JP2009145316A - 回転情報検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】低コストで高出力信号を得ることができる回転情報検出装置を提供する。また、軸受に組み込んで一体化することにより、取扱いが容易で、且つ機械装置などに簡単に取り付けることができる回転情報検出装置を提供する。
【解決手段】回転情報検出装置１００は、磁石ホルダ２０に支持されて回転子１１と共に回転する磁石２１と、固定子１２に支持された略半円形の一対の円弧磁性体２４、２５（２６、２７）がリング状に配置された磁路部材２２と、一対の円弧磁性体２４、２５（２６、２７）によって挟持されて入力磁束に応じた出力信号を出力する磁気検出素子２３と、回転子１１の回転に伴う入力磁束の変化を検出して磁気検出素子２３から出力される出力信号に基づいて回転子１１の回転情報を算出する回転情報算出手段４０と、を備える。
【選択図】図３

Description

本発明は、回転情報検出装置に関し、より詳細には、ロボットアーム、自動車のハブや電動パワーステアリング装置などの回転支持部分に組み込んで、回転角度や回転角速度などの検出に用いることができる回転情報検出装置に関する。

従来、モータなどの回転軸の回転角度や回転角速度などの回転情報を検出するセンサとして、磁界を発生させる円筒状のマグネットと、磁界内に配置された４つの磁気検出素子と、該磁気検出素子に固定された強磁性材製の磁束案内部材とを備え、マグネットの回転角度を検出するようにしたセンサが知られている（例えば、特許文献１参照。）。

特表２００２−５０６５３０号公報

しかしながら、特許文献１に開示されている角度測定用の角度センサ及び方法は、磁束案内部材が、ほぼ１／４円形状の４つの部材を円筒状に配置したものであることから、磁束案内部材に案内される磁束の量が少なく、従って、磁気検出素子を通る磁束の量も少なく、検出感度が必ずしも満足できるものではなく、改善の余地があった。

本発明は、前述した課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、低コストで高出力信号を得ることができる回転情報検出装置を提供することにある。また、軸受に組み込んで一体化することにより、取扱いが容易で、且つ機械装置などに簡単に取り付けることができる回転情報検出装置を提供することにある。

前述した本発明の目的は、下記の構成により達成される。
（１） 回転子に支持された磁石ホルダと、
前記磁石ホルダに支持されて前記回転子と共に回転する磁石と、
固定子に支持され、前記固定子の円周方向に所定間隔、離間して配置され、入力磁束に応じた出力信号を出力する複数の磁気検出素子と、
１８０°の円弧状に形成され、前記複数の磁気検出素子を挟持してリング状に配置されて前記磁石からの磁束を前記複数の磁気検出素子に導く磁路を構成する一対の円弧磁性体を１組とし、前記回転子の軸方向に２層に配置された２組の磁路部材と、
前記回転子の回転に伴う前記入力磁束の変化を検出して前記複数の磁気検出素子から出力される前記出力信号に基づいて、前記回転子の回転状態を示す回転情報を算出する回転情報算出手段と、を備える
ことを特徴とする回転情報検出装置。
（２） 回転子に支持された磁石ホルダと、
前記磁石ホルダに支持されて前記回転子と共に回転する磁石と、
固定子に支持され、前記固定子の円周方向に所定間隔、離間して配置され、入力磁束に応じた出力信号を出力する複数の磁気検出素子と、
１８０°の円弧状に形成され、前記複数の磁気検出素子を挟持してリング状に配置されて前記磁石からの磁束を前記複数の磁気検出素子に導く磁路を構成する一対の円弧磁性体を１組とし、前記回転子の半径方向内側及び外側の２層に配置された２組の磁路部材と、
前記回転子の回転に伴う前記入力磁束の変化を検出して前記複数の磁気検出素子から出力される前記出力信号に基づいて、前記回転子の回転状態を示す回転情報を算出する回転情報算出手段と、を備える
ことを特徴とする回転情報検出装置。
（３） 回転輪と、静止輪と、前記回転輪及び前記静止輪の間に回転自在に配置された複数の転動体と、を有する軸受を備え、
前記回転子は前記軸受の前記回転輪であり、前記固定子は前記軸受の前記静止輪であることを特徴とする上記（１）又は（２）の回転情報検出装置。
（４） 前記複数の磁気検出素子は、２つ乃至４つで構成される
ことを特徴とする上記（１）〜（３）のいずれか１つの回転情報検出装置。
（５） リング状に配置された前記一対の円弧磁性体の円周方向の間隔のうち、前記磁気検出素子が配置された側は狭く、一方その反対側は広くなるように設けられて、
前記磁気検出素子が配置されている側に前記磁束が集中している
ことを特徴とする上記（１）〜（４）のいずれか１つの回転情報検出装置。
（６） 前記複数の磁気検出素子は、機械角での位相差が９０°の角度で配置された
ことを特徴とする上記（１）〜（５）のいずれか１つの回転情報検出装置。
（７） 前記磁石は、円周方向にＳ極とＮ極の２極着磁された円環状の永久磁石である
ことを特徴とする上記（１）〜（６）のいずれか１つの回転情報検出装置。
（８） 前記磁気検出素子は、アナログホールＩＣである
ことを特徴とする上記（１）〜（７）のいずれか１つの回転情報検出装置。
（９） 前記回転情報算出手段は、前記回転情報として絶対回転角度、回転角速度又は回転方向の少なくともいずれかを算出する
ことを特徴とする上記（１）〜（８）のいずれか１つの回転情報検出装置。
（１０） 前記回転情報算出手段は、前記回転情報をアナログ信号として出力する
ことを特徴とする上記（１）〜（９）のいずれか１つの回転情報検出装置。
（１１） 前記回転情報算出手段は、前記回転情報をデジタル信号として出力する
ことを特徴とする上記（１）〜（９）のいずれか１つの回転情報検出装置。
（１２） 前記回転情報算出手段は、前記回転情報をパルス信号として出力する
ことを特徴とする上記（１）〜（９）のいずれか１つの回転情報検出装置。

本発明の回転情報検出装置によれば、磁石ホルダに支持されて回転子と共に回転する磁石と、固定子に支持された略半円形の一対の円弧磁性体によって２つ乃至４つの磁気検出素子を挟持してリング状に配置した磁路部材を備えるので、回転子の回転に伴って磁石が回転すると、磁路部材の磁路と磁石との位置関係が周期的に変化する。

これにより、磁路部材を介して磁気検出素子に入力する周期的な磁束の変化が効率よく検出されて、位相の異なる磁気検出信号（正弦波信号）として出力される。また、磁気検出素子から出力信号が入力される回転情報算出手段は、磁気検出素子の出力信号に基づいて、回転子の回転状態を示す回転情報を算出することができる。

さらに、本発明の回転情報検出装置は、磁路部材を２層とすることによって、低コストで高出力信号を得ることができる。特に、磁路部材が軸方向に２層に配置され、磁路部材と磁石がラジアル方向に対向する方式では、ラジアル方向の大きさを小さくすることができる。また、磁路部材が半径方向内側及び外側の２層に配置され、磁路部材と磁石がアキシャル方向に対向する方式では、軸方向の長さを短くすることができ、コンパクトな構成の回転情報検出装置となる。

また、回転子を軸受の回転輪とし、固定子を軸受の静止輪とすれば、回転情報検出装置を軸受に一体に組み込むことができ、取扱いが容易となり、機械装置などに簡単に取り付けて利用することができる。

更に、複数の磁気検出素子は、２つ乃至４つで構成することが好ましい。磁気検出素子を２つ用いることにより、２相の正弦波信号を出力することができ、回転情報算出手段によって回転角度を算出することができる。また、磁気検出素子を４つ用いることにより、差動出力の２相の正弦波を出力することができ、ノイズに強い回転角度を算出することができる。

また、リング状に配置された前記一対の円弧磁性体の間隔（円周方向間隔）は、磁気検出素子が配置された側は狭く、反対側は広くすることもできる。このような構成にすることにより、磁気検出素子が配置されている側に磁束を集中させることができ、検出感度を向上させて高出力の信号を得ることができる。

また、複数の磁気検出素子を、機械角での位相差を９０°として配置すれば、正弦波信号、余弦波信号の２相出力信号を得ることができる。これにより、回転情報算出手段によって回転角度を容易、且つ精度よく算出することができる。

更に、磁石は、円周方向にＳ極とＮ極の２極着磁された円環状の永久磁石とするのが好ましい。これにより、回転情報算出手段によって絶対回転角度を算出することができる。

また、磁気検出素子は、アナログホールＩＣを用いることができ、これによって、正弦波信号を出力して回転角度を算出することができる。

また、回転情報算出手段は、回転情報として絶対回転角度、回転角速度又は回転方向を算出すると共に、該回転情報をアナログ信号、デジタル信号、或いは、パルス信号として出力するようにするのが好ましい。これにより、回転情報を装置の制御などのために容易に利用することができる。

以下、本発明に係る回転情報検出装置の好適な一実施形態であるセンサ付き軸受装置について図面を参照しながら詳細に説明する。
なお、以下、本発明に係る実施形態の説明にあたり、「１８０°の円弧状に形成された」、「機械角９０°の位相を持つように」等の具体的な数値の記載は、その加工精度等を考慮して、本発明の概念を逸脱しない限り、ある一定の範囲を含むものとする。

（第１実施形態）
図１は本発明の第１実施形態である回転情報検出装置を内蔵するセンサ付き軸受装置の全体斜視図であり、図２は図１におけるセンサ付き軸受装置のセンサカバーを外した状態を示す斜視図であり、図３は図１におけるセンサ付き軸受装置の分解斜視図であり、図４は磁路部材の斜視図である。

図１から図３に示すように、センサ付き軸受装置１は、軸受１０と、回転情報検出装置１００と、回転情報算出手段４０と、を備えて構成される。軸受１０は、内輪１１と、外輪１２と、保持器１３に回動自在に保持されて内輪１１と外輪１２との間に転動自在に配置された複数の転動体であるボール１４（図１３参照）とを備えている。内輪１１または外輪１２の一方が静止輪となり、他方が回転輪となる。
なお、以下の説明においては、内輪１１が回転輪として設定され、外輪１２が静止輪として設定されたものとして説明する。

回転輪である内輪１１には、磁石ホルダ２０が支持されている。磁石ホルダ２０は、磁性材料によって形成されたリング状部材である。磁石ホルダ２０には、円周方向にＳ極とＮ極の２極着磁されて円環状に形成された永久磁石２１が固定されており、内輪１１の回転に伴って回転可能となっている。

静止輪である外輪１２には、軸方向に２層に配設された２組の磁路部材２２と、２つの磁気検出素子２３（２３Ａ、２３Ｂ）とが支持されている。それぞれの磁路部材２２は、図４に示すように、１８０°の円弧状に形成された一対の円弧磁性体２４、２５及び２６、２７が、それぞれ隙間Ｃを介して組み合わされ、リング状に対向配置されて構成されている。２つの磁気検出素子２３Ａ，２３Ｂは、回路基板３０に電気的に接続されており、機械角９０°の位相を持つように一対の円弧磁性体２４、２５及び２６、２７によって隙間Ｃ内に挟持されて配置されている。

円弧磁性体２４、２５及び２６、２７は、それぞれ、磁性材料の薄板によって略半円形に形成された本体部２４ａ、２５ａ、２６ａ、２７ａと、本体部２４ａ、２５ａ、２６ａ、２７ａの円周方向両端部がラジアル方向外方に折り曲げられて形成された壁状端面２４ｂ、２４ｃ、２５ｂ、２５ｃ、２６ｂ、２６ｃ、２７ｂ、２７ｃを有する。そして、これら一対の円弧磁性体２４、２５及び２６、２７は、壁状端面２４ｂ、２５ｂ同士、２４ｃ、２５ｃ同士、２６ｂ、２７ｂ同士、及び２６ｃ、２７ｃ同士が隙間Ｃを介して対向してリング状に配置されている。

なお、円弧磁性体２４、２５及び２６、２７は、壁状端面２４ｂ、２４ｃ、２５ｂ、２５ｃ、２６ｂ、２６ｃ、２７ｂ、２７ｃと同じ幅、高さを有する厚板を略半円状に形成したものであってもよいが、軽量化、材料コスト削減の観点から、薄板を折り曲げて形成することが好適である。

円弧磁性体２４、２５の壁状端面２４ｂ、２５ｂには、一方の磁気検出素子２３Ａが挟持され、壁状端面２４ｂ、２５ｂに対して円周方向に９０°の位相をもって配置された円弧磁性体２６、２７の壁状端面２６ｂ、２７ｂには、他方の磁気検出素子２３Ｂが挟持される。即ち、一対の円弧磁性体２４、２５は、永久磁石２１の磁束を一方の磁気検出素子２３Ａに導くためのもので、本体部２４ａ、２５ａ、壁状端面２４ｂ、２５ｂ、２４ｃ、２５ｃ及び隙間Ｃによって磁路をリング状に形成する。同様に、他の一対の円弧磁性体２６、２７は、永久磁石２１の磁束を磁気検出素子２３Ｂに導くためのもので、本体部２６ａ、２７ａ、壁状端面２６ｂ、２７ｂ、２６ｃ、２７ｃ及び隙間Ｃによって磁路をリング状に形成する。また、壁状端面２４ｂ、２５ｂと壁状端面２６ｂ、２７ｂとは、円周方向に９０°の位相に配置される。
これにより、永久磁石２１の磁束は、壁状端面２４ｂ、２５ｂ間、及び壁状端面２６ｂ、２７ｂ間に配設された磁気検出素子２３（２３Ａ、２３Ｂ）を通過して検出される。

円弧磁性体２４、２５及び２６、２７の本体部２４ａ、２５ａ、及び２６ａ、２７ａの内周面（磁路部材２２の内周面）は、永久磁石２１の外周面に所定の隙間を介して対向配置されている。永久磁石２１と磁路部材２２との隙間（ラジアル方向の隙間）は、狭い方が磁力を強くできるが、あまり狭すぎると永久磁石２１と磁路部材２２が接触する可能性があるので、適度の隙間、例えば、０．１〜２．０ｍｍ程度とするのが好適である。

このように構成された２組の磁路部材２２は、外輪１２の軸方向に離間して２層に配設されている。磁路部材２２を軸方向に２層に配設することで、半径方向に２層に配設する場合に比べて、半径方向の大きさを小さくでき、コンパクトな構成となる。２組の磁路部材２２の軸方向ギャップは、永久磁石２１と磁路部材２２との隙間より広くしたほうがよい。例えば、２組の磁路部材２２の軸方向ギャップは、永久磁石２１と磁路部材２２との隙間（ラジアル方向の隙間）の２倍程度に設定するのが好適である。これは、２組の磁路部材２２の軸方向ギャップが狭いと、２組の磁路部材２２間で磁束がショートして、磁気検出素子２３を通過する磁束が減少し、検出感度が低下するためである。

２組の磁路部材２２は、全体を樹脂などでモールドして成形することができる。また、２組の磁路部材２２と磁気検出素子２３（２３Ａ、２３Ｂ）とを一体として樹脂などでモールドしてもよい。

磁気検出素子２３は、例えば、アナログホールＩＣを用いることができ、磁気検出素子２３への入力磁束に応じた出力信号を出力する。アナログホールＩＣは、温度変化による影響を排除するため、温度補償されていることが良い。
尚、磁気検出素子２３は、アナログホールＩＣ以外のアナログ素子とすることもできる。

このように、軸受１０と一体に組み込まれた回転情報検出装置１００は、センサカバー３１で蓋われて外部から作用する不用意な力や埃から保護されている。センサカバー３１は、プラスチックなどの非磁性体でもよいが、外部からの磁気をシールドするために、磁性体で形成することが好適である。

磁気検出素子２３に電気的に接続されている回転情報算出手段４０は、中央演算処理装置、ＲＡＭ、ＲＯＭなどの記憶装置、及び入出力ポート（いずれも図示せず）などを備えた、いわゆるマイクロコンピュータとされ、複数の磁気検出素子２３からの出力信号に基づいて、内輪１１の回転状態を示す回転情報を算出する。回転情報としては、回転角度、回転角速度又は回転方向の少なくとも１つが例示される。回転情報算出手順については、後に詳述する。

次に、本実施形態の作用を図５から図７に基づいて説明する。図５（ａ）〜（ｄ）は永久磁石と磁路部材の相対位置（位相）が９０°ごとに変化した状態を示す斜視図、図６は永久磁石と磁路部材の位相と、磁気検出素子の出力信号との関係を示すグラフ、図７は磁気検出素子の出力信号から回転情報を算出する手順を示すフローチャートである。
尚、理解を容易にするため、図５において、２極着磁されている永久磁石２１の一方の着磁変化点に矢印を付して示す。

図５に示すように、回転輪である内輪１１が回転すると、内輪１１に支持されている永久磁石２１が磁石ホルダ２０と共に回転し、磁路部材２２と永久磁石２１の位相が周期的に変化する。更に詳しくは、磁路部材２２によって挟持されている磁気検出素子２３（２３Ａ、２３Ｂ）と、永久磁石２１の着磁位置との位相が、永久磁石２１の回転と共に変化する。磁気検出素子２３と着磁位置との位相変化に伴って、磁気検出素子２３を通過する磁束が変化し、この磁束の変化が磁気検出素子２３によって検出されて出力信号として出力される。

図６に示すように、位相変化に伴って、一方の磁気検出素子２３Ａからは正弦波信号ＳＣが出力され、他方の磁気検出素子２３Ｂからは余弦波信号ＣＣが出力される。
尚、図中矢印ａ、ｂ、ｃ、ｄは、図５の（ａ）〜（ｄ）に対応しており、その位相における出力を示す。

図７に示すように、まず、２つの磁気検出素子２３から出力された正弦波信号ＳＣ及び余弦波信号ＣＣの２つの出力信号は、回転情報算出手段４０に入力され、サンプリング値が取得される（即ち、Ｓ１）。その後に、サンプリング値の比（アークタンジェント、例えば、関数ａｒｃｔａｎ２等を用いて算出）が演算されて角度情報（回転角度）に変換され（即ち、Ｓ２）、アナログ信号またはデジタル信号として出力する（即ち、Ｓ３）。アナログ信号として出力する場合、例えば、０〜３６０°の角度を０〜５Ｖの電圧に均等に割り当て、検出された回転角度に対応したアナログ電圧を出力する。また、デジタル信号として出力する場合、例えば、０〜３６０°の角度を１０ビット（０〜１０２３）に分割して、検出された回転角度に対応したデジタル値を出力する。

上記Ｓ２で演算された回転角度情報を保存しておき、検出された回転角度を１つ前の回転角度と比較することによって回転方向を判別し（即ち、Ｓ４）、回転方向判別信号を出力する（即ち、Ｓ５）。また、回転に応じたパルスを生成し（即ち、Ｓ６）、例えば、０〜３６０°の角度を１０ビット（１０２４）に分割して、回転に応じたパルス信号として出力する（即ち、Ｓ７）。そして、パルス信号をカウントして回転角速度を算出し（即ち、Ｓ８）、出力する（即ち、Ｓ９）。

（第２実施形態）
図８は本発明の第２実施形態である回転情報検出装置を内蔵するセンサ付き軸受装置のセンサカバーを外した状態を示す斜視図であり、図９は図８におけるセンサ付き軸受装置の分解斜視図であり、図１０は磁路部材の斜視図である。

この第２実施形態であるセンサ付軸受装置１ｃは、回転情報検出装置４００の構成、即ち、２組の磁路部材４２２の構成において、第１実施形態のものと異なる。本実施形態においても、軸方向に２層に配設された２組の磁路部材４２２は、１８０°の円弧状に形成された一対の円弧磁性体４２４，４２５及び一対の円弧磁性体４２６，４２７をそれぞれ有する。

これら一対の円弧磁性体４２４、４２５及び４２６、４２７は、それぞれ、磁性材料の薄板によって略半円形に形成された本体部４２４ａ、４２５ａ、４２６ａ、４２７ａと、本体部４２４ａ、４２５ａ、４２６ａ、４２７ａの円周方向片端部がラジアル方向外方に折り曲げられて形成された壁状端面４２４ｂ、４２５ｂ、４２６ｂ、４２７ｂを有する。即ち、対となって磁路部材４２２を構成する円弧磁性体４２４、４２５及び４２６、４２７は、その壁状端面４２４ｂ、４２５ｂ同士、及び４２６ｂ、４２７ｂ同士が隙間Ｃを介して対向したリング状に配置されている。円弧磁性体４２４、４２５及び４２６、４２７の他端側の隙間Ｃ１は、壁状端面４２４ｂ、４２５ｂ同士、及び４２６ｂ、４２７ｂ同士の隙間Ｃより広く設定されている。こうすることにより、壁状端面４２４ｂ、４２５ｂ、及び４２６ｂ、４２７ｂに効率よく磁束を集中させることができる。

また、第１実施形態と同様、円弧磁性体４２４、４２５の壁状端面４２４ｂ、４２５ｂには、一方の磁気検出素子２３Ａが挟持され、壁状端面４２４ｂ、４２５ｂに対して円周方向に９０°の位相をもって配置された円弧磁性体４２６、４２７の壁状端面４２６ｂ、４２７ｂには、他方の磁気検出素子２３Ｂが挟持される。

本実施形態においても、第１実施形態のものと同様、図１１に示すように、回転輪である内輪１１が回転すると、内輪１１に支持されている永久磁石２１が磁石ホルダ２０と共に回転し、磁路部材４２２と永久磁石２１の位相が周期的に変化する。更に詳しくは、磁路部材４２２によって挟持されている磁気検出素子２３（２３Ａ、２３Ｂ）と、永久磁石２１の着磁位置との位相が、永久磁石２１の回転と共に変化する。従って、磁気検出素子２３と着磁位置との位相変化に伴って、磁気検出素子２３を通過する磁束が変化し、この磁束の変化が磁気検出素子２３によって検出されて出力信号として出力される。

このとき、円弧磁性体４２４、４２５及び４２６、４２７の壁状端面４２４ｂ、４２５ｂ、及び４２６ｂ、４２７ｂ間の隙間Ｃは、他端側の隙間Ｃ１より狭くなっているので、隙間Ｃに磁束が集中し、高感度での検出が可能となる。

また、本実施形態においても、磁路部材４２２を軸方向に２層に配設することで、半径方向に２層に配設する場合に比べて、半径方向の大きさを小さくでき、コンパクトな構成となる。 その他の構成、及び作用については、第１実施形態と同様である。

（第３実施形態）
図１２は本発明の第３実施形態である回転情報検出装置を内蔵するセンサ付き軸受装置の全体斜視図であり、図１３は図１２におけるセンサ付き軸受装置の断面図であり、図１４は図１２におけるセンサ付き軸受装置のセンサカバーを外した状態を示す斜視図であり、図１５は図１２におけるセンサ付き軸受装置の分解斜視図であり、図１６は磁路部材の斜視図である。

この第３実施形態であるセンサ付軸受装置１ａは、回転情報検出装置２００の構成において、図１に示す実施形態のものと異なる。具体的に、本実施形態の回転情報検出装置２００は、第１実施形態と同様の構成を有するセンサカバー３１、回路基板３０、２つの磁気検出素子２３（２３Ａ，２３Ｂ）を備えるとともに、磁石ホルダ２２０、永久磁石２２１、及び、２組の磁路部材２２２、を備える。ただし、回路基板３０に対する磁気検出素子２３（２３Ａ，２３Ｂ）の取付位置は第１実施形態のものと異なり、また、回路基板３０に磁気検出素子２３Ａ，２３Ｂを接続する各端子の長さはそれぞれ等しく構成されている。

本実施形態の磁石ホルダ２２０は、内輪１１の軸方向端部側外周面に支持される円筒部２２０ａと、円筒部２２０ａから径方向外方に延びるフランジ部２２０ｂとを有する。永久磁石２２１は、円周方向にＳ極とＮ極の２極着磁されて円盤状に形成され、磁石ホルダ２２０のフランジ部２２０ｂに軸方向に対向して固定されている。

半径方向に２層に配設された２組の磁路部材２２２は、永久磁石２２１と軸方向に近接対向するように円盤状に形成されており、外輪１１の外周面に固定されたセンサカバー３１を介して支持されている。２組の磁路部材２２２は、１８０°の円弧状に形成され、半径方向内側の一対の円弧磁性体２２４，２２５と、１８０°の円弧状に形成され、半径方向外側の一対の円弧状磁性体２２６，２２７と、を有する。

これら２組の円弧磁性体２２４，２２５及び２２６，２２７は、それぞれ、軸方向に薄肉となる磁性材料の薄板によって略半円形に形成された本体部２２４ａ，２２５ａ，２２６ａ，２２７ａと、本体部２２４ａ，２２５ａ，２２６ａ，２２７ａの円周方向両端部が軸方向側方に折り曲げられて形成された壁状端面２２４ｂ、２２４ｃ、２２５ｂ、２２５ｃ、２２６ｂ，２２６ｃ，２２７ｂ，２２７ｃを有する。そして、これら一対の円弧磁性体２２４，２２５及び２２６，２２７は、壁状端面２２４ｂ、２２５ｂ同士、２２４ｃ、２２５ｃ同士、２２６ｂ、２２７ｂ同士、及び２２６ｃ、２２７ｃ同士が隙間Ｃを介して対向してリング状に配置されている。

円弧磁性体２２４、２２５の壁状端面２２４ｂ、２２５ｂには、一方の磁気検出素子２３Ａが挟持され、壁状端面２２４ｂ、２２５ｂに対して円周方向に９０°の位相をもって配置された円弧磁性体２２６、２２７の壁状端面２２６ｂ、２２７ｂには、他方の磁気検出素子２３Ｂが挟持される。即ち、一対の円弧磁性体２２４、２２５は、永久磁石２２１の磁束を一方の磁気検出素子２３Ａに導くためのもので、本体部２２４ａ、２２５ａ、壁状端面２２４ｂ、２２５ｂ、２２４ｃ、２２５ｃ及び隙間Ｃによって磁路をリング状に形成する。同様に、他の一対の円弧磁性体２２６、２２７は、永久磁石２２１の磁束を磁気検出素子２３Ｂに導くためのもので、本体部２２６ａ、２２７ａ、壁状端面２２６ｂ、２２７ｂ、２２６ｃ、２２７ｃ及び隙間Ｃによって磁路をリング状に形成する。
これにより、永久磁石２１の磁束は、壁状端面２２４ｂ、２２５ｂ間、及び壁状端面２２６ｂ、２２７ｂ間に配設された磁気検出素子２３（２３Ａ、２３Ｂ）を通過して検出される。

円弧磁性体２２４、２２５及び２２６、２２７の本体部２２４ａ、２２５ａ、及び２２６ａ、２２７ａの一側面（磁路部材２２２の一側面）は、永久磁石２２１の側面に所定の隙間を介して対向配置されている。永久磁石２２１と磁路部材２２２との隙間（アキシャル方向の隙間）は、狭い方が磁力を強くできるが、あまり狭すぎると永久磁石２２１と磁路部材２２２が接触する可能性があるので、適度の隙間、例えば、０．１〜２．０ｍｍ程度とするのが好適である。

このように、磁路部材２２２を半径方向に２層に配設することで、軸方向に２層に配設する場合に比べて、軸方向の大きさを小さくでき、コンパクトな構成となる。２組の磁路部材２２２の半径方向ギャップは、永久磁石２２１と磁路部材２２２との隙間より広くしたほうがよい。例えば、２組の磁路部材２２２の半径方向ギャップは、永久磁石２２１と磁路部材２２２との隙間（アキシャル方向の隙間）の２倍程度に設定するのが好適である。これは、２組の磁路部材２２２の半径方向ギャップが狭いと、２組の磁路部材２２２間で磁束がショートして、磁気検出素子２３を通過する磁束が減少し、検出感度が低下するためである。

なお、本実施形態の作用については、第１実施形態のものと同様であり、図１７に示すように、回転輪である内輪１１が回転すると、内輪１１に支持されている永久磁石２２１が磁石ホルダ２２０と共に回転し、磁路部材２２２と永久磁石２２１の位相が周期的に変化する。更に詳しくは、磁路部材２２２によって挟持されている磁気検出素子２３（２３Ａ、２３Ｂ）と、永久磁石２２１の着磁位置との位相が、永久磁石２２１の回転と共に変化する。従って、磁気検出素子２３と着磁位置との位相変化に伴って、磁気検出素子２３を通過する磁束が変化し、この磁束の変化が磁気検出素子２３によって検出されて出力信号として出力される。

（第４実施形態）
図１８は本発明の第４実施形態である回転情報検出装置を内蔵するセンサ付き軸受装置の断面図であり、図１９は図１８におけるセンサ付き軸受装置の分解斜視図であり、図２０は磁路部材の斜視図である。

この第４実施形態であるセンサ付軸受装置１ｂは、回転情報検出装置３００の構成、即ち、２組の磁路部材３２２の構成において、第３実施形態のものと異なる。本実施形態においても、半径方向に２層に配設された２組の磁路部材３２２は、永久磁石２２１と軸方向に近接対向するように円盤状に形成されており、外輪１１の外周面に固定されたセンサカバー３１を介して支持されている。２つの磁路部材３２２は、１８０°の円弧状に形成され、半径方向内側の円弧磁性体３２４，３２５と、１８０°の円弧状に形成され、半径方向外側の円弧状磁性体３２６，３２７と、を有する。

これら２組の円弧磁性体３２４，３２５及び３２６，３２７は、それぞれ、軸方向に薄肉となる磁性材料の薄板によって略半円形に形成された本体部３２４ａ，３２５ａ，３２６ａ，３２７ａと、本体部３２４ａ，３２５ａ，３２６ａ，３２７ａの円周方向片端部が軸方向側方に折り曲げられて形成された壁状端面３２４ｂ、３２５ｂ、３２６ｂ、３２７ｂを有する。即ち、対となって磁路部材３２２を構成する円弧磁性体３２４、３２５及び３２６、３２７は、その壁状端面３２４ｂ、３２５ｂ同士、及び３２６ｂ、３２７ｂ同士が隙間Ｃを介して対向したリング状に配置されている。円弧磁性体３２４、３２５及び３２６、３２７の他端側の隙間Ｃ１は、壁状端面３２４ｂ、３２５ｂ同士、及び３２６ｂ、３２７ｂ同士の隙間Ｃより広く設定されている。こうすることにより、第２実施形態と同様、壁状端面３２４ｂ、３２５ｂ、及び３２６ｂ、３２７ｂに効率よく磁束を集中させることができる。

また、第３実施形態と同様、円弧磁性体３２４、３２５の壁状端面３２４ｂ、３２５ｂには、一方の磁気検出素子２３Ａが挟持され、壁状端面３２４ｂ、３２５ｂに対して円周方向に９０°の位相をもって配置された円弧磁性体３２６、３２７の壁状端面３２６ｂ、３２７ｂには、他方の磁気検出素子２３Ｂが挟持される。

本実施形態においても、第３実施形態のものと同様、図２１に示すように、回転輪である内輪１１が回転すると、内輪１１に支持されている永久磁石２２１が磁石ホルダ２２０と共に回転し、磁路部材３２２と永久磁石２２１の位相が周期的に変化する。更に詳しくは、磁路部材３２２によって挟持されている磁気検出素子２３（２３Ａ、２３Ｂ）と、永久磁石２２１の着磁位置との位相が、永久磁石２２１の回転と共に変化する。従って、磁気検出素子２３と着磁位置との位相変化に伴って、磁気検出素子２３を通過する磁束が変化し、この磁束の変化が磁気検出素子２３によって検出されて出力信号として出力される。

このとき、円弧磁性体３２４、３２５及び３２６、３２７の壁状端面３２４ｂ、３２５ｂ、及び３２６ｂ、３２７ｂ間の隙間Ｃは、他端側の隙間Ｃ１より狭くなっているので、隙間Ｃに磁束が集中し、高感度での検出が可能となる。

また、本実施形態においても、磁路部材３２２を半径方向に２層に配設することで、軸方向に２層に配設する場合に比べて、軸方向の大きさを小さくでき、コンパクトな構成となる。 その他の構成、及び作用については、第２及び第３実施形態と同様である。

なお、本発明は、前述した実施形態に限定されるものではなく、適宜、変形、改良、等が可能である。
上記実施形態の回転情報検出装置では、２つの磁気検出素子によって構成されているが、４つの磁気検出素子によって構成されてもよい。即ち、図２２（ａ）に示すように、２つの磁気検出素子２３Ａと２つの磁気検出素子２３Ｂを備えて、第１実施形態の円弧磁性体２４，２５の壁状端面２４ｂ、２５ｂとの間、及び、壁状端面２４ｃ、２５ｃとの間に２つの磁気検出素子２３Ａを、また、円弧磁性体２６，２７の壁状端面２６ｂ、２７ｂとの間、及び、壁状端面２６ｃ、２７ｃとの間に２つの磁気検出素子２３Ｂを配置してもよい。

また、図２２（ｂ）のように、２つの磁気検出素子２３Ａと２つの磁気検出素子２３Ｂを備えて、第３実施形態の円弧磁性体２２４、２２５の壁状端面２２４ｂ、２２５ｂとの間、及び、壁状端面２２４ｃ、２２５ｃとの間に２つの磁気検出素子２３Ａを、また、円弧磁性体２２６、２２７の壁状端面２２６ｂ、２２７ｂ、及び、壁状端面２２６ｃ、２２７ｃとの間に２つの磁気検出素子２３Ｂを配置してもよい。

このように、４つの磁気検出素子を用いることにより、差動信号を出力することができ、シングルエンドに変換してノイズに強い２相信号が得られる。また、４つの磁気検出素子を２つずつの組として用いれば、２重系のシステムを構成することができ、磁気検出素子のどれか１つが故障しても、これに影響されることなく回転情報を出力することができ、信頼性の高い回転情報検出装置が得られる。

また、本実施形態においては、回転情報検出装置が軸受に組み込まれた構造を有するセンサ付き軸受装置について説明したが、軸受は任意の形式の軸受に適用可能である。また、軸受に組み込まずに、回転情報検出装置を単体で使用することもできる。また、角度演算は、２つの出力信号の比（アークタンジェント）から求める方法を示したが、これに限定されず、他の種々の方法を適宜採用することができる。
また、回転情報算出手段は回転情報検出装置に内蔵してもよいし、或いは外付けとしてもよい。

なお、円弧磁性体は、壁状端面と同じ幅、高さを有する厚板を略半円状に形成したものであってもよいが、軽量化、材料コスト削減の観点から、薄板を折り曲げて形成することが好適である。
また、更に使用材料を減らし、加工工数を減らすために、壁状端面はなくしてもよい。この時、磁気検出器のホール素子が円弧磁性体の厚さ方向の中心に配置されるように、磁気検出器の位置を決定することが望ましい。
また、磁石ホルダは、磁性材料から構成されているとしたが、これに限らず磁性体でなくてもよい。しかし、より多い磁束を集めるために、磁石ホルダは磁性材料で構成されるのが望ましい。

本発明の第１実施形態である回転情報検出装置を内蔵するセンサ付き軸受装置の全体斜視図である。 図１におけるセンサ付き軸受装置のセンサカバーを外した状態を示す斜視図である。 図１におけるセンサ付き軸受装置の分解斜視図である。 図１における磁路部材の斜視図である。 永久磁石と磁路部材の相対位置（位相）を示す斜視図である。 永久磁石と磁路部材の位相と、磁気検出素子の出力信号との関係を示すグラフである。 磁気検出素子の出力信号から回転情報を算出する手順を示すフローチャートである。 本発明の第２実施形態である回転情報検出装置を内蔵するセンサ付き軸受装置のセンサカバーを外した状態を示す斜視図である。 図８におけるセンサ付き軸受装置の分解斜視図である。 図８における磁路部材の斜視図である。 第２実施形態の永久磁石と磁路部材の相対位置（位相）を示す斜視図である。 本発明の第３実施形態である回転情報検出装置を内蔵するセンサ付き軸受装置の全体斜視図である。 図１２におけるセンサ付き軸受装置の断面図である。 図１２におけるセンサ付き軸受装置のセンサカバーを外した状態を示す斜視図である。 図１２におけるセンサ付き軸受装置の分解斜視図である。 図１２における磁路部材の斜視図である。 第３実施形態の永久磁石と磁路部材の相対位置（位相）を示す斜視図である。 本発明の第４実施形態である回転情報検出装置を内蔵するセンサ付き軸受装置の断面図である。 図１８におけるセンサ付き軸受装置の分解斜視図である。 図１８における磁路部材の斜視図である。 第４実施形態の永久磁石と磁路部材の相対位置（位相）を示す斜視図である。 （ａ）は、２組の磁路部材が軸方向に２層に配置された場合の複数の磁気検出素子の斜視図を示し、（ｂ）は、２組の磁路部材が半径方向に２層に配置された場合の複数の磁気検出素子の斜視図である。

符号の説明

１０ 軸受
１１ 内輪（回転輪、回転子）
１２ 外輪（静止輪、固定子）
２０、２２０ 磁石ホルダ
２１、２２１ 永久磁石（磁石）
２２、２２２、３２２，４２２ 磁路部材
２３（２３Ａ、２３Ｂ） 磁気検出素子
２４、２２４、３２４、４２４ 円弧磁性体
２５、２２５、３２５、４２５ 円弧磁性体
２６、２２６、３２６、４２６ 円弧磁性体
２７、２２７、３２７、４２７ 円弧磁性体
４０ 回転情報算出手段
１００、２００、３００、４００ 回転情報検出装置

Claims (12)

1. 回転子に支持された磁石ホルダと、
   前記磁石ホルダに支持されて前記回転子と共に回転する磁石と、
   固定子に支持され、前記固定子の円周方向に所定間隔、離間して配置され、入力磁束に応じた出力信号を出力する複数の磁気検出素子と、
   １８０°の円弧状に形成され、前記複数の磁気検出素子を挟持してリング状に配置されて前記磁石からの磁束を前記複数の磁気検出素子に導く磁路を構成する一対の円弧磁性体を１組とし、前記回転子の軸方向に２層に配置された２組の磁路部材と、
   前記回転子の回転に伴う前記入力磁束の変化を検出して前記複数の磁気検出素子から出力される前記出力信号に基づいて、前記回転子の回転状態を示す回転情報を算出する回転情報算出手段と、を備える
   ことを特徴とする回転情報検出装置。
2. 回転子に支持された磁石ホルダと、
   前記磁石ホルダに支持されて前記回転子と共に回転する磁石と、
   固定子に支持され、前記固定子の円周方向に所定間隔、離間して配置され、入力磁束に応じた出力信号を出力する複数の磁気検出素子と、
   １８０°の円弧状に形成され、前記複数の磁気検出素子を挟持してリング状に配置されて前記磁石からの磁束を前記複数の磁気検出素子に導く磁路を構成する一対の円弧磁性体を１組とし、前記回転子の半径方向内側及び外側の２層に配置された２組の磁路部材と、
   前記回転子の回転に伴う前記入力磁束の変化を検出して前記複数の磁気検出素子から出力される前記出力信号に基づいて、前記回転子の回転状態を示す回転情報を算出する回転情報算出手段と、を備える
   ことを特徴とする回転情報検出装置。
3. 回転輪と、静止輪と、前記回転輪及び前記静止輪の間に回転自在に配置された複数の転動体と、を有する軸受を備え、
   前記回転子は前記軸受の前記回転輪であり、前記固定子は前記軸受の前記静止輪であることを特徴とする請求項１または２に記載の回転情報検出装置。
4. 前記複数の磁気検出素子は、２つ乃至４つで構成される
   ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の回転情報検出装置。
5. リング状に配置された前記一対の円弧磁性体の円周方向の間隔のうち、前記磁気検出素子が配置された側は狭く、一方その反対側は広くなるように設けられて、
   前記磁気検出素子が配置されている側に前記磁束が集中している
   ことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載の回転情報検出装置。
6. 前記複数の磁気検出素子は、機械角での位相差が９０°の角度で配置されたことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１つに記載の回転情報検出装置。
7. 前記磁石は、円周方向にＳ極とＮ極の２極着磁された円環状の永久磁石であることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１つに記載の回転情報検出装置。
8. 前記磁気検出素子は、アナログホールＩＣであることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１つに記載の回転情報検出装置。
9. 前記回転情報算出手段は、前記回転情報として絶対回転角度、回転角速度又は回転方向の少なくともいずれかを算出することを特徴とする請求項１〜８のいずれか１つに記載の回転情報検出装置。
10. 前記回転情報算出手段は、前記回転情報をアナログ信号として出力することを特徴とする請求項１〜９のいずれか１つに記載の回転情報検出装置。
11. 前記回転情報算出手段は、前記回転情報をデジタル信号として出力することを特徴とする請求項１〜９のいずれか１つに記載の回転情報検出装置。
12. 前記回転情報算出手段は、前記回転情報をパルス信号として出力することを特徴とする請求項１〜９のいずれか１つに記載の回転情報検出装置。

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