JP5012424B2 - Rotation angle detection device and rotation angle detection method - Google Patents

Rotation angle detection device and rotation angle detection method Download PDF

Info

Publication number
JP5012424B2
JP5012424B2 JP2007284321A JP2007284321A JP5012424B2 JP 5012424 B2 JP5012424 B2 JP 5012424B2 JP 2007284321 A JP2007284321 A JP 2007284321A JP 2007284321 A JP2007284321 A JP 2007284321A JP 5012424 B2 JP5012424 B2 JP 5012424B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
magnetic field
rotation
magnetic
rotation angle
radial direction
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2007284321A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2009109435A (en
Inventor
佳生 海田
寛和 宮本
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
TDK Corp
Original Assignee
TDK Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by TDK Corp filed Critical TDK Corp
Priority to JP2007284321A priority Critical patent/JP5012424B2/en
Publication of JP2009109435A publication Critical patent/JP2009109435A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP5012424B2 publication Critical patent/JP5012424B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02PCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P20/00Technologies relating to chemical industry
    • Y02P20/50Improvements relating to the production of bulk chemicals
    • Y02P20/52Improvements relating to the production of bulk chemicals using catalysts, e.g. selective catalysts

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。
特許第3264151号公報
As a conventional technique for measuring the rotation angle of the rotation shaft by magnetism, a pair of stationary magnets opposed to each other with the rotation shaft interposed therebetween, and one of the magnets disposed between the pair of magnets and provided on the rotation shaft Some have a magnetic sensor, and a rotating magnetic sensor detects a magnetic field between magnets. In such a device, the magnetic sensor disposed between the pair of magnets rotates with the rotation shaft, and the output signal from the magnetic sensor changes according to the rotation. You can know the rotation angle. An example of an apparatus for measuring the rotation angle by magnetism is disclosed in Patent Document 1, for example.
Japanese Patent No. 3264151

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 angle detection device 1, and FIG. 1B shows a side cross-sectional view taken along the line I-I shown in FIG. In FIG. 1A, the axial direction of the rotation axis R is a direction perpendicular to the paper surface, and FIG. 1A is a view of the rotation angle detection device 1 viewed from the axial direction of the rotation axis R. Further, in FIG. 1B, the axial direction of the rotation axis R extends up and down in the drawing, and FIG. 1B shows a cross section including the central axis of the rotation axis R.

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 angle detection device 1 according to the present embodiment is a device that is attached to a rotation shaft R and detects the rotation angle of the rotation shaft R. As shown in FIGS. 1A and 1B, the rotation angle detection device 1 includes a magnetic field generator 2, magnetic sensors 3 a to 3 h, and a support member 15. The support member 15 is a resin-made circular (or substantially square) flat plate-like member. In the central portion of the support member 15, the rotation axis R is inserted so that the axial direction thereof matches the thickness direction of the support member 15, and the support member 15 and the rotation shaft R are fixed to each other. . The magnetic field generator 2 is fixed to the support member 15 and rotates together with the rotation axis R. Note that the relative position of the magnetic field generator 2 is constant regardless of the rotation of the rotation axis R.

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 magnetic field generator 2 is configured by a pair of magnets 4 and 5 that are juxtaposed in the radial direction of the rotation axis R. The magnets 4 and 5 are rod-shaped ferrite magnets or neodymium magnets that extend along a direction that intersects the radial direction of the rotation axis R. The longitudinal width of the magnets 4 and 5 is a width that covers an angle that is 10 ° or more larger than the angle detected by the magnetic sensors 3a to 3h (that is, the angle formed by the magnetic sensors around the rotation axis). If the detection angle of ˜3h is 45 °, for example, the magnets 4 and 5 have a width that can cover 55 ° or more. With this configuration, at least one magnetic field detecting means exists between the substantially parallel magnetic fields formed by the pair of magnets 4 and 5. Magnets 4 and 5 of magnetic field generating unit 2 have N poles 4a and 5a on one side surface in the longitudinal direction intersecting the radial direction of rotation axis R, and S poles 4b and 5b on the other side surface. The magnetic field generator 2 generates a magnetic field by being fixed to the support member 15 so that the N pole 4a and the S pole 5b of the magnets 4 and 5 face each other, and the direction of the magnetic field is outside the rotation axis R. The direction.

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 magnetic sensors 3 a to 3 h are sensors for detecting a magnetic field between the magnets 4 and 5. The magnetic sensors 3a to 3h are located between the rotation locus of the magnet 4 and the rotation locus of the magnet 5, are juxtaposed in the circumferential direction of the rotation axis R, and are supported and fixed at a fixed position by a support structure (not shown). It is stationary regardless of the rotation of the rotation axis R. In the present embodiment, the magnetic sensors 3a to 3h are arranged over the entire circumference so that circumferential positions of adjacent magnetic sensors form an angle of 45 ° around the rotation axis. FIG. 2 shows the configuration of the magnetic sensors 3a to 3h used in this embodiment. As shown in FIG. 2, the magnetic sensors 3 a to 3 h include at least giant magnetoresistive (GMR: Giant Magneto Resistive) elements 20 and 21. The GMR elements 20 and 21 are arranged adjacent to each other in the same package. The pair of GMR elements 20 and 21 correspond to the first and second magnetoresistance effect elements in the present embodiment, and the magnetization direction B1 of the pinned layer 20a of the GMR element 20 intersects the radial direction of the rotation axis R ( The magnetization direction B1 of the pinned layer 21a of the GMR element 21 is fixed along the radial direction of the rotation axis R (preferably parallel to the radial direction).

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 magnetic sensors 3a to 3h will be described in more detail. FIG. 3 is a diagram showing a conceptual configuration and operation of the GMR element. The GMR element 22 shown in FIG. 3 includes a pinned layer 22a whose magnetization direction is fixed by exchange coupling of a ferromagnetic layer and an antiferromagnetic layer, and a free layer 22b which is made of a ferromagnetic layer and whose magnetization direction is changed by a surrounding magnetic field. , And the electron induction layer 22c sandwiched between the pinned layer 22a and the free layer 22b. When the magnetization direction B1 of the pinned layer 22a and the magnetization direction B2 of the free layer 22b are parallel to each other, the electrical resistance of the element is minimized, and the magnetization direction B1 of the pinned layer 22a and the magnetization direction B2 of the free layer 22b are mutually In the case of being antiparallel, the electric resistance value of the element is maximized. Therefore, the direction of the magnetic field can be known by detecting the electric resistance value of the GMR element 22. For example, consider the case where the magnetization direction B1 of the pinned layer 22a is fixed in the direction from the magnet 16 to the magnet 17 as shown in FIGS. 3 (a) and 3 (b). When the GMR element 22 is sandwiched between the N pole 16a and the S pole 17b of the magnets 16 and 17 as shown in FIG. 3A, the magnetization direction B2 of the free layer 22b changes according to the surrounding magnetic field. From the magnet 17 to the south pole 17b, parallel to the magnetization direction B1, and the electric resistance value is minimized. Conversely, when the GMR element 22 is sandwiched between the south pole 16b of the magnet 16 and the north pole 17a of the magnet 17 as shown in FIG. 3B, the magnetization direction B2 of the free layer 22b is in accordance with the surrounding magnetic field. The direction from the N pole 17a to the S pole 16b of the magnet 16 is antiparallel to the magnetization direction B1, and the electric resistance value is maximized.

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 layers 20a and 21a in the GMR elements 20 and 21 shown in FIG. FIG. 5 is a graph conceptually showing an output signal value corresponding to the angle of the magnetization direction B2 with respect to the magnetization direction B1 of the pinned layers 20a and 21a of the GMR elements 20 and 21. In FIG. 5, the state shown in FIG. 4A, when the magnetization direction B1 of the pinned layer 20a is set along the direction orthogonal to the radial direction of the rotation axis R, the magnetization direction B1 of the pinned layer 20a is a magnetic field at a rotation angle of 0 °. And the output signal from the GMR element 20 has an intermediate value as shown in FIG. In such a case, the GMR element 20 outputs a signal substantially proportional to the rotation angle in a portion surrounded by a square of the graph from the intermediate value in FIG. 5, that is, in a range of ± 22.5 °.

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 layer 21a is set parallel to the radial direction of the rotation axis R as shown in FIG. 4B, the magnetization direction B1 of the free layer 21b is the direction of the magnetic field (N This is the opposite of pole 4a to S pole 5b. In such a case, the GMR element 21 outputs the minimum value of the graph shown in FIG. 5, but this signal is ignored.

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 GMR element 20 of the magnetic sensors 3a to 3h is substantially proportional to the angle in the range of an angular width of 45 ° such as 337.5 ° to 22.5 ° or 157.5 ° to 202.5 °. Output a signal. FIG. 6 shows a graph in which signals (voltages) output from the magnetic sensors 3a to 3h are synthesized. The vertical axis in FIG. 6 is the voltage [V] of the output signal, and the horizontal axis is the rotation angle [°]. The range of A on the vertical axis is the range of output signals detected by the GMR elements 20 of the magnetic sensors 3a to 3h in the magnetic field generator 2, and the correlation between the output signals from the magnetic sensors 3a to 3h and the rotation angles is shown. In order to synthesize linearly, a bias is added to the output signal as necessary. As shown in FIG. 6, for example, A1 is an angle range to which a signal (voltage) output from the magnetic sensor 5a is applied in the magnetic field generator 2, and A2 is a signal output from the magnetic sensor 5b in the magnetic field generator 2. Is the angular range to which is applied. Similarly, A5 is an angle range to which a signal output from the magnetic sensor 5e is applied in the magnetic field generator 2, and A6 is an angle range to which a signal output from the magnetic sensor 5f is applied in the magnetic field generator 2. . Thus, the detected output signal is amplified in the differential amplifier circuit, and a bias is applied at intervals of 45 °, whereby a signal proportional to the rotation angle can be obtained over 360 ° as shown in FIG. .

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 GMR element 21 will be described. The output signal of the GMR element 21 is different when passing between the pair of magnets 4 and 5 of the magnetic field generator 2 and when passing through other locations. That is, as described in the description of FIG. 4B, when the GMR element 21 passes through the first magnetic field generator 2, the magnetic field and the magnetization direction B1 of the pinned layer 21a are in an antiparallel state. The output signal from the GMR element 21 has a minimum value. On the other hand, when the GMR element 21 passes through the second magnetic field generating unit 3, the magnetic field and the magnetization direction B1 of the pinned layer 21a are in a parallel state, so that the output signal from the GMR element 21 has a maximum value.

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 GMR element 20, the midpoint potential (portion C in FIG. 5) when passing through the center of the magnetic field generation unit 2 may be equal to the potential at a place other than the magnetic field generation unit 2. At this time, the output signal of the GMR element 21 is hardly obtained at a place other than the magnetic field generator 2. As a result, the GMR element 21 detects the midpoint potential detected by the GMR element 20 in the first and second magnetic field generators 2 and 3 and the potential detected outside the first and second magnetic field generators 2 and 3. Can be distinguished.

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 angle detection device 1 having the above configuration. That is, this is a method for detecting the rotation angle of the rotation axis R, in which the magnetic field generator 2 that generates a magnetic field by a pair of magnets 4 and 5 that are juxtaposed in the radial direction of the rotation axis R is opposed to the circumference of the rotation axis R. The magnetic field generator 2 and the plurality of magnetic sensors 3a to 3h are rotated relative to each other according to the rotation of the rotation axis R so that the plurality of magnetic sensors 3a to 3h Is located between the rotation locus of the magnet 4 and the rotation locus of the other magnet 5, or the rotation locus of the plurality of magnetic sensors 3a to 3h is Are arranged side by side in the circumferential direction of the rotation axis R over the entire circumference around the rotation axis R, and an angle formed by one end and the other end of the rotation axis R around the rotation axis R is adjacent to each other. The angle formed by the magnetic sensors 3a-3h around the rotation axis R Also increased, the magnetization direction B1 of the pinned layer 20a of the GMR elements 20 to cross the radial direction of the rotating shaft R, by detecting the magnetic field by the GMR element 20 detects the rotation angle of the rotation axis R.

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 angle detection device 1 and the rotation angle detection method of the present embodiment, the plurality of magnetic sensors 3 a to 3 h are positioned between the rotation locus of one magnet 4 and the rotation locus of the other magnet 5 in the magnetic field generator 2. In this manner, they are juxtaposed in the circumferential direction of the rotation axis R. Thereby, when the magnetic field generation unit 2 passes through the magnetic sensors 3a to 3h, an output signal proportional to the rotation angle can be obtained from each of the magnetic sensors 3a to 3h. Therefore, the output signal from each of the magnetic sensors 3a to 3h. By synthesizing the rotation angle, the rotation angle can be obtained with high accuracy through one rotation of the rotation axis R.

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 angle detection device 1 of the present embodiment by the inventor and the detection of the rotation angle of the rotation axis R.

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 GMR elements 20 of the magnetic sensors 3a to 3h in the arrangement shown in FIG. FIG. 7A also shows ideal calculated values. FIG. 7B is a graph showing the angle error [°] between the output signal of the GMR element 20 shown in FIG. 7A and the ideal value. It can be seen that there is no significant difference between the actual measurement value and the calculated value in the range of 157.5 ° to 202.5 °. Also in the angle error, the difference from the ideal value is about ± 0 · 40 [°], and there is almost no difference from the ideal calculated value. Therefore, as shown in FIG. 1, the magnetic sensors 3a to 3h are arranged, and the magnetization direction B1 of the pinned layer 20a of the GMR element 20 is set perpendicular to the radial direction of the rotation axis R, whereby the magnetic sensor 3a. It was found that the output signal from ~ 3h approaches the ideal value.

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 GMR elements 20 of the magnetic sensors 3a to 3h in the arrangement shown in FIG. FIG. 8A also shows ideal calculated values. FIG. 8B is a graph showing the angle error [°] between the output signal of the GMR element 20 shown in FIG. 8A and the ideal value. It can be seen that there is almost no difference between the measured value and the calculated value even in the range of 337.5 ° to 22.5 °. Also in the angle error, the difference from the ideal value is approximately ± 0 · 50 [°], and it can be seen that the detected rotation angle of the rotating shaft is close to the ideal calculated value. Therefore, the magnetic sensors 3a to 3h are arranged as shown in FIG. 1, and the magnetization direction B1 of the pinned layer 20a of the GMR element 20 is set to be perpendicular to the radial direction of the rotation axis R. It was found that the output signal from 3h approaches the ideal value.

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 GMR element 20. In this embodiment, the rotation angle of the rotation axis R is detected using the magnetic field only on the saturation region side in the HR curve of the GMR element 20. As shown in FIG. 9, the saturation region is, for example, a straight line when the HR curve is approximated by a straight line when the GMR element 20 is 180 ° to ± 22.5 ° (157.5 °, 202.5 °). A point deviating from L is defined as an inflection point and is an area outside the inflection point. The GMR element 20 sets only the magnetic field on the saturation region side as a detection target. FIG. 10 is a graph showing an error between the detected value of the rotation angle in the saturated region and the non-saturated region of the GMR element 20 and an ideal calculated value. As shown in FIG. 10, the error of the rotation angle detected in the non-saturation region is within a range of ± 2.50 [°] with respect to the calculated value, whereas the error of the rotation angle detected in the saturation region. The error is within a range of ± 0.50 [°].

[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 angle detection device 10, and FIG. Side surface sectional drawing along the XI-XI line shown in FIG. 11A, the axial direction of the rotation axis R is a direction perpendicular to the paper surface, and FIG. 11A is a view of the rotation angle detection device 1 viewed from the axial direction of the rotation axis R. Further, in FIG. 11B, the axial direction of the rotation axis R extends up and down in the drawing, and FIG. 11B shows a cross section including the central axis of the rotation axis R.

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 angle detection device 10 according to the second embodiment has a shape in which the shape of the magnet is curved in an arc shape along the circumferential direction of the rotation axis R. This is different from the first embodiment.

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 angle detection device 10 according to the second embodiment includes the magnetic field generation unit 30, the magnetic sensors 3a to 3h, and the support member 15. The support member 15 is a resin-made circular (or substantially square) flat plate-like member. In the central portion of the support member 15, the rotation axis R is inserted so that the axial direction thereof matches the thickness direction of the support member 15, and the support member 15 and the rotation shaft R are fixed to each other. . The magnetic field generator 30 is fixed to the support member 15 and rotates together with the rotation axis R. The relative position of the magnetic field generator 30 is constant regardless of the rotation of the rotation axis R.

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 magnetic field generator 30 includes a pair of magnets (magnetic field forming members) 31 and 32 that are juxtaposed in the radial direction of the rotation axis R. The magnetic field generator 30 is disposed in the circumferential direction of the rotation axis R. The magnets 31 and 32 are ferrite magnets or neodymium magnets.

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 angle detection device 10 having the above-described configuration is the magnets 31 and 32 that are curved in an arc shape along the circumferential direction of the rotation axis R, the distance between the magnetic sensors 3a to 3h and the pair of magnets is It becomes almost equal from one end of the magnet to the other end, and the magnitude of the magnetic field around the magnetic sensors 3a to 3h can be made constant. As a result, as in the first embodiment, the rotation angle can be detected with high accuracy through one rotation angle.

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 | production part 1 in the said embodiment, it is good also as a structure which rotates several magnetic sensors 3a-3h. In this case, the magnetic sensors 3 a to 3 h are arranged so that the rotation trajectories of the plurality of magnetic sensors 3 a to 3 h pass between the one magnet 4 and the other magnet 5 in the magnetic field generator 2.

本発明による回転角検出装置の第1実施形態の構成を示す図である。(a)回転角検出装置の平面図を示している。(b)(a)に示すI−I線に沿った側面断面図を示している。It is a figure which shows the structure of 1st Embodiment of the rotation angle detection apparatus by this invention. (A) The top view of the rotation angle detection apparatus is shown. (B) Side surface sectional drawing along the II line | wire shown to (a) is shown. 本実施形態において用いられる磁気センサの構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the magnetic sensor used in this embodiment. GMR素子の概念的な構成および作用を示す図である。It is a figure which shows the notional structure and effect | action of a GMR element. (a)(b)図2に示したGMR素子におけるピン層の磁化方向の設定例を示す図である。(A) (b) It is a figure which shows the example of a setting of the magnetization direction of the pin layer in the GMR element shown in FIG. 図4(a)の設定に対応するGMR素子からの出力信号値を概念的に示すグラフである。It is a graph which shows notionally the output signal value from the GMR element corresponding to the setting of Fig.4 (a). 各磁気センサから出力された信号を合成した結果を示すグラフである。It is a graph which shows the result of having combined the signal outputted from each magnetic sensor. (a)図1に示した配置における、GMR素子からの出力信号を示すグラフである。(b)(a)に示したGMR素子の出力信号と理想値との角度誤差を示すグラフである。(A) It is a graph which shows the output signal from a GMR element in the arrangement | positioning shown in FIG. (B) It is a graph which shows the angle error of the output signal of the GMR element shown to (a), and an ideal value. (a)図1に示した配置における、GMR素子からの出力信号を示すグラフである。(b)(a)に示したGMR素子の出力信号と理想値との角度誤差を示すグラフである。(A) It is a graph which shows the output signal from a GMR element in the arrangement | positioning shown in FIG. (B) It is a graph which shows the angle error of the output signal of the GMR element shown to (a), and an ideal value. GMR素子のH−R(磁界−電気抵抗)曲線を示す図である。It is a figure which shows the HR (magnetic field-electric resistance) curve of a GMR element. GMR素子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。It is a graph which shows the difference | error of the detected value of the rotation angle in the saturation area | region and non-saturation area | region of a GMR element, and an ideal calculation value. 本発明による回転角検出装置の第2実施形態の構成を示す図である。(a)回転角検出装置の平面図を示している。(b)(a)に示すXI−XI線に沿った側面断面図を示している。It is a figure which shows the structure of 2nd Embodiment of the rotation angle detection apparatus by this invention. (A) The top view of the rotation angle detection apparatus is shown. (B) Side surface sectional drawing along the XI-XI line shown to (a) is shown.

符号の説明Explanation of symbols

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 SYMBOLS 1 ... Rotation angle detection apparatus, 2 ... Magnetic field generation part, 3a-3h ... Magnetic sensor, 4,5 ... Magnet, 20 ... GMR element (1st magnetoresistive effect element), 21 ... GMR element (2nd magnetoresistance) Effect element), 22 ... GMR element, 20a to 22a ... pinned layer, R ... rotation axis, B1 ... magnetization direction.

Claims (5)

回転軸の回転角を検出する回転角検出装置であって、
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.
前記複数の磁気センサは、第2の磁気抵抗効果素子を更に有しており、
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.
前記磁界発生部における前記一対の磁石が、前記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する、請求項1または2に記載の回転角検出装置。   The rotation angle detection device according to claim 1, wherein the pair of magnets in the magnetic field generation unit has a shape that is curved in an arc shape along a circumferential direction of the rotation shaft. 前記磁界発生部における前記一対の磁石が、前記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することを特徴とする、請求項1または2に記載の回転角検出装置。   The rotation angle detection device according to claim 1, wherein the pair of magnets in the magnetic field generation unit has a shape extending along a direction intersecting a radial direction of the rotation shaft. 回転軸の回転角を検出する方法であって、
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.
JP2007284321A 2007-10-31 2007-10-31 Rotation angle detection device and rotation angle detection method Active JP5012424B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2007284321A JP5012424B2 (en) 2007-10-31 2007-10-31 Rotation angle detection device and rotation angle detection method

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2007284321A JP5012424B2 (en) 2007-10-31 2007-10-31 Rotation angle detection device and rotation angle detection method

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2009109435A JP2009109435A (en) 2009-05-21
JP5012424B2 true JP5012424B2 (en) 2012-08-29

Family

ID=40778054

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2007284321A Active JP5012424B2 (en) 2007-10-31 2007-10-31 Rotation angle detection device and rotation angle detection method

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP5012424B2 (en)

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002303535A (en) * 2001-04-03 2002-10-18 Mikuni Corp Magnetic position sensor
JP3842115B2 (en) * 2001-11-30 2006-11-08 矢崎総業株式会社 Rotation angle detection device and rotation angle detection method
JP2004264222A (en) * 2003-03-03 2004-09-24 Midori Sokki:Kk Magnetic marker for rotation angle sensor

Also Published As

Publication number Publication date
JP2009109435A (en) 2009-05-21

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP4319153B2 (en) Magnetic sensor
JP5120384B2 (en) Rotation angle detection device, rotator, and rotation angle detection method
JP3848670B1 (en) Rotation angle detector
JP5500785B2 (en) Magnetic sensor
US20140354270A1 (en) Magnetic position detection device
JP5801566B2 (en) Rotation angle detector
JP2002071381A (en) Sensor for detection of direction of magnetic field
JP2011038855A (en) Magnetic sensor
JP5062454B2 (en) Magnetic sensor
JP5843079B2 (en) Magnetic sensor and magnetic sensor system
JP4947250B2 (en) Angle detector
JP2000035343A (en) Encoder provided with gigantic magnetic resistance effect element
JP5201493B2 (en) Position detection device and linear drive device
JP2010527454A (en) Device for non-contact detection of linear or rotational movement
JP4900838B2 (en) Position detection device and linear drive device
JP7028234B2 (en) Magnetic sensor
JP2010133851A (en) Rotation angle sensor
JP5012424B2 (en) Rotation angle detection device and rotation angle detection method
JP5012423B2 (en) Rotation angle detection device and rotation angle detection method
JP4992641B2 (en) Rotation angle detection device and rotation angle detection method
JP2022048253A (en) Magnetic sensor and magnetic sensor system
JP4742816B2 (en) Rotation detector
JP5062453B2 (en) Magnetic sensor
JP5193930B2 (en) Small angle detection sensor
JP4543297B2 (en) Magnetic encoder

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20101001

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20120508

A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20120521

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20150615

Year of fee payment: 3

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 5012424

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150