JP4443431B2 - Rotation detection device and bearing with rotation detection device - Google Patents
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Description
この発明は、各種の機器における回転検出、例えば小型モータの回転制御のための回転検出や、事務機器の位置検出のための回転検出に用いられる回転検出装置、およびその回転検出装置を備えた軸受に関する。 The present invention relates to a rotation detection device used for rotation detection in various devices, for example, rotation detection for rotation control of a small motor, rotation detection for position detection of office equipment, and a bearing provided with the rotation detection device. About.
小型の機器に組み込み可能で、かつ高精度の回転角度検出が可能な回転角度検出装置として、センサアレイを用いるものが提案されている(例えば特許文献1)。これは、磁気センサ素子を多数並べたセンサアレイを、信号増幅回路、AD変換回路、およびデジタル信号処理回路と共にセンサチップに集積し、このセンサチップを、回転側部材に配置される磁石ヘッドに対向配置したものである。磁石ヘッドの発生する磁界分布を磁気センサアレイが検出し、その分布から磁石の回転角度が検出される。
また、上記センサアレイにおける磁気センサ素子を並列化してオフセットばらつき量を低減することにより、角度検出精度の悪化低減を図るようにしたものも提案されている(例えば特許文献2)。
A device using a sensor array has been proposed as a rotation angle detection device that can be incorporated into a small device and can detect a rotation angle with high accuracy (for example, Patent Document 1). This is because a sensor array in which a large number of magnetic sensor elements are arranged is integrated on a sensor chip together with a signal amplification circuit, an AD conversion circuit, and a digital signal processing circuit, and this sensor chip is opposed to a magnet head arranged on a rotation side member. It is arranged. The magnetic sensor array detects the magnetic field distribution generated by the magnet head, and the rotation angle of the magnet is detected from the distribution.
There has also been proposed a technique in which the angle detection accuracy is reduced and reduced by parallelizing magnetic sensor elements in the sensor array to reduce the amount of offset variation (for example, Patent Document 2).
上記磁気センサ素子としては、MAGFETが用いられる。これは、素子に垂直な方向の磁界を受けると2つのドレイン端子を流れる電流にアンバランスが生じるという特性を有し、これら両電流の差が検出すべき磁気信号となる。しかし、この磁気センサ素子に発生する差電流はごく僅かであるため、増幅の必要がある。 A MAGFET is used as the magnetic sensor element. This has a characteristic that an imbalance occurs in the current flowing through the two drain terminals when a magnetic field in a direction perpendicular to the element is received, and a difference between these two currents becomes a magnetic signal to be detected. However, since the difference current generated in the magnetic sensor element is very small, amplification is necessary.
このような磁気センサ素子MAGFETを使用した磁気検出回路の報告例として、センサ素子の両端子から得られる電流を差電流に変換し、この差電流をOPアンプを使用して電圧信号に変換するようにしたものがある(例えば非特許文献1)。
しかし、非特許文献1の回路は信号の扱いがシングルエンド方式のものであり、ノイズの影響を受けやすいと共に、差電流が小さいときには増幅率が不足するという問題点がある。同文献1の回転検出装置においては、以下の要求を満たす必要がある。
センサアレイの信号をデジタル信号に変換して角度を計算する構成を採る場合、センサ信号を少なくとも1〜2V程度の振幅に増幅してAD変換回路に入力する必要があるため、十分な増幅率と動作速度で電圧に変換できる構成の信号読み出し回路が必要である。
However, the circuit of Non-Patent
When the sensor array signal is converted into a digital signal and the angle is calculated, it is necessary to amplify the sensor signal to an amplitude of at least about 1 to 2 V and input it to the AD conversion circuit. There is a need for a signal readout circuit that can be converted into a voltage at an operating speed.
この発明の目的は、少ない消費電力で十分な大きさの検出信号を出力できる回転検出装置、およびこの回転検出装置を備えた軸受を提供することである。 An object of the present invention is to provide a rotation detection device capable of outputting a detection signal having a sufficient magnitude with low power consumption, and a bearing provided with the rotation detection device.
この発明の回転検出装置は、磁気センサアレイと、この磁気センサアレイに対面して回転しその回転中心周りの円周方向異方性を有する磁気発生手段とを備えた回転検出装置において、磁気センサアレイを構成する多数のセンサ素子を順次選択して駆動し、流れた電流から信号成分を抽出し、電圧に変換して読み出す回路を搭載したことを特徴とする。前記センサ素子は、ドレイン領域が互いに離れた2つの領域に分割されていて各分割領域に設けられた2つのドレイン端子から磁界印加状態で互いに異なる大きさの電流が流れる電界効果トランジスタ型の磁気センサ素子である。
この構成によると、前記回路により、磁気センサアレイを構成する多数の磁気センサ素子を順次選択して信号を読み出すため、センサ素子に供給する電流は1素子分の電流で済む。そのため、少ない消費電力で大きな検出信号を出力できる。
The rotation detection device according to the present invention is a rotation detection device comprising a magnetic sensor array, and a magnetism generating means that rotates facing the magnetic sensor array and has circumferential anisotropy around the rotation center. a number of sensor elements sequentially selects and drives constituting the array, to extract from the flow current signal component, you characterized in that it is equipped with a circuit for reading is converted into a voltage. The sensor element is a field effect transistor type magnetic sensor in which the drain region is divided into two regions separated from each other, and currents of different magnitudes flow in the magnetic field application state from two drain terminals provided in each divided region. It is an element.
According to the configuration of this, by the circuit, for sequentially reading out the selected and signal a number of magnetic sensor elements forming the magnetic sensor array, the current supplied to the sensor element requires only one element of the current. Therefore, a large detection signal can be output with low power consumption.
前記電圧に変換して読み出す回路は、スイッチトカレント方式で構成される、差電流成分を取り出す回路方式のものであり、次の構成とする。この構成の場合、外部磁界によって発生する微小なセンサ電流の変化を、差電流成分だけにして取り出すことができる。
この電圧に変換して読み出す回路は、具体的には、その電源供給回路が、前記各センサ素子の前記2つのドレイン端子に選択用スイッチトランジスタを介してそれぞれ接続される2本の読み出し配線と、これら2本の読み出し配線にそれぞれ電流出力端子が接続された2つのトランジスタとを有し、これら2つのトランジスタの共通のゲートに、一端が電源端子に接続されてバイアスを供給するキャパシタが接続され、前記共通のゲートと前記2つの読み出し配線とが、前記ゲートに一端が接続される第1のスイッチと、このスイッチの他端から分岐して前記2つの読み出し配線にそれぞれ接続される各回路部分を開閉する第2のスイッチとを介して接続される。
The circuit that converts and reads the voltage is a circuit type that extracts a difference current component, which is configured by a switched current system, and has the following configuration. In this configuration, the minute change in the sensor current generated by an external magnetic field, Ru can be retrieved only to the difference current component.
Specifically, the circuit that converts the voltage to read out has two power supply circuits, each of which is connected to the two drain terminals of each of the sensor elements via a selection switch transistor, These two readout wirings each have two transistors each having a current output terminal connected thereto, and a capacitor having one end connected to a power supply terminal and supplying a bias is connected to a common gate of these two transistors, The common gate and the two readout wirings include a first switch having one end connected to the gate, and each circuit portion branched from the other end of the switch and connected to the two readout wirings. It is connected via a second switch that opens and closes .
前記電圧に変換して読み出す回路は、前記電源供給回路と、電流積分回路と有し、この電流積分回路が、前記電源供給回路における前記2つの読み出し配線に、前記第2のスイッチの接続部よりも前記センサ素子側で2つの入力端がそれぞれ接続されて、これら2つ入力端の差電流をキャパシタに蓄積するものであっても良い。この構成の場合、後段でのA/D変換や信号処理に必要な十分な振幅の電圧信号を得ることができる。さらに、積分回路のキャパシタ容量値を適切に設定すれば、ごく短い充電時間で大きな電圧信号への変換が可能であり、高速で十分な増幅率を持ったセンサ信号読み出し回路を構成することができる。 The circuit that converts and reads the voltage includes the power supply circuit and a current integration circuit, and the current integration circuit is connected to the two read wirings in the power supply circuit from the connection portion of the second switch. Alternatively, two input terminals may be connected on the sensor element side, and a difference current between the two input terminals may be stored in the capacitor. In the case of this configuration, it is possible to obtain a voltage signal having a sufficient amplitude necessary for A / D conversion and signal processing at a later stage. Furthermore, if the capacitor capacity value of the integration circuit is set appropriately, conversion to a large voltage signal is possible in a very short charge time, and a sensor signal readout circuit having a sufficient amplification factor can be configured at high speed. .
この発明の回転検出装置付き軸受は、この発明における上記いずれかの構成の回転検出装置を備えたものである。その場合に、磁気発生手段は回転側軌道輪に、磁気センサアレイは静止側軌道輪にそれぞれ配置する。
このように、軸受に回転検出装置を一体化することで、軸受使用機器の部品点数、組立工数の削減、およびコンパクト化が図れる。その場合に、回転検出装置は、上記のように小型で高精度な回転角度出力が可能であるため、ミニアチュア軸受等の小型の軸受においても、満足できる回転角度出力を得ることができる。
The bearing with a rotation detection device according to the present invention includes the rotation detection device having any one of the above-described configurations according to the present invention. In this case, the magnetism generating means is arranged on the rotating side raceway, and the magnetic sensor array is arranged on the stationary side raceway.
In this way, by integrating the rotation detection device into the bearing, the number of parts of the bearing-using device, the number of assembly steps can be reduced, and the size can be reduced. In that case, since the rotation detection device can output a rotation angle with a small size and high accuracy as described above, a satisfactory rotation angle output can be obtained even in a small bearing such as a miniature bearing.
この発明の回転検出装置は、磁気センサアレイと、この磁気センサアレイに対面して回転しその回転中心周りの円周方向異方性を有する磁気発生手段とを備えた回転検出装置において、前記磁気センサアレイを構成する多数のセンサ素子を順次選択して駆動し、流れた電流から信号成分を抽出し、電圧に変換して読み出す回路を搭載し、前記センサ素子は、ドレイン領域が互いに離れた2つの領域に分割されていて各分割領域に設けられた2つのドレイン端子から磁界印加状態で互いに異なる大きさの電流が流れる電界効果トランジスタ型の磁気センサ素子であり、前記電圧に変換して読み出す回路は、スイッチトカレント方式で構成される、差電流成分を取り出す回路方式のものであって、この回路における電源供給回路が、前記各センサ素子の前記2つのドレイン端子に選択用スイッチトランジスタを介してそれぞれ接続される2本の読み出し配線と、これら2本の読み出し配線にそれぞれ電流出力端子が接続された2つのトランジスタとを有し、これら2つのトランジスタの共通のゲートに、一端が電源端子に接続されてバイアスを供給するキャパシタが接続され、前記共通のゲートと前記2つの読み出し配線とが、前記ゲートに一端が接続される第1のスイッチと、このスイッチの他端から分岐して前記2つの読み出し配線にそれぞれ接続される各回路部分を開閉する第2のスイッチとを介して接続されたため、少ない消費電力で大きな検出信号を出力できる。
この発明の回転検出装置付き軸受は、この発明における回転検出装置を軸受に設けたため、軸受使用機器の部品点数、組立工数の削減、およびコンパクト化が図れる。
The rotation detection device of the present invention is a rotation detection device comprising a magnetic sensor array, and a magnetism generating means that rotates facing the magnetic sensor array and has circumferential anisotropy around the rotation center. A plurality of sensor elements constituting the sensor array are sequentially selected and driven, and a circuit for extracting a signal component from the flowing current, converting it into a voltage and reading it out is mounted, and the sensor element has two drain regions separated from each other. A field-effect transistor type magnetic sensor element which is divided into two regions and currents of different magnitudes flow in a magnetic field application state from two drain terminals provided in each divided region, and a circuit which converts the voltage to read out Is a circuit system for extracting a difference current component, which is configured by a switched current system, and a power supply circuit in this circuit is provided by each sensor. Two read wirings connected to the two drain terminals of the child via a selection switch transistor, and two transistors having current output terminals connected to the two read wirings, respectively. A capacitor having one end connected to a power supply terminal and connected to a power supply terminal is connected to a common gate of the two transistors, and the common gate and the two readout wirings are connected to the gate at one end. Because it is connected via a switch and a second switch that opens and closes each circuit portion branched from the other end of the switch and connected to the two readout wirings , a large detection signal is output with low power consumption. it can.
In the bearing with a rotation detection device according to the present invention, the rotation detection device according to the present invention is provided in the bearing, so that the number of parts of the bearing-using device, the number of assembly steps can be reduced, and the size can be reduced.
この発明の一実施形態を図面と共に説明する。図1は、この実施形態の回転検出装置の原理構成を示す。回転側部材1および非回転側部材2は、相対的に回転する回転側および非回転側の部材のことである。この回転検出装置3は、回転側部材1に配置された磁気発生手段である磁石4と、非回転側部材2に配置された磁気センサアレイ5と、この磁気センサアレイ5の出力から磁石4の回転角度を算出する角度算出手段6とを備える。磁気センサアレイ5は、磁石4に対して僅かな隙間を隔てて配置される。
An embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 shows the principle configuration of the rotation detection device of this embodiment. The
磁石4は、発生する磁気が回転側部材1の回転中心Oの周りの円周方向異方性を有するものであり、永久磁石の単体、あるいは永久磁石と磁性材の複合体からなる。ここでは、磁石4は、1つの永久磁石7を2つの磁性体ヨーク8,8で挟んで一体化したものとされて、概形が二叉のフォーク状とされ、一方の磁性体ヨーク8の一端がN磁極、他方の磁性体ヨーク8の一端がS磁極となる。この磁石4は、回転側部材1の回転中心Oが磁石4の中心と一致するように回転側部材1に取付けられ、回転側部材1の回転によって上記回転中心Oの周りをN磁極およびS磁極が旋回移動する。
The
磁気センサアレイ5は磁石4の磁気を検出するセンサであって、回転側部材1の回転中心Oの軸方向に向けて磁石4に対向するように、非回転側部材2に配置される。ここでは、磁気センサアレイ5は、図2のように一つの半導体チップ9の面上に、仮想の矩形の4辺における各辺に沿って配置され、各辺のセンサ列5A〜5Dにおける磁気センサ素子5aは各列方向に並べて構成される。この場合、前記矩形の中心は、回転側部材1の回転中心Oに一致する。このように磁気センサアレイ5が形成された半導体チップ9は、その素子形成面が前記磁石4と対向するように非回転側部材2に取付けられる。半導体チップ9はシリコンチップである。
The
図3(A)〜(C)に、前記磁気センサ素子5aの構造を、平面、断面図、および斜視図で示している。この磁気センサ素子5aはMAGFET(電界効果トランジスタ型の磁気センサ素子)からなり、p−Si基板32の表層に形成されたソース領域33とドレイン領域34の間に酸化膜35を介してゲート電極36を形成して構成される。ドレイン領域34は、互いに離れた2つの領域341 ,342 に分割されていて、それぞれの分割領域341 ,342 にドレイン端子D1,D2が設けられている。
この磁気センサ素子5aでは、ソース領域33からドレイン領域34に向かって流れる電子e- にローレンツ力が働き、磁界Bz の強さに応じてドレイン端子D1,D2に流れる電流I1 ,I2 が変化することから、センサ素子5aに印加されている磁界Bz の強さを検出する。
3A to 3C show the structure of the
In this
図1,図2における角度算出手段6は集積回路からなり、半導体チップ9上に、磁気センサアレイ5と共に集積されている。角度算出手段6は、磁気センサアレイ5の矩形配置の内部に配置される。これにより、磁気センサアレイ5および角度算出手段6をコンパクトに配置することができる。
The angle calculation means 6 in FIGS. 1 and 2 comprises an integrated circuit, and is integrated with the
図2は、角度算出手段6からアブソリュート出力を得るものとした場合の、上記半導体チップ9上での回路の概念構成例を示す。各センサ列5A〜5Dと角度算出手段6との間には、各磁気センサ素子5aから検出信号を増幅して読み出すセンサ信号読み出し回路11と、読み出されたアナログ出力をディジタル化するA/D変換回路12がそれぞれ配置される。角度算出手段6は、前記各A/D変換回路12のディジタル出力からノイズを除去する空間フィルタ部13と、この空間フィルタ部13の出力から磁界分布のゼロクロスを検出するゼロ検出部14と、このゼロ検出部14の出力から磁石4の回転角度を算出する角度算出部15とを有する。前記空間フィルタ部13は、磁気センサアレイ5の出力に対してディジタルフィルタを掛けることでセンサばらつきによるノイズを低減する機能を有するものであり、例えばくし形フィルタが用いられる。
FIG. 2 shows an example of a conceptual configuration of a circuit on the
図4および図5は、角度算出部15による角度算出処理の説明図である。図4(A)〜(D)は、回転側部材1が回転している時の磁気センサアレイ5の各センサ列5A〜5Dによる出力波形図を示し、それらの横軸は各センサ列5A〜5Dにおけるセンサ素子5aを、縦軸は検出磁界の強度をそれぞれ示す。
4 and 5 are explanatory diagrams of angle calculation processing by the
いま、図5に示す位置X1とX2に磁気センサアレイ5の検出磁界のN磁極とS磁極の境界であるゼロクロス位置があるとする。この状態で、磁気センサアレイ5の各センサ列5A〜5Dの出力が、図4(A)〜(D)に示す信号波形となる。したがって、ゼロクロス位置X1,X2は、センサ列5A,5Cの出力から直線近似することで算出できる。
角度計算は、次式(1)で行うことができる。
θ=tan-1(2L/b) ……(1)
ここで、θは、磁石4の回転角度θを絶対角度(アブソリュート値)で示した値である。2Lは、矩形に並べられる各磁気センサアレイ5の1辺の長さである。bは,ゼロクロス位置X1,X2間の横方向長さである。
ゼロクロス位置X1,X2がセンサ列5B,5Dにある場合には、それらの出力から得られるゼロクロス位置データにより、上記と同様にして回転角度θが算出される。
Now, assume that there are zero-cross positions at the positions X1 and X2 shown in FIG. 5 that are boundaries between the N magnetic pole and the S magnetic pole of the magnetic field detected by the
The angle calculation can be performed by the following equation (1).
θ = tan −1 (2 L / b) (1)
Here, θ is a value indicating the rotation angle θ of the
When the zero cross positions X1 and X2 are in the
図6(A)は、上記センサ信号読み出し回路11の回路構成の一例を示す。このセンサ信号読み出し回路11は、磁気センサアレイ5を構成する各磁気センサ素子(MAGFET)5aを、その配列順序にしたがって個別に順次選択し、その出力電流を電圧に変換して読み出すものであって、電源供給回路16と電流積分回路17とを備える。
FIG. 6A shows an example of the circuit configuration of the sensor
電源供給回路16はスイッチトカレント方式によって構成されている。この電源供給回路16は、一端が電源端子に、他端が1本の読み出し配線loPに接続されたトランジスタQ1 ,Q2 の直列回路部18と、一端が電源端子に、他端が他の1本の読み出し配線loMに接続されたトランジスタQ3 ,Q4 の直列回路部19とを有する。前記トランジスタQ1 ,Q3 のゲートには、一端が電源端子に接続されたバイアス供給用のキャパシタCm の他端が接続され、これらゲートと前記読み出し配線loP,loMとは、スイッチMEM,RSTを介して接続されている。前記読み出し配線loP,loMは、選択用スイッチトランジスタSEL−SWを介して各磁気センサ素子(MAGFET)5aに接続されている。
The
電流積分回路17は、OPアンプ20、キャパシタC、およびスイッチRSTを有する全差動増幅回路からなり、その2つの入力端子はスイッチSample を介して前記読み出し配線loP,loMに接続されている。
The current integrating
以下、上記センサ信号読み出し回路11の動作を説明する。この回路における各スイッチは、図6(B)にタイミング図で示したタイミングで動作する。ただし、このタイミング図において、信号レベルがハイレベル(以下Hと記述する)のときスイットがオンするものとして示してある。
まず、多数の磁気センサ素子5aのうちの1つを選択するセレクト信号SELがHとなる。そのとき、スイッチMEM,RSTがオンとなる。この状態の回路を図7(A)に示す。選択された磁気センサ素子5aは、与えられたバイアス電圧Vbsによって一定電流を流す状態になっており、ここでは2つのドレイン端子の合計電流が2Io となる状態になっている。磁気センサ素子5aに磁界が印加されていると、2つのドレイン端子電流にはアンバランスが生じるため、読み出し配線loP,loMにはそれぞれIo +ΔI,Io −ΔIの電流が流れることになる。
Hereinafter, the operation of the sensor
First, the select signal SEL for selecting one of the many
一方、電源供給回路16側はスイッチMEM,RSTがオンであるため、両読み出し配線loP,loMはショート状態となっている。また、トランジスタQ1 ,Q3 のゲートが読み出し配線loP,loMに接続されているため、電源供給回路16はダイオード接続になっていて、磁気センサ素子5aに流れる合計電流2Io を供給する状態になる。すなわち、トランジスタQ1 ,Q3 のゲート端子電圧Vg は、読み出し配線loP,loMと同電位になり、左右の直列回路部18,19にはそれぞれ電流Io が流れる状態となっている。
電流積分回路17ではスイッチSample がオフしているため、電源供給回路16とは切り離されており、キャパシタCの両端がスイッチRSTによってショートされ、リセット状態となっている。
On the other hand, since the switches MEM and RST are on on the
In the current integrating
この状態で重要なことは、電源供給回路16のトランジスタQ1 ,Q3 のゲート端子にはキャパシタCm が接続されていて、ゲート電圧Vg が記憶されていることである。この状態からスイッチMEMがオフとなっても、キャパシタCm に記憶された電圧Vg によって電源供給回路16の状態が維持され、左右の直列回路部18,19には電流Io がそれぞれ流れ続ける状態となる。
What is important in this state is that the capacitor Cm is connected to the gate terminals of the transistors Q1 and Q3 of the
ここで、スイッチSample をオンにすると、読み出し配線loP,loMに電流積分回路17が接続され、その後スイッチRSTをオフにすることで差電流がキャパシタCに蓄積される状態となる。この状態を図8(A)に示す。上述したように、電源供給回路16は左右の直列回路部18,19に電流Io を供給する状態で動作しているが、磁気センサ素子5aの電流はそれぞれIo +ΔI,Io −ΔIであるため、両者の差+ΔI,−ΔIが電流積分回路17に入力されることになる。電流積分回路17はスイッチRSTをオフにしたところから蓄積動作を開始し、スイッチSample がオフするまで蓄積を行う。充電時間Δtを制御することによって、出力される電圧Vout を制御することができる。
Here, when the switch Sample is turned on, the current integrating
すなわち、Δtの間積分動作を行うことによって、
Vout =2×Δt×ΔI/C……(2)
の電圧が発生する。
微小な差電流ΔI が1μAのとき、キャパシタCを1pF、Δtを0.5μsとすれば、Vout =1Vの電圧を得ることができる。なお、図6(A)では電流積分回路17を全差動増幅回路で構成した例を示しているが、図9のように単純にキャパシタCへ充電を行う回路構成としても良い。
That is, by performing an integration operation during Δt,
Vout = 2 × Δt × ΔI / C (2)
Is generated.
When the minute difference current ΔI is 1 μA, if the capacitor C is 1 pF and Δt is 0.5 μs, a voltage of Vout = 1V can be obtained. Although FIG. 6A shows an example in which the current integrating
このように、この回転検出装置3では、磁気センサアレイ5を構成する多数の磁気センサ素子5aを順次選択し、流れた電流から信号成分を抽出し、電圧に変換して読み出すセンサ信号読み出し回路11を設けているので、磁気センサ素子5aに供給する電流は1素子分の電流で済む。そのため、消費電流を小さく抑えつつ検出信号を読み出すことができる。
As described above, in this
この実施形態では、センサ信号読み出し回路11の電源供給回路16をスイッチトカレント方式としているので、外部磁界によって発生する微小なセンサ電流の変化を、差電流成分だけにして取り出すことができる。また、抽出した差電流成分を、キャパシタCを用いた電流積分回路17で一定時間の充電を行い電圧信号に変換するものとしているので、後段でのA/D変換や信号処理に必要な十分な振幅の電圧信号を得ることができる。さらに、電流積分回路17のキャパシタ容量値を適切に設定すれば、ごく短い充電時間で大きな電圧信号への変換が可能であり、高速で十分な増幅率を持ったセンサ信号読み出し回路11を構成することができる。
In this embodiment, since the
図10(A)は、上記センサ信号読み出し回路11の回路構成の参考提案例を示す。このセンサ信号読み出し回路11において、磁気センサ素子5aと読み出し配線loP,loMとの接続構成および電流積分回路17の構成は図6(A)の場合と同じである。ここでは、電源供給回路をカレントミラー方式とした点が図6(A)の場合と異なる。すなわち、このセンサ信号読み出し回路11における電源供給回路16Aは、読み出し配線loPに接続される第1の回路部21と、読み出し配線loMに接続される第2の回路部22とでなる。
FIG. 10A shows a reference proposal example of the circuit configuration of the sensor
第1の回路部21は、電源端子と読み出し配線loPとの間に介在するトランジスタQ11,Q12からなるダイオード接続されたpMOS回路23と、カレントミラー回路25A,25B、26A,26Bとでなる。カレントミラー回路25A,25Bは、pMOS回路23のトランジスタQ11,Q12のゲートとそれぞれのゲートが接続されたトランジスタQ13,Q14およびトランジスタQ15,Q16からなり、一端が電源端子に接続されている。カレントミラー回路26A,26Bは、上記カレントミラー回路25A,25Bの他端とアースとの間に介在するトランジスタQ17,Q18およびトランジスタQ19,Q20からなるnMOS回路構成のものとされている。
The
第2の回路部22は、電源端子と読み出し配線loMとの間に介在するトランジスタQ21,Q22からなるダイオード接続されたpMOS回路24と、カレントミラー回路27A,27B,28A,28Bとでなる。カレントミラー回路27A,27Bは、上記トランジスタQ21,Q22のゲートとそれぞれのゲートが接続されたトランジスタQ23,Q24およびトランジスタQ25,Q26からなり、一端が電源端子に接続されている。カレントミラー回路28A,28Bは、カレントミラー回路27A,27Bの他端とアースとの間に介在するトランジスタQ27,Q28およびトランジスタQ29,Q30からなるnMOS回路構成のものとされている。
The
カレントミラー回路25Bの他端はカレントミラー回路28Bの他端に、カレントミラー回路26Bの他端はカレントミラー回路27Bの他端にそれぞれ接続される。カレントミラー回路27B,28Bの各他端はスイッチSample を介して電流積分回路17に接続される。この回路における各スイッチは、図10(B)にタイミング図で示したタイミングで動作する。
The other end of the
上記回路において、pMOS回路23,24は選択された磁気センサ素子5aに流れる電流を供給する状態になり、それぞれIo +ΔI,Io −ΔIの電流を流す状態となる。これらの回路23,24に接続されたカレントミラー回路25A,25B,27A,27Bは、pMOS回路23,24に流れる電流と同じ電流を発生する電流源回路となる。これらカレントミラー回路25A,25B,27A,27Bに接続されたカレントミラー回路26A,26B,28A,28Bも、同じ電流を発生する電流源回路となる。カレントミラー回路28Bの他端からは+2ΔI が、カレントミラー回路27Bの他端からは−2ΔI が、それぞれ電流積分回路17に出力されることになる。
In the above circuit, the
電流積分回路17では、図10(B)のタイミング図のようにスイッチを動作させる。スイッチSample がオンの状態でスイッチRSTをオフにすると、電流積分回路17が積分動作を開始し、スイッチSample をオフにするまで積分が行われる。図6(A)の回路の場合と同様に、Δtの時間積分動作を行うことによって電圧Vout が発生する。この場合、ΔIが1μAのとき、キャパシタCを1pF、Δtを0.5μsとすれば、Vout =2Vの電圧を得ることができる。
このセンサ信号読み出し回路11の場合も、電流積分回路17を全差動増幅回路で構成した例を示しているが、図9のように単純にキャパシタCへ充電を行う回路構成としても良い。
In the
In the case of this sensor
このように、センサ信号読み出し回路11の電源供給回路16Aをカレントミラー方式とした場合も、外部磁界によって発生する微小なセンサ電流の変化を、差電流成分だけにして取り出すことができる。
As described above, even when the
図11は、上記実施形態の回転検出装置3を転がり軸受に組み込んだ例を示す。この転がり軸受30は、内輪41と外輪42の転走面間に、保持器43に保持された転動体44を介在させたものである。転動体44はボールからなり、この転がり軸受30は深溝玉軸受とされている。
回転軸31が嵌合する内輪41は、転動体44を介して外輪42に支持されている。外輪42は、軸受使用機器のハウジング(図示せず)に設置されている。
FIG. 11 shows an example in which the
The
内輪41には、磁石取付部材46が取付けられ、この磁石取付部材46に磁石4が取付けられている。磁石取付部材46は、内輪41の一端の内径孔を覆うように設けられ、外周縁に設けられた円筒部46aを、内輪41の肩部外周面に嵌合させることにより、内輪41に取付けられている。また、円筒部46aの近傍の側板部が内輪41の幅面に係合して軸方向の位置決めがなされている。
A
外輪42にはセンサ取付部材47が取付けられ、このセンサ取付部材47に、図1の磁気センサアレイ5および角度算出手段6の集積された半導体チップ9が取付けられている。また、このセンサ取付部材47に、角度算出手段6の出力を取り出すための出力ケーブル48が取付けられている。センサ取付部材47は、外周部の先端円筒部47aを外輪42の内径面に嵌合させ、この先端円筒部47aの近傍に形成した鍔部47bを外輪42の幅面に係合させて軸方向の位置決めがなされている。
A
このように、転がり軸受30に回転検出装置3を一体化することで、軸受使用機器の部品点数、組立工数の削減、およびコンパクト化が図れる。その場合に、回転検出装置3は、上記のように小型で高精度な回転角度出力が可能であるため、小径軸受等の小型の軸受においても、満足できる回転角度出力を得ることができる。
In this manner, by integrating the
3…回転検出装置
4…磁石(磁気発生手段)
5…磁気センサアレイ
5a…磁気センサ素子
11…センサ信号読み出し回路
16,16A…電源供給回路
17…電流積分回路
30…転がり軸受
3 ...
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