(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転体の回転に伴いその回転軸と一体に回転可能に設けられ、前記回転軸に沿って見たときの形状が実質的に円形であって、前記回転軸に直交する方向の磁化ベクトルの成分を有する磁石と、
前記磁石の回転に伴う磁場の変化に基づき、センサ信号を出力する磁気センサ部と、
前記磁気センサ部により出力された前記センサ信号に基づき、前記回転体の回転角度を検出する回転角度検出部と
を備え、
前記磁石は、前記磁石の径方向外側の所定の位置から前記回転軸に向かって凹状に実質的に湾曲しながら傾斜する湾曲傾斜面を有し、
前記湾曲傾斜面に対向する位置を通る、前記回転軸に直交し、前記回転軸を中心とする円形の仮想平面を設定したときに、前記磁気センサ部は、前記湾曲傾斜面に対向する位置であって、前記仮想平面上における径方向の磁場強度Ｈr及び周方向の磁場強度Ｈθの振幅が互いに実質的に同一である位置に設けられ、少なくとも前記径方向の磁場強度Ｈr及び前記周方向の磁場強度Ｈθのいずれか一方を前記センサ信号として出力することを特徴とする回転角度検出装置。
【請求項２】
前記湾曲傾斜面は、連続する微分値をそれぞれ有し、凹状に湾曲する第１〜第Ｎ湾曲部（Ｎは１以上の整数である。）を含み、
前記回転軸の軸方向に沿った前記磁石の切断面において、前記湾曲傾斜面に相当する曲線の径方向最外位置の一端部と径方向最内位置の他端部とを結ぶ線分から当該線分に対する垂直方向における前記湾曲傾斜面に相当する曲線までの最長距離Ｌと、前記第１〜第Ｎ湾曲部のそれぞれに相当する曲線の径方向最外位置の一端部と径方向最内位置の他端部とを結ぶ線分から当該線分に対する垂直方向における前記各湾曲部に相当する曲線までの最長距離Ｌ1〜ＬNとのうちの少なくとも１の最長距離が０．５〜４ｍｍであることを特徴とする請求項１に記載の回転角度検出装置。
【請求項３】
前記磁石は、前記回転軸の軸方向に沿って見たときに実質的に円形状の第１面及び前記第１面の外縁部に連続する前記湾曲傾斜面を含み、前記回転軸の一方側に位置する第１磁石部と、前記回転軸の他方側に位置し、前記第１磁石部と一体の第２磁石部とを有し、
前記第１磁石部の直径は、前記第１面側から前記第２磁石部側に向かって漸増することを特徴とする請求項１又は２に記載の回転角度検出装置。
【請求項４】
前記第２磁石部は、前記第１磁石部の前記第１面に対向し、前記回転軸の軸方向に沿って見たときに実質的に円形状の第２面を含むことを特徴とする請求項３に記載の回転角度検出装置。
【請求項５】
前記第２磁石部は、前記回転軸の軸方向に沿って前記第２面から突出する凸部を有することを特徴とする請求項３又は４に記載の回転角度検出装置。
【請求項６】
前記凸部は、前記磁石の径方向最外縁部よりも前記磁石の径方向内方から突出することを特徴とする請求項５に記載の回転角度検出装置。
【請求項７】
前記凸部は、前記磁石の径方向内方に向けて傾斜するようにして突出することを特徴とする請求項５又は６に記載の回転角度検出装置。
【請求項８】
前記磁気センサ部は、ＴＭＲ素子、ＧＭＲ素子又はＡＭＲ素子を含むことを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の回転角度検出装置。
【請求項９】
複数の前記磁気センサ部を備え、
前記複数の磁気センサ部のうちの少なくとも２つが、前記仮想平面上の周方向に沿って、前記回転軸を中心として実質的に（１８０／Ｍ）°（Ｍは２以上の整数である。）の間隔で配置されていることを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載の回転角度検出装置。
【請求項１０】
前記各磁気センサ部が、前記径方向の磁場強度Ｈr又は前記周方向の磁場強度Ｈθを前記センサ信号として出力することを特徴とする請求項９に記載の回転角度検出装置。
【請求項１１】
請求項１〜１０のいずれかに記載の回転角度検出装置、前記回転体に接続される第１シャフトと第２シャフトとを一体的に回転可能に接続する軸継手、及び前記第２シャフトの一端を支持する軸受を備え、
前記磁石は、前記軸継手と前記軸受との間に位置し、前記第２シャフトを貫通させるようにして前記第２シャフトに支持固定されており、
前記第２シャフト、前記軸継手及び前記軸受の少なくとも一つは、磁性材料により構成されることを特徴とする回転機械装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転体の回転角度を検出するための回転角度検出装置及びそれを含む回転機械装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、種々の用途で、回転体の回転角度を検出するための回転角度検出装置が用いられている。このような回転角度検出装置としては、回転体と一体に回転するように固定された磁石と、磁石の回転に伴う磁界の強さの変化を検出する磁気センサ素子とを備えるものが知られている。かかる回転角度検出装置において、磁気センサ素子は、回転体と磁気センサ素子との相対的位置関係を示す信号を出力する。
【０００３】
従来の回転角度検出装置としては、図３７に示すように、円板状に形成された磁石２００が、磁石２００の第１面２０１及び第２面２０２をシャフトＳ（回転軸）に直交させるようにして当該シャフトＳ（回転軸）に支持・固定されており、磁石２００の第２面２０２の外周の直下であって、シャフトＳ（回転軸）を中心とした周方向に磁気センサ素子（ホール素子）３００が配置されているものが知られている（特許文献１参照）。
【０００４】
上記回転角度検出装置においては、シャフトＳ（回転軸）が径方向に微小に移動する軸ブレが生じることで、シャフトＳ（回転軸）に支持・固定された磁石２００が径方向に微小に移動してしまうことがある。一方で、磁気センサ素子（ホール素子）３００は、磁石２００の外周の角部における、シャフトＳ（回転軸）に平行な方向の磁束密度を測定するように配置されている。そのため、磁石２００の微小な移動に伴い、磁気センサ素子（ホール素子）３００にて測定される磁束密度の測定値が大きく変動し、回転角度の測定誤差が大きくなってしまうという問題がある。
【０００５】
そこで、従来、図３８に示すように、シャフトＳ（回転軸）に支持・固定され、第１面２１１及びそれに対向する第２面２１２を有する磁石２１０と、磁石２１０の外周縁の直下に配置された磁気センサ素子（ホール素子）３１０とを備え、磁石２１０は、第１面２１１側の外周縁の角部が全周に渡って除去されて形成された面取り部２１３（傾斜面）を有しており、磁気センサ素子（ホール素子）３１０の検出面の一部が面取り部２１３（傾斜面）の直下に位置し、残りの部分が磁石２１０の外周縁よりも外側に位置するように配置されている回転角度検出装置が提案されている（特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００３−７５１０８号公報
【特許文献２】国際公開第２００８／０５０５８１号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上記特許文献２に記載の回転角度検出装置においては、磁石２１０の面取り部２１３（傾斜面）の傾斜角度によって、回転角度の検出誤差を小さくするために最適な磁気センサ素子３１０の配置場所が変動してしまう。そのため、磁石２１０の面取り部２１３（傾斜面）の傾斜角度に応じ、磁気センサ素子３１０の配置場所を微調整しなければならないという問題がある。
【０００８】
また、一般に、回転角度検出装置のサイズを小さくするために、磁石の体積を低減させることが要求される一方、磁気センサ素子にて磁束密度の変化を測定可能な程度の強さの磁界を磁石から発せられることが要求される。上記特許文献２においては、磁石２１０の外周縁に面取り部２１３（傾斜面）が形成されるため、当該面取り部２１３（傾斜面）が形成されていない磁石に比べれば体積を低減させることができるものの、磁石２１０から面取り部２１３（傾斜面）側に向かって発せられる磁場（回転軸方向の磁場）は弱くなってしまう。しかし、磁気センサ素子３１０にて磁束密度の変化を測定可能な程度な強さの磁界を磁石２１０が発しなければならず、磁場強度を強くするという要求と、磁石の体積を減らすという要求との相反する要求を同時に満たすことは困難となる。仮に、磁場強度を強くする目的で磁石２１０の体積を大きくし、それにより磁石２１０の質量が相対的に大きくなると、シャフトＳ（回転軸）の回転に伴う慣性モーメントが大きくなってしまう。その結果、軸ブレを抑制することが困難となり、回転角度の検出誤差が大きくなるおそれがある。さらには、磁石２１０の質量をある程度確保する必要があることで、回転角度検出装置の製造コストが増大するという問題もある。
【０００９】
上記特許文献２に記載の回転角度検出装置においては、磁石２１０の面取り部（傾斜面）２１０側に向かって発せられる磁場（回転軸Ｃ方向の磁場）の大きさを用いて回転角度を算出する。そして、磁石２１０の面取り部２１３（傾斜面）に対向する非常に狭い領域に磁気センサ素子３１０が配置されたとき、回転角度の検出誤差が小さくなる。しかも、その領域の磁石２１０に対する相対的位置は、面取り部２１３（傾斜面）の傾斜角度に応じて変動してしまう。そのため、特許文献２に記載の回転角度検出装置にて回転角度を精確に検出するためには、面取り部２１３（傾斜面）の傾斜角度に応じて変動する上記領域に、磁気センサ素子３１０が精確に配置されていなければならない。よって、軸ブレにより回転角度の検出誤差が大きくなってしまうという問題がある。
【００１０】
上記課題に鑑みて、本発明は、径方向及び／又は周方向の磁場強度に基づき回転角度を精確に検出することが可能な回転角度検出装置及びそれを含む回転機械装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題を解決するために、本発明は、回転体の回転に伴いその回転軸と一体に回転可能に設けられ、前記回転軸に沿って見たときの形状が実質的に円形であって、前記回転軸に直交する方向の磁化ベクトルの成分を有する磁石と、前記磁石の回転に伴う磁場の変化に基づき、センサ信号を出力する磁気センサ部と、前記磁気センサ部により出力された前記センサ信号に基づき、前記回転体の回転角度を検出する回転角度検出部とを備え、前記磁石は、前記磁石の径方向外側の所定の位置から前記回転軸に向かって凹状に実質的に湾曲しながら傾斜する湾曲傾斜面を有し、前記湾曲傾斜面に対向する位置を通る、前記回転軸に直交し、前記回転軸を中心とする円形の仮想平面を設定したときに、前記磁気センサ部は、前記湾曲傾斜面に対向する位置であって、前記仮想平面上における径方向の磁場強度Ｈr及び周方向の磁場強度Ｈθの振幅が互いに実質的に同一である位置に設けられ、少なくとも前記径方向の磁場強度Ｈr及び前記周方向の磁場強度Ｈθのいずれか一方を前記センサ信号として出力することを特徴とする回転角度検出装置を提供する（発明１）。
【００１２】
上記発明（発明１）において、前記湾曲傾斜面は、連続する微分値をそれぞれ有し、凹状に湾曲する第１〜第Ｎ湾曲部（Ｎは１以上の整数である。）を含み、前記回転軸の軸方向に沿った前記磁石の切断面において、前記湾曲傾斜面に相当する曲線の径方向最外位置の一端部と径方向最内位置の他端部とを結ぶ線分から当該線分に対する垂直方向における前記湾曲傾斜面に相当する曲線までの最長距離Ｌと、前記第１〜第Ｎ湾曲部のそれぞれに相当する曲線の径方向最外位置の一端部と径方向最内位置の他端部とを結ぶ線分から当該線分に対する垂直方向における前記各湾曲部に相当する曲線までの最長距離Ｌ1〜ＬNとのうちの少なくとも１の最長距離が０．５〜４ｍｍであるのが好ましい（発明２）。
【００１３】
上記発明（発明１，２）において、前記磁石は、前記回転軸の軸方向に沿って見たときに実質的に円形状の第１面及び前記第１面の外縁部に連続する前記湾曲傾斜面を含み、前記回転軸の一方側に位置する第１磁石部と、前記回転軸の他方側に位置し、前記第１磁石部と一体の第２磁石部とを有し、前記第１磁石部の直径は、前記第１面側から前記第２磁石部側に向かって漸増するのが好ましい（発明３）。
【００１４】
上記発明（発明３）において、前記第２磁石部は、前記第１磁石部の前記第１面に対向し、前記回転軸の軸方向に沿って見たときに実質的に円形状の第２面を含むのが好ましく（発明４）、前記回転軸の軸方向に沿って前記第２面から突出する凸部を有するのが好ましい（発明５）。
【００１５】
上記発明（発明５）において、前記凸部は、前記磁石の径方向最外縁部よりも前記磁石の径方向内方から突出するのが好ましく（発明６）、前記磁石の径方向内方に向けて傾斜するようにして突出するのが好ましい（発明７）。
【００１６】
上記発明（発明１〜７）において、前記磁気センサ部として、ＴＭＲ素子、ＧＭＲ素子又はＡＭＲ素子を含むものを用いることができる（発明８）。
【００１７】
上記発明（発明１〜８）において、複数の前記磁気センサ部を備え、前記複数の磁気センサ部のうちの少なくとも２つが、前記仮想平面上の周方向に沿って、前記回転軸を中心として実質的に（１８０／Ｍ）°（Ｍは２以上の整数である。）の間隔で配置されているのが好ましい（発明９）。
【００１８】
上記発明（発明９）において、前記各磁気センサ部が、前記径方向の磁場強度Ｈr又は前記周方向の磁場強度Ｈθを前記センサ信号として出力するのが好ましい（発明１０）。
【００１９】
また、本発明は、上記発明（発明１〜１０）に係る回転角度検出装置、前記回転体に接続される第１シャフトと第２シャフトとを一体的に回転可能に接続する軸継手、及び前記第２シャフトの一端を支持する軸受を備え、前記磁石は、前記軸継手と前記軸受との間に位置し、前記第２シャフトを貫通させるようにして前記第２シャフトに支持固定されており、前記第２シャフト、前記軸継手及び前記軸受の少なくとも一つは、磁性材料により構成されることを特徴とする回転機械装置を提供する（発明１１）。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、径方向及び／又は周方向の磁場強度に基づき回転角度を精確に検出することが可能な回転角度検出装置及びそれを含む回転機械装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】図１（Ａ）は、本発明の一実施形態に係る回転角度検出装置の概略構成を示す断面図であり、図１（Ｂ）は、本発明の一実施形態に係る回転角度検出装置における磁石の第２面側から見た平面図である。
【図２】図２は、本発明の一実施形態における磁石の要部を示す部分拡大側面図である。
【図３】図３は、本発明の一実施形態における磁石の要部の他の態様（その１）を示す部分拡大側面図である。
【図４】図４は、本発明の一実施形態における磁石の要部の他の態様（その２）を示す部分拡大側面図である。
【図５】図５は、本発明の一実施形態における磁石の要部の他の態様（その３）を示す部分拡大側面図である。
【図６】図６は、本発明の一実施形態における磁石の他の態様（その１）を示す断面図である。
【図７】図７は、本発明の一実施形態における磁石の他の態様（その２）を示す断面図である。
【図８】図８は、本発明の一実施形態における磁石の他の態様（その３）を示す断面図である。
【図９】図９は、本発明の一実施形態における磁石の他の態様（その４）を示す断面図である。
【図１０】図１０は、本発明の一実施形態における磁石の他の態様（その５）を示す断面図である。
【図１１】図１１は、本発明の一実施形態における磁石の他の態様（その６）を示す断面図である。
【図１２】図１２（Ａ）は、本発明の一実施形態における磁気センサ部により検出される磁場強度（径方向及び周方向の磁場強度）を示す概略図であり、図１２（Ｂ）は、当該磁気センサ部により検出される磁場強度（径方向の磁場強度）の他の態様を示す概略図であり、図１２（Ｃ）は、当該磁気センサ部により検出される磁場強度（周方向の磁場強度）の他の態様を示す概略図である。
【図１３】図１３は、本発明の一実施形態における磁石の第１面の下方における径方向及び周方向の磁場強度を概念的に示す図である。
【図１４】図１４（Ａ）は、本発明の一実施形態における磁石と磁気センサ配置可能領域とを概略的に示す斜視図であり、図１４（Ｂ）は、図１４（Ａ）の側面図である。
【図１５】本発明の一実施形態に係る回転角度検出装置において検出される磁場強度の振幅を示すグラフである。
【図１６】図１６は、本発明の一実施形態における磁気センサ部の回路構成の一の態様を概略的に示す回路図である。
【図１７】図１７は、本発明の一実施形態における磁気検出素子としてのＭＲ素子の概略構成を示す斜視図である。
【図１８】図１８は、本発明の一実施形態における回転角度検出部の回路構成の一態様を概略的に示す回路図である。
【図１９】図１９は、本発明の一実施形態における磁石の他の態様（その１）を示す部分拡大側面図である。
【図２０】図２０は、本発明の一実施形態における磁石の他の態様（その２）を示す部分拡大側面図である。
【図２１】図２１は、実施例１のシミュレーション結果を示す図である。
【図２２】図２２は、実施例２のシミュレーション結果を示す図である。
【図２３】図２３は、実施例３のシミュレーション結果を示す図である。
【図２４】図２４は、実施例４のシミュレーション結果を示す図である。
【図２５】図２５は、実施例５のシミュレーション結果を示す図である。
【図２６】図２６は、実施例６のシミュレーション結果を示す図である。
【図２７】図２７は、実施例７のシミュレーション結果を示す図である。
【図２８】図２８は、実施例８のシミュレーション結果を示す図である。
【図２９】図２９は、比較例１のシミュレーション結果を示す図である。
【図３０】図３０は、比較例２のシミュレーション結果を示す図である。
【図３１】図３１は、比較例３のシミュレーション結果を示す図である。
【図３２】図３２は、比較例４のシミュレーション結果を示す図である。
【図３３】図３３は、比較例５のシミュレーション結果を示す図である。
【図３４】図３４は、比較例１における磁石の概略構成を示す断面図である。
【図３５】図３５は、比較例２における磁石の概略構成を示す断面図である。
【図３６】図３６は、比較例３における磁石の概略構成を示す断面図である。
【図３７】図３７は、従来の回転角度検出装置の概略構成を示す断面図（図３７（Ａ））及び磁石の第１面側から見た平面図（図３７（Ｂ））である。
【図３８】図３８は、従来の回転角度検出装置の概略構成を示す断面図（図３８（Ａ））及び磁石の第１面側から見た平面図（図３８（Ｂ））である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
本発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。図１（Ａ）は、本実施形態に係る回転角度検出装置及びそれを含む回転機械装置の概略構成を示す断面図であり、図１（Ｂ）は、本実施形態に係る回転角度検出装置における磁石の第１面側から見た平面図であり、図２は、本実施形態における磁石の要部を示す部分拡大側面図である。
【００２３】
図１（Ａ）及び（Ｂ）に示すように、本実施形態における回転機械装置１０は、モーター、ギヤ等の回転角度検出対象物（図示せず）と一体的に回転する第１シャフト６と、第１シャフト６に回転軸Ｃを一致させて軸方向に連続する第２シャフト７と、第１シャフト６及び第２シャフト７を支持・固定する軸継手８と、第２シャフト７を保持する軸受９と、本実施形態に係る回転角度検出装置１とを備える。
【００２４】
第１シャフト６及び第２シャフト７は、例えば、Ｆｅ、Ｎｉ等の磁性体金属により構成され、円柱形状を有している。軸継手８は、例えば、Ｆｅ、Ｎｉ等の磁性体金属により構成され、第１シャフト６及び第２シャフト７を一体に回転可能に支持固定する。軸受９は、例えば、Ｆｅ、Ｎｉ等の磁性体金属により構成される。第１シャフト６、第２シャフト７、軸継手８及び軸受９は、例えば、Ｓ４５Ｃ等の機械構造用炭素鋼材、ＳＰＣＣ等の冷間圧延鋼材等により構成され得る。本実施形態に係る回転角度検出装置１は、後述するように、磁石２の周囲に位置する要素（第２シャフト７、軸継手８及び軸受９のうちの少なくとも１つ）が磁性体金属等の磁性材料により構成されていることで、回転角度がより精確に検出され得る。
【００２５】
本実施形態に係る回転角度検出装置１は、第２シャフト７に支持・固定され、第２シャフト７と一体に回転する磁石２と、磁石２の回転に伴う磁場の方向の変化に基づいてセンサ信号を出力する磁気センサ部３と、磁気センサ部３により出力されたセンサ信号に基づき、回転体の回転角度を検出する回転角度検出部４（図１８参照）とを備える。
【００２６】
磁石２は、第２シャフト７の回転軸Ｃ（軸心）に実質的に直交する第１面２Ａと、第１面２Ａに対向する第２面２Ｂとを有し、第２シャフト７の回転軸Ｃの軸方向に沿って見たときに第１面２Ａ及び第２面２Ｂは略円形状であり、第２面２Ｂは第１面２Ａを物理的に包含する大きさである。
【００２７】
磁石２は、磁石２の第１面２Ａ及び第２面２Ｂの重心（中心）と第１シャフト６及び第２シャフト７の回転軸Ｃとを一致させるようにして、第２シャフト７に支持・固定されており、回転軸Ｃに直交する方向（第１面２Ａ及び第２面２Ｂの面内方向）に磁化されている。なお、本実施形態において、回転軸Ｃに直交する方向に磁化されている磁石２を例に挙げるが、このような態様に限定されるものではない。例えば、磁石２は、回転軸Ｃに直交する方向の磁化ベクトル成分を有するものであればよいが、磁石２の磁化方向が回転軸Ｃに実質的に直交するもの（磁化方向の回転軸Ｃに対する角度が９０±１０°程度）が好適である。
【００２８】
本実施形態における磁石２は、第２シャフト７の軸方向一方側（軸受９側）に位置する第１磁石部２１と、第２シャフト７の軸方向他方側に位置し、第１磁石部２１と一体の第２磁石部２２とを含む。第１磁石部２１は、第１面２Ａと、第１面２Ａの外周縁部２１Ｅに連続し、凹状に実質的に湾曲する湾曲傾斜面２Ｄを含む。第２磁石部２２は、第２面２Ｂと、第２面２Ｂの外周縁部２２Ｅ及び湾曲傾斜面２Ｄの間に連続し、第２シャフト７の回転軸Ｃに実質的に平行な側面２Ｃとを含む。
【００２９】
第１磁石部２１の厚さＴ21は、特に限定されるものではなく、例えば、１〜１０ｍｍ程度に設定され得る。第２磁石部２２の厚さＴ22もまた、特に限定されるものではなく、例えば、０〜１０ｍｍ程度に設定され得る。
【００３０】
磁石２の第１面２Ａの直径Ｄ2Aと第２面２Ｂの直径Ｄ2Bとの比は、１：４以下であるのが好ましい。第１面２Ａの直径Ｄ2Aと第２面２Ｂの直径Ｄ2Bとの比が１：４を超えると、湾曲傾斜面２Ｄの下方の領域を通る、回転軸Ｃに直交し、回転軸Ｃを中心とする円形の仮想平面Ｖｆを設定したときに、当該仮想平面Ｖｆ上の所定の位置における径方向磁場Ｈrと周方向磁場Ｈθの振幅の差が大きくなり、角度誤差が悪化するおそれがある。一方、第１面２Ａの直径Ｄ2Aと第２面２Ｂの直径Ｄ2Bとの比が上記範囲内であれば、湾曲傾斜面２Ｄの下方の領域を通る、回転軸Ｃに直交し、回転軸Ｃを中心とする円形の仮想平面Ｖｆを設定したときに、当該仮想平面Ｖｆ上の所定の位置における径方向の磁場強度Ｈr及び周方向の磁場強度Ｈθの振幅を互いに実質的に同一にすることができる。ここで、仮想平面Ｖｆは、磁石２の湾曲傾斜面２Ｄの下方における所定の空間内を通るようにして任意に設定される平面である。なお、第１面２Ａの直径Ｄ2Aは、例えば、０〜１０ｍｍ程度に、第２面２Ｂの直径Ｄ2Bは、例えば、１０〜６０ｍｍ程度に設定され得る。
【００３１】
回転軸Ｃを含む平面にて磁石２を切断したときの断面において、湾曲傾斜面２Ｄに相当する曲線の端部のうち、磁石２の径方向最外位置にある端部２Ｄａと径方向最内位置にある端部２Ｄｂ（第１面２Ａの最外縁部２１Ｅ）とを結ぶ線分Ｓから、当該線分Ｓに対する垂直方向における上記曲線（湾曲傾斜面２Ｄに相当する曲線）までの最長距離Ｌが０．５〜４ｍｍであるのが好ましい。当該最大距離Ｌが０．５ｍｍ未満又は４ｍｍを超えると、径方向及び／又は周方向の磁場強度Ｈr，Ｈθに基づき回転角度を精確に検出するのが困難となるおそれがある。
【００３２】
本実施形態における磁石２の湾曲傾斜面２Ｄは、第１〜第Ｎ湾曲部（Ｎは１以上の整数である。）２Ｄ1〜２ＤNを含んでいてもよい。ここで、第１〜第Ｎ湾曲部２Ｄ1〜２ＤNは、それぞれ連続する微分値を有し、回転軸Ｃを含む平面にて磁石２を切断したときの断面において、各湾曲部２Ｄ1〜２ＤNの両端部（各湾曲部２Ｄ1〜２ＤNにおける磁石２の径方向最外位置の端部及び最内位置の端部）を結ぶ線分Ｓ1〜ＳNの長さが３ｍｍ以上のものである。この場合において、第１〜第Ｎ湾曲部２Ｄ1〜２ＤNのそれぞれに相当する曲線の両端部を結ぶ線分Ｓ1〜ＳNから、当該線分Ｓ1〜ＳNに対する垂直方向における上記曲線（第１〜第Ｎ湾曲部２Ｄ1〜２ＤNに相当する曲線）までの最長距離Ｌ1〜ＬNと、湾曲傾斜面２Ｄの最長距離Ｌとのいずれかが、０．５〜４ｍｍであるのが好ましく、１.５〜３ｍｍであるのが特に好ましい。仮に湾曲傾斜面２Ｄの最長距離Ｌが０．１ｍｍであったとしても、第Ｋ湾曲部（Ｋは１以上Ｎ以下の整数である。）２ＤKの最長距離ＬKが０．５〜４ｍｍの範囲内であれば、第Ｋ湾曲部２ＤKの下方に、径方向及び周方向の磁場強度Ｈr，Ｈθの振幅が互いに同一である領域が形成され得る。
【００３３】
例えば、図３（Ａ）及び（Ｂ）に示すように、湾曲傾斜面２Ｄは、磁石２の径方向の最外位置にある端部２Ｄａと径方向の最内位置にある端部２Ｄｂとの間の点２Ｄｃを端部とする第１湾曲部２Ｄ1と第２湾曲部２Ｄ2とを含んでいてもよい。この場合において、湾曲傾斜面２Ｄの最長距離Ｌは、両端部２Ｄａ，２Ｄｂを結ぶ線分Ｓから当該線分Ｓに対する垂直方向における、第１湾曲部２Ｄ1及び第２湾曲部２Ｄ2のそれぞれに相当する曲線までの最長距離であるものとし、当該最長距離Ｌと、第１湾曲部２Ｄ1の両端部２Ｄａ，２Ｄｃを結ぶ線分Ｓ1から当該線分Ｓ1に対する垂直方向における最長距離Ｌ1と、第２湾曲部２Ｄ2の両端部２Ｄｂ，２Ｄｃを結ぶ線分Ｓ2から当該線分Ｓ2に対する垂直方向における最長距離Ｌ2とのうちのいずれかが０．５〜４ｍｍであるのが好ましく、１.５〜３ｍｍであるのが特に好ましい。
【００３４】
また、図４（Ａ）〜（Ｃ）に示すように、湾曲傾斜面２Ｄの端部２Ｄａ，２Ｄｂの間に平面部２Ｅ、凹部（切欠部）２Ｆ又は凸部（突起部）２Ｇを有し、当該平面部２Ｅ、凹部（切欠部）２Ｆ又は凸部（突起部）２Ｇの起点２Ｄｃ，２Ｄｄをそれぞれ端部とする第１湾曲部２Ｄ1と第２湾曲部２Ｄ2とを含んでいてもよい。この場合において、湾曲傾斜面２Ｄの最長距離Ｌは、両端部２Ｄａ，２Ｄｂを結ぶ線分Ｓから、当該線分Ｓに対する垂直方向における第１湾曲部２Ｄ1及び第２湾曲部２Ｄ2のそれぞれに相当する曲線までの最長距離であるものとし、当該最長距離Ｌと、第１湾曲部２Ｄ1の両端部２Ｄａ，２Ｄｃを結ぶ線分Ｓ1から当該線分Ｓ1に対する垂直方向における最長距離Ｌ1と、第２湾曲部２Ｄ2の両端部２Ｄｂ，２Ｄｄを結ぶ線分Ｓ2から当該線分Ｓ2に対する垂直方向における最長距離Ｌ2とのうちのいずれかが０．５〜４ｍｍであるのが好ましく、１．５〜３ｍｍであるのが特に好ましい。
【００３５】
さらに、図５に示すように、湾曲傾斜面２Ｄは、湾曲傾斜面２Ｄに相当する曲線が波形状であることで、湾曲傾斜面２Ｄの端部２Ｄａ，２Ｄｂの間に凸状湾曲部２Ｈと、当該凸状湾曲部２Ｈを両側から挟む第１湾曲部２Ｄ1及び第２湾曲部２Ｄ2とを含んでいてもよい。この場合において、第１湾曲部２Ｄ１は、端部２Ｄａと変曲点２Ｄｅとの間の凹状部として定義され、第２湾曲部２Ｄ２は、端部２Ｄｂと変曲点２Ｄｆとの間の凹状部として定義され、凸状湾曲部２Ｈは、変曲点２Ｄｅ，２Ｄｆの間の凸状部として定義される。そして、湾曲傾斜面２Ｄの最長距離Ｌと、第１湾曲部２Ｄ1の部２Ｄａ及び変曲点２Ｄｅを結ぶ線分Ｓ1から当該線分Ｓ1に対する垂直方向における最長距離Ｌ1と、第２湾曲部２Ｄ2の端部２Ｄｂ及び変曲点２Ｄｆを結ぶ線分Ｓ2から当該線分Ｓ2に対する垂直方向における最長距離Ｌ2とのうちのいずれかが０．５〜４ｍｍであるのが好ましく、１．５〜３ｍｍであるのが特に好ましい。
【００３６】
なお、図２に示す態様においては、Ｎが１であり、湾曲傾斜面２Ｄは第１湾曲部２Ｄ1のみにより構成される。
【００３７】
本実施形態の磁石２において、第１磁石部２１の体積Ｖ21と第２磁石部２２の体積Ｖ22との比（Ｖ21：Ｖ22）が、１：４以下であるのが好ましく、１：３以下であるのがより好ましく、１：２以下であるのが特に好ましい。当該体積比（Ｖ21：Ｖ22）が上記範囲内であれば、径方向の磁場強度Ｈr及び周方向の磁場強度Ｈθの振幅を互いに実質的に同一にすることができ、それらに基づき回転角度を精確に検出することができる。
【００３８】
なお、本実施形態における磁石２は、図１（Ａ）及び図２に示す態様に限定されるものではない。例えば、第１磁石部２１が第１面２Ａを有さず、湾曲傾斜面２Ｄの一端部（軸受９側端部）が第２シャフト７に当接する構造であってもよい（図６参照）。また、第２磁石部２２が、側面２Ｃを有し、第１磁石部２１と一体の基部の側面２Ｃよりも磁石２の径方向内方の位置から第２面２Ｂ側に向けて傾斜しながら突出する構造であってもよいし（図７参照）、側面２Ｃの端部（軸継手８側端部）から第２面２Ｂ側に向けて傾斜しながら突出する構造であってもよい（図８参照）。さらに、第２磁石部２２は、側面２Ｃを有しない構造であってもよいし（図９参照）、磁石２の最外縁部よりも磁石２の径方向内側の位置から又は当該最外縁部から第２面２Ｂ側に向けて傾斜しながら突出する構造であってもよい（図１０，１１参照）。
【００３９】
本実施形態において、磁石２の第２面２Ｂと軸継手８との間の長さ（回転軸Ｃに沿った長さ）Ｌ28は、例えば、１０ｍｍ以下程度、好ましくは５ｍｍ以下程度に設定され得る。また、磁石２の第１面２Ａと軸受９との間の長さ（回転軸Ｃに沿った長さ）Ｌ29は、８ｍｍ以下程度、好ましくは５ｍｍ以下程度に設定され得る。磁石２に対して上記の間隔で配置される軸継手８や軸受９が、磁性材料により構成されていると、湾曲傾斜面２Ｄの下方の領域を通る、回転軸Ｃに直交し、回転軸Ｃを中心とする円形の仮想平面Ｖｆ上の所定の位置における径方向の磁場強度Ｈr及び周方向の磁場強度Ｈθを増強し、回転角度の検出誤差を改善することができる。また、後述する磁気センサ配置可能領域５（図１４参照）を大きくすることができるため、回転角度検出装置１における磁気センサ部３の設計自由度が増すという効果も奏する。
【００４０】
本実施形態における磁気センサ部３は、湾曲傾斜面２Ｄの下方の領域を通る、回転軸Ｃに直交し、回転軸Ｃを中心とする円形の仮想平面Ｖｆ上の所定の位置における径方向の磁場強度Ｈr及び周方向の磁場強度Ｈθの振幅が互いに実質的に同一である位置に設けられている。なお、本実施形態においては、図１２（Ａ）に示すように、径方向の磁場強度Ｈr及び周方向の磁場強度Ｈθを検出可能な１個の磁気センサ部３を備える態様を例に挙げるが、この態様に限定されるものではない。例えば、図１２（Ｂ）及び（Ｃ）に示すように、第２シャフト７の回転軸Ｃを中心として９０°の間隔で配置されてなる２個の磁気センサ部３を備えていてもよい。この場合において、２個の磁気センサ部３のそれぞれが径方向の磁場強度Ｈrを検出するものであってもよいし（図１２（Ｂ）参照）、周方向の磁場強度Ｈθを検出するものであってもよい（図１２（Ｃ）参照）。
【００４１】
複数の磁気センサ部３が設けられる場合において、複数の磁気センサ部３のうちの少なくとも２つは、第２シャフト７の回転軸Ｃを中心として実質的に（１８０／Ｍ）°（Ｍは２以上の整数、好ましくは２〜５の整数である。）の間隔で設けられていればよい。磁気センサ部３から出力される信号には、Ｍ次の高周波誤差成分が含まれるが、回転軸Ｃを中心とした（１８０／Ｍ）°の間隔で磁気センサ部３が設けられることで、当該Ｍ次の高周波誤差成分を除去することができるため、回転角度の検出誤差をより低減することができる。
【００４２】
本実施形態において、磁石２の湾曲傾斜面２Ｄの下方において、当該湾曲傾斜面２Ｄの下方の領域を通る、回転軸Ｃに直交し、回転軸Ｃを中心とする円形の仮想平面Ｖｆ上の所定の位置における径方向の磁場強度Ｈr及び周方向の磁場強度Ｈθは、それぞれ、磁石２の第１磁石部２１により生成される径方向の磁場Ｍr21と第２磁石部２２により生成される径方向の磁場Ｍr22との和及び第１磁石部２１により生成される周方向の磁場Ｍθ21と第２磁石部２２により生成される周方向の磁場Ｍθ22との和として扱うことができる（図１３参照）。
【００４３】
本実施形態のように磁石２の面内方向に磁化されている場合、円形の仮想平面Ｖｆ上における径方向の磁場強度Ｈrの大きさは、Ｎ極側端部ＮＰ近傍及びＳ極側端部ＳＰ近傍のそれぞれにおいて最大になり、Ｎ極側端部ＮＰ及びＳ極側端部ＳＰのそれぞれからシャフト５を中心に９０°回転した位置において最小になる。一方、周方向の磁場強度Ｈθの大きさは、Ｎ極側端部ＮＰ及びＳ極側端部ＳＰのそれぞれからシャフト５を中心に９０°回転した位置において最大になり、Ｎ極側端部ＮＰ近傍及びＳ極側端部ＳＰ近傍のそれぞれにおいて最小になる。
【００４４】
本実施形態において、Ｎ極側端部ＮＰ及びＳ極側端部ＳＰのそれぞれにおける、第１磁石部２１により生成される径方向の磁場Ｍr21の方向は磁石２の磁化方向ＤＭと平行であるが、第２磁石部２２により生成される径方向の磁場Ｍr22の方向は磁石２の磁化方向ＤＭと反平行である。そして、第１磁石部２１により生成される径方向の磁場Ｍr21の大きさ（磁場強度Ｈr21）は、第２磁石部２２により生成される径方向の磁場Ｍr22の大きさ（磁場強度Ｈr22）よりも小さい（Ｈr21＜Ｈr22）。なお、図１３において、各磁場Ｍr21，Ｍr22，Ｍθ21，Ｍθ22の大きさ（磁場強度Ｈr21，Ｈr22，Ｈθ21，Ｈθ22）は、矢印の長さにより表されている。
【００４５】
一方、Ｎ極側端部ＮＰ及びＳ極側端部ＳＰから第２シャフト７を中心に９０°回転した位置における第１磁石部２１により生成される周方向の磁場Ｍθ21の方向及び第２磁石部２２により生成される周方向の磁場Ｍθ22の方向は、ともに磁石２の磁化方向ＤＭと反平行であって、それらの磁場Ｈθ21，Ｈθ22の大きさは、Ｎ極側端部ＮＰ及びＳ極側端部ＳＰにおける第２磁石部２２により生成される径方向の磁場Ｍr22の大きさ（磁場強度Ｈr22）よりも小さい（Ｈr22＞Ｈθ21，Ｈθ22）。これにより、径方向の磁場強度Ｈrの最大値及び最小値と、周方向の磁場強度Ｈθの最大値及び最小値とは、実質的に同一となる。
【００４６】
上述したように、本実施形態における磁石２の湾曲傾斜面２Ｄの下方においては、当該湾曲傾斜面２Ｄの下方の領域を通る、回転軸Ｃに直交し、回転軸Ｃを中心とする円形の仮想平面Ｖｆ上の所定の位置における径方向及び周方向の磁場強度Ｈr，Ｈθの振幅が互いに実質的に同一となる領域（磁気センサ配置可能領域）が生成される。この磁気センサ配置可能領域５は、図１４（Ａ）及び（Ｂ）に示すように、回転軸Ｃに平行であって、磁石２の第２磁石部２２の側面２Ｃを含む第１仮想平面ＶＬ１と、回転軸Ｃに直交する、第１面２Ａを含む第２仮想平面ＶＬ２と、湾曲傾斜面２Ｄにより囲まれた、第２シャフト７の周りのリング状の領域である。したがって、この磁気センサ配置可能領域５に磁気センサ部３を設けることで、当該磁気センサ配置可能領域を通る、回転軸Ｃに直交し、回転軸Ｃを中心とする円形の仮想平面Ｖｆ上における径方向の磁場強度Ｈrの振幅と、磁石２の周方向の磁場強度Ｈθの振幅とを実質的に同一にすることができるため（図１５参照）、本実施形態に係る回転角度検出装置１による回転角度の検出誤差を低減することができる。
【００４７】
本実施形態における磁気センサ部３は、少なくとも１つの磁気検出素子を含む。磁気センサ部３は、少なくとも１つの磁気検出素子として、直列に接続された一対の磁気検出素子を含んでいてもよい。この場合において、磁気センサ部３は、直列に接続された第１の一対の磁気検出素子と、直列に接続された第２の一対の磁気検出素子とを含む、第１及び第２の検出回路を有する。
【００４８】
図１６に示すように、磁気センサ部３が有する第１の検出回路３１は、電源ポートＶ１と、グランドポートＧ１と、２つの出力ポートＥ１１，Ｅ１２と、第１のホイートストンブリッジ回路３１１とを有する。第１のホイートストンブリッジ回路３１１は、直列に接続された第１の一対の磁気検出素子Ｒ１１，Ｒ１２を含む第１の信号生成部３１Ａと、直列に接続された第２の一対の磁気検出素子Ｒ１３，Ｒ１４を含む第２の信号生成部３１Ｂとを有する。磁気検出素子Ｒ１１，Ｒ１３の接続点Ｊ１２は電源ポートＶ１に接続されている。磁気検出素子Ｒ１１，Ｒ１２の接続点Ｊ１１は出力ポートＥ１１に接続されている。磁気検出素子Ｒ１３，Ｒ１４の接続点Ｊ１４は出力ポートＥ１２に接続されている。磁気検出素子Ｒ１２，Ｒ１４の接続点Ｊ１３はグランドポートＧ１に接続されている。電源ポートＶ１には、所定の大きさの電源電圧が印加され、グランドポートＧ１はグランドに接続される。第１の信号生成部３１Ａにより生成された第１の信号Ｓ１が出力ポートＥ１１から出力され、第２の信号生成部３１Ｂにより生成された第２の信号Ｓ２が出力ポートＥ１２から出力される。
【００４９】
また、磁気センサ部３が有する第２の検出回路３２は、電源ポートＶ２と、グランドポートＧ２と、２つの出力ポートＥ２１，Ｅ２２と、第２のホイートストンブリッジ回路３１２とを有する。第２のホイートストンブリッジ回路３１２は、直列に接続された第３の一対の磁気検出素子Ｒ２１，Ｒ２２を含む第３の信号生成部３２Ａと、直列に接続された第４の一対の磁気検出素子Ｒ２３，Ｒ２４を含む第４の信号生成部３２Ｂとを有する。磁気検出素子Ｒ２１，Ｒ２３の接続点Ｊ２２は電源ポートＶ２に接続されている。磁気検出素子Ｒ２１，Ｒ２２の接続点Ｊ２１は出力ポートＥ２１に接続されている。磁気検出素子Ｒ２３，Ｒ２４の接続点Ｊ２４は出力ポートＥ２２に接続されている。磁気検出素子Ｒ２２，Ｒ２４の接続点Ｊ２３はグランドポートＧ２に接続されている。電源ポートＶ２には、所定の大きさの電源電圧が印加され、グランドポートＧ２はグランドに接続される。第３の信号生成部３２Ａにより生成された第３の信号Ｓ３が出力ポートＥ２１から出力され、第４の信号生成部３２Ｂにより生成された第４の信号Ｓ４が出力ポートＥ２２から出力される。
【００５０】
本実施形態において、第１及び第２の検出回路３１，３２に含まれるすべての磁気検出素子Ｒ１１〜Ｒ１４，Ｒ２１〜Ｒ２４として、ＴＭＲ素子、ＧＭＲ素子、ＡＭＲ素子等の磁気抵抗効果素子（ＭＲ素子）を用いることができ、特にＴＭＲ素子を用いるのが好ましい。ＴＭＲ素子及びＧＭＲ素子は、磁化方向が固定された磁化固定層と、印加される磁界の方向に応じて磁化方向が変化する自由層と、磁化固定層及び自由層の間に配置される非磁性層とを有する。
【００５１】
具体的には、図１７に示すように、ＴＭＲ素子及びＧＭＲ素子は、複数の下部電極６１と、複数のＭＲ膜５０と、複数の上部電極６２とを有する。複数の下部電極６１は、基板（図示せず）上に設けられている。各下部電極６１は細長い形状を有する。下部電極６１の長手方向に隣接する２つの下部電極６１の間には、間隙が形成されている。下部電極６１の上面における、長手方向の両端近傍にそれぞれＭＲ膜５０が設けられている。ＭＲ膜５０は、下部電極６１側から順に積層された自由層５１、非磁性層５２、磁化固定層５３及び反強磁性層５４を含む。自由層５１は、下部電極６１に電気的に接続されている。反強磁性層５４は、反強磁性材料により構成され、磁化固定層５３との間で交換結合を生じさせることで、磁化固定層５３の磁化の方向を固定する役割を果たす。複数の上部電極６２は、複数のＭＲ膜５０上に設けられている。各上部電極６２は細長い形状を有し、下部電極６１の長手方向に隣接する２つの下部電極６１上に配置され、隣接する２つのＭＲ膜５０の反強磁性層５４同士を電気的に接続する。なお、ＭＲ膜５０は、上部電極６２側から順に自由層５１、非磁性層５２、磁化固定層５３及び反強磁性層５４が積層されてなる構成を有していてもよい。
【００５２】
ＴＭＲ素子においては、非磁性層５２はトンネルバリア層である。ＧＭＲ素子においては、非磁性層５２は非磁性導電層である。ＴＭＲ素子、ＧＭＲ素子において、自由層５１の磁化の方向が磁化固定層５３の磁化の方向に対してなす角度に応じて抵抗値が変化し、この角度が０°（互いの磁化方向が平行）のときに抵抗値が最小となり、１８０°（互いの磁化方向が反平行）のときに抵抗値が最大となる。
【００５３】
図１６において、磁気検出素子Ｒ１１〜Ｒ１４の磁化固定層の磁化方向を塗りつぶした矢印で表す。第１の検出回路３１において、磁気検出素子Ｒ１１，Ｒ１４の磁化固定層５３の磁化方向と、磁気検出素子Ｒ１２，Ｒ１３の磁化固定層５３の磁化方向とは、互いに反平行方向であり、磁石２の径方向に直交する。
【００５４】
第１の信号生成部３１Ａにおいて、磁石２の回転により径方向の磁場強度Ｈrが変化すると、それに応じて磁気検出素子Ｒ１１，Ｒ１２の自由層５１の磁化方向が変化し、当該自由層５１の磁化方向と磁化固定層５３の磁化方向との相対角度に基づいて、接続点Ｊ１１の電位が変化する。また、第２の信号生成部３１Ｂにおいても同様に、磁気検出素子Ｒ１３，Ｒ１４の自由層５１の磁化方向と磁化固定層５３の磁化方向との相対角度に基づいて、接続点Ｊ１４の電位が変化する。したがって、第１の信号生成部３１Ａは、径方向の磁場強度Ｈrに対応した第１の信号Ｓ１を生成し、第１の信号Ｓ１は出力ポートＥ１１から出力される。第２の信号生成部３１Ｂは、径方向の磁場強度Ｈrに対応した第２の信号Ｓ２を生成し、第２の信号Ｓ２は出力ポートＥ１２から出力される。
【００５５】
同様に、図１６において、磁気検出素子Ｒ２１〜Ｒ２４の磁化固定層の磁化方向を塗りつぶした矢印で表す。第２の検出回路３２において、磁気検出素子Ｒ２１，Ｒ２４の磁化固定層５３の磁化方向と、磁気検出素子Ｒ２２，Ｒ２３の磁化固定層５３の磁化方向とは、互いに反平行方向であり、磁石２の磁化方向ＤＭに平行である。
【００５６】
第３の信号生成部３２Ａにおいて、磁石２の回転により周方向の磁場強度Ｈθが変化すると、それに応じて磁気検出素子Ｒ２１，Ｒ２２の自由層５１の磁化方向が変化し、当該自由層５１の磁化方向と磁化固定層５３の磁化方向との相対角度に基づいて、接続点Ｊ２１の電位が変化する。また、第４の信号生成部３２Ｂにおいても同様に、磁気検出素子Ｒ２３，Ｒ２４の自由層５１の磁化方向と磁化固定層５３の磁化方向との相対角度に基づいて、接続点Ｊ２４の電位が変化する。したがって、第３の信号生成部３２Ａは、磁石２の周方向の磁場強度Ｈθに対応した第３の信号Ｓ３を生成し、第３の信号Ｓ３は出力ポートＥ２１から出力される。第４の信号生成部３２Ｂは、磁石２の周方向の磁場強度Ｈθに対応した第４の信号Ｓ４を生成し、第４の信号Ｓ４は出力ポートＥ２２から出力される。
【００５７】
本実施形態における回転角度検出部４は、図１８に示すように、第１の演算回路４１と、第２の演算回路４２と、第３の演算回路４３とを有し、第１〜第４の信号Ｓ１〜Ｓ４に基づいて、回転角度検出値θｓを生成する。
【００５８】
第１の演算回路４１の２つの入力端には、それぞれ出力ポートＥ１１，Ｅ１２が接続されている。第２の演算回路４２の２つの入力端には、それぞれ出力ポートＥ２１，Ｅ２２が接続されている。第３の演算回路４３の２つの入力端には、それぞれ第１及び第２の演算回路４１，４２の各出力端が接続されている。
【００５９】
第１の演算回路４１は、第１及び第２の信号Ｓ１，Ｓ２に基づき、第１の演算後信号Ｓａ１を生成する。第２の演算回路４２は、第３及び第４の信号Ｓ３，Ｓ４に基づき、第２の演算後信号Ｓａ２を生成する。第３の演算回路４３は、第１及び第２の演算後信号Ｓａ１，Ｓａ２に基づき、回転角度検出値θｓを算出する。
【００６０】
第１の演算後信号Ｓａ１は、第１の信号Ｓ１と第２の信号Ｓ２との差分（Ｓ１−Ｓ２）を求める演算によって生成される。第２の演算後信号Ｓａ２は、第３の信号Ｓ３と第４の信号Ｓ４との差分（Ｓ３−Ｓ４）を求める演算によって生成される。
【００６１】
第３の演算回路４３は、正規化回路Ｎ１〜Ｎ４と、加算回路４３Ａと、減算回路４３Ｂと、演算部４３Ｃとを有する。正規化回路Ｎ１〜Ｎ４は、それぞれ入力端と出力端とを有する。加算回路４３Ａ、減算回路４３Ｂ及び演算部４３Ｃは、それぞれ２つの入力端と１つの出力端とを有する。
【００６２】
正規化回路Ｎ１の入力端には、第１演算回路４１の出力端が接続されている。正規化回路Ｎ２の入力端には、第２演算回路４２の出力端が接続されている。加算回路４３Ａの２つの入力端には、それぞれ正規化回路Ｎ１，Ｎ２の各出力端が接続されている。減算回路４３Ｂの２つの入力端には、それぞれ正規化回路Ｎ１，Ｎ２の各出力端が接続されている。正規化回路Ｎ３の入力端には、加算回路４３Ａの出力端が接続され、正規化回路Ｎ４の入力端には、減算回路４３Ｂの出力端が接続されている。演算部４３Ｃの２つの入力端には、それぞれ正規化回路Ｎ３，Ｎ４の各出力端が接続されている。
【００６３】
正規化回路Ｎ１は、第１の演算後信号Ｓａ１を正規化した値を加算回路４３Ａ及び減算回路４３Ｂに出力する。正規化回路Ｎ２は、第２の演算後信号Ｓａ２を正規化した値を加算回路４３Ａ及び減算回路４３Ｂに出力する。正規化回路Ｎ１，Ｎ２は、例えば、第１及び第２の演算後信号Ｓａ１，Ｓａ２の最大値がともに１になり、最小値がともに−１になるように、第１及び第２の演算後信号Ｓａ１，Ｓａ２を正規化する。本実施形態において、第１の演算後信号Ｓａ１を正規化した値は、ｓｉｎ(θ＋π／４)となり、第２の演算後信号Ｓａ２を正規化した値は、ｓｉｎ(θ−π／４)となる。なお、θは、接続点Ｊ１２，１４を結ぶ線分と外部磁場とのなす角度である。
【００６４】
加算回路４３Ａは、第１の演算後信号Ｓａ１を正規化した値と第２の演算後信号Ｓａ２を正規化した値との和を求める演算を行い、加算信号Ｓ１１を生成する。減算回路４３Ｂは、第１の演算後信号Ｓａ１を正規化した値と第２の演算後信号Ｓａ２を正規化した値との差を求める演算を行い、減算信号Ｓ１２を生成する。加算信号Ｓ１１及び減算信号Ｓ１２は、下記式により表される。
【００６５】
Ｓ１１＝ｓｉｎ(θ−π／４)＋ｓｉｎ(θ＋π／４)
＝２ｓｉｎθ・ｃｏｓ(−π／４)
＝１．４１ｓｉｎθ
Ｓ１２＝ｓｉｎ(θ＋π／４)−ｓｉｎ(θ−π／４)
＝２ｃｏｓθ・ｓｉｎ(π／４)
＝１．４１ｃｏｓθ
【００６６】
正規化回路Ｎ３は、加算信号Ｓ１１を正規化した値Ｓ２１を演算部４３Ｃに出力する。正規化回路Ｎ４は、減算信号Ｓ１２を正規化した値Ｓ２２を演算部４３Ｃに出力する。正規化回路Ｎ３，Ｎ４は、例えば、加算信号Ｓ１１及び減算信号Ｓ１２の最大値がともに１になり、最小値がともに−１になるように、加算信号Ｓ１１及び減算信号Ｓ１２を正規化する。本実施形態において、加算信号Ｓ１１を正規化した値Ｓ２１はｓｉｎθとなり、減算信号Ｓ１２を正規化した値Ｓ２２はｃｏｓθとなる。
【００６７】
演算部４３Ｃは、値Ｓ２１，Ｓ２２に基づいて、角度θと対応関係を有する回転角度検出値θｓを算出する。例えば、演算部４３Ｃは、下記式により、回転角度検出値θｓを算出する。
θｓ＝ａｒｃｔａｎ(Ｓ２１／Ｓ２２)
【００６８】
回転角度検出値θｓが０°以上３６０°未満の範囲内において、上記式による回転角度検出値θｓの解には、１８０°異なる２つの値がある。しかし、値Ｓ２１，Ｓ２２の正負の組み合わせにより、回転角度検出値θｓの真の値が、２つの解のいずれであるかを判別することができる。すなわち、値Ｓ２１が正の値のとき、回転角度検出値θｓは０°よりも大きく１８０°よりも小さい。値Ｓ２１が負の値のとき、回転角度検出値θｓは１８０°よりも大きく３６０°よりも小さい。値Ｓ２２が正の値のとき、回転角度検出値θｓは０°以上９０°未満、及び２７０°より大きく３６０°以下の範囲内である。値Ｓ２２が負の値のとき、回転角度検出値θｓは９０°よりも大きく２７０°よりも小さい。演算部４３Ｃは、上記式により求めた回転角度検出値θｓと、値Ｓ２１，Ｓ２２の正負の組み合わせとにより、０°以上３６０°未満の範囲内で回転角度検出値θｓの真の値を求めることができる。
【００６９】
上述したように、本実施形態に係る回転角度検出装置１においては、磁石２の湾曲傾斜面２Ｄの下方において、径方向及び周方向の磁場強度Ｈr，Ｈθの振幅が実質的に同一となる領域（磁気センサ配置可能領域５）が生成される。そして、この磁気センサ配置可能領域５に磁気センサ部３が設けられているため、回転角度の検出誤差を低減することができる。また、径方向の磁場強度Ｈr及び周方向の磁場強度Ｈθにより回転角度が算出されるため、第２シャフト７の軸ブレによる回転角度の検出誤差が生じるのを抑制することができる。さらに、径方向の磁場強度Ｈr及び周方向の磁場強度Ｈθにより回転角度検出値θｓが算出されるため、磁石２の体積を低減することも可能となる。さらにまた、本実施形態における回転機械装置１０においては、第１及び第２シャフト６，７、軸継手８及び軸受９が磁性材料により構成されていることで、磁気センサ部３により検出される磁場強度Ｈr，Ｈθを増強させることができるとともに、回転角度検出装置１による回転角度の検出精度を向上させることができる。
【００７０】
以上説明した実施形態は、本発明の理解を容易にするために記載されたものであって、本発明を限定するために記載されたものではない。したがって、上記実施形態に開示された各要素は、本発明の技術的範囲に属する全ての設計変更や均等物をも含む趣旨である。
【００７１】
例えば、上記実施形態において、磁気センサ部３は、径方向の磁場強度Ｈr及び周方向の磁場強度Ｈθのいずれか一方と、第２シャフト７の回転軸Ｃに沿った方向の磁場強度Ｈzとを検出し、径方向の磁場強度Ｈr及び周方向の磁場強度Ｈθのいずれか一方と、第２シャフト７の回転軸Ｃに沿った方向の磁場強度Ｈzとに基づいて、回転角度検出部４により回転角度検出値θｓが算出されてもよい。
【００７２】
上記実施形態において、磁石２の第２磁石部２２の外形が実質的に円板状であって、磁石２の湾曲傾斜面２Ｄにおける径方向最外位置の端部２Ｄａが、磁石２の側面２Ｃ上、すなわち磁石２の最外縁に位置する態様を例に挙げたが、本発明はこのような態様に限定されるものではない。例えば、図１９（Ａ）に示すように、磁石２の第２磁石部２２は、側面２Ｃの下側（第１磁石部２１側）の一部が切り欠かれてなる切欠部２Ｉを有し、湾曲傾斜面２Ｄの径方向最外位置の端部２Ｄａが、磁石２の側面２Ｃよりも径方向内側に位置していてもよい。また、図１９（Ｂ）に示すように、磁石２の第２磁石部２２は、側面２Ｃの下側（第１磁石部２１側）に向かって突出する凸部２Ｊを有し、湾曲傾斜面２Ｄの径方向最外位置の端部２Ｄａが、磁石２の側面２Ｃよりも径方向内側に位置していてもよい。これらの場合において、湾曲傾斜面２Ｄの最長距離Ｌは、湾曲傾斜面２Ｄに相当する曲線の両端部２Ｄａ，２Ｄｂを結ぶ線分Ｓから当該線分Ｓに対する垂直方向における上記曲線までの最長距離として定義され得る。
【００７３】
上記実施形態において、磁石２の湾曲傾斜面２Ｄが曲面により構成される例を挙げて説明したが、本発明はこのような態様に限定されるものではない。例えば、湾曲傾斜面２Ｄは、図２０（Ａ）に示すように、複数の平面が折れ線状に連続し、全体として曲面のように構成されていてもよいし、図２０（Ｂ）に示すように、微細な段差形状により、全体として曲面のように構成されていてもよい。
【実施例】
【００７４】
以下、実施例等を挙げて本発明をさらに詳細に説明するが、本発明は下記の実施例等に何ら限定されるものではない。
【００７５】
〔実施例１〕
図１（Ａ）及び図２に示す構成を有する回転機械装置１０において、磁石２の磁場分布及びそれに基づく角度誤差分布を、有限要素法（ＦＥＭ）を用いたシミュレーションにより求めた。なお、磁石２の第１磁石部２１の厚さＴ21を４．２５ｍｍ、第２磁石部２２の厚さＴ22を０．７５ｍｍ、第１面２Ａの直径Ｄ2Aを１０ｍｍ、第２面２Ｂの直径Ｄ2Bを２８ｍｍ、湾曲傾斜面２Ｄに相当する曲線における磁石２の径方向の最外位置にある端部２Ｄａと径方向の最内位置にある端部２Ｄｂ（第１面２Ａの最外縁部２１Ｅ）とを結ぶ線分Ｓから、当該線分Ｓに対する垂直方向における上記曲線（湾曲傾斜面２Ｄに相当する曲線）までの最大距離Ｌを１．３ｍｍとし、軸継手８と第２面２Ｂとの間の長さＬ28を８ｍｍ、軸受９と第１面２Ａとの間の長さＬ29を２ｍｍ、第２シャフト部７及び軸継手８の材料を機械構造用炭素鋼材Ｓ４５Ｃ、軸受９の材料を冷間圧延鋼材ＳＰＣＣとした。結果を図２１に示す。
【００７６】
〔実施例２〕
図１１に示す構成を有する磁石２を用い、磁石２の第１磁石部２１の厚さＴ21を４.２５ｍｍ、第２磁石部２２の厚さＴ22を３ｍｍとした以外は、実施例１と同様にして、磁石２の磁場分布及びそれに基づく角度誤差分布をシミュレーションにより求めた。結果を図２２に示す。
【００７７】
〔実施例３〕
湾曲傾斜面２Ｄに相当する曲線における磁石２の径方向の最外位置にある端部２Ｄａと径方向の最内位置にある端部２Ｄｂ（第１面２Ａの最外縁部２１Ｅ）とを結ぶ線分Ｓから、当該線分Ｓに対する垂直方向における上記曲線（湾曲傾斜面２Ｄに相当する曲線）までの最大距離Ｌを０．８ｍｍとした以外は、実施例２と同様にして、磁石２の磁場分布及びそれに基づく角度誤差分布をシミュレーションにより求めた。結果を図２３に示す。
【００７８】
〔実施例４〕
第１シャフト６、第２シャフト７、軸継手８及び軸受９を有しない構成とした以外は、実施例１と同様にして、磁石２の磁場分布及びそれに基づく角度誤差分布をシミュレーションにより求めた。結果を図２４に示す。
【００７９】
〔実施例５〕
第１シャフト６、第２シャフト７及び軸継手８を有しない構成とした以外は、実施例１と同様にして、磁石２の磁場分布及びそれに基づく角度誤差分布をシミュレーションにより求めた。結果を図２５に示す。
【００８０】
〔実施例６〕
軸継手８及び軸受９を有しない構成とした以外は、実施例１と同様にして、磁石２の磁場分布及びそれに基づく角度誤差分布をシミュレーションにより求めた。結果を図２６に示す。
【００８１】
〔実施例７〕
第１シャフト６、第２シャフト７及び軸受９を有しない構成とした以外は、実施例１と同様にして、磁石２の磁場分布及びそれに基づく角度誤差分布をシミュレーションにより求めた。結果を図２７に示す。
【００８２】
〔実施例８〕
第１シャフト６、第２シャフト７、軸継手８及び軸受９を有さず、磁石２に第２シャフト７を通す孔が形成されていない構成とした以外は、実施例１と同様にして、磁石２の磁場分布及びそれに基づく角度誤差分布をシミュレーションにより求めた。結果を図２８に示す。
【００８３】
〔比較例１〕
図３４に示すように、第２面２２０Ｂ及びその外周縁部に連続し、シャフト７の回転軸Ｃに実質的に平行な側面２２０Ｃを有する第２磁石部２２２と、第１面２２０Ａ及び第２磁石部２２２の側面２２０Ｃよりも径方向内方の位置から第１面２２０Ａ側に向けて突出するとともに、径方向内方に所定の角度で傾斜する傾斜側面２２０Ｄを有する第１磁石部２２１とを備える磁石２２０を用いた以外は、実施例１と同様にして、磁石２２０の磁場分布及びそれに基づく角度誤差分布をシミュレーションにより求めた。なお、磁石２２０において、第１面２２０Ａの直径を１２ｍｍ、第２面２２０Ｂの直径を２８ｍｍ、第１磁石部２２１の厚さを２．２５ｍｍ、第２磁石部２２２の厚さを２．７５ｍｍ、傾斜側面２２０Ｄの傾斜角度を２５°とした。結果を図２９に示す。
【００８４】
〔比較例２〕
図３５に示すように、第２面２３０Ｂを含む第２磁石部２３２と、第２面２３０Ｂの外周縁部に連続する傾斜側面２３０Ｄ及び第１面２３０Ａを含む第１磁石部２３１とを有する、断面略台形状の磁石２３０を用いた以外は、実施例１と同様にして、磁石２３０の磁場分布及びそれに基づく角度誤差分布をシミュレーションにより求めた。なお、磁石２３０の厚さ（第１磁石部２３１の厚さ）を５ｍｍ、第１面２３０Ａの直径を１２ｍｍ、第２面２３０Ｂの直径を２８ｍｍ、傾斜側面２Ｄの傾斜角度を３２°とした。結果を図３０に示す。
【００８５】
〔比較例３〕
図３６に示すように、第２面２４０Ｂ及び第２面２４０Ｂの外周縁部に連続する側面２４０Ｃを含む第２磁石部２４２と、側面２４０Ｃよりも径方向内方の位置からシャフト７の回転軸に実質的に平行な方向に立ち上がる側面２４０Ｅ及び第１面２４０Ａを含む第１磁石部２４１とを有する、断面略階段形状の磁石２４０を用いた以外は、実施例１と同様にして、磁石２４０の磁場分布及びそれに基づく角度誤差分布をシミュレーションにより求めた。なお、磁石２４０の第１磁石部２４１及び第２磁石部２４２の厚さをそれぞれ２．０ｍｍ、側面２Ｃから立ち上がり位置までの径方向の長さを４ｍｍ、第１面２４０Ａの直径を２０ｍｍ、第２面２４０Ｂの直径を２８ｍｍとした。結果を図３１に示す。
【００８６】
〔比較例４〕
図３７に示す構成を有する磁石２００を用いた以外は、実施例１と同様にして、磁石２００の磁場分布及びそれに基づく角度誤差分布をシミュレーションにより求めた。なお、磁石２００の厚さを３ｍｍ、直径を２８ｍｍとした。結果を図３２に示す。
【００８７】
〔比較例５〕
図３８に示す構成を有する磁石２１０を用いた以外は、実施例１と同様にして、磁石２１０の磁場分布及びそれに基づく角度誤差分布をシミュレーションにより求めた。なお、磁石２１０の厚さを５ｍｍ、第１面２１１の直径を１４．０ｍｍ、第２面２１２の直径を２８ｍｍ、傾斜側面２１３の傾斜角度を３０°とした。結果を図３３に示す。
【００８８】
図２１〜３３は、実施例１〜８及び比較例１〜５のシミュレーションにより求められた、磁石２，２００〜２４０の外周縁部近傍における角度誤差分布を示す図である。図２１〜３３において、磁石２，２００〜２４０の周囲における明度の最も低い領域（濃いグレーの領域）は径方向及び周方向の磁場強度Ｈr，Ｈθが１５ｍＴ未満の領域であり、明度の最も高い領域（明るい領域）は径方向及び周方向の磁場強度Ｈr，Ｈθが２０ｍＴ以上の領域であり、それらの中間の明度の領域（薄いグレーの領域）は径方向及び周方向の磁場強度Ｈr，Ｈθ が１５ｍＴ以上２０ｍＴ未満の領域である。破線で囲まれた領域は、角度誤差が良好な領域であって、かつ磁気センサ部３により検出可能な磁場強度（磁場強度Ｈr，Ｈθ＝２０〜８０ｍＴ）を有する領域であり、磁気センサ配置可能領域５となり得る領域である。
【００８９】
図２１〜３３に示す結果から、実施例１〜４においては、径方向及び／又は周方向の磁場強度Ｈr，Ｈθに基づき回転角度を精確に検出可能であることが明らかとなった。また、実施例１、５〜７の結果から、磁性材料からなる第１及び第２シャフト６，７、軸継手８及び軸受９を有することで、磁場強度Ｈr，Ｈθを増大させ、角度検出精度を向上させ、磁気センサ配置可能領域５を拡大させ得ることが確認された。さらに、実施例５及び８の結果から、第２シャフト７を通す孔が形成されていない磁石２においては、磁場強度Ｈｒ，Ｈθを増大させ、角度誤差を向上させ、磁気センサ配置可能領域５を拡大させ得ることが確認された。一方、比較例１〜５においては、磁石の下部（軸受９側）に実施例１〜８における磁気センサ配置可能領域５が形成されないことが確認された。このことから、実施例１〜８においては、磁石２が湾曲傾斜面２Ｄを有することで、当該湾曲傾斜面２Ｄの下方において回転角度を精確に検出することが可能であることが明らかとなった。
【符号の説明】
【００９０】
１…回転角度検出装置
２…磁石
２Ａ…第１面
２Ｂ…第２面
２Ｄ…湾曲傾斜面
３…磁気センサ部
４…回転角度検出部
【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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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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