(57)【要約】【課題】ロータの回転態様の高精度な検出を可能とする回転検出装置、およびこの高精度な回転検出をより容易に可能とする上で有益な回転検出装置の設計方法を提供する。【解決手段】磁性体ロータＲＴの回転態様を磁気ベクトルの変化に基づいて検出する回転検出装置として、磁気ベクトルの変化を感知するために用いる２組の磁気抵抗素子Ｍ１〜Ｍ４が、ロータＲＴの外周に設けられた山部ＴＰと谷部ＢＴとの中心間ピッチに対応した素子間ピッチ（各素子の中心間の距離）ＰＴをもって配設される構成とする。そして、これら２組の磁気抵抗素子Ｍ１〜Ｍ４が各々に形成するハーフブリッジの各中点電位の差動増幅によって得られる差動増幅波形を所定のしきい値のもとに２値化することによりロータＲＴの回転態様を求めることとする。【選択図】        図１
2006242637.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
２組の磁気検出素子と、これら磁気検出素子にバイアス磁界を付与するバイアス磁石とを備え、前記バイアス磁界へ各異なる磁気特性をもたらす第１および第２の領域が所定のピッチで交互に外周に設けられた磁性体ロータが前記２組の磁気検出素子の近傍にて回転するとき、前記バイアス磁界に生じる磁気ベクトルの変化に応じて各々出力される前記２組の磁気検出素子の出力値に基づいて得られる電気信号波形を所定のしきい値のもとに２値化することにより前記ロータの回転態様を検出する回転検出装置において、
前記２組の磁気検出素子は、前記ロータの外周に設けられた第１および第２の領域の中心間ピッチに対応した素子間ピッチをもって配設されてなる
ことを特徴とする回転検出装置。
【請求項２】
請求項１に記載の回転検出装置において、
前記２値化の対象とする電気信号波形に含まれるオフセット成分を除去するとともに同波形に前記２値化のしきい値に対応するオフセット成分を付与するオフセット調整手段をさらに備える
ことを特徴とする回転検出装置。
【請求項３】
前記オフセット調整手段は、前記２値化の対象とする電気信号波形から直流成分を除去して交流成分を抽出するカップリングコンデンサと、定電圧回路に並列接続された分圧抵抗とを有して構成される
請求項２に記載の回転検出装置。
【請求項４】
前記電気信号波形は、前記２組の磁気検出素子による２つの出力値が差動増幅されることによって得られる
請求項１〜３のいずれか一項に記載の回転検出装置。
【請求項５】
前記磁性体ロータは、前記第１および第２の領域として外周に山部および谷部が交互に設けられた歯車ロータである
請求項１〜４のいずれか一項に記載の回転検出装置。
【請求項６】
前記磁性体ロータは、前記第１および第２の領域として外周にＮ極領域およびＳ極領域が交互に設けられた着磁ロータである
請求項１〜４のいずれか一項に記載の回転検出装置。
【請求項７】
前記磁気検出素子は、磁気抵抗効果により磁界に応じて抵抗値を変化させる磁気抵抗素子がブリッジ接続されたものであって、前記出力値として同ブリッジの中点電位を出力する
請求項１〜６のいずれか一項に記載の回転検出装置。
【請求項８】
前記磁気検出素子は、ホール効果によって前記出力値として磁界に応じたホール電圧信号を出力するホール素子である
請求項１〜６のいずれか一項に記載の回転検出装置。
【請求項９】
２組の磁気検出素子と、これら磁気検出素子にバイアス磁界を付与するバイアス磁石とを備え、前記バイアス磁界へ各異なる磁気特性をもたらす第１および第２の領域が所定のピッチで交互に外周に設けられた磁性体ロータが前記２組の磁気検出素子の近傍にて回転するとき、前記バイアス磁界に生じる磁気ベクトルの変化に応じて各々出力される前記２組の磁気検出素子の出力値に基づいて得られる電気信号波形を所定のしきい値のもとに２値化することにより前記ロータの回転態様を検出する回転検出装置を製造する際に用いられる方法であって、
前記２組の磁気検出素子の素子間ピッチを、前記ロータの外周に設けられた第１および第２の領域の中心間ピッチに合わせて設定する
ことを特徴とする回転検出装置の設計方法。
【請求項１０】
請求項９に記載の回転検出装置の設計方法において、
前記回転検出装置が、前記２値化の対象とする電気信号波形に含まれるオフセット成分を除去するとともに同波形に前記２値化のしきい値に対応するオフセット成分を付与するオフセット調整手段をさらに備える
ことを特徴とする回転検出装置の設計方法。
【請求項１１】
前記オフセット調整手段が、前記２値化の対象とする電気信号波形から直流成分を除去して交流成分を抽出するカップリングコンデンサと、定電圧回路に並列接続された分圧抵抗とを有して構成される
請求項１０に記載の回転検出装置の設計方法。
【請求項１２】
前記電気信号波形は、前記２組の磁気検出素子による２つの出力値が差動増幅されることによって得られる
請求項９〜１１のいずれか一項に記載の回転検出装置の設計方法。
【請求項１３】
前記磁性体ロータは、前記第１および第２の領域として外周に山部および谷部が交互に設けられた歯車ロータである
請求項９〜１２のいずれか一項に記載の回転検出装置の設計方法。
【請求項１４】
前記磁性体ロータは、前記第１および第２の領域として外周にＮ極領域およびＳ極領域が交互に設けられた着磁ロータである
請求項９〜１２のいずれか一項に記載の回転検出装置の設計方法。
【請求項１５】
前記磁気検出素子は、磁気抵抗効果により磁界に応じて抵抗値を変化させる磁気抵抗素子がブリッジ接続されたものであって、前記出力値として同ブリッジの中点電位を出力する
請求項９〜１４のいずれか一項に記載の回転検出装置の設計方法。
【請求項１６】
前記磁気検出素子は、ホール効果によって前記出力値として磁界に応じたホール電圧信号を出力するホール素子である
請求項９〜１４のいずれか一項に記載の回転検出装置の設計方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、例えば磁気抵抗素子やホール素子等からなる磁気検出素子を用いて、その近傍に配設されたロータの回転態様を検出する回転検出装置およびその設計方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
この種の回転検出装置は、例えば自動車に搭載されてエンジンのクランク軸やカム軸等の回転センサとして用いられる。例えば特許文献１に記載されるように、従来、磁気抵抗素子（ＭＲＥ）を用いて、車載エンジンのクランク軸やカム軸等に配設された歯車ロータの回転態様を検出する回転検出装置がある。以下、図９〜図１１を参照しつつ、従来の回転検出装置の構成および動作について説明する。
【０００３】
図９は、この回転検出装置に用いられるセンサ素子の配設態様について、特に回転検出の対象とするロータとの位置関係を中心に示す平面図である。
同図９に示されるように、この装置においては、“ハ”の字状に配設されて各々ハーフブリッジを形成する２組の磁気抵抗素子Ｍ１〜Ｍ４が信号処理回路とともに集積化、モールド封止されてセンサチップＳＣを構成しており、このセンサチップＳＣがセンサ素子Ｓに搭載されて検出対象となる磁性体ロータＲＴに対向するように配設されている。ここで、ロータＲＴの外周には、歯車状に山部ＴＰと谷部ＢＴとが交互に設けられている。また、センサチップＳＣの周囲には、これを囲繞するかたちで、磁気抵抗素子Ｍ１〜Ｍ４に磁界を付与するためのバイアス磁石（ここでは図示略）が配設されている。
【０００４】
図１０（ａ）および（ｂ）に、この回転検出装置による回転検出の原理を示す。なお、これら図１０（ａ）および（ｂ）は、互いに対向して配置されたセンサ素子ＳおよびロータＲＴの近傍を拡大して示す模式図であり、特にセンサ素子Ｓの内部構造について一部の斜視構造とともに断面構造を模式的に示している。
【０００５】
同図１０（ａ）および（ｂ）に示されるように、この装置は、図中に矢印で示すセンサチップＳＣ近傍における磁気ベクトルとロータＲＴの回転位置との関連性に基づいて同ロータＲＴの回転態様を検出するものである。すなわち、センサチップＳＣの近傍にてロータＲＴが回転し、ロータＲＴの山部ＴＰがセンサチップＳＣの周囲を囲繞するバイアス磁石ＢＭに接近すると、図１０（ａ）に示すように、同バイアス磁石ＢＭから発せられる磁気ベクトルがロータＲＴの山部ＴＰに引きずられるかたちで変化する。そして、さらに接近してロータＲＴの山部ＴＰがセンサチップＳＣの真上にくると、図１０（ｂ）に示すように、磁気ベクトルは真上に引っ張られるようになる。こうしてロータＲＴが回転し続ければ、磁気ベクトルがこれら図１０（ａ）および（ｂ）に示す状態を交互に繰り返すことになるため、この磁気ベクトルの振れ角の変化を検出することができれば、ロータＲＴの回転態様を検出することができる。この装置においては、こうした磁気ベクトルの振れ角変化を磁気抵抗素子Ｍ１〜Ｍ４の抵抗値の変化として感知し、これに適宜の信号処理を施すことによって得られる電気信号波形からロータＲＴの回転態様を求めるようにしている。
【０００６】
図１１に、回転検出装置に用いられる信号処理回路の一例を示す。
同図１１に示されるように、この回路においては、先の図９および図１０に示した磁気抵抗素子Ｍ１〜Ｍ４が、互いにブリッジ接続されてブリッジ回路Ｂを構成している。そして、このブリッジ回路Ｂは定電圧回路ＰＳおよびグランドＧに接続され、この定電圧回路ＰＳによって電力が供給されている。また、このブリッジ回路Ｂの各中点電位は、それぞれ負帰還のかけられた演算増幅器ＯＰ１およびＯＰ２にて抵抗Ｒ１〜Ｒ４によって定められる増幅率で増幅される。このとき、これら中点電位は演算増幅器ＯＰ２により差動増幅され、その差動増幅波形が比較器ＣＰの反転入力端子（−端子）へ入力されることになる。そして、抵抗Ｒ５〜Ｒ７の分圧値としてこの比較器ＣＰの非反転入力端子（＋端子）に印加されるしきい値電圧と比較されて２値化されることにより、この２値化信号からロータＲＴの回転態様を求めることができるようになっている。なお、比較器ＣＰに設けられている抵抗Ｒ８は、外乱に起因して懸念される意図しない反転を防止するためのものである。
【０００７】
またこの回路においては、抵抗Ｒ９およびＲ１０を介して定電圧回路ＰＳと並列にオフセット回路ＯＳが設けられており、これによって出力波形のオフセット調整が行われるようになっている。さらに、正確な回転検出の妨げになるノイズを除去すべくコンデンサＣ１が設けられている。
【特許文献１】特開２００４−３０１６４５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ところで上述のように、磁気ベクトルの振れ角は検出対象となるロータの回転角度（回転位置）に応じて変化する。しかし、この磁気ベクトルの振れ角は必ずしもロータの回転位置だけに応じて変化するわけではなく、ロータが同一の回転位置にあっても、エアギャップ、すなわちセンサ素子とロータとの間の距離により変化する。このため、このエアギャップに変動があると、当該回転検出装置の出力値（検出値）にも変動（ふらつき）が生じ、正確な回転検出を妨げることになる。
【０００９】
ただし、上記ブリッジ回路の各中点電位に基づく差動増幅波形は、このエアギャップに変動があっても磁気ベクトルの振れ角が略等しくなるポイント、いわゆるエアギャップ特性最小点をもっている。すなわち、上記差動増幅波形を２値化する際のしきい値にこのエアギャップ特性最小点が設定されていれば、原理的には、エアギャップの大きさによることなく、ロータの回転態様を高精度に検出することが可能である。図１２に、上記従来の回転検出装置における差動増幅波形の一例を示し、このエアギャップ特性最小点についてさらに説明する。なお、図１２（ａ）および（ｂ）において、波形Ｌ１１〜Ｌ１４は、各異なるエアギャップ「０．５」「１．０」「１．５」「２．０」（単位はいずれも「ｍｍ」）の差動増幅波形をそれぞれ示している。これら波形は、実際には電圧値として出力されるが、ここでは説明の便宜上、この電圧値に対応する磁気ベクトルの振れ角として示されている。また、図１２（ｂ）は、図１２（ａ）のグラフの一部を拡大して示している。
【００１０】
図１２（ａ）に示すように、この従来の装置においては、波形Ｌ１１〜Ｌ１４が上下に不均等な波形となる。そして、これら波形Ｌ１１〜Ｌ１４の値、すなわち磁気ベクトルの振れ角は、基本的には、波形間で互いに異なる値になっている。ただし、図１２（ｂ）に示すように、これら波形Ｌ１１〜Ｌ１４においても、全ての波形の値が略一致する点Ｐが存在する。すなわち、これが前述したエアギャップ特性最小点である。
【００１１】
このように、エアギャップ特性最小点を２値化のしきい値に設定することで、エアギャップの大きさによることなく、ロータの回転態様を高精度に検出することができるようになる。しかし実際には、このエアギャップ特性最小点をピンポイントにしきい値に設定すること自体が難しく、より容易に高精度な回転検出を可能とする回転検出装置が今なお望まれている実情にある。
【００１２】
この発明は、こうした実情に鑑みてなされたものであり、ロータの回転態様の高精度な検出を可能とする回転検出装置、およびこの高精度な回転検出をより容易に可能とする上で有益な回転検出装置の設計方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
こうした目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、２組の磁気検出素子と、これら磁気検出素子にバイアス磁界を付与するバイアス磁石とを備え、前記バイアス磁界へ各異なる磁気特性をもたらす第１および第２の領域が所定のピッチで交互に外周に設けられた磁性体ロータが前記２組の磁気検出素子の近傍にて回転するとき、前記バイアス磁界に生じる磁気ベクトルの変化に応じて各々出力される前記２組の磁気検出素子の出力値に基づいて得られる電気信号波形を所定のしきい値のもとに２値化することにより前記ロータの回転態様を検出する回転検出装置として、前記２組の磁気検出素子が、前記ロータの外周に設けられた第１および第２の領域の中心間ピッチに対応した素子間ピッチ（各素子の中心間の距離）をもって配設された構成とした。
【００１４】
こうした構成においては、上記２組の磁気検出素子が回転検出の対象とするロータの第１および第２の領域の中心間ピッチに対応した素子間ピッチに配設されているため、これら２組の磁気検出素子のうち、１組が開いた振れ角の磁界状態（図１０（ａ）の状態）にあるとき、もう一方は閉じた振れ角の磁界状態（図１０（ｂ）の状態）にある。このことから、これら２組の磁気検出素子の出力値によれば、適宜の比較演算を通じて容易に上下に均等な波形が上記２値化の対象とする電気信号波形として得られるようになる。これにより、エアギャップ特性最小点を境に波形の面積が等しくなること、すなわち積分値が「０（ゼロ）」になること等を利用して容易にエアギャップ特性最小点に２値化のしきい値を設定することができるようになる。しかも、２値化のしきい値が目標レベルから上下の一方にずれて設定されるようなことがあっても、波形が上下に均等であることから上下双方に均等な誤差が生まれることになり、これに対する補正等の対処が容易になる。このように、上記構成によれば、検出対象とするロータの回転態様について高精度な検出が可能となる。
【００１５】
またこの場合、請求項２に記載の発明によるように、前記２値化の対象とする電気信号波形に含まれるオフセット成分を除去するとともに同波形に前記２値化のしきい値に対応するオフセット成分を付与するオフセット調整手段をさらに備える構成とすれば、前記２値化の対象とする電気信号波形を同手段に通すことにより、自ずと前記２値化のしきい値が目標レベルに、すなわちエアギャップ特性最小点に設定されるようになる。
【００１６】
さらにこの場合、請求項３に記載の発明によるように、前記オフセット調整手段として、前記２値化の対象とする電気信号波形から直流成分を除去して交流成分を抽出するカップリングコンデンサと、定電圧回路に並列接続された分圧抵抗とを有して構成されるものを採用することで、簡素な構成でエアギャップ特性最小点をピンポイントに前記２値化のしきい値に設定することができるようになる。
【００１７】
また、請求項４に記載の発明によるように、請求項１〜３のいずれか一項に記載の回転検出装置において、前記電気信号波形が、前記２組の磁気検出素子による２つの出力値の差動増幅によって得られる構成とすることとすれば、より簡素な構成でより容易に、前記２値化の対象とする電気信号波形として上下に均等な波形が得られるようになる。
【００１８】
また、これら請求項１〜４のいずれか一項に記載の回転検出装置において回転検出の対象となる前記磁性体ロータとしては、例えば請求項５に記載の発明によるように、
・前記第１および第２の領域として外周に山部および谷部が交互に設けられた歯車ロータ。
あるいは請求項６に記載の発明によるように、
・前記第１および第２の領域として外周にＮ極領域およびＳ極領域が交互に設けられた着磁ロータ。
等々のロータを採用することができる。
【００１９】
また一方、請求項１〜６のいずれか一項に記載の回転検出装置において磁気ベクトルの変化を感知するために用いる前記磁気検出素子としては、例えば請求項７に記載の発明によるように、
・磁気抵抗効果により磁界に応じて抵抗値を変化させる磁気抵抗素子がブリッジ接続されて構成されるとともに、前記出力値として同ブリッジの中点電位を出力する素子。
あるいは請求項８に記載の発明によるように、
・ホール効果によって前記出力値として磁界に応じたホール電圧信号を出力するホール素子。
等々の磁気検出素子を採用することができる。
【００２０】
一方、請求項９に記載の発明では、２組の磁気検出素子と、これら磁気検出素子にバイアス磁界を付与するバイアス磁石とを備え、前記バイアス磁界へ各異なる磁気特性をもたらす第１および第２の領域が所定のピッチで交互に外周に設けられた磁性体ロータが前記２組の磁気検出素子の近傍にて回転するとき、前記バイアス磁界に生じる磁気ベクトルの変化に応じて各々出力される前記２組の磁気検出素子の出力値に基づいて得られる電気信号波形を所定のしきい値のもとに２値化することにより前記ロータの回転態様を検出する回転検出装置を製造する際に用いる方法として、前記２組の磁気検出素子の素子間ピッチ（各素子の中心間の距離）を、前記ロータの外周に設けられた第１および第２の領域の中心間ピッチに合わせて設定するようにする。
【００２１】
こうした設計方法を用いれば、前述した請求項１に記載の回転検出装置をより容易に製造することができるようになる。すなわちこの方法は、前述したような高精度な回転検出をより容易に実現する上で特に有益である。
【００２２】
またこの場合も、前記回転検出装置としては、請求項１０に記載の発明によるように、前記２値化の対象とする電気信号波形に含まれるオフセット成分を除去するとともに同波形に前記２値化のしきい値に対応するオフセット成分を付与するオフセット調整手段をさらに備えるものを採用することが有効である。
【００２３】
また、前記オフセット調整手段としても、請求項１１に記載の発明によるように、前記２値化の対象とする電気信号波形から直流成分を除去して交流成分を抽出するカップリングコンデンサと、定電圧回路に並列接続された分圧抵抗とを有して構成されるものを採用することがより有効である。
【００２４】
また、これも前述したとおりであるが、前記電気信号波形も、請求項１２に記載の発明のように、前記２組の磁気検出素子による２つの出力値が差動増幅されることによって得られるものとして特に有効である。
【００２５】
そして、これら請求項９〜１２のいずれか一項に記載の回転検出装置の設計方法においても、回転検出の対象となる前記磁性体ロータとしては、例えば請求項１３に記載の発明によるように、
・前記第１および第２の領域として外周に山部および谷部が交互に設けられた歯車ロータ。
あるいは請求項１４に記載の発明によるように、
・前記第１および第２の領域として外周にＮ極領域およびＳ極領域が交互に設けられた着磁ロータ。
等々のロータを採用することができる。
【００２６】
また一方、請求項９〜１４のいずれか一項に記載の回転検出装置の設計方法における前記磁気検出素子としても、例えば請求項１５に記載の発明によるように、
・磁気抵抗効果により磁界に応じて抵抗値を変化させる磁気抵抗素子がブリッジ接続されて構成されるとともに、前記出力値として同ブリッジの中点電位を出力する素子。
あるいは請求項１６に記載の発明によるように、
・ホール効果によって前記出力値として磁界に応じたホール電圧信号を出力するホール素子。
等々の磁気検出素子を採用することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
以下、図１〜図５を参照しつつ、この発明に係る回転検出装置およびその設計方法を具体化した一実施の形態について説明する。なお、この実施の形態の回転検出装置は、例えば車載内燃機関のクランク軸にクランク位置検出用として設けられた歯車ロータをその検出対象とするように最適化されたものである。
【００２８】
まず、図１を参照して、この実施の形態に係る回転検出装置の構成について説明する。なお、図１は、この回転検出装置に用いられるセンサ素子の配設態様について、特に回転検出の対象とするロータとの位置関係を中心に示す平面図である。
【００２９】
同図１に示されるように、この装置においても、“ハ”の字状に配設されて各々ハーフブリッジを形成する２組の磁気抵抗素子Ｍ１〜Ｍ４が信号処理回路とともに集積化、モールド封止されてセンサチップＳＣを構成しており、このセンサチップＳＣがセンサ素子Ｓに搭載されて検出対象となる磁性体ロータＲＴに対向するように配設されている。そして、ロータＲＴの外周には、所定のピッチ（中心間ピッチ）ＰＴで歯車状に山部ＴＰと谷部ＢＴとが交互に設けられている。また、センサチップＳＣの周囲には、これを囲繞するかたちで、磁気抵抗素子Ｍ１〜Ｍ４に磁界を付与するためのバイアス磁石（ここでは図示略）が配設されている。ただし、この回転検出装置においては、上記２組の磁気抵抗素子が、すなわち磁気抵抗素子Ｍ１およびＭ２、並びに磁気抵抗素子Ｍ３およびＭ４が、ロータＲＴの外周に設けられた山部ＴＰと谷部ＢＴとの中心間ピッチに対応した素子間ピッチ（各素子の中心間の距離）ＰＴをもって配設されている。なお、回転検出の精度を向上させる上では、これらの寸法を、「山部ＴＰの幅」＝「谷部ＢＴの幅」＝「磁気抵抗素子の素子間ピッチＰＴ」に設定することがより好ましい。これら山部および谷部の幅、並びに素子間ピッチＰＴは、例えば「２．５ｍｍ」に設定される。
【００３０】
次に、図２〜図４を併せ参照して、この回転検出装置による回転検出の一態様について説明する。ただし、基本的な原理は従来の回転検出装置と同様であるため、重複する説明については割愛する。なお、図２は、先の図１０（ａ）および（ｂ）に対応する模式図であり、また図３は、この回転検出装置に用いられる信号処理回路の一例を示す回路図、図４は、その回路の出力波形の一例を示すタイムチャートである。
【００３１】
図２に示すように、この装置においては、上記２組の磁気抵抗素子がロータＲＴの山部ＴＰと谷部ＢＴとの中心間ピッチに対応した素子間ピッチＰＴに配設されているため、これら２組の磁気抵抗素子のうち、１組が開いた振れ角の磁界状態にあるとき、もう一方は閉じた振れ角の磁界状態にある。そして、こうした関係が保たれながら、ロータＲＴが回転することになる。
【００３２】
図３に示されるように、ここで用いられる回路においても、先の図１および図２に示した磁気抵抗素子Ｍ１〜Ｍ４が、互いにブリッジ接続されてブリッジ回路Ｂを構成している。そして、このブリッジ回路Ｂは定電圧回路ＰＳおよびグランドＧに接続され、この定電圧回路ＰＳによって電力が供給されている。また、このブリッジ回路Ｂの各中点電位は、それぞれ負帰還のかけられた演算増幅器ＯＰ１およびＯＰ２にて抵抗Ｒ１〜Ｒ４によって定められる増幅率で増幅される。このとき、これら中点電位は演算増幅器ＯＰ２により差動増幅され、その差動増幅波形が比較器ＣＰの反転入力端子（−端子）へ入力されることになる。ただし、この回路においては、カップリング回路（オフセット調整手段）ＡＣが設けられている。
【００３３】
このカップリング回路ＡＣは、具体的には、直流成分を除去して交流成分を抽出するカップリングコンデンサＣ２と、定電圧回路ＰＳに並列接続された分圧抵抗Ｒ１１およびＲ１２とを有して構成されている。このため、上記ブリッジ回路Ｂの各中点電位に基づく差動増幅波形は、カップリングコンデンサＣ２を通じてオフセット成分（直流成分）が除去された後、分圧抵抗Ｒ１１およびＲ１２の分圧値に対応するオフセット成分（直流成分）が付与されてから、比較器ＣＰの反転入力端子（−端子）へ入力されることになる。さらにこの波形は、抵抗Ｒ５〜Ｒ７の分圧値としてこの比較器ＣＰの非反転入力端子（＋端子）に印加されるしきい値電圧と比較されて２値化される。これにより、この２値化信号からロータＲＴの回転態様が求められることになる。なお、この実施の形態においては、上記分圧抵抗Ｒ１１およびＲ１２の分圧値を上記抵抗Ｒ５〜Ｒ７の分圧値に対応するように設定することで、比較器ＣＰによる２値化の対象とする電気信号波形（差動増幅波形）に対して、この２値化のしきい値に対応するオフセット成分が付与されるようになっている。また、比較器ＣＰに設けられている抵抗Ｒ８は、外乱に起因して懸念される意図しない反転を防止するためのものである。
【００３４】
またこの回路においても、抵抗Ｒ９およびＲ１０を介して定電圧回路ＰＳと並列にオフセット回路ＯＳが設けられており、これによって出力波形のオフセット調整が行われるようになっている。さらに、正確な回転検出の妨げになるノイズを除去すべくコンデンサＣ１が設けられている。
【００３５】
図４（ａ）は、ブリッジ回路Ｂを構成する２組の磁気抵抗素子の出力波形、すなわち磁気抵抗素子Ｍ１およびＭ２、並びに磁気抵抗素子Ｍ３およびＭ４の出力波形の一例を示すタイムチャートである。
【００３６】
これら２組の磁気抵抗素子は先の図２に示した態様で配設されていることから、その出力波形は、図４（ａ）に示すように、互いに上下に線対称な波形Ｗ１およびＷ２になる。このため、これらの出力波形を差動増幅して得られる差動増幅波形は、図４（ｂ）に示すように、上下に均等な波形となる。またここで、比較器ＣＰによる２値化のしきい値は、カップリング回路ＡＣ（図３）を通じて自ずと目標レベルに、すなわちエアギャップ特性最小点に設定されることになる。こうして比較器ＣＰからは、センサ素子Ｓ（図１）の出力として、図４（ｃ）に示すような波形のパルスが出力されることになる。
【００３７】
図５は、発明者の実験によって得られた上記回転検出装置に係る測定データの一例を示すグラフである。なお、この図５（ａ）および（ｂ）は、先の図１２（ａ）および（ｂ）に対応するグラフであり、またこの図５に示す波形Ｌ１〜Ｌ４も、同図１２に示した波形Ｌ１１〜Ｌ１４に対応するものである。
【００３８】
同図５（ａ）および（ｂ）に示されるように、この実施の形態に係る回転検出装置によれば、エアギャップ特性最小点Ｐに略一致するように上記２値化のしきい値を設定することができるようになる。そして、この発明者の実験では、エアギャップ（ｍｍ）「０．５ｍｍ〜２．０ｍｍ」の範囲での検出角度誤差（°）について、従来の回転検出装置にあっては「０．２５°」程度（図１２（ｂ）参照）であったものが、この実施の形態に係る回転検出装置にあっては「〜０．０２°」程度（図５（ｂ）参照）にまで改善されることが確認された。
【００３９】
以上説明したように、この実施の形態に係る回転検出装置およびその設計方法によれば、以下に記載するような多くの優れた効果が得られるようになる。
（１）磁性体ロータＲＴの回転態様を磁気ベクトルの変化に基づいて検出する回転検出装置として、磁気ベクトルの変化を感知するために用いる２組の磁気抵抗素子Ｍ１〜Ｍ４が、ロータＲＴの外周に設けられた山部ＴＰと谷部ＢＴとの中心間ピッチに対応した素子間ピッチ（各素子の中心間の距離）ＰＴをもって配設される構成とした。そして、これら２組の磁気抵抗素子Ｍ１〜Ｍ４の出力値に基づいて得られる電気信号波形（差動増幅波形）を所定のしきい値のもとに２値化することによりロータＲＴの回転態様を求めるようにした。これにより、上記２値化のしきい値をより容易にエアギャップ特性最小点に設定することができるようになる。しかも、上記２値化のしきい値が目標レベルから上下の一方にずれて設定されるようなことがあっても、波形が上下に均等であることから上下双方に均等な誤差が生まれることになり、これに対する補正等の対処が容易になる。このように、上記構成によれば、検出対象とするロータの回転態様について高精度な検出が可能となる。
【００４０】
（２）上記２値化の対象とする電気信号波形（差動増幅波形）に含まれるオフセット成分を除去するとともに同波形に上記２値化のしきい値に対応するオフセット成分を付与するカップリング回路ＡＣ（オフセット調整手段）をさらに備える構成とした。これにより、同カップリング回路ＡＣを通じて自ずと上記２値化のしきい値が目標レベルに、すなわちエアギャップ特性最小点に設定されるようになる。
【００４１】
（３）このカップリング回路ＡＣとして、直流成分を除去して交流成分を抽出するカップリングコンデンサＣ２と、定電圧回路ＰＳに並列接続された分圧抵抗Ｒ１１およびＲ１２とを有して構成されるものを採用した。こうすることで、簡素な構成でエアギャップ特性最小点をピンポイントに上記２値化のしきい値に設定することができるようになる。
【００４２】
（４）上記２組の磁気抵抗素子Ｍ１〜Ｍ４が各々に形成するハーフブリッジの各中点電位の差動増幅によって得られる差動増幅波形を比較器ＣＰにて２値化する構成とした。こうすることで、より簡素な構成でより容易に、上記２値化の対象とする電気信号波形として上下に均等な波形が得られるようになる。
【００４３】
（５）また、こうした回転検出装置の設計方法としては、磁気ベクトルの変化を感知するために用いる２組の磁気抵抗素子Ｍ１〜Ｍ４の素子間ピッチ（各素子の中心間の距離）を、ロータＲＴの外周に設けられた山部ＴＰと谷部ＢＴとの中心間ピッチに合わせて設定するようにすることが有効である。こうした設計方法によれば、前述したような高精度な回転検出がより容易に実現されるようになる。
【００４４】
なお、上記実施の形態は、以下のように変更して実施してもよい。
・上記実施の形態においては、磁気ベクトルの変化を感知するために用いる磁気検出素子として、磁気抵抗効果により磁界に応じて抵抗値を変化させる磁気抵抗素子がブリッジ（ハーフブリッジ）接続されて構成されるものを採用することとした。しかしこれに限られることなく、例えばこれに代えて、ホール効果によって磁界に応じたホール電圧信号を出力するホール素子等も採用することができる。そしてこの場合は、例えば図６に例示するような信号処理回路が採用される。すなわち、この回路においては、ホール素子Ｈ１およびＨ２から磁気ベクトルの変化に応じて各々出力されるホール電圧信号が演算増幅器ＯＰ２により差動増幅される。そして、この差動増幅波形が比較器ＣＰにて２値化されることにより、この２値化信号からロータＲＴ（図１）の回転態様が求められることになる。なお、この場合も上記ホール素子Ｈ１およびＨ２は、ロータＲＴの外周に設けられた山部ＴＰと谷部ＢＴとの中心間ピッチに対応した素子間ピッチ（各素子の中心間の距離）に配設されることになる。
【００４５】
・また、ブリッジ接続される４つの磁気抵抗素子によって１組の磁気検出素子を構成するようにしてもよい。すなわち、例えば図７に示すように、ハーフブリッジＭ１２およびＭ７８、並びにハーフブリッジＭ３４およびＭ５６によって１組ずつ磁気検出素子を構成し、これら２組の磁気検出素子の素子間ピッチ（各素子の中心間の距離）ＰＴをロータＲＴの山谷の中心間ピッチに合わせるようにしてもよい。なおこの場合は、各ハーフブリッジの中点電位Ｖ１〜Ｖ４を各々差動増幅するとともにこれら差動増幅値をさらに差動増幅することにより、図５に例示した波形に準じた波形が得られることになる。そして、その信号処理回路としては、例えば特許文献１（特にその図４）に記載されているような回路を用いることができる。
【００４６】
・要は、磁気ベクトルの変化を感知することができるものであれば、上記磁気検出素子として用いることができる。
・上記実施の形態においては、回転検出の対象とする磁性体ロータとして、外周に山部および谷部が交互に設けられた歯車ロータを採用することとした。しかし、これに限定されることなく、例えば図８に示すように、外周にＮ極領域ＮＲおよびＳ極領域ＳＲが交互に設けられた着磁ロータ等も採用することができる。要は、磁気検出素子に付与されるバイアス磁界へ各異なる磁気特性をもたらす第１および第２の領域が所定のピッチで交互に外周に設けられた磁性体ロータであれば、回転検出の対象として用いることができる。なお、この場合も、回転検出の精度を向上させる上では、これらの寸法を、「第１の領域の幅」＝「第２の領域の幅」＝「磁気検出素子の素子間ピッチ」に設定することがより好ましい。
【００４７】
・上記実施の形態においては、センサチップＳＣの周囲を囲繞するかたちでバイアス磁石ＢＭ（図２）を配設することとしたが、このバイアス磁石の配設態様は任意である。例えばセンサチップの背面にバイアス磁石を配設したものあっても、この発明は同様に適用することができる。
【００４８】
・上記実施の形態においては、磁気検出素子（磁気抵抗素子Ｍ１〜Ｍ４）が信号処理回路とともに１チップに集積化される構造を例示したが、これに限定されることなく、信号処理回路を磁気検出素子とは別のチップとして設けるようにした構造であっても、この発明は同様に適用することができる。
【００４９】
・カップリング回路ＡＣの構成は図３に例示したものに限られることなく任意であり、同様の機能が得られる範囲で適宜に変更することができる。
・また、このカップリング回路ＡＣを設けることなく、例えばエアギャップ特性最小点を境に波形の面積が等しくなること、すなわち積分値が「０（ゼロ）」になることに基づいて各種の演算回路等により適宜の演算処理を施すことによっても、容易にエアギャップ特性最小点に２値化のしきい値を設定することはできるようになる。
【００５０】
・結局のところ、磁気ベクトルの変化を感知するために用いる２組の磁気検出素子が、回転検出の対象とするロータの外周に設けられた上記第１および第２の領域の中心間ピッチに対応した素子間ピッチをもって配設されてさえいれば、前記（１）の効果に準じた効果は得られて所期の目的は達成されることになる。
【００５１】
・また、こうした回転検出装置の設計方法としても、磁気ベクトルの変化を感知するために用いる２組の磁気検出素子の素子間ピッチを、回転検出の対象とするロータの外周に設けられた上記第１および第２の領域の中心間ピッチに合わせて設定するようにさえすれば、前記（５）の効果に準じた効果は得られて所期の目的は達成されることになる。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】この発明に係る回転検出装置およびその設計方法の一実施の形態について、特に回転検出の対象とするロータとの位置関係を中心にその装置に用いられるセンサ素子の配設態様を示す平面図。
【図２】互いに対向して配置された上記センサ素子およびロータの近傍を拡大して示す模式図。
【図３】同実施の形態に係る回転検出装置に用いられる信号処理回路の一例を示す回路図。
【図４】（ａ）〜（ｃ）は、上記回路の出力波形の一例を示すタイムチャート。
【図５】（ａ）および（ｂ）は、上記実施の形態に係る回転検出装置について、発明者の実験によって得られた測定データの一例を示すグラフ。
【図６】上記実施の形態に係る回転検出装置の変形例についてその装置に用いられる信号処理回路を示す回路図。
【図７】上記実施の形態に係る回転検出装置の変形例についてその装置に用いられる磁気検出素子を示す平面図。
【図８】上記実施の形態に係る回転検出装置において回転検出の対象とするロータの変形例を示す平面図。
【図９】従来の回転検出装置の一例について、特に回転検出の対象とするロータとの位置関係を中心にその装置に用いられるセンサ素子の配設態様を示す平面図。
【図１０】（ａ）および（ｂ）は、同装置による回転検出の原理を示す模式図。
【図１１】同装置に用いられる信号処理回路の一例を示す回路図。
【図１２】（ａ）は、同装置における差動増幅波形の一例を示すグラフ、（ｂ）は、（ａ）のグラフの一部を拡大して示すグラフ。
【符号の説明】
【００５３】
ＡＣ…カップリング回路、Ｂ…ブリッジ回路、ＢＭ…バイアス磁石、ＢＴ…谷部、Ｃ２…カップリングコンデンサ、ＣＰ…比較器、Ｈ１、Ｈ２…ホール素子、Ｍ１〜Ｍ４…磁気抵抗素子、Ｍ１２、Ｍ３４、Ｍ５６、Ｍ７８…ハーフブリッジ、ＮＲ…Ｎ極領域、ＯＰ１、ＯＰ２…演算増幅器、ＰＳ…定電圧回路、Ｒ１１、Ｒ１２…分圧抵抗、ＲＴ…磁性体ロータ、Ｓ…センサ素子、ＳＣ…センサチップ、ＳＲ…Ｓ極領域、ＴＰ…山部。
【図１】
2006242637.tif 000003
【図２】
2006242637.tif 000004
【図３】
2006242637.tif 000005
【図４】
2006242637.tif 000006
【図５】
2006242637.tif 000007
【図６】
2006242637.tif 000008
【図７】
2006242637.tif 000009
【図８】
2006242637.tif 000010
【図９】
2006242637.tif 000011
【図１０】
2006242637.tif 000012
【図１１】
2006242637.tif 000013
【図１２】
2006242637.tif 000014