JP4039996B2 - 回転角度検出装置 - Google Patents

Description

本発明は、磁束変化を利用して回転体の回転角度を検出するインクリメンタル型エンコーダを用いた回転角度検出装置に関する。

回転体と一体に回転する磁石と対向する位置に磁束密度検出素子を配置し、磁束密度検出素子で磁束変化を検出することによって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。
この種の回転角度検出装置として、回転体の回転角度の他に、回転角度のインデックス（指標）も同時に検出するものが知られている。

磁石の一例を図１５に示す。
この図１５に示される磁石Ｊ1 は、回転体に取り付けられるものであり、外周に回転角度を検出する回転角着磁部αが設けられており、その内周にインデックス信号発生／停止用のインデックス着磁部βが複数設けられている。
なお、インデックス着磁部βの回転方向において信号を発生させない部分をインデックス非着磁部β’と称す。このインデックス非着磁部β’は、着磁されていない部分である（公知技術ではない：特許文献１参照）。
特願２００２−１７８８９７

上述した回転角着磁部αに回転角磁束密度検出素子を対向配置するとともに、インデックス着磁部βおよびインデックス非着磁部β’にインデックス磁束密度検出素子を対向配置して回転体を回転させた時に、回転角磁束密度検出素子およびインデックス磁束密度検出素子が受ける磁束密度の変化を図１４（ａ）、（ｂ）に示す。
ここで、回転角磁束密度検出素子は、Ｎ極の磁束密度が閾値（例えば、０．９〜５ｍＴ）よりも大きくなると回転角信号（ON信号）を発生し、Ｓ極の磁束密度が閾値（例えば、−０．９〜−５ｍＴ）よりもＳ極側に大きくなると回転角信号を停止するものとして説明する。また、インデックス磁束密度検出素子も、Ｎ極の磁束密度が閾値（例えば、０．９〜５ｍＴ）よりも大きくなるとインデックス信号（ON信号）を発生し、Ｓ極の磁束密度が閾値（例えば、−０．９〜−５ｍＴ）よりもＳ極側に大きくなるとインデックス信号を停止するものとして説明する。

回転体が回転すると、回転角磁束密度検出素子に付与される磁束密度が、図１４（ａ）に示されるように交互に変わり、回転角磁束密度検出素子に付与される磁束密度が信号発生側の閾値よりもＮ極側に大きくなると回転角信号（ON信号）を発生し、回転角磁束密度検出素子に付与される磁束密度が信号停止側の閾値よりもＳ極側に大きくなると回転角信号を停止する。

一方、回転体が回転すると、インデックス磁束密度検出素子に付与される磁束密度が、図１４（ｂ）に示されるように変わり、インデックス磁束密度検出素子に付与される磁束密度が信号発生側の閾値よりも大きくなるとインデックス信号（ON信号）を発生し、インデックス磁束密度検出素子に付与される磁束密度が信号停止側の閾値よりもＳ極側に大きくなるとインデックス信号を停止する。
ここで、インデックス磁束密度検出素子がインデックス着磁部βと対向する角度範囲（図１４中Ａに示す範囲）でＮ極が通過する時のみにインデックス信号（ON信号）を発生し、インデックス着磁部βのＳ極およびインデックス非着磁部β’の対向範囲ではインデックス信号を発生しないことが要求される。

しかし、インデックス磁束密度検出素子がインデックス非着磁部β’と対向する角度範囲（図１４中Ｂに示す範囲）においても、隣接する回転角着磁部αのＮ極の影響を受ける。
インデックス信号を発生する閾値が図１４（ｂ）中の破線の範囲内で設定されるとすると、インデックス磁束密度検出素子がインデックス非着磁部β’と対向する角度範囲（図１４中Ｂに示す範囲）においても、隣接する回転角着磁部αのＮ極の磁束影響を受けてインデックス信号（ON信号）を発生し、誤動作する可能性がある。

［発明の目的］
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、インデックス磁束密度検出素子がインデックス非着磁部と対向する角度範囲において、隣接する回転角着磁部の磁極の影響を受けてインデックス信号を誤って発生する不具合のない回転角度検出装置の提供にある。

［請求項１の手段］
請求項１の手段を採用する回転角度検出装置の回転角着磁部は、回転方向に回転角信号発生用の極（Ｎ極またはＳ極の一方）と回転角信号停止用の極（Ｎ極またはＳ極の他方）とが繰り返し設けられるものであり、インデックス着磁部は、インデックス信号発生用の極（Ｎ極またはＳ極の一方）の回転方向の両脇に、インデックス信号停止用の極（Ｎ極またはＳ極の他方）が設けられるものである。
そして、インデックス着磁部は、インデックス信号停止用の極側に磁束密度がオフセットして設けられたものである。
即ち、インデックス磁束密度検出素子にＮ極の磁束を与えた時にインデックス信号を発生する場合は、インデックス着磁部をＳ極側にオフセットしたものであり、インデックス磁束密度検出素子にＳ極の磁束を与えた時にインデックス信号を発生する場合は、インデックス着磁部をＮ極側にオフセットしたものである。

このオフセットによって、インデックス着磁部におけるインデックス信号停止用の極の磁束が強くなる。
すると、インデックス磁束密度検出素子がインデックス非着磁部と対向する角度範囲にあるとき、インデックス信号停止用の極からインデックス磁束密度検出素子に放出される磁束が大きくなり、回転角着磁部からインデックス磁束密度検出素子に与えられるインデックス信号を発生する極（例えば、Ｎ極）が打ち消される。
このため、インデックス磁束密度検出素子がインデックス非着磁部と対向する角度範囲にあるとき、隣接する回転角着磁部の磁極の影響を受けてインデックス磁束密度検出素子がインデックス信号を誤って発生する不具合を無くすことができる。

［請求項２の手段］
請求項２の手段を採用する回転角度検出装置は、インデックス着磁部に、インデックス信号停止用の極側にオフセット着磁を施し、その後に回転角着磁部とインデックス着磁部に、信号発生用の極および信号停止用の極の着磁を施すことで、インデックス着磁部をオフセットするものである。

［請求項３の手段］
請求項３の手段を採用する回転角度検出装置は、回転角着磁部およびインデックス着磁部が凸形の島に設けられ、この島のみに着磁が施されたものである。

［請求項４の手段］
請求項４の手段を採用する回転角度検出装置の磁石は、回転体の回転軸方向に着磁面を向けて配置されるものであり、外周側に回転角着磁部が配置され、その内周側にインデックス着磁部およびインデックス非着磁部が配置されるものである。
このように、回転体の回転軸方向に磁石や磁束密度検出素子（回転角磁束密度検出素子、インデックス磁束密度検出素子）が配置されるため、回転体を内蔵する機器（例えば、回転機等）の径方向寸法の大径化を阻止できる。

［請求項５の手段］
請求項５の手段を採用する回転角度検出装置の回転体は、電動機あるいは発電機等の回転機におけるロータであり、磁石は、ロータを構成するロータコアに接合して設けられるものである。
このように、回転角度検出装置が回転機の内部に搭載されるため、回転角度検出装置を搭載した回転機を小型化できる。

回転角度検出装置は、回転体と一体に回転する磁石と、回転角磁束密度検出素子と、インデックス磁束密度検出素子とを備える。
回転角磁束密度検出素子は、Ｎ極あるいはＳ極の一方の極側の磁束密度が閾値を超えた際に回転角信号を発生し、Ｎ極あるいはＳ極の他方の極側の磁束密度が閾値を超えた際に回転角信号を停止するものである。
インデックス磁束密度検出素子は、Ｎ極あるいはＳ極の一方の極側の磁束密度が閾値を超えた際にインデックス信号を発生し、Ｎ極あるいはＳ極の他方の極側の磁束密度が閾値を超えた際にインデックス信号を停止するものである。
回転角着磁部は、回転方向に回転角信号発生用の極と回転角信号停止用の極とが繰り返し設けられるものであり、インデックス着磁部は、インデックス信号発生用の極の回転方向の両脇に、インデックス信号停止用の極が設けられるものである。
そして、インデックス着磁部は、インデックス信号停止用の極側に磁束密度がオフセットされる。

実施例１を図１〜図１４を参照して説明する。
この実施例１は、自動変速機のシフトレンジ切替装置（パーキング切替機構の切替装置を含む）において切り替えのための動力を発生する電動機に搭載される回転角度検出装置に本発明を適用したものであり、まずシフトレンジ切替装置を説明する。

（シフトレンジ切替装置の説明）
シフトレンジ切替装置は、回転式アクチュエータ１（図２参照）によって、車両用自動変速機２（図３参照）に搭載されたシフトレンジ切替装置３（パーキング切替装置４を含む：図４参照）を切り替えるものである。
回転式アクチュエータ１は、シフトレンジ切替装置３を駆動するサーボ機構として用いられるものであり、同期電動機５（以下、電動機と称す）と内接噛合遊星歯車減速機６（以下、減速機と称す）によって構成される。なお、図２の右側をフロント（あるいは前）、左側をリヤ（あるいは後）としてこの実施例１を説明する。

（電動機５の説明）
電動機５を図２、図５を参照して説明する。
この実施例１の電動機５は、永久磁石を用いないＳＲモータ（スイッチド・リラクタンス・モータ）であり、回転自在に支持されるロータ１１と、このロータ１１の回転中心と同軸上に配置されたステータ１２とで構成される。

ロータ１１は、ロータ軸１３とロータコア１４で構成されるものであり、ロータ軸１３は前端と後端に配置された転がり軸受（フロント転がり軸受１５、リヤ転がり軸受１６）によって回転自在に支持される。
なお、フロント転がり軸受１５は、減速機６の出力軸１７の内周に配置されたものであり、減速機６の出力軸１７はフロントハウジング１８の内周に配置されたメタルベアリング１９によって回転自在に支持されている。つまり、ロータ軸１３の前端は、フロントハウジング１８に設けられたメタルベアリング１９→出力軸１７→フロント転がり軸受１５を介して回転自在に支持される。

ここで、メタルベアリング１９の軸方向の支持区間は、フロント転がり軸受１５の軸方向の支持区間にオーバーラップするように設けられている。このように設けることによって、減速機６の反力（具体的には、後述する外歯歯車２６と内歯歯車２７の噛合にかかる負荷の反力）に起因するロータ軸１３の傾斜を回避することができる。
一方、リヤ転がり軸受１６は、リヤハウジング２０によって支持されるものである。

ステータ１２は、ステータコア２１およびコイル２２（具体的には、コイル２２Ａ〜２２Ｌ：図５参照）から構成される。
ステータコア２１は、薄板を多数積層して形成されたものであり、リヤハウジング２０に固定されている。このステータコア２１には、内側のロータコア１４に向けて３０度毎に突設されたステータティースが設けられており、各ステータティースのそれぞれにはコイル２２Ａ〜２２Ｌが巻回されている。ここで、コイル２２Ａ、２２Ｄ、２２Ｇ、２２ＪがＵ相であり、コイル２２Ｂ、２２Ｅ、２２Ｈ、２２ＫがＶ相であり、コイル２２Ｃ、２２Ｆ、２２Ｉ、２２ＬがＷ相である。

一方、ロータコア１４は、薄板を多数積層して形成されたものであり、ロータ軸１３に圧入固定されている。このロータコア１４には、外周のステータコア２１に向けて４５度毎に突設された突極２４が設けられている。そして、図５の状態からＷ相→Ｖ相→Ｕ相の順番に通電を切り替えるとロータ１１が反時計回り方向に回転し、逆にＶ相→Ｗ相→Ｕ相の順番に通電を切り替えるとロータ１１が時計回り方向に回転するものであり、Ｕ、Ｖ、Ｗ相の通電が一巡する毎にロータ１１が４５度回転する構成になっている。

（減速機６の説明）
減速機６を図２、図６〜図８を参照して説明する。
減速機６は、ロータ軸１３に設けられた偏心部２５を介してロータ軸１３に対して偏心回転可能な状態で取り付けられた外歯歯車２６（インナーギヤ：サンギヤ）と、この外歯歯車２６が内接噛合する内歯歯車２７（アウターギヤ：リングギヤ）と、外歯歯車２６の自転成分のみを出力軸１７に伝達する伝達手段２８とを備える。

偏心部２５は、ロータ軸１３の回転中心に対して偏心回転して外歯歯車２６を揺動回転させる軸であり、偏心部２５の外周に配置された中間転がり軸受３１を介して外歯歯車２６を回転自在に支持するものである。
外歯歯車２６は、上述したように、中間転がり軸受３１を介してロータ軸１３の偏心部２５に対して回転自在に支持されるものであり、偏心部２５の回転によって内歯歯車２７に押しつけられた状態で回転するように構成されている。
内歯歯車２７は、フロントハウジング１８に圧入、図示しない爪部の係合、および図示しない爪部のカシメ等の手段によって固定されるものである。

伝達手段２８は、出力軸１７と一体に回転するフランジ３３の同一円周上に形成れた複数の内ピン穴３４と、外歯歯車２６に形成され、内ピン穴３４にそれぞれ遊嵌する複数の内ピン３５とによって構成される。
複数の内ピン３５は、外歯歯車２６のフロント面に突出する形で設けられている。
複数の内ピン穴３４は、出力軸１７の後端に設けられたフランジ３３に設けられており、内ピン３５と内ピン穴３４の嵌まり合いによって、外歯歯車２６の自転運動が出力軸１７に伝えられるように構成されている。
このように設けられることにより、ロータ軸１３が回転して外歯歯車２６が偏心回転することにより、外歯歯車２６がロータ軸１３に対して減速回転し、その減速回転が出力軸１７に伝えられる。なお、出力軸１７は、シフトレンジ切替装置３のコントロールロッド４５（後述する）に連結される。
なお、この実施例１とは異なり、複数の内ピン穴３４を外歯歯車２６に形成し、複数の内ピン３５をフランジ３３に設けて構成しても良い。

（シフトレンジ切替装置３の説明）
シフトレンジ切替装置３を図４を参照して説明する。
シフトレンジ切替装置３（パーキング切替装置４を含む）は、上述した減速機６の出力軸１７によって切り替え駆動されるものである。
自動変速機２における各シフトレンジ（例えば、Ｐ、Ｒ、Ｎ、Ｄ）の切り替えは、油圧コントロールボックス４１に設けられたマニュアルスプール弁４２を適切な位置にスライド変位させることによって行われる。

一方、パーキング切替装置４のロックとアンロックの切り替えは、パークギヤ４３の凹部４３ａとパークポール４４の凸部４４ａの係脱によって行われる。なお、パークギヤ４３は、図示しないディファレンシャルギヤを介して図示しない自動変速機２の出力軸に連結されたものであり、パークギヤ４３の回転を規制することで車両の駆動輪がロックされて、パーキングのロック状態が達成される。

減速機６によって駆動されるコントロールロッド４５には、略扇形状を呈したディテントプレート４６が図示しないスプリングピン等を打ち込むことで取り付けられている。
ディテントプレート４６は、半径方向の先端（略扇形状の円弧部）に複数の凹部４６ａが設けられており、油圧コントロールボックス４１に固定された板バネ４７が凹部４６ａに嵌まり合うことで、切り替えられたシフトレンジが保持されるようになっている。

ディテントプレート４６には、マニュアルスプール弁４２を駆動するためのピン４８が取り付けられている。
ピン４８は、マニュアルスプール弁４２の端部に設けられた溝４９に係合しており、ディテントプレート４６がコントロールロッド４５によって回動操作されると、ピン４８が円弧駆動されて、ピン４８に係合するマニュアルスプール弁４２が油圧コントロールボックス４１の内部で直線運動を行う。

コントロールロッド４５を図４中矢印Ａ方向から見て時計回り方向に回転させると、ディテントプレート４６を介してピン４８がマニュアルスプール弁４２を油圧コントロールボックス４１の内部に押し込み、油圧コントロールボックス４１内の油路がＤ→Ｎ→Ｒ→Ｐの順に切り替えられる。つまり、自動変速機２のレンジがＤ→Ｎ→Ｒ→Ｐの順に切り替えられる。
逆方向にコントロールロッド４５を回転させると、ピン４８がマニュアルスプール弁４２を油圧コントロールボックス４１から引き出し、油圧コントロールボックス４１内の油路がＰ→Ｒ→Ｎ→Ｄの順に切り替えられる。つまり、自動変速機２のレンジがＰ→Ｒ→Ｎ→Ｄの順に切り替えられる。

一方、ディテントプレート４６には、パークポール４４を駆動するためのパークロッド５１が取り付けられている。このパークロッド５１の先端には円錐部５２が設けられている。
この円錐部５２は、自動変速機２のハウジングの突出部５３とパークポール４４の間に介在されるものであり、コントロールロッド４５を図４中矢印Ａ方向から見て時計回り方向に回転させると（具体的には、Ｒ→Ｐレンジ）、ディテントプレート４６を介してパークロッド５１が図４中矢印Ｂ方向へ変位して円錐部５２がパークポール４４を押し上げる。すると、パークポール４４が軸４４ｂを中心に図４中矢印Ｃ方向に回転し、パークポール４４の凸部４４ａがパークギヤ４３の凹部４３ａに係合し、パーキング切替装置４のロック状態が達成される。

逆方向へコントロールロッド４５を回転させると（具体的には、Ｐ→Ｒレンジ）、パークロッド５１が図４中矢印Ｂ方向と反対方向に引き戻され、パークポール４４を押し上げる力が無くなる。パークポール４４は、図示しないねじりコイルバネにより、図４中矢印Ｃ方向とは反対方向に常に付勢されているため、パークポール４４の凸部４４ａがパークギヤ４３の凹部４３ａから外れ、パークギヤ４３がフリーになり、パーキング切替装置４がアンロック状態になる。

（回転角度検出装置６０の説明）
回転角度検出装置６０を図１、図２、図９〜図１３を参照して説明する。
上述した回転式アクチュエータ１には、そのハウジング（フロントハウジング１８＋リヤハウジング２０）内に、ロータ１１（回転体に相当する）の回転角度を検出する回転角度検出装置６０が搭載されている。この回転角度検出装置６０によってロータ１１の回転角度を検出することにより、電動機５を脱調させることなく高速運転することが可能になる。

この回転角度検出装置６０は、インクリメンタル型エンコーダであり、ロータ１１と一体に回転する磁石６１と、リヤハウジング２０内に配置される磁気検出用の磁束密度検出素子６２（具体的には、第１、第２回転角磁束密度検出素子６２Ａ、６２Ｂと、インデックス磁束密度検出素子６２Ｚ）と、この磁束密度検出素子６２をリヤハウジング２０内において支持する基板６３とを備える。

磁石６１は、図９〜図１１に示されるように、略リング円板形状を呈し、ロータ軸１３と同芯上に配置されるものであり、ロータコア１４の軸方向の端面（後面）に接合される。なお、ロータコア１４から磁石６１に対して大きな磁力影響を与える場合は、その磁力の影響を弱めるために、非磁性体の膜部材（図示しない）を介して磁石６１をロータコア１４に接合する。
また、ロータコア１４から磁石６１に対する磁力の影響が小さい時は、磁石６１をロータコア１４に直接接合する。これによって部品点数を低減でき、コストを抑えることができる。

磁石６１は、着磁された磁性体である。具体的な一例として、磁石６１は、ネオジウムマグネット（希土類磁石の一例）であり、軸方向に所定の厚みを有している。この磁石６１は、自らの磁力によってロータコア１４に接合するものである。具体的な一例を示すと、ロータコア１４との接合面に接合用の着磁がなされ、そのロータコア１４側の面に着磁された磁力によってロータコア１４に接合するものである。もちろん、磁力で接合するのではなく、接着剤等によって接合しても良い。

ロータコア１４の後面には、図１１に示されるように、磁石位置決め用の穴１４ａが複数設けられている。一方、磁石６１の接合面にも、複数の突起６１ａが設けられている。そして、磁石６１の突起６１ａをロータコア１４の穴１４ａに挿入して組付けを行うことにより、ロータコア１４の回転中心と同芯上に磁石６１が組付けられる。

この実施例１の磁石６１は、ロータコア１４に接合された後、図１０に示されるように、磁束密度検出素子６２と対向する面（後面）に回転角やインデックス検出用の着磁が施され、磁石６１の軸方向に磁力を発生するものである。
磁束密度検出素子６２と対向する面（後面）における着磁について説明する。
図９に示されるように、磁石６１の後面外周側には、回転方向に回転角信号発生／停止用の多極着磁が施された回転角着磁部αが設けられており、その内周に隣接して、回転方向にインデックス信号発生／停止用のインデックス着磁部βと、信号発生に関わらないインデックス非着磁部β’が設けられている。

この実施例１の磁石６１は、図１に示されるように、回転角着磁部αおよびインデックス着磁部βのみが凸形の島に設けられ、この島の突出面のみに着磁が施されたものであり、インデックス非着磁部β’はインデックス磁束密度検出素子６２Ｚとの対向ギャップが大きくなるように凹んで設けられている。

回転角着磁部αは、上述したように、回転方向に回転角信号（以下、Ａ相信号あるいはＢ相信号）発生用の多極着磁が施されたものであり、この実施例１では７．５度ピッチでＮ極とＳ極とが繰り返して着磁された４８極部（Ａ，Ｂ相センシング部）である。
インデックス着磁部βは、複数相（Ｕ，Ｖ，Ｗ相）のコイルの通電が一巡する周期（４５度間隔）でインデックス信号（以下、Ｚ相信号）を発生させるためのものであり、４５度間隔でＺ相信号発生用のＮ極が７．５度ピッチで着磁され、その回転方向の両脇にＳ極が７．５度ピッチで着磁された２４極部（Ｚ相センシング部）である。
インデックス非着磁部β’は、インデックス着磁部βとインデックス着磁部βの間（回転方向の間）にあって、Ｚ相信号を発生させない部分である。

基板６３は、図１に示すように、第１、第２回転角磁束密度検出素子６２Ａ、６２Ｂを回転角着磁部αに対向した状態で支持するとともに、インデックス磁束密度検出素子６２Ｚをインデックス着磁部βおよびインデックス非着磁部β’に対向した状態で支持するものである。
なお、第１、第２回転角磁束密度検出素子６２Ａ、６２Ｂは、相対角度が３．７５度（電気角で９０度）ズレて設けられており、結果的にＡ相信号とＢ相信号が相対角度で３．７５度（電気角で９０度）ズレるようになっている。

基板６３は、リヤハウジング２０の内壁に支持されるものであり、図１２に示すように、非磁性体の金属板６４（例えば、アルミニウム、ステンレス等）と、この金属板６４の表面に被着して設けられた絶縁性の樹脂材料（例えば、ポリイミド等）よりなるフィルム基板６５とから構成される。
フィルム基板６５には、金属板６４に触れない面に複数の回路パターン６５ａがプリント技術によって形成されている。基板６３の上には、磁束密度検出素子６２（６２Ａ、６２Ｂ、６２Ｚ）の他に、ノイズフィルタ用のコンデンサ６６等が実装されるものであり、各電気部品は各回路パターン６５ａと電気的に接続される。一方、各回路パターン６５ａの端は、リヤハウジング２０内に設けられたターミナル端子（図示しない）と電気的に接続される。なお、ターミナル端子は、外部接続用コネクタに接続されるものである。

第１、第２回転角磁束密度検出素子６２Ａ、６２Ｂ、およびインデックス磁束密度検出素子６２Ｚは、通過する磁束量に応じた出力を発生するホール素子と、そのホール素子の出力に基づきON-OFF信号を発生させる回路とから構成されるホールＩＣである。
具体的には、ホール素子に与えられるＮ極側の磁束密度が閾値を超えた際（例えば、ホール素子に与えられる磁束が０．９〜５ｍＴを超えた際）にON信号を発生し、ホール素子に与えられるＳ極側の磁束密度が閾値を超えた際（例えば、ホール素子に与えられる磁束が−０．９〜−５ｍＴをマイナス側に超えた際）にON信号を停止するものである。
さらに具体的に説明する。
第１回転角磁束密度検出素子６２Ａは、回転角着磁部αから第１回転角磁束密度検出素子６２Ａに与えられるＮ極側の磁束密度が閾値を超えた際（０．９〜５ｍＴを超えた際）にＡ相信号（ON信号）を発生し、回転角着磁部αから第１回転角磁束密度検出素子６２Ａに与えられるＳ極側の磁束密度が閾値を超えた際（−０．９〜−５ｍＴをマイナス側に超えた際）にＡ相信号を停止するものである。
第２回転角磁束密度検出素子６２Ｂは、回転角着磁部αから第２回転角磁束密度検出素子６２Ｂに与えられるＮ極側の磁束密度が閾値を超えた際（０．９〜５ｍＴを超えた際）にＢ相信号（ON信号）を発生し、回転角着磁部αから第２回転角磁束密度検出素子６２Ｂに与えられるＳ極側の磁束密度が閾値を超えた際（−０．９〜−５ｍＴをマイナス側に超えた際）にＢ相信号を停止するものである。
インデックス磁束密度検出素子６２Ｚは、インデックス着磁部βからインデックス磁束密度検出素子６２Ｚに与えられるＮ極側の磁束密度が閾値を超えた際（０．９〜５ｍＴを超えた際）にＺ相信号（ON信号）を発生し、インデックス着磁部βからインデックス磁束密度検出素子６２Ｚに与えられるＳ極側の磁束密度が閾値を超えた際（−０．９〜−５ｍＴをマイナス側に超えた際）にＺ相信号を停止するものである。

次に、図１３（Ａ）、（Ｂ）を用いて回転角度検出装置６０によるＡ相信号、Ｂ相信号、Ｚ相信号の出力波形について説明する。
Ａ相信号およびＢ相信号は、相対角度３．７５度（電気角で９０度）の位相差を持った出力信号であり、実施例１ではロータ１１が１５度回転する毎にＡ相信号とＢ相信号がそれぞれ１周期出力されるように構成されている。
Ｚ相信号は、ロータ１１が４５度回転する毎に１回ずつ出力されるモータ通電切替用のインデックス信号であり、このＺ相信号によって電動機５の通電相と、Ａ相、Ｂ相の相対位置関係を定義できる。

この実施例１で示したように、回転角度検出装置６０が電動機５の内部に搭載されるため、回転角度検出装置６０を搭載した電動機５を小型化できる。また、この実施例１では、ロータコア１４の後側に磁石６１および磁束密度検出素子６２を配置する構造であるため、回転角度検出装置６０を内蔵した電動機５の径方向寸法の大径化を阻止でき、車両搭載性を向上できる。

（ＥＣＵ７０の説明）
ＥＣＵ７０を図３を参照して説明する。
ＥＣＵ７０は、乗員によって操作されるレンジ操作手段（図示しない）、回転角度検出装置６０によって検出されるロータ１１の回転角度等に基づいて電動機５の回転を制御し、減速機６を介して駆動されるシフトレンジ切替装置３を切替制御するものである。

ここで、図３中に示す符号７１は車載バッテリ、符号７２はシフトレンジおよび回転式アクチュエータ１の状態を示す表示装置類（通常運転時の視覚表示手段、警告灯、警告ブザー等）、符号７３は電動機５の給電回路、符号７４は車速センサ、符号７５はレンジ操作手段、ブレーキスイッチ、その他の車両状態を検出するセンサ類を示す。なお、センサ類の一例として、出力軸１７の回転角度を検出するセンサを搭載しても良い。

〔実施例１の特徴〕
ロータ１１が回転すると、第１回転角磁束密度検出素子６２Ａまたは第２回転角磁束密度検出素子６２Ｂに付与される磁束密度が、図１４（ａ）に示されるように交互に変わる。
一方、回転角着磁部αの内周側に隣接してインデックス着磁部βが設けられているため、従来構造の磁石Ｊ1 （符号、図１５参照）を用いた場合、ロータ１１が回転すると、インデックス磁束密度検出素子６２Ｚに付与される磁束密度が、図１４（ｂ）に示されるように変わる。

上述したように、インデックス磁束密度検出素子６２Ｚは、Ｎ極側の磁束密度を閾値以上受けるとインデックス信号（ON信号）を出力する。
そして、インデックス磁束密度検出素子６２Ｚがインデックス着磁部βと対向する角度範囲（図１４中Ａに示す範囲）でインデックス着磁部βのＮ極が通過する時のみにインデックス信号（ON信号）を発生し、インデックス着磁部βのＳ極およびインデックス非着磁部β’の対向範囲ではインデックス信号を発生しないことが要求される。
しかし、従来構造の磁石Ｊ1 （符号、図１５参照）を用いた場合では、インデックス磁束密度検出素子６２Ｚがインデックス非着磁部β’と対向する角度範囲（図１４中Ｂに示す範囲）においても、隣接する回転角着磁部αのＮ極の磁束を受けてインデックス信号（ON信号）を発生（誤動作）する可能性がある。

そこで、この実施例１では、インデックス着磁部βを、インデックス磁束密度検出素子６２Ｚがインデックス信号を停止する極（この実施例１ではＳ極側）に磁束密度をオフセットしている。
ここで、インデックス着磁部βをＳ極側にオフセットする具体的な一例を説明する。
先ず、インデックス着磁部βの島の全体をＳ極に着磁する（オフセット着磁）。
次に、「回転角着磁部α」および「インデックス着磁部β」だけに「回転角信号発生用と回転角信号停止用」および「インデックス信号発生用とインデックス信号停止用」の着磁を施す。この２つの着磁工程によって、インデックス着磁部βをＳ極側にオフセットできる。
なお、磁石６１の内周に設けた凹部６１ｂは、信号発生用着磁を行う際の位置決めのためのものである。

このようにインデックス着磁部βをＳ極側にオフセットしたことにより、図１４（ｃ）に示すように、インデックス磁束密度検出素子６２Ｚがインデックス非着磁部β’と対向する角度範囲（図１４中Ｂに示す範囲）にあるとき、回転角着磁部αからインデックス磁束密度検出素子６２Ｚに与えられるＮ極の磁力が、インデックス着磁部βにおけるインデックス信号停止用のＳ極（オフセット着磁によりＳ極の磁力が強化されている）から付与されるＳ極の磁力によって打ち消される。
即ち、図１４中Ｂに示す範囲において、インデックス磁束密度検出素子６２Ｚに回転角着磁部αのＮ極が接近しても、磁束が強化されたインデックス着磁部のＳ極によってインデックス磁束密度検出素子６２Ｚに与えられる磁束の磁極がＳ極に保たれる。
このため、インデックス磁束密度検出素子６２Ｚがインデックス非着磁部β’と対向する角度範囲において、隣接する回転角着磁部αの磁極の影響を受けてインデックス信号（ON信号）を誤って発生する不具合が無い。この結果、自動変速機２のシフトレンジ切替装置３（パーキング切替装置４を含む）が誤動作や作動不良を発生する不具合を回避できる。

〔変形例〕
上記の実施例１のインデックス磁束密度検出素子６２Ｚは、Ｎ極が付与されるとインデックス信号（ON信号）を発生し、Ｓ極が付与されるとインデックス信号を停止する例を用いて説明したが、Ｓ極が付与されるとインデックス信号（ON信号）を発生し、Ｎ極が付与されるとインデックス信号を停止するように設けても良い。その場合は、インデックス着磁部βをＮ極側に磁束密度をオフセットするものである。
また、上記の実施例１の回転角磁束密度検出素子（第１、第２回転角磁束密度検出素子６２Ａ、６２Ｂ）は、Ｎ極が付与されると回転角信号（ON信号）を発生し、Ｓ極が付与されると回転角信号を停止する例を用いて説明したが、Ｓ極が付与されると回転角信号（ON信号）を発生し、Ｎ極が付与されると回転角信号を停止するように設けても良い。

上記の実施例１では、回転角着磁部αの内周にインデックス着磁部βを設ける例を示したが、逆に回転角着磁部αの外周にインデックス着磁部βを設けても良い。
また、上記の実施例１では、回転体（ロータ１１）の軸方向に着磁面が向けられる例を示したが、回転体（例えば、ロータ１１）の外周面に着磁面を向けても良い。その場合は、回転体（例えば、ロータ１１）の外周側に回転角磁束密度検出素子（例えば、第１、第２回転角磁束密度検出素子６２Ａ、６２Ｂ）やインデックス磁束密度検出素子６２Ｚが配置されるものである。

上記の実施例１では、回転角着磁部αおよびインデックス着磁部βを凸形の島に設け、この島のみに着磁を施した例を示したが、回転角着磁部αおよびインデックス着磁部βとインデックス非着磁部β’を同一面に設けて、例えば非着磁の部分を非磁性体で設けても良い。
上記の実施例１では、回転角磁束密度検出素子を２つ（第１、第２回転角磁束密度検出素子６２Ａ、６２Ｂ）用いる例を示したが、１つ、あるいは３つ以上用いても良い。
なお、回転角磁束密度検出素子を複数用いる場合は、それぞれの回転角磁束密度検出素子の相対角度に所定角度のズレを設けて、回転角度の検出ピッチを小さくすることが望ましい。

上記の実施例１では、インデックス着磁部βをオフセット着磁し、次に回転角着磁部αとインデックス着磁部βに信号発生用着磁を施す例を示したが、インデックス非着磁部βにもオフセット着磁を施しても良い。あるいは、磁石６１をロータコア１４に接合するための着磁によってインデックス着磁部βをオフセットさせても良い。あるいは、磁石６１の背面や内部にオフセット用の磁力体を配置してインデックス着磁部βをオフセットさせても良い。即ち、インデックス着磁部βの磁束密度をオフセットさせる方法は、実施例１に開示した方法に限定されるものではなく、適宜変更可能なものである。
また、上記の実施例１で開示した材質や数字（角度を含む）等も、説明のための一例であって、本発明が実施例１に開示した材質や数字等に限定されるものではなく、使用する目的などに応じて適宜変更可能なものである。

上記の実施例１では、ロータコア１４に磁石６１を接合する例を示したが、磁石６１を接合する相手は回転するものであれば良く、ロータコア１４以外の回転物に磁石６１を接合して回転角度を検出するように設けても良い。
上記の実施例１では、本発明をシフトレンジ切替装置３の回転式アクチュエータ１の内部においてロータ１１の回転角度を検出する回転角度検出装置６０に適用した例を示したが、本発明は回転体の回転角度を検出する装置に適用可能なものであり、他の用途の回転体の回転角度を検出するように設けても良い。

回転角度検出装置の説明用の斜視図である（実施例１）。 回転式アクチュエータの断面図である（実施例１）。 シフトレンジ切替装置のシステム構成図である（実施例１）。 パーキング切替装置を含むシフトレンジ切替装置の斜視図である（実施例１）。 電動機の正面図である（実施例１）。 減速機をリヤ側から見た斜視図である（実施例１）。 減速機をフロント側から見た斜視図である（実施例１）。 減速機をフロント側から見た分解斜視図である（実施例１）。 磁石の着磁状態を示す平面図および断面図である（実施例１）。 磁石が組付けられたロータの断面図である（実施例１）。 磁石の組付けを示す説明図である（実施例１）。 基板の平面図である（実施例１）。 ロータが回転した際におけるＡ、Ｂ、Ｚ相の出力波形図である（実施例１）。 ロータが回転した際における磁束密度の変化を示す波形図である（実施例１）。 磁石の着磁状態を示す平面図である（参考例）。

符号の説明

５ 電動機
１１ ロータ（回転体）
１４ ロータコア
６０ 回転角度検出装置
６１ 磁石
６２Ａ 第１回転角磁束密度検出素子
６２Ｂ 第２回転角磁束密度検出素子
６２Ｚ インデックス磁束密度検出素子
α 回転角着磁部
β インデックス着磁部
β’ インデックス非着磁部

Claims (5)

1. 回転体と一体に回転し、回転方向に回転角信号発生／停止用の多極着磁が施された回転角着磁部が設けられるとともに、この回転角着磁部に隣接し、回転方向にインデックス信号発生／停止用のインデックス着磁部と信号を発生させないインデックス非着磁部が設けられた磁石と、
   前記回転角着磁部から与えられるＮ極あるいはＳ極の一方の極側の磁束密度が閾値を超えた際に回転角信号を発生し、Ｎ極あるいはＳ極の他方の極側の磁束密度が閾値を超えた際に回転角信号を停止する回転角磁束密度検出素子と、
   前記インデックス着磁部から与えられるＮ極あるいはＳ極の一方の極側の磁束密度が閾値を超えた際にインデックス信号を発生し、Ｎ極あるいはＳ極の他方の極側の磁束密度が閾値を超えた際にインデックス信号を停止するインデックス磁束密度検出素子と、
   を備える回転角度検出装置において、
   前記回転角着磁部は、回転方向に回転角信号発生用の極と回転角信号停止用の極とが繰り返し設けられるものであり、
   前記インデックス着磁部は、インデックス信号発生用の極の回転方向の両脇に、インデックス信号停止用の極が設けられるものであり、
   前記インデックス着磁部は、インデックス信号停止用の極側に磁束密度がオフセットして設けられたことを特徴とする回転角度検出装置。
2. 請求項１に記載の回転角度検出装置において、
   前記インデックス着磁部に、インデックス信号停止用の極側にオフセット着磁を施し、その後に前記回転角着磁部と前記インデックス着磁部に、信号発生用の極および信号停止用の極の着磁を施すことで、前記インデックス着磁部をオフセットすることを特徴とする回転角度検出装置。
3. 請求項１または請求項２に記載の回転角度検出装置において、
   前記回転角着磁部および前記インデックス着磁部が凸形の島に設けられ、この島のみに着磁が施されたことを特徴とする回転角度検出装置。
4. 請求項１〜請求項３のいずれかに記載の回転角度検出装置において、
   前記磁石は、前記回転体の回転軸方向に着磁面を向けて配置されるものであり、外周側に前記回転角着磁部が配置され、その内周側に前記インデックス着磁部および前記インデックス非着磁部が配置されることを特徴とする回転角度検出装置。
5. 請求項１〜請求項４のいずれかに記載の回転角度検出装置において、
   前記回転体は、電動機あるいは発電機等の回転機におけるロータであり、
   前記磁石は、前記ロータを構成するロータコアに接合して設けられることを特徴とする回転角度検出装置。
   

Images