(57)【要約】【課題】磁石は、温度によって磁束が変化する特性を有しており、磁束密度が０の時に、温度特性の変化が最も少なくなるため、磁束密度０付近の磁気検出精度が高い。そこで、検出精度が最も要求されるスロットルバルブの０°付近を磁束密度０に設定すると、９０°以上を検出することができない。【解決手段】ホールＩＣ６に一定の磁束密度を与えて、主磁石４からホールＩＣ６に与えられる磁束密度をオフセットする補助磁石８を２つのホールＩＣ６の間に固定配置する。これによって、磁束密度が０となる角度を補助磁石８によって変更できる。このため、検出精度が最も要求される角度０°付近を磁束密度０に設定しつつ、検出角度の範囲を９０°以上に拡大できる。【選択図】　　　　図１
2004125401.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁気検出素子と、この磁気検出素子に磁力を与える主磁石とを備え、前記磁気検出素子と前記主磁石の相対回転角の変化を、前記磁気検出素子に与えられる磁力によって検出する回転角検出装置において、
前記磁気検出素子に与えられる磁力は、
前記磁気検出素子に対して常に相対回転角が変化せず、且つ前記磁気検出素子あるいは前記主磁石に一定の磁力を与える補助磁石によって変更されることを特徴とする回転角検出装置。
【請求項２】
請求項１に記載の回転角検出装置において、
前記主磁石のみが前記磁気検出素子に与える磁力が０になった場合でも、前記補助磁石の影響によって前記磁気検出素子に与えられる磁力が０にならず、
前記磁気検出素子と前記主磁石の相対回転角が、前記補助磁石の前記磁気検出素子に与える磁力に相当する磁力変化分回転した時に、前記磁気検出素子に与えられる磁力が０になることを特徴とする回転角検出装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の回転角検出装置において、
前記主磁石が前記磁気検出素子に与える最大時の磁力は、前記補助磁石が前記磁気検出素子に与える磁力より強く設定されることを特徴とする回転角検出装置。
【請求項４】
請求項１〜請求項３のいずれかに記載の回転角検出装置において、
前記主磁石と前記補助磁石は、ともに温度特性が同一の永久磁石であることを特徴とする回転角検出装置。
【請求項５】
請求項１〜請求項４のいずれかに記載の回転角検出装置において、
前記補助磁石は、前記磁気検出素子の近傍に配置されて、前記磁気検出素子に対して磁力を与えることを特徴とする回転角検出装置。
【請求項６】
請求項１〜請求項４のいずれかに記載の回転角検出装置において、
前記補助磁石は、前記主磁石に対して磁力を与えることを特徴とする回転角検出装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、２の部材（例えば、回転部材と非回転部材）の相対回転角を検出する回転角検出装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の回転角検出装置の概略構造を図７を参照して説明する。
回転角検出装置は、直径方向に分割された略円筒状を呈し、分割部の磁石配置ギャップＪ１　に同一方向に向く磁極の磁石Ｊ２　が配置された磁性体製のロータＪ３　と、このロータＪ３　の内部に配置され、直径方向に分割された略円柱状を呈し、分割部の磁気検出ギャップＪ４　に磁気検出素子Ｊ５　（例えば、ホールＩＣ）が配置された磁性体製のステータＪ６　とを備える。そして、磁石Ｊ２　と磁気検出素子Ｊ５　との相対回転角が変化すると、磁気検出素子Ｊ５　を通過する磁束密度（磁力）が変化して磁気検出素子Ｊ５　の出力信号が変化する。
即ち、回転角検出装置は、磁気検出素子Ｊ５　の出力信号に基づいて、磁石Ｊ２　側の部材と、磁気検出素子Ｊ５　側の部材との相対回転角を検出するものである（例えば、特許文献１〜４参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００１−３１７９０９公報
【特許文献２】
特開２００１−４３１５公報
【特許文献３】
特開２００１−９１２０８公報
【特許文献４】
特開２００１−２８９６０９公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記構成を採用する回転角検出装置における典型的な回転角と磁気検出素子Ｊ５　を通過する磁束密度（以下、磁気検出素子Ｊ５　を通過する磁束密度を、単に磁束密度と称す）の関係を図２（ａ）に示す。この図２（ａ）に示されるように、±９０°で磁束密度が折り返すため、検出限界は±９０°の範囲になる。
一般的に、磁石Ｊ２　として永久磁石が用いられる。永久磁石は、温度によって磁束が変化する特性を有している。しかし、磁束密度が０（ｍＴ、以下単位省略）の時に、温度特性の変化が最も少なくなる。このため、磁束密度０付近の磁気検出精度が高くなる。
【０００５】
ここで、例えば回転角検出装置をスロットルバルブの開度を検出する手段に用いる場合、アイドリング付近の微少開度を高い精度で検出する要求のために、磁束密度０付近をスロットルバルブの０°位置として使用する要求がある。
すると、スロットルバルブの検出範囲は、０〜９０°の範囲に限られてしまい、９０°以上を検出することができなくなってしまう。
即ち、スロットルバルブに適用する場合に限らず、従来の回転角検出装置は、角度０°の基準角を磁束密度０付近に設定すると、９０°以上を検出することができなくなってしまう。
【０００６】
また、回転角検出装置の近傍にモータ等の磁力を発生する外部機器が配置される場合が想定される。すると、その外部機器の影響で磁気検出素子Ｊ５　の受ける磁束密度が変化してしまい、回転角検出装置の検出精度が低下する不具合が発生する。
即ち、回転角検出装置の外部から磁力を受けて、回転角検出装置の検出精度が低下する場合がある。
【０００７】
【発明の目的】
本発明の回転角検出装置は、磁石（主磁石）によって磁気検出素子に与えられる磁束密度を異なる値に変更（オフセット）させることで、上記の不具合を解消すること目的としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
〔請求項１の手段〕
請求項１の手段を採用する回転角検出装置は、磁気検出素子と、この磁気検出素子に磁力を与える主磁石とを備え、磁気検出素子と主磁石の相対回転角の変化を、磁気検出素子に与えられる磁力によって検出するものであり、磁気検出素子に与えられる磁力は、磁気検出素子に対して常に相対回転角が変化せず、且つ磁気検出素子あるいは主磁石に一定の磁力を与える補助磁石によって変更されることを特徴とする。
【０００９】
この結果、温度特性によって磁束密度が変化しない磁束密度０付近に角度０°の基準角を設定しつつ、検出角度の範囲を９０°以上に拡大することが可能になる。
一方、回転角検出装置の近傍にモータ等の磁力を発生する外部機器等が配置されるなど、回転角検出装置の外部から磁力を受ける場合であっても、外部から与えられる磁力を補助磁石で打ち消すことが可能になり、回転角検出装置の検出精度の低下を防ぐことができる。
【００１０】
〔請求項２の手段〕
請求項２の手段を採用する回転角検出装置は、主磁石のみが磁気検出素子に与える磁力が０になった場合でも、補助磁石の磁力の影響によって磁気検出素子に与えられる磁力が０にならず、磁気検出素子と主磁石の相対回転角が、補助磁石の磁気検出素子に与える磁力に相当する磁力変化分回転した時に、磁気検出素子に与えられる磁力が０になる。
つまり、主磁石により磁束密度が０となる角度を補助磁石によって他の角度に変化させることができる。
このため、温度特性によって磁束密度が変化しない磁束密度０付近に角度０°の基準角を設定しつつ、検出角度の範囲を９０°以上に拡大することができる。
【００１１】
〔請求項３の手段〕
請求項３の手段を採用する回転角検出装置では、主磁石が磁気検出素子に与える最大時の磁力は、補助磁石が磁気検出素子に与える磁力より強く設定される。
つまり、磁束密度が０となる角度を補助磁石によって他の角度に変更させることができる。
このため、温度特性によって磁束密度が変化しない磁束密度０付近に角度０°の基準角を設定しつつ、検出角度の範囲を９０°以上に拡大することができる。
【００１２】
〔請求項４の手段〕
請求項４の手段を採用する回転角検出装置の主磁石と補助磁石は、ともに温度特性が同一の永久磁石である。
このため、温度変化によって補助磁石によるオフセット量が変化する不具合を回避できる。
【００１３】
〔請求項５の手段〕
請求項５の手段を採用する回転角検出装置の補助磁石は、磁気検出素子の近傍に配置されて、磁気検出素子に対して磁力を与える。
このように設けられることにより、磁気検出素子が補助磁石によって直接的にオフセットされる。
【００１４】
〔請求項６の手段〕
請求項６の手段を採用する回転角検出装置の補助磁石は、主磁石に対して磁力を与える。
このように設けられることにより、主磁石が磁気検出素子に与える磁力が変化し、その結果として磁気検出素子がオフセットされる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を、複数の実施例と変形例を用いて説明する。
［第１実施例］
図１、図２を用いて第１実施例を説明する。まず、図１を参照して回転角検出装置の基本構成を説明する。なお、図１は回転角検出装置を回転の軸方向から見た図である。
この実施例に示す回転角検出装置は、例えばスロットルバルブ（回転部材）の開度を検出するためのものであり、スロットルバルブと図示しない部材を介して一体に回転する略筒状のロータ１と、このロータ１の内部に配置され、固定部材（非回転部材）に設けられたステータ２とを備える。
【００１６】
ロータ１は、ステータ２の周囲に同芯的に配置されたものであり、ロータ１とステータ２との間は、接触しないように隙間が設けられている。このロータ１は、直径方向に分割された断面が略円筒状を呈した磁性体製（例えば、鉄）であり、２つの対向する分割部に形成された磁石配置ギャップ３のそれぞれには同一方向に着磁された主磁石４（永久磁石）が固定されている。このような構成を採用することにより、分割されたロータ１の一方がＮ極の極性を持ち、分割されたロータ１の他方がＳ極の極性を持つ。
【００１７】
なお、ロータ１は、図１に示すように略楕円形状に設けられており、分割されたロータ１の中心部分（２つの主磁石４の中間部分のロータ１）において、最もステータ２に接近するように設けられている。
【００１８】
ステータ２は、ロータ１の中心に同芯的に配置されたものであり、直径方向に分割された略円柱状または多角形状を呈した磁性体製（例えば鉄）であり、その分割部に形成された磁気検出ギャップ５に２つのホールＩＣ６が固定されている。このホールＩＣ６は、ホール素子（磁気検出素子の一例）と信号増幅回路とを一体化したＩＣであり、磁気検出ギャップ５を通過する磁束密度（ホールＩＣ６を通過する磁束密度）に応じた電圧信号を出力する。
【００１９】
なお、ステータ２における磁気検出ギャップ５の両側には、円弧状に窪んだ大ギャップ部７が形成されている。この大ギャップ部７を形成することにより、ステータ２を流れる磁束がホールＩＣ６に集中して流れる。また、大ギャップ部７を円弧状に形成することにより、ロータ１から与えられる磁束をより多くステータ２に流すことができる。
【００２０】
ここで、ひとまず上記構成（後述する補助磁石８を搭載しない状態）における回転角検出装置の作動を説明する。なお、この作動説明では、磁石配置ギャップ３と磁気検出ギャップ５とが直線上に一致する位置（図１参照）の回転角を０°とする。
【００２１】
後述する補助磁石８を搭載しない回転角検出装置は、磁石配置ギャップ３と磁気検出ギャップ５とが直線上に一致する位置（この位置の回転角は９０°）において、主磁石４のＮ極→ロータ１の一方→ステータ２の一方→磁気検出ギャップ５→ステータ２の他方→ロータ１の他方→主磁石４のＳ極の経路で磁束が流れる磁気回路が形成される。
上記の状態から、スロットルバルブとともにロータ１が回転すると、磁束の一部がステータ２の一方のみに流れるようになるため、磁気検出ギャップ５を通過する磁束が減る。
【００２２】
即ち、図２（ａ）に示すように、ロータ１の回転角が９０°の時にホールＩＣ６を通過する磁束密度が最大になり、ロータ１の回転角が９０°より増加しても、逆に９０°より減少しても、回転角に応じて磁気検出ギャップ５を通過する磁束量が減少し、ホールＩＣ６を通過する磁束密度が減少する。
そして、回転角が０°の位置では、磁束密度は完全にステータ２の一方のみを流れ、ステータ２の一方から他方へは流れなくなる。即ち、磁気検出ギャップ５を磁束が通過しなくなり、ホールＩＣ６を通過する磁束密度が０になる。
【００２３】
さらに、回転角が０°よりもマイナス側に回転すると、回転角に応じて磁気検出ギャップ５を通過する反対方向の磁束量が増加し、ロータ１の回転角が−９０°の時にホールＩＣ６を通過する逆向きの磁束密度が最大になる。
回転角が−９０°よりもさらにマイナス側に回転すると、回転角に応じて磁気検出ギャップ５を通過する反対方向の磁束量が減少を始め、ホールＩＣ６を通過する逆向きの磁束密度が減少する。
【００２４】
［実施例の特徴］
従来技術の項でも説明したように、スロットルバルブの開度を検出する回転角検出装置は、微少開度（アイドリング付近）を高い精度で検出する要求のために、磁束密度０付近をスロットルバルブの０°位置として使用する要求がある。
すると、回転角検出装置の検出範囲は、０〜９０°の範囲に限られてしまい、回転角検出装置で９０°以上を検出することができない。
【００２５】
そこで、この実施例の回転角検出装置は、ホールＩＣ６に対して常に相対回転角が変化せず、且つホールＩＣ６に一定の磁束密度を与えて、ホールＩＣ６の検出する磁束密度をオフセットする補助磁石８をホールＩＣ６の近傍に固定配置している。
具体的に、この実施例の補助磁石８は、磁気検出ギャップ５の中央、即ち２つのホールＩＣ６の間の回転軸の中心に固定されたものであり、ホールＩＣ６の磁束通過方向（磁気検出ギャップ５に対して直角方向）に磁極が向くように着磁されている。
【００２６】
補助磁石８がホールＩＣ６に与える磁束密度は、主磁石４がホールＩＣ６に与える磁束密度より弱く、主磁石４のみがホールＩＣ６に与える磁束密度が０になった場合（図１の状態）でも、補助磁石８の磁力の影響によってホールＩＣ６に与えられる磁束密度が０にならず、ホールＩＣ６と主磁石４の相対回転角が、補助磁石８のホールＩＣ６に与える磁束密度に相当する磁力変化分回転した時に、ホールＩＣ６に与えられる磁束密度が０になるように設けられている。
【００２７】
この結果、図２（ｂ）に示すように、磁束密度が０となる角度を補助磁石８によって変化させることができる。具体的に、図２（ｂ）中において、一点鎖線Ａで示すラインが補助磁石８が無くて主磁石４のみによる回転角と磁束密度との関係を示すものであり、補助磁石８を配置したことにより、ホールＩＣ６で検出する磁束密度が矢印α分オフセットされ、結果的に磁束密度が０となる角度が変化する。
このため、温度特性によって磁束密度が変化しない磁束密度０付近に、スロットルバルブにおいて検出精度が最も要求されるスロットルバルブの０°付近を設定しつつ、検出角度の範囲βを９０°以上に拡大することができる。このため、スロットル開度が９０°以上のスロットルバルブの開度を回転角検出装置で検出することができる。
【００２８】
ここで、主磁石４と補助磁石８は、ともに温度特性が同一の永久磁石である。即ち、主磁石４と補助磁石８は、同一材料（例えば、希土類磁石、フェライト磁石、アルニコ磁石等）の磁石である。
このため、温度変化によって補助磁石８によるオフセット量（図２中α参照）が変化する不具合を回避できる。
また、補助磁石８をステータ２の回転中心に配置したため、２つのホールＩＣ６に与えられる磁束密度を１つの補助磁石８によって均等にオフセットすることが容易にできる。
【００２９】
［第２実施例］
図３を用いて第２実施例を説明する。この図３は回転角検出装置を回転の軸方向から見た図である。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。
この第２実施例のロータ１は、ロータ１自体が主磁石４によって構成されたものである。即ち、断面円弧形状を呈した２つの主磁石４を組み合わせてロータ１を設けたものである。
このような構成を採用しても、第１実施例と同様の作用効果が得られる。
【００３０】
［第３実施例］
図４を用いて第３実施例を説明する。この図４は回転角検出装置を回転の軸方向から見た図および回転の軸方向に沿う断面図である。
上記の第１、第２実施例では、補助磁石８を２つのホールＩＣ６の間の磁気検出ギャップ５内に配置した例を示した。
この第３実施例は、補助磁石８を回転中心に配置する点で第１、第２実施例と同様であるが、図４（ｂ）に示すように補助磁石８をステータ２の先端に固定配置したものである。ステータ２の先端に固定された補助磁石８は、ホールＩＣ６の近傍に配置されており、ホールＩＣ６に対して一定の磁束密度を与えて、ホールＩＣ６の検出する磁束密度をオフセットするものである。
このような構成を採用しても、第１実施例と同様の作用効果が得られる。
【００３１】
［第４実施例］
図５を用いて第４実施例を説明する。この図５は回転角検出装置を回転の軸方向から見た図である。
上記の第１〜第３実施例では、２分割されたステータ２の間に形成される磁気検出ギャップ５にホールＩＣ６を配置した例を示した。
この第４実施例は、３分割されたステータ２の間に形成される磁気検出ギャップ５にホールＩＣ６を配置したものである。このような構成を採用する回転角検出装置でも、ホールＩＣ６の検出する磁束密度が補助磁石８によってオフセットされ、第１実施例と同様の作用効果が得られる。
【００３２】［第５実施例］
図６を用いて第５実施例を説明する。この図６は回転角検出装置を回転の軸方向から見た図である。
上記の第１〜第４実施例では、補助磁石８をホールＩＣ６の近傍に配置して、補助磁石８の磁力を直接ホールＩＣ６に与えてホールＩＣ６の検出する磁束密度をオフセットする例を示した。
この第５実施例の補助磁石８は、ロータ１の外側で、且つホールＩＣ６に対して相対回転角が変化しない部材（図示しないハウジング等）に固定配置されて、補助磁石８の磁力の影響を主磁石４に与えることで、主磁石４がホールＩＣ６に与える磁束密度をオフセットさせるものである。
このような構成を採用しても、第１実施例と同様の作用効果が得られる。
【００３３】
〔変形例〕
上記の実施例では、最も検出精度が要求される角度０°の基準角を磁束密度０付近に設定しつつ、検出角度の範囲を９０°以上に拡大する例を示した。これに対し、回転角検出装置の近傍にモータ等の磁力を発生する外部機器等が配置されるなど、回転角検出装置の外部から磁力を受ける場合に本発明を適用し、外部から与えられる磁力の影響を補助磁石８で打ち消すように設け、回転角検出装置の検出精度の低下を防ぐようにしても良い。
【００３４】
上記の実施例では、ステータ２を固定し、ロータ１を回転させた例を示したが、逆にロータ１に相当する筒状部材を固定し、ステータ２に相当する棒状部材を回転させる構造を採用しても良い。言い換えれば、磁気検出素子（実施例ではホールＩＣ６）を回転させ、主磁石４を固定して磁気検出素子の出力から回転角を検出しても良い。
上記の実施例では、磁気検出素子（実施例ではホールＩＣ６）を２つ搭載した例を示したが、１つ以上であれば良い。また、磁気検出素子（例えば、ホールＩＣ６）のみを磁気検出ギャップ５に配置し、信号増幅回路をステータ２の外部に配置しても良い。つまり、例えば、信号増幅回路を制御装置内に設けても良い。
【００３５】
上記の実施例では、主磁石４を永久磁石によって構成した例を示したが、電磁石によって構成しても良い。同様に、補助磁石８を電磁石によって構成しても良い。
上記の実施例では、回転角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、産業ロボットのアーム部の回転角等、他の回転角を検出するように設けても良い。
【図面の簡単な説明】
【図１】回転角検出装置を回転軸方向から見た図である（第１実施例）。
【図２】磁束密度と回転角との関係を示すグラフである。
【図３】回転角検出装置を回転軸方向から見た図である（第２実施例）。
【図４】回転角検出装置を回転軸方向から見た図および軸方向に沿う断面図である（第３実施例）。
【図５】回転角検出装置を回転軸方向から見た図である（第４実施例）。
【図６】回転角検出装置を回転軸方向から見た図である（第５実施例）。
【図７】回転角検出装置を回転軸方向から見た断面図である（従来例）。
【符号の説明】
１　　ロータ
２　　ステータ
４　　主磁石
６　　ホールＩＣ（磁気検出素子に相当するホール素子が内蔵されたＩＣ）
８　　補助磁石
【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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