JP2010038766A - 回転検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】磁気検出素子の温度依存性の影響を受けることなく、ロータの回転態様を高い精度で検出することのできる回転検出装置を提供する。
【解決手段】この回転検出装置は、ロータ２１の回転に伴い軸線ｎ１の周りを回転する２つの磁石２２ａ，２２ｂを備え、磁石２２ａ，２２ｂが回転するときに磁石２２ａ，２２ｂから発せられる磁界の変化を磁気センサ２３により検出してロータ２１の回転角度を検出する。ここでは、磁石２２ａ，２２ｂを軸線ｎ２の方向に並設するとともに軸線ｎ３の方向に延伸された形状とし、且つ、軸線ｎ２に沿って異極同士が向かい合う態様にてそれぞれ着磁する。また、磁気センサ２３を、２つの磁石２２ａ，２２ｂに挟まれる領域から軸線ｎ１の方向にギャップｇだけずれた位置に配置する。そして、磁気センサ２３から出力される電圧信号から逆正接値を演算し、この逆正接値に基づいてロータ２１の回転角度を検出する。
【選択図】図２

Description

本発明は、磁石から発せられる磁界の変化を磁気検出素子により検出してロータの回転態様を検出する回転検出装置に関する。

この種の回転検出装置としては、例えば特許文献１に記載の回転検出装置が知られている。図１２に、この特許文献１に記載の回転検出装置の斜視構造を示す。同図１２に示されるように、この回転検出装置では、検出対象としてのロータ（図示略）と一体となって回転するインナコア１００と、該インナコア１００の外周に面一となるように組み付けられる円弧状の磁石１０１とを備え、ロータの回転に伴い、インナコア１００及び磁石１０１が回転軸ｆを中心に回転する。また、この回転検出装置では、インナコア１００の外周が環状のアウタコア１１０により囲繞されるとともに、このアウタコア１１０が図中に示す位置で固定されており、インナコア１００がアウタコア１１０に対して相対回転する。ちなみに、この回転検出装置では、インナコア１００及びアウタコア１１０を磁性材料により形成することで磁気回路を構成し、この磁気回路に磁石１０１から発せられる磁界を集磁することで、図中の一点鎖線で示されるような磁界が形成されている。一方、このアウタコア１１０には、２つのエアギャップ１１１が回転軸ｆを中心として１８０°だけずれた位置にそれぞれ形成されるとともに、これらのエアギャップ１１１に、ホール素子と共に信号処理回路等が集積化された２つのセンサチップ１２０がそれぞれ配設されている。ここでホール素子は、印加される磁界の磁束密度の大きさに比例したホール電圧を発生する磁気検出素子であり、センサチップ１２０では、印加される磁界の磁束密度の大きさをホール電圧として検出する。

そして、この回転検出装置では、インナコア１００の回転に伴って磁石１０１が回転した際に、エアギャップ１１１に形成される磁界の磁束密度、すなわちセンサチップ１２０を通じて検出される磁束密度が変化する。ここで、図１３に示すように、この回転検出装置では、先の図１２に示すインナコア１００の位置を基準（φ＝０［°］）としてその回転角度φが−４５［°］〜＋４５［°］の範囲で変化したときに、センサチップ１２０を通じて検出される磁束密度Ｂが−０．１５［Ｔ］〜＋０．１５［Ｔ］の範囲でリニアに変化する。したがって、このセンサチップ１２０を通じて検出される磁束密度Ｂに基づいてインナコア１００の回転角度φを検出するようにすれば、インナコア１００の回転角度φを精度良く検出することができ、ひいてはロータの回転角度の検出精度が向上するようになる。
特開２００１−１３３２１２号公報

このように、回転検出装置として、インナコア１００が回転したときにセンサチップ１２０を通じて検出される磁束密度Ｂがリニアに変化するといった構成を採用することで、確かにロータの回転角度の検出精度が向上するようにはなる。ただし、この回転検出装置では、磁束密度Ｂを検出するための磁気検出素子が、上述のように、ホール素子により構成されているため、同素子の温度特性が問題となる。すなわち、ホール素子は、一般に、自身の有する温度の影響を受けてホール電圧の大きさが変動する温度依存性を有しているため、こうした素子の温度依存性に起因したホール電圧の変動により、センサチップ１２０としての正確な磁束密度の検出が妨げられるおそれがある。このため、例えばセンサチップ１２０の温度変化に伴いロータの回転角度の検出精度が悪化するなど、回転検出装置としての機能に支障をきたすおそれがある。

なお、こうした問題は、磁石から発せられる磁界の変化を感知する磁気検出素子としてホール素子を採用するようにした回転検出装置に限らず、例えば磁気抵抗素子（ＭＲＥ）を採用するようにした回転検出装置でも同様に生じうる。

本発明は、こうした実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、磁気検出素子の温度依存性の影響を受けることなく、ロータの回転態様を高い精度で検出することのできる回転検出装置を提供することにある。

上記課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、磁気検出素子からなる磁気センサと、ロータの回転に伴い同ロータの回転軸の周りを回転する磁石とを備え、前記磁石の回転に伴う同磁石から発せられる磁界の変化を前記磁気検出素子により検出して前記ロータの回転態様を検出する回転検出装置において、前記磁石は、同ロータの回転軸に直交する方向に並設される２つの磁石からなるとともに、該２つの磁石は、前記ロータの回転軸の方向及び前記並設される方向の両方に直交する方向に延伸された形状からなり、且つ、前記並設される方向に沿って異極同士が向かう合う態様にてそれぞれ着磁され、前記磁気センサは、その検出面に平行な成分を有する磁気ベクトルが印加されたとき、同検出面に沿った基準線と印加された磁気ベクトルとのなす角をパラメータとして正弦波状の信号及び余弦波状の信号をそれぞれ出力するものであるとともに、前記２つの磁石に挟まれる領域及び同領域から前記ロータの回転軸の方向にずれた領域のいずれかの領域内に配置され、且つ、前記検出面が前記ロータの回転軸に対して直交する態様にて配置されるものであって、前記磁気センサから出力される前記正弦波状の信号の値を前記余弦波状の信号の値で除算して正接値を算出した上で、同正接値から逆正接値を算出し、該算出した逆正接値に基づいて前記ロータの回転態様の検出を行うことを要旨としている。

同構成によるように、ロータの回転に伴い同ロータの回転軸の周りを回転する磁石を、その回転軸に直交する方向に２つ並設した上で、これら２つの磁石を、ロータの回転軸の方向及びその並設される方向の両方に直交する方向に延伸された形状とし、且つ、それらが並設される方向に沿って異極同士が向かい合う態様にてそれぞれ着磁するようにすれば、これら２つの磁石に挟まれる領域及び同領域からロータの回転軸の方向にずれた領域のいずれかの領域では、ロータの回転軸に直交する方向の成分を有する磁気ベクトルが生じるようになる。このため、磁気センサを、この２つの磁石に挟まれる領域及び同領域からロータの回転軸の方向にずれた領域のいずれかの領域内に配置するとともに、その検出面を、ロータの回転軸に対して直交する態様にて配置するようにすれば、検出面に平行な成分を有する磁気ベクトルを同検出面に印加することができるようになる。また、こうした構成を通じて、ロータの回転に伴い上記２つの磁石が回転した際に、上記磁気センサの検出面に印加される磁気ベクトルの向きに変化が生じるようになるとともに、検出面に沿った所定の基準線及び磁気ベクトルが成す角度の変化量と、ロータの回転角度の変化量とが一致するようになる。このため、この磁気センサを、検出面に平行な成分を有する磁気ベクトルが印加されたとき、上記検出面に沿った基準線と印加された磁気ベクトルとのなす角をパラメータとして正弦波状の信号及び余弦波状の信号を出力するものとして構成するようにすれば、磁石の回転に伴う磁気センサの出力信号として、ロータの回転角度をパラメータとする正弦波状の信号及び余弦波状の信号を得ることができるようになる。そして、こうして得られる正弦波状の信号の値を余弦波状の信号の値で除算して正接値を算出するといった演算を行うようにすれば、この正接値は、磁気抵抗素子の温度依存性に起因する正弦波状の信号の変動、及び余弦波状の信号の変動が互いに相殺された値となる。したがって、この正接値から逆正接値を算出し、算出した逆正接値に基づいてロータの回転態様の検出を行うようにすれば、磁気検出素子の温度依存性の影響を受けることなく、高い精度でロータの回転態様を検出することができるようになる。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の回転検出装置において、前記磁気センサが、前記２つの磁石のうちの前記ロータの回転軸から離間している磁石寄りの位置に配設されていることを要旨としている。

同構成によれば、磁石が回転した際に、磁気センサが、２つの磁石に挟まれる領域及び同領域からロータの回転軸の方向にずれた領域のいずれかの領域内の位置を維持し易くなるため、磁気センサを通じたロータの回転態様の検出範囲を拡大することができるようになる。

請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の回転検出装置において、前記磁気検出素子は、印加される磁気ベクトルに応じて抵抗値を変化させる磁気抵抗素子からなり、前記磁気センサは、それぞれ４つの磁気抵抗素子により構成される２つのブリッジ回路を有し、前記正弦波状の信号及び前記余弦波状の信号を、これら２つのブリッジ回路の出力信号としてそれぞれ取得することを要旨としている。

同構成によれば、一つの磁気センサを通じて正弦波状の信号及び余弦波状の信号を取得することができるため、例えば正弦波状の信号を取得するための磁気センサと余弦波状の信号を取得するための磁気センサとを各別に設けるようにした回転検出装置と比較して、装置としての構造の簡素化を図ることができるようになる。

本発明にかかる回転検出装置によれば、磁気検出素子の温度依存性の影響を受けることなく、ロータの回転態様を高い精度で検出することができるようになる。

以下、本発明にかかる回転検出装置を、車両のシフトレバーの位置（シフトポジション）を検出するシフトポジションセンサに具体化した一実施形態について図１〜図１０を参照して説明する。図１は、本実施形態のシフトポジションセンサが搭載される車両のシフト装置の斜視構造を示したものであり、はじめに、この図１を参照してこのシフト装置の概要を説明する。ちなみに、このシフト装置は、シフトレバーと変速機との間の機械的な連結が排除された、いわゆるシフトバイワイヤ式のシフト装置を想定している。

同図１に示されるように、このシフト装置は、大きくは、車両の運転者が把持する部分となる把持部１１の設けられたシフトレバー１２と、このシフトレバー１２が挿通される部分として直線状のシフトゲート１３の形成されたシフトパネル１４とを備えている。ここで、シフトレバー１２の基端側の部分には、シフトゲート１３の延伸方向と直交する方向に延びるシャフト１５が設けられており、このシャフト１５とシフトレバー１２の基端部とが連結部材１６を介して互いに連結されている。そして、このシフト装置では、シフトレバー１２が、図示しない支持構造を介してシャフト１５を中心に揺動可能に支持される構造となっている。ちなみに、このシフト装置では、運転者が、例えばシフトレバー１２をシフトゲート１３の図中の奥側の位置から手前側の位置まで操作したとすると、シフトポジションが「Ｐ（パーキングレンジ）」、「Ｒ（リバースレンジ）」、「Ｎ（ニュートラルレンジ）」、「Ｄ（ドライブレンジ）」、「２（セカンドレンジ）」、「１（ロウレンジ）」の順に選択的に切り替えられる。一方、シャフト１５の端部には、同シャフト１５の回転位置に応じた、換言すればシフトポジションに応じた電圧信号を出力するシフトポジションセンサ２０が取り付けられており、このシフトポジションセンサ２０の電圧信号が、マイクロコンピュータを中心に構成されてシフト装置の各種制御を統括的に司る制御部３０に伝達される。この制御部３０は、シフトポジションセンサ２０から伝達される電圧信号に基づいてシフトレバー１２が上記シフトポジションのいずれのポジションであるかを判定するとともに、判定されたシフトポジションに基づいて、車両の変速機４０のギア段を変更する制御を実行する。

次に、図２（ａ），（ｂ）を参照して、シフトポジションセンサ２０の具体的な構造について説明する。ここで、図２（ａ）は、このシフトポジションセンサ２０の側面構造を、また、図２（ｂ）は、図２（ａ）のＡ−Ａ線に沿った断面構造をそれぞれ示したものである。なお、図２（ｂ）では、軸線Ｐ（Ｐ）を基準として、軸線ｎ１を中心に矢印ａで示す方向に所定角度だけそれぞれ傾いた軸線を、軸線Ｐ（Ｒ），軸線Ｐ（Ｎ），軸線Ｐ（Ｄ），軸線Ｐ（２），軸線Ｐ（１）にてそれぞれ示している。

同図２（ａ），（ｂ）に示されるように、シフトポジションセンサ２０は、大きくは、軸線ｎ１を中心に回転するロータ２１と、同ロータ２１と一体となって回転する２つの磁石２２ａ，２２ｂと、磁石２２ａ，２２ｂにより形成される磁界の変化を検出する磁気センサ２３とから構成されている。また、このシフトポジションセンサ２０では、ロータ２１等の各種部品の外側を合成樹脂製のケース２４により覆うことで、これらの各種部品を外部環境から保護する構造となっている。

ここで、ロータ２１は、軸線ｎ１を中心軸として円盤状に形成された大径部２１ａ及び小径部２１ｂからなり、大径部２１ａのシフトレバー１２の側の面に小径部２１ｂが設けられる構造となっている。そして、このロータ２１には、小径部２１ｂのシフトレバー１２の側の面に開口端を有するとともに同開口端から大径部２１ａの中央部に達するかたちで断面矩形状の挿通孔２１ｃが形成されており、この挿通孔２１ｃに、シャフト１５の端面から回転軸ｍに沿って導出された同じく断面矩形状の突出部１５ａが嵌合される。すなわち、このシフトポジションセンサ２０では、このロータ２１の挿通孔２１ｃにシャフト１５の突出部１５ａが嵌合することで、シャフト１５の回転軸ｍとロータ２１の中心軸である軸線ｎ１とが互いに一致するかたちでロータ２１がシャフト１５に組み付けられる。そして、このシフトポジションセンサ２０では、運転者によるシフトレバー１２の操作に伴い、ロータ２１がシャフト１５と一体となって回転軸ｍを中心に回転する構造となっている。

一方、磁石２２ａ，２２ｂは、大径部２１ａの小径部２１ｂの設けられる面と反対側の面に、軸線ｎ１に直交する軸線ｎ２に沿うかたちで並設されている。ここで、磁石２２ａは、シフトレバー１２の側の部分がＮ極となり、その反対側の部分がＳ極となるように、また、磁石２２ｂは、シフトレバー１２の側の部分がＳ極となり、その反対側の部分がＮ極となるように着磁されている。そして、図２（ｂ）に示されるように、これら磁石２２ａ，２２ｂは、軸線ｎ１及び軸線ｎ２に直交する軸線ｎ３の方向に延伸されて板状にそれぞれ形成されている。そして、磁石２２ａ，２２ｂは、運転者によるシフトレバー１２の操作に伴い上記シャフト１５及びロータ２１が回転軸ｍを中心に回転したとすると、同ロータ２１と一体となって回転軸ｍの周りを回転する。具体的には、上記シフトポジションが「Ｐ」に設定されているときには、磁石２２ａ，２２ｂの並設方向を示す軸線ｎ２が軸線Ｐ（Ｐ）と重なる位置に保持された状態であり、この状態からシフトポジションが「Ｒ」に切り替えられたとすると、上記磁石２２ａ，２２ｂの並設方向を示す軸線ｎ２が軸線Ｐ（Ｒ）と重なる位置まで回転する。さらに、シフトポジションが「Ｎ」，「Ｄ」，「２」，「１」の順に切り替えられたとすると、上記磁石２２ａ，２２ｂの並設方向を示す軸線ｎ２が軸線Ｐ（Ｎ），Ｐ（Ｄ），Ｐ（２），Ｐ（１）と重なる位置までそれぞれ回転する。

また一方、ケース２４には、上記ロータ２１が相対回転可能に収容されるとともに、上記磁石２２ａ，２２ｂが動く範囲に対応して断面円形状の内部空間２４ａが形成されている。ちなみに、本実施形態にかかるシフトポジションセンサ２０では、ケース２４が図中に示す位置で固定されているため、ロータ２１が回転した際には、ケース２４はその位置が保持されたまま、ロータ２１のみが回転する。そして、このケース２４の内部空間２４ａを形成する内壁面のうち、上記ロータ２１の大径部２１ａと対向する内壁面には、上記磁気センサ２３をはじめ、同磁気センサ２３から出力される電圧信号を取り込んで各種演算を行う演算回路などを実装した基板２５が設けられている。

ここで、本実施形態にかかるシフトポジションセンサ２０では、磁気センサ２３が上記磁石２２ａ，２２ｂに対して以下のような位置関係を有して配設されている。すなわち、図２（ａ）に示されるように、磁気センサ２３が、磁石２２ａ，２２ｂに挟まれる領域（図中に二点差線のハッチングで示す領域）から軸線ｎ１の方向にギャップｇだけずれた領域内であって、且つ、磁石２２ａ寄りの位置に配置されている。ちなみに、このように磁気センサ２３を磁石２２ａ寄りの位置に配置することによって、磁石２２ａ，２２ｂが回転した際に、磁気センサ２３が、上記磁石２２ａ，２２ｂに挟まれる領域からギャップｇだけずれた領域内の位置、すなわち図２（ｂ）中の二点鎖線で示す領域内の位置を維持し易くなる。また、この磁気センサ２３では、同図２（ｂ）に示される面と平行となる態様にて、すなわち上記軸線ｎ１に直交する面と平行となる態様にて、磁気を検出する検出面が配置されている。

図３は、こうした磁気センサ２３についてその検出面の側から見た平面構造を示したものである。
同図３に示されるように、磁気センサ２３は、センサ中心Ｃｓを中心として各々４５°ずつ傾くかたちで環状に配置される８つの磁気抵抗素子Ｍ１〜Ｍ８を備えるセンサ部２３ａと共に、同センサ部２３ａから出力される電圧信号に対して所定の信号処理を施す回路等が１チップに集積化されて構成される、いわゆる磁気抵抗効果（ＭＲＥ）センサである。ちなみに、磁気抵抗素子Ｍ１〜Ｍ８は、強磁性金属を主成分とする磁気抵抗膜からなり、印加される磁気ベクトルに応じてその抵抗値が変化するといった物性を有している。そして、この磁気センサ２３は、例えばセンサ中心Ｃｓを通り、且つ、図中のｙ軸に平行な軸線をｙｓとしたときに、センサ２３に印加される磁気ベクトルＢｖと基準線ｙｓとがなす角度θの大きさに応じた電圧信号を出力する。

図４は、こうした構造を有する磁気センサ２３の電気的な構成についてその等価回路を示したものである。
同図４に示されるように、この磁気センサ２３では、４つの磁気抵抗素子Ｍ１，Ｍ３，Ｍ５，Ｍ７により１つのブリッジ回路が、また、４つの磁気抵抗素子Ｍ２，Ｍ４，Ｍ６，Ｍ８によってもう１つのブリッジ回路が構成されている。ここで、各ブリッジ回路では、磁気抵抗素子Ｍ３，Ｍ５の間、並びに磁気抵抗素子Ｍ４，Ｍ６の間に定電圧Ｖｃｃがそれぞれ印加されるとともに、磁気抵抗素子Ｍ１，Ｍ７の間、並びに磁気抵抗素子Ｍ２，Ｍ８の間が各々接地されている。そして、磁気センサ２３では、上記センサ部２３ａの出力として、磁気抵抗素子Ｍ１，Ｍ３の間の中点電位Ｖ１１、磁気抵抗素子Ｍ５，Ｍ７の間の中点電位Ｖ１２、磁気抵抗素子Ｍ２，Ｍ４の間の中点電位Ｖ２１、及び磁気抵抗素子Ｍ６，Ｍ８の間の中点電位Ｖ２２がそれぞれ出力される。そして、磁気センサ２３では、中点電位Ｖ１１，Ｖ１２が差動増幅器５０に取り込まれて、また、中点電位Ｖ２１，Ｖ２２が差動増幅器５１に取り込まれてそれぞれ差動増幅される。すなわち、この磁気センサ２３では、差動増幅器５０，５１による各差動増幅出力として、磁気抵抗素子Ｍ１〜Ｍ８に印加される磁気ベクトルの変化に応じて連続的に変化する電圧信号Ｖ１，Ｖ２が出力される。ちなみに、これらの電圧信号Ｖ１，Ｖ２は、以下の（１）及び（２）式で示されるように、また図５に示すように、先の図３に示した上記磁気ベクトルＢｖの方向が基準線ｙｓとなす角度θをパラメータとして、それぞれ正弦波状及び余弦波状に変化する。なお、図５では、角度θが先の図３において反時計回りの方向に変化するときを正としている。

Ｖ１＝Ｖｓ×ｓｉｎ２θ・・・（１）
Ｖ２＝Ｖｓ×ｃｏｓ２θ・・・（２）
ただし、Ｖｓは磁気センサ２３の感度に基づく値である。

次に、図６〜図８を参照して、シフトポジションの切り替えに伴って磁石２２ａ，２２ｂが回転したときの上記電圧信号Ｖ１，Ｖ２の変化態様について説明する。ここで、図６（ａ）は、先の図２（ａ）に対応する図として、磁石２２ａ，２２ｂ及び磁気センサ２３といった要素のみを抜き出して、磁石２２ａ，２２ｂにより形成される磁界を模式的に示したものである。また、図６（ｂ）は、上記図２（ｂ）に対応する図として、同じく磁石２２ａ，２２ｂ及び磁気センサ２３といった要素のみを抜き出して、磁気センサ２３に印加される磁気ベクトルを模式的に示したものである。

このシフトポジションセンサ２０では、前述のように、磁石２２ａが、シフトレバー１２の側の部分がＮ極となり、その反対側の部分がＳ極となるように、また、磁石２２ｂが、シフトレバー１２の側の部分がＳ極となり、その反対側の部分がＮ極となるように着磁されているため、図中の一点鎖線の矢印で示されるような磁界が形成されている。すなわち、磁石２２ａ，２２ｂの中央の部分を境界として、磁気センサ２３の配置されている側では磁石２２ｂから磁石２２ａに向かう方向を有する磁界が、また、磁気センサ２３の配置されていない側では磁石２２ａから磁石２２ｂに向かう方向を有する磁界が形成されている。ここで、シフトポジションセンサ２０では、同じく上述のように、磁石２２ａ，２２ｂにより形成されるこうした磁界に対し、磁気センサ２３が、磁石２２ａ，２２ｂに挟まれる領域（図中の二点差線のハッチングで示す領域）から軸線ｎ１の方向にギャップｇだけずれた位置に配置されている。そして、こうした構成により、図６（ｂ）に併せ示されるように、上記軸線ｎ１に直交する方向、すなわち同センサ２３の検出面に平行な成分Ｂｖを有する磁気ベクトルが磁気センサ２３に印加されるようになる。また、磁気センサ２３に印加される磁界の磁束密度を、上記磁気抵抗素子Ｍ１〜Ｍ８の抵抗値が飽和する磁束密度、いわゆる飽和磁束密度まで高め易くもなっている。そして、このシフトポジションセンサ２０では、ロータ２１の回転に伴い上記磁石２２ａ，２２ｂの並設方向を示す軸線ｎ２が軸線Ｐ（Ｐ），Ｐ（Ｒ），Ｐ（Ｎ），Ｐ（Ｄ），Ｐ（２），Ｐ（１）のうちのいずれかの軸線上となる位置まで回転したとすると、磁気センサ２３に印加される磁気ベクトルＢｖの方向に変化が生じる。

具体的には、例えば、ロータ２１が先の図２（ｂ）に示す位置を基準として上記矢印ａに示す方向に角度α１だけ回転したとするとする。このとき、図７（ａ）に示すように、上記磁石２２ａ，２２ｂの並設方向を示す軸線ｎ２は先の図６（ｂ）に示す位置を基準として角度α１だけ回転して軸線Ｐ（１）上となる位置まで回転するとともに、磁気センサ２３に印加される磁気ベクトルＢｖの方向も角度α１だけ変化する。また、例えばロータ２１が先の図２（ｂ）に示す位置を基準として上記矢印ａに示す方向と逆の方向に角度αｐだけ回転したとするとする。このとき、図７（ｂ）に示すように、上記磁石２２ａ，２２ｂの並設方向を示す軸線ｎ２は先の図６（ｂ）に示す位置を基準として角度αｐだけ回転して軸線Ｐ（Ｐ）上となる位置まで回転するとともに、磁気センサ２３に印加される磁気ベクトルＢｖの方向も角度αｐだけ変化する。すなわち、このシフトポジションセンサ２０では、ロータ２１の回転角度の変化量と、上記磁気ベクトルＢｖ及び基準線ｙｓがなす角度θの変化量とが互いに一致する。このため、上記（１）及び（２）式を参照すれば、磁気センサ２３から出力される電圧信号Ｖ１，Ｖ２が、以下の（３）及び（４）式で示されるように、ロータ２１の回転角度αをパラメータとして正弦波状及び余弦波状に変化する値となる。

Ｖ１＝Ｖｓ×ｓｉｎ２α・・・（３）
Ｖ２＝Ｖｓ×ｃｏｓ２α・・・（４）
ちなみに、図８は、横軸にロータ２１の回転角度αを、縦軸に磁気センサ２３から出力される電圧信号Ｖ１，Ｖ２をとり、両者の関係をそれぞれ示したグラフである。なお、同図８では、シフトポジションが「１」，「２」，「Ｄ」，「Ｎ」，「Ｒ」，「Ｐ」であるときのロータ２１の回転角度をα（１），α（２），α（Ｄ），α（Ｎ），α（Ｒ），α（Ｐ）にてそれぞれ示している。

ところで、ロータ２１の回転角度αに応じて電圧信号Ｖ１，Ｖ２が図８で示す態様にて変化する場合、シフト装置の制御部３０では、例えば電圧信号Ｖ２の値に基づいてシフトポジションを検出することが可能であるとも考えられる。すなわち、シフト装置の制御部３０は、例えば電圧信号Ｖ２の値が図中のＶ２（２）の値である旨を検出することができれば、シフトポジションが「２」である旨を検出することができるとも考えられる。

しかしながら、磁気センサ２３を構成する磁気抵抗素子Ｍ１〜Ｍ８は、一般に、自身の温度等の影響を受けてその抵抗値が変動する温度依存性を有しているため、こうした素子の温度依存性に起因して、電圧信号Ｖ１，Ｖ２の振幅Ｖｓが変動するおそれがある。このため、単に電圧信号Ｖ１、あるいは電圧信号Ｖ２に基づいて、シフトポジションの検出を行おうとすると、こうした振幅Ｖｓの温度依存性の影響により、シフトポジションを適切に検出することができないおそれがある。

そこで、本実施形態にかかるシフトポジションセンサ２０では、図９に示すように、この磁気センサ２３の出力信号である電圧信号Ｖ１，Ｖ２を演算回路６０に取り込んで、まずは、以下の（５）式に基づく演算を演算回路６０を通じて行い、電圧信号Ｖ１，Ｖ２から正接値ｔａｎαを求めるようにしている。

Ｖ１／Ｖ２＝（Ｖｓ×ｓｉｎ２α）／（Ｖｓ×ｃｏｓ２α）＝ｔａｎ２α・・・（５）
すなわち、この（５）式に基づく演算を行うことで、温度依存性を有する振幅Ｖｓをキャンセルすることができるようになる。さらに、このシフトポジションセンサ２０では、演算回路６０を通じて正接値ｔａｎαからその逆正接値β（＝ａｒｃｔａｎ（ｔａｎ２α））を求める演算を行うとともに、演算された逆正接値βを電圧信号Ｖβとして上記シフト装置の制御部３０に伝達するようにしている。

ここで、図１０は、横軸に上記ロータ２１の回転角度αを、縦軸に逆正接値βをとり、両者の関係を示したグラフである。なお、図１０でも、シフトポジションが「１」，「２」，「Ｄ」，「Ｎ」，「Ｒ」，「Ｐ」であるときのロータ２１の回転角度をα（１），α（２），α（Ｄ），α（Ｎ），α（Ｒ），α（Ｐ）にてそれぞれ示している。

同図１０に示されるように、逆正接値βは、ロータ２１の回転角度αの変化に対してリニアに変化するため、この逆正接値βに基づいてロータ２１の回転角度αを検出すれば、その検出処理が簡易な処理で済むようになる。しかも、逆正接値βは、磁気抵抗素子Ｍ１〜Ｍ８の温度依存性の影響を受けることがないため、ロータ２１の回転角度αの検出を、より高い精度で行うことができるようになり、ひいてはシフト装置によるシフトポジションの検出を、より高い精度で行うことができるようになる。

以上説明したように、本実施形態にかかるシフトポジションセンサによれば、以下のような効果が得られるようになる。
（１）ロータ２１の回転に伴いその回転軸である軸線ｎ１の周りを回転する磁石２２ａ，２２ｂを、軸線ｎ１に直交する軸線ｎ２の方向に並設した上で、これら２つの磁石２２ａ，２２ｂを、軸線ｎ１及び軸線ｎ２の両方に直交する軸線ｎ３の方向に延伸された形状とした。そして、磁石２２ａ，２２ｂの中央の部分を境界として、磁気センサ２３の配置されている側では磁石２２ｂから磁石２２ａに向かう方向を有する磁界を、また、磁気センサ２３の配置されていない側では磁石２２ａから磁石２２ｂに向かう方向を有する磁界を形成するようにした。また、磁気センサ２３を、検出面に沿った基準線ｙｓと印加された磁気ベクトルとのなす角度θをパラメータとして正弦波状の電圧信号Ｖ１と余弦波状の電圧信号Ｖ２とを出力するものとして構成した上で、磁石２２ａ，２２ｂに挟まれる領域から軸線ｎ１の方向にギャップｇだけずれた領域内に配置するようにした。さらに、この磁気センサ２３の検出面を、ロータ２１の回転軸である軸線ｎ１に対して直交する態様にて配置するようにした。そして、磁気センサ２３の出力である正弦波状の電圧信号Ｖ１の値を余弦波状の電圧信号Ｖ２の値で除算して正接値ｔａｎαを演算し、さらに、この正接値ｔａｎαから逆正接値βを演算して、この逆正接値βに基づいてロータ２１の回転角度αを検出するようにした。これにより、磁気抵抗素子Ｍ１〜Ｍ８の温度依存性の影響を受けることなく、ロータ２１の回転角度αの検出を、より高い精度で行うことができるようになり、ひいてはシフト装置によるシフトポジションの検出を、より高い精度で行うことができるようになる。

（２）磁気センサ２３を、磁石２２ａ，２２ｂのうちの軸線ｎ１から離間している磁石２２ａ寄りに配置するようにした。これにより、磁石２２ａ，２２ｂが回転した際に、磁気センサ２３が、磁石２２ａ，２２ｂに挟まれる領域からギャップｇだけずれた領域内の位置を維持し易くなるため、磁気センサ２３を通じたロータ２１の回転角度αの検出範囲を拡大することができるようになる。

（３）磁気センサ２３に、４つの磁気抵抗素子Ｍ１，Ｍ３，Ｍ５，Ｍ７により構成されるブリッジ回路と、４つの磁気抵抗素子Ｍ２，Ｍ４，Ｍ６，Ｍ８により構成されるブリッジ回路とを設け、正弦波状の電圧信号Ｖ１と余弦波状の電圧信号Ｖ２とを、これらのブリッジ回路の出力信号として取得するようにした。これにより、例えば正弦波状の電圧信号Ｖ１を取得するための磁気センサと余弦波状の電圧信号Ｖ２を取得するための磁気センサとを各別に設けるようにしたシフトポジションセンサと比較して、センサとしての構造の簡素化を図ることができるようになる。

なお、上記実施形態は、これを適宜変更した以下の形態にて実施することもできる。
・先の図６（ａ）に示されるように、例えば磁気センサ２３の上記磁石２２ａ，２２ｂに挟まれる領域（図中の二点鎖線で示される領域）を挟んで対向する位置に、同磁気センサ２３と同一構造から磁気センサ２６を配置し、これら２つの磁気センサ２３，２６の二重系としてロータ２１の回転角度αの検出を行うようにしてもよい。

・先の図６（ａ），（ｂ）に対応する図として図１１（ａ），（ｂ）を示すように、上記磁石２２ａ，２２ｂに代えて、軸線ｎ１の側の部分がＳ極となり、その反対側の部分がＮ極となる着磁方向を有する磁石２２ｃ，２２ｄをそれぞれ配置するようにしてもよい。こうした磁石２２ｃ，２２ｄを用いるようにした場合であっても、図１１（ａ）中の一点鎖線の矢印で示されるような磁界、すなわちこれら２つの磁石２２ｃ，２２ｄに挟まれる領域及び同領域から軸線ｎ１の方向にずれた領域では、同軸線ｎ１に直交する方向の成分を有する磁気ベクトルが生じる。このため、磁気センサ２３の検出面に平行な成分Ｂｖを有する磁気ベクトルが磁気センサ２３に印加されるようになるため、磁石２２ａ，２２ｂを用いたシフトポジションセンサ２０と同様、ロータ２１の回転角度αの検出を行うことができる。要は、上記２つの磁石が、その並設される方向に沿って異極同士が向かい合う態様にてそれぞれ着磁されていればよい。

・上記実施形態では、２つのブリッジ回路の設けられた磁気センサ２３を利用して正弦波状の電圧信号及び余弦波状の電圧信号をそれぞれ取得するようにしたが、例えば１つのブリッジ回路の設けられた磁気センサを２つ設けた上で、これら２つの磁気センサを利用して正弦波状の電圧信号及び余弦波状の電圧信号をそれぞれ取得するようにしてもよい。

・上記実施形態では、本発明にかかる回転検出装置を、シフトポジションを検出するシフトポジションセンサに適用するようにしたが、例えば、シフトポジションが「Ｎ（ニュートラル）」であるか否かを検出する、いわゆるニュートラルスイッチに適用するようにしてもよい。要は、ロータの回転態様を検出する回転検出装置であればよい。
（付記）
次に、上記実施形態及びその変形例から把握できる技術的思想について追記する。

（イ）車両のシフトレバーの位置を検出すべく車両のシフト装置に設けられる請求項１〜３のいずれか一項に記載の回転検出装置を利用したシフトポジションセンサであって、前記ロータが、車両のシフトレバーの操作に応じて回転するものであり、前記検出されるロータの回転態様に基づき前記シフトレバーの位置の検出を行うことを特徴とするシフトポジションセンサ。具体的には、同構成によるように、上記請求項１〜３のいずれか一項に記載の回転検出装置を、車両のシフトレバーの位置を検出するためのシフトポジションセンサに適用してシフトレバーの操作に応じてロータが回転する構成とした上で、検出されるロータの回転態様に基づきシフトレバーの位置の検出を行うようにしてもよい。

（ロ）車両のシフトレバーのニュートラルポジションの位置を検出すべく車両のシフト装置に設けられる請求項１〜３のいずれか一項に記載の回転検出装置を利用したニュートラルスイッチであって、前記ロータが、車両のシフトレバーの操作に応じて回転するものであり、前記検出されるロータの回転態様に基づき前記シフトレバーのニュートラルポジションの位置の検出を行うことを特徴とするニュートラルスイッチ。具体的には、同構成によるように、上記請求項１〜３のいずれか一項に記載の回転検出装置を、車両のシフトレバーのニュートラルポジションの位置を検出するためのニュートラルスイッチに適用してシフトレバーの操作に応じてロータが回転する構成とした上で、検出されるロータの回転態様に基づきシフトレバーのニュートラルポジションの位置の検出を行うようにしてもよい。

本発明にかかる回転検出装置を車両のシフトポジションセンサに具体化した一実施形態について同センサが搭載されるシフト装置の概略構成を模式的に示すブロック図。 （ａ），（ｂ）は、同実施形態にかかるシフトポジションセンサについてその側面構造及び断面構造をそれぞれ示す側面図及び断面図。 同実施形態にかかるシフトポジションセンサの磁気センサについてその平面構造を示す平面図。 同実施形態にかかるシフトポジションセンサの磁気センサについてその等価回路を示す回路図。 同実施形態にかかるシフトポジションセンサにおいて、磁気センサに印加される磁気ベクトルの方向が軸線ｙｓとなす角度θと同磁気センサから出力される電圧信号Ｖ１，Ｖ２との関係を示すグラフ。 （ａ），（ｂ）は、同実施形態にかかるシフトポジションセンサの磁石により形成される形成される磁界の様子を模式的に示す側面図、及び同磁界により磁気センサに印加される磁気ベクトルの様子を模式的に示す平面図。 （ａ），（ｂ）は、同実施形態にかかるシフトポジションセンサについてシフトポジションが「１」及び「Ｐ」に設定されているときに磁気センサに印加される磁気ベクトルの様子を模式的にそれぞれ示す平面図。 同実施形態にかかるシフトポジションセンサにおいて、ロータの回転角度αと磁気センサから出力される電圧信号Ｖ１，Ｖ２との関係を示すグラフ。 同実施形態にかかるシフトポジションセンサの主に演算処理系についてそのシステム構成を示すブロック図。 同実施形態にかかるシフトポジションセンサにおいて、ロータの回転角度αと演算回路を通じて演算される逆正接値βとの関係を示すグラフ。 （ａ），（ｂ）は、同実施形態にかかるシフトポジションセンサの変形例について磁石により形成される形成される磁界の様子を模式的に示す側面図、及び同磁界により磁気センサに印加される磁気ベクトルの様子を模式的に示す平面図。 従来の回転検出装置の一例についてその斜視構造を示す斜視図。 同従来の回転検出装置の一例において、ロータの回転角度θとセンサチップに印加される磁束密度Ｂとの関係を示すグラフ。

符号の説明

１１…把持部、１２…シフトレバー、１３…シフトゲート、１４…シフトパネル、１５…シャフト、１５ａ…突出部、１６…連結部材、２０…シフトポジションセンサ、２１…ロータ、２１ａ…大径部、２１ｂ…小径部、２１ｃ…挿通孔、２２ａ，２２ｂ，２２ｃ，２２ｄ，１０１…磁石、２３，２６…磁気センサ、２３ａ…センサ部、２４…ケース、２４ａ…内部空間、２５…基板、３０…制御部、４０…変速機、５０，５１…差動増幅器、６０…演算回路、１００…インナコア、１１０…アウタコア、１１１…エアギャップ、１２０…センサチップ。

Claims (3)

1. 磁気検出素子からなる磁気センサと、ロータの回転に伴い同ロータの回転軸の周りを回転する磁石とを備え、前記磁石の回転に伴う同磁石から発せられる磁界の変化を前記磁気検出素子により検出して前記ロータの回転態様を検出する回転検出装置において、
   前記磁石は、同ロータの回転軸に直交する方向に並設される２つの磁石からなるとともに、該２つの磁石は、前記ロータの回転軸の方向及び前記並設される方向の両方に直交する方向に延伸された形状からなり、且つ、前記並設される方向に沿って異極同士が向かう合う態様にてそれぞれ着磁され、
   前記磁気センサは、その検出面に平行な成分を有する磁気ベクトルが印加されたとき、同検出面に沿った基準線と印加された磁気ベクトルとのなす角をパラメータとして正弦波状の信号及び余弦波状の信号をそれぞれ出力するものであるとともに、前記２つの磁石に挟まれる領域及び同領域から前記ロータの回転軸の方向にずれた領域のいずれかの領域内に配置され、且つ、前記検出面が前記ロータの回転軸に対して直交する態様にて配置されるものであって、
   前記磁気センサから出力される前記正弦波状の信号の値を前記余弦波状の信号の値で除算して正接値を算出した上で、同正接値から逆正接値を算出し、該算出した逆正接値に基づいて前記ロータの回転態様の検出を行う
   ことを特徴とする回転検出装置。
2. 前記磁気センサが、前記２つの磁石のうちの前記ロータの回転軸から離間している磁石寄りの位置に配設されてなる
   請求項１に記載の回転検出装置。
3. 前記磁気検出素子は、印加される磁気ベクトルに応じて抵抗値を変化させる磁気抵抗素子からなり、前記磁気センサは、それぞれ４つの磁気抵抗素子により構成される２つのブリッジ回路を有し、前記正弦波状の信号及び前記余弦波状の信号を、これら２つのブリッジ回路の出力信号としてそれぞれ取得する
   請求項１又は２に記載の回転検出装置。

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