JP2012251843A - Magnet and magnetic detection device using the magnet - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、磁気センサと非接触にて配置され、磁気センサとの対向面に、N極とS極とが前記磁気センサの相対移動方向に交互に着磁されてなる磁石の形状に関する。 The present invention relates to a shape of a magnet which is arranged in a non-contact manner with a magnetic sensor and in which N poles and S poles are alternately magnetized in the relative movement direction of the magnetic sensor on a surface facing the magnetic sensor.
図6(a)は、従来における磁気検出装置用の磁石の分解斜視図、図6(b)は、図6(a)の磁石A及び磁石Bを組み合わせた磁石の斜視図((a)よりもやや大きく図示した)、図6(c)は、図6(b)に示す着磁面を円周方向に沿って切断した磁石と磁気センサとを備える磁気検出装置の部分拡大縦断面図である。 6A is an exploded perspective view of a conventional magnet for a magnetic detection device, and FIG. 6B is a perspective view of a magnet in which the magnet A and the magnet B in FIG. 6A are combined (from FIG. 6A). 6 (c) is a partially enlarged longitudinal sectional view of a magnetic detection device including a magnet and a magnetic sensor obtained by cutting the magnetized surface shown in FIG. 6 (b) along the circumferential direction. is there.
図6(a)に示すように例えば、磁石Aの表面はN極に着磁され、磁石Bの表面はS極に着磁されている。したがって図6(b)に示すように磁石Aと磁石Bとを組み立てた磁石1の表面(磁気センサ2との対向面;着磁面)1aは、円周方向に沿ってN極とS極とが交互に並んでいる。
As shown in FIG. 6A, for example, the surface of the magnet A is magnetized to the N pole, and the surface of the magnet B is magnetized to the S pole. Therefore, as shown in FIG. 6B, the surface (opposite surface to the
図6(c)に示すように、磁気センサ2は、磁石1の表面1aに対して高さ方向(Z)にギャップG0を空けて支持されている。例えば磁石1が回転して、磁気センサ2が磁石1の表面1aと非接触にて相対移動する。磁気センサ2は、磁石1の表面1aから生じた磁場M0を検知し、磁気検出装置では、センサ出力に基づいて回転情報を知ることができる。
As shown in FIG. 6C, the
図7は、図6に示す磁石の回転角度と磁気センサ2に作用する磁場(磁束密度)との関係を示すシミュレーション結果である。なお横軸の単位はmmである。
FIG. 7 is a simulation result showing the relationship between the rotation angle of the magnet shown in FIG. 6 and the magnetic field (magnetic flux density) acting on the
図7に示すように磁場は、回転角度に対して略SIN波を描く。図6(c)のように磁石A,Bを二枚重ねると、磁気センサに作用する磁場M0を、磁石が一枚の構成に比べて大きくできる。また磁場の大きさは、磁石1と磁気センサ2との間のギャップG0によって変化する。図7では、図6(c)に示した磁石1と磁気センサ2との間のギャップG0を0.5mm、0.8mm、1.0mmと変化させて実験を行っている。図7に示すようにギャップG0が小さくなれば、磁気センサ2に作用する磁場を大きくできることがわかる。
As shown in FIG. 7, the magnetic field draws a substantially SIN wave with respect to the rotation angle. When two magnets A and B are stacked as shown in FIG. 6C, the magnetic field M 0 acting on the magnetic sensor can be increased as compared with the configuration with one magnet. The magnitude of the magnetic field changes depending on the gap G 0 between the
図8は、回転角度に対する磁場の波形とON/OFF閾値を示すイメージ図である。ON/OFF閾値は、磁場曲線における最大磁場と最小磁場の間に設定される。図8に示すように、磁気センサ2に作用する磁場は回転角度に対して略SIN波となるため、ON/OFF閾値(図示しないが、スレッショルドレベルは高い値(ON)と低い値(OFF)とに設定されている)は、磁場曲線の傾斜領域に設定され、ON/OFFの切換が安定しない。例えば磁石を時計方向に回転させたときと反時計方向に回転させたときとで、ON/OFFの切換がばらつき、検出感度が低下する問題があった。
FIG. 8 is an image diagram showing a magnetic field waveform and an ON / OFF threshold with respect to the rotation angle. The ON / OFF threshold is set between the maximum magnetic field and the minimum magnetic field in the magnetic field curve. As shown in FIG. 8, since the magnetic field acting on the
図7,図8に示すように、ギャップG0を小さくすれば、磁場曲線の傾斜角度を大きく(急勾配に)できるが、磁場が略SIN波の波形ではそれにも限界があった。加えて磁気センサ2と磁石1間のギャップG0がばらつくと、ON/OFF閾値での磁場の傾きが変化することに起因して、図8に示すように、ON/OFF点a,bが変化し、ギャップG0のばらつきにより出力誤差が生じる問題があった。
As shown in FIGS. 7 and 8, if the gap G 0 is reduced, the inclination angle of the magnetic field curve can be increased (steeply), but there is a limit to this in the case of a substantially SIN wave waveform. In addition, when the gap G 0 between the
特許文献1に開示された磁石は、図6に示す磁石1と同様に複数の磁石を組み合わせた構成で、側面がN極とS極とに交互に着磁されている。特許文献1の構成では上記した従来課題を解決できない。
The magnet disclosed in
また、特許文献2及び特許文献3では、表面に複数の凹凸部が形成された磁石が開示されている。特許文献2に記載された磁石は各凸部がN極とS極に交互に着磁されている。特許文献2は着磁精度の向上を図る発明であり、上記した従来課題を解決するためのものではない。
Moreover, in
また特許文献3に記載された磁石は、各凸部がN極に、凸部間の各凹部がS極に夫々、着磁されている。特許文献3には、N極とS極との間で段差を有するため急峻な磁界が得られるとの記載がある(特許文献3の[0027]欄参照)。 In the magnet described in Patent Document 3, each convex portion is magnetized to the N pole, and each concave portion between the convex portions is magnetized to the S pole. Patent Document 3 describes that a steep magnetic field can be obtained because there is a step between N and S poles (see [0027] column of Patent Document 3).
しかしながら特許文献3に記載された発明では、磁気センサと磁石間のギャップ変化に対するON/OFF点のばらつきを抑制するための磁石構造に関しては提示されていない。 However, the invention described in Patent Document 3 does not provide a magnet structure for suppressing variations in ON / OFF points with respect to a gap change between the magnetic sensor and the magnet.
そこで本発明は上記従来の課題を解決するためのものであり、特に、検出感度を向上させることができるとともに、磁気センサと磁石間のギャップのばらつきに対して出力誤差を小さくできる磁気検出装置用の磁石、及び前記磁石を用いた磁気検出装置を提供することを目的とする。 Therefore, the present invention is for solving the above-described conventional problems, and in particular for a magnetic detection device that can improve detection sensitivity and reduce output error with respect to variation in gap between the magnetic sensor and the magnet. An object of the present invention is to provide a magnet and a magnetic detection device using the magnet.
本発明は、磁気センサと高さ方向にギャップを介して配置される磁気検出装置用の磁石において、
前記磁気センサとの対向面に複数の凸部が、前記磁気センサとの相対移動方向に間隔を空けて形成されており、
各凸部が夫々、前記対向面にて前記相対移動方向に交互に着磁されたN極とS極とにニ分割されていることを特徴とするものである。
The present invention relates to a magnet for a magnetic detection device arranged with a gap in the height direction with a magnetic sensor,
A plurality of convex portions are formed on the surface facing the magnetic sensor at intervals in the direction of relative movement with the magnetic sensor,
Each of the convex portions is divided into two N poles and S poles alternately magnetized in the relative movement direction on the facing surface.
また、本発明における磁気検出装置は、上記の磁石と、前記磁石の前記対向面に高さ方向にギャップを介して配置された磁気センサとを有し、前記磁気センサは前記磁石に対して、前記磁石の各凸部を二分割し交互に着磁された前記N極と前記S極との並び方向に相対移動可能に支持されていることを特徴とするものである。 In addition, a magnetic detection device according to the present invention includes the above-described magnet and a magnetic sensor disposed on the facing surface of the magnet via a gap in a height direction, and the magnetic sensor is Each of the convex portions of the magnet is divided into two and is supported so as to be relatively movable in the direction in which the N pole and the S pole are alternately magnetized.
本発明では、各凸部を前記相対移動方向に交互に着磁されるN極とS極とに二分割した。これにより磁石の形状効果で磁気センサに作用する磁場変化を急峻にでき、検出感度を向上させることができるとともに、磁石と磁気センサ間のギャップ変化に対する出力誤差を小さくできる。 In the present invention, each convex portion is divided into two, an N pole and an S pole, which are alternately magnetized in the relative movement direction. As a result, the magnetic field change acting on the magnetic sensor can be sharpened by the shape effect of the magnet, the detection sensitivity can be improved, and the output error with respect to the gap change between the magnet and the magnetic sensor can be reduced.
本発明によれば、磁気センサに作用する磁場変化を急峻にでき、検出感度を向上させることができるとともに、磁石と磁気センサ間のギャップ変化に対する出力誤差を小さくできる。 According to the present invention, a change in magnetic field acting on the magnetic sensor can be sharpened, the detection sensitivity can be improved, and an output error with respect to a gap change between the magnet and the magnetic sensor can be reduced.
図1は、本実施形態の磁気検出装置の斜視図であり、図2は、図1に示す磁気検出装置の分解斜視図であり、図3は、本実施形態における磁石の斜視図であり、図4は、図3に示す磁石と磁気センサを構成する磁気検出素子とを示す側面図である。 FIG. 1 is a perspective view of the magnetic detection device of the present embodiment, FIG. 2 is an exploded perspective view of the magnetic detection device shown in FIG. 1, and FIG. 3 is a perspective view of a magnet in the present embodiment. FIG. 4 is a side view showing the magnet shown in FIG. 3 and a magnetic detection element constituting the magnetic sensor.
図1,図2に示す磁気検出装置10は、カバー11、シャフト12、磁石13、磁気センサ14及びケース15等を有して構成される。このうち、磁石13と磁気センサ14は磁気検出装置10として必須部品であるが、それ以外の構成については特に限定しない。すなわち本実施形態の磁気検出装置10は、車載用、電子機器用等、使用用途を限定するものでなく、各使用用途に合わせて構成部品が決められる。
1 and 2 includes a
図3に示すように磁石13は、リング状に形成され、高さ方向にて対向する第1面13aと、第2面13b、及び第1面13aと第2面13b間を繋ぐ外側面13c及び内側面13dと、を備える。図4に示すように、磁気センサ14を構成する磁気検出素子16は磁石13と高さ方向(Z)にてギャップG1を有して対向する。ここでいうギャップG1とは、図4に示すように磁気検出素子16と磁石13を構成する凸部17の頂面17aとの間の間隔を指す。
As shown in FIG. 3, the
図3、図4に示すように第1面13aには円周方向に沿って複数の凸部17が間隔を空けて形成されている。各凸部17は、図3に示すように、磁石13の外側面13cから内側面13dにまで至って形成される。図1に示す実施形態では、凸部17は、磁石13の全周でなく一部にのみ形成されているが、使用用途によって凸部17を磁石13のどの領域まで形成するか決めることが出来る。
As shown in FIGS. 3 and 4, a plurality of
図4に示すように、凸部17は高さ寸法H1を備える。高さ寸法H1は、1.0〜1.5mm程度である。図4に示すように凸部17の円周方向にて対向する壁面17b,17cは高さ方向(Z)に平行な垂直面で形成されているが多少、傾きがあってもよい。ただし垂直面としたほうが好ましい。
As shown in FIG. 4, the
図3,図4に示すように、各凸部17,17の間は、前記凸部17よりも薄い薄肉部18を構成している。すなわち円周方向に沿って凸部17と薄肉部18とが交互に形成されている。図4に示すように、凸部17の円周方向への幅寸法T1は、各凸部17において略一定である。幅寸法T1は、1.5mm程度である。また、薄肉部18の円周方向への幅寸法T2は、各薄肉部18において略一定である。幅寸法T2は、3〜4mm程度である。また、薄肉部18の厚さ寸法H2は、1.0〜1.5mm程度である。また磁石13の内径は、15mm程度、磁石13の外径は30mm程度に設定することができる。
As shown in FIGS. 3 and 4, a
図3,図4に示す凸部17と薄肉部18とが交互に形成された円周領域の第1面13aが、磁気検出素子16と対向する対向面である。磁石13あるいは磁気センサ14の少なくとも一方が回転可能に支持されている。図1,図2に示す実施形態では、磁石13が回転可能に支持されており、磁気センサ14が固定されている。磁石13が回転すると磁気センサ14は、磁石13と非接触状態を保ちながら磁石13の円周方向に沿って相対移動する。
The
図3,図4に示す磁石13は、凸部17と薄肉部18とが交互に形成された円周領域が、N極とS極とに磁気センサ14の相対移動方向に沿って交互に着磁されたアキシャル着磁磁石である。各磁極幅T3は略一定である。
The
磁気センサ14を構成する磁気検出素子16は、相対移動により、磁石13のN極からS極にかけて生じる磁場を受けて電気特性が変化する。前記磁気検出素子16の電気特性変化に基づいて回転状態(回転角度や回転方向)を知ることができる。図2に示すように磁気センサ14には複数の磁気検出素子16が設けられている。このうちの一つの磁気検出素子16が、図3,図4に示す磁石13の凸部17と薄肉部18との円周領域と非接触で対向している。残りの磁気検出素子16は、凸部17と薄肉部18との円周領域以外の着磁領域(図示しない)にて非接触で対向している。そして各磁気検出素子16の検出信号(ON/OFF信号)に基づいて、回転状態を検知することが出来る。
The
なお磁気検出素子16はホール素子、磁気抵抗効果素子(GMR素子)等、特に限定するものでない。
The
図3,図4に示すように本実施形態では、各凸部17が夫々、相対移動方向(円周方向)に交互に着磁されたN極とS極とに二分割されている。また図3,図4に示すように各薄肉部18が夫々、一方の凸部17のN極から連続するN極と、他方の凸部17のS極から連続するS極とに二分割されている。各凸部17及び薄肉部18は、夫々、円周方向のほぼ中央にてN極とS極とに二分されている。
As shown in FIGS. 3 and 4, in the present embodiment, each
図5(a)は、磁石13の回転角度と磁気検出素子16に作用する磁場(磁束密度)との関係を示すシミュレーション結果である。実験は、磁気検出素子16と磁石13間のギャップG1を0.8mm、1.0mm、1.2mmに変化させて行った。なお、磁石13の内径を、12.5mm、外径を30mm、凸部17の高さ寸法H1を1.5mm、凸部17の幅寸法T1を、1.5mm、薄肉部18の幅寸法T2を3.5mmとした。図5(a)に示すON/OFF閾値(スレッショルドレベル)は、磁気センサ14にて設定される。スレッショルドレベルは高い値(ON)と低い値(OFF)を備える。図5(b)は、磁石13の回転角度とセンサ出力との関係を示している。磁場を受けて磁気検出素子16のセンサ出力は図5(b)のような矩形波となり、高いスレッショルドレベルを超える磁場を受けるとON信号を出力し、低いスレッショルドレベルを下回る磁場を受けるとOFF信号を出力する。
FIG. 5A is a simulation result showing the relationship between the rotation angle of the
図5(a)に示すように、本実施形態では図7の従来例に比べて磁場が急峻に変化しており、従来のSIN波とは異なる波形となることがわかった。またギャップG1が変わると、磁場の大きさは変化するものの、最小磁場(最大磁場)から最大磁場(最小磁場)へ至るまでの磁場曲線の傾きはギャップG1に係らずほぼ同じとなることがわかった。図5(a)に示す磁場の波形は、磁石13の形状効果に起因する。すなわち、N極とS極間に形成される磁場は、高さ方向(Z)に長く形成された凸部17をN極とS極とに二分したことにより高さ方向(Z)に略平行に生じやすくなっている。また凸部17と同様に薄肉部18もN極とS極とに二分して着磁することで、図5(a)に示すように磁場が落ち込む底部を略平坦にでき、図5(a)に示す波形を得ることが可能となっている。
As shown in FIG. 5A, it has been found that in this embodiment, the magnetic field changes sharply as compared with the conventional example of FIG. 7, resulting in a waveform different from the conventional SIN wave. When the gap G 1 changes, the magnitude of the magnetic field changes, but the gradient of the magnetic field curve from the minimum magnetic field (maximum magnetic field) to the maximum magnetic field (minimum magnetic field) is almost the same regardless of the gap G 1. I understood. The magnetic field waveform shown in FIG. 5A is due to the shape effect of the
図5(a)に示すようにギャップG1が1.2mm程度まで大きくなり磁場の大きさが小さくなっても、磁場曲線内に適切にON/OFF閾値の設定が可能な程度の磁場を確保でき、図6の従来のように複数枚の磁石を組み合わせて磁場を大きくしなくても検出不能になることはない。実験ではギャップG1を0.8mm〜1.2mmに設定したが、もう少しギャップG1が大きくなっても磁気検出は可能である。また磁場曲線の傾きはギャップG1が変わってもほぼ同じであるため、図5(b)のように、センサ出力は各ギャップG1に対してほぼ同じとなる。図5(b)に示す幅T4がギャップG1の相違に基づくオン/オフ点のばらつきになるが、この幅T4を本実施形態では従来に比べて十分に小さくすることが可能である。 Figure 5 also gap G 1 as shown in (a) becomes smaller the size of the larger becomes the magnetic field to about 1.2 mm, ensuring a field of degree properly settable in ON / OFF threshold in a magnetic field curve As in the conventional case of FIG. 6, detection does not become impossible even if a plurality of magnets are combined to increase the magnetic field. In the experiment, the gap G 1 was set to 0.8 mm to 1.2 mm, but magnetic detection is possible even if the gap G 1 becomes a little larger. Since the gradient of the magnetic field curve is substantially the same even when the gap G 1 changes, the sensor output is substantially the same for each gap G 1 as shown in FIG. 5B. Width T4 shown in FIG. 5 (b) but is the variation of the on / off point based on the difference in the gap G 1, in this embodiment the width T4 can be sufficiently small as compared with the prior art.
以上のように本実施形態では磁石13の形状効果で磁場変化を急峻にでき、検出感度を向上させることができるとともに、ギャップG1変化に対する出力誤差を小さくすることが可能である。よって本実施形態では、磁石13と磁気センサ14との取り付け誤差が比較的大きくなっても、出力誤差を小さくすることが可能である。
In the present embodiment as described above can be steep magnetic field changes in the shape effect of the
また磁気センサが磁石に対して相対直線移動する形態にも本実施形態を適用可能である。 The present embodiment can also be applied to a form in which the magnetic sensor moves relatively linearly with respect to the magnet.
10 磁気検出装置
13 磁石
14 磁気センサ
16 磁気検出素子
17 凸部
18 薄肉部
DESCRIPTION OF
Claims (2)
前記磁気センサとの対向面に複数の凸部が、前記磁気センサとの相対移動方向に間隔を空けて形成されており、
各凸部が夫々、前記対向面にて前記相対移動方向に交互に着磁されたN極とS極とにニ分割されていることを特徴とする磁気検出装置用の磁石。 In a magnet for a magnetic sensor arranged with a gap in the height direction with a magnetic sensor,
A plurality of convex portions are formed on the surface facing the magnetic sensor at intervals in the direction of relative movement with the magnetic sensor,
A magnet for a magnetic detection device, wherein each convex portion is divided into two, an N pole and an S pole, which are alternately magnetized in the relative movement direction on the facing surface.
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