JP2010002293A - Potentiometer - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ポテンションメータに関し、特に、磁気センサとして、GMR素子を有するGMRセンサを利用したポテンションメータに関する。 The present invention relates to a potentiometer, and more particularly to a potentiometer using a GMR sensor having a GMR element as a magnetic sensor.
従来、回転軸に連結された概してコ字形状のヨークに対して、回転軸の軸方向に位置をずらして2つの磁石を取り付ける一方、ヨークの内部空間の中央にその検出面を縦にして磁気センサを配置し、回転軸の回転に応じて双方の磁石間に発生する磁場を磁気センサで検出する回転角度検出器が提案されている(例えば、特許文献1参照)。この回転角度検出器においては、強磁性体磁気抵抗素子(GMR素子)を用いた磁気センサ(GMRセンサ)を利用している。
ところで、上述したような回転角度検出器の一種であるポテンションメータにおいては、部品の小型化、或いは、部品の自由な設計を確保するため、GMRセンサを回転する検出対象部材の側方側に配置することが要請されている。しかしながら、検出対象部材の側方側にGMRセンサを配置する場合には、その検出面に作用する磁場を発生させることが困難であり、適切に検出対象部材の回転角度を検出することができないという問題がある。 By the way, in the potentiometer which is a kind of the rotation angle detector as described above, in order to ensure the miniaturization of parts or the free design of the parts, the side of the detection target member that rotates the GMR sensor. It is requested to be placed. However, when the GMR sensor is arranged on the side of the detection target member, it is difficult to generate a magnetic field that acts on the detection surface, and the rotation angle of the detection target member cannot be detected appropriately. There's a problem.
本発明はこのような問題点に鑑みて為されたものであり、検出対象部材の側方側にGMRセンサを配置した場合においても、適切にその回転角度を検出することができるポテンションメータを提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such problems, and even when a GMR sensor is disposed on the side of a detection target member, a potentiometer capable of appropriately detecting the rotation angle is provided. The purpose is to provide.
本発明のポテンションメータは、検出対象部材の回転に応じて回転する円環形状を有する第1の磁石と、前記第1の磁石と同心円状に配置され、当該第1の磁石と径方向の寸法の異なる円環形状を有する第2の磁石と、前記第1の磁石と前記第2の磁石との間に発生する磁場が作用する位置に配置されるGMRセンサとを備え、前記第1及び第2の磁石における前記GMRセンサ側の内周又は外周部分を異なる極性に着磁すると共に、前記第1の磁石の径方向に沿った面と前記第2の磁石の径方向に沿った面との間に角度を有するように前記第1及び第2の磁石を配置したことを特徴とする。 The potentiometer of the present invention is arranged concentrically with a first magnet having an annular shape that rotates in response to rotation of a detection target member, and the first magnet. A second magnet having an annular shape with different dimensions, and a GMR sensor disposed at a position where a magnetic field generated between the first magnet and the second magnet acts, While magnetizing the inner periphery or the outer periphery of the second magnet on the GMR sensor side with different polarities, a surface along the radial direction of the first magnet and a surface along the radial direction of the second magnet, The first and second magnets are arranged so as to have an angle between them.
上記ポテンションメータによれば、互いの径方向に沿った面どうしの間に角度を有するように第1及び第2の磁石を配置すると共に、これらの間に発生する磁場が作用する位置にGMRセンサを配置したことから、検出対象部材の回転に応じて第1の磁石と第2の磁石との間に発生する磁場の向きを変化させることができるので、この磁場の向きの変化の検出を通じて、検出対象部材の側方側にGMRセンサを配置した場合においても、適切にその回転角度を検出することが可能となる。 According to the potentiometer, the first and second magnets are arranged so as to have an angle between the surfaces along the radial direction of each other, and the GMR is located at a position where a magnetic field generated therebetween acts. Since the sensor is arranged, the direction of the magnetic field generated between the first magnet and the second magnet can be changed according to the rotation of the detection target member. Even when the GMR sensor is arranged on the side of the detection target member, the rotation angle can be appropriately detected.
上記ポテンションメータにおいて、前記GMRセンサの検出面と直交する面を境界面として異なる領域に互いの径方向に沿った面が延出するように前記第1及び第2の磁石を配置すると共に、前記第2の磁石を前記第1の磁石の回転に応じて回転させることが好ましい。この場合には、互いの径方向に沿った面をGMRセンサの検出面と直交する境界面が分ける異なる領域に延出させたことから、第1の磁石と第2の磁石との間に発生する磁場の向きの変化を大きくすることができるので、これが小さい場合と比べて誤検出の発生率を低減でき、より正確に検出対象部材の回転角度を検出することが可能となる。 In the potentiometer, the first and second magnets are arranged so that the surfaces along the radial direction extend in different regions with a surface orthogonal to the detection surface of the GMR sensor as a boundary surface, The second magnet is preferably rotated according to the rotation of the first magnet. In this case, since the surfaces along the radial direction are extended to different areas separated by the boundary surface orthogonal to the detection surface of the GMR sensor, the surface is generated between the first magnet and the second magnet. Since the change in the direction of the magnetic field to be applied can be increased, the occurrence rate of erroneous detection can be reduced compared to the case where this is small, and the rotation angle of the detection target member can be detected more accurately.
なお、上記ポテンションメータにおいて、前記第1又は第2の磁石の径方向に沿った面の一方を前記GMRセンサの検出面と直交させるようにしても良い。この場合には、第1又は第2の磁石の径方向に沿った面の一方をGMRセンサの検出面と直交させればよいので、第1又は第2の磁石の径方向に沿った面がGMRセンサの検出面に対して角度を有している場合と比べて、GMRセンサの検出面との位置関係を容易に設定することが可能となる。 In the potentiometer, one of the surfaces along the radial direction of the first or second magnet may be orthogonal to the detection surface of the GMR sensor. In this case, since one of the surfaces along the radial direction of the first or second magnet may be orthogonal to the detection surface of the GMR sensor, the surface along the radial direction of the first or second magnet is The positional relationship with the detection surface of the GMR sensor can be easily set as compared with the case where the angle is with respect to the detection surface of the GMR sensor.
本発明によれば、互いの径方向に沿った面どうしの間に角度を有するように第1及び第2の磁石を配置すると共に、これらの間に発生する磁場が作用する位置にGMRセンサを配置したことから、検出対象部材の回転に応じて第1の磁石と第2の磁石との間に発生する磁場の向きを変化させることができるので、この磁場の向きの変化の検出を通じて、検出対象部材の側方側にGMRセンサを配置した場合においても、適切にその回転角度を検出することが可能となる。 According to the present invention, the first and second magnets are disposed so as to have an angle between the surfaces along the radial direction, and the GMR sensor is disposed at a position where a magnetic field generated between these magnets acts. Since it is arranged, the direction of the magnetic field generated between the first magnet and the second magnet can be changed according to the rotation of the detection target member, so that detection is performed through detection of the change in the direction of the magnetic field. Even when the GMR sensor is arranged on the side of the target member, the rotation angle can be appropriately detected.
以下、本発明の一実施の形態について添付図面を参照して詳細に説明する。
図1及び図2は、本発明の一実施の形態に係るポテンションメータ1の要部の構成を説明するための模式図である。図1においては、本実施の形態に係るポテンションメータ1を上面から示し、図2においては、図1に示すポテンションメータ1を左方側から示している。
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
FIG.1 and FIG.2 is a schematic diagram for demonstrating the structure of the principal part of the
図1に示すように、本実施の形態に係るポテンションメータ1は、円環形状を有する第1磁石2と、この第1磁石2と同心円状に配置され、第1磁石2よりも径方向の寸法の大きい第2磁石3とを備えている。第1磁石2及び第2磁石3においては、いずれもその外周部分がN極に着磁されている一方、その内周部分がS極に着磁されている。従って、第1磁石2と第2磁石3との間には、第1磁石2から第2磁石3に向かう磁場が発生している。なお、第1磁石2及び第2磁石3における極性については逆であっても良い。
As shown in FIG. 1, a
また、第1磁石2及び第2磁石3は、図2に示すように、互いの径方向に沿った面(2A、3A)との間に角度が付与された状態で配置されている。具体的には、第1磁石2及び第2磁石3は、後述するGMRセンサ4の検出面と直交し、その中心点を通る面を境界面Vとして異なる領域に互いの径方向に沿った面(2A、3A)が延出するように配置されている。
Moreover, the
本実施の形態においては、図2に示すGMRセンサ4よりも左方側部分で第1磁石2の径方向に沿った面2Aが境界面Vよりも上方側の領域に延出する一方、第2磁石3の径方向に沿った面3Aが境界面Vよりも下方側の領域に延出するように第1磁石2及び第2磁石3が配置されている。このため、第1磁石2から第2磁石3に対する磁場は、図2に示すように、斜め下方側に向かって発生することとなる。
In the present embodiment, the
一方、図2に示すGMRセンサ4よりも右方側部分においては、第1磁石2の径方向に沿った面2Aが境界面Vよりも下方側の領域に延出する一方、第2磁石3の径方向に沿った面3Aが境界面Vよりも上方側の領域に延出するように第1磁石2及び第2磁石3が配置されている。このため、第1磁石2から第2磁石3に対する磁場は、図2に示すように、斜め上方側に向かって発生することとなる。
On the other hand, in the portion on the right side of the
また、本実施の形態に係るポテンションメータ1においては、このように第1磁石2と、第2磁石3との間に発生する磁場が作用する位置にGMR(Giant magnetoresistance)センサ4が配置されている。図1及び図2に示すように、GMRセンサ4は、第1磁石2と第2磁石3との間の位置で上下方向に延在する基板5の表面に固定されている。この場合において、GMRセンサ4は、その検出面が概して第1磁石2から第2磁石3に向けて発生する磁場方向に沿って配置されている。
Further, in the
ここで、本実施の形態に係るポテンションメータ1が有するGMRセンサ4の概略について説明する。GMRセンサ4は、巨大磁気抵抗効果を利用したGMR素子(巨大磁気抵抗効果素子)を備えている。このGMR素子は、基本的な構成として、交換バイアス層(反強磁石層)、固定層(ピン止め磁性層)、非磁性層及び自由層(フリー磁性層)を基板5上に積層して形成される。固定層(ピン止め磁性層)においては、交換バイアス層(反強磁石層)との交換結合により磁化の向きが固定される一方、自由層(フリー磁性層)においては、外部磁場の状態に応じて磁化の向きが変化するものとなっている。
Here, an outline of the
本実施の形態に係るポテンションメータ1においては、第1磁石2から第2磁石3に向けて発生する磁場をこのようなGMR素子に作用させる。そして、この磁場の方向に応じて自由層(フリー磁性層)の磁化の向きを変化させることでGMR素子の電気抵抗値を変化させ、この電気抵抗値の変化に応じた電気信号をGMRセンサ4から出力する。この電気信号は、ポテンションメータ1が搭載される装置の制御部に入力され、制御部において、電気信号に基づいて第1磁石2及び第2磁石3の回転角度が算出される。
In the
なお、GMRセンサ4が備えるGMR素子が巨大磁気抵抗効果(GMR)を発揮するためには、例えば、交換バイアス層がα−Fe2O3層、固定層がNiFe層、非磁性層がCu層、自由層がNiFe層から形成されることが好ましいが、これらのものに限定されるものではなく、磁気抵抗効果を発揮するものであれば、どのように形成されていてもよい。また、GMR素子は、磁気抵抗効果を発揮するものであれば、上述したような積層構造のものに限定されるものではない。
In order for the GMR element included in the
このような構成を有するポテンションメータ1において、第1磁石2は、回転可能に設けられる不図示の検出対象部材に一体的に取り付けられ、この検出対象部材の回転に応じて回転するように構成されている。例えば、第1磁石2は、検出対象部材としての軸部材に挿通され、その外周に固定される。また、第2磁石3は、第1磁石2に不図示の連結部材を介して連結され、この第1磁石2の回転に応じて回転するように構成されている。すなわち、第1磁石2及び第2磁石3は、検出対象部材の回転に伴って回転可能に構成されている。
In the
ここで、本実施の形態に係るポテンションメータ1において、検出対象部材の回転に伴って回転する第1磁石2及び第2磁石3と、これらの間に発生する磁場との関係について説明する。図3は、図1に示す状態から第1磁石2及び第2磁石3が時計回転方向に90度回転した場合の模式図である。図4は、図1に示す状態から第1磁石2及び第2磁石3が時計回転方向に270度回転した場合の模式図である。なお、図3及び図4においては、図1に示すポテンションメータ1を上方側から示している。また、説明の便宜上、図3及び図4においては、図2と同様に境界面Vを示している。
Here, in the
図1に示す状態から第1磁石2及び第2磁石3が時計回転方向に90度回転すると、図3に示すように、GMRセンサ4は、境界面Vよりも下方側に配置された第1磁石2の外周部分と、境界面Vよりも上方側に配置された第2磁石3の外周部分との間に配置されている。この場合、第1磁石2と第2磁石3との間には、斜め上方側に向かって磁場が発生する。GMRセンサ4においては、図3に示すように、この磁場に反応して自由層(フリー磁性層)の磁化の向きが斜め上方側に向いた状態となり、その電気抵抗値が変化する(ここでは、上昇するものとする)。
When the
一方、図1に示す状態から第1磁石2及び第2磁石3が時計回転方向に270度回転すると、図4に示すように、GMRセンサ4は、境界面Vよりも上方側に配置された第1磁石2の外周部分と、境界面Vよりも下方側に配置された第2磁石3の外周部分との間に配置されている。この場合、第1磁石2と第2磁石3との間には、斜め下方側に向かって磁場が発生する。GMRセンサ4においては、図4に示すように、この磁場に反応して自由層(フリー磁性層)の磁化の向きが斜め下方側に向いた状態となり、その電気抵抗値が変化する(ここでは、下降するものとする)。
On the other hand, when the
なお、第1磁石2及び第2磁石3とGMRセンサ4との関係が図1に示す状態にある場合、並びに、図1に示す状態から第1磁石2及び第2磁石3が時計回転方向に180度回転した場合には、GMRセンサ4は、境界面Vと同程度の高さに配置された第1磁石2及び第2磁石3の外周部分間に配置されている。この場合、第1磁石2と第2磁石3との間には、外側に向かって水平に磁場が発生する。GMRセンサ4においては、この磁場に反応して自由層(フリー磁性層)の磁化の向きが水平に外側に向かった状態となる。
In addition, when the relationship between the
この場合において、第1磁石2及び第2磁石3の回転角度(以下、「磁石回転角度」という)と、これらの間で検出される磁場の角度(以下、「磁場角度」という)とは、図5に示すような関係を有することとなる。なお、図5においては、第1磁石2及び第2磁石3とGMRセンサ4との関係が図1に示す状態にある場合を磁石回転角度0°としている。
In this case, the rotation angle of the
図5に示すように、磁場角度は、磁石回転角度が90°である場合に最高値を示す一方、磁石回転角度が270°である場合に最低値を示している。磁石回転角度が180°及び360°である場合に回転角度なしを示している。GMRセンサ4においては、このように変化する磁場の方向に応じてGMR素子の電気抵抗値が変化することから、その出力信号に基づいて制御部で当該磁場角度を検出することができる。そして、図5に示す関係を予め把握しておくことにより、その磁場角度に応じて磁石回転角度を検出できるので、これに応じて検出対象部材の回転角度を検出することが可能となる。
As shown in FIG. 5, the magnetic field angle shows the highest value when the magnet rotation angle is 90 °, and shows the lowest value when the magnet rotation angle is 270 °. No rotation angle is shown when the magnet rotation angles are 180 ° and 360 °. In the
このように本実施の形態に係るポテンションメータ1においては、第1磁石2の径方向に沿った面と、第2磁石3の径方向に沿った面との間に角度を有するように第1磁石2及び第2磁石3を配置すると共に、これらの間に発生する磁場が作用する位置にGMRセンサ4を配置したことから、検出対象部材の回転に応じて第1磁石2と第2磁石3との間に発生する磁場の向きを変化させることができるので、この磁場の向きの変化の検出を通じて、検出対象部材の側方側にGMRセンサ4を配置した場合においても、適切にその回転角度を検出することが可能となる。
As described above, in the
特に、本実施の形態に係るポテンションメータ1においては、GMRセンサ4の検出面と直交する面を境界面Vとして異なる領域に互いの径方向に沿った面が延出するように第1磁石2及び第2磁石3を配置すると共に、第2磁石3を第1磁石2の回転に応じて回転させている。これにより、第1磁石2と第2磁石3との間に発生する磁場の向きの変化を大きくすることができるので、これが小さい場合と比べて誤検出の発生率を低減でき、より正確に検出対象部材の回転角度を検出することが可能となる。
In particular, in the
なお、本発明は上記実施の形態に限定されず、種々変更して実施することが可能である。上記実施の形態において、添付図面に図示されている大きさや形状などについては、これに限定されず、本発明の効果を発揮する範囲内で適宜変更することが可能である。その他、本発明の目的の範囲を逸脱しない限りにおいて適宜変更して実施することが可能である。 In addition, this invention is not limited to the said embodiment, It can change and implement variously. In the above-described embodiment, the size, shape, and the like illustrated in the accompanying drawings are not limited to this, and can be appropriately changed within a range in which the effect of the present invention is exhibited. In addition, various modifications can be made without departing from the scope of the object of the present invention.
例えば、上記実施の形態においては、第1磁石2及び第2磁石3における互いの径方向に沿った面(2A、3A)が上述した境界面Vを境界として異なる領域に延出する場合について説明している。しかしながら、第1磁石2及び第2磁石3の位置関係については、これに限定されるものではなく適宜変更が可能である。例えば、第1磁石2及び第2磁石3の径方向に沿った面の一方を上述した境界面Vと水平にすると共に、他方を境界面Vとの間に角度が付与された状態としても良い。
For example, in the said embodiment, the case where the surface (2A, 3A) along the mutual radial direction in the
このように第1磁石2及び第2磁石3の位置関係を変更した場合においても、磁場角度の変化率が狭まるものの、磁石回転角度を検出でき、検出対象部材の回転角度を検出することが可能となる。なお、この場合には、上記実施の形態のように第1磁石2及び第2磁石3の径方向に沿った面がGMRセンサ4の検出面に対して角度を有している場合と比べて、GMRセンサ4の検出面との位置関係を容易に設定することが可能となる。また、このように第1磁石2及び第2磁石3の径方向に沿った面の一方を上述した境界面Vと水平にした場合には、検出対象部材と連結されていない磁石は必ずしも検出対象部材の回転に応じて回転させる必要はない。
Even when the positional relationship between the
また、上記実施の形態においては、内側に配置された第1磁石2が検出対象部材に一体的に取り付けられる場合について示しているが、検出対象部材に取り付けられる構成については、第2磁石3であっても良い。この場合においても、上記実施の形態と同様に、磁石回転角度の検出を通じて、検出対象部材の回転角度を検出することが可能となる。
Moreover, in the said embodiment, although shown about the case where the
1 ポテンションメータ
2 第1磁石
3 第2磁石
4 GMRセンサ
5 基板
1
Claims (3)
前記第1及び第2の磁石における前記GMRセンサ側の内周又は外周部分を異なる極性に着磁すると共に、前記第1の磁石の径方向に沿った面と前記第2の磁石の径方向に沿った面との間に角度を有するように前記第1及び第2の磁石を配置したことを特徴とするポテンションメータ。 A first magnet having an annular shape that rotates according to the rotation of the detection target member, and an annular shape that is arranged concentrically with the first magnet and has a radial dimension different from that of the first magnet. A second magnet, and a GMR sensor disposed at a position where a magnetic field generated between the first magnet and the second magnet acts,
The inner and outer peripheral portions of the first and second magnets on the GMR sensor side are magnetized to have different polarities, and the surface along the radial direction of the first magnet and the radial direction of the second magnet A potentiometer, characterized in that the first and second magnets are arranged so as to have an angle with a surface along the surface.
Priority Applications (1)
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JP2008161291A JP2010002293A (en) | 2008-06-20 | 2008-06-20 | Potentiometer |
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---|---|
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2015052556A (en) * | 2013-09-09 | 2015-03-19 | 株式会社東海理化電機製作所 | Magnetic position detector |
-
2008
- 2008-06-20 JP JP2008161291A patent/JP2010002293A/en not_active Withdrawn
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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JP2015052556A (en) * | 2013-09-09 | 2015-03-19 | 株式会社東海理化電機製作所 | Magnetic position detector |
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