JP2019191073A - 磁気式回転角検出器 - Google Patents

Abstract

【課題】回転体の回転角を正確に検出することができる磁気式回転角検出器を得ること。【解決手段】磁気式回転角検出器が、回転軸１１の軸方向の上側を向く上面４１と上面４１の外縁で上面４１に接する側面４２Ａとを有する磁石４Ａと、上面４１と対向する上面６１および側面４２Ａと対向する側面６２Ａを有するとともに上面６１に貫通穴３が形成されたヨーク２Ａと、磁石４Ａの上面４１及び側面４２Ａとヨーク２Ａの上面６１および側面６２Ａとの間に配置された非磁性体９Ａと、を有した回転体５Ａと、磁石４Ａから軸方向の上側へ放射される磁力線を検出する磁力検出部と、を備え、磁石４Ａとヨーク２Ａとは、磁石４Ａの上面４１とは異なる極性において磁気的に接続されている。【選択図】図３

Description

本発明は、回転移動体の位置検出に用いられる磁気式回転角検出器に関する。

磁気式回転角検出器は、磁石が配置された回転体を回転させ、磁石の位置を変化させることによって、回転体から放射される磁力線の向きを変化させている。磁気式回転角検出器は、この磁力線の変化を磁気センサで検出することによって、回転体の回転角を検出する。

特許文献１に記載の磁気式エンコーダである磁気式回転角検出器では、円板状の磁石が回転軸方向に単極着磁され、磁石の側面において、磁気を遮蔽するための磁気遮蔽部と磁石とが交互に並ぶよう磁気遮蔽部が配置されている。特許文献１の磁気式回転角検出器は、磁気センサが磁石の側面側から、磁石と磁気遮蔽部との境界における磁力線の変化を検出することによって、回転体の回転角を検出している。

特開平８−３２７３９４号公報

しかしながら、特許文献１の磁気式回転角検出器は、磁気遮蔽部で磁力線を遮蔽しているだけであり、磁気センサに対して集中的に磁力線を到達させているわけではない。このため、磁石と磁気遮蔽部との境界で、磁力線の大きな変化を発生させることができないので、回転体の回転角を正確に検出することが困難であった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、回転体の回転角を正確に検出することができる磁気式回転角検出器を得ることを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の磁気式回転角検出器は、回転軸を備えている。また、本発明の磁気式回転角検出器は、回転軸に固定されて回転軸の軸方向の上側を向く第１の上面部と第１の上面部の外縁で第１の上面部に接する第１の側面部とを有する磁石と、第１の上面部と対向する第２の上面部および第１の側面部と対向する第２の側面部を有するとともに第２の上面部に貫通穴が形成された第１のヨークと、磁石の第１の上面部及び第１の側面部と第１のヨークの第２の上面部および第２の側面部との間に配置された非磁性体部と、を有した回転体と、磁石から軸方向の上側へ放射される磁力線を検出する磁力検出部と、を備えている。磁石と第１のヨークとは、磁石の第１の上面部とは異なる極性において磁気的に接続されている。

本発明によれば、回転体の回転角を正確に検出することができるという効果を奏する。

実施の形態１にかかる磁気式回転角検出器の構成を示す図 実施の形態１にかかる磁気式回転角検出器の構成要素を示す図 実施の形態１にかかる磁気式回転角検出器の第１の断面構成例を示す図 実施の形態１にかかる磁気式回転角検出器の第２の断面構成例を示す図 実施の形態１にかかる磁気式回転角検出器の第３の断面構成例を示す図 実施の形態１にかかる磁気式回転角検出器の回転体から放射される磁力線のシミュレーション結果を示す図 図６に示したシミュレーション結果の拡大図 実施の形態２にかかる磁気式回転角検出器の構成を示す図

以下に、本発明にかかる磁気式回転角検出器の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、これらの実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

実施の形態１．
図１は、実施の形態１にかかる磁気式回転角検出器の構成を示す図である。図２は、実施の形態１にかかる磁気式回転角検出器の構成要素を示す図である。図３は、実施の形態１にかかる磁気式回転角検出器の第１の断面構成例を示す図である。図１では、磁気式回転角検出器１Ｘの斜視図を示し、図２では、磁気式回転角検出器１Ｘの分解図を示している。なお、図２では、磁気センサ８および角度演算部１３の図示を省略している。以下の説明では、＋Ｚ軸方向を磁気式回転角検出器１Ｘの上部側とし、−Ｚ軸方向を磁気式回転角検出器１Ｘの下部側として説明する。

磁気式回転角検出器１Ｘは、Ｚ軸方向に延びる回転軸１１と、回転軸１１と一体に回転する回転体５Ａとを備えている。すなわち、回転軸１１の軸方向とＺ軸方向とは一致する。磁気式回転角検出器１Ｘの上部側は、回転軸１１の軸方向に沿った一方側である。磁気式回転角検出器１Ｘの下部側は、回転軸１１の軸方向に沿った他方側である。回転体５Ａは、回転軸１１を介してモータ１２に接続されている。回転体５Ａは、磁石４Ａと、非磁性体部である非磁性体９Ａと、第１のヨークであるヨーク２Ａとを備えている。また、磁気式回転角検出器１Ｘは、磁気センサ８と、角度演算部１３とを備えている。

磁石４Ａは、円板状の円板部１４と、上面４１から突出した突起状の凸部１５と、磁石４Ａの底部に配置されている円環状のフランジ１６とを有している。円板部１４は、上部側を向く第１の上面部である上面４１と、上面４１の外縁で上面４１に接する第１の側面部である側面４２Ａと、底部側を向く底面４３と、を有する。なお、以下の説明では、円板部１４の上面４１を磁石４Ａの上面４１といい、円板部１４の側面４２Ａを磁石４Ａの側面４２Ａといい、円板部１４の底面４３を磁石４Ａの底面４３という場合がある。円板部１４は、側面４２Ａが傾斜面となっており、上面４１が底面４３よりも小さい円形となっている。円形である上面４１の中心は、回転軸１１の中心軸と一致する。

円板部１４は、中心部に開口部２１が設けられており、開口部２１に回転軸１１が差し込まれる。これにより、磁石４Ａは、上面４１がＸＹ平面と平行になるよう配置される。凸部１５は、円板部１４の上面４１に複数配置されている。各凸部１５は、円板部１４の上面４１の中心から等距離となるよう、等間隔で円状に配置されている。フランジ１６は、円板部１４の底面４３側に設けられている。

円板部１４の側面４２Ａは、回転曲面を生成する母線が直線となっている。磁石４Ａは、回転軸１１の軸方向に単極着磁されている。磁石４Ａのうち凸部１５がＮ極の磁極となっており、フランジ１６がＳ極の磁極となっている。

ヨーク２Ａは、上面４１に対向する第２の上面部である上面６１と、側面４２Ａに対向する第２の側面部である側面６２Ａとを有した円筒状をなしており、底面が開口している。ヨーク２Ａの筒軸は、回転軸１１と同軸である。ヨーク２Ａは、磁石４Ａの上面４１および側面４２Ａに対し、非磁性体９Ａを介して接続されている。これにより、磁石４Ａの上面４１および側面４２Ａでは、ヨーク２Ａが、磁石４Ａと離れた位置で磁石４Ａを覆っている。すなわち、ヨーク２Ａは、磁石４Ａの上面４１および側面４２Ａの間に空間を設けて配置されている。ヨーク２Ａは、フランジ１６に接触することによって磁石４Ａの底部で磁石４Ａに磁気的に接続されている。すなわち、ヨーク２Ａと磁石４Ａとは、非磁性体９Ａよりも底側で磁気的に接続されている。換言すると、磁石４Ａとヨーク２Ａとは、磁石４Ａの上面４１とは異なる極性において磁気的に接続されている。この構成により、ヨーク２Ａと磁石４Ａとで、閉磁路が形成される。なお、ヨーク２Ａと、フランジ１６とは、底面４３に平行な面よりも上側で接続されてもよい。すなわち、非磁性体９Ａの形状を図３に示したものとしつつ、フランジ１６の外周部が、フランジ１６の上面から突出していてもよい。

ヨーク２Ａは、中心部に開口部２２が設けられており、開口部２２に回転軸１１が差し込まれる。これにより、ヨーク２Ａは、上面６１がＸＹ平面内となるよう配置される。ヨーク２Ａには、凸部１５に対応する位置に貫通穴３が設けられている。すなわち、各貫通穴３は、ヨーク２Ａの上面６１の中心から等距離となるよう、円に沿って並べて配置されている。貫通穴３は、凸部１５の直径よりも大きな直径を有している。

ヨーク２Ａと磁石４Ａとは、凸部１５が貫通穴３の下側から貫通穴３に差し込まれ且つ凸部１５が貫通穴３の壁面に接触しない状態で固定されている。すなわち、凸部１５と貫通穴３との間には隙間が設けられている。非磁性体９Ａは、ヨーク２Ａの上面６１側から、ヨーク２Ａと磁石４Ａとの間の隙間に流し込まれた後に硬化させられる。これにより、非磁性体９Ａが、ヨーク２Ａと磁石４Ａとを強く固定する。非磁性体９Ａは、ヨーク２Ａと磁石４Ａとの間の隙間に流し込まれることによって、円板部１４の側部と、円板部１４の上部とを覆う。非磁性体９Ａは、凸部１５の上面を露出させたまま、凸部１５の側面を囲うように流し込まれる。これにより、非磁性体９Ａには、凸部１５を貫通させる穴が形成される。図２では、非磁性体９Ａに形成される貫通穴３の図示を省略している。

ヨーク２Ａの貫通穴３は、磁力線を通す磁気通路部６を形成するための穴である。貫通穴３に凸部１５が差し込まれ非磁性体９Ａが流し込まれると、貫通穴３の上側の開口面と円板部１４の上面４１との間に、凸部１５および非磁性体９Ａが格納される。この貫通穴３の上側の開口面と円板部１４の上面４１との間で凸部１５および非磁性体９Ａが格納されたものが磁気通路部６である。すなわち、磁気通路部６は、円板部１４の上面４１から貫通穴３の下側の開口面までの間の磁気通路部と、貫通穴３内の磁気通路部とを含んでいる。貫通穴３は、凸部１５および非磁性体９Ａが格納される前は、空洞となっているが、凸部１５および非磁性体９Ａが格納された後は空洞ではなくなる。以下の説明では、説明の便宜上、凸部１５および非磁性体９Ａが格納されて磁気通路部６が形成された後の貫通穴も、磁気通路部６が形成される前の貫通穴と同様に貫通穴３という場合がある。

凸部１５は、凸部１５の上面とヨーク２Ａの上面６１とが、同じ平面内に並ぶ高さを有している。回転軸１１は、円板部１４、非磁性体９Ａ、およびヨーク２Ａに固定されている。

磁力検出部である磁気センサ８は、磁力を検出する。磁気センサ８は、磁石４Ａが配置された回転体５Ａを回転させた場合の磁界分布の変化を検出する。磁気センサ８は、回転体５Ａとは異なる部材に固定されており、回転体５Ａが回転しても磁気センサ８は移動しない。磁気センサ８は、ヨーク２Ａの上面６１側で、貫通穴３と対向する位置に配置されている。

ヨーク２Ａの貫通穴３の上側の開口面よりも凸部１５の上面が高い場合には、回転軸１１の偏芯または軸ずれによって凸部１５が磁気センサ８と衝突する場合がある。したがって、凸部１５および磁気センサ８を保護する観点からすると、凸部１５の上面は、貫通穴３の上側の開口面から出すぎない方が望ましい。また、貫通穴３の上側の開口面よりも凸部１５の上面が低い場合には、凸部１５からの磁力線がヨーク２Ａに流れ込みやすくなるので、凸部１５から磁気センサ８に到達する磁力が小さくなる。したがって、漏れ磁力を低減させるという観点からすると、凸部１５の上面は、貫通穴３の上側の開口面からの位置が下すぎない方が望ましい。これらの観点を踏まえて、本実施の形態では、凸部１５の上面が、貫通穴３の上側の開口面に対して−０．１ｍｍから＋０．１ｍｍの範囲内となるよう凸部１５を形成しておく。すなわち、ヨーク２Ａの上面６１の高さと、凸部１５の上面の高さとの差は、０．１ｍｍ（ミリメートル）以下である。

また、磁気センサ８は、磁石４Ａまたはヨーク２Ａとの距離が近いほど大きな検出値を得ることができる。したがって、正確な検出値を得る観点からすると、磁気センサ８は、凸部１５に対して狭ギャップで配置されることが望ましい。このため、磁気センサ８は、凸部１５の上面または貫通穴３の上側の開口面からの距離が、０．２ｍｍ以下となるよう配置されるのが望ましい。

磁気通路部６の個数が多いほど回転角の検出分解能が高まる。例えば、ヨーク２Ａに貫通穴３が３０個設けられている場合、角度演算部１３は、磁気センサ８からの検出信号を４逓倍することで１回転あたり１２０のパルス数を得ることができる。

磁気センサ８は、検出した磁力に対応する検出信号を角度演算部１３に送る。角度演算部１３は、磁気センサ８から送られてくる検出信号の変化に基づいて、回転体５Ａの回転角を演算する。

このように、磁気式回転角検出器１Ｘでは、ヨーク２Ａと磁石４Ａとの間に非磁性体９Ａが配置され、磁石４Ａの上面４１および側面４２Ａではヨーク２Ａと磁石４Ａとが接触していない。この構成により、磁石４Ａは、凸部１５から磁気センサ８が配置されている空間を通過しヨーク２Ａへと戻る磁力線を発生させることができる。

なお、磁石４Ａは、凸部１５を有していなくてもよい。この場合、磁気通路部６は、空隙となる。換言すると、磁気通路部６は、非磁性体である空気で満たされてもよい。また、磁気式回転角検出器１Ｘでは、非磁性体９Ａを配置することなく、非磁性体９Ａの配置されている領域を空隙としてもよい。

ここで、非磁性体９Ａの種類、ヨーク２Ａの材料、磁石４Ａの材料について説明する。非磁性体９Ａは、樹脂が望ましい。樹脂の例は、エポキシ樹脂、ウレタン樹脂、またはアクリル樹脂といった反応硬化性樹脂である。樹脂は、ヨーク２Ａと磁石４Ａとの間の隙間に流し込まれて硬化する際に、磁石４Ａおよびヨーク２Ａに熱的な影響を与えないものであれば、ポリウレタン樹脂またはポリスチレン樹脂といった熱可塑性樹脂であってもよい。非磁性体９Ａに樹脂が用いられることで、脆性的な材料である磁石４Ａを保護することができるので、磁石４Ａへの耐衝撃性および耐振動性が向上する。

ヨーク２Ａの材料には、軟磁性体が用いられる。軟磁性体の例は、電磁鋼板、電磁ステンレス、ケイ素鉄、パーマロイ、またはパーメンジュールである。パーマロイは、鉄とニッケルの合金であり、パーメンジュールは、鉄とコバルトの合金である。ヨーク２Ａは、軟磁性体がヨーク形状に加工されることで形成される。ヨーク２Ａの形成には、金属粉末射出成形法、機械加工法、または放電加工法が用いられる。また、ヨーク２Ａは、軟磁性体の粉末をベース樹脂と混練されて射出成形されてもよい。

磁石４Ａの材料には、射出成形が可能な各種のプラスチックマグネットが適用可能である。磁石４Ａの材料となる磁性粉には、フェライト系、ネオジム系、サマコバ系、サマリウム鉄窒素系、またはフェライトとネオジムとの混合系を用いることができる。材料コストが優先される場合には、フェライト系などが選択され、機械的強度が優先される場合には、ネオジム系などが選択される。また、磁性粉と混練するベース樹脂は、熱可塑性樹脂であればよい。具体的には、ベース樹脂には、ナイロン系のＰＡ（ポリアミド：polyamide）１２、ＰＡ６のほか、ＰＰＳ（Poly Phenylene Sulfide：ポリフェニレンサルファイド）、ＥＥＡ（Ethylene-Ethyl Acrylate：エチレンアクリル酸エチル共重合体）が用いられる。また、磁石４Ａの材料は、プラスチックマグネットに限定されるものではなく一般的な焼結磁石が用いられてもよく、また磁石４Ａの材料および加工方法も上述したものに限定されない。

ところで、磁気センサ８は、第２のヨークであるヨーク８１と、磁気抵抗素子の一例である半導体磁気抵抗素子８２とを備えている。ヨーク８１は、軟磁性体であり、半導体磁気抵抗素子８２に取付けられている。磁気センサ８は、ヨーク８１と、回転体５Ａとで挟み込まれる位置に半導体磁気抵抗素子８２が配置されることで、磁力線を磁気センサ８に誘導させることができるので磁気センサ８で検出される磁力を向上させることができる。これにより、磁気センサ８から出力される検出信号の強度を高めることができる。

なお、磁気式回転角検出器１Ｘへは、回転体５Ａとは異なる構成の回転体が配置されてもよい。ここで、磁気式回転角検出器１Ｘに配置される回転体の別構成例について説明する。

図４は、実施の形態１にかかる磁気式回転角検出器の第２の断面構成例を示す図である。図４の各構成要素のうち図３の回転体５Ａと同一機能を達成する構成要素については同一符号を付しており、重複する説明は省略する。

回転体５Ａの別構成例である回転体５Ｂは、磁石４Ａの代わりに磁石４Ｂを備え、ヨーク２Ａの代わりにヨーク２Ｂを備え、非磁性体９Ａの代わりに非磁性体９Ｂを備えている。

非磁性体９Ｂは、非磁性体９Ａと同様に、磁石４Ｂとヨーク２Ｂとの間に配置されている。磁石４Ｂは、円板状の円板部１４と、突起状の凸部１５とを有しており、フランジ１６を有していない。磁石４Ｂの円板部１４は、上面４１と、側面４２Ｂと、底面４３と、を有する。ヨーク２Ｂは、ヨーク２Ａの構成に加えて、磁石４Ｂの底面４３を支持する支持部２５を有している。支持部２５は、ヨーク２Ｂの側面６２Ｂの下方から磁石４Ｂ側に延設されている。支持部２５は、円環状の板状部材を含んで構成されており、支持部２５の上面で磁石４Ｂの底面４３の外周領域を支持する。なお、支持部２５は、磁石４Ｂの底面４３の外周部を複数箇所から支持する板状の留め具であってもよい。

支持部２５は、ヨーク２Ｂの側部を下方に延ばしたものであってもよい。この場合、ヨーク２Ｂと磁石４Ｂとの間に非磁性体９Ｂが流し込まれ、非磁性体９Ｂが硬化されてヨーク２Ｂと磁石４Ｂとの相対位置が固定された後に、ヨーク２Ｂの側部のうち磁石４Ｂよりも下側に延びている部分が磁石４Ｂの底部に向けて曲げられる。この折り曲げられた折り曲げ部が、支持部２５であり、支持部２５は、曲げられた状態で磁石４Ｂを底面４３側から支持する。この場合、ヨーク２Ｂの側部は、プレス加工といった塑性加工によって磁石４Ｂ側に曲げられて、支持部２５と磁石４Ｂとが直接接触させられる。この構成により、ヨーク２Ｂと磁石４Ｂとで、閉磁路が形成される。

図５は、実施の形態１にかかる磁気式回転角検出器の第３の断面構成例を示す図である。図５の各構成要素のうち図３の回転体５Ａと同一機能を達成する構成要素については同一符号を付しており、重複する説明は省略する。

回転体５Ａの別構成例である回転体５Ｃは、磁石４Ａの代わりに磁石４Ｃを備え、ヨーク２Ａの代わりにヨーク２Ｃを備え、非磁性体９Ａの代わりに非磁性体９Ｃを備えている。磁石４Ｃは、円板状の円板部１４と、突起状の凸部１５とを有しており、フランジ１６を有していない。磁石４Ｃの円板部１４は、上面４１と、側面４２Ｃと、底面４３と、を有する。

また、回転体５Ｃは、磁石４Ｃの底部と、ヨーク２Ｃの底部との橋渡し部材である架橋部３０を備えている。架橋部３０は、非磁性体９Ｃの下方に配置されている。架橋部３０は、軟磁性体で構成されており、ヨーク２Ｃの側面６２Ｃのうちの底側に接触するとともに磁石４Ｃの側面４２Ｃのうちの底側に接触する。具体的には、架橋部３０は、ヨーク２Ｃの底面と、磁石４Ｃの底面４３と、架橋部３０の底面とが、同一面内に並ぶよう配置される。この構成により、磁石４Ｃの側部のうちの上側および磁石４Ｃの上部は、非磁性体９Ｃを介してヨーク２Ｃに接合され、磁石４Ｃの底部は架橋部３０を介してヨーク２Ｃに接触する。このように、回転体５Ｃでは、ヨーク２Ｃと磁石４Ｃとは、軟磁性体である架橋部３０を介して接触することで閉磁路を形成する。この構成により、ヨーク２Ｃと、架橋部３０と、磁石４Ｃとで、閉磁路が形成される。

なお、架橋部３０の軟磁性体は、ヨーク２Ｃと同一の材料である必要は無く、材料は適宜選択されればよい。架橋部３０の軟磁性体の例は、電磁鋼板、電磁ステンレス、ケイ素鉄、パーマロイ、パーメンジュール、または軟磁性体の粉末とベース樹脂との混練物である。

ヨーク２Ａ，２Ｂと磁石４Ａ，４Ｂとの何れの接触構造においても接触面同士の密な接触によって、漏れ磁力を低減させて磁気センサ８に到達する磁力を強くすることができる。このため、ヨーク２Ａと磁石４Ａとの接触面、またはヨーク２Ｂと磁石４Ｂとの接触面に対し、研磨加工で表面粗さを精緻化させてもよいし、磁性粉を配合した樹脂で接触面同士の間隙を埋めてもよい。また、ヨーク２Ｃと架橋部３０との接触面、および架橋部３０と磁石４Ｃとの接触面に対し、研磨加工で表面粗さを精緻化させてもよいし、磁性粉を配合した樹脂で接触面同士の間隙を埋めてもよい。

図３から図５に示した何れの構成であっても閉磁路を形成することができるので、Ｎ極から生じた磁力が凸部１５から気中を通過して貫通穴３に集中して戻りヨーク２Ａ、ヨーク２Ｂまたはヨーク２Ｃを経路として磁石４Ａ、磁石４Ｂまたは磁石４ＣのＳ極へ至るループが形成される。磁気センサ８は、凸部１５から出て貫通穴３へと戻る磁力線を検出する。

一方、ヨーク２Ａ〜２Ｃ上で貫通穴３及び凸部１５が無いエリアに関しては、Ｎ極から出る磁力線はヨーク２Ａ〜２Ｃ内を経路として磁石４Ａ〜４ＣのＳ極へ至る。この貫通穴３及び凸部１５が無いエリアでは、磁力線がヨーク２Ａ〜２Ｃ内を通るので、ヨーク２Ａ〜２Ｃを貫いてヨーク２Ａ〜２Ｃ外へ通過する磁力線が少なくなり、磁気センサ８で検出される磁力が著しく減少する。これにより、貫通穴３及び凸部１５があるエリアと貫通穴３及び凸部１５が無いエリアとの境界において、急峻な磁力の変化を得ることができる。

図６は、実施の形態１にかかる磁気式回転角検出器の回転体から放射される磁力線のシミュレーション結果を示す図である。図７は、図６に示したシミュレーション結果の拡大図である。ここでは、回転体５Ｂに対して磁力線のシミュレーションが実行された場合の磁力線のシミュレーション結果について説明する。図６および図７では、磁力線を磁力線１００として図示している。

回転体５Ｂでは、磁石４Ｂの磁力線１００が凸部１５から放射されてヨーク２Ｂよりも上側に到達する。この磁力線１００は、一部が磁気センサ８に到達して磁気センサ８で検出される。また、凸部１５からの磁力線１００は、ヨーク２Ｂの上面６１から側面６２Ｂへ流れ、支持部２５を介して磁石４Ｂの底部に流れる。このように、回転体５Ｂでは、磁石４Ｂおよびヨーク２Ｂによって閉磁路が形成されている。

図６および図７に示すように、磁石４Ｂの側面４２Ｂからヨーク２Ｂに流れる磁力線１００は、ほとんど無いので、凸部１５から放出される磁力線１００は強いものとなっている。これにより、磁気センサ８は、凸部１５からの強い磁力線１００を検出することが可能となる。

ところで、仮に磁石の側面で、磁石のＮ極およびＳ極に跨って磁石に接触するようにヨークが配置されてしまうと、磁石の側面でヨークへの磁力線１００の短絡路が形成される。この場合、磁力線１００が透磁率の高いヨークを優先して通るので、磁気センサ側への磁力線１００の到達量が少なくなる。この結果、磁力が強い位置と弱い位置との境界で急峻な磁力の変化を得ることができなくなるので、回転角の検出分解能が悪化する。

一方、本実施の形態では、磁気式回転角検出器１Ｘは、磁石４Ａの上面４１とともに磁石４Ａの側面４２Ａにおいてもヨーク２Ａと磁石４Ａとが非磁性体９Ａを介して接合されている。この構成により、磁石４Ａとヨーク２Ａとで閉磁路を形成することができるので漏れ磁力を低減できるとともに、磁石４Ａとヨーク２Ａとが直接接触する場合に比べて磁石４Ａから非磁性体９Ａに流れ込む漏れ磁力を低減することができる。したがって、凸部１５から磁気センサ８が配置されている空間を通過しヨーク２Ａへと戻る強い磁力線１００を確保することができる。この結果、ヨーク２Ａの上面４１で急峻な磁力の変化を得ることができ、磁気センサ８から出力される検出信号の信号対雑音比であるＳＮ比（Signal-Noise ratio）が向上するので、磁力の変化を正確に検出することができる。したがって、回転体５Ａの回転角度を高分解能で検出できる。

また、回転体５Ａでは、ヨーク２Ａが磁石４Ａを覆うことによって閉磁路が形成されるので、角度演算部１３に含まれる電子回路に対する磁石４Ａからの磁気ノイズを低減させることができる。また、モータ１２に磁気式回転角検出器１Ｘが取付けられた場合において、モータ１２からの磁力線１００をヨーク２Ａおよび磁石４Ａで遮断することができる。このため、モータ１２からの磁力線１００を遮蔽し電子回路を保護するための構成要素が不要になるとともに、磁気式回転角検出器１Ｘの組立工数を減らすことができる。

また、ヨーク２Ａには、磁力線１００を通すための貫通穴３が設けられているので、集中した磁力線１００を貫通穴３から磁気センサ８に到達させることができる。また、貫通穴３には、磁石４Ａのうちの凸部１５が配置されているので、さらに集中した磁力線１００を磁気センサ８に到達させることができる。したがって、磁気センサ８から出力される検出信号のＳＮ比が、凸部１５が無い場合よりも向上する。

また、磁石４Ａは、回転軸１１の軸方向に単極着磁されているので、回転に伴う磁界強度の変動が抑制される。この結果、磁気センサ８は、磁力に応じた検出信号の出力を容易に行うことができる。多極着磁では、着磁極同士の磁力のばらつきが磁気センサ８からの信号のばらつきに繋がり、回転角の検出エラーを発生しやすいが、単極着磁に関しては着磁のばらつき抑制が容易なので、回転角の検出エラーが発生しにくい。また、単極着磁であれば磁石４Ａの着磁工程が容易であり、複雑な着磁装置が不要であるとともに製造工数の低減が可能となる。

また、凸部１５は、凸部１５の上面が、貫通穴３の上面からの距離が−０．１ｍｍから＋０．１ｍｍの範囲内となるよう形成されているので、磁力線１００を貫通穴３に集中させることができる。これにより、磁気センサ８から出力される検出信号のＳＮ比が向上する。

同様に、図４で示した回転体５Ｂは、磁石４Ｂの底部ではヨーク２Ｂと直接接触するとともに、磁石４Ｂの側部および上部ではヨーク２Ｂとの間に非磁性体９Ｂが配置されている。この構成により、回転体５Ｂは、閉磁路を形成することができる。したがって、回転体５Ｂは、漏れ磁力を低減し、かつ磁石４Ｂの側面４２Ｂからヨーク２Ｂへの磁力線１００の流れ込みを低減することができるので、凸部１５から強い磁力を放射することができる。また、回転体５Ａは、磁石４Ａの底部にフランジ１６を備えているので、磁石４Ａとヨーク２Ａとの組立を容易に行うことができる。

また、図５で示した回転体５Ｃは、磁石４Ｃの底部で軟磁性体の架橋部３０を介してヨーク２Ｃに接触するとともに、磁石４Ｃの側部および上部ではヨーク２Ｃとの間に非磁性体９Ｃが配置されている。この構成により、回転体５Ｃは、閉磁路を形成することができる。したがって、回転体５Ｃは、漏れ磁力を低減し、かつ磁石４Ｃの側面４２Ｃからヨーク２Ｃへの磁力線１００の流れ込みを低減することができるので、凸部１５から強い磁力を放射することができる。

なお、図２および図３では、磁石４Ａの側面４２Ａである回転曲面を生成する母線が直線である場合について説明したが、回転曲面を生成する母線は、折れ線でもよいし曲線でもよく、磁石４Ａの側面４２Ａの幾何学的形状は何れの形状であってもよい。また、本実施の形態では、非磁性体９Ａが、ヨーク２Ａと磁石４Ａとの間の隙間に流し込まれる場合について説明したが、予め硬化させておいた非磁性体９Ａが、ヨーク２Ａと磁石４Ａとの間に配置されてもよい。

このように、実施の形態１では、ヨーク２Ａが、磁石４Ａの上面４１および側面４２Ａとの間に空間を設けて配置され、磁石４Ａとヨーク２Ａとが、非磁性体９Ａよりも底側で磁気的に接続され、ヨーク２Ａには、上面６１に複数の貫通穴３が形成されている。したがって、回転体５Ａの回転角を正確に検出することができる。

実施の形態２．
つぎに、図８を用いてこの発明の実施の形態２について説明する。実施の形態２では、磁力線１００の通路となる磁気通路部が、２つの円周分設けられている。換言すると、ヨークには、複数トラック分の磁気通路部が設けられている。

図８は、実施の形態２にかかる磁気式回転角検出器の構成を示す図である。図８の各構成要素のうち図１に示す実施の形態１の磁気式回転角検出器１Ｘと同一機能を達成する構成要素については同一符号を付しており、重複する説明は省略する。

磁気式回転角検出器１Ｙは、回転体５Ａの代わりに回転体５Ｄを備えている。回転体５Ｄは、ヨーク２Ａの代わりにヨーク２Ｄを有している。ヨーク２Ｄは、磁気の通路となる複数の磁気通路部６ａと、磁気の通路となる複数の磁気通路部６ｂとを有している。

各磁気通路部６ａは、回転体５Ｄの回転中心から第１の距離となる第１の円に沿って等間隔で配置され、各磁気通路部６ｂは、回転体５Ｄの回転中心から第２の距離となる第２の円とに沿って等間隔で配置されている。第１の円と第２の円とは、同心円であり、第１の円および第２の円の中心は、回転軸１１の中心軸と同じ位置である。第１の円は、第２の円よりも直径の大きな円である。第１の円に配置される磁気通路部６ａの個数と、第２の円に配置される磁気通路部６ｂの個数とは、同数である。

磁気通路部６ｂは、隣接する２つの磁気通路部６ａの中点と、回転軸１１の中心軸とを結ぶ線上に配置される。磁気通路部６ａが３０個配置される場合、１２度間隔で磁気通路部６ａが配置される。この場合、磁気通路部６ｂは、磁気通路部６ａから６度ずれた位置に１２度間隔で配置される。第１の円に沿って配置された磁気通路部６ａと、第２の円に沿って配置された磁気通路部６ｂには、凸部１５が配置されている。

また、第１の円に沿って配置された磁気通路部６ａの上側には、磁気センサ８ａが配置され、第２の円に沿って配置された磁気通路部６ｂの上側には、磁気センサ８ｂが配置されている。これにより、磁気センサ８ａは、第１の円に沿って配置された磁気通路部６ａの凸部１５から放射される磁力を検出し、磁気センサ８ｂは、第２の円に沿って配置された磁気通路部６ｂの凸部１５から放射される磁力を検出する。

例えば、磁気通路部６ａ，６ｂが３０個ずつ設けられている場合、角度演算部１３は、磁気センサ８ａ，８ｂから出力された検出信号を４逓倍することで１回転あたり２４０のパルス数を得ることができる。

なお、磁気通路部は、３つ以上の円周分設けられてもよい。また、磁気通路部６ａ，６ｂは、回転体５Ｂまたは回転体５Ｃに設けられてもよい。

このように、実施の形態２によれば、ヨーク２Ｄにおいて磁気通路部６ａ，６ｂが２つの円に沿って配置されているので、回転角の検出分解能を向上させることができる。

以上の実施の形態に示した構成は、本発明の内容の一例を示すものであり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、構成の一部を省略、変更することも可能である。

１Ｘ，１Ｙ 磁気式回転角検出器、２Ａ〜２Ｄ，８１ ヨーク、３ 貫通穴、４Ａ〜４Ｃ 磁石、５Ａ〜５Ｄ 回転体、６，６ａ，６ｂ 磁気通路部、８，８ａ，８ｂ 磁気センサ、９Ａ〜９Ｃ 非磁性体、１１ 回転軸、１２ モータ、１３ 角度演算部、１４ 円板部、１５ 凸部、１６ フランジ、２１，２２ 開口部、２５ 支持部、３０ 架橋部、４１，６１ 上面、４２Ａ，６２Ａ 側面、８２ 半導体磁気抵抗素子、１００ 磁力線。

Claims (9)

1. 回転軸と、
   前記回転軸に固定されて前記回転軸の軸方向の上側を向く第１の上面部と前記第１の上面部の外縁で前記第１の上面部に接する第１の側面部とを有する磁石と、前記第１の上面部と対向する第２の上面部および前記第１の側面部と対向する第２の側面部を有するとともに前記第２の上面部に貫通穴が形成された第１のヨークと、前記磁石の前記第１の上面部及び前記第１の側面部と前記第１のヨークの前記第２の上面部および前記第２の側面部との間に配置された非磁性体部と、を有した回転体と、
   前記磁石から前記軸方向の上側へ放射される磁力線を検出する磁力検出部と、
   を備え、
   前記磁石と前記第１のヨークとは、前記磁石の前記第１の上面部とは異なる極性において磁気的に接続されている、
   ことを特徴とする磁気式回転角検出器。
2. 前記磁石には、前記第１の上面部から突出する凸部が形成され、
   複数の前記凸部のそれぞれは、複数の前記貫通穴の内部に配置されている、
   ことを特徴とする請求項１に記載の磁気式回転角検出器。
3. 前記磁石は、前記軸方向に単極着磁されている、
   ことを特徴とする請求項１または２に記載の磁気式回転角検出器。
4. 前記第１のヨークの上面の高さと、前記凸部の上面の高さとの差は、０．１ミリメートル以下である、
   ことを特徴とする請求項２に記載の磁気式回転角検出器。
5. 前記第１のヨークは、前記非磁性体部よりも前記軸方向の下側で前記磁石に直接接触している、
   ことを特徴とする請求項１から４の何れか１つに記載の磁気式回転角検出器。
6. 前記磁石は、前記非磁性体部よりも前記軸方向の下側にフランジを有し、
   前記第１のヨークは、前記第２の側面部が前記フランジに接触している、
   ことを特徴とする請求項５に記載の磁気式回転角検出器。
7. 前記第１のヨークの前記第２の側面部には、前記非磁性体部よりも前記軸方向の下側で前記磁石に向けて曲げられた折り曲げ部が形成され、
   前記折り曲げ部が前記磁石に接触している、
   ことを特徴とする請求項５に記載の磁気式回転角検出器。
8. 前記回転体は、前記非磁性体部よりも前記軸方向の下側で前記磁石と前記第１のヨークの前記第２の側面部とに接触する架橋部を有し、
   前記架橋部は、軟磁性体で構成されている、
   ことを特徴とする請求項１から４の何れか１つに記載の磁気式回転角検出器。
9. 前記磁力検出部は、第２のヨークと、磁力の検出を行う磁気抵抗素子とを備え、
   前記磁気抵抗素子は、前記第２のヨークと前記回転体とで挟まれる位置に配置されている、
   ことを特徴とする請求項１から８の何れか１つに記載の磁気式回転角検出器。