JP2006003178A - 歯車センサ - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 磁気抵抗素子100を、互いに略直交するように配置される2つの磁気抵抗パターン要素101,102を備えると共に、各磁気抵抗パターン要素101,102の一方の端子同士が接続され、該一方の端子同士の交点と各磁気抵抗パターン要素の他の2つの端子とからなる3端子構造で形成した。また、永久磁石104を、磁極面を磁気抵抗素子100の配置面と平行となるように配置し、磁気抵抗パターン要素101,102の何れにも、絶対値5mT以上の磁束密度を付与可能に設けられている。略直交して配置される磁気抵抗パターン要素101,102が挟む角度の2等分線が、歯車の歯先の歯幅方向エッジラインに略平行となる位置関係で配置することにより、歯車の回転量を検知できる。
【選択図】 図1
Description
しかし、近年、性能を維持しつつ低価格が益々要求されるようになり、半導体MRセンサがほぼ独占してきた分野においても、より低価格な強磁性MRセンサの利用が検討されるべきである。
従来、強磁性MR素子を利用したものとして、予め45度の角度方向からバイアス磁石により磁界を与えておき、主磁石が作用する磁界との合成磁界により、傾斜角度センサや、地磁気センサ、磁気式エンコーダ等の提案がされている(特許文献1:地磁気センサ装置、特許文献2:磁気式エンコーダ)。
本発明は上記に鑑みなされたものであり、DC用の歯車センサとして、強磁性MR素子を用いた安価な歯車センサを提供することを課題とする。
前記磁気抵抗素子が、互いに略直交するように配置される2つの磁気抵抗パターン要素を備えると共に、各磁気抵抗パターン要素の一方の端子同士が接続され、該一方の端子同士の交点と各磁気抵抗パターン要素の他の2つの端子とからなる3端子構造で形成されており、
前記永久磁石が、磁極面を前記磁気抵抗素子の配置面と平行となるように配置され、前記磁気抵抗パターン要素の何れにも、前記磁気抵抗素子の配置面方向に絶対値5mT以上の磁束密度を付与可能に設けられており、
かつ、略直交して配置される前記磁気抵抗パターン要素が挟む角度の2等分線が、歯車の歯先の歯幅方向エッジラインに略平行となる位置関係で配置されることを特徴とする歯車センサを提供する。
しかし、歯車近傍に請求項1の構成を有する歯車センサを取り付けた場合は、歯車の山(歯の部分)が3端子構造の磁気抵抗素子(以下、「3端子MR素子」という)に接近すると、前記MRパターン要素に作用する磁界の方向が、歯車の山の方向に多く向くことになる。
磁極面を3端子MR素子配置面と平行な方向に向けた永久磁石によって、3端子MR素子を構成する2つのMRパターン要素の何れにも前記3端子MR素子の配置面方向に絶対値5mT以上の磁束密度を与えることは、強磁性MR素子の基本的な磁束密度に対する出力電圧特性から判断して、安定な出力の得られる条件である。
しかし、歯車の山が例えば前記2等分線の左側のMRパターン要素直前に接近した場合、前記2等分線左側のMRパターン要素に、より多く磁束が集中する為、前記3端子MR素子は磁気的バランスがくずれ出力を生ずることになる。更に歯車の回転により、歯車の山が前記2等分線上に位置すると、前記3端子MR素子は磁気的にバランスした状態となり出力はゼロとなる。更に歯車が回転し、歯車の山が前記2等分線右側のMRパターン要素を通過した直後の状態では、前記2等分線右側のMRパターン要素に磁束が集中し、前記3端子MR素子は再び磁気的なバランスがくずれ出力を生ずることになる。但し、歯車の位置により出力の変化する方向は特定され、例えば前記2等分線の左側のMRパターン要素に歯車の山が接近した時の出力変化を正とすれば、前記2等分線の右側のMRパターン要素に歯車の山が接近した時の出力変化は負となる(なお、この正負は3端子MR素子に接続する印加電圧の極性で決定される。)。
各磁気抵抗素子は、それぞれにおいて略直交して配置される前記磁気抵抗パターン要素が挟む角度の2等分線同士が同一直線上に位置するように設けられ、
各磁気抵抗素子において略直交して配置される前記磁気抵抗パターン要素の長さ方向中心点同士を結んだ線と前記2等分線との交点を基準点としたときに、一方の磁気抵抗素子の基準点と他方の磁気抵抗素子の基準点との間隔の1/2の位置に、前記永久磁石による磁化方向の中心軸を向けると共に、前記永久磁石の磁極面を各磁気抵抗素子の配置面と平行に配置し、前記永久磁石を、各磁気抵抗素子を構成する各磁気抵抗パターン要素の何れにも、各磁気抵抗素子の配置面方向に絶対値5mT以上の磁束密度を付与可能に設けたことを特徴とする請求項1記載の歯車センサを提供する。
図15に示したグラフ1は、強磁性MR素子を3端子接続で使用した場合の磁束密度に対する出力電圧特性である。データを取る為に用いた強磁性MR素子が4端子MR素子であった為、グラフ1中のMR素子パターン図において、出力端子Vo2は接続せず、Vcc,Vo1,Gndの3端子を使用した。
出力電圧Voは、変化をわかりやすくする為、印加電圧Vccの1/2をVo1より差し引き、即ち、Vo=Vo1−1/2×Vccにより読み取った。また、印加磁界は、空芯コイルに電流を流す方式で加えた。
グラフ1より、絶対値5mT程度から印加磁束密度の増加率に出力電圧は対応せず、飽和しつつあり、このことから磁界の方向の変化による出力変化を効率よく読み取ろうとすれば、ほぼ飽和に近い印加磁束密度を与える必要があることが判る。
図16に示したグラフ2は、異方性ストロンチウムフェライト磁石の磁極面近傍における磁極軸と直交する方向の磁束密度を示すものである。
グラフ2より、磁極面に近い(例えば、磁極面から磁極軸方向にZ=1.5mm離れた点)位置の場合は、磁極中心軸からおよそ0.25mm以上離れた点で前記絶対値5mT以上の条件を満たし、磁極面から遠い(例えば、磁極面から磁極軸方向にZ=10.5mm離れた点)位置の場合は、磁極中心軸からおよそ4.5mm以上10.0mm以下の範囲で前記絶対値5mT以上の条件を満たしている。
従って、実用的にはグラフ2において5mT以上の磁束密度が作用する条件で3端子MR素子100と永久磁石104の位置関係を設定する。即ち、上記した間隔Z1は、グラフ2に示したようにZ=1.5mm〜10.5mmの範囲とし、磁極中心軸から0.5mm≦r≦5.0mmの範囲に、各MRパターン要素の中心点と磁極中心軸との最短距離rを定めるのが望ましい。
101,102 MRパターン要素
103 プリント基板
104 永久磁石
110 歯車
120 歯車センサ
700,800 3端子MR素子
701,702,801,802 MRパターン要素
1000 永久磁石
1100 歯車
1200 歯車センサ
1301,1302,1401,1402 3端子MR素子
1304,1305,1306,1307 MRパターン要素
1404,1405,1406,1407 MRパターン要素
Claims (3)
- 強磁性薄膜からなる磁気抵抗パターン要素を備え、プリント基板上に配置される磁気抵抗素子と、前記磁気抵抗素子にバイアス磁界を作用させる永久磁石とを有し、検出対象である歯車の半径方向であって、磁気抵抗素子を備えた面が歯先に対峙するように設けられる歯車センサにおいて、
前記磁気抵抗素子が、互いに略直交するように配置される2つの磁気抵抗パターン要素を備えると共に、各磁気抵抗パターン要素の一方の端子同士が接続され、該一方の端子同士の交点と各磁気抵抗パターン要素の他の2つの端子とからなる3端子構造で形成されており、
前記永久磁石が、磁極面を前記磁気抵抗素子の配置面と平行となるように配置され、前記磁気抵抗パターン要素の何れにも、前記磁気抵抗素子の配置面方向に絶対値5mT以上の磁束密度を付与可能に設けられており、
かつ、略直交して配置される前記磁気抵抗パターン要素が挟む角度の2等分線が、歯車の歯先の歯幅方向エッジラインに略平行となる位置関係で配置されることを特徴とする歯車センサ。 - 前記プリント基板上に、前記磁気抵抗素子が2つ設けられていると共に、
各磁気抵抗素子は、それぞれにおいて略直交して配置される前記磁気抵抗パターン要素が挟む角度の2等分線同士が同一直線上に位置するように設けられ、
各磁気抵抗素子において略直交して配置される前記磁気抵抗パターン要素の長さ方向中心点同士を結んだ線と前記2等分線との交点を基準点としたときに、一方の磁気抵抗素子の基準点と他方の磁気抵抗素子の基準点との間隔の1/2の位置に、前記永久磁石による磁化方向の中心軸を向けると共に、前記永久磁石の磁極面を各磁気抵抗素子の配置面と平行に配置し、前記永久磁石を、各磁気抵抗素子を構成する各磁気抵抗パターン要素の何れにも、各磁気抵抗素子の配置面方向に絶対値5mT以上の磁束密度を付与可能に設けたことを特徴とする請求項1記載の歯車センサ。 - 前記一方の磁気抵抗素子の基準点と他方の磁気抵抗素子の基準点との間隔を1mm以上に設定したことを特徴とする請求項2記載の歯車センサ。
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JP2009180596A (ja) * | 2008-01-30 | 2009-08-13 | Hamamatsu Koden Kk | 磁界プローブ |
JP2009186397A (ja) * | 2008-02-08 | 2009-08-20 | Nsk Ltd | 磁気検出用ic及び転がり軸受ユニットの状態量測定装置 |
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2004
- 2004-06-16 JP JP2004178952A patent/JP4773066B2/ja not_active Expired - Lifetime
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