(57)【要約】【課題】小型化しても回転角度の検出精度を向上させる。【解決手段】回転軸１０の回転角度を検出する非接触型角度センサであって、上記回転変位方向に配列されて配置された一対の磁石５４、５６と、一対の磁石５４、５６間に配置された磁気センサ６と、回転軸１０に取り付けられ、磁性材よりなるメインロータコア５０とサブロータコア５２と、一対の磁石５４、５６は、回転軸１０の軸心方向に互いに逆向きに着磁され、磁気センサ６は、回転変位するメインロータコア５０によって変化する一対の磁石５４、５６間の磁界を検出し、メインロータコア５０、サブロータコア５２は、一対の磁石５４、５６に対向するように位置され、一対の磁石５４、５６との間にスペーサ６０により一定の空間が設けられている。【選択図】図８
2008128752.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
固定部と可動部からなり、回転軸の回転角度を検出する非接触型角度センサであって、
上記固定部は、上記回転変位方向に配列されて配置された一対の磁石と、
上記一対の磁石間に配置された磁気センサと、を有し、
上記可動部は、回転軸に取り付けられた磁性材よりなる一対のロータコアを有し、
上記一対の磁石は、上記回転軸の軸心方向に互いに逆向きに着磁され、
上記磁気センサは、回転変位する上記ロータコアによって変化する磁界を検出し、
上記一対のロータコアは、上記一対の磁石に対向するように位置され、上記一対の磁石との間に一定の空間が設けられていることを特徴とする非接触型角度センサ。
【請求項２】
請求項１記載の非接触型角度センサであって、
上記一対のロータコアの間隔が、当該非接触型角度センサに求められる検出精度を劣化させない範囲としていることを特徴とする非接触型角度センサ。
【請求項３】
請求項１または２記載の非接触型角度センサであって、
上記磁気センサが複数配置されていることを特徴とする非接触型角度センサ。
【請求項４】
請求項１〜３記載の非接触型角度センサであって、
上記空間はスペーサにより設けられていることを特徴とする非接触型角度センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、ロボットなどに使用する回転動作するアクチュエータなどに利用される非接触型角度センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
図１Ａは従来の非接触型角度センサ１の斜視図である。図１Ａに示すように、可動しない固定コア２の上面に、ほぼ半円状をなす一対の磁石（永久磁石）４２、４４が配置される。固定コア２は円板状であり、磁性材料よりなる。
磁気センサ６は、この例では、一対の磁石４２、４４の間に配置される。磁石４２、４４は、回転軸１０の軸心方向に互いに逆向きに着磁されている。なお、この例では、磁石４２については、上側がＳ極、下側がＮ極に着磁され、磁石４４については、上側がＮ極、下側がＳ極に着磁されている。なお、角度を検出する対象となる可動体（図示せず）は、回転軸１０に取りつけられている。
ロータコア８は、磁性材料よりなり、磁石４２、４４と同様、ほぼ半円状をなす平板状である。ロータコア８の中心部分には、回転軸１０が勘合される半円状のロータコア開口部８ｂが設けられる。回転軸１０の端部とロータコア開口部８ｂとが勘合され、その板面が回転軸１０の軸心と垂直とされ、かつ磁石４２、４４と近接対向するように、ロータコア８は回転軸１０に取り付けられる。また、磁石４２と磁石４４との間には、空間４ａが設けられ、この空間４ａに回転軸１０は取り付けられる。
【０００３】
次に、磁気センサ６について簡単に説明する。図１Ｂは磁気センサ６の一例の斜視図である。磁気センサ６は、例えば、ホール素子を用いて構成されたホールＩＣとされ、磁気センサ端子６ａが取り付けられる。磁気センサ６の上面６Ａと底面６Ｂを通過する磁界の強度を検出し、この検出された磁界の強度に応じた電圧を出力する。簡略化して説明すると、上面６Ａから底面６Ｂへの磁界の強度αと、底面６Ｂから上面６Ａへの磁界の強度βとを検出し、αとβの差に応じた電圧を出力する。
磁気センサ６は、固定コア２の板面と垂直方向の、つまり、磁石４２、４４の板厚方向の磁界の変化を検出するように配置されている。ロータコア８の回転運動により、磁石４２、４４間の磁界は変化し、上述のように、磁気センサ６は磁気センサの上面６Ａおよび底面６Ｂを通る磁界の強度に応じた電圧を出力する。従って、磁石４２、磁石４４間の磁界の強度の変化に応じて、磁気センサ６の出力電圧も変化する。よって、磁気センサ６の出力電圧の変化を求めることにより、ロータコア８の回転運動つまり、回転軸１０に取り付けられている可動体の回転角度を検出できる。なお、非接触型角度センサ１の詳細については、特許文献１に記載されている。
【０００４】
図１Ｃは、非接触型角度センサ１の変形例である非接触型角度センサ９の斜視図である。なお、同一機能構成部分には、同一参照番号を付記して、重複説明を省略し、以下の説明においても同様とする。非接触型角度センサ１と違う部分は、磁石４２、４４の磁気センサ６と対向していない側平面が更に近接され、磁石４２および磁石４４の中心部分には、回転軸１０が勘合される回転軸開口部４Ｂが設けられる。この回転軸開口部４Ｂを設けたことにより、回転軸１０を非接触型角度センサ１と比較して、より強固に勘合させることができるので、安定した角度検出を行うことが出来る。図１Ｃでは、これらの磁石をそれぞれ４２１、４４１と表示している。
【０００５】
図２は、図１Ｃ記載の非接触型角度センサ９を小型化した非接触型角度センサ１２の斜視図である。非接触型角度センサ９を小型化するために、例えば、図１Ｃ中のロータコア８、磁石４２１、４４１に記載された周方向に半円を描く破線８ａ、４２１ａ、４４１ａを境界線として、回転軸１０と反対側の部分であるロータコア８中の８Ａ、磁石４２中の４２１Ａ、磁石４４中の４４１Ａが削除される。図２では、小型化されたロータコア、一対の磁石をそれぞれ、ロータコア８’、磁石４２’、磁石４４’として示す。また、図示しない可動体と回転軸１０との取り付け強度を保つため、回転軸１０の長手方向の長さ、断面の円についての直径については変更せず、この例では固定コア２も変更しない。
【０００６】
図３Ａは、非接触型角度センサ１２の斜視図であるが、説明の簡易化のために、回転軸１０を省略し、少し拡大している。図４Ａは、非接触型角度センサ１２を真上から見た平面図である。図３Ａ、図４Ａに示すように、ロータコア８’の上面８’Ａと垂直にロータコア８’を二分するような線を中心線８’Ｃとし、この中心線８’Ｃが磁気センサ６の中心の真上の位置にある場合を、回転角度０度とする。また、磁気センサ６を真上からみて、時計方向を正方向の回転とし、時計と反対方向を負方向の回転とする。
図３Ｂはロータコア８’の回転角度が８０度のときの非接触型角度センサ１２の斜視図であり、図４Ｂは、ロータコア８’の回転角度が８０度のときの非接触型角度センサ１２を真上から見た場合の平面図である。
また、図３Ｃはロータコア８’の回転角度が−８０度のときの非接触型角度センサ１２の斜視図であり、図４Ｃはロータコア８’の回転角度が−８０度のときの非接触型角度センサ１２を真上から見た場合の平面図である。なお、非接触型角度センサ１２の詳細については、同発明者、同出願人の特許出願であり、出願公開されていない特許出願（特願２００５−２８９８８８号）に記載されている。
【特許文献１】特開２００４−３５４２３７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
以下に、発明が解決しようとしている課題を２点述べる。
（１）上述のように、磁石４２’と磁石４４’とにより磁界が形成される。従って、非接触型角度センサ１２のロータコア８に磁界が通り、ロータコア８では、一定の部分については、磁気飽和現象が生じる。
図５Ａは、ロータコア８を真上から見た平面８Ａにおいて、非接触型角度センサ１中のロータコア８の一定の部分（斜線部分）で、磁気飽和現象が生じていることを示す図である。図５Ａに示すように、ロータコア８が半ドーナツ形状である場合は、ロータコア８のほぼ中心部分である斜線で示す領域Ｒについて、磁気飽和現象が生じる。以下の説明では、この磁気飽和現象が生じている領域を磁気飽和領域と称する。
図５Ｂは、ロータコア８’を真上から見た平面８’Ａにおいて、ロータコア８’の磁気飽和領域Ｒ’（斜線部分）を示す図である。図５Ｂに示すように、小型化されたロータコア８’の磁気飽和領域Ｒ’は拡大する。この理由を以下で説明する。
上述のように、非接触型角度センサ１２は非接触型角度センサ９を小型化したものである。従って、ロータコア８’はロータコア８を小型化したものであり、磁石４２’、磁石４４’はそれぞれ磁石４２、磁石４４を小型化したものである。
【０００８】
一般的に磁石を小型化すると、その磁石の磁力、つまり磁界の強度は小さくなる。また、上述したように、磁気センサ６は磁界の強度に応じた電圧を出力する。従って、磁石４２、磁石４４に生ずる磁界の強度と比較して、磁石４２’、磁石４４’に生ずる磁界の強度が小さくなると、磁気センサ６の精度が劣化してしまう。従って、磁石４２’、磁石４４’に生ずる磁界の強度と磁石４２、磁石４４に生ずる磁界の強度とはほぼ等しくすることが望ましい。
磁界の強度がほぼ等しいということは、ロータコア８’を通る磁束数とロータコア８を通る磁束数とがほぼ等しいということであり、また、ロータコア８’の断面積は、ロータコア８の断面積より小さい。つまり、ロータコア８’の方が磁束密度が高くなる。よって、ロータコア８’の磁気飽和領域Ｒ’の大きさは、ロータコア８の磁気飽和領域Ｒと比べて、大きくなる。
磁気飽和領域が拡大されると、磁気センサ６の検出する磁束密度の変化にうねりが生じ、検出精度が低下し、検出角度範囲の両端の出力の鈍りが目立つことになる。
【０００９】
（２）ロータコア８’の回転角度が０度である場合に、ロータコア８’の磁石４４’の上方にある側平面を８’Ｂとし、ロータコア８’の磁石４２’の上方にある側平面を８’Ｄとする。図６Ａは、側平面８’Ｂに磁石４４’からの磁束群３０が侵入し、側平面８’Ｄから出ていくことを示す図である。
また、図７Ａ、図７Ｂに示すように、点Ｂ、点Ｂ’をそれぞれ端点とし、磁石４４’、磁石４２’をなぞるような曲線（破線で示す）を曲線ＢＢ’とする。図７Ｂは、ロータコア８’の回転角度が０度の場合に、ロータコア８’、磁石４２’、磁石４４’の曲線ＢＢ’の断面を直線状に展開して磁気センサ６の端子６ａ側から見た場合の磁界を示した図である。図６Ａ、図７Ｂに示すように、磁束群３０は側平面８’Ｂから侵入し、磁石４２’側の側平面８’Ｄから出て、磁石４２’のＳ極側まで進む。
図７Ｂに示すように、ロータコア８’と磁石４２’、磁石４４’とが重なり合って形成される磁界の磁束群３２だけでなく、側平面８’Ｂから侵入した磁束群３０もロータコア８’を通過するため、ロータコア８’の磁束密度が上昇し、磁気飽和領域Ｒ’が拡大する。よって、ロータコア８’が０度付近の位置にある場合に、磁気センサ６の精度が劣化する。
【００１０】
図６Ｂはロータコア８’の回転角度が８０度である場合のロータコア８’の側平面８’Ｂ付近と側平面８’Ｄ付近の磁束の動きを示した図である。また、図７Ｃは、図４Ｂの平面図（ロータコア８’の回転角度が８０度である場合の非接触型角度センサを真上から見た平面図）に、上記曲線ＢＢ’を示した図である。
図７Ｄは、ロータコア８’の回転角度が８０度の場合のロータコア８’、磁石４２’、磁石４４’の曲線ＢＢ’の断面を直線状に展開して磁界を示した図である。なお、図７Ｄにおいて、図７Ｃに示した磁束について、関係のない磁束の記載を省略する。図６Ｂ、図７Ｄに示すように、側平面８’Ｄから一点鎖線で示す磁束群３４が侵入する。この磁束群３４が、磁石４２’、磁石４４’間の磁界を打ち消す。よって、ロータコア８’が８０度付近に位置する場合も、磁気センサ６の精度が劣化する。
本発明の目的は、側平面からの磁石の侵入を防ぎ、精度の向上を図ることである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の非接触型角度センサは、固定部と可動部からなり、回転軸の回転角度を検出する。上記固定部は、上記回転変位方向に配列されて配置された一対の磁石と、一対の磁石間に配置された磁気センサとを有する。上記可動部は、回転軸に取り付けられた磁性材よりなる一対のロータコアを有する。上記一対の磁石は、上記回転軸の軸心方向に互いに逆向きに着磁される。上記磁気センサは、回転変位する上記ロータコアによって変化する上記一対の磁石間の磁界を検出する。上記一対のロータコアは、上記一対の磁石に対向するように位置され、上記一対の磁石との間に一定の空間が設けられている。また、上記一対のロータコアの間隔は、非接触型角度センサに求められる検出精度に適合するように設計すればよい。さらに、上記磁気センサを複数配置してもよい。
【発明の効果】
【００１２】
上記の構成により、従来のロータコア８’をメインロータコアとして、更にメインロータコアと同じ材質のサブロータコアを加える。
メインロータコアとサブロータコアとの間には、一定の間隔が設けられ、この間隔を設けたことにより、磁石からの磁束群がメインロータコアの両側平面から侵入することを防ぐ。よって、メインロータコアが０度の位置にある場合は、メインロータコアを通過する磁束数を減少させることが出来、磁気飽和領域を縮小させることが出来る。従って、磁気センサの精度を向上させることが出来る。
また、メインロータコアが８０度の位置にある場合は、磁束群が側平面から侵入することを防ぐので、磁石間に生じる磁界の磁束群を打ち消しあうことを防ぎ、磁気センサの精度を向上させることが出来る。
その結果、非接触型角度センサ全体を小型化しても、精度の高い角度検出を可能にする。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
図８はこの発明の非接触型角度センサ５１の実施例の斜視図であり、図９はこの発明の非接触型角度センサ５１を磁気センサ６から見て向かって右側から見た平面図であり、図１０はこの発明の非接触型角度センサ５１を分解した図であり、図１１はこの発明の非接触型角度センサ５１の回転軸１０と以下で説明するスペーサ６０を省略した斜視図である。
この発明の非接触型磁気センサでは、固定部は、少なくとも一対の磁石である磁石５４と磁石５６と、磁石５４と磁石５６との間に配置された磁気センサ６とを有し、必要に応じて、固定コア２も構成される。
また、可動部は、少なくとも一対のロータコアであるメインロータコア５０およびサブロータコア５２とで構成されている。
【００１４】
図８、図９、図１０に示すように、固定コア２の上面に一対の磁石５４、５６が配置される。一対の磁石５４、５６は、回転軸１０の軸心方向に互いに逆向きに着磁されている。この実施例では、磁石５４の上側がＳ極であり、下側がＮ極であり、磁石５６の上側がＮ極であり下側がＳ極である（図１０参照）。また、一対の磁石５４、５６はボンド磁石などが使用され、樹脂に混合される永久磁石の粉末にはサマリウムコバルトやフェライトなどの粉末が使用される。この実施例では、磁石５４、５６は、回転軸１０の回転軸心を中心とする円弧形状をなし、この回転軸心を中心とする周方向に配列されて配置されている。
メインロータコア５０とサブロータコア５２は回転軸１０と垂直な平面上で、一定の間隔が設けられて配置される。メインロータコア５０が回転変位をすると、この一定の間隔が設けられたまま、サブロータコア５２も上記平面上で回転変位をする。この実施例では、メインロータコア５０とサブロータコア５２は、回転軸１０の回転軸心を中心とする円弧形状をなし、この回転軸心を中心とする周方向に配列されて配置されている。メインロータコア５０とサブロータコア５２は軟磁性材料からなり、その材料にはけい素鋼等が使用される。
【００１５】
また、メインロータコア５０とサブロータコア５２は、磁石５４、磁石５６に対向して設置され、一対のロータコア（メインロータコア５０とサブロータコア５２）、一対の磁石（磁石５４と磁石５６）との間には一定の空間が設けられている。この空間の設け方として、図８、図９、図１０に示すように、非磁性体であるスペーサ６０を設けてもよく、図示しない取り付け部により、空間が設けられるよう一対のロータコアを設けてもよい。なお、スペーサ６０の詳細については、上記特許出願（特願２００５−２８９８８８号）に記載されている。
回転軸１０はこの実施例では、円柱状とされる。回転軸１０と、メインロータコア５０およびサブロータコア５２とは、図８〜図１０に示すように、非磁性材料であるサポータ６２を介して勘合させてもよいし、またはサポータ６２を介さず、直接勘合させてもよい。サポータ６２を使用する場合は、回転軸１０と勘合する回転軸穴６２ａ（図１０参照）の直径を調整することにより、回転軸１０の太さを適宜変更することが出来る。
磁気センサ６は、磁石５４、磁石５６との間に配置されている。回転変位するメインロータコア５０とサブロータコア５２によって変化する磁石５４、磁石５６間の磁界を磁気センサ６は検出して、この検出された磁界に応じた電圧を出力する。よって、磁界の強度の変化に応じて、磁気センサ６の出力電圧が変化し、その結果、メインロータコア５０の回転運動、つまり、回転軸１０に取り付けられている可動体の回転角度を検出できる。
【００１６】
以下の説明では、メインロータコア５０の上面と垂直に、メインロータコア５０を二分するような線を中心線５０Ｃとし、この中心線５０Ｃが磁気センサ６の中心の真上の位置にある場合をメインロータコア５０の回転角度を０度とする。また、真上から見て、時計方向に回転した場合を、正方向の回転とし、時計と反対方向に回転した場合を負方向の回転とする。
図１２Ａはメインロータコア５０の回転角度が０度のときの非接触型角度センサ５１の斜視図であり、図１３Ａはメインロータコア５０の回転角度が０度のときの非接触型角度センサ５１を真上から見た場合の平面図である。
図１２Ｂはメインロータコア５０の回転角度が８０度のときの非接触型角度センサ５１の斜視図であり、図１３Ｂはメインロータコア５０の回転角度が８０度のときの非接触型角度センサ５１を真上から見た場合の平面図である。
図１２Ｃはメインロータコア５０の回転角度が−８０度のときの非接触型角度センサ５１の斜視図であり、図１３Ｃはメインロータコア５０の回転角度が−８０度のときの非接触型角度センサ５１を真上から見た場合の平面図である。この発明の非接触型角度センサ５１の検出する角度は±８０度の範囲である。なお、図１２、図１３において、説明の簡略化のために、回転軸１０とスペーサ６０を省略している。
【００１７】
また、図１３Ａ〜Ｃに示すように、点Ｂ、点Ｂ’をそれぞれ端点とし、磁石５６、磁石５４をなぞるような曲線（破線で示す）を曲線ＢＢ’とする。図１４は、メインロータコア５０の回転角度が０度の場合のメインロータコア５０、サブロータコア５２、磁石５４、磁石５６の曲線ＢＢ’の断面を直線状に展開して、磁束センサ６の端子６ａ側から見て、主な磁界を示した図である。また、以下で説明する図１５、図１６では、図１４と同様に示し、説明に関係のない磁界を省略して図に示す。
図１５Ａは、メインロータコア５０の回転角度が０度の場合の主な磁界を表した図である。図１５Ａに示すように、磁気センサ６の上面から通過する磁界の強度と磁気センサ６の底面から通過する磁界の強度は等しく、つまり、実質的には０になる。
図１５Ｂは、メインロータコア５０の回転角度が８０度の場合の主な磁界を表した図である。この場合は、磁気センサ６の底面から通過する磁界の強度は最大となる。
図１５Ｃは、メインロータコア５０の回転角度が−８０度の場合の主な磁界を表した図である。この場合は、磁気センサ６の上面から通過する磁界の強度は最大となる。
【００１８】
上述のように、従来の非接触型角度センサ５１のように、サブロータコア５２が設けられていない場合、つまりメインロータコア５０が１つの場合は、メインロータコア５０の側平面５２Ｂから余分な磁束群３０が侵入していた（図６Ａ、図７Ｂ参照）。しかし、図１５Ａに示すように、メインロータコア５０と一定の間隔ｒを隔てて、サブロータコア５２が設けられていることにより、メインロータコア５０の側平面５０Ｂから余分な磁束群３０が侵入せず、この余分な磁束群３０はサブロータコア５２の底面５２Ａから入る。その結果、メインロータコア５０には余分な磁束群が入らず、メインロータコア５０の磁気飽和領域Ｒ１を従来のロータコアの磁気飽和領域Ｒ’と比べて、低減させることが出来る。その結果、検出範囲の端での、出力変化の低下を防ぐことが出来、非接触型角度センサ５１の角度検出精度が向上する。
【００１９】
また、サブロータコア５２が設けられていない従来の非接触型角度センサ５１において、上述のように、ロータコア８’の回転角度が８０度の位置にある場合は、磁気センサ６の機能に悪影響を及ぼす磁束群３４が側平面８’Ｄから侵入していた（図６Ｂ、図７Ｄ参照）。
しかし、図１５Ｂに示すように、メインロータコア５０の回転角度が８０度の場合、メインロータコア５０と一定の間隔ｒを設けて、サブロータコア５２を設けることにより、磁束群３４は、側平面５０Ｄから侵入することがないので、磁気センサ６に悪影響を及ぼすことはない。
つまり、本発明において、メインロータコア５０の他に、一定の間隔ｒが隔てられてサブロータコア５２が設けられていることにより、メインロータコア５０の側平面から磁束が侵入することを防ぎ、磁気センサ６の精度を向上させ、その結果、非接触型角度センサ５１の角度検出も向上することになる。
【００２０】
次に、メインロータコア５０とサブロータコア５２との間に設けられる間隔ｒについて説明をする。
図１６はメインロータコア５０の回転角度が０度の場合において、間隔ｒを所定値より長く設けた場合の磁界を示した図である。この場合に、磁束群３０が側平面５０Ｂからメインロータコア５０に侵入してしまい、その結果、上述した従来の課題を解決できない。つまり、磁気センサ６の精度が劣化してしまう。
また、図１７はメインロータコア５０の回転角度が０度の場合において、間隔ｒを所定値より極めて短く、もしくは、間隔ｒが０でありメインロータコア５０とサブロータコア５２とが接続されていている場合の磁界を示した図である。この場合は、磁束がメインロータコア５０およびサブロータコア５２の側平面を通り、あたかも、メインロータコア５０とサブロータコア５２とが一体となったように機能する。この場合、メインロータコア５０が回転しても、磁束の状態が殆ど変化しない。よって、磁気センサ６の出力電圧の変化が小さくなり、結果として、回転角度の検出精度も低下する。従って、側平面５０Ｂから侵入する磁束が、求められる角度の検出精度を劣化させない範囲で、間隔ｒを出来るだけ広くなるように設計することが望ましい。つまり間隔ｒは検出精度から求められる設計事項である。なお、具体的な間隔ｒの値については、以下の実験結果でも説明する。
【００２１】
また、この実施例の変形例として、磁気センサ６を複数設けることもできる。図１８は、磁気センサを２つ設けた、つまり磁気センサ６と磁気センサ６’を設けた場合の、非接触型角度センサ５１の斜視図である。６’ａは磁気センサ６’の端子を表す。
また、３つ以上の磁気センサの設置に関しては、図１８を用いて説明すると、磁気センサ６、もしくは磁気センサ６’の中に、所望の複数個の磁気センサを内蔵させる。
磁気センサの数を増加させることにより、補償性の向上を図ることが出来る。つまり、１つの磁気センサが故障等をして、他の磁気センサの出力電圧値と比べて、故障した磁気センサの出力電圧値が異常値を示したとしても、故障した磁気センサを早期に発見することが出来る。
また、磁気センサが故障した場合に、正常に作動している磁気センサに切り替える構成にしておくことにより、非接触型角度センサ５１を常に正常に動作させることが出来る。
また、複数の磁気センサが出力する電圧値の平均値を求める等で、より正確な出力電圧値を求めることが出来る。
なお、以上では、固定コア２を用いた非接触型角度センサ５１について説明したが、固定コア２を省略しても、本発明の非接触型角度センサ５１を実施することは出来る。また、メインロータコア５０、サブロータコア５２、磁石５４、磁石５６等の形状は上記で説明した形状に限られるものではない。
【００２２】
実験結果
以下に、この発明の非接触型角度センサ５１が従来のものと比べて優れていることを示す実験結果を説明する。
この実験で使用した非接触型角度センサ５１の寸法条件等を説明する。図１９はこの実験で使用した非接触型角度センサ５１を真上から見て、各々の部分の寸法を記した平面図であり、図２０はこの実験で使用した非接触型角度センサ５１を真横から見て、各々の部分の寸法を示した平面図である。
【００２３】
図１９、図２０に示すように、固定コア２の外径を１２ｍｍとする。固定コア２の上面と平行であり、かつ磁気センサ６の端子方向をｘ軸方向とし、固定コア２の上面と平行であり、かつｘ軸方向と垂直な方向をｙ軸方向とする。磁石５４、５６の外周部分がなす円のｘ軸方向の長さを１０ｍｍ、ｙ軸方向の長さを９．８ｍｍとし、磁石５４、５６の内周部分がなす円のｘ軸方向の長さを６ｍｍとし、ｙ軸方向の長さを６．２ｍｍとする。また、固定コア２の厚さを０．５ｍｍ、磁石５４、５６の厚さを１．０ｍｍ、メインロータコア５０、サブロータコア５２の厚さを１．０ｍｍ、スペーサ６０（図示せず）により設けられる空間の厚さを０．５ｍｍとする。非接触型角度センサ５１がこれらの寸法の場合、上述したメインロータコア５０とサブロータコア５２との間に設けられる間隔ｒは、１ｍｍが好ましい。
【００２４】
また、固定コア２の材質を電磁軟鉄とし、磁石材質を保磁力Ｈｃ＝３６０ＫＡ／ｍの材料とし、メインロータコア５０、サブロータコア５２の材質を電磁軟鉄とし、メインロータコア５０がなす弧の角度を２００度とする。なお、非接触型角度センサ５１が上述の寸法の場合、メインロータコア５０がなす弧の角度は２００度であり、サブロータコア５２がなす弧の角度は約１６０度であることが好ましい。
また、比較する対象として、３種類の上述した従来の非接触型角度センサ１２を用いた。これら３種類の非接触型角度センサ１２は、ロータコア８’のなす弧の角度（以下、ロータコア角度という）がそれぞれ、１８０度、２００度、２２０度である。
【００２５】
図２１は、回転角度と、メインロータコア５０（ロータコア８’）がその回転角度の位置にある場合の磁気センサ６が検出する磁束密度との関係を示し、横軸が回転角度で、縦軸が磁束密度を表すグラフである。横軸が回転角度を表し、縦軸が磁束密度を表す。また、本発明の非接触型角度センサ５１が最も太い実線で表され、ロータコア角度が１８０度、２００度、２２０度である非接触型角度センサ１２がそれぞれ破線、一点鎖線、細い実線で表される。このことは以下で説明する図２１においても同様である。
上述したように、磁気センサ６が検出した磁界の強度に応じて電圧を出力し、その出力された電圧で、メインロータコア５０（ロータコア８’）の回転角度を求める。つまり、その回転角度に比例した磁束密度を検出できれば、その非接触型角度センサ５１は正確な角度検出を出来るということである。従って、図２０に示すグラフにおいて、正確な線形性をもつ非接触型角度センサが正確な角度検出を行うことが出来るということである。図２１から明らかに、本発明の非接触型角度センサ５１が最も正確な線形性を有し、他の従来の非接触型角度センサ１２と比べて、正確であることが理解できよう。
【００２６】
図２２はメインロータコア５０（ロータコア８’）の回転角度と偏差との関係を示し、横軸を回転角度、縦軸が偏差であるグラフである。ここで、図２３を用いて、偏差について説明する。偏差とは、図２３に示すように、図２１で示した任意の非接触型角度センサが示すグラフＡと、完全に線形性を有するグラフＢとを用いて、メインロータコア５０もしくはサブロータコア８’の任意の回転角度ωでのグラフＡ、グラフＢの磁束密度をｙＡ、ｙＢとし、Δｙ＝ｙＡ−ｙＢとする。また、メインロータコア５０（ロータコア８’）の回転角度が８０度である場合の磁束密度と、メインロータコア５０（ロータコア８’）の回転角度が−８０度である場合の磁束密度との差の絶対値をｙとすると、回転角度ωにおいての偏差Ｄは、Ｄ＝│Δｙ│／ｙで表される。
図２２からも明らかなように、本発明の非接触型角度センサ５１の偏差の値は、従来の他の非接触型角度センサ１２の偏差の値と比較して小さく、また線形性を有している。これにより、本発明の非接触型角度センサ５１は従来の他の非接触型角度センサ１２よりも優れていることが理解されよう。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】図１Ａは従来の非接触型角度センサ１の斜視図、図１Ｂは磁気センサ６の斜視図、図１Ｃは非接触型角度センサ９の斜視図である。
【図２】非接触型角度センサ１２の斜視図。
【図３】非接触型角度センサ１２の回転軸１０を省略した斜視図であり、図３Ａはロータコア８’の回転角度が０度の場合、図３Ｂはロータコア８’の回転角度が８０度の場合、図３Ｃはロータコア８’の回転角度が−８０度の場合である。
【図４】非接触型角度センサ１２を真上から見た平面図であり、図４Ａはロータコア８’の回転角度が０度の場合、図４Ｂはロータコア８’の回転角度が８０度の場合、図４Ｃはロータコア８’の回転角度が−８０度の場合である。
【図５】ロータコア８もしくはロータコア８’を真上から見た平面図で、一定の部分（斜線部分）で磁気飽和現象が生じていることを示す図であり、図５Ａはロータコア８について示す図、図５Ｂはロータコア８’について示す図である。
【図６】図６Ａはロータコア８’の回転角度が０度である場合に、ロータコア８’の磁石４４’側の側平面８’Ｂに磁石４４’からの磁束群３０が侵入することを示す図、図６Ｂはロータコア８’の回転角度が８０度である場合のロータコア８’の側平面８’Ｂ付近と側平面８’Ｄ付近の磁束の動きを示した図である。
【図７】図７Ａはロータコア８’の回転角度が０度の場合において、非接触型角度センサを真上から見た平面図に曲線ＢＢ’を付した図、図７Ｂはロータコア８’の回転角度が０度の場合のロータコア８’、磁石４２’、磁石４４’の曲線ＢＢ’の断面を直線状に展開して磁界を示した図、図７Ｃはロータコア８’の回転角度が８０度の場合において、非接触型角度センサを真上から見た平面図に曲線ＢＢ’を付した図、図７Ｄはロータコア８’の回転角度が８０度の場合のロータコア８’、磁石４２’、磁石４４’の曲線ＢＢ’の断面を直線状に展開して磁界を示した図である。
【図８】この発明の非接触型角度センサ５１の斜視図。
【図９】この発明の非接触型角度センサ５１において、磁気センサ６から見て、向かって右側から見た平面図。
【図１０】この発明の非接触型角度センサ５１を分解した図。
【図１１】この発明の非接触型角度センサ５１の回転軸１０とスペーサ６０を省略した斜視図。
【図１２】この発明の非接触型角度センサ５１の回転軸１０とスペーサ６０を省略した斜視図であり、図１２Ａはメインロータコア５０の回転角度が０度の場合、図１２Ｂはメインロータコア５０の回転角度が８０度の場合、図１２Ｃはメインロータコア５０の回転角度が−８０度の場合である。
【図１３】この発明の非接触型角度センサ５１を真上から見た平面図に曲線ＢＢ’を付した図であり、図１３Ａはメインロータコア５０の回転角度が０度の場合、図１３Ｂはメインロータコア５０の回転角度が８０度の場合、図１３Ｃはメインロータコア５０の回転角度が−８０度の場合である。
【図１４】メインロータコア５０の回転角度が０度の場合のメインロータコア５０、サブロータコア５２、磁石５４、磁石５６の曲線ＢＢ’の断面を直線状に展開して主な磁界を示した図。
【図１５】メインロータコア５０、サブロータコア５２、磁石５４、磁石５６の曲線ＢＢ’の断面を直線状に展開して主な磁界を示した図であり、図１５Ａはメインロータコア５０の回転角度が０度の場合、図１５Ｂはメインロータコア５０の回転角度が８０度の場合、図１５Ｃはメインロータコア５０の回転角度が−８０度の場合である。
【図１６】メインロータコア５０の回転角度が０度の場合において、メインロータコアとサブロータコア５２との間隔ｒを所定値より長く設けた場合の主な磁界を示した図。
【図１７】メインロータコア５０の回転角度が０度の場合において、メインロータコアとサブロータコア５２との間隔ｒが極めて短く、もしくは０である場合の主な磁界を示した図。
【図１８】この発明の非接触型角度センサ５１において、磁気センサ６を２つ設けた場合の斜視図。
【図１９】実験で使用したこの発明の非接触型角度センサ５１を真上から見て、各々の部分の寸法を記した平面図。
【図２０】実験で使用した非接触型角度センサ５１を真横から見て、各々の部分の寸法を示した平面図。
【図２１】本発明の非接触型角度センサ５１と従来の非接触型角度センサにおいて、メインロータコア５０（ロータコア８’）の回転角度と磁気センサ６が検出する磁束密度との関係を示すグラフ。
【図２２】本発明の非接触型角度センサ５１と従来の非接触型角度センサにおいて、メインロータコア５０（ロータコア８’）の回転角度と偏差の関係を示すグラフ。
【図２３】偏差を説明するためのグラフ。
【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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【図２３】
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