(57)【要約】【課題】重量の増加を抑制するとともに検出精度を向上させることができる回転角度検出装置を得る。【解決手段】周方向についてのバイアス磁界発生部２１の両端部と回転子１の中心Ｏとの間の角度の半分の角度をａとし、周方向についてのバイアス磁界発生部２１および磁性体周方向外側部２４２の間の隙間の両端部と回転子１の中心Ｏとの間の角度をｂとし、周方向についての磁性体周方向外側部２４２の両端部と回転子１の中心Ｏとの間の角度をｃとした場合に、ａ＋ｂ＞１８０／Ｘ、およびａ＋ｂ＋ｃ＜３６０／Ｘを満たす。【選択図】図２
2019109053.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
外周面に磁性体から構成された凹凸部を有する回転子と、
前記凹凸部に対向して設けられ、バイアス磁界発生部および複数の磁束密度検出部を有する固定子と、
前記回転子の径方向について前記バイアス磁界発生部の外側に設けられ前記径方向について前記バイアス磁界発生部に重ねられた磁性体径方向外側部および前記回転子の周方向について前記バイアス磁界発生部を挟む一対の磁性体周方向外側部を有する磁性体部材と
を備え、
前記凹凸部は、Ｘを１以上の整数とした場合に、前記周方向について機械角３６０度に対してＸ周期分変化するように形成され、
複数の前記磁束密度検出部は、前記凹凸部に対して隙間を空けて対向し、前記周方向に沿って等間隔で前記凹凸部の１周期の間に設けられ、
前記バイアス磁界発生部は、前記径方向についてそれぞれの前記磁束密度検出部よりも外側に設けられ、前記径方向についてそれぞれの前記磁束密度検出部に重ねられて前記周方向に延びて形成され、
前記径方向についての前記磁性体周方向外側部の内側端部は、前記径方向についての前記バイアス磁界発生部の内側端部よりも前記径方向について内側に設けられ、
前記周方向についての前記バイアス磁界発生部の両端部と前記回転子の中心との間の角度の半分の角度をａとし、前記周方向についての前記バイアス磁界発生部および前記磁性体周方向外側部の間の隙間の両端部と前記回転子の中心との間の角度をｂとし、前記周方向についての前記磁性体周方向外側部の両端部と前記回転子の中心との間の角度をｃとした場合に、
ａ＋ｂ＞１８０／Ｘ、およびａ＋ｂ＋ｃ＜３６０／Ｘ
を満たす回転角度検出装置。
【請求項２】
α＝ａ＋ｂ−１８０／Ｘ、β＝３６０／Ｘ−（ａ＋ｂ＋ｃ）、γ＝ａ−１８０／Ｘとした場合に、
α＞βおよびγ＞０、または、α＜βおよびγ＜０
を満たす請求項１に記載の回転角度検出装置。
【請求項３】
α＝ａ＋ｂ−１８０／Ｘ、β＝３６０／Ｘ−（ａ＋ｂ＋ｃ）とした場合に、
α＝β
を満たす請求項１に記載の回転角度検出装置。
【請求項４】
前記磁性体周方向外側部は、前記磁性体径方向外側部における前記径方向についての外側面から前記周方向に延びる周方向延長面と、前記周方向について外側を向く周方向外側向面とを有し、
前記周方向についての前記磁性体径方向外側部の外側端部における前記径方向についての寸法をｄとし、前記周方向についての前記周方向延長面の寸法をｅとし、前記径方向についての前記周方向外側向面の寸法をｆとした場合に、
ｄ≦ｅ、およびｆ≦ｄ
を満たす請求項１から請求項３までの何れか一項に記載の回転角度検出装置。
【請求項５】
前記磁性体径方向外側部は、前記磁性体径方向外側部における前記周方向についての中央部と外側端部との間の部分に設けられ前記径方向についての外側の面に前記周方向に延びる凹部が形成された磁性体狭小部と、前記周方向について前記磁性体狭小部よりも外側に設けられ、前記径方向についての寸法が前記径方向についての前記磁性体狭小部の寸法よりも大きい磁性体広大部と有し、
前記径方向についての前記磁性体広大部の寸法をｇとし、前記径方向についての前記磁性体狭小部の寸法をｈとし、前記周方向についての前記バイアス磁界発生部の寸法の半分をｉとし、前記バイアス磁界発生部２１における前記磁性体狭小部に対向する部分における前記周方向についての寸法をｊとした場合に、
ｇ≧ｈ×（ｉ／ｊ）
を満たす請求項１から請求項４までの何れか一項に記載の回転角度検出装置。
【請求項６】
前記磁性体部材は、積層された複数の鋼板から構成されており、
前記固定子は、前記磁性体周方向外側部に設けられ複数の前記鋼板のそれぞれを固定する第１かしめをさらに有している請求項１から請求項５までの何れか一項に記載の回転角度検出装置。
【請求項７】
前記磁性体部材は、積層された複数の鋼板から構成されており、
前記固定子は、前記周方向についての前記磁性体径方向外側部の中央部に設けられ複数の前記鋼板のそれぞれを固定する第２かしめをさらに有している請求項１から請求項６までの何れか一項に記載の回転角度検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、磁界強度の変化を利用した回転角度検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、外周面に磁性体から構成された凹凸部を有する回転子と、凹凸部に対向して設けられた固定子とを備えた回転角度検出装置が知られている。固定子は、回転子の周方向に並べられた複数の磁束密度検出部を有している。また、固定子は、径方向についてそれぞれの磁束密度検出部よりも外側に設けられ、径方向についてそれぞれの磁束密度検出部に重ねられて周方向に延びて形成された磁石を有している。また、固定子は、周方向に磁石を挟む一対の磁性体部材を有している（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】実開平４−９４５８１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、回転子の周方向についての磁性体部材の寸法が小さい場合には、磁性体部材を通らない漏れ磁束が多くなる。これにより、複数の磁束密度検出部のそれぞれにおいて検出される磁束密度の振幅のばらつきが大きくなる。その結果、回転角度検出装置の検出精度が低くなる。回転子の周方向についての磁性体部材の寸法を大きくした場合には、回転角度検出装置の重量が増加するという課題があった。
【０００５】
この発明は、上述のような課題を解決するためになされたものであり、その目的は、重量の増加を抑制するとともに検出精度を向上させることができる回転角度検出装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この発明に係る回転角度検出装置は、外周面に磁性体から構成された凹凸部を有する回転子と、凹凸部に対向して設けられ、バイアス磁界発生部および複数の磁束密度検出部を有する固定子と、回転子の径方向についてバイアス磁界発生部の外側に設けられた磁性体径方向外側部および回転子の周方向についてバイアス磁界発生部を挟む一対の磁性体周方向外側部を有する磁性体部材とを備え、凹凸部は、Ｘを１以上の整数とした場合に、周方向について機械角３６０度に対してＸ周期分変化するように形成され、複数の磁束密度検出部は、凹凸部に対して隙間を空けて対向し、周方向に沿って等間隔で凹凸部の１周期の間に設けられ、バイアス磁界発生部は、径方向についてそれぞれの磁束密度検出部よりも外側に設けられ、径方向についてそれぞれの磁束密度検出部に重ねられて周方向に延びて形成され、磁性体周方向外側部は、バイアス磁界発生部よりも径方向について内側に設けられ、周方向についてのバイアス磁界発生部の両端部と回転子の中心との間の角度の半分の角度をａとし、周方向についてのバイアス磁界発生部および磁性体周方向外側部の間の隙間の両端部と回転子の中心との間の角度をｂとし、周方向についての磁性体周方向外側部の両端部と回転子の中心との間の角度をｃとした場合に、ａ＋ｂ＞１８０／Ｘ、およびａ＋ｂ＋ｃ＜３６０／Ｘを満たす。
【発明の効果】
【０００７】
この発明に係る回転角度検出装置によれば、回転子の周方向についての磁性体周方向外側部の寸法の増加を抑制するとともに複数の磁束密度検出部のそれぞれにおいて検出される磁束密度の振幅のばらつきを低減させることができる。これにより、回転角度検出装置の重量の増加を抑制するとともに回転角度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】
【０００８】
【図１】この発明の実施の形態１に係る回転角度検出装置を示す平断面図である。
【図２】図１の回転角度検出装置のＡ部を示す拡大図である。
【図３】図２の固定子を示すブロック図である。
【図４】この発明の実施の形態２に係る回転角度検出装置の要部を示す平断面図である。
【図５】この発明の実施の形態３に係る回転角度検出装置の要部を示す平断面図である。
【図６】α＞β、γ＞０の場合の回転角度検出装置の要部を示す平断面図である。
【図７】図６の３個の磁束密度検出部が検出する磁束密度を示すグラフである。
【図８】図６の３個の磁束密度検出部が検出する磁束密度の振幅の比を示す表である。
【図９】α＜β、γ＜０の場合の回転角度検出装置の要部を示す平断面図である。
【図１０】図９の３個の磁束密度検出部が検出する磁束密度を示すグラフである。
【図１１】図９の３個の磁束密度検出部が検出する磁束密度の振幅の比を示す表である。
【図１２】α＝βの場合の回転角度検出装置の要部を示す平断面図である。
【図１３】図１２の３個の磁束密度検出部が検出する磁束密度を示すグラフである。
【図１４】図１２の３個の磁束密度検出部が検出する磁束密度の振幅の比を示す表である。
【図１５】この発明の実施の形態４に係る回転角度検出装置の要部を示す平断面図である。
【図１６】図１５のＢ部を示す拡大図である。
【図１７】この発明の実施の形態５に係る回転角度検出装置の要部を示す平断面図である。
【図１８】図１７のＣ部を示す拡大図である。
【図１９】図１７のＤ部を示す拡大図である。
【図２０】この発明の実施の形態６に係る回転角度検出装置の要部を示す平断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１に係る回転角度検出装置を示す平断面図、図２は、図１の回転角度検出装置のＡ部を示す拡大図である。実施の形態１に係る回転角度検出装置は、回転子１と、回転子１の径方向について回転子１の外側に設けられ、回転子１の周方向に延びる固定子２とを備えている。以下、径方向とは、回転子１についての径方向とし、周方向とは、回転子１についての周方向とし、軸方向とは、回転子１についての軸方向とする。
【００１０】
回転子１は、円柱形状の回転軸１１と、径方向について回転軸１１の外側に設けられた凹凸部１２とを有している。凹凸部１２は、回転子１の外周面に配置されている。凹凸部１２は、磁性体から構成されている。凹凸部１２は、Ｘを１以上の整数とした場合に、周方向についての機械角３６０度に対してＸ周期分変化するように形成されている。図１では、Ｘ＝１２の場合の凹凸部１２を示している。
【００１１】
固定子２は、径方向について凹凸部１２に対向して設けられている。固定子２は、１個のバイアス磁界発生部２１と、複数の磁束密度検出部２２とを有している。バイアス磁界発生部２１は、径方向についてそれぞれの磁束密度検出部２２よりも外側に設けられている。また、バイアス磁界発生部２１は、径方向についてそれぞれの磁束密度検出部２２に重ねられて周方向に延びて形成されている。複数の磁束密度検出部２２は、凹凸部１２に対して隙間を空けて対向して配置されている。また、複数の磁束密度検出部２２は、周方向に沿って等間隔で凹凸部１２の１周期の間に設けられている。図２では、磁束密度検出部２２の数が３個である場合の固定子２を示している。
【００１２】
図３は、図２の固定子２を示すブロック図である。固定子２は、複数の磁束密度検出部２２で得られた複数の検出信号のそれぞれを用いて回転子１の回転角度を算出する回転角度演算処理部２３をさらに有している。
【００１３】
図１および図２に示すように、固定子２は、磁性体部材２４をさらに有している。磁性体部材２４は、磁性体から構成されている。磁性体部材２４は、径方向についてバイアス磁界発生部２１の外側に設けられた磁性体径方向外側部２４１を有している。磁性体径方向外側部２４１は、径方向についてバイアス磁界発生部２１に重ねられて配置されている。磁性体径方向外側部２４１は、周方向に延びて配置されている。磁性体径方向外側部２４１は、周方向全領域に渡って、径方向についての寸法が一定となるように形成されている。磁性体径方向外側部２４１の周方向両端部は、バイアス磁界発生部２１の周方向両端部よりも周方向について外側に突出している。
【００１４】
また、磁性体部材２４は、周方向についてバイアス磁界発生部２１を挟む一対の磁性体周方向外側部２４２を有している。径方向についての磁性体周方向外側部２４２の内側端部は、径方向についてのバイアス磁界発生部２１の内側端部よりも径方向について内側に設けられている。一対の磁性体周方向外側部２４２は、周方向についての磁性体径方向外側部２４１の両端部に接続されている。
【００１５】
径方向についての磁性体径方向外側部２４１の外側面と、径方向についての磁性体周方向外側部２４２の外側面とは、回転子１の軸方向に視た場合に、回転子１の中心Ｏを中心とした同一円上に配置されている。
【００１６】
周方向についてのバイアス磁界発生部２１の両端部と回転子１の中心Ｏとの間の角度の半分の角度をａとする。周方向についてのバイアス磁界発生部２１および磁性体周方向外側部２４２の間の隙間の両端部と回転子１の中心Ｏとの間の角度をｂとする。周方向についての磁性体周方向外側部２４２の両端部と回転子１の中心Ｏとの間の角度をｃとする。この場合に、ａ＋ｂ＞１８０／Ｘ、およびａ＋ｂ＋ｃ＜３６０／Ｘを満たすように、固定子２が形成されている。
【００１７】
回転角度検出装置の検出精度を向上させるためには、３個の磁束密度検出部２２のそれぞれで検出される磁束密度の振幅を等しくする必要がある。この条件を満たすためには、従来の回転角度検出装置では、磁性体周方向外側部は、周方向について中央側に配置された磁束密度検出部２２から周方向について１８０度／Ｘだけ外側の位置から少なくとも３６０度／Ｘだけ外側の位置までに渡って配置される必要があった。
【００１８】
実施の形態１に係る回転角度検出装置では、周方向についての磁性体周方向外側部２４２の外側端部である磁性体突部外端２４３の位置は、周方向について中央側に配置された磁束密度検出部２２から周方向について３６０度／Ｘだけ外側の位置よりも周方向内側となる。また、実施の形態１に係る回転角度検出装置では、周方向についての磁性体周方向外側部２４２の内側端部である磁性体突部内端２４４の位置は、周方向について中央側に配置された磁束密度検出部２２から周方向について１８０度／Ｘだけ外側の位置よりも周方向外側となる。したがって、周方向についての磁性体周方向外側部２４２の寸法の増大が抑制される。その結果、回転角度検出装置の重量の増加が抑制される。
【００１９】
磁性体突部外端２４３の位置が磁性体部材２４における周方向の中央部に近づくにつれて、３個の磁束密度検出部２２における周方向の中央側に配置された磁束密度検出部２２が検出する磁束密度の振幅が小さくなる。一方、磁性体突部内端２４４の位置が磁性体部材２４における周方向の中央部から遠ざかるにつれて、３個の磁束密度検出部２２における磁性体周方向外側部２４２側に配置された磁束密度検出部２２が検出する磁束密度の振幅が小さくなる。これにより、３個の磁束密度検出部２２のそれぞれが検出する磁束密度の振幅のばらつきが低減される。その結果、回転角度検出装置の検出精度が向上する。
【００２０】
以上説明したように、この発明の実施の形態１に係る回転角度検出装置によれば、ａ＋ｂ＞１８０／Ｘ、およびａ＋ｂ＋ｃ＜３６０／Ｘを満たす。これにより、周方向についての磁性体周方向外側部２４２の寸法の増加を抑制するとともに複数の磁束密度検出部２２のそれぞれにおいて検出される磁束密度の振幅のばらつきを低減させることができる。これにより、回転角度検出装置の重量の増加を抑制するとともに回転角度検出装置の検出精度を向上させることができる。
【００２１】
実施の形態２．
図４は、この発明の実施の形態２に係る回転角度検出装置の要部を示す平断面図である。実施の形態２に係る回転角度検出装置では、α＝ａ＋ｂ−１８０／Ｘ、β＝３６０／Ｘ−（ａ＋ｂ＋ｃ）とする。この場合に、α＝βを満たすように固定子２が形成されている。その他の構成は、実施の形態１と同様である。
【００２２】
ここで、αは、小型化しない場合の理想的な磁性体部材における磁性体突部内端２４４ａおよび実施の形態２における磁性体突部内端２４４と回転子１の中心Ｏとの間の角度を示す。βは、小型化しない場合の理想的な磁性体部材における磁性体突部外端２４３ａおよび実施の形態２における磁性体突部外端２４３と回転子１の中心Ｏとの間の角度を示す。小型化しない場合の理想的な磁性体部材とは、磁性体突部内端２４４ａの位置が、周方向について中央側に配置された磁束密度検出部２２から周方向について１８０度／Ｘだけ外側の位置となる磁性体部材である。また、小型化しない場合の理想的な磁性体部材とは、磁性体突部外端２４３ａの位置が、周方向について中央側に配置された磁束密度検出部２２から周方向について３６０度／Ｘだけ外側の位置となる磁性体部材である。
【００２３】
ここで、小型化しない場合の理想的な磁性体部材について、詳しく説明する。バイアス磁界発生部２１で発生した磁束は、磁性体径方向外側部２４１、磁性体周方向外側部２４２、磁性体周方向外側部２４２と回転子１との間のギャップ、回転子１、バイアス磁界発生部２１と回転子１とのギャップの順に通過する。回転子１の回転にともなう磁性体部材２４の磁気抵抗変化量は、磁性体周方向外側部２４２と回転子１との間のギャップの磁気抵抗変化量およびバイアス磁界発生部２１と回転子１とのギャップの磁気抵抗変化量に比べて遥かに小さい。したがって、磁束密度検出部２２の磁気抵抗変化量は、磁性体周方向外側部２４２と回転子１との間のギャップの変化量およびバイアス磁界発生部２１と回転子１との間のギャップの変化量で規定される。
【００２４】
小型化しない場合の理想的な磁性体部材において、磁性体突部内端２４４ａの位置が１８０／Ｘ度であり、磁性体突部外端２４３ａの位置が３６０／Ｘ度である。これにより、回転子１の回転角度に依らず、回転子１の凸部が磁性体周方向外側部２４２に必ず対向する。したがって、磁性体周方向外側部２４２と回転子１との間のギャップ長が最小となる箇所が必ず存在する。これにより、磁性体周方向外側部２４２と回転子１との間のギャップの磁気抵抗は、回転子１の回転角度に依らずに一定となる。
【００２５】
３個の磁束密度検出部２２における周方向の中央側に配置された磁束密度検出部２２を中央側磁束密度検出部とする。３個の磁束密度検出部２２における磁性体周方向外側部２４２側に配置された磁束密度検出部２２を周方向外側磁束密度検出部とする。中央側磁束密度検出部２２ａが配置されたバイアス磁界発生部２１の部分と回転子１との間のギャップ長についての回転子１が１回転する間の最大値は、周方向外側磁束密度検出部が配置されたバイアス磁界発生部２１の部分と回転子１との間にギャップ長についての回転子１が１回転する間の最大値と等しい。中央側磁束密度検出部が配置されたバイアス磁界発生部２１の部分と回転子１との間のギャップ長についての回転子１が１回転する間の最小値は、周方向外側磁束密度検出部が配置されたバイアス磁界発生部２１の部分と回転子１との間のギャップ長についての回転子１が１回転する間の最小値と等しい。したがって、中央側磁束密度検出部の磁気抵抗変化量は、周方向外側磁束密度検出部の磁気抵抗変化量と等しい。
【００２６】
３個の磁束密度検出部２２のそれぞれが配置されたバイアス磁界発生部２１の部分のそれぞれと回転子１と間のギャップ長の変化量は、互いに等しい。したがって、３個の磁束密度検出部２２の磁気抵抗変化量は、互いに等しい。磁束密度検出部２２で検出される磁束密度の振幅は、バイアス磁界発生部２１の起磁力と磁束密度検出部２２の磁気抵抗変化量との積で算出される。したがって、３個の磁束密度検出部２２で検出される磁束密度の振幅は、互いに等しい。これにより、３個の磁束密度検出部２２のそれぞれが検出する磁束密度の振幅のばらつきが除去される。その結果、回転角度検出装置の検出精度が向上する。
【００２７】
一方、磁性体突部外端２４３の位置が３６０度／Ｘよりも大きい場合であって、中央側磁束密度検出部が配置されたバイアス磁界発生部２１の部分と回転子１との間のギャップ長が最小となる場合に、回転子１の凸部における磁性体周方向外側部２４２と対向する面が増加する。これにより、中央側磁束密度検出部の磁気抵抗の最大値が減少する。その結果、中央側磁束密度検出部が検出する磁束密度の振幅が増加する。
【００２８】
磁性体突部外端２４３の位置が３６０度／Ｘの場合であって、周方向外側磁束密度検出部が配置されたバイアス磁界発生部２１の部分と回転子１との間のギャップ長が最大または最小となる場合に、回転子１の凸部が磁性体周方向外側部２４２と対向する。一方、磁性体突部外端２４３の位置が３６０度／Ｘよりも大きい場合であって、周方向外側磁束密度検出部が配置されたバイアス磁界発生部２１の部分と回転子１との間のギャップ長が最大または最小となる場合に、回転子１の凸部が磁性体周方向外側部２４２と対向する。したがって、磁性体突部外端２４３の位置を３６０度／Ｘから３６０度／Ｘよりも大きくした場合であっても、回転子１の凸部における磁性体周方向外側部２４２と対向する面が増加しない。回転子１の凹凸部１２に対向する磁性体周方向外側部２４２が増加するため、回転子１が１回転する間に、周方向外側磁束密度検出部の磁気抵抗の最大値および最小値のそれぞれがわずかに減少する。したがって、周方向外側磁束密度検出部が検出する磁束密度の増加は微小である。
【００２９】
以上のことから、磁性体突部外端２４３の位置が３６０度／Ｘよりも大きい場合に、中央側磁束密度検出部が検出する磁束密度の振幅は、周方向外側磁束密度検出部が検出する磁束密度の振幅よりも大きくなる。これにより、３個の磁束密度検出部２２のそれぞれが検出する磁束密度の振幅が異なる。その結果、回転角度検出装置の検出精度が悪化する。
【００３０】
磁性体突部内端２４４の位置が１８０度／Ｘよりも小さい場合に、周方向外側磁束密度検出部の磁気抵抗の最大値が減少する。したがって、周方向外側磁束密度検出部が検出する磁束密度の振幅が増加する。一方、中央側磁束密度検出部の磁気抵抗の最大値の減少および最小値の減少は、微小である。これにより、中央側磁束密度検出部が検出する磁束密度の振幅の増加は微小である。したがって、周方向外側磁束密度検出部が検出する磁束密度の振幅は、中央側磁束密度検出部が検出する磁束密度の振幅よりも大きくなる。これにより、３個の磁束密度検出部２２のそれぞれが検出する磁束密度の振幅が異なる。その結果、回転角度検出装置の検出精度が悪化する。したがって、磁性体突部内端２４４ａの位置が１８０／Ｘ度であり、磁性体突部外端２４３ａの位置が３６０／Ｘ度である場合が、小型化しない場合の理想的な磁性体部材となる。
【００３１】
実施の形態２に係る回転角度検出装置では、小型化しない場合の理想的な磁性体部材における磁性体突部外端２４３ａの位置から磁性体突部外端２４３の位置への周方向内側に移動する角度と、小型化しない場合の理想的な磁性体部材における磁性体突部内端２４４ａの位置から磁性体突部内端２４４の位置への周方向外側に移動する角度とが等しい。これにより、３個の磁束密度検出部２２における磁性体周方向外側部２４２側に配置された磁束密度検出部２２が検出する磁束密度の振幅の減少値と、３個の磁束密度検出部２２における周方向の中央側に配置された磁束密度検出部２２が検出する磁束密度の振幅の減少値とが等しくなる。
【００３２】
以上説明したように、この発明の実施の形態２に係る回転角度検出装置によれば、α＝ａ＋ｂ−１８０／Ｘ、β＝３６０／Ｘ−（ａ＋ｂ＋ｃ）とした場合に、α＝βを満たす。これにより、３個の磁束密度検出部２２のそれぞれが検出する磁束密度の振幅のばらつきを低減させることができる。その結果、回転角度検出装置の検出精度を向上させるとともに回転角度検出装置の小型化および軽量化を図ることができる。
【００３３】
実施の形態３．
図５は、この発明の実施の形態３に係る回転角度検出装置の要部を示す平断面図である。実施の形態３に係る回転角度検出装置では、α＝ａ＋ｂ−１８０／Ｘ、β＝３６０／Ｘ−（ａ＋ｂ＋ｃ）、γ＝ａ−１８０／Ｘとする。この場合に、α＞βおよびγ＞０、または、α＜βおよびγ＜０を満たすように固定子２が形成されている。その他の構成は、実施の形態１と同様である。
【００３４】
ここで、αは、小型化しない場合の理想的な磁性体部材における磁性体突部内端２４４ａおよび実施の形態３における磁性体突部内端２４４と回転子１の中心Ｏとの間の角度を示す。βは、小型化しない場合の理想的な磁性体部材における磁性体突部外端２４３ａおよび実施の形態３における磁性体突部外端２４３と回転子１の中心Ｏとの間の角度を示す。小型化しない場合の理想的な磁性体部材とは、磁性体突部内端２４４ａの位置が、周方向について中央側に配置された磁束密度検出部２２から周方向について１８０度／Ｘだけ外側の位置となる磁性体部材である。また、小型化しない場合の理想的な磁性体部材とは、磁性体突部外端２４３ａの位置が、周方向について中央側に配置された磁束密度検出部２２から周方向について３６０度／Ｘだけ外側の位置となる磁性体部材である。
【００３５】
小型化しない場合の理想的な磁性体部材における磁性体突部外端２４３ａの位置から磁性体突部外端２４３の位置への周方向内側に移動する角度は、小型化しない場合の理想的な磁性体部材における磁性体突部内端２４４ａの位置から磁性体突部内端２４４の位置への周方向外側に移動する角度よりも小さい。また、バイアス磁界発生部２１における周方向の寸法は、小型化しない場合の理想的なバイアス磁界発生部における周方向についての寸法よりも大きい。これにより、３個の磁束密度検出部２２における磁性体周方向外側部２４２側に配置された磁束密度検出部２２が検出する磁束密度の振幅の減少分は、バイアス磁界発生部２１の大型化によって補われる。
【００３６】
図６は、α＞β、γ＞０の場合の回転角度検出装置の要部を示す平断面図、図７は、図６の３個の磁束密度検出部が検出する磁束密度を示すグラフ、図８は、図６の３個の磁束密度検出部が検出する磁束密度の振幅の比を示す表である。図６では、α＝７度、β＝６度、γ＝１度となっている。図６から図８において、一対の周方向外側磁束密度検出部の一方をＵとし、中央側磁束密度検出部をＶとし、他方の周方向外側磁束密度検出部をＷとしている。図８では、周方向外側磁束密度検出部Ｕが検出する磁束密度の振幅に対する各磁束密度検出部が検出する磁束密度の振幅の比を示している。図８に示すように、各磁束密度検出部２２が検出する磁束密度の振幅は、互いに等しくなっている。
【００３７】
図９は、α＜β、γ＜０の場合の回転角度検出装置の要部を示す平断面図、図１０は、図９の３個の磁束密度検出部が検出する磁束密度を示すグラフ、図１１は、図９の３個の磁束密度検出部が検出する磁束密度の振幅の比を示す表である。図９では、α＝０度、β＝１度、γ＝−１度となっている。図９から図１１において、一対の周方向外側磁束密度検出部の一方をＵとし、中央側磁束密度検出部をＶとし、他方の周方向外側磁束密度検出部をＷとしている。図１１では、周方向外側磁束密度検出部Ｕが検出する磁束密度の振幅に対する各磁束密度検出部が検出する磁束密度の振幅の比を示している。図１１に示すように、各磁束密度検出部２２が検出する磁束密度の振幅は、互いに等しくなっている。
【００３８】
図１２は、α＝βの場合の回転角度検出装置の要部を示す平断面図、図１３は、図１２の３個の磁束密度検出部が検出する磁束密度を示すグラフ、図１４は、図１２の３個の磁束密度検出部が検出する磁束密度の振幅の比を示す表である。図１２では、α＝３度、β＝３度となっている。図１２から図１４において、一対の周方向外側磁束密度検出部の一方をＵとし、中央側磁束密度検出部をＶとし、他方の周方向外側磁束密度検出部をＷとしている。図１４では、周方向外側磁束密度検出部Ｕが検出する磁束密度の振幅に対する各磁束密度検出部が検出する磁束密度の振幅の比を示している。図１４に示すように、各磁束密度検出部２２が検出する磁束密度の振幅は、互いに等しくなっている。
【００３９】
以上説明したように、この発明の実施の形態３に係る回転角度検出装置によれば、α＝ａ＋ｂ−１８０／Ｘ、β＝３６０／Ｘ−（ａ＋ｂ＋ｃ）、γ＝ａ−１８０／Ｘとした場合に、α＞βおよびγ＞０、または、α＜βおよびγ＜０を満たす。これにより、３個の磁束密度検出部２２のそれぞれが検出する磁束密度の振幅のばらつきを低減させることができる。その結果、回転角度検出装置の検出精度を向上させるとともに回転角度検出装置の小型化および軽量化を図ることができる。
【００４０】
また、小型化しない場合の理想的な磁性体部材における磁性体突部外端２４３ａの位置から磁性体突部外端２４３の位置への周方向内側に移動する角度が、小型化しない場合の理想的な磁性体部材における磁性体突部内端２４４ａの位置から磁性体突部内端２４４の位置への周方向外側に移動する角度より小さくてよい。これにより、磁性体部材２４の設計自由度を向上させることができる。
【００４１】
実施の形態４．
図１５は、この発明の実施の形態４に係る回転角度検出装置の要部を示す平断面図、図１６は、図１５のＢ部を示す拡大図である。磁性体周方向外側部２４２は、磁性体径方向外側部２４１における径方向についての外側面から周方向について外側に延びる周方向延長面２４５を有している。また、磁性体周方向外側部２４２は、周方向について外側を向く周方向外側向面２４６を有している。また、磁性体周方向外側部２４２は、周方向延長面２４５における周方向についての外側の部分と周方向外側向面２４６における径方向について外側の部分とに接続された周方向斜面２４７を有している。磁性体周方向外側部２４２が周方向斜面２４７を有することによって、実施の形態４に係る磁性体周方向外側部２４２は、実施の形態１に係る磁性体周方向外側部２４２よりも小型化および軽量化が図られている。
【００４２】
周方向についての磁性体径方向外側部２４１の外側端部における径方向についての寸法をｄとする。周方向についての周方向延長面２４５の寸法をｅとする。径方向についての周方向外側向面２４６の寸法をｆとする。この場合に、ｄ≦ｅ、およびｆ≦ｄを満たすように磁性体部材２４が形成されている。
【００４３】
磁性体部材２４は、積層された複数の鋼板から構成されている。固定子２は、それぞれの磁性体周方向外側部２４２に設けられた一対の第１かしめ２５を有している。第１かしめ２５は、複数の鋼板のそれぞれを固定する。また、固定子２は、周方向についての磁性体径方向外側部２４１の中央部に設けられた第２かしめ２６を有している。第２かしめ２６は、複数の鋼板のそれぞれを固定する。その他の構成は、実施の形態１、実施の形態２、または実施の形態３と同様である。
【００４４】
磁性体径方向外側部２４１における磁性体周方向外側部２４２側の端部における磁束密度と、磁性体周方向外側部２４２における磁性体径方向外側部２４１側の端部における磁束密度とが同程度となるのは、ｄ＝ｅの場合である。磁性体周方向外側部２４２に設けられた第１かしめ２５の位置を考慮すると、磁性体径方向外側部２４１における磁性体周方向外側部２４２側の端部における磁束密度と、磁性体周方向外側部２４２における磁性体径方向外側部２４１側の端部における磁束密度とが同程度となるのは、ｄ≦ｅの場合である。
【００４５】
磁性体周方向外側部２４２を通る磁束は、周方向外側向面２４６に達するまでに磁性体周方向外側部２４２と凹凸部１２との間の隙間を渡って、凹凸部１２を通る。したがって、ｆ≦ｄでよい。
【００４６】
以上説明したように、この発明の実施の形態４に係る回転角度検出装置によれば、ｄ≦ｅ、およびｆ≦ｄを満たす。これにより、回転角度検出装置の軽量化および低コスト化を図ることができる。また、回転角度検出装置の軽量化によって、振動に対する回転角度検出装置の耐久性を向上させることができる。また、磁性体部材２４を小さくすることによって、回転角度検出装置の検出信号にモータなどの外部機器からのノイズが影響することを低減させることができる。また、磁性体部材２４を通る磁束密度を小さくすることなく、磁性体部材２４の軽量化を図ることができる。これにより、磁束密度検出部２２の検出信号を小さくすることなく、磁性体部材２４の軽量化を図ることができる。また、磁性体部材２４を小さくすることによって、モータなどの外部機器からの伝熱を小さくすることができる。これにより、バイアス磁界発生部２１の温度の上昇を抑制することができる。その結果、バイアス磁界発生部２１の減磁を抑制することができる。バイアス磁界発生部２１の減磁が発生する場合には、磁束密度検出部２２の検出信号が小さくなる。したがって、バイアス磁界発生部２１の減磁を抑制することによって、回転角度検出装置の検出精度を向上させることができる。
【００４７】
実施の形態５．
図１７は、この発明の実施の形態５に係る回転角度検出装置の要部を示す平断面図、図１８は、図１７のＣ部を示す拡大図、図１９は、図１７のＤ部を示す拡大図である。磁性体径方向外側部２４１は、磁性体狭小部２４８と、周方向について磁性体狭小部２４８よりも外側に設けられた磁性体広大部２４９とを有している。磁性体狭小部２４８は、磁性体径方向外側部２４１における周方向についての中央部と外側端部との間の部分に設けられている。径方向についての磁性体狭小部２４８の外側の面には、周方向に延びる凹部２５０が形成されている。径方向についての磁性体広大部２４９の寸法は、径方向についての磁性体狭小部２４８の寸法よりも大きい。
【００４８】
径方向についての磁性体広大部２４９の寸法をｇとする。径方向についての磁性体狭小部２４８の寸法をｈとする。周方向についてのバイアス磁界発生部２１の寸法の半分をｉとする。バイアス磁界発生部２１における磁性体狭小部２４８に対向する部分における周方向についての寸法をｊとする。この場合に、ｇ≧ｈ×（ｉ／ｊ）を満たすように固定子２が形成されている。径方向についての磁性体広大部２４９の寸法ｇは、周方向についての磁性体径方向外側部２４１の外側端部における径方向についての寸法ｄと同一となっている。その他の構成は、実施の形態４と同様である。
【００４９】
磁性体部材２４が磁気飽和しないためには、径方向についての磁性体径方向外側部２４１の寸法は、周方向についてのバイアス磁界発生部２１の長さに比例する長さが必要である。バイアス磁界発生部２１の磁束密度をＢとする。磁気飽和時の磁性体部材２４の磁束密度をＢｓとする。この場合に、Ｂ×ｊ≦Ｂｓ×ｈの関係によって、磁気飽和しない場合のｈが算出される。磁束密度Ｂは、パーミアンスとバイアス磁界発生部２１の起磁力との積により導出可能である。ここで用いられるパーミアンスは、磁性体部材２４と回転子１とのギャップ長が最小の時のパーミアンスである。磁性体部材２４が磁気飽和しない場合のｇは、ｈ、ｉおよびｊにより算出される。
【００５０】
バイアス磁界発生部２１で発生した磁束は、バイアス磁界発生部２１の磁束密度Ｂと、バイアス磁界発生部２１における径方向外側を向く面の面積との積で表される。磁性体径方向外側部２４１に鎖交する磁束は、磁性体径方向外側部２４１の磁束密度Ｂ’と磁性体径方向外側部２４１における周方向を向く面の面積との積で表される。ここで、バイアス磁界発生部２１の軸方向寸法と磁性体径方向外側部２４１の軸方向寸法とが等しいとする。この場合に、バイアス磁界発生部２１で発生した磁束と磁性体径方向外側部２４１に鎖交する磁束とが等しいことから、Ｂ×ｊ＝Ｂ’×ｈが成り立つ。磁気飽和時の磁性体部材２４の磁束密度をＢｓとすると、磁性体径方向外側部２４１の磁束密度Ｂ’は、磁性体径方向外側部２４１に磁気飽和が発生しないために、Ｂ’≦Ｂｓとなる必要がある。したがって、磁性体部材２４に磁気飽和が発生しない場合に径方向についての磁性体狭小部２４８の寸法ｈは、Ｂ×ｊ≦Ｂｓ×ｈの関係によって算出される。
【００５１】
バイアス磁界発生部２１で発生した磁束は、バイアス磁界発生部２１の磁束密度Ｂとバイアス磁界発生部２１における径方向外側を向く面の面積との積で表される。したがって、磁性体広大部２４９に鎖交する磁束は、磁性体狭小部２４８に鎖交する磁束よりも大きい。磁性体狭小部２４８の磁束密度Ｂ’は、Ｂ’＝（Ｂ×ｊ）／ｈを満たす。また、磁性体広大部２４９の磁束密度Ｂ’’は、Ｂ’’＝（Ｂ×ｉ）／ｇを満たす。磁性体広大部２４９の磁束密度Ｂ’’は、磁性体狭小部２４８の磁束密度Ｂ’よりも小さくなる必要がある。したがって、Ｂ’’≦Ｂ’が成り立つ。これにより、径方向についての磁性体広大部２４９の寸法ｇは、ｇ≧ｈ×（ｉ／ｊ）の関係によって算出される。
【００５２】
以上説明したように、この発明の実施の形態５に係る回転角度検出装置によれば、ｇ≧ｈ×（ｉ／ｊ）を満たす。これにより、回転角度検出装置の軽量化および低コスト化を図ることができる。また、回転角度検出装置の軽量化によって、振動に対する回転角度検出装置の耐久性を向上させることができる。また、磁性体部材２４を小さくすることによって、回転角度検出装置の検出信号にモータなどの外部機器からのノイズが影響することを低減させることができる。また、磁性体部材２４を通る磁束密度を小さくすることなく、磁性体部材２４の軽量化を図ることができる。これにより、磁束密度検出部２２の検出信号を小さくすることなく、磁性体部材２４の軽量化を図ることができる。
【００５３】
実施の形態６．
図２０は、この発明の実施の形態６に係る回転角度検出装置の要部を示す平断面図である。磁性体部材２４は、積層された複数の鋼板から構成されている。固定子２は、磁性体周方向外側部２４２に設けられ複数の鋼板のそれぞれを固定する第１かしめ２５を有している。また、固定子２は、周方向についての磁性体径方向外側部２４１の中央部に設けられ複数の鋼板のそれぞれを固定する第２かしめ２６をさらに有している。径方向についての磁性体径方向外側部２４１の外側の面には、周方向に延びる複数の凹部２５０が形成されている。第２かしめ２６は、磁性体径方向外側部２４１における凹部２５０が形成されていない部分に配置されている。その他の構成は、実施の形態５と同様である。
【００５４】
以上説明したように、この発明の実施の形態６に係る回転角度検出装置によれば、固定子２は、磁性体周方向外側部２４２に設けられ複数の鋼板のそれぞれを固定する第１かしめ２５を有している。これにより、回転角度検出装置の検出精度に影響することなく、積層された複数の鋼板のそれぞれを固定することができる。
【００５５】
また、固定子２は、周方向についての磁性体径方向外側部２４１の中央部に設けられ複数の鋼板のそれぞれを固定する第２かしめ２６を有している。これにより、回転角度検出装置の検出精度に影響することなく、積層された複数の鋼板のそれぞれを固定することができる。
【符号の説明】
【００５６】
１  回転子、２  固定子、１１  回転軸、１２  凹凸部、２１  バイアス磁界発生部、２２  磁束密度検出部、２３  回転角度演算処理部、２４  磁性体部材、２５  第１かしめ、２６  第２かしめ、２４１  磁性体径方向外側部、２４２  磁性体周方向外側部、２４３  磁性体突部外端、２４４  磁性体突部内端、２４５  周方向延長面、２４６  周方向外側向面、２４７  周方向斜面、２４８  磁性体狭小部、２４９  磁性体広大部、２５０  凹部。
【図１】
2019109053.tif 000003
【図２】
2019109053.tif 000004
【図３】
2019109053.tif 000005
【図４】
2019109053.tif 000006
【図５】
2019109053.tif 000007
【図６】
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【図７】
2019109053.tif 000009
【図８】
2019109053.tif 000010
【図９】
2019109053.tif 000011
【図１０】
2019109053.tif 000012
【図１１】
2019109053.tif 000013
【図１２】
2019109053.tif 000014
【図１３】
2019109053.tif 000015
【図１４】
2019109053.tif 000016
【図１５】
2019109053.tif 000017
【図１６】
2019109053.tif 000018
【図１７】
2019109053.tif 000019
【図１８】
2019109053.tif 000020
【図１９】
2019109053.tif 000021
【図２０】
2019109053.tif 000022
【手続補正書】
【提出日】平成30年12月19日(2018.12.19)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
外周面に磁性体から構成された凹凸部を有する回転子と、
前記凹凸部に対向して設けられ、バイアス磁界発生部および複数の磁束密度検出部を有する固定子と、
前記回転子の径方向について前記バイアス磁界発生部の外側に設けられ前記径方向について前記バイアス磁界発生部に重ねられた磁性体径方向外側部および前記回転子の周方向について前記バイアス磁界発生部を挟む一対の磁性体周方向外側部を有する磁性体部材と
を備え、
前記凹凸部は、Ｘを１以上の整数とした場合に、前記周方向について機械角３６０度に対してＸ周期分変化するように形成され、
複数の前記磁束密度検出部は、前記凹凸部に対して隙間を空けて対向し、前記周方向に沿って等間隔で前記凹凸部の１周期の間に設けられ、
前記バイアス磁界発生部は、前記径方向についてそれぞれの前記磁束密度検出部よりも外側に設けられ、前記径方向についてそれぞれの前記磁束密度検出部に重ねられて前記周方向に延びて形成され、
前記径方向についての前記磁性体周方向外側部の内側端部は、前記径方向についての前記バイアス磁界発生部の内側端部よりも前記径方向について内側に設けられ、
前記周方向についての前記バイアス磁界発生部の両端部と前記回転子の中心との間の角度の半分の角度をａとし、前記周方向についての前記バイアス磁界発生部および前記磁性体周方向外側部の間の隙間の両端部と前記回転子の中心との間の角度をｂとし、前記周方向についての前記磁性体周方向外側部の両端部と前記回転子の中心との間の角度をｃとした場合に、
ａ＋ｂ＞１８０／Ｘ、およびａ＋ｂ＋ｃ＜３６０／Ｘ
を満たす回転角度検出装置。
【請求項２】
α＝ａ＋ｂ−１８０／Ｘ、β＝３６０／Ｘ−（ａ＋ｂ＋ｃ）、γ＝ａ−１８０／Ｘとした場合に、
α＞βおよびγ＞０、または、α＜βおよびγ＜０
を満たす請求項１に記載の回転角度検出装置。
【請求項３】
α＝ａ＋ｂ−１８０／Ｘ、β＝３６０／Ｘ−（ａ＋ｂ＋ｃ）とした場合に、
α＝β
を満たす請求項１に記載の回転角度検出装置。
【請求項４】
前記磁性体周方向外側部は、前記磁性体径方向外側部における前記径方向についての外側面から前記周方向に延びる周方向延長面と、前記周方向について外側を向く周方向外側向面とを有し、
前記周方向についての前記磁性体径方向外側部の外側端部における前記径方向についての寸法をｄとし、前記周方向についての前記周方向延長面の寸法をｅとし、前記径方向についての前記周方向外側向面の寸法をｆとした場合に、
ｄ≦ｅ、およびｆ≦ｄ
を満たす請求項１から請求項３までの何れか一項に記載の回転角度検出装置。
【請求項５】
前記磁性体径方向外側部は、前記磁性体径方向外側部における前記周方向についての中央部と外側端部との間の部分に設けられ前記径方向についての外側の面に前記周方向に延びる凹部が形成された磁性体狭小部と、前記周方向について前記磁性体狭小部よりも外側に設けられ、前記径方向についての寸法が前記径方向についての前記磁性体狭小部の寸法よりも大きい磁性体広大部と有し、
前記径方向についての前記磁性体広大部の寸法をｇとし、前記径方向についての前記磁性体狭小部の寸法をｈとし、前記周方向についての前記バイアス磁界発生部の寸法の半分をｉとし、前記バイアス磁界発生部における前記磁性体狭小部に対向する部分における前記周方向についての寸法をｊとした場合に、
ｇ≧ｈ×（ｉ／ｊ）
を満たす請求項１から請求項４までの何れか一項に記載の回転角度検出装置。
【請求項６】
前記磁性体部材は、積層された複数の鋼板から構成されており、
前記固定子は、前記磁性体周方向外側部に設けられ複数の前記鋼板のそれぞれを固定する第１かしめをさらに有している請求項１から請求項５までの何れか一項に記載の回転角度検出装置。
【請求項７】
前記磁性体部材は、積層された複数の鋼板から構成されており、
前記固定子は、前記周方向についての前記磁性体径方向外側部の中央部に設けられ複数の前記鋼板のそれぞれを固定する第２かしめをさらに有している請求項１から請求項６までの何れか一項に記載の回転角度検出装置。