(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ハウジングに回転自在に支承される磁石回転軸に固定される磁石と、
前記磁石回転軸の軸心の延長線上に配置されて磁束密度を検出する磁気検出部と、
前記磁気検出部の出力信号を処理して前記被検出回転軸の回転角を検出する信号処理部と、
を備え、
前記磁気検出部は、２方向の磁束密度を個別に検出する２つの磁気検出素子を有し、
前記磁気検出部が検出する磁束密度のベクトル長を前記磁石の回転に応じて連続的に変化させる磁界変調機構を有し、
前記信号処理部は、前記２つの磁気検出素子の出力信号を演算して前記磁石回転軸の３６０度以下の回転角、或いは前記磁石回転軸の３６０度超の回転角を検出する回転角検出装置において、
前記磁石は円筒状に形成されるとともに前記磁気検出部を囲包する円筒状磁石からなり、径方向に磁極を形成するように着磁され、前記円筒状磁石の内周面は軸方向に変位するにつれて連続的に径小或いは径大となることを特徴とする回転角検出装置。
【請求項２】
ハウジングに回転自在に支承される磁石回転軸に固定される磁石と、
前記磁石回転軸の軸心の延長線上に配置されて磁束密度を検出する磁気検出部と、
前記磁気検出部の出力信号を処理して前記被検出回転軸の回転角を検出する信号処理部と、
を備え、
前記磁気検出部は、２方向の磁束密度を個別に検出する２つの磁気検出素子を有し、
前記磁気検出部が検出する磁束密度のベクトル長を前記磁石の回転に応じて連続的に変化させる磁界変調機構を有し、
前記信号処理部は、前記２つの磁気検出素子の出力信号を演算して前記磁石回転軸の３６０度以下の回転角、或いは前記磁石回転軸の３６０度超の回転角を検出する回転角検出装置において、
前記磁石は２枚であり、径方向に磁極を形成するように着磁され、前記磁石回転軸の軸心に対称となるよう前記磁気検出部を挟むように固定され、前記２枚の磁石の軸心側の面と軸心との距離は、軸方向に変位するにつれて連続的に小さく或いは大きくなることを特徴とする回転角検出装置
【請求項３】
ハウジングに回転自在に支承される磁石回転軸に固定される磁石と、
前記磁石回転軸の軸心の延長線上に配置されて磁束密度を検出する磁気検出部と、
前記磁気検出部の出力信号を処理して前記被検出回転軸の回転角を検出する信号処理部と、
を備え、
前記磁気検出部は、２方向の磁束密度を個別に検出する２つの磁気検出素子を有し、
前記磁気検出部が検出する磁束密度のベクトル長を前記磁石の回転に応じて連続的に変化させる磁界変調機構を有し、
前記信号処理部は、前記２つの磁気検出素子の出力信号を演算して前記磁石回転軸の３６０度以下の回転角、或いは前記磁石回転軸の３６０度超の回転角を検出する回転角検出装置において、
前記磁石の外周に軟磁性のヨークが嵌着されており、
前記ヨーク（２１２）は、前記磁石が固定された内周面をもつ筒部（２１２１）と、前記筒部（２１２１）の一端に形成されたディスク部（２１２２）とをもつフランジ形状の軟磁性体からなり、
前記ディスク部（２１２２）の磁石側の端面は軸方向所定深さの溝部（２１２３）を有し、
前記磁石（４）は、前記溝部（２１２３）を挟んで前記ディスク部（２１２２）に対面することを特徴とする回転角検出装置。
【請求項４】
ハウジングに回転自在に支承される磁石回転軸に固定される磁石と、
前記磁石回転軸の軸心の延長線上に配置されて磁束密度を検出する磁気検出部と、
前記磁気検出部の出力信号を処理して前記被検出回転軸の回転角を検出する信号処理部と、
を備え、
前記磁気検出部は、２方向の磁束密度を個別に検出する２つの磁気検出素子を有し、
前記磁気検出部が検出する磁束密度のベクトル長を前記磁石の回転に応じて連続的に変化させる磁界変調機構を有し、
前記信号処理部は、前記２つの磁気検出素子の出力信号を演算して前記磁石回転軸の３６０度以下の回転角、或いは前記磁石回転軸の３６０度超の回転角を検出する回転角検出装置において、
前記磁石の外周に軟磁性のヨークが嵌着されており、
前記ヨーク（２１２）は、前記磁石が固定された内周面をもつ筒部（２１２１）と、前記筒部（２１２１）の一端に形成されたディスク部（２１２２）とをもつフランジ形状の軟磁性体からなり、
前記筒部（２１２１）の外周面は、所定の被検出回転軸（９）に噛合する歯車（２１３）を有し、
前記磁石回転軸（２１１）は、前記ヨーク（２１２）と一体に形成されるとともに、前記ハウジング（１）の雌ねじ（６）に噛合して回動により前記磁石（４）を軸方向へ変位させる雄ねじ（２１４）とをもつことを特徴とする回転角検出装置。
【請求項５】
ハウジングに回転自在に支承される磁石回転軸に固定される磁石と、
前記磁石回転軸の軸心の延長線上に配置されて磁束密度を検出する磁気検出部と、
前記磁気検出部の出力信号を処理して前記被検出回転軸の回転角を検出する信号処理部と、
を備え、
前記磁気検出部は、２方向の磁束密度を個別に検出する２つの磁気検出素子を有し、
前記磁気検出部が検出する磁束密度のベクトル長を前記磁石の回転に応じて連続的に変化させる磁界変調機構を有し、
前記信号処理部は、前記２つの磁気検出素子の出力信号を演算して前記磁石回転軸の３６０度以下の回転角、或いは前記磁石回転軸の３６０度超の回転角を検出する回転角検出装置において、
前記磁石の外周に軟磁性のヨークが嵌着されており、
前記ヨーク（２１２）の外周面に形成されて所定の被検出回転軸（９）に噛合する歯車（２１３）を有し、
前記ハウジング（１）は、前記歯車（２１３）に相対回動可能に係合するとともに前記歯車（２１３）の径方向変位を規制する受け孔（２２）を有することを特徴とする回転角検出装置。
【請求項６】
請求項１乃至５記載の回転角検出装置において、
前記信号処理部は、
あらかじめ記憶する前記２方向の磁束密度ベクトル長と前記磁石回転軸の回転回数との間の関係に基づいて、前記磁石回転軸の回転回数を判定し、
前記２つの磁気検出素子が検出した前記２方向の磁束密度のａｒｃｔａｎ値から前記磁石回転軸の３６０度以下の回転角を算出し、
前記回転回数と前記回転角とから最終的な回転角を算出する回転角検出装置。
【請求項７】
請求項１乃至５記載の回転角検出装置において、
前記信号処理部は、
前記２つの磁気検出素子が検出した前記２ 方向の磁束密度のａｒｃｔａｎ値から前記磁石回転軸の３６０度以下の回転角を算出する第一の角度演算部、及び、
あらかじめ記憶する前記２方向の磁束密度のベクトル長と前記磁石回転軸の３６０度以下との間の関係に基づいて前記磁石回転軸の３６０度以下の回転角を算出する第二の角度演算部を有する回転角検出装置。
【請求項８】
請求項１乃至７のいずれか記載の回転角検出装置において、
前記磁界変調機構は、前記磁石の回転に応じて前記磁石回転軸を軸方向へ変位させることにより前記磁気検出部が検出する磁束密度のベクトル長を前記磁石の回転に応じて連続的に変化させる磁石変位機構からなる回転角検出装置。
【請求項９】
請求項８記載の回転角検出装置において、
前記磁石変位機構は、ねじ機構からなる回転角検出装置。
【請求項１０】
請求項１、２、６乃至９のいずれか記載の回転角検出装置において、
前記磁石の外周に軟磁性のヨークが嵌着されている回転角検出装置。
【請求項１１】
請求項１乃至１０のいずれか記載の回転角検出装置において、
前記磁石回転軸は、歯車機構を通じて所定の被検出回転軸に噛合する回転角検出装置。
【請求項１２】
請求項１乃至１１のいずれか記載の回転角検出装置において、
前記磁気検出部は、出力信号が正弦と余弦の位相関係になる角度に設置された２個の磁気検出素子を有して１チップに集積されている回転角検出装置。
【請求項１３】
請求項１乃至１２のいずれか記載の回転角検出装置において、
前記磁気検出部は、前記信号処理部の一部或いは全体とともに１チップに集積構成されている回転角検出装置。
【請求項１４】
請求項３記載の回転角検出装置において、
前記溝部（２１２３）は、筒状の前記磁石（４）の内径より大きく、かつ、前記磁石（４）の外径より小さい内径を有する回転角検出装置。
【請求項１５】
請求項５記載の回転角検出装置において、
前記歯車（２１３）が形成された前記ヨーク（２１２）の外周部に雄ねじを有し、
前記受け孔（２２Ａ）は、前記歯車（２１３）と噛合して、前記歯車（２１３）の回動に応じて前記歯車（２１３）を軸方向へ変位させる雌ねじ（２２１）を有する回転角検出装置。
【請求項１６】
請求項１５記載の回転角検出装置において、
前記磁石回転軸（２１１）は、前記ハウジング（１）の軸孔（２３Ａ）に回転自在かつ軸方向摺動自在に嵌入されている回転角検出装置。
【請求項１７】
請求項１５記載の回転角検出装置において、
前記磁石回転軸（２１１）を兼ねる前記ヨーク（２１２）は、前記ハウジング（１）と前記歯車（２１３）と雌ねじ（２２１）との係合部位以外において、ねじ機構により連結されない回転角検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転軸の回転による磁界ベクトルの回転を検出することにより、回転軸の回転角を検出する回転角検出装置の改良に関する。
【背景技術】
【０００２】
磁石（着磁体を含む）の回転角変化を磁気検出素子により検出する回転角検出装置を用いた操舵角検出装置が知られている。この回転角検出装置において、被検出回転軸の３６０度を超える回転角を検出する装置（以下、３６０度超回転角検出装置とも言う）が特許文献１に知られている。
【０００３】
この特許文献１の３６０度超回転角検出装置は、回転角を検出すべき一つの被検出回転軸にそれぞれ独立に噛合する二つの磁石軸の回転角をそれぞれ磁気検出部により検出し、これら二つの磁気検出部から互いに位相角が異なる出力を発生させ、信号処理部によりこれら二つの出力の位相角の差から３６０度超の回転角を演算することを提案している。
【０００４】
図２０を参照して特許文献１の検出原理を更に説明する。第一及び第二の歯車５０，６０が回転軸４０に連動して回転する第三の歯車７０に連動して回転し、第一及び第二の歯車５０、６０に取り付けられた磁石８０、９０から発生する磁束密度の向きを第一及び第二の磁気検出素部１００、１１０でそれぞれ検出する。第一および第二の歯車５０、６０は歯数が異なるように設計されているため、第一及び第二の磁気検出素部１００、１１０からは位相が異なった出力が得られる。それらの情報の位相差から３６０度よりも大きい角度情報を算出することができる。
【特許文献１】特開２００５−３６２５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記した特許文献１の回転角検出装置は、３６０度超の回転角を検出できるものの、歯車機構と磁石と磁気検出部とのセットを２組、被検出回転軸の周囲に配置せねばならず、部品点数及び装置体格が増大し、製造コストも増大するという問題があった。
【０００６】
本発明は上記問題点に鑑みなされたものであり、部品点数の削減と製造コスト低減を実現しつつ３６０度超の回転角を検出可能な回転角検出装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決する本発明の回転角検出装置は、ハウジングに回転自在に支承される磁石回転軸に固定される磁石と、前記磁石回転軸の軸心の延長線上に配置されて磁束密度を検出する磁気検出部と、前記磁気検出部の出力信号を処理して前記被検出回転軸の回転角を検出する信号処理部とを備え、前記磁気検出部は、２方向の磁束密度を個別に検出する２つの磁気検出素子を有する回転角検出装置において、前記磁気検出部が検出する磁束密度のベクトル長を前記磁石の回転に応じて連続的に変化させる磁界変調機構を有し、前記信号処理部は、前記２つの磁気検出素子の出力信号を演算して前記磁石回転軸の３６０度以下の回転角、或いは前記磁石回転軸の３６０度超の回転角を検出することを特徴としている。
【０００８】
すなわち、この発明の回転角検出装置は、磁気検出部に作用する磁石の磁束密度（磁界でもよい）は、磁石の回転により正弦波状に変調されるとともに、その振幅（磁束密度のベクトル長）も磁石回転とともに変調される。回転回数ごとにこの振幅が変化する（好適には単調に変化する）ように設定しておけば、この振幅を信号処理部により演算することにより回転回数を検出することが可能となる。その結果、従来のように、ａｒｃｔａｎ値から３６０度以下の回転角θを求め、更にこれに回転回数×３６０度を加算して最終的な回転角θ’を算出することができる。
【０００９】
この発明によれば、従来に比べて格段に簡素な構成にて３６０度を超える回転数を算出できる。
【００１０】
好適な態様において、前記信号処理部は、あらかじめ記憶する前磁束密度のベクトル長と前記磁石回転軸の回転回数との間の関係に基づいて、前記磁石回転軸の回転回数を判定し、前記２つの磁気検出素子が検出した前記２方向の磁束密度のａｒｃｔａｎ値から前記磁石回転軸の回転角θを演算し、前記回転回数と前記回転角θとから最終的な回転角θ’を算出する。
【００１１】
好適な態様において、前記信号処理部は、前記２つの磁気検出素子が検出した前記２方向の磁束密度のａｒｃｔａｎ値から前記磁石回転軸の３６０度以下の回転角を算出する第一の角度演算部、及びあらかじめ記憶する前記２方向の磁束密度のベクトル長と前記磁石回転軸の３６０度以下との間の関係に基づいて前記磁石回転軸の３６０度以下の回転角を算出する第二の角度演算部を有する。このようにすれば、第一および第二の角度演算部のうちどちらか一方が故障した場合、前記第一および第二の角度演算部が算出した演算値を比較することでこの故障を検出することができる。
【００１２】
好適な態様において、前記磁界変調機構は、前記磁石の回転に応じて前記磁石回転軸を軸方向へ変位させることにより前記磁気検出部が検出する磁束密度Ｂのベクトル長を前記磁石の回転に応じて連続的に更に好適には単調に変化させる磁石変位機構からなる。このようにすれば、磁石回転軸の軸心の延長線上における磁束密度Ｂのベクトル長を、簡素な機構で回転に応じて簡単に変調することができる。
【００１３】
好適な態様において、前記磁石変位機構は、ねじ機構からなる。このようにすれば、磁束密度Ｂのベクトル長を、簡素な機構で回転に応じて簡単に変調することができる。
【００１４】
好適な態様において、前記磁石は、径方向に磁極を形成するように着磁されている。このようにすれば、磁石回転軸と直交する磁界を良好に形成することができる。
【００１５】
好適な態様において、前記磁石は円筒状に形成されるとともに前記磁気検出部を囲包する円筒状磁石からなる。円筒磁石内部の中心付近の磁界はほぼ平行であるので、このようにすれば、回転角θ（３６０度以下）検出のために磁気検出部における磁束密度Ｂの正弦波変調を高精度に実現することができる。
【００１６】
好適な態様において、前記円筒状磁石の内周面は軸方向に変位するにつれて連続的に径小、或いは径大となる。このようにすれば、磁石の軸方向変位により磁気検出部の位置における磁束密度Ｂのベクトル長を単調かつ大きく変更することができる。
【００１７】
好適な態様において、前記磁石の外周に軟磁性のヨークが嵌着されている。このようにすれば、磁気検出部の位置の磁束密度を増大できるとともに、磁気検出部の位置における外部磁界を低減することができる。
【００１８】
好適な態様において、前記磁石回転軸は、歯車機構を通じて所定の被検出回転軸に噛合する。このようにすれば操舵軸などの被検出回転軸の外側に回転角検出装置を配置できるため、組み付けが容易となる。
【００１９】
好適な態様において、前記磁気検出部は、出力信号が正弦と余弦の位相関係になる角度に設置された２個の磁気検出素子を有して１チップに集積されている。このようにすれば、小型化を図ることができるとともに、２個の磁気検出素子を近接配置することができるので、回転角検出誤差を低減できる。
【００２０】
好適な態様において、前記磁気検出部は、前記信号処理部の一部或いは全体とともに１チップに集積構成されている。このようにすれば、ＳＮ比を向上することができる。
【００２１】
好適な態様において、前記ヨーク（２１２）は、前記磁石が固定された内周面をもつ筒部（２１２１）と、前記筒部（２１２１）の一端に形成されたディスク部（２１２２）とをもつフランジ形状の軟磁性体からなり、前記ディスク部（２１２２）の磁石側の端面は軸方向所定深さの溝部（２１２３）を有し、前記磁石（４）は、前記溝部（２１２３）を挟んで前記ディスク部（２１２２）に対面する（図１３参照）。このようにすれば、溝部（２１２３）により、磁石磁束がヨーク（２１２）のディスク部２１２２を通じて漏れるのを抑止して検出感度を向上することができる。
【００２２】
好適な態様において、前記溝部（２１２３）は、筒状の前記磁石（４）の内径より大きく、かつ、前記磁石（４）の外径より小さい内径を有する。このようにすれば、ヨークにより磁石保持性を確保しつつ検出感度を向上することができる。
【００２３】
好適な態様において、前記ヨーク（２１２）は、前記磁石が固定された内周面をもつ筒部（２１２１）と、前記筒部（２１２１）の一端に形成されたディスク部（２１２２）とをもつフランジ形状の軟磁性体からなり、前記筒部（２１２１）の外周面は、所定の被検出回転軸（９）に噛合する歯車（２１３）を有し、前記磁石回転軸（２１１）は、前記ヨーク（２１２）と一体に形成されるとともに、前記ハウジング（１）の雌ねじ（６）に噛合して回動により前記磁石（４）を軸方向へ変位させる雄ねじ（２１４）とをもつ（図１３、図１５参照）。このようにすれば、ヨーク（２１２）、磁石回転軸（２１１）、歯車（２１３）を一体に形成して一体型磁石ロータとすることができるため、装置のコンパクト化と公差を減らして検出精度を向上することができる。
【００２４】
好適な態様において、前記ヨーク（２１２）の外周面に形成されて所定の被検出回転軸（９）に噛合する歯車（２１３）を有し、前記ハウジング（１）は、前記歯車（２１３）に相対回動可能に係合するとともに前記歯車（２１３）の径方向変位を規制する受け孔（２２、２２Ａ）を有する。なお、図１７ではスリーブ２２がこの受け孔に相当し、図１８、図１９ではスリーブ２２Ａがこの受け孔に相当する。このようにすれば、上記一体型磁石ロータの径方向のがたを更に良好に低減することができる。
【００２５】
好適な態様において、前記歯車（２１３）が形成された前記ヨーク（２１２）の外周部に雄ねじを有し、前記受け孔（２２Ａ）は、前記歯車（２１３）と噛合して、前記歯車（２１３）の回動に応じて前記歯車（２１３）を軸方向へ変位させる雌ねじ（２２１）を有する（図１８、図１９）。このようにすれば、歯車（２１３）に、被検出回動軸９とのトルク授受機能と受け孔（２２、２２Ａ）への嵌入による歯車（２１３）の径方向変位規制機能と、歯車（２１３）の回動にともなう歯車（２１３）の軸方向変位機能とを付与することができ、構成の簡素化とコンパクト化とを実現することができる。
【００２６】
好適な態様において、前記磁石回転軸（２１１）は、前記ハウジング（１）の軸孔（２３Ａ）に回転自在かつ軸方向摺動自在に嵌入されている。これにより、磁石回転軸（２１１）とハウジング（１）との螺合構造を省略できる（図１８参照）。このようにすれば、歯車（２１３）を軸方向摺動自在かつ回動作自在に保持しつつがたを抑止しかつ構成を簡素化することができる。
【００２７】
好適な態様において、前記磁石回転軸（２１１）を兼ねる前記ヨーク（２１２）は、前記ハウジング（１）と前記歯車（２１３）と雌ねじ（２２１）との係合部位以外において、ねじ機構により連結されない（図１９参照）。このようにすれば、ヨーク（２１２）は、ハウジング（１）に回動自在かつ軸方向摺動自在に保持される磁石回転軸を実質的に省略できるため、更に一層、構造の簡素化を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
本発明の回転角検出装置を用いた操舵角検出装置の好適実施形態を以下に説明する。ただし、本発明は、下記の実施形態に限定解釈されるものではなく、他の技術を組み合わせて本発明の技術思想を実現してもよい。
【００２９】
（実施形態１）
（装置構成）
実施形態１の操舵角検出装置を、図１を参照して説明する。図１は装置の軸方向模式断面図、図２は装置の要部平面図である。
【００３０】
この操舵角検出装置は、操舵軸をなす回転軸（被検出回転軸）の回転角を検出するための装置であって、ハウジング１に固定された不図示の軸受けに回転自在かつ軸方向摺動自在に支承される磁石回転軸２と、磁石回転軸２に固定された円筒状のヨーク３と、ヨーク３の内周面に固定された磁石４と、磁石回転軸２に形成された雄ねじ５と、ハウジング１に形成されて雄ねじ５に螺合する雌ねじ６と、磁石回転軸２の軸心Ｍの延長線上に配置されて磁石４の磁束密度Ｂを検出する磁気検出部７と、磁気検出部７の出力信号を処理する信号処理部８とを有している。ヨーク３の外周面には、操舵軸をなす回転軸９の歯車１０と噛合する歯車１１が形成されている。なお、以下において、雄ねじ５及び雌ねじ６をねじ機構と称することもあり、歯車１０と歯車１１とを歯車機構と称することもある。この実施形態では、歯車１０、１１の歯数比は２に設定され、ねじ機構は、磁石回転軸２の１回転により軸方向へ０．５ｍｍ移動するように設定されている。なお、磁石回転軸２、ヨーク３、磁石４、雄ねじ５、歯車１１を回転磁石アセンブリと称することもある。その他、図示省略したが、ねじ機構のがたを低減するために、ハウジング１に支承されて磁石回転軸２又はヨーク３を軸方向一方側へ付勢するスプリングを磁石回転軸２に遊嵌してもよい。
【００３１】
円筒状のヨーク３は、軟磁性を有しており、磁気検出部の位置の磁束密度の増大と外部磁界の磁気検出部７への侵入の抑止の効果がある。
【００３２】
磁石４は、円筒状に形成されてヨーク３の内周面に嵌着された円筒状磁石であり、磁石４の内周面は軸方向に変位するにつれて連続的に径小となるテーパ断面を有している。磁石４は図２の状態にてＸ方向へ着磁されており、その結果、図２の回転状態において、磁気検出部７にはＸ方向へ磁束密度Ｂが形成されている。なお、Ｘ、Ｙは磁石回転軸２と直交し、互いに直交する２方向である。磁石４が回転すると、磁気検出部７を磁石回転軸２と直角に貫通する磁束密度Ｂは、そのＸ方向磁束密度成分であるＢｘと、そのＹ方向磁束密度成分であるＢｙとに分解される。
【００３３】
磁気検出部７は、２つのホール素子（磁気検出素子）とこれらホール素子の周辺回路、とが集積された半導体チップが内蔵されている。一つのホール素子は、軸心Ｍ上でのＸ方向磁束密度成分Ｂｘに比例する信号電圧Ｖｘを出力し、他の一つのホール素子は軸心Ｍ上でのＹ方向磁束密度成分Ｂｙに比例する信号電圧Ｖｙを出力する。
【００３４】
（動作説明）
次に、この装置の動作を以下に説明する。
【００３５】
この実施形態では、磁石４の内周面が断面テーパ形状に形成されているため、磁石４が一方向へ回転してねじ機構により降下すると磁石４が磁気検出部７に与える磁束密度Ｂのベクトル長は減少し、磁石４が他方向へ回転してねじ機構により上昇すると磁石４が磁気検出部７に与える磁束密度Ｂのベクトル長は増大する。
【００３６】
したがって、磁石回転軸２に固定された磁石４のＸ方向を基準とした回転角度をθとする時、磁石４が磁気検出部７に与えるＸ方向磁束密度成分ＢｘとＹ方向磁束密度成分Ｂｙとは、
Ｂｘ ＝ ｆ (θ)・ｃｏｓθ
Ｂｙ ＝ ｆ (θ)・ｓｉｎθ
となる。なお、f (θ)は、磁石４の軸方向変位により磁気検出部７の位置における磁束密度Ｂのベクトル長の変化を示す関数値である。 f (θ ) は磁石やヨークの形状、材質等で決まる値である。ただし、この実施形態では、磁石回転軸２の軸方向一方側（この実施形態では図１における上方）への変位において単調増加し、磁石回転軸２の軸方向一方側への変位において単調増加するように設定されているが、これに限定されるものではない。信号処理部８は、磁束密度Ｂのベクトル長を示す関数値f (θ)と磁石回転軸の回転回数との関係を記憶している。
【００３７】
信号処理部８は、磁気検出部７から入力されるＸ方向磁束密度成分ＢｘとＹ方向磁束密度成分Ｂｙとを逆正接演算する機能をもつ。この逆正接演算により、
θ ＝ ａｒｃｔａｎ (Ｂｙ／Ｂｘ)
が算出され、磁気検出部７の回転角θにより磁石４の３６０度内の角度情報を得ることができる。更に、信号処理部８は、Ｘ方向磁束密度成分ＢｘとＹ方向磁束密度成分Ｂｙとの二乗和の平方根を演算する機能をもつ。この演算により、f (θ ) としてＢｘ２＋Ｂｙ２の平方根、すなわち磁束密度Ｂのベクトル長が算出され、この磁束密度Ｂのベクトル長を示す関数値 f (θ)と、記憶する上記関係とから、磁石回転軸の回転回数が算出される。すなわち、この実施形態では、f (θ)の大きさから所定の軸方向基準位置からの何回転目の回転かを演算し、ａｒｃｔａｎ(Ｂｙ／Ｂｘ)から現在の磁石４の回転角θを演算し、これらから３６０度以上の回転角θ’を算出する。たとえば現在２回目の回転であり、θが５５度であれば、最終回転角θ’は４１５度が算出されて出力される。
【００３８】
回転軸９の回転角φ及び磁石回転軸２の回転角θ’と、Ｘ方向磁束密度成分Ｂｘ及びＹ方向磁束密度成分Ｂｙとの関係を図３に示し、回転軸９の回転角φ及び磁石回転軸２の回転角θ’と、ａｒｃｔａｎ (Ｂｙ／Ｂｘ)との関係を図４に示す。すなわち、この実施形態によれば、磁石を回転とともに軸方向へ変位させる磁石変位機構を追加するのみにて、１セットの回転磁石アセンブリだけで３６０度以上の回転角を検出することができる。
【００３９】
また、この実施形態では、磁石４の外周に軟磁性を有する円筒形状のヨーク３を被せたので、ヨーク３がない場合と比較して磁石４内部の反磁界を低減でき、磁気検出部７を貫通する磁束密度Ｂを大幅に増大することができる。また、このヨーク３の設置は、磁気検出部７への外乱磁界の影響低減にも有効である。
【００４０】
（実施形態２）
実施形態２の回転角検出装置を説明する。この実施形態は、図１に示す実施形態１の回転角検出装置において、ヨーク３の外周面に設けた歯車１１を螺旋歯溝と螺旋歯とを軸方向一定ピッチでもつ螺旋歯車（ねじ歯車）としたものである。このようにすれば、回転軸９の回転に伴い、ヨーク３及び磁石４は軸方向へ変位することができる。したがって、この実施形態では、雄ねじ５と雌ねじ６とは省略され、磁石回転軸２はハウジング１の軸孔に回転自在かつ軸方向摺動自在に嵌められている。
【００４１】
このようにすれば、実施形態１よりも装置構造を簡素化することができる。
【００４２】
（実施形態３）
実施形態３の回転角検出装置を図５を参照して説明する。この実施形態は、ヨーク３を省略した点が、実施形態１と異なる。したがって、この実施形態では、磁石４の外周面に歯車１１が形成され、磁石回転軸２は磁石４に直接固定される。この実施形態は、外乱磁場による影響が小さい場合、或いは外乱磁場による影響を取り除くことができる場合に好適である。
【００４３】
（実施形態４）
実施形態４の回転角検出装置を図６を参照して説明する。この実施形態は、実施形態１の磁石４の断面テーパ状の内周面を円筒内周面に変更し、その代わりに円筒状磁石である磁石４の内周面にテーパ断面をもつ第２ヨーク１２を嵌入、固定したものである。この第２ヨーク１２の形状変更によりf(θ)の形状を自由に設計することが可能となる。なお、ヨーク３は省略してもよい。
【００４４】
（実施形態５）
実施形態５の回転角検出装置を図７を参照して説明する。この実施形態は、実施形態１の磁石４の断面テーパ状の内周面を円筒内周面に変更した点が異なる。このようにしても、磁気検出部７に対する磁石４の軸方向変位により、磁気検出部７に作用する磁束密度Ｂを変化させることができる。
【００４５】
（実施形態６）
実施形態６の回転角検出装置を図８を参照して説明する。この実施形態は、ヨーク３を磁石４に相対回転自在かつ軸方向相対摺動自在に嵌着した構造を採用した点が、実施形態１と異なる。
【００４６】
更に説明すると、この実施形態の磁界変調機構をなすヨーク３は、図示しない歯車機構により回転軸９から回転力を受け取って回転するとともに、回転する磁石４の外周面に沿って軸方向に相対的に摺動する。磁石４は回転のみ行ってヨーク３が軸方向に摺動してもよい。ヨーク３と磁石４との軸方向相対摺動は、磁石４の外周面とヨーク３の内周面とに螺旋溝と螺旋突条とを設けてそれらを嵌合するなどの方法により簡単に実現することができる。この場合においても、がた防止のためにスプリングによる軸方向付勢を採用することができる。
【００４７】
（実施形態７）
実施形態７の回転角検出装置を図９を参照して説明する。この実施形態は、実施形態１において、ヨーク３と磁石４との軸方向一端側に円盤状の第３のヨーク１３を配置し、この第３のヨーク１３を磁石４の回転とともに磁石４に対して軸方向相対変位させるものである。好適には、磁石４は回転のみ行い、第３のヨーク１３が磁石４の回転とともにたとえばねじ機構により軸方向へ連続的に変位する。このようにすれば、磁気検出部７を貫通する磁束密度Ｂのベクトル長が変化するので、上記と同様の磁界変調効果を奏することができる。もちろん、この場合においても、ヨーク３を省略してもよい。
【００４８】
（実施形態８）
実施形態８の回転角検出装置を図１０を参照して説明する。この実施形態は、実施形態７において、ヨーク３と磁石４とを省略し、第３の円盤状のヨーク１３を磁石１４に変更し、更に、この磁石１４の磁気検出部７側の主面（外周面でもよい）を着磁したものである。周方向における着磁パターンは上記磁石４や他の先行技術と同じであり、磁気検出部７に軸直角方向へ磁束Φが貫通するようになっていればよい。ただし、この実施形態では、磁石１４は、回転軸９により歯車機構を通じて回転されるとともに、たとえば図１のねじ機構により回転につれて軸方向へ変位するように構成されている。このようにすれば、磁気検出部７を貫通する磁束密度Ｂのベクトル長が変化するので、上記と同様の磁界変調効果を奏することができる。
【００４９】
（実施形態９）
実施形態９の回転角検出装置を図１１を参照して説明する。この実施形態は実施形態３において、円筒形磁石の替わりに２枚の磁石１５で磁気検出部７を挟むように構成したものである。２枚の磁石１５は磁石回転軸２の軸心に対称となるように磁石回転軸２に固定されている。磁石１５を用いることで、円筒磁石を用いる場合と比較し、安価に回転角検出装置を構成することができる。
【００５０】
（変形態様１）
上記実施形態では、磁石４やヨーク３は磁石回転軸２に直交する平面での断面が円形となっているが、楕円形や多角形といった円形以外の断面形状でもよい。
【００５１】
（変形態様２）
回転が高速であれば、検出した磁束密度を包絡線検波することによっても磁束密度のベクトル長を知ることができる。
【００５２】
（変形態様３）
検出範囲が1回転以下（３６０度以下）の場合は、磁気検出部７から入力されるＸ方向磁束密度成分ＢｘとＹ方向磁束密度成分Ｂｙの逆正接演算
θ ＝ ａｒｃｔａｎ (Ｂｙ／Ｂｘ)
を第一の角度演算値とし、図２に示す磁束密度Ｂのベクトル長Ｌと磁石回転軸の３６０度以下との間の関係に基づき求まる回転角θ”を第二の角度演算値としてもよい。図１２にこれら二つの角度と回転角θとの関係を示す。前記第一および第二の角度演算値を算出する演算部のうちどちらか一方が故障した場合、前記第一および第二の角度演算値を比較することで、この故障を検出することができる。
【００５３】
（実施形態１０）
実施形態１０を以下に説明する。この装置は、図１に示す実施形態１の操舵角検出装置において採用した歯車１１と磁石回転軸２とヨーク２１２とを、たとえば軟鋼材のごとき軟磁性体により一体形成して一体型磁石ロータとした点をその特徴としている。
【００５４】
この一体型磁石ロータの構造を図１３を参照して更に詳しく説明する。図１３において、２１は、実施形態１の歯車と磁石回転軸とヨークとを一体化した軟鋼製の一体型磁石ロータである。
【００５５】
一体型磁石ロータ２１は、磁石回転軸２１１、ヨーク２１２、歯車２１３を有し、磁石回転軸２１１は雄ねじ２１４を有している。Ｍは一体型磁石ロータ２１の回転軸心である。ヨーク２１２は全体としてフランジ形状に形成されており、円筒部２１２１とディスク部２１２２とを有している。ディスク部２１２２は磁石回転軸２１１の基端部に連なっている。円筒形でテーパ状の内周面をもつ磁石４がヨーク２１２の円筒部２１２１の内周面にはめ込まれており、磁石４は、磁石回転軸２１１の回転中心軸Mに対して直角方向へ着磁されている。この一体型磁石ロータ２１の採用により、実施形態１の装置に比べて部品点数の削減及び精度向上が可能となる。
【００５６】
更に、ディスク部２１２２の磁石側端面には、浅い円形溝２１２３が形成されている。円形溝２１２３は、磁石４の最小内径より大きく磁石４の外径より小さい径を有している。更に説明すると、円形溝２１２３は、磁石４の最小内径と外径との平均値に等しい径を有している。この実施形態では、円形溝２１２３の深さは、１〜１０ｍｍとされているが、後述する磁束漏れ効果を必要なだけ確保できればその深さの設定は自由である。
【００５７】
円形溝２１２３の径及び深さを変更した場合における磁束密度の変化を図１４に示す。なお、磁束密度は図１３に示す位置ｘにて測定し、図１に示す同位置の磁束密度を基準（100％）として相対表示した。この測定結果から、磁束の有効利用のためには、円形溝２１２３の径を磁石４の最小内径と外径との中央値以上が望ましく、深さは２mm以上が望ましいことが理解される。
【００５８】
円形溝２１２３の形成により、磁石４の磁束がヨーク２１２のディスク部２１２２を通じて漏れ、その結果として磁気検出部７を貫通する磁束の密度低下を抑止することができる。
【００５９】
（変形態様）
この円形溝２１２３の設置は、磁石４とヨーク２１２との一体性を低下させるため、この円形溝２１２３に非磁性体をはめ込み、この非磁性体を介して磁石４とヨーク２１２とを接着剤などにより連結してもよい。この例を図１５に示す。２１５は図１３における円形溝２１２３にはめ込まれた非磁性体である。
【００６０】
ヨーク２１２の磁束吸収効果を利用して、磁石４を貫通する磁束の密度を軸方向へ連続的に変化させ、その分だけ磁石４の上記テーパーを減らしたり、なくしたりすることもできる。
【００６１】
円形溝２１２３の形状は円柱溝に限定されるものではなく、角形溝、円錐溝、切頭円錐溝など種々の形状が可能である。
【００６２】
（実施形態１１）
実施形態１１を図１６、図１７を参照して説明する。図１６は装置の軸方向断面図であり、図１７のＡ−Ａ線矢視断面を示す。図１７は図１６の装置の一部を示す径方向模式説明図である。
【００６３】
この装置は、図１３に示す実施形態１０の操舵角検出装置において採用した一体型磁石ロータにおいて、円筒部２１２１の外周面に形成された歯車１１の先端が摺接する軸方向溝付きの受け用スリーブ２２をハウジング１の内周面に嵌め込んだ点をその特徴としている。図１６において、７１は磁石４を支持する支持棒体であり、支持棒体７１はハウジング１に支持された回路基板７２から磁石４内へ突出しており、支持棒体７１の先端に磁石４が固定されている。なお、図１６では、図１３に示した円形溝２１２３の図示が省略されているが、円形溝２１２３の形成は必須ではないが、形成した方が好適である。  
【００６４】
受け用スリーブ２２は、完全円筒形状のスリーブの全円周のほぼ１／４を切除して形成されている（図１７参照）。同じく、受け用スリーブ２２が嵌め込まれたハウジング１のボア１Ａも、その全円周のほぼ１／４が切除されている。これにより、ヨーク２１２の外周面に形成された歯車１１は外部に露出して歯車１０と噛合している。また、この実施形態では、実施形態１の雌ねじ６をハウジング１でなく、ハウジング１に嵌め込んだスリーブ２３の内周面に形成している。このようにすれば、加工を簡単化できるとともに一体型磁石ロータ２１のがたを低減することができる。
【００６５】
（変形態様）
受け用スリーブ２２は樹脂成形品であるハウジング１の成形時に一体にインサート成形されてもよい。
【００６６】
（実施形態１２）
実施形態１２を図１８を参照して説明する。この装置は、図１６、図１７に示す実施形態１１の雄ねじ２１４、雌ねじ６を省略し、その代わりに実施形態１１の歯車２１３が形成されたヨークの外周部に雄ねじを形成すると共に、受け用スリーブ２２に相当する螺旋溝付きスリーブ２２Ａの内周面に雌ねじ２２１を形成した点をその特徴としている。また、一体型磁石ロータ２１のヨーク２１２の外周面に形成されて歯車２１３も雌ねじ２２１と噛合している。更に、実施形態１１のスリーブ２３とは異なり、ハウジング１に嵌め込まれたスリーブ２３Ａの内周面には雌ねじ面が形成されずスリーブ２３の内周面は円筒面となっている。同じく、一体型磁石ロータ２１の磁石回転軸２１１の外周面にも雄ねじ面が形成されず、磁石回転軸２１１はスリーブ２３Ａの内周面に回転自在かつ軸方向摺動自在に嵌入されている。つまり、この実施形態では、歯車２１３に雄ねじを形成しているため、装置は極めてコンパクトとなっている。
【００６７】
このようにすれば、一体型磁石ロータ２１が歯車１０により回転駆動される一体型磁石ロータ２１により回動すると、ヨーク２１２の外周面に形成された歯車２１３が螺旋溝付きスリーブ２２Ａの雌ねじ２２１と噛合するため軸方向へ付勢され、これにより一体型磁石ロータ２１は軸方向へ変位する。このようにすれば、歯切り加工作業を簡素化でき、全体をコンパクト化できるうえ、一体型磁石ロータ２１のがたを低減することができる。
【００６８】
（変形態様）
歯車２１３は、歯車１０と噛合して回動し、かつ、螺旋溝付きスリーブ２２Ａの雌ねじ２２１と噛合して回動かつ軸方向変位する形状であれば、歯車２１３の歯形状及び雌ねじ２２１の歯形状は公知のギヤ噛合構造を採用することができる。
【００６９】
スリーブ２２Ａ及び２３は樹脂成形品であるハウジング１の成形時に一体にインサート成形されてもよい。
【００７０】
（実施形態１３）
実施形態１３を図１９を参照して説明する。この装置は、図１８に示す実施形態１２のスリーブ２３Ａ及び一体型磁石ロータ２１の磁石回転軸２１１を省略した点をその特徴としている。スリーブ２３Ａの省略により、ハウジング１のスリーブ収容穴も省略されている。
【００７１】
このようにすれば、構造及び製造工程の更なる簡素化と部品点数の削減を実現できるとともに、装置の特に軸方向長を更に短縮することができる。
【００７２】
（変形態様）
なお、歯車２１３を円筒スリーブの外周面に形成し、この歯付きの円筒スリーブを一体型磁石ロータ２１のヨーク２１２の円筒形状の外周面に嵌め込んでも良い。
【００７３】
また、上記各実施形態において、歯車２１３又は歯車１１と歯車１０とのバックラッシュの防止のため、歯車１０を互いにばね材で連結された２枚の歯車で構成し、いわゆるノンバックラッシュギア構造としてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００７４】
【図１】実施形態１の操舵角検出装置を示す模式軸方向断面図である。
【図２】図１の装置の模式要部平面図である。
【図３】回転角φ及びθと、Ｘ方向磁束密度成分Ｂｘ及びＹ方向磁束密度成分Ｂｙとの関係を示す図である。
【図４】回転角φ及び磁石回転軸２の回転角θと、ａｒｃｔａｎ(Ｂｙ／Ｂｘ)との関係を示す図である。
【図５】実施形態３の回転角検出装置を示す模式図である。（ａ）は模式要部平面図、（ｂ）は模式要部軸方向断面図である。
【図６】実施形態４の回転角検出装置を示す模式図である。（ａ）は模式要部平面図、（ｂ）は模式要部軸方向断面図である。
【図７】実施形態５の回転角検出装置を示す模式図である。（ａ）は模式要部平面図、（ｂ）は模式要部軸方向断面図である。
【図８】実施形態６の回転角検出装置を示す模式図である。（ａ）は模式要部平面図、（ｂ）は模式要部軸方向断面図である。
【図９】実施形態７の回転角検出装置を示す模式図である。（ａ）は模式要部平面図、（ｂ）は模式要部軸方向断面図である。
【図１０】実施形態８の回転角検出装置を示す模式図である。（ａ）は模式要部平面図、（ｂ）は模式要部軸方向断面図である。
【図１１】実施形態９の回転角検出装置を示す模式図である。（ａ）は模式要部平面図、（ｂ）は模式要部軸方向断面図である。
【図１２】変形形態３における磁石４の回転角θに対するａｒｃｔａｎ値と磁束密度のベクトル長の関係である。
【図１３】実施形態１０の操舵角検出装置に採用した一体型磁石ロータの軸方向断面図である。
【図１４】図１３の円形溝の径及び深さを変更した場合における磁束密度の変化を示す特性図である。
【図１５】一体型磁石ロータの変形態様を示す軸方向断面図である。
【図１６】実施形態１１の装置の軸方向断面図であり、図１７のＡ−Ａ線矢視断面を示す。
【図１７】図１６の装置の一部を示す径方向模式説明図である。
【図１８】実施形態１２の装置の軸方向断面図である。
【図１９】実施形態１３の装置の軸方向断面図である。
【図２０】従来の操舵角検出装置を示す模式軸方向断面図である。
【符号の説明】
【００７５】
１      ハウジング
１Ａ    ボア
２      磁石回転軸
３      ヨーク
４      磁石
７      磁気検出部
８      信号処理部
９      回転軸（被検出回動軸）
１０      歯車
１１      歯車
１２      第２のヨーク
１３      第３のヨーク
１４      磁石
１５      磁石
２１      一体型磁石ロータ
２２      スリーブ
２２Ａ    スリーブ
２３      スリーブ
２３Ａ    スリーブ
７１      支持棒体
７２      回路基板
２１１      磁石回転軸
２１２      ヨーク
２１２１    円筒部
２１２２    ディスク部
２１２３    円形溝
２１３      歯車
２１４      雄ねじ
２１５      非磁性体
４０        回転軸
５０        第一の歯車
６０        第二の歯車
７０        第三の歯車
８０        磁石
９０        磁石
１００      第一の磁気検出部
１１０      第二の磁気検出部
【図１】
0004607049.tif 000002
【図２】
0004607049.tif 000003
【図３】
0004607049.tif 000004
【図４】
0004607049.tif 000005
【図５】
0004607049.tif 000006
【図６】
0004607049.tif 000007
【図７】
0004607049.tif 000008
【図８】
0004607049.tif 000009
【図９】
0004607049.tif 000010
【図１０】
0004607049.tif 000011
【図１１】
0004607049.tif 000012
【図１２】
0004607049.tif 000013
【図１３】
0004607049.tif 000014
【図１４】
0004607049.tif 000015
【図１５】
0004607049.tif 000016
【図１６】
0004607049.tif 000017
【図１７】
0004607049.tif 000018
【図１８】
0004607049.tif 000019
【図１９】
0004607049.tif 000020
【図２０】
0004607049.tif 000021