JP2526913B2 - 回転検出装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、感磁性センサを備えて例えばモータ装置な
どの回転体の回転状態を検出する回転検出装置に関す
る。

［発明の概要］ 本発明は、回転体側に回転状態検出用のマグネットを
備え、このマグネットに対向して平面上に感磁性素子を
マグネットの同極間隔の1/4の間隔で配置した感磁性セ
ンサを備えた回転検出装置において、 飛び越し接続した２以上のｎ個の感磁性素子を１組と
して４組からなるブリッジ回路で回転体の回転状態の検
出回路を形成し、かつ、ｎと形状上の数値について数値
限定をし、各組の抵抗値を増大させるとともに積分効果
を得ることにより、 低消費電力で回転状態の検出出力を低下させることな
く、ワウフラッタ特性の劣化を回避し、漏れ磁界の作用
を受けにくい高精度な検出出力が得られるようにしたも
のである。

［従来の技術］ 従来より、VTR（ビデオテープレコーダ）のキャプス
タンモータなどではモータとFG（フリーケンシージェネ
レータ）を一体に作る第７図（イ），（ロ）に示すよう
なモータ装置が広く用いられている。（イ）は一部破断
面を含むそのモータ装置の平面図で、（ロ）は一部断面
図である。このモータ装置は、例えば、ロータ１側にメ
インマグネット２を配置し、ステータ３側にはメインマ
グネット２に面対向してコイル４を配置して構成され、
コイル４を転極してロータ１を回転させている。このと
き、回転むらが発生しないようにキャプスタンサーボが
行われるが、FGはその回転状態の検出に用いられる。こ
のモータ装置では、ロータ１の周面上にFGマグネット５
を設け、そのFGマグネット５に所定間隔で着磁されたＮ
極とＳ極で発生する周期的な磁界の変化を感磁性素子6a
を有する感磁性センサ６をステータ側へ配置し検出回路
を形成してFGを構成し、上記回転状態の検出を行ってい
る、 第８図（イ），（ロ），（ハ）は従来の回転状態の検
出回路の構成図である。感磁性センサ上の感磁性素子
Ａ′,B′,C′,D′は、（イ）に示すように着磁された同
極（例えばＮ極とＮ極）の間隔の略1/4の間隔に平面上
に配置され、（ロ）のように接続されて（ハ）に示すよ
うに各辺が１セットの感磁性素子から成るブリッジ回路
が構成される。この感磁性素子Ａ′,B′,C′,D′は、薄
膜磁気抵抗素子などが用いられ、往復で１セットを構成
し、（イ）において磁界がＢ′,D′のように平面方向の
ときにその抵抗値は減少し、Ａ′,C′のように垂直に受
けるときには変化しない。（ハ）に示すブリッジ回路で
は、感磁性素子Ａ′,D′が直列に電源V_CCとグランドＧ
間に接続され、他方の感磁性素子Ｂ′,C′も直列に電源
V_CCとグランドＧ間に接続されて、それぞれの中点ｘ′,
y′の中点電位がFGマグネット５の回転に伴って逆に増
減することになるので、その中点電位差をFG（フリケン
シージェネレータ）信号として検出している。

［発明が解決しようとする問題点］ しかしながら、上記従来の技術におけるモータ装置の
FG検出では、以下のことが問題点になっていた。

（１）機器が小型化されてくると、モータ装置も小型化
薄型化されるが、その結果、感磁性素子のセットも短小
になってその抵抗値が小さくなる。このため、ブリッジ
回路の電流が増大して消費電力が増加する。特にビデオ
カメラ等のように携帯する機器では、バッテリーを大型
化することにもなる。

（２）モータ装置の小型化に伴って、メインマグネット
２と感磁性センサ６の距離が近づき、感磁性センサ６が
メインマグネット２の漏れ磁界Hrの影響を受け易くな
る。このためFG信号のワウフラッタ（周波数変動）やジ
ッタなどを悪化させてしまう。従って、高精度な回転状
態検出が行うことができない。

（３）ダミー抵抗を直列に付加して抵抗値を増大させる
こともできるが、抵抗値変化の割合が小さくなりFG出力
が低下する。

本発明は、上記問題点を解決するために創案されたも
ので、感磁性センサを備えて、高精度にしかも出力を低
下させずに低消費電力で回転状態を検出することができ
る回転検出装置を提供することを目的とする。

［問題点を解決するための手段］ 上記の目的を達成するための本発明の回転検出装置の
構成は、 回転体側の周面上にＮ極とＳ極とを交互に有するマグ
ネットと、 このマグネットに対向して平面上に複数の感磁性素子
を上記マグネットの同極間隔の略1/4間隔に配置した感
磁性センサとを備え、 上記感磁性素子の飛び越し直列接続により、２以上の
感磁性素子を１組として、４つの組でブリッジ回路を組
んで検出回路を形成する回転検出装置であって、 上記マグネットの同極間の磁極幅をｐ、上記回転体の
回転中心から１磁極幅を望む角度をδ、上記マグネット
面の半径をｒ、上記感磁性素子１組を構成する素子の個
数を２以上のｎとするとき、 を満たすことを特徴とする。

［作用］ 本発明は、上記構成により感磁性素子の配置を同じ極
性の磁極間隔の略1/4の間隔とし、その感磁性素子を直
列に飛び越し接続することにより、同位相で抵抗変化を
するものの組を１組として、検出回路とするブリッジ回
路の一辺を形成するとともに、形状上の数値とブリッジ
回路の一辺の感磁性素子数が所定の関係式を満たすもの
とする。上記において感磁性素子の直列接続は、抵抗値
を増大させ消費電力を減少させるとともに、同位相の抵
抗変化により小型化しても出力を低下させることがな
く、積分効果と上記の数値限定によってワウフラッタ特
性の劣化を回避し、周波数変動や振幅変動を小さくす
る。また、積分効果と感磁性素子の４つの組を用いるこ
ととによって漏れ磁界の影響を相殺する。

［実施例］ 以下、本発明の実施例を図面に基づいて詳細に説明す
る。

第１図（イ），（ロ），（ハ）は本発明の一実施例を
示す構成図である。本実施例は、第７図に示したと同様
なモータ装置に適用したものであり、同一部材には同一
の符号を付してその説明を省略する。

本実施例は、回転状態の検出回路をブリッジ回路とし
たものである。（イ）に示すように、８個の感磁性素子
A,B,C,D,E,F,G,Hは、FGマグネット５に着磁された同極
性の磁極間隔（例えばＳ極から次のＳ極の間隔）への略
1/4の間隔で平面上に対向配置される。（イ）の位置関
係においては、矢示のように感磁性素子セットA,C,E,G
は磁界を略平面に直交する方向に受け抵抗の変化がな
く、感磁性素子セットB,D,F,Hは平面方向に受け抵抗が
減少する。これらの感磁性素子の各セットは（ロ）の配
線パターンに示すように、往復して１セットが構成され
直列に飛び越し接続されて、（ハ）に示すブリッジ回路
を形成する。即ち、感磁性素子セット（以下場合により
セットと略記する）A,Cの組とセットF,Hの組を直列に電
源V_CCとグランドＧ間に接続して、セットＣとＦの接続
点を中点ｘとし、同様にセットB,Dの組とセットE,Gの組
を直列に電源V_CCとグランドＧ間に接続して、セットＤ
とＥの接続点を中点ｙとする。この中点x,y間の中点電
位差からFG出力を取り出す。

上記構成において、セットA,Cの組およびセットE,Gの
組は同位相に変化し、これらの組とは抵抗変化の増減方
向を異にしてセットB,Dの組とセットE,Gの組が同位相に
変化する。従って、FGマグネット５の回転に伴って磁極
が移動すると、一方の中点ｘの電位はローレベル（Ｌ）
→ハイレベル（Ｈ）→ローレベル（Ｌ）…と変化し、他
方の中点ｙの電位はＨ→Ｌ→Ｈ…と変化するので、その
中点x,y間の中点電位差から回転状態を示すFG出力が得
られる。このように、本実施例では、ブリッジ回路の各
辺がそれぞれ感磁性素子の２セットから構成される。

第２図（イ），（ロ），（ハ）は上記実施例の変形例
を示す構成図である。本例は回転状態の検出回路を抵抗
分割回路としたものであって、ある程度の本発明と同様
の効果を得ようとするものである。本例でも、８個の感
磁性素子セットA,B,C,D,E,F,G,Hを（イ）に示すよう
に、第１図と同様にFGマグネット５に対向して配置す
る。これらの各セットは、（ロ）の配線パターンに示す
ように、直列に飛び越し接続されて、（ハ）に示す抵抗
分割回路を形成する。即ち、セットB,D,F,Hの組とセッ
トG,E,C,Aの組とが直列に電源V_CCとグランドＧ間に接続
され、それらの組同志の接続点（セットＨとＧの接続
点）ｚから直接にまたはコンデンサ７などを介してFG出
力を取り出す。

上記構成において、一方の組のセットB,D,F,H,は同位
相で変化し、他方の組のセットG,E,C,Aは、上記一方の
組とは抵抗変化の増減方向を異にして同位相に変化す
る。（イ）に示す配置関係ではセットG,E,C,Aはそれぞ
れ抵抗が減少し、セットB,D,F,Hのそれぞれは抵抗変化
のない値になっている。従って、接続点ｚの電位はロウ
レベル（Ｌ）となるが、FGマグネット５の回転に伴い磁
極が移動すると、上記とは逆の状態となるので、接続点
ｚの電位はＬ→Ｈ→Ｌ…と変化し、FG出力が得られる。

第３図は本発明の実施例における感磁性素子の配置を
決めるための説明図である。本発明の実施例において
は、FGマグネットは円形であるのに対し、感磁性センサ
は製造工程上平面の基板として作られるので、感磁性セ
ンサのエッジ部の方で感磁性素子セット6aの飛び越しピ
ッチＰと、FGマグネットの着磁ピッチが合わなくなり、
ワウフラッタ特性の劣化をきたす。第３図において、Om
はFGマグネットの回転の中心を示し、δは着磁ピッチ
（隣接するＮ極とＳ極）を臨む角度である。ｎを検出回
路を構成する１組の感磁性素子のセット数とすると、感
磁性センサのエッジ部においても、着磁ピッチとおおむ
ね合わせるためには、感磁性センサの中央部とエッジ部
を臨む角度θ′が、θ＝ｎδ（θはｎ個の着磁ピッチを
臨む角度）であれば良い。ところが、一般に感磁性セン
サの素子配列パターンは汎用性を持たすため等間隔に作
られるので、中心部できちんと合うようにすると、図示
のようにθ′はθよりズレてしまう。ここで、FGマグネ
ットの中心Omから感磁性センサの中心部までの距離をｒ
とすると、θ′は θ′＝tan^-1（ｎ・p/r） で表されるから、 とすれば、Ｋはエッジ部における感磁性センサパターン
とFGマグネットの着磁パターンのズレを表す定数とな
る。

次に、ワウフラッタ特性を劣化させないＫの値を求め
る。第４図はワウフラッタ（W/F）特性測定の説明図、
第５図はそれによるワウフラッタ（W/F）特性の測定グ
ラフであり、感磁性センサ６の中心部を距離ｌだけFGマ
グネット５の外径の接線方向に移動したときのワウフラ
ッタを測定したものである。上記測定時の他の条件はｒ
＝12.61mm,δ＝１゜,p＝0.22mmである。このグラフから
l/p＝２であれば、ワウフラッタ値悪化が少ないことが
わかる。l/p＝２はｎ＝３に相当するので、上記測定条
件r,δ,pとｎ＝３を前述のＫを求める式へ代入すると、 Ｋ＝0.99870 となる。従って、フワフラッタ特性を劣化させないため
には、 が成り立つｎとすれば良い。

第６図は実施例の効果を示すグラフで、感磁性センサ
とFGマグネットのギャップ長に対するワウフラッタ（W/
F）値（％）の関係を示している。ｎ＝１の場合は従来
技術の場合であり、ｎ＝２の場合は第１図の実施例の場
合である。この図から明らかなように、ｎ＝２の本実施
例の方がワウフラッタが改善されているのがわかる。ま
た本実施例では、抵抗値が1.1kΩから1.8kΩに増加し、
消費電力が40％程度減少する。以上において感磁性素子
のセット数ｎを増やせば増すほど抵抗値は増加し、消費
電力が少なくなる。また、積分効果も上がりワウフラッ
タが改善されるとともに、検出回路の各辺で受けるメイ
ンマグネットからの漏れ磁界の影響も均等化されて相殺
されるので影響を受けにくくなる。上記において抵抗値
が増加しても、抵抗値の変化する割合は略変わらないか
ら、FG出力が低下することはない。

なお、本発明はモータ装置に限らず、回転体の回転状
態の検出に適用できる。また、感磁性素子の材料は、磁
界の変化を抵抗値変化で検出できるものであれば、どの
ようなものでも使用可能である。このように、本発明は
その主旨に沿って種々に応用され、実施態様を取り得る
ものである。

［発明の効果］ 以上の説明で明らかなように、本発明の回転検出装置
によれば、以下のような効果を奏する。

（１）モータ装置などの回転体が小型化してメインマグ
ネットなど外部からの漏れ磁界を受け易くなっても、そ
の影響を受けにくく、ワウフラッタを小さくできる。

（２）出力の低下を招くことなく、抵抗値を増大して消
費電力を少なくすることができる。

以上により、モータ装置の薄型化、小型化に伴う感磁
性素子の短小化に対応できる。

【図面の簡単な説明】

第１図（イ），（ロ），（ハ）は本発明の一実施例を示
す構成図、第２図（イ），（ロ），（ハ）は上記実施例
の変形例を示す構成図、第３図は感磁性素子の配置の説
明図、第４図はワウフラッタ特性測定の説明図、第５図
はワウフラッタ特性を示すグラフ、第６図は実施例の効
果を示すグラフ、第７図（イ），（ロ）はモータ装置の
構成図、第８図（イ），（ロ），（ハ）は従来技術の構
成図である。 ５……FGマグネット（マグネット）、６……感磁性セン
サ、6a,A,B,C,DE,F,G,H……感磁性素子セット（感磁性
素子）。

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】回転体側の周面上にＮ極とＳ極とを交互に
   有するマグネットと、 このマグネットに対向して平面上に複数の感磁性素子を
   上記マグネットの同極間隔の略1/4間隔に配置した感磁
   性センサとを備え、 上記感磁性素子の飛び越し直列接続により、２以上の感
   磁性素子を１組として、４つの組でブリッジ回路を組ん
   で検出回路を形成する回転検出装置であって、 上記マグネットの同極間の磁極幅をｐ、上記回転体の回
   転中心から１磁極幅を望む角度をδ、上記マグネット面
   の半径をｒ、上記感磁性素子１組を構成する素子の個数
   を２以上のｎとするとき、 を満たすことを特徴とする回転検出装置。