JP2023032572A - 磁気センサ、エンコーダ及びサーボモータ - Google Patents

Abstract

【課題】少ない電力で動作する温度変化の影響が小さい磁気センサを提供する。【解決手段】第１駆動端子及び第２駆動端子と、第１検出端子及び第２検出端子と、を備え、前記第１駆動端子から前記第２駆動端子に流れる第１駆動電流を横切る磁束密度に比例する第１電圧を前記第１検出端子と前記第２検出端子との間に出力する感磁用ホール素子と、前記第１検出端子と前記第２検出端子との間の電位差を増幅した電圧を出力する第１出力端子を備える差動増幅回路と、第３駆動端子及び第４駆動端子と、第３検出端子及び第４検出端子と、を備え、前記第３駆動端子が前記第１出力端子と接続する温度補正用ホール素子と、前記第４駆動端子に接続される第３入力端子に入力された電圧を反転増幅した電圧を出力する反転増幅回路と、を備える磁気センサ。【選択図】図３

Description

本開示は、磁気センサ、エンコーダ及びサーボモータに関する。

特許文献１には、磁界を検知する第１のホール素子と、第１のホール素子と同じ温度特性を有する第２のホール素子を含む温度補償回路とを有し、温度補償回路により、第１のホール素子の温度特性を補償する磁気センサが開示されている。特許文献１には、磁気センサが第１のホール素子に一定電圧を供給する電源回路を有することが開示されている。

特許文献２には、パルスワイヤを備える位置検出器が開示されている。特許文献２には、位置検出器が、外部エネルギーなしで動作することが開示されている。

特開２００４－０５３５０５号公報 特表２００６－５２３８２２号公報

特許文献１に記載の磁気センサでは、定電圧でホール素子を駆動している。しかしながら、特許文献２に開示されているようなバッテリレスエンコーダでは、環境発電での低電力動作が求められることから、定電圧でホール素子を駆動することは困難である。

本開示は、少ない電力で動作する温度変化の影響が小さい磁気センサを提供することを目的とする。

本開示の一の態様によれば、第１駆動端子及び第２駆動端子と、第１検出端子及び第２検出端子と、を備え、前記第１駆動端子から前記第２駆動端子に流れる駆動電流を横切る磁束密度に比例する電圧を前記第１検出端子と前記第２検出端子との間に出力する感磁用ホール素子と、前記第１検出端子に接続される第１入力端子と、前記第２検出端子に接続される第２入力端子と、前記第１入力端子と前記第２入力端子との間の電位差を増幅した電圧を出力する第１出力端子と、を備える差動増幅回路と、第３駆動端子及び第４駆動端子と、第３検出端子及び第４検出端子と、を備え、前記第３駆動端子から前記第４駆動端子に流れる駆動電流を横切る磁束密度に比例する電圧を前記第３検出端子と前記第４検出端子との間に出力し、前記第３駆動端子が前記第１出力端子と接続する温度補正用ホール素子と、前記第４駆動端子に接続される第３入力端子と、前記第３入力端子に入力された電圧を反転増幅した電圧を出力する第２出力端子と、を備える反転増幅回路と、を備える磁気センサを提供する。

本開示の磁気センサによれば、温度変化の影響が小さく少ない電力で動作できる。

図１は、本実施形態に係るエンコーダを用いるサーボモータシステムを説明する図である。 図２は、本実施形態に係るエンコーダを用いるサーボモータの構成を説明する図である。 図３は、本実施形態に係るエンコーダの回路構成を説明する図である。 図４は、本実施形態に係るエンコーダの動作結果を説明する図である。 図５は、本実施形態に係るエンコーダの動作結果を説明する図である。 図６は、本実施形態に係るエンコーダの動作結果を説明する図である。

以下、本発明の各実施形態について、添付の図面を参照しながら説明する。なお、各実施形態に係る明細書及び図面の記載に関して、実質的に同一の又は対応する機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重畳した説明を省略する場合がある。また、理解を容易にするために、図面における各部の縮尺は、実際とは異なる場合がある。

＜サーボモータシステム１＞
最初に、本実施形態に係るエンコーダ１２を用いるサーボモータシステムについて説明する。図１は、本実施形態に係るエンコーダ１２を用いるサーボモータシステム１を説明する図である。

サーボモータシステム１は、サーボモータ１０と、サーボコントローラ２０と、を備える。サーボコントローラ２０は、サーボモータ１０から回転軸１１ａの位置情報及び回転情報の少なくともいずれか一方を取得する。サーボコントローラ２０は、取得した位置情報及び回転情報の少なくともいずれか一方を用いて、サーボモータ１０を制御する。

サーボモータ１０は、モータ１１と、エンコーダ１２と、を備える。モータ１１は、配線Ｌ１を介してサーボコントローラ２０と接続する。エンコーダ１２は、配線Ｌ２を介してサーボコントローラ２０と接続する。

モータ１１は、サーボコントローラ２０からの指令に基づいて矢印ＡＲの方向に回転軸１１ａを回転する。具体的には、モータ１１は、サーボコントローラ２０から供給される電力に基づいて、回転軸１１ａを回転する。サーボコントローラ２０は、配線Ｌ１から制御した電力を供給することにより、モータ１１を制御する。モータ１１は、例えば、ＡＣ（Ａｌｔｅｒｎａｔｉｎｇ Ｃｕｒｒｅｎｔ）モータ、ＤＣ（Ｄｉｒｅｃｔ Ｃｕｒｒｅｎｔ）モータ等である。

エンコーダ１２は、モータ１１の回転軸１１ａの位置情報及び回転情報の少なくともいずれか一方を検出する。また、エンコーダ１２は、検出した位置情報及び回転情報の少なくともいずれか一方を、配線Ｌ２を介してサーボコントローラ２０に出力する。なお、回転軸１１ａの位置情報とは、例えば、回転軸１１ａの回転方向の角度である。回転軸１１ａの回転情報とは、例えば、回転軸１１ａの回転速度である。

＜サーボモータ１０＞
次に、本実施形態に係るエンコーダ１２を用いるサーボモータ１０の構成について説明する。図２は、本実施形態に係るエンコーダ１２を用いるサーボモータ１０の構成を説明する図である。

［モータ１１］
モータ１１は、回転軸１１ａのエンコーダ１２側に設けられるディスク１１ｄと、ディスク１１ｄ上に設けられる磁石１１ｍと、を備える。なお、モータ１１は、回転軸１１ａ、ディスク１１ｄ及び磁石１１ｍ以外に、回転軸１１ａを支持する軸受、回転軸１１ａを回転させるためのステータを構成する巻線、鉄芯及びロータを構成する永久磁石等の周知の要素を備えるが、ここでは説明を省略する。

ディスク１１ｄは、回転軸１１ａに固定される。ディスク１１ｄは、回転軸１１ａの矢印ＡＲの方向への回転に伴って、回転軸１１ａと一緒に回転する。ディスク１１ｄのエンコーダ１２側の面に、磁石１１ｍが固定される。

磁石１１ｍは、ネオジム等により構成される永久磁石である。磁石１１ｍは、ディスク１１ｄの面に平行な方向に、Ｎ極とＳ極を有するように設けられる。磁石１１ｍがディスク１１ｄとともに回転すると、エンコーダ１２側の磁場が変化する。

［エンコーダ１２］
エンコーダ１２は、磁石１１ｍの回転によって変化する磁場によって、回転軸１１ａの位置情報及び回転情報の少なくともいずれか一方を検出する。また、エンコーダ１２は、磁石１１ｍの回転によって変化する磁場によって、エンコーダ１２を動作させるために必要な電力を生成する。

エンコーダ１２は、変化する磁場から電力を発生させる発電部１２ｇと、磁場を計測する感磁用ホール素子１２ｈ１、感磁用ホール素子１２ｈ２及び感磁用ホール素子１２ｈ３と、を備える。発電部１２ｇ、感磁用ホール素子１２ｈ１、感磁用ホール素子１２ｈ２及び感磁用ホール素子１２ｈ３は、磁石１１ｍにより生じる磁場の影響を受けやすいように、エンコーダ１２のモータ１１側に設けられる。

エンコーダ１２は、更に、感磁用ホール素子１２ｈ１、感磁用ホール素子１２ｈ２及び感磁用ホール素子１２ｈ３のそれぞれの温度特性を補正するために、温度補正用ホール素子１２ｊ１、温度補正用ホール素子１２ｊ２及び温度補正用ホール素子１２ｊ３を備える。温度補正用ホール素子１２ｊ１、温度補正用ホール素子１２ｊ２及び温度補正用ホール素子１２ｊ３は、それぞれ、感磁用ホール素子１２ｈ１、感磁用ホール素子１２ｈ２及び感磁用ホール素子１２ｈ３の近傍に設けられる。

［発電部１２ｇ］
発電部１２ｇは、例えば、環境発電機（ＥＨＧ：Ｅｎｅｒｇｙ Ｈａｒｖｅｓｔ Ｇｅｎｅｒａｔｏｒ）であるウィーガントワイヤ（Ｗｉｅｇａｎｄ ｗｉｒｅ）である。ウィーガントワイヤは、外部磁界が反転する零点近傍で、外部磁束の変化速度に依存せずに発電パルスを発生する。したがって、ウィーガントワイヤは、回転軸１１ａの回転数によらずに一定の電力を発生する。

発電部１２ｇにおいて、環境発電機を利用することにより、エンコーダ１２は、電池又は外部電源が不要である。すなわち、エンコーダ１２は、バッテリーレスのエンコーダである。ウィーガントワイヤは、回転軸１１ａの回転数によらずに一定の電力を発生することから、バッテリーレスのエンコーダであるエンコーダ１２の発電部１２ｇとして使用するのに適している。

［感磁用ホール素子１２ｈ１、感磁用ホール素子１２ｈ２及び感磁用ホール素子１２ｈ３］
感磁用ホール素子１２ｈ１、感磁用ホール素子１２ｈ２及び感磁用ホール素子１２ｈ３のそれぞれは、駆動電流が流れる半導体素子を横切る磁場を検出する。エンコーダ１２では、感磁用ホール素子１２ｈ１、感磁用ホール素子１２ｈ２及び感磁用ホール素子１２ｈ３のそれぞれは、磁石１１ｍにより生じる磁場を主に検出する。感磁用ホール素子１２ｈ１、感磁用ホール素子１２ｈ２及び感磁用ホール素子１２ｈ３のそれぞれは、例えば、アンチモン化インジウム（ＩｎＳｂ）、ヒ化ガリウム（ＧａＡｓ）等の半導体素子により構成される。

感磁用ホール素子１２ｈ１、感磁用ホール素子１２ｈ２及び感磁用ホール素子１２ｈ３のそれぞれは、図３において、感磁用ホール素子１２ｈ１について示すように、駆動端子Ｔｐ及び駆動端子Ｔｍと、検出端子Ｔ１及び検出端子Ｔ２と、を備える。感磁用ホール素子１２ｈ１、感磁用ホール素子１２ｈ２及び感磁用ホール素子１２ｈ３のそれぞれは、駆動端子Ｔｐから駆動端子Ｔｍに駆動電流が流れる。そして、感磁用ホール素子１２ｈ１、感磁用ホール素子１２ｈ２及び感磁用ホール素子１２ｈ３のそれぞれは、駆動電流と、駆動電流を横切る磁束密度に比例した電圧が検出端子Ｔ１と検出端子Ｔ２との間に出力される。

図２において、感磁用ホール素子１２ｈ１、感磁用ホール素子１２ｈ２及び感磁用ホール素子１２ｈ３のそれぞれは、磁場の検出信号を信号処理回路１２ｃに出力する。また、感磁用ホール素子１２ｈ１、感磁用ホール素子１２ｈ２及び感磁用ホール素子１２ｈ３のそれぞれは、定電流回路１２ｂから定電流が供給される。

感磁用ホール素子１２ｈ１、感磁用ホール素子１２ｈ２及び感磁用ホール素子１２ｈ３のそれぞれには、発電部１２ｇで生成された電力を、整流回路１２ａで整流し、更に定電流回路１２ｂで定電流化された電流が供給される。

なお、上記の説明では、エンコーダ１２は、３個の感磁用ホール素子を備えているが、感磁用ホール素子の個数に関しては、３個に限らない。エンコーダ１２は、感磁用ホール素子を１個又は２個備えてもよいし、感磁用ホール素子を４個以上複数備えてもよい。

［温度補正用ホール素子１２ｊ１、温度補正用ホール素子１２ｊ２及び温度補正用ホール素子１２ｊ３］
温度補正用ホール素子１２ｊ１、温度補正用ホール素子１２ｊ２及び温度補正用ホール素子１２ｊ３は、それぞれ感磁用ホール素子１２ｈ１、感磁用ホール素子１２ｈ２及び感磁用ホール素子１２ｈ３の温度補正に用いられる。

温度補正用ホール素子１２ｊ１、温度補正用ホール素子１２ｊ２及び温度補正用ホール素子１２ｊ３のそれぞれは、図３において、温度補正用ホール素子１２ｊ１について示すように、駆動端子Ｔｐ及び駆動端子Ｔｍと、検出端子Ｔ１及び検出端子Ｔ２と、を備える。温度補正用ホール素子１２ｊ１、温度補正用ホール素子１２ｊ２及び温度補正用ホール素子１２ｊ３のそれぞれは、駆動端子Ｔｐから駆動端子Ｔｍに駆動電流が流れる。そして、温度補正用ホール素子１２ｊ１、温度補正用ホール素子１２ｊ２及び温度補正用ホール素子１２ｊ３のそれぞれは、駆動電流と、駆動電流を横切る磁束密度に比例した電圧が検出端子Ｔ１と検出端子Ｔ２との間に出力される。

なお、温度補正用ホール素子１２ｊ１、温度補正用ホール素子１２ｊ２及び温度補正用ホール素子１２ｊ３のそれぞれは、温度補正用に用いるため、磁場の検出を行わない。したがって、温度補正用ホール素子１２ｊ１、温度補正用ホール素子１２ｊ２及び温度補正用ホール素子１２ｊ３のそれぞれの検出端子Ｔ１及び検出端子Ｔ２は、他の配線等と未接続（Ｎ．Ｃ）になっている。

温度補正用ホール素子１２ｊ１、温度補正用ホール素子１２ｊ２及び温度補正用ホール素子１２ｊ３のそれぞれの駆動端子Ｔｐは、後述の対応する差動増幅回路の出力端子に接続される。また、温度補正用ホール素子１２ｊ１、温度補正用ホール素子１２ｊ２及び温度補正用ホール素子１２ｊ３のそれぞれの駆動端子Ｔｍは、後述の対応する反転増幅回路の入力端子に接続される。

温度補正用ホール素子１２ｊ１、温度補正用ホール素子１２ｊ２及び温度補正用ホール素子１２ｊ３は、それぞれ感磁用ホール素子１２ｈ１、感磁用ホール素子１２ｈ２及び感磁用ホール素子１２ｈ３と同じ温度特性を有する。すなわち、温度補正用ホール素子１２ｊ１の温度特性は、感磁用ホール素子１２ｈ１の温度特性と等しい。また、温度補正用ホール素子１２ｊ２の温度特性は、感磁用ホール素子１２ｈ２の温度特性と等しい。さらに、温度補正用ホール素子１２ｊ３の温度特性は、感磁用ホール素子１２ｈ３の温度特性と等しい。

特に、温度補正用ホール素子１２ｊ１、温度補正用ホール素子１２ｊ２及び温度補正用ホール素子１２ｊ３は、それぞれ感磁用ホール素子１２ｈ１、感磁用ホール素子１２ｈ２及び感磁用ホール素子１２ｈ３と、入力抵抗の温度特性が等しい。入力抵抗とは、駆動端子Ｔｐと駆動端子Ｔｍとの間の抵抗である。

いいかえると、温度補正用ホール素子１２ｊ１の入力抵抗の温度特性は、感磁用ホール素子１２ｈ１の入力抵抗の温度特性と等しい。また、温度補正用ホール素子１２ｊ２の入力抵抗の温度特性は、感磁用ホール素子１２ｈ２の入力抵抗の温度特性と等しい。さらに、温度補正用ホール素子１２ｊ３の入力抵抗の温度特性は、感磁用ホール素子１２ｈ３の入力抵抗の温度特性と等しい。

なお、本明細書において、温度特性が等しいという場合には、厳密に同一の場合に限らず、同じ仕様であって標準的な製造公差内で同一、又はほぼ同一を意味する。

例えば、感磁用ホール素子の温度補正に用いられる温度補正用ホール素子は、感磁用ホール素子と同じロットで製造された素子であることが望ましい。より詳しくは、感磁用ホール素子の温度補正に用いられる温度補正用ホール素子は、同一の半導体基板から切り出された素子、すなわち、同じ半導体基板で製造された素子、を用いることが望ましい。

なお、上記の説明では、エンコーダ１２は、３個の温度補正用ホール素子を備えているが、温度補正用ホール素子の個数に関しては、３個に限らない。エンコーダ１２は、温度補正用ホール素子を１個又は２個備えてもよいし、温度補正用ホール素子を４個以上複数備えてもよい。また、温度補正用ホール素子の個数は、感磁用ホール素子と同じ個数でもよいし、異なる個数でもよい。温度補正用ホール素子の個数が、感磁用ホール素子の個数と異なる場合は、温度補正用ホール素子を備える感磁用ホール素子の測定結果を用いて、温度補正用ホール素子を備えない感磁用ホール素子の測定結果を補正してもよい。

図２において、エンコーダ１２は、整流回路１２ａと、定電流回路１２ｂと、信号処理回路１２ｃと、を備える。なお、感磁用ホール素子１２ｈ１、感磁用ホール素子１２ｈ２及び感磁用ホール素子１２ｈ３と、温度補正用ホール素子１２ｊ１、温度補正用ホール素子１２ｊ２及び温度補正用ホール素子１２ｊ３と、定電流回路１２ｂと、信号処理回路１２ｃと、をまとめて磁気センサ１２ｍという。すなわち、エンコーダ１２は、磁気センサ１２ｍを備える。

［整流回路１２ａ］
整流回路１２ａは、発電部１２ｇが生成した電力を整流して、正の電圧を生成する。整流回路１２ａは、例えば、全波整流回路と、平滑コンデンサと、を備える。

全波整流回路は、発電部１２ｇが生成した正負のパルスを正のパルスに整流する。全波整流回路は、いわゆる、ダイオードブリッジ回路である。例えば、発電部１２ｇがウィーガントワイヤである場合に、発電部１２ｇは、正負のパルスを生成する。全波整流回路は、発電部１２ｇが生成した正負のパルスを、正のパルスに変換する。

平滑コンデンサは、全波整流回路が生成した正のパルスを平滑化する。平滑コンデンサは、全波整流回路の出力端子と、接地との間に設けられる。平滑コンデンサによって正のパルスが平滑化される。

［定電流回路１２ｂ］
定電流回路１２ｂは、整流回路１２ａから供給された電力を感磁用ホール素子１２ｈ１、感磁用ホール素子１２ｈ２及び感磁用ホール素子１２ｈ３のそれぞれに、定電流を供給する。

［信号処理回路１２ｃ］
信号処理回路１２ｃは、感磁用ホール素子１２ｈ１、感磁用ホール素子１２ｈ２及び感磁用ホール素子１２ｈ３のそれぞれの検出結果を用いて、モータ１１の回転軸１１ａに関する位置情報又は回転情報の少なくとも一方を検出する。図３は、本実施形態に係るエンコーダ１２が備える信号処理回路１２ｃの回路構成を説明する図である。

信号処理回路１２ｃは、感磁用ホール素子１２ｈ１、感磁用ホール素子１２ｈ２及び感磁用ホール素子１２ｈ３のそれぞれの検出結果を温度補正して出力する処理回路１２ｃ１、処理回路１２ｃ２及び処理回路１２ｃ３を備える。処理回路１２ｃ１は、感磁用ホール素子１２ｈ１及び温度補正用ホール素子１２ｊ１と接続し、感磁用ホール素子１２ｈ１の検出結果を、温度補正用ホール素子１２ｊ１を用いて補正する。処理回路１２ｃ２は、感磁用ホール素子１２ｈ２及び温度補正用ホール素子１２ｊ２と接続し、感磁用ホール素子１２ｈ２の検出結果を、温度補正用ホール素子１２ｊ２を用いて補正する。処理回路１２ｃ３は、感磁用ホール素子１２ｈ３及び温度補正用ホール素子１２ｊ３と接続し、感磁用ホール素子１２ｈ３の検出結果を、温度補正用ホール素子１２ｊ３を用いて補正する。

エンコーダ１２において、処理回路１２ｃ２及び処理回路１２ｃ３は、処理回路１２ｃ１と同様の構成を有する。したがって、本開示では、信号処理回路１２ｃにおける、感磁用ホール素子１２ｈ１の検出結果を処理する処理回路１２ｃ１を用いて説明し、処理回路１２ｃ２及び処理回路１２ｃ３については、説明を省略する。なお、図３においては、処理回路１２ｃ１について詳細を示し、処理回路１２ｃ２及び処理回路１２ｃ３について詳細を省略する。また、図３においては、発電部１２ｇ、整流回路１２ａ及び定電流回路１２ｂ等をまとめて、一定の駆動電流Ｉｃを供給する定電流源ＣＣＳとして示す。

処理回路１２ｃ１は、差動増幅回路ＡＭＰ１と、反転増幅回路ＡＭＰ２と、を備える。差動増幅回路ＡＭＰ１及び反転増幅回路ＡＭＰ２のそれぞれについて詳細を説明する。

（差動増幅回路ＡＭＰ１）
差動増幅回路ＡＭＰ１は、駆動端子Ｔｐ及び駆動端子Ｔｍに定電流源ＣＣＳが接続された感磁用ホール素子１２ｈ１の検出端子Ｔ１と検出端子Ｔ２に接続し、検出端子Ｔ１と検出端子Ｔ２との間の電位差を増幅して出力する。差動増幅回路ＡＭＰ１は、差動増幅器Ｑ１と、抵抗Ｒ１１、抵抗Ｒ１２、抵抗Ｒ２１及び抵抗Ｒ２２と、を備える。抵抗Ｒ１１の抵抗値は、抵抗Ｒ１２の抵抗値と等しい。また、抵抗Ｒ２１の抵抗値は、抵抗Ｒ２２の抵抗値と等しい。

差動増幅回路ＡＭＰ１は、入力端子Ｔｉ１１及び入力端子Ｔｉ１２と、出力端子Ｔｏ１と、を備える。差動増幅回路ＡＭＰ１は、入力端子Ｔｉ１１と入力端子Ｔｉ１２との間の電位差ＶＨを増幅して、出力端子Ｔｏ１に出力する。入力端子Ｔｉ１１は、感磁用ホール素子１２ｈ１の検出端子Ｔ１に接続する。入力端子Ｔｉ１２は、感磁用ホール素子１２ｈ１の検出端子Ｔ２に接続する。したがって、差動増幅回路ＡＭＰ１は、感磁用ホール素子１２ｈ１の検出端子Ｔ１と検出端子Ｔ２との間の電位差（電位差ＶＨ）を増幅して、出力端子Ｔｏ１に出力する。

差動増幅器Ｑ１は、非反転入力端子（＋）、反転入力端子（－）端子及び出力端子を有するいわゆる演算増幅器（オペレーショナルアンプ、オペアンプ）である。

差動増幅器Ｑ１の非反転入力端子（＋）は、抵抗Ｒ１１を介して入力端子Ｔｉ１１に接続する。したがって、差動増幅器Ｑ１の非反転入力端子（＋）は、抵抗Ｒ１１を介して感磁用ホール素子１２ｈ１の検出端子Ｔ１と接続する。また、差動増幅器Ｑ１の非反転入力端子（＋）は、抵抗Ｒ２１を介して接地される。

差動増幅器Ｑ１の反転入力端子（－）は、抵抗Ｒ１２を介して入力端子Ｔｉ１２に接続する。したがって、差動増幅器Ｑ１の反転入力端子（－）は、抵抗Ｒ１２を介して感磁用ホール素子１２ｈ１の検出端子Ｔ２と接続する。また、差動増幅器Ｑ１の反転入力端子（－）は、抵抗Ｒ２２を介して差動増幅器Ｑ１の出力端子に接続する。

差動増幅器Ｑ１の出力端子は、差動増幅回路ＡＭＰ１の出力端子Ｔｏ１に接続する。

ここで、抵抗Ｒ１１及び抵抗Ｒ１２の抵抗値を抵抗値Ｒ１、抵抗Ｒ２１及び抵抗Ｒ２２の抵抗値を抵抗値Ｒ２とすると、入力端子Ｔｉ１１と入力端子Ｔｉ１２との間の電位差ＶＨは、（Ｒ２／Ｒ１）倍増幅されて電圧値Ｖ１として出力端子Ｔｏ１から出力される。

（反転増幅回路ＡＭＰ２）
反転増幅回路ＡＭＰ２は、差動増幅回路ＡＭＰ１に温度補正用ホール素子１２ｊ１を介して接続し、差動増幅回路ＡＭＰ１から出力された電圧を反転増幅して出力する。反転増幅回路ＡＭＰ２は、差動増幅器Ｑ２と、抵抗Ｒ３と、補正感度微調整用抵抗Ｒａｄｊと、を備える。

反転増幅回路ＡＭＰ２は、入力端子Ｔｉ２と、出力端子Ｔｏ２と、を備える。反転増幅回路ＡＭＰ２は、入力端子Ｔｉ２の電圧を反転増幅して、出力端子Ｔｏ２に出力する。入力端子Ｔｉ２は、温度補正用ホール素子１２ｊ１の駆動端子Ｔｍに接続する。

差動増幅器Ｑ２は、非反転入力端子（＋）、反転入力端子（－）端子及び出力端子を有するいわゆる演算増幅器（オペレーショナルアンプ、オペアンプ）である。

差動増幅器Ｑ２の非反転入力端子（＋）は、接地される。

差動増幅器Ｑ２の反転入力端子（－）は、補正感度微調整用抵抗Ｒａｄｊを介して、温度補正用ホール素子１２ｊ１の駆動端子Ｔｍに接続する。温度補正用ホール素子１２ｊ１の駆動端子Ｔｐは、差動増幅回路ＡＭＰ１の出力端子Ｔｏ１に接続する。また、差動増幅器Ｑ２の反転入力端子（－）は、差動増幅器Ｑ２の出力端子に、抵抗Ｒ３を介して接続する。

差動増幅器Ｑ２の出力端子は、反転増幅回路ＡＭＰ２の出力端子Ｔｏ２に接続する。反転増幅回路ＡＭＰ２は、出力電圧Ｖｏｕｔを出力する。信号処理回路１２ｃは、出力電圧Ｖｏｕｔを用いて、感磁用ホール素子１２ｈ１が検出した磁場を算出する。

ここで、出力電圧Ｖｏｕｔの電圧値を計算により求める。式１は、出力電圧Ｖｏｕｔの電圧値を求める式である。なお、式１において、Ｖｏｕｔは出力電圧Ｖｏｕｔの電圧値（単位：ボルト、電圧値については以下同様）、Ｒｉｎは温度補正用ホール素子１２ｊ１の入力抵抗の抵抗値（単位：オーム、抵抗値については以下同様）である。すなわち、Ｒｉｎは、温度補正用ホール素子１２ｊ１の駆動端子Ｔｐと駆動端子Ｔｍとの間の抵抗の抵抗値である。また、式１において、Ｒａｄｊは補正感度微調整用抵抗Ｒａｄｊの抵抗値である。さらに、式１において、Ｖ１は差動増幅回路の出力端子Ｔｏ１における出力電圧の電圧値、Ｒ１は抵抗Ｒ１１及び抵抗Ｒ１２の抵抗値、Ｒ２は抵抗Ｒ２１及び抵抗Ｒ２２の抵抗値、である。さらにまた、ＶＨは差動増幅回路ＡＭＰ１の入力端子Ｔｉ１１と入力端子Ｔｉ１２との間の電位差（単位：ボルト、電位差については以下同様）である。

次に、差動増幅回路ＡＭＰ１の入力端子Ｔｉ１１と入力端子Ｔｉ１２との間の電位差ＶＨを式２に示す。式２は、差動増幅回路ＡＭＰ１の入力端子Ｔｉ１１と入力端子Ｔｉ１２との間の電位差ＶＨを求める式である。なお、式２において、ＶＨは差動増幅回路ＡＭＰ１の入力端子Ｔｉ１１と入力端子Ｔｉ１２との間の電位差である。また、式２において、Ｋは比例定数（単位：なし）、ＲＨはホール係数（単位：立方メートル／クーロン）、ｄは半導体の膜厚（単位：メートル）、Ｉｃは駆動電流の電流値（単位：アンペア）、Ｂは磁束密度（単位：テスラ）、Ｖ０は不均衡電圧の電圧値、を表す。

なお、式２において、温度による変動が大きいパラメータ、すなわち、温度依存性が高いパラメータ、は、ホール係数ＲＨと不均衡電圧Ｖ０とである。

ここで、式１に式２を代入する。その結果を式３に示す。

式３において、Ａ及びＢで示す項が、温度により変動する温度依存項である。なお、項Ｂは、不均衡電圧Ｖ０の電圧値が１ミリボルトから３５ミリボルト程度であり、入力抵抗Ｒｉｎの抵抗値が１００オームから１．８キロオーム程度であることから、値は小さい。したがって、項Ｂについては、出力電圧Ｖｏｕｔに対する影響は小さい。

そこで、項Ａについて着目する。感磁用ホール素子１２ｈ１、感磁用ホール素子１２ｈ２、感磁用ホール素子１２ｈ３、温度補正用ホール素子１２ｊ１、温度補正用ホール素子１２ｊ２及び温度補正用ホール素子１２ｊ３は、同じホール素子とする。例えば、ホール素子として、アンチモン化インジウム（ＩｎＳｂ）により形成されたホール素子について検討する。

感磁用ホール素子１２ｈ１、感磁用ホール素子１２ｈ２、感磁用ホール素子１２ｈ３、温度補正用ホール素子１２ｊ１、温度補正用ホール素子１２ｊ２及び温度補正用ホール素子１２ｊ３に用いるホール素子の入力抵抗Ｒｉｎの温度特性を図４に示す。

図４の縦軸は、ホール素子の入力抵抗の抵抗値を示す。図４の横軸は、入力抵抗を測定するときの温度を示す。

また、感磁用ホール素子１２ｈ１、感磁用ホール素子１２ｈ２、感磁用ホール素子１２ｈ３、温度補正用ホール素子１２ｊ１、温度補正用ホール素子１２ｊ２及び温度補正用ホール素子１２ｊ３に用いるホール素子の出力電圧の温度特性を図５に示す。

図５の縦軸は、ホール素子の出力電圧の電圧値を示す。具体的には、駆動電流が５ミリアンペア、磁束密度が５０ミリテスラのときに検出端子Ｔ１と検出端子Ｔ２との間に出力される出力電圧の電圧値（電位差）を示す。図５の横軸は出力電圧を測定するときの温度を示す。

図４のホール素子の温度－入力抵抗の曲線と、図５の温度－出力電圧の曲線とを比較すると、それぞれの温度において、温度－入力抵抗の曲線と、温度－出力電圧の曲線とは、同じ傾きを有する。したがって、項ＡにおけるＲＨ／Ｒｉｎはほぼ一定の値となる。そして、補正感度微調整用抵抗Ｒａｄｊの抵抗値（式３のＲａｄｊ）を磁束密度が零のときの抵抗を考慮して微調整することで出力電圧Ｖｏｕｔの温度変化を縮減できる。

図６に、温度補正を行った結果を示す。図６の縦軸は、温度が－４０℃のときの出力電圧に対する温度を変化させたときの出力電圧の比（出力電圧規格比、単位：パーセント）を示す。図６の横軸は、測定するときの温度を示す。線Ｌは、温度補正を行ったときの結果を示す。線Ｌｚは、比較のために、温度補正を行わなかったときの結果を示す。

温度補正を行うことにより、図６の線Ｌに示すように、温度範囲４０℃から１２０℃にわたって、温度による変動を±４０％以内に抑えることができる。一方、温度補正を行わなかった場合は、図６の線Ｌｚに示すように、温度が高くなるにつれて、出力が小さくなる。

なお、本実施形態に係る処理回路１２ｃ１は、駆動端子Ｔｍと差動増幅器Ｑ２の反転入力端子（－）との間に補正感度微調整用抵抗Ｒａｄｊを備えるが、温度補正用ホール素子１２ｊ１と補正感度微調整用抵抗Ｒａｄｊとを位置を逆にしてもよい。すなわち、補正感度微調整用抵抗Ｒａｄｊを、差動増幅回路ＡＭＰ１の出力端子Ｔｏ１と駆動端子Ｔｐとの間に備えてもよい。いいかえると、補正感度微調整用抵抗Ｒａｄｊは、駆動端子Ｔｐ又は駆動端子Ｔｍに接続される。

＜作用・効果＞
本実施形態に係る磁気センサによれば、温度変化の影響を小さくできる。また、本実施形態に係る磁気センサによれば、少ない電力で動作させることができる。少ない電力で動作できることから、本実施形態に係る磁気センサの電源として環境発電機を用いることができる。

なお、感磁用ホール素子１２ｈ１の駆動端子Ｔｐが第１駆動端子の一例、駆動端子Ｔｍが第２駆動端子の一例、検出端子Ｔ１が第１検出端子の一例、検出端子Ｔ２が第２検出端子の一例、である。温度補正用ホール素子１２ｊ１の駆動端子Ｔｐが第３駆動端子の一例、駆動端子Ｔｍが第４駆動端子の一例、検出端子Ｔ１が第３検出端子の一例、検出端子Ｔ２が第４検出端子の一例、である。差動増幅回路ＡＭＰ１の入力端子Ｔｉ１１が第１入力端子の一例、入力端子Ｔｉ１２が第２入力端子の一例、出力端子Ｔｏ１が第１出力端子の一例、である。反転増幅回路ＡＭＰ２の入力端子Ｔｉ２が第３入力端子の一例、出力端子Ｔｏ２が第２出力端子の一例、である。

なお、今回開示された実施形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。上記の実施形態は、添付の請求の範囲及びその主旨を逸脱することなく、様々な形態で省略、置換、変更されてもよい。

１ サーボモータシステム
１０ サーボモータ
１１ モータ
１１ａ 回転軸
１１ｄ ディスク
１１ｍ 磁石
１２ エンコーダ
１２ａ 整流回路
１２ｂ 定電流回路
１２ｃ 信号処理回路
１２ｃ１、１２ｃ２、１２ｃ３ 処理回路
１２ｇ 発電部
１２ｈ１、１２ｈ２、１２ｈ３ 感磁用ホール素子
１２ｊ１、１２ｊ２、１２ｊ３ 温度補正用ホール素子
１２ｍ 磁気センサ
２０ サーボコントローラ
４０ 温度範囲
ＡＭＰ１ 差動増幅回路
ＡＭＰ２ 反転増幅回路
Ｑ１、Ｑ２ 差動増幅器
Ｒ１１、Ｒ１２、Ｒ２１、Ｒ２２、Ｒ３ 抵抗
Ｒａｄｊ 補正感度微調整用抵抗
Ｔ１、Ｔ２ 検出端子
Ｔｉ１１、Ｔｉ１２、Ｔｉ２ 入力端子
Ｔｐ、Ｔｍ 駆動端子
Ｔｏ１、Ｔｏ２ 出力端子

Claims (10)

1. 第１駆動端子及び第２駆動端子と、第１検出端子及び第２検出端子と、を備え、前記第１駆動端子から前記第２駆動端子に流れる駆動電流を横切る磁束密度に比例する電圧を前記第１検出端子と前記第２検出端子との間に出力する感磁用ホール素子と、
   前記第１検出端子に接続される第１入力端子と、前記第２検出端子に接続される第２入力端子と、前記第１入力端子と前記第２入力端子との間の電位差を増幅した電圧を出力する第１出力端子と、を備える差動増幅回路と、
   第３駆動端子及び第４駆動端子と、第３検出端子及び第４検出端子と、を備え、前記第３駆動端子から前記第４駆動端子に流れる駆動電流を横切る磁束密度に比例する電圧を前記第３検出端子と前記第４検出端子との間に出力し、前記第３駆動端子が前記第１出力端子と接続する温度補正用ホール素子と、
   前記第４駆動端子に接続される第３入力端子と、前記第３入力端子に入力された電圧を反転増幅した電圧を出力する第２出力端子と、を備える反転増幅回路と、
   を備える、
   磁気センサ。
2. 前記温度補正用ホール素子における前記第３駆動端子と前記第４駆動端子との間の入力抵抗の温度特性は、前記感磁用ホール素子における前記第１駆動端子と前記第２駆動端子との間の入力抵抗の温度特性と等しい、
   請求項１に記載の磁気センサ。
3. 前記温度補正用ホール素子は、前記感磁用ホール素子と同じ半導体基板で製造された素子である、
   請求項１又は請求項２のいずれかに記載の磁気センサ。
4. 前記第１駆動端子に定電流を供給する定電流回路を更に備える、
   請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の磁気センサ。
5. 前記定電流回路は、環境発電機から電力が供給される、
   請求項４に記載の磁気センサ。
6. 前記第３駆動端子又は前記第４駆動端子に接続された補正感度微調整用抵抗を更に備える、
   請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の磁気センサ。
7. 請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の磁気センサを備える、
   エンコーダ。
8. モータと、
   請求項７に記載のエンコーダを備える、
   サーボモータ。
9. 前記モータは、回転軸と一緒に回転する磁石を備え、
   前記エンコーダは、前記磁石による磁場の変化によって発電する発電部を更に備え、
   前記発電部において発電した電力が、前記第１駆動端子に供給される、
   請求項８に記載のサーボモータ。
10. 前記感磁用ホール素子は、前記磁石の磁場を検出する、
    請求項９に記載のサーボモータ。

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