JP2005501265A - 磁気抵抗センサ - Google Patents

Abstract

本発明は磁場を測定するための少なくとも一つのセンサ要素と、このセンサ要素に割り当てられた磁石とを備える磁気抵抗センサに係る。本発明によると、単純な構造を有し、かつ、オフセットを補償するためのその後の補償を省くことができる磁気抵抗センサが得られるように、磁石（１４）は構造（１８）を有し、これによって補助磁石（１４）からの磁力線（２５）が、少なくともセンサ（１００）の敏感なエリア（２６）内のセンシング方向（ｙ方向）において垂直にガイドされる。

Description

【技術分野】
【０００１】
本発明は磁場を測定するための少なくとも一つのセンサ要素と、このセンサ要素に割り当てられた補助磁石（supporting magnet）とを備える磁気抵抗センサに係る。
【背景技術】
【０００２】
磁気抵抗センサを、近接センサ、運動センサ（motion sensor）、或いは位置センサとして用いることが知られている。これらセンサにおいては外部磁場が利用され、これにより、検出されるべき物体の位置が外部磁場源に対して変化したとき、センサ要素からの比例する電圧信号が生成される。これら磁気抵抗センサは、例えば、クランクシャフト角度の測定において参照マークを検出するために用いられる。
【０００３】
磁場を測定するセンサ要素は、通常はそれらの飽和レンジにおいては動作せず、異方性磁気抵抗効果（anisotoropic magnetoresistive effect）の原理に基づく。従って、これらセンサ要素の上に伝達特性を安定化させる磁場を重ねることが知られており、この磁場は通常はそのセンサ要素に割当てられた補助磁石によって生成される。受動的な強磁性物体を検出する場合には、この磁石はさらに動作磁場（operating field）を提供する目的にも用いられる。物体が接近するとその影響で動作磁場が変化し、この変化が検出される。磁石とセンサ要素は、互いに所定の位置に固定される。周知のように、センサ要素と磁石の間の位置決めが敏感な方向（sensitive direction）において少しずれただけでも、センサ要素の特性曲線にオフセットが生じる。この特性曲線のオフセットは、磁気抵抗センサのその後のトリミング（trimming）により補償されることを要求される。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明の目的は、従って、単純な構造を有し、かつ、オフセットを補償するためのその後のトリミングを必要とされることのない磁気抵抗センサを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明によると、この目的が請求項1に記載される磁気抵抗センサによって解決される。本発明によると、磁石は、好ましくは、少なくとも一つのセンサ要素に割り当てられたその表面上に構造を有し、この構造のために磁力線がその敏感なレンジ内において垂直方向にガイドされ、長所として、センサ要素の特性曲線のオフセットの原因となるセンサ要素と磁石間の位置決め平面（positioning plane）内の敏感な方向における磁場が最小に抑えられる。このため、本発明による補助磁石を用いると、磁気抵抗センサのその後のトリミングは不要となる。
【０００６】
本発明の一つの好ましい実施例によると、上述の構造は磁石の磁力線がセンサエリア内において位置決め平面に対して垂直にガイドされるように形成される。この結果として、最適なやり方にて磁場が位置決め平面の敏感な方向において最小となることが達成される。
【０００７】
本発明の一つの好ましい実施例においては、上述の表面構造は磁石のとい形のくぼみから形成され、上述の少なくとも一つのセンサ要素はこの中に配置される。幾つかの好ましい実施例においては、これらとい形のくぼみは、平らな表面、或いは位置決め平面に対して凹形の表面から形成される。このような実現によると、位置決め平面内の磁場をセンサ要素の位置決めエリア内において単純なやり方にて最適に最小化することができる。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の幾つかの実施例によると、磁気抵抗センサの磁気トリミング（magnetic trimming）が不要となることに加えて、これら磁石のために異方性磁気材料（anisotoropic magnetic materials）を用いることも可能となる。これら材料は、長時間に渡って磁気安定性が高いという特徴を有する。最後に、トリミングが不要となり、従ってトリミング誤差が生じないために、磁気抵抗センサの測定精度も向上する。
【０００９】
本発明のこれら及び他の局面が以下に説明される実施例を参照することで一層明白となるものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
図１と２は磁気抵抗センサ（magnetoresisitive sensor）１００を示す。センサ１００は、磁石１４に割当てられた少なくともセンサ要素１２を備える。センサ要素１２と磁石１４は互いに適当なやり方にて、例えば、互いに接着剤にてフレキシブルに接続される。センサ要素１２は、ここでは複数の磁気抵抗レンジ（抵抗）をブリッジ回路構成（bridge circuit configuration）にて含むセンサチップを意味するものと解される。さらに、このセンサチップはセンサ信号を評価するための様々な集積電子コンポーネントを備えることも考えられる。
【００１１】
明快さの目的で、図面には座標系が導入される。図１及び２からわかるように、x/y平面は、磁石１４の表面１６に対して平行に延びる。磁石の表面１６は同時に補助磁石（supporting magent）１４上のセンサ要素１２に対する位置決め平面（positioning plane）をも構成する。x/z平面は表面１６に対して垂直に延び、磁石の磁化ベクトル（magnetization vector）はこの平面内に位置する。y/z平面も表面１６に対して垂直に延びるが、ただし、x/z平面に対しては９０°回転した関係を有する。
【００１２】
ゼンサ１００の敏感な方向（sensitive direction）はｙ方向である。このことは、例えば、クランクシャフトの角度を測定する際に参照磁石が外部磁場に接近のケースにおいては、この磁石は、センサ１００を通過してｙ方向に移動することを意味する。これにより、参照磁石の接近及び瞬間位置、従って、例えば、クランクシャフトの位置が検出される。
【００１３】
図３から６は磁石１４の４つの異なるバリエーションを示す。これら図面に示されるように、表面１６は、本質的に、とい形のくぼみ（trough-shaped indentation）２０から成る構造１８を有する。図３に示される実施の形態によると、このとい形のくぼみ２０は平坦な底面２２を有し、センサ要素１２はこの上に配置される。図４に示す実施の形態によると、表面２２には高台（pedestal-like elevation）２４が設けられ、センサ要素１２はこの上に配置される。
【００１４】
図５に示すバリエーションにおいては、磁石１４はセンサ要素１２に対して凸（凹）対称の形状（convex symmetrical shape）を有し、表面２２はｙ方向に凸（凹）な形状を有する。ただし、表面２２は、センサチップ１２のエリアにおいては平坦とされる。図６には、類似のバリエーションが示され、この実施例においては、表面２２は、ｘ方向に凸（凹）とされる。さらに、補助磁石１４はｘ方向にくさび形状を有する。
【００１５】
図面に示される以外の他の形態も本発明の範囲内で可能である。勿論、磁石１４の構造として、磁石１４の、表面１６に対して垂直な、つまり、x/y平面に対して垂直な磁力線２５が、磁石１４から、センサ要素１２のエリア内に出ることが確保できる限り、他の構造を選択することもできる。
【００１６】
図７に、この条件が一例として、図３に示される磁石１４との関連で示される。この図は、この構造１８を形成するくぼみ２０を有する磁石１４の断面を示す。この表現においては、図面の平面はy/z平面と一致する。図面から明らかのように、くぼみ２０によって磁力線２５は磁石１４の外側にそらされ（偏向され）、このため、磁力線２５は本質的に表面１６に対して垂直に出ることとなり、敏感なエリア２６、つまり、センサ要素１２がそこに配置されるエリア内において、ｙ方向への偏向されることはなくなる。このため、敏感なエリア２６内においては磁場H_yは最小となる。このように磁場H_yが擬似的に抑圧されるために、センサ要素１２が、そのセンシング方向（sensing direction）、つまり、ｙ方向にオフセットを受けることはなくなる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】磁気抵抗センサの平面図である。
【図２】磁気抵抗センサの側面図である。
【図３】本発明によるセンサの磁石の一つのバリエーションの斜視図である。
【図４】本発明によるセンサの磁石のもう一つのバリエーションの斜視図である。
【図５】本発明によるセンサの磁石のもう一つのバリエーションの斜視図である。
【図６】本発明によるセンサの磁石のもう一つのバリエーションの斜視図である。
【図７】図３に示される本発明による補助磁石の磁場分布を示す図である。
【符号の説明】
【００１８】
１２ センサ要素
１４ 磁石
１６ 磁石の表面
１８ とい形のくぼみを有する構造
２０ とい形のくぼみ
２２ 平坦な底面
２４ 高台
１００ 磁気抵抗センサ

Claims (11)

1. 磁場を測定するための少なくとも一つのセンサ要素と、このセンサ要素に割り当てられた磁石とを備える磁気抵抗センサであって、前記磁石からの磁力線が、少なくとも前記センサの敏感なエリア内のセンシング方向（ｙ方向）において垂直にガイドされるようにしてなる構造を前記磁石が有することを特徴とする磁気抵抗センサ。
2. 前記構造が、前記少なくとも一つのセンサ要素に対面する表面内に形成されることを特徴とする請求項1記載の磁気抵抗センサ。
3. 前記磁力線が、前記敏感なエリア内において、前記表面（位置決め平面）に対して垂直にガイドされることを特徴とする請求項1又は２記載の磁気抵抗センサ。
4. 前記表面が、とい形のくぼみを備え、前記センサ要素がこの中に配置されることを特徴とする請求項1から３のいずれかに記載の磁気抵抗センサ。
5. 前記くぼみが、平坦な底面を有することを特徴とする請求項1から４のいずれかに記載の磁気抵抗センサ。
6. 前記底面が、前記センサ要素を収納するための高台を含むことを特徴とする請求項1から５のいずれかに記載の磁気抵抗センサ。
7. 前記くぼみが、凹（concave）形状を有することを特徴とする請求項1から６のいずれかに記載の磁気抵抗センサ。
8. 前記凹形状がｙ方向に延びることを特徴とする請求項７記載の磁気抵抗センサ。
9. 前記凹形状がｘ方向に延びることを特徴とする請求項７記載の磁気抵抗センサ。
10. 前記磁石が全体として、前記表面に対して凹形状を有することを特徴とする請求項１から９のいずれかに記載の磁気抵抗センサ。
11. 前記補助磁石がくさび形状であることを特徴とする請求項１から１０のいずれかに記載の磁気抵抗センサ。