JP2008008699A - Rotation detecting apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、回転検出装置に関し、特に、回転軸の回転角及び回転数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 and a rotation speed of a rotation shaft with high accuracy.
回転軸の回転を検出する回転センサとして、多数の歯が所定のピッチで形成されたロータを回転軸に取り付け、磁気検出素子によってその歯を検出することにより、回転軸の回転を検出する回転検出センサが提案されている。例えば、特許文献1では、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軸の基準位置を検出するする方法が提案されている。また、特許文献2では、ロータと、バイアス磁石と、ホイートストンブリッジ回路を構成する4つのスピンバルブGMR素子からなる磁気検出回路とで構成された回転検出装置が提案されている。
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、回転軸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、回転軸に回転変動があり、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 rotor provided with teeth every 10 ° is used, the rotation angle is detected every 10 °, and the time for a fine rotation angle is estimated. It is determined by control. However, at a rotation angle of every 10 °, there is a problem that a predetermined control timing deviates from a target timing due to slight rotation fluctuations of the rotation 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 there is a rotation fluctuation on the rotation shaft and the rotation angle is not constant.
また、時間推定制御を行うことなく、実角カウント制御により回転検出装置が検出する回転角の分解能を向上させるためには、歯のピッチを狭くして歯数をできるだけ多くする必要がある。しかし、単純に歯数を増やすだけでは、磁気検出素子の検出領域内に複数の歯が存在するようになり、微細な磁気変化を正確に読み取ることができず、回転角を検出できなくなるおそれがある。ロータ径を大きくすれば、歯のピッチを広げることなく多数の歯数を設けることができるが、この方法ではロータ径が大きくなってしまうため、回転検出装置全体が大型化してしまうという問題がある。 Further, in order to improve the resolution of the rotation angle detected by the rotation detection device by the actual angle count control without performing the time estimation control, it is necessary to narrow the tooth pitch and increase the number of teeth as much as possible. However, if the number of teeth is simply increased, there will be a plurality of teeth in the detection area of the magnetic detection element, and fine magnetic changes cannot be read accurately, and the rotation angle may not be detected. is there. If the rotor diameter is increased, a large number of teeth can be provided without widening the pitch of the teeth, but this method increases the rotor diameter, which causes a problem that the entire rotation detection device is increased in size. .
したがって、本発明の目的は、小型でありながら、回転軸の回転角及び回転数を高い分解能で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 and a rotation speed of a rotation shaft with high resolution while being small in size.
本発明の上記目的は、円周方向に所定のピッチで設けられると共に、軸方向に所定の間隔離れて設けられた複数の歯を有し、軸方向に離れて隣接する前記歯が互いに円周方向にずれて配置されているロータ機構と、複数の磁気センサと、前記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、前記複数の磁気センサは、前記軸方向に離れて配置された前記歯による前記磁界の変化をそれぞれ検出可能に配置されてい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 object of the present invention is to have a plurality of teeth provided at a predetermined pitch in the circumferential direction and spaced apart by a predetermined distance in the axial direction. A rotor mechanism that is displaced in a direction; a plurality of magnetic sensors; and a bias magnet that generates a magnetic field around the magnetic sensor, wherein the plurality of magnetic sensors are disposed apart from each other in the axial direction. This is achieved by a rotation detection device that is arranged so as to be able to detect changes in the magnetic field due to the teeth.
本発明において、ロータ機構は、隣接配置された複数のロータ部を含むことが好ましい。これによれば、同一形状のロータ部を複数用意し、これらを組み合わせるだけでロータ機構を構成することができ、精密なロータ機構を低コストに作製することができる。 In the present invention, the rotor mechanism preferably includes a plurality of adjacent rotor portions. According to this, a rotor mechanism can be configured only by preparing a plurality of rotor parts having the same shape and combining them, and a precise rotor mechanism can be manufactured at low cost.
本発明においては、ロータ部の数をn(nは2以上の整数)とし、各ロータ部に設けられた複数の歯のピッチをpとするとき、各ロータ部に設けられた歯と別のロータ部に設けられた歯が円周方向にp/2nずれていることが好ましい。 In the present invention, when the number of rotor parts is n (n is an integer of 2 or more) and the pitch of a plurality of teeth provided in each rotor part is p, the number of teeth different from the teeth provided in each rotor part It is preferable that the teeth provided in the rotor portion are shifted by p / 2n in the circumferential direction.
本発明においては、複数のロータ部間に非磁性スペーサが設けられていることが好ましい。非磁性スペーサを用いた場合には、ロータ部間を十分に近接配置することができ、これにより回転検出装置の小型化を図ることができる。 In the present invention, it is preferable that a nonmagnetic spacer is provided between the plurality of rotor portions. When the nonmagnetic spacer is used, the rotor portions can be disposed sufficiently close to each other, thereby reducing the size of the rotation detecting device.
本発明においては、各磁気センサからの出力信号が基準レベルを通過したことをもって回転角を検出することが好ましい。これによれば、ロータ部の回転角を正確に検出することができる。 In the present invention, it is preferable to detect the rotation angle when the output signal from each magnetic sensor has passed the reference level. According to this, the rotation angle of the rotor portion can be accurately detected.
本発明においては、ロータ機構が複数の歯の少なくとも一つが欠歯された欠歯領域を有していてもよく、ロータ機構が円周方向に隣接する少なくとも2つ歯が一体化された長歯を有していてもよい。ロータ機構上に欠歯領域や長歯が設けられている場合には、回転軸の基準位置が明確となるので、回転数を容易に検出することができる。 In the present invention, the rotor mechanism may have a missing tooth region in which at least one of a plurality of teeth is missing, and the rotor mechanism is a long tooth in which at least two teeth adjacent in the circumferential direction are integrated. You may have. When a missing tooth region or long teeth are provided on the rotor mechanism, the reference position of the rotating shaft becomes clear, so that the rotational speed can be easily detected.
本発明によれば、複数のロータ部を使用し、これらの外周上に設けられた歯の円周方向の位置を順にずらしておくことにより、回転角の高精度な検出が可能となる。また、これらのロータ部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を使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, it is possible to detect the rotation angle with high accuracy by using a plurality of rotor portions and sequentially shifting the circumferential positions of the teeth provided on the outer periphery thereof. In addition, since non-magnetic spacers are used as signal interference avoidance means when these rotor parts are arranged close to each other, accurate detection can be performed with a single device. The rotation detection accuracy can be improved without 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斜視図、図2は略正面図である。 FIG. 1 is a schematic perspective view showing the structure of a rotation detection device according to a preferred embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a schematic front view.
図1及び図2に示すように、この回転検出装置10は、回転軸11と共に回転するロータ機構12と、ロータ機構12の回転による磁界変化を検知し、これにより回転軸11の回転状態を検出する回転検出センサ15とを備えている。ロータ機構12は、回転軸11に直接取り付けられた第1及び第2のロータ部12A、12Bと、第1のロータ部12Aと第2のロータ部12Bの間に挟まれた非磁性スペーサ14とを備えている。第1及び第2のロータ部12A、12Bは共に同一形状を有する略円板状の磁性体であり、その外周には多数の歯13A、13Bがそれぞれ所定のピッチごとに設けられている。これらの歯13A、13Bは、回転軸11の数度毎の回転角の検出に用いられるものである。歯13A、13Bの数は、回転検出センサ15による検出が可能な範囲内でできるだけ多いほうが好ましく、90〜180歯であることが特に好ましい。
As shown in FIGS. 1 and 2, the
回転検出センサ15は、第1及び第2のロータ部12A、12Bに対応して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。第1の磁気センサ16Aは、第1のロータ部12Aの回転を検出するため、第1のロータ部12Aの直下に設けられている。また、第2の磁気センサ16Bは、第2のロータ部12Bの回転を検出するため、第2のロータ部12Bの直下に設けられている。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、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。バイアス磁石17による磁界の向きは、第1及び第2のロータ部12A、12Bの接線に略直交する方向に設定されている。
The
第1及び第2のロータ部12A、12Bは互いに隣接配置されており、両者の間にはロータ部12A、12B間の磁気干渉を抑える非磁性スペーサ14が介在している。非磁性スペーサ14なしに2つのロータを近接させると一方のロータ部による磁界変化が他方のロータ部による磁界変化に影響を与えてしまい、回転状態を正しく読み取ることができなくなるため、2つのロータ部をそれほど近接させることができない。しかし、非磁性スペーサ14を介在させた場合には、他方のロータによる磁界変化の影響が十分に抑制されるため、2つのロータ間を十分に近接させることができ、各ロータ部12A、12Bの回転状態を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14が介在する場合には、互いに近接配置された第1及び第2のロータ部12A、12Bからの基準位置信号をそれぞれ独立に求めることができる。
The first and
図2に示すように、第1及び第2のロータ部12A、12Bの直径d1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15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70〜160mm程度に設定される。また、第1及び第2のロータ部12A、12Bの厚みW1は、回転検出センサ15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。
As shown in FIG. 2, the diameter d 1 of the first and
一方、非磁性スペーサ14の直径d2は、特に限定されるものではないが、第1及び第2のロータ部12A、12Bの直径d1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、一方のロータ部の読み取り時に他方のロータ部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14の厚みW2は、ロータ部12A、12B間の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。そして、非磁性スペーサ14を介在させることで2枚のロータ部12A、12B間の近接配置が可能であるため、両者の距離Dは3〜9.5mm程度に設定することができる。
On the other hand, the diameter d 2 of the
図3は、図1のX部拡大図であって、第1のロータ部の歯13Aと第2のロータ部の歯13Bとの関係を詳細に示す略斜視図である。
FIG. 3 is an enlarged view of the portion X in FIG. 1 and is a schematic perspective view showing in detail the relationship between the
図3に示すように、第1及び第2のロータ部12A、12B上にそれぞれ設けられた歯13A、13Bは共に所定のピッチpごとに設けられており、歯幅と歯間の幅は同一(p/2)に設定されている。本実施形態においては、第1のロータ部12Aの外周に設けられた第1の歯13Aの周方向の位置と、第2のロータ部12Bの外周に設けられた第2の歯13Bの円周方向の位置は一致しておらず、それぞれp/4(半歯)ずらして配置されている。上述の通り、回転検出精度を高めるため、歯のピッチをできるだけ狭くし、歯の数を単純に増やしただけでは、磁気センサの検出領域内に複数の歯が存在するようになり、微細な磁気変化を正確に読み取ることができない。
As shown in FIG. 3, the
しかし、本実施形態のように、第1のロータ部12Aの外周に設けられた多数の歯13Aと第2のロータ部12Bの外周に設けられた多数の歯13Bとをp/4ずらした場合には、一方のロータ部では検出できない中間の角度を他方のロータ部で検出することができるので、ロータ径を大きくすることなく、一つのロータ上に2倍の数の歯が設けられたことと同様の効果を得ることができる。例えば、180歯が形成されたロータを一つ用いた場合、回転角を1度刻みでカウントすることができるが、ロータ直径を160mm程度にしなければならない。これに対し、このロータ部を2つ用意し、両者を周方向に半歯ずらして組み合わせた場合には、ロータ直径が70mm程度であっても読み取り可能であり、0.5度刻みの実角カウント制御が可能となる。
However, as in the present embodiment, when
図4は、磁気センサの出力信号波形図であり、信号S1が磁気センサ16Aの出力、信号S2が磁気センサ16Bの出力を示している。
FIG. 4 is an output signal waveform diagram of the magnetic sensor, where the signal S1 indicates the output of the
図4に示すように、磁気センサ16A、16Bの出力信号としては略正弦波波形が得られるが、2つのロータ部の歯13A、13Bが周方向に半歯ずれている場合には、互いに1/4周期ずれた2つの正弦波信号が得られ、図示のように、1つの正弦波形の1周期の間に基準レベルVthと交差する4つのクロスポイントを検出することができる。そのため、これらのセンサ出力が基準レベルVthを通過したことをもって回転軸が0.5度回転したことを知ることができる。さらに、各磁気センサの出力の位相差から回転軸の回転方向を知ることもできる。
As shown in FIG. 4, substantially sinusoidal waveforms are obtained as the output signals of the
次に、図5乃至図7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つのスピンバルブ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5(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。 5A and 5B are schematic views showing the basic structure of a spin bubble GMR element.
図5(a)及び(b)に示すように、スピンバルブGMR素子20は、強磁性体のピン層21、非磁性層22、強磁性体のフリー層23が順に積層された構造を有している。ピン層21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23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23の磁化方向(つまり、外部磁界の方向)がピン層21の磁化方向と直交しているとき、スピンバルブGMR素子20の抵抗変化率(ΔR/R)はゼロである。しかし、フリー層23の磁化方向がピン層21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20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23の磁化方向がピン層21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20の抵抗変化率はマイナスとなり、低抵抗状態となる。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つのスピンバルブGMR素子R1、R2、R3、R4を同一平面上に配置したものである。
As shown in FIGS. 5A and 5B, the spin
図6は、スピンバルブGMR回路のレイアウトを示す模式図である。 FIG. 6 is a schematic diagram showing a layout of the spin valve GMR circuit.
図6に示すように、スピンバルブGMR回路は、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24、25を並べて配置した構成を有している。つまり、スピンバルブGMR素子R1、R3のピン層の磁化方向と、スピンバルブGMR素子R2、R4のピン層の磁化方向は、互いに逆向きである。これらのスピンバルブGMR素子対24、25は、図示のように、ロータの厚み方向(軸方向)と平行に配置され、スピンバルブGMR素子対24、25間の中間点がロータ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、ロータの外周面に接する平面と平行に配置される。 As shown in FIG. 6, the spin valve GMR circuit includes a pair of spin valve GMR elements R1 and R3 whose pinned layer magnetization direction is rightward, and further includes spin valve GMR elements R2 and R4 whose pinned layer magnetization direction is leftward. A pair of two spin valve GMR element pairs 24 and 25 are arranged side by side. That is, the magnetization directions of the pinned layers of the spin valve GMR elements R1 and R3 and the magnetization directions of the pinned layers of the spin valve GMR elements R2 and R4 are opposite to each other. These spin valve GMR element pairs 24 and 25 are arranged in parallel to the thickness direction (axial direction) of the rotor as shown in the figure, and the midpoint between the spin valve GMR element pairs 24 and 25 is at the center of the rotor thickness direction. It is positioned. In addition, the magnetosensitive surface of these spin valve GMR elements is arranged in parallel with a plane in contact with the outer peripheral surface of the rotor.
図7(a)及び(b)は、スピンバルブGMR回路の回路図である。 7A and 7B are circuit diagrams of a spin valve GMR circuit.
図7(a)及び(b)に示すように、スピンバルブGMR回路では、4つのスピンバルブGMR素子R1乃至R4が用いられ、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ホイートストン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. 7A and 7B, in the spin valve GMR circuit, four spin valve GMR elements R1 to R4 are used, and a series circuit of the spin valve GMR elements R1 and R2 and the spin valve GMR element R4, The R3 series circuit is configured as a Wheatstone bridge circuit connected in parallel. 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. ing.
図8(a)及び(b)は、ロータの歯(凸部)の位置と感磁ポイントでの磁界の向きとの関係を示すものであり、図8(a)は凸部がスピンバルブGMR素子に近づく時、図8(b)は凸部がスピンバルブGMR素子から遠ざかる時の説明図である。 FIGS. 8A and 8B show the relationship between the position of the teeth (convex part) of the rotor and the direction of the magnetic field at the magnetosensitive point, and FIG. 8A shows the spin valve GMR. When approaching the element, FIG. 8B is an explanatory diagram when the convex part moves away from the spin valve GMR element.
図8(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。さらにロータの凸部が近づいてくると、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、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. 8A, when the rotor teeth (convex portions) magnetized by the magnetic field of the bias magnet approach the magnetic sensing surface of the spin valve GMR element, the magnetic flux near the magnetic sensing surface of the spin valve GMR element is Since the convex portion faces in the approaching direction, a magnetic field component is generated in the tangential direction with respect to the 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, as the convex portion of the rotor approaches, the magnetic field component in the tangential direction of the rotor decreases, and the output potential VOUT decreases. When the convex portion of the rotor comes closest to the magnetic sensing point of the spin valve GMR element, the magnetic field component in the tangential direction of the rotor becomes substantially zero, the resistance values of the spin valve GMR elements R1 to R4 become equal, and the output potential V OUT becomes zero.
さらに図8(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。そしてロータの凸部がさらに遠ざかって行くと、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、ロータの凸部による磁界変化が小さくなるので、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、ロータの回転に伴ってこの動作を繰り返す。 Further, as shown in FIG. 8B, when the rotor teeth (convex portions) 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 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 . When the convex portion of the rotor moves further away, the magnetic field component in the tangential direction of the rotor increases and the output potential VOUT also increases. However, as the distance further increases, the magnetic field change due to the convex portion of the rotor becomes smaller, so the magnetic field component in the tangential direction of the rotor becomes smaller and the output potential VOUT also becomes smaller. 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 rotor rotates.
このように、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 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 becomes the maximum, and the other spin valve GMR element Since the resistance value of the pair is minimized, when a Wheatstone bridge circuit is assembled using these spin-valve GMR elements, an output level that is about four times that obtained when a single spin-valve GMR element is used is obtained. It becomes possible.
こうして、第1及び第2のロータ部12A、12B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、回転軸の回転角及び回転数を判別することができる。ここで、非磁性スペーサ14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のロータ部12Bの影響を受けて当該第2のロータ部12B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のロータ部12Aの影響を受けて当該第1のロータ部12Aの方向に傾くため、第1及び第2のロータ部12A、12B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14が設けられている場合には、第1及び第2のロータ部12A、12B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の感度低下が抑制されるので、第1及び第2のロータ部12A、12B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
以上説明したように、本実施形態によれば、第1のロータの外周に設けられた第1の歯の周方向の位置と、第2のロータの外周に設けられた第2の歯の周方向の位置をp/4ずらして設けたので、分解能の高い回転検出を実現することができる。ロータを小型・薄型化することができ、 As described above, according to this embodiment, the circumferential position of the first tooth provided on the outer periphery of the first rotor and the circumference of the second tooth provided on the outer periphery of the second rotor. Since the position in the direction is shifted by p / 4, rotation detection with high resolution can be realized. The rotor can be made smaller and thinner,
また、小型で薄型な2枚のロータ部12A、12B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、多数の歯を有する2枚のロータを近接配置することができる。したがって、回転軸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、実角カウント制御を実現することができる。
In addition, a non-magnetic spacer is provided between two small and
図9(a)及び(b)は、本発明の第2及び第3の実施形態に係る回転検出装置の構成を示す略部分拡大図である。 FIGS. 9A and 9B are schematic partial enlarged views showing the configurations of the rotation detection devices according to the second and third embodiments of the present invention.
図9(a)に示すように、本発明の第2の実施形態に係る回転検出装置40は、3枚(n=3)のロータ部12A乃至12Cを用いて構成されており、各ロータの外周に設けられた歯13A乃至13Cの周方向の位置が順にp/6ずつずれている点に特徴を有している。また、各ロータ間には非磁性スペーサ14A、14Bがそれぞれ設けられており、これによってロータ間の相互干渉の低減が図られている。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. 9A, the
また、図9(b)に示すように、本発明の第3の実施形態に係る回転検出装置50は、4枚(n=4)のロータ部12A乃至12Dで構成されており、各ロータ部の外周に設けられた歯の周方向の位置が順にp/8ずつずれている点に特徴を有している。また、各ロータ間には非磁性スペーサ14A乃至14Cが設けられており、これらによってロータ間の相互干渉の低減が図られている。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。
Further, as shown in FIG. 9B, the
以上のことを一般化すれば次のようになる。すなわち、ロータ部の数をn(nは2以上の整数)とし、各ロータ部に設けられた複数の歯のピッチをpとするとき、各ロータ部に設けられた歯と別のロータ部に設けられた歯が円周方向にp/2nずれていればよい。このような構成にすれば、通常のn倍の検出精度を実現することができる。 The above can be generalized as follows. That is, when the number of rotor parts is n (n is an integer of 2 or more) and the pitch of a plurality of teeth provided in each rotor part is p, the teeth provided in each rotor part are separated from the rotor parts. It is only necessary that the provided teeth are shifted by p / 2n in the circumferential direction. With such a configuration, it is possible to realize normal detection accuracy that is n times.
図10(a)及び(b)は、本発明の第4及び5の実施形態に係る回転検出装置の構成を示す略部分拡大図である。 FIGS. 10A and 10B are schematic enlarged views showing the configuration of the rotation detection device according to the fourth and fifth embodiments of the present invention.
図10(a)に示すように、第4の実施形態に係る回転検出装置60は、各ロータ部の外周に設けられた複数の歯のうちの一つが欠歯されている点に特徴を有している。第1のロータの外周上には多数の歯13Aが一定のピッチpで設けられているが、そのうちの一つが除去されて、欠歯領域28Aが形成されている。第2のロータ部12Bについても同様に、その外周上には多数の歯13Bが一定のピッチで設けられているが、そのうちの一つが除去されて、第2の欠歯領域28Bが形成されている。第1及び第2の欠歯領域28A、28Bの幅は共に1.5pである。第1のロータ部上で除去される歯と第2のロータ部上で除去される歯との位置関係は、周方向において部分的に重なり合う歯同士であることが好ましい。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. 10A, the
本実施形態によれば、各ロータの外周に設けられた第1及び第2の欠歯領域28A、28Bが回転検出における基準位置となるので、回転数を容易に検出することができる。また、それ以外の領域には通常の歯13A、13Bが多数設けられていることから、第1の実施形態と同様、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。なお、本実施形態においては、第1及び第2のロータ部12A、12Bの両方に欠歯領域を設けているが、いずれか一方のロータにのみ欠歯領域を設けてもかまわない。
According to the present embodiment, the first and second missing
図10(b)に示すように、第5の実施形態に係る回転検出装置70は、ロータ部の外周に設けられた複数の歯のうちの二つが一つの歯として一体化されている点に特徴を有している。第1のロータ部12Aの外周上には多数の歯13Aが一定のピッチpで設けられているが、そのうちの二つが一体化されて、第1の長歯29Aが形成されている。第2のロータ部12Bについても同様に、その外周上には多数の歯13Bが一定のピッチで設けられているが、そのうちの二つが一体化されて、第2の長歯29Bが形成されている。第1及び第2の長歯29A、29Bの歯幅は共に1.5Pである。第1のロータ部12A上の長歯29Aと第2のロータ部12B上の長歯29Bは、通常の歯13A、13Bと同様、周方向にP/4だけずれている。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. 10B, the
本実施形態によれば、各ロータの外周に設けられた第1及び第2の長歯29A、29Bが回転検出における基準位置となるので、回転数を容易に検出することができる。また、それ以外の領域には通常の歯13A、13Bが多数設けられていることから、第1の実施形態と同様、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。なお、本実施形態においては、第1及び第2のロータ部12A、12Bの両方に長歯を設けているが、いずれか一方のロータにのみ長歯を設けてもかまわない。
According to the present embodiment, the first and second
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、所定数の歯を有する同一形状のロータを2枚用意し、これら張り合わせて構成されているが、本発明はこのような構成に限定されるものではなく、2枚のロータ部12A、12Bを張り合わせた状態のものを一体成形することも可能である。つまり、一枚のロータの円周方向に2本のトラックを設け、各トラック上に複数の歯13A、13Bをそれぞれ形成し、隣接トラック間の歯13A、13Bが円周方向にp/2nずつずれた構造であってもよい。この場合、ロータ部間に非磁性スペーサを介在させることができないが、本発明において非磁性スペーサ14は必須ではなく、2枚のロータ部間の間隔をある程度引き離せば非磁性スペーサ14の省略が可能である。このように構成した場合には、ロータ機構全体の厚みが増え、回転検出装置が若干大型化するが、非磁性スペーサを設けた場合と同様、正確な回転検出が可能である。
For example, in the above embodiment, two rotors having the same number of teeth having the same number of teeth are prepared and bonded together. However, the present invention is not limited to such a configuration, and two rotors are provided. It is also possible to integrally mold the
また、上記実施形態においては、同一形状のロータを複数枚用意し、各ロータ部上の歯がp/2nずつ順にずれるように各ロータを張り合わせているが、本発明においては、同一形状のロータの張り合わせに加えて、さらに別の形状のロータ部を張り合わせても構わない。例えば、外周上に1つの歯のみが設けられたロータ部をさらに追加し、回転検出における基準位置を設けてもよい。この構成によれば、第4及び第5の実施形態と同様、回転角の読み取り精度を高めつつ、回転数を容易に検出することができる。 In the above embodiment, a plurality of rotors having the same shape are prepared, and the rotors are bonded so that the teeth on each rotor portion are sequentially shifted by p / 2n. In addition to the pasting, a rotor portion having another shape may be pasted. For example, a rotor portion in which only one tooth is provided on the outer periphery may be further added to provide a reference position for rotation detection. According to this configuration, as in the fourth and fifth embodiments, it is possible to easily detect the rotation speed while improving the accuracy of reading the rotation angle.
10 回転検出装置
11 回転軸
12 ロータ
12A-12D ロータ
13 歯
13A-13D 歯
14 非磁性スペーサ
14A-14C 非磁性スペーサ
15 回転検出センサ
16A 第1の磁気センサ(スピンバブルGMR回路)
16B 第2の磁気センサ(スピンバブルGMR回路)
17 バイアス磁石
18 ケース
20 スピンバルブGMR素子
21 ピン層
22 非磁性層
23 フリー層
24 第1のスピンバルブGMR素子対
25 第2のスピンバルブGMR素子対
28A 第1の欠歯領域
28B 第2の欠歯領域
29A 第1の長歯
29B 第2の長歯
40 回転検出装置
70 回転検出装置
80 回転検出装置
90 回転検出装置
DESCRIPTION OF
16B Second magnetic sensor (spin bubble GMR circuit)
17
Claims (7)
複数の磁気センサと、
前記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、
前記複数の磁気センサは、前記軸方向に離れて配置された前記歯による前記磁界の変化をそれぞれ検出可能に配置されていることを特徴とする回転検出装置。 A plurality of teeth provided at a predetermined pitch in the circumferential direction and spaced apart by a predetermined distance in the axial direction, the adjacent teeth spaced apart in the axial direction being arranged offset from each other in the circumferential direction A rotor mechanism,
A plurality of magnetic sensors;
A bias magnet for generating a magnetic field around the magnetic sensor,
The rotation detecting device, wherein the plurality of magnetic sensors are arranged so as to be able to detect changes in the magnetic field due to the teeth arranged apart in the axial direction.
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