JP7056503B2 - 回転検出装置 - Google Patents

Description

この明細書における開示は、回転検出装置に関する。

特許文献１に記載のように、着磁ロータの回転状態を検出する回転検出装置が知られている。着磁ロータは、着磁ピッチλでＮ極とＳ極が回転方向に交互に着磁された着磁面を有している。回転検出装置は、着磁面に直交する検出面と、検出面に形成され、着磁ロータの回転にともなって抵抗値が変化する複数の磁気抵抗効果素子と、を有するセンサチップ（基板）を備えている。

特開２０１０－１４５１６６号公報

回転検出装置では、複数の素子の出力から差動信号を生成することで、得られる信号の振幅を大きくしている。たとえば２つの素子の場合、素子の中心間距離を着磁ピッチλと等しくすると、出力の位相差が１８０°となり、差動信号を大きくすることができる。

しかしながら、回転検出装置の小型化などにより、中心間距離を着磁ピッチλと等しくできない場合、差動信号が小さくなってしまう。

本開示はこのような課題に鑑みてなされたものであり、差動信号を大きくできる回転検出装置を提供することを目的とする。

本開示は、上記目的を達成するために以下の技術的手段を採用する。なお、括弧内の符号は、ひとつの態様として後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものであって、技術的範囲を限定するものではない。

本開示のひとつである回転検出装置は、
着磁ピッチλ、着磁周期αで、Ｎ極とＳ極が回転方向に交互に着磁された着磁面（１０ｍ）を有する着磁ロータ（１０）の回転状態を検出する回転検出装置であって、
着磁面に直交する検出面（２１ｄ）と、検出面に形成され、着磁ロータの回転にともなって抵抗値が変化する複数の磁気抵抗効果素子（２１０）と、を有し、磁気抵抗効果素子として、第１素子（２１１）、及び、第１素子との中心間距離βが着磁ピッチλ未満となるように配置された第２素子（２１２）を含むセンサチップ（２１）と、
複数の磁気抵抗効果素子にバイアス磁界を印加する少なくとも１つのバイアス磁石（２２）と、
第１素子及び第２素子の出力から差動信号を生成する差動部（２３０）と、
を備え、
センサチップと着磁面との対向方向に平行とされ、且つ、検出面に沿う基準線（Ｌ１）と、第１素子に作用するバイアス磁界の磁気ベクトルとのなす角をθ１、基準線と第２素子に作用するバイアス磁界の磁気ベクトルとのなす角をθ２とすると、
バイアス磁界とは異なる磁界が印加されない環境下において、
第１素子に作用する磁気ベクトルが基準線に対して第２素子側に傾いてθ１＞０とされ、第２素子に作用する磁気ベクトルが基準線に対して第１素子側に傾いてθ２＜０とされるとともに、
２×｛１８０°－（β／α）×３６０°｝＞（θ１－θ２）＞０
を満たすように、バイアス磁石に対して第１素子及び第２素子が配置されている。

この回転検出装置によれば、バイアス磁界とは異なる磁界が印加されない環境下において、基準線に平行なバイアス磁界の磁気ベクトルが作用する位置に、第１素子及び第２素子をそれぞれ配置する構成に較べて、差動信号を大きくすることができる。

本開示の他のひとつである回転検出装置は、
着磁ピッチλ、着磁周期αで、Ｎ極とＳ極が回転方向に交互に着磁された着磁面（１０ｍ）を有する着磁ロータ（１０）の回転状態を検出する回転検出装置であって、
着磁面に直交する検出面（２１ｄ）と、検出面に形成され、着磁ロータの回転にともなって抵抗値が変化する複数の磁気抵抗効果素子（２１０）と、を有し、磁気抵抗効果素子として、第３素子（２１３）、第３素子との中心間距離γが着磁ピッチλ未満となるように配置された第４素子（２１４）、及び第３素子と第４素子の間に配置された第５素子（２１５）を含むセンサチップ（２１）と、
複数の磁気抵抗効果素子にバイアス磁界を印加する少なくとも１つのバイアス磁石（２２）と、
第３素子、第４素子、及び第５素子の出力から差動信号を生成する差動部（２３１，２３２，２３３）と、
を備え、
センサチップと着磁面との対向方向に平行とされ、且つ、検出面に沿う基準線（Ｌ１）と、第３素子に作用するバイアス磁界の磁気ベクトルとのなす角をθ３、基準線と第４素子に作用するバイアス磁界の磁気ベクトルとのなす角をθ４とすると、
バイアス磁界とは異なる磁界が印加されない環境下において、
第３素子に作用する磁気ベクトルが基準線に対して第４素子側に傾いてθ３＞０とされ、第４素子に作用する磁気ベクトルが基準線に対して第３素子側に傾いてθ４＜０とされるとともに、
２×｛３６０°－（γ／α）×３６０°｝＞（θ３－θ４）＞０
を満たすように、バイアス磁石に対して第３素子及び第４素子が配置されている。

この回転検出装置によれば、バイアス磁界とは異なる磁界が印加されない環境下において、基準線に平行なバイアス磁界の磁気ベクトルが作用する位置に、第３素子及び第４素子をそれぞれ配置する構成に較べて、差動信号を大きくすることができる。

第１実施形態の回転検出装置と着磁ロータとの位置関係を示す平面図である。 図１のII-II線に沿う断面図である。 図１の回転検出装置周辺を拡大した図である。 回転検出装置を示す回路図である。 回転方向判別を説明するための図である。 回転位置とロータ磁界の磁気ベクトルの向きとの関係を示す図である。 着磁１周期において、ロータ磁界の磁気ベクトルの向きの変化を示す図である。 バイアス磁石及び素子の配置の一例を示す図である。 図８に示す配置において、素子に作用する磁気ベクトルを示す図である。 図８に示す配置において、素子の出力波形を示す図である。 バイアス磁石及び素子の配置の他の例を示す図である。 図１１に示す配置において、素子に作用する磁気ベクトルを示す図である。 図１１に示す配置において、素子の出力波形を示す図である。 信号の位相を示す図である。 バイアス磁界の磁気ベクトルの角度と回転位置Ｐ１における信号の位相との関係を示す図である。 着磁ロータと第１素子及び第２素子の位置関係を示す図である。 バイアス磁界の磁気ベクトル起因の位相差（θ１－θ２）と、差動信号Ｓ１の振幅との関係を示す図である。 バイアス磁界の磁気ベクトルの効果を示す具体的な信号波形を示す図である。 バイアス磁石に対する素子配置の具体例を示す図である。 着磁ロータと第３素子、第４素子、及び第５素子の位置関係を示す図である。 信号Ｃ，Ｄ，Ｅの波形を示す図である。 信号Ｃ，Ｄの位相差が０°～１８０°のときの各種信号の波形を示す図である。 信号Ｃ，Ｄの位相差が１８０°のときの各種信号の波形を示す図である。 信号Ｃ，Ｄの位相差が１８０°～３６０°のときの各種信号の波形を示す図である。 信号Ｃ，Ｄの位相差が３６０°のときの各種信号の波形を示す図である。 バイアス磁界の磁気ベクトル起因の位相差（θ３－θ４）と、差動信号Ｓ２の振幅との関係を示す図である。 バイアス磁界の磁気ベクトルの効果を示す具体的な信号波形を示す図である。 外部磁界の影響を示す図である。 第２実施形態の回転検出装置に用いる高感度素子、低感度素子を示す図である。 バイアス磁石に対する素子配置の具体例を示す図である。 バイアス磁石に対する素子の配置の変形例を示す図である。 着磁ロータに対する回転検出装置の配置の変形例を示す図である。

図面を参照しながら、複数の実施形態を説明する。複数の実施形態において、機能的に及び／又は構造的に対応する部分には同一の参照符号を付与する。以下において、着磁ロータの回転軸に沿う方向をＺ１－Ｚ２方向と示し、Ｚ１－Ｚ２方向に直交する一方向をＹ１－Ｙ２方向と示す。また、Ｚ１－Ｚ２方向及びＹ１－Ｙ２方向の両方向に直交する方向をＸ１－Ｘ２方向と示す。特に断わりのない限り、Ｘ１－Ｘ２方向及びＹ１－Ｙ２方向により規定される面の形状を平面形状とする。

（第１実施形態）
先ず、図１～図５に基づき、着磁ロータ及び回転検出装置の概略構成について説明する。図３は、図１の一部、具体的には回転検出装置の周辺を拡大した図である。拡大図である図３では、便宜上、着磁ロータを直線状に示している。図３では、便宜上、封止樹脂体を省略している。図４に示す回路構成については、特開２０１７－９４１１号公報の記載を援用することができる。

図１～図３に示すように、着磁ロータ１０は、固定対象である回転体とともに回転する。着磁ロータ１０は、たとえば車両において、エンジンのクランクシャフト、車軸などの回転体に固定される。着磁ロータ１０は、着磁面１０ｍを有している。本実施形態では、着磁ロータ１０が平面略円環の板状をなしており、図２に示すように、着磁ロータ１０において回転軸に直交する外周端面（側面）が着磁面１０ｍとされている。図３に示すように、着磁面１０ｍでは、着磁ピッチλ、着磁周期αで、Ｎ極１０ｎとＳ極１０ｓが回転方向に交互に着磁されている。なお、着磁周期α＝２×λである。

回転検出装置２０は、着磁ロータ１０の回転状態を検出する。回転検出装置２０は、着磁ロータ１０とともに、回転検出システムを構成する。回転検出装置２０は、所定の間隙（ギャップ）を有して着磁面１０ｍに対向配置されている。回転検出装置２０は、センサチップ２１と、バイアス磁石２２と、回路チップ２３と、リードフレーム２４と、封止樹脂体２５を備えている。

リードフレーム２４は、板厚方向がＺ１－Ｚ２方向と略平行となるように配置されている。センサチップ２１及び回路チップ２３は、リードフレーム２４のアイランド２４ａにおける同じ一面に固定されている。バイアス磁石２２は、アイランド２４ａの一面とは反対の面に固定されている。センサチップ２１は、ボンディングワイヤ２６を介して回路チップ２３と電気的に接続されている。回路チップ２３は、ボンディングワイヤ２６を介して、リードフレーム２４の端子２４ｂ～２４ｄと電気的に接続されている。端子２４ｂはグランド（ＧＮＤ）用の端子であり、アイランド２４ａに連なっている。端子２４ｃは電源（Ｖｃｃ）用の端子であり、端子２４ｄは出力（Ｖｏｕｔ）用の端子である。

封止樹脂体２５は、センサチップ２１、バイアス磁石２２、回路チップ２３、及びアイランド２４ａを含むリードフレーム２４の一部を一体的に封止している。封止樹脂体２５は、たとえばエポキシ系樹脂を用いて形成されている。封止樹脂体２５は、たとえばトランスファモールド法により成形されている。端子２４ｂ～２４ｄは、Ｙ２方向に延設されて、封止樹脂体２５から外部に突出している。

センサチップ２１は、着磁ロータ１０の回転にともなって抵抗値が変化する磁気抵抗効果素子２１０が形成された半導体チップである。センサチップ２１は、図３に示すように、着磁面１０ｍに直交する検出面２１ｄを有している。この検出面２１ｄに、複数の磁気抵抗効果素子２１０が形成されている。磁気抵抗効果素子２１０としては、異方性磁気抵抗効果素子（ＡＭＲ素子）、トンネル型磁気抵抗効果素子（ＴＭＲ素子）、巨大磁気抵抗効果素子（ＧＭＲ素子）などを採用することができる。センサチップ２１は平面略矩形の板状をなしており、リードフレーム２４に対向する下面とは反対の上面が、検出面２１ｄとされている。

センサチップ２１は、磁気抵抗効果素子２１０として、第１素子２１１、第２素子２１２、第３素子２１３、第４素子２１４、及び第５素子２１５を有している。第１素子２１１、第２素子２１２、第３素子２１３、第４素子２１４、及び第５素子２１５は、磁気抵抗効果素子２１０が直列接続されてなるハーフブリッジ回路として構成されている。第１素子２１１、第２素子２１２、第３素子２１３、第４素子２１４、及び第５素子２１５のそれぞれは、一対の磁気抵抗効果素子２１０がハの字状に配置されてなる。

図４に示すように、第１素子２１１は、電源（Ｖｃｃ）とグランド（ＧＮＤ）との間に直列接続された２つの磁気抵抗効果素子２１０によって構成されている。第１素子２１１は、着磁ロータ１０の回転にともなって２つの磁気抵抗効果素子２１０が磁場の影響を受けたときの抵抗値の変化を検出する。第１素子２１１は、２つの磁気抵抗効果素子２１０の中点電圧Ａを信号として出力する。第２素子２１２～第５素子２１５も、第１素子２１１と同じ構成とされている。第２素子２１２は、２つの磁気抵抗効果素子２１０によって構成されており、中点電圧Ｂを出力する。

第３素子２１３は、２つの磁気抵抗効果素子２１０によって構成されており、中点電圧Ｃを出力する。第４素子２１４は、２つの磁気抵抗効果素子２１０によって構成されており、中点電圧Ｄを出力する。第５素子２１５は、２つの磁気抵抗効果素子２１０によって構成されており、中点電圧Ｅを出力する。

図３に示すように、第１素子２１１と第２素子２１２は、素子の中心間距離βが着磁ピッチλ未満となるように配置されている。第３素子２１３と第４素子２１４は、素子の中心間距離γが着磁ピッチλ未満となるように配置されている。第５素子２１５は、第３素子２１３と第４素子２１４の並び方向において、第３素子２１３と第４素子２１４の間に配置されている。

バイアス磁石２２は、センサチップ２１、すなわち複数の磁気抵抗効果素子２１０にバイアス磁界を印加することにより、センサチップ２１の磁界の検出感度を一定分だけ上昇させる。本実施形態では、バイアス磁石２２が平面略矩形の板状をなしている。バイアス磁石２２のＮ極２２ｎ及びＳ極２２ｓは、Ｘ１－Ｘ２方向及びＹ１－Ｙ２方向により規定される面内において並んで配置されている。本実施形態では、Ｎ極２２ｎ及びＳ極２２ｓがＹ１－Ｙ２方向に並んで配置されており、Ｎ極２２ｎとＳ極２２ｓとの境界２２ｂが、Ｙ１－Ｙ２方向に略直交している。また、Ｎ極２２ｎ及びＳ極２２ｓの磁極中心を通る磁極中心線２２ｃが、Ｙ１－Ｙ２方向に略平行とされている。バイアス磁石２２は、Ｚ１－Ｚ２方向の投影視において、センサチップ２１と重なるように配置されている。第１素子２１１、第２素子２１２、第３素子２１３、第４素子２１４、第５素子２１５、及びバイアス磁石２２の配置の詳細については後述する。

回路チップ２３には、センサチップ２１の処理回路が形成された半導体チップである。回路チップ２３は、差動増幅器２３０～２３３と、閾値生成部２３４と、コンパレータ２３５，２３６と、判定部２３７を有している。本実施形態では、センサチップ２１及び回路チップ２３が、回路チップ２３をＹ２側として、Ｙ１－Ｙ２方向に並んで配置されている。

差動増幅器２３０は、信号Ａ，Ｂの差分である（Ａ－Ｂ）を演算し、差動信号Ｓ１として出力する。差動増幅器２３０が、第１素子２１１及び第２素子２１２の出力から作動信号を生成する差動部に相当する。差動信号Ｓ１は、たとえば図５に示すように、Ｎ極１０ｎとＳ極１０ｓの境界で節となり、磁極中心で振幅が最大又は最小（すなわち、ピーク）となる。

差動増幅器２３１は、信号Ｅ，Ｃの差分である（Ｅ－Ｃ）を演算し、その結果を出力する。差動増幅器２３２は、信号Ｄ，Ｅの差分である（Ｄ－Ｅ）を演算し、その結果を出力する。差動増幅器２３３には、差動増幅器２３１から（Ｅ－Ｃ）が入力され、差動増幅器２３２から（Ｄ－Ｅ）が入力される。差動増幅器２３３は、（Ｅ－Ｃ）－（Ｄ－Ｅ）を演算し、差動信号Ｓ２として出力する。すなわち、差動信号Ｓ２＝２Ｅ－（Ｃ＋Ｄ）である。差動増幅器２３１～２３３が、第３素子２１３、第４素子２１４、及び第５素子２１５の出力から作動信号を生成する差動部に相当する。

差動信号Ｓ２は、差動信号Ｓ１に対して位相差をもった信号となる。差動信号Ｓ２は、たとえば図５に示すように、Ｎ極１０ｎとＳ極１０ｓの境界でピークとなり、磁極中心で節となる。

閾値生成部２３４は、差動信号Ｓ１，Ｓ２を２値化するための閾値Ｖｔｈを生成する。閾値生成部２３４は、たとえば電源とグランドとの間に直列接続された図示しない２つの抵抗により構成され、中点電圧が閾値Ｖｔｈとして用いられる。

コンパレータ２３５は、差動信号Ｓ１と閾値Ｖｔｈとを比較して、差動信号Ｓ１を２値化した信号Ｓ３を生成する。コンパレータ２３６は、差動信号Ｓ２と閾値Ｖｔｈとを比較して、差動信号Ｓ２を２値化した信号Ｓ４を生成する。

判定部２３７は、コンパレータ２３５，２３６の出力である信号Ｓ３，Ｓ４に基づいて、着磁ロータ１０の回転方向が正転であるのか、逆転方向であるのかを判定する。判定部２３７は、着磁ロータ１０の回転位置を示す情報及び着磁ロータ１０の回転方向を示す情報を、出力端子２７（Ｖｏｕｔ）を介して、図示しない外部機器に出力する。回転位置を示す情報は、上記した信号Ｓ３，Ｓ４のいずれかに基づく。

正転の場合、たとえば図５に示すように、差動信号Ｓ２の振幅は、時刻Ｔ１の前で閾値Ｖｔｈよりも小さく、時刻Ｔ１の後で閾値Ｖｔｈよりも大きくなる。このため、信号Ｓ４は、時刻Ｔ１でＬｏからＨｉに切り替わる。また、差動信号Ｓ１の振幅は、時刻Ｔ１の前後で閾値Ｖｔｈよりも大きいため、信号Ｓ３は、時刻Ｔ１でＨｉとなる。判定部２３７は、信号Ｓ４がＬｏからＨｉに立ち上がり、且つ、信号Ｓ３がＨｉであると、着磁ロータ１０が正転していると判定する。

逆転の場合、差動信号Ｓ２の振幅は、時刻Ｔ１の前で閾値Ｖｔｈよりも大きく、時刻Ｔ１の後で閾値Ｖｔｈよりも小さくなる。このため、信号Ｓ４は、時刻Ｔ１でＨｉからＬｏに切り替わる。差動信号Ｓ１の振幅は、時刻Ｔ１の前後で閾値Ｖｔｈよりも大きいため、時刻Ｔ１で信号Ｓ３はＨｉとなる。判定部２３７は、信号Ｓ４がＨｉからＬｏに立ち下がり、且つ、信号Ｓ３がＨｉであると、着磁ロータ１０が逆転していると判定する。

なお、回転検出装置２０は、外部機器に接続される電源端子２８（Ｖｃｃ）及びグランド端子２９（ＧＮＤ）を備えている。回転検出装置２０は、電源端子２８及びグランド端子２９介して外部機器から電源が供給される。

次に、図３、図６～図２７に基づき、磁気抵抗効果素子２１０及びバイアス磁石２２の配置の詳細について説明する。図６、図８、図１１、図１６、図２０に示す着磁ロータ１０は、図３に対応している。たとえば図６において、Ｘ２方向の回転が正転、Ｘ１方向の回転が逆転を示す。本実施形態では、磁気ベクトルの角度を、反時計方向を正方向として示す。また、素子に作用する磁気ベクトルは、バイアス磁界のほうがロータ磁界よりも大きいものとする。なお、バイアス磁界の磁気ベクトルは、ロータ磁界を含む他の磁界の影響を受けない状態を示しており、合成磁界の磁気ベクトルが、ロータ磁界の影響を受けた状態を示している。

（バイアス磁界の磁気ベクトルの角度と信号の位相との関係）
先ず、図６～図１５に基づき、素子に作用するバイアス磁界の磁気ベクトルの角度と信号の位相との関係について説明する。以下では、たとえば図６に示すように、着磁の１周期において、Ｎ極１０ｎの磁極中心を回転位置Ｐ１とし、Ｎ極１０ｎ及びＳ極１０ｓの境界を回転位置Ｐ２とする。また、Ｓ極１０ｓの磁極中心を回転位置Ｐ３とし、Ｓ極１０ｓ及びＮ極１０ｎの境界を回転位置Ｐ４とする。正転の場合、着磁ロータ１０における素子との対向位置は、Ｐ１→Ｐ２→Ｐ３→Ｐ４の順に変化する。図８～図１５では、素子として第１素子２１１を例に説明する。また、磁気ベクトルの角度の基準位置をＸ１軸とする。

図示しない素子に作用する着磁ロータ１０の磁気ベクトルの向きは、図６に示すように、回転位置Ｐ１のときに、Ｙ１－Ｙ２方向に略平行であって着磁面１０ｍから離れる方向、すなわちＹ２方向となる。回転位置Ｐ３では、回転位置Ｐ１とは逆方向、すなわちＹ１方向となる。回転位置Ｐ２，Ｐ４では、Ｘ方向に略平行であって、互いに逆方向となる。具体的には、回転位置Ｐ２のときにＸ１方向となり、回転位置Ｐ４のときにＸ２方向となる。したがって、ロータ磁界の磁気ベクトルは、図７に示すように、着磁１周期の間に３６０°回転する。

図８に示すように、バイアス磁石２２を配置すると、素子としての第１素子２１１にバイアス磁界の磁気ベクトルが作用する。図８では、Ｎ極２２ｎ及びＳ極２２ｓがＮ極２２ｎをＹ１側（着磁ロータ１０側）にしてＹ１－Ｙ２方向に並び、境界２２ｂがＹ１－Ｙ２方向に略直交するように、バイアス磁石２２が配置されている。また、第１素子２１１が境界２２ｂ上に配置されており、第１素子２１１に作用するバイアス磁界の磁気ベクトルの向きがＹ２方向となっている。

第１素子２１１には、バイアス磁界とロータ磁界との合成磁界の磁気ベクトルが作用する。第１素子２１１に作用するロータ磁界の磁気ベクトルの向きは、上記したように着磁１周期の間に３６０°回転する。このため、合成磁界の磁気ベクトルは、図９に示すように、着磁ロータ１０の回転位置Ｐ１～Ｐ４に応じて変化する。

回転位置Ｐ１の場合、ロータ磁界の磁気ベクトルの向きは、バイアス磁界の磁気ベクトルと同じ方向、すなわちＹ２方向となる。したがって、合成磁界の磁気ベクトルは、バイアス磁界の磁気ベクトルにロータ磁界の磁気ベクトルが加算されたものとなり、合成磁界の磁気ベクトルの角度θｘｙは２７０°となる。回転位置Ｐ２の場合、ロータ磁界の磁気ベクトルの向きは、Ｘ１方向となる。したがって、合成磁界の磁気ベクトルの角度θｘｙは、２７０°よりも大きく、３６０°よりも小さい値となる。

回転位置Ｐ３の場合、ロータ磁界の磁気ベクトルの向きは、バイアス磁界の磁気ベクトルに対して逆方向、すなわちＹ１方向となる。したがって、合成磁界の磁気ベクトルは、バイアス磁界の磁気ベクトルからロータ磁界の磁気ベクトルが減算されたものとなり、角度θｘｙは２７０°となる。回転位置Ｐ４の場合、ロータ磁界の磁気ベクトルの向きは、Ｘ２方向となる。したがって、合成磁界の磁気ベクトルの角度θｘｙは、１８０°よりも大きく、２７０°よりも小さい値となる。

第１素子２１１の出力（信号Ａ）は、図１０に示すように回転位置Ｐ１～Ｐ４に応じて変化する。出力信号は、回転位置Ｐ１，Ｐ３で節、回転位置Ｐ２，Ｐ４でピークとなる。節のときの角度θｘｙは２７０°である。合成磁界の磁気ベクトルが、バイアス磁界の磁気ベクトルと同じ方向（Ｙ２方向）となる回転位置Ｐ１，Ｐ３において、第１素子２１１の出力波形は節となる。

図１１では、Ｎ極２２ｎ及びＳ極２２ｓがＮ極２２ｎをＸ２側にしてＸ１－Ｘ２方向に並び、境界２２ｂがＸ１－Ｘ２方向に略直交するように、バイアス磁石２２が配置されている。また、第１素子２１１が、境界２２ｂ上に配置されており、第１素子２１１に作用するバイアス磁界の磁気ベクトルの向きがＸ１方向となっている。この場合も、合成磁界の磁気ベクトルが、図１２に示すように、着磁ロータ１０の回転位置Ｐ１～Ｐ４に応じて変化する。

回転位置Ｐ１の場合、ロータ磁界の磁気ベクトルはＹ２方向となる。したがって、合成磁界の磁気ベクトルの角度θｘｙは、－９０°よりも大きく、０°よりも小さい値となる。回転位置Ｐ２の場合、ロータ磁界の磁気ベクトルは、バイアス磁界の磁気ベクトルと同じ方向、すなわちＸ１方向となる。したがって、合成磁界の磁気ベクトルは、バイアス磁界の磁気ベクトルにロータ磁界の磁気ベクトルが加算されたものとなり、合成磁界の磁気ベクトルの角度θｘｙは０°となる。

回転位置Ｐ３の場合、ロータ磁界の磁気ベクトルはＹ１方向となる。したがって、合成磁界の磁気ベクトルの角度θｘｙは、０°よりも大きく、９０°よりも小さい値となる。回転位置Ｐ４の場合、ロータ磁界の磁気ベクトルは、バイアス磁界の磁気ベクトルに対して逆方向、すなわちＸ２方向となる。したがって、合成磁界の磁気ベクトルは、バイアス磁界の磁気ベクトルからロータ磁界の磁気ベクトルが減算されたものとなり、角度θｘｙは０°となる。

第１素子２１１の出力（信号Ａ）は、図１３に示すように回転位置Ｐ１～Ｐ４に応じて変化する。出力信号は、回転位置Ｐ２，Ｐ４で節、回転位置Ｐ１，Ｐ２でピークとなる。節のときの角度θｘｙは０°である。合成磁界の磁気ベクトルが、バイアス磁界の磁気ベクトルと同じ方向（Ｘ１方向）となる回転位置Ｐ２，Ｐ４において、第１素子２１１の出力波形は節となる。

図示を省略するが、Ｎ極２２ｎ及びＳ極２２ｓがＳ極２２ｓをＹ１側（着磁ロータ１０側）にしてＹ１－Ｙ２方向に並び、第１素子２１１に作用するバイアス磁界の磁気ベクトルの向きがＹ１方向の場合、第１素子２１１の信号は、回転位置Ｐ１，Ｐ３で節となる。節のときの角度θｘｙは９０°である。合成磁界の磁気ベクトルが、バイアス磁界の磁気ベクトルと同じ方向（Ｙ１方向）となる回転位置Ｐ１，Ｐ３において、第１素子２１１の出力波形は節となる。

また、Ｎ極２２ｎ及びＳ極２２ｓがＳ極２２ｓをＸ２側にしてＸ１－Ｘ２方向に並び、第１素子２１１に作用するバイアス磁界の磁気ベクトルの向きがＸ２方向の場合、第１素子２１１の信号は、回転位置Ｐ２，Ｐ４で節となる。節のときの角度は１８０°である。合成磁界の磁気ベクトルが、バイアス磁界の磁気ベクトルと同じ方向（Ｘ２方向）となる回転位置Ｐ２，Ｐ４において、第１素子２１１の出力波形は節となる。

ここで、図１４に示すように、信号の位相を定義する。すると、図８～図１０に示したように、バイアス磁界の磁気ベクトルの角度が２７０°の場合、回転位置Ｐ１における信号の位相は０°であった。図１１～図１３に示したように、バイアス磁界の磁気ベクトルの角度が０°の場合、回転位置Ｐ１の位相は２７０°であった。また、上記したように、バイアス磁界の磁気ベクトルの角度が９０°の場合、回転位置Ｐ１の位相は１８０°であった。バイアス磁界の磁気ベクトルの角度が１８０°の場合、回転位置Ｐ１の位相は９０°であった。

以上をまとめると、第１素子２１１（素子）に作用するバイアス磁界の磁気ベクトルの角度と、回転位置Ｐ１における信号の位相との関係は、図１５に示すようになる。図１５は、バイアス磁界の磁気ベクトルの角度を変化させることで、信号の位相を変化させることができることを示している。たとえばバイアス磁界の磁気ベクトルの角度を９０°変化させると、第１素子２１１の出力信号の位相を９０°変化させることができる。

（２素子の配置）
次いで、第１素子２１１及び第２素子２１２とバイアス磁石２２との配置について説明する。図１６に示すように、本実施形態でのセンサチップ２１には、検出面２１ｄに２つの素子として第１素子２１１及び第２素子２１２が形成されている。第１素子２１１及び第２素子２１２は、第１素子２１１をＸ２側としてＸ１－Ｘ２方向に並んで配置されており、これら素子２１１，２１２の中心間距離はβとされている。中心間距離βは、ハの字の中心間の距離であり、着磁ピッチλ未満とされている。

ここで、着磁面１０ｍとセンサチップ２１との対向方向であるＹ１－Ｙ２方向に略平行とされ、且つ、検出面２１ｄに沿う線を、基準線Ｌ１とする。そして、基準線Ｌ１と、第１素子２１１に作用するバイアス磁界の磁気ベクトルとのなす角をθ１とし、基準線Ｌ１と第２素子２１２に作用するバイアス磁界の磁気ベクトルとのなす角をθ２とする。図１６では、角度θ１，θ２を分かりやすくするために、バイアス磁界の磁気ベクトルを基準線Ｌ１に対して傾けて図示している。

上記したように、本実施形態では、反時計方向を正方向として磁気ベクトルの角度を示す。したがって、バイアス磁界とは異なる磁界が印加されない環境下において、第１素子２１１に作用するバイアス磁界の磁気ベクトルが、基準線Ｌ１に対して第２素子２１２側に傾いていると角度θ１＞０となり、第２素子２１２とは反対に傾いていると角度θ１＜０となる。一方、第２素子２１２に作用するバイアス磁界の磁気ベクトルが、基準線Ｌ１に対して第１素子２１１側に傾いていると角度θ２＜０となり、第１素子２１１とは反対に傾いていると角度θ２＞０となる。

第１素子２１１及び第２素子２１２は、着磁ロータ１０の回転方向においてずれて配置されており、これにより信号Ａ，Ｂ（中点電圧Ａ，Ｂ）に位相差が生じる。第１素子２１１及び第２素子２１２の配置（中心間距離β）起因の位相差は、電気角で（β／α）×３６０°となる。たとえばβ＝λの場合、位相差は１８０°となる。また、β＝λ／２の場合、位相差は９０°となる。従来は、第１素子に作用するバイアス磁界の磁気ベクトルの角度と、第２素子に作用するバイアス磁界の磁気ベクトルの角度が等しくなるように、第１素子及び第２素子がバイアス磁石に対して配置されていた。たとえば、第１素子及び第２素子のそれぞれにＹ２方向の磁気ベクトルが作用するように、第１素子及び第２素子がバイアス磁石に対して配置されていた。したがって、β＜λの場合、差動信号Ｓ１の振幅が小さくなるという問題があった。

これに対し、本実施形態では、配置（中心間距離β）起因の位相差だけでなく、バイアス磁界の磁気ベクトル起因の位相差も考慮して、第１素子２１１及び第２素子２１２がバイアス磁石２２に対して配置されている。上記したように、バイアス磁界の磁気ベクトルの角度変化の分、信号Ａ，Ｂの位相が変化するため、バイアス磁界の磁気ベクトル起因の位相差は、電気角で（θ１－θ２）となる。したがって、信号Ａ，Ｂの位相差は、（β／α）×３６０°＋（θ１－θ２）となる。

図１７は、バイアス磁界の磁気ベクトル起因の位相差である（θ１－θ２）と、第１素子２１１及び第２素子２１２の差動信号Ｓ１の振幅との関係を示している。図１７に示すように、θ１＝θ２のとき、差動信号Ｓ１の振幅は従来構成と同じとなる。また、差動信号Ｓ１の振幅は、（β／α）×３６０°＋（θ１－θ２）＝１８０°を満たすときに最大となる。すなわち、（θ１－θ２）＝１８０°－（β／α）×３６０°を満たすときに最大となる。ここで、１８０°－（β／α）×３６０°＝θｍと定義する。

差動信号Ｓ１の振幅は、０≦（θ１－θ２）≦θｍの範囲において、（θ１－θ２）が大きくなるほど増大し、（θ１－θ２）＝θｍで最大となる。また、θｍ≦（θ１－θ２）≦２×θｍの範囲において、（θ１－θ２）が大きくなるほど減少し、（θ１－θ２）＝２×θｍで、θ１＝θ２のときの振幅と同じになる。したがって、０＜（θ１－θ２）＜２×θｍを満たすように、バイアス磁石２２に対して第１素子２１１及び第２素子２１２を配置するとよい。これによれば、バイアス磁界の磁気ベクトルの効果により、従来よりも、差動信号Ｓ１の振幅を大きくすることができる。特に、（θ１－θ２）＝θｍを満たすように、バイアス磁石２２に対して第１素子２１１及び第２素子２１２を配置すると、差動信号Ｓ１の振幅を最大化することができる。

図１８は、バイアス磁界の磁気ベクトルの効果を示す具体的な信号波形を示している。図１８の上段は参考例を示し、下段は差動信号Ｓ１の振幅を最大化する場合の例を示している。参考例では、第１素子２１１及び第２素子２１２に作用するバイアス磁界の磁気ベクトルの向きが互いに略平行とされている。具体的には、Ｎ極２２ｎをＹ１側としてＮ極２２ｎ及びＳ極２２ｓがＹ１－Ｙ２方向に並んで配置され、境界２２ｂがＹ１－Ｙ２方向に略直交している。そして、第１素子２１１及び第２素子２１２に作用するバイアス磁界の磁気ベクトルの向きがともにＹ２方向とされている。すなわち、θ１＝θ２＝０°とされている。また、中心間距離β＝λ／２とされている。したがって、信号Ａ，Ｂの位相差は、電気角で９０°となる。

参考例と同じ素子配置において、信号Ａ，Ｂの位相差を１８０°とするには、（θ１－θ２）＝９０°とすればよい。たとえば、信号Ａの位相を４５°進角、すなわち－４５°変化させ、信号Ｂの位相を４５°遅角、すなわち＋４５°変化させればよい。このために、図１８の下段では、角度θ１＝＋４５°、角度θ２＝－４５°となる位置に、第１素子２１１及び第２素子２１２を配置している。これにより、バイアス磁界の磁気ベクトル起因の位相差（θ１－θ２）が９０°となり、信号Ａ，Ｂの位相差が電気角で１８０°となる。

図３及び図１９は、バイアス磁石２２に対する第１素子２１１及び第２素子２１２の配置の具体例を示している。本実施形態では、Ｘ１－Ｘ２方向の長さが２．８ｍｍ、Ｙ１－Ｙ２方向の長さが１．４ｍｍ、Ｚ１－Ｚ２方向の長さが０．６５ｍｍとされた矩形平板状のバイアス磁石２２を採用している。そして、Ｚ１－Ｚ２方向において、バイアス磁石２２のアイランド２４ａ側の表面からセンサチップ２１の検出面２１ｄまでの距離が、０．７ｍｍとされている。図１９の矢印は、バイアス磁石２２の磁場分布（磁気シミュレーション結果）を示している。図１９では、バイアス磁石２２の磁気ベクトルとして、Ｚ１－Ｚ２方向において、バイアス磁石２２の表面から０．７ｍｍ離れた位置、すなわち検出面２１ｄと同一平面のベクトルを示している。

図３及び図１９に示すように、本実施形態では、Ｎ極２２ｎとＳ極２２ｓが、Ｎ極２２ｎをＹ１側（着磁ロータ１０側）としてＹ方向に並んで配置されている。そして、第１素子２１１及び第２素子２１２は、Ｓ極２２ｓと重なる位置に配置されている。第１素子２１１及び第２素子２１２は、境界２２ｂよりも着磁ロータ１０から離れた位置に配置されている。Ｘ１－Ｘ２方向において、第１素子２１１及び第２素子２１２は、磁極中心線２２ｃから離れた位置に配置されている。第１素子２１１は磁極中心線２２ｃよりもＸ２側に配置され、第２素子２１２は磁極中心線２２ｃよりもＸ１側に配置されている。第１素子２１１及び第２素子２１２は、磁極中心線２２ｃに対して線対称配置とされている。図１９に示すように、第１素子２１１に作用する磁気ベクトルの向きは、第２素子２１２側に傾いており、第２素子２１２に作用する磁気ベクトルの向きは、第１素子２１１側に傾いている。

（３素子の配置）
次いで、第３素子２１３、第４素子２１４、及び第５素子２１５とバイアス磁石２２との配置について説明する。図２０に示すように、本実施形態でのセンサチップ２１には、検出面２１ｄに３つの素子として第３素子２１３、第４素子２１４、及び第５素子２１５が形成されている。第３素子２１３及び第４素子２１４は、第３素子２１３をＸ２側としてＸ１－Ｘ２方向に並んで配置されており、これら素子２１３，２１４の中心間距離はγとされている。中心間距離γは、着磁ピッチλ未満とされている。また、第５素子２１５は、Ｘ１－Ｘ２方向において、第３素子２１３と第４素子２１４の間に配置されている。

ここで、基準線Ｌ１と、第３素子２１３に作用するバイアス磁界の磁気ベクトルとのなす角をθ３とし、基準線Ｌ１と第４素子２１４に作用するバイアス磁界の磁気ベクトルとのなす角をθ４とする。図２０では、角度θ３，θ４を分かりやすくするために、バイアス磁界の磁気ベクトルを基準線Ｌ１に対して傾けて図示している。バイアス磁界とは異なる磁界が印加されない環境下において、第３素子２１３に作用するバイアス磁界の磁気ベクトルが、基準線Ｌ１に対して第４素子２１４側に傾いていると角度θ３＞０となり、第４素子２１４とは反対に傾いていると角度θ３＜０となる。一方、第４素子２１４に作用するバイアス磁界の磁気ベクトルが、基準線Ｌ１に対して第３素子２１３側に傾いていると角度θ４＜０となり、第３素子２１３とは反対に傾いていると角度θ４＞０となる。

第３素子２１３、第４素子２１４、及び第５素子２１５は、着磁ロータ１０の回転方向においてずれて配置されている。このため、図２１に示すように、第３素子２１３から出力される信号Ｃ（中点電圧Ｃ）、第４素子２１４から出力される信号Ｄ（中点電圧Ｄ）、及び第５素子２１５から出力される信号Ｅ（中点電圧Ｅ）の位相に差が生じる。

ここで、信号Ｅを出力する第５素子２１５が、第３素子２１３と第４素子２１４との間の中間位置に配置されているとする。信号Ｃ，Ｄの位相差が０°よりも大きく１８０°よりも小さいとき、図２２に示すように、信号Ｅと信号（Ｃ＋Ｄ）は同位相となる。したがって、差動信号Ｓ２（＝２Ｅ－Ｃ－Ｄ）の振幅は、信号（Ｃ＋Ｄ）の振幅が小さいほど大きくなる。信号Ｃ，Ｄの位相差が１８０°のとき、図２３に示すように、信号Ｃ，Ｄは逆位相となり、信号（Ｃ＋Ｄ）はゼロで一定となる。したがって、差動信号Ｓ２の振幅は、信号Ｅの２倍の値となる。

信号Ｃ，Ｄの位相差が１８０°よりも大きく、３６０°よりも小さいとき、図２４に示すように、信号Ｅと信号（Ｃ＋Ｄ）は逆位相となる。したがって、差動信号Ｓ２の振幅は、信号（Ｃ＋Ｄ）の振幅が大きいほど大きくなる。信号Ｃ，Ｄの位相差が３６０°のとき、図２５に示すように、信号Ｅと信号（Ｃ＋Ｄ）は逆位相となり、且つ、信号Ｃ，Ｄは同位相となる。このため、差動信号Ｓ２の振幅が最大となる。このように、差動信号Ｓ２を大きくするには、信号Ｃ，Ｄの位相差を３６０°に近づける、より好ましくは一致させるとよい。

信号Ｃ，Ｄの配置（中心間距離γ）起因の位相差は、電気角で（γ／α）×３６０°となる。たとえばβ＝λ／２の場合、位相差は９０°となる。従来は、第３素子に作用するバイアス磁界の磁気ベクトルの角度と、第４素子に作用するバイアス磁界の磁気ベクトルの角度が等しくなるように、第３素子及び第４素子がバイアス磁石に対して配置されていた。たとえば、第３素子及び第４素子のそれぞれにＹ２方向の磁気ベクトルが作用するように、第３素子及び第４素子がバイアス磁石に対して配置されていた。したがって、γ＜λの場合、差動信号Ｓ２の振幅が小さいという問題があった。

これに対し、本実施形態では、配置（中心間距離γ）起因の位相差だけでなく、バイアス磁界の磁気ベクトル起因の位相差も考慮し、第３素子２１３及び第４素子２１４がバイアス磁石２２に対して配置されている。上記したように、バイアス磁界の磁気ベクトルの角度変化の分、信号Ｃ，Ｄの位相が変化するため、バイアス磁界の磁気ベクトル起因の位相差は、電気角で（θ３－θ４）となる。したがって、信号Ｃ，Ｄの位相差は、（γ／α）×３６０°＋（θ３－θ４）となる。

図２６は、バイアス磁界の磁気ベクトル起因の位相差である（θ３－θ４）と、差動信号Ｓ２の振幅との関係を示している。θ３＝θ４のとき、差動信号Ｓ２の振幅は従来構成と同じとなる。図２６に示すように、差動信号Ｓ２の振幅は、（γ／α）×３６０°＋（θ３－θ４）＝３６０°を満たすときに最大となる。すなわち、（θ３－θ４）＝３６０°－（γ／α）×３６０°を満たすときに最大となる。ここで、３６０°－（γ／α）×３６０°＝θｎと定義する。

差動信号Ｓ２の振幅は、０≦（θ３－θ４）≦θｎの範囲において、（θ３－θ４）が大きくなるほど増大し、（θ３－θ４）＝θｎで最大となる。また、θｍ≦（θ３－θ４）≦２×θｎの範囲において、（θ３－θ４）が大きくなるほど減少し、（θ３－θ４）＝２×θｍで、θ３＝θ４のときの振幅と同じになる。したがって、０＜（θ３－θ４）＜２×θｎを満たすように、バイアス磁石２２に対して第３素子２１３及び第４素子２１４を配置するとよい。これによれば、バイアス磁界の磁気ベクトルの効果により、従来よりも、差動信号Ｓ２の振幅を大きくすることができる。特に、（θ３－θ４）＝θｎを満たすように、バイアス磁石２２に対して第３素子２１３及び第４素子２１４を配置すると、差動信号Ｓ２の振幅をより大きくすることができる。

図２７は、バイアス磁界の磁気ベクトルの効果を示す具体的な信号波形を示している。図２７の上段は参考例を示し、下段は差動信号Ｓ２の振幅を最大化する場合の例を示している。参考例では、第３素子２１３及び第４素子２１４に作用するバイアス磁界の磁気ベクトルの向きが互いに略平行とされている。具体的には、Ｎ極２２ｎをＹ１側としてＮ極２２ｎ及びＳ極２２ｓがＹ１－Ｙ２方向に並んで配置され、境界２２ｂがＹ１－Ｙ２方向に略直交している。そして、第３素子２１３及び第４素子２１４に作用するバイアス磁界の磁気ベクトルの向きがともにＹ２方向とされている。すなわち、θ３＝θ４＝０°とされている。また、中心間距離γ＝λ／２とされている。したがって、信号Ｃ，Ｄの位相差は、電気角で９０°となる。

参考例と同じ素子配置において、信号Ｃ，Ｄの位相差を３６０°とするには、（θ３－θ４）＝２７０°とすればよい。たとえば、信号Ｃの位相を１３５°進角、すなわち－１３５°変化させ、信号Ｄの位相を１３５°遅角、すなわち＋１３５°変化させればよい。このために、図２７の下段では、角度θ３＝＋１３５°、角度θ４＝－１３５°となる位置に、第３素子２１３及び第４素子２１４を配置している。これにより、バイアス磁界の磁気ベクトル起因の位相差（θ３－θ４）が２７０°となり、信号Ｃ，Ｄの位相差が電気角で３６０°となる。

図３及び図１９は、第３素子２１３、第４素子２１４、及び第５素子２１５の、バイアス磁石２２に対する配置の具体例を示している。図３及び図１９に示すように、本実施形態では、第３素子２１３及び第４素子２１４がＳ極２２ｓと重なる位置に配置されている。第３素子２１３及び第４素子２１４は、境界２２ｂよりも着磁ロータ１０から離れた位置に配置されている。Ｘ１－Ｘ２方向において、第３素子２１３及び第４素子２１４は、磁極中心線２２ｃから離れた位置に配置されている。第３素子２１３は磁極中心線２２ｃよりもＸ２側に配置され、第４素子２１４は磁極中心線２２ｃよりもＸ１側に配置されている。第３素子２１３及び第４素子２１４は、磁極中心線２２ｃに対して線対称配置とされている。図１９に示すように、第３素子２１３に作用する磁気ベクトルの向きは、第４素子２１４側に傾いており、第４素子２１４に作用する磁気ベクトルの向きは、第３素子２１３側に傾いている。

バイアス磁石２２は、着磁ロータ１０とは反対側、すなわち境界２２ｂよりもＹ２側に２つの角部２２ｒ１，２２ｒ２を有している。角部２２ｒ１はＸ２側、角部２２ｒ２はＸ１側に設けられている。図１９に示すように、バイアス磁界の磁気ベクトルは、角部２２ｒ１，２２ｒ２に近づくほど、基準線Ｌ１に対する傾きが大きくなる。第３素子２１３は、Ｘ２側に配置された第１素子２１１よりも角部２２ｒ１に近い位置に配置されている。これにより、θ３＞θ１とされている。また、第４素子２１４は、Ｘ１側に配置された第２素子２１２よりも角部２２ｒ２に近い位置に配置されている。これにより、θ４＜θ２とされている。θ４の絶対値は、θ２の絶対値よりも大きくされている。

第５素子２１５は、Ｎ極２２ｎと重なる位置に配置されている。第５素子２１５は、境界２２ｂよりも着磁ロータ１０に近い位置に配置されている。第５素子２１５は、第３素子２１３及び第４素子２１４よりも着磁ロータ１０に近い位置に配置されている。第５素子２１５は、磁極中心線２２ｃ上に配置されている。これにより、第５素子２１５に作用する磁気ベクトルの向きは、Ｙ２方向となっている。Ｘ１－Ｘ２方向において、第５素子２１５は、第３素子２１３と第４素子２１４の間に配置されている。第５素子２１５は、第３素子２１３と第４素子２１４との中間位置に配置されている。第３素子２１３、第４素子２１４、及び第５素子２１５は、磁極中心線２２ｃに対して線対称配置とされている。

次に、本実施形態に示した回転検出装置２０の効果について説明する。

本実施形態では、０＜（θ１－θ２）＜２×｛１８０°－（β／α）×３６０°｝を満たすように、バイアス磁石２２に対して第１素子２１１及び第２素子２１２が配置されている。したがって、バイアス磁界の磁気ベクトルの効果により、従来よりも差動信号Ｓ１の振幅を大きくすることができる。

特に、（β／α）×３６０°＋（θ１－θ２）＝１８０°を満たすように、バイアス磁石２２に対して第１素子２１１及び第２素子２１２が配置されている。これにより、信号Ａ，Ｂの位相差が電気角で１８０°となる。したがって、β＜λを満たして回転検出装置２０の体格を小型化しつつ、差動信号Ｓ１の振幅を最大化することができる。

本実施形態では、第３素子２１３と第４素子２１４の間に第５素子２１５が配置されている。そして、０＜（θ３－θ４）＜２×｛３６０°－（γ／α）×３６０°｝を満たすように、バイアス磁石２２に対して第３素子２１３及び第４素子２１４が配置されている。これによれば、バイアス磁界の磁気ベクトルの効果により、従来よりも差動信号Ｓ２の振幅を大きくすることができる。

特に、（γ／α）×３６０°＋（θ３－θ４）＝３６０°を満たすように、バイアス磁石２２に対して第３素子２１３及び第４素子２１４が配置されている。これにより、信号Ｃ，Ｄの位相差が電気角で３６０°となる。したがって、γ＜λを満たして回転検出装置２０の体格を小型化しつつ、差動信号Ｓ２の振幅をより大きくすることができる。

なお、第５素子２１５は、少なくとも第３素子２１３と第４素子２１４と間に配置されればよい。好ましくは、第５素子２１５が、第３素子２１３と第４素子２１４との中間位置であって、磁極中心線２２ｃ上に配置されるとよい。これによれば、第３素子２１３及び第４素子２１４が磁極中心線２２ｃに対して線対称配置となり、信号（Ｃ＋Ｄ）のピークと信号Ｅのピークが一致する。したがって、差動信号Ｓ２の振幅をさらに大きくすることができる。特に（γ／α）×３６０°＋（θ３－θ４）＝３６０°を満たす場合には、差動信号Ｓ２の振幅を最大化することができる。

本実施形態では、第５素子２１５が、境界２２ｂよりも着磁ロータ１０に近い位置に配置されている。これにより、検出感度を向上することができる。

なお、バイアス磁石２２に対するセンサチップ２１（各素子２１１～２１５）の配置は、たとえば図１９に示した磁気シミュレーション（磁場分布）を活用すればよい。バイアス磁界とは異なる磁界が印加されない環境下における検出面２１ｄの位置での磁場分布を求め、その結果から、各素子２１１～２１５の位置を決定すればよい。

本実施形態では、回転検出装置２０が、バイアス磁石２２を１つのみ備えており、Ｎ極２２ｎ及びＳ極２２ｓが着磁ロータ１０の着磁面１０ｍとの対向方向に並んで配置されている。これによれば、上記した効果を奏しつつ、部品点数を削減するとともに、回転検出装置２０の体格を小型化することができる。また、１つのバイアス磁石２２に対してセンサチップ２１を位置決め配置すればよいため、バイアス磁石２２に対する各素子２１１～２１５の位置精度を向上することができる。

（第２実施形態）
本実施形態は、先行実施形態を参照できる。このため、先行実施形態に示した回転検出装置２０と共通する部分についての説明は省略する。

本実施形態の回転検出装置２０は、先行実施形態同様、磁気抵抗効果素子２１０として３素子、具体的には、第３素子２１３、第４素子２１４、及び第５素子２１５を備えてる。そして、外部磁界の影響をより効果的にキャンセルできるように構成されている。

先ず、図２８に基づき、３素子に対する外部磁界の影響について説明する。

図２８では、磁気抵抗効果素子２１０に作用するバイアス磁界の磁気ベクトルを破線矢印で示し、磁気抵抗効果素子２１０に作用する外部磁界の磁気ベクトルを一点鎖線の矢印で示している。そして、バイアス磁界と外部磁界との合成磁界の磁気ベクトルを、実線矢印で示している。３素子には、大きさ及び向きが互いにほぼ等しい外部磁界が作用する。また、外部磁界が作用することで、バイアス磁界の磁気ベクトルから合成磁界の磁気ベクトルへの角度変化をΔθで示している。Δθｃは第３素子２１３における角度変化、Δθｄは第４素子２１４における角度変化、Δθｅは第５素子２１５における角度変化を示している。

上記したように、３つの素子の差動信号Ｓ２は、２Ｅ－（Ｃ＋Ｄ）である。このため、角度変化について２×Δθｅ＝Δθｃ＋Δθｄの関係が成立すると、外部磁界の影響を効果的にキャンセルすることができる。

しかしながら、本実施形態では、バイアス磁石２２の中心である磁石中心２２ｄに対して、第５素子２１５のほうが第３素子２１３及び第４素子２１４よりも近い位置に配置されている。磁石中心２２ｄ、すなわち磁石中心は、境界２２ｂと磁極中心線２２ｃとの交点である。また、一体化によりバイアス磁石２２が小さいため、ＸＹ平面において磁力分布を有している。このため、バイアス磁界の磁気ベクトルは、第５素子２１５のほうが第３素子２１３及び第４素子２１４よりも大きい。第５素子２１５に作用するバイアス磁界の磁気ベクトルが大きいため、合成磁界の磁気ベクトルの角度変化でΔθｅも小さくなる。したがって、３素子として、たとえば同じ構成の磁気抵抗効果素子２１０を用いると、２×Δθｅ＜Δθｃ＋Δθｄとなる。

次に、図２９及び図３０に基づき、外部磁界の影響を効果的にキャンセルできる構成について説明する。

本実施形態では、図２９に示すように、２種類の磁気抵抗効果素子２１０を用いている。具体的には、図２９（ａ）に示す高感度素子２１０Ｈと、図２９（ｂ）に示す低感度素子２１０Ｌを用いている。

磁気抵抗効果素子２１０は、たとえばＮｉ－Ｆｅ系材料、Ｎｉ－Ｃｏ系材料を用いて、ミアンダ形状（蛇行形状）をなすように形成されている。ミアンダ形状において、延設された長手部を正の感度を有する正感度部２１０ａとすると、正感度部２１０ａを繋ぐ折り返し部は、長手方向に略直交しており、負の感度を有する負感度部２１０ｂとなる。折り返し部は、長手部に対して延設長さが短くされている。図２９は平面図であるが、正感度部２１０ａと負感度部２１０ｂを区別するために、ハッチングを施している。

高感度素子２１０Ｈは、その大部分を正感度部２１０ａが占めている。正感度部２１０ａを構成する複数の長手部は、長手方向が互いに略平行となるように所定ピッチで並設されている。そして、負感度部２１０ｂが、隣り合う正感度部２１０ａの両端間に設けられている。負感度部２１０ｂは、正感度部２１０ａの短手方向に延設されている。高感度素子２１０Ｈの一端に対して、他端が、短手方向において反対の位置に設けられている。

本実施形態では、負感度部２１０ｂが、たとえば図示しないＡｌ配線によってショートされている。すなわち、隣り合う正感度部２１０ａの端部間がＡｌ配線によって電気的に接続されている。これにより、高感度素子２１０Ｈは、実質的に負感度部２１０ｂを有さない構成と同程度の感度特性を有する。

低感度素子２１０Ｌは、高感度素子２１０Ｈよりも正感度部２１０ａの割合が小さく、すなわち負感度部２１０ｂの割合が高められている。具体的には、低感度素子２１０Ｌの一端と他端とが、短手方向において同じ側に配置されている。そして、一端に連なるミアンダ形状の部分と、他端に連なるミアンダ形状の部分とが、短手方向において両端とは反対側で一体的に連なっている。このように、両端側にミアンダ形状の部分をそれぞれ設けることで、折り返し部、すなわち負感度部２１０ｂの割合が高められている。

低感度素子２１０Ｌでは、さらに、２つのミアンダ形状の部分を連結する部分の、短手方向の延設長さが、折り返し部よりも長くされている。これによっても、負感度部２１０ｂの割合が高められている。そして、低感度素子２１０Ｌにおいては、高感度素子２１０Ｈのように、Ａｌ配線による接続は行っていない。このようにして、低感度素子２１０Ｌは、高感度素子２１０Ｈに較べて素子の感度が低くなっている。

図３０は、本実施形態の回転検出装置２０において、バイアス磁石２２に対する磁気抵抗効果素子２１０の配置を示している。第３素子２１３、第４素子２１４、及び第５素子２１５の配置は、先行実施形態（図１９に示す３素子参照）と同じである。第３素子２１３及び第４素子２１４として低感度素子２１０Ｌを用い、第５素子２１５として高感度素子２１０Ｈを用いている点が先行実施形態とは異なっている。

第３素子２１３は、上記した４つの低感度素子２１０Ｌを備えて構成されている。４つの低感度素子２１０Ｌは、電源（Ｖｃｃ）とグランド（ＧＮＤ）との間で直列に接続されている。具体的には、電源側（ハイサイド側）において２つの低感度素子２１０Ｌが直列接続され、グランド側（ローサイド側）において別の２つの低感度素子２１０Ｌが直列接続されている。そして、２番目と３番目の低感度素子２１０Ｌの接続点から中点電圧Ｃを出力する構成となっている。

なお、ハイサイド側の２つの低感度素子２１０Ｌは、長手方向が互いに平行となるように設けられている。ローサイド側の２つの低感度素子２１０Ｌは、長手方向が互いに平行となり、且つ、その長手方向がハイサイド側の長手方向と直交するように設けられている。ハイサイド側の１つの低感度素子２１０Ｌと、ローサイド側の１つの低感度素子２１０Ｌは、ハの字状をなすように配置されており、第３素子２１３は２組のハの字を有している。第４素子２１４は、第３素子２１３と同様の構成となっている。２番目と３番目の低感度素子２１０Ｌの接続点から中点電圧Ｄを出力する構成となっている。

第５素子２１５は、上記した４つの高感度素子２１０Ｈを備えて構成されている。４つの高感度素子２１０Ｈは、電源（Ｖｃｃ）とグランド（ＧＮＤ）との間で直列に接続されている。具体的には、電源側（ハイサイド側）において２つの高感度素子２１０Ｈが直列接続され、グランド側（ローサイド側）において別の２つの高感度素子２１０Ｈが直列接続されている。そして、２番目と３番目の高感度素子２１０Ｈの接続点から中点電圧Ｅを出力する構成となっている。

なお、ハイサイド側の２つの高感度素子２１０Ｈは、長手方向が互いに平行となるように設けられている。ローサイド側の２つの高感度素子２１０Ｈは、長手方向が互いに平行となり、且つ、その長手方向がハイサイド側の長手方向と直交するように設けられている。ハイサイド側の１つの高感度素子２１０Ｈと、ローサイド側の１つの高感度素子２１０Ｈは、ハの字状をなすように配置されており、第５素子２１５は２組のハの字を有している。

上記したように、本実施形態では、磁石中心２２ｄに近い第５素子２１５が高感度素子２１０Ｈとされ、磁石中心２２ｄに遠い第３素子２１３及び第４素子２１４が低感度素子２１０Ｌとされている。このように、３つの素子において、意図的に感度に差をもたせたため、２×ΔθｅをΔθｃ＋Δθｄとほぼ等しくすることができる。したがって、外部磁界が作用しても、それによる差動信号Ｓ２の変動を抑制することができる。すなわち、外部磁界の耐性を向上することができる。

なお、本実施形態では、第５素子２１５が第３素子２１３及び第４素子２１４よりも磁石中心２２ｄに近い例を示した。第３素子２１３及び第４素子２１４が第５素子２１５よりも磁石中心２２ｄに近い場合には、２×Δθｅ＞Δθｃ＋Δθｄとなる。よって、第３素子２１３及び第４素子２１４として高感度素子２１０Ｈを用い、第５素子２１５として低感度素子２１０Ｌを用いればよい。

高感度素子２１０Ｈ、低感度素子２１０Ｌの構成は、上記例に限定されない。高感度素子２１０Ｈは、低感度素子２１０Ｌに対して相対的に感度が高く、低感度素子２１０Ｌは高感度素子２１０Ｈに対して相対的に感度が低ければよい。

本実施形態では、回転検出装置２０が、磁気抵抗効果素子２１０として３素子のみを有する例を示したが、これに限定されない。先行実施形態同様、３素子に加えて、第１素子２１１及び第２素子２１２を備えてもよい。上記したように、第１素子２１１の中点電圧Ａと第２素子２１１の中点電圧Ｂより、差動信号Ｓ１として（Ａ－Ｂ）を生成する。したがって、線対称配置される第１素子２１１及び第２素子２１２としては、高感度素子２１０Ｈを用いるとよい。

この明細書の開示は、例示された実施形態に制限されない。開示は、例示された実施形態と、それらに基づく当業者による変形態様を包含する。たとえば、開示は、実施形態において示された要素の組み合わせに限定されない。開示は、多様な組み合わせによって実施可能である。開示される技術的範囲は、実施形態の記載に限定されない。開示されるいくつかの技術的範囲は、特許請求の範囲の記載によって示され、さらに特許請求の範囲の記載と均等の意味及び範囲内でのすべての変更を含むものと解されるべきである。

回転検出装置２０が、封止樹脂体２５により封止されてモールドパッケージ化される例を示したが、これに限定されない。たとえばセラミック基板やプリント基板などの基板の一面上にセンサチップ２１や回路チップ２３が固定され、基板の裏面にバイアス磁石２２が固定された構成を採用することもできる。

差動部としての差動増幅器２３０～２３３が、回路チップ２３に形成される例を示したが、これに限定されない。差動増幅器２３０～２３３をセンサチップ２１に集積化してもよい。

回転検出装置２０が、回路チップ２３に閾値生成部２３４、コンパレータ２３５，２３６、及び判定部２３７を有する例を示したが、これに限定されない。差動増幅器２３０～２３３とともに、閾値生成部２３４、コンパレータ２３５，２３６、及び判定部２３７をセンサチップ２１に集積化してもよい。また、回転検出装置２０が、閾値生成部２３４、コンパレータ２３５，２３６、及び判定部２３７を有さない構成、具体的には他の電子機器が閾値生成部２３４、コンパレータ２３５，２３６、及び判定部２３７を有する構成としてもよい。

（Ｅ－Ｃ）－（Ｄ－Ｅ）＝２Ｅ－（Ｃ＋Ｄ）を差動信号Ｓ２とする例を示したが、これに限定されない。差動信号Ｓ２は、３つの素子である第３素子２１３、第４素子２１４、及び第５素子２１５の出力から生成される差動信号であればよい。（Ｅ－Ｃ）で外部磁界の影響をキャンセルし、（Ｄ－Ｅ）でも外部磁界の影響をキャンセルすることができる。

回転検出装置２０が、磁気抵抗効果素子２１０として、第１素子２１１及び第２素子２１２と、第３素子２１３、第４素子２１４、及び第５素子２１５を有する例を示したが、これに限定されない。たとえば第１素子２１１及び第２素子２１２のみを有する構成としてもよい。また、第３素子２１３、第４素子２１４、及び第５素子２１５のみを有する構成としてもよい。いずれの場合も、着磁ロータ１０の回転位置を示す情報を出力することができる。

第３素子２１３、第４素子２１４、及び第５素子２１５のみを有する構成の場合、第３素子２１３及び第４素子２１４の出力から差動信号Ｓ１を生成し、第３素子２１３、第４素子２１４、及び第５素子２１５の出力から差動信号Ｓ２を生成することもできる。すなわち、３つの素子を用いて、着磁ロータ１０の回転位置を示す情報及び着磁ロータ１０の回転方向を示す情報を出力することもできる。しかしながら、第３素子２１３と第４素子２１４を、差動信号Ｓ１を生成するための２つ素子、及び、差動信号Ｓ２を生成するための両端の素子として兼用するため、たとえば差動信号Ｓ１，Ｓ２をともに最大化することができない。本実施形態に示した構成によれば、第１素子２１１及び第２素子２１２と、第３素子２１３及び第４素子２１４を個別に配置できるため、兼用の場合よりも、差動信号Ｓ１，Ｓ２の振幅を大きくすることが可能である。

また、第１素子２１１及び第２素子２１２に加えて、他の磁気抵抗効果素子２１０を有してもよいし、第３素子２１３、第４素子２１４、及び第５素子２１５に加えて、他の磁気抵抗効果素子２１０を有してもよい。第１素子２１１、第２素子２１２、第３素子２１３、第４素子２１４、及び第５素子２１５に加えて、他の磁気抵抗効果素子２１０を有してもよい。

本実施形態では、コンパレータ２３５，２３６に対して閾値生成部２３４から閾値Ｖｔｈを供給する例を示したが、これに限定されない。たとえばコンパレータ２３５，２３６ごとに閾値を設定してもよい。

差動信号Ｓ１が生成される２つの素子である第１素子２１１及び第２素子２１２の配置は、上記例に限定されない。また、差動信号Ｓ２が生成される３つの素子である第３素子２１３、第４素子２１４、及び第５素子２１５の配置が、上記例に限定されない。図１９に示したように磁極中心線２２ｃ付近及び境界２２ｂ付近は、バイアス磁界の磁気ベクトルの向きがほぼＹ２方向に沿うものとなる。また、境界２２ｂよりも着磁ロータ１０から離れた位置においては、磁気ベクトルが磁極中心線２２ｃ側に向かう。したがって、第１素子２１１、第２素子２１２、第３素子２１３、及び第４素子２１４については、境界２２ｂよりも着磁ロータ１０から離れた位置であって、磁極中心線２２ｃ付近及び境界２２ｂ付近を除く位置に配置するとよい。

たとえば図３１に示す変形例のように、第１素子２１１、第２素子２１２、第３素子２１３、第４素子２１４、及び第５素子２１５の少なくとも１つを、バイアス磁石２２と重ならない位置に配置してもよい。たとえばセンサチップ２１をバイアス磁石２２よりも大きくすることで、このような配置が可能である。図３１では、第３素子２１３及び第４素子２１４が、バイアス磁石２２と重ならない位置に配置されている。第３素子２１３は、角部２２ｒ１よりも外側に配置されており、作用する磁気ベクトルの傾きが角部２２ｒ１付近よりも大きくなっている。同じく、第４素子２１４は、角部２２ｒ２よりも外側に配置されており、作用する磁気ベクトルの傾きが角部２２ｒ２付近よりも大きくなっている。これによれば、中心間距離γを大きくできなくても、信号Ｃ，Ｄの位相差を３６０°により近づけることが可能である。

バイアス磁石２２として、Ｎ極２２ｎを着磁ロータ１０側にし、Ｎ極２２ｎ及びＳ極２２ｓがＹ１－Ｙ２方向に並んで配置される例を示したが、これに限定されない。たとえばＮ極２２ｎ及びＳ極２２ｓがＸ１－Ｘ２方向に並んで配置されたバイアス磁石２２を採用することもできる。また、Ｎ極２２ｎ及びＳ極２２ｓの並び方向、換言すれば磁極中心線２２ｃが、Ｙ１－Ｙ２方向及びＸ１－Ｘ２方向に対して傾くように配置されたバイアス磁石２２を採用することもできる。

また、複数のバイアス磁石２２を用いることで、各素子２１１～２１５に作用するバイアス磁界の磁気ベクトルの向きを最適化してもよい。たとえば第３素子２１３と第４素子２１４に対して、Ｎ極２２ｎ及びＳ極２２ｓの並び方向が互いに異なるバイアス磁石２２を個別に用いてもよい。

反時計回りを正方向として磁気ベクトルの角度を定めたが、これに限定されない。時計周り方向を正方向としてもよい。たとえば２つの素子の場合、Ｘ１側に第１素子２１１が配置され、Ｘ２側に第２素子２１２が配置されることとなる。

着磁ロータ１０において、回転軸に直交する外周端面（側面）が着磁面１０ｍとされ、この着磁面１０ｍに回転検出装置２０が対向配置される例を示したが、これに限定されない。図３２に示す変形例のように、外周端面ではなく、円環面の一方を着磁面１０ｍとし、この着磁面１０ｍに回転検出装置２０を対向配置してもよい。

１０…着磁ロータ、１０ｍ…着磁面、１０ｎ…Ｎ極、１０ｓ…Ｓ極、２０…回転検出装置、２１…センサチップ、２１ｄ…検出面、２１０…磁気抵抗効果素子、２１０ａ…正感度部、２１０ｂ…負感度部、２１０Ｈ…高感度素子、２１０Ｌ…低感度素子、２１１…第１素子、２１２…第２素子、２１３…第３素子、２１４…第４素子、２１５…第５素子、２２…バイアス磁石、２２ｂ…境界、２２ｃ…磁極中心線、２２ｄ…磁石中心、２２ｎ…Ｎ極、２２ｒ１，２２ｒ２…角部、２２ｓ…Ｓ極、２３…回路チップ、２３０～２３３…差動増幅器、２３４…閾値生成部、２３５，２３６…コンパレータ、２３７…判定部、２４…リードフレーム、２４ａ…アイランド、２４ｂ～２４ｄ…端子、２５…封止樹脂体、２６…ボンディングワイヤ、２７…出力端子、２８…電源端子、２９…グランド端子、Ｌ１…基準線

Claims (9)

1. 着磁ピッチλ、着磁周期αで、Ｎ極とＳ極が回転方向に交互に着磁された着磁面（１０ｍ）を有する着磁ロータ（１０）の回転状態を検出する回転検出装置であって、
   前記着磁面に直交する検出面（２１ｄ）と、前記検出面に形成され、前記着磁ロータの回転にともなって抵抗値が変化する複数の磁気抵抗効果素子（２１０）と、を有し、前記磁気抵抗効果素子として、第１素子（２１１）、及び、前記第１素子との中心間距離βが前記着磁ピッチλ未満となるように配置された第２素子（２１２）を含むセンサチップ（２１）と、
   前記複数の磁気抵抗効果素子にバイアス磁界を印加する少なくとも１つのバイアス磁石（２２）と、
   前記第１素子及び前記第２素子の出力から差動信号を生成する差動部（２３０）と、
   を備え、
   前記センサチップと前記着磁面との対向方向に平行とされ、且つ、前記検出面に沿う基準線（Ｌ１）と、前記第１素子に作用する前記バイアス磁界の磁気ベクトルとのなす角をθ１、前記基準線と前記第２素子に作用する前記バイアス磁界の磁気ベクトルとのなす角をθ２とすると、
   前記バイアス磁界とは異なる磁界が印加されない環境下において、
   前記第１素子に作用する磁気ベクトルが前記基準線に対して前記第２素子側に傾いてθ１＞０とされ、前記第２素子に作用する磁気ベクトルが前記基準線に対して前記第１素子側に傾いてθ２＜０とされるとともに、
   ２×｛１８０°－（β／α）×３６０°｝＞（θ１－θ２）＞０
   を満たすように、前記バイアス磁石に対して前記第１素子及び前記第２素子が配置されている回転検出装置。
2. 前記第１素子及び前記第２素子が、
   （β／α）×３６０°＋（θ１－θ２）＝１８０°
   を満たすように、前記バイアス磁石に対して配置されている請求項１に記載の回転検出装置。
3. 着磁ピッチλ、着磁周期αで、Ｎ極とＳ極が回転方向に交互に着磁された着磁面（１０ｍ）を有する着磁ロータ（１０）の回転状態を検出する回転検出装置であって、
   前記着磁面に直交する検出面（２１ｄ）と、前記検出面に形成され、前記着磁ロータの回転にともなって抵抗値が変化する複数の磁気抵抗効果素子（２１０）と、を有し、前記磁気抵抗効果素子として、第３素子（２１３）、前記第３素子との中心間距離γが前記着磁ピッチλ未満となるように配置された第４素子（２１４）、及び前記第３素子と前記第４素子の間に配置された第５素子（２１５）を含むセンサチップ（２１）と、
   前記複数の磁気抵抗効果素子にバイアス磁界を印加する少なくとも１つのバイアス磁石（２２）と、
   前記第３素子、前記第４素子、及び前記第５素子の出力から差動信号を生成する差動部（２３１，２３２，２３３）と、
   を備え、
   前記センサチップと前記着磁面との対向方向に平行とされ、且つ、前記検出面に沿う基準線（Ｌ１）と、前記第３素子に作用する前記バイアス磁界の磁気ベクトルとのなす角をθ３、前記基準線と前記第４素子に作用する前記バイアス磁界の磁気ベクトルとのなす角をθ４とすると、
   前記バイアス磁界とは異なる磁界が印加されない環境下において、
   前記第３素子に作用する磁気ベクトルが前記基準線に対して前記第４素子側に傾いてθ３＞０とされ、前記第４素子に作用する磁気ベクトルが前記基準線に対して前記第３素子側に傾いてθ４＜０とされるとともに、
   ２×｛３６０°－（γ／α）×３６０°｝＞（θ３－θ４）＞０
   を満たすように、前記バイアス磁石に対して前記第３素子及び前記第４素子が配置されている回転検出装置。
4. 前記第３素子及び前記第４素子が、
   （γ／α）×３６０°＋（θ３－θ４）＝３６０°
   を満たすように、前記バイアス磁石に対して配置されている請求項３に記載の回転検出装置。
5. 前記第５素子は、前記第３素子と前記第４素子との中間位置であって、前記バイアス磁石の磁極中心線上に配置されている請求項３又は請求項４に記載の回転検出装置。
6. 前記第５素子が、前記第３素子及び前記第４素子よりも前記バイアス磁石の中心（２２ｄ）に近い位置に配置され、
   前記第３素子及び前記第４素子の感度が、前記第５素子の感度よりも低くされている請求項３～５いずれか１項に記載の回転検出装置。
7. 前記第３素子及び前記第４素子が、前記第５素子よりも前記バイアス磁石の中心（２２ｄ）に近い位置に配置され、
   前記第５素子の感度が、前記第３素子及び前記第４素子の感度よりも低くされている請求項３～５いずれか１項に記載の回転検出装置。
8. 前記バイアス磁石を１つ備え、
   前記バイアス磁石のＮ極及びＳ極が、前記対向方向に並んでいる請求項１～７いずれか１項に記載の回転検出装置。
9. 前記センサチップ、前記バイアス磁石、及び前記差動部を一体的に封止する封止樹脂体（２５）をさらに備える請求項１～８いずれか１項に記載の回転検出装置。

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