JP2003269995A - 回転検出装置 - Google Patents

回転検出装置

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Abstract

(57)【要約】 【課題】ロータのギア歯の形状にかかわらず、ロータと
磁気センサとのエアギャップが変化した場合であって
も、同じロータの回転角度に対して各ＭＲＥブリッジの
出力の差動出力も同一となるエアギャップ特性最小点を
一定に維持すること。 【解決手段】４個のＭＲＥブリッジ５０〜５３から磁気
センサを構成し、ＭＲＥブリッジ５０，５３をバイアス
磁石４１の磁気的中心軸（基板５５の中心線５６）に対
して線対称位置に配置し、ＭＲＥブリッジ５１，５２を
ＭＲＥブリッジ５０，５３とバイアス磁石４１の磁気的
中心軸との中間位置にそれぞれ配置する。そして、これ
らのＭＲＥブリッジ５０〜５３の出力信号に対して、複
数段階の差動演算を行なって単一の差動出力Ｖｄを求め
る。この結果、差動出力Ｖｄは、ロータ３１に形成され
たギア歯の形状にかかわらず、ＡＧ特性最小点を一定に
保つことが可能になる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、磁気ベクトルの変
化によって抵抗値が変化する磁気抵抗素子（以下、ＭＲ
Ｅという）を用いて回転情報の検出を行なう回転検出装
置に関し、特に、車両におけるエンジン制御装置や車両
ブレーキにおけるＡＢＳ制御装置に好適に用いられる回
転検出装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】エンジンの点火時期は、クランクの角度
情報とカムの角度情報に基づいて決定される。例えば、
４サイクルエンジンではクランク２回転に対してカム１
回転の割合で回転しているため、カムの一回転の中に気
筒判別の情報を盛り込み、クランクの回転中に点火時期
情報を盛り込んでいる。
【０００３】ここで、従来の回転検出装置においては、
バイアス磁石からカムギアに向かうバイアス磁界の方向
が、カムギアの回転に伴って変化するため、このバイア
ス磁界の方向の変化をＭＲＥで検出することにより、上
記カムの回転状態を検出するものであった。
【０００４】このため、エンジン始動時において、カム
が静止状態から回転し始めたときに、カムのギア歯が
「山」位置から「谷」位置もしくは「谷」位置から
「山」位置に変化してバイアス磁界の方向が変わるま
で、正確なギア歯の位置を検出することができない。従
って、ギア歯の位置に基づいて行なわれる、点火すべき
最初の１気筒の判別が不能となって、初回は未点火にな
る。
【０００５】そこで、本出願人は、エンジンの始動時間
を短縮できるように、ギア歯が停止している時からギア
歯の位置を検出することが可能な回転検出装置について
発明し、出願を行なった（特開平１１−２３７２５６号
公報）。
【０００６】この回転検出装置は、図１４に示すよう
に、２つのＭＲＥブリッジ６，１６を備えている。これ
らのＭＲＥブリッジ６，１６は、バイアス磁石２の中心
軸（バイアス磁界の磁気的中心）を対称軸として線対称
に配置され、かつ、それぞれ２つのＭＲＥ４，５及びＭ
ＲＥ１７，１８を直列接続することによって構成されて
いる。直列接続される２つのＭＲＥ４，５及びＭＲＥ１
７，１８は、検知軸がバイアス磁界の磁気的中心に対し
て４５度と−４５度の角度を成すように、すなわち互い
に直交するハの字状になるように配置されている。これ
により、バイアス磁界のベクトルの変化に対する、直列
接続された２つのＭＲＥ４，５及びＭＲＥ７，８の中点
電位の変化を大きくしている。
【０００７】そのＭＲＥ４，５の中点電位がＭＲＥブリ
ッジ６の出力となり、ＭＲＥ１７、１８の中点電位がＭ
ＲＥブリッジ１６の出力となる。ＭＲＥブリッジ６とＭ
ＲＥブリッジ１６の出力は、それぞれ差動増幅回路２０
に入力される。差動増幅回路２０は、２つのＭＲＥブリ
ッジ６、１６の中点電位の差を増幅して出力する。
【０００８】上述のように構成されるＭＲＥブリッジ
６，１６は、それぞれバイアス磁石２が発生するバイア
ス磁界の磁気的中心からギア１の回転方向にずらした位
置に配置されている。これにより、ギア歯が「山」１ａ
の位置にある場合と「谷」１ｂの位置にある場合とで、
それぞれのＭＲＥブリッジ６，１６に作用するバイアス
磁界の方向が変化する。このため、ギア歯の「山」１ａ
の位置と「谷」１ｂの位置で差動増幅器２０から異なる
出力値を得ることができ、ギア１の静止状態からギア歯
の位置を検出できる。
【０００９】
【発明が-+解決しようとする課題】しかしながら、上記
の回転検出装置では、ギア歯の形状が異なる場合、ギア
１とＭＲＥブリッジ６，１６との距離（エアギャップ）
に応じて、エアギャップ（ＡＧ）特性最小点が変動する
という問題がある。ここで、ＡＧ特性最小点とは、ギア
１とＭＲＥブリッジ６，１６とのエアギャップが変動し
た場合であっても、同じギア１の角度に対して、差動増
幅器２０も同一の出力を発生するポイントをいう。な
お、差動増幅器２０の出力はバイアス磁界の振れ角に対
応している。
【００１０】上記の問題点について、以下、詳しく説明
する。
【００１１】図１５（ａ）は、図１４に示すギア１に対
して、ＭＲＥブリッジ６，１６を配置する距離（エアギ
ャップ）を変化させ、かつ、それぞれの場合における、
ギア１の回転に対する、磁界の振れ角に対応する差動増
幅器２０の出力の関係を示したものである。図１５
（ａ）に示す例では、磁界の振れ角が約−２０度となっ
たときに、エアギャップが大きい場合とエアギャップが
小さい場合との差動増幅器２０の出力が一致している。
従って、この図１５（ａ）に示す例では、ＡＧ特性最小
点となる磁界の振れ角は、−２０度となる。
【００１２】一方、図１５（ｂ）は、ギアの外周に多数
のギア歯を形成した場合において、そのギアとＭＲＥブ
リッジ６，１６とのエアギャップを変化させたときのギ
アの回転に対する差動増幅器２０の出力を示すものであ
る。図１５（ｂ）に示されるように、ギアの外周に多数
のギア歯を形成して、その１つ１つのギア歯の山の長さ
が小さくなった場合、ＡＧ特性最小点となる磁界の振れ
角は約−１５度となっている。
【００１３】このように、図１４に示す回転検出装置で
は、ギア歯の形状が変化すると、ＡＧ特性最小点となる
磁界の振れ角が変化してしまうのである。このＡＧ特性
最小点においては、エアギャップの大きさにかかわら
ず、ギア１の同じ角度位置に対して差動増幅器２０が同
一出力を発生するため、このＡＧ特性最小点を基準とし
て差動増幅器２０の出力を２値化するためのしきい値を
設定すると、ギア１の回転角度を高精度に検出すること
ができる。
【００１４】しかしながら、上述したように、図１４に
示す回転検出装置では、ギア歯の形状が変化した場合に
は、ＡＧ特性最小点となる磁界の振れ角が変化してしま
うため、同一のしきい値を用いたのでは、ギア１の回転
角度の検出精度が悪化してしまう。このため、それぞれ
ギア歯の形状に応じてしきい値を個別に設定する必要が
生じ、その作業負荷が大きいものとなっていた。
【００１５】本発明は上記の点に鑑みてなされたもので
あり、ギア歯の形状が変化しても、ＡＧ特性最小点とな
る磁界の振れ角の変化を防止できる回転検出装置を提供
することを目的とする。
【００１６】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項１に記載の回転検出装置は、外周面にギヤ歯
が形成された回転体と、回転体のギヤ歯に向けてバイア
ス磁界を発生するバイアス磁石と、回転体に形成された
ギヤ歯とバイアス磁石との間に配置され、バイアス磁石
からギヤ歯に向かうバイアス磁界の方向に応じて出力値
が変化する磁気抵抗素子ブリッジを少なくとも４個備え
る磁気センサと、少なくとも４個の磁気抵抗素子ブリッ
ジの出力信号に対して複数段階の差動演算を行なうこと
により、単一の差動出力を求める差動出力手段とを備
え、磁気センサを構成する少なくとも４個の磁気抵抗素
子ブリッジは、バイアス磁石の磁気的中心軸に対して対
称位置に配置された第１及び第２の磁気抵抗素子ブリッ
ジと、当該第１及び第２の磁気抵抗素子ブリッジとバイ
アス磁石の磁気的中心軸との中間位置にそれぞれ配置さ
れる第３及び第４の磁気抵抗素子ブリッジとを含むこと
を特徴とする。
【００１７】上記のように、少なくとも４個の磁気抵抗
素子ブリッジから磁気センサを構成し、かつ、この少な
くとも４個の磁気抵抗素子ブリッジに関して、第１及び
第２の磁気抵抗素子ブリッジをバイアス磁石の磁気的中
心軸に対して線対称位置に配置し、第３及び第４の磁気
抵抗素子ブリッジを第１及び第２の磁気抵抗素子ブリッ
ジとバイアス磁石の磁気的中心軸との中間位置にそれぞ
れ配置し、これら第１から第４の磁気抵抗素子ブリッジ
の出力信号に対して、複数段階の差動演算を行なって単
一の差動出力を求めることにより、この単一の差動出力
は、回転体に形成されたギア歯の形状にかかわらず、Ａ
Ｇ特性最小点を一定に保つことが可能になる。
【００１８】請求項４、請求項５及び請求項６に記載し
たように、第１から第４の磁気抵抗素子ブリッジに加え
て、第５の磁気抵抗素子ブリッジを配置する場合、当該
第５の磁気抵抗素子ブリッジは、前記バイアス磁石の磁
気的中心軸上に配置され、この場合、第１から第５の磁
気抵抗素子ブリッジの出力信号Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３，Ｖ
４，Ｖ５に対して行なわれる複数段階の差動演算は、そ
の差動出力をＶｄとしたとき、Ｖｄ＝｛（Ｖ１−Ｖ３）
−（Ｖ３−Ｖ５）｝−｛（Ｖ５−Ｖ４）−（Ｖ４−Ｖ
２）｝との式、もしくはＶｄ＝｛（Ｖ５−Ｖ４）−（Ｖ
４−Ｖ２）｝−｛（Ｖ１−Ｖ３）−（Ｖ３−Ｖ５）｝と
の式によって行なうことができる。
【００１９】上記の式を変形すると、Ｖ５の項は削除さ
れ、Ｖｄ＝（Ｖ１−Ｖ２）−２×（Ｖ３−Ｖ４）、もし
くはＶｄ＝（Ｖ２−Ｖ１）−２×（Ｖ４−Ｖ３）とな
る。従って、磁気抵抗素子ブリッジの数が４個である場
合、請求項２または請求項３に示した式に従って、第１
から第４の磁気抵抗素子ブリッジの出力信号に対する複
数段階の差動演算を行なうことができるのである。
【００２０】請求項７に記載した回転検出装置は、磁気
抵抗素子ブリッジの各々は、バイアス磁石の磁気的中心
軸に対してそれぞれ略４５度の方向に検知軸を有する第
１から第４の素子部をマトリクス状に配列したものであ
って、当該マトリクス状配列における各列の向きは、前
記バイアス磁石の磁気的中心軸と平行であり、第１及び
第２の素子部の検知軸と第３及び第４の素子部の検知軸
とは互いに直交する向きに設定されており、第１から第
４の素子部は、第１、第２、第３、第４の素子部の順序
に直列接続され、第２及び第３の素子部間の電位が、磁
気抵抗素子の抵抗値変化に応じて変化し、出力信号とし
て取り出されるものであって、第１の素子部と第２の素
子部、及び前記第３の素子部と第４の素子部が、マトリ
クス状の配列の互いに異なる列に配置されることを特徴
とする。
【００２１】少なくとも４個の磁気抵抗素子ブリッジか
ら磁気センサを構成する場合に、これらを共通の基板上
に形成してＩＣチップとする場合が多い。そして、この
ＩＣチップは、銅等によって構成されるリードフレーム
上に搭載されたのち、エポキシ系の熱硬化性樹脂により
樹脂封止（モールド成形）される。この樹脂封止によ
り、ＩＣチップには外部応力が印加される。すなわち、
モールド成形のため１５０〜１６０℃に加熱された金型
にリードフレームをセットすると、リードフレームはＩ
Ｃチップ（Ｓｉ）に比較して熱膨張係数が大きいため、
リードフレームの膨張量がＩＣチップのそれよりも大き
くなる。従って、モールド成形後に室温まで冷却される
と、樹脂自身の収縮応力と型温によって膨張していたリ
ードフレームの収縮応力がＩＣチップに印加される。
【００２２】このＩＣチップに印加される外部応力は、
ＩＣチップの部位によって異なり、一般的に、チップの
中心から遠ざかるほど大きくなる。そして、この外部応
力によってＩＣチップに形成された磁気抵抗素子ブリッ
ジには磁歪効果、すなわち、飽和磁界や抵抗変化率等の
磁気特性が変化する効果が発生する。
【００２３】これに対し、請求項７に記載した磁気抵抗
素子ブリッジによれば、第１と第２の素子部及び第３と
第４の素子部は、マトリクス状配列においてそれぞれ異
なる列に配置されるので、それぞれの列に異なる応力が
印加されても、第１と第２の素子部への磁歪効果の影響
の合計と、第３と第４の素子部への磁歪効果の影響の合
計とを等しくすることができる。このため、第２の素子
部と第３の素子部の間から取り出される中点電位に対す
る磁歪効果の影響が、第１及び第２の素子部と第３及び
第４の素子部とでほぼ相殺できる。従って、請求項７に
記載した磁気抵抗素子ブリッジは、磁歪効果の影響を除
去し、作用する磁界の方向に正確に対応した出力信号を
出力できる。
【００２４】これは、請求項１〜６に記載したように、
少なくとも４個の磁気抵抗素子ブリッジによって磁気セ
ンサを構成する場合、非常に有効となる。つまり、磁気
抵抗素子ブリッジの数が増えるほど、ＩＣチップの中心
から離れた位置に磁気抵抗素子ブリッジを配置せざるを
得なくなり、その場合、各磁気抵抗素子ブリッジに対す
る磁歪効果は大きく相違することになる。このような状
況で、各磁気抵抗素子ブリッジの出力信号の差動出力を
求めても、その差動出力から正確な回転体の回転位置を
検出することができない。それに対して、請求項７に記
載の磁気センサによれば、各磁気抵抗素子ブリッジごと
に、磁歪効果の影響を低減することができるため、各磁
気抵抗素子ブリッジの出力信号の差動出力から回転体の
回転位置を高精度に検出できる。
【００２５】
【発明の実施の形態】以下、本発明を図に示す実施形態
について説明する。 （第１実施形態）図１は本実施形態による回転検出装置
の概略の構成を示す構成図である。回転転検出装置３０
は、外周面にギア歯が形成された回転体（ロータ）３
１、磁気センサとしての４個の磁気抵抗素子（ＭＲＥ）
ブリッジが形成されたＩＣチップ４０及びバイアス磁石
４１を備えている。ロータ３１は、その外周面がバイア
ス磁石４１に対向し、かつ、バイアス磁石４１の中心軸
がロータ３２の回転軸に向くように配置されている。
【００２６】バイアス磁石４１は中空形状に形成されて
おり、バイアス磁石４１の中心軸がバイアス磁界の磁気
的中心をなしている。そして、中空形状をなすバイアス
磁石４１の端面のうちロータ３１に近い面がＮ極、遠い
面がＳ極になるように着磁されている。なお、ロータ３
１に近い面がＳ極、遠い面がＮ極となるように着磁して
も良いことは言うまでもない。
【００２７】ＩＣチップ４０は、共通の基板上に４個の
ＭＲＥブリッジを配置することによって構成される。な
お、図示していないが、このＩＣチップ４０は、銅等の
リードフレーム上に搭載され、エポキシ等の熱硬化性樹
脂によってモールド成形される。
【００２８】このＩＣチップ４０の詳細な構成を図５に
示す。図５に示すように、ＩＣチップ４０を構成する基
板５５上に４個のＭＲＥブリッジ５０，５１，５２，５
３が形成されている。そして、基板５５の中心線５６が
バイアス磁石４１の中心軸に一致する位置において、Ｉ
Ｃチップ４０はその一部が、中空状のバイアス磁石４１
の内部空間に入り込むように配置されている。
【００２９】ＭＲＥブリッジ５０とＭＲＥブリッジ５３
とは、基板の中心線５６に対して線対称となる位置に形
成されている。また、ＭＲＥブリッジ５１とＭＲＥブリ
ッジ５２も基板の中心線５６に対して線対称となる位置
に形成される。さらに、ＭＲＥブリッジ５１とＭＲＥブ
リッジ５２とは、それぞれ基板５５の中心線５６とＭＲ
Ｅブリッジ５０，５３の中心位置との丁度中間となる位
置に形成されている。これにより、図５に示すように、
ＭＲＥブリッジ５０とＭＲＥブリッジ５１との距離Ｌ
１、ＭＲＥブリッジ５１と基板５５の中心線５６との距
離Ｌ２、基板５５の中心線５６とＭＲＥブリッジ５２と
の距離Ｌ３及びＭＲＥブリッジ５２とＭＲＥブリッジ５
３との距離Ｌ４はすべて等しくなる（Ｌ１＝Ｌ２＝Ｌ３
＝Ｌ４）。
【００３０】４個のＭＲＥブリッジ５０，５１，５２，
５３はすべて同じように構成されているため、ＭＲＥブ
リッジ５０を例にとって、その詳細な構成を図６
（ａ），（ｂ）に基づいて説明する。
【００３１】図６（ａ）に示すように、ＭＲＥブリッジ
５０は、４個のＭＲＥ１１，１２，２１，２２から構成
される。それぞれのＭＲＥ１１，１２，２１，２２は、
磁気抵抗の異方性効果を有する強磁性材料（Ｎｉ−Ｃｏ
合金、Ｎｉ−Ｆｅ合金等）を、複数の長辺及び短辺を接
続して櫛歯状に形成したものである。このため、各ＭＲ
Ｅ１１，１２，２１，２２においては、長辺における抵
抗値変化が支配的となり、長辺が設けられた向きに沿っ
て、各ＭＲＥ１１，１２，２１，２２の検知軸が設定さ
れる。なお、各ＭＲＥ１１，１２，２１，２２は、検知
軸の向きが異なるが、その長辺、短辺の長さ、本数等は
同様に構成されている。
【００３２】４個のＭＲＥ１１，１２，２１，２２は、
基板５５においてマトリクス状に配列されており、その
各列のＭＲＥ（１１と２１は第１列、２２と１２が第２
列）はバイアス磁石４１の磁界の磁気的中心と平行な向
きに並べられ、かつ各行のＭＲＥ（１１と２２は第１
行、２１と１２は第２行）はロータ３１の回転方向に沿
って並べられている。また、ＭＲＥ１１とＭＲＥ１２と
は、バイアス磁石４１の磁界の磁気的中心に対して略４
５°の角度に検知軸を持ち、ＭＲＥ２１とＭＲＥ２２と
は、その磁気的中心に対して略−４５°の角度に検知軸
を持つ。従って、ＭＲＥ１１，１２の検知軸とＭＲＥ２
１，２２の検知軸とは、互いに直交する向きとなってい
る。これにより、ＭＲＥブリッジ５０に作用する磁界の
方向の変化に対して、ＭＲＥ１１，１２とＭＲＥ２１，
２２とは、抵抗値の増減方向が異なることとなる。
【００３３】上記した４個のＭＲＥ１１，１２，２１，
２２は、図６（ａ），（ｂ）に示すように、ＭＲＥ１１
→ＭＲＥ１２→ＭＲＥ２１→ＭＲＥ２２の順番で、電源
とアース間において直列接続されている。そして、ＭＲ
Ｅブリッジ５０の出力は、ＭＲＥ１２とＭＲＥ２１との
間の中間電位Ｖ１として取り出される。なお、４個のＭ
ＲＥ１１，１２，２１，２２の接続に関して、ＭＲＥ２
２→ＭＲＥ２１→ＭＲＥ１２→ＭＲＥ１１の順番で電源
とアース間に接続しても良い。
【００３４】ＩＣチップ４０が熱硬化性樹脂によってリ
ードフレームとともにモールド成形されることにより、
ＩＣチップ４０の各部には外部応力が作用する。この外
部応力は、一般的に基板５５の中心線５６から離れるほ
ど大きくなる傾向があるとともに、基板５５の中心線５
６からの距離が等しい部位ではほぼ同一の外部応力が作
用するとみなすことができる。このため、ＭＲＥブリッ
ジ５０の第１列に属するＭＲＥ１１とＭＲＥ２１とに作
用する外部応力をσ１、第２列に属するＭＲＥ１２とＭ
ＲＥ２２とに作用する外部応力をσ２とすると、これら
の外部応力σ１，σ２による磁歪効果により、図６
（ｂ）に示すように、ＭＲＥ１１，２１にはＲσ１、Ｍ
ＲＥ１２，２２にはＲσ２という抵抗値変化が発生す
る。
【００３５】従って、ＭＲＥ１１，１２，２１，２２の
抵抗値をそれぞれＲ１１，Ｒ１２，Ｒ２１，Ｒ２２と
し、ＭＲＥブリッジ５０に印加される電圧をＥとする
と、ＭＲＥブリッジ５０の中点電位Ｖ１は下記の数式１
によって表すことができる。
【００３６】
【数１】Ｖ１＝（Ｒ２１+Ｒσ１+Ｒ２２+Ｒσ２）×Ｅ
／（Ｒ１１+Ｒσ１+Ｒ１２+Ｒσ２+Ｒ２１+Ｒσ１+Ｒ２
２+Ｒσ２） ここで、外部応力σ１と外部応力σ２とは異なるが、上
記数式１に示すように、この２つの外部応力σ１，σ２
の合計が分子、分母ともに含まれており、少なくとも各
ＭＲＥ１１，１２，２１，２２の抵抗値Ｒ１１，Ｒ１
２，Ｒ２１，Ｒ２２が等しくなった場合、外部応力σ
１，σ２が中点電位Ｖ１に影響を与えることはない。
【００３７】つまり、図６（ａ）に示すＭＲＥブリッジ
５０は、ＭＲＥ１１とＭＲＥ１２及びＭＲＥ２１とＭＲ
Ｅ２２とは、マトリクス状配列においてそれぞれ異なる
列に配置されるので、それぞれの列に異なる外部応力σ
１，σ２が印加されても、ＭＲＥ１１とＭＲＥ１２への
磁歪効果の影響の合計と、ＭＲＥ２１とＭＲＥ２２への
磁歪効果の影響の合計とを等しくすることができる。こ
のため、ＭＲＥブリッジ５０の中点電位Ｖ１に対する各
ＭＲＥ１１，１２，２１，２２における磁歪効果の影響
が、ＭＲＥ１１，２１からなる素子部とＭＲＥ２１，２
２からなる素子部とでほぼ相殺できる。従って、ＭＲＥ
ブリッジ５０は、磁歪効果の影響を低減し、そこに作用
するバイアス磁界の方向に対応した出力信号を高精度に
出力できる。
【００３８】特に、本実施形態においては、４個のＭＲ
Ｅブリッジ５０〜５３が基板５５上に形成されるもので
あるため、ＭＲＥブリッジ５０，５３などは、基板５５
の中心線から離れた位置に配置せざるを得ない。このよ
うな場合でも、各ＭＲＥブリッジ５０〜５３ごとに、磁
歪効果による抵抗値変化を低減できるため、各ＭＲＥブ
リッジ５０〜５３の出力信号の差動出力から、正確なロ
ータ３１の回転位置を検出することができる。
【００３９】図７は、差動増幅回路４２の構成を示す回
路図である。差動増幅回路４２は、３個の差動増幅器か
ら構成され、各ＭＲＥブリッジ５０，５１，５２，５３
から出力される出力信号（中間電位）Ｖ１，Ｖ３，Ｖ
４，Ｖ２に対して、複数段階に渡って差動演算を行い
（図示の例では２段階）、単一の差動出力Ｖｄを得るも
のである。図７に示す差動増幅回路４２における差動演
算を数式２に示す。
【００４０】
【数２】Ｖｄ＝（Ｖ１−Ｖ２）−２×（Ｖ３−Ｖ４） なお、図７の差動増幅回路４２において、１段目の差動
増幅を行なう差動増幅器の反転入力端子と非反転入力端
子とを入れ替えて、以下の数式３に示す差動演算を行な
っても良い。
【００４１】
【数３】Ｖｄ＝（Ｖ２−Ｖ１）−２×（Ｖ４−Ｖ３） 上記のように構成された回転検出装置３０において、ロ
ータ３１に対して、ＩＣチップ４０及びバイアス磁石４
１を配置する距離（エアギャップ）を３段階に変化させ
た時の、ロータ３１の回転に対する差動増幅回路４２の
出力、すなわち、磁界の振れ角の関係を図２に示す。図
２に示すように、エアギャップが大きくなるほど、ロー
タ３１に形成したギア歯の「山」、「谷」に対する磁界
の振れ角が小さくなる。しかし、エアギャップが変動し
た場合であっても、同じロータ３１の回転角度に対し
て、差動増幅回路４２の出力が同じになる、つまり同じ
磁界の振れ角となる点（ＡＧ特性最小点）が存在し、図
２に示す例では、そのＡＧ特性最小点となる磁界の振れ
角は約１０度である。
【００４２】次に、ロータに形成するギア歯の形状を変
えて、図２と同様の測定を行なった。その際に用いたロ
ータ３２を図３に示し、ロータ３２を用いたときの差動
増幅回路４２の出力（磁界の振れ角）との関係を図４に
示す。
【００４３】図３に示すように、ロータ３２は、ロータ
３１に対して、ギア歯の数を減らしつつ、１つ１つのギ
ア歯の長さを長くしたものである。そして、ロータ３２
を用いたときのロータ３２の回転位置と磁界の振れ角と
関係において、図４から明らかなように、ＡＧ特性最小
点となる磁界の振れ角は約１０度であり、図２に示す例
とほぼ同じである。
【００４４】以下、本実施形態による回転検出装置３０
では、ロータのギア歯の形状を変更してもＡＧ特性最小
点となる磁界の振れ角がほぼ一定となる理由について説
明する。
【００４５】図８は、ロータ３１が回転したときにＩＣ
チップ４０を通過する磁力線Ｈの向き、すなわち磁界の
振れ角の変化の様子、さらにその磁界の振れ角に応じた
ＭＲＥブリッジが出力する出力信号の変化の様子を示す
ものである。なお、図８においては、ＭＲＥブリッジ６
０の出力信号についての理解を容易にするために、便宜
的にＩＣチップ４０の中心位置に１個のみのＭＲＥブリ
ッジ６０を示している。しかし、本実施形態において
は、４個のＭＲＥブリッジ５０，５１，５２，５３がＩ
Ｃチップ４０の中心位置からずれた位置に配置されてい
るため、各ＭＲＥブリッジ５０，５１，５２，５３の出
力信号の波形は図８に示すものと多少異なることにな
る。
【００４６】図８において、ロータ３１は矢印Ｘの方向
に回転するものであり、ＭＲＥブリッジ６０は磁界が右
方向に振れたとき出力が増加し、左方向に振れたとき出
力が減少するものとする。この場合において、ＭＲＥブ
リッジ６０が、ロータ３１のギア歯の「谷」に対向する
位置にある場合（Ａ位置）には、バイアス磁石４１によ
って放出される磁力線Ｈは、ギア歯の「谷」に向かって
真っ直ぐに進む。このため、差動出力Ｖｄもほぼ中間的
な出力となる。
【００４７】ロータ３１の回転により、ＭＲＥブリッジ
６０がギア歯の「谷」から「山」に変化するリーディン
グエッジに対向する位置になると（Ｂ位置）、バイアス
磁石４１からの磁力線Ｈは、ギア歯の「山」に引き寄せ
られるため、山の中心に向かうように右方向に湾曲す
る。この際、エアギャップが小さいほど、ギア歯の
「山」に引き寄せられやすくなるため、磁力線Ｈの湾曲
の度合いが大きくなる。Ｂ位置における２本の磁力線Ｈ
は、エアギャップが大きい場合と小さい場合との湾曲度
合いの違いを示している。また、Ｂ位置において、磁力
線Ｈの右方向への湾曲度合い（磁界の振れ角）が最大に
なるため、差動出力Ｖｄも最大値を示す。
【００４８】そして、ＭＲＥブリッジ６０がギア歯の
「山」の中央に対向する位置となると（Ｃ位置）、バイ
アス磁石４１によって放出される磁力線Ｈは、ギア歯の
「山」に向かって真っ直ぐに進む。このため、差動出力
Ｖｄは、再びほぼ中間的な出力となる。そして、ＭＲＥ
ブリッジ６０が、ギア歯の「山」から「谷」に変化する
トレイリングエッジに対向する位置になると（Ｄ位
置）、バイアス磁石４１からの磁力線Ｈは、ギア歯の
「山」に引き寄せられるため、山の中心に向かうように
左方向に湾曲する。この際、エアギャップが小さいほ
ど、ギア歯の「山」に引き寄せられやすくなるため、磁
力線Ｈの湾曲の度合いが大きくなる。従って、Ｄ位置に
おいて、磁力線Ｈの左方向への湾曲度合いが最大になる
ため、差動出力Ｖｄも最小値を示す。
【００４９】図１４に示す従来の回転検出装置のＭＲＥ
ブリッジ６，１６も基本的には上述したような出力を発
生する。その２つのＭＲＥブリッジ６，１６の出力、そ
れらの出力の差動出力Ｖｄ、及びその差動出力Ｖｄにお
けるＡＧ特性最小点を図９に示す。なお、図９において
は、ＭＲＥブリッジ６，１６の出力として、エアギャッ
プが小さいときのＭＲＥブリッジ６，１６の出力のみを
示している。
【００５０】図９から、従来の回転測定装置において、
ＡＧ特性最小点は、ＭＲＥブリッジ６の極値点とＭＲＥ
ブリッジ１６の変曲点付近の値との差動出力であること
がわかる。ここで、極値点とは、差動増幅回路２０の出
力が最大値もしくは最小値を取るポイントをいい、変曲
点とは、差動増幅回路２０の出力の勾配の変化率が増加
から減少もしくは減少から増加に変化するポイントをい
う（図８参照）。
【００５１】上述したように、従来の回転検出装置にお
いて、ＡＧ特性最小点は、ＭＲＥブリッジ６の極値点の
値とＭＲＥブリッジ１６の変曲点付近の値との差動出力
によって与えられていた。ここで、図８から理解される
ように、ＭＲＥブリッジ６の極値点の値は、エアギャッ
プの大きさとギア歯の谷１ｂから山１ａあるいは山１ａ
から谷１ｂへの切り替わり（リーディングエッジ及びト
レイリングエッジ）によって決定される値であり、ギア
歯の山１ａの長さの影響は受けない。一方、変曲点付近
の値は、エアギャップ、ギア歯の山１ａのエッジ、さら
にはギア歯の山１ａの長さによって決定される値であ
る。より詳細に説明すると、変曲点付近の値は、リーデ
ィングエッジから所定角度だけギア１が回転したとき、
もしくはトレイリングエッジまで所定角度となったとき
現れるため、ギア歯の山１ａのエッジの影響を受ける値
である。さらに、ギア歯の山１ａの長さが変われば、山
１ａのエッジから変曲点となる位置までのギア１の回転
角度も変化するので、変曲点付近の値は、ギア歯の山１
ａの長さの影響を受けるのである。
【００５２】このように、従来の回転検出装置では、Ａ
Ｇ特性最小点となる差動出力が、エアギャップとギア歯
の山１ａのエッジによって決定される極値点と、これら
２つのパラメータに加え、さらにギア歯の山１ａの長さ
の影響を受ける変曲点付近の値とから求められていた。
従って、極値点の値と変曲点付近の値との差動出力に
は、ギア歯の山１ａの長さの影響が残り、ギア歯の形状
が変化することによってＡＧ特性最小点も変化してしま
っていたのである。
【００５３】これに対し、本願発明者は、鋭意研究の結
果、本実施形態のように、４個のＭＲＥブリッジ５０，
５１，５２，５３を図５に示すように配置し、これら４
個のＭＲＥブリッジ５０，５１，５２，５３の出力信号
Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３，Ｖ４に対して、複数段階の差動演算
を行なって単一の差動出力Ｖｄを求めることにより、ロ
ータ３１、３２に形成されたギア歯の形状にかかわら
ず、ＡＧ特性最小点となる磁界の振れ角を一定に保つこ
とができることを見出した。
【００５４】すなわち、図１０に示すように、ＡＧ特性
最小点に該当する差動出力Ｖｄは、４個のＭＲＥブリッ
ジ５０，５１，５２，５３の出力における、変曲点もし
くは変曲点近傍の値から求められている。なお、図１０
においても、ＭＲＥブリッジ５０，５１，５２，５３の
出力として、エアギャップが小さいときの出力のみを示
している。
【００５５】このように、ＡＧ特性最小点に該当する差
動出力Ｖｄを求めるためのＭＲＥブリッジ５０，５１，
５２，５３の出力として、従来のように極値点の値を含
んでいないため、ロータ３１，３２のようにギア歯の形
状が変化しても、ＡＧ特性最小点となる差動出力Ｖｄ、
すなわち磁界の振れ角は一定に維持されるのである。こ
れにより、ロータ３１，３２のギア歯の形状にかかわら
ず、このＡＧ特性最小点に相当する一定の磁界の振れ角
を基準とする共通のしきい値により、差動増幅回路４２
の差動出力Ｖｄを２値化すれば、その２値化信号に基づ
いて構成度にロータ３１，３２の回転位置を検出するこ
とができる。このため、ロータの形状に応じて、測定回
路を専用設計することが不要となり、製品コストの低減
に大きく貢献することが可能になる。
【００５６】（第２実施形態）次に本発明の第２実施形
態について説明する。
【００５７】本実施形態においては、基板５５に５個の
ＭＲＥブリッジが形成される点、及びその５個のＭＲＥ
ブリッジからの出力の差動出力を演算する差動増幅回路
の構成が、第１の実施形態と異なるため、以下、その相
違点に関して説明する。
【００５８】図１１に示すように、ＩＣチップ４０ａ
は、共通の基板５５上に５個のＭＲＥブリッジ５０，５
１，５２，５３，５４を配置することによって構成され
る。そして、基板５５の中心線５６がバイアス磁石４１
の中心軸に一致する位置において、ＩＣチップ４０ａの
一部が、中空状のバイアス磁石４１の内部空間に入り込
むように配置されている点は図５に示したＩＣチップ４
０と同様である。
【００５９】図１１において、ＭＲＥブリッジ５０とＭ
ＲＥブリッジ５３とは、基板の中心線５６に対して線対
称となる位置に形成されている。また、ＭＲＥブリッジ
５１とＭＲＥブリッジ５２も基板５５の中心線５６に対
して線対称となる位置であって、それぞれ基板５５の中
心線５６とＭＲＥブリッジ５０，５３の中心位置との丁
度中間となる位置に形成されている。さらに、５番目の
ＭＲＥブリッジ５４は、基板５５の中心線と、自身の中
心位置が一致するように形成されている。
【００６０】これにより、図１１に示すように、各ＭＲ
Ｅブリッジ５０，５１，５４，５２，５３間の距離Ｌ
１，Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４はすべて等しくなる（Ｌ１＝Ｌ２
＝Ｌ３＝Ｌ４）。
【００６１】上記のように共通の基板５５上に形成され
たＭＲＥブリッジ５０，５１，５２，５３，５４の各出
力に対して、複数段階に渡って差動演算を行い単一の差
動出力Ｖｄを得るための差動増幅回路４２ａの構成を図
１２に示す。図１２において、差動増幅回路４２ａは、
７個の差動増幅器から構成され、各ＭＲＥブリッジ５
０，５１，５２，５３，５４から出力される出力信号
（中間電位）Ｖ１，Ｖ３，Ｖ５，Ｖ４，Ｖ２に対して、
３段階に渡って差動演算を行なうものである。図１２に
示す差動増幅回路４２ａにおける差動演算を数式４に示
す。
【００６２】
【数４】Ｖｄ＝｛（Ｖ１−Ｖ３）−（Ｖ３−Ｖ５）｝−
｛（Ｖ５−Ｖ４）−（Ｖ４−Ｖ２）｝ また、差動増幅回路４２ａにおいて、３段目の差動増幅
を行なう差動増幅器の反転入力端子と非反転入力端子と
を入れ替えて、以下の数式５に示す差動演算を行なって
も良い。
【００６３】
【数５】Ｖｄ＝｛（Ｖ５−Ｖ４）−（Ｖ４−Ｖ２）｝−
｛（Ｖ１−Ｖ３）−（Ｖ３−Ｖ５）｝ 上述のような構成によっても、前述の第１実施形態と同
様に、ＡＧ特性最小点に該当する差動出力Ｖｄが、５個
のＭＲＥブリッジ５０，５１，５２，５３，５４の出力
における、変曲点もしくは変曲点近傍の値から求めるこ
とができる。従って、このＡＧ特性最小点を基準とする
しきい値によって、各種の形状のロータの回転角度を高
精度に検出することができる。
【００６４】なお、上記数式４を変形すると、Ｖ５の項
は削除され、上述した数式２と同様の結果となる。ま
た、上記数式５を変形すると、上述した数式３と同様の
結果となる。すなわち、ＭＲＥブリッジの数は、４個で
も５個でも結果は同一となるので、回転検出装置の構成
を簡素化するために、第１の実施形態において説明した
ように、ＭＲＥブリッジの数は４個が望ましい。
【００６５】（他の実施形態）図１３に、磁気センサの
変形例を示す。
【００６６】上述した第１の実施形態においては、各Ｍ
ＲＥブリッジ５０，５１，５２，５３は、４個のＭＲＥ
１１，２１，２１，２２から構成されていた。しかしな
がら、図１３に示すように、２個のＭＲＥによって各Ｍ
ＲＥブリッジ７０，７１，７２，７３を構成することも
できる。なお、図１３に示す例では、上述した磁歪効果
の影響を低減するため、第１段の差動演算の対象となる
ＭＲＥブリッジ７０とＭＲＥブリッジ７３、及びＭＲＥ
ブリッジ７１とＭＲＥブリッジ７２に関して、電源側に
接続される電源側ＭＲＥ及びアース側に接続されるアー
ス側ＭＲＥを、基板７５の中心線７６に対して線対称の
位置に形成している。このため、出力信号Ｖ１と出力信
号Ｖ２、及び出力信号Ｖ３と出力信号Ｖ４は、磁歪効果
の影響によって同様に変化することになり、その差動演
算を行えば、磁歪効果の影響を排除することが可能にな
る。
【００６７】また、上記実施形態では、バイアス磁石２
に中空形状のものを用いているが、中空形状ではない磁
石、例えば円柱状のものや直方体のものを用いてもよ
い。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施形態による回転検出装置の概略の構成
を示す構成図である。
【図２】第１図に示す回転検出装置において、ロータ３
１に対して、ＩＣチップ４０及びバイアス磁石４１を配
置する距離（エアギャップ）を３段階に変化させた時
の、ロータ３１の回転に対する差動増幅回路４２の出
力、すなわち、磁界の振れ角の関係を示すグラフであ
る。
【図３】ロータ３２のギア歯の形状を変更した場合の回
転検出装置の構成を示す構成図である。
【図４】第３図に示す回転検出装置において、ロータ３
２に対して、ＩＣチップ４０及びバイアス磁石４１を配
置する距離（エアギャップ）を３段階に変化させた時
の、ロータ３２の回転に対する差動増幅回路４２の出
力、すなわち、磁界の振れ角の関係を示すグラフであ
る。
【図５】ＩＣチップ４０の構成を示す構成図である。
【図６】（ａ）はＩＣチップ４０に形成されたＭＲＥブ
リッジ５０の構成を示す構成図、（ｂ）はＭＲＥブリッ
ジ５０を構成する各ＭＲＥの接続状態を示す回路図であ
る。
【図７】差動増幅回路４２の構成を示す回路図である。
【図８】ロータ３１が回転したときにＩＣチップ４０を
通過する磁力線Ｈの向き（磁界の振れ各）、及びその磁
界の振れ角に応じたＭＲＥブリッジ６０が出力する出力
信号の変化の様子を示すグラフである。
【図９】従来の回転検出装置のＭＲＥブリッジ６，１６
の出力、それらの出力の差動出力Ｖｄ、及びその差動出
力ＶｄにおけるＡＧ特性最小点を示すグラフである。
【図１０】第１の実施形態による回転検出装置のＭＲＥ
ブリッジ５０，５１，５２，５３の出力、それらの出力
の差動出力Ｖｄ、及びその差動出力ＶｄにおけるＡＧ特
性最小点を示すグラフである。
【図１１】第２の実施形態における、ＩＣチップ４０ａ
の構成を示す構成図である。
【図１２】第２の実施形態における、差動増幅回路４２
ａの構成を示す回路図である。
【図１３】本発明の実施形態の変形例としての磁気セン
サの構成を示す構成図である。
【図１４】従来の回転検出装置の構成を示す構成図であ
る。
【図１５】（ａ）、（ｂ）は、図１４に示す従来の回転
検出装置において、ギアの形状を変更した場合のそれぞ
れの差動増幅回路の差動出力を示すグラフである。
【符号の説明】
１１，１２，２１，２２ ＭＲＥ ３０ 回転検出装置 ３１，３２ ロータ ４０ ＩＣチップ ４１ バイアス磁石 ４２ 差動増幅回路 ５０，５１，５２，５３，５４ ＭＲＥブリッジ

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 外周面にギヤ歯が形成された回転体と、 前記回転体のギヤ歯に向けてバイアス磁界を発生するバ
    イアス磁石と、 前記回転体に形成されたギヤ歯と前記バイアス磁石との
    間に配置され、前記バイアス磁石から前記ギヤ歯に向か
    うバイアス磁界の方向に応じて出力値が変化する磁気抵
    抗素子ブリッジを少なくとも４個備える磁気センサと、 前記少なくとも４個の磁気抵抗素子ブリッジの出力信号
    に対して複数段階の差動演算を行なうことにより、単一
    の差動出力を求める差動出力手段とを備え、 前記磁気センサを構成する少なくとも４個の磁気抵抗素
    子ブリッジは、前記バイアス磁石の磁気的中心軸に対し
    て対称位置に配置された第１及び第２の磁気抵抗素子ブ
    リッジと、当該第１及び第２の磁気抵抗素子ブリッジと
    前記バイアス磁石の磁気的中心軸との中間位置にそれぞ
    れ配置される第３及び第４の磁気抵抗素子ブリッジとを
    含むことを特徴とする回転検出装置。
  2. 【請求項２】 前記差動出力手段は、前記磁気抵抗素子
    ブリッジの数が４個である場合、前記第１から第４の磁
    気抵抗素子ブリッジの出力値をそれぞれＶ１，Ｖ２，Ｖ
    ３，Ｖ４としたとき、その差動出力Ｖｄを、Ｖｄ＝（Ｖ
    １−Ｖ２）−２×（Ｖ３−Ｖ４）との式によって算出す
    ることを特徴とする請求項１に記載の回転検出装置。
  3. 【請求項３】 前記差動出力手段は、前記磁気抵抗素子
    ブリッジの数が４個である場合、前記第１から第４の磁
    気抵抗素子ブリッジの出力値をそれぞれＶ１，Ｖ２，Ｖ
    ３，Ｖ４としたとき、その差動出力Ｖｄを、Ｖｄ＝（Ｖ
    ２−Ｖ１）−２×（Ｖ４−Ｖ３）との式によって算出す
    ることを特徴とする請求項１に記載の回転検出装置。
  4. 【請求項４】 前記第１から第４の磁気抵抗素子ブリッ
    ジに加えて、第５の磁気抵抗素子ブリッジを配置する場
    合、当該第５の磁気抵抗素子ブリッジは、前記バイアス
    磁石の磁気的中心軸上に配置されることを特徴とする請
    求項１に記載の回転検出装置。
  5. 【請求項５】 前記差動出力手段は、前記第１から第５
    の磁気抵抗素子ブリッジの出力信号をそれぞれＶ１，Ｖ
    ２，Ｖ３，Ｖ４，Ｖ５としたとき、その差動出力Ｖｄ
    を、Ｖｄ＝｛（Ｖ１−Ｖ３）−（Ｖ３−Ｖ５）｝−
    ｛（Ｖ５−Ｖ４）−（Ｖ４−Ｖ２）｝との式によって算
    出することを特徴とする請求項４に記載の回転検出装
    置。
  6. 【請求項６】 前記差動出力手段は、前記第１から第５
    の磁気抵抗素子ブリッジの出力信号をそれぞれＶ１，Ｖ
    ２，Ｖ３，Ｖ４，Ｖ５としたとき、その差動出力Ｖｄ
    を、Ｖｄ＝｛（Ｖ５−Ｖ４）−（Ｖ４−Ｖ２）｝−
    ｛（Ｖ１−Ｖ３）−（Ｖ３−Ｖ５）｝との式によって算
    出することを特徴とする請求項４に記載の回転検出装
    置。
  7. 【請求項７】 前記磁気抵抗素子ブリッジの各々は、前
    記バイアス磁石の磁気的中心軸に対してそれぞれ略４５
    度の方向に検知軸を有する第１から第４の素子部をマト
    リクス状に配列したものであって、当該マトリクス状配
    列における各列の向きは、前記バイアス磁石の磁気的中
    心軸と平行であり、 前記第１及び第２の素子部の検知軸と前記第３及び第４
    の素子部の検知軸とは互いに直交する向きに設定されて
    おり、 前記第１から第４の素子部は、第１、第２、第３、第４
    の素子部の順序に直列接続され、第２及び第３の素子部
    間の電位が、前記磁気抵抗素子の抵抗値変化に応じて変
    化し、出力信号として取り出されるものであって、 前記第１の素子部と第２の素子部、及び前記第３の素子
    部と第４の素子部が、前記マトリクス状の配列の互いに
    異なる列に配置されることを特徴とする請求項１乃至６
    のいずれかに記載の回転検出装置。
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