JP2007327866A

JP2007327866A - 磁気検出装置

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Publication number: JP2007327866A
Application number: JP2006159666A
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: 2006-06-08
Filing date: 2006-06-08
Publication date: 2007-12-20
Anticipated expiration: 2026-06-08
Also published as: US7468604B2; KR100835438B1; KR20070117430A; JP4129030B2; DE102007001254B4; US20070285086A1; DE102007001254A1

Abstract

【課題】温度オフセットが生じても正確な検出精度を維持することができる磁気検出装置を得ることを目的とする。
【解決手段】磁電変換素子を、磁性移動体の回転方向に、磁石の中心線に対し所定のピッチで対称的に配置された少なくとも６個のセグメントで構成し、このうち前記磁石中心に対し、前記磁性移動体の回転に伴う出力を発生する第１および第２のブリッジ回路を構成すると共に、前記磁性移動体の回転に伴う出力を発生する第３のブリッジ回路を構成した磁気検出装置において、前記第１および第２ブリッジ回路差動出力信号を波形整形する比較回路の比較レベルを、前記第３ブリッジ回路出力信号により調整することを特徴とするものである。
【選択図】図２

Description

この発明は、磁気抵抗セグメントを用いた磁気検出装置、特に被検出対象に結合された磁性移動体の移動による磁界変化を検出できる磁気検出装置に関するものである。

最近、上記磁気抵抗セグメントの各端に電極を形成してブリッジ回路を構成し、このブリッジ回路の対向する２つの電極間に定電圧、定電流の電源を接続し、磁気抵抗セグメントの抵抗値変化を電圧変化に変換して、この磁気抵抗素子に作用している磁界の変化を検出する磁気検出装置が、車載用回転センサ等に利用されるようになっており、種々の提案がなされている。

このような従来の磁気検出装置において、処理回路部の検出部を少なくとも６個の磁電変換素子で構成したものとして、例えば特許文献１に示されるようなものがある。特許文献１に示されるものは、その記載から参照されるように、磁電変換素子を磁性移動体の回転方向に沿って、その回転方向と直交する磁石の中心線に対し所定のピッチで対称的に配置された少なくとも６個のセグメントで構成し、前記磁石の中心線に対しピッチ中心が互いに対称的に配置された少なくとも二対のセグメントを含み前記磁性移動体の回転に伴う出力を発生する第１及び第２のブリッジ回路を形成すると共に、前記磁石の中心線にピッチ中心を有する少なくとも一対のセグメントを含み前記磁性移動体の回転に伴う出力を発生する第３のブリッジ回路を形成したものにおいて、前記第１及び第２のブリッジ回路の差動出力と第３のブリッジ回路の出力との間に１／４周期の位相差をもたせることにより比較回路の比較レベルにバラツキが生じた場合や増幅回路出力にバラツキが生じた場合においても正確な磁性移動体の回転方向の検出ができるようにしたものである。

ところが、上記のような従来の磁気検出装置においては、それぞれのブリッジ回路を構成する各磁気抵抗セグメントの温度特性差に起因して、環境温度の変化によりその中点出力に温度オフセットが生ずることが知られている。図５はその時の状態を示す動作波形図であり、（Ａ）は各磁気抵抗セグメントの抵抗値、（Ｂ）は第１及び第２のブリッジ回路のブリッジ中点出力ＡおよびＢ、（Ｃ）は増幅回路の出力ＯＰ１、ＯＰ２、（Ｄ）は比較回路の出力Ｖout1、Ｖout2、（Ｅ）は出力回路の最終出力１、２を示す。

図から明らかなように、例えば温度特性の変化が大きい環境では、図５（Ｂ）に示すよ
うに、中点出力Ａ及び中点出力Ｂの波形は、高温状態（ＨＯＴ）と平温状態（Ｒ.Ｔ）で異
なるようになり、その影響が比較回路出力Ｖout1にも現れ（図５（Ｄ）参照）、更に最終
出力１にも温度オフセットＴ１が生じることとなる。その結果、磁気検出装置の検出精度
の低下を来たし、正確に回転方向の検知ができなくなるという問題があった。

特開２００５-１５６３６８号公報

従って本発明は、前記第１及び第２のブリッジ回路の差動出力と第３のブリッジ回路の出力との間に１／４周期の位相差をもたせた構成のものにおいて、更に温度オフセットが生じても正確な検出精度を維持すること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。
またこのオフセット問題は磁電変換素子の温度特性の変化のみならず、磁電変換素子の組み付けバラツキ等によっても生じ、これらに対しても安定した動作を実現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、印加磁界強度を検出する複数個のセグメントからなる磁電変換素子で構成される検出部と、前記磁電変換素子に磁界を印加させるために配置された磁石と、磁界を変化させる磁性移動体とを備え、前記磁電変換素子を、磁性移動体の回転方向に、前記磁性移動体の回転方向と直交する前記磁石の中心線に対し所定のピッチで対称的に配置された少なくとも６個のセグメントで構成し、このうち前記磁石中心に対し、ピッチ中心が互いに対称的に配置された少なくとも二対のセグメントを含み、前記磁性移動体の回転に伴う出力を発生する第１および第２のブリッジ回路を構成すると共に、前記磁石の中心線にピッチ中心を有する少なくとも一対のセグメントを含み、前記磁性移動体の回転に伴う出力を発生する第３のブリッジ回路を構成した磁気検出装置において、前記第１および第２ブリッジ回路差動出力信号を波形整形する比較回路の比較レベルを、前記第３ブリッジ回路出力信号により調整することを特徴とするものである。

本発明によれば、磁電変換素子の温度特性あるいは組み付けのバラツキの影響を解消し、高い検出精度を安定して維持できる磁気検出装置を得ることができる。

実施の形態１．
以下、本発明の第１の実施形態について説明する。図１はこの発明の対象とする磁気検出装置の全体構成を説明する図であり、図１（ａ）は磁気回路構成を示す斜面図、図１（ｂ）はその一部拡大上面図、図１（ｃ）は磁気抵抗セグメントの拡大パターン図である。図２は信号処理回路部の詳細を示す回路構成図である。図において、１は磁界を変化させる形状を具備した磁性移動体である。２は信号処理回路部で、ＩＣチップにより構成されている。

３は磁性移動体１と対向して配置され磁性移動体の回転軸方向に着磁されている磁石であり、４は回転軸であり、回転軸４が回転することで磁性移動体１も同期して回転する。また、上記６個の磁気抵抗セグメント２a〜２fは上記ＩＣチップからなる信号処理回路部２に成膜により形成されており、磁性移動体１の所定の回転方向、例えばＲで示す正回転の方向に沿って、この回転方向と直交する磁石３の中心線Ｌに対し対称的に配置されている。

また、これら６個のうち２個の磁気抵抗セグメント２b、２cは磁石３の中心線Ｌ上に櫛歯状に交差して形成される。そしてこのうち磁石３の中心線Ｌに対し、それぞれのピッチ中心が互いに対称的に配置された一対の磁気抵抗セグメント２a、２b、及び２c、２dにより、第１及び第２のブリッジ回路１１、２１が形成されると共に、磁石３の中心線Ｌにピッチ中心を有する残り一対の磁気抵抗セグメント２e、２fにより第３のブリッジ回路３１が形成されている。

次に図２を参照して、信号処理回路２の詳細を説明する。磁気抵抗セグメント２ａ、２ｂで構成された第１のブリッジ回路１１は定電圧Vccが印加され、磁界の変化による磁気抵抗セグメント２ａ、２ｂの抵抗値変化が電圧変化に変換される。磁気抵抗セグメント２ｃ、２ｄで構成された第２のブリッジ回路２１も同様に定電圧が印加され、磁界の変化による磁気抵抗セグメント２ｃ、２ｄの抵抗値変化が電圧変化に変換される。電圧変換された中点出力Ａおよび中点出力Ｂは増幅回路１２にて増幅され比較回路１３に入力される。比較回路１３により所定の電圧Ｖref１と比較された信号の一方は出力回路１４によって最終出力１に変換される。

また、もう一方はＤフリップフロップ回路２６のＤ端子に入力される。磁気抵抗セグメ
ント２ｅ、２ｆで構成された第３のブリッジ回路３１も同様に定電圧が印加され、磁界
の変化による磁気抵抗セグメントの抵抗値変化が電圧変化に変換される。また、磁気抵抗
セグメントあるいは固定抵抗R1、R2で構成された第４のブリッジ回路も同様に低電圧が印
加され、磁界の変化による磁気抵抗セグメントの抵抗値変化が電圧変化に変換される。こ
の信号は増幅回路２２にて増幅され、比較回路２３に入力される。比較回路２３により所
定の電圧Ｖref２と比較された信号の一方は出力回路２４によって最終出力２に変換され
る。また、もう一方はＤフリップフロップ回路２６のＣＬ端子に入力される。Ｄフリップ
フロップ回路２６の出力信号は出力回路３２によって移動方向検知出力に変換される。

電圧変換された中点出力Ａおよび中点出力Ｂは増幅回路１２にて差動増幅され、その出力ＯＰ１は比較回路１３の反転入力端子に入力される。出力ＯＰ１は同時に比較レベル調整回路１５にも入力され、後述の演算処理がなされる。一方、磁気抵抗セグメント２ｅ、２ｆで構成された第３のブリッジ回路３１にも同様に定電圧Ｖccが印加され、磁界の変化による磁気抵抗セグメントの抵抗値変化が電圧変化に変換される。電圧変換された中点出力は増幅回路２２にて増幅され一方は比較回路２３に入力される。もう一方は、別の比較レベル調整回路２５に入力される。

上記比較レベル調整回路１５はＡ／Ｄコンバータ１５１、Ｄ／Ａコンバータ１５２、及び演算処理回路１５３からなり、これに入力された差動増幅出力ＯＰ１はＡ／Ｄコンバータ１５１を介して演算処理回路１５３に入力される。演算処理回路１５３では所定の演算処理が行われ、この結果をＤ／Ａコンバータ１５２を介して比較回路１３の非反転出力端子に比較レベルＶｒｅｆ１として入力される。一方、Ａ／Ｄコンバータ２５１、Ｄ／Ａコンバータ２５２、及び演算処理回路２５３からな比較レベル調整回路２５に入力された差動増幅出力ＯＰ２も同様に演算処理され比較回路２３の非反転出力端子に比較レベルＶｒｅｆ２として入力される。

更に、比較回路１３の出力Ｖｏｕｔ１の一方は、出力回路１４に入力され、最終出力１として出力される。もう一方は、Ｄフリップフロップ回路２６のＤ端子に入力される。そしてもう一方は、比較レベル調整回路２５の演算処理回路２５３に入力される。比較回路２３の出力Ｖｏｕｔ２の一方は、出力回路２４に入力され、最終出力２として出力される。もう一方は、Ｄフリップフロップ回路２６のＣＬ端子に入力される。そしてもう一方は、比較レベル調整回路１５の演算処理回路１５３に入力される。Ｄフリップフロップ回路２６の出力は出力回路３２に入力され、移動方向検知出力として出力される。

図３は上記図２に示す回路の動作波形図であり、図中、（Ａ）は各磁気抵抗セグメントの抵抗値、（Ｂ）は第１及び第２のブリッジ回路１１、２１のブリッジ中点出力ＡおよびＢ、（Ｃ）は増幅回路１２の出力ＯＰ１、（Ｄ）は比較回路１３、２３の出力Ｖout1、Ｖout2、（Ｅ）は増幅回路２２の出力ＯＰ２、（Ｆ）は移動方向検知出力、（Ｇ）は出力回路１４、２４の最終出力１、２を示す。

上記比較レベル調整回路１５は比較回路２３の出力Ｖout2のタイミング、具体的には比較回路２３の出力Ｖout2の立ち上がり及び立ち下がり時点にて増幅回路１２の出力ＯＰ１を読み込み、その読み込み出力の平均値を演算処理回路１５３で演算する。同様に上記比較レベル調整回路２５は比較回路１３の出力Ｖout1のタイミング、具体的には比較回路１３の出力Ｖout1の立ち上がり及び立ち下がり時点にて増幅回路２２の出力ＯＰ２を読み込み、その読み込み出力の平均値を演算処理回路２５３で演算する。

すなわち、図３（Ｃ）において、増幅回路出力ＯＰ１はＶｏｕｔ２（図３（Ｄ）を参照）のタイミングでＣ点、Ｄ点の電圧が読み込まれ、比較レベル調整回路１５が（Ｃ＋Ｄ）／２の演算を行い、これを比較回路１３の比較レベルＶｒｅｆ１として出力する。一方、図３（Ｅ）の増幅回路出力ＯＰ２はＶｏｕｔ１のタイミングでＡ点、Ｂ点の電圧が読み込まれ、比較レベル調整回路２５が（Ａ＋Ｂ）／２の演算を行い、これを比較回路２３の比較レベルＶｒｅｆ２として出力する。

図４に磁電変換素子２ａと２ｂと、２ｃと２ｄの温度特性差から中点出力ＡおよびＢに温度オフセットが生じた場合の動作を示す。図４において図３と対応した符号を付している。すなわち、図４（Ｂ）のように中点出力Ａ及びＢに温度オフセットが生じ、図４（Ｃ）のように増幅回路出力ＯＰ１が変化した場合でも、増幅回路出力ＯＰ１の温度オフセットに応じて比較回路の比較レベルＶｒｅｆ１の電圧が調整されることとなる。

すなわち例えば、室温状態（Ｒ．Ｔ）での増幅回路出力ＯＰ１はＶｏｕｔ２（図４（Ｄ）を参照）のタイミングでＥ点、Ｆ点の電圧が読み込まれ、比較レベル調整回路１５が（Ｅ＋Ｆ）／２の演算を行い、これを比較回路１３の比較レベルＶｒｅｆ１（Ｒ．Ｔ）として出力する。一方、高温状態（ＨＯＴ）での増幅回路出力ＯＰ１はＶｏｕｔ２のタイミングでＧ点、Ｈ点の電圧が読み込まれ、比較レベル調整回路１５が（Ｇ＋Ｈ）／２の演算を行い、これを比較回路１３の比較レベルＶｒｅｆ１（ＨＯＴ）として出力する。

一方、図４（Ｅ）の増幅回路出力ＯＰ２はＶｏｕｔ１のタイミングでＫ点、Ｊ点の電圧が読み込まれ、比較レベル調整回路２５が（Ｋ＋Ｊ）／２の演算を行い、これを比較回路２３の比較レベルＶｒｅｆ２として出力する。
従って、比較回路出力Ｖout1、Ｖout2は図４（Ｄ）のように温度変化の影響を受けず、常に安定な出力電圧が得られ、図４（Ｇ）に示すように、最終出力１、２の温度特性が改善される。

上記の実施形態によれば、第１および第２ブリッジ回路差動出力信号の所定タイミングの前記第３ブリッジ回路出力信号により、前記第１および第２ブリッジ回路差動出力信号を波形整形する比較回路の比較レベルを調整すると共に、第３のブリッジ出力信号の所定タイミングの前記第１および第２ブリッジ回路差動出力信号により、前記第３のブリッジ回路出力信号を波形整形する比較回路の比較レベルを調整するようにしたものについて説明したが、前記第１および第２ブリッジ回路差動出力信号を波形整形する比較回路の比較レベルの調整のみ単独で用いることもできる。

この発明の実施の形態１による磁気検出装置の全体構成を示す図である。この発明の実施の形態１による信号処理回路部の回路構成図である。この発明の実施の形態１において、通常状態における正回転時の各部信号波形を示す図である。この発明の実施の形態１において、温度オフセット発生時における正回転時の各部信号波形を示す図である。従来の磁気検出装置において、温度オフセット発生時における正回転時の各部信号波形図である。

符号の説明

１磁性移動体、２信号処理回路部、
２a、２b、２c、２d、２e、２f 磁気抵抗セグメント、
３磁石、４回転軸、
１１第１のブリッジ回路、２１第２のブリッジ回路、
３１第３のブリッジ回路、１２、２２増幅回路、
１３、２３比較回路、１４、２４出力回路、
１５、２５比較レベル調整回路、２６Ｄフリップフロップ回路、
３２出力回路。

Claims

印加磁界強度を検出する複数個のセグメントからなる磁電変換素子で構成される検出部と、前記磁電変換素子に磁界を印加させるために配置された磁石と、磁界を変化させる磁性移動体とを備え、前記磁電変換素子を、磁性移動体の回転方向に、前記磁性移動体の回転方向と直交する前記磁石の中心線に対し所定のピッチで対称的に配置された少なくとも６個のセグメントで構成し、このうち前記磁石中心に対し、ピッチ中心が互いに対称的に配置された少なくとも二対のセグメントを含み、前記磁性移動体の回転に伴う出力を発生する第１および第２のブリッジ回路を構成すると共に、前記磁石の中心線にピッチ中心を有する少なくとも一対のセグメントを含み、前記磁性移動体の回転に伴う出力を発生する第３のブリッジ回路を構成した磁気検出装置において、前記第１および第２ブリッジ回路差動出力信号を波形整形する比較回路の比較レベルを、前記第３ブリッジ回路出力信号により調整することを特徴とする磁気検出装置。
前記第３ブリッジ回路出力信号を波形整形する比較回路の比較レベルを、前記第１および第２ブリッジ回路差動出力信号により調整することを特徴とする請求項１に記載の磁気検出装置。
印加磁界強度を検出する複数個のセグメントからなる磁電変換素子で構成される検出部と、前記磁電変換素子に磁界を印加させるために配置された磁石と、磁界を変化させる磁性移動体とを備え、前記磁電変換素子を、前記磁性移動体の回転方向に、前記磁性移動体の回転方向と直交する前記磁石の中心線に対し所定のピッチで対称的に配置された複数対のセグメントで構成され、このうち前記磁石中心に対し、ピッチ中心が互いに対称的に配置された少なくとも二対のセグメントを含み、前記磁性移動体の回転に伴う出力を発生する第１および第２のブリッジ回路を構成し、前記磁石の中心線にピッチ中心を有する少なくとも一対のセグメントを含み、前記磁性移動体の回転に伴う出力を発生する第３のブリッジ回路を構成する磁気検出装置において、前記第１および第２ブリッジ回路差動出力信号を波形整形する第１の比較回路と、前記第３ブリッジ回路出力信号を波形整形する第２の比較回路と、前記第１および第２ブリッジ回路差動出力信号の所定タイミングの前記第３ブリッジ回路出力信号により、前記第１の比較回路の比較レベルを調整する第１の比較レベル調整回路と、前記第３ブリッジ回路出力信号の所定タイミングの前記第１および第２ブリッジ回路差動出力信号により、前記第２の比較回路の比較レベルを調整する第２の比較レベル調整回路と、前記第１及び第２の比較回路から出力を導出する出力回路とを有することを特徴とする磁気検出装置。
上記第１の比較レベル調整回路は、前記第３ブリッジ回路出力信号の立ち上がり及び立下りタイミングでの前記第１および第２ブリッジ回路差動出力信号の平均値を演算することにより前記第１の比較回路の比較レベルを調整するようにしたことを特徴とする請求項３に記載の磁気検出装置。
上記第２の比較レベル調整回路は、前記第１ブリッジ回路出力信号の立ち上がり及び立下りタイミングでの前記第３ブリッジ回路出力信号の平均値を演算することにより前記第２の比較回路の比較レベルを調整するようにしたことを特徴とする請求項３に記載の磁気検出装置。