JP6197839B2

JP6197839B2 - 回転検出装置

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Publication number: JP6197839B2
Application number: JP2015159058A
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Inventors: 上田　国博; 国博上田; 啓平林
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Filing date: 2015-08-11
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Description

本発明は、回転体の回転状態を検出する回転検出装置に関する。

従来、種々の用途で、回転体の回転位置、回転速度、回転方向等の回転状態を検出するための回転検出装置が用いられている。この回転検出装置としては、磁性材料によって構成された複数の歯を有する歯車、円周方向に交互に配列された複数のＮ極及びＳ極を有する多極着磁磁石等の回転体と、当該回転体に対向して配置される磁気センサとを備えるものが知られており、磁気センサは、回転体の回転に伴う磁界の方向の変化を検知し、回転体と磁気センサとの相対的位置関係を示す信号を出力する。

かかる回転検出装置において、回転体の回転方向（正転方向又は逆転方向）を検出し、判定するためには、位相のずれた２つの信号が必要となる。そのため、回転検出装置における磁気センサとしては、２つの磁気センサ素子を、各センサ素子からの信号の位相が９０°ずれるように配置されてなるものが知られている。

このような構成の回転検出装置において、磁気センサ素子の組み付け誤差等により信号のオフセットが発生してしまうため、回転検出装置の耐ノイズ性が悪くなるという問題がある。このような問題を解決すべく、従来、３つの磁気センサ素子を回転体の回転方向に並べ、隣り合う２つの磁気センサ素子の差動出力に基づいて回転方向の検出を行う回転検出装置が提案されている（特許文献１参照）。

特開２００２−２６７４９４号公報

上記特許文献１に記載の回転検出装置において、回転体としての着磁ロータは、磁気センサ素子における検出対象としてのＮ極及びＳ極が複数交互に配列されている。３つの磁気センサ素子のうちの隣接する磁気センサ素子の間隔は、着磁ロータの隣接する２つのＮ極（又は２つのＳ極）間の距離の１／４に設定されている。そして、２組の隣接する磁気センサ素子の差動出力に基づいて回転方向の検出を行うため、各差動出力の位相を９０°ずらすことができ、各差動出力に基づいて回転方向を検出することができる。すなわち、各差動出力の位相が９０°ずれていることにより、回転方向の検出が可能となる。

しかしながら、複数のＮ極及びＳ極が交互に配列された着磁ロータにおいて、隣接する２つのＮ極（又は２つのＳ極）間の距離にはバラツキがあるため、３つの磁気センサ素子が高精度に位置決めされて配置されているとしても、着磁ロータにおける着磁精度に依存してノイズが増大してしまい、耐ノイズ性を向上させることができず、得られる回転状態に関する情報に誤差が含まれてしまうという問題がある。

また、隣接する２つの磁気センサ素子の差動出力に基づいて回転方向の検出を行うため、回転体が高速回転する場合には、互いに位相をずらしている各差動出力が重なってしまうおそれがあり、回転方向の検出が極めて困難となるおそれがある。

なお、回転体として、複数の歯を有する歯車を用いる場合においても、隣接する２つの歯の間隔にバラツキがあるため、上記と同様の問題が生じ得る。

上記課題に鑑み、本発明は、回転体における複数の検出対象の間隔にバラツキがある場合、特にそのような回転体が高速に回転する場合であっても、回転方向を正確に検出することの可能な回転検出装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明は、正転方向及び逆転方向に回転可能な回転体に対向し、前記回転体の回転可能方向に沿って順に並設されてなり、前記回転体の回転に基づいて第１〜第Ｎ（Ｎは３以上の整数である。）センサ信号をそれぞれ出力する第１〜第Ｎセンサ素子と、前記第１〜第Ｎセンサ素子から出力される第１〜第Ｎセンサ信号に基づいて、前記回転体の回転方向を検出する回転方向検出部とを備え、前記回転方向検出部は、前記第１センサ信号及び第Ｍ（Ｍは３以上Ｎ以下の整数である）センサ信号から得られる第１差動信号と、前記第１センサ信号及び第Ｌ（Ｌは２以上Ｍ−１以下の整数である。）センサ信号から得られる第２差動信号とから、前記回転体の回転方向を検出し、前記第１センサ素子と第Ｌセンサ素子との間隔は、前記第Ｌセンサ素子と第Ｍセンサ素子との間隔よりも小さいことを特徴とする回転検出装置を提供する（発明１）。

上記発明（発明１）によれば、第１差動信号を取得するための２つのセンサ信号（第１センサ信号及び第Ｍセンサ信号）を出力するセンサ素子間の距離と、第２差動信号を取得するための２つのセンサ信号（第１センサ信号及び第Ｌセンサ信号）を出力するセンサ素子間の距離とが異なることで、第１差動信号と第２差動信号とが振幅の異なる波形として現われ、振幅の異なる２つの差動信号から回転体の回転方向を検出するため、回転体の検出対象の間隔にバラツキがある場合や、回転体が高速回転する場合であっても、回転方向を正確に検出することができる。

上記発明（発明１）において、前記Ｎが３であり、前記回転方向検出部は、前記第１センサ信号及び第３センサ信号から得られる前記第１差動信号と、前記第１センサ信号及び第２センサ信号から得られる前記第２差動信号とに基づいて、前記回転体の回転方向を検出するのが好ましい（発明２）。

上記発明（発明１，２）において、前記回転方向検出部は、前記第１差動信号のゼロクロス時における前記第２差動信号の正負符号に基づいて、前記回転体の回転方向を検出するのが好ましい（発明３）。

上記発明（発明１〜３）において、前記回転方向検出部は、前記第１差動信号のゼロクロス前後における正負符号と、前記第１差動信号のゼロクロス時における前記第２差動信号の正負符号とに基づいて、前記回転体の回転方向を検出するのが好ましい（発明４）。

上記発明（発明１〜４）において、前記回転体は、磁性材料により構成された複数の歯を有する歯車であり、前記第１センサ素子と前記第Ｎセンサ素子との間隔を、前記歯車の隣接する２つの歯の間隔よりも小さくすることができるし（発明５）、前記回転体は、円周方向に交互に配列された複数のＮ極及びＳ極を有し、前記第１センサ素子と前記第Ｎセンサ素子との間隔を、隣接する２つの前記Ｎ極の間隔よりも小さくすることができる（発明６）。

上記発明（発明１〜６）において、前記第１〜第Ｎセンサ素子として、いずれもＴＭＲ素子又はＧＭＲ素子を用いることができる（発明７）。

本発明によれば、回転体における複数の検出対象の間隔にバラツキがある場合、特にそのような回転体が高速に回転する場合であっても、回転方向を正確に検出することの可能な回転検出装置を提供することができる。

図１は、本発明の一実施形態に係る回転検出装置の概略構成を示す斜視図である。図２は、本発明の一実施形態における磁気センサの歯車に対する配置を示す部分拡大図である。図３は、本発明の一実施形態における磁気センサの回路構成の一の態様を概略的に示す回路図である。図４は、本発明の一実施形態における磁気検出素子としてのＭＲ素子の概略構成を示す斜視図である。図５は、本発明の一実施形態における磁気センサの構成を概略的に示すブロック図である。図６は、本発明の一実施形態における第１〜第３センサ信号のアナログ波形を示す図である。図７は、本発明の一実施形態における第１及び第２差動信号のアナログ波形を示す図である。図８は、本発明の一実施形態における演算部から出力されるパルス信号の波形を示す図である。図９は、本発明の一実施形態における磁気センサの回路構成の他の態様を概略的に示す回路図である。

本発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。図１は、本実施形態に係る回転検出装置の概略構成を示す斜視図であり、図２は、本実施形態における磁気センサの歯車に対する配置を示す部分拡大図であり、図３は、本実施形態における磁気センサの回路構成の一の態様を概略的に示す回路図であり、図４は、本実施形態における磁気検出素子としてのＭＲ素子の概略構成を示す斜視図であり、図５は、本実施形態における磁気センサの構成を概略的に示すブロック図である。

図１に示すように、本実施形態に係る回転検出装置１は、第１の方向（正転方向及び逆転方向）Ｄ１に回転可能な歯車１０の外周面に対向する磁気センサ２と、歯車１０との間に磁気センサ２を挟むようにして配置されるバイアス磁界発生部３とを備える。歯車１０は、磁性材料により構成され、その外周面には複数の歯１１が形成されている。なお、図１に示す例において、歯車１０の歯１１の数は４８個であるが、当該歯１１の数は特に限定されるものではない。

磁気センサ２は、第１磁気センサ部２１、第２磁気センサ部２２及び第３磁気センサ部２３を有する。第１〜第３磁気センサ部２１〜２３は、歯車１０の歯１１に対向するように、かつ歯車１０の回転可能方向（第１の方向Ｄ１）に沿って直線上に並列している。

第１磁気センサ部２１と第３磁気センサ部２３との間隔Ｐ₁は、歯車１０の隣接する歯１１，１１の間隔Ｐ₁₁以内であればよいが、第１磁気センサ部２１と第３磁気センサ部２３との間隔Ｐ₁が小さいほど好ましい。第１磁気センサ部２１と第３磁気センサ部２３との間隔Ｐ₁をより小さくすることで、磁気センサ２（第１〜第３磁気センサ部２１〜２３）と後述する演算部３０とをワンチップ化したときに当該チップを小型化することができる。第１磁気センサ部２１と第３磁気センサ部２３との間隔Ｐ₁は、好適には隣接する歯１１，１１の間隔Ｐ₁₁の１／４程度、より好適には隣接する歯１１，１１の間隔Ｐ₁₁の１／６程度、特に好適には隣接する歯１１，１１の間隔Ｐ₁₁の１／９〜１／６程度であるが、歯車１０の隣接する歯１１，１１の間隔Ｐ₁₁は、歯車１０の１周分において４８個あり、それらにはバラツキがある。そのため、第１及び第３磁気センサ部２１，２３の間隔Ｐ₁は、４８個の間隔Ｐ₁₁のすべてよりも小さければよく、歯車１０（歯１１）に対して第１〜第３磁気センサ部２１〜２３を位置合わせする必要はない。歯車１０の隣接する歯１１，１１の間隔Ｐ₁₁は、第１〜第３磁気センサ部２１〜２３により出力される第１〜第３センサ信号Ｓ１〜Ｓ３における１周期、すなわち電気角の３６０°（本実施形態においては、歯車１０の１／４８回転（回転角の７．５°））に相当する。第１磁気センサ部２１と第３磁気センサ部２３との間隔Ｐ₁は、電気角で言い換えると、好適には９０°程度、より好適には６０°程度、特に好適には４０〜６０°程度である。

第１磁気センサ部２１と第２磁気センサ部２２との間隔Ｐ₂と、第２磁気センサ部２２と第３磁気センサ部２３との間隔Ｐ₃とは、特に限定されるものではないが、第１磁気センサ部２１と第２磁気センサ部２２との間隔Ｐ₂が、第２磁気センサ部２２と第３磁気センサ部２３との間隔Ｐ₃よりも小さいのが好ましい。後述するように、本実施形態においては、第１磁気センサ部２１より出力される第１センサ信号Ｓ１と第３磁気センサ部２３より出力される第３センサ信号Ｓ３とから生成される第１差動信号ＤＳ１、及び第１センサ信号Ｓ１と第２磁気センサ部２２より出力される第２センサ信号Ｓ２とから生成される第２差動信号ＤＳ２に基づいて、歯車１０の回転方向（正転方向又は逆転方向）が検出される。この回転方向の検出において、第１差動信号ＤＳ１と第２差動信号ＤＳ２との振幅が異なることで、歯車１０が高速回転しても確実に歯車１０の回転方向が検出され得る。そのため、第１磁気センサ部２１と第２磁気センサ部２２との間隔Ｐ₂が、第２磁気センサ部２２と第３磁気センサ部２３との間隔Ｐ₃よりも小さいことで、第１差動信号ＤＳ１と第２差動信号ＤＳ２との振幅をより大きく異ならせることができ、より確実に歯車１０の回転方向が検出され得る。なお、図２に示す例において、右方向が正転方向、左方向が逆転方向である。

本実施形態における磁気センサ２が備える第１〜第３磁気センサ部２１〜２３は、それぞれ、少なくとも１つの磁気検出素子を含む。第１〜第３磁気センサ部２１〜２３のそれぞれは、少なくとも１つの磁気検出素子として、直列に接続された一対の磁気検出素子を含んでいてもよい。この場合において、第１〜第３磁気センサ部２１〜２３のそれぞれは、直列に接続された一対の磁気検出素子を含むホイートストンブリッジ回路を有する。

図３に示すように、第１磁気センサ部２１が有するホイートストンブリッジ回路２１１は、電源ポートＶ１と、グランドポートＧ１と、出力ポートＥ１１と、直列に接続された一対の磁気検出素子Ｒ１１，Ｒ１２とを含む。磁気検出素子Ｒ１１の一端は、電源ポートＶ１に接続されている。磁気検出素子Ｒ１１の他端は、磁気検出素子Ｒ１２の一端と出力ポートＥ１１とに接続されている。磁気検出素子Ｒ１２の他端は、グランドポートＧ１に接続されている。電源ポートＶ１には、所定の大きさの電源電圧が印加され、グランドポートＧ１はグランドに接続される。

第２磁気センサ部２２が有するホイートストンブリッジ回路２１２は、第１磁気センサ部２１のホイートストンブリッジ回路２１１と同様の構成を有し、電源ポートＶ２と、グランドポートＧ２と、出力ポートＥ２１と、直列に接続された一対の磁気検出素子Ｒ２１，Ｒ２２とを含む。磁気検出素子Ｒ２１の一端は、電源ポートＶ２に接続されている。磁気検出素子Ｒ２１の他端は、磁気検出素子Ｒ２２の一端と出力ポートＥ２１とに接続されている。磁気検出素子Ｒ２２の各他端は、グランドポートＧ２に接続されている。電源ポートＶ２には、所定の大きさの電源電圧が印加され、グランドポートＧ２はグランドに接続される。

第３磁気センサ部２３が有するホイートストンブリッジ回路２１３は、第１及び第２磁気センサ部２１，２２のホイートストンブリッジ回路２１１，２１２と同様の構成を有し、電源ポートＶ３と、グランドポートＧ３と、出力ポートＥ３１と、直列に接続された一対の磁気検出素子Ｒ３１，Ｒ３２とを含む。磁気検出素子Ｒ３１の一端は、電源ポートＶ３に接続されている。磁気検出素子Ｒ３１の他端は、磁気検出素子Ｒ３２の一端と出力ポートＥ３１とに接続されている。磁気検出素子Ｒ３２の他端は、グランドポートＧ３に接続されている。電源ポートＶ３には、所定の大きさの電源電圧が印加され、グランドポートＧ３はグランドに接続される。

本実施形態において、ホイートストンブリッジ回路２１１〜２１３に含まれるすべての磁気検出素子Ｒ１１，Ｒ１２，Ｒ２１，Ｒ２２，Ｒ３１，Ｒ３２として、ＴＭＲ素子、ＧＭＲ素子等のＭＲ素子を用いることができ、特にＴＭＲ素子を用いるのが好ましい。ＴＭＲ素子、ＧＭＲ素子は、磁化方向が固定された磁化固定層と、印加される磁界の方向に応じて磁化方向が変化する自由層と、磁化固定層及び自由層の間に配置される非磁性層とを有する。

具体的には、図４に示すように、ＭＲ素子は、複数の下部電極４１と、複数のＭＲ膜５０と、複数の上部電極４２とを有する。複数の下部電極４１は、基板（図示せず）上に設けられている。各下部電極４１は細長い形状を有する。下部電極４１の長手方向に隣接する２つの下部電極４１の間には、間隙が形成されている。下部電極４１の上面における、長手方向の両端近傍にそれぞれＭＲ膜５０が設けられている。ＭＲ膜５０は、下部電極４１側から順に積層された自由層５１、非磁性層５２、磁化固定層５３及び反強磁性層５４を含む。自由層５１は、下部電極４１に電気的に接続されている。反強磁性層５４は、反強磁性材料により構成され、磁化固定層５３との間で交換結合を生じさせることで、磁化固定層５３の磁化の方向を固定する役割を果たす。複数の上部電極４２は、複数のＭＲ膜５０上に設けられている。各上部電極４２は細長い形状を有し、下部電極４１の長手方向に隣接する２つの下部電極４１上に配置され、隣接する２つのＭＲ膜５０の反強磁性層５４同士を電気的に接続する。なお、ＭＲ膜５０は、上部電極４２側から順に自由層５１、非磁性層５２、磁化固定層５３及び反強磁性層５４が積層されてなる構成を有していてもよい。

ＴＭＲ素子においては、非磁性層５２はトンネルバリア層である。ＧＭＲ素子においては、非磁性層５２は非磁性導電層である。ＴＭＲ素子、ＧＭＲ素子において、自由層５１の磁化の方向が磁化固定層５３の磁化の方向に対してなす角度に応じて抵抗値が変化し、この角度が０°（互いの磁化方向が平行）のときに抵抗値が最小となり、１８０°（互いの磁化方向が反平行）のときに抵抗値が最大となる。

図３において、磁気検出素子Ｒ１１，Ｒ１２，Ｒ２１，Ｒ２２，Ｒ３１，Ｒ３２の磁化固定層の磁化の方向を塗りつぶした矢印で表す。第１〜第３磁気センサ部２１〜２３において、磁気検出素子Ｒ１１，Ｒ１２，Ｒ２１，Ｒ２２，Ｒ３１，Ｒ３２の磁化固定層の磁化の方向は第１の方向Ｄ１（図１，２参照）に平行であって、磁気検出素子Ｒ１１，Ｒ２１，Ｒ３１の磁化固定層の磁化の方向と、磁気検出素子Ｒ１２，Ｒ２２，Ｒ３２の磁化固定層の磁化の方向とは、互いに反平行方向である。第１〜第３磁気センサ部２１〜２３において、歯車１０の回転に伴う磁界の方向の変化に応じて、出力ポートＥ１１，Ｅ２１，Ｅ３１から磁界強度を表す信号としての第１〜第３センサ信号が演算部３０（図５参照）に出力される。

図５に示すように、本実施形態に係る回転検出装置１は、第１〜第３磁気センサ部２１〜２３のそれぞれから出力される第１〜第３センサ信号Ｓ１〜Ｓ３を用いた演算を行う演算部３０を備える。演算部３０は、第１磁気センサ部２１及び第３磁気センサ部２３に接続される２つの入力端を有する第１演算回路３１と、第１磁気センサ部２１及び第２磁気センサ部２２に接続される２つの入力端を有する第２演算回路３２と、第１及び第２演算回路３１，３２のそれぞれの出力端に接続される２つの入力端を有するデータ処理部３３とを備える。

第１演算回路３１は、歯車１０の回転に伴って第１磁気センサ部２１から出力される第１センサ信号Ｓ１と、第３磁気センサ部２３から出力される第３センサ信号Ｓ３とを用いた演算処理を行い、それらの差分である第１差動信号ＤＳ１を生成する。

第２演算回路３２は、第１センサ信号Ｓ１と、歯車１０の回転に伴って第２磁気センサ部２２から出力される第２センサ信号Ｓ２とを用いた演算処理を行い、それらの差分である第２差動信号ＤＳ２を生成する。

データ処理部３３は、第１及び第２演算回路３１，３２のそれぞれから出力される第１及び第２差動信号ＤＳ１，ＤＳ２に基づき、歯車１０の回転方向が正転方向であるのか、逆転方向であるのかを判断する。

上述した構成を有する本実施形態に係る回転検出装置１において、歯車１０の回転に伴い、バイアス磁界発生部３からの磁界の方向が変動し、第１〜第３磁気センサ部２１〜２３から第１〜第３センサ信号Ｓ１〜Ｓ３が出力される。具体的には、図６に示すように、第１〜第３磁気センサ部２１〜２３と歯車１０の歯１１との相対的位置に応じて位相のずれたサイン波形で表される第１〜第３センサ信号Ｓ１〜Ｓ３が出力される。なお、図６において、横軸は第１〜第３センサ信号Ｓ１〜Ｓ３の電気角（°）であり、縦軸は第１〜第３センサ信号Ｓ１〜Ｓ３の規格化された信号出力である。

第１センサ信号Ｓ１と第３センサ信号Ｓ３とは、第１演算回路３１に入力され、当該第１演算回路３１は、第１センサ信号Ｓ１と第３センサ信号Ｓ３との差分である第１差動信号ＤＳ１を生成する。また、第１センサ信号Ｓ１と第２センサ信号Ｓ２とは、第２演算回路３２に入力され、当該第２演算回路３２は、第１センサ信号Ｓ１と第２センサ信号Ｓ２との差分である第２差動信号ＤＳ２を生成する。具体的には、図７に示すように、振幅の異なる波形で表される第１及び第２差動信号ＤＳ１，ＤＳ２が生成される。なお、図７において、横軸は第１及び第２差動信号ＤＳ１，ＤＳ２の電気角（°）であり、縦軸は第１及び第２差動信号ＤＳ１，ＤＳ２の規格化された信号出力である。

第１差動信号ＤＳ１及び第２差動信号ＤＳ２は、データ処理部３３に入力され、データ処理部３３は、当該第１差動信号ＤＳ１及び第２差動信号ＤＳ２に基づき、すなわち、第１差動信号ＤＳ１がゼロをクロスする時における第２差動信号ＤＳ２の正負符号に基づいて、歯車１０の回転方向が正転方向であるのか、逆転方向であるのかを判断する。具体的には、データ処理部３３は、例えば、第１差動信号ＤＳ１が正から負に向かってゼロをクロスする時に、第２差動信号ＤＳ２の符号が負であれば、歯車１０の回転方向が正転方向であると判断し、第２差動信号ＤＳ２の符号が正であれば、歯車１０の回転方向が逆転方向であると判断する。図７に示す例においては、第１差動信号ＤＳ１が正から負に向かってゼロをクロスする時（図７中の矢印で示す時）に、第２差動信号ＤＳ２の符号が負であるため、データ処理部３３は、歯車１０の回転方向が正転方向であると判断する。

なお、本実施形態に係る回転検出装置１においては、第１〜第３磁気センサ部２１〜２３から出力される第１〜第３センサ信号Ｓ１〜Ｓ３がデータ処理部３３に入力され、データ処理部３３にてそれらのセンサ信号Ｓ１〜Ｓ３の周期数をカウントすることにより、歯車１０の回転位置（回転角度）や回転速度が算出される。

本実施形態においては、第１差動信号ＤＳ１を生成するために、３つの並列する第１〜第３磁気センサ部２１〜２３のうちの最も離れる第１磁気センサ部２１及び第３磁気センサ部２３からの第１センサ信号Ｓ１及び第３センサ信号Ｓ３を用いる。また、第２差動信号ＤＳ２を生成するために、３つの並列する第１〜第３磁気センサ部２１〜２３のうちの近接する第１磁気センサ部２１及び第２磁気センサ部２３からの第１センサ信号Ｓ１及び第２センサ信号Ｓ２を用いる。これにより、データ処理部３３により歯車１０の回転方向を判断するために用いられる第１差動信号ＤＳ１と第２差動信号ＤＳ２との振幅を異ならせることができる。第１差動信号ＤＳ１と第２差動信号ＤＳ２とが、同じ振幅であって位相のみがずれた波形で表されると、歯車１０が高速に回転したときに、第１及び第２差動信号ＤＳ１，ＤＳ２の波形が重なってしまい、それらを分離することができずに、歯車１０の回転方向を判断することができないおそれがある。しかしながら、本実施形態においては、歯車１０が高速に回転したとしても、第１及び第２差動信号ＤＳ１，ＤＳ２が完全に重なることがないため、歯車１０の回転方向を確実に判断することができる。

また、本実施形態においては、第１センサ信号Ｓ１及び第３センサ信号Ｓ３から生成した第１差動信号ＤＳ１と、第１センサ信号Ｓ１及び第２センサ信号Ｓ２から生成した第２差動信号ＤＳ２とのアナログ信号が、デジタル信号に変換されることなくそのままデータ処理部３３にて処理される（データ処理部３３にてアナログ信号処理が行われる）。アナログ信号をデジタル信号に変換し、デジタル信号に基づいて回転方向等の回転状態を検出する際には、アナログ信号に含まれるノイズの増大が問題となるため、歯車等の回転体に対する磁気センサ（素子）の位置決め精度や、歯車の歯等のピッチ精度が、回転方向等の回転状態の検出精度に影響を与えてしまう。特に、回転体が高速回転する場合には、上記位置決め精度やピッチ精度の、検出精度に対する影響が顕著に現われる。しかしながら、本実施形態のように、第１及び第２差動信号ＤＳ１，ＤＳ２が、データ処理部３３にてそのまま処理されるため、歯車等の回転体に対する磁気センサ（素子）の位置決め精度や、歯車の歯等のピッチ精度に影響されることなく、回転体の回転方向等の回転状態を正確に検出することができる。

以上説明した実施形態は、本発明の理解を容易にするために記載されたものであって、本発明を限定するために記載されたものではない。したがって、上記実施形態に開示された各要素は、本発明の技術的範囲に属する全ての設計変更や均等物をも含む趣旨である。

上記実施形態においては、３つの磁気センサ部（第１〜第３磁気センサ部２１〜２３）を備える態様を例に挙げて説明したが、本発明はこのような態様に限定されるものではない。例えば、第１〜第Ｎ（Ｎは３以上の整数である。）磁気センサ部がこの順に並列する態様であってもよい。この場合において、第１差動信号ＤＳ１は、第１磁気センサ部から出力される第１センサ信号と、第Ｍ（Ｍは３以上Ｎ以下の整数である。）磁気センサ部から出力される第Ｍセンサ信号とから生成されればよく、第２差動信号ＤＳ２は、第１センサ信号と、第Ｌ（Ｌは２以上Ｍ−１以下の整数である。）磁気センサ部から出力される第Ｌセンサ信号とから生成されればよい。すなわち、４つ以上の磁気センサ部を備える態様においては、第１差動信号ＤＳ１と第２差動信号ＤＳ２との振幅が異なるのであれば、それらの差動信号ＤＳ１，ＤＳ２を生成するための基礎となるセンサ信号を出力する磁気センサ部の組み合わせに制限はないが、少なくとも第１差動信号ＤＳ１は、並列する磁気センサ部のうちの両端に位置する磁気センサ部（例えば、４個の磁気センサ部が並列する場合、第１磁気センサ部及び第４磁気センサ部）からのセンサ信号（第１センサ信号及び第４センサ信号）を用いて生成されるのが好ましい。

上記実施形態においては、回転体として複数の歯を有する歯車を備える回転検出装置を例に挙げて説明したが、本発明はこのような態様に限定されるものではない。例えば、回転体として、円周方向にＮ極及びＳ極が交互に配列された着磁ロータであってもよい。

上記実施形態において、データ処理部３３は、回転体（歯車１０）の回転方向を判断したとき、正転方向であるか逆転方向であるかを、それらに応じてパルス幅を変更したパルス信号（図８参照）を出力してもよい。例えば、データ処理部３３は、第１〜第３磁気センサ部２１〜２３からの第１〜第３センサ信号Ｓ１〜Ｓ３と、第１及び第２差動信号ＤＳ１，ＤＳ２とが入力されると、それらの信号Ｓ１〜Ｓ３，ＤＳ１，ＤＳ２に基づいて、パルス信号を出力することができる。このとき、回転体（歯車１０）の回転方向が正転方向である場合のパルス幅を１としたとき、逆転方向である場合のパルス幅を２としたパルス信号を出力することで、本実施形態に係る回転検出装置１を有するアプリケーションの回転制御を、パルス信号のパルス幅に基づいて行うことができる。

上記実施形態において、データ処理部３３は、第１差動信号ＤＳ１が正から負に向かう方向でゼロをクロスする時の第２差動信号ＤＳ２の正負符号に基づいて歯車１０の回転方向を判断しているが、本発明はこのような態様に限定されるものではない。例えば、第１差動信号ＤＳ１及び第２差動信号ＤＳ２が、正から負に向かう方向（又は負から正に向かう方向）でゼロをクロスする順序により、歯車１０の回転方向を判断してもよい。例えば、図７に示す例では、正から負に向かう方向で、第２差動信号ＤＳ２が先にゼロをクロスし、次に第１差動信号ＤＳ１がゼロをクロスしているため、歯車１０の回転方向を正転方向であると判断することができる。

上記実施形態において、第１〜第３磁気センサ部２１〜２３が有するホイートストンブリッジ回路２１１〜２１３は、１つの出力ポートＥ１１〜Ｅ１３と、一対の磁気検出素子Ｒ１１，Ｒ１２，Ｒ２１，Ｒ２２，Ｒ３１，Ｒ３２とを含む態様を例に挙げて説明したが、本発明はこのような態様に限定されるものではない。例えば、図９に示すように、当該ホイートストンブリッジ回路２１１〜２１３は、２つの出力ポートＥ１１，Ｅ１２，Ｅ２１，Ｅ２２，Ｅ３１，Ｅ３２と、直列に接続された第１の一対の磁気検出素子Ｒ１１，Ｒ１２、Ｒ２１，Ｒ２２，Ｒ３１，Ｒ３２と、直列に接続された第２の一対の磁気検出素子Ｒ１３，Ｒ１４，Ｒ２３，Ｒ２４，Ｒ３３，Ｒ３４とを含むものであってもよい。この場合において、磁気検出素子Ｒ１１，Ｒ１３、Ｒ２１，Ｒ２３，Ｒ３１，Ｒ３３の各一端は、電源ポートＶ１〜Ｖ３に接続される。磁気検出素子Ｒ１１，Ｒ２１，Ｒ３１の各他端は、磁気検出素子Ｒ１２，Ｒ２２，Ｒ３２の各一端と各出力ポートＥ１１，Ｅ２１，Ｅ３１とに接続される。磁気検出素子Ｒ１３，Ｒ２３，Ｒ３３の各他端は、磁気検出素子Ｒ１４，Ｒ２４，Ｒ３４の各一端と各出力ポートＥ１２，Ｅ２２，Ｅ３２とに接続される。磁気検出素子Ｒ１２，Ｒ１４、Ｒ２２，Ｒ２４，Ｒ３２，Ｒ３４の各他端は、グランドポートＧ１〜Ｇ３に接続される。

そして、磁気検出素子Ｒ１１〜Ｒ１４，Ｒ２１〜Ｒ２４，Ｒ３１〜Ｒ３４の磁化固定層の磁化の方向（図９において塗りつぶした矢印で表す。）は第１の方向Ｄ１（図１，２参照）に平行であって、磁気検出素子Ｒ１１，Ｒ１４，Ｒ２１，Ｒ２４，Ｒ３１，Ｒ３４の磁化固定層の磁化の方向と、磁気検出素子Ｒ１２，Ｒ１３，Ｒ２２，Ｒ２３，Ｒ３２，Ｒ３３の磁化固定層の磁化の方向とは、互いに反平行方向である。第１〜第３磁気センサ部２１〜２３において、歯車１０の回転に伴う磁界の方向の変化に応じて、出力ポートＥ１１，Ｅ１２、Ｅ２１，Ｅ２２，Ｅ３１，Ｅ３２の電位差が変化し、磁界強度を表す信号が出力され、その信号が第１〜第３センサ信号Ｓ１〜Ｓ３として、差分検出器２５，２６，２７から演算部３０（図５参照）に出力され得る。

１…回転検出装置
２…磁気センサ
２１…第１磁気センサ部
２２…第２磁気センサ部
２３…第３磁気センサ部
３０…演算部（回転方向検出部）
３１…第１演算回路（回転方向検出部）
３２…第２演算回路（回転方向検出部）
３３…データ処理回路（回転方向検出部）
１０…歯車（回転体）
１１…歯

Claims

正転方向及び逆転方向に回転可能な回転体に対向し、前記回転体の回転可能方向に沿って順に並設されてなり、前記回転体の回転に基づいて第１〜第Ｎ（Ｎは３以上の整数である。）センサ信号をそれぞれ出力する第１〜第Ｎセンサ素子と、
前記第１〜第Ｎセンサ素子から出力される第１〜第Ｎセンサ信号に基づいて、前記回転体の回転方向を検出する回転方向検出部と
を備え、
前記回転方向検出部は、前記第１センサ信号及び第Ｍ（Ｍは３以上Ｎ以下の整数である。）センサ信号から得られる第１差動信号と、前記第１センサ信号及び第Ｌ（Ｌは２以上Ｍ−１以下の整数である。）センサ信号から得られる第２差動信号とから、前記回転体の回転方向を検出し、
前記第１センサ素子と第Ｌセンサ素子との間隔は、前記第Ｌセンサ素子と第Ｍセンサ素子との間隔よりも小さいことを特徴とする回転検出装置。
前記Ｎが３であり、
前記回転方向検出部は、前記第１センサ信号及び第３センサ信号から得られる前記第１差動信号と、前記第１センサ信号及び第２センサ信号から得られる前記第２差動信号とに基づいて、前記回転体の回転方向を検出することを特徴とする請求項１に記載の回転検出装置。
前記回転方向検出部は、前記第１差動信号のゼロクロス時における前記第２差動信号の正負符号に基づいて、前記回転体の回転方向を検出することを特徴とする請求項１又は２に記載の回転検出装置。
前記回転方向検出部は、前記第１差動信号のゼロクロス前後における正負符号と、前記第１差動信号のゼロクロス時における前記第２差動信号の正負符号とに基づいて、前記回転体の回転方向を検出することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の回転検出装置。
前記回転体は、磁性材料により構成された複数の歯を有する歯車であり、
前記第１センサ素子と前記第Ｎセンサ素子との間隔は、前記歯車の隣接する２つの歯の間隔よりも小さいことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の回転検出装置。
前記回転体は、円周方向に交互に配列された複数のＮ極及びＳ極を有し、
前記第１センサ素子と前記第Ｎセンサ素子との間隔は、隣接する２つの前記Ｎ極の間隔よりも小さいことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の回転検出装置。
前記第１〜第Ｎセンサ素子は、いずれもＴＭＲ素子又はＧＭＲ素子であることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の回転検出装置。