WO2008075620A1

WO2008075620A1 - 回転角度検出装置

Info

Publication number: WO2008075620A1
Application number: PCT/JP2007/074104
Authority: WO
Inventors: Kengo Tanaka; Fumihiko Abe
Original assignee: The Furukawa Electric Co., Ltd.
Priority date: 2006-12-18
Filing date: 2007-12-14
Publication date: 2008-06-26
Also published as: US8183857B2; JP2008151628A; EP2103909A1; JP5128120B2; EP2103909A4; EP2103909B1; US20100007341A1

Abstract

　被測定回転体の回転角度を検出する回転角度検出装置であって、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１０の磁束密度を検出する磁気検出素子４０と、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、磁石を挟み込む位置に両端部を有しかつ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３０を備え、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及び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がそれぞれ所定間隔隔たっており、かつ磁気検出素子が磁性体を通る磁力線上に介在されていることで、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角度検出装置を提供する。

Description

明細書

回転角度検出装置

技術分野

[0001] 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角度検出装置に関する。

背景技術

[0002] 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角度検出装置が知られている（例えば、特許文献 1参照）。この回転角度検出装置は、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、この回転角度検出装置は 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。

特許文献 1 :特開 2003— 75108号公報（第 2— 4頁、図 4、 5)

発明の開示

発明が解決しょうとする課題

[0003] ところで、上述したような従来の回転角度検出装置は、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!/、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!/、場合にのみ高い検出精度を維持できる。し力、しながら、実際の回転角度検出装置では、回転軸には軸方向ゃ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、精度の良レ、角度検出ができない問題があった。

[0004] 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角度検出装置を取り付ける際、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角度検出装置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角度検出装置のロータとステータ間の特にロータの軸線方向に関して、ある程度のガタを許容することが通常行われて!/、る。

[0005] しかし、このようなガタを許容すると、回転角度検出装置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、回転角度検出装置の高い検出精度を維持できなくなる。

[0006] これを図面に基づいてより詳細に説明する。図 10は、このような回転角度検出装置 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角度検出装置 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。

[0007] 一方、図 12は、上述した回転角度検出装置 5の組み付け性向上のために、回転角度検出装置 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に示した回転角度検出装置 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角度検出装置 5の組み付け性向上を図るために必要なずれ量である。回転角度検出装置 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。

[0008] 一方、例えば特開 2006— 105827号公報に記載の回転角度検出装置も知られている。この回転角度検出装置は、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。し力もながら、このような回転角度検出装置においても、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、即ち回転角度検出装置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。

[0009] 図 13はこのような回転角度検出装置 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。

[0010] 一方、図 14は、上述した回転角度検出装置 6の組み付け性向上のために回転角度検出装置 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に示した回転角度検出装置 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角度検出装置 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力 S分力、る。

[0011] 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!/ヽる。

[0012] 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角度検出装置を提供することにある。課題を解決するための手段

[0013] 上述した課題を解決するために、本発明にかかる回転角度検出装置は、

被測定回転体の回転角度を検出する回転角度検出装置であって、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角度検出装置において、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レヽることを特徴として!/、る。

[0014] 本発明に力、かる回転角度検出装置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力 Sでさる。

[0015] 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、回転角度検出装置自体を小型化できる。

[0016] また、本発明にかかる回転角度検出装置は、上述の回転角度検出装置に加えて、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。

[0017] 本発明に力、かる回転角度検出装置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ゃ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ぐ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。

[0018] また、本発明にかかる回転角度検出装置は、上述の回転角度検出装置に加えて、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。

[0019] 本発明に力、かる回転角度検出装置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、磁気検出素子力、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。

[0020] また、本発明にかかる回転角度検出装置は、上述の回転角度検出装置に加えて、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。

[0021] 本発明に力、かる回転角度検出装置の磁性体がこのような形状を有することで、磁石力、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、磁気検出素子力、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。

[0022] また、本発明にかかる回転角度検出装置は、上述の回転角度検出装置に加えて、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!/、ることを特徴として!/、る。

[0023] 磁石がリング状をなす場合であっても、本発明に係る回転角度検出装置はリング状磁石の中空部分に回転角度検出装置の構成部品を配置することなく構成できるので、回転角度検出装置自体の小型化を図ることが可能となる。

図面の簡単な説明

[0024] [図 1]本発明の一実施形態にかかる回転角度検出装置を概略的に示す斜視図、

[図 2]図 1に示した回転角度検出装置の一方の磁石、スぺーサ、磁性体、及びホール素子の実装された基板を示す断面図、

[図 3]図 1に示した回転角度検出装置の回転角度検出原理を部分的に示す説明図、 [図 4]図 1に示した回転角度検出装置の第 1変形例を図 1に対応して示す斜視図、 [図 5]図 4に示した回転角度検出装置を部分的に拡大して示す斜視図、

[図 6]図 1に示した回転角度検出装置の第 2変形例を図 2に対応して示す断面図、 [図 7]図 1に示した回転角度検出装置の第 3変形例を図 2に対応して示す断面図、 [図 8]本発明にかかる回転角度検出装置 (本実施例）と従来の回転角度検出装置（比較例）とを比較した特性図、

[図 9]本発明にかかる回転角度検出装置 (本実施例）と従来の回転角度検出装置 (比較例）とを図 8とは異なる方法で比較した特性図、

[図 10]従来の回転角度検出装置の概略平面図、

[図 11]従来の回転角度検出装置の概略側面図、

[図 12]図 11とは異なり回転角度検出装置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、

[図 13]図 11とは異なる従来の回転角度検出装置の部分的概略断面図、

[図 14]図 13とは異なり回転角度検出装置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。

発明を実施するための最良の形態

[0025] 以下、本発明の一実施形態に力、かる回転角度検出装置 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角度検出装置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

[0026] 本発明の一実施形態にかかる回転角度検出装置 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所定の角度（例えば 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!/、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。

[0027] そして、磁石 10の内側には非磁性材料製のリング状のスぺーサ 15が備わっている。また、リング状のスぺーサ 15の内周面には例えば図示しないセレーシヨンが形成され、スぺーサ 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ヨンと嵌合するようになつている。そして、シャフトの回転と共にこの磁石 10 がー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!/、る。

[0028] 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!/、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つている。

[0029] 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とスぺーサ 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

[0030] また、ここでは詳細には示さないが、磁石 10、スぺーサ 15、及び基板 20、磁性体 3 0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つている。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。

[0031] 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つている。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

[0032] 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 1 OA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 3 1との間が所定間隔隔たつていると共に、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が揷入配置されている。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!/、演算手段を用レ、て磁石 10即ちシャフトの回転角度に換算している。

[0033] このホール素子 40及び上記演算手段を用レ、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 1 0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)から分力、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!/、る。

[0034] 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つている。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 ta ι χ/Υ)を取ることによって鋸刃状の出力が得られ、これによつて 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。

[0035] 続いて、上述の実施形態に力、かる回転角度検出装置の作用について説明する。

本実施形態に係る回転角度検出装置 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ぐ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。

[0036] 続いて、上述した実施形態にかかる回転角度検出装置の各種変形例について図面に基づいて説明する。なお、以下に示す各種変形例は上述の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実施形態と同様であるので、この上述の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、上述の実施形態と同様に共通する符号を付して説明する。

[0037] まず、本発明の上述した実施形態にかかる回転角度検出装置の第 1変形例について説明する。この第 1変形例に係る回転角度検出装置 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 1 10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の周方向に沿つて突出部 132aが延在している。 [0038] 第 1変形例に係る回転角度検出装置 1Aがこのような構成を有することで、磁石 11 0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口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、回転角度検出装置 1Aのシャフトへの組み付け性向上を図るために、回転角度検出装置 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が受けることなぐ磁石 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。

[0039] 続いて、本発明の上述した実施形態にかかる回転角度検出装置の第 2変形例について説明する。この第 2変形例に係る回転角度検出装置 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。

[0040] 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に向力、つて突出する突出部 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に向力、つて突出する突出部 232aを備えている。

[0041] 第 2変形例に力、かる回転角度検出装置 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、回転角度検出装置 1Bのシャフトへの組み付け性向上を図るために、回転角度検出装置 1Bの磁石 210の備わったロータとホール素子 240の備わつ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が受けることなぐ磁性体 230を介して磁石 2 10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力 Sでさる。

[0042] 続いて、本発明の上述した実施形態にかかる回転角度検出装置の第 3変形例について説明する。この第 3変形例に係る回転角度検出装置 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 3 10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。

[0043] 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 33 1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 33 2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 £巨離）が短くなつている。

[0044] 第 3変形例に力、かる回転角度検出装置 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、回転角度検出装置 1Cのシャフトへの組み付け性向上を図るために、回転角度検出装置 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。

[0045] なお、以上説明した実施形態及びその各種変形例に関する回転角度検出装置において、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力 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力 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、上述の実施形態及びその各種変形例に関する回転角度検出装置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。

実施例

[0046] 以下に、本発明に係る回転角度検出装置（以下、「本実施例」とする）と従来の回転角度検出装置（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!/、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角度検出装置を用レ \本実施例は図 4及び図 5に示す本実施形態の第 1変形例に力、かる回転角度検出装置を用いた。

[0047] 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つてもホール素子の出力が殆ど変化しないことが分かる。

[0048] 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つ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分った。本発明にかかる回転角度検出装置は、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。し力もながら、本発明にかかる回転角度検出装置は、例えば、ロボットアームのように振動しな力 ¾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。

Claims

請求の範囲

[1] 被測定回転体の回転角度を検出する回転角度検出装置であって、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角度検出装置において、

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いることを特徴とする回転角度検出装置。

[2] 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、請求項 1に記載の回転角度検出装置。

[3] 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又は請求項 2に記載の回転角度検出装置。

[4] 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に記載の回転角度検出装置。

[5] 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 4の何れかに記載の回転角度検出装置。