JP2009288158A - 回転角度検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】任意の方向からの外乱磁場の影響を受け難い、または、検出精度の高い回転角度検出装置を提供すること。
【解決手段】Ｎ極領域とＳ極領域とが回転軸心Ｒの回りに交互に設けられた被検出回転体４と、Ｎ極領域およびＳ極領域が形成する回転面と対向する位置に固定された板状の磁性体６と、被検出回転体４と磁性体６との間に配置された磁気検出素子８とを備えた回転角度検出装置とした。
【選択図】図３

Description

本発明は、Ｎ極領域とＳ極領域とが回転軸心の回りに交互に設けられた被検出回転体と、被検出回転体と対向配置された磁気検出素子とを備えている回転角度検出装置に関する。

この種の回転角度検出装置に関連する先行技術文献情報として下記に示す特許文献１がある。この特許文献１に記された回転角度検出装置は、Ｎ極領域とＳ極領域とが被検出回転体の径方向外側を向くように配置されており、磁場検出部として、Ｎ極領域およびＳ極領域による回転外周面と対向する板状磁性体と、同板状磁性体の裏面付近に互いに離間配置された４つのホール素子（磁気検出素子）とを設けている。ここでは、被検出回転体の径方向外側は、Ｎ極領域またはＳ極領域によって発生する最大磁場が得られる第１方向と一致する。４つのホール素子は、被検出回転体の外周面の回転方向であり、Ｎ極領域とＳ極領域との並び方向である第２方向（第１方向に対して垂直）に沿って並置された第１対のホール素子、及び、第１方向と第２方向の双方と直行し、被検出回転体の軸心と平行な第３方向（第１方向及び第２方向に対して垂直）に沿って並置された第２対のホール素子である。

板状磁性体は、磁気的な飽和状態に達し難いように、第１方向と垂直になるように配置されているので、逆に磁場検出部の板状磁性体をＮ極領域およびＳ極領域による回転外周面に対して近接配置できる。そのためＮ極領域およびＳ極領域の構成部材として比較的磁力の低い非希土類磁石を用いても、被検出回転体の角度検出が可能となる。

Ｎ極領域およびＳ極領域によって第１方向の磁束が形成されると、第１対の２つのホール素子に向きの同じ磁束が作用するので、これらのホール素子から出力される電圧の加算によって磁場成分の大きさや時間的変化を検出できる。
他方、第３方向に外乱磁場が印加される場合は、第１対の２つのホール素子に対して、第１方向に沿った、ただし互いに逆向きの磁束が作用するので、これらのホール素子から出力される電圧の加算によって、外乱磁場による作用がキャンセルされる。

特開２００７−１１５８２８号公報（段落番号００１３、００２８、図１、図３）

しかし、特許文献１に記された回転角度検出装置では、上記第３方向以外の任意の方向から作用する外乱磁場の影響をキャンセルし難いという問題があった。尚、外乱磁場の影響を少なくするために、磁気検出素子を包囲するシールドを設ける解決手段が知られているが、この解決手段では、一般に装置が大型化するという二次的な問題が生じ易い。

そこで、本発明の目的は、外乱磁場による影響を減らすために任意の方向から作用する外乱磁場の影響を減らすことが可能な小型の回転角度検出装置を提供することにある。
また、本発明の他の目的は、簡単な構成でありながら、より検出精度の高い回転角度検出装置を提供することにある。

上記の課題を解決するために本発明の第１の特徴構成は、
Ｎ極領域とＳ極領域とが回転軸心の回りに交互に設けられた被検出回転体と、
前記Ｎ極領域および前記Ｓ極領域が形成する回転面と対向する位置に固定された板状の磁性体と、
前記被検出回転体と前記磁性体との間に配置された磁気検出素子と、を備えている点にある。

本発明の第１の特徴構成による回転角度検出装置では、Ｎ極領域またはＳ極領域によって発生する第１方向にほぼ沿った最大の磁束が、磁性体に引き寄せられるように集中化されるので、磁性体の位置する領域を中心とした磁束密度の局部的な増大が生じる。そして、磁気検出素子は高密度化された磁束部位の中心付近に配置されているため、角度検出精度が高められる、或いは、Ｎ極領域およびＳ極領域の構成部材としてより磁力の低い磁石を用いても被検出回転体の角度検出が可能となる。

また、本発明の第１の特徴構成による回転角度検出装置では、第１方向に沿った磁束を除く任意の方向の外乱磁場が存在する場合、これらの外乱磁場による磁束が板状の磁性体に引き寄せられる形で整流化される傾向が生じる。その結果、外乱磁場による磁束が磁気検出素子から引き離されるので、磁気検出素子による検出結果に外乱磁場の影響が及び難くなる。

本発明の他の特徴構成は、前記Ｎ極領域と前記Ｓ極領域とが前記被検出回転体の径方向外側を向くように配置されている点にある。

本構成であれば、Ｎ極領域とＳ極領域とが被検出回転体の径方向外側を向くように配置された、小型化と低コスト化の最も容易で一般的な構成の回転角度検出装置が得られる。因みに、本発明の第１の特徴構成は、本構成とは対照的な、前記Ｎ極領域と前記Ｓ極領域とが、前記被検出回転体の軸心と平行に向くように配置され、磁気検出素子と磁性体とが被検出回転体の軸心と平行に並置された構成でも実施可能である。

本発明の他の特徴構成は、前記磁性体は前記被検出回転体の外周面に沿って延びる湾曲形状を呈している点にある。

本構成であれば、Ｎ極領域及びＳ極領域が形成する磁束を集中化させる作用、及び、外乱磁場による磁束を整流化する作用が更に顕著になる。

以下に本発明による最良の実施形態について図面を参照しながら説明する。
図１及び図２に示す回転角度検出装置は、樹脂製のケース部材１を備え、ケース部材１の上下面に形成された一対のボス部１ａ，１ｂには、検出対象である回転シャフト３が支持されている。
ケース部材１の内部には、回転シャフト３の一部に固着された被検出回転体４が収納されている。

被検出回転体４は周方向に沿って並置された多数の永久磁石によって構成されており、互いに周方向の長さの等しいＮ極領域とＳ極領域とが、回転シャフト３の回転軸心Ｒの回りに交互に隣接された形態となっている。
ケース部材１の内部には、他に、前述したＮ極領域およびＳ極領域が形成する回転面と対向する位置に固定された板状の磁性体６が収納されており、磁気検出素子を構成するホールＩＣ８が、被検出回転体４の外周面と磁性体６との間に配置されている。

回転軸心Ｒに沿った方向視における磁性体６の長さ、すなわちホールＩＣ８と対向する被検出回転体４の外周面に引いた接線と平行（図１のＹ軸とも平行）に延びた寸法、磁性体６の幅、すなわち回転軸心Ｒと平行（図１のＺ軸とも平行）に延びた寸法、磁性体６の厚さ、及び、被検出回転体４の外周面からホールＩＣ８までの距離と、磁性体６からホールＩＣ８までの距離との比などは、Ｎ極領域から径方向外向きに発して隣接するＳ極領域に戻る多数の磁束のうちの少なくとも一部が、磁性体６の作用によって周方向に沿ってホールＩＣ８寄りに変位するように設定すれば良い。
磁性体６は平坦な板状を呈し、その平面状の主面が被検出回転体４の外周面と対向するように配置されている。

ホールＩＣ８は、電源配線及び信号配線（不図示）を介して、ケース部材１のコネクタ部２と接続されており、このコネクタ２を介して通電されるとともに、ホールＩＣ８を通過する磁束密度とその磁束方向に応じた電位の信号が出力される。従って、回転シャフト３が回転すると、被検出回転体４のＮ極領域またはＳ極領域とホールＩＣ８との相対位置が変化し、ホールＩＣ８を通過する磁束密度が変化することにより、ホールＩＣ８の出力が変化する。この出力変化に基づいて回転シャフト３の回転角（及び回転方向）を検出することが可能になる。

図３は、本発明による回転角度検出装置における、被検出回転体４を構成するＮ極とＳ極によって形成される磁束分布を推定に基づいて表した説明図であり、図５は、板状の磁性体６が設けられていない構成における磁束分布を推定に基づいて表した説明図である。
図３には、Ｎ極からＳ極に向かって延びる磁束が磁性体６に引き寄せられる結果、磁性体６を備えない図４の構成に比して、ホールＩＣ８の付近を通過する最大の第１方向（回転軸心Ｒと垂直なＸ軸）に配向する磁束が高密度化される様子が示されている。この結果、ホールＩＣ８による角度検出精度が高められる。

また、回転角度検出装置の近辺に第１方向に沿った磁束を除く任意の方向の外乱磁場が存在する場合、これらの外乱磁場による磁束が板状の磁性体６に引き寄せられる形で整流化される傾向が生じる。その結果、外乱磁場による磁束がホールＩＣ８から引き離されるので、ホールＩＣ８による角度検出結果に外乱磁場の影響が及び難くなる。

〔別実施形態〕
図４に例示するように、被検出回転体４の外周面に沿って延びる湾曲形状を呈する磁性体１６を用いることが可能である。この構成では、対応可能な外乱磁場による磁束の方向をより拡張することが可能となる。

本発明による角度検出装置の平面図 図１の角度検出装置の横断側面図 本発明による角度検出装置の磁束分布を示す略図 本発明の別実施形態による磁束分布を示す略図 従来技術による磁束分布を示す略図

符号の説明

１ ケース部材
３ 回転シャフト
４ 被検出回転体
６，１６ 磁性体
８ ホールＩＣ

Claims (3)

1. Ｎ極領域とＳ極領域とが回転軸心の回りに交互に設けられた被検出回転体と、
   前記Ｎ極領域および前記Ｓ極領域が形成する回転面と対向する位置に固定された板状の磁性体と、
   前記被検出回転体と前記磁性体との間に配置された磁気検出素子と、を備えている回転角度検出装置。
2. 前記Ｎ極領域と前記Ｓ極領域とが前記被検出回転体の径方向外側を向くように配置されている請求項１に記載の回転角度検出装置。
3. 前記磁性体は前記被検出回転体の外周面に沿って延びる湾曲形状を呈している請求項１または２に記載の回転角度検出装置。

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