(57)【要約】【課題】磁性検出体の偏心量を小さく構成し、回転時の不具合の低減を図ることができる回転角度検出装置を提供する。【解決手段】磁性検出体１１は、円盤状をなし、径方向内側部分には外周面１１ｃからの磁性部分１１ｄの長さｄを回転方向に徐々に変化させる溝部１１ｂを備えてなる。そして、回転方向においてのその磁性部分１１ｄの長さｄの変化に基づく交番磁界の変化が磁気センサ１２にて検出され、該検出により磁性検出体１１の絶対角θ１の検出が行われる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
検出対象と連動して回転する磁性検出体と、該磁性検出体の外周面に対して交番磁界の授受を行う磁気センサとを備えてなり、前記磁性検出体の回転位置に応じた交番磁界の変化を前記磁気センサにて検出し、該検出により前記磁性検出体の回転角度を検出して、前記検出対象の回転角度の検出を行う回転角度検出装置であって、
前記磁性検出体は円盤状をなし、径方向内側部分には外周面からの磁性部分の長さを回転方向に徐々に変化させる非磁性部を備え、回転方向においての前記磁性部分の長さ変化に基づく前記交番磁界の変化を前記磁気センサにて検出し、該検出により前記磁性検出体の絶対角を検出するようにした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、
前記磁性検出体の外周面には、複数の凹部及び凸部が交互に等角度間隔に構成され、
前記磁気センサは、前記磁性検出体の凹凸部に応じた交番磁界の変化を検出し、該検出により前記凹凸部の通過数をカウントし、該カウントに基づいて前記磁性検出体の相対角を検出するようにしたことを特徴とする回転角度検出装置。
【請求項３】
請求項２に記載の回転角度検出装置において、
前記磁気センサは１つ備えられ、この１つの磁気センサにおいて周波数の低い交番磁界にて前記磁性検出体の外周面から非磁性部までの磁性部分の長さ変化に応じた前記交番磁界の変化に基づいて前記磁性検出体の絶対角を検出し、
同一の磁気センサにおいて周波数の高い交番磁界にて前記磁性検出体の外周面に設けた凹凸部に応じた交番磁界の変化に基づいて前記磁性検出体の相対角を検出するようにした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】
この発明は、検出対象となる回転体の回転角度を磁気的に検出する回転角度検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、検出対象と連動して回転する磁性検出体と、該磁性検出体の外周面に対して交番授受を行う磁気センサを備えてなる回転角度検出装置が知られている。例えば、特許文献１に示される回転角度検出装置においては、磁性検出体の外周縁の形状を、中心から外周面までの長さが回転方向で徐々に増加するように構成し、磁性検出体の回転位置に応じた交番磁界の変化を磁気センサにて検出し、この検出により磁性検出体の回転角度を検出して検出対象の回転角度の検出を行っている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００２−３１０６０９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記特許文献１に記載の回転角度検出装置では、外周縁の形状が非円形状をなす磁性検出体を用いていることから、磁性検出体の外周面が円形状とならず、磁性検出体の偏心量が大となりがちであった。このことは、回転バランスの悪化に繋がり、磁性検出体を支持する軸への負担や振動の増加、振動による検出精度の低下といった種々の不具合を生じさせる要因となる。
【０００５】
この発明は、こうした実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、磁性検出体の偏心量を小さく構成し、回転時の不具合の低減を図ることが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】
【０００６】
以下、上記目的を達成するための手段及びその作用効果について説明する。
請求項１に記載の発明は、検出対象と連動して回転する磁性検出体と、該磁性検出体の外周面に対して交番磁界の授受を行う磁気センサとを備えてなり、前記磁性検出体の回転位置に応じた交番磁界の変化を前記磁気センサにて検出し、該検出により前記磁性検出体の回転角度を検出して、前記検出対象の回転角度の検出を行う回転角度検出装置であって、前記磁性検出体は円盤状をなし、径方向内側部分には外周面からの磁性部分の長さを回転方向に徐々に変化させる非磁性部を備え、回転方向においての前記磁性部分の長さ変化に基づく前記交番磁界の変化を前記磁気センサにて検出し、該検出により前記磁性検出体の絶対角を検出するようにしたことをその要旨としている。
【０００７】
この発明では、磁性検出体は円盤状をなし、径方向内側部分には外周面からの磁性部分の長さを回転方向に徐々に変化させる非磁性部を備えてなり、回転方向においてのその磁性部分の長さ変化に基づく交番磁界の変化が磁気センサにて検出され、該検出により磁性検出体の絶対角の検出が行われる。このため、磁性検出体においては外周面を円形状として構成でき、偏心量の小さい構成とすることが可能となる。これにより、磁性検出体の回転バランスの良化等に繋がり、回転角度検出装置を備えることによる回転時の不具合の低減が可能となる。
【０００８】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の回転角度検出装置において、前記磁性検出体の外周面には、複数の凹部及び凸部が交互に等角度間隔に構成され、前記磁気センサは、前記磁性検出体の凹凸部に応じた交番磁界の変化を検出し、該検出により前記凹凸部の通過数をカウントし、該カウントに基づいて前記磁性検出体の相対角を検出するようにしたことをその要旨とする。
【０００９】
この発明では、磁性検出体の外周面には、複数の凹凸部が交互に等角度間隔に構成され、磁気センサにて磁性検出体の凹凸部に応じた交番磁界の変化が検出される。そして、該検出により凹凸部の通過数がカウントされて、磁性検出体の相対角の検出が行われる。従って、上記した絶対角の検出に加えて、カウントによるこの相対角の容易な角度検出を組み合わせることで、短時間で磁性検出体（検出対象）の回転角度の検出が可能となる。
【００１０】
請求項３に記載の発明は請求項２に記載の回転角度検出装置において、前記磁気センサは１つ備えられ、この１つの磁気センサにおいて周波数の低い交番磁界にて前記磁性検出体の外周面から非磁性部までの磁性部分の長さ変化に応じた前記交番磁界の変化に基づいて前記磁性検出体の絶対角を検出し、同一の磁気センサにおいて周波数の高い交番磁界にて前記磁性検出体の外周面に設けた凹凸部に応じた交番磁界の変化に基づいて前記磁性検出体の相対角を検出するようにしたことをその要旨としている。
【００１１】
この発明では、１つの磁気センサにて、周波数の低い交番磁界の授受にて磁性検出体の非磁性部までの磁性部分の長さ変化に応じた交番磁界の変化に基づく磁性検出体の絶対角の検出が行われ、周波数の高い交番磁界の授受にて磁性検出体の凹凸部に応じた交番磁界の変化に基づく磁性検出体の相対角の検出が行われる。このため、交番磁界の周波数を変更することで、１つの磁気センサにて磁性検出体（検出対象）の絶対角及び相対角を検出でき、装置の小型化に寄与できる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、回転角度検出装置において、磁性検出体の回転角度の検出精度の低下を抑制可能な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】
【００１３】
【図１】（ａ）回転角度検出装置を搭載したブラシレスモータの断面図、（ｂ）回転角度検出装置の構成図、（ｃ）磁気センサの構成図。
【図２】（ａ）磁気センサの周波数と磁性検出体の外周面から溝部までの磁性部分の長さとの関係を示すグラフ、（ｂ）磁性検出体の回転角度と磁性検出体の外周面から溝部までの磁性部分の長さとの関係を示すグラフ。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明を具体化した一実施形態を図面に従って説明する。
図１（ａ）は、回転角度検出装置を搭載したブラシレスモータの断面図であり、図１（ｂ）は、回転角度検出装置の構成図である。
【００１５】
図１（ａ）に示されるように、モータ１は、ハウジング２の円筒部２ａの内周面に固着されるステータ３と、該ステータ３の内側に回転可能に収容されるロータ４とを備えている。ロータ４に備えられる回転軸５は、ハウジング２に備えられる一対の軸受６ａ，６ｂにて回転可能に支持されている。
【００１６】
また、モータ１には、回転軸５を通じてロータ４の回転角度を検出するための回転角度検出装置１０が備えられている。因みに、このロータ４の回転角度の検出は、該ロータ４に備えられるマグネット（図示略）の位置を検出し、その位置に応じた回転磁界をステータ３にて生じさせるべく、該ステータ３のコイル（図示略）に供給する駆動電流の生成のために行われている。
【００１７】
このような回転角度検出装置１０は、図１（ｂ）に示すように、略円盤状の磁性検出体１１と、１つの磁気センサ１２とから成る。磁性検出体１１の中心部には円形状の軸嵌合孔１１ａが形成されており、該軸嵌合孔１１ａに回転軸５が嵌挿されて回転軸５に対して磁性検出体１１が一体回転するように装着される。磁性検出体１１の径方向内側部には、その軸方向視で、所定の基準角度位置（基準線Ｌ１）から渦巻き状の溝部１１ｂが形成されている。溝部１１ｂは、基準線Ｌ１から時計回り方向（Ｒ方向）に進むにつれて磁性検出体１１の径方向略中間部分から次第に径方向外側部分に変位して再び基準線Ｌ１まで延びる渦巻状で等幅に形成されている。
【００１８】
つまり、磁性検出体１１の溝部１１ｂよりも径方向外側部分、即ち磁気センサ１２を対向させる外周面１１ｃからの磁性部分１１ｄの長さｄが基準線Ｌ１から時計回り方向（Ｒ方向）に進むにつれて次第に小さくなる構成となっている。従って、図２（ｂ）に示すように、基準角度位置（基準線Ｌ１）を磁性検出体１１の回転角０°とすると、磁性検出体１１の外周側の磁性部分１１ｄの長さｄは回転角θが大きくなるにつれて小さくなり（この場合、直線的に減少し）、３６０°周期で繰り返すようになっている。
【００１９】
また、磁性検出体１１の外周面１１ｃにおいては、複数の同形状の凹部１１ｅ及複数の同形状のび凸部１１ｆが等角度間隔に交互に形成されている。凹部１１ｅ及び凸部１１ｆは、検出する回転角度に応じた角度ピッチで設けられている。
【００２０】
磁気センサ１２は、図１（ｃ）に示すように、励磁コイル１２ａと測定コイル１２ｂとを備え、磁性検出体１１の外周面１１ｃに対して交番磁界の授受を行っている。詳しくは、励磁コイル１２ａは、交流電力の供給に基づいて磁性検出体１１の外周面１１ｃに対して交番磁界を印加して該磁性検出体１１に渦電流を発生させる。これに対し、測定コイル１２ｂは、磁性検出体１１の磁性部分の形状により変化する交番磁界を検出し、磁性検出体１１の形状変化に応じた交番磁界にて生じる交流信号を出力する。
【００２１】
この場合、交番磁界の周波数を高くすると磁性検出体１１の外周面１１ｃの表面付近に磁力線が作用し、交番磁界の周波数を低くすると磁性検出体１１の外周面１１ｃから内部に磁力線が浸透するという性質を用い、この交番磁界の周波数を切り替えた検出が行われる。
【００２２】
即ち、交番磁界の周波数、即ち励磁コイル１２ａを励磁する交流電力の高い側の所定周波数を用いると、磁性検出体１１の外周面１１ｃに設けた凹部１１ｅ及び凸部１１ｆの影響を受けた交番磁界が測定コイル１２ｂに作用し、この交番磁界に基づく交流信号が測定コイル１２ｂにて生じる。一方、交番磁界の周波数、即ち励磁コイル１２ａを励磁する交流電力の低い側の所定周波数を用いると、磁性検出体１１の外周面１１ｃから溝部１１ｂまでの磁性部分１１ｄの長さｄの影響を受けた交番磁界が測定コイル１２ｂに作用し、この交番磁界に基づく交流信号が測定コイル１２ｂにて生じる。
【００２３】
このような磁気センサ１２の励磁コイル１２ａ及び測定コイル１２ｂは制御装置１３と電気的に接続されており、制御装置１３は、励磁コイル１２ａの駆動制御と、測定コイル１２ｂで生じた交流信号から磁性検出体１１、即ちロータ４の回転角度の検出とを行っている。
【００２４】
磁性検出体１１（ロータ４）の回転角θの検出にあたり、制御装置１３では先ず、磁気センサ１２にて低い側の所定周波数の交番磁界を発生させ、磁性検出体１１の外周側の磁性部分１１ｄの長さｄから絶対角θ１を検出する。この場合、図２（ａ）に示すように、測定コイル１２ｂにて生じる交流信号の周波数ｆは、磁性検出体１１の外周側の磁性部分１１ｄの長さｄと相関関係があり、長さｄが小さくなるほど交流信号の周波数ｆが高くなる。制御装置１３は、図２（ａ）の相関関係から、磁気センサ１２からの交流信号の周波数ｆに基づいて磁性部分１１ｄの長さｄを検出し、図２（ｂ）の相関関係から、その検出した磁性部分１１ｄの長さｄに基づいて磁性検出体１１の回転角θの絶対角θ１を検出する。
【００２５】
次いで、磁気センサ１２にて発生させる交番磁界を高い側の所定周波数の交番磁界に切り替え、磁性検出体１１の外周面１１ｃに設けた凹部１１ｅ及び凸部１１ｆの検出から相対角θ２を検出する。この場合、図示しないが、測定コイル１２ｂにて生じる交流信号は、その信号レベルが凸部１１ｆ側が凹部１１ｅよりも高くなる。制御装置１３は、その交流信号の周期的なレベル変化に基づいてカウントし、即ち凸部１１ｆ及び凹部１１ｅ毎にカウントすることで、先に絶対角θ１を検出した角度位置からの磁性検出体１１の相対角θ２を検出する。つまり、制御装置１３は、カウントによる相対角検出と先の絶対角検出とを組み合わせることで、磁性検出体１１の回転角θ（絶対角）の検出を行っている。
【００２６】
そして、制御装置１３は、このように検出した磁性検出体１１の回転角θに基づいてロータ４の回転角度位置を検出し、検出した回転角度位置に基づいてステータ３のコイルへの通電タイミングを設定し、モータ１の回転制御を行っている。
【００２７】
以上、説明した実施形態によれば、以下の作用効果を奏することができる。
（１）本実施形態では、磁性検出体１１は円盤状をなし、径方向内側部分には外周面１１ｃからの磁性部分１１ｄの長さｄを回転方向に徐々に変化させる溝部１１ｂを備えてなる。そして、回転方向においてのその磁性部分１１ｄの長さｄの変化に基づく交番磁界の変化が磁気センサ１２にて検出され、該検出により磁性検出体１１の絶対角θ１の検出が行われる。このため、磁性検出体１１においては外周面１１ｃを円形状として構成でき、偏心量の小さい構成とすることが可能となる。これにより、磁性検出体１１の回転バランスの良化等に繋がり、回転角度検出装置１０を備えることによる回転時の不具合を低減することができる。
【００２８】
（２）本実施形態では、磁性検出体１１の外周面１１ｃには、複数の凹部１１ｅ及び凸部１１ｆが交互に等角度間隔に構成され、磁気センサ１２にて磁性検出体１１の凹部１１ｅ及び凸部１１ｆに応じた交番磁界の変化が検出される。そして、該検出により凹部１１ｅ及び凸部１１ｆの通過数がカウントされて、磁性検出体１１の相対角θ２の検出が行われる。従って、上記した絶対角θ１の検出に加えて、カウントによるこの相対角θ２の容易な角度検出を組み合わせることで、短時間で磁性検出体１１（検出対象）の回転角度を検出することができる。
【００２９】
（３）本実施形態では、１つの磁気センサ１２にて、周波数の低い交番磁界の授受にて磁性検出体１１の溝部１１ｂまでの磁性部分１１ｄの長さｄ変化に応じた交番磁界の変化に基づく磁性検出体１１の絶対角θ１の検出が行われ、周波数の高い交番磁界の授受にて磁性検出体１１の凹部１１ｅ及び凸部１１ｆに応じた交番磁界の変化に基づく磁性検出体１１の相対角θ２の検出が行われる。このため、交番磁界の周波数を変更することで、１つの磁気センサ１２にて磁性検出体（検出対象）の絶対角θ１及び相対角θ２を検出でき、装置の小型化に寄与することができる。
【００３０】
（４）本実施形態では、磁性検出体１１の非磁性部は溝部１１ｂによって構成されるため、非磁性部の形成を容易に行うことができる。
（５）本実施形態では、磁性検出体１１の非磁性部は渦巻き状の溝部１１ｂによって構成されるため、形成が容易で、しかも磁性検出体１１の回転バランスを一層良好とすることができる。
【００３１】
（６）本実施形態では、磁気センサ１２は励磁コイル１２ａと測定コイル１２ｂとを有し、磁気センサ１２の励磁コイル１２ａの交番磁界を磁性検出体１１に付与し、該磁性検出体１１の影響を受けた交番磁界を測定コイル１２ｂにて検出することで、磁性検出体１１の回転角θの検出が可能である。これにより、磁気センサ１２を小型に構成することができる。
【００３２】
（７）本実施形態では、磁気センサ１２にて絶対角θ１を先に検出し、その後、検出した絶対角θ１からの相対角θ２の検出に基づいて、磁性検出体１１の回転角θ（絶対角）を検出する。この場合、磁気センサ１２による絶対角θ１の検出は若干の演算が必要であるが、相対角θ２の検出はカウントするのみである。このため、常時、磁気センサ１２にて絶対角θ１を検出する場合と比べて本実施形態の構成では演算負荷を軽減でき、より短時間で磁性検出体１１の回転角θを検出することができる。
【００３３】
なお、上記実施形態は、これを適宜変更した以下の形態にて実施することができる。
・上記実施形態では、磁性検出体１１の溝部１１ｂ（磁性部分１１ｄ）を用いた絶対角θ１の検出と、凹部１１ｅ及び凸部１１ｆを用いた相対角θ２の検出とを組み合わせて磁性検出体１１の回転角θ（絶対角）を検出する構成としたが、例えば凹部１１ｅ及び凸部１１ｆを省略し、溝部１１ｂを用いた絶対角θ１のみを検出する構成としてもよい。
【００３４】
・上記実施形態では、磁性検出体１１の溝部１１ｂの形状（構成）を図１（ｂ）のようにしたが、これに限らず適宜変更してもよい。例えば、溝部１１ｂは等幅でなくてもよい。また、溝部１１ｂ（空間）にて非磁性部を構成したが、非磁性材料を別途用いて非磁性部を構成してもよい。
【００３５】
・上記実施形態では、１つのセンサ１２にて磁性検出体１１の絶対角θ１及び相対角θ２を検出して、磁性検出体１１の回転角θを検出する構成としたが、２つ以上のセンサを用いて、磁性検出体１１の回転角θを検出する構成としてもよい。
【００３６】
・上記実施形態では、ブラシレスモータ１に回転角度検出装置１０を搭載した構成としたが、回転角度検出装置１０を他の回転機器に搭載して回転機器の回転角度を検出してもよい。
【００３７】
次に、前記実施形態から把握できる技術的思想をその効果と共に記載する。
（イ）請求項１〜３のいずれか１項に記載の回転角度検出装置において、前記磁性検出体の非磁性部は、溝部によって構成されたことを特徴とする回転角度検出装置。
【００３８】
この発明では、磁性検出体の非磁性部は溝部によって構成されるため、非磁性部の形成を容易に行うことが可能となる。
（ロ）上記（イ）に記載の回転角度検出装置において、前記溝部は、前記磁性検出体の径方向内側部分に外周面からの磁性部分の長さを回転方向に徐々に変化させるべく渦巻き状に構成されたことを特徴とする回転角度検出装置。
【００３９】
この発明では、磁性検出体の非磁性部は渦巻き状の溝部によって構成されるため、形成が容易で、しかも磁性検出体の回転バランスを一層良好とすることが可能となる。
（ハ）請求項１〜３及び上記（イ）（ロ）のいずれか１項に記載の回転角度検出装置において、前記磁気センサは、励磁コイルと測定コイルとを用いて構成されたことを特徴とする回転角度検出装置。
【００４０】
この発明では、磁気センサは励磁コイルと測定コイルとを有し、磁気センサの励磁コイルの交番磁界を磁性検出体に付与し、該磁性検出体の影響を受けた交番磁界を測定コイルにて検出することで、磁性検出体の回転角の検出が可能である。これにより、磁気センサを小型に構成することが可能となる。
【００４１】
（二）請求項２又は３に記載の回転角度検出装置において、前記磁気センサにて絶対角を先に検出し、その後、検出した絶対角からの相対角の検出に基づいて、前記磁性検出体の絶対角を検出することを特徴とする回転角度検出装置。
【００４２】
この発明では、磁気センサにて絶対角を先に検出し、その後、検出した絶対角からの相対角の検出に基づいて、磁性検出体の回転角（絶対角）を検出するため、常時、磁気センサにて絶対角を検出する場合と比べて演算負荷が軽減でき、より短時間で磁性検出体の回転角度を検出することが可能となる。
【符号の説明】
【００４３】
１０…回転角度検出装置、１１…磁性検出体、１１ｂ…溝部（非磁性部）、１１ｃ…外周面、１１ｄ…磁性部分、１１ｅ…凹部、１１ｆ…凸部、１２…磁気センサ、ｄ…長さ、ｆ…周波数、θ…回転角（回転角度）、θ１…絶対角、θ２…相対角。
【図１】
2011080907.tif 000003
【図２】
2011080907.tif 000004