が他の部材と「異なる位置にある」とは、ある部材の全ての部分が、所定の方向において他の部材のいずれの部分とも異なる位置にある（他の部材とは全く重なっていない）ことを意味する。

各ケースにおいて、素子４の方向Ｄ１における磁石３に対する相対位置関係を複数設定した（Ｐ１～Ｐ３）。図４～２３には、素子４の位置Ｐ１～Ｐ３毎に、方向Ｄ１～Ｄ３の磁場強度を示している。グラフの横軸は、凹凸構造２２の方向Ｄ１における素子４に対する相対移動距離（回転角度に相当）を示し、縦軸は磁場強度を示す。これらの計算例より、以下のケース（以下、好適ケースという）が良好な磁場検出性能を示すことがわかる。
・ケース２，３
・ケース２ａ，３ａ
・ケース２ｂ，３ｂ
・ケース６
・ケース６ａ
・ケース９

良好な磁場検出性能は以下の条件を満たしているか否かで判断する。
・条件Ａ：形状が正弦波に近似している（全体形状と滑らかさ）
・条件Ｂ：磁場強度、すなわち出力が大きい
・条件Ｃ：複数の方向（方向Ｄ１～Ｄ３の少なくとも２つ）で条件Ａ、Ｂを満たす
条件Ｃを満たすことで、３６０度の角度範囲で角度検出が可能となる。ただし、一つの方向しか条件Ａ、Ｂを満たさない場合でも１８０度の角度範囲で角度検出が可能であるので、条件Ｃは必ずしも満たす必要はない。各好適ケースは条件Ａ～Ｃを満たしている。

図２４（ａ）は図４～２３における正面図、図２４（ｂ）は図４～２３における側面図を示している。各好適ケースでは、磁石３と素子４（素子４が複数ある場合はすべての素子４）の少なくともいずれかは、方向Ｄ３において凹凸構造２２と異なる位置、すなわち領域Ｓ０を避けた領域にある。ところで、前述したように、上述した計算例では凹凸構造２２を直線形状に近似している。このため、図２４（ａ）、２４（ｂ）に示すように、各計算例は軸方向Ｚ及び径方向Ｒの向きが互いに異なる２つのタイプ（タイプ１，２）を含んでいる。タイプ１では、図４～２３における方向Ｄ２が軸方向Ｚに対応し、方向Ｄ１，Ｄ３が径方向Ｒに対応する。タイプ２では、図４～２３における方向Ｄ３が軸方向Ｚに対応し、方向Ｄ１，Ｄ２が径方向Ｒに対応する。図２４（ｃ）、２４（ｄ）はそれぞれ、タイプ１に対応する正面図と側面図を示す。タイプ１の各好適ケースでは、磁石３と素子４（素子４が複数ある場合はすべての素子４）の少なくともいずれかは、径方向Ｒにおいて凹凸構造２２と異なる位置、つまり領域Ｓ１を避けた位置にある（条件１）。図２４（ｅ）、２４（ｆ）はそれぞれ、タイプ２に対応する正面図と側面図を示す。タイプ２の各好適ケースでは、磁石３と素子４（素子４が複数ある場合はすべての素子４）の少なくともいずれかは、軸方向Ｚにおいて凹凸構造２２と異なる位置、つまり領域Ｓ２を避けた位置にある（条件２）。各好適ケースは２つのタイプを含むことから、タイプ１の条件１とタイプ２の条件２の少なくともいずれかを満足すればよい。以上より、各好適ケースは以下の２つの条件の少なくともいずれかを満たせばよい。
・条件１：磁石３と少なくとも一つの素子４の少なくともいずれかは、径方向Ｒにおいて凹凸構造２２と異なる位置にある。
・条件２：磁石３と少なくとも一つの素子４の少なくともいずれかは、軸方向Ｚにおいて凹凸構造２２と異なる位置にある。

図２５（ａ）は磁石３と素子４の位置関係を模式的に示している。図２５（ｂ）は図２５（ａ）のＡ方向から見た磁石３の上面図である。磁石３の２つの磁極の中心同士を結ぶ線Ｌと平行な方向からみて、素子４が磁石３と重なる領域Ｓ３にあると、磁束が凹凸構造２２の移動に伴い変化しにくい。磁石３が素子４と凹凸構造２２との間にある場合（領域Ｓ４）も同様である。さらに、磁石３の２つの磁極の中心同士を結ぶ線Ｌと直交する任意の方向からみて、素子４が磁石３と重なる領域（領域Ｓ５）にある場合も、磁束が凹凸構造２２の移動に伴い変化しにくい。図２５（ｂ）に示すように、領域Ｓ５は磁石３の側面３１の全周に沿った領域である。以上より、各好適ケースは以下の条件を満たすことがさらに好ましい。
・条件３：磁石３の２つの磁極の中心同士を結ぶ線Ｌと直交する任意の方向において（いずれの方向においても）、素子４は磁石３と異なる位置にある。
・条件４：磁石３の２つの磁極の中心同士を結ぶ線Ｌと平行な方向において、素子４は磁石３と異なる位置にある。

好適ケースの具体的構成について、図２６～３６を用いてさらに説明する。これらの図において、（ａ）は軸方向Ｚからみた端面図であり、（ｂ）は（ａ）のＡ－Ａ線に沿った側方断面図である。なお、周方向Ｗは図３～２３における位置Ｐ１～Ｐ３に対応する。換言すれば、位置Ｐ１～Ｐ３は周方向Ｗにおいて互いに異なる位置を示す。

（ケース２，３：タイプ１）
径方向Ｒにおいて、磁石３は凹凸構造２２と重なる位置にあり、素子４は凹凸構造２２と異なる位置にある。軸方向Ｚにおいて、素子４は磁石３と凹凸構造２２との間（ケース２）または凹凸構造２２と重なる位置（ケース３）にある。磁石３は軸方向Ｚに磁化している。特に周方向Ｗに素子４が磁石３と重なっている場合（位置Ｐ２）、２方向（Ｂｒ，Ｂθ）で良好な磁場検出性能を示す（図５，６，２４，２６）。

（ケース２，３：タイプ２）
軸方向Ｚにおいて、磁石３は凹凸構造２２と重なる位置にあり、素子４は凹凸構造２２と異なる位置にある。径方向Ｒにおいて、素子４は磁石３と凹凸構造２２との間（ケース２）または凹凸構造２２と重なる位置（ケース３）にある。磁石３は軸方向Ｚと直交する方向に磁化している。特に周方向Ｗに素子４が磁石３と重なっている場合（位置Ｐ２）、２方向（Ｂθ，Ｂｚ）で良好な磁場検出性能を示す（図５，６，２４，２７）。

（ケース２ａ，３ａ：タイプ１）
径方向Ｒにおいて、磁石３は凹凸構造２２と重なる位置にあり、素子４は凹凸構造２２と異なる位置にある。軸方向Ｚにおいて、素子４は磁石３と凹凸構造２２の間（ケース２ａ）または凹凸構造２２と重なる位置（ケース３ａ）にある。磁石３は軸方向Ｚ及び径方向Ｒと直交する方向に磁化している。特に周方向Ｗに素子４が磁石３と異なる位置にある場合（位置Ｐ１，Ｐ３）、２方向（Ｂｒ，Ｂθ）で良好な磁場検出性能を示す（図９，１０，２４，２８）。

（ケース２ａ，３ａ：タイプ２）
軸方向Ｚにおいて、磁石３は凹凸構造２２と重なる位置にあり、素子４は凹凸構造２２と異なる位置にある。径方向Ｒにおいて素子４は磁石３と凹凸構造２２との間（ケース２ａ）または凹凸構造２２と重なる位置（ケース３ａ）にある。磁石３は軸方向Ｚ及び径方向Ｒと直交する方向に磁化している。特に周方向Ｗに素子４が磁石３と異なる位置にある場合（位置Ｐ１，Ｐ３）、２方向（Ｂθ，Ｂｚ）で良好な磁場検出性能を示す（図９，１０，２４，２９）。

（ケース２ｂ、３ｂ：タイプ１）
径方向Ｒにおいて、磁石３は凹凸構造２２と異なる位置にあり、素子４は凹凸構造２２と異なる位置にある。軸方向Ｚにおいて、素子４は磁石３と凹凸構造２２との間（ケース２ｂ）または凹凸構造２２と重なる位置（ケース３ｂ）にある。磁石３は径方向Ｒに磁化している。これらのケースでは、周方向Ｗにおける素子４と磁石３の相対位置に拘わらず（位置Ｐ１～Ｐ３）、２方向（Ｂｒ，Ｂθ）で良好な磁場検出性能を示す（図１３，１４，２４，３１）。このことは、素子４の位置の自由度が高いというメリットにつながる。

（ケース２ｂ、３ｂ：タイプ２）
軸方向Ｚにおいて、磁石３は凹凸構造２２と重なる位置にあり、素子４は凹凸構造２２と異なる位置にある。径方向Ｒにおいて、素子４は磁石３と凹凸構造２２との間（ケース２ｂ）または凹凸構造２２と重なる位置（ケース３ｂ）にある。磁石３は軸方向Ｚに磁化している。これらのケースでは、周方向Ｗにおける素子４と磁石３の相対位置に拘わらず（位置Ｐ１～Ｐ３）、２方向（Ｂｒ，Ｂθ）で良好な磁場検出性能を示す（図１３，１４，２４，３０）。このことは、素子４の位置の自由度が高いというメリットにつながる。

（ケース６：タイプ１）
軸方向Ｚにおいて、磁石３は凹凸構造２２と異なる位置にあり、素子４は凹凸構造２２と重なり且つ凹凸構造２２の軸方向Ｚの中心から軸方向Ｚにずれた位置にある。磁石３は軸方向Ｚと直交する方向に磁化している。特に周方向Ｗに素子４が磁石３と重なっている場合（位置Ｐ２）と異なる位置にある場合（位置Ｐ３）、２方向（Ｂｒ，Ｂθ）で良好な磁場検出性能を示す（図１７，２４，３２）。

（ケース６：タイプ２）
径方向Ｒにおいて、磁石３は凹凸構造２２と異なる位置にあり、素子４は凹凸構造２２と重なり且つ凹凸構造２２の径方向Ｒの中心から径方向Ｒにずれた位置にある。磁石３は軸方向Ｚに磁化している。特に周方向Ｗに素子４が磁石３と重なっている場合（位置Ｐ２）と異なる位置にある場合（位置Ｐ３）、２方向（Ｂｒ，Ｂθ）で良好な磁場検出性能を示す（図１７，２４，３３）。

（ケース６ａ：タイプ１）
径方向Ｒにおいて、磁石３は凹凸構造２２と異なる位置にあり、素子４は凹凸構造２２と重なり且つ凹凸構造２２の径方向Ｒの中心から径方向Ｒにずれた位置にある。磁石３は軸方向Ｚと直交する方向に磁化している。特に周方向Ｗに素子４が磁石３と重なっている場合（位置Ｐ２）と異なる位置にある場合（位置Ｐ１）、２方向（Ｂｒ，Ｂθ）で良好な磁場検出性能を示す（図２０，２４，３４）。

（ケース６ａ：タイプ２）
軸方向Ｚにおいて、磁石３は凹凸構造２２と異なる位置にあり、素子４は凹凸構造２２と重なり且つ凹凸構造２２の軸方向Ｚの中心から軸方向Ｚにずれた位置にある。磁石３は軸方向Ｚと直交する方向に磁化している。特に周方向Ｗに素子４が磁石３と重なっている場合（位置Ｐ２）と異なる位置にある場合（位置Ｐ１）、２方向（Ｂｒ，Ｂθ）で良好な磁場検出性能を示す（図２０，２４，３５）。

（ケース９：タイプ２）
軸方向Ｚにおいて、磁石３は凹凸構造２２と異なる位置にあり、素子４は凹凸構造２２と重なる位置にあり、磁石３は軸方向Ｚに磁化している。特に周方向Ｗに素子４が磁石３と重なっている場合（位置Ｐ２）と異なる位置にある場合（位置Ｐ３）、２方向（Ｂｒ，Ｂθ）で良好な磁場検出性能を示す（図２３，２４，３６）。

（ストロークセンサ）
本発明の磁気センサ１はストロークセンサ１０１として用いることもできる。図３７にストロークセンサ１０１の概要図を示す。図３７（ａ）はストロークセンサ１０１の正面図、図３７（ｂ）は図３７（ａ）のＣ方向からみたストロークセンサ１０１の上面図、図３７（ｃ）は図３７（ａ）のＤ方向からみたストロークセンサ１０１の側面図である。ストロークセンサ１０１は、第１の方向Ｈ１に直線移動可能な移動体１０２の変位を検知する。ストロークセンサ１０１は、移動体１０２の第１の方向Ｈ１と平行な面に設けられ軟磁性体で形成された凹凸構造１２２と、磁石３と、素子４と、を有する。凹凸構造１２２は凸部１２３と凹部１２４とを備える。凸部１２３は凹部１２４に対し第１の方向Ｈ１と直交する第２の方向Ｈ２に突き出し、凸部１２３と凹部１２４が第１の方向Ｈ１に配列している。素子４は、磁石３と凹凸構造１２２とによって形成される磁場を検知する。磁石３と素子４は凹凸構造１２２から間隔をおいて配置され、且つ磁石３と素子４の相互の位置関係が固定されている。磁石３と素子４の少なくともいずれかは第１の方向Ｈ１及び第２の方向Ｈ２と直交する第３の方向Ｈ３において凹凸構造１２２と異なる位置にある。第１～第３の方向Ｈ１～Ｈ３は図３～２３の方向Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３に対応するので、ストロークセンサ１０１においても上述した説明が適用される。従って、ストロークセンサ１０１の好適ケースは角度センサの好適ケースと同じである。

（付記）本明細書は以下の開示を含む。
［構成１］
軸方向に延びる回転軸の周りを回転する回転体の回転角を検知する磁気センサであって、
前記回転体の前記軸方向における先端面に環状に設けられ、軟磁性体で形成された凹凸構造と、
磁石と、
少なくとも一つの素子と、を有し、
前記凹凸構造は少なくとも一つの凸部と少なくとも一つの凹部とを備え、前記少なくとも一つの凸部は、前記少なくとも一つの凹部に対し前記軸方向に突き出し、
前記少なくとも一つの素子は、前記磁石と前記凹凸構造とによって形成される磁場を検知し、
前記磁石と前記少なくとも一つの素子は前記凹凸構造から離間して配置され、且つ相互の位置関係が固定され、
前記磁石と前記少なくとも一つの素子の少なくともいずれかは、前記軸方向と、前記軸方向と直交する径方向の少なくともいずれかにおいて、前記凹凸構造と異なる位置にある、磁気センサ。
［構成２］
前記磁石の２つの磁極の中心同士を結ぶ線と直交する任意の方向において、前記素子は前記磁石と異なる位置にある、構成１に記載の磁気センサ。
［構成３］
前記線と平行な方向において、前記素子は前記磁石と異なる位置にある、構成２に記載の磁気センサ。
［構成４］
前記径方向において前記磁石は前記凹凸構造と重なる位置にあり前記素子は前記凹凸構造と異なる位置にあり、前記軸方向において前記素子は前記凹凸構造と重なる位置または前記磁石と前記凹凸構造との間にあり、前記磁石は前記軸方向に磁化している、構成１から３のいずれか１項に記載の磁気センサ。
［構成５］
前記軸方向において前記磁石は前記凹凸構造と重なる位置にあり前記素子は前記凹凸構造と異なる位置にあり、前記径方向において前記素子は前記凹凸構造と重なる位置または前記磁石と前記凹凸構造との間にあり、前記磁石は前記軸方向と直交する方向に磁化している、構成１から３のいずれか１項に記載の磁気センサ。
［構成６］
前記径方向において前記磁石は前記凹凸構造と重なる位置にあり前記素子は前記凹凸構造と異なる位置にあり、前記軸方向において前記素子は前記凹凸構造と重なる位置または前記磁石と前記凹凸構造の間にあり、前記磁石は前記軸方向及び前記径方向と直交する方向に磁化している、構成１から３のいずれか１項に記載の磁気センサ。
［構成７］
前記軸方向において前記磁石は前記凹凸構造と重なる位置にあり前記素子は前記凹凸構造と異なる位置にあり、前記径方向において前記素子は前記凹凸構造と重なる位置または前記磁石と前記凹凸構造との間にあり、前記磁石は前記軸方向及び前記径方向と直交する方向に磁化している、構成１から３のいずれか１項に記載の磁気センサ。
［構成８］
前記径方向において前記磁石は前記凹凸構造と重なる位置にあり前記素子は前記凹凸構造と異なる位置にあり、前記軸方向において前記素子は前記凹凸構造と重なる位置または前記磁石と前記凹凸構造との間にあり、前記磁石は前記径方向に磁化している、構成１から３のいずれか１項に記載の磁気センサ。
［構成９］
前記軸方向において前記磁石は前記凹凸構造と異なる位置にあり前記素子は前記凹凸構造と異なる位置にあり、前記径方向において前記素子は前記凹凸構造と重なる位置または前記磁石と前記凹凸構造との間にあり、前記磁石は前記軸方向に磁化している、構成１から３のいずれか１項に記載の磁気センサ。
［構成１０］
前記軸方向において、前記磁石は前記凹凸構造と異なる位置にあり、前記素子は前記凹凸構造と重なり且つ前記凹凸構造の前記軸方向の中心から前記軸方向にずれた位置にあり、前記磁石は前記軸方向と直交する方向に磁化している、構成１から３のいずれか１項に記載の磁気センサ。
［構成１１］
前記径方向において、前記磁石は前記凹凸構造と異なる位置にあり、前記素子は前記凹凸構造と重なり且つ前記凹凸構造の前記径方向の中心から前記径方向にずれた位置にあり、前記磁石は前記軸方向に磁化している、構成１から３のいずれか１項に記載の磁気センサ。
［構成１２］
前記径方向において、前記磁石は前記凹凸構造と異なる位置にあり、前記素子は前記凹凸構造と重なり且つ前記凹凸構造の前記径方向の中心から前記径方向にずれた位置にあり、前記磁石は前記軸方向と直交する方向に磁化している、構成１から３のいずれか１項に記載の磁気センサ。
［構成１３］
前記軸方向において、前記磁石は前記凹凸構造と異なる位置にあり、前記素子は前記凹凸構造と重なり且つ前記凹凸構造の前記軸方向の中心から前記軸方向にずれた位置にあり、前記磁石は前記軸方向と直交する方向に磁化している、構成１から３のいずれか１項に記載の磁気センサ。
［構成１４］
前記軸方向において前記磁石は前記凹凸構造と異なる位置にあり前記素子は前記凹凸構造と重なる位置にあり、前記磁石は前記軸方向に磁化している、構成１から３のいずれか１項に記載の磁気センサ。
［構成１５］
前記凹凸構造は、前記先端面から前記軸方向に突き出し前記先端面の外周縁部の全周を延びる外壁部を有し、前記外壁部は前記軸方向において、前記少なくとも一つの凸部と前記少なくとも一つの凹部の少なくとも一部を覆う、構成１から１４のいずれか１項に記載の磁気センサ。
［構成１６］
前記外壁部は前記凹凸構造と一体である、構成１５に記載の磁気センサ。
［構成１７］
前記外壁部は前記凹凸構造から分離している、構成１５に記載の磁気センサ。
［構成１８］
前記少なくとも一つの素子は前記軸方向及び前記径方向において、前記外壁部の内側に位置する、構成１５から１７のいずれか１項に記載の磁気センサ。
［構成１９］
前記磁石と前記少なくとも一つの素子とを支持する一つの支持部材を有する、構成１から１８のいずれか１項に記載の磁気センサ。
［構成２０］
前記少なくとも一つの素子は複数の素子である、構成１から１９のいずれか１項に記載の磁気センサ。
［構成２１］
モータと、前記モータに連結されたロッドの形状の前記回転体と、構成１から２０のいずれか１項に記載の磁気センサと、を有し、前記回転体の先端面に前記凹凸構造が設けられているモータ組立体。
［構成２２］
第１の方向に直線移動可能な移動体の変位を検知する磁気センサであって、前記移動体の前記第１の方向と平行な面に設けられ軟磁性体で形成された凹凸構造と、磁石と、少なくとも一つの素子と、を有し、
前記凹凸構造は少なくとも一つの凸部と少なくとも一つの凹部とを備え、前記少なくとも一つの凸部は前記少なくとも一つの凹部に対し前記第１の方向と直交する第２の方向に突き出し、前記少なくとも一つの凸部と前記少なくとも一つの凹部が第１の方向に配列し、
前記少なくとも一つの素子は、前記磁石と前記凹凸構造とによって形成される磁場を検知し、
前記磁石と前記少なくとも一つの素子は前記凹凸構造から間隔をおいて配置され、且つ前記磁石と前記少なくとも一つの素子の相互の位置関係が固定され、
前記磁石と前記少なくとも一つの素子の少なくともいずれかは前記第１の方向及び第２の方向と直交する第３の方向において前記凹凸構造と異なる位置にある、磁気センサ。

１，１０１ 磁気センサ
２ 回転体
２１ 先端面
２２、１２２ 凹凸構造
２３、１２３ 凸部
２４、１２４ 凹部
２５ 外壁部
３ 磁石
４ 素子
５ 支持部材
６ モータ組立体
７ モータ
Ｈ１～Ｈ３ 第１～第３の方向
Ｒ 径方向
Ｚ 軸方向

Claims (22)

1. 軸方向に延びる回転軸の周りを回転する回転体の回転角を検知する磁気センサであって、
   前記回転体の前記軸方向における先端面に環状に設けられ、軟磁性体で形成された凹凸構造と、
   磁石と、
   少なくとも一つの素子と、を有し、
   前記凹凸構造は少なくとも一つの凸部と少なくとも一つの凹部とを備え、前記少なくとも一つの凸部は、前記少なくとも一つの凹部に対し前記軸方向に突き出し、
   前記少なくとも一つの素子は、前記磁石と前記凹凸構造とによって形成される磁場を検知し、
   前記磁石と前記少なくとも一つの素子は前記凹凸構造から離間して配置され、且つ相互の位置関係が固定され、
   前記磁石と前記少なくとも一つの素子の少なくともいずれかは、前記軸方向と、前記軸方向と直交する径方向の少なくともいずれかにおいて、前記凹凸構造と異なる位置にある、磁気センサ。
2. 前記磁石の２つの磁極の中心同士を結ぶ線と直交する任意の方向において、前記素子は前記磁石と異なる位置にある、請求項１に記載の磁気センサ。
3. 前記線と平行な方向において、前記素子は前記磁石と異なる位置にある、請求項２に記載の磁気センサ。
4. 前記径方向において前記磁石は前記凹凸構造と重なる位置にあり前記素子は前記凹凸構造と異なる位置にあり、前記軸方向において前記素子は前記凹凸構造と重なる位置または前記磁石と前記凹凸構造との間にあり、前記磁石は前記軸方向に磁化している、請求項１から３のいずれか１項に記載の磁気センサ。
5. 前記軸方向において前記磁石は前記凹凸構造と重なる位置にあり前記素子は前記凹凸構造と異なる位置にあり、前記径方向において前記素子は前記凹凸構造と重なる位置または前記磁石と前記凹凸構造との間にあり、前記磁石は前記軸方向と直交する方向に磁化している、請求項１から３のいずれか１項に記載の磁気センサ。
6. 前記径方向において前記磁石は前記凹凸構造と重なる位置にあり前記素子は前記凹凸構造と異なる位置にあり、前記軸方向において前記素子は前記凹凸構造と重なる位置または前記磁石と前記凹凸構造の間にあり、前記磁石は前記軸方向及び前記径方向と直交する方向に磁化している、請求項１から３のいずれか１項に記載の磁気センサ。
7. 前記軸方向において前記磁石は前記凹凸構造と重なる位置にあり前記素子は前記凹凸構造と異なる位置にあり、前記径方向において前記素子は前記凹凸構造と重なる位置または前記磁石と前記凹凸構造との間にあり、前記磁石は前記軸方向及び前記径方向と直交する方向に磁化している、請求項１から３のいずれか１項に記載の磁気センサ。
8. 前記径方向において前記磁石は前記凹凸構造と重なる位置にあり前記素子は前記凹凸構造と異なる位置にあり、前記軸方向において前記素子は前記凹凸構造と重なる位置または前記磁石と前記凹凸構造との間にあり、前記磁石は前記径方向に磁化している、請求項１から３のいずれか１項に記載の磁気センサ。
9. 前記軸方向において前記磁石は前記凹凸構造と異なる位置にあり前記素子は前記凹凸構造と異なる位置にあり、前記径方向において前記素子は前記凹凸構造と重なる位置または前記磁石と前記凹凸構造との間にあり、前記磁石は前記軸方向に磁化している、請求項１から３のいずれか１項に記載の磁気センサ。
10. 前記軸方向において、前記磁石は前記凹凸構造と異なる位置にあり、前記素子は前記凹凸構造と重なり且つ前記凹凸構造の前記軸方向の中心から前記軸方向にずれた位置にあり、前記磁石は前記軸方向と直交する方向に磁化している、請求項１から３のいずれか１項に記載の磁気センサ。
11. 前記径方向において、前記磁石は前記凹凸構造と異なる位置にあり、前記素子は前記凹凸構造と重なり且つ前記凹凸構造の前記径方向の中心から前記径方向にずれた位置にあり、前記磁石は前記軸方向に磁化している、請求項１から３のいずれか１項に記載の磁気センサ。
12. 前記径方向において、前記磁石は前記凹凸構造と異なる位置にあり、前記素子は前記凹凸構造と重なり且つ前記凹凸構造の前記径方向の中心から前記径方向にずれた位置にあり、前記磁石は前記軸方向と直交する方向に磁化している、請求項１から３のいずれか１項に記載の磁気センサ。
13. 前記軸方向において、前記磁石は前記凹凸構造と異なる位置にあり、前記素子は前記凹凸構造と重なり且つ前記凹凸構造の前記軸方向の中心から前記軸方向にずれた位置にあり、前記磁石は前記軸方向と直交する方向に磁化している、請求項１から３のいずれか１項に記載の磁気センサ。
14. 前記軸方向において前記磁石は前記凹凸構造と異なる位置にあり前記素子は前記凹凸構造と重なる位置にあり、前記磁石は前記軸方向に磁化している、請求項１から３のいずれか１項に記載の磁気センサ。
15. 前記凹凸構造は、前記先端面から前記軸方向に突き出し前記先端面の外周縁部の全周を延びる外壁部を有し、前記外壁部は前記軸方向において、前記少なくとも一つの凸部と前記少なくとも一つの凹部の少なくとも一部を覆う、請求項１から３のいずれか１項に記載の磁気センサ。
16. 前記外壁部は前記凹凸構造と一体である、請求項１５に記載の磁気センサ。
17. 前記外壁部は前記凹凸構造から分離している、請求項１５に記載の磁気センサ。
18. 前記少なくとも一つの素子は前記軸方向及び前記径方向において、前記外壁部の内側に位置する、請求項１５に記載の磁気センサ。
19. 前記磁石と前記少なくとも一つの素子とを支持する一つの支持部材を有する、請求項１から３のいずれか１項に記載の磁気センサ。
20. 前記少なくとも一つの素子は複数の素子である、請求項１から３のいずれか１項に記載の磁気センサ。
21. モータと、前記モータに連結されたロッドの形状の前記回転体と、請求項１から３のいずれか１項に記載の磁気センサと、を有し、前記回転体の先端面に前記凹凸構造が設けられているモータ組立体。
22. 第１の方向に直線移動可能な移動体の変位を検知する磁気センサであって、前記移動体の前記第１の方向と平行な面に設けられ軟磁性体で形成された凹凸構造と、磁石と、少なくとも一つの素子と、を有し、
    前記凹凸構造は少なくとも一つの凸部と少なくとも一つの凹部とを備え、前記少なくとも一つの凸部は前記少なくとも一つの凹部に対し前記第１の方向と直交する第２の方向に突き出し、前記少なくとも一つの凸部と前記少なくとも一つの凹部が第１の方向に配列し、
    前記少なくとも一つの素子は、前記磁石と前記凹凸構造とによって形成される磁場を検知し、
    前記磁石と前記少なくとも一つの素子は前記凹凸構造から間隔をおいて配置され、且つ前記磁石と前記少なくとも一つの素子の相互の位置関係が固定され、
    前記磁石と前記少なくとも一つの素子の少なくともいずれかは前記第１の方向及び第２の方向と直交する第３の方向において前記凹凸構造と異なる位置にある、磁気センサ。

Images