JP2011141132A - 位置センサ - Google Patents

Abstract

【課題】位置検出精度の低下を伴うこと無くギアと磁界センサ間の距離を大とでき、かつ、機械的振動による誤検出を抑制可能な位置センサを実現する。
【解決手段】回転角センサ１０１は磁気センサ３０１と磁束発生体２１０とを有し、回転角センサ１０１は回転体４０１の周辺部近傍に配置される。磁束発生体２１０は磁気センサ３０１に対向する側の面が凸型の形状であり、磁束発生体２１０は、磁石２１１と磁束集束部２１２とで構成している。磁束集束部２１２は、磁気センサ３０１に対向する側の面が凸形状の磁性体であり、磁石２１１から発生した磁束を集束させる。磁界角度の変化を磁気センサ３０１で検出することで、ギア４１０の動きや位置情報などを検出する構成としたので、位置検出精度の低下を伴うこと無くギアと磁界センサ間の距離を大とすることができ、かつ、機械的振動による誤検出を抑制可能な位置センサを実現できる。
【選択図】図２

Description

本発明は、固定磁化層を有する磁気抵抗効果素子（ＭＲ（Ｍａｇｎｅｔｏｒｅｓｉｓｔｉｖｅ）素子）を用いて構成された位置センサに関する。

ギアを有する物体の速度や移動方向などの位置情報を計測する位置センサが知られている。

ここで、「位置センサ」とは、回転体の位置（回転角）や回転速度、回転方向などの回転状態を計測する回転角センサや、ギアを有する移動物体の並進速度や移動方向などの位置情報を計測する並進位置センサなどを意味する。

例えば、特許文献１では、磁気抵抗素子により磁界強度を測定してギアを有する回転体の回転状態を検知する方法が開示されている。また、ギアの山−山間距離（ピッチ）の１／２の距離で２個の磁界強度センサを配置し、両者の差を測定することで磁界強度の変化を測りやすくしている。

また、ホール素子により磁界強度を測定してギアを有する回転体の回転状態を検知する方法も知られている。

なお、特許文献１で用いられている磁気抵抗素子は、半導体磁気抵抗素子である。半導体磁気抵抗素子は、磁界によるローレンツ力により半導体中の荷電粒子の経路が影響を受けて電気抵抗が変化する効果を利用したものである。半導体磁気抵抗素子では、磁界の強度によって素子抵抗が変化する。

特開２００４−２７１４２３号公報

上記の従来技術の方法では、いずれも磁界強度の差を検出し、位置を検出している。

磁界センサ位置での磁界強度は、ギアと磁界センサとのエアギャップ距離を長くするほど弱まるので、エアギャップ距離を長くすると２つの磁界センサ間の差信号が小さくなり、信号／ノイズ比（Ｓ／Ｎ比）が劣化する。

このために、高精度の位置検出を行なうためには、エアギャップ距離は可能な限り短くしなければならず、エアギャップ距離を長くすることが困難であった。よって、製造工程において、磁気センサとギアとの距離を短距離としなければならないが、位置合わせを高精度に行わなければならず、製造効率向上の妨げとなっていた。

また、機械的な振動が加えられる環境で使用される場合、ギアと磁気センサとの間は、一定のクリアランスを確保する必要があり、位置検出の精度向上を阻害する一因となっていた。

また、ギアを有する回転体と磁石との距離が振動などで周期的に変化すると、ギアが静止しているにもかかわらず回転していると誤った検出をする場合があった。

この原因は、距離が周期的に変化すると磁界強度も変化するため、２つの磁界センサ間の信号差も周期的に変化するためである。このため、ギアの回転時と類似の信号が発生し誤検出になる。これは、自動車用途など、機械的振動が大きい環境内に設置する場合に特に問題になっていた。

本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであり、その目的は、位置検出精度の低下を伴うこと無くギアと磁界センサ間の距離を大とすることができ、かつ、機械的振動による誤検出を抑制可能な位置センサを実現することである。

本発明は、上記目的を達成するため、以下のように構成される。

磁気センサと、磁束発生体とを有する位置センサであり、前記磁束発生体は、前記磁気センサ側に突起部を有しており、前記磁気センサは、固定磁化層を有する磁気抵抗素子を有しており、前記固定磁化層の磁化方向は、前記磁束発生体の磁化方向と垂直方向であることを特徴とする位置センサである。

少なくとも２つの磁気センサと、磁束発生体とを有する位置センサであり、前記磁束発生体は、前記磁気センサの各々に対応した位置に突起部を有しており、前記磁気センサは固定磁化層を有する磁気抵抗素子で構成されており、前記第１の磁気センサと第２の磁気センサのいずれも、前記固定磁化層の磁化方向は、前記磁束発生体の磁化方向と垂直方向であることを特徴とする位置センサである。

少なくとも２つの磁気センサと、磁束発生体とを有する位置センサであって、前記位置センサは前記位置センサに対向配置された凹凸部を有するギア部材の移動状態を計測するものであって、前記ギア部材の歯車間のピッチをＰとすると、前記２つの磁気センサ間の距離はＰ／４であり、前記磁気センサは磁界の方向に応じた信号を出力するものであり、前記磁束発生体は、前記磁気センサの各々に対応した位置に突起部を有することを特徴とする位置センサである。

本発明によれば、位置検出精度の低下を伴うこと無くギアと磁界センサ間の距離を大とすることができ、かつ、機械的振動による誤検出を抑制可能な位置センサを実現することができる。

本発明による実施例１の回転角センサの構成を示す図である。 本発明による実施例１の回転角センサの構成を示す図である。 ＧＭＲ素子の主要構成部を模式的に示す図である。 磁気センサの構成を示す図である。 ギア移動時の磁界方向変化を模式的に示す図である。 ギア移動量と磁界方向との関係を示す図である。 本発明による回転角センサの構成を示す模式図である。 本発明による磁束発生体の構成を示す模式図である。 本発明による磁束発生体の構成を示す模式図である。 ＧＭＲ素子の固定磁化層の磁化方向（ピン角）を示す図である。 ピン角と磁気センサからの出力信号との関係を模式的に示す図である。 本発明による実施例２の回転角センサの構成を示す図である。 本発明のよる実施例２の回転角センサの出力信号を示す図である。 本発明による実施例３の位置センサの構成を示す図である。 本発明による実施例３のギア移動量と磁界センサの出力信号との関係を示す図である。 本発明による実施例３のギア移動量と磁界センサの出力信号との関係を示す図である。 本発明による実施例３の回転角センサの検出回路部の構成を示すブロック図である。 本発明による実施例４の回転角センサの計測結果出力とギア移動量との関係を示す図である。 本発明による実施例４の回転角センサの検出回路部の構成を示すブロック図である。 本発明による実施例５の磁束発生体の構成を示す模式図である。 本発明による実施例５の磁束発生体の構成を示す模式図である。 本発明による実施例５の磁束発生体の構成を示す模式図である。 本発明による実施例６の構成を示す模式図である。 本発明による実施例７の構成を示す模式図である。 本発明による実施例８の構成を示す模式図である。 本発明とは異なる例における歯車型位置センサの構成であり、本発明との比較例を示す図である。

以下、本発明の実施形態について、添付図面を参照して詳細に説明する。

本発明による実施例１を図１〜図１１を用いて説明する。

図１は、本発明の実施例１の位置センサについての概略構成図である。図１において、ギア４１０を有する回転体４０１の回転速度などの回転状態を回転角センサ１０１により検知する。回転角センサ１０１は、磁気センサ３０１と磁束発生体２１０とを有する。回転角センサ１０１は回転体４０１の周辺部近傍に配置される。

図２は、図１に示した回転角センサ１０１の説明図である。図２において、磁束発生体２１０は、磁気センサ３０１に対向する側の面が凸型の形状になっている。磁束発生体２１０は、磁石２１１と磁束集束部２１２とで構成している。磁束集束部２１２は、磁気センサ３０１に対向する側の面が凸形状に加工した磁性体であり、磁石２１１から発生した磁束を集束させる働きがある。

図２に示した例では、磁束発生体２１０を磁石２１１と磁束集束部２１２との組み合わせで構成したが、磁石２１１自体を凸形状に加工することで、磁石２１１のみで磁束発生体２１０を構成してもよい。

ここで、磁石２１１のＮ極とＳ極とを結ぶ方向が「磁化方向」であり、「磁束発生体の磁化方向」２２０と定義する。図２に示した例では、Ｎ極が磁気センサ３０１側に位置する構成となっているが、Ｓ極が磁気センサ３０１側に位置する構成でもよい。

磁気センサ３０１は、磁束発生体２１０とギア４１０との間に配置される。磁気センサ３０１は、固定磁化層を有する磁気抵抗素子を用いる。実施例１ではスピンバルブ型の巨大磁気抵抗素子（Ｇｉａｎｔ Ｍａｇｎｅｔｏ−Ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ、（ＧＭＲ素子））を用いた。

本発明の実施例１で用いたＧＭＲ素子の主要構造を図３に示す。図３において、ＧＭＲ素子は、磁性体である固定磁化層１３と自由磁化層１１との間に非磁性体であるスペーサ層１２を挟み込んだ積層膜構成を持つ。固定磁化層１３は磁化の方向が素子製造時に設定されており、固定磁化層の磁化方向（磁化ベクトル２２の方向）をピン角Ｓｐと呼ぶ（ただし、図及び数式では、Ｓはギリシア文字のシータで表す（以下、同様とする））。

一方、自由磁化層１１の磁化ベクトル２０の方向Ｓｆは、外界の磁界方向Ｓｍ（後述する）の方向に沿うように変化するので、外界の磁界方向Ｓｍと一致する。

ＧＭＲ素子の抵抗値Ｒは、固定磁化層角度（ピン角）Ｓｐと自由磁化層の磁化ベクトル角度Ｓｆとの差ΔＳに依存し、次式（１）、（２）で表される。

上記式（１）において、Ｇ／Ｒ０は、磁界方向変化による抵抗値変化の感度を示す値であり、ＧＭＲ係数と呼ばれる。Ｇ／Ｒ０は数％〜１０数％である。

上記式（１）、（２）からわかるように、ＧＭＲ素子の抵抗値を測定することで磁界角度Ｓｍを測定出来る。

本実施例１では、磁気センサ３０１としてＧＭＲ素子をホイートストン・ブリッジ構成にした図４に示すブリッジ６０を用いた。図４において、ピン角Ｓｐ＝０のＧＭＲ素子Ｒ１（５１−１）、Ｒ３（５１−３）と、ピン角Ｓｐ＝１８０°のＧＭＲ素子Ｒ２（５１−２）、Ｒ４（５１−４）とをブリッジ構成にする。正極性端子に励起電圧ｅ０を印加し、負極性端子を０Ｖにする。そして、信号端子Ｖ１、Ｖ２間の電圧差ΔＶ＝Ｖ２−Ｖ１を測定する。

ＧＭＲ素子Ｒ１（５１−１）のピン角Ｓｐ＝０を角度基準にとると、式（２）により外部磁界角度Ｓｍ＝ΔＳになる。したがって、各ＧＭＲ素子の抵抗値は次式（３）、（４）で表される。

上記式（３）、（４）より、信号電圧ΔＶは次式（５）で表される。

このように、ＧＭＲブリッジ６０の出力信号ΔＶから磁界角度Ｓｍを測定出来る。

磁気抵抗素子には、半導体磁気抵抗素子、異方性磁気抵抗素子、巨大磁気抵抗素子（ＧＭＲ素子）などがある。巨大磁気抵抗素子には、固定磁化層を持つＧＭＲ素子と固定磁化層を持たない積層型ＧＭＲ素子がある。

半導体磁気抵抗素子は、磁界によるローレンツ力により半導体中の荷電粒子の経路が影響を受けて電気抵抗が変化する効果を利用したものである。半導体磁気抵抗素子では、磁界の強度によって素子抵抗が変化する。また、固定磁化層のような基準磁化方向は持たない。

異方性磁気抵抗素子は、異方性磁気抵抗効果による抵抗変化を利用した素子であり、固定磁化層を持たない。

積層型ＧＭＲ素子は、強磁性層と非磁性層とを交互に積層した構造の素子である。積層型ＧＭＲ素子は、固定磁化層を持たず、複数の強磁性層間のスピンの相互の平行性が磁界強度に応じて変化することで磁気抵抗が変化する。

したがって、積層型ＧＭＲ素子は磁界角度を検出することは出来ず、磁界の強度を検出する。

本発明の実施例１におけるギア４１０の回転状態検出の原理を図５を用いて述べる。本発明においては、ギア４１０の動きを磁界の強度変化ではなく、磁界の方向変化（角度変化）により検出する。

図５は、本発明の実施例１における回転角センサ近傍の磁力線の分布を模式的に示した図である。本実施例１では、磁束発生体２１０の磁化方向２２０は、ｚ軸と平行にしている。ここで、ｚ軸とは、ギア４１０が回転体であれば、磁気センサ３０１とギア４１０の回転中心とを結ぶ線と平行な方向の軸であり、ギア４１０が直線方向に移動する移動体であれば、ギア４１０の移動方向に垂直な方向の軸である。ｘ軸は、ｚ軸に直交し、ギア４１０が回転体であれば、磁気センサ３１０と対向するギア４１０の面の回転方向の接線方向に平行な軸であり、ギア４１０が直線方向に移動する移動体であれば、ギア４１０の移動方向と平行な軸である。

図５の（ａ）は、ギア４１０の山部４１１の中心位置が磁束発生体２１０の凸部２１２の位置にある場合の磁力線分布である。この場合、磁気センサ３０１位置の磁界の方向はｚ軸方向になる。

図５の（ｂ）はギア４１０が図５の（ａ）に示した状態から、図５上、右側に移動した場合の磁力線分布である。ギア４１０の移動に伴って磁力線の方向が変わるため、磁気センサ３０１の位置の磁界の方向はｚ軸方向から傾く。

図５の（ｃ）は、図５の（ｂ）の状態からさらに、右側に移動した場合の磁力線分布であり、ギア４１０の谷位置の中心が磁束発生体２１０の凸部２１０とｚ軸方向に直線上に配列する位置にある場合は、対称性により磁界方向はｚ軸の方向を向く。

このようにして、ギア４１０が１ピッチ（１Ｐ）移動した際には磁界角度Ｓｍは、図６に示すように変化する。図６は、縦軸が磁気センサ位置での磁界角度Ｓｍを示し、横軸はギアのｘ方向の移動量ｘｇを示す。

図６において、磁界角度Ｓｍの角度基準はｚ軸を基準としている（ｚ軸に平行の時Ｓｍ＝０）。図６に示したように、ギア４１０が「山→谷→山」というように１ピッチ移動すると、磁界角度Ｓｍは正弦波的に１周期変化する。

本発明では、この磁界角度Ｓｍの変化を磁気センサ３０１で検出することで、ギア４１０の動きや位置情報などを検出する。

図５では、磁石２１１のＮ極が磁気センサ３０１側に配置した構成を示したが、磁石２１１のＳ極を磁気センサ３０１側に配置した構成であってもよい。この場合、磁力線の方向は逆向きになるが、同様の結果が得られる。

次に、本発明の実施例１の利点を述べる。

本実施例１では、磁界角度の変化を測定するため、ギア４１０と回転角センサ３０１との距離（エアギャップ）を大きくすることが出来る。

この理由は、（ａ）第１に、磁界強度の空間による差を測定する方法では、磁界強度は距離ｚｇの−ｎ乗（ｎ＝１〜３）に比例して小さくなるので信号のＳ／Ｎ比が劣化するが、磁界の方向は距離を長くしてもあまり変化しないためである。（ｂ）第２の理由は、本実施例１では、磁束発生体を凸形状にすることで図５に示したように、磁気センサ３０１位置に磁束を集中させているため、エアギャップを長くしても、一定の磁界強度を確保でき、また磁界方向もギアの動きに追従して変化するためである。

振動などにより、ギア４１０と磁気センサ３０１とのエアギャップ距離がｚ軸方向に周期的に変化する場合でも、ギア４１０の回転状態の誤検出の発生を防ぐことが出来る。

一方、磁界強度差を測る方式では、磁石−ギア間のｚ方向距離が周期的に変化すると、磁気センサからの信号も変化するため、ギアの回転状態と誤検出することがあった。

これに対し、磁界角度は磁石−ギア間の距離が変化してもあまり変化しないので、ｚ方向の振動があっても誤検出の発生を防ぐことが可能となる。

図７は、回転角センサ１０１（位置センサ１０１）の主要構成部の位置関係を示す斜視図である。磁束発生体２１０の凸部２１２の先端近傍に磁気センサ３０１を配置している。磁気センサ３０１内のＧＭＲ素子の固定磁性層１３と自由磁性層１１（図３）とが、ｘ−ｚ平面と平行になるように配置している。

図７において、ギア４１０の配置は以下の通りである。すなわち、回転体４０１に設置されたギアの場合、回転体４０１の回転面はｘ−ｚ平面と平行である。また、移動体に設置されたギアの場合、移動物体の並進運動方向はｘ軸と平行である。

磁束発生体２１０を構成する磁石２１１のＮ極、Ｓ極の方向は、ｚ軸方向にＮ極−Ｓ極が並ぶように配置するのが好ましい。このように配置すると、磁束発生体２１０からギア４１０に向かって（あるいは、ギアから磁束発生体に向かって）磁力線が形成するためである。なお、Ｎ極とＳ極の向きは図７に示した向きとは逆にしてもよいことはもちろんである。すなわち、磁気センサ３０１側をＳ極にしてもよい。

次に、磁束発生体２１０の「凸型形状」について述べる。

図８は、磁束発生体２１０を図７で定義したｘｙｚ座標軸で、ｙ軸方向から見た平面図であり、磁束発生体２１０の各種の形状を示したものである。

図８の（ａ）に示すように、磁束発生体２１０の突起部の２辺がつくる夾角（はさみ角）をＡ°とする。

本発明において磁束発生体２１０を凸型形状にする理由は、磁束分布を集中させることが目的であるから、夾角Ａは１８０°よりも小さい角度であればよい。

磁束発生体２１０の突起部の夾角Ａを９０°より小さい角度、すなわち鋭角にすると磁束分布がより集中するのでさらに好ましい。

図８の（ｂ）に示すように、磁束発生体２１０の先端近傍に適切な曲率半径の切り欠き部を設けてもよい。このような形状にすると、磁束発生体２１０の加工がしやすいという利点がある。

また、図８の（ｃ）に示すように、磁束発生体２１０を突起部として楕円体形状にしてもよい。この形状も、平面型の磁束発生体と比べて磁束を集中させることが出来る。

また、後述のように、磁界センサ３０１からの信号が、ギア４１０の動きに対して正弦波的な信号になると、信号処理が容易になり、より好ましい。磁束発生体２１０の突起部の夾角Ａ、突起距離、先端の曲率半径などを適切に設計することで、磁界センサ３０１の出力信号を正弦波的にすることが出来る。

図９は、図８の（ａ）のＣ−Ｄ線に沿った断面図である。すなわち、磁束発生体２１０のｚ−ｙ面の断面形状を示す。

磁束発生体２１０のｚ−ｙ断面形状の磁気センサ３０１側の突起部端面は、図９の（ａ）に示すように直線形状にする。このような直線形状にすることで、磁気センサ３０１の設置場所にｙ軸方向に関して平行に近い磁束分布が得られる。

図９の（ｂ）は、磁束発生体２１０のｚ−ｙ断面形状の別の形である。この図９の（ｂ）に示すように、ｚ−ｙ断面の磁気センサ３０１側の突起部端面を凹形状（へこませた形状）にしてもよい。このようにすると、磁束が磁気センサ３０１部に集中するので、より好ましい。

次に、本実施例１に用いるＧＭＲ素子の固定磁化層１３の磁化方向（ピン角度）について述べる。

図１０に示すように、磁気センサ３０１を構成するＧＭＲ素子Ｒ１（５１−１）のピン角度がｘ軸に対してα１だけ傾いていると仮定し、このときの磁気センサの出力信号を求める。

また、本実施例１では、磁束発生体２１０の磁化方向２２０はｚ軸と平行に配置している。

ギア４１０の動きに伴い、磁界角度Ｓｍは、図１０に示したようにｚ軸を中心に動くので、Ｓｍの角度基準をｚ軸に設定して定式化する。ピン角度（固定磁化層の磁化ベクトルの方向）がｚ軸とのなす角をα２とするとα２＝π／２−α１なので、上記式（５）から、磁気センサからの出力信号ΔＶ＝Ｖ２−Ｖ１は次式（６）で表される。

上記式（６）を変形すると次式（７）を得る。

上記式（７）の信号波形は、図１１に示すようになる。ここで、ギア４１０が１ピッチ移動する際の磁界角度Ｓｍの変化範囲をプラスマイナスφ０とする。図１１および上記式（７）からわかるように、磁界センサの出力信号にはオフセットが重畳される。オフセットの大きさは、Ｓｍ≒０と近似すると、ｓｉｎα１である。したがって、α１＝０の場合は出力信号ΔＶにオフセットが無くなる。

また、ギア変化による信号ΔＶの変化量（感度）を求めると、次式（８）となるので、感度もα１＝０の場合に最大になる。

以上の検討に基づき、本実施例１ではα１＝０、すなわち、磁気センサ３０１を構成するＧＭＲ素子５１のピン角度をｚ軸に対して垂直方向に設定している。すなわち、ＧＭＲ素子５１の固定磁化層１３の方向を磁束発生体２１０の磁化方向２２０に対して垂直方向に設定し、ギア４１０の回転角センサ側の面から延びる法線に対して垂直の方向に設定する。言い換えれば、ギア４１０の回転角センサ側の面と平行な方向にピン角度を設定する。

図１、図２に示すように、磁気センサ３０１と磁束発生体２１０とは、互いの位置関係が固定されるように筐体２３０内に設置される。筐体２３０は、磁界分布に影響を与えないように、比透磁率が１．１以下の材料を用いる。具体的には、樹脂またはアルミニウムなどの金属を用いる。樹脂によりモールド成型してもよい。筐体２３０には、必要に応じて検出回路部３０２も配置する。図７は斜視図なので筐体２３０の床板のみ図示してある。実際には、筐体２３０により回転角センサ１０１の全体を覆う構成となっている。

以上のように、本実施例１の構成により磁気センサ３０１からオフセットを除去した信号が得られる。これにより、出力信号ΔＶのゼロクロス点の時刻を検出することで、ギア４１０の回転速度を計測することが出来る。ここで、「ΔＶのゼロクロス点」とは、ΔＶ＝０となる点のことである。

このゼロクロス点検出と、そのゼロクロス周波数から回転速度への変換処理などは、図２に示した検出回路部３０２で処理を行う。つまり、この検出回路３０２により、回転体（移動体）の回転位置（移動位置）、回転速度（移動速度）が算出される。

本発明の実施例１によれば、磁界角度Ｓｍの変化を磁気センサ３０１で検出することで、ギア４１０の動きや位置情報などを検出する構成としたので、位置検出精度の低下を伴うこと無くギアと磁界センサ間の距離を大とすることができ、かつ、機械的振動による誤検出を抑制可能な位置センサを実現することができる。

以上の説明では、ギア４１０は回転体に設置されたものとして回転角センサとして説明をした。しかしながら、ギア４１０が直線上に設置された移動物体の並進運動の状態を計測する位置センサ（並進位置センサ）としても、本発明の構成が有効であることは言うまでもない。位置センサの場合、回転体を「移動物体」と読み替え、「回転角センサ」を「位置センサ」と読み替えればよい。

本発明による実施例２を図１２、図１３を用いて説明する。

図１２は本発明による実施例２における回転角センサ１０１の構成を示す図である。図１２において、本実施例２の回転角センサ１０１は、磁気センサ３０１を２個用いる（３０１Ａと３０１Ｂ）。磁束発生体２１０には、磁気センサＡ（３０１Ａ）、磁気センサＢ（３０１Ｂ）のそれぞれに対応した位置に凸部２１２を設け、磁束が磁気センサＡ（３０１Ａ）、磁気センサＢ（３０１Ｂ）のそれぞれの位置に集中するようにしてある。

磁束発生体２１０は、磁石２１１と磁束集束部２１２とで構成される。磁石自体に２つの突起を設けることで、磁石のみで磁束発生体２１０を構成してもよい。

本実施例２では、磁束発生体２１０の磁化方向２２０は、ｚ軸と平行に配置している。

磁気センサＡ（３０１Ａ）、磁気センサＢ（３０１Ｂ）は、固定磁化層を有するＧＭＲ素子で構成したブリッジ６０をそれぞれ設置している（図３、図４）。ＧＭＲ素子の固定磁化層の方向（ピン角度）は、磁気センサ（３０１Ａ）、磁気センサＢ（３０１Ｂ）ともに、磁束発生体の磁化方向２２０に対して垂直方向に設定している。

すなわち、ｚ軸に対して垂直方向に設定し、ギア４１０の回転角センサ１０１側の面から延びる法線に対して垂直の方向に設定する。言い換えれば、ギア４１０の回転角センサ１０１側の面と平行な方向にピン角度を設定する。前述のように、このようにすることで、磁気センサ３０１からの出力信号としてオフセットのない信号を得ることができる。

図１３は、磁気センサＡ（３０１Ａ）、磁気センサＢ（３０１Ｂ）からの出力信号を示した図である。磁気センサＡ（３０１Ａ）、磁気センサＢ（３０１Ｂ）のセンサ設置位置の差に起因して、両者の信号の間には位相ズレが生じる。これを利用して、磁気センサＡ（３０１Ａ）の負→正へのゼロクロス点での磁気センサＢ（３０１Ｂ）の信号の正負を調べることで、ギア４１０の移動方向を知ることが出来る。

ギア４１０の移動方向は、ギア４１０が回転体４０１に設置された場合は回転方向に対応し、ギア４１０が直線上の移動物体に設置してある場合は移動方向に対応する。

このように、本発明の実施例２によれば、磁気センサ３０１Ａ、３０１Ｂ内の磁気抵抗素子の固定磁化層の方向を適切に設定することで、磁気センサ３０１Ａ３０１Ｂの出力信号のオフセットを除去し、その結果として、図１３に示すように、ゼロクロス点を用いて回転方向判定が可能になる。

以上の説明では、ギア４１０は回転体に設置されたものの回転角センサとして説明をした。しかしながら、ギア４１０が直線上に設置された移動物体の並進運動の状態を計測する位置センサ（並進位置センサ）としても、本発明の構成が有効であることは言うまでもない。位置センサの場合、回転体を「移動物体」と読み替え、「回転角センサ」を「位置センサ」と読み替えればよい。

本発明の実施例２によれば、実施例１と同様な効果を得ることができる他、ギア４１０の移動方向を判断することができる。

次に、本発明の実施例３について図１４を参照して説明する。

図１４は、本発明の実施例３の概略構成図である。図１４に示すように、本実施例３の回転角センサは、２個の磁気センサＡ（３０１Ａ）、磁気センサＢ（３０１Ｂ）と磁束発生体２１０で構成される。２個の磁気センサ３０１Ａ、３０１Ｂの互いの設置間隔ＳＰは、ギア４１０の山−山間の間隔（ピッチ）Ｐの１／４に等しくしてある。すなわち、ＳＰ＝Ｐ／４である。磁気センサＡ（３０１Ａ）、磁気センサＢ（３０１Ｂ）は固定磁化層を持つ磁気抵抗素子を感磁素子としており、かつ磁界方向に応じた信号を出力する。

本実施例３では、磁気センサ３０１の構成は図６に示した通り、４個のＧＭＲ素子５１により構成されたブリッジ６０である。

ＧＭＲ素子の固定磁化層は、ｘ−ｚ面と平行に配置する。すなわち、ギア４１０の回転面と平行に配置する。

ＧＭＲ素子の固定磁化層の方向（ピン角度）は、磁気センサＡ（３０１Ａ）、磁気センサＢ（３０１Ｂ）ともに、ｚ軸に対して垂直方向に設定している。すなわち、ギア４１０の回転角センサ１０１側の面から延びる法線に対して垂直の方向に設定する。言い換えれば、ギア４１０の回転角センサ１０１側の面と平行な方向にピン角度を設定する。前述のように、このようにすることで、磁気センサ３０１Ａ、３０１Ｂからの出力信号としてオフセットのない信号を得ることができる。

磁束発生体２１０は、磁石２１１と磁束集束部２１２とで構成されている。磁束集束部２１２は凸形状を持つ磁性体であり、磁気センサＡ（３０１Ａ）、磁気センサＢ（３０１Ｂ）に対応した位置にそれぞれ凸部を設けている。磁束集束部２１２は、磁石２１１が発生する磁束を集中させる働きをする。本実施例３では磁性体を材料とする磁束集束部２１２と磁石２１１とで磁束発生体２１０を構成したが、磁石２１１自体の形状を加工し、２個の磁気センサの対応した位置に凸部を設けることにより、磁石２１１のみで磁束発生体２１０を構成してもよい。

回転角センサ１０１は検出回路部３０２を有する。検出回路部３０２には、磁気センサ３０１のブリッジ６０の正極性端子に印加する励起電圧ｅ０を発生し、かつブリッジ６０からの信号を検出して信号処理する信号処理部３０３を含む。

回転角センサ１０１は筐体２３０により構成物としてまとめられている。筐体２３０は磁束発生体２１０が発生する磁界を乱さないように比透磁率が１．１以下の材料で構成されている。筐体の材料としては、例えば、樹脂を用いたり、アルミや真鍮などの非磁性体金属を用いる。また、樹脂によりモールド成型してもよい。本実施例では樹脂を用いた。筐体２３０は、磁束発生体２１０と磁気センサＡ（３０１Ａ）、磁気センサＢ（３０１Ｂ）との相互の位置関係を固定する働きも有する。

図１５は、ギア４１０を動かした時の磁気センサＡ（３０１Ａ）、磁気センサＢ（３０１Ｂ）の出力信号の変化の様子を示す図である。ここで、磁気センサＡ（３０１Ａ）の出力信号とは、磁気センサＡ（３０１Ａ）を構成するブリッジ６０の信号端子Ｖ１、Ｖ２間の差動電圧である。すなわち、ＶＡ＝ΔＶ（Ａ）＝Ｖ２（Ａ）−Ｖ１（Ａ）である。同様に、磁気センサＢ（３０１Ｂ）の出力信号をＶＢ＝ΔＶ（Ｂ）＝Ｖ２（Ｂ）−Ｖ１（Ｂ）と定義する。

ギア４１０の山４１１がｘ方向に動く変位量をｘとする（ギア４１０が回転体４０１に設置された場合も、ｘ方向の変位として近似して扱う）。この時の磁気センサＡ（３０１Ａ）の出力信号ＶＡの変化の様子を以下に説明する。

磁界角度がＳｍの時の磁界センサＡ（３０１Ａ）の出力は、（数７）でα１＝０とおいた信号となり、次式（９）になる。

一方、ギア４１０の変位量ｘと磁界角度Ｓｍとの関係は、図６に示したような波形である。

したがって、変位量ｘに対する信号ＶＡの波形は、図１６に示した方法で図形的に求まり、図１５に示したように概ね正弦波に近い形にできる。

なお、正確な波形は、磁束発生体２１０の突起部の形状や先端部の曲率半径、あるいは、磁束発生体２１０とギア４１０とのエアギャップなどにより変化するので、磁束発生体２１０の形状の微調整することで、信号ＶＡの波形を正弦波に近づけることが可能である。

したがって、次式（１０）となる。

上記式（１０）において、Ｐはギア４１０のピッチである。

磁気センサＢ（３０１Ｂ）は、設置位置がＰ／４だけずれているので、π／２分だけ位相が早まった信号が出力される。すなわち、次式（１１）となる。

したがって、ギア４１０の変位量ｘによる磁界センサＡ（３０１Ａ）、Ｂ（３０１Ｂ）の出力信号ＶＡ、ＶＢの波形は、図１５のようになる。図１５の（ａ）はギア４１０が正方向に動いた場合（正回転）、図１５の（ｂ）は逆方向に動いた場合（逆回転）である。

図１５からわかるように、信号出力ＶＡの時間微分と信号出力Ｂとの積の正負により正回転か逆回転かを判別できる。すなわち、式（１０）、式（１１）から次式（１２）を得る。

したがって、式（１２）が正の場合は正回転（ｄｘ／ｄｔ＞０）であり、負の場合は逆回転（ｄｘ／ｄｔ＜０）である。

上述した本発明の実施例２においては、一方の磁気センサ３０１Ａのゼロクロス点における他方の磁気センサ３０１Ｂの正負で回転方向を検出している。この方法では、ギア４１０が回転し始めてゼロクロス点に達した時点で初めて回転方向が検出できる。言い換えれば、ギア４１０の回転開始直後は回転方向や回転の有無の検出が出来ない。

これに対して、本実施例３の方法は、ギア４１０がどの位置にあっても、回転開始直後から、式（１２）に従って回転方向を判別できる点で優れている。

したがって、特にリアルタイム性が要求される応用において有利である。

例えば、自動車のトランスミッションの回転状態を検出する例がある。自動車のエンジンからの動力トルクを車輪の回転に伝達するトランスミッションにおいて車輪側の回転軸の回転状態を検出する場合を考える。

坂道発進時などで車両が後退し始めた場合、従来の回転角センサでは、１ギア・ピッチ動いた時点で初めて「後退」を検出できた。

本実施例３の回転角センサを用いれば、後退後、直ちに「後退」状態が検出されるので、より安全性と精度を高めた制御が可能になる。

本実施例３で用いる検出回路部の回路ブロック２０１を図１７に示す。図１７において、磁気センサＡ（３０１Ａ）からの信号は、検出回路部３０２の差動増幅器３５１Ａにより増幅され、出力信号ＶＡとなる。この出力信号ＶＡは信号処理部３０３の微分処理部３７１に入力された後、積算部３７２に入力される。

一方、磁気センサＢ（３０１Ｂ）からの信号は差動増幅器３５１Ｂにより増幅され、出力信号ＶＢとなる。この出力信号ＶＢは積算部３７２に入力され、信号ＶＡの時間微分との積が求められる。

積算部３７２の積算結果は比較器３７３に入力され、その正、負、ゼロに応じて、それぞれ、正回転、逆回転、停止を判別することができる。

以上の説明では、ギア４１０は回転体に設置されたものとして回転角センサとして説明をした。しかしながら、ギア４１０が直線上に設置された移動物体の並進運動の状態を計測する位置センサ（並進位置センサ）としても、本発明の構成が有効であることは言うまでもない。位置センサの場合、回転体を「移動物体」と読み替え、「回転角センサ」を「位置センサ」と読み替えればよい。

本発明の実施例３によれば、実施例２と同様な効果を得ることができる他、回転体（移動体）の回転方向（移動方向）を回転（移動）直後から判別することができるという効果を有する。

次に、本発明の実施例４について述べる。本実施例４は、ギアを有する回転体の回転角度を高精度に計測する回転角センサである。

なお、本実施例４の回転角センサ１０１の構成は図１に示したものと同様である。

本実施例４では、検出回路部３０２の中の信号処理部３０３の構成が実施例１と異なっている。

上記式（１０）、（１１）から次式（１３）を得る。

ここで、Ｓ（角度）＝ａｔａｎ２（ｙ，ｘ）は、引数ｘ，ｙが正か負かに応じて、Ｓ（角度））＝０〜２π（または−π〜π）の値を適切に出力する関数である。例えば、ｘ，ｙともに正の場合は、ａｔａｎ２（ｙ，ｘ）＝ＡｒｃＴａｎ（ｙ／ｘ）であり、ｘ，ｙともに負の場合は、ａｔａｎ２（ｙ，ｘ）＝ＡｒｃＴａｎ（ｙ／ｘ）＋πである。

式（１３）のＡｒｃＴａｎ（）関数は−π／２〜π／２の範囲の値しか返さないが、本実施例４で実装する実際の回路では、ａｔａｎ２（）関数に相当する処理を実装する。

上記式（１３）からわかるように、磁気センサＡ（３０１Ａ）、磁気センサＢ（３０１Ｂ）の信号の比をＡｒｃＴａｎ変換すると、ギア４１０の山−山間の位置ｘ／Ｐが求まる。

この様子を図１８に示した。図１８において、ギア４１０がｘ方向（図１８の横軸方向）に移動すると、回転角センサ１１０が出力する測定値ｘｏｂｓ（図１８の縦軸）は、０〜Ｐの範囲で変化する。

本実施例４では２つのポイントがある。第１のポイントは、式（１３）からわかるように、ギア変位量ｘの算出にあたっては、２つの信号出力ＶＡとＶＢとの比を用いるため、係数Ｃが相殺されることである。係数Ｃは上記式（６）で定義されるように、ＧＭＲ係数（Ｇ／Ｒ０）を含むが、ＧＭＲ係数は温度変化をするため係数Ｃも温度により変化する。

本実施例４では、式（１３）の処理により係数Ｃを相殺するので、広い温度範囲で精度の良い回転角計測が可能になる。

第２のポイントは、式（１３）による位置ｘの算出が可能になったのは、信号出力ＶＡ、ＶＢのオフセットを除去しているためである点である。

本実施例４では、磁気センサ３０１を構成するＧＭＲ素子５１の固定磁化層の方向（ピン角度）を適切に設定することで、信号出力からオフセットを除去している。具体的には、図４のＳｐ＝０をｘ軸方向に一致させ、Ｓｐ＝１８０°を−ｘ軸の方向に一致させる。

すなわち、いずれの固定磁化層方向（ピン角度）もｘ軸と平行に設定する。このように設定すると、（図１０）におけるα１＝０、つまり、磁気センサ３０１を構成するＧＭＲ素子のピン角度をｚ軸に対して垂直方向に設定していることになる。

すなわち、ギアの回転角センサ側の面から延びる法線に対して垂直の方向に設定する。言い換えれば、ギアの回転角センサ側の面と平行な方向にピン角度を設定する。言い換えれば、磁気センサＡ（３０１Ａ）と磁気センサＢ（３０１Ｂ）とを結ぶ直線と平行方向にピン角を設置する。

本実施例４では、通過したギア４１０の山４１１の数を数えることで、何番目の山に位置しているかがわかり、ｘ／Ｐがわかることで、山−山間のどの位置にあるかを精度良く計測できる。すなわち、ギアを有する回転体の回転角を高精度に計測する回転角センサが得られる。

本実施例４の検出回路部３０２の回路構成のブロック図を図１９に示す。

図１９において、磁気センサＡ（３０１Ａ）からの信号は差動増幅器３５１Ａで検出され、信号出力ＶＡとされる。同様に、磁気センサＢ（３０２Ｂ）からの信号は差動増幅器３５１Ｂで検出され、信号出力ＶＢとされる。これらの信号出力ＶＡ、ＶＢをａｔａｎ処理部３８１に入力し、式（１３）のａｔａｎ２（ＶＡ，ＶＢ）処理によりギア間変位量ｘｏｂｓを算出する。

不連続点検出部３８２ではギア間変位量ｘｏｂｓの不連続点を検出してカウンタ部３８３で通過したギアの山の数を数える。この際、不連続検出部３８２ではｘｏｂｓが「Ｐ→０」へ移行する不連続点を「＋１」とし、「０→Ｐ」に移行する不連続点を「−１」とする。

カウンタ部３８３は、この「＋１」「−１」に従いカウントＵＰ／カウントＤＯＷＮを行う。このようにして、ギアの回転方向が正回転／逆回転のいずれの場合でも正しいギア位置がわかる。

最後に、カウンタ部３８３の出力であるギアの山位置と、ギア間変位量ｘｏｂｓを組み合わせることで、ギア４１０の回転角Ｓを得る。

また、カウンタ部３８３にはカウンタ値記憶部３９０が接続されており、回転角センサ１０１の電源停止時にカウンタ値をカウンタ値記憶部３９０に保管する。回転角センサ１０１を動作状態にした時には、カウンタ値記憶部３９０からカウンタ値を読み出すことで、現在の回転角Ｓを正しく出力することができる。

なお、カウンタ値記憶部３９０は、ＥＥＰＲＯＭ（Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｌｙ Ｅｒａｓａｂｌｅ ａｎｄ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）やフラッシュメモリを用いる。
以上の説明では、ギア４１０は回転体に設置されたものとして回転角センサとして説明をした。しかしながら、ギア４１０が直線上に設置された移動物体の並進運動の状態を計測する位置センサ（並進位置センサ）としても、本発明の構成が有効であることは言うまでもない。位置センサの場合、回転体を「移動物体」と読み替え、「回転角センサ」を「位置センサ」と読み替えればよい。

本発明の実施例４によれば、実施例３と実施例２と同様な効果を得ることができる他、回転体（移動体）の回転角（移動位置）を高精度に計測することができるという効果を有する。

次に、本発明の実施例５として、磁束発生体２１０の構成が異なるものを述べる。

図２０、図２１、図２２は、図１の位置センサ１０１の磁束発生体２１０として用いる磁束発生体の別の構成を示す図である。

図２０は、磁束発生体２１０の構成の一例を示す図である。図２０において、磁気センサＡ（３０１Ａ）と磁気センサＢ（３０１Ｂ）とのそれぞれに対応して２つの磁石２１１Ａと２１１Ｂ、２つの磁束集束部２１２Ａと２１２Ｂとを用いる。

このように、磁束発生体２１０を構成する磁石２１１を、磁石２１１Ａと２１１Ｂとの２つに分割することにより、使用する磁石の量を削減することができ、コストを低減できる。つまり、磁石２１１Ａと２１１Ｂとの間に位置する部分の磁石が不要となり、使用する磁石の量を削減することができる。

図２１は、磁束発生体２１０の構成の他の例を示す図であり、磁束集束体２１２である２つの突起部を一体形成した構成の例を示す図である。このようにすると、突起部２１２の突起部どおしの間隔を正確に製作することが容易なので、製作加工が容易であるという利点がある。

なお、図２１の構成において、図２０に示す例のように、磁石２１１を２つに分割してもよい。磁石２１１を分割すると磁石材料の量を削減できるという利点がある。

図２２は、磁束発生体２１０の構成のさらに他の例を示す図であり、磁束集束体２１２の突起としてダミーの突起部を形成した例を示す図である。このような構成にすると、磁気センサＡ（３０１Ａ）と磁気センサＢ（３０１Ｂ）の点のおける磁束分布の対称性が向上するという利点がある。つまり、磁気センサＡ（３０１Ａ）と磁気センサＢ（３０１Ｂ）とのそれぞれに対向する突起部の外側に、ダミーの突起部が形成されているので、磁気センサＡ（３０１Ａ）と磁気センサＢ（３０１Ｂ）の点のおける磁束分布の対称性が向上する。

次に、本発明の実施例６を、図２３を用いて説明する。本実施例６は、回転角センサを用いた、自動車用エンジンのバルブの可変バルブ・タイミング装置である。本実施例６では、バルブのタイミングとリフト量を可変にする、可変バルブ・リフト量＆可変タイミング・システムに適用した例を示す。

図２３は、この可変バルブタイミング機構の主要構成部品の模式図である。図２３において、モータ５１１によりボール・スクリューシャフト５２１が回転すると、ボールスクリューナット５２２の位置が図２３の矢印で図示した方向に変化する。

この動きが結合機構Ａ５２３により偏心カム５２４に伝達される。すると、この動きが、偏心カム５２４のドライブシャフト５２５に連動した動きをする結合機構Ｂ５２７に伝達され、エンジンに設置されたバルブ５２８のリフト量が変化する。

本実施例６では、ボールスクリューシャフト５２１にギア４１０が固定されており、回転角センサ５０２によりギア４１０の回転状態を検出する。回転角センサ５０２として、図１４の構成の回転角センサを用いる。

これにより、ボールスクリューシャフト５２１の回転状態や回転角を検出し、電子コントロールユニット（ＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ））５１２に検出情報が信号として伝えられる。ＥＣＵ５１２は、この回転情報に基づきモータ駆動部５１３を制御し、モータ５１１をフィードバック制御する。

なお、ボールスクリューシャフト５２１の回転角を計測する替わりに、ボールスクリューナット５２２にギア４１０を取付け、そのギアの矢印方向の並進運動（直線運動）の位置を位置センサで検出してもよい。位置センサには、図１４に示した構成の位置センサを用いればよい。この構成であると、ボールスクリューナット５２２とボールスクリューシャフト５２１との間の機械的「遊び」を含まない位置情報がモータ５１１にフィードバックされるので、より精度や応答性のよい制御が可能になる。

次に、本発明の実施例７を図２４を用いて説明する。本実施例７は、本発明を回転角センサ１０１を用いた自動車用の電子制御スロットルバルブ装置に適用した例である。

エンジンへの吸気量をコントロールするスロットルボディ中にあるスロットルバルブの開閉の度合いは、アクセル・ペダル部の踏み込み量や、エンジンの状態などの情報から適切に設定される。

図２４において、スロットルバルブ５３１が取り付けられたスロットルシャフト５３２は、ギア４１０などで構成された結合機構５３３を介してスロットル・モータ５１４に結合されている。

スロットル・シャフト５３２には、ギア４１０が取り付けられており、回転角センサ５０３により回転角がスロットルシャフト５３２の回転角が計測される。これによりスロットルバルブ５３１の開閉の度合いが計測される。

本実施例７では、回転角センサ５０３として図１４に示した回転角センサを用いた。

回転角センサ５０３で計測したスロットルシャフト５３２の回転角情報は電子コントロールユニット（ＥＣＵ）５１５に信号として伝達される。ＥＣＵ５１５は、スロットルシャフト５３２の回転角、エンジンの動作状態、アクセル・ペダルの踏み込み量などの情報から適切なモータ駆動信号を算出し、スロットル・モータ５１４の駆動部５１６に送信する。

電子制御スロットルバルブの動作開始時には、スロットルバルブ５３１をいったん全閉状態（完全に閉じた状態）にする。全閉状態でのスロットルバルブ５３１の位置は、機械的に設定される。全閉状態時に回転角センサ５０３の回転角位置を初期値として計測し、初期値として記憶する。これ以降は、この初期値を基準として、ギア４１０の移動した山の数をカウントし、ギア４１０の山−山間の位置情報と合わせて、スロットルシャフト５３２の回転角を算出してＥＣＵ５１５に送信する。

本発明の第８の実施例として電動車両駆動装置を説明する。ここで、電動車両とは電気モータを動力として用いる自動車、鉄道などの車両（ビークル）を指す。電動車両には電気モータを補助動力に用いるものや主動力に用いるものが含まれ、具体的にはハイブリット自動車や電気自動車などがある。

本発明の実施例８を図２５を用いて説明する。図２５は回転角センサを用いたハイブリッド自動車駆動装置に適用した場合の例である。

図２５は自動車の動力として内燃機関エンジンと電気モータとを組み合わせたハイブリッド自動車駆動装置の模式図である。図２５において、エンジン５５３の出力回転軸と、発電機５５２及び駆動モータ５５１とは同軸上に配置されており、それぞれは動力分配機構５５４の働きで適切に動力が伝達される。

動力分配の仕方は、車両の走行状態、加速指令状態、バッテリーの充電状態などの情報に基づいて適切に設定される。駆動モータ５５１の回転軸にはギア５６１が設置されており、モータ回転角センサ５６０により駆動モータ５５１の回転角が計測される。計測した回転角に応じて駆動モータ５５１のステータに適切な駆動電圧が印加される。

発電機５５２に連動した回転軸にはギア５６３が設置されており、発電機回転角センサ５６２により発電機の回転角が計測される。計測した回転角に応じて発電機５５２の受電回路を制御し、効率的に発電を行う。本実施例８では、モータ回転角センサ５６０、および発電機回転角センサ５６２に図１４示した回転角センサ１０１を用いた。

さらに、駆動モータ５５１の回転軸に設置されたギア５６１の山の数Ｎｇを駆動モータ５５１の極数Ｎｐｍの１／２になるように構成すると、駆動モータ５５１の電気角とギア５６１の山−山間位置ｘｏｂｓとが１対１で対応することになり、ｘｏｂｓを用いて駆動モータ制御を行うことができる。

例えば、駆動モータ５５１が１６極モータ（Ｎ極−Ｓ極を８組有する）の場合には、ギア５６１の山の数を８個にする。

発電機５５２の回転軸に設置したギア５６３の山の数と発電機５５２の極数との関係についても同様である。

なお、図２５ではハイブリット自動車駆動装置の例を示したが、図２５からエンジン５５３を除くと電気自動車駆動装置の構成例になる。この構成も本発明に含まれることは言うまでもない。

次に、本発明とは異なる例であって、磁界強度の変化により回転体であるギアの回転状態を検知する例につき説明する。この例は、本発明と比較するための例である。

図２６は、本発明とは異なる比較例を示す図である。図２６において、磁性体で構成したギア４１０を有する回転体と磁石６２０との間に、磁界強度を検出する磁界強度センサ６１１、６１２とを配置している。

磁界強度センサ６１１の位置にギア４１０の山部が通過すると、磁性体であるギア４１０と磁石６２０との間の距離ｚｇが短くなるので、磁界強度センサ６１１における位置の磁界強度が大きくなる。

ギア４１０の谷部が通過する際は、逆に距離ｚｇが長くなるので、磁界強度センサ６１１位置の磁界強度が小さくなる。したがって、磁界強度の変化を磁界強度センサ６１１、６１２で検知することでギア４１０の回転状態を知ることが出来る。磁界強度の検出にあたっては、ギア４１０の山−山間距離（以下、ピッチと呼ぶ）Ｐの１／２の距離で２個の磁界強度センサ６１１、６１２を配置し、両者の差を測定することで磁界強度の変化を測りやすくしている。

図２６に示した例では、距離ｚｇが長くなると、磁界強度が小さくなるので、高精度の位置検出を行なうためには、エアギャップ距離は可能な限り短くしなければならない。

また、ギア４１０を有する回転体と磁石６２０との距離が振動などで周期的に変化すると、ギア４１０が静止しているにもかかわらず回転していると誤った検出をする場合がある。

この図２６に示した例に対して、本発明は、磁界角度の変化を磁気センサで検出することで、移動体の動きや位置情報などを検出しているので、位置検出精度の低下を伴うこと無くギアと磁界センサ間の距離を大とすることができ、かつ、機械的振動による誤検出を抑制可能な位置センサを実現することができる。

なお、上述した実施例において、磁気抵抗素子として巨大抵抗素子を用いる例を説明したが、磁気抵抗素子として、トンネル型磁気抵抗素子を用いることも可能である。

１１・・・自由磁化層、１２・・・スペーサ層、１３・・・固定磁化層、２０・・・自由磁化層の磁化ベクトル、２２・・・固定磁化層の磁化ベクトル、５１・・・ＧＭＲ素子、６０・・・ブリッジ回路、１０１・・・位置センサ（回転角センサ）、２１０・・・磁束発生体、２１１・・・磁石、２１２・・・磁束集束部、２２０・・・磁束発生体の磁化方向、２３０・・・筐体、３０１・・・磁気センサ、３０２・・・検出回路部、３０３・・・信号処理部、３５１・・・差動増幅器、３８１・・・ａｔａｎ処理部、３８２・・・不連続点検出部、３８３・・・カウンタ部、３９０・・・カウンタ値記憶部、４０１・・・移動物体（回転体）、４１０・・・ギア、４１１・・・ギアの山、５０２・・・位置センサ、５０３・・・スロットルセンサ、５１１・・・モータ、５１２・・・ＥＣＵ、５１４・・・スロットルモータ、５２１・・・ボールスクリューシャフト、５２２・・・ボールスクリューナット、５２３、５２７・・・結合機構Ａ、５２４・・・偏心カム、５２５・・・ドライブシャフト、５２８・・・バルブ、５３１・・・スロットルバルブ、５３２・・・スロットルシャフト、５３３・・・結合機構、５１５・・・ＥＣＵ、５１６・・・駆動部、５５１・・・駆動モータ、５５２・・・発電機、５５３・・・エンジン、５５４・・・動力分配機構、５５７・・・動力結合機構、５５８・・・動力シャフト、５６０・・・駆動モータ回転角センサ、５６１、５６３・・・ギア、５６２・・・発電機回転角センサ

Claims (17)

1. 磁気センサと、磁束発生体とを有する位置センサであり、
   前記磁束発生体は、前記磁気センサ側に突起部を有しており、
   前記磁気センサは、固定磁化層を有する磁気抵抗素子を有しており、
   前記固定磁化層の磁化方向は、前記磁束発生体の磁化方向と垂直方向であることを特徴とする位置センサ。
2. 請求項１に記載の位置センサにおいて、移動体の移動に伴い移動する凹凸部を有するギア部材に対向して配置されることを特徴とする位置センサ。
3. 請求項１に記載の位置センサにおいて、前記磁気抵抗素子は巨大磁気抵抗素子であることを特徴とする位置センサ。
4. 請求項１に記載の位置センサにおいて、前記位置センサは、前記磁気抵抗素子を有するホイートストン・ブリッジ回路を備えることを特徴とする位置センサ。
5. 少なくとも２つの磁気センサと、磁束発生体とを有する位置センサであり、
   前記磁束発生体は、前記磁気センサの各々に対応した位置に突起部を有しており、
   前記磁気センサは固定磁化層を有する磁気抵抗素子で構成されており、
   前記第１の磁気センサと第２の磁気センサのいずれも、前記固定磁化層の磁化方向は、前記磁束発生体の磁化方向と垂直方向であることを特徴とする位置センサ。
6. 請求項５に記載の位置センサにおいて、移動体の移動に伴い移動する凹凸部を有するギア部材に対向して配置されることを特徴とする位置センサ。
7. 請求項５に記載の位置センサにおいて、前記磁気抵抗素子は巨大磁気抵抗素子であることを特徴とする位置センサ。
8. 請求項７に記載の位置センサにおいて、前記磁気抵抗素子は、スピンバルブ型の巨大磁気抵抗素子であることを特徴とする位置センサ。
9. 請求項５に記載の位置センサにおいて、前記磁気抵抗素子は、自由磁化層とスペーサ層とを有することを特徴とする位置センサ。
10. 少なくとも２つの磁気センサと、磁束発生体とを有する位置センサであって、
    前記位置センサは前記位置センサに対向配置された凹凸部を有するギア部材の移動状態を計測するものであって、前記ギア部材の歯車間のピッチをＰとすると、
    前記２つの磁気センサ間の距離はＰ／４であり、
    前記磁気センサは磁界の方向に応じた信号を出力するものであり、
    前記磁束発生体は、前記磁気センサの各々に対応した位置に突起部を有することを特徴とする位置センサ。
11. 請求項１０に記載の位置センサにおいて、前記磁気センサは、固定磁化層を有する磁気抵抗素子で構成されたことを特徴とする位置センサ。
12. 請求項１０に記載の位置センサにおいて、前記磁気センサは、巨大磁気抵抗素子で構成されたことを特徴とする位置センサ。
13. 請求項１１に記載の位置センサにおいて、前記固定磁化層の磁化方向は、前記磁束発生体の磁化方向と垂直方向であることを特徴とする位置センサ。
14. 請求項１１に記載の位置センサにおいて、前記固定磁化層の磁化方向は、前記２つの磁気センサを結んだ直線と平行方向であることを特徴とする位置センサ。
15. 請求項１ないし１４のいずれか一項に記載の位置センサを有する電動車両駆動装置。
16. 請求項１ないし１４のいずれか一項に記載の位置センサを有する可変バルブ・タイミング装置。
17. 請求項１ないし１４のいずれか一項に記載の位置センサを有する電子制御スロットルバルブ装置。

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