JP2006029792A - Anisotropic magnetoresistive element and turning angle detector using the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、主に自動車のステアリングなどの回転体の回転角度検出に用いられる異方性磁気抵抗素子及びこれを用いた回転角度検出装置に関するものである。 The present invention relates to an anisotropic magnetoresistive element mainly used for detecting a rotation angle of a rotating body such as an automobile steering, and a rotation angle detection device using the same.
近年、自動車の高機能化が進む中、各種制御のためステアリングの回転角度を検出する回転角度検出装置において、磁界の回転を検出する異方性磁気抵抗素子(以降、AMR素子と呼ぶ)を用いたものが増えている。 In recent years, as the functionality of automobiles has increased, an anisotropic magnetoresistive element (hereinafter referred to as an AMR element) that detects the rotation of a magnetic field is used in a rotation angle detection device that detects the rotation angle of a steering wheel for various controls. What was there is increasing.
このような、従来のAMR素子及びこれを用いた回転角度検出装置について、図6〜図9を用いて説明する。 Such a conventional AMR element and a rotation angle detection apparatus using the same will be described with reference to FIGS.
図6は従来のAMR素子の構成図であり、同図において、2は4つの磁気抵抗素子1が略矩形状に接続された第一のホイートストンブリッジ、3は同じく4つの磁気抵抗素子1が略矩形状に接続された第二のホイートストンブリッジで、この第二のホイートストンブリッジ3は第一のホイートストンブリッジ2近傍に、45度傾けて配置されている。
FIG. 6 is a configuration diagram of a conventional AMR element. In FIG. 6,
そして、ホイートストンブリッジ2の磁気抵抗素子1同士が結合した結合点2A、2B、2C及び2Dは、ワイヤーボンディング等により、各々アース端子2E、出力端子2F、電源端子2G及び出力端子2Hに接続されている。
The
また、ホイートストンブリッジ3の結合点3A、3B、3C及び3Dからは、各々アース端子3E、出力端子3F、電源端子3G及び出力端子3Hが同じく導出されている。
Further, from the
さらに、4は絶縁樹脂製のモールド部であり、シリコンウエハー上に形成されたホイートストンブリッジ2や3、及び各種端子2E〜2H、3E〜3Hの一部を覆っている。
Furthermore, 4 is a mold part made of an insulating resin and covers the
そして、モールド部4外周の上方左側から順に、アース端子2E、3E、出力端子3F及び2Fが、所定の間隔で並んでモールド部4から延出すると共に、モールド部4外周の下方左側からは順に、出力端子2H、3H、電源端子3G及び2Gが、所定の間隔で並んでモールド部4から延出し配置されて、AMR素子5が構成されている。
Then, in order from the upper left side of the outer periphery of the mold part 4, the
次に、このようなAMR素子5を用いた回転角度検出装置について説明する。
Next, a rotation angle detection apparatus using such an
図7は回転角度検出装置の分解斜視図であり、同図において、6は外周に平歯車部6Aが形成された回転体で、中央部には挿通するステアリング(図示せず)の軸と係合する係合部6Bが設けられている。
FIG. 7 is an exploded perspective view of the rotation angle detecting device. In FIG. 7,
そして、7は検出体で、この外周の平歯車部7Aが回転体6の平歯車部6Aに噛合すると共に、検出体7の中央には、略円柱形状の磁石8が接着等により装着されている。
また、9は検出体7下面にほぼ平行に配置された配線基板で、両面に複数の配線パターン(図示せず)が形成されると共に、検出体7との対向面にはAMR素子5が装着され、この対向した磁石8とAMR素子5によって検出手段10が形成されている。
さらに、配線基板9にはマイコン等の電子部品によって、検出手段10に接続された制御手段11が形成されると共に、AMR素子5の出力端子2F、3F、2H及び3Hが制御手段11に、電源端子2G及び3Gが供給電源に、アース端子2E及び3Eがアース回路に各々接続されて、回転角度検出装置が構成されている。
Further, the control means 11 connected to the detection means 10 is formed on the
そして、このような回転角度検出装置は、制御手段11がコネクタ(図示せず)等を通して自動車本体の電子回路(図示せず)に接続されると共に、回転体6中央部の係合部6Bにはステアリング軸(図示せず)が挿通されて、自動車に装着される。
In such a rotation angle detecting device, the control means 11 is connected to an electronic circuit (not shown) of the automobile body through a connector (not shown) or the like, and is connected to the
以上の構成において、運転時、イグニッションスイッチ(図示せず)がONの状態で、ステアリングを回転すると、これに伴って回転体6が回転し、この外周の平歯車部6Aに平歯車部7Aが噛合した検出対7も回転する。
In the above configuration, during operation, when the steering is rotated with an ignition switch (not shown) turned on, the rotating
そして、この検出体7の回転に伴って、検出体7中央に装着された磁石8の磁界が変化し、この変化する磁界をAMR素子5が検出して、図8の電圧波形図に示すように、電圧が約2.4V〜2.6Vの範囲の、余弦波の出力信号12と正弦波の出力信号13が、制御手段11に入力される。
As the
つまり、回転に伴って変化する磁石8の磁界に応じて、ホイートストンブリッジ2の出力端子2Fと2Hからは余弦波の出力信号12が出力され、これに対し45度傾いたホイートストンブリッジ3の出力端子3Fと3Hからは、位相が45度ずれた正弦波の出力信号13が制御手段11へ出力される。
That is, the
そして、この入力された出力信号12と出力信号13を制御手段11が演算し、回転するステアリングの回転角度を検出するようにして回転角度検出装置が構成されている。
Then, the control means 11 calculates the
なお、このような回転角度検出装置において、AMR素子5のモールド部4から延出した各種端子2E〜2Hや3E〜3Hの隣合う端子間に、金属粉等の導電性の異物等が侵入し、例えば出力端子2Hと3Hが短絡した場合には、図9の電圧波形図に示すように、出力信号12と出力信号13は出力信号14に変化するため、制御手段11がこの出力信号14によって、回路に何らかの異常が生じたと判定する。
In such a rotation angle detection device, conductive foreign matters such as metal powder enter between
また、出力端子3Hと右隣の電源端子3Gが短絡した場合には、出力端子3Hが約5Vの電源電位となるため、図9に示すような、出力信号15が制御手段11に入力され、出力端子3Fと左隣のアース端子3Eが短絡した場合には、出力端子3Fがアース電位と同電位となるため、0Vの出力信号16が制御手段11に入力される。
When the
そして、制御手段11は閾値として0.5V以下または4.5V以上の入力電圧を異常と判定するように構成されているため、こうした閾値を超えた出力信号15や16が入力された場合には、上記と同様に、回路に異常が生じたと判定する。 And since the control means 11 is comprised so that the input voltage of 0.5V or less or 4.5V or more as a threshold value may be determined as abnormal, when the output signals 15 and 16 exceeding such a threshold value are input. In the same manner as described above, it is determined that an abnormality has occurred in the circuit.
さらに、運転時ではなく、イグニッションスイッチがOFFで、検出手段10や制御手段11に電源が供給されていない状態で、上記のような隣合う端子間の短絡が生じた場合、例えば出力端子3Hと電源端子3G、或いは出力端子3Fとアース端子3Eが短絡した場合には、イグニッションスイッチをONにし検出手段10や制御手段11が作動すると、上記のように、電源電位の約5Vの出力信号15やアース電位の0Vの出力信号16が出力されるため、制御手段11がこれらから異常の判定を行う。
Further, when the short-circuit between the adjacent terminals as described above occurs when the ignition switch is OFF and the power is not supplied to the detection means 10 or the control means 11, not during operation, for example, the
しかし、出力端子2Hと3Hが短絡した場合には、イグニッションスイッチをONにした時、最初から上記のように、閾値の0.5Vから4.5Vの範囲内で出力信号12や13に類似した波形の出力信号14が出力されるため、制御手段11がこれを出力信号12と13が変化した波形と判定することができず、誤った回転角度の検出を行ってしまう。
However, when the
従って、このような回転角度検出装置は、イグニッションスイッチがOFFの状態でも、通常、バッテリーから検出手段10や制御手段11に間欠的に電源を供給し、上記のような、出力端子間の短絡に伴うAMR素子5からの出力信号の変化がないかどうかを、常に検出するように構成されているものであった。
Therefore, such a rotation angle detection device normally supplies power intermittently from the battery to the detection means 10 and the control means 11 even when the ignition switch is OFF, and this causes a short circuit between the output terminals as described above. It is configured to always detect whether there is a change in the output signal from the accompanying
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。
しかしながら、上記従来の回転角度検出装置においては、AMR素子5の隣合った出力端子2Fと3F、あるいは出力端子2Hと3Hが短絡したことを検出するため、イグニッションスイッチのOFF時にも、バッテリーから電源を間欠的に検出手段10や制御手段11に供給する必要があり、消費電力が大きくなるという課題があった。
However, in the above conventional rotation angle detection device, since the
本発明は、このような従来の課題を解決するものであり、AMR素子の出力端子と隣合う端子との短絡を、容易かつ確実に検出することが可能で、省電力化が図れるAMR素子、及びこれを用いた回転角度検出装置を提供することを目的とする。 The present invention solves such a conventional problem. An AMR element capable of easily and reliably detecting a short circuit between an output terminal of an AMR element and an adjacent terminal, and saving power, And it aims at providing the rotation angle detection apparatus using the same.
上記目的を達成するために本発明は、以下の構成を有するものである。 In order to achieve the above object, the present invention has the following configuration.
本発明の請求項1に記載の発明は、出力端子の隣に電源端子またはアース端子を配置して異方性磁気抵抗素子を構成したものであり、出力端子と隣合う他の端子が短絡した場合、AMR素子の出力端子からアース電位または電源電位の信号が出力されるため、端子間の短絡を確実に検出することが可能なAMR素子を得ることができるという作用を有する。 According to the first aspect of the present invention, an anisotropic magnetoresistive element is configured by arranging a power supply terminal or a ground terminal next to an output terminal, and another terminal adjacent to the output terminal is short-circuited. In this case, since the ground potential or power supply potential signal is output from the output terminal of the AMR element, an AMR element capable of reliably detecting a short circuit between the terminals can be obtained.
請求項2に記載の発明は、回転体に連動して回転する検出体の中央に磁石を配置すると共に、この磁石に対向して請求項1記載のAMR素子を配置して回転角度検出装置を構成したものであり、端子間の短絡を確実に検出することができるため、イグニッションスイッチOFF時の制御手段や検出手段への電源供給が不要となり、省電力化が図れる回転角度検出装置を実現することができるという作用を有する。 According to a second aspect of the present invention, a magnet is disposed at the center of a detection body that rotates in conjunction with the rotating body, and the AMR element according to the first aspect is disposed opposite to the magnet to provide a rotational angle detection device. Since it is configured and short-circuits between terminals can be reliably detected, it is not necessary to supply power to the control means and detection means when the ignition switch is OFF, and a rotation angle detection device that can save power is realized. It has the effect of being able to.
以上のように本発明によれば、端子間の短絡を確実に検出することができ、省電力化が図れるAMR素子、及びこれを用いた回転角度検出装置を実現することができるという有利な効果が得られる。 As described above, according to the present invention, an advantageous effect that an AMR element capable of reliably detecting a short circuit between terminals and saving power and a rotation angle detection device using the AMR element can be realized. Is obtained.
以下、本発明の実施の形態について、図1〜図5を用いて説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to FIGS.
なお、背景技術の項で説明した構成と同一構成の部分には同一符号を付して、詳細な説明を簡略化する。 In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the part of the structure same as the structure demonstrated in the term of background art, and detailed description is simplified.
(実施の形態)
図1は本発明の一実施の形態によるAMR素子の構成図であり、同図において、21はニッケル−鉄合金製の磁気抵抗素子、22はシリコーンウェハー上に4つの磁気抵抗素子21が略矩形状に接続された第一のホイートストンブリッジ、23は同じく4つの磁気抵抗素子21が略矩形状に接続された第二のホイートストンブリッジで、この第二のホイートストンブリッジ23は第一のホイートストンブリッジ22近傍に、45度傾けて配置されている。
(Embodiment)
FIG. 1 is a configuration diagram of an AMR element according to an embodiment of the present invention. In FIG. 1, 21 is a magnetoresistive element made of nickel-iron alloy, 22 is a
なお、図1では判り易いように、ホイートストンブリッジ22とホイートストンブリッジ23を左右に並べて記載しているが、実際は、例えばホイートストンブリッジ22の上方にホイートストンブリッジ23が、互いに同軸心で45度傾けた状態で配置されている。
In FIG. 1, the
そして、ホイートストンブリッジ22の磁気抵抗素子21同士が結合した結合点22A、22B、22C及び22Dは、ワイヤーボンディング等により、各々銅合金製で略平板状のアース端子22E、出力端子22F、電源端子22G及び出力端子22Hに接続されている。
The coupling points 22A, 22B, 22C, and 22D at which the
また、同じくホイートストンブリッジ23の結合点23A、23B、23C及び23Dからは、各々アース端子23E、出力端子23F、電源端子23G及び出力端子23Hが導出されている。
Similarly, a
さらに、24はエポキシ樹脂等の絶縁樹脂製のモールド部であり、シリコンウエハーとその上に形成されたホイートストンブリッジ22や23、及び各種端子22E〜22H、23E〜23Hの一部を覆っている。
Furthermore, 24 is a mold part made of an insulating resin such as an epoxy resin, and covers a silicon wafer, the Wheatstone bridges 22 and 23 formed thereon, and
そして、モールド部24外周の上方左側から順に、アース端子22E、出力端子23F、アース端子23E、及び出力端子22Fが、所定の間隔で並んでモールド部24から延出すると共に、モールド部24外周の下方左側からは順に、出力端子22H、電源端子23G、出力端子23H及び電源端子22Gが、所定の間隔で並んでモールド部24から延出し配置されて、AMR素子25が構成されている。
Then, in order from the upper left side of the outer periphery of the
次に、このようなAMR素子25を用いた回転角度検出装置について説明する。
Next, a rotation angle detection apparatus using such an
図2は回転角度検出装置の分解斜視図、図3は同断面図であり、同図において、6は外周に平歯車部6Aが形成された回転体で、中央部には挿通するステアリング(図示せず)の軸と係合する係合部6Bが設けられている。
2 is an exploded perspective view of the rotation angle detection device, and FIG. 3 is a sectional view thereof. In FIG. 2,
そして、7は検出体で、この外周の平歯車部7Aが回転体6の平歯車部6Aに噛合すると共に、検出体7の中央には、略円柱形状の磁石8が接着等により装着されている。
また、29は検出体7上面にほぼ平行に配置された配線基板で、両面に複数の配線パターン(図示せず)が形成されると共に、検出体7との対向面にはAMR素子25が装着され、この対向した磁石8とAMR素子25によって検出手段30が形成されている。
さらに、配線基板29にはマイコン等の電子部品によって、検出手段30に接続された制御手段31が形成されると共に、AMR素子25の出力端子22F、23F、22H及び23Hが制御手段31に、電源端子22G及び23Gが供給電源に、アース端子22E及び23Eがアースに各々配線パターンを介して接続されて、回転角度検出装置が構成されている。
Further, the control means 31 connected to the detection means 30 is formed on the
そして、このような回転角度検出装置は、制御手段31がコネクタ(図示せず)等を通して自動車本体の電子回路(図示せず)に接続されると共に、回転体6中央部の係合部6Bにはステアリング軸(図示せず)が挿通されて、自動車に装着される。
In such a rotation angle detecting device, the control means 31 is connected to an electronic circuit (not shown) of the automobile body through a connector (not shown) and the like, and the engaging
以上の構成において、運転時、イグニッションスイッチ(図示せず)がONの状態で、ステアリングを回転すると、これに伴って回転体6が回転し、この外周の平歯車部6Aに平歯車部7Aが噛合した検出体7も回転する。
In the above configuration, during operation, when the steering is rotated with an ignition switch (not shown) turned on, the
そして、この検出体7の回転に伴って、検出体7中央に装着された磁石8の磁界が変化し、この変化する磁界をAMR素子25が検出して、図4の電圧波形図に示すように、電圧が約2.4V〜2.6Vの範囲の、余弦波の出力信号32と正弦波の出力信号33が、制御手段31に入力される。
As the
つまり、回転に伴って変化する磁石8の磁界に応じて、ホイートストンブリッジ22の出力端子22Fと22Hからは余弦波の出力信号32が出力され、これに対し45度傾いたホイートストンブリッジ23の出力端子23Fと23Hからは、位相が45度ずれた正弦波の出力信号33が制御手段31へ出力される。
That is, the
そして、この入力された出力信号32と出力信号33を制御手段31が演算し、回転するステアリングの回転角度を検出するようにして回転角度検出装置が構成されている。
Then, the control means 31 calculates the
なお、このような回転角度検出装置において、AMR素子25のモールド部24から延出した各種端子22E〜22Hや23E〜23Hの隣合う端子間に、金属粉等の導電性の異物等が侵入し、例えば出力端子23Hと隣合う電源端子22Gが短絡した場合には、図5の電圧波形図に示すように、出力端子23Hからの出力信号が正弦波の出力信号33から、電源端子22Gへの供給電源の電位である約5Vの出力信号35に変化する。
In such a rotation angle detection device, conductive foreign matters such as metal powder enter between
そして、制御手段31は閾値として0.5V以下または4.5V以上の入力電力を異常と判定するように構成されているため、こうした閾値を超えた出力信号35が入力された場合には、回路に何らかの異常が生じたと判定する。
And since the control means 31 is comprised so that the input electric power of 0.5V or less or 4.5V or more as a threshold value may be determined as abnormality, when the
また、例えば、出力端子22Fと隣合うアース端子23Eが短絡した場合には、出力端子23Fから制御手段31へ、アース電位である0Vの出力信号36が入力されるため、制御手段31が同様に回路の異常を判定する。
In addition, for example, when the
さらに、運転時ではなく、イグニッションスイッチがOFFで、検出手段30や制御手段31に電源が供給されていない状態で、上記のような隣合う端子間の短絡が生じた場合、例えば出力端子23Hと電源端子22G、或いは出力端子22Fとアース端子23Eが短絡した場合には、イグニッションスイッチをONにし検出手段30や制御手段31が作動すると、上記のように、電源電位の約5Vの出力信号35やアース電位の0Vの出力信号36が出力されるため、制御手段31がこれらから異常の判定を行う。
Further, when the short-circuit between the adjacent terminals as described above occurs when the ignition switch is OFF and the power is not supplied to the detection means 30 or the control means 31, not during operation, for example, the
なお、出力端子23Hと隣合う電源端子23G、或いは出力端子22Hと電源端子23Gが短絡した場合には、同様に電源電位の約5Vの出力信号35が、また、出力端子23Fと隣合うアース端子23E、或いは出力端子23Fとアース端子22Eが短絡した場合には、アース電位の0Vの出力信号36が制御手段31へ入力される。
When the
つまり、出力端子22Fや22H、23F、23Hの隣には電源端子またはアース端子が配置されているため、これら出力端子と隣合う他の端子が短絡した場合には、AMR素子の出力端子から電源電位の出力信号35またはアース電位の出力信号36が出力され、制御手段31が隣合う端子間の短絡を確実に検出することが可能なように構成されている。
That is, since the power supply terminal or the ground terminal is arranged next to the
従って、イグニッションスイッチがOFFの状態で、隣合う端子間の短絡が生じた場合にも、イグニッションスイッチをONにし検出手段30や制御手段31が作動すると、上記のように直ちに出力信号35や出力信号36が出力され、制御手段31が異常の判定を行うため、イグニッションスイッチOFF時に、バッテリーから電源を間欠的に検出手段30や制御手段31に供給する必要がなく、省電力化を図ることが可能となる。
Therefore, even when the ignition switch is OFF and a short circuit occurs between adjacent terminals, if the ignition switch is turned ON and the detection means 30 and the control means 31 are operated, the
このように本実施の形態によれば、出力端子22Fや22H、23F、23Hの隣に電源端子またはアース端子を配置してAMR素子25を形成すると共に、このAMR素子25を用いて回転角度検出装置を構成することによって、隣合う端子間の短絡を確実に検出することが可能で、省電力化が図れるAMR素子、及びこれを用いた回転角度検出装置を得ることができるものである。
As described above, according to the present embodiment, the
本発明による異方性磁気抵抗素子及びこれを用いた回転角度検出装置は、隣合う端子間の短絡を確実に検出することが可能で、省電力化が図れるものが得られ、自動車のステアリングの回転角度検出等に有用である。 An anisotropic magnetoresistive element and a rotation angle detection device using the same according to the present invention can reliably detect a short-circuit between adjacent terminals, and can achieve power savings. This is useful for detecting the rotation angle.
6 回転体
6A、7A 平歯車部
6B 係合部
7 検出体
8 磁石
21 磁気抵抗素子
22 第一のホイートストンブリッジ
23 第二のホイートストンブリッジ
22A、22B、22C、22D、23A、23B、23C、23D 結合点
22E、23E アース端子
22F、23F、22H、23H 出力端子
22G、23G 電源端子
24 モールド部
25 異方性磁気抵抗素子
29 配線基板
30 検出手段
31 制御手段
32、33、35、36 出力信号
6 Rotating
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