(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
２つ以上の磁気検出素子と、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に一定の磁力を与える補助磁石によって変更されるものであり、
当該回転角検出装置は、前記主磁石を含む略筒状のロータと、このロータの内部に配置されたステータとを備え、
前記ロータは、前記ステータの周囲に同芯的に配置され、前記ステータとの間に隙間が設けられたものであり、
このロータは、直径方向に２分割された磁性体製のヨークを有し、このヨークの分割部のそれぞれに同一方向に着磁された前記主磁石が固定されるものであり、当該ロータと前記ステータとの相対回転の回転軸の軸方向から見て前記分割部のそれぞれに前記主磁石を固定した状態で全体として軸方向視で略楕円形状に設けられ、各ヨークの中間部分が最も前記ステータに接近するように設けられるものであり、
前記分割部に設けられる２つの主磁石の着磁方向は、分割された一方のヨークに対向する極をともに同じ極とし、分割された他方のヨークに対向する極をともに他極とするものであり、
前記ステータは、前記ロータの中心に同芯的に配置され、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であり、その分割部に前記磁気検出素子が固定されるものであり、
前記補助磁石は、前記回転軸の軸中心に設けられるか、または前記回転軸に対して軸対称に設けられるものであり、
前記補助磁石の一方の極が分割された一方のステータのみに接触し、前記補助磁石の他方の極が分割された他方のステータのみに接触してい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。
【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４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する磁性体製のヨークと、ヨークの分割部の磁石配置ギャップＪ1 に配置された同一方向に向く磁極の磁石Ｊ2 とからなるロータ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、２つ以上の磁気検出素子と、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、且つ磁気検出素子に一定の磁力を与える補助磁石によって変更される。
この回転角検出装置は、主磁石を含む略筒状のロータと、このロータの内部に配置されたステータとを備える。
ロータは、ステータの周囲に同芯的に配置され、ステータとの間に隙間が設けられる。 また、ロータは、直径方向に２分割された磁性体製のヨークを有し、このヨークの分割部のそれぞれに同一方向に着磁された主磁石が固定される。
さらに、ロータは、回転軸の軸方向から見て分割部のそれぞれに主磁石を固定した状態で全体として軸方向視で略楕円形状に設けられ、各ヨークの中間部分が最もステータに接近するように設けられる。
分割部に設けられる２つの主磁石の着磁方向は、分割された一方のヨークに対向する極をともに同じ極とし、分割された他方のヨークに対向する極をともに他極とするものである。
ステータは、ロータの中心に同芯的に配置され、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であり、その分割部に磁気検出素子が固定される。
補助磁石は、回転軸の軸中心に設けられるか、または回転軸に対して軸対称に設けられる。
補助磁石の一方の極が分割された一方のステータのみに接触し、補助磁石の他方の極が分割された他方のステータのみに接触している。
【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。
【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）のヨークを含むものであり、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。なお、分割部に設けられる２つの主磁石の着磁方向は、分割された一方のヨークに対向する極をともに同じ極とし、分割された他方のヨークに対向する極をともに他極とするものである。このような構成を採用することにより、分割されたヨークの一方がＮ極の極性を持ち、分割されたヨークの他方が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、各ヨークの中心部分において、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→ヨークの一方→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→ヨークの他方→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、補助磁石８の一方の極が分割された一方のステータ２のみに接触し、補助磁石８の他方の極が分割された他方のステータ２のみに接触して、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。
【００３０】
［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および回転の軸方向に沿う断面図である。
上記の第１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２実施例は、補助磁石８を回転中心に配置する点で第１実施例と同様であるが、図３（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。
【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】
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および軸方向に沿う断面図である（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】
0004204294.tif 000002
【図２】
0004204294.tif 000003
【図３】
0004204294.tif 000004
【図４】
0004204294.tif 000005