JP2016050841A - Magnetism detection device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、磁気検出装置に関する。 The present invention relates to a magnetic detection device.
従来の技術として、ステアリングに連動して回転する磁石と、四つの磁気抵抗が略矩形状に配列されると共に、対向する二つの磁気抵抗が電気的に接続されて二組の一対の磁気抵抗が形成された二つの磁気検出素子と、一方の磁気検出素子の一対の磁気抵抗の両端に配置された切替手段と、二つの磁気検出素子のそれぞれと電気的に接続され、二組の一対の磁気抵抗の中間電位を差動増幅する二つのオペアンプと、切替手段を制御すると共に二つのオペアンプの出力に基づいて磁石の回転角度を検出する制御手段と、を備えた回転角度検出装置が知られている(例えば、特許文献1参照。)。 As a conventional technique, a magnet that rotates in conjunction with a steering and four magnetoresistors are arranged in a substantially rectangular shape, and two opposing magnetoresistors are electrically connected to form two pairs of magnetoresistors. Two magnetic detection elements formed, switching means disposed at both ends of a pair of magnetic resistances of one magnetic detection element, and two pairs of magnetic detection elements electrically connected to each of the two magnetic detection elements There is known a rotation angle detection device comprising two operational amplifiers for differentially amplifying the intermediate potential of a resistor, and control means for controlling the switching means and detecting the rotation angle of the magnet based on the outputs of the two operational amplifiers. (For example, refer to Patent Document 1).
この回転角度検出装置は、二つの磁気検出素子の一方が他方に対して45°回転しており、さらに双方が重なるように配置されている。 In this rotation angle detection device, one of the two magnetic detection elements is rotated by 45 ° with respect to the other, and is further arranged so that both are overlapped.
しかし、従来の回転角度検出装置は、磁気検出素子と同数のオペアンプが必要なので、磁気検出素子が増えるとオペアンプも増えて製造コストが増加する問題がある。 However, since the conventional rotation angle detection device requires the same number of operational amplifiers as the magnetic detection elements, the number of operational amplifiers increases as the number of magnetic detection elements increases, resulting in an increase in manufacturing cost.
従って、本発明の目的は、製造コストを抑制する磁気検出装置を提供することにある。 Accordingly, an object of the present invention is to provide a magnetic detection device that suppresses manufacturing costs.
本発明の一態様は、検出対象の変位に応じた磁場の変化を検出し、位相が異なる検出信号を出力する磁気検出部と、複数の磁気検出部が電気的に接続され、複数の磁気検出部のそれぞれとの接続を周期的に切り替える切替部と、切替部を介して入力した複数の磁気検出部ごとの位相が異なる検出信号を差動増幅する差動増幅部と、を備えた磁気検出装置を提供する。 According to one embodiment of the present invention, a magnetic detection unit that detects a change in a magnetic field according to a displacement of a detection target and outputs detection signals having different phases and a plurality of magnetic detection units are electrically connected, and a plurality of magnetic detection units Magnetic detection unit comprising: a switching unit that periodically switches connections to each of the units; and a differential amplification unit that differentially amplifies detection signals having different phases for each of the plurality of magnetic detection units input via the switching unit Providing equipment.
本発明によれば、製造コストを抑制することができる。 According to the present invention, the manufacturing cost can be suppressed.
(実施の形態の要約)
実施の形態に係る磁気検出装置は、検出対象の変位に応じた磁場の変化を検出し、位相が異なる検出信号を出力する磁気検出部と、複数の磁気検出部が電気的に接続され、複数の磁気検出部のそれぞれとの接続を周期的に切り替える切替部と、切替部を介して入力した複数の磁気検出部ごとの位相が異なる検出信号を差動増幅する差動増幅部と、を備えて概略構成されている。
(Summary of embodiment)
A magnetic detection device according to an embodiment detects a change in a magnetic field according to a displacement of a detection target, and outputs a detection signal having a different phase and a plurality of magnetic detection units electrically connected to each other. A switching unit that periodically switches connection to each of the magnetic detection units, and a differential amplification unit that differentially amplifies detection signals having different phases for each of the plurality of magnetic detection units input via the switching unit. It is roughly structured.
この磁気検出装置は、切替部によって磁気検出部と差動増幅部との接続を切り替えて差動増幅するので、磁気検出部と同数の差動増幅部を必要としないことから、製造コストを抑制することができる。 Since this magnetic detection device performs differential amplification by switching the connection between the magnetic detection unit and the differential amplification unit by the switching unit, it does not require the same number of differential amplification units as the magnetic detection unit, thereby reducing the manufacturing cost. can do.
[第1の実施の形態]
(回転角検出装置1の全体構成)
図1(a)は、第1の実施の形態に係る回転角検出装置の概略図であり、図1(b)は、第1のMRセンサ及び第2のMRセンサと磁石との位置関係を説明するための上面図であり、図1(c)は、第1のMRセンサ及び第2のMRセンサの配置を説明するための概略図である。図2(a)は、第1の実施の形態に係る回転角検出装置のブロック図であり、図2(b)は、第1のMRセンサから出力される検出信号のグラフであり、図2(c)は、第2のMRセンサから出力される検出信号のグラフであり、図2(d)は、それぞれの検出信号を差動増幅した増幅信号のグラフである。図2(b)〜図2(d)は、縦軸が電圧[V]であり、横軸が回転角θ[°]である。図2(b)〜図2(d)は、0°〜180°の範囲を図示している。なお、以下に記載する実施の形態に係る各図において、図形間の比率は、実際の比率とは異なる場合がある。また図2(a)、及び後述する図3では、主な信号や情報の流れを矢印で示している。
[First embodiment]
(Overall configuration of the rotation angle detection device 1)
FIG. 1A is a schematic diagram of the rotation angle detection device according to the first embodiment, and FIG. 1B shows the positional relationship between the first MR sensor, the second MR sensor, and the magnet. FIG. 1C is a top view for explaining, and FIG. 1C is a schematic diagram for explaining the arrangement of the first MR sensor and the second MR sensor. FIG. 2A is a block diagram of the rotation angle detection device according to the first embodiment, and FIG. 2B is a graph of detection signals output from the first MR sensor. FIG. 2C is a graph of detection signals output from the second MR sensor, and FIG. 2D is a graph of amplified signals obtained by differentially amplifying the respective detection signals. In FIG. 2B to FIG. 2D, the vertical axis is the voltage [V], and the horizontal axis is the rotation angle θ [°]. FIG. 2B to FIG. 2D illustrate a range of 0 ° to 180 °. Note that, in each drawing according to the embodiment described below, the ratio between figures may be different from the actual ratio. In FIG. 2A and FIG. 3 described later, main signals and information flows are indicated by arrows.
磁気検出装置としての回転角検出装置1は、検出対象の回転角の直接の検出、又は検出対象と連動して回転する部材の回転角の検出を介して検出対象の回転角の検出を行う装置である。この検出対象は、一例として、車両のステアリング、回転操作がなされる電子機器の操作ノブ等である。
A rotation
本実施の形態では、図1(a)に示すように、検出対象に磁石2が取り付けられている場合について説明する。なお検出対象の回転軸と磁石2の回転軸200とは、一致しているものとする。また回転角検出装置1は、一例として、車両に搭載された電子機器に電気的に接続されているものとする。
In the present embodiment, a case where a magnet 2 is attached to a detection target will be described as shown in FIG. It is assumed that the rotation axis to be detected coincides with the
回転角検出装置1は、図2(a)に示すように、検出対象の変位に応じた磁場25の変化を検出し、位相が異なる検出信号を出力する磁気検出部と、複数の磁気検出部が電気的に接続され、複数の磁気検出部のそれぞれとの接続を周期的に切り替える切替部7と、切替部7を介して入力した複数の磁気検出部ごとの位相が異なる検出信号を差動増幅する差動増幅部としてのオペアンプ8と、を備えて概略構成されている。
As shown in FIG. 2A, the rotation
この回転角検出装置1は、磁気検出部として第1のMRセンサ5及び第2のMRセンサ6を有している。この第1のMRセンサ5、第2のMRセンサ6及び切替部7は、一例として、1チップの磁気センサIC(Integrated Circuit)4として基板3に配置されている。この基板3は、例えば、プリント配線基板である。
The rotation
また回転角検出装置1は、オペアンプ8から出力された増幅信号S1をデジタル変換してデジタル信号S2を出力する変換部としてのA/D変換部9と、A/D変換部9から出力されたデジタル信号S2に基づいて検出対象の回転角θを算出する算出部としての回転角算出部10と、クロック信号S4を生成するクロック信号生成部11を備えている。
The rotation
このオペアンプ8、A/D変換部9、回転角算出部10及びクロック信号生成部11は、基板3に配置されている。
The operational amplifier 8, A /
(磁石2の構成)
磁石2は、例えば、アルニコ磁石、フェライト磁石、ネオジム磁石等の永久磁石、又は、フェライト系、ネオジム系、サマコバ系、サマリウム鉄窒素系等の磁性体材料と、ポリスチレン系、ポリエチレン系、ポリアミド系、アクリロニトリル/ブタジエン/スチレン(ABS)等の合成樹脂材料と、を混合して所望の形状に成形したプラスチックマグネットである。なお磁石2は、電磁磁石であっても良い。
(Configuration of magnet 2)
The magnet 2 is, for example, a permanent magnet such as an alnico magnet, a ferrite magnet, or a neodymium magnet, or a magnetic material such as a ferrite-based, neodymium-based, samakoba-based, or samarium-iron-nitrogen-based material, and a polystyrene-based, polyethylene-based, polyamide-based, It is a plastic magnet formed by mixing a synthetic resin material such as acrylonitrile / butadiene / styrene (ABS) into a desired shape. The magnet 2 may be an electromagnetic magnet.
磁石2は、図1(a)に示すように、円柱形を有している。磁石2は、半円柱の一方がN極、他方がS極となるように着磁されている。従って磁石2は、N極から湧き出し、S極に吸い込まれる磁場25を形成する。図1(a)では、磁石2の表面20における磁場25を図示しているが、基板3と対向する裏面21側では、第1のMRセンサ5及び第2のMRセンサ6の検出領域に作用する磁場25が発生している。
As shown in FIG. 1A, the magnet 2 has a cylindrical shape. The magnet 2 is magnetized so that one of the semi-cylinders has an N pole and the other has an S pole. Therefore, the magnet 2 springs out from the north pole and forms a magnetic field 25 that is sucked into the south pole. In FIG. 1A, the magnetic field 25 on the front surface 20 of the magnet 2 is illustrated. On the back surface 21 side facing the substrate 3, the magnetic field 25 acts on the detection regions of the
この裏面21側の磁場25は、図1(b)及び図1(c)に示すように、第1のMRセンサ5及び第2のMRセンサ6の検出領域を横切る磁気ベクトル250を生成する。なお図1(b)及び図1(c)の磁気ベクトル250は、磁場25の磁気ベクトルの一部を模式的に示したものである。
The magnetic field 25 on the back surface 21 side generates a
磁石2は、図1(a)に示す回転軸200を軸として、時計回り(矢印A方向)及び反時計回り(矢印B方向)に回転する。磁気ベクトル250は、磁石2の回転により、回転軸200を軸として回転する。
The magnet 2 rotates clockwise (in the direction of arrow A) and counterclockwise (in the direction of arrow B) about the
磁石2の回転角θ、つまり検出対象の回転角θは、図1(b)に示すように、N極とS極の境界が第1のMRセンサ5及び第2のMRセンサ6の中間に位置する状態を基準位置(θ=0°)とし、時計回りを正としている。なお磁石2と磁気センサIC4は、回転軸200が第1のMRセンサ5と第2のMRセンサ6の中点を通るように配置されている。
As shown in FIG. 1B, the rotation angle θ of the magnet 2, that is, the rotation angle θ of the detection object is such that the boundary between the N pole and the S pole is between the
(磁気センサIC4の構成)
磁気センサIC4は、一例として、第1のMRセンサ5、第2のMRセンサ6及び切替部7が1チップとなるように、樹脂により封止されて形成されている。この樹脂による封止は、例えば、エポキシ樹脂を主成分に、シリカ充填材等を加えた熱硬化性成形材料を用いて行われる。なお第1のMRセンサ5、第2のMRセンサ6及び切替部7は、別々に基板3に配置されても良い。
(Configuration of magnetic sensor IC4)
As an example, the
第1のMRセンサ5は、図1(c)に示すように、第1の磁気抵抗素子51〜第4の磁気抵抗素子54を有している。また第2のMRセンサ6は、第1の磁気抵抗素子61〜第4の磁気抵抗素子64を有している。この第1の磁気抵抗素子51〜第4の磁気抵抗素子54、及び第1の磁気抵抗素子61〜第4の磁気抵抗素子64は、配置が異なるものの同じ磁気抵抗素子である。従って第1の磁気抵抗素子51〜第4の磁気抵抗素子54、及び第1の磁気抵抗素子61〜第4の磁気抵抗素子64は、磁場25が作用していない際、同じ抵抗値となるように構成されている。
As shown in FIG. 1C, the
第1のMRセンサ5は、隣接する磁気抵抗素子同士が90°の角度で配置されると共に、第1の磁気抵抗素子51〜第4の磁気抵抗素子54によりブリッジ回路が形成されている。また第2のMRセンサ6は、当該ブリッジ回路、つまり第1のMRセンサ5を45°回転させた配置を有している。
In the
第1の磁気抵抗素子51の一方端は、電源電圧VCCが印加され、他方端は、第2の磁気抵抗素子52の一方端と電気的に接続されている。第2の磁気抵抗素子52の他方端は、接地されている。この第1の磁気抵抗素子51と第2の磁気抵抗素子52の間には、中点電位が発生し、磁石2の回転に伴う中点電位の変化を示す検出信号V1が出力される。
A power supply voltage VCC is applied to one end of the
第3の磁気抵抗素子53の一方端は、電源電圧VCCが印加され、他方端は、第4の磁気抵抗素子54の一方端と電気的に接続されている。第4の磁気抵抗素子54の他方端は、接地されている。この第3の磁気抵抗素子53と第4の磁気抵抗素子54の間には、中点電位が発生し、磁石2の回転に伴う中点電位の変化を示す検出信号V2が出力される。
The power supply voltage VCC is applied to one end of the third
この第1のMRセンサ5から出力される検出信号V1及び検出信号V2は、図2(b)に示すように、磁石2の回転角θに応じて、位相が異なる信号となる。具体的には、磁石2が基準位置(θ=0°)にある際、磁気ベクトル250は、図1(c)に示すように、第1の磁気抵抗素子51〜第2の磁気抵抗素子54とおよそ45°で交差するので、第1の磁気抵抗素子51〜第2の磁気抵抗素子54の磁気抵抗が同じ磁気抵抗となる。従って検出信号V1及び検出信号V2は、位相が90°異なるサイン波となる。
The detection signal V 1 and the detection signal V 2 output from the
第1のMRセンサ5の検出信号V1は、切替部7のスイッチSW1を介してオペアンプ8の非反転入力端子(+)に入力する。また検出信号V2は、切替部7のスイッチSW2を介してオペアンプ8の反転入力端子(−)に入力する。
The detection signal V 1 of the
第2のMRセンサ6から出力される検出信号V3及び検出信号V4は、図2(b)に示すように、磁石2の回転角θに応じて、位相が異なる信号となる。具体的には、第2のMRセンサ6は、第1のMRセンサ5を45°回転させた配置となるので、検出信号V3及び検出信号V4は、検出信号V1及び検出信号V2と位相が45°異なる。従って検出信号V3及び検出信号V4は、位相が90°異なるコサイン波となる。
The detection signal V 3 and the detection signal V 4 output from the
また第2のMRセンサ6の検出信号V3は、切替部7のスイッチSW4を介してオペアンプ8の反転入力端子(−)に入力する。また検出信号V4は、切替部7のスイッチSW3を介してオペアンプ8の非反転入力端子(+)に入力する。
The detection signal V 3 of the
図2(d)の増幅信号S1aは、第1のMRセンサ5の検出信号V1及び検出信号V2を差動増幅した信号を示している。また図2(d)の増幅信号S1bは、第2のMRセンサ6の検出信号V3及び検出信号V4を差動増幅した信号を示している。この増幅信号S1a及び増幅信号S1bは、切替部7のスイッチSW1〜スイッチSW4の切り替えの周期に応じて、交互に生成される。従って増幅信号S1は、交互に増幅信号S1a及び増幅信号S1bを含む信号としてA/D変換部9に出力される。
The amplified signal S 1a in FIG. 2D shows a signal obtained by differentially amplifying the detection signal V 1 and the detection signal V 2 of the
(切替部7の構成)
切替部7は、例えば、マルチプレクサである。この切替部7は、図2(a)に示すように、スイッチSW1〜スイッチSW4と、このスイッチSW1〜スイッチSW4を、クロック信号S4に基づいて周期的に切り替える制御部70と、を備えている。
(Configuration of the switching unit 7)
The switching unit 7 is, for example, a multiplexer. As shown in FIG. 2A, the switching unit 7 includes switches SW 1 to SW 4 and a
制御部70は、例えば、スイッチSW1〜スイッチSW4を切り替える際に参照するテーブル71を記憶する半導体メモリを有している。制御部70は、例えば、テーブル71を参照すると共に入力したクロック信号S4に応じてスイッチSW1〜スイッチSW4を周期的に切り替えるように構成されている。
For example, the
このテーブル71には、スイッチSW1とスイッチSW2が閉じると共にスイッチSW3とスイッチSW4が開き、スイッチSW1とスイッチSW2が開くと共にスイッチSW3とスイッチSW4が閉じるような、スイッチSW1〜スイッチSW4の開閉の組み合せが格納されている。 In this table 71, switch SW 1 and switch SW 2 are closed, switch SW 3 and switch SW 4 are opened, switch SW 1 and switch SW 2 are opened, and switch SW 3 and switch SW 4 are closed. 1 of opening and closing of the ~ switch SW 4 combinations are stored.
(A/D変換部9の構成)
A/D変換部9は、第1のMRセンサ5及び第2のMRセンサ6から出力され、オペアンプ8で差動増幅されたアナログ信号である増幅信号S1を、クロック信号S4に基づいて予め定められたサンプリング周期に基づいてサンプリングしてデジタル信号S2に変換するように構成されている。
(Configuration of A / D converter 9)
A /
このデジタル信号S2は、第1のMRセンサ5が切替部7を介してオペアンプ8に接続されている場合、第1のMRセンサ5の検出信号V1と検出信号V2が差動増幅された増幅信号S1に基づいて生成される。またデジタル信号S2は、第2のMRセンサ6が切替部7を介してオペアンプ8に接続されている場合、第2のMRセンサ6の検出信号V3と検出信号V4が差動増幅された増幅信号S1に基づいて生成される。従ってデジタル信号S2には、第1のMRセンサ5のデジタル信号と第2のMRセンサ6のデジタル信号とが、クロック信号S4に基づいて交互に含まれている。
This digital signal S 2 is obtained by differentially amplifying the detection signal V 1 and the detection signal V 2 of the
(回転角算出部10の構成)
回転角算出部10は、例えば、クロック信号S4に基づいてデジタル信号S2から第1のMRセンサ5のデジタル値と、第2のMRセンサ6のデジタル値を分離するように構成されている。
(Configuration of the rotation angle calculation unit 10)
For example, the rotation
具体的には、回転角算出部10は、例えば、クロック信号S4に基づいて出力される第1のMRセンサ5の増幅信号S1aに基づくデジタル信号、及び第2のMRセンサ6の増幅信号S1bに基づくデジタル信号を分離してSinθ及びCosθを生成し、Sinθ及びCosθから逆正接関数(arctan)を計算することにより、回転角θを算出するように構成されている。また回転角算出部10は、例えば、算出した回転角θの履歴を保持することにより、180°以上の回転角θ、また矢印B方向の回転角θを算出するように構成されている。
Specifically, the rotation
回転角算出部10は、算出した回転角θの情報である回転角情報S3を生成し、接続された電子機器に出力する。
Rotation
(クロック信号生成部11の構成)
クロック信号生成部11は、切替部7、A/D変換部9及び回転角算出部10を同期させるためのクロック信号S4を生成し、これらに出力する。
(Configuration of clock signal generation unit 11)
以下に、回転角検出装置1の動作の一例について説明する。
Below, an example of operation | movement of the rotation
(動作)
回転角検出装置1のクロック信号生成部11は、電源電圧VCCが印加されると、クロック信号S4を生成して切替部7、A/D変換部9及び回転角算出部10に出力する。
(Operation)
The clock
切替部7の制御部70は、クロック信号S4及びテーブル71に基づいてスイッチSW1〜スイッチSW4を切り替える。切替部7は、この切り替えにより、第1のMRセンサ5の検出信号V1と検出信号V2、及び第2のMRセンサ6の検出信号V3と検出信号V4を周期的にオペアンプ8に出力する。
The
オペアンプ8は、周期的に入力する検出信号V1と検出信号V2、及び検出信号V3と検出信号V4を差動増幅して増幅信号S1を生成し出力する。 The operational amplifier 8 differentially amplifies the detection signal V 1 and the detection signal V 2 and the detection signal V 3 and the detection signal V 4 that are periodically input to generate and output an amplified signal S 1 .
A/D変換部9は、クロック信号S4に基づいて、入力する増幅信号S1をデジタル化してデジタル信号S2を生成して出力する。
A /
回転角算出部10は、クロック信号S4に基づいて、入力するデジタル信号S2を分離して逆正接関数を計算して回転角θを算出する。続いて、回転角算出部10は、算出した回転角θに基づいて回転角情報S3を生成して、回転角検出装置1が接続された電子機器に出力する。
Rotation
(第1の実施の形態の効果)
本実施の形態に係る回転角検出装置1は、製造コストを抑制することができる。具体的には、回転角検出装置1は、切替部7によって第1のMRセンサ5及び第2のMRセンサ6とオペアンプ8との接続を切り替えて検出信号V1〜検出信号V4を差動増幅するように構成されている。切替部7とオペアンプ8は、磁気検出部と同数の2つのオペアンプを有する場合に比べて、回路規模が小さい。従って回転角検出装置1は、第1のMRセンサ5及び第2のMRセンサ6と同数のオペアンプを必要としないことから、回路規模が小さくなると共に製造コストが抑制される。また回転角検出装置1は、回路規模が小さいので小型化することができる。
(Effects of the first embodiment)
The rotation
また複数の差動増幅部を有する検出装置の場合、差動増幅部の個体差による増幅率の差が生じて検出精度が低下する可能性がある。しかし回転角検出装置1は、オペアンプ8によって全ての磁気検出部の検出信号を差動増幅するので、個体差による検出精度の低下を抑制し、検出精度を向上させることができる。なお回転角検出装置1は、切替部7が抵抗となるが、入力インピーダンスを十分大きくできるので、回転角θの検出精度に与える影響が抑制される。
Further, in the case of a detection apparatus having a plurality of differential amplification units, there is a possibility that a difference in amplification factor due to individual differences of the differential amplification units occurs and detection accuracy is lowered. However, since the rotation
[第2の実施の形態]
第2の実施の形態は、第1のMRセンサ5及び第2のMRセンサ6の一対の磁気検出部をさらに備えている点で第1の実施の形態と異なっている。
[Second Embodiment]
The second embodiment is different from the first embodiment in that it further includes a pair of magnetic detection units of the
図3は、第2の実施の形態に係る回転角検出装置のブロック図である。なお以下に記載する実施の形態において、第1の実施の形態と同じ機能及び構成を有する部分は、第1の実施の形態と同じ符号を付し、その説明は省略するものとする。 FIG. 3 is a block diagram of a rotation angle detection device according to the second embodiment. In the embodiments described below, parts having the same functions and configurations as those of the first embodiment are denoted by the same reference numerals as those of the first embodiment, and description thereof is omitted.
本実施の形態に係る回転角検出装置1は、図3に示すように、第1のMRセンサ5、第2のMRセンサ6、第3のMRセンサ5a及び第4のMRセンサ6aと、スイッチSW1〜スイッチSW8を有する切替部7と、を備えて概略構成されている。回転角検出装置1は、例えば、冗長性を得るために、第1のMRセンサ5、第2のMRセンサ6、第3のMRセンサ5a及び第4のMRセンサ6aを有している。
As shown in FIG. 3, the rotation
第1のMRセンサ5及び第2のMRセンサ6は、例えば、それぞれの4つの磁気検出素子が作る素子中心が一致すると共に、両者が作る外形が正8角形となるように配置される。同様に、第3のMRセンサ5a及び第4のMRセンサ6aは、例えば、素子中心が一致すると共に、両者が作る外形が正8角形となるように配置される。
For example, the
この第1のMRセンサ5と第2のMRセンサ6が一体となった磁気センサは、一例として、第1の実施の形態の第1のMRセンサ5の位置に配置される。また第3のMRセンサ5aと第4のMRセンサ6aが一体となった磁気センサは、一例として、第1の実施の形態の第2のMRセンサ6の位置に配置される。
As an example, the magnetic sensor in which the
なお第1のMRセンサ5、第2のMRセンサ6、第3のMRセンサ5a及び第4のMRセンサ6aは、十字の中心を回転軸200とした各頂点に配置されても良く、またこれらに限定されない配置が可能である。
The
第3のMRセンサ5aは、図3に示すように、各磁気抵抗素子が第1のMRセンサ5と同じ向きに配置されると共に、第1の磁気抵抗素子51〜第4の磁気抵抗素子54を用いてブリッジ回路が形成されている。第3のMRセンサ5aの第1の磁気抵抗素子51と第2の磁気抵抗素子52の中点電位は、検出信号V1aとして切替部7のスイッチSW5を介してオペアンプ8の非反転入力端子(+)に入力する。第3のMRセンサ5aの第3の磁気抵抗素子53と第4の磁気抵抗素子54の中点電位は、検出信号V2aとして切替部7のスイッチSW6を介してオペアンプ8の反転入力端子(−)に入力する。
As shown in FIG. 3, in the third MR sensor 5a, the magnetoresistive elements are arranged in the same direction as the
第4のMRセンサ6aは、図3に示すように、各磁気抵抗素子が第2のMRセンサ6と同じ向きに配置されると共に、第1の磁気抵抗素子61〜第4の磁気抵抗素子64を用いてブリッジ回路が形成されている。第4のMRセンサ6aの第1の磁気抵抗素子61と第2の磁気抵抗素子62の中点電位は、検出信号V3aとして切替部7のスイッチSW8を介してオペアンプ8の反転入力端子(−)に入力する。第4のMRセンサ6aの第3の磁気抵抗素子63と第4の磁気抵抗素子64の中点電位は、検出信号V4aとして切替部7のスイッチSW7を介してオペアンプ8の非反転入力端子(+)に入力する。
As shown in FIG. 3, in the
切替部7の制御部70は、クロック信号S4及びテーブル71に基づいてスイッチSW1〜スイッチSW8を周期的に切り替えるように構成されている。具体的には、制御部70は、スイッチSW1とスイッチSW2、スイッチSW3とスイッチSW4、スイッチSW5とスイッチSW6、及びスイッチSW7とスイッチSW8の組み合わせで周期的に閉じるように制御する。テーブル71には、このスイッチSW1〜スイッチSW8の開閉の組み合せが格納されている。
The
A/D変換部9は、第1のMRセンサ5、第2のMRセンサ6、第3のMRセンサ5a及び第4のMRセンサ6aから出力され、オペアンプ8で差動増幅された増幅信号S1をデジタル信号S2に変換するように構成されている。このデジタル信号S2には、第1のMRセンサ5、第2のMRセンサ6、第3のMRセンサ5a及び第4のMRセンサ6aのデジタル信号が、クロック信号S4に基づいて交互に含まれている。
The A /
回転角算出部10は、例えば、クロック信号S4に基づいてデジタル信号S2から第1のMRセンサ5、第2のMRセンサ6、第3のMRセンサ5a及び第4のMRセンサ6aのデジタル値を分離するように構成されている。
Rotation
回転角算出部10は、分離したデジタル信号に基づいて逆正接関数を計算することにより、回転角θを算出するように構成されている。従って回転角算出部10は、許容範囲内で同じ値となる2つの回転角θを算出する。回転角算出部10は、算出した2つの回転角θに基づいて回転角情報S3を生成して出力する。
The rotation
なお変形例として、回転角算出部10は、一例として、2つの回転角θの差分が予め定められたしきい値より大きい場合、いずれかのMRセンサが故障したとする故障情報を出力するように構成されても良い。また他の変形例として、回転角検出装置1は、例えば、算出された2つの回転角θに基づいて故障を判定する判定部を備えても良い。
As a modification, for example, when the difference between the two rotation angles θ is larger than a predetermined threshold, the rotation
(第2の実施の形態の効果)
本実施の形態に係る回転角検出装置1は、冗長性を有することができる。また回転角検出装置1は、4つのMRセンサに対して1つのオペアンプ8で構成されるので、製造コストを抑制することができる。
(Effect of the second embodiment)
The rotation
変形例として、磁気検出装置は、検出対象の回転以外の変位を検出するように構成しても良い。この場合、磁気検出装置は、回転角算出部10の代わりに、デジタル信号S2に基づいて磁石2の位置を判定する位置判定部を有する。この磁気検出装置は、一例として、車両のシフト装置のシフトレバーの操作位置、ライトのオン・オフ等を指示するレバーコンビネーションスイッチ装置のレバーの操作位置、及びジョイスティック等の操作部の操作位置を検出することができる。
As a modification, the magnetic detection device may be configured to detect a displacement other than the rotation of the detection target. In this case, the magnetic detection apparatus includes a position determination unit that determines the position of the magnet 2 based on the digital signal S 2 instead of the rotation
また変形例として磁気検出装置は、4つより多くの磁気検出部を備えていても良い。 As a modification, the magnetic detection device may include more than four magnetic detection units.
上述の実施の形態及び変形例に係る磁気検出装置は、例えば、用途に応じて、その一部が、コンピュータが実行するプログラム、ASIC(Application Specific Integrated Circuit)及びFPGA(Field Programmable Gate Array)等によって実現されても良い。 The magnetic detection devices according to the above-described embodiments and modifications are, for example, partly based on a program executed by a computer, an ASIC (Application Specific Integrated Circuit), an FPGA (Field Programmable Gate Array), or the like depending on the application. It may be realized.
以上、本発明のいくつかの実施の形態及び変形例を説明したが、これらの実施の形態及び変形例は、一例に過ぎず、特許請求の範囲に係る発明を限定するものではない。これら新規な実施の形態及び変形例は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更等を行うことができる。また、これら実施の形態及び変形例の中で説明した特徴の組合せの全てが発明の課題を解決するための手段に必須であるとは限らない。さらに、これら実施の形態及び変形例は、発明の範囲及び要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。 As mentioned above, although some embodiment and modification of this invention were demonstrated, these embodiment and modification are only examples, and do not limit the invention based on a claim. These novel embodiments and modifications can be implemented in various other forms, and various omissions, replacements, changes, and the like can be made without departing from the scope of the present invention. In addition, not all combinations of features described in these embodiments and modifications are necessarily essential to the means for solving the problems of the invention. Furthermore, these embodiments and modifications are included in the scope and gist of the invention, and are included in the invention described in the claims and the equivalents thereof.
1…回転角検出装置、2…磁石、3…基板、5…第1のMRセンサ、5a…第3のMRセンサ、6…第2のMRセンサ、6a…第4のセンサ、7…切替部、8…オペアンプ、9…変換部、10…回転角算出部、11…クロック信号生成部、20…表面、21…裏面、25…磁場、51〜54…第1の磁気抵抗素子〜第4の磁気抵抗素子、61〜64…第1の磁気抵抗素子〜第4の磁気抵抗素子、70…制御部、71…テーブル、200…回転軸、250…磁気ベクトル、SW1〜SW8…スイッチ
DESCRIPTION OF
Claims (3)
複数の前記磁気検出部が電気的に接続され、複数の前記磁気検出部のそれぞれとの接続を周期的に切り替える切替部と、
前記切替部を介して入力した複数の前記磁気検出部ごとの前記位相が異なる検出信号を差動増幅する差動増幅部と、
を備えた磁気検出装置。 A magnetic detection unit that detects a change in the magnetic field according to the displacement of the detection target and outputs detection signals having different phases;
A plurality of the magnetic detection units are electrically connected, and a switching unit that periodically switches connection with each of the plurality of magnetic detection units,
A differential amplifier for differentially amplifying detection signals having different phases for each of the plurality of magnetic detectors input via the switching unit;
A magnetic detection device.
請求項1に記載の磁気検出装置。 The plurality of magnetic detection units include a first magnetic detection unit in which a first bridge circuit is formed by four magnetoresistive elements, and a second bridge that is arranged by rotating the first bridge circuit by 45 °. Having at least one pair of magnetic detection units constituted by a second magnetic detection unit having a circuit;
The magnetic detection apparatus according to claim 1.
前記変換部から出力された前記デジタル信号に基づいて前記検出対象の回転角を算出する算出部と、
を備えた請求項1又は2に記載の磁気検出装置。 A converter that digitally converts the amplified signal output from the differential amplifier and outputs a digital signal; and
A calculation unit that calculates a rotation angle of the detection target based on the digital signal output from the conversion unit;
The magnetic detection apparatus according to claim 1, further comprising:
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