(57)【要約】本発明は、製造コストを低減させつつ、逆磁の影響を除去させた回転角度検出装置を提供することを目的とする。回転磁石１２は、回転軸１１に取り付けられて回転軸１１と共に回転して回転磁場を生成する。回転角度検出素子部１３は、磁気検出素子と、４極補助磁石１６０とを備えている。４極補助磁石１６０は、放射状に配置された複数の第１磁極片１６１ａ〜ｄをそなえる。この第１磁極片１６１ａ〜ｄの間には、第２磁極片１６２ａ、１６２ｂが挿入されている。この第２磁極片１６２ａ、１６２ｂは、第１磁極片１６１ａ〜ｄにより生成される合成磁界とは逆方向の逆磁界を消去する。【選択図】図２Ａ
2011001984.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
検出対象に取り付けられて前記検出対象と共に回転して回転磁場を生成する回転磁石と、
この回転磁石で生成される回転磁場内に配置される磁気検出素子と、
前記磁気検出素子の近傍に配置され前記磁気検出素子が配置された領域における前記回転磁石による０°〜３６０°の回転磁場から０°〜ｘ°（ｘ≦１８０）の合成回転磁場を生成する多極補助磁石と
を備え、
前記多極補助磁石は、
放射状に配置された複数の第１磁極片と、
複数の前記第１磁極片がそれぞれ生成する磁界を合成して得られる合成磁界とは逆方向の逆磁界を消去するため前記第１磁極片の間に挿入される第２磁極片と
を備えた
ことを特徴とする回転角度検出装置。
【請求項２】
前記第２磁極片の各々は、前記第１磁極片の各々と略同一の面積を有し、且つ前記第１磁極片の先端側の一辺は、これと隣接する前記第２磁極片の一辺と鈍角をなすことを特徴とする請求項１記載の回転角度検出装置。
【請求項３】
前記第２磁極片は、前記放射方向において鋭角の頂点を有することを特徴とする請求項１記載の回転角度検出装置。
【請求項４】
前記磁気検出素子は、前記回転磁石が形成する均質磁場の中に配置される請求項１記載の角度検出装置。
【請求項５】
前記回転磁石は、遮蔽部材に覆われていることを特徴とする請求項１記載の回転角度検出装置。
【請求項６】
前記第１磁極片及び前記第２磁極片は、前記放射方向を長手方向としたストライプ状の磁石薄膜層を集積させて形成されることを特徴とする請求項１記載の回転角度検出装置。
【請求項７】
回転可能に取り付けられたロータと、
前記ロータに対し回転駆動力を与えるステータと、
前記ロータの一端に取り付けられた中空筒形状の遮蔽部材と、
前記遮蔽部材の内部において固定的に配置される固定金属片と、
を更に備え、
前記回転磁石は、前記遮蔽部材の内壁に隣接して配置されて前記ロータと共に回転可能に配置され、
前記磁気検出素子及び前記多極補助磁石は、前記遮蔽部材と前記固定金属片との間に形成される均質磁場に固定的に配置される
ことを特徴とする請求項１記載の回転角度検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁気検出素子を使用して、検出対象の磁石の回転角度を検出する回転角度検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
回転軸等の検出対象の回転角度の検出等に利用される、磁気検出素子を使用した非接触型の回転角度検出装置は、例えば本出願人が先に出願した特許文献１により知られている。この特許文献１の回転角度検出装置は、回転対象に装着された回転磁石と、回転磁石に対向する位置に配置された基板上に装着された４極補助磁石と、この基板の反対側に装着された磁気検出素子とを備えている。４極補助磁石は、回転磁石による０°〜３６０°の回転磁場を０°〜１８０°の回転磁場に変換する役割を有しており、これにより、０°〜３６０°の回転検出を可能にしている。【０００３】
この４極補助磁石は、互いに直交する２方向（０°、９０°）に着磁され、合成磁気モーメントが磁気検出素子の磁化容易軸方向として４５°方向を向くように構成されている。しかし、４極補助磁石の端部において、逆方向の磁界（逆磁界）が存在しており、正確な回転角度の検出のためには、この逆磁界を除去する必要がある。逆磁界の除去のためには、４極補助磁石の形成後、その４５°方向に磁界を発生させてこの逆磁界を除去する工程が必要となる。このため、工程数が増加し、製造コストが増大するという問題があった。このような問題は、４極補助磁石を採用した場合だけでなく、その他の極数の多極補助磁石を採用した場合においても同様である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７‐２４７３８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、製造コストを低減させつつ、逆磁界の影響を除去させた回転角度検出装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一態様に係る回転角度検出装置は、検出対象に取り付けられて前記検出対象と共に回転して回転磁場を生成する回転磁石と、この回転磁石で生成される回転磁場内に配置される磁気検出素子と、前記磁気検出素子の近傍に配置され前記磁気検出素子が配置された領域における前記回転磁石による０°〜３６０°の回転磁場から０°〜ｘ°（ｘ≦１８０°）の合成回転磁場を生成する多極補助磁石とを備え、前記多極補助磁石は、放射状に配置された複数の第１磁極片と、複数の前記第１磁極片がそれぞれ生成する磁界を合成して得られる合成磁界とは逆方向の逆磁界を消去するため前記第１磁極片の間に挿入される第２磁極片とを備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、製造コストを低減させつつ、逆磁界の影響を除去させた回転角度検出装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る回転角度検出装置１００の構成を示す側面図である。
【図２Ａ】図１の回転角度検出装置に含まれる４極補助磁石１６０の平面図である。
【図２Ｂ】図１の回転角度検出装置に含まれる４極補助磁石１６０の別の例を示す平面図である。
【図２Ｃ】図１の回転角度検出装置に含まれる４極補助磁石１６０の別の例を示す平面図である。
【図２Ｄ】図１の回転角度検出装置に含まれる４極補助磁石１６０の別の例を示す平面図である。
【図２Ｅ】図１の回転角度検出装置に含まれる４極補助磁石１６０の別の例を示す平面図である。
【図３】図２Ａ〜図２Ｅの消磁用磁石部１６２（第２磁極片１６２ａ、１６２ｂ）が存在しない場合において生じる磁界の様子を説明する磁力線図である。
【図４】図２Ａの４極補助磁石１６０の具体的構成の一例である。
【図５】図２Ａの４極補助磁石１６０により形成される磁界の有限要素法解析による要素解を示している。
【図６】本発明の第２の実施の形態に係る回転角度検出装置に用いられる８極補助磁石１６０ａの構成を説明する。
【図７】本発明の第３の実施の形態に係る回転角度検出装置に用いられる１６極補助磁石１６０ｂの構成を説明する。
【図８】本発明の第４の実施の形態に係る回転角度検出装置に用いられる６極補助磁石１６０ｃの構成を説明する。
【図９】本発明の実施の形態の応用例を示している。
【図１０】本発明の実施の形態の応用例を示している。
【図１１】回転角度検出素子部１３において、磁気検出素子としてＧＭＲセンサを採用した場合の構成例である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、添付の図面を参照して、この発明の実施の形態を説明する。
【００１０】
［第１の実施の形態］
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る回転角度検出装置１００の構成を示す側面図であり、図２Ａは、この回転角度検出装置１００に含まれる、多極補助磁石の一例である４極補助磁石１６０の平面図である。この回転角度検出装置１００は、例えば自動車の電動パワーステアリング装置のアシストモータの回転軸１１の回転角度を検出するように構成されている。回転軸１１の端部には、回転磁石１２が装着されている。また、回転磁石１２に非接触で対向して回転角度検出素子部１３が備えられている。回転角度検出装置１００は、この回転磁石１２と回転角度検出素子部１３とから構成される。
回転磁石１２は直方体からなり、その長手方向の両端を極とする２極の永久磁石である。この例では、回転磁石１２は、回転軸１１の端部に、回転軸１１の長手方向と直交する方向を長手方向として装着されている。
【００１１】
回転角度検出素子部１３は、回転軸１１の回転を磁気的に検出するための磁気検出素子と、前述の４極補助磁石とを内蔵している。すなわち、図１の回転角度検出素子部１３は、シリコン基板１４、シリコン酸化膜層１５（Ｓｉ０２）、導体膜層１６、シリコン窒化膜層１７（ＳｉＮｘ）、クロム膜層１８（Ｃｒ）、磁性体膜層１９、クロム膜層２０（Ｃｒ）、及びパシベーション膜２１（シリコン窒化膜層）を備えている。この例では、磁気検出素子の一例としてＡＭＲ効果素子（Anisotropic  Magnetoresistive Sensor）が形成されるものとする。このＡＭＲ効果素子が、回転磁石１２により生成される回転磁場内に位置し、その回転角度に応じた信号を出力する。本発明はＡＭＲ効果素子に限定されるものではなく、この回転角度検出素子部１３が、ＡＭＲ効果素子に代えて、例えばＧＭＲセンサ、ＴＭＲセンサ、ＣＭＲセンサ等の磁気抵抗効果素子を備えていてもよい。いずれの磁気検出素子を採用するかは、本発明の本質的な部分とは直接関係はない。これらの磁気検出素子は、異なる回転検出可能範囲、感度、検出確度（ａｃｃｕｒａｃｙ）、及び分解能を有しているので、要求される回転検出可能範囲、感度、検出確度、及び分解能に応じて最適な磁気検出素子を採用すればよい。
なお、この図１の例では、シリコン基板１４上に磁気検出素子と４極補助磁石とがモノリシックに形成された例を示すが、それぞれをディスクリート素子により形成し、プリント基板上に搭載することで回転角度検出素子部を構成することも勿論可能である。
【００１２】
磁性体膜層１９は、図２Ａに示す４極補助磁石１６０が形成される層であり、例えばサマリウム（Ｓｍ）、コバルト（Ｃｏ）等の強磁性体材料により形成されており、所定の方向に固定的に磁化されている。この４極補助磁石１６０が提供する固定的な磁気モーメントと、回転磁石１２が提供する磁気モーメントとを合成してなる合成磁気モーメントが提供される。この合成磁気モーメントは、回転磁石１２の回転に従い、その方向を変化させる。
導体膜層１６は、磁気検出素子を構成する層であり、パーマロイ（Ｎｉ：Ｆｅ＝８１：１９の合金）等の強磁性体材料をブリッジ接続して構成される。回転磁石１２の回転により前述の合成磁気モーメントの方向が変化すると、磁気検出素子中でブリッジ接続された磁気抵抗素子の磁気抵抗が変化する。この磁気抵抗の変化を検出することにより、回転磁石１２の回転角度が検出される。なお、このようなブリッジ接続は周知であり、例えば上記の特許文献にも記載されているので、説明は省略する。
【００１３】
クロム層１８、２０は、磁性体膜層１９を上下から挟むように形成されており、磁性体膜層１９のサマリウム（Ｓｍ）の酸化を防止する役割を有している。パシベーション膜２１は、例えばシリコン窒化膜（ＳｉＮｘ）から構成されており、クロム膜２０を保護する役割を有する。
【００１４】
磁性体膜層１９に形成され導体膜層１６のＡＭＲ効果検出素子と近接して配置される４極補助磁石１６０（多極補助磁石の一例）は、図２Ａに示すように、回転軸１１と略同軸配置された十字形状の磁石であり、回転軸１１の回転中心Ｏを通る水平線（ｘ軸：基準方向）に対して０°及び９０°の向きに磁界が形成されるように着磁されている。そして、この０°及び９０°方向の磁界を合成して形成される合成磁界が、基準方向（ｘ軸）に対して４５°方向を向く。この４極補助磁石１６０は、回転磁石１２の０°〜３６０°の回転を、０°〜１８０°の回転に変換する機能を有している。すなわち、回転磁石１２の３６０°の回転に対して、回転磁石１２が生成する磁界と４極補助磁石１６０が生成する磁界との合成磁界の方向は１８０°の範囲で変化する。これを磁気検出素子例えばＡＭＲ効果検出素子で検出することにより、回転軸１１の回転量を検出することができる。この検出原理は、前述の特許文献にも詳しく説明されているので、詳細な説明は省略する。
【００１５】
次に、図２Ａを参照して、この４極補助磁石１６０の構成の詳細を説明する。この４極補助磁石１６０は、放射状磁石部１６１と、消磁用磁石部１６２とから構成されている。
【００１６】
放射状磁石部１６１は、第１磁極片１６１ａ〜１６１ｄと、強磁性体部１６１ｚとを備えている。強磁性体部１６１ｚは、放射状磁石部１６１の中心に位置し、具体的にはその中心が回転軸１１の回転中心Ｏと略一致するように配置されている。強磁性体部１６１ｚは、例えば鉄（Ｆｅ）等により構成される。
【００１７】
第１磁極片１６１ａ〜１６１ｄは、それぞれ、強磁性体部１６１ｚの四辺の１つに接するように、９０°間隔で放射状に配置される。すなわち、第１磁極片１６１ａは、回転中心Ｏから見てｘ軸正方向（０°方向）に配置されている。第１磁極片１６１ｂは、回転中心Ｏから見てｙ軸正方向（９０°方向）に配置されている。第１磁極片１６１ｃは、回転中心Ｏから見てｘ軸負方向（１８０°方向）に配置されている。第１磁極片１６１ｄは、回転中心Ｏから見てｙ軸負方向（２７０°方向）に配置されている。
【００１８】
また、放射状磁石部１６１は、ｘ軸方向（０°方向）、及びｙ軸方向（９０°方向）の向きに磁界が形成されるように着磁されている。このため、第１磁極片１６１ａ及び１６１ｂは、その放射方向の先端においてＮ極を有すると共に、反対側の端部においてＳ極を有するように着磁される。逆に、第１磁極片１６１ｃ及び１６１ｄはその放射方向の先端においてＳ極を有すると共に、反対側の端部においてＮ極を有するように着磁される。従って、これら４つの第１磁極片１６１ａ〜ｄがそれぞれ形成する磁界を合成してなる合成磁界は、ｘ軸に対し４５°方向を向いた磁界となる。
【００１９】
また、消磁用磁石部１６２は、２つの第２磁極片１６２ａ、１６２ｂを有する。第２磁極片１６２ａは、第１磁極片１６１ａと１６１ｂに挟まれた第１矩形領域１６４（第１磁石部１６１ａの輪郭と第１磁石部１６１ｂの輪郭を延長した仮想線により定義される領域）に形成され、この例では略菱形の形状を有している。この第２磁極片１６２ａは、ｘ軸に対し４５°方向に沿って着磁されている。これにより、後述するように、第１磁極片１６１ａ〜ｄがそれぞれ生成する磁界を合成して得られる合成磁界とは逆方向の逆磁界を消去する機能を有する。回転中心Ｏから最も離れた頂点ａｔは、鋭角α（＜９０°）を有しており、且つ、第１矩形領域１６４よりも外側に位置しているのが好適である。
【００２０】
また、第２磁極片１６２ｂは、第１磁極片１６１ｃと１６１ｄに挟まれた第２矩形領域１６５（第１磁極片１６１ｃの輪郭と第１磁極片１６１ｄの輪郭を延長した仮想線により定義される領域）に形成されている。この第２磁極片１６２ｂは、第２磁極片１６２ａと同様に、前述の逆磁界を消去するためｘ軸に対し４５°方向に沿って着磁されている。回転中心Ｏから最も離れた頂点ｂｔは、鋭角α（＜９０°）を有しており、且つ、第２矩形領域１６５よりも外側に位置しているのが好ましい。
【００２１】
これら第２磁極片１６２ａ、１６２ｂの存在により、放射状磁石部１６１により生じる望ましくない磁力線（逆磁界）を消去することができる。なお、第２磁極片１６２ａ，ｂは、先端が同じ方向に磁化された第１磁極片１６１ａ〜ｄの間に挟まれるように形成される。図２Ａの場合、第２磁極片１６２ａが、先端がＮ極を有するように磁化された第１磁極片１６１ａ、１６１ｂの間に挟まれるように形成される一方、第２磁極片１６２ｂが、先端がＳ極を有するように磁化された第１磁極片１６１ｃ、１６１ｄの間に挟まれるように形成される。
なお、第２磁極片１６２ａ、１６２ｂはそれぞれ、第１磁極片１６１ａ〜ｄのそれぞれと略同一の面積を有するように形成されるのが望ましい（同一の構造、同一の材料で形成される場合）。面積が大幅に異なると、逆磁界が十分に消去されなくなるためである。
また、第２磁極片１６２ａ、１６２ｂの頂点Ａ１、Ａ２は、第１磁極片１６１ａ、１６１ｂの先端側の頂点と略一致（以下、「一点交叉」という）しているのが望ましい。両者の頂点が一致しないと、逆磁界が十分に消去されないからである。このため、両者の頂点の位置の誤差は、±１μｍ程度に抑制される。
更に、頂点Ａ１、Ａ２において、第１磁極片１６１ａ〜ｄの先端側の辺と、この辺に隣接する第２磁極片１６１ａ、ｂの辺とがなす角β１は、鈍角（＞９０°）に設定されるのが望ましい。この部分が鋭角となると、逆磁界が却って大きくなるなどのデメリットが生じるためである。
このように、第２磁極片１６２ａ、１６２ｂは、以下の３つの条件（１）〜（３）を満たすように形成されるのが望ましい。特に、（１）（３）の条件は、逆磁界を消去して検出確度を向上させる観点から強く要請される。
（１）１つの第２磁極片１６２ａ、１６２ｂは、１つの第１磁極片１６１ａ〜ｄと略）同一の面積を有する
（２）第２磁極片１６２ａ、１６２ｂの頂点Ａ１、Ａ２は、第１磁極片１６１ａ〜ｄの先端側の頂点と略一致する
（３）角度β１が鈍角である
以上の２つの条件（１）（３）、望ましくは（１）〜（３）の全てを満たす限りにおいて、第２磁極片１６２ａ、１６２ｂは様々な形状のものを採用することができる。例えば、図２Ｂに示すような六角形であってもよい。また、図２Ｃに示すような八角形を有していてもよい。さらに、多角形でなく、図２Ｄに示すような先割れ型の形状を有していても良い。また、図２Ｅに示すような楓葉形状であってもよい。
【００２２】
この消磁用磁石部１６２（第２磁極片１６２ａ、１６２ｂ）が存在しない場合、図３に示すように、第１矩形領域１６４、第２矩形領域１６５付近において、放射状磁石部１６１が形成する合成磁界とは逆方向を向いた逆磁界が発生し（図３の符号ＲＭ１、ＲＭ２）、これが、回転軸１１の正確な回転角の検出の障害となる。このような逆磁界を消去するために、４極補助磁石１６０に対し、Ｘ軸から見て４５°方向に磁界を発生させる工程を実施することはできる。しかし、このような工程の実施は、検出角度誤差の増大を招くと共に、４極補助磁石の製造コストを増大させる。
【００２３】
一方、本実施の形態の４極補助磁石１６０の場合、４５°方向に着磁された第２磁極片１６２ａ、１６２ｂにより、この逆磁界は消去される。従って、回転軸１１の正確な回転角を検出することができる。また、このような磁化方向を有する第２次極片１６２ａ、１６２ｂは、半導体加工プロセスを用いて簡単に形成することができ、歩留りよく、低コストに、逆磁のない４極補助磁石１６０を形成することができる。
【００２４】
図４は、図２Ａの４極補助磁石１６０の具体的構成の一例である。この図４の４極補助磁石１６０では、第１磁極片１６１ａ〜１６１ｄは、それぞれサマリウムコバルト磁石等の希土類磁石からなる複数の磁石薄膜層１６６により形成される。磁石薄膜層１６６は、放射状磁石部１６１の十字の辺の方向を長手方向としてストライプ状に形成されており、その磁化容易軸は、０°、９０°方向となる。また、消磁用磁石部１６２（第２磁極片１６２ａ、１６２ｂ）は、ｘ軸に対し４５°方向を長手方向とした希土類磁石からなる複数のストライプ状の磁石薄膜層１６８により形成される。従って、磁化容易軸も、４５°方向に沿ったものとなる。このような磁石薄膜層１６６、１６８は、周知の半導体加工プロセスにより容易に実行可能であり、上述のような着磁プロセスを実行する場合に比べ、正確に所望の方向に着磁し、かつ逆磁界を生じさせないようにすることができる。
【００２５】
なお、磁石薄膜層１６６、１６８のストライプ幅及びその間隔（スペース）は、その素材、及び半導体製造装置によって異なるが、概ね１μｍ程度である。磁界強度が不足する場合には、磁石薄膜層１６６、１６８を複数層に渡って積層することも可能である。図示は省略するが、図２Ｂ〜図２Ｅに示す４極補助磁石も、同様に形成できることは言うまでもない。また、後述する他の実施の形態の多極補助磁石も、同様の方法により形成することができる。
【００２６】
また、図２Ａに示すように、本実施の形態の第２磁極片１６２ａ、１６２ｂは、その放射方向の先端部ａｔ、ｂｔにおいて鋭角α１、α２を有しているのが好ましい。これにより、第２磁極片１６２ａ、１６２ｂの消磁能力を高めることができる。図５は、図２Ａのような４極補助磁石１６０により形成される磁界をシミュレーションした結果を示している。図５から明らかなように、第２磁極片１６２ａ、１６２ｂの先端部ａｔ、ｂｔは、鋭角を有するため、先端部ａｔ、ｂｔにおける磁力線の集中が回避されている。すなわち、上述した逆磁界は十分に消去されている。
【００２７】
［第２の実施の形態］
次に、本発明の第２の実施の形態に係る回転角度検出装置を、図６を参照して説明する。この第２の実施の形態に係る回転角度検出装置の全体構成は、第１の実施の形態と同一である（図１）。ただしこの実施の形態では、多極補助磁石として、図２Ａ〜Ｅの４極補助磁石１６０に代えて、図６に示すような８極補助磁石１６０ａを備えている点で第１の実施の形態と異なっている。この８極補助磁石１６０ａは、回転磁石１２による０°〜３６０°の回転磁場を０°〜９０°の回転磁場に変換する役割を有している。
その他の構成は第１の実施の形態と同一であるので、共通部分に関する説明は以下では省略する。
【００２８】
次に、図６を参照して、この８極補助磁石１６０ａの構成の詳細を説明する。この８極補助磁石１６０ａは、放射状磁石部１６１’と、消磁用磁石部１６２’とから構成されている。
【００２９】
放射状磁石部１６１’は、第１磁極片１６１ａ〜１６１ｈと、強磁性体部１６１ｚとを備えている。第１の実施の形態の放射状磁石部１６１とは、第１磁極片１６１ａ〜ｈの数（８個）と、第２磁極片１６１ｚの形状（八角形）が異なっており、材料等は第１の実施の形態と同一でよい。
【００３０】
８個の第１磁極片１６１ａ〜ｈはそれぞれ、強磁性体部１６１ｚの八辺の１つに接するように、４５°間隔で放射状に配置される。そして、連続する４個の第１磁極片１６１ａ〜ｄは、放射方向に沿って磁化され且つその放射方向の先端がＮ極に磁化されるよう着磁されている。一方、残りの４個の第１磁極片１６１ｅ〜ｈは、放射方向に沿って磁化され且つその放射方向の先端がＳ極に磁化されるよう着磁されている。この点、複数の第１磁極片１６１のうちの半分が、その先端がＮ極を有するように磁化され、残りがその先端がＳ極を有するように磁化されるという点で、第１の実施の形態（図２Ａ〜Ｅ）と共通している。このように着磁されることにより、この放射状磁石部１６１’は、第１の実施の形態の場合と同様に、基準軸から４５°方向に合成磁界を形成する。
【００３１】
また、消磁用磁石部１６２’は、６つの第２磁極片１６２ａ〜１６２ｆを有する。第２磁極片１６２ａ〜ｃは、第１磁極片１６１ａ〜ｄ間の扇型領域１７０にそれぞれ形成されている。第２磁極片１６２ａ〜ｃは、それぞれその放射方向に沿って着磁されており、それらが形成する磁界の合成磁界が４５°方向を向くようにされている。これにより、第１磁極片１６１ａ〜ｈが生成する合成磁界とは逆方向の逆磁界を消去する。
【００３２】
また、第２磁極片１６２ｄ〜ｆは、第１磁極片１６１ｅ〜ｈ間の扇型領域１７０にそれぞれ形成されている。第２磁極片１６２ｄ〜ｆは、それぞれその放射方向に沿って着磁されており、それぞれが形成する磁界の合成磁界が４５°方向を向くようにされている。これにより、第１磁極片１６１ａ〜ｈが生成する合成磁界とは逆方向の逆磁界を消去する。なお、各第２磁極片１６２ａ〜ｆの放射方向側の頂点の角度は、第１の実施の形態のそれと同様、鋭角とされている。
【００３３】
この８極補助磁石１６０ａも、第１磁極片１６０ａ〜ｈの間の領域に第２磁極片１６２ａ〜ｆを有し、これにより、第１磁極片１６０ａ〜ｈが生成する合成磁界の逆磁界を消去させることができる。この点、第１の実施の形態と同様の効果を有するものということができる。なお、この８極補助磁石１６０ａを用いた場合、第１の実施の形態の４極補助磁石１６０を用いた場合と比べ、回転検出可能範囲を広げることができる。例えば、第１の実施の形態において、４極補助磁石１６０とＡＭＲ効果検出素子との組み合わせによる装置の回転検出可能範囲は３６０°であるが、この４極補助磁石１６０を８極補助磁石１６０ａで置き換えると、ＡＭＲ効果検出素子を用いた場合でも、回転検出可能範囲は７２０°まで広げることができる。ＡＭＲ効果検出素子に代えてＧＭＲセンサを用い、この８極補助磁石１６０ａと組み合わせれば、回転検出可能範囲は１４４０°となる。
なお、この８極補助磁石１６０ａにおいても、４極補助磁石１６０の場合と同様に、以下の３つの条件が満たされるのが望ましい。
（１）１つの第２磁極片１６２ａ〜ｆは、１つの第１磁極片１６１ａ〜ｈと略同一の面積を有する
（２）第２磁極片１６２ａ〜ｆの頂点Ａ１、Ａ２は、第１磁極片１６１ａ〜ｈの先端側の頂点と略一致する
（３）角度β１が鈍角である
【００３４】
［第３の実施の形態］
次に、本発明の第３の実施の形態に係る回転角度検出装置を、図７を参照して説明する。この第３の実施の形態に係る回転角度検出装置の全体構成は、第１の実施の形態と同一である（図１）。ただしこの実施の形態では、多極補助磁石として、図７に示すような１６極補助磁石１６０ｂを備えている点で前述の実施の形態と異なっている。この１６極補助磁石１６０ｂは、回転磁石１２による０°〜３６０°の回転磁場を０°〜４５°の回転磁場に変換する役割を有している。その他の構成は第１の実施の形態と同一であるので、共通部分に関する説明は以下では省略する。
【００３５】
次に、図７を参照して、この１６極補助磁石１６０ｂの構成の詳細を説明する。この１６極補助磁石１６０ｂは、放射状磁石部１６１’’と、消磁用磁石部１６２’’とから構成されている。
【００３６】
放射状磁石部１６１’’は、１６個の第１磁極片１６１ａ〜１６１ｐと、強磁性体部１６１ｚとを備えている。第１の実施の形態の放射状磁石部１６１とは、第１磁極片１６１ａ〜ｐの数（１６個）と、第２磁極片１６１ｚの形状（１６角形）が異なっているのみで、その他は同一である。１６個の第１磁極片１６１ａ〜ｐはそれぞれ、強磁性体部１６１ｚの１辺に接するように、２２．５°間隔で放射状に配置される。そして、連続する８個の第１磁極片１６１ａ〜ｈは、放射方向に沿って磁化され且つその放射方向の先端がＮ極に磁化されるよう着磁されている。一方、残りの８個の第１磁極片１６１ｉ〜ｐは、放射方向に沿って磁化され且つその放射方向の先端がＳ極に磁化されるよう着磁されている。この点、複数の第１磁極片１６１のうちの半分が、その先端がＮ極を有するように磁化され、残りがその先端がＳ極を有するように磁化されるという点で、前述の実施の形態（図２Ａ〜Ｅ、図６）と共通している。このように着磁されることにより、この放射状磁石部１６１’’は、第１の実施の形態の場合と同様に、基準軸から４５°方向に合成磁界を形成する。
【００３７】
また、消磁用磁石部１６２’’は、１４個の第２磁極片１６２ａ〜１６２ｎを有する。第２磁極片１６２ａ〜ｇは、第１磁極片１６１ａ〜ｈ間の扇型領域にそれぞれ形成されている。第２磁極片１６２ａ〜ｇは、それぞれその放射方向に沿って着磁されており、それらが形成する磁界の合成磁界が４５°方向を向くようにされている。これにより、第１磁極片１６１ａ〜ｐが生成する合成磁界とは逆方向の逆磁界を消去する。
【００３８】
また、第２磁極片１６２ｈ〜ｎは、第１磁極片１６１ｉ〜ｐ間の扇型領域にそれぞれ形成されている。第２磁極片１６２ｈ〜ｎは、それぞれその放射方向に沿って着磁されており、それぞれが形成する磁界の合成磁界が４５°方向を向くようにされている。これにより、第１磁極片１６１ａ〜ｐが生成する合成磁界とは逆方向の逆磁界を消去する。なお、各第２磁極片１６２ａ〜ｎの放射方向側の頂点の角度は、第１の実施の形態のそれと同様、鋭角とされている。
【００３９】
この１６極補助磁石１６０ｂも、前述の多極補助磁石と同様、第１磁極片１６０ａ〜ｐの間の領域に第２磁極片１６２ａ〜ｎを有し、これにより、第１磁極片１６０ａ〜ｐが生成する合成磁界の逆磁界を消去させることができる。この点、前述の実施の形態と同様の効果を有するものということができる。なお、この１６極補助磁石１６０ｂは、同じ磁気検出素子が使用される場合において、４極補助磁石１６０との比較において、４倍の回転検出可能範囲を提供することができる。
なお、この１６極補助磁石１６０ｂにおいても、４極補助磁石１６０の場合と同様に、以下の３つの条件が満たされるのが望ましい。
（１）１つの第２磁極片１６２ａ〜ｎは、１つの第１磁極片１６１ａ〜ｐと略同一の面積を有する
（２）第２磁極片１６２ａ〜ｎの頂点Ａ１、Ａ２は、第１磁極片１６１ａ〜ｈの先端側の頂点と略一致する
（３）角度β１が鈍角である
【００４０】
［第４の実施の形態］
次に、本発明の第４の実施の形態に係る回転角度検出装置を、図８を参照して説明する。この第４の実施の形態に係る回転角度検出装置の全体構成は、第１の実施の形態と同一である（図１）。ただしこの実施の形態では、多極補助磁石として、図８に示すような６極補助磁石１６０ｃを備えている点で前述の実施の形態と異なっている。その他の構成は第１の実施の形態と同一であるので、共通部分に関する説明は以下では省略する。
【００４１】
次に、図８を参照して、この６極補助磁石１６０ｃの構成の詳細を説明する。この６極補助磁石１６０ｃは、放射状磁石部１６１ｘと、消磁用磁石部１６２ｘとから構成されている。
【００４２】
放射状磁石部１６１ｘは、４個の第１磁極片１６１ａ〜１６１ｄと、強磁性体部１６１ｚとを備えている。強磁性体部１６１ｚは６角形の形状を有しており、４個の第１磁極片１６１ａ〜１６１ｄは、このうちの４辺に沿って放射状に配置されている。残りの対向する２辺には、第２磁極片１６２ａ、１６２ｂが配置される。この第２磁極辺１６２ａ、１６２ｂは、消磁用磁石部１６２ｘとして機能する一方、この放射状磁石部１６１ｘとしても機能する。この４個の第１磁極片１６１ａ〜１６１ｄ、及び２個の第２磁極片１６２ａ、１６２ｚの計６個の磁極片により、放射状磁石部１６１ｘが形成され、６極補助磁石が構成されている。このように、この第４の実施の形態では、多極補助磁石の極数が６個（２の倍数）であり、この点、前述の実施の形態が、２のべき乗の極数の多極補助磁石であるのと異なっている。
【００４３】
第１磁極片１６１ａ、１６１ｂは、放射方向に沿って磁化され且つその放射方向の先端がＮ極に磁化されるよう着磁されている。また、第２磁極片１６２ａは、図８に示す４５°方向に沿って磁化され、その放射方向にＮ極があるように磁化される。第１磁極片１６１ａ、１６１ｂ、及び第２磁極片１６２ａは、全体として４５°方向を向いた合成磁界を形成するように磁化されている。
【００４４】
一方、第１磁極片１６１ｃ、１６１ｄは、放射方向に沿って磁化され且つその放射方向の先端がＳ極に磁化されるよう着磁されている。また、第２磁極片１６２ｂは、図８に示す４５°方向に沿って磁化され、その放射方向にＳ極があるように磁化される。第１磁極片１６１ｃ、１６１ｄ、及び第２磁極片１６２ｂは、全体として４５°方向を向いた合成磁界を形成するように磁化されている。
また、第２磁極片１６２ａ、１６２ｂは、第１磁極片１６１ａ〜ｄが形成した４５°方向の合成磁界の逆磁界を消去する役割も有し、消磁用磁石部１６２ｘとしても機能している。
なお、この実施の形態でも、上記の３つの条件（１）〜（３）が満たされるのが望ましい。
【００４５】
［その他］
以上、発明の実施の形態を説明したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲内において、種々の変更、追加等が可能である。例えば、上記実施の形態では、回転軸１１の先端に棒状の回転磁石１２を取り付け、これに隣接するように回転角度検出素子部１３を配置している。しかし、本発明はこれに限定されるものではなく、回転軸１１の先端以外に回転磁石を取り付けたものにも、本発明を適用することが可能である。例えば、回転軸１１の周りにリング状磁石を嵌め込み、このリング状磁石に対し隣接するように回転角度検出素子部１３を配置したものに対しても、本発明を適用することが可能である。すなわち、本発明の磁気検出素子及び多極補助磁石は、回転磁石が形成する回転均質磁場内に配置されていれば十分である。
【００４６】
もっとも、回転磁石が形成する均質磁場の中に磁気検出素子及び多極補助磁石を配置するのが、より正確な回転角度の検出の観点からは好適である。図９は、リング状の回転磁石１２’が形成する回転磁場が均質磁場とされ、この均質磁場の中に回転角度検出素子部１３’が配置される例を示している。ロータ２１０は、固定軸２１３の周囲を回転可能に構成されており、リング状の回転磁石１２’は、このロータ２１０の軸端に取り付けられ中空筒形状を有する金属環２１４（遮蔽部材）の内壁に嵌め込まれている。ロータ２１０は、ステータ２２２により回転駆動力を与えられ、固定軸２１３の周囲を回転可能とされている。回転角度検出素子部１３’は、前述の実施の形態の回転角度検出素子部１３と同一であり、固定軸２１３の周囲に形成されたフリンジ部２１３ａの上に搭載されている。固定軸２１３及び金属環２１４は、いずれも透磁性の高い金属（例えば鉄（Ｆｅ））で形成されている。これにより、固定軸２１３と金属環２１４との間の空間には、リング状の回転磁石１２’により均質磁場が形成される。
【００４７】
均質磁場に回転角度検出素子部１３が配置される場合、発散磁場に配置される場合と比べ、回転部の振動等による検出角度のバラツキ等を抑制することができる。従って、図９のような構成は、図１のような構成に比べ、検出確度（ａｃｃｕｒａｃｙ）を高めることができる。また、金属環２１４が透磁性の高い金属で形成されることにより、例えばステータ２２２等からの外乱磁場が金属環２１４により磁気遮蔽され、外乱磁場の影響を受けずに均質磁場を維持することができる。
【００４８】
なお、均質磁場の形成のための構成は、図９のような構成でなくとも、様々な形態が挙げられることはいうまでもない。たとえば、図９の場合には、固定軸２１３と金属環２１４との間で均質磁場を形成したが、これに限らず、例えば固定軸２１３とは別個に用意された鉄片２１５（固定部２１６に固定されている）により、同様の効果を得ることもできる。
図１１は、第１の実施の形態の回転角度検出装置１００において、ＡＭＲ効果検出素子に代えて、ＧＭＲセンサを磁気検出素子として採用した場合の変形例を示している。すなわち、この変形例の回転角度検出素子部１３は、シリコン基板１４上に、ピニング層１５、導体層１６、ピンド層１７、非磁性層１８、フリー層１９、及びパシベーション膜２０を備えている。この例では、ピニング層１７、非磁性層１８、及びフリー層１９により、磁気検出素子の一例としてＧＭＲセンサ（Giant Magneto Resistive Sensor）が形成されるものとする。このＧＭＲセンサが、回転磁石１２により生成される回転磁場内に位置し、その回転量に応じた信号を出力する。
ピニング層１５は、例えばＦｅ−Ｍｎ合金等の反強磁性体材料により形成されており、所定の方向に固定的に磁化されている。導体層１６は、図２Ａに示す４極補助磁石１６０が形成される層である。ピンド層１７は、例えばＦｅ−Ｎｉ合金等の強磁性体材料により形成されており、ピニング層１５の磁化方向に沿った方向に固定的に磁化されている。
非磁性層１８は、例えば銅（Ｃｕ）により形成される。フリー層１９は、例えばＦｅ−Ｎｉ合金等により形成され、回転磁石１２の回転に従ってその磁化方向が変化するように構成されている。パシベーション膜２０は、例えばチタン（Ｔｉ）等により形成され、フリー層１９等を保護する機能を有している。このように、ＡＭＲ効果検出素子をＧＭＲセンサに置き換えることにより、回転角度検出範囲をＡＭＲ効果検出素子を用いた場合に比べ２倍にすることができる。その他、図示は省略するが、ＴＭＲセンサ、ＣＭＲセンサ等の磁気抵抗効果素子を備えていてもよいことは、上述の通りである。
また、図１のようなＡＭＲ効果検出素子と、図１１に示すようなＧＭＲセンサを１つのシリコン基板上に積層させて形成するなどして、２種類の磁気検出素子を組み合わせて使用することも可能である。
【符号の説明】
【００４９】
１１・・・回転軸、  １２・・・回転磁石、  １３・・・回転角度検出素子部、  １４・・・シリコン基板１４、  １５・・・ピニング層、  １６・・・導体層、  １７・・・ピンド層、１８・・・非磁性層、  １９・・・フリー層、  ２０・・・パシベーション膜、  １６０・・・４極（多極）補助磁石、  １６１・・・放射状磁石部、  １６２・・・消磁用磁石部。
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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【図２Ｄ】
2011001984.tif 000007
【図２Ｅ】
2011001984.tif 000008
【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】
2011001984.tif 000013
【図８】
2011001984.tif 000014
【図９】
2011001984.tif 000015
【図１０】
2011001984.tif 000016
【図１１】
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【国際調査報告】
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