JP6550099B2 - 回転角検出装置、姿勢制御装置、自動操舵装置及びスロットル装置 - Google Patents

Description

本発明は、回転角検出装置、姿勢制御装置、自動操舵装置及びスロットル装置に関する。

従来の技術として、回転する磁場の方向を検出する回転角検出装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特許文献１又は特許文献２に開示された回転角検出装置は、回転する磁場に対して複数方向に磁気検出素子の対を配置したセンサと、当該センサの各磁気検出素子から出力される信号を処理して磁場の角度に応じた信号を出力する信号処理部とを有し、信号処理部は、磁場を回転させた場合の磁気検出素子の対のそれぞれの出力の位相や振幅を比較することで磁気ノイズの影響分を特定し、当該磁気ノイズの影響分を差し引くことで、又は磁気検出素子の対のそれぞれの出力の平均化等の演算処理をすることで、磁気ノイズの影響を低減した信号を出力する。

特開２００７‐１０４４９号公報 特表２０１６‐５１４８３３号公報

しかし、上記した特許文献１又は特許文献２の回転角検出装置は、磁気ノイズの影響を低減して、回転する磁場の方向を検出するものの、回転する磁場の回転中心を回転検出装置の中心に略一致させる必要があり、誤動作の防止や故障時のバックアップのために回転角検出装置を複数、例えば一対配置する場合、一方の回転角検出装置の中心を回転する磁場の中心に一致させれば他方の中心が一致せず、双方の回転角検出装置の中心の中間を回転する磁場の中心とすればいずれの回転角検出装置の中心も一致せず、回転角検出装置が検出する磁場が設計上の理想的な磁場の変化とならず、回転検出をすることができないか、少なくとも検出磁場と出力信号との間の関係の補正が必要となる、という問題がある。また、１つの回転角検出装置に対して磁気検出素子を回転する磁場に対して複数方向に配置する必要があり、少なくとも磁気検出素子が配置された領域よりはセンサの形状を小型化することができない、という問題がある。

従って、本発明の目的は、従来に比べて小型化され、複数配置された場合であっても回転角を検出する回転角検出装置、姿勢制御装置、自動操舵装置及びスロットル装置を提供することにある。

本発明の一態様は、上記目的を達成するため、以下の回転角検出装置、姿勢制御装置、
自動操舵装置及びスロットル装置を提供する。
［１］回転する磁石と、
検出面の法線を前記磁石の回転軸方向と平行とし、前記回転軸方向を法線方向とする平面視において前記回転軸上以外であって前記磁石と重なる領域に配置され、前記磁石の磁束を検出する第１の一対の磁気検出素子と、前記第１の一対の磁気検出素子と前記回転の円周方向に予め定めた間隔を設けて配置され、前記第１の一対の磁気検出素子と同一方向の磁束を検出する第２の一対の磁気検出素子と、前記第１の一対の磁気検出素子及び前記第２の一対の磁気検出素子の出力に基づいて前記磁石の回転角度に対応する信号を出力する信号処理部とを備えた第１の磁気検出ＩＣと、
前記第１の磁気検出ＩＣと同様の構成を有し、前記第１の磁気検出ＩＣと同一平面であって、前記磁石の回転軸から前記第１の磁気検出ＩＣと等距離に配置される第２の磁気検出ＩＣとを有し、
前記信号処理部は、第１の磁気検出ＩＣ及び第２の磁気検出ＩＣのそれぞれについて、前記第１の一対の磁気検出素子の出力及び前記第２の一対の磁気検出素子の出力から、前記回転軸方向の第１の磁束密度差と、前記回転の円周方向の第２の磁束密度差とを求め、当該第１の磁束密度差と当該第２の磁束密度差とに基づいて前記磁石の回転角度に対応する信号を出力する回転角検出装置。
［２］前記信号処理部は、前記第１の磁束密度差と前記第２の磁束密度差の振幅の変化率に基づいて前記第１の磁束密度差の振幅の最大値と前記第２の磁束密度差の振幅の最大値を求め、当該第１の磁束密度差の振幅の最大値と当該第２の磁束密度差の振幅の最大値に応じて当該第１の磁束密度差の振幅と当該第２の磁束密度差の振幅とを正規化する前記［１］に記載の回転角検出装置。
［３］前記磁石は、前記回転軸と直行する方向に着磁方向を有する前記［１］又は［２］に記載の回転角検出装置。
［４］前記磁石は、前記回転軸を通る平面で二つの部分に分割され、二つの部分は前記回転軸方向に平行であって互いに逆方向に着磁される前記［１］又は［２］に記載の回転角検出装置。
［５］前記磁石は、検出する回転角度に応じて前記回転軸を通る平面で複数の部分に分割され、前記複数の部分は前記回転軸方向に平行であって互いに逆方向に着磁される前記［１］又は［２］に記載の回転角検出装置。
［６］前記磁石は、前記中心軸を中心に一部の角度のみ形成される前記［１］又は［２］に記載の回転角検出装置。
［７］回転する磁石と、
検出面の法線を前記磁石の回転軸方向と平行とし、前記回転軸方向を法線方向とする平面視において前記磁石と重ならない領域に配置され、前記磁石の磁束を検出する第１の一対の磁気検出素子と、前記第１の一対の磁気検出素子と前記回転の円周方向に予め定めた間隔を設けて配置され、前記第１の一対の磁気検出素子と同一方向の磁束を検出する第２の一対の磁気検出素子と、前記第１の一対の磁気検出素子及び前記第２の一対の磁気検出素子の出力に基づいて前記磁石の回転角度に対応する信号を出力する信号処理部とを備えた第１の磁気検出ＩＣと、
前記第１の磁気検出ＩＣと同様の構成を有し、前記第１の磁気検出ＩＣと同一平面であって、前記磁石の回転軸から前記第１の磁気検出ＩＣと等距離に配置される第２の磁気検出ＩＣとを有し、
前記信号処理部は、第１の磁気検出ＩＣ及び第２の磁気検出ＩＣのそれぞれについて、前記第１の一対の磁気検出素子の出力及び前記第２の一対の磁気検出素子の出力から、前記回転軸方向の第１の磁束密度差と、前記回転の円周方向の第２の磁束密度差とを求め、当該第１の磁束密度差と当該第２の磁束密度差とに基づいて前記磁石の回転角度に対応する信号を出力する回転角検出装置。
［８］回転する磁石と、
検出面の法線を前記磁石の回転軸に対する円周方向とし、前記回転軸方向を法線方向とする平面視において前記磁石と重ならない領域に配置され、前記回転軸と直交する方向を法線とする平面視において前記磁石と重なる領域に配置され、前記磁石の磁束を検出する第１の一対の磁気検出素子と、前記第１の一対の磁気検出素子と前記回転の円周方向に予め定めた間隔を設けて配置され、前記第１の一対の磁気検出素子と同一方向の磁束を検出する第２の一対の磁気検出素子と、前記第１の一対の磁気検出素子及び前記第２の一対の磁気検出素子の出力に基づいて前記磁石の回転角度に対応する信号を出力する信号処理部とを備えた第１の磁気検出ＩＣと、
前記第１の磁気検出ＩＣと同様の構成を有し、前記磁石の回転軸から前記第１の磁気検出ＩＣと等距離に配置される第２の磁気検出ＩＣとを有し、
前記信号処理部は、第１の磁気検出ＩＣ及び第２の磁気検出ＩＣのそれぞれについて、前記第１の一対の磁気検出素子の出力及び前記第２の一対の磁気検出素子の出力から、前記回転軸方向の第１の磁束密度差と、前記回転の円周方向の第２の磁束密度差とを求め、当該第１の磁束密度差と当該第２の磁束密度差とに基づいて前記磁石の回転角度に対応する信号を出力する回転角検出装置。
［９］前記［１］〜［８］のいずれかに記載の前記回転角検出装置を備えた姿勢制御装置。
［１０］前記［１］〜［８］のいずれかに記載の前記回転角検出装置を備えた自動操舵装置。
［１１］前記［１］〜［８］のいずれかに記載の前記回転角検出装置を備えたスロットル装置。

請求項１、７〜１１に係る発明によれば、従来に比べて小型化され、複数配置された場合であっても回転角を検出することができる。
請求項２に係る発明によれば、第１の磁束密度差の振幅と第２の磁束密度差の振幅とを正規化することができる。
請求項３に係る発明によれば、回転軸と直交する方向に着磁方向を有する磁石を用いることができる。
請求項４に係る発明によれば、回転軸を通る平面で二つの部分に分割され、二つの部分が回転軸方向に平行であって互いに逆方向に着磁される磁石を用いることができる。
請求項５に係る発明によれば、検出する回転角度に応じて回転軸を通る平面で複数の部分に分割され、複数の部分が回転軸方向に平行であって互いに逆方向に着磁される磁石を用いることができる。
請求項６に係る発明によれば、中心軸を中心に一部の角度のみ形成される磁石を用いることができる。

図１は、第１の実施の形態に係るステアリングシステムの構成例を示す概略図である。 図２は、第１の実施の形態の回転角検出装置の構成例を示す分解斜視図である。 図３（ａ）〜（ｃ）は、ホールＩＣ及び磁石の位置関係を説明するための斜視図、平面図及び正面図である。 図４（ａ）〜（ｃ）は、ホールＩＣの構成を示す斜視図、平面図及び断面図である。 図５（ａ）及び（ｂ）は、ホールＩＣの信号処理部の構成を示すブロック図である。 図６は、ホールＩＣの磁束検出動作を説明するための概略断面図である。 図７（ａ１）〜（ａ５）及び（ｂ１）〜（ｂ５）は、磁石の回転角度とホールＩＣが検出する磁束との関係を示した概略図であり、図７（ａ１）〜（ａ５）は正面図、図７（ｂ１）〜（ｂ５）は平面図である。 図８（ａ）及び（ｂ）は、それぞれ磁石の回転角度に対するホールＩＣの出力ΔＢｚ及びΔＢｘを示すグラフ図である。 図９は、第２の実施の形態の回転角検出装置の構成例を示す分解斜視図である。 図１０（ａ）〜（ｃ）は、ホールＩＣ及び磁石の位置関係を説明するための斜視図、平面図及び正面図である。 図１１（ａ）〜（ｃ）は、ホールＩＣの構成を示す斜視図、平面図及び断面図である。 図１２は、ホールＩＣの構成の変形例を示す平面図である。 図１３は、ホールＩＣの構成の変形例を示す平面図である。 図１４（ａ）及び（ｂ）は、磁石の着磁方向の変形例を示す斜視図である。 図１５（ａ）及び（ｂ）は、磁石の形状及び着磁方向の変形例を示す斜視図である。 図１６（ａ）及び（ｂ）は、磁石の形状及び着磁方向の変形例を示す斜視図である。 図１７（ａ）〜（ｃ）は、ホールＩＣの配置の変形例を示す斜視図である。 図１８（ａ）〜（ｃ）は、検出角度と磁石の着磁方向の変形例を示す斜視図である。 図１９（ａ）〜（ｃ）は、第３の実施の形態に係るホールＩＣの構成を示す斜視図、平面図及び断面図である。 図２０（ａ）及び（ｂ）は、それぞれ磁石の回転角度に対するホールＩＣの出力ΔＢｙ及びΔＢｘを示すグラフ図である。

［第１の実施の形態］
（回転角検出装置の構成）
図１は、第１の実施の形態に係るステアリングシステムの構成例を示す概略図である。

ステアリングシステム８は、ステアリングシャフト２０の舵角を検出して検出信号を出力する回転角検出装置１と、ステアリングシャフト２０の一端に接続されるステアリングホイール２と、ステアリングホイール２の操舵を自動化するために減速ギア３０を介してコラムシャフト２１を回転させるモーター３と、回転角検出装置１の出力に応じてモーター３の動作を制御する又は／及びＥＳＣ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｓｔａｂｉｌｉｔｙ Ｃｏｎｔｒｏｌ）７に舵角の情報を出力するＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）４と、コラムシャフト２１の回転運動をラック軸５０の直線運動に変換するピニオンギア５と、ラック軸５０と図示しないタイロッド等を介して連結される車輪６と、車両の旋回時における姿勢を安定させて横滑りを防止するＥＳＣ７とを有する。

上記構成において、運転者がステアリングホイール２を回転させるとステアリングホイール２に接続されたステアリングシャフト２０が回転する。ステアリングシャフト２０が回転するとコラムシャフト２１が伴に回転する。コラムシャフト２１が回転するとピニオンギア５を介してラック軸５０が変位し、ラック軸５０の変位量に応じて一対の車輪６の角度が変わる。

回転角検出装置１はステアリングシャフト２０の舵角を検出し、検出した舵角に応じた検出信号を出力する。ＥＣＵ４は、回転角検出装置１から検出信号が入力されると、検出信号に応じてステアリングシャフト２０の舵角を算出し、舵角の情報をＥＳＣ７に出力する。

ＥＳＣ７は、入力された舵角の情報に応じてブレーキやエンジン出力を制御して車両の旋回時における姿勢を安定させる。

また、車両の操舵を自動化する際は、ＥＣＵ４は回転角検出装置１の検出信号が入力されると検出信号に応じてモーター３を制御する。モーター３の回転は減速ギア３０で減速されてコラムシャフト２１に回転を加えてステアリングホイール２を操作する。なお、コラムシャフト２１を介さずに、モーター３の出力をラック軸５０に直接伝達する構成としてもよい。

図２は、第１の実施の形態の回転角検出装置１の構成例を示す分解斜視図である。また、図３（ａ）〜（ｃ）は、ホールＩＣ１００及び磁石１１０の位置関係を説明するための斜視図、平面図及び正面図である。

回転角検出装置１は、基板１０１上にホールＩＣ１００を実装した磁気検出部１０と、ステアリングシャフト２０とギア部１２を介して接続されてステアリングシャフト２０のＲ方向への回転に伴いｒ方向に回転する円柱状の磁石１１０とを有する。

磁気検出部１０は、基板１０１の実装面が磁石１１０の底面に対向するように配置され、基板１０１上の点１０１ｃは磁石１１０の回転軸と一致する点である。ホールＩＣ１００は、２つのホールＩＣ（後述するホールＩＣ１００_１及び１００_２、図４）を１パッケージにしたものであり、それぞれのホールＩＣの磁気検出の中心を基板１０１上の点１０１ｃとは一致させず、点１０１ｃからオフセットした位置に配置される。なお、ホールＩＣ１００の中心と点１０１ｃとは一致させる。

磁石１１０は、円柱の底面（上面）と平行に着磁され、円柱の中心軸を回転軸として回転することで着磁方向Ｄｍをｒ方向の回転と共に回転させる。磁石１１０の回転により、ホールＩＣ１００の磁気検出点における磁場が変化する。具体的な磁場の変化は図７において後述する。

ギア部１２は、磁石１１０と共に軸１２０ａを中心に回転するギア１２０と、軸１２１ａを中心に回転するギア１２１と、ステアリングシャフト２０と共に回転するギア１２２とを有する。ギア部１２は、図示しないケース内に収容され、軸１２０ａ及び１２１ａは、当該ケース内壁に設けられた穴に保持される。磁気検出部１０は、当該ケース内に収容されてもよいし、当該ケースが非磁性体であればケース外に配置されるものであってもよい。

ホールＩＣ１００は、一例として、磁石１１０の底面と５ｍｍだけ離れた位置に配置される。なお、ホールＩＣ１００に含まれる２つのホールＩＣ（１００_１及び１００_２、図４）は、それぞれ点１０１ｃから径方向に５ｍｍだけ離れた位置に配置される。

磁石１１０は、フェライト、サマリウムコバルト、ネオジウム等の材料を用いて形成された永久磁石である。なお、磁石の大きさは、一例として、外径２０ｍｍ、高さ５ｍｍである。

図４（ａ）〜（ｃ）は、ホールＩＣ１００の構成を示す斜視図、平面図及び断面図である。

ホールＩＣ１００は、基板１００ｂと、基板１００ｂ上に設けられて基板１００ｂの表面と平行な検出面を有し、磁気検出素子として検出方向を基板１００ｂ表面の法線方向とするホールプレート１００ｈｌ_１１、１００ｈｌ_１２（総じて「ホールプレート１００ｈｌ_１」と呼ぶ場合がある。）（第１の一対の磁気検出素子）及びホールプレート１００ｈｒ_１１、１００ｈｒ_１２（総じて「ホールプレート１００ｈｒ_１」と呼ぶ場合がある。）（第２の一対の磁気検出素子）と、ホールプレート１００ｈｌ_１１、１００ｈｌ_１２上にそれぞれの一部が重なるように基板１００ｂ上に設けられて法線方向と直交する方向の磁束を法線方向に変換してホールプレート１００ｈｌ_１１、１００ｈｌ_１２に検出させる磁気コンセントレータ１００ｓｌ_１と、１００ｈｒ_１１、１００ｈｒ_１２上にそれぞれの一部が重なるように基板１００ｂ上に設けられて法線方向と直交する方向の磁束を法線方向に変換してホールプレート１００ｈｒ_１１、１００ｈｒ_１２に検出させる磁気コンセントレータ１００ｓｒ_１と、ホールプレート１００ｈｌ_１、１００ｈｒ_１の出力する信号を処理する信号処理部（１００ｓｐ_１、図５）を有し、次に説明する信号処理によって法線方向及び法線方向と直交する方向の磁束密度を検出する。以上のホールプレート１００ｈｌ_１、１００ｈｒ_１、磁気コンセントレータ１００ｓｌ_１、１００ｓｒ_１及び信号処理部１００ｓｐ_１をホールＩＣ１００_１（第１の磁気検出ＩＣ）という。

また、ホールＩＣ１００は、基板１００ｂと、基板１００ｂ上に設けられて基板１００ｂの表面と平行な検出面を有し、磁気検出素子として検出方向を基板１００ｂ表面の法線方向とするホールプレート１００ｈｌ_２１、１００ｈｌ_２２（総じて「ホールプレート１００ｈｌ_２」と呼ぶ場合がある。）（第１の一対の磁気検出素子）及びホールプレート１００ｈｒ_２１、１００ｈｒ_２２（総じて「ホールプレート１００ｈｒ_２」と呼ぶ場合がある。）（第２の一対の磁気検出素子）と、ホールプレート１００ｈｌ_２１、１００ｈｌ_２２上にそれぞれの一部が重なるように基板１００ｂ上に設けられて法線方向と直交する方向の磁束を法線方向に変換してホールプレート１００ｈｌ_２１、１００ｈｌ_２２に検出させる磁気コンセントレータ１００ｓｌ_２と、１００ｈｒ_２１、１００ｈｒ_２２上にそれぞれの一部が重なるように基板１００ｂ上に設けられて法線方向と直交する方向の磁束を法線方向に変換してホールプレート１００ｈｒ_２１、１００ｈｒ_２２に検出させる磁気コンセントレータ１００ｓｒ_２と、ホールプレート１００ｈｌ_２、１００ｈｒ_２の出力する信号を処理する信号処理部（１００ｓｐ_２、図５）を有し、次に説明する信号処理によって法線方向及び法線方向と直交する方向の磁束密度を検出する。以上のホールプレート１００ｈｌ_２、１００ｈｒ_２、磁気コンセントレータ１００ｓｌ_２、１００ｓｒ_２及び信号処理部１００ｓｐ_２をホールＩＣ１００_２（第２の磁気検出ＩＣ）という。

点１０１ｃは、ホールＩＣ１００_１とホールＩＣ１００_２との中間に位置し、磁気コンセントレータ１００ｓｌ_１、１００ｓｒ_１、１００ｓｌ_２、１００ｓｒ_２のそれぞれから等距離となるようホールＩＣ１００が配置される。

なお、ホールＩＣ１００は、例えば、ホールプレート１００ｈｌ_１１と１００ｈｌ_１２との間隔、ホールプレート１００ｈｒ_１１と１００ｈｒ_１２との間隔、ホールプレート１００ｈｌ_２１と１００ｈｌ_２２との間隔及びホールプレート１００ｈｒ_２１と１００ｈｒ_２２との間隔は、０．２ｍｍであり、基板１００ｂの厚みが０．５ｍｍ、ｙ方向の幅が５ｍｍ、ｘ方向の幅が４．５ｍｍである。磁気コンセントレータ１００ｓｌ_１、１００ｓｒ_１、１００ｓｌ_２、１００ｓｒ_２は、パーマロイを用いることができる。また、磁気コンセントレータ１００ｓｌ_１と磁気コンセントレータ１００ｓｒ_１、磁気コンセントレータ１００ｓｌ_２と磁気コンセントレータ１００ｓｒ_２とは２ｍｍ離されて配置される。また、ホールＩＣ１００_１の中心とホールＩＣ１００_２の中心はｙ方向に３ｍｍ離されて配置される。ここで、ホールＩＣ１００_１及びホールＩＣ１００_２はそれぞれｙ方向に２ｍｍ、ｘ方向に３ｍｍの領域内に構成され、これらのサイズを配置可能であれば基板１００ｂのサイズは適宜変更可能である。

図５（ａ）及び（ｂ）は、ホールＩＣ１００の信号処理部の構成を示すブロック図であり、図５（ａ）はホールＩＣ１００_１の信号処理部、図５（ｂ）はホールＩＣ１００_２の信号処理部を示す。

図５（ａ）に示すように、ホールＩＣ１００_１の信号処理部１００ｓｐ_１は、ホールプレート１００ｈｌ_１１、１００ｈｌ_１２、１００ｈｒ_１１、１００ｈｒ_１２からの出力を後段へ順に出力するマルチプレクサ１００ｍｕｘ_１と、マルチプレクサ１００ｍｕｘ_１の出力を増幅する増幅器１００ｇ_１と、増幅器１００ｇ_１から出力されるアナログ信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器１００ａｄ_１と、Ａ／Ｄ変換器１００ａｄ_１から入力されたデジタル信号を処理するデジタルシグナルプロセッサ１００ｄｓｐ_１と、デジタルシグナルプロセッサ１００ｄｓｐ_１から出力されるデジタル信号をアナログ信号に変換するＤ／Ａ変換器１００ｄａ_１と、Ｄ／Ａ変換器１００ｄａ_１で変換されたアナログ信号をＥＣＵ４に対して出力するための出力１００ｏｕｔ_１とを有する。

デジタルシグナルプロセッサ１００ｄｓｐ_１は、ホールプレート１００ｈｌ_１１、１００ｈｌ_１２、１００ｈｒ_１１、１００ｈｒ_１２からの出力について演算をし、必要な情報については記憶する。デジタルシグナルプロセッサ１００ｄｓｐ_１は、ホールプレート１００ｈｌ_１１、１００ｈｌ_１２の出力の加算、減算、ホールプレート１００ｈｒ_１１、１００ｈｒ_１２の出力の加算、減算をした後、その計算結果を用いて磁石１１０の回転角度を求めるが、詳細な算出方法は後述する。

また、同様に図５（ｂ）に示すように、ホールＩＣ１００_２の信号処理部１００ｓｐ_２は、ホールプレート１００ｈｌ_２１、１００ｈｌ_２２、１００ｈｒ_２１、１００ｈｒ_２２からの出力を後段へ順に出力するマルチプレクサ１００ｍｕｘ_２と、マルチプレクサ１００ｍｕｘ_２の出力を増幅する増幅器１００ｇ_２と、増幅器１００ｇ_２から出力されるアナログ信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器１００ａｄ_２と、Ａ／Ｄ変換器１００ａｄ_２から入力されたデジタル信号を処理するデジタルシグナルプロセッサ１００ｄｓｐ_２と、デジタルシグナルプロセッサ１００ｄｓｐ_２から出力されるデジタル信号をアナログ信号に変換するＤ／Ａ変換器１００ｄａ_２と、Ｄ／Ａ変換器１００ｄａ_２で変換されたアナログ信号をＥＣＵ４に対して出力するための出力１００ｏｕｔ_２とを有する。

デジタルシグナルプロセッサ１００ｄｓｐ_２も同様に、ホールプレート１００ｈｌ_２１、１００ｈｌ_２２、１００ｈｒ_２１、１００ｈｒ_２２からの出力について演算をし、必要な情報については記憶する。また、デジタルシグナルプロセッサ１００ｄｓｐ_２は、ホールプレート１００ｈｌ_２１、１００ｈｌ_２２の出力の加算、減算、ホールプレート１００ｈｒ_２１、１００ｈｒ_２２の出力の加算、減算をした後、その計算結果を用いて磁石１１０の回転角度を求める。

（第１の実施の形態の動作）
図６は、ホールＩＣ１００の磁束検出動作を説明するための概略断面図である。なお、ホールＩＣ１００に含まれるホールＩＣ１００_１及びホールＩＣ１００_２はそれぞれ同様に動作するが、ここでは代表してホールＩＣ１００_１について説明する。

ホールＩＣ１００_１のホールプレートのうち、ホールプレート１００ｈｌ_１１及び１００ｈｌ_１２は、図面垂直方向において磁束密度を検出するが、磁束ｆの図面水平方向成分をＢ‖（Ｂｘ）とし、図面垂直方向成分をＢｚとしたとき、図面水平方向成分Ｂ‖が磁気コンセントレータ１００ｓｌ_１によって誘導されてＢ⊥として検出されるため、ホールプレート１００ｈｌ_１１は“Ｂ⊥‐Ｂｚ”を検出し、ホールプレート１００ｈｌ_１２は“‐Ｂ⊥‐Ｂｚ”を検出する。

そのため、信号処理部１００ｓｐ_１によって、ホールプレート１００ｈｌ_１１と１００ｈｌ_１２との出力の差分をとれば、磁束密度２Ｂ⊥に比例した信号（以下、「Ｂｘｌ」と言う。）が得られ、ホールプレート１００ｈｌ_１１と１００ｈｌ_１２との出力の和をとれば、‐２Ｂｚの磁束密度に比例した信号（以下、「Ｂｚｌ」と言う。）が得られる。

なお、上記したホールプレート１００ｈｌ_１１及び１００ｈｌ_１２についての動作は、ホールプレート１００ｈｒ_１１及び１００ｈｒ_１２についても同様に説明でき、信号処理部１００ｓｐ_１によって、ホールプレート１００ｈｒ_１１と１００ｈｒ_１２との出力の差分をとれば、磁束密度２Ｂ⊥に比例した信号（以下、「Ｂｘｒ」と言う。）が得られ、ホールプレート１００ｈｒ_１１と１００ｈｒ_１２との出力の和をとれば、‐２Ｂｚの磁束密度に比例した信号（以下、「Ｂｚｒ」と言う。）が得られる。

なお、ホールプレート１００ｈｌ_１とホールプレート１００ｈｒ_１とは２ｍｍ離されて配置されているため、それぞれは位置的に異なる磁場を検出する。従って、ホールプレート１００ｈｌ_１とホールプレート１００ｈｒ_１の出力の差分は、ΔＢｘ＝Ｂｘｌ‐Ｂｘｒ（第２の磁束密度差）、ΔＢｚ＝Ｂｚｌ‐Ｂｚｒ（第１の磁束密度差）として算出される。

ΔＢｘ及びΔＢｚは、磁石１１０の回転角度に伴い変化するものであり、その対応関係は図７及び図８を用いて説明される。

図７（ａ１）〜（ａ５）及び（ｂ１）〜（ｂ５）は、磁石１１０の回転角度とホールＩＣ１００が検出する磁束との関係を示した概略図であり、図７（ａ１）〜（ａ５）は正面図、図７（ｂ１）〜（ｂ５）は平面図である。なお、ホールＩＣ１００に含まれるホールＩＣ１００_１及びホールＩＣ１００_２はそれぞれ同様に動作するが、ここでは代表してホールＩＣ１００_１について説明する。

また、図８（ａ）及び（ｂ）は、それぞれ磁石１１０の回転角度に対するホールＩＣ１００_１の出力ΔＢｚ及びΔＢｘを示すグラフ図である。

磁石１１０の回転角度がθ＝０°において（図７（ａ１）及び（ｂ１））、ホールプレート１００ｈｌ_１とホールプレート１００ｈｒ_１がそれぞれ検出する磁場Ｂｚｌ及びＢｚｒは同等の数値となる。従って、ΔＢｚ＝０となる。また、ホールプレート１００ｈｌ_１とホールプレート１００ｈｒ_１がそれぞれ検出する磁場Ｂｘｌ及びＢｘｒは符号が反対で同等の数値となる。従って、ΔＢｘは負の最大値となる。

次に、磁石１１０の回転角度がθ＝９０°において（図７（ａ３）及び（ｂ３））、ホールプレート１００ｈｌ_１とホールプレート１００ｈｒ_１がそれぞれ検出する磁場Ｂｚｌ及びＢｚｒは符号が反対で同等の数値となる。従って、ΔＢｚは正の最大値となる。また、ホールプレート１００ｈｌ_１とホールプレート１００ｈｒ_１がそれぞれ検出する磁場Ｂｘｌ及びＢｘｒは同等の数値となる。従って、ΔＢｘ＝０となる。

次に、磁石１１０の回転角度がθ＝１８０°において（図７（ａ５）及び（ｂ５））、ホールプレート１００ｈｌ_１とホールプレート１００ｈｒ_１がそれぞれ検出する磁場Ｂｚｌ及びＢｚｒは同等の数値となる。従って、ΔＢｚ＝０となる。また、ホールプレート１００ｈｌ_１とホールプレート１００ｈｒ_１がそれぞれ検出する磁場Ｂｘｌ及びＢｘｒは符号が反対で同等の数値となる（θ＝０°の場合と逆向き）。従って、ΔＢｘは正の最大値となる。

以上のΔＢｚ及びΔＢｘの振る舞いと、遷移状態であるθ＝４５°（図７（ａ２）及び（ｂ２））、θ＝１３５°（図７（ａ４）及び（ｂ４））及びθ＝１８０°〜３６０°を勘案すると、ΔＢｚ及びΔＢｘと磁石１１０の回転角θとの関係は、図８（ａ）及び（ｂ）に示すように、ΔＢｚがｓｉｎθに比例し、ΔＢｘがｃｏｓθに比例したものとなる。

つまり、ΔＢｚ／ΔＢｘ＝ｋ・ｓｉｎθ／ｃｏｓθ＝ｋ・ｔａｎθとなるから、θ＝ａｒｃｔａｎ（Ｋ・ΔＢｚ／ΔＢｘ）となる。なお、ｋはΔＢｚとΔＢｘとの振幅の大きさを正規化するための定数であり、Ｋはｋの逆数である。

信号処理部１００ｓｐ_１のデジタルシグナルプロセッサ１００ｄｓｐ_１は、ホールプレート１００ｈｌ_１１、１００ｈｌ_１２、１００ｈｒ_１１、１００ｈｒ_１２からの出力をマルチプレクサ１００ｍｕｘ_１、増幅器１００ｇ_１及びＡ／Ｄ変換器１００ａｄ_１を介してデジタル信号として取得し、上記した演算方法に基づいて取得した出力からθを算出する。

デジタルシグナルプロセッサ１００ｄｓｐ_１で算出されたθは、Ｄ／Ａ変換器１００ｄａ_１によってデジタル信号からアナログ信号に変換され、Ｄ／Ａ変換器１００ｄａ_１で変換されたアナログ信号は出力１００ｏｕｔ_１からＥＣＵ４に対して出力される。

なお、θの算出にはｋ（又はＫ）を決定する必要があるため、デジタルシグナルプロセッサ１００ｄｓｐ_１は、ｋ（又はＫ）を決定するためのキャリブレーションモードを有する。キャリブレーションモードにおいて磁石１１０を３６０°回転させると、デジタルシグナルプロセッサ１００ｄｓｐ_１はΔＢｚ及びΔＢｘを記録する。次に、デジタルシグナルプロセッサ１００ｄｓｐ_１は、それぞれの最大値であるΔＢｚｍａｘ及びΔＢｘｍａｘからｋ（又はＫ）を算出する。

また、デジタルシグナルプロセッサ１００ｄｓｐ_１は、最大値であるΔＢｚｍａｘ及びΔＢｘｍａｘの決定方法の他の例として、ΔＢｚ及びΔＢｘの（θ又は時間についての）微分、つまり傾きが０となる角度又はタイミングのΔＢｚ及びΔＢｘからΔＢｚｍａｘ及びΔＢｘｍａｘを決定してもよい。

また、ホールＩＣ１００_２は、ホールＩＣ１００_１と中心１００ｃについて対象に配置されているため、デジタルシグナルプロセッサ１００ｄｓｐ_２で算出されるθ’は、θに対して１８０°位相がずれるため、θ’＝θ‐１８０°となる。当該位相のずれ（１８０°）は、デジタルシグナルプロセッサ１００ｄｓｐ_２で補正してからθとしてＥＣＵ４に対して出力してもよいし、θ’としてＥＣＵ４に出力してからＥＣＵ４でθに補正してもよい。

（第１の実施の形態の効果）
上記した実施の形態によれば、ホールＩＣ１００_１及びホールＩＣ１００_２は、２点間におけるｘ方向及びｚ方向の磁場の差分を利用して磁石１１０の回転を検出するため、磁石１１０の回転中心の直下にホールＩＣ１００_１及びホールＩＣ１００_２を配置する必要がなく、回転中心からオフセットさせた位置に配置でき、ホールＩＣ１００は複数の回転角検出装置（ホールＩＣ１００_１及びホールＩＣ１００_２）を１パッケージにすることができる。

また、ホールＩＣ１００に含まれる各ホールＩＣ１００_１及びホールＩＣ１００_２について、回転する磁場について単一方向にホールプレートを配置すれば済み、複数方向に配置する必要がないため、従来に比べてＩＣを小型化することができる。

［第２の実施の形態］
第２の実施の形態は、磁石１１０を半円の円筒形状とし、検出する回転角度を１８０°とした点、及びホールＩＣを回転中心からオフセットさせて配置した点で第１の実施の形態と異なり、バイクやスクーター等のスロットル装置に応用したものである。なお、第１の実施の形態と同一の構成については同一の符号を付している。

図９は、第２の実施の形態の回転角検出装置の構成例を示す分解斜視図である。

スロットル装置８Ａは、一例として、電動バイクのモーターの回転を制御するためのものであって、電動バイクの運転者によって把持されるスロットルグリップ２Ａと、スロットルグリップ２Ａの内壁と外壁が固定されてハンドルバー２１Ａの外壁と内壁が摺動して回転する円筒状のスリーブ２００Ａと、スリーブ２００Ａの一端に設けられて磁石１１０Ａを固定するマウント２０１Ａと、バイクを操舵するためのハンドルバー２１Ａと、図示しないスイッチやハーネス等を収容するとともにスリーブ２００Ａを回転可能に保持するケース上部２２０Ａ及びケース下部２２１Ａとからなるスイッチボックスとを有する。

第２の実施の形態の回転角検出装置１Ａは、基板（図示せず）上にホールＩＣ１００Ａを実装した磁気検出部と、スロットルグリップ２Ａと一体回転する半円の円筒形状の磁石１１０Ａとを有する。

図１０（ａ）〜（ｃ）は、ホールＩＣ及び磁石の位置関係を説明するための斜視図、平面図及び正面図である。

ホールＩＣ１００Ａは、２つのホールＩＣ（ホールＩＣ１００_１及び１００_２、図１１）を１パッケージにしたものであり、それぞれのホールＩＣの磁気検出の中心をスリーブ２００Ａの回転軸とは一致させず、回転軸からオフセットした位置に配置される。なお、ホールＩＣ１００Ａの中心と回転軸とを一致させない。

磁石１１０Ａは、円筒の底面（上面）と平行に着磁され、円筒の中心軸を回転軸として回転することで着磁方向Ｄｍを共に回転させる。磁石１１０Ａの回転により、ホールＩＣ１００Ａの磁気検出点における磁場が変化する。

磁石１１０Ａは、フェライト、サマリウムコバルト、ネオジウム等の材料を用いて形成された永久磁石である。なお、磁石の大きさは、一例として、外径２０ｍｍ、高さ１０ｍｍである。

図１１（ａ）〜（ｃ）は、ホールＩＣ１００Ａの構成を示す斜視図、平面図及び断面図である。

ホールＩＣ１００Ａは、基板１００ｂと、基板１００ｂ上に設けられて基板１００ｂの表面と平行な検出面を有し、第１の実施の形態と同様に、磁気検出素子として検出方向を基板１００ｂ表面の法線方向とするホールプレート１００ｈｌ_１１、１００ｈｌ_１２（第１の一対の磁気検出素子）及びホールプレート１００ｈｒ_１１、１００ｈｒ_１２（第２の一対の磁気検出素子）と、ホールプレート１００ｈｌ_１１、１００ｈｌ_１２上にそれぞれの一部が重なるように基板１００ｂ上に設けられて法線方向と直交する方向の磁束を法線方向に変換してホールプレート１００ｈｌ_１１、１００ｈｌ_１２に検出させる磁気コンセントレータ１００ｓｌ_１と、１００ｈｒ_１１、１００ｈｒ_１２上にそれぞれの一部が重なるように基板１００ｂ上に設けられて法線方向と直交する方向の磁束を法線方向に変換してホールプレート１００ｈｒ_１１、１００ｈｒ_１２に検出させる磁気コンセントレータ１００ｓｒ_１と、ホールプレート１００ｈｌ_１、１００ｈｒ_１の出力する信号を処理する信号処理部（１００ｓｐ_１、図５）を有し、法線方向及び法線方向と直交する方向の磁束密度を検出する。以上のホールプレート１００ｈｌ_１、１００ｈｒ_１、磁気コンセントレータ１００ｓｌ_１、１００ｓｒ_１及び信号処理部１００ｓｐ_１をホールＩＣ１００_１という。

また、ホールＩＣ１００は、基板１００ｂと、基板１００ｂ上に設けられて基板１００ｂの表面と平行な検出面を有し、第１の実施の形態と同様に、磁気検出素子として検出方向を基板１００ｂ表面の法線方向とするホールプレート１００ｈｌ_２１、１００ｈｌ_２２（第１の一対の磁気検出素子）及びホールプレート１００ｈｒ_２１、１００ｈｒ_２２（第２の一対の磁気検出素子）と、ホールプレート１００ｈｌ_２１、１００ｈｌ_２２上にそれぞれの一部が重なるように基板１００ｂ上に設けられて法線方向と直交する方向の磁束を法線方向に変換してホールプレート１００ｈｌ_２１、１００ｈｌ_２２に検出させる磁気コンセントレータ１００ｓｌ_２と、１００ｈｒ_２１、１００ｈｒ_２２上にそれぞれの一部が重なるように基板１００ｂ上に設けられて法線方向と直交する方向の磁束を法線方向に変換してホールプレート１００ｈｒ_２１、１００ｈｒ_２２に検出させる磁気コンセントレータ１００ｓｒ_２と、ホールプレート１００ｈｌ_２、１００ｈｒ_２の出力する信号を処理する信号処理部（１００ｓｐ_２、図５）を有し、法線方向及び法線方向と直交する方向の磁束密度を検出する。以上のホールプレート１００ｈｌ_２、１００ｈｒ_２、磁気コンセントレータ１００ｓｌ_２、１００ｓｒ_２及び信号処理部１００ｓｐ_２をホールＩＣ１００_２という。

なお、第１の実施の形態と異なり、スリーブ２００Ａの回転軸は、ホールＩＣ１００_１とホールＩＣ１００_２との中間に位置せず、ホールＩＣ１００_１とホールＩＣ１００_２はいずれもスリーブ２００Ａの回転軸からオフセットされる。

なお、ホールＩＣ１００Ａは、例えば、ホールプレート１００ｈｌ_１１と１００ｈｌ_１２との間隔、ホールプレート１００ｈｒ_１１と１００ｈｒ_１２との間隔、ホールプレート１００ｈｌ_２１と１００ｈｌ_２２との間隔及びホールプレート１００ｈｒ_２１と１００ｈｒ_２２との間隔は、０．２ｍｍであり、基板１００ｂの厚みが０．５ｍｍ、ｙ方向の幅が５ｍｍ、ｘ方向の幅が４．５ｍｍである。磁気コンセントレータ１００ｓｌ_１、１００ｓｒ_１、１００ｓｌ_２、１００ｓｒ_２は、パーマロイを用いることができる。また、磁気コンセントレータ１００ｓｌ_１と磁気コンセントレータ１００ｓｒ_１、磁気コンセントレータ１００ｓｌ_２と磁気コンセントレータ１００ｓｒ_２とは２ｍｍ離されて配置される。また、ホールＩＣ１００_１の中心とホールＩＣ１００_２の中心はｙ方向に３ｍｍ離されて配置されるが、さらに狭めるものであってもよい。ここで、ホールＩＣ１００_１及びホールＩＣ１００_２はそれぞれｙ方向に２ｍｍ、ｘ方向に３ｍｍの領域内に構成され、これらのサイズを配置可能であれば基板１００ｂのサイズは適宜変更可能である。

上記構成において、電動バイクの運転者がスロットルグリップ２Ａを回転させるとスリーブ２００Ａ及びマウント２０１Ａに固定された磁石１１０Ａが回転する。回転角検出装置１Ａはスロットルグリップ２Ａの回転角を検出し、ホールＩＣ１００_１とホールＩＣ１００_２が検出した回転角θに応じた検出信号を出力する。なお、第１の実施の形態と異なり、ホールＩＣ１００_１とホールＩＣ１００_２が検出する回転角θに位相差はなく、一致した回転角θを検出する。

図示しないＥＣＵ又はモーター制御装置は、ホールＩＣ１００_１とホールＩＣ１００_２から検出信号が入力されると、検出信号に応じて電動バイクのモーターの回転を制御する。なお、スロットルグリップ２Ａ及びスリーブ２００Ａは、ハンドルバー２１Ａを中心に１８０°未満で回転するものとし、図９は運転者がスロットルグリップ２Ａを９０°回転させた状態を示すものである。

（第２の実施の形態の効果）
上記した実施の形態によれば、第１の実施の形態と同様の効果を電動バイクのスロットルに応用することができる。つまり、従来に比べてＩＣを小型化した回転角検出装置１Ａを電動バイクのスロットル装置８Ａに適用することができる。また、ホールＩＣ１００Ａを回転中心からオフセットさせた位置に配置でき、従来に比べて配置についての制限を低減することができるため、ハンドルバー２１Ａが回転中心の空間を占める場合であっても回転角検出装置１Ａを適用できる。

また、磁石１１０Ａが円筒形状を二分割したものであるため、円筒形状の磁石（例えば、磁石１１０ｂ（図１５（ａ））又は磁石１１０ｃ（図１５（ｂ）））に比べてハンドルバー２１Ａに対して取り付けることが容易であり、スロットル装置の設計変更を必要とせずに、又は従来のスロットル装置を構成する部品の代替部品として回転角検出装置１Ａを導入することができる。

［変形例］
なお、本発明は、上記実施の形態に限定されず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々な変形が可能である。例えば、ホールＩＣ１００、１００Ａを以下のものに置き換えてもよい。

図１２は、ホールＩＣの変形例を示す平面図である。

ホールＩＣ１００Ｂは、第１の実施の形態のホールＩＣ１００及び第２の実施の形態のホールＩＣ１００Ａと同様に２つのホールＩＣ１００_１及びホールＩＣ１００_２を有し、磁石の回転軸との交点である点１０１Ｂｃに対して角度９０°をなすように配置される。２つのホールＩＣ１００_１及びホールＩＣ１００_２が検出する回転角度はそれぞれ９０°位相が異なるものとなる。

図１３は、ホールＩＣの変形例を示す平面図である。

ホールＩＣ１００Ｃは、第１の実施の形態のホールＩＣ１００及び第２の実施の形態のホールＩＣ１００Ａと同様に２つのホールＩＣ１００_１及びホールＩＣ１００_２を有し、磁石の回転軸との交点である点１０１Ｃｃに対して角度４５°をなすように配置される。２つのホールＩＣ１００_１及びホールＩＣ１００_２が検出する回転角度はそれぞれ４５°位相が異なるものとなる。

また、２つのホールＩＣ１００_１及びホールＩＣ１００_２は、上記した９０°、４５°以外の配置角度であってもよい。つまり、磁石の回転軸との交点に対して任意の角度で配置してよく、第１の実施の形態のホールＩＣ１００は配置角度が１８０°の場合、第２の実施の形態のホールＩＣ１００Ａは配置角度が０°の場合と表現することもできる。

また、磁石１１０及び磁石１１０Ａを以下に示すものに置き換えてもよい。

図１４（ａ）及び（ｂ）は、磁石の着磁方向の変形例を示す斜視図である。

図１４（ａ）に示す磁石１１０は、第１の実施の形態の磁石１１０と同様であり、他の磁石の変形例との比較のために示したものである。磁石１１０は、円柱形状の円柱の軸と直交する方向に着磁方向Ｄｍを有する。

図１４（ｂ）に示す磁石１１０ａは、円柱形状を円柱の軸を通る平面で二つの部分に分割したものであり、それぞれの部分の着磁方向Ｄｍは円柱の軸方向に平行であって互いに逆方向とする。この構成によって、ホールＩＣ１００の磁気検出位置において、磁石１１０と同等の外部磁場が形成されるため、磁石１１０をそのまま磁石１１０ａで置き換えてもよい。

図１５（ａ）及び（ｂ）は、磁石の形状及び着磁方向の変形例を示す斜視図である。

図１５（ａ）に示す磁石１１０ｂは、円筒形状を有し、円筒形状の軸と直交する方向に着磁方向Ｄｍを有する。この構成によって、ホールＩＣ１００の磁気検出位置において、磁石１１０と同等の外部磁場が形成されるため、磁石１１０をそのまま磁石１１０ｂで置き換えてもよい。

図１５（ｂ）に示す磁石１１０ｃは、円筒形状を有し、円筒形状を円筒の軸を通る平面で二つの部分に分割したものであり、それぞれの部分の着磁方向Ｄｍは円筒の軸方向に平行であって互いに逆方向とする。この構成によって、ホールＩＣ１００の磁気検出位置において、磁石１１０と同等の外部磁場が形成されるため、磁石１１０をそのまま磁石１１０ｃで置き換えてもよい。

図１６（ａ）及び（ｂ）は、磁石の形状及び着磁方向の変形例を示す斜視図である。

図１６（ａ）に示す磁石１１０ｄは、円筒形状を円筒の軸を通る平面で分割したものの一方であり、円筒形状の軸と直交する方向に着磁方向Ｄｍを有する。この構成よって、円筒の軸を法線とする平面視において磁石１１０ｄとホールＩＣ１００が重なる回転角１８０°の範囲内で、磁石１１０と同等の外部磁場が形成されるため、磁石１１０ｄを上記回転角度の範囲内で用いる場合、磁石１１０ｄで置き換えてもよい。また、磁石１１０ｄは、第２の実施の形態の磁石１１０Ａとして用いることができる。なお、磁石１１０ｄは半円だけでなく、任意の角度で形成してよく、円筒の軸を法線とする平面視において磁石１１０ｄとホールＩＣ１００が重なる回転角で回転角を検出できる。

図１６（ｂ）に示す磁石１１０ｅは、円筒形状を円筒の軸を通る平面で分割したものの一方であり、当該形状を円筒の軸を通る平面で３つの部分に分割したものであり、それぞれの部分の着磁方向Ｄｍは円筒の軸方向に平行であって互いに逆方向とする。この構成よって、円筒の軸を法線とする平面視において磁石１１０ｅとホールＩＣ１００が重なる回転角１８０°未満の範囲内で、磁石１１０と同等の外部磁場が形成されるため、磁石１１０ｅを上記回転角度の範囲内で用いる場合、磁石１１０ｅで置き換えてもよい。また、磁石１１０ｅは、第２の実施の形態の磁石１１０Ａとして用いることができる。なお、磁石１１０ｅは半円だけでなく、任意の角度で形成してよく、円筒の軸を法線とする平面視において磁石１１０ｅとホールＩＣ１００が重なる回転角で回転角を検出できる。

なお、磁石１１０、１１０ａ〜１１０ｅ、１１０ａ１、１１０ａ２は、円柱形又は円筒形のものを示したが、任意の多角形柱形状でもよいし、回転角検出装置１又は１Ａが検出する磁束密度が周期的に変化し、回転角を一意に定めることができるような変化であれば磁石の形状は問わない。

また、ホールＩＣ１００及びホールＩＣ１００Ａを以下に示す配置としてもよい。

図１７（ａ）〜（ｃ）は、ホールＩＣ１００の配置の変形例を示す斜視図である。

図１７（ａ）に示す磁石１１０に対するホールＩＣ１００の配置は、第１の実施の形態と同様であり、他のホールＩＣ１００の配置の変形例との比較のために示したものである。当該配置において、磁石１１０は、磁石１１０ａ（図１４（ａ））、磁石１１０ｂ（図１５（ａ））、磁石１１０ｃ（図１５（ｂ））、磁石１１０ｄ（図１６（ａ））又は磁石１１０ｅ（図１６（ｂ））であってもよい。

図１７（ｂ）に示す磁石１１０に対するホールＩＣ１００の配置は、磁石１１０の円柱の軸からオフセットされている点では第１の実施の形態及び第２の実施の形態と同様であるが、オフセット量が円柱の半径より大きく、円柱の軸を法線とする平面視において磁石１１０を回転させても磁石１１０とホールＩＣ１００が重ならない点で異なる。当該配置において、磁石１１０は、磁石１１０ｂ（図１５（ａ））又は磁石１１０ｄ（図１６（ａ））であってもよい。

図１７（ｃ）に示す磁石１１０に対するホールＩＣ１００の配置は、磁石１１０の円柱の軸からオフセットされている点では第１の実施の形態及び第２の実施の形態と同様であるが、オフセット量が円柱の半径より大きく、円柱の軸を法線とする平面視において磁石１１０を回転させても磁石１１０とホールＩＣ１００が重ならならず、ホールＩＣ１００の磁気検出方向が磁石１１０の円周方向であって、ｚ方向の配置が磁石１１０の円柱の上面と底面との間である点で異なる。当該配置において、磁石１１０は、磁石１１０ｂ（図１５（ａ））又は磁石１１０ｄ（図１６（ａ））であってもよい。

また、回転角検出装置１及び回転角検出装置１Ａの検出する回転角度に応じて磁石１１０及び磁石１１０Ａを以下に示すものに置き換えてもよい。

図１８（ａ）〜（ｃ）は、検出角度と磁石の着磁方向の変形例を示す斜視図である。

図１８（ａ）に示す磁石１１０ａは、図１４（ｂ）に示す磁石１１０ａと同様であり、他の磁石の変形例との比較のために示したものである。磁石１１０ａは、円柱形状を円柱の軸を通る平面で二つの部分に分割したものであり（分割：１／２）、それぞれの部分の着磁方向Ｄｍは円柱の軸方向に平行であって互いに逆方向とする。第１の実施の形態に示したとおり、この磁石１１０ａを用いることで検出可能な回転角検出装置１の回転角は３６０°である。

図１８（ｂ）に示す磁石１１０ａ１は、円柱形状を円柱の軸を通る平面で４つの部分に分割したものであり（分割：１／４）、それぞれの部分の着磁方向Ｄｍは円柱の軸方向に平行であって互いに逆方向とする。ホールＩＣ１００の磁気検出位置において磁石１１０ａ１が形成する磁場は１８０°周期となるため、この磁石１１０ａ１を用いることで検出可能な回転角検出装置１の回転角は１８０°である。

図１８（ｃ）に示す磁石１１０ａ２は、円柱形状を円柱の軸を通る平面で８つの部分に分割したものであり（分割：１／８）、それぞれの部分の着磁方向Ｄｍは円柱の軸方向に平行であって互いに逆方向とする。ホールＩＣ１００の磁気検出位置において磁石１１０ａ２が形成する磁場は９０°周期となるため、この磁石１１０ａ２を用いることで検出可能な回転角検出装置１の回転角は９０°である。

なお、上記した図１８（ａ）〜（ｃ）に示した分割数と検出角との関係は、磁石１１０（図１４（ａ））、磁石１１０ｂ（図１５（ａ））及び磁石１１０ｃ（図１５（ｂ））についても同様である。また、磁石１１０ｄ（図１６（ａ））又は磁石１１０ｅ（図１６（ｂ））の場合は検出角がさらに１／２となる。

また、上記した磁石１１０ａ、１１０ｃ、１１０ｅ、１１０ａ１、１１０ａ２は磁石の各部を異なる着磁方向としたものであるが、複数の磁石を用意し、隣り合う磁石の着磁方向が異なるように配置して全体を樹脂等でモールドして同様の磁界を生じるように構成してもよい。

［第３の実施の形態］
第３の実施の形態は、ｙ方向の磁束密度を検出するホールプレートの対を追加し、ｙ方向の磁束密度の差及びｘ方向の磁束密度の差に基づいて磁石の回転角を検出するように構成した点で第１の実施の形態と異なる。以下では、第３の実施の形態のホールＩＣを第１の実施の形態の回転角検出装置１に適用した場合について説明する。なお、第３の実施の形態のホールＩＣを第２の実施の形態の回転角検出装置１Ａに適用してもよい。

図１９（ａ）〜（ｃ）は、第３の実施の形態に係るホールＩＣの構成を示す斜視図、平面図及び断面図である。

ホールＩＣ１００Ｄは、基板１００ｂと、基板１００ｂ上に設けられて基板１００ｂの表面と平行な検出面を有し、磁気検出素子として検出方向を基板１００ｂ表面の法線方向とするホールプレート１００ｈｌ_１１、１００ｈｌ_１２（総じて「ホールプレート１００ｈｌｘ_１」と呼ぶ場合がある。）とホールプレート１００ｈｌ_１３、１００ｈｌ_１４（総じて「ホールプレート１００ｈｌｙ_１」と呼ぶ場合がある。）とからなる２対の磁気検出素子（第１の２対の磁気検出素子）及びホールプレート１００ｈｒ_１１、１００ｈｒ_１２（総じて「ホールプレート１００ｈｒｘ_１」と呼ぶ場合がある。）とホールプレート１００ｈｒ_１３、１００ｈｒ_１４（総じて「ホールプレート１００ｈｒｙ_１」と呼ぶ場合がある。）とからなる２対の磁気検出素子（第２の２対の磁気検出素子）と、ホールプレート１００ｈｌｘ_１、１００ｈｌｙ_１上にそれぞれの一部が重なるように基板１００ｂ上に設けられて法線方向と直交する方向の磁束を法線方向に変換してホールプレート１００ｈｌｘ_１、１００ｈｌｙ_１に検出させる磁気コンセントレータ１００ｓｌ_１と、ホールプレート１００ｈｒｘ_１、１００ｈｒｙ_１上にそれぞれの一部が重なるように基板１００ｂ上に設けられて法線方向と直交する方向の磁束を法線方向に変換してホールプレート１００ｈｒｘ_１、１００ｈｒｙ_１に検出させる磁気コンセントレータ１００ｓｒ_１と、ホールプレート１００ｈｌｘ_１、１００ｈｌｙ_１、１００ｈｒｘ_１、１００ｈｒｙ_１の出力する信号を処理する信号処理部を有し、次に説明する信号処理によってｙ方向及びｘ方向の磁束密度を検出する。以上のホールプレート１００ｈｌｘ_１、１００ｈｌｙ_１、１００ｈｒｘ_１、１００ｈｒｙ_１、磁気コンセントレータ１００ｓｌ_１、１００ｓｒ_１及び信号処理部をホールＩＣ１００Ｄ_１という。

また、ホールＩＣ１００Ｄは、磁気検出素子として検出方向を基板１００ｂ表面の法線方向とするホールプレート１００ｈｌ_２１、１００ｈｌ_２２（総じて「ホールプレート１００ｈｌｘ_２」と呼ぶ場合がある。）とホールプレート１００ｈｌ_２３、１００ｈｌ_２４（総じて「ホールプレート１００ｈｌｙ_２」と呼ぶ場合がある。）とからなる２対の磁気検出素子（第１の２対の磁気検出素子）及びホールプレート１００ｈｒ_２１、１００ｈｒ_２２（総じて「ホールプレート１００ｈｒｘ_２」と呼ぶ場合がある。）とホールプレート１００ｈｒ_２３、１００ｈｒ_２４（総じて「ホールプレート１００ｈｒｙ_２」と呼ぶ場合がある。）とからなる２対の磁気検出素子（第２の２対の磁気検出素子）と、ホールプレート１００ｈｌｘ_２、１００ｈｌｙ_２上にそれぞれの一部が重なるように基板１００ｂ上に設けられて法線方向と直交する方向の磁束を法線方向に変換してホールプレート１００ｈｌｘ_２、１００ｈｌｙ_２に検出させる磁気コンセントレータ１００ｓｌ_２と、ホールプレート１００ｈｒｘ_２、１００ｈｒｙ_２上にそれぞれの一部が重なるように基板１００ｂ上に設けられて法線方向と直交する方向の磁束を法線方向に変換してホールプレート１００ｈｒｘ_２、１００ｈｒｙ_２に検出させる磁気コンセントレータ１００ｓｒ_２と、ホールプレート１００ｈｌｘ_２、１００ｈｌｙ_２、１００ｈｒｘ_２、１００ｈｒｙ_２の出力する信号を処理する信号処理部を有し、次に説明する信号処理によってｙ方向及びｘ方向の磁束密度を検出する。以上のホールプレート１００ｈｌｘ_２、１００ｈｌｙ_２、１００ｈｒｘ_２、１００ｈｒｙ_２、磁気コンセントレータ１００ｓｌ_２、１００ｓｒ_２及び信号処理部をホールＩＣ１００Ｄ_２という。

なお、ｙ方向の磁束密度の検出動作は、図６で説明したｘ方向の磁束密度の検出動作と同様であり、磁束ｆの図面水平方向成分Ｂ‖をＢｙとすることで説明される。

図２０（ａ）及び（ｂ）は、それぞれ磁石の回転角度に対するホールＩＣの出力ΔＢｙ及びΔＢｘを示すグラフ図である。なお、磁石の回転角度と形成される磁場との関係は、第１の実施の形態と同様であるため、図７を参照して説明する。

磁石１１０の回転角度がθ＝０°において（図７（ａ１）及び（ｂ１））、ホールプレート１００ｈｌｙ_１とホールプレート１００ｈｒｙ_１がそれぞれ検出する磁場Ｂｙｌ_１及びＢｙｒ_１は同等の数値となる。従って、ΔＢｙ_１（第３の磁束密度差）は、ΔＢｙ_１＝０となる。また、ホールプレート１００ｈｌｘ_１とホールプレート１００ｈｒｘ_１がそれぞれ検出する磁場Ｂｘｌ_１及びＢｘｒ_１は符号が反対で同等の数値となる。従って、ΔＢｘ_１は負の最大値となる。

次に、磁石１１０の回転角度がθ＝９０°において（図７（ａ３）及び（ｂ３））、ホールプレート１００ｈｌｙ_１とホールプレート１００ｈｒｙ_１がそれぞれ検出する磁場Ｂｙｌ_１及びＢｙｒ_１は符号が反対で同等の数値となる。従って、ΔＢｙ_１は正の最大値となる。また、ホールプレート１００ｈｌｘ_１とホールプレート１００ｈｒｘ_１がそれぞれ検出する磁場Ｂｘｌ_１及びＢｘｒ_１は同等の数値となる。従って、ΔＢｘ_１＝０となる。

次に、磁石１１０の回転角度がθ＝１８０°において（図７（ａ５）及び（ｂ５））、ホールプレート１００ｈｌ_１とホールプレート１００ｈｒ_１がそれぞれ検出する磁場Ｂｙｌ_１及びＢｙｒ_１は同等の数値となる。従って、ΔＢｙ_１＝０となる。また、ホールプレート１００ｈｌｘ_１とホールプレート１００ｈｒｘ_１がそれぞれ検出する磁場Ｂｘｌ_１及びＢｘｒ_１は符号が反対で同等の数値となる（θ＝０°の場合と逆向き）。従って、ΔＢｘ_１は正の最大値となる。

以上のΔＢｙ_１及びΔＢｘ_１の振る舞いと、遷移状態であるθ＝４５°（図７（ａ２）及び（ｂ２））、θ＝１３５°（図７（ａ４）及び（ｂ４））及びθ＝１８０°〜３６０°を勘案すると、ΔＢｙ_１及びΔＢｘ_１と磁石１１０の回転角θとの関係は、図１６（ａ）及び（ｂ）に示すように、ΔＢｙ_１がｓｉｎθに比例し、ΔＢｘ_１がｃｏｓθに比例したものとなる。

つまり、ΔＢｙ_１／ΔＢｘ_１＝ｋ’・ｓｉｎθ／ｃｏｓθ＝ｋ’・ｔａｎθとなるから、θ＝ａｒｃｔａｎ（Ｋ’・ΔＢｙ_１／ΔＢｘ_１）となる。なお、ｋ’はΔＢｙ_１とΔＢｘ_１との振幅の大きさを正規化するための定数であり、Ｋ’はｋ’の逆数である。

以上は、ホールＩＣ１００Ｄ_１について説明したが、ホールＩＣ１００Ｄ_２についても同様であり、ホールＩＣ１００_２は、ホールＩＣ１００_１と中心１００ｃについて対象に配置されているため、信号処理部で算出されるθ’は、θに対して１８０°位相がずれるため、θ’＝θ‐１８０°となる。

（第３の実施の形態の効果）
上記した第３の実施の形態によれば、第１の実施の形態と同様の効果を、ｘ方向及びｙ方向の磁束密度を検出することで達成することができる。

１、１Ａ ：回転角検出装置
２ ：ステアリングホイール
２Ａ ：スロットルグリップ
２Ｂ ：磁束密度
３ ：モーター
４ ：ＥＣＵ
５ ：ピニオンギア
６ ：車輪
８ ：ステアリングシステム
８Ａ ：スロットル装置
１０ ：磁気検出部
１２ ：ギア部
２０ ：ステアリングシャフト
２１ ：コラムシャフト
２１Ａ ：ハンドルバー
２２ ：スイッチボックス
３０ ：減速ギア
５０ ：ラック軸
１００、１００Ａ〜１００Ｄ、１００Ｄ１、１００Ｄ２：ホールＩＣ
１００ａｄ１、１００ａｄ２：Ａ／Ｄ変換器
１００ｂ ：基板
１００ｃ ：中心
１００ｄａ１、１００ｄａ２：Ｄ／Ａ変換器
１００ｄｓｐ１、１００ｄｓｐ２：デジタルシグナルプロセッサ
１００ｇ１、１００ｇ２：増幅器
１００ｈｌ１ ：ホールプレート
１００ｈｌ２ ：ホールプレート
１００ｈｒ１ ：ホールプレート
１００ｈｒ２ ：ホールプレート
１００ｍｕｘ１、１００ｍｕｘ２：マルチプレクサ
１００ｏｕｔ１、１００ｏｕｔ２：出力
１００ｓｌ_１、１００ｓｌ_２、１００ｓｒ_１、１００ｓｒ_２：磁気コンセントレータ
１００ｓｐ１、１００ｓｐ２：信号処理部
１０１ ：基板
１１０、１１０Ａ：磁石
１１０ａ〜１１０ｅ：磁石
１１０ａ１、１１０ａ２：磁石
１２０ ：ギア
１２０ａ ：軸
１２１ ：ギア
１２１ａ ：軸
１２２ ：ギア
２００Ａ ：スリーブ
２０１Ａ ：マウント
２２０Ａ ：ケース上部
２２１Ａ ：ケース下部
１００_１ ：ホールＩＣ
１００_２ ：ホールＩＣ

Claims (11)

1. 回転する磁石と、
   検出面の法線を前記磁石の回転軸方向と平行とし、前記回転軸方向を法線方向とする平面視において前記回転軸上以外であって前記磁石と重なる領域に配置され、前記磁石の磁束を検出する第１の一対の磁気検出素子と、前記第１の一対の磁気検出素子と前記回転の円周方向に予め定めた間隔を設けて配置され、前記第１の一対の磁気検出素子と同一方向の磁束を検出する第２の一対の磁気検出素子と、前記第１の一対の磁気検出素子及び前記第２の一対の磁気検出素子の出力に基づいて前記磁石の回転角度に対応する信号を出力する信号処理部とを備えた第１の磁気検出ＩＣと、
   前記第１の磁気検出ＩＣと同様の構成を有し、前記第１の磁気検出ＩＣと同一平面であって、前記磁石の回転軸から前記第１の磁気検出ＩＣと等距離に配置される第２の磁気検出ＩＣとを有し、
   前記信号処理部は、第１の磁気検出ＩＣ及び第２の磁気検出ＩＣのそれぞれについて、前記第１の一対の磁気検出素子の出力及び前記第２の一対の磁気検出素子の出力から、前記回転軸方向の第１の磁束密度差と、前記回転の円周方向の第２の磁束密度差とを求め、当該第１の磁束密度差と当該第２の磁束密度差とに基づいて前記磁石の回転角度に対応する信号を出力する回転角検出装置。
2. 前記信号処理部は、前記第１の磁束密度差と前記第２の磁束密度差の振幅の変化率に基づいて前記第１の磁束密度差の振幅の最大値と前記第２の磁束密度差の振幅の最大値を求め、当該第１の磁束密度差の振幅の最大値と当該第２の磁束密度差の振幅の最大値に応じて当該第１の磁束密度差の振幅と当該第２の磁束密度差の振幅とを正規化する請求項１に記載の回転角検出装置。
3. 前記磁石は、前記回転軸と直行する方向に着磁方向を有する請求項１又は２に記載の回転角検出装置。
4. 前記磁石は、前記回転軸を通る平面で二つの部分に分割され、二つの部分は前記回転軸方向に平行であって互いに逆方向に着磁される請求項１又は２に記載の回転角検出装置。
5. 前記磁石は、検出する回転角度に応じて前記回転軸を通る平面で複数の部分に分割され、前記複数の部分は前記回転軸方向に平行であって互いに逆方向に着磁される請求項１又は２に記載の回転角検出装置。
6. 前記磁石は、前記回転軸を中心に一部の角度のみ形成される請求項１又は２に記載の回転角検出装置。
7. 回転する磁石と、
   検出面の法線を前記磁石の回転軸方向と平行とし、前記回転軸方向を法線方向とする平面視において前記磁石と重ならない領域に配置され、前記磁石の磁束を検出する第１の一対の磁気検出素子と、前記第１の一対の磁気検出素子と前記回転の円周方向に予め定めた間隔を設けて配置され、前記第１の一対の磁気検出素子と同一方向の磁束を検出する第２の一対の磁気検出素子と、前記第１の一対の磁気検出素子及び前記第２の一対の磁気検出素子の出力に基づいて前記磁石の回転角度に対応する信号を出力する信号処理部とを備えた第１の磁気検出ＩＣと、
   前記第１の磁気検出ＩＣと同様の構成を有し、前記第１の磁気検出ＩＣと同一平面であって、前記磁石の回転軸から前記第１の磁気検出ＩＣと等距離に配置される第２の磁気検出ＩＣとを有し、
   前記信号処理部は、第１の磁気検出ＩＣ及び第２の磁気検出ＩＣのそれぞれについて、前記第１の一対の磁気検出素子の出力及び前記第２の一対の磁気検出素子の出力から、前記回転軸方向の第１の磁束密度差と、前記回転の円周方向の第２の磁束密度差とを求め、当該第１の磁束密度差と当該第２の磁束密度差とに基づいて前記磁石の回転角度に対応する信号を出力する回転角検出装置。
8. 回転する磁石と、
   検出面の法線を前記磁石の回転軸に対する円周方向とし、前記回転軸方向を法線方向とする平面視において前記磁石と重ならない領域に配置され、前記回転軸と直交する方向を法線とする平面視において前記磁石と重なる領域に配置され、前記磁石の磁束を検出する第１の一対の磁気検出素子と、前記第１の一対の磁気検出素子と前記回転の円周方向に予め定めた間隔を設けて配置され、前記第１の一対の磁気検出素子と同一方向の磁束を検出する第２の一対の磁気検出素子と、前記第１の一対の磁気検出素子及び前記第２の一対の磁気検出素子の出力に基づいて前記磁石の回転角度に対応する信号を出力する信号処理部とを備えた第１の磁気検出ＩＣと、
   前記第１の磁気検出ＩＣと同様の構成を有し、前記磁石の回転軸から前記第１の磁気検出ＩＣと等距離に配置される第２の磁気検出ＩＣとを有し、
   前記信号処理部は、第１の磁気検出ＩＣ及び第２の磁気検出ＩＣのそれぞれについて、前記第１の一対の磁気検出素子の出力及び前記第２の一対の磁気検出素子の出力から、前記回転軸方向の第１の磁束密度差と、前記回転の円周方向の第２の磁束密度差とを求め、当該第１の磁束密度差と当該第２の磁束密度差とに基づいて前記磁石の回転角度に対応する信号を出力する回転角検出装置。
9. 請求項１〜８のいずれか１項に記載の前記回転角検出装置を備えた姿勢制御装置。
10. 請求項１〜８のいずれか１項に記載の前記回転角検出装置を備えた自動操舵装置。
11. 請求項１〜８のいずれか１項に記載の前記回転角検出装置を備えたスロットル装置。

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