(57)【要約】    【課題】  磁気センサの取り付け誤差によらず正確に回転を検出できる回転検出装置を提供する。    【解決手段】  第１〜第４磁気抵抗素子ブリッジ３１、３２、３３、３４の出力値Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３，Ｖ４から、差動増幅回路５０で差動出力Ｖｄを、Ｖｄ＝２（Ｖ３−Ｖ４）−α（Ｖ１−Ｖ２）との式によって算出する。このαの値を調整することで、ギヤ歯を検出するタイミングを、ギヤ歯１２ａの片側のエッジに対して所望の回転角度の差に設定することができる。このため、磁気センサ（基板）３０がロータ１２、バイアス磁石１４、ＩＣチップ２０に対して取り付け誤差があっても、ロータのギヤ歯１２ａを検出するタイミングをギヤ歯１２ａの片側のエッジに対して所望の回転角度差に設定することで、ロータ１２の回転角度を正確に検出することが可能になる。【選択図】  図４
2006113015.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
外周面にギア歯が形成された回転体と、
前記回転体のギア歯に向けてバイアス磁界を発生するバイアス磁石と、
前記回転体に形成されたギア歯と前記バイアス磁石との間に配置され、前記バイアス磁石から前記ギア歯に向かうバイアス磁界の方向に応じて出力値が変化する磁気抵抗素子ブリッジを少なくとも４個備える磁気センサと、
前記少なくとも４個の磁気抵抗素子ブリッジの出力信号を増幅又は当該出力信号を差動演算した出力を増幅して差動演算を行い、単一の差動出力を求める差動出力手段とを備え、
前記差動出力手段での出力信号の増幅率又は前記出力信号の差動演算した出力の増幅率を調整可能にしたことを特徴とする回転検出装置。
【請求項２】
外周面にギア歯が形成された回転体と、
前記回転体のギア歯に向けてバイアス磁界を発生するバイアス磁石と、
前記回転体に形成されたギア歯と前記バイアス磁石との間に配置され、前記バイアス磁石から前記ギア歯に向かうバイアス磁界の方向に応じて出力値が変化する磁気抵抗素子ブリッジを少なくとも４個備える磁気センサと、
前記少なくとも４個の磁気抵抗素子ブリッジの出力信号に対して複数段階の差動演算を行なうことにより、単一の差動出力を求める差動出力手段とを備え、
前記磁気センサを構成する少なくとも４個の磁気抵抗素子ブリッジは、前記バイアス磁石の磁気的中心軸に対して対称位置に配置された第１及び第２の磁気抵抗素子ブリッジと、当該第１及び第２の磁気抵抗素子ブリッジと前記バイアス磁石の磁気的中心軸との中間位置にそれぞれ配置される第３及び第４の磁気抵抗素子ブリッジとを含み、
前記第１から第４の磁気抵抗素子ブリッジの出力値をそれぞれＶ１，Ｖ２，Ｖ３，Ｖ４としたとき、その差動出力Ｖｄを、Ｖｄ＝２（Ｖ３−Ｖ４）−α（Ｖ１−Ｖ２）との式によって算出し、
前記αの値を調整可能にしたことを特徴とする回転検出装置。
【請求項３】
外周面にギア歯が形成された回転体と、
前記回転体のギア歯に向けてバイアス磁界を発生するバイアス磁石と、
前記回転体に形成されたギア歯と前記バイアス磁石との間に配置され、前記バイアス磁石から前記ギア歯に向かうバイアス磁界の方向に応じて出力値が変化する磁気抵抗素子ブリッジを少なくとも４個備える磁気センサと、
前記少なくとも４個の磁気抵抗素子ブリッジの出力信号に対して複数段階の差動演算を行なうことにより、単一の差動出力を求める差動出力手段とを備え、
前記磁気センサを構成する少なくとも４個の磁気抵抗素子ブリッジは、前記バイアス磁石の磁気的中心軸に対して対称位置に配置された第１及び第２の磁気抵抗素子ブリッジと、当該第１及び第２の磁気抵抗素子ブリッジと前記バイアス磁石の磁気的中心軸との中間位置にそれぞれ配置される第３及び第４の磁気抵抗素子ブリッジとを含み、
前記第１から第４の磁気抵抗素子ブリッジの出力値をそれぞれＶ１，Ｖ２，Ｖ３，Ｖ４としたとき、その差動出力Ｖｄを、Ｖｄ＝２（Ｖ４−Ｖ３）−α（Ｖ２−Ｖ１）との式によって算出し、
前記αの値を調整可能にしたことを特徴とする回転検出装置。
【請求項４】
外周面にギア歯が形成された回転体と、
前記回転体のギア歯に向けてバイアス磁界を発生するバイアス磁石と、
前記回転体に形成されたギア歯と前記バイアス磁石との間に配置され、前記バイアス磁石から前記ギア歯に向かうバイアス磁界の方向に応じて出力値が変化する磁気抵抗素子ブリッジを少なくとも４個備える磁気センサと、
前記少なくとも４個の磁気抵抗素子ブリッジの出力信号に対して複数段階の差動演算を行なうことにより、単一の差動出力を求める差動出力手段とを備え、
前記磁気センサを構成する少なくとも４個の磁気抵抗素子ブリッジは、前記バイアス磁石の磁気的中心軸に対して対称位置に配置された第１及び第２の磁気抵抗素子ブリッジと、当該第１及び第２の磁気抵抗素子ブリッジと前記バイアス磁石の磁気的中心軸との中間位置にそれぞれ配置される第３及び第４の磁気抵抗素子ブリッジとを含み、
前記第１から第４の磁気抵抗素子ブリッジの出力値をそれぞれＶ１，Ｖ２，Ｖ３，Ｖ４としたとき、その差動出力Ｖｄを、Ｖｄ＝（Ｖ３−Ｖ４）−α（Ｖ１−Ｖ２）との式によって算出し、
前記αの値を調整可能にしたことを特徴とする回転検出装置。
【請求項５】
外周面にギア歯が形成された回転体と、
前記回転体のギア歯に向けてバイアス磁界を発生するバイアス磁石と、
前記回転体に形成されたギア歯と前記バイアス磁石との間に配置され、前記バイアス磁石から前記ギア歯に向かうバイアス磁界の方向に応じて出力値が変化する磁気抵抗素子ブリッジを少なくとも４個備える磁気センサと、
前記少なくとも４個の磁気抵抗素子ブリッジの出力信号に対して複数段階の差動演算を行なうことにより、単一の差動出力を求める差動出力手段とを備え、
前記磁気センサを構成する少なくとも４個の磁気抵抗素子ブリッジは、前記バイアス磁石の磁気的中心軸に対して対称位置に配置された第１及び第２の磁気抵抗素子ブリッジと、当該第１及び第２の磁気抵抗素子ブリッジと前記バイアス磁石の磁気的中心軸との中間位置にそれぞれ配置される第３及び第４の磁気抵抗素子ブリッジとを含み、
前記第１から第４の磁気抵抗素子ブリッジの出力値をそれぞれＶ１，Ｖ２，Ｖ３，Ｖ４としたとき、その差動出力Ｖｄを、Ｖｄ＝（Ｖ４−Ｖ３）−α（Ｖ２−Ｖ１）との式によって算出し、
前記αの値を調整可能にしたことを特徴とする回転検出装置。
【請求項６】
前記磁気抵抗素子ブリッジの各々は、前記バイアス磁石の磁気的中心軸に対してそれぞれ略４５度の方向に検知軸を有する第１から第４の素子部をマトリクス状に配列したものであって、当該マトリクス状配列における各列の向きは、前記バイアス磁石の磁気的中心軸と平行であり、前記第１及び第２の素子部の検知軸と前記第３及び第４の素子部の検知軸とは互いに直交する向きに設定されており、前記第１から第４の素子部は、第１、第２、第３、第４の素子部の順序に直列接続され、第２及び第３の素子部間の電位が、前記磁気抵抗素子の抵抗値変化に応じて変化し、出力信号として取り出されるものであって、前記第１の素子部と第２の素子部、及び前記第３の素子部と第４の素子部が、前記マトリクス状の配列の互いに異なる列に配置されることを特徴とする請求項２乃至５のいずれかに記載の回転検出装置。
【請求項７】
外周面にギア歯が形成された回転体と、
前記回転体のギア歯に向けてバイアス磁界を発生するバイアス磁石と、
前記回転体に形成されたギア歯と前記バイアス磁石との間に配置され、前記バイアス磁石から前記ギア歯に向かうバイアス磁界の方向に応じて出力値が変化する磁気抵抗素子ブリッジを少なくとも４個備える磁気センサと、
前記少なくとも４個の磁気抵抗素子ブリッジの出力信号を差動演算した出力を増幅して更に差動演算を行い、単一の差動出力を求める差動出力手段であって、前記差動演算した出力の増幅率を調整可能にした差動出力手段と、
前記差動出力手段からの差動出力を基準値と比較して二値化信号を出力する比較手段とを備え、前記回転体の回転角度を検出する回転検出装置の出力調整方法であって、
前記出力信号の差動演算した出力の増幅率を調整することで、前記比較手段の二値化信号の反転タイミングを、前記ギア歯の片側のエッジに対して所望の回転角度の差に設定することを特徴とする回転検出装置の出力調整方法。
【請求項８】
外周面にギア歯が形成された回転体と、
前記回転体のギア歯に向けてバイアス磁界を発生するバイアス磁石と、
前記回転体に形成されたギア歯と前記バイアス磁石との間に配置され、前記バイアス磁石から前記ギア歯に向かうバイアス磁界の方向に応じて出力値が変化する磁気抵抗素子ブリッジを少なくとも４個備える磁気センサと、
前記少なくとも４個の磁気抵抗素子ブリッジの出力信号を差動演算した出力を増幅して更に差動演算を行い、単一の差動出力を求める差動出力手段であって、前記差動演算した出力の増幅率を調整可能にした差動出力手段と、
前記差動出力手段からの差動出力を基準値と比較して二値化信号を出力する比較手段とを備え、前記回転体の回転角度を検出する回転検出装置の出力調整方法であって、
前記差動演算した出力の増幅率を第１の値に調整して、前記比較手段の二値化信号の反転タイミングと、前記ギア歯の片側のエッジとの回転角度の差を測定し、
前記差動演算した出力の増幅率を第２の値に調整して、前記比較手段の二値化信号の反転タイミングと、前記ギア歯の片側のエッジとの回転角度の差を測定し、
前記増幅率を第１の値に調整した際の回転角度の差と、前記増幅率を第２の値に調整した際の回転角度の差とに基づき前記増幅率を調整して、前記比較手段の二値化信号の反転タイミングを、前記ギア歯の片側のエッジに対して所望の回転角度の差に設定することを特徴とする回転検出装置の出力調整方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁気ベクトルの変化によって抵抗値が変化する磁気抵抗素子（以下、ＭＲＥという）を用いて回転情報の検出を行なう回転検出装置に関し、特に、車両におけるエンジン制御装置や車両ブレーキにおけるＡＢＳ制御装置に好適に用いられる回転検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
エンジンの点火時期は、クランクの角度情報とカムの角度情報に基づいて決定される。例えば、４サイクルエンジンではクランク２回転に対してカム１回転の割合で回転しているため、カムの一回転の中に気筒判別の情報を盛り込み、クランクの回転中に点火時期情報を盛り込んでいる。
【０００３】
ここで、従来の回転検出装置においては、バイアス磁石からカムギアに向かうバイアス磁界の方向が、カムギアの回転に伴って変化するため、このバイアス磁界の方向の変化をＭＲＥで検出することにより、上記カムの回転状態を検出するものであった。
【０００４】
このため、エンジン始動時において、カムが静止状態から回転し始めたときに、カムのギア歯が「山」位置から「谷」位置もしくは「谷」位置から「山」位置に変化してバイアス磁界の方向が変わるまで、正確なギア歯の位置を検出することができない。従って、ギア歯の位置に基づいて行なわれる、点火すべき最初の１気筒の判別が不能となって、初回は未点火になる。
【０００５】
そこで、本出願人は、エンジンの始動時間を短縮できるように、ギア歯が停止している時からギア歯の位置を検出することが可能な回転検出装置について、特許文献１として開示している。
【０００６】
この回転検出装置は、図１６に示すように、２つのＭＲＥブリッジ６６、６９を備えている。これらのＭＲＥブリッジ６６、６９は、バイアス磁石６３の中心軸（バイアス磁界の磁気的中心）を対称軸として線対称に配置され、かつ、それぞれ２つのＭＲＥ６４、６５及びＭＲＥ６７、６８を直列接続することによって構成されている。直列接続される２つのＭＲＥ６４、６５及びＭＲＥ６７、６８は、検知軸がバイアス磁界の磁気的中心に対して４５度と−４５度の角度を成すように、すなわち互いに直交するハの字状になるように配置されている。これにより、バイアス磁界のベクトルの変化に対する、直列接続された２つのＭＲＥ６４、６５及びＭＲＥ６７、６８の中点電位の変化を大きくしている。
【０００７】
そのＭＲＥ６４、６５の中点電位がＭＲＥブリッジ６６の出力となり、ＭＲＥ６７、６８の中点電位がＭＲＥブリッジ６９の出力となる。ＭＲＥブリッジ６６とＭＲＥブリッジ６９の出力は、それぞれ差動増幅回路７０に入力される。差動増幅回路７０は、２つのＭＲＥブリッジ６６、６９の中点電位の差を増幅して出力する。
【０００８】
上述のように構成されるＭＲＥブリッジ６６、６９は、それぞれバイアス磁石６３が発生するバイアス磁界の磁気的中心からギア６２の回転方向にずらした位置に配置されている。これにより、ギア歯が「山」６２ａの位置にある場合と「谷」６２ｂの位置にある場合とで、それぞれのＭＲＥブリッジ６６、６９に作用するバイアス磁界の方向が変化する。このため、ギア歯の「山」６２ａの位置と「谷」６２ｂの位置で差動増幅回路７０から異なる出力値を得ることができ、ギア６２の静止状態からギア歯の位置を検出できる。
【０００９】
上記の回転検出装置では、ギア歯の形状が異なる場合、ギア６２とＭＲＥブリッジ６６、６９との距離（エアギャップ）に応じて、エアギャップ（ＡＧ）特性最小点が変動するという問題がある。ここで、ＡＧ特性最小点とは、ギア６２とＭＲＥブリッジ６６、６９とのエアギャップが変動した場合であっても、同じギア６２の角度に対して、差動増幅回路７０も同一の出力を発生するポイントをいう。なお、差動増幅回路７０の出力はバイアス磁界の振れ角に対応している。
【００１０】
ＡＧ特性最小点を一定に保つことがため、特許文献２として、本出願人はＭＲＥブリッジの出力信号に対して、複数段階の差動演算を行なって単一の差動出力Ｖｄを求める回転検出装置の出力調整方法を提案している。
【特許文献１】特開平１１−２３７２５６号公報
【特許文献２】特開２００３−２６９９９５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、磁気センサを集積回路上に正しく搭載することは難しく、ギアと磁気センサとの距離を設計値の通りにすることは非常に困難である。即ち、図１７（Ａ）、図１７（Ｂ）に示すようにギヤ６２に対して磁気センサ７４が検知軸Ｃ１方向（Ｙ方向）へずれる。図１７（Ｃ）、図１７（Ｄ）は、差動増幅回路７０の出力と、図１６中に示す差動増幅回路７０の出力を閾値と比較する比較回路７２との出力を示している。図１７（Ｃ）に示すように差動増幅回路７０の出力が閾値を越える際に比較回路７２からハイレベルが出力される。図１７（Ｄ）中には、図１７（Ａ）に示す近ギャップと、図１７（Ｂ）に示す遠ギャップとの場合の差動増幅回路７０の出力を示している。近ギャップと遠ギャップとで、比較回路７２からハイレベル波形が異なり、検出精度のバラツキになっている。
【００１２】
また、図１７（Ｅ）に示すように、磁気センサ７４のＭＲＥブリッジの対称軸Ｃ２が、検知軸Ｃ１から水平方向（Ｘ方向）にずれることもある。更に、図１７（Ｆ）に示すように磁気センサ７４のＭＲＥブリッジの対称軸Ｃ２が検知軸Ｃ１に対して回転（θ方向）することもあり、これらが測定誤差となる。ここで、エンジン制御においては、測定誤差が点火時期の誤差となるため、より正確な角度検出が求められている。
【００１３】
本発明は、上述した課題を解決するためになされたものであり、その目的とするところは、磁気センサの取り付け誤差によらず正確に回転を検出できる回転検出装置及び回転検出装置の出力調整方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記目的を達成するため、請求項１の発明に記載の回転検出装置は、外周面にギア歯１２ａが形成された回転体（ロータ）１２と、
前記回転体１２のギア歯１２ａに向けてバイアス磁界を発生するバイアス磁石１４と、  前記回転体１２に形成されたギア歯１２ａと前記バイアス磁石１４との間に配置され、前記バイアス磁石１４から前記ギア歯１２ａに向かうバイアス磁界の方向に応じて出力値が変化する磁気抵抗素子ブリッジ３１、３２、３３、３４を少なくとも４個備える磁気センサ（磁気センサ基板）３０と、
前記少なくとも４個の磁気抵抗素子ブリッジ３１、３２、３３、３４の出力信号Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３、Ｖ４を増幅又は当該出力信号を差動演算した出力を増幅して差動演算を行い、単一の差動出力Ｖｄを求める差動出力手段（差動増幅回路）５０とを備え、
前記差動出力手段５０での出力信号の増幅率α又は前記出力信号Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３、Ｖ４の差動演算した出力の増幅率αを調整可能にしたことを技術的特徴とする。
【００１５】
また、請求項７の回転検出装置の出力調整方法では、外周面にギア歯１２ａが形成された回転体１２と、
前記回転体１２のギア歯１２ａに向けてバイアス磁界を発生するバイアス磁石１４と、  前記回転体１２に形成されたギア歯１２ａと前記バイアス磁石１４との間に配置され、前記バイアス磁石１４から前記ギア歯１２ａに向かうバイアス磁界の方向に応じて出力値が変化する磁気抵抗素子ブリッジ３１、３２、３３、３４を少なくとも４個備える磁気センサ３０と、
前記少なくとも４個の磁気抵抗素子ブリッジ３１、３２、３３、３４の出力信号Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３、Ｖ４を差動演算した出力を増幅して更に差動演算を行い、単一の差動出力Ｖｄを求める差動出力手段５０であって、前記差動演算した出力の増幅率αを調整可能にした差動出力手段５０と、
前記差動出力手段５０からの差動出力を基準値と比較して二値化信号を出力する比較手段（コンパレータ）５６とを備え、前記回転体１２の回転角度を検出する回転検出装置１０の出力調整方法であって、
前記出力信号の差動演算した出力の増幅率αを調整することで、前記比較手段５６の二値化信号の反転タイミングを、前記ギア歯１２ａの片側のエッジに対して所望の回転角度の差θｃに設定することを技術的特徴とする。
【００１６】
また、請求項８の回転検出装置の出力調整方法では、
外周面にギア歯１２ａが形成された回転体１２と、
前記回転体１２のギア歯１２ａに向けてバイアス磁界を発生するバイアス磁石１４と、  前記回転体１２に形成されたギア歯１２ａと前記バイアス磁石１４との間に配置され、前記バイアス磁石１４から前記ギア歯１２ａに向かうバイアス磁界の方向に応じて出力値が変化する磁気抵抗素子ブリッジ３１、３２、３３、３４を少なくとも４個備える磁気センサ３０と、
前記少なくとも４個の磁気抵抗素子ブリッジ３１、３２、３３、３４の出力信号を差動演算した出力を増幅して更に差動演算を行い、単一の差動出力Ｖｄを求める差動出力手段５０であって、前記差動演算した出力の増幅率αを調整可能にした差動出力手段５０と、  前記差動出力手段５０からの差動出力Ｖｄを基準値と比較して二値化信号を出力する比較手段５６とを備え、前記回転体１２の回転角度を検出する回転検出装置１０の出力調整方法であって、
前記差動演算した出力の増幅率αを第１の値（α−β）に調整して、前記比較手段５６の二値化信号の反転タイミングと、前記ギア歯１２ａの片側のエッジとの回転角度の差を測定し（Ｓ１２４）、
前記差動演算した出力の増幅率αを第２の値（α＋β）に調整して、前記比較手段の二値化信号の反転タイミングと、前記ギア歯の片側のエッジとの回転角度の差を測定し（Ｓ１３０）、
前記増幅率を第１の値（α−β）に調整した際の回転角度の差と、前記増幅率を第２の値（α＋β）に調整した際の回転角度の差とに基づき前記増幅率を調整して、前記比較手段５６の二値化信号の反転タイミングを、前記ギア歯１２ａの片側のエッジに対して所望の回転角度の差に設定する（Ｓ１３４、Ｓ１３６）ことを技術的特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
請求項１では、差動出力手段５０での出力信号Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３、Ｖ４の増幅率α又は出力信号の差動演算した出力の増幅率αを調整することで、ギア歯１２ａを検出するタイミングを、ギア歯１２ａの片側のエッジに対して所望の回転角度の差θｃに設定することができる。このため、磁気センサ３０が回転体１２、ＩＣチップ２０、バイアス磁石１４に対して取り付け誤差があっても、回転体１２のギア歯１２ａを検出するタイミングをギア歯１２の片側のエッジに対して所望の回転角度の差θｃに設定することで、回転体１２の回転角度を正確に回転を検出することが可能になる。
【００１８】
請求項２では、少なくとも４個の磁気抵抗素子ブリッジ３１、３２、３３、３４から磁気センサ３０を構成し、かつ、この少なくとも４個の磁気抵抗素子ブリッジ３１、３２、３３、３４に関して、第１及び第２の磁気抵抗素子ブリッジ３１、３２をバイアス磁石１４の磁気的中心軸Ｃ２に対して線対称位置に配置し、第３及び第４の磁気抵抗素子ブリッジ３４、３５を第１及び第２の磁気抵抗素子ブリッジ３１、３２とバイアス磁石１４の磁気的中心軸Ｃ２との中間位置にそれぞれ配置し、これら第１から第４の磁気抵抗素子ブリッジ３１、３２、３３、３４の出力信号Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３、Ｖ４に対して、複数段階の差動演算を行なって単一の差動出力Ｖｄを求めることにより、この単一の差動出力Ｖｄは、回転体１２に形成されたギア歯１２ａの形状にかかわらず、ＡＧ特性最小点を一定に保つことが可能になる。
ここで、第１から第４の磁気抵抗素子ブリッジ３１、３２、３３、３４の出力値をそれぞれＶ１，Ｖ２，Ｖ３，Ｖ４としたとき、差動出力手段５０で差動出力Ｖｄを、Ｖｄ＝２（Ｖ３−Ｖ４）−α（Ｖ１−Ｖ２）との式によって算出する。このαの値を調整することで、ギア歯１２ａを検出するタイミングを、ギア歯１２ａの片側のエッジに対して所望の回転角度の差θｃに設定することができる。このため、磁気センサ３０が回転体１２ａに対して取り付け誤差があっても、回転体１２のギア歯１２ａを検出するタイミングをギア歯の片側のエッジに対して所望の回転角度の差θｃに設定することで、回転体１２の回転角度を正確に回転を検出することが可能になる。また、（Ｖ３−Ｖ４）を２倍に増幅するので、増幅率αの調整が容易である。
【００１９】
請求項３では、第１から第４の磁気抵抗素子ブリッジ３１、３２、３３、３４の出力値をそれぞれＶ１，Ｖ２，Ｖ３，Ｖ４としたとき、差動出力手段５０で差動出力Ｖｄを、Ｖｄ＝２（Ｖ４−Ｖ３）−α（Ｖ２−Ｖ１）との式によって算出する。このαの値を調整することで、ギア歯１２ａを検出するタイミングを、ギア歯１２ａの片側のエッジに対して所望の回転角度の差θｃに設定することができる。このため、磁気センサ３０が回転体１２に対して取り付け誤差があっても、回転体１２のギア歯１２ａを検出するタイミングをギア歯１２ａの片側のエッジに対して所望の回転角度の差θｃに設定することで、回転体の回転角度を正確に回転を検出することが可能になる。また、（Ｖ３−Ｖ４）を２倍に増幅するので、増幅率αの調整が容易である。
【００２０】
請求項４では、第１から第４の磁気抵抗素子ブリッジ３１、３２、３３、３４の出力値をそれぞれＶ１，Ｖ２，Ｖ３，Ｖ４としたとき、差動出力手段５０で差動出力Ｖｄを、Ｖｄ＝（Ｖ３−Ｖ４）−α（Ｖ１−Ｖ２）との式によって算出する。このαの値を調整することで、ギア歯１２ａを検出するタイミングを、ギア歯１２ａの片側のエッジに対して所望の回転角度の差θｃに設定することができる。このため、磁気センサ３０が回転体１２に対して取り付け誤差があっても、回転体１２のギア歯１２ａを検出するタイミングをギア歯１２ａの片側のエッジに対して所望の回転角度の差θｃに設定することで、回転体１２の回転角度を正確に回転を検出することが可能になる。
【００２１】
請求項５では、第１から第４の磁気抵抗素子ブリッジ３１、３２、３３、３４の出力値をそれぞれＶ１，Ｖ２，Ｖ３，Ｖ４としたとき、差動出力手段５０で差動出力Ｖｄを、Ｖｄ＝（Ｖ４−Ｖ３）−α（Ｖ２−Ｖ１）との式によって算出する。このαの値を調整することで、ギア歯を検出するタイミングを、ギア歯１２ａの片側のエッジに対して所望の回転角度の差θｃに設定することができる。このため、磁気センサ３０が回転体１２に対して取り付け誤差があっても、回転体１２のギア歯１２ａを検出するタイミングをギア歯１２の片側のエッジに対して所望の回転角度の差θｃに設定することで、回転体１２の回転角度を正確に回転を検出することが可能になる。
【００２２】
少なくとも４個の磁気抵抗素子ブリッジから磁気センサを構成する場合に、これらを共通の基板上に形成してＩＣチップとする場合が多い。そして、このＩＣチップは、銅等によって構成されるリードフレーム上に搭載されたのち、エポキシ系の熱硬化性樹脂により樹脂封止（モールド成形）される。この樹脂封止により、ＩＣチップには外部応力が印加される。すなわち、モールド成形のため１５０〜１６０℃に加熱された金型にリードフレームをセットすると、リードフレームはＩＣチップ（Ｓｉ）に比較して熱膨張係数が大きいため、リードフレームの膨張量がＩＣチップのそれよりも大きくなる。従って、モールド成形後に室温まで冷却されると、樹脂自身の収縮応力と型温によって膨張していたリードフレームの収縮応力がＩＣチップに印加される。
【００２３】
このＩＣチップに印加される外部応力は、ＩＣチップの部位によって異なり、一般的に、チップの中心から遠ざかるほど大きくなる。そして、この外部応力によってＩＣチップに形成された磁気抵抗素子ブリッジには磁歪効果、すなわち、飽和磁界や抵抗変化率等の磁気特性が変化する効果が発生する。
【００２４】
これに対し、請求項６に記載した磁気抵抗素子ブリッジ３１、３２、３３、３４によれば、第１と第２の素子部及び第３と第４の素子部は、マトリクス状配列においてそれぞれ異なる列に配置されるので、それぞれの列に異なる応力が印加されても、第１と第２の素子部への磁歪効果の影響の合計と、第３と第４の素子部への磁歪効果の影響の合計とを等しくすることができる。このため、第２の素子部と第３の素子部の間から取り出される中点電位に対する磁歪効果の影響が、第１及び第２の素子部と第３及び第４の素子部とでほぼ相殺できる。従って、請求項６に記載した磁気抵抗素子ブリッジは、磁歪効果の影響を除去し、作用する磁界の方向に正確に対応した出力信号を出力できる。
【００２５】
これは、請求項１〜５に記載したように、少なくとも４個の磁気抵抗素子ブリッジ３１、３２、３３、３４によって磁気センサを構成する場合、非常に有効となる。つまり、磁気抵抗素子ブリッジの数が増えるほど、ＩＣチップの中心から離れた位置に磁気抵抗素子ブリッジを配置せざるを得なくなり、その場合、各磁気抵抗素子ブリッジに対する磁歪効果は大きく相違することになる。このような状況で、各磁気抵抗素子ブリッジの出力信号の差動出力を求めても、その差動出力から正確な回転体の回転位置を検出することができない。それに対して、請求項６に記載の磁気センサによれば、各磁気抵抗素子ブリッジごとに、磁歪効果の影響を低減することができるため、各磁気抵抗素子ブリッジの出力信号の差動出力から回転体の回転位置を高精度に検出できる。
【００２６】
請求項７の回転検出装置の出力調整方法では、出力信号Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３、Ｖ４の差動演算した出力の増幅率αを調整することで、比較手段５６の二値化信号の反転タイミングを、ギア歯１２ａの片側のエッジに対して所望の回転角度の差θｃに設定する。このため、磁気センサ３０が回転体１２に対して取り付け誤差があっても、回転体１２のギア歯１２ａを検出する比較手段５６の二値化信号の反転タイミングをギア歯１２ａの片側のエッジに対して所望の回転角度の差θｃに設定することで、回転体１２の回転角度を正確に回転を検出することが可能になる。
【００２７】
請求項８の回転検出装置の出力調整方法では、出力信号Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３、Ｖ４の差動演算した出力の増幅率αを第１の値（α−β）に調整した際の回転角度の差と、増幅率を第２の値（α＋β）に調整した際の回転角度の差とに基づき、例えば、両回転角度の差を直線近似して増幅率の調整値を求め、この調整値に増幅率αを調整して、比較手段５６の二値化信号の反転タイミングを、ギア歯１２ａの片側のエッジに対して所望の回転角度の差に設定する。このため、磁気センサ３０が回転体１２に対して取り付け誤差があっても、回転体１２のギア歯１２ａを検出する比較手段５６の二値化信号の反転タイミングをギア歯１２ａの片側のエッジに対して所望の回転角度の差θｃに設定することで、回転体１２の回転角度を正確に回転を検出することが可能になる。
請求項８では、実測値に基づき調整値を求めるため、種々の誤差要因の影響を受けず、回転体１２の回転角度を正確に回転を検出することが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
以下、本発明を図に示す実施形態について説明する。
[第１実施形態]
図１は本実施形態による回転検出装置の概略の構成を示す構成図である。回転検出装置１０は、外周面にギア歯１２ａが形成された回転体（ロータ）１２、磁気センサとしての４個の磁気抵抗素子（ＭＲＥ）ブリッジが形成されたＩＣチップ２０及びバイアス磁石１４を備えている。ロータ１２は、その外周面がバイアス磁石１４に対向し、かつ、バイアス磁石１４の中心軸がロータ１２の回転軸に向くように配置されている。
【００２９】
バイアス磁石１４は中空形状に形成されており、バイアス磁石１４の中心軸がバイアス磁界の磁気的中心をなしている。そして、中空形状をなすバイアス磁石１４の端面のうちロータ１２に近い面がＮ極、遠い面がＳ極になるように着磁されている。なお、ロータ１２に近い面がＳ極、遠い面がＮ極となるように着磁しても良いことは言うまでもない。
【００３０】
ＩＣチップ２０は、共通の基板上に４個のＭＲＥブリッジを配置することによって構成される。なお、図示していないが、このＩＣチップ２０は、銅等のリードフレーム上に搭載され、エポキシ等の熱硬化性樹脂によってモールド成形される。
【００３１】
このＩＣチップ２０の詳細な構成を図２に示す。図２に示すように、ＩＣチップ２０を構成する磁気センサ基板３０上に４個のＭＲＥブリッジ３１、３２、３３、３４が形成されている。そして、磁気センサ基板３０の中心線（対称線）Ｃ２がバイアス磁石１４の中心軸に一致する位置において、ＩＣチップ２０はその一部が、中空状のバイアス磁石１４の内部空間に入り込むように配置されている。
【００３２】
ＭＲＥブリッジ３１とＭＲＥブリッジ３２とは、基板の中心線Ｃ２に対して線対称となる位置に形成されている。また、ＭＲＥブリッジ３３とＭＲＥブリッジ３４も基板の中心線Ｃ２に対して線対称となる位置に形成される。さらに、ＭＲＥブリッジ３３とＭＲＥブリッジ３４とは、それぞれ磁気センサ基板３０の中心線Ｃ２とＭＲＥブリッジ３１、３２の中心位置との丁度中間となる位置に形成されている。これにより、図２に示すように、ＭＲＥブリッジ３１とＭＲＥブリッジ３３との距離Ｌ１、ＭＲＥブリッジ３３と磁気センサ基板３０の中心線Ｃ２との距離Ｌ２、磁気センサ基板３０の中心線Ｃ２とＭＲＥブリッジ３４との距離Ｌ３及びＭＲＥブリッジ３４とＭＲＥブリッジ３２との距離Ｌ４はすべて等しくなる（Ｌ１＝Ｌ２＝Ｌ３＝Ｌ４）。
【００３３】
４個のＭＲＥブリッジ３１、３２、３３、３４はすべて同じように構成されているため、ＭＲＥブリッジ３１を例にとって、その詳細な構成を図３（Ａ）、（Ｂ）に基づいて説明する。
【００３４】
図３（Ａ）に示すように、ＭＲＥブリッジ３１は、４個のＭＲＥ２１、２２、２３、２４から構成される。それぞれのＭＲＥ２１、２２、２３、２４は、磁気抵抗の異方性効果を有する強磁性材料（Ｎｉ−Ｃｏ合金、Ｎｉ−Ｆｅ合金等）を、複数の長辺及び短辺を接続して櫛歯状に形成したものである。このため、各ＭＲＥ２１、２２、２３、２４においては、長辺における抵抗値変化が支配的となり、長辺が設けられた向きに沿って、各ＭＲＥ２１、２２、２３、２４の検知軸が設定される。なお、各ＭＲＥ２１、２２、２３、２４は、検知軸の向きが異なるが、その長辺、短辺の長さ、本数等は同様に構成されている。
【００３５】
４個のＭＲＥ２１、２２、２３、２４は、磁気センサ基板３０においてマトリクス状に配列されており、その各列のＭＲＥ（２１と２２は第１列、２３と２４が第２列）はバイアス磁石１４の磁界の磁気的中心と平行な向きに並べられ、かつ各行のＭＲＥ（２１と２３は第１行、２２と２４は第２行）はロータ１２の回転方向に沿って並べられている。また、ＭＲＥ２１とＭＲＥ２４とは、バイアス磁石１４の磁界の磁気的中心に対して略４５°の角度に検知軸を持ち、ＭＲＥ２２とＭＲＥ２３とは、その磁気的中心に対して略−４５°の角度に検知軸を持つ。従って、ＭＲＥ２１、２４の検知軸とＭＲＥ２２、２３の検知軸とは、互いに直交する向きとなっている。これにより、ＭＲＥブリッジ３１に作用する磁界の方向の変化に対して、ＭＲＥ２１、２４とＭＲＥ２２、２３とは、抵抗値の増減方向が異なることとなる。
【００３６】
上記した４個のＭＲＥ２１、２２、２３、２４は、図３（Ａ）、（Ｂ）に示すように、ＭＲＥ２１→ＭＲＥ２４→ＭＲＥ２２→ＭＲＥ２３の順番で、電源とアース間において直列接続されている。そして、ＭＲＥブリッジ３１の出力は、ＭＲＥ２４とＭＲＥ２２との間の中間電位Ｖ１として取り出される。なお、４個のＭＲＥ２１、２２、２３、２４の接続に関して、ＭＲＥ２３→ＭＲＥ２２→ＭＲＥ２４→ＭＲＥ２１の順番で電源とアース間に接続しても良い。
【００３７】
ＩＣチップ２０が熱硬化性樹脂によってリードフレームとともにモールド成形されることにより、ＩＣチップ２０の各部には外部応力が作用する。この外部応力は、一般的に磁気センサ基板３０の中心線Ｃ２から離れるほど大きくなる傾向があるとともに、磁気センサ基板３０の中心線Ｃ２からの距離が等しい部位ではほぼ同一の外部応力が作用するとみなすことができる。このため、ＭＲＥブリッジ３１の第１列に属するＭＲＥ２１とＭＲＥ２２とに作用する外部応力をσ１、第２列に属するＭＲＥ２４とＭＲＥ２３とに作用する外部応力をσ２とすると、これらの外部応力σ１，σ２による磁歪効果により、図３（Ｂ）に示すように、ＭＲＥ２１、２２にはＲσ１、ＭＲＥ２４、２３にはＲσ２という抵抗値変化が発生する。
【００３８】
従って、ＭＲＥ２１、２２、２３、２４の抵抗値をそれぞれＲ２２，Ｒ２４，Ｒ２２，Ｒ２３とし、ＭＲＥブリッジ３１に印加される電圧をＥとすると、ＭＲＥブリッジ３１の中点電位Ｖ１は下記の数式１によって表すことができる。
【００３９】
【数１】
2006113015.tif 000003
ここで、外部応力σ１と外部応力σ２とは異なるが、上記数式１に示すように、この２つの外部応力σ１，σ２の合計が分子、分母ともに含まれており、少なくとも各ＭＲＥ２１、２２、２３、２４の抵抗値Ｒ２２，Ｒ２４，Ｒ２２，Ｒ２３が等しくなった場合、外部応力σ１，σ２が中点電位Ｖ１に影響を与えることはない。
【００４０】
つまり、図３（Ａ）に示すＭＲＥブリッジ３１は、ＭＲＥ２１とＭＲＥ２４及びＭＲＥ２２とＭＲＥ２３とは、マトリクス状配列においてそれぞれ異なる列に配置されるので、それぞれの列に異なる外部応力σ１，σ２が印加されても、ＭＲＥ２１とＭＲＥ２４への磁歪効果の影響の合計と、ＭＲＥ２２とＭＲＥ２３への磁歪効果の影響の合計とを等しくすることができる。このため、ＭＲＥブリッジ３１の中点電位Ｖ１に対する各ＭＲＥ２１、２２、２３、２４における磁歪効果の影響が、ＭＲＥ２１、２２からなる素子部とＭＲＥ２２、２３からなる素子部とでほぼ相殺できる。従って、ＭＲＥブリッジ３１は、磁歪効果の影響を低減し、そこに作用するバイアス磁界の方向に対応した出力信号を高精度に出力できる。
【００４１】
特に、本実施形態においては、４個のＭＲＥブリッジ３１〜３４が磁気センサ基板３０上に形成されるものであるため、ＭＲＥブリッジ３１、３２などは、磁気センサ基板３０の中心線から離れた位置に配置せざるを得ない。このような場合でも、各ＭＲＥブリッジ３１〜３４ごとに、磁歪効果による抵抗値変化を低減できるため、各ＭＲＥブリッジ３１〜３４の出力信号の差動出力から、正確なロータ１２の回転位置を検出することができる。
【００４２】
図４は、差動増幅回路５０の原理構成を示す回路図である。差動増幅回路５０は、３個の差動増幅器５１、５２、５５及び増幅器５３、５４から構成され、各ＭＲＥブリッジ３１、３２、３３、３４から出力される出力信号（中間電位）Ｖ１，Ｖ３，Ｖ４，Ｖ２に対して、複数段階に渡って差動演算を行い（図示の例では２段階）、単一の差動出力Ｖｄを得るものである。出力信号Ｖ１及び出力信号Ｖ２は、差動増幅器５１で演算され、ゲインαが可変である増幅器５３で増幅され差動増幅器５５の一方の入力に加えられる。出力信号Ｖ３及び出力信号Ｖ４は、差動増幅器５２で演算され、ゲイン２の増幅器５４で増幅され差動増幅器５５の他方の入力に加えられる。図４に示す差動増幅回路５０における差動演算を数式２に示す。
【００４３】
【数２】
2006113015.tif 000004
なお、図７の差動増幅回路５０において、１段目の差動増幅を行なう差動増幅器５１、５２の反転入力端子と非反転入力端子とを入れ替えて、以下の数式３に示す差動演算を行なっても良い。
【００４４】
【数３】
2006113015.tif 000005
【００４５】
そして、差動増幅回路５０の差動演算（差動出力）Ｖｄがコンパレータ５６の信号入力端子Ｃｓへ加えられる。コンパレータ５６の基準電位端子Ｃｒには、差動出力Ｖｄを二値化するための基準電位が印加されている。
【００４６】
上記のように構成された回転検出装置１０において、ロータ１２に対して、ＩＣチップ２０及びバイアス磁石１４を配置する距離（エアギャップ）を変化させた時の、ロータ１２の回転に対する差動増幅回路５０の出力、すなわち、磁界の振れ角の関係を図５に示す。図２に示すように、エアギャップが大きくなるほど、ロータ１２に形成したギア歯の「山」、「谷」に対する磁界の振れ角が小さくなる。しかし、エアギャップが変動した場合であっても、同じロータ１２の回転角度に対して、差動増幅回路５０の出力が同じになる、つまり同じ磁界の振れ角となる点（ＡＧ特性最小点）が存在し、図５に示す例では、そのＡＧ特性最小点となる磁界の振れ角は約−２０度である。
【００４７】
ロータ１２は矢印Ｘの方向に回転するものであり、ＭＲＥブリッジ３１〜３４（磁気センサ基板３０）は磁界が右方向に振れたとき出力が増加し、左方向に振れたとき出力が減少するものとする。この場合において、ＭＲＥブリッジ３１〜３４（磁気センサ基板３０）が、ロータ１２のギア歯の「谷」に対向する位置にある場合（Ａ位置）には、バイアス磁石１４によって放出される磁力線Ｈは、ギア歯の「谷」に向かって真っ直ぐに進む。このため、差動出力Ｖｄもほぼ中間的な出力となる。
【００４８】
ロータ１２の回転により、ＭＲＥブリッジ３１〜３４（磁気センサ基板３０）がギア歯の「谷」から「山」に変化するリーディングエッジに対向する位置になると（Ｂ位置）、バイアス磁石１４からの磁力線Ｈは、ギア歯の「山」に引き寄せられるため、山の中心に向かうように右方向に湾曲する。Ｂ位置において、磁力線Ｈの右方向への湾曲度合い（磁界の振れ角）が最大になるため、差動出力Ｖｄも最大値を示す。
【００４９】
そして、ＭＲＥブリッジ３１〜３４（磁気センサ基板３０）がギア歯の「山」の中央に対向する位置となると（Ｃ位置）、バイアス磁石１４によって放出される磁力線Ｈは、ギア歯の「山」に向かって真っ直ぐに進む。このため、差動出力Ｖｄは、再びほぼ中間的な出力となる。そして、ＭＲＥブリッジ３１〜３４（磁気センサ基板３０）が、ギア歯の「山」から「谷」に変化するトレイリングエッジに対向する位置になると（Ｄ位置）、バイアス磁石１４からの磁力線Ｈは、ギア歯の「山」に引き寄せられるため、山の中心に向かうように左方向に湾曲する。Ｄ位置において、磁力線Ｈの左方向への湾曲度合いが最大になるため、差動出力Ｖｄも最小値を示す。
【００５０】
図４中に示すコンパレータ５６の基準電位入力Ｃｒには、差動増幅回路５０の差動出力Ｖｄが同じになる磁界の振れ角−２０度に相当する値が印加されている。そして、コンパレータ５６の信号入力Ｃｓに差動増幅回路５０の差動出力Ｖｄが加えられ、図５中に示す差動出力Ｖｄの変化に対して、ハイレベル・ローレベルの二値化信号を回転検出信号として出力する。ここでは、ギャップの大小によらずエアギャップ（ＡＧ）特性最小点が理想的には一定であるとして説明している。しかしながら、実際には、ギャップの大小により、即ち、図１７（Ａ）、図１７（Ｂ）、図１７（Ｃ）、図１７（Ｄ）を参照して上述した様に、エアギャップ（ＡＧ）特性最小点がずれ、回転検出精度が低下している。
【００５１】
引き続き、図１７（Ｅ）を参照して上述したように、ギヤ６２に対して磁気センサ（ＩＣチップ）２０が検知軸Ｃ１から水平方向（Ｘ方向）にずれた際の差動増幅回路５０の差動出力Ｖｄの変化について、図６（Ａ）のグラフを参照して説明する。図６（Ａ）で、縦軸には振れ角を、横軸にはロータ角度を取ってある。図中に実線、点線、一点鎖線で示すように、磁気センサ（ＩＣチップ）２０の検知軸Ｃ１から水平方向（Ｘ方向）へのずれ分だけ、ロータ角度に対して出力がずれてくる。このずれは、機械的なずれに電気的なずれも加わってくるため、便宜上メカエレ差を呼ぶ。
【００５２】
第１実施形態の回転検出装置では、上述した数３中のα（増幅率）を調整することで、図６（Ｂ）中に示すように上記メカエレ差を無くしている。即ち、後述するようにロータの山の片側（先に検出される側）のリーディングエッジに対して、一定のロータ角度となるように調整を行う。
【００５３】
図７（Ａ）は、特許文献２での４素子演算前の出力を示す模式図であり、図７（Ｂ）は、４素子演算後の出力を示す模式図である。
図７中では、図１７（Ｅ）を参照したギヤ６２に対して磁気センサ（ＩＣチップ）２０が検知軸Ｃ１から水平方向（Ｘ方向）にずれておらず、更に、ギャップの大小によらずエアギャップ（ＡＧ）特性最小点が一定であることを前提としてある。
【００５４】
図７中で、実線はギャップが０．５mmの際を、点線はギャップが１．０mmの際を、一点鎖線はギャップが１．５mmの際を示している。図７（Ａ）中には、２（Ｖ３−Ｖ４）の演算（２素子演算）を行った出力と、（Ｖ１−Ｖ２）の演算（２素子演算）を行った際の出力、即ち、４素子演算前の出力を示している。なお、出力は、直線で近似させた表してあるが、実際には高次の曲線として表される。ここで、実線（ギャップ０．５mm）と点線（ギャップ１．０mm）と一点鎖線（ギャップ１．５mm）との２（Ｖ３−Ｖ４）の演算出力と、（Ｖ１−Ｖ２）の演算出力との出力差分が等しいときには、図７（Ｂ）に示すように、特許文献２中に示されている２（Ｖ３−Ｖ４）−（Ｖ１−Ｖ２）演算出力が、エアギャップ（ＡＧ）特性最小点で一致する。しかしながら、実際にはギャップの大小によりエアギャップ（ＡＧ）特性最小点がずれる。
【００５５】
８（Ａ）は、第１実施形態での４素子演算前の出力を示す模式図であり、図８（Ｂ）は、４素子演算後の出力を示す模式図である。
図８中では、実際に即して検知軸Ｃ１から水平方向（Ｘ方向）にずれがあり、ギャップの大小によらずエアギャップ（ＡＧ）特性最小点が一定でないことを前提てしてある。図７と同様に実線はギャップが０．５mmの際を、点線はギャップが１．０mmの際を、一点鎖線はギャップが１．５mmの際を示している。
【００５６】
図８（Ａ）中で、２（Ｖ３−Ｖ４）の演算（２素子演算）を行った出力と、α（Ｖ１−Ｖ２）の演算（２素子演算）を行った際の出力、即ち、４素子演算前の出力を示している。即ち、第１実施形態では、（Ｖ１−Ｖ２）にゲイン（増幅率）αを掛けて、直線の勾配を修正してある。図８（Ｂ）は、２（Ｖ３−Ｖ４）−α（Ｖ１−Ｖ２）演算出力のαを調整することで、ロータの山の片側（先に検出される側）のリーディングエッジに対して、一定のロータ角度θｃとなるように調整できることを示している。即ち、磁気センサ基板３０の搭載位置がＹ方向、Ｘ方向へずれ、更に、回転した際にも、正確にロータ角度を検出することが可能となる。
【００５７】
なお、山の片側（先に検出される側）のリーディングエッジに対して調整することで、反対側（後に検出される側）のリーディングエッジに対する検出精度は低下するが（図６（Ｂ）参照）、第１実施形態では、山の片側（先に検出される側）のリーディングエッジに対する検出精度の要求されるクランク角度検出等に用いることで、反対側（後に検出される側）のリーディングエッジに対する検出精度の低下に関しては特に問題となることがない。
【００５８】
図９（Ａ）は、αの調整範囲を求めたシミュレーション結果を示すグラフである。実際の磁気センサ基板（ＩＣチップ２０）３０のＸ方向への搭載ずれ（±０．０７mm）、Ｙ方向等の角度精度バラツキ範囲（±０．１５）を想定し、Ｖ３−Ｖ４に２倍のゲインを与えることを前提とする。αは１±０．２５の範囲で変動させることで、図８（Ｂ）を参照して上述したように、リーディングエッジに対して、一定のロータ角度θｃとなるように調整できる。
【００５９】
引き続き、αの値を設定するための処理について、図１０のフローチャートを参照して説明する。
ここでは、磁気センサ基板３０がＩＣチップ２０の搭載された状態で測定、及び、αの値設定を行う。まず、補正ビットを仮設定する（Ｓ１１２）。例えば、補正ビット：αとして１を設定する。次に、ロータを回転させて（Ｓ１１４）、補正ビットαの際の誤差を測定し（Ｓ１１６）、測定した誤差Δαを保持する（Ｓ１１８）。そして、測定した簿差Δαが仕様範囲（仕様規格ＭＡＸ−仕様基準ＭＩＮの範囲内）かを判断する（Ｓ１２０）。ここで、仕様範囲内の際には（Ｓ１２０：Ｙｅｓ）、処理を終了する。
【００６０】
一方、仕様範囲外の場合には（Ｓ１２０：Ｎｏ）、補正ビットを仮設定する（Ｓ１２２）。例えば、補正ビット：α（１）−β（０．２）として０．８を設定する。次に、ロータを回転させて、補正ビットα−βの際の誤差を測定し（Ｓ１２４）、測定した誤差Δα−βを保持する（Ｓ１２６）。更に、第２の補正ビットを仮設定する（Ｓ１２８）。例えば、補正ビット：α（１）＋β（０．２）として１．２を設定する。次に、ロータを回転させて、補正ビットα＋βの際の誤差を測定し（Ｓ１３０）、測定した誤差Δα−βを保持する（Ｓ１３２）。
【００６１】
次に、補正ビットを演算により求める（Ｓ１３４）。ここでは、図９（Ｂ）に示すように、補正ビット：α（１）−β（０．２）の際に測定した誤差Δα−βと、補正ビット：α（１）＋β（０．２）の際に測定した誤差Δα＋βとの値から近似直線を求め、この近似曲線で、仕様範囲内のビット（補正ビット：例えば０．９２）を求める。求めた補正ビット０．９２をαの値に仮書き込み（Ｓ１３６）、Ｓ１１６、Ｓ１１８の処理で新たなαの値で測定を行い、仕様範囲に入っている場合には（Ｓ１２０：Ｙｅｓ）、ＩＣチップ２０のＲＯＭにαの値を書き込んで処理を終了し、仕様範囲外の場合には（Ｓ１２０：Ｙｅｓ）、更に処理を続ける。
【００６２】
第１実施形態では、補正ビットα−βと補正ビットα＋Ｂとの回転角度の差を直線近似して増幅率の調整値を求め、この調整値に増幅率を調整して、図４を参照して上述したコンパレータ５６の二値化信号の反転タイミングを、ギア歯１２ａの片側のエッジに対して所望の回転角度差θｃに設定する。このため、磁気センサ基板３０がロータ１２に対して取り付け誤差があっても、ロータ１２のギア歯１２ａを検出するコンパレータ５６の二値化信号の反転タイミングをギア歯の片側のエッジに対して所望の回転角度差θｃに設定することで、ロータ１２の回転角度を正確に回転を検出することが可能になる。また、第１実施形態では、実測値に基づき調整値を求めるため、種々の誤差要因の影響を受けず、ロータ１２の回転角度を正確に回転を検出することが可能になる。
【００６３】
図１１を参照して、第１実施形態の回転検出装置の信号処理回路の構成について説明する。
２個の差動増幅器から成る差動増幅回路８１Ａは、ＭＲＥブリッジ３３（図２参照）の中点電位Ｖ３とＭＲＥブリッジ３４の中点電位Ｖ４との差動演算２（Ｖ３−Ｖ４）を行う。なお、差動増幅回路８１Ａ中の差動増幅器は２倍のゲインを有している。同様に差動増幅回路８１Ｂは、ＭＲＥブリッジ３１の中点電位Ｖ１とＭＲＥブリッジ３２の中点電位Ｖ２との差動演算（Ｖ１−Ｖ２）を行う。なお、差動増幅回路８１Ｂ中の差動増幅器は１倍のゲインを有している。ゲイン調整回路８２は、差動増幅回路８１Ｂからの出力のゲイン調整を行う。即ち、差動演算（Ｖ１−Ｖ２）のゲインαの調整を行う。オフセット調整回路８３は、信号出力のオフセット調整を行う。この回路では、コンパレータ５６の基準電位側でなく信号出力をオフセットすることで、コンパレータ５６の二値化出力の反転タイミングを調整する。
【００６４】
温度特性補償回路８４は磁気センサ及び回路素子の温度補償を行う。差動増幅回路８５は、２（Ｖ３−Ｖ４）−α（Ｖ１−Ｖ２）の演算を行う。コンパレータ回路８６では、差動増幅回路８５が、差動演算２（Ｖ３−Ｖ４）−α（Ｖ１−Ｖ２）と、電源電圧を分圧抵抗で分圧した基準電位とを比較し２値化信号を出力する。
【００６５】
第１実施形態では、４個の磁気抵抗素子ブリッジ３１、３２、３３、３４から磁気センサ基板２０を構成し、かつ、４個の磁気抵抗素子ブリッジ３１、３２、３３、３４に関して、第１磁気抵抗素子ブリッジ３１、第２磁気抵抗素子ブリッジ３２をバイアス磁石１４の磁気的中心軸Ｃ２に対して線対称位置に配置し、第３磁気抵抗素子ブリッジ３３、第４磁気抵抗素子ブリッジ３４を第１磁気抵抗素子ブリッジ３１、第２磁気抵抗素子ブリッジ３２とバイアス磁石１４の磁気的中心軸Ｃ２との中間位置にそれぞれ配置し、これら第１から第４の磁気抵抗素子ブリッジ３１、３２、３３、３４の出力信号に対して、複数段階の差動増幅器５１、５２、５３で差動演算を行なって単一の差動出力を求めることにより、この単一の差動出力Ｖｄは、ロータ１２に形成されたギア歯１２ａの形状にかかわらず、ＡＧ特性最小点を一定範囲に保つことが可能になる。
【００６６】
ここで、第１から第４の磁気抵抗素子ブリッジ３１、３２、３３、３４の出力値Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３，Ｖ４から、差動増幅回路５０で差動出力Ｖｄを、Ｖｄ＝２（Ｖ３−Ｖ４）−α（Ｖ１−Ｖ２）との式によって算出する。このαの値を調整することで、ギア歯を検出するタイミングを、ギア歯１２ａの片側のエッジに対して所望の回転角度の差θｃに設定す。このため、磁気センサ基板３０がロータ１２、バイアス磁石１４、ＩＣチップ２０に対して取り付け誤差があっても、ロータのギア歯１２ａを検出するタイミングをギア歯の片側のエッジに対して所望の回転角度の差θｃに設定することで、ロータ１２の回転角度を正確に検出することが可能になる。また、（Ｖ３−Ｖ４）を２倍に増幅するので、増幅率αの調整が容易である。
【００６７】
[第２実施形態]
図１２を参照して、第２実施形態の回転検出装置の信号処理回路の構成について説明する。なお、第２実施形態で、第１実施形態と同様な磁気センサの構成に関しては説明を省略する。
図４を参照して上述したように、第１実施形態では、ＭＲＥブリッジ３３の中点電位Ｖ３とＭＲＥブリッジ３４の中点電位Ｖ４との差動演算を差動増幅器５２で行い、増幅器５４で２倍のゲインを加えた。これに対して、第２実施形態では、増幅器５４を廃止し、差動増幅器５２の出力にゲインを加えない。この構成でも第１実施形態と同様に、（Ｖ３−Ｖ４）−α（Ｖ１−Ｖ２）演算出力のαを調整することで、ロータの山の片側（先に検出される側）のリーディングエッジに対して、一定のロータ角度θｃとなるように調整できる。即ち、磁気センサ（ＩＣチップ）２０の搭載位置がＹ方向、Ｘ方向へずれ、更に、回転した際にも、正確にロータ角度を検出することが可能となる。
【００６８】
[第３実施形態]
図１３を参照して、第３実施形態の回転検出装置の信号処理回路の構成について説明する。第１実施形態では、差動増幅器５１の演算出力（Ｖ１−Ｖ２）に増幅器５３でαのゲインを加えた。これに対して、第３実施形態では、ＭＲＥブリッジ３１の中点電位Ｖ１とＭＲＥブリッジ３２の中点電位Ｖ２とに、それぞれ増幅器５３Ａ、４３Ｂでαのゲインを加えている。ゲインαを加えた中点電位Ｖ１、中点電位Ｖ２から差動増幅器５１にてα（Ｖ１−Ｖ２）演算出力を得て、これにより、差動増幅回路５０で（Ｖ３−Ｖ４）−α（Ｖ１−Ｖ２）演算出力を出力する。
【００６９】
この第３実施形態の信号処理回路でも、第１実施形態と同様に、（Ｖ３−Ｖ４）−α（Ｖ１−Ｖ２）演算出力のαを調整することで、ロータの山の片側（先に検出される側）のリーディングエッジに対して、一定のロータ角度θｃとなるように調整できる。
【００７０】
[第４実施形態]
図１４、図１５を参照して、第４実施形態の回転検出装置の信号処理回路の構成について説明する。第５実施形態では、図１５に示すように、ＩＣチップ２０は、共通の磁気センサ基板３０上に５個のＭＲＥブリッジ３３，５２，５３，５４、５５を配置することによって構成される。そして、磁気センサ基板３０の中心線Ｃ１がバイアス磁石１４の中心軸Ｃ２に一致する位置において、ＩＣチップ２０の一部が、中空状のバイアス磁石１４の内部空間に入り込むように配置されている点は図１及び図２に示したＩＣチップ２０と同様である。
【００７１】
図１５において、ＭＲＥブリッジ３１とＭＲＥブリッジ３２とは、基板の中心線Ｃ１に対して線対称となる位置に形成されている。また、ＭＲＥブリッジ３３とＭＲＥブリッジ３４も磁気センサ基板３０の中心線Ｃ１に対して線対称となる位置であって、それぞれ磁気センサ基板３０の中心線Ｃ１とＭＲＥブリッジ３１，３２の中心位置との丁度中間となる位置に形成されている。さらに、５番目のＭＲＥブリッジ３５は、磁気センサ基板３０の中心線と、自身の中心位置が一致するように形成されている。
【００７２】
これにより、図１５に示すように、各ＭＲＥブリッジ３１，５１，５４，５２，５３間の距離Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４はすべて等しくなる（Ｌ１＝Ｌ２＝Ｌ３＝Ｌ４）。
【００７３】
上記のように共通の磁気センサ基板３０上に形成されたＭＲＥブリッジ３１，３２，３３，３４、３５の各出力に対して、複数段階に渡って差動演算を行い単一の差動出力Ｖｄを得るための差動増幅回路５０の構成を図１４に示す。図１４において、差動増幅回路５０は、７個の差動増幅器５０１、５０２、５０３、５０４、５１，５２、５３から構成され、各ＭＲＥブリッジ３１，３２，３３、３４、３５から出力される出力信号（中間電位）Ｖ１，Ｖ３，Ｖ５，Ｖ４，Ｖ２に対して、３段階に渡って差動演算を行なうものである。図１２に示す差動増幅回路５０における差動演算を数式４に示す。
【００７４】
【数４】
2006113015.tif 000006
また、差動増幅回路５０において、３段目の差動増幅を行なう差動増幅器の反転入力端子と非反転入力端子とを入れ替えて、以下の数式５に示す差動演算を行なっても良い。
【００７５】
【数５】
2006113015.tif 000007
上述のような構成によっても、前述の第１実施形態と同様に、αを調整することで、ロータの回転角度を高精度に検出することができる。
【００７６】
なお、上記数式４を変形すると、Ｖ５の項は削除され、上述した数式２と同様の結果となる。また、上記数式５を変形すると、上述した数式３と同様の結果となる。すなわち、ＭＲＥブリッジの数は、４個でも５個でも結果は同一となるので、回転検出装置の構成を簡素化するために、第１の実施形態において説明したように、ＭＲＥブリッジの数は４個が望ましい。
【産業上の利用可能性】
【００７７】
上記実施形態では、バイアス磁石１４に中空形状のものを用いているが、中空形状ではない磁石、例えば円柱状のものや直方体のものを用いてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００７８】
【図１】第１実施形態に係る回転検出装置１０の概略の構成を示す構成図である。
【図２】ＩＣチップ２０の構成を示す構成図である。
【図３】図３（Ａ）はＩＣチップ２０に形成されたＭＲＥブリッジ３１の構成を示す構成図、図３（Ｂ）はＭＲＥブリッジ３１を構成する各ＭＲＥの接続状態を示す回路図である。
【図４】第１実施形態の差動増幅回路の原理構成を示す回路図である。
【図５】第１図に示す回転検出装置において、ロータ１２に対して、ＩＣチップ２０及びバイアス磁石１４を配置する距離（エアギャップ）変化させた時の、ロータ１２の回転に対する差動増幅回路５０の出力、すなわち、磁界の振れ角の関係を示すグラフである。
【図６】図６（Ａ）は、ギヤ６２に対して磁気センサ（ＩＣチップ）２０が検知軸Ｃ１から水平方向（Ｘ方向）にずれた際の差動増幅回路５０の差動出力Ｖｄの変化を示すグラフであり、図６（Ｂ）は、数３中のα（増幅率）を調整することでメカエレ差を無くしている状態を示すグラフである。
【図７】図７（Ａ）は、特許文献２での４素子演算前の出力を示す模式図であり、図７（Ｂ）は、４素子演算後の出力を示す模式図である。
【図８】図８（Ａ）は、第１実施形態での４素子演算前の出力を示す模式図であり、図８（Ｂ）は、４素子演算後の出力を示す模式図である。
【図９】図９（Ａ）は、αの調整範囲を求めたシミュレーション結果を示すグラフである。図９（Ｂ）は、αの値を設定するための処理を説明するグラフである。
【図１０】αの値を設定するための処理を示すフローチャートである。
【図１１】第１実施形態の回転検出装置の信号処理回路の構成を示す回路図である。
【図１２】第２実施形態の差動増幅回路の原理構成を示す回路図である。
【図１３】第３実施形態の差動増幅回路の原理構成を示す回路図である。
【図１４】第４実施形態の差動増幅回路の原理構成を示す回路図である。
【図１５】第４実施形態に係るＩＣチップ２０の構成を示す構成図である。
【図１６】従来技術に係る回転検出装置の概略の構成を示す構成図である。
【図１７】図１７（Ａ）、図１７（Ｂ）は、ギヤ６２に対して磁気センサ７４が検知軸Ｃ１方向（Ｙ方向）へずれる様子を示す模式図であり、図１７（Ｃ）、図１７（Ｄ）は、差動増幅回路７０の出力と比較回路７２との出力を示す波形図である。図１７（Ｅ）は、は、ギヤ６２に対して磁気センサ７４が検知軸Ｃ１から水平方向（Ｘ方向）にずれる様子を示す模式図であり、図１７（Ｆ）は、磁気センサ７４のＭＲＥブリッジの対称軸Ｃ２が検知軸Ｃ１に対して回転（θ方向）する様子を示す模式図である。
【符号の説明】
【００７９】
１０   回転検出装置
１２  ロータ
１４  バイアス磁石
２０  ＩＣチップ
２１、２２、２３、２４  ＭＲＥ
３０  基板
３１、３２、３３、３４   ＭＲＥブリッジ
５０  差動増幅回路
５６  コンパレータ
【図１】
2006113015.tif 000008
【図２】
2006113015.tif 000009
【図３】
2006113015.tif 000010
【図４】
2006113015.tif 000011
【図５】
2006113015.tif 000012
【図６】
2006113015.tif 000013
【図７】
2006113015.tif 000014
【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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