JP2006105757A - Magnetic detection device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は磁界の変化を検出することにより回転数や回転角度あるいはトルクを検出する磁気検出装置に関するものである。 The present invention relates to a magnetic detection device that detects a rotation speed, a rotation angle, or torque by detecting a change in a magnetic field.
図8(a)、(b)は従来の磁気検出装置における概略構成を示す上面図と正面図である。 FIGS. 8A and 8B are a top view and a front view showing a schematic configuration of a conventional magnetic detection device.
図8において、磁気検出素子102とバイアス磁石101は、磁性体からなる被検出回転体108の凹凸部108a、108bに対向して配置されている。磁気検出素子102はバイアス磁石101と被検出回転体108との間に設けられ、バイアス磁石101と空隙を設けずに配置されている。
In FIG. 8, the
被検出回転体108の回転に伴って、被検出回転体108の凸部108aおよび凹部108bは交互にバイアス磁石101に対向する。その結果、磁気検出素子102に印加される磁界は被検出回転体108の回転に伴って増減する。すなわち、磁気検出素子102a、102bに印加される磁界は、凸部108aが接近することにより増加し、凸部108aが離間することにより減少する。
As the detected rotating
この磁気検出素子102a、102bの感磁面における磁束の変化により、磁気検出素子102a、102b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102a、102bから出力されるアナログ信号を信号処理回路で波形整形し、被検出回転体108の凸部108a、凹部108bに対応した矩形波信号を出力するものである。
Due to the change in the magnetic flux on the magnetic sensing surfaces of the magnetic detection elements 102a and 102b, the resistance values of the magnetic detection elements 102a and 102b change according to the magnitude of the applied magnetic field. The analog signals output from the magnetic detection elements 102a and 102b are waveform-shaped by a signal processing circuit, and rectangular wave signals corresponding to the
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、上記従来の構成で用いている磁気検出素子は強磁性磁気抵抗素子(MR素子)、または巨大磁気抵抗素子(GMR素子)であり、被検出回転体と磁気抵抗素子と磁石との位置関係において磁界変化が大きいために、磁界−抵抗特性のカーブの非直線領域を使用せざるを得なかったり、また0点をクロスしたりすることにより、波形の歪が大きくなり擬似正弦波とならず、被検出回転体と磁気抵抗素子の間隙(ギャップ)を変化させたときに波形が相似形に変化しないという課題を有していた。 However, the magnetic sensing element used in the conventional configuration is a ferromagnetic magnetoresistive element (MR element) or a giant magnetoresistive element (GMR element), and the positional relationship among the detected rotating body, the magnetoresistive element, and the magnet. Because the magnetic field change is large in this case, it is necessary to use the non-linear region of the magnetic field-resistance characteristic curve, or by crossing the zero point, the distortion of the waveform becomes large and it does not become a pseudo sine wave. When the gap between the detected rotating body and the magnetoresistive element is changed, there is a problem that the waveform does not change in a similar shape.
本発明は上記従来の課題を解決するもので、被検出回転体の側面に対向して配置されるバイアス磁石をその片側端が前記被検出回転体の半径方向の中心軸よりも片側に位置し、かつ磁気検出部と間隔を設けるように配置することで、磁気検出素子に印加される磁束の方向と大きさを制御することが容易になり、波形の歪をなくして擬似正弦波とするとともにギャップを変化させたときにも波形は相似形に変化することにより、角度検出精度の高い磁気検出装置を提供することを目的とするものである。 The present invention solves the above-described conventional problems, and the bias magnet disposed opposite to the side surface of the detected rotating body has one end positioned on one side of the radial center axis of the detected rotating body. In addition, by arranging the magnetic detection unit so as to be spaced from the magnetic detection unit, it becomes easy to control the direction and the magnitude of the magnetic flux applied to the magnetic detection element, and the pseudo sine wave is obtained by eliminating waveform distortion. The object of the present invention is to provide a magnetic detection device with high angle detection accuracy by changing the waveform to a similar shape even when the gap is changed.
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。 In order to achieve the above object, the magnetic detection device of the present invention has the following configuration.
本発明の請求項1に記載の発明は、側面に凹凸部を有する被検出回転体と、この被検出回転体の側面に対向して設けた磁気検出部と、この磁気検出部に磁界を加えるバイアス磁石とからなり、バイアス磁石をその片側端が前記被検出回転体の半径方向の中心軸よりも片側に位置し、かつ前記磁気検出部と間隔を設けるように配置する構成としたもので、これにより磁気検出素子の軸方向の磁界変化は図5に示す磁界−抵抗特性の片側のみの略直線領域(A領域)で変化するため、波形の歪がなくなるという作用効果が得られる。 According to a first aspect of the present invention, a detected rotating body having a concavo-convex portion on a side surface, a magnetic detection unit provided facing the side surface of the detected rotating body, and a magnetic field is applied to the magnetic detection unit The bias magnet is configured to be arranged so that one end of the bias magnet is located on one side with respect to the central axis in the radial direction of the rotation body to be detected and is spaced from the magnetic detection unit. As a result, the change in the magnetic field in the axial direction of the magnetic detection element changes in a substantially linear region (A region) on only one side of the magnetic field-resistance characteristic shown in FIG.
本発明の請求項2に記載の発明は、磁気検出部を被検出回転体の半径方向の中心軸に対称になるように各々の磁気検出素子を絶縁基板上に設ける構成としたもので、被検出回転体の半径方向の中心軸に対称になるように磁気検出素子を配置することで、それぞれの磁気検出素子から出力される出力波形の中点電位差をそろえることができるという作用効果が得られる。
The invention according to
本発明の請求項3に記載の発明は、磁気検出素子を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、一方の磁気検出素子の磁気抵抗変化ともう一方の磁気検出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。 According to the third aspect of the present invention, two sets of magnetic detection elements are provided to form a full bridge circuit on the upper surface of the insulating substrate. The change in magnetoresistance of one magnetic detection element and the other magnetic detection Since the difference from the change in magnetoresistance of the element can be taken out as a signal output, the output amplitude can be increased compared to a circuit configuration using only one set, and the effect of improving detection accuracy can be obtained. . In addition, since the resistance temperature coefficients of the two sets of magnetic detection elements are substantially equal, the effect of improving the stability of the element output with respect to the temperature can be obtained.
本発明の請求項4に記載の発明は、磁気検出素子を磁気抵抗素子または巨大磁気抵抗素子とする構成であり、感磁面内に印加される磁界のベクトル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。 The invention according to claim 4 of the present invention has a configuration in which the magnetic detection element is a magnetoresistive element or a giant magnetoresistive element, and only the vector component of the magnetic field applied to the magnetosensitive surface is taken out as a change in resistance value. Therefore, the effect of being able to detect with high accuracy is obtained.
本発明の請求項5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。 The invention according to claim 5 of the present invention is such that the insulating substrate has an alumina substrate and a glass glaze layer provided on the upper surface thereof, and is strong in mechanical strength and smoothes the substrate surface by the glass glaze layer. Therefore, a magnetic sensing element having a good film quality is formed, and an effect of obtaining a magnetic sensing element having high magnetic sensitivity and improved reliability can be obtained.
本発明の請求項6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することができるという作用効果が得られる。 According to the sixth aspect of the present invention, a metal plate made of a magnetic material is interposed between the magnetic detection element and the bias magnet, and the magnitude of the magnetic field of the bias magnet applied to the magnetic detection element. The effect that the sheath direction can be controlled is obtained.
以上のように本発明によれば、側面に凹凸部を有する被検出回転体と、この被検出回転体の側面に対向して設けた磁気検出部と、この磁気検出部に磁界を加えるバイアス磁石とからなり、バイアス磁石をその片側端が前記被検出回転体の半径方向の中心軸よりも片側に位置し、かつ前記磁気検出部と間隔を設けるように配置する構成とすることで、波形の歪をなくして擬似正弦波とするとともにギャップを変化させたときにも波形は相似形に変化することにより角度検出精度の高い磁気検出装置を実現できる。 As described above, according to the present invention, the detected rotating body having the concavo-convex portion on the side surface, the magnetic detection unit provided facing the side surface of the detected rotating body, and the bias magnet that applies a magnetic field to the magnetic detection unit The bias magnet is arranged such that one end thereof is located on one side of the center axis in the radial direction of the detected rotating body and is spaced from the magnetic detection unit. When the distortion is eliminated and a pseudo sine wave is used and the gap is changed, the waveform changes to a similar shape, thereby realizing a magnetic detection device with high angle detection accuracy.
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。 Hereinafter, a magnetic detection device according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
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は被検出回転体の形状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は出力アナログ信号のリサージュ図形である。 1A and 1B are a top view and a front view showing the positional relationship between the configuration of the magnetic detection device and the detected rotating body in the embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a configuration diagram illustrating the magnetic detection unit. 3 is a diagram showing the connection of the magnetic detection element, FIG. 4 is a sectional view of the magnetic detection unit, FIG. 5 is a characteristic diagram showing a change in resistance value with respect to the magnetic field of the magnetic detection element, and FIG. FIG. 7 is a Lissajous figure of the output analog signal, showing the output waveform at the midpoint potential of the bridge circuit of the corresponding magnetic detection element.
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は磁気検出部1とバイアス磁石2と金属板5と磁気回路(図示せず)で構成されている。図2に示す磁気抵抗素子や巨大磁気抵抗素子からなる磁気検出素子1a、1b、1c、1dの感磁面は、被検出回転体4と対向する方向に対して垂直に配置されている。また、磁気検出素子1aと磁気検出素子1bで1つのブリッジを形成し、磁気検出素子1cと磁気検出素子1dでもう一つのブリッジを形成している。また、磁気検出素子1aと磁気検出素子1cは90度位相になるように配置されている。バイアス磁石2は希土類磁石またはネオジウムボンド磁石などの強磁界を発生する磁石とし、その磁化方向が被検出回転体4の半径方向になるように磁気検出部1と間隔を設け、かつバイアス磁石2の片側端が被検出回転体の半径方向の中心軸よりも片側になるように配置し、磁気検出部1にバイアス磁界を印加している。
In FIG. 1, the
磁気検出部1について、磁気検出素子1a、1b、1c、1d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上に形成した四つに分割されたライン状のGMR素子1a、1b、1c、1dから構成されている。GMR素子1a、1b、1c、1dは被検出回転体4の回転方向に対して垂直に配置されている。図3は磁気検出部1を構成するGMR素子1a、1b、1c、1dの回路結線図である。GMR素子1a、1b、1c、1dは電源VccとグランドGND間に直列に接続され、フルブリッジ回路11を構成している。このフルブリッジ回路11の中点12a、12bより被検出回転体4の凹凸部4a、4bの回転に伴うアナログ信号を出力する。
The case where a giant magnetoresistive element (hereinafter referred to as a GMR element) is used for the magnetic detection elements 1a, 1b, 1c, and 1d will be described for the
図4は磁気検出部1の断面図を示している。GMR素子1a、1b、1c、1dは絶縁基板20上に形成されており、その基板には通常アルミナ基板21が使用されるが、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により絶縁基板20の表面を平滑化できるため膜質のよいGMR素子1a、1b、1c、1dが形成されやすく、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、1c、1dは図5に示すような磁界−抵抗特性を有している。GMR素子1a、1b、1c、1d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である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。
FIG. 4 shows a cross-sectional view of the
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の幅より大きくすることで、バイアス磁石2の被検出回転体4の中心軸と反対側で発生する磁束42が磁界閉ループ41を構成することで、磁束42のギアへの印加を抑制し磁束43のみを磁気検出部1に印加できる。これにより、金属板5の大きさにより磁気検出部1に加わる磁界43を自由に制御することができる。
The metal plate 5 is provided to control the magnetic field applied to the
次に、磁気検出装置6の動作について説明する。
Next, the operation of the
図1に示すように、被検出回転体4の回転に伴って、被検出回転体4の凸部4aおよび凹部4bが交互に磁気検出部1に対向する。このとき磁気検出部1に印加される磁界は、金属板5の影響により磁束42はバイアス磁石2と磁界閉ループ41をなすため、磁束43のみとなる。この磁束43が被検出回転体4の凸部4aおよび凹部4bによって変化をする。このときの磁束43の磁界変化44はバイアス磁石2の位置の影響により、図5に示すように磁界−抵抗特性のA領域すなわち略直線領域で変化するため、波形の歪がなく振幅変化が大きい出力波形45を得ることができる。このようにして、図3に示すフルブリッジ回路11の中点電位12a、12bから被検出回転体4の回転により図6のようなアナログ信号の出力波形を出力する。
As shown in FIG. 1, the convex portions 4 a and the
このアナログ信号12a、12bのリサージュ図形は図7(a)に示すような図形となり、従来の構成の磁気検出装置のリサージュ図形である図7(b)と比較しても、波形に歪がないのは明らかである。
The Lissajous figures of the
本発明の磁気検出装置は、波形の歪をなくして擬似正弦波を出力することで角度検出精度を高めることができ、回転数および回転角度を検出する磁気検出装置として有用である。 The magnetic detection device of the present invention can increase the angle detection accuracy by eliminating the waveform distortion and outputting a pseudo sine wave, and is useful as a magnetic detection device for detecting the rotation speed and the rotation angle.
1 磁気検出部
1a、1b、1c、1d 磁気検出素子(SMR素子)
2 バイアス磁石
4 被検出回転体
4a 凸部
4b 凹部
5 金属板
6 磁気検出装置
11 フルブリッジ回路
12a、12b 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
41 磁界閉ループ
42、43 磁束
44 磁束43の磁界変化
45 出力波形
DESCRIPTION OF
2 Bias magnet 4 Rotating body to be detected
Claims (6)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2004292223A JP2006105757A (en) | 2004-10-05 | 2004-10-05 | Magnetic detection device |
Applications Claiming Priority (1)
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP2587223A2 (en) | 2011-10-28 | 2013-05-01 | Sanyo Denki Co., Ltd. | Magnetic encoder with improved resolution |
-
2004
- 2004-10-05 JP JP2004292223A patent/JP2006105757A/en active Pending
Cited By (2)
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EP2587223A2 (en) | 2011-10-28 | 2013-05-01 | Sanyo Denki Co., Ltd. | Magnetic encoder with improved resolution |
US8928313B2 (en) | 2011-10-28 | 2015-01-06 | Sanyo Denki Co., Ltd. | Magnetic encoder with improved resolution |
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