JP4470577B2 - 回転角度検出装置 - Google Patents
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Description
本発明は、２つの部材（例えば、回転部材と非回転部材）の相対回転角度を非接触で検出する回転角度検出装置に関する。
磁石と、磁気検出素子とによって、広い範囲の回転角度を検出する回転角度検出装置として、図１０に示す技術が知られている。
この回転角度検出装置は、円板状に形成された磁石２（外周円の軸心と回転軸とが略一致し、回転軸に垂直な半径方向の一方に磁束の発生部、他方に磁束の吸引部が向けられた磁石）と、この磁石２の外縁の下面に配置されて磁石２から放出される磁束に応じた出力を発生する第１ホールＩＣ３と、磁石２の外縁の下面に配置されるとともに、第１ホールＩＣ３とは回転方向に９０°異なった位置に配置されて磁石２から放出される磁束に応じた出力を発生する第２ホールＩＣ４とを備える。
この回転角度検出装置は、円板状に形成された磁石２（外周円の軸心と回転軸とが略一致し、回転軸に垂直な半径方向の一方に磁束の発生部、他方に磁束の吸引部が向けられた磁石）と、この磁石２の外縁の下面に配置されて磁石２から放出される磁束に応じた出力を発生する第１ホールＩＣ３と、磁石２の外縁の下面に配置されるとともに、第１ホールＩＣ３とは回転方向に９０°異なった位置に配置されて磁石２から放出される磁束に応じた出力を発生する第２ホールＩＣ４とを備える。
２つの部材が相対回転すると、第１、第２ホールＩＣ３、４は、ｓｉｎカーブ（正弦曲線）とｃｏｓカーブ（余弦曲線）を出力し｛図５（ａ）参照｝、角度演算回路（マイクロコンピュータ）によって、２つの出力を逆三角関数演算で１８０°間隔の右上がりの直線特性に変換し｛図５（ｂ）参照｝、各右上がりの直線特性を繋ぎ合わせることで、０°〜３６０°の回転角度出力｛図５（ｃ）参照｝を得るものである（例えば、特許文献１参照）。
しかし、従来の回転角度検出装置は、上述したように、離れた位置に第１ホールＩＣ３と第２ホールＩＣ４を別々に配置するものであったため、第１ホールＩＣ３の搭載スペースと、第２ホールＩＣ４の搭載スペースを確保する必要がある。このため、搭載スペースの制約を受ける場合は、第１、第２ホールＩＣ３、４の搭載スペースを確保することが困難となり、従来の回転角度検出装置では、第１、第２ホールＩＣ３、４を離れた位置に搭載できずに、角度検出できないという問題が生じてしまう。また、第１、第２ホールＩＣ３、４を離れた位置に配置しているため、部分的な環境条件の違いから（例えば、温度等）第１、第２ホールＩＣ３、４の出力変動に差が生じて、検出角度精度の悪化に繋がるという問題も抱えていた。
特開２００３−７５１０８号公報
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、２つの磁気検出素子からｓｉｎ出力とｃｏｓ出力を発生させ、逆三角関数演算を用いて０°〜３６０°の回転角度を検出する回転角度検出装置において、２つの磁気検出素子の搭載性を向上させることにある。
［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は、第１磁気検出素子と第２磁気検出素子を隣接配置し、且つ第１磁気検出素子の磁気検出面に対して第２磁気検出素子の磁気検出面を略直角方向に向けて配置するため、第１、第２磁気検出素子を隣接配置しても、第１、第２磁気検出素子からｓｉｎカーブとｃｏｓカーブ（磁束の発生部と磁束の吸引部の回転角度間隔の２倍周期のｓｉｎカーブとｃｏｓカーブ）の出力を取り出すことができ、２つの出力を逆三角関数演算で、磁束の発生部と磁束の吸引部の回転角度間隔（例えば、１８０°間隔）の右上がりの直線特性に変換し、各右上がりの直線特性を繋ぎ合わせることで、０°〜３６０°の回転角度出力を得ることができる。
このように、第１、第２磁気検出素子を隣接配置することができるため、第１、第２磁気検出素子の搭載スペースが１箇所で済む。これによって、第１、第２磁気検出素子の搭載性の自由度が高まり、回転角度検出装置における第１、第２磁気検出素子の搭載性を向上できる。
請求項１の手段を採用する回転角度検出装置は、第１磁気検出素子と第２磁気検出素子を隣接配置し、且つ第１磁気検出素子の磁気検出面に対して第２磁気検出素子の磁気検出面を略直角方向に向けて配置するため、第１、第２磁気検出素子を隣接配置しても、第１、第２磁気検出素子からｓｉｎカーブとｃｏｓカーブ（磁束の発生部と磁束の吸引部の回転角度間隔の２倍周期のｓｉｎカーブとｃｏｓカーブ）の出力を取り出すことができ、２つの出力を逆三角関数演算で、磁束の発生部と磁束の吸引部の回転角度間隔（例えば、１８０°間隔）の右上がりの直線特性に変換し、各右上がりの直線特性を繋ぎ合わせることで、０°〜３６０°の回転角度出力を得ることができる。
このように、第１、第２磁気検出素子を隣接配置することができるため、第１、第２磁気検出素子の搭載スペースが１箇所で済む。これによって、第１、第２磁気検出素子の搭載性の自由度が高まり、回転角度検出装置における第１、第２磁気検出素子の搭載性を向上できる。
また、回転角度検出装置は、磁石の半径方向外端で、且つ軸方向軸端を起点とし、回転軸に垂直な半径方向を０°、回転軸方向を９０°とした場合に、第１、第２磁気検出素子を、略４５°の位置に配置するものである。
このように、第１、第２磁気検出素子を略４５°の位置に配置することにより、第１、第２磁気検出素子の出力する出力波形の波高を容易に揃えることができる。
このように、第１、第２磁気検出素子を略４５°の位置に配置することにより、第１、第２磁気検出素子の出力する出力波形の波高を容易に揃えることができる。
［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、磁石の直径寸法が５０ｍｍ〜９０ｍｍの範囲内に設けられるとともに、第１、第２磁気検出素子の設置位置が、起点の半径方向外側１．５ｍｍ〜３．５ｍｍの範囲内に配置されるものである。
このように設けられることにより、第１、第２磁気検出素子の出力する出力波形の波高を揃えることができる。
請求項２の手段を採用する回転角度検出装置は、磁石の直径寸法が５０ｍｍ〜９０ｍｍの範囲内に設けられるとともに、第１、第２磁気検出素子の設置位置が、起点の半径方向外側１．５ｍｍ〜３．５ｍｍの範囲内に配置されるものである。
このように設けられることにより、第１、第２磁気検出素子の出力する出力波形の波高を揃えることができる。
［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、同性能の磁石が回転軸方向に間隔を隔て２つ配置され、第１、第２磁気検出素子は、２つの磁石の回転軸方向の間に配置されるものである。
このように設けられることによって、第１、第２磁気検出素子に与えられる磁束量を増やすことができ、結果的に第１、第２磁気検出素子の感度を高めることができる。これによって、第１、第２磁気検出素子の出力精度を高めることができ、外乱（外からの磁力の影響）による検出精度の劣化を防ぐことができる。
請求項３の手段を採用する回転角度検出装置は、同性能の磁石が回転軸方向に間隔を隔て２つ配置され、第１、第２磁気検出素子は、２つの磁石の回転軸方向の間に配置されるものである。
このように設けられることによって、第１、第２磁気検出素子に与えられる磁束量を増やすことができ、結果的に第１、第２磁気検出素子の感度を高めることができる。これによって、第１、第２磁気検出素子の出力精度を高めることができ、外乱（外からの磁力の影響）による検出精度の劣化を防ぐことができる。
［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は、２つの磁石のうちの一方の磁石を、他方の磁石に対して、磁束の発生部と磁束の吸引部を逆に組付ける逆組付け工程と、第１、第２磁気検出素子を、２つの磁石の磁束が打ち消し合って、磁束が略ゼロに相殺される位置に組付ける素子組付け工程と、２つの磁石のうちの一方の磁石を、他方の磁石に対して、磁束の発生部と磁束の吸引部を同方向に組付ける正組付け工程とによって組付けられるものである。
このように、２つの磁石の磁束が打ち消し合って、磁束が略ゼロに相殺される位置に第１、第２磁気検出素子を組付けることにより、第１、第２磁気検出素子の出力する出力波形の波高を揃えることができる。
請求項４の手段を採用する回転角度検出装置は、２つの磁石のうちの一方の磁石を、他方の磁石に対して、磁束の発生部と磁束の吸引部を逆に組付ける逆組付け工程と、第１、第２磁気検出素子を、２つの磁石の磁束が打ち消し合って、磁束が略ゼロに相殺される位置に組付ける素子組付け工程と、２つの磁石のうちの一方の磁石を、他方の磁石に対して、磁束の発生部と磁束の吸引部を同方向に組付ける正組付け工程とによって組付けられるものである。
このように、２つの磁石の磁束が打ち消し合って、磁束が略ゼロに相殺される位置に第１、第２磁気検出素子を組付けることにより、第１、第２磁気検出素子の出力する出力波形の波高を揃えることができる。
［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は、素子組付け工程の後に、搭載予定位置に仮組付けの回転角度検出装置を搭載して、第１磁気検出素子の発生する第１出力分と、第２磁気検出素子の発生する第２出力分とを、外乱による磁気オフセット値として読み取り、第１出力分を第１磁気検出素子の出力から減算するとともに、第２出力分を第２磁気検出素子の出力から減算するものである。
このように設けられることにより、外乱をキャンセルすることができるため、外乱による第１、第２磁気検出素子の出力波形の波高の乱れを防ぐことができる。
請求項５の手段を採用する回転角度検出装置は、素子組付け工程の後に、搭載予定位置に仮組付けの回転角度検出装置を搭載して、第１磁気検出素子の発生する第１出力分と、第２磁気検出素子の発生する第２出力分とを、外乱による磁気オフセット値として読み取り、第１出力分を第１磁気検出素子の出力から減算するとともに、第２出力分を第２磁気検出素子の出力から減算するものである。
このように設けられることにより、外乱をキャンセルすることができるため、外乱による第１、第２磁気検出素子の出力波形の波高の乱れを防ぐことができる。
［請求項６の手段］
請求項６の手段を採用する回転角度検出装置は、第１、第２磁気検出素子を１つのチップ内に搭載するものである。
このように、第１、第２磁気検出素子を１つのチップ内に搭載することにより、組付け性が向上するとともに、第１、第２磁気検出素子の搭載スペースを小さくすることができるため、第１、第２磁気検出素子の搭載性をさらに高めることができる。
請求項６の手段を採用する回転角度検出装置は、第１、第２磁気検出素子を１つのチップ内に搭載するものである。
このように、第１、第２磁気検出素子を１つのチップ内に搭載することにより、組付け性が向上するとともに、第１、第２磁気検出素子の搭載スペースを小さくすることができるため、第１、第２磁気検出素子の搭載性をさらに高めることができる。
［請求項７の手段］
請求項７の手段を採用する回転角度検出装置の磁石は、回転軸に垂直な半径方向に磁束が向くように着磁され、磁束の発生部と磁束の吸引部の着磁方向が１８０°逆方向の永久磁石である。
これによって、第１、第２磁気検出素子から３６０°周期のｓｉｎカーブとｃｏｓカーブの出力を取り出すことができ、２つの出力を逆三角関数演算で１８０°間隔の右上がりの直線特性に変換し、各右上がりの直線特性を繋ぎ合わせることで、０°〜３６０°の回転角度出力を得ることができる。
請求項７の手段を採用する回転角度検出装置の磁石は、回転軸に垂直な半径方向に磁束が向くように着磁され、磁束の発生部と磁束の吸引部の着磁方向が１８０°逆方向の永久磁石である。
これによって、第１、第２磁気検出素子から３６０°周期のｓｉｎカーブとｃｏｓカーブの出力を取り出すことができ、２つの出力を逆三角関数演算で１８０°間隔の右上がりの直線特性に変換し、各右上がりの直線特性を繋ぎ合わせることで、０°〜３６０°の回転角度出力を得ることができる。
最良の形態の回転角度検出装置は、相対回転する一方に設けられ、リング状もしくは円板状を呈し、その外周円の軸心と回転軸とが略一致し、回転軸に垂直な半径方向に磁束の発生部と磁束の吸引部が向く磁石と、相対回転する他方に設けられ、磁石の発生する磁気の変化を検出する第１磁気検出素子と、相対回転する他方に設けられ、第１磁気検出素子に隣接して配置され、第１磁気検出素子の磁気検出面に対して略直角方向に磁気検出面が向いて配置され、磁石の発生する磁気の変化を検出する第２磁気検出素子とを具備するものであり、相対回転する一方および他方の相対回転角度を、第１、第２磁気検出素子を通過する磁束によって検出する。
そして、磁石の半径方向外端で、且つ軸方向軸端を起点とし、回転軸に垂直な半径方向を０°、回転軸方向を９０°とした場合、第１、第２磁気検出素子は、略４５°の位置に配置されるものである。
なお、第１、第２磁気検出素子の磁気検出面は、ともに回転軸と平行に沿って配置されることが望ましい。
そして、磁石の半径方向外端で、且つ軸方向軸端を起点とし、回転軸に垂直な半径方向を０°、回転軸方向を９０°とした場合、第１、第２磁気検出素子は、略４５°の位置に配置されるものである。
なお、第１、第２磁気検出素子の磁気検出面は、ともに回転軸と平行に沿って配置されることが望ましい。
実施例１を図１〜図６を参照して説明する。
まず、図１、図２を参照して回転角度検出装置の基本構成を説明する。なお、図１は回転角度検出装置の概略斜視図および概略側面図であり、図２は電気回路の概略図である。
まず、図１、図２を参照して回転角度検出装置の基本構成を説明する。なお、図１は回転角度検出装置の概略斜視図および概略側面図であり、図２は電気回路の概略図である。
この実施例に示す回転角度検出装置は、スロットルバルブ等の回転軸１の回転角度（開度）を検出するためのものであり、回転軸１（回転部材：相対回転する一方の部材）に固定された磁石２と、図示しない固定部材（相対回転する他方の部材：例えば、ハウジングに固定された回路基板等）に搭載された第１ホールＩＣ３と、固定部材に搭載された第２ホールＩＣ４とを備え、回転軸１と固定部材との相対回転角度を、第１、第２ホールＩＣ３、４内に内蔵された第１、第２ホール素子３ａ、４ａに与えられる磁石２の磁束変化によって検出するものである。
磁石２は、回転軸１の軸方向へ一定の厚みを有し、リング状もしくは円板状を呈する永久磁石であり、その外周円の軸心と回転軸１とが一致し、回転軸１に垂直な半径方向に磁束の発生部（Ｓ極）と磁束の吸引部（Ｎ極）が向くものである。
この実施例の磁石２は、磁束の発生部と磁束の吸引部の着磁方向が１８０°逆方向に向くように、回転軸１と垂直な半径方向に着磁されている。
この実施例の磁石２は、磁束の発生部と磁束の吸引部の着磁方向が１８０°逆方向に向くように、回転軸１と垂直な半径方向に着磁されている。
第１ホールＩＣ３は、磁気検出面を通過する磁束の流れ方向および磁束密度に応じた出力を発生する第１ホール素子３ａ（第１磁気検出素子に相当する）と、この第１ホール素子３ａの微弱出力を増幅する第１増幅アンプ３ｂとを１つのチップ内に封入した周知構造のものであり、第１増幅アンプ３ｂは別に基板上に配置しても良い。
第２ホールＩＣ４は、磁気検出面を通過する磁束の流れ方向および磁束密度に応じた出力を発生する第２ホール素子４ａ（第２磁気検出素子に相当する）と、この第２ホール素子４ａの微弱出力を増幅する第２増幅アンプ４ｂとを１つのチップ内に封入した周知構造（第１ホールＩＣ３と同じ）のものであり、第２増幅アンプ４ｂは別に基板上に配置しても良い。
第２ホールＩＣ４は、磁気検出面を通過する磁束の流れ方向および磁束密度に応じた出力を発生する第２ホール素子４ａ（第２磁気検出素子に相当する）と、この第２ホール素子４ａの微弱出力を増幅する第２増幅アンプ４ｂとを１つのチップ内に封入した周知構造（第１ホールＩＣ３と同じ）のものであり、第２増幅アンプ４ｂは別に基板上に配置しても良い。
第１、第２ホールＩＣ３、４は、隣接配置されるものであり、第１ホール素子３ａの磁気検出面が、磁石２の外周円の接線と平行に配置されるものであり、第２ホール素子４ａの磁気検出面が、磁石２の外周円の接線と垂直に配置されるものである。これによって、第１ホール素子３ａの磁気検出面に対して、略直角方向に第２ホール素子４ａの磁気検出面が配置される。
この結果、第１ホールＩＣ３の検出出力に対して、第２ホールＩＣ４の検出出力の位相が９０°ずれることになり、磁石２の回転に対して第１ホールＩＣ３が３６０°周期のｓｉｎカーブの検出出力を発生し、第２ホールＩＣ４が３６０°周期のｃｏｓカーブの検出出力を発生する。
この結果、第１ホールＩＣ３の検出出力に対して、第２ホールＩＣ４の検出出力の位相が９０°ずれることになり、磁石２の回転に対して第１ホールＩＣ３が３６０°周期のｓｉｎカーブの検出出力を発生し、第２ホールＩＣ４が３６０°周期のｃｏｓカーブの検出出力を発生する。
第１、第２ホール素子３ａ、４ａは、磁石２の半径方向外端で、且つ軸方向軸端を起点αとし、回転軸１に垂直な半径方向を０°、回転軸方向を９０°とした場合、起点αから略４５°の位置に配置される。
このように、第１、第２ホール素子３ａ、４ａを上述した起点αから略４５°の位置に配置することにより、第１、第２ホールＩＣ３、４の出力波形の波高を容易に揃えることができる。
このように、第１、第２ホール素子３ａ、４ａを上述した起点αから略４５°の位置に配置することにより、第１、第２ホールＩＣ３、４の出力波形の波高を容易に揃えることができる。
ここで、磁石２の直径寸法が変化すると、磁石２から外部へ放出される磁束の流れ角度が変化し、第１、第２ホール素子３ａ、４ａを通過する磁束の通過角度が変化する。
また、磁石２と第１、第２ホール素子３ａ、４ａの距離が変化しても、第１、第２ホール素子３ａ、４ａを通過する磁束の通過角度が変化する。
図３に、軸方向の厚みが６ｍｍ（一定）の磁石２の直径を変化させるとともに、磁石２と第１、第２ホール素子３ａ、４ａの設置ギャップ（上述した起点αから、磁石２の半径方向外側の距離ｄ）を変化させた場合における第１、第２ホールＩＣ３、４の感度比を示す。
なお、図３中、実線Ｌ１０は直径１０ｍｍの磁石、実線Ｌ２０は直径２０ｍｍの磁石、実線Ｌ４０は直径４０ｍｍの磁石、実線Ｌ５０は直径５０ｍｍの磁石、実線Ｌ６０は直径６０ｍｍの磁石、実線Ｌ８０は直径８０ｍｍの磁石、実線Ｌ９０は直径９０ｍｍの磁石、実線Ｌ１００は直径１００ｍｍの磁石を用いた場合の設置ギャップと感度比の関係を示すものである。
また、磁石２と第１、第２ホール素子３ａ、４ａの距離が変化しても、第１、第２ホール素子３ａ、４ａを通過する磁束の通過角度が変化する。
図３に、軸方向の厚みが６ｍｍ（一定）の磁石２の直径を変化させるとともに、磁石２と第１、第２ホール素子３ａ、４ａの設置ギャップ（上述した起点αから、磁石２の半径方向外側の距離ｄ）を変化させた場合における第１、第２ホールＩＣ３、４の感度比を示す。
なお、図３中、実線Ｌ１０は直径１０ｍｍの磁石、実線Ｌ２０は直径２０ｍｍの磁石、実線Ｌ４０は直径４０ｍｍの磁石、実線Ｌ５０は直径５０ｍｍの磁石、実線Ｌ６０は直径６０ｍｍの磁石、実線Ｌ８０は直径８０ｍｍの磁石、実線Ｌ９０は直径９０ｍｍの磁石、実線Ｌ１００は直径１００ｍｍの磁石を用いた場合の設置ギャップと感度比の関係を示すものである。
感度比は、検出角度の誤差になるため、感度比は小さいほど好ましい。ここで、図４に示すように、角度誤差を２°未満にするには、感度比を１±０．１（０．９〜１．１）の範囲に抑える必要がある。
この条件を満たすのは、図３に示すように、磁石２の直径寸法が５０ｍｍ〜９０ｍｍの範囲内であり、且つ第１、第２ホール素子３ａ、４ａの設置位置が、上述した起点αの半径方向外側１．５ｍｍ〜３．５ｍｍの範囲内に配置される必要がある。
この条件を満たすのは、図３に示すように、磁石２の直径寸法が５０ｍｍ〜９０ｍｍの範囲内であり、且つ第１、第２ホール素子３ａ、４ａの設置位置が、上述した起点αの半径方向外側１．５ｍｍ〜３．５ｍｍの範囲内に配置される必要がある。
回転角度検出装置は、上記の如く設けられることにより、図５（ａ）に示すように、磁石２の回転に対して第１ホールＩＣ３がｓｉｎカーブの検出出力（図中Ａ１）を発生し、第２ホールＩＣ４がｃｏｓカーブの検出出力（図中Ｂ１）を発生するとともに、第１ホールＩＣ３の出力する出力波形の波高と、第２ホールＩＣ４の出力する出力波形の波高をほぼ同じ高さに揃えることができる。
回転角度検出装置は、図２に示すように、第１ホールＩＣ３の出力を第１ＡＤＣ５でデジタル変換して角度演算回路（マイクロコンピュータ）６に入力するとともに、第２ホールＩＣ４の出力を第２ＡＤＣ７でデジタル変換して角度演算回路６に入力するように設けられている。
角度演算回路６は、第１、第２ホールＩＣ３、４の出力から角度演算をするものであり、図５（ａ）に示すように、第１ホールＩＣ３のｓｉｎカーブ出力と、第２ホールＩＣ４のｃｏｓカーブ出力とを、図５（ｂ）に示すように、逆三角関数演算で１８０°間隔の右上がりの直線特性Ｃ１に変換｛ｔａｎθ＝ｓｉｎθ／ｃｏｓθ→θ＝ｔａｎ-1（ｓｉｎθ／ｃｏｓθ）｝する。そして、角度演算回路６は、図５（ｃ）に示すように、各右上がりの直線特性Ｃ１を繋ぎ合わせ、磁石２の回転０°〜３６０°に対応した回転角度出力Ｄ１（アナログ信号）を発生するものである。
角度演算回路６は、第１、第２ホールＩＣ３、４の出力から角度演算をするものであり、図５（ａ）に示すように、第１ホールＩＣ３のｓｉｎカーブ出力と、第２ホールＩＣ４のｃｏｓカーブ出力とを、図５（ｂ）に示すように、逆三角関数演算で１８０°間隔の右上がりの直線特性Ｃ１に変換｛ｔａｎθ＝ｓｉｎθ／ｃｏｓθ→θ＝ｔａｎ-1（ｓｉｎθ／ｃｏｓθ）｝する。そして、角度演算回路６は、図５（ｃ）に示すように、各右上がりの直線特性Ｃ１を繋ぎ合わせ、磁石２の回転０°〜３６０°に対応した回転角度出力Ｄ１（アナログ信号）を発生するものである。
なお、参考に、第１、第２ホール素子３ａ、４ａを、上述した起点αの０°方向（軸方向）に配置した場合（図１のＡ点に示す位置）、第２ホール素子４ａを通過する磁束変化がほとんど無くなってしまう。このため、図６（ａ）に示すように、第１ホールＩＣ３の出力する出力波形の波高（Ａ２）に対し、第２ホールＩＣ４の出力する出力波形の波高（図中Ｂ２）は極めて小さくなってしまう。
また、この出力を逆三角関数演算で変換しても、その直線特性Ｃ２は、図６（ｂ）に示すように、１８０°間隔の右上がりにならないことが解る。
また、この出力を逆三角関数演算で変換しても、その直線特性Ｃ２は、図６（ｂ）に示すように、１８０°間隔の右上がりにならないことが解る。
（実施例１の効果）
回転角度検出装置は、上述のように、第１、第２ホール素子３ａ、４ａを隣接配置し、第１ホール素子３ａの磁気検出面に対して、第２ホール素子４ａの磁気検出面を略直角方向に向けて配置しているため、第１、第２ホールＩＣ３、４の搭載スペースが１箇所で済む。これによって、第１、第２ホールＩＣ３、４の搭載性の自由度が高まり、回転角度検出装置における第１、第２ホールＩＣ３、４の搭載性を向上できる。また、第１、第２ホールＩＣ３、４が隣接配置しているので、第１、第２ホール素子３ａ、４ａの環境条件が略同等であり、温度変化による出力ズレも略同等となるため、良好で且つ安定した角度精度が得られる。
また、第１、第２ホール素子３ａ、４ａを、上述した起点αに対して略４５°の位置に配置することにより、第１、第２ホールＩＣ３、４の出力波形の波高を容易に揃えることができる。
回転角度検出装置は、上述のように、第１、第２ホール素子３ａ、４ａを隣接配置し、第１ホール素子３ａの磁気検出面に対して、第２ホール素子４ａの磁気検出面を略直角方向に向けて配置しているため、第１、第２ホールＩＣ３、４の搭載スペースが１箇所で済む。これによって、第１、第２ホールＩＣ３、４の搭載性の自由度が高まり、回転角度検出装置における第１、第２ホールＩＣ３、４の搭載性を向上できる。また、第１、第２ホールＩＣ３、４が隣接配置しているので、第１、第２ホール素子３ａ、４ａの環境条件が略同等であり、温度変化による出力ズレも略同等となるため、良好で且つ安定した角度精度が得られる。
また、第１、第２ホール素子３ａ、４ａを、上述した起点αに対して略４５°の位置に配置することにより、第１、第２ホールＩＣ３、４の出力波形の波高を容易に揃えることができる。
さらに、磁石２の直径寸法を５０ｍｍ〜９０ｍｍの範囲内に設けるとともに、第１、第２ホール素子３ａ、４ａの設置位置を、起点αの半径方向外側１．５ｍｍ〜３．５ｍｍの範囲内に配置したことにより、第１、第２ホールＩＣ３、４の出力する出力波形の波高を揃えることができる。これによって、第１、第２ホールＩＣ３、４の感度比を０．９〜１．１の範囲内に抑えることができ、回転角度検出装置の角度誤差を２°以内に抑えることができる。
実施例２を図７を参照して説明する。
上記の実施例１では、第１ホール素子３ａを有する第１ホールＩＣ３と、第２ホール素子４ａを有する第２ホールＩＣ４とを隣接配置する例を示した。
これに対し、この実施例２は、１つのチップ８内に第１ホール素子３ａと第２ホール素子４ａを内蔵させた２素子タイプのホールＩＣを用いるものである。なお、１つのチップ８内に封入される第１ホール素子３ａと第２ホール素子４ａは、上述した実施例１と同様、第１ホール素子３ａの磁気検出面が、磁石２の外周円の接線と平行配置されるものであり、第２ホール素子４ａの磁気検出面が、磁石２の外周円の接線と垂直配置され、第１ホール素子３ａの磁気検出面に対して、第２ホール素子４ａの磁気検出面は略直角方向に向けて配置されるものである。
上記の実施例１では、第１ホール素子３ａを有する第１ホールＩＣ３と、第２ホール素子４ａを有する第２ホールＩＣ４とを隣接配置する例を示した。
これに対し、この実施例２は、１つのチップ８内に第１ホール素子３ａと第２ホール素子４ａを内蔵させた２素子タイプのホールＩＣを用いるものである。なお、１つのチップ８内に封入される第１ホール素子３ａと第２ホール素子４ａは、上述した実施例１と同様、第１ホール素子３ａの磁気検出面が、磁石２の外周円の接線と平行配置されるものであり、第２ホール素子４ａの磁気検出面が、磁石２の外周円の接線と垂直配置され、第１ホール素子３ａの磁気検出面に対して、第２ホール素子４ａの磁気検出面は略直角方向に向けて配置されるものである。
（実施例２の効果）
１つのチップ８内に第１、第２ホール素子３ａ、４ａを隣接配置しているため、部品点数が減るとともに、組付け性が向上する。また、第１、第２ホール素子３ａ、４ａの搭載スペースを小さくすることができるため、第１、第２ホール素子３ａ、４ａの搭載性をさらに高めることができる。
１つのチップ８内に第１、第２ホール素子３ａ、４ａを隣接配置しているため、部品点数が減るとともに、組付け性が向上する。また、第１、第２ホール素子３ａ、４ａの搭載スペースを小さくすることができるため、第１、第２ホール素子３ａ、４ａの搭載性をさらに高めることができる。
実施例３を図８、図９を参照して説明する。
上記の実施例１、２では、１つの磁石２を用いる例を示した。
これに対し、この実施例３は、図８に示されるように、径寸法、厚み寸法、着磁力など性能が同じである２つの磁石２（主磁石と補助磁石）を、回転軸方向に間隔を隔てて配置したものであり、第１、第２ホール素子３ａ、４ａは、２つの磁石２の回転軸方向の間に配置されるものである。なお、磁石２の直径や、磁石２と第１、第２ホール素子３ａ、４ａの配置ギャップ、起点αに対する設置角度等は、実施例１と同条件のものである。
上記の実施例１、２では、１つの磁石２を用いる例を示した。
これに対し、この実施例３は、図８に示されるように、径寸法、厚み寸法、着磁力など性能が同じである２つの磁石２（主磁石と補助磁石）を、回転軸方向に間隔を隔てて配置したものであり、第１、第２ホール素子３ａ、４ａは、２つの磁石２の回転軸方向の間に配置されるものである。なお、磁石２の直径や、磁石２と第１、第２ホール素子３ａ、４ａの配置ギャップ、起点αに対する設置角度等は、実施例１と同条件のものである。
（実施例３の効果）
このように設けられることによって、第１、第２ホール素子３ａ、４ａに与えられる磁束量を増やすことができ、結果的に第１、第２ホール素子３ａ、４ａの感度を高めることができる。これによって、図９に示すように、第１ホールＩＣ３のｓｉｎカーブ出力（図中Ａ３）および第２ホールＩＣ４のｃｏｓカーブ出力（図中Ｂ３）の波高を、実施例１で示した波高（図中、Ａ１、Ｂ１参照）に比較して大きくできる。
このように、第１、第２ホールＩＣ３、４の出力を高めることができることによって、角度の精度を高めることができ、外乱（外からの磁力の影響）による検出精度の劣化を防ぐことができる。
このように設けられることによって、第１、第２ホール素子３ａ、４ａに与えられる磁束量を増やすことができ、結果的に第１、第２ホール素子３ａ、４ａの感度を高めることができる。これによって、図９に示すように、第１ホールＩＣ３のｓｉｎカーブ出力（図中Ａ３）および第２ホールＩＣ４のｃｏｓカーブ出力（図中Ｂ３）の波高を、実施例１で示した波高（図中、Ａ１、Ｂ１参照）に比較して大きくできる。
このように、第１、第２ホールＩＣ３、４の出力を高めることができることによって、角度の精度を高めることができ、外乱（外からの磁力の影響）による検出精度の劣化を防ぐことができる。
実施例４を説明する。
この実施例４は、上述した実施例３の組付け方法に関わるものであり、回転角度検出装置は次の組付け手順によって組付けられる。
（１）まず、２つの磁石２のうちの一方の磁石２を、他方の磁石２に対して、磁束の発生部と磁束の吸引部を逆に組付ける（逆組付け工程）。
（２）次に、第１、第２ホール素子３ａ、４ａを、２つの磁石２の磁束が打ち消し合って、磁束が略ゼロに相殺される位置に組付ける（素子組付け工程）。
この素子組付け工程における第１、第２ホール素子３ａ、４ａの出力波形を図９中のＡ４、Ｂ４に示す。
（３）次に、２つの磁石２のうちの一方の磁石２を、他方の磁石２に対して、磁束の発生部と磁束の吸引部を同方向に組付ける（正組付け工程）。
この実施例４は、上述した実施例３の組付け方法に関わるものであり、回転角度検出装置は次の組付け手順によって組付けられる。
（１）まず、２つの磁石２のうちの一方の磁石２を、他方の磁石２に対して、磁束の発生部と磁束の吸引部を逆に組付ける（逆組付け工程）。
（２）次に、第１、第２ホール素子３ａ、４ａを、２つの磁石２の磁束が打ち消し合って、磁束が略ゼロに相殺される位置に組付ける（素子組付け工程）。
この素子組付け工程における第１、第２ホール素子３ａ、４ａの出力波形を図９中のＡ４、Ｂ４に示す。
（３）次に、２つの磁石２のうちの一方の磁石２を、他方の磁石２に対して、磁束の発生部と磁束の吸引部を同方向に組付ける（正組付け工程）。
（実施例４の効果）
上記の手順で回転角度検出装置を組付けることにより、素子組付け工程において、２つの磁石２の磁束が打ち消し合って、磁束が略ゼロに相殺される位置に第１、第２ホール素子３ａ、４ａを組付けることができ、第１、第２ホール素子３ａ、４ａの出力する出力波形の波高を高い精度で揃えることができる。
上記の手順で回転角度検出装置を組付けることにより、素子組付け工程において、２つの磁石２の磁束が打ち消し合って、磁束が略ゼロに相殺される位置に第１、第２ホール素子３ａ、４ａを組付けることができ、第１、第２ホール素子３ａ、４ａの出力する出力波形の波高を高い精度で揃えることができる。
実施例５を説明する。
この実施例５は、上述した実施例４の組付け方法のより具体的な一例を示すものである。
実施例４で示した素子組付け工程の後に、搭載予定位置に仮組付けの回転角度検出装置を搭載する。
次に、第１ホールＩＣ３の第１出力分（図９中、Ａ４参照）と、第２ホールＩＣ４の第２出力分（図９中、Ｂ４参照）とを、外乱による磁気オフセット値として読み取る。
次に、角度演算回路６内において第１出力分（Ａ４）を第１ホール素子３ａの出力から減算（オフセット）するとともに、第２出力分（Ｂ４）を第２ホール素子４ａの出力から減算（オフセット）するものである。
この実施例５は、上述した実施例４の組付け方法のより具体的な一例を示すものである。
実施例４で示した素子組付け工程の後に、搭載予定位置に仮組付けの回転角度検出装置を搭載する。
次に、第１ホールＩＣ３の第１出力分（図９中、Ａ４参照）と、第２ホールＩＣ４の第２出力分（図９中、Ｂ４参照）とを、外乱による磁気オフセット値として読み取る。
次に、角度演算回路６内において第１出力分（Ａ４）を第１ホール素子３ａの出力から減算（オフセット）するとともに、第２出力分（Ｂ４）を第２ホール素子４ａの出力から減算（オフセット）するものである。
（実施例５の効果）
上記の手順で回転角度検出装置を組付けることにより、搭載位置における磁束の外乱をキャンセルすることができるため、外乱による第１、第２ホールＩＣ３、４の出力波形の波高の乱れを防ぐことができる。
上記の手順で回転角度検出装置を組付けることにより、搭載位置における磁束の外乱をキャンセルすることができるため、外乱による第１、第２ホールＩＣ３、４の出力波形の波高の乱れを防ぐことができる。
〔変形例〕
上記の実施例では、第１、第２ホールＩＣ３、４を固定し、磁石２を回転させた例を示したが、逆に磁石２を固定し、第１、第２ホールＩＣ３、４を回転させる構造を採用しても良い。また、磁石２と第１、第２ホールＩＣ３、４の双方が共に回転する構造を採用しても良い。
上記の実施例では、第１、第２磁気検出素子の一例として第１、第２ホール素子３ａ、４ａを用いた例を示したが、磁気抵抗素子（ＭＲＥ）など、他の磁気検出素子を用いても良い。
上記の実施例では、第１、第２ホールＩＣ３、４を固定し、磁石２を回転させた例を示したが、逆に磁石２を固定し、第１、第２ホールＩＣ３、４を回転させる構造を採用しても良い。また、磁石２と第１、第２ホールＩＣ３、４の双方が共に回転する構造を採用しても良い。
上記の実施例では、第１、第２磁気検出素子の一例として第１、第２ホール素子３ａ、４ａを用いた例を示したが、磁気抵抗素子（ＭＲＥ）など、他の磁気検出素子を用いても良い。
上記の実施例では、磁石２を永久磁石で構成した例を示したが、通電によって磁力を発生する電磁石を用いても良い。
上記の実施例では、回転角度検出装置の具体的な一例としてスロットルバルブの開度を検出する例を示したが、産業ロボットのアーム部の回転角度等、他の回転角度を検出するように設けても良い。
上記の実施例では、回転角度検出装置の具体的な一例としてスロットルバルブの開度を検出する例を示したが、産業ロボットのアーム部の回転角度等、他の回転角度を検出するように設けても良い。
１ 回転軸
２ 磁石
３ 第１ホールＩＣ
３ａ 第１ホール素子（第１磁気検出素子）
４ 第２ホールＩＣ
４ａ 第２ホール素子（第２磁気検出素子）
８ １つのチップ
α 起点
２ 磁石
３ 第１ホールＩＣ
３ａ 第１ホール素子（第１磁気検出素子）
４ 第２ホールＩＣ
４ａ 第２ホール素子（第２磁気検出素子）
８ １つのチップ
α 起点
Claims (7)
- 相対回転する一方に設けられ、リング状もしくは円板状を呈し、その外周円の軸心と回転軸とが略一致し、回転軸に垂直な半径方向に磁束の発生部と磁束の吸引部が向く磁石と、
相対回転する他方に設けられ、前記磁石の発生する磁気の変化を検出する第１磁気検出素子と、
前記相対回転する他方に設けられ、前記第１磁気検出素子に隣接して配置されるとともに、前記第１磁気検出素子の磁気検出面に対して略直角方向に磁気検出面が向いて配置され、前記磁石の発生する磁気の変化を検出する第２磁気検出素子と、を具備し、
前記相対回転する一方および他方の相対回転角度を、前記第１、第２磁気検出素子を通過する磁束によって検出する回転角度検出装置であって、
前記磁石の半径方向外端で、且つ軸方向軸端を起点とし、回転軸に垂直な半径方向を０°、回転軸方向を９０°とした場合、
前記第１、第２磁気検出素子は、略４５°の位置に配置されることを特徴とする回転角度検出装置。 - 請求項１に記載の回転角度検出装置において、
前記磁石の直径寸法が５０ｍｍ〜９０ｍｍの範囲内に設けられるとともに、
前記第１、第２磁気検出素子の設置位置が、前記起点の半径方向外側１．５ｍｍ〜３．５ｍｍの範囲内であることを特徴とする回転角度検出装置。 - 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、
前記磁石は、回転軸方向に間隔を隔てて同性能のものが２つ配置され、
前記第１、第２磁気検出素子は、前記２つの磁石の回転軸方向の間に配置されることを特徴とする回転角度検出装置。 - 請求項３に記載の回転角度検出装置において、
この回転角度検出装置は、
前記２つの磁石のうちの一方の磁石を、他方の磁石に対して、磁束の発生部と磁束の吸引部を逆に組付ける逆組付け工程と、
前記第１、第２磁気検出素子を、前記２つの磁石の磁束が打ち消し合って、磁束が略ゼロに相殺される位置に組付ける素子組付け工程と、
前記２つの磁石のうちの一方の磁石を、他方の磁石に対して、磁束の発生部と磁束の吸引部を同方向に組付ける正組付け工程と、
によって組付けられることを特徴とする回転角度検出装置。 - 請求項４に記載の回転角度検出装置において、
前記素子組付け工程の後に、搭載予定位置に仮組付けの回転角度検出装置を搭載して、前記第１磁気検出素子の発生する第１出力分と、前記第２磁気検出素子の発生する第２出力分とを、外乱による磁気オフセット値として読み取り、
前記第１出力分を前記第１磁気検出素子の出力から減算するとともに、
前記第２出力分を前記第２磁気検出素子の出力から減算するように設けられたことを特徴とする回転角度検出装置。 - 請求項１〜請求項５のいずれかに記載の回転角度検出装置において、
前記第１、第２磁気検出素子は、１つのチップ内に搭載されたことを特徴とする回転角度検出装置。 - 請求項１〜請求項６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、回転軸に垂直な半径方向に磁束が向くように着磁され、前記磁束の発生部と前記磁束の吸引部の着磁方向が１８０°逆方向の永久磁石であることを特徴とする回転角度検出装置。
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