JP2005043209A - 磁気検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 磁性被検出回転体と磁気検出装置とのギャップが変化した場合の素子出力および中点電位の変動を抑制するための磁気検出装置を提供することを目的とする。
【解決手段】 磁性被検出回転体４の凹凸部４ａ，４ｂを有する側面に対向するように配置されて磁界の変化を検出する１組の磁気検出素子１ａ，１ｂを絶縁基板２０上に設けた磁気検出部１と、この磁気検出部１を挟み込む位置に２個のバイアス磁石２，３を配置し、前記バイアス磁石２，３の磁化方向をそれぞれ反発しあう方向になるような構成とすることで、磁性被検出回転体４と磁気検出装置６とのギャップが変化した場合の素子出力および中点電位の変動を抑制することができる。
【選択図】 図１

Description

本発明は磁界の変化を検出することにより回転数および回転角度を検出する磁気検出装置に関するものである。

図８は従来の磁気検出装置における概略構成図である。

図８において、集積回路部１０４は磁気検出素子１ａ，１ｂおよび信号処理回路（図示せず）を内蔵して構成され、磁性被検出回転体４の凹凸部４ａ，４ｂを有する側面に対向する位置に配置されている。バイアス磁石１０３は磁性被検出回転体４の凹凸部４ａ，４ｂを有する側面に対向する位置に集積回路部１０４と平行になるように配置されて、磁性被検出回転体４に対向する方向に着磁されている。磁気検出素子１ａ，１ｂの感磁面は磁性被検出回転体４と対向する方向に対してほぼ平行に配置されている。

磁性被検出回転体４の回転に伴って、磁性被検出回転体４の凸部４ａおよび凹部４ｂは交互にバイアス磁石１０３に対向する。その結果、磁気検出素子１ａ，１ｂに印加される磁界は磁性被検出回転体４の回転に伴って増減する。すなわち、磁気検出素子１ａ，１ｂに印加される磁界は、凸部４ａが接近することにより増加し、凸部４ａが離間することにより減少する。

この磁気検出素子１ａ，１ｂの感磁面における磁束の変化により、磁気検出素子１ａ，１ｂの抵抗値は印加される磁界の大きさに応じて変化する。この磁気検出素子１ａ，１ｂから出力されるアナログ信号（以下、素子出力とする）を信号処理回路で波形成形し、磁性被検出回転体４の凸部４ａ，凹部４ｂに対応した矩形波信号を出力するものである。

なお、この出願の発明に関連する先行技術文献情報としては、例えば、特許文献１が知られている。
特開２０００−１８９６７号公報

しかしながら、上記従来の構成において磁性被検出回転体４の回転によるバイアス磁石１０３の磁界の変化を磁気検出素子１ａ，１ｂで検出する場合、磁性被検出回転体４とバイアス磁石１０３との距離すなわちギャップが変化した場合の素子出力および中点電位の変動が大きくなるという課題を有していた。

本発明は上記従来の課題を解決するもので、磁性被検出回転体の軸方向の磁界変化を抑制することで、ギャップの変動に対する磁気検出素子の素子出力および中点電位の変動を低減することができる磁気検出装置を提供することを目的とするものである。

上記目的を達成するために、本発明の磁気検出装置は以下の構成を有するものである。

本発明の請求項１に記載の発明は、磁性被検出回転体の凹凸部を有する側面に対向するように配置されて磁界の変化を検出する１組の磁気検出素子を絶縁基板上に設けた磁気検出部と、この磁気検出部を挟み込む位置に２個のバイアス磁石を配置し、前記バイアス磁石の磁化方向をそれぞれ反発しあう方向になるような構成を有しており、これにより磁気検出素子は軸方向の磁界変化に対しては不感磁となり、磁性被検出回転体の回転による凸部と凹部の移動に対しては回転方向の磁界変化のみに対応して変化することになり、磁性被検出回転体と磁気検出装置とのギャップの変化に対する素子出力と中点電圧の変動を低減することができるという作用効果が得られる。

本発明の請求項２に記載の発明は、磁気検出部素子を２組設けて絶縁基板の上面にフルブリッジ回路を構成したものであり、一方の素子の磁気抵抗変化ともう一方の素子の磁気抵抗変化との差を信号出力として取り出すことができるため、１組だけを用いた回路構成に比べて出力振幅をより大きくすることができ、検出精度を向上できるという作用効果が得られる。また、２組の磁気検出素子の抵抗温度係数はほぼ同等であるため、素子出力の温度に対する安定性が向上するという作用効果が得られる。

本発明の請求項３に記載の発明は、磁気検出素子をＭＲ素子またはＧＭＲ素子とする構成であり、感磁面内に印加される磁界成分だけを抵抗値の変化として取り出すことができるため、高精度に検出できるという作用効果が得られる。

本発明の請求項４に記載の発明は、絶縁基板をアルミナ基板とその上面にガラスグレーズ層を設けた構成としたものであり、機械的な強度に強く、かつガラスグレーズ層により基板表面を平滑化できるため膜質のよい磁気検出素子が形成され、磁気感度が高く信頼性の向上した磁気検出素子を得ることができるという作用効果が得られる。

本発明の請求項５に記載の発明は、磁気検出素子とバイアス磁石との間に磁性体からなる金属板を介在させた構成としたものであり、磁気検出素子に加わるバイアス磁石の磁界の大きさや方向を制御できるという作用効果が得られる。

本発明の請求項６に記載の発明は、金属板の磁性被検出回転体の回転方向における幅をバイアス磁石のその方向の幅より大きくなるようにしたものであり、磁気検出素子を配置する面内の磁束密度分布を均一化できるため、組み立て時に磁気検出素子の配置位置にばらつきが発生しても、その特性ばらつきを抑制できるという作用効果が得られる。

本発明の請求項７に記載の発明は、金属板の磁性被検出回転体の回転方向に垂直な方向の長さをバイアス磁石のその方向の長さより大きくなるようにしたものであり、磁気検出素子に加わる磁界の向きをより垂直にできるため、磁性被検出回転体の凹部が対向しているときの磁界をよりゼロに近くできるため感度を更に向上できるという作用効果が得られる。

以上のように本発明によれば、磁性被検出回転体の凹凸部を有する側面に対向するように配置されて磁界の変化を検出する１組の磁気検出素子を絶縁基板上に設けた磁気検出部と、この磁気検出部を挟み込む位置に２個のバイアス磁石を配置し、前記バイアス磁石の磁化方向をそれぞれ反発しあう方向になるような構成とすることで、磁性被検出回転体と磁気検出装置とのギャップが変化した場合の素子出力および中点電位の変動を低減することができる磁気検出装置を実現できる。

以下、本発明の実施の形態における磁気検出装置について、図面を参照しながら説明する。

図１（ａ），（ｂ）は本発明の実施の形態における磁気検出装置の構成と磁性被検出回転体との位置関係を示す上面図と正面図、図２は磁気検出部を説明する構成図、図３は磁気検出素子の結線を示す図、図４は磁気検出部の断面図、図５は磁気検出素子の磁界に対する抵抗値変化を示す特性図、図６は磁性被検出回転体の形状とそれに対応した磁気検出素子のブリッジ回路の中点電位における出力波形を示す図、図７はバイアス磁石の有無によるギャップの変化に対する素子出力の特性図である。

図１において、磁気検出装置６は所定の空隙（ギャップ）を介して磁性被検出回転体４の凹凸部４ａ，４ｂを有する側面に対向するように配置されている。磁気検出装置６は２個のバイアス磁石２，３と磁気検出部１と金属板５と磁気回路（図示せず）で構成されている。ＭＲ素子からなる磁気検出素子１ａ，１ｂの感磁面は磁性被検出回転体４と対向する方向に対してほぼ平行に配置されている。バイアス磁石２はフェライト磁石とし、その磁化方向が磁性被検出回転体４の軸方向と平行になるように配置されており、磁気検出部１にバイアス磁界を印加している。バイアス磁石３もフェライト磁石であり、その磁化方向がバイアス磁石２の磁化方向と反発する向きになるように配置されている。すなわち、バイアス磁石２とバイアス磁石３は磁気検出部１を挟み込むように配置されて、磁気検出部１にバイアス磁界を印加している。磁気検出部１はバイアス磁石２に近い側に配置され、かつ磁性被検出回転体４の厚みの中央にくるように配置されている。

磁気検出部１について、磁気検出素子１ａ，１ｂに巨大磁気抵抗素子（以下、ＧＭＲ素子とする）を使用した場合について説明する。図２において、磁気検出部１は磁気検出感度を向上させるため、絶縁基板２０上に形成した二つに分割されたライン状のＧＭＲ素子１ａ，１ｂから構成されている。ＧＭＲ素子１ａ，１ｂは磁性被検出回転体４の回転方向に対して平行に配置されている。図３は磁気検出部１を構成するＧＭＲ素子１ａ，１ｂの回路結線図である。図３において、ＧＭＲ素子１ａ，１ｂは電源ＶｃｃとグランドＧＮＤ間に直列に接続されハーフブリッジ回路１１を構成している。このハーフブリッジ回路１１の中点電位１２より磁性被検出回転体４の回転に伴うアナログ信号を出力する。

図４は磁気検出部１の断面図を示している。ＧＭＲ素子１ａ，１ｂは絶縁基板２０上に形成されており、通常、その基板としてアルミナ基板２１が使用されているが、アルミナ基板２１上にガラスグレーズ層２２を設けることにより更に機械的な強度を強くすることができる。また、ガラスグレーズ層２２により基板表面を平滑化できるため膜質のよいＧＭＲ素子１ａ，１ｂが形成され、磁気感度が高く信頼性の向上した磁気検出部１を作製することができる。ＧＭＲ素子１ａ，１ｂは図５に示すような磁界−抵抗値特性を有している。ＧＭＲ素子１ａ，１ｂの抵抗値は印加磁界が変動すると抵抗値が大きく変化する特性を有している。通常の磁気検出素子（ＭＲ素子）の磁気感度を４％程度とすると、ＧＭＲ素子の場合は２０％程度の磁気感度を有している。

金属板５は、磁気検出部１に加わる磁界を制御するために設けられており、この金属板５の磁性被検出回転体４の回転方向における幅をバイアス磁石２，３の幅より大きくすると、磁気検出部１を配置する面内の幅方向における磁束密度分布を均一化することができるので、組み立て時のばらつきを抑制することができる。また、金属板５の磁性被検出回転体４の回転方向に垂直な方向の長さをバイアス磁石２，３の長さより大きくすると、磁気検出部１に加わる磁界の向きをより垂直にできるため、磁性被検出回転体４の凹部４ｂが対向している時に感磁面内に印加される磁界をよりゼロに近くすることができ、凸部４ａが対向した時との磁界変化の差を大きくとることができるので、更に感度を向上させることができる。

次に、磁気検出装置６の動作について説明する。図１に示すように、磁性被検出回転体４の回転に伴って、磁性被検出回転体４の凸部４ａおよび凹部４ｂが交互に磁気検出装置６に対向する。したがって、磁気検出部１に印加される磁界は、磁性被検出回転体４の回転に伴って増減する。この磁気検出部１を交差する磁束の変化により、磁気検出部１のＧＭＲ素子１ａ，１ｂの抵抗値は印加される磁界の大きさにより変化する。このようにして、図３に示すハーフブリッジ回路１１の中点電位１２は、磁性被検出回転体４の回転により図６のようなアナログ信号を出力する。

磁性被検出回転体４と磁気検出装置６とのギャップの変化に対する素子出力の特性について、バイアス磁石３がある場合とない場合との比較を図７に示す。この結果に示されるように、バイアス磁石３を加えることで素子出力のギャップの変化に対する変動が低減されることがわかる。すなわち、バイアス磁石３により磁気検出部１に加わる磁性被検出回転体４の軸方向における磁界成分の変化が抑制されて回転方向の磁界変化のみが感磁されるようになるため、ギャップの変化に対する素子出力の特性の変動を低減する効果がある。同様に、中点電位１２の変動についても低減する効果が得られる。

なお、本実施の形態は１組の磁気検出素子１ａ，１ｂを用いて説明したが、２組の磁気検出素子を用いてフルブリッジ回路を構成した場合においても同様の効果を得ることができる。

（ａ）本発明の実施の形態における磁気検出装置の構成と磁性被検出回転体との位置関係を示す上面図（ｂ）同正面図 磁気検出部を説明する構成図 磁気検出素子の結線を示す回路図 磁気検出部の断面図 磁気検出素子の磁界に対する抵抗値変化を示す特性図 磁性被検出回転体の形状とそれに対応した磁気検出素子のブリッジ回路における中点電位の出力波形を示す図 バイアス磁石の有無によるギャップの変化に対する素子出力の特性図 従来の磁気検出装置を説明する構成図

符号の説明

１ 磁気検出部
１ａ，１ｂ 磁気検出素子（ＧＭＲ素子）
２，３ バイアス磁石
４ 磁性被検出回転体
４ａ 凸部
４ｂ 凹部
５ 金属板
６ 磁気検出装置
１１ ハーフブリッジ回路
１２ 中点電位
２０ 絶縁基板
２１ アルミナ基板
２２ ガラスグレーズ層

Claims (7)

1. 磁性被検出回転体の凹凸部を有する側面に対向するように配置されて磁界の変化を検出する１組の磁気検出素子を絶縁基板上に設けた磁気検出部と、この磁気検出部を挟み込む位置に２個のバイアス磁石を配置し、前記バイアス磁石の磁化方向をそれぞれ反発しあう方向とした磁気検出装置。
2. 磁気検出部は２組の磁気検出素子を絶縁基板上に設けてフルブリッジ回路構成とした請求項１に記載の磁気検出装置。
3. 磁気検出素子をＭＲ素子またはＧＭＲ素子とした請求項１に記載の磁気検出装置。
4. 絶縁基板はアルミナ基板の上にガラスグレーズ層を設けて構成した請求項１に記載の磁気検出装置。
5. 磁気検出素子とバイアス磁石との間に磁性体からなる金属板を介在させた構成とした請求項１に記載の磁気検出装置。
6. 金属板の磁性被検出回転体の回転方向における幅をバイアス磁石のその方向の幅より大きくなるようにした請求項５に記載の磁気検出装置。
7. 金属板の磁性被検出回転体の回転方向に垂直な方向の長さをバイアス磁石のその方向の長さより大きくなるようにした請求項５に記載の磁気検出装置。

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