JP5012424B2 - Rotation angle detection device and rotation angle detection method - Google Patents
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Description
本発明は、回転角検出装置および回転角検出方法に関するものである。 The present invention relates to a rotation angle detection device and a rotation angle detection method.
回転軸の回転角を磁気により測定するための従来の技術としては、回転軸を挟んで対向した一対の静止した磁石と、この一対の磁石の間に配置され回転軸上に設けられた1つの磁気センサとを備え、回転する磁気センサが磁石間の磁界を検出するものがある。このような装置では、一対の磁石の間に配置された磁気センサが回転軸と共に回転し、回転に応じて磁気センサからの出力信号が変化するので、出力信号の大きさに基づいて回転軸の回転角を知ることができる。回転角を磁気により測定する装置の例としては、例えば特許文献1に開示されたものある。
しかしながら、上述した構成の回転角検出装置においては、磁界を検出する磁気センサが1つであるために、±45°の角度範囲でしか高い計測精度を得ることができない。そのため、回転軸の一周をつうじて回転角を精度良く検出することが困難となる。 However, in the rotation angle detection device having the above-described configuration, since there is one magnetic sensor that detects a magnetic field, high measurement accuracy can be obtained only in an angle range of ± 45 °. For this reason, it is difficult to detect the rotation angle with high accuracy through one rotation of the rotation shaft.
本発明は、上記した問題点を鑑みてなされたものであり、回転軸の一周をつうじて回転角を精度良く検出できる回転角検出装置および回転角検出方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a rotation angle detection device and a rotation angle detection method that can accurately detect the rotation angle through one rotation of the rotation shaft.
上記課題を解決するために、本発明による回転角検出装置は、回転軸の回転角を検出する回転角検出装置であって、回転軸の径方向に並置されて互いに対向する一対の磁界形成部材によって磁界を発生する磁界発生部と、回転軸周りの全周にわたって回転軸の周方向に並置された複数の磁気センサと、を備え、回転軸の回転に応じて、磁界発生部と複数の磁気センサとが相対的に回転し、複数の磁気センサは、磁界発生部における一方の磁界形成部材の回転軌跡と他方の磁界形成部材の回転軌跡との間に位置するか、或いは、複数の磁気センサの回転軌跡が磁界発生部における一方の磁界形成部材と他方の磁界形成部材との間を通過するように配置されており、一対の磁界形成部材のうち、回転軸の径方向に対し外側に位置する磁界発生部材の一端と回転軸の中心を結ぶ直線と、一対の磁界形成部材のうち、回転軸の径方向に対し外側に位置する磁界発生部材の他端と回転軸の中心を結ぶ直線とが成す角度は、隣り合う磁気センサ同士が回転軸周りに成す角度よりも大きくなっており、磁気センサは、第1の磁気抵抗効果素子を有しており、第1の磁気抵抗効果素子のピン層の磁化方向は回転軸の径方向と交差していることを特徴とする。 In order to solve the above-described problem, a rotation angle detection device according to the present invention is a rotation angle detection device that detects the rotation angle of a rotation shaft, and is a pair of magnetic field forming members that are juxtaposed in the radial direction of the rotation shaft and face each other. And a plurality of magnetic sensors juxtaposed in the circumferential direction of the rotation axis over the entire circumference around the rotation axis, and according to the rotation of the rotation axis, the magnetic field generation unit and the plurality of magnetic fields The plurality of magnetic sensors are positioned between the rotation locus of one of the magnetic field forming members and the rotation locus of the other magnetic field forming member in the magnetic field generation unit, or the plurality of magnetic sensors are rotated relative to each other. Of the pair of magnetic field forming members is located outside the radial direction of the rotation axis. Magnetic field generating member The angle formed by a straight line connecting one end and the center of the rotating shaft and a straight line connecting the other end of the magnetic field generating member located outside the radial direction of the rotating shaft and the center of the rotating shaft among the pair of magnetic field forming members is The adjacent magnetic sensors are larger than the angle formed around the rotation axis, and the magnetic sensor has a first magnetoresistive element, and the magnetization direction of the pinned layer of the first magnetoresistive element is It intersects with the radial direction of the rotating shaft.
また、本発明による回転角検出方法は、回転軸の回転角を検出する方法であって、回転軸の径方向に並置され互いに対向する一対の磁界形成部材によって磁界を発生する磁界発生部を、回転軸の周方向に並んで配置し、回転軸の回転に応じて磁界発生部と複数の磁気センサとを相対的に回転させ、複数の磁気センサを、磁界発生部における一方の磁界形成部材の回転軌跡と他方の磁界形成部材の回転軌跡との間に位置するか、或いは、複数の磁気センサの回転軌跡が磁界発生部における一方の磁界形成部材と他方の磁界形成部材との間を通過するように回転軸周りの全周にわたって回転軸の周方向に並置し、一対の磁界形成部材のうち、回転軸の径方向に対し外側に位置する磁界発生部材の一端と回転軸の中心を結ぶ直線と、一対の磁界形成部材のうち、回転軸の径方向に対し外側に位置する磁界発生部材の他端と回転軸の中心を結ぶ直線とが成す角度を、隣り合う磁気センサ同士が回転軸周りに成す角度よりも大きくし、磁気センサが有する第1の磁気抵抗効果素子のピン層の磁化方向を回転軸の径方向と交差させ、第1の磁気抵抗効果素子によって磁界を検出することにより、回転軸の回転角を検出することを特徴とする。 The rotation angle detection method according to the present invention is a method for detecting the rotation angle of the rotation shaft, and includes a magnetic field generation unit that generates a magnetic field by a pair of magnetic field forming members juxtaposed in the radial direction of the rotation shaft and facing each other. The magnetic field generation unit and the plurality of magnetic sensors are relatively rotated according to the rotation of the rotation shaft, and the plurality of magnetic sensors are arranged on one of the magnetic field forming members of the magnetic field generation unit. It is located between the rotation trajectory and the rotation trajectory of the other magnetic field forming member, or the rotation trajectories of the plurality of magnetic sensors pass between one magnetic field forming member and the other magnetic field forming member in the magnetic field generator. A straight line connecting one end of the magnetic field generating member located outside the radial direction of the rotating shaft and the center of the rotating shaft, of the pair of magnetic field forming members juxtaposed in the circumferential direction of the rotating shaft over the entire circumference around the rotating shaft And a pair of magnetic field formation Among the materials, the angle formed by the other end of the magnetic field generating member positioned outside the radial direction of the rotation axis and the straight line connecting the centers of the rotation axes is larger than the angle formed by adjacent magnetic sensors around the rotation axis. The magnetization direction of the pinned layer of the first magnetoresistive effect element included in the magnetic sensor intersects with the radial direction of the rotation axis, and the magnetic field is detected by the first magnetoresistance effect element, so that the rotation angle of the rotation axis is It is characterized by detecting.
上記した回転角度検出装置および回転各検出方法においては、複数の磁気センサが磁界発生部における一方の磁界形成部材の回転軌跡と他方の磁界形成部材の回転軌跡との間に位置するか、或いは、複数の磁気センサの回転軌跡が磁界発生部における一方の磁界形成部材と他方の磁界形成部材の間を通過するように、回転軸の周方向に並置される。これにより、磁界発生部が各磁気センサを通過するか又は各磁気センサが磁界発生部を通過する際に回転角に比例した出力信号を各磁気センサから得ることができるので、各磁気センサからの出力信号を合成することによって、回転軸の一周をつうじて回転角を精度良く得ることができる。 In the rotation angle detection device and the rotation detection methods described above, the plurality of magnetic sensors are positioned between the rotation locus of one magnetic field forming member and the rotation locus of the other magnetic field forming member in the magnetic field generation unit, or The rotation trajectories of the plurality of magnetic sensors are juxtaposed in the circumferential direction of the rotation axis so as to pass between one magnetic field forming member and the other magnetic field forming member in the magnetic field generation unit. Thereby, when each magnetic sensor passes through each magnetic sensor or each magnetic sensor passes through the magnetic field generator, an output signal proportional to the rotation angle can be obtained from each magnetic sensor. By synthesizing the output signal, the rotation angle can be obtained with high accuracy through one rotation of the rotation shaft.
また、回転角検出装置は、複数の磁気センサが、第2の磁気抵抗効果素子を更に有しており、第2の磁気抵抗効果素子のピン層の磁化方向は回転軸の径方向に沿っていることを特徴としてもよい。第1の磁気抵抗効果素子から出力される出力信号は、磁界発生部の中心を通過する際の電位と、磁界発生部以外の場所における電位とが互いに等しくなる場合がある。このような場合、第2の磁気抵抗効果素子は、磁界発生部以外の場所では殆ど信号を出力しないので、第1および第2の磁界発生部において検出された電位とそれ以外の場所で検出された電位とを区別することができる。これにより、好適に回転角を検出することができる。 In the rotation angle detection device, the plurality of magnetic sensors further include a second magnetoresistance effect element, and the magnetization direction of the pinned layer of the second magnetoresistance effect element is along the radial direction of the rotation axis. It may be characterized by being. In the output signal output from the first magnetoresistive element, the potential when passing through the center of the magnetic field generation unit may be equal to the potential at a location other than the magnetic field generation unit. In such a case, the second magnetoresistive effect element outputs almost no signal at a place other than the magnetic field generator, so that it is detected at the potential detected at the first and second magnetic field generators and at other places. Can be distinguished from the potential. Thereby, a rotation angle can be detected suitably.
また、回転角検出装置は、磁界発生部における一対の磁石が、回転軸の周方向に沿って円弧状に湾曲する形状を有することを特徴としてもよい。これにより、磁気センサと一対の磁石との距離が該磁石の一端から他端に亘ってほぼ等しくなり、磁気センサ周辺の磁場の大きさを一定にできる。或いは、磁界発生部における一対の磁石が、回転軸の径方向と交差する方向に沿って延伸する形状を有してもよい。 The rotation angle detection device may be characterized in that the pair of magnets in the magnetic field generation unit has a shape that is curved in an arc shape along the circumferential direction of the rotation axis. Thereby, the distance between the magnetic sensor and the pair of magnets becomes substantially equal from one end of the magnet to the other end, and the magnitude of the magnetic field around the magnetic sensor can be made constant. Or a pair of magnet in a magnetic field generation | occurrence | production part may have a shape extended | stretched along the direction which cross | intersects the radial direction of a rotating shaft.
なお、本願で言う一対の磁界形成部材とは概ね平行な磁場を発生するものであれば良く、一対の永久磁石を径方向に並置する、或いは、永久磁石とヨークを径方向に並置するものであっても良い。或いは、ヨークに複数の磁石を平行に貼りあわせた部材を径方向に並置するものであっても良い。 It should be noted that the pair of magnetic field forming members referred to in the present application may be any member that generates a substantially parallel magnetic field, and a pair of permanent magnets are juxtaposed in the radial direction, or a permanent magnet and a yoke are juxtaposed in the radial direction. There may be. Alternatively, a member in which a plurality of magnets are bonded in parallel to the yoke may be juxtaposed in the radial direction.
本発明による回転角検出装置および回転角検出方法によれば、回転軸の一周をつうじて回転角を精度良く検出できる。 According to the rotation angle detection device and the rotation angle detection method of the present invention, the rotation angle can be detected with high accuracy through one rotation of the rotation shaft.
[第1実施形態]
以下、添付図面を参照しながら本発明による回転角検出装置および回転角検出方法の実施形態を詳細に説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
[First embodiment]
Hereinafter, embodiments of a rotation angle detection device and a rotation angle detection method according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the description of the drawings, the same elements are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted.
図1は、本発明による回転角検出装置の第1実施形態を示す図である。図1(a)は回転角検出装置1の平面図を示しており、図1(b)は図1(a)に示すI−I線に沿った側面断面図を示している。なお、図1(a)において回転軸Rの軸方向は紙面に垂直な方向であり、図1(a)は回転軸Rの軸方向から回転角検出装置1を見た図となっている。また、図1(b)において回転軸Rの軸方向は紙面の上下に延びており、図1(b)は回転軸Rの中心軸線を含む断面を示している。
FIG. 1 is a diagram showing a first embodiment of a rotation angle detection device according to the present invention. FIG. 1A shows a plan view of the rotation
本実施形態に係る回転角検出装置1は、回転軸Rに取り付けられており、該回転軸Rの回転角を検出する装置である。図1(a)、図1(b)に示すように、回転角検出装置1は、磁界発生部2と、磁気センサ3a〜3hと、支持材15とを備えている。支持材15は、樹脂製の円形(或いは略正方形)平板状の部材である。支持材15の中央部分には、回転軸Rが、その軸方向と支持材15の厚さ方向とが一致するように挿通されており、支持材15と回転軸Rとが互いに固定されている。磁界発生部2は、支持材15に固定され、回転軸Rと共に回転する。なお磁界発生部2の相対位置は、回転軸Rの回転によらず一定である。
The rotation
磁界発生部2は、回転軸Rの径方向に並置された一対の磁石4,5によって構成されている。磁石4,5は、回転軸Rの径方向と交差する方向に沿って延伸する棒状のフェライト磁石又はネオジム磁石である。磁石4,5の長手方向の幅は、磁気センサ3a〜3hが検出する角度(すなわち磁気センサ同士が回転軸周りに成す角度)よりも10°以上大きい角度をカバーする幅であり、磁気センサ3a〜3hの検出角度を例えば45°とすると、磁石4,5は55°以上カバーできる幅を有する。本構成のようにすることで、一対の磁石4,5が形成する概ね平行な磁場間に、少なくとも一つの磁界検出手段が存在することになる。磁界発生部2の磁石4,5は、回転軸Rの径方向と交差する長手方向の一方の側面にN極4a,5aを有し、他方の側面にS極4b,5bを有する。磁界発生部2は、磁石4,5のN極4aとS極5bとが互いに対向するように支持材15に固定されて磁界を発生しており、磁界の方向は回転軸Rに対して外向きである。
The
磁気センサ3a〜3hは、磁石4,5の間の磁界を検出するためのセンサである。磁気センサ3a〜3hは、磁石4の回転軌跡と磁石5の回転軌跡との間に位置し、回転軸Rの周方向に並置されており、図示しない支持構造によって定位置に支持・固定され、回転軸Rの回転とは関係なく静止している。なお本実施形態では、磁気センサ3a〜3hは、隣り合う磁気センサの周方向位置同士が回転軸周りに45°の角度を成すように全周にわたって配置されている。図2に、本実施形態において用いられる磁気センサ3a〜3hの構成を示す。図2に示すように、磁気センサ3a〜3hは、巨大磁気抵抗(GMR:Giant Magneto Resistive)素子20,21を少なくとも有している。GMR素子20,21は、同一のパッケージ内に隣り合わせで配置されている。これら一対のGMR素子20,21は、本実施形態における第1および第2の磁気抵抗効果素子に相当し、GMR素子20のピン層20aの磁化方向B1は回転軸Rの径方向と交差する(好ましくは直交する)方向に固定されており、GMR素子21のピン層21aの磁化方向B1は回転軸Rの径方向に沿うように(好ましくは径方向と平行に)固定されている。
The
続いて、磁気センサ3a〜3hの構成について更に詳細に説明する。図3は、GMR素子の概念的な構成および作用を示す図である。図3に示すGMR素子22は、強磁性層および反強磁性層の交換結合により磁化方向が固定されたピン層22aと、強磁性層からなり周囲の磁界によって磁化方向が変化するフリー層22bと、ピン層22aおよびフリー層22bに挟まれた電子誘導層22cとによって構成されている。そして、ピン層22aの磁化方向B1とフリー層22bの磁化方向B2とが互いに平行である場合に素子の電気抵抗が最小となり、ピン層22aの磁化方向B1とフリー層22bの磁化方向B2が互いに反平行である場合に素子の電気抵抗値が最大となる。従って、GMR素子22の電気抵抗値を検出することにより、磁界の向きを知ることができる。例えば、図3(a)および(b)に示すようにピン層22aの磁化方向B1が磁石16から磁石17への向きに固定されている場合を考える。図3(a)のようにGMR素子22が磁石16,17のN極16aとS極17bとの間に挟まれると、フリー層22bの磁化方向B2は周囲の磁界に従って磁石16のN極16aから磁石17のS極17bへの向きとなり、磁化方向B1と平行となって電気抵抗値が最小となる。逆に、図3(b)のようにGMR素子22が磁石16のS極16bと磁石17のN極17aとの間に挟まれると、フリー層22bの磁化方向B2は周囲の磁界に従って磁石17のN極17aから磁石16のS極16bへの向きとなり、磁化方向B1と反平行となって電気抵抗値が最大となる。
Next, the configuration of the
図4(a)および(b)は、図2に示したGMR素子20,21におけるピン層20a,21aの磁化方向の設定を示す図である。また、図5は、GMR素子20,21のピン層20a,21aの磁化方向B1に対する磁化方向B2の角度に応じた出力信号値を概念的に示すグラフである。図5においては、図4(a)に示す状態を回転角0°としている。いま、図4(a)に示すように回転軸Rの径方向と直交する方向に沿ってピン層20aの磁化方向B1を設定した場合、回転角0°ではピン層20aの磁化方向B1が磁界の向き(N極4aからS極5bへ)と直交しており、図5に示すようにGMR素子20からの出力信号は中間値となる。このような場合、GMR素子20は、図5の中間値からグラフの四角で囲った部分、すなわち±22.5°の範囲では、回転角度にほぼ比例する信号を出力する。
4A and 4B are diagrams showing the setting of the magnetization directions of the pinned
なお、図4(b)に示すように回転軸Rの径方向と平行にピン層21aの磁化方向B1を設定した場合、回転角0°ではフリー層21bの磁化方向B1が磁界の向き(N極4aからS極5bへ)と逆となる。このような場合、GMR素子21は、図5に示すグラフの最小値を出力するが、この信号は無視される。
When the magnetization direction B1 of the pinned
磁気センサ3a〜3hのGMR素子20は、図5に示すグラフにおいて、337.5°〜22.5°もしくは157.5°〜202.5°といった角度幅45°の範囲において角度にほぼ比例した信号を出力する。図6に、各磁気センサ3a〜3hのから出力された信号(電圧)を合成したグラフを示す。図6の縦軸は、出力信号の電圧[V]であり、横軸は回転角[°]である。また、縦軸のAの範囲は磁界発生部2において磁気センサ3a〜3hのGMR素子20が検出した出力信号の範囲であり、各磁気センサ3a〜3hからの出力信号と回転角との相関を直線状に合成する為に、必要に応じて出力信号にバイアスを付加している。図6に示すように、例えばA1は磁界発生部2において磁気センサ5aから出力される信号(電圧)が適用される角度範囲であり、A2は磁界発生部2において磁気センサ5bから出力される信号が適用される角度範囲である。同様に、A5は磁界発生部2において磁気センサ5eから出力される信号が適用される角度範囲であり、A6は磁界発生部2において磁気センサ5fから出力される信号が適用される角度範囲である。このように、検出された出力信号を差動増幅回路において増幅し、45°の間隔でバイアスを印加することで、図6に示すように360°にわたって回転角に比例する信号を得ることができる。
In the graph shown in FIG. 5, the
次に、GMR素子21による磁界の検出について説明する。GMR素子21は、磁界発生部2の一対の磁石4,5間を通過する場合と、それ以外の場所を通過する場合とでは出力信号が異なる。すなわち、図4(b)の説明において述べたように、GMR素子21が第1の磁界発生部2を通過する際には、磁界とピン層21aの磁化方向B1とが反平行状態となるのでGMR素子21からの出力信号は最小値となる。一方、GMR素子21が第2の磁界発生部3を通過する際には、磁界とピン層21aの磁化方向B1とが平行状態となるのでGMR素子21からの出力信号は最大値となる。
Next, the detection of the magnetic field by the
ここで、GMR素子20では、磁界発生部2の中心を通過する際の中点電位(図5のCの部分)と、磁界発生部2以外の場所における電位とが互いに等しくなる場合がある。このとき、GMR素子21の出力信号は、磁界発生部2以外の場所においては殆ど出力信号が得られない。これにより、GMR素子21は、GMR素子20が第1および第2の磁界発生部2,3において検出した中点電位と、第1および第2の磁界発生部2,3以外で検出した電位とを区別することができる。
Here, in the
本実施形態による回転角検出方法は、以上の構成を備える回転角検出装置1を用いて好適に実施できる。すなわち、回転軸Rの回転角を検出する方法であって、回転軸Rの径方向に並置され互いに対向する一対の磁石4,5によって磁界を発生する磁界発生部2を、回転軸Rの周方向に並んで配置し、回転軸Rの回転に応じて磁界発生部2と複数の磁気センサ3a〜3hとを相対的に回転させ、複数の磁気センサ3a〜3hを、磁界発生部2における一方の磁石4の回転軌跡と他方の磁石5の回転軌跡との間に位置するか、或いは、複数の磁気センサ3a〜3hの回転軌跡が磁界発生部2における一方の磁石4と他方の磁石5との間を通過するように回転軸R周りの全周にわたって回転軸Rの周方向に並置し、回転軸Rと交差する方向の一端と他端とが回転軸R周りに成す角度を、隣り合う磁気センサ3a〜3h同士が回転軸R周りに成す角度よりも大きくし、GMR素子20のピン層20aの磁化方向B1を回転軸Rの径方向と交差させ、GMR素子20によって磁界を検出することにより、回転軸Rの回転角を検出する。
The rotation angle detection method according to the present embodiment can be suitably implemented using the rotation
本実施形態の回転角検出装置1および回転角検出方法においては、複数の磁気センサ3a〜3hが磁界発生部2における一方の磁石4の回転軌跡と他方の磁石5の回転軌跡との間に位置するように、回転軸Rの周方向に並置される。これにより、磁界発生部2が各磁気センサ3a〜3hを通過する際に回転角に比例した出力信号を各磁気センサ3a〜3hから得ることができるので、各磁気センサ3a〜3hからの出力信号を合成することによって、回転軸Rの一周をつうじて回転角を精度良く得ることができる。
In the rotation
次に、本発明者が本実施形態の回転角検出装置1を試作し、回転軸Rの回転角を検出した結果について説明する。
Next, a description will be given of the results of the trial production of the rotation
図7(a)は、図1に示した配置における、各磁気センサ3a〜3hのGMR素子20からの157.5°〜202.5°における出力信号(電圧)を示すグラフである。また、図7(a)には理想的な計算値も示されている。また、図7(b)は、図7(a)に示したGMR素子20の出力信号と理想値との角度誤差[°]を示すグラフである。157.5°〜202.5°の範囲においては、実測値と計算値とに格段の差がないことが分かる。そして、角度誤差においても、理想値との差がおよそ±0・40[°]であり、理想的な計算値とほとんど差がない。このことから、図1のように、磁気センサ3a〜3hを配置し、GMR素子20のピン層20aの磁化方向B1を回転軸Rの径方向に対して垂直に設定することにより、磁気センサ3a〜3hからの出力信号が理想値に近づくことが見出された。
FIG. 7A is a graph showing output signals (voltages) at 157.5 ° to 202.5 ° from the
また、図8(a)は、図1に示した配置における、各磁気センサ3a〜3hのGMR素子20からの337.5°〜22.5°における出力信号(電圧)を示すグラフである。また、図8(a)には理想的な計算値も示されている。また、図8(b)は、図8(a)に示したGMR素子20の出力信号と理想値との角度誤差[°]を示すグラフである。337.5°〜22.5°の範囲においても、実測値と計算値とにほとんど差がないとことが分かる。そして、角度誤差においても、理想値との差がおよそ±0・50[°]であり、検出された回転軸の回転角が理想的な計算値に近いことが分かる。このことから、図1のように磁気センサ3a〜3hを配置し、GMR素子20のピン層20aの磁化方向B1を回転軸Rの径方向に対して垂直に設定することにより、磁気センサ3a〜3hからの出力信号が理想値に近づくことが見出された。
FIG. 8A is a graph showing output signals (voltages) at 337.5 ° to 22.5 ° from the
図9は、GMR素子20のH−R(磁界−電気抵抗)曲線を示す図である。この実施形態においては、GMR素子20のH−R曲線における飽和領域側のみの磁界を利用して回転軸Rの回転角を検出した。図9に示すように、飽和領域は、例えばGMR素子20が180°から±22.5度(157.5°、202.5°)の時にH−R曲線を概ね直線で近似した場合の直線Lから外れる点を変曲点と規定し、変曲点よりも外側となる領域である。GMR素子20は、飽和領域側の磁界のみを検出対象として設定する。図10は、GMR素子20の飽和領域および非飽和領域における回転角の検出値と、理想的な計算値との誤差を示すグラフである。図10に示すように、非飽和領域において検出された回転角度の誤差は、計算値に対して±2.50[°]の範囲内であるのに対し、飽和領域において検出された回転角度の誤差は±0.50[°]の範囲内に収まっている。
FIG. 9 is a diagram showing an HR (magnetic field-electric resistance) curve of the
[第2実施形態]
次に、添付図面を参照しながら本発明による回転角検出装置および回転角検出方法の第2実施形態を詳細に説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
[Second Embodiment]
Next, a second embodiment of a rotation angle detection device and a rotation angle detection method according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the description of the drawings, the same elements are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted.
図11は、本発明による回転角検出装置の第2実施形態を示す図である図11(a)は回転角検出装置10の平面図を示しており、図11(b)は図11(a)に示すXI−XI線に沿った側面断面図を示している。なお、図11(a)において回転軸Rの軸方向は紙面に垂直な方向であり、図11(a)は回転軸Rの軸方向から回転角検出装置1を見た図となっている。また、図11(b)において回転軸Rの軸方向は紙面の上下に延びており、図11(b)は回転軸Rの中心軸線を含む断面を示している。
11A and 11B are views showing a second embodiment of the rotation angle detection device according to the present invention. FIG. 11A shows a plan view of the rotation
図11(a)、図11(b)に示すように、第2実施形態による回転角検出装置10は、磁石の形状が回転軸Rの周方向に沿って円弧状に湾曲する形状を有する点で、第1実施形態と異なっている。
As shown in FIGS. 11A and 11B, the rotation
すなわち、第2実施形態による回転角検出装置10は、磁界発生部30と、磁気センサ3a〜3hと、支持材15とを備えている。支持材15は、樹脂製の円形(或いは略正方形)平板状の部材である。支持材15の中央部分には、回転軸Rが、その軸方向と支持材15の厚さ方向とが一致するように挿通されており、支持材15と回転軸Rとが互いに固定されている。磁界発生部30は、支持材15に固定され、回転軸Rと共に回転する。なお、磁界発生部30の相対位置は、回転軸Rの回転によらず一定である。
That is, the rotation
磁界発生部30は、回転軸Rの径方向に並置された一対の磁石(磁界形成部材)31,32によって構成されている。磁界発生部30は、回転軸Rの周方向に配置されている。磁石31,32は、フェライト磁石又はネオジム磁石である。
The
以上のような構成を有する回転角検出装置10は、回転軸Rの周方向に沿って円弧状に湾曲する磁石31,32であるので、磁気センサ3a〜3hと一対の磁石との距離が該磁石の一端から他端に亘ってほぼ等しくなり、磁気センサ3a〜3h周辺の磁場の大きさを一定にできる。これにより、第1実施形態同様に、回転角の一周をつうじて精度良く回転角を検出することができる。
Since the rotation
本発明による回転角検出装置および回転角検出方法は、上記した実施形態に限られるものではなく、他に様々な変形が可能である。例えば、上記実施形態では、上記実施形態では磁界発生部1を回転させる構造としたが、複数の磁気センサ3a〜3hを回転させる構造としてもよい。この場合、複数の磁気センサ3a〜3hの回転軌跡が磁界発生部2における一方の磁石4と他方の磁石5との間を通過するように磁気センサ3a〜3hが配置される。
The rotation angle detection device and the rotation angle detection method according to the present invention are not limited to the above-described embodiments, and various other modifications are possible. For example, in the said embodiment, although it was set as the structure which rotates the magnetic field generation | occurrence |
1…回転角検出装置、2…磁界発生部、3a〜3h…磁気センサ、4,5…磁石、20…GMR素子(第1の磁気抵抗効果素子)、21…GMR素子(第2の磁気抵抗効果素子)、22…GMR素子、20a〜22a…ピン層、R…回転軸、B1…磁化方向。
DESCRIPTION OF
Claims (5)
前記回転軸の径方向に並置されて互いに対向する一対の磁界形成部材によって磁界を発生する磁界発生部と、
前記回転軸周りの全周にわたって前記回転軸の周方向に並置された複数の磁気センサと、
を備え、
前記回転軸の回転に応じて、前記磁界発生部と前記複数の磁気センサとが相対的に回転し、
前記複数の磁気センサは、前記磁界発生部における一方の前記磁界形成部材の回転軌跡と他方の前記磁界形成部材の回転軌跡との間に位置するか、或いは、前記複数の磁気センサの回転軌跡が前記磁界発生部における一方の前記磁界形成部材と他方の前記磁界形成部材との間を通過するように配置されており、
前記一対の磁界形成部材のうち、前記回転軸の径方向に対し外側に位置する前記磁界発生部材の一端と前記回転軸の中心を結ぶ直線と、前記一対の磁界形成部材のうち、前記回転軸の径方向に対し外側に位置する前記磁界発生部材の他端と前記回転軸の中心を結ぶ直線とが成す角度は、隣り合う前記磁気センサ同士が前記回転軸周りに成す角度よりも大きくなっており、
前記磁気センサは、第1の磁気抵抗効果素子を有しており、前記第1の磁気抵抗効果素子のピン層の磁化方向は前記回転軸の径方向と交差していることを特徴とする、回転角検出装置。 A rotation angle detection device for detecting a rotation angle of a rotation shaft,
A magnetic field generator that generates a magnetic field by a pair of magnetic field forming members arranged in parallel in the radial direction of the rotating shaft;
A plurality of magnetic sensors juxtaposed in the circumferential direction of the rotating shaft over the entire circumference around the rotating shaft;
With
According to the rotation of the rotation shaft, the magnetic field generation unit and the plurality of magnetic sensors rotate relatively,
The plurality of magnetic sensors are located between the rotation locus of one of the magnetic field forming members and the rotation locus of the other magnetic field forming member in the magnetic field generation unit, or the rotation locus of the plurality of magnetic sensors is The magnetic field generator is disposed so as to pass between one of the magnetic field forming members and the other of the magnetic field forming members,
Of the pair of magnetic field forming members, a straight line connecting one end of the magnetic field generating member located outside the radial direction of the rotating shaft and the center of the rotating shaft, and the rotating shaft of the pair of magnetic field forming members. The angle formed between the other end of the magnetic field generating member located outside the radial direction and the straight line connecting the centers of the rotation axes is larger than the angle formed between adjacent magnetic sensors around the rotation axis. And
The magnetic sensor includes a first magnetoresistive effect element, and the magnetization direction of the pinned layer of the first magnetoresistive effect element intersects the radial direction of the rotation axis. Rotation angle detector.
前記第2の磁気抵抗効果素子のピン層の磁化方向は前記回転軸の径方向に沿っていることを特徴とする、請求項1に記載の回転角検出装置。 The plurality of magnetic sensors further include a second magnetoresistive element,
The rotation angle detection device according to claim 1, wherein the magnetization direction of the pinned layer of the second magnetoresistive element is along the radial direction of the rotation axis.
前記回転軸の径方向に並置され互いに対向する一対の前記磁界形成部材によって磁界を発生する磁界発生部を、前記回転軸の周方向に並んで配置し、前記回転軸の回転に応じて前記磁界発生部と複数の磁気センサとを相対的に回転させ、前記複数の磁気センサを、前記磁界発生部における一方の前記磁界形成部材の回転軌跡と他方の前記磁界形成部材の回転軌跡との間に位置するか、或いは、前記複数の磁気センサの回転軌跡が前記磁界発生部における一方の前記磁界形成部材と他方の前記磁界形成部材との間を通過するように前記回転軸周りの全周にわたって前記回転軸の周方向に並置し、
前記一対の磁界形成部材のうち、前記回転軸の径方向に対し外側に位置する前記磁界発生部材の一端と前記回転軸の中心を結ぶ直線と、前記一対の磁界形成部材のうち、前記回転軸の径方向に対し外側に位置する前記磁界発生部材の他端と前記回転軸の中心を結ぶ直線とが成す角度を、隣り合う前記磁気センサ同士が前記回転軸周りに成す角度よりも大きくし、
前記磁気センサが有する第1の磁気抵抗効果素子のピン層の磁化方向を前記回転軸の径方向と交差させ、前記第1の磁気抵抗効果素子によって前記磁界を検出することにより、前記回転軸の回転角を検出することを特徴とする、回転角検出方法。 A method for detecting a rotation angle of a rotation axis,
A magnetic field generator that generates a magnetic field by a pair of the magnetic field forming members that are juxtaposed in the radial direction of the rotary shaft and arranged in the circumferential direction of the rotary shaft is arranged, and the magnetic field is generated according to the rotation of the rotary shaft. A generator and a plurality of magnetic sensors are relatively rotated, and the plurality of magnetic sensors are placed between a rotation locus of one of the magnetic field forming members and a rotation locus of the other magnetic field forming member in the magnetic field generation unit. Or the rotation trajectories of the plurality of magnetic sensors pass over the entire circumference around the rotation axis so as to pass between one magnetic field forming member and the other magnetic field forming member in the magnetic field generation unit. Juxtaposed in the circumferential direction of the rotating shaft,
Of the pair of magnetic field forming members, a straight line connecting one end of the magnetic field generating member located outside the radial direction of the rotating shaft and the center of the rotating shaft, and the rotating shaft of the pair of magnetic field forming members. The angle formed by the other end of the magnetic field generating member located outside the radial direction and the straight line connecting the centers of the rotation axes is larger than the angle formed by the adjacent magnetic sensors around the rotation axis,
The magnetization direction of the pinned layer of the first magnetoresistive effect element included in the magnetic sensor intersects the radial direction of the rotation axis, and the magnetic field is detected by the first magnetoresistance effect element, thereby A method of detecting a rotation angle, comprising detecting the rotation angle.
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