JP2007198843A

JP2007198843A - 磁気検出装置

Info

Publication number: JP2007198843A
Application number: JP2006016485A
Authority: JP
Inventors: Masahiro Yokoya; 昌広横谷; Naoki Hiraoka; 直樹平岡
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2006-01-25
Filing date: 2006-01-25
Publication date: 2007-08-09
Also published as: KR100788581B1; US20070170913A1; KR20070078035A; DE102006026473B4; DE102006026473A1

Abstract

【課題】製造コストを大幅に低減することこができる磁気検出装置を得る。
【解決手段】磁気検出装置は、径方向の深さ寸法が異なる、第１の溝１ａ及び第２の溝１ｂを有する磁性移動体１と、この磁性移動体１から離れて設けられ移動する磁性移動体１に応じて第１の溝１ａ、第２の溝１ｂと対向する磁気抵抗セグメント３ａと、この磁気抵抗セグメント３ａの近傍に設けられ磁気抵抗セグメント３ａに磁界を印加させる磁石５と、対向した第１の溝１ａ及び第２の溝１ｂに応じて磁気抵抗セグメント３ａに印加される磁界が変化し、この磁界の変化に応じて異なる出力信号が出力される処理回路部４とを備えている。
【選択図】図１

Description

この発明は、磁電変換素子に印加される磁界の変化から磁性移動体の移動を検出する磁気検出装置に関するものである。

従来、回転軸を中心に回転し、周縁部に複数の溝が所定間隔で形成された磁性移動体と、この磁性移動体から径方向に離れて設けられた磁気抵抗セグメントと、この磁気抵抗セグメントの近傍に設けられ磁気抵抗セグメントに磁界を印加させる磁石と、前記磁気抵抗セグメントに印加される磁界の変化に応じた出力信号を出力する処理回路部とを備えた磁気検出装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。

このものの場合、回転軸が回転することで、磁性移動体も同期して回転する。そして、磁気抵抗セグメントが磁性移動体の溝間の歯部と対向したときと、溝と対向したときでは、磁石からの磁気抵抗セグメントに印加される磁界が変化する。この磁界の変化に伴い磁気抵抗セグメントの抵抗値が変化し、この抵抗値変化に応じた信号が出力され、回転軸の回転角度が検出される。
特開２００５−１５６３６８号公報

上記構成の磁性移動体の周縁部では、周方向の幅が一定の溝が等分間隔で複数形成されており、例えば車のエンジンのクランク角と、カム角とをそれぞれ検出しようとした場合には、２種類のそれ専用の磁気検出装置を揃えなければならず、製造コストが嵩むという問題点があった。

この発明は、上記のような問題点を解決することを課題とするものであって、製造コストを大幅に低減させることこができる磁気検出装置を得ることを目的とするものである。

この発明に係る磁気検出装置は、少なくとも形状が異なる２種類の異形部を有する磁性移動体と、この磁性移動体から離れて設けられ移動する磁性移動体に応じて異なる異形部と対向する磁電変換素子と、この磁電変換素子の近傍に設けられ磁電変換素子に磁界を印加させる磁石と、対向した異なる前記異形部に応じて前記磁電変換素子に印加される前記磁界が変化し、この磁界の変化に応じて異なる出力信号が出力される処理回路部とを備えている。

この発明の磁気検出装置によれば、１つの磁気検出装置で２以上の信号出力が可能となり、製造コストが大幅に低減される。

実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１の磁気検出装置を示す斜視図、図２は図１の磁気検出装置の部分平面図、図３は図１の磁気検出装置の電気回路図、図４は図１の磁気検出装置の動作波形図である。
この磁気検出装置は、回転軸２を中心に回転する円板形状の磁性移動体１と、この磁性移動体１から径方向に離れて設けられた磁電変換素子である磁気抵抗セグメント３ａと、磁気抵抗セグメント３ａが上面に設けられた処理回路部４と、処理回路部４の下側に配置された磁石５とを備えている。
処理回路部４は、磁気抵抗セグメント３ａとともにブリッジ回路を構成する固定抵抗３ｂ、固定抵抗３ｃ及び固定抵抗３ｄと、磁気抵抗セグメント３ａの抵抗値変化により電圧変化された出力を増幅する差動増幅回路６と、この差動増幅回路６からの出力と第１の比較レベルとを比較し、波形を整形する第１の比較回路７と、この第１の比較回路７からの出力を出力信号Ａとして出力する第１の出力回路９とを内蔵している。
また、処理回路部４は、差動増幅回路６からの出力と第２の比較レベルとを比較し、波形を整形する第２の比較回路８と、この第２の比較回路８からの出力を出力信号Ｂとして出力する第２の出力回路１０も内蔵している。

磁性移動体１の周縁部には、異形部である、第１の溝１ａ及び第２の溝１ｂが形成されている。第１の溝１ａ及び第２の溝１ｂは、等分間隔で形成されている。第２の溝１ｂは、第１の溝１ａよりも径方向の深さ寸法が大きく形成されている。

上記構成の磁気検出装置では、回転軸２が回転することで磁性移動体１も同期して回転し、磁性移動体１が回転することで、磁気抵抗セグメント３ａと対向する磁性移動体１の第１の溝１ａ、第２の溝１ｂは連続的に変化し、磁石５から磁気抵抗セグメント３ａに印加される磁界強度も変化する。
その結果、図４に示すように、磁性移動体１の溝１ａ、第２の溝１ｂに対応して磁気抵抗セグメント３ａの抵抗値も連続的に変化する。
磁気抵抗セグメント３ａの抵抗値の変化により、定電圧が印加されたブリッジ回路において、磁気抵抗セグメント３ａと固定抵抗３ｂとの間の中点と、固定抵抗３ｃと固定抵抗３ｄとの間の中点との間での中点電圧は変化し、この中点電圧は差動増幅回路６で増幅される。

差動増幅回路６からの出力は、第１の比較回路７に入力され、この第１の比較回路７では１つ目の閾値ＶｒｅｆＡと比較し、波形整形されて、第１の溝１ａ、第２の溝１ｂにそれぞれ対応した第１の出力信号Ａが第１の出力回路９から出力される。
また、差動増幅回路６からの出力は、第２の比較回路８にも入力され、この第２の比較回路８でももう１つの閾値ＶｒｅｆＢと比較し、波形成形されて、第２の出力信号Ｂが第２の出力回路１０から出力される。
この実施の形態では、磁気抵抗セグメント３ａと、第１の溝１ａ及び第２の溝１ｂとがそれぞれ対向したときには、第１の出力信号Ａが出力され、磁気抵抗セグメント３ａと、第２の溝１ｂとが対向したときのみ第２の出力信号Ｂが出力される。

このように、この磁気検出装置では、一つの磁気検出装置で、例えばカム角及びクランク角の２種類の角度を検出することができ、それぞれの出力信号Ａ、Ｂにより、エンジンの各気筒のピストンリングの位置を判断し、最適な点火タイミングの制御が可能となる。

実施の形態２．
図５はこの発明の実施の形態２の磁気検出装置を示す斜視図、図６は図５の処理回路部４の背面から磁性移動体１１を視たときの磁気検出装置の側面図である。
この磁性移動体１１は、円板形状であり、異形部である、第１の溝１１ａ及び第２の溝１１ｂが形成されている。第２の溝１１ｂは、第１の溝１１ａよりも周方向の長さ寸法が大きい。
他の構成は、実施の形態１と同一である。

この実施の形態でも、磁性移動体１１の第１の溝１１ａ、第２の溝１１ｂに対応して磁気抵抗セグメント３ａの抵抗値も連続的に変化し、異なる二つの出力信号が第１の出力回路９、第２の出力回路１０から出力される。

実施の形態３．
図７はこの発明の実施の形態３の磁気検出装置を示す斜視図、図８は図７の処理回路部４の背面から磁性移動体４１を視たときの磁気検出装置の側面図である。
この磁性移動体４１は、円板形状であり、異形部である、第１の溝４１ａ及び第２の溝４１ｂが形成されている。
対向した一対の第１の溝４１ａは、対向した一対の第２の溝４１ｂよりも径方向の深さ寸法が大きい。
他の構成は、実施の形態１と同一である。

この実施の形態でも、磁性移動体４１の第１の溝４１ａ、第２の溝４１ｂに対応して磁気抵抗セグメント３ａの抵抗値も連続的に変化し、異なる二つの出力信号が第１の出力回路９、第２の出力回路１０から出力される。

実施の形態４．
図９はこの発明の実施の形態４の磁気検出装置を示す斜視図、図１０は図９の処理回路部４の背面から磁性移動体２１を視たときの磁気検出装置の側面図である。
磁性移動体２１は、円筒形状であり、異形部である、第１の孔２１ａ及び第２の孔２１ｂが周壁に等分間隔をおいて形成されている。
第２の孔２１ｂは、第１の孔２１ａよりも軸線方向の長さ寸法が大きい。
他の構成は、実施の形態１と同一である。

この実施の形態でも、磁性移動体２１の第１の溝２１ａ、第２の溝２１ｂに対応して磁気抵抗セグメント３ａの抵抗値も連続的に変化し、異なる二つの出力信号が第１の出力回路９、第２の出力回路１０から出力される。

実施の形態５．
図１１はこの発明の実施の形態５の磁気検出装置を示す斜視図、図１２は図１１の処理回路部４の背面から磁性移動体３１を視たときの磁気検出装置の側面図である。
この磁性移動体３１は、円筒形状であり、異形部である、第１の溝３１ａ及び第２の溝３１ｂが周壁に等分間隔をおいて形成されている。
第２の溝３１ｂは、磁性移動体３１の端面から軸線方向に切り欠かれて形成されており、この第２の溝３１ｂは、磁性移動体３１の端面から軸線方向に切り欠かれて形成された第１の溝３１ａよりも軸線方向の長さ寸法が大きい。
他の構成は、実施の形態１と同一である。

この実施の形態でも、磁性移動体３１の第１の溝３１ａ、第２の溝３１ｂに対応して磁気抵抗セグメント３ａの抵抗値も連続的に変化し、異なる二つの出力信号が第１の出力回路９、第２の出力回路１０から出力される。

実施の形態６．
この実施の形態は、磁電変換素子として巨大磁気抵抗素子（以下ＧＭＲとする）を用いた例である。
ＧＭＲ素子は、数オングストロームから数十オングストロームの厚さの磁性層と非磁性層とを交互に積層させた積層体、いわゆる人工格子膜であり、（Ｆｅ／Ｃｒ）ｎ、（パーマロイ／Ｃｕ／Ｃｏ／Ｃｕ）ｎ、（Ｃｏ／Ｃｕ）ｎが知られており、これは従来の磁気抵抗素子（以下ＭＲ素子とする）と比較して格段に大きなＭＲ効果（ＭＲ変化率）を有するとともに、隣り合った磁性層の磁化の向きの相対角度にのみ依存するので、外部磁界の向きが電流に対してどのような角度差をもっていても同じ抵抗値変化が得られる面内感磁の素子である（ｎは積層数）。但し、磁気抵抗パターンの幅を狭くすることで異方性を有することができる素子である。
また、印加磁界の変化による抵抗値変化にヒステリシスが存在するとともに、温度特性、特に温度係数が大きいという特徴を備えた素子である（図１３にＧＭＲ素子のＭＲループ特性を示す）。
このように、磁気抵抗素子にＧＭＲ素子を用いることにより、ＳＮ比を向上させることができ、ノイズ耐量を上昇させることができ、検出精度を向上させることができる。

なお、上記各実施の形態では、磁性移動体に、形状が異なる２種類の異形部が設けられた例について説明したが、３種類以上の異形部を有する磁性移動体でもよい。
この場合には、異形部に対応した数の比較回路及び出力回路が処理回路部に内蔵される。
また、上記各実施の形態では、磁性移動体１，１１，２１，３１，４１が回転軸２を中心に回転する例について説明したが、往復直線運動が可能な磁性移動体であってもこの発明を適用することができるのは勿論である。
また、上記各実施の形態では、磁気抵抗セグメント３ａは、処理回路部４の上面に設けた場合について説明したが、磁気抵抗セグメント３ａは、磁石５の近傍に設ける必要があるものの、必ずしも処理回路部４と一体である必要はなく、別体に設けてもよいのは勿論である。

この発明の実施の形態１の磁気検出装置を示す斜視図である。図１の磁気検出装置の部分平面図である。図１の磁気検出装置の電気回路図である。図１の磁気検出装置の動作波形図である。この発明の実施の形態２の磁気検出装置を示す斜視図である。図５の処理回路部の背面から磁性移動体を視たときの磁気検出装置の側面図である。この発明の実施の形態３の磁気検出装置を示す斜視図である。図７の処理回路部の背面から磁性移動体を視たときの磁気検出装置の側面図である。この発明の実施の形態４の磁気検出装置を示す斜視図である。図９の処理回路部の背面から磁性移動体を視たときの磁気検出装置の側面図である。この発明の実施の形態５の磁気検出装置を示す斜視図である。図１１の処理回路部の背面から磁性移動体を視たときの磁気検出装置の側面図である。この発明の実施の形態６の磁気検出装置におけるＧＭＲ素子のＭＲループ特性図である。

符号の説明

１，１１，２１，３１，４１磁性移動体、２回転軸、１ａ，１１ａ，３１ａ，４１ａ第１の溝、１ｂ，１１ｂ，３１ｂ，４１ｂ第１の溝、３ａ磁気抵抗セグメント、４処理回路部、５磁石、２１ａ第１の孔、２１ｂ第２の孔、３１ａ第１の溝、３１ｂ第２の溝、４１ａ第１の溝、４１ｂ第２の溝。

Claims

少なくとも形状が異なる２種類の異形部を有する磁性移動体と、
この磁性移動体から離れて設けられ移動する磁性移動体に応じて異なる異形部と対向する磁電変換素子と、
この磁電変換素子の近傍に設けられ磁電変換素子に磁界を印加させる磁石と、
対向した異なる前記異形部に応じて前記磁電変換素子に印加される前記磁界が変化し、この磁界の変化に応じて異なる出力信号が出力される処理回路部と
を備えたことを特徴とする磁気検出装置。
前記磁性移動体は、円板形状であり、前記異形部は、前記磁性移動体の周縁部に形成された、第１の溝、及び第１の溝よりも径方向の深さ寸法が大きい第２の溝であることを特徴とする請求項１に記載の磁気検出装置。
前記磁性移動体は、円板形状であり、前記異形部は、前記磁性移動体の周縁部に形成された、第１の溝、及び第１の溝よりも周方向の長さ寸法が大きい第２の溝であることを特徴とする請求項１に記載の磁気検出装置。
前記磁性移動体は、円板形状であり、前記異形部は、前記磁性移動体の周縁部に形成され、対向した一対の第１の溝、及び対向した一対の第２の溝であり、前記第１の溝は、前記第２の溝よりも径方向の深さ寸法が大きいことを特徴とする請求項１に記載の磁気検出装置。
前記磁性移動体は、円筒形状であり、前記異形部は、前記磁性移動体の周壁に形成された、第１の孔、及び第１の孔よりも軸線方向の長さ寸法が大きい第２の孔であることを特徴とする請求項１に記載の磁気検出装置。
前記磁性移動体は、円筒形状であり、前記異形部は、前記磁性移動体の端面から軸線方向に切り欠かれた、第１の溝、及び第１の溝よりも前記軸線方向の長さ寸法が大きい第２の溝であることを特徴とする請求項１に記載の磁気検出装置。
それぞれ出力される前記出力信号は、エンジンのクランク角センサ信号と、カム角センサ信号であることを特徴とする請求項１〜６の何れか１項に記載の磁気検出装置。
前記磁電変換素子は、巨大磁気抵抗素子（ＧＭＲ素子）であることを特徴とする請求項１〜７の何れか１項に記載の磁気検出装置。