(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転体に固定された筒状ヨークと、
前記筒状ヨークの内側面に固着した磁石と、
前記磁石により発生する磁界中に配置された磁電変換素子と
を備え、前記回転体の回転中心軸を中心に回転する前記磁石により発生する磁界に対応した電気信号を磁電変換素子から出力させる角度センサにおいて、
前記筒状ヨークの内側面に固着した磁石は、少なくとも４個であって、一側磁極を２個の磁石で形成し、他側磁極を２個の磁石で形成するとともに、各磁極を形成する２個の磁石をそれぞれ離間させて前記筒状ヨークの内側面に固着したことを特徴とする角度センサ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は角度センサに係り、詳しくは磁電変換素子を用いた角度センサに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、回転角度を検出する角度センサとして、その検出素子としてホール効果を用いた回転角度変位センサが知られている（例えば、特開昭６１−７５２１３号公報、特開昭６２−２９１５０２号公報）。この種の回転角度変位センサは、非接触で回転角度が検出できる点で優れている。
【０００３】
図２１及び図２２は、回転軸の回転角度変位を検出する従来の回転角度変位センサの平面図及び正断面図を示す。図２２において、回転角度変位センサ５１は、回転体としての回転軸部５２、ヨーク５３、永久磁石５４を備えている。回転軸部５２は、図示しない被検出回転軸と一体的に連結され、その被検出回転軸とともに軸心（Ｚ軸）を回転中心に一体回転する。
【０００４】
前記ヨーク５３は前記回転軸部５２の先端に設けられた有底円筒体であって、その円筒部５３ａの中心軸線は前記回転軸部５２の軸心（Ｚ軸）と一致させている。そして、回転軸部５２の回転とともに円筒部５３ａはその中心軸線（Ｚ軸）を回転中心として一体回転する。
【０００５】
前記円筒部５３ａの内側面には、円筒形の永久磁石５４が固設されている。永久磁石５４は、その中心軸線を前記回転軸部５２の軸心（Ｚ軸）と一致させている。従って、回転軸部５２の回転とともに永久磁石５４はその中心軸線（Ｚ軸）を回転中心として一体回転する。
【０００６】
円筒形の永久磁石５４は、前側（図２１において下側）をＮ極に、後側（図２１において上側）をＳ極になるように着磁され、その円筒内に破線矢印で示すようにＮ極からＳ極に向かう磁束を形成する磁界が発生している。図４の×印の特性曲線は、図２１に示す状態における永久磁石５４の円筒内のＸ軸線上（左右方向）の磁束密度分布を示す図である。図５の×印の特性曲線は、図２１に示す状態における永久磁石５４の円筒内のＹ軸線上（前後方向）の磁束密度分布を示す図である。
【０００７】
前記永久磁石５４の円筒内の空間には、磁電変換素子としてのホール素子５５が配設される。ホール素子５５は、その中心が永久磁石５４の中心軸線（Ｚ軸）と一致させるとともに図２１に示す状態においてＹ軸方向（前後方向）に沿って配置される。ホール素子５５は図２１においてＸ軸方向に平行な方向を磁気感知方向としている。そして、永久磁石５４が中心軸線（Ｚ軸）を回転中心として回転すると、永久磁石５４（Ｎ，Ｓ極）とホール素子５５との相対位置が変化する。この相対位置の変化をホール素子５５が検出する。ホール素子５５は、相対位置の変化量、即ち回転角度に相対した検出信号を出力する。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、この回転角度変位センサ５１は、その構造上、回転軸部５２等の寸法誤差、ホール素子５５等の組み付け誤差、又は、温度変化や磨耗によってホール素子５５と永久磁石５４の相対位置の変動、いわゆる軸ぶれが発生しやすい。この軸ぶれは、ホール素子５５による検出に誤差が生じさせ検出精度が劣化する。
【０００９】
つまり、図２１に示す状態において、永久磁石５４の円筒内の磁束密度分布の変化は、図４及び図５の×印の特性曲線で示すように、中心軸（Ｚ軸）を基準値として永久磁石５４の磁極に向かうほど大きくなる。特に、図５に示すＹ軸方向の磁束密度分布の変化は、図４に示すＸ軸方向の磁束密度分布の変化より大きい。例えば、図５において、ホール素子５５の配設位置が中心からずれると、磁束密度の変化量は非常に大きい値となる。
【００１０】
従って、ホール素子５５と永久磁石５４の相対位置の変動が生じると、その磁束密度の変動が大きくなり、その大きな変動が大きな検出誤差として現れる。
そこで、Ｘ軸及びＹ軸方向の磁束密度の変化をできるだけ小さく、即ち、磁束密度分布を均一にすることが望まれている。つまり、磁束密度分布を均一にすれば、軸ぶれが生じても磁束密度の変化が小さいため検出誤差を低減させることができるからである。
【００１１】
又、円筒形の永久磁石５４は、Ｚ軸線方向においても磁束密度変化が大きい。従って、Ｚ軸線方向の相対位置変化が生じた場合にも、同様な問題が生じ、Ｚ軸線方向においても磁束密度密度分布が一様であることが望ましい。そこで、磁束密度分布を均一にする永久磁石が提案されている（例えば、特開昭１０−１３２５０６号公報）。
【００１２】
図１８及び図１９は、Ｚ軸線方向の磁束密度分布を均一にする永久磁石５６，５７の側断面図を示す。この永久磁石５６は、それぞれ内周面５６ａに磁束分布磁束密度分布補正部を構成する環状の溝５６ｂを形成したものである。又、この永久磁石５７は、それぞれ内周面５７ａの上下両側部に磁束密度分布補正部を構成する環状の凸部５７ｂを形成したものである。図２０はＺ軸線上の磁束密度分布の特性曲線を示す。×印の特性曲線は、内周面に何も施さない永久磁石５４の特性曲線、●印の特性曲線は、内周面に磁束分布補正部を形成した永久磁石５６，５７の特性曲線である。つまり、内周面に磁束密度分布補正部を形成した永久磁石５６，５７ほうが、磁束密度分布補正部を形成しない永久磁石５４より、Ｚ軸線上の磁束密度分布の変化が小さいことがわかる。
【００１３】
しかしながら、形状を補正してＺ軸線上の磁束密度分布を均一にする永久磁石５６，５７の場合、その形状が特殊なため、これら永久磁石５６，５７は製造に高度な技術が必要となるとともにコスト高となる。つまり、永久磁石５６，５７が焼結磁石の場合には、磁石粉を圧粉する成形型を必要とするが型抜きが難しいとともに、焼結後の寸法を精度よく出すことは非常に難しかった。又、永久磁石５６，５７がプラスチックマグネットの場合にも成形型が必要でその型抜きが難しい。そこで、円筒形状のマグネットを成形後に内側面を切削加工して永久磁石５６，５７を製造しなければならず、コストアップにつながっていた。
【００１４】
本発明は、上記問題点を解決するためになされたものであって、その目的は、製造が容易で安価な磁石を使用して磁束分布を均一に形成でき、磁電変換素子と磁石の相対位置変化が生じても検出誤差の低減を図ることができる角度センサを提供することにある。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明は、回転体に固定された筒状ヨークと、前記筒状ヨークの内側面に固着した磁石と、前記磁石により発生する磁界中に配置された磁電変換素子とを備え、前記回転体の回転中心軸を中心に回転する前記磁石により発生する磁界に対応した電気信号を磁電変換素子から出力させる角度センサにおいて、前記筒状ヨークの内側面に固着した磁石は、少なくとも４個であって、一側磁極を２個の磁石で形成し、他側磁極を２個の磁石で形成するとともに、各磁極を形成する２個の磁石をそれぞれ離間させて前記筒状ヨークの内周面に固着したことをその要旨とする。
【００１７】
（作用）
請求項１の発明によれば、２個の一側磁極を２個の磁石で形成し、他側磁極を２個の磁石で形成する。そして、各磁極を形成する２個に磁石をそれぞれ離間させて前記筒状ヨークの内周面に固着させたことにより、磁電変換素子付近の筒状ヨーク内であって回転体の回転中心軸線に対して直交する方向の磁束密度の分布は一様となる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
（第１実施形態）
以下、本発明を具体化した回転角度変位センサの第１実施形態を図１〜図６に従って説明する。
【００２０】
図１及び図２は、回転軸の回転角度変位を検出する回転角度変位センサの平面図及び正断面図を示す。図２において、角度センサとしての回転角度変位センサ１１は、回転体としての回転軸部１２、磁性体よりなるヨーク１３及び４個の永久磁石Ｍ１ａ，Ｍ１ｂ，Ｍ２ａ，Ｍ２ｂを備えている。回転軸部１２は、図示しない被検出回転軸と一体的に連結され、その被検出回転軸とともに軸心（Ｚ軸）を回転中心に一体回転する。
【００２１】
前記ヨーク１３は前記回転軸部１２の先端に設けられた平面小判形の有底筒体であって、その平面断面小判形の筒部１３ａの中心軸線は前記回転軸部１２の軸心（Ｚ軸）と一致させている。従って、回転軸部１２の回転とともに筒部１３ａはその中心軸線（Ｚ軸）を回転中心として一体回転する。尚、前記筒部１３ａは、図１において円弧状に形成された左右両側部を円弧部１４ａ，１４ｂと、左右方向に互いに平行して延びる前後両側部を平壁部１５ａ，１５ｂとしている。
【００２２】
前記筒部１３ａの後側平壁部１５ａの内側面には、左右一対の永久磁石Ｍ１ａ，Ｍ１ｂが固着されている。左右一対の永久磁石Ｍ１ａ，Ｍ１ｂは、図１において、前記Ｚ軸と直交するＹ軸を中心軸線として対称となるように後側平壁部１５ａの内側面に配置固着されている。永久磁石Ｍ１ａ，Ｍ１ｂは、直方体の磁石であって、本実施形態の各辺（幅、厚さ（着磁方向）、高さ）の長さは２ｍｍ、３ｍｍ、５ｍｍとなっている。そして、後側平壁部１５ａに固着された永久磁石Ｍ１ａ，Ｍ１ｂは、後側平壁部１５ａ側がＮ極に、反後側平壁部１５ａ側をＳ極に着磁されている。
【００２３】
一方、前記筒部１３ａの前側平壁部１５ｂの内側面には、左右一対の永久磁石Ｍ２ａ，Ｍ２ｂがそれぞれ前記後側平壁部１５ａの永久磁石Ｍ１ａ，Ｍ１ｂと相対向する位置に固着されている。前側平壁部１５ｂの永久磁石Ｍ２ａ，Ｍ２ｂは、前記後側平壁部１５ａの永久磁石Ｍ１ａ，Ｍ１ｂと同一のものであって、形状及び磁力の強さが同一である。
【００２４】
従って、４個の永久磁石Ｍ１ａ，Ｍ１ｂ，Ｍ２ａ，Ｍ２ｂは、図１に示すように、互いに直交するＸ軸とＹ軸とＺ軸の交点を中心に点対称位置にそれぞれ配置されている。従って、前記回転軸部１２が回転すると、４個の永久磁石Ｍ１ａ，Ｍ１ｂ，Ｍ２ａ，Ｍ２ｂはＺ軸を回転中心として回転する。又、永久磁石Ｍ２ａ，Ｍ２ｂの間隔Ｌは永久磁石Ｍ１ａ，Ｍ１ｂの間隔と同一となる。さらに、対向する永久磁石Ｍ２ａと永久磁石Ｍ１ａとの間隔は永久磁石Ｍ２ｂと永久磁石Ｍ１ｂの間隔と同一であって、本実施形態は９ｍｍとしている。
【００２５】
又、前側平壁部１５ｂに固着された永久磁石Ｍ２ａ，Ｍ２ｂは、前側平壁部１５ｂ側がＳ極に、反前側平壁部１５ｂ側をＮ極に着磁されている。従って、筒部１３ａ内に破線矢印で示すようにそれぞれ永久磁石Ｍ２ａ，Ｍ２ｂから永久磁石Ｍ１ａ，Ｍ１ｂに向かう磁束の磁界が形成される。
【００２６】
筒部１３ａ内の空間には、磁電変換素子としてのホール素子１６が配設される。ホール素子１６は、その中心が４個の永久磁石Ｍ１ａ，Ｍ１ｂ，Ｍ２ａ，Ｍ２ｂの点対称中心の軸線（Ｚ軸）と一致させるとともに図１に示す状態においてＹ軸に沿って配置される。ホール素子１６は、図１においてＸ軸に平行な方向を磁気感知方向としている。
【００２７】
そして、４個の永久磁石Ｍ１ａ，Ｍ１ｂ，Ｍ２ａ，Ｍ２ｂが中心軸線（Ｚ軸）を回転中心として回転すると、各永久磁石Ｍ１ａ，Ｍ１ｂ，Ｍ２ａ，Ｍ２ｂとホール素子１６との相対位置が変化する。この相対位置の変化をホール素子１６が検出する。ホール素子１６は、相対位置の変化量、即ち回転角度に相対した検出信号を出力することになる。
【００２８】
この時、後側及び前側平壁部１５ａ，１５ｂにそれぞれ設けた永久磁石Ｍ１ａ，Ｍ１ｂ，Ｍ２ａ，Ｍ２ｂによって、筒部１３ａ内の空間に形成される磁束密度分布は均一になる。つまり、後側及び前側平壁部１５ａ，１５ｂに固着した直方体の永久磁石Ｍ１ａ，Ｍ１ｂ，Ｍ２ａ，Ｍ２ｂは、互いの間隔Ｌだけ離間した。従って、永久磁石Ｍ１ａ，Ｍ１ｂ，Ｍ２ａ，Ｍ２ｂが直方体であって離間しているので、永久磁石Ｍ２ａ，Ｍ２ｂから永久磁石Ｍ１ａ，Ｍ１ｂに向う磁束は、筒部１３ａ内の中央部（ホール素子１６付近）に集中することなく一様に分散される。その結果、筒部１３ａ内の空間に形成される磁束密度分布は均一になる。
【００２９】
図４及び図５は、永久磁石Ｍ１ａ，Ｍ１ｂ，Ｍ２ａ，Ｍ２ｂによる筒部１３ａ内の形成される磁束密度分布をシミュレーションにて検証して得たＸ軸線上とＹ軸線上の磁束密度分布の特性曲線を示す。×印の特性曲線は、従来の円筒形の永久磁石５４の特性曲線、●印の特性曲線は、本発明のそれぞれの永久磁石Ｍ１ａ，Ｍ１ｂ，Ｍ２ａ，Ｍ２ｂの間隔Ｌを３ｍｍとしたときの特性曲線、▲印の特性曲線は、本発明のそれぞれの永久磁石Ｍ１ａ，Ｍ１ｂ，Ｍ２ａ，Ｍ２ｂの間隔Ｌを４ｍｍとしたときの特性曲線を示す。尚、図４及び図５において、横軸は回転中心（Ｚ軸）を０とし、縦軸は回転中心（Ｚ軸）の磁束密度を基準に磁束密度の増減を％で表わしている。
【００３０】
各特性曲線から明らかなように、間隔Ｌを３ｍｍにした場合、従来の場合に比べてＹ軸線上及びＸ軸線上とも磁束密度の分布は一様になることがわかる。又、間隔Ｌを４ｍｍにした場合、間隔Ｌを３ｍｍにした場合に比べてＹ軸線上の磁束密度の分布はさらに一様になることがわかる。尚、間隔Ｌを４ｍｍにした場合、Ｘ軸線上の磁束密度の分布は従来の場合に比べて劣るが微差である。
【００３１】
このことから、間隔Ｌを３ｍｍ〜４ｍｍの範囲で永久磁石Ｍ１ａ，Ｍ１ｂ，Ｍ２ａ，Ｍ２ｂを配置すれば、Ｙ軸線上及びＸ軸線上の磁束密度の分布を一様にすることができる。
【００３２】
上記したように、第１実施形態によれば、以下の効果を有する。
（１）本実施形態では、前記筒部１３ａの相対向する後側及び前側平壁部１５ａ，１５ｂにそれぞれ左右一対の直方体の永久磁石Ｍ１ａ，Ｍ１ｂ，Ｍ２ａ，Ｍ２ｂを離間させて固着したので、ホール素子１６を配置した筒部１３ａ内のＸ軸線上及びＹ軸線上の磁束密度の分布を従来の円筒形の永久磁石５４より一様にすることができる。
【００３３】
従って、回転軸部１２等の寸法誤差、永久磁石Ｍ１ａ，Ｍ１ｂ，Ｍ２ａ，Ｍ２ｂに対するホール素子１６との組み付け誤差、又は、温度変化や磨耗によるホール素子１６と永久磁石Ｍ１ａ，Ｍ１ｂ，Ｍ２ａ，Ｍ２ｂの相対位置の変動、すなわち、Ｘ軸線上又はＹ軸線上の軸ぶれが発生しても、ホール素子１６の検出誤差を低減させることができる。
【００３４】
（２）本実施形態では、後側及び前側平壁部１５ａ，１５ｂに固着した永久磁石Ｍ１ａ，Ｍ１ｂ，Ｍ２ａ，Ｍ２ｂの形状を直方体にした。従って、高度な技術を必要とすることなく簡単かつ安価に製造することができ、ひいては安価な回転角度変位センサ１１を提供することができる。
【００３５】
（第２実施形態）
次に、本発明を具体化した第２実施形態を図６〜図９に従って説明する。
尚、本実施形態では、永久磁石の配置に特徴があり、他の構成は図２１及び図２２に示す従来の回転角度変位センサ５１の構成と同一なので、説明の便宜上、従来の回転角度変位センサ５１と同様の構成については同一の符号を付してその説明を一部省略する。
【００３６】
図６は、本実施形態の角度センサとしての回転角度変位センサ２１の平面図を示す。回転角度変位センサ２１のヨーク５３の円筒部５３ａの内側面には、４個の永久磁石Ｍ１１ａ，Ｍ１１ｂ，Ｍ１２ａ，Ｍ１２ｂが放射状に配置固着されている。４個の永久磁石Ｍ１１ａ，Ｍ１１ｂ，Ｍ１２ａ，Ｍ１２ｂの各辺の長さは、第１実施形態と同じにしている。図６において円筒部５３ａの後部内側面には、第１及び第２永久磁石Ｍ１１ａ，Ｍ１１ｂが、前記Ｚ軸と直交するＹ軸線を中心軸線として対称となるように２θの角度で離間して配置固着されている。第１及び第２永久磁石Ｍ１１ａ，Ｍ１１ｂは直方体の磁石であって、ヨーク５３に固着される側（固着面側）がＮ極に、固着面側に対向する側（反固着面側）がＳ極に着磁されている。
【００３７】
一方、図６において円筒部５３ａの後部内側面には、第３及び第４永久磁石Ｍ１２ａ，Ｍ１２ｂは、前記Ｚ軸と直交するＹ軸線を中心軸線として対称となるように２θの角度で離間して配置固着されている。第３及び第４永久磁石Ｍ１２ａ，Ｍ１２ｂは直方体の磁石である。
【００３８】
第３及び第４永久磁石Ｍ１２ａ，Ｍ１２ｂは、第１及び第２永久磁石Ｍ１１ａ，Ｍ１１ｂと同一のものであって、形状及び磁力の強さが同一である。従って、４個の永久磁石Ｍ１１ａ，Ｍ１１ｂ，Ｍ１２ａ，Ｍ１２ｂは、図６に示すように、互いに直交するＸ軸とＹ軸とＺ軸の交点を中心に点対称位置にそれぞれ配置されている。尚、相対向する第１永久磁石Ｍ１１ａと第４永久磁石Ｍ１２ｂとの間隔は第２永久磁石Ｍ１１ｂと第３永久磁石Ｍ１２ａの間隔と同一であって、本実施形態は９ｍｍとしている。そして、前記回転軸部１２が回転すると、４個の永久磁石Ｍ１１ａ，Ｍ１１ｂ，Ｍ１２ａ，Ｍ１２ｂはＺ軸を回転中心として回転する。
【００３９】
本実施形態において、第１〜第４永久磁石Ｍ１１ａ，Ｍ１１ｂ，Ｍ１２ａ、Ｍ１２ｂは直方体のものを示したが、固着面側の形状をヨーク５３の内周面に沿った形状、即ち円弧面に形成することもできる。この場合、ヨーク５３と第１〜第４永久磁石Ｍ１１ａ，Ｍ１１ｂ，Ｍ１２ａ、Ｍ１２ｂをヨーク５３の内周面に密着させることができる。
【００４０】
又、第３及び第４永久磁石Ｍ１２ａ，Ｍ１２ｂは、固着面側がＳ極に、反固着面側がＮ極に着磁されている。従って、円筒部５３ａ内に破線矢印で示すようにそれぞれ第３及び第４永久磁石Ｍ１２ａ，Ｍ１２ｂから第１及び第２永久磁石Ｍ１１ａ，Ｍ１１ｂに向かう磁束が形成される。
【００４１】
円筒部５３ａ内の空間には、磁電変換素子としてのホール素子５５が配設される。ホール素子５５は、その中心が４個の第１〜第４永久磁石Ｍ１１ａ，Ｍ１１ｂ，Ｍ１２ａ，Ｍ１２ｂの点対称中心の軸線（Ｚ軸）と一致させるとともに図６に示す状態においてＹ軸に沿って配置される。ホール素子５５は、図６においてＸ軸と平行な方向を磁気感知方向としている。
【００４２】
そして、４個の永久磁石Ｍ１１ａ，Ｍ１１ｂ，Ｍ１２ａ，Ｍ１２ｂが中心軸線（Ｚ軸）を回転中心として回転すると、各永久磁石Ｍ１１ａ，Ｍ１１ｂ，Ｍ１２ａ，Ｍ１２ｂとホール素子５５との相対位置が変化する。この相対位置の変化をホール素子５５が検出する。ホール素子５５は、相対位置の変化量、即ち回転角度に相対した検出信号を出力することになる。
【００４３】
この時、永久磁石Ｍ１１ａ，Ｍ１１ｂ，Ｍ１２ａ，Ｍ１２ｂによって、円筒部５３ａ内の空間に形成される磁束密度分布は均一になる。
つまり、直方体の永久磁石Ｍ１１ａ，Ｍ１１ｂ，Ｍ１２ａ，Ｍ１２ｂは、互いの２θの角度に離間した。従って、永久磁石Ｍ１１ａ，Ｍ１１ｂ，Ｍ１２ａ，Ｍ１２ｂが直方体であって離間していることから、第３及び第４永久磁石Ｍ１２ａ，Ｍ１２ｂから第１及び第２永久磁石Ｍ１１ａ，Ｍ１１ｂに向う磁束は、中央部に磁束が筒部５３ａ内の中央部（ホール素子５５付近）に集中することなく一様に分散される。その結果、筒部５３ａ内の空間に形成される磁束密度分布は均一になる。
【００４４】
図７及び図８は、永久磁石Ｍ１１ａ，Ｍ１１ｂ，Ｍ１２ａ，Ｍ１２ｂによる、円筒部５３ａ内に形成される磁束密度分布をシミュレーションで検証して得たＸ軸線上とＹ軸線上の磁束密度分布の特性を示す。×印の特性曲線は従来の円筒形の永久磁石５４の特性曲線、黒く塗りつぶした□印の特性曲線は、本発明のそれぞれ永久磁石Ｍ１１ａ，Ｍ１１ｂ，Ｍ１２ａ，Ｍ１２ｂの離間角度２θを５５度としたときの特性曲線、◆印の特性曲線は、本発明のそれぞれ永久磁石Ｍ１１ａ，Ｍ１１ｂ，Ｍ１２ａ，Ｍ１２ｂの離間角度２θを６０度としたときの特性曲線、●印の特性曲線は、本発明のそれぞれ永久磁石Ｍ１１ａ，Ｍ１１ｂ，Ｍ１２ａ，Ｍ１２ｂの離間角度２θを６４度としたときの特性曲線、＊印の特性曲線は、本発明のそれぞれ永久磁石Ｍ１１ａ，Ｍ１１ｂ，Ｍ１２ａ，Ｍ１２ｂの離間角度２θを６６度としたときの特性曲線、▲印の特性曲線は、本発明のそれぞれ永久磁石Ｍ１１ａ，Ｍ１１ｂ，Ｍ１２ａ，Ｍ１２ｂの離間角度２θを７０度としたときの特性曲線を示す。尚、図７及び図８において、横軸は回転中心（Ｚ軸）を０とし、縦軸は回転中心（Ｚ軸）の磁束密度を基準に磁束密度の増減を％で表わしている。
【００４５】
各特性曲線から明らかなように、離間角度２θが６０〜７０度においては、Ｘ軸線上の磁束密度分布が優れている（磁束密度が均一である範囲が広い）ことがわかる。又、離間角度２θが６０〜７０度においては、Ｘ軸線上の密度分布が従来の円筒型磁石の場合に比べてやや劣るが、Ｙ軸線上の磁束密度分布は従来の場合と比較して格段に優れていることがわかる。
【００４６】
ホール素子５５の位置のずれは、図６のＸ軸方向、Ｙ軸方向のどちらにも生じる可能性がある。このため、磁束密度分布が優れている、即ち磁束密度が均一である範囲が広いことはホール素子５５の位置ずれによって生じる検出誤差を低減することになる。よって、上記のことから、離間角度２θは５５〜７０度の間で実施することが好ましい。
【００４７】
又、上記した第１実施形態の場合に比較して第２実施形態においては、磁束密度の分布を一様にするために、図６に示すように、Ｚ軸、即ちホール素子５５の中心（Ｚ軸）に向かって放射状に永久磁石Ｍ１１ａ，Ｍ１１ｂ，Ｍ１２ａ，Ｍ１２ｂを配置している。一方、第１実施形態においては図１に示すように永久磁石Ｍ１１ａと永久磁石Ｍ１１ｂ、永久磁石Ｍ１２ａと永久磁石Ｍ１２ｂを所定の間隔、離間して配置している。図９は第１実施形態におけるホール素子１６が配置されている付近の磁束密度と永久磁石Ｍ１１ａと永久磁石Ｍ１１ｂ、永久磁石Ｍ１２ａと永久磁石Ｍ１２ｂの離間距離との関係を示すシミュレーションにより検証した図である。図９から永久磁石Ｍ１１ａと永久磁石Ｍ１１ｂ、永久磁石Ｍ１２ａと永久磁石Ｍ１２ｂを離間した場合にはそれらを離間しない場合と比較してホール素子１６が配置されている付近の磁束密度が減少することがわかる。このため、第１実施形態においては、この磁束密度の低下によりホール素子１６の出力が減少してしまうことになる。
【００４８】
これに対して、第２実施形態に示す構成のシミュレーションによる検証では、図１０に示すようにホール素子５５が配置されている付近の磁束密度と永久磁石Ｍ１１ａと永久磁石Ｍ１１ｂ、永久磁石Ｍ１２ａと永久磁石Ｍ１２ｂの離間距離との関係は、第１実施形態の永久磁石の離間距離と磁束密度との関係と比較してその減少具合が小さい。これにより、ホール素子５５による同じ出力値を得るための永久磁石のサイズは第１実施形態と比較して第２実施形態では小さくてもよいことになる。これにより、装置の小型化やコスト低減を図ることができる。しかも、前記したように図７及び図８に示すように筒部５３ａ内の中央部（ホール素子５５付近）の磁束密度分布を一様にすることができる。
【００４９】
上記したように、第２実施形態によれば、以下の効果を有する。
（１）本実施形態では、前記円筒部５３ａに直方体の永久磁石Ｍ１１ａ，Ｍ１１ｂ，Ｍ１２ａ，Ｍ１２ｂを互いの２θの角度に離間して配置し固着した。
【００５０】
従って、ホール素子５５を配置した円筒部５３ａ内のＸ軸線上及びＹ軸線上（及びＺ軸線上）の磁束密度の分布を一様にすることができる。
従って、回転軸部１２等の寸法誤差、永久磁石Ｍ１１ａ，Ｍ１１ｂ，Ｍ１２ａ，Ｍ１２ｂに対するホール素子５５との組み付け誤差、又は、温度変化や磨耗によるホール素子５５と永久磁石Ｍ１１ａ，Ｍ１１ｂ，Ｍ１２ａ，Ｍ１２ｂの相対位置の変動、すなわち、Ｘ軸線上及びＹ軸線上の軸ぶれが発生しても、ホール素子５５の検出誤差を低減させることができる。
【００５１】
（２）本実施形態では、第１〜第４永久磁石Ｍ１１ａ，Ｍ１１ｂ，Ｍ１２ａ，Ｍ１２ｂの形状を直方体にした。従って、高度な技術を必要とすることなく簡単かつ安価に製造することができ、ひいては安価な回転角度変位センサ２１を提供することができる。
【００５２】
（３）本実施形態では、各永久磁石Ｍ１１ａ，Ｍ１１ｂ，Ｍ１２ａ，Ｍ１２ｂのサイズを大きくすることなく、筒部５３ａ内の中央部（ホール素子５５付近）の磁束密度を確保することができる。従って、各永久磁石Ｍ１１ａ，Ｍ１１ｂ，Ｍ１２ａ，Ｍ１２ｂのコスト低減を図ることになる。
【００５３】
（第３実施形態）
次に、本発明を具体化した第３実施形態を図１１及び図１２に従って説明する。図１１は、車高の変化を回転角度変化に変換して車高を検出する回転角度変位センサ３１の断面図を示す。図１１において、円筒状のケース本体３２は仕切り部３２ａを有し、その仕切り部３２ａを境に上部及び下部が開口し、その上部開口部を蓋体３３ａによって閉塞され、その下部開口部を軸受体３３ｂによって閉塞されている。ケース本体３２の左側にはコネクタ部３２ｂが形成されている。
【００５４】
ケース本体３２は、回転体としての回転軸部３４が軸受体３３ｂにて回転可能に支持されている。回転軸部３４に下端部はケース本体３２から突出し、回動レバー３６の基端部が固着されている。回動レバー３６の先端部には図示しないリンク機構部材を介してサスペンションのロアアーム等に連結されている。従って、スロットルバルブの開閉動作に連動して回転軸部３４は回転される。
【００５５】
回転軸部３４の先端部には、有底円筒形のヨーク３７が固着されている。その磁性体よりなるヨーク３７の円筒部３７ａの中心軸線は前記回転軸部３４の軸心（Ｚ軸）と一致させている。そして、回転軸部３４の回転とともに円筒部３７ａはその中心軸線（Ｚ軸）を回転中心として一体回転する。
【００５６】
前記円筒部３７ａの内側面には、円筒形の永久磁石Ｍが固設されている。永久磁石Ｍは、その中心軸線は前記回転軸部３４の軸心（Ｚ軸）と一致させている。従って、回転軸部３４の回転とともに永久磁石Ｍはその中心軸線（Ｚ軸）を回転中心として一体回転する。円筒形の永久磁石Ｍは、図２１及び図２２に示す従来の永久磁石５４と同じように着磁されている。円筒形の永久磁石Ｍの外周面には、図１２に示すように断面コ字状の磁束密度分布補正部としての環状の溝３８を形成している。
【００５７】
前記仕切り部３２ａは、その中央部が前記円筒形の永久磁石Ｍの筒内に向かって凹設され上部が開口した凹部か形成され、その凹部には磁電変換素子としてのホール素子３９が配設されている。ホール素子３９は、その中心が永久磁石Ｍの中心軸線（Ｚ軸）と一致させている。前記仕切り部３２ａの上方には、回路基板４０が配設され、前記ホール素子３９が回路基板４０に実装された検出回路素子と電気的に接続されている。
【００５８】
そして、永久磁石Ｍが中心軸線（Ｚ軸）を回転中心として回転すると、永久磁石Ｍ（Ｎ，Ｓ極）とホール素子３９との相対位置が変化する。この相対位置の変化（磁束の向き変化）をホール素子３９が検出する。ホール素子３９は、相対位置の変化量、即ち回転角度に相対した検出信号を出力する。
【００５９】
次に上記のように構成した第３実施形態によれば、以下の効果を有する。
（１）本実施形態では、前記円筒部３７ａの内側面に固着した円筒形の永久磁石Ｍは、その外周面に環状の溝３８を形成した。従って、その外周面に形成した環状の溝３８によって、ホール素子３９を配置した円筒形の永久磁石Ｍの円筒内のＺ軸線上の磁束密度の分布を一様にすることができる。その結果、ホール素子３９に対するＺ軸線方向の組付け誤差が生じても、ホール素子３９の検出誤差を低減させることができる。
【００６０】
（２）本実施形態では、環状の溝３８を円筒形の永久磁石Ｍの外周面に形成した。従って、円筒形の永久磁石Ｍの成形をする際の型抜き容易にでき製造が容易となってコスト低減を図ることになる。
【００６１】
尚、本発明の実施形態は、以下のように変更してもよい。
○上記第１及び第２実施形態では、４個の永久磁石Ｍ１ａ〜Ｍ２ｂ、永久磁石Ｍ１１ａ〜Ｍ１２ｂを直方体で形成したが、立方体で形成してもよい。
【００６２】
○上記第１実施形態では、４個の直方体の永久磁石Ｍ１ａ〜Ｍ２ｂの各辺の長さを適宜変更して実施してもよい。
○上記第１及び第２実施形態の永久磁石Ｍ１ａ〜Ｍ２ｂ及び永久磁石Ｍ１１ａ〜Ｍ１２ｂに、第３実施形態等で示した磁束密度分布補正部を形成してもよい。
【００６３】
○上記実施形態では、円筒形の永久磁石Ｍの外周面に形成した磁束密度分布補正部としての溝３８の断面形状をコ字状に形成した。これを、図１３に示すように、円筒形の永久磁石Ｍの外周面に断面半円形状の環状溝４１を形成してもよい。勿論、前記環状溝４１より、図１４に示すようにその断面形状が小さい断面半円形状の環状溝４２を形成した円筒形の永久磁石Ｍを用いて実施してもよい。
【００６４】
又、図１５に示すように、円筒形の永久磁石Ｍの外周面に断面Ｖ字状の環状溝４３を形成した円筒形の永久磁石Ｍを用いて実施してもよい。尚、この場合、環状溝４３のＶ字状傾斜面の傾斜角を適宜変更してＺ軸線上の磁束密度分布を一様となるように調整してもよい。
【００６５】
さらに、図１６及び図１７に示すように、円筒形の永久磁石４４の外周面上下両側部に磁束密度分布補正部としての磁性体よりなる環状のヨーク４５を固着したもので実施してもよい。この場合にも、簡単に製造でき、しかも、で磁束密度の分布を一様にすることができる。
【００６６】
【発明の効果】
請求項１に記載の発明によれば、製造が容易で安価な磁石を使用して磁電変換素子の配置付近の磁束分布を均一に形成でき、磁電変換素子と永久磁石の相対位置変化が生じても検出誤差の低減を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  第１実施形態の回転角度変位センサの平面図である。
【図２】  同じく回転角度変位センサの正断面図である。
【図３】  同じく永久磁石の形状を説明するための斜視図である。
【図４】  同じく円筒部内の形成される磁束密度分布をシミュレーションで得たＸ軸上の磁束密度分布の特性曲線を示す図である。
【図５】  同じく円筒部内の形成される磁束密度分布をシミュレーションで得たＹ軸上の磁束密度分布の特性曲線を示す図である。
【図６】  第２実施形態の回転角度変位センサの平面図である。
【図７】  同じく円筒部内の形成される磁束密度分布をシミュレーションで得たＸ軸上の磁束密度分布の特性曲線を示す図である。
【図８】  同じく円筒部内の形成される磁束密度分布をシミュレーションで得たＹ軸上の磁束密度分布の特性曲線を示す図である。
【図９】  第１実施形態におけるホール素子が配置されている付近に磁束密度と永久磁石の離間距離との関係を示す図である。
【図１０】  第２実施形態におけるホール素子が配置されている付近に磁束密度と永久磁石の離間距角度との関係を示す図である。
【図１１】  第３実施形態の回転角度変位センサの断面図である。
【図１２】  同じく円筒形の永久磁石の断面図である。
【図１３】  円筒形の永久磁石の別例を示す断面図である。
【図１４】  円筒形の永久磁石の別例を示す断面図である。
【図１５】  円筒形の永久磁石の別例を示す断面図である。
【図１６】  円筒形の永久磁石の別例を示す断面図である。
【図１７】  同じくその円筒形の永久磁石の平断面図である。
【図１８】  従来の円筒形の永久磁石の構造を示す断面図である。
【図１９】  同じく従来の円筒形の永久磁石の構造を示す断面図である。
【図２０】  円筒形の永久磁石のＺ軸線上の磁束密度分布の特性曲線を示す図である。
【図２１】  従来の回転角度変位センサの構成を説明する平面図である。
【図２２】  同じく回転角度変位センサの構成を説明する正断面図である。
【符号の説明】
１１，２１，３１…角度センサとしての回転角度変位センサ、１２…回転体としての回転軸部、１３，３７…ヨーク、１３ａ…筒部、１５ａ，１５ｂ…平壁部、１６，３９，５５…磁電変換素子としてのホール素子、３４…回転体としての回転軸部、３８…磁束密度分布補正部としての溝、４１，４２，４３…磁束密度分布補正部としての環状溝、４５…磁束密度分布補正部としてのヨーク、５３ａ…円筒部、Ｍ１ａ，Ｍ１ｂ，Ｍ２ａ，Ｍ２ｂ、Ｍ１１ａ，Ｍ１１ｂ，Ｍ１２ａ，Ｍ１２ｂ、Ｍ…永久磁石
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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