JP4960174B2 - 非接触式回転角度検出センサ - Google Patents

Description

本発明は、磁気感応素子を用いた非接触式回転角度検出センサに関する。

小型に構成可能で、異物による接触不良などの心配がなく、例えば車両におけるアクセルペダルの踏み角検出やシフトレバーの操作に応じて回転するシャフトの回転角度の検出などに好適な回転角度検出センサとして、磁気感応素子を用いた非接触式回転角度検出センサがある。
このような非接触式回転角度検出センサの従来例として、例えば特許文献１に開示されたものがある。
特開平０５−１２６５１２号公報

この特許文献１には、図１０に示すように、被検出体の回転角度を検出する回転角度検出センサであって、図示しない被検出体に接続されて被検出体と共に回転する回転体１００に永久磁石１０１ａ、１０１ｂを設け、回転体１００が回転した際の永久磁石１０１ａ、１０１ｂによる磁界の変化をＭＲ素子１０２で検出し、検出した磁界の変化に基づいて被検出体の回転角度を検出するものが開示されている。
そして、この回転角度検出センサでは、これら回転体１００やＭＲ素子１０２をハウジング１０３内に収容配置すると共に、外部磁界がＭＲ素子１０２による磁界の変化の検出に影響することを防止するために、ハウジング１０３内にＰＣパーマアロイなどのシールド部材１０４を設けている。

近年、非接触式回転センサの小型化が求められている。
特許文献１に開示された構成の回転角度検出センサの場合、ハウジング１０３の内部に、回転センサ自体（永久磁石１０１ａ、１０１ｂやＭＲ素子１０２）の周囲を覆うようにシールド部材１０４が形成されている。
そのため、シールド部材１０４がＭＲ素子１０２による磁界の変化の検出に影響して、例えば回転角度検出センサの出力特性であるヒステリシス、外部磁界の変動による出力変動、磁束密度、直線性が著しく変化しないように、シールド部材１０４を、回転センサ自体から所定距離離間させて設ける必要がある。
しかしながら、回転センサ自体を小型化できても、シールド部材１０４を、回転センサ自体から所定距離離間させて設ける必要があり、シールド部材１０４を内部に有するハウジング１０３自体の大きさは十分に小型化できず、センサを小型化できないという問題がある。
また、一体に形成したシールド部材１０４を採用しており、かかるシールド部材１０４の供給には、板状のシールド部材などの溶接や絞り加工等が必要となるので、回転角度検出センサの量産に際して、製造過程におけるシールド部材の供給、組付け、そしてセンサの組み立てが難しくなるという問題がある。

本発明は、外部磁界の影響が回転体の回転角度の検出に及ぶのを防止するシールド部材を備える回転角度検出センサであって、回転角度検出センサの出力特性にシールド部材が影響を与えないようにしつつセンサを小型化することのできる回転角度検出センサを提供することを目的とする。

本発明は、被検出体と一体に回転可能で、周方向に沿って磁極が変化するリング状永久磁石と、リング状永久磁石の外周面を一定間隙をおいて囲むリング状ヨークと、リング状ヨークを直径線に沿って２つに分割して形成される隙間に配置された磁気感応素子とを備える非接触式回転角度検出センサであって、リング状ヨークの外周面を一定間隙をおいて囲むリング状磁気シールドと、リング状ヨークの上面から一定間隙をおいて配置される上部磁気シールドと、リング状ヨークの下面から一定間隙をおいて配置される下部磁気シールドとを、互いに離間させつつ設けた構成とした。

本発明によれば、リング状ヨークから一定間隙をおいて配置されたシールド部材である磁気シールド（リング状磁気シールド、上部磁気シールド、および下部磁気シールド）により、磁気感応素子による被検出体の回転角度の検出が外部磁界により影響を受けることを防止できる。
また、各磁気シールドは、所定間隙をおいて互いに離間させつつ設けられているので、磁気シールドを一体に形成した場合よりも磁気抵抗が大きくなり、磁気が通りにくくなる。よって、磁気抵抗が大きくなり磁気が通りにくくなった分に応じて、磁束が磁気シールドに回り込んでリング状ヨークの磁束密度を低下させることや、回転角度検出センサの出力特性が磁気シールドの影響を受けることがない範囲で、磁気シールドを、従来の一体に形成した磁気シールドよりも、リング状ヨークに近づけて配置することができる。
よって、回転角度検出センサをより小型化することができる。
さらに、リング状磁気シールドと、上部磁気シールドと、下部磁気シールドとは、互いに離間させつつ別々に配置されるので、これら磁気シールドが一体となった従来の回転角度検出センサのように、磁気シールドの供給に際して溶接や絞り加工を必要としない。
よって、製造過程におけるシールド部材の供給、組付け、そしてセンサの組み立てが難しくなることがなく、磁気シールドを備える回転角度検出センサを簡便に供給できるので、量産に適した回転角度検出センサとなる。

以下、本発明の実施例を説明する。
図１は、実施例にかかる非接触型の回転角度検出センサの全体構成図であり、（ａ）は軸方向から見た上面図、（ｂ）は（ａ）におけるＡ−Ａ線断面図、（ｃ）は（ａ）におけるＢ−Ｂ矢視図である。図２は、実施例にかかる非接触型の回転角度検出センサの分解斜視図である。図３は永久磁石を拡大して示す平面図である。

図２に示すように、回転角度の検出対象である回転体１０に取り付けられる回転角度検出センサは、永久磁石２０と、集磁ヨーク３０ａ、３０ｂ（以下、両者を特に区別しない場合は、「集磁ヨーク３０」と表記する）と、ホール素子４０とを備え、これらは、磁気シールド５０ａ〜５０ｄ（以下、これらを特に区別しない場合は、「磁気シールド５０」と表記する）により囲繞される。

回転体１０の軸方向における略中央部の所定の範囲には、フランジ状の磁石保持部１１が、径方向に延出させて形成されている。
永久磁石２０は、磁石保持部１１の外周面に固定されており、上面視においてリング形状を有している。永久磁石２０の軸方向高さは、磁石保持部１１の軸方向高さと同じであり、永久磁石２０の軸方向の高さと径方向の厚みは、全周に亘って同じである。
図３に示すように、永久磁石２０は、その直径線上（周方向１８０°位置）で半円に分割され、一方の磁石半円部２０ａは内周側（磁石保持部１１と接触する側）をＮ極、外周側をＳ極とし、他方の磁石半円部２０ｂは内周側をＳ極、外周側をＮ極として、全体として周方向にＮおよびＳの２極構造となっている。

第１集磁ヨーク３０ａと第２集磁ヨーク３０ｂは、回転体１０に取り付けられた永久磁石２０の外周面を、囲むように配置されている。
第１集磁ヨーク３０ａと第２集磁ヨーク３０ｂとは、軸方向から見た平面形状が互いに同一の半円形状を有しており、リング状ヨークを直径線に沿って２つに分割して形成される。

図１の（ａ）に示すように、第１集磁ヨーク３０ａと第２集磁ヨーク３０ｂとは、所定幅の隙間Ｘをあけて対面配置される。対面配置された第１集磁ヨーク３０ａと第２集磁ヨーク３０ｂとにより、その内側に形成される空間内には、回転体１０および回転角度検出センサの永久磁石２０が収容されており、第１集磁ヨーク３０ａと第２集磁ヨーク３０ｂの内周面は、永久磁石２０の外周面との間に一定の間隙Ｌｓをおいて対向している。

第１集磁ヨーク３０ａと第２集磁ヨーク３０ｂの軸方向における高さは、永久磁石２０の軸方向における高さよりも大きく、第１集磁ヨーク３０ａと第２集磁ヨーク３０ｂの上面と、永久磁石２０の上面とが一致するように配置されている。
第１集磁ヨーク３０ａと第２集磁ヨーク３０ｂの径方向における厚みＷ１は、集磁ヨークを構成する材料の透磁率、永久磁石２０の磁束密度を考慮して、集磁ヨーク３０内で磁束が飽和しない大きさに設定されている。

第１集磁ヨーク３０ａと第２集磁ヨーク３０ｂとの間の隙間Ｘには、磁気感応素子であるリニア出力型のホール素子４０が設置されており、ホール素子４０は、当該ホール素子４０を通過する磁束の量に応じた信号を出力する。

以上のように構成された回転角度センサ１では、永久磁石２０から発生する磁束は、第１集磁ヨーク３０ａと第２集磁ヨーク３０ｂとを通過する。ここで、永久磁石２０が回転体１０と共に回転すると、ホール素子４０が設置された隙間Ｘを通過する磁束の量と当該隙間Ｘを通過しない磁束の量の割合が変化して、ホール素子４０は、永久磁石２０の回転角度に応じた異なる検出値を出力する。
よって、ホール素子４０の検出値に基づいて、永久磁石２０の回転角度が判るので、被検出体（回転体１０）の回転角度を特定できる。

図４は、実施例にかかる回転角度センサの磁気シールドの分解斜視図である。
図５は、磁気シールドの全体構成図であり、（ａ）は軸方向から見た上面図、（ｂ）は（ａ）におけるＡ−Ａ線断面図、（ｃ）は（ａ）におけるＢ−Ｂ矢視図である。
磁気シールド５０（上部磁気シールド５０ａ、下部磁気シールド５０ｂ、第１側方磁気シールド５０ｃ、第２側方磁気シールド５０ｄ）は、ホール素子４０が設置された隙間Ｘを通過する磁束の量が、外部磁界により影響を受けることを防止するために、パーマアロイ（ＰＣ、ＰＢ）、電磁銅板（ＳＵＹ）、珪素鋼などから形成される。
磁気シールド５０ａ〜５０ｄは、回転角度検出センサの永久磁石２０や集磁ヨーク３０を囲繞しつつ、互いに所定間隙をおいて配置される。

図５の（ｂ）に示すように、上部磁気シールド５０ａは、第１側方磁気シールド５０ｃと第２側方磁気シールド５０ｄの上端から、上方側に所定距離Ｌ１離れた位置に配置され、下部磁気シールド５０ｂは、第１側方磁気シールド５０ｃと第２側方磁気シールド５０ｄの下端から、下方側に所定距離Ｌ２離れた位置に配置される。
ここで、実施例にかかる回転角度検出センサでは、永久磁石２０の上面と集磁ヨーク３０の上面とが一致するように配置されているので（図１の（ｂ）参照）、永久磁石２０から上部磁気シールド５０ａまでの離間距離と、永久磁石２０から下部磁気シールド５０ｂまでの離間距離とが略同じになるように、所定距離Ｌ１のほうが所定距離Ｌ２よりも大きく設定される。
上部磁気シールド５０ａと下部磁気シールド５０ｂとが、永久磁石２０の近傍に位置し過ぎると、磁束の回り込みなどが起こり、上部磁気シールド５０ａと下部磁気シールド５０ｂの影響が及ぶことになるので、これを防止するためである。

図５の（ａ）に示すように、第１側方磁気シールド５０ｃと、第２側方磁気シールド５０ｄとは、互いに所定距離Ｌ３の隙間Ｙを開けて対面配置されている。
第１側方磁気シールド５０ｃと第２側方磁気シールド５０ｄとは、軸方向から見た平面形状が互いに同一の半円形状を有しており、リング状磁気シールドを直径線に沿って２つに分割して形成される。
ここで、第１側方磁気シールド５０ｃと第２側方磁気シールド５０ｄとを一体に形成したリング状磁気シールドとすると、磁気シールドの磁気抵抗が小さくなり磁気が通りやすくなる結果、集磁機能が増大して、集磁ヨーク３０の機能を阻害する。
そのため、集磁ヨーク３０の機能を阻害しない程度の磁気抵抗となるように、リング状磁気シールドを直径線に沿って２つに分割して形成した第１側方磁気シールド５０ｃと第２側方磁気シールド５０ｄとを用いている。

上部磁気シールド５０ａと下部磁気シールド５０ｂは、それぞれ薄肉の円盤形状を有しており、中央部には、回転角度センサの回転体１０を挿通させると共に、回転角度センサの永久磁石２０と、第１集磁ヨーク３０ａと第２集磁ヨーク３０ｂの一部を露出させる円形の開口５１ａ、５１ｂが形成される。
開口５１ａ、５１ｂは、対面配置された第１集磁ヨーク３０ａと第２集磁ヨーク３０ｂとにより形成される全体としてリング形状となる集磁ヨーク３０の内径よりも大きく、かつ外径よりも小さい径を有する。
また、上部磁気シールド５０ａと下部磁気シールド５０ｂの直径φは、上部磁気シールド５０ａの外周面と下部磁気シールド５０ｂの外周面とが、それぞれ、対面配置された第１側方磁気シールド５０ｃと第２側方磁気シールド５０ｄの外周面と、面一となる径に設定される。
図１の（ｂ）に示すように、上部磁気シールド５０ａは、永久磁石２０の上端から上方側に所定距離Ｔ１離れた位置に配置され、下部磁気シールド５０ｂは、永久磁石２０の下端から下方側に所定距離Ｔ２離れた位置に配置される。

第１側方磁気シールド５０ｃと第２側方磁気シールド５０ｄとは、軸方向から見た平面形状が互いに同一の半円形状を有しており、これらを対面配置して形成される上面視において円形の空間内に、回転角度センサの永久磁石２０や集磁ヨーク３０が収容される。
この際、第１側方磁気シールド５０ｃと第２側方磁気シールド５０ｄとは、第１集磁ヨーク３０ａと第２集磁ヨーク３０ｂの外周面から、所定間隔Ｔ３をおいて、これら集磁ヨーク３０ａ、３０ｂを囲むように配置される。
ここで、所定間隔Ｔ３は、磁気シールド５０が集磁ヨーク３０の代わりに集磁して、集磁ヨーク３０の機能を阻害することのない、距離に設定されている。

さらに、第１集磁ヨーク３０ａと第２集磁ヨーク３０ｂとの間の隙間Ｘ同士を結ぶ線分と、第１側方磁気シールド５０ｃと第２側方磁気シールド５０ｄとの間の隙間Ｙ同士を結ぶ線分とが、略９０度の角度で交差（直交）するように、第１側方磁気シールド５０ｃと第２側方磁気シールド５０ｄとを配置して、隙間Ｘの位置を、隙間Ｙの位置に対して回転体１０の回転軸周りに略９０度オフセットさせている（図１の（ａ）参照）。
第１側方磁気シールド５０ｃと第２側方磁気シールド５０ｄとの間の隙間Ｙは、外部磁気がその内方に漏れ出す場所となるので、かかる隙間Ｙが、ホール素子４０を配置した第１集磁ヨーク３０ａと第２集磁ヨーク３０ｂとの間の隙間Ｘの近傍にあると、漏れ出した磁気が、ホール素子４０による磁束量の測定に影響を及ぼして、回転角度を正確に求めることができなくなる。
よって、これを防止するために、隙間Ｘを結ぶ線分と、隙間Ｙを結ぶ線分とが、略９０度の角度で交差するように、第１側方磁気シールド５０ｃと第２側方磁気シールド５０ｄを配置して、隙間Ｘと隙間Ｙとが最も離れて位置するようにしている。

また、第１側方磁気シールド５０ｃと第２側方磁気シールド５０ｄの軸方向における高さは、集磁ヨーク３０の軸方向における高さよりも大きく、第１側方磁気シールド５０ｃと第２側方磁気シールド５０ｄの下面と、集磁ヨーク３０の下面とがほぼ一致するように配置される。
第１側方磁気シールド５０ｃと第２側方磁気シールド５０ｄの厚みＷ２は、１．０ｍｍよりも薄くなると、ホール素子４０による磁束量の測定に外部磁界が影響を及ぼすことを十分に防止できず、１．４ｍｍよりも厚くなると、第１側方磁気シールド５０ｃと第２側方磁気シールド５０ｄに磁束が回り込んでホール素子４０付近での集磁ヨーク３０の最大磁束密度が急激に低下してしまう。よって、厚みＷ２は、好ましくは１．０ｍｍ〜１．４ｍｍ、より好ましくは１．２ｍｍ近傍に設定される。

図６は、各磁気シールド５０（上部磁気シールド５０ａ、下部磁気シールド５０ｂ、第１側方磁気シールド５０ｃ、第２側方磁気シールド５０ｄ）が、支持部材６０、７０により互いに離間しつつ配置された状態を説明する説明図であり、（ａ）は軸方向から見た上面図、（ｂ）は（ａ）におけるＡ−Ａ線断面図である。なお、図６の（ａ）においては、上部磁気シールド５０ａの下方に隠れている支持部材６０、７０の図示は省略している。

支持部材６０、７０は、上部磁気シールド５０ａ、下部磁気シールド５０ｂ、第１側方磁気シールド５０ｃ、そして第２側方磁気シールド５０ｄを、互いに所定間隙をおいて配置させる。支持部材６０、７０は、非透磁性の材料から形成され、上面視において円盤形状を有する上部磁気シールド５０ａの直径線上の、回転体１０を挟んで対向する位置に配置される。

支持部材６０の本体部６１は、例えば図示しないフレームなどにボルトなどを介して取り付けられて、支持部材６０を所定位置で保持しつつフレームに固定する。
本体部６１の上部から回転体１０の方向に延出形成された上部支持部６２の上面には、上部磁気シールド５０ａが載置された状態で固定される。
本体部６１の下部から回転体１０の方向に延出形成された下部支持部６３の上面には、第２側方磁気シールド５０ｄと集磁ヨーク３０（３０ａ、３０ｂ）とが載置された状態で固定されており、下面には、下部磁気シールド５０ｂが取り付けられている。

支持部材７０の本体部７１は、上部支持部７２と下部支持部７３とを接続する。
本体部７１の上部から回転体１０の方向に延出形成された上部支持部７２の上面には、上部磁気シールド５０ａが載置された状態で固定されている。
本体部７１の下部から回転体１０の方向に延出形成された下部支持部７３の上面には、第１側方磁気シールド５０ｃと集磁ヨーク３０（３０ａ、３０ｂ）とが載置された状態で固定されており、下面には、下部磁気シールド５０ｂが取り付けられている。

これら支持部材６０、７０の下部支持部６３、７３の延出長さは、集磁ヨーク３０（３０ａ、３０ｂ）を載置するために、上部支持部６２、７２の延出長さよりも長く設定されている。また、下部支持部６３、７３の高さ方向の厚みは、下部磁気シールド５０ｂと、第１側方磁気シールド５０ｃおよび第２側方磁気シールド５０ｄとの離間距離Ｌ２と同じ厚みに設定されている。
さらに、下部支持部６３、７３の下端から上部支持部６２、７２の上端までの離間距離、すなわち支持部材６０、７０の高さ方向の厚みは、上部磁気シールド５０ａが、第１側方磁気シールド５０ｃと第２側方磁気シールド５０ｄの上端から上方側に所定距離Ｌ１離れた位置に配置される長さに設定されている。
かかる構成の支持部材６０、７０を用いることで、各磁気シールド５０を互いに所定距離離間させつつ、簡単に配置することができるので、磁気シールドを備える回転角度検出センサの組み立てが容易になる。

なお、上部支持部６２、７２の回転体１０の方向への延出長さは上部磁気シールド５０ａを、下部支持部６３、７３の回転体１０の方向への延出長さは集磁ヨーク３０（３０ａ、３０ｂ）を、それぞれ支持できる最小限の長さに設定されていることが好ましい。ホール素子４０による磁束量の測定に影響するのを防止するためである。

かかる構成の支持部材６０、７０により、各磁気シールド５０（上部磁気シールド５０ａ、下部磁気シールド５０ｂ、第１側方磁気シールド５０ｃ、第２側方磁気シールド５０ｄ）は、その内方に形成される空間内に、永久磁石２０、集磁ヨーク３０（３０ａ、３０ｂ）、そしてホール素子４０を収容しつつ、互いに所定間隙をおいて配置される。これにより、回転体１０の回転角度の検出が外部磁界により影響を受けることが防止される。
また、各磁気シールド５０は、互いに所定間隙をおいて配置されるので、磁気シールドを一体に形成した場合よりも磁気抵抗が大きくなり、磁気が通りにくくなる。
よって、磁気シールドを、一体に形成した磁気シールドの場合よりも、磁気抵抗が大きくなり磁気が通りにくくなった分だけリング状ヨークに近づけて配置しても、磁束が磁気シールドに回り込んでリング状ヨークの磁束密度を低下させることがなく、回転角度検出センサの出力特性が磁気シールドの影響を受けることがない。したがって、回転角度検出センサをより小型化することができる。

以下、実施例の効果を、一体形成した磁気シールドを採用する従来例の構成のセンサによる比較例と対比して説明する。
なお、以下の説明では、図１の（ｂ）に示すように、厚み０．５ｍｍの円盤形状を有する上部磁気シールド５０ａと下部磁気シールド５０ｂの直径が４０ｍｍ（φ＝４０ｍｍ）であり、集磁ヨーク３０の外周面と、第１側方磁気シールド５０ｃおよび第２側方磁気シールド５０ｄの内周面との間の間隙が２ｍｍ（Ｔ３＝２ｍｍ）であり、厚み１．２ｍｍの集磁ヨーク３０の上面と、上部磁気シールド５０ａとの間の間隙が４．７ｍｍ（Ｔ１＝４．７ｍｍ）であり、集磁ヨーク３０の下面と、下部磁気シールド５０ｂとの間の間隙が１．８ｍｍである回転角度検出センサを用いる。
そして、上部磁気シールド５０ａと、第１側方磁気シールド５０ｃおよび第２側方磁気シールド５０ｄとの間の隙間を３．７ｍｍ（Ｌ１＝３．７ｍｍ）とし、下部磁気シールド５０ｂと、第１側方磁気シールド５０ｃおよび第２側方磁気シールド５０ｄとの間の隙間を０．８ｍｍ（Ｌ２＝０．８ｍｍ）とし、第１側方磁気シールド５０ｃと第２側方磁気シールド５０ｄとの間の隙間Ｙを１．０ｍｍ（Ｌ３＝１．０ｍｍ）とした場合を実施例とし、上部磁気シールドと、第１側方磁気シールドと、第２側方磁気シールドと、下部磁気シールドとを隙間なく（隙間：０ｍｍ）接合した場合を比較例とした。

図７は実施例の効果を従来例による比較例と対比して示す図である。
ここで、全体として２極構造である永久磁石２０のＮ極とＳ極を結ぶ線（各磁石半円部２０ａ、２０ｂの端同士の対向面を結ぶ線に対して直角の直径線）が第１集磁ヨーク３０ａと第２集磁ヨーク３０ｂとの間のホール素子４０を配置した隙間Ｘを通るときの永久磁石２０の位置を回転角度０°とし、図７の（ａ）に示すように、回転角度−４２．５°〜４２．５°を検出範囲とするとき、ホール素子４０の出力電圧が−４．５Ｖ（−４２．５°）と４．５Ｖ（４２．５°）を結ぶ線を理想直線としている。
図７の（ｂ）は、比較例における理想直線に対する実際の出力値のズレである直線性（％ＦＳ）の回転方向によるヒステリシスを示し、（ｃ）は実施例における直線性（％ＦＳ）の回転方向によるヒステリシスを示している。

図７の（ｂ）に示すように、比較例では、回転方向が一方向（往路）である場合の直線性と、逆方向（復路）である場合の直線性との差が、最大で０．５８％ＦＳとなるのに対して、図７の（ｃ）に示すように、実施例では、最大で０．１１％ＦＳとなる。
よって、実施例の方が、比較例よりも、ヒステリシスが約０．５％ＦＳ（９０％）改善していることが判る。

図８は実施例の効果を従来例による比較例と対比して示す図であり、永久磁石２０の回転角度に応じて変化するホール素子４０の出力を示している。
図８に示すように、実施例では、ホール素子４０が検出する磁束密度は、９２．７ｍＴＦＳとなるのに対して、比較例では、ホール素子４０が検出する磁束密度は、６９．５ｍＴＦＳである。
よって、実施例の方が、比較例よりも約２０．０ｍＴＦＳ（３０％）、ホール素子４０が検出する磁束密度が改善することが判る。
また、回転角度が０°のときの磁束密度Ｂ（ｍＴ）が、増加若しくは減少する方向にシフトしていないので、外部磁場がホール素子４０による検出に影響を及ぼすのを、磁気シールド５０が防止していることが判る。

図９は実施例の効果を従来例による比較例と対比して示す図であり、永久磁石２０の回転に応じて変化するホール素子４０の出力の変動の直線性を示している。
図９に示すように、実施例では、直線性が０．４５％ＦＳであるのに対して、比較例では０．６０％ＦＳである。
よって、実施例の方が、比較例よりも約０．１５％ＦＳ（２５％）、直線性が改善することが判る。

以上の通り、本実施例では、被検出体である回転体１０と一体に回転可能で、周方向に沿って磁極が変化するリング状の永久磁石２０と、リング状の永久磁石２０の外周面を一定間隙をおいて囲むリング状の集磁ヨーク３０と、リング状の集磁ヨーク３０を直径線に沿って２つに分割して形成される第１集磁ヨーク３０ａと第２集磁ヨーク３０ｂの隙間Ｘに配置されたホール素子４０とを備える非接触式回転角度検出センサであって、集磁ヨーク３０の外周面を一定間隙をおいて囲む全体として略リング状となる第１側方磁気シールド５０ｃおよび第２側方磁気シールド５０ｄと、集磁ヨーク３０の上面から一定間隙をおいて配置される上部磁気シールド５０ａと、集磁ヨーク３０の下面から一定間隙をおいて配置される下部磁気シールド５０ｂとを互いに離間させつつ設けた構成とした。
これにより、リング状の集磁ヨーク３０から一定間隙をおいて配置された磁気シールド（上部磁気シールド５０ａ、下部磁気シールド５０ｂ、第１側方磁気シールド５０ｃ、そして第２側方磁気シールド５０ｄ）が、ホール素子４０による回転体１０の回転角度の検出に外部磁界が影響を及ぼすことを防止できる。
また、各磁気シールド５０は、リング状の集磁ヨーク３０から所定間隙をおいて互いに離間させつつ別々に配置されており、磁気シールドを一体に形成した場合よりも磁気抵抗が大きくなり、磁気が通りにくくなる。
よって、磁気抵抗が大きくなり磁気が通りにくくなった分に応じて、磁束が磁気シールドに回り込んでリング状ヨークの磁束密度を低下させることや、回転角度検出センサの出力特性が磁気シールドの影響を受けることがない範囲で、磁気シールドを、従来の一体に形成した磁気シールドの場合よりも、リング状ヨークに近づけて配置することができる。よって、回転角度検出センサをより小型化することができる。
さらに、各磁気シールドは、互いに離間させつつ別々に配置されるので、磁気シールドを一体に形成する場合のように、磁気シールドの提供に際して、溶接や絞り加工を必要としない。よって、一体に形成した磁気シールドを採用する従来の回転角度検出センサのように、製造過程における組付けや、組み立てが難しくなることがない。

ここで、例えば上部磁気シールドと下部磁気シールドのうちの一方を、第１側方磁気シールドおよび第２側方磁気シールドと一体に形成したカップ形状の磁気シールドとする場合、磁気シールドの溶接による接合や、板状部材の絞り加工等により、カップ形状の磁気シールドを形成する必要がある。
しかし、実施例では、上部磁気シールドと、下部磁気シールドと、側方磁気シールドとをそれぞれ互いに離間させつつ設ける構成としたので、溶接や絞り加工などを必要としない。よって、実施例にかかる回転角度検出センサの製造を、簡便に行うことができる。

さらに、対面配置された第１側方磁気シールド５０ｃと第２側方磁気シールド５０ｄとの隙間Ｙを結ぶ線分と、対面配置された第１集磁ヨーク３０ａと第２集磁ヨーク３０ｂとの隙間Ｘを結ぶ線分とが、略９０度の角度で交差するように、第１側方磁気シールド５０ｃと第２側方磁気シールド５０ｄとを配置する構成とした。
第１側方磁気シールド５０ｃと第２側方磁気シールド５０ｄとの間の隙間Ｙは、外部磁気がその内方に漏れ出す場所となるので、かかる隙間Ｙが隙間Ｘの近傍にあると、漏れ出した磁気が、ホール素子４０による磁束量の測定に影響を及ぼす。
ここで、隙間Ｘを結ぶ線分と隙間Ｙを結ぶ線分とが、略９０度の角度で交差するように第１側方磁気シールド５０ｃと第２側方磁気シールド５０ｄとを配置すると、隙間Ｘと隙間Ｙとが最も離れて位置する。よって、隙間Ｙから漏れ出した磁気が、ホール素子４０による磁束量の測定に影響を及ぼすことを防止できる。

さらに、上部磁気シールド５０ａと下部磁気シールド５０ｂとが、対面配置された第１集磁ヨーク３０ａ、第２集磁ヨーク３０ｂにより形成される全体としてリング状となる集磁ヨーク３０の内径よりも大きく外径よりも小さい径の開口５１ａ、５１ｂを、それぞれ有する構成として、回転角度検出センサの永久磁石２０と、第１集磁ヨーク３０ａおよび第２集磁ヨーク３０ｂの一部が、開口５１ａ、５１ｂ内で露出するようにした。
これにより、集磁ヨーク３０の位置していない永久磁石２０の上下方向に、上部磁気シールド５０ａと下部磁気シールド５０ｂとが位置しないので、永久磁石２０に、上部磁気シールド５０ａと下部磁気シールド５０ｂとが影響を及ぼすことを防止する。
また、集磁ヨーク３０の一部が、開口５１ａと開口５１ｂ内に露出して、集磁ヨーク３０の方が、開口５１ａおよび開口５１ｂの縁よりも、永久磁石２０の近くに位置しているので、上部磁気シールド５０ａと下部磁気シールド５０ｂへの磁束の回り込みを防止できる。よって、集磁ヨーク３０の磁束密度が低下しないので、回転角度検出センサの出力特性が変化することはない。

上記実施例では、上部磁気シールド５０ａの開口５１ａと下部磁気シールド５０ｂの開口５１ｂ内に、全体としてリング形状となる集磁ヨーク３０の内径側の領域が露出する場合を例に挙げて説明をした。
しかし、開口５１ａ、５１ｂの大きさは、回転角度センサの回転体１０を挿通させることができ、かつ上部磁気シールド５０ａと下部磁気シールド５０ｂとが、永久磁石２０の磁気に影響を与えない範囲で、適宜変更可能である。
よって、かかる条件を満たす限り、開口５１ａ、５１ｂの大きさを、第１集磁ヨーク３０ａと第２集磁ヨーク３０ｂとをその内方に露出させない大きさとすることも可能である。

さらに、上記実施例では、回転体１０を挟んで対向配置した支持部材６０、７０により、上部磁気シールド５０ａ、下部磁気シールド５０ｂ、第１側方磁気シールド５０ｃ、そして第２側方磁気シールド５０ｄを、互いに所定間隙をあけて配置させる構成としたが、回転体１０を中心として周方向に複数配置した支持部材６０、７０により、支持するようにしても良い。この場合、図示しないフレームに固定される支持部材６０の数も、各磁気シールド５０の安定性などに応じて適宜変更可能である。

実施例にかかる回転角度検出センサの全体構成を示す図である。 実施例にかかる回転角度検出センサの分解斜視図である。 永久磁石を拡大して示す平面図である。 実施例にかかる回転角度検出センサのシールドの分解斜視図である。 実施例にかかる回転角度検出センサのシールドの全体構成を示す図である。 実施例にかかる回転角度検出センサのシールドが支持部材により配置された状態を示す図である。 実施例の作用を従来例と比較して示す図である。 実施例の作用を従来例と比較して示す図である。 実施例の作用を従来例と比較して示す図である。 従来例の回転角度検出センサの全体構成を示す図である。

符号の説明

１０ 回転体
１１ 磁石保持部
２０ 永久磁石
２０ａ 磁石半円部
２０ｂ 磁石半円部
３０ 集磁ヨーク
３０ａ 第１集磁ヨーク
３０ｂ 第２集磁ヨーク
４０ ホール素子
５０ 磁気シールド
５０ａ 上部磁気シールド
５０ｂ 下部磁気シールド
５０ｃ 第１側方磁気シールド
５０ｄ 第２側方磁気シールド
５１ａ 開口
５１ｂ 開口

Claims (3)

1. 被検出体と一体に回転可能で、周方向に沿って磁極が変化するリング状永久磁石と、
   前記リング状永久磁石の外周面を、一定間隙をおいて囲むリング状ヨークと、
   前記リング状ヨークを直径線に沿って２つに分割して形成される隙間に配置された磁気感応素子とを備える非接触式回転角度検出センサであって、
   前記リング状ヨークの外周面を一定間隙をおいて囲むリング状磁気シールドと、前記リング状ヨークの上面から一定間隙をおいて配置される上部磁気シールドと、前記リング状ヨークの下面から一定間隙をおいて配置される下部磁気シールドとを、互いに離間させつつ設けたことを特徴とする非接触式回転角度検出センサ。
2. 前記リング状磁気シールドは直径線に沿って２つに分割されており、前記リング状磁気シールドは、前記リング状磁気シールドを分割する直径線と前記リング状ヨークを分割する直径線とが直交するように配置される
   ことを特徴とする請求項１に記載の非接触式回転角度検出センサ。
3. 前記上部磁気シールドと下部磁気シールドは、前記リング状ヨークの内径よりも大きく外径よりも小さい径の開口が形成されたリング形状の部材である
   ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の非接触式回転角度検出センサ。

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