(57)【要約】【課題】実質的な位相差を維持しながら隣接素子間ピッチを拡げることが可能であり、高分解能の要望を満足することができる回転センサ装置を提供する。【解決手段】本発明に係る回転センサ装置Ｓは、直列接続された２つの磁気抵抗素子Ａ１，Ａ２，Ｂ１，Ｂ２の中点の電位を出力する回転センサＡ，Ｂを有しており、前記回転センサＡ，Ｂの個数をｎとし、回転検出用ギアＧの歯のピッチをλとした時、前記各磁気抵抗素子Ａ１，Ｂ１，Ａ２，Ｂ２を前記回転検出用ギアＧの回転円周の接線方向に隣り合わせて配置し、かつ、｛（２ｎ−１）／（２ｎ）｝・λのピッチで配置していることを特徴とする。【選択図】    図１
2004184115.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
直列接続された２つの磁気抵抗素子の中点の電位を出力する回転センサの複数個を有する回転センサ装置であって、
前記回転センサの個数をｎとし、回転検出用ギアの歯のピッチをλとした時、前記各磁気抵抗素子を前記回転検出用ギアの回転円周の接線方向に隣り合わせて配置し、かつ、｛（２ｎ−１）／（２ｎ）｝・λのピッチで配置したことを特徴とする回転センサ装置。
【請求項２】
直列接続された２つの磁気抵抗素子の中点の電位を出力する回転センサの複数個を有する回転センサ装置であって、
前記回転センサの個数をｎとし、Ｎ極とＳ極とが等間隔で着磁された回転体の着磁ピッチをλとした時、前記各磁気抵抗素子を前記回転体の回転円周の接線方向に隣り合わせて配置し、かつ、｛（２ｎ−１）／（２ｎ）｝・λのピッチで配置したことを特徴とする回転センサ装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は回転センサ装置に係り、特には、多相出力型の回転センサ装置を構成する回転センサの各々が具備している磁気抵抗素子の配置構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
工作機械の主軸の回転数や制御テーブルの送り速度などを検出するために使用される回転センサには、永久磁石で磁気バイアスが与えられた磁気抵抗素子の前方を回転検出用ギアが通過するときに生じる磁気抵抗素子の抵抗値変化によって回転速度を検出する構成とされたものがある。なお、磁気抵抗素子は、磁界の強さに比例して抵抗値が変化する磁電変換素子である。
【０００３】
単相構造の回転センサでは、２つの磁気抵抗素子が直列接続されており、その中点の電位が変化するのに基づいて回転検出用ギアの回転速度が検出される。そして、これらの磁気抵抗素子は回転検出用ギアの回転円周の接線方向に隣り合わせで配置されており、回転検出用ギアの歯のピッチをλとした時、磁気抵抗素子は（１／２）・λとなるピッチで配置されている。なお、回転センサからは、回転検出用ギアの歯数と対応した数の信号が出力される。
【０００４】
しかしながら、単相構造の回転センサでは、回転検出用ギアの回転方向を検出することができない。そこで、回転方向を検出する必要がある場合やその他のシステム設計上の必要がある場合には、複数個の回転センサを組み合わせることによって多相（ｎ相）出力型の回転センサ装置が構成される（例えば、特許文献１参照。）。
【０００５】
すなわち、２相出力型の回転センサ装置Ｓであれば、図４で模式化して示すように、２個の回転センサＡ，Ｂを構成している磁気抵抗素子Ａ１，Ａ２，Ｂ１，Ｂ２のそれぞれが互いに隣り合う状態、つまり、図４中の左側からＡ１，Ｂ１，Ａ２，Ｂ２の順で並んだ状態として配置される。
【０００６】
そして、この回転センサ装置Ｓにおいては、回転検出用ギアＧの歯のピッチをλとした時、回転検出用ギアＧの歯面と対向して配置された磁気抵抗素子Ａ１，Ｂ１，Ａ２，Ｂ２のピッチ、いわゆる隣接素子間ピッチを（１／４）・λとすることが行われる。なお、回転検出用ギアＧの歯のピッチは、歯先円の円周を歯数で除すことによって算出される。
【０００７】
従って、回転センサ装置Ｓから出力されるＡ相とＢ相との位相差は、隣接素子間ピッチと等しい（１／４）・λとなり、λの電気角を３６０°（＝２πラジアン）とした時の位相差は９０°となる。また、この際の同相素子間ピッチ、つまり、回転センサＡを構成している磁気抵抗素子Ａ１，Ａ２のピッチと、回転センサＢを構成している磁気抵抗素子Ｂ１，Ｂ２のピッチとは、隣接素子間ピッチに相の数（ここではｎ＝２）を乗じて算出されるため、（１／２）・λとなる。
【０００８】
なお、同相素子間ピッチは、（１／２）・λの奇数倍でなければならない。なぜならば、回転センサＡ（Ｂ）を構成している磁気抵抗素子Ａ１，Ａ２（Ｂ１，Ｂ２）それぞれの磁場の差によって生じる抵抗値の差が出力となるため、磁気抵抗素子Ａ１，Ａ２（Ｂ１，Ｂ２）の一方が回転検出用ギアＧの歯先部と対向している時は、その他方が回転検出用ギアＧの歯底部と対向している必要があるからである。
【０００９】
すなわち、従来の回転センサ装置では、相の数、つまり、組み合わされる回転センサの個数をｎとし、回転検出用ギアＧの歯のピッチをλとした時、磁気抵抗素子の各々を、回転検出用ギアの回転方向の接線方向に沿う｛１／（２ｎ）｝・λのピッチで隣り合わせて配置することが行われる。従って、３個の回転センサを組み合わせてなる３相出力型の回転センサ装置では、隣接素子間ピッチ及び位相差はともに（１／６）・λ＝６０°となる。なお、同相素子間ピッチは、（１／２）・λのままで変わらない。
【００１０】
【特許文献１】
特開平２−２７２７８２号公報
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
２相出力以上の回転センサ装置、つまり、複数の回転センサからなる回転センサ装置は、鉄道車両の速度を検出する場合、また、ＮＣ工作機械の旋盤主軸及びドリルの回転速度や回転方向、制御ステージの送り速度や送り方向などを検出する場合などに使用される。そして、最近では、機械の小型化やＣＰＵの処理速度の高速化に伴って各種機器の微細制御が必要なため、回転センサ装置に高分解能が要望され、モジュールＭの小さい回転検出用ギアＧにも対応可能な機能が求められる。なお、回転検出用ギアＧのモジュールＭは、その歯のピッチをπ（円周率）で除して算出される。
【００１２】
ところで、図示を省略しているが、各回転センサＡ，Ｂが具備する磁気抵抗素子Ａ１，Ａ２，Ｂ１，Ｂ２のパターン幅Ｗと、回転検出用ギアＧのモジュールＭとの間には、パターン幅Ｗに４／πを乗じた値がモジュールＭ以下（Ｗ×（４／π）≦Ｍ）という条件がある。そのため、磁気抵抗素子Ａ１，Ａ２，Ｂ１，Ｂ２のパターン幅Ｗによって規制される隣接素子間ピッチよりも、回転検出用ギアＧのモジュールＭを小さくすることはできない。
【００１３】
すなわち、回転検出用ギアＧのモジュールＭが０．４である場合、２相出力型の回転センサ装置における隣接素子間ピッチは、（１／４）・λ＝（４／π）・０．４＝０．３１４ｍｍとなるので、磁気抵抗素子Ａ１，Ａ２，Ｂ１，Ｂ２のパターン幅Ｗが０．２８ｍｍであっても差し支えない。しかし、回転検出用ギアＧのモジュールＭが０．２であれば、隣接素子間ピッチが０．１５７ｍｍとなるため、パターン幅Ｗが０．２８ｍｍの磁気抵抗素子Ａ１，Ａ２，Ｂ１，Ｂ２では対応不可となる。そこで、これら磁気抵抗素子Ａ１，Ａ２，Ｂ１，Ｂ２のパターン幅Ｗを０．１２ｍｍ程度まで狭くしなければならない。
【００１４】
ところが、このようにしたのでは、インジウムアンチモン膜などである磁気抵抗素子Ａ１，Ａ２，Ｂ１，Ｂ２が印加電圧の影響で焼き切れてしまうのを防止するため、パターン幅Ｗを狭くした分だけ磁気抵抗素子Ａ１，Ａ２，Ｂ１，Ｂ２のパターン長を２．３倍（＝０．２８／０．１２）程度まで長くし、抵抗値を一定に保つ必要がある。なお、磁気抵抗素子Ａ１，Ａ２，Ｂ１，Ｂ２のパターン長が長くなった場合には、センサ形状が大型化してしまう。
【００１５】
本発明はこれらの不都合に鑑みて創案されたものであって、実質的には従来同様の位相差を確保しながら隣接素子間ピッチを拡げることが可能であり、かつ、センサ形状の大型化を招かずに高分解能の要望を満たすことができる回転センサ装置の提供を目的としている。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の発明に係る回転センサ装置は、直列接続された２つの磁気抵抗素子の中点の電位を出力する回転センサの複数個を有するものであって、前記回転センサの個数をｎとし、回転検出用ギアの歯のピッチをλとした時、前記各磁気抵抗素子を前記回転検出用ギアの回転円周の接線方向に隣り合わせて配置し、かつ、｛（２ｎ−１）／（２ｎ）｝・λのピッチで配置したことを特徴としている。
【００１７】
請求項２記載の発明に係る回転センサ装置は、直列接続された２つの磁気抵抗素子の中点の電位を出力する回転センサの複数個を有するものであり、前記回転センサの個数をｎとし、Ｎ極とＳ極とが等間隔で着磁された回転体の着磁ピッチをλとした時、前記各磁気抵抗素子を前記回転体の回転円周の接線方向に隣り合わせて配置し、かつ、｛（２ｎ−１）／（２ｎ）｝・λのピッチで配置したことを特徴としている。
【００１８】
【発明の実施の形態】
図１及び図２は本実施の形態に係る回転センサ装置を模式化して示す説明図であり、図１は２相出力型の回転センサ装置を、また、図２は３相出力型の回転センサ装置を示している。また、図３は変形例に係る回転センサ装置を模式化して示す説明図であり、２相出力型の回転センサ装置を示している。なお、本実施の形態及び変形例を示す図１〜図３において、従来の形態を示す図４と互いに同一であり、また、相当する部品、部分のそれぞれには同一の符号を付している。
【００１９】
本実施の形態に係る回転センサ装置は、直列接続された２つの磁気抵抗素子を有し、その中点の電位を出力する回転センサの複数個からなる多相（ｎ相）出力型とされている。そして、この回転センサ装置は、回転センサの個数をｎとし、回転検出用ギアの歯のピッチをλとした時、各磁気抵抗素子が回転検出用ギアの回転円周の接線方向に隣り合わせの状態で配置されており、これらの磁気抵抗素子が｛（２ｎ−１）／（２ｎ）｝・λのピッチで配置されたものとなっている。なお、ｎは、２以上の整数である。
【００２０】
すなわち、２相出力型の回転センサ装置Ｓは、図１で模式化して示すように、直列接続された２つずつの磁気抵抗素子Ａ１，Ａ２及びＢ１，Ｂ２を具備する２個の回転センサＡ，Ｂから構成されており、回転センサＡ，Ｂのそれぞれは磁気抵抗素子Ａ１，Ａ２及びＢ１，Ｂ２の中点の電位を出力する。そして、この回転センサ装置Ｓは、回転検出用ギアＧにおける回転方向の接線方向に沿って配置されている。
【００２１】
この時、各回転センサＡ，Ｂの具備する磁気抵抗素子Ａ１，Ａ２，Ｂ１，Ｂ２は、図１中の左側から順にＡ１，Ｂ１，Ａ２，Ｂ２と隣り合って並んだ状態で配置されている。なお、回転センサ装置Ｓの裏面側、つまり、回転検出用ギアＧと対向する表面側と反対の裏面側には、図示省略しているが、磁気バイアスを与える永久磁石が設けられている。
【００２２】
また、回転検出用ギアＧの歯のピッチはλとされており、磁気抵抗素子Ａ１，Ｂ１，Ａ２，Ｂ２の各々は、回転検出用ギアＧの歯面と対向している。さらに、隣り合って配置された磁気抵抗素子Ａ１，Ｂ１，Ａ２，Ｂ２のピッチ、つまり、隣接素子間ピッチは、｛（２ｎ−１）／（２ｎ）｝・λ中のｎが２であるため、（３／４）・λとなる。
【００２３】
その結果、回転センサ装置Ｓから出力されるＡ相とＢ相との位相差も、磁気抵抗素子Ａ１，Ｂ１のピッチである隣接素子間ピッチと等しい（３／４）・λとなる。従って、λの電気角を３６０°（＝２πラジアン）とした時の位相差は２７０°＝−９０°となり、実質的には従来の形態と同じになる。また、この場合における同相素子間ピッチは、隣接素子間ピッチに相の数（ここではｎ＝２）が乗じて算出されるため、（１／２）・λの３倍である（３／２）・λとなる。
【００２４】
すなわち、本実施の形態に係る２相出力型の回転センサ装置Ｓでは、隣接素子間ピッチが従来の３倍まで拡がっているにも拘わらず、従来の形態と実質的に同一である位相差の検出信号が出力される。そして、このような回転センサ装置Ｓであれば、磁気抵抗素子Ａ１，Ｂ１，Ａ２，Ｂ２のパターン幅Ｗによって規制される隣接素子間ピッチが３倍に拡がったため、隣接素子間ピッチの１／３程度まで小さなモジュールＭの回転検出用ギアＧにも対応可能となる。
【００２５】
具体的に説明すると、２相出力型の回転センサ装置Ｓである場合、回転センサＡ，Ｂが具備する磁気抵抗素子Ａ１，Ａ２，Ｂ１，Ｂ２のパターン幅Ｗと、回転検出用ギアＧのモジュールＭとの間には、パターン幅Ｗに４／πを乗じた値がモジュールＭ以下（Ｗ×（４／π）≦Ｍ）という条件がある。ところが、本実施の形態に係る回転センサ装置Ｓでは、モジュールＭが隣接素子間ピッチの１／３まで小さくてもよいため、モジュールＭが０．２であるときの隣接素子間ピッチは０．４７１ｍｍとなる。
【００２６】
従って、磁気抵抗素子Ａ１，Ａ２，Ｂ１，Ｂ２のパターン幅Ｗが０．２８ｍｍであっても何ら差し支えなく、モジュールＭが０．２の回転検出用ギアＧを検出することが可能となる。なお、このような構成である場合には、磁気抵抗素子Ａ１，Ａ２，Ｂ１，Ｂ２のパターン長を長くする必要がないため、センサ形状が大型化することもない。
【００２７】
ところで、回転センサ装置Ｓが３相出力型である場合は、図２で示すように、回転センサの個数が３となり、これら３個の回転センサＡ，Ｂ，Ｃが具備する磁気抵抗素子Ａ１，Ａ２，Ｂ１，Ｂ２，Ｃ１，Ｃ２は、回転検出用ギアＧの回転円周に接する方向の一方側、つまり、図２中の左側から順にＡ１，Ｂ１，Ｃ１，Ａ２，Ｂ２，Ｃ２と隣り合って並んだ状態で配置される。そのため、３相出力型の回転センサ装置Ｓを構成している磁気抵抗素子Ａ１，Ｂ１，Ｃ１，Ａ２，Ｂ２，Ｃ２の隣接素子間ピッチは、｛（２ｎ−１）／（２ｎ）｝・λ中のｎが３であるため、（５／６）・λとなる。
【００２８】
また、この時、回転センサ装置Ｓにおける出力の位相差も、隣接素子間ピッチと等しい（５／６）・λとなり、λの電気角が３６０°（＝２πラジアン）である場合の位相差は３００°＝−６０°となる。この位相差は、実質的に従来の形態と同じである。さらに、隣接素子間ピッチに相の数（ｎ＝３）を乗じて算出される同相素子間ピッチは（５／２）・λとなり、（１／２）・λの奇数倍という条件を満たしている。
【００２９】
さらにまた、本実施の形態に係る回転センサ装置Ｓでは、次のような事実が確認される。まず、回転センサ装置Ｓの位相差は｛（２ｎ−１）／（２ｎ）｝・λで表されるが、この数式に対して従来の形態に係る回転センサ装置Ｓの位相差を表す｛１／（２ｎ）｝・λを加えてみると、｛（２ｎ−１）／（２ｎ）｝・λ＋｛１／（２ｎ）｝・λ＝λとなる。
【００３０】
すなわち、本実施の形態の位相差と従来の形態の位相差とは加え合わされて一波長となる関係を有しており、互いに加え合わされて一波長になる関係とは、正負が逆であっても絶対値は同じであることを意味している。従って、出力される検出信号の位相差としては互いに同一であり、例えば、位相差が３００°（＝−６０°）である場合は、６０°の位相差と実質的に同じであるといえる。
【００３１】
また、本実施の形態に係る回転センサ装置Ｓの同相素子間ピッチは、隣接素子間ピッチに相の数を乗じて算出されるため、ｎ×｛（２ｎ−１）／（２ｎ）｝・λ＝｛ｎ−（１／２）｝・λで求められる。ところが、この際におけるｎが２以上の整数である限り、｛ｎ−（１／２）｝は必ず（１／２）の奇数倍という条件を満足する。従って、本実施の形態に係る回転センサ装置Ｓが４相出力以上のものであったとしても、２相出力型や３相出力型と同様の作用を奏することは明らかである。
【００３２】
なお、本実施の形態では、回転センサ装置Ｓによる回転検出の対象が回転検出用ギアＧであるとしているが、回転検出用ギアＧに限定されず、着磁リングやリニアラックなどが回転検出の対象であってもよい。
【００３３】
例えば、回転センサ装置Ｓが２相出力型であるとすると、図３で示す変形例のように、Ｎ極とＳ極とが等間隔で着磁された回転体、つまり、着磁ピッチがλとされた着磁リングＲを回転検出の対象としてもよく、この場合には、回転センサＡ，Ｂの個数が２であり、着磁リングＲの着磁ピッチがλであるため、磁気抵抗素子Ａ１，Ｂ１，Ａ２，Ｂ２のピッチである隣接素子間ピッチは（３／４）・λとなる。そこで、位相差も隣接素子間ピッチと等しい（３／４）・λとなり、この場合における同相素子間ピッチは（３／２）・λとなる。
【００３４】
また、図示を省略しているが、回転センサ装置Ｓが３相出力型であれば、磁気抵抗素子の隣接素子間ピッチ及び位相差はともに（５／６）・λとなり、同相素子間ピッチは（５／２）・λとなる。従って、着磁リングＲを回転検出の対象とする回転センサ装置Ｓが４相出力以上であっても、回転センサの個数をｎとし、着磁リングＲにおける着磁ピッチをλとした時、各磁気抵抗素子を着磁リングＲの回転円周の接線方向に隣り合わせて配置するとともに、｛（２ｎ−１）／（２ｎ）｝・λのピッチで配置しておけば、２相出力型や３相出力型と同様の作用が奏される。
【００３５】
【発明の効果】
本発明に係る回転センサ装置においては、実質的には従来同様の位相差を確保しながら隣接素子間ピッチを拡げることが可能であり、微小なモジュールの回転検出用ギアなどの回転体であっても対応可能となる。従って、センサ形状の大型化を招くことなく、容易に高分解能化を実現できるという効果が得られる。
【００３６】
なお、本発明に係る回転センサ装置であれば、出力される相の数が大きくなるほど、顕著な効果が得られる。また、回転センサ装置を構成している回転センサの各々から出力される検出信号の位相差が従前と同じであるため、従来構成とされた回転検出システムにも本発明の回転センサ装置をそのまま組み込むことができるという利点も確保される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施の形態に係る２相出力型の回転センサ装置を模式化して示す説明図である。
【図２】本実施の形態に係る３相出力型の回転センサ装置を模式化して示す説明図である。
【図３】変形例に係る２相出力型の回転センサ装置を模式化して示す説明図である。
【図４】従来の形態に係る２相出力型の回転センサ装置を模式的に示す説明図である。
【符号の説明】
Ａ    回転センサ
Ａ１  磁気抵抗素子
Ａ２  磁気抵抗素子
Ｂ    回転センサ
Ｂ１  磁気抵抗素子
Ｂ２  磁気抵抗素子
Ｇ    回転検出用ギア
Ｓ    回転センサ装置
ｎ    回転センサの個数
λ    回転検出用ギアの歯のピッチ
【図１】
2004184115.tif 000003
【図２】
2004184115.tif 000004
【図３】
2004184115.tif 000005
【図４】
2004184115.tif 000006