(57)【要約】      （修正有）【課題】磁気センサを用いた回転角検出装置における回転角の検出精度を向上させる手段を提供する。【解決手段】回転角検出装置１００は、モータの回転角を検出するために用いられる。回転角検出装置１００は、マグネット１４０と、磁気センサ１３０と、磁性体１２０とを含む。マグネット１４０は、モータの回転軸７０の端面に配置され、モータの回転に伴って磁極が回転する。磁気センサ１３０は、マグネット１４０に対向して配置され、マグネット１４０の磁界の変化を検出することによりモータの回転角を検出するように構成される。磁性体１２０は、磁気センサ１３０およびマグネット１４０の周囲を覆うように配置されている。【選択図】図２
2020153831.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転体の回転角を検出するための回転角検出装置であって、
前記回転体の回転軸の端面に配置され、前記回転体の回転に伴って磁極が回転するマグネットと、
前記マグネットに対向して配置され、前記マグネットの磁界の変化を検出することにより前記回転体の回転角を検出するように構成された磁気センサと、
前記磁気センサおよび前記マグネットの周囲を覆うように配置された第１磁性体とを備えた、回転角検出装置。
【請求項２】
前記第１磁性体は円筒形状を有する、請求項１に記載の回転角検出装置。
【請求項３】
前記第１磁性体の前記マグネット側の端部の開口幅は、前記第１磁性体の前記磁気センサ側の端部の開口幅よりも広い、請求項１に記載の回転角検出装置。
【請求項４】
前記第１磁性体の前記回転軸に垂直な断面は多角形である、請求項１に記載の回転角検出装置。
【請求項５】
前記第１磁性体の前記回転軸に垂直な断面は楕円形である、請求項１に記載の回転角検出装置。
【請求項６】
前記第１磁性体の前記回転軸に沿った方向の寸法は、前記磁気センサと前記マグネットとの間の距離よりも大きい、請求項１〜５のいずれか１項に記載の回転角検出装置。
【請求項７】
前記磁気センサおよび前記第１磁性体が配置される基板をさらに備える、請求項１〜６のいずれか１項に記載の回転角検出装置。
【請求項８】
前記第１磁性体の周囲を覆うように配置された第２磁性体をさらに備える、請求項１〜７のいずれか１項に記載の回転角検出装置。
【請求項９】
前記第２磁性体の前記回転軸に沿った方向の寸法は、前記第１磁性体の前記回転軸に沿った方向の寸法よりも大きい、請求項８に記載の回転角検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、回転体の回転角を検出する回転角検出装置に関し、より特定的には、回転角検出装置の検出精度を向上させるための技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
回転体に配置されたマグネットの磁界の変化を検出することにより、回転体の回転角を検出する装置が知られている。たとえば、特開２０１８−７２０８６号公報（特許文献１）には、自動車の電動パワーステアリング装置に用いられるモータの回転軸の端面にマグネットを取り付け、当該マグネットに対向するように配置された磁気センサ（磁気抵抗効果素子：ＭＲ（Magneto  Resistive）素子）により検出された磁界の変化に基づいて、モータの回転角を検出する構成が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１８−７２０８６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１のような磁気センサを用いた回転角検出装置において、検出対象の回転体に取り付けられたマグネット以外からの磁界（以下、「外部磁界」とも称する。）が存在する場合には、検出すべきマグネットの磁界が当該外部磁界によって影響を受けてしまい、磁気センサで検出された回転角の精度が低下する可能性がある。
【０００５】
本開示は、このような課題を解決するためになされたものであって、その目的は、磁気センサを用いた回転角検出装置における回転角の検出精度を向上させることである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本開示のある局面に従う回転角検出装置は、回転体の回転角を検出するために用いられる。回転角検出装置は、マグネットと、磁気センサと、第１磁性体とを含む。マグネットは、回転体の回転軸の端面に配置され、上記回転体の回転に伴って磁極が回転する。磁気センサは、マグネットに対向して配置され、マグネットの磁界の変化を検出することにより回転体の回転角を検出するように構成される。第１磁性体は、磁気センサおよびマグネットの周囲を覆うように配置されている。
【０００７】
好ましくは、第１磁性体は円筒形状を有する。
好ましくは、第１磁性体のマグネット側の端部の開口幅は、第１磁性体の磁気センサ側の端部の開口幅よりも広い。
【０００８】
好ましくは、第１磁性体の回転軸に垂直な断面は多角形である。
好ましくは、第１磁性体の回転軸に垂直な断面は楕円形である。
【０００９】
好ましくは、第１磁性体の回転軸に沿った方向の寸法は、磁気センサとマグネットとの間の距離よりも大きい。
【００１０】
好ましくは、回転角検出装置は、磁気センサおよび第１磁性体が配置される基板をさらに備える。
【００１１】
好ましくは、第１磁性体の周囲を覆うように配置された第２磁性体をさらに備える。
好ましくは、第２磁性体の回転軸に沿った方向の寸法は、第１磁性体の回転軸に沿った方向の寸法よりも大きい。
【発明の効果】
【００１２】
本開示によれば、検出対象の回転体に取り付けられたマグネットの磁界の変化を磁気センサで検出することによって当該回転体の回転角を検出する回転角検出装置において、磁気センサおよびマグネットの周囲を覆うように磁性体が配置される。この磁性体により、外部磁界が磁気センサおよびマグネットに到達することが抑制される。これにより、外部磁界の影響が低減されるため、回転角検出装置の検出精度を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】実施の形態の回転角検出装置が適用される駆動システムのブロック図である。
【図２】図１の回転角検出装置の詳細を説明するための図である。
【図３】回転軸に取り付けられるマグネットの一例を示す図である。
【図４】第１比較例における角度検出誤差の一例を示す図である。
【図５】第２比較例における角度検出誤差の一例を示す図である。
【図６】実施の形態における角度検出誤差の一例を示す図である。
【図７】シールド磁性体の第１変形例を示す図である。
【図８】シールド磁性体の第２変形例を示す図である。
【図９】シールド磁性体の第３変形例を示す図である。
【図１０】シールド磁性体の第４変形例を示す図である。
【図１１】シールド磁性体の第５変形例を示す図である。
【図１２】シールド磁性体の第６変形例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本開示の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰り返さない。
【００１５】
（回転角検出装置の構成）
図１は、本実施の形態に係る回転角検出装置１００が適用される駆動システム１０の一例を示すブロック図である。
【００１６】
図１を参照して、駆動システム１０は、回転角検出装置１００に加えて、駆動対象５０と、回転体の一例であるモータ６０と、制御装置２００とを備える。駆動対象５０は、たとえば、自動車用の電動パワーステアリング装置のような、モータ６０によって駆動される装置である。駆動対象５０は、電動パワーステアリング装置以外にも適用可能である。
【００１７】
モータ６０の回転軸７０は駆動対象５０に結合されている。モータ６０の回転運動は回転軸７０により駆動対象５０に伝達される。
【００１８】
回転角検出装置１００は、図２で後述するように、モータ６０の回転軸７０の端面に配置されたマグネットの磁界の変化を検出することにより、回転軸７０の回転角θを検出する。回転角検出装置１００は、検出された回転角θに関する情報を、制御装置２００へ出力する。
【００１９】
制御装置２００は、ユーザの操作あるいは上位コンピュータからの駆動指令ＲＥＦを受ける。制御装置２００は、当該駆動指令ＲＥＦと回転角検出装置１００で検出された検出角θに関する信号とに基づいて、モータ６０を駆動するための制御信号ＤＲＶを生成してモータ６０へ出力する。
【００２０】
図２は、図１の回転角検出装置１００の詳細を説明するための図である。図２（ａ）は、回転角検出装置１００を側面から見たときの断面図であり、図２（ｂ）は回転軸７０の方向から回転角検出装置１００を見たときの平面図である。
【００２１】
図２を参照して、回転角検出装置１００は、磁気センサ１３０と、マグネット１４０と、シールド磁性体１２０とを含む。
【００２２】
マグネット１４０は、モータ６０の回転軸７０の端面に配置されており、回転軸７０の回転に伴って磁極が回転する。図３は、マグネット１４０の一例を示す図である。マグネット１４０は略円板形状を有しており、一対の磁極（Ｎ極，Ｓ極）が周方向に並んでいる。なお、マグネット１４０の形状は、図３のような円板形状に限られず、Ｎ極とＳ極とが両端に配置された棒状であってもよいし、個別の磁極が離間して配置される態様であってもよい。また、複数対の磁極が配置される態様であってもよい。
【００２３】
図２を再び参照して、磁気センサ１３０は、基板１１０上において、回転軸７０に配置されたマグネット１４０に対向して配置されている。磁気センサ１３０は、マグネット１４０が回転することによって変化する磁界を検出することによって、当該回転軸７０の回転角θを検出するように構成されている。磁気センサ１３０として、たとえば、ホール素子、磁気抵抗効果素子（ＭＲ素子）、磁気インピーダンス素子（ＭＩ素子）等の公知のセンサを使用することができる。
【００２４】
シールド磁性体１２０は円筒形状を有しており、磁性材料（たとえば鉄、コバルト、ニッケル、あるいはそれらを含む合金）で形成されている。シールド磁性体１２０は、磁気センサ１３０およびマグネット１４０の周囲を覆うように基板１１０上に配置されている。言い換えれば、シールド磁性体１２０の円筒の内部に、磁気センサ１３０およびマグネット１４０が収容されている。シールド磁性体１２０の回転軸７０に沿った方向の寸法（すなわち、基板１１０からの高さ）Ｈ１は、基板１１０から回転軸７０までの距離Ｈ２よりも大きい。
【００２５】
このように、磁気センサ１３０およびマグネット１４０をシールド磁性体１２０の内部に配置することによって、マグネット１４０によって発生する磁界以外の外部磁界がシールド磁性体１２０によって遮蔽される。そのため、磁気センサ１３０への外部磁界の影響を排除することができる。
【００２６】
（シールド磁性体の効果）
次に、図４〜図６を用いて、本実施の形態に従う回転角検出装置１００におけるシールド磁性体１２０の効果について説明する。図４〜図６においては、横軸に回転軸７０の回転角度が示されており、縦軸には回転角検出装置１００において検出された検出角度と実際の回転角度との角度誤差が示されている。図４は、外部磁界がない場合の第１比較例のグラフである。図５は、外部磁界があるが、シールド磁性体がない場合の第２比較例のグラフである。図６は、外部磁界があり、かつ、シールド磁性体がある実施の形態の場合のグラフである。
【００２７】
図４の外部磁界がない第１比較例の場合には、角度誤差はピーク・トゥ・ピークで２．０°（±１．０°）程度となっている。一方で、図５のようにシールド磁性体のない状態で外部磁界を印加した第２比較例の場合には、外部磁界の影響により、角度誤差がピーク・トゥ・ピークで３．４°（±１．７°）と誤差が大きくなっている。しかしながら、図６の本実施の形態のようにシールド磁性体を配置した場合には、外部磁界を印加した状態であっても、角度誤差がピーク・トゥ・ピークで２．２°（±１．１°）程度となっており、外部磁界の影響が低減できていることがわかる。
【００２８】
以上のように、検出対象の回転体に取り付けられたマグネットの磁界を磁気センサで検出することによって当該回転体の回転角を検出する回転角検出装置において、磁気センサおよびマグネットの周囲を覆うようにシールド磁性体を配置することによって磁気センサへの外部磁界の影響を低減し、回転角検出装置の検出精度を向上させることができる。
【００２９】
（変形例）
以下に、シールド磁性体の変形例について説明する。
【００３０】
図７は、第１変形例のシールド磁性体１２０Ａを有する回転角検出装置１００Ａを示す図である。シールド磁性体１２０Ａは、実施の形態のシールド磁性体１２０と同様に側面から見た断面形状が円筒形を有しているが、磁性体の厚みがシールド磁性体１２０よりも厚くなっている点が異なっている。磁性体の厚みは、外部磁界の強度に応じて設定され、磁界強度が強いほど磁性体の厚みを厚くするように設定される。
【００３１】
図８は、第２変形例のシールド磁性体１２０Ｂを有する回転角検出装置１００Ｂを示す図である。シールド磁性体１２０Ｂは、側面から見た断面形状において、中空の円錐台の形状を有しており、内部の開口幅が軸方向に沿ってテーパ形状となっている。より具体的には、シールド磁性体１２０Ｂのマグネット１４０側の端部の開口幅が、磁気センサ１３０側の端部の開口幅よりも広くなっている。シールド磁性体１２０Ｂのような構成は、回転軸７０において先端部以外の部分の径が太くなっているような場合に有効である。
【００３２】
図９は、第３変形例のシールド磁性体１２０Ｃを有する回転角検出装置１００Ｃを示す図である。シールド磁性体１２０Ｃは、円筒形状の２つのシールド磁性体１２０Ｃ１，１２０Ｃ２を含んで構成されている。シールド磁性体１２０Ｃ２の直径は、シールド磁性体１２０Ｃ１の直径よりも小さく、シールド磁性体１２０Ｃ１およびシールド磁性体１２０Ｃ２は基板１１０に同軸上に二重構造に配置されている。図９の例においては、シールド磁性体１２０Ｃ１の基板１１０からの高さ（回転軸７０に沿った方向の寸法）は、シールド磁性体１２０Ｃ１の基板１１０からの高さよりも大きい。なお、図９においては、二重構造の例について説明したが、二重より多い多重構造としてもよい。
【００３３】
図９で示したシールド磁性体１２０Ｃは、機能的には、図７で説明した磁性体の厚みを厚くした構成と同様であり、磁性体を多重構造とすることによって、より強い強度の外部磁界の影響を低減することができる。
【００３４】
図７〜図９については、いずれも回転軸に直交する断面形状が円形である例について説明したが、当該断面形状は円形以外の形状であってもよい。
【００３５】
図１０に示す第４変形例のシールド磁性体１２０Ｄを有する回転角検出装置１００Ｄにおいては、回転軸に直交する断面形状は四角形となっている。また、図１１に示す第５変形例のシールド磁性体１２０Ｅを有する回転角検出装置１００Ｅにおいては、回転軸に直交する断面形状は六角形となっている。なお、シールド磁性体の断面形状は、四角形および六角形以外の多角形の断面形状であってもよい。また、図１２に示す第６変形例のシールド磁性体１２０Ｆを有する回転角検出装置１００Ｆにおいては、回転軸に直交する断面形状は楕円形となっている。図１２のシールド磁性体１２０Ｆのような構成とすることで、磁気センサ１３０以外の基板上の部品との干渉を回避することができる。
【００３６】
なお、図１０〜図１２で例示したシールド磁性体についても、側面から見た断面形状については、図７〜図９で示した形状をさらに適用することもできる。
【００３７】
今回開示された実施の形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本開示の範囲は、上記した実施の形態の説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【００３８】
１０  駆動システム、５０  駆動対象、６０  モータ、７０  回転軸、１００，１００Ａ〜１００Ｆ  回転角検出装置、１１０  基板、１２０，１２０Ａ〜１２０Ｆ，１２０Ｃ１，１２０Ｃ２  シールド磁性体、１３０  磁気センサ、１４０  マグネット、２００  制御装置。
【図１】
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【図２】
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【図３】
2020153831.tif 000005
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2020153831.tif 000009
【図８】
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【図９】
2020153831.tif 000011
【図１０】
2020153831.tif 000012
【図１１】
2020153831.tif 000013
【図１２】
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