(57)【要約】【課題】低コストで小型化が可能な非接触回転センサを提供する。【解決手段】薄板筒状の内側ヨーク１１の外周面にマグネット１２を重ねて一体としたリング状のマグネットユニット１０をロータ１に取り付けて一体とする。マグネット１２の外周側にエアギャップを挟んで集磁ヨーク２０を対向して設け、集磁ヨーク２０の周方向に設けた間隙Ｓに磁束量を検出するホール素子２５を設置する。マグネット１２は、リングの一の直径線と平行な方向に２極に着磁されるとともに、各極の周方向中央において軸方向端面に切り欠き１４を備える。切り欠き１４により磁束量の検出出力における直線性の誤差が最低限に抑えられ、製作容易な２極着磁マグネットを使用でき、また必要に応じて内側ヨーク１１を省くことができ、センサを小型化できる。【選択図】図２
2009025182.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ロータと一体に回転可能なリング状のマグネットと、
該マグネットとエアギャップを挟んで対向して設けられ、周方向所定位置に間隙を有する集磁ヨークと、
前記間隙に設けられ、集磁ヨークに集められた磁束を検出する磁気検出素子とを有し、
前記マグネットは、リングの一の直径線と平行な方向に２極に着磁されるとともに、その軸方向端面に切り欠きを備えることを特徴とする非接触回転センサ。
【請求項２】
前記マグネットはリング状の内側ヨークの外周面に重ねて一体のマグネットユニットとなして、ロータに嵌め込んで固定されることを特徴とする請求項１に記載の非接触回転センサ。
【請求項３】
前記切り欠きは、前記マグネットの軸方向両端面に形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の非接触回転センサ。
【請求項４】
前記集磁ヨークは、軸方向に重ねられた第１集磁ヨークと第２集磁ヨークからなり、第１集磁ヨークおよび第２集磁ヨークの軸方向高さを周方向にそって変化させ、前記マグネットとの対向面積が変化するように構成し、
前記磁気検出素子を第１集磁ヨークにおける前記間隙に設けてあることを特徴とする請求項１または２に記載の非接触回転センサ。
【請求項５】
前記切り欠きは、前記マグネットの軸方向における前記第１集磁ヨークに対向する側の端面に形成されていることを特徴とする請求項４に記載の非接触回転センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両のステアリングの操舵角検出や、スロットルバルブの開度検出などに使用可能な非接触回転センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
このような非接触回転センサとして、図１１に示すようなホール素子を用いた回転センサがある。
この回転センサは、回転側のロータ５０に内側ヨーク５２を取り付け、内側ヨーク５２の外周にリング状マグネット５３を固定してある。ロータ５０に対する固定側には、リング状マグネット５３の外周面との間に所定のエアギャップを設けて、リング状の集磁ヨーク５５が配置されている。
リング状マグネット５３は矢示のように放射状に着磁され反対の極性を帯びた２つの半円マグネットを合体させて構成されている。
【０００３】
集磁ヨーク５５は半円状に２分割されて、それぞれの周方向端縁を対向させて、直径線上に間隙を設け、この間隙にホール素子２５を配置してある。
集磁ヨーク５５はリング状マグネット５３からの磁束を集め、ホール素子２５はその集められた磁束量を検出する。ロータ５０が回転するときリング状マグネット５３が当該ロータ５０と一体に回転するので、集磁ヨーク５５における磁束量が変化し、これによりロータ５０の回転角度を非接触で検出することができる。
同様な非接触回転センサが特許第２８４２４８２号公報にも開示されている。
【特許文献１】特許第２８４２４８２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで上記従来の回転センサでは、リング状マグネット５３は放射状に着磁されたものであり、これを作製するためには異方性材料を用いたり、２つに分割して作製しなければならず、製作が容易でない。
一方、これを放射状ではなく、磁力線方向がすべて平行で同方向に向いた２極着磁のマグネットに置き換えると回転角度検出における直線性が崩れてしまう。このため、製作容易な２極着磁のマグネットを使用できないという問題があった。
また、放射状着磁のリング状マグネット５３では、径方向（放射方向）の磁束をリングの内側で周方向に流すために内側ヨーク５２が必須となるので、センサ全体の小型化には限度がある。
【０００５】
したがって、本発明は、上記従来の問題点に鑑み、製作容易な２極着磁のマグネットを使用でき、小型化が可能な非接触回転センサ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】
【０００６】
このため、本発明の非接触回転センサは、ロータと一体に回転可能なリング状のマグネットと、該マグネットとエアギャップを挟んで対向して設けられ、周方向所定位置に間隙を有する集磁ヨークと、その間隙に設けられて集磁ヨークに集められた磁束を検出する磁気検出素子とを有し、マグネットは、リングの一の直径線と平行な方向に２極に着磁されるとともに、その軸方向端面に切り欠きを備えているものとした。
【発明の効果】
【０００７】
マグネットの軸方向端面に切り欠きを設けることにより、磁束量の検出出力における直線性の誤差を最低限に抑えることができるので、製作容易な２極着磁のマグネットを使用でき、コストを低減できる。
また、２極着磁のマグネット使用により、内側ヨークを省くことができるので、センサの小型化が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下、本発明の実施の形態について説明する。  
図１は、実施の形態をロータの軸方向から見た正面図であり、図２は構成部品を分解して示す斜視図である。
回転側のロータ１は断面凸状に成形して他の部分より太径としたマグネット取り付け部２を備える。
薄板筒状の内側ヨーク１１の外周面に、同じく筒状のマグネット１２を重ねて一体としたリング状のマグネットユニット１０が形成されている。内側ヨーク１１とマグネット１２は同寸の軸方向高さＨｍを有する。
内側ヨーク１１は、高透磁率の軟磁性体で形成するのが好ましい。
【０００９】
マグネット１２は等方性の磁石材料を用いて、図３に示すようにリング全体に対して矢示Ａ方向（一の直径線）と平行に２極着磁されたものであり、リングの周方向における半部がＮ極、残る半部がＳ極となっている。
マグネットユニット１０はそのＮ極における周方向中央位置、およびＳ極における周方向中央位置にそれぞれ切り欠き１４、１４を有する。切り欠き１４は、マグネットユニット１０の軸方向両端面に設けられ、図４に示すように、マグネットユニット１０の側方から見たとき、マグネットユニット１０の軸方向高さＨｍの中心線Ｘを挟んで対称にそれぞれ矩形の凹部を形成している。
リング状のマグネットユニット１０はロータ１のマグネット取り付け部２に嵌め込んで固定され、ロータ１と一体になる。
【００１０】
回転側のロータ１に対する不図示の固定側には、ロータ１に固定されたマグネットユニット１０を囲んで、集磁ヨーク２０が取り付けられる。集磁ヨーク２０はマグネットユニット１０の外周面との間に所定のエアギャップＧを設けて、配置される。
集磁ヨーク２０は半円状のヨーク半円部２０ａ、２０ｂに２分割されて、各ヨーク半円部２０ａ、２０ｂ間の周方向対向面を切り落として直径線上に間隙Ｓ、Ｓを設け、一方の間隙Ｓに磁気検出素子としてのホール素子２５を配置してある。
【００１１】
集磁ヨークの軸方向高さＨｒとマグネットユニット１０の軸方向高さＨｍは、
Ｈｒ＞Ｈｍ
の関係に設定され、前述のとおり互いにエアギャップＧを挟んでマグネットユニット１０の高さ方向全面で対向している。すなわち、第１集磁ヨーク２０の内周面は周方向のすべての位置においてマグネット１２の外周面の真正面に対向している。
ロータ１の回転角度の基準位置（回転角度０）として、図５に示すように、マグネットユニット１０の切り欠き１４の周方向中央位置Ｚが集磁ヨーク２０のヨーク半円部２０ａ、２０ｂ間の間隙Ｓ位置に対向する点にセットされる。なお、同図中のハッチングは切り欠き部分を示す。
【００１２】
つぎに、以上のように構成された実施の形態の作用について説明する。
マグネット１２からの磁束は全周にわたって集磁ヨーク２０に集められ、ロータ１の回転に伴って変化する磁束がホール素子２５において検出される。
ロータ１の上記基準位置では、集磁ヨーク２０の各ヨーク半円部２０ａ、２０ｂがそれぞれマグネット１２のＮ極とＳ極とに等分に対向しているので、ホール素子２５において検出される集磁ヨークの合計集磁量は０（ゼロ）となる。
【００１３】
ここで、マグネット１２は切り欠き１４を有しているので、図６に示すようにＮ極とＳ極の境界位置Ｐを基点としてマグネット１２単品での表面磁束を測定すると、その磁束密度（相対値）は、図７の（ｂ）に示す切り欠きのない場合の正弦波状に比較して、（ａ）に示すように、切り欠き１４が形成された９０°および２７０°付近で弱められている。すなわち、この領域では切り欠き１４を有する分だけ集磁ヨーク２０とマグネット１２との対向面積が少ないので、磁束密度が弱められるのである。
なお、（ａ）は切り欠き１４の長さ（周方向）が５０°、軸方向両側の深さの合計が高さＨｍの１６％の場合を示す。
また、比較例の（ｂ）は（ａ）と同様に磁力線方向がすべて平行で一方向に向いた２極着磁のマグネットであり、切り欠きのない点だけが（ａ）と相違する。
【００１４】
つぎに、図８はマグネット１２を集磁ヨーク２０に対向させた状態で、基準位置から片側約５０°ずつの範囲でロータ１を回転させたときの、ホール素子２５で検出される磁束量の変化を比較して示す図である。
（ｂ）はマグネットに切り欠きのない場合であるが、非直線性が生じている。
これに対して、上述の切り欠き１４を有する場合には、（ａ）に示すように、直線性が向上していることがわかる。
なお、比較例の（ｂ）は（ａ）と同様に磁力線方向がすべて平行で一方向に向いた２極着磁のマグネットであり、切り欠きのない点だけが（ａ）と相違する。
【００１５】
すなわち、集磁ヨーク２０に集磁される磁束は、主としてマグネット１２の集磁ヨーク２０に近接する部分からのものであるため、切り欠き１４部分が集磁特性に影響を与えていることが好ましい結果の要因となっている。
図９はこれらに基づき、回転角度＋−４５°の間での回帰直線からのずれ量として直線性誤差を示すものである。
破線で示す切り欠きのない場合に１．５％の誤差があるのに対して、実線で示す実施例の切り欠き１４を有する場合には０．２％以下にまで低減された。
【００１６】
実施の形態は以上のように構成され、ロータ１と一体に回転可能なリング状のマグネット１２と、該マグネット１２とエアギャップＧを挟んで対向して設けられた集磁ヨーク２０と、集磁ヨーク２０に集められた磁束を検出するホール素子２５とを有し、マグネット１２は、リングの一の直径線と平行な方向に２極に着磁されるとともに、その軸方向端面に切り欠き１４を備えているものとしたので、製作容易で低コストの２極着磁のマグネット１２を使用しても、磁束量の検出出力における直線性の誤差を最低限に抑えて高精度にロータ１の回転角度を検出することができる。
【００１７】
切り欠き１４は、マグネット１２の軸方向の両側端面に形成しているので、マグネット１２と集磁ヨーク２０の軸方向位置に少々のずれがあってもマグネット１２の切り欠き１４残部の外周面が確実に集磁ヨーク２０と対向する。
また、マグネット１２はリング状の内側ヨーク１１の外周面に重ねて一体のマグネットユニット１０となして、ロータ１に嵌め込むので、マグネット１２の破損を心配することなくロータ１に取り付けることができる。
【００１８】
なお、内側ヨーク１１はマグネット１２をロータ１に取り付けるための補強部材であり、従来の放射方向の磁束を周方向に流すために必須のものと異なり、薄板筒状の内側ヨーク１１で足り、さらにはマグネット１２を直接ロータ１に固定できる場合には省略することもできるから、径方向のサイズを小さくでき、センサ全体の小型化が容易である。
なおまた、マグネット１２作製の変形例として、ロータ１と一体に成型したあと、上述のような２極に着磁することも可能である。
【００１９】
次に実施の形態の他の変形例について説明する。
図１０は、集磁ヨークを軸方向に２分割としたものである。
集磁ヨーク２０’は軸方向（図中、上下方向）に２分割された第１集磁ヨーク３０と第２集磁ヨーク４０からなっている。
これらは軸方向から見た平面形状が互いに同一で、各直径線上（周方向１８０°位置）で半円に分割され、分割された各ヨーク半円部３０ａ（４０ａ）、３０ｂ（４０ｂ）間の周方向対向面を切り落として、実施の形態と同様に間隙Ｓ１（Ｓ２）を設けてある。
第１集磁ヨーク３０と第２集磁ヨーク４０は軸方向から見たときそれぞれの間隙Ｓ１、Ｓ２を一致させて、軸方向に互いに重ねられており、それぞれの内周面は実施の形態と同様にマグネット１２の外周面との間に一定のエアギャップＧを挟んで対向する。
【００２０】
第１集磁ヨーク３０と第２集磁ヨーク４０のそれぞれの軸方向高さｈ１、ｈ２は周方向にそって変化しているが、第１集磁ヨーク３０の下面（第２集磁ヨーク４０との対向面の反対側）および第２集磁ヨーク４０の上面（第１集磁ヨーク３０との対向面の反対側）はそれぞれ軸方向に対して垂直の平坦面をなしている。また、第１集磁ヨーク３０と第２集磁ヨーク４０の周方向における各断面は、高さが変化する矩形断面となっている。
第２集磁ヨーク４０の高さｈ２は第１集磁ヨーク３０の高さｈ１と補完関係にあり、第１集磁ヨーク３０の高さｈ１が大きい周方向位置では第２集磁ヨーク４０の高さｈ２は小さく、第１集磁ヨークの高さｈ１が小さい位置では第２集磁ヨークの高さｈ２は大きい。
【００２１】
第１集磁ヨーク３０の上面と第２集磁ヨーク４０の下面の間には周方向にわたって一定の間隙Ｌｈが設定されている。
この変形例では、第１集磁ヨーク３０の下面はマグネット１２の下面と一致させ、上記一定の間隙Ｌｈを含めて、第１集磁ヨーク３０と第２集磁ヨーク４０を重ねた集磁ヨークの高さＨｒとマグネットの高さＨｍは、実施の形態と同様に、
Ｈｒ＞Ｈｍ
の関係に設定されている。
第１集磁ヨーク３０の１つの間隙Ｓ１に、ホール素子２５が設置される。
この場合、マグネット１２、あるいはマグネットユニット１０の切り欠き１４は第１集磁ヨーク３０と対向する側の端面に形成するのが好ましい。
【００２２】
この変形例によれば、第１集磁ヨーク３０および第２集磁ヨーク４０の軸方向高さｈ１、ｈ２を周方向にそって変化させてあるものとしたので、マグネット１２の回転に応じて、ホール素子２５が設置された間隙Ｓ１を通過する磁束の量と当該間隙を通過しない（間隙Ｓ２を通過する）磁束の量の割合が変化するとともに、第１集磁ヨーク３０の高さｈ１の変化により、第１集磁ヨーク３０を流れる磁束の量自体も変化する。ホール素子２５はこれらの変化を受けるから、第１集磁ヨーク３０の周方向に変化する高さｈ１の値を選択することにより、直線性を一層向上させることができる。    
【００２３】
なお、実施の形態における切り欠き１４の長さ（角度）や深さの数値は例示であって、これらに限定されることなく、測定すべき角度範囲や要求精度レベルに応じて設定される。
また、ホール素子２５は集磁ヨーク２０の周方向における２つの間隙Ｓ、Ｓのうちの１つに設置したが、それぞれの間隙に設置して、互いに同相の信号あるいは逆相の信号を出力させることもできる。変形例における第１集磁ヨーク３０の間隙Ｓ１、Ｓ１についても同様である。
【００２４】
さらに、磁気検出素子としてホール素子２５を用いたが、磁気抵抗素子などその他の磁気検出素子も任意に選択することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】実施の形態をロータの軸方向から見た正面図である。
【図２】実施の形態の構成部品を分解して示す斜視図である。
【図３】マグネットの着磁態様を示す図である。
【図４】マグネットの側面図である。
【図５】集磁ヨークに対するロータの基準位置を示す説明図である。
【図６】マグネットの表面磁束測定の基点位置を示す説明図である。
【図７】マグネットの表面磁束を示す図である。
【図８】ロータ回転時のホール素子で検出される磁束量の変化を示す図である。
【図９】直線性誤差を示す図である。
【図１０】変形例を示す図である。
【図１１】従来例を示す図である。
【符号の説明】
【００２６】
１    ロータ
２    マグネット取り付け部
１０    マグネットユニット
１１    内側ヨーク
１２    マグネット
１４    切り欠き
２０、２０’    集磁ヨーク
２０ａ、２０ｂ、３０ａ、３０ｂ、４０ａ、４０ｂ    ヨーク半円部
２５    ホール素子
３０    第１集磁ヨーク
４０    第２集磁ヨーク  Ｇ    エアギャップ
Ｓ、Ｓ１、Ｓ２    間隙
【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】
2009025182.tif 000009
【図８】
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【図９】
2009025182.tif 000011
【図１０】
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【図１１】
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