JP2017075827A - 磁気検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】磁性移動体の磁極ピッチに依存せず高精度に磁性移動体の回転を検出する手段を提供する。
【解決手段】磁気検出装置は、回転軸を中心に回転する外周部にＮ極とＳ極が交互に配置された磁性移動体１、磁性移動体１の外周面と間隔を有して配置された磁気抵抗素子２ａ、２ｂと、磁気抵抗素子２ａ、２ｂの信号を処理する信号処理部と、磁気抵抗素子２ａ、２ｂへバイアス磁界を印加する磁石３とを備え、磁石３の着磁方向は、磁性移動体１の回転軸４に対して平行であり、磁気抵抗素子２ａ、２ｂは、磁石３の着磁方向に対して垂直な平面内に配置され、且つ、磁性移動体１の径方向に一定間隔を介して配置されている。
【選択図】図１

Description

本発明は磁気検出装置に関し、特に、例えば磁石が設けられた回転体の磁界のように、時間経過に従って変化する磁界を検出するための磁気検出装置に関する。

時間経過に従って変化する磁界を検出するための従来の磁気検出装置については、例えば、特許文献１に開示されている。

そのような従来の磁気検出装置においては、円板状の磁性移動体が、回転軸により、円周回りに回転する。このとき、例えば、回転軸がエンジンのクランクシャフトまたは車輪軸等に取付けられている場合には、磁性移動体は、当該クランクシャフトまたは車輪軸と一体となって回転する。磁性移動体の外周面は、Ｎ極とＳ極とが交互に配置されるように着磁されている。また、磁性移動体に対して、検出素子が配置されている。磁性移動体が回転するときに、検出素子が磁性移動体の磁気の変化を検出する。検出素子としては、磁気抵抗素子が使用される。磁性移動体は回転する際に、検出素子の前を通過するので、検出素子が、磁性移動体が通過する回数を検出することで、磁界の変化を検出することができる。

図１０は、従来の磁気検出装置の構成を示した斜視図である。磁気検出装置は、磁性移動体と磁気抵抗素子とを備えている。図１１Ａおよび図１１Ｂは、図１０の磁気検出装置の検出素子部分の拡大図である。図１１Ａは側面図、図１１Ｂは上面図である。

図１０、図１１Ａ、及び、図１１Ｂにおいて、１０１は、磁性移動体である。磁性移動体の外周面は、Ｎ極とＳ極とが交互に配置されるように着磁されている。１０２ａ、１０２ｂは、磁気抵抗素子である。１０３は、磁気抵抗素子１０２ａ、１０２ｂに対して、バイアス磁界を印加する磁石である。１０２は、処理回路部である。処理回路部１０２は、基板を有しており、当該基板の表面には、回路がプリントされている。１０４は、磁性移動体１０１の回転軸である。回転軸１０４と磁性移動体１０１とは同期して回転する。磁石１０３は、図１１Ａの実線の矢印で示されるように、磁性移動体１０１の回転軸１０４と平行な方向に着磁されている。磁石１０３は、磁性移動体１０１の外周面に対して、一定の距離を介して、配置されている。磁気抵抗素子１０２ａ、１０２ｂは、磁石１０３の上方に配置されている。磁気抵抗素子１０２ａ、１０２ｂは、図１１Ｂに示されるように、磁性移動体１０１の周方向に沿って、並んで配置されている。磁気抵抗素子１０２ａ、１０２ｂは、一定間隔Ｌｅを介して、配置されている。図１１Ａにおける破線の矢印は、磁石１０３から発生されるバイアス磁界を示している。磁気抵抗素子１０２ａ、１０２ｂの周囲には、磁石１０３から発生されるバイアス磁界と磁性移動体１０１から発生される磁界との合成磁界が存在する。磁気抵抗素子１０２ａ、１０２ｂは、当該合成磁界のうち、回転軸１０４に対して垂直な平面内の磁界のみを検出する。

図１２は、従来の磁気検出装置に用いられている磁気抵抗素子の特性を示した図である。図１２において、横軸は、磁気抵抗素子１０２ａ、１０２ｂへの印加磁界（Ａ/ｍ）である。縦軸は、磁気抵抗素子１０２ａ、１０２ｂの抵抗変化率（％）である。図１２に示すように、磁気抵抗素子１０２ａ、１０２ｂに印加される磁界がゼロの時に、抵抗値が最大となる。一方、印加される磁界の値が大きくなると、抵抗値は小さくなる。

上述したように、従来の磁気検出装置では、磁石１０３により、磁気抵抗素子１０２ａ、１０２ｂに対して、バイアス磁界が印加されている。図１２では、このバイアス磁界を、バイアス磁界Ｂ０として示している。磁性移動体１０１が回転軸１０４を軸として回転した場合、磁性移動体１０１からの磁界により、磁気抵抗素子１０２ａ、１０２ｂに印加される磁界の変化幅、すなわち、動作磁界範囲は、図１２のＢ１からＢ２までの範囲である。この時、磁気抵抗素子１０２ａ、１０２ｂは、磁性移動体１０１の回転方向に沿って一定間隔Ｌｅを介して配置されているため、磁気抵抗素子１０２ａと１０２ｂの動作磁界範囲は同一となる。

従来の磁気検出装置においては、処理回路部１０２が、磁気抵抗素子１０２ａ、１０２の抵抗値の変化に基づいて、磁性移動体１０１の多極着磁に対応した信号を出力する。処理回路部１０２は、磁気抵抗素子１０２ａ、１０２ｂの抵抗値の差を求め、当該差を電圧変換することで、出力信号をＶｃを得る。処理回路部１０２は、さらに、出力信号Ｖｃを波形整形することで、最終の出力信号Ｖｏを得る。

図１３は、従来の磁気検出装置の動作を示すタイミングチャートの一例である。
図１３において、（ａ）は磁気抵抗素子１０２ａ、１０２ｂの抵抗値、（ｂ）は出力信号Ｖｃ、（ｃ）は出力信号Ｖｏを示す。また、Ｐは、磁性移動体１０１のＮ極とＳ極の磁極ピッチである。

磁性移動体１０１が回転軸１０４を中心に回転することで、磁気抵抗素子１０２ａ、１０２ｂへの印加磁界が変化する。それにより、図１３（ａ）に示すように、磁気抵抗素子１０２ａ、１０２ｂの抵抗値が変化する。図１３（ａ）においては、破線が磁気抵抗素子１０２ａの抵抗値を示し、実線が、磁気抵抗素子１０２ｂの抵抗値を示す。磁気抵抗素子１０２ａと１０２ｂとは、磁性移動体１０１の回転方向に沿って、間隔Ｌｅを介して設置されている。そのため、磁気抵抗素子１０２ａ、１０２ｂの抵抗変化は、図１３（ａ）に示されるように、間隔Ｌｅの分だけ位相がずれる。そこで、磁気抵抗素子１０２ａ、１０２ｂの抵抗値の差を求め、当該差を電圧変換すると、図１３（ｂ）に示す出力信号Ｖｃが得られる。出力信号Ｖｃを閾値電圧Ｖｒｅｆと比較することで波形整形を行うと、図１３（ｃ）に示すように、磁性移動体１０１の磁極に対応した出力信号Ｖｏを得ることができる。
この時、磁性移動体１０１の磁極ピッチＰが、磁気抵抗素子１０２ａ、１０２ｂの間隔Ｌｅとほぼ等しい場合には、出力信号Ｖｃはほぼ正弦波となる。

特許第３６５５８９７号公報

上述のように、磁性移動体１０１の磁極ピッチＰと磁気抵抗素子１０２ａ、１０２ｂの間隔Ｌｅがほぼ等しい場合、出力信号Ｖｃは、磁性移動体１０１の磁極中心付近で急峻に変化する。そのため、磁極ピッチＰと間隔Ｌｅとがほぼ等しい場合には、従来の磁気検出装置においても、磁性移動体１０１の回転位置を高精度に検出できる。しかしながら、磁性移動体１０１の着磁パターンは、そのアプリケーションにより多様なパターンが存在し、磁極ピッチＰもアプリケーション毎に異なる。

図１４は、従来の磁気検出装置の動作を示すタイミングチャートの別の例である。図１４に示す例においては、磁性移動体１０１の磁極ピッチＰが、磁気抵抗素子１０２ａ、１０２ｂの間隔Ｌｅに対して大きい場合を示している。
図１４において、（ａ）は磁気抵抗素子１０２ａ、１０２ｂの抵抗値、（ｂ）は出力信号Ｖｃ、（ｃ）は出力信号Ｖｏを示す。また、図１４（ａ）においては、破線が磁気抵抗素子１０２ａの抵抗値を示し、実線が、磁気抵抗素子１０２ｂの抵抗値を示す。
図１４に示すように、磁性移動体１０１の磁極ピッチＰが、磁気抵抗素子１０２ａ、１０２ｂの間隔Ｌｅに対して大きい場合には、磁気抵抗素子１０２ａと１０２ｂに同じ磁界が印加される。これにより、図１４（ｃ）に示されるように、出力信号Ｖｃが一定電圧となる領域（Ａ）が発生する。このような領域（Ａ）では、出力信号Ｖｃと閾値電圧Ｖｒｅｆとが近接するため、外乱ノイズ等の影響を受けやすく、出力信号Ｖｏに誤パルスが発生しやすくなる。また、出力信号Ｖｃの電圧変化が緩やかになるため、出力信号Ｖｏの立ち下がり信号及び立ち上がり信号の位置が変動しやすく、検出精度が悪化する。

上記状態を避けるためには、磁性移動体１０１の磁極ピッチＰに合わせて、磁気抵抗素子１０２ａ、１０２ｂの間隔Ｌｅを設定することが有効である。しかしながら、磁性移動体１０１の磁極ピッチＰが大きくなると、磁気抵抗素子１０２ａ、１０２ｂの間隔Ｌｅが大きくなる。そのため、処理回路部１０２を構成する基板の大きさが大きくなり、磁気検出装置が大型化し、且つ、高価になる。また、磁性移動体１０１毎に、磁気抵抗素子１０２ａ、１０２ｂの間隔Ｌｅを調整しなければならない。

本発明は、かかる課題を解決するためになされたものであり、磁性移動体のＮ極とＳ極の磁極ピッチに依存せず、磁性移動体の回転を高精度に検出することが可能な、磁気検出装置を得ることを目的としている。

本発明は、円型の外周部にＮ極とＳ極とが交互に配置され、回転軸を中心に回転する磁性移動体と、前記磁性移動体の前記外周部に対して配置され、前記磁性移動体の磁界の変化を検出する２個の磁気抵抗素子と、前記磁気抵抗素子の信号を処理する信号処理部と、
前記磁気抵抗素子に対してバイアス磁界を印加する磁石とを備えた磁気検出装置であって、前記磁石の着磁方向は、前記磁性移動体の前記回転軸に対して平行であり、前記磁気抵抗素子は、前記磁石の前記着磁方向に対して垂直な面内に配置され、且つ、前記磁気抵抗素子は、前記磁性移動体の径方向において、互いに離間して並んで配置されている、磁気検出装置である。

本発明によれば、磁気抵抗素子を磁性移動体の径方向に配置するようにしたので、磁性移動体のＮ極とＳ極の磁極ピッチに依存せず、磁性移動体の回転を高精度に検出することができるという効果が得られる。

本発明の実施の形態１に係る磁気検出装置の構成を示す斜視図である。 本発明の実施の形態１に係る磁気検出装置における検出部の拡大側面図である。 本発明の実施の形態１に係る磁気検出装置における検出部の拡大上面図である。 本発明の実施の形態１に係る磁気検出装置における、磁気抵抗素子に対してバイアス磁界を印加する磁石の中心軸からの距離Ｌと磁界Ｂとの関係を示す図である。 本発明の実施の形態１に係る磁気検出装置における磁気抵抗素子のＭＲループ特性を示す図である。 本発明の実施の形態１に係る磁気検出装置の信号処理部の一例を示す回路図である。 本発明の実施の形態１に係る磁気検出装置の動作を示すタイミングチャートである。 本発明の実施の形態２に係る磁気検出装置における検出部の拡大側面図である。 本発明の実施の形態２に係る磁気検出装置における検出部の拡大上面図である。 本発明の実施の形態２に係る磁気検出装置における磁気抵抗素子のＭＲループを示す図である。 本発明の実施の形態２に係る磁気検出装置の動作を示すタイミングチャートである。 従来の磁気検出装置の模式的な構成を示す斜視図である。 従来の磁気検出装置の検出部の拡大側面図である。 従来の磁気検出装置の検出部の拡大上面図である。 従来の磁気検出装置の磁気抵抗素子のＭＲループ特性を示す図である。 従来の磁気検出装置の動作を説明するタイミングチャートである。 従来の磁気検出装置の動作を説明する別のタイミングチャートである。

実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１に係る磁気検出装置の構成を示す斜視図である。図２Ａ及び図２Ｂは、磁気検出装置の検出部の拡大図である。図２Ａが、検出部の側面図、図２Ｂが検出部の上面図を示す。

図１に示すように、本実施の形態１に係る磁気検出装置は、磁性移動体１と、磁気抵抗素子２ａ、２ｂと、基板２と、磁石３と、回転軸４とから構成されている。

磁性移動体１は、円板状または円管状の形状を有している。磁性移動体１の円形の外周部は、Ｎ極とＳ極とが交互に配置されるように、リング状に着磁されている。磁性移動体１の中心には、回転軸４が貫通している。磁性移動体１は、回転軸４を軸として円周方向に回転する。

基板２上には、磁気抵抗素子２ａ、２ｂが搭載されている。基板２と磁性移動体１の外周部との間には、予め設定された距離の空隙がある。なお、基板２は、磁気抵抗素子２ａ、２ｂが搭載された回路基板から構成されてもよく、あるいは、磁気抵抗素子２ａ、２ｂと処理回路とを含むＩＣから構成されてもよい。また、磁気抵抗素子２ａ、２ｂは、基板２の上面ではなく、下面に設けられていてもよい。

図１に示すように、磁気抵抗素子２ａ、２ｂは、磁性移動体１の径方向に並んで配置されている。磁気抵抗素子２ａ、２ｂは、予め設定された一定距離だけ、互いに離間して配置されている。磁気抵抗素子２ｂが、磁気抵抗素子２ａよりも、磁性移動体１に近い位置に配置されている。そのため、磁気抵抗素子２ｂから磁性移動体１までの距離は、磁気抵抗素子２ａから磁性移動体１までの距離に比べて、短い。

磁石３は、図２Ａにおいて、基板２の下方に配置されている。すなわち、基板２と磁石３とは、回転軸４と平行な方向に順に配置されている。但し、基板２は、磁石３の真上にではなく、基板２の一端は、磁石３の一端よりも、磁性移動体１側に突出している。また、磁石３と基板２との間には、回転軸４と平行な方向に、予め設定された距離の空隙がある。磁石３は、磁気抵抗素子２ａ、２ｂに対して、バイアス磁界を印加する。

図２Ａの実線の矢印で示されるように、磁石３は、回転軸４と平行な方向に着磁されている。基板２は、磁石３の着磁方向に対して、略垂直な面内に配置されている。図２Ａ及び図２Ｂに示すように、磁石３の着磁方向の中心軸を、中心軸Ｃとする。中心軸Ｃは、回転軸４に平行である。

磁気抵抗素子２ａは、基板２上において、中心軸Ｃから、磁性移動体１側の方向に向かって、距離Ｌａだけシフトされた位置に配置されている。また、磁気抵抗素子２ｂは、基板２上において、中心軸Ｃから、磁性移動体１側の方向に向かって、距離Ｌｂだけシフトされた位置に配置されている。ここで、磁石３の中心軸Ｃと垂直な方向を水平方向とすると、距離Ｌａとは、磁気抵抗素子２ａの水平方向の中心線と磁石３の中心軸Ｃとの間の距離である。同様に、距離Ｌｂとは、磁気抵抗素子２ｂの水平方向の中心線と磁石３の中心軸Ｃとの間の距離である。距離Ｌａ、Ｌｂについては、同一でなければよく、任意の距離に設定してよい。

図２Ａにおいて、破線の矢印は、磁石３から発生されるバイアス磁界を示している。磁気抵抗素子２ａ、２ｂの周囲には、磁石３から発生するバイアス磁界と磁性移動体１から発生する磁界とから構成される合成磁界がある。磁気抵抗素子２ａ、２ｂは、当該合成磁界のうち、回転軸４に対して垂直な平面内の磁界のみを検出する。

図３に、磁石３による磁界Ｂと磁石３の中心軸Ｃからの距離Ｌとの関係を示す。図３において、横軸は、磁石３の中心軸Ｃからの距離Ｌ（ｍｍ）である。縦軸は、磁界Ｂ（Ａ/ｍ）であり、＋/−は磁界Ｂの向きを示す。なお、磁界Ｂは、磁石３からのバイアス磁界のうち、磁石３の着磁方向に垂直な成分を示す。図３において、Ｌａ、Ｌｂは、図２Ａで示したＬａ、Ｌｂである。また、磁界Ｂａは、磁石３から磁気抵抗素子２ａに対するバイアス磁界のうち、磁石３の着磁方向に垂直な成分を示す。同様に、磁界Ｂｂは、磁石３から磁気抵抗素子２ｂに対するバイアス磁界のうち、磁石３の着磁方向に垂直な成分を示す。なお、図３における、Ｌａ’、Ｌｂ’、Ｂａ’、Ｂｂ’については、後述する実施の形態２で説明する。

また、図４に、磁気抵抗素子２ａ、２ｂの特性を示した図、すなわち、ＭＲカーブを示す。図４において、横軸は、磁気抵抗素子２ａ、２ｂへの印加磁界（Ａ/ｍ）である。縦軸は、抵抗変化率（％）である。図４において、Ｂａ及びＢｂは、図３のＢａ、Ｂｂに対応している。ΔＢａ、ΔＢｂについては、後述する。

本実施の形態においては、図３及び図４に示す通り、磁気抵抗素子２ａ、２ｂに対しては、磁石３により、それぞれ異なるバイアス磁界Ｂａ、Ｂｂが印加されている。バイアス磁界Ｂａはバイアス磁界Ｂｂよりも強く、Ｂａ＞Ｂｂの関係にある。

また、磁性移動体１が回転軸４を中心に回転した場合、磁性移動体１からの磁界により磁気抵抗素子２ａに印加される磁界はΔＢａの範囲内で変化する。従って、ΔＢａは、磁気抵抗素子２ａの動作磁界範囲となる。同様に、磁性移動体１が回転軸４を中心に回転した場合、磁性移動体１からの磁界により磁気抵抗素子２ｂに印加される磁界はΔＢｂの範囲内で変化する。従って、ΔＢｂは、磁気抵抗素子２ｂの動作磁界範囲となる。図４に示すように、磁気抵抗素子２ａの動作磁界範囲ΔＢａと磁気抵抗素子２ｂの動作磁界範囲ΔＢｂとは異なり、ΔＢｂの方がΔＢａよりも広く、ΔＢｂ＞ΔＢａの関係にある。

磁気抵抗素子２ａには、強いバイアス磁界Ｂａが印加されており、ＭＲカーブ上の飽和領域となるように設定されている。そのため、磁性移動体１が回転して、磁気抵抗素子２ａに印加される磁界が変化した場合でも、磁気抵抗素子２ａの抵抗変化は小さい。
一方、磁気抵抗素子２ｂは弱いバイアス磁界Ｂｂが印加されており、ＭＲループ上、抵抗変化が急峻な領域に配置されている。そのため、磁性移動体１が回転して、磁気抵抗素子２ｂに印加される磁界が変化した場合、磁気抵抗素子２ｂの抵抗変化は大きい。

また、上述したように、磁気抵抗素子２ｂは、磁気抵抗素子２ａに比べて、磁性移動体１からの距離が短い。そのため、磁性移動体１が回転した場合の印加磁界の変化幅が大きいため、抵抗値変化が大きくなる。なお、磁気抵抗素子２ａと２ｂとは、抵抗値の変化幅が同一でなければよいため、磁気抵抗素子２ａに印加するバイアス磁界Ｂａは、ＭＲカーブ上の飽和領域でなくてもよい。

抵抗値変化が小さいにも関わらず、磁気抵抗素子２ａを使用する理由は、温度特性を改善するためである。仮に、磁気抵抗素子２ａの代わりに、固定抵抗を使用した場合、磁気抵抗素子２ｂの抵抗値と固定抵抗の抵抗値とは温度係数が異なるため、磁気抵抗素子２ａの抵抗値と磁気抵抗素子２ｂとの抵抗値の差に基づく出力信号Ｖｃは温度変化により大きく変動することになる。これについて、以下に、詳細に説明する。

磁気抵抗素子２ａ、２ｂの抵抗値の変化は、図５に示す検出部で信号処理される。図５は、本実施の形態１に係る磁気検出装置の検出部の構成を示す図である。検出部は、磁気抵抗素子２ａ、２ｂ、及び、基板２上の信号処理部１１から構成される。信号処理部１１には、比較器１０が設けられている。

図５に示すように、磁気抵抗素子２ａと２ｂとは直列に接続されて、ブリッジ回路を構成している。図５において、Ｖｃはブリッジ回路の出力信号である。また、Ｖｒｅｆは比較器１０に入力される閾値電圧であり、Ｖｏは比較器１０の出力信号である。磁気抵抗素子２ａと２ｂは、定電圧Ｖｃｃと接地との間に直列接続されている。そのため、磁気抵抗素子２ａ、２ｂの抵抗値の変化は電圧変換されて、出力信号Ｖｃとなる。出力信号Ｖｃは、比較器１０に入力される。比較器１０では、入力された出力信号Ｖｃと閾値電圧Ｖｒｅｆとを比較することで、出力信号Ｖｃを波形整形して、出力信号Ｖｏを出力する。

このように、図５に示す検出部において、出力信号Ｖｃは、磁気抵抗素子２ａと２ｂの抵抗値の差に基づいて求められる。そのため、磁気抵抗素子２ａと２ｂとで温度係数が異なると、温度変化が大きい場合に、出力信号Ｖｃに誤差が含まれることになる。従って、磁気抵抗素子２ａ、２ｂとして、同じ温度係数を有する同一の素子を用いることが望ましい。この理由により、抵抗値変化が小さいにも関わらず、磁気抵抗素子２ａを使用する。

図６は、本実施の形態１に係る磁気検出装置の動作を示すタイミングチャートである。図６において、（ａ）は磁性移動体１が回転軸４を中心に回転した場合の磁気抵抗素子２ａ、２ｂの抵抗値の変化、（ｂ）はブリッジ回路の出力信号Ｖｃ、（ｃ）は比較器１０の出力信号Ｖｏを示している。また、図６（ａ）においては、破線が磁気抵抗素子２ａの抵抗値を示し、実線が、磁気抵抗素子２ｂの抵抗値を示す。

磁性移動体１が回転軸４を中心に回転することで、磁気抵抗素子２ａ、２ｂへ印加される磁界が変化する。これにより、図６（ａ）に示すように、磁気抵抗素子２ａ、２ｂの抵抗値が変化する。この時、磁気抵抗素子２ａと２ｂは、磁性移動体１の径方向に、予め設定された一定距離だけ、互いに離間して配置されている。そのため、磁気抵抗素子２ａ、２ｂの抵抗変化に位相差はない。一方、図４で示したように、動作磁界範囲ΔＢａとΔＢｂとが異なるため、磁気抵抗素子２ａと２ｂとで抵抗値は異なる。そのため、図６（ｂ）に示すような、ブリッジ回路の出力信号Ｖｃが得られる。その結果、図６（ｃ）に示すように、比較器１０の出力信号Ｖｏとして、磁性移動体１の磁極に対応した信号を得ることができる。この時、ブリッジ回路の出力信号Ｖｃは、磁性移動体１のＮ極とＳ極の境界で急峻に変化するため、比較器１０の出力信号Ｖｏの立ち下がり位置及び立ち上がり位置の変動が小さくなり、磁性移動体１の回転を高精度に検出することができる。
このように、本実施の形態においては、比較器１０の出力信号Ｖｏとして、磁性移動体１の磁極に対応した信号を得ることができるため、出力信号Ｖｏのパルスの数を計測することにより、磁性移動体１の回転数または回転角度を高精度に検出することができる。

また、本実施の形態１によれば、ブリッジ回路の出力信号Ｖｃと閾値電圧Ｖｒｅｆが近接する領域が小さく、外乱ノイズによる誤パルスが発生しにくくなる。

また、磁気抵抗素子２ａ、２ｂを配置する方向は磁性移動体１の径方向であり、磁性移動体１の移動方向は周方向である。従って、磁気抵抗素子２ａ、２ｂを配置する方向は、磁性移動体１の移動方向と異なる。そのため、磁性移動体１の磁極ピッチに依存せずに、高精度な検出が可能となる。

本実施の形態１のような検出方法は、特にエンジンのカムシャフトに取り付けられた着磁ローターのように、ローター１回転あたりの磁極数が少なく、個々の磁極ピッチが比較的長い磁性移動体の検出に適している。

以上のように、本発明の実施の形態１によれば、磁気検出装置が、円型の外周部にＮ極とＳ極とが交互に配置され、回転軸４を中心に回転する磁性移動体１と、磁性移動体１の外周部に対して配置され、磁性移動体１の磁界の変化を検出する２個の磁気抵抗素子２ａ，２ｂと、磁気抵抗素子２ａ，２ｂの信号を処理する信号処理部１１と、磁気抵抗素子２ａ，２ｂに対してバイアス磁界を印加する磁石３とを備えている。磁石３の着磁方向は、磁性移動体１の回転軸４に対して平行である。磁気抵抗素子２ａ，２ｂは、磁石３の着磁方向に対して垂直な面内に配置されている。また、磁気抵抗素子２ａ，２ｂは、磁性移動体１の径方向において、互いに離間して並んで配置されている。
本実施の形態１によれば、磁気検出装置がこのように構成され、磁気抵抗素子２ａ，２ｂが、磁性移動体１の周方向ではなく、径方向に並んで配置されているので、磁性移動体１のＮ極とＳ極の磁極ピッチの影響は受けないため、磁性ピッチに依存することなく、磁性移動体１の回転を高精度に検出することができる。

なお、上記の説明においては、磁気抵抗素子２ａ、２ｂが、基板２上において、中心軸Ｃから、磁性移動体１側の方向に向かって、距離Ｌａ、Ｌｂだけシフトされた位置に配置される例について説明した。しかしながら、これに限定されずに、磁気抵抗素子２ａ、２ｂは、基板２上において、中心軸Ｃから、磁性移動体１と反対側の方向に向かって、距離Ｌａ、Ｌｂだけシフトされた位置に配置されてもよい。但し、この場合には、磁気抵抗素子２ｂの方が、磁気抵抗素子２ａよりも、磁性移動体１からの距離が遠くなるので、その点において動作が逆になるが、実施の形態１と同様の効果が得られることは言うまでもない。

実施の形態２．
図７Ａおよび図７Ｂは、本発明の実施の形態２による磁気検出装置の検出部の拡大図である。図７Ａは、検出部の側面図を示し、図７Ｂは、検出部の上面図を示す。なお、本実施の形態に係る磁気検出装置の全体の構成は、上記の図１に示した実施の形態１の構成と同じであるため、ここでは、その説明を省略する。

図７Ａにおいて、磁石３は、実施の形態１と同様に、実線の矢印で示すように、回転軸４と平行な方向に着磁されている。基板２は、磁石３の着磁方向に略垂直な面内に配置されている。磁気抵抗素子２ａ、２ｂは、磁石３の着磁方向の中心軸Ｃの両側に、中心Ｃを挟んで配置されている。磁気抵抗素子２ｂが、磁気抵抗素子２ａよりも、磁性移動体１側に配置されている。磁気抵抗素子２ａは、磁石３の中心軸Ｃから、磁性移動体１の反対側に距離Ｌａ’だけシフトされた位置に配置されている。磁気抵抗素子２ｂは、磁石３の中心軸Ｃから、磁性移動体１側に距離Ｌｂ’だけシフトした位置に配置されている。なお、磁石３の中心軸Ｃと垂直な方向を水平方向とすると、距離Ｌａ’とは、磁気抵抗素子２ａの水平方向の中心線と磁石３の中心軸Ｃとの間の距離である。同様に、距離Ｌｂ’とは、磁気抵抗素子２ｂの水平方向の中心線と磁石３の中心軸Ｃとの間の距離である。図７Ａでは、距離Ｌａ’と距離Ｌｂ’とは異なり、Ｌｂ’＞Ｌａ’の関係となっている。但し、これに限定されるものではなく、Ｌｂ’＜Ｌａ’となっていてもよい。

図７Ａにおいて、破線の矢印は、磁石３からの磁界を示している。磁気抵抗素子２ａ、２ｂの周囲には、磁石３から発生される磁界と磁性移動体１から発生される磁界との合成磁界が存在する。磁気抵抗素子２ａ、２ｂは、当該合成磁界のうち、回転軸４に対して垂直な平面内の磁界のみを検出する。この時、図３に示すように、磁気抵抗素子２ａには磁界Ｂａ’が印加され、磁気抵抗素子２ｂには磁界Ｂｂ’が印加されている。

図８は、磁気抵抗素子２ａ、２ｂの特性図、すなわち、ＭＲカーブを示す。図８において、横軸は磁気抵抗素子２ａ、２ｂへの印加磁界（Ａ/ｍ）である。縦軸は磁気抵抗素子２ａ、２ｂの抵抗変化率（％）である。図８において、磁界Ｂａ’は、磁石３から磁気抵抗素子２ａに対するバイアス磁界のうち、磁石３の着磁方向に垂直な成分を示す。同様に、磁界Ｂｂ’は、磁石３から磁気抵抗素子２ｂに対するバイアス磁界のうち、磁石３の着磁方向に垂直な成分を示す。

上述したように、本実施の形態においては、磁気抵抗素子２ａ、２ｂは、磁石３の着磁方向の中心軸Ｃの両側に、中心Ｃを跨いで配置されている。そのため、図８に示されるように、磁気抵抗素子２ａ、２ｂには、磁石３から、向きの異なるバイアス磁界Ｂａ’、Ｂｂ’が、それぞれ、印加される。

また、上述したように、磁気抵抗素子２ａと２ｂは、磁石３の中心軸Ｃからの距離が異なるため、バイアス磁界Ｂａ’、Ｂｂ’とは、その大きさも異なる。バイアス磁界Ｂａ’の方が、バイアス磁界Ｂｂ’よりも強く、｜Ｂａ’｜＞｜Ｂｂ’｜の関係となっている。そのため、磁性移動体１が回転し磁気抵抗素子２ａに印加される磁界が変化した場合でも、抵抗変化は小さい。一方、磁気抵抗素子２ｂは弱いバイアス磁界Ｂｂ’が印加されているので、磁性移動体１の回転による印加磁界の変化による抵抗変化は大きい。また、図８に示すように、磁性移動体１が回転軸４を中心に回転した場合の動作磁界範囲ΔＢａ’、ΔＢｂ’は、ΔＢａ’＜ΔＢｂ’となる。ここで、ΔＢａ’は、磁気抵抗素子２ａの動作磁界範囲であり、ΔＢｂ’は、磁気抵抗素子２ｂの動作磁界範囲である。

なお、磁気抵抗素子２ａ、２ｂの抵抗変化は、上記の実施の形態１で示した図５に示す検出部で信号処理される。

図９は、本実施の形態２に関わる磁気検出装置の動作を示すタイミングチャートである。図９において、（ａ）は磁性移動体１が回転軸４を中心に回転した場合の磁気抵抗素子２ａ、２ｂの抵抗変化、（ｂ）はブリッジ回路の出力信号Ｖｃ、（ｃ）は比較器１０の出力信号Ｖｏを示している。また、図９（ａ）においては、破線が磁気抵抗素子２ａの抵抗値を示し、実線が、磁気抵抗素子２ｂの抵抗値を示す。

磁性移動体１が回転軸４を軸にして回転することで磁気抵抗素子２ａ、２ｂへ印加される磁界が変化し、図９（ａ）に示すように、磁気抵抗素子２ａ、２ｂの抵抗値が変化する。この時、図８で示したように、磁石３から磁気抵抗素子２ａ，２ｂに印加されるバイアス磁界Ｂａ’、Ｂｂ’の向きが異なるため、磁気抵抗素子２ａと２ｂの抵抗変化が異なる。例えば検出部に磁性移動体１のＳ極が対向した場合、磁気抵抗素子２ａに印加される磁石３からの磁界の向きと磁性移動体１からの磁界の向きとが逆向きになる。そのため、磁気抵抗素子２に印加される磁界が弱くなり、抵抗値が上昇する。一方、磁気抵抗素子２ｂは、磁石３からの磁界の向きと磁性移動体１からの磁界の向きとが同じであるため、印加される磁界が強くなり、抵抗値が低下する。よって、図９（ｂ）に示すようなブリッジ回路の出力信号Ｖｃが得られ、図９（ｃ）に示すように、比較器１０の出力信号Ｖｏは磁性移動体１の磁極に対応した信号を得ることができる。

上記のように、本実施の形態においても、実施の形態１と同様に、ブリッジ回路の出力信号ＶｃはＮ極とＳ極の境界で急峻に変化するため、比較器１０の出力信号Ｖｏの立ち下がり位置及び立ち上がり位置の変動が小さくなり、磁性移動体１の回転を高精度に検出することができる。

以上のように、本実施の形態によれば、磁気抵抗素子２ａ、２ｂを磁性移動体１の径方向に並べて配置したので、磁性移動体１の磁極ピッチの影響を受けないため、実施の形態１と同様に、磁性移動体１の磁極ピッチに依存せずに、高精度な検出が可能となる。

実施の形態３．
本発明の実施の形態３は、上述の実施の形態２において、磁気抵抗素子２ａ，２ｂを配置する距離Ｌａ’とＬｂ’を、Ｌａ’＝Ｌｂ’の関係となるように配置するものである。上記の実施の形態１では、磁気抵抗素子２ａ、２ｂを、磁石３の中心軸Ｃに対して同じ側に配置したので、Ｌａ＝Ｌｂとすることができなかったが、本実施の形態においては、磁気抵抗素子２ａ、２ｂが、磁石３の中心軸Ｃを挟んで、中心軸Ｃの両側に配置されているので、Ｌａ’＝Ｌｂ’とすることができる。他の構成については、実施の形態１および実施の形態２と同じであるため、ここでは、その説明を省略する。

本実施の形態においては、磁気抵抗素子２ａ，２ｂを配置する距離Ｌａ’とＬｂ’とを等距離、すなわち、Ｌａ’＝Ｌｂ’とすることで、磁気抵抗素子２ａ、２ｂに印加される磁界Ｂａ’、Ｂｂ’は、Ｂａ’＝−Ｂｂ’となる。その結果、磁気抵抗素子２ａ、２ｂに印加される磁界Ｂａ’、Ｂｂ’は、強度が等しく、向きが異なる磁界となる。図８に示すように、磁気抵抗素子２ａ、２ｂの抵抗の変化は、磁界の向きに係らず、強度に依存する。そのため、強度が等しく、向きが異なる磁界が印加された磁気抵抗素子２ａ，２ｂは、抵抗値が等しくなる。このため、温度等の外部因子により、磁気抵抗素子２ａ、２ｂの抵抗値が変化する場合であっても、磁気抵抗素子２ａ、２ｂの抵抗値は同じように変化する。このため、図５に示した比較器１０の閾値電圧Ｖｒｅｆを、以下のように設定することができる。

Ｖｒｅｆ＝Ｖｃｃ/２

これにより、温度等の外乱因子がある場合であっても磁性移動体の回転を高精度に検出することができる。

以上のように、本実施の形態によれば、実施の形態１，２と同様に、磁性移動体１の磁極ピッチに依存せずに、高精度な検出が可能となる。さらに、本実施の形態においては、磁気抵抗素子２ａ、２ｂが、磁石３の着磁方向の中心軸Ｃを挟んで配置され、且つ、磁石３の着磁方向の中心軸Ｃから等距離に配置されているので、温度等の外乱因子がある場合であっても磁性移動体の回転を高精度に検出することができる。

実施の形態４．
本発明の実施の形態４においては、上記実施の形態１〜３の構成において、磁気抵抗素子２ａ、２ｂが検知する磁性移動体１からの磁界（以下、磁界Ｂtargetと呼ぶ）と、磁気抵抗素子２ａ、２ｂにバイアス磁界を印加する磁石３からの磁界（以下、磁界Ｂｍａｇと呼ぶ）との合成磁界強度が、常に、
Ｂｔａｒｇｅｔ＋Ｂｍａｇ＞０
となるように、磁界Ｂｍａｇを設定する。

これにより、磁気抵抗素子２ａ、２ｂへ印加される磁界の変化は、必ず、ゼロ磁界を跨ぐことなく、良好な信号を得ることができる。

以上のように、本実施の形態によれば、実施の形態１〜３と同様に、磁性移動体１の磁極ピッチに依存せずに、高精度な検出が可能となる。さらに、本実施の形態においては、磁気抵抗素子２ａ、２ｂが検知する磁性移動体１からの磁界と磁石３からの磁界との合成磁界Ｂｔａｒｇｅｔ＋Ｂｍａｇの強度が常にゼロにならないように、磁石３からの磁界の大きさを設定するようにしたので、磁気抵抗素子２ａ、２ｂへ印加される磁界の変化は、必ず、ゼロ磁界を跨ぐことなく、良好な信号を得ることができる。

実施の形態５．
本発明の実施の形態５は、実施の形態１〜３において、磁気抵抗素子２ａ、２ｂとして、強度検知式の巨大磁気抵抗素子（以下、ＧＭＲ素子と呼ぶ）を用いる。

ＧＭＲ素子は、数Åから数十Å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、人工格子膜から構成されている。ＧＭＲ素子は、磁気抵抗素子（ＭＲ素子）と比較して、格段に大きなＭＲ効果（ＭＲ変化率）を有し、積層された面内の磁界の強度によって抵抗が変化する性質がある。磁気抵抗素子２ａ、２ｂに、ＧＭＲ素子を用いることにより、ＳＮ比を向上することができ、ノイズ耐量をアップできる。

以上のように、本実施の形態によれば、実施の形態１〜３と同様に、磁性移動体１の磁極ピッチに依存せずに、高精度な検出が可能となる。さらに、本実施の形態においては、磁気抵抗素子２ａ、２ｂを、人工格子膜を使用した巨大磁気抵抗素子から構成するようにしたので、ＳＮ比を向上することができ、ノイズ耐量をアップすることができる。

実施の形態６．
本発明の実施の形態６は実施の形態１〜３において、磁性移動体１の磁性材料としてフェライトを用いる。すなわち、磁性移動体１の外周部は、フェライトを用いて、Ｎ極とＳ極が交互に配置されるように、着磁されている。

フェライトは、安価であるが、磁力が弱いため、磁性移動体１が回転した場合の磁界の変化が小さい。しかしながら、検出素子として磁気抵抗素子２ａ、２ｂを用いることで、磁界変化が小さい場合であっても、十分な抵抗変化が得ることができ、高精度な磁気検出装置を安価に得ることができる。

以上のように、本実施の形態によれば、実施の形態１〜３と同様に、磁性移動体１の磁極ピッチに依存せずに、高精度な検出が可能となる。さらに、本実施の形態においては、磁性移動体２ａ、２ｂの磁性材料をフェライトにしたので、高精度な磁気検出を維持しながら、コストを削減することができる。

実施の形態７．
本発明の実施の形態７は、実施の形態１〜３において、磁性移動体１の磁性材料として磁石を用いる。すなわち、磁性移動体１の外周部は、磁石を用いて、Ｎ極とＳ極が交互に配置されるように、着磁されている。本実施の形態においては、磁性移動体１の磁性材料として用いる磁石として、磁気抵抗素子２ａ、２ｂにバイアス磁界を印加する磁石３と略同一材料を用いる。

磁石は用いる磁性材料により磁力の温度特性が異なる。例えば、ＳｍＣｏ系磁石とフェライト系磁石では残留磁束密度の温度係数が５倍以上異なる。そのため、磁性移動体１の磁性材料と磁石３の磁性材料とを略同一とすることにより、温度が変化した場合においても、磁気抵抗素子２ａ、２ｂに印加される磁界が、必ず、ゼロ磁界を跨ぐことがなく、良好な信号を得ることができる。

以上のように、本実施の形態によれば、実施の形態１〜３と同様に、磁性移動体１の磁極ピッチに依存せずに、高精度な検出が可能となる。さらに、本実施の形態においては、磁性移動体１の磁性材料と磁石３とを同一材料で構成するようにしたので、温度が変化した場合においても、磁気抵抗素子２ａ、２ｂに印加される磁界が、必ず、ゼロ磁界を跨ぐことがなく、良好な信号を得ることができる。

１ 磁性移動体、２ 基板、２ａ，２ｂ 磁気抵抗素子、３ 磁石、４ 回転軸、１０ 比較器、１１ 信号処理部。

Claims (9)

1. 円型の外周部にＮ極とＳ極とが交互に配置され、回転軸を中心に回転する磁性移動体と、
   前記磁性移動体の前記外周部に対して配置され、前記磁性移動体の磁界の変化を検出する２個の磁気抵抗素子と、
   前記磁気抵抗素子の信号を処理する信号処理部と、
   前記磁気抵抗素子に対してバイアス磁界を印加する磁石と
   を備えた磁気検出装置であって、
   前記磁石の着磁方向は、前記磁性移動体の前記回転軸に対して平行であり、
   前記磁気抵抗素子は、前記磁石の前記着磁方向に対して垂直な面内に配置され、且つ、前記磁気抵抗素子は、前記磁性移動体の径方向において、互いに離間して並んで配置されている、
   磁気検出装置。
2. 前記２個の磁気抵抗素子は、前記磁石の前記着磁方向の中心軸よりも前記磁性移動体側に配置されている、
   請求項１に記載の磁気検出装置。
3. 前記２個の磁気抵抗素子は、前記磁石の前記着磁方向の中心軸を挟んで配置されている、
   請求項１に記載の磁気検出装置。
4. 前記２個の磁気抵抗素子は、前記磁石の前記着磁方向の前記中心軸から等距離に配置されている、
   請求項２記載の磁気検出装置。
5. 前記磁気抵抗素子が検知する前記磁性移動体からの磁界と前記磁石からの磁界との合成磁界の強度がゼロにならないように、前記磁石からの磁界の大きさが設定される、
   請求項１から４までのいずれか１項に記載の磁気検出装置。
6. 前記磁気抵抗素子は、前記磁性移動体の前記回転軸に対して垂直な平面の磁界強度を検出する、
   請求項１から５までのいずれか１項に記載の磁気検出装置。
7. 前記磁気抵抗素子は、人工格子膜を使用した巨大磁気抵抗素子である、
   請求項１から６までのいずれか１項に記載の磁気検出装置。
8. 前記磁性移動体の磁性材料はフェライトである、
   ことを特徴とする請求項１から７までのいずれか１項に記載の磁気検出装置。
9. 前記磁性移動体の磁性材料と前記磁石とが同一材料である、
   請求項１から７までのいずれか１項に記載の磁気検出装置。

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