JP2006317203A - Sensor module, and angle detector using the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、例えばスロットルポジションセンサ等に用いられるセンサモジュールに係り、特にアイドリング状態等の基本状態において、磁気抵抗素子を構成するピン層の固定磁化方向を適正化することで回転角度の検出精度を向上させることが可能なセンサモジュール及びそれを用いた角度検出装置に関する。 The present invention relates to a sensor module used for, for example, a throttle position sensor and the like, and in particular in a basic state such as an idling state, the rotational angle detection accuracy is improved by optimizing the fixed magnetization direction of the pinned layer constituting the magnetoresistive element. The present invention relates to a sensor module that can be improved and an angle detection device using the same.
下記特許文献1,2には、いずれもスロットルポジションセンサに関する発明が開示されている。特許文献1では、回転体の回転角度を検出する素子としてホール素子を用いている。一方、特許文献2では、強磁性磁気抵抗素子を用いている。なお特許文献2は、前記強磁性磁気抵抗素子の構造について詳しく説明してしない。 Patent Documents 1 and 2 below disclose inventions related to a throttle position sensor. In Patent Document 1, a Hall element is used as an element for detecting the rotation angle of a rotating body. On the other hand, in Patent Document 2, a ferromagnetic magnetoresistive element is used. Patent Document 2 does not describe the structure of the ferromagnetic magnetoresistive element in detail.
特許文献1,2はいずれも非接触式のスロットルポジションセンサであるため、接触式のスロットルポジションセンサのように摺動する部分がなく耐久性等を向上させることができると期待されている。
ところで非接触式のスロットルポジションセンサを用いた場合、磁気抵抗効果素子等の回転角度検出素子と対向する回転体側には、前記回転角度検出素子に対し回転磁界を付与するための磁石が取り付けられている。 By the way, when a non-contact type throttle position sensor is used, a magnet for applying a rotating magnetic field to the rotation angle detecting element is attached to the rotating body facing the rotation angle detecting element such as a magnetoresistive effect element. Yes.
自動車等の電子式燃料噴射装置の一部として用いられるスロットルポジションセンサは、運転者がアクセルペダルを踏むと、それに連動してスロットルバルブが開き、シリンダーへの流入空気の量が増加する。また前記スロットルバルブと連動したスロットルポジションセンサで前記スロットルバルブの開閉角度を検出し、この開閉角度を示すデータを制御装置に送る。そして、前記制御装置はこのデータを含む多数のデータを分析してフィードバックすることにより、常に適正な空気量がシリンダーに送り込まれるようにスロットルバルブの開閉角度の調節を行っている。 In a throttle position sensor used as a part of an electronic fuel injection device such as an automobile, when a driver steps on an accelerator pedal, the throttle valve opens in conjunction with it, and the amount of air flowing into the cylinder increases. The throttle position sensor linked to the throttle valve detects the opening / closing angle of the throttle valve, and sends data indicating the opening / closing angle to the control device. The control device analyzes and feeds back a large number of data including this data, thereby adjusting the opening / closing angle of the throttle valve so that an appropriate amount of air is always sent to the cylinder.
上記のように運転者がアクセルペダルを踏んでいるときは、自動車を走らせている間であり、前記アクセルペダルを踏んでいる時間は、一日の中でさほど長いわけでない。すなわち、ほとんどは自動車のエンジンを切った状態(完全停止状態)か、エンジンは掛けているが、自動車を停止させている状態(アイドリング状態)の前記アクセルペダルを踏んでいない時間である。そして、前記完全停止状態及びアイドリング状態(以下、この2つの状態を基本状態と呼ぶ)では、前記スロットルバルブは閉じた状態になっているが、かかる基本状態であっても前記回転角度検出素子には前記磁石からの外部磁界が掛かりつづけている。 When the driver is stepping on the accelerator pedal as described above, it is while the vehicle is running, and the time that the driver is stepping on the accelerator pedal is not so long in the day. That is, most of the time is when the engine of the automobile is turned off (completely stopped state) or when the engine is running but the accelerator pedal is not depressed while the automobile is stopped (idling state). In the complete stop state and the idling state (hereinafter, these two states are referred to as a basic state), the throttle valve is in a closed state. The external magnetic field from the magnet continues to be applied.
前記回転角度検出素子として、例えば、反強磁性層、ピン層、非磁性材料層、フリー層の4層構造を基本構造とし、ピン層の固定磁化と、フリー層の変動磁化との関係で電気抵抗が変化するスピンバルブ型薄膜素子を使用した場合、常に、前記ピン層とフリー層に前記基本状態であっても前記外部磁界がかかり続けることになる。このとき、前記ピン層の磁化は前記外部磁界の影響を受けて揺らいだりしてはいけないが、長い時間、同じ方向から外部磁界がかかり続けるため、前記ピン層の磁化が前記外部磁界により揺らぎ、前記ピン層の磁化が前記外部磁界の方向に倣うという現象が生じやすくなっていた。そしてこのような現象は特に高温下で使用されることで顕著に発生した。これは前記反強磁性層とピン層間で生じる交換結合磁界が小さくなることで前記ピン層の固定磁化強度が低下するためである。このようにピン層の磁化方向が揺らぐことで、前記スロットルポジションセンサにおける回転角度の検出精度が低下するといった問題があった。 The rotation angle detecting element has, for example, a four-layer structure of an antiferromagnetic layer, a pinned layer, a nonmagnetic material layer, and a free layer as a basic structure. When a spin valve thin film element with variable resistance is used, the external magnetic field is always applied to the pinned layer and the free layer even in the basic state. At this time, the magnetization of the pinned layer should not fluctuate under the influence of the external magnetic field, but since the external magnetic field continues to be applied from the same direction for a long time, the magnetization of the pinned layer fluctuates by the external magnetic field, The phenomenon that the magnetization of the pinned layer follows the direction of the external magnetic field is likely to occur. Such a phenomenon remarkably occurred particularly when used at a high temperature. This is because the fixed magnetization intensity of the pinned layer is reduced by reducing the exchange coupling magnetic field generated between the antiferromagnetic layer and the pinned layer. As described above, the magnetization direction of the pinned layer fluctuates, so that the detection accuracy of the rotation angle in the throttle position sensor is lowered.
また特許文献1,2では共に、前記回転角度検出素子は複数個、設けられる。前記回転角度検出素子が1個であると、出力電圧が小さすぎたり、あるいは波形歪みにより正確な角度検出を行い難いため、前記回転角度検出素子を複数個設けることで、検出精度を高めることが行われている。しかし、このように複数個、前記回転角度検出素子が設けられている場合、すべてのピン層に対し同じように前記外部磁界の影響を低減させる必要性があった。 In both Patent Documents 1 and 2, a plurality of rotation angle detection elements are provided. If the number of rotation angle detection elements is one, the output voltage is too small or it is difficult to perform accurate angle detection due to waveform distortion. Therefore, the detection accuracy can be improved by providing a plurality of rotation angle detection elements. Has been done. However, when a plurality of the rotation angle detection elements are provided as described above, it is necessary to reduce the influence of the external magnetic field on all the pin layers in the same manner.
そこで本発明は上記従来の課題を解決するものであり、特に、完全停止状態及びアイドリング状態等の基本状態において、磁気抵抗素子を構成するピン層の固定磁化方向を適正化することで、回転角度の検出精度を向上させることが可能な角度検出装置を提供することを目的としている。 Accordingly, the present invention solves the above-described conventional problems, and in particular, in a basic state such as a complete stop state and an idling state, the rotation angle is optimized by optimizing the fixed magnetization direction of the pinned layer constituting the magnetoresistive element. An object of the present invention is to provide an angle detection device capable of improving the detection accuracy of the above.
本発明は、駆動軸と一緒に回転し、磁石が取り付けられた回転体の回転角度を検出するための磁気抵抗素子を少なくとも2つ以上備えたセンサモジュールであって、
前記磁気抵抗素子は、少なくとも磁化方向が一方向に固定されるピン層と、前記ピン層に非磁性材料層を介して対向し前記磁石からの外部磁界を受けて磁化方向が変動するフリー層とを有し、
基本状態では、各ピン層の磁化方向は、前記駆動軸の軸心と交差する前記外部磁界の方向に対し45度傾いていることを特徴とするものである。
The present invention is a sensor module comprising at least two or more magnetoresistive elements for rotating together with a drive shaft and detecting a rotation angle of a rotating body to which a magnet is attached,
The magnetoresistive element includes at least a pinned layer whose magnetization direction is fixed in one direction, a free layer that faces the pinned layer via a nonmagnetic material layer and receives an external magnetic field from the magnet, and changes in magnetization direction Have
In the basic state, the magnetization direction of each pinned layer is characterized by being inclined by 45 degrees with respect to the direction of the external magnetic field intersecting the axis of the drive shaft.
基本状態とは、通常、時間的にもっとも長い姿勢状態をいう。そして本発明では、このような基本状態で、複数の磁気抵抗効果素子の各ピン層の磁化方向と、前記磁石からの外部磁界方向とを45度ずらすことで、すべてのピン層において前記外部磁界の影響を一律に弱くでき、前記ピン層の磁化が前記外部磁界の影響を受けて揺らぐ現象をすべてのピン層において同じように抑制でき、検出精度を従来よりも向上させることが可能になる。 The basic state usually means the posture state that is the longest in time. In the present invention, in such a basic state, the magnetization direction of each pinned layer of the plurality of magnetoresistive elements and the direction of the external magnetic field from the magnet are shifted by 45 degrees, so that the external magnetic field in all the pinned layers is Thus, the phenomenon in which the magnetization of the pinned layer fluctuates due to the influence of the external magnetic field can be similarly suppressed in all the pinned layers, and the detection accuracy can be improved as compared with the conventional case.
また本発明では、SIN信号を生成するための第1の磁気抵抗効果素子と、COS信号を生成するための第2の磁気抵抗効果素子と、を有し、前記第1の磁気抵抗効果素子のピン層の磁化方向は、前記第2の磁気抵抗効果素子のピン層の磁化方向と直交していることが好ましい。これにより、より検出精度を向上させることができる。 The present invention further includes a first magnetoresistive element for generating a SIN signal and a second magnetoresistive element for generating a COS signal, the first magnetoresistive element of the first magnetoresistive element The magnetization direction of the pinned layer is preferably orthogonal to the magnetization direction of the pinned layer of the second magnetoresistive effect element. Thereby, detection accuracy can be improved more.
また、前記センサモジュールには、さらに前記磁石が装備されている構成であってもよい。 The sensor module may be further equipped with the magnet.
また本発明における角度検出装置は、上記したセンサモジュール(磁石の装備なし)と、前記磁石及び回転体とを有し、あるいは上記したセンサモジュール(磁石の装備あり)と前記回転体とを有してなることを特徴とするものである。 The angle detection device according to the present invention includes the above-described sensor module (without magnets) and the magnet and the rotating body, or includes the above-described sensor module (with magnets) and the rotating body. It is characterized by.
また、前記角度検出装置は車載用として用いられ、前記基本状態とは、エンジンを切った状態とアイドリング状態をいう。 The angle detection device is used for in-vehicle use, and the basic state refers to a state where the engine is turned off and an idling state.
また、前記角度検出装置は、例えば、スロットルバルブの開閉角度を検出するためのスロットルポジションセンサであり、あるいは、アクセルペダルのアクセル量を前記回転体の回転角度から検出するためのアクセルポジションセンサである。 The angle detection device is, for example, a throttle position sensor for detecting an opening / closing angle of a throttle valve, or an accelerator position sensor for detecting an accelerator amount of an accelerator pedal from a rotation angle of the rotating body. .
本発明では、基本状態で、複数の磁気抵抗効果素子の各ピン層の磁化方向が、前記磁石からの外部磁界方向に対し45度傾く関係にすることで、すべてのピン層において前記外部磁界の影響を一律に弱くでき、前記ピン層の磁化が前記外部磁界の影響を受けて揺らぐ現象をすべてのピン層において同じように抑制でき、検出精度を従来よりも向上させることが可能になる。 In the present invention, in the basic state, the magnetization direction of each pinned layer of the plurality of magnetoresistive elements is inclined by 45 degrees with respect to the direction of the external magnetic field from the magnet, so that The influence can be uniformly weakened, and the phenomenon that the magnetization of the pinned layer fluctuates due to the influence of the external magnetic field can be similarly suppressed in all the pinned layers, so that the detection accuracy can be improved as compared with the conventional case.
図1は、本実施の形態のスロットルポジションセンサを備えた車載用センサを説明するための概略構成図(部分断面図)、図2は、基本状態における磁石と磁気抵抗効果素子との関係を示す前記スロットルポジションセンサの部分平面図、図3は、図2におけるスロットルポジションセンサの構成を示すブロック構成図、図4aは、図2と異なる形態であり、基本状態における磁石と磁気抵抗効果素子との関係を示す前記スロットルポジションセンサの部分平面図、図4bは、図4aに示すスロットルポジションセンサのブロック構成図、図5は、本実施の形態のアクセルポジションセンサを備えたアクセルモジュールの部分側面図、である。なお図2,図4aの平面図では、スロットルポジションセンサ10を構成する回転板20、取付板18等を図面上除き、磁石24と、磁気抵抗効果素子が取り付けられた基板21との配置関係のみを真上から図示している。
FIG. 1 is a schematic configuration diagram (partial cross-sectional view) for explaining an in-vehicle sensor provided with a throttle position sensor according to the present embodiment, and FIG. 2 shows a relationship between a magnet and a magnetoresistive effect element in a basic state. 3 is a partial plan view of the throttle position sensor, FIG. 3 is a block configuration diagram showing the configuration of the throttle position sensor in FIG. 2, and FIG. 4a is a different form from FIG. FIG. 4B is a block diagram of the throttle position sensor shown in FIG. 4A, and FIG. 5 is a partial side view of the accelerator module provided with the accelerator position sensor of the present embodiment. It is. In the plan views of FIGS. 2 and 4a, the
図中においてZ1―Z2方向とは高さ方向をさす。X1―X2方向は幅方向、Y1―Y2方向は長さ方向を指し、一つの方向は残り2つの方向に対して直交する関係を持っている。 In the figure, the Z1-Z2 direction indicates the height direction. The X1-X2 direction indicates the width direction, the Y1-Y2 direction indicates the length direction, and one direction has a relationship orthogonal to the remaining two directions.
図1に示す車載用センサ1は、スロットルバルブ3を除いて、Z1―Z2方向及びX1―X2方向の2方向からなる面と平行な面方向から切断した断面図で示される。なお前記スロットルバルブ3及びアクセル5は部分側面図で示される。
The in-vehicle sensor 1 shown in FIG. 1 is shown in a cross-sectional view cut from a plane direction parallel to a plane composed of two directions of the Z1-Z2 direction and the X1-X2 direction, except for the
前記車載用センサ1は、スロットルバルブ3、吸気通路2、スロットルポジションセンサ10を有して構成される。前記車載用センサ1は、電子式燃料噴射装置の一部を構成する。
The on-vehicle sensor 1 includes a
図1に示すように、前記車載用センサ1には、図示しない吸気口とエンジンとの間の吸気通路2内に円盤状のスロットルバルブ3が設けられている。前記スロットルバルブ3はエンジンに流入する空気の流量の調整を行うものである。
As shown in FIG. 1, the in-vehicle sensor 1 is provided with a disk-
前記スロットルバルブ3は、駆動軸(スロットルバルブシャフト)4に対し回転自在に支持されている。前記スロットルバルブ3の直径は吸気通路2よりもわずかに小さく形成されている。スロットルバルブ3の面が空気の流入方向(図示矢印方向)に対して平行な姿勢にあるときがスロットルバルブ3としては全開の状態であり、前記空気の流入方向に対して垂直な姿勢にあるときがスロットルバルブ3としては全閉の状態である。
The
前記スロットルバルブシャフトの一方の端部(図示Z1方向の端部)には、図示しないリンク部材が設けられており、前記リンク部材と、アクセル5のレバー部6とが図示しないワイヤにより繋がっている。また前記スロットルバルブシャフトの他方の端部(図示Z2方向の端部)には図示しない付勢部材が取り付けられており、前記スロットルバルブシャフトは、前記スロットルバルブ3を閉じる方向に、前記付勢部材により付勢されている。前記アクセル5のアクセルペダル7を踏むと、これに連動してワイヤーが前記付勢部材の付勢方向に抗して引かれ、前記スロットルバルブシャフトが回転し、スロットルバルブ3を開かせることが可能とされている。
A link member (not shown) is provided at one end (end in the Z1 direction) of the throttle valve shaft, and the link member and the lever portion 6 of the
前記スロットルポジションセンサ10には、例えば円盤状の回転板20が設けられ、前記回転板20の上面の中心には前記スロットルバルブシャフト4を挿入するための貫通孔20aが設けられている。前記回転板20が前記スロットルバルブシャフト4に取り付けられているので、前記スロットルバルブシャフト4が回転することで、前記回転板20も一緒に回転する。また前記スロットルバルブシャフト4にはギア等で構成される駆動部19から駆動力が与えられるようになっている。前記スロットルポジションセンサ10には、前記回転板20と高さ方向(図示Z1―Z2方向)にて相対向する位置に基板(固定部材)21が設けられ、前記基板21の表面21aには、磁気抵抗効果素子G1〜G8が設けられている(センサモジュール)。前記基板21の平面形状は図2aに示すように、例えば四角形状であり、前記基板21の裏面21bには、前記磁気抵抗効果素子からの電圧変化から前記スロットルバルブ3の開閉角度を演算するCPUやメモリ等の半導体装置(図示しない)が実装されている。
The
図1に示すように前記基板21は前記スロットルポジションセンサ10の外枠を構成する下側筐体10b内に設けられる。前記下側筐体10bは凹部形状で形成され前記凹部内の表面に前記基板21が取り付けられる。前記下側筐体10bには、前記下側筐体10b内に装備された前記基板21の上方(図示Z1方向)に、前記回転板20を取り付けるための板状の取付板18が設けられ、前記取付板18に設けられた貫通孔に前記回転板20の取付部20dが取り付けられ、前記回転板20が前記取付板18に回転自在に支持される。前記取付板18に形成された前記貫通孔の中心は、前記スロットルバルブシャフト4の軸心Oと高さ方向(図示Z1―Z2方向)にて一致している。上記のように磁気抵抗効果素子を有する基板21を備えた下側筐体10bは、前記スロットルポジションセンサ10の外枠を構成する上側筐体10aに係合される。
As shown in FIG. 1, the
図1に示すように、前記回転板20と前記基板21は高さ方向(図示Z方向)にて相対向し、前記回転板20と前記基板21との間は所定距離離されている。図1に示すように前記回転板20の外周にはリング形状の磁石24が取り付けられている。前記磁石24は例えば図2に示すように平面(X―Y平面)から見るとリング形状である。前記磁石24は、リング形状であることに限定されない。例えば長方形等、中空形状以外の形状であってもよく、例えば前記回転板20の下面(前記基板21との対向面)に前記磁石24が取り付けられていてもよい。前記磁石24は複数設けられてもよい。
As shown in FIG. 1, the rotating
図2に示すように、前記回転板20と高さ方向(図示Z方向)にて対向する位置にある基板21の表面21aには8つの磁気抵抗効果素子G1〜G8が設けられている。
As shown in FIG. 2, eight magnetoresistive elements G <b> 1 to G <b> 8 are provided on the
前記磁気抵抗効果素子G1〜G8は、スピンバルブ型薄膜素子と呼ばれる構造であり、基本膜構成は、反強磁性層、ピン層、非磁性材料層、及びフリー層が積層された構成である。前記反強磁性層は、IrMn合金あるいはPtMn合金等の反強磁性材料で形成される。前記ピン層は、CoFe合金等の強磁性材料で形成される。前記非磁性材料層はCu等の非磁性材料で形成される。前記フリー層はNiFe合金等の軟磁性材料で形成される。前記反強磁性層とピン層は接して形成され、熱処理により前記反強磁性層とピン層との界面に交換結合磁界(Hex)が生じ、前記ピン層の磁化が所定方向に固定される。 The magnetoresistive elements G1 to G8 have a structure called a spin valve thin film element, and the basic film structure is a structure in which an antiferromagnetic layer, a pin layer, a nonmagnetic material layer, and a free layer are stacked. The antiferromagnetic layer is formed of an antiferromagnetic material such as an IrMn alloy or a PtMn alloy. The pinned layer is formed of a ferromagnetic material such as a CoFe alloy. The nonmagnetic material layer is formed of a nonmagnetic material such as Cu. The free layer is formed of a soft magnetic material such as a NiFe alloy. The antiferromagnetic layer and the pinned layer are formed in contact with each other, and an exchange coupling magnetic field (Hex) is generated at the interface between the antiferromagnetic layer and the pinned layer by heat treatment, and the magnetization of the pinned layer is fixed in a predetermined direction.
図2に示すように、磁気抵抗効果素子G1,G4のピン層は図示X2方向に、磁気抵抗効果素子G2,G3のピン層は図示X1方向に、磁気抵抗効果素子G5,G8のピン層は図示Y1方向に、磁気抵抗効果素子G6,G7のピン層は図示Y2方向に、それぞれ磁化固定されている。前記フリー層の磁化は図示しないバイアス層からのバイアス磁界により一方向に揃えられる。各磁気抵抗効果素子G1〜G8のフリー層の磁化は各磁気抵抗効果素子G1〜G8の各ピン層の磁化方向と直交する方向に揃えられる。前記フリー層の磁化は前記ピン層ほど強く磁化されておらず、したがって外部磁界の影響を受けて容易に磁化変動できるようになっている。また前記スピンバルブ型薄膜素子G1〜G8には主に、ピン層、非磁性材料層、及びフリー層の3層に電流を流すための電極層も形成されている。また前記磁気抵抗効果素子G1〜G8は、前記反強磁性層が形成されていないスピンバルブ型薄膜素子であってもよい。このようなスピンバルブ型薄膜素子は、前記ピン層自体の一軸異方性によってピン層の磁化が固定される。上記のスピンバルブ型薄膜素子の構成は特に一例であって上記以外の構成で形成されたスピンバルブ型薄膜素子であっても当然よい。 As shown in FIG. 2, the pin layers of the magnetoresistive elements G1 and G4 are in the X2 direction, the pin layers of the magnetoresistive elements G2 and G3 are in the X1 direction, and the pin layers of the magnetoresistive elements G5 and G8 are In the Y1 direction shown in the figure, the pinned layers of the magnetoresistive elements G6 and G7 are fixed in magnetization in the Y2 direction shown. The magnetization of the free layer is aligned in one direction by a bias magnetic field from a bias layer (not shown). The magnetizations of the free layers of the magnetoresistive elements G1 to G8 are aligned in the direction orthogonal to the magnetization direction of the pinned layers of the magnetoresistive elements G1 to G8. The magnetization of the free layer is not as strongly magnetized as the pinned layer, so that the magnetization can be easily changed under the influence of an external magnetic field. In addition, the spin valve thin film elements G1 to G8 are mainly formed with an electrode layer for passing a current through three layers of a pinned layer, a nonmagnetic material layer, and a free layer. The magnetoresistive elements G1 to G8 may be spin valve thin film elements in which the antiferromagnetic layer is not formed. In such a spin valve thin film element, the magnetization of the pinned layer is fixed by the uniaxial anisotropy of the pinned layer itself. The above-described configuration of the spin-valve type thin film element is only an example, and a spin-valve type thin-film element formed with a configuration other than the above may naturally be used.
図3に示すように、スロットルポジションセンサ10は、センサ部11と前記センサ部11から出力される出力信号の処理を行う信号処理部12を有している。なお、図3に示す一点鎖線の左側がセンサ部11を示し、右側が信号処理部12を示している。
As shown in FIG. 3, the
各磁気抵抗効果素子G1〜G8は、磁気抵抗効果素子G1〜G4が第1の磁気抵抗効果素子として群A1(以下、第1の磁気抵抗効果素子群A1と称する)を形成し、第1のブリッジ回路WB1を構成している。また、磁気抵抗効果素子G5〜G8が第2の磁気抵抗効果素子として群A2(以下、第2の磁気抵抗効果素子群A2と称する)を形成し、第2のブリッジ回路WB2を構成している。前記第1のブリッジ回路WB1は、前記磁気抵抗効果素子G1と磁気抵抗効果素子G2とを直列に接続した回路と、前記磁気抵抗効果素子G3と磁気抵抗効果素子G4とを直列に接続した回路とが、並列に接続されて形成されている。同様に第2のブリッジ回路WB2は前記磁気抵抗効果素子G5と磁気抵抗効果素子G6とを直列に接続した回路と、前記磁気抵抗効果素子G7と磁気抵抗効果素子G8とを直列に接続した回路とが、並列に接続されて形成されている。 Each of the magnetoresistive effect elements G1 to G8 forms a group A1 (hereinafter, referred to as a first magnetoresistive effect element group A1) as the first magnetoresistive effect element G1 to G4. The bridge circuit WB1 is configured. Further, the magnetoresistive effect elements G5 to G8 form a group A2 (hereinafter referred to as a second magnetoresistive effect element group A2) as the second magnetoresistive effect element, and constitute the second bridge circuit WB2. . The first bridge circuit WB1 includes a circuit in which the magnetoresistive effect element G1 and the magnetoresistive effect element G2 are connected in series, and a circuit in which the magnetoresistive effect element G3 and the magnetoresistive effect element G4 are connected in series. Are connected in parallel. Similarly, the second bridge circuit WB2 includes a circuit in which the magnetoresistive effect element G5 and the magnetoresistive effect element G6 are connected in series, and a circuit in which the magnetoresistive effect element G7 and the magnetoresistive effect element G8 are connected in series. Are connected in parallel.
そして、前記並列に接続された第1のブリッジ回路WB1と第2のブリッジ回路WB2の一方の端部が電源Vccに接続され、他方の端部がグランドGNDに接地されている。 One end of the first bridge circuit WB1 and the second bridge circuit WB2 connected in parallel is connected to the power source Vcc, and the other end is grounded to the ground GND.
運転者が前記アクセルペダル7を踏み、前記スロットルバルブ4が開くと、前記回転体20が回転し、これにより前記磁石24からの回転磁界により各磁気抵抗効果素子G1〜G8を形成するフリー層の磁化の向きが変化させられる。これにより前記各磁気抵抗効果素子G1〜G8の抵抗値が、前記フリー層の磁化の向きと前記ピン層の磁化の向きとのなす角に応じて変化する。よって、前記第1のブリッジ回路WB1を構成する磁気抵抗効果素子G1と磁気抵抗効果素子G2との接続部と、磁気抵抗効果素子G3と磁気抵抗効果素子G4との接続部とから互いの位相が180度異なる正弦波状の2つの信号が出力される。同時に前記第2のブリッジ回路を構成する磁気抵抗効果素子G5と磁気抵抗効果素子G6との接続部と、磁気抵抗効果素子G7と磁気抵抗効果素子G8との接続部とからも互いの位相が180度異なる正弦波状の2つの信号が出力される。
When the driver depresses the
このとき、磁気抵抗効果素子G1〜G4のピン層の磁化方向と、磁気抵抗効果素子G5〜G8のピン層の磁化方向は直交関係にあるため、前記第1のブリッジ回路WB1から出力される2つの信号を+sin信号,−sin信号とすると、前記第2のブリッジ回路WB2から出力される2つの信号は+cos信号,−cos信号となる。 At this time, since the magnetization direction of the pinned layers of the magnetoresistive effect elements G1 to G4 and the magnetization direction of the pinned layers of the magnetoresistive effect elements G5 to G8 are orthogonal to each other, 2 is output from the first bridge circuit WB1. If two signals are a + sin signal and a −sin signal, the two signals output from the second bridge circuit WB2 are a + cos signal and a −cos signal.
この実施の形態に示すように、前記第1のブリッジ回路WB1の磁気抵抗効果素子G3と磁気抵抗効果素子G4の接続部から出力される正弦波状の信号を+sin信号とすると、前記磁気抵抗効果素子G1と磁気抵抗効果素子G2の接続部からは−sin信号が出力される。また前記第2のブリッジ回路WB2の前記磁気抵抗効果素子G5と磁気抵抗効果素子G6の接続部からは+cos信号が出力され、前記磁気抵抗効果素子G7と磁気抵抗効果素子G8の接続部からは−cos信号が出力される。 As shown in this embodiment, when a sinusoidal signal output from a connection portion between the magnetoresistive effect element G3 and the magnetoresistive effect element G4 of the first bridge circuit WB1 is a + sin signal, the magnetoresistive effect element A -sin signal is output from the connection between G1 and the magnetoresistive element G2. In addition, a + cos signal is output from a connection portion between the magnetoresistive effect element G5 and the magnetoresistive effect element G6 of the second bridge circuit WB2, and a connection portion between the magnetoresistive effect element G7 and the magnetoresistive effect element G8 is −. A cos signal is output.
信号処理部12は、主として制御手段15と、第1の信号変換手段12Aおよび第2の信号変換手段12Bと、信号調整手段13と、第1の関数演算手段14とを有している。
The
前記制御手段15はCPUやメモリ手段などの半導体装置を備えており、前記信号調整手段13、第1の関数演算手段14などにおける一連の信号処理を統括する機能を有している。前記第1の信号変換手段12Aは、前記第1のブリッジ回路WB1から出力される前記2種類の+sin信号と−sin信号との差をとってSIN信号を生成するとともに、増幅後の信号をA/D変換してデジタルデータに変換する機能を有している。同様に前記第2の信号変換手段12Bは、前記第1のブリッジ回路WB1から出力される前記2種類の+cos信号と−cos信号との差をとってCOS信号を生成するとともに、増幅後の信号をA/D変換してデジタルデータ信号に変換する機能を有している。
The control means 15 includes a semiconductor device such as a CPU and a memory means, and has a function of supervising a series of signal processing in the signal adjustment means 13, the first function calculation means 14, and the like. The first signal converting means 12A generates a SIN signal by taking the difference between the two types of + sin signal and −sin signal output from the first bridge circuit WB1, and outputs the amplified signal as A It has a function of converting to digital data by / D conversion. Similarly, the second
ここで、例えばA1,A2,B1およびB2を振幅係数、a1,a2,b1およびb2をオフセット係数とし、前記+sin信号を+A1・sinθ+a1、前記−sin信号を−A2・sinθ−a2、前記+cos信号を+B1・cosθ+b1、前記−cos信号を−B2・cosθ−b2で表わすと、前記第1の信号変換手段12Aで生成される前記SIN信号は、(+A1・sinθ+a1)−(−A2・sinθ−a2)=(A1+A2)・sinθ+(a1+a2)となる。同様に前記第2の信号変換手段12Bで生成されるCOS信号は、(+B1・cosθ+b1)−(−B2・cosθ−b2)=(B1+B2)・cosθ+(b1+b2)となる。 Here, for example, A1, A2, B1 and B2 are amplitude coefficients, a1, a2, b1 and b2 are offset coefficients, the + sin signal is + A1 · sin θ + a1, the −sin signal is −A2 · sin θ−a2, and the + cos signal. Is expressed as + B1 · cos θ + b1 and the −cos signal is expressed as −B2 · cos θ−b2, the SIN signal generated by the first signal converting means 12A is (+ A1 · sin θ + a1) − (− A2 · sin θ−a2). ) = (A1 + A2) · sin θ + (a1 + a2). Similarly, the COS signal generated by the second signal converting means 12B is (+ B1 · cos θ + b1) − (− B2 · cos θ−b2) = (B1 + B2) · cos θ + (b1 + b2).
前記信号調整手段13は、前記SIN信号とCOS信号のオフセット調整や利得調整を行い、両信号の振幅方向の基準(0点)と量(振幅量)とを一致させる機能を有している。すなわち、上記の例でいえば、利得調整とはA1+A2=B1+B2とすることにより、前記SIN信号とCOS信号の振幅係数を同じ値にすることを意味し、オフセット調整とはa1+a2=b1+b2=0として原点位置(0点)からの振幅の基準のずれを無くすことを意味している。 The signal adjusting means 13 has a function of performing offset adjustment and gain adjustment of the SIN signal and the COS signal, and matching the reference (0 point) and amount (amplitude amount) of the amplitude direction of both signals. That is, in the above example, the gain adjustment means that the amplitude coefficient of the SIN signal and the COS signal is set to the same value by setting A1 + A2 = B1 + B2, and the offset adjustment means that a1 + a2 = b1 + b2 = 0. This means that the deviation of the amplitude reference from the origin position (0 point) is eliminated.
前記第1の関数演算手段14は、sin,cos,tan,tan−1=arctan,sinh,cosh,exp,logなどの関数値の計算を行うソフトウェア、例えば周知のCORDIC(Coordinate Rotation Digital Computer)アルゴリズムを用いた数値計算ソフトウェアを搭載しており、ここでは前記SIN信号のデジタルデータを前記COS信号のデジタルデータで除して正接値(tan=SIN信号/COS信号)を計算するTAN処理と、前記TAN処理で求めた値から逆正接値(arctan(SIN信号/COS信号))を計算して回転板20の回転角度φを求めるATAN処理とを有している。
The first function calculation means 14 is software for calculating function values such as sin, cos, tan, tan −1 = arctan, sinh, cosh, exp, log, for example, a well-known CORDIC (Coordinate Rotation Digital Computer) algorithm. The TAN process for calculating the tangent value (tan = SIN signal / COS signal) by dividing the digital data of the SIN signal by the digital data of the COS signal, Atan processing for calculating a rotation angle φ of the
図2は前記スロットルポジションセンサ10の基本状態における前記磁石24の着磁方向を示している。図2に示すように前記磁石24の図示斜め左上側がN極、図示斜め右下側がS極となっており、外部磁界Hは、図示X1方向及び図示Y2方向の双方に対して45度傾いた方向に生じている。
FIG. 2 shows the magnetization direction of the
上記したように、磁気抵抗効果素子G1〜G8の各ピン層は、図示X1―X2方向と平行な方向か、あるいは図示Y1―Y2方向と平行な方向に磁化固定されているので、基本状態では、各ピン層の磁化方向と前記外部磁界Hの方向は45度の関係にある。 As described above, each pinned layer of the magnetoresistive effect elements G1 to G8 is fixed in magnetization in the direction parallel to the illustrated X1-X2 direction or in the direction parallel to the illustrated Y1-Y2 direction. The magnetization direction of each pinned layer and the direction of the external magnetic field H have a 45 degree relationship.
まず「基本状態」について説明する。この実施の形態でいう「基本状態」とは、自動車のエンジンを切った状態(完全停止状態)及び、エンジンは掛けているが、自動車を停止させている状態(アイドリング状態)の双方を意味している。この双方の状態は、運転者が前記アクセルペダル7を踏み込んでいないため、前記スロットルバルブ4が閉じた状態となっている。ここで、通常、前記アイドリング状態からアクセルペダル7を踏み込んだとき、それに連動してスムーズに前記スロットルバルブ4を開かせるために、上記した完全停止状態及びアイドリング状態であっても、若干、前記スロットルバルブ4は開いた状態になっているため、厳密に言えば完全に閉じた状態ではないが、この実施の形態では、前記完全停止状態及びアイドリング状態における前記スロットルバルブ4の状態を「閉じた状態」と表現している。また、前記完全停止状態とアイドリング状態におけるスロットルバルブ4の状態が異なる状態にあるとき、例えば前記完全停止状態におけるスロットルバルブ4の開閉角度より、前記アイドリング状態におけるスロットルバルブ4の開閉角度のほうが大きい等の違いがあるときは、前記完全停止状態か前記アイドリング状態のどちらか一方を、前記基本状態と定めるか、あるいは、前記完全停止状態におけるスロットルバルブ4の開閉角度と、前記アイドリング状態におけるスロットルバルブ4の開閉角度の中間の開閉角度を基本状態と定めることもできる。
First, the “basic state” will be described. The “basic state” in this embodiment means both the state where the engine of the automobile is turned off (completely stopped state) and the state where the engine is running but the automobile is stopped (idling state). ing. In both of these states, the
次に、外部磁界Hについて考察する。図2に示すように、磁石24のN極、S極、及び前記スロットルバルブシャフト4の軸心Oは、X2方向とY1方向からそれぞれ45度傾いたライン上にあるため、ちょうど前記軸心Oと交差する外部磁界H(あるいは磁力線と表現してもよい)は、X2方向とY1方向からそれぞれ45度傾いた直線方向に向けて生じている。ところで磁石24から生じるあらゆる外部磁界の方向を考えると、前記外部磁界の方向は場所によって異なる。例えば図2に示す軸心Oと交差しない外部磁界(軸心OからY1―Y2方向に離れた位置等で生じる外部磁界)は、曲線的に生じ、前記X2方向とY1方向からそれぞれ45度傾いた直線方向を向いていない。本実施の形態では、基本状態において、各ピン層の磁化方向と前記外部磁界Hの方向とを45度ずらすというものであるが、上記のように前記外部磁界の方向は場所によって直線的であったり曲線的であったり一律ではないから、前記磁石24及び磁気抵抗効果素子G1〜G8を真上から見たときに、前記スロットルバルブシャフト4の軸心Oと交差する直線状の外部磁界Hを基本状態における基準方向とし、基本状態にて、前記基準方向の外部磁界Hの方向と前記ピン層22の磁化方向とを45度ずらす。あるいは前記磁石24のN極、軸心O、前記磁石24のS極を通る直線方向と前記ピン層22の磁化方向とを45度ずらすと定義しても同じことである。
Next, the external magnetic field H will be considered. As shown in FIG. 2, the N pole and S pole of the
なお、ピン層の磁化が図示X1―X2方向と平行な方向に固定されている磁気抵抗効果素子G1〜G4と、ピン層の磁化が図示Y1―Y2方向と平行な方向に固定されている磁気抵抗効果素子G5〜G8とが、前記軸心Oを対称軸として点対称関係にあることが好ましい。前記磁気抵抗効果素子G1と磁気抵抗効果素子G8は軸心Oを対称軸として点対称の関係にあり、前記磁気抵抗効果素子G1と磁気抵抗効果素子G8は軸心Oを対称軸として点対称の関係にあり、前記磁気抵抗効果素子G2と磁気抵抗効果素子G6は軸心Oを対称軸として点対称の関係にあり、前記磁気抵抗効果素子G3と磁気抵抗効果素子G7は軸心Oを対称軸として点対称の関係にあり、前記磁気抵抗効果素子G4と磁気抵抗効果素子G5は軸心Oを対称軸として点対称の関係にある。これにより前記第1磁気抵抗効果素子群A1及び第2磁気抵抗効果素子群A2に対する外部磁界Hの影響をほぼ同じようにできる。 The magnetoresistive elements G1 to G4 in which the magnetization of the pinned layer is fixed in a direction parallel to the illustrated X1-X2 direction, and the magnetism in which the magnetization of the pinned layer is fixed in a direction parallel to the illustrated Y1-Y2 direction. It is preferable that the resistance effect elements G5 to G8 have a point-symmetrical relationship with the axis O as the axis of symmetry. The magnetoresistive effect element G1 and the magnetoresistive effect element G8 are point-symmetric with respect to the axis O, and the magnetoresistive effect element G1 and the magnetoresistive effect element G8 are point-symmetric with respect to the axis O. The magnetoresistive effect element G2 and the magnetoresistive effect element G6 are point-symmetric with respect to the axis O, and the magnetoresistive effect element G3 and the magnetoresistive effect element G7 have the axis O about the axis of symmetry. The magnetoresistive effect element G4 and the magnetoresistive effect element G5 are in point symmetry with the axis O as the axis of symmetry. Thereby, the influence of the external magnetic field H on the first magnetoresistive element group A1 and the second magnetoresistive element group A2 can be made substantially the same.
以上のように、基本状態にて、各ピン層の磁化方向Aを前記外部磁界Hの方向から45度傾く関係にすることで、各ピン層に対する前記外部磁界Hを影響を同じように、弱めることができ、前記ピン層の固定磁化が前記外部磁界Hによって揺らぐ現象を適切に抑制でき、よって本実施の形態では、前記スロットルポジションセンサ10の検出精度を精度良く保つことができる。
As described above, in the basic state, by setting the magnetization direction A of each pinned layer to be inclined by 45 degrees from the direction of the external magnetic field H, the influence of the external magnetic field H on each pinned layer is similarly weakened. Therefore, the phenomenon that the fixed magnetization of the pinned layer fluctuates due to the external magnetic field H can be appropriately suppressed. Therefore, in the present embodiment, the detection accuracy of the
ところで図2の実施の形態では各ピン層の磁化方向は、外部磁界Hの方向と同じではないから、基本状態において、各ピン層の磁化が前記外部磁界Hの影響を受けて若干揺らぐ可能性はある。しかし、例えば、前記外部磁界Hに対し直交する方向にピン層の磁化を向けた場合は、前記ピン層に対する前記外部磁界Hの影響が最も強く、ピン層の磁化が外部磁界Hの方向にならされて、所定の方向から90度まで傾く危険性があった。また、図2に示す実施の形態では、磁気抵抗効果素子G1〜G8は複数個存在し、しかもすべてのピン層が同じ方向に磁化されていないから、すべてのピン層の磁化方向と同一方向に外部磁界Hが及ぶように磁化制御はできない。一方、例えば前記外部磁界HをX1―X2方向と平行な方向に及ぼすと、磁気抵抗効果素子G1〜G4のピン層は所定の磁化方向を適切に保てるが、磁気抵抗効果素子G5〜G8のピン層の磁化方向は、前記外部磁界Hの方向緒と直交する関係となるため、前記磁気抵抗効果素子G5〜G8のピン層の磁化は、外部磁界Hの方向にならされ、Y1―Y2方向からX1―X2方向へ傾く可能性が強くなる。そして、上記したように、第1磁気抵抗効果素子郡A1を構成する4つの磁気抵抗効果素子G1〜G4により第1のブリッジ回路WB1を形成し、前記第1のブリッジ回路WB1から出力信号(+sin信号、―sin信号)を取り出し、第2磁気抵抗効果素子郡A2を構成する4つの磁気抵抗効果素子G5〜G8により第2のブリッジ回路WB2を形成し、前記第2のブリッジ回路WB2から出力信号(+COS信号、―COS信号)を取り出した場合、+COS信号、―COS信号は、+sin信号、―sin信号に比べて波形歪(誤差信号)が大きく重畳してしまい、これにより正確に前記スロットルバルブ4の開閉角度を検出できない。これに対し、図2の実施の形態のようにすべてのピン層の磁化方向が前記外部磁界Hの方向から45度傾いている場合、ある特定のピン層だけが非常に強く外部磁界Hの影響を受けて前記外部磁界H方向にならされる現象を回避でき、すべてのピン層に対して、同じように外部磁界Hの影響を弱めることができる。このためピン層の磁化が、前記外部磁界Hにより揺らぐ現象を適切に抑制でき、したがって精度良く前記スロットルバルブ4の開閉角度を検出できる。
In the embodiment of FIG. 2, the magnetization direction of each pinned layer is not the same as the direction of the external magnetic field H. Therefore, in the basic state, the magnetization of each pinned layer may be slightly fluctuated due to the influence of the external magnetic field H. There is. However, for example, when the magnetization of the pinned layer is directed in a direction orthogonal to the external magnetic field H, the influence of the external magnetic field H on the pinned layer is the strongest, and the magnetization of the pinned layer is in the direction of the external magnetic field H. Then, there is a risk of tilting up to 90 degrees from a predetermined direction. In the embodiment shown in FIG. 2, since there are a plurality of magnetoresistive elements G1 to G8, and not all the pinned layers are magnetized in the same direction, the magnetization direction of all the pinned layers is in the same direction. The magnetization cannot be controlled so that the external magnetic field H is applied. On the other hand, for example, when the external magnetic field H is applied in a direction parallel to the X1-X2 direction, the pinned layers of the magnetoresistive elements G1 to G4 can maintain the predetermined magnetization direction appropriately, but the pins of the magnetoresistive elements G5 to G8 Since the magnetization direction of the layer is orthogonal to the direction of the external magnetic field H, the magnetization of the pinned layers of the magnetoresistive elements G5 to G8 is aligned with the direction of the external magnetic field H, and from the Y1-Y2 direction. The possibility of tilting in the X1-X2 direction is increased. Then, as described above, the first bridge circuit WB1 is formed by the four magnetoresistive elements G1 to G4 constituting the first magnetoresistive element group A1, and the output signal (+ sin) is generated from the first bridge circuit WB1. Signal, -sin signal), a second bridge circuit WB2 is formed by the four magnetoresistive elements G5 to G8 constituting the second magnetoresistive element group A2, and an output signal is output from the second bridge circuit WB2. When (+ COS signal, -COS signal) is taken out, the + COS signal and -COS signal have a larger waveform distortion (error signal) than that of the + sin signal and -sin signal, which makes the throttle valve accurate. The open / close angle of 4 cannot be detected. On the other hand, when the magnetization directions of all the pinned layers are inclined 45 degrees from the direction of the external magnetic field H as in the embodiment of FIG. 2, only a specific pinned layer is very strong and is affected by the external magnetic field H. Accordingly, the phenomenon that the direction of the external magnetic field H is made can be avoided, and the influence of the external magnetic field H can be similarly reduced for all the pinned layers. For this reason, the phenomenon that the magnetization of the pinned layer fluctuates due to the external magnetic field H can be appropriately suppressed, and therefore the opening / closing angle of the
図4aは図2とは別の実施の形態である。図4aでは、前記基板21上に2つの磁気抵抗効果素子40,41が設けられている。前記磁気抵抗効果素40,41の素子構造は図2の磁気抵抗効果素子G1〜G8と変わるところがないので、そちらを参照されたい。
FIG. 4a is an alternative embodiment to FIG. In FIG. 4 a, two
前記磁気抵抗効果素子40のピン層の磁化方向Dは、図示X2方向に向いており、前記磁気抵抗効果素子41のピン層の磁化方向Eは、図示X1方向に向いており、前記ピン層の磁化方向D,Eは反平行状態となっている。
The magnetization direction D of the pinned layer of the
図4aにおける磁気抵抗効果素子40,41は、図2と同様に、基本状態にて、前記ピン層の磁化方向D,Eが前記磁石24から生じる外部磁界Hの方向に対し45度傾いている。このため、前記磁気抵抗効果素子40,41の各ピン層に対する前記外部磁界Hを影響を同じように弱めることができ、前記ピン層の磁化が磁石24からの外部磁界の影響を受けて揺らぐといった現象を適切に抑制できる。図4bに示すように、前記磁気抵抗効果素子40,41は直列接続されており、例えば電源Vccが前記磁気抵抗効果素子41と、グランドGNDが前記磁気抵抗効果素子40と接続されている。前記磁気抵抗効果素子40と前記磁気抵抗効果素子41との接続部から電圧が出力され、前記電圧値を基に前記半導体装置23で構成される制御部にて、前記スロットルバルブ4の開閉角度が検出される。
In the basic state, the
運転者が前記アクセルペダル7を踏み、前記スロットルバルブ4が開くと、前記回転体20が回転し、これにより前記磁石24からの回転する外部磁界により前記磁気抵抗効果素子40,41のフリー層の磁化方向が変動し、前記磁気抵抗効果素子40,41の前記ピン層の固定磁化方向と前記フリー層の磁化方向との関係に基づき、抵抗値が変化する。これにより前記磁気抵抗効果素子40と前記磁気抵抗効果素子41との接続部から出力される電圧値が変動し、前記制御にて前記電圧変化を基に、前記スロットルバルブ4の開閉角度が検出される。図4bでは、前記磁気抵抗効果素子40,41のピン層の磁化方向D,Eが逆向きなので、磁気抵抗効果素子40の抵抗変化と、磁気抵抗効果素子41の抵抗変化は、逆位相となる(位相が180°異なる)ので、前記磁気抵抗効果素子40の抵抗値が最小となったとき、前記磁気抵抗効果素子41の抵抗値は最大となり、前記磁気抵抗効果素子40の抵抗値が最大となったとき、前記磁気抵抗効果素子41の抵抗値は最小なる関係となっている。このため磁気抵抗効果素子を一つだけ設ける場合に比べて、大きい抵抗変化を得ることができ、前記制御部にて、精度良く、前記スロットルバルブ4の開閉角度を検出することが可能である。
When the driver depresses the
なお図4aに示すように、前記軸心Oから前記磁気抵抗効果素子40までの距離L1、及び前記軸心Oから前記磁気抵抗効果素子41までの距離L2が同じであることが好ましい。また、前記磁気抵抗効果素子40の幅方向(図示X1―X2方向)の中心線と長さ方向(図示Y1―Y2方向)の中心線とが交わる前記磁気抵抗効果素子40の中心Fと、前記磁気抵抗効果素子41の幅方向の中心線と長さ方向の中心線とが交わる前記磁気抵抗効果素子41の中心Gとが基本状態において前記軸心Oを対称軸として点対称であることが好ましい。これにより、前記磁気抵抗効果素子40,41に対する外部磁界の影響を同じにでき、検出精度を向上させることができる。
As shown in FIG. 4a, it is preferable that the distance L1 from the axis O to the
ところで本実施の形態におけるスロットルポジションセンサ10は、図1に示すように、基板21、磁気抵抗効果素子、磁石24、回転板20等これらの部品をすべて備えたものとして構成される。ここで、前記スロットルバルブシャフト4を、前記スロットルポジションセンサ10の一構成部品とするか否かは任意である。また、前記磁気抵抗効果素子を有する基板21、さらには前記基板21を備えた下側筐体10bをセンサモジュールとして製造し販売するとき、前記センサモジュールに磁石24をセットして販売するか否かは任意である。前記センサモジュールに磁石24をセットで販売しない場合、前記センサモジュールを購入したセットメーカーが、実際に前記センサモジュールを前記スロットルポジションセンサ10に用いるとき、後で前記スロットルポジションセンサ10内に磁石24を取り付けることになる。このとき基本状態にて前記磁石24から生じる外部磁界Hと前記磁気抵抗効果素子のピン層の磁化方向とが45度傾く関係になるように前記磁石24の取り付けを行うことが必要である。このときピン層の磁化方向を見ることはできないため、磁石24の取り付け方(どちら側にN極,S極を置くか等)を予め表示等しておき、たとえば前記センサモジュールの目に見える位置に「N極側」、「S極側」と明記しておく等の表示をしておくことがよい。
Incidentally, as shown in FIG. 1, the
また前記スロットルポジションセンサ10の構造が、アクセル5のレバー6の前記アクセルペダル7と逆側の端部に、アクセルポジションセンサ50として用いられてもよい(図5)。前記アクセルポジションセンサ50は、運転者が前記アクセルペダル7を踏んだときのアクセル量を検出するためのものであり、前記アクセルペダルを踏み、前記レバー6が押されると、前記アクセルポジションセンサ50に設けられている回転体が回転する。このとき図1の場合と同じように、前記磁石24からの外部磁界Hが回転磁場となり、磁気抵抗効果素子を構成するフリー層の磁化方向が前記回転磁場により変動する。前記フリー磁性層の磁化方向と前記固定磁性層の固定磁化方向に基づく抵抗変化を電圧変化として捉え、これにより前記回転体がどの程度回転したかを検出し、ひいては、そこから前記アクセルペダル7のアクセル量を検出する。前記アクセルポジションセンサ50における基本状態とは、前記スロットルポジションセンサ10における基本状態と変わらない。すなわち前記アクセルポジションセンサ50における基本状態とは、自動車のエンジンを切った状態(完全停止状態)及び、エンジンは掛けているが、自動車を停止させている状態(アイドリング状態)の双方を意味している。この双方の状態では、運転者が前記アクセルペダル7を踏み込んでいない(ペダル7に足は載せているかもしれない)。そして図2,図4で説明したように図5における実施の形態でも、前記基本状態において、複数個の磁気抵抗効果素子のすべてのピン層の磁化方向を外部磁界Hの方向から45度傾く関係にすることで、各ピン層の磁化が、基本状態にて、前記外部磁界Hの影響を受けて揺らぐ現象を適切に低減でき、検出精度に優れた前記アクセルポジションセンサ50を提供することが可能になる。
The structure of the
本実施の形態におけるスロットルポジションセンサ10と同じ構造を成す角度検出装置は、前記スロットルポジションセンサ10及びアクセルポジションセンサ50以外の形態として使用されてもよい。特に車載用として使用する場合は、前記基本状態とは、前記完全停止状態及びアイドリング状態をさす。また前記角度検出装置が車載用以外の用途として使用される場合、前記基本状態とは、通常、時間的にもっとも長い姿勢状態として定義される。
The angle detection device having the same structure as the
1 車載用センサ
3 スロットルバルブ
4 スロットルバルブシャフト
5 アクセル
7 アクセルペダル
10 スロットルポジションセンサ
20 回転板
21 基板
40、41、G1〜G8 磁気抵抗効果素子
24 磁石
50 アクセルポジションセンサ
O 軸心
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 In-
Claims (7)
前記磁気抵抗素子は、少なくとも磁化方向が一方向に固定されるピン層と、前記ピン層に非磁性材料層を介して対向し前記磁石からの外部磁界を受けて磁化方向が変動するフリー層とを有し、
基本状態では、各ピン層の磁化方向は、前記駆動軸の軸心と交差する前記外部磁界の方向に対し45度傾いていることを特徴とするセンサモジュール。 A sensor module comprising at least two or more magnetoresistive elements for rotating together with a drive shaft and detecting a rotation angle of a rotating body to which a magnet is attached,
The magnetoresistive element includes at least a pinned layer whose magnetization direction is fixed in one direction, a free layer that faces the pinned layer via a nonmagnetic material layer and receives an external magnetic field from the magnet, and changes in magnetization direction Have
In a basic state, the magnetization direction of each pinned layer is inclined 45 degrees with respect to the direction of the external magnetic field intersecting with the axis of the drive shaft.
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