JP7183330B2 - 回転角度検出装置 - Google Patents

Description

本願は、回転角度検出装置に関するものである。

周方向に沿って径が変化する回転子の外周面に対し、周方向に延びるバイアス磁界発生部と、周方向に沿って複数の磁束密度検出部を配置した固定子を対向配置し、磁気抵抗の変化から回転角度を検出する回転角度検出装置が知られている。その際、バイアス磁界発生部とその背面側に設けた磁性体の周方向における設置範囲を規定することで、重量を増加させずに検出精度を向上させる回転角度検出装置が開示されている（例えば、特許文献１参照。）。

特開２０１９－１０９０５３号公報（段落０００９～００２０、図１～図３）

しかしながら、上述した磁気センサでは、バイアス磁界発生部の周方向端部に磁束密度ベクトルの乱れが発生し、周方向端部の磁束密度検出部において信号成分である磁束密度の径方向成分が減少する。これにより、周方向端部と周方向中央部の磁束密度検出部において磁束密度の検出値に不平衡が発生し、角度検出精度が悪化するという課題があった。

本願は、上記のような課題を解決するための技術を開示するものであり、小型で正確な回転角度検出装置を得ることを目的とする。

本願に開示される回転角度検出装置は、外周面の径が周期的に滑らかに変化する磁性体の凹凸部を有し、回転軸を中心に回転自在に支持された回転子、および前記回転子の前記外周面の周方向における一部に対して間隔をあけて対向し、前記凹凸部との間に磁界を発生させるバイアス磁界発生部と、前記バイアス磁界発生部の前記回転子への対向面に前記周方向に沿って配置され、前記発生させた磁界を検出する複数の磁束密度検出部を有する固定子を備え、前記対向面の前記周方向における前記複数の磁束密度検出部が配置された部分よりも外側の部分には、前記複数の磁束密度検出部のうち、前記周方向における端部に位置する磁束密度検出部が配置された部分よりも前記回転軸に近づくように径方向において突出する突出部が形成されていることを特徴とする。

本願に開示される回転角度検出装置によれば、周方向端部における磁束密度ベクトルの乱れを低減することで、各磁束密度検出部における磁束密度の検出値の不均衡を低減し、小型で正確な回転角度検出装置を得ることができる。

実施の形態１にかかる回転角度検出装置の全体構成を示す模式図である。 実施の形態１にかかる回転角度検出装置の構成を説明するための機能ブロック図である。 図３Ａと図３Ｂは、実施の形態１にかかる回転角度検出装置のそれぞれ倍率の異なる部分拡大模式図である。 実施の形態１にかかる回転角度検出装置と比較例にかかる回転角度検出装置での信号成分に対する二次高調波成分の割合を比較した棒グラフ形式の図である。 実施の形態１の変形例にかかる回転角度検出装置の部分拡大模式図である。 第二比較例にかかる回転角度検出装置の部分拡大模式図である。 比較例と第二比較例にかかる回転角度検出装置での信号成分に対する二次高調波成分の割合を比較した棒グラフ形式の図である。 実施の形態１の第二変形例にかかる回転角度検出装置の部分拡大模式図である。 実施の形態１にかかる回転角度検出装置の回転角度の演算処理を実行する部分の構成例を示すブロック図である。 実施の形態２にかかる回転角度検出装置の部分拡大模式図である。 図１１Ａと図１１Ｂは、それぞれ実施の形態３にかかる回転角度検出装置、およびその変形例にかかる回転角度検出装置の部分拡大模式図である。 実施の形態３にかかる回転角度検出装置と比較例にかかる回転角度検出装置での信号成分に対する二次高調波成分の割合を比較した棒グラフ形式の図である。 実施の形態４にかかる回転角度検出装置の部分拡大模式図である。 図１４Ａと図１４Ｂは、それぞれ実施の形態５にかかる回転角度検出装置、およびその変形例にかかる回転角度検出装置の部分拡大模式図である。 実施の形態５の第二変形例にかかる回転角度検出装置の部分拡大模式図である。

実施の形態１．
図１～図４は、実施の形態１にかかる回転角度検出装置の構成および動作について説明するためのものであり、図１は回転角度検出装置の全体構成として、回転子と固定子の軸方向に垂直な面方向における位置関係を示す断面形状と回転角度演算処理部との信号のつながりを示す模式図であり、図２は固定子と角度演算部とのつながりを示す機能ブロック図である。そして図３は図１における回転角度検出装置の回転子と固定子が対向している部分近傍の拡大模式図（図３Ａ）と、固定子の周方向の端部部分を再拡大した拡大模式図（図３Ｂ）である。また、図４は実施の形態１にかかる回転角度検出装置の効果を説明するための実施例１と比較例（比較例１）それぞれの回転角度検出装置での、３つの磁束密度検出部の信号成分に対する二次高調波成分の割合を中央の磁束密度検出部の信号を基準として比較した棒グラフである。

以下、図に基づいて説明するが、本願の特徴的な構成の説明の前に、回転角度検出装置としての基本的な構成と回転角度の演算について説明する。回転角度検出装置１は、例えば、回転電機のシャフト等に直結され、回転電機の回転角度、あるいは回転数等を検出し、回転制御、計測等に用いるものである。実施の形態１にかかる回転角度検出装置１は、図１に示すように、機械的な構成として回転軸２２を中心に回転する回転子２と、回転子２の外周面２ｆｏに対向配置された固定子３とを備えている。そして、演算処理を行う構成として、固定子３の複数の磁束密度検出部３２それぞれから出力された信号を処理して、回転角度を演算する角度演算部５を備えている。

回転子２は、円柱形状の回転軸２２と、回転軸２２の径方向外側に設けられた凹凸部２１とを有している。凹凸部２１は、磁性体で構成され、回転軸２２の中心Ｘ２からの距離が周期的に滑らかに変化するように形成される。図１では、凹凸部２１には、２４個の凹凸が形成され、回転子２が回転軸２２を中心に１回転する間に、凹凸が２４回周期的に変化する場合を示している。

固定子３は、回転子２の径方向外側において、凹凸部２１（外周面２ｆｏ）の周方向Ｄｃにおける一部に対して対向して設けられており、周方向Ｄｃに沿って延びる１個のバイアス磁界発生部３１と、複数の磁束密度検出部３２を有している。バイアス磁界発生部３１は、磁束密度検出部３２の径方向外側に重ねられて周方向Ｄｃに沿って延びるように設置されている。磁束密度検出部３２は、凹凸部２１と隙間をあけて対向するように、回転軸２２の中心Ｘ２から等距離の円弧上に等間隔で複数個配置される。なお、図１、および図２では角度演算部５と固定子３を別物として記載しているが、角度演算部５を固定子３に設けるようにしてもよい。

複数の磁束密度検出部３２それぞれは、バイアス磁界発生部３１と凹凸部２１との間の空隙の変化によるパーミアンスの変化に従って略正弦波状に変動する磁束密度を電気信号に変換して出力する。図では、３個の磁束密度検出部３２を凹凸部２１の各凹凸の１／３周期（１２０°）間隔で配置した場合を示している。

この場合、３個の磁束密度検出部３２は、位相が１／３周期毎にずれた３個の略正弦波信号であるそれぞれ信号Ａと信号Ｂと信号Ｃを出力する。角度演算部５は、磁束密度検出部３２で得られた複数の出力を２相変換し、逆正接関数を演算することで回転角度を算出する。例えば、上述した配置の場合、磁束密度検出部３２の出力信号である信号Ａと信号Ｂと信号Ｃを式（１）によって２相変換し、式（２）の逆正接関数によって回転子２の回転角度θを算出できる。

磁束密度検出部３２の個数が３個の場合は、信号Ａと信号Ｂと信号Ｃの信号成分Ｓに対して３倍の周波数を持つ高調波成分がのっていたとしても、２相変換時に打ち消し合って除去されるため、最終的な角度演算結果に影響を及ぼさない。したがって、３次の高調波成分に対するロバスト性を持たせることができる。

上述した基本構成を踏まえ、本願の特徴的な構成と動作について説明する。図３Ａ、図３Ｂに示すように、バイアス磁界発生部３１の周方向Ｄｃにおける両端部（周方向端部）に、回転子２への対向面３１ｆｃが、磁束密度検出部３２が配置された部分よりも回転軸２２の中心Ｘ２に近づくように突出する突出部３１ｐを設けた。

突出部３１ｐを周方向端部に設けることにより、バイアス磁界発生部３１の周囲において磁束密度の乱れ成分である周方向成分が存在する領域が周方向端部に限定されるため、バイアス磁界発生部３１は周方向Ｄｃの広範囲にわたって均一な磁束密度を発生させることができる。その結果、磁束密度の乱れ成分が周方向端部に位置する磁束密度検出部３２へ与える影響が低減されるため、各磁束密度検出部３２の出力信号の信号成分Ｓと高調波成分の振幅の不均衡が低減され、角度検出精度を向上させることができる。

その効果について、バイアス磁界発生部３１の周方向端部に図３Ａで説明した突出部３１ｐを設けた実施例１と、バイアス磁界発生部に突出部がない比較例１（図示せず）の特性を比較した結果について図４を用いて説明する。図４において、横軸は出力信号を出力した磁束密度検出部の位置を示し、縦軸は各磁束密度検出部の信号成分Ｓに対する２倍の周波数を持つ二次高調波成分Ｈｓの割合を示す。ただし、磁束密度検出部の個数が３個の場合であり、信号Ａと信号Ｃは周方向端部に位置する磁束密度検出部の出力信号、信号Ｂは周方向中央に位置する磁束密度検出部の出力信号であり、信号Ｂを基準としたときの差分値を示している。

図４に示す通り、突出部３１ｐの有無に関わらず、信号Ａと信号Ｃには、二次高調波成分（信号Ｂとの差分）が発生しているが、実施例１の場合は、比較例１の１．９％よりも０．５％低い１．４％と、比較例１に対して差分値が２６％も減少している。すなわち、バイアス磁界発生部３１の周方向端部に突出部３１ｐが存在することで、各磁束密度検出部３２の出力信号の不平衡が低減される。

ここで、突出量について説明する。図３Ｂでは、突出部３１ｐの対向面３１ｆｃからの突出量Ｈｐが、磁束密度検出部３２の回転子２への対向面３２ｆｃの高さよりも大きく、磁束密度検出部３２の厚み以上に設定する例について説明した。このような突出量Ｈｐの設定により、突出部３１ｐが発生させる突出方向と平行な磁束密度成分が、突出方向と垂直な磁束密度成分よりも十分に大きい領域に磁束密度検出部３２が位置するようになる。

これにより、磁束密度検出部３２における磁束密度の周方向成分（乱れ成分）が低減し、磁束密度の径方向成分（信号成分）が増加する。その結果、信号成分Ｓに対する二次高調波成分Ｈｓがより小さくなるため、角度誤差をより低減できる。さらに、信号成分Ｓ自体が大きくなるため、対ノイズ性がより向上する。

なお、出力信号の不平衡を低減する効果は、突出部３１ｐの対向面３１ｆｃからの突出量Ｈｐが、磁束密度検出部３２の回転子２への対向面３２ｆｃの高さよりも大きく、ΔＨが正の値を示す場合に限られることはない。基本的には、バイアス磁界発生部３１の対向面３１ｆｃにおいて、突出部３１ｐの方が両端部の磁束密度検出部３２の配置される部分より僅かであっても、中心Ｘ２に近づいていればよい。

ただし、ΔＨが負の値、突出部３１ｐの突出量Ｈｐを磁束密度検出部３２の厚みより小さい値に設定する場合、加工精度により生じ得る突出よりも大きく設定することが望ましい。具体的には、対向面３１ｆｃの表面を円弧に加工する際の加工精度バラツキを超える値に突出量Ｈｐを設定することが望ましい。そうすることにより、製品間での出力信号の不平衡にばらつきがなく、低減効果が安定した信頼性の高い回転角度検出装置１を得ることができる。

つまり、突出量Ｈｐが正であれば、各磁束密度検出部３２における磁束密度の出力信号の不均衡の低減において、最低限の効果は得られる。ただし、製品としての信頼性を考慮すると、少なくとも加工精度バラツキを超え、有意差を有する突出量Ｈｐに設定することが望ましい。より望ましい形態としては、少なくとも両端部の磁束密度検出部３２の回転子２への対向面３２ｆｃよりも、中心Ｘ２に近くなる（中心Ｘ２に向かって突出する）ように、突出部３１ｐを設けると良い。

検出精度への影響に関しては、突出量Ｈｐが大きくなることに特段の制約はない。ただし、回転子２との干渉を防ぐ必要があるため、回転子２の外周面２ｆｏと接触しない程度に抑える必要がある。具体的には、回転子２とバイアス磁界発生部３１それぞれの加工精度、公差、および回転子２と固定子３との間の位置決め精度などを考慮したうえで、回転子２の外周面２ｆｏとの隙間が確保される値を突出量Ｈｐの上限として設定することが必要である。

以降の各実施の形態における突出部３１ｐの突出量Ｈｐについても、そのように設けられており、突出部３１ｐを設けたことによる各磁束密度検出部３２の出力信号の不平衡を低減する作用について、より顕著となる構成が採られている。

第一変形例．
上記例では、突出部を周方向端部に設けた例を示した。本第一変形例および以下の比較例２においては、突出部の配置位置について検討する。本第一変形例では、突出部を周方向端部よりも内側部分に設けた例について説明する。図５は、第一変形例にかかる回転角度検出装置の構成について説明するためのものであり、回転角度検出装置の回転子と固定子が対向している部分近傍の図３Ａに対応する拡大模式図である。

第一変形例にかかる回転角度検出装置１では、図５に示すように、周方向端部の付近、つまり両端の磁束密度検出部３２と周方向端部の間に突出部３１ｐを設けた。突出部３１ｐはバイアス磁界発生部３１の周方向端部でなくても、周方向端部の付近（両端の磁束密度検出部３２よりも外側）に位置すれば、周方向端部に設けたときと同様の効果を得られる。

比較例２．
比較例２として、突出部を磁束密度検出部の設置部分、つまり、磁束密度検出部の根元側に設けた例を示す。図６は、比較例２にかかる回転角度検出装置の構成について説明するためのものであり、回転角度検出装置の回転子と固定子が対向している部分近傍の図３Ａに対応する拡大模式図である。また、図７は比較例１と比較例２それぞれの回転角度検出装置での、３つの磁束密度検出部の信号成分に対する二次高調波成分の割合を中央の磁束密度検出部の信号を基準として比較した棒グラフである。なお、比較例２の部材のうち、実施例１との比較対象となる構成が異なる部材については符号の末尾に「Ｒ」を付している。

比較例２にかかる回転角度検出装置では、図６に示すように、突出部３１ｐＲを磁束密度検出部３２の根元部分に設けた。図７に示すように、突出部３１ｐＲを磁束密度検出部３２の位置に設置した比較例２の場合は、突出部３１ｐＲを設けたことで、逆に、信号Ａと信号ＣのＨｓ／Ｓの差分値が０．６％増加し、各磁束密度検出部３２の出力信号の不平衡が増加している。

以上より、磁束密度検出部３２の出力信号の不平衡を低減するためには、突出部３１ｐを少なくとも磁束密度検出部３２よりも周方向Ｄｃにおける外側に配置する必要がある。このように、配置位置と突出量Ｈｐを設定することで、バイアス磁界発生部３１を周方向に小型化しても、磁束密度分布は周方向に広範囲にわたって均一になるため、各磁束密度検出部３２の出力信号の不均衡が低減され、角度検出精度の悪化を抑えられる。

そのため、例えば、特開２０２０－１７６８５３号公報に開示されている、磁束密度発生部を凹凸部に対して半周期未満の範囲に配置して小型化するような構成に対して、とくに顕著な効果を発揮することが可能となる。

なお、実施の形態１では、突出部３１ｐが形成された部分は、バイアス磁界発生部３１の磁束密度検出部３２の配置される位置における径方向の厚みよりも厚くなっている例を示した。周方向端部あるいはその付近の厚みを厚くする構成では、中心Ｘ２に近づくことで得られる効果に加え、周方向Ｄｃにおける両端に位置する磁束密度検出部３２の出力波形の振幅を増加させ、耐ノイズ性を向上させる効果も奏している。

第二変形例．
上記例では、バイアス磁界発生部と磁束密度検出部とで固定子を構成する例を示した。本第二変形例では、バイアス磁界発生部の径方向の外側（背面側）部分に磁性体を設けた例について説明する。図８は、第二変形例にかかる回転角度検出装置の構成について説明するためのものであり、回転角度検出装置の回転子と固定子が対向している部分近傍の図３Ａに対応する拡大模式図である。

第二変形例にかかる回転角度検出装置１では、図８に示すように、バイアス磁界発生部３１の周方向における一端側から他端側にかけて径方向外側を囲むように磁性体３３を設けた。これにより、バイアス磁界発生部３１から発生する磁束が通る磁路が形成され、磁束密度検出部３２で得られる出力波形の振幅が大きくなるため、耐ノイズ性が向上する。

バイアス磁界発生部３１は、磁性粒子を熱可塑性樹脂とともに射出成型したプラスティックマグネットを使用しても良い。それにより、薄肉形状でも部材の強度を確保することができる。また、表面凹凸などを設けた比較的複雑な表面形状を有したバイアス磁界発生部３１を容易に成形することが可能であり、本願の回転角度検出装置１に用いるバイアス磁界発生部３１を構成する材料として好適に用いることができる。

なお、実施の形態１および以降の実施の形態で開示する回転角度検出装置１において、角度演算部５については、例えば、図９に示すように、プロセッサ５０１と記憶装置５０２を備えたハードウェア５００として、表記することができる。記憶装置５０２は、図示していないが、ランダムアクセスメモリ等の揮発性記憶装置と、フラッシュメモリ等の不揮発性の補助記憶装置とを具備する。また、フラッシュメモリの代わりにハードディスクの補助記憶装置を具備してもよい。プロセッサ５０１は、記憶装置５０２から入力されたプログラムを実行する。この場合、補助記憶装置から揮発性記憶装置を介してプロセッサ５０１にプログラムが入力される。また、プロセッサ５０１は、演算結果等のデータを記憶装置５０２の揮発性記憶装置に出力してもよいし、揮発性記憶装置を介して補助記憶装置にデータを保存してもよい。

実施の形態２．
実施の形態１においては、バイアス磁界発生部の周方向端部に他の部分から突起状に突出する突出部を設ける例を示したが、これに限ることはない。本実施の形態２においては、対向面を中心からの距離を半径とする円弧よりも大きな曲率にすることで突出部を形成した例について説明する。図１０は、実施の形態２にかかる回転角度検出装置の構成について説明するためのものであり、回転角度検出装置の回転子と固定子が対向している部分近傍の、実施の形態１の説明に用いた図３Ａに対応する拡大模式図である。なお、本実施の形態２、および以降の実施の形態においては、実施の形態１、または関連する態様等との相違点を中心に説明し、同様部分についての説明は適宜省略する。また、実施の形態１で用いた図１、図２、図４等を援用する。

実施の形態２にかかる回転角度検出装置１では、図１０に示すように、バイアス磁界発生部３１の回転子２への対向面３１ｆｃと反対側の面（背面３１ｆｏ）の回転軸に垂直な断面形状は、それぞれ曲率が異なる円弧、つまり円柱面の一部である。そして、対向面３１ｆｃの曲率を中心Ｘ２からの距離を半径とする円よりも大きくすることで、周方向Ｄｃにおける両端の磁束密度検出部３２の対向面３２ｆｃよりも突出する突出部３１ｐを形成した。

これにより、周方向端部に対向面３２ｆｃよりも中心Ｘ２に近い部分（突出部３１ｐ）を有することになるため、実施の形態１と同様に各磁束密度検出部３２の出力信号の不平衡を低減する効果を得られる。また、対向面３１ｆｃの曲率を大きくすることで突出部３１ｐが形成されるので、バイアス磁界発生部３１に局所的な突起構造を設ける必要がなく、生産性と部材強度が向上する。

さらに、背面３１ｆｏの曲率を対向面３１ｆｃの曲率よりも小さくすることで、周方向Ｄｃにおける中央から端部に向かって径方向厚みが厚くなっていく構造が形成できる。そのため、周方向Ｄｃにおける両端に位置する磁束密度検出部３２の出力波形の振幅を増加させ、耐ノイズ性を向上させる効果も奏することができる。

実施の形態３．
上記実施の形態１、２では、周方向両端部、あるいはその付近のみに計２か所の突出部を形成する例について説明した。本実施の形態３においては、両端部と各磁束密度検出部の間部分に突出部を設ける例について説明する。図１１Ａと図１１Ｂは、それぞれ実施の形態３、およびその変形例にかかる回転角度検出装置の回転子と固定子が対向している部分近傍の、実施の形態１の説明に用いた図３Ａに対応する拡大模式図である。また、図１２は実施の形態３にかかる回転角度検出装置の効果を説明するための実施例２と比較例１それぞれの回転角度検出装置での、３つの磁束密度検出部の信号成分に対する二次高調波成分の割合を中央の磁束密度検出部の信号を基準として比較した棒グラフである。

実施の形態３にかかる回転角度検出装置１では、図１１Ａに示すように、バイアス磁界発生部３１の回転子２への対向面３１ｆｃに、磁束密度検出部３２が配置された部分が凹部になるように、周方向Ｄｃに沿って凹凸を形成した。バイアス磁界発生部３１の磁束密度検出部３２が配置された部分が凹部となり、その間の区間、および両端の凸部となった部分が突出部３１ｐとなる。

磁束密度検出部３２の間の部分にも突出部３１ｐを形成した場合でも、実施の形態１と同様に、周方向Ｄｃにおける両端部の突出部３１ｐを有するため、実施の形態１と同様に各磁束密度検出部３２の出力信号の不平衡を低減する効果を得られる。また、隣接するバイアス磁界発生部３１間に突出部３１ｐが形成されているので、各磁束密度検出部３２の出力波形の振幅が増加し、耐ノイズ性が向上する。また、全ての磁束密度検出部３２の周方向Ｄｃにおける近傍（隣接する磁束密度検出部よりも近い部分）に突出部３１ｐが位置するため、各磁束密度検出部３２の周囲の磁束密度分布が同等になる。その結果、各磁束密度検出部３２の出力信号の不均衡がさらに低減され、角度検出精度を向上させることができる。

その効果について、隣接する磁束密度検出部３２の間にも突出部３１ｐを設けた実施例２（図１１Ａ）と、図４の説明で用いたバイアス磁界発生部に突出部がない比較例１の特性を比較した結果について、図１２を用いて説明する。図１２に示す通り、突出部３１ｐの有無に関わらず、信号Ａと信号Ｃには、二次高調波成分（信号Ｂとの差分）が発生しているが、実施例２の場合は、比較例１の１．９％よりも０．３％低い１．６％と、比較例１に対して差分値が１６％も減少している。すなわち、隣接する部分に突出部３１ｐを設けた場合でも、バイアス磁界発生部３１の周方向端部、あるいはその付近に突出部３１ｐが存在することで、各磁束密度検出部３２の出力信号の不平衡が低減される。

変形例．
図１２では、バイアス磁界発生部の回転子への対向面に、周方向に沿って矩形状に凹凸を形成した実施例２の回転角度検出装置１の効果について説明した。本変形例においては、図１１Ｂに示すように、対向面３１ｆｃに、周方向Ｄｃに沿って曲線状の凹凸を形成した。この場合でも、図１１Ａで説明した矩形状の凹凸と同様に、各磁束密度検出部３２の出力信号の不平衡を低減する効果、および各磁束密度検出部３２の出力信号の不均衡がさらに低減され、角度検出精度を向上させる効果を得ることができる。

実施の形態４．
上記各実施の形態においては、バイアス磁界発生部において、突出部が形成された部分は径方向の厚みが突出に応じて厚くなる例について説明した。本実施の形態４、および以降の実施の形態においては、対向面側の突出に伴う厚み変化を補償するように、背面側に陥没した部分を設けた例について説明する。図１３は、実施の形態４にかかる回転角度検出装置の構成について説明するためのものであり、回転角度検出装置の回転子と固定子が対向している部分近傍の、実施の形態１の説明に用いた図３Ａに対応する拡大模式図である。

実施の形態４にかかる回転角度検出装置１では、図１３に示すように、対向面３１ｆｃにおける突出部３１ｐの形成に対応し、バイアス磁界発生部３１の背面３１ｆｏに、磁束密度検出部３２の配置される部分よりも中心Ｘ２に近づく陥没部３１ｄを形成した。陥没部３１ｄは突出部３１ｐが設けられることによるバイアス磁界発生部３１の体積（厚み）増加を補償するように、対向面３１ｆｃにおける突出部３１ｐの突出量Ｈｐと同程度の深さの陥没量に設定するとよい。例えば、突出部３１ｐと陥没部３１ｄが設けられる領域と他の領域でバイアス磁界発生部３１の径方向での厚みが同じになるように、若しくは同等になるように設けると良い。

実施の形態４における回転角度検出装置１は、バイアス磁界発生部３１の周方向端部に突出部３１ｐを有するため、実施の形態１と同様に、各磁束密度検出部３２の出力信号の不平衡を低減する効果が得られる。さらに、突出部３１ｐの突出量に対応した陥没量の陥没部３１ｄを背面３１ｆｏ側に設けることにより、バイアス磁界発生部３１の体積を増加させず、資源をより有効に利用することができる。

実施の形態５．
上記実施の形態４では、実施の形態１で例示した突出部の配置に対応して、背面に陥没部を形成する例について説明したが、これに限ることはない。本実施の形態５においては、実施の形態３で例示した隣接する磁束密度検出部の間に配置した突出部にも対応して陥没部を形成する例について説明する。

図１４Ａと図１４Ｂは、それぞれ実施の形態５、およびその変形例にかかる回転角度検出装置の回転子と固定子が対向している部分近傍の、実施の形態１の説明に用いた図３Ａに対応する拡大模式図である。また、図１５は実施の形態５の第二変形例にかかる回転角度検出装置の回転子と固定子が対向している部分近傍の、実施の形態１の説明に用いた図３Ａに対応する拡大模式図である。

実施の形態５にかかる回転角度検出装置１では、図１４Ａに示すように、回転子２への対向面３１ｆｃには、実施の形態３の図１１Ａと同様に、両端部に加えて隣接する磁束密度検出部３２の間にも配置され、３か所以上に突出部３１ｐが形成されている。そして、背面３１ｆｏには、３つ以上の突出部３１ｐそれぞれに対応し、磁束密度検出部３２の配置される部分よりも中心Ｘ２に近づく陥没部３１ｄを形成している。

３か所以上の突出部３１ｐそれぞれに対応する陥没部３１ｄも、突出部３１ｐが設けられることによるバイアス磁界発生部３１の体積（厚み）増加を補償するように、対向面３１ｆｃにおける突出部３１ｐの突出量Ｈｐと同程度の深さに設定するとよい。

実施の形態５にかかる回転角度検出装置は、バイアス磁界発生部３１の周方向端部、あるいはその付近に突出部３１ｐを有するため、実施の形態１と同様に、各磁束密度検出部３２の出力信号の不平衡を低減する効果が得られる。さらに、隣接する磁束密度検出部３２の間にも、突出部３１ｐを有するため、実施の形態３と同様に、各磁束密度検出部３２の出力波形の振幅が増加し、耐ノイズ性が向上する効果が得られる。そして、突出部３１ｐによる厚み増加を補償するように陥没部３１ｄを設けたので、実施の形態４と同様に、バイアス磁界発生部３１の体積を増加させずに実施の形態３と同様の効果を得られる。

変形例．
図１４Ａでは、実施の形態３（図１１Ａ）に対応して、周方向に沿って矩形状に形成された突出部に対応する陥没部の形成につて説明した。本変形例においては、図１４Ｂに示すように、実施の形態３の変形例（図１１Ｂ）に対応して、周方向Ｄｃに沿って曲線状に形成された突出部３１ｐに対応して陥没部３１ｄを形成した。この場合でも、各磁束密度検出部３２の出力信号の不平衡を低減する効果、各磁束密度検出部３２の出力信号の不均衡がさらに低減され、角度検出精度を向上させる効果、およびバイアス磁界発生部３１の体積を増加させずにそれらの効果を奏することができる。

第二変形例．
第二変形例では、周方向に沿って曲線状に形成された突出部に対応した陥没部を有するバイアス磁界発生部に対し、実施の形態１の第二変形例で説明した磁性体を配置した例について説明する。実施の形態５の第二変形例においては、図１５に示すように、陥没部３１ｄによって曲線状に変化する背面３１ｆｏに合わせ、バイアス磁界発生部３１の背面３１ｆｏ側に周方向に延びるように磁性体３３を配置した。

それにより、バイアス磁界発生部３１から発生する磁束が通る磁路が形成され、磁束密度検出部３２で得られる出力波形の振幅が大きくなるため、耐ノイズ性が向上する。また、厚みが一定な曲線状のバイアス磁界発生部３１を形成する場合、湾曲可能なマグネットシートを用いてバイアス磁界発生部３１を構成し、予め成型した磁性体３３の内周面３３ｆｉの曲線に合わせるようにバイアス磁界発生部３１を変形させて貼り付けてもよい。

さらに、本願は、様々な例示的な実施の形態および実施例が記載されているが、１つ、または複数の実施の形態に記載された様々な特徴、態様、および機能は特定の実施の形態の適用に限られるのではなく、単独で、または様々な組み合わせで実施の形態に適用可能である。したがって、例示されていない無数の変形例が、本願明細書に開示される技術の範囲内において想定される。例えば、少なくとも１つの構成要素を変形する場合、追加する場合または省略する場合、さらには、少なくとも１つの構成要素を抽出し、他の実施の形態の構成要素と組み合わせる場合が含まれるものとする。

以上のように、本願の回転角度検出装置１によれば、外周面２ｆｏの径が周期的に変化する磁性体の凹凸部２１を有し、回転軸２２を中心に回転自在に支持された回転子２、および回転子２の外周面２ｆｏの周方向Ｄｃにおける一部に対して間隔をあけて対向し、凹凸部２１との間に磁界を発生させるバイアス磁界発生部３１と、バイアス磁界発生部３１の回転子２への対向面３１ｆｃに周方向Ｄｃに沿って配置され、発生させた磁界を検出する複数の磁束密度検出部３２を有する固定子３を備え、対向面３１ｆｃの周方向Ｄｃにおける複数の磁束密度検出部３２が配置された部分よりも外側の部分には、複数の磁束密度検出部３２のうち、周方向Ｄｃにおける端部に位置する磁束密度検出部３２が配置された部分よりも回転軸２２（の中心Ｘ２）に近づくように径方向において突出する突出部３１ｐが形成されているように構成した。これにより、周方向端部における磁束密度ベクトルの乱れを低減することで、各磁束密度検出部３２における磁束密度の検出値の不均衡が低減され、小型で正確な回転角度検出装置１を得ることができる。

このとき、突出部３１ｐは、端部に位置する磁束密度検出部３２（の対向面３２ｆｃ）よりも回転軸２２（の中心Ｘ２）に近づくように形成されていれば、磁束密度検出部３２における磁束密度の周方向成分（乱れ成分）が低減し、磁束密度の径方向成分（信号成分）が増加する。その結果、信号成分Ｓに対する二次高調波成分Ｈｓがより小さくなるため、角度誤差をより低減できる。さらに、信号成分Ｓ自体も大きくなるため、対ノイズ性がより向上する。

また、バイアス磁界発生部３１の突出部３１ｐが形成された部分は、径方向の厚みが他の部分よりも厚くなっているように構成すれば、中心Ｘ２に近づくことで得られる効果に加え、周方向Ｄｃにおける両端に位置する磁束密度検出部３２の出力波形の振幅を増加させ、耐ノイズ性も向上させることができる。

あるいは、バイアス磁界発生部３１の径方向における背面３１ｆｏの、対向面３１ｆｃにおける突出部３１ｐが形成された部分と周方向Ｄｃにおける同じ位置の部分には、端部に位置する磁束密度検出部３２が配置された部分と周方向Ｄｃにおける同じ位置の部分よりも回転軸２２に近づくように陥没する陥没部３１ｄが形成されているように構成すれば、バイアス磁界発生部３１の体積の増加を抑制し、資源を有効利用できる。

また、対向面３１ｆｃの回転軸２２に垂直な断面形状が、回転軸２２（中心Ｘ２）との距離を半径とする円よりも大きな曲率の円弧になっているので、容易に突出部３１ｐを形成できる。

また、突出部３１ｐは、複数の磁束密度検出部３２のうち、周方向Ｄｃにおいて隣接する磁束密度検出部３２どうしの中間部分にも形成されているように構成すれば、各磁束密度検出部３２の出力波形の振幅が増加し、耐ノイズ性が向上する。

固定子３は、周方向Ｄｃに沿って延び、バイアス磁界発生部３１の径方向における外側に配置された磁性体３３を有するように構成すれば、バイアス磁界発生部３１から発生する磁束が通る磁路が形成され、磁束密度検出部３２で得られる出力波形の振幅が大きくなるため、耐ノイズ性が向上する。

複数の磁束密度検出部３２として３つの磁束密度検出部３２が周方向Ｄｃに沿って配置され、３つの磁束密度検出部３２それぞれからの信号を２相変換し、逆正接関数によって回転子２の回転角度θを演算する角度演算部５を備えるように構成すれば、３次の高調波成分に対するロバスト性を持たせることができる。

なお、磁束密度検出部３２を３つ設けた場合については、上述のような効果が得られることから、より望ましい形態として各実施の形態では具体例として３つ設けた例について説明したが、磁束密度検出部３２の数をさらに増やしても良い。磁束密度検出部３２を少なくとも３つ以上設けていれば、特定の高周波成分に対してロバスト性を持たせることができる。また、磁束密度検出部３２を複数設けていれば、各磁束密度検出部３２の出力信号の不平衡を低減するという本願で開示する回転角度検出装置１の基本的な効果は共通して得ることができる。

１：回転角度検出装置、 ２：回転子、 ２１：凹凸部、 ２２：回転軸、 ２ｆｏ：外周面、 ３：固定子、 ３１：バイアス磁界発生部、 ３１ｄ：陥没部、 ３１ｆｃ：対向面、 ３１ｆｏ：背面、 ３１ｐ：突出部、 ３２：磁束密度検出部、 ３２ｆｃ：対向面、 ３３：磁性体、 ３３ｆｉ：内周面、 ５：角度演算部、 Ｄｃ：周方向、 Ｈｐ：突出量、 Ｘ２：中心、 θ：回転角度。

Claims (8)

1. 外周面の径が周期的に滑らかに変化する磁性体の凹凸部を有し、回転軸を中心に回転自在に支持された回転子、および
   前記回転子の前記外周面の周方向における一部に対して間隔をあけて対向し、前記凹凸部との間に磁界を発生させるバイアス磁界発生部と、前記バイアス磁界発生部の前記回転子への対向面に前記周方向に沿って配置され、前記発生させた磁界を検出する複数の磁束密度検出部を有する固定子を備え、
   前記対向面の前記周方向における前記複数の磁束密度検出部が配置された部分よりも外側の部分には、前記複数の磁束密度検出部のうち、前記周方向における端部に位置する磁束密度検出部が配置された部分よりも前記回転軸に近づくように径方向において突出する突出部が形成されていることを特徴とする回転角度検出装置。
2. 前記突出部は、前記端部に位置する磁束密度検出部よりも前記回転軸に近づくように形成されていることを特徴とする請求項１に記載の回転角度検出装置。
3. 前記バイアス磁界発生部の前記突出部が形成された部分は、前記径方向の厚みが他の部分よりも厚くなっていることを特徴とする請求項１または２に記載の回転角度検出装置。
4. 前記バイアス磁界発生部の前記径方向における背面の、前記対向面における前記突出部が形成された部分と前記周方向における同じ位置の部分には、前記端部に位置する磁束密度検出部が配置された部分と前記周方向における同じ位置の部分よりも前記回転軸に近づくように陥没する陥没部が形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の回転角度検出装置。
5. 前記対向面の前記回転軸に垂直な断面形状が、前記回転軸との距離を半径とする円よりも大きな曲率の円弧になっていることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の回転角度検出装置。
6. 前記突出部は、前記複数の磁束密度検出部のうち、前記周方向において隣接する磁束密度検出部どうしの中間部分にも形成されていることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の回転角度検出装置。
7. 前記固定子は、前記周方向に沿って延び、前記バイアス磁界発生部の前記径方向における外側に配置された磁性体を有することを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の回転角度検出装置。
8. 前記複数の磁束密度検出部として３つの磁束密度検出部が前記周方向に沿って配置され、
   前記３つの磁束密度検出部それぞれからの信号を２相変換し、逆正接関数によって前記回転子の回転角度を演算する角度演算部を備えたことを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載の回転角度検出装置。

Images