JP5629007B2 - 磁場計測装置 - Google Patents

Description

本発明は、磁場計測装置に関し、より詳細には、磁場発生体の位置、移動又は回転を検出する磁場計測装置に関する。

図１Ａ乃至１Ｃは、従来の磁気式エンコーダを説明するための図であり、図１Ａに示すような多極磁石とホールＩＣなどの磁気センサが用いられている。この際に、ホールＩＣ１０２ａ，１０２ｂは、互いに出力パルスの位相差が電気角９０度ずれるような配置になっている。このような構成をとることにより、回転方向が検知可能な磁気式エンコーダを作ることができる。

図２は、一般的に用いられているホールＩＣのブロック図であり、ホール素子１０１とアンプ１３０とシュミット回路１３１とドライバとが一体化されている。このようなホールＩＣは、磁気式パルスエンコーダなどの分野で広く用いられている。ホールＩＣは、ホール素子１０１の感磁面に対して印加される磁場に比例して出力されるホール起電力をアンプ１３０にて増幅させ、その後にシュミット回路にて任意の閾値との比較を行い、その結果をデジタル出力するように動作する。

次に、方向検知可能な磁気式エンコーダの原理について説明する。図１Ｂは、図１Ａで示される状態を電気角０度とした際に、そこからＣＣＷ方向に磁石を中心に対して回転させた際のホールＩＣ１０２ａ，１０２ｂ内のホール素子に印加される磁場と各々のホールＩＣの出力を表わしたものである。また、図１Ｃは、図１Ａで示される状態を電気角０度とした際に、そこからＣＷ方向に磁石を中心に対して回転させた際のホールＩＣ１０２ａ，１０２ｂ内のホール素子に印加される磁場と各々のホールＩＣの出力を表わしたものである。この結果から明らかなように、何れか一方のホールＩＣ出力の立ち上がり又は立下りをトリガーとし、他方のホールＩＣ出力の状態がＨＩＧＨであるかＬＯＷであるかを見ることによって回転方向の検出が可能となる。この例ではホールＩＣ１０２ｂの立ち下がりをトリガーとした。

しかし、この構成ではホールＩＣを個別に２個用いることになり、多極磁石のピッチにあわせてホールＩＣの配置を変える必要があったり、実装ずれなどの影響が無視できなかったりした。このため、それを改善する手法として、特許文献１に記載の図１及び図２のように、磁性体からなる磁気収束板を用いて、特許文献１に記載の図８のような多極磁石の回転と伴に出力される磁電変換素子感磁面に対して垂直な磁場と水平な磁場の位相が電気角において９０度ずれていることを利用してワンチップで方向検知が可能な手法が存在する。この方法は、上述した問題点を改善しており、磁気エンコーダや入力デバイスとして有用な手法である。

特開２００９−１５０７３２号公報

しかしながら、近年広く用いられている車輪速センサのようなアプリケーションにおいては、多極磁石とセンサ間の距離を離す、つまりはセンサに印加される磁場強度が低い状態においてもセンサが動作可能であり、外乱磁気ノイズが劣悪な環境下においても、出力の低ジッタ化への要求、また多極磁石の極ピッチに正確に対応した出力（一般的に出力Ｄｕｔｙ要求と呼ばれる）への要求が高まっている。センサへ印加される多極磁石からの磁束密度が低ければ低いほど、外乱磁気ノイズの影響は大きくなり、出力ジッタや出力Ｄｕｔｙを劣化させるものとなる。上述した、特許文献１の手法においては、このような外乱磁場ノイズに対して言及されていない。

本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、特に車輪速センサなどの被検出体の位置、移動又は回転を検出するアプリケーションにおいて、外乱磁気ノイズの影響を除去することが可能であり、更に、センサ装置に印加される被検出体の発生する磁場強度が低くても、低ジッタであり且つ正確なＤｕｔｙ出力が可能な磁場計測装置を提供することにある。

本発明は、このような目的を達成するためになされたもので、請求項１に記載の発明は、磁場発生体から発生する磁場の強度を検出する磁場計測装置であって、第１から第４の磁電変換素子と、磁性体からなる磁気収束板と、前記磁電変換素子の感磁面に対して水平方向及び／又は垂直方向に印加される磁場の強度を算出する算出部と、を備え、前記磁気収束板は、前記第１の磁電変換素子の感磁面と前記第２の磁電変換素子の感磁面に対して水平方向に発生する磁場ベクトルを前記第１の磁電変換素子の感磁面と第２の磁電変換素子の感磁面に対して垂直方向且つそれぞれの感磁面で逆方向の磁場ベクトルに変換し、更に、前記第３の磁電変換素子の感磁面と前記第４の磁電変換素子の感磁面に対して水平方向に発生する磁場ベクトルを前記第３の磁電変換素子の感磁面と第４の磁電変換素子の感磁面に対して垂直方向且つそれぞれの感磁面で逆方向の磁場ベクトルに変換するように前記第１から第４の磁電変換素子の近傍に配置されており、前記算出部は、前記第１から第４の磁電変換素子の出力を加減算し、算出結果を出力する第１の算出ブロックを有することを特徴とする。

また、請求項２に記載の発明は、磁場発生体から発生する磁場の強度を検出する磁場計測装置であって、第１から第４の磁電変換素子と、前記磁電変換素子の感磁面に対して水平方向及び／又は垂直方向に印加される磁場の強度を算出する算出部と、を備え、前記算出部は、前記第１から第４の磁電変換素子の出力を加減算し、算出結果を出力する第１の算出ブロックと、前記第１から第４の磁電変換素子の出力を加減算して前記第１の算出ブロックの出力信号と位相が９０度異なる信号を算出し、算出結果を出力する第２の算出ブロックと、を備えることを特徴とする。

また、請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の発明において、前記第１の算出ブロックは、前記第１の磁電変換素子と前記第２の磁電変換素子の出力を加減算し、算出結果を出力する第１の加減算ブロックと、前記第３の磁電変換素子と前記第４の磁電変換素子の出力を加減算し、算出結果を出力する第２の加減算ブロックと、前記第１の加減算ブロックの出力と前記第２の加減算ブロックの出力を加減算し、算出結果を出力する第３の加減算ブロックと、を備えることを特徴とする。

また、請求項４に記載の発明は、請求項１又は２に記載の発明において、前記第１の算出ブロックは、前記第１の磁電変換素子と前記第３の磁電変換素子の出力を加減算し、算出結果を出力する第１の加減算ブロックと、前記第２の磁電変換素子と前記第４の磁電変換素子の出力を加減算し、算出結果を出力する第２の加減算ブロックと、前記第１の加減算ブロックの出力と前記第２の加減算ブロックの出力を加減算し、算出結果を出力する第３の加減算ブロックと、を備えることを特徴とする。

また、請求項５に記載の発明は、請求項１乃至４のいずれかに記載の発明において、前記算出部は、前記第１から第４の磁電変換素子の出力を加減算し、前記第１の算出ブロックの出力信号と位相が異なる信号を算出する第２の算出ブロックを有することを特徴とする。

また、請求項６に記載の発明は、請求項５に記載の発明において、前記第１の算出ブロックの出力信号と前記第２の算出ブロックの出力信号との位相差は、９０度であることを特徴とする。

また、請求項７に記載の発明は、請求項５又は６に記載の発明において、前記第２の算出ブロックは、前記第１の磁電変換素子と前記第２の磁電変換素子の出力を加減算し、算出結果を出力する第４の加減算ブロックと、前記第３の磁電変換素子と前記第４の磁電変換素子の出力を加減算し、算出結果を出力する第５の加減算ブロックと、前記第４の加減算ブロックの出力と前記第５の加減算ブロックの出力を加減算し、算出結果を出力する第６の加減算ブロックと、を備えることを特徴とする。

また、請求項８に記載の発明は、請求項５又は６に記載の発明において、前記第２の算出ブロックは、前記第１の磁電変換素子と前記第３の磁電変換素子の出力を加減算し、算出結果を出力する第４の加減算ブロックと、前記第２の磁電変換素子と前記第４の磁電変換素子の出力を加減算し、算出結果を出力する第５の加減算ブロックと、前記第４の加減算ブロックの出力と前記第５の加減算ブロックの出力を加減算し、算出結果を出力する第６の加減算ブロックと、を備えることを特徴とする。

また、請求項９に記載の発明は、請求項１乃至８のいずれかに記載の発明において、前記第１から第４の磁電変換素子が略直線状に配置されていることを特徴とする。

また、請求項１０に記載の発明は、請求項１乃至９のいずれかに記載の発明において、前記算出部は、前記磁場発生体の位置、移動又は回転を検知することを特徴とする。

また、請求項１１に記載の発明は、請求項１０に記載の発明において、前記算出部は、前記第１の算出ブロックの出力に基づいて、前記磁場発生体の位置、移動又は回転を検知することを特徴とする。

また、請求項１２に記載の発明は、請求項１０又は１１に記載の発明において、前記算出部は、前記第１の算出ブロックの出力信号をパルス波形に成形した信号に基づいて、前記磁場発生体の位置、移動又は回転を検知することを特徴とする。

また、請求項１３に記載の発明は、請求項５乃至８のいずれかに記載の発明において、前記算出部は、前記第１の算出ブロックの出力と、前記第２の算出ブロックの出力と、に基づいて、前記磁場発生体の位置、移動又は回転を検知することを特徴とする。

また、請求項１４に記載の発明は、請求項１乃至１３のいずれかに記載の発明において、磁場発生体を備え、該磁場発生体が移動可能及び／又は回転可能な多極着磁された磁石、又は、前記第１から第４の磁電変換素子の近傍に設置されたバックバイアス磁石と、移動可能及び／又は回転可能なギヤ歯から構成される構成体であることを特徴とする。

また、請求項１５に記載の発明は、請求項１乃至１３のいずれかに記載の発明において、磁場発生体を備え、該磁場発生体が前記第１から第４の磁電変換素子の近傍に設置されたバックバイアス磁石と、移動可能及び／又は回転可能なギヤ歯から構成される構成体であり、前記第１から第４の磁電変換素子は、前記バックバイアス磁石と前記ギヤ歯に挟まれる位置に配置されることを特徴とする。

本発明によれば、被検出体の位置、移動又は回転を検出するアプリケーションに適用可能であり、且つ、被検出体の位置、移動又は回転を検出する際に、外乱磁気ノイズの影響を除去することが可能であり、更に、センサ装置に印加される被検出体の発生する磁場強度が低くても、低ジッタ且つ正確なＤｕｔｙ出力が可能な磁場計測装置を提供することが可能となる。

従来の磁気式エンコーダを説明するための図である。 従来の磁気式エンコーダを説明するための図である。 従来の磁気式エンコーダを説明するための図である。 従来から一般的に用いられているホールＩＣのブロック図である。 本発明に係る磁場計測装置としての各実施形態を説明するための構成図である。 図３に示した磁気収束板センサ部９の側面図である。 図３に示した磁気収束板の役割を説明するための図である。 本発明に係る磁場計測装置における検出磁場の内部信号を示す図である。 被検出体とホール素子との配置関係を示した図である。 実施例１における磁場計測装置を説明するための上面図である。 電気角一周期分の信号演算の結果を示す図である。 電気角一周期分の信号演算の結果を示す図である。 電気角一周期分の信号演算の結果を示す図である。 本実施例１における信号処理を説明するための図である。 本実施例１における信号処理を説明するための図である。 図６に示した出力成型部の出力波形を示す図である。 図６に示した出力成型部の出力波形を示す図である。 本実施例１、２、３における波形の例を示す図である。 本実施例１、２、３における波形の例を示す図である。 本実施例１、２、３における波形の例を示す図である。 本実施例１、２、３における波形の例を示す図である。 実施例１における磁場計測装置の他の例を説明するための上面図である。 実施例１における磁場計測装置の他の例を説明するための側面図である。 実施例２における磁場計測装置を説明するための上面図である。 実施例３における磁場計測装置を説明するための上面図である。 実施例１，２，３における使用可能な磁気収束板形状の例を示す図である。 実施例１，２，３における使用可能な磁気収束板形状の例を示す図である。 実施例１，２，３における使用可能な磁気収束板形状の例を示す図である。 実施例１，２，３における使用可能な磁気収束板形状の例を示す図である。 実施例１，２，３における使用可能な磁気収束板形状の例を示す図である。 実施例１，２，３における使用可能な磁気収束板形状の例を示す図である。 実施例１，２，３における使用可能な磁気収束板形状の例を示す図である。 実施例１，２，３における使用可能な磁気収束板形状の例を示す図である。 実施例１，２，３における使用可能な磁気収束板形状の例を示す図である。 実施例１，２，３における使用可能な磁気収束板形状の例を示す図である。 実施例１，２，３における使用可能な磁気収束板形状の例を示す図である。 本発明に係る磁場計測装置における検出磁場の内部信号を示す図である。

以下に、図面を参照して、本発明に係る磁場計測装置の具体例を説明する。尚、実施例１は、本発明の磁場計測装置を被検出体の回転検出に適用する場合を中心に説明し、実施例２は、本発明の磁場計測装置を被検出体の位置検出に適用する場合を中心に説明し、実施例３は本発明の磁場計測装置をギア歯の検出に適用する場合を中心に説明する。

（実施例１）
本実施例１は、被回転検出体が多極リング磁石であり磁電変換素子にホール素子を用いて検出する場合の磁場計測装置に関するものである。なお、本実施例１における磁場計測装置を説明するためのセンサ構成は図３に示され、磁場計測装置を説明するための上面図は図８、側面図は図７、信号処理を説明するためのブロック図は図６、図１８である。

図３は、本発明に係る磁場計測装置としての各実施形態を説明するための構成図である。本実施例１におけるセンサ部は、シリコン基板上にホール素子を作製し、その近傍に磁性体薄体からなる磁気収束板を作製した構成になっており、大きく分けて２箇所（センサ部９，１０と区別する）のセンサ部が存在する。ここで言うセンサ部とは、ホール素子と磁性体からなる磁気収束板から構成され、各センサ部において、それぞれ独立にセンサ面に印加される水平な磁場と垂直な磁場を検出することができるものである。

また、詳細なセンサ構成は以下のようになる。
１（ＬＬ）は左部センサ部９内の第１のホール素子、１（ＬＲ）は左部センサ部９内の第２のホール素子、１（ＲＬ）は右部センサ部１０内の第３のホール素子、１（ＲＲ）は右部センサ部１０内の第４のホール素子、７は磁性体から構成される磁気収束板、８はシリコン基板、１１は左部センサ部における磁気感磁部中心、１２は右部センサ部における磁気感磁部中心、符号Ｂは左右の磁気感磁部中心間の距離（本実施例では２ｍｍ）を表わす。第１のホール素子から第４のホール素子は、ホール素子の感磁面の法線方向（感磁面の方向）が略同一となるように配置されている。

ここで言う磁気感磁部中心は、各センサ部における対称の中心を表わしている。また、ホール素子は、磁気収束板下端に設置してあることが好ましい。しかしながら、実効的に回転検知を行うために必要な感度が得られる配置であれば必ずしもそれに限るわけではない。また、磁気収束板及びホール素子は、各センサ部の磁気感磁部中心を通るＹＺ平面と平行な鏡面に対し、鏡像関係であることが好ましい。しかしながら、実効的に後述する外乱オフセット除去やＤｕｔｙ性能に大きな影響がない範囲であれば必ずしもそれに限るわけではない。

また、本実施例では磁石のピッチＡと磁気感磁部中心間距離Ｂを一致させている。これは各々の磁気感磁部中心に１８０度位相の異なる磁場が入力されるようにするためである。なおセンサ部はＸＹ平面上にあると定義する。

図４は、図３に示した磁気収束板の役割を説明するための図である。ここで磁気収束板の効果について、図４を用いて説明する。

図４は、磁気収束板が均一水平磁場中に設置された場合の磁気経路の様子を示している。磁気収束板は水平な磁場を垂直な磁場に変換する特性を持っており、図４にて示すように水平な磁場がホール素子部では、垂直な磁場に方向変換される。磁気収束板は、第一のホール素子の感磁面と第二のホール素子の感磁面とに対して水平方向に発生する磁場ベクトルを、第一のホール素子の感磁面と第二のホール素子の感磁面とに対して垂直方向且つそれぞれの感磁面で逆方向の磁場ベクトルに変換し、第三のホール素子の感磁面と第四のホール素子の感磁面とに対して水平方向に発生する磁場ベクトルを、第三のホール素子の感磁面と第四のホール素子の感磁面とに対して垂直方向且つそれぞれの感磁面で逆方向の磁場ベクトルに変換するように第一から第四のホール素子の近傍に配置されている。この際、図３及び図４に示す磁気収束板７のような形状及び寸法を用いると、各センサ部に印加される水平磁場強度が、ある係数倍されて垂直磁場に変換される。ホール素子感磁面の大きさが３０μｍ×３０μｍの時、この係数はおおよそ、７．３倍程度となる。この係数を磁気増幅率と呼ぶ。この係数は磁気収束板形状及び寸法に依存する。また垂直なｚ方向の磁場も多少増幅されて磁気収束板下端に入力され、おおよそ１．２倍となる。

ここで図４のような鏡面対称に磁気収束板を設置する主な理由としては、磁気増幅率を著しく向上できる磁気回路の形成もさることながら、後述にて詳細を示すが、各ホール素子の出力信号を演算することにより、ｚ方向の磁場とｘ方向の磁場を分解して検出するためと、後述の外乱磁場の影響を除去するためである。非対称の磁気収束板となった場合、上述の磁気増幅率が各磁気収束板の形状やサイズによって異なるため、外乱磁場の影響の除去効果が劣化したり、演算によるＺ方向、Ｘ方向の分解が正確に行えなくなったりすることになる。各ホール素子に印加される磁場強度は、図４より明らかなように空間に均一な水平な磁場においては１（ＬＬ）にはｚ方向マイナスに、１（ＬＲ）はｚ方向プラスに磁場が印加されるように方向変換される。すなわち、正弦波磁場を印加した際、位相差が１８０度となる。また、空間的に均一な垂直方向（ｚ方向プラス側）に磁場が印加された場合、磁場は１（ＬＬ）と１（ＬＲ）に対してｚ方向プラスに入力される。すなわち、正弦波磁場が垂直方向に印加された場合、位相差は０度となる。

この原理を利用することにより、水平な磁場（ｘ方向）を検出したい場合はホール素子１（ＬＬ）と１（Ｌと１（ＬＲ）のＲ）の信号を減算し、垂直な磁場（ｚ方向）を検出したい場合はホール素子１（ＬＬ）信号を加算することにより検出できる。これにより本実施例形状ではｘ、ｚ方向二軸の磁場検出できる。また本実施例では図３において使用した形状を用いるが、図５や図１６及び図１７のような磁気収束板形状を使用できることは上述した原理と同様である。また、この原理はホール素子１（ＲＬ）と１（ＲＲ）についても同様となっており、ｘ、ｚ方向二軸の磁場検出が可能である。

図７は、被検出体とホール素子との配置関係を示した側面図で、図８は、実施例１における磁場計測装置を説明するための上面図である。

図７及び図８における符号Ａは多極磁石のＮ極とＳ極のピッチ距離（本実施例では２ｍｍ）を表わす。１６は被回転体（被検出体）である１２極リング磁石、１７は被回転体の回転シャフト、またθ１は回転角である。なお回転軸はＺ軸に平行であり、回転シャフト回転軸１８に回転すると定義する。また、現在表記している図は回転角度０度と定義し、図中の反時計方向に回転する様子を表わしている。多極リング磁石１６は、その着磁方向に移動、回転をする。

また、それぞれの磁気感磁部中心１１，１２は多極リング磁石１６の内径と外径の中点からなる円１９上のＸＹ座標上付近にあり、ある距離だけリング磁石から離れている。この際センサ基板はリング磁石面と略平行である。

また、第一から第四のホール素子は多極リング磁石の着磁方向に沿って、略直線状に配置されている。

図６は、磁場計測装置における検出磁場の内部信号を示す図であり、各ホール素子の信号フローを表わした図である。

図６において、ホール素子１（ＬＬ）からの出力電圧をＶ１（ＬＬ）、ホール素子１（ＬＲ）からの出力電圧をＶ１（ＬＲ）、ホール素子１（ＲＬ）からの出力電圧をＶ１（ＲＬ）、ホール素子１（ＲＲ）からの出力電圧をＶ１（ＲＲ）とし、またＶ１（ＬＲ）とＶ１（ＬＬ）の差をとった結果をＶ２、Ｖ１（ＲＬ）とＶ１（ＲＲ）の差をとった結果をＶ３、Ｖ１（ＬＬ）とＶ１（ＬＲ）の和をとった結果をＶ４、Ｖ１（ＲＬ）とＶ１（ＲＲ）の和をとった結果をＶ５、そしてＶ２とＶ３の差をとった結果をＶ（０）、Ｖ４とＶ５の差をとった結果をＶ（９０）とする。

それらの信号を、増幅を行う信号増幅部、信号の比較を行う信号比較部、比較状態を解析する比較演算部、出力状態を作り出す出力成形部、最終出力を行う出力部に入力する。具体的な詳細は後述する。

図７及び図８において、１２極磁石がセンサ部９中の磁気感磁部中心１１及びセンサ部１０中の磁気感磁部中心１２に与える磁場は多極リング磁石の反時計方向回転に伴い、下式のように正弦波・余弦波にて近似して表わすことができる。

ここで（１）式は図３に示される磁気感磁部中心１１に入力されるセンサ面に垂直なｚ方向の磁束密度、（２）式は磁気感磁部中心１２に入力されるセンサ面に垂直なｚ方向の磁束密度、（３）式は磁気感磁部中心１１に入力されるセンサ面に水平なｘ方向の磁束密度、（４）式は磁気感磁部中心１２に入力されるセンサ面に水平なｘ方向の磁束密度、Ｂ’０はリング磁石１６の出力する垂直なｚ方向の磁束密度振幅、Ｂ０はリング磁石１６の出力する水平なｘ方向の磁束密度振幅、Ｂｚｏｆｆｓｅｔ（ｔ）はある時刻におけるｚ方向の外乱磁場（磁気ノイズ）、Ｂｘｏｆｆｓｅｔ（ｔ）はある時刻におけるｘ方向の外乱磁場（磁気ノイズ）を表わしている。ここで、ｙ方向の外乱磁場（磁気ノイズ）を無視したが、これはセンサがｙ方向の磁場を検出できない為である。また、ここで言うθは電気角であり、今回のような偶数多極磁石の場合、θは回転角度（機械角）θ１を極数Ｎの半分で掛け合せたθ＝θ１×Ｎ／２である。

上述した［数１］のような磁場を印加されたセンサ部９、１０は、磁気収束板の効果によりセンサ面に水平な磁束密度をＫ倍（水平磁場からの垂直磁場変換率とする）してホール素子感磁面に垂直な磁場に変換する。また、センサ面に垂直な磁束密度はＫ’倍（垂直磁場増幅率とする）されホール素子感磁面に垂直な磁場となる。

これにより、ホール素子１（ＬＬ）、１（ＬＲ）、１（ＲＬ）、１（ＲＲ）に印加される感磁面に垂直な磁場はそれぞれ下式のようになる。

ここで（５）式は１（ＬＬ）に入力されるホール素子感磁面に垂直な磁束密度、（６）式は１（ＬＲ）に入力されるホール素子感磁面に垂直な磁束密度、（７）式は１（ＲＬ）に入力されるホール素子感磁面に垂直な磁束密度、（８）式は１（ＲＲ）に入力されるホール素子感磁面に垂直な磁束密度である。

ここで、αは、センサ部９，１０内での左右のホール素子の位相差１８０度からのずれを表わしており、これはセンサ面に水平な磁場のみに大きく生じる。この位相差の１８０度からのずれαは、多極磁石から発生される各センサ部に対してｘ方向（水平方向）の磁場が完全に水平ではなく不均一であるために生じる。この際、実際は垂直な磁場にも、若干の位相のずれは生じるが非常に小さい為、本説明では無視をした。またαは多極磁石の大きさと磁気収束板の大きさ、磁石の大きさとそれらの配置により決まる定数である。

このため、ホール素子の単位磁束密度当たりの出力電圧である磁束密度電圧変換率（Ｖ／Ｔ）をＣとすると、ホール素子１（ＬＬ）、１（ＬＲ）、１（ＲＬ）、１（ＲＲ）の電圧出力Ｖ１（ＬＬ）、Ｖ１（ＬＲ）、Ｖ１（ＲＬ）、Ｖ１（ＲＲ）は下式のようになる。

次に、ここで得られる電圧を図６の信号処理にて和と差の演算を行うことにより、Ｖ２、Ｖ３、Ｖ４、Ｖ５を求めると下式のようになる。

したがって、図６にあるようなＶ（０），Ｖ（９０）は、次のように得られる。

ここで、上述してきた電気角一周期分（１２極リング磁石１６は機械角３０度回転に相当）回転した際の主要な磁束密度、電圧信号演算の結果を図９に示す。

図９Ａ乃至９Ｃは、電気角一周期分の信号演算の結果を示す図である。図９の表記では、各々の磁束密度、出力電圧は磁石のサイズ・形状・センサと磁石とのギャップ、磁石の着磁方法などにより大きく磁場強度が変化する為、本実施例では単位は任意単位ａ．ｕ（ａｒｂｉｔｒａｒｙ ｕｎｉｔ）として表わす。これは本実施例を説明する場合は問題ない。

図９Ａには、センサ部９、１０の磁気感磁部中心１１，１２に印加される水平・垂直磁束密度の変化を表わし、図９Ｂは、各々のホール素子からの出力電圧を表わし、図９Ｃは、演算後のＶ（０），Ｖ（９０）を表わす。各センサ部中心に印加される水平・垂直方向の磁束密度は、外乱磁気ノイズなき場合、０を中心とする略正弦波状或いは略余弦波状となるが、外乱磁気ノイズが印加されると、図９Ａに示すように０を中心としないオフセットを持った波形となる。また図示しないが、１周期中の任意の時間だけのノイズが印加される場合も存在する。

ここで、図９Ｃをみると、図６の演算後の信号Ｖ（０）とＶ（９０）は、振幅は異なるが、互いに９０度位相差を持っていることがわかる。この位相差を利用して、回転方向の検出が可能となる。また、更には、信号Ｖ（０）とＶ（９０）は、図９Ａに含まれていた外乱磁気ノイズの影響が除去され、オフセットの無い、正弦波状・余弦波状の信号となっていることが分かる。

この結果、式（１７）、（１８）で得られる信号Ｖ（０）及びＶ（９０）は、互いに位相９０度位相が異なることにより外乱の磁気ノイズをキャンセルし、磁石の発生する磁場信号のみ増幅した出力電圧を示していることがわかる。また、今回の形状（図３に記載、磁気収束板ｚ方向厚み３０μｍ）では、磁気シミュレーションの結果Ｋは約７．３倍、上述した位相差αは約６０度となる。このため、式（１７）に関して言えば、磁気収束板によるセンサ面に対しての水平磁場が実際磁束密度として６．３倍（７．３×ｃｏｓ（３０°））（垂直磁場増幅率Ｋ’は１．２程度）になる。しかし、今回の磁気収束板形状の場合は上述したパラメータになるが、この形状を図１６及び図１７のように変型させることにより、磁石ピッチ２ｍｍにおいてパラメータＫｃｏｓ（α／２）を０＜Ｋｃｏｓ（α／２）＜１０の範囲で調整でき、使用者はその中で大きさを鑑みて最適なパラメータを指定すればよい。今回の例からＫｃｏｓ（α／２）の大きなパラメータを使えば、ホール素子単体に比べ非常に大きなＳ／Ｎを得ることができる。この為、出力の回路ノイズ起因のジッタを著しく低減できる。

具体的には近年のシリコン半導体のテクノロジーではＢ０＝０．３５ｍＴにて出力ジッタ０．５％程度を要求するのであればＫｃｏｓ（α／２）＞３．６（カットオフ周波数を５ｋＨｚ）程度が必要な条件となり、これは使用者の要求にて適切に設定すればいいことは言うまでもない。

次に、得られた信号Ｖ（０），Ｖ（９０）の具体的な信号処理について述べる。
信号増幅部５１はある所定の出力付近まで入力波形を増幅するオートゲインコントロール機能を有した信号増幅部である。信号比較部５２はコンパレータのチャタリングを防ぎながら、アナログ入力波形をデジタルパルス出力とするためのヒステリシスコンパレータなどで構成される信号比較部である。信号演算部５３は信号比較部５２の一方の出力の立ち上がり或いは立ち下がりエッジを検出した際に、他方の出力状態を観測し回転方向を判定可能な機能を有しており、出力として、２値の回転方向情報とエッジ切り替わりのタイミング情報を持つ。出力成型部５４は信号演算部５３の出力をもとに出力パルス波形を作り出す。出力部５５はドライバである。

次に、図６の信号フローを使い信号処理を説明する。
第３の減算ブロック及び第４の減算ブロックの出力までで得られた式（１７）、式（１８）に示されるＶ（０）、Ｖ（９０）の信号をそれぞれ信号増幅部５１ａ，５１ｂに入力し、増幅された出力信号を図１０Ａのように、それぞれヒステリシス付きコンパレータ（信号比較部）に入力し、図１０Ｂのように比較後の信号を出力する。ここで図１０ＢのＶｒｅｆ１、Ｖｒｅｆ２はヒステリシスコンパレータの閾値である。ここでヒステリシスコンパレータを用いた理由は、ヒステリシスを設けることにより回路ノイズによる出力のチャタリングを防ぐ為である。

本実施例１においては、信号比較部５２ａと信号比較部５２ｂではヒステリシスコンパレータの閾値は同じものとした。

また、信号比較部５２ａ、５２ｂからの出力は、比較演算部５３に入力される。比較演算部５３では、信号比較部５２ａ出力がハイ→ロウまたはロウ→ハイの状態遷移をする毎に出力部からある時間情報のパルスを出力させる命令のデジタル信号を作成し（磁気収束板により磁気増幅されＳ／Ｎの向上した、ホール素子感磁面に対して水平方向の磁場情報信号であるＶ（０）を用いて作成されることが望ましい。）、出力成形部に出力する。この際、比較演算部５３では、上述したように信号比較部５２ｂ出力の立上がり、立下りをトリガーとして信号比較部５２ａ出力状態の確認を行い、それに応じて回転方向を判断し、その内容を出力成型部に出力し、出力成型部において所定の出力になるように制御する。具体的には、図１１のように上述した回転方向に応じてパルス周期の中でＨｉｇｈ状態の時間を変化させ出力する（図１１中ｔ１、ｔ２が異なる）。この際、図示していないが、Ｌｏｗ状態の時間を変化させ回転方向を出力する手法もとれる。また、本実施例では、印加磁場周期毎に出力される最終パルス出力に対して回転情報を付加しているが、例えば別の出力ピンから回転情報信号のみ（例えば、回転方向が半時計回りであればＨｉｇｈ状態、時計回りであればＬｏｗ状態）を出力しても実施可能である。

また、回転方向出力を出力に盛り込まない場合は、ヒステリシスコンパレータの出力値を直接出力部に入力しても実施可能である。また信号比較部５２ａと５２ｂの出力とで排他的論理和演算を行うことにより高分解能（２倍の分解能）に位置を検出できることは言うまでもない。

また、本実施例では、着磁むらなどが無い理想的な多極磁石を用い、磁石の回転と伴にセンサに対して、理想的な正弦波或いは余弦波状の磁場が印加されるように、磁石とセンサとの間隔を十分持たせた場合について示してきた。しかしながら、センサへ印加される磁場信号は、センサと磁石との距離が近くなればなるほど、理想的な正弦波或いは余弦波とは異なっていくことになり歪が生じてくる。また、センサモジュール近くの磁性体などの影響や、着磁むらの影響などにより、水平方向磁場と垂直方向磁場との位相差が９０゜でなくなる場合もある。このような場合においても上述してきた実施例では、問題なく実施可能であり、外乱磁気ノイズも除去可能である。更に言うなら、磁石からの純粋な磁場信号がゼロクロス点を２つ有しており、そのゼロクロス点を中心に大凡奇関数の形状を持っている場合は、実使用上は全く問題なく使用できる。ここで磁石からセンサへ印加される信号が歪んでいる場合の波形の例を図１２に挙げる。

図１２Ａ乃至１２Ｄは、本実施例１、２、３における波形の例を示す図である。このような磁場状況でも、またこれに限らずとも問題なく実施可能である。また、本実施例では、磁石ピッチとセンサの磁気感磁部中心間距離を一致させ１８０度位相差の印加磁場信号をセンサが処理できるようにしている。しかし、磁石ピッチとセンサ部の磁気感磁部中心間の距離が一致していない場合、磁気感磁部中心には下記のような磁場が印加されることになる。

ここで、βはセンサ部の磁場感磁部中心間距離Ｂと、磁石ピッチ間距離Ａのミスマッチにより起こる位相差である。具体的な例としてあげれば、センサ部の磁場感磁部中心間距離が１．６ｍｍ、磁石ピッチ２ｍｍだった場合、βは１８０／２×（２−１．６）／２＝１８度となる。ここで、（１９）式はセンサ部９に入力されるセンサ面に垂直な磁場を表し、（２０）式はセンサ部１０に入力されるセンサ面に垂直な磁場を表し、（２１）式はセンサ部９に入力されるセンサ面に水平な磁場、（２２）式はセンサ部１０に入力されるセンサ面に水平な磁場を表し、Ｂ０はリング磁石１６の出力する垂直な磁場振幅、Ｂ’０はリング磁石１６の出力する水平な磁場振幅を表し、Ｂｚｏｆｆｓｅｔ（ｔ）はある時刻におけるｚ方向の外乱磁場（磁気ノイズ）を表し、Ｂｘｏｆｆｓｅｔ（ｔ）はある時刻におけるｘ方向の外乱磁場（磁気ノイズ）を表わす。

このような磁場が印加された状態のＶ（０），Ｖ（９０）は、次の式のようになる。

このため、センサ部の磁場感磁部中心間距離Ｂと、磁石ピッチ間距離Ａのミスマッチにより起こる位相差が起こる場合は余弦が乗算される形で表現される。したがって、十分な磁場が印加されている場合は、上述したピッチの位相が異なる場合も問題なく使用できる。

また、磁気感磁部中心は多極リング磁石の内径と外径の中点からなる円上１９のＸＹ平面にあることが望ましいが、磁気感磁部中心の位置が構成ずれにより多少変動しても式（２３）、（２４）に関連して上述したような位相変化の影響や入力磁束密度が減少するという悪影響はあるが、使用する磁束密度範囲であれば問題ないことは言うまでもない。また、本実施例ではリング磁石にて説明を行ってきたが、リング磁石以外の形状、例えば、円柱外部円周部を２極以上着磁しているような磁石でも実施可能であることは言うまでもない。

また、この実施例では、センサ配置を図７及び図８のようにしてきたが、図１３のような磁石側面に配置するような構成でも問題ないことは言うまでもない。また、図６中にあった信号比較部５２ａ，５２ｂ，比較演算部５３、出力成型部５４はアナログ処理やデジタル処理によらないことは言うまでもない。

また、本実施例中に記載した多極磁石はフェライト、ネオジム、サマリウムコバルトなどの材質、または焼結、ボンドなどの成型によらないことは言うまでもない。

上述した図６中にある信号比較部５１ａ、信号比較部５１ｂ、または信号比較部５２ａ、信号比較部５２ｂには入力信号のオフセットキャンセル回路を搭載していることが好ましいが、必要なＤｕｔｙ要求が満たせるのであれば必ずしもそれに限るわけではない。また、本実施例にて紹介したとおり信号増幅部５１ａ，５１ｂに関しては入力信号の大きさにより信号増幅率を変化できるオートゲインコントロール機能があれば好ましいが、この機能は必須ではない。

また、本発明によれば、同一ＩＣ上において形成され、ほぼ等しい温度特性をもつホール素子を用いることにより、この出力の位相は温度依存性のない出力となる。

また、上述したセンサ構成はホール素子を４つ用いているが、ホール素子は４以上であっても使用可能であることは言うまでもない。

また、本実施例では磁気収束板形状を図３のような形状にしたが、図１６Ａ乃至１６Ｈ及び図１７Ａ乃至１７Ｃのような形状でもかまわないことはいうまでもない。

また、本実施例では、１２極の多極リング磁石を用いて説明を行ってきたが、各々のセンサ部の磁気感磁部中心間距離（本実施例では２ｍｍとした）と、多極磁石の着磁ピッチとが大凡一致していればよいことであり、つまり、本発明は極数によらず実施可能である。

また、各々のセンサ部の磁気感磁部中心間距離を２ｍｍとして説明を行ってきたが、この数値も使用多極磁石の着磁ピッチにあわせればよいものであって、如何様にも変更可能である。

この実施例１では、回転方向検知が可能、且つホール素子に磁気収束板の集磁効果により増幅した磁場を入力することも可能であり高いＳ／Ｎにより出力の低ジッタ化とセンサの高感度化を実現し、更には外乱磁場（外乱磁気ノイズ）を効果的に除去できる回転検出機を提案した。

ところで、Ｖ１（ＬＬ）＝Ｅ、Ｖ１（ＬＲ）＝Ｆ、Ｖ１（ＲＬ）＝Ｇ、Ｖ１（ＲＲ）＝Ｈとすると、式（１７）は以下の式（２５）で表すことができる。更に、式（２５）を変形すれば、Ｖ（０）は例えば式（２６）で表すことができる。
Ｖ（０）＝（Ｅ−Ｆ）−（Ｇ−Ｈ） ・・・（２５）
Ｖ（０）＝（Ｅ−Ｆ）＋（Ｈ−Ｇ）
＝（Ｅ−Ｇ）＋（Ｈ−Ｆ）
＝（Ｅ−Ｇ）−（Ｆ−Ｈ）
＝（Ｅ＋Ｈ）−（Ｆ＋Ｇ）
＝（Ｅ−Ｆ−Ｇ＋Ｈ） ・・・（２６）
ここで、例えば、ＥとＦの和がＥと（−Ｆ）の差と表現できるように、和と差に実質的な違いはない。従って、式（２６）をさらに変形すれば、Ｖ（０）は例えば式（２７）で表すことができる。
Ｖ（０）＝（Ｅ＋（−Ｆ））＋（Ｈ＋（−Ｇ））
＝（Ｅ＋（−Ｇ））＋（Ｈ＋（−Ｆ））
＝（Ｅ＋（−Ｇ））−（Ｆ＋（−Ｈ））
＝（Ｅ−（−Ｈ））−（Ｆ−（−Ｇ））
＝（Ｅ＋（−Ｆ）＋（−Ｇ）＋Ｈ） ・・・（２７）
そのため、式（２５）ないし式（２７）を用いれば、Ｖ（０）を、Ｅ及びＦを加減算した結果とＧ及びＨを加減算した結果とを加減算した結果であると表現することも可能である。また、Ｖ（０）を、Ｅ及びＧを加減算した結果とＦ及びＨを加減算した結果とを加減算した結果と表現することも可能である。同様に、Ｖ（０）を、Ｅ及びＨを加減算した結果とＦ及びＧを加減算した結果とを加減算した結果と表現することも可能であり、又、Ｖ（０）を、ＥとＦとＧとＨとを加減算した結果と表現することも可能である。

同様に、Ｖ（９０）に関しても、Ｖ（９０）を、Ｅ及びＦを加減算した結果とＧ及びＨを加減算した結果とを加減算した結果であると表現することも可能である。また、Ｖ（９０）を、Ｅ及びＧを加減算した結果とＦ及びＨを加減算した結果とを加減算した結果と表現することも可能である。同様に、Ｖ（９０）を、Ｅ及びＨを加減算した結果とＦ及びＧを加減算した結果とを加減算した結果と表現することも可能であり、又、Ｖ（９０）を、ＥとＦとＧとＨとを加減算した結果と表現することも可能である。ただし、Ｖ（０）とＶ（９０）は位相が９０度異なる。

以上の理由により、図６に記載されている第一から第四の減算ブロックと第一、第二の加算ブロックとを、第一から第六の加減算ブロックに置き換えてもよいことがわかる。図１８は、図６に記載されている第一から第四の減算ブロックと第一、第二の加算ブロックとを第一から第六の加減算ブロックに置き換えたものである。図６中の第一から第三の減算ブロック６１〜６３が図１８中の第一から第三の加減算ブロック８１〜８３に対応し、図６中の第一、第二の加算ブロック７１、７２が図１８中の第四、第五の加減算ブロック８４、８５に対応する。第四の減算ブロック７３が、第六の加減算ブロック８６に対応する。

図１８中の第一の算出ブロック９１は、第一の加減算ブロック８１と第二の加減算ブロック８２と第三の加減算ブロック８３を一つのブロックにまとめたものであり、第二の算出ブロック９２は、第四の加減算ブロック８４と第五の加減算ブロック８５と第六の加減算ブロック８６を一つのブロックにまとめたものである。第一の算出ブロック９１はＶ（０）を出力し、第二の算出ブロック９２はＶ（９０）を出力する。

尚、図１８中の第一の算出ブロック９１において、第一の加減算ブロック８１が、第一のホール素子の出力と第二のホール素子の出力との加減算を行っており、第二の加減算ブロック８２が、第三のホール素子の出力と第四のホール素子の出力との加減算を行っているが、第一の加減算８１ブロックは、第一から第四のホール素子のうちの二つのホール素子の出力を加減算すればよく、また、第二の加減算ブロック８２は、残りの二つのホール素子の出力を加減算すればよい。第四の加減算ブロック８４と第五の加減算ブロック８５についても同様である。

上記では、第一の算出ブロック９１の出力信号と第二の算出ブロック９２の出力信号の位相差が９０度である場合を説明したが、位相差が９０度である場合に限るものではなく、第一の算出ブロック９１の出力信号と第二の算出ブロック９２の出力信号の位相が異なっていればよい。例えば、第一の算出ブロック９１の出力信号及び／又は第二の算出ブロック９２の出力信号の位相をシフトさせ、位相差を９０度以外の数値にしてもよい。

ただし、第一の算出ブロック９１の出力信号と第二の算出ブロック９２の出力信号の位相差が９０度である場合が、磁場発生体の位置、移動又は回転を最も正確に検出できるため、最も好ましい。

（実施例２）
本発明に係る実施例２は、被位置検出体（被検出体）の位置を磁電変換素子を用いて検出する磁場計測装置に関するものである。なお、本実施例２における磁場計測装置を説明するためのセンサ構成は、上述した図３、磁場計測装置を説明するための上面図は図１４、側面図は図７、信号処理を説明するためのブロック図は図６に示してある。実施例２において、実施例１と同様の構成要素については、その構成要素について特に指定して説明した場合を除いて実施例１と同様であるため、その説明を省略する。

本磁場計測装置の実施様式図面である図７及び図１４について説明する。図１４は、実施例２における磁場計測装置を説明するための上面図で、図７は側面図である。図７及び図１４に記載の符号Ａは多極磁石のＮ極とＳ極のピッチ距離（本実施例では２ｍｍ）を表わしている。符号５６は被位置検出体である１６極直方体多極磁石、また、被位置検出体のＹ方向に移動する。また、図１４で示されるセンサ部８、９、及び１６極直方体多極磁石５９の配置を移動量０ｍｍと定義する。また、磁気感磁部中心は、直方体多極磁石５６上のｘ方向と平行な辺の中点の成す直線２０付近に設置する。

図７及び図１４において、１６極直方体多極磁石５６が磁気収束板をもたない場合、センサ部９中の磁気感磁部中心１１，センサ部１０中の磁気感磁部中心１２に与える磁場は直方体多極磁石５６の紙面上部方向への移動に伴い、実施例１にて上述した［数１］のように正弦波・余弦波にて近似して表わすことができる。実施例２ではＢ＝２ｍｍとしている。

実施例２においては、実施例１の場合と同様に、ホール素子１（ＬＬ）、１（ＬＲ）、１（ＲＬ）、１（ＲＲ）に印加される感磁面に垂直な磁場はそれぞれ［数２］のようになる。また、実施例１の場合と同様に、ホール素子１（ＬＬ）、１（ＬＲ）、１（ＲＬ）、１（ＲＲ）の電圧出力Ｖ１（ＬＬ）、Ｖ１（ＬＲ）、Ｖ１（ＲＬ）、Ｖ１（ＲＲ）は［数３］のようになり、同様にＶ２、Ｖ３、Ｖ４、Ｖ５を求めると［数４］のようになる。したがって、図６にあるようなＶ（０），Ｖ（９０）は、［数５］のように得られる。

実施例２においては、実施例１の場合と同様の信号処理が実行される。本実施例２においては、信号比較部５２ａと信号比較部５２ｂではヒステリシスコンパレータの閾値は同じものとした。

本実施例では、印加磁場周期毎に出力される最終パルス出力に対して移動情報を付加しているが、例えば別の出力ピンから移動情報信号のみ（例えば移動方向が図１４の紙面上方であればＨｉｇｈ状態、紙面下方であればＬｏｗ状態）を出力しても実施可能である。

また、移動方向出力を出力に盛り込まない場合はヒステリシスコンパレータの出力値を直接出力部に入力しても実施可能である。

また、本実施例２では図１２に示されるような磁場状況でも、またこれに限らずとも問題なく実施可能である。また今回は磁石ピッチとセンサの磁気感磁部中心間距離を一致させ１８０度位相差の印加磁場信号をセンサが処理できるようにしている。しかし磁石ピッチとセンサ部の磁気感磁部中心間の距離が一致していない場合、磁気感磁部中心には［数６］のような磁場が印加されることになり、このような磁場が印加された状態のＶ（０），Ｖ（９０）は、［数７］のようになる。

また、図６中にあった信号比較部５２ａ，５２ｂ，比較演算部５３、出力成型部５４はアナログ処理やデジタル処理によらないことは言うまでもない。また、図６中にある第一減算ブロック６１、第二の減算ブロック６２、第三の減算ブロック６３と第一の加算ブロック７１、第二の加算ブロック７２、第四の減算ブロック７３を、第一から第六の加減算ブロック８１〜８６に置き換えることができることは上述の通りである。

この実施例２では、移動方向検知が可能、且つホール素子に磁気収束板の集磁効果により増幅した磁場を入力することも可能であり、高いＳ／Ｎにより出力の低ジッタ化とセンサの高感度化を実現し、更には外乱磁場（外乱磁気ノイズ）を効果的に除去できる磁場計測装置を提案した。

（実施例３）
本発明に係る実施例３は、被回転検出体（被検出体）が磁性体からなるギアであり、磁電変換素子を用いて検出する場合の磁場計測装置に関するものである。なお、本実施例３における磁場計測装置を説明するためのセンサ構成は、上述した図３、磁場計測装置を説明するための側面図は図１５、信号処理を説明するためのブロック図は図６に示してある。実施例３において、実施例１と同様の構成要素については、その構成要素について特に指定して説明した場合を除いて実施例１と同様であるため、その説明を省略する。

本実施例ではギア歯のピッチＣ（定義は後述）と磁気感磁部中心間距離Ｂを一致させている。これは各々の磁気感磁部中心に１８０度位相の異なる磁場が入力されるようにするためにこのような配置にされている。

次に、本磁場計測装置の実施様式図面である図１５について詳細に説明する。
図１５は、本磁場計測装置の実施様式側面図である。図１５中符号５は磁性体からなる１６歯ギアであり、符号Ｃはギアの凹凸のピッチ距離（定義としては回転中心１８から磁気感磁部中心１１、１２の中点までの距離をＤとした際にギア５の電気角１周期、すなわち機械角２２．５度を用いて、Ｄ×ｔａｎ（２２．５／２）で表わされる。本実施例のギアではＣは２ｍｍ）を表わす。また、センサ面と回転中心１８からそれぞれの磁気感磁部中心の中点２１までの線分は略垂直に設置される。４はバックバイアス磁石、１７は被回転体の回転シャフト、また、θ１は回転角である。なお回転軸はＺ軸に平行であり、回転シャフト中心１８に回転すると定義する。また、現在表記している図は回転角度０度と定義する。実施例３では、回転シャフト１７は反時計まわりに回転するものとする。

また、それぞれの磁気感磁部中心はギア歯の厚み（図１５Ｙ軸方向）の中点からなる円周上付近（中心１８の半径Ｄの円）に設置されているとする。

図１５においてバックバイアス磁石とギア歯による変調する磁場は、磁気収束板がない場合、センサ部９中の磁気感磁部及びセンサ部１０中の磁気感磁部においてはギア歯の回転に伴い、［数１］のように正弦波・余弦波にて近似して表わすことができる。ここで述べている磁束密度は磁気収束板がない場合である。また、今回のようなギアの場合、θは回転角度（機械角）θ１をギア歯数Ｎで掛け合せたθ＝θ１×Ｎ（本実施例ではＮ＝１６）である。

実施例３では、実施例１と同様に、ホール素子１（ＬＬ）、１（ＬＲ）、１（ＲＬ）、１（ＲＲ）に印加される感磁面に垂直な磁場はそれぞれ［数２］のようになる。

ここで、実施例３では、位相差の１８０度からのずれαは、バックバイアス磁石４の磁束密度がギア歯５により変調され発生される各センサ部に対してｘ方向（水平方向）の磁場が完全に水平ではなく不均一であるために生じ、これはセンサ面に水平な磁場のみに大きく生じる。この際、実際は垂直な磁場にも、若干の位相のずれは生じるが非常に小さい為、本説明では無視をした。またαはバックバイアス磁石の大きさと磁気収束板の大きさ、ギア歯の大きさとそれらのギャップを含めた配置により決まる定数である。

実施例３では、実施例１と同様に、ホール素子１（ＬＬ）、１（ＬＲ）、１（ＲＬ）、１（ＲＲ）の電圧出力Ｖ１（ＬＬ）、Ｖ１（ＬＲ）、Ｖ１（ＲＬ）、Ｖ１（ＲＲ）は［数３］のようになる。

実施例１と同様に、［数３］で得られた電圧を図６の信号処理にて和と差の演算を行うことにより、Ｖ２、Ｖ３、Ｖ４、Ｖ５を求めると［数４］のようになり、図６にあるようなＶ（０），Ｖ（９０）は、［数５］のように得られる。

実施例３における信号処理は、実施例１における信号処理と同様である。

また、本実施例ではギア歯の形状が均一な理想的なギア形状を用い、ギア５の回転と伴にセンサに対して、理想的な正弦或いは余弦波状の磁場が印加されるように、バックバイアス磁石、ギアそしてセンサとの間隔を十分持たせた場合について示してきたが、本実施例３では図１２に示されるような磁場状況でも、またこれに限らずとも問題なく実施可能である。また今回は磁石ピッチとセンサの磁気感磁部中心間距離を一致させ１８０度位相差の印加磁場信号をセンサが処理できるようにしている。しかし磁石ピッチとセンサ部の磁気感磁部中心間の距離が一致していない場合、磁気感磁部中心には［数６］のような磁場が印加されることになる。

ここで、実施例３においては、βはセンサ部の磁場感磁部中心間距離Ｂと、ギア歯ピッチＣとのミスマッチにより起こる位相差とすることができる。具体的な例としてあげれば、センサ部の磁場感磁部中心間距離が１．６ｍｍ、ギア歯ピッチＣが２ｍｍだった場合、βは１８０／２×（２−１．６）／２＝１８度となる。ここで（１９）式は磁気感磁部中心間距離Ｂとギア歯ピッチＣの一致していない場合にセンサ部９に入力される、バックバイアス磁石４の磁束密度がギア歯により変調され、生じるセンサ面に垂直な磁場を表し、（２０）式は磁気感磁部中心間距離Ｂとギア歯ピッチＣの一致していない場合にセンサ部１０に入力される、バックバイアス磁石４の磁束密度がギア歯により変調され、生じるセンサ面に垂直な磁場を表し、（２１）式は磁気感磁部中心間距離Ｂとギア歯ピッチＣの一致していない場合にセンサ部９に入力される、バックバイアス磁石４の磁束密度がギア歯により変調され、生じるセンサ面に水平な磁場を表し、（２２）式は磁気感磁部中心間距離Ｂとギア歯ピッチＣの一致していない場合にセンサ部９に入力される、バックバイアス磁石４の磁束密度がギア歯により変調され、生じるセンサ面に水平な磁場を表し、Ｂ’０はバックバイアス磁石４の磁束密度がギア歯により変調され、生じるセンサ面に垂直な磁場振幅を表し、Ｂ０はバックバイアス磁石４の磁束密度がギア歯により変調され、生じるセンサ面に水平な磁場振幅を表わす。

このような磁場が印加された状態のＶ（０），Ｖ（９０）は、［数７］のようになり、このため、センサ部の磁場感磁部中心間距離Ｂと、ギア歯ピッチ間距離Ｃのミスマッチにより起こる位相差が起こる場合は余弦が乗算される形で表現される。

したがって、十分な磁場振幅が印加されている場合は、上述したピッチの位相が異なる場合も問題なく使用できる。

また、それぞれの磁気感磁部中心はギア歯の厚み（図１５Ｙ軸方向）の中点からなる円周上付近（中心１８の半径Ｄの円付近）に設置されてあることが望ましいが、磁気感磁部中心の位置が構成ずれにより多少変動しても式（２３）、（２４）に上げた位相変化の影響や入力磁束密度振幅が減少するという悪影響はあるが使用する磁束密度範囲であれば問題ないことは言うまでもない。また、本実施例ではリング状のギア歯にて説明を行ってきたが、リング状のギア歯以外の形状、例えば直動するギア（ラック）などでも使用できることは言うまでもない。

また図６中にあった信号比較部５２ａ，５２ｂ，比較演算部５３、出力成型部５４はアナログ処理やデジタル処理によらないことは言うまでもない。また、図６中にある第一減算ブロック６１、第二の減算ブロック６２、第三の減算ブロック６３と第一の加算ブロック７１、第二の加算ブロック７２、第四の減算ブロック７３を、第一から第六の加減算ブロック８１〜８６に置き換えることができることは上述の通りである。

また、本実施例中に記載したバックバイアス磁石はネオジム、サマリウムコバルトなどの材質が望ましいが、フェライト、アルニコ磁石などにおいても使用できることは言うまでもない。

また、本実施例では磁気収束板形状を図３のような形状にしたが、図１６Ａ乃至１６Ｈ及び図１７Ａ乃至１７Ｃのような形状でもかまわないことはいうまでもない。

また、本実施例では、１６極ギア５を用いて説明を行ってきたが、各々のセンサ部の磁気感磁部中心間距離（本実施例では２ｍｍとした）と、多極磁石の着磁ピッチとが大凡一致していればよいことであり、つまり、本発明は極数によらず実施可能である。

また、各々のセンサ部の磁気感磁部中心間距離を２ｍｍとして説明を行ってきたが、この数値も使用ギアのギア歯ピッチにあわせればよいものであって、如何様にも変更可能である。

この実施例３では、回転方向検知が可能、且つホール素子に磁気収束板の集磁効果により増幅した磁場を入力することも可能であり高いＳ／Ｎにより出力の低ジッタ化とセンサの高感度化を実現し、更には外乱磁場（外乱磁気ノイズ）を効果的に除去できるギア歯回転検出機を提案した。

Claims (14)

1. 磁場発生体から発生する磁場を検出する磁場計測装置であって、
   第１から第４の磁電変換素子と、
   磁性体からなる磁気収束板と、
   前記磁電変換素子の感磁面に対して水平方向及び／又は垂直方向に印加される磁場を算出する算出部と、
   を備え、
   前記磁気収束板は、
   前記第１の磁電変換素子の感磁面と前記第２の磁電変換素子の感磁面に対して水平方向に発生する磁場ベクトルを前記第１の磁電変換素子の感磁面と第２の磁電変換素子の感磁面に対して垂直方向且つそれぞれの感磁面で逆方向の磁場ベクトルに変換し、更に、
   前記第３の磁電変換素子の感磁面と前記第４の磁電変換素子の感磁面に対して水平方向に発生する磁場ベクトルを前記第３の磁電変換素子の感磁面と第４の磁電変換素子の感磁面に対して垂直方向且つそれぞれの感磁面で逆方向の磁場ベクトルに変換するように前記第１から第４の磁電変換素子の近傍に配置されており、
   前記算出部は、前記第１から第４の磁電変換素子の出力を加減算し、算出結果を出力する第１の算出ブロックを有し、
   前記算出部は、前記第１から第４の磁電変換素子の出力を加減算し、前記第１の算出ブロックの出力信号と位相が異なる信号を算出する第２の算出ブロックを有することを特徴とする磁場計測装置。
2. 磁場発生体から発生する磁場を検出する磁場計測装置であって、
   第１から第４の磁電変換素子と、
   磁性体からなる磁気収束板と、
   前記磁電変換素子の感磁面に対して水平方向及び／又は垂直方向に印加される磁場を算出する算出部と、
   を備え、
   前記磁気収束板は、
   前記第１の磁電変換素子の感磁面と前記第２の磁電変換素子の感磁面に対して水平方向に発生する磁場ベクトルを前記第１の磁電変換素子の感磁面と第２の磁電変換素子の感磁面に対して垂直方向且つそれぞれの感磁面で逆方向の磁場ベクトルに変換し、更に、
   前記第３の磁電変換素子の感磁面と前記第４の磁電変換素子の感磁面に対して水平方向に発生する磁場ベクトルを前記第３の磁電変換素子の感磁面と第４の磁電変換素子の感磁面に対して垂直方向且つそれぞれの感磁面で逆方向の磁場ベクトルに変換するように前記第１から第４の磁電変換素子の近傍に配置されており、
   前記算出部は、前記第１から第４の磁電変換素子の出力を加減算し、算出結果を出力する第１の算出ブロックを有し、
   前記算出部は、前記第１から第４の磁電変換素子の出力を加減算し、前記第１の算出ブロックの出力信号と位相が異なる信号を算出する第２の算出ブロックを有することを特徴とする磁場計測装置。
3. 前記第１から第４の磁電変換素子が略直線状に配置されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の磁場計測装置。
4. 前記第１の算出ブロックの出力信号と前記第２の算出ブロックの出力信号との位相差は、９０度であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の磁場計測装置。
5. 前記第２の算出ブロックは、前記第１の磁電変換素子と前記第２の磁電変換素子の出力を加減算し、算出結果を出力する第４の加減算ブロックと、前記第３の磁電変換素子と前記第４の磁電変換素子の出力を加減算し、算出結果を出力する第５の加減算ブロックと、前記第４の加減算ブロックの出力と前記第５の加減算ブロックの出力を加減算し、算出結果を出力する第６の加減算ブロックと、を備えることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の磁場計測装置。
6. 前記第２の算出ブロックは、前記第１の磁電変換素子と前記第３の磁電変換素子の出力を加減算し、算出結果を出力する第４の加減算ブロックと、前記第２の磁電変換素子と前記第４の磁電変換素子の出力を加減算し、算出結果を出力する第５の加減算ブロックと、前記第４の加減算ブロックの出力と前記第５の加減算ブロックの出力を加減算し、算出結果を出力する第６の加減算ブロックと、を備えることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の磁場計測装置。
7. 前記算出部は、前記第１の算出ブロックの出力と、前記第２の算出ブロックの出力と、に基づいて、前記磁場発生体の位置、移動又は回転を検知することを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の磁場計測装置。
8. 前記第１の算出ブロックは、前記第１の磁電変換素子と前記第２の磁電変換素子の出力を加減算し、算出結果を出力する第１の加減算ブロックと、前記第３の磁電変換素子と前記第４の磁電変換素子の出力を加減算し、算出結果を出力する第２の加減算ブロックと、前記第１の加減算ブロックの出力と前記第２の加減算ブロックの出力を加減算し、算出結果を出力する第３の加減算ブロックと、を備えることを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載の磁場計測装置。
9. 前記第１の算出ブロックは、前記第１の磁電変換素子と前記第３の磁電変換素子の出力を加減算し、算出結果を出力する第１の加減算ブロックと、前記第２の磁電変換素子と前記第４の磁電変換素子の出力を加減算し、算出結果を出力する第２の加減算ブロックと、前記第１の加減算ブロックの出力と前記第２の加減算ブロックの出力を加減算し、算出結果を出力する第３の加減算ブロックと、を備えることを特徴とする請求項１乃至８のいずれかに記載の磁場計測装置。
10. 前記算出部は、前記磁場発生体の位置、移動又は回転を検知することを特徴とする請求項１乃至９のいずれかに記載の磁場計測装置。
11. 前記算出部は、前記第１の算出ブロックの出力に基づいて、前記磁場発生体の位置、移動又は回転を検知することを特徴とする請求項１０に記載の磁場計測装置。
12. 前記算出部は、前記第１の算出ブロックの出力信号をパルス波形に成形した信号に基づいて、前記磁場発生体の位置、移動又は回転を検知することを特徴とする請求項１０又は１１に記載の磁場計測装置。
13. 磁場発生体を備え、
    該磁場発生体が移動可能及び／又は回転可能な多極着磁された磁石、又は、前記第１から第４の磁電変換素子の近傍に設置されたバックバイアス磁石と、移動可能及び／又は回転可能なギヤ歯から構成される構成体であることを特徴とする請求項１乃至１２のいずれかに記載の磁場計測装置。
14. 磁場発生体を備え、
    該磁場発生体が前記第１から第４の磁電変換素子の近傍に設置されたバックバイアス磁石と、移動可能及び／又は回転可能なギヤ歯から構成される構成体であり、
    前記第１から第４の磁電変換素子は、前記バックバイアス磁石と前記ギヤ歯に挟まれる位置に配置されることを特徴とする請求項１乃至１２のいずれかに記載の磁場計測装置。

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