WO2016136574A1 - 回転検出装置 - Google Patents

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拓海 吉谷
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メレキシス テクノロジーズ エヌ ヴィ
株式会社メレキシス・ジャパン・テクニカル リサーチセンター
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    • G01D5/2451—Incremental encoders

Definitions

  • the present invention relates to a rotation detection device.
  • Non-Patent Document 1 a rotation detection device that detects rotation of a gear using a differential Hall sensor has been proposed (see, for example, Non-Patent Document 1).
  • Non-Patent Document 1 The rotation detection device disclosed in Non-Patent Document 1 is disposed between a magnet that forms a magnetic field toward a tooth surface of a gear, and between the gear and the magnet, and changes in magnetic flux density accompanying the rotation of the gear are measured.
  • a sensor IC (ATS667LSG) is provided that includes a pair of magnetic detection elements that detect in the radial direction and outputs a difference between outputs of the pair of magnetic detection elements. As the gear rotates, the signal output from the sensor IC changes periodically, so that the rotational speed, angular velocity, etc. of the gear can be detected.
  • Non-Patent Document 1 uses the difference between the outputs of a pair of magnetic detection elements as an output signal, and in order to obtain sufficient signal strength, the magnetic flux density penetrating each of the pair of magnetic detection elements. It is necessary to provide a pair of magnetic detection elements apart so that the change in the difference between them becomes sufficient as the gear rotates. Then, in the case of the sensor IC described above, the distance between the pair of magnetic detection elements is 2.2 mm, and the arrangement of the pair of magnetic detection elements is limited. Therefore, the sensor IC should be manufactured at least smaller than this distance. There was a problem that it was not possible. Miniaturization of the sensor IC is an important problem from the viewpoint of the manufacturing cost of the sensor IC and the degree of freedom of arrangement of the sensor IC.
  • an object of the present invention is to provide a rotation detection device in which a sensor IC is miniaturized as compared with the prior art.
  • One embodiment of the present invention provides the following rotation detection device in order to achieve the above object.
  • a magnet that forms a magnetic field toward the tooth surface of the gear; At least one pair of magnetic sensing elements disposed between the gear and the magnet and outputting a signal in accordance with a magnetic flux density in the radial direction of the gear; and a circumferential component of the gear out of the magnetic flux density
  • a rotation detection apparatus comprising: a magnetic concentrator that attracts the gear in a radial direction on a detection surface of the magnetic detection element; and a sensor that detects a change in magnetic flux density accompanying rotation of the gear.
  • the sensor further includes a signal processing circuit that processes signals output from the pair of magnetic detection elements, and a magnetic flux of a circumferential component of the gear among changes in the magnetic field accompanying the rotation of the gear.
  • the rotation detection device wherein a change in density is detected by signal processing.
  • a magnet that forms a magnetic field toward the tooth surface of the gear; At least one pair of magnetic sensing elements disposed between the gear and the magnet and outputting a signal in accordance with a magnetic flux density in a radial direction of the gear; and a circumferential direction of the gear out of the magnetic flux density and the A magnetic concentrator that induces a component orthogonal to the radial direction of the gear in the radial direction of the gear on the detection surface of the magnetic detection element, and a sensor that detects a change in magnetic flux density accompanying the rotation of the gear.
  • Rotation detection device a magnet that forms a magnetic field toward the tooth surface of the gear; At least one pair of magnetic sensing elements disposed between the gear and the magnet and outputting a signal in accordance with a magnetic flux density in a radial direction of the gear; and a circumferential direction of the gear out of the magnetic flux density and the A magnetic concentrator that induces a component
  • the sensor further includes a signal processing circuit that processes signals output from the pair of magnetic detection elements, and the circumferential direction of the gear and the gear out of changes in the magnetic field accompanying the rotation of the gear.
  • the rotation detection device according to [3], wherein a change in magnetic flux density of a component orthogonal to a radial direction of the magnetic field is detected by signal processing.
  • the rotation detection device according to any one of [1] to [4], wherein the sensor is provided with the magnetic concentrator between the pair of magnetic detection elements.
  • the sensor IC can be reduced in size as compared with the prior art.
  • a dynamic range can be improved compared with the past.
  • it can be set as the structure which provided the magnetic concentrator between one pair of magnetic detection elements.
  • it can be set as the structure which each provided the magnetic concentrator in the both ends of a pair of magnetic detection element.
  • FIG. 1 is a side view illustrating a configuration example of the rotation detection device according to the first embodiment.
  • FIG. 2A is a perspective view and a cross-sectional view showing the configuration of the sensor.
  • FIG. 2B is a perspective view and a cross-sectional view showing the configuration of the sensor.
  • FIG. 3 is a schematic diagram for explaining the operation of the sensor of the rotation detection device.
  • FIG. 4 is a schematic diagram showing a state of a magnetic field formed by a magnet.
  • FIG. 5 is a graph showing an example of a change in the signal output from the sensor as the gear teeth pass.
  • FIG. 6A is a perspective view and a cross-sectional view illustrating a configuration example of a sensor of the rotation detection device according to the second embodiment.
  • FIG. 6B is a perspective view and a cross-sectional view illustrating a configuration example of a sensor of the rotation detection device according to the second embodiment.
  • FIG. 7 is a schematic diagram for explaining the operation of the sensor.
  • FIG. 1 is a side view illustrating a configuration example of the rotation detection device according to the first embodiment.
  • 2A and 2B are a perspective view and a cross-sectional view showing the configuration of the sensor 1.
  • the rotation detection device 5 includes a sensor 1 arranged with a gap d g from the tooth tip 3h of the gear 3 and a magnet 2 arranged on the back surface side of the sensor 1 with the magnetization direction as D m .
  • the senor 1 includes, as an example, a flat substrate 10 having a thickness in the z direction, a detection surface provided on the substrate 10 and parallel to the xy plane, and magnetic detection Hall elements 11 x1 , 11 x2 , 11 y1 , 11 y2 having a detection direction as the z direction as elements, and a portion overlapping with the hall elements 11 x1 , 11 x2 , 11 y1 , 11 y2 are arranged in the x direction.
  • Hall element 11 x1 flux in the y direction is converted to z-direction, 11 x2, 11 y1, 11 and the magnetic concentrator 12 to detect y2, Hall element 11 x1, 11 x2, 11 y1 , 11 y2 output signals of the
  • This is a Hall IC that has a signal processing circuit (not shown) for processing and detects the magnetic flux density in the x, y, and z directions.
  • the sensor 1 uses, for example, a Melexis Hall latch & switch sensor or the like, and obtains a difference in output between the Hall elements 11 x1 and 11 x2 and a difference in output between the Hall elements 11 y1 and 11 y2 in the x direction, y An output proportional to the magnetic flux density in the direction can be obtained. The relationship between the magnetic flux density and the output will be described later.
  • Permalloy can be used as the magnetic concentrator 12 of the sensor 1.
  • the sensor 1 may omit the hall elements 11 y1 and 11 y2 .
  • the sensor 1 may use other types of elements such as an MR element if the detection direction is the x direction, and if the detection direction includes the x direction, magnetic detection elements are arranged in a plurality of axial directions.
  • a multi-axis magnetic detection IC may be used.
  • the magnet 2 is a permanent magnet formed using a material such as ferrite, samarium cobalt, or neodymium.
  • Gears of various sizes can be used, but an example using gears with a tip circle diameter of 200 mm, a root circle diameter of 190 mm, and 40 teeth will be described below.
  • FIG. 3 is a schematic diagram for explaining the operation of the sensor 1 of the rotation detection device 5.
  • the magnetic flux passing through the sensor 1 is sensed by the Hall elements 11 x1 , 11 x2 , 11 y1 and 11 y2 and outputs a signal proportional to the magnetic flux density.
  • the magnetic flux in the x direction that is, the magnetic flux detected by the Hall elements 11 x1 and 11 x2 will be described as a representative, but the same applies to the y direction.
  • the parallel component B // is induced by the magnetic concentrator 12 to convert the magnitude of the magnetic flux density into a vertical component B ⁇ ⁇ proportional to the parallel component B //, and a pair of Hall elements 11 x1. And 11 x2 .
  • B Z is a vertical component is also measured by the Hall element 11 x1 and 11 x2 pair.
  • the Hall element 11 x1 on the left side of the drawing measures “B ⁇ -B Z ”, while the Hall element 11 x2 on the right side of the drawing measures “ ⁇ B ⁇ -B Z ”.
  • 11 y1 and 11 y2 are similarly measured in the Y direction.
  • the sensor 1 has a difference between the output of the Hall element 11 x1 and the output of the Hall element 11 x2 (hereinafter referred to as 2B x ⁇ ) and a difference between the output of the Hall element 11 y1 and the output of the Hall element 11 y2 ( hereinafter, it is assumed that outputs to.) and 2B Y ⁇ , detects the rotation of the gear 3 by the B X ⁇ and B Y ⁇ .
  • FIG. 4 is a schematic diagram showing the state of the magnetic field formed by the magnet 2.
  • FIG. 5 is a graph showing an example of a change in the signal output from the sensor 1 as the gear teeth pass.
  • the distance between the tooth tip and the tooth bottom is constant with respect to the rotation angle
  • the distance between the tooth tip 30h and the tooth bottom 30l is the rotation angle. This is a case where a non-constant gear 30 is used.
  • the reason for using the example shown in FIG. 5 is to show that although the output signal varies depending on the interval between the tooth tip 30h and the tooth bottom 30l, the characteristics of the output signal are unchanged.
  • the output signal level of the sensor 1 is maximum at the timing when the tooth passes over the sensor 1 and changes from the tooth bottom 30 l to the tooth tip 30 h as the gear 30 rotates. Become. Further, the output signal level of the sensor 1 is minimized at the timing when the tooth tip 30h changes to the tooth bottom 30l. Therefore, a value smaller than the smallest absolute value among the plurality of maximum values and minimum values is defined as the positive and negative thresholds Th x and ⁇ Th x, and the number of output signals of the sensor 1 exceeding the respective threshold values positive and negative respectively. By counting, the rotation speed and angular velocity of the gear 3 can be calculated. Furthermore, even when the tooth interval is not constant, the tooth edge of the gear 30 (the boundary between the tooth bottom 30l and the tooth tip 30h) can be detected.
  • the same behavior is detected for the y component of the magnetic flux density detected by the sensor 1, and the rotational speed and angular velocity of the gear 30 can be calculated.
  • the z component output signal obtained by the conventional differential method is shown for comparison, but it can be seen that the dynamic range of the x component can be larger than this signal.
  • the z component output signal obtained by the differential method has a tooth shape formed at a right angle, and the dynamic range is further reduced when the tooth shape is angled or formed by a curved surface.
  • B x // is converted into B x ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ by the magnetic concentrator 12 and B x ⁇ ⁇ ⁇ is output by the difference between the pair of Hall elements 11 x1 and 11 x2.
  • the B x // which changes with the rotation of the gear 3 can be detected by the sensor 1, therefore the sensor spacing between the Hall element 11 x1 and 11 x2
  • the sensor IC can be downsized as compared with the conventional one.
  • the distance between the Hall elements 11 x1 and 11 x2 can be reduced to about 0.2 mm. Further, the interval may be further narrowed.
  • the magnetic concentrator 12 since B x // is converted into B x ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ by the magnetic concentrator 12 and B x ⁇ is output by the difference between the pair of Hall elements 11 x1 and 11 x2 , the magnetic concentrator 12 generates a magnetic flux. Since the magnetic flux is collected, the dynamic range is improved as compared with the case where the z component of the magnetic flux density is detected by a single Hall element having a detection direction in the z direction (the Hall element is in the z direction when the magnetic concentrator 12 is not provided). The signal output by detecting the magnetic flux density is smaller than the z component signal shown in FIG. Therefore, the dynamic range is improved, as compared with the sensor using the conventional Hall element, it is possible to increase the air gap D g between the gear 3, thereby improving the degree of freedom of coupled arrangement with the effect of downsizing .
  • the distance d s between the Hall elements 11 x1 and 11 x2 can be reduced, the size of the substrate 10 can be reduced. Therefore, since the number of chips that can be taken out from one wafer at the time of manufacture can be increased, the manufacturing cost of the sensor can be suppressed.
  • the second embodiment differs from the first embodiment in that a sensor 1a in which the arrangement of the magnetic detection elements and the magnetic concentrator is changed instead of the sensor 1 of the first embodiment.
  • a sensor 1a in which the arrangement of the magnetic detection elements and the magnetic concentrator is changed instead of the sensor 1 of the first embodiment.
  • the same reference numerals are used for the configurations common to the first embodiment.
  • 6A and 6B are a perspective view and a cross-sectional view showing a configuration example of a sensor of the rotation detection device according to the second embodiment.
  • the senor 1a has, for example, a flat plate shape having a thickness in the z direction, a detection surface parallel to the xy plane, and the detection direction as a magnetic detection element is the z direction.
  • a magnetic concentrator 12a 2 that is provided so as to partially overlap the Hall elements 112 and 114, converts the magnetic flux in the x direction into the z direction, and detects the Hall elements 112 and 114, and in the x and z directions
  • the sensor 1a is, for example, a Melexis Hall latch & switch sensor, and the magnetic flux density in the x and y directions is obtained by taking the difference in output between the Hall elements 111 and 112 and the difference in output between the Hall elements 113 and 114. An output proportional to can be obtained.
  • the height in the y direction is 3 mm.
  • Permalloy or the like can be used as the magnetic concentrator 12 of the sensor 1a.
  • the sensor 1a may include only the Hall elements 111 and 112.
  • FIG. 7 is a schematic diagram for explaining the operation of the sensor 1a.
  • the magnetic flux density applied to the sensor 1a is detected by the Hall elements 111, 112, 113, and 114.
  • the magnetic flux detected by the Hall elements 111 and 112 will be described as a representative, but the same applies to the Hall elements 113 and 114.
  • the parallel component B // is induced by the magnetic concentrator 12 so that the magnitude of the magnetic flux density is converted into a vertical component B ⁇ ⁇ that is proportional to the parallel component B //. 112.
  • the vertical component BZ is also measured by the pair of Hall elements 111 and 112.
  • the interval between the magnetic detection elements can be made smaller than that of the sensor 1 of the first embodiment.
  • the two magnetic concentrators 12a 1 and 12a 2 are provided in the detection direction, the effect of magnetism collection is improved and the dynamic range is further improved.
  • a substrate having a size of two magnetic concentrators is required, but it is still about 0.4 to 0.7 mm, and the sensor IC is smaller than the conventional one. be able to. Similarly, the manufacturing cost can be reduced compared to the conventional case.
  • the sensors, magnets, and gears of the first to second embodiments described above are merely examples, and these are appropriately selected within a range in which the position detection function is not impaired and the gist of the present invention is not changed.
  • the combination may be changed to a new combination.

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Abstract

【課題】従来に比べてセンサＩＣを小型化した回転検出装置を提供する。 【解決手段】回転検出装置５は、歯車３の歯面に向けて磁場を形成する磁石２と、歯車３と磁石２との間に配置されて、歯車３の径方向における磁束密度に応じて信号を出力する少なくとも１対の磁気検出素子１１ｘ１及び１１ｘ２と、磁束密度のうち歯車３の円周方向成分を磁気検出素子１１ｘ１及び１１ｘ２の検出面上において歯車３の径方向に誘引する磁気コンセントレータ１２とを備え、歯車３の回転に伴う磁束密度の変化を検出するセンサ１とを有する。

Description

回転検出装置
　本発明は、回転検出装置に関する。
　従来の技術として、差動式のホールセンサを用いてギアの回転を検出する回転検出装置が提案されている（例えば、非特許文献１参照）。
　非特許文献１に開示された回転検出装置は、歯車の歯面に向けて磁場を形成する磁石と、歯車と磁石との間に配置されて、歯車の回転に伴う磁束密度の変化を歯車の径方向において検出する１対の磁気検出素子を備え、当該１対の磁気検出素子の出力の差分を出力するセンサＩＣ（ATS667LSG）を有する。歯車の回転に伴い、当該センサＩＣの出力する信号が周期的に変化するため、歯車の回転数や角速度等を検出することができる。
Allegro Micro Systems LLC、"ATS667LSG Data Sheet"、［online］、［平成２７年2月16日検索］、インターネット＜URL:http://www.allegromicro.com/en/Products/Magnetic-Speed-Sensor-ICs/Transmission-Sensor-ICs/ATS667.aspx＞
　しかし、非特許文献１に示す回転検出装置は、１対の磁気検出素子の出力の差分を出力信号としており、十分な信号強度を得るには、１対の磁気検出素子のそれぞれを貫く磁束密度の差の変化が歯車の回転に伴って十分になるように１対の磁気検出素子を離して設ける必要がある。そうすると、上記のセンサＩＣの場合は、１対の磁気検出素子の間隔が２．２ｍｍとなり、１対の磁気検出素子の配置に制限があるために、少なくともこの間隔よりセンサＩＣを小さく製造することができない、という問題があった。センサＩＣの小型化は、センサＩＣの製造コスト及びセンサＩＣの配置の自由度の観点から重要な問題である。
　従って、本発明の目的は、従来に比べてセンサＩＣを小型化した回転検出装置を提供することにある。
　本発明の一態様は、上記目的を達成するため、以下の回転検出装置を提供する。
［１］歯車の歯面に向けて磁場を形成する磁石と、
　前記歯車と前記磁石との間に配置されて、前記歯車の径方向における磁束密度に応じて信号を出力する少なくとも１対の磁気検出素子と、前記磁束密度のうち前記歯車の円周方向成分を前記磁気検出素子の検出面上において前記歯車の径方向に誘引する磁気コンセントレータとを備え、前記歯車の回転に伴う磁束密度の変化を検出するセンサとを有する回転検出装置。
［２］前記センサは、前記１対の磁気検出素子の出力する信号を処理する信号処理回路をさらに有し、前記歯車の回転に伴う磁場の変化のうち、前記歯車の円周方向成分の磁束密度の変化を信号処理により検出する前記［１］に記載の回転検出装置。
［３］歯車の歯面に向けて磁場を形成する磁石と、
　前記歯車と前記磁石との間に配置されて、前記歯車の径方向における磁束密度に応じて信号を出力する少なくとも１対の磁気検出素子と、前記磁束密度のうち前記歯車の円周方向と前記歯車の径方向とに直交する成分を前記磁気検出素子の検出面上において前記歯車の径方向に誘引する磁気コンセントレータとを備え、前記歯車の回転に伴う磁束密度の変化を検出するセンサとを有する回転検出装置。
［４］前記センサは、前記１対の磁気検出素子の出力する信号を処理する信号処理回路をさらに有し、前記歯車の回転に伴う磁場の変化のうち、前記歯車の円周方向と前記歯車の径方向とに直交する成分の磁束密度の変化を信号処理により検出する前記［３］に記載の回転検出装置。
［５］前記センサは、前記磁気コンセントレータを前記１対の磁気検出素子の間に設ける前記［１］－［４］のいずれかに記載の回転検出装置。
［６］前記センサは、前記磁気コンセントレータを前記１対の磁気検出素子の両端にそれぞれ設ける前記［１］－［４］のいずれかに記載の回転検出装置。
　請求項１又は３に係る発明によれば、従来に比べてセンサＩＣを小型化することができる。
　請求項２又は４に係る発明によれば、従来に比べてダイナミックレンジを向上することができる。
　請求項５に係る発明によれば、磁気コンセントレータを１対の磁気検出素子の間に設けた構造とすることができる。
　請求項６に係る発明によれば、磁気コンセントレータを１対の磁気検出素子の両端にそれぞれ設けた構造とすることができる。
図１は、第１の実施の形態に係る回転検出装置の構成例を示す側面図である。 図２Ａは、センサの構成を示す斜視図及び断面図である。 図２Ｂは、センサの構成を示す斜視図及び断面図である。 図３は、回転検出装置のセンサの動作を説明するための概略図である。 図４は、磁石によって形成される磁場の様子を表す概略図である。 図５は、ギア歯の通過に伴いセンサから出力される信号の変化例を示すグラフ図である。 図６Ａは、第２の実施の形態に係る回転検出装置のセンサの構成例を示す斜視図及び断面図である。 図６Ｂは、第２の実施の形態に係る回転検出装置のセンサの構成例を示す斜視図及び断面図である。 図７は、センサの動作を説明するための概略図である。
［第１の実施の形態］
（回転検出装置の構成）
　図１は、第１の実施の形態に係る回転検出装置の構成例を示す側面図である。図２Ａ及び図２Ｂは、センサ１の構成を示す斜視図及び断面図である。
　回転検出装置５は、ギア３の歯先３ｈからギャップｄｇを設けて配置されたセンサ１と、磁化方向をＤｍとしてセンサ１の裏面側に配置される磁石２とを有する。
　センサ１は、図２Ａ及び図２Ｂに示すように、一例として、ｚ方向に厚みを有する平板状の基板１０と、基板１０上に設けられてｘｙ面に平行な検出面を有し、磁気検出素子として検出方向をｚ方向とするホール素子１１ｘ１、１１ｘ２、１１ｙ１、１１ｙ２と、ホール素子１１ｘ１、１１ｘ２、１１ｙ１、１１ｙ２上に一部が重なるように設けられてｘ方向及びｙ方向の磁束をｚ方向に変換してホール素子１１ｘ１、１１ｘ２、１１ｙ１、１１ｙ２に検出させる磁気コンセントレータ１２と、ホール素子１１ｘ１、１１ｘ２、１１ｙ１、１１ｙ２の出力する信号を処理する信号処理回路（図示せず）を有し、ｘ、ｙ、ｚ方向の磁束密度を検出するホールＩＣである。
　センサ１は、例えば、メレキシス製ホールラッチ＆スイッチセンサ等を用い、ホール素子１１ｘ１と１１ｘ２との出力の差分、ホール素子１１ｙ１と１１ｙ２との出力の差分をとることでｘ方向、ｙ方向の磁束密度に比例した出力を得ることができる。磁束密度と出力との関係は後述する。また、ホール素子１１ｘ１と１１ｘ２との間隔、ホール素子１１ｙ１と１１ｙ２との間隔は、ｄｓ＝０．２ｍｍであり、パッケージモールド部はｚ方向の厚みが１．５ｍｍ、ｘ方向の幅が４．１ｍｍ、ｙ方向の高さが３ｍｍである。センサ１の磁気コンセントレータ１２として、パーマロイを用いることができる。また、センサ１は、ホール素子１１ｙ１と１１ｙ２を省略してもよい。
　なお、センサ１は、検出方向がｘ方向であればＭＲ素子等の他の種類の素子を用いてもよいし、検出方向がｘ方向を含めば複数の軸方向にそれぞれ磁気検出素子を配置した多軸磁気検出ＩＣを用いてもよい。
　磁石２は、フェライト、サマリウムコバルト、ネオジウム等の材料を用いて形成された永久磁石である。
　ギア３は、様々なサイズのものを用いることができるが、歯先円直径２００ｍｍ、歯底円直径１９０ｍｍ、歯数４０のものを用いた例について以下説明する。
（回転検出装置の動作）
　次に、第１の実施の形態の作用を、図１－図４を用いて説明する。
　図３は、回転検出装置５のセンサ１の動作を説明するための概略図である。
　センサ１を透過する磁束はホール素子１１ｘ１、１１ｘ２、１１ｙ１、１１ｙ２によって感知され、磁束密度に比例した信号を出力する。以下、代表してｘ方向の磁束、つまりホール素子１１ｘ１、１１ｘ２によって検出される磁束について説明するが、ｙ方向についても同様である。
　磁束ｆのうち、平行成分Ｂ//は磁気コンセントレータ１２に誘導されることで、磁束密度の大きさが平行成分Ｂ//に比例する垂直成分Ｂ⊥に変換され、１対のホール素子１１ｘ１及び１１ｘ２によって測定される。垂直成分であるＢＺも１対のホール素子１１ｘ１及び１１ｘ２によって測定される。
　つまり、図面左側のホール素子１１ｘ１は“Ｂ⊥－ＢＺ”を測定する一方、図面右側のホール素子１１ｘ２は“－Ｂ⊥－ＢＺ”を測定する。Ｙ方向についても１１ｙ１、１１ｙ２が同様に測定する。
　従って、ホール素子１１ｘ１の出力とホール素子１１ｘ２の出力との差をとれば２Ｂ⊥が得られ、和をとれば－２Ｂｚが得られる。以下においてセンサ１は、ホール素子１１ｘ１の出力とホール素子１１ｘ２の出力との差（以下、２Ｂｘ⊥とする。）及びホール素子１１ｙ１の出力とホール素子１１ｙ２の出力との差（以下、２Ｂｙ⊥とする。）を出力するものとし、当該Ｂｘ⊥及びＢｙ⊥によってギア３の回転を検出する。
　以下、ギア３の回転の検出方法を説明する。
　図４は、磁石２によって形成される磁場の様子を表す概略図である。図５は、ギア歯の通過に伴いセンサ１から出力される信号の変化例を示すグラフ図である。
　なお、図４に示す例が歯先と歯底の間隔が回転角度に対して一定である場合であるのに対し、図５に示す例は、歯先３０ｈと歯底３０ｌの間隔が回転角度に対して一定でないギア３０を用いた場合である。図５に示す例を用いた理由は、歯先３０ｈと歯底３０ｌの間隔によって出力信号の変化はあるものの、出力信号の特性は不変であることを示すためである。
　図４に示すように、ギア３の歯の先端が最もセンサ１から遠ざかった状態において、ｚ軸に対称な磁場が形成されてセンサ１が検出する磁束密度のｘ成分は０となる。また、ギア３が回転方向Ｄｒに回転するにつれて図面左側の歯が近づくためｘ成分は負へと傾き、センサ１が検出する磁束密度のｘ成分は負の値をとる。また、歯の先端がセンサ１に最も近づいた状態において、ｚ軸に対称な磁場が形成されてセンサ１が検出する磁束密度のｘ成分は０となる。
　さらに、ギア３が回転方向Ｄｒに回転するにつれて歯がセンサ１上を通り過ぎて図面左側へ離れていくため、通り過ぎるタイミングでｘ成分は負から正へと反転し、その後歯の先端が最もセンサ１から遠ざかった状態に近づくにつれて０に戻っていく。
　つまり、図５に示すように、ギア３０の回転に伴い、センサ１上を歯が通過する場合であって歯底３０ｌから歯先３０ｈに変化するタイミングに、センサ１の出力信号レベルは最大となる。また、歯先３０ｈから歯底３０ｌに変化するタイミングに、センサ１の出力信号レベルは最小となる。従って、複数の最大値及び最小値のうち絶対値が最も小さいものより小さい値を正負それぞれの閾値Ｔｈｘ、－Ｔｈｘとし、センサ１の出力信号がそれぞれの閾値をそれぞれ正負に超えた数をカウントすることでギア３の回転数や角速度を算出できる。さらに、歯の間隔が一定でない場合であっても、ギア３０の歯のエッジ（歯底３０ｌと歯先３０ｈとの境界）を検出することができる。
　また、図５に示すように、センサ１が検出する磁束密度のｙ成分についても同様のふるまいが検出され、ギア３０の回転数や角速度を算出できる。また、図中には従来の差動方式により得られるｚ成分の出力信号を比較のために記載したが、この信号に比べてｘ成分のダイナミックレンジが大きくとれることがわかる。なお、差動方式により得られるｚ成分の出力信号は、歯の形状が直角に形成されたものであり、歯の形状に角度をつけたり、曲面により形成された場合はさらにダイナミックレンジが小さくなる。
（第１の実施の形態の効果）
　上記した第１の実施の形態によれば、磁気コンセントレータ１２によってＢｘ／／をＢｘ⊥に変換して１対のホール素子１１ｘ１と１１ｘ２との差分によりＢｘ⊥を出力するようにしたため、ホール素子１１ｘ１と１１ｘ２との間隔を広くすることなく、ギア３の回転に伴い変化するＢｘ／／をセンサ１によって検出でき、従ってホール素子１１ｘ１と１１ｘ２との間隔がセンサ１の形状に与える影響を抑制でき、従来に比べてセンサＩＣを小型化することができる。なお、上記実施の形態の例では、ホール素子１１ｘ１と１１ｘ２との間隔を約０．２ｍｍと狭くできる。また、当該間隔をさらに狭くしてもよい。
　また、磁気コンセントレータ１２によってＢｘ／／をＢｘ⊥に変換して１対のホール素子１１ｘ１と１１ｘ２との差分によりＢｘ⊥を出力するようにしたため、また、磁気コンセントレータ１２によって磁束を集磁するようにしたため、ｚ方向に検出方向を有するホール素子単体で磁束密度のｚ成分を検出する場合に比べて、ダイナミックレンジが向上する（磁気コンセントレータ１２を設けない場合にホール素子がｚ方向の磁束密度を検出して出力する信号は、図５に示すｚ成分の信号よりも小さいものとなる）。従って、ダイナミックレンジが向上するため、従来のホール素子等を用いたセンサに比べて、ギア３とのエアギャップＤｇを大きくすることができ、小型化の効果と相まって配置の自由度が向上する。
　また、ホール素子１１ｘ１と１１ｘ２との間の距離ｄｓを小さくすることができるため、基板１０のサイズを小さくできる。従って、製造時に１枚のウエハから取り出せるチップの個数を増やすことができるため、センサの製造コストを抑えられる。
［第２の実施の形態］
　第２の実施の形態は、第１の実施の形態のセンサ１の代わりに磁気検出素子及び磁気コンセントレータの配置を変更したセンサ１ａを用いる点で第１の実施の形態と異なる。なお、以下において、第１の実施の形態と共通する構成については同様の符号を用いる。
　図６Ａ及び図６Ｂは、第２の実施の形態に係る回転検出装置のセンサの構成例を示す斜視図及び断面図である。
　センサ１ａは、図６Ａ及び図６Ｂに示すように、一例として、ｚ方向に厚みを有する平板状であって、ｘｙ面に平行な検出面を有し、磁気検出素子として検出方向をｚ方向とするホール素子１１１、１１２、１１３、１１４と、ホール素子１１１、１１３上に一部が重なるように設けられてｘ方向の磁束をｚ方向に変換してホール素子１１１、１１３に検出させる磁気コンセントレータ１２ａ１と、ホール素子１１２、１１４上に一部が重なるように設けられてｘ方向の磁束をｚ方向に変換してホール素子１１２、１１４に検出させる磁気コンセントレータ１２ａ２を有し、ｘ、ｚ方向の磁束密度を検出するホールＩＣである。
　センサ１ａは、例えば、メレキシス製ホールラッチ＆スイッチセンサ等を用い、ホール素子１１１と１１２との出力の差分、ホール素子１１３と１１４との出力の差分をとることでｘ方向、ｙ方向の磁束密度に比例した出力を得ることができる。また、ホール素子１１１と１１２との間隔、ホール素子１１３と１１４との間隔は、ｄｓ＝０．０５ｍｍであり、パッケージはｚ方向の厚みが１．５ｍｍ、ｘ方向の幅が４．１ｍｍ、ｙ方向の高さが３ｍｍである。センサ１ａの磁気コンセントレータ１２として、パーマロイ等を用いることができる。また、センサ１ａは、ホール素子１１１と１１２のみを備えるものであってもよい。
（回転検出装置の動作）
　次に、第２の実施の形態の作用を、図６Ａ、図６Ｂ及び図７を用いて説明する。
　図７は、センサ１ａの動作を説明するための概略図である。
　センサ１ａに加えられた磁束密度はホール素子１１１、１１２、１１３、１１４によって感知される。以下、代表してホール素子１１１、１１２によって検出される磁束について説明するが、ホール素子１１３、１１４についても同様である。
　磁束ｆのうち、平行成分Ｂ／／は磁気コンセントレータ１２に誘導されることで、磁束密度の大きさが平行成分Ｂ／／に比例する垂直成分Ｂ⊥に変換され、１対のホール素子１１１及び１１２によって測定される。垂直成分であるＢＺも１対のホール素子１１１及び１１２によって測定される。
　つまり、図面左側のホール素子１１１は“Ｂ⊥＋ＢＺ”を測定する一方、図面右側のホール素子１１２は“－Ｂ⊥＋ＢＺ”を測定する。
　従って、ホール素子１１１の出力とホール素子１１２の出力との差をとれば－２Ｂ⊥が得られ、和をとれば２Ｂｚが得られる。センサ１ａは、ホール素子１１１の出力とホール素子１１２の出力との差Ｂ⊥１２及びホール素子１１３の出力とホール素子１１４の出力との差Ｂ⊥３４を出力するものとし、これらＢ⊥１２及びＢ⊥３４の平均をとることでギア３の回転を検出する。
　ギア３の回転の検出方法については第１の実施の形態と同様であるため説明を省略する。
（第２の実施の形態の効果）
　上記した第２の実施の形態によれば、第１の実施の形態のセンサ１に比べて、磁気検出素子の間隔をより小さくすることができる。また、２つの磁気コンセントレータ１２ａ１及び１２ａ２を検出方向に設けたため、集磁の効果が向上し、よりダイナミックレンジが向上する。
　なお、磁気検出素子の間隔に加えて磁気コンセントレータの直径２つ分のサイズの基板が必要になるが、それでも０．４－０．７ｍｍ程度であって、従来に比べてセンサＩＣを小型化することができる。また、同様に、従来に比べて、製造コストを抑えられる。
［他の実施の形態］
　なお、本発明は、上記実施の形態に限定されず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々な変形が可能である。
　また、上記した第１～第２の実施の形態のセンサ、磁石、ギアは例示であって、位置検出の機能が損なわれず、本発明の要旨を変更しない範囲内で、これらをそれぞれ適宜選択して新たな組み合わせに変更して用いてもよい。
　従来に比べてセンサＩＣを小型化した回転検出装置を提供する。
１     センサ
１ａ   センサ
２     磁石
３     ギア
３ｈ   歯先
３ｌ   歯底
５     回転検出装置
１０   基板
１１ｘ１      ホール素子
１１ｘ２      ホール素子
１１ｙ１      ホール素子
１１ｙ２      ホール素子
１２   磁気コンセントレータ
１２ａ１      磁気コンセントレータ
１２ａ２      磁気コンセントレータ
１１１ ホール素子
１１２ ホール素子
１１３ ホール素子
１１４ ホール素子

Claims (6)

  1. 　歯車の歯面に向けて磁場を形成する磁石と、
    　前記歯車と前記磁石との間に配置されて、前記歯車の径方向における磁束密度に応じて信号を出力する少なくとも１対の磁気検出素子と、前記磁束密度のうち前記歯車の円周方向成分を前記磁気検出素子の検出面上において前記歯車の径方向に誘引する磁気コンセントレータとを備え、前記歯車の回転に伴う磁束密度の変化を検出するセンサとを有する回転検出装置。
  2. 　前記センサは、前記１対の磁気検出素子の出力する信号を処理する信号処理回路をさらに有し、前記歯車の回転に伴う磁場の変化のうち、前記歯車の円周方向成分の磁束密度の変化を信号処理により検出する請求項１に記載の回転検出装置。
  3. 　歯車の歯面に向けて磁場を形成する磁石と、
    　前記歯車と前記磁石との間に配置されて、前記歯車の径方向における磁束密度に応じて信号を出力する少なくとも１対の磁気検出素子と、前記磁束密度のうち前記歯車の円周方向と前記歯車の径方向とに直交する成分を前記磁気検出素子の検出面上において前記歯車の径方向に誘引する磁気コンセントレータとを備え、前記歯車の回転に伴う磁束密度の変化を検出するセンサとを有する回転検出装置。
  4. 　前記センサは、前記１対の磁気検出素子の出力する信号を処理する信号処理回路をさらに有し、前記歯車の回転に伴う磁場の変化のうち、前記歯車の円周方向と前記歯車の径方向とに直交する成分の磁束密度の変化を信号処理により検出する請求項３に記載の回転検出装置。
  5. 　前記センサは、前記磁気コンセントレータを前記１対の磁気検出素子の間に設ける請求項１－４のいずれか１項に記載の回転検出装置。
  6. 　前記センサは、前記磁気コンセントレータを前記１対の磁気検出素子の両端にそれぞれ設ける請求項１－４のいずれか１項に記載の回転検出装置。 
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