(57)【要約】【課題】磁束発生手段と磁気検出チップに組付ズレがあっても、回転角度に応じて磁気検出チップに磁束の向きを変える手段として、磁束発生手段の内側に磁気検出チップを配置する技術が知られているが、磁束発生手段と磁気検出チップを回転軸方向に距離を隔てて配置することができず、用途が限られてしまう。【解決手段】磁束付与磁石１１と磁束吸引磁石１２は、回転軸方向に着磁された着磁方向が逆方向の磁石である。これによって回転軸方向に距離Ｌを隔てて配置しても、磁気検出チップ３に磁束ａ１  を与えることができ、遮蔽部材を挟んだ位置の磁気検出チップ３で磁束発生手段５の回転角度を検出できる。そして、磁束付与磁石１１と磁束吸引磁石１２を平行配置してそれぞれを長く設けることにより、磁束発生手段５と磁気検出チップ３に組付ズレがあっても、回転角度に応じた磁束を磁気検出チップ３に与えることができ、誤差の発生が防がれる。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
略回転軸上に配置され、回転軸の直交方向に磁気検出面が所定の角度を隔てて配置された２つの磁気検出素子を有する磁気検出チップと、
この磁気検出チップに対して回転軸方向に距離を隔てて配置されるとともに、回転軸方向から見て前記磁気検出チップの両側に距離を隔てて対向配置され、
回転軸方向の前記磁気検出チップが配置された側に磁束の発生部が向けられる磁束付与手段、および回転軸方向の前記磁気検出チップが配置された側に磁束の吸引部が向けられて前記磁束付与手段から放出された磁束を吸引する磁束吸引手段を備える磁束発生手段と、を具備し、
前記磁束発生手段は、前記磁束付与手段から前記磁気検出チップを介して前記磁束吸引手段に向かう磁束の流れ方向を、前記磁気検出チップの組付誤差範囲内において平行にする磁束平行化手段を備えるものであり、
前記磁気検出チップと前記磁束発生手段の相対回転角度の変化を、前記２つの磁気検出素子を通過する磁束によって検出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、
前記磁束平行化手段は、前記磁束付与手段と前記磁束吸引手段を回転軸を隔てて平行配置して、この平行方向に沿う前記磁束付与手段と前記磁束吸引手段のそれぞれの長さを長くすることによって設けられたことを特徴とする回転角度検出装置。
【請求項３】
請求項１に記載の回転角度検出装置において、
前記磁束平行化手段は、前記磁束付与手段と前記磁束吸引手段を回転軸を中心とした略扇形形状にすることによって設けられたことを特徴とする回転角度検出装置。
【請求項４】
請求項１に記載の回転角度検出装置において、
前記磁束平行化手段は、前記磁束付与手段と前記磁束吸引手段をそれぞれ複数の直方体によって構成し、その複数の直方体を回転軸を中心として円弧状に配置することによって設けられた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、
前記磁束付与手段と前記磁束吸引手段は、回転軸方向に着磁され、前記磁束付与手段と前記磁束吸引手段の着磁方向が逆方向の永久磁石であることを特徴とする回転角度検出装置。
【請求項６】
請求項５に記載の回転角度検出装置において、
永久磁石によって構成される前記磁束付与手段と前記磁束吸引手段は、
前記磁気検出チップが配置される側とは異なった側において磁性体製よりなるヨークを介して磁気結合されることを特徴とする回転角度検出装置。
【請求項７】
略回転軸上に配置された磁気検出素子と、
この磁気検出素子に対して回転軸方向に距離を隔てて配置されるとともに、回転軸方向から見て前記磁気検出素子の両側に距離を隔てて対向配置され、
回転軸方向の前記磁気検出素子が配置された側に磁束の発生部が向けられる磁束付与磁石、および回転軸方向の前記磁気検出素子が配置された側に磁束の吸引部が向けられて前記磁束付与磁石から放出された磁束を吸引する磁束吸引磁石を備える磁束発生手段と、を具備し、
前記磁束付与磁石と前記磁束吸引磁石は、前記磁気検出素子が配置される側とは異なった側において磁性体製よりなるヨークを介して磁気結合されるものであり、
前記磁気検出素子と前記磁束発生手段の相対回転角度の変化を、前記磁気検出素子を通過する磁束によって検出する回転角度検出装置。
【請求項８】
略回転軸上に配置され、回転軸の直交方向に磁気検出面が所定の角度を隔てて配置された２つの磁気検出素子を有する磁気検出チップと、
この磁気検出チップに対して回転軸方向に距離を隔てて配置されるとともに、回転軸方向から見て前記磁気検出チップの両側に距離を隔てて対向配置され、
回転軸方向の前記磁気検出チップが配置された側に磁束の発生部が向けられる磁束付与磁石、および回転軸方向の前記磁気検出チップが配置された側に磁束の吸引部が向けられて前記磁束付与磁石から放出された磁束を吸引する磁束吸引磁石を備える磁束発生手段と、を具備し、
前記磁束付与磁石と前記磁束吸引磁石は、前記磁気検出チップが配置される側とは異なった側において磁性体製よりなるヨークを介して磁気結合されるものであり、
前記磁気検出チップと前記磁束発生手段の相対回転角度の変化を、前記２つの磁気検出素子を通過する磁束によって検出する回転角度検出装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
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。
【０００２】
【従来の技術】
（第１従来技術）
２つの部材の相対回転角度を非接触で検出する従来の回転角度検出装置の概略構造を図１０（ａ）、（ｂ）を参照して説明する。
回転角度検出装置は、回転軸上に配置された磁気検出素子Ｊ１  （例えば、磁気抵抗素子：ＭＲＥ）と、回転軸方向の磁気検出素子Ｊ１  が配置された側に磁束の発生部Ｊ２  が向けられて磁気検出素子Ｊ１  に磁束を与える磁束付与磁石Ｊ３  （磁束付与手段の一例）と、回転軸方向の磁気検出素子Ｊ１  が配置された側に磁束の吸引部Ｊ４  が向けられて磁束付与磁石Ｊ３  から放出された磁束を吸引する磁束吸引磁石Ｊ５  （磁束吸引手段の一例）とを備える。なお、磁束付与磁石Ｊ３  と磁束吸引磁石Ｊ５  で磁束発生手段Ｊ６  が構成される（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
ここで、磁束付与磁石Ｊ３  と磁束吸引磁石Ｊ５  は、磁気検出素子Ｊ１  に対して回転軸方向に距離Ｌを隔てて配置されるとともに｛図１０（ａ）参照｝、回転軸方向から見て磁気検出素子Ｊ１  の周囲に距離を隔てて対向配置されたものである｛図１０（ｂ）参照｝。
そして、磁束発生手段Ｊ６  （磁束付与磁石Ｊ３  および磁束吸引磁石Ｊ５  ）と、磁気検出素子Ｊ１  との相対回転角度が変化すると、磁気検出素子Ｊ１  の磁気検出面と直交する方向の磁束密度が変化して磁気検出素子Ｊ１  の出力が変化する（図１１参照）。
【０００４】
ここで、ＭＲＥよりなる磁気検出素子Ｊ１  の出力は、図１１に示すようにサインカーブを描く。近年では検出精度を高める目的で、検出範囲のサインカーブの傾きを極力直線的にして、しかも直線化した検出範囲を広げる工夫が種々されている。
しかし、実際に直線化した検出範囲を広げるのは困難であり、現実的にはサインカーブを直線化した検出範囲は６０°（サインカーブの出力０を基準とした±３０°）が限度である。
【０００５】
（第２従来技術）
そこで、ＭＲＥよりなる磁気検出素子Ｊ１  を２つ設けて検出精度の向上と検出範囲の拡大を図る技術が提案されている。
この技術は、図１２（ａ）に示すように、磁気検出面が所定の角度（例えば、オフセット角が４５°、電気位相角が９０°）を隔てるように、２つの磁気検出素子Ｊ１  を配置するものである。なお、この２つの磁気検出素子Ｊ１  は、図１３に示すように磁気検出チップＪ７  として搭載されるものである。
そして、磁束発生手段Ｊ６  （磁束付与磁石Ｊ３  および磁束吸引磁石Ｊ５  ）と、磁気検出チップＪ７  （２つの磁気検出素子Ｊ２  ）との相対回転角度が変化すると、２つの磁気検出素子Ｊ１  の出力は、図１２（ｂ）に示すように変化する。
【０００６】
２つの出力信号は、図１２（ｂ）に示すように、９０°の電気位相差があるため、２つの磁気検出素子Ｊ１  の出力は、それぞれｓｉｎ２αとｃｏｓ２αに比例する（α＝回転角度）。
これら２つの信号は、数学的に次の式で表される。
一方の信号Ｘ（α，Ｔ）＝Ｘ０  （Ｔ）ｓｉｎ２α
他方の信号Ｙ（α，Ｔ）＝Ｙ０  （Ｔ）ｃｏｓ２α
【０００７】
２つの信号の振幅（Ｘ０  、Ｙ０  ）が同一であると仮定した場合（Ｘ０  ＝Ｙ０  ）、未知の角度αは次の式によって求められる。
α＝（１／２）  ａｒｃｔａｎ（Ｘ／Ｙ）
このように、磁気検出素子Ｊ１  を２つ設けることで、上述した第１従来技術のように磁気検出素子Ｊ１  の出力を直線化することなく、検出精度の向上と検出範囲の拡大を図ることができる（例えば、非特許文献１参照）。
【０００８】
【特許文献１】
特開２００１−３０４８０５公報
【非特許文献１】
クラウス・ディートマイヤー（Ｋｌａｕｓ  Ｄｉｅｔｍａｙｅｒ）、外１名，「ＫＭＺ４１およびＵＺＺ９００１を使用した非接触角度測定」，アプリケーション・ノートＡＮ００００４，日本フィリップス株式会社，２０００年１月１７日
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
磁束発生手段Ｊ６  （磁束付与磁石Ｊ３  および磁束吸引磁石Ｊ５  ）と、磁気検出チップＪ７  （２つの磁気検出素子Ｊ１  ）とが相対回転した場合、その回転角度と同じように、磁気検出チップＪ７  に対する磁束の向きが変わる必要がある。
このことは、組付け上の誤差等によって、磁束発生手段Ｊ６  （磁束付与磁石Ｊ３  および磁束吸引磁石Ｊ５  ）の回転中心と、磁気検出チップＪ７  （２つの磁気検出素子Ｊ１  ）の中心にズレが生じるような場合であっても成り立つように考慮されるべきである。
【００１０】
そこで、非特許文献１には、図１３に示すように、磁気検出チップＪ７  が取り付けられるべき基板Ｊ８  の上に嵩上げ部品Ｊ９  を固定し、その嵩上げ部品Ｊ９  の上に磁気検出チップＪ７  を固定して、磁気検出チップＪ７  を磁束付与磁石Ｊ３  と磁束吸引磁石Ｊ５  の内側に配置して、磁気検出チップＪ７  が取り付けられる近傍の空間の磁束の向きを均一化する技術が開示されている。
【００１１】
しかし、図１３に示すように、磁気検出チップＪ７  を磁束付与磁石Ｊ３  と磁束吸引磁石Ｊ５  の内側に配置させる技術は、本来であれば基板Ｊ８  の上に直接ハンダ付け等で磁気検出チップＪ７  を設置できる利点を放棄するものであり、上述したような嵩上げ部品Ｊ９  を必要とする。このことは、部品点数の増大を招くだけでなく、基板Ｊ８  と磁気検出チップＪ７  の配線が必要になり、配線の複雑化も招いてしまう。
【００１２】
また、磁気検出チップＪ７  を磁束付与磁石Ｊ３  と磁束吸引磁石Ｊ５  の内側に配置させる必要があるため、磁束発生手段Ｊ６  （磁束付与磁石Ｊ３  と磁束吸引磁石Ｊ５  ）から回転軸方向に距離を隔てて磁気検出チップＪ７  を配置することができない。このため、使用用途が限られてしまう。即ち、磁束発生手段Ｊ６  と磁気検出チップＪ７  を軸方向に離した回転角度検出装置（例えば、磁束発生手段Ｊ６  と磁気検出チップＪ７  の軸方向の間に隔壁等を配置するスロットルバルブの回転角度検出装置等）に適用することはできない。
【００１３】
一方、図１０（ａ）に示されるように、磁束付与磁石Ｊ３  は回転軸方向の磁気検出素子Ｊ１  が配置された側に磁束の発生部Ｊ２  が向けられ、磁束吸引磁石Ｊ５  は回転軸方向の磁気検出素子Ｊ１  が配置された側に磁束の吸引部Ｊ４  が向けられる構成により、磁束発生手段Ｊ６  （磁束付与磁石Ｊ３  と磁束吸引磁石Ｊ５  ）から回転軸方向に距離Ｌを隔てて配置される磁気検出素子Ｊ１  の磁気検出面（回転軸の直交方向に向けられた磁気検出面）に磁束ａ１  ’を与える構成を採用している。
しかし、磁気検出素子Ｊ１  とは異なった側｛図１０（ａ）では下側｝で発生する磁束ａ２  ’はなんら利用されずに無駄になっている。
【００１４】
【発明の目的】
本発明は上記の事情に鑑みてなされたものであり、次の３つの目的を有する。
第１の目的は、磁束発生手段（磁束付与手段と磁束吸引手段）と磁気検出チップ（２つの磁気検出素子）とを回転軸方向に距離を隔てて配置することができ、且つ、磁束発生手段と磁気検出チップとが、組付け上の誤差等によって回転軸の直交方向にズレるような場合であっても、磁束発生手段と磁気検出チップとが相対回転した場合に、その回転角度と同じように、磁気検出チップに対する磁束の向きが変わる検出誤差の発生のない回転角度検出装置の提供にある。
【００１５】
第２の目的は、磁束発生手段（磁束付与磁石と磁束吸引磁石）と磁気検出素子とを回転軸方向に距離を隔てて配置することができ、且つ、磁束付与磁石と磁束吸引磁石において磁気検出素子とは異なった側で発生する磁束の無駄を抑えて、磁気検出素子に与えられる磁束を強める、あるいは磁束付与磁石と磁束吸引磁石の小型軽量化を図ることのできる回転角度検出装置の提供にある。
【００１６】
第３の目的は、磁束発生手段（磁束付与磁石と磁束吸引磁石）と磁気検出チップ（２つの磁気検出素子）とを回転軸方向に距離を隔てて配置することができ、且つ、磁束付与磁石と磁束吸引磁石において磁気検出チップとは異なった側で発生する磁束の無駄を抑えて、磁気検出チップに与えられる磁束を強める、あるいは磁束付与磁石と磁束吸引磁石の小型軽量化を図ることのできる回転角度検出装置の提供にある。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
〔請求項１の手段〕
請求項１の手段の磁束発生手段は、回転軸方向の磁気検出チップが配置された側に磁束の発生部が向けられた磁束付与手段と、回転軸方向の磁気検出チップが配置された側に磁束の吸引部が向けられた磁束吸引手段とを備える。
この構成を採用することにより、磁束発生手段（磁束付与手段と磁束吸引手段）と磁気検出チップとを回転軸方向に距離を隔てて配置しても、２つの磁気検出素子に磁束を与えることができる。
これによって、磁束発生手段と磁気検出チップとを回転軸方向に距離を隔てて配置した状態で、磁束発生手段と磁気検出チップの相対回転角度が変化すると、２つの磁気検出素子から相対回転角度の変化に応じた出力が発生する。即ち、磁束発生手段と磁気検出チップとを回転軸方向に距離を隔てて配置した状態で、相対回転角度の変化を検出できる。
【００１８】
さらに、磁束付与手段から磁気検出チップを介して磁束吸引手段に向かう磁束の流れ方向を、磁気検出チップの組付誤差範囲内において平行にする磁束平行化手段が設けられている。
これによって、磁束発生手段と磁気検出チップとが、組付け上の誤差によって回転軸の直交方向にズレるような場合であっても、磁束発生手段と磁気検出チップとが相対回転した場合、その回転角度と同じように、磁気検出チップに対する磁束の向きが変わる。このため、組付け上の誤差が生じても検出誤差の発生を防ぐことができる。
【００１９】
即ち、請求項１の回転角度検出装置は、磁束発生手段と磁気検出チップとを回転軸方向に距離を隔てて配置した状態で、磁束発生手段と磁気検出チップの相対回転角度の変化を２つの磁気検出素子の出力によって検出することができるとともに、磁束発生手段と磁気検出チップとに組付け上の誤差が生じても検出誤差の発生を防ぐことができる。
【００２０】
〔請求項２の手段〕
請求項２の手段を採用する回転角度検出装置は、磁束付与手段と磁束吸引手段を回転軸を隔てて平行配置して、この平行方向に沿う磁束付与手段と磁束吸引手段のそれぞれの長さを長くすることによって磁束平行化手段を設けたものである。
このように設けることによって、磁気検出チップの組付誤差の範囲内において磁束付与手段から磁束吸引手段に向かう磁束方向を平行化できる。
【００２１】
〔請求項３の手段〕
請求項３の手段を採用する回転角度検出装置は、磁束付与手段と磁束吸引手段を回転軸を中心とした略扇形形状にすることによって磁束平行化手段を設けたものである。
このように設けることによって、磁気検出チップの組付誤差の範囲内において磁束付与手段から磁束吸引手段に向かう磁束方向を平行化できる。
【００２２】
〔請求項４の手段〕
請求項４の手段を採用する回転角度検出装置は、磁束付与手段と磁束吸引手段をそれぞれ複数の直方体によって構成し、その複数の直方体を回転軸を中心として円弧状に配置することによって磁束平行化手段を設けたものである。
このように設けることによって、磁気検出チップの組付誤差の範囲内において磁束付与手段から磁束吸引手段に向かう磁束方向を平行化できる。
【００２３】
〔請求項５の手段〕
請求項５の手段を採用する回転角度検出装置の磁束付与手段と磁束吸引手段は、回転軸方向に着磁され、磁束付与手段と磁束吸引手段の着磁方向が逆方向の永久磁石である。
このように設けることによって、磁気検出チップに対して回転軸方向に距離を隔てて配置された永久磁石よりなる磁束付与手段と磁束吸引手段から、磁気検出チップにおける２つの磁気検出素子に磁束を与えることができる。
【００２４】
〔請求項６の手段〕
請求項６の手段を採用する回転角度検出装置は、永久磁石よりなる磁束付与手段と磁束吸引手段の磁気検出チップとは異なった側に磁性体製よりなるヨークを配置し、磁束付与手段と磁束吸引手段の磁気検出チップとは異なった側をヨークで磁気結合したものである。
このように設けることによって、永久磁石よりなる磁束付与手段と磁束吸引手段において磁気検出素子とは異なった側で発生する磁束の無駄を抑えることができ、結果的に磁気検出素子に与える磁束を強めることができる。あるいは、永久磁石よりなる磁束付与手段と磁束吸引手段の小型軽量化を図ることができる。
【００２５】
〔請求項７の手段〕
請求項７の手段を採用する回転角度検出装置は、回転軸方向の磁気検出素子が配置された側に磁束の発生部が向けられた磁束付与磁石と、回転軸方向の磁気検出素子が配置された側に磁束の吸引部が向けられた磁束吸引磁石とを備える。
この構成を採用することにより、磁束発生手段（磁束付与磁石と磁束吸引磁石）と磁気検出素子とを回転軸方向に距離を隔てて配置しても、磁気検出素子に磁束を与えることができる。
これによって、磁束発生手段と磁気検出素子を回転軸方向に距離を隔てて配置した状態で、磁束発生手段と磁気検出素子の相対回転角度が変化すると、磁気検出素子から相対回転角度の変化に応じた出力が発生する。即ち、磁束発生手段と磁気検出素子とを回転軸方向に距離を隔てて配置した状態で、相対回転角度の変化を検出できる。
【００２６】
さらに、請求項７の手段を採用する回転角度検出装置は、磁束付与磁石と磁束吸引磁石の磁気検出素子とは異なった側に磁性体製よりなるヨークを配置し、磁束付与磁石と磁束吸引磁石の磁気検出素子とは異なった側をヨークで磁気結合したものである。
このように設けることによって、磁束付与磁石と磁束吸引磁石において磁気検出素子とは異なった側で発生する磁束の無駄を抑えることができ、結果的に磁気検出素子に与える磁束を強めることができる。あるいは、磁束付与磁石と磁束吸引磁石の小型軽量化を図ることができる。
【００２７】
〔請求項８の手段〕
請求項８の手段を採用する回転角度検出装置は、回転軸方向の磁気検出チップが配置された側に磁束の発生部が向けられた磁束付与磁石と、回転軸方向の磁気検出チップが配置された側に磁束の吸引部が向けられた磁束吸引磁石とを備える。
この構成を採用することにより、磁束発生手段（磁束付与磁石と磁束吸引磁石）と磁気検出チップ（２つの磁気検出素子）とを回転軸方向に距離を隔てて配置しても、磁気検出チップにおける２つの磁気検出素子に磁束を与えることができる。
これによって、磁束発生手段と磁気検出チップとを回転軸方向に距離を隔てて配置した状態で、磁束発生手段と磁気検出チップの相対回転角度が変化すると、２つの磁気検出素子から相対回転角度の変化に応じた出力が発生する。即ち、磁束発生手段と磁気検出チップとを回転軸方向に距離を隔てて配置した状態で、相対回転角度の変化を検出できる。
【００２８】
さらに、請求項８の手段を採用する回転角度検出装置は、磁束付与磁石と磁束吸引磁石の磁気検出チップとは異なった側に磁性体製よりなるヨークを配置し、磁束付与磁石と磁束吸引磁石の磁気検出チップとは異なった側をヨークで磁気結合したものである。
このように設けることによって、磁束付与磁石と磁束吸引磁石において磁気検出チップとは異なった側で発生する磁束の無駄を抑えることができ、結果的に２つの磁気検出素子に与える磁束を強めることができる。あるいは、磁束付与磁石と磁束吸引磁石の小型軽量化を図ることができる。
【００２９】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を、３つの実施例と変形例を用いて説明する。
［第１実施例］
図１〜図４を用いて第１実施例を説明する。なお、図１（ａ）は回転軸方向に沿う回転角度検出装置の概略断面図であり、図１（ｂ）は回転軸方向から見た回転角度検出装置の概略図である。また、図２はスロットルバルブに組付けられた回転角度検出装置の断面図である。
【００３０】
まず、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。
この実施例に示す回転角度検出装置は、スロットルバルブ１の回転角度（開度）を検出するためのものであり、回路基板２（固定部材）に搭載された磁気検出チップ３と、ロータ４（回転部材）に固定された磁束発生手段５とを備える。
【００３１】
磁束発生手段５が配置される空間は、エンジンの吸気側あるいは大気と繋がっているため、排気ガスや水分といった回路基板２に搭載される電子部品に悪影響をおよぼすおそれのある物質が存在する。
そこで、磁気検出チップ３と磁束発生手段５とを、図１（ａ）に示すようにロータ４の回転軸方向に距離Ｌを隔てて配置するとともに、図２に示すように磁気検出チップ３と磁束発生手段５の回転軸方向の間に遮蔽部材６を配置して、磁気検出チップ３が配置される空間と、磁束発生手段５が配置される空間とを分離している。これによって、排気ガスや水分といった電子部品に悪影響をおよぼすおそれのある物質が、回路基板２が配置される空間に侵入しない。
【００３２】
磁気検出チップ３は、図３（ａ）に示されるように、磁気検出面が４５°（所定の角度の一例）を隔てて配置された２つの磁気抵抗素子７（磁気検出素子の一例）を搭載する電気部品であり、２つの磁気抵抗素子７の磁気検出面がロータ４の回転軸の直交方向に向くとともに、２つの磁気抵抗素子７の磁気検出面（磁気検出チップ３の中心Ｏ）がロータ４の回転中心Ｏ’と一致するように配置されるものである。
【００３３】
ロータ４は、スロットルバルブ１のシャフト８にネジ等の締結手段９によって固定されるヨーク１０と、このヨーク１０に固定された磁束発生手段５とで構成される。
この磁束発生手段５は、図１（ｂ）に示すように、回転軸方向から見て、磁気検出チップ３の両側に距離を隔てて対向配置される磁束付与磁石１１（磁束付与手段の一例）と磁束吸引磁石１２（磁束吸引手段の一例）の２つの磁石によって構成される。
【００３４】
磁束付与磁石１１は、図１（ａ）に示すように、回転軸方向の磁気検出チップ３が配置された側に磁束の発生部１１ａが向けられるものであり、具体的には磁気検出チップ３が配置された側にＮ極が向くように着磁された磁石である。
磁束吸引磁石１２は、回転軸方向の磁気検出チップ３が配置された側に磁束の吸引部１２ａが向けられるものであり、具体的には磁気検出チップ３が配置された側にＳ極が向くように着磁された磁石である。
【００３５】
このような磁束付与磁石１１と磁束吸引磁石１２を用いることにより、磁束発生手段５と磁気検出チップ３とを回転軸方向に距離Ｌを隔てて配置しても、図１（ａ）に示すように、磁気検出チップ３（２つの磁気抵抗素子７の磁気検出面）に磁束ａ１  を与えることができる。
これによって、磁束発生手段５と磁気検出チップ３とが回転軸方向に距離Ｌを隔てて配置された状態であっても、磁束発生手段５と磁気検出チップ３の相対回転角度が変化すると、２つの磁気抵抗素子７から相対回転角度の変化に応じた出力が発生する。即ち、磁束発生手段５と磁気検出チップ３とを回転軸方向に距離Ｌを隔てて配置した状態で相対回転角度の変化を検出できる（第１の効果）。
【００３６】
具体的には、従来技術の項でも説明したように、２つの磁気抵抗素子７は、オフセット角が４５°、電気位相角が９０°を隔てるものであるため、ロータ４の回転に伴って磁束発生手段５（磁束付与磁石１１および磁束吸引磁石１２）が回転すると、２つの磁気抵抗素子７の出力は、図３（ｂ）に示すように変化する。
【００３７】
２つの出力信号は、図３（ｂ）に示すように、９０°の電気位相差があるため、２つの磁気抵抗素子７の出力は、それぞれｓｉｎ２αとｃｏｓ２αに比例する（α＝回転角度）。
これら２つの信号は、数学的に次の式で表される。
一方の信号Ｘ（α，Ｔ）＝Ｘ０  （Ｔ）ｓｉｎ２α
他方の信号Ｙ（α，Ｔ）＝Ｙ０  （Ｔ）ｃｏｓ２α
【００３８】
２つの信号の振幅（Ｘ０  、Ｙ０  ）が同一であると仮定した場合（Ｘ０  ＝Ｙ０  ）、未知の角度αは次の式によって求められる。
α＝（１／２）  ａｒｃｔａｎ（Ｘ／Ｙ）
このように、磁気抵抗素子７を２つ設けることで、検出精度の向上と検出範囲の拡大を図ることができる。
【００３９】
一方、ヨーク１０は鉄などの磁性体によって設けられるものであり、磁気検出チップ３が配置される側とは異なった側に配置されて、磁束付与磁石１１と磁束吸引磁石１２の磁気結合を行うものである。
このように設けることで、図１（ａ）に示すように、磁気検出チップ３が配置される側とは異なった側で発生する磁束ａ２  は、ヨーク１０を介して効率的に流れる。これによって、磁束発生手段５における磁束の無駄が抑えられるため、結果的に磁気検出チップ３に与える磁束を強めることができる。あるいは、磁束付与磁石１１と磁束吸引磁石１２の小型軽量化を図ることができる（第２の効果）。
【００４０】
ここで、磁束発生手段５には、磁束付与磁石１１から磁気検出チップ３を介して磁束吸引磁石１２に向かう磁束の流れ方向を、磁気検出チップ３の組付誤差範囲内において平行にする磁束平行化手段が設けられている。
この実施例の磁束平行化手段は、図４（ａ）に示すように、磁束付与磁石１１と磁束吸引磁石１２を直方体の磁石で設け、回転軸を隔てて平行配置するとともに、この平行方向に沿う磁束付与磁石１１と磁束吸引磁石１２のそれぞれの長さＤを長く設けたものである。
【００４１】
このことを図４（ａ）、（ｂ）を参照して説明する。
図４（ａ）に示すように、磁気検出チップ３の中心Ｏは、回転中心Ｏ’と一致するように組付けられる。
しかし、現実的には、組付誤差等によって磁気検出チップ３の中心Ｏが、回転中心Ｏ’からズレる可能性がある。
【００４２】
図４（ａ）に示すように、磁気検出チップ３の中心Ｏは、回転中心Ｏ’と一致するように組付けられた場合に、磁気検出チップ３を通過する磁束の角度がθであった場合、図４（ｂ）に示すように、磁気検出チップ３の中心Ｏが、回転中心Ｏ’から組付誤差の範囲よりも大きくズレると、磁気検出チップ３を通過する磁束の角度がθ’となってしまう（θ≠θ’）。
【００４３】
しかるに、磁束付与磁石１１と磁束吸引磁石１２のそれぞれの長さＤを長く設けたことにより、図４（ｂ）中の丸Ａ（回転中心Ｏ’を中心とした円）内に示す範囲内（磁気検出チップ３の組付誤差範囲）は、磁束付与磁石１１から磁気検出チップ３を介して磁束吸引磁石１２に向かう磁束の流れ方向が平行になる。
このため、磁気検出チップ３の中心Ｏが、回転中心Ｏ’から所定の組付誤差の範囲内でズレても、磁気検出チップ３を通過する磁束の角度が変化しなくなる。即ち、磁気検出チップ３の中心Ｏと回転中心Ｏ’が組付け上の誤差の範囲内でズレるような場合であっても、磁束発生手段５と磁気検出チップ３とが相対回転した場合、ズレの無い場合と同じように、磁気検出チップ３に対する磁束の向きが変わる。このため、組付け上の誤差が生じても検出誤差の発生が防がれる（第３の効果）。
【００４４】
［第１実施例の効果］
本実施例の回転角度検出装置は、次の４つの効果を奏することができる。
（１）回転軸方向の磁気検出チップ３が配置された側に磁束の発生部１１ａが向くように磁束付与磁石１１を設けるとともに、回転軸方向の磁気検出チップ３が配置された側に磁束の吸引部１２ａが向くように磁束吸引磁石１２を設けることにより、磁束発生手段５と磁気検出チップ３とを回転軸方向に距離Ｌを隔てて配置しても、磁気検出チップ３（２つの磁気抵抗素子７の磁気検出面）に磁束を与えることができ、２つの磁気抵抗素子７の出力によって相対回転角度の変化を検出できる。
【００４５】
（２）磁気検出チップ３が配置される側とは異なった側において磁束付与磁石１１と磁束吸引磁石１２を磁性体製のヨーク１０で磁気結合したことにより、磁気検出チップ３が配置される側とは異なった側で発生する磁束の無駄を抑えることができる。これによって、結果的に磁気検出チップ３に与える磁束を強めることができる。あるいは、磁束付与磁石１１と磁束吸引磁石１２の小型軽量化を図ることができる。
【００４６】
（３）磁束付与磁石１１と磁束吸引磁石１２を直方体の磁石で設け、回転軸を隔てて平行配置するとともに、平行方向に向く磁束付与磁石１１と磁束吸引磁石１２のそれぞれの長さＤを長く設けたことにより、磁気検出チップ３の中心Ｏが回転中心Ｏ’から所定の組付誤差の範囲内でズレても、磁気検出チップ３を通過する磁束の角度が変化しなくなる。これによって、磁気検出チップ３の中心Ｏが回転中心Ｏ’から所定の組付誤差の範囲内でズレても、検出誤差の発生を防ぐことができる。
【００４７】
（４）磁束発生手段５と磁気検出チップ３とを回転軸方向に距離Ｌを隔てて配置した状態で、磁気検出チップ３の組付位置が所定の組付誤差の範囲内でズレても、検出誤差の発生を防ぐことができる。これによって、従来技術の項で示したような嵩上げ部品（図１３の符号Ｊ９  参照）を廃止でき、磁気検出チップ３を直接回路基板２に搭載できる。このため、磁気検出チップ３を回路基板２の上に直接ハンダ付け等で設置でき、生産性が向上する。また、嵩上げ部材を用いないため、嵩上げ部品を用いることによる配線の複雑化も解消できる。
【００４８】
［第２実施例］
図５〜図７を用いて第２実施例を説明する。なお、この第２実施例以降における第１実施例と同一符号は、特に説明を加えない限り同一機能物を示すものである。
上記の第１実施例は、磁束付与磁石１１と磁束吸引磁石１２を直方体の磁石で設け、回転軸を隔てて平行配置し、平行方向に向く磁束付与磁石１１と磁束吸引磁石１２のそれぞれの長さＤを長く設けることで、磁気検出チップ３の組付誤差範囲内の磁束の流れ方向を平行にした例を示した。
【００４９】
これに対し、この第２実施例では、図５（ｂ）に示すように、磁束付与磁石１１と磁束吸引磁石１２を回転軸を中心とした略扇形形状に設けることで、磁気検出チップ３の組付誤差範囲内の磁束の流れ方向を平行にしたものである。
このことを具体的に説明する。
磁束付与磁石１１と磁束吸引磁石１２の形状は、回転軸方向の厚さα、内径寸法β、外径寸法γ、扇角度δで決定されるが、厚さα、内径寸法β、外径寸法γは、磁気検出チップ３に与える磁束の強さに影響を与えるが、磁束付与磁石１１から磁束吸引磁石１２に向かう磁束の流れ方向にあまり寄与しない。
【００５０】
扇角度δが適切でない場合の磁束の流れを図６（ａ）、（ｂ）に示す。図６（ａ）は扇角度δが適切範囲よりも小さい場合を示すものであり、図６（ｂ）は扇角度δが適切範囲よりも大きい場合を示すものである。
扇角度δが適切範囲よりも小さい場合、回転中心Ｏ’から離れるにつれて磁束の向きが外側に膨らむ。このため、回転中心Ｏ’における磁束の角度がθの場合、図６（ａ）に示すように、磁気検出チップ３の中心Ｏが回転中心Ｏ’から大きくズレると、磁気検出チップ３を通過する磁束の角度がθ’となり、θとθ’とに角度差が生じてしまう（θ≠θ’）。
【００５１】
逆に、扇角度δが適切範囲よりも大きい場合、回転中心Ｏ’から離れるにつれて磁束の向きが内側に凹む。このため、回転中心Ｏ’における磁束の角度がθの場合、図６（ｂ）に示すように、磁気検出チップ３の中心Ｏが回転中心Ｏ’から大きくズレると、磁気検出チップ３を通過する磁束の角度がθ’となり、θとθ’とに角度差が生じてしまう（θ≠θ’）。
【００５２】
本願発明者等は、磁束の向きが外側に膨む、内側に凹むというように傾向が逆になることから、最適な扇角度を含めた磁石形状が存在すると考え、種々の形状のシュミレーションや試作品で特性を求めた。
磁束発生手段５と磁気検出チップ３との回転軸方向の距離Ｌが３ｍｍ、磁気検出チップ３の中心Ｏの磁束発生手段５の回転中心Ｏ’に対する中心ズレがＸ方向（回転軸の直交方向の任意の線方向）に１．２ｍｍ、Ｙ方向（回転軸の直交方向で、且つＸ方向の直交方向）に１．２ｍｍと想定し、内径寸法β、外径寸法γ、扇角度δのそれぞれ１つを変化させて、上述した磁束角度θとθ’の角度差（θ−θ’）の変化を求めた。この角度差（θ−θ’）の変化を、図７（ａ）〜（ｃ）に示す。ここで、角度差（θ−θ’）は、回転角度検出装置の誤差となって現れる。
なお、図７（ａ）は内径寸法βを変化させた場合における角度差（θ−θ’）の変化量を示すグラフ、図７（ｂ）は外径寸法γを変化させた場合における角度差（θ−θ’）の変化量を示すグラフ、図７（ｃ）は扇角度δを変化させた場合における角度差（θ−θ’）の変化量を示すグラフである。
【００５３】
図７（ａ）、（ｂ）から読み取れるように、内径寸法βや外径寸法γを変化させても、角度差（θ−θ’）はあまり変化しない。
図７（ｃ）から読み取れるように、角度差（θ−θ’）が最も小さくなるのは、扇角度δが１１０°付近であり、１１０°から扇角度δが大きくなる、あるいは１１０°から扇角度δが小さくなるに従って、角度差（θ−θ’）が大きくなってしまう。
角度差（θ−θ’）が最も小さくなる扇角度δは、距離Ｌを３ｍｍ±０．５ｍｍの範囲で変化させても１１０°付近であった。
即ち、扇角度δを略１１０°に設けることにより、回転軸方向から見て、磁束付与磁石１１から磁束吸引磁石１２へ流れる磁束の向きを広い範囲にて平行にできる。
【００５４】
上述したように、磁束付与磁石１１と磁束吸引磁石１２を回転軸を中心とした略扇形形状に設け、その扇角度δを略１１０°に設けることにより、磁気検出チップ３の中心Ｏが回転中心Ｏ’から組付誤差等によってズレても、磁気検出チップ３を通過する磁束の角度が変化しなくなる。これによって、磁気検出チップ３の中心Ｏが回転中心Ｏ’から組付誤差等によってズレても、検出誤差の発生を防ぐことができる。
【００５５】
なお、扇角度δは、１１０°付近が最も好ましい。しかるに、角度差（θ−θ’）を０．５°以下に抑える場合は、扇角度δを１１０°±１０°以内とするものである。また、角度差（θ−θ’）を１°以下に抑える場合は、扇角度δを１１０°±２０°以内とすることで達成できる。
さらに、角度差（θ−θ’）を１．５°以下に抑える場合は、扇角度δを１１０°±３０°以内とするものでり、角度差（θ−θ’）を２°以下に抑える場合は、扇角度δを１１０°±４０°以内とすることで達成できる。
【００５６】
［第３実施例］
図８を用いて第３実施例を説明する。なお、図８は回転角度検出装置を回転軸方向から見た概略図である。
上記の第２実施例は、磁束付与磁石１１と磁束吸引磁石１２を回転軸を中心とした略扇形形状に設けることで、磁気検出チップ３が搭載される近傍の磁束の流れ方向を平行にした例を示した。
【００５７】
これに対し、この第３実施例は、磁束付与磁石１１と磁束吸引磁石１２を、それぞれ複数の直方体磁石１１ｂ、１２ｂによって構成し、その複数の直方体磁石１１ｂ、１２ｂを回転軸を中心として円弧状に配置したものであり、複数の直方体磁石１１ｂ、１２ｂによって第２実施例で示した扇形形状の磁石に近似させるものである。
このように設けることにより、扇形形状の磁石を用いた第２実施例と同様の効果を得ることができる。
なお、図８では、それぞれ２つの直方体磁石１１ｂ、１２ｂによって磁束付与磁石１１と磁束吸引磁石１２を構成した例を示したが、３つ以上の直方体磁石１１ｂ、１２ｂによって磁束付与磁石１１と磁束吸引磁石１２を構成して良いことはいうまでもない。
【００５８】
複数の直方体磁石１１ｂ、１２ｂによって近似的に形成される扇角度δは、第２実施例と同様の考え方で決定される。即ち、扇角度δは、１１０°付近が最も好ましく、角度差（θ−θ’）を０．５°以下に抑える場合は扇角度δを１１０°±１０°以内とし、角度差（θ−θ’）を１°以下に抑える場合は扇角度δを１１０°±２０°以内とし、角度差（θ−θ’）を１．５°以下に抑える場合は扇角度δを１１０°±３０°以内とし、角度差（θ−θ’）を２°以下に抑える場合は扇角度δを１１０°±４０°以内とするものである。
【００５９】
〔変形例〕
上記の実施例では、磁気検出素子の一例として磁気抵抗素子７（ＭＲＥ）を用いた例を示したが、ホール素子、ホールＩＣなど、他の磁気検出素子を用いても良い。
ここで、磁気抵抗素子７（ＭＲＥ）に代えて、ホール素子を用いた場合、ホール素子は、ホール素子の感度方向に与えられる磁束密度に比例した信号を発生するものであるため、組付誤差によってホール素子に与えられる磁束の向きがθからθ’に変化すると、検出誤差が発生する。具体的に、組付誤差によって変化する磁束の傾きをθ’、ホール素子に与えられる磁束密度の大きさをＢｇ、ホール素子の出力をＨｏｕｔ  とした場合、Ｈｏｕｔ  ＝Ｂｇ×ｃｏｓθ’となる。このため、ホール素子を用いる場合であっても、上記実施例で示したように、例え組付誤差が生じても、ホール素子の感度方向に与えられる磁束の向きが変化しないように、ホール素子の組付誤差の範囲で平行磁場を作る必要がある。
【００６０】
上記の実施例では、磁気検出チップ３に所定のオフセット角をなす２つの磁気検出素子（実施例では磁気抵抗素子７）を用い、２つの出力とａｒｃｔａｎ（アークタンジェント）で回転角度αを求めるとともに、磁束平行化手段も設けた例を示した。
しかるに、磁性体製のヨーク１０を用いる効果を得るのが目的の場合は、磁気検出素子を２つ用いる必要はなく、あるいは磁束平行化手段を設ける必要もなく、１つの磁気検出素子の出力で回転角度を求める回転角度検出装置に磁性体製のヨーク１０を用いて磁束発生手段５の効率化を図っても良い（請求項７に対応）。
【００６１】
上記の実施例では、磁気検出チップ３に所定のオフセット角をなす２つの磁気検出素子（実施例では磁気抵抗素子７）を用い、２つの出力とａｒｃｔａｎ（アークタンジェント）で回転角度αを求めるとともに、磁束平行化手段を設けた例を示した。
しかるに、磁性体製のヨーク１０を用いる効果を得るのが目的の場合は、磁束平行化手段を設ける必要はなく、２つの磁気検出素子の出力で回転角度を求める回転角度検出装置に磁性体製のヨーク１０を用いて磁束発生手段５の効率化を図っても良い（請求項８に対応）。
【００６２】
上記の実施例では、磁束平行化手段の一例として、磁束付与磁石１１および磁束吸引磁石１２を平行に設けて長くする例、扇形形状の磁石で磁束付与磁石１１および磁束吸引磁石１２を設ける例、複数の直方体の磁石を円弧状に配置する例を示した。
しかるに、着磁方向や着磁の密度を操作することによって磁束平行化手段を設けても良い。
【００６３】
上記の実施例では、磁束付与手段と磁束吸引手段をそれぞれ独立した永久磁石で構成した例を示したが、１つの磁石の一方または両方に磁性体を接合することで磁束付与手段や磁束吸引手段を設けても良い。
具体的な一例として、磁束付与手段または磁束吸引手段の一方を磁石で設け、磁束付与手段または磁束吸引手段の他方を鉄で設ける場合（磁石と鉄はヨーク１０等で磁気連結される）を説明する。
組付誤差の範囲で平行磁場を作る目的で、磁束付与手段と磁束吸引手段を、第２実施例で示したように、略扇形形状（円弧状）に設ける場合では、例えば鉄製の磁束付与手段または磁束吸引手段の他方の扇角度を１１０°に設ける場合、磁石よりなる磁束付与手段または磁束吸引手段の一方の扇角度δは、図９に示すように、１２５°付近が最も好ましい。なお、角度差（θ−θ’）を０．５°以下に抑える場合は、磁石の扇角度δを１２５°±２．５°以内とし、角度差（θ−θ’）を１°以下に抑える場合は、磁石の扇角度δを１１０°±５°以内とすることで達成できる。
【００６４】
上記の実施例では、磁気検出チップ３を固定し、磁束発生手段５を回転させた例を示したが、逆に磁束発生手段５を固定し、磁気検出チップ３を回転させる構造を採用しても良い。
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１の開度を検出する例を示したが、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ように設けても良い。
【図面の簡単な説明】
【図１】回転角度検出装置の回転軸方向に沿う概略断面図および回転軸方向から見た概略図である（第１実施例）。
【図２】スロットルバルブに組付けられた回転角度検出装置の断面図である（第１実施例）。
【図３】２つの磁気検出素子（磁気抵抗素子）のオフセット角を示す図および出力波形を示すグラフである（第１実施例）。
【図４】磁束平行化手段の説明図である（第１実施例）。
【図５】回転角度検出装置の回転軸方向に沿う概略断面図および回転軸方向から見た概略図である（第２実施例）。
【図６】磁束平行化手段の説明図である（第２実施例）。
【図７】内径寸法、外径寸法、扇角度を変化させた場合の角度差の変化を示すグラフである（第２実施例）。
【図８】回転角度検出装置を回転軸方向から見た概略図である（第３実施例）。
【図９】扇角度を変化させた場合の角度差の変化を示すグラフである（変形例）。
【図１０】回転角度検出装置の回転軸方向に沿う概略断面図および回転軸方向から見た概略図である（第１従来技術）。
【図１１】磁気検出素子（磁気抵抗素子）の出力波形を示すグラフである（第１従来技術）。
【図１２】２つの磁気検出素子（磁気抵抗素子）のオフセット角を示す図および出力波形を示すグラフである（第２従来技術）。
【図１３】回転角度検出装置の回転軸方向に沿う概略断面図および回転軸方向から見た概略図である（第２従来技術）。
【符号の説明】
３    磁気検出チップ
５    磁束発生手段
７    磁気抵抗素子（磁気検出素子）
１０    ヨーク
１１    磁束付与磁石（磁束付与手段）
１１ａ  磁束の発生部
１２    磁束吸引磁石（磁束吸引手段）
１２ａ  磁束の吸引部
Ａ    磁気検出チップの組付誤差範囲
Ｄ    磁束付与磁石および磁気吸引磁石の平行方向の長さ
Ｌ    磁束発生手段と磁気検出チップの回転軸方向の距離
【図１】
2004361119.tif 000003
【図２】
2004361119.tif 000004
【図３】
2004361119.tif 000005
【図４】
2004361119.tif 000006
【図５】
2004361119.tif 000007
【図６】
2004361119.tif 000008
【図７】
2004361119.tif 000009
【図８】
2004361119.tif 000010
【図９】
2004361119.tif 000011
【図１０】
2004361119.tif 000012
【図１１】
2004361119.tif 000013
【図１２】
2004361119.tif 000014
【図１３】
2004361119.tif 000015