回転検出装置
【課題】 検出精度を良好な状態に維持したまま、回転体に設けられる回転磁石を回転体の外周面または内周面に配置した回転軸貫通構造に適した回転検出装置を提供すること。
【解決手段】 回転軸１１に取り付けた円形回転磁石１２と、磁気センサ１３Ａ等で回転検出装置１０を構成した。磁気センサ１３Ａ等を、バイアス磁石１４と、バイアス磁石１４の磁極面に配置される基板１５と、基板１５の中心点Ｏで直交して延びる２つの軸に沿い中心点Ｏからそれぞれ同一距離の位置に設定された４つの領域１５ａ等に、中心点Ｏを中心として点対称に配置された磁気抵抗効果素子ａ等で構成した。そして、磁気センサ１３Ａ等の一方の軸が円形回転磁石１２の外周面で形成される円の接線と平行し、他方の軸の傾斜角度が互いに同じになるようにして、磁気センサ１３Ａ等を円形回転磁石１２の外周側で周方向に９０度離れた位置に設置した。
【解決手段】 回転軸１１に取り付けた円形回転磁石１２と、磁気センサ１３Ａ等で回転検出装置１０を構成した。磁気センサ１３Ａ等を、バイアス磁石１４と、バイアス磁石１４の磁極面に配置される基板１５と、基板１５の中心点Ｏで直交して延びる２つの軸に沿い中心点Ｏからそれぞれ同一距離の位置に設定された４つの領域１５ａ等に、中心点Ｏを中心として点対称に配置された磁気抵抗効果素子ａ等で構成した。そして、磁気センサ１３Ａ等の一方の軸が円形回転磁石１２の外周面で形成される円の接線と平行し、他方の軸の傾斜角度が互いに同じになるようにして、磁気センサ１３Ａ等を円形回転磁石１２の外周側で周方向に９０度離れた位置に設置した。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転体の回転方向、回転数および回転角を検出する回転検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、エンコーダやポテンショメータ等の回転検出装置に、回転する被検査物の回転角度を検出する磁気センサを用いることはよく知られている。そして、このような磁気センサに、磁気抵抗効果素子を使用することも知られている。磁気抵抗効果素子は外部磁界の変化により抵抗値が変化する特性を備えており、複数個の磁気抵抗効果素子でブリッジ回路を組むことにより抵抗値の変化を電圧変化として出力する。磁気抵抗効果素子を備えた回転検出装置は、このブリッジ回路から出力される電圧の変化によって、被検査物である回転体の回転方向、回転数および回転角を検出できるように構成されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
この回転検出装置の磁気センサは、４つの磁気抵抗効果素子が配置された基板をバイアス磁石の磁極面に対向させて構成されている。各磁気抵抗効果素子は、基板の中心点で直交する二つの軸に沿った位置に中心点を挟んでそれぞれ２つの磁気抵抗効果素子が向かい合うようにして配置され、向かい合った各１組の磁気抵抗効果素子がハーフブリッジ回路を形成するように接続されている。また、基板は、基板の中心点がバイアス磁石の磁気的中心に重なるようにしてバイアス磁石に対向して配置されている。そして、被検査物である回転体の先端に２極の回転磁石が設けられ、この回転磁石に対向させて磁気センサを配置することにより回転検出装置が構成される。
【０００４】
この回転検出装置によると、バイアス磁石を用いることにより、磁気センサの精度を高めることができると同時に、回転体に設置された回転磁石の磁界サイクルと同じ周期で互いに位相差を持つ正弦波信号および余弦波信号を磁気センサに出力させることができるため、回転体の回転方向、回転数および回転角を検出することができる。すなわち、一定方向の磁界をバイアス磁界として印加することで、バイアス磁界の方向が磁化軸となって安定して不安定な磁化軸が消える。そして、安定したバイアス磁界と、回転磁石による外部磁界との合成磁界による歪のない周期的な出力信号が得られる。また、バイアス磁界を磁気抵抗効果素子に印加することにより、２極の回転磁石からの外部磁界の磁界周期と同じ周期の出力信号を磁気センサに出力させることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−２０８０２５号公報
【発明の概要】
【０００６】
しかしながら、前述した回転検出装置においては、出力信号である同じ振幅の正弦波と余弦波とを正確に得るためには、磁気センサを回転磁石の磁極面に対向させて配置する必要があり、磁気センサを回転磁石の磁極面に対して傾斜した状態で配置すると、検出精度が低下するという問題が生じる。
【０００７】
本発明は、このような問題に対処するためになされたもので、その目的は、検出精度を良好な状態に維持したまま、回転体に設けられる回転磁石を回転体の外周面または内周面に配置した回転軸貫通構造に適した回転検出装置を提供することにある。なお、下記本発明の各構成要件の記載において、本発明の理解を容易にするために、実施形態の対応箇所の符号を括弧内に記載しているが、本発明の各構成要件は、実施形態の符号によって示された対応箇所の構成に限定解釈されるべきものではない。
【０００８】
前述した目的を達成するため、本発明に係る回転検出装置の構成上の特徴は、回転体（１１，２１，３１，４１）に取り付けられた２極の円形回転磁石（１２，２２，３２，４２，５２，６２，７２，８２）と、円形回転磁石の磁界の変化を検出する２個の磁気センサ（１３Ａ，１３Ｂ，２３Ａ，２３Ｂ，３３Ａ，３３Ｂ，４３Ａ，４３Ｂ，５３，６３）と、２個の磁気センサの検出結果から円形回転磁石の回転角を演算する演算処理回路（１９，４９）とを備えた回転検出装置（１０，２０，３０）であって、磁気センサは、バイアス磁石（１４）と、中心点をバイアス磁石の磁極面の磁気中心に合わせた状態で磁極面に対向させた基板（１５，４５，５５，６５）と、基板の中心点で直交し磁極面に平行に延びる２つの軸に沿い中心点からそれぞれ同一距離の位置に設定された４つの領域（１５ａ〜１５ｄ，４５ａ〜４５ｄ，６５ａ〜６５ｄ）に、それぞれ同一形状に形成された磁気抵抗効果素子（ａ〜ｄ，ａ１〜ｄ１，ａ２〜ｄ２，ａ３〜ｄ３）とを備え、２つの軸の各軸に沿ってそれぞれ設けた２つの磁気抵抗効果素子を直列に接続して２つのブリッジ回路を構成し、２つのブリッジ回路の両端に電源電圧を印加して、２つの磁気抵抗効果素子の接続点からそれぞれ出力波形信号を取り出すようにし、演算処理回路は、出力波形信号を用いて円形回転磁石の回転角を演算するようにし、各磁気センサの２つの軸のうちの一方の軸が円形回転磁石の外周面で形成される円の接線と平行であり、かつ各磁気センサの２つの軸のうちの他方の軸の円形回転磁石の回転中心軸に対する傾斜角度が互いに同じになるようにして、２個の磁気センサを、円形回転磁石の外周面よりも外側で円形回転磁石の回転中心軸を中心とした周方向に互いに９０度離れた位置に設置したことにある。
【０００９】
本発明に係る回転検出装置では、２個の磁気センサを円形回転磁石の外周面よりも外側に配置させるため、円形回転磁石を回転体の端部でなく回転体の軸方向の中央側部分の外周面や内部に設けた回転軸貫通構造にしても、磁気センサの配置が容易になる。また、磁気センサを２個用いるとともに２個の磁気センサを周方向に互いに９０度離れた位置に設置したため、演算処理回路の演算処理によって各磁気センサの出力波形信号を補償することができ、磁気センサを円形回転磁石の磁極面に対向させて配置しなくとも回転体の回転方向、回転数および回転方向の位置を精度よく検出することができる。
【００１０】
さらに、各磁気抵抗効果素子を同一形状に形成したため、磁気抵抗効果素子の形状にむらが生じなくなりさらに磁気センサの検出精度がよくなる。なお、本発明においては、各磁気センサの２つの軸のうちのそれぞれの他方の軸の円形回転磁石の回転中心軸に対する傾斜角度を任意に設定することができるが、他方の軸は円形回転磁石の回転中心軸に平行させるか、または直交させることがより好ましい。他方の軸を円形回転磁石の回転中心軸に平行させた場合には、回転検出装置を円形回転磁石の回転方向の径方向に対して小型化できる。他方の軸を円形回転磁石の回転中心軸に直交させた場合には、回転検出装置を円形回転磁石の回転中心軸方向に対して小型化できる。
【００１１】
また、円形回転磁石の２極は、円形回転磁石の表面における回転方向に沿った部分に１個のＳ極と１個のＮ極が配置されていることが好ましく、これに加えて、磁気センサにバイアス磁石が設けられていることにより、円形回転磁石が１回転したときに、磁気センサに１周期の波形で位相差をもつ正弦波信号と余弦波信号を出力させることができる。これによって、磁気センサの検出精度が高まる。さらに、基板は１つのもので構成することが好ましく、これによると磁気抵抗効果素子を正確に設定位置に配置できるためさらに磁気センサの検出精度がよくなる。なお、２個の磁気センサの配置である円形回転磁石の回転中心軸を中心として周方向に互いに９０度離れた位置は、正確に９０度である場合に限らず略９０度であればよいことは言うまでもない。
【００１２】
また、本発明に係る回転検出装置の他の構成上の特徴は、演算処理回路は、２つの軸の一方がＸ軸で他方がＹ軸であるとしたときに、一方の磁気センサ（１３Ｂ，２３Ｂ，３３Ｂ，４３Ｂ）のＸ軸に対応した出力波形信号と他方の磁気センサ（１３Ａ，２３Ａ，３３Ａ，４３Ａ）のＹ軸に対応した出力波形信号とを演算するとともに、他方の磁気センサのＸ軸に対応した出力波形信号と一方の磁気センサのＹ軸に対応した出力波形信号とを演算して、互いに同じ振幅を有する正弦波信号および余弦波信号をそれぞれ取り出し、取り出した正弦波信号および余弦波信号を用いて逆正接演算することにある。
【００１３】
この場合、２個の磁気センサの他方の磁気センサの磁極面の位置を維持したまま、一方の磁気センサのＸ軸とＹ軸とを他方の磁気センサのＸ軸とＹ軸とに対して中心点を中心として９０度回転した状態で、２個の磁気センサから演算処理回路に出力波形信号をそれぞれ出力することにより、同じ振幅を有する正弦波信号および余弦波信号を取り出すようにすることが好ましい。
【００１４】
このような回転検出装置における２個の磁気センサから出力される波形信号の補償は、一方の磁気センサの２つのブリッジ回路の出力と、他方の磁気センサの２つのブリッジ回路の出力波形信号とを、例えば、差動増幅器を備えた演算処理回路に通すことでできる。２個の磁気センサから出力される波形信号を演算処理回路に通すことでｓｉｎ信号（正弦波信号）とｃｏｓ信号（余弦波信号）を得ることができる。そして、ｓｉｎ信号とｃｏｓ信号を用いて逆正接演算（Ａｒｃｔａｎ）を行うことにより円形回転磁石の回転角を得ることができる。
【００１５】
例えば、２個の磁気センサのＸ軸とＹ軸とをそれぞれ同じ方向にして、他方の磁気センサにおける円形回転磁石の回転中心軸方向（Ｙ方向）の磁界波形をαｓｉｎθとしたときに、円形回転磁石の外周円の接線に平行する方向（Ｘ方向）の磁界波形はβｃｏｓθとなり、一方の磁気センサにおける円形回転磁石の回転中心軸方向（Ｙ方向）の磁界波形はαｓｉｎ（θ＋π／２）＝αｃｏｓθとなり、円形回転磁石の接線に平行する方向（Ｘ方向）の磁界波形はβｃｏｓ（θ＋π／２）＝−βｓｉｎθとなる。このとき、他方の磁気センサだけでもαｓｉｎθとβｃｏｓθまたはαｃｏｓθと−βｓｉｎθ、すなわちｓｉｎ信号とｃｏｓ信号を得ることができるため、逆正接演算を行うことにより円形回転磁石の回転角度を表す信号を得ることができる。しかしながら、この場合Ａｒｃｔａｎ（αｓｉｎθ／βｃｏｓθ）となりα／βの補正が必要になる。
【００１６】
また、仮に、磁気センサが配置される点が、円形回転磁石の回転中心軸方向で変わった場合、変更前と変更後との両位置での発生する磁界が変化する。この場合、前述した比α／βが異なってくるため、回転検出装置の作動時に、円形回転磁石が回転中心軸に沿ってずれて、円形回転磁石と磁気センサとの間隔が変化することは検出の精度上問題となる。しかしながら、前述した他方の磁気センサのαｓｉｎθと一方の磁気センサの−βｓｉｎθおよび他方の磁気センサのβｃｏｓθと一方の磁気センサのαｃｏｓθを演算処理回路に通すことで互いに補償し合い、比α／βが異なってくることを防止できる。この場合に、αｓｉｎθ−（−βｓｉｎθ）では、（α＋β）ｓｉｎθが得られるが、βｃｏｓθ−αｃｏｓθでは、（α＋β）ｃｏｓθが得られない。
【００１７】
このため、一方の磁気センサを磁極面の位置を維持した状態でそのＸ軸とＹ軸とを９０度回転させることによって電位レベルを逆にできる。この結果、前述したαｃｏｓθが−αｃｏｓθとなって（α＋β）ｃｏｓθを得ることができ、回転角検出の計算式がＡｒｃｔａｎ（（α＋β）ｓｉｎθ／（α＋β）ｃｏｓθ）となって、比α／βの影響が生じなくなる。この結果、円形回転磁石に対する２個の磁気センサの位置を円形回転磁石の回転中心軸方向に変更しても検出値に影響が出なくなり、作動時に円形回転磁石が回転体の軸方向にずれても信号精度が低下することがなくなる。すなわち、電位レベルを反転させる操作を行うとともに、２個の磁気センサの出力波形信号を演算処理回路に通したのちに逆正接演算を行うことにより円形回転磁石に位置ずれが生じても円形回転磁石の正確な回転角を得ることができる。本発明は、一対のブリッジ回路に電源電圧を供給するための一対の電源端子が共通に設けられている場合に有効である。
【００１８】
また、本発明に係る回転検出装置のさらに他の構成上の特徴は、２個の磁気センサの各一方のブリッジ回路の電源電圧の印加方向を一致させるとともに、２個の磁気センサの各他方のブリッジ回路の電源電圧の印加方向を異ならせた状態で、２個の磁気センサから演算処理回路に出力波形信号をそれぞれ出力することにより、同じ振幅を有する正弦波信号および余弦波信号を取り出すようにしたことにある。このように、一方の磁気センサの２つのブリッジ回路のうちの一方のブリッジ回路の電源電圧の印加方向を異ならせる、すなわち電源とグランドとの端子を入れ替えることによってもそのブリッジ回路の電位レベルを反転することができる。本発明は、ブリッジ回路に電源電圧を供給するための一対の電源端子が各ブリッジ回路に対してそれぞれ存在する場合に有効である。
【００１９】
また、本発明に係る回転検出装置のさらに他の構成上の特徴は、一方の磁気センサの一方のブリッジ回路の電位レベルを演算処理回路により反転させることにより、同じ振幅を有する正弦波信号および余弦波信号を取り出すようにしたことにある。この場合、演算処理回路に、一方の磁気センサの一方のブリッジ回路からの出力信号、例えば、αｃｏｓθを、−αｃｏｓθに変換する変換回路を設ける。これによっても、回転検出の計算式Ａｒｃｔａｎ（（α＋β）ｓｉｎθ／（α＋β）ｃｏｓθ）を得ることができる。本発明によると、演算処理回路は複雑化するが、上述した一方の磁気センサを回転させる場合と同様、電源用端子数の少ない磁気センサを用いることができる。
【００２０】
また、本発明に係る回転検出装置のさらに他の構成上の特徴は、正弦波信号は、互いに同相である一方の磁気センサのＸ軸に対応した出力波形信号と他方の磁気センサのＹ軸に対応した出力波形信号との和であり、かつ余弦波信号は、互いに同相である他方の磁気センサのＸ軸に対応した出力波形信号と一方の磁気センサのＹ軸に対応した出力波形信号との和であることにある。
【００２１】
また、本発明に係る回転検出装置のさらに他の構成上の特徴は、ブリッジ回路は、磁気抵抗効果素子（ａ〜ｄ，ａ３〜ｄ３）を、中心点を中心として９０度ずつ回転したときに互いの位置が重なるようにし４つの領域（１５ａ〜１５ｄ，６５ａ〜６５ｄ）に１個ずつ形成し、２つの軸のそれぞれの軸に位置する２つの磁気抵抗効果素子を接続して構成されるハーフブリッジ回路であることにある。これによると、入力抵抗値を上げることができ、かつ配線を簡略化できる。また、各磁気抵抗効果素子の配置を基板の中心点を中心として各磁気抵抗効果素子を９０度ずつ回転したときに互いの位置が重なるようにしたため、磁気抵抗効果素子の配置によるむらが生じなくなりさらに磁気センサの検出精度がよくなる。
【００２２】
また、本発明に係る回転検出装置のさらに他の構成上の特徴は、ブリッジ回路は、磁気抵抗効果素子（ａ１〜ｄ１，ａ２〜ｄ２）を、各軸に位置するものが中心点を中心として点対称になるようにするか、または各軸を挟んで配置されるものどうしが線対称になるようにして４つの領域（４５ａ〜４５ｄ）に２個ずつ形成し、２つの軸のそれぞれの軸に位置する４つの磁気抵抗効果素子をそれぞれ接続して構成されるフルブリッジ回路であることにある。これによると、前述したハーフブリッジ回路を用いた場合と比較して中点電位の安定性の向上と信号出力が２倍になる効果が生じる。
【００２３】
また、本発明に係る回転検出装置のさらに他の構成上の特徴は、磁気抵抗効果素子（ａ〜ｂ，ａ１〜ｄ１，ａ２〜ｄ２）を２つの軸に対して４５度傾斜させたことにある。これによると、各磁気抵抗効果素子に２つの軸の双方の方向に沿った磁界がかかるため、磁気抵抗効果素子としてＡＭＲ素子を用いた場合、より精度のよい検出が可能になる。
【００２４】
また、本発明に係る回転検出装置のさらに他の構成上の特徴は、磁気抵抗効果素子が、ＡＭＲ素子またはＧＭＲ素子であることにある。
【００２５】
ＡＭＲ素子（異方性磁気抵抗効果素子）の磁化の方向は、軟磁性体材料（例えば、Ｎｉ−Ｆｅ、Ｎｉ−Ｃｏ、Ｎｉ−Ｆｅ−Ｃｏ）の異方性と外部磁界とのバランスによって決定される。異方性は、磁気抵抗効果素子の形成後に誘起される結晶異方性と形状異方性とが結合したものである。外部磁界が印加されていないときには、磁化の方向はＡＭＲ素子の異方性によって定められる磁化容易軸にそった２つの方向のいずれか一方になる。そして、外部磁界が印加されると、磁化の方向は外部磁界に近づく。このため、ＡＭＲ素子を用いた磁気センサの場合、回転磁界で飽和磁界以上の強度の外部磁界を印加したときに、磁化の方向は外部磁界の方向が支配的になり周期的な抵抗変化が得られるが、外部磁界が飽和磁界以下の強度の場合、磁化の方向は、不安定な異方性が影響し外部磁界の方向からずれて出力信号に歪が誘発される。
【００２６】
本発明に係る回転検出装置では、バイアス磁石を用いて、磁化を揃える一定方向の磁界をバイアス磁界として印加することで、バイアス磁界の方向が磁化軸となって安定するようにしている。また、バイアス磁界を印加することにより外部磁界の磁界周期と同じ周期の出力信号を得ることができる。ＧＭＲ素子（巨大磁気抵抗効果素子）を用いる場合も、軟磁性体材料を用いた場合に前述した原理に基づいて、良好な検出が可能になる。
【００２７】
また、本発明に係る回転検出装置のさらに他の構成上の特徴は、バイアス磁石を焼結磁石または樹脂磁石で構成したことにある。これによると、蒸着等の薄膜磁石を用いた磁気センサでは得られない磁界強度を得ることができ、外部磁界強度に対する耐性を発揮することができる。
【００２８】
また、本発明に係る回転検出装置のさらに他の構成上の特徴は、円形回転磁石を、円形回転磁石の回転中心軸に平行に２分するように分極して径方向に２極着磁され、軸状の回転体の外周部に設けられるリング状の磁石で構成したことにある。これによると、円形回転磁石が、回転中心軸に平行に分極して径方向に２極着磁されているため、歪のない磁石磁界が生じるようになり回転検出装置の精度がさらに向上する。
【００２９】
また、本発明に係る回転検出装置のさらに他の構成上の特徴は、円形回転磁石を、円形回転磁石の回転中心軸に平行に２分するように分極して径方向に２極着磁され、円筒軸状の回転体の内部に設けられる円板状または円柱状の磁石で構成したことにある。これによると、円形回転磁石が、回転中心軸に平行に分極して径方向に２極着磁されているため、歪のない磁石磁界が生じるようになり回転検出装置の精度がさらに向上する。また、円形回転磁石を、円筒軸状の回転体の内部に円形回転磁石を取り付けることができる。円筒軸状の回転体の内部に円形回転磁石を取り付ける場合には、磁気センサは、回転体の外部に設置する。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の第１実施形態に係る回転検出装置を示した斜視図である。
【図２】図１に示した回転検出装置の平面図である。
【図３】図１に示した回転検出装置の正面図である。
【図４】回転検出装置が備える磁気センサを示した斜視図である。
【図５】図４に示した磁気センサの外観斜視図である。
【図６】図５の６−６断面図である。
【図７】図４に示した磁気センサのハーフブリッジ回路である。
【図８】外部磁界と磁気センサの出力との関係を示したグラフである。
【図９】外部磁界が回転磁界のときの外部磁界と磁気センサの出力との関係を示したグラフである。
【図１０】円形回転磁石の外周側に配置された磁気センサの位置と磁界の方向とを示した説明図である。
【図１１】一方の磁気センサの位置での円形回転磁石の回転角度と一方の磁気センサが検知する磁界の大きさとの関係を示したグラフである。
【図１２】他方の磁気センサの位置での円形回転磁石の回転角度と他方の磁気センサが検知する磁界の大きさとの関係を示したグラフである。
【図１３】磁気センサの高さ位置を変えたときの回転軸方向の磁界と仮想同心円の接線方向の磁界との関係を示したグラフである。
【図１４】２個の磁気センサからの出力を演算処理する演算回路を示しており、（ａ）は、説明の便宜上想定した図であり、（ｂ）は実際の回路を示した図である。
【図１５】磁気センサを回転させることにより電位レベルを反転する方法を示しており、（ａ）は回転前の磁気センサの説明図、（ｂ）は回転後の磁気センサの説明図である。
【図１６】（ａ）、（ｂ）は、図１４（ｂ）の演算回路の変形例を示す回路図である。
【図１７】実施例１に係る回転検出装置を示した斜視図である。
【図１８】実施例１の回転検出装置における外部磁界と磁気センサの出力との関係を示したグラフである。
【図１９】実施例１の回転検出装置において磁気センサの高さを円形回転磁石の上面と同じにしたときの特性を示しており、（ａ）は円形回転磁石の回転角度と２個の磁気センサの出力との関係を示し、（ｂ）は円形回転磁石の回転角度と２個の磁気センサの差動後の出力との関係を示し、（ｃ）は円形回転磁石の回転角度と角度誤差との関係を示している。
【図２０】実施例１の回転検出装置において磁気センサの高さを円形回転磁石の上面から３ｍｍの位置にしたときの特性を示しており、（ａ）は円形回転磁石の回転角度と２個の磁気センサの出力との関係を示し、（ｂ）は円形回転磁石の回転角度と２個の磁気センサの差動後の出力との関係を示し、（ｃ）は円形回転磁石の回転角度と角度誤差との関係を示している。
【図２１】実施例２の回転検出装置において磁気センサの高さを円形回転磁石の上面から３ｍｍの位置にしたときの特性を示しており、（ａ）は円形回転磁石の回転角度と２個の磁気センサの出力との関係を示し、（ｂ）は円形回転磁石の回転角度と２個の磁気センサの差動後の出力との関係を示し、（ｃ）は円形回転磁石の回転角度と角度誤差との関係を示している。
【図２２】本発明の第２実施形態に係る回転検出装置を示した斜視図である。
【図２３】図２２に示した回転検出装置の平面図である。
【図２４】図２２に示した回転検出装置の正面図である。
【図２５】第３実施形態に係る回転検出装置が備える磁気センサを示した斜視図である。
【図２６】第３実施形態に係る回転検出装置が備える磁気センサのフルブリッジ回路を示した図である。
【図２７】第３実施形態に係る回転検出装置が備える２個の磁気センサから出力される信号を演算するための演算回路を示した図である。
【図２８】第３実施形態の変形例に係る回転検出装置が備える磁気センサを示した斜視図である。
【図２９】第４実施形態に係る回転検出装置が備える磁気センサを示した斜視図である。
【図３０】軟磁性体材料からなるＧＭＲ素子を用いた磁気センサのフルブリッジ回路を示した図である。
【図３１】大きな挿通穴を備えたリング状の円形回転磁石を回転軸の外周に取り付けた状態を示した斜視図である。
【図３２】径方向に２極着磁した円板状の円形回転磁石を示した斜視図である。
【図３３】隣接する外周側と内周側とが異なる極になるようにして外周側と内周側とを径方向に２極着磁したリング状の円形回転磁石を示した斜視図である。
【図３４】隣接する左右部分が異なる極になるようにして上部側と下部側とを面方向に２極着磁した円板状の円形回転磁石を示した斜視図である。
【図３５】隣接する左右部分が異なる極になるようにして上部側と下部側とを面方向に２極着磁したリング状の円形回転磁石を示した斜視図である。
【図３６】図３２に示した円形回転磁石の特性を示しており、（ａ）は磁束線を表した図であり、（ｂ）は円形回転磁石の回転角度と、円形回転磁石を備えた磁気センサが検知する磁界の大きさとの関係を示したグラフである。
【図３７】図３３に示した円形回転磁石の特性を示しており、（ａ）は磁束線を表した図であり、（ｂ）は円形回転磁石の回転角度と、円形回転磁石を備えた磁気センサが検知する磁界の大きさとの関係を示したグラフである。
【図３８】図３４に示した円形回転磁石の特性を示しており、（ａ）は磁束線を表した図であり、（ｂ）は円形回転磁石の回転角度と、円形回転磁石を備えた磁気センサが検知する磁界の大きさとの関係を示したグラフである。
【図３９】図３５に示した円形回転磁石の特性を示しており、（ａ）は磁束線を表した図であり、（ｂ）は円形回転磁石の回転角度と、円形回転磁石を備えた磁気センサが検知する磁界の大きさとの関係を示したグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
（第１実施形態）
以下、本発明の第１実施形態を図面を用いて説明する。図１ないし図３は、同実施形態に係る回転検出装置１０を示しており、この回転検出装置１０は、本発明に係る回転体としての回転軸１１の回転方向、回転数および回転角を検出するための装置である。回転検出装置１０は、回転軸１１の上下両端からともに所定距離を保って回転軸１１の外周面に取り付けられた円形回転磁石１２と、図示しない支持装置によって支持された円形回転磁石１２の外周側に配置された２個の磁気センサ１３Ａ，１３Ｂとを備えている。回転軸１１は、例えば、モータの回転軸、自動車や船舶等のステアリング軸またはロボットアームの関節部等で構成される被検査物である。
【００３２】
円形回転磁石１２は、中心に小さな挿通穴１２ａが形成された略リング状に形成されており、挿通穴１２ａに回転軸１１を挿通させて回転軸１１の外周面に取り付けられている。この円形回転磁石１２は、回転中心軸（この場合、回転軸１１になる）を挟んで円形回転磁石１２を２等分する面を境界として分極して径方向に２極着磁されており、一方がＳ極、他方がＮ極になっている。磁気センサ１３Ａ，１３Ｂは、同じセンサからなっており、それぞれ、図４に示したように、バイアス磁石１４と、基板１５と、基板１５に形成された４個の磁気抵抗効果素子ａ，ｂ，ｃ，ｄとで構成されている。
【００３３】
バイアス磁石１４は、焼結磁石または樹脂磁石で構成される円板状の磁石からなる。バイアス磁石１４は、厚み方向を２等分する面を境界として分極されて面に対して垂直方向に２極着磁されており、一方がＳ極、他方がＮ極になっている。基板１５は、シリコン、ガラス、セラミック等の絶縁体材料からなる薄板状の四角板で構成されている。磁気抵抗効果素子ａ，ｂ，ｃ，ｄは、Ｎｉ−Ｆｅ、Ｎｉ−ＣｏまたはＮｉ−Ｆｅ−ＣｏからなるＡＭＲ素子（異方性磁気抵抗効果素子）で構成されており、フォトリソグラフ法で成膜されることにより、基板１５の表面に形成されている。
【００３４】
基板１５には、説明の便宜上、Ｘ軸（図４において基板１５を上下に２分する一点鎖線で示した水平軸）と、Ｘ軸に直交するＹ軸（図４において基板１５を左右に２分する一点鎖線で示した垂直軸）とが定義されている。そして、Ｘ軸とＹ軸とが交差する中心点Ｏを中心としてＸ軸に沿った部分の両側に正方形の領域１５ａ，１５ｂが、Ｙ軸に沿った部分の両側に正方形の領域１５ｃ，１５ｄがそれぞれ中心点Ｏから同一距離になるようにして設けられている。
【００３５】
磁気抵抗効果素子ａ，ｂ，ｃ，ｄは、それぞれ細長い四角形に形成されており、Ｘ軸およびＹ軸に対して４５度傾斜してＸ軸とＹ軸とにおける同じ軸上に位置するもの同士が中心点Ｏを中心として互いに点対称になるようにして領域１５ａ，１５ｂ，１５ｃ，１５ｄ内に１個ずつ配置されている。すなわち、各磁気抵抗効果素子ａ，ｂ，ｃ，ｄは、それぞれ基板１５上で中心点Ｏを中心として９０度ずつ回転して位置を変更すると、位置を変更する前の他の磁気抵抗効果素子ａ，ｂ，ｃ，ｄのいずれかが位置していた部分にそれぞれが位置するように配置されている。
【００３６】
前記のような構成の磁気センサ１３Ａ，１３Ｂは、実際には、図５の外観斜視図および図６の概略断面図に示すように、モールドパッケージ１６ａ内にてリードフレーム１６ｂの下面および上面にバイアス磁石１４および基板１５を接着させている。モールドパッケージ１６ａはエポキシ樹脂からなり、リードフレーム１６ｂは導電体、例えば銅からなっている。モールドパッケージ１６ａの外部には、一対の電源用端子１８ａ，１８ｂおよび一対の信号出力端子１８ｃ，１８ｄが設けられている。また、図７に示すように、磁気抵抗効果素子ａ，ｂおよび磁気抵抗効果素子ｃ，ｄは、モールドパッケージ１６ａ内にてそれぞれ直列に接続された一対のハーフブリッジ回路を構成している。
【００３７】
磁気抵抗効果素子ａ，ｂの両端および磁気抵抗効果素子ｃ，ｄの両端はそれぞれ共通に接続され、磁気抵抗効果素子ａ，ｃの接続点には電源用端子１８ａから電源電圧Ｖｃｃが供給されるようになっている。また、磁気抵抗効果素子ｂ，ｄの接続点は電源用端子１８ｂを介して接地されるようになっている。磁気抵抗効果素子ａ，ｂの接続点は信号出力端子１８ｃに接続され、信号出力端子１８ｃから信号出力ＯｕｔＸが取り出されるようになっている。磁気抵抗効果素子ｃ，ｄの接続点は信号出力端子１８ｄに接続され、信号出力端子１８ｄから信号出力ＯｕｔＹが取り出されるようになっている。この磁気抵抗効果素子ａ，ｂ，ｃ，ｄが形成された基板１５は、中心点Ｏをバイアス磁石１４の磁極面の磁気的中心に一致させてバイアス磁石１４のＮ極側に対向している。この場合、バイアス磁石１４のＳ極側を基板１５に対向させてもよい。
【００３８】
そして、磁気センサ１３Ａ，１３Ｂは、図２および図３に示したように、円形回転磁石１２と同軸で円形回転磁石１２の直径よりもやや大きな直径の仮想同心円１７の接線に沿うとともに、円形回転磁石１２よりも上方の位置に、互いの間隔を仮想同心円１７の周方向に９０度の角度を保って配置されている。また、磁気センサ１３Ａは、Ｘ軸を仮想同心円１７の接線に沿わせ、Ｙ軸を回転軸１１に平行に配置させている。磁気センサ１３Ｂは、Ｙ軸を仮想同心円１７の接線に沿わせ、Ｘ軸を回転軸１１に平行に配置させている。このように、磁気センサ１３ＢのＸ軸とＹ軸との方向を磁気センサ１３ＡのＸ軸とＹ軸との方向とは異なるようにする理由は後述する。なお、図３では、磁気センサ１３Ｂを表すため、回転軸１１を破線で示している。
【００３９】
つぎに、このように構成された回転検出装置１０における円形回転磁石１２からの外部磁界と磁気センサ１３Ａの出力との関係を説明する。図８は、磁気センサ１３ＡにＸ軸方向から円形回転磁石１２による外部磁界Ｈを印加した場合における、外部磁界Ｈと、一対の出力信号のうちの出力値が変化する側の出力Ｖｏ（図７のＯｕｔＹ）との関係を示している。図示のように、出力カーブは、外部磁界Ｈがバイアス磁石１４によるバイアス磁界強度−Ｈｂからバイアス磁界強度Ｈｂにほぼ相当する磁界強度の範囲にあるときは直線に近い線形を描き、外部磁界Ｈがバイアス磁界強度−Ｈｂ以下またはバイアス磁界強度Ｈｂ以上になるとなだらかなカーブを描くように変化する。
【００４０】
また、磁気抵抗効果素子ａ，ｂ，ｃ，ｄがもつ飽和磁界より強いバイアス磁界を磁気抵抗効果素子ａ，ｂ，ｃ，ｄに印加した場合には磁気抵抗効果素子ａ，ｂ，ｃ，ｄの飽和磁界はバイアス磁界強度Ｈｂと略同じになる。図９は、円形回転磁石１２からの外部磁界Ｈが回転磁界の場合における、外部磁界Ｈと、前記場合と同じ側の出力Ｖｏ（図７のＯｕｔＹ）との関係を示している。この場合、外部磁界ＨがＸ軸方向からＹ軸方向に方向を変えていくと、それに伴って、出力カーブの傾き（振幅）が小さくなる。そして、外部磁界ＨがＹ軸と同方向（Ｘ軸に対して９０度）になると、出力Ｖｏは「０」になる。
【００４１】
外部磁界Ｈがバイアス磁界強度−Ｈｂ以上でバイアス磁界強度Ｈｂ以下である線形領域においては、外部磁界Ｈの方向がＸ軸から４５度傾いた方向では、外部磁界ＨがＸ軸に平行であるときに比べて、出力Ｖｏの大きさが７０．７５％になり、外部磁界Ｈの方向がＸ軸から６０度傾いた方向では、外部磁界ＨがＸ軸に平行であるときに比べて、出力Ｖｏの大きさが５０％になる関係が認められた。この場合、外部磁界Ｈは同じ周期の出力信号になり、外部磁界Ｈの強弱は磁気センサ１３Ａの出力信号の強弱として現れる。本実施形態に係る磁気センサ１３Ａ，１３Ｂは、この線形領域、すなわち円形回転磁石１２による外部磁界Ｈがバイアス磁石１４によるバイアス磁界強度Ｈｂよりも小さな領域で作動させることにより安定性と精度の向上とを図るものである。
【００４２】
つぎに、本実施形態に係る回転検出装置１０において、磁気センサ１３ＢのＸ軸とＹ軸との方向を磁気センサ１３ＡのＸ軸とＹ軸との方向とは異なるようにした理由について説明する。図１０は、円形回転磁石１２の外周側で円形回転磁石１２よりも上方に位置する仮想同心円１７上に配置された磁気センサ１３Ａ，１３Ｂの位置を点Ａ，Ｂで示した説明図である。まず、磁気センサ１３ＡのＸ軸とＹ軸との方向と磁気センサ１３ＢのＸ軸とＹ軸との方向とはそれぞれ同じ（ともに、Ｘ軸は仮想同心円１７の接線方向で、Ｙ軸は円形回転磁石１２の回転中心軸（回転軸１１）と平行する方向）にした場合について想定する。
【００４３】
点Ａにおいて、回転軸１１に平行な方向（Ｙ軸に沿った方向）をＡ１、仮想同心円１７の接線に沿った方向（Ｘ軸に沿った方向）をＡ２、仮想同心円１７の法線に沿った方向（磁気センサ１３Ａの中心点Ｏを貫通する方向）をＡ３として定義する。また、点Ｂにおいて、回転軸１１に平行な方向（Ｙ軸に沿った方向）をＢ１、仮想同心円１７の接線に沿った方向（Ｘ軸に沿った方向）をＢ２、仮想同心円１７の法線に沿った方向（磁気センサ１３Ｂの中心点Ｏを貫通する方向）をＢ３として定義する。この場合、円形回転磁石１２を回転軸１１を中心として３６０度回転させて点Ａ，Ｂのそれぞれの方向に印加される磁界を磁気シュミレーションソフトを用いて解析した。その結果を、図１１ないし図１３に示す。
【００４４】
点ＡでのＡ１の磁界波形は、図１１に黒色の四角がついた曲線で示したαｓｉｎθとなり、Ａ２の磁界波形は、図１１に黒色の三角がついた曲線で示したβｃｏｓθとなる。点ＢでのＢ１の磁界波形は、図１２に白色の四角がついた曲線で示したαｓｉｎ（θ＋π／２）となり、Ｂ２の磁界波形は、図１２に白色の三角がついた曲線で示したβｃｏｓ（θ＋π／２）となる。方向Ａ２の磁界波形の位相は方向Ａ１の磁界波形の位相よりも９０度進んでいる。方向Ｂ２の磁界波形の位相は方向Ｂ１の磁界波形の位相よりも９０度進んでいる。方向Ａ１，Ｂ１の磁界波形の振幅αと、方向Ａ２，Ｂ２の磁界波形の振幅βとはα≧βの関係にある。磁気センサ１３Ａ，１３Ｂは、この磁界の変化を反映して出力するため、図１１および図１２に示した磁界波形は出力信号に置き換えることができる。
【００４５】
この場合、点Ａに配置した磁気センサ１３Ａだけで円形回転磁石１２の回転検出を逆正接演算による計算式Ａｒｃｔａｎで計算した場合、Ａｒｃｔａｎ（αｓｉｎθ／βｃｏｓθ）となりα／βの補正が必要になる。また、仮に、磁気センサ１３Ａが配置される点が、図１０に示した点Ａから点Ａの上方の点Ａ’に変わった場合、方向Ａ１，Ａ２の磁界波形が変化する。その違いをリーサジュグラフで図１３に示した。図１３は、回転軸方向の磁界と接線方向の磁界との関係を示しており、実線が点Ａの磁界、破線が点Ａ’の磁界を示している。
【００４６】
この場合、点Ａにおける振幅α、βに対応する点Ａ’での振幅をα’、β’としたときに、点Ａ’での比α’／β’は、点Ａでの比α／βとは異なってくる。このため、回転検出装置１０の作動時に、円形回転磁石１２が回転軸１１に沿ってずれて、円形回転磁石１２と磁気センサ１３Ａ，１３Ｂとの間隔が変化することは検出の精度上問題となる。しかしながら、磁気センサ１３Ａ，１３Ｂからの各一対ずつの出力信号ＯｕｔＸ，ＯｕｔＹを所定の演算処理を行うことで磁気センサ１３Ａ，１３Ｂの出力信号を互いに補償し合い、点Ａ’での比α’／β’と点Ａでの比α／βとの違いから生じる問題を解決できる。なお、図１０では、点Ａのみ点Ａ’に移行したことを説明したが、円形回転磁石１２が回転軸１１に沿ってずれるわけであるから、点Ｂも点Ａと平行な方向に同量だけずれ、点Ｂに関しても比α／βは比α’／β’のように変化する。
【００４７】
この演算処理について説明する前に、方向Ａ１，Ａ２に対応した磁気センサ１３Ａの出力端子１８ｃ，１８ｄから出力される出力信号ＯｕｔＸ，ＯｕｔＹと、方向Ｂ１，Ｂ２に対応した磁気センサ１３Ｂの出力端子１８ｃ，１８ｄから出力される出力信号ＯｕｔＸ，ＯｕｔＹについて説明しておくと、これらの出力信号は下記式１〜式４で表される。
Ａ１（１３Ａの１８ｃ，ＯｕｔＸ）：αｓｉｎθ＋Ｖｃｃ／２ …式１
Ａ２（１３Ａの１８ｄ，ＯｕｔＹ)：βｃｏｓθ＋Ｖｃｃ／２ …式２
Ｂ１（１３Ｂの１８ｃ，ＯｕｔＸ）：αｓｉｎ（θ＋π／２）＋Ｖｃｃ／２
＝αｃｏｓθ＋Ｖｃｃ／２ …式３
Ｂ２（１３Ｂの１８ｄ，ＯｕｔＹ）：βｃｏｓ（θ＋π／２）＋Ｖｃｃ／２
＝−βｓｉｎθ＋Ｖｃｃ／２ …式４
【００４８】
つぎに、前記演算処理について説明するが、説明の便宜上、図１４（ａ）に仮想の演算回路１９を示す。磁気センサ１３Ａ，１３Ｂからの各出力信号ＯｕｔＸ，ＯｕｔＹは、演算回路１９にそれぞれ入力される。演算回路１９は、差動増幅器１９ａ，１９ｂ、アナログ・ディジタル変換器（Ａ／Ｄ変換器）１９ｃ，１９ｄおよび逆正接演算器１９ｅからなる。差動増幅器１９ａは、磁気センサ１３Ａの出力端子１８ｃからの出力信号ＯｕｔＸ（式１のＡ１に対応）から磁気センサ１３Ｂの出力端子１８ｄからの出力信号ＯｕｔＹ（式４のＢ２に対応）を減算してＡ／Ｄ変換器１９ｃに出力する。差動増幅器１９ｂは、磁気センサ１３Ａの出力端子１８ｄからの出力信号ＯｕｔＹ（式２のＡ２に対応）から磁気センサ１３Ｂの出力端子１８ｃからの出力信号ＯｕｔＸ（式３のＢ１に対応）を減算してＡ／Ｄ変換器１９ｄに出力する。
【００４９】
Ａ／Ｄ変換器１９ｃ，１９ｄは、差動増幅器１９ａ，１９ｂからの電圧信号（出力信号）をそれぞれアナログ・ディジタル変換（Ａ／Ｄ変換）して、逆正接演算器１９ｅに出力する。逆正接演算器１９ｅは、例えばマイクロコンピュータにより構成されており、Ａ／Ｄ変換器１９ｃ，１９ｄからの出力信号に対して、プログラム処理を用いた逆正接演算（Ａｒｃｔａｎ）を施すことにより、角度θ、すなわち円形回転磁石１２の回転角に対応した角度信号を０度から３６０度の範囲で得ることができる。
【００５０】
この場合、差動増幅器１９ａによる式１−式４の演算により（α＋β）ｓｉｎθが得られるが、差動増幅器１９ｂによる式２−式３の演算では（β−α）ｃｏｓθとなり（α＋β）ｃｏｓθが得られない。このため、α、βの値から生じる影響を除去することができない。つぎに、この（β−α）ｃｏｓθではなく、（β＋α）ｃｏｓθが得られる方法について説明する。いま、図１５に示すように、磁気センサ１３Ｂを図１５（ａ）の状態から左に９０度回転させて図１５（ｂ）の状態にすることでＹ軸上のハーフブリッジ回路の電位レベルを反転することができる。図１５では、磁気センサ１３ＢのＶｃｃレベルを「＋」として示しており、図１５（ａ）では、Ｘ軸に沿ったハーフブリッジ回路の「＋」が左側に位置し、Ｙ軸に沿ったハーフブリッジ回路の「＋」が上側に位置している。この状態から、磁気センサ１３Ｂを左に９０度回転させて図１５（ｂ）の状態にすると、Ｘ軸に沿ったハーフブリッジ回路の「＋」が左側に位置し、Ｙ軸に沿ったハーフブリッジ回路の「＋」が下側に位置する。
【００５１】
このように、磁気センサ１３Ｂを９０度回転させた状態では、前記式１〜式４によって表される方向Ａ１，Ａ２，Ｂ１，Ｂ２に対応した磁気センサ１３Ａ，１３Ｂの出力端子１８ｃ，１８ｄから出力される出力信号は下記に式１’〜式４’のようになる。
Ａ１（１３Ａの１８ｃ，ＯｕｔＸ）：αｓｉｎθ＋Ｖｃｃ／２ …式１’
Ａ２（１３Ａの１８ｄ，ＯｕｔＹ）：βｃｏｓθ＋Ｖｃｃ／２ …式２’
Ｂ１（１３Ｂの１８ｃ，ＯｕｔＹ）：−αｓｉｎ（θ＋π／２）＋Ｖｃｃ／２
＝−αｃｏｓθ＋Ｖｃｃ／２ …式３’
Ｂ２（１３Ｂの１８ｄ，ＯｕｔＸ）：βｃｏｓ（θ＋π／２）＋Ｖｃｃ／２
＝−βｓｉｎθ＋Ｖｃｃ／２ …式４’
【００５２】
これによれば、式１’−式４’の演算により（α＋β）ｓｉｎθが得られるとともに、式２’−式３’の演算により（α＋β）ｃｏｓθが得られる。しかし、この場合、Ｂ１方向の出力信号ＯｕｔＹは磁気センサ１３Ｂの出力端子１８ｃから出力されるとともに、Ｂ２方向の出力信号ＯｕｔＸは磁気センサ１３Ｂの出力端子１８ｄから出力される。したがって、実際には、図１４（ａ）の仮想の演算回路１９は、図１４（ｂ）のように変更される。すなわち、磁気センサ１３Ｂの出力端子１８ｃが差動増幅器１９ａの負側入力「−」に接続されるとともに、磁気センサ１３Ｂの出力端子１８ｄか差動増幅器１９ｂの負側入力「−」に接続されるように変更される。
【００５３】
このように、磁気センサ１３Ｂを９０度回転させることにより、Ｘ軸に沿ったハーフブリッジ回路の電位レベルを維持したまま、Ｙ軸に沿ったハーフブリッジ回路の電位レベルだけを反転することができる。このため、９０度回転させた磁気センサ１３Ｂを図１０の点Ｂに配置すればＢ１のαｃｏｓθは、−αｃｏｓθに変換でき、式２−式３は（α＋β）ｃｏｓθになる。この結果、回転検出の計算式Ａｒｃｔａｎ（（α＋β）ｓｉｎθ／（α＋β）ｃｏｓθ）を得ることができ、これによって比α’／β’や比α／βの影響が生じなくなる。なお、これは、磁気センサ１３Ｂを回転させる前の状態にして、図１４（ａ）に示した演算回路において、磁気センサ１３Ｂの磁気抵抗効果素子ａ，ｂで構成されるハーフブリッジ回路のＶｃｃの端子とＧｎｄの端子とを入れ替えた場合と同じになる。
【００５４】
この点は、本実施形態の変形例にも関係するので、さらに説明を加える。この変形例においては、磁気センサ１３Ａ，１３Ｂは共に上記実施形態の位置に配置されている。そして、磁気センサ１３Ｂを９０度回転させることなく、磁気センサ１３Ａ，１３ＢのＸ軸は共に仮想同心円１７の接線方向に沿うとともに、磁気センサ１３Ａ，１３ＢのＹ軸は共に回転軸１１に平行になっている（図１５（ａ）参照）。この変形例においても、磁気センサ１３Ａ，１３Ｂは同一の構成であるが、図１６（ａ）に示すように、磁気抵抗効果素子ａ，ｂからなるハーフブリッジ回路のための電源用端子１８ａ１，１８ｂ１と、磁気抵抗効果素子ｃ，ｄからなるハーフブリッジ回路のための電源用端子１８ａ２，１８ｂ２とをそれぞれ独立に設けている。
【００５５】
この場合、磁気センサ１３Ａにおいては、電源用端子１８ａ１，１８ａ２に電圧Ｖｃｃが供給され、電源用端子１８ｂ１，１８ｂ２は接地される。磁気センサ１３Ｂにおいては、電源用端子１８ｂ１，１８ａ２に電圧Ｖｃｃが供給され、電源用端子１８ａ１，１８ｂ２は接地される。他の回路構成は、説明の便宜上想定した図１４（ａ）の回路と同じである。これによれば、磁気センサ１３Ｂにおける磁気抵抗効果素子ａ，ｂからなるハーフブリッジ回路に対する電圧の印加方向が上記図１４（ａ）の場合とは逆になる。したがって、上記式１〜式４によって表された方向Ａ１，Ａ２，Ｂ１，Ｂ２の出力端子１８ｃ，１８ｄから出力される出力信号は下記式１’’〜式４’’のようになる。
【００５６】
Ａ１（１３Ａの１８ｃ，ＯｕｔＸ）：αｓｉｎθ＋Ｖｃｃ／２ …式１’’
Ａ２（１３Ａの１８ｄ，ＯｕｔＹ）：βｃｏｓθ＋Ｖｃｃ／２ …式２’’
Ｂ１（１３Ｂの１８ｃ，−ＯｕｔＸ）：−αｓｉｎ（θ＋π／２）＋Ｖｃｃ／２
＝−αｃｏｓθ＋Ｖｃｃ／２ …式３’’
Ｂ２（１３Ｂの１８ｄ，ＯｕｔＹ）：βｃｏｓ（θ＋π／２）＋Ｖｃｃ／２
＝−βｓｉｎθ＋Ｖｃｃ／２ …式４’’
【００５７】
したがって、差動増幅器１９ａによる式１”−式４”の演算では、（α＋β）ｓｉｎθが得られる。また、差動増幅器１９ｂによる式２”−式３”の演算では、（α＋β）ｃｏｓθが得られる。その結果、この変形例によっても、回転検出の計算式Ａｒｃｔａｎ（（α＋β）ｓｉｎθ／（α＋β）ｃｏｓθ）を得ることができ、これによって比α’／β’や比α／βの影響が生じなくなる。ただし、この変形例においては、磁気センサ１３Ａ、１３Ｂとして同じものを利用可能であるが、電源用端子が上記実施形態よりも多い４つ必要となる。
【００５８】
さらに、上記実施形態の磁気センサ１３Ａ，１３Ｂを用いて、図１６（ｂ）に示すような演算回路１９を用いることにより、式２−式３の演算による（β−α）ｃｏｓθを（α＋β）ｃｏｓθに変更することも可能である。図１６（ｂ）の演算回路は、図１４（ａ）の仮想の演算回路１９において、出力端子１８ｃと作動増幅器１９ｂの負側入力（−）との間に変換回路１９ｆを設ける。この変換回路１９ｆは、複数の差動増幅器（アナログ演算回路）の組み合わせにより、磁気センサ１３Ｂの出力端子１８ｃから出力される出力信号αｃｏｓθ＋Ｖｃｃ／２（ＯｕｔＸ）を、−αｃｏｓθ＋Ｖｃｃ／２に変換する。例えば、出力信号αｃｏｓθ＋Ｖｃｃ／２から電圧Ｖｃｃ／２を減算した後、減算結果αｃｏｓθの正負を反転して、反転した信号−αｃｏｓθに電圧Ｖｃｃ／２を加算する。
【００５９】
これによっても、上記図１６（ａ）の変形例の場合と同様に、差動増幅器１９ａによる演算では、（α＋β）ｓｉｎθが得られる。また、差動増幅器１９ｂによる演算では、（α＋β）ｃｏｓθが得られる。その結果、この変形例によっても、回転検出の計算式Ａｒｃｔａｎ（（α＋β）ｓｉｎθ／（α＋β）ｃｏｓθ）を得ることができ、これによって比α’／β’や比α／βの影響が生じなくなる。ただし、この変形例においては、磁気センサ１３Ａ、１３Ｂとして上記実施形態と同じ電源用端子数の少ない磁気センサ１３を用いることができるが、演算回路１９が複雑化する。
【００６０】
さらに、前記図１４（ｂ）の実施形態および図１６（ａ），図１６（ｂ）の変形例では、演算回路１９のうち逆正接演算器１９ｅのみマイクロコンピュータからなるディジタル回路で構成し、残りの回路をアナログ回路で構成した。しかし、これらに代え、磁気センサ１３Ａ，１３Ｂの各出力端子１８ｃ，１８ｄからのアナログ信号をＡ／Ｄ変換器でディジタル信号に変換し、上記実施形態および変形例の差動増幅器１９ａ，１９ｂおよび変換回路１９ｆによるアナログ演算を、逆正接演算器１９ｅと同様に、マイクロコンピュータのプログラム処理によるディジタル演算で実現するようにしてもよい。
【００６１】
また、この場合、磁気センサ１３Ａ，１３Ｂの各出力端子１８ｃ，１８ｄからのアナログ信号をＡ／Ｄ変換器を用いて時分割でディジタル信号に変換して、マイクロコンピュータに時分割で供給するようにしてもよい。また、上記実施形態および変形例においても、Ａ／Ｄ変換器１９ｃ，１９ｄを一つだけ設けて、差動増幅器１９ａ、１９ｂからの出力信号を時分割でＡ／Ｄ変換して逆正接演算器１９ｅ（マイクロコンピュータ）に供給するようにしてもよい。
【００６２】
また、磁気センサ１３Ａ，１３ＢにはそれぞれＮ極側を回転軸１１側に向けたバイアス磁石１４が備わっており、円形回転磁石１２は回転方向にＮ極とＳ極とがそれぞれ一つずつ着磁されている。このため、本実施形態に係る回転検出装置１０では、回転検出装置１０の作動中に回転軸１１が回転すると、磁気センサ１３Ａ，１３Ｂの出力信号がそれぞれ円形回転磁石１２の１回転で１周期となり、かつ互いに１／４周期ずれた正弦波と余弦波の波形をえることができる。この２つの波形を用いることにより、回転軸１１の回転方向、回転数および回転角の検出ができる。また、２個の磁気センサ１３Ａ，１３Ｂを用いたため、磁気センサ１３Ａ，１３Ｂを円形回転磁石１２の外周側に設置しても磁界の良好な検出ができる。
【００６３】
（実施例１）
つぎに、実施例品として、図１７に示した回転検出装置２０を作製しその特性の確認を行った。この回転検出装置２０では、円板状の円形回転磁石２２を回転軸２１の上端部に取り付け、円形回転磁石２２の外周側のやや上方に２個の磁気センサ２３Ａ，２３Ｂを前述した磁気センサ１３Ａ，１３Ｂと同様の配置で設置した。各磁気センサ２３Ａ，２３Ｂの磁気抵抗効果素子としては、抵抗変化率が３％〜５％と低いが材料自体の単純性と製作工程の容易性を考慮してＡＭＲ素子（Ｎｉ、Ｆｅ、Ｃｏ）を用いた。そして、磁気センサ１３Ａ，１３Ｂと同様の形態で、縦横の長さがそれぞれ１．８ｍｍで厚みが０．１ｍｍの基板に、ＡＭＲ素子からなる磁気抵抗効果素子で二つのハーフブリッジ回路を構成する配線に加え、これらのハーフブリッジ回路と電源用端子（Ｖｃｃ、Ｇｎｄ）および出力端子との配線をフォトリソグラフ工程で成膜した。
【００６４】
バイアス磁石としては、保持力が約７ｋエルステッドの希土類（ＳｍＦｅＮ）を４０ｋエルステッドで着磁した直径が１．５ｍｍで厚みが０．２５ｍｍの樹脂磁石を使用した。そして、基板とバイアス磁石を、ダイボンディング、ワイヤーボンディングおよびトランスファーモールド等の一般的な半導体の製造工程を経て、エポキシ封止して、縦が２．５ｍｍ、横が２．８ｍｍ、厚みが０．８ｍｍに設定された磁気センサ２３Ａ，２３Ｂを製作した。また、円形回転磁石２２としては、直径が９ｍｍで厚みが３ｍｍの径方向に２極着磁したフェライト焼結の円板状の磁石を用いた。この磁気センサ２３Ａ，２３Ｂの実測による外部磁界と出力との関係を図１８に示した。図１８は、磁気センサ２３ＡにＸ軸方向に外部磁界を印加したときのＹ軸方向のハーフブリッジ回路の出力を示している。
【００６５】
また、磁気センサ２３ＡにＹ軸方向に外部磁界を印加したときのＸ軸方向のハーフブリッジ回路の出力も同様の結果であった。図１８に示した曲線より磁気センサ２３Ａ，２３Ｂが備えるバイアス磁石の磁界強度が約２５ｋＡ／ｍであることが分かる。また、円形回転磁石２２の外周面から図１７に示したギャップｒが１．５ｍｍで、円形回転磁石２２の上面からの高さｈが０ｍｍまたは３ｍｍになる位置での仮想同心円２７上または仮想同心円２７ａ上でそれぞれ周方向に９０度離れた位置に磁気センサ２３Ａ，２３Ｂを配置した。ギャップｒが１．５ｍｍで、高さｈが０ｍｍの位置での磁気センサ２３Ａ，２３Ｂの特性を図１９に示し、ギャップｒが１．５ｍｍで、高さｈが３ｍｍの位置での磁気センサ２３Ａ，２３Ｂの特性を図２０に示した。
【００６６】
図１９（ａ）は、高さｈが０ｍｍのときの円形回転磁石２２の回転角度と磁気センサ２３Ａ，２３Ｂの出力との関係を示しており、曲線Ｃ１が磁気センサ２３Ａにおける回転軸２１方向のハーフブリッジ回路の出力、曲線Ｃ２が磁気センサ２３Ａにおける仮想同心円２７の接線方向のハーフブリッジ回路の出力、曲線Ｄ１が磁気センサ２３Ｂにおける回転軸２１方向のハーフブリッジ回路の出力、曲線Ｄ２が磁気センサ２３Ｂにおける仮想同心円２７の接線方向のハーフブリッジ回路の出力をそれぞれ表している。
【００６７】
図２０（ａ）は、高さｈが３ｍｍのときの円形回転磁石２２の回転角度と磁気センサ２３Ａ，２３Ｂの出力との関係を示しており、曲線Ｃ１’が磁気センサ２３Ａにおける回転軸２１方向のハーフブリッジ回路の出力、曲線Ｃ２’が磁気センサ２３Ａにおける仮想同心円２７ａの接線方向のハーフブリッジ回路の出力、曲線Ｄ１’が磁気センサ２３Ｂにおける回転軸２１方向のハーフブリッジ回路の出力、曲線Ｄ２’が磁気センサ２３Ｂにおける仮想同心円２７ａの接線方向のハーフブリッジ回路の出力をそれぞれ表している。
【００６８】
また、図１９（ｂ）は、高さｈが０ｍｍのときの磁気センサ２３Ａにおける回転軸２１方向のハーフブリッジ回路の出力と磁気センサ２３Ｂにおける仮想同心円２７の接線方向のハーフブリッジの等価回路の出力を差動増幅器に通した差動後の出力と、高さｈが０ｍｍのときの磁気センサ２３Ｂにおける回転軸２１方向のハーフブリッジ回路の出力と磁気センサ２３Ａにおける仮想同心円２７の接線方向のハーフブリッジ回路の出力を差動増幅器に通した差動後の出力とを示している。
【００６９】
図２０（ｂ）は、高さｈが３ｍｍのときの磁気センサ２３Ａにおける回転軸２１方向のハーフブリッジ回路の出力と磁気センサ２３Ｂにおける仮想同心円２７ａの接線方向のハーフブリッジ回路の出力を差動増幅器に通した差動後の出力と、高さｈが３ｍｍのときの磁気センサ２３Ｂにおける回転軸２１方向のハーフブリッジ回路の出力と磁気センサ２３Ａにおける仮想同心円２７ａの接線方向のハーフブリッジ回路の出力を差動増幅器に通した差動後の出力とを示している。
【００７０】
また、図１９（ｃ）は、図１９（ａ）に示した各出力を逆正接演算により電気角として求め、その電気角と実際の円形回転磁石２２の回転角度である機械角との差をとったときの角度誤差を示しており、図２０（ｃ）は、図２０（ａ）に示した各出力を逆正接演算により電気角として求め、その電気角と実際の円形回転磁石２２の回転角度である機械角との差をとった角度誤差を示している。これらの特性を下記表１に示す。
【００７１】
【表１】
表１より、回転検出装置２０では、磁気センサ２３Ａ，２３Ｂの円形回転磁石２２の上面からの高さを変更しても、すなわち円形回転磁石２２に対する磁気センサ２３Ａ，２３Ｂの設置範囲を広くしても磁界の精度の高い検出が可能であることが分かる。
【００７２】
（実施例２）
つぎに、円形回転磁石として、外径が１５ｍｍ、内径が８ｍｍ、厚みが３ｍｍで径方向に２極着磁したネオジ焼結リング形状の磁石と、直径が２５ｍｍ、厚みが３ｍｍで径方向に２極着磁したネオジ焼結の円板状の磁石とを用いた回転検出装置でそれぞれ特性の確認を行った。その結果、リング形状の磁石を用いた回転検出装置では、ギャップｒが６ｍｍで、高さｈが０ｍｍの位置のときに、円柱状の磁石を用いた回転検出装置では、ギャップｒが８ｍｍで、高さｈが０ｍｍの位置のときに、それぞれ図１９に示した特性と同様の特性を得ることができた。
【００７３】
さらに、円形回転磁石として、直径が９ｍｍ、厚みが３ｍｍで面方向（厚み方向）に２極着磁したフェライト焼結の円柱状の磁石を用いた回転検出装置で特性の確認を行った。その結果、ギャップｒが１．５ｍｍで、高さｈが３ｍｍの位置のとき、図２１に示した特性を得ることができた。図２１に示したように、面方向に着磁された円形回転磁石を用いた場合には、両磁気センサの個別の出力波形は歪を含んだ波形になった。
【００７４】
この場合、一方の磁気センサの波形歪は、基本波に奇数の高調波成分がプラスされ、他方の磁気センサの波形歪は基本波に奇数の高調波成分がマイナスされている。したがって、一方の磁気センサの回転軸方向のハーフブリッジ回路の出力Ｃ３と他方の磁気センサの接線方向のハーフブリッジ回路の出力Ｄ４を減算回路に通した後の出力および一方の磁気センサの接線方向のハーフブリッジ回路の出力Ｃ４と他方の磁気センサの回転軸方向のハーフブリッジ回路の出力Ｄ３を減算回路に通した後の出力は、互いの歪を相殺しその歪は減少する。図２１（ｃ）に示したように、減算回路を通過した後の波形に基づく角度誤差は±２度以下になり、大幅な精度低下は生じなかった。
【００７５】
このように、本実施形態に係る回転検出装置１０では、磁気センサ１３Ａ，１３Ｂを円形回転磁石１２の外周面よりも外側に配置させるため、円形回転磁石１２を回転軸１１の端部でなく回転軸１１の軸方向の中央側部分の外周面に設けた回転軸貫通構造にしても磁気センサ１３Ａ，１３Ｂの設置が容易にできる。また、２個の磁気センサ１３Ａ，１３Ｂを用いるとともに２個の磁気センサ１３Ａ，１３Ｂを周方向に互いに９０度離れた位置に設置したため、各磁気センサ１３Ａ，１３Ｂの出力信号を互いに補償し合うことができ、回転軸１１の回転方向、回転数および回転方向の位置を精度よく検出することができる。
【００７６】
また、磁気センサ１３ＡのＹ軸および磁気センサ１３ＢのＸ軸を円形回転磁石１２の回転軸１１に平行させているため、回転検出装置１０を円形回転磁石１２の径方向に対して小型化できる。さらに、円形回転磁石１２が、回転軸１１を挟んで円形回転磁石１２を２等分する面を境界として分極して２極着磁されて一方がＳ極、他方がＮ極になっているため、円形回転磁石１２が１回転したときに、磁気センサ１３Ａ，１３Ｂが１周期の波形で位相差をもつ正弦波と余弦波を出力することができる。また、磁気センサ１３Ａ，１３Ｂにそれぞれバイアス磁石１４が備わっているため、バイアス磁石１４による外部磁界の磁界周期と同じ周期の出力信号を得ることができる。
【００７７】
また、磁気抵抗効果素子ａ，ｂ，ｃ，ｄを、４つの領域１５ａ，１５ｂ，１５ｃ，１５ｄに１個ずつ形成して、Ｘ軸（またはＹ軸）に位置する磁気抵抗効果素子ａ，ｂとＹ軸（またはＸ軸）に位置する磁気抵抗効果素子ｃ，ｄとでそれぞれハーフブリッジの等価回路を構成している。そして、磁気センサ１３Ａ，１３Ｂからそれぞれ出力される信号を補償し合うように減算する減算回路（演算回路）を設けたため、入力抵抗値を上げることができ、かつ配線を簡略化できるという効果が生じる。
【００７８】
また、磁気センサ１３Ａは、Ｙ軸を円形回転磁石１２の回転軸１１に平行にし、かつＸ軸を仮想同心円１７の接線に沿わせて配置しているのに対し、磁気センサ１３Ｂは、Ｘ軸を円形回転磁石１２の回転軸１１に平行にし、かつＹ軸を仮想同心円１７の接線に沿わせて配置している。このように、磁気センサ１３Ｂを磁気センサ１３Ａに対して９０度回転することにより、磁気センサ１３ＢのＸ軸に沿ったハーフブリッジ回路の電位レベルを維持したまま、Ｙ軸に沿ったハーフブリッジ回路の電位レベルだけを反転することができる。これによって、前述したように円形回転磁石１２に対する磁気センサ１３Ａ，１３Ｂの位置を変更しても検出値に影響が出なくなる。
【００７９】
また、磁気抵抗効果素子ａ，ｂ，ｃ，ｄをＸ軸およびＹ軸の双方に対して４５度傾斜させたため、各磁気抵抗効果素子ａ，ｂ，ｃ，ｄに２つの軸の双方の方向に沿った磁界が印加されるためより精度のよい検出が可能になる。さらに、磁気抵抗効果素子ａ，ｂ，ｃ，ｄをＡＭＲ素子で構成したため良好な検出が可能になる。バイアス磁石１４を焼結磁石または樹脂磁石で構成したため、磁気センサ１３Ａ，１３Ｂが良好な磁界強度を得ることができ、外部磁界強度に対する耐性を発揮することができる。さらに、円形回転磁石１２が、回転軸１１に平行に分極して径方向に２極着磁されているため、歪のない磁石磁界が生じるようになり回転検出装置１０の精度がさらに向上する。
【００８０】
（第２実施形態）
図２２ないし図２４は、本発明の第２実施形態に係る回転検出装置３０を示している。この回転検出装置３０では、磁気センサ３３Ａ，３３Ｂは、図２３および図２４に示したように、それぞれＸ軸およびＹ軸を水平方向に向けて各中心点Ｏを円形回転磁石３２と同軸で円形回転磁石３２の直径よりもやや大きな直径の仮想同心円３７上に位置させるとともに、円形回転磁石３２よりも上方の位置に、互いの間隔を仮想同心円３７の周方向に９０度の角度を保って配置されている。
【００８１】
この場合、磁気センサ３３Ａは、Ｘ軸を仮想同心円３７の接線に沿わせ、Ｙ軸を仮想同心円３７の法線に沿わせて配置され、磁気センサ３３Ｂは、Ｙ軸を仮想同心円３７の接線に沿わせ、Ｘ軸を仮想同心円３７の法線に沿わせて配置されている。なお、図２４では、磁気センサ３３Ｂを表すため、回転軸３１を破線で示している。この回転検出装置３０のそれ以外の部分の構成については、前述した回転検出装置１０と同一である。したがって、同一部分に同一符号を記して説明は省略する。
【００８２】
つぎに、本実施形態に係る回転検出装置３０において、上述した実施形態と同様、磁気センサ３３ＢのＸ軸とＹ軸との方向を磁気センサ３３ＡのＸ軸とＹ軸との方向と異なるようにした理由について図１０を用いて説明する。この場合も、図１０においては、次のことを想定する。磁気センサ３３Ａ，３３Ｂの位置を点Ａ，Ｂとする。そして、この磁気センサ３３Ａ，３３ＢのＸ軸方向を共に仮想同心円１７（図２３では３７であるがここでは図１０の符号を用いて１７とする）の接線方向とし、かつ磁気センサ３３Ａ，３３ＢのＹ軸方向を共に仮想同心円１７の法線方向とする。
【００８３】
そして、点Ａで仮想同心円１７の接線に沿った方向をＡ２、仮想同心円１７の法線に沿った方向をＡ３とし、点Ｂで仮想同心円１７の接線に沿った方向をＢ２、仮想同心円１７の法線に沿った方向をＢ３とした。このときに、円形回転磁石１２を３６０度回転させてそれぞれの方向にかかる磁界を磁気シュミレーションソフトを用いて解析した。その結果は、磁気センサ３３Ａにおいては、方向Ａ２に関して、図１１に黒色の三角がついた曲線で示した磁界波形が現れ、方向Ａ３に関して、黒色の菱形がついた曲線で示した磁界波形が現れた。また、磁気センサ３３Ｂにおいては、方向Ｂ２に関して、図１２に白色の三角がついた曲線で示した磁界波形が現れ、方向Ｂ３に関しては、白色の菱形がついた曲線で示した磁界波形が現れた。
【００８４】
すなわち、上記実施形態の場合と同様に、点Ａでの方向Ａ２の磁界波形を、図１１に黒色の三角がついた曲線で示したβｃｏｓθとし、点Ａでの方向Ａ３の磁界波形を、図１１に黒色の菱形がついた曲線で示したγｓｉｎθとすると、点Ｂでの方向Ｂ２の磁界波形は、図１２に白色の三角がついた曲線で示したβｃｏｓ（θ＋π／２）となり、点Ｂでの方向Ｂ３の磁界波形は、図１２に菱形の四角がついた曲線で示したγｓｉｎ（θ＋π／２）となる。なお、βは方向Ａ２，Ｂ２での磁界波形の振幅であり、かつγは方向Ａ３，Ｂ３での磁界波形の振幅であり、これらのβ，γの関係はγ≧βとなる。すなわち、磁気センサ３３Ａ，３３Ｂを水平方向に向けたときの点Ａでの方向Ａ３，Ａ２および点Ｂでの方向Ｂ３，Ｂ２との関係は、上述した実施形態の磁気センサ１３Ａ，１３Ｂを垂直方向に向けたときの点Ａでの方向Ａ１，Ａ２および点Ｂでの方向Ｂ１，Ｂ２の関係と略同じになる。
【００８５】
したがって、磁気センサ３３Ａ，３３Ｂのように水平に配置した場合も、回転軸３１に沿った方向の位置が変わると、方向Ａ２，Ａ３および方向Ｂ２，Ｂ３の磁界波形がそれぞれ変化する。このため、回転検出装置３０の作動時に、円形回転磁石３２が回転軸３１に沿ってずれて、円形回転磁石３２と磁気センサ３３Ａ，３３Ｂとの間隔が変化することによる問題の発生を防止するためには、磁気センサ３３Ａ，３３Ｂの方向Ａ３，Ｂ２および方向Ａ２，Ｂ３における磁界波形の出力信号に演算処理を施すことで補償し、比γ／βの影響を除去することが必要になる。
【００８６】
この場合も、上記実施形態の図１４（ｂ）のように、磁気センサ３３Ａ，３３Ｂを演算回路１９に接続すればよい。ただし、この場合には、磁気センサ３３Ａにおける方向Ａ３の磁界波形の出力信号γｓｉｎθ＋Ｖｃｃ／２を差動増幅器１９ａの正側入力「＋」に供給するとともに、磁気センサ３３Ｂにおける方向Ｂ２の磁界波形の出力信号βｃｏｓ（θ＋π／２）＋Ｖｃｃ／２を差動増幅器１９ａの負側入力「−」に供給するようにする。また、磁気センサ３３Ａにおける方向Ａ２の磁界波形の出力信号βｃｏｓ（θ＋π／２）＋Ｖｃｃ／２を差動増幅器１９ｂの正側入力「＋」に供給するとともに、磁気センサ３３Ｂにおける方向Ｂ３の磁界波形の出力信号−γｓｉｎθ＋Ｖｃｃ／２を差動増幅器１９ａの負側入力「−」に供給するようにする。
【００８７】
この場合も、磁気センサ３３Ｂを磁気センサ３３Ａに対して９０度回転させて図２２ないし図２４の状態にすることにより、磁気センサ３３ＢのＸ軸に沿ったハーフブリッジ回路の電位レベルを維持したまま、Ｙ軸に沿ったハーフブリッジ回路の電位レベルだけを逆にすることができる。これによって、回転角検出の計算式Ａｒｃｔａｎ（γｓｉｎθ／βｃｏｓθ）に比γ／βの影響が生じなくなる。また、回転検出装置３０によると、磁気センサ３３Ａ，３３Ｂを水平方向に配置するため、回転検出装置３０を円形回転磁石３２の回転軸方向に対して小型化できる。この回転検出装置３０のそれ以外の作用効果については、前述した回転検出装置１０と同様である。
【００８８】
また、この第２実施形態においても、上記第１実施形態と同様な変形が可能である。すなわち、磁気センサ３３Ｂを９０度回転させることなく、磁気センサ３３Ａ，３３ＢのＸ軸を仮想同心円３７の接線方向に沿わせ、磁気センサ３３Ａ，３３ＢのＹ軸を仮想同心円３７の法線方向に沿わせるようにする。そして、磁気センサ３３Ａ，３３Ｂを上記実施形態の変形例の場合と同様に、図１６（ａ），（ｂ）に示す演算回路１９に接続すればよい。
【００８９】
なお、回転検出装置１０の垂直に配置された磁気センサ１３Ａ，１３Ｂと回転検出装置３０の水平に配置された磁気センサ３３Ａ，３３Ｂとの間の所定の角度で一対の磁気センサを傾斜させた場合には、図１１に示した方向Ａ１または方向Ａ３の磁界波形が方向Ａ１の曲線と方向Ａ３の曲線との間で変化し、図１２に示した方向Ｂ１または方向Ｂ３の磁界波形が方向Ｂ１の曲線と方向Ｂ３の曲線との間で変化する。このため、一対の磁気センサを回転軸に対して傾斜させて配置する場合にも、一方の磁気センサを他方の磁気センサに対して９０度回転させることにより、比α／β等の影響を無くすことができる。
【００９０】
（第３実施形態）
図２５は本発明の第３実施形態に係る回転検出装置が備える磁気センサ４３の基板４５上の感磁面を示している。この磁気センサ４３は、バイアス磁石（図示せず）と、基板４５と、基板４５に形成された８個の磁気抵抗効果素子ａ１，ａ２，ｂ１，ｂ２，ｃ１，ｃ２，ｄ１，ｄ２とで構成されている。基板４５には、便宜上、Ｘ軸とＹ軸とが交差する中心点Ｏを中心としてＸ軸に沿った部分の両側に領域４５ａ，４５ｂが設けられるとともに、Ｙ軸に沿った部分の両側に領域４５ｃ，４５ｄがそれぞれ設けられている。これらの領域４５ａ，４５ｂ，４５ｃ，４５ｄから中心点Ｏまでの距離はそれぞれ等しく設定されている。
【００９１】
磁気抵抗効果素子ａ１，ａ２，ｂ１，ｂ２，ｃ１，ｃ２，ｄ１，ｄ２は、それぞれ細長い四角形に形成されており、磁気抵抗効果素子ａ１，ａ２が領域４５ａに形成され、磁気抵抗効果素子ｂ１，ｂ２が領域４５ｂに形成され、磁気抵抗効果素子ｃ１，ｃ２が領域４５ｃに形成され、磁気抵抗効果素子ｄ１，ｄ２が領域４５ｄに形成されている。磁気抵抗効果素子ａ１，ａ２，ｂ１，ｂ２，ｃ１，ｃ２，ｄ１，ｄ２は、それぞれＸ軸およびＹ軸に対して４５度傾斜して形成されており、磁気抵抗効果素子ａ１と磁気抵抗効果素子ｂ１、磁気抵抗効果素子ａ２と磁気抵抗効果素子ｂ２、磁気抵抗効果素子ｃ１と磁気抵抗効果素子ｄ１および磁気抵抗効果素子ｃ２と磁気抵抗効果素子ｄ２とが、互いに中心点Ｏを中心として点対称になるように配置されている。
【００９２】
また、磁気抵抗効果素子ａ１，ａ２、磁気抵抗効果素子ｂ１，ｂ２、磁気抵抗効果素子ｃ１，ｃ２および磁気抵抗効果素子ｄ１，ｄ２の各一組が頂部を中心点Ｏ側に向けたＶ形を描くようにして配置されている。すなわち、磁気抵抗効果素子ａ１，ｄ２，ｂ１，ｃ２は、それぞれ基板４５上で中心点Ｏを中心として９０度ずつ位置を変更すると、位置を変更する前の他の磁気抵抗効果素子ａ１，ｄ２，ｂ１，ｃ２のいずれかが位置していた部分に位置するように配置されている。そして、磁気抵抗効果素子ａ２，ｄ１，ｂ２，ｃ１は、それぞれ基板４５上で中心点Ｏを中心として９０度ずつ位置を変更すると、位置を変更する前の他の磁気抵抗効果素子ａ２，ｄ１，ｂ２，ｃ１のいずれかが位置していた部分に位置するように配置されている。
【００９３】
また、図２６に示したように、磁気抵抗効果素子ａ１，ａ２，ｂ１，ｂ２および磁気抵抗効果素子ｃ１，ｃ２，ｄ１，ｄ２は、それぞれフルブリッジ回路を構成するように接続されている。そして、一方のフルブリッジ回路では、磁気抵抗効果素子ａ１，ａ２の接続点からの信号出力を＋ＯｕｔＸとして取り出し、磁気抵抗効果素子ｂ１，ｂ２の接続点からの信号出力を−ＯｕｔＸとして取り出す。他方のフルブリッジ回路では、磁気抵抗効果素子ｃ１，ｃ２の接続点からの信号出力を＋ＯｕｔＹとして取り出し、磁気抵抗効果素子ｄ１，ｄ２の接続点からの信号出力を−ＯｕｔＹとして取り出す。このように構成された磁気センサ４３は、図６に示したモールドパッケージ１６ａと同様のモールドパッケージ内に収容されており、この場合の磁気センサ４３には、二対の電源用端子と二対の信号出力端子が設けられている。
【００９４】
また、この回転検出装置には、本発明に係る演算処理回路として、図１４（ｂ）に示した演算回路に代えて、図２７に示した演算回路が備わっている。本実施形態に係る回転検出装置のそれ以外の構成は、上述した回転検出装置１０と同一である。すなわち、この回転検出装置においても、一対の磁気センサ４３Ａ，４３Ｂが設けられ、所定の仮想同心円の接線に沿うとともに、円形回転磁石よりも上方の位置に、互いの間隔を周方向に９０度の角度を保って配置されている。そして、第１実施形態の図１ないし図３のように、一方の磁気センサ４３Ａにおいては、Ｘ軸を仮想同心円の接線に沿わせ、Ｙ軸を円形回転磁石の回転軸に平行にして配置されている。他方の磁気センサ４３Ｂにおいては、Ｙ軸を仮想同心円の接線に沿わせ、Ｘ軸を円形回転磁石の回転軸に平行させて配置されている。
【００９５】
また、第３実施形態の図２２ないし図２４のように、一方の磁気センサ４３Ａにおいて、Ｘ軸を仮想同心円の接線に沿わせ、Ｙ軸を仮想同心円の法線に沿わせ、他方の磁気センサ４３Ｂにおいて、Ｘ軸を仮想同心円の法線に沿わせ、Ｙ軸を仮想同心円の接線に沿わせてもよい。この場合、２個の磁気センサ４３Ａ，４３Ｂから出力される信号を補償するためには、図２７に示す演算回路４９が用いられる。
【００９６】
演算回路４９は、４個の差動増幅器４９ａ，４９ｂ，４９ｃ，４９ｄを備えている。差動増幅器４９ａは、磁気センサ４３Ａの出力信号ＯｕｔＸ（＝αｓｉｎθ＋Ｖｃｃ／２）から磁気センサ４３Ａの出力信号−ＯｕｔＸ（＝−αｓｉｎθ＋Ｖｃｃ／２）を減算して出力する。この減算は、実質的には加算機能を果たすもので、差動増幅器４９ａからは波形信号２αｓｉｎθが出力される。差動増幅器４９ｂも、同様に、磁気センサ４３Ｂの出力信号ＯｕｔＹ（＝βｃｏｓ（θ＋π／２）＋Ｖｃｃ／２）から磁気センサ４３Ｂの出力信号−ＯｕｔＹ（＝−βｃｏｓ（θ＋π／２）＋Ｖｃｃ／２）を減算して波形信号２βｃｏｓ（θ＋π／２）（＝−２βｓｉｎθ）を出力する。
【００９７】
差動増幅器４９ｃも、同様に、磁気センサ４３Ａの出力信号ＯｕｔＹ（＝βｃｏｓθ＋Ｖｃｃ／２）から磁気センサ４３Ａの出力信号−ＯｕｔＹ（＝−βｃｏｓθ＋Ｖｃｃ／２）を減算して、波形信号２βｃｏｓθを出力する。差動増幅器４９ｂも、同様に、磁気センサ４３Ｂの出力信号ＯｕｔＸ（＝αｓｉｎ（θ＋π／２）＋Ｖｃｃ／２）から磁気センサ４３Ｂの出力信号−ＯｕｔＸ（＝−αｓｉｎ（θ＋π／２）＋Ｖｃｃ／２）を減算して波形信号２αｓｉｎ（θ＋π／２）（＝−２αｃｏｓθ）を出力する。
【００９８】
差動増幅器４９ａの出力は差動増幅器４９ｅの正側入力「＋」に供給され、かつ差動増幅器４９ｂの出力は差動増幅器４９ｅの負側入力「−」に供給される。差動増幅器４９ｃの出力は差動増幅器４９ｆの正側入力「＋」に供給され、かつ差動増幅器４９ｄの出力は差動増幅器４９ｆの負側入力「−」に供給される。これらの差動増幅器４９ｅ，４９ｆは、上記第１実施形態の差動増幅器１９ａ，１９ｂ（図１４（ｂ）参照）にそれぞれ対応する。そして、差動増幅器４９ｅからは、波形信号２（α＋β）ｓｉｎθが出力される。差動増幅器４９ｆからは、波形信号２（α＋β）ｃｏｓθが出力される。差動増幅器４９ｅ，４９ｆの出力側には、上記第１実施形態のＡ／Ｄ変換器１９ｃ，１９ｄおよび逆正接演算器１９ｅと同様のＡ／Ｄ変換器４９ｇ，４９ｈおよび逆正接演算器４９ｉが接続されている。
【００９９】
したがって、この第３実施形態によっても、最終的に角度信号が出力される。この第３実施形態に係る回転検出装置によると、上述したハーフブリッジ回路を備えた回転検出装置１０と比較して、２倍の振幅を有する出力波形信号が得られ、中点電位の安定性の向上と出力が２倍になる効果が生じる。この回転検出装置のそれ以外の作用効果については、上述した回転検出装置１０の作用効果と同様である。なお、この第３実施形態においても、磁気センサ４３Ａ，４３Ｂのフルブリッジ回路毎に電源用端子を設けることにより、上記実施形態の変形例のように、磁気センサ４３Ｂを９０度回転させる必要がなくなる。上記実施例と同様に、上記図２７に示した差動増幅器４９ａ〜２９ｆによるアナログ演算に代え逆正接演算器４９ｉと同様なマイクロコンピュータを用いた演算処理を行ってもよい。
【０１００】
（変形例）
図２８は、第３実施形態の変形例に係る回転検出装置が備える磁気センサ５３の基板５５上の感磁面を示している。この磁気センサ５３は、前述した磁気センサ４３においてＶ形を描くようにして配置された各磁気抵抗効果素子ａ１，ａ２、磁気抵抗効果素子ｂ１，ｂ２、磁気抵抗効果素子ｃ１，ｃ２および磁気抵抗効果素子ｄ１，ｄ２をそれぞれ領域４５ａ，４５ｂ，４５ｃ，４５ｄ内で各領域４５ａ，４５ｂ，４５ｃ，４５ｄの中心点を中心として反時計回り方向（図２５，２８の状態での反時計回り方向）に９０度回転させた状態に形成されている。
【０１０１】
この磁気センサ５３を備えた回転検出装置のそれ以外の部分の構成については、前述した第３実施形態に係る回転検出装置と同一である。この変形例に係る回転検出装置の作用効果についても前述した第３実施形態に係る回転検出装置の作用効果と同様である。なお、強磁性体材料を用いたＧＭＲ素子からなる磁気抵抗効果素子を用いて、図２５および図２８に示した回転検出装置を構成してもよく、これによっても、第３実施形態やその変形例に係る回転検出装置と同等の回転検出装置を得ることができる。
【０１０２】
（第４実施形態）
図２９は、本発明の第４実施形態に係る回転検出装置が備える磁気センサ６３の基板６５上の感磁面を示している。この磁気センサ６３は、バイアス磁石（図示せず）と、基板６５と、基板６５に形成された４個の磁気抵抗効果素子ａ３，ｂ３，ｃ３，ｄ３とで構成されている。基板６５には、便宜上、Ｘ軸とＹ軸とが交差する中心点Ｏを中心としてＸ軸に沿った部分の両側に領域６５ａ，６５ｂが、Ｙ軸に沿った部分の両側に仮想領域６５ｃ，６５ｄがそれぞれ中心点Ｏから同一距離になるようにして設定されている。
【０１０３】
磁気抵抗効果素子ａ３，ｂ３，ｃ３，ｄ３は、軟磁性体材料を用いたＧＭＲ素子で構成されており、それぞれ細長い四角形に形成されている。そして、磁気抵抗効果素子ａ３，が領域６５ａに形成され、磁気抵抗効果素子ｂ３が領域６５ｂに形成され、磁気抵抗効果素子ｃ３が領域６５ｃに形成され、磁気抵抗効果素子ｄ３が領域６５ｄに形成されている。磁気抵抗効果素子ａ３，ｂ３は長手方向をＸ軸に沿わせてＸ軸上に形成され、磁気抵抗効果素子ｃ３，ｄ３は長手方向をＹ軸に沿わせてＹ軸上に形成されており、各磁気抵抗効果素子ａ３，ｂ３，ｃ３，ｄ３の中心点Ｏからの距離は同一に設定されている。また、各磁気抵抗効果素子ａ３，ｂ３，ｃ３，ｄ３は、図５に示したように二つのハーフブリッジ回路を形成するように接続されている。この場合、それぞれ図５のａにａ３、ｂにｂ３、ｃにｃ３、ｄにｄ３が対応する。
【０１０４】
図４に示した磁気センサ１３Ａ，１３Ｂのように、ＡＭＲ素子で構成される磁気抵抗効果素子ａ，ｂ，ｃ，ｄを用いた場合には、Ｘ軸方向とＹ軸方向との２方向のベクトルの磁界があるときに良好な検出ができるが、軟磁性体材料を用いたＧＭＲ素子で構成された磁気抵抗効果素子ａ３，ｂ３，ｃ３，ｄ３を用いた磁気センサ６３では、磁界の強弱だけで良好な検出が可能になるため、磁気抵抗効果素子ａ３，ｂ３，ｃ３，ｄ３を長手方向をＸ軸およびＹ軸に沿って形成することができる。なお、磁気抵抗効果素子ａ３，ｂ３，ｃ３，ｄ３を前述した磁気抵抗効果素子ａ，ｂ，ｃ，ｄのように、Ｘ軸およびＹ軸に対して４５度傾斜させてもよい。本実施形態に係る回転検出装置のそれ以外の構成は、前述した回転検出装置１０と同一である。また、本実施形態に係る回転検出装置の作用効果についても、前述した回転検出装置１０の作用効果と同様である。
【０１０５】
また、軟磁性体材料を用いたＧＭＲ素子で構成された磁気抵抗効果素子ａ３，ｂ３，ｃ３，ｄ３を、図２５および図２８の磁気抵抗効果素子ａ１，ａ２，ｂ１，ｂ２，ｃ１，ｃ２，ｄ１，ｄ２のように配置して磁気センサを構成してもよい。この場合、図３０に示したように、磁気抵抗効果素子ａ１，ｂ１，ａ２，ｂ２および磁気抵抗効果素子ｃ１，ｄ１，ｃ２，ｄ２を、それぞれフルブリッジ回路を構成するように接続する。そして、一方のフルブリッジ回路では、磁気抵抗効果素子ａ１，ｂ１の中点からの信号出力を＋ＯｕｔＸとして取り出すとともに、磁気抵抗効果素子ｂ２，ａ２の中点からの信号出力を−ＯｕｔＸとして取り出し、他方のフルブリッジ回路では、磁気抵抗効果素子ｃ１，ｄ１の中点からの信号出力を＋ＯｕｔＹとして取り出し、磁気抵抗効果素子ｄ２，ｃ２の中点からの信号出力を−ＯｕｔＹとして取り出す。
【０１０６】
この回転検出装置のそれ以外の構成は、図２５および図２８に示した磁気センサ４３，５３を備えた回転検出装置と同一である。また、この回転検出装置の作用効果についても、図２５および図２８に示した磁気センサ４３，５３を備えた回転検出装置の作用効果と同様である。なお、軟磁性体材料を用いたＧＭＲ素子で構成された磁気抵抗効果素子を、図２５や図２８の磁気抵抗効果素子ａ１，ａ２，ｂ１，ｂ２，ｃ１，ｃ２，ｄ１，ｄ２のように配置して磁気センサを構成する際には、前述したように、図３０に示したように各磁気抵抗効果素子ａ１，ａ２，ｂ１，ｂ２，ｃ１，ｃ２，ｄ１，ｄ２を接続することが好ましいが、図２６のように接続することもできる。同様に、ＡＭＲ素子で構成される磁気抵抗効果素子を図３０のように接続することもできる。
【０１０７】
前述した各実施形態では、円形回転磁石１２の中心に小さな挿通穴１２ａが形成され、この挿通穴１２ａに回転軸１１を挿通させているが、これに代えて、図３１に示したように、中心に大きな挿通穴４２ａが形成されたリング状の円形回転磁石４２を用い、この円形回転磁石４２の挿通穴４２ａに外径および内径の大きな円筒状の回転軸４１を挿通させてもよい。これによると、回転軸４１の内部に配線を通すことが可能になる。また、円形回転磁石としては、径方向で着磁したものや面方向で着磁したもの等種々のものを用いることができる。これらの中には、図３２に示した径方向に着磁した円板状の円形回転磁石５２、図３３に示した径方向に着磁したリング状の円形回転磁石６２、図３４に示した面方向に着磁した円板状の円形回転磁石７２および図３５に示した面方向に着磁したリング状の円形回転磁石８２等がある。
【０１０８】
円形回転磁石５２は、回転中心軸を通り円形回転磁石５２を２等分する面を境界として分極して径方向に２極着磁されており、一方がＳ極、他方がＮ極になっている。円形回転磁石６２は、円形回転磁石６２を直径に沿うように軸方向に２等分する面を境界として分極するとともに外周側と内周側とが異なる極になるようにして分極して外周側と内周側とがそれぞれ径方向に２極着磁されており、外周側の一方がＳ極で他方がＮ極、内周側の一方がＮ極で他方がＳ極になっている。
【０１０９】
円形回転磁石７２は、回転中心軸を通り円形回転磁石７２を２等分する面を境界として分極するとともに回転軸に直交する面を境界として回転軸方向に２等分するように上部側と下部側とがそれぞれ分極されており、上部側の一方がＳ極で他方がＮ極、下部側の一方がＮ極で他方がＳ極になっている。円形回転磁石８２は、円形回転磁石８２を直径に沿うように軸方向に２等分する面を境界として分極するとともに上部側と下部側とが異なる極になるように分極されており、上部側の一方がＳ極で他方がＮ極、下部側の一方がＮ極で他方がＳ極になっている。
【０１１０】
円形回転磁石６２，８２は、前述した回転軸４１等の外周面に取り付けられるが、円形回転磁石５２，７２は、円筒状の回転軸の内部に設置される。これらの円形回転磁石５２，６２，７２，８２に対しても前述した仮想同心円１７と同様の仮想同心円を設定し、その仮想同心円上に所定の磁気センサが配置される。そのような状態にして、各円形回転磁石５２，６２，７２，８２を回転軸とともに、３６０度回転させたときに磁気センサが検出する磁界に注目し、磁気シミュレーションソフトで解析した。その結果を、図３６ないし図３９に示す。図３６は円形回転磁石５２の結果を示し、図３７は円形回転磁石６２の結果を示し、図３８は円形回転磁石７２の結果を示し、図３９は円形回転磁石８２の結果を示している。
【０１１１】
図３６（ａ）、図３７（ａ）、図３８（ａ）、図３９（ａ）におけるそれぞれの下端中央部分には円形回転磁石５２，６２，７２，８２の位置が示されており、各黒点は、磁気シミュレーションソフトで解析した位置を示している。また、図３６（ａ）、図３７（ａ）、図３８（ａ）、図３９（ａ）においてそれぞれ破線で示した四角の範囲は、磁気センサを設置する位置の範囲を示している。そして、図３６（ｂ）、図３７（ｂ）、図３８（ｂ）、図３９（ｂ）における黒色の四角が付いた曲線は仮想同心円の接線と平行方向の磁束線を示しており、黒色の三角が付いた曲線は仮想同心円の法線と平行方向の磁束線を示しており、黒色の菱形が付いた曲線は回転軸と平行方向の磁束線を示している。
【０１１２】
図３６（ｂ）および図３７（ｂ）から径方向に着磁した円形回転磁石５２，６２は正弦波の周期を持っていることが分かり、図３８（ｂ）および図３９（ｂ）から面方向に着磁した円形回転磁石７２，８２は歪を含む周期であることが分かる。したがって、円形回転磁石としては、回転中心軸に平行に分極して径方向に２極着磁された円板状もしくはリング状であることが検出精度の向上につながりより好ましい。また、図３６（ａ）および図３７（ａ）から径方向に着磁した円形回転磁石５２，６２では、その位置が回転軸に沿ってずれた場合でも、円形回転磁石３２，４２の外周側以外の位置であれば磁束線が大きく変わることがないこともわかる。
【０１１３】
本発明に係る回転検出装置は、前述した各実施形態に限定するものでなく、本発明の技術的範囲内で適宜変更して実施することができる。例えば、上述した各実施形態では、磁気抵抗効果素子ａ〜ｄ，ａ１〜ｄ１，ａ２〜ｄ２，ａ３〜ｄ３のすべての配置を、中心点Ｏを中心として９０度ずつ回転したときに互いの位置が重なるようにしているが、フルブリッジ回路を構成する磁気抵抗効果素子ａ１〜ｄ１，ａ２〜ｄ２の配置については，適宜変更することができる。すなわち、磁気抵抗効果素子ａ１〜ｄ１，ａ２〜ｄ２のうちの各軸に位置するものが中心点Ｏを中心として点対称になるようにするだけでなく、各軸を挟んで配置されるものどうしが線対称になるようにしてもよい。また、一方の軸に位置するものを中心点Ｏを中心として点対称にし、他方の軸に位置するものを一方の軸を挟んで線対称になるようにしてもよい。
【符号の説明】
【０１１４】
１０，２０，３０…回転検出装置、１１，２１，３１，４１…回転軸、１２，２２，３２，４２，５２，６２，７２，８２…円形回転磁石、１３Ａ，１３Ｂ，２３Ａ，２３Ｂ，３３Ａ，３３Ｂ，４３，４３Ａ，４３Ｂ，５３，６３…磁気センサ、１４…バイアス磁石、１５，４５，５５，６５…基板、１５ａ，１５ｂ，１５ｃ，１５ｄ，４５ａ，４５ｂ，４５ｃ，４５ｄ，６５ａ，６５ｂ，６５ｃ，６５ｄ…領域、１７，２７，２７ａ，３７…仮想同心円、１９，４９…演算処理回路、ａ，ｂ，ｃ，ｄ，ａ１，ｂ１，ｃ１，ｄ１，ａ２，ｂ２，ｃ２，ｄ２，ａ３，ｂ３，ｃ３，ｄ３…磁気抵抗効果素子。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転体の回転方向、回転数および回転角を検出する回転検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、エンコーダやポテンショメータ等の回転検出装置に、回転する被検査物の回転角度を検出する磁気センサを用いることはよく知られている。そして、このような磁気センサに、磁気抵抗効果素子を使用することも知られている。磁気抵抗効果素子は外部磁界の変化により抵抗値が変化する特性を備えており、複数個の磁気抵抗効果素子でブリッジ回路を組むことにより抵抗値の変化を電圧変化として出力する。磁気抵抗効果素子を備えた回転検出装置は、このブリッジ回路から出力される電圧の変化によって、被検査物である回転体の回転方向、回転数および回転角を検出できるように構成されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
この回転検出装置の磁気センサは、４つの磁気抵抗効果素子が配置された基板をバイアス磁石の磁極面に対向させて構成されている。各磁気抵抗効果素子は、基板の中心点で直交する二つの軸に沿った位置に中心点を挟んでそれぞれ２つの磁気抵抗効果素子が向かい合うようにして配置され、向かい合った各１組の磁気抵抗効果素子がハーフブリッジ回路を形成するように接続されている。また、基板は、基板の中心点がバイアス磁石の磁気的中心に重なるようにしてバイアス磁石に対向して配置されている。そして、被検査物である回転体の先端に２極の回転磁石が設けられ、この回転磁石に対向させて磁気センサを配置することにより回転検出装置が構成される。
【０００４】
この回転検出装置によると、バイアス磁石を用いることにより、磁気センサの精度を高めることができると同時に、回転体に設置された回転磁石の磁界サイクルと同じ周期で互いに位相差を持つ正弦波信号および余弦波信号を磁気センサに出力させることができるため、回転体の回転方向、回転数および回転角を検出することができる。すなわち、一定方向の磁界をバイアス磁界として印加することで、バイアス磁界の方向が磁化軸となって安定して不安定な磁化軸が消える。そして、安定したバイアス磁界と、回転磁石による外部磁界との合成磁界による歪のない周期的な出力信号が得られる。また、バイアス磁界を磁気抵抗効果素子に印加することにより、２極の回転磁石からの外部磁界の磁界周期と同じ周期の出力信号を磁気センサに出力させることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−２０８０２５号公報
【発明の概要】
【０００６】
しかしながら、前述した回転検出装置においては、出力信号である同じ振幅の正弦波と余弦波とを正確に得るためには、磁気センサを回転磁石の磁極面に対向させて配置する必要があり、磁気センサを回転磁石の磁極面に対して傾斜した状態で配置すると、検出精度が低下するという問題が生じる。
【０００７】
本発明は、このような問題に対処するためになされたもので、その目的は、検出精度を良好な状態に維持したまま、回転体に設けられる回転磁石を回転体の外周面または内周面に配置した回転軸貫通構造に適した回転検出装置を提供することにある。なお、下記本発明の各構成要件の記載において、本発明の理解を容易にするために、実施形態の対応箇所の符号を括弧内に記載しているが、本発明の各構成要件は、実施形態の符号によって示された対応箇所の構成に限定解釈されるべきものではない。
【０００８】
前述した目的を達成するため、本発明に係る回転検出装置の構成上の特徴は、回転体（１１，２１，３１，４１）に取り付けられた２極の円形回転磁石（１２，２２，３２，４２，５２，６２，７２，８２）と、円形回転磁石の磁界の変化を検出する２個の磁気センサ（１３Ａ，１３Ｂ，２３Ａ，２３Ｂ，３３Ａ，３３Ｂ，４３Ａ，４３Ｂ，５３，６３）と、２個の磁気センサの検出結果から円形回転磁石の回転角を演算する演算処理回路（１９，４９）とを備えた回転検出装置（１０，２０，３０）であって、磁気センサは、バイアス磁石（１４）と、中心点をバイアス磁石の磁極面の磁気中心に合わせた状態で磁極面に対向させた基板（１５，４５，５５，６５）と、基板の中心点で直交し磁極面に平行に延びる２つの軸に沿い中心点からそれぞれ同一距離の位置に設定された４つの領域（１５ａ〜１５ｄ，４５ａ〜４５ｄ，６５ａ〜６５ｄ）に、それぞれ同一形状に形成された磁気抵抗効果素子（ａ〜ｄ，ａ１〜ｄ１，ａ２〜ｄ２，ａ３〜ｄ３）とを備え、２つの軸の各軸に沿ってそれぞれ設けた２つの磁気抵抗効果素子を直列に接続して２つのブリッジ回路を構成し、２つのブリッジ回路の両端に電源電圧を印加して、２つの磁気抵抗効果素子の接続点からそれぞれ出力波形信号を取り出すようにし、演算処理回路は、出力波形信号を用いて円形回転磁石の回転角を演算するようにし、各磁気センサの２つの軸のうちの一方の軸が円形回転磁石の外周面で形成される円の接線と平行であり、かつ各磁気センサの２つの軸のうちの他方の軸の円形回転磁石の回転中心軸に対する傾斜角度が互いに同じになるようにして、２個の磁気センサを、円形回転磁石の外周面よりも外側で円形回転磁石の回転中心軸を中心とした周方向に互いに９０度離れた位置に設置したことにある。
【０００９】
本発明に係る回転検出装置では、２個の磁気センサを円形回転磁石の外周面よりも外側に配置させるため、円形回転磁石を回転体の端部でなく回転体の軸方向の中央側部分の外周面や内部に設けた回転軸貫通構造にしても、磁気センサの配置が容易になる。また、磁気センサを２個用いるとともに２個の磁気センサを周方向に互いに９０度離れた位置に設置したため、演算処理回路の演算処理によって各磁気センサの出力波形信号を補償することができ、磁気センサを円形回転磁石の磁極面に対向させて配置しなくとも回転体の回転方向、回転数および回転方向の位置を精度よく検出することができる。
【００１０】
さらに、各磁気抵抗効果素子を同一形状に形成したため、磁気抵抗効果素子の形状にむらが生じなくなりさらに磁気センサの検出精度がよくなる。なお、本発明においては、各磁気センサの２つの軸のうちのそれぞれの他方の軸の円形回転磁石の回転中心軸に対する傾斜角度を任意に設定することができるが、他方の軸は円形回転磁石の回転中心軸に平行させるか、または直交させることがより好ましい。他方の軸を円形回転磁石の回転中心軸に平行させた場合には、回転検出装置を円形回転磁石の回転方向の径方向に対して小型化できる。他方の軸を円形回転磁石の回転中心軸に直交させた場合には、回転検出装置を円形回転磁石の回転中心軸方向に対して小型化できる。
【００１１】
また、円形回転磁石の２極は、円形回転磁石の表面における回転方向に沿った部分に１個のＳ極と１個のＮ極が配置されていることが好ましく、これに加えて、磁気センサにバイアス磁石が設けられていることにより、円形回転磁石が１回転したときに、磁気センサに１周期の波形で位相差をもつ正弦波信号と余弦波信号を出力させることができる。これによって、磁気センサの検出精度が高まる。さらに、基板は１つのもので構成することが好ましく、これによると磁気抵抗効果素子を正確に設定位置に配置できるためさらに磁気センサの検出精度がよくなる。なお、２個の磁気センサの配置である円形回転磁石の回転中心軸を中心として周方向に互いに９０度離れた位置は、正確に９０度である場合に限らず略９０度であればよいことは言うまでもない。
【００１２】
また、本発明に係る回転検出装置の他の構成上の特徴は、演算処理回路は、２つの軸の一方がＸ軸で他方がＹ軸であるとしたときに、一方の磁気センサ（１３Ｂ，２３Ｂ，３３Ｂ，４３Ｂ）のＸ軸に対応した出力波形信号と他方の磁気センサ（１３Ａ，２３Ａ，３３Ａ，４３Ａ）のＹ軸に対応した出力波形信号とを演算するとともに、他方の磁気センサのＸ軸に対応した出力波形信号と一方の磁気センサのＹ軸に対応した出力波形信号とを演算して、互いに同じ振幅を有する正弦波信号および余弦波信号をそれぞれ取り出し、取り出した正弦波信号および余弦波信号を用いて逆正接演算することにある。
【００１３】
この場合、２個の磁気センサの他方の磁気センサの磁極面の位置を維持したまま、一方の磁気センサのＸ軸とＹ軸とを他方の磁気センサのＸ軸とＹ軸とに対して中心点を中心として９０度回転した状態で、２個の磁気センサから演算処理回路に出力波形信号をそれぞれ出力することにより、同じ振幅を有する正弦波信号および余弦波信号を取り出すようにすることが好ましい。
【００１４】
このような回転検出装置における２個の磁気センサから出力される波形信号の補償は、一方の磁気センサの２つのブリッジ回路の出力と、他方の磁気センサの２つのブリッジ回路の出力波形信号とを、例えば、差動増幅器を備えた演算処理回路に通すことでできる。２個の磁気センサから出力される波形信号を演算処理回路に通すことでｓｉｎ信号（正弦波信号）とｃｏｓ信号（余弦波信号）を得ることができる。そして、ｓｉｎ信号とｃｏｓ信号を用いて逆正接演算（Ａｒｃｔａｎ）を行うことにより円形回転磁石の回転角を得ることができる。
【００１５】
例えば、２個の磁気センサのＸ軸とＹ軸とをそれぞれ同じ方向にして、他方の磁気センサにおける円形回転磁石の回転中心軸方向（Ｙ方向）の磁界波形をαｓｉｎθとしたときに、円形回転磁石の外周円の接線に平行する方向（Ｘ方向）の磁界波形はβｃｏｓθとなり、一方の磁気センサにおける円形回転磁石の回転中心軸方向（Ｙ方向）の磁界波形はαｓｉｎ（θ＋π／２）＝αｃｏｓθとなり、円形回転磁石の接線に平行する方向（Ｘ方向）の磁界波形はβｃｏｓ（θ＋π／２）＝−βｓｉｎθとなる。このとき、他方の磁気センサだけでもαｓｉｎθとβｃｏｓθまたはαｃｏｓθと−βｓｉｎθ、すなわちｓｉｎ信号とｃｏｓ信号を得ることができるため、逆正接演算を行うことにより円形回転磁石の回転角度を表す信号を得ることができる。しかしながら、この場合Ａｒｃｔａｎ（αｓｉｎθ／βｃｏｓθ）となりα／βの補正が必要になる。
【００１６】
また、仮に、磁気センサが配置される点が、円形回転磁石の回転中心軸方向で変わった場合、変更前と変更後との両位置での発生する磁界が変化する。この場合、前述した比α／βが異なってくるため、回転検出装置の作動時に、円形回転磁石が回転中心軸に沿ってずれて、円形回転磁石と磁気センサとの間隔が変化することは検出の精度上問題となる。しかしながら、前述した他方の磁気センサのαｓｉｎθと一方の磁気センサの−βｓｉｎθおよび他方の磁気センサのβｃｏｓθと一方の磁気センサのαｃｏｓθを演算処理回路に通すことで互いに補償し合い、比α／βが異なってくることを防止できる。この場合に、αｓｉｎθ−（−βｓｉｎθ）では、（α＋β）ｓｉｎθが得られるが、βｃｏｓθ−αｃｏｓθでは、（α＋β）ｃｏｓθが得られない。
【００１７】
このため、一方の磁気センサを磁極面の位置を維持した状態でそのＸ軸とＹ軸とを９０度回転させることによって電位レベルを逆にできる。この結果、前述したαｃｏｓθが−αｃｏｓθとなって（α＋β）ｃｏｓθを得ることができ、回転角検出の計算式がＡｒｃｔａｎ（（α＋β）ｓｉｎθ／（α＋β）ｃｏｓθ）となって、比α／βの影響が生じなくなる。この結果、円形回転磁石に対する２個の磁気センサの位置を円形回転磁石の回転中心軸方向に変更しても検出値に影響が出なくなり、作動時に円形回転磁石が回転体の軸方向にずれても信号精度が低下することがなくなる。すなわち、電位レベルを反転させる操作を行うとともに、２個の磁気センサの出力波形信号を演算処理回路に通したのちに逆正接演算を行うことにより円形回転磁石に位置ずれが生じても円形回転磁石の正確な回転角を得ることができる。本発明は、一対のブリッジ回路に電源電圧を供給するための一対の電源端子が共通に設けられている場合に有効である。
【００１８】
また、本発明に係る回転検出装置のさらに他の構成上の特徴は、２個の磁気センサの各一方のブリッジ回路の電源電圧の印加方向を一致させるとともに、２個の磁気センサの各他方のブリッジ回路の電源電圧の印加方向を異ならせた状態で、２個の磁気センサから演算処理回路に出力波形信号をそれぞれ出力することにより、同じ振幅を有する正弦波信号および余弦波信号を取り出すようにしたことにある。このように、一方の磁気センサの２つのブリッジ回路のうちの一方のブリッジ回路の電源電圧の印加方向を異ならせる、すなわち電源とグランドとの端子を入れ替えることによってもそのブリッジ回路の電位レベルを反転することができる。本発明は、ブリッジ回路に電源電圧を供給するための一対の電源端子が各ブリッジ回路に対してそれぞれ存在する場合に有効である。
【００１９】
また、本発明に係る回転検出装置のさらに他の構成上の特徴は、一方の磁気センサの一方のブリッジ回路の電位レベルを演算処理回路により反転させることにより、同じ振幅を有する正弦波信号および余弦波信号を取り出すようにしたことにある。この場合、演算処理回路に、一方の磁気センサの一方のブリッジ回路からの出力信号、例えば、αｃｏｓθを、−αｃｏｓθに変換する変換回路を設ける。これによっても、回転検出の計算式Ａｒｃｔａｎ（（α＋β）ｓｉｎθ／（α＋β）ｃｏｓθ）を得ることができる。本発明によると、演算処理回路は複雑化するが、上述した一方の磁気センサを回転させる場合と同様、電源用端子数の少ない磁気センサを用いることができる。
【００２０】
また、本発明に係る回転検出装置のさらに他の構成上の特徴は、正弦波信号は、互いに同相である一方の磁気センサのＸ軸に対応した出力波形信号と他方の磁気センサのＹ軸に対応した出力波形信号との和であり、かつ余弦波信号は、互いに同相である他方の磁気センサのＸ軸に対応した出力波形信号と一方の磁気センサのＹ軸に対応した出力波形信号との和であることにある。
【００２１】
また、本発明に係る回転検出装置のさらに他の構成上の特徴は、ブリッジ回路は、磁気抵抗効果素子（ａ〜ｄ，ａ３〜ｄ３）を、中心点を中心として９０度ずつ回転したときに互いの位置が重なるようにし４つの領域（１５ａ〜１５ｄ，６５ａ〜６５ｄ）に１個ずつ形成し、２つの軸のそれぞれの軸に位置する２つの磁気抵抗効果素子を接続して構成されるハーフブリッジ回路であることにある。これによると、入力抵抗値を上げることができ、かつ配線を簡略化できる。また、各磁気抵抗効果素子の配置を基板の中心点を中心として各磁気抵抗効果素子を９０度ずつ回転したときに互いの位置が重なるようにしたため、磁気抵抗効果素子の配置によるむらが生じなくなりさらに磁気センサの検出精度がよくなる。
【００２２】
また、本発明に係る回転検出装置のさらに他の構成上の特徴は、ブリッジ回路は、磁気抵抗効果素子（ａ１〜ｄ１，ａ２〜ｄ２）を、各軸に位置するものが中心点を中心として点対称になるようにするか、または各軸を挟んで配置されるものどうしが線対称になるようにして４つの領域（４５ａ〜４５ｄ）に２個ずつ形成し、２つの軸のそれぞれの軸に位置する４つの磁気抵抗効果素子をそれぞれ接続して構成されるフルブリッジ回路であることにある。これによると、前述したハーフブリッジ回路を用いた場合と比較して中点電位の安定性の向上と信号出力が２倍になる効果が生じる。
【００２３】
また、本発明に係る回転検出装置のさらに他の構成上の特徴は、磁気抵抗効果素子（ａ〜ｂ，ａ１〜ｄ１，ａ２〜ｄ２）を２つの軸に対して４５度傾斜させたことにある。これによると、各磁気抵抗効果素子に２つの軸の双方の方向に沿った磁界がかかるため、磁気抵抗効果素子としてＡＭＲ素子を用いた場合、より精度のよい検出が可能になる。
【００２４】
また、本発明に係る回転検出装置のさらに他の構成上の特徴は、磁気抵抗効果素子が、ＡＭＲ素子またはＧＭＲ素子であることにある。
【００２５】
ＡＭＲ素子（異方性磁気抵抗効果素子）の磁化の方向は、軟磁性体材料（例えば、Ｎｉ−Ｆｅ、Ｎｉ−Ｃｏ、Ｎｉ−Ｆｅ−Ｃｏ）の異方性と外部磁界とのバランスによって決定される。異方性は、磁気抵抗効果素子の形成後に誘起される結晶異方性と形状異方性とが結合したものである。外部磁界が印加されていないときには、磁化の方向はＡＭＲ素子の異方性によって定められる磁化容易軸にそった２つの方向のいずれか一方になる。そして、外部磁界が印加されると、磁化の方向は外部磁界に近づく。このため、ＡＭＲ素子を用いた磁気センサの場合、回転磁界で飽和磁界以上の強度の外部磁界を印加したときに、磁化の方向は外部磁界の方向が支配的になり周期的な抵抗変化が得られるが、外部磁界が飽和磁界以下の強度の場合、磁化の方向は、不安定な異方性が影響し外部磁界の方向からずれて出力信号に歪が誘発される。
【００２６】
本発明に係る回転検出装置では、バイアス磁石を用いて、磁化を揃える一定方向の磁界をバイアス磁界として印加することで、バイアス磁界の方向が磁化軸となって安定するようにしている。また、バイアス磁界を印加することにより外部磁界の磁界周期と同じ周期の出力信号を得ることができる。ＧＭＲ素子（巨大磁気抵抗効果素子）を用いる場合も、軟磁性体材料を用いた場合に前述した原理に基づいて、良好な検出が可能になる。
【００２７】
また、本発明に係る回転検出装置のさらに他の構成上の特徴は、バイアス磁石を焼結磁石または樹脂磁石で構成したことにある。これによると、蒸着等の薄膜磁石を用いた磁気センサでは得られない磁界強度を得ることができ、外部磁界強度に対する耐性を発揮することができる。
【００２８】
また、本発明に係る回転検出装置のさらに他の構成上の特徴は、円形回転磁石を、円形回転磁石の回転中心軸に平行に２分するように分極して径方向に２極着磁され、軸状の回転体の外周部に設けられるリング状の磁石で構成したことにある。これによると、円形回転磁石が、回転中心軸に平行に分極して径方向に２極着磁されているため、歪のない磁石磁界が生じるようになり回転検出装置の精度がさらに向上する。
【００２９】
また、本発明に係る回転検出装置のさらに他の構成上の特徴は、円形回転磁石を、円形回転磁石の回転中心軸に平行に２分するように分極して径方向に２極着磁され、円筒軸状の回転体の内部に設けられる円板状または円柱状の磁石で構成したことにある。これによると、円形回転磁石が、回転中心軸に平行に分極して径方向に２極着磁されているため、歪のない磁石磁界が生じるようになり回転検出装置の精度がさらに向上する。また、円形回転磁石を、円筒軸状の回転体の内部に円形回転磁石を取り付けることができる。円筒軸状の回転体の内部に円形回転磁石を取り付ける場合には、磁気センサは、回転体の外部に設置する。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の第１実施形態に係る回転検出装置を示した斜視図である。
【図２】図１に示した回転検出装置の平面図である。
【図３】図１に示した回転検出装置の正面図である。
【図４】回転検出装置が備える磁気センサを示した斜視図である。
【図５】図４に示した磁気センサの外観斜視図である。
【図６】図５の６−６断面図である。
【図７】図４に示した磁気センサのハーフブリッジ回路である。
【図８】外部磁界と磁気センサの出力との関係を示したグラフである。
【図９】外部磁界が回転磁界のときの外部磁界と磁気センサの出力との関係を示したグラフである。
【図１０】円形回転磁石の外周側に配置された磁気センサの位置と磁界の方向とを示した説明図である。
【図１１】一方の磁気センサの位置での円形回転磁石の回転角度と一方の磁気センサが検知する磁界の大きさとの関係を示したグラフである。
【図１２】他方の磁気センサの位置での円形回転磁石の回転角度と他方の磁気センサが検知する磁界の大きさとの関係を示したグラフである。
【図１３】磁気センサの高さ位置を変えたときの回転軸方向の磁界と仮想同心円の接線方向の磁界との関係を示したグラフである。
【図１４】２個の磁気センサからの出力を演算処理する演算回路を示しており、（ａ）は、説明の便宜上想定した図であり、（ｂ）は実際の回路を示した図である。
【図１５】磁気センサを回転させることにより電位レベルを反転する方法を示しており、（ａ）は回転前の磁気センサの説明図、（ｂ）は回転後の磁気センサの説明図である。
【図１６】（ａ）、（ｂ）は、図１４（ｂ）の演算回路の変形例を示す回路図である。
【図１７】実施例１に係る回転検出装置を示した斜視図である。
【図１８】実施例１の回転検出装置における外部磁界と磁気センサの出力との関係を示したグラフである。
【図１９】実施例１の回転検出装置において磁気センサの高さを円形回転磁石の上面と同じにしたときの特性を示しており、（ａ）は円形回転磁石の回転角度と２個の磁気センサの出力との関係を示し、（ｂ）は円形回転磁石の回転角度と２個の磁気センサの差動後の出力との関係を示し、（ｃ）は円形回転磁石の回転角度と角度誤差との関係を示している。
【図２０】実施例１の回転検出装置において磁気センサの高さを円形回転磁石の上面から３ｍｍの位置にしたときの特性を示しており、（ａ）は円形回転磁石の回転角度と２個の磁気センサの出力との関係を示し、（ｂ）は円形回転磁石の回転角度と２個の磁気センサの差動後の出力との関係を示し、（ｃ）は円形回転磁石の回転角度と角度誤差との関係を示している。
【図２１】実施例２の回転検出装置において磁気センサの高さを円形回転磁石の上面から３ｍｍの位置にしたときの特性を示しており、（ａ）は円形回転磁石の回転角度と２個の磁気センサの出力との関係を示し、（ｂ）は円形回転磁石の回転角度と２個の磁気センサの差動後の出力との関係を示し、（ｃ）は円形回転磁石の回転角度と角度誤差との関係を示している。
【図２２】本発明の第２実施形態に係る回転検出装置を示した斜視図である。
【図２３】図２２に示した回転検出装置の平面図である。
【図２４】図２２に示した回転検出装置の正面図である。
【図２５】第３実施形態に係る回転検出装置が備える磁気センサを示した斜視図である。
【図２６】第３実施形態に係る回転検出装置が備える磁気センサのフルブリッジ回路を示した図である。
【図２７】第３実施形態に係る回転検出装置が備える２個の磁気センサから出力される信号を演算するための演算回路を示した図である。
【図２８】第３実施形態の変形例に係る回転検出装置が備える磁気センサを示した斜視図である。
【図２９】第４実施形態に係る回転検出装置が備える磁気センサを示した斜視図である。
【図３０】軟磁性体材料からなるＧＭＲ素子を用いた磁気センサのフルブリッジ回路を示した図である。
【図３１】大きな挿通穴を備えたリング状の円形回転磁石を回転軸の外周に取り付けた状態を示した斜視図である。
【図３２】径方向に２極着磁した円板状の円形回転磁石を示した斜視図である。
【図３３】隣接する外周側と内周側とが異なる極になるようにして外周側と内周側とを径方向に２極着磁したリング状の円形回転磁石を示した斜視図である。
【図３４】隣接する左右部分が異なる極になるようにして上部側と下部側とを面方向に２極着磁した円板状の円形回転磁石を示した斜視図である。
【図３５】隣接する左右部分が異なる極になるようにして上部側と下部側とを面方向に２極着磁したリング状の円形回転磁石を示した斜視図である。
【図３６】図３２に示した円形回転磁石の特性を示しており、（ａ）は磁束線を表した図であり、（ｂ）は円形回転磁石の回転角度と、円形回転磁石を備えた磁気センサが検知する磁界の大きさとの関係を示したグラフである。
【図３７】図３３に示した円形回転磁石の特性を示しており、（ａ）は磁束線を表した図であり、（ｂ）は円形回転磁石の回転角度と、円形回転磁石を備えた磁気センサが検知する磁界の大きさとの関係を示したグラフである。
【図３８】図３４に示した円形回転磁石の特性を示しており、（ａ）は磁束線を表した図であり、（ｂ）は円形回転磁石の回転角度と、円形回転磁石を備えた磁気センサが検知する磁界の大きさとの関係を示したグラフである。
【図３９】図３５に示した円形回転磁石の特性を示しており、（ａ）は磁束線を表した図であり、（ｂ）は円形回転磁石の回転角度と、円形回転磁石を備えた磁気センサが検知する磁界の大きさとの関係を示したグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
（第１実施形態）
以下、本発明の第１実施形態を図面を用いて説明する。図１ないし図３は、同実施形態に係る回転検出装置１０を示しており、この回転検出装置１０は、本発明に係る回転体としての回転軸１１の回転方向、回転数および回転角を検出するための装置である。回転検出装置１０は、回転軸１１の上下両端からともに所定距離を保って回転軸１１の外周面に取り付けられた円形回転磁石１２と、図示しない支持装置によって支持された円形回転磁石１２の外周側に配置された２個の磁気センサ１３Ａ，１３Ｂとを備えている。回転軸１１は、例えば、モータの回転軸、自動車や船舶等のステアリング軸またはロボットアームの関節部等で構成される被検査物である。
【００３２】
円形回転磁石１２は、中心に小さな挿通穴１２ａが形成された略リング状に形成されており、挿通穴１２ａに回転軸１１を挿通させて回転軸１１の外周面に取り付けられている。この円形回転磁石１２は、回転中心軸（この場合、回転軸１１になる）を挟んで円形回転磁石１２を２等分する面を境界として分極して径方向に２極着磁されており、一方がＳ極、他方がＮ極になっている。磁気センサ１３Ａ，１３Ｂは、同じセンサからなっており、それぞれ、図４に示したように、バイアス磁石１４と、基板１５と、基板１５に形成された４個の磁気抵抗効果素子ａ，ｂ，ｃ，ｄとで構成されている。
【００３３】
バイアス磁石１４は、焼結磁石または樹脂磁石で構成される円板状の磁石からなる。バイアス磁石１４は、厚み方向を２等分する面を境界として分極されて面に対して垂直方向に２極着磁されており、一方がＳ極、他方がＮ極になっている。基板１５は、シリコン、ガラス、セラミック等の絶縁体材料からなる薄板状の四角板で構成されている。磁気抵抗効果素子ａ，ｂ，ｃ，ｄは、Ｎｉ−Ｆｅ、Ｎｉ−ＣｏまたはＮｉ−Ｆｅ−ＣｏからなるＡＭＲ素子（異方性磁気抵抗効果素子）で構成されており、フォトリソグラフ法で成膜されることにより、基板１５の表面に形成されている。
【００３４】
基板１５には、説明の便宜上、Ｘ軸（図４において基板１５を上下に２分する一点鎖線で示した水平軸）と、Ｘ軸に直交するＹ軸（図４において基板１５を左右に２分する一点鎖線で示した垂直軸）とが定義されている。そして、Ｘ軸とＹ軸とが交差する中心点Ｏを中心としてＸ軸に沿った部分の両側に正方形の領域１５ａ，１５ｂが、Ｙ軸に沿った部分の両側に正方形の領域１５ｃ，１５ｄがそれぞれ中心点Ｏから同一距離になるようにして設けられている。
【００３５】
磁気抵抗効果素子ａ，ｂ，ｃ，ｄは、それぞれ細長い四角形に形成されており、Ｘ軸およびＹ軸に対して４５度傾斜してＸ軸とＹ軸とにおける同じ軸上に位置するもの同士が中心点Ｏを中心として互いに点対称になるようにして領域１５ａ，１５ｂ，１５ｃ，１５ｄ内に１個ずつ配置されている。すなわち、各磁気抵抗効果素子ａ，ｂ，ｃ，ｄは、それぞれ基板１５上で中心点Ｏを中心として９０度ずつ回転して位置を変更すると、位置を変更する前の他の磁気抵抗効果素子ａ，ｂ，ｃ，ｄのいずれかが位置していた部分にそれぞれが位置するように配置されている。
【００３６】
前記のような構成の磁気センサ１３Ａ，１３Ｂは、実際には、図５の外観斜視図および図６の概略断面図に示すように、モールドパッケージ１６ａ内にてリードフレーム１６ｂの下面および上面にバイアス磁石１４および基板１５を接着させている。モールドパッケージ１６ａはエポキシ樹脂からなり、リードフレーム１６ｂは導電体、例えば銅からなっている。モールドパッケージ１６ａの外部には、一対の電源用端子１８ａ，１８ｂおよび一対の信号出力端子１８ｃ，１８ｄが設けられている。また、図７に示すように、磁気抵抗効果素子ａ，ｂおよび磁気抵抗効果素子ｃ，ｄは、モールドパッケージ１６ａ内にてそれぞれ直列に接続された一対のハーフブリッジ回路を構成している。
【００３７】
磁気抵抗効果素子ａ，ｂの両端および磁気抵抗効果素子ｃ，ｄの両端はそれぞれ共通に接続され、磁気抵抗効果素子ａ，ｃの接続点には電源用端子１８ａから電源電圧Ｖｃｃが供給されるようになっている。また、磁気抵抗効果素子ｂ，ｄの接続点は電源用端子１８ｂを介して接地されるようになっている。磁気抵抗効果素子ａ，ｂの接続点は信号出力端子１８ｃに接続され、信号出力端子１８ｃから信号出力ＯｕｔＸが取り出されるようになっている。磁気抵抗効果素子ｃ，ｄの接続点は信号出力端子１８ｄに接続され、信号出力端子１８ｄから信号出力ＯｕｔＹが取り出されるようになっている。この磁気抵抗効果素子ａ，ｂ，ｃ，ｄが形成された基板１５は、中心点Ｏをバイアス磁石１４の磁極面の磁気的中心に一致させてバイアス磁石１４のＮ極側に対向している。この場合、バイアス磁石１４のＳ極側を基板１５に対向させてもよい。
【００３８】
そして、磁気センサ１３Ａ，１３Ｂは、図２および図３に示したように、円形回転磁石１２と同軸で円形回転磁石１２の直径よりもやや大きな直径の仮想同心円１７の接線に沿うとともに、円形回転磁石１２よりも上方の位置に、互いの間隔を仮想同心円１７の周方向に９０度の角度を保って配置されている。また、磁気センサ１３Ａは、Ｘ軸を仮想同心円１７の接線に沿わせ、Ｙ軸を回転軸１１に平行に配置させている。磁気センサ１３Ｂは、Ｙ軸を仮想同心円１７の接線に沿わせ、Ｘ軸を回転軸１１に平行に配置させている。このように、磁気センサ１３ＢのＸ軸とＹ軸との方向を磁気センサ１３ＡのＸ軸とＹ軸との方向とは異なるようにする理由は後述する。なお、図３では、磁気センサ１３Ｂを表すため、回転軸１１を破線で示している。
【００３９】
つぎに、このように構成された回転検出装置１０における円形回転磁石１２からの外部磁界と磁気センサ１３Ａの出力との関係を説明する。図８は、磁気センサ１３ＡにＸ軸方向から円形回転磁石１２による外部磁界Ｈを印加した場合における、外部磁界Ｈと、一対の出力信号のうちの出力値が変化する側の出力Ｖｏ（図７のＯｕｔＹ）との関係を示している。図示のように、出力カーブは、外部磁界Ｈがバイアス磁石１４によるバイアス磁界強度−Ｈｂからバイアス磁界強度Ｈｂにほぼ相当する磁界強度の範囲にあるときは直線に近い線形を描き、外部磁界Ｈがバイアス磁界強度−Ｈｂ以下またはバイアス磁界強度Ｈｂ以上になるとなだらかなカーブを描くように変化する。
【００４０】
また、磁気抵抗効果素子ａ，ｂ，ｃ，ｄがもつ飽和磁界より強いバイアス磁界を磁気抵抗効果素子ａ，ｂ，ｃ，ｄに印加した場合には磁気抵抗効果素子ａ，ｂ，ｃ，ｄの飽和磁界はバイアス磁界強度Ｈｂと略同じになる。図９は、円形回転磁石１２からの外部磁界Ｈが回転磁界の場合における、外部磁界Ｈと、前記場合と同じ側の出力Ｖｏ（図７のＯｕｔＹ）との関係を示している。この場合、外部磁界ＨがＸ軸方向からＹ軸方向に方向を変えていくと、それに伴って、出力カーブの傾き（振幅）が小さくなる。そして、外部磁界ＨがＹ軸と同方向（Ｘ軸に対して９０度）になると、出力Ｖｏは「０」になる。
【００４１】
外部磁界Ｈがバイアス磁界強度−Ｈｂ以上でバイアス磁界強度Ｈｂ以下である線形領域においては、外部磁界Ｈの方向がＸ軸から４５度傾いた方向では、外部磁界ＨがＸ軸に平行であるときに比べて、出力Ｖｏの大きさが７０．７５％になり、外部磁界Ｈの方向がＸ軸から６０度傾いた方向では、外部磁界ＨがＸ軸に平行であるときに比べて、出力Ｖｏの大きさが５０％になる関係が認められた。この場合、外部磁界Ｈは同じ周期の出力信号になり、外部磁界Ｈの強弱は磁気センサ１３Ａの出力信号の強弱として現れる。本実施形態に係る磁気センサ１３Ａ，１３Ｂは、この線形領域、すなわち円形回転磁石１２による外部磁界Ｈがバイアス磁石１４によるバイアス磁界強度Ｈｂよりも小さな領域で作動させることにより安定性と精度の向上とを図るものである。
【００４２】
つぎに、本実施形態に係る回転検出装置１０において、磁気センサ１３ＢのＸ軸とＹ軸との方向を磁気センサ１３ＡのＸ軸とＹ軸との方向とは異なるようにした理由について説明する。図１０は、円形回転磁石１２の外周側で円形回転磁石１２よりも上方に位置する仮想同心円１７上に配置された磁気センサ１３Ａ，１３Ｂの位置を点Ａ，Ｂで示した説明図である。まず、磁気センサ１３ＡのＸ軸とＹ軸との方向と磁気センサ１３ＢのＸ軸とＹ軸との方向とはそれぞれ同じ（ともに、Ｘ軸は仮想同心円１７の接線方向で、Ｙ軸は円形回転磁石１２の回転中心軸（回転軸１１）と平行する方向）にした場合について想定する。
【００４３】
点Ａにおいて、回転軸１１に平行な方向（Ｙ軸に沿った方向）をＡ１、仮想同心円１７の接線に沿った方向（Ｘ軸に沿った方向）をＡ２、仮想同心円１７の法線に沿った方向（磁気センサ１３Ａの中心点Ｏを貫通する方向）をＡ３として定義する。また、点Ｂにおいて、回転軸１１に平行な方向（Ｙ軸に沿った方向）をＢ１、仮想同心円１７の接線に沿った方向（Ｘ軸に沿った方向）をＢ２、仮想同心円１７の法線に沿った方向（磁気センサ１３Ｂの中心点Ｏを貫通する方向）をＢ３として定義する。この場合、円形回転磁石１２を回転軸１１を中心として３６０度回転させて点Ａ，Ｂのそれぞれの方向に印加される磁界を磁気シュミレーションソフトを用いて解析した。その結果を、図１１ないし図１３に示す。
【００４４】
点ＡでのＡ１の磁界波形は、図１１に黒色の四角がついた曲線で示したαｓｉｎθとなり、Ａ２の磁界波形は、図１１に黒色の三角がついた曲線で示したβｃｏｓθとなる。点ＢでのＢ１の磁界波形は、図１２に白色の四角がついた曲線で示したαｓｉｎ（θ＋π／２）となり、Ｂ２の磁界波形は、図１２に白色の三角がついた曲線で示したβｃｏｓ（θ＋π／２）となる。方向Ａ２の磁界波形の位相は方向Ａ１の磁界波形の位相よりも９０度進んでいる。方向Ｂ２の磁界波形の位相は方向Ｂ１の磁界波形の位相よりも９０度進んでいる。方向Ａ１，Ｂ１の磁界波形の振幅αと、方向Ａ２，Ｂ２の磁界波形の振幅βとはα≧βの関係にある。磁気センサ１３Ａ，１３Ｂは、この磁界の変化を反映して出力するため、図１１および図１２に示した磁界波形は出力信号に置き換えることができる。
【００４５】
この場合、点Ａに配置した磁気センサ１３Ａだけで円形回転磁石１２の回転検出を逆正接演算による計算式Ａｒｃｔａｎで計算した場合、Ａｒｃｔａｎ（αｓｉｎθ／βｃｏｓθ）となりα／βの補正が必要になる。また、仮に、磁気センサ１３Ａが配置される点が、図１０に示した点Ａから点Ａの上方の点Ａ’に変わった場合、方向Ａ１，Ａ２の磁界波形が変化する。その違いをリーサジュグラフで図１３に示した。図１３は、回転軸方向の磁界と接線方向の磁界との関係を示しており、実線が点Ａの磁界、破線が点Ａ’の磁界を示している。
【００４６】
この場合、点Ａにおける振幅α、βに対応する点Ａ’での振幅をα’、β’としたときに、点Ａ’での比α’／β’は、点Ａでの比α／βとは異なってくる。このため、回転検出装置１０の作動時に、円形回転磁石１２が回転軸１１に沿ってずれて、円形回転磁石１２と磁気センサ１３Ａ，１３Ｂとの間隔が変化することは検出の精度上問題となる。しかしながら、磁気センサ１３Ａ，１３Ｂからの各一対ずつの出力信号ＯｕｔＸ，ＯｕｔＹを所定の演算処理を行うことで磁気センサ１３Ａ，１３Ｂの出力信号を互いに補償し合い、点Ａ’での比α’／β’と点Ａでの比α／βとの違いから生じる問題を解決できる。なお、図１０では、点Ａのみ点Ａ’に移行したことを説明したが、円形回転磁石１２が回転軸１１に沿ってずれるわけであるから、点Ｂも点Ａと平行な方向に同量だけずれ、点Ｂに関しても比α／βは比α’／β’のように変化する。
【００４７】
この演算処理について説明する前に、方向Ａ１，Ａ２に対応した磁気センサ１３Ａの出力端子１８ｃ，１８ｄから出力される出力信号ＯｕｔＸ，ＯｕｔＹと、方向Ｂ１，Ｂ２に対応した磁気センサ１３Ｂの出力端子１８ｃ，１８ｄから出力される出力信号ＯｕｔＸ，ＯｕｔＹについて説明しておくと、これらの出力信号は下記式１〜式４で表される。
Ａ１（１３Ａの１８ｃ，ＯｕｔＸ）：αｓｉｎθ＋Ｖｃｃ／２ …式１
Ａ２（１３Ａの１８ｄ，ＯｕｔＹ)：βｃｏｓθ＋Ｖｃｃ／２ …式２
Ｂ１（１３Ｂの１８ｃ，ＯｕｔＸ）：αｓｉｎ（θ＋π／２）＋Ｖｃｃ／２
＝αｃｏｓθ＋Ｖｃｃ／２ …式３
Ｂ２（１３Ｂの１８ｄ，ＯｕｔＹ）：βｃｏｓ（θ＋π／２）＋Ｖｃｃ／２
＝−βｓｉｎθ＋Ｖｃｃ／２ …式４
【００４８】
つぎに、前記演算処理について説明するが、説明の便宜上、図１４（ａ）に仮想の演算回路１９を示す。磁気センサ１３Ａ，１３Ｂからの各出力信号ＯｕｔＸ，ＯｕｔＹは、演算回路１９にそれぞれ入力される。演算回路１９は、差動増幅器１９ａ，１９ｂ、アナログ・ディジタル変換器（Ａ／Ｄ変換器）１９ｃ，１９ｄおよび逆正接演算器１９ｅからなる。差動増幅器１９ａは、磁気センサ１３Ａの出力端子１８ｃからの出力信号ＯｕｔＸ（式１のＡ１に対応）から磁気センサ１３Ｂの出力端子１８ｄからの出力信号ＯｕｔＹ（式４のＢ２に対応）を減算してＡ／Ｄ変換器１９ｃに出力する。差動増幅器１９ｂは、磁気センサ１３Ａの出力端子１８ｄからの出力信号ＯｕｔＹ（式２のＡ２に対応）から磁気センサ１３Ｂの出力端子１８ｃからの出力信号ＯｕｔＸ（式３のＢ１に対応）を減算してＡ／Ｄ変換器１９ｄに出力する。
【００４９】
Ａ／Ｄ変換器１９ｃ，１９ｄは、差動増幅器１９ａ，１９ｂからの電圧信号（出力信号）をそれぞれアナログ・ディジタル変換（Ａ／Ｄ変換）して、逆正接演算器１９ｅに出力する。逆正接演算器１９ｅは、例えばマイクロコンピュータにより構成されており、Ａ／Ｄ変換器１９ｃ，１９ｄからの出力信号に対して、プログラム処理を用いた逆正接演算（Ａｒｃｔａｎ）を施すことにより、角度θ、すなわち円形回転磁石１２の回転角に対応した角度信号を０度から３６０度の範囲で得ることができる。
【００５０】
この場合、差動増幅器１９ａによる式１−式４の演算により（α＋β）ｓｉｎθが得られるが、差動増幅器１９ｂによる式２−式３の演算では（β−α）ｃｏｓθとなり（α＋β）ｃｏｓθが得られない。このため、α、βの値から生じる影響を除去することができない。つぎに、この（β−α）ｃｏｓθではなく、（β＋α）ｃｏｓθが得られる方法について説明する。いま、図１５に示すように、磁気センサ１３Ｂを図１５（ａ）の状態から左に９０度回転させて図１５（ｂ）の状態にすることでＹ軸上のハーフブリッジ回路の電位レベルを反転することができる。図１５では、磁気センサ１３ＢのＶｃｃレベルを「＋」として示しており、図１５（ａ）では、Ｘ軸に沿ったハーフブリッジ回路の「＋」が左側に位置し、Ｙ軸に沿ったハーフブリッジ回路の「＋」が上側に位置している。この状態から、磁気センサ１３Ｂを左に９０度回転させて図１５（ｂ）の状態にすると、Ｘ軸に沿ったハーフブリッジ回路の「＋」が左側に位置し、Ｙ軸に沿ったハーフブリッジ回路の「＋」が下側に位置する。
【００５１】
このように、磁気センサ１３Ｂを９０度回転させた状態では、前記式１〜式４によって表される方向Ａ１，Ａ２，Ｂ１，Ｂ２に対応した磁気センサ１３Ａ，１３Ｂの出力端子１８ｃ，１８ｄから出力される出力信号は下記に式１’〜式４’のようになる。
Ａ１（１３Ａの１８ｃ，ＯｕｔＸ）：αｓｉｎθ＋Ｖｃｃ／２ …式１’
Ａ２（１３Ａの１８ｄ，ＯｕｔＹ）：βｃｏｓθ＋Ｖｃｃ／２ …式２’
Ｂ１（１３Ｂの１８ｃ，ＯｕｔＹ）：−αｓｉｎ（θ＋π／２）＋Ｖｃｃ／２
＝−αｃｏｓθ＋Ｖｃｃ／２ …式３’
Ｂ２（１３Ｂの１８ｄ，ＯｕｔＸ）：βｃｏｓ（θ＋π／２）＋Ｖｃｃ／２
＝−βｓｉｎθ＋Ｖｃｃ／２ …式４’
【００５２】
これによれば、式１’−式４’の演算により（α＋β）ｓｉｎθが得られるとともに、式２’−式３’の演算により（α＋β）ｃｏｓθが得られる。しかし、この場合、Ｂ１方向の出力信号ＯｕｔＹは磁気センサ１３Ｂの出力端子１８ｃから出力されるとともに、Ｂ２方向の出力信号ＯｕｔＸは磁気センサ１３Ｂの出力端子１８ｄから出力される。したがって、実際には、図１４（ａ）の仮想の演算回路１９は、図１４（ｂ）のように変更される。すなわち、磁気センサ１３Ｂの出力端子１８ｃが差動増幅器１９ａの負側入力「−」に接続されるとともに、磁気センサ１３Ｂの出力端子１８ｄか差動増幅器１９ｂの負側入力「−」に接続されるように変更される。
【００５３】
このように、磁気センサ１３Ｂを９０度回転させることにより、Ｘ軸に沿ったハーフブリッジ回路の電位レベルを維持したまま、Ｙ軸に沿ったハーフブリッジ回路の電位レベルだけを反転することができる。このため、９０度回転させた磁気センサ１３Ｂを図１０の点Ｂに配置すればＢ１のαｃｏｓθは、−αｃｏｓθに変換でき、式２−式３は（α＋β）ｃｏｓθになる。この結果、回転検出の計算式Ａｒｃｔａｎ（（α＋β）ｓｉｎθ／（α＋β）ｃｏｓθ）を得ることができ、これによって比α’／β’や比α／βの影響が生じなくなる。なお、これは、磁気センサ１３Ｂを回転させる前の状態にして、図１４（ａ）に示した演算回路において、磁気センサ１３Ｂの磁気抵抗効果素子ａ，ｂで構成されるハーフブリッジ回路のＶｃｃの端子とＧｎｄの端子とを入れ替えた場合と同じになる。
【００５４】
この点は、本実施形態の変形例にも関係するので、さらに説明を加える。この変形例においては、磁気センサ１３Ａ，１３Ｂは共に上記実施形態の位置に配置されている。そして、磁気センサ１３Ｂを９０度回転させることなく、磁気センサ１３Ａ，１３ＢのＸ軸は共に仮想同心円１７の接線方向に沿うとともに、磁気センサ１３Ａ，１３ＢのＹ軸は共に回転軸１１に平行になっている（図１５（ａ）参照）。この変形例においても、磁気センサ１３Ａ，１３Ｂは同一の構成であるが、図１６（ａ）に示すように、磁気抵抗効果素子ａ，ｂからなるハーフブリッジ回路のための電源用端子１８ａ１，１８ｂ１と、磁気抵抗効果素子ｃ，ｄからなるハーフブリッジ回路のための電源用端子１８ａ２，１８ｂ２とをそれぞれ独立に設けている。
【００５５】
この場合、磁気センサ１３Ａにおいては、電源用端子１８ａ１，１８ａ２に電圧Ｖｃｃが供給され、電源用端子１８ｂ１，１８ｂ２は接地される。磁気センサ１３Ｂにおいては、電源用端子１８ｂ１，１８ａ２に電圧Ｖｃｃが供給され、電源用端子１８ａ１，１８ｂ２は接地される。他の回路構成は、説明の便宜上想定した図１４（ａ）の回路と同じである。これによれば、磁気センサ１３Ｂにおける磁気抵抗効果素子ａ，ｂからなるハーフブリッジ回路に対する電圧の印加方向が上記図１４（ａ）の場合とは逆になる。したがって、上記式１〜式４によって表された方向Ａ１，Ａ２，Ｂ１，Ｂ２の出力端子１８ｃ，１８ｄから出力される出力信号は下記式１’’〜式４’’のようになる。
【００５６】
Ａ１（１３Ａの１８ｃ，ＯｕｔＸ）：αｓｉｎθ＋Ｖｃｃ／２ …式１’’
Ａ２（１３Ａの１８ｄ，ＯｕｔＹ）：βｃｏｓθ＋Ｖｃｃ／２ …式２’’
Ｂ１（１３Ｂの１８ｃ，−ＯｕｔＸ）：−αｓｉｎ（θ＋π／２）＋Ｖｃｃ／２
＝−αｃｏｓθ＋Ｖｃｃ／２ …式３’’
Ｂ２（１３Ｂの１８ｄ，ＯｕｔＹ）：βｃｏｓ（θ＋π／２）＋Ｖｃｃ／２
＝−βｓｉｎθ＋Ｖｃｃ／２ …式４’’
【００５７】
したがって、差動増幅器１９ａによる式１”−式４”の演算では、（α＋β）ｓｉｎθが得られる。また、差動増幅器１９ｂによる式２”−式３”の演算では、（α＋β）ｃｏｓθが得られる。その結果、この変形例によっても、回転検出の計算式Ａｒｃｔａｎ（（α＋β）ｓｉｎθ／（α＋β）ｃｏｓθ）を得ることができ、これによって比α’／β’や比α／βの影響が生じなくなる。ただし、この変形例においては、磁気センサ１３Ａ、１３Ｂとして同じものを利用可能であるが、電源用端子が上記実施形態よりも多い４つ必要となる。
【００５８】
さらに、上記実施形態の磁気センサ１３Ａ，１３Ｂを用いて、図１６（ｂ）に示すような演算回路１９を用いることにより、式２−式３の演算による（β−α）ｃｏｓθを（α＋β）ｃｏｓθに変更することも可能である。図１６（ｂ）の演算回路は、図１４（ａ）の仮想の演算回路１９において、出力端子１８ｃと作動増幅器１９ｂの負側入力（−）との間に変換回路１９ｆを設ける。この変換回路１９ｆは、複数の差動増幅器（アナログ演算回路）の組み合わせにより、磁気センサ１３Ｂの出力端子１８ｃから出力される出力信号αｃｏｓθ＋Ｖｃｃ／２（ＯｕｔＸ）を、−αｃｏｓθ＋Ｖｃｃ／２に変換する。例えば、出力信号αｃｏｓθ＋Ｖｃｃ／２から電圧Ｖｃｃ／２を減算した後、減算結果αｃｏｓθの正負を反転して、反転した信号−αｃｏｓθに電圧Ｖｃｃ／２を加算する。
【００５９】
これによっても、上記図１６（ａ）の変形例の場合と同様に、差動増幅器１９ａによる演算では、（α＋β）ｓｉｎθが得られる。また、差動増幅器１９ｂによる演算では、（α＋β）ｃｏｓθが得られる。その結果、この変形例によっても、回転検出の計算式Ａｒｃｔａｎ（（α＋β）ｓｉｎθ／（α＋β）ｃｏｓθ）を得ることができ、これによって比α’／β’や比α／βの影響が生じなくなる。ただし、この変形例においては、磁気センサ１３Ａ、１３Ｂとして上記実施形態と同じ電源用端子数の少ない磁気センサ１３を用いることができるが、演算回路１９が複雑化する。
【００６０】
さらに、前記図１４（ｂ）の実施形態および図１６（ａ），図１６（ｂ）の変形例では、演算回路１９のうち逆正接演算器１９ｅのみマイクロコンピュータからなるディジタル回路で構成し、残りの回路をアナログ回路で構成した。しかし、これらに代え、磁気センサ１３Ａ，１３Ｂの各出力端子１８ｃ，１８ｄからのアナログ信号をＡ／Ｄ変換器でディジタル信号に変換し、上記実施形態および変形例の差動増幅器１９ａ，１９ｂおよび変換回路１９ｆによるアナログ演算を、逆正接演算器１９ｅと同様に、マイクロコンピュータのプログラム処理によるディジタル演算で実現するようにしてもよい。
【００６１】
また、この場合、磁気センサ１３Ａ，１３Ｂの各出力端子１８ｃ，１８ｄからのアナログ信号をＡ／Ｄ変換器を用いて時分割でディジタル信号に変換して、マイクロコンピュータに時分割で供給するようにしてもよい。また、上記実施形態および変形例においても、Ａ／Ｄ変換器１９ｃ，１９ｄを一つだけ設けて、差動増幅器１９ａ、１９ｂからの出力信号を時分割でＡ／Ｄ変換して逆正接演算器１９ｅ（マイクロコンピュータ）に供給するようにしてもよい。
【００６２】
また、磁気センサ１３Ａ，１３ＢにはそれぞれＮ極側を回転軸１１側に向けたバイアス磁石１４が備わっており、円形回転磁石１２は回転方向にＮ極とＳ極とがそれぞれ一つずつ着磁されている。このため、本実施形態に係る回転検出装置１０では、回転検出装置１０の作動中に回転軸１１が回転すると、磁気センサ１３Ａ，１３Ｂの出力信号がそれぞれ円形回転磁石１２の１回転で１周期となり、かつ互いに１／４周期ずれた正弦波と余弦波の波形をえることができる。この２つの波形を用いることにより、回転軸１１の回転方向、回転数および回転角の検出ができる。また、２個の磁気センサ１３Ａ，１３Ｂを用いたため、磁気センサ１３Ａ，１３Ｂを円形回転磁石１２の外周側に設置しても磁界の良好な検出ができる。
【００６３】
（実施例１）
つぎに、実施例品として、図１７に示した回転検出装置２０を作製しその特性の確認を行った。この回転検出装置２０では、円板状の円形回転磁石２２を回転軸２１の上端部に取り付け、円形回転磁石２２の外周側のやや上方に２個の磁気センサ２３Ａ，２３Ｂを前述した磁気センサ１３Ａ，１３Ｂと同様の配置で設置した。各磁気センサ２３Ａ，２３Ｂの磁気抵抗効果素子としては、抵抗変化率が３％〜５％と低いが材料自体の単純性と製作工程の容易性を考慮してＡＭＲ素子（Ｎｉ、Ｆｅ、Ｃｏ）を用いた。そして、磁気センサ１３Ａ，１３Ｂと同様の形態で、縦横の長さがそれぞれ１．８ｍｍで厚みが０．１ｍｍの基板に、ＡＭＲ素子からなる磁気抵抗効果素子で二つのハーフブリッジ回路を構成する配線に加え、これらのハーフブリッジ回路と電源用端子（Ｖｃｃ、Ｇｎｄ）および出力端子との配線をフォトリソグラフ工程で成膜した。
【００６４】
バイアス磁石としては、保持力が約７ｋエルステッドの希土類（ＳｍＦｅＮ）を４０ｋエルステッドで着磁した直径が１．５ｍｍで厚みが０．２５ｍｍの樹脂磁石を使用した。そして、基板とバイアス磁石を、ダイボンディング、ワイヤーボンディングおよびトランスファーモールド等の一般的な半導体の製造工程を経て、エポキシ封止して、縦が２．５ｍｍ、横が２．８ｍｍ、厚みが０．８ｍｍに設定された磁気センサ２３Ａ，２３Ｂを製作した。また、円形回転磁石２２としては、直径が９ｍｍで厚みが３ｍｍの径方向に２極着磁したフェライト焼結の円板状の磁石を用いた。この磁気センサ２３Ａ，２３Ｂの実測による外部磁界と出力との関係を図１８に示した。図１８は、磁気センサ２３ＡにＸ軸方向に外部磁界を印加したときのＹ軸方向のハーフブリッジ回路の出力を示している。
【００６５】
また、磁気センサ２３ＡにＹ軸方向に外部磁界を印加したときのＸ軸方向のハーフブリッジ回路の出力も同様の結果であった。図１８に示した曲線より磁気センサ２３Ａ，２３Ｂが備えるバイアス磁石の磁界強度が約２５ｋＡ／ｍであることが分かる。また、円形回転磁石２２の外周面から図１７に示したギャップｒが１．５ｍｍで、円形回転磁石２２の上面からの高さｈが０ｍｍまたは３ｍｍになる位置での仮想同心円２７上または仮想同心円２７ａ上でそれぞれ周方向に９０度離れた位置に磁気センサ２３Ａ，２３Ｂを配置した。ギャップｒが１．５ｍｍで、高さｈが０ｍｍの位置での磁気センサ２３Ａ，２３Ｂの特性を図１９に示し、ギャップｒが１．５ｍｍで、高さｈが３ｍｍの位置での磁気センサ２３Ａ，２３Ｂの特性を図２０に示した。
【００６６】
図１９（ａ）は、高さｈが０ｍｍのときの円形回転磁石２２の回転角度と磁気センサ２３Ａ，２３Ｂの出力との関係を示しており、曲線Ｃ１が磁気センサ２３Ａにおける回転軸２１方向のハーフブリッジ回路の出力、曲線Ｃ２が磁気センサ２３Ａにおける仮想同心円２７の接線方向のハーフブリッジ回路の出力、曲線Ｄ１が磁気センサ２３Ｂにおける回転軸２１方向のハーフブリッジ回路の出力、曲線Ｄ２が磁気センサ２３Ｂにおける仮想同心円２７の接線方向のハーフブリッジ回路の出力をそれぞれ表している。
【００６７】
図２０（ａ）は、高さｈが３ｍｍのときの円形回転磁石２２の回転角度と磁気センサ２３Ａ，２３Ｂの出力との関係を示しており、曲線Ｃ１’が磁気センサ２３Ａにおける回転軸２１方向のハーフブリッジ回路の出力、曲線Ｃ２’が磁気センサ２３Ａにおける仮想同心円２７ａの接線方向のハーフブリッジ回路の出力、曲線Ｄ１’が磁気センサ２３Ｂにおける回転軸２１方向のハーフブリッジ回路の出力、曲線Ｄ２’が磁気センサ２３Ｂにおける仮想同心円２７ａの接線方向のハーフブリッジ回路の出力をそれぞれ表している。
【００６８】
また、図１９（ｂ）は、高さｈが０ｍｍのときの磁気センサ２３Ａにおける回転軸２１方向のハーフブリッジ回路の出力と磁気センサ２３Ｂにおける仮想同心円２７の接線方向のハーフブリッジの等価回路の出力を差動増幅器に通した差動後の出力と、高さｈが０ｍｍのときの磁気センサ２３Ｂにおける回転軸２１方向のハーフブリッジ回路の出力と磁気センサ２３Ａにおける仮想同心円２７の接線方向のハーフブリッジ回路の出力を差動増幅器に通した差動後の出力とを示している。
【００６９】
図２０（ｂ）は、高さｈが３ｍｍのときの磁気センサ２３Ａにおける回転軸２１方向のハーフブリッジ回路の出力と磁気センサ２３Ｂにおける仮想同心円２７ａの接線方向のハーフブリッジ回路の出力を差動増幅器に通した差動後の出力と、高さｈが３ｍｍのときの磁気センサ２３Ｂにおける回転軸２１方向のハーフブリッジ回路の出力と磁気センサ２３Ａにおける仮想同心円２７ａの接線方向のハーフブリッジ回路の出力を差動増幅器に通した差動後の出力とを示している。
【００７０】
また、図１９（ｃ）は、図１９（ａ）に示した各出力を逆正接演算により電気角として求め、その電気角と実際の円形回転磁石２２の回転角度である機械角との差をとったときの角度誤差を示しており、図２０（ｃ）は、図２０（ａ）に示した各出力を逆正接演算により電気角として求め、その電気角と実際の円形回転磁石２２の回転角度である機械角との差をとった角度誤差を示している。これらの特性を下記表１に示す。
【００７１】
【表１】
表１より、回転検出装置２０では、磁気センサ２３Ａ，２３Ｂの円形回転磁石２２の上面からの高さを変更しても、すなわち円形回転磁石２２に対する磁気センサ２３Ａ，２３Ｂの設置範囲を広くしても磁界の精度の高い検出が可能であることが分かる。
【００７２】
（実施例２）
つぎに、円形回転磁石として、外径が１５ｍｍ、内径が８ｍｍ、厚みが３ｍｍで径方向に２極着磁したネオジ焼結リング形状の磁石と、直径が２５ｍｍ、厚みが３ｍｍで径方向に２極着磁したネオジ焼結の円板状の磁石とを用いた回転検出装置でそれぞれ特性の確認を行った。その結果、リング形状の磁石を用いた回転検出装置では、ギャップｒが６ｍｍで、高さｈが０ｍｍの位置のときに、円柱状の磁石を用いた回転検出装置では、ギャップｒが８ｍｍで、高さｈが０ｍｍの位置のときに、それぞれ図１９に示した特性と同様の特性を得ることができた。
【００７３】
さらに、円形回転磁石として、直径が９ｍｍ、厚みが３ｍｍで面方向（厚み方向）に２極着磁したフェライト焼結の円柱状の磁石を用いた回転検出装置で特性の確認を行った。その結果、ギャップｒが１．５ｍｍで、高さｈが３ｍｍの位置のとき、図２１に示した特性を得ることができた。図２１に示したように、面方向に着磁された円形回転磁石を用いた場合には、両磁気センサの個別の出力波形は歪を含んだ波形になった。
【００７４】
この場合、一方の磁気センサの波形歪は、基本波に奇数の高調波成分がプラスされ、他方の磁気センサの波形歪は基本波に奇数の高調波成分がマイナスされている。したがって、一方の磁気センサの回転軸方向のハーフブリッジ回路の出力Ｃ３と他方の磁気センサの接線方向のハーフブリッジ回路の出力Ｄ４を減算回路に通した後の出力および一方の磁気センサの接線方向のハーフブリッジ回路の出力Ｃ４と他方の磁気センサの回転軸方向のハーフブリッジ回路の出力Ｄ３を減算回路に通した後の出力は、互いの歪を相殺しその歪は減少する。図２１（ｃ）に示したように、減算回路を通過した後の波形に基づく角度誤差は±２度以下になり、大幅な精度低下は生じなかった。
【００７５】
このように、本実施形態に係る回転検出装置１０では、磁気センサ１３Ａ，１３Ｂを円形回転磁石１２の外周面よりも外側に配置させるため、円形回転磁石１２を回転軸１１の端部でなく回転軸１１の軸方向の中央側部分の外周面に設けた回転軸貫通構造にしても磁気センサ１３Ａ，１３Ｂの設置が容易にできる。また、２個の磁気センサ１３Ａ，１３Ｂを用いるとともに２個の磁気センサ１３Ａ，１３Ｂを周方向に互いに９０度離れた位置に設置したため、各磁気センサ１３Ａ，１３Ｂの出力信号を互いに補償し合うことができ、回転軸１１の回転方向、回転数および回転方向の位置を精度よく検出することができる。
【００７６】
また、磁気センサ１３ＡのＹ軸および磁気センサ１３ＢのＸ軸を円形回転磁石１２の回転軸１１に平行させているため、回転検出装置１０を円形回転磁石１２の径方向に対して小型化できる。さらに、円形回転磁石１２が、回転軸１１を挟んで円形回転磁石１２を２等分する面を境界として分極して２極着磁されて一方がＳ極、他方がＮ極になっているため、円形回転磁石１２が１回転したときに、磁気センサ１３Ａ，１３Ｂが１周期の波形で位相差をもつ正弦波と余弦波を出力することができる。また、磁気センサ１３Ａ，１３Ｂにそれぞれバイアス磁石１４が備わっているため、バイアス磁石１４による外部磁界の磁界周期と同じ周期の出力信号を得ることができる。
【００７７】
また、磁気抵抗効果素子ａ，ｂ，ｃ，ｄを、４つの領域１５ａ，１５ｂ，１５ｃ，１５ｄに１個ずつ形成して、Ｘ軸（またはＹ軸）に位置する磁気抵抗効果素子ａ，ｂとＹ軸（またはＸ軸）に位置する磁気抵抗効果素子ｃ，ｄとでそれぞれハーフブリッジの等価回路を構成している。そして、磁気センサ１３Ａ，１３Ｂからそれぞれ出力される信号を補償し合うように減算する減算回路（演算回路）を設けたため、入力抵抗値を上げることができ、かつ配線を簡略化できるという効果が生じる。
【００７８】
また、磁気センサ１３Ａは、Ｙ軸を円形回転磁石１２の回転軸１１に平行にし、かつＸ軸を仮想同心円１７の接線に沿わせて配置しているのに対し、磁気センサ１３Ｂは、Ｘ軸を円形回転磁石１２の回転軸１１に平行にし、かつＹ軸を仮想同心円１７の接線に沿わせて配置している。このように、磁気センサ１３Ｂを磁気センサ１３Ａに対して９０度回転することにより、磁気センサ１３ＢのＸ軸に沿ったハーフブリッジ回路の電位レベルを維持したまま、Ｙ軸に沿ったハーフブリッジ回路の電位レベルだけを反転することができる。これによって、前述したように円形回転磁石１２に対する磁気センサ１３Ａ，１３Ｂの位置を変更しても検出値に影響が出なくなる。
【００７９】
また、磁気抵抗効果素子ａ，ｂ，ｃ，ｄをＸ軸およびＹ軸の双方に対して４５度傾斜させたため、各磁気抵抗効果素子ａ，ｂ，ｃ，ｄに２つの軸の双方の方向に沿った磁界が印加されるためより精度のよい検出が可能になる。さらに、磁気抵抗効果素子ａ，ｂ，ｃ，ｄをＡＭＲ素子で構成したため良好な検出が可能になる。バイアス磁石１４を焼結磁石または樹脂磁石で構成したため、磁気センサ１３Ａ，１３Ｂが良好な磁界強度を得ることができ、外部磁界強度に対する耐性を発揮することができる。さらに、円形回転磁石１２が、回転軸１１に平行に分極して径方向に２極着磁されているため、歪のない磁石磁界が生じるようになり回転検出装置１０の精度がさらに向上する。
【００８０】
（第２実施形態）
図２２ないし図２４は、本発明の第２実施形態に係る回転検出装置３０を示している。この回転検出装置３０では、磁気センサ３３Ａ，３３Ｂは、図２３および図２４に示したように、それぞれＸ軸およびＹ軸を水平方向に向けて各中心点Ｏを円形回転磁石３２と同軸で円形回転磁石３２の直径よりもやや大きな直径の仮想同心円３７上に位置させるとともに、円形回転磁石３２よりも上方の位置に、互いの間隔を仮想同心円３７の周方向に９０度の角度を保って配置されている。
【００８１】
この場合、磁気センサ３３Ａは、Ｘ軸を仮想同心円３７の接線に沿わせ、Ｙ軸を仮想同心円３７の法線に沿わせて配置され、磁気センサ３３Ｂは、Ｙ軸を仮想同心円３７の接線に沿わせ、Ｘ軸を仮想同心円３７の法線に沿わせて配置されている。なお、図２４では、磁気センサ３３Ｂを表すため、回転軸３１を破線で示している。この回転検出装置３０のそれ以外の部分の構成については、前述した回転検出装置１０と同一である。したがって、同一部分に同一符号を記して説明は省略する。
【００８２】
つぎに、本実施形態に係る回転検出装置３０において、上述した実施形態と同様、磁気センサ３３ＢのＸ軸とＹ軸との方向を磁気センサ３３ＡのＸ軸とＹ軸との方向と異なるようにした理由について図１０を用いて説明する。この場合も、図１０においては、次のことを想定する。磁気センサ３３Ａ，３３Ｂの位置を点Ａ，Ｂとする。そして、この磁気センサ３３Ａ，３３ＢのＸ軸方向を共に仮想同心円１７（図２３では３７であるがここでは図１０の符号を用いて１７とする）の接線方向とし、かつ磁気センサ３３Ａ，３３ＢのＹ軸方向を共に仮想同心円１７の法線方向とする。
【００８３】
そして、点Ａで仮想同心円１７の接線に沿った方向をＡ２、仮想同心円１７の法線に沿った方向をＡ３とし、点Ｂで仮想同心円１７の接線に沿った方向をＢ２、仮想同心円１７の法線に沿った方向をＢ３とした。このときに、円形回転磁石１２を３６０度回転させてそれぞれの方向にかかる磁界を磁気シュミレーションソフトを用いて解析した。その結果は、磁気センサ３３Ａにおいては、方向Ａ２に関して、図１１に黒色の三角がついた曲線で示した磁界波形が現れ、方向Ａ３に関して、黒色の菱形がついた曲線で示した磁界波形が現れた。また、磁気センサ３３Ｂにおいては、方向Ｂ２に関して、図１２に白色の三角がついた曲線で示した磁界波形が現れ、方向Ｂ３に関しては、白色の菱形がついた曲線で示した磁界波形が現れた。
【００８４】
すなわち、上記実施形態の場合と同様に、点Ａでの方向Ａ２の磁界波形を、図１１に黒色の三角がついた曲線で示したβｃｏｓθとし、点Ａでの方向Ａ３の磁界波形を、図１１に黒色の菱形がついた曲線で示したγｓｉｎθとすると、点Ｂでの方向Ｂ２の磁界波形は、図１２に白色の三角がついた曲線で示したβｃｏｓ（θ＋π／２）となり、点Ｂでの方向Ｂ３の磁界波形は、図１２に菱形の四角がついた曲線で示したγｓｉｎ（θ＋π／２）となる。なお、βは方向Ａ２，Ｂ２での磁界波形の振幅であり、かつγは方向Ａ３，Ｂ３での磁界波形の振幅であり、これらのβ，γの関係はγ≧βとなる。すなわち、磁気センサ３３Ａ，３３Ｂを水平方向に向けたときの点Ａでの方向Ａ３，Ａ２および点Ｂでの方向Ｂ３，Ｂ２との関係は、上述した実施形態の磁気センサ１３Ａ，１３Ｂを垂直方向に向けたときの点Ａでの方向Ａ１，Ａ２および点Ｂでの方向Ｂ１，Ｂ２の関係と略同じになる。
【００８５】
したがって、磁気センサ３３Ａ，３３Ｂのように水平に配置した場合も、回転軸３１に沿った方向の位置が変わると、方向Ａ２，Ａ３および方向Ｂ２，Ｂ３の磁界波形がそれぞれ変化する。このため、回転検出装置３０の作動時に、円形回転磁石３２が回転軸３１に沿ってずれて、円形回転磁石３２と磁気センサ３３Ａ，３３Ｂとの間隔が変化することによる問題の発生を防止するためには、磁気センサ３３Ａ，３３Ｂの方向Ａ３，Ｂ２および方向Ａ２，Ｂ３における磁界波形の出力信号に演算処理を施すことで補償し、比γ／βの影響を除去することが必要になる。
【００８６】
この場合も、上記実施形態の図１４（ｂ）のように、磁気センサ３３Ａ，３３Ｂを演算回路１９に接続すればよい。ただし、この場合には、磁気センサ３３Ａにおける方向Ａ３の磁界波形の出力信号γｓｉｎθ＋Ｖｃｃ／２を差動増幅器１９ａの正側入力「＋」に供給するとともに、磁気センサ３３Ｂにおける方向Ｂ２の磁界波形の出力信号βｃｏｓ（θ＋π／２）＋Ｖｃｃ／２を差動増幅器１９ａの負側入力「−」に供給するようにする。また、磁気センサ３３Ａにおける方向Ａ２の磁界波形の出力信号βｃｏｓ（θ＋π／２）＋Ｖｃｃ／２を差動増幅器１９ｂの正側入力「＋」に供給するとともに、磁気センサ３３Ｂにおける方向Ｂ３の磁界波形の出力信号−γｓｉｎθ＋Ｖｃｃ／２を差動増幅器１９ａの負側入力「−」に供給するようにする。
【００８７】
この場合も、磁気センサ３３Ｂを磁気センサ３３Ａに対して９０度回転させて図２２ないし図２４の状態にすることにより、磁気センサ３３ＢのＸ軸に沿ったハーフブリッジ回路の電位レベルを維持したまま、Ｙ軸に沿ったハーフブリッジ回路の電位レベルだけを逆にすることができる。これによって、回転角検出の計算式Ａｒｃｔａｎ（γｓｉｎθ／βｃｏｓθ）に比γ／βの影響が生じなくなる。また、回転検出装置３０によると、磁気センサ３３Ａ，３３Ｂを水平方向に配置するため、回転検出装置３０を円形回転磁石３２の回転軸方向に対して小型化できる。この回転検出装置３０のそれ以外の作用効果については、前述した回転検出装置１０と同様である。
【００８８】
また、この第２実施形態においても、上記第１実施形態と同様な変形が可能である。すなわち、磁気センサ３３Ｂを９０度回転させることなく、磁気センサ３３Ａ，３３ＢのＸ軸を仮想同心円３７の接線方向に沿わせ、磁気センサ３３Ａ，３３ＢのＹ軸を仮想同心円３７の法線方向に沿わせるようにする。そして、磁気センサ３３Ａ，３３Ｂを上記実施形態の変形例の場合と同様に、図１６（ａ），（ｂ）に示す演算回路１９に接続すればよい。
【００８９】
なお、回転検出装置１０の垂直に配置された磁気センサ１３Ａ，１３Ｂと回転検出装置３０の水平に配置された磁気センサ３３Ａ，３３Ｂとの間の所定の角度で一対の磁気センサを傾斜させた場合には、図１１に示した方向Ａ１または方向Ａ３の磁界波形が方向Ａ１の曲線と方向Ａ３の曲線との間で変化し、図１２に示した方向Ｂ１または方向Ｂ３の磁界波形が方向Ｂ１の曲線と方向Ｂ３の曲線との間で変化する。このため、一対の磁気センサを回転軸に対して傾斜させて配置する場合にも、一方の磁気センサを他方の磁気センサに対して９０度回転させることにより、比α／β等の影響を無くすことができる。
【００９０】
（第３実施形態）
図２５は本発明の第３実施形態に係る回転検出装置が備える磁気センサ４３の基板４５上の感磁面を示している。この磁気センサ４３は、バイアス磁石（図示せず）と、基板４５と、基板４５に形成された８個の磁気抵抗効果素子ａ１，ａ２，ｂ１，ｂ２，ｃ１，ｃ２，ｄ１，ｄ２とで構成されている。基板４５には、便宜上、Ｘ軸とＹ軸とが交差する中心点Ｏを中心としてＸ軸に沿った部分の両側に領域４５ａ，４５ｂが設けられるとともに、Ｙ軸に沿った部分の両側に領域４５ｃ，４５ｄがそれぞれ設けられている。これらの領域４５ａ，４５ｂ，４５ｃ，４５ｄから中心点Ｏまでの距離はそれぞれ等しく設定されている。
【００９１】
磁気抵抗効果素子ａ１，ａ２，ｂ１，ｂ２，ｃ１，ｃ２，ｄ１，ｄ２は、それぞれ細長い四角形に形成されており、磁気抵抗効果素子ａ１，ａ２が領域４５ａに形成され、磁気抵抗効果素子ｂ１，ｂ２が領域４５ｂに形成され、磁気抵抗効果素子ｃ１，ｃ２が領域４５ｃに形成され、磁気抵抗効果素子ｄ１，ｄ２が領域４５ｄに形成されている。磁気抵抗効果素子ａ１，ａ２，ｂ１，ｂ２，ｃ１，ｃ２，ｄ１，ｄ２は、それぞれＸ軸およびＹ軸に対して４５度傾斜して形成されており、磁気抵抗効果素子ａ１と磁気抵抗効果素子ｂ１、磁気抵抗効果素子ａ２と磁気抵抗効果素子ｂ２、磁気抵抗効果素子ｃ１と磁気抵抗効果素子ｄ１および磁気抵抗効果素子ｃ２と磁気抵抗効果素子ｄ２とが、互いに中心点Ｏを中心として点対称になるように配置されている。
【００９２】
また、磁気抵抗効果素子ａ１，ａ２、磁気抵抗効果素子ｂ１，ｂ２、磁気抵抗効果素子ｃ１，ｃ２および磁気抵抗効果素子ｄ１，ｄ２の各一組が頂部を中心点Ｏ側に向けたＶ形を描くようにして配置されている。すなわち、磁気抵抗効果素子ａ１，ｄ２，ｂ１，ｃ２は、それぞれ基板４５上で中心点Ｏを中心として９０度ずつ位置を変更すると、位置を変更する前の他の磁気抵抗効果素子ａ１，ｄ２，ｂ１，ｃ２のいずれかが位置していた部分に位置するように配置されている。そして、磁気抵抗効果素子ａ２，ｄ１，ｂ２，ｃ１は、それぞれ基板４５上で中心点Ｏを中心として９０度ずつ位置を変更すると、位置を変更する前の他の磁気抵抗効果素子ａ２，ｄ１，ｂ２，ｃ１のいずれかが位置していた部分に位置するように配置されている。
【００９３】
また、図２６に示したように、磁気抵抗効果素子ａ１，ａ２，ｂ１，ｂ２および磁気抵抗効果素子ｃ１，ｃ２，ｄ１，ｄ２は、それぞれフルブリッジ回路を構成するように接続されている。そして、一方のフルブリッジ回路では、磁気抵抗効果素子ａ１，ａ２の接続点からの信号出力を＋ＯｕｔＸとして取り出し、磁気抵抗効果素子ｂ１，ｂ２の接続点からの信号出力を−ＯｕｔＸとして取り出す。他方のフルブリッジ回路では、磁気抵抗効果素子ｃ１，ｃ２の接続点からの信号出力を＋ＯｕｔＹとして取り出し、磁気抵抗効果素子ｄ１，ｄ２の接続点からの信号出力を−ＯｕｔＹとして取り出す。このように構成された磁気センサ４３は、図６に示したモールドパッケージ１６ａと同様のモールドパッケージ内に収容されており、この場合の磁気センサ４３には、二対の電源用端子と二対の信号出力端子が設けられている。
【００９４】
また、この回転検出装置には、本発明に係る演算処理回路として、図１４（ｂ）に示した演算回路に代えて、図２７に示した演算回路が備わっている。本実施形態に係る回転検出装置のそれ以外の構成は、上述した回転検出装置１０と同一である。すなわち、この回転検出装置においても、一対の磁気センサ４３Ａ，４３Ｂが設けられ、所定の仮想同心円の接線に沿うとともに、円形回転磁石よりも上方の位置に、互いの間隔を周方向に９０度の角度を保って配置されている。そして、第１実施形態の図１ないし図３のように、一方の磁気センサ４３Ａにおいては、Ｘ軸を仮想同心円の接線に沿わせ、Ｙ軸を円形回転磁石の回転軸に平行にして配置されている。他方の磁気センサ４３Ｂにおいては、Ｙ軸を仮想同心円の接線に沿わせ、Ｘ軸を円形回転磁石の回転軸に平行させて配置されている。
【００９５】
また、第３実施形態の図２２ないし図２４のように、一方の磁気センサ４３Ａにおいて、Ｘ軸を仮想同心円の接線に沿わせ、Ｙ軸を仮想同心円の法線に沿わせ、他方の磁気センサ４３Ｂにおいて、Ｘ軸を仮想同心円の法線に沿わせ、Ｙ軸を仮想同心円の接線に沿わせてもよい。この場合、２個の磁気センサ４３Ａ，４３Ｂから出力される信号を補償するためには、図２７に示す演算回路４９が用いられる。
【００９６】
演算回路４９は、４個の差動増幅器４９ａ，４９ｂ，４９ｃ，４９ｄを備えている。差動増幅器４９ａは、磁気センサ４３Ａの出力信号ＯｕｔＸ（＝αｓｉｎθ＋Ｖｃｃ／２）から磁気センサ４３Ａの出力信号−ＯｕｔＸ（＝−αｓｉｎθ＋Ｖｃｃ／２）を減算して出力する。この減算は、実質的には加算機能を果たすもので、差動増幅器４９ａからは波形信号２αｓｉｎθが出力される。差動増幅器４９ｂも、同様に、磁気センサ４３Ｂの出力信号ＯｕｔＹ（＝βｃｏｓ（θ＋π／２）＋Ｖｃｃ／２）から磁気センサ４３Ｂの出力信号−ＯｕｔＹ（＝−βｃｏｓ（θ＋π／２）＋Ｖｃｃ／２）を減算して波形信号２βｃｏｓ（θ＋π／２）（＝−２βｓｉｎθ）を出力する。
【００９７】
差動増幅器４９ｃも、同様に、磁気センサ４３Ａの出力信号ＯｕｔＹ（＝βｃｏｓθ＋Ｖｃｃ／２）から磁気センサ４３Ａの出力信号−ＯｕｔＹ（＝−βｃｏｓθ＋Ｖｃｃ／２）を減算して、波形信号２βｃｏｓθを出力する。差動増幅器４９ｂも、同様に、磁気センサ４３Ｂの出力信号ＯｕｔＸ（＝αｓｉｎ（θ＋π／２）＋Ｖｃｃ／２）から磁気センサ４３Ｂの出力信号−ＯｕｔＸ（＝−αｓｉｎ（θ＋π／２）＋Ｖｃｃ／２）を減算して波形信号２αｓｉｎ（θ＋π／２）（＝−２αｃｏｓθ）を出力する。
【００９８】
差動増幅器４９ａの出力は差動増幅器４９ｅの正側入力「＋」に供給され、かつ差動増幅器４９ｂの出力は差動増幅器４９ｅの負側入力「−」に供給される。差動増幅器４９ｃの出力は差動増幅器４９ｆの正側入力「＋」に供給され、かつ差動増幅器４９ｄの出力は差動増幅器４９ｆの負側入力「−」に供給される。これらの差動増幅器４９ｅ，４９ｆは、上記第１実施形態の差動増幅器１９ａ，１９ｂ（図１４（ｂ）参照）にそれぞれ対応する。そして、差動増幅器４９ｅからは、波形信号２（α＋β）ｓｉｎθが出力される。差動増幅器４９ｆからは、波形信号２（α＋β）ｃｏｓθが出力される。差動増幅器４９ｅ，４９ｆの出力側には、上記第１実施形態のＡ／Ｄ変換器１９ｃ，１９ｄおよび逆正接演算器１９ｅと同様のＡ／Ｄ変換器４９ｇ，４９ｈおよび逆正接演算器４９ｉが接続されている。
【００９９】
したがって、この第３実施形態によっても、最終的に角度信号が出力される。この第３実施形態に係る回転検出装置によると、上述したハーフブリッジ回路を備えた回転検出装置１０と比較して、２倍の振幅を有する出力波形信号が得られ、中点電位の安定性の向上と出力が２倍になる効果が生じる。この回転検出装置のそれ以外の作用効果については、上述した回転検出装置１０の作用効果と同様である。なお、この第３実施形態においても、磁気センサ４３Ａ，４３Ｂのフルブリッジ回路毎に電源用端子を設けることにより、上記実施形態の変形例のように、磁気センサ４３Ｂを９０度回転させる必要がなくなる。上記実施例と同様に、上記図２７に示した差動増幅器４９ａ〜２９ｆによるアナログ演算に代え逆正接演算器４９ｉと同様なマイクロコンピュータを用いた演算処理を行ってもよい。
【０１００】
（変形例）
図２８は、第３実施形態の変形例に係る回転検出装置が備える磁気センサ５３の基板５５上の感磁面を示している。この磁気センサ５３は、前述した磁気センサ４３においてＶ形を描くようにして配置された各磁気抵抗効果素子ａ１，ａ２、磁気抵抗効果素子ｂ１，ｂ２、磁気抵抗効果素子ｃ１，ｃ２および磁気抵抗効果素子ｄ１，ｄ２をそれぞれ領域４５ａ，４５ｂ，４５ｃ，４５ｄ内で各領域４５ａ，４５ｂ，４５ｃ，４５ｄの中心点を中心として反時計回り方向（図２５，２８の状態での反時計回り方向）に９０度回転させた状態に形成されている。
【０１０１】
この磁気センサ５３を備えた回転検出装置のそれ以外の部分の構成については、前述した第３実施形態に係る回転検出装置と同一である。この変形例に係る回転検出装置の作用効果についても前述した第３実施形態に係る回転検出装置の作用効果と同様である。なお、強磁性体材料を用いたＧＭＲ素子からなる磁気抵抗効果素子を用いて、図２５および図２８に示した回転検出装置を構成してもよく、これによっても、第３実施形態やその変形例に係る回転検出装置と同等の回転検出装置を得ることができる。
【０１０２】
（第４実施形態）
図２９は、本発明の第４実施形態に係る回転検出装置が備える磁気センサ６３の基板６５上の感磁面を示している。この磁気センサ６３は、バイアス磁石（図示せず）と、基板６５と、基板６５に形成された４個の磁気抵抗効果素子ａ３，ｂ３，ｃ３，ｄ３とで構成されている。基板６５には、便宜上、Ｘ軸とＹ軸とが交差する中心点Ｏを中心としてＸ軸に沿った部分の両側に領域６５ａ，６５ｂが、Ｙ軸に沿った部分の両側に仮想領域６５ｃ，６５ｄがそれぞれ中心点Ｏから同一距離になるようにして設定されている。
【０１０３】
磁気抵抗効果素子ａ３，ｂ３，ｃ３，ｄ３は、軟磁性体材料を用いたＧＭＲ素子で構成されており、それぞれ細長い四角形に形成されている。そして、磁気抵抗効果素子ａ３，が領域６５ａに形成され、磁気抵抗効果素子ｂ３が領域６５ｂに形成され、磁気抵抗効果素子ｃ３が領域６５ｃに形成され、磁気抵抗効果素子ｄ３が領域６５ｄに形成されている。磁気抵抗効果素子ａ３，ｂ３は長手方向をＸ軸に沿わせてＸ軸上に形成され、磁気抵抗効果素子ｃ３，ｄ３は長手方向をＹ軸に沿わせてＹ軸上に形成されており、各磁気抵抗効果素子ａ３，ｂ３，ｃ３，ｄ３の中心点Ｏからの距離は同一に設定されている。また、各磁気抵抗効果素子ａ３，ｂ３，ｃ３，ｄ３は、図５に示したように二つのハーフブリッジ回路を形成するように接続されている。この場合、それぞれ図５のａにａ３、ｂにｂ３、ｃにｃ３、ｄにｄ３が対応する。
【０１０４】
図４に示した磁気センサ１３Ａ，１３Ｂのように、ＡＭＲ素子で構成される磁気抵抗効果素子ａ，ｂ，ｃ，ｄを用いた場合には、Ｘ軸方向とＹ軸方向との２方向のベクトルの磁界があるときに良好な検出ができるが、軟磁性体材料を用いたＧＭＲ素子で構成された磁気抵抗効果素子ａ３，ｂ３，ｃ３，ｄ３を用いた磁気センサ６３では、磁界の強弱だけで良好な検出が可能になるため、磁気抵抗効果素子ａ３，ｂ３，ｃ３，ｄ３を長手方向をＸ軸およびＹ軸に沿って形成することができる。なお、磁気抵抗効果素子ａ３，ｂ３，ｃ３，ｄ３を前述した磁気抵抗効果素子ａ，ｂ，ｃ，ｄのように、Ｘ軸およびＹ軸に対して４５度傾斜させてもよい。本実施形態に係る回転検出装置のそれ以外の構成は、前述した回転検出装置１０と同一である。また、本実施形態に係る回転検出装置の作用効果についても、前述した回転検出装置１０の作用効果と同様である。
【０１０５】
また、軟磁性体材料を用いたＧＭＲ素子で構成された磁気抵抗効果素子ａ３，ｂ３，ｃ３，ｄ３を、図２５および図２８の磁気抵抗効果素子ａ１，ａ２，ｂ１，ｂ２，ｃ１，ｃ２，ｄ１，ｄ２のように配置して磁気センサを構成してもよい。この場合、図３０に示したように、磁気抵抗効果素子ａ１，ｂ１，ａ２，ｂ２および磁気抵抗効果素子ｃ１，ｄ１，ｃ２，ｄ２を、それぞれフルブリッジ回路を構成するように接続する。そして、一方のフルブリッジ回路では、磁気抵抗効果素子ａ１，ｂ１の中点からの信号出力を＋ＯｕｔＸとして取り出すとともに、磁気抵抗効果素子ｂ２，ａ２の中点からの信号出力を−ＯｕｔＸとして取り出し、他方のフルブリッジ回路では、磁気抵抗効果素子ｃ１，ｄ１の中点からの信号出力を＋ＯｕｔＹとして取り出し、磁気抵抗効果素子ｄ２，ｃ２の中点からの信号出力を−ＯｕｔＹとして取り出す。
【０１０６】
この回転検出装置のそれ以外の構成は、図２５および図２８に示した磁気センサ４３，５３を備えた回転検出装置と同一である。また、この回転検出装置の作用効果についても、図２５および図２８に示した磁気センサ４３，５３を備えた回転検出装置の作用効果と同様である。なお、軟磁性体材料を用いたＧＭＲ素子で構成された磁気抵抗効果素子を、図２５や図２８の磁気抵抗効果素子ａ１，ａ２，ｂ１，ｂ２，ｃ１，ｃ２，ｄ１，ｄ２のように配置して磁気センサを構成する際には、前述したように、図３０に示したように各磁気抵抗効果素子ａ１，ａ２，ｂ１，ｂ２，ｃ１，ｃ２，ｄ１，ｄ２を接続することが好ましいが、図２６のように接続することもできる。同様に、ＡＭＲ素子で構成される磁気抵抗効果素子を図３０のように接続することもできる。
【０１０７】
前述した各実施形態では、円形回転磁石１２の中心に小さな挿通穴１２ａが形成され、この挿通穴１２ａに回転軸１１を挿通させているが、これに代えて、図３１に示したように、中心に大きな挿通穴４２ａが形成されたリング状の円形回転磁石４２を用い、この円形回転磁石４２の挿通穴４２ａに外径および内径の大きな円筒状の回転軸４１を挿通させてもよい。これによると、回転軸４１の内部に配線を通すことが可能になる。また、円形回転磁石としては、径方向で着磁したものや面方向で着磁したもの等種々のものを用いることができる。これらの中には、図３２に示した径方向に着磁した円板状の円形回転磁石５２、図３３に示した径方向に着磁したリング状の円形回転磁石６２、図３４に示した面方向に着磁した円板状の円形回転磁石７２および図３５に示した面方向に着磁したリング状の円形回転磁石８２等がある。
【０１０８】
円形回転磁石５２は、回転中心軸を通り円形回転磁石５２を２等分する面を境界として分極して径方向に２極着磁されており、一方がＳ極、他方がＮ極になっている。円形回転磁石６２は、円形回転磁石６２を直径に沿うように軸方向に２等分する面を境界として分極するとともに外周側と内周側とが異なる極になるようにして分極して外周側と内周側とがそれぞれ径方向に２極着磁されており、外周側の一方がＳ極で他方がＮ極、内周側の一方がＮ極で他方がＳ極になっている。
【０１０９】
円形回転磁石７２は、回転中心軸を通り円形回転磁石７２を２等分する面を境界として分極するとともに回転軸に直交する面を境界として回転軸方向に２等分するように上部側と下部側とがそれぞれ分極されており、上部側の一方がＳ極で他方がＮ極、下部側の一方がＮ極で他方がＳ極になっている。円形回転磁石８２は、円形回転磁石８２を直径に沿うように軸方向に２等分する面を境界として分極するとともに上部側と下部側とが異なる極になるように分極されており、上部側の一方がＳ極で他方がＮ極、下部側の一方がＮ極で他方がＳ極になっている。
【０１１０】
円形回転磁石６２，８２は、前述した回転軸４１等の外周面に取り付けられるが、円形回転磁石５２，７２は、円筒状の回転軸の内部に設置される。これらの円形回転磁石５２，６２，７２，８２に対しても前述した仮想同心円１７と同様の仮想同心円を設定し、その仮想同心円上に所定の磁気センサが配置される。そのような状態にして、各円形回転磁石５２，６２，７２，８２を回転軸とともに、３６０度回転させたときに磁気センサが検出する磁界に注目し、磁気シミュレーションソフトで解析した。その結果を、図３６ないし図３９に示す。図３６は円形回転磁石５２の結果を示し、図３７は円形回転磁石６２の結果を示し、図３８は円形回転磁石７２の結果を示し、図３９は円形回転磁石８２の結果を示している。
【０１１１】
図３６（ａ）、図３７（ａ）、図３８（ａ）、図３９（ａ）におけるそれぞれの下端中央部分には円形回転磁石５２，６２，７２，８２の位置が示されており、各黒点は、磁気シミュレーションソフトで解析した位置を示している。また、図３６（ａ）、図３７（ａ）、図３８（ａ）、図３９（ａ）においてそれぞれ破線で示した四角の範囲は、磁気センサを設置する位置の範囲を示している。そして、図３６（ｂ）、図３７（ｂ）、図３８（ｂ）、図３９（ｂ）における黒色の四角が付いた曲線は仮想同心円の接線と平行方向の磁束線を示しており、黒色の三角が付いた曲線は仮想同心円の法線と平行方向の磁束線を示しており、黒色の菱形が付いた曲線は回転軸と平行方向の磁束線を示している。
【０１１２】
図３６（ｂ）および図３７（ｂ）から径方向に着磁した円形回転磁石５２，６２は正弦波の周期を持っていることが分かり、図３８（ｂ）および図３９（ｂ）から面方向に着磁した円形回転磁石７２，８２は歪を含む周期であることが分かる。したがって、円形回転磁石としては、回転中心軸に平行に分極して径方向に２極着磁された円板状もしくはリング状であることが検出精度の向上につながりより好ましい。また、図３６（ａ）および図３７（ａ）から径方向に着磁した円形回転磁石５２，６２では、その位置が回転軸に沿ってずれた場合でも、円形回転磁石３２，４２の外周側以外の位置であれば磁束線が大きく変わることがないこともわかる。
【０１１３】
本発明に係る回転検出装置は、前述した各実施形態に限定するものでなく、本発明の技術的範囲内で適宜変更して実施することができる。例えば、上述した各実施形態では、磁気抵抗効果素子ａ〜ｄ，ａ１〜ｄ１，ａ２〜ｄ２，ａ３〜ｄ３のすべての配置を、中心点Ｏを中心として９０度ずつ回転したときに互いの位置が重なるようにしているが、フルブリッジ回路を構成する磁気抵抗効果素子ａ１〜ｄ１，ａ２〜ｄ２の配置については，適宜変更することができる。すなわち、磁気抵抗効果素子ａ１〜ｄ１，ａ２〜ｄ２のうちの各軸に位置するものが中心点Ｏを中心として点対称になるようにするだけでなく、各軸を挟んで配置されるものどうしが線対称になるようにしてもよい。また、一方の軸に位置するものを中心点Ｏを中心として点対称にし、他方の軸に位置するものを一方の軸を挟んで線対称になるようにしてもよい。
【符号の説明】
【０１１４】
１０，２０，３０…回転検出装置、１１，２１，３１，４１…回転軸、１２，２２，３２，４２，５２，６２，７２，８２…円形回転磁石、１３Ａ，１３Ｂ，２３Ａ，２３Ｂ，３３Ａ，３３Ｂ，４３，４３Ａ，４３Ｂ，５３，６３…磁気センサ、１４…バイアス磁石、１５，４５，５５，６５…基板、１５ａ，１５ｂ，１５ｃ，１５ｄ，４５ａ，４５ｂ，４５ｃ，４５ｄ，６５ａ，６５ｂ，６５ｃ，６５ｄ…領域、１７，２７，２７ａ，３７…仮想同心円、１９，４９…演算処理回路、ａ，ｂ，ｃ，ｄ，ａ１，ｂ１，ｃ１，ｄ１，ａ２，ｂ２，ｃ２，ｄ２，ａ３，ｂ３，ｃ３，ｄ３…磁気抵抗効果素子。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転体に取り付けられた２極の円形回転磁石と、前記円形回転磁石の磁界の変化を検出する２個の磁気センサと、前記２個の磁気センサの検出結果から前記円形回転磁石の回転角を演算する演算処理回路とを備えた回転検出装置であって、
前記磁気センサは、バイアス磁石と、中心点を前記バイアス磁石の磁極面の磁気中心に合わせた状態で前記磁極面に対向させた基板と、前記基板の中心点で直交し前記磁極面に平行に延びる２つの軸に沿い前記中心点からそれぞれ同一距離の位置に設定された４つの領域に、それぞれ同一形状に形成された磁気抵抗効果素子とを備え、
前記２つの軸の各軸に沿ってそれぞれ設けた２つの磁気抵抗効果素子を直列に接続して２つのブリッジ回路を構成し、前記２つのブリッジ回路の両端に電源電圧を印加して、前記２つの磁気抵抗効果素子の接続点からそれぞれ出力波形信号を取り出すようにし、
前記演算処理回路は、前記出力波形信号を用いて前記円形回転磁石の回転角を演算するようにし、
各磁気センサの前記２つの軸のうちの一方の軸が前記円形回転磁石の外周面で形成される円の接線と平行であり、かつ各磁気センサの前記２つの軸のうちの他方の軸の前記円形回転磁石の回転中心軸に対する傾斜角度が互いに同じになるようにして、前記２個の磁気センサを、前記円形回転磁石の外周面よりも外側で前記円形回転磁石の回転中心軸を中心とした周方向に互いに９０度離れた位置に設置したことを特徴とする回転検出装置。
【請求項２】
前記演算処理回路は、前記２つの軸の一方がＸ軸で他方がＹ軸であるとしたときに、前記一方の磁気センサのＸ軸に対応した出力波形信号と前記他方の磁気センサのＹ軸に対応した出力波形信号とを演算するとともに、前記他方の磁気センサのＸ軸に対応した出力波形信号と前記一方の磁気センサのＹ軸に対応した出力波形信号とを演算して、互いに同じ振幅を有する正弦波信号および余弦波信号をそれぞれ取り出し、前記取り出した正弦波信号および余弦波信号を用いて逆正接演算する請求項１に記載の回転検出装置。
【請求項３】
前記２個の磁気センサの一方の磁気センサの前記磁極面の位置を維持したまま、前記一方の磁気センサのＸ軸とＹ軸とを他方の磁気センサのＸ軸とＹ軸とに対して中心点を中心として９０度回転した状態で、前記２個の磁気センサから前記演算処理回路に出力波形信号をそれぞれ出力することにより、前記同じ振幅を有する正弦波信号および余弦波信号を取り出すようにした請求項２に記載の回転検出装置。
【請求項４】
前記２個の磁気センサの各一方のブリッジ回路の電源電圧の印加方向を一致させるとともに、前記２個の磁気センサの各他方のブリッジ回路の電源電圧の印加方向を異ならせた状態で、前記２個の磁気センサから前記演算処理回路に出力波形信号をそれぞれ出力することにより、前記同じ振幅を有する正弦波信号および余弦波信号を取り出すようにした請求項２に記載の回転検出装置。
【請求項５】
前記一方の磁気センサの一方のブリッジ回路の電位レベルを前記演算処理回路により反転させることにより、前記同じ振幅を有する正弦波信号および余弦波信号を取り出すようにした請求項２に記載の回転検出装置。
【請求項６】
前記正弦波信号は、互いに同相である前記一方の磁気センサのＸ軸に対応した出力波形信号と前記他方の磁気センサのＹ軸に対応した出力波形信号との和であり、かつ
前記余弦波信号は、互いに同相である前記他方の磁気センサのＸ軸に対応した出力波形信号と前記一方の磁気センサのＹ軸に対応した出力波形信号との和である請求項２ないし５のうちのいずれか一つに記載の回転検出装置。
【請求項７】
前記ブリッジ回路は、前記磁気抵抗効果素子を、前記中心点を中心として９０度ずつ回転したときに互いの位置が重なるようにして前記４つの領域に１個ずつ形成し、２つの軸のそれぞれの軸に位置する２つの磁気抵抗効果素子を接続して構成されるハーフブリッジ回路である請求項１ないし６のうちのいずれか一つに記載の回転検出装置。
【請求項８】
前記ブリッジ回路は、前記磁気抵抗効果素子を、各軸に位置するものが前記中心点を中心として点対称になるようにするか、または各軸を挟んで配置されるものどうしが線対称になるようにして前記４つの領域に２個ずつ形成し、前記２つの軸のそれぞれの軸に位置する４つの磁気抵抗効果素子をそれぞれ接続して構成されるフルブリッジ回路である請求項１ないし６のうちのいずれか一つに記載の回転検出装置。
【請求項９】
前記磁気抵抗効果素子を前記２つの軸に対して４５度傾斜させた請求項１ないし８のうちのいずれか一つに記載の回転検出装置。
【請求項１０】
前記磁気抵抗効果素子は、ＡＭＲ素子またはＧＭＲ素子である請求項１ないし９のうちのいずれか一つに記載の回転検出装置。
【請求項１１】
前記バイアス磁石を焼結磁石または樹脂磁石で構成した請求項１ないし１０のうちのいずれか一つに記載の回転検出装置。
【請求項１２】
前記円形回転磁石を、前記円形回転磁石の回転中心軸に平行に２分するように分極して径方向に２極着磁され、軸状の回転体の外周部に設けられるリング状の磁石で構成した請求項１ないし１１のうちのいずれか一つに記載の回転検出装置。
【請求項１３】
前記円形回転磁石を、前記円形回転磁石の回転中心軸に平行に２分するように分極して径方向に２極着磁され、円筒軸状の回転体の内部に設けられる円板状または円柱状の磁石で構成した請求項１ないし１１のうちのいずれか一つに記載の回転検出装置。
【請求項１】
回転体に取り付けられた２極の円形回転磁石と、前記円形回転磁石の磁界の変化を検出する２個の磁気センサと、前記２個の磁気センサの検出結果から前記円形回転磁石の回転角を演算する演算処理回路とを備えた回転検出装置であって、
前記磁気センサは、バイアス磁石と、中心点を前記バイアス磁石の磁極面の磁気中心に合わせた状態で前記磁極面に対向させた基板と、前記基板の中心点で直交し前記磁極面に平行に延びる２つの軸に沿い前記中心点からそれぞれ同一距離の位置に設定された４つの領域に、それぞれ同一形状に形成された磁気抵抗効果素子とを備え、
前記２つの軸の各軸に沿ってそれぞれ設けた２つの磁気抵抗効果素子を直列に接続して２つのブリッジ回路を構成し、前記２つのブリッジ回路の両端に電源電圧を印加して、前記２つの磁気抵抗効果素子の接続点からそれぞれ出力波形信号を取り出すようにし、
前記演算処理回路は、前記出力波形信号を用いて前記円形回転磁石の回転角を演算するようにし、
各磁気センサの前記２つの軸のうちの一方の軸が前記円形回転磁石の外周面で形成される円の接線と平行であり、かつ各磁気センサの前記２つの軸のうちの他方の軸の前記円形回転磁石の回転中心軸に対する傾斜角度が互いに同じになるようにして、前記２個の磁気センサを、前記円形回転磁石の外周面よりも外側で前記円形回転磁石の回転中心軸を中心とした周方向に互いに９０度離れた位置に設置したことを特徴とする回転検出装置。
【請求項２】
前記演算処理回路は、前記２つの軸の一方がＸ軸で他方がＹ軸であるとしたときに、前記一方の磁気センサのＸ軸に対応した出力波形信号と前記他方の磁気センサのＹ軸に対応した出力波形信号とを演算するとともに、前記他方の磁気センサのＸ軸に対応した出力波形信号と前記一方の磁気センサのＹ軸に対応した出力波形信号とを演算して、互いに同じ振幅を有する正弦波信号および余弦波信号をそれぞれ取り出し、前記取り出した正弦波信号および余弦波信号を用いて逆正接演算する請求項１に記載の回転検出装置。
【請求項３】
前記２個の磁気センサの一方の磁気センサの前記磁極面の位置を維持したまま、前記一方の磁気センサのＸ軸とＹ軸とを他方の磁気センサのＸ軸とＹ軸とに対して中心点を中心として９０度回転した状態で、前記２個の磁気センサから前記演算処理回路に出力波形信号をそれぞれ出力することにより、前記同じ振幅を有する正弦波信号および余弦波信号を取り出すようにした請求項２に記載の回転検出装置。
【請求項４】
前記２個の磁気センサの各一方のブリッジ回路の電源電圧の印加方向を一致させるとともに、前記２個の磁気センサの各他方のブリッジ回路の電源電圧の印加方向を異ならせた状態で、前記２個の磁気センサから前記演算処理回路に出力波形信号をそれぞれ出力することにより、前記同じ振幅を有する正弦波信号および余弦波信号を取り出すようにした請求項２に記載の回転検出装置。
【請求項５】
前記一方の磁気センサの一方のブリッジ回路の電位レベルを前記演算処理回路により反転させることにより、前記同じ振幅を有する正弦波信号および余弦波信号を取り出すようにした請求項２に記載の回転検出装置。
【請求項６】
前記正弦波信号は、互いに同相である前記一方の磁気センサのＸ軸に対応した出力波形信号と前記他方の磁気センサのＹ軸に対応した出力波形信号との和であり、かつ
前記余弦波信号は、互いに同相である前記他方の磁気センサのＸ軸に対応した出力波形信号と前記一方の磁気センサのＹ軸に対応した出力波形信号との和である請求項２ないし５のうちのいずれか一つに記載の回転検出装置。
【請求項７】
前記ブリッジ回路は、前記磁気抵抗効果素子を、前記中心点を中心として９０度ずつ回転したときに互いの位置が重なるようにして前記４つの領域に１個ずつ形成し、２つの軸のそれぞれの軸に位置する２つの磁気抵抗効果素子を接続して構成されるハーフブリッジ回路である請求項１ないし６のうちのいずれか一つに記載の回転検出装置。
【請求項８】
前記ブリッジ回路は、前記磁気抵抗効果素子を、各軸に位置するものが前記中心点を中心として点対称になるようにするか、または各軸を挟んで配置されるものどうしが線対称になるようにして前記４つの領域に２個ずつ形成し、前記２つの軸のそれぞれの軸に位置する４つの磁気抵抗効果素子をそれぞれ接続して構成されるフルブリッジ回路である請求項１ないし６のうちのいずれか一つに記載の回転検出装置。
【請求項９】
前記磁気抵抗効果素子を前記２つの軸に対して４５度傾斜させた請求項１ないし８のうちのいずれか一つに記載の回転検出装置。
【請求項１０】
前記磁気抵抗効果素子は、ＡＭＲ素子またはＧＭＲ素子である請求項１ないし９のうちのいずれか一つに記載の回転検出装置。
【請求項１１】
前記バイアス磁石を焼結磁石または樹脂磁石で構成した請求項１ないし１０のうちのいずれか一つに記載の回転検出装置。
【請求項１２】
前記円形回転磁石を、前記円形回転磁石の回転中心軸に平行に２分するように分極して径方向に２極着磁され、軸状の回転体の外周部に設けられるリング状の磁石で構成した請求項１ないし１１のうちのいずれか一つに記載の回転検出装置。
【請求項１３】
前記円形回転磁石を、前記円形回転磁石の回転中心軸に平行に２分するように分極して径方向に２極着磁され、円筒軸状の回転体の内部に設けられる円板状または円柱状の磁石で構成した請求項１ないし１１のうちのいずれか一つに記載の回転検出装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【図２８】
【図２９】
【図３０】
【図３１】
【図３２】
【図３３】
【図３４】
【図３５】
【図３６】
【図３７】
【図３８】
【図３９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【図２８】
【図２９】
【図３０】
【図３１】
【図３２】
【図３３】
【図３４】
【図３５】
【図３６】
【図３７】
【図３８】
【図３９】
【公開番号】特開２０１１−１４５１６８（Ｐ２０１１−１４５１６８Ａ）
【公開日】平成２３年７月２８日（２０１１．７．２８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−６２１２（Ｐ２０１０−６２１２）
【出願日】平成２２年１月１４日（２０１０．１．１４）
【出願人】（０００２３６４４７）浜松光電株式会社 (20)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年７月２８日（２０１１．７．２８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１月１４日（２０１０．１．１４）
【出願人】（０００２３６４４７）浜松光電株式会社 (20)
【Ｆターム（参考）】
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