JP2004264149A - スロットル開度検知装置 - Google Patents

Abstract

【課題】磁石と磁電変換素子との距離の変化に伴う誤差の発生を防止するための磁気回路上および機構上の工夫を不要にし、磁場強さの変化や磁電変換素子の感度変化の影響を受けない安定度が高く、かつ小型、低消費電力、耐高温度の角度センサを提案すること。
【解決手段】回転するスロットル開度検出用磁石１による磁場を検出する磁気センサ２が、異なった方向に配設された２つのマグネト・インピーダンス素子２１、２２によって構成されるとともに、信号処理回路２３が、前記２つのマグネト・インピーダンス素子２１、２２からの出力を切換手段Ｓによって交互に切り替えて信号処理する１個の信号処理回路から成るマグネト・インピーダンス磁気検出器２０を備え、前記演算回路３が、前記信号処理回路２３から交互に出力される出力の比に基づきスロットル開度を検知するもので、前記スロットル開度検出用磁石１の回転角度θを算出するスロットル開度検知装置。
【選択図】 図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、回転するスロットル開度検出用磁石による磁場を検出する磁気センサと、検知された磁場の変化を信号処理する信号処理回路および該信号処理回路から出力された出力信号に基づきスロットル開度を演算する演算回路を備えたスロットル開度検知装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の磁気方式によるスロットル角度センサは、磁石と磁電変換素子を相対的に回転可能に配置し、この回転磁場のベクトル成分を磁場内に存在する前記磁電変換素子であるホール素子や磁気抵抗素子によって検出するものであった。
【０００３】
上記従来のスロットル角度センサは、磁石による磁場内に配置したホール素子のような磁電変換素子によって、その感度軸方向成分の信号の大きさを求めて回転角を出力するものであるので、回転機構などのクリアランス変化により機械的にガタが生じると磁石と磁電変換素子との距離が変化するため磁電変換素子に印加される磁場の強さが変化し、検出した角度出力信号に誤差が生じるという問題があった。
【０００４】
そこで、従来の第１のスロットル角度センサは、磁界の方向に応じて検出信号を発生するホール素子と磁石との距離変化があっても磁電変換素子が受ける磁界の強度が変化しないように、磁石を特殊形状にするとともに、該磁石を保持する機構部品に工夫を加え、磁気回路上および機構上の工夫を加えるものであった（例えば特許文献１参照）。
【０００５】
また従来の第２のスロットル角度センサは、磁界の方向に対応した電気信号を出力する磁電変換素子としてのホール素子と磁石との相対位置が変化しても磁束が均一化され誤差が低減されるように、磁石に凹状の溝を設けて、磁気回路上の工夫を加えるものであった（例えば特許文献２参照）。
【０００６】
さらに従来の第３のスロットル角度センサは、磁界の方向に応じて検出信号を発生する磁電変換素子としてのホール素子に力が加えられても磁石とホール素子との間隔が変わらないように、ホール素子の位置決め部を有する複雑な機構部品である固定部材を用意するもので、機構上の工夫を加えるものであった（例えば特許文献３参照）。
【０００７】
【特許文献１】
特開平６−４２９０７号号公報（第３−４頁、第１図〜第３図）
特開平１０−１３２５０６号公報（第３−４頁、第１図）
特開平１０−６２１１３号公報（第２−５頁、第１図、第２図）
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来のスロットル角度センサは、いずれもホール素子が検出する磁力から磁場と素子との傾き角を検出するものであるが、この計測を安定化するため、磁気回路上または機構上の工夫を加えるものであるため、構造が繊細且つ複雑になるので、大型化し、コスト高かつ高精度な組付け作業が必要になるという問題があった。
【０００９】
また上記従来のスロットル角度センサは、温度変化により磁石が発する磁場の強さが変化したり、また磁電変換素子の感度が変化することにより、誤差が混入するという問題があった。
【００１０】
さらに近年における装置および機器、とりわけ自動車分野において、高精度化の強い要請があり、スロットル角度センサについても高精度化とともに小型、軽量化さらには省エネルギー化のニーズが高まっている。
【００１１】
そこで本発明者は、回転するスロットル開度検出用磁石による磁場を検出する磁気センサと、検知された磁場の変化を信号処理する信号処理回路および該信号処理回路から出力された出力信号に基づきスロットル開度を演算する演算回路を備えたスロットル開度検知装置において、異なった方向に配設された前記磁気センサを構成する２つのマグネト・インピーダンス素子からの出力を、前記信号処理回路を構成する１個の信号処理回路において、切換手段によって交互に切り替えて得られた信号を処理するとともに、前記演算回路において、前記２つのマグネト・インピーダンス素子によって検知され前記信号処理回路から交互に出力される前記２つのマグネト・インピーダンス素子の出力の比に基づきスロットル開度を検知するという本発明の技術的思想に着眼し、更に研究開発を重ねた結果、磁石と磁電変換素子との距離の変化に伴う誤差の発生を防止するための磁気回路上および機構上の工夫を不要にし、磁場強さの変化や磁電変換素子の感度変化の影響を受けない安定度が高く、かつ小型、低消費電力、耐高温度の角度センサを提案するという目的を達成する本発明に到達した。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明（請求項１に記載の第１発明）のスロットル開度検知装置は、
回転するスロットル開度検出用磁石による磁場を検出する磁気センサと、検知された磁場の変化を信号処理する信号処理回路および該信号処理回路から出力された出力信号に基づきスロットル開度を演算する演算回路を備えたスロットル開度検知装置において、
前記磁気センサが、異なった方向に配設された２つのマグネト・インピーダンス素子によって構成されるとともに、
前記信号処理回路が、前記２つのマグネト・インピーダンス素子からの出力を切換手段によって交互に切り替えて信号処理する１ 個の信号処理回路から成るマグネト・インピーダンス磁気検出器を備え、
前記演算回路が、前記２つのマグネト・インピーダンス素子によって検知され、前記信号処理回路から交互に出力される前記２つのマグネト・インピーダンス素子の出力の比に基づきスロットル開度を検知する
ものである。
【００１３】
本発明（請求項２に記載の第２発明）のスロットル開度検知装置は、
前記第１発明において、
前記２つのマグネト・インピーダンス素子が、直交関係に配置され、
前記演算回路が，一方のマグネト・インピーダンス素子の出力Ｈｘと他方のマグネト・インピーダンスセンサ素子の出力Ｈｙから，前記スロットル開度検出用磁石の回転角度θを，前記数１の関係によって算出するものである。
【００１４】
本発明（請求項３に記載の第３発明）のスロットル開度検知装置は、
前記第２発明において、
前記２つのマグネト・インピーダンス素子が、アモルファスワイヤと該アモルファスワイヤの回りに巻装された検知コイルとから成り、
前記１ 個の信号処理回路が、前記２つのマグネト・インピーダンス素子を交互に切換えてパルス通電するパルスジェネレータと、これに同期して得られる２つの磁気信号を交互に所定の時間保持することにより時系列で出力するサンプルホールド回路からなる１組の電子回路である
ものである。
【００１５】
本発明（請求項４に記載の第４発明）のスロットル開度検知装置は、
前記第３発明において、
前記検知コイルと前記１組の電子回路とが、同一の基板上に形成されているものである。
【００１６】
【発明の作用および効果】
上記構成より成る第１発明のスロットル開度検知装置は、回転するスロットル開度検出用磁石による磁場を検出する磁気センサと、検知された磁場の変化を信号処理する信号処理回路および該信号処理回路から出力された出力信号に基づきスロットル開度を演算する演算回路を備えたスロットル開度検知装置において、異なった方向に配設された前記磁気センサを構成する２つのマグネト・インピーダンス素子からの出力を、前記信号処理回路を構成する１ 個の信号処理回路において、切換手段によって交互に切り替えて得られた信号を処理するとともに、前記演算回路において、前記２つのマグネト・インピーダンス素子によって検知され、前記信号処理回路から交互に出力される前記２つのマグネト・インピーダンス素子の出力の比に基づきスロットル開度を検知するので、一方のマグネト・インピーダンス素子が動作している時には他方のマグネト・インピーダンス素子が動作していないため、互いに他方のマグネト・インピーダンス素子の動作による電磁的影響を受けないため、高精度のスロットル開度検知を可能にするとともに、磁石と磁電変換素子との距離の変化に伴う誤差の発生を防止するための磁気回路上および機構上の工夫を不要にし、磁場強さの変化や磁電変換素子の感度変化の影響を受けない安定度が高くかつ小型化するという効果を奏する。
【００１７】
上記構成より成る第２発明のスロットル開度検知装置は、前記第１発明において、前記信号処理回路が，直交関係に配置された一方のマグネト・インピーダンス素子の出力Ｈｘと他方のマグネト・インピーダンスセンサ素子の出力Ｈｙから，前記スロットル開度検出用磁石の回転角度θを，前記数１の関係によって算出するものであるので、磁石と磁電変換素子との距離の変化に伴う誤差の発生を防止するための磁気回路上および機構上の工夫を不要にし、磁場強さの変化や磁電変換素子の感度変化の影響を受けない安定度が高くかつ小型化するという効果を奏する。
【００１８】
上記構成より成る第３発明のスロットル開度検知装置は、前記第２発明において、前記２つのマグネト・インピーダンス素子が、アモルファスワイヤにパルス電流が印加されたときの周囲磁場を該アモルファスワイヤの回りに巻装された検知コイルによって電圧が誘起され、前記１個の信号処理回路としての電子回路が、前記２つのマグネト・インピーダンス素子を交互に切換えてパルス通電するパルスジェネレータのパルス通電に同期して前記サンプルホールド回路が得られる２つの磁気信号を交互に所定の時間保持することにより時系列で出力するので、一方のマグネト・インピーダンス素子がパルス通電され動作している時には他方のマグネト・インピーダンス素子はパルス通電されていないため動作していないことから、互いに他方のマグネト・インピーダンス素子のパルス通電に伴う動作による電磁的影響を受けないため、高精度のスロットル開度検知を可能にするとともに、電子回路における同時信号処理をすることはないため、消費電力の低減を可能にし、処理回路をシンプルにするという効果を奏する。
【００１９】
上記構成より成る第４発明のスロットル開度検知装置は、前記第３発明において、前記２つのマグネト・インピーダンス素子と前記１組の電子回路とが、同一の基板上に形成されているので、２つのセンサの特性を揃えることが出来るため、精度の高い測定を可能にするとともに、センサを小さくし、高感度化を可能にし、処理回路もシンプルにし、全体として小型化して、重量および消費電力を低減するという効果を奏する。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下本発明の実施の形態につき、図面を用いて説明する。
【００２１】
（第１実施形態）
本第１実施形態のスロットル開度検知装置は、図１および図２に示されるように回転するスロットル開度検出用磁石１による磁場を検出する磁気センサ２と、検知された磁場の変化を信号処理する信号処理回路２３および該信号処理回路から出力された出力信号に基づきスロットル開度を演算する演算回路３を備えたスロットル開度検知装置において、前記磁気センサ２が、異なった方向に配設された２つのマグネト・インピーダンス素子２１、２２によって構成されるとともに、前記信号処理回路２３が、前記２つのマグネト・インピーダンス素子２１、２２からの出力を切換手段によって交互に切り替えて信号処理する１ 個の信号処理回路から成るマグネト・インピーダンス磁気検出器２０を備え、前記演算回路３が、前記２つのマグネト・インピーダンス素子２１、２２によって検知され、前記信号処理回路２３から交互に出力される前記２つのマグネト・インピーダンス素子２１、２２の出力の比に基づきスロットル開度を検知するもので、一方のマグネト・インピーダンス素子２１の出力Ｈｘと他方のマグネト・インピーダンスセンサ素子２２の出力Ｈｙから，前記スロットル開度検出用磁石１の回転角度θを，前記数１の関係によって算出するものである。
【００２２】
本第１実施形態のスロットル開度検知装置の基本的構成は、図１に示されるように回転軸１０に取り付けた磁石１と、この磁石の磁場を検出する磁電変換素子として互いになす角度が所定の角度に設定された２つのマグネト・インピーダンス素子２１、２２と、この２つの磁気信号を交互に切換えて出力する１つの信号処理回路２３からなるマグネト・インピーダンス磁気検出器２と、前記２つの磁気信号の比に基づいて回転角度を算出する演算回路としての角度算出装置３からなる。
【００２３】
本第１実施形態における磁気センサは、互いの軸が所定の角度を持って設定された２つのマグネト・インピーダンス素子２１、２２であり， 回転する前記磁石１の磁場の各軸方向成分を検出してこの２つの磁気信号の比を角度算出装置３によって演算し、回転角度を出力するものである。
【００２４】
図２は、前記磁石１による強さＢの磁場内に２つのマグネト・インピーダンス素子２１、２２が配設され、その感度軸ｘ，ｙが所定の角度αに設定されていることを表す平面図である。
【００２５】
ここで一方のマグネト・インピーダンス素子２１のｘ軸を基準として磁場となす角θを回転角とする。図２は磁場Ｂの回転角がθとなった状態を表している。このときもう１つのマグネト・インピーダンス素子２２のｙ軸と磁場のなす角はα−θである。したがって２つの磁電変換素子２１、２２が検出する磁場の強さＨｘ、Ｈｙは、数２および数３となる。
【数２】

【数３】

【００２６】
上記Ｈｘ，Ｈｙは、いずれも回転角θの関数でありいずれも角度情報を持つので、ＨｘあるいはＨｙのいずれかの信号を検出して角度信号とすることは可能であり、従来の装置においてもこの原理を利用したものが多い。
しかしながら数２および数３の両式とも磁場の強さＢが係数として存在しているためこのＢの値が変化するとＨｘ，Ｈｙが変化して誤差を生じる。
【００２７】
たとえば磁石１を取り付けている回転軸１０にガタが生じて磁電変換素子との相対距離が変化したり、不安定になると距離の逆数に比例して磁場強さが変化するので出力が変動し誤差の原因となる。また一般的に磁石の磁場強さには温度係数があるため温度変化によっても磁場の強さＢが変化し誤差を生じる。
【００２８】
そこで本第１実施形態における角度算出装置３は、２つのマグネト・インピーダンス素子２１、２２の出力の比を演算し、それにもとづいて角度を求める。すなわち２つのマグネト・インピーダンス素子２１、２２の出力の比Ｈｙ／ Ｈｘ
は数４のごとくになり、Ｈｙ／ Ｈｘの分子および分母の前記磁場強さＢの項が消去されるので前述の距離変化あるいは温度変化などによる磁場強さの変動の影響をなくすことができる。さらに前記Ｈｙ／Ｈｘはマグネト・インピーダンス素子２１、２２の出力であるから、たとえば温度変化によって２つのマグネト・インピーダンス素子２１、２２に感度変化があっても互いの温度係数が同じであればこれも消去されるので高精度な計測が可能である。
【数４】

なお上記数４に見られるように角度θとＨｙ／Ｈｘとの関係は一般的に非線形である。
【００２９】
つぎにαを９０度に設定すると、上記数４は ｃｏｓ（９０−θ）／ ｃｏｓθ＝ｔａｎ θであるから、前記数１のごとくａｒｃｔａｎ（Ｈｙ／Ｈｘ）の演算をすることによりＨｙ／Ｈｘにもとづいてθを直線的に求めることができる。
【００３０】
したがって２つのマグネト・インピーダンス素子２１、２２で検出したｘ、ｙ各軸方向の磁気信号から演算によって直線関係がよくさらに安定で高精度な角度計測を可能にすることができる。
【００３１】
次に前記磁電変換素子としてのマグネト・インピーダンス磁気検出器２０は、アモルファスワイヤからなるため１２０℃の高温動作が可能であり、また２つのマグネト− インピーダンス素子の信号を交互に切換えて時系列で信号処理をするため、電子回路を１つ用意すればよく、さらなる低コスト化の効果を奏する。
【００３２】
また前記角度算出装置３は、前記信号処理回路２３の出力信号Ｈｙ、Ｈｘからａｒｃｔａｎ（Ｈｙ／Ｈｘ）の演算を行い角度信号を出力する。
【００３３】
さらに以上述べたごとく本第１実施形態におけるスロットル開度検知装置は、従来のように磁電変換素子に印加する磁場が変化しないように磁気センサと磁石との距離の安定化を図る機構部品を設けたり、磁場強さあるいはセンサ感度の安定化をはかるための電磁的な補償などの対策を施す必要がなくなるので、小型で安価な角度センサを実現できるものである。
【００３４】
（第２実施形態）
本第２実施形態のスロットル開度検知装置は、前記図１の構成に対応しており、詳細は図３に示される。回転軸１０に取り付けられた磁石１は、前記図１と同じであるため図示を省略する。
【００３５】
マグネト・インピーダンス磁気検出器２０は、２つのマグネト・インピーダンス素子と１つの共通の信号処理回路からなる。ｘ軸およびｙ軸の２つのマグネト・インピーダンス素子２１，２２は、互いに角度αが９０度で各軸方向成分の信号を検出するべく前記回転磁場内に配設されている。
【００３６】
マグネト・インピーダンス素子２１，２２は、アモルファスワイヤに検出コイルが巻回されてなるものでこのアモルファスワイヤにパルス電流を通電すると周囲の磁場の軸方向成分に対応する電圧が検出コイルに瞬間的に誘起される。この検出コイルに誘起された電圧を信号処理することで磁場信号を得ることができる。
【００３７】
信号処理回路２３は、前記２つのマグネト・インピーダンス素子２１、２２の信号を処理するためのもので、パルスジェネレータ２３１とサンプルホールド回路２３２からなる。
【００３８】
パルスジェネレータ２３１は、繰返し周波数が２ＭＨｚでパルス幅が数十ｎｓ（ナノ秒）でかつ所定の位相差で同期する２つのパルス列を発生し、端子Ｐ１、Ｐ２の組とＰ３、Ｐ４の組からそれぞれ５μｓ（マイクロ秒）の周期で切換えて交互に出力する。また、出力端子Ｐ５は、このパルス列を５μｓごとに交互に切換えるときの同期信号が出力されるが、これは後段の角度算出装置３に出力される。
【００３９】
前記パルスジェネレータ２３１の出力端子Ｐ１ およびＰ３は、ｘ軸、ｙ軸２つのマグネト・インピーダンス素子２１，２２のアモルファスワイヤに接続されているので、５μｓごとに交互に２ＭＨｚのパルス列の電流が印加される。パルスが印加されるとマグネト・インピーダンス素子２１および２２の各検出コイルには周囲の磁場に対応する電圧が瞬間的に誘起される。
【００４０】
アナログスイッチＳ１、Ｓ２の制御端子に前記パルスジェネレータ２３１の出力端子Ｐ２、Ｐ４のパルスが印加されるが、前記のごとく端子Ｐ１とＰ２のパルスおよびＰ３とＰ４のパルスはそれぞれ同期しているので、パルスが印加されるとごく短期間スイッチが” 閉” になり前記マグネト・インピーダンス素子２１，２２の検出コイルに瞬間的に誘起した磁場に対応する電圧がコンデンサＣにホールドされる。
【００４１】
前述のごとくマグネト・インピーダンス素子２１、２２に印加されるパルス列は、２ＭＨｚであるので、磁場の計測は２ＭＨｚの繰り返し頻度で間欠的に実行されるが、アナログスイッチＳ１ 、Ｓ２とコンデンサＣおよび増幅器Ａがサンプルホールド回路２３２を形成しているので、この出力端子Ｐ６の信号はほぼ連続的な波形である。
【００４２】
しかしながら前述のようにパルスジェネレータ２３１は、５μｓの周期でパルス列をＰ１，Ｐ２の組とＰ３，Ｐ４の組と交互に出力するので、このマグネト・インピーダンス磁気検出器２の出力端子Ｐ６の信号は前記マグネト・インピーダンス素子２１および２２が検出した磁気信号すなわち前記ｘおよびｙ方向成分の磁場信号を時系列的に交互に出力する。
【００４３】
図４におけるａは前記図１における磁石１が一定の回転角速度で回転するときのｘ、ｙ各軸のマグネト・インピーダンス素子に印加される磁場を表す。したがって横軸は時間でありかつ角度である。ｂはこのときのマグネト・インピーダンス磁気検出器２の出力端子Ｐ６の信号波形を表す。同図ｂにおいて、Ｘ、Ｙの記号は前記のごとくｘ、ｙ各軸に対応するマグネト・インピーダンス素子２１および２２の出力が５μｓ の周期で交互に切換えられているところを表している。このｂは理解の便のためにｘ， ｙの切換えの時間幅を角度変化する早さに対して誇張して広く描いているが、実際には機械的な角度変化に対して十分短かな時間であるため実用上角度情報が途切れるようなことにはならない。
【００４４】
前記角度演算装置３は、主としてＡ／Ｄコンバータ３１とマイクロコンピュータ３２からなり前記回転磁場のｘ方向とｙ方向成分の比にもとづいてソフトウエアにより回転角度を演算し、出力端子Ｐ７から出力する。
【００４５】
前記Ｐ６の磁場信号は、Ａ／Ｄコンバータ３１に接続されており、時系列的に交互に切換えられたｘおよびｙ方向成分の磁場信号は順次デジタル変換される。このときＡ／Ｄ変換された信号をｘ軸のデータとｙ軸のデータとに弁別するため同期信号として前記パルスジェネレータ２３１の端子Ｐ５の切換え信号をマイクロコンピュータ３２に入力している。
【００４６】
すなわちパルスジェネレータ２３１の端子Ｐ５から出力される前記５μｓの切換え信号がロジックレベルの” １” のときはｘ方向の磁場信号、そして” ０” のときはｙ 方向の磁場信号としてコンピュータ３２はｘ、ｙ軸のデータを整列する。
【００４７】
角度算出演算は、前記Ａ／Ｄ変換されたデータをもとにソフトウエアで行うがここでは前記数１に基づくθ＝ａｒｃｔａｎ（Ｈｙ／Ｈｘ）の演算により、角度と出力信号との関係を直線化する。
【００４８】
図５は、角度θと演算された結果の例であり、角度変化に対して出力が線形であることを表している。なお本第２実施形態においては、角度変化が−９０度から＋９０度の１８０度の領域に対して負から正へ信号が直線的に変化し、それ以上の角度変化については出力はその繰り返しとなる。
【００４９】
以上本第２実施形態により磁石１の回転による回転磁場を２つのマグネト・インピーダンス素子２１、２２によって検出し、その信号の比から角度演算することにより、磁場変動、磁電変換素子の感度変化の影響を受けない安定で高精度の角度検出を可能にするとともに、かかる角度センサを実現するものである。
【００５０】
また本第２実施形態においては、一方のマグネト・インピーダンス素子がパルス通電され動作している時には他方のマグネト・インピーダンス素子はパルス通電されていないため動作していないことから、互いに他方のマグネト・インピーダンス素子のパルス通電に伴う動作による電磁的影響を受けることはないため、高精度の回転数検知を可能にするとともに、信号処理回路における同時信号処理をすることはないため、信号処理における干渉も無く、消費電力の低減を可能にするものである。
【００５１】
（第３実施形態）
第３実施形態のスロットル開度検知装置は、前記マグネト・インピーダンス磁気検出器２として２つのマグネト・インピーダンス素子２１、２２と時系列で切換えて信号処理する１つの信号処理回路２３をＩＣ化して超小型素子として構成し、回転磁場内に容易に配設できるようにしたものである。
【００５２】
すなわち図６に示されるようにマグネト・インピーダンス磁気検出器２００は、周囲に検出コイルを２０２，２０４を巻回した長さ２ｍｍ、直径３０μｍのアモルファスワイヤ２０１，２０３をマグネト・インピーダンス素子とし、それらを互いに直交的に配置しかつその近傍にＩＣ化した信号処理回路２０５を同一基板に配設したものである。またこの信号処理回路２０５は、上述の実施形態と同じく切換えで２つのマグネト・インピーダンス素子２１、２２の信号を処理するものである。
【００５３】
また本第３実施形態のスロットル開度検知装置は、２つのマグネト・インピーダンス素子２１、２２と１つの信号処理回路２３とを基板上に一体に形成され、ＩＣ化したものであるので、２つのセンサの特性を揃えることが出来るため、精度の高い測定を可能にするとともに、センサを小さくし、高感度化を可能にし、処理回路もシンプルにし、全体として小型化して、重量および消費電力を低減するという効果を奏する。
【００５４】
さらに配線用の電極２０６を備えた２ｍｍ×３ｍｍのＩＣパッケージ２０７に収納することで装置全体を小型化するとともに前記回転磁場内に容易に取り付けることができるようにしたものである。
【００５５】
さらに前記マグネト・インピーダンス素子の材料としてアモルファスワイヤを用いることで通常の磁電変換素子では厳しい１２０℃以上の温度領域においても計測可能にし、温度環境の厳しいエンジンのスロットルポジションセンサとして安定かつ高精度の測定を可能にし、小型化さらに低価格化を実現するものである。
【００５６】
【実施例】
以下上述の実施形態のスロットル開度検知装置において、用いることが出来る磁気検出器の実施例につき、図面を用いて説明する。
【００５７】
（実施例）
本実施例の磁気検出器は、図７に示されるように自動車分野における適用を考慮して、小型化するとともに高感度化したもので、以下図７ないし図９を用いて説明する。
【００５８】
前記磁気検出器２を構成する２つのマグネト・インピーダンス素子２１、２２の基板１００の大きさは、幅０．５ｍｍ、高さ０．５ｍｍとし、長手方向の長さを３ｍｍとし、感磁体２１０、２２０は、ＣｏＦｅＳｉＢ系合金を使った直径３０μｍのアモルファスワイヤである。 電磁コイル２１１、２２１は、 前記基板１００の長手方向に形成した溝１００Ｇの溝面１００Ｓに形成されたコイルの片側２１１Ａ、２２１Ａと、溝１００Ｇの溝上面１１２に形成された残り片側のコイル２１１Ｂ、２２１Ｂの２層構造により形成したものである。
【００５９】
前記溝面１１１および溝上面１１２に形成されるコイルの片側２１１Ａ、２２１Ａおよび残り片側のコイル２１１Ｂ、２２１Ｂは、図７および図８に示されるように電極配線基板１００の長手方向に形成された溝１００Ｇの溝上面１１２よりある程度広い範囲にコイルを構成する導電性の磁性金属薄膜を蒸着により形成し、形成された金属薄膜が螺旋状に残るように間隙部を構成する導電性金属薄膜部を選択エッチング手法により除去することにより、コイルの全体の長手方向の長さを１．５ｍｍまたは２ｍｍの長さに亘り形成される。なお図８において、図７のＡ−Ａ′断面にかかわらず、理解の便のために溝１００Ｇの全面の４面にロの字状にコイルが形成されている状態を示した。
【００６０】
電磁コイル２１１、２２１の円相当内径（高さと幅で形成される溝断面積と同一面積となる円の直径）は、２００μｍまたは１００μｍ以下であるのが望ましいので、６６μｍに一例として設定した。 電磁コイル２１１、２２１の１ターン当たりの（単位長さ当たり）の捲線間隔は１００μｍ／巻以下であるのが望ましいので、一例として５０μｍ／巻に設定されている。
【００６１】
素子基板の長さとして３ｍｍを採用して前記２つのマグネト・インピーダンス素子２１、２２のアモルファスワイヤ２１０、２２０および電磁コイル２１１、２２１が、図８に示されるように一つの素子基板としての電極配線基板１００上にそれぞれ一体に形成され、前記磁気検出器２１、２２の両端に配設した電極を介して接続された前記電子回路２３（図示せず）も一つの電極配線基板１００上に形成され、かかる電子回路２３からのセンサ出力を横軸が外部磁場と縦軸が出力電圧を示す図９に示す。
【００６２】
本実施例の磁気検出器は、自動車分野における適用を考慮して、小型化、薄型化、小容積化（幅０．５ｍｍ、高さ０．５ｍｍとし、長手方向の長さを３ｍｍ）を実現しながら、図９から明らかなように４０ガウス（Ｇ）で０．２Ｖのフルスケールまでリニアなが出力が得られ、リニアな測定および高感度な測定を実現するものである。
【００６３】
また本実施例の磁気検出器は、前記２つのマグネト・インピーダンス素子２１、２２のアモルファスワイヤ２１０、２２０および検知コイルとしての電磁コイル２１１、２２１が、全体基板上に一体に形成され、前記磁気検出器２１、２２の両端に配設した電極を介して接続された前記信号処理回路としての電子回路２３も同一全体基板上に形成され、同一のパッケージ内に配設され、前記２つの検知コイルとしての電磁コイルと電子回路とが、同一の基板上にマウントされているので、２つのセンサの特性を揃えることが出来るため、精度の高い測定を可能にするとともに、センサを小さくし、高感度化を可能にし、処理回路もシンプルにし、全体として小型化して、重量および消費電力を低減するという効果を奏する。
【００６４】
また本実施例の磁気検出器は、マグネト・インピーダンス素子としてアモルファスワイヤを採用したので、アモルファスワイヤの本来の性質上、１２０℃の温度環境でも安定な動作が可能なため、自動車における１２０℃の温度環境でも安定な動作が可能であり、スロットル開度の検出に適するという効果を奏するものである。
【００６５】
さらに本実施例の磁気検出器は、マグネト・インピーダンス素子をより高感度な磁気センサとするために、検出コイルとしての電磁コイル２１１、２２１の円相当内径の半径を２００μｍまたは１００μｍ以下にするのが望ましい、本実施例においては一例として６６μｍに設定し、極めて小さくしてアモルファスワイヤと検出コイルとの電磁結合を大きくすることに対して有効であるとともに、センサの薄型化および小容量化にとっても有効である。
【００６６】
また本実施例の磁気検出器は、前記２つのマグネト・インピーダンス素子および信号処理回路を１つの基板にマウント（装荷）することにより、小型かつ取り扱いを容易にすることができ、さらにマグネト・インピーダンス素子が高感度のため回転体とのギャップを１ｍｍ以上に大きくしても安定な磁気計測ができるので自動車に取り付ける際に精密な組付け作業を必要としないので生産コストを抑制するという非常に大きな効果を奏する。
【００６７】
さらに本実施例においては、２ つのマグネト・インピーダンス素子を所定の精度で管理された自動機で製作するとともに、２つのマグネト・インピーダンス素子をそれぞれ駆動するＩＣ回路からなるパルスジェネレータの２つのドライバー回路の駆動特性およびそれぞれに対応するサンプルホールド回路の２つのアナログスイッチのスイッチ特性を同一とするため、それぞれ近接した場所に回路を形成するようにマスク設計を行い、２つのマグネト・インピーダンス素子の特性を互いに等しくなるようにしたので、２ つのマグネト・インピーダンス素子の特性を互いに等しくすることが出来るものである。
【００６８】
本実施例においては、基板１００の大きさは、幅０．５ｍｍ、高さ０．５ｍｍとし、長手方向の長さを３ｍｍとし、アモルファスワイヤの長さは３ｍｍ以下であることから、上述した図９から明らかなように４０ガウスで０．２Ｖのフルスケールまでリニヤーな出力が得られるため、従来ヒステリシス特性や非直線特性を無くすためにアモルファスワイヤにもう一つのコイルを設けてこれにフィードバック電流を流したり、バイアス電流を流したりするフィードバック技術の必要性を解消するものである。これにより常時直流電流を流すことが不要となり低消費電力化が可能となった。またバイアスコイルを省略できマグネト・インピーダンス素子をシンプル化するものである。
【００６９】
上述の実施形態は、説明のために例示したもので、本発明としてはそれらに限定されるものでは無く、特許請求の範囲、発明の詳細な説明および図面の記載から当業者が認識することができる本発明の技術的思想に反しない限り、変更および付加が可能である。
【００７０】
上述の実施形態において説明したように、本発明は、回転軸１０に取り付けられたスロットル開度検出用磁石１の回転に伴う２つの磁場信号の比に基づいて角度計測を行うことで磁場強さの変化、磁電変換素子の感度変化に対して安定かつ高温度領域でも計測でき、また小型，安価なスロットル開度センサを実現するものであって、スロットル開度検出用磁石以外の用途の磁石の回転角を前記マグネト・インピーダンス素子によって検出すれば、スロットル開度以外の回転要素の回転角を検出する用途への適用が可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態のスロットル開度検知装置を示すブロック図である。
【図２】本第１実施形態のスロットル開度検知装置における計測原理を説明するための説明図である。
【図３】本発明の第２実施形態のスロットル開度検知装置を示す詳細ブロック図である。
【図４】本第２実施形態のスロットル開度検知装置における出力波形を示す線図である。
【図５】本第２実施形態の操舵角検知装置における角度変化に対する出力の変化の関係を示す線図である。
【図６】本発明の第３実施形態におけるマグネト・インピーダンス磁気検出器のパッケージを示す平面図である。
【図７】本発明の実施例における磁気検出器を示す平面図である。
【図８】本実施例における磁気検出器を示す図７中Ａ−Ａ′線に沿う横断面図である。
【図９】本実施例における磁気検出器の外部磁場と出力電圧の関係を示す線図である。図である。
【符号の説明】
１ スロットル開度検出用磁石
２ 磁気センサ
２０ マグネト・インピーダンス磁気検出器
２１、２２ マグネト・インピーダンス素子
２３ 信号処理回路
３ 演算回路

Claims (4)

1. 回転するスロットル開度検出用磁石による磁場を検出する磁気センサと、検知された磁場の変化を信号処理する信号処理回路および該信号処理回路から出力された出力信号に基づきスロットル開度を演算する演算回路を備えたスロットル開度検知装置において、
   前記磁気センサが、異なった方向に配設された２つのマグネト・インピーダンス素子によって構成されるとともに、
   前記信号処理回路が、前記２つのマグネト・インピーダンス素子からの出力を切換手段によって交互に切り替えて信号処理する１個の信号処理回路から成る
   マグネト・インピーダンス磁気検出器を備え、
   前記演算回路が、前記２つのマグネト・インピーダンス素子によって検知され、前記信号処理回路から交互に出力される前記２つのマグネト・インピーダンス素子の出力の比に基づきスロットル開度を検知する
   ことを特徴とするスロットル開度検知装置。
2. 請求項１において、
   前記２つのマグネト・インピーダンス素子が、直交関係に配置され、
   前記演算回路が，一方のマグネト・インピーダンス素子の出力Ｈｘと他方のマグネト・インピーダンスセンサ素子の出力Ｈｙから，前記スロットル開度検出用磁石の回転角度θを，数１の関係によって算出する
   

   

   ことを特徴とするスロットル開度検知装置。
3. 請求項２において、
   前記２つのマグネト・インピーダンス素子が、アモルファスワイヤと該アモルファスワイヤの回りに巻装された検知コイルとから成り、
   前記１個の信号処理回路が、前記２つのマグネト・インピーダンス素子を交互に切換えてパルス通電するパルスジェネレータと、これに同期して得られる２つの磁気信号を交互に所定の時間保持することにより時系列で出力するサンプルホールド回路からなる１組の電子回路である
   ことを特徴とするスロットル開度検知装置。
4. 請求項３において、
   前記検知コイルと前記１組の電子回路とが、同一の基板上に形成されている
   ことを特徴とするスロットル開度検知装置。

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