JP2015049048A - 角度検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 回転磁場の回転角度に対応した一次関数に近似した角度検知出力を迅速に得ることができる角度検出装置を提供する。
【解決手段】 第１の磁気検出部１１と第２の磁気検出部１２は、第１の磁気抵抗効果素子Ｒ（＋ｃ）、Ｒ（＋ｃ）がフルブリッジ接続された関数出力部１１ａ，１２ａに第２の磁気抵抗効果素子Ｒ（＋ｓ）、Ｒ（−ｓ）が直列に接続されている。磁気抵抗効果素子Ｒ（＋ｃ）とＲ（＋ｃ）は感度軸が１８０度相違し、Ｒ（＋ｓ）とＲ（−ｓ）も感度軸が１８０度相違し、Ｒ（＋ｃ）、Ｒ（＋ｃ）とＲ（＋ｓ）、Ｒ（−ｓ）は、感度軸が９０度相違している。第１の磁気検出部１１と第２の磁気検出部１２とから、余弦波を正弦波で除算したものに相当する角度検知出力Ｓ１，Ｓ２が得られる。
【選択図】図２

Description

本発明は、回転磁界を複数の磁気抵抗効果素子を用いて検知し、回転角度の関数である一次関数に近似したアナログ出力を得ることができる角度検出装置に関する。

磁石を備えた回転体の回転角度を検出する角度検出装置は、磁気抵抗効果素子を含むブリッジ回路を備えたものが使用されている。通常はブリッジ回路が２組使用され、２組のブリッジ回路に含まれる磁気抵抗効果素子は感度軸が互いに直交しており、一方のブリッジ回路から正弦波に近似した検知出力が得られ、他方のブリッジ回路から余弦波に近似した検知出力が得られる。

回転体の回転角度を検出するためには、回転角度と出力強度とが比例した一次関数の検知出力を得ることが必要である。一次関数の検知出力を得るためには、正弦波に近似した検知出力と余弦波に近似した検知出力から逆正接関数（アークタンジェント）を算出するのが一般的である。逆正接関数を正確に算出する手法として従来は、正弦波に近似した検知出力と余弦波に近似した検知出力をＡ／Ｄ変換し、コーデックなどのアルゴリズムを使用したデジタル演算が行われていた。

しかし、前記アルゴリズムを使用したデジタル演算は、演算に時間がかかる欠点がある。回転体の回転数が低い場合には、デジタル演算によって高精度な角度検知出力を得ることができるが、回転体がモータのように高い回転数であると、回転体の回転に演算が追従できなくなる。

特許文献１，２にはデジタル演算を使用することなく一次関数に近い検知出力を得る角度検出装置が開示されている。

特許文献１に記載されている角度検出装置では、磁石と磁気抵抗効果素子とを組み合わせた磁気センサが使用されている。回転体は強磁性材料で形成されており、その平面形状が真円ではなく正接関数（タンジェント）を加味したものとなっている。この回転体を使用することで、磁気センサから一次関数に近似した検知出力が得られるというものである。

しかしながら、円形ではない正接関数を加味した形状の回転体を製造することは非常に難しく、製造コストの高い装置となる。

特許文献２に記載された角度検出装置には、回転磁石と、これに対向する４個のセンサ素子とが設けられている。センサ素子からは正弦波と余弦波が得られ、アナログ乗算器で間接的に除算が行なわれる。しかし、アナログ乗算器は信号処理部にアナログ除算回路が使用されているため、回路構成が複雑である。

特開２０１０−５４４９５号公報 特表２０１１−５０８８９１号公報

本発明は上記従来の課題を解決するものであり、アナログ除算器などを使用しない簡単な回路構成で一次関数に近似した角度検知出力を得ることができ、しかも高速回転に追従できる角度検出装置を提供することを目的としている。

本発明は、回転磁場が作用する領域に配置される角度検出装置において、
感度軸の向きが互いに直交する第１の磁気抵抗効果素子と第２の磁気抵抗効果素子とを有し、
前記第１の磁気抵抗効果素子を含み、回転磁場が３６０度回転する間に、回転角度の関数である強度変化の出力が１周期分得られる関数出力部と、前記関数出力部の電流供給側に直列に接続された前記第２の磁気抵抗効果素子とで磁気検出部が構成されており、
前記関数出力部から得られる検知出力のうちの一次関数に近似した角度検知出力を切出すスイッチング回路が設けられていることを特徴とするものである。

第１の磁気抵抗効果素子で構成された関数出力部のみが設けられた場合には、回転磁場の回転角度の関数である正弦波または余弦波に近似した出力が得られる。ただし、本発明の角度検出装置では、第１の磁気抵抗効果素子と感度軸の回転位相が９０度相違する第２の磁気抵抗効果素子を通過した電流が関数出力部に与えられる。そのため、関数出力部から得られる出力が、これと位相が９０度相違する電流変化で実質的に除算された出力成分を含むようになる。この出力成分は一次関数に近似した変化を示すため、一次関数に近似した出力成分を切出して、角度検知出力を得ることができる。

本発明は、前記磁気検出部が複数設けられ、
前記磁気検出部毎に、前記関数出力部からの検知出力の位相ならびに前記第２の磁気抵抗効果素子の感度軸の方向が相違しているものとして構成できる。

例えば、第１の磁気検出部と第２の磁気検出部とが設けられ、
第１の磁気検出部と前記第２の磁気検出部とで、前記関数出力部からの出力の位相が１８０度相違するとともに、前記第２の磁気抵抗効果素子の感度軸の方向が１８０度相違しているものである。

本発明では、前記関数出力部はブリッジ回路であり、このブリッジ回路では、２つの抵抗直列部の中点出力が逆極性であり、２つ抵抗直列部からそれぞれ得られる前記中点出力の差が前記検知出力となる。

例えば、前記第１の磁気検出部に設けられた第１の関数出力部と、前記第２の磁気検出部に設けられた第２の関数出力部は共にブリッジ回路であり、それぞれのブリッジ回路では、２つの抵抗直列部の中点出力が逆極性であり、２つ抵抗直列部からそれぞれ得られる前記中点出力の差が前記検知出力となり、
前記第１の関数出力部からの前記中点出力の差と、前記第２の関数出力部からの前記中点出力の差は、互いに逆極性である。

本発明は、複数の前記磁気検出部から得られた複数の角度検知出力のいずれかにバイアス電力を与えて、複数の角度検知出力を連続出力とするバイアス付加回路が設けられているものが好ましい。

また、前記第１の磁気抵抗効果素子と前記第２の磁気抵抗効果素子の抵抗変化率が、共に５０〜２００％である。さらに前記関数検出部の抵抗値と、前記第２の磁気抵抗効果素子の抵抗値との比が、１：１〜１：４である。

本発明の角度検出装置は、アナログ除算器などの複雑な回路を用いることなく、回転磁界の回転角度の関数である一次関数に近似した角度検知出力を得ることができる。この角度検知出力はアナログ出力であり、回路構成が簡単であり、回転体の回転数が高くても、回転に迅速に追従した角度検知出力を得ることが可能である。

本発明の実施の形態の角度検出装置における回転体と磁気検出部を示す平面図、 本発明の実施の形態の角度検出装置の回路ブロック図、 磁気検出部の回路の計算値を説明するための説明図、 第１の磁気検出部と第２の磁気検出部からの検知出力を示すものであり、磁気抵抗効果素子の抵抗変化率を１５０％とした第１実施例の検知出力を示す線図、 図４に示す検知出力を切出した角度検知出力を示す線図、 図５に示す角度検知出力を連続させた連続角度検知出力を示す線図、 図６に示す連続角度検知出力と一次関数との誤差の分布を示す線図、 第１の磁気検出部と第２の磁気検出部からの検知出力を示すものであり、磁気抵抗効果素子の抵抗変化率を１００％とした第２実施例の検知出力を示す線図、 図８に示す検知出力を切出した角度検知出力を示す線図、 図９に示す角度検知出力を連続させた連続角度検知出力を示す線図、 図１０に示す連続角度検知出力と一次関数との誤差の分布を示す線図、 第１の磁気検出部と第２の磁気検出部からの検知出力を示すものであり、磁気抵抗効果素子の抵抗変化率を５０％とした第３実施例の検知出力を示す線図、 図１２に示す検知出力を切出した角度検知出力を示す線図、 図１３に示す角度検知出力を連続させた連続角度検知出力を示す線図、 図１４に示す角度検知出力と一次関数との誤差の分布を示す線図、 第１の磁気検出部と第２の磁気検出部からの検知出力を示すものであり、磁気抵抗効果素子の抵抗変化率を１５０％とし、抵抗値の比率を１：２とした第４実施例の検知出力を示す線図、 図１６に示す検知出力を切出した角度検知出力を示す線図、 図１７に示す角度検知出力を連続させた連続角度検知出力を示す線図、 図１８に示す角度検知出力と一次関数との誤差の分布を示す線図、 第１の磁気検出部と第２の磁気検出部からの検知出力を示すものであり、磁気抵抗効果素子の抵抗変化率を１５０％とし、抵抗値の比率を１：１とした第４実施例の検知出力を示す線図、 図２０に示す検知出力を切出した角度検知出力を示す線図、 図２１に示す角度検知出力を連続させた連続角度検知出力を示す線図、 図２２に示す角度検知出力と一次関数との誤差の分布を示す線図、

図１に示すように、本発明の実施の形態の角度検出装置１は、回転体２を有している。回転体２の内側の磁界検知領域に検出基板３が配置されている。

回転体２には、２つの磁石Ｍ１，Ｍ２が１８０度の角度間隔で取り付けられている。磁石Ｍ１はＮ極が磁石Ｍ２に向けられ、磁石Ｍ２はＳ極が磁石Ｍ１に向けられており、磁石Ｍ１から磁石Ｍ２に向けて磁界Ｈが形成されている。

回転体２は回転中心Ｏを有して時計方向（ＣＷ）へ回転する。その結果、回転体２の内側の磁界検知領域では、磁界Ｈが時計方向へ回転する回転磁場が形成される。

検出基板３には磁気検知素子として、第１の磁気抵抗効果素子Ｒ（＋ｃ）、Ｒ（−ｃ）と、第２の磁気抵抗効果素子Ｒ（＋ｓ）、Ｒ（−ｓ）が搭載されている。図１では、検出基板３と磁気抵抗効果素子が大きい形状で図示されているが、実際の検出基板３と磁気抵抗効果素子は小さい寸法であり、回転体２が回転しているときに、検出基板３上のそれぞれの磁気抵抗効果素子に対して常に同じ向きの回転磁場が与えられる。

また、磁石Ｍ１，Ｍ２が固定部に固定されており、検出基板３が回転中心Ｏに対して反時計方向へ回転しても、検出基板３に対して相対的に時計方向（ＣＷ）へ回転する回転磁場を与えることができる。

第１の磁気抵抗効果素子Ｒ（＋ｃ）、Ｒ（−ｃ）と、第２の磁気抵抗効果素子Ｒ（＋ｓ）、Ｒ（−ｓ）とでは、感度軸Ｐの向きが互いに直交している。第１の磁気抵抗効果素子は２種類設けられ、Ｒ（＋ｃ）は感度軸Ｐの向きがＹ２方向で、Ｒ（−ｃ）は感度軸Ｐの向きがＹ１方向である。第１の磁気抵抗効果素子は２種類設けられ、Ｒ（＋ｓ）は感度軸Ｐの向きがＸ１方向で、Ｒ（−ｓ）は感度軸Ｐの向きがＸ２方向である。

磁気抵抗効果素子は、巨大磁気抵抗効果を利用したＧＭＲ素子、トンネル効果を利用したＴＭＲ素子であるが、この角度検出装置１では、抵抗変化率が大きい磁気抵抗効果素子を使用することが好ましく、抵抗変化率を５０〜２００％の範囲で設定可能なＴＭＲ素子を使用することが好ましい。

図１に示すように、磁気抵抗効果素子は電極部５，５とその間に位置する素子部４を有している。素子部４は、Ｘ−Ｙ平面の平面内でミアンダパターンに形成されており、固定磁性層／非磁性層／フリー磁性層が積層されて構成されている。固定磁性層の固定磁化方向が前記感度軸Ｐの方向である。フリー磁性層は磁石Ｍ１，Ｍ２の洩れ磁界である外部磁化Ｈの方向に向けられる。そのため、磁石Ｍ１，Ｍ２の回転に伴ってフリー磁性層の磁化の向きが変化する。素子部４では、固定磁化方向とフリー磁性層の磁化方向との相対角度に応じて電気抵抗値が変動する。

外部磁界Ｈが感度軸Ｐの向きに与えられると磁気抵抗効果素子の電気抵抗値が最小となり、外部磁界Ｈが感度軸Ｐに対して逆向きに与えられると電気抵抗値が最大となる。外部磁界Ｈが感度軸Ｐと直交する向きに与えられると、磁気抵抗効果素子の電気抵抗値が中間値となる。

固定磁性層は反強磁性層と重ねられて磁場中熱処理されることで磁化方向が固定される。または、固定磁性層を磁性層／非磁性中間層／磁性層の積層フェリ構造として、各磁性層を反平行に磁化固定したセルフピン止め型とすることも可能である。この場合、片方の磁性層を磁場中成膜することで磁化が固定される。

図２に示すように、角度検出装置１では、検出基板３上で第１の磁気検出部１１と第２の磁気検出部１２が構成されている。

第１の磁気検出部１１は、第１の関数出力部１１ａと第２の磁気抵抗効果素子Ｒ（＋ｓ）とで構成されている。第１の関数出力部１１ａは、第１の磁気抵抗効果素子Ｒ（＋ｃ）、Ｒ（−ｃ）で構成されたフルブリッジ回路である。フルブリッジ回路は、２つの抵抗直列部が並列に接続されたものであり、それぞれの抵抗直列部では、素子Ｒ（＋ｃ）と素子Ｒ（−ｃ）とが直列に接続されている。ただし、２つの抵抗直列部では、素子Ｒ（＋ｃ）と素子Ｒ（−ｃ）と接続が互いに逆向きである。第２の磁気抵抗効果素子Ｒ（＋ｓ）と第１の関数出力部１１ａは直列に接続されており、電源Ｖｄｄから与えられる電流は、第２の磁気抵抗効果素子Ｒ（＋ｓ）を通過して第１の関数出力部１１ａに与えられる。

第２の磁気検出部１２は、第２の関数出力部１２ａと第２の磁気抵抗効果素子Ｒ（−ｓ）とで構成されている。第２の関数出力部１２ａは、第１の磁気抵抗効果素子Ｒ（＋ｃ）、Ｒ（−ｃ）で構成されたフルブリッジ回路であり、素子Ｒ（＋ｃ）と素子Ｒ（−ｃ）とが直列に接続された２つの抵抗直列部を有している。２つの抵抗直列部では、素子Ｒ（＋ｃ）と素子Ｒ（−ｃ）と接続が互いに逆向きである。第２の磁気抵抗効果素子Ｒ（−ｓ）と第２の関数出力部１２ａは直列に接続されており、電源Ｖｄｄから与えられる電流は、第２の磁気抵抗効果素子Ｒ（−ｓ）を通過して第２の関数出力部１２ａに与えられる。

第１の関数出力部１１ａと、第２の関数出力部１２ａとでは、第１の磁気抵抗効果素子であるＲ（＋ｃ）とＲ（−ｃ）の素子の接続の組み合わせが相違している。また、第１の磁界検出部１１に設けられた第２の磁気抵抗効果素子Ｒ（＋ｓ）と、第２の磁界検出部１２に設けられた第２の磁気抵抗効果素子Ｒ（−ｓ）とでは、感度軸Ｐの向きが１８０度相違している。

図２に示すように、第１の関数出力部１１ａのフルブリッジ回路の中点出力（中点電圧）１３ａと１３ｂは第１の出力回路２１に与えられる。第２の関数出力部１２ａのフルブリッジ回路の中点出力１４ａ，１４ｂは第２の出力回路２２に与えられる。第１の出力回路２１は差動アンプであり、中点出力１３ａが（＋）入力部に接続され、中点出力１３ｂが（−）入力部に接続されている。第２の出力回路２２も差動アンプであり、中点出力１４ａが（＋）入力部に接続され、中点出力１４ｂが（−）入力部に接続されている。

第１の関数出力部１１ａと第１の出力回路２１との接続の組み合わせと、第２の関数出力部１２ａと第２の出力回路２２との接続の組み合わせとを対比すると、互いに逆構成となっている。

直列接続部での素子Ｒ（＋ｃ）とＲ（−ｃ）の感度軸Ｐの向きの組み合わせと中点出力との関係でみると、第１の関数出力部１１ａの中点出力１３ａが、第２の関数出力部１２ａの中点出力１４ｂに相当している。すなわち、中点出力１３ａと中点出力１４ｂは、共にその電圧入力側にＲ（＋ｃ）が位置し、接地側にＲ（−ｃ）が位置している。ただし、中点出力１３ａは、第１の出力回路２１の（＋）入力部に接続され、中点出力１４ｂは、第２の出力回路２２の（−）入力部に接続されているおり、中点出力１３ａと中点出力１４ｂとでは、その後段の出力回路２１，２２に対して逆の極性で入力している。

同様に、第１の関数出力部１１ａの中点出力１３ｂは、第２の関数出力部１２ａの中点出力１４ａに相当しているが、中点出力１３ｂは、第１の出力回路２１の（−）入力部に接続され、中点出力１４ａは、第２の出力回路２２の（＋）入力部に接続されている。

したがって、第２の磁気抵抗効果素子Ｒ（＋ｓ）、Ｒ（−ｓ）の存在を無視して、第１の関数出力部１１ａと第１の出力回路２１との組み合わせと、第２の関数出力部１２ａと第２の出力回路２２との組み合わせとを対比したときに、第１の関数出力部１１ａの２つの抵抗直列部の中点出力の差をとった差動出力と、第２の関数出力部１２ａの２つの抵抗直列部の中点出力の差をとった差動出力とは、互いに逆極性であり、位相を１８０度相違させている。

図１に示す回転体２を時計方向（ＣＷ）へ回転させると、第１の出力回路２１から第１の検知出力Ｓ１が得られ、第２の出力部２２から第２の検知出力Ｓ２が得られる。

図４に第１の検知出力Ｓ１と第２の検知出力Ｓ２が示されている。図４では、横軸に回転体２の時計方向（ＣＷ）の回転角度θが示されている。回転角度θの原点は、図１に示すように、磁石Ｍ１，Ｍ２の幅方向の中心がＹ軸と一致しているときである。回転体１が時計方向へ回転し回転磁場が３６０度回転する間に、第１の出力回路２１からは、回転角度の関数となる強度変化を示す検知出力Ｓ１が１周期分得られる。

ここで、第１の磁気検出部１１に第２の磁気抵抗効果素子Ｒ（＋ｓ）が設けられておらず、フルブリッジ回路の第１の関数出力部１１ａのみが設けられていると仮定すると、第１の出力回路２１から得られる１周期分の検知出力は、磁石Ｍ１，Ｍ２位置が図１の状態のときを回転角度θの原点とする余弦波に近似した出力となる。

しかし、図２に示す第１の磁気検出部１１では、電源Ｖｄｄと第１の関数出力部１１ａとの間に第２の磁気抵抗効果素子Ｒ（＋ｓ）が直列に接続されており、電源電流が第２の磁気抵抗効果素子Ｒ（＋ｓ）を通過して第１の関数出力部１１ａに与えられる。第２の磁気抵抗効果素子Ｒ（＋ｓ）は磁界Ｈの角度に応じて抵抗値が変動するため、第１の関数出力部１１ａに与えられる電流値は、磁界Ｈの角度θに応じて変化する。

図３に示す第１の磁気検出装置１の回路図に基づいて検知出力Ｓ１を計算する。以下の計算では、Ｒ（＋ｓ）とＲ（＋ｃ）ならびにＲ（−ｃ）を回転磁界の角度θに応じて変化する可変抵抗値としている。また、電流Ｉは、フルブリッジ回路の第１の関数出力部１１ａに与えられる電流量を意味している。

Ｉ＝Ｖｄｄ／｛Ｒ（＋ｓ）＋（１／２）・（Ｒ（＋ｃ）＋Ｒ（−ｃ））｝
Ｉ_１＝Ｉ_２＝Ｉ／２
Ｖ１＝Ｉ_１×Ｒ（−ｃ）、 Ｖ２＝Ｉ_２×（Ｒ（＋ｃ））
Ｓ１＝Ｖ１−Ｖ２＝（Ｉ／２）・（Ｒ（−ｃ）−Ｒ（＋ｃ））
＝Ｖｄｄ／２・｛Ｒ（＋ｓ）＋（１／２）・（Ｒ（＋ｃ）＋Ｒ（−ｃ））｝・（Ｒ（−ｃ）−Ｒ（＋ｃ））
である。

（Ｒ（−ｃ）−Ｒ（＋ｃ））は、磁石Ｍ１，Ｍ２の回転角度θが図１に示す原点のときに極大値を示し、回転体２が時計方向へ回転し、回転角度θが１８０度になると極小値を示し、回転角度θが３６０度になると再び極大値を示し、この抵抗値の変化は余弦波の変化に近似する。電流Ｉは、第２の磁気抵抗効果素子Ｒ（＋ｓ）に与えられる回転磁界の角度θに応じて変化し、その変化は、位相が前記余弦波から９０度進んだ正弦波に近似する。

回転体２が図１に示す原点から時計方向へ回転する間に、関数出力部１１ａから得られる余弦波に近似した波形が、第２の磁気抵抗効果素子Ｒ（＋ｓ）における正弦波に近似した電圧降下の変化で除算されたのと同様の効果を発揮できる。その結果、第１の出力回路２１からの検知出力Ｓ１の波形は、図４に示すように、回転角度θが１８０度から３６０度の範囲で、一次関数に近似した変化を示すようになる。

同様にして、第２の出力回路２２から得られる第２の検知出力Ｓ２も、
Ｓ２＝（Ｉ／２）・（Ｒ（＋ｃ）−Ｒ（−ｃ））
となる。図４に示すように、回転角度θが０度から１８０度の範囲で、角度θの関数である検知出力Ｓ２が一次関数に近似した変化を示すようになる。

第１と第２の検知出力Ｓ１、Ｓ２はアナログミキサー３０に与えられる。アナログミキサー３０は、スイッチング回路３１と比較器３２ならびにバイアス付加回路３３を有している。

図２に示すように、比較器３２では、第１の中点電位Ｖ１１と第２の中点電位Ｖ１２とが比較される。第１の中点電位Ｖ１１は、第１の磁気検出部１１における第１の関数出力部１１ａと第２の磁気抵抗効果素子Ｒ（＋ｓ）との中間点の電位であり、第２の中点電位Ｖ１２は、第２の磁気検出部１２における第２の関数出力部１２ａと第２の磁気抵抗効果素子Ｒ（−ｓ）との中間点の電位である。

第１の中点電位Ｖ１１は、回転磁界Ｈの回転角度θに対して負の正弦波に近似した変化を示し、第２の中点電位Ｖ１２は、回転角度θに対して正の正弦波に近似した変化を示す。

比較器３２で比較した結果はスイッチング回路３１に与えられる。（第１の中点電位Ｖ１１）＜（第２の中点電位Ｖ１２）のとき、スイッチング回路３１のスイッチング動作によって、第２の検知出力Ｓ２から第２の角度検知出力Ｓ２ａが切出される。正弦波の変化を示す中点電位Ｖ１１とＶ１２を比較することで、第２の検知出力を０〜１８０度の範囲で切出して、第２の角度検知出力Ｓ２ａを得ることができる。また、（第２の中点電位Ｖ１２）＜（第１の中点電位Ｖ１１）のとき、スイッチング回路３１のスイッチング動作によって、第１の検知出力Ｓ１から第１の角度検知出力Ｓ１ａが切出される。このとき第１の検知出力Ｓ１は、１８０度から３６０度の範囲で切出される。

第２の角度検知出力Ｓ２ａは、第２の検知出力Ｓ２が、９０度±９０度の範囲で得られたものであり、一次関数に近似した検知出力となる。第１の角度検知出力Ｓ１ａは、第１の検知出力Ｓ１が、１８０度±９０度の範囲で得られたものであり、一次関数に近似した検知出力となる。

本発明では、それぞれの角度検知出力Ｓ１ａ，Ｓ２ａを独立した信号として使用することが可能である。ただし、図２に示すアナログミキサー３０では、スイッチング回路３１から出力される角度検知出力Ｓ１ａ，Ｓ２ａがバイアス付加回路３３に与えられる。

バイアス付加回路３３では、比較器３２から与えられる０〜１８０度の角度情報と１８０〜３６０度の角度情報に基づいて、角度検知出力Ｓ１ａ，Ｓ２ａにバイアス電圧が与えられ、図６に示すように、第２の角度検知出力Ｓ２ａと第１の角度検知出力Ｓ１ａとが連続した一次関数に近似した連続角度検知出力Ｓｃが得られる。

バイアス付加回路３３は抵抗器と可変抵抗器で構成され、図５に示す第１の角度検知出力Ｓ１ａの始端が、第２の角度検知出力Ｓ２ａの終端に連続するように、第１の角度検知出力Ｓ１ａに対してバイアス電圧が印加される。なお、最初に得られる第２の角度検知出力Ｓ２ａにバイアス電圧が与えられることにより、図６に示すように、角度θが１８０度のときの出力の起点を、出力電圧の０点に合わせることも可能である。

図６に示す連続角度検知出力Ｓｃは一次関数に近似している。図７は、図６に示す連続角度検知出力Ｓｃと一次関数との強度誤差を示している。図７では連続角度検知出力Ｓｃの一次関数に対する誤差が、±０．３％未満である。

本発明の角度検出装置１では、図２に示す第１の磁気検出部１１と第２の磁気検出部１２から得られるアナログ出力をそのまま使用し、あるいはゲイン調整を行ってそのまま使用することで、長い演算時間を必要とせずに瞬時に一次関数に近似した角度検知出力を得ることができる。よって、回転体２がモータに直結して回転している場合のように高い回転数で回転するものであっても、回転角度を精度良く検出することができる。

なお、第１の関数出力部１１ａと第２の関数出力部１２ａにおいて、磁気抵抗効果素子Ｒ（＋ｓ）とＲ（−ｓ）を使用したブリッジ回路で関数出力部１１ａ，１２ａが構成され、その関数出力部１１ａ，１２ａに、Ｒ（＋ｃ）またはＲ（−ｃ）が直列に接続されてもよい。

また、第１の関数出力部１１ａと第２の関数出力部１２ａのフルブリッジ回路が、磁気抵抗効果素子（＋ｃ）と固定抵抗とで構成され、あるいは磁気抵抗効果素子（−ｃ）と固定抵抗とで構成されていてもよい。または第１の関数出力部１１ａと第２の関数出力部１２ａがハーフブリッジ回路であってもよい。

また、第１の関数出力部１１ａと第２の関数出力部１２ａと直列に接続される磁気抵抗効果素子Ｒ（＋ｓ）やＲ（−ｓ）が複数設けられていてもよい。

（実施例１）
図４ないし図７に示す実施例１は、フルブリッジ回路を構成している第１の磁気抵抗効果素子が直列に接続された｛Ｒ（＋ｃ）＋Ｒ（−ｃ）｝の抵抗値が２００に対して、これと直列に接続されている第２の磁気抵抗効果素子Ｒ（＋ｓ）、Ｒ（−ｓ）の無磁場での抵抗値が４００である。すなわち、第２の磁気抵抗効果素子Ｒ（＋）と、フルブリッジ回路の抵抗値との比が４：１である。

また、全ての磁気抵抗効果素子Ｒ（＋ｃ）、Ｒ（−ｃ）、Ｒ（＋ｓ）、Ｒ（−ｓ）の抵抗変化率（ΔＲ）が１５０％である。

この場合、図７に示すように、連続角度検知出力Ｓｃと一次関数との誤差は±０．３％未満である。

（実施例２）
図８ないし図１１は実施例２を示している。図８ないし図１１は、図４ないし図７の図にそれぞれ相当している。

実施例２では、｛Ｒ（＋ｃ）＋Ｒ（−ｃ）｝の抵抗値が２００に対して、第２の磁気抵抗効果素子Ｒ（＋ｓ）、Ｒ（−ｓ）の無磁場での抵抗値が４００であり、第２の磁気抵抗効果素子Ｒ（＋）と、フルブリッジ回路の抵抗値との比が４：１である。

ただし、全ての磁気抵抗効果素子Ｒ（＋ｃ）、Ｒ（−ｃ）、Ｒ（＋ｓ）、Ｒ（−ｓ）の抵抗変化率（ΔＲ）が１００％である。

この場合、図１１に示すように、連続角度検知出力Ｓｃと一次関数との誤差は±１．３％未満である。

（実施例３）
図１２ないし図１５は実施例３を示している。図１２ないし図１５は、図４ないし図７の図にそれぞれ相当している。

実施例３では、｛Ｒ（＋ｃ）＋Ｒ（−ｃ）｝の抵抗値が２００に対して、第２の磁気抵抗効果素子Ｒ（＋ｓ）、Ｒ（−ｓ）の無磁場での抵抗値が４００であり、第２の磁気抵抗効果素子Ｒ（＋）と、フルブリッジ回路の抵抗値との比が４：１である。

この実施例では、全ての磁気抵抗効果素子Ｒ（＋ｃ）、Ｒ（−ｃ）、Ｒ（＋ｓ）、Ｒ（−ｓ）の抵抗変化率（ΔＲ）が５０％である。

この場合、図１５に示すように、連続角度検知出力Ｓｃと一次関数との誤差は±３．５％未満である。

（実施例４）
図１６ないし図１９は実施例４を示している。図１６ないし図１９は、図４ないし図７の図にそれぞれ相当している。

実施例４では、｛Ｒ（＋ｃ）＋Ｒ（−ｃ）｝の抵抗値が２００に対して、第２の磁気抵抗効果素子Ｒ（＋ｓ）、Ｒ（−ｓ）の無磁場での抵抗値が２００である。すなわち、第２の磁気抵抗効果素子Ｒ（＋）と、フルブリッジ回路の抵抗値との比が２：１である。

なお、全ての磁気抵抗効果素子Ｒ（＋ｃ）、Ｒ（−ｃ）、Ｒ（＋ｓ）、Ｒ（−ｓ）の抵抗変化率（ΔＲ）が１５０％である。

この場合、図１９に示すように、連続角度検知出力Ｓｃと一次関数との誤差は±０．７％未満である。

（実施例５）
図２０ないし図２３は実施例５を示している。図２０ないし図２３は、図４ないし図７の図にそれぞれ相当している。

実施例５では、｛Ｒ（＋ｃ）＋Ｒ（−ｃ）｝の抵抗値が２００に対して、第２の磁気抵抗効果素子Ｒ（＋ｓ）、Ｒ（−ｓ）の無磁場での抵抗値が１００である。すなわち、第２の磁気抵抗効果素子Ｒ（＋）と、フルブリッジ回路の抵抗値との比が１：１である。

なお、全ての磁気抵抗効果素子Ｒ（＋ｃ）、Ｒ（−ｃ）、Ｒ（＋ｓ）、Ｒ（−ｓ）の抵抗変化率（ΔＲ）が１５０％である。

この場合、図２３に示すように、連続角度検知出力Ｓｃと一次関数との誤差は±１．７％未満である。

１ 角度検出装置
２ 回転体
３ 検出基板
１１ 第１の磁気検出部
１１ａ 第１の関数出力部
１２ 第２の磁気検出部
１２ａ 第２の関数出力部
２１ 第１の出力回路
２２ 第２の出力回路
３０ アナログミキサー
３１ スイッチング回路
３２ 比較器
３３ バイアス付加回路
Ｍ１，Ｍ２ 磁石
Ｐ 感度軸
Ｒ（＋ｃ）、Ｒ（＋ｃ） 第１の磁気抵抗効果素子
Ｒ（＋ｓ）、Ｒ（−ｓ） 第２の磁気抵抗効果素子
Ｓ１ 第１の検知出力
Ｓ１ａ 第１の角度検知出力
Ｓ２ 第２の検知出力
Ｓ２ａ 第２の角度検知出力
Ｓｃ 連続角度検知出力

Claims (8)

1. 回転磁場が作用する領域に配置される角度検出装置において、
   感度軸の向きが互いに直交する第１の磁気抵抗効果素子と第２の磁気抵抗効果素子とを有し、
   前記第１の磁気抵抗効果素子を含み、回転磁場が３６０度回転する間に、回転角度の関数である強度変化の出力が１周期分得られる関数出力部と、前記関数出力部の電流供給側に直列に接続された前記第２の磁気抵抗効果素子とで磁気検出部が構成されており、
   前記関数出力部から得られる検知出力のうちの一次関数に近似した角度検知出力を切出すスイッチング回路が設けられていることを特徴とする角度検出装置。
2. 前記磁気検出部が複数設けられ、
   前記磁気検出部毎に、前記関数出力部からの検知出力の位相ならびに前記第２の磁気抵抗効果素子の感度軸の方向が相違している請求項１記載の角度検出装置。
3. 第１の磁気検出部と第２の磁気検出部とが設けられ、
   第１の磁気検出部と前記第２の磁気検出部とで、前記関数出力部からの出力の位相が１８０度相違するとともに、前記第２の磁気抵抗効果素子の感度軸の方向が１８０度相違している請求項２記載の角度検出装置。
4. 前記関数出力部はブリッジ回路であり、このブリッジ回路では、２つの抵抗直列部の中点出力が逆極性であり、２つ抵抗直列部からそれぞれ得られる前記中点出力の差が前記検知出力となる請求項１ないし３のいずれかに記載の角度検出装置。
5. 前記第１の磁気検出部に設けられた第１の関数出力部と、前記第２の磁気検出部に設けられた第２の関数出力部は共にブリッジ回路であり、それぞれのブリッジ回路では、２つの抵抗直列部の中点出力が逆極性であり、２つ抵抗直列部からそれぞれ得られる前記中点出力の差が前記検知出力となり、
   前記第１の関数出力部からの前記中点出力の差と、前記第２の関数出力部からの前記中点出力の差は、互いに逆極性である請求項３記載の角度検出装置。
6. 複数の前記磁気検出部から得られた複数の角度検知出力のいずれかにバイアス電力を与えて、複数の角度検知出力を連続出力とするバイアス付加回路が設けられている請求項２，３，５のいずれかに記載の角度検出装置。
7. 前記第１の磁気抵抗効果素子と前記第２の磁気抵抗効果素子の抵抗変化率が、共に５０〜２００％である請求項１ないし６のいずれかに記載の角度検出装置。
8. 前記関数検出部の抵抗値と、前記第２の磁気抵抗効果素子の抵抗値との比が、１：１〜１：４である請求項１ないし７のいずれかに記載の角度検出装置。

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