JP2022102470A - 磁気センサ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】回転体の回転を検知する磁気センサ装置の分解能を向上させる。【解決手段】磁気センサ２０Ａは、ブリッジ接続された磁気エレメント２４Ａ～２４Ｄにより磁束方向の回転に応じた出力信号Ｓａ、Ｓｂを出力し、磁気センサ２０Ｂは、ブリッジ接続された磁気エレメント２４Ｅ～２４Ｈにより磁束方向の回転に応じた出力信号Ｓｃ、Ｓｄを出力する。また、コンパレータ３０Ａ～３０Ｄは、出力信号（Ｓａ－Ｓｂ）、（Ｓｃ－Ｓｄ）、（Ｓｂ－Ｓｄ）、（Ｓａ－Ｓｄ）を出力する。これにより、回転体が回転されることによる磁束方向の半回転を８分割して検知できるので、回転体の回転に対する分解能を向上できる。【選択図】図２

Description

本発明は、磁気センサ装置に関する。

特許文献１には、磁気抵抗素子を用いた磁気センサが開示されている。磁気センサには、基板に各々４個の磁気抵抗素子がフルブリッジ接続された第１及び第２のブリッジ回路が形成されている。第１のブリッジ回路の磁気抵抗素子と第２のブリッジ回路の磁気抵抗素子の配列は、一方を他方に対して４５度回転させた配列となっており、第１のブリッジ回路では、出力電圧Ａｍ、Ａｐが同相で変化し、第２のブリッジ回路では、出力電圧Ｂｍ、Ｂｐが反相で変化する。

磁気センサの演算回路部には、４つの比較器に、各々第１のブリッジ回路の出力電圧Ａｍと第２のブリッジ回路の出力電圧Ｂｐ、出力電圧Ａｍと第２のブリッジ回路の出力電圧Ｂｍ、出力電圧Ｂｐと第１のブリッジ回路の出力電圧Ａｐ、及び出力電圧Ｂｐと出力電圧Ａｐが入力されて、各比較器の判定信号Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４がＮＯＲ回路に入力される。

特開２０１３－１９５３４５号公報

ところで、磁気センサ装置には、複数の磁石により外周部の周方向にＳ極とＮ極とが交互に配置された回転体を対象にし、回転体の外周の磁場の変化を検知して、回転体の回転を検知するものがある。この磁気センサ装置では、各々磁気抵抗素子がフルブリッジ接続された２つの磁気センサ部の出力信号の変化から対向する磁極の切換りを検知する場合、周方向に配置する磁極数を多くすることで分解能を向上できる。しかし、周方向の磁極数を多くすることで磁力が弱くなって検知精度が低下し、検知精度の低下を抑制するために個々の磁石の磁力を強くしようとすると、回転体（磁石）の大型化やコストアップ等が生じ、分解能の向上を図るためには、改善の余地がある。

本発明は上記事実を鑑みて成されたものであり、分解能が向上された磁気センサ装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するための本発明の第１の態様の磁気センサ装置は、計測対象が回転されることで磁束方向が回転される磁場内に配置され、前記磁束方向の回転に応じて電気抵抗値が変化する磁気抵抗素子がブリッジ接続されて前記磁束方向の回転に応じて逆相で正弦状に変化する２つの検知信号を出力する第１磁気センサ部と、前記第１磁気センサ部と共に磁場内に配置され、前記磁束方向の回転に応じて電気抵抗値が変化する磁気抵抗素子がブリッジ接続されて前記磁束方向の回転に応じて逆相で変化すると共に前記第１磁気センサ部の検知信号に対して所定の位相差で正弦波状に変化する２つの検知信号を出力する第２磁気センサ部と、各々が２つの信号の大小関係を比較するための比較手段として、前記第１磁気センサ部の２つの検知信号を比較した第１比較信号を出力する第１比較手段と、前記第２磁気センサ部の２つの検知信号を比較した第２比較信号を出力する第２比較手段と、前記第１磁気センサ部の２つの検知信号の各々と前記第２磁気センサ部の２つの検知信号の一方の検知信号とを比較して第３比較信号及び第４比較信号を出力する第３及び第４比較手段と、を備える比較部と、を含む。

本発明の第２の態様の磁気センサ装置は、第１の態様において、前記所定の位相差は、前記磁場内における前記磁束方向の１/８回転に対応する位相差である。

本発明の第３の態様の磁気センサ装置は、第１又は第２の態様において、前記第１比較信号と前記第２比較信号との排他的論理和の第１出力信号を出力する第１出力手段と、前記第３比較信号と前記第４比較信号との排他的論理和の第２出力信号を出力する第２出力手段と、を含む。

本発明の第１の態様の磁気センサ装置では、計測対象が回転されることで磁束方向が回転される磁場内に第１磁気センサ部及び第２磁気センサ部が配置され、第１磁気センサ部及び第２磁気センサ部は、各々磁場内の磁束方向の回転に応じて電気抵抗値が変化する磁気抵抗素子がブリッジ接続されて磁束方向の回転に応じて逆相で正弦波状に変化する２つの検知信号を出力する。また、第２磁気センサ部は、検知信号が第１磁気センサ部の検知信号との間で、所定の位相差となるように配置される。

この際、第１及び第２磁気センサ部の各々は、例えば、磁場の磁束方向が反転（１/２回転）することで、１周期となる正弦波状の検知信号を出力し、第１磁気センサ部の検知信号と第２磁気センサ部の検知信号とは、所定の位相差で変化する。

比較部は、各々が２つの信号の大小関係を比較するための第１比較手段及び第２比較手段を備える。第１比較手段は、第１磁気センサ部の２つの検知信号を比較した第１比較信号を出力し、第２比較手段は、第２磁気センサ部の２つの検知信号を比較した第２比較信号を出力する。これにより、磁束方向の反転（半回転）を４つに分割できる。

ここで、比較部は、第３比較手段及び第４比較手段を備える。第３比較手段は、第１磁気センサ部の２つの検知信号の一方と、第２磁気センサ部の２つの検知信号の一方の検知信号とを比較して第３比較信号を出力し、第４比較手段は、第１磁気センサ部の２つの検知信号の他方と、第２磁気センサ部の２つの検知信号の一方の検知信号とを比較して第４比較信号を出力する。

これにより、磁束方向の反転の周期に対して１周期となる第３検知信号及び第４検知信号が得られる。また、第３検知信号及び第４検知信号は、第１及び第２検知信号に対して所定の位相差で変化する。

したがって、第１～第４比較信号を用いることで、第１及び第２比較信号により４分割された磁場の反転の周期の各々を第３及び第４比較信号により分割できるので、計測対象の回転角の分解能を向上できる。

第２の態様の磁気センサ装置では、第１磁気センサ部の検知信号と第２磁気センサの検知信号との位相差を磁束方向の１/８回転に対応する位相差としている。これにより、磁束方向の反転周期を８等分に分割できるので、計測対象の回転角の分解能を向上して、回転角を精度よく検知できる。

第３の態様の磁気センサ装置では、各々が入力された信号に対して排他的論理和を出力する第１及び第２出力手段を備える。第１出力手段は、第１比較信号と第２比較信号とに応じて変化するパルス状の第１出力信号を出力し、第２出力手段は、第３比較信号と第４比較信号とに応じて変化するパルス状の第２出力信号を出力する。

ここで、第１出力信号と第２出力信号とは、磁束方向の回転に対して所定の位相差に応じた位相差で変化する。これにより、第１出力信号と第２出力信号の変化から磁束方向の回転方向の変化を判定できるので、分解能の向上を図りつつ計測対象の回転方向を判定できる。

本実施形態に係る磁気センサ装置の概略構成図である。 磁気センサ装置の主要部の構成図である。 （Ａ）及び（Ｂ）は、各々磁気センサ部の出力信号の概略を示す線図、（Ｃ）は、２つの磁気センサ部の出力信号の概略を示す線図である。 （Ａ）～（Ｆ）は回転角に対する出力信号の変化を示す線図であり、（Ａ）及び（Ｂ）は、各々ＸＯＲ回路の出力信号を示し、（Ｃ）～（Ｆ）は、比較器の出力信号を示す。

以下、図面を参照して本発明の実施形態について詳細に説明する。
図１には、本実施形態に係る磁気センサ装置１０の概略構成が示され、図２には、磁気センサ装置１０の主要部が概略構成図にて示されている。

図２に示すように、本実施形態に係る磁気センサ装置１０は、磁気センサ部１２及び検知回路部１４を備えている。検知回路部１４は、回路チップ（図示省略）に形成されており、磁気センサ部１２は、回路チップに積層されている。

図１に示すように、磁気センサ装置１０は、検知対象（計測対象）としての回転体１６に隣接され、回転体１６に対して相対回転可能に配置されている。回転体１６は、複数の磁石（永久磁石）１８が用いられた多極マグネットとされており、回転体１６は、平面視円形または円環状とされ、軸心部の回転軸Ｐを軸に回転される。磁石１８は、各々の着磁方向（磁石内においてＳ極からＮ極に向かう方向）が回転体１６の径方向とされて、回転体１６の周方向に配列されている。また、磁石１８は、回転体１６の外周部において磁極（Ｎ極とＳ極）が周方向に交互に変化するように配置されている。これにより、回転体１６の径方向外側には、磁束方向に対応する磁力線（図１及び図２において主となる磁力線を二点鎖線で示す）がＮ極から径方向の外側に向かう磁場と、磁力線が径方向の外側からＳ極に向かう磁場とが交互に形成されている。

磁気センサ装置１０は、回転体１６の径方向外側において磁石１８により形成される磁場内に配置されており、回転体１６が回転されることで、磁気センサ装置１０が配置された磁場（磁束密度）が変化し、磁束方向が回転される。図１では、一例として回転体１６に８個の磁石１８が配置されており、回転体１６が４５°（π／４）回転されることで、対向する磁石１８の中心位置が切替わる。このため、回転体１６が２２．５°（π／８）回転されるごとに磁束方向が反転される（磁力線の向きが逆向きになる）。

図２に示すように、磁気センサ装置１０の磁気センサ部１２には、第１及び第２磁気センサ部としての２つの磁気センサ２０（以下、区別する場合、一方を磁気センサ２０Ａ、他方を磁気センサ２０Ｂとする）が形成されている。基板２２は、表面が回転体１６の磁石１８に形成される磁場内において磁束方向が表面に沿う（磁束密度における磁束方向が略平行）ように配置される。

磁気センサ２０Ａ、２０Ｂは、略矩形平板状の基板２２上において、回転体１６の周方向に並んで形成されている。磁気センサ装置１０では、回転体１６によって磁気センサ２０Ａ、２０Ｂに同様の磁場が形成されるように回転体１６の外側に基板２２が配置される。

磁気センサ２０Ａ、２０Ｂには、磁気抵抗体（磁気抵抗素子）としての磁気エレメント２４が用いられており、磁気エレメント２４には、磁気抵抗効果によって電気抵抗率（電気抵抗値）が変化する磁気抵抗素子（ＭＲ：Magneto Resistive）が用いられている。なお、本実施形態では、磁気抵抗素子の一例として異方性磁気抵抗素子（ＡＭＲ：Anisotropic Magneto Resistive）が適用されている。

磁気抵抗素子（異方性磁気抵抗素子）は、強磁性体膜（薄膜）により形成され、強磁性体膜の磁化の向き（磁束方向）が電流の方向に平行な場合と、磁化の向きが電流の方向に対して垂直な場合とで、電子の散乱度合いが変化して電気抵抗率（電気抵抗値）が変化する。磁気抵抗素子（異方性磁気抵抗素子）には、ニッケル（Ｎｉ）や鉄（Ｆｅ）などの強磁性材料又はこれらの強磁性材料を主成分とする合金を用いることができる。これにより、磁気抵抗素子を用いた磁気エレメント２４では、電流の方向に対する磁化の向きに応じた抵抗値が得られる。以下の説明において、磁気エレメント２４は、電流の方向と磁化の向きとが重なる方向において感度を有する（感度が高い）ものとする。

磁気エレメント２４は、薄肉帯状に形成された磁気抵抗素子が互いの長手方向が平行とされ、幅方向に所定間隔で複数が所定のパターンで配列され、磁気抵抗素子の長手方向の一端が配列方向内側に隣接する磁気抵抗素子に接続され、磁気抵抗素子の長手方向の他端が配列方向外側に隣接する磁気抵抗素子に接続されている。これにより、磁気エレメント２４は、一方向に感度を有するように形成されている。

磁気センサ２０Ａ、２０Ｂの各々は、４つの磁気エレメント２４がブリッジ接続されることで磁気検知のための回路（磁気検知回路）とされている。磁気センサ２０Ａには、磁気エレメント２４Ａ～２４Ｄが用いられ、磁気エレメント２４Ａと磁気エレメント２４Ｄとが同一の磁束方向に感度を有し、磁気エレメント２４Ｂと磁気エレメント２４Ｃとが同一の磁束方向に感度を有するように配置されている。また、磁気センサ２０Ａでは、磁気エレメント２４Ａ、２４Ｄが感度を有する方向と磁気エレメント２４Ｂ、２４Ｃが感度を有する方向とが略直交されている。

磁気センサ２０Ｂには、磁気エレメント２４Ｅ～２４Ｈが用いられ、磁気エレメント２４Ｅと磁気エレメント２４Ｈとが同一の磁束方向に感度を有し、磁気エレメント２４Ｆと磁気エレメント２４Ｇとが同一の磁束方向に感度を有するように配置されている。また、磁気センサ２０Ｂでは、磁気エレメント２４Ｅ、２４Ｈが感度を有する方向と磁気エレメント２４Ｆ、２４Ｇが感度を有する方向とが略直交されている。

さらに、磁気センサ２０Ａ、２０Ｂでは、磁気エレメント２４Ａ、２４Ｄ（又は磁気エレメント２４Ｂ、２４Ｃ）が感度を有する方向と磁気エレメント２４Ｅ、２４Ｈ（又は磁気エレメント２４Ｆ、２４Ｇ）が感度を有する方向との間が所定の角度となるように形成されている。磁気センサ装置１０では、この角度が４５°（π／４）とされている。

磁気センサ２０Ａには、磁気エレメント２４Ａ、２４Ｂの接続点に電源（Ｖｃｃ）が供給され、磁気エレメント２４Ｃ、２４Ｄの接続点が接地（ＧＮＤ）される。これにより、磁気センサ２０Ａでは、磁気エレメント２４Ａ、２４Ｃにより形成されるハーフブリッジの端子２６Ａ、及び磁気エレメント２４Ｂ、２４Ｄにより形成されるハーフブリッジの端子２６Ｂの各々が出力端子として機能する。

また、磁気センサ２０Ｂには、磁気エレメント２４Ｅ、２４Ｆの接続点に電源（Ｖｃｃ）が供給され、磁気エレメント２４Ｇ、２４Ｈの接続点が接地（ＧＮＤ）されることで、磁気エレメント２４Ｅ、２４Ｇにより形成されるハーフブリッジの端子２６Ｃ、及び磁気エレメント２４Ｆ、２４Ｇにより形成されるハーフブリッジの端子２６Ｄの各々が出力端子として機能する。

また、磁気センサ２０Ａ、２０Ｂは、回転体１６が一方向に回転されることにより磁束方向が回転されて、磁気エレメント２４Ａ～２４Ｈの電気抵抗値が変化することで、端子２６Ａ、２６Ｂ、２６Ｃ、２６Ｄから正弦波状に変化する検知信号としての出力信号Ｓａ、Ｓｂ、Ｓｃ、Ｓｄが出力される。

図３（Ａ）には、磁気センサ２０Ａにおける出力信号Ｓａ、Ｓｂの変化の概略が線図にて示され、図３（Ｂ）には、磁気センサ２０Ｂにおける出力信号Ｓｃ、Ｓｄの変化の概略が線図にて示されている。また、図３（Ｃ）には、出力信号Ｓａ、Ｓｂ、Ｓｃ、Ｓｄが重ねられて線図にて示されている。

回転体１６では、磁石１８の各々が回転軸Ｐを中心とした４５°の範囲に配置されており、回転体１６により形成される磁場は、回転体１６の１／４回転で磁束方向が１回転する。磁気センサ２０Ａ、２０Ｂでは、磁場の半回転（磁束方向の１８０°（π）回転）において、出力信号Ｓａ、Ｓｂ、Ｓｃ、Ｓｄが１周期となる。なお、以下の説明及び図面では、出力信号Ｓａを基準とし、磁束方向の回転角に対する出力信号Ｓａ、Ｓｂ、Ｓｃ、Ｓｄの各々の変化が示されている。

図３（Ａ）及び図３（Ｂ）に示すように、磁気センサ２０Ａは、出力信号Ｓａ、Ｓｂが逆相とされ、磁気センサ２０Ｂは、出力信号Ｓｃ、Ｓｄが逆相とされている。また、磁気センサ２０Ａと磁気センサ２０Ｂとでは、対応する磁気エレメント２４の間の角度が４５°とされている。これにより、磁気センサ２０Ａの出力信号Ｓａ、Ｓｂと磁気センサ２０Ｂの出力信号Ｓｃ、Ｓｄとの間では、磁束方向の１／８回転に対応する位相差が生じる（磁束方向の半回転に対しては、π／４の位相差）。

一方、図２に示すように、検知回路部１４には、複数の比較回路（比較器：コンパレータ）３０、及び複数の排他的論理和回路（ＸＯＲ回路）３２が形成されている。磁気センサ装置１０の検知回路部１４には、比較手段としての４個のコンパレータ３０(３０Ａ～３０Ｄ)が適用されていると共に、第１出力手段及び第２出力手段としての２つのＸＯＲ（排他的論理和）回路３２(３２Ａ、３２Ｂ）が用いられている。

磁気センサ２０Ａは、端子２６Ａがコンパレータ３０Ａ、３０Ｄの各々に電気的に接続され、端子２６Ｂがコンパレータ３０Ａ、３０Ｃに電気的に接続されている。また、磁気センサ２０Ｂは、端子２６Ｃがコンパレータ３０Ｂに電気的に接続され、端子２６Ｄがコンパレータ３０Ｂ、３０Ｃ、３０Ｄの各々に電気的に接続されている。

これにより、磁気センサ装置１０では、磁気センサ２０Ａの出力信号Ｓａ、Ｓｂがコンパレータ３０Ａに入力され、磁気センサ２０Ｂの出力信号Ｓｃ、Ｓｄがコンパレータ３０Ｂに入力される。出力信号Ｓｂは、コンパレータ３０Ａの「－」側に入力され、出力信号Ｓａは、コンパレータ３０Ａの「＋」側に入力される。また、出力信号Ｓｄは、コンパレータ３０Ｂの「－」側に入力され、出力信号Ｓｃは、コンパレータ３０Ｂの「＋」側に入力される。

また、磁気センサ装置１０では、コンパレータ３０Ｃに磁気センサ２０Ａの出力信号Ｓｂ、及び磁気センサ２０Ｂの出力信号Ｓｄが入力され、コンパレータ３０Ｄに磁気センサ２０Ａの出力信号Ｓａ、及び磁気センサ２０Ｂの出力信号Ｓｄが入力される。出力信号Ｓｄは、コンパレータ３０Ｃの「－」側に入力され、出力信号Ｓｂは、コンパレータ３０Ｃの「＋」側に入力される。また、出力信号Ｓｄは、コンパレータ３０Ｄの「－」側に入力され、出力信号Ｓａは、コンパレータ３０Ｄの「＋」側に入力される。

これにより、コンパレータ３０Ａは、出力信号Ｓａ、Ｓｂに応じて変化するパルス状の出力信号（Ｓａ－Ｓｂ）を出力し、コンパレータ３０Ｂは、出力信号Ｓｃ、Ｓｄに応じて変化するパルス状の出力信号（Ｓａ－Ｓｂ）を出力する。また、コンパレータ３０Ｃは、出力信号Ｓｂ、Ｓｄに応じて変化するパルス状の出力信号（Ｓｂ－Ｓｄ）を出力し、コンパレータ３０Ｄは、出力信号Ｓａ、Ｓｄに応じて変化するパルス状の出力信号（Ｓａ－Ｓｄ）を出力する。

コンパレータ３０Ａ、３０Ｂは、ＸＯＲ回路３２に電気的に接続され、コンパレータ３０Ｃ、３０ＤがＸＯＲ回路３２Ｂに電気的に接続されている。ＸＯＲ回路３２Ａには、コンパレータ３０Ａの出力信号（Ｓａ－Ｓｂ）、及びコンパレータ３０Ｂの出力信号（Ｓｃ－Ｓｄが）が入力される。また、ＸＯＲ回路３２Ｂには、コンパレータ３０Ｃの出力信号（Ｓｂ－Ｓｄ）、及びコンパレータ３０Ｄの出力信号（Ｓａ－Ｓｃ）が入力される。

これにより、磁気センサ装置１０の検知回路部１４では、ＸＯＲ回路３２Ａが出力信号（Ｓａ－Ｓｂ）、（Ｓｃ－Ｓｄ）に応じて変化するパルス状の出力信号Ｃａを出力し、ＸＯＲ回路３２Ｂが出力信号（Ｓｂ－Ｓｄ）、（Ｓａ－Ｓｄ）に応じて変化するパルス状の出力信号Ｃｂを出力する。ＸＯＲ回路３２Ａ、３２Ｂは、各々入力信号の何れか一方のみがＨレベル（又はＬレベル）となることで、Ｈレベルとなる出力信号Ｃａ、Ｃｂを出力する。

このように構成されている磁気センサ装置１０は、複数の磁石１８が設けられた回転体１６に隣接し、磁石１８によって形成される磁場内に配置される。回転体１６の外周部には、複数の磁石１８により周方向にＮ極とＳ極とが交互に配置されており、回転体１６が回転されると磁気センサ装置１０の磁場が変化（磁束方向が回転）される。

磁気センサ装置１０には、各々磁気エレメント２４がブリッジ状に接続された磁気センサ２０Ａ、２０Ｂが配置されており、磁気センサ２０Ａ、２０Ｂでは、回転体１６が回転されて磁束方向が回転されることで、出力信号Ｓａ、Ｓｂ、Ｓｃ、Ｓｄが正弦波状に変化する。

回転体１６は、１／８回転することで、磁気センサ２０Ａ、２０Ｂが配置された磁場の磁束方向が半回転する。また、磁気センサ２０Ａ、２０Ｂの出力信号Ｓａ、Ｓｂ、Ｓｃ、Ｓｄは、磁束方向の半回転が１周期となっている。

磁気センサ装置１０では、磁束方向の回転に応じて磁気センサ２０Ａ、２０Ｂから出力信号Ｓａ、Ｓｂ、Ｓｃ、Ｓｄが出力されて、検知回路部１４のコンパレータ３０Ａ～３０Ｄに入力される。コンパレータ３０Ａは、磁気センサ２０Ａの出力信号Ｓａ、Ｓｂに応じた出力信号（Ｓａ－Ｓｂ）を出力し、コンパレータ３０Ｂは、磁気センサ２０Ｂの出力信号Ｓｃ、Ｓｄに応じた出力信号（Ｓｃ－Ｓｄ）を出力する。また、ＸＯＲ回路３２Ａは、コンパレータ３０Ａ、３０Ｂから入力される出力信号（Ｓａ－Ｓｂ）、（Ｓｃ－Ｓｄ）に応じて出力信号Ｃａが変化し、ＸＯＲ回路３２Ｂは、コンパレータ３０Ｃ、３０Ｄから入力される出力信号（Ｓｂ－Ｓｄ）、（Ｓａ－Ｓｄ）に応じて出力信号Ｃｂが変化する。

図４（Ａ）～図４（Ｆ）には、ＸＯＲ回路３２Ａ、３２Ｂの各々の出力信号Ｃａ、Ｃｂ、及びコンパレータ３０Ａ～３０Ｄの各々の出力信号（Ｓａ－Ｓｂ）、（Ｓｃ－Ｓｄ）、（Ｓｂ－Ｓｄ）、（Ｓａ－Ｓｄ）が線図にて示されている。

図４（Ｃ）に示すように、コンパレータ３０Ａの出力信号（Ｓａ－Ｓｂ）は、磁気センサ２０Ａの出力信号Ｓａ、Ｓｂにおいて、Ｓａ＞ＳｂとなっているときにＨレベルとなり、Ｓａ＜ＳｂとなっているときにＬレベルとなる。また、図４（Ｄ）に示すように、コンパレータ３０Ｂの出力信号（Ｓｃ－Ｓｄ）は、磁気センサ２０Ｂの出力信号Ｓｃ、Ｓｄにおいて、Ｓｃ＞ＳｄとなっているときにＨレベルとなり、Ｓｃ＜ＳｄとなっているときにＬレベルとなる。

図４（Ｅ）に示すように、コンパレータ３０Ｃの出力信号（Ｓｂ－Ｓｄ）は、磁気センサ２０Ａの出力信号Ｓｄと磁気センサ２０Ｂの出力信号Ｓｄの間において、Ｓｂ＞ＳｄとなっているときにＨレベルとなり、Ｓｂ＜ＳｄとなっているときにＬレベルとなる。また、図４（Ｆ）に示すように、コンパレータ３０Ｄの出力信号（Ｓａ－Ｓｄ）は、磁気センサ２０Ａの出力信号Ｓａと磁気センサ２０Ｂの出力信号Ｓｄとの間において、Ｓａ＞ＳｄとなっているときにＨレベルとなり、Ｓａ＜ＳｄとなっているときにＬレベルとなる。

磁気センサ装置１０では、磁気センサ２０Ａの出力信号Ｓａ、Ｓｂに対して磁気センサ２０Ｂの出力信号Ｓｃ、Ｓｄの各々が磁束方向のπ／４回転に対応する位相差（各々の１周期を２πとした場合のπ／２の位相差）となっている。このため、磁気センサ装置１０では、コンパレータ３０Ａ、３０Ｂの出力信号（Ｓａ－Ｓｂ）、（Ｓｃ－Ｓｄ）又は、コンパレータ３０Ｃ、３０Ｄの出力信号（Ｓｂ－Ｓｄ）、（Ｓａ－Ｓｄ）を用いることで、磁束方向の回転に対してπ／２の周期で変化する出力が得られる。すなわち、出力信号（Ｓａ－Ｓｂ）、（Ｓｃ－Ｓｄ）、及び出力信号（Ｓｂ－Ｓｄ）、（Ｓａ－Ｓｄ）は、磁束方向の１回転に対して２周期で変化する。

これにより、磁気センサ装置１０では、回転体１６の１／８回転に対して、１／４で変化するパルス信号が得られ、回転体１６の回転に対して１／３２の分解能で回転体１６の回転（回転角）を検知できる。

一方、磁気センサ装置１０では、磁気センサ２０Ａの出力信号Ｓａ、Ｓｂに対して磁気センサ２０Ｂの出力信号Ｓｃ、Ｓｄの各々が同様の周期でかつ磁束方向の回転（１回転は２π）に対してπ／８の位相差となっている。このため、磁気センサ装置１０では、コンパレータ３０Ａ～３０Ｄの出力信号（Ｓａ－Ｓｂ）、（Ｓｃ－Ｓｄ）、（Ｓｂ－Ｓｄ）、（Ｓａ－Ｓｄ）を用いることで、磁束方向の回転に対して１／１６の周期で変化する出力が得られる。すなわち、出力信号（Ｓａ－Ｓｂ）、（Ｓｃ－Ｓｄ）、（Ｓｂ－Ｓｄ）、（Ｓａ－Ｓｄ）は、回転体１６の回転に対して１／６４の周期で変化する。

これにより、磁気センサ装置１０では、回転体１６の１／８回転に対して、１／８で変化するパルス信号が得られ、回転体１６の回転に対して１／６４の分解能で回転体１６の回転（回転角）を検知できる。

すなわち、図３（Ｃ）に示すように、コンパレータ３０Ａ、３０Ｂの出力信号（Ｓａ－Ｓｂ）、（Ｓｃ－Ｓｄ）を用いることで、磁束方向の回転に対してπ／４ごとの点ａ、点ｂ、点ｃ、点ｄを検知できる。また、コンパレータ３０Ｃ、３０Ｄの出力信号（Ｓｂ－Ｓｄ）、（Ｓａ－Ｓｄ）を用いることで、磁束方向に対して各々π／８、３π／８、５π／８、７π／８の回転位置となる点ｅ、点ｆ、点ｇ、点ｈを検知できる。これにより磁気センサ装置１０は、磁束方向の一回転を１６点で検知でき、コンパレータ３０Ａ～３０Ｄを用いる磁気センサ装置１０は、コンパレータ３０Ａ、３０Ｂの信号のみを用いる場合に比して、分解能が２倍に向上される。

一方、図４（Ａ）及び図４（Ｂ）に示すように、ＸＯＲ回路３２の出力信号Ｃａ及びＸＯＲ回路３２Ｂの出力信号Ｃｂは、各々磁束方向の回転に対して１／１６の周期で変化するパルス状となっている。また、出力信号Ｃａと出力信号Ｃｂとの間では、磁束方向の回転に対してπ／８の位相差が生じる。

これにより、磁気センサ装置１０では、出力信号Ｃａ、Ｃｂの各々がカウントされることで、回転体１６の回転角を高精度で判定できる。また、磁気センサ装置１０では、出力信号Ｃａ、Ｃｂの変化方向が検知されることで、回転体１６の回転方向の変化を検知可能になる。

このように、磁気センサ装置１０では、回転体１６回転されることで磁束方向が回転される磁場内に磁気センサ２０Ａ、２０Ｂを配置し、磁束方向の回転に対して正弦波状に変化する出力信号Ｓａ、Ｓｂ、Ｓｃ、Ｓｄを検知する。この際、磁気センサ２０Ａの磁気エレメント２４（２４Ａ～２４Ｄ）と磁気センサ２０Ｂの磁気エレメント２４（２４Ｅ～２４Ｈ）との間の角度を所定の角度（例えば、π／４）とすることで、出力信号Ｓａ、Ｓｂと出力信号Ｓｃ、Ｓｄとの間に所定の角度に対応する位相差を生じさせる。

また、磁気センサ装置１０では、コンパレータ３０Ａ～３０Ｄを用い、出力信号（Ｓａ－Ｓｂ）、（Ｓｃ－Ｓｄ）、（Ｓｂ－Ｓｄ）、（Ｓａ－Ｓｄ）を出力する。これにより、磁気センサ装置１０では、磁束方向の回転についての分解能を向上できる。

また、磁気センサ装置１０では、磁気センサ２０の磁気エレメント２４と磁気センサ２０Ｂの磁気エレメント２４との間の角度を９０°（π／４）としている。これにより、磁気センサ装置１０では、出力信号Ｓａ、Ｓｂと出力信号Ｓｃ、Ｓｄとの間における磁束方向の回転に対する位相差をπ／８にでき、出力信号（Ｓａ－Ｓｂ）、（Ｓｃ－Ｓｄ）に対して磁束方向の回転に対する位相差がπ／８となる出力信号（Ｓｂ－Ｓｄ）、（Ｓａ－Ｓｄ）を生成できる。これにより、磁束方向の反転周期を８等分に分割できるので、計測対象の回転角の分解能を向上して、回転角を精度よく検知できる。

さらに、磁気センサ装置１０では、ＸＯＲ回路３２Ａ、３２Ｂを用いて、出力信号（Ｓａ－Ｓｂ）と出力信号（Ｓｃ－Ｓｄ）との排他的論理和となる出力信号Ｃａ、及び出力信号（Ｓｂ－Ｓｄ）と出力信号（Ｓａ－Ｓｄ）との排他的論理和となる出力信号Ｃｂを生成する。これにより、磁束方向の回転方向に対応する回転体１６の回転方向及び回転方向の切替わりを判定できるので、回転体１６の回転角の変化を効果的に判定できる。

また、磁気センサ装置１０では、回転体１６に配置する磁石１８の数を増やすことなく、回転体１６の回転の分解能を向上させることができる。これにより、回転体１６の回転の分解能を向上させるために、回転体１６を大型化させたり、磁石１８の数を増やしたりする必要がないので、分解能を向上させるためのコスト上昇を抑制できる。しかも、磁気センサ装置１０では、アナログ信号である出力信号Ｓａ～Ｓｄをコンパレータ３０Ａ～３０Ｄによりパルス状の信号に変換するので、回転体１６の回転角の検知のための処理を簡略にできる。

なお、以上説明した本実施形態では、コンパレータ３０Ｃ、３０Ｄを用いて、図３（Ｃ）の点ｅ～点ｈを検知した。しかしながら、２つのコンパレータ３０は、磁気センサ２０Ａの出力信号Ｓａと磁気センサ２０Ｂの出力信号Ｓｃとを比較した出力信号（Ｓａ－Ｓｃ）、及び磁気センサ２０Ａの出力信号Ｓａと磁気センサ２０Ｂの出力信号Ｓｄとを比較した出力信号（Ｓａ－Ｓｄ）を用い、図３（Ｃ）における点ｉ、点ｊ、点ｋ、点ｌの各々を検知してもよい。

すなわち、第３及び第４比較手段は、第１磁気センサ部の２つの検知信号の各々と第２磁気センサ部の２つの検知信号の一方の検知信号とを比較して第３比較信号及び第４比較信号を出力する構成であればよい。

また、磁気センサ装置１０では、検知回路部１４にＸＯＲ回路３２Ａ、３２Ｂを用いた。しかしながら、第１及び第２出力手段は、排他的論理和の否定を出力するための手段（ＸＮＯＲ回路）が適用されてもよい。

また、本実施形態では、磁気センサ２０Ａの磁気エレメント２４と磁気センサ２０Ｂの磁気エレメント２４との間の角度を４５°（π／２）とした。しかしながら、第１磁気センサ部の検知信号と第２磁気センサ部の検知信号との位相差は、これに限るものではない。

例えば、互いの磁気抵抗素子の間の角度が６０°となるようにしてもよい。この際、互いの間の磁気抵抗素子の間の角度が６０°となる３つの磁気センサ部を用い、位相差が３０°とされた３組の検知信号を用いることで、磁束方向の回転（回転角）の分解能を更に向上できて、計測対象の回転角の分解能をさらに向上できる。

さらに、本実施形態では、磁気センサ２０Ａ、２０Ｂを基板２２上に並べて形成した。しかしながら、第１磁気センサ部及び第２磁気センサ部は、基板において互いに異なる面に形成されてもよく、各々が異なる基板に形成されて積層されて用いられてもよい。また、第１磁気センサ部及び第２磁気センサ部は、同心円状にされると共に互いの磁気抵抗素子が周方向に交互に配列されて基板上に形成されてもよい。

また、本実施形態では、磁気エレメント２４に異方性磁気抵抗素子（ＡＭＲ）を用いた。しかしながら、磁気抵抗体には、異方性磁気抵抗素子に限らず、半導体薄膜を用いる半導体磁気抵抗素子（ＳＭＲ：Semiconductor Magneto Resistive）、又は強磁性体－非磁性体金属－強磁性体の積層膜を用いる巨大磁気抵抗素子（ＧＭＲ：Giant Magneto Resistive）などが適用されてもよい。

１０・・・磁気センサ装置、１６・・・回転体（計測対象）、２０（２０Ａ、２０Ｂ）・・・磁気センサ（第１及び第２磁気センサ部）、２４（２４Ａ～２４Ｈ）・・・磁気エレメント（磁気抵抗素子）、３０（３０Ａ～３０Ｃ）・・・コンパレータ（第１～第４比較手段、比較部）、３２（３２Ａ、３２Ｂ）・・・ＸＯＲ回路（第１及び第２出力手段）。

Claims (3)

1. 計測対象が回転されることで磁束方向が回転される磁場内に配置され、前記磁束方向の回転に応じて電気抵抗値が変化する磁気抵抗素子がブリッジ接続されて前記磁束方向の回転に応じて逆相で正弦状に変化する２つの検知信号を出力する第１磁気センサ部と、
   前記第１磁気センサ部と共に磁場内に配置され、前記磁束方向の回転に応じて電気抵抗値が変化する磁気抵抗素子がブリッジ接続されて前記磁束方向の回転に応じて逆相で変化すると共に前記第１磁気センサ部の検知信号に対して所定の位相差で正弦波状に変化する２つの検知信号を出力する第２磁気センサ部と、
   各々が２つの信号の大小関係を比較するための比較手段として、前記第１磁気センサ部の２つの検知信号を比較した第１比較信号を出力する第１比較手段と、前記第２磁気センサ部の２つの検知信号を比較した第２比較信号を出力する第２比較手段と、前記第１磁気センサ部の２つの検知信号の各々と前記第２磁気センサ部の２つの検知信号の一方の検知信号とを比較して第３比較信号及び第４比較信号を出力する第３及び第４比較手段と、を備える比較部と、
   を含む磁気センサ装置。
2. 前記所定の位相差は、前記磁場内における前記磁束方向の１/８回転に対応する位相差である請求項１に記載の磁気センサ装置。
3. 前記第１比較信号と前記第２比較信号との排他的論理和の第１出力信号を出力する第１出力手段と、前記第３比較信号と前記第４比較信号との排他的論理和の第２出力信号を出力する第２出力手段と、を含む請求項１又は請求項２に記載の磁気センサ装置。
   
   
   
   

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