(57)【要約】【課題】本発明は、検知角度の誤差を抑制することが可能な磁界回転検知センサ及び磁気エンコーダを提供することを目的とする。【解決手段】磁石の回転を検知する磁界回転検知センサ２０であって、第１のブリッジ回路３１を構成する複数の第１の磁気センサ素子２４ａ〜２４ｄと、第２のブリッジ回路３２を構成する複数の第２の磁気センサ素子２５ａ〜２５ｄとを有し、複数の第１の磁気センサ素子２４ａ〜２４ｄの感度軸２７と、複数の第２の磁気センサ素子２５ａ〜２５ｄの感度軸２７とは互いに直交する方向に向けられており、複数の第１の磁気センサ素子２４ａ〜２４ｄは、複数の第２の磁気センサ素子２５ａ〜２５ｄより内側に配置されていることを特徴とする。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁石の回転を検知する磁界回転検知センサであって、
第１のブリッジ回路を構成する複数の第１の磁気センサ素子と、第２のブリッジ回路を構成する複数の第２の磁気センサ素子とを有し、
前記複数の第１の磁気センサ素子の感度軸と、前記複数の第２の磁気センサ素子の感度軸とは互いに直交する方向に向けられており、
前記複数の第１の磁気センサ素子は、前記複数の第２の磁気センサ素子より内側に配置されていることを特徴とする磁界回転検知センサ。
【請求項２】
前記複数の第２の磁気センサ素子は、離間して配置された２つの磁気センサ素子群を有し構成され、前記複数の第１の磁気センサ素子は前記２つの磁気センサ素子群に挟まれて配置されていることを特徴とする請求項１に記載の磁界回転検知センサ。
【請求項３】
前記複数の第１の磁気センサ素子の中心で交差する仮想軸を仮想Ｘ軸と仮想Ｙ軸としたとき、前記仮想Ｘ軸は前記第１の磁気センサ素子の感度軸に平行であり、前記仮想Ｙ軸は前記第２の磁気センサ素子の感度軸に平行であり、
前記仮想Ｘ軸及び前記仮想Ｙ軸で区分けされた４つの領域のそれぞれに、前記第１の磁気センサ素子と前記第２の磁気センサ素子とが配置されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の磁界回転検知センサ。
【請求項４】
前記複数の第１の磁気センサ素子の重心と、前記複数の第２の磁気センサ素子の重心とが一致していることを特徴とする請求項３に記載の磁界回転検知センサ。
【請求項５】
前記磁石は環状であり、前記複数の第１の磁気センサ素子及び前記複数の第２の磁気センサ素子は、前記磁石の外周に対向して配置されていることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の磁界回転センサ。
【請求項６】
前記磁石は環状であり、前記複数の第１の磁気センサ素子及び前記複数の第２の磁気センサ素子は、前記磁石の内周に対向して配置されていることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の磁界回転センサ。
【請求項７】
回転可能に設けられた磁石と、前記磁石に対向して配置された磁界回転検知センサとを有し、
前記磁界回転検知センサは、第１のブリッジ回路を構成する複数の第１の磁気センサ素子と、第２のブリッジ回路を構成する複数の第２の磁気センサ素子とを有し、
前記複数の第１の磁気センサ素子の感度軸と、前記複数の第２の磁気センサ素子の感度軸とは互いに直交する方向に向けられており、
前記複数の第１の磁気センサ素子は、前記複数の第２の磁気センサ素子よりも内側に配置されていることを特徴とする磁気エンコーダ。
【請求項８】
前記複数の第２の磁気センサ素子は、離間して配置された２つの磁気センサ素子群を有し構成され、前記複数の第１の磁気センサ素子は前記２つの磁気センサ素子群に挟まれて配置されていることを特徴とする請求項７に記載の磁気エンコーダ。
【請求項９】
前記複数の第２の磁気センサ素子の中心で交差する仮想軸線を仮想Ｘ軸と仮想Ｙ軸としたとき、前記仮想Ｘ軸は前記第１の磁気センサ素子の感度軸に平行であり、前記仮想Ｙ軸は前記第２の磁気センサ素子の感度軸に平行であり、
前記仮想Ｘ軸及び前記仮想Ｙ軸で区分けされた４つの領域のそれぞれに、前記第１の磁気センサ素子と前記第２の磁気センサ素子とが配置されていることを特徴とする請求項７または請求項８に記載の磁気エンコーダ。
【請求項１０】
前記磁石は環状であり、前記磁界回転検知センサは前記磁石の外周に対向して配置されていることを特徴とする請求項７から請求項９のいずれか１項に記載の磁気エンコーダ。
【請求項１１】
前記磁石は環状であり、前記磁界回転検知センサは前記磁石の内周に対向して配置されていることを特徴とする請求項７から請求項９のいずれか１項に記載の磁気エンコーダ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁界回転検知センサ及び磁気エンコーダに関し、特に、回転する磁石から発生する磁界の角度を検知することができる磁界回転検知センサ及び磁気エンコーダに関する。
【背景技術】
【０００２】
下記特許文献１には、回転する磁石の角度を検知するための角度検出装置が開示されている。図１０（ａ）は、下記特許文献１に記載されている従来例の角度検出装置に用いられる磁気センサの平面図であり、図１０（ｂ）は従来例の角度検出装置の側面図である。
【０００３】
図１０（ａ）に示すように、磁気センサ１２０は４つの磁気抵抗効果素子対１２２ａ〜１２２ｄを有して構成されており、４つの磁気抵抗効果素子対１２２ａ〜１２２ｄのそれぞれは、固定磁性層の磁化方向が同じ方向に向けられた２つの磁気抵抗効果素子から構成されている。磁気センサ１２０において、磁気抵抗効果素子対１２２ａと磁気抵抗効果素子対１２２ｄとが接続されて第１のブリッジ回路を形成し、磁気抵抗効果素子対１２２ｂと磁気抵抗効果素子対１２２ｃとが接続されて第２のブリッジ回路を形成する。図１０（ａ）に示すように、ブリッジ回路を構成する磁気抵抗効果素子対１２２ａと磁気抵抗効果素子対１２２ｄとを結ぶ仮想線と、磁気抵抗効果素子対１２２ｂと磁気抵抗効果素子対１２２ｃとを結ぶ仮想線とがセンサ中心１２５で交差して、磁気抵抗効果素子対１２２ａ〜１２２ｄがたすき掛け状に配置されている。
【０００４】
そして、図１０（ｂ）に示すように、磁気センサ１２０は、磁石１１５の回転平面（ＸＹ平面）に対して、角度φだけ傾けて配置されている。これにより、磁石１１５から発生する磁界が磁気センサ１２０の感磁面に交差して、磁気抵抗効果素子対１２２ａ〜１２２ｄに作用する磁界のｘ成分の大きさとｙ成分の大きさとを異ならせることができる。したがって、磁気センサ１２０の出力が三角波形状に近づくため、出力の直線性を向上させて磁石１１５の回転角度を高精度に検知することができる。
【０００５】
また、下記特許文献２は、円環状の磁石の内周側に磁気センサが配置された磁界回転検知装置について開示されている。特許文献２に記載されている磁界回転検知装置によれば、２つのブリッジ回路を構成する複数の磁気抵抗効果素子間の中心と、磁石の中心とを一致させて配置することにより、検出精度を向上させることが可能である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】国際公開第２０１０／０９８４７２号
【特許文献２】特許第４１１７１７５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献１に記載の従来例の角度検出装置１１０において、磁気センサ１２０を磁石１１５の回転平面に対して傾けて配置することは困難であり、配置する方法やスペースが限られた製品に適用するには制約が大きいという課題が生じる。
【０００８】
図１１は従来例の角度検出装置の検知角度及び検知角度誤差を示すグラフである。図１１は、図１０（ｂ）に示す磁石１１５と磁気センサ素子１２０との角度φが０°の場合、すなわち、磁気センサ１２０を磁石１１５の回転平面内に平行に配置された場合について示している。
【０００９】
図１１に示すように、理論上の検知角度は、磁石１１５の回転角と同一の値を示し直線となる。しかし実測の検知角度は、理論値に対して誤差を生じている。なお、検知角度誤差には、磁石１１５から発生する磁界自体の角度ずれと磁気センサ１２０の誤差成分とが含まれている。
【００１０】
従来例の角度検出装置１１０において、磁気センサ素子１２０面内において磁石１１５から発生する磁界の方向のずれが発生する。図１０（ａ）に示すように、２つのブリッジ回路を構成する磁気抵抗効果素子対１２２ａ〜１２２ｄがたすき掛け状に配置されており、例えば、磁気抵抗効果素子対１２２ａ及び磁気抵抗効果素子対１２２ｄに作用する磁界の方向と、磁気抵抗効果素子対１２２ｂ及び磁気抵抗効果素子対１２２ｃに作用する磁界の方向とが異なる場合がある。このような場合において、２つのブリッジ回路からの出力の誤差成分をキャンセルできず、磁界方向のばらつきに起因する検知角度誤差が生じる。よって、図１１に示すように、磁石の回転角が正の場合と負の場合とで誤差の絶対値の大きさが異なり、回転角の検知範囲全体での誤差が大きくなるという課題が生じる。
【００１１】
また、特許文献２に記載の従来例の角度検出装置においても、磁気センサの位置ずれが生じて磁石の中心位置と一致しない場合等、各磁気抵抗効果素子に作用する磁界方向にばらつきが生じた場合には、図１１に示すグラフと同様に、磁石の回転方向の違いで誤差の大きさが異なり、誤差の絶対値が大きくなるという課題が生じる。
【００１２】
本発明は、上記課題を解決して、検知角度の誤差を抑制することが可能な磁界回転検知センサ及び磁気エンコーダ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】
本発明は、磁石の回転を検知する磁界回転検知センサであって、第１のブリッジ回路を構成する複数の第１の磁気センサ素子と、第２のブリッジ回路を構成する複数の第２の磁気センサ素子とを有し、前記複数の第１の磁気センサ素子の感度軸と、前記複数の第２の磁気センサ素子の感度軸とは互いに直交する方向に向けられており、前記複数の第１の磁気センサ素子は、前記複数の第２の磁気センサ素子より内側に配置されていることを特徴とする。
【００１４】
これによれば、複数の第１の磁気センサ素子は複数の第２の磁気センサ素子より内側に配置されている。よって、磁界回転検知センサに作用する磁界方向のばらつきが生じた場合であっても、外側に配置された複数の第１の磁気センサ素子と内側に配置された複数の第２の磁気センサ素子との両方に角度誤差を有する磁界が作用する。そのため、磁界方向のばらつきにより生じる各磁気センサ素子の検知角度誤差は第１のブリッジ回路及び第２のブリッジ回路のそれぞれによって平均化される。すなわち、第１のブリッジ回路または第２のブリッジ回路のいずれか一方の角度誤差が増大することを防止して、全体として角度誤差を低減可能である。したがって、磁界回転検知センサの検知角度の誤差を抑制することができる。
【００１５】
前記複数の第２の磁気センサ素子は、離間して配置された２つの磁気センサ素子群を有し構成され、前記複数の第１の磁気センサ素子は前記２つの磁気センサ素子群に挟まれて配置されていることが好適である。これによれば、第１の磁気センサ素子を挟む２つの磁気センサ素子群に、互いに異なる角度の磁界が作用した場合であっても、第２のブリッジ回路により検知角度誤差が平均化して出力されるため、検知角度の誤差を抑制することができる。
【００１６】
前記複数の第１の磁気センサ素子の中心で交差する仮想軸を仮想Ｘ軸と仮想Ｙ軸としたとき、前記仮想Ｘ軸は前記第１の磁気センサ素子の感度軸に平行であり、前記仮想Ｙ軸は前記第２の磁気センサ素子の感度軸に平行であり、前記仮想Ｘ軸及び前記仮想Ｙ軸で区分けされた４つの領域のそれぞれに、前記第１の磁気センサ素子と前記第２の磁気センサ素子とが配置されていることが好適である。これによれば、仮想Ｘ軸と仮想Ｙ軸とで区分けされた４つの領域のそれぞれに第１の磁気センサ素子と第２の磁気センサ素子とが設けられている。そのため、磁界方向のばらつきによる検知角度の誤差成分は４つの領域で平均化されて、第１のブリッジ回路及び第２のブリッジ回路のそれぞれから出力される。また、４つの各領域で第１の磁気センサ素子と第２の磁気センサ素子とに同じ方向に磁界が作用するため、第１のブリッジ回路の出力と第２のブリッジ回路との出力との間で誤差成分が平均化される。したがって、検知角度誤差を確実に小さくすることができる。
【００１７】
前記複数の第１の磁気センサ素子の重心と、前記複数の第２の磁気センサ素子の重心とが一致していることが好ましい。これによれば、第１の磁気センサ素子に作用する磁界の方向と第２の磁気センサ素子に作用する磁界の方向とのばらつきを低減して、検知角度誤差を小さくすることができる。
【００１８】
前記磁石は環状であり、前記複数の第１の磁気センサ素子及び前記複数の第２の磁気センサ素子は、前記磁石の外周に対向して配置されていることが好ましい。これによれば、磁石から放射状に拡がる磁界に関して、検知角度の誤差を抑制して精度良く磁石の回転を検知することができる。また、磁石と各センサ素子との距離が変動した場合にも、検知角度誤差の発生を抑制できる。
【００１９】
前記磁石は環状であり、前記複数の第１の磁気センサ素子及び前記複数の第２の磁気センサ素子は、前記磁石の内周に対向して配置されていることが好適である。これによれば、磁石の内方に磁気センサ素子を配置して磁石の回転角度を検知する際に、磁石の中心に配置するなどの制約が少なく、前記複数の第１の磁気センサ素子及び前記複数の第２の磁気センサ素子の位置ずれによる検知角度の誤差を抑制することができる。
【００２０】
本発明の磁気エンコーダは、回転可能に設けられた磁石と、前記磁石に対向して配置された磁界回転検知センサとを有し、前記磁界回転検知センサは、第１のブリッジ回路を構成する複数の第１の磁気センサ素子と、第２のブリッジ回路を構成する複数の第２の磁気センサ素子とを有し、前記複数の第１の磁気センサ素子の感度軸と、前記複数の第２の磁気センサ素子の感度軸とは互いに直交する方向に向けられており、前記複数の第１の磁気センサ素子は、前記複数の第２の磁気センサ素子よりも内側に配置されていることを特徴とする。
【００２１】
これによれば、複数の第１の磁気センサ素子は複数の第２の磁気センサ素子より内側に配置されている。よって、磁界回転検知センサに作用する磁界方向のばらつきが生じた場合であっても、外側に配置された複数の第１の磁気センサ素子と内側に配置された複数の第２の磁気センサ素子との両方に角度誤差を有する磁界が作用する。そのため、磁界方向のばらつきにより生じる各磁気センサ素子の検知角度誤差は第１のブリッジ回路及び第２のブリッジ回路のそれぞれによって平均化される。すなわち、第１のブリッジ回路または第２のブリッジ回路のいずれか一方の角度誤差が増大することを防止して、全体として角度誤差を低減可能である。したがって、磁界回転検知センサの検知角度の誤差を抑制することができる。
【００２２】
本発明の磁気エンコーダにおいて、前記複数の第２の磁気センサ素子は、離間して配置された２つの磁気センサ素子群を有し構成され、前記複数の第１の磁気センサ素子は前記２つの磁気センサ素子群に挟まれて配置されていることが好ましい。
【００２３】
本発明の磁気エンコーダにおいて、前記複数の第２の磁気センサ素子の中心で交差する仮想軸線を仮想Ｘ軸と仮想Ｙ軸としたとき、前記仮想Ｘ軸は前記第１の磁気センサ素子の感度軸に平行であり、前記仮想Ｙ軸は前記第２の磁気センサ素子の感度軸に平行であり、
前記仮想Ｘ軸及び前記仮想Ｙ軸で区分けされた４つの領域のそれぞれに、前記第１の磁気センサ素子と前記第２の磁気センサ素子とが配置されていることが好適である。
【００２４】
本発明の磁気エンコーダにおいて、前記磁石は環状であり、前記磁界回転検知センサは前記磁石の外周に対向して配置されていることが好ましい。
【００２５】
本発明の磁気エンコーダにおいて、前記磁石は環状であり、前記磁界回転検知センサは前記磁石の内周に対向して配置されていることが好ましい。
【発明の効果】
【００２６】
本発明の磁界回転検知センサ及び磁気エンコーダによれば、検知角度の誤差を抑制することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の実施形態の磁気エンコーダを模式的に示す平面図である。
【図２】本実施形態の磁界回転検知センサの平面図である。
【図３】本実施形態の（ａ）第１のブリッジ回路、及び（ｂ）第２のブリッジ回路の回路図である。
【図４】本実施形態の磁界回転検知センサの作用を説明するための模式平面図である。
【図５】本実施形態の磁界回転検知センサの検知角度及び検知角度誤差を模式的に示すグラフである。
【図６】第１の実施例の磁気エンコーダの模式平面図である。
【図７】第２の実施例の磁気エンコーダの模式平面図である。
【図８】本実施形態の第１の変形例における磁界回転検知センサの平面図である。
【図９】本実施形態の第２の変形例における磁界回転検知センサの平面図である。
【図１０】（ａ）従来例の角度検出装置を構成する磁気センサの平面図、及び（ｂ）角度検出装置の側面図である。
【図１１】従来例の角度検出装置の検知角度及び検知角度誤差を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
以下、実施形態の磁気エンコーダ及び磁界回転検知センサについて、図面を参照して説明をする。なお、各図面の寸法は適宜変更して示している。
【００２９】
図１は、実施形態における磁気エンコーダを模式的に示す平面図である。図１に示すように、本実施形態の磁気エンコーダ１０は、環状の磁石１５と、磁石１５に対向して配置された磁界回転検知センサ２０とを有して構成される。磁石１５は、磁石１５の中心位置１８を中心として回転可能に設けられている。磁石１５は、周方向に２極に着磁されており、磁石１５の外側及び内側に磁界１７が発生する。磁界回転検知センサ２０は、磁石１５の外周に対して離間して配置されており、磁石１５の回転に伴って、磁界回転検知センサ２０に作用する磁界１７の方向が変化する。この磁界１７の方向の変化によって、回転する磁石１５の回転角度を検知することができる。
【００３０】
図２は、本実施形態の磁界回転検知センサの平面図である。図２に示すように、本実施形態における磁界回転検知センサ２０は、基板２９に配置された複数の第１の磁気センサ素子２４ａ〜２４ｄ及び複数の第２の磁気センサ素子２５ａ〜２５ｄを有して構成される。
【００３１】
図２に示すように、複数の第１の磁気センサ素子２４ａ〜２４ｄの感度軸２７−１と、複数の第２の磁気センサ素子２５ａ〜２５ｄの感度軸２７−２とは互いに直交する方向に向けられている。複数の第１の磁気センサ素子２４ａ〜２４ｄの感度軸２７はＸ１方向またはＸ２方向に向けられており、複数の第２の磁気センサ素子２５ａ〜２５ｄの感度軸２７はＹ１方向またはＹ２方向に向けられている。本実施形態において、複数の第１の磁気センサ素子２４ａ〜２４ｄが接続されて第１のブリッジ回路３１を構成し、複数の第２の磁気センサ素子２５ａ〜２５ｄが接続されて第２のブリッジ回路３２を構成している。そして、図２に示すように、複数の第１の磁気センサ素子２４ａ〜２４ｄは、複数の第２の磁気センサ素子２５ａ〜２５ｄよりも内側に配置されている。
【００３２】
ここで、「内側に配置される」とは、第２の磁気センサ素子２５ａ〜２５ｄより構成される四角い領域６２の内側に、第１の磁気センサ素子２４ａ〜２４ｄより構成される四角い領域６１が完全に内包されることを意味する。
【００３３】
本実施形態において、第１の磁気センサ素子２４ａ〜２４ｄ、及び第２の磁気センサ素子２５ａ〜２５ｄとして巨大磁気抵抗効果（ＧＭＲ（Ｇｉａｎｔ  Ｍａｇｎｅｔｏ  Ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ））素子が用いられる。ＧＭＲ素子には磁気抵抗効果膜が用いられ、磁気抵抗効果膜は、固定磁性層、自由磁性層等を含む積層膜で構成される。固定磁性層の磁化方向は固定されており、固定磁性層の磁化方向が各磁気センサ素子２４ａ〜２４ｄ、２５ａ〜２５ｄの感度軸２７−１と感度軸２７−２の方向である。また、自由磁性層の磁化方向は磁石１５の磁界１７の方向に応じて変化する。
【００３４】
本実施形態において、磁石１５から発生する磁界１７が第１の磁気センサ素子２４ａ〜２４ｄ及び第２の磁気センサ素子２５ａ〜２５ｄに作用し、固定磁性層の磁化方向と自由磁性層の磁化方向との角度が変化すると、第１の磁気センサ素子２４ａ〜２４ｄ及び第２の磁気センサ素子２５ａ〜２５ｄの抵抗値が変化する。自由磁性層の磁化方向が固定磁性層の磁化方向に対して平行になるように変化したときは抵抗値が減少し、逆に自由磁性層の磁化方向が固定磁性層の磁化方向に対して反平行になるように変化したときは抵抗値が増大する。
【００３５】
図３（ａ）は、本実施形態の第１のブリッジ回路の回路図であり、図３（ｂ）は第２のブリッジ回路の回路図である。図３（ａ）に示すように、入力端子（Ｖｄｄ）とグラウンド端子（ＧＮＤ）との間に、直列接続された第１の磁気センサ素子２４ａと第１の磁気センサ素子２４ｄ、及び直列接続された第１の磁気センサ素子２４ｂと第１の磁気センサ素子２４ｃが、並列接続されて第１のブリッジ回路３１を構成している。直列接続された第１の磁気センサ素子２４ａと第１の磁気センサ素子２４ｄとの間から中点電圧（Ｖ１）が取り出され、また第１の磁気センサ素子２４ｂと第１の磁気センサ素子２４ｃとの間から中点電圧（Ｖ２）が取り出される。中点電圧（Ｖ１）と中点電圧（Ｖ２）との差分（Ｖ１−Ｖ２）が、差動増幅器５４により増幅されて出力電圧（Ｖｏｕｔ）として出力される。また、図３（ｂ）に示すように、第２の磁気センサ素子２５ａ〜２５ｄに関しても、第１のブリッジ回路３１と同様に接続されて、第２のブリッジ回路３２を構成している。
【００３６】
図２に示すように、直列接続された磁気センサ素子同士（例えば、第１の磁気センサ素子２４ａと第１の磁気センサ素子２４ｄ）は、感度軸２７が互いに逆方向を向いているため、磁界が印加されたときの抵抗値は互いに逆に変化する。したがって、中点電圧（Ｖ１、Ｖ２）が変動し、差分が増幅されて出力電圧（Ｖｏｕｔ）として出力される。また、第１の磁気センサ素子２４ａ〜２４ｄの感度軸２７−１と、第２の磁気センサ素子２５ａ〜２５ｄの感度軸２７−２との方向が互いに直交する方向に向けられているため、磁石１５が回転して磁界１７の方向が変化したとき、第１のブリッジ回路３１からの出力と、第２のブリッジ回路３２からの出力とは、互いに９０°位相が異なる出力が得られる。
【００３７】
図４は、本実施形態の磁界回転検知センサ２０の作用を説明するための模式平面図である。図４に示すように、第１の磁気センサ素子２４ａと第１の磁気センサ素子２４ｄとを結ぶ仮想線と、第１の磁気センサ素子２４ｂと第１の磁気センサ素子２４ｃとを結ぶ仮想線とが交差するように各第１の磁気センサ素子２４ａ〜２４ｄが配置される。この仮想線の交点をセンサの中心位置２８とする。第１の磁気センサ素子２４ａと第１の磁気センサ素子２４ｄとは、センサの中心位置２８に対して１８０°回転対称となる位置に配置されており、第１の磁気センサ素子２４ｂと第１の磁気センサ素子２４ｃについても、同様に１８０°回転対称に配置される。
【００３８】
望ましくは前記仮想線の交点は各仮想線の中心位置にて交わる。よって、中心位置２８から第１の磁気センサ素子２４ａまでの距離は、中心位置２８から第１の磁気センサ素子２４ｃまでの距離に等しい。第１の磁気センサ素子２４ｂと第１の磁気センサ素子２４ｄについても同様である。中心位置２８と第１の磁気センサ素子２４ａ〜２４ｄ全ての素子との距離が等しくてもよい。これは、第１の磁気センサ素子２４ａと第１の磁気センサ素子２４ｄの重心と、第１の磁気センサ素子２４ｂと第１の磁気センサ素子２４ｃの重心とが一致することを意味する。又、第１の磁気センサ素子２４ａ〜２４ｄの全体の重心が２８である。
【００３９】
また、第２のブリッジ回路３２を構成する磁気センサ素子２５ａ〜２５ｄについても同様に、第２の磁気センサ素子２５ａと第２の磁気センサ素子２５ｄとを結ぶ仮想線と、第２の磁気センサ素子２５ｂと第２の磁気センサ素子２５ｃとを結ぶ仮想線とが交差するように各第２の磁気センサ素子２５ａ〜２５ｄが配置される。
【００４０】
望ましくは、中心位置２８と第２の磁気センサ素子２５ａ、２５ｃとの距離は等しく、第２の磁気センサ素子２５ｂ、２５ｄとの距離も等しい。中心位置２８と第２の磁気センサ素子２５ａ〜２５ｄの距離全てが等しくとも良い。これにより、第１の磁気センサ素子２４ａ〜２４ｄの重心と第２の磁気センサ素子２５ａ〜２５ｄの重心とが一致する。また、中心位置２８から各素子迄の距離は、第１の磁気センサ素子２４ａの方が第２の磁気センサ素子２５ａの方が小さい。第１の磁気センサ素子２４ｂと第２の磁気センサ素子２５ｂ、第１の磁気センサ素子２４ｃと第２の磁気センサ素子２５ｃ、第１の磁気センサ素子２４ｄと第２の磁気センサ素子２５ｄについて大小関係は同じである。
【００４１】
図４に示すように、第２の磁気センサ素子２５ａ〜２５ｄ同士を結ぶ仮想線の交点は、第１の磁気センサ素子２４ａ〜２４ｄ同士を結ぶ仮想線の交点は一致している。すなわち、第１の磁気センサ素子２４ａ〜２４ｄの中心位置と第２の磁気センサ素子２５ａ〜２５ｄの中心位置は一致して配置されている。
【００４２】
このように、第１のブリッジ回路３１を構成する第１の磁気センサ素子２４ａ〜２４ｄの中心位置と、第２のブリッジ回路３２を構成する第１の磁気センサ素子２４ａ〜２４ｄの中心位置を一致させることにより、各センサ素子に作用する磁界の方向のばらつきを抑制して、精度良く磁界回転角度を検知できる。
【００４３】
図４には、磁石１５（図４では図示しない）から発生する磁界１７が磁界回転検知センサ２０に作用する方向を矢印で示している。磁石１５（図４では図示しない）から発生する磁界１７は、磁界回転検知センサ２０内において同一方向に均一に分布して、第１の磁気センサ素子２４ａ〜２４ｄ及び第２の磁気センサ素子２５ａ〜２５ｄに同じ角度で作用することが望ましい。しかし、実際には、磁石１５の回転角度に対応した方向の理想磁界１９に対して、第１の磁気センサ素子２４ａ〜２４ｄ及び第２の磁気センサ素子２５ａ〜２５ｄに作用する磁界１７の方向のばらつき（不均一）が生じる。磁界１７の方向は一様ではなく不均一なため第１の磁気センサ素子２４ａ〜２４ｄ及び第２の磁気センサ素子２５ａ〜２５ｄの位置によって少量の差が生じるからである。
【００４４】
ここで、図４に示すように、各磁気センサ素子の中心位置２８を通りＸ１−Ｘ２方向に平行な仮想軸を仮想Ｘ軸５１とし、磁気センサ素子の中心位置２８を通りＹ１−Ｙ２方向に平行な仮想軸を仮想Ｙ軸５２とする。仮想Ｘ軸５１と仮想Ｙ軸５２とで区分けされた磁界回転検知センサ２０の４つの領域を第１の領域２０ａ、第２の領域２０ｂ、第３の領域２０ｃ、第４の領域２０ｄとする。
【００４５】
図４に示すように、磁石１５から発生する理想磁界１９の方向は各領域２０ａ〜２０ｄにおいて同一方向に向けられている。一方、実際に作用する磁界１７の方向は、第１の領域２０ａ及び第４の領域２０ｄにおいて理想磁界１９に対して角度誤差が大きく、第２の領域２０ｂ及び第３の領域２０ｃにおいて理想磁界１９に対して角度誤差が小さい。このように、各領域２０ａ〜２０ｄにおいて磁界１７の方向の不均一によるばらつきが生じる場合がある。
【００４６】
本実施形態の磁界回転検知センサ２０において、図４に示すように、複数の第１の磁気センサ素子２４ａ〜２４ｄは複数の第２の磁気センサ素子２５ａ〜２５ｄの内側に配置されている。複数の第２の磁気センサ素子２５ａ〜２５ｄは、Ｘ１側に位置する第２の磁気センサ素子２５ａ、２５ｂからなる磁気センサ素子群２６ａと、Ｘ２側に位置する第２の磁気センサ素子２５ｃ、２５ｄからなる磁気センサ素子群２６ｂとを有して構成されている。そして、第１の磁気センサ素子２４ａ〜２４ｄは、Ｘ１−Ｘ２方向において磁気センサ素子群２６ａ、２６ｂに挟まれて配置されている。
【００４７】
図４に示すように第１の磁気センサ素子２４ａ〜２４ｄ及び第２の磁気センサ素子２５ａ〜２５ｄを配置することにより、磁界１７の方向のばらつきが生じた場合において、複数の第１の磁気センサ素子２４ａ〜２４ｄと複数の第２の磁気センサ素子２５ａ〜２５ｄとの両方に対して、同じ角度誤差を有する磁界が作用する。磁界方向のばらつきにより生じる第１の磁気センサ素子２４ａ〜２４ｄの検知角度誤差は第１のブリッジ回路３１によって平均化され、また、第２の磁気センサ素子２５ａ〜２５ｄの検知角度誤差は第２のブリッジ回路３２によって平均化される。よって、第１のブリッジ回路３１または第２のブリッジ回路３２のいずれか一方の誤差が増大することを防止して、全体として検知角度誤差が平均されて出力される。したがって、磁界回転検知センサ２０の検知角度の誤差を抑制することができる。
【００４８】
また、仮想Ｘ軸５１及び仮想Ｙ軸５２で区分けされた４つの領域２０ａ〜２０ｄのそれぞれに、第１の磁気センサ素子２４ａ〜２４ｄと第２の磁気センサ素子２５ａ〜２５ｄとが配置されていることが好適である。領域２０ａには第１の磁気センサ素子２４ａと第２の磁気センサ素子２５ａが、領域２０ｂには第１の磁気センサ素子２４ｂと第２の磁気センサ素子２５ｂが、領域２０ｃには第１の磁気センサ素子２４ｃと第２の磁気センサ素子２５ｃが、領域２０ｄには第１の磁気センサ素子２４ｄと第２の磁気センサ素子２５ｄが配置されている。これによれば、磁界方向のばらつきによる検知角度の誤差成分は４つの領域２０ａ〜２０ｄで平均化されて第１のブリッジ回路３１及び第２のブリッジ回路３２のそれぞれから出力される。また、４つの各領域２０ａ〜２０ｄで第１の磁気センサ素子２４ａ〜２４ｄと第２の磁気センサ素子２５ａ〜２５ｄとに同じ方向に磁界が作用するため、第１のブリッジ回路３１の出力と第２のブリッジ回路３２の出力との間で誤差成分が平均化される。したがって、検知角度誤差を確実に小さくすることができる。
【００４９】
なお、図４に示す理想磁界１９及び磁界１７の方向は一例であり、磁界１７の方向のばらつきが異なる場合であっても、本実施形態によれば、上述のように誤差成分を平均化することで、検知角度誤差を抑制することができる。
【００５０】
図５は、本実施形態の磁界回転検知センサ２０の検知角度及び検知角度誤差を模式的に示すグラフである。図５に示すように、磁石１５を３６０°回転（−１８０°〜１８０°）させたときの理想的な検知角度を点線で、実際の検知角度を実線で示す。図４に示すような、磁石１５の磁界方向のばらつきに起因して、−１８０°〜０°では、検知角度誤差がプラス側に発生し、０°〜１８０°では検知角度誤差がマイナス側に発生する。そして、上述のように本実施形態の磁界回転検知センサ２０は、磁界方向のばらつき（不均一）による検知角度の誤差成分が平均化されて出力されるため、理想的な検知角度に対してプラス側の検知誤差（例えば約３°）と、マイナス側の検知誤差（例えば約−３°）との絶対値がほぼ同じ大きさとなる。したがって、磁石１５を１回転させたときの検知誤差の絶対値の大きさを小さくすることができる。
【００５１】
（実施例１）
図６は、第１の実施例の磁気エンコーダを示す模式平面図である。図６に示すように、本実施例の磁気エンコーダ１１は、円環状の磁石１５と、磁石１５の外周に対向配置された磁界回転検知センサ２０とを有し、本実施例の磁界回転検知センサ２０は、実施形態の図２から図４に示した磁界回転検知センサ２０と同様の構成である。図６に示すように、磁界回転検知センサ２０の位置を磁石１５の半径方向に異ならせた場合において、それぞれ、磁石１５を３６０°回転させたときに生じる検知角度誤差を評価した。
【００５２】
図６に示す位置（Ａ）の磁界回転検知センサ２０と磁石１５の外周との距離は３ｍｍであり、位置（Ｂ）における距離は２．８ｍｍ、位置（Ｃ）における距離２．６ｍｍである。また、比較例として図１０（ａ）に示すような、同一方向に感度軸を有する複数の磁気センサ素子対を用いて、互いに磁気センサ素子対が交差するように、たすき掛け状に配置した磁界回転検知センサを用いて、第１の比較例の磁気エンコーダを構成した。
【００５３】
下記の表１には、第１の実施例及び第１の比較例の磁気エンコーダについて、磁石１５を３６０°回転させたときの検知角度誤差を示す。なお、表中の「Ｍａｘ」は理想検知角度に対してプラス側の検知角度誤差の最大値を示し、「Ｍｉｎ」は理想検知角度に対してマイナス側の検知角度誤差の最大値を示す。「絶対値」は、「Ｍａｘ」の絶対値と「Ｍｉｎ」の絶対値の内の最大値（絶対値）を示し、磁石１５を３６０°回転させたときに生じる最大の検知角度誤差である。
【００５４】
【表１】
2015129700.tif 000003
【００５５】
表１に示すように、実施例１及び比較例１のどちらについても、磁界回転検知センサ２０の配置が磁石１５に近づくにしたがって検知角度誤差が大きくなる傾向を示している。第１の比較例は、例えば位置Ｃの場合において、検知角度誤差の最大値（ＭＡＸ）の絶対値と、最小値（ＭＩＮ）の絶対値との差が発生している。これに対して、実施例１の磁界回転検知センサ２０は、検知角度誤差の最大値（ＭＡＸ）の絶対値と、最小値（ＭＩＮ）の絶対値とが同じ値を示している。また、実施例１の検知角度誤差の絶対値は、比較例１に比べて小さい値を示している。
【００５６】
また、表１の下段に示すように、磁石１５から発生する磁界の角度自体が、磁石１５の回転角度に対するずれを有している。すなわち、表１に示す実施例１及び比較例１の検知角度誤差は、磁界回転検知センサ２０の検知角度誤差と磁石１５から発生する磁界の角度ずれを合計した値である。下記表２には、磁石１５から発生する磁界の角度ずれを除いた磁界回転検知センサ２０自体の検知角度誤差を示す。
【００５７】
【表２】
2015129700.tif 000004
【００５８】
表２に示すように、実施例１の磁界回転検知センサ２０の検知角度誤差は、比較例１よりも小さい値を示している。実施例１及び比較例１ともにセンサ配置が磁石１５に近づくにしたがって検知角度誤差が大きくなるが、位置Ｂにおいて比較例１の誤差の絶対値１．０°に対して実施例１の誤差の絶対値は、０．１°であり、位置Ｃにおいて比較例１の誤差の絶対値２．６°に対して実施例１の誤差の絶対値は、１．１°である。
【００５９】
以上のように、実施例１の磁界回転検知センサ２０は、第１の磁気センサ素子２４ａ〜２４ｄ及び第２の磁気センサ素子２５ａ〜２５ｄの誤差を平均化して検知角度を出力することにより、検知角度誤差を抑制することができる。
【００６０】
また、表２に示すように、実施例１の磁界回転検知センサ２０は、磁界回転検知センサ２０と磁石１５との距離が変化した場合でも、誤差の増大を抑制できる。よって、磁界回転検知センサ２０を組み込む際に位置ずれが生じた場合等に、検知角度誤差の発生を抑制することができる。
【００６１】
（実施例２）
図７は、第２の実施例の磁気エンコーダを示す模式平面図である。図７に示すように、本実施例の磁気エンコーダ１２は、円環状の磁石１６と、磁石１６の内周に対向配置された磁界回転検知センサ２０とを有し、本実施例の磁界回転検知センサ２０は、実施形態の図２から図４に示した磁界回転検知センサ２０と同様の構成である。図７（ａ）〜図７（ｃ）には、磁界回転検知センサ２０の位置を磁石１６の内側において変更した場合の模式平面図を示している。図７（ａ）は、磁界回転検知センサ２０の中心位置２８が磁石１６の中心位置１８に重なって配置され、図７（ｂ）は磁界回転検知センサ２０の中心位置２８が磁石１６の中心位置１８からずれて配置され、図７（ｃ）は磁界回転検知センサ２０が磁石１６の内周近傍に配置されている場合を示す。
【００６２】
磁界回転検知センサ２０のＹ方向寸法０．５ｍｍ、Ｘ方向寸法０．６ｍｍに対し、図７（ｂ）では中心位置２８が磁石中心位置１８に対して、Ｘ１、Ｙ２方向に対して０．３ｍｍずつずれている。また、図７（ｃ）ではＸ１、Ｙ１方向に０．５ｍｍずつずれている。
【００６３】
また、第１の比較例と同様に、第２の比較例として図１０（ａ）に示すような、同一方向に感度軸を有する複数の磁気センサ素子対を用いて、互いに磁気センサ素子対が交差するように配置した磁界回転検知センサを用い、図７各図に示す位置に配置して第２の比較例の磁気エンコーダとした。
【００６４】
下記の表３及び表４には、図７（ａ）〜図７（ｃ）のそれぞれについて、磁石１６を３６０°回転させたときに生じる検知角度誤差を評価した結果を示す。表３には、磁石１６から発生する磁界の角度ずれを含めた検知角度誤差の値を示し、表４には、磁界の角度ずれを除いた磁界回転検知センサ２０自体の検知角度誤差の値を示す。表３及び表４のリング磁石中心位置配置Ａは図７（ａ）に示す配置であり、配置Ｂは図７（ｂ）に示す配置であり、配置Ｃは図７（ｃ）に示す配置である。
【００６５】
【表３】
2015129700.tif 000005
【００６６】
【表４】
2015129700.tif 000006
【００６７】
磁石１６の内側における磁界の分布は、磁石１６の外周側に比べて均一である。よって磁界回転検知センサ２０の第１の磁気センサ素子２４ａ〜２４ｄ及び第２の磁気センサ素子２５ａ〜２５ｄのそれぞれに作用する磁界の方向のばらつきが小さく、実施例１と比較して検知角度誤差の値が小さい。表３及び表４に示すように、配置Ａ（図７（ａ））において、実施例２及び比較例２のいずれにおいても誤差はほとんど発生しない。
【００６８】
表４に示すように、配置Ｂ（図７（ｂ））、配置Ｃ（図７（ｃ））の場合には角度検知誤差が発生する。表４に示すように、実施例２の磁界回転検知センサ２０の検知角度誤差の絶対値は、比較例２の検知角度誤差の絶対値に対して０．１°小さい値となっており、本実施例においても、検知角度誤差が低減されている。
【００６９】
図８は、本実施形態の第１の変形例における磁界回転検知センサの平面図である。図８に示す第１の変形例の磁界回転検知センサ２１は、第１の磁気センサ素子２４ａ〜２４ｄと第２の磁気センサ素子２５ａ〜２５ｄとの配置が異なっている。本変形例において、第２の磁気センサ素子２５ａと第２の磁気センサ素子２５ｃとで、一つの磁気センサ素子群２６ａを構成し、第２の磁気センサ素子２５ｂと第２の磁気センサ素子２５ｄとで、もう一つの磁気センサ素子群２６ｂを構成する。複数の第１の磁気センサ素子２４ａ〜２４ｄは、２つの磁気センサ素子群２６ａ、２６ｂによってＹ１−Ｙ２方向に挟まれて配置される。すなわち、磁石１５の半径方向において、複数の第１の磁気センサ素子２４ａ〜２４ｄが第２の磁気センサ素子２５ａ〜２５ｄに挟まれている。
【００７０】
このような態様であっても、磁界回転検知センサ２１と同様に、第２の磁気センサ素子２５ａ〜２５ｄよりも内側に第１の磁気センサ素子２４ａ〜２４ｄが配置されている。、また、仮想Ｘ軸５１、仮想Ｙ軸５２で区分けされた各領域２１ａ〜２１ｄのそれぞれに第１の磁気センサ素子２４ａ〜２４ｄと第２の磁気センサ素子２５ａ〜２５ｄとが配置されている。これにより、磁石１５から発生する磁界１７の方向のばらつきが生じた場合に、第１の磁気センサ素子２４ａ〜２４ｄ及び第２の磁気センサ素子２５ａ〜２５ｄにより検知角度誤差が平均化して出力されるため、検知角度誤差を低減することができる。
【００７１】
図９は本実施形態の第２の変形例における磁界回転検知センサの平面図である。図９に示すように、第２の変形例の磁界回転検知センサ２２において、第１の磁気センサ素子２４ａと第１の磁気センサ素子２４ｄとはセンサ中心位置２８に対して１８０°回転対称に配置されている。第１の磁気センサ素子２４ａと第１の磁気センサ素子２４ｄとを結ぶ仮想線の延長線上に、第２の磁気センサ素子２５ａと第２の磁気センサ素子２５ｄとが設けられている。同様に、第１の磁気センサ素子２４ｂと第１の磁気センサ素子２４ｃとが中心位置２８に対して１８０°回転対称に配置されている。そして、第１の磁気センサ素子２４ｂと第１の磁気センサ素子２４ｃとを結ぶ仮想線の延長線上に第２の磁気センサ素子２５ｂと第２の磁気センサ素子２５ｃとが設けられている。
【００７２】
本変形例においても、第１の磁気センサ素子２４ａ〜２４ｄは、第２の磁気センサ素子２５ａ〜２５ｄよりも内側に配置されている。また、複数の第２の磁気センサ素子２５ａ〜２５ｄは、Ｘ１側に位置する第２の磁気センサ素子２５ａ、２５ｂからなる磁気センサ素子群２６ａと、Ｘ２側に位置する第２の磁気センサ素子２５ｃ、２５ｄからなる磁気センサ素子群２６ｂとを有して構成されている。そして、第１の磁気センサ素子２４ａ〜２４ｄは、Ｘ１−Ｘ２方向において磁気センサ素子群２６ａ、２６ｂに挟まれて配置されている。
【００７３】
このような配置であっても、磁石１５から発生する磁界１７の方向のばらつきが生じた場合において、第１の磁気センサ素子２４ａ〜２４ｄ及び第２の磁気センサ素子２５ａ〜２５ｄにより検知角度誤差を平均化して出力し、検知角度誤差を低減することができる。
【符号の説明】
【００７４】
１０、１１、１２  磁気エンコーダ
１５、１６  磁石
１７  磁石から発生する磁界
１８  磁石の中心位置
１９  磁石の理想磁界
２０、２１、２２  磁界回転検知センサ
２０ａ、２１ａ、２２ａ  第１の領域
２０ｂ、２１ｂ、２２ｂ  第２の領域
２０ｃ、２１ｃ、２２ｃ  第３の領域
２０ｄ、２１ｄ、２２ｄ  第４の領域
２４ａ〜２４ｄ  第１の磁気センサ素子
２５ａ〜２５ｄ  第２の磁気センサ素子
２６ａ、２６ｂ  磁気センサ素子群
２７−１、２７−２  感度軸
２８  センサの中心位置
３１  第１のブリッジ回路
３２  第２のブリッジ回路
５１  仮想Ｘ軸
５２  仮想Ｙ軸
【図１】
2015129700.tif 000007
【図２】
2015129700.tif 000008
【図３】
2015129700.tif 000009
【図４】
2015129700.tif 000010
【図５】
2015129700.tif 000011
【図６】
2015129700.tif 000012
【図７】
2015129700.tif 000013
【図８】
2015129700.tif 000014
【図９】
2015129700.tif 000015
【図１０】
2015129700.tif 000016
【図１１】
2015129700.tif 000017