JP2012078124A - Electromagnetic device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は電磁デバイスに関する。 The present invention relates to electromagnetic devices.
基板と、基板に対向して配置され基板に対向する面内にS極とN極が存在する磁石とを含む電磁デバイスの一例として、センサデバイスがある。例えば、特許文献1,2に記載されているセンサデバイスは、基板上に、磁気抵抗効果素子を含む回路を検知回路として有するセンサを有している。このセンサデバイスによると、外部磁界に起因する各磁気抵抗効果素子のそれぞれの電気抵抗の変化を求め、それに基づいて、磁石からセンサに加わる磁界の向きが求められる。従って、被測定部材に磁石を取り付け、その磁石に対向する位置に固定された基板に、前記したような回路を含むセンサを設けると、被測定部材の位置や回転角度を測定することが可能である。なお、被測定部材にセンサを取り付け、それに対向する位置に磁石を固定することも考えられる。
There is a sensor device as an example of an electromagnetic device that includes a substrate and a magnet that is disposed to face the substrate and has a south pole and a north pole in a plane that faces the substrate. For example, the sensor devices described in
このようなセンサを含む電磁デバイスにおいては、回路およびそれに接続されている電気配線にノイズとなる電流が発生すると検出精度が大きく低下する。特に、磁石と対向して回路が設けられており、磁石と回路とが互いに相対的に移動または回転する構成であると、誘導起電力の発生が問題になる。例えば、図8には、磁石の回転数を十分に落とし、回路につながる電気配線を磁石から離れたところで短絡した状態で、誘導起電力が発生しない場合の、2つの回路の出力電圧(ほぼ0V)が示されている。これに対し、図9には、磁石が3000rpmで回転したときの2つの回路に接続された電気配線の出力電圧が示されている。これによると、誘導起電力によって電気配線に−0.004V〜0.004V程度の電圧が発生していることがわかる。また、磁石の回転数を変えて、それぞれの条件下での電圧の最大値と最小値の差を求めた結果を図10に示している。これによると、磁石の回転数が大きくなるほど誘導起電力が大きくなり、無視できない程度になっていることがわかる。 In an electromagnetic device including such a sensor, if a current that causes noise is generated in the circuit and the electrical wiring connected thereto, the detection accuracy is greatly reduced. In particular, when a circuit is provided facing the magnet and the magnet and the circuit move or rotate relative to each other, generation of induced electromotive force becomes a problem. For example, FIG. 8 shows the output voltages of the two circuits (almost 0V) when no induced electromotive force is generated in a state where the number of rotations of the magnet is sufficiently reduced and the electrical wiring connected to the circuit is short-circuited away from the magnet. )It is shown. On the other hand, FIG. 9 shows the output voltage of the electrical wiring connected to the two circuits when the magnet rotates at 3000 rpm. According to this, it can be seen that a voltage of about −0.004 V to 0.004 V is generated in the electric wiring due to the induced electromotive force. Further, FIG. 10 shows the result of obtaining the difference between the maximum value and the minimum value of the voltage under each condition by changing the rotation speed of the magnet. According to this, it can be seen that the induced electromotive force increases as the rotational speed of the magnet increases, and cannot be ignored.
なお、特許文献3〜6は、前記したような回路を含むセンサに関するものではないが、誘導起電力の発生を問題視して、オーディオ信号断続用リレーや半導体装置や磁気ヘッドや電流検出器において誘導起電力の発生を小さくする方法を提案している。
また、特許文献7には、電気部品と制御部とを結ぶ電気配線から発生するノイズを相殺させるために、電気配線としてツイストペア線を用いた構成が開示されている。
Further,
特許文献3〜6には、誘電起電力の発生を小さくすることが示唆されているが、発生した誘導起電力を相殺することは考えられていない。すなわち、誘導起電力の発生を確認した上で、それを相殺して無効化することは考慮されず、そのために電気配線を特別な形態に配置することはない。従って、当然のことながら、誘導起電力を相殺するための部分の、誘導起電力を発生させる要因である磁界を加える磁石との関連性については考慮されておらず、誘導起電力を相殺するための部分の、磁石に対する相対位置関係や具体的な形状については規定されていない。また、特許文献7は、電気部品および電気配線に対向して磁石が配置される構成ではないため、電気配線に対して磁界が加わって磁石と電気配線とが相対的に移動または回転することによる誘導起電力の発生については、全く考慮されていない。
そこで、本発明の目的は、磁石に対向して配置されている基板に対して磁石が及ぼす磁界によって発生する誘導起電力の影響を抑えることができる電磁デバイスを提供することにある。 Accordingly, an object of the present invention is to provide an electromagnetic device capable of suppressing the influence of an induced electromotive force generated by a magnetic field exerted by a magnet on a substrate disposed facing the magnet.
本発明の電磁デバイスは、基板と、基板に対向して配置され基板に対向する面内にS極とN極が存在する磁石と、を含み、基板には、電気部品と、電気部品にそれぞれ接続されて、基板上で引き出されている複数の電気配線と、が形成されている。磁石と基板とは互いに相対的に移動または回転可能であり、複数の電気配線は、磁石と基板とが互いに相対的に移動または回転する際に、磁石から受ける磁力によって誘電起電力が発生させられる部分と、誘導起電力と反対の極性の誘導起電力が発生させられる部分とを含むものである。 The electromagnetic device of the present invention includes a substrate, and a magnet that is disposed opposite to the substrate and has a south pole and a north pole in a plane facing the substrate. The substrate includes an electrical component and an electrical component, respectively. A plurality of electrical wirings connected to each other and drawn on the substrate are formed. The magnet and the substrate can move or rotate relative to each other, and when the magnet and the substrate move or rotate relative to each other, a dielectric electromotive force is generated by the magnetic force received from the magnet. And a portion where an induced electromotive force having a polarity opposite to that of the induced electromotive force is generated.
そして、少なくとも1対の電気配線が、電気部品を介して互いに接続され、電気部品から見て同じ引き出し方向に引き出されており、一方の電気配線は、電気部品から見て引き出し方向の側で電気部品に接続されて、引き出し方向に引き出されており、他方の電気配線は、電気部品から見て引き出し方向と反対側で電気部品に接続されて、引き出し方向と反対側に、磁石と対向する範囲よりも外側まで延びた後に屈曲させられて、引き出し方向に引き出されており、電気配線の電気部品から見て引き出し方向に位置する部分が、誘電起電力が発生させられる部分であり、電気配線の電気部品から見て引き出し方向と反対側に位置する部分が、反対の極性の誘導起電力が発生させられる部分である構成であってもよい。 At least one pair of electrical wirings are connected to each other through electrical components, and are drawn out in the same pulling direction as viewed from the electrical components, and one electrical wiring is electrically connected on the side in the pulling direction as viewed from the electrical components. Connected to the component and pulled out in the pull-out direction, and the other electric wiring is connected to the electric component on the opposite side to the pull-out direction when viewed from the electric component, and the range facing the magnet on the opposite side to the pull-out direction After being extended to the outside, it is bent and pulled out in the pulling direction, and the portion of the electric wiring that is located in the pulling direction when viewed from the electric component is the portion where the dielectric electromotive force is generated. The part located on the opposite side to the pulling direction when viewed from the electrical component may be a part where an induced electromotive force having the opposite polarity is generated.
その場合、基板上の、電気部品から見て引き出し方向の側で1対の電気配線が包囲する面積と、電気部品から見て引き出し方向と反対側で1対の電気配線が包囲する面積とが一致していることが好ましい。ここで、基板上で、磁石と対向する範囲内で、電気部品から見て引き出し方向の側で1対の電気配線が包囲する面積と、電気部品から見て引き出し方向と反対側で1対の電気配線が包囲する面積とが一致している構成としてもよい。 In that case, the area of the substrate surrounding the pair of electrical wirings on the side in the drawing direction as viewed from the electrical component, and the area surrounding the pair of electrical wirings on the side opposite to the drawing direction as viewed from the electrical component. It is preferable that they match. Here, on the substrate, within a range facing the magnet, the area surrounded by the pair of electric wirings on the side in the drawing direction as viewed from the electric component, and the pair on the side opposite to the drawing direction from the electric component. It is good also as a structure with which the area which an electrical wiring encloses corresponds.
また、少なくとも1対の電気配線が、電気部品を介して互いに接続されており、引き出し方向に沿って延び、磁石のエッジと対向する位置において互いに交差して、磁石と対向する範囲よりも外側で引き出し方向に沿って延びるように形成されており、電気配線の磁石と対向する範囲の内側に位置する部分が、誘電起電力が発生させられる部分であり、電気配線の磁石と対向する範囲よりも外側に位置する部分が、反対の極性の誘導起電力が発生させられる部分である構成であってもよい。 Further, at least one pair of electrical wirings are connected to each other through electrical components, extend along the pull-out direction, intersect each other at a position facing the magnet edge, and outside the range facing the magnet. It is formed so as to extend along the pull-out direction, and the portion located inside the range facing the magnet of the electric wiring is the portion where the dielectric electromotive force is generated, and is larger than the range facing the magnet of the electric wiring. The configuration may be such that the portion located outside is a portion where an induced electromotive force having the opposite polarity is generated.
本発明によると、電気部品に接続されている電気配線に、誘導起電力が発生させられる部分と、それと反対の極性の誘導起電力が発生させられる部分とが設けられているため、電気配線の一部に誘導起電力が発生すると、それを打ち消す反対の極性の誘導起電力も同時に発生する。従って、誘導起電力と反対の極性の誘導起電力とが互いに相殺し合い、電気部品の入出力に対するノイズが抑えられるため、電磁デバイスが所望の性能で精度良く機能することができる。 According to the present invention, the electrical wiring connected to the electrical component is provided with a portion where an induced electromotive force is generated and a portion where an induced electromotive force having the opposite polarity is generated. When an induced electromotive force is generated in a part, an induced electromotive force having an opposite polarity that cancels the induced electromotive force is also generated. Therefore, the induced electromotive force and the induced electromotive force having the opposite polarity cancel each other, and noise with respect to the input / output of the electrical component is suppressed, so that the electromagnetic device can function accurately with desired performance.
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[電磁デバイスの一例であるセンサの基本構成]
本発明の電磁デバイスの一例として、被検知部材の角度を検知するセンサデバイスがある。図1,2に示すように、このセンサデバイスは、被検知部材1に取り付けられている磁石(永久磁石)2と、この磁石2と対向する位置に固定されている基板3とを含む。磁石2には、基板3と対向する面内にS極とN極が存在する。基板3には、電気部品の一例であるセンサ4と、センサ4に接続されている電気配線5が設けられている。センサ4は、基板3の中央であって磁石2の中心とほぼ対向する位置にあり、検知回路6として、外部から加えられる磁界に応じて出力が変化する回路を内蔵している。検知回路6の具体的な構成については図6を参照して後述する。検知回路6の出力を測定することによって、外部から加わる磁界の向きを検知することができ、ひいては、磁石2が取り付けられている被検知部材1の、基板3上のセンサ4に対する相対位置や角度を知ることができる。
[Basic configuration of sensor as an example of electromagnetic device]
As an example of the electromagnetic device of the present invention, there is a sensor device that detects the angle of a member to be detected. As shown in FIGS. 1 and 2, the sensor device includes a magnet (permanent magnet) 2 attached to the member to be detected 1 and a
このようなセンサデバイスにおいて、被検知部材1に取り付けられている磁石2が移動または回転すると、基板3上の電気配線5に誘導起電力が発生する。具体的には、電気配線5に対して磁石2から加わる磁束が、磁石2の移動または回転に伴って変化することによって、電気配線5に誘導電流が流れる。
In such a sensor device, when the
このセンサデバイスは、本来、センサ4の検知回路6の出力を、電圧計7や処理回路8を含む処理装置9(図6参照)にそのまま伝達して解析することによって、磁石2が取り付けられた被検知部材1の、基板3に対する相対位置や角度を精度良く求めることができる。しかし、従来は、電気配線5に生じた誘導電流が検知回路6の出力に加わることによって、被検知部材1の相対位置や角度が正確に求められないことがあった。そこで、本発明では、電気配線5に、一方の極性(例えば正)の誘導起電力が発生させられる部分5Xに加えて、反対の極性(例えば負)の誘導起電力(相殺用誘導起電力)が発生させられる部分5Yが設けられている。それによって、誘導起電力と相殺用誘導起電力とが互いに相殺し合って、電気配線5にはノイズが入らずに検知回路6の出力のみが流れる。その結果、被検知部材1の相対位置や角度が精度良く求められる。
In this sensor device, the output of the
[電気配線の第1の例]
図2に示す例では、センサ4を介して互いに接続されている1対の電気配線5a,5bが、基板3上で、一方の方向A(例えば図2の下方向)に引き出されている。一方の電気配線5aは、引き出し方向(方向A)側でセンサ4に接続されてそのまま引き出し方向(方向A)に引き出されている。しかし、電気配線5bは、引き出し方向(方向A)と反対側(図2の上側)でセンサ4に接続され、そこから引き出し方向(方向A)と反対の方向B(図2の上方向)に一旦引き回されて、磁石2に対向する範囲よりも外側、すなわち磁石2のエッジE(図2には破線にて図示)に対向する位置よりも外側まで延びた後に、屈曲させられて、引き出し方向(方向A)に引き出されている。
[First example of electrical wiring]
In the example shown in FIG. 2, a pair of
このような構成において、磁石2が基板に対して相対的に移動または回転すると、この磁石2の基板3と対向する面内に存在するN極からS極に向かう磁束(図5(a),(b)参照)が、電気配線5a,5bが形成しているループを通過する。このようにして、電気配線5a,5bが形成しているループに加わる磁石2の極性が変化すると、電気配線5a,5bに誘導起電力が発生する。センサ4から見て引き出し方向(方向A)側の部分5Xに発生する誘導起電力に対して、反対方向(方向B)側の部分5Yに発生する誘導起電力(相殺用誘導起電力)は、反対の極性になる。従って、2つの誘導起電力が互いに相殺する。電気配線5a,5bには検知回路6の出力のみが流れるため、被検知部材1の相対位置や角度を精度良く求めることが可能になる。
In such a configuration, when the
このように、1対の電気配線5a,5bのうち、センサ4から見て引き出し方向(方向A)側の部分5Xには、磁石2から受ける磁力によって誘導起電力を発生させられ、センサ4から見て反対方向(方向B)側の部分5Yには、磁石2から受ける磁力によって、前記した誘導起電力と反対の極性の相殺用誘導起電力が発生させられる。この誘導起電力と相殺用誘導起電力とが極性が反対で大きさがほぼ一致する状態であると、互いに打ち消し合って、電気配線5a,5b内を流れる検知回路6の出力には影響を及ぼさない。
In this way, an induced electromotive force is generated by the magnetic force received from the
センサ4から見て引き出し方向(方向A)側で1対の電気配線5a,5bが包囲する面積と、センサ4から見て反対方向(方向B)の側で1対の電気配線5a,5bが包囲する面積とがほぼ一致していると、前記したように誘導起電力と相殺用誘導起電力とを極性が反対で大きさが一致する状態にすることが容易なので、両方の誘導起電力を互いに相殺させるために有効である。また、磁石2に対向する範囲内、すなわち磁石2のエッジE(図2には破線にて図示)に対向する部分より内側の範囲内で、センサ4から見て引き出し方向(方向A)側で1対の電気配線5a,5bが包囲する面積と、センサ4から見て反対方向(方向B)の側で1対の電気配線5a,5bが包囲する面積とがほぼ一致している構成としてもよい。このような構成を容易に実現するために、前記したように、電気配線5bは引き出し方向(方向A)と反対の方向Bに、磁石2に対向する範囲よりも外側、すなわち磁石2のエッジE(図2には破線にて図示)に対向する位置よりも外側まで引き回されている。
The area surrounded by the pair of
なお、図1,2に示す例では、もう1対の電気配線5a’,5b’が設けられている。この電気配線5a’,5b’は前記した電気配線5a,5bと引き出し方向が反転しているが実質的に同じ構成である。すなわち、電気配線5a’,5b’の引き出し方向は方向B(図2の上方向)であって、その反対方向は方向A(図2の下方向)である。前記した電気配線5a,5bは検知回路6の出力線として処理装置9に接続されており、電気配線5a’5b’は、電源10と接地端子11にそれぞれ接続されている。この電気配線5a’,5b’においても、センサ4から見て引き出し方向(方向B)側の部分5X’に発生する誘導起電力は、反対方向(方向A)側の部分5Y’に発生する逆極性の相殺用誘導起電力によって相殺される。その結果、電気配線5a’,5b’に検知回路6の出力のみが流れ、被検知部材1の相対位置や角度を精度良く求めることが可能になる。なお、電気配線5a’,5b’の引き出し方向が電気配線5a,5bの引き出し方向と一致していても構わない。
In the example shown in FIGS. 1 and 2, another pair of
後述するが、電気配線5a,5b,5a’,5b’の一部は、スルーホール14(図5(a),(b)参照)を介して基板3の裏面に導かれているため、図1,2には図示されていない部分もある。
As will be described later, a part of the
[電気配線の第2の例]
図3には、本発明の基板4上の電気配線の他の例が示されている。本例では、センサ4を介して互いに接続されている1対の電気配線12a,12bが、基板3上で、一方の方向(例えば図3の下方向A)に引き出されている。そして、この電気配線12a,12bは、引き出し方向(方向A)に沿って延びてから、磁石2と対向する範囲の縁部、言い換えると磁石2のエッジEに対向する位置において、電気配線12a,12bが交差している。すなわち、電気配線12aと12bの、引き出し方向(方向A)に直交する方向の位置が互いに入れ替わっている。そして、磁石2と対向する範囲よりも外側(磁石2のエッジEに対向する位置よりも外側)では、前記したように入れ替わった位置関係のまま、引き出し方向(方向A)に延びて、処理装置9に接続されている。なお、ここで言う入れ替わった位置関係とは、必ずしも両電気配線12a,12bの間隔が一定である必要はなく、交差前と交差後で両電気配線12a,12bが左右に入れ替わっていれば、間隔が広くなっていても狭くなっていても構わないが、両電気配線12a,12bの間隔を一定としてもよい。両電気配線12a,12bが交差する点12Zでは、互いに導通(短絡)することがないように、図示しない絶縁材が両電気配線12a,12b間に介在している。
[Second example of electrical wiring]
FIG. 3 shows another example of the electric wiring on the
このような構成であると、電気配線12a,12bのうち、磁石2と対向する範囲内の部分12Xと、磁石2と対向する範囲よりも外側の部分12Yとが、交差点12Zにおいてねじられているため、両部分12X,12Yに流れる誘導電流が逆になる。すなわち、両部分12X,12Yに発生する誘導起電力が互いに逆の極性になり、互いに相殺する。そして、電気配線12a,12bには検知回路6の出力のみが流れ、被検知部材1の相対位置や角度を精度良く求めることが可能になる。
With such a configuration, of the
このように、1対の電気配線12a,12bのうち、磁石2と対向する範囲内の部分(誘導起電力が発生させられる部分)12Xには、磁石2から受ける磁束によって従来と同様に誘導起電力が発生するのに対し、磁石2と対向する範囲よりも外側の部分(相殺用誘導起電力が発生させられる部分)12Yには、磁石2から受ける磁束によって逆極性の誘導起電力(相殺用誘導起電力)が発生する。
As described above, in a portion of the pair of
なお、図3に示す例では、もう1対の電気配線12a’,12b’が設けられている。この電気配線12a’,12b’は前記した電気配線12a,12bと引き出し方向が反転しているが実質的に同じ構成である。すなわち、電気配線12a’,12b’の引き出し方向は方向B(図2の上方向)である。なお、前記した電気配線12a,12bは検知回路6の出力線として処理装置9に接続されており、電気配線12a’12b’は、電源10と接地端子11にそれぞれ接続されている。なお、電気配線12a’,12b’の引き出し方向が電気配線12a,12bの引き出し方向と一致していても構わない。
In the example shown in FIG. 3, another pair of
後述するが、電気配線12a,12b,12a’,12b’の一部は、スルーホール14(図5(a),(b)参照)を介して基板3の裏面に導かれているため、図3に図示されていない部分もある。
As will be described later, a part of the
ここで、図3に示す構成において、電気配線12a,12b,12a’,12b’の交差点12Z,12Z’が、磁石2のエッジEに対向する位置に設けられている理由について説明する。
Here, the reason why the
図4には、直径10mmの磁石2に対向する基板3に加わる、基板3に垂直な方向の磁場強度Bzが示されている。この図4を見ると、磁場強度Bzの最大値および最小値は、磁石2のエッジE(磁石2の中心(x=0mmかつy=0mmの点)からの距離が5mmの位置)付近に生じていることがわかる。従って、図3に示すように、この磁場強度の最大値および最小値が発生する磁石2のエッジE付近で電気配線12a,12b,12a’,12b’を交差させる(ねじる)と、すなわち、電気配線12a,12b,12a’,12b’の交差点12Z,12Z’を磁石2のエッジE付近に配置すると、この交差点12Z,12Z’の内側と外側の磁場の時間変化がほぼ一定になり、交差点12Z,12Z’の内側の部分12X,12X’に発生する誘導起電力が、交差点12Z,12Z’の外側の部分12Y,12Y’に発生する相殺用誘導起電力で良好に相殺され、前記した本発明の効果が得られる。
FIG. 4 shows the magnetic field intensity Bz in a direction perpendicular to the
仮に、電気配線12a,12b,12a’,12b’の交差点12Z,12Z’を、磁石2のエッジEに対向する位置よりも内側に配置すると、交差点12Zの内側の部分12X,12X’の面積が小さくなりその部分12X,12X’に発生する誘導起電力が小さくなる。一方、交差点12Z,12Z’の外側の部分12Y,12Y’の面積が大きくなりその部分12Y,12Y’に発生する相殺用誘導起電力が大きくなり過ぎるため、両誘導起電力のバランスが悪く、逆極性の誘導電流が、電気配線12a,12b,12a’,12b’を流れる電流に加わる。
If the
また、仮に、電気配線12a,12b,12a’,12b’の交差点12Z,12Z’を、磁石2のエッジEに対向する位置よりも外側に配置すると、交差点12Z,12Z’の内側の部分12X,12X’の面積が大きくなりその部分12X,12X’に発生する誘導起電力が大きくなる。一方、交差点12Z,12Z’の外側の部分12Y,12Y’の面積が小さくなりその部分12Y,12Y’に発生する相殺用誘導起電力が小さくなって、誘導起電力を十分に相殺しきれなくなる。
Also, if the
従って、図3に示すように、電気配線12a,12b,12a’,12b’の交差点12Z,12Z’を、磁石2のエッジEに対向する位置に配置すると、交差点12Z,12Z’の内側の部分12X,12X’に発生する誘導起電力と、交差点12Z,12Z’の外側の部分12Y,12Y’に発生する相殺用誘導起電力とがバランスよく相殺される。
Therefore, as shown in FIG. 3, when the
なお、図2に示す例と図3に示す例とを組み合わせて、基板3上に複数対設けられている電気配線のうちの一部が、図2に示すように、センサ4から見て引き出し方向側の部分5X,5X’(誘導起電力が発生させられる部分)と、反対側の部分5Y,5Y’(相殺用誘導起電力が発生させられる部分)とを含み、複数対の電気配線のうちの他の一部が、図3に示すように、交差点12Z,12Z’と、交差点12Z,12Z’よりも内側の部分12X,12X’(誘導起電力が発生させられる部分)と、交差点12Z,12Z’よりも外側の部分12Y,12Y’(相殺用誘導起電力が発生させられる部分)とを含む構成にしてもよい。
2 and the example shown in FIG. 3 are combined, and some of the electrical wirings provided on the
[基板の厚さ方向における電気配線の配置]
次に、基板3の厚さ方向における各電気配線5,12の配置について説明する。図5(a),(b)の矢印で示すように、円形状の磁石2からの磁束は、磁石2のエッジE付近では磁石2および基板3に対して垂直な方向に向き、磁石2の中央部では磁石2および基板3に平行な方向に向く。誘導起電力は、電気配線5,12を横切るように磁束が流れることによって発生するため、誘導起電力を小さくするには、磁石2からの磁束ができるだけ電気配線5,12を横切らないようにすること、すなわち、電気配線5,12を、磁石2からの磁束に対してできるだけ平行になるように配置することが好ましい。従って、図5(a)に示すように、磁石2の中央部に対向する位置では、電気配線5,12を基板3上に平行に形成し、磁石2のエッジEに対向する位置では、スルーホール14を用いて、電気配線5,12を基板の厚さ方向に垂直に配置することが好ましい。
[Disposition of electrical wiring in the thickness direction of the substrate]
Next, the arrangement of the
さらに、何らかの要因で磁石2の中央部付近においても磁石2および基板3に対して垂直な方向の磁束が発生する場合には、図5(b)に示すように、基板に段差を設けるなどして、垂直な方向の磁束が発生する部分において電気配線5,12を垂直な方向に向けることが好ましい。
Further, when a magnetic flux in a direction perpendicular to the
なお、電気配線5,12の、図5(a),(b)に示すような基板3の厚さ方向における配置は、図2,3に示されている基板3の面方向における配置と並行して実施すればよい。
The arrangement of the
[検知回路の詳細な構成]
基板3上のセンサ(電気部品)4内に構成されている検知回路6の一例について、以下に詳細に説明する。図6に模式的に示されているように、この検知回路6は、ホイートストンブリッジ6aを含む回路である。図6に示す回路図上では、ホイートストンブリッジ6aは、4つの磁気抵抗効果素子(MR素子、一例としてはトンネル磁気抵抗効果素子(TMR素子))13が四角形の4辺に配置されている。この四角形の点P2が電源10に接続され、点P2に対向する点P4が接地端子11に接続されている。また、2つの点P1,P3が電圧計7に接続されて点P1と点P3の間の電位差(以下「出力電圧」と言う)が検出される。この出力電圧に基づいて、処理回路8が各MR素子13の抵抗値の変化を検知する。なお、各MR素子13等の配置に関する本明細書中の説明は、図6に示す回路図上でのレイアウトに関するものである。各MR素子13等の、基板3上での実際の実装位置は、これらの説明や図6によって限定されるものではなく、任意に変更可能であり、例えば、MR素子13は、巨大磁気抵抗効果素子(GMR素子)としてもよい。
[Detailed configuration of detection circuit]
An example of the
MR素子13は、ピンド層の固定された磁化方向と、外部磁界に応じて変化するフリー層の磁化方向との相対関係によって抵抗値が変化する。検知回路6のホイートストンブリッジ6aでは、図6に示す回路図上において四角形の隣り合う辺に位置するMR素子13のピンド層同士が、互いに反対向きの磁化方向を有しており、図6に示す回路図上において四角形の中心を挟んで対向するMR素子13のピンド層同士が同じ磁化方向を有している。これらの磁化方向の一例は、図6に矢印でそれぞれ示されている。
The
このような構成において、例えば、図示しているように図6の右向きの外部磁界23が検知回路6に加わった場合には、ホイートストンブリッジ6aの4つのMR素子13の抵抗は全て等しくなるので、出力電圧は0になる。そして、この外部磁界23の向きが、矢印で示されている方向から(例えば反時計回りに)変化するにつれて、ホイートストンブリッジ6aの出力電圧は変化する。外部磁界23の角度の変化に対する出力電圧の変化をグラフで表すと、図示しないが、正弦曲線で表される。従って、ホイートストンブリッジ6aの出力電圧を測定すると、外部磁界23の向き(角度)がわかる。従って、その外部磁界23の向きから、検知回路6の各MR素子13に及ぼす磁石2(図1参照)の位置(回転角度)を求めることができる。
In such a configuration, for example, when the right external
そして、この検知回路6の各電気配線5a,5b,5a’,5b’,12a,12b,12a’,12b’は、図2,3に示すように、誘導起電力を発生する部分5X,5X’12X,12X’と、相殺用誘導起電力を発生する部分5Y,5Y’,12Y,12Y’と、をそれぞれ有している。従って、この検知回路6が設けられた基板に対向する磁石が相対的に移動または回転して誘導起電力が発生しても、正の誘導起電力と負の誘導起電力とが互いに相殺し合う。それによって、電圧計7に供給される電流に誘導電流が加わることがなく、精度良く出力電圧が測定できる。また、電源10と接地端子11とを接続する経路中に誘導起電力の影響が及ぼされることがなく、所定の電力供給が維持できる。
And each
[電磁デバイスの用途]
本発明の電磁デバイスの代表的な例は、前記した検知回路6を内蔵したセンサ4を有する角度検出手段である。図7に示す例では、被検知部材である車両のハンドル(ステアリングホイール)1の軸1aの一部に、磁石(永久磁石)2が取り付けられている。そして、この磁石2と対向する位置において、図示しない取付部材に基板3が固定されている。基板3上の検知回路6は、処理装置9を介してモータ25に接続されており、モータ25のピニオン25aが、操舵車軸26に取り付けられているギア26aと連結されている。操舵車軸26は、ハンドル1の軸1aに連結されている。従って、運転者がハンドル1を切ると、軸1aに取り付けられた磁石2が移動して、この磁石2から検知回路6のホイートストンブリッジ6aの出力電圧が変化する。このホイートストンブリッジ6aの出力電圧の変化を電圧計7が検出して処理回路8が演算することによって、磁石2の位置が求められ、それによってハンドル1の回転角度が求められる。そして、その回転角度に応じてモータ25が作動させられてピニオン25aおよびギア26aを介して操舵車軸26が回転させられる。このモータ25による操舵車軸26の回転が、使用者がハンドル1を切ることによる操舵の補助として作用し、小さな力で操舵が行えるいわゆるパワーステアリングが実現する。
[Applications of electromagnetic devices]
A typical example of the electromagnetic device of the present invention is an angle detection means having a
もちろん、本発明の電磁デバイスは、図7に示す車両のハンドル1用の角度センサに限定されるものではなく、ブラシレスモータ、ファン、レーザープリンターのミラー、ロボットの間接機構など、様々な被検知部材の位置や角度を検知するセンサに採用できる。さらに、センサに限られずあらゆる用途において、電気部品4とその電気部品4に接続されている電気配線とを有する基板3が磁石2に対向するように配置され、磁石2が基板3に対して相対的に移動または回転する電磁デバイスであって、電気配線5に誘導起電力が発生することが好ましくない電磁デバイスであれば、あらゆる電磁デバイスにおいて本発明は有効である。
Of course, the electromagnetic device of the present invention is not limited to the angle sensor for the vehicle handle 1 shown in FIG. 7, but various detected members such as a brushless motor, a fan, a mirror of a laser printer, an indirect mechanism of a robot, and the like. It can be used as a sensor that detects the position and angle of the. Furthermore, the
また、磁石2は、図1に示すような円形状の永久磁石に限られず、電磁石等を含めて、基板3に磁界を及ぼすものであれば、どのような磁石であってもよい。
Further, the
本発明の電磁デバイスを製造する場合には、実際に磁石2を基板3に対して相対的に移動または回転させながら電気配線5,12の出力を測定して、その出力が最も小さくなるように、電気配線5,12の相殺用誘導起電力が発生させられる部分5Y,5Y’,12Y,12Y’の寸法や形状を試行錯誤的に決定すればよい。
When manufacturing the electromagnetic device of the present invention, the output of the
1 被検知部材(ハンドル、ステアリングホイール)
1a 軸
2 磁石(永久磁石)
3 基板
4 電気部品(センサ)
5,5a,5b,5a’,5b’ 電気配線
5X,5X’ 引き出し方向側の部分(誘導起電力が発生させられる部分)
5Y,5Y’ 反対方向側の部分(反対の極性の誘導起電力が発生させられる部分)
6 検知回路(回路)
6a ホイートストンブリッジ
7 電圧計
8 処理回路
9 処理装置
10 電源
11 接地端子
12,12a,12b,12a’,12b’ 電気配線
12X,12X’ 磁石と対向する範囲内の部分(誘導起電力が発生させられる部分)
12Y,12Y’ 磁石と対向する範囲よりも外側の部分(反対の極性の誘導起電力が発生させられる部分)
12Z,12Z’ 交差点
13 磁気抵抗効果素子(MR素子)
14 スルーホール
23 外部磁界
25 モータ
25a ピニオン
26 操舵車軸
26a ギア
E 磁石のエッジ
1 Detected member (handle, steering wheel)
3
5, 5a, 5b, 5a ′, 5b ′ Electrical wiring 5X, 5X ′ Pull-out side portion (portion where induced electromotive force is generated)
5Y, 5Y 'Opposite direction part (part where induced electromotive force of opposite polarity is generated)
6 Detection circuit (circuit)
12Y, 12Y ′ A portion outside the range facing the magnet (a portion where an induced electromotive force having the opposite polarity is generated)
12Z, 12Z '
14 through-
Claims (13)
前記基板には、電気部品と、前記電気部品にそれぞれ接続されて、前記基板上で引き出されている複数の電気配線と、が形成されており、
前記磁石と前記基板とは互いに相対的に移動または回転可能であり、
前記複数の電気配線は、前記磁石と前記基板とが互いに相対的に移動または回転する際に、前記磁石から受ける磁力によって誘電起電力が発生させられる部分と、前記誘導起電力と反対の極性の誘導起電力が発生させられる部分とを含む、電磁デバイス。 A substrate, and a magnet disposed opposite to the substrate and having an S pole and an N pole in a plane facing the substrate,
The substrate is formed with an electrical component and a plurality of electrical wirings connected to the electrical component and drawn on the substrate,
The magnet and the substrate are movable or rotatable relative to each other;
The plurality of electrical wirings include a portion where a dielectric electromotive force is generated by a magnetic force received from the magnet when the magnet and the substrate move or rotate relative to each other, and a polarity opposite to the induced electromotive force. An electromagnetic device including a portion where an induced electromotive force is generated.
一方の前記電気配線は、前記電気部品から見て前記引き出し方向の側で前記電気部品に接続されて、前記引き出し方向に引き出されており、
他方の前記電気配線は、前記電気部品から見て前記引き出し方向と反対側で前記電気部品に接続されて、前記引き出し方向と反対側に、前記磁石と対向する範囲よりも外側まで延びた後に屈曲させられて、前記引き出し方向に引き出されており、
前記電気配線の、前記電気部品から見て前記引き出し方向に位置する部分が、前記誘電起電力が発生させられる部分であり、
前記電気配線の、前記電気部品から見て前記引き出し方向と反対側に位置する部分が、前記反対の極性の誘導起電力が発生させられる部分である、請求項1に記載の電磁デバイス。 At least one pair of the electrical wirings are connected to each other via the electrical component, and are drawn out in the same pulling direction as viewed from the electrical component;
One of the electrical wirings is connected to the electrical component on the side in the pulling direction as viewed from the electrical component, and is pulled out in the pulling direction,
The other electrical wiring is connected to the electrical component on the side opposite to the pulling direction when viewed from the electrical component, and is bent after extending to the outside opposite to the magnet on the side opposite to the pulling direction. Is pulled out in the pulling direction,
A portion of the electrical wiring located in the pull-out direction when viewed from the electrical component is a portion where the dielectric electromotive force is generated,
2. The electromagnetic device according to claim 1, wherein a portion of the electrical wiring that is located on the opposite side to the pulling direction when viewed from the electrical component is a portion where an induced electromotive force having the opposite polarity is generated.
前記電気配線の、前記磁石と対向する範囲の内側に位置する部分が、前記誘電起電力が発生させられる部分であり、
前記電気配線の、前記磁石と対向する範囲よりも外側に位置する部分が、前記反対の極性の誘導起電力が発生させられる部分である、請求項1に記載の電磁デバイス。 At least one pair of the electrical wirings are connected to each other via the electrical components, extend along the pull-out direction, intersect each other at a position facing the edge of the magnet, and from a range facing the magnet. Is also formed to extend along the pull-out direction on the outside,
The portion of the electrical wiring located inside the range facing the magnet is a portion where the dielectric electromotive force is generated,
2. The electromagnetic device according to claim 1, wherein a portion of the electric wiring located outside a range facing the magnet is a portion where an induced electromotive force having the opposite polarity is generated.
前記磁石から前記磁気抵抗効果素子へ及ぼされる磁力の変化に伴う前記磁気抵抗効果素子の抵抗値の変化を検知することによって、前記磁石と前記センサの相対位置の変化を検知することができる、請求項8に記載の電磁デバイス。 The sensor includes a detection circuit including a magnetoresistive effect element,
A change in the relative position of the magnet and the sensor can be detected by detecting a change in the resistance value of the magnetoresistive element that accompanies a change in magnetic force exerted on the magnetoresistive element from the magnet. Item 9. The electromagnetic device according to Item 8.
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