JP5128120B2

JP5128120B2 - 回転センサ

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Publication number: JP5128120B2
Application number: JP2006339417A
Authority: JP
Inventors: 賢吾田中; 文彦安倍
Original assignee: THE FURUKAW ELECTRIC CO., LTD.
Current assignee: THE FURUKAW ELECTRIC CO., LTD.
Priority date: 2006-12-18
Filing date: 2006-12-18
Publication date: 2013-01-23
Anticipated expiration: 2026-12-18
Also published as: US20100007341A1; EP2103909B1; WO2008075620A1; EP2103909A4; JP2008151628A; EP2103909A1; US8183857B2

Description

本発明は、回転体に取り付けてこの回転体の回転角度を検出するのに使用する回転センサに関する。

従来から、例えば回転するシャフトの回転角度を検知する回転センサが知られている（例えば、特許文献１参照）。この回転センサは、円板状に形成された磁石が回転軸に支持されており、この磁石が回転軸を中心として所定の方向に回転可能に構成されている。また、この回転センサは２つの磁気センサを備えている。２つの磁気センサはホール素子であり、円板の中心と一方の磁気センサを通る直線、及び円板の中心と他方の磁気センサを通る直線とがなす角度が概ね９０度になるように配置されている。また、各磁気センサは、磁石の円周の直下に共に配置されている。
特開２００３−７５１０８号公報（第２−４頁、図４、５）

ところで、上述したような従来の回転センサは、磁石が径方向に着磁されており、センサの感度を向上させるために磁石の外周の角の部分にホール素子を配置させている。このような構成は磁石とホール素子との相対的位置関係が変わらない場合にのみ高い検出精度を維持できる。しかしながら、実際の回転センサでは、回転軸には軸方向や径方向にガタがあり、磁石とホール素子の相対距離がダイナミックに変化するため、ホール素子が回転軸の回転とは関係ない磁石の動きによる信号を検出してしまい、精度の良い角度検出ができない問題があった。

具体的には、例えば、車両のステアリングシャフトにこのような回転センサを取り付ける際、限られた短いタクトタイム内でステアリングシャフトに回転センサを迅速に取り付ける必要があり、このような組み付け性向上のために回転センサのロータとステータ間の特にロータの軸線方向に関するある程度のガタを許容することが通常行われている。

しかし、このようなガタを許容すると、回転センサのステータとロータとのロータの軸線方向の相対的位置のばらつきが生じてしまい、ロータの軸線方向に関してこの両者の相対的位置関係がずれることで、磁力線がホール素子を最適な状態で横切らず、回転センサの高い検出精度を維持できなくなる。

これを図面に基づいてより詳細に説明する。図１０は、このような回転センサ５の概略平面図であり、磁石５０の周縁近傍に周方向９０°の角度をなしてホール素子９０（９１，９２）がそれぞれ配置されている。図１１は、シャフト５５を介してこのような回転センサ５を図示しないステアリングシャフトに最適な状態で取り付けた場合における磁石５０の磁力線５０Ａを模式的に示した図である。同図では、円板状をなす磁石５０の磁力線５０Ａの極率が最も大きい端部近傍にこの磁力線５０Ａと交差するようにホール素子９０（図１１ではホール素子９１）が磁石５０の回転とは独立して固定配置された基板７０上に配置されている。そして、この磁束密度の大きさをホール素子９０で検出するようになっている。

一方、図１２は、上述した回転センサ５の組み付け性向上のために、回転センサ５のロータの回転中心軸線方向におけるステータとロータ間の或る程度のガタを許容した場合に、このガタに起因して図１１に示した回転センサ５の磁石５０がホール素子９１に対して磁石５０の回転中心軸線方向に若干ずれた状態を示している。なお、このずれ量は、上述したように回転センサ５の組み付け性向上を図るために必要なずれ量である。回転センサ５がこのような状態になると、磁石５０の磁力線５０Ａがホール素子９０から離れてしまい、ホール素子９０の検出特性が極端に低下することが分かる。

一方、例えば特開２００６−１０５８２７号公報に記載の回転センサも知られている。この回転センサは、リング状の磁石を有し、車両のステアリングシャフトに磁石を貫通させて車両のステアリングに対する取り付け位置の自由度を高めている。しかしながら、このような回転センサにおいても、センサ自体の検出特性を向上させるために磁石の磁力線の曲率が最も大きい端部近傍にホール素子が配置され、上述した場合と同等の問題、即ち回転センサの組み付け性向上を図るために磁石の備わったロータとホール素子の備わったステータ間のロータの回転中心軸線方向、即ち磁石の回転中心軸線方向のガタを或る程度許容すると、ステータとロータとの相対的位置のばらつきにより磁石の磁気回路をホール素子が横切らず、検出出力特性が低下する問題が生じている。

図１３はこのような回転センサ６を図示しないシャフトに最適な寸法関係で取り付けた場合における磁石６０の磁力線６０Ａを模式的に表した図である。同図では、リング状をなす磁石６０の磁力線６０Ａの端部近傍にホール素子９０が配置され、この磁束密度の大きさを磁石６０の回転とは独立して固定配置された基板８０上のホール素子９０で検出するようになっている。

一方、図１４は、上述した回転センサ６の組み付け性向上のために回転センサ６のステータとロータ間のロータの回転中心軸線方向における或る程度のガタを許容した場合に、図１３に示した回転センサ６の磁石６０が、このガタに起因してホール素子９０に対して磁石６０の回転中心軸線方向に若干ずれた状態を示している。なお、このずれ量は、上述したように回転センサ６の組み付け性向上を図るために必要なずれ量である。このような状態になると、磁石６０の磁力線６０Ａがホール素子９０から離れてしまい、ホール素子９０の検出特性が極端に低下することが分かる。

また、上述した問題に関連して、磁石の回転中心軸線方向と直交する方向に関して磁石とホール素子との相対位置がずれても、ホール素子が磁石の磁力線から離れてしまうことで、同様な検出特性の低下を招いている。

本発明の目的は、被測定回転体の回転軸に軸ガタなどが生じても当該被測定回転体の回転角度を正確に測定できる回転センサを提供することにある。

上述した課題を解決するために、本発明の請求項１にかかる回転センサは、
被測定回転体の回転角度を検出する回転センサであって、前記被測定回転体の周囲に取り付けられ当該被測定回転体と一体に回転する磁石の磁束密度を検出する磁気検出素子と、前記磁気検出素子からの出力から被測定回転体の回転角度を算出する演算処理手段とを備えている回転センサにおいて、
前記磁石を挟み込む位置に両端部を有しかつ前記磁石の磁力線が形成される領域に沿って配置される磁性体を備え、前記磁性体の一方の端部と前記磁石の回転中心軸線方向一側との間及び前記磁性体の他方の端部と前記磁石の回転中心軸線方向他側との間がそれぞれ所定間隔隔たっており、かつ前記磁気検出素子が前記磁性体を通る磁力線上に介在されており、
前記磁石の回転中心軸線方向一側と対向する磁性体の一方の端部及び前記磁石の回転中心軸線方向他側と対向する磁性体の他方の端部に前記磁石の回転方向に沿って延在する突出部がそれぞれ備わっていることを特徴としている。

本発明にかかる回転センサがこのような構成を有することで、磁石の回転中心軸線方向に関して磁石の備わったロータと磁性体や磁気検出素子の備わったステータの相対的位置がずれても、磁性体の一方の端部と磁石の回転中心軸線方向一側との間隔と、磁性体の他方の端部と磁石の回転中心軸線方向他側との間隔の和が常に一定となる。よって、磁路の磁気抵抗が変化することがない。その結果、磁気検出素子がステータとロータの相対的位置のずれに影響を受けることなく磁性体を介して磁石の磁束密度を磁石即ち被測定回転体の回転角度に応じて常に正確に測定することができる。
また、本発明にかかる回転センサの磁性体がこのような形状を有することで、磁性体自体が磁石の磁力線に近い形状となり、磁性体に磁石の磁束が安定して形成され、ロータとステータ間のガタによりロータの回転中心軸線方向に両者がずれてもこの両者のずれ量によって磁路の磁気抵抗が変化することがない。その結果、磁気検出素子が、磁石の備わったロータと磁気検出素子の備わったステータとの相対的位置のずれの影響を受けることなくこの磁性体を介して磁石の磁束の大きさや向きを磁石即ち被測定回転体の回転角度に応じてより正確に測定することができる。

また、磁性体によって磁路を形成することで磁力線を磁性体内に閉じ込めることができるので、回転中心軸線方向の寸法の極めて小さな磁石を利用でき、回転センサ自体を小型化できる。
また、磁性体自体が磁石の磁力線に近い形状となり、磁性体に磁石の磁束が安定して形成され、ロータとステータ間のガタによりロータの回転中心軸線方向に両者がずれてもこの両者のずれ量によって磁路の磁気抵抗が変化することがない。その結果、磁気検出素子が、磁石の備わったロータと磁気検出素子の備わったステータとの相対的位置のずれの影響を受けることなくこの磁性体を介して磁石の磁束の大きさや向きを磁石即ち被測定回転体の回転角度に応じてより正確に測定することができる。

また、請求項２に記載の本発明にかかる回転センサは、請求項１に記載の回転センサにおいて、
前記磁石の回転中心軸線方向一側と対向する磁性体の一方の端部に前記磁石の一側に向かって突出する突出部を備えると共に、前記磁石の回転中心軸線方向他側と対向する磁性体の他方の端部に前記磁石の他側に向かって突出する突出部を備えたことを特徴としている。

本発明にかかる回転センサの磁性体がこのような構成を有することで、磁石の回転中心軸線方向に関して磁石の備わったロータと磁性体や磁気検出素子の備わったステータの相対的位置がずれても、磁性体の一方の端部と磁石の回転中心軸線方向一側との間隔と、磁性体の他方の端部と磁石の回転中心軸線方向他側との間隔の和が常に一定となる。よって、磁路の磁気抵抗が変化することがない。その結果、磁気検出素子がステータとロータの相対的位置のずれに影響を受けることなく磁性体を介して磁石の磁束密度を磁石即ち被測定回転体の回転角度に応じて常に正確に測定することができる。
また、磁石の回転中心軸線方向と直交する方向に関して磁石の備わったロータと磁性体や磁気検出素子の備わったステータとの相対的位置がずれても、この磁性体の両端に備わった突出部を介して磁石の磁力線が磁性体に沿って常に安定して形成され、ロータとステータ間のガタによりロータの回転中心軸線方向に両者がずれてもこの両者のずれ量によって磁路の磁気抵抗が変化することがない。その結果、磁気検出素子がロータとステータとの相対的位置のずれの影響を受けることなく、磁石の磁束密度を磁石即ち被測定回転体の回転角度に応じて常に正確に測定することができる。

また、請求項３に記載の本発明にかかる回転センサは、請求項１又は請求項２に記載の回転センサにおいて、
前記磁性体の、前記磁石の回転中心軸線方向と略平行な部分の長さより前記磁石の回転中心軸線方向一側と対向する前記磁性体の一方の端部と前記磁石の回転中心軸線方向他側と対向する磁性体の他方の端部との間の距離が短いことを特徴としている。

本発明にかかる回転センサの磁性体がこのような形状を有することで、磁石から発せられる磁力線が磁性体に集まり、磁性体に磁石の磁束が安定して形成され、ロータとステータ間のガタによりロータの回転中心軸線方向に両者がずれてもこの両者のずれ量によって磁路の磁気抵抗が変化することがなくなる。その結果、磁気検出素子が、磁石の備わったロータと磁気検出素子の備わったステータとの相対的位置のずれの影響を受けることなくこの磁性体を介して磁石の磁束の大きさや向きを磁石（即ち被測定回転体）の回転角度に応じてより正確に測定することができる。

また、請求項４に記載の本発明にかかる回転センサは、請求項１乃至請求項３の何れかに記載の回転センサにおいて、
前記磁石はリング状をなし、当該磁石の回転軸線と平行な方向にＮ極及びＳ極が形成され、かつ当該磁石の回転軸線方向に沿っても周期的に磁束密度が変化するようにＮ極及びＳ極が形成されていることを特徴としている。

磁石がリング状をなす場合であっても、本発明に係る回転センサはリング状磁石の中空部分に回転センサの構成部品を配置することなく構成できるので、回転センサ自体の小型化を図ることが可能となる。

本発明にかかる回転センサによると、部品点数が少なく小型で組み付け性及び検出精度に優れた回転センサを提供することができる。

以下、本発明の参考実施形態にかかる回転センサ１について図面に基いて説明する。なお、この説明においては自動車のステアリング装置においてこの回転センサを被測定回転体であるステアリングシャフト（以下、単に「シャフト」とする）に取り付けてハンドルの回転角度を検出する場合について説明する。なお、本発明の理解の容易化を図るため、断面図においては断面ハッチングを省略して示している。

本発明の参考実施形態にかかる回転センサ１は、図１及び図２に示すように、リング状の磁石１０と、磁石１０の回転とは独立して固定支持される基板２０（図２にのみ図示）と、リング状の磁石１０の中心軸線に対して周方向互いに９０°をなすように磁石１０の周方向に配置された磁性体３０（３０Ａ，３０Ｂ）と、各磁性体３０の間に介在されたホール素子（磁気検出素子）４０（４０Ａ，４０Ｂ）を備えている。なお、基板２０及び磁性体３０（３０Ａ，３０Ｂ）は図示しない筐体等からなるステータに固定されている。

そして、磁石１０の内側には非磁性材料製のリング状のスペーサ１５が備わっている。また、リング状のスペーサ１５の内周面には例えば図示しないセレーションが形成され、スペーサ１５の内側に例えば自動車のシャフト（図示せず）が貫通されてシャフトのセレーションと嵌合するようになっている。そして、シャフトの回転と共にこの磁石１０が一体に回転するようになっている。又、磁石１０は磁気回路に影響を与えない軸受等で基板２０又は筐体に回転自在に支持されている。

磁石１０は、周方向一方の端部（例えば図１に示す右側）で磁石１０の回転中心軸線方向一側（図１に示す上側）がＳ極で磁石１０の回転中心軸線方向他側（図１に示す下側）がＮ極として形成され、周方向他方の端部（一方の端部と直径方向反対側端部で図１に示す左側）の一側がＮ極で他側がＳ極として形成される構成を有している。また、この一方の端部と他方の端部との間ではＮ極とＳ極との形成領域が磁石１０の回転中心軸線方向（磁石１０の厚み方向）に徐々に入れ替わるようになっている。

なお、基板２０は図示しない筐体等からなるステータに固定されている。また、磁石１０とスペーサ１５とはここでは詳細には説明しないロータの一部又は全部をなしている。

また、ここでは詳細には示さないが、磁石１０、スペーサ１５、及び基板２０、磁性体３０は外部からの磁束を遮蔽する材質でできた筐体内に収容され、この筐体は図示しないブラケット等でシャフトとは異なる固定部位に取り付けられるようになっている。なお、磁性体３０を構成する一方の磁性体３０Ａと他方の磁性体３０Ｂはその構成が等価的であるので、これらの構成要素については共通する符号を付して説明する。

磁性体３０（３０Ａ，３０Ｂ）は鉄やプラスチックマグネットなどの軟磁性材からなり、図２に示すように側面視で横向きになった角型Ｕ字状をなし、この両端部３１，３２が磁石１０を挟み込むようになっている。そして、基板２０には、前述したように２つのホール素子４０（４０Ａ，４０Ｂ）が備わっており、図示しないシャフトと一体に回転する磁石１０の回転による磁束密度の変化をそれぞれのホール素子４０が検出するようになっている。

磁性体３０は、図２に詳細に説明するように、磁石１０を挟み込む位置に両端部３１，３２を有しかつ磁石１０の磁力線１０Ａが形成される領域に沿って配置されている。また、磁性体３０は、磁石１０の回転中心軸線方向一側１１と磁性体３０の一方の端部３１との間が所定間隔隔たっていると共に、磁石１０の回転中心軸線方向他側１２と磁性体３０の他方の端部３２との間も所定間隔隔たっている。また、磁石１０とその半径方向で見て最も離れた部分であって磁石１０の回転中心軸線と略平行になった延在部３５にはその略中央が所定間隔だけ隔たって隙間を形成し、この隙間に基板２０の端部及びこれに実装されたホール素子４０が挿入配置されている。そして、このホール素子４０の出力をここでは詳細には示さない演算手段を用いて磁石１０即ちシャフトの回転角度に換算している。

このホール素子４０及び上記演算手段を用いた磁石１０即ちシャフトの回転角度の検出原理は、例えば図３（ａ）の左側に示す一方のホール素子４０Ａが図３（ｂ）に示す出力特性を有することを利用している。ここで、図３（ｂ）は、横軸がシャフト即ち磁石１０の回転角度を表わし、縦軸がホール素子４０Ａによって検出される磁石１０の磁束密度の大きさを示している。図３（ｂ）から分かるように一方のホール素子４０Ａの出力特性はｓｉｎ波（正弦波）を示している。

なお、ここでは図示しないが、図３（ａ）において磁石１０の上方に配置した他方のホール素子４０Ｂについても同様に図３（ｂ）のような正弦波を示す出力特性を有するが、基板上での両者の配置態様からホール素子４０Ｂの出力特性は図３（ｂ）に示す一方のホール素子４０Ａの出力特性に対して９０°位相がずれるようになっている。そして、この９０°位相のずれたホール素子４０Ａ，４０Ｂのそれぞれ出力をＸ，Ｙとするとｔａｎ^−１（Ｘ／Ｙ）を取ることによって鋸刃状の出力が得られ、これによって３６０°周期の回転角度を演算手段で正確に検出するようになっている。

続いて、上述の参考実施形態にかかる回転センサの作用について説明する。参考実施形態に係る回転センサ１がこのような構成を有することで、磁石１０の回転中心軸線方向に関して磁石１０の備わったロータと磁性体３０やホール素子４０の備わったステータの相対的位置がずれても、磁石１０の回転中心軸線方向一側１１と磁性体３０の一方の端部３１との間隔と、磁石１０の回転中心軸線方向他側１２と磁性体３０の他方の端部３２との間隔の和が常に一定となる。そのため、磁性体内に形成される磁力線がこのずれによって変化することがなく、ロータとステータ間のガタによりロータの回転中心軸線方向に両者がずれてもこの両者のずれ量によって磁路の磁気抵抗が変化することがない。その結果、ホール素子４０がこの相対的位置のずれに影響を受けることなく磁性体３０を介して磁石１０の磁束の大きさや向きを磁石即ちシャフトの回転角度に応じて常に正確に測定することができる。

続いて、上述した参考実施形態にかかる回転センサの構成を含む本発明の各実施形態について図面に基いて説明する。なお、以下に示す各実施形態は上述の参考実施形態と磁性体の形状のみが異なり、その他の構成については上述の参考実施形態と同様であるので、この上述の参考実施形態と同等の構成については対応する符号を付して詳細な説明を省略する。また、磁石の周方向に配置された２つの磁性体は、その構成が等価的であるので、これらの構成要素については、上述の参考実施形態と同様に共通する符号を付して説明する。

まず、本発明の上述した参考実施形態にかかる回転センサの構成を含む本発明の第１の実施形態について説明する。この第１の実施形態に係る回転センサ１Ａは、図４及び図５に示すように磁性体１３０（１３０Ａ，１３０Ｂ）の形状が上述の磁性体１０の形状に加えて、磁石１１０の回転中心軸線方向一側１１１と対向する磁性体の一方の端部１３１において磁石１１０の周方向に延在する突出部１３１ａが備わると共に、磁石１１０の回転中心軸線方向他側１１２と対向する磁性体１３０の他方の端部１３２に磁石１１２の周方向に沿って突出部１３２ａが延在している。

第１の実施形態に係る回転センサ１Ａがこのような構成を有することで、磁石１１０の回転中心軸線方向と直交する方向に関して磁石１１０の備わったロータと磁性体１３０やホール素子１４０（１４０Ａ，１４０Ｂ）の備わったステータの相対的位置がずれても、この磁性体１３０の両端に備わった突出部１３１ａ，１３２ａを介して磁石１１０の磁力線が磁性体１３０に沿って常に安定して形成され、ロータとステータ間のガタによりロータの回転中心軸線方向及びこれと直交する方向に両者がずれてもこの両者のずれ量によって磁路の磁気抵抗が変化することがなくなる。その結果、回転センサ１Ａのシャフトへの組み付け性向上を図るために、回転センサ１Ａの磁石１１０の備わったロータとホール素子１４０の備わったステータ間に或る程度のガタが生じることを許容しても、ロータとステータとの相対的位置のずれによるガタの影響をホール素子１４０が受けることなく、磁石１１０の磁束の大きさや向きを磁石１１０即ちシャフトの回転角度に応じてこれを常に正確に検出することができ、シャフトの回転角度を常に正確に測定する。

続いて、本発明の上述した参考実施形態にかかる回転センサの構成を含む本発明の第２の実施形態について説明する。この第２の実施形態に係る回転センサ１Ｂは、図６に示すように、磁性体２３０が角型Ｃ字状を有し、この磁性体２３０の両端部が磁石２１０を磁石２１０の回転中心軸線方向一側と他側からそれぞれ所定間隔を隔てて挟み込むようになっている。

そして、磁性体２３０は、磁石２１０の回転中心軸線方向一側２１１と対向する一方の端部２３１に磁石２１０の一側２１１に向かって突出する突出部２３１ａを備えると共に、磁石２１０の回転中心軸線方向他側２１２と対向する他方の端部２３２に磁石２１０の他側２１２に向かって突出する突出部２３２ａを備えている。

第２の実施形態にかかる回転センサ１Ｂの磁性体２３０がこのような形状を有することで、磁性体自体が磁石２１０の磁力線に近い形状となり、磁性体２３０に磁石２１０の磁束が安定して形成され、ロータとステータ間のガタによりロータの回転中心軸線方向に両者がずれてもこの両者のずれ量により磁路の磁気抵抗が変化することがなくなる。その結果、回転センサ１Ｂのシャフトへの組み付け性向上を図るために、回転センサ１Ｂの磁石２１０の備わったロータとホール素子２４０の備わったステータ間に或る程度のガタが生じることを許容しても、ロータとステータとの相対的位置のずれの影響をホール素子２４０が受けることなく、磁性体２３０を介して磁石２１０の磁束の大きさや向きを磁石２１０即ちシャフトの回転角度に応じてより正確に測定することができる。

続いて、本発明の上述した参考実施形態にかかる回転センサの構成を含む本発明の第３の実施形態について説明する。この第３の実施形態に係る回転センサ１Ｃは、図７に示すように、磁性体３３０が横向きの異形角型Ｕ字状を有し、この磁性体３３０の両端部が磁石３１０の回転中心軸線方向一側と他側からそれぞれ所定の間隔を空けて挟み込むようになっている。

そして、磁性体３３０の磁石３１０の回転中心軸線方向と平行な軸線方向部分３３５の長さ（図７中軸線方向部分３３５の一方の端部３３５ａと他方の端部３３５ｂ間の長さ）より磁石３１０の回転中心軸線方向一側３１１と対向する磁性体３３０の一方の端部３３１と磁石３１０の回転中心軸線方向他側３１２と対向する磁性体３３０の他方の端部３３２との間の距離（一方の端部３３１の端面３３１ａと他方の端部３３２の端面３３２ａとの間の距離）が短くなっている。

第３の実施形態にかかる回転センサ１Ｃの磁性体３３０がこのような形状を有することで、磁性体自体が磁石３１０の磁力線に近い形状となり、ロータとステータ間のガタによりロータの回転中心軸線方向に両者がずれてもこの両者のずれ量に関わらず磁性体３３０に磁石３１０の磁束が安定して形成されるようになる。その結果、回転センサ１Ｃのシャフトへの組み付け性向上を図るために、回転センサ１Ｃの磁石３１０の備わったロータとホール素子３４０の備わったステータ間に或る程度のガタが生じることを許容しても、このようなずれが生じても磁性体３３０に磁石３１０の磁束が安定して形成され、磁路の磁気抵抗が変化することがない。その結果、ホール素子３４０が、ロータとステータとの相対的位置のずれの影響を受けることなく磁性体３３０を介して磁石３１０の磁束の大きさや向きを磁石３１０即ちシャフトの回転角度に応じてより正確に測定することができる。

なお、以上説明した参考実施形態及びこの構成を含む本発明の各実施形態に関する回転センサにおいて、磁気検出素子として上述したホール素子を使用する代わりにＭＲ素子を使用することも考えられるが、ＭＲ素子は磁束の大きさは判別できても極性までは判別できず、磁束の大きさ及び極性を判別できるホール素子の方が、１つの素子あたりの検出可能な角度範囲が広くなる（理論上２倍になる）点で利用価値が高いと言える。従って、上述の参考実施形態及びこれを含む本発明の各実施形態に関する回転センサにホール素子を用いることは技術的意義があると言える。

以下に、本発明に係る回転センサ（以下、「本実施例」とする）と従来の回転センサ（以下、「比較例」とする）についてロータとステータ間の相対的位置のずれに応じた検出特性を比較した評価試験を行ったので、その試験結果について説明する。なお、この実施例において、比較例は図１３及び図１４に示すリング状の磁石を有する回転センサを用い、本実施例は図４及び図５に示す第１の実施形態にかかる回転センサを用いた。

図８は、横軸が磁石とホール素子のＺ方向（磁石の回転中心軸線方向）の相対的な移動量（ずれ量）を表わし、縦軸が、磁石とホール素子が最適な寸法関係にある状態でのホール素子の検出出力に対するＺ方向のずれ量に起因したホール素子の検出出力の変化率を示している。この特性図から明らかなように、比較例は磁石とホール素子のＺ方向のずれ量が大きくなると磁石とホール素子が最適な配置状態にある時のホール素子の出力に対してかなり変化してしまうのに対し、本実施例では磁石とホール素子のＺ軸方向のずれ量が大きくなってもホール素子の出力が殆ど変化しないことが分かる。

図９は、横軸がＸ方向（磁石の回転中心軸線方向と直交する方向）の相対的な移動量（ずれ量）を表わし、縦軸が、磁石とホール素子が最適な寸法関係にある状態でのホール素子の検出出力に対するＺ方向のずれ量に起因したホール素子の検出出力の変化率を示している。この特性図から明らかなように、比較例は磁石とホール素子のＺ方向の移動量が大きくなると磁石とホール素子が最適な配置状態にある時のホール素子の出力に対してかなり変化してしまうのに対し、本実施例では磁石とホール素子のＸ軸方向の移動量が大きくなってもホール素子の出力の変化の程度がかなり小さいことがわかった。

本発明にかかる回転センサは、高い回転角度検出精度を要求されると共に、組み付け性向上のために或る程度の部品公差や組み付け状態でのガタを許容せざるを得ない車両用ステアリング装置の回転角度検出に特に適している。しかしながら、本発明にかかる回転センサは、例えば、ロボットアームのように振動しながら回転する回転軸間の相対回転角度や回転トルクを求めるものであれば、どのようなものにも適用可能である。

本発明の参考実施形態にかかる回転センサを概略的に示す斜視図である。図１に示した回転センサの一方の磁石、スペーサ、磁性体、及びホール素子の実装された基板を示す断面図である。図１に示した回転センサの回転角度検出原理を部分的に示す説明図である。図１に示した回転センサの構成を含む本発明の第１の実施形態を図１に対応して示す斜視図である。図４に示した回転センサを部分的に拡大して示す斜視図である。図１に示した回転センサの構成を含む本発明の第２の実施形態を図２に対応して示す断面図である。図１に示した回転センサの構成を含む本発明の第３の実施形態を図２に対応して示す断面図である。本発明にかかる回転センサ（本実施例）と従来の回転センサ（比較例）とを比較した特性図である。本発明にかかる回転センサ（本実施例）と従来の回転センサ（比較例）とを図８とは異なる方法で比較した特性図である。従来の回転センサの概略平面図である。従来の回転センサの概略側面図である。図１１とは異なり回転センサのホール素子が実装された基板が磁石に対して若干ずれた状態を示す概略側面図である。図１１とは異なる従来の回転センサの部分的概略断面図である。図１３とは異なり回転センサのホール素子が実装された基板が磁石に対して若干ずれた状態を示す部分的断面図である。

符号の説明

１，１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，５，６回転センサ
１０磁石
１０Ａ磁力線
１１一側
１２他側
１５スペーサ
２０基板
３０（３０Ａ，３０Ｂ）磁性体
３１，３２端部
３５延在部
４０（４０Ａ，４０Ｂ）ホール素子
５０磁石
５０Ａ磁力線
５５シャフト
６０磁石
６０Ａ磁力線
７０，８０基板
９０（９１，９２）ホール素子
１１０磁石
１１１一側
１１２他側
１３０（１３０Ａ，１３０Ｂ）磁性体
１３１端部
１３１ａ突出部
１３２端部
１３２ａ突出部
１４０（１４０Ａ，１４０Ｂ）ホール素子
２１０磁石
２１１一側
２１２他側
２３０磁性体
２３１端部
２３１ａ突出部
２３２端部
２３２ａ突出部
２４０ホール素子
３１０磁石
３１１一側
３１２他側
３３０磁性体
３３１端部
３３１ａ端面
３３２端部
３３２ａ端面
３３５軸線方向部分
３３５ａ端部
３３５ｂ端部
３４０ホール素子

Claims

被測定回転体の回転角度を検出する回転センサであって、前記被測定回転体の周囲に取り付けられ当該被測定回転体と一体に回転する磁石の磁束密度を検出する磁気検出素子と、前記磁気検出素子からの出力から被測定回転体の回転角度を算出する演算処理手段とを備えている回転センサにおいて、
前記磁石を挟み込む位置に両端部を有しかつ前記磁石の磁力線が形成される領域に沿って配置される磁性体を備え、前記磁性体の一方の端部と前記磁石の回転中心軸線方向一側との間及び前記磁性体の他方の端部と前記磁石の回転中心軸線方向他側との間がそれぞれ所定間隔隔たっており、かつ前記磁気検出素子が前記磁性体を通る磁力線上に介在されており、
前記磁石の回転中心軸線方向一側と対向する磁性体の一方の端部及び前記磁石の回転中心軸線方向他側と対向する磁性体の他方の端部に前記磁石の回転方向に沿って延在する突出部がそれぞれ備わっていることを特徴とする回転センサ。
前記磁石の回転中心軸線方向一側と対向する磁性体の一方の端部に前記磁石の一側に向かって突出する突出部を備えると共に、前記磁石の回転中心軸線方向他側と対向する磁性体の他方の端部に前記磁石の他側に向かって突出する突出部を備えたことを特徴とする請求項１に記載の回転センサ。
前記磁性体の、前記磁石の回転中心軸線方向と略平行な部分の長さより前記磁石の回転中心軸線方向一側と対向する前記磁性体の一方の端部と前記磁石の回転中心軸線方向他側と対向する磁性体の他方の端部との間の距離が短いことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の回転センサ。
前記磁石はリング状をなし、当該磁石の回転軸線と平行な方向にＮ極及びＳ極が形成され、かつ当該磁石の回転方向に沿っても周期的に磁束密度が変化するようにＮ極及びＳ極が形成されていることを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れかに記載の回転センサ。