JP2000298037A - 回転センサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】分解能を向上させて回転体の回転変位を正確に
検出できる回転センサを提供する。 【解決手段】回転センサ１は、ギヤ２とそのギヤ２に対
向して配置された一対の磁気抵抗素子３，４とを有して
いる。一方の磁気抵抗素子３は、他方の磁気抵抗素子４
に対して回転方向と直交する方向にずらして配置され
る。これにより、磁気抵抗素子３，４をギヤ２の回転方
向に近接して配置でき、ギヤ２の回転に伴う磁界の変化
が高分解能で検出される。つまり、ギヤ２の回転に伴う
磁界の変化が磁気抵抗素子３，４の抵抗変化により電気
信号として出力され、その出力信号によりギヤ２の回転
変位が正確に検出される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、磁電変換素子を用
いて回転体の回転変位を検出する回転センサに関するも
のである。

【０００２】

【従来技術】従来、回転センサとして、例えば、磁気抵
抗素子等の磁電変換素子を用いた磁気式の回転センサが
知られている（特開平８−２３３８４１）。この種の回
転センサは、回転体の回転に伴う磁界の変化から回転体
の回転数や回転位置等を検出するものである。

【０００３】磁気抵抗素子は、印加される磁界に応じて
電気抵抗が変化する素子であって、同素子を用いた回転
センサは、回転体の回転速度に依存せず常に同一レベル
の信号出力が得られ、動作寿命が長い等の長所を有して
いる。その一方で磁気抵抗素子は温度特性が悪いため、
２つの磁気抵抗素子を用いて回転検出が行われている。

【０００４】詳しくは、図８（ａ），（ｂ）に示すよう
に、回転センサ２０は、回転軸（図示せず）に固定され
たギヤ２１と、そのギヤ２１に対向して配置される一対
の磁気抵抗素子２２，２３とを有しており、同回転セン
サ２０により回転軸の回転変位が検出される。ギヤ２１
は、磁性体からなりその外周面に凸状の歯が複数形成さ
れている。また、磁気抵抗素子２２は、磁気抵抗素子２
３に対してギヤ２１の回転方向（図中、Ｘ矢印方向）に
１／２ピッチだけずらして配設され、ギヤ２１の回転に
応じて磁気抵抗素子２２，２３に印加される磁界が変化
するように構成されている。なおここで、１ピッチは隣
接する歯の間隔をいう。

【０００５】具体的には、図８のように磁気抵抗素子２
２とギヤ２１の凸状の歯（凸部）とが対向することで、
磁気抵抗素子２２に印加される磁界が大きくなり、磁気
抵抗素子２２の電気抵抗が増大する。また、磁気抵抗素
子２３とギヤ２１の歯みぞ（凹部）とが対向すること
で、磁気抵抗素子２３に印加される磁界が小さくなり、
磁気抵抗素子２３の電気抵抗が減少する。従って、磁気
抵抗素子２２，２３を直列に接続しその中点電位をセン
サ出力として出力することで、ギヤ２１の歯に対応した
出力信号を得ることができる。また、直列接続された磁
気抵抗素子２２，２３の中点電位を出力する構成により
温度の影響を相殺することができる。そして、同回転セ
ンサ２０の出力信号に基づいて回転軸の回転変位が検出
されて各種制御が実施されている。

【０００６】ところで近年では、制御精度を高めるため
に分解能の高い回転センサが望まれている。そのため、
ギヤ２１の外周面に形成する歯を細かくして回転センサ
の分解能を向上させている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】ところが、磁気抵抗素
子２２，２３をギヤ２１の回転方向に近接して設けるに
は限界があり、図９のようにギヤ２１の歯が細かくなり
ピッチが狭くなると、２つの磁気抵抗素子２２，２３が
同時に凸状の歯（又は歯みぞ）に対向することとなりギ
ヤ２１の回転が検出できなくなってしまう。つまり、２
つの素子２２，２３の電気抵抗が同様に変化してしまう
ため、ギヤ２１の回転に応じた出力信号を得ることがで
きず、回転軸の回転変位が検出不能となってしまう。

【０００８】本発明は上記問題点を解決するためになさ
れたものであって、その目的は、分解能を向上させて回
転体の回転変位を正確に検出することができる回転セン
サを提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記問題点を解決するた
めに、請求項１に記載の発明は、回転体に対向して配置
された一対の磁電変換素子により前記回転体の回転に伴
う磁界の変化を検出する回転センサにおいて、その一対
の磁電変換素子の一方の磁電変換素子を、他方の磁電変
換素子に対して前記回転体の回転方向にずらすとともに
回転方向と直交する方向にずらして配置することを要旨
とする。請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の回
転センサにおいて、前記回転体は、外周面に複数の凸状
の歯が形成されたギヤであり、前記一方の磁電変換素子
を、他方の磁電変換素子に対して前記ギヤの回転方向に
１／２ピッチずらして配置することを要旨とする。請求
項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の回転セン
サにおいて、前記磁電変換素子は、印加される磁界に応
じて電気抵抗が変化する磁気抵抗素子であることを要旨
とする。請求項４に記載の発明は、請求項１〜３のいず
れか一項に記載の回転センサを一対備え、その一方の回
転センサを、他方の回転センサに対して前記回転体の回
転方向にずらすとともに回転方向と直交する方向にずら
して配置することを要旨とする。請求項５に記載の発明
は、請求項４に記載の回転センサにおいて、前記一方の
回転センサを、他方の回転センサに対して回転方向に１
／４ピッチずらして配置することを要旨とする。

【００１０】（作用）請求項１に記載の発明によれば、
一方の磁電変換素子を、他方の磁電変換素子に対して回
転方向と直交する方向にずらして配置することで、各磁
電変換素子を、回転体の回転方向に近接した状態で配置
することが可能となる。従って、各磁電変換素子を回転
体の回転方向に近接して配置すれば、回転体の回転に伴
う磁界の変化が高分解能で検出される。つまり、分解能
が向上されて回転体の回転変位が正確に検出される。

【００１１】請求項２に記載の発明によれば、一方の磁
電変換素子が、他方の磁電変換素子に対してギヤの回転
方向に１／２ピッチずらして配置されるので、一方の磁
電変換素子が凸状の歯と対向するとき、他方の磁電変換
素子は、歯みぞに対向することになる。従って、ギヤの
回転に伴う磁界の変化が一対の磁電変換素子によって適
正に検出される。請求項３に記載の発明によれば、印加
される磁界に応じて磁気抵抗素子の電気抵抗が変化し、
同抵抗変化によって回転体の回転変位が検出される。

【００１２】請求項４に記載の発明によれば、一方の回
転センサを、他方の回転センサに対して前記回転体の回
転方向にずらして配置したので、一方の回転センサの出
力信号は、他方の回転センサの出力信号に対して位相が
ずれた信号となる。従って、位相がずれた２つの出力信
号によって回転体の回転方向の検出が可能となる。ま
た、一方の回転センサを、他方の回転センサに対して回
転方向と直交する方向にずらして配置したので、センサ
出力の分解能が向上される。

【００１３】請求項５に記載の発明によれば、一方の回
転センサの出力信号は、他方の回転センサの出力信号に
対して９０°の位相がずれた信号となる。従って、これ
ら信号を用いて磁界の変化に対して２倍の分解能の信号
を生成することが可能となる。

【００１４】

【発明の実施の形態】（第１の実施形態）以下、本発明
を具体化した第１の実施形態を図面に従って説明する。

【００１５】本実施形態の回転センサは、パワーステア
リング装置に適用されるものであって、例えば、ステア
リングシャフトに配設されてステアリングホイールの操
作に応じた操舵角を検出する。

【００１６】図１（ａ）は、本実施形態における回転セ
ンサ１の概略構成を示す側面図であり、図１（ｂ）は、
その平面図である。図１（ａ），（ｂ）に示すように回
転センサ１は、ステアリングシャフト（図示せず）に固
定されたギヤ２と、ギヤ２に対向して配置された一対の
磁気抵抗素子３，４とを有している。なお、一対の磁気
抵抗素子３，４には、その後方に配設されるマグネット
（図示せず）により所定の磁界が印加されるようになっ
ている。

【００１７】ギヤ２は、磁性体からなりその外周面には
歯筋方向が軸線と平行となる多数の凸状の歯が形成され
ている。また、ギヤ２の歯厚と歯みぞの幅は等しくなっ
ている。磁気抵抗素子３，４は、２つの端子を有する長
方形状の素子であって、例えばＩｎＳｂの半導体材料に
より形成されている。磁気抵抗素子３は、磁気抵抗素子
４に対して回転方向（図中、矢印方向Ｘ）に１／２ピッ
チずらすとともに、図１（ａ）に示すように、回転方向
と直交する方向（歯筋方向）に所定距離だけずらした位
置に配置されている。なおここで、１ピッチは隣接する
歯の間隔をいう。このように、２つの磁気抵抗素子３，
４を回転方向と直交する方向にずらして配置することに
よって、図１（ｂ）に示すように回転方向（図中、Ｘ矢
印方向）における２つの磁気抵抗素子３，４間の距離を
近接した状態とすることができる。

【００１８】次に、回転センサ１の検出回路を図２を用
いて説明する。図２に示すように、直列に接続された磁
気抵抗素子３，４に対して所定電圧Ｖが印加されてい
る。そして、磁気抵抗素子３の両端がコントローラ５に
接続され、磁気抵抗素子３，４の中点Ａの電位（磁気抵
抗素子３に印加される電圧）がセンサ出力としてコント
ローラ５に出力される。

【００１９】上記構成において、磁気抵抗素子３，４
は、ギヤ２の凸状の歯と対向するとき印加される磁界が
大きくなり電気抵抗が増加し、ギヤ２の歯みぞ（凹部）
と対向するとき印加される磁界が小さくなり電気抵抗が
減少する。従って、図１のように、磁気抵抗素子３とギ
ヤ２の凸状の歯とが対向し、磁気抵抗素子４とギヤ２の
凹部とが対向する状態では、磁気抵抗素子３の電気抵抗
が増加し、磁気抵抗素子４の電気抵抗が減少するので、
回転センサ１の出力はＨｉレベルとなる。また、図１の
状態からギヤ２が１／２ピッチだけ回転すると、磁気抵
抗素子３とギヤ２の凹部とが対向し、磁気抵抗素子４と
ギヤ２の凸状の歯とが対向する。この場合、磁気抵抗素
子３の電気抵抗が減少し、磁気抵抗素子４の電気抵抗が
増加するので、回転センサ１の出力はＬｏレベルとな
る。

【００２０】その結果、コントローラ５は、図３示すよ
うに、ギヤ２の歯に対応した検出信号を得ることができ
る。具体的には、ギヤ２の１／２ピッチの回転に応じて
Ｈｉ・Ｌｏを繰り返す信号を検出できる。つまり、ギヤ
２の１ピッチの回転が検出信号の周期Ｔに対応する。従
って、この信号に基づいてコントローラ５は、ギヤ２の
回転変位、即ち、ステアリングシャフトの回転変位を検
出できる。

【００２１】なお、本実施形態では、ギヤ２が回転体に
相当し、磁気抵抗素子３，４が磁電変換素子に相当す
る。また、回転センサ１とコントローラ５により回転検
出装置が構成される。

【００２２】以上記述したように、本実施形態によれ
ば、下記のような特徴を有する。 （１）一方の磁気抵抗素子３を、他方の磁気抵抗素子４
に対してギヤ２の回転方向と直交する方向（歯筋方向）
にずらして配置することで、各磁気抵抗素子３，４を、
ギヤ２の回転方向に任意の間隔で配置することが可能と
なる。従って、図１のように磁気抵抗素子３を磁気抵抗
素子４に対してギヤ２の回転方向に近接した状態で配置
すれば、ギヤ２の回転に伴う磁界の変化が高分解能で検
出できる。つまり、ステアリングシャフトの回転変位が
高精度で検出できる。よって、本実施形態の回転センサ
１を適用すれば、パワーステアリング装置の制御精度を
向上させることができる。

【００２３】（２）磁気抵抗素子３，４をギヤ２の回転
方向に１／２ピッチずらして配設したので、磁気抵抗素
子３，４のうち一方の素子がギヤ２の凸状の歯と対向す
るとき、他方の素子はギヤ２の歯みぞ（凹部）に対向す
ることになる。従って、ギヤ２の回転に伴う磁界の変化
を適正に検出できる。

【００２４】（３）本実施形態では、磁電変換素子とし
て２つの端子を有する磁気抵抗素子３，４を適用した。
従って、４つの端子を有するホール素子を用いた回転セ
ンサに比べて回路構成が簡単となり、実用上好ましいも
のとなる。

【００２５】（第２の実施形態）以下、本発明を具体化
した第２の実施形態を説明する。なお、第１の実施形態
と同様の構成については、その詳細な説明及び図面を省
略する。

【００２６】図４に示すように、本実施形態の回転セン
サ１０は、図１の回転センサ１に対して、一対の磁気抵
抗素子１１，１２を追加して具体化したものである。詳
しくは、一対の磁気抵抗素子１１，１２は、既述した一
対の磁気抵抗素子３，４に対して、回転方向に１／４ピ
ッチずらすとともに、ギヤ２の回転方向に直交する方向
（歯筋方向）にずらした位置に配置されている。なお、
磁気抵抗素子１１は、磁気抵抗素子１２に対して回転方
向に１／２ピッチずらすとともに、回転方向に直交する
方向に所定距離だけずらした位置に配置されている。そ
して、図５に示すように、直列接続された磁気抵抗素子
１１，１２が、前記磁気抵抗素子３，４に対して並列に
接続されている。また、磁気抵抗素子１１と磁気抵抗素
子１２との間の中点Ｂがコントローラ５に接続され、そ
の中点Ｂの電位（磁気抵抗素子１１に印加される電圧）
がコントローラ５に出力される。

【００２７】このように構成すれば、磁気抵抗素子３，
４の抵抗変化に応じた信号（図６（ａ）参照）に対して
１／４ピッチ、つまり、周期Ｔを３６０°とした場合、
９０°の位相がずれた信号（図６（ｂ）参照）を得るこ
とができる。これら信号変化に基づいてコントローラ５
はギヤ２の回転方向を判断できる。

【００２８】また、これら出力信号から、例えば、エク
スクルーシブオア回路等を用いて、図６（ｃ）に示す信
号を得ることが可能となる。つまり、ギヤ２の歯に応じ
た磁界の変化に対して２倍の分解能の信号を得ることが
できる。

【００２９】なお、本実施形態では、一対の磁気抵抗素
子３，４によって一方の回転センサが構成され、一対の
磁気抵抗素子１１，１２によって他方の回転センサが構
成される。

【００３０】以上記述したように、本実施形態によれ
ば、下記のような特徴を有する。 （１）磁気抵抗素子１１，１２を用いて磁気抵抗素子
３，４による出力信号に対し９０°の位相がずれた信号
を得ることができ、ギヤ２の回転方向を判定することが
できる。また、ギヤ２の回転に伴う磁界の変化に対して
２倍の分解能の信号を得ることができる。

【００３１】尚、上記各実施形態は、以下の態様で実施
してもよい。 ○上記各実施形態では、磁電変換素子として磁気抵抗素
子３，４、１１，１２を適用したがホール素子を用いて
もよい。具体的には、例えば、２つのホール素子を用い
て回転体の回転変位や回転方向等を検出する回転センサ
に適用する。この場合も、センサの分解能を高めること
ができ、制御精度を向上できる。

【００３２】○上記各実施形態では、回転センサ１，１
０は、ステアリングシャフトの回転変位を検出するもの
であったが、例えば、パワーステアリング装置におい
て、操舵補助力を発生させるための駆動モータの回転変
位を検出するものでもよい。この場合、駆動モータの回
転軸にギヤ２を固定して、その回転軸の回転変位を検出
する。

【００３３】また、上記各実施形態の回転センサ１，１
０は、自動車に限らず家電製品等における回転体の回転
変位の検出に適用してもよい。 ○上記各実施形態では、磁気抵抗素子３，１１は、磁気
抵抗素子４，１２に対して回転方向に１／２ピッチずら
して配置されるものであったが、これに限定するもので
はない。例えば、図７に示すように、磁気抵抗素子１４
と磁気抵抗素子１５とをギヤ２の回転方向（図中、Ｘ矢
印方向）にオーバラップさせて具体化してもよい。この
場合も、ギヤ２の回転変位を検出することが可能であ
る。要は、一対の磁電変換素子を回転方向にずらすとと
もに回転方向と直交する方向にもずらして配置するもの
であればよい。

【００３４】○上記第２の実施形態では、一対の磁気抵
抗素子３，４に対して一対の磁気抵抗素子１１，１２を
ギヤ２の回転方向に１／４ピッチずらして実施していた
がこれに限定するものではない。例えば、一対の磁気抵
抗素子３，４に対して一対の磁気抵抗素子１１，１２
を、回転方向に３／４ピッチずらして配置してもよい。
この場合も、９０°の位相がずれた出力信号を得ること
ができる。また、必ずしも９０°の位相がずれた信号を
得る必要はなく、２つの出力信号により回転方向が検出
できるように、回転方向にずらして配置するものであれ
ばよい。

【００３５】さらに、上記実施形態により把握される請
求項以外の技術的思想について、以下にそれらの効果と
共に記載する。 （イ）請求項１〜請求項５のいずれか一項に記載の回転
センサを備え、その回転センサからの出力信号に基づい
て回転体の回転変位を検出する回転検出装置。この構成
によれば、回転体の回転変位を高分解能で検出できるの
で実用上好ましいものとなる。

【００３６】

【発明の効果】以上詳述したように、本発明によれば、
一方の磁電変換素子を他方の磁電変換素子に対して回転
体の回転方向と直交する方向にずらすことで、分解能を
向上させ回転体の回転変位を正確に検出することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】 第１の実施形態における回転センサを示す概
略構成図。

【図２】 第１の実施形態における検出回路の回路図。

【図３】 第１の実施形態における回転センサの出力波
形を示す図。

【図４】 第２の実施形態における回転センサを示す
図。

【図５】 第２の実施形態における検出回路の回路図。

【図６】 第２の実施形態における回転センサの出力波
形を示す図。

【図７】 他の実施形態における回転センサを示す図。

【図８】 従来の回転センサを示す概略構成図。

【図９】 従来の回転センサを示す概略構成図。

【符号の説明】

１…回転センサ、２…回転体としてのギヤ、３，４…磁
電変換素子としての磁気抵抗素子、１０…回転センサ、
１１，１２…磁電変換素子としての磁気抵抗素子、１
４、１５…磁電変換素子としての磁気抵抗素子。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 回転体に対向して配置された一対の磁電
   変換素子により前記回転体の回転に伴う磁界の変化を検
   出する回転センサにおいて、 その一対の磁電変換素子の一方の磁電変換素子を、他方
   の磁電変換素子に対して前記回転体の回転方向にずらす
   とともに回転方向と直交する方向にずらして配置するこ
   とを特徴とする回転センサ。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の回転センサにおいて、 前記回転体は、外周面に複数の凸状の歯が形成されたギ
   ヤであり、 前記一方の磁電変換素子を、他方の磁電変換素子に対し
   て前記ギヤの回転方向に１／２ピッチずらして配置する
   ことを特徴とする回転センサ。
3. 【請求項３】 請求項１又は２に記載の回転センサにお
   いて、 前記磁電変換素子は、印加される磁界に応じて電気抵抗
   が変化する磁気抵抗素子であることを特徴とする回転セ
   ンサ。
4. 【請求項４】 請求項１〜３のいずれか一項に記載の回
   転センサを一対備え、その一方の回転センサを、他方の
   回転センサに対して前記回転体の回転方向にずらすとと
   もに回転方向と直交する方向にずらして配置することを
   特徴とする回転センサ。
5. 【請求項５】 請求項４に記載の回転センサにおいて、 前記一方の回転センサを、他方の回転センサに対して回
   転方向に１／４ピッチずらして配置することを特徴とす
   る回転センサ。