(57)【要約】【課題】  磁石の外周縁の内側に磁気検出手段が配置される構造では、取付上の制約等により、シャフトの外周に磁気検出手段を配置すると、磁性体製のシャフト１の影響で磁気検出手段に与えられる磁力線が曲げられ、回転角度が検出できなくなってしまう。【解決手段】  磁気検出手段４の内径方向にシャフト１を覆う円筒形状の補助磁石１１を配置することで、磁石３が磁気検出手段４に与える磁力線をシャフト１が曲げる不具合を解消する。これによって、シャフト１の外周に磁気検出手段４を配置する構造であっても、回転角度を求めることができる。また、補助磁石１１の磁極方向を、磁石３の磁極方向に対して１８０°逆向きにしているため、磁気検出手段４の配置される空間の磁力線ベクトルが揃えられる。このため、磁気検出手段４の取付位置が多少ズレても、第１、第２磁気センサ６、７に与えられる磁力線の向きの変化が抑えられ、検出精度を高めることができる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
相対回転する一方に設けられ、回転軸に対して垂直方向の一方から他方に向けて磁力線を発生させる磁力線発生手段と、
相対回転する他方に設けられ、回転軸に対して略垂直方向の磁気変化を検出する磁気検出手段とを具備し、
相対回転する一方および他方の相対回転角度を、前記磁気検出手段の検出した磁気変化により求める回転角度検出装置において、
前記磁力線発生手段の外周縁は、磁性体製のシャフトの外周縁の径方向の外側に配置され、
前記磁気検出手段は、前記磁力線発生手段の外周縁の径方向の内側で、且つ前記シャフトの軸方向の両端の間に配置され、
前記磁気検出手段の内径方向には、前記磁気検出手段の配置される空間において前記磁力線発生手段の発生する磁力線の方向を均一化する補助磁石が設けられていることを特徴とする回転角度検出装置。
【請求項２】
請求項１に記載の回転角度検出装置において、
前記磁気検出手段は、回転軸に対して略垂直方向の磁気変化を検出する第１磁気センサと、回転軸に対して略垂直方向で、前記第１磁気センサに対して９０°位相のズレた磁気変化を検出する第２磁気センサとを具備し、
相対回転する一方および他方の相対回転角度を、前記第１、第２磁気センサの検出した磁気変化により求めることを特徴とする回転角度検出装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の回転角度検出装置において、
前記補助磁石の磁極方向は、前記磁力線発生手段の磁極方向に対して逆方向に向くことを特徴とする回転角度検出装置。
【請求項４】
請求項１または請求項２に記載の回転角度検出装置において、
前記補助磁石の磁極方向は、前記磁力線発生手段の磁極方向と同方向に向くことを特徴とする回転角度検出装置。
【請求項５】
請求項１〜請求項４のいずれかに記載の回転角度検出装置において、
前記磁力線発生手段は、前記磁気検出手段を覆う円筒形状を呈することを特徴とする回転角度検出装置。
【請求項６】
請求項１〜請求項４のいずれかに記載の回転角度検出装置において、
前記磁力線発生手段は、回転軸に対して垂直方向に平面を成す円盤形状を呈することを特徴とする回転角度検出装置。
【請求項７】
請求項６に記載の回転角度検出装置において、
円盤形状を呈する前記磁力線発生手段は、磁極方向が同方向に向く状態で回転軸方向に空隙を隔てて２つ配置されるものであり、
前記磁気検出手段は、前記２つの磁力線発生手段の回転軸方向の間に配置されることを特徴とする回転角度検出装置。
【請求項８】
請求項１〜請求項７のいずれかに記載の回転角度検出装置において、
前記磁力線発生手段は、永久磁石によって構成されるものであり、
この永久磁石と前記補助磁石とが一体に設けられていることを特徴とする回転角度検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、２つの部材（例えば、回転部材と非回転部材）の相対回転角度を非接触で検出する回転角度検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
磁力線発生手段（例えば永久磁石のみ、あるいは永久磁石とヨーク等）の外周縁の径方向の内側に磁気検出手段を配置して回転角度を検出する回転角度検出装置として、図１３に示す技術が知られている。
この回転角度検出装置は、シャフト１によって支持された円筒形状の磁石３（磁力線発生手段の一例：外周縁の軸心とシャフト１の回転軸とが略一致し、回転軸に対して垂直方向の一方から他方に向けて磁力線が向くように着磁された永久磁石）と、この磁石３の回転中心に配置されて磁石３から放出される磁力線に応じた出力を発生する磁気検出手段４とを備える。
磁気検出手段４は、例えば、広い範囲の回転角度を検出する場合、回転軸に対して略垂直方向の磁気変化を検出する第１磁気センサ６と、回転軸に対して略垂直方向で、第１磁気センサ６に対して９０°位相のズレた磁気変化を検出する第２磁気センサ７とを具備するものである。
【０００３】
２つの部材が相対回転すると、磁気検出手段４に内蔵された第１、第２磁気センサ６、７がｓｉｎカーブ（正弦曲線）とｃｏｓカーブ（余弦曲線）を出力し｛図３（ａ）参照｝、角度演算装置（マイクロコンピュータ）によって、２つの出力を逆三角関数演算で１８０°間隔の右上がりの直線特性に変換し｛図３（ｂ）参照｝、各右上がりの直線特性を繋ぎ合わせることで、０°〜３６０°の回転角度出力｛図３（ｃ）参照｝を得る（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
ここで、従来の回転角度検出装置は、磁気検出手段４が磁石３の中心に配置されるものであった。
しかし、回転角度検出装置の取付上の制約等により、図１４に示すように、シャフト１の軸方向の両端の間に磁気検出手段４を配置する要求がある。即ち、シャフト１の外周部位に磁気検出手段４を配置する要求がある。しかし、従来技術の磁石３を流用した磁気回路では、磁性体製のシャフト１の影響で磁石３の内側の磁力線が曲げられるため、回転角度が検出できなくなってしまう。
【０００５】
そこで、図１５に示すように、磁石３を円盤状に設けて、磁気検出手段４に磁力線を付与する磁気回路が考えられる。
しかし、図１６に示すように、磁石３に対する磁気検出手段４のセンサ軌跡α上において、シャフト１の影響によって磁束方向が変化する部分βが生じる。このため、法線方向と接線方向の２つの磁気検出面（感磁面）を持つ第１、第２磁気センサ６、７の出力振幅（波高）が、図１７に示すように合わなくなり、検出誤差Ｇが大きくなってしまう。
【０００６】
また、図１５に示すように、磁石３を円盤状に設けて、磁気検出手段４に磁力線を付与する磁気回路は、図１８に示すように、磁気検出手段４の配置される空間γが開磁場であり、磁力線は一定方向に均一化されていない。このため、第１、第２磁気センサ６、７の僅かな位置ズレ等によって磁気の変化幅が大きく異なってしまう。
この結果、第１、第２磁気センサ６、７に僅かな位置ズレ（組付け誤差等）が生じると、検出誤差が大きくなってしまう。
【特許文献１】特開２００３−７５１０８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、シャフトの軸方向の両端の間（シャフトの周囲）に磁気検出手段を配置する構成であっても、磁性体製のシャフトの影響を受けることなく、回転角度を検出することができる回転角度検出装置の提供にある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
［請求項１の手段］
回転角度検出装置は、磁気検出手段の内径方向に、磁気検出手段の配置される空間において磁力線発生手段の発生する磁力線の方向を均一化する補助磁石が設けられている。このため、シャフトの軸方向の両端の間（シャフトの周囲）に磁気検出手段を配置する構成であっても、磁気検出手段は磁性体製のシャフトの影響を受けることなく磁気変化を検出することが可能になる。
これによって、回転角度検出装置は、磁気検出手段の検出した磁気変化によって回転角度を求めることができる。
【０００９】
［請求項２の手段］
磁気検出手段は、回転軸に対して略垂直方向の磁気変化を検出する第１磁気センサと、回転軸に対して略垂直方向で、第１磁気センサに対して９０°位相のズレた磁気変化を検出する第２磁気センサとを具備するものであり、回転角度検出装置は、第１、第２磁気センサの検出した磁気変化により、相対回転する２つの部材（一方および他方）の相対回転角度を求めるものである。
このように、位相が９０°ズレた第１、第２磁気センサを用いることにより、回転角度検出装置の検出する回転角度の範囲を広くすることができる。即ち、検出範囲を広くすることができる。
【００１０】
［請求項３の手段］
補助磁石の磁極方向は、磁力線発生手段の磁極方向に対して逆方向に向くものである。  これによって、磁力線発生手段→補助磁石、補助磁石→磁力線発生手段へ向かう磁力線が発生するため、磁気検出手段が配置される空間の磁力線ベクトル（磁力線の方向および磁力の強さ）が揃う。この結果、磁力線発生手段と磁気検出手段に相対的な位置ズレが生じても、磁気検出手段の検出精度の低下（センサ出力の低下等）を防ぐことができる。
【００１１】
また、請求項２と請求項３を組み合わせた場合は、第１、第２磁気センサに相対的な位置ズレが生じても、第１、第２磁気センサに与えられる磁力線の向きの変化が抑えられるため、位置ズレによる回転検出誤差の発生を抑えることができ、回転角度の検出精度を高めることができる。
【００１２】
［請求項４の手段］
補助磁石の磁極方向は、磁力線発生手段の磁極方向と同方向に向くものである。
これによって、補助磁石の径方向外側に、磁力線発生手段の磁力と反発する境界部が形成され、その境界部の外周側は磁性体製のシャフトの影響を受けずに、磁力線発生手段による磁力線ベクトル（磁力線の方向および磁力の強さ）が揃う。このため、境界部の外径方向に磁気検出手段を配置する構成を採用することにより、磁力線発生手段と磁気検出手段に相対的な位置ズレが生じても、磁気検出手段の検出精度の低下（センサ出力の低下等）を防ぐことができる。
【００１３】
また、請求項２と請求項４を組み合わせた場合は、第１、第２磁気センサに相対的な位置ズレが生じても、第１、第２磁気センサに与えられる磁力線の向きの変化が抑えられるため、位置ズレによる回転検出誤差の発生を抑えることができ、回転角度の検出精度を高めることができる。
【００１４】
［請求項５の手段］
磁力線発生手段は、磁気検出手段を覆う円筒形状を呈する。
このように設けることにより、磁気検出手段の配置される空間は、磁力線発生手段と補助磁石に挟まれた閉磁場となり、磁力線ベクトルが高い精度で揃うため、回転角度の検出精度を高めることができる。
【００１５】
［請求項６の手段］
磁力線発生手段は、回転軸に対して垂直方向に平面を成す円盤形状を呈するものである。
【００１６】
［請求項７の手段］
円盤形状を呈する磁力線発生手段は、磁極方向が同方向に向く状態で回転軸方向に空隙を隔てて２つ配置されるものである。
これによって、２つの磁力線発生手段の回転軸方向の間で、且つ磁力線発生手段の外周縁と補助磁石の外周縁との間の空間には、磁力線ベクトルが揃う閉磁場が形成される。
そして、磁気検出手段は、２つの磁力線発生手段の回転軸方向の間に配置されるものである。即ち、磁気検出手段の配置される空間は、磁力線ベクトルが揃う閉磁場であるため、回転角度の検出精度を高めることができる。
【００１７】
［請求項８の手段］
磁力線発生手段は、永久磁石によって構成され、この永久磁石と補助磁石とが一体に設けられるものである。
これにより、補助磁石を設けても部品点数は増加しないため、部品コスト、組付けコストの上昇を抑えることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
最良の形態の回転角度検出装置は、相対回転する一方に設けられ、回転軸に対して垂直方向の一方から他方に向けて磁力線を発生させる磁力線発生手段と、
相対回転する他方に設けられ、回転軸に対して略垂直方向の磁気変化を検出する磁気検出手段とを具備し、相対回転する一方および他方の相対回転角度を、磁気検出手段の検出した磁気変化により求めるものである。
そして、磁力線発生手段の外周縁は、磁性体製のシャフトの外周縁の径方向の外側に配置されるものであり、磁気検出手段は、磁力線発生手段の外周縁の径方向の内側で、且つシャフトの軸方向の両端の間に配置される構造を採用しており、磁気検出手段の内径方向には、磁気検出手段の配置される空間において磁力線発生手段の発生する磁力線の方向を均一化する補助磁石が設けられている。
【実施例１】
【００１９】
実施例１を図１〜図３を参照して説明する。
まず、図１、図２を参照して回転角度検出装置の基本構成を説明する。なお、図１（ａ）は回転角度検出装置の上視図、図１（ｂ）は回転角度検出装置の概略側面断面図である。また、図２は回転角度検出装置における電気回路の概略図である。
以下では、回転軸に垂直な半径方向をＸ軸と称し、回転軸に垂直でＸ軸に対して回転方向に９０°異なった半径方向をＹ軸と称し、回転軸をＺ軸と称する。
【００２０】
この実施例１に示す回転角度検出装置は、シャフト１（相対回転する一方の部材：この実施例では回転部材）、支持部材２を介してシャフト１に固定される円筒形状の磁石３（磁力線発生手段に相当する）、図示しない固定部材（相対回転する他方の部材：例えば、ハウジングに固定された回路基板等の部材）に搭載された磁気検出手段４、および角度演算装置５を備える。
【００２１】
シャフト１は、磁性体製（例えば、鉄等の磁性体金属）で円柱棒状を呈するものであり、例えばスロットル開度センサにおいては、スロットルバルブ（角度検出の対象物）と一体に回転するものである。
支持部材２は、非磁性体製（例えば樹脂等）で環状の円盤形状を呈するものであり、内周円が後述する補助磁石１１を介してシャフト１に固定されるとともに、外周縁が磁石３に固定されて、円筒形状の磁石３をシャフト１に固定するものである。
【００２２】
磁石３は、円筒形状を呈した永久磁石であり、厚みは一定に設けられており、磁石３の筒中心とシャフト１のＺ軸とが一致するように支持部材２を介してシャフト１に固定されてシャフト１と一体に回転する。即ち、磁石３の軸心とＺ軸とが一致する。
磁石３は、Ｚ軸に対して垂直方向の一方から他方に向けて磁力線が向くように着磁されている。即ち、図１（ａ）中の左向き破線矢印で示すように、Ｘ軸に沿う方向に着磁されたものであり、Ｘ軸の一方が磁力線の発生部（Ｓ極）とすると、Ｘ軸の他方が磁力線の吸引部（Ｎ極）となる。
【００２３】
磁気検出手段４は、円筒形状を呈する磁石３の内側に固定配置されるものであり、Ｘ軸方向の磁気変化を検出する第１磁気センサ６（図２参照）と、Ｙ軸方向の磁気変化（第１磁気センサ６に対して９０°位相のズレた磁気変化）を検出する第２磁気センサ７（図２参照）とを具備する。この実施例では、第１、第２磁気センサ６、７が１つのチップ内に搭載される例を示す。即ち、この実施例の磁気検出手段４は、１つのチップ内に第１、第２磁気センサ６、７を搭載した１チップタイプである。
【００２４】
第１磁気センサ６は、上述したチップ内に搭載されたものであり、磁気検出面を通過する磁力線の流れ方向および磁束密度に応じた出力を発生する第１ホール素子６ａを内蔵している。ここで、第１ホール素子６ａは、微弱なセンサ出力を発生するものであるため、その微弱出力を増幅する第１増幅アンプ６ｂが接続される。この第１増幅アンプ６ｂは、第１磁気センサ６内に封入される例を示すが、第１磁気センサ６とは別に配置されるものであっても良い。
【００２５】
第２磁気センサ７は、第１磁気センサ６と同じチップ内に搭載されたものであり、磁気検出面を通過する磁力線の流れ方向および磁束密度に応じた出力を発生する第２ホール素子７ａ（図２参照）を内蔵している。ここで、第２ホール素子７ａは、微弱なセンサ出力を発生するものであるため、その微弱出力を増幅する第２増幅アンプ７ｂが接続される。この第２増幅アンプ７ｂは、第２磁気センサ７内に封入される例を示すが、第２磁気センサ７とは別に配置されるものであっても良い。
【００２６】
第１ホール素子６ａの磁気検出面がＸ軸に向けられ、第２ホール素子７ａの磁気検出面がＹ軸に向けられるように、第１、第２磁気センサ６、７を搭載した磁気検出手段４が固定部材によって磁石３の外周縁の内側で、且つ磁石３の近傍に固定される。
これによって、第１磁気センサ６に与えられる磁力線に対して、第２磁気センサ７に与えられる磁力線の位相が９０°ズレることになる。この結果、第１磁気センサ６のセンサ出力に対して、第２磁気センサ７のセンサ出力の位相が９０°ズレることになり、図３（ａ）に示すように、磁石３の回転に対して第１磁気センサ６がｓｉｎカーブのセンサ出力（図中Ａ）を発生し、第２磁気センサ７がｃｏｓカーブのセンサ出力（図中Ｂ）を発生する。
【００２７】
角度演算装置５は、周知構成のマイクロコンピュータであり、図２に示すように、第１磁気センサ６のセンサ出力を第１ＡＤＣ８でデジタル変換して入力するとともに、第２磁気センサ７の出力を第２ＡＤＣ９でデジタル変換して入力する。
角度演算装置５は、磁気検出手段４の出力から角度演算をするものであり、図３（ａ）に示すように、第１磁気センサ６のｓｉｎカーブのセンサ出力Ａと、第２磁気センサ７のｃｏｓカーブのセンサ出力Ｂとを、図３（ｂ）に示すように、逆三角関数演算で１８０°間隔の右上がりの直線特性Ｃに変換｛ｔａｎθ＝ｓｉｎθ／ｃｏｓθ→θ＝ｔａｎ-1（ｓｉｎθ／ｃｏｓθ）｝する。そして、角度演算装置５は、図３（ｃ）に示すように、各右上がりの直線特性Ｃを繋ぎ合わせ、磁石３の回転０°〜３６０°に対応した回転角度出力Ｄ（アナログ信号）を発生するものである。
【００２８】
（実施例１の特徴）
磁気検出手段４は、取付上の制約等により、シャフト１の軸方向の両端の間に配置される。このように、シャフト１と磁石３に挟まれた位置に磁気検出手段４が配置されると、磁性体製のシャフト１の影響で磁石３の内側の磁力線が曲げられてしまい、回転角度が検出できなくなってしまう。
そこで、実施例１では、磁気検出手段４の内径方向に、シャフト１と一体に回転する円筒形状の補助磁石１１を設け、磁気検出手段４を磁石３と補助磁石１１で挟むことで、磁気検出手段４に与えられる磁力線をシャフト１が曲げる不具合を解消し、且つ磁気検出手段４の配置される空間において磁石３が発生する磁力線の方向を均一化するように設けている。
【００２９】
補助磁石１１は、磁気検出手段４の内側に配置される円筒形状を呈した永久磁石であり、厚みは一定に設けられており、補助磁石１１の筒中心とシャフト１のＺ軸とが一致するようにシャフト１の外周に直接固定されてシャフト１と一体に回転する。即ち、補助磁石１１は、磁石３と一体に回転する。また、補助磁石１１のＺ軸方向の中心は、磁石３のＺ軸方向の中心と略一致する。
なお、この実施例では、補助磁石１１のＺ軸方向の長さを、磁石３との間において磁力線ベクトルが揃う範囲を広げる目的で磁石３より長く設ける例を示すが、磁石３と同じ長さのものであっても、磁石３より短いものであっても良い。
【００３０】
補助磁石１１の着磁方向は、上述したように、磁石３が磁気検出手段４に与える磁力線をシャフト１が曲げる不具合を解消するものであれば良く、例えばＺ軸方向に着磁がなされるものであっても良い。
しかし、この実施例１では、補助磁石１１を設けることのメリットを最大限に生かすために、補助磁石１１の磁極方向を、磁石３の磁極方向とは１８０°逆方向に着磁している。即ち、磁石３はＸ軸の一方が磁力線の発生部（Ｓ極）で他方が磁力線の吸引部（Ｎ極）であったのに対し、補助磁石１１は、図１（ａ）中の右向き破線矢印で示すように、Ｘ軸の一方が磁力線の吸引部（Ｎ極）で、他方が磁力線の発生部（Ｓ極）となるように着磁されている。
【００３１】
このように、補助磁石１１の磁極方向が、磁石３の磁極方向とは逆向きに着磁されることによって、磁石３→補助磁石１１、補助磁石１１→磁石３へ向かうＸ軸方向に沿った磁力線が発生する。これによって、磁石３と補助磁石１１に挟まれた空間の磁力線ベクトルが揃う。
特に、磁石３と補助磁石１１に挟まれた空間は、閉磁場であるため、磁力線ベクトルが高い精度で揃う。
さらに、磁石３と補助磁石１１に挟まれた中央部付近の空間は、磁力線ベクトルが特に均一になる。
このため、実施例１では、磁石３と補助磁石１１に挟まれた中央部付近の空間内に、磁気検出手段４を配置する構造を採用している。
【００３２】
（実施例１の効果）
実施例１の回転角度検出装置は、シャフト１の軸方向の両端の間に磁気検出手段４を配置しているが、磁気検出手段４の内径方向にシャフト１を覆う補助磁石１１を配置して、磁石３が磁気検出手段４に与える磁力線をシャフト１が曲げる不具合を解消している。
このため、シャフト１の軸方向の両端の間に磁気検出手段４を配置する構造であっても、磁気検出手段４の検出した磁気変化によって回転角度を求めることができる。
【００３３】
実施例１では、磁気検出手段４として、９０°位相のズレた第１、第２磁気センサ６、７を用いて回転角度を検出しているため、回転角度検出装置の検出する回転角度の範囲を１８０°以上に広くすることができる。
なお、回転角度検出装置の検出する回転角度の範囲が１８０°より狭くても良い場合は、第１、第２磁気センサ６、７の一方を廃止しても良い。
【００３４】
実施例１では、補助磁石１１の磁極方向が、磁石３の磁極方向に対して１８０°逆向きとなるように着磁されるため、磁石３と補助磁石１１に挟まれた空間の磁力線ベクトルが揃う。また、磁石３と補助磁石１１に挟まれた空間は閉磁場であるため、磁力線ベクトルが高い精度で揃う。そして、特に磁力線ベクトルが均一の空間に、磁気検出手段４を配置する構成を採用している。
このため、磁気検出手段４の取付位置が多少ズレても、第１、第２磁気センサ６、７に与えられる磁力線の向きの変化が抑えられることになり、第１、第２磁気センサ６、７のセンサ出力の低下を防ぐことができ、回転角度の検出精度を高く保つことができる。
【００３５】
なお、この実施例では、第１、第２磁気センサ６、７を１つのチップ内に配置した例を示したが、第１磁気センサ６と第２磁気センサ７を別々に配置しても良い。その場合でも、第１、第２磁気センサ６、７の少なくとも一方の取付位置が多少ズレても、第１、第２磁気センサ６、７に与えられる磁力線の向きの変化が抑えられることになり、第１、第２磁気センサ６、７のセンサ出力の低下を防ぐことができる。即ち、第１、第２磁気センサ６、７の取付位置が多少ズレても、第１、第２磁気センサ６、７のセンサ出力の波高を揃えることができる。
【実施例２】
【００３６】
実施例２を図４を参照して説明する。なお、以下の実施例において実施例１と同一符号は、同一機能物を示すものである。
上記の実施例１では、円筒形の磁石３を用いる例を示した。
これに対し、この実施例２は、円盤形状の磁石３を用いるものである。
【００３７】
実施例２の磁石３は、一定の厚みを有するリング円盤形状を呈した永久磁石である。
磁石３の軸芯は、シャフト１のＺ軸と一致するものであり、磁石３の外周縁の中心はシャフト１のＺ軸と一致する。磁石３の内周円は、シャフト１に直接固定されるものであり、磁石３はシャフト１と一体に回転する。
この円盤形状を呈する磁石３は、Ｚ軸に対して垂直方向の一方から他方に向けて磁力線が向くように着磁されたものであり、図４（ａ）中の破線矢印に示すように、Ｘ軸の一方が磁力線の発生部（Ｓ極）とすると、Ｘ軸の他方が磁力線の吸引部（Ｎ極）となる。
【００３８】
（実施例２の特徴）
磁気検出手段４は、磁石３の外周縁の内側に配置される。
ここで、円盤形状の磁石３の近傍に磁気検出手段４を配置するだけの構成（即ち、補助磁石１１のない構成）では、磁気検出手段４の配置される空間は開磁場であるため、磁力線は一定方向に均一化されていない。このため、第１、第２磁気センサ６、７の僅かな位置ズレ等によって磁気の変化幅が大きく異なってしまい、検出精度が悪化する要因になってしまう。
そこで、実施例２では、磁気検出手段４の内径方向に、シャフト１と一体に回転する円筒形状の補助磁石１１を設けて、磁性体製のシャフト１の影響を無くし、且つ磁気検出手段４の配置される空間の磁力線の方向を均一化するように設けている。
【００３９】
補助磁石１１は、実施例１と同様、磁気検出手段４の内側に配置される円筒形状を呈した永久磁石であり、厚みは一定に設けられており、補助磁石１１の筒中心とシャフト１のＺ軸とが一致するようにシャフト１の外周に直接固定されてシャフト１と一体に回転する。即ち、補助磁石１１は、磁石３と一体に回転する。
【００４０】
補助磁石１１の着磁方向は、上述したように、磁性体製のシャフト１の影響を無くし、且つ磁気検出手段４の配置される空間の磁力線の方向を均一化するものであれば良く、例えばＺ軸方向に着磁がなされるものであっても良い。
しかし、この実施例２では、補助磁石１１を設けることのメリットを最大限に生かすために、補助磁石１１の磁極方向を、実施例１の補助磁石１１と同様、図４（ａ）中の右向き破線矢印で示すように、磁石３の磁極方向とは１８０°逆方向に着磁している。
【００４１】
このように、補助磁石１１の磁極方向が、磁石３の磁極方向と逆向きに着磁されることによって、磁石３→補助磁石１１、補助磁石１１→磁石３へ向かうＸ軸方向に沿った磁力線が発生する。これによって、磁気検出手段４の配置される空間の磁力線ベクトルが揃う。
特に、磁石３の外周縁の上端（補助磁石１１側）と、補助磁石１１の外周縁の上端（反磁石３側）とを結ぶ直線上の中央部付近の空間は、磁力線ベクトルが略均一になる。
このため、実施例２では、磁石３の外周縁の上端と、補助磁石１１の外周縁の上端とを結ぶ直線上の中央部付近の空間に、磁気検出手段４を配置する構造を採用している。
【００４２】
（実施例２の効果）
実施例２の回転角度検出装置は、シャフト１の軸方向の両端の間に磁気検出手段４を配置しているが、磁気検出手段４の内径方向にシャフト１を覆う補助磁石１１を配置して、磁石３が磁気検出手段４に与える磁力線をシャフト１が曲げる不具合を解消している。
このため、シャフト１の軸方向の両端の間に磁気検出手段４を配置する構造であっても、磁気検出手段４の検出した磁気変化によって回転角度を求めることができる。
【００４３】
実施例２の回転角度検出装置は、シャフト１の軸方向の両端の間で、且つ円盤形状の磁石３の外周縁より内側で磁石３の平面近傍に配置されるものであるので、磁気検出手段４の内径側に補助磁石１１を配置し、その補助磁石１１の磁極方向を磁石３の磁極方向に対して１８０°逆向きに着磁して、さらに磁力線ベクトルが均一の空間に磁気検出手段４を配置する構成を採用している。
このため、磁気検出手段４の取付位置が多少ズレても、第１、第２磁気センサ６、７に与えられる磁力線の向きの変化が抑えられることになり、第１、第２磁気センサ６、７のセンサ出力の低下を防ぐことができ、回転角度の検出精度を高く保つことができる。
【００４４】
なお、この実施例２では、実施例１と同様に、第１、第２磁気センサ６、７を１つのチップ内に配置した例を示したが、第１磁気センサ６と第２磁気センサ７を別々に配置しても良い。その場合でも、第１、第２磁気センサ６、７の少なくとも一方の取付位置が多少ズレても、第１、第２磁気センサ６、７に与えられる磁力線ベクトルの変化が抑えられることになり、第１、第２磁気センサ６、７のセンサ出力の低下を防ぐことができる。即ち、第１、第２磁気センサ６、７の取付位置が多少ズレても、第１、第２磁気センサ６、７のセンサ出力の波高を揃えることができる。
【００４５】
実施例２の補助磁石１１は、磁石３と一体に設けた後に、磁力線が逆方向を向くように着磁されたものである。これにより、補助磁石１１を設けても部品点数は増加しないため、部品コスト、組付けコストの上昇を抑えることができる。
なお、磁石３と補助磁石１１を別々に設けてシャフト１に固定するものであっても良い。
【実施例３】
【００４６】
実施例３を図５を参照して説明する。
上記の実施例２では、円盤形状の磁石３を１つ用いる例を示した。
これに対し、この実施例３は、実施例２で開示した円盤形状の磁石３を２つ用いるものである。
【００４７】
２つの磁石３は、径寸法、厚み寸法、着磁力などの性能が同じであり、着磁方向は実施例２と同じである。即ち、２つの磁石３は、同一方向に着磁されたものである。そして、２つの磁石３は、所定の空隙を隔てて磁性体製のシャフト１に固定されている。
補助磁石１１は、実施例１、２と同様、シャフト１を覆う円筒形状を呈し、磁気検出手段４の内径方向に配置され、シャフト１と一体に回転するものであり、磁石３の磁極方向とは１８０°逆方向に着磁されている。
【００４８】
実施例３は、上記の構成を採用することにより、２つの磁石３のＺ軸方向の間で、且つ補助磁石１１の外周縁と磁石３の外周縁の間の空間に、磁力線ベクトルが半径方向に揃う閉磁場が形成される。
そこで、この実施例３では、その閉磁場が形成される空間（２つの磁石３のＺ軸方向の間で、且つ補助磁石１１の外周縁と磁石３の外周縁の間の空間）に、磁気検出手段４を配置する構成を採用している。
さらに、２つの磁石３のＺ軸方向の間の中央部付近で、且つ補助磁石１１の外周縁と磁石３の外周縁の間の中央部付近は、磁力線ベクトルが特に均一になっている。
そこで、この実施例では、磁気検出手段４を、磁力線ベクトルが特に均一な空間（２つの磁石３のＺ軸方向の間の中央部付近で、且つ補助磁石１１の外周縁と磁石３の外周縁の間の中央部付近）に配置している。
【００４９】
（実施例３の効果）
回転角度検出装置は、上述したように、閉磁場が形成される空間で、特に磁力線ベクトルが均一の空間に磁気検出手段４を配置する構成を採用している。
このため、実施例２と同様な効果を得ることができる。
特に、この実施例では、２つの磁石３を用いるため、磁気検出手段４が配置される空間の磁力線ベクトルが実施例２に比較してさらに均一化するとともに、磁束密度が高められる。このため、第１、第２磁気センサ６、７の検出精度とセンサ出力を高めることができ、回転角度の検出精度を実施例２に比較してさらに高めることができる。
【００５０】
また、この実施例３の補助磁石１１は、２つの磁石３と一体に設けた後に、磁力線が逆方向を向くように着磁されたものである。これにより、２つの磁石３と補助磁石１１を用いる構成を採用しても、部品点数は１つで済むため、部品コスト、組付けコストの上昇を抑えることができる。
なお、２つの磁石３および補助磁石１１を別々に設けてシャフト１に固定するものであっても良い。
【実施例４】
【００５１】
実施例４（優先権追加部分）を、図６〜図１２を参照して説明する。
上記実施例１〜３では、補助磁石１１の磁極方向を、磁石３の磁極方向とは１８０°逆方向にした例を示した。
これに対し、この実施例４では、補助磁石１１の磁極方向を、磁石３の磁極方向と同方向にした例（Ｎ−Ｓ極が１８０°同期の例）を示す。即ち、図６（ａ）に示すように、磁石３は、Ｙ軸方向の一方（図示左側）が磁力線の発生部（Ｓ極）で他方が磁力線の吸引部（Ｎ極）である場合、補助磁石１１もＹ軸方向の一方（図示左側）が磁力線の発生部（Ｓ極）で他方が磁力線の吸引部（Ｎ極）となるように着磁されている。
【００５２】
先ず、この実施例４の説明の前に、この実施例４の先行技術１（公知技術ではない）を、図９〜図１２を参照して説明する。
先行技術１は、図９に示すように、上記実施例３の回転角度検出装置における補助磁石１１が無いものである。
具体的に先行技術１は、径寸法、厚み寸法、着磁力などの性能が同じで、且つ同一方向に着磁されたリング円盤状の２つの磁石３を、所定の空隙を隔てて磁性体製のシャフト１に固定したものである。
これにより、２つの磁石３のＺ軸方向の間には、シャフト１と磁石３の外周縁の間の空間に、磁力線ベクトルが半径方向に揃う閉磁場が形成される。そして、その閉磁場が形成される空間に、磁気検出手段４を配置する技術である。
【００５３】
先行技術１は、上記の構成を採用することにより、磁気検出手段４が配置される空間におけるＺ軸方向の磁束を均一化し、ロバスト性を向上させることを目的としている。
しかし、先行技術１においても、図１０に示すように、磁石３に対する磁気検出手段４のセンサ軌跡α上において、シャフト１の影響によって磁束方向が変化する部分βが生じる。このため、第１、第２磁気センサ６、７の出力振幅（波高）が、図１１（ａ）に示すように合わなくなり、検出誤差Ｇが大きくなる不具合が生じる。
なお、第１、第２磁気センサ６、７の出力振幅を均等化させるために、（１）出力振幅の電気的な補正を行うことや、（２）一方のセンサの磁気検出面を、他方のセンサ出力振幅に合わせ込むために、一方のセンサのホール素子を精密に傾けることが考えられるが、非常に煩わしい作業となり、実施は困難である。
【００５４】
また、先行技術１は、磁気検出手段４（第１、第２磁気センサ６、７）の組付け誤差に対して検出誤差を抑える技術であるが、それでもシャフト１の影響を受けてしまうため、磁気検出手段４の組付け誤差（Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸方向の組付け誤差）に対して、図１２（ａ）に示すように、検出誤差が生じる。
【００５５】
上記先行技術１の不具合を回避するために、この実施例４では、上記実施例３と同様、磁気検出手段４の内径方向のシャフト１の外周に補助磁石１１を設けるとともに、図６に示すように、上記実施例３とは異なり、補助磁石１１の磁極方向を、磁石３の磁極方向と同方向に向けたものであり、他の構成は実施例３と同じである。
即ち、繰り返しになるが、実施例４の回転角度検出装置は、径寸法、厚み寸法、着磁力などの性能が同じで、且つ同一方向に磁極が向くリング円盤形状の２つの磁石３を、所定の空隙を隔てて磁性体製のシャフト１に固定し、２つの磁石３のＺ軸方向の間で、磁力線ベクトルが半径方向に揃う空間に、磁気検出手段４を配置する構成を採用している。そしてさらに、磁気検出手段４の内径方向で、且つ２つの磁石３のＺ軸方向間のシャフト１の外周に、２つの磁石３の磁極方向と同方向に向く補助磁石１１を配置したものである。
【００５６】
（実施例４の効果）
実施例４の回転角度検出装置は、上述したように、補助磁石１１の磁極方向が、２つの磁石３の磁極方向と同方向に向くものである。
これによって、図７、図８に示すように、補助磁石１１の径方向外側において２つの磁石３の磁力と反発する境界部が形成され、その境界部の外周側は、磁性体製のシャフト１の影響を受けず、２つの磁石３による磁力線ベクトル（磁力線の方向および磁力の強さ）が揃う。
そして、図７に示すように、その境界部の外径方向（磁力線ベクトルが揃う空間）に磁気検出手段４を配置する構成を採用したことにより、磁気検出手段４のセンサ軌跡α上において、シャフト１の影響によって磁束方向が変化する部分が生じない。具体的には、先行技術１においてシャフト１の影響によって磁束方向が変化する部分β（図１０参照）が、図７の部分β’に示すように、シャフト１の影響が補助磁石１１により除去される。このため、図１１（ｂ）に示すように、第１、第２磁気センサ６、７の出力振幅（波高）が揃い、検出誤差Ｇを小さく抑えることができる。
【００５７】
また、図８に示すように、境界部の外径方向（磁力線ベクトルが揃う空間）に磁気検出手段４を配置する構成を採用したことにより、磁気検出手段４の配置される空間γにおいて、シャフト１の影響を受けることなく磁力線ベクトル（磁力線の方向および磁力の強さ）が揃うため、図１２（ｂ）に示すように、磁気検出手段４の組付け誤差（Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸方向の組付け誤差）に対して、検出誤差を小さく抑えることができる。
【００５８】
さらに、この実施例４の補助磁石１１は、２つの磁石３と一体に設けた後に、磁力線が同方向に向くように着磁した構成を採用する。これにより、２つの磁石３と補助磁石１１を用いる構成を採用しても、部品点数は１つで済むため、部品コスト、組付けコストの上昇を抑えることができる。
なお、２つの磁石３および補助磁石１１を別々に設けてシャフト１に固定するものであっても良い。
【００５９】
一方、上記の実施例１〜４では、第１、第２磁気センサ６、７を１つのチップ内に搭載した１チップタイプの磁気検出手段４を用いているため、第１、第２磁気センサ６、７の搭載性を向上させることができるとともに、コストを抑えることが可能になる。
なお、第１磁気センサ６と第２磁気センサ７の磁気検出面をそれぞれ接線方向（または法線方向）に向け、第１磁気センサ６と第２磁気センサ７を周方向に９０°ずれた位置に別々に配置しても良い。
【００６０】
〔変形例〕
上記の実施例では、磁力線発生手段の一例として永久磁石のみよりなる磁石３を用いた例を示したが、磁石３に磁性体製のヨークを組み合わせても良い。
上記の実施例では、補助磁石１１の着磁方向を磁石３とは異なる方向、または同方向に着磁して、補助磁石１１を磁石３と一体に回転する例を示したが、補助磁石１１をラジアル着磁させて補助磁石を回転しないように設けても良い。
上記の実施例では、磁気検出手段４を固定し、磁石３を回転させた例を示したが、逆に磁石３を固定し、磁気検出手段４を回転させる構造を採用しても良い。また、磁石３と磁気検出手段４の双方が共に回転する構造を採用しても良い。
【００６１】
上記の実施例では、第１、第２磁気センサ６、７の一例としてホール素子６ａ、７ａを用いた例を示したが、磁気抵抗素子（ＭＲＥ）など、他の磁気センサを用いても良い。
上記の実施例では、回転角度検出装置の具体的な一例としてスロットルバルブの開度を検出する例を示したが、エンジンのクランクシャフトの回転角度、産業ロボットのアーム部の回転角度等、他の回転角度を検出するものであっても良い。
【図面の簡単な説明】
【００６２】
【図１】回転角度検出装置の上視図、概略側面断面図である（実施例１）。
【図２】回転角度検出装置の電気回路の概略図である（実施例１）。
【図３】センサ出力波形、逆三角関数演算、繋ぎ合わせの説明用のグラフである（実施例１）。
【図４】回転角度検出装置の上視図、概略側面図である（実施例２）。
【図５】回転角度検出装置の上視断面図、概略側面図である（実施例３）。
【図６】Ａ−Ａ線に沿う断面図および回転角度検出装置の側面図である（実施例４）。
【図７】軸方向から見た磁場分布の説明図である（実施例４）。
【図８】軸方向に沿う磁場分布の説明図である（実施例４）。
【図９】Ａ−Ａ線に沿う断面図および回転角度検出装置の側面図である（先行技術１）。
【図１０】軸方向から見た磁場分布の説明図である（先行技術１）。
【図１１】センサ出力波形および角度誤差を示すグラフである（先行技術１および実施例４）。
【図１２】組付け誤差（相対ずれ量）に対する角度誤差を示すグラフである（先行技術１および実施例４）。
【図１３】回転角度検出装置の上視図、概略側面断面図である（従来例１）。
【図１４】回転角度検出装置の上視図、概略側面断面図である（従来例２）。
【図１５】回転角度検出装置の上視図、概略側面断面図である（従来例３）。
【図１６】軸方向から見た磁場分布の説明図である（従来例３）。
【図１７】回転角度検出装置のセンサ出力波形の説明図である（従来例３）。
【図１８】軸方向に沿う磁場分布の説明図である（従来例３）。
【符号の説明】
【００６３】
１  シャフト
３  磁石（磁力線発生手段）
４  磁気検出手段
５  角度演算装置
６  第１磁気センサ
７  第２磁気センサ
１１  補助磁石
【図１】
2006242939.tif 000003
【図２】
2006242939.tif 000004
【図３】
2006242939.tif 000005
【図４】
2006242939.tif 000006
【図５】
2006242939.tif 000007
【図６】
2006242939.tif 000008
【図７】
2006242939.tif 000009
【図８】
2006242939.tif 000010
【図９】
2006242939.tif 000011
【図１０】
2006242939.tif 000012
【図１１】
2006242939.tif 000013
【図１２】
2006242939.tif 000014
【図１３】
2006242939.tif 000015
【図１４】
2006242939.tif 000016
【図１５】
2006242939.tif 000017
【図１６】
2006242939.tif 000018
【図１７】
2006242939.tif 000019
【図１８】
2006242939.tif 000020