(57)【要約】【課題】  回転軸を貫通させた回転体にも適用できるとともに、回転体の絶対回転角を高分解能で検出できるようにする。【解決手段】  回転検出装置は、回転軸１０に取付けられた回転磁石２１，２２を有する。回転磁石２１は等間隔の第１磁気パターンを有し、回転磁石２２は、等間隔の第１ブロック２２ａと、前記第１ブロック２２ａとは異なる着磁角度で等間隔の第２ブロック２２ｂとからなる第２磁気パターンを有する。第１及び第２ブロック２２ａ，２２ｂの極数の合計と、第１磁気パターンの極数は等しい。第１磁気センサ３０を第１磁気パターンに対向させるとともに、第２及び第３磁気センサ４０，５０を９０度ずらして第２磁気パターンに対向させる。第１乃至第３磁気センサ３０，４０，５０は、位相が９０度異なる２つの検出信号をそれぞれ出力する。【選択図】  図１
2015094615.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
円形状又は環状に形成されて円周方向に沿ってＮ極とＳ極を交互に配置させた第１磁気パターンを有し、回転体に取付けられて前記回転体の回転に応じて回転する第１回転磁石と、
円形状又は環状に形成されて円周方向に沿ってＮ極とＳ極を交互に配置させた第２磁気パターンを有し、前記回転体に取付けられて前記回転体の回転に応じて前記第１回転磁石と共通の回転軸回りに回転する第２回転磁石と、
前記第１磁気パターンに対向して配置され、前記第１磁気パターンによる磁界の変化を検出して、前記第１磁気パターンの１極当たり１周期の位相の異なる２つの検出信号を出力する第１磁気センサと、
前記第２磁気パターンに対向して配置され、前記第２磁気パターンによる磁界の変化を検出して、前記第２磁気パターンの１極当たり１周期の位相の異なる２つの検出信号を出力する第２磁気センサと、
前記第２磁気パターンに対向するとともに、前記第２磁気センサから前記第２回転磁石の円周方向に９０度離れて配置され、前記第２磁気パターンによる磁界の変化を検出して、前記第２磁気パターンの１極当たり１周期の位相の異なる２つの検出信号を出力する第３磁気センサとを備えた回転検出装置であって、
前記第１磁気パターンは、第１着磁角度で均等にＮ極及びＳ極に交互に着磁されて、偶数である極数を有し、
前記第２磁気パターンは、前記第１着磁角度より小さな第２着磁角度で均等にＮ極及びＳ極に交互に着磁された第１ブロックと、前記第１着磁角度より大きな第３着磁角度で均等にＮ極及びＳ極に交互に着磁された第２ブロックとからなり、
前記第１ブロックの極数と前記第２ブロックの極数の和が前記第１磁気パターンの極数に等しく設定されており、
前記第１乃至第３着磁角度をそれぞれλ０，λ１，λ２とし、前記１磁気パターンの極数と、前記第２磁気パターンの第１及び第２ブロックの合計極数とをそれぞれｎとし、前記１ブロックの極数と前記第２ブロックの極数の差を２・ａとすると、
(ｎ＋２ａ−２)／(ｎ＋２・ａ)≦λ１／λ０＜１及び
１＜λ２／λ０≦(ｎ−２・ａ＋２) ／(ｎ−２・ａ)
の不等式を満たすようにした回転検出装置。
【請求項２】
前記第１磁気センサによって出力される２つの検出信号は位相が９０度又はほぼ９０度異なる正弦波状の信号であり、前記第２磁気センサによって出力される２つの検出信号は位相が９０度又はほぼ９０度異なる正弦波状の信号であり、かつ前記第３磁気センサによって出力される２つの検出信号は位相が９０度又はほぼ９０度異なる正弦波状の信号である請求項１に記載した回転検出装置。
【請求項３】
さらに、前記第１磁気センサによって出力される２つの検出信号、前記第２磁気センサによって出力される２つの検出信号、及び前記第３磁気センサによって出力される２つの検出信号を入力して、前記入力した検出信号を用いて前記回転体の回転角を演算する信号処理回路を備えた請求項１又は２に記載した回転検出装置。
【請求項４】
前記信号処理回路は、
前記第１磁気センサによって出力される２つの検出信号を逆正接演算して第１逆正接値を計算し、前記第２磁気センサによって出力される２つの検出信号を逆正接演算して第２逆正接値を計算し、かつ前記第３磁気センサによって出力される２つの検出信号を逆正接演算して第３逆正接値を計算する逆正接演算処理と、
前記第１逆正接値と前記第２逆正接値との位相差を第１位相差値として計算し、かつ前記第１逆正接値と前記第２逆正接値との位相差を第２位相差値として計算する位相差演算処理と、
前記第１位相差値と前記第２位相差値とを用いて前記回転体の回転角を導出する回転角導出演算処理とを実行する請求項３に記載した回転検出装置。
【請求項５】
前記信号処理回路は、さらに、前記計算された第１逆正接値を用いて、前記導出された回転角の内挿演算処理を実行する請求項４に記載した回転検出装置。
【請求項６】
前記１ブロックの極数と前記第２ブロックの極数の差が「２」であることを特徴とする請求項１乃至５のうちのいずれか一つに記載した回転検出装置。
【請求項７】
前記第１磁気センサ乃至第３磁気センサを、同一平面内で延設させた複数の磁気抵抗素子をブリッジ接続した第１ブリッジ回路と、同一平面内で延設させた複数の磁気抵抗素子をブリッジ接続した第２ブリッジ回路でそれぞれ構成し、
前記第１磁気センサの第１ブリッジ回路及び第２ブリッジ回路をそれぞれ構成する複数の磁気抵抗素子の感磁面を前記第１磁気パターンによる磁力線が進む平面内に配置し、前記第２磁気センサの第１ブリッジ回路及び第２ブリッジ回路をそれぞれ構成する複数の磁気抵抗素子の感磁面を前記第２磁気パターンによる磁力線が進む平面内に配置し、かつ前記第３磁気センサの第１ブリッジ回路及び第２ブリッジ回路をそれぞれ構成する複数の磁気抵抗素子の感磁面を前記第２磁気パターンによる磁力線が進む平面内に配置するようにした請求項１乃至６のうちのいずれか一つに記載した回転検出装置。
【請求項８】
前記第１ブリッジ回路を構成する複数の磁気抵抗素子の延設方向と、前記第２ブリッジ回路を構成する複数の磁気抵抗素子の延設方向とを、それぞれ４５度ずつ異ならせるようにした請求項７に記載した回転検出装置。
【請求項９】
前記第１磁気センサ乃至第３磁気センサのそれぞれにおいて、
前記第１ブリッジ回路を構成する複数の磁気抵抗素子と、前記第２ブリッジ回路を構成する複数の磁気抵抗素子とを重ねて配置し、
前記第１ブリッジ回路を構成する複数の磁気抵抗素子の重心位置が、前記第２ブリッジ回路を構成する複数の磁気抵抗素子の重心位置を通り、かつ前記第１ブリッジ回路を構成する複数の磁気抵抗素子が配置された平面に直交する直線上に位置するようにした請求項７又は８に記載した回転検出装置。
【請求項１０】
前記第１磁気センサ乃至第３磁気センサのそれぞれにおいて、
前記第１ブリッジ回路を構成する複数の磁気抵抗素子と、前記第２ブリッジ回路を構成する複数の磁気抵抗素子とを同一の平面内に配置し、
前記第１ブリッジ回路を構成する複数の磁気抵抗素子の重心位置と、前記第２ブリッジ回路を構成する複数の磁気抵抗素子の重心位置とを一致させるようにした請求項７又は８に記載した回転検出装置。
【請求項１１】
前記第１回転磁石及び前記第２回転磁石は、回転軸方向に２列に配置されるとともに外径又は内径を一致させており、
前記外径を一致させた第１及び第２回転磁石の外周面の外側又は前記内径を一致させた第１及び第２回転磁石の内周面の内側であって、前記第１回転磁石と前記第２回転磁石の境界位置に、円周方向に延設された平板状の基板を配置し、
前記第１磁気センサを前記基板の一方の面に固定して前記第１磁気パターンに対向させ、かつ
前記第２及び第３磁気センサを前記基板の他方の面に固定して前記第２磁気パターンに対向させるようにした請求項１乃至１０のうちのいずれか一つに記載した回転検出装置。
【請求項１２】
前記第１回転磁石及び前記第２回転磁石のうちの一方の回転磁石は円形又は環状に形成され、かつ前記第１回転磁石及び前記第２回転磁石のうちの他方の回転磁石は、前記一方の回転磁石の外径よりも大きな内径を有する環状に形成されていて、前記第１及び第２第２回転磁石は回転軸方向において一致した位置にて、径方向に２列に回転軸を同一にして配置されており、
前記第１及び第２回転磁石の回転軸方向の一方の面から離れた位置に、前記一方の面に対向するように、円周方向に延設された平板状の基板を配置し、
前記第１乃至第３磁気センサを前記基板の前記第１及び第２回転磁石に対向する面に固定して、前記第１磁気センサを前記第１磁気パターンに対向させ、かつ前記第２及び第３磁気センサを前記第２磁気パターンに対向させるようにした請求項１乃至１０のうちのいずれか一つに記載した回転検出装置。
【請求項１３】
前記第１磁気センサは、前記第１及び第２回転磁石の円周方向において、前記第２磁気センサと前記第３磁気センサの間に配置されている請求項１０又は１１に記載した回転検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転体の絶対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、回転体に永久磁石を設けるとともに、永久磁石による磁気パターンに磁気センサを対向させて配置して、磁気センサ出力を用いて回転体の回転角を検出することは知られている。例えば、下記特許文献１に示された回転検出装置は、ＳＶ−ＧＭＲ型磁気センサからなって位相が９０度ずれた一対の正弦波信号を出力する第１磁気センサを、回転体の回転軸と直交する回転面を回転軸回りに１８０度ずつ２極（Ｎ極及びＳ極）に着磁した第１磁気パターンに対向させて配置するとともに、磁気抵抗効果素子からなって位相が９０度ずれた正弦波信号を出力する第２磁気センサを、回転体の側面を円周方向回りに小さな所定角度ずつ多極に着磁した第２磁気パターンに対向させて配置している。そして、第１磁気センサの出力を逆正接演算処理することにより回転体の１回転当たり１周期で変化する鋸歯状波信号を得るとともに、第２磁気センサの出力を逆正接演算処理することにより回転体の１回転当たり多周期で変化する鋸歯状波信号を得て、２つの鋸歯状波信号を用いて内挿演算処理により回転体の絶対回転角を計算するようにしている。
【０００３】
下記特許文献２に示された回転検出装置は、ホール素子からなって位相が９０度ずれた一対の正弦波信号を出力する第１磁気センサを、回転体の側面を円周方向回りに小さな所定角度ずつ多極に着磁した第１磁気パターンに対向させて配置するとともに、ホール素子からなって位相が９０度ずれた正弦波信号を出力する第２磁気センサを、回転体の側面を円周方向回りに小さな所定角度ずつ第１磁気パターンとは極数を異ならせて多極に着磁した第２磁気パターンに対向させて配置している。そして、第１及び第２磁気センサの出力をそれぞれ逆正接演算処理することにより回転体の１回転当たり異なる数の多周期で変化する２つの鋸歯状波信号をそれぞれ得て、２つの鋸歯状波信号の差信号を計算することにより回転体の絶対回転角を計算するようにしている。すなわち、第１及び第２磁気センサからの信号周期をそれぞれａ周期及びｂ周期とすると、下記数１に示すバーニア演算により回転体の絶対回転角φを計算するようにしている。
【数１】
2015094615.tif 000003
【０００４】
この場合、第１及び第２磁気パターンは円周上に設けられているために、第１及び第２磁気パターンの極数は必ず偶数となる、すなわち前記値ａ，ｂは偶数となり、それらの差の最小値は±２となる。この回転検出装置の第１及び第２磁気センサはホール素子で構成されていて、第１及び第２磁気センサは２極（Ｎ極及びＳ極）で１対をなして１周期の信号を出力するので、前記最小値±２は半減されて最小値が±１となり、上記数１の演算（バーニア演算）が成立する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１２−２１５４１５号公報
【特許文献２】特開２００８−２６７８６７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記特許文献１に示された従来の回転検出装置においては、第１磁気センサは、回転体の中心軸の延長線上に配置されており、回転軸を貫通させるような構造の回転体装置には適用できないという問題がある。また、適用できたとしても、第１磁気センサを回転軸から離す必要があるために、回転角の誤差が大きくなる。また、上記特許文献２に示された従来の回転検出装置においては、第１及び第２磁気パターンは２極（Ｎ極及びＳ極）で１対をなして１周期の信号を出力するので、上記特許文献１の回転検出装置に比べて分解能が低下する。そして、上記特許文献１の回転検出装置による分解能と同等の分解能を達成するためには、第１及び第２磁気パターンの極数を上記特許文献１の第２磁気パターンの極数の２倍にする必要があるという問題がある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は前記問題に対処するためになされたもので、その目的は、回転軸を貫通させた回転体にも適用できるとともに、回転体の絶対回転角を高分解能すなわち高検出精度で検出できるように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は、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】
上記目的を達成するために、本発明の構成上の特徴は、円形状又は環状に形成されて円周方向に沿ってＮ極とＳ極を交互に配置させた第１磁気パターンを有し、回転体（１０，１１）に取付けられて回転体の回転に応じて回転する第１回転磁石（２１，２１Ａ）と、円形状又は環状に形成されて円周方向に沿ってＮ極とＳ極を交互に配置させた第２磁気パターンを有し、回転体に取付けられて回転体の回転に応じて第１回転磁石と共通の回転軸回りに回転する第２回転磁石（２２，２２Ａ）と、第１磁気パターンに対向して配置され、第１磁気パターンによる磁界の変化を検出して、第１磁気パターンの１極当たり１周期の位相の異なる２つの検出信号（Ａ０，Ｂ０）を出力する第１磁気センサ（３０，３０Ａ）と、第２磁気パターンに対向して配置され、第２磁気パターンによる磁界の変化を検出して、第２磁気パターンの１極当たり１周期の位相の異なる２つの検出信号（Ａ１，Ｂ１）を出力する第２磁気センサ（４０，４０Ａ）と、第２磁気パターンに対向するとともに、第２磁気センサから第２回転磁石の円周方向に９０度離れて配置され、第２磁気パターンによる磁界の変化を検出して、第２磁気パターンの１極当たり１周期の位相の異なる２つの検出信号（Ａ２，Ｂ２）を出力する第３磁気センサ（５０，５０Ａ）とを備えた回転検出装置であって、第１磁気パターンは、第１着磁角度で均等にＮ極及びＳ極に交互に着磁されて、偶数である極数を有し、第２磁気パターンは、第１着磁角度より小さな第２着磁角度で均等にＮ極及びＳ極に交互に着磁された第１ブロック（２２ａ）と、第１着磁角度より大きな第３着磁角度で均等にＮ極及びＳ極に交互に着磁された第２ブロック（２２ｂ）とからなり、第１ブロックの極数と第２ブロックの極数の和が第１磁気パターンの極数に等しく設定されており、第１乃至第３着磁角度をそれぞれλ０，λ１，λ２とし、第１磁気パターンの極数と、第２磁気パターンの第１及び第２ブロックの合計極数とをそれぞれｎとし、第１ブロックの極数と第２ブロックの極数の差を２・ａとすると、(ｎ＋２ａ−２)／(ｎ＋２・ａ)≦λ１／λ０＜１及び１＜λ２／λ０≦(ｎ−２・ａ＋２) ／(ｎ−２・ａ)の不等式を満たすようにしたことある。
【０００９】
この場合、例えば、第１磁気センサによって出力される２つの検出信号は位相が９０度又はほぼ９０度異なる正弦波状の信号であり、第２磁気センサによって出力される２つの検出信号は位相が９０度又はほぼ９０度異なる正弦波状の信号であり、かつ第３磁気センサによって出力される２つの検出信号は位相が９０度又はほぼ９０度異なる正弦波状の信号である。
【００１０】
前記のように構成した本発明においては、第１乃至第３磁気センサからの検出信号を信号処理回路に入力して演算処理すれば、後述するように、回転体の絶対回転角を計算することができる。この場合、第１磁気センサは、第１磁気パターンによる磁界の変化を検出して、第１磁気パターンの１極当たり１周期の位相の異なる２つの検出信号を出力し、第２及び第３磁気センサは、第２磁気パターンによる磁界の変化を検出して、第２磁気パターンの１極当たり１周期の位相の異なる２つの検出信号を出力する。したがって、上記特許文献２に示された回転検出装置に比べて、磁気パターンの極数を同じとするならば、２倍の分解能で絶対回転角を検出でき、回転体の絶対回転角を高い精度で検出できるようになる。また、前記構成の本発明では、第１乃至第３磁気センサは回転体の中心軸の延長線上には設けられていないので、回転軸を貫通させるような構造の回転体にも適用できる。なお、前記構成の回転検出装置は、もちろん回転軸を貫通させるような構造の回転体にも適用できるものであり、本発明は回転軸を貫通させない構造の回転体のみを適用対象とするものではない。
【００１１】
また、本発明の他の特徴は、さらに、第１磁気センサによって出力される２つの検出信号、第２磁気センサによって出力される２つの検出信号、及び第３磁気センサによって出力される２つの検出信号を入力して、前記入力した検出信号を用いて回転体の回転角を演算する信号処理回路（８０）を備えたことにある。
【００１２】
この場合、信号処理回路は、例えば、第１磁気センサによって出力される２つの検出信号を逆正接演算して第１逆正接値（θ０）を計算し、第２磁気センサによって出力される２つの検出信号を逆正接演算して第２逆正接値（θ１）を計算し、かつ第３磁気センサによって出力される２つの検出信号を逆正接演算して第３逆正接値（θ２）を計算する逆正接演算処理（Ｓ１４）と、第１逆正接値と第２逆正接値との位相差を第１位相差値（φ１）として計算し、かつ第１逆正接値と第２逆正接値との位相差を第２位相差値（φ２）として計算する位相差演算処理（Ｓ１６）と、第１位相差値と第２位相差値とを用いて回転体の回転角を導出する回転角導出演算処理（Ｓ１８〜Ｓ２８）とを実行する。なお、第１逆正接値と第２逆正接値との位相差を第１位相差値として計算する処理、及び第１逆正接値と第２逆正接値との位相差を第２位相差値として計算する処理は、それぞれバーニア演算処理である。
【００１３】
前記のように構成した本発明においては、第１乃至第３磁気センサの各２つの検出信号を用いることにより、共に回転体の１回転に対して、直線的に増加した後に折り返して直線的に減少するように変化する１周期の２つの位相差値（前記第１及び第２位相差値に対応）を得ることができる。そして、一方の位相差値が最小値及び最大値となる回転角度における他方の両位相差値は一致する。したがって、この一致する他方の両位相差値の値をＸとすれば、値Ｘ以上となる他方の位相差値の角度範囲では、一方の位相差値は最小値から最大値まで増加し（又は最大値から最小値まで減少し）、値Ｘ以下となる他方の位相差値の角度範囲では、一方の位相差は最大値から最小値まで減少する（又は最小値から最大値まで増加する）（図８，１４，１５参照）。そこで、一方の位相差値において、最大値以降の位相差値と最大値との差の絶対値を、最大値に加算するようにすれば、一方の位相差値が最大値まで変化する値と、最大値以降の前記加算値とを用いることにより、回転体の１回転に対する絶対回転角を計算して出力することができるようになる。
【００１４】
また、本発明の他の特徴は、前記信号処理回路は、さらに、前記計算された第１逆正接値を用いて、前記導出された回転角の内挿演算処理（Ｓ３０）を実行することにある。これによれば、回転体の絶対回転角を高分解能にすることができる。
【００１５】
また、本発明の他の特徴は、前記第１ブロックの極数と前記第２ブロックの極数の差が「２」であることにある。これによれば、回転体の３６０度の回転角に対して、第１及び第２ブロックの角度範囲を３６０度の半分である１８０度又は１８０度近くにすることができる。したがって、回転体の３６０度の回転角に対する角度誤差（すなわち電気角と機械角との差）を小さくすることができ、絶対回転角の精度が向上させることができる。さらに、第１及び第２ブロックの角度範囲を１８０度に近づけるに従って、前述した第１及び第２位相差値を広範囲に渡って変化させることができ、高い精度を保ったままで絶対回転角の分解能を高めることもできる。
【００１６】
また、本発明の他の特徴は、第１乃至第３磁気センサを、同一平面内で延設させた複数の磁気抵抗素子（３１ａ〜３１ｄ）をブリッジ接続した第１ブリッジ回路（３１，４１，５１）と、同一平面内で延設させた複数の磁気抵抗素子（３２ａ〜３２ｄ）をブリッジ接続した第２ブリッジ回路（３２，４２，５２）でそれぞれ構成し、第１磁気センサの第１ブリッジ回路及び第２ブリッジ回路をそれぞれ構成する複数の磁気抵抗素子の感磁面を第１磁気パターンによる磁力線が進む平面内に配置し、第２磁気センサの第１ブリッジ回路及び第２ブリッジ回路をそれぞれ構成する複数の磁気抵抗素子の感磁面を第２磁気パターンによる磁力線が進む平面内に配置し、かつ第３磁気センサの第１ブリッジ回路及び第２ブリッジ回路をそれぞれ構成する複数の磁気抵抗素子の感磁面を前記第２磁気パターンによる磁力線が進む平面内に配置するようにしたことにある。
【００１７】
この場合、例えば、第１ブリッジ回路を構成する複数の磁気抵抗素子の延設方向と、第２ブリッジ回路を構成する複数の磁気抵抗素子の延設方向とを、それぞれ４５度ずつ異ならせるようにする。
【００１８】
これによれば、第１乃至第３磁気センサは、複数の磁気抵抗素子からそれぞれなる第１及び第２ブリッジ回路により磁界の変化を検出して２つの検出信号をそれぞれ出力するので、各２つの検出精度が向上して、検出される回転体の絶対回転角が高精度となる。
【００１９】
また、本発明の他の特徴は、第１磁気センサ乃至第３磁気センサのそれぞれにおいて、第１ブリッジ回路を構成する複数の磁気抵抗素子と、第２ブリッジ回路を構成する複数の磁気抵抗素子とを重ねて配置し、第１ブリッジ回路を構成する複数の磁気抵抗素子の重心位置（Ｃ１）が、前記第２ブリッジ回路を構成する複数の磁気抵抗素子の重心位置（Ｃ２）を通り、かつ第２ブリッジ回路を構成する複数の磁気抵抗素子が配置された平面に直交する直線上に位置するようにしたことにある。これによれば、第１及び第２ブリッジ回路は、同じ大きさで変化する磁界の変化を検出するので、第１乃至第３磁気センサから出力される各２つの検出精度がさらに向上して、検出される回転体の絶対回転角がさらに高精度となる。
【００２０】
また、本発明の他の特徴は、第１乃至第３磁気センサのそれぞれにおいて、第１ブリッジ回路を構成する複数の磁気抵抗素子と、第２ブリッジ回路を構成する複数の磁気抵抗素子とを同一の平面内に配置し、第１ブリッジ回路を構成する複数の磁気抵抗素子の重心位置（Ｃ１）と、第２ブリッジ回路を構成する複数の磁気抵抗素子の重心位置（Ｃ２）とを一致させるようにしたことにある。
【００２１】
これによっても、前記場合と同様に、第１及び第２ブリッジ回路は、同じ大きさで変化する磁界の変化を検出するので、第１乃至第３磁気センサから出力される各２つの検出精度がさらに向上して、検出される回転体の絶対回転角がさらに高精度となる。また、第１ブリッジ回路を構成する複数の磁気抵抗素子と、第２ブリッジ回路を構成する複数の磁気抵抗素子とを同一の平面内に配置させているので、第１乃至第３磁気センサの製造工程において、第１及び第２ブリッジを一つの製造工程で同時に製造でき、第１乃至第３磁気センサを簡単かつ安価に製造できるようになる。
【００２２】
また、本発明の他の特徴は、第１回転磁石（２１）及び第２回転磁石（２２）は、回転軸方向に２列に配置されるとともに外径又は内径を一致させており、前記外径を一致させた第１及び第２回転磁石の外周面の外側又は前記内径を一致させた第１及び第２回転磁石の内周面の内側であって、第１回転磁石と第２回転磁石の境界位置に、円周方向に延設された平板状の基板を配置し、第１磁気センサ（３０）を基板の一方の面に固定して第１磁気パターンに対向させ、かつ第２及び第３磁気センサを基板の他方の面に固定して第２磁気パターンに対向させるようにしたことにある。これによれば、第１乃至第３磁気センサを一つの基板上に搭載させることができるので、回転検出装置の構造が簡単になる。
【００２３】
また、本発明の他の特徴は、第１回転磁石（２１Ａ）及び第２回転磁石（２１Ｂ）のうちの一方の回転磁石は円形又は環状に形成され、かつ第１回転磁石及び第２回転磁石のうちの他方の回転磁石は、一方の回転磁石の外径よりも大きな内径を有する環状に形成されていて、第１及び第２回転磁石は回転軸方向において一致した位置にて、径方向に２列に回転軸を同一にして配置されており、第１及び第２回転磁石の回転軸方向の一方の面から離れた位置に、前記一方の面に対向するように、円周方向に延設された平板状の基板を配置し、第１乃至第３磁気センサ（３０Ａ，４０Ａ，５０Ａ）を基板の第１及び第２回転磁石に対向する面に固定して、第１磁気センサを第１磁気パターンに対向させ、かつ第２及び第３磁気センサを第２磁気パターンに対向させるようにしたことにある。これによっても、第１乃至第３磁気センサを一つの基板上に搭載させることができるので、回転検出装置の構造が簡単になる。
【００２４】
また、本発明の他の特徴は、第１磁気センサは、第１及び第２回転磁石の円周方向において、第２磁気センサと第３磁気センサの間に配置されている。これによれば、基板の円周方向の延設角度を９０度よりも若干大きくするだけで、第１乃至第３磁気センサを基板に搭載できるので、基板を小型化できる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】（ａ）は回転検出装置の概略平面図であり、（ｂ）は回転検出装置の概略側面図であり、（ｃ）は回転検出装置の概略斜視図である。
【図２】（ａ）は回転磁石の着磁状態を説明するための説明図であり、（ｂ）は第１磁気パターンの平面展開図であり、（ｃ）は第２磁気パターンの平面展開図である。
【図３】（ａ）は磁気センサの第１フルブリッジ回路を説明するための磁気抵抗素子の配置図であり、（ｂ）は磁気センサの第２フルブリッジ回路を説明するための磁気抵抗素子の配置図であり、（ｃ）はブリッジ回路を構成する磁気抵抗素子を説明するための概略図であり、（ｄ）はフルブリッジ回路と回転磁石の配置を説明するための概略図であり、（ｅ）は第１及び第２フルブリッジ回路から出力される信号波形図である。
【図４】回転検出装置の電気回路のブロック図である。
【図５】図４の信号処理回路により実行されるプログラムを表すフローチャートである。
【図６】磁気センサから出力される検出信号の波形図である。
【図７】図６に示した検出信号から求めた逆正接角度の変化を示す波形図である。
【図８】図７の逆正接角度間の位相差を示すグラフである。
【図９】図８の位相差の変化から増加フラグを計算する処理を説明するためのグラフである。
【図１０】絶対回転角の計算を説明するとともに第１シミュレーション結果を示すグラフである。
【図１１】内挿演算処理を説明するための説明図である。
【図１２】絶対回転角の計算を理論的に説明するための説明図である。
【図１３】絶対回転角の計算を可能とする着磁角度の範囲を説明するための説明図である。
【図１４】第２シミュレーション結果を示すグラフである。
【図１５】第３シミュレーション結果を示すグラフである。
【図１６】第４シミュレーション結果を示すグラフである。
【図１７】第５シミュレーション結果を示すグラフである。
【図１８】第６シミュレーション結果を示すグラフである。
【図１９】第７乃至第９シミュレーション結果である絶対回転角の変化を示すグラフである。
【図２０】他のフルブリッジ回路を説明するための磁気抵抗素子の配置図である。
【図２１】ハーフブリッジ回路を説明するための磁気抵抗素子の配置図である。
【図２２】ブリッジ回路の他の配置例を説明するためのブリッジ回路と回転磁石の位置関係を示す概略図である。
【図２３】（ａ）は他の回転検出装置の概略上面図であり、（ｂ）は他の回転検出装置の概略側面図であり、（ｃ）は他の回転検出装置の概略下面図である。
【図２４】（ａ）（ｂ）は、磁気センサの他の配置例を示す回転検出装置の上面図及び下面図である。
【図２５】磁気センサの他の配置例を示す回転検出装置の下面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
ａ．実施形態
以下、本発明の一実施形態に係る回転検出装置の構成について図面を用いて説明する。図１（ａ）〜（ｃ）は、回転検出装置を概略的に表しており、特に回転磁石と磁気センサの位置関係を表している。図１（ａ）は平面図であり、図１（ｂ）は側面図であり、図１（ｃ）は斜視図である。なお、図１（ｃ）においては、基板６０を省略して示している。回転検出装置は、回転磁石２１，２２と、回転磁石２１，２２の回転を検出する第１乃至第３磁気センサ３０，４０，５０とを備えている。
【００２７】
回転磁石２１，２２は、環状に形成されていて、その内周面にて回転軸１０の外周面に固定されている。回転磁石２１，２２は、回転軸１０の軸線方向に２列に配置されていて、円周方向に沿って着磁された第１及び第２磁気パターンをそれぞれ有する。なお、以降の説明では、この回転軸１０の軸線方向を上下方向とする。第１磁気パターンは、円周方向に全周（３６０度）に渡って等間隔にＮ極とＳ極とを交互に着磁した着磁パターンである。第２磁気パターンは、円周方向に１８０度に渡って等間隔にＮ極とＳ極とを交互に着磁した着磁パターンである第１ブロック２２ａと、残りの１８０度に渡って等間隔にＮ極とＳ極とを交互に着磁した着磁パターンである第２ブロック２２ｂとからなる着磁パターンである。本実施形態では、第１磁気パターンにおけるＮ極とＳ極とを合計した極数ｎは「１６」である。また、第１ブロックにおけるＮ極とＳ極とを合計した極数ｎ１は［９］であり、第２ブロック２２ｂにおけるＮ極とＳ極とを合計した極数ｎ２は「７」である。したがって、第１ブロック２２ａの円周方向の着磁幅と、第２ブロック２２ｂにおける円周方向の着磁幅とは異なる。
【００２８】
なお、本実施形態で、第１磁気パターン、第２磁気パターンの第１及び第２ブロック２２ａ，２２ｂにおける極数ｎ，ｎ１，ｎ２をそれぞれ「１６」、「９」、「７」としたが、詳しくは後述するように、第１磁気パターンの極数ｎ、第２磁気パターンの第１及び第２ブロック２２ａ，２２ｂの極数ｎ１，ｎ２の間には、次の関係があればよい。すなわち、第１磁気パターンにおいて、隣合う極は異なる極（Ｎ極及びＳ極）となるので、極数ｎは偶数であって、極数ｎ１と極数ｎ２との加算値ｎ１＋ｎ２に等しい。また、互いに隣合う第１ブロックの一端と第１ブロック２２ｂの一端との磁極（Ｎ，Ｓ極）は異なるとともに、互いに隣合う第１ブロックの他端と第２ブロック２２ｂの他端との磁極（Ｎ，Ｓ極）は異なるので、極数ｎ１，ｎ２は共に偶数であるか、又は共に奇数であり、極数ｎ１，ｎ２の差の絶対値｜ｎ１−ｎ２｜は「０」を含む２の倍数である。さらに、本実施形態では、説明を簡単にするために、第２磁気パターンの第１及び第２ブロック２２ａ，２２ｂの角度を共に１８０度としたが、これに関しても、詳しくは後述するように、第１及び第２ブロック２２ａ，２２ｂの角度の合計が３６０度であれば、第１及び第２ブロック２２ａ，２２ｂの角度は１８０度でなくてもよい。
【００２９】
この着磁パターンについて、図２を用いて説明する。着磁パターンは、図２（ａ）に示すように、回転磁石２１，２２の中心から径方向に所定の着磁角度λをもって着磁されている。第１磁気パターンにおいては、着磁パターンの外周面を横方向に延ばした図２（ｂ）の平面展開図に示すように、着磁角度λ０（本実施形態では３６０／１６＝２２．５度）で全周に渡って等分に着磁されている。第２磁気パターンにおいては、図２（ｂ）と同様な図２（ｃ）の平面展開図に示すように、第１ブロック２２ａでは着磁角度λ１（本実施形態では１８０／９＝２０度）で等分に着磁され、第２ブロック２２ｂでは着磁角度λ２（本実施形態では１８０／７＝２５．７１度）で等分に着磁されている。なお、着磁角度λ０，λ１，λ２は、λ１＜λ０＜λ２の関係にある。
【００３０】
なお、回転磁石２１，２２は、一体である磁性体に第１磁気パターン及び第２磁気パターンを磁化するようにしてもよいし、第１磁気パターン及び第２磁気パターンをそれぞれ磁化した２つ磁性体を張り合わせて構成してもよい。また、前記例では、環状の回転磁石２１，２２を回転軸１０の外周面上に固定するようにしたが、回転磁石２１，２２を円形状に構成して、回転磁石２１，２２の上面及び／又は下面に回転軸１０を固定するようにしてもよい。
【００３１】
第１磁気センサ３０は、基板６０の上面に固定されて、回転磁石２１の上下方向の中間位置にて径方向外側に配置されている。第２及び第３磁気センサ４０，５０は、基板６０の下面に固定されて、回転磁石２２の上下方向の中間位置にて径方向外側に配置されている。第１乃至第３磁気センサ３０，４０，５０の回転磁石２１，２２の中心からの径方向距離は全て同じである。第２及び第３磁気センサ４０，５０の円周方向位置は、回転磁石２２の中心回りに９０度互いに異なる。第１磁気センサ３０の円周方向位置は、回転磁石２１の中心回りのいずれの位置でもよいが、基板６０の面積を小さくするために、円周方向において第２及び第３磁気センサ４０，５０との間である。基板６０は、平板状に構成されて、回転磁石２１，２２の外側位置にて、９０度よりも若干大きな角度だけ円周方向に延設されていて、図示しない部材に固定されており、後述する電気回路を配置させている。
【００３２】
第１乃至第３磁気センサ３０，４０，５０は、１磁極を１周期として、互いに９０度の位相差をもった一対の正弦波信号（正弦波信号及び余弦波信号）をそれぞれ出力する（図６（ａ）〜（ｃ）参照）。これらの第１乃至第３磁気センサ３０，４０，５０の具体的構成について、図３を用いて説明する。第１磁気センサ３０は、第１及び第２フルブリッジ回路３１，３２を有する。
【００３３】
第１フルブリッジ回路３１は、図３（ａ）に示すように、強磁性層で形成された４個の異方性磁気抵抗効果素子３１ａ，３１ｂ，３１ｃ，３１ｄからなる。異方性磁気抵抗効果素子３１ａ，３１ｃは、図３（ｄ）に太線で示すように、回転磁石２１の回転面に平行な面内にて、回転磁石２１の磁気センサ３０と近接する外周面位置の接線方向に対して４５度傾いた方向に延設されている。異方性磁気抵抗効果素子３１ｂ，３１ｄは、図３（ｄ）に太線で示すように、回転磁石２１の回転面に平行な面内にて、異方性磁気抵抗効果素子３１ａ，３１ｃと直交する方向に延設されている。これらの異方性磁気抵抗効果素子３１ａ，３１ｃ及び異方性磁気抵抗効果素子３１ｂ，３１ｄの延設方向は必ずしも前記方向でなくてもよいが、異方性磁気抵抗効果素子３１ａ，３１ｃの延設方向と異方性磁気抵抗効果素子３１ｂ，３１ｄの延設方向とは９０度の角度を成す。
【００３４】
これらの異方性磁気抵抗効果素子３１ａ，３１ｂ，３１ｃ，３１ｄは、前記延設方向以外は同様に構成されている。具体的には、異方性磁気抵抗効果素子３１ａ，３１ｂ，３１ｃ，３１ｄは、図３（ｃ）に示すように、細く形成した長尺状かつ薄肉の前記強磁性層膜を折り返して延設させて構成されており、異方性磁気抵抗効果素子３１ａ，３１ｂ，３１ｃ，３１ｄの前記延設方向はこの強磁性層膜の延設方向である。本明細書では、４個の異方性磁気抵抗効果素子３１ａ，３１ｂ，３１ｃ，３１ｄの強磁性層の延設面を磁気センサ（異方性磁気抵抗効果素子）の感磁面という。
【００３５】
このように構成された異方性磁気抵抗効果素子３１ａ，３１ｂ，３１ｃ，３１ｄにおいては、異方性磁気抵抗効果素子３１ａ，３１ｂが直列に接続されるとともに、それらの両端に電圧Ｖccが印加されて、それらの接続点の電圧が電圧信号Ｖ1aとして取出される。また、異方性磁気抵抗効果素子３１ｄ，３１ｃが直列に接続されるとともに、それらの両端に電圧Ｖccが印加されて、それらの接続点の電圧が電圧信号Ｖ2aとして取出される。そして、これらの電圧信号Ｖ1a，Ｖ2aは、後述する電気回路内の差動増幅器３３により減算されて検出信号Ａ０（＝Ｖ1a−Ｖ2a）として出力される（図４参照）。
【００３６】
この検出信号Ａ０について、磁界の方向を矢印で示した図３（ｄ）を用いて説明する。第１フルブリッジ回路３１の異方性磁気抵抗効果素子３１ａ，３１ｂ，３１ｃ，３１ｄの延設面内の重心位置Ｃ１が回転磁石２１の１極分の位置ａから位置ｅまで等間隔ずつ位置ａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅの順に移動したことを想定する。この場合、位置ａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅは、磁気パターンの１極を１ピッチ（Ｐ）としたとき、位置ａからの距離Ｐ／４，Ｐ／２，３Ｐ／４，４Ｐ／４だけ離れた位置を表す。位置ｂでは、異方性磁気抵抗効果素子３１ａ，３１ｃの抵抗値が最小かつ異方性磁気抵抗効果素子３１ｂ，３１ｄの抵抗値が最大であるので、検出信号Ａ０は最大（正）となる。位置ｄでは、異方性磁気抵抗効果素子３１ｂ，３１ｄの抵抗値が最小かつ異方性磁気抵抗効果素子３１ａ，３１ｃの抵抗値が最大であるので、検出信号Ａ０は最小（負）となる。位置ａ，ｃ，ｅでは、異方性磁気抵抗効果素子３１ａ，３１ｂ，３１ｃ，３１ｄの抵抗値がそれぞれ等しくなり、検出信号Ａ０は「０」となる。その結果、検出信号Ａ０は、図３（ｅ）に太い実線で示すように、１極分を３６０度して正弦波状に変化する。なお、異方性磁気抵抗効果素子３１ａ，３１ｄと、異方性磁気抵抗効果素子３１ｂ，３１ｃの回転磁石２１に対する径方向位置の相違による誤差は、前記電圧信号Ｖ1a，Ｖ2aの減算により打ち消されて、高い検出精度となる。
【００３７】
第２フルブリッジ回路３２も、図３（ｂ）に示すように、４個の異方性磁気抵抗効果素子３２ａ，３２ｂ，３２ｃ，３２ｄからなる。そして、異方性磁気抵抗効果素子３２ａ，３２ｂ，３２ｃ，３２ｄは、回転磁石２１の回転面に平行な面内にて異方性磁気抵抗効果素子３１ａ，３１ｂ，３１ｃ，３１ｄと同一位置にて、絶縁膜を挟んで重ねられて磁気センサ３１と多層に構成されている。すなわち、異方性磁気抵抗効果素子３１ａ，３１ｂ，３１ｃ，３１ｄの延設平面内における重心位置Ｃ１と、異方性磁気抵抗効果素子３２ａ，３２ｂ，３２ｃ，３２ｄの延設平面内における重心位置Ｃ２が、感磁面に直交する同一直線上にある。異方性磁気抵抗効果素子３２ａ，３２ｂ，３２ｃ，３２ｄは、異方性磁気抵抗効果素子３１ａ，３１ｂ，３１ｃ，３１ｄと同様に構成されているが、異方性磁気抵抗効果素子３２ａ，３２ｂ，３２ｃ，３２ｄの各延設方向は、異方性磁気抵抗効果素子３１ａ，３１ｂ，３１ｃ，３１ｄの各延設方向を４５度だけ回転させた方向である。
【００３８】
このように構成された異方性磁気抵抗効果素子３２ａ，３２ｂ，３２ｃ，３２ｄにおいては、異方性磁気抵抗効果素子３２ａ，３２ｂが直列に接続されるとともに、それらの両端に電圧Ｖccが印加されて、それらの接続点の電圧が電圧信号Ｖ1bとして取出される。また、異方性磁気抵抗効果素子３２ｄ，３２ｃが直列に接続されるとともに、それらの両端に電圧Ｖccが印加されて、それらの接続点の電圧が電圧信号Ｖ2bとして取出される。そして、これらの電圧信号Ｖ1b，Ｖ2bは、後述する電気回路内の差動増幅器３４により減算されて検出信号Ｂ０（＝Ｖ1b−Ｖ2b）として出力される（図４参照）。
【００３９】
この場合、異方性磁気抵抗効果素子３２ａ，３２ｂ，３２ｃ，３２ｄの重心位置Ｃ２が回転磁石２１の１極分の位置ａから位置ｅまで等間隔ずつ位置ａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅの順に移動すると、位置ａ，ｅでは、異方性磁気抵抗効果素子３２ａ，３２ｃの抵抗値が最小かつ異方性磁気抵抗効果素子３２ｂ，３２ｄの抵抗値が最大であるので、検出信号Ｂ０は最大（正）となる。位置ｃでは、異方性磁気抵抗効果素子３２ｂ，３２ｄの抵抗値が最小かつ異方性磁気抵抗効果素子３２ａ，３２ｃの抵抗値が最大であるので、検出信号Ｂ０は最小（負）となる。位置ｂ，ｄでは、異方性磁気抵抗効果素子３２ａ，３２ｂ，３２ｃ，３２ｄの抵抗値がそれぞれ等しくなり、検出信号Ｂ０は「０」となる。その結果、検出信号Ｂ０は、図３（ｅ）に細い実線で示すように、余弦波状（すなわち検出信号Ａ０に対して位相遅れが９０度である正弦波状）に変化する。なお、この場合も、異方性磁気抵抗効果素子３２ａ，３２ｄと、異方性磁気抵抗効果素子３２ｂ，３２ｃの回転磁石２１に対する径方向位置の相違による誤差は、前記電圧信号Ｖ1b，Ｖ2bの減算により打ち消されて、高い検出精度となる。
【００４０】
このように、第１磁気センサ３０は、第１及び第２フルブリッジ回路３１，３２により、第１磁気パターンにおける１極（Ｎ極又はＳ極）で１周期の相互に９０度位相をもった正弦波状の検出信号Ａ０，Ｂ０（正弦波信号Ａ０及び余弦波信号Ｂ０）を出力する。そして、図６（ａ）に示すように、回転磁石２１の１回転あたり、１６周期の同一周期の検出信号Ａ０，Ｂ０が第１磁気センサ３０から出力されることになる。この場合、第１フルブリッジ回路３１（異方性磁気抵抗効果素子３１ａ，３１ｂ，３１ｃ，３１ｄ）の重心位置Ｃ１と、第２フルブリッジ回路３２（異方性磁気抵抗効果素子３２ａ，３２ｂ，３２ｃ，３２ｄ）の重心位置Ｃ２は、第１及び第２フルブリッジ回路３１，３２の感磁面に対して直交する同一直線上にあるので、第１及び第２フルブリッジ回路３１，３２は同じ大きさで変化する磁界の変化を検出し、検出信号Ａ０，Ｂ０の振幅が一致する。
【００４１】
第２磁気センサ４０も、第１磁気センサ３０の第１及び第２フルブリッジ回路３１，３２と同様な、第１及び第２フルブリッジ回路４１，４２を有する。そして、第１フルブリッジ回路４１からの電圧信号Ｖ1a,Ｖ2aも電気回路内の差動増幅器４３により減算されて正弦波状の検出信号Ａ１として取出されるとともに、第２フルブリッジ回路４２からの電圧信号Ｖ1b,Ｖ2bも電気回路内の差動増幅器４４により減算されて検出信号Ａ１と９０度位相が異なる正弦波状（すなわち余弦波状）の検出信号Ｂ１として取出される（図４参照）。したがって、第２磁気センサ４０は、第２磁気パターンにおける１極（Ｎ極又はＳ極）で１周期の相互に９０度位相をもった検出信号Ａ１，Ｂ１（正弦波信号Ａ１及び余弦波信号Ｂ１）を出力する。ただし、第２磁気パターンは、９極の磁気パターンからなる第１ブロック２２ａと、７極の磁気パターンからなる第２ブロック２２ｂとからなるので、図６（ｂ）に示すように、回転磁石２２の１回転当たり、第１ブロック２２ａに対応した９周期の同一周期の検出信号Ａ１，Ｂ１と、第２ブロック２２ｂに対応した７周期の同一周期の検出信号Ａ１，Ｂ１が第２磁気センサ４０から出力されることになる。
【００４２】
第３磁気センサ５０も、第１磁気センサ３０の第１及び第２フルブリッジ回路３１，３２と同様な、第１及び第２フルブリッジ回路５１，５２を有する。そして、第１フルブリッジ回路５１からの電圧信号Ｖ1a,Ｖ2aも電気回路内の差動増幅器５３によりに減算されて検出信号Ａ２として取出されるとともに、第２フルブリッジ回路５２からの電圧信号Ｖ1b,Ｖ2bも電気回路内の差動増幅器５４により減算されて検出信号Ａ２と９０度位相が異なる正弦波状（すなわち余弦波状）の検出信号Ｂ２として取出される（図４参照）。したがって、第３磁気センサ５０も、第１及び第２フルブリッジ回路５１，５２と後述する電気回路内の減算との協働により、第２磁気パターンにおける１極（Ｎ極又はＳ極）で１周期の相互に９０度位相をもった検出信号Ａ２，Ｂ２（正弦波信号Ａ２及び余弦波信号Ｂ２）を出力する。ただし、この場合も、第２磁気パターンは、９極の磁気パターンからなる第１ブロック２２ａと、７極の磁気パターンからなる第２ブロック２２ｂとからなるので、図６（ｃ）に示すように、回転磁石２２の１回転当たり、第１ブロック２２ａに対応した９周期の同一周期の検出信号Ａ２，Ｂ２と、第２ブロック２２ｂに対応した７周期の同一周期の検出信号Ａ２，Ｂ２が第２磁気センサ４０から出力されることになる。また、第２磁気センサ４０と第３磁気センサ５０とは９０度の角度差をもって配置されているので、検出信号Ａ２，Ｂ２の周期の変化点は、検出信号Ａ２，Ｂ２の周期の変化点に対して、回転磁石２２の１回転当たり９０度だけ異なる。
【００４３】
次に、基板６０に配置された電気回路について、図４を用いて説明する。第１フルブリッジ回路３１からの電圧信号Ｖ1a，Ｖ2aは差動増幅器３３の非反転入力及び反転入力にそれぞれ供給される。差動増幅器３３は、電圧信号Ｖ1aから電圧信号Ｖ2aを減算して検出信号Ａ０として出力する。第２フルブリッジ回路３２から出力される電圧信号Ｖ１b，Ｖ2bは、差動増幅器３４の非反転入力及び反転入力にそれぞれ供給される。差動増幅器３４は、電圧信号Ｖ1bから電圧信号Ｖ2bを減算して検出信号Ｂ０として出力する。したがって、第１磁気センサ３０は、第１及び第２フルブリッジ回路３１，３２と、差動増幅器３３，３４とにより構成され、前述した相互に９０度位相をもった正弦波状の検出信号Ａ０，Ｂ０（正弦波信号Ａ０及び余弦波信号Ｂ０）を出力する（図６（ａ）参照）。
【００４４】
第２磁気センサ４０も、第１磁気センサ３０と同様に、第１及び第２フルブリッジ回路４１，４２と、差動増幅器４３，４４とにより構成され、前述した相互に９０度位相をもった正弦波状の検出信号Ａ１，Ｂ１（正弦波信号Ａ１及び余弦波信号Ｂ１）を出力する。第３磁気センサ５０も、第１磁気センサ３０と同様に、第１及び第２フルブリッジ回路５１，５２と、差動増幅器５３，５４とにより構成され、前述した相互に９０度位相をもった正弦波状の検出信号Ａ２，Ｂ２（正弦波信号Ａ２及び余弦波信号Ｂ２）を出力する。
【００４５】
第１乃至第３磁気センサ３０，４０，５０には、Ａ／Ｄ変換器７０が接続されている。Ａ／Ｄ変換器７０は、第１乃至第３磁気センサ３０，４０，５０からの検出信号Ａ０，Ｂ０，Ａ１，Ｂ１，Ａ２，Ｂ２をそれぞれＡ／Ｄ変換して信号処理回路８０に出力する。信号処理回路８０は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、記憶装置などからなるコンピュータ装置で構成されており、図５のフローチャートに対応したプログラムに従って演算処理を実行する。このプログラムの実行においては、バーニア演算処理を用いて、前記検出信号Ａ０，Ｂ０，Ａ１，Ｂ１，Ａ２，Ｂ２に対応したディジタル信号を信号処理して、回転軸１０の絶対回転角φ３を計算する。
【００４６】
次に、上記のように構成した回転検出装置の動作について説明する。回転軸１０すなわち回転磁石２１，２２を回転させると、第１磁気センサ３０から、回転磁石２１の０〜３６０度（第１磁気パターンに対応）の１回転当たり、周期の等しい１６周期の検出信号Ａ０，Ｂ０が出力される（図６（ａ）参照）。また、第２磁気センサ４０から、回転磁石２２の０〜１８０度（第１ブロック２２ａに対応）の半回転当たりで周期の等しい９周期の出力信号と、回転磁石２２の１８０〜３６０度（第２ブロック２２ｂに対応）の半回転当たりで周期の等しい７周期の出力信号とからなる検出信号Ａ１，Ｂ１が出力される（図６（ｂ）参照）。さらに、第３磁気センサ５０から、回転磁石２２の０〜９０，２７０〜３６０度（第１ブロック２２ａに対応）の半回転当たりで周期の等しい９周期の出力信号と、回転磁石２２の９０〜２７０度（第２ブロック２２ｂに対応）の半回転当たりで周期の等しい７周期の出力信号とからなる検出信号Ａ２，Ｂ２が出力される（図６（ｃ）参照）。
【００４７】
これらの検出信号Ａ０，Ｂ０，Ａ１，Ｂ１，Ａ２，Ｂ２は、Ａ／Ｄ変換器７０によってそれぞれディジタル信号に変換されて、信号処理回路８０に供給される。信号処理回路８０は、回転角の計測開始時に図５のステップＳ１０にプログラムの実行を開始し、その後、ステップＳ１２〜Ｓ３０からなる循環処理を実行する。ステップＳ１２においては、信号処理回路８０は、供給された検出信号Ａ０，Ｂ０，Ａ１，Ｂ１，Ａ２，Ｂ２の瞬時値をそれぞれ入力する。次に、信号処理回路８０は、ステップＳ１４にて、検出信号Ａ０，Ｂ０，Ａ１，Ｂ１，Ａ２，Ｂ２を用いた下記数２〜４の逆正接演算により、逆正接角度θ０，θ１，θ２を計算する。これらの逆正接角度θ０，θ１，θ２は、第１及び第２磁気パターンの１極を１周期とする鋸歯状波状に変化する。これらの逆正接角度θ０，θ１，θ２の変化を図７（ａ）〜（ｃ）にそれぞれ示す。
【数２】
2015094615.tif 000004
【数３】
2015094615.tif 000005
【数４】
2015094615.tif 000006
【００４８】
前記ステップＳ１４の処理後、信号処理回路８０は、ステップＳ１６にて、逆正接角度θ０，θ１，θ２を用いた下記数５，６の剰余演算により、逆正接角度θ０，θ１間の位相差φ１と、逆正接角度θ０，θ２の位相差φ２を計算する。
【数５】
2015094615.tif 000007
【数６】
2015094615.tif 000008
【００４９】
前記数５，６におけるｍｏｄ（ｘ，ｙ）の演算式は、ｘをｙで割ったときの余剰を求める余剰演算を表している。そして、前記数５，６の演算では、ｙを２πとしているので、位相差φ１，φ２はラジアン単位で０〜２πに渡って変化する。しかし、ｙは基本単位を表しているだけであるので、このｙは単に予め決められた定数とすればよい。例えば、このｙを２πに代えて３６０度とすれば、位相差φ１，φ２は０〜３６０度に渡って変化することになる。なお、これらのステップＳ１４，Ｓ１６の演算が、バーニア演算である。
【００５０】
これらの位相差φ１，φ２を、回転磁石２１，２２の回転角度（０〜３６０度）に対応させて図８に示す。この場合、位相差φ１は、第１ブロック２２ａ（０〜１８０度の範囲）では右上がりの直線となり、第２ブロック２２ｂ（１８０〜３６０度）では右下がりの直線となる。このことは、第２磁気センサ４０が第１ブロック２２ａに対向している状態では位相差φ１が右上がりの直線上を変化し、かつ第２磁気センサ４０が第２ブロック２２ｂに対向している状態では位相差φ１が右下がりの直線上を変化することを意味する。一方、位相差φ２は、位相差φ１よりも９０度位相が異なる。すなわち、位相差φ２は、第１ブロック２２ａの前半部分（０〜９０度）及び第２ブロック２２ｂの後半部分（２７０〜３６０度）では右上がりの直線となり、第１ブロック２２ａの後半部分（９０〜１８０度）及び第２ブロック２２ｂの前半部分（約１８０〜２７０度）では右下がりの直線となる。これらの位相差φ１，φ２の変化幅をＫとする。なお、この変化幅Ｋは、本実施形態では２πである。
【００５１】
前記ステップＳ１６の処理後、信号処理回路８０は、ステップＳ１８にて、位相差φ２から所定値Ｘを減算して、減算結果φ２−Ｘが「０」以上であるか否かを判定する。この場合、値Ｘは回転角度θが０度であるとき、すなわち位相差φ１が最小であるときの位相差φ２の値（位相差φ１が最大であるときの位相差φ２の値と同じ）であり、このプログラム処理とは別に検出して記憶しておいた値である。また、この値Ｘを、このプログラム処理の実行開始時に計算したり、又はこのプログラムの実行中に定期的に計算したりして記憶しておいてもよい。なお、本実施形態では、値Ｘは変化幅Ｋの半分であるＫ／２となるが、第２磁気パターンにおける第１及び第２ブロック２２ａ，２２ｂの各範囲がそれぞれ１８０度でない場合には、値Ｘは変化幅Ｋの半分であるＫ／２と異なる値となる。
【００５２】
前記減算結果φ２−Ｘは、図９に破線で示すように変化し、第１ブロック２２ａにて正となり、第２ブロック２２ｂにて負となる。そして、減算結果φ２−Ｘが「０」以上であれば、信号処理回路８０は、前記ステップＳ１８にて「Ｙｅｓ」と判定し、ステップＳ２０にて増加フラグＵＰを“１”に設定する。また、減算結果φ２−Ｘが「０」未満であれば、信号処理回路８０は、ステップＳ１８にて「Ｎｏ」と判定し、ステップＳ２２にて増加フラグＵＰを“０”に設定する。この増加フラグＵＰの値を、回転磁石２１，２２の１回転（０〜３６０度）に対応させて図９に太線で示す。これにより、増加フラグＵＰは、“１”により、第２磁気センサ４０が第１ブロック２２ａに対向して位置し、位相差φ１が右上がりの直線（図８参照）上の値を取ることを示すことになる。また、増加フラグＵＰは、“０”により、第２磁気センサ４０が第２ブロック２２ｂに対向して位置し、位相差φ１が右下がり直線（図８参照）上の値を取ることを示すことになる。
【００５３】
前記ステップＳ２０，Ｓ２２の処理後、信号処理回路８０は、ステップＳ２４にて増加フラグＵＰが“１”であるか否かを判定する。第２磁気センサ４０が第１ブロック２２ａに対向して位置し、増加フラグＵＰが“１”であれば、信号処理回路８０は、ステップＳ２４にて「Ｙｅｓ」と判定して、ステップＳ２６にて位相差φ１を絶対回転角φ３として設定する。一方、第２磁気センサ４０が第２ブロック２２ｂに対向して位置し、増加フラグＵＰが“０”であれば、信号処理回路８０は、ステップＳ２４にて「Ｎｏ」と判定して、ステップＳ２８にて変化幅Ｋを２倍した値２・Ｋから位相差φ１を減算した値２・Ｋ−φ１を絶対回転角φ３として設定する。
【００５４】
この場合も、変化幅Ｋは、回転磁石２１，２２の１８０度の回転に対応した位相差φ１、すなわち位相差φ１の最大値（位相差φ２の変化幅Ｋである最大値にも等しい）でもあり、予め検出して記憶しておいた値である。そして、値Ｋ−φ１は、図１０（ａ）に示すように、第２ブロック２２ｂにおける最大値Ｋと位相差φ１との差であり、値２・Ｋ−φ１（＝Ｋ＋Ｋ−φ１）は最大値Ｋを中心に位相差φ１を折り返した値である。したがって、回転磁石２１，２２の１８０〜３６０度の角度の範囲、すなわち第２磁気センサ４０が第２ブロック２２ｂに対向して位置する状態における絶対回転角φ３が前記ステップＳ２８の処理によって計算される。その結果、回転磁石２１，２２の１回転（０〜３６０度）に対して、０〜２・Ｋ（本実施形態では、０〜４π）に渡って変化する絶対回転角φ３が計算されることになる。この絶対回転角φ３の変化を図１０（ｂ）に示す。また、図１０（ｃ）は、前記計算で求めた絶対回転角φ３である電気角と、回転磁石２１，２２の実際の回転角度である機械角との差、すなわち絶対回転角φ３の角度誤差Δφ３を示している。なお、この実施形態では、第１及び第２ブロック２２ａ，２２ｂの角度範囲は共に１８０度であるので、角度誤差Δφ３は生じない。
【００５５】
なお、前記ステップＳ１８〜Ｓ２８からなる演算処理によって絶対回転角φ３を検出できる理由は、位相差φ１が最小値及び最大値となる２つの回転角度θにおける位相差φ２の２つの値は一致するとともに、位相差φ２が最小値及び最大値となる２つの回転角度θにおける位相差φ１の２つの値は一致することを前提とするものである。そして、前記ステップＳ１８では、位相差φ１が最小値及び最大値となる回転角度θにおける位相差φ２を値Ｘとしたものである。したがって、前記絶対回転角φ３の計算は、値Ｘ以上となる位相差φ２の角度範囲では、位相差φ１は最小値から最大値まで増加し、値Ｘ以下となる位相差２の角度範囲では、位相差φ１は最大値から最小値まで減少することを利用している。なお、前記前提は、第２磁気パターンの第１及び第２ブロック２２ａ，２２ｂの両角度範囲が異なる場合を含む多くのシミュレーション結果により確認された事実である。
【００５６】
前記ステップＳ２６，Ｓ２８の処理後、信号処理回路８０は、ステップＳ３０にて、絶対回転角φ３及び逆正接角度θ０を用いた内挿演算処理を実行する。具体的には、図１１に示すように、前記計算した絶対回転角φ３を所定数のビットで表して内挿後の絶対回転角φ３’の上位ビットとし、逆正接角度θ０（＝ｔａｎ-1(Ａ０／Ｂ０)）を所定数のビットで表して内挿後の絶対回転角φ３’の下位ビット（絶対回転角φ３の最下位ビットに続く下位ビット）とする。例えば、内挿後の絶対回転角φ３’を１５ビットとする場合、内挿後の絶対回転角φ３’の上位１０ビットを１０ビットで表した絶対回転角φ３とし、内挿後の絶対回転角φ３’の下位５ビットを５ビットで表した逆正接角度θ０とする（φ３’＝φ３・２5＋θ０）。これにより、回転磁石２１，２２の回転角度を細かな間隔（角度）、すなわち高分解能で表すことができ、全体として高精度の回転検出装置が実現される。
【００５７】
前記ステップＳ３０の処理後、信号処理回路８０は、ステップＳ１２の実行に戻り、以降、ステップＳ１２〜Ｓ３０の処理を繰返し実行して、絶対回転角φ３を内挿演算処理した回転角φ３’を計算し続ける。なお、高分解能の絶対回転角φ３’を必要としない場合には、前記ステップＳ３０の処理は不要である。
【００５８】
上記実施形態のように構成するとともに動作する回転検出装置においては、第１磁気センサ３０は、第１磁気パターンによる磁界の変化を検出して、第１磁気パターンの１極当たり１周期の位相の異なる２つの検出信号Ａ０，Ｂ０を出力し、第２及び第３磁気センサ４０，５０は、第２及び第３磁気パターンによる磁界の変化を検出して、第２及び第２磁気パターンの１極当たり１周期の位相の異なる２つの検出信号Ａ１，Ｂ１，Ａ２，Ｂ２をそれぞれ出力する。そして、信号処理回路８０は、第１乃至第３磁気センサ３０，４０，５０からの検出信号を用いたバーニア演算処理（逆正接演算処理及び位相差演算処理）により、回転軸１０の絶対回転角φ３を計算する。この場合、第１乃至第３磁気パターンの各１極当たり１周期の検出信号Ａ０，Ｂ０，Ａ１，Ｂ１，Ａ２，Ｂ２を用いて絶対回転角φ３を計算するので、高分解能で絶対回転角φ３を検出でき、回転軸１０の絶対回転角φ３を高い精度で検出できる。また、第１乃至第３磁気センサ３０，４０，５０は回転軸１０の中心軸の延長線上には設けられていないので、回転軸１０を貫通させるような構造の回転体にも適用できる。もちろん、回転軸を貫通させるような構造の回転体にも適用できる。
【００５９】
また、上記実施形態においては、信号処理回路８０は、さらに、計算された逆正接角度θ０を用いて、絶対回転角φ３の内挿演算処理を実行して内挿絶対回転角φ３‘を計算するので、回転軸１０の絶対回転角φ３を高分解能にすることができる。
【００６０】
また、上記実施形態においては、第１乃至第３磁気センサ３０，４０，５０を、異方性磁気抵抗効果素子３１ａ，３１ｂ，３１ｃ，３１ｄからなる第１フルブリッジ回路３１，４１，５１と、異方性磁気抵抗効果素子３２ａ，３２ｂ，３２ｃ，３２ｄからなる第２フルブリッジ回路３２，４２，５２とで構成したので、第１乃至第３磁気センサ３０，４０，５０によって検出される電圧信号Ｖ1a，Ｖ2a，Ｖ1b，Ｖ2bの精度が高くなり、絶対回転角φ３が高精度となる。
【００６１】
さらに、第１乃至第３磁気センサ３０，４０，５０のそれぞれにおいて、第１フルブリッジ回路３１，４１，５１を構成する異方性磁気抵抗効果素子３１ａ，３１ｂ，３１ｃ，３１と、第２フルブリッジ回路３２，４２，５２を構成する異方性磁気抵抗効果素子３２ａ，３２ｂ，３２ｃ，３２ｄとを絶縁膜を介して重ねて配置し、異方性磁気抵抗効果素子３１ａ，３１ｂ，３１ｃ，３１の重心位置Ｃ１が、異方性磁気抵抗効果素子３２ａ，３２ｂ，３２ｃ，３２ｄの重心位置Ｃ２を通り、かつ異方性磁気抵抗効果素子３１ａ，３１ｂ，３１ｃ，３１が配置された平面に直交する直線上に位置するようにした。これにより、第１及び第２フルブリッジ回路３１，３２，４１，４２，５１，５２は、同じ大きさで変化する磁界の変化を検出することになり、第１乃至第３磁気センサ３０，４０，５０によって検出される電圧信号Ｖ1a，Ｖ2a，Ｖ1b，Ｖ2bがさらに高精度となり、絶対回転角φ３がさらに高精度となる。
【００６２】
また、上記実施形態においては、回転磁石２１，２２は、回転軸方向に２列に配置されるとともに外径を一致させており、回転磁石２１，２２の外周面の外側に回転磁石２１，２２の境界位置にて円周方向に延設された平板状の基板６０を配置して、第１磁気センサ３０を基板６０の上面に固定して回転磁石２１の第１磁気パターンに対向させ、かつ第２及び第３磁気センサ３０，４０を基板６０の下面に固定して第２磁気パターンに対向させるようにした。これにより、第１乃至第３磁気センサ３０，４０，５０を一つの基板６０上に搭載させることができるので、回転検出装置の構造が簡単になる。さらに、第１磁気センサ３０は、回転磁石２１，２２の円周方向において、第２磁気センサ４０と第３磁気センサ５０の間に配置されているので、基板６０の円周方向の延設角度を９０度よりも若干大きくするだけで、第１乃至第３磁気センサ３０，４０，５０を基板６０に搭載できるので、基板６０を小型化できる。
【００６３】
ｂ．第１及び第２磁気パターンの極数及び着磁角度について
上記実施形態では、第２磁気パターンの第１及び第２ブロック２２ａ，２２ｂの角度範囲を共に１８０度とした。また、第１磁気パターンの極数ｎを「１６」に設定するとともに、第２磁気パターンの第１及び第２ブロック２２ａ，２２ｂの極数ｎ１，ｎ２をそれぞれ「９」、「７」に設定した。しかし、上述のように、本発明は、第１及び第２ブロック２２ａ，２２ｂの角度範囲の合計が３６０度であれば、第１及び第２ブロック２２ａ，２２ｂの角度範囲は１８０度でなくてもよい。また、第１磁気パターンの極数ｎと、第１及び第２ブロック２２ａ，２２ｂの極数ｎ１，ｎ２とにおいては、極数ｎが偶数であり、極数ｎ１，ｎ２が共に偶数又は奇数であって、ｎ＝ｎ１＋ｎ２の関係にあればよい。
【００６４】
この点について、図１２及び図１３を用いて説明する。図１２及び図１３においては、図面を見易くするために、第１磁気パターンの極数ｎを「８」にし、第１及び第２ブロック２２ａ，２２ｂの極数ｎ１，ｎ２の合計値ｎ１＋ｎ２を「８」として示している。
【００６５】
まず、第１及び第２ブロック２２ａ，２２ｂの角度範囲を１８０度からずらした場合について説明する。図１２（ａ）は、第１及び第２ブロック２２ａ，２２ｂの極数ｎ１，ｎ２が「５」，「３」であり、第１ブロック２２ａと第２ブロック２２ｂの境界が第１磁気パターンの５番目の磁極範囲内にある場合を示している。この場合、逆正接角度θ０，θ１，θ２は図１２（ｂ）に示すように変化し、逆正接角度θ１の５周期目の終点は逆正接角度θ０の４周期目の終点と５周期目の終点との間に位置し、逆正接角度θ２の５周期目の終点は逆正接角度θ０の２周期目の終点と３周期目の終点との間に位置する。したがって、位相差φ１，φ２は図１２（ｃ）に示すように０〜Ｋの間で折り返し変化し、位相差φ１は逆正接角度θ０の４周期目の終点と５周期目の終点との間で最大値となり、増加傾向から減少傾向に折り返し変化する。この折り返し点をＴＰとする。そして、この場合も、位相差φ２は位相差φ１から９０度遅れて変化するので、増加フラグＵＰは折り返し点ＴＰで“１”から“０”に反転する。
【００６６】
この場合、逆正接角度θ１の５周期目の終点位置の逆正接角度θ０に対する位相差φ１は、０〜２πの間の値であるので、折り返し点ＴＰの位相差φ１である値Ｋは０〜２πの間の値であり、また位相差φ１は回転磁石２１，２２の１回転で０〜Ｋの間を１往復するだけであるので、位相差φ１は回転磁石２１，２２の回転角を表すことになる。しかし、折り返し点ＴＰは１８０度位置にはないので、位相差θ１の増加時の傾斜は減少時の傾斜に比べて小さく、位相差φ１を折り返して得られる絶対回転角φ３は図１２（ｄ）の実線で示すように、折り返し点ＴＰで傾斜角が変化する。これに対して、上記実施形態の場合には、折り返し点ＴＰは１８０度位置にあり、位相差φ１の増加時及び減少時の傾斜は等しいので、絶対回転角φ３は図１２（ｄ）の破線で示すようになる。したがって、この場合には、上記実施形態の場合に比べて、絶対回転角φ３の検出精度が悪化する。このことは、第２磁気パターンの第１及び第２ブロック２２ａ，２２ｂの角度範囲を１８０度に近い値に設定することが望ましいことを意味する。
【００６７】
また、前述のように、折り返し点ＴＰの位相差φ１である値Ｋは０〜２πの間の値であり、２πより小さい。これに対して、上記実施形態の場合には、折り返し点ＴＰの位相差φ１である値Ｋは２πである。したがって、この場合には、上記実施形態の場合に比べて、回転磁石２１，２２の１回転当たりの絶対回転角φ３の変化量が小さくなり、絶対回転角φ３の検出精度が悪化する。このことは、折り返し点ＴＰが、逆正接角度θ１の５周期目の終点位置が逆正接角度θ０の４周期目の終点位置と一致、すなわち第２磁気パターンの第１及び第２ブロック２２ａ，２２ｂの境界角度が第１磁気パターンの極の終点位置に一致させることが、回転磁石２１，２２の１回転当たりの絶対回転角φ３の変化量を最大にできることを意味する。また、着磁角度λ１を大きくして、折り返し点ＴＰすなわち逆正接角度θ１の５周期目の終点位置を、逆正接角度θ０の５周期目の終点位置に近づけることは、値Ｋ（位相差θ１−θ０）が徐々に小さくなり、回転磁石２１，２２の１回転当たりの絶対回転角φ３の変化量を小さくして、絶対回転角φ３の検出精度を悪化させることを意味する。なお、第１ブロック２２ａの着磁角度λ１は第１磁気パターンの着磁角度λ０よりも小さいので、逆正接角度θ１の５周期目が逆正接角度θ０の５周期目に達することはあり得ない。
【００６８】
一方、折り返し点ＴＰすなわち逆正接角度θ１の５周期目の終点位置を、逆正接角度θ０の４周期目の終点位置よりも図示左側にすると、すなわち逆正接角度θ１の５周期を逆正接角度θ０の４周期よりも短くすると、折り返し点ＴＰの位相差φ１（＝θ１−θ０）は、逆正接角度θ１の５周期目で２πを超えてしまう。したがって、この場合には、逆正接角度θ１は折り返し点ＴＰに達する前に急激に減少し、絶対回転角φ３を検出できなくなる。
【００６９】
以上の点を整理すると、極数ｎが「８」であり、極数ｎ１が「５」である場合には、逆正接角度θ１の５周期目の終点位置が図１３（ａ）のＰ5min〜Ｐ5maxの範囲、すなわち逆正接角度θ１の５周期が逆正接角度θ０の４周期以上かつ５周期未満の範囲であることを条件に、絶対回転角φ３の検出が可能となる。そして、逆正接角度θ１の５周期と逆正接角度θ０の４周期とが一致する場合に、絶対回転角φ３は最大に変化する。
【００７０】
次に、極数ｎが「８」であり、極数ｎ１が「４」である場合について説明すると、この場合には、逆正接角度θ１の４周期目の終点位置が図１３（ａ）のＰ4min〜Ｐ4maxの範囲、すなわち逆正接角度θ１の４周期が逆正接角度θ０の３周期以上かつ４周期未満の範囲であることを条件に、絶対回転角φ３の検出が可能となる。そして、この場合も、逆正接角度θ１の４周期と逆正接角度θ０の３周期とが一致する場合に、絶対回転角φ３は最大に変化する。
【００７１】
また、極数ｎが「８」であり、極数ｎ１が「６」である場合について説明すると、この場合には、逆正接角度θ１の６周期目の終点位置が図１３（ａ）のＰ6min〜Ｐ6maxの範囲、すなわち逆正接角度θ１の６周期が逆正接角度θ０の５周期以上かつ６周期未満の範囲であることを条件に、絶対回転角φ３の検出が可能となる。そして、この場合も、逆正接角度θ１の６周期と逆正接角度θ０の５周期とが一致する場合に、絶対回転角φ３は最大に変化する。
【００７２】
また、極数ｎが「８」であり、極数ｎ１が「７」である場合について説明すると、この場合には、逆正接角度θ１の７周期目の終点位置が図１３（ａ）のＰ7min〜Ｐ7maxの範囲、すなわち逆正接角度θ１の６周期が逆正接角度θ０の６周期以上かつ７周期未満の範囲であることを条件に、絶対回転角φ３の検出が可能となる。そして、この場合も、逆正接角度θ１の７周期と逆正接角度θ０の６周期とが一致する場合に、絶対回転角φ３は最大に変化する。
【００７３】
このように、第１磁気パターンの極数ｎが「８」である場合、第２磁気パターンの第１ブロック２２ａの極数ｎ１が「４」、「５」、「６」及び「７」のいずれであっても、次の条件を満足すれば、絶対回転角φ３の検出は可能である。すなわち、第１ブロック２２ａの角度すなわち極数ｎ１に着磁角度λ１を乗算した値ｎ１・λ１が、前記極数ｎ１よりも「１」だけ小さな極数ｎ１−１の第１磁気パターンの角度すなわち極数ｎ１−１に着磁角度λ０を乗算した値（ｎ１−１）・λ０以上、かつ前記極数ｎ１の第１磁気パターンの角度すなわち極数ｎ１に着磁角度λ０を乗算した値ｎ１・λ０未満であれば、絶対回転角φ３の検出は可能である。なお、この場合の極数ｎ１は、第２ブロック２２ｂの極数ｎ２以上であることを前提としているので、極数ｎ１が「１」、「２」及び「３」はあり得ない。言い換えれば、第１及び第２ブロック２２ａ，２２ｂが相対的であるので、極数ｎ１が「１」、「２」及び「３」を考慮する必要はない。
【００７４】
ただし、極数ｎ１を「４」、「６」又は「７」に設定すると、極数ｎ１が「５」である場合に比べて、図１３（ｂ）に示すように、折り返し点ＴＰが回転磁石２１，２２の１８０度位置からのずれが大きくなり、角度誤差が大きくなる。また、図１３（ｃ）には、極数ｎ１を「５」にした場合において、逆正接角度θ１の５周期目の終点位置を図１３（ａ）のＰ5min〜Ｐ5maxに変化させた場合の値Ｋの変化範囲を示している。これにより、前述のように、逆正接角度θ１の５周期目の終点位置を逆正接角度θ０の４周期目の終点位置に近づけるほど、位相差φ１及び絶対回転角φ３の変化範囲を大きくすることができる。また、この点に関しては、極数ｎ１を「４」、「６」及び「７」に設定した場合も同様であり、逆正接角度θ１の４周期目、６周期目及び７周期目の終点位置を、それぞれ度θ０の３周期目、５期目及び６周期目の終点位置に近づけるほど、位相差φ１及び絶対回転角φ３の変化範囲を大きくすることができる。さらに、前記例では極数ｎを「８」に設定した場合について説明したが、極数ｎを「８」以外の偶数に設定した場合にも同様な理論が成立する。
【００７５】
次に、前記絶対回転角φ３の検出が可能である極数及び着磁角度について理論的な説明をしておく。ここで、第1磁気パターンの極数及び着磁角度をｎ，λ０とする。また、第２磁気パターンの第１及び第２ブロック２２ａ，２２ｂの極数の差を２・ａとして、第２磁気パターンの第１ブロック２２ａの極数及び着磁角度を(ｎ／２)＋ａ（＝ｎ１），λ１とし、第２磁気パターンの第２ブロック２２ｂの極数及び着磁角度を(ｎ／２)−ａ（＝ｎ２），λ２とする。なお、値ｎは偶数であり、値ａはｎ／２未満の「０」を含む自然数である。
【００７６】
この場合、前記説明から明らかなように、前記絶対回転角φ３の検出を可能とするためには、下記数７が成立すればよい。また、この場合、下記数８も成立する。
【数７】
2015094615.tif 000009
【数８】
2015094615.tif 000010
【００７７】
前記数８を前記数７に代入して変形すれば、下記数９が成立する。なお、この数９は、前記第１磁気パターンの極数ｎ，第２磁気パターンの第１ブロック２２ａの極数(ｎ／２)＋ａ、及び着角度λ０，λ１の関係と同様に、前記第１磁気パターンの極数ｎ，第２磁気パターンの第２ブロック２２ｂの極数(ｎ／２)−ａ、及び着角度λ０，λ２の関係を考慮しても導き出せるものである。
【数９】
2015094615.tif 000011
【００７８】
そして、前記数７と前記数９を変形すれば下記数１０及び数１１が成立する。
【数１０】
2015094615.tif 000012
【数１１】
2015094615.tif 000013
したがって、前記数１０，１１が成立すれば、絶対回転角φ３の検出が可能となる。
【００７９】
ただし、上述した説明からも分かるように、第１ブロック２２ａの極数と第２ブロック２２ｂの極数との差ａが「０」又は「２」であれば、折り返し点ＴＰを１８０度又は１８０度近くにすることができる。また、前記差ａが「０」である場合には、折り返し点ＴＰを１８０度から離すに従って、値Ｋ（すなわち位相差φ１、φ２）は２πに近づく。一方、前記差ａが「２」である場合には、折り返し点ＴＰを１８０度に近づけるに従って、値Ｋ（すなわち位相差φ１、φ２）は２πに近づく。したがって、高い精度を保ったままで絶対回転角の分解能を高めるためには、前記差ａは「２」であることが好ましい。
【００８０】
ｃ．シミュレーション例
上記実施形態の説明、並びに上記第１及び第２磁気パターンの極数及び着磁角度では、着磁角度λ０，λ１，λ２の制限については触れなかった。しかし、実際の製品化においては、着磁角度λ０，λ１，λ２の精度の問題があるので、製品化における着磁角度λ０，λ１，λ２の制限を考慮して行った複数のシミュレーション結果について説明しておく。
【００８１】
ｃ１．絶対回転角φ３を検出可能なシミュレーション例
まず、絶対回転角φ３を検出可能な第１乃至第３シミュレーション例について説明する。第１シミュレーション例としては、第１磁気パターンの極数ｎは「１６」であり、第２磁気パターンにおける第１及び第２ブロック２２ａ，２２ｂの極数ｎ１，ｎ２はそれぞれ「９」、「７」である。そして、第１磁気パターンの着磁角度λ０は２２．５度であり、第２磁気パターンの第１ブロック２２ａの着磁角度λ１は２０．０５度であり、第２磁気パターンの第２ブロック２２ｂの着磁角度λ２は２５．６５度である。この条件は前記数１０，１１の条件を満足する。また、第１ブロック２２ａの角度範囲は１８０．４５度であり、第２ブロック２２ｂの角度範囲は１７９．５５度であり、両角度範囲は１８０度に極めて近い。したがって、位相差φ１，φ２及び増加フラグＵＰ、絶対回転角φ３、並びに角度誤差Δφ３は上述した図１０（ａ）（ｂ）（ｃ）とほぼ同じになり、絶対回転角φ３の変化範囲及び誤差も極めて小さくなる。
【００８２】
第２シミュレーション例としては、第１磁気パターンの極数ｎは「１６」であり、第２磁気パターンにおける第１及び第２ブロック２２ａ，２２ｂの極数ｎ１，ｎ２はそれぞれ「８」、「８」である。そして、第１磁気パターンの着磁角度λ０は２２．５度であり、第２磁気パターンの第１ブロック２２ａの着磁角度λ１は１９．７５度であり、第２磁気パターンの第２ブロック２２ｂの着磁角度λ２は２５．２５度である。この条件も前記数１０，１１の条件を満足する。また、第１ブロック２２ａの角度範囲は１５８．００度であり、第２ブロック２２ｂの角度範囲は２０２．００度となる。
【００８３】
この第２シミュレーション例における位相差φ１，φ２及び増加フラグＵＰ、絶対回転角φ３、並び角度誤差Δφ３を図１４（ａ）（ｂ）（ｃ）にそれぞれ示す。この場合、位相差φ１の折り返し点ＴＰは１８０度から小さい側にずれて、絶対回転角の傾斜も前記折り返し点ＴＰで変化し、角度誤差Δφ３も比較的大きくなる。なお、位相差φ１及び絶対回転角φ３の変化範囲も前記第１シミュレーション例の場合よりも小さくなる。その結果、この第２シミュレーション例に検出精度は、前記第１シミュレーション例の検出精度よりも悪化する。しかし、このような第２シミュレーション例による回転検出装置でも、回転角度θとして３６０度を必要とせずに、特定角度範囲の精度を要求する用途（例えば、ロボットアーム等）とっては、有効である。
【００８４】
第３シミュレーション例としては、第１磁気パターンの極数ｎは「１６」であり、第２磁気パターンにおける第１及び第２ブロック２２ａ，２２ｂの極数ｎ１，ｎ２はそれぞれ「１０」、「６」である。そして、第１磁気パターンの着磁角度λ０は２２．５度であり、第２磁気パターンの第１ブロック２２ａの着磁角度λ１は２０．３７度であり、第２磁気パターンの第２ブロック２２ｂの着磁角度λ２は２６．０５度である。この条件も前記数１０，１１の条件を満足する。また、第１ブロック２２ａの角度範囲は２０３．７０度であり、第２ブロック２２ｂの角度範囲は１５６．３０度となる。
【００８５】
この第３シミュレーション例における位相差φ１，φ２及び増加フラグＵＰ、絶対回転角φ３、並び角度誤差Δφ３を図１５（ａ）（ｂ）（ｃ）にそれぞれ示す。この場合、位相差φ１の折り返し点ＴＰは１８０度から大きい側にずれて、絶対回転角の傾斜も前記折り返し点ＴＰで変化し、角度誤差Δφ３も比較的大きくなる。なお、位相差φ１及び絶対回転角φ３の変化範囲も前記第１シミュレーション例の場合よりも小さくなる。その結果、この第３シミュレーション例に検出精度は、前記第１シミュレーション例の検出精度よりも悪化する。しかし、このような第３シミュレーション例による回転検出装置でも、回転角度θとして３６０度を必要とせずに、特定角度範囲の精度を要求する用途（例えば、ロボットアーム等）とっては、有効である。
【００８６】
ｃ２．絶対回転角φ３を検出不能なシミュレーション例
次に、絶対回転角φ３を検出不能な第４乃至第６シミュレーション例について説明する。第４シミュレーション例としては、第１磁気パターンの極数ｎは「１６」であり、第２磁気パターンにおける第１及び第２ブロック２２ａ，２２ｂの極数ｎ１，ｎ２はそれぞれ「９」、「７」である。そして、第１磁気パターンの着磁角度λ０は２２．５度であり、第２磁気パターンの第１ブロック２２ａの着磁角度λ１は１９．９７０度であり、第２磁気パターンの第２ブロック２２ｂの着磁角度λ２は２５．７５３度である。この条件は前記数１０，１１の条件を満足しない。なお、第１ブロック２２ａの角度範囲は１７９．７３度であり、第２ブロック２２ｂの角度範囲は１８０．２７度となる。
【００８７】
この第４シミュレーション例における位相差φ１及び増加フラグＵＰ、並び絶対回転角φ３を図１６（ａ）（ｂ）にそれぞれ示す。この場合、位相差φ１が最大値に達した位置で急激に減少して折り返し点ＴＰが存在しなくなり、かつ増加フラグＵＰも回転角度の１８０度までの範囲で“１”から“０”に２回変化する。そして、絶対回転角φ３は、急激に変化する回転角度が存在する。したがって、この第４シミュレーション例では、絶対回転角φ３の検出が不能となる。
【００８８】
第５シミュレーション例としては、第１磁気パターンの極数ｎは「１８」であり、第２磁気パターンにおける第１及び第２ブロック２２ａ，２２ｂの極数ｎ１，ｎ２はそれぞれ「１０」、「８」である。そして、第１磁気パターンの着磁角度λ０は２０．０度であり、第２磁気パターンの第１ブロック２２ａの着磁角度λ１は１７．９３０度であり、第２磁気パターンの第２ブロック２２ｂの着磁角度λ２は２２．５８８度である。この条件も前記数１０，１１の条件を満足しない。なお、第１ブロック２２ａの角度範囲は１７９．３０度であり、第２ブロック２２ｂの角度範囲は１８０．７０度となる。この第５シミュレーション例における位相差φ１及び増加フラグＵＰ、並び絶対回転角φ３を図１７（ａ）（ｂ）にそれぞれ示す。この場合も、前記第４シミュレーション例の場合と同様に、絶対回転角φ３の検出が不能となる。
【００８９】
第６シミュレーション例としては、第１磁気パターンの極数ｎは「２０」であり、第２磁気パターンにおける第１及び第２ブロック２２ａ，２２ｂの極数ｎ１，ｎ２はそれぞれ「１１」、「９」である。そして、第１磁気パターンの着磁角度λ０は１８．０度であり、第２磁気パターンの第１ブロック２２ａの着磁角度λ１は１６．３１０度であり、第２磁気パターンの第２ブロック２２ｂの着磁角度λ２は２０．０６６度である。この条件も前記数１０，１１の条件を満足しない。なお、第１ブロック２２ａの角度範囲は１７９．４１度であり、第２ブロック２２ｂの角度範囲は１８０．５９度となる。この第６シミュレーション例における位相差φ１及び増加フラグＵＰ、並び絶対回転角φ３を図１８（ａ）（ｂ）にそれぞれ示す。この場合も、前記第４シミュレーション例の場合と同様に、絶対回転角φ３の検出が不能となる。
【００９０】
ｃ３．検出可能な絶対回転角φ３の変化範囲を示すシミュレーション例
次に、絶対回転角φ３を検出可能であるが、着磁角度λ１，λ２の関係を異ならせて場合、すなわち前記折り返し点ＴＰを異ならせた第７乃至第９シミュレーション例について説明する。第７乃至第９シミュレーション例のいずれの場合も、第１磁気パターンの極数ｎは「１６」であり、第２磁気パターンにおける第１及び第２ブロック２２ａ，２２ｂの極数ｎ１，ｎ２はそれぞれ「９」、「７」であり、第１磁気パターンの着磁角度λ０は２２．５度である。
【００９１】
第７シミュレーション例では、第２磁気パターンの第１ブロック２２ａの着磁角度λ１は２０．０１０度であり、第２磁気パターンの第２ブロック２２ｂの着磁角度λ２は２５．７０１度である。この条件は前記数１０，１１の条件を満足する。また、第１ブロック２２ａの角度範囲は１８０．０９度であり、第２ブロック２２ｂの角度範囲は１７９．９１度となる。
【００９２】
第８シミュレーション例では、第２磁気パターンの第１ブロック２２ａの着磁角度λ１は２０．６９０度であり、第２磁気パターンの第２ブロック２２ｂの着磁角度λ２は２４．８２７度である。この条件も前記数１０，１１の条件を満足する。また、第１ブロック２２ａの角度範囲は１８６．２１度であり、第２ブロック２２ｂの角度範囲は１７３．７９度となる。
【００９３】
第９シミュレーション例では、第２磁気パターンの第１ブロック２２ａの着磁角度λ１は２１．２００度であり、第２磁気パターンの第２ブロック２２ｂの着磁角度λ２は２４．１７１度である。この条件も前記数１０，１１の条件を満足する。また、第１ブロック２２ａの角度範囲は１９０．８０度であり、第２ブロック２２ｂの角度範囲は１６９．２０度となる。
【００９４】
図１９は、第７乃至第９シミュレーション例における絶対回転角φ３の変化を示す。この場合、絶対回転角φ３の変化範囲が第７シミュレーション例から第９シミュレーションに向かって徐々に小さくなる。これは、上述したように、折り返して位置ＴＰが１８０度から離れるに従って（図示矢印参照）、位相差φ１の最大値Ｋが２πから徐々に減少するためである（図１３参照）。したがって、これらの第７乃至第９シミュレーション結果は、上述した着磁角度λ１，λ２と極数ｎ１，ｎ２との関係で述べたことと一致する。
【００９５】
ｄ．変形例
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明の実施にあたっては、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を逸脱しない限りにおいて種々の変形も可能である。
【００９６】
ｄ１．磁気抵抗素子に関する変形例
上記実施形態の第１乃至第３磁気センサ３０，４０，５０においては、第１フルブリッジ回路３１，４１，５１を４個の異方性磁気抵抗効果素子（第１フルブリッジ回路３１の場合には、異方性磁気抵抗効果素子３１ａ，３１ｂ，３１ｃ，３１ｄ）をフルブリッジ接続して構成するとともに、第２フルブリッジ回路３２，４２，５２を４個の異方性磁気抵抗効果素子（（第２フルブリッジ回路３２の場合には、異方性磁気抵抗効果素子３２ａ，３２ｂ，３２ｃ，３２ｄ）をフルブリッジ接続して構成するようにした。しかし、本発明においては、第１フルブリッジ回路３１，４１，５１及び第２フルブリッジ回路３２，４２，５２が、第１及び第２磁気パターンの１極当たり１周期であって、位相が９０度異なる１対の正弦波状の検出信号をそれぞれ出力するものであれば、フルブリッジ回路を異方性磁気抵抗効果素子で構成しなくても、他の磁気抵抗素子で構成するようにしてもよい。
【００９７】
例えば、第１フルブリッジ回路３１，４１，５１及び第２フルブリッジ回路３２，４２，５２を、それぞれ下記（１）乃至（３）の磁気抵抗素子で構成してもよい。
（１）強磁性層と非磁性層との多層膜からなる人工格子型磁気抵抗素子
（２）強磁性金属からなるｎｍサイズの微粒子と、非磁性金属からなる粒界相とを備えた金属−金属系ナノグラニュラー磁気抵抗素子
（３）ｎｍサイズの強磁性金属合金微粒子と、非磁性・絶縁性材料からなる粒界相とを備えた金属−絶縁体系ナノグラニュラー磁気抵抗素子
これらの（１）乃至（３）の磁気抵抗素子においては、上記実施形態の異方性磁気抵抗効果素子に比べて異方性は弱いので、素子のアスペクト比を大きくするか、透磁率の高い磁性体を素子近傍に置くことにより集磁効果によって異方性を高めるようにするとよい。
【００９８】
ｄ２．磁気抵抗素子の配置の変形例
また、上記実施形態の第１乃至第３磁気センサ３０，４０，５０においては、第１フルブリッジ回路３１，４１，５１と第２フルブリッジ回路３２，４２，５２を同一位置にて重ねて、第１フルブリッジ回路３１，４１，５１の４個の異方性磁気抵抗素子が配置された第１平面と、第２フルブリッジ回路３２，４２，５２の４個の異方性磁気抵抗素子が配置された第２平面とが平行であり、かつ第１フルブリッジ回路３１，４１，５１の４個の異方性磁気抵抗素子の重心位置Ｃ１（以下、単に第１フルブリッジ回路の重心位置Ｃ１という）が、第２フルブリッジ回路３２，４２，５２の４個の異方性磁気抵抗素子の重心位置Ｃ２（以下、単に第２フルブリッジ回路の重心位置Ｃ２という）を通り、かつ第２平面（及び第１平面）と直交する直線上に位置するようにした。すなわち、第１フルブリッジ回路の重心位置Ｃ１と、第２フルブリッジ回路の重心位置Ｃ２とが、第１及び第２平面を構成する２次元座標の同一座標位置に位置するようにした。
【００９９】
しかし、これに代えて、第１フルブリッジ回路３１と同一構成のフルブリッジ回路を４５度回転させて第２フルブリッジ回路３２とし、両重心位置Ｃ１，Ｃ２を前記ように一致させて、第１フルブリッジ回路３１と前記４５度回転させた第２フルブリッジ回路３２とを重ねることにより第１磁気センサ３０を構成してもよい。また、逆に、第２フルブリッジ回路３２と同一構成のフルブリッジ回路を４５度回転させて第１フルブリッジ回路３１とし、両重心位置Ｃ１，Ｃ２を前記ように一致させて、前記４５度回転させた第１フルブリッジ回路３１と第２フルブリッジ回路３２とを重ねることにより第１磁気センサ３０を構成してもよい。第２及び第３磁気センサ４０，５０も前記と同様に構成してもよい。
【０１００】
また、第１フルブリッジ回路３１（又は第１フルブリッジ回路４１，５１）を構成する４個の異方性磁気抵抗効果素子３１ａ，３１ｂ，３１ｃ，３１ｄと、第２フルブリッジ回路３２（又は第２フルブリッジ回路４２，５２）を構成する４個の異方性磁気抵抗効果素子３２ａ，３２ｂ，３２ｃ，３２ｄとを同一平面上に配置して、第１フルブリッジ回路の重心位置Ｃ１と第２フルブリッジ回路の重心位置Ｃ２を一致させるようにしてもよい。以下、同一平面上に設けた４個の異方性磁気抵抗効果素子３１ａ，３１ｂ，３１ｃ，３１ｄと４個の異方性磁気抵抗効果素子３２ａ，３２ｂ，３２ｃ，３２ｄとの配置例について説明するが、この場合の「上下」及び「左右」は図面上における位置関係を示す。
【０１０１】
例えば、図２０（ａ）に示すように、異方性磁気抵抗効果素子３２ａ，３２ｃを重心位置Ｃｏ（重心位置Ｃ１，Ｃ２と同じ）を挟んで上下に配置し、異方性磁気抵抗効果素子３２ａ，３２ｃの右側に異方性磁気抵抗効果素子３１ａ，３１ｂを重心位置Ｃｏを挟んで上下に配置し、異方性磁気抵抗効果素子３２ａ，３２ｃの左側に異方性磁気抵抗効果素子３１ｄ，３１ｃを重心位置Ｃｏを挟んで上下に配置し、異方性磁気抵抗効果素子３１ａ，３１ｂの右側に異方性磁気抵抗効果素子３２ａを重心位置Ｃｏを中心にして配置し、かつ異方性磁気抵抗効果素子３１ｄ，３１ｃの左側に異方性磁気抵抗効果素子３２ｂを重心位置Ｃｏを中心にして配置する。
【０１０２】
また、図２０（ｂ）に示すように、異方性磁気抵抗効果素子３２ａ，３２ｄを重心位置Ｃｏの上側にて重心位置Ｃｏを挟んで左右に配置し、異方性磁気抵抗効果素子３１ａ，３１ｄを重心位置Ｃｏの下側にて重心位置Ｃｏを挟んで左右に配置し、異方性磁気抵抗効果素子３１ｂ，３１ｃを重心位置Ｃｏの上側にて異方性磁気抵抗効果素子３２ａ，３２ｄの左右外側に配置し、異方性磁気抵抗効果素子３２ｂ，３２ｃを重心位置Ｃｏの下側にて異方性磁気抵抗効果素子３１ａ、３１ｄの左右外側に配置してもよい。
【０１０３】
また、図２０（ｃ）に示すように、異方性磁気抵抗効果素子３２ｄ，３１ｄ，３２ｃ，３１ａ，３２ｂ，３１ｂ，３２ａ，３１ｃを、重心位置Ｃｏを中心にして上から時計方向回りに配置してもよい。
【０１０４】
また、図２０（ｄ）に示すように、異方性磁気抵抗効果素子３１ｄ，３１ｃ，３１ｂ，３１ａを重心位置Ｃｏを中心にして上から時計方向回りに配置し、異方性磁気抵抗効果素子３２ａ，３２ｂ及び異方性磁気抵抗効果素子３２ｄ，３２ｃを異方性磁気抵抗効果素子３１ｄ，３１ｃ，３１ｂ，３１ａの外側にて重心位置Ｃｏを中心に左右両側に配置してもよい。これらによっても、第１乃至第３磁気センサ３０，４０，５０から出力される検出信号Ａ０、Ｂ０，Ａ１，Ｂ１，Ａ２，Ｂ２は上記実施形態と同じになる。
【０１０５】
前記のような変形例では、第１乃至第３磁気センサ３０，４０，５０のそれぞれにおいて、第１ブリッジ回路３１，４１，５１を構成する複数の異方性磁気抵抗効果素子３１ａ，３１ｂ，３１ｃ，３１ｄと、第２ブリッジ回路３２，４２，５２を構成する複数の異方性磁気抵抗効果素子３２ａ，３２ｂ，３２ｃ，３２ｄとを同一の平面内に配置し、複数の異方性磁気抵抗効果素子３１ａ，３１ｂ，３１ｃ，３１ｄの重心位置Ｃ１と、複数の異方性磁気抵抗効果素子３２ａ，３２ｂ，３２ｃ，３２ｄの重心位置Ｃ２とを一致させるようにした。これにより、上記実施形態の場合と同様に、第１及び第２フルブリッジ回路３１，３２，４１，４２，５１，５２は、同じ大きさで変化する磁界の変化を検出するので、第１乃至第３磁気センサ３０，４０，５０から出力される各２つの検出信号Ａ０、Ｂ０，Ａ１，Ｂ１，Ａ２，Ｂ２の精度が向上して、検出される回転軸１０の絶対回転角φ３が高精度となる。また、複数の異方性磁気抵抗効果素子３１ａ，３１ｂ，３１ｃ，３１ｄと複数の異方性磁気抵抗効果素子３２ａ，３２ｂ，３２ｃ，３２ｄは、同一の平面内に配置させているので、第１乃至第３磁気センサ３０，４０，５０の製造工程において、第１及び第２フルブリッジ３１，３２，４１，４２，５１，５２を一つの製造工程で同時に製造でき、第１乃至第３磁気センサ３０，４０，５０を簡単かつ安価に製造できるという効果もある。
【０１０６】
なお、この変形例に係る第１乃至第３磁気センサ３０，４０，５０においても、上記（１）乃至（３）の人工格子型磁気抵抗素子、金属−金属系ナノグラニュラー磁気抵抗素子又は属−絶縁体系ナノグラニュラー磁気抵抗素子を用いて、第１及び第２フルブリッジ３１，３２，４１，４２，５１，５２を構成してもよい。
【０１０７】
ｄ３．ハーフブリッジ回路の採用
また、上記実施形態では、第１乃至第３磁気センサ３０，４０，５０をそれぞれ第１フルブリッジ回路３１，４１，５１及び第２フルブリッジ回路３２，４２，５２で構成するようにした。しかし、これに代えて、第１乃至第３磁気センサ３０，４０，５０をそれぞれハーフブリッジ回路で構成してもよい。
【０１０８】
この場合、上記第１フルブリッジ回路３１，４１，５１に代えて、図２１（ａ）に示すように、上記実施形態と同様な異方性磁気抵抗効果素子３１ａ，３１ｂで第１ハーフブリッジ回路を構成する。そして、異方性磁気抵抗効果素子３１ａ，３１ｂの両端に電源電圧＋Ｖcc，−Ｖccを印加して、異方性磁気抵抗効果素子３１ａ，３１ｂの接続点の電圧信号を取り出し、この取出した電圧信号を上記実施形態の検出信号Ａ０，Ａ１，Ａ２としてＡ／Ｄ変換器７０に供給するようにする。また、第２フルブリッジ回路３２，４２，５２に代えて、図２１（ｂ）に示すように、上記実施形態と同様な異方性磁気抵抗効果素子３２ａ，３２ｂで第２ハーフブリッジ回路を構成する。そして、異方性磁気抵抗効果素子３２ａ，３２ｂの両端に電源電圧＋Ｖcc，−Ｖccを印加して、異方性磁気抵抗効果素子３２ａ，３２ｂの接続点の電圧信号を取り出し、この取出した電圧信号を上記実施形態の検出信号Ｂ０，Ｂ１，Ｂ２としてＡ／Ｄ変換器７０に供給するようにする。
【０１０９】
この場合も、第１ハーフブリッジ回路と第２ハーフブリッジ回路を同一位置にて重ねて配置する場合には、第１ハーフブリッジ回路の２個の異方性磁気抵抗素子３１ａ，３１ｂが配置された第１平面と、第２ハーフブリッジ回路の２個の異方性磁気抵抗素子３２ａ，３２ｂが配置された第２平面とが平行であり、かつ第１ハーフブリッジ回路の２個の異方性磁気抵抗素子３１ａ，３１ｂの重心位置Ｃ１（中点位置）が、第２ハーフブリッジ回路の２個の異方性磁気抵抗素子３２ａ，３２ｂの重心位置Ｃ２（中点位置）を通り、かつ第２平面（及び第１平面）に直交する直線上に位置するようにするとよい。また、第１ハーフブリッジ回路の２個の異方性磁気抵抗素子３１ａ，３１ｂと、第２ハーフブリッジ回路の２個の異方性磁気抵抗素子３２ａ，３２ｂとを同一平面上に配置する場合には、第１ハーフブリッジ回路の２個の異方性磁気抵抗素子３１ａ，３１ｂの重心位置Ｃ１と、第２ハーフブリッジ回路の２個の異方性磁気抵抗素子３２ａ，３２ｂの重心位置Ｃ２とが同一平面上で同じになるようにするとよい。
【０１１０】
このように、第１乃至第３磁気センサ３０，４０，５０をそれぞれ第１及び第２ハーフブリッジで構成することにより、上記第１乃至第３磁気センサ３０，４０，５０をそれぞれ第１及び第２フルブリッジ回路３１，３２，４１，４２，５１，５２で構成した場合に比べて、精度は悪くなるが、第１乃至第３磁気センサ３０，４０，５０を簡単に構成することができる。なお、この場合も、前記両重心位置Ｃ１，Ｃ２がずれていると多少の誤差はでるが、両重心位置Ｃ１，Ｃ２は近くにあれば実用上は問題ない。さらに、この第１乃至第３磁気センサ３０，４０，５０をそれぞれ第１及び第２ハーフブリッジで構成した場合でも、異方性磁気抵抗効果素子３１ａ，３１ｂ，３２ａ，３２ｂに代えて、上記（１）乃至（３）の人工格子型磁気抵抗素子、金属−金属系ナノグラニュラー磁気抵抗素子又は属−絶縁体系ナノグラニュラー磁気抵抗素子を用いてもよい。
【０１１１】
ｄ４．ブリッジ回路の配置の変形例
上記実施形態及び変形例の第１乃至第３磁気センサ３０，４０，５０においては、第１フルブリッジ回路３１，４１，５１（又は第１ハーフブリッジ回路）及び第２フルブリッジ回路３２，４２，５２（又は第２ハーフブリッジ回路）を異なる構成（位相が９０度異なる正弦波信号を発生する構成）にして、第１フルブリッジ回路３１，４１，５１（又は第１ハーフブリッジ回路）及び第２フルブリッジ回路３２，４２，５２（又は第２ハーフブリッジ回路）の両重心位置Ｃ１，Ｃ２を、回転磁石２１，２２の回転軸に対して円周方向及び径方向の同一位置に配置するようにした。しかし、前記第１フルブリッジ回路３１，４１，５１（又は第１ハーフブリッジ回路）及び第２フルブリッジ回路３２，４２，５２（又は第２ハーフブリッジ回路）を同一の構成にして、回転磁石２１，２２の１極の１／４の角度だけ離れた位置（９０度離れた位置）にそれぞれ配置するようにしてもよい。
【０１１２】
例えば、上述した図３に対応させた図２２に示すように、上述した第１フルブリッジ回路３１と同一構成のフルブリッジ回路を第１フルブリッジ回路３１’として位置ａに配置し、かつ上述した第１フルブリッジ回路３１と同一構成のフルブリッジ回路を第２フルブリッジ回路３１”として位置ｂに配置する。これによっても、第１及び第２フルブリッジ回路３１’，３１”の出力信号は、回転磁石２１，２２の回転に伴って共に正弦波状に変化し、９０度位相差を有することになる。その結果、これによっても、上記実施形態及び各種変形例の場合と同様に、絶対回転角φ３の検出が可能となる。また、この場合も、第１及び第２フルブリッジ回路３１’，３２”に代えて、上述した第２フルブリッジ回路３２を用いてもよいし、他のフルブリッジ回路を用いてもよい。また、フルブリッジ回路に代えてハーフブリッジ回路を用いてもよい。
【０１１３】
ただし、第１磁気パターンの着磁角度λ０、第２磁気パターンの第１ブロック２２ａの着磁角度λ１、及び第２磁気パターンの第２ブロック２２ｂの着磁角度λ２はそれぞれ異なり、λ１＜λ０＜λ２の関係にある。したがって、前述のように、第１及び第２フルブリッジ回路３１’，３１”を回転磁石２１，２２の１極の１／４の角度だけ離れた位置（９０度離れた位置）にそれぞれ配置するとは言っても、一義的には定まらない。この場合、着磁角度λ１，λ２の間の角度である着磁角度λ０に着目して、第１磁気パターンの１極の１／４の角度だけ離れた位置（９０度離れた位置）に、第１及び第２フルブリッジ回路３１’、３２”を配置する。これによれば、第１磁気センサ３０からの正弦波状の検出信号Ａ０，Ｂ０の位相差、第２磁気センサ４０からの正弦波状の検出信号Ａ１，Ｂ１の位相差、及び第３磁気センサ５０からの正弦波状の検出信号Ａ２，Ｂ２間の位相差は、それぞれほぼ９０度となる。したがって、第１乃至第３磁気センサ３０，４０，５０から出力される検出信号Ａ０，Ｂ０，Ａ１，Ｂ１，Ａ２、Ｂ２の誤差を小さくすることができる。特に、第１磁気パターンの着磁角度λ０と、第２磁気パターンの第１及び第２ブロック２２ａ，２２ｂの着磁角度λ１，λ２とのそれぞれの差λ０−λ１，λ２−λ０を小さくすれば、この誤差を小さくすることができる。
【０１１４】
ｄ５．回転磁石の配置の変形例
上記実施形態及び各種変形例においては、回転磁石２１，２２を回転軸方向に２列に設けるようにしたが、回転磁石２１，２２を径方向に２列に設けるようにしてもよい。図２３（ａ）〜（ｃ）は、この変形例に係る回転検出装置を概略的に表している。図２３（ａ）は平面図であり、図２３（ｂ）は側面図であり、図２３（ｃ）は下面図である。なお、図２３（ｃ）においては、基板６０を省略してその位置を仮想線で示している。
【０１１５】
この回転検出装置は、回転軸１０を有する円形の回転板１１の下面に、環状に形成した第１及び第２回転磁石２１Ａ，２２Ａをその上面にて同心円状に固定して、第１及び第２回転磁石２１Ａ，２２Ａを回転板１１の下方に突出させている。第１及び第２回転磁石２１Ａ，２２Ａは、上記実施形態と同様な第１及び第２磁気パターンを有する。すなわち、第１磁気パターンは、円周方向に全周（３６０度）に渡って等間隔（着磁角度λ０）でＮ極とＳ極とを交互に着磁した着磁パターンである。第２磁気パターンは、所定角度に渡って等間隔（着磁角度λ１）でＮ極とＳ極とを交互に着磁した着磁パターンである第１ブロック２２ａと、３６０度から前記所定角度を減算した角度に渡って等間隔（着磁角度λ２）でＮ極とＳ極とを交互に着磁した着磁パターンである第２ブロック２２ｂとからなる着磁パターンである。
【０１１６】
図２３では、第１磁気パターンの極数ｎは「１６」であり、第１及び第２ブロック２２ａ，２２ｂの極数ｎ１，ｎ２は［９］、「７」であり、かつ前記所定角度は１８０度である。しかし、これらの極数ｎ，ｎ１，ｎ２は、上述したように、極数ｎが偶数であるとともに極数ｎ１，ｎ２の加算値ｎ１＋ｎ２に等しく、かつ極数ｎ１，ｎ２が共に偶数であるか、又は共に奇数であればよい。また、第１及び第２ブロック２２ａ，２２ｂの角度の合計が３６０度であれば、第１及び第２ブロック２２ａ，２２ｂの角度は１８０度でなくてもよい。なお、極数ｎ，ｎ１，ｎ２及び着磁角度λ０，λ１，λ２の関係も上述した数１０，１１の関係にあればよい。
【０１１７】
なお、この場合、第１磁気パターン及び第２磁気パターンをそれぞれ磁化した回転磁石２１Ａ，２２Ａを径方向に隔離して設けたり、張り合わせて構成したりしてもよい。また、回転磁石２１Ａ，２２Ａを、一体である磁性体に第１磁気パターン及び第２磁気パターンを磁化して構成してもよい。
【０１１８】
また、この変形例に係る回転検出装置においても、第１乃至第３磁気センサ３０Ａ，４０Ａ，５０Ａを備えている。第１乃至第３磁気センサ３０Ａ，４０Ａ，５０Ａは、上記実施形態又はその変形例の場合と同様に構成されている。第１磁気センサ３０Ａは、その感磁面に対して回転磁石２１Ａの回転軸が直交するように基板６０の上面に固定されて、回転磁石２１Ａ（第１磁気パターン）の上下方向の中間位置にて、回転磁石２１Ａの径方向内側に配置されている。第２及び第３磁気センサ４０，５０は、その感磁面に対して回転磁石２２Ａの回転軸が直交するように基板６０の上面に固定されて、回転磁石２２Ａ（第２磁気パターン）の上下方向の中間位置にて、回転磁石２２Ａの径方向外側に配置されている。なお、基板６０の上面には、第１乃至第３磁気センサ３０Ａ，４０Ａ，５０Ａを支持する支持部６０ａ，６０ｂ，６０ｃが一体的に設けられている。
【０１１９】
第１磁気センサ３０Ａの中心位置（重心位置）から回転磁石２１Ａの内面までの径方向距離と、第２及び第３磁気センサ４０Ａ，５０Ａの中心位置（重心位置）から回転磁石２２Ａの外面までの径方向距離は全て同じである。また、この場合も、第２及び第３磁気センサ４０Ａ，５０Ａの円周方向位置は回転磁石２１Ａ，２２Ａの回転軸回りに９０度互いに異なり、第１磁気センサ３０Ａの円周方向位置は回転磁石２１Ａ，２２Ａの回転軸回りのいずれの位置でもよいが、基板６０の面積を小さくするために、円周方向において第２及び第３磁気センサ４０Ａ，５０Ａ間であるとよい。基板６０は、回転磁石２１Ａの内面よりも若干内側の位置から回転磁石２２Ａの外面から若干外側位置まで径方向に延設されるとともに、９０度よりも若干大きな角度だけ円周方向に延設されて平板状に構成されており、図示しない部材に固定されている。なお、この基板６０上に前述した電気回路が配置されている点も上記実施形態と同じである。
【０１２０】
他の構成は、上記実施形態及びその変形例の場合と同じであり、この変形例に係る回転検出装置も上記実施形態及びその変形例と同様に動作する。したがって、この変形例に係る回転検出装置によっても、上記実施形態及びその変形例と同様な機能的効果が期待される。
【０１２１】
また、この変形例においては、回転磁石２１Ａ，２２Ａを環状に形成し、回転磁石２１Ａ，２２Ａの回転軸方向において一致した位置にて径方向に２列に配置されており、回転磁石２１Ａ，２２Ａの下面から離れた位置にて、前記下面に対向するように、円周方向に延設された平板状の基板６０を配置し、第１乃至第３磁気センサ３０Ａ，４０Ａ，５０Ａを基板６０の上面に固定して、第１磁気センサ３０Ａを回転磁石２１Ａの第１磁気パターンに対向させ、かつ第２及び第３磁気センサ３０Ａ，４０Ａを回転磁石２２Ａの第２磁気パターンに対向させるようにした。したがって、この変形例においても、第１乃至第３磁気センサ３０Ａ，４０Ａ，５０Ａを一つの基板６０上に搭載させることができるので、回転検出装置の構造が簡単になる。さらに、この変形例でも、第１磁気センサ３０Ａは、回転磁石２１Ａ，２２Ａの円周方向において、第２及び第３磁気センサ４０Ａ，５０Ａ間に配置されているので、基板６０の円周方向の延設角度を９０度よりも若干大きくするだけで、第１乃至第３磁気センサ３０Ａ，４０Ａ，５０Ａを基板６０に搭載できて、基板６０を小型化できる。
【０１２２】
ｄ６．磁気センサの配置の変形例
上記実施形態及びその変形例では、第１磁気センサ３０を基板６０の上面に固定するとともに、第２及び第３磁気センサ４０，５０を基板６０の下面に固定した。しかし、これに代えて、基板６０を回転磁石２１，２２の下方に設けて、第１乃至第３磁気センサ３０，４０，５０の全てを基板６０の上面に固定するようにしてもよい。また、基板６０を回転磁石２１，２２の上方に設けて、第１乃至第３磁気センサ３０，４０，５０の全てを基板６０の下面に固定するようにしてもよい。この場合、基板６０の上面又は下面に、前記ｄ５の変形例で説明したような支持部６０ａ，６０ｂ，６０ｃを設けるようにすればよい。なお、この場合の第１乃至第３磁気センサ３０，４０，５０の回転軸１０に対する軸線方向位置、径方向位置及び円周方向位置は上記実施形態の場合と同じである。
【０１２３】
また、回転磁石２１，２２を環状に形成すれば、回転磁石２１，２２の第１及び第２磁気パターンは回転磁石２１，２２の内側においても、回転磁石２１，２２の回転軸が直交する平行な面内にて磁界を発生する。なお、この場合には、前記ｄ５の変形例で説明したような回転軸１０と一体回転する回転板１１の上面又は下面に、回転磁石２１，２２をその下面又は上面にて固定する。そして、このように回転磁石２１，２２を環状に形成した場合には、第１乃至第３磁気センサ３０，４０，５０の一部又は全てを、回転磁石２１，２２の内側に配置するようにしてもよい。なお、この場合の第１乃至第３磁気センサ３０，４０，５０の回転軸１０に対する軸線方向位置及び円周方向位置は上記実施形態と同じであり、第１乃至第３磁気センサ３０，４０，５０の一部又は全ての回転軸１０に対する径方向位置を回転磁石２１，２２の内側にする。
【０１２４】
さらに、上記実施形態及びその変形例では、第１乃至第３磁気センサ３０，４０，５０を、回転磁石２１，２２の回転軸が第１乃至第３磁気センサ３０，４０，５０の感磁面に対して直交するように、回転磁石２１，２２の側面の外側又は内側に配置した。しかし、回転磁石２１，２２の第１及び第２磁気パターンは回転磁石２１，２２の上面側及び下面側においても、回転磁石２１，２２の回転軸と平行な面内にて磁界を発生する。したがって、図２４（ａ）の上面図に示すように、第１磁気センサ３０を、感磁面が回転磁石２１，２２の接線方向と平行になるように、回転磁石２１，２２の上面の上側に配置するようにしてもよい。また、図２４（ｂ）の下面図に示すように、第２及び第２磁気センサ４０，５０を、感磁面が回転磁石２１，２２の接線方向と平行になるように、回転磁石２１，２２の下面の下側に配置するようにしてもよい。この場合も、第１乃至第３磁気センサ３０，４０，５０の径方向及び円周方向の位置関係は上記第１実施形態及びその変形例の場合と同じである。これによっても、絶対回転角φ３の検出が可能である。
【０１２５】
また、前記ｄ５の変形例においては、第１磁気センサ３０Ａを回転磁石２１Ａの内側に設けるとともに、第２及び第３磁気センサ４０Ａ，５０Ａを回転磁石２２Ａの外側に設けるようにした。しかし、回転磁石２１Ａの着磁パターンと回転磁石２２Ａの着磁パターンを入れ替えれば、第１磁気センサ３０Ａを回転磁石２２Ａの外側に設けるとともに、第２及び第３磁気センサ４０Ａ，５０Ａを回転磁石２１Ａの内側に設けるようにしてもよい。なお、この場合の第１乃至第３磁気センサ３０Ａ，４０Ａ，５０Ａの回転軸１０に対する軸線方向位置及び円周方向位置は前記ｄ５の変形例と同じである。
【０１２６】
また、前記ｄ５の変形例における回転磁石２１Ａ，２２Ａ間に間隔を設けるとともに磁気遮蔽部材を設け、又は回転磁石２１Ａ，２２Ａ間の径方向の間隔を充分に大きくすれば、回転磁石２１Ａ，２２Ａは、回転磁石２１Ａ，２２Ａの内外両側において、回転磁石２１Ａ，２２Ａの回転軸１０が直交する平行な面内にて磁界を発生する。したがって、この場合には、第１磁気センサ３０Ａを回転磁石２１Ａの外側に設けたり、第２及び／又は第３磁気センサ４０Ａ，５０Ａを回転磁石２２Ａの内側に設けるようにしてもよい。なお、この場合も、第１乃至第３磁気センサ３０Ａ，４０Ａ，５０Ａの回転軸１０に対する軸線方向位置及び円周方向位置は前記ｄ５の変形例と同じである。
【０１２７】
また、前記のように、回転磁石２１Ａ，２２Ａ間の径方向の間隔を充分に大きくして、回転磁石２１Ａの外側に第１磁気センサ２１Ａを配置し、又は回転磁石２１Ａ，２２Ａ間若しくは回転磁石２２Ａの外側に第２及び第２磁気センサ３０Ａ，３０Ｂを配置する場合には、回転磁石２１Ａを環状でなく円形状に形成してもよい。これらの変形例をまとめると、回転磁石２１Ａに第１磁気パターンを形成するとともに、回転磁石２２Ａに第２磁気パターンを形成し、回転磁石２１Ａを円形状又は環状に形成し、かつ回転磁石２２Ａを回転磁石２１Ａの外径よりも大きな内径を有する環状に形成し、回転磁石２１Ａ，２２Ａを回転軸方向において一致した位置にて径方向に２列に回転軸を同一にして配置する。そして、第１磁気センサ３０Ａを回転磁石２１Ａの第１磁気パターンの外周面の外側又は第１磁気パターンの内周面の内側に対向させて配置し、かつ第２及び第３磁気センサ４０Ａ，５０Ａを回転磁石２２Ａの第２磁気パターンの外周面の外側又は第２磁気パターンの内周面の内側に対向させて配置するようにしてもよい。また、回転磁石２１Ａに第２磁気パターンを形成するとともに、回転磁石２２Ａに第１磁気パターンを形成し、第２及び第３磁気センサ４０Ａ、５０Ａを回転磁石２１Ａの第２磁気パターンの外周面の外側又は第２磁気パターンの内周面の内側にて対向させて配置し、かつ第１磁気センサ３０Ａを回転磁石２２Ａの第１磁気パターンの外周面の外側又は第１磁気パターンの内周面の内側に対向させて配置するようにしてもよい。
【０１２８】
さらに、前記ｄ５の変形例においても、第１乃至第３磁気センサ３０Ａ，４０Ａ，５０Ａを、回転磁石２１Ａ，２２Ａの回転軸が感磁面に対して直交するように、回転磁石２１，２２の側面の内側及び外側に配置した。しかし、この場合も、回転磁石２１Ａ，２２Ａ（第１及び第２磁気パターン）は、回転磁石２１，２２の下面側においても、回転磁石２１，２２の回転軸と平行な面内にて磁界を発生する。したがって、図２５の下面図に示すように、第１磁気センサ３０Ａを、感磁面が回転磁石２１Ａ（第１磁気パターン）の接線方向と平行になるように、回転磁石２１Ａの下面の下側に配置するようにしてもよい。また、第２及び第２磁気センサ４０Ａ，５０Ａを、感磁面が回転磁石２２Ａ（第２磁気パターン）の接線方向と平行になるように、回転磁石２２Ａの下面の下側に配置するようにしてもよい。この場合も、第１乃至第３磁気センサ３０Ａ，４０Ａ，５０Ａの径方向及び円周方向の位置関係は上記第１実施形態及びその変形例の場合と同じである。これらの各種変形例によっても、絶対回転角φ３の検出が可能である。
【０１２９】
ｄ７．その他の変形例
さらに、上記実施形態及び各種変形例においては、本発明に係る回転検出装置を回転軸を貫通させた回転検出装置について説明したが、当然、本発明に係る回転検出装置は回転軸を貫通させない回転検出装置にも適用されるものである。
【符号の説明】
【０１３０】
１０…回転軸、１１…回転板、２１，２２，２１Ａ，２２Ａ…回転磁石、３０，３０Ａ…第１磁気センサ、４０，４０Ａ…第２磁気センサ、５０，５０Ａ…第３磁気センサ、３１，４１，５１…第１フルブリッジ回路、３２，４２，５２…第２フルブリッジ回路、３３，３４，４３，４４，５３，５４…差動増幅器、６０…基板、７０…Ａ／Ｄ変換器、８０…信号処理回路
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【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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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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