WO2019142732A1 - 回転角度検出装置 - Google Patents

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孝範 犬塚
河野　禎之
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Definitions

  • the present disclosure relates to a rotation angle detection device.
  • a magnetic detection unit is provided radially outward of a magnet that rotates with the rotating body, and the tangential magnetic flux component and the radial magnetic flux component of the magnetic field are detected, and the rotation angle of the rotating body is calculated based on these detected values.
  • a rotational angle detection device for detecting.
  • the detection element which detects a tangential direction magnetic flux component, and the detection element which detects a radial direction magnetic flux component are provided.
  • the tangential magnetic flux component is significantly smaller in the magnetic field outside the magnet than the radial magnetic flux component. Therefore, the electronic circuit for gain-adjusting the output signal of the magnetic element for a tangential direction is needed, and a structure becomes complexity. Also, by increasing the gain, noise increases and detection accuracy decreases.
  • the present disclosure has been made in view of the above-described point, and an object thereof is to provide a rotation angle detection device having a simple configuration and improved detection accuracy.
  • the rotation angle detection device of the present disclosure includes a magnet, a magnetic unit, and a magnetic detection unit.
  • the magnet has poles radially disposed perpendicular to the rotational axis of the rotating body and rotates with the rotating body.
  • the magnetic portion is arranged in a ring shape radially outward with respect to the magnet, and gaps are provided at a plurality of locations in the circumferential direction.
  • the magnetic detection unit is disposed in one specific gap of the plurality of gaps and detects a tangential magnetic flux component and a radial magnetic flux component of the magnetic field.
  • the rotation angle of 360 ° of the rotating body can be calculated by performing the arctangent calculation based on the Sin waveform signal and the Cos waveform signal corresponding to the detection value of the magnetic detection unit.
  • a ring-shaped magnetic portion is disposed around the magnet, and the magnetic detection portion is disposed in a specific gap of the magnetic portion, thereby balancing the tangential magnetic flux component and the radial magnetic flux component detected by the magnetic detection portion. It can be optimized. That is, the ratio of the tangential magnetic flux component to the radial magnetic flux component can be designed to be a desired value. Therefore, it is not necessary to increase the gain of the output signal based on one of the magnetic flux components, and the electronic circuit for adjusting the gain is not necessary. In addition, since the gain is not increased, the detection accuracy does not decrease due to the increase of noise. Therefore, the configuration of the rotation angle detection device is simplified, and the detection accuracy is improved.
  • FIG. 1 is a schematic view schematically showing the rotation angle detection device of the first embodiment
  • FIG. 2 is a block diagram for explaining the magnetic detection unit of the first embodiment
  • FIG. 3 is a diagram showing the relationship between the rotation angle of the rotating body and the output signal of the first Hall element in the first embodiment
  • FIG. 4 is a diagram showing the relationship between the rotation angle of the rotating body and the output signal of the second Hall element in the first embodiment
  • FIG. 1 is a schematic view schematically showing the rotation angle detection device of the first embodiment
  • FIG. 2 is a block diagram for explaining the magnetic detection unit of the first embodiment
  • FIG. 3 is a diagram showing the relationship between the rotation angle of the rotating body and the output signal of the first Hall element in the first embodiment
  • FIG. 4 is a diagram showing the relationship between the rotation angle of the rotating body and the output signal of the second Hall element in the first embodiment
  • FIG. 1 is a schematic view schematically showing the rotation angle detection device of the first embodiment
  • FIG. 2 is a block diagram for explaining the magnetic detection unit of the
  • FIG. 5 shows, in the first embodiment, the relationship between the radial position of the magnetic detection unit and the maximum magnetic flux value of the radial magnetic flux component, and the radial position of the magnetic detection unit and the maximum magnetic flux value of the tangential magnetic flux component Is a diagram showing the relationship
  • FIG. 6 is a diagram showing the relationship between the rotation angle of the rotating body and the radial direction magnetic flux component and the relationship between the rotation angle of the rotating body and the tangential direction magnetic flux component in the first embodiment
  • FIG. 7 is a schematic view schematically showing the rotation angle detection device of the second embodiment
  • FIG. 8 shows the relationship between the tangential width of a specific gap and the maximum magnetic flux value of the radial magnetic flux component in the second embodiment, and the relationship between the tangential width of the specific gap and the maximum magnetic flux value of the tangential magnetic flux component.
  • FIG. 9 is a schematic view schematically showing the rotation angle detection device of the first other embodiment
  • FIG. 10 is a schematic view schematically showing a rotation angle detection device of the second other embodiment.
  • the rotation angle detection device 10 of the first embodiment is shown in FIG.
  • the rotation angle detection device 10 is a device that detects the rotation angle of the rotating body 11, and includes a magnet 12, a magnetic unit 13, and a magnetic detection unit 14.
  • the rotation angle signal from the magnetic detection unit 14 is transmitted to an external ECU (Electronic Control Unit) or the like (not shown).
  • ECU Electronic Control Unit
  • the magnet 12 has poles arranged in the radial direction of the rotating body 11. This pole includes an N pole and an S pole.
  • the magnet 12 is composed of an arc-shaped first magnet unit 15 and a second magnet unit 16 along the rotational direction.
  • the N pole and the S pole are disposed in the plate thickness direction of the first magnet unit 15 and the second magnet unit 16.
  • the first magnet unit 15 is fixed to one side surface of the rotating body 11.
  • the second magnet unit 16 is fixed to the other side surface of the rotating body 11.
  • the magnet 12 rotates with the rotating body 11.
  • the magnetic portion 13 is disposed in a ring shape around the magnet 12, that is, radially outward with respect to the magnet 12, and gaps 17 and 18 are provided at a plurality of circumferential positions.
  • the magnetic portion 13 is spaced apart from the magnet 12 in the radial direction.
  • An annular gap 19 is provided between the magnet 12 and the magnetic portion 13.
  • the magnetic portion 13 is configured of an arc-shaped first magnetic body 21 and a second magnetic body 22 along the rotational direction.
  • the first magnetic body 21 is disposed on one side in the radial direction with respect to the magnet 12.
  • the second magnetic body 22 is provided on the opposite side of the magnet 12 to the first magnetic body 21.
  • a gap 17 is formed between one circumferential end 23 of the first magnetic body 21 and the other circumferential end 24 of the second magnetic body 22. Further, a gap 18 is formed between the other end 25 of the first magnetic body 21 in the circumferential direction and the one end 26 of the second magnetic body 22 in the circumferential direction.
  • the magnetic portion 13 is integrally held by, for example, a fixing member (not shown).
  • the first magnetic body 21 and the second magnetic body 22 are arranged point-symmetrically with respect to the rotation axis AX. Further, the gap 17 and the gap 18 are provided point-symmetrically with respect to the rotation axis AX. That is, the gaps 17 and 18 have the same tangential width and are located at diametrically opposite positions across the rotation axis AX.
  • the magnetic detection unit 14 is disposed in the gap 17 and detects a tangential component of the magnetic flux density of the magnetic field (hereinafter, tangential magnetic flux component) and a radial component of the magnetic flux density (hereinafter, radial magnetic flux component).
  • the gap 17 is a particular gap of the plurality of gaps 17, 18. Hereinafter, the gap 17 is appropriately described as "specific gap 17".
  • the magnetic detection unit 14 is integrally held by the fixing member or the like as the magnetic unit 13.
  • the magnetic detection unit 14 includes a first Hall element 27, a second Hall element 28, a rotation angle calculation circuit 29, and the like.
  • the first Hall element 27 detects the radial direction magnetic flux component of the magnetic field of the location where the magnetic detection unit 14 is disposed.
  • the second Hall element 28 detects the tangential magnetic flux component of the magnetic field of the location where the magnetic detection unit 14 is disposed.
  • the first Hall element 27 and the second Hall element 28 are arranged such that the directions of the detection surfaces are different by 90 °.
  • the second Hall element 28 outputs an output signal Sy based on the tangential direction magnetic flux component.
  • the output signal Sy is a Sin waveform signal.
  • the first Hall element 27 outputs an output signal Sx based on the radial magnetic flux component.
  • the output signal Sx is a Cos waveform signal.
  • the Sin waveform signal and the Cos waveform signal are signals having a phase difference of 90 °.
  • the reference position P1 is on the virtual circle Cv1 circumscribing the magnetic portion 13 and is a central position of the tangential direction width w of the specific gap 17.
  • the tangential width w of the specific gap 17 is, for example, 5.5 mm.
  • the tangential width w of the specific gap 17 is, for example, 5.5 mm from the reference position P1 to the inner position P2.
  • the inner position P2 is on the virtual circle Cv2 circumscribing the magnetic portion 13 and at the center position of the tangential direction width w of the specific gap 17.
  • the maximum magnetic flux value B is a value at which the magnetic flux component is maximum while the rotation angle of the rotating body 11 changes by 360 °. "Adjusting the radial distance x" is equivalent to “adjusting the radial distance d between the magnetic detection unit 14 and the magnet 12".
  • the maximum magnetic flux value Bx_max of the radial magnetic flux component increases exponentially.
  • the maximum magnetic flux value By_max of the tangential magnetic flux component does not change much. That is, the maximum magnetic flux value By_max is very slowly increasing or not changing.
  • the first Hall element 27 is a horizontal Hall element.
  • the second Hall element 28 is a vertical Hall element whose sensitivity is lower than that of a horizontal Hall element.
  • the sensitivity ratio ⁇ is “3: It is 1 ".
  • the magnetic flux component ratio ⁇ is “1: 3”.
  • the radial distance d between the magnetic detection unit 14 and the magnet 12 is adjusted.
  • the radial distance d is adjusted such that the magnetic flux component ratio ⁇ and the inverse ratio of the sensitivity ratio ⁇ coincide with each other.
  • the rotation angle calculation circuit 29 performs arctangent calculation based on the output signal Sy and the output signal Sx to calculate a 360 ° rotation angle of the rotating body 11.
  • the rotation angle detection device 10 includes the magnet 12, the magnetic unit 13, and the magnetic detection unit 14.
  • the magnet 12 has poles arranged in the radial direction perpendicular to the rotation axis AX of the rotating body 11 and rotates together with the rotating body 11.
  • the magnetic portion 13 is arranged in the shape of a ring on the radially outer side with respect to the magnet 12 and has gaps 17 and 18 at a plurality of locations in the circumferential direction.
  • the magnetic detection unit 14 is disposed in one specific gap 17 of the plurality of gaps 17 and 18 and detects the tangential magnetic flux component and the radial magnetic flux component of the magnetic field.
  • the rotation angle of 360 ° of the rotating body 11 can be calculated.
  • the ring-shaped magnetic portion 13 is disposed around the magnet 12, and the magnetic detection portion 14 is disposed in the specific gap 17 of the magnetic portion 13, whereby the tangential direction magnetic flux component detected by the magnetic detection portion 14 and the radial direction
  • the balance with the magnetic flux component can be optimized. That is, the ratio of the tangential magnetic flux component to the radial magnetic flux component can be designed to be a desired value. Therefore, it is not necessary to increase the gain of the output signal based on one of the magnetic flux components, and the electronic circuit for adjusting the gain is not necessary. In addition, since the gain is not increased, the detection accuracy does not decrease due to the increase of noise. Therefore, the configuration of the rotation angle detection device 10 is simplified, and the detection accuracy is improved.
  • the magnetic detection unit 14 includes a first Hall element 27 that detects a radial magnetic flux component of a magnetic field, and a second Hall element 28 that detects a tangential magnetic flux component of the magnetic field.
  • the first Hall element 27 is a horizontal Hall element.
  • the second Hall element 28 is a vertical Hall element whose sensitivity is lower than that of a horizontal Hall element.
  • the sensitivity ratio ⁇ is adapted to the magnetic flux component ratio ⁇ obtained from the magnetic characteristics of the location where the magnetic detection unit 14 is disposed.
  • the magnetic detection unit is configured such that the difference between the magnetic flux component ratio ⁇ and the inverse ratio of the sensitivity ratio ⁇ is smaller than when the magnetic detection unit 14 is positioned at the radial center of the specific gap 17.
  • the radial distance d between the magnet 14 and the magnet 12 is adjusted.
  • the radial distance d is adjusted such that the magnetic flux component ratio ⁇ and the inverse ratio of the sensitivity ratio ⁇ coincide with each other. This can further improve the detection accuracy.
  • the rotation angle detection device 30 includes the magnet 12, the magnetic unit 31 and the magnetic detection unit 32.
  • the magnetic part 31 is comprised from the circular-arc-shaped 1st magnet part 33 and the 2nd magnet part 34, and the gap 35 and 36 is provided.
  • the magnetic detection unit 32 is provided in the gap 35 (hereinafter, the specific gap 35).
  • the radial distance x is, for example, 2.5 mm.
  • the maximum magnetic flux value By_max of the tangential magnetic flux component decreases.
  • the maximum magnetic flux value Bx_max of the radial magnetic flux component increases.
  • the sensitivity ratio ⁇ is “3: 1”. Further, the tangential direction width w is 4.2, and the magnetic flux component ratio ⁇ is “1: 3” as shown in FIG. Thereby, the tangential direction width w of the specific gap 35 is set so that the difference between the magnetic flux component ratio ⁇ and the inverse ratio of the sensitivity ratio ⁇ is smaller than when the tangential direction width w of the specific gap 35 is the necessary minimum width. It has been adjusted.
  • the required minimum width is the minimum width in the tangential direction of the space required to provide the magnetic detection unit 14.
  • the tangential direction width w of the specific gap 35 is adjusted such that the magnetic flux component ratio ⁇ matches the inverse ratio of the sensitivity ratio ⁇ .
  • the amplitude of the output signal Sy is the same as the amplitude of the output signal Sx, as in the first embodiment, due to the "consistency between the magnetic flux component ratio ⁇ and the inverse ratio of the sensitivity ratio ⁇ " by adjusting the tangential direction width w as described above. become.
  • the ring-shaped magnetic portion 31 is provided radially outward of the magnet 12.
  • the magnetic detection unit 32 is disposed in one specific gap 35 of the plurality of gaps 35, 36, and detects the tangential magnetic flux component and the radial magnetic flux component of the magnetic field. Therefore, as in the first embodiment, the configuration of the rotation angle detection device 10 is simplified, and the detection accuracy is improved.
  • the first Hall element 27 of the magnetic detection unit 32 is a horizontal Hall element
  • the second Hall element 28 is a vertical Hall element. Therefore, as in the first embodiment, the sensitivity ratio ⁇ is adapted to the magnetic flux component ratio ⁇ obtained from the magnetic characteristics of the location where the magnetic detection unit 32 is disposed.
  • the difference between the magnetic flux component ratio ⁇ and the inverse ratio of the sensitivity ratio ⁇ is smaller than in the case where the tangential direction width w of the specific gap 35 is the necessary minimum width.
  • the tangential direction width w is adjusted.
  • the tangential direction width w of the specific gap 35 is adjusted such that the magnetic flux component ratio ⁇ matches the inverse ratio of the sensitivity ratio ⁇ . This can further improve the detection accuracy.
  • the radial distance of the magnetic detection unit and the tangential width of the specific gap can be changed as appropriate.
  • the balance between the tangential magnetic flux component detected by the magnetic detection unit and the radial magnetic flux component may be optimized while changing both the radial distance and the tangential width.
  • the magnetic detection unit may be provided at a position deviated from the central position of the tangential width of the specific gap.
  • the magnetic flux component ratio ⁇ is set to “1: 1”, and the sensitivity ratio ⁇ is designed to “1: 1”. It is also good.
  • the magnetic flux component ratio ⁇ is set to “2: 1”, and the sensitivity ratio ⁇ is designed to “1: 2”. It is also good.
  • the tangential width of each gap of the magnetic portion may not be the same.
  • the magnetic unit 41 of the rotation angle detection device 40 has a first magnet unit 43 and a second magnet unit 44.
  • the specific gap 45 is larger than the other gaps 46.
  • the specific gap may be smaller than the other gaps.
  • each gap of the magnetic part may not be provided point-symmetrically with respect to the rotation axis.
  • the magnetic part 51 of the rotation angle detection device 50 has a first magnet part 53 and a second magnet part 54.
  • the other gap 56 is provided at a position deviated from the diametrically opposite position across the rotation axis AX with respect to the specific gap 55.
  • the magnet is not limited to two magnet parts, and may be composed of one magnet part or three or more magnet parts. Further, the arrangement and magnetization of each magnet unit are not limited to those described above. In short, the magnet may have poles arranged in the radial direction perpendicular to the rotation axis of the rotating body.
  • the rotation angle calculation circuit may be provided not on the magnetic detection unit but on the outside thereof.
  • the magnetic detection unit is not limited to the Hall element, and another magnetic sensor such as an MR element may be used.
  • the magnetic detection unit may detect the tangential magnetic flux component and the radial magnetic flux component with one element.

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Abstract

回転角度検出装置（１０）は、磁石（１２）、磁性部（１３）および磁気検出部（１４）を備えている。磁石（１２）は、回転体（１１）の回転軸心ＡＸに垂直な径方向に配置された極を有し、回転体（１１）と共に回転する。磁性部（１３）は、磁石（１２）に対する径方向外側にリング状に配置され、周方向の複数箇所にギャップ（１７、１８）を設けている。磁気検出部（１４）は、複数のギャップ（１７、１８）のうちの１つの特定ギャップ（１７）に配置され、磁場の接線方向磁束成分および径方向磁束成分を検出する。

Description

回転角度検出装置 関連出願の相互参照
　本出願は、２０１８年１月１６日に出願された特許出願番号２０１８－４６４５号に基づくものであり、ここにその記載内容を援用する。
　本開示は、回転角度検出装置に関する。
　従来、回転体と共に回転する磁石に対して径方向外側に磁気検出部を設け、その磁場の接線方向磁束成分と径方向磁束成分とを検出し、それらの検出値に基づき回転体の回転角度を検出する回転角度検出装置が知られている。特許文献１では、接線方向磁束成分を検出する検出素子と、径方向磁束成分を検出する検出素子とが設けられている。
特表２００９－５１６１８６号公報
　特許文献１の回転角度検出装置では、磁石の外側の磁場において、径方向磁束成分と比べて接線方向磁束成分が格段に小さくなる。そのため、接線方向用の磁気素子の出力信号をゲイン調整するための電子回路が必要となり、構成が複雑になる。また、ゲインを上げることでノイズが多くなり、検出精度が低下する。
　本開示は、上述の点に鑑みてなされたものであり、その目的は、構成が簡素であり、また、検出精度が向上した回転角度検出装置を提供することである。
　本開示の回転角度検出装置は、磁石、磁性部および磁気検出部を備えている。磁石は、回転体の回転軸心に垂直な径方向に配置された極を有し、回転体と共に回転する。磁性部は、磁石に対する径方向外側にリング状に配置され、周方向の複数箇所にギャップを設けている。磁気検出部は、複数のギャップのうちの１つの特定ギャップに配置され、磁場の接線方向磁束成分および径方向磁束成分を検出する。
　そのため、磁気検出部の検出値に対応するＳｉｎ波形信号およびＣｏｓ波形信号に基づきアークタンジェント演算を行うことで、回転体の３６０°の回転角度を算出することができる。
　また、磁石の周りにリング状の磁性部が配置され、磁性部の特定ギャップに磁気検出部が配置されることで、磁気検出部が検出する接線方向磁束成分と径方向磁束成分とのバランスを最適化することができる。つまり、接線方向磁束成分と径方向磁束成分との比が所望の値になるように設計することができる。そのため、一方の磁束成分に基づく出力信号のゲインを上げる必要がなくなり、ゲイン調整するための電子回路が必要なくなる。また、ゲインを上げないため、ノイズの増加に起因する検出精度低下が生じない。したがって、回転角度検出装置の構成が簡素になり、また、検出精度が向上する。
　本開示についての上記目的およびその他の目的、特徴や利点は、添付の図面を参照しながら下記の詳細な記述により、より明確になる。その図面は、
図１は、第１実施形態の回転角度検出装置を概略的に示す模式図であり、 図２は、第１実施形態の磁気検出部を説明するブロック図であり、 図３は、第１実施形態において、回転体の回転角度と第１ホール素子の出力信号と関係を示す図であり、 図４は、第１実施形態において、回転体の回転角度と第２ホール素子の出力信号と関係を示す図であり、 図５は、第１実施形態において、磁気検出部の径方向位置と径方向磁束成分の最大磁束値との関係、および、磁気検出部の径方向位置と接線方向磁束成分の最大磁束値との関係を示す図であり、 図６は、第１実施形態において、回転体の回転角度と径方向磁束成分との関係、および、回転体の回転角度と接線方向磁束成分との関係を示す図であり、 図７は、第２実施形態の回転角度検出装置を概略的に示す模式図であり、 図８は、第２実施形態において、特定ギャップの接線方向幅と径方向磁束成分の最大磁束値との関係、および、特定ギャップの接線方向幅と接線方向磁束成分の最大磁束値との関係を示す図であり、 図９は、第１の他の実施形態の回転角度検出装置を概略的に示す模式図であり、 図１０は、第２の他の実施形態の回転角度検出装置を概略的に示す模式図である。
　以下、複数の実施形態を図面に基づき説明する。実施形態同士で実質的に同一の構成には同一の符号を付して説明を省略する。装置の構造を示す図面は、構成を分かり易くするために模式的に示している。各部の寸法、角度および寸法比は必ずしも正確なものではない。
［第１実施形態］
　第１実施形態の回転角度検出装置１０を図１に示す。回転角度検出装置１０は、回転体１１の回転角度を検出する装置であり、磁石１２、磁性部１３および磁気検出部１４を備えている。磁気検出部１４からの回転角度信号は、外部の図示しないＥＣＵ（Electronic Control Unit）等に伝達される。
　以下の説明において、回転体１１の回転軸心ＡＸに垂直な方向のことを「径方向」と記載する。また、回転体１１の横断面において回転軸心ＡＸを中心とする円の接線の方向のことを「接線方向」と記載する。また、回転体１１の回転方向のことを単に「回転方向」と記載する。
　磁石１２は、回転体１１の径方向に配置された極を有している。この極は、Ｎ極およびＳ極を含む。第１実施形態では、磁石１２は、回転方向に沿う円弧状の第１磁石部１５および第２磁石部１６から構成されている。Ｎ極とＳ極は、第１磁石部１５および第２磁石部１６の板厚方向に配置されている。第１磁石部１５は、回転体１１の一方の側面に固定されている。第２磁石部１６は、回転体１１の他方の側面に固定されている。磁石１２は、回転体１１と共に回転する。
　磁性部１３は、磁石１２の周り、すなわち磁石１２に対する径方向外側にリング状に配置され、周方向の複数箇所にギャップ１７、１８を設けている。磁性部１３は、磁石１２に対して径方向に離間して配置されている。磁石１２と磁性部１３との間には、環状の隙間１９が設けられている。第１実施形態では、磁性部１３は、回転方向に沿う円弧状の第１磁性体２１および第２磁性体２２から構成されている。第１磁性体２１は、磁石１２に対して径方向一方側に配置されている。第２磁性体２２は、磁石１２に対して第１磁性体２１とは反対側に設けられている。第１磁性体２１の周方向一方の端部２３と第２磁性体２２の周方向他方の端部２４との間にはギャップ１７が形成されている。また、第１磁性体２１の周方向他方の端部２５と第２磁性体２２の周方向一方の端部２６との間にはギャップ１８が形成されている。磁性部１３は、例えば図示しない固定部材などに一体に保持される。
　第１磁性体２１および第２磁性体２２は、回転軸心ＡＸに対して点対称に配置されている。また、ギャップ１７およびギャップ１８は、回転軸心ＡＸに対して点対称に設けられている。つまり、ギャップ１７およびギャップ１８は、接線方向幅が同じであり、かつ、回転軸心ＡＸを挟んだ正反対位置に位置している。
　磁気検出部１４は、ギャップ１７に配置され、磁場の磁束密度の接線方向成分（以下、接線方向磁束成分）および磁束密度の径方向成分（以下、径方向磁束成分）を検出する。ギャップ１７は、複数のギャップ１７、１８のうちの１つの特定のギャップである。以下、ギャップ１７のことを適宜「特定ギャップ１７」と記載する。磁気検出部１４は、磁性部１３と同様に前記固定部材などに一体に保持される。
　第１実施形態では、磁気検出部１４は、図２に示すように第１ホール素子２７、第２ホール素子２８、および回転角演算回路２９等を有している。
　第１ホール素子２７は、磁気検出部１４の配置箇所の磁場の径方向磁束成分を検出する。第２ホール素子２８は、磁気検出部１４の配置箇所の磁場の接線方向磁束成分を検出する。第１ホール素子２７および第２ホール素子２８は、検出面の向きが互いに９０°異なるように配置されている。図３に示すように、第２ホール素子２８は、接線方向磁束成分に基づく出力信号Ｓｙを出力する。出力信号ＳｙはＳｉｎ波形信号である。図４に示すように、第１ホール素子２７は、径方向磁束成分に基づく出力信号Ｓｘを出力する。出力信号ＳｘはＣｏｓ波形信号である。Ｓｉｎ波形信号とＣｏｓ波形信号は、互いに９０°の位相差を有する信号である。
　ここで、図１に示す所定の基準位置Ｐ１から磁気検出部１４までの径方向距離ｘと、磁気検出部１４の配置箇所における磁束成分の最大値（以下、最大磁束値Ｂ）との関係について説明する。基準位置Ｐ１は、磁性部１３に外接する仮想円Ｃｖ１上であって、特定ギャップ１７の接線方向幅ｗの中央位置である。特定ギャップ１７の接線方向幅ｗは、例えば５．５ｍｍである。特定ギャップ１７の接線方向幅ｗは、基準位置Ｐ１から内側位置Ｐ２までで例えば５．５ｍｍである。内側位置Ｐ２は、磁性部１３に外接する仮想円Ｃｖ２上であって、特定ギャップ１７の接線方向幅ｗの中央位置である。最大磁束値Ｂは、回転体１１の回転角度が３６０°変化する中で磁束成分が最大となる値である。「径方向距離ｘを調整すること」は、言い換えれば、「磁気検出部１４と磁石１２との径方向距離ｄを調整すること」に等しい。
　図５に示すように、径方向距離ｘが０から５．０まで大きくなるに従って、径方向磁束成分の最大磁束値Ｂｘ_maxは指数関数的に大きくなる。一方、径方向距離ｘが０から５．０まで大きくなる間、接線方向磁束成分の最大磁束値Ｂｙ_maxはあまり変化しない。つまり、最大磁束値Ｂｙ_maxは、非常に緩やかに増えるか又は変化しないかである。
　図１に戻って、第１ホール素子２７は横型ホール素子である。第２ホール素子２８は、横型ホール素子と比べて感度が低い縦型ホール素子である。第１ホール素子２７による径方向磁束成分の検出感度と第２ホール素子２８による接線方向磁束成分の検出感度との比を感度比αとすると、第１実施形態では、感度比αは「３：１」である。また、磁気検出部１４は、特定ギャップ１７の接線方向幅ｗの中央位置であって、径方向距離ｘ＝２．０となる位置に配置されている。最大磁束値Ｂｘ_maxと最大磁束値Ｂｙ_maxとの比を磁束成分比βとすると、図５、図６に示すように磁束成分比βは「１：３」である。これにより、磁気検出部１４が特定ギャップ１７の径方向中央（径方向距離ｘ＝２．７５）に位置する場合と比べて、磁束成分比βと感度比αの逆比との差が小さくなるように磁気検出部１４と磁石１２との径方向距離ｄが調整されている。特に、第１実施形態では、磁束成分比βと感度比αの逆比とが一致するように径方向距離ｄが調整されている。
　上述のような径方向距離ｄの調整による「磁束成分比βと感度比αの逆比との一致」により、出力信号Ｓｙの振幅は、出力信号Ｓｘの振幅と同じになる（図３、図４参照）。回転角演算回路２９は、これらの出力信号Ｓｙおよび出力信号Ｓｘに基づきアークタンジェント演算を行い、回転体１１の３６０°の回転角度を算出する。
　（効果）
　以上説明したように、第１実施形態では、回転角度検出装置１０は、磁石１２、磁性部１３および磁気検出部１４を備えている。磁石１２は、回転体１１の回転軸心ＡＸに垂直な径方向に配置された極を有し、回転体１１と共に回転する。磁性部１３は、磁石１２に対する径方向外側にリング状に配置され、周方向の複数箇所にギャップ１７、１８を設けている。磁気検出部１４は、複数のギャップ１７、１８のうちの１つの特定ギャップ１７に配置され、磁場の接線方向磁束成分および径方向磁束成分を検出する。
　そのため、磁気検出部１４の検出値に対応するＳｉｎ波形信号およびＣｏｓ波形信号に基づきアークタンジェント演算を行うことで、回転体１１の３６０°の回転角度を算出することができる。
　また、磁石１２の周りにリング状の磁性部１３が配置され、磁性部１３の特定ギャップ１７に磁気検出部１４が配置されることで、磁気検出部１４が検出する接線方向磁束成分と径方向磁束成分とのバランスを最適化することができる。つまり、接線方向磁束成分と径方向磁束成分との比が所望の値になるように設計することができる。そのため、一方の磁束成分に基づく出力信号のゲインを上げる必要がなくなり、ゲイン調整するための電子回路が必要なくなる。また、ゲインを上げないため、ノイズの増加に起因する検出精度低下が生じない。したがって、回転角度検出装置１０の構成が簡素になり、また、検出精度が向上する。
　また、第１実施形態では、磁気検出部１４は、磁場の径方向磁束成分を検出する第１ホール素子２７と、磁場の接線方向磁束成分を検出する第２ホール素子２８とを有する。第１ホール素子２７は横型ホール素子である。第２ホール素子２８は、横型ホール素子と比べて感度が低い縦型ホール素子である。これにより、感度比αは、磁気検出部１４の配置箇所の磁気特性から得られる磁束成分比βに適合したものとなる。
　また、第１実施形態では、磁気検出部１４が特定ギャップ１７の径方向中央に位置する場合と比べて、磁束成分比βと感度比αの逆比との差が小さくなるように磁気検出部１４と磁石１２との径方向距離ｄが調整されている。特に、第１実施形態では、磁束成分比βと感度比αの逆比とが一致するように径方向距離ｄが調整されている。これにより、検出精度をより一層向上させることができる。
　［第２実施形態］
　第２実施形態では、図７に示すように、回転角度検出装置３０は、磁石１２、磁性部３１および磁気検出部３２を備えている。磁性部３１は、円弧状の第１磁石部３３および第２磁石部３４から構成されており、ギャップ３５、３６を設けている。ギャップ３５（以下、特定ギャップ３５）には磁気検出部３２が設けられている。
　ここで、特定ギャップ３５の接線方向幅ｗと、磁気検出部３２の配置箇所における最大磁束値Ｂとの関係について説明する。径方向距離ｘは、例えば２．５ｍｍである。図８に示すように、接線方向幅ｗが１．５から７．５まで大きくなるに従って、接線方向磁束成分の最大磁束値Ｂｙ_maxは小さくなる。一方、接線方向幅ｗが１．５から７．５まで大きくなるに従って、径方向磁束成分の最大磁束値Ｂｘ_maxは大きくなる。
　図７に戻って、第２実施形態では、感度比αは「３：１」である。また、接線方向幅ｗが４．２であり、図８に示すように磁束成分比βは「１：３」である。これにより、特定ギャップ３５の接線方向幅ｗが必要最小幅である場合と比べて、磁束成分比βと感度比αの逆比との差が小さくなるように特定ギャップ３５の接線方向幅ｗが調整されている。必要最小幅とは、磁気検出部１４を設けるために必要な空間の接線方向の最小幅のことである。特に、第２実施形態では、磁束成分比βと感度比αの逆比とが一致するように特定ギャップ３５の接線方向幅ｗが調整されている。
　上述のような接線方向幅ｗの調整による「磁束成分比βと感度比αの逆比との一致」により、第１実施形態と同様に、出力信号Ｓｙの振幅は出力信号Ｓｘの振幅と同じになる。
　（効果）
　以上説明したように、第２実施形態においても、磁石１２に対する径方向外側にリング状の磁性部３１が設けられている。磁気検出部３２は、複数のギャップ３５、３６のうちの１つの特定ギャップ３５に配置され、磁場の接線方向磁束成分および径方向磁束成分を検出する。したがって、第１実施形態と同様に、回転角度検出装置１０の構成が簡素になり、また、検出精度が向上する。
　また、第２実施形態においても、磁気検出部３２の第１ホール素子２７は横型ホール素子であり、第２ホール素子２８は縦型ホール素子である。したがって、第１実施形態と同様に、感度比αは、磁気検出部３２の配置箇所の磁気特性から得られる磁束成分比βに適合したものとなる。
　また、第２実施形態では、特定ギャップ３５の接線方向幅ｗが必要最小幅である場合と比べて、磁束成分比βと感度比αの逆比との差が小さくなるように特定ギャップ３５の接線方向幅ｗが調整されている。特に、第２実施形態では、磁束成分比βと感度比αの逆比とが一致するように特定ギャップ３５の接線方向幅ｗが調整されている。これにより、検出精度をより一層向上させることができる。
　［他の実施形態］
　他の実施形態では、磁気検出部の径方向距離および特定ギャップの接線方向幅は、適宜変更可能である。径方向距離および接線方向幅の両方を変えながら、磁気検出部が検出する接線方向磁束成分と径方向磁束成分とのバランスを最適化してもよい。また、他の実施形態では、磁気検出部は、特定ギャップの接線方向幅の中央位置から外れた位置に設けられてもよい。
　例えば、他の実施形態では、図５において径方向距離ｘ＝３．６ｍｍとすることで磁束成分比βを「１：１」とするとともに、感度比αを「１：１」に設計してもよい。また、他の実施形態では、図５において径方向距離ｘ＝５．０ｍｍとすることで磁束成分比βを「２：１」とするとともに、感度比αを「１：２」に設計してもよい。
　他の実施形態では、磁性部の各ギャップの接線方向幅は、同じでなくてもよい。例えば、図９に示すように、回転角度検出装置４０の磁性部４１は、第１磁石部４３および第２磁石部４４を有する。特定ギャップ４５は、他のギャップ４６よりも大きい。一方、他の実施形態では、逆に、特定ギャップが他のギャップよりも小さくてもよい。
　他の実施形態では、磁性部の各ギャップは、回転軸心に対して点対称に設けられなくてもよい。例えば、図１０に示すように、回転角度検出装置５０の磁性部５１は、第１磁石部５３および第２磁石部５４を有する。他のギャップ５６は、特定ギャップ５５に対して、回転軸心ＡＸを挟んだ正反対位置から外れた位置に設けられている。
　他の実施形態では、磁石は、２つの磁石部に限らず、１つの磁石部、或いは３つ以上の磁石部から構成されてもよい。また、各磁石部の配置および着磁は、前述のものに限らない。要するに、磁石は、回転体の回転軸心に垂直な径方向に配置された極を有するものであればよい。
　他の実施形態では、回転角演算回路は、磁気検出部ではなく、その外部に設けられてもよい。また、他の実施形態では、磁気検出部は、ホール素子に限らず、ＭＲ素子等の他の磁気センサを用いてもよい。また、他の実施形態では、磁気検出部は、１つの素子で接線方向磁束成分と径方向磁束成分とを検出してもよい。
　本開示は、実施形態に基づき記述された。しかしながら、本開示は当該実施形態および構造に限定されるものではない。本開示は、様々な変形例および均等の範囲内の変形をも包含する。また、様々な組み合わせおよび形態、さらには、それらに一要素のみ、それ以上、あるいはそれ以下、を含む他の組み合わせおよび形態も、本開示の範疇および思想範囲に入るものである。

Claims (6)

  1. 　回転体（１１）の回転角度を検出する回転角度検出装置であって、
    　前記回転体の回転軸心（ＡＸ）に垂直な径方向に配置された極を有し、前記回転体と共に回転する磁石（１２）と、
    　前記磁石に対する径方向外側にリング状に配置され、周方向の複数箇所にギャップ（１７、１８、３５、３６、４５、４６、５５、５６）を設けている磁性部（１３、３１、４１、５１）と、
    　複数の前記ギャップのうちの１つの特定ギャップ（１７、３５、４５、５５）に配置され、磁場の接線方向磁束成分および径方向磁束成分を検出する磁気検出部（１４、３２）と、
    　を備える回転角度検出装置。
  2. 　前記磁気検出部は、
    　　磁場の径方向磁束成分を検出する横型ホール素子（２７）と、
    　　前記横型ホール素子と比べて感度が低く、磁場の接線方向磁束成分を検出する縦型ホール素子（２８）と、
    　を有する請求項１に記載の回転角度検出装置。
  3. 　前記磁気検出部による接線方向磁束成分の検出感度と径方向磁束成分の検出感度との比を感度比（α）とし、
    　前記磁気検出部の配置箇所における磁場の接線方向磁束成分の最大値と径方向磁束成分の最大値との比を磁束成分比（β）とすると、
    　前記磁気検出部が前記特定ギャップの径方向中央に位置する場合と比べて、前記磁束成分比と前記感度比の逆比との差が小さくなるように前記磁気検出部と前記磁石との径方向距離（ｄ）が調整されている請求項１または２に記載の回転角度検出装置。
  4. 　前記磁束成分比と前記感度比の逆比とが一致するように前記磁気検出部と前記磁石との径方向距離が調整されている請求項３に記載の回転角度検出装置。
  5. 　前記磁気検出部による接線方向磁束成分の検出感度と径方向磁束成分の検出感度との比を感度比とし、
    　前記磁気検出部の配置箇所における磁場の接線方向磁束成分の最大値と径方向磁束成分の最大値との比を磁束成分比とし、
    　前記磁気検出部を設けるために必要な空間の接線方向の最小幅を必要最小幅とすると、
    　前記特定ギャップの接線方向幅（ｗ）が前記必要最小幅である場合と比べて、前記磁束成分比と前記感度比の逆比との差が小さくなるように前記特定ギャップの接線方向幅が調整されている請求項１または２に記載の回転角度検出装置。
  6. 　前記磁束成分比と前記感度比の逆比とが一致するように前記特定ギャップの接線方向幅が調整されている請求項５に記載の回転角度検出装置。
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