JP2007285741A - Rotation detection device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、回転検出装置に関し、特に、回転シャフトの回転角を高精度に検出するのに好適な回転検出装置に関するものである。 The present invention relates to a rotation detection device, and more particularly to a rotation detection device suitable for detecting a rotation angle of a rotary shaft with high accuracy.
回転シャフトの回転角を高精度に検出する装置としては従来から種々のものがあるが、例えば特許文献1に示す従来の回転検出装置は、回転検出センサと、回転シャフト(クランクシャフト)に取り付けられたパルサ(タイミングロータ)とで構成され、タイミングロータの外周に等間隔に設けられた多数の歯を回転検出センサで検出することにより、回転シャフトの回転角を検出している。また、タイミングロータの一部に欠歯した部分を設け、その欠歯した部分から回転シャフトの基準位置を検出している。
特許文献1等に示された従来の回転検出装置においては、例えば10°毎に歯が設けられたタイミングロータを使用し、回転角を10°毎に検出し、さらに細かな回転角については時間推定制御により求めている。しかしながら、10°毎の回転角では、回転シャフトのわずかな回転変動によって所定の制御タイミングが目標とするタイミングからずれるという問題がある。また、欠歯した部分においては、時間推定によって回転角を求めているが、回転シャフトに回転変動があり、一定に回転していない場合には、回転角を正確に演算できないという問題もある。 In the conventional rotation detection device disclosed in Patent Document 1 or the like, for example, a timing rotor provided with teeth every 10 ° is used, the rotation angle is detected every 10 °, and a fine rotation angle is time-consuming. It is obtained by estimation control. However, at a rotation angle of 10 °, there is a problem that a predetermined control timing is deviated from a target timing due to a slight rotational fluctuation of the rotary shaft. Further, in the missing tooth portion, the rotation angle is obtained by time estimation. However, there is a problem that the rotation angle cannot be accurately calculated when the rotation shaft is rotationally varied and is not rotating constantly.
したがって、本発明の目的は、小型でありながら、回転軸の回転角を高精度に検出することが可能な回転検出装置を提供することにある。 Accordingly, an object of the present invention is to provide a rotation detection device that can detect a rotation angle of a rotation shaft with high accuracy while being small in size.
本発明の上記目的は、回転軸に取り付けられ、互いに近接して配置された略円板状の磁性体からなる少なくとも第1及び第2のタイミングロータと、前記第1及び前記第2のタイミングロータの回転による磁界変化を検知する回転検出センサとを備え、前記第1のタイミングロータは、外周に略等間隔に配置された歯を備え、前記第2のタイミングロータは、外周の一部に配置された基準歯を備え、前記回転検出センサは、前記第1のタイミングロータの前記外周の直近に設けられた第1の磁気センサと、前記第2のタイミングロータの前記外周の直近に設けられた第2の磁気センサと、前記第1及び前記第2の磁気センサの周囲に磁界を発生させるバイアス磁石とを備えることを特徴とする回転検出装置によって達成される。 The above object of the present invention is to provide at least first and second timing rotors made of substantially disk-shaped magnetic bodies attached to a rotating shaft and arranged close to each other, and the first and second timing rotors. A rotation detection sensor for detecting a magnetic field change due to rotation of the first timing rotor, wherein the first timing rotor includes teeth disposed at substantially equal intervals on the outer periphery, and the second timing rotor is disposed on a part of the outer periphery. The rotation detection sensor is provided in the immediate vicinity of the outer periphery of the second timing rotor and the first magnetic sensor provided in the immediate vicinity of the outer periphery of the first timing rotor. The rotation detection device includes a second magnetic sensor, and a bias magnet that generates a magnetic field around the first and second magnetic sensors.
本発明においては、前記第1のタイミングロータと前記第2のタイミングロータとの間に信号干渉防止手段として非磁性スペーサが設けられている。これによれば、タイミングロータ間の干渉を低減することができ、2つの磁気センサを用いた高精度な角度検出が可能となる。 In the present invention, a nonmagnetic spacer is provided between the first timing rotor and the second timing rotor as a signal interference preventing means. According to this, interference between timing rotors can be reduced, and highly accurate angle detection using two magnetic sensors becomes possible.
また、本発明においては、非磁性スペーサに代えて、或いは、非磁性スペーサと共に、前記第2のタイミングロータの径を前記第1のタイミングロータの径よりも小さくしてもよく、前記第2のタイミングロータの基準歯の厚みを前記第1のタイミングロータの歯の厚みよりも薄くしてもよい。 In the present invention, the diameter of the second timing rotor may be made smaller than the diameter of the first timing rotor instead of the nonmagnetic spacer or together with the nonmagnetic spacer. The thickness of the reference teeth of the timing rotor may be made thinner than the thickness of the teeth of the first timing rotor.
本発明においては、前記第1及び前記第2の磁気センサがスピンバルブGMR回路であることが好ましい。これによれば、多数の歯が狭ピッチに設けられた小型なタイミングロータを近接して配列したとしても、各タイミングロータの回転角を確実に検出することができる。 In the present invention, the first and second magnetic sensors are preferably spin valve GMR circuits. According to this, even if small timing rotors having a large number of teeth provided at a narrow pitch are arranged close to each other, the rotation angle of each timing rotor can be reliably detected.
本発明によれば、回転角の検出には第1のタイミングロータを使用し、基準位置の検出には第1のタイミングロータとは異なる第2のタイミングロータを使用しているため、回転角の常時検出が可能となる。特に、これらのタイミングロータを近接配置する際の信号干渉回避手段として非磁性スペーサ等を使用すると共に、高感度なスピンバルブGMR回路を利用して正確な検出を行うことから、1つの装置で複数のセンサ出力を得ることが可能であり、大幅にコストアップすることなく、またレイアウト性を損なうことなく、回転検出精度を向上させることができる。 According to the present invention, the first timing rotor is used for detecting the rotation angle, and the second timing rotor different from the first timing rotor is used for detecting the reference position. Detection is always possible. In particular, a non-magnetic spacer or the like is used as a signal interference avoiding means when these timing rotors are arranged close to each other, and accurate detection is performed using a high-sensitivity spin valve GMR circuit. The rotation detection accuracy can be improved without significantly increasing the cost and without losing the layout.
以下、添付図面を参照しながら、本発明の好ましい実施の形態について詳細に説明する。 Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
図1は、本発明の好ましい実施形態に係る回転検出装置の構造を示す略正面図である。 FIG. 1 is a schematic front view showing the structure of a rotation detection device according to a preferred embodiment of the present invention.
図1に示すように、本実施形態の回転検出装置10は、回転シャフト11と共に回転する第1及び第2のタイミングロータ12、13と、第1及び第2のタイミングロータ12、13の回転による磁界変化を検知し、これにより回転シャフト11の回転状態を検出する回転検出センサ14とを備えている。第1のタイミングロータ12は、回転シャフト11の数度毎の回転の検出に用いるものであり、第2のタイミングロータ13は、回転シャフト11の基準位置の検出に用いるものである。第1及び第2のタイミングロータ12、13は共に略円板状の磁性体であり、回転シャフト11に直接取り付けられている。
As shown in FIG. 1, the
第1及び第2のタイミングロータ12、13は互いに近接配置されており、両者の間には非磁性スペーサ15が介在している。この非磁性スペーサ15は、タイミングロータ12、13間の磁気干渉を抑える役割を果たす。非磁性スペーサ15が介在しない場合には、第2のタイミングロータ13による影響が大きいため、第1のタイミングロータ12の回転状態を回転検出センサ14で正しく読み取ることができない。同様に、第1のタイミングロータ12による影響が大きいため、第2のタイミングロータ13の回転状態を回転検出センサ14で正しく読み取ることもできない。しかし、非磁性スペーサ15が介在する場合、他方のタイミングロータによる磁界変化の影響が十分に抑制されるため、互いに隣接する2つのタイミングロータ12、13の回転状態をそれぞれ正確に検出することが可能となる。つまり、このような非磁性スペーサ15が介在する場合には、2枚のタイミングロータを近接配置することができ、第1のタイミングロータ12からの回転角信号と第2のタイミングロータ13からの基準位置信号とを別々に求めることができる。
The first and
図2(a)は、第1のタイミングロータ12の略側面図及び略正面図であり、図2(b)は、第2のタイミングロータ13の略側面図及び略正面図である。
2A is a schematic side view and a schematic front view of the
図2(a)に示すように、第1のタイミングロータ12の外周には多数の歯12aが等間隔に形成されている。回転シャフト11の回転を高精度に検出するためには、第1のタイミングロータ12の歯12aをできるだけ多く設けることが好ましく、例えば、90〜180歯であることが好ましい。一方、図2(b)に示すように、第2のタイミングロータ13の外周には、基準歯として、歯13aが1つだけ形成されている。この歯13aの位置は所定の回転基準位置(基準回転角)に対応しており、回転検出センサ14が第2のタイミングロータ13の歯13aを検知することで、基準位置信号が生成され、回転シャフト11の基準位置(基準角)を判別することができる。このようにして得られる基準位置信号と回転角信号とを利用すれば、回転シャフト11の回転角や回転数を検出することができる。具体的には、基準位置信号によって回転シャフト11の基準位置を特定し、回転角信号に基づいてその基準位置からの歯数を特定すれば、回転角を検出することができる。また基準位置信号によって回転シャフト11の基準位置を特定し、単位時間当たりに検出される基準位置を求めれば、回転数を検出することができる。
As shown in FIG. 2A, a large number of
第1及び第2のタイミングロータ12、13の直径r1、r2は、その設置スペースの制約を考慮すれば、回転検出センサ14による検出が可能な限りにおいてできるだけ小さいほうが好ましく、本実施形態においては、例えば、40〜80mm程度に設定される。また、第1及び第2のタイミングロータ12、13の厚みW1、W2は、回転検出センサ14による検出が可能な限りにおいてできるだけ薄いほうが好ましく、例えば、1.5〜4mm程度に設定される。
The diameters r 1 and r 2 of the first and
一方、非磁性スペーサ15の直径は、特に限定されるものではないが、第1及び第2のタイミングロータ12、13の直径r1、r2よりもわずかに小さいことが好ましい。このようにすれば、通常の読み取りに悪影響を与えることなく、一方のタイミングロータの読み取り時に他方のタイミングロータからの磁気干渉を抑えることができる。また、非磁性スペーサ15の厚みは、タイミングロータ12、13による磁気干渉を抑制できる限りにおいてできるだけ薄いほうが好ましく、例えば、1.5mm程度に設定される。
On the other hand, the diameter of the
回転検出センサ14は、先端部に設けられた第1及び第2の磁気センサ16a、16bと、その背後に設けられ、磁気センサ16a、16bの周囲に磁界を発生するバイアス磁石17と、これらを保持するケース18とを備えている。なお、本実施形態においては、第1及び第2のタイミングロータ12、13の接線に略直交する方向に磁界を発生するように、バイアス磁石17は配置されている。第1及び第2の磁気センサ16a、16bとしては、スピンバルブGMR(Giant Magnetic Resistance)回路を用いることが好ましい。スピンバルブGMR回路であれば、タイミングロータの回転による微細な磁界変化を高精度に検出することが可能である。
The
第1のスピンバルブGMR回路16aは回転シャフト11の数度毎の回転数を検出する役割を果たす。そのため、第1のスピンバルブGMR回路16aは第1のタイミングロータ12の直近に設けられており、第1のスピンバルブGMR回路16aと第1のタイミングロータ12との間には一定のギャップgが設けられている。一方、第2のスピンバルブGMR回路16bは回転シャフト11の基準位置を検出する役割を果たす。そのため、第2のスピンバルブGMR回路16bは第2のタイミングロータ13の直近に設けられており、第2のスピンバルブGMR回路16aと第1のタイミングロータ12との間にも一定のギャップgが設けられている。スピンバルブGMR回路16a、16bは並列に配置され、その間隔d1は2枚のタイミングロータ12、13の幅の中心間距離d2に略等しい。
The first spin valve GMR
次に、図3乃至図5を参照しながら、スピンバルブGMR回路について説明する。スピンバルブGMR回路は、4個のスピンバルブGMR素子R1、R2、R3、R4を含むICがブリッジ回路として組まれた磁気センサ回路である。 Next, the spin valve GMR circuit will be described with reference to FIGS. The spin valve GMR circuit is a magnetic sensor circuit in which an IC including four spin valve GMR elements R1, R2, R3, and R4 is assembled as a bridge circuit.
図3(a)及び(b)は、スピンバブルGMR素子の基本構造を示す模式図である。 3A and 3B are schematic views showing the basic structure of a spin bubble GMR element.
図3(a)及び(b)に示すように、スピンバルブGMR素子30は、強磁性体のピン層31、非磁性層32、強磁性体のフリー層33が順に積層された構造を有している。ピン層31の磁化方向は外部磁界によって変化せず一定であるが、フリー層33の磁化方向は外部磁界によって変化する。ここで、フリー層33の磁化方向(つまり、外部磁界の方向)がピン層31の磁化方向と直交しているとき、スピンバルブGMR素子30の抵抗変化率(ΔR/R)はゼロである。しかし、フリー層33の磁化方向がピン層31の磁化方向と平行でその向きが互いに逆向き(つまり、反平行)のとき、スピンバルブGMR素子30の抵抗変化率はプラスとなり、高抵抗状態となる。また、フリー層33の磁化方向がピン層31の磁化方向と平行でその向きが互いに同じ向き(つまり、順平行)のとき、スピンバブルGMR素子30の抵抗変化率はマイナスとなり、低抵抗状態となる。
As shown in FIGS. 3A and 3B, the spin
スピンバルブGMR回路は、以上のような磁気特性を有する4個のスピンバルブGMR素子R1、R2、R3、R4を同一平面上に配置したものである。図4に示すように、ピン層の磁化方向が右向きのスピンバルブGMR素子R1、R3を一組とし、ピン層の磁化方向が左向きのスピンバルブGMR素子R2、R4をもう一組とする二つのスピンバルブGMR素子対41、42を並べて配置している。つまり、第1のスピンバルブGMR素子対R1、R3のピン層の磁化方向と、第2のスピンバルブGMR素子対R2、R4のピン層の磁化方向は、互いに逆向きである。これらのGMR素子対41,42は、図示のように、タイミングロータ43の厚み方向と平行に配置され、GMR素子対41、42間の中間点がタイミングロータ43の厚み方向中央に位置決めされている。また、これらのスピンバルブGMR素子の感磁面は、タイミングロータ43の外周面に接する平面と平行に配置される。
The spin valve GMR circuit has four spin valve GMR elements R1, R2, R3, R4 having the above magnetic characteristics arranged on the same plane. As shown in FIG. 4, two pairs of spin valve GMR elements R1 and R3 with the pinned layer magnetization direction facing right and another pair of spin valve GMR elements R2 and R4 with the pinned layer magnetization direction facing left. A pair of spin
こうしたレイアウト構造を有する4個のスピンバルブGMR素子R1乃至R4は、図5(a)及び(b)に示すように、スピンバルブGMR素子R1、R2の直列回路とスピンバルブGMR素子R4、R3の直列回路が並列接続されたブリッジ回路を構成しており、スピンバルブGMR素子R1、R4の一端には定電圧Vccが供給され、スピンバルブGMR素子R2、R3の一端はグランドに接続されている。 As shown in FIGS. 5A and 5B, the four spin valve GMR elements R1 to R4 having such a layout structure include a series circuit of the spin valve GMR elements R1 and R2, and the spin valve GMR elements R4 and R3. A bridge circuit in which series circuits are connected in parallel is configured, and a constant voltage Vcc is supplied to one end of the spin valve GMR elements R1 and R4, and one end of the spin valve GMR elements R2 and R3 is connected to the ground.
図6(A)に示すように、バイアス磁石の磁界によって磁化されたタイミングロータの歯(凸部)がスピンバルブGMR素子の感磁面に近づくとき、スピンバルブGMR素子の感磁面付近の磁束は、凸部が近づいてくる方向を向くので、そのタイミングロータとの接線方向に磁界成分が生じる。スピンバルブGMR素子はこの接線方向の磁界成分に反応してフリー層の磁化方向が変化する。例えばスピンバルブGMR素子R1、R3のフリー層はピン層と同一方向に磁化され、スピンバルブGMR素子R2、R4のフリー層はピン層と逆方向に磁化される。そのため、スピンバルブGMR素子R1及びR3の抵抗値が小さくなると共に、スピンバルブGMR素子R2及びR4の抵抗値が大きくなり、ブリッジ回路の出力端P1、P2の出力電位は、出力端P2の電位の方が大きくなり、出力電位VOUTとしては負電位が出力される。さらにタイミングロータの凸部が近づいてくると、タイミングロータの接線方向の磁界成分が小さくなり、出力電位VOUTは小さくなる。そしてタイミングロータの凸部がスピンバルブGMR素子の感磁ポイントに最も近づいたとき、タイミングロータの接線方向の磁界成分が実質的にゼロとなり、スピンバルブGMR素子R1乃至R4の抵抗値は等しくなり、出力電位VOUTがゼロとなる。 As shown in FIG. 6A, when the teeth (convex parts) of the timing rotor magnetized by the magnetic field of the bias magnet approach the magnetic sensitive surface of the spin valve GMR element, the magnetic flux near the magnetic sensitive surface of the spin valve GMR element. Is directed in the direction in which the convex portion approaches, so that a magnetic field component is generated in the tangential direction with respect to the timing rotor. In the spin valve GMR element, the magnetization direction of the free layer changes in response to the magnetic field component in the tangential direction. For example, the free layers of the spin valve GMR elements R1 and R3 are magnetized in the same direction as the pinned layer, and the free layers of the spin valve GMR elements R2 and R4 are magnetized in the opposite direction to the pinned layer. For this reason, the resistance values of the spin valve GMR elements R1 and R3 are decreased, and the resistance values of the spin valve GMR elements R2 and R4 are increased, and the output potentials of the output terminals P1 and P2 of the bridge circuit are equal to the potential of the output terminal P2. Thus, a negative potential is output as the output potential VOUT . Further, when the convex portion of the timing rotor approaches, the magnetic field component in the tangential direction of the timing rotor decreases, and the output potential VOUT decreases. When the convex portion of the timing rotor comes closest to the magnetic sensing point of the spin valve GMR element, the magnetic field component in the tangential direction of the timing rotor is substantially zero, and the resistance values of the spin valve GMR elements R1 to R4 are equal. The output potential V OUT becomes zero.
さらに図6(B)に示すように、バイアス磁石の磁界によって磁化されたタイミングロータの歯(凸部)がGMR素子の感磁面から遠ざかって行くと、GMR素子の感磁面付近の磁束は、遠ざかって行く凸部の方向を向くので、そのタイミングロータとの接線方向に磁界成分が先程とは逆方向に生じる。この場合、スピンバルブGMR素子R1、R3のフリー層はピン層と逆方向に磁化され、スピンバルブGMR素子R2、R4のフリー層はピン層と同一方向に磁化される。そのため、スピンバルブGMR素子R1及びR3の抵抗値が大きくなると共に、スピンバルブGMR素子R2及びR4の抵抗値が小さくなり、ブリッジ回路の出力端P1、P2の出力電位は、出力端P1の電位の方が大きくなり、出力電位VOUTとしては正電位が出力される。そしてタイミングロータの凸部がさらに遠ざかって行くと、タイミングロータの接線方向の磁界成分は大きくなり、出力電位VOUTも大きくなる。しかしながら、さらに遠ざかって行くと、タイミングロータの凸部による磁界変化が小さくなるので、タイミングロータの接線方向の磁界成分は小さくなり、出力電位VOUTも小さくなって行く。そして、隣り合う2つの歯の中間点がGMR素子の感磁ポイントに最も近づいたとき、スピンバルブGMR素子対R1乃至R4の抵抗値が等しくなり、出力電位VOUTも再びゼロとなる。以降、タイミングロータの回転に伴ってこの動作を繰り返す。 Further, as shown in FIG. 6B, when the teeth (projections) of the timing rotor magnetized by the magnetic field of the bias magnet move away from the magnetosensitive surface of the GMR element, the magnetic flux near the magnetosensitive surface of the GMR element is Since it faces in the direction of the convex portion going away, a magnetic field component is generated in the direction opposite to the previous direction in the tangential direction to the timing rotor. In this case, the free layers of the spin valve GMR elements R1 and R3 are magnetized in the opposite direction to the pinned layer, and the free layers of the spin valve GMR elements R2 and R4 are magnetized in the same direction as the pinned layer. Therefore, the resistance values of the spin valve GMR elements R1 and R3 are increased, and the resistance values of the spin valve GMR elements R2 and R4 are decreased. The output potentials of the output terminals P1 and P2 of the bridge circuit are equal to the potential of the output terminal P1. Thus, a positive potential is output as the output potential VOUT . As the convex portion of the timing rotor further moves away, the magnetic field component in the tangential direction of the timing rotor increases and the output potential VOUT also increases. However, as the distance further increases, the change in the magnetic field due to the convex portion of the timing rotor decreases, so the magnetic field component in the tangential direction of the timing rotor decreases and the output potential VOUT also decreases. When the midpoint between the two adjacent teeth is closest to the magnetosensitive point of the GMR element, the resistance values of the spin valve GMR element pairs R1 to R4 become equal, and the output potential VOUT becomes zero again. Thereafter, this operation is repeated as the timing rotor rotates.
このように、タイミングロータの凸部がスピンバルブGMR素子の感磁ポイントに近づくとき、或いは感磁ポイントから遠ざかるとき、一方のスピンバルブGMR素子対の抵抗値が共に最大となり、他方のスピンバルブGMR素子対の抵抗値が最小となるので、これらのスピンバルブGMR素子を用いてホイートストンブリッジ回路を組んだ場合には、一つのスピンバルブGMR素子を用いた場合に比べて約4倍の出力レベルを得ることが可能となる。 As described above, when the convex portion of the timing rotor approaches the magnetic sensing point of the spin valve GMR element or moves away from the magnetic sensing point, the resistance value of one spin valve GMR element pair is maximized, and the other spin valve GMR Since the resistance value of the element pair is minimized, when a Wheatstone bridge circuit is assembled using these spin valve GMR elements, the output level is about four times that of a single spin valve GMR element. Can be obtained.
こうして、第1及び第2のタイミングロータの回転による磁界変化を検知することにより、第1のスピンバルブGMR回路16aから数度毎の回転角信号を出力することができ、第2のスピンバルブGMR回路16bから基準位置信号することができる。その結果、これらの磁気センサの出力パルスに基づいて、回転シャフトの回転数、回転基準位置、回転角を判別することができる。このとき、第1及び第2のタイミングロータ12、13の間に非磁性スペーサ15を設けたことにより、第1及び第2のタイミングロータ12、13間の磁気干渉を抑制することができ、第1及び第2のタイミングロータ12、13の回転を正確に検出することができる。具体的には、非磁性スペーサ15がない場合には、第1のスピンバルブGMR回路16aが検出する磁界が第2のタイミングロータ13の影響を受けて当該第2のタイミングロータ13の方向に傾き、また第2のスピンバルブGMR回路16bが検出する磁界が第1のタイミングロータ12の影響を受けて当該第1のタイミングロータ12の方向に傾くため、第1及び第2のタイミングロータ12、13の接線方向の磁界成分が小さくなり、第1及び第2のスピンバルブGMR回路16a、16bの感度が低下する。しかしながら、非磁性スペーサ15が設けられている場合には、第1及び第2のタイミングロータ12、13の歯12a、13aが離間配置されるので、当該第1及び第2のタイミングロータ12、13間の磁気干渉、すなわち上述の磁界の傾きによる第1及び第2のスピンバルブGMR回路16a、16bの感度低下を抑制することができ、第1及び第2のタイミングロータ12、13の回転を正確に検出することができる。
Thus, by detecting the change in the magnetic field due to the rotation of the first and second timing rotors, it is possible to output a rotation angle signal every several degrees from the first spin
以上説明したように、本実施形態によれば、小型で薄型な2枚のタミングロータ12、13の間に非磁性スペーサを設けると共に、高感度なスピンバルブGMR回路16a、16bを用いることにより、角度検出用のタイミングロータと基準位置検出用のタイミングロータを別々に設けることができ、かつ近接配置することができる。したがって、エンジンの回転変動に影響されることなく、より正確な回転角検出が可能となり、第1のタイミングロータ12の歯数によっては実角カウント制御の実現も可能である。
As described above, according to the present embodiment, the non-magnetic spacer is provided between the two small and
図7は、本発明の第2の実施形態に係る角度検出装置の構成を示す略正面図である。 FIG. 7 is a schematic front view showing the configuration of the angle detection device according to the second embodiment of the present invention.
図7に示すように、本実施形態に係る角度検出装置70は、第2のタイミングロータの径r2が第1のタイミングロータ12の径r1よりも小さい点に特徴を有している。例えば、本実施形態においては、第1のタイミングロータ12の直径r1が40mm程度に設定され、第2のタイミングロータ13の直径r2が39mm程度に設定される。タイミングロータ12、13の厚みは同一であり、例えば、1.5〜4mm程度に設定される。その他の構成については第1の実施形態と同様であることから、ここでの説明は省略する。
As shown in FIG. 7, the
第1及び第2のタイミングロータ13は相互に干渉しあうが、特に、第1のタイミングロータ12の読み取りに対して第2のタイミングロータ13の磁界変化が与える影響は、第2のタイミングロータ13の読み取りに対して第1のタイミングロータ12が与える影響よりも大きい。これは、第1のタイミングロータ12に比べて第2のタイミングロータ13の歯数が少ないため、歯13aが回転検出センサ14の近傍を通過する際、比較的大きな磁界変化が生じるからである。しかし、本実施形態のように、第2のタイミングロータ13の径を第1のタイミングロータ12の径よりも小さくした場合には、第1のタイミングロータ12の歯12aに対して第2のタイミングロータ13の歯13aが離間配置されるので、第2のタイミングロータ13が第1のタイミングロータ12の読み取りに対して与える磁界変化の影響を抑制することができ、回転角の読み取り精度をより一層向上させることができる。
The
図8は、本発明の第3の実施形態に係る角度検出装置の構成を示す略正面図である。 FIG. 8 is a schematic front view showing the configuration of the angle detection device according to the third embodiment of the present invention.
図8に示すように、本実施形態に係る角度検出装置80は、第2のタイミングロータ13の厚みW2が第1のタイミングロータ12の厚みW1よりも薄い点に特徴を有している。例えば、本実施形態においては、第1のタイミングロータ12の厚みW1が3mm程度に設定され、第2のタイミングロータ13の厚みW2が1.6mm程度に設定される。タイミングロータ12、13の直径は同一であり、例えば、40mm程度に設定される。その他の構成については第1の実施形態と同様であることから、ここでの説明は省略する。
As shown in FIG. 8, the
第1及び第2のタイミングロータ13は相互に干渉しあうが、特に、第1のタイミングロータ12の読み取りに対して第2のタイミングロータ13の磁界変化が与える影響は、第2のタイミングロータ13の読み取りに第1のタイミングロータ12が対して与える影響よりも大きい。その理由については上述の通りである。しかし、本実施形態のように、第2のタイミングロータ13の厚みを第1のタイミングロータ12の厚みよりも小さくした場合には、第1のタイミングロータの歯12aに対して第2のタイミングロータ13の歯13aの厚みが薄くなるので、第2のタイミングロータ13が第1のタイミングロータ12の読み取りに対して与える磁界変化の影響を抑制することができ、回転角の読み取り精度をより一層向上させることができる。
The
本発明は、以上の実施形態に限定されることなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で種々の変更を加えることが可能であり、これらも本発明の範囲に包含されるものであることは言うまでもない。 The present invention is not limited to the above embodiments, and various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention, and these are also included in the scope of the present invention. Needless to say.
例えば、上記実施形態においては、第2のタイミングロータ13の歯数が1歯である場合について説明したが、回転シャフト11の基準位置を特定できるように基準歯としての歯を設ければ、第2のタイミングロータ13の歯数はいくつであってもよい。ただし、第2のタイミングロータ13は主として基準位置の判別に用いるものであることから、その歯数はできるだけ少ないほうがよい。要は、第2のタイミングロータ12の外周の一部に基準位置を特定するための基準歯設ければ、その基準歯の数としては特に限定されない。
For example, in the above embodiment, the case where the number of teeth of the
また第3の実施形態では、第1のタイミングロータ12の厚みに対して第2のタイミングロータ13の厚みを薄くした場合について述べたが、第2のタイミングロータ13の本体部分は第1のタイミングロータ12と同じ厚みにし、第2のタイミングロータ13の歯13aの厚みを第1のタイミングロータ12の歯12aの厚みよりも薄くするようにしても同様の効果を得ることができる。
In the third embodiment, the case where the thickness of the
また、第2及び第3の実施形態では、第1のタイミングロータ12と第2のタイミングロータ13との間に非磁性スペーサ15を設けているが、非磁性スペーサ15は必須ではなく、第2のタイミングロータ13の径を第1のタイミングロータ12よりも小さくし、かつ非磁性スペーサを介在させることなく2枚のタイミングロータ12、13を直接組み合わせた構成であっても干渉の低減が可能である。同様に、第2のタイミングロータ13の厚みを第1のタイミングロータ12よりも薄くし(又は第2のタイミングロータ13の歯13aの厚みを第1のタイミングロータ12の歯12aの厚みよりも薄くし)、かつ非磁性スペーサ15を介在させることなく2枚のタイミングロータ12、13を直接組み合わせた構成であっても干渉の低減が可能である。さらにまた、これらのすべての組み合わせを採用しても良い。すなわち、第1のタイミングロータ12と第2のタイミングロータ13との間に非磁性スペーサ15を挿入し、第2のタイミングロータ13の径を第1のタイミングロータ12よりも小さくし、かつ第2のタイミングロータ13の厚みを第1のタイミングロータ12よりも薄くする(又は第2のタイミングロータ13の歯13aの厚みを第1のタイミングロータ12の歯12aの厚みよりも薄くする)構成を採用してもよい。このように、すべてを組み合わせた場合には、2枚のタイミングロータ12、13間の干渉を最小限に抑えることができる。
In the second and third embodiments, the
また、上記実施形態においては、2枚のタイミングロータを用いた場合について説明したが、本発明はこのような場合に限定されるものではなく、3枚以上のタイミングロータを用いてもよい。 In the above embodiment, the case where two timing rotors are used has been described. However, the present invention is not limited to such a case, and three or more timing rotors may be used.
また、上記実施形態においては、回転シャフト11の回転角を検出する場合を例に説明したが、本発明の回転検出装置はこのような場合に限定されるものではなく、ある回転軸の角度と共に基準位置を高精度に検出するような種々の用途に利用することができる。
Moreover, in the said embodiment, although the case where the rotation angle of the
10 回転検出装置
11 回転シャフト(回転軸)
12 タイミングロータ
12 第1のタミングロータ
12a 第1のタイミングロータの歯
13 第2のタイミングロータ
13a 第2のタイミングロータの歯
14 回転検出センサ
15 非磁性スペーサ
16a 第1のスピンバルブGMR回路(磁気センサ)
16b 第2のスピンバルブGMR回路(磁気センサ)
17 バイアス磁石
18 ケース
30 スピンバルブGMR素子対
31 ピン層
32 非磁性層
33 フリー層
41 第1のスピンバルブGMR素子対
42 第2のスピンバルブGMR素子対
43 タイミングロータ
20 角度検出装置
30 角度検出装置
R1〜R4 スピンバルブGMR素子
10
12
16b Second spin valve GMR circuit (magnetic sensor)
17
Claims (6)
前記第1のタイミングロータは、外周に略等間隔に配置された歯を備え、
前記第2のタイミングロータは、外周の一部に配置された基準歯を備え、
前記回転検出センサは、前記第1のタイミングロータの前記外周の直近に設けられた第1の磁気センサと、前記第2のタイミングロータの前記外周の直近に設けられた第2の磁気センサと、前記第1及び前記第2の磁気センサの周囲に磁界を発生させるバイアス磁石とを備えることを特徴とする回転検出装置。 At least first and second timing rotors made of substantially disc-shaped magnetic bodies attached to a rotating shaft and arranged close to each other, and a change in magnetic field due to rotation of the first and second timing rotors are detected. A rotation detection sensor that
The first timing rotor includes teeth arranged on the outer periphery at substantially equal intervals,
The second timing rotor includes a reference tooth disposed on a part of the outer periphery,
The rotation detection sensor includes: a first magnetic sensor provided in the immediate vicinity of the outer periphery of the first timing rotor; a second magnetic sensor provided in the immediate vicinity of the outer periphery of the second timing rotor; A rotation detection apparatus comprising: a bias magnet that generates a magnetic field around the first and second magnetic sensors.
The rotation detection device according to claim 1, wherein the second number is one.
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