(57)【要約】  本発明に係る回転角度検出装置は、Ｎ極及びＳ極が、着磁幅λで周面に沿って交互に着磁された回転体と、回転体が発生する磁界を感知する第１磁気検出部及び第２磁気検出部とを備え、第１磁気検出部と第２磁気検出部とは距離Ｌ隔てて配置され、第１基準電位と第２基準電位との間に、直列接続された第１磁気検出部及び第２磁気検出部が配置され、第１磁気検出部と第２磁気検出部の中点電位を基に、回転体の回転角度に対応した信号を出力し、Ｌ＝２λ／ｎ（ｎは２以上の整数）の関係を満たす。
2013094236.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｎ極及びＳ極が、着磁幅λで周面に沿って交互に着磁された回転体と、
回転体が発生する磁界を感知する第１磁気検出部及び第２磁気検出部とを備え、
第１磁気検出部と第２磁気検出部とは距離Ｌ隔てて配置され、
第１基準電位と第２基準電位との間に、直列接続された第１磁気検出部及び第２磁気検出部が配置され、
第１磁気検出部と第２磁気検出部の中点電位を基に、回転体の回転角度に対応した信号を出力し、
【数１】
2013094236.tif 000006
の関係を満たすことを特徴とする回転角度検出装置。
【請求項２】
Ｎ極及びＳ極が、着磁幅λで周面に沿って交互に着磁された回転体と、
回転体が発生する磁界を感知する第１〜第４磁気検出部とを備え、
第１磁気検出部及び第４磁気検出部は、第１検出位置に配置され、
第２磁気検出部及び第３磁気検出部は、第２検出位置に配置され、
第１検出位置と第２検出位置とは距離Ｌ隔てて設けられ、
第１基準電位と第２基準電位との間に、直列接続された第１磁気検出部及び第３磁気検出部と、直列接続された第２磁気検出部及び第４磁気検出部とが並列接続され、
第１〜第４磁気検出部は、ブリッジ回路を構成し、
第１磁気検出部と第４磁気検出部、第２磁気検出部と第３磁気検出部とが、それぞれブリッジ回路の交差するアームに配置され、
第１磁気検出部と第３磁気検出部の中点電位Ｖ１と、第２磁気検出部と第４磁気検出部の中点電位Ｖ２との差Ｖｏｕｔ（＝Ｖ２−Ｖ１）を基に、回転体の回転角度に対応した信号を出力し、
【数２】
2013094236.tif 000007
の関係を満たすことを特徴とする回転角度検出装置。
【請求項３】
Ｎ極及びＳ極が、着磁幅λで周面に沿って交互に着磁された回転体と、
回転体が発生する磁界を感知する第１〜第８磁気検出部とを備え、
第１磁気検出部及び第４磁気検出部は、第１検出位置に配置され、
第２磁気検出部及び第３磁気検出部は、第２検出位置に配置され、
第５磁気検出部及び第８磁気検出部は、第３検出位置に配置され、
第６磁気検出部及び第７磁気検出部は、第４検出位置に配置され、
第１検出位置と第２検出位置とは距離Ｌ１２隔てて設けられ、
第３検出位置と第４検出位置とは距離Ｌ１２隔てて設けられ、
第１検出位置と第３検出位置とは距離Ｌ１３隔てて設けられ、
第１基準電位と第２基準電位との間に、直列接続された第１磁気検出部及び第３磁気検出部と、直列接続された第２磁気検出部及び第４磁気検出部とが並列接続され、
第１〜第４磁気検出部は、ブリッジ回路を構成し、
第１磁気検出部と第４磁気検出部、第２磁気検出部と第３磁気検出部とが、それぞれブリッジ回路の交差するアームに配置され、
第３基準電位と第４基準電位との間に、直列接続された第５磁気検出部及び第７磁気検出部と、直列接続された第６磁気検出部及び第８磁気検出部とが配置され、
第５〜第８磁気検出部は、ブリッジ回路を構成し、
第５磁気検出部と第８磁気検出部、第６磁気検出部と第７磁気検出部とが、それぞれブリッジ回路の交差するアームに配置され、
第１磁気検出部と第３磁気検出部の中点電位Ｖ１と、第２磁気検出部と第４磁気検出部の中点電位Ｖ２との差Ｖ１２（＝Ｖ２−Ｖ１）と、第５磁気検出部と第７磁気検出部の中点電位Ｖ３と、第６磁気検出部と第８磁気検出部の中点電位Ｖ４との差Ｖ３４（＝Ｖ４−Ｖ３）との差Ｖｏｕｔ（＝Ｖ３４−Ｖ１２）を基に、回転体の回転角度に対応した信号を出力し、
【数３】
2013094236.tif 000008
の関係を満たすことを特徴とする回転角度検出装置。
【請求項４】
Ｎ極及びＳ極が、着磁幅λで周面に沿って交互に着磁された回転体と、
回転体が発生する磁界を感知する第１〜第８磁気検出部とを備え、
第１磁気検出部及び第４磁気検出部は、第１検出位置に配置され、
第２磁気検出部及び第３磁気検出部は、第２検出位置に配置され、
第６磁気検出部及び第７磁気検出部は、第３検出位置に配置され、
第５磁気検出部及び第８磁気検出部は、第４検出位置に配置され、
第１検出位置と第２検出位置とは距離Ｌ１２隔てて設けられ、
第３検出位置と第４検出位置とは距離Ｌ１２隔てて設けられ、
第１検出位置と第３検出位置とは距離Ｌ１３隔てて設けられ、
第１基準電位と第２基準電位との間に、直列接続された第１磁気検出部、第５磁気検出部、第３磁気検出部及び第７磁気検出部と、直列接続された第２磁気検出部、第６磁気検出部、第４磁気検出部及び第８磁気検出部とが並列接続され、
第１〜第８磁気検出部は、ブリッジ回路を構成し、
ブリッジ回路の第１アームには、第１磁気検出部及び第５磁気検出部が配置され、
ブリッジ回路の第２アームには、第２磁気検出部及び第６磁気検出部が配置され、
ブリッジ回路の第３アームには、第３磁気検出部及び第７磁気検出部が配置され、
ブリッジ回路の第４アームには、第４磁気検出部及び第８磁気検出部が配置され、
第１アームと第４アームとが、ブリッジ回路の交差する位置に配置され、第２アームと第３アームとが、ブリッジ回路の交差する位置に配置され、
第１アームと第３アームの中点電位Ｖ１と、第２アームと第４アームの中点電位Ｖ２との差Ｖｏｕｔ（＝Ｖ２−Ｖ１）を基に、回転体の回転角度に対応した信号を出力し、
【数４】
2013094236.tif 000009
の関係を満たすことを特徴とする回転角度検出装置。
【請求項５】
Ｎ極及びＳ極が、着磁幅λで周面に沿って交互に着磁された回転体と、
回転体が発生する磁界を感知する２ｐ＋１個の磁気検出部とを備え、
磁気検出部は、２ｐ個の検出位置にそれぞれ２つずつ配置され、
第ｉ検出位置（ｉは１以上の整数）と第ｊ検出位置（ｊは１以上の整数）との間の距離はＬｉｊであって、
第１基準電位と第２基準電位との間に、直列接続された２ｐ個の磁気検出部と、直列接続された２ｐ個の磁気検出部とが並列接続され、
２ｐ＋１個の磁気検出部は、ブリッジ回路を構成し、
ブリッジ回路の各アームには、２ｐ−１個の磁気検出部がそれぞれ配置され、
第１アームと第４アームとが、ブリッジ回路の交差する位置に配置され、第２アームと第３アームとが、ブリッジ回路の交差する位置に配置され、
同じ検出位置に配置された磁気検出部は、ブリッジ回路の交差するアームに配置され、
第１アームと第３アームの中点電位Ｖ１と、第２アームと第４アームの中点電位Ｖ２との差Ｖｏｕｔ（＝Ｖ２−Ｖ１）を基に、回転体の回転角度に対応した信号を出力し、
【数５】
2013094236.tif 000010
の関係を満たすことを特徴とする回転角度検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁気抵抗効果素子を用いて回転軸等の回転角度を検出する回転角度検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
外部から印加された磁界を検出する磁界磁電変換素子として、ホール素子のほかに磁気抵抗効果素子が知られている。磁気抵抗効果素子には、ＡＭＲ（Anisotropic Magneto-Resistance：異方性磁気抵抗効果）素子、ＧＭＲ（Giant Magneto-Resistance：巨大磁気抵抗効果）素子、及びＴＭＲ（Tunnel Magneto-Resistance：トンネル磁気抵抗効果）素子などがある。特に、他に比べて大きなＭＲ比が得られるＧＭＲ素子及びＴＭＲ素子が注目されている。【０００３】
特許文献１において、スピンバルブ構造を有するＧＭＲ素子及びＴＭＲ素子が開示されている。一般に、スピンバルブ構造の磁気抵抗効果素子は、非磁性の薄膜層によって仕切られた、強磁性体の第１薄膜層（自由層）及び第２薄膜層（固着層）を有する。強磁性体の第２薄膜層の磁化方向は固定されている。第２薄膜層の磁化方向を固定させるために、反強磁性体の薄膜層が強磁性体の第２薄膜層に付着される。代替構造として、反強磁性体の薄膜層を、高飽和保磁力かつ高電気抵抗を有する強磁性の層にすることもできる。【０００４】
次に、スピンバルブ構造を有する磁気抵抗効果素子を用いた回転角度検出装置の動作原理について説明する。周面を多極に着磁した円筒磁石を搭載した磁石回転子を、軸を中心にして回転させる。磁気抵抗効果素子を用いて磁石回転子の回転角度を検出する場合、図３７に示すように、円筒磁石の周面から所定の距離ｒ離れた位置にセンサデバイスを配置する。センサデバイスに円筒磁石の着磁幅λと同一の間隔で領域Ａ，Ｂを設け、領域Ａには磁気抵抗効果素子ＲＡ１，ＲＡ２を、領域Ｂには磁気抵抗効果素子ＲＢ１，ＲＢ２を配置する。図３８に示すように、ＲＡ１，ＲＡ２，ＲＢ１，ＲＢ２は、ブリッジ回路を構成するように接続する。【０００５】
図３７では、磁石回転子の周面上の円筒磁石を模式的に直線状に記載している。この状態で磁石回転子が回転すると、センサデバイスに対して磁石回転子の周面が矢印の方向に移動する。【０００６】
ここで、図３７に示す位相角度θは、領域Ａと磁石回転子１の磁極との位相関係を示す。位相角度θは、領域Ａにおける磁界の角度と一致する。また、図４０に示す位相角度θ’は、領域Ａと磁石回転子１の磁極との位相関係がθである場合の領域Ｂにおける磁界の角度を示す。【０００７】
磁石回転子の移動に伴って、磁気抵抗効果素子ＲＡ１，ＲＡ２に対向する磁石回転子の周面の極性は、Ｎ極（（ａ）θ＝０°）から、Ｎ極，Ｓ極の境界（（ｂ）θ＝９０°）、Ｓ極（（ｃ）θ＝１８０°）、Ｓ極，Ｎ極との境界（（ｄ）θ＝２７０°）、Ｎ極（（ｅ）θ＝３６０°）と変化する。従って、図３９に示すように、領域Ａに配置された磁気抵抗効果素子ＲＡ１，ＲＡ２が感知する磁界の角度θは、０°から３６０°に変化する。同様に、領域Ｂに配置された磁気抵抗効果素子ＲＢ１，ＲＢ２が感知する磁界の角度は、図４０に示すように変化する。【０００８】
スピンバルブ構造を有する磁気抵抗効果素子では、素子に印加された磁界の角度に対応して抵抗値が変化する。図４１に示すように、磁気抵抗効果素子ＲＡ１，ＲＡ２及びＲＢ１，ＲＢ２の抵抗値は、磁石回転子の回転に伴って、ほぼ正弦波状に変化する。従って、図３８に示すブリッジ回路の中点電位Ｖ１，Ｖ２及びブリッジ出力Ｖｏｕｔは、図４２に示すような波形となる。【０００９】
図４３は、従来の回転角度検出装置の磁界の角度を詳細に示す説明図である。通常、磁石回転子により生じる半径方向（図４３のｘ軸方向）と回転方向（図４３のｙ軸方向）の磁界は、それぞれ位相角度に対してほぼ正弦波状に変化する。しかしながら、図４３に示すように、回転方向と半径方向とでは、磁界の振幅は異なる。半径方向の磁界の振幅Ｐは、回転方向の磁界の振幅Ｑの１〜２倍になるのが一般的である。従って、位相角度θにおける磁界のｘ軸成分Ｈｘ及びｙ軸成分Ｈｙは、下記の式（１）（２）で表すことができる。よって、位相角度θにおける磁界の方向を表すtanα及び磁界の方向αは、それぞれ下記の式（３）（４）で表すことができる。【００１０】
【数１】
2013094236.tif 000003
【００１１】
図４４は、従来の回転角度検出装置の、位相角度θと磁気抵抗効果素子が感知する磁界の角度αの関係を、半径方向と回転方向の磁界の大きさの振幅の比が異なる場合について示す図である。通常は、上述のように、Ｑ／Ｐ＝１〜０．５である。図４４に示すように、Ｑ／Ｐ＝１、即ち回転方向と半径方向の磁界の大きさの振幅とが等しい場合は、θ＝αとなる。一方、半径方向の磁界の大きさの振幅が、回転方向の磁界の大きさの振幅より大きくなる場合、例えばＱ／Ｐ＝０．７又はＱ／Ｐ＝０．５の場合、図４４に示すような関係となる。従って、磁石回転子の回転に伴い、各磁気抵抗効果素子の抵抗値は、図４５に示すように、三角波状に変化する。【００１２】
図４６及び図４７は、従来の回転角度検出装置の出力電圧の変化を、半径方向と回転方向の磁界の大きさの振幅の比が異なる場合について示す波形図である。図４５に示したように磁気抵抗効果素子の抵抗値が三角波状の波形を示すと、ブリッジ回路の出力電圧Ｖｏｕｔに３次の高調波成分が付加され、出力波形が歪む。５次以降の高調波の影響は小さく、３次の高調波成分が歪みの主な原因となる。出力波形が歪んで、図４６のような三角波、或いは図４７のような台形波となった場合は、正確な角度情報が得られない。【００１３】
特許文献２においては、検出した半径方向，回転方向の磁界の大きさをアナログ−デジタル（Ａ−Ｄ）変換してそれぞれＶｘ信号，Ｖｙ信号を得て、それぞれの振幅が同じになるように、回転方向の検出信号に補正係数ｋを乗算し、歪みなく回転角度を検出することができる回転角度検出装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１４】
【特許文献１】特公平８−２１１６６号公報
【特許文献２】国際公開第２００９／０９９０５４号
【特許文献３】特開昭６３−２７９１０１号公報
【特許文献４】特開平２−２４５１２号公報
【特許文献５】特開平２−１９４３１６号公報
【特許文献６】特開２００９−２１０５５０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
上述のように、周面を多極に着磁した円筒磁石を搭載した磁石回転子を、軸を中心にして回転させて、その回転角度を検出する場合、半径方向と回転方向の磁界の大きさの振幅が異なれば、検出した出力波形に、主に３次の高調波成分による歪が印加される。そのため、正確な角度情報が得られない。特許文献２による回転角度検出装置を用いれば、半径方向と回転方向の磁界の大きさの振幅が同一になり、検出出力波形に印加される３次高調波成分が抑制され、正確な角度情報が得られるようになる。しかし、この回転角度検出装置を得るためには、Ａ−Ｄ変換器、係数ｋを演算するための回路、及び係数ｋを乗算するための乗算器が必要になるため、回路規模が大きくなる。【００１６】
本発明の目的は、回路規模を小さくしつつ、正確な角度情報が得られる回転角度検出装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
上記目的を達成するために、本発明の一態様は、回転角度検出装置であって、Ｎ極及びＳ極が、着磁幅λで周面に沿って交互に着磁された回転体と、回転体が発生する磁界を感知する第１磁気検出部及び第２磁気検出部とを備え、第１磁気検出部と第２磁気検出部とは距離Ｌ隔てて配置され、第１基準電位と第２基準電位との間に、直列接続された第１磁気検出部及び第２磁気検出部が配置され、第１磁気検出部と第２磁気検出部の中点電位を基に、回転体の回転角度に対応した信号を出力し、Ｌ＝２λ／ｎ（ｎは２以上の整数）の関係を満たす。【００１８】
また、本発明の一態様は、回転角度検出装置であって、Ｎ極及びＳ極が、着磁幅λで周面に沿って交互に着磁された回転体と、回転体が発生する磁界を感知する第１〜第４磁気検出部とを備え、第１磁気検出部及び第４磁気検出部は、第１検出位置に配置され、第２磁気検出部及び第３磁気検出部は、第２検出位置に配置され、第１検出位置と第２検出位置とは距離Ｌ隔てて設けられ、第１基準電位と第２基準電位との間に、直列接続された第１磁気検出部及び第３磁気検出部と、直列接続された第２磁気検出部及び第４磁気検出部とが並列接続され、第１〜第４磁気検出部は、ブリッジ回路を構成し、第１磁気検出部と第４磁気検出部、第２磁気検出部と第３磁気検出部とが、それぞれブリッジ回路の交差するアームに配置され、第１磁気検出部と第３磁気検出部の中点電位Ｖ１と、第２磁気検出部と第４磁気検出部の中点電位Ｖ２との差Ｖｏｕｔ（＝Ｖ２−Ｖ１）を基に、回転体の回転角度に対応した信号を出力し、Ｌ＝２λ／ｎ（ｎは２以上の整数）の関係を満たす。【００１９】
また、本発明の一態様は、回転角度検出装置であって、Ｎ極及びＳ極が、着磁幅λで周面に沿って交互に着磁された回転体と、回転体が発生する磁界を感知する第１〜第８磁気検出部とを備え、第１磁気検出部及び第４磁気検出部は、第１検出位置に配置され、第２磁気検出部及び第３磁気検出部は、第２検出位置に配置され、第５磁気検出部及び第８磁気検出部は、第３検出位置に配置され、第６磁気検出部及び第７磁気検出部は、第４検出位置に配置され、第１検出位置と第２検出位置とは距離Ｌ１２隔てて設けられ、第３検出位置と第４検出位置とは距離Ｌ１２隔てて設けられ、第１検出位置と第３検出位置とは距離Ｌ１３隔てて設けられ、第１基準電位と第２基準電位との間に、直列接続された第１磁気検出部及び第３磁気検出部と、直列接続された第２磁気検出部及び第４磁気検出部とが並列接続され、第１〜第４磁気検出部は、ブリッジ回路を構成し、第１磁気検出部と第４磁気検出部、第２磁気検出部と第３磁気検出部とが、それぞれブリッジ回路の交差するアームに配置され、第３基準電位と第４基準電位との間に、直列接続された第５磁気検出部及び第７磁気検出部と、直列接続された第６磁気検出部及び第８磁気検出部とが配置され、第５〜第８磁気検出部は、ブリッジ回路を構成し、第５磁気検出部と第８磁気検出部、第６磁気検出部と第７磁気検出部とが、それぞれブリッジ回路の交差するアームに配置され、第１磁気検出部と第３磁気検出部の中点電位Ｖ１と、第２磁気検出部と第４磁気検出部の中点電位Ｖ２との差Ｖ１２（＝Ｖ２−Ｖ１）と、第５磁気検出部と第７磁気検出部の中点電位Ｖ３と、第６磁気検出部と第８磁気検出部の中点電位Ｖ４との差Ｖ３４（＝Ｖ４−Ｖ３）との差Ｖｏｕｔ（＝Ｖ３４−Ｖ１２）を基に、回転体の回転角度に対応した信号を出力し、Ｌ１２＝２λ／ｎ１（ｎ１は２以上の整数）、Ｌ１３＝２λ／ｎ２（ｎ２は２以上の整数）の関係を満たす。【００２０】
また、本発明の一態様は、回転角度検出装置であって、Ｎ極及びＳ極が、着磁幅λで周面に沿って交互に着磁された回転体と、回転体が発生する磁界を感知する第１〜第８磁気検出部とを備え、第１磁気検出部及び第４磁気検出部は、第１検出位置に配置され、第２磁気検出部及び第３磁気検出部は、第２検出位置に配置され、第６磁気検出部及び第７磁気検出部は、第３検出位置に配置され、第５磁気検出部及び第８磁気検出部は、第４検出位置に配置され、第１検出位置と第２検出位置とは距離Ｌ１２隔てて設けられ、第３検出位置と第４検出位置とは距離Ｌ１２隔てて設けられ、第１検出位置と第３検出位置とは距離Ｌ１３隔てて設けられ、第１基準電位と第２基準電位との間に、直列接続された第１磁気検出部、第５磁気検出部、第３磁気検出部及び第７磁気検出部と、直列接続された第２磁気検出部、第６磁気検出部、第４磁気検出部及び第８磁気検出部とが並列接続され、第１〜第８磁気検出部は、ブリッジ回路を構成し、ブリッジ回路の第１アームには、第１磁気検出部及び第５磁気検出部が配置され、ブリッジ回路の第２アームには、第２磁気検出部及び第６磁気検出部が配置され、ブリッジ回路の第３アームには、第３磁気検出部及び第７磁気検出部が配置され、ブリッジ回路の第４アームには、第４磁気検出部及び第８磁気検出部が配置され、第１アームと第４アームとが、ブリッジ回路の交差する位置に配置され、第２アームと第３アームとが、ブリッジ回路の交差する位置に配置され、第１アームと第３アームの中点電位Ｖ１と、第２アームと第４アームの中点電位Ｖ２との差Ｖｏｕｔ（＝Ｖ２−Ｖ１）を基に、回転体の回転角度に対応した信号を出力し、Ｌ１２＝２λ／ｎ１（ｎ１は２以上の整数）、Ｌ１３＝２λ／ｎ２（ｎ２は２以上の整数）の関係を満たす。【００２１】
また、本発明の一態様は、回転角度検出装置であって、Ｎ極及びＳ極が、着磁幅λで周面に沿って交互に着磁された回転体と、回転体が発生する磁界を感知する２ｐ＋１個の磁気検出部とを備え、磁気検出部は、２ｐ個の検出位置にそれぞれ２つずつ配置され、第ｉ検出位置（ｉは１以上の整数）と第ｊ検出位置（ｊは１以上の整数）との間の距離はＬｉｊであって、第１基準電位と第２基準電位との間に、直列接続された２ｐ個の磁気検出部と、直列接続された２ｐ個の磁気検出部とが並列接続され、２ｐ＋１個の磁気検出部は、ブリッジ回路を構成し、ブリッジ回路の各アームには、２ｐ−１個の磁気検出部がそれぞれ配置され、第１アームと第４アームとが、ブリッジ回路の交差する位置に配置され、第２アームと第３アームとが、ブリッジ回路の交差する位置に配置され、同じ検出位置に配置された磁気検出部は、ブリッジ回路の交差するアームに配置され、第１アームと第３アームの中点電位Ｖ１と、第２アームと第４アームの中点電位Ｖ２との差Ｖｏｕｔ（＝Ｖ２−Ｖ１）を基に、回転体の回転角度に対応した信号を出力し、Ｌｉｊ＝２λ／ｎｋ（ｎｋは２以上の整数）の関係を満たす。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、Ｌ＝２λ／ｎ（ｎは２以上の整数）の関係を満たす距離Ｌを隔てて配置された第１磁気検出部及び第２磁気検出部の中点電位を基に、回転体の回転角度に対応した信号を出力する。その結果、ｎ次の高調波成分が抑制された出力信号を得ることができるため、回転体の正確な角度情報を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の回転角度検出装置の構成図である。
【図２】本発明の実施の形態１による、センサデバイスに設けた領域の配置図である。
【図３】本発明の実施の形態１による回転角度検出装置における、磁気抵抗効果素子の配線図である。
【図４】本発明の実施の形態１による回転角度検出装置の、磁気抵抗効果素子の抵抗値の変化を示す波形図である。
【図５】本発明の実施の形態１による回転角度検出装置の出力電位の変化を、磁気抵抗効果素子の配置間隔が異なる場合について示す波形図である。
【図６】図５の出力電位と、直流成分、振幅、周波数及び位相を調整した正弦波との差分を示す波形図である。
【図７】本発明の実施の形態１による回転角度検出装置の、５次の高調波成分が付加された場合の、磁気抵抗効果素子の抵抗値、及び出力電位の変化を示す波形図である。
【図８】本発明の実施の形態１による回転角度検出装置の、５次の高調波成分が付加された場合の出力電位の変化を、磁気抵抗効果素子の配置間隔が異なる場合について示す波形図である。
【図９】図８の出力電位と、直流成分、振幅、周波数及び位相を調整した正弦波との差分を示す波形図である。
【図１０】本発明の実施の形態２による回転角度検出装置における、磁気抵抗効果素子の配線図である。
【図１１】本発明の実施の形態２による回転角度検出装置の、磁気抵抗効果素子の抵抗値及び中点電位の変化を示す波形図である。
【図１２】本発明の実施の形態２による回転角度検出装置の出力電圧の変化を、磁気抵抗効果素子の配置間隔が異なる場合について示す波形図である。
【図１３】図１２の出力電圧と、直流成分、振幅、周波数及び位相を調整した正弦波との差分を示す波形図である。
【図１４】本発明の実施の形態２による回転角度検出装置の、５次の高調波成分が付加された場合の、磁気抵抗効果素子の抵抗値及び中点電位の変化を示す波形図である。
【図１５】本発明の実施の形態２による回転角度検出装置の、５次の高調波成分が付加された場合の出力電圧の変化を、磁気抵抗効果素子の配置間隔が異なる場合について示す波形図である。
【図１６】図１５の出力電圧と、直流成分、振幅、周波数及び位相を調整した正弦波との差分を示す波形図である。
【図１７】本発明の実施の形態３による回転角度検出装置における、磁気抵抗効果素子の配線図である。
【図１８】本発明の実施の形態３による回転角度検出装置の、センサデバイスに設けた領域の配置図である。
【図１９】本発明の実施の形態３による回転角度検出装置の、ブリッジ回路Ａが含む磁気抵抗効果素子の抵抗値、中点電位及び差動電圧の変化を、図１８の配置について示す波形図である。
【図２０】本発明の実施の形態３による回転角度検出装置の、ブリッジ回路Ｂが含む磁気抵抗効果素子の抵抗値、中点電位及び差動電圧の変化を、図１８の配置について示す波形図である。
【図２１】本発明の実施の形態３による回転角度検出装置の、差動電圧及び出力電圧の変化を、図１８の配置について示す波形図である。
【図２２】図２１の差動電圧及び出力電圧と、直流成分、振幅、周波数及び位相を調整した正弦波との差分を示す波形図である。
【図２３】本発明の実施の形態３による回転角度検出装置の、センサデバイスに設けた領域の配置の代替図である。
【図２４】本発明の実施の形態３による回転角度検出装置の、センサデバイスに設けた領域の配置の代替図である。
【図２５】本発明の実施の形態３による回転角度検出装置の、ブリッジＡが含む磁気抵抗効果素子の抵抗値、中点電位及び差動電圧の変化を、図２４の配置について示す波形図である。
【図２６】本発明の実施の形態３による回転角度検出装置の、ブリッジＢが含む磁気抵抗効果素子の抵抗値、中点電位及び差動電圧の変化を、図２４の配置について示す波形図である。
【図２７】本発明の実施の形態３による回転角度検出装置の、差動電圧及び出力電圧の変化を、図１８の配置について示す波形図である。
【図２８】図２７の差動電圧及び出力電圧と、直流成分、振幅、周波数及び位相を調整した正弦波との差分を示す波形図である。
【図２９】本発明の実施の形態３による回転角度検出装置の、センサデバイスに設けた領域の配置の代替図である。
【図３０】本発明の実施の形態４による回転角度検出装置における、磁気抵抗効果素子の配線図である。
【図３１】本発明の実施の形態４による回転角度検出装置の、磁気抵抗効果素子の抵抗値及び中点電位の変化を示す波形図である。
【図３２】図３１の中点電位、及び出力電圧と直流成分、振幅、周波数及び位相を調整した正弦波との差分を示す波形図である。
【図３３】本発明の実施の形態４による回転角度検出装置の、センサデバイスに設けた領域の配置の代替図である。
【図３４】本発明の実施の形態４による回転角度検出装置における、磁気抵抗効果素子の配線図である。
【図３５】本発明の実施の形態４による回転角度検出装置の、ｐ種類の高調波成分を抑制可能な、各領域の配置間隔及び各磁気抵抗効果素子の配線の例を示す表である。
【図３６】本発明の回転角度検出装置の構成の代替図である。
【図３７】従来の回転角度検出装置による、センサデバイスに設けた領域の配置図である。
【図３８】従来の回転角度検出装置における、磁気抵抗効果素子の配線図である。
【図３９】従来の回転角度検出装置の領域Ａにおける磁界の角度を示す説明図である。
【図４０】従来の回転角度検出装置の領域Ｂにおける磁界の角度を示す説明図である。
【図４１】従来の回転角度検出装置の、磁気抵抗効果素子の抵抗値の変化を示す波形図である。
【図４２】従来の回転角度検出装置の中点電位及び出力電圧の変化を示す波形図である。
【図４３】従来の回転角度検出装置の磁界の角度を詳細に示す説明図である。
【図４４】従来の回転角度検出装置の、位相角度θと磁気抵抗効果素子が感知する磁界の角度αの関係を、半径方向と回転方向の磁界の大きさの振幅の比が異なる場合について示す図である。
【図４５】従来の回転角度検出装置の磁気抵抗効果素子の抵抗値の変化を、半径方向と回転方向の磁界の大きさの振幅の比が異なる場合について示す波形図である。
【図４６】従来の回転角度検出装置の出力電圧の変化を、半径方向と回転方向の磁界の大きさの振幅の比が異なる場合について示す波形図である。
【図４７】従来の回転角度検出装置の出力電圧の変化を、半径方向と回転方向の磁界の大きさの振幅の比が異なる場合について示す別の波形図である。
【符号の説明】
【００２４】
１  磁石回転子、  ２  円筒磁石、  ３  センサデバイス、  ４、４ａ〜４ｃ  差動増幅器、  ５  信号処理部。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、本発明に係る実施形態について図面を参照して説明する。なお、以下の各実施
の形態において、同様の構成要素については同一の符号を付している。
【００２６】
以下の実施形態において、磁石回転子の回転に伴って変化する磁界を検出するための磁気検出部として、印加される磁界の方向によって抵抗の大きさが変化する磁気抵抗効果素子を用いた場合について説明する。しかし、他の磁気検出部を用いた場合でも同様の効果を得ることが可能である。以下、磁気抵抗効果素子を単に「素子」と記載する。
【００２７】
実施の形態１．
図１は、本発明の回転角度検出装置の構成図である。回転角度検出装置１０は、円筒磁石２を搭載した磁石回転子１と、円筒磁石２により生じる磁界を感知するセンサデバイス３とを備える。円筒磁石２は、Ｎ極及びＳ極が周面に沿って着磁幅λで交互に着磁された２ｍ極（ｍは１以上の整数）を有する。図１は、ｍ＝５とした場合の構成図を示している。センサデバイス３は、磁石回転子１から所定の距離を隔てて配置している。
【００２８】
図２は、本発明の実施の形態１による、センサデバイスに設けた領域の配置図である。図２に示すように、センサデバイス３に、距離Ｌを隔てて領域Ａ及び領域Ｂを設ける。領域Ａに素子ＲＡを、領域Ｂに素子ＲＢをそれぞれ配置し、素子ＲＡとＲＢとの間の距離もＬとなるようにする。以下でも同様に、領域間の距離は、該領域に配置された素子間の距離に等しいものとする。
【００２９】
図３は、本発明の実施の形態１による回転角度検出装置における、磁気抵抗効果素子の配線図である。図３に示すように、直流電源（ＶＣＣ）とグラウンド（ＧＮＤ）との間に、素子ＲＡ，ＲＢが直列接続されている。センサデバイス３はまた、検出部ＲＡとＲＢの中点電位（＝出力電位）Ｖｏｕｔを基に、磁石回転子１の回転角度を出力する信号処理部５を備える。円筒磁石２の着磁幅をλとして、距離Ｌは下記の式（５）で表される。
【００３０】
【数２】
2013094236.tif 000004
【００３１】
上述のように磁石回転子１の磁界の大きさの振幅が、半径方向と回転方向で異なる場合、検出信号Ｖｏｕｔに３次の高調波成分の歪が生じる。また、３次の高調波成分が検出信号Ｖｏｕｔの歪の最も大きな原因となる。よって、以下でｎ＝３、ｎ＝５場合を例に挙げて、各素子の抵抗値及び出力電位Ｖｏｕｔの挙動について説明する。
【００３２】
（ｎ＝３の場合）
図１において、磁石回転子１が矢印の方向に回転すると、図２に示すように、センサデバイス３に対して磁極が矢印の方向へ移動する。磁極の移動に伴い、素子ＲＡ，ＲＢが感知する磁界の方向が変化し、それに伴って素子ＲＡ，ＲＢの抵抗値も図４に示すように変化する。
【００３３】
半径方向の磁界の大きさＰと回転方向の該振幅Ｑとが等しい場合、即ちＱ／Ｐ＝１の場合、素子ＲＡ，ＲＢの抵抗値は、図４に細線で示すように、正弦波状に変化する。一方、回転方向の磁界の大きさの振幅Ｑが半径方向の該振幅Ｐより小さい場合、例えばＱ／Ｐ＝０．７の場合、素子ＲＡ，ＲＢの抵抗値は、図４に太線で示すように、三角波状に変化する。
【００３４】
素子ＲＡ，ＲＢは、図２に示すように、距離Ｌ（＝２λ／ｎ（ｎ＝３））を隔てて配置する。よって、素子ＲＡ，ＲＢの抵抗値は、図４に示すように、１２０°（＝１８０°×２／３）の位相差を有する。ここで、図４中のθは、磁石回転子１の位相角度を表しており、周面上の着磁１極対で３６０°となる。これは、他の図でも同様である。
【００３５】
図５の太線、細線は、それぞれＬ＝λとした場合、Ｌ＝２／３λとした場合の、出力電位Ｖｏｕｔの波形である。また、図６は、図５に示す出力電位Ｖｏｕｔの波形と正弦波との差分信号を表す。ここでいう「正弦波」は、出力電位Ｖｏｕｔとの差分が最も小さくなるように、直流成分、振幅、周波数及び位相を調整した正弦波である。これは、図９、図１３、図１６、図２２、図２８、図３２でも同様である。
【００３６】
図６で、Ｌ＝λの場合とＬ＝２λ／３の場合を比較すると、Ｌ＝２λ／３の場合、即ち素子ＲＡ，ＲＢを円筒磁石２の着磁幅λの２／３倍の距離を隔てて配置した場合に、より出力電位Ｖｏｕｔが正弦波に近づくことがわかる。よって、Ｌ＝２λ／３の場合に、３次の高調波成分が抑制され、歪のレベルが小さくなっているといえる。
【００３７】
（ｎ＝５の場合）
図７には、５次の高調波成分を付加した素子ＲＡ，ＲＢの抵抗値が示されている。素子ＲＡ，ＲＢの抵抗値は、図７に示すように、７２°（＝１８０°×２／５）の位相差を有する。素子ＲＡ，ＲＢの抵抗値は５次の高調波成分が付加され歪んでいるが、出力電位Ｖｏｕｔは正弦波に近いものとなっていることがわかる。
【００３８】
また、図８に、Ｌ＝λとした場合、Ｌ＝２／５λとした場合の、出力電位Ｖｏｕｔの波形を示す。また、図９は、図８に示す出力電位Ｖｏｕｔの波形と正弦波との差分信号を表す。図８で、Ｌ＝λの場合とＬ＝２λ／５の場合を比較すると、Ｌ＝２λ／５の場合、即ち素子ＲＡ，ＲＢを円筒磁石２の着磁幅λの２／５倍の距離を隔てて配置した場合に、より出力電位Ｖｏｕｔが正弦波に近づくことがわかる。よって、Ｌ＝２λ／５の場合に、５次の高調波成分が抑制され、歪のレベルが小さくなっているといえる。
【００３９】
以上のように、素子ＲＡ，ＲＢを着磁幅λの２／ｎ倍の距離を隔てて配置し、図３に示すように素子を配置、接続することにより、歪の原因となるｎ次の高調波成分を抑制することができることがわかった。
【００４０】
尚、図１等に示すように、本実施形態では、周方向に磁束密度分布を作る磁界を生じるように着磁された円筒磁石２を使用したが、図３６に示すように、軸方向に磁束密度分布を作る磁界を生じるように着磁された円筒磁石２を使用してもよい。その場合、センサデバイス３は、軸方向を上下方向として、磁極の上又は下に配置する。これは、以下の実施形態についても同様である。
【００４１】
実施の形態２．
図１０は、本発明の実施の形態２による回転角度検出装置における、磁気抵抗効果素子の配線図である。本実施形態による回転角度検出装置は、領域Ａ，Ｂにそれぞれ２つの素子を配置し、４つの素子で構成したブリッジ回路を有する点で実施形態１の構成と異なる。また、ブリッジ回路に差動増幅器４を設ける。その他の構成は、実施形態１と同様である。
【００４２】
本実施形態に係る回転角度検出装置１０において、センサデバイス３の領域Ａに２つの素子ＲＡ１，ＲＡ２を、領域Ｂに２つの素子ＲＢ１，ＲＢ２をそれぞれ配置する。素子ＲＡ１及びＲＡ２は、大きさ、向きが同じ磁界を円筒磁石１から感知するように配置する。これは以下で、同じ領域に２つの素子を配置した場合も同様である。
【００４３】
図１０に示すように、ブリッジ回路の第１アームＡｒｍ１〜第４アームＡｒｍ４に、素子ＲＡ１，ＲＢ２，ＲＢ１，ＲＡ２をそれぞれ配置する。ブリッジ回路は、第１アームと第４アームが交差し、第２アームと第３アームが交差する構成を有する。即ち、同じ領域に配置した素子は、ブリッジ回路の交差するアームに配置する。また、直流電源（ＶＣＣ）とグラウンド（ＧＮＤ）との間に第１アームと第３アームとを直列接続し、同じく直流電源（ＶＣＣ）とグラウンド（ＧＮＤ）との間に第２アームと第４アームとを直列接続する。第１アーム及び第３アームと、第２アーム及び第４アームとは並列接続する。
【００４４】
第１アームと第３アームの中点電位をＶ１、第２アームと第４アームの中点電位をＶ２とする。第１アームと第３アームの中点を差動増幅器４の反転入力端子（−）に接続し、第２アームと第４アームの中点を差動増幅器４の非反転入力端子（＋）に接続する。差動増幅器４は、電圧Ｖｏｕｔ（＝Ｖ２−Ｖ１）を出力する。信号処理部５は、出力電圧Ｖｏｕｔを基に、磁石回転子１の回転角度を出力する。
【００４５】
本実施形態においても、素子ＲＡ１，ＲＡ２及びＲＢ１，ＲＢ２を円筒磁石２の着磁幅λの２／ｎ倍の距離を隔てて配置することにより、出力電圧Ｖｏｕｔのうち、ｎ次の高調波成分を抑制することができる。実施形態１の場合と同様に、ｎ＝３の場合、ｎ＝５の場合について説明する。
【００４６】
（ｎ＝３の場合）
回転方向の磁界の大きさの振幅Ｐが半径方向の該振幅Ｑより小さい場合、例えばＱ／Ｐ＝０．７の場合、図１１に細線で示すように、素子ＲＡ１，ＲＢ１の抵抗値は三角波状に変化する。本実施形態において、素子ＲＡ１，ＲＡ２、素子ＲＢ１，ＲＢ２は、それぞれ大きさ、向きが同じ磁界を円筒磁石１から感知するように配置しているので、素子ＲＡ１とＲＡ２の抵抗値は等しく、素子ＲＢ１とＲＢ２の抵抗値は等しい。
【００４７】
また、素子ＲＡ１，ＲＢ１の中点電位Ｖ１は、実施形態１の素子ＲＡ，ＲＢの中点電位Ｖｏｕｔに対応している。図５に太線で示した出力電圧Ｖｏｕｔは、正弦波に近い形であった。これと同様に、中点電位Ｖ２は、図１１に太線で示すように、正弦波に近い形となることがわかる。これは、素子ＲＡ２，ＲＢ２の中点電位Ｖ２も同様である。従って、図１２に示すように、出力電圧Ｖｏｕｔ（＝Ｖ２−Ｖ１）でも、Ｌ＝λの場合（細線）とＬ＝２λ／３の場合（太線）を比較すると、Ｌ＝２λ／３の場合、即ち素子ＲＡ，ＲＢを円筒磁石２の着磁幅λの２／３倍の距離を隔てて配置した場合に、より出力電圧Ｖｏｕｔが正弦波に近づくことがわかる。よって、Ｌ＝２λ／３の場合に、３次の高調波成分が抑制され、歪のレベルが小さくなっているといえる。これは、出力電圧Ｖｏｕｔと正弦波との差分を示した図１３においても確認できる。
【００４８】
（ｎ＝５の場合）
図１４に、５次の高調波成分を付加した、素子ＲＡ１，ＲＡ２及び素子ＲＢ１，ＲＢ２の抵抗値を示す。素子ＲＡ１，ＲＡ２及びＲＢ１，ＲＢ２の抵抗値は、ｎ＝３の場合と同様に、５次の高調波成分が付加され歪んでいるが、中点電位Ｖ１，Ｖ２は正弦波に近いものとなっていることがわかる。
【００４９】
また図１５に、Ｌ＝λとした場合、Ｌ＝２／５λとした場合の、出力電圧Ｖｏｕｔ（Ｖ２−Ｖ１）の波形を示す。また、図１６は、図１５に示す出力電圧Ｖｏｕｔの波形と正弦波との差分信号を表す。図１５で、Ｌ＝λの場合とＬ＝２λ／５の場合を比較すると、Ｌ＝２λ／５の場合、即ち素子ＲＡ，ＲＢを円筒磁石２の着磁幅λの２／５倍の距離を隔てて配置した場合に、より出力電圧Ｖｏｕｔが正弦波に近づくことがわかる。よって、よって、Ｌ＝２λ／５の場合に、５次の高調波成分が抑制され、歪のレベルが小さくなっているといえる。
【００５０】
次に、ブリッジ回路を構成したことによる利点を説明する。本実施形態においては、同一の磁界を感知する、素子ＲＡ１，ＲＡ２及び素子ＲＢ１，素子ＲＢ２をそれぞれ交差するアームに配置して、ブリッジ回路を構成している。よって、中間電位Ｖ１及びＶ２に付加される高調波成分のうち、偶数次の高調波は、Ｖ１とＶ２で位相が逆になる。出力電圧ＶｏｕｔはＶ１とＶ２の差動出力ゆえ、偶数次の高調波は打ち消し合う。これにより、回転方向と半径方向で磁界の大きさの振幅が異なることに起因する出力電圧Ｖｏｕｔの高調波成分は、奇数次のみを考えればよい。さらに、外部ノイズが出力電圧Ｖｏｕｔに付加された場合も、２次の高調波成分に相当するノイズを抑制することができる。
【００５１】
以上、本実施形態の構成を有する場合でも、実施形態１と同様に、領域Ａ，Ｂを円筒磁石２の着磁幅λの２／３倍の距離を隔てて配置することにより、３次の高調波成分が抑制され、歪のレベルを小さくすることができることがわかった。さらに、ブリッジ回路を構成しているので、外部ノイズなど、２次の高調波成分も抑制できる。
【００５２】
実施の形態３．
図１７は、本発明の実施の形態３による回転角度検出装置における、磁気抵抗効果素子の配線図である。本実施形態においては、例えば図１８に示すように、センサデバイス３にＡ〜Ｄの４つの領域を設け、各領域には、それぞれ２つの素子を配置する。本実施形態による回転角度検出装置は、２系統のブリッジ回路を有し、３つの差動増幅器４Ａ〜４Ｃを使用する点で実施形態２の構成と異なる。その他の構成は、実施形態２と同様である。
【００５３】
本実施形態に係る回転角度検出装置１０において、センサデバイス３の領域Ａに素子ＲＡ１，ＲＡ２を、領域Ｂに素子ＲＢ１，ＲＢ２を、領域Ｃに素子ＲＣ１，ＲＣ２を、領域Ｄに素子ＲＤ１，ＲＤ２をそれぞれ配置する。
【００５４】
素子ＲＡ１，ＲＢ１，ＲＡ２，ＲＢ２の４つの素子を用いて、図１０に示すブリッジ回路Ａを構成する。さらに、素子ＲＣ１，ＲＤ１，ＲＣ２，ＲＤ２の４つの素子を用いて、ブリッジ回路Ａと同様にブリッジ回路Ｂを構成する。図１７に示すように、同じ領域に配置した素子は、ブリッジ回路の交差するアームに配置する。
【００５５】
ブリッジ回路Ａには、差動増幅器４Ａを設け、ブリッジ回路Ｂには、差動増幅器４Ｂを設ける。差動増幅器４Ａは、素子ＲＡ１，ＲＢ１の中間電位Ｖ１と素子ＲＡ２，ＲＢ２の中間電位Ｖ２との差動電圧Ｖ１２（＝Ｖ２−Ｖ１）を出力し、差動増幅器４Ｂは、素子ＲＣ１，ＲＤ１の中間電位Ｖ３と素子ＲＣ２，ＲＤ２の中間電位Ｖ４との差動電圧Ｖ３４（＝Ｖ４−Ｖ３）を出力する。さらに、差動増幅器４Ａを、差動増幅器４Ｃの反転入力端子（−）に接続し、差動増幅器４Ｂを、差動増幅器４Ｃの非反転入力端子（＋）に接続する。差動増幅器４Ｃは、電圧Ｖｏｕｔ（＝Ｖ３４−Ｖ１２）を出力する。信号処理部５は、出力電圧Ｖｏｕｔを基に、磁石回転子１の回転角度を出力する。
【００５６】
次に、それぞれの領域間の距離について説明する。本実施形態では、ｎ１及びｎ２の２種類の次数の高調波成分を抑制できるように、領域の配置を決定する。
【００５７】
以下、ｎ１＞ｎ２の場合の一例として、ｎ１＝３及びｎ２＝２、即ち２次及び３次の高調波成分を抑制可能な配置について説明する。以下、領域Ａと領域Ｂとの間の距離をＬＡＢのように記載する。
【００５８】
（配置例３−１）
図１８は、本発明の実施の形態３による回転角度検出装置の、センサデバイスに設けた領域の配置図である。本配置例において、領域Ａ〜領域Ｄは、ＬＡＢ＝ＬＣＤ＝２λ／ｎ１（ｎ１＝３）、ＬＡＣ＝２λ／ｎ２（ｎ２＝２）を満たすように配置する。これにより、２次及び３次の高調波成分を抑制することができる。
【００５９】
図１９は、ブロック回路Ａの各素子の抵抗値、中点電位Ｖ１，Ｖ２及び差動増幅器４Ａが出力する差動電圧Ｖ１２（＝Ｖ２−Ｖ１）を示している。図２０は、ブロック回路Ｂの各素子の抵抗値、中点電位Ｖ３，Ｖ４及び差動増幅器４Ｂが出力する差動電圧Ｖ３４（＝Ｖ４−Ｖ３）を示している。ＬＡＢ＝ＬＣＤ＝２λ／３ゆえ、差動電圧Ｖ１２及びＶ３４は、３次の高調波成分が抑制された波形である。また、図２１には、差動増幅器４Ｃの出力電圧Ｖｏｕｔ（＝Ｖ４−Ｖ３）を示している。ＬＡＣ＝ＬＢＤ＝λゆえ、出力電圧Ｖｏｕｔは、２次の好調波がさらに抑制された波形である。出力電圧Ｖｏｕｔは、３次及び２次の高調波成分が抑制されて正弦波に近い波形となっている。これは、Ｖ１２、Ｖ３４及びＶｏｕｔと正弦波との差分を示した図２２においても確認できる。
【００６０】
図２３は、本発明の実施の形態３による回転角度検出装置の、センサデバイスに設けた領域の配置の代替図である。図２３に示すように、領域Ａ〜Ｄを、ＬＡＢ＝２λ／ｎ１（ｎ１＝３）、ＬＡＣ＝ＬＢＤ＝２λ／ｎ２（ｎ２＝２）を満たすように配置しても図１８の配置と同様の効果が得られる。即ち、領域Ｃと領域Ｄの並びが逆の場合は、各領域間の距離は、（２λ−２λ／ｎ１）に等しい。同様に領域Ａと領域Ｂの並びが逆の場合は、各領域間の距離は、（２λ−２λ／ｎ１）に等しい。さらに、領域Ａと領域Ｃの並びが逆の場合は、各領域間の距離は、（２λ−２λ／ｎ２）に等しい。
【００６１】
（配置例３−２）
上記では、ｎ１＞ｎ２として、２次及び３次の高調波成分を抑制する場合について説明した。逆に、ｎ１＜ｎ２の場合も、同様の効果が得られる。以下、ｎ１＝２、ｎ２＝３として、２次及び３次の高調波成分を抑制する場合について説明する。
【００６２】
図２４は、本発明の実施の形態３による回転角度検出装置の、センサデバイスに設けた領域の配置の代替図である。本配置例において、領域Ａ〜領域Ｄは、ＬＡＢ＝ＬＣＤ＝２λ／ｎ１（ｎ１＝２）、ＬＡＣ＝２λ／ｎ２（ｎ２＝３）を満たすように配置する。
【００６３】
図２５は、ブロック回路Ａの各素子の抵抗値、中点電位Ｖ１，Ｖ２及び差動増幅器４Ａが出力する差動電圧Ｖ１２（＝Ｖ２−Ｖ１）を示している。図２６は、ブロック回路Ｂの各素子の抵抗値、中点電位Ｖ３，Ｖ４及び差動増幅器４Ｂが出力する差動電圧Ｖ３４（＝Ｖ４−Ｖ３）を示している。ＬＡＢ＝ＬＣＤ＝λゆえ、差動電圧Ｖ１２及びＶ３４は、２次の高調波成分が抑制された波形である。また、図２７には、差動増幅器４Ｃの出力電圧Ｖｏｕｔ（＝Ｖ４−Ｖ３）を示している。ＬＡＣ＝ＬＢＤ＝２λ／３ゆえ、出力電圧Ｖｏｕｔは、３次の好調波がさらに抑制された波形である。出力電圧Ｖｏｕｔは、３次及び２次の高調波成分が抑制されて正弦波に近い波形となっている。これは、Ｖ１２、Ｖ３４及びＶｏｕｔと正弦波との差分を示した図２８においても確認できる。
【００６４】
図２９は、本発明の実施の形態３による回転角度検出装置の、センサデバイスに設けた領域の配置の代替図である。図２９に示すように、領域Ａ〜Ｄを、ＬＡＢ＝ＬＣＤ＝２λ／ｎ１（ｎ１＝２）、ＬＡＣ＝２λ／ｎ２（ｎ２＝３）を満たすように配置しても図２４の配置と同様の効果が得られる。即ち、領域Ａと領域Ｂの並びが逆の場合は、各領域間の距離は（２λ−２λ／ｎ１）に等しい。同様に領域Ｃと領域Ｄの並びが逆の場合は、各領域間の距離は（２λ−２λ／ｎ１）に等しい。さらに、領域Ａと領域Ｃの並びが逆の場合は、各領域間の距離は（２λ−２λ／ｎ２）に等しい。
【００６５】
実施の形態４．
図３０は、本発明の実施の形態４による回転角度検出装置における、磁気抵抗効果素子の配線図である。本実施形態では、センサデバイス３に設ける領域の数を増加させて、抑制可能な高調波成分の数ｐ（ｐは１以上の整数）を増加させる。図３０に示すように、本実施形態による回転角度検出装置は、ブリッジ回路を１つ有し、ブリッジ回路の各アームに複数の素子を配置する点で実施形態２と異なる。本実施形態のその他の構成は、実施形態２と同様である。
【００６６】
（ｐ＝２の場合）
実施形態３と同様に、センサデバイス３にＡ〜Ｄの４つの領域を設け、各領域には、それぞれ２つの素子を配置する。センサデバイス３の領域Ａに素子ＲＡ１，ＲＡ２を、領域Ｂに素子ＲＢ１，ＲＢ２を、領域Ｃに素子ＲＣ１，ＲＣ２を、領域Ｄに素子ＲＤ１，ＲＤ２をそれぞれ配置する。
【００６７】
図３０に示すように、ブリッジ回路の第１アームに素子ＲＡ１，ＲＤ１を、第２アームに素子ＲＢ２，ＲＣ２を、第３アームに素子ＲＢ１，ＲＣ１を、第４アームに素子ＲＡ２、ＲＤ２をそれぞれ配置する。ブリッジ回路は、第１アームと第４アームが交差し、第２アームと第３アームが交差する構成を有する。即ち、同じ領域に配置した素子は、ブリッジ回路の交差するアームに配置する。また、直流電源（ＶＣＣ）とグラウンド（ＧＮＤ）との間に第１アームと第３アームとを直列接続し、同じく直流電源（ＶＣＣ）とグラウンド（ＧＮＤ）との間に第２アームと第４アームとをそれぞれ直列接続する。第１アーム及び第３アームと、第２アーム及び第４アームとは並列接続する。尚、同一アーム内であれば、素子を接続する順序は入れ替えてもよい。
【００６８】
第１アームと第３アームの中点電位をＶ１、第２アームと第４アームの中点電位をＶ２とする。第１アームと第３アームの中点を差動増幅器４の反転入力端子（−）に接続し、第２アームと第４アームの中点を差動増幅器４の非反転入力端子（＋）に接続する。差動増幅器４は、電圧Ｖｏｕｔ（＝Ｖ２−Ｖ１）を出力する。信号処理部５は、出力電圧Ｖｏｕｔを基に、磁石回転子１の回転角度を出力する。
【００６９】
実施形態３と同様に、例えば図１８、図２３、図２４又は図２９のように、センサデバイス３に領域Ａ〜領域Ｄを設けることで、ｎ１及びｎ２の２種類の次数の高調波成分を抑制できる。
【００７０】
例として、ｎ１＝３、ｎ２＝２とした場合の、各素子の抵抗値及び中点電位Ｖ１，Ｖ２を図３１に示す。また、図３２は、差動増幅器４の出力電圧Ｖｏｕｔ及びＶｏｕｔと正弦波との差分を示している。出力電圧Ｖｏｕｔは、ほぼ正弦波に近い波形であることがわかる。
【００７１】
本実施形態の構成により、２種類の次数の高調波成分を抑制することができる。さらに、実施形態３と比較して、差動増幅器の個数を減らすことができるという利点がある。
【００７２】
（ｐ＝３の場合）
図３３は、本発明の実施の形態４による回転角度検出装置の、センサデバイスに設けた領域の配置の代替図である。図３０では８つの素子を配置した。その２倍の１６個の素子を使用することにより、３種類の次数の高調波成分を抑制することができる。図３３に示すように、センサデバイス３にＡ〜Ｈの８つの領域を設ける。センサデバイス３の領域Ａに素子ＲＡ１，ＲＡ２を、領域Ｂに素子ＲＢ１，ＲＢ２を、領域Ｃに素子ＲＣ１，ＲＣ２を、領域Ｄに素子ＲＤ１，ＲＤ２を、領域Ｅに素子ＲＥ１，ＲＥ２を、領域Ｆに素子ＲＦ１，ＲＦ２を、領域Ｇに素子ＲＧ１，ＲＧ２を、領域Ｈに素子ＲＨ１，ＲＨ２をそれぞれ配置する。
【００７３】
例えば、図３３に示すように、領域Ａ〜Ｈを、ＬＡＢ＝ＬＣＤ＝ＬＥＦ＝ＬＧＨ＝２λ／ｎ１、ＬＡＣ＝ＬＥＧ＝２λ／ｎ２、ＬＡＥ＝２λ／ｎ３（ｎ３は２以上の整数）を満たすように配置することができる。
【００７４】
図３４は、本発明の実施の形態４による回転角度検出装置における、磁気抵抗効果素子の配線図である。ブリッジ回路の第１アーム〜第４アームに図３４に示すように素子を配置する。尚、同一アーム内であれば、素子を接続する順序は入れ替えてもよい。
【００７５】
ｐ＝２の場合と同様に、差動増幅器４は、電圧Ｖｏｕｔ（＝Ｖ２−Ｖ１）を出力する。これにより、ｎ１次、ｎ２次及びｎ３次の３つの次数の高調波成分が抑制された電圧が出力される。そして、信号処理部５により歪みが抑制された磁石回転子１の正確な回転角度を得ることができる。
【００７６】
（ｐ≧４の場合）
図３５は、本発明の実施の形態４による回転角度検出装置の、ｐ種類の高調波成分を抑制可能な、各領域の配置間隔及び各磁気抵抗効果素子の配線の例を示す表である。この規則に従えば、４種類以上の次数の高調波成分も抑制可能である。尚、同一アーム内であれば、素子を接続する順序は入れ替えてもよい。配置間隔及び配線は一例にすぎず、他の構成によっても、ｐ種類の好調波成分を抑制可能である。
【００７７】
まず、領域の配置について説明する。センサデバイス３上に、領域（１）〜領域（２ｐ）を設ける。また、図３５の規則に従うと、領域（２ｋｍ−（２ｋ−１））と領域（２ｋｍ−（２ｋ−１）＋２ｋ−１）とは、距離Ｌｋ隔てて配置する（ｋ，ｍは１以上の整数）。領域（ｊ）には、２つの素子Ｒ（ｊ）１及び素子Ｒ（ｊ）２を配置する（ｊは１以上の整数）。距離Ｌｋは、下記の式（６）で表される。
【００７８】
【数３】
2013094236.tif 000005
【００７９】
素子Ｒ（１）１〜Ｒ（２ｐ）１、素子Ｒ（１）２〜Ｒ（２ｐ）２は、ブリッジ回路を構成する。ブリッジ回路は、第１アームと第４アームが交差し、第２アームと第３アームが交差する構成を有する。素子の配置について、例として、ｐ＝４の場合を考える。尚、素子Ｒ（１）１〜Ｒ（１６）１が素子ＲＡ１〜ＲＰ１に、素子Ｒ（１）２〜Ｒ（１６）２が素子ＲＡ２〜ＲＰ２にそれぞれ対応するものとする。ブリッジ回路の第１アームには、８個の直列接続した素子ＲＡ１，ＲＤ１，ＲＦ１，ＲＧ１，ＲＪ１，ＲＫ１，ＲＭ１，ＲＰ１を配置する。第２アームには、８個の素子ＲＢ２，ＲＣ２，ＲＥ２，ＲＨ２，ＲＩ２，ＲＬ２，ＲＮ２，ＲＯ２を配置する。第３アームには、８個の素子ＲＢ１，ＲＣ１，ＲＥ１，ＲＨ１，ＲＩ１，ＲＬ１，ＲＮ１，ＲＯ１を配置する。第４アームには、８個の素子ＲＡ２，ＲＤ２，ＲＦ２，ＲＧ２，ＲＪ２，ＲＫ２，ＲＭ２，ＲＰ２を配置する。
【００８０】
ｐ≧５の場合も同様に、第１〜第４アームに、上記順序で素子を配置する。各アームには、それぞれ２ｐ−１個の素子が配置される。また、同じ領域に配置した素子は、ブリッジ回路の交差するアームに配置する。
【００８１】
ｐ＝２，３の場合と同様に、直流電源（ＶＣＣ）とグラウンド（ＧＮＤ）との間に、直列接続した２ｐ個の素子Ｒ（１）１〜Ｒ（２ｐ）１を配置する。また、直流電源（ＶＣＣ）とグラウンド（ＧＮＤ）との間に、直列接続した２ｐ個の素子Ｒ（１）２〜Ｒ（２ｐ）２を配置する。第１アーム及び第３アームと、第２アーム及び第４アームとは並列接続する。
【００８２】
差動増幅器４は、ｐ種類の次数の高調波成分が抑制された電圧Ｖｏｕｔ（＝Ｖ２−Ｖ１）を出力する。そして、信号処理部５により、歪みが抑制された磁石回転子１の正確な回転角度を得ることができる。
【図１】
2013094236.tif 000011
【図２】
2013094236.tif 000012
【図３】
2013094236.tif 000013
【図４】
2013094236.tif 000014
【図５】
2013094236.tif 000015
【図６】
2013094236.tif 000016
【図７】
2013094236.tif 000017
【図８】
2013094236.tif 000018
【図９】
2013094236.tif 000019
【図１０】
2013094236.tif 000020
【図１１】
2013094236.tif 000021
【図１２】
2013094236.tif 000022
【図１３】
2013094236.tif 000023
【図１４】
2013094236.tif 000024
【図１５】
2013094236.tif 000025
【図１６】
2013094236.tif 000026
【図１７】
2013094236.tif 000027
【図１８】
2013094236.tif 000028
【図１９】
2013094236.tif 000029
【図２０】
2013094236.tif 000030
【図２１】
2013094236.tif 000031
【図２２】
2013094236.tif 000032
【図２３】
2013094236.tif 000033
【図２４】
2013094236.tif 000034
【図２５】
2013094236.tif 000035
【図２６】
2013094236.tif 000036
【図２７】
2013094236.tif 000037
【図２８】
2013094236.tif 000038
【図２９】
2013094236.tif 000039
【図３０】
2013094236.tif 000040
【図３１】
2013094236.tif 000041
【図３２】
2013094236.tif 000042
【図３３】
2013094236.tif 000043
【図３４】
2013094236.tif 000044
【図３５】
2013094236.tif 000045
【図３６】
2013094236.tif 000046
【図３７】
2013094236.tif 000047
【図３８】
2013094236.tif 000048
【図３９】
2013094236.tif 000049
【図４０】
2013094236.tif 000050
【図４１】
2013094236.tif 000051
【図４２】
2013094236.tif 000052
【図４３】
2013094236.tif 000053
【図４４】
2013094236.tif 000054
【図４５】
2013094236.tif 000055
【図４６】
2013094236.tif 000056
【図４７】
2013094236.tif 000057
【手続補正書】
【提出日】平成26年4月21日(2014.4.21)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｎ極及びＳ極が、着磁幅λで周面に沿って交互に着磁された回転体と、
回転体が発生する磁界を感知する第１〜第８磁気検出部とを備え、
第１磁気検出部及び第４磁気検出部は、第１検出位置に配置され、
第２磁気検出部及び第３磁気検出部は、第２検出位置に配置され、
第５磁気検出部及び第８磁気検出部は、第３検出位置に配置され、
第６磁気検出部及び第７磁気検出部は、第４検出位置に配置され、
第１検出位置と第２検出位置とは距離Ｌ１２隔てて設けられ、
第３検出位置と第４検出位置とは距離Ｌ１２隔てて設けられ、
第１検出位置と第３検出位置とは距離Ｌ１３隔てて設けられ、
第１基準電位と第２基準電位との間に、直列接続された第１磁気検出部及び第３磁気検出部と、直列接続された第２磁気検出部及び第４磁気検出部とが並列接続され、
第１〜第４磁気検出部は、ブリッジ回路を構成し、
第１磁気検出部と第４磁気検出部、第２磁気検出部と第３磁気検出部とが、それぞれブリッジ回路の交差するアームに配置され、
第３基準電位と第４基準電位との間に、直列接続された第５磁気検出部及び第７磁気検出部と、直列接続された第６磁気検出部及び第８磁気検出部とが配置され、
第５〜第８磁気検出部は、ブリッジ回路を構成し、
第５磁気検出部と第８磁気検出部、第６磁気検出部と第７磁気検出部とが、それぞれブリッジ回路の交差するアームに配置され、
第１磁気検出部と第３磁気検出部の中点電位Ｖ１と、第２磁気検出部と第４磁気検出部の中点電位Ｖ２との差Ｖ１２（＝Ｖ２−Ｖ１）と、第５磁気検出部と第７磁気検出部の中点電位Ｖ３と、第６磁気検出部と第８磁気検出部の中点電位Ｖ４との差Ｖ３４（＝Ｖ４−Ｖ３）との差Ｖｏｕｔ（＝Ｖ３４−Ｖ１２）を基に、回転体の回転角度に対応した信号を出力し、
【数１】
2013094236.tif 000058
の関係を満たすことを特徴とする回転角度検出装置。
【請求項２】
Ｎ極及びＳ極が、着磁幅λで周面に沿って交互に着磁された回転体と、
回転体が発生する磁界を感知する２ｐ＋１（ｐは２以上の整数）個の磁気検出部とを備え、
磁気検出部は、２ｐ個の検出位置にそれぞれ２つずつ配置され、
第ｉ検出位置（ｉは１以上の整数）と第ｊ検出位置（ｊは１以上の整数）との間の距離はＬｉｊであって、
第１基準電位と第２基準電位との間に、直列接続された２ｐ個の磁気検出部と、直列接続された２ｐ個の磁気検出部とが並列接続され、
２ｐ＋１個の磁気検出部は、ブリッジ回路を構成し、
ブリッジ回路の各アームには、２ｐ−１個の磁気検出部がそれぞれ配置され、
第１アームと第４アームとが、ブリッジ回路の交差する位置に配置され、第２アームと第３アームとが、ブリッジ回路の交差する位置に配置され、
同じ検出位置に配置された磁気検出部は、ブリッジ回路の交差するアームに配置され、
第１アームと第３アームの中点電位Ｖ１と、第２アームと第４アームの中点電位Ｖ２との差Ｖｏｕｔ（＝Ｖ２−Ｖ１）を基に、回転体の回転角度に対応した信号を出力し、
【数２】
2013094236.tif 000059
の関係を満たすことを特徴とする回転角度検出装置。
【請求項３】
ｐ＝２であり、
第１磁気検出部及び第４磁気検出部は、第１検出位置に配置され、
第２磁気検出部及び第３磁気検出部は、第２検出位置に配置され、
第６磁気検出部及び第７磁気検出部は、第３検出位置に配置され、
第５磁気検出部及び第８磁気検出部は、第４検出位置に配置され、
距離Ｌ３４は、距離Ｌ１２に等しく、
第１基準電位と第２基準電位との間に、直列接続された第１磁気検出部、第５磁気検出部、第３磁気検出部及び第７磁気検出部と、直列接続された第２磁気検出部、第６磁気検出部、第４磁気検出部及び第８磁気検出部とが並列接続され、
ブリッジ回路の第１アームには、第１磁気検出部及び第５磁気検出部が配置され、
ブリッジ回路の第２アームには、第２磁気検出部及び第６磁気検出部が配置され、
ブリッジ回路の第３アームには、第３磁気検出部及び第７磁気検出部が配置され、
ブリッジ回路の第４アームには、第４磁気検出部及び第８磁気検出部が配置され、
【数３】
2013094236.tif 000060
の関係を満たすことを特徴とする請求項２に記載の回転角度検出装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁気抵抗効果素子を用いて回転軸等の回転角度を検出する回転角度検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
外部から印加された磁界を検出する磁電変換素子として、ホール素子のほかに磁気抵抗効果素子が知られている。磁気抵抗効果素子には、ＡＭＲ（Anisotropic Magneto-Resistance：異方性磁気抵抗効果）素子、ＧＭＲ（Giant Magneto-Resistance：巨大磁気抵抗効果）素子、及びＴＭＲ（Tunnel Magneto-Resistance：トンネル磁気抵抗効果）素子などがある。特に、他に比べて大きなＭＲ比が得られるＧＭＲ素子及びＴＭＲ素子が注目されている。
【０００３】
特許文献１において、スピンバルブ構造を有するＧＭＲ素子及びＴＭＲ素子が開示されている。一般に、スピンバルブ構造の磁気抵抗効果素子は、非磁性の薄膜層によって仕切られた、強磁性体の第１薄膜層（自由層）及び第２薄膜層（固着層）を有する。強磁性体の第２薄膜層の磁化方向は固定されている。第２薄膜層の磁化方向を固定させるために、反強磁性体の薄膜層が強磁性体の第２薄膜層に付着される。代替構造として、反強磁性体の薄膜層を、高飽和保磁力かつ高電気抵抗を有する強磁性の層にすることもできる。
【０００４】
次に、スピンバルブ構造を有する磁気抵抗効果素子を用いた回転角度検出装置の動作原理について説明する。周面を多極に着磁した円筒磁石を搭載した磁石回転子を、軸を中心にして回転させる。磁気抵抗効果素子を用いて磁石回転子の回転角度を検出する場合、図３７に示すように、円筒磁石の周面から所定の距離ｒ離れた位置にセンサデバイスを配置する。センサデバイスに円筒磁石の着磁幅λと同一の間隔で領域Ａ，Ｂを設け、領域Ａには磁気抵抗効果素子ＲＡ１，ＲＡ２を、領域Ｂには磁気抵抗効果素子ＲＢ１，ＲＢ２を配置する。図３８に示すように、ＲＡ１，ＲＡ２，ＲＢ１，ＲＢ２は、ブリッジ回路を構成するように接続する。
【０００５】
図３７では、磁石回転子の周面上の円筒磁石を模式的に直線状に記載している。この状態で磁石回転子が回転すると、センサデバイスに対して磁石回転子の周面が矢印の方向に移動する。
【０００６】
ここで、図３７に示す位相角度θは、領域Ａと磁石回転子１の磁極との位相関係を示す。位相角度θは、領域Ａにおける磁界の角度と一致する。また、図４０に示す位相角度θ’は、領域Ａと磁石回転子１の磁極との位相関係がθである場合の領域Ｂにおける磁界の角度を示す。
【０００７】
磁石回転子の移動に伴って、磁気抵抗効果素子ＲＡ１，ＲＡ２に対向する磁石回転子の周面の極性は、Ｎ極（（ａ）θ＝０°）から、Ｎ極，Ｓ極の境界（（ｂ）θ＝９０°）、Ｓ極（（ｃ）θ＝１８０°）、Ｓ極，Ｎ極との境界（（ｄ）θ＝２７０°）、Ｎ極（（ｅ）θ＝３６０°）と変化する。従って、図３９に示すように、領域Ａに配置された磁気抵抗効果素子ＲＡ１，ＲＡ２が感知する磁界の角度θは、０°から３６０°に変化する。同様に、領域Ｂに配置された磁気抵抗効果素子ＲＢ１，ＲＢ２が感知する磁界の角度は、図４０に示すように変化する。
【０００８】
スピンバルブ構造を有する磁気抵抗効果素子では、素子に印加された磁界の角度に対応して抵抗値が変化する。図４１に示すように、磁気抵抗効果素子ＲＡ１，ＲＡ２及びＲＢ１，ＲＢ２の抵抗値は、磁石回転子の回転に伴って、ほぼ正弦波状に変化する。従って、図３８に示すブリッジ回路の中点電位Ｖ１，Ｖ２及びブリッジ出力Ｖｏｕｔは、図４２に示すような波形となる。
【０００９】
図４３は、従来の回転角度検出装置の磁界の角度を詳細に示す説明図である。通常、磁石回転子により生じる半径方向（図４３のｘ軸方向）と回転方向（図４３のｙ軸方向）の磁界は、それぞれ位相角度に対してほぼ正弦波状に変化する。しかしながら、図４３に示すように、回転方向と半径方向とでは、磁界の振幅は異なる。半径方向の磁界の振幅Ｐは、回転方向の磁界の振幅Ｑの１〜２倍になるのが一般的である。従って、位相角度θにおける磁界のｘ軸成分Ｈｘ及びｙ軸成分Ｈｙは、下記の式（１）（２）で表すことができる。よって、位相角度θにおける磁界の方向を表すtanα及び磁界の方向αは、それぞれ下記の式（３）（４）で表すことができる。
【００１０】
【数１】
2013094236.tif 000061
【００１１】
図４４は、従来の回転角度検出装置の、位相角度θと磁気抵抗効果素子が感知する磁界の角度αの関係を、半径方向と回転方向の磁界の大きさの振幅の比が異なる場合について示す図である。通常は、上述のように、Ｑ／Ｐ＝１〜０．５である。図４４に示すように、Ｑ／Ｐ＝１、即ち回転方向と半径方向の磁界の大きさの振幅とが等しい場合は、θ＝αとなる。一方、半径方向の磁界の大きさの振幅が、回転方向の磁界の大きさの振幅より大きくなる場合、例えばＱ／Ｐ＝０．７又はＱ／Ｐ＝０．５の場合、図４４に示すような関係となる。従って、磁石回転子の回転に伴い、各磁気抵抗効果素子の抵抗値は、図４５に示すように、三角波状に変化する。
【００１２】
図４６及び図４７は、従来の回転角度検出装置の出力電圧の変化を、半径方向と回転方向の磁界の大きさの振幅の比が異なる場合について示す波形図である。図４５に示したように磁気抵抗効果素子の抵抗値が三角波状の波形を示すと、ブリッジ回路の出力電圧Ｖｏｕｔに３次の高調波成分が付加され、出力波形が歪む。５次以降の高調波の影響は小さく、３次の高調波成分が歪みの主な原因となる。出力波形が歪んで、図４６のような三角波、或いは図４７のような台形波となった場合は、正確な角度情報が得られない。
【００１３】
特許文献２においては、検出した半径方向，回転方向の磁界の大きさをアナログ−デジタル（Ａ−Ｄ）変換してそれぞれＶｘ信号，Ｖｙ信号を得て、それぞれの振幅が同じになるように、回転方向の検出信号に補正係数ｋを乗算し、歪みなく回転角度を検出することができる回転角度検出装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１４】
【特許文献１】特公平８−２１１６６号公報
【特許文献２】国際公開第２００９／０９９０５４号
【特許文献３】特開昭６３−２７９１０１号公報
【特許文献４】特開平２−２４５１２号公報
【特許文献５】特開平２−１９４３１６号公報
【特許文献６】特開２００９−２１０５５０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
上述のように、周面を多極に着磁した円筒磁石を搭載した磁石回転子を、軸を中心にして回転させて、その回転角度を検出する場合、半径方向と回転方向の磁界の大きさの振幅が異なれば、検出した出力波形に、主に３次の高調波成分による歪が印加される。そのため、正確な角度情報が得られない。特許文献２による回転角度検出装置を用いれば、半径方向と回転方向の磁界の大きさの振幅が同一になり、検出出力波形に印加される３次高調波成分が抑制され、正確な角度情報が得られるようになる。しかし、この回転角度検出装置を得るためには、Ａ−Ｄ変換器、係数ｋを演算するための回路、及び係数ｋを乗算するための乗算器が必要になるため、回路規模が大きくなる。
【００１６】
本発明の目的は、回路規模を小さくしつつ、正確な角度情報が得られる回転角度検出装置を提供することである。
【００１７】
【００１８】
【課題を解決するための手段】
【００１９】
上記目的を達成するために、本発明の一態様は、回転角度検出装置であって、Ｎ極及びＳ極が、着磁幅λで周面に沿って交互に着磁された回転体と、回転体が発生する磁界を感知する第１〜第８磁気検出部とを備え、第１磁気検出部及び第４磁気検出部は、第１検出位置に配置され、第２磁気検出部及び第３磁気検出部は、第２検出位置に配置され、第５磁気検出部及び第８磁気検出部は、第３検出位置に配置され、第６磁気検出部及び第７磁気検出部は、第４検出位置に配置され、第１検出位置と第２検出位置とは距離Ｌ１２隔てて設けられ、第３検出位置と第４検出位置とは距離Ｌ１２隔てて設けられ、第１検出位置と第３検出位置とは距離Ｌ１３隔てて設けられ、第１基準電位と第２基準電位との間に、直列接続された第１磁気検出部及び第３磁気検出部と、直列接続された第２磁気検出部及び第４磁気検出部とが並列接続され、第１〜第４磁気検出部は、ブリッジ回路を構成し、第１磁気検出部と第４磁気検出部、第２磁気検出部と第３磁気検出部とが、それぞれブリッジ回路の交差するアームに配置され、第３基準電位と第４基準電位との間に、直列接続された第５磁気検出部及び第７磁気検出部と、直列接続された第６磁気検出部及び第８磁気検出部とが配置され、第５〜第８磁気検出部は、ブリッジ回路を構成し、第５磁気検出部と第８磁気検出部、第６磁気検出部と第７磁気検出部とが、それぞれブリッジ回路の交差するアームに配置され、第１磁気検出部と第３磁気検出部の中点電位Ｖ１と、第２磁気検出部と第４磁気検出部の中点電位Ｖ２との差Ｖ１２（＝Ｖ２−Ｖ１）と、第５磁気検出部と第７磁気検出部の中点電位Ｖ３と、第６磁気検出部と第８磁気検出部の中点電位Ｖ４との差Ｖ３４（＝Ｖ４−Ｖ３）との差Ｖｏｕｔ（＝Ｖ３４−Ｖ１２）を基に、回転体の回転角度に対応した信号を出力し、Ｌ１２＝２λ／ｎ１（ｎ１は２以上の整数）、Ｌ１３＝２λ／ｎ２（ｎ２は２以上の整数）の関係を満たす。
【００２０】
また、本発明の一態様は、回転角度検出装置であって、Ｎ極及びＳ極が、着磁幅λで周面に沿って交互に着磁された回転体と、回転体が発生する磁界を感知する２ｐ＋１（ｐは２以上の整数）個の磁気検出部とを備え、磁気検出部は、２ｐ個の検出位置にそれぞれ２つずつ配置され、第ｉ検出位置（ｉは１以上の整数）と第ｊ検出位置（ｊは１以上の整数）との間の距離はＬｉｊであって、第１基準電位と第２基準電位との間に、直列接続された２ｐ個の磁気検出部と、直列接続された２ｐ個の磁気検出部とが並列接続され、２ｐ＋１個の磁気検出部は、ブリッジ回路を構成し、ブリッジ回路の各アームには、２ｐ−１個の磁気検出部がそれぞれ配置され、第１アームと第４アームとが、ブリッジ回路の交差する位置に配置され、第２アームと第３アームとが、ブリッジ回路の交差する位置に配置され、同じ検出位置に配置された磁気検出部は、ブリッジ回路の交差するアームに配置され、第１アームと第３アームの中点電位Ｖ１と、第２アームと第４アームの中点電位Ｖ２との差Ｖｏｕｔ（＝Ｖ２−Ｖ１）を基に、回転体の回転角度に対応した信号を出力し、Ｌｉｊ＝２λ／ｎｋ(ｉｊ)（ｎｋ（ｉｊ）は２以上の整数）の関係を満たす。
【００２１】
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、ブリッジ回路を構成する複数の磁気検出部から得られるＶｏｕｔを基に、外部ノイズを含めて２種類以上の次数の高調波成分が抑制された、回転体の回転角度に対応する信号が出力される。その結果、回転体の正確な角度情報を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の回転角度検出装置の構成図である。
【図２】本発明の実施の形態１による、センサデバイスに設けた領域の配置図である。
【図３】本発明の実施の形態１による回転角度検出装置における、磁気抵抗効果素子の配線図である。
【図４】本発明の実施の形態１による回転角度検出装置の、磁気抵抗効果素子の抵抗値の変化を示す波形図である。
【図５】本発明の実施の形態１による回転角度検出装置の出力電位の変化を、磁気抵抗効果素子の配置間隔が異なる場合について示す波形図である。
【図６】図５の出力電位と、直流成分、振幅、周波数及び位相を調整した正弦波との差分を示す波形図である。
【図７】本発明の実施の形態１による回転角度検出装置の、５次の高調波成分が付加された場合の、磁気抵抗効果素子の抵抗値、及び出力電位の変化を示す波形図である。
【図８】本発明の実施の形態１による回転角度検出装置の、５次の高調波成分が付加された場合の出力電位の変化を、磁気抵抗効果素子の配置間隔が異なる場合について示す波形図である。
【図９】図８の出力電位と、直流成分、振幅、周波数及び位相を調整した正弦波との差分を示す波形図である。
【図１０】本発明の実施の形態２による回転角度検出装置における、磁気抵抗効果素子の配線図である。
【図１１】本発明の実施の形態２による回転角度検出装置の、磁気抵抗効果素子の抵抗値及び中点電位の変化を示す波形図である。
【図１２】本発明の実施の形態２による回転角度検出装置の出力電圧の変化を、磁気抵抗効果素子の配置間隔が異なる場合について示す波形図である。
【図１３】図１２の出力電圧と、直流成分、振幅、周波数及び位相を調整した正弦波との差分を示す波形図である。
【図１４】本発明の実施の形態２による回転角度検出装置の、５次の高調波成分が付加された場合の、磁気抵抗効果素子の抵抗値及び中点電位の変化を示す波形図である。
【図１５】本発明の実施の形態２による回転角度検出装置の、５次の高調波成分が付加された場合の出力電圧の変化を、磁気抵抗効果素子の配置間隔が異なる場合について示す波形図である。
【図１６】図１５の出力電圧と、直流成分、振幅、周波数及び位相を調整した正弦波との差分を示す波形図である。
【図１７】本発明の実施の形態３による回転角度検出装置における、磁気抵抗効果素子の配線図である。
【図１８】本発明の実施の形態３による回転角度検出装置の、センサデバイスに設けた領域の配置図である。
【図１９】本発明の実施の形態３による回転角度検出装置の、ブリッジ回路Ａが含む磁気抵抗効果素子の抵抗値、中点電位及び差動電圧の変化を、図１８の配置について示す波形図である。
【図２０】本発明の実施の形態３による回転角度検出装置の、ブリッジ回路Ｂが含む磁気抵抗効果素子の抵抗値、中点電位及び差動電圧の変化を、図１８の配置について示す波形図である。
【図２１】本発明の実施の形態３による回転角度検出装置の、差動電圧及び出力電圧の変化を、図１８の配置について示す波形図である。
【図２２】図２１の差動電圧及び出力電圧と、直流成分、振幅、周波数及び位相を調整した正弦波との差分を示す波形図である。
【図２３】本発明の実施の形態３による回転角度検出装置の、センサデバイスに設けた領域の配置の代替図である。
【図２４】本発明の実施の形態３による回転角度検出装置の、センサデバイスに設けた領域の配置の代替図である。
【図２５】本発明の実施の形態３による回転角度検出装置の、ブリッジ回路Ａが含む磁気抵抗効果素子の抵抗値、中点電位及び差動電圧の変化を、図２４の配置について示す波形図である。
【図２６】本発明の実施の形態３による回転角度検出装置の、ブリッジ回路Ｂが含む磁気抵抗効果素子の抵抗値、中点電位及び差動電圧の変化を、図２４の配置について示す波形図である。
【図２７】本発明の実施の形態３による回転角度検出装置の、差動電圧及び出力電圧の変化を、図２４の配置について示す波形図である。
【図２８】図２７の差動電圧及び出力電圧と、直流成分、振幅、周波数及び位相を調整した正弦波との差分を示す波形図である。
【図２９】本発明の実施の形態３による回転角度検出装置の、センサデバイスに設けた領域の配置の代替図である。
【図３０】本発明の実施の形態４による回転角度検出装置における、磁気抵抗効果素子の配線図である。
【図３１】本発明の実施の形態４による回転角度検出装置の、磁気抵抗効果素子の抵抗値及び中点電位の変化を示す波形図である。
【図３２】図３１の中点電位、及び出力電圧と直流成分、振幅、周波数及び位相を調整した正弦波との差分を示す波形図である。
【図３３】本発明の実施の形態４による回転角度検出装置の、センサデバイスに設けた領域の配置の代替図である。
【図３４】本発明の実施の形態４による回転角度検出装置における、磁気抵抗効果素子の配線図である。
【図３５】本発明の実施の形態４による回転角度検出装置の、ｐ種類の高調波成分を抑制可能な、各領域の配置間隔及び各磁気抵抗効果素子の配線の例を示す表である。
【図３６】本発明の回転角度検出装置の構成の代替図である。
【図３７】従来の回転角度検出装置による、センサデバイスに設けた領域の配置図である。
【図３８】従来の回転角度検出装置における、磁気抵抗効果素子の配線図である。
【図３９】従来の回転角度検出装置の領域Ａにおける磁界の角度を示す説明図である。
【図４０】従来の回転角度検出装置の領域Ｂにおける磁界の角度を示す説明図である。
【図４１】従来の回転角度検出装置の、磁気抵抗効果素子の抵抗値の変化を示す波形図である。
【図４２】従来の回転角度検出装置の中点電位及び出力電圧の変化を示す波形図である。
【図４３】従来の回転角度検出装置の磁界の角度を詳細に示す説明図である。
【図４４】従来の回転角度検出装置の、位相角度θと磁気抵抗効果素子が感知する磁界の角度αの関係を、半径方向と回転方向の磁界の大きさの振幅の比が異なる場合について示す図である。
【図４５】従来の回転角度検出装置の磁気抵抗効果素子の抵抗値の変化を、半径方向と回転方向の磁界の大きさの振幅の比が異なる場合について示す波形図である。
【図４６】従来の回転角度検出装置の出力電圧の変化を、半径方向と回転方向の磁界の大きさの振幅の比が異なる場合について示す波形図である。
【図４７】従来の回転角度検出装置の出力電圧の変化を、半径方向と回転方向の磁界の大きさの振幅の比が異なる場合について示す別の波形図である。
【符号の説明】
【００２４】
１  磁石回転子、  ２  円筒磁石、  ３  センサデバイス、  ４、４ａ〜４ｃ  差動増幅器、  ５  信号処理部。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、本発明に係る実施形態について図面を参照して説明する。なお、以下の各実施
の形態において、同様の構成要素については同一の符号を付している。
【００２６】
以下の実施形態において、磁石回転子の回転に伴って変化する磁界を検出するための磁気検出部として、印加される磁界の方向によって抵抗の大きさが変化する磁気抵抗効果素子を用いた場合について説明する。しかし、他の磁気検出部を用いた場合でも同様の効果を得ることが可能である。以下、磁気抵抗効果素子を単に「素子」と記載する。
【００２７】
実施の形態１．
図１は、本発明の回転角度検出装置の構成図である。回転角度検出装置１０は、円筒磁石２を搭載した磁石回転子１と、円筒磁石２により生じる磁界を感知するセンサデバイス３とを備える。円筒磁石２は、Ｎ極及びＳ極が周面に沿って着磁幅λで交互に着磁された２ｍ極（ｍは１以上の整数）を有する。図１は、ｍ＝５とした場合の構成図を示している。センサデバイス３は、磁石回転子１から所定の距離を隔てて配置している。
【００２８】
図２は、本発明の実施の形態１による、センサデバイスに設けた領域の配置図である。図２に示すように、センサデバイス３に、距離Ｌを隔てて領域Ａ及び領域Ｂを設ける。領域Ａに素子ＲＡを、領域Ｂに素子ＲＢをそれぞれ配置し、素子ＲＡとＲＢとの間の距離もＬとなるようにする。以下でも同様に、領域間の距離は、該領域に配置された素子間の距離に等しいものとする。
【００２９】
図３は、本発明の実施の形態１による回転角度検出装置における、磁気抵抗効果素子の配線図である。図３に示すように、直流電源（ＶＣＣ）とグラウンド（ＧＮＤ）との間に、素子ＲＡ，ＲＢが直列接続されている。センサデバイス３はまた、素子ＲＡとＲＢの中点電位（＝出力電位）Ｖｏｕｔを基に、磁石回転子１の回転角度を出力する信号処理部５を備える。円筒磁石２の着磁幅をλとして、距離Ｌは下記の式（５）で表される。
【００３０】
【数２】
2013094236.tif 000062
【００３１】
上述のように磁石回転子１の磁界の大きさの振幅が、半径方向と回転方向で異なる場合、検出信号Ｖｏｕｔに３次の高調波成分の歪が生じる。また、３次の高調波成分が検出信号Ｖｏｕｔの歪の最も大きな原因となる。よって、以下でｎ＝３、ｎ＝５場合を例に挙げて、各素子の抵抗値及び出力電位Ｖｏｕｔの挙動について説明する。
【００３２】
（ｎ＝３の場合）
図１において、磁石回転子１が矢印の方向に回転すると、図２に示すように、センサデバイス３に対して磁極が矢印の方向へ移動する。磁極の移動に伴い、素子ＲＡ，ＲＢが感知する磁界の方向が変化し、それに伴って素子ＲＡ，ＲＢの抵抗値も図４に示すように変化する。
【００３３】
半径方向の磁界の大きさＰと回転方向の該振幅Ｑとが等しい場合、即ちＱ／Ｐ＝１の場合、素子ＲＡ，ＲＢの抵抗値は、図４に細線で示すように、正弦波状に変化する。一方、回転方向の磁界の大きさの振幅Ｑが半径方向の該振幅Ｐより小さい場合、例えばＱ／Ｐ＝０．７の場合、素子ＲＡ，ＲＢの抵抗値は、図４に太線で示すように、三角波状に変化する。
【００３４】
素子ＲＡ，ＲＢは、図２に示すように、距離Ｌ（＝２λ／ｎ（ｎ＝３））を隔てて配置する。よって、素子ＲＡ，ＲＢの抵抗値は、図４に示すように、１２０°（＝１８０°×２／３）の位相差を有する。ここで、図４中のθは、磁石回転子１の位相角度を表しており、周面上の着磁１極対で３６０°となる。これは、他の図でも同様である。
【００３５】
図５の太線、細線は、それぞれＬ＝λとした場合、Ｌ＝２／３λとした場合の、出力電位Ｖｏｕｔの波形である。また、図６は、図５に示す出力電位Ｖｏｕｔの波形と正弦波との差分信号を表す。ここでいう「正弦波」は、出力電位Ｖｏｕｔとの差分が最も小さくなるように、直流成分、振幅、周波数及び位相を調整した正弦波である。これは、図９、図１３、図１６、図２２、図２８、図３２でも同様である。
【００３６】
図６で、Ｌ＝λの場合とＬ＝２λ／３の場合を比較すると、Ｌ＝２λ／３の場合、即ち素子ＲＡ，ＲＢを円筒磁石２の着磁幅λの２／３倍の距離を隔てて配置した場合に、より出力電位Ｖｏｕｔが正弦波に近づくことがわかる。よって、Ｌ＝２λ／３の場合に、３次の高調波成分が抑制され、歪のレベルが小さくなっているといえる。
【００３７】
（ｎ＝５の場合）
図７には、５次の高調波成分を付加した素子ＲＡ，ＲＢの抵抗値が示されている。素子ＲＡ，ＲＢの抵抗値は、図７に示すように、７２°（＝１８０°×２／５）の位相差を有する。素子ＲＡ，ＲＢの抵抗値は５次の高調波成分が付加され歪んでいるが、出力電位Ｖｏｕｔは正弦波に近いものとなっていることがわかる。
【００３８】
また、図８に、Ｌ＝λとした場合、Ｌ＝２／５λとした場合の、出力電位Ｖｏｕｔの波形を示す。また、図９は、図８に示す出力電位Ｖｏｕｔの波形と正弦波との差分信号を表す。図９で、Ｌ＝λの場合とＬ＝２λ／５の場合を比較すると、Ｌ＝２λ／５の場合、即ち素子ＲＡ，ＲＢを円筒磁石２の着磁幅λの２／５倍の距離を隔てて配置した場合に、より出力電位Ｖｏｕｔが正弦波に近づくことがわかる。よって、Ｌ＝２λ／５の場合に、５次の高調波成分が抑制され、歪のレベルが小さくなっているといえる。
【００３９】
以上のように、素子ＲＡ，ＲＢを着磁幅λの２／ｎ倍の距離を隔てて配置し、図３に示すように素子を配置、接続することにより、歪の原因となるｎ次の高調波成分を抑制することができることがわかった。
【００４０】
尚、図１等に示すように、本実施形態では、周方向に磁束密度分布を作る磁界を生じるように着磁された円筒磁石２を使用したが、図３６に示すように、軸方向に磁束密度分布を作る磁界を生じるように着磁された円筒磁石２を使用してもよい。その場合、センサデバイス３は、軸方向を上下方向として、磁極の上又は下に配置する。これは、以下の実施形態についても同様である。
【００４１】
実施の形態２．
図１０は、本発明の実施の形態２による回転角度検出装置における、磁気抵抗効果素子の配線図である。本実施形態による回転角度検出装置は、領域Ａ，Ｂにそれぞれ２つの素子を配置し、４つの素子で構成したブリッジ回路を有する点で実施形態１の構成と異なる。また、ブリッジ回路に差動増幅器４を設ける。その他の構成は、実施形態１と同様である。
【００４２】
本実施形態に係る回転角度検出装置１０において、センサデバイス３の領域Ａに２つの素子ＲＡ１，ＲＡ２を、領域Ｂに２つの素子ＲＢ１，ＲＢ２をそれぞれ配置する。素子ＲＡ１及びＲＡ２は、大きさ、向きが同じ磁界を円筒磁石２から感知するように配置する。これは以下で、同じ領域に２つの素子を配置した場合も同様である。
【００４３】
図１０に示すように、ブリッジ回路の第１アームＡｒｍ１〜第４アームＡｒｍ４に、素子ＲＡ１，ＲＢ２，ＲＢ１，ＲＡ２をそれぞれ配置する。ブリッジ回路は、第１アームと第４アームが交差し、第２アームと第３アームが交差する構成を有する。即ち、同じ領域に配置した素子は、ブリッジ回路の交差するアームに配置する。また、直流電源（ＶＣＣ）とグラウンド（ＧＮＤ）との間に第１アームと第３アームとを直列接続し、同じく直流電源（ＶＣＣ）とグラウンド（ＧＮＤ）との間に第２アームと第４アームとを直列接続する。第１アーム及び第３アームと、第２アーム及び第４アームとは並列接続する。
【００４４】
第１アームと第３アームの中点電位をＶ１、第２アームと第４アームの中点電位をＶ２とする。第１アームと第３アームの中点を差動増幅器４の反転入力端子（−）に接続し、第２アームと第４アームの中点を差動増幅器４の非反転入力端子（＋）に接続する。差動増幅器４は、電圧Ｖｏｕｔ（＝Ｖ２−Ｖ１）を出力する。信号処理部５は、出力電圧Ｖｏｕｔを基に、磁石回転子１の回転角度を出力する。
【００４５】
本実施形態においても、素子ＲＡ１，ＲＡ２及びＲＢ１，ＲＢ２を円筒磁石２の着磁幅λの２／ｎ倍の距離を隔てて配置することにより、出力電圧Ｖｏｕｔのうち、ｎ次の高調波成分を抑制することができる。実施形態１の場合と同様に、ｎ＝３の場合、ｎ＝５の場合について説明する。
【００４６】
（ｎ＝３の場合）
回転方向の磁界の大きさの振幅Ｐが半径方向の該振幅Ｑより小さい場合、例えばＱ／Ｐ＝０．７の場合、図１１に細線で示すように、素子ＲＡ１，ＲＢ１の抵抗値は三角波状に変化する。本実施形態において、素子ＲＡ１，ＲＡ２、素子ＲＢ１，ＲＢ２は、それぞれ大きさ、向きが同じ磁界を円筒磁石２から感知するように配置しているので、素子ＲＡ１とＲＡ２の抵抗値は等しく、素子ＲＢ１とＲＢ２の抵抗値は等しい。
【００４７】
また、素子ＲＡ１，ＲＢ１の中点電位Ｖ１は、実施形態１の素子ＲＡ，ＲＢの中点電位Ｖｏｕｔに対応している。図５に太線で示した出力電圧Ｖｏｕｔは、正弦波に近い形であった。これと同様に、中点電位Ｖ２は、図１１に太線で示すように、正弦波に近い形となることがわかる。これは、素子ＲＡ２，ＲＢ２の中点電位Ｖ２も同様である。従って、図１２に示すように、出力電圧Ｖｏｕｔ（＝Ｖ２−Ｖ１）でも、Ｌ＝λの場合（細線）とＬ＝２λ／３の場合（太線）を比較すると、Ｌ＝２λ／３の場合、即ち素子ＲＡ，ＲＢを円筒磁石２の着磁幅λの２／３倍の距離を隔てて配置した場合に、より出力電圧Ｖｏｕｔが正弦波に近づくことがわかる。よって、Ｌ＝２λ／３の場合に、３次の高調波成分が抑制され、歪のレベルが小さくなっているといえる。これは、出力電圧Ｖｏｕｔと正弦波との差分を示した図１３においても確認できる。
【００４８】
（ｎ＝５の場合）
図１４に、５次の高調波成分を付加した、素子ＲＡ１，ＲＡ２及び素子ＲＢ１，ＲＢ２の抵抗値を示す。素子ＲＡ１，ＲＡ２及びＲＢ１，ＲＢ２の抵抗値は、ｎ＝３の場合と同様に、５次の高調波成分が付加され歪んでいるが、中点電位Ｖ１，Ｖ２は正弦波に近いものとなっていることがわかる。
【００４９】
また図１５に、Ｌ＝λとした場合、Ｌ＝２／５λとした場合の、出力電圧Ｖｏｕｔ（Ｖ２−Ｖ１）の波形を示す。また、図１６は、図１５に示す出力電圧Ｖｏｕｔの波形と正弦波との差分信号を表す。図１５で、Ｌ＝λの場合とＬ＝２λ／５の場合を比較すると、Ｌ＝２λ／５の場合、即ち素子ＲＡ，ＲＢを円筒磁石２の着磁幅λの２／５倍の距離を隔てて配置した場合に、より出力電圧Ｖｏｕｔが正弦波に近づくことがわかる。よって、Ｌ＝２λ／５の場合に、５次の高調波成分が抑制され、歪のレベルが小さくなっているといえる。
【００５０】
次に、ブリッジ回路を構成したことによる利点を説明する。本実施形態においては、同一の磁界を感知する、素子ＲＡ１，ＲＡ２及び素子ＲＢ１，素子ＲＢ２をそれぞれ交差するアームに配置して、ブリッジ回路を構成している。よって、中点電位Ｖ１及びＶ２に付加される高調波成分のうち、偶数次の高調波は、Ｖ１とＶ２で位相が逆になる。出力電圧ＶｏｕｔはＶ１とＶ２の差動出力ゆえ、偶数次の高調波は打ち消し合う。これにより、回転方向と半径方向で磁界の大きさの振幅が異なることに起因する出力電圧Ｖｏｕｔの高調波成分は、奇数次のみを考えればよい。さらに、外部ノイズが出力電圧Ｖｏｕｔに付加された場合も、２次の高調波成分に相当するノイズを抑制することができる。
【００５１】
以上、本実施形態の構成を有する場合でも、実施形態１と同様に、領域Ａ，Ｂを円筒磁石２の着磁幅λの２／３倍の距離を隔てて配置することにより、３次の高調波成分が抑制され、歪のレベルを小さくすることができることがわかった。さらに、ブリッジ回路を構成しているので、外部ノイズなど、２次の高調波成分も抑制できる。
【００５２】
実施の形態３．
図１７は、本発明の実施の形態３による回転角度検出装置における、磁気抵抗効果素子の配線図である。本実施形態においては、例えば図１８に示すように、センサデバイス３にＡ〜Ｄの４つの領域を設け、各領域には、それぞれ２つの素子を配置する。本実施形態による回転角度検出装置は、２系統のブリッジ回路を有し、３つの差動増幅器４Ａ〜４Ｃを使用する点で実施形態２の構成と異なる。その他の構成は、実施形態２と同様である。
【００５３】
本実施形態に係る回転角度検出装置１０において、センサデバイス３の領域Ａに素子ＲＡ１，ＲＡ２を、領域Ｂに素子ＲＢ１，ＲＢ２を、領域Ｃに素子ＲＣ１，ＲＣ２を、領域Ｄに素子ＲＤ１，ＲＤ２をそれぞれ配置する。
【００５４】
素子ＲＡ１，ＲＢ１，ＲＡ２，ＲＢ２の４つの素子を用いて、図１７に示すブリッジ回路Ａを構成する。さらに、素子ＲＣ１，ＲＤ１，ＲＣ２，ＲＤ２の４つの素子を用いて、ブリッジ回路Ａと同様にブリッジ回路Ｂを構成する。図１７に示すように、同じ領域に配置した素子は、ブリッジ回路の交差するアームに配置する。
【００５５】
ブリッジ回路Ａには、差動増幅器４Ａを設け、ブリッジ回路Ｂには、差動増幅器４Ｂを設ける。差動増幅器４Ａは、素子ＲＡ１，ＲＢ１の中点電位Ｖ１と素子ＲＡ２，ＲＢ２の中点電位Ｖ２との差動電圧Ｖ１２（＝Ｖ２−Ｖ１）を出力し、差動増幅器４Ｂは、素子ＲＣ１，ＲＤ１の中点電位Ｖ３と素子ＲＣ２，ＲＤ２の中点電位Ｖ４との差動電圧Ｖ３４（＝Ｖ４−Ｖ３）を出力する。さらに、差動増幅器４Ａを、差動増幅器４Ｃの反転入力端子（−）に接続し、差動増幅器４Ｂを、差動増幅器４Ｃの非反転入力端子（＋）に接続する。差動増幅器４Ｃは、電圧Ｖｏｕｔ（＝Ｖ３４−Ｖ１２）を出力する。信号処理部５は、出力電圧Ｖｏｕｔを基に、磁石回転子１の回転角度を出力する。
【００５６】
次に、それぞれの領域間の距離について説明する。本実施形態では、ｎ１及びｎ２の２種類の次数の高調波成分を抑制できるように、領域の配置を決定する。
【００５７】
以下、ｎ１＞ｎ２の場合の一例として、ｎ１＝３及びｎ２＝２、即ち２次及び３次の高調波成分を抑制可能な配置について説明する。以下、領域Ａと領域Ｂとの間の距離をＬＡＢのように記載する。
【００５８】
（配置例３−１）
図１８は、本発明の実施の形態３による回転角度検出装置の、センサデバイスに設けた領域の配置図である。本配置例において、領域Ａ〜領域Ｄは、ＬＡＢ＝ＬＣＤ＝２λ／ｎ１（ｎ１＝３）、ＬＡＣ＝２λ／ｎ２（ｎ２＝２）を満たすように配置する。これにより、２次及び３次の高調波成分を抑制することができる。
【００５９】
図１９は、ブリッジ回路Ａの各素子の抵抗値、中点電位Ｖ１，Ｖ２及び差動増幅器４Ａが出力する差動電圧Ｖ１２（＝Ｖ２−Ｖ１）を示している。図２０は、ブリッジ回路Ｂの各素子の抵抗値、中点電位Ｖ３，Ｖ４及び差動増幅器４Ｂが出力する差動電圧Ｖ３４（＝Ｖ４−Ｖ３）を示している。ＬＡＢ＝ＬＣＤ＝２λ／３ゆえ、差動電圧Ｖ１２及びＶ３４は、３次の高調波成分が抑制された波形である。また、図２１には、差動増幅器４Ｃの出力電圧Ｖｏｕｔ（＝Ｖ４−Ｖ３）を示している。ＬＡＣ＝ＬＢＤ＝λゆえ、出力電圧Ｖｏｕｔは、２次の高調波がさらに抑制された波形である。出力電圧Ｖｏｕｔは、３次及び２次の高調波成分が抑制されて正弦波に近い波形となっている。これは、Ｖ１２、Ｖ３４及びＶｏｕｔと正弦波との差分を示した図２２においても確認できる。
【００６０】
図２３は、本発明の実施の形態３による回転角度検出装置の、センサデバイスに設けた領域の配置の代替図である。図２３に示すように、領域Ａ〜Ｄを、ＬＡＢ＝２λ／ｎ１（ｎ１＝３）、ＬＡＣ＝ＬＢＤ＝２λ／ｎ２（ｎ２＝２）を満たすように配置しても図１８の配置と同様の効果が得られる。即ち、領域Ｃと領域Ｄの並びが逆の場合は、各領域間の距離は、（２λ−２λ／ｎ１）に等しい。同様に領域Ａと領域Ｂの並びが逆の場合は、各領域間の距離は、（２λ−２λ／ｎ１）に等しい。さらに、領域Ａと領域Ｃの並びが逆の場合は、各領域間の距離は、（２λ−２λ／ｎ２）に等しい。
【００６１】
（配置例３−２）
上記では、ｎ１＞ｎ２として、２次及び３次の高調波成分を抑制する場合について説明した。逆に、ｎ１＜ｎ２の場合も、同様の効果が得られる。以下、ｎ１＝２、ｎ２＝３として、２次及び３次の高調波成分を抑制する場合について説明する。
【００６２】
図２４は、本発明の実施の形態３による回転角度検出装置の、センサデバイスに設けた領域の配置の代替図である。本配置例において、領域Ａ〜領域Ｄは、ＬＡＢ＝ＬＣＤ＝２λ／ｎ１（ｎ１＝２）、ＬＡＣ＝２λ／ｎ２（ｎ２＝３）を満たすように配置する。
【００６３】
図２５は、ブリッジ回路Ａの各素子の抵抗値、中点電位Ｖ１，Ｖ２及び差動増幅器４Ａが出力する差動電圧Ｖ１２（＝Ｖ２−Ｖ１）を示している。図２６は、ブリッジ回路Ｂの各素子の抵抗値、中点電位Ｖ３，Ｖ４及び差動増幅器４Ｂが出力する差動電圧Ｖ３４（＝Ｖ４−Ｖ３）を示している。ＬＡＢ＝ＬＣＤ＝λゆえ、差動電圧Ｖ１２及びＶ３４は、２次の高調波成分が抑制された波形である。また、図２７には、差動増幅器４Ｃの出力電圧Ｖｏｕｔ（＝Ｖ４−Ｖ３）を示している。ＬＡＣ＝ＬＢＤ＝２λ／３ゆえ、出力電圧Ｖｏｕｔは、３次の高調波がさらに抑制された波形である。出力電圧Ｖｏｕｔは、３次及び２次の高調波成分が抑制されて正弦波に近い波形となっている。これは、Ｖ１２、Ｖ３４及びＶｏｕｔと正弦波との差分を示した図２８においても確認できる。
【００６４】
図２９は、本発明の実施の形態３による回転角度検出装置の、センサデバイスに設けた領域の配置の代替図である。図２９に示すように、領域Ａ〜Ｄを、ＬＡＢ＝ＬＣＤ＝２λ／ｎ１（ｎ１＝２）、ＬＡＣ＝２λ／ｎ２（ｎ２＝３）を満たすように配置しても図２４の配置と同様の効果が得られる。即ち、領域Ａと領域Ｂの並びが逆の場合は、各領域間の距離は（２λ−２λ／ｎ１）に等しい。同様に領域Ｃと領域Ｄの並びが逆の場合は、各領域間の距離は（２λ−２λ／ｎ１）に等しい。さらに、領域Ａと領域Ｃの並びが逆の場合は、各領域間の距離は（２λ−２λ／ｎ２）に等しい。
【００６５】
実施の形態４．
図３０は、本発明の実施の形態４による回転角度検出装置における、磁気抵抗効果素子の配線図である。本実施形態では、センサデバイス３に設ける領域の数を増加させて、抑制可能な高調波成分の数ｐ（ｐは１以上の整数）を増加させる。図３０に示すように、本実施形態による回転角度検出装置は、ブリッジ回路を１つ有し、ブリッジ回路の各アームに複数の素子を配置する点で実施形態２と異なる。本実施形態のその他の構成は、実施形態２と同様である。
【００６６】
（ｐ＝２の場合）
実施形態３と同様に、センサデバイス３にＡ〜Ｄの４つの領域を設け、各領域には、それぞれ２つの素子を配置する。センサデバイス３の領域Ａに素子ＲＡ１，ＲＡ２を、領域Ｂに素子ＲＢ１，ＲＢ２を、領域Ｃに素子ＲＣ１，ＲＣ２を、領域Ｄに素子ＲＤ１，ＲＤ２をそれぞれ配置する。
【００６７】
図３０に示すように、ブリッジ回路の第１アームに素子ＲＡ１，ＲＤ１を、第２アームに素子ＲＢ２，ＲＣ２を、第３アームに素子ＲＢ１，ＲＣ１を、第４アームに素子ＲＡ２、ＲＤ２をそれぞれ配置する。ブリッジ回路は、第１アームと第４アームが交差し、第２アームと第３アームが交差する構成を有する。即ち、同じ領域に配置した素子は、ブリッジ回路の交差するアームに配置する。また、直流電源（ＶＣＣ）とグラウンド（ＧＮＤ）との間に第１アームと第３アームとを直列接続し、同じく直流電源（ＶＣＣ）とグラウンド（ＧＮＤ）との間に第２アームと第４アームとをそれぞれ直列接続する。第１アーム及び第３アームと、第２アーム及び第４アームとは並列接続する。尚、同一アーム内であれば、素子を接続する順序は入れ替えてもよい。
【００６８】
第１アームと第３アームの中点電位をＶ１、第２アームと第４アームの中点電位をＶ２とする。第１アームと第３アームの中点を差動増幅器４の反転入力端子（−）に接続し、第２アームと第４アームの中点を差動増幅器４の非反転入力端子（＋）に接続する。差動増幅器４は、電圧Ｖｏｕｔ（＝Ｖ２−Ｖ１）を出力する。信号処理部５は、出力電圧Ｖｏｕｔを基に、磁石回転子１の回転角度を出力する。
【００６９】
実施形態３と同様に、例えば図１８、図２３、図２４又は図２９のように、センサデバイス３に領域Ａ〜領域Ｄを設けることで、ｎ１及びｎ２の２種類の次数の高調波成分を抑制できる。
【００７０】
例として、ｎ１＝３、ｎ２＝２とした場合の、各素子の抵抗値及び中点電位Ｖ１，Ｖ２を図３１に示す。また、図３２は、差動増幅器４の出力電圧Ｖｏｕｔ及びＶｏｕｔと正弦波との差分を示している。出力電圧Ｖｏｕｔは、ほぼ正弦波に近い波形であることがわかる。
【００７１】
本実施形態の構成により、２種類の次数の高調波成分を抑制することができる。さらに、実施形態３と比較して、差動増幅器の個数を減らすことができるという利点がある。
【００７２】
（ｐ＝３の場合）
図３３は、本発明の実施の形態４による回転角度検出装置の、センサデバイスに設けた領域の配置の代替図である。図３０では８つの素子を配置した。その２倍の１６個の素子を使用することにより、３種類の次数の高調波成分を抑制することができる。図３３に示すように、センサデバイス３にＡ〜Ｈの８つの領域を設ける。センサデバイス３の領域Ａに素子ＲＡ１，ＲＡ２を、領域Ｂに素子ＲＢ１，ＲＢ２を、領域Ｃに素子ＲＣ１，ＲＣ２を、領域Ｄに素子ＲＤ１，ＲＤ２を、領域Ｅに素子ＲＥ１，ＲＥ２を、領域Ｆに素子ＲＦ１，ＲＦ２を、領域Ｇに素子ＲＧ１，ＲＧ２を、領域Ｈに素子ＲＨ１，ＲＨ２をそれぞれ配置する。
【００７３】
例えば、図３３に示すように、領域Ａ〜Ｈを、ＬＡＢ＝ＬＣＤ＝ＬＥＦ＝ＬＧＨ＝２λ／ｎ１、ＬＡＣ＝ＬＥＧ＝２λ／ｎ２、ＬＡＥ＝２λ／ｎ３（ｎ３は２以上の整数）を満たすように配置することができる。
【００７４】
図３４は、本発明の実施の形態４による回転角度検出装置における、磁気抵抗効果素子の配線図である。ブリッジ回路の第１アーム〜第４アームに図３４に示すように素子を配置する。尚、同一アーム内であれば、素子を接続する順序は入れ替えてもよい。
【００７５】
ｐ＝２の場合と同様に、差動増幅器４は、電圧Ｖｏｕｔ（＝Ｖ２−Ｖ１）を出力する。これにより、ｎ１次、ｎ２次及びｎ３次の３つの次数の高調波成分が抑制された電圧が出力される。そして、信号処理部５により歪みが抑制された磁石回転子１の正確な回転角度を得ることができる。
【００７６】
（ｐ≧４の場合）
図３５は、本発明の実施の形態４による回転角度検出装置の、ｐ種類の高調波成分を抑制可能な、各領域の配置間隔及び各磁気抵抗効果素子の配線の例を示す表である。この規則に従えば、４種類以上の次数の高調波成分も抑制可能である。尚、同一アーム内であれば、素子を接続する順序は入れ替えてもよい。配置間隔及び配線は一例にすぎず、他の構成によっても、ｐ種類の高調波成分を抑制可能である。
【００７７】
まず、領域の配置について説明する。センサデバイス３上に、領域（１）〜領域（２ｐ）を設ける。また、図３５の規則に従うと、領域（２ｋｍ−（２ｋ−１））と領域（２ｋｍ−（２ｋ−１）＋２ｋ−１）とは、距離Ｌｋ隔てて配置する（ｋ，ｍは１以上の整数）。領域（ｊ）には、２つの素子Ｒ（ｊ）１及び素子Ｒ（ｊ）２を配置する（ｊは１以上の整数）。距離Ｌｋは、下記の式（６）で表される。
【００７８】
【数３】
2013094236.tif 000063
【００７９】
素子Ｒ（１）１〜Ｒ（２ｐ）１、素子Ｒ（１）２〜Ｒ（２ｐ）２は、ブリッジ回路を構成する。ブリッジ回路は、第１アームと第４アームが交差し、第２アームと第３アームが交差する構成を有する。素子の配置について、例として、ｐ＝４の場合を考える。尚、素子Ｒ（１）１〜Ｒ（１６）１が素子ＲＡ１〜ＲＰ１に、素子Ｒ（１）２〜Ｒ（１６）２が素子ＲＡ２〜ＲＰ２にそれぞれ対応するものとする。ブリッジ回路の第１アームには、８個の直列接続した素子ＲＡ１，ＲＤ１，ＲＦ１，ＲＧ１，ＲＪ１，ＲＫ１，ＲＭ１，ＲＰ１を配置する。第２アームには、８個の素子ＲＢ２，ＲＣ２，ＲＥ２，ＲＨ２，ＲＩ２，ＲＬ２，ＲＮ２，ＲＯ２を配置する。第３アームには、８個の素子ＲＢ１，ＲＣ１，ＲＥ１，ＲＨ１，ＲＩ１，ＲＬ１，ＲＮ１，ＲＯ１を配置する。第４アームには、８個の素子ＲＡ２，ＲＤ２，ＲＦ２，ＲＧ２，ＲＪ２，ＲＫ２，ＲＭ２，ＲＰ２を配置する。
【００８０】
ｐ≧５の場合も同様に、第１〜第４アームに、上記順序で素子を配置する。各アームには、それぞれ２ｐ−１個の素子が配置される。また、同じ領域に配置した素子は、ブリッジ回路の交差するアームに配置する。
【００８１】
ｐ＝２，３の場合と同様に、直流電源（ＶＣＣ）とグラウンド（ＧＮＤ）との間に、直列接続した２ｐ個の素子Ｒ（１）１〜Ｒ（２ｐ）１を配置する。また、直流電源（ＶＣＣ）とグラウンド（ＧＮＤ）との間に、直列接続した２ｐ個の素子Ｒ（１）２〜Ｒ（２ｐ）２を配置する。第１アーム及び第３アームと、第２アーム及び第４アームとは並列接続する。
【００８２】
差動増幅器４は、ｐ種類の次数の高調波成分が抑制された電圧Ｖｏｕｔ（＝Ｖ２−Ｖ１）を出力する。そして、信号処理部５により、歪みが抑制された磁石回転子１の正確な回転角度を得ることができる。
【手続補正３】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図３９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図３９】
2013094236.tif 000064
【手続補正４】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図４０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図４０】
2013094236.tif 000065
【手続補正書】
【提出日】平成27年2月16日(2015.2.16)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｎ極及びＳ極が、着磁幅λで周面に沿って交互に着磁された回転体と、
回転体が発生する磁界を感知する第１〜第８磁気検出部とを備え、
第１磁気検出部及び第４磁気検出部は、第１検出位置に配置され、
第２磁気検出部及び第３磁気検出部は、第２検出位置に配置され、
第５磁気検出部及び第８磁気検出部は、第３検出位置に配置され、
第６磁気検出部及び第７磁気検出部は、第４検出位置に配置され、
第１検出位置と第２検出位置とは距離Ｌ１２隔てて設けられ、
第３検出位置と第４検出位置とは距離Ｌ１２隔てて設けられ、
第１検出位置と第３検出位置とは距離Ｌ１３隔てて設けられ、
第１基準電位と第２基準電位との間に、直列接続された第１磁気検出部及び第３磁気検出部と、直列接続された第２磁気検出部及び第４磁気検出部とが並列接続され、
第１〜第４磁気検出部は、ブリッジ回路を構成し、
第１磁気検出部と第４磁気検出部、第２磁気検出部と第３磁気検出部とが、それぞれブリッジ回路の交差するアームに配置され、
第３基準電位と第４基準電位との間に、直列接続された第５磁気検出部及び第７磁気検出部と、直列接続された第６磁気検出部及び第８磁気検出部とが配置され、
第５〜第８磁気検出部は、ブリッジ回路を構成し、
第５磁気検出部と第８磁気検出部、第６磁気検出部と第７磁気検出部とが、それぞれブリッジ回路の交差するアームに配置され、
第１磁気検出部と第３磁気検出部の中点電位Ｖ１と、第２磁気検出部と第４磁気検出部の中点電位Ｖ２との差Ｖ１２（＝Ｖ２−Ｖ１）と、第５磁気検出部と第７磁気検出部の中点電位Ｖ３と、第６磁気検出部と第８磁気検出部の中点電位Ｖ４との差Ｖ３４（＝Ｖ４−Ｖ３）との差Ｖｏｕｔ（＝Ｖ３４−Ｖ１２）を基に、回転体の回転角度に対応した信号を出力し、
【数１】
2013094236.tif 000066
の関係を満たすことを特徴とする回転角度検出装置。
【請求項２】
Ｎ極及びＳ極が、着磁幅λで周面に沿って交互に着磁された回転体と、
回転体が発生する磁界を感知する２ｐ＋１（ｐは２以上の整数）個の磁気検出部とを備え、
磁気検出部は、２ｐ個の検出位置にそれぞれ２つずつ配置され、
第ｉ検出位置（ｉは１以上の整数）と第ｊ検出位置（ｊはｉと異なる１以上の整数）との間の距離はＬｉｊであって、
第１基準電位と第２基準電位との間に、直列接続された２ｐ個の磁気検出部と、直列接続された２ｐ個の磁気検出部とが並列接続され、
２ｐ＋１個の磁気検出部は、ブリッジ回路を構成し、
ブリッジ回路の各アームには、２ｐ−１個の磁気検出部がそれぞれ配置され、
第１アームと第４アームとが、ブリッジ回路の交差する位置に配置され、第２アームと第３アームとが、ブリッジ回路の交差する位置に配置され、
同じ検出位置に配置された磁気検出部は、ブリッジ回路の交差するアームに配置され、
第１アームと第３アームの中点電位Ｖ１と、第２アームと第４アームの中点電位Ｖ２との差Ｖｏｕｔ（＝Ｖ２−Ｖ１）を基に、回転体の回転角度に対応した信号を出力し、
【数２】
2013094236.tif 000067
の関係を満たすことを特徴とする回転角度検出装置。
【請求項３】
ｐ＝２であり、
第１磁気検出部及び第４磁気検出部は、第１検出位置に配置され、
第２磁気検出部及び第３磁気検出部は、第２検出位置に配置され、
第６磁気検出部及び第７磁気検出部は、第３検出位置に配置され、
第５磁気検出部及び第８磁気検出部は、第４検出位置に配置され、
距離Ｌ３４は、距離Ｌ１２に等しく、
第１基準電位と第２基準電位との間に、直列接続された第１磁気検出部、第５磁気検出部、第３磁気検出部及び第７磁気検出部と、直列接続された第２磁気検出部、第６磁気検出部、第４磁気検出部及び第８磁気検出部とが並列接続され、
ブリッジ回路の第１アームには、第１磁気検出部及び第５磁気検出部が配置され、
ブリッジ回路の第２アームには、第２磁気検出部及び第６磁気検出部が配置され、
ブリッジ回路の第３アームには、第３磁気検出部及び第７磁気検出部が配置され、
ブリッジ回路の第４アームには、第４磁気検出部及び第８磁気検出部が配置され、
【数３】
2013094236.tif 000068
の関係を満たすことを特徴とする請求項２に記載の回転角度検出装置。
【国際調査報告】
2013094236.tif 000069
2013094236.tif 000070
2013094236.tif 000071
2013094236.tif 000072