JP7584395B2

JP7584395B2 - 回転角度センサとこれを用いたパークロックセンサ

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Publication number: JP7584395B2
Application number: JP2021188772A
Authority: JP
Inventors: 俊夫石川原; 俊彦大山; 貴裕守屋; 啓史鈴木
Original assignee: TDK Corp
Current assignee: TDK Corp
Priority date: 2021-11-19
Filing date: 2021-11-19
Publication date: 2024-11-15
Anticipated expiration: 2041-11-19
Also published as: CN116399221A; JP2023075705A; DE102022127725A1

Description

本発明は、回転角度センサとこれを用いたパークロックセンサに関する。

回転体の回転角度を検知する回転角度センサが知られている。特許文献１には、回転する支持体の回転中心の周りに配置された３つの磁石と、３つの磁石で形成される磁場を検知する磁場検知素子と、を有する回転角度センサが開示されている。３つの磁石の形状は、支持体の回転中心とそれぞれの磁石の中心を通る線に関し線対称である。また、３つの磁石の磁化方向はそれぞれ、支持体の回転中心と磁石の中心を通る線と平行である。

特開２０１７－９０１０５号公報

特許文献１に開示された回転角度センサでは、一つの磁石から出た磁束線（磁力線）は、隣接する磁石から一旦離れ、その後隣接する磁石に向かう経路を通る。このため、磁束線が広がりやすくなり、磁場検知素子の設置位置において十分な磁場強度を確保することが困難となる可能性がある。従って、磁石の大型化が必要となり、回転角度センサのコスト削減や小型化が制約される可能性がある。

本発明は小さな磁石で十分な磁場検知性能を有する回転角度センサを提供することを目的とする。

本発明の回転角度センサは、回転中心の周りを回転し、所定の方向に磁化された中央磁性体及び一対の側方磁性体と、中央磁性体及び一対の側方磁性体によって形成される磁場を検知する磁場検知素子と、を有し、中央磁性体は、中央磁性体と一対の側方磁性体の回転方向に関し、一対の側方磁性体の間に当該一対の側方磁性体から離間して配置され、中央磁性体と一対の側方磁性体のそれぞれは径方向に並ぶ一対の磁極を有し、中央磁性体と一対の側方磁性体の径方向外側の磁極は互いに逆である。一対の側方磁性体のそれぞれについて、側方磁性体の磁化方向を示し、側方磁性体の中心を始点として、回転中心から離れる方向を向くベクトルを側方磁性体の磁化方向ベクトル、回転中心と側方磁性体の中心を結ぶ線の延長線上にあって、側方磁性体の中心を始点として、回転中心から離れる方向を向くベクトルを基準ベクトルとすると、磁化方向ベクトルは基準ベクトルに対して中央磁性体側に回転している。
一態様では、中央磁性体は磁石であり、一対の側方磁性体は中央磁性体によって磁化された軟磁性体である。
一態様では、一対の側方磁性体は磁石であり、中央磁性体は一対の側方磁性体によって磁化された軟磁性体である。
一態様では、中央磁性体は一対の側方磁性体より磁化方向の長さが長い。
一態様では、回転角度センサは、回転中心の周りを回転し、中央磁性体と一対の側方磁性体を支持する支持体を有し、支持体は平板であり、支持体の側面は、円弧状の曲面部と、曲面部の両端を結ぶ平面部とを有し、中央磁性体と一対の側方磁性体は平面部に支持されている。
一態様では、回転角度センサは、回転中心の周りを回転し、中央磁性体と一対の側方磁性体を支持する支持体を有し、支持体は平板であり、支持体の側面は、円弧状の曲面部と、曲面部の両端を結ぶ平面部とを有し、平面部に支持された軟磁性体を有し、中央磁性体及び一対の側方磁性体は軟磁性体に支持されている。
一態様では、回転角度センサは、回転中心の周りを回転し、中央磁性体と一対の側方磁性体を支持する支持体を有し、支持体は平板であり、支持体の側面は、円弧状の曲面部と、曲面部の両端を結ぶ平面部とを有し、支持体に支持された支持部材を有し、支持部材は、平面部に支持された第１の平板部と、第１の平板部から径方向外側に突き出す第２の平板部と、第１の平板部から径方向内側に突き出し、支持体のいずれかの平面に支持された第３の平板部と、を有し、中央磁性体と一対の側方磁性体は第１の平板部または第２の平板部に支持されている。
一態様では、回転角度センサは、回転中心の周りを回転し、中央磁性体と一対の側方磁性体を支持する支持体を有し、支持体は、平板部と、平板部から突き出す３つのステーとを有し、平板部の側面は、円弧状の曲面部と、曲面部の両端を結ぶ平面部とを有し、３つのステーは平面部から突き出し、中央磁性体及び一対の側方磁性体は３つのステーにそれぞれ支持されている。

本発明によれば、小さな磁石で十分な磁場検知性能を有する回転角度センサを提供することができる。

第１の実施形態に係る回転角度センサ（φ≠θ）の概念図である。図１の部分拡大図である。比較例の回転角度センサの概念図である。第１の実施形態に係る回転角度センサ（φ＝θ）の概念図である。第２の実施形態に係る回転角度センサの概念図である。第３の実施形態に係る回転角度センサの概念図である。第４の実施形態に係る回転角度センサの概念図である。第５の実施形態に係る回転角度センサの概念図である。第６の実施形態に係る回転角度センサの概念図である。回転角度センサを有するパークロックセンサの概念図である。実施例と比較例の回転角度センサの比較を示す図である。角度θの好適な範囲を示す計算例である。

以下、図面を参照して本発明のいくつかの実施形態について説明する。以下の説明において、「周方向」は支持体２の回転中心Ｃを基準とする回転方向、すなわち、支持体２の回転中心Ｃを中心とする円の接線に沿った方向である。「径方向」は支持体２の回転中心Ｃを基準とする方向、すなわち、支持体２の回転中心Ｃを通る直線に沿った方向である。「角度位置」は支持体２の回転中心Ｃを基準とする角度、すなわち、支持体２の回転中心Ｃを原点とする極座標における角度である。また、図面において、中央磁性体３と側方磁性体４Ａ，４Ｂとを結ぶ破線は、磁束線（磁力線）を概念的に示したものである。

（第１の実施形態）
図１，２は本発明の第１の実施形態に係る回転角度センサ１Ａの概略構成を示している。回転角度センサ１Ａは、支持体２と、支持体２に支持された中央磁性体３及び一対の側方磁性体４Ａ，４Ｂと、磁場検知素子５と、を有している。支持体２は非磁性の金属や樹脂などで形成され、支持体２を不図示の回転軸に固定するための穴２１が、支持体２の中心に設けられている。支持体２は不図示の回転軸と回転中心Ｃを共有し、回転中心Ｃの周りを回転軸とともに回転可能である。従って、支持体２の回転角度を検知することで回転軸の回転角度を検知することができる。支持体２を磁性金属などの磁性材料で形成して、支持体２にヨークとしての集磁機能を付与し、磁場検知素子５の設置位置における磁束密度を強めることもできる。

支持体２には、中央磁性体３と一対の側方磁性体４Ａ，４Ｂ（以下、第１の側方磁性体４Ａ、第２の側方磁性体４Ｂという場合がある）が支持されている。支持体２は円板であり、中央磁性体３と一対の側方磁性体４Ａ，４Ｂは、支持体２のいずれか一方の平面に支持されている。中央磁性体３は周方向に関し、一対の側方磁性体４Ａ，４Ｂの間に配置されている。中央磁性体３の中心の角度位置と第１の側方磁性体４Ａの中心の角度位置との差と、中央磁性体３の中心の角度位置と第２の側方磁性体４Ｂの中心の角度位置との差は等しい。すなわち、中央磁性体３は第１の側方磁性体４Ａと第２の側方磁性体４Ｂの中間に位置している。但し、中央磁性体３の中心の角度位置と第１の側方磁性体４Ａの中心の角度位置との差と、中央磁性体３の中心の角度位置と第２の側方磁性体４Ｂの中心の角度位置との差は９０°以下である。第１の側方磁性体４Ａと第２の側方磁性体４Ｂの形状と寸法は同一である。また、第１の側方磁性体４Ａの中心と第２の側方磁性体４Ｂの中心の径方向位置、すなわち回転中心Ｃからの距離は等しい。これに対して、中央磁性体３の径方向（磁化方向）長さは一対の側方磁性体４Ａ，４Ｂの径方向長さより大きく、中央磁性体３の中心の径方向位置は、一対の側方磁性体４Ａ，４Ｂの中心の径方向位置より内側にある。

中央磁性体３と一対の側方磁性体４Ａ，４Ｂは全て磁石であり、ネオジムなどの磁性材料で形成されている。中央磁性体３と一対の側方磁性体４Ａ，４Ｂは所定の方向に磁化されている。中央磁性体３と一対の側方磁性体４Ａ，４Ｂの径方向外側の磁極は互いに逆である。本実施形態では中央磁性体３の径方向外側の磁極がＳ極、一対の側方磁性体４Ａ，４Ｂの径方向外側の磁極がＮ極であるが、中央磁性体３の径方向外側の磁極がＮ極、一対の側方磁性体４Ａ，４Ｂの径方向外側の磁極がＳ極であってもよい。中央磁性体３及び一対の側方磁性体４Ａ，４Ｂは直方体である。従って、中央磁性体３及び一対の側方磁性体４Ａ，４Ｂの磁化方向は直方体のいずれかの辺と平行である。

磁場検知素子５は、支持体２が磁場検知素子５に対して相対回転できるように、所定の固定部（図示せず）に設けられている。磁場検知素子５は、中央磁性体３及び一対の側方磁性体４Ａ，４Ｂによって形成される磁場を検知する。磁場検知素子５は好ましくは、回転角度センサ１Ａの角度検知範囲αの中央に設けられている。角度検知範囲αは、第１の側方磁性体４Ａの中心と回転中心Ｃを結ぶ直線と、第２の側方磁性体４Ｂの中心と回転中心Ｃを結ぶ直線とに挟まれ、磁場検知素子５が設けられた、１８０°以下の角度範囲である。磁場検知素子５は、径方向の磁場強度を検知する素子と、周方向の磁場強度を検知する素子とを有している。素子の種類は限定されず、ホール素子のほか、ＡＭＲ素子、ＴＭＲ素子などの磁気抵抗効果素子を用いることができる。回転角度センサ１Ａの演算部（図示せず）は、これらの素子が検知した磁場強度から合成磁場の角度を算出する。中央磁性体３及び一対の側方磁性体４Ａ，４Ｂによって形成される磁場の分布は予め求められているので、合成磁場の角度から支持体２の回転角度を検知することができる。

上述の説明から明らかなように、第１の側方磁性体４Ａと第２の側方磁性体４Ｂは、中央磁性体３の中心と回転中心Ｃとを結ぶ直線（以下に説明する第１の直線Ｌ１）に関し鏡対称である。これによって、磁場の分布が第１の直線Ｌ１に関し鏡対称になり、測定精度が改善される。また、第１の側方磁性体４Ａについて説明したことは一対の側方磁性体４Ａ，４Ｂのそれぞれについて適用されるので、以下の説明では第１の側方磁性体４Ａについて説明する。ただし、第１の側方磁性体４Ａと第２の側方磁性体４Ｂが、第１の直線Ｌ１に関し鏡対称でない構成も本発明に含まれることに留意されたい。

ここで、以下の説明に用いる用語について説明する。
－第１の直線Ｌ１：中央磁性体３の中心Ｐと回転中心Ｃとを結ぶ直線
－第２の直線Ｌ２：側方磁性体４Ａ，４Ｂの中心Ｑと回転中心Ｃとを結ぶ直線
－基準ベクトルＶ１：第２の直線Ｌ２の延長線上にあって、側方磁性体４Ａ，４Ｂの中心Ｑを始点として回転中心Ｃから離れる方向を向くベクトル
－磁化方向ベクトルＶ２：側方磁性体４Ａ，４Ｂの中心Ｑを始点として回転中心Ｃから離れる方向を向き、側方磁性体４Ａ，４Ｂの磁化方向を示すベクトル
－θ：磁化方向ベクトルＶ２と基準ベクトルＶ１のなす角度（単位：°）
－φ：第１の直線Ｌ１と基準ベクトルＶ１のなす角度（または、第１の直線Ｌ１と第２の直線Ｌ２がなす角度（単位：°）
中央磁性体３の磁化方向は第１の直線Ｌ１と平行であるので、第１の直線Ｌ１は中央磁性体３の磁化方向と平行である。

図２（ａ）、２（ｂ）はそれぞれ、図１（ａ）、１（ｂ）の部分拡大図であって、中央磁性体３、第１の側方磁性体４Ａ、第１の直線Ｌ１、第２の直線Ｌ２、基準ベクトルＶ１、磁化方向ベクトルＶ２、角度θ、φを示している。説明の便宜上、図２には基準ベクトルＶ１と直交する直線Ｌ３も示している。図３は比較例の回転角度センサ１０１の概略構成を示しており、θ＝０°である。これに対し、本実施形態では、磁化方向ベクトルＶ２が基準ベクトルＶ１と異なる方向を向いており（θ≠０°）、より詳細には磁化方向ベクトルＶ２は基準ベクトルＶ１に対して、中央磁性体３側に（または中央磁性体３に向かって、または中央磁性体３に近づく方向に）回転している。図１（ａ）では、磁化方向ベクトルＶ２と基準ベクトルＶ１の角度差が小さく、θ＜φである。図１（ｂ）では、磁化方向ベクトルＶ２と基準ベクトルＶ１の角度差が大きく、θ＞φである。ただし、後述するように、角度θが大きすぎるとセンサの回転角度検知性能が低下するため、θは最大で９０°未満とすることが好ましい。すなわち、角度θは、基準ベクトルＶ１と、これと直交する直線Ｌ３との間で挟まれる角度範囲θ_A（ただし、θ＝０°とθ＝９０°を除く）から選択することができる。９０°未満という制限、すなわち角度範囲θ_Aの上限は回転角度センサの構成によって変わり得るため、これ以外の値とすることもできる。角度範囲θ_Aの上限は例えば、４０°、５０°、６０°、７０°、８０°等、適宜定めることができる。

図２を参照すると、磁化方向ベクトルＶ２が中央磁性体３側に回転しているため、磁束線が短くなり、磁場検知位置における磁場強度を強めることが容易である。比較例では磁化方向ベクトルＶ２が基準ベクトルＶ１と重なるため、磁束線が長くなる。このため、磁場検知位置における磁場強度を確保するために、磁石サイズの増加などが必要となる。これに対し、本実施形態では、従来の回転角度センサよりも磁石サイズを縮小し、回転角度センサ１Ａのコストダウンや小型化が容易となる。

前述の通り、角度θは角度範囲θ_Aから選択することができる。角度θが小さい場合は磁束線の広がる範囲が拡大するため、角度検知範囲αが増加する。従って、大きな角度検知範囲αが要求される用途では、角度θを小さくすることが好ましい。一方、角度θが大きい場合は磁束線の広がる範囲が限定されるため、角度検知範囲αは減少するが、検知精度は向上する。従って、角度検知範囲αは小さくてよいが、高い検知精度が要求される用途では、所定の範囲内で角度θを大きくすることが好ましい。

図４に示す例では、磁化方向ベクトルＶ２は第１の直線Ｌ１と平行である（φ＝θ）。中央磁性体３と一対の側方磁性体４Ａ，４Ｂは同一の方向に磁化されている。換言すれば、中央磁性体３と一対の側方磁性体４Ａ，４Ｂでは、直方体の３つの軸のうちの一つの軸が互いに平行である。この様な配置は特に製造工程の面から有利である。中央磁性体３と一対の側方磁性体４Ａ，４Ｂを互いに異なる向きに配置するためには、位置決め（角度θの制御）のための治具や角度θの測定装置などが必要となる。これに対して、中央磁性体３と一対の側方磁性体４Ａ，４Ｂを同じ向きに配置する場合、製造設備や製造工程が簡素化され、位置決め精度も確保しやすい。

角度検知範囲αは、一対の側方磁性体４Ａ，４Ｂの角度位置を調整することでも調整できる。図示は省略するが、角度φを大きくして側方磁性体４Ａ，４Ｂを中央磁性体３から遠ざけることで、角度検知範囲αを増加させることができる。一方、角度φを小さくして側方磁性体４Ａ，４Ｂを中央磁性体３に近づけることで、角度検知範囲αが減少させることができる。但し、角度φは０°＜φ≦９０°の範囲であることが望ましい。

以下、本発明の他の実施形態について説明する。他の実施形態は、支持体２の構成、中央磁性体３と一対の側方磁性体４Ａ，４Ｂの構成などが第１の実施形態と異なり、説明を省略した構成、効果は第１の実施形態と同じである。

（第２の実施形態）
図５は第２の実施形態に係る回転角度センサ１Ｂの概念図であり、図５（ａ）は回転角度センサ１Ｂの正面図、図５（ｂ）は回転角度センサ１Ｂの側面図、図５（ｃ）は回転角度センサ１Ｂの斜視図を示している。支持体２は、第１の実施形態の円板を、回転中心Ｃを通らない直線で切断して得られる形状、ないし、Ｄ字状の切欠きを有する円形状である。支持体２の側面は、円弧状の曲面部２２と、曲面部２２の両端を結ぶ平面部２３とを有している。中央磁性体３と一対の側方磁性体４Ａ，４Ｂは平面部２３に支持されている。中央磁性体３と一対の側方磁性体４Ａ，４Ｂは例えば接着剤で平面部２３に固定される。中央磁性体３は一対の側方磁性体４Ａ，４Ｂより磁化方向の長さが長い。本実施形態の回転角度センサ１Ｂは、中央磁性体３と一対の側方磁性体４Ａ，４Ｂを支持する構造物が不要であるため、構成が単純である。また、第１の実施形態では中央磁性体３と一対の側方磁性体４Ａ，４Ｂを円板状の支持体２に取り付けているため、支持体２と中央磁性体３と一対の側方磁性体４Ａ，４Ｂとからなる構造物の重心が回転中心Ｃからずれる。このため、用途によっては、偏心の影響が、支持体２が取り付けられる回転軸にまで及ぶ可能性がある。偏心は、中央磁性体３と一対の側方磁性体４Ａ，４Ｂの一部またはすべての材料を変える（例えば、比重約７．４ｇ／ｃｍ³のネオジムの代わりに、比重約４．８ｇ／ｃｍ³のフェライトを用いる）ことでも調整することができるが、本実施形態では、支持体２の材料、平面部２３の回転中心Ｃからの位置などを調整することで、偏心をさらに抑制することができる。

（第３の実施形態）
図６（ａ）は第３の実施形態に係る回転角度センサ１Ｃの概念図であり、図１と同様、回転角度センサ１Ｃの正面図を示している。支持体２の構成は第２の実施形態と同じである。すなわち、支持体２は平板であり、平板の側面は、円弧状の曲面部２２と、曲面部２２の両端を結ぶ平面部２３とを有している。支持体２の構成の詳細については第２の実施形態を参照されたい。回転角度センサ１Ｃは、平面部２３に支持された軟磁性体６をさらに有している。中央磁性体３及び一対の側方磁性体４Ａ，４Ｂは軟磁性体６に支持されている。軟磁性体６は平板であり、ＮｉＦｅなどの材料で製造することができる。中央磁性体３及び一対の側方磁性体４Ａ，４Ｂは軟磁性体６の所定の位置に固定される。中央磁性体３は一対の側方磁性体４Ａ，４Ｂより、磁化方向の長さが長い。中央磁性体３及び一対の側方磁性体４Ａ，４Ｂは磁力によって固定してもよく、その場合、中央磁性体３及び一対の側方磁性体４Ａ，４Ｂを非磁性の樹脂で封止してもよい、中央磁性体３及び一対の側方磁性体４Ａ，４Ｂは接着剤によって固定してもよい。本実施形態では、中央磁性体３と一対の側方磁性体４Ａ，４Ｂと軟磁性体６を、一つの組立体として、予め準備することができる。従って、中央磁性体３と一対の側方磁性体４Ａ，４Ｂの支持体２への取付けを、回転角度センサ１Ｃが取り付けられる製品の製造工場で行う必要がある場合でも、取付作業を容易に行うことができる。軟磁性体６はヨークとして機能するため、中央磁性体３と一対の側方磁性体４Ａ，４Ｂと軟磁性体６を通る循環磁束が形成され、磁束強度を強めることができる。

図６（ｂ）は第３の実施形態の変形例に係る回転角度センサ１Ｃの概念図であり、図１と同様、回転角度センサ１Ｃの正面図を示している。本変形例では、軟磁性体６は平板部６１と、平板部６１から径方向外側に概ね直角に突き出す突出し部６２と、を有している。すなわち、軟磁性体６は全体としてＴ字状の形状を有している。中央磁性体３は突出し部６２に支持され、一対の側方磁性体４Ａ，４Ｂは平板部６１に支持されている。本変形例では、第３の実施形態と比べて中央磁性体３の磁化方向の長さを短くすることができるため、高価な磁石の体積を減らし、コストダウンを図ることができる。特に、本変形例では、中央磁性体３と一対の側方磁性体４Ａ，４Ｂの形状及び寸法が等しい。中央磁性体３及び一対の側方磁性体４Ａ，４Ｂとして同じ磁石を使用することができるので、製造工程が単純化される。

（第４の実施形態）
図７は第４の実施形態に係る回転角度センサ１Ｄの概念図であり、図７（ａ）は回転角度センサ１Ｄの正面図、図７（ｂ）は回転角度センサ１Ｄの側面図、図７（ｃ）は回転角度センサ１Ｄの斜視図を示している。支持体２の構成は第２の実施形態と同じである。すなわち、支持体２は平板であり、平板の側面は、円弧状の曲面部２２と、曲面部２２の両端を結ぶ平面部２３とを有している。支持体２の構成の詳細については第２の実施形態を参照されたい。本実施形態の回転角度センサ１Ｄは、支持体２に支持された支持部材７をさらに有している。支持部材７は、平面部２３に支持された第１の平板部７１と、第１の平板部７１から径方向外側に突き出す第２の平板部７２と、第１の平板部７１から径方向内側に突き出す第３の平板部７３と、を有し、中央磁性体３と一対の側方磁性体４Ａ，４Ｂは第２の平板部７２に支持され、第３の平板部７３は支持体２のいずれか一方の平面に支持されている。中央磁性体３と一対の側方磁性体４Ａ，４Ｂは第１の平板部７１に支持されてもよい。第１の平板部７１と第２の平板部７２、及び第２の平板部７２と第３の平板部７３は互いに直交している。第３の平板部７３には穴７４が設けられ、支持体２の穴７４と対向する位置にねじ穴２４が切られている。支持部材７は、穴７４を貫通しねじ穴２４に累合するねじ８によって、支持体２に固定される。第１の平板部７１は支持体２の裏面と揃えられているが、支持体２から張り出していてもよい。支持部材７は樹脂で作成することができ、且つ強度を確保できる限り薄く形成することができるため、コストダウンが可能となる。

（第５の実施形態）
図８は第５の実施形態に係る回転角度センサ１Ｅの概念図であり、図８（ａ）は回転角度センサ１Ｅの正面図、図８（ｂ）は回転角度センサ１Ｅの側面図、図８（ｃ）は回転角度センサ１Ｅの斜視図を示している。支持体２は、平板部２５と、平板部２５から突き出す３つのステー２６～２８とを有している。平板部２５の構成は第２の実施形態と同じである。すなわち、平板部２５は平板であり、平板の側面は、円弧状の曲面部２２と、曲面部２２の両端を結ぶ平面部２３とを有している。３つのステー２６～２８は、平板部２５から突き出し、Ｌ字状に折り曲げられた、帯状の部材である。中央磁性体３及び一対の側方磁性体４Ａ，４Ｂは３つのステー２６～２８にそれぞれ支持されている。中央磁性体３及び一対の側方磁性体４Ａ，４Ｂはステー２６～２８の先端の近傍で、ステーの回転中心Ｃと反対側を向く面２９にそれぞれ支持されている。ステー２６～２８は平板部２５と同じ厚さを有し、平板部２５と一体形成される。ステー２６～２８は強度が確保できる限り薄くすることができるため、平板部２５も薄く形成することができる。ステー２６～２８は折り曲げず、直線状の部材でもよい。その場合、中央磁性体３及び一対の側方磁性体４Ａ，４Ｂは、磁極面ではなく、２つの磁極面と直交する側面でステー２６～２８に取り付けられる。ステー２６～２８は折り曲げ加工で作ることができるため、ステー２６～２８を含む支持体２は金属で形成することが望ましいが、樹脂で形成することもできる。ステー２６～２８を含む支持体２は非磁性金属で形成することができるが、磁性金属などの磁性材料で形成して、支持体２にヨークとしての集磁機能を付与し、磁場検知素子５の設置位置における磁束密度を強めることもできる。

（第６の実施形態）
図９（ａ）は第６の実施形態に係る回転角度センサ１Ｆの概念図であり、図１と同様、回転角度センサ１Ｆの正面図を示している。中央磁性体３は上述の実施形態と同様、磁石であるが、一対の側方磁性体４Ａ，４Ｂは軟磁性体とされている。軟磁性体は中央磁性体３によって磁化されており、一種の磁石として振舞う。軟磁性体はＮｉＦｅなどの材料から形成される。本実施形態では一対の側方磁性体４Ａ，４Ｂとして磁石を用いる必要がないため、高価な磁石の体積を減らし、コストダウンを図ることができる。本実施形態では、支持体２は円板であるが、支持体２の構成は何ら制限されず、第２～第５の実施形態と組わせることができる。

図９（ｂ）は第６の実施形態の変形例に係る回転角度センサ１Ｆの概念図であり、図１と同様、回転角度センサ１Ｆの正面図を示している。本変形例では、一対の側方磁性体４Ａ，４Ｂは磁石であり、中央磁性体３は一対の側方磁性体４Ａ，４Ｂによって磁化された軟磁性体である。本変形例も第６の実施形態と同様の効果を奏することができる。

（第７の実施形態）
図１０は、上述した回転角度センサ１Ａを有するパークロックセンサ９の概念図を示している。パークロックセンサ９は自動車の自動変速機１１のパークロック装置１２に使用される。パークロック装置１２は、シフトレバーをパーキング位置に操作したときに、自動変速機１１の出力軸１３をロックして車輪の回転を阻止する。出力軸１３には第１の歯車１４が一体的に形成されている。第１の歯車１４の近傍には支点１５Ａを中心に揺動可能なパーキングポール１５が設けられている。パーキングポール１５には、第１の歯車１４と対向し第１の歯車１４と係合可能な第２の歯車１６が形成されている。パーキングポール１５は駆動装置１７の動きにより、第２の歯車１６が第１の歯車１４に係合する位置と、第２の歯車１６が第１の歯車１４から離脱した位置を移動することができる。シフトレバーがパーキング位置に操作されると、モータ１８の駆動により回転軸１９が回転する。駆動装置１７は回転軸１９に接続されており、回転軸１９の回転をパーキングポール１５の搖動運動に変換する。この様なパークロック装置１２においては、パークロック装置１２の制御のために回転軸１９の回転角度を検知する必要がある。この目的で、パークロックセンサ９が回転軸１９に設けられている。本実施形態においては、上述の回転軸はモータ１８と駆動装置１７の間の回転軸１９である。

（実施例）
まず、実施例と比較例について、支持体２の回転角度と磁場検知素子５の設置位置での磁束密度との関係、及び支持体２の回転角度と回転角度センサの角度誤差との関係を求めた。結果を図１１に示す。角度誤差は、各角度位置における、検知された回転角度と実際の回転角度との差である。比較例の回転角度センサは図３に示す比較例とほぼ同じであり、円形の支持体２の外周縁部に沿って中央磁性体３と一対の側方磁性体４Ａ，４Ｂを配置している。より詳細には、中央磁性体３と一対の側方磁性体４Ａ，４Ｂが軟磁性体のヨークに取り付けられ、ヨークがボルト８で支持体２に固定されている。実施例は図６に示す第４の実施形態とほぼ同じである。実施例は比較例より最小磁束密度が大きく、角度誤差が小さい。しかも、磁石の総体積は比較例と比べて約４０％減少している。

次に、角度θの調整可能範囲を求めた。具体的には、一対の側方磁性体４Ａ，４Ｂの中心と回転中心Ｃをそれぞれ結ぶ直線の間の角度（２φ）を様々に変えながら、調整可能範囲、すなわち回転角度検知可能なθの上限値を求めた。結果を図１２に示す。角度θが上限値を超えると磁束のベクトル角度が３６０°以上回転してしまい、回転角度が検知できない。角度φが小さい場合、角度θの調整可能範囲は小さく、例えば、φ＝２０°の場合、約３０°である。角度φが大きくなるに従い、角度θの調整可能範囲も増加する。しかし、角度φがさらに大きくなると角度θの調整可能範囲は減少する。この様にして求めた回転角度検知可能なθの上限値は最大で８２．５°（２φ＝７０°）である。ただし、θの上限値は中央磁性体３と側方磁性体のサイズにもよるため、上記の値は一例である。大きな調整可能範囲を得る場合２φは６０～８０°（φは３０～４０°）程度であることが好ましい。

１Ａ～１Ｆ回転角度センサ
２支持体
３中央磁性体
４Ａ，４Ｂ側方磁性体
５磁場検知素子
６軟磁性体
７支持部材
９パークロックセンサ
２６～２８ステー
Ｃ回転中心

Claims

回転中心の周りを回転し、所定の方向に磁化された中央磁性体及び一対の側方磁性体と、
前記中央磁性体及び前記一対の側方磁性体によって形成される磁場を検知する磁場検知素子と、を有し、
前記中央磁性体は磁石であり、前記一対の側方磁性体は前記中央磁性体によって磁化された軟磁性体であり、
前記中央磁性体は、前記中央磁性体と前記一対の側方磁性体の回転方向に関し、前記一対の側方磁性体の間に前記一対の側方磁性体から離間して配置され、前記中央磁性体と前記一対の側方磁性体のそれぞれは径方向に並ぶ一対の磁極を有し、前記中央磁性体と前記一対の側方磁性体の径方向外側の前記磁極は互いに逆であり、
前記一対の側方磁性体のそれぞれについて、
前記側方磁性体の磁化方向を示し、前記側方磁性体の中心を始点として、前記回転中心から離れる方向を向くベクトルを前記側方磁性体の磁化方向ベクトル、
前記回転中心と前記側方磁性体の中心を結ぶ線の延長線上にあって、前記側方磁性体の中心を始点として、前記回転中心から離れる方向を向くベクトルを基準ベクトルとすると、
前記磁化方向ベクトルは基準ベクトルに対して前記中央磁性体側に回転している、回転角度センサ。
回転中心の周りを回転し、所定の方向に磁化された中央磁性体及び一対の側方磁性体と、
前記中央磁性体及び前記一対の側方磁性体によって形成される磁場を検知する磁場検知素子と、を有し、
前記一対の側方磁性体は磁石であり、前記中央磁性体は前記一対の側方磁性体によって磁化された軟磁性体であり、
前記中央磁性体は、前記中央磁性体と前記一対の側方磁性体の回転方向に関し、前記一対の側方磁性体の間に前記一対の側方磁性体から離間して配置され、前記中央磁性体と前記一対の側方磁性体のそれぞれは径方向に並ぶ一対の磁極を有し、前記中央磁性体と前記一対の側方磁性体の径方向外側の前記磁極は互いに逆であり、
前記一対の側方磁性体のそれぞれについて、
前記側方磁性体の磁化方向を示し、前記側方磁性体の中心を始点として、前記回転中心から離れる方向を向くベクトルを前記側方磁性体の磁化方向ベクトル、
前記回転中心と前記側方磁性体の中心を結ぶ線の延長線上にあって、前記側方磁性体の中心を始点として、前記回転中心から離れる方向を向くベクトルを基準ベクトルとすると、
前記磁化方向ベクトルは基準ベクトルに対して前記中央磁性体側に回転している、回転角度センサ。
回転中心の周りを回転し、所定の方向に磁化された中央磁性体及び一対の側方磁性体と、
前記中央磁性体及び前記一対の側方磁性体によって形成される磁場を検知する磁場検知素子と、を有し、
前記中央磁性体は前記一対の側方磁性体より磁化方向の長さが長く、
前記中央磁性体は、前記中央磁性体と前記一対の側方磁性体の回転方向に関し、前記一対の側方磁性体の間に前記一対の側方磁性体から離間して配置され、前記中央磁性体と前記一対の側方磁性体のそれぞれは径方向に並ぶ一対の磁極を有し、前記中央磁性体と前記一対の側方磁性体の径方向外側の前記磁極は互いに逆であり、
前記一対の側方磁性体のそれぞれについて、
前記側方磁性体の磁化方向を示し、前記側方磁性体の中心を始点として、前記回転中心から離れる方向を向くベクトルを前記側方磁性体の磁化方向ベクトル、
前記回転中心と前記側方磁性体の中心を結ぶ線の延長線上にあって、前記側方磁性体の中心を始点として、前記回転中心から離れる方向を向くベクトルを基準ベクトルとすると、
前記磁化方向ベクトルは基準ベクトルに対して前記中央磁性体側に回転している、回転角度センサ。
回転中心の周りを回転し、所定の方向に磁化された中央磁性体及び一対の側方磁性体と、
前記中央磁性体及び前記一対の側方磁性体によって形成される磁場を検知する磁場検知素子と、
前記回転中心の周りを回転し、前記中央磁性体と前記一対の側方磁性体を支持する支持体と、を有し、
前記支持体は平板であり、前記支持体の側面は、円弧状の曲面部と、前記曲面部の両端を結ぶ平面部とを有し、前記中央磁性体と前記一対の側方磁性体は前記平面部に支持され、
前記中央磁性体は、前記中央磁性体と前記一対の側方磁性体の回転方向に関し、前記一対の側方磁性体の間に前記一対の側方磁性体から離間して配置され、前記中央磁性体と前記一対の側方磁性体のそれぞれは径方向に並ぶ一対の磁極を有し、前記中央磁性体と前記一対の側方磁性体の径方向外側の前記磁極は互いに逆であり、
前記一対の側方磁性体のそれぞれについて、
前記側方磁性体の磁化方向を示し、前記側方磁性体の中心を始点として、前記回転中心から離れる方向を向くベクトルを前記側方磁性体の磁化方向ベクトル、
前記回転中心と前記側方磁性体の中心を結ぶ線の延長線上にあって、前記側方磁性体の中心を始点として、前記回転中心から離れる方向を向くベクトルを基準ベクトルとすると、
前記磁化方向ベクトルは基準ベクトルに対して前記中央磁性体側に回転している、回転角度センサ。
回転中心の周りを回転し、所定の方向に磁化された中央磁性体及び一対の側方磁性体と、
前記中央磁性体及び前記一対の側方磁性体によって形成される磁場を検知する磁場検知素子と、
前記回転中心の周りを回転し、前記中央磁性体と前記一対の側方磁性体を支持する支持体と、を有し、
前記支持体は平板であり、前記支持体の側面は、円弧状の曲面部と、前記曲面部の両端を結ぶ平面部とを有し、
前記平面部に支持された軟磁性体を有し、前記中央磁性体及び前記一対の側方磁性体は前記軟磁性体に支持され、
前記中央磁性体は、前記中央磁性体と前記一対の側方磁性体の回転方向に関し、前記一対の側方磁性体の間に前記一対の側方磁性体から離間して配置され、前記中央磁性体と前記一対の側方磁性体のそれぞれは径方向に並ぶ一対の磁極を有し、前記中央磁性体と前記一対の側方磁性体の径方向外側の前記磁極は互いに逆であり、
前記一対の側方磁性体のそれぞれについて、
前記側方磁性体の磁化方向を示し、前記側方磁性体の中心を始点として、前記回転中心から離れる方向を向くベクトルを前記側方磁性体の磁化方向ベクトル、
前記回転中心と前記側方磁性体の中心を結ぶ線の延長線上にあって、前記側方磁性体の中心を始点として、前記回転中心から離れる方向を向くベクトルを基準ベクトルとすると、
前記磁化方向ベクトルは基準ベクトルに対して前記中央磁性体側に回転している、回転角度センサ。
前記軟磁性体は平板であり、前記中央磁性体は前記一対の側方磁性体より磁化方向の長さが長い、請求項５に記載の回転角度センサ。
前記軟磁性体は平板部と、前記平板部から径方向外側に突き出す突出し部と、を有し、前記中央磁性体は前記突出し部に支持され、前記一対の側方磁性体は前記平板部に支持されている、請求項５に記載の回転角度センサ。
前記中央磁性体及び前記一対の側方磁性体は形状及び寸法が等しい、請求項７に記載の回転角度センサ。
回転中心の周りを回転し、所定の方向に磁化された中央磁性体及び一対の側方磁性体と、
前記中央磁性体及び前記一対の側方磁性体によって形成される磁場を検知する磁場検知素子と、
前記回転中心の周りを回転し、前記中央磁性体と前記一対の側方磁性体を支持する支持体と、を有し、
前記支持体は平板であり、前記支持体の側面は、円弧状の曲面部と、前記曲面部の両端を結ぶ平面部とを有し、
前記支持体に支持された支持部材を有し、前記支持部材は、前記平面部に支持された第１の平板部と、前記第１の平板部から径方向外側に突き出す第２の平板部と、前記第１の平板部から径方向内側に突き出し、前記支持体のいずれかの平面に支持された第３の平板部と、を有し、前記中央磁性体と前記一対の側方磁性体は前記第１の平板部または前記第２の平板部に支持され、
前記中央磁性体は、前記中央磁性体と前記一対の側方磁性体の回転方向に関し、前記一対の側方磁性体の間に前記一対の側方磁性体から離間して配置され、前記中央磁性体と前記一対の側方磁性体のそれぞれは径方向に並ぶ一対の磁極を有し、前記中央磁性体と前記一対の側方磁性体の前記径方向外側の前記磁極は互いに逆であり、
前記一対の側方磁性体のそれぞれについて、
前記側方磁性体の磁化方向を示し、前記側方磁性体の中心を始点として、前記回転中心から離れる方向を向くベクトルを前記側方磁性体の磁化方向ベクトル、
前記回転中心と前記側方磁性体の中心を結ぶ線の延長線上にあって、前記側方磁性体の中心を始点として、前記回転中心から離れる方向を向くベクトルを基準ベクトルとすると、
前記磁化方向ベクトルは基準ベクトルに対して前記中央磁性体側に回転している、回転角度センサ。
回転中心の周りを回転し、所定の方向に磁化された中央磁性体及び一対の側方磁性体と、
前記中央磁性体及び前記一対の側方磁性体によって形成される磁場を検知する磁場検知素子と、
前記回転中心の周りを回転し、前記中央磁性体と前記一対の側方磁性体を支持する支持体と、を有し、
前記支持体は、平板部と、前記平板部から突き出す３つのステーとを有し、前記平板部の側面は、円弧状の曲面部と、前記曲面部の両端を結ぶ平面部とを有し、前記３つのステーは前記平面部から突き出し、前記中央磁性体及び前記一対の側方磁性体は前記３つのステーにそれぞれ支持され、
前記中央磁性体は、前記中央磁性体と前記一対の側方磁性体の回転方向に関し、前記一対の側方磁性体の間に前記一対の側方磁性体から離間して配置され、前記中央磁性体と前記一対の側方磁性体のそれぞれは径方向に並ぶ一対の磁極を有し、前記中央磁性体と前記一対の側方磁性体の径方向外側の前記磁極は互いに逆であり、
前記一対の側方磁性体のそれぞれについて、
前記側方磁性体の磁化方向を示し、前記側方磁性体の中心を始点として、前記回転中心から離れる方向を向くベクトルを前記側方磁性体の磁化方向ベクトル、
前記回転中心と前記側方磁性体の中心を結ぶ線の延長線上にあって、前記側方磁性体の中心を始点として、前記回転中心から離れる方向を向くベクトルを基準ベクトルとすると、
前記磁化方向ベクトルは基準ベクトルに対して前記中央磁性体側に回転している、回転角度センサ。
前記ステーはＬ字状に折り曲げられた帯状の部材であり、前記中央磁性体及び前記一対の側方磁性体は、前記ステーの先端の近傍で、前記ステーの前記回転中心と反対側を向く面にそれぞれ支持されている、請求項１０に記載の回転角度センサ。
前記ステーは前記平板部と同じ厚さを有し、前記平板部と一体形成される、請求項１１に記載の回転角度センサ。
前記磁化方向ベクトルと前記基準ベクトルのなす角度は９０°未満である、請求項１から１２のいずれか１項に記載の回転角度センサ。
前記一対の側方磁性体のそれぞれについて、前記磁化方向ベクトルと前記基準ベクトルのなす角度をθ、前記中央磁性体の中心と前記回転中心とを結ぶ直線と前記基準ベクトルのなす角度をφとすると、θ＝φである、請求項１から１３のいずれか１項に記載の回転角度センサ。
前記一対の側方磁性体のそれぞれについて、前記磁化方向ベクトルと前記基準ベクトルのなす角度をθ、前記中央磁性体の中心と前記回転中心とを結ぶ直線と前記基準ベクトルのなす角度をφとすると、θ＜φである、請求項１から１３のいずれか１項に記載の回転角度センサ。
前記一対の側方磁性体のそれぞれについて、前記磁化方向ベクトルと前記基準ベクトルのなす角度をθ、前記中央磁性体の中心と前記回転中心とを結ぶ直線と前記基準ベクトルのなす角度をφとすると、θ＞φである、請求項１から１３のいずれか１項に記載の回転角度センサ。
前記一対の側方磁性体は、前記中央磁性体の中心と前記回転中心とを結ぶ直線に関して鏡対称である、請求項１から１６のいずれか１項に記載の回転角度センサ。
前記中央磁性体及び前記一対の側方磁性体は磁石である、請求項３から１２のいずれか１項に記載の回転角度センサ。
前記中央磁性体及び前記一対の側方磁性体は直方体である、請求項１から１８のいずれか１項に記載の回転角度センサ。
請求項１から１９のいずれか１項に記載の回転角度センサを有するパークロックセンサ。