JP5920386B2 - 回転角センサ用磁石および回転角センサ - Google Patents

Description

本発明は、回転角を検出する回転角センサ用に用いられる回転角センサ用磁石および回転角センサに関するものである。

従来、回転角を検出する回転角センサとして、例えば、下記特許文献１に開示される位置検出装置が知られている。この位置検出装置では、回転軸に固定されるロータコアにＮ極駆動用磁石およびＳ極駆動用磁石が取り付けられており、両駆動用磁石の磁束をそれぞれ検出する２つのホール素子が回転軸に対して角度９０°の位置関係となるようにプリント基板に固定されている。そして、両ホール素子から出力される出力信号に基づいて、回転軸およびロータコアの回転角度が検出される。

特開２０１１−１８２６２１号公報

しかしながら、ホール素子のように磁気検出部が複数箇所に分かれて配置される構成では、回転角センサの体格が大きくなってしまうという問題がある。さらに、各磁気検出部をそれぞれ所定の位置に配置する必要があり、回転角センサの配置に手間がかかるという問題がある。

一方、磁気ベクトル検出手段としてＧＭＲ（巨大磁気抵抗効果）素子やＴＭＲ（トンネル磁気抵抗効果）素子などの磁電変換素子を用いて磁気ベクトルの振れ角θｓを検出する回転角センサでは、各磁気抵抗効果素子が集約して配置可能であるため、回転角センサの体格を小さくすることができる。

図２２は、リング状磁石１０２の内縁１０３近傍における磁束の向きを示す説明図であり、図２２（Ａ）は軸方向から見た磁束の向きを示し、図２２（Ｂ）は軸方向（図２２（Ｂ）にて上下方向）での磁束の向きを示す。
ところで、検出対象である回転軸等が回転角センサを貫通する軸貫通型のセンシング方式では、磁気ベクトル検出手段１０１は、回転軸中心に配置できないために、図２２（Ａ）に例示するように、回転軸１００を中心に円環状に配置される磁気ベクトル検出用のリング状磁石１０２に対してその内縁１０３近傍に配置される。

また、図２２（Ａ）（Ｂ）に示すように、リング状磁石１０２の内縁１０３近傍においてＮ極からＳ極に向かう磁束は磁極間の境界１０４に近づくほどその向きが急に変化する。そうすると、例えば、磁気ベクトル検出手段１０１が規定位置（図２２（Ｂ）の点Ｐ１参照）から軸方向にずれた位置（図２２（Ｂ）の点Ｐ２参照）に位置ズレしていると、上述のように磁束の向きが急に変化する領域では、検出される磁束の向きがずれてしまう。すなわち、内縁１０３近傍に配置される磁気ベクトル検出手段１０１では、リング状磁石１０２に対する位置ズレに起因する磁気ベクトルの振れ角θｓの変動が大きくなり、角度検出誤差が大きくなるという問題がある。

本発明は、上述した課題を解決するためになされたものであり、その目的とするところは、磁石に対する磁気ベクトル検出手段の位置ズレに起因する角度検出誤差を抑制し得る回転角センサ用磁石および回転角センサを提供することにある。

上記目的を達成するため、特許請求の範囲の請求項１に記載の発明は、回転角（θｒ）を測定する回転角センサ用に用いられる回転角センサ用磁石（２０，２０ａ，２０ｂ）であって、周方向にＮ極とＳ極とが交互に配置されて環状に形成され、内縁（２１）における前記Ｎ極と前記Ｓ極との磁極間には、磁束を生じない領域（２２ａ〜２２ｈ，２５ａ〜２５ｈ）が設けられ、前記磁束を生じない領域は、その径方向長さが当該磁束を生じない領域を含めた磁石の径方向長さの４０％以上６０％以下になるように形成されることを特徴とする。
なお、特許請求の範囲および上記手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。

請求項１の発明では、回転角センサ用磁石の内縁におけるＮ極とＳ極との磁極間には、磁束を生じない領域が設けられる。これにより、回転角センサ用磁石の内縁において、磁束を生じない領域を介して周方向に隣り合うＮ極とＳ極とを一定距離だけ離すことができるため、磁束を生じない領域がないために磁極間の境界近傍で磁束の向きが急に変化する場合と比較して、磁束の向きの変化を小さくすることができる。
したがって、磁束の向きの変化が小さくなる内縁近傍に磁気ベクトル検出手段を配置することで、上述のように構成される回転角センサ用磁石に対して磁気ベクトル検出手段が位置ズレしてもこの位置ズレに起因する角度検出誤差を抑制することができる。

回転角センサの概略構成を示す説明図である。 センサチップの概略構成を示す説明図である。 回転角センサ用磁石の詳細形状を説明するための一部拡大図である。 従来のリング状磁石を採用する場合のセンサチップの相対位置と検出される磁気ベクトルの振れ角との関係を示す等高線グラフである。 回転角センサ用磁石の内縁近傍における磁束の向きを示す説明図である。 横軸を周方向角度とする角度検出誤差Ｅｚと凹部の形状との関係を示す説明図である。 横軸を径方向長さとする角度検出誤差Ｅｚと凹部の形状との関係を示す説明図である。 第１実施形態に係る回転角センサ用磁石を採用する場合のセンサチップの相対位置と検出される磁気ベクトルの振れ角との関係を示す等高線グラフである。 規定位置から位置ズレしたセンサチップにて検出される磁気ベクトルの振れ角と実際の回転軸の回転角との関係を示すグラフである。 回転軸の回転角を横軸とする磁気ベクトルの振れ角の誤差の変化を示すグラフである。 横軸を周方向角度とする角度検出誤差Ｅｚと凹部の形状との関係を示す説明図である。 第１実施形態の変形例に係る回転角センサ用磁石の平面図である。 第２実施形態に係る回転角センサ用磁石の平面図である。 角度検出誤差Ｅｒと凹部の形状との関係を示す説明図である。 第３実施形態に係る回転角センサ用磁石を採用する場合のセンサチップの相対位置と検出される磁気ベクトルの振れ角との関係を示す等高線グラフである。 角度検出誤差Ｅｗと凹部の形状との関係を示す説明図である。 第４実施形態に係る回転角センサ用磁石を採用する場合のセンサチップの相対位置と検出される磁気ベクトルの振れ角との関係を示す等高線グラフである。 第５実施形態に係る回転角センサの概略構成を示す説明図である。 第６実施形態に係る回転角センサ用磁石の平面図である。 第７実施形態に係る回転角センサの概略構成を示す説明図である。 第８実施形態に係る回転角センサ用磁石の平面図である。 リング状磁石の内縁近傍における磁束の向きを示す説明図である。

［第１実施形態］
以下、本発明の回転角センサ用磁石２０を備える回転角センサ１０を具現化した第１実施形態について、図面を参照して説明する。図１は、回転角センサ１０の概略構成を示す説明図であり、図１（Ａ）は断面図を示し、図１（Ｂ）は軸方向から見た図を示す。なお、図１では、軸方向をｚにて示し、径方向をｒにて示し、周方向をθにて示す。また、図１（Ｂ）では、便宜上、ブッシング３１等の図示を省略している。

本実施形態に係る回転角センサ１０は、検出対象の回転中心を基準に固定される回転角センサ用磁石２０と、回転角センサ用磁石２０からの磁束の向きを磁気ベクトルの振れ角θｓとして検出するセンサチップ１１とを備えている。

図１（Ａ）（Ｂ）に示すように、本実施形態における検出対象は、モータの回転軸３０であり、回転角センサ用磁石２０は、その軸中心が回転軸３０の回転中心Ｌに一致するように、磁性体からなるブッシング３１により固定されている。ブッシング３１は回転軸３０に対して同軸的に組み付けられているため、回転角センサ用磁石２０は回転軸３０とともに回転中心Ｌを中心に回転する。

図２は、センサチップ１１の概略構成を示す説明図である。
図２に示すように、センサチップ１１は、公知の回転角検出用の素子として、２つのＧＭＲ素子１２，１３を備えている。両ＧＭＲ素子１２，１３は、軸方向に直交する平面について回転角センサ用磁石２０の回転に応じて変化する磁束の方向に応じて、ＧＭＲ素子１２が正弦波信号（ｓｉｎ信号）を出力し、ＧＭＲ素子１３がその正弦波信号から位相が９０°変化した余弦波信号（ｃｏｓ信号）を出力するように配置されている。このため、センサチップ１１にて検出される回転角センサ用磁石２０の磁束の方向を磁気ベクトルの振れ角θｓとするとき、ＧＭＲ素子１２からＡ（ｔ）ｓｉｎθｓに相当するｓｉｎ信号が出力され、ＧＭＲ素子１３からＡ（ｔ）ｃｏｓθｓに相当するｃｏｓ信号が出力される。

本実施形態では、回転角センサ用磁石２０として４極の環状の磁石が採用されているため、回転軸３０の回転角（機械角）θｒが９０°（deg）回転すると、磁気ベクトルの振れ角θｓが３６０°（deg）回転することとなる。すなわち、両ＧＭＲ素子１２，１３の正弦波信号および余弦波信号からａｒｃｔａｎ演算により算出される磁気ベクトルの振れ角θｓに基づいて回転軸３０の回転角θｒを測定することができる。

このように構成されるセンサチップ１１は、モータのフレームに組み付けられるプリント基板（図示略）に固定されることで、回転角センサ用磁石２０とともに回転することなく、回転角センサ用磁石２０に対して規定位置に配置される。具体的には、本実施形態では、例えば、外径φ５０mm、最内径（後述する突起の突出端面の径）φ４０mm、軸方向厚さ３．５mmの回転角センサ用磁石２０が採用されている。そして、センサチップ１１は、規定位置として、例えば、回転中心Ｌに対してｒ方向にｒａ＝１９mmだけ離れ、回転角センサ用磁石２０の軸方向端面に対してｚ方向にｚａ＝２．８mmだけ離れるように配置される（図１（Ａ）参照）。なお、センサチップ１１は、２つのＧＭＲ素子１２，１３を有するように構成されることに限らず、一対の磁気抵抗効果素子（例えば、ＴＭＲ素子）等の磁電変換素子を有するように構成されてもよい。なお、センサチップ１１は、「磁気ベクトル検出手段」の一例に相当し得る。

次に、回転角センサ用磁石２０の詳細形状について、図面を参照して説明する。なお、図３は、回転角センサ用磁石２０の詳細形状を説明するための一部拡大図である。
図１および図３に示すように、回転角センサ用磁石２０は、周方向にＮ極とＳ極とが交互に配置される４極の環状磁石として形成されており、内縁２１におけるＮ極とＳ極との磁極間には、磁束を生じない領域（非磁性領域）として凹部２２ａ〜２２ｈが軸方向一側端面から他側端面まで設けられている。各凹部２２ａ〜２２ｈは、突起２３ａ〜２３ｈによりそれぞれ区画されており、それぞれ同じ形状であって周方向等間隔に設けられている。

なお、回転角センサ用磁石２０は、型成形等を利用して凹部２２ａ〜２２ｈが形成された磁石用材料を生成し、この磁石用材料に対して所定の着磁処理を施すことで製造することができる。

ここで、上述のように磁極間に各凹部２２ａ〜２２ｈを設ける理由について、図４，図５および図２２を用いて説明する。図４は、従来のリング状磁石を採用する場合のセンサチップ１１の相対位置と検出される磁気ベクトルの振れ角θｓとの関係を示す等高線グラフである。図５は、回転角センサ用磁石２０の内縁２１近傍における磁束の向きを示す説明図であり、図５（Ａ）は軸方向から見た磁束の向きを示し、図５（Ｂ）は軸方向（図５（Ｂ）にて上下方向）での磁束の向きを示す。なお、図４は、回転角θｒ＝１５°の位置に回転軸３０が位置するときのリング状磁石の磁力線を示している。

まず、磁極間に各凹部２２ａ〜２２ｈが設けられずに内縁が円筒面状に形成される従来のリング状の磁石（以下、単にリング状磁石ともいう）に対してセンサチップ１１が位置ズレすることなく規定位置に配置されている場合を想定する。なお、リング状磁石は、４極であって、回転角センサ用磁石２０の凹部２２ａ〜２２ｈが設けられない場合の寸法（外径φ５０mm、内径φ４０mm、軸方向厚さ３．５mm）に等しくなるように形成されているものとする。

この場合、例えば、回転角θｒ＝１５°の位置に回転軸３０が位置するとき、規定位置（ｒａ＝１９mm，ｚａ＝２．８mm：図４のＰｏ参照）に配置されるセンサチップ１１にて検出される磁気ベクトルの振れ角θｓは６０°として検出される。一方、センサチップ１１が規定位置から位置ズレして配置されていると、センサチップ１１にて検出される磁気ベクトルの振れ角θｓが６０°からずれてしまう。例えば、図４から分かるように、ｚ方向負側（図４にて下側）に０．７mm位置ズレすると、センサチップ１１にて検出される磁気ベクトルの振れ角θｓが６５°程度として検出され、ｚ方向正側（図４にて上側）に０．７mm位置ズレすると、センサチップ１１にて検出される磁気ベクトルの振れ角θｓが５５°程度として検出される。

これは、図２２（Ａ）（Ｂ）を用いて説明したように、リング状磁石の内縁近傍においてＮ極からＳ極に向かう磁束は磁極間の境界に近づくほどその向きが急に変化することが、発明者らによって解析等されている。この磁極間の境界近傍の磁束の向きの急な変化が、位置ズレに起因する磁気ベクトルの振れ角θｓの角度検出誤差を大きくする主な要因の一つに挙げられる。

そこで、本実施形態では、回転角センサ用磁石２０の内縁２１におけるＮ極とＳ極との磁極間に、磁束を生じない領域として凹部２２ａ〜２２ｈを設けることで、凹部２２ａ〜２２ｈを介して周方向に隣り合うＮ極とＳ極とを一定距離（磁束を生じない領域の周方向長さ）だけ離している。具体的には、センサチップ１１側の端面において、Ｎ極を構成する突起２３ａ，２３ｃ，２３ｅ，２３ｇと、周方向に隣り合いＳ極を構成する突起２３ｂ，２３ｄ，２３ｆ，２３ｈとが、凹部２２ａ〜２２ｈの周方向長さだけ離れることとなる。このため、図５（Ａ），（Ｂ）、特に、図５（Ｂ）における点Ｐ１での磁束の向きと点Ｐ２での磁束の向きからわかるように、Ｎ極の突起からＳ極の突起に向かう磁束の向きの変化が、凹部２２ａ〜２２ｈがないために磁極間の境界２４近傍で磁束の向きが急に変化する場合と比較して小さくなる。その結果、位置ズレに起因する磁気ベクトルの振れ角θｓの角度検出誤差を小さくすることができる。

特に、内縁２１のうち磁束を生じない領域の占める周方向長さに関する値として凹部２２ａ〜２２ｈの周方向長さの１／２に相当する角度（以下、単に、周方向角度Ａともいう：図３参照）と、凹部２２ａ〜２２ｈの径方向の長さ（以下、単に、径方向長さＢともいう：図３参照）とをパラメータとして、位置ズレに起因する磁気ベクトルの振れ角θｓの角度検出誤差を小さくするための最適形状を解析した。この解析結果について、図面を用いて以下に説明する。

本解析では、センサチップ１１が位置ズレしていない場合の磁気ベクトルの振れ角θｓ（例えば６０°）と、センサチップ１１が上記規定位置（ｒａ＝１９mm，ｚａ＝２．８mm）からｚ方向に所定距離（例えば±０．７mm）だけ位置ズレした場合の磁気ベクトルの振れ角θｓとの差を角度検出誤差Ｅｚとして求める。そして、角度検出誤差Ｅｚを、周方向長さＡおよび径方向長さＢをパラメータとする凹部（２２ａ〜２２ｈ）の形状ごとに求めて比較することで、角度検出誤差Ｅｚを小さくするために適した凹部２２ａ〜２２ｈの形状を解析した。なお、回転角センサ用磁石２０は、４極であるため、周方向長さＡは、２２．５°が形状変更限界値であり、周方向長さＡを２２．５°未満の値に設定する必要がある。

周方向角度Ａとして、１５°、１８°、２１°の３パターンを用意し、径方向長さＢとして、１mm、２mm、３mmの３パターンを用意して、計８パターン（周方向角度Ａ＝１５°および径方向長さＢ＝１mmの形状を除く）の凹部の形状についてそれぞれ角度検出誤差Ｅｚを求めた結果を図６および図７に示す。

図６は、横軸を周方向角度Ａとする角度検出誤差Ｅｚと凹部（２２ａ〜２２ｈ）の形状との関係を示す説明図である。また、図７は、横軸を径方向長さＢとする角度検出誤差Ｅｚと凹部（２２ａ〜２２ｈ）の形状との関係を示す説明図である。なお、図６では、縦軸が角度検出誤差Ｅｚであり、三角印が径方向長さＢ＝１mmの場合を示し、四角印が径方向長さＢ＝２mmの場合を示し、黒丸印が径方向長さＢ＝３mmの場合を示す。また、図７では、縦軸が角度検出誤差Ｅｚであり、三角印が周方向角度Ａ＝１５°の場合を示し、四角印が周方向角度Ａ＝１８°の場合を示し、黒丸印が周方向角度Ａ＝２１°の場合を示す。また、白丸印は凹部（２２ａ〜２２ｈ）がない場合（Ａ＝０°，Ｂ＝０mm）の角度検出誤差Ｅｚを示す。

図６および図７から分かるように、凹部（２２ａ〜２２ｈ）を設けることで角度検出誤差Ｅｚが小さくなり、径方向長さＢが大きくなるほど角度検出誤差Ｅｚがより小さくなる。特に、周方向角度Ａ＝１８°、径方向長さＢ＝３mmで角度検出誤差Ｅｚが最も小さくなる。

この形状（Ａ＝１８°、Ｂ＝３mm）の回転角センサ用磁石２０を採用する場合のセンサチップ１１の相対位置と検出される磁気ベクトルの振れ角θｓとの関係を示す等高線グラフを図８に示す。図８から分かるように、上述のように形成される回転角センサ用磁石２０では、上記規定位置近傍での軸方向における磁束の向きの変化が小さくなっているため、センサチップ１１が上記規定位置から軸方向に位置ズレしたとしても、角度検出誤差Ｅｚを小さくすることができる。

図９は、規定位置から位置ズレしたセンサチップ１１にて検出される磁気ベクトルの振れ角θｓと実際の回転軸３０の回転角θｒとの関係を示すグラフである。図１０は、回転軸３０の回転角θｒを横軸とする磁気ベクトルの振れ角θｓの誤差Ｅの変化を示すグラフである。なお、図９および図１０では、位置ズレすることなく上記規定位置にセンサチップ１１が固定されている場合について解析しており、特に、図１０では、理想的な磁気ベクトルの振れ角θｓからのそれぞれの誤差量を例示している。回転角センサ用磁石２０を採用する場合の磁気ベクトルの振れ角θｓと誤差とを実線θｓ１，Ｅ１にて示し、リング状磁石を採用する場合の磁気ベクトルの振れ角θｓと誤差とを破線θｓ２，Ｅ２にて示す。また、図９および図１０の解析に用いられる回転角センサ用磁石２０は、外径φ５０mm、最内径φ３７mm、軸方向厚さ３．５mmであって、周方向角度Ａ＝２１°、径方向長さＢ＝３mmに形成されている。また、図９および図１０の解析に用いられるリング状磁石は、外径φ５０mm、内径φ３７mm、軸方向厚さ３．５mmに形成されている。

図９および図１０からわかるように、回転角θｒの変化に伴い周期的に生じる磁気ベクトルの振れ角θｓの誤差Ｅについて、回転角センサ用磁石２０の方がリング状磁石よりも小さくなる。特に、上述のような形状では、回転角センサ用磁石２０を採用することで、磁気ベクトルの振れ角θｓの誤差Ｅを１／５程度に低減することができる。すなわち、回転角センサ用磁石２０を採用することで、位置ズレしない場合であっても磁気ベクトルの振れ角θｓの誤差Ｅを低減することができる。

また、図１１は、横軸を周方向角度Ａとする角度検出誤差Ｅｚと凹部の形状との関係を示す説明図であり、回転角センサ用磁石２０が外径φ５０mm、最内径φ４０mm、軸方向厚さ３．５mmとして形成される場合に対して、径方向長さＢが１mmと３mmとについて解析している。
図１１から分かるように、周方向角度Ａが小さい場合には、径方向長さＢにかかわらず角度検出誤差Ｅｚを十分に小さくすることができない。周方向角度Ａが小さくなることから内縁２１のうち各凹部２２ａ〜２２ｈの占める周方向長さが小さくなると、凹部２２ａ〜２２ｈを介して周方向に隣り合うＮ極とＳ極との距離が短くなるため、Ｎ極の突起からＳ極の突起に向かう磁束の向きの変化を効果的に小さくできないからである。

このため、内縁２１のうち各凹部２２ａ〜２２ｈの占める周方向長さが少なくとも各突起２３ａ〜２３ｈの占める周方向長さよりも長くなるように周方向角度Ａが設定されることで、角度検出誤差Ｅｚを小さくすることができる。この効果は、上述のように形成される回転角センサ用磁石２０（外径φ５０mm、最内径φ４０mm、軸方向厚さ３．５mm）に限らず、他の環状に形成される磁石であっても実現することができる。

すなわち、環状に形成される磁石であれば、その内縁のうち各磁束を生じない領域の占める周方向長さ（周方向角度Ａに相当）が内縁におけるＮ極またはＳ極の占める周方向長さ（突起の突出端面の周方向長さに相当）よりも長くなるように形成されることで、他の形状や他の極数であっても角度検出誤差Ｅｚを小さくすることができる。例えば、図１２に示すように、第１実施形態の変形例に係る回転角センサ用磁石として、６極仕様の回転角センサ用磁石２０ａが採用される場合であっても、上記効果を奏することができる。

また、図７に示すように、径方向長さＢが小さい場合には、周方向角度Ａにかかわらず角度検出誤差Ｅｚを十分に小さくすることができない。そこで、図７から分かるように、径方向長さＢが２mm以上３mm以下、すなわち、各凹部２２ａ〜２２ｈの占める径方向長さが当該凹部を含めた磁石の径方向長さ（５mm）の４０％以上６０％以下になるように径方向長さＢが設定されることで、角度検出誤差Ｅｚを小さくすることができる。この効果は、上述のように形成される回転角センサ用磁石２０（外径φ５０mm、最内径φ４０mm、軸方向厚さ３．５mm）に限らず、他の環状に形成される磁石であっても実現することができる。

すなわち、環状に形成される磁石であれば、各磁束を生じない領域の径方向長さが当該磁束を生じない領域を含めた磁石の径方向長さの４０％以上６０％以下になるように形成されることで、他の形状や他の極数（図１２参照）であっても角度検出誤差Ｅｚを小さくすることができる。

以上説明したように、本実施形態に係る回転角センサ用磁石２０では、その内縁２１におけるＮ極を構成する突起２３ａ，２３ｃ，２３ｅ，２３ｇとＳ極を構成する突起２３ｂ，２３ｄ，２３ｆ，２３ｈとの磁極間には、磁束を生じない領域として凹部２２ａ〜２２ｈが設けられる。これにより、回転角センサ用磁石２０の内縁２１において、凹部２２ａ〜２２ｈを介して周方向に隣り合うＮ極とＳ極とを一定距離だけ離すことができるため、凹部（２２ａ〜２２ｈ）がないために磁極間の境界２４近傍で磁束の向きが急に変化する場合と比較して、磁束の向きの変化を小さくすることができる。
したがって、回転角センサ１０では、磁束の向きの変化が小さくなる内縁２１近傍にセンサチップ１１を配置することで、上述のように構成される回転角センサ用磁石２０に対してセンサチップ１１が位置ズレしてもこの位置ズレに起因する角度検出誤差を抑制することができる。

特に、各凹部２２ａ〜２２ｈは、それぞれ同じ形状であって周方向等間隔に設けられるため、各磁極間での磁束の向きの変化が均一化されてその変化のばらつきが抑制されるので、角度検出誤差をさらに抑制することができる。

また、各凹部２２ａ〜２２ｈがそれぞれＮ極（突起２３ａ，２３ｃ，２３ｅ，２３ｇ）とＳ極（突起２３ｂ，２３ｄ，２３ｆ，２３ｈ）とを一定距離だけ離す磁束を生じない領域として機能するため、内縁２１に対して複数の磁束を生じない領域を容易に設けることができる。

［第２実施形態］
次に、本発明の第２実施形態に係る回転角センサ用磁石および回転角センサについて図面を参照して説明する。図１３は、第２実施形態に係る回転角センサ用磁石２０ｂの平面図である。
本第２実施形態に係る回転角センサ用磁石では、内縁２１に設けられる磁束を生じない領域を、着磁処理を利用して設ける点が、上記第１実施形態に係る回転角センサ用磁石と主に異なる。

図１３に示すように、本実施形態における回転角センサ用磁石２０ｂは、上述した回転角センサ用磁石２０に対して、各凹部２２ａ〜２２ｈに相当する磁束を生じない領域が着磁処理前の磁石用材料（図１３の符号２５ａ〜２５ｈ参照）により形成されている。すなわち、外径φ５０mm、最内径φ４０mm、軸方向厚さ３．５mmの回転角センサ用磁石２０ｂを製造する場合には、外径φ５０mm、内径φ４０mm、軸方向厚さ３．５mmの内面が円筒面状のリング状磁石用材料を用意し、この磁石用材料に対して各凹部２２ａ〜２２ｈに相当する領域を除く他の領域に対して専用の治具を用いて着磁処理を施す。

このようにしても、内縁２１に対して磁束を生じない領域を設けることができる。特に、リング状磁石用材料を用いて製造するため、回転角センサ用磁石２０のように複雑な形状の磁石用材料を用意する必要がなく磁石用材料の生成時に生じるバリ等も少なくなり、回転角センサ用磁石２０ｂを容易に製造することができる。

また、内縁２１における磁束を生じない領域は、各凹部２２ａ〜２２ｈや着磁されていない磁石用材料２５ａ〜２５ｈにより形成されることに限らず、他の方法、例えば、磁石用材料の成形時に樹脂などをインサート成形することで形成されてもよい。

［第３実施形態］
次に、本発明の第３実施形態に係る回転角センサ用磁石および回転角センサについて図面を参照して説明する。図１４は、角度検出誤差Ｅｒと凹部の形状との関係を示す説明図である。図１５は、第３実施形態に係る回転角センサ用磁石２０を採用する場合のセンサチップ１１の相対位置と検出される磁気ベクトルの振れ角θｓとの関係を示す等高線グラフである。

本第３実施形態では、ｚ方向に位置ズレした場合の磁気ベクトルの振れ角θｓの誤差（角度検出誤差Ｅｚ）を小さくするように凹部２２ａ〜２２ｈが形成される第１実施形態に対して、ｒ方向に位置ズレした場合の磁気ベクトルの振れ角θｓの誤差を小さくするように凹部２２ａ〜２２ｈが形成される。

このため、上述した周方向角度Ａと径方向長さＢとをパラメータとして、ｒ方向の位置ズレに起因する磁気ベクトルの振れ角θｓの角度検出誤差を小さくするための最適形状を解析した。具体的には、センサチップ１１が位置ズレしていない場合の磁気ベクトルの振れ角θｓ（例えば６０°）と、センサチップ１１が上記規定位置（ｒａ＝１９mm，ｚａ＝２．８mm）からｒ方向に所定距離（例えば±０．５mm）だけ位置ズレした場合の磁気ベクトルの振れ角θｓとの差を角度検出誤差Ｅｒとして求める。そして、角度検出誤差Ｅｒを、周方向長さＡおよび径方向長さＢをパラメータとする凹部（２２ａ〜２２ｈ）の形状ごとに求めて比較することで、角度検出誤差Ｅｒを小さくするために適した凹部２２ａ〜２２ｈの形状を解析した。周方向角度Ａおよび径方向長さＢを上記第１実施形態と同様に変更した計８パターンの凹部の形状についてそれぞれ角度検出誤差Ｅｒを求めた結果を図１４に示す。

図１４から分かるように、周方向角度Ａ＝２１°、径方向長さＢ＝２mmで角度検出誤差Ｅｒが最も小さくなる。この形状（Ａ＝２１°、Ｂ＝２mm）の回転角センサ用磁石２０を採用する場合のセンサチップ１１の相対位置と検出される磁気ベクトルの振れ角θｓとの関係を示す等高線グラフを図１５に示す。図１５から分かるように、上述のように形成される回転角センサ用磁石２０では、上記規定位置近傍での径方向における磁束の向きの変化が小さくなっているため、センサチップ１１が上記規定位置から径方向に位置ズレしたとしても、角度検出誤差Ｅｒを小さくすることができる。

すなわち、回転角センサ用磁石２０に対してセンサチップ１１がｒ方向に位置ズレしやすい回転角センサ１０であれば、角度検出誤差Ｅｒを小さくするように磁束を生じない領域（凹部２２ａ〜２２ｈ，着磁されていない磁石用材料２５ａ〜２５ｈ等）を形成することで、位置ズレに起因する角度検出誤差を抑制することができる。

［第４実施形態］
次に、本発明の第４実施形態に係る回転角センサ用磁石および回転角センサについて図面を参照して説明する。図１６は、角度検出誤差Ｅｗと凹部の形状との関係を示す説明図である。図１７は、第４実施形態に係る回転角センサ用磁石２０を採用する場合のセンサチップ１１の相対位置と検出される磁気ベクトルの振れ角θｓとの関係を示す等高線グラフである。

本第４実施形態では、ｚ方向に位置ズレした場合の磁気ベクトルの振れ角θｓの誤差（角度検出誤差Ｅｚ）を小さくするように凹部２２ａ〜２２ｈが形成される第１実施形態に対して、ｚ方向の位置ズレに起因する角度検出誤差Ｅｚとｒ方向の位置ズレに起因する角度検出誤差Ｅｒとの双方を適切に小さくするように凹部２２ａ〜２２ｈが形成される。

このため、周方向角度Ａと径方向長さＢとをパラメータとし、上述のように求めた角度検出誤差Ｅｚおよび角度検出誤差Ｅｒの二乗和の平方根を角度検出誤差Ｅｗとしてそれぞれ算出し、この角度検出誤差Ｅｗを小さくするための最適形状を解析した。周方向角度Ａおよび径方向長さＢを上記第１実施形態と同様に変更した計８パターンの凹部の形状についてそれぞれ角度検出誤差Ｅｗを求めた結果を図１６に示す。

図１６から分かるように、周方向角度Ａ＝２１°、径方向長さＢ＝３mmで角度検出誤差Ｅｗが最も小さくなる。この形状（Ａ＝２１°、Ｂ＝３mm）の回転角センサ用磁石２０を採用する場合のセンサチップ１１の相対位置と検出される磁気ベクトルの振れ角θｓとの関係を示す等高線グラフを図１７に示す。図１７から分かるように、上述のように形成される回転角センサ用磁石２０では、上記規定位置近傍での軸方向における磁束の向きの変化が小さくなっているだけでなく径方向でも磁束の向きの変化が小さくなっているため、センサチップ１１が上記規定位置から軸方向または径方向に位置ズレしたとしても、角度検出誤差Ｅｗを小さくすることができる。

すなわち、回転角センサ用磁石２０に対してセンサチップ１１がｚ方向およびｒ方向のどちらにも位置ズレしやすい回転角センサ１０であれば、角度検出誤差Ｅｗを小さくするように磁束を生じない領域（凹部２２ａ〜２２ｈ，着磁されていない磁石用材料２５ａ〜２５ｈ等）を形成することで、位置ズレに起因する角度検出誤差を抑制することができる。

［第５実施形態］
次に、本発明の第５実施形態に係る回転角センサ用磁石および回転角センサについて図面を参照して説明する。図１８は、第５実施形態に係る回転角センサ１０ａの概略構成を示す説明図であり、図１８（Ａ）は断面図を示し、図１８（Ｂ）は軸方向から見た図を示す。なお、図１８（Ｂ）では、便宜上、ブッシング３１ａ等の図示を省略している。
本第５実施形態に係る回転角センサ用磁石４０および回転角センサ１０ａでは、規定位置のセンサチップ１１が回転角センサ用磁石４０の外縁４１上に位置する点が、上記第１実施形態に係る回転角センサ用磁石と主に異なる。

図１８（Ａ）（Ｂ）に示すように、回転角センサ用磁石４０は、規定位置のセンサチップ１１が外縁４１上に位置するように、回転軸３０に組み付けられたブッシング３１ａを用いて固定されている。このため、本実施形態に係る回転角センサ用磁石４０では、その外縁４１におけるＮ極とＳ極との磁極間に非磁性領域として凹部４２ａ〜４２ｈが軸方向一側端面から他側端面まで設けられている。そして、各凹部４２ａ〜４２ｈは、突起４３ａ〜４３ｈによりそれぞれ区画されており、それぞれ同じ形状であって周方向等間隔に設けられている。

これにより、回転角センサ用磁石４０の外縁４１において、凹部４２ａ〜４２ｈを介して周方向に隣り合うＮ極とＳ極とを一定距離だけ離すことができるため、凹部（４２ａ〜４２ｈ）がないために磁極間の境界近傍で磁束の向きが急に変化する場合と比較して、磁束の向きの変化を小さくすることができる。したがって、回転角センサ１０ａでは、磁束の向きの変化が小さくなる外縁４１近傍にセンサチップ１１を配置することで、上述のように構成される回転角センサ用磁石４０に対してセンサチップ１１が位置ズレしてもこの位置ズレに起因する角度検出誤差を抑制することができる。

なお、上記第１実施形態と同様に、環状に形成される磁石であれば、その外縁のうち各磁束を生じない領域の占める周方向長さ（周方向角度Ａに相当）が外縁におけるＮ極またはＳ極の占める周方向長さ（突起４３ａ〜４３ｈの突出端面の周方向長さに相当）よりも長くなるように形成されることで、他の形状や他の極数であっても角度検出誤差を小さくすることができる。また、上記第１実施形態と同様に、各凹部４２ａ〜４２ｈの占める径方向長さが当該凹部を含めた磁石の径方向長さの４０％以上６０％以下になるように径方向長さが設定されることで、角度検出誤差を小さくすることができる。

［第６実施形態］
次に、本発明の第６実施形態に係る回転角センサ用磁石および回転角センサについて図面を参照して説明する。図１９は、第６実施形態に係る回転角センサ用磁石４０ａの平面図である。
本第６実施形態に係る回転角センサ用磁石では、外縁４１に設けられる磁束を生じない領域を、着磁処理を利用して設ける点が、上記第５実施形態に係る回転角センサ用磁石と主に異なる。

図１９に示すように、本実施形態における回転角センサ用磁石４０ａは、上述した回転角センサ用磁石４０に対して、各凹部４２ａ〜４２ｈに相当する磁束を生じない領域が着磁処理前の磁石用材料（図１９の符号４４ａ〜４４ｈ参照）により形成されている。すなわち、外面が円筒面状のリング状磁石用材料を用意し、この磁石用材料に対して各凹部４２ａ〜４２ｈに相当する領域を除く他の領域に対して専用の治具を用いて着磁処理を施す。

このようにしても、外縁４１に対して磁束を生じない領域を設けることができる。特に、リング状磁石用材料を用いて製造するため、回転角センサ用磁石４０のように複雑な形状の磁石用材料を用意する必要がなく磁石用材料の生成時に生じるバリ等も少なくなり、回転角センサ用磁石４０ａを容易に製造することができる。

また、外縁４１における磁束を生じない領域は、各凹部４２ａ〜４２ｈや着磁されていない磁石用材料４４ａ〜４４ｈにより形成されることに限らず、他の方法、例えば、磁石用材料の成形時に樹脂などをインサート成形することで形成されてもよい。

［第７実施形態］
次に、本発明の第７実施形態に係る回転角センサ用磁石および回転角センサについて図面を参照して説明する。図２０は、第７実施形態に係る回転角センサ１０ｂの概略構成を示す説明図であり、図２０（Ａ）は断面図を示し、図２０（Ｂ）は軸方向から見た図を示し、図２０（Ｃ）は図２０（Ｂ）のＸ１−Ｘ１線相当の切断面による断面図を示す。なお、図２０（Ｂ）では、便宜上、ブッシング３１等の図示を省略している。
本第７実施形態に係る回転角センサ用磁石５０および回転角センサ１０ｂでは、規定位置のセンサチップ１１が回転角センサ用磁石５０の軸方向端面５１上に位置する点が、上記第１実施形態に係る回転角センサ用磁石と主に異なる。

図２０（Ａ）〜（Ｃ）に示すように規定位置のセンサチップ１１が回転角センサ用磁石５０の軸方向端面５１上に位置するため、本実施形態に係る回転角センサ用磁石５０では、その軸方向端面５１におけるＮ極とＳ極との磁極間に非磁性領域として同じ深さの凹部５２ａ〜５２ｈが設けられている。そして、各凹部５２ａ〜５２ｈは、突起５３ａ〜５３ｈによりそれぞれ区画されており、それぞれ同じ形状であって周方向等間隔に設けられている。

これにより、回転角センサ用磁石５０の軸方向端面５１において、凹部５２ａ〜５２ｈを介して周方向に隣り合うＮ極とＳ極とを一定距離だけ離すことができるため、凹部（５２ａ〜５２ｈ）がないために磁極間の境界近傍で磁束の向きが急に変化する場合と比較して、磁束の向きの変化を小さくすることができる。したがって、回転角センサ１０ｂでは、軸方向端面５１の直上にセンサチップ１１を配置することで、上述のように構成される回転角センサ用磁石５０に対してセンサチップ１１が位置ズレしてもこの位置ズレに起因する角度検出誤差を抑制することができる。

なお、上記第１実施形態と同様に、環状に形成される磁石であれば、その軸方向端面のうち各磁束を生じない領域の占める周方向長さが軸方向端面におけるＮ極またはＳ極の占める周方向長さ（突起５３ａ〜５３ｈの突出端面の周方向長さに相当）よりも長くなるように形成されることで、他の形状や他の極数であっても角度検出誤差を小さくすることができる。

［第８実施形態］
次に、本発明の第８実施形態に係る回転角センサ用磁石および回転角センサについて図面を参照して説明する。図２１（Ａ）は、第８実施形態に係る回転角センサ用磁石５０ａの平面図であり、図２１（Ｂ）は図２１（Ａ）のＸ２−Ｘ２線相当の切断面による断面図である。
本第８実施形態に係る回転角センサ用磁石では、軸方向端面５１に設けられる磁束を生じない領域を、着磁処理を利用して設ける点が、上記第７実施形態に係る回転角センサ用磁石と主に異なる。

図２１（Ａ）（Ｂ）に示すように、本実施形態における回転角センサ用磁石５０ａは、上述した回転角センサ用磁石５０に対して、各凹部５２ａ〜５２ｈに相当する磁束を生じない領域が着磁処理前の磁石用材料（図２１の符号５４ａ〜５４ｈ参照）により形成されている。すなわち、軸方向端面が平坦面状のリング状磁石用材料を用意し、この磁石用材料に対して各凹部５２ａ〜５２ｈに相当する領域を除く他の領域に対して専用の治具を用いて着磁処理を施す。

このようにしても、軸方向端面５１に対して磁束を生じない領域を設けることができる。特に、リング状磁石用材料を用いて製造するため、回転角センサ用磁石５０のように複雑な形状の磁石用材料を用意する必要がなく磁石用材料の生成時に生じるバリ等も少なくなり、回転角センサ用磁石５０ａを容易に製造することができる。

また、軸方向端面５１における磁束を生じない領域は、各凹部５２ａ〜５２ｈや着磁されていない磁石用材料５４ａ〜５４ｈにより形成されることに限らず、他の方法、例えば、磁石用材料の成形時に樹脂などをインサート成形することで形成されてもよい。

なお、本発明は上記各実施形態および変形例に限定されるものではなく、例えば、以下のように具体化してもよい。
（１）磁束を生じない領域（各凹部２２ａ〜２２ｈや着磁されていない磁石用材料２５ａ〜２５ｈ等）は、それぞれ同じ形状であって周方向等間隔に設けられることに限らず、少なくとも一部が異なる形状に形成されてもよいし周方向にて等間隔にならないように配置されてもよい。

（２）本発明に係る回転角センサ１０，１０ａ，１０ｂは、モータの回転軸３０を検出対象とすることに限らず、他の回転体を検出対象としてもよい。

１０，１０ａ，１０ｂ…回転角センサ
１１…センサチップ（磁気ベクトル検出手段）
２０，２０ａ，２０ｂ，４０，４０ａ，５０，５０ａ…回転角センサ用磁石
２１…内縁
２２ａ〜２２ｈ，４２ａ〜４２ｈ，５２ａ〜５２ｈ…凹部（磁束を生じない領域）
２５ａ〜２５ｈ，４４ａ〜４４ｈ，５４ａ〜５４ｈ…磁石用材料（磁束を生じない領域）
３０…回転軸
４１…外縁
５１…軸方向端面
θｒ…回転軸の回転角
θｓ…磁気ベクトルの振れ角

Claims (5)

1. 回転角（θｒ）を測定する回転角センサ用に用いられる回転角センサ用磁石（２０，２０ａ，２０ｂ）であって、
   周方向にＮ極とＳ極とが交互に配置されて環状に形成され、
   内縁（２１）における前記Ｎ極と前記Ｓ極との磁極間には、磁束を生じない領域（２２ａ〜２２ｈ，２５ａ〜２５ｈ）が設けられ、
   前記磁束を生じない領域は、その径方向長さが当該磁束を生じない領域を含めた磁石の径方向長さの４０％以上６０％以下になるように形成されることを特徴とする回転角センサ用磁石。
2. 前記磁束を生じない領域は、前記内縁のうち当該磁束を生じない領域の占める周方向長さが前記Ｎ極または前記Ｓ極の占める周方向長さよりも長くなるように形成されることを特徴とする請求項１に記載の回転角センサ用磁石。
3. 前記磁束を生じない領域は、それぞれ同じ形状であって周方向等間隔に設けられることを特徴とする請求項１または２に記載の回転角センサ用磁石。
4. 前記磁束を生じない領域は、前記磁極間に形成される凹部（２２ａ〜２２ｈ）により設けられることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の回転角センサ用磁石。
5. 請求項１〜４のいずれか一項に記載の回転角センサ用磁石（２０，２０ａ，２０ｂ）と、
   前記回転角センサ用磁石に対して磁束の向きを磁気ベクトル（θｓ）として検出する磁気ベクトル検出手段（１１）と、を備える回転角センサ（１０）であって、
   検出対象（３０）の回転中心（Ｌ）を基準に固定される前記回転角センサ用磁石について前記磁気ベクトル検出手段により前記磁気ベクトルを検出することで、前記検出対象の回転角（θｒ）を測定することを特徴とする回転角センサ。

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