JP2021143833A - 磁気検出装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】大型化を抑制しつつ、一方の磁気抵抗素子が検出対象としている磁性体に起因した磁界の変化が他方の磁気抵抗素子に与える影響を抑制できる磁気検出装置を得ること。【解決手段】回転軸心を中心に回転し、磁性体の外周部を有する第1の磁性回転体と、第1の磁性回転体に対して軸方向の一方側に配置され、磁性体の外周部を有する第2の磁性回転体と、第1及び第2の磁性回転体の径方向外側に配置され、軸方向の着磁方向を有する磁石と、磁石の軸方向の他方側に配置された第1の磁気抵抗素子と、磁石の軸方向の一方側に配置された第2の磁気抵抗素子と、磁石と第1の磁気抵抗素子との間に配置された、磁性体からなる第1の磁性体ガイドと、磁石と第2の磁気抵抗素子との間に配置された、磁性体からなる第2の磁性体ガイドとを備え、第1の磁性回転体の外周部と第2の磁性回転体の外周部とは、磁石との間で互いに異なる磁界を生じさせる。【選択図】図1

Description

本願は、磁気検出装置に関するものである。
回転体の回転数もしくは回転角度を検出する装置として、例えば、回転により、時間経過に従って変化する磁界を検出する装置が磁気検出装置として利用されている。
車載用エンジンなどの制御システムにおいて、1軸に取り付けられた回転体から、2種類の異なる信号パターンを得ることが要求されている。車載用エンジンは、例えば、通常クランクシャフトの位置情報を元にシステムにより制御されており、このクランクシャフトの位置情報が複数あることで、より精密なエンジン制御が可能になる。1方向に移動する1つのロッドから2種類の異なる信号パターンを得る磁気検出装置の構成として、検出対象である2つの歯構造と、歯構造の移動による磁界の変化を検出する2つの磁気センサと、2つの磁気センサにバイアス磁界を印加する1つの磁石と、を備えた構成が開示されている(例えば特許文献1、図7参照)。磁気検出装置は、磁性体からなる2つの歯構造を1つのロッドに備える。磁気センサには磁気抵抗素子などの磁電変換素子が使用され、それぞれの磁気センサはロッドの移動に伴って生じる磁界の変化を検出する。
米国特許出願公開第2010/0134095号明細書
上記特許文献1においては、2つの磁気抵抗素子が、磁性体からなる2つの歯構造と磁石との間に生じた異なる磁界の変化のそれぞれを検出するため、1方向に移動するロッドに設けられた2つの歯構造から2種類の異なる信号パターンを得ることができる。しかしながら、2つの磁気抵抗素子のそれぞれが対向する一方の歯構造を検出する場合、対向していない他方の歯構造による磁界変化が一方の磁気抵抗素子にも影響するため、一方の磁気抵抗素子において誤検知が発生し検出精度が悪化するという課題があった。例えば、2つの歯構造が近接している場合、2つの歯構造の大きさが異なる場合、及び一方の磁気抵抗素子と検出対象でない他方の歯構造との距離が近い場合などにおいて、一方の磁気抵抗素子が検出対象である一方の歯構造だけでなく、検出対象ではない他方の歯構造の影響を受ける。
検出対象ではない他方の磁性体である歯構造の影響を受けないためには、2つの歯構造の間隔を広くして2つの磁気抵抗素子の距離を大きくする方法、もしくは一方の歯構造に対する他方の歯構造の磁気的な体積を小さくして一方の磁気抵抗素子に対する他方の歯構造の影響小さくする方法がある。しかしながら、2つの磁気抵抗素子の距離を大きくすると、磁気検出装置が大型化するという課題、また大型化に伴いエンジン等に磁気検出装置を装着する時のレイアウト性が悪化するという課題があった。また、一方の磁気抵抗素子に対する他方の歯構造の磁気的な体積を小さくすると、他方の歯構造を検出する他方の磁気抵抗素子の出力信号の振幅が小さくなり、他方の歯構造の検出精度が悪化するという課題があった。なお、これらの検出対象ではない他方の歯構造の影響を受けないための方法と各方法に対する影響は、他方の磁気抵抗素子と一方の歯構造の関係においても同様である。
そこで、本願は、大型化を抑制しつつ、一方の磁気抵抗素子が検出対象としている磁性体に起因した磁界の変化が、他方の磁気抵抗素子に影響を与えることを抑制できる磁気検出装置を得ることを目的としている。
本願に開示される磁気検出装置は、回転軸心を中心に回転し、磁性体の外周部を有する第1の磁性回転体と、第1の磁性回転体に対して軸方向の一方側に配置され、第1の磁性回転体と一体回転し、磁性体の外周部を有する第2の磁性回転体と、第1の磁性回転体及び第2の磁性回転体の径方向外側に配置され、非回転部材に固定される、軸方向の着磁方向を有する磁石と、磁石の軸方向の他方側に配置され、磁界の変化を検出する第1の磁気抵抗素子と、磁石の軸方向の一方側に配置され、磁界の変化を検出する第2の磁気抵抗素子と、磁石と第1の磁気抵抗素子との間に配置された第1の磁性体ガイドと、磁石と第2の磁気抵抗素子との間に配置された第2の磁性体ガイドとを備え、第1の磁性回転体の外周部と、第2の磁性回転体の外周部とは、前記磁石との間で互いに異なる磁界を生じさせるものである。
本願に開示される磁気検出装置によれば、磁石と第1の磁気抵抗素子との間に配置された第1の磁性体ガイドと、磁石と第2の磁気抵抗素子との間に配置された第2の磁性体ガイドとを備えたため、第2の磁性回転体に起因した磁界の変化がもたらす、磁石の軸方向の他方側に配置された第1の磁気抵抗素子への影響、及び第1の磁性回転体に起因した磁界の変化がもたらす、磁石の軸方向の一方側に配置された第2の磁気抵抗素子への影響を低減することができる。また、第2の磁性回転体に起因した磁界の変化がもたらす第1の磁気抵抗素子への影響及び第1の磁性回転体に起因した磁界の変化がもたらす第2の磁気抵抗素子への影響が低減されるため、第1の磁性回転体と第2の磁性回転体に起因した磁界の変化を高精度に検出することができる。
実施の形態1に係る磁気検出装置の構成の概略を示す斜視図である。 実施の形態1に係る磁気検出装置の検出部の側面図である。 実施の形態1に係る磁気検出装置の検出部の別の側面図である。 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。 実施の形態1に係る磁気検出装置の第1の磁気抵抗素子のMRループ示す図である。 実施の形態1に係る磁気検出装置の磁性体ガイドを設けた効果を示す図である。 実施の形態1に係る磁気検出装置の磁性体ガイドと磁石の周方向の幅の関係を示す図である。 実施の形態2に係る磁気検出装置の検出部の側面図である。 実施の形態3に係る磁気検出装置の検出部の側面図である。 実施の形態4に係る磁気検出装置の検出部の側面図である。 実施の形態5に係る磁気検出装置の構成の概略を示す斜視図である。 実施の形態5に係る磁気検出装置の検出部の側面図である。 実施の形態5に係る磁気検出装置の磁性体ガイドに突出部を設けた効果を示す図である。 実施の形態6に係る磁気検出装置の検出部の側面図である。 実施の形態6に係る磁気検出装置の磁性回転体の厚みと磁気抵抗素子の出力信号の関係を示す図である。 実施の形態6に係る別の磁気検出装置の側面図である。 実施の形態7に係る磁気検出装置の磁性回転体の間の距離と磁気抵抗素子の出力信号の関係を示す図である。 実施の形態8に係る磁気検出装置の構成の概略を示す斜視図である。 比較例の磁気検出装置の構成の概略を示す斜視図である。 比較例の磁気検出装置の検出部の側面図である。 比較例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。 比較例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。 比較例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。
以下、本願の実施の形態による磁気検出装置を図に基づいて説明する。なお、各図において同一、または相当部材、部位については同一符号を付して説明する。
実施の形態1.
図1は実施の形態1に係る磁気検出装置100の構成の概略を示す斜視図、図2は磁気検出装置100の検出部150の側面図、図3は磁気検出装置100の検出部150の図1に示した矢印Pから見た側面図、図4は磁気検出装置100の動作を示すタイミングチャート、図5は磁気検出装置100の第1の磁気抵抗素子2aのMRループを示す図、図6は磁気検出装置100の磁性体ガイド6の効果を示す図、図7は磁気検出装置100の磁性体ガイド6と磁石4の周方向の幅の関係を示す図である。磁気検出装置100は、回転軸心5を中心に回転する第1の磁性回転体1a及び第2の磁性回転体1bから、2種類の異なる信号パターンを得る装置である。回転軸心5は、例えば、エンジンのクランクシャフトまたは車輪軸、もしくはこれらに組付けられた回転軸である。
<磁気検出装置100の構成の概要>
磁気検出装置100は、2つの磁性回転体1、及び検出部150を備える。検出部150は、2つの磁気抵抗素子2、2つの処理回路3、2つの磁性体ガイド6、及び1つの磁石4を備える。磁性回転体1及び磁性体ガイド6は、例えば、冷間圧延鋼であるSPCCで作製される。磁石4の材料は、例えば、サマリウムコバルトである。第1の磁性回転体1aは、回転軸心5を中心に回転し、磁性体の外周部を有する。第2の磁性回転体1bは、第1の磁性回転体1aに対して軸方向の一方側に配置され、第1の磁性回転体1aと一体回転し、磁性体の外周部を有する。磁石4は直方体で、第1の磁性回転体1a及び第2の磁性回転体1bの径方向外側に配置され、軸方向に着磁方向を有する。磁石4からは、例えば、図2の破線矢印で示す磁束が生じる。磁石4は、第1の磁気抵抗素子2aと第2の磁気抵抗素子2bにバイアス磁界を印加する。磁石4を含む検出部150は、例えば、クランクシャフトに取り付けられた磁性回転体1を検出する磁気検出装置100では、非回転部材であるエンジンブロック(図示せず)に固定される。
第1の磁性回転体1aの外周部と第2の磁性回転体1bの外周部は、それぞれ、予め定められた間隔で周方向に配置された複数の突起部7を備える。図1において、第1の磁性回転体1aと第2の磁性回転体1bの外周部の片側の突起部7は省略している。第1の磁性回転体1aの複数の突起部7aと、第2の磁性回転体1bの複数の突起部7bとは、異なる周方向の位置に配置されている。第1の磁性回転体1aと第2の磁性回転体1bの外周部の一部である突起部7aと突起部7bも磁性体である。第1の磁性回転体1aの外周部と第2の磁性回転体1bの外周部とは、磁石4との間で互いに異なる磁界を生じさせる。また、第1の磁性回転体1aと第2の磁性回転体1bの回転に伴って、第1の磁性回転体1aの外周部と第2の磁性回転体1bの外周部とは、磁石4との間で異なって変化する磁界を生じさせる。
第1の磁気抵抗素子2aは、軸方向に対して垂直に、磁石4の軸方向の他方側に配置され、磁界の変化を検出する。第2の磁気抵抗素子2bは、軸方向に対して垂直に、磁石4の軸方向の一方側に配置され、磁界の変化を検出する。磁石4のそれぞれの磁極面と、第1の磁気抵抗素子2a及び第2の磁気抵抗素子2bのそれぞれとは、平行である。第1の処理回路3aは、第1の磁気抵抗素子2aに接続され、第1の磁気抵抗素子2aの出力を処理して外部へ出力する。第2の処理回路3bは、第2の磁気抵抗素子2bに接続され、第2の磁気抵抗素子2bの出力を処理して外部へ出力する。磁性体からなる第1の磁性体ガイド6aは、磁石4と第1の磁気抵抗素子2aとの間に配置される。磁性体からなる第2の磁性体ガイド6bは、磁石4と第2の磁気抵抗素子2bとの間に配置される。第1の磁性体ガイド6a及び第2の磁性体ガイド6bは矩形板状に形成されるが、第1の磁性体ガイド6a及び第2の磁性体ガイド6bの形状はこれに限るものではなく、磁石4と磁気抵抗素子2との間を遮蔽する形状であれば構わない。
<磁気抵抗素子2>
磁気抵抗素子2は、素子面内に沿った方向に印加される磁界の強さに応じて抵抗値が変化する素子である。磁気抵抗素子2は、素子面内に沿った方向にバイアス磁界が印加されるように、磁石4の着磁方向の中心軸4aよりも、径方向において磁性回転体1の側に配置される。図5において、横軸は第1の磁気抵抗素子2aへの印加磁界(A/m)、縦軸は第1の磁気抵抗素子2aの抵抗変化率(%)である。図5には、第1の磁気抵抗素子2aのMRループを示したが、第2の磁気抵抗素子2bについても同様のMRループを示す。図5に示すように、第1の磁気抵抗素子2aは印加磁界に対する抵抗変化が非線形である。そのため、MRループの中で線形に近く、かつ大きな抵抗変化率の領域を利用するために、例えば、図5のΔBの領域に相当する印加磁界を第1の磁気抵抗素子2aに与える設定が望ましい。具体的な設定としては、図5のAに相当するバイアス磁界を第1の磁気抵抗素子2aに印加する。そして、突起部7aと第1の磁気抵抗素子2aとの距離が最も近いとき、図5のBに相当する磁界を第1の磁気抵抗素子2aに印加する。磁気抵抗素子2、磁性体ガイド6、及び磁石4の相互の位置関係を調整することで、このような設定は可能になる。なお、MRループは線対称な特性であるため、印加される磁界の向きが逆向きであっても磁気抵抗素子2の特性は同一となる。
<比較例>
本願の要部である磁性体ガイド6の説明の前に、図19、図20を用いて比較例について説明する。図19は比較例の磁気検出装置200の構成の概略を示した斜視図、図20は図19の磁気検出装置200の検出部201の側面図である。磁気検出装置200は、磁性回転体101a、101b、検出素子である磁気抵抗素子102a、102b、処理回路103a,103b、及び磁石104を備える。磁性体の外周部を有する磁性回転体101a、101bは、回転軸心105の回転に同期して回転する。磁性回転体101a、101bのそれぞれの外周部は、予め定められた間隔で周方向に配置された複数の突起部107を備える。磁性回転体101a、101bのそれぞれの外周部で、突起部107の位置は異なっている。磁石104は直方体で、軸方向の着磁方向を有し、磁性回転体101a、101bの径方向外側に配置される。磁気抵抗素子102a、102bは、磁性回転体101a、101bと磁石104との間に生じた磁界の変化を検出する。磁気抵抗素子102a、102bは、回転軸心105に対して垂直な平面に、磁性回転体101a、101bのそれぞれの外周部に対して配置されると共に、磁石104の軸方向の一方側及び他方側に配置される。磁石104は、磁気抵抗素子102a、102bのそれぞれにバイアス磁界を印加する。処理回路103a、103bは、磁気抵抗素子102a、102bのそれぞれに接続され、磁気抵抗素子102a、102bのそれぞれの出力を処理する。
図21及び図22は、比較例の磁気検出装置200の動作を示すタイミングチャートである。図21は磁気抵抗素子102aが対向していない磁性回転体101bの影響を受けない場合の磁気抵抗素子102aの出力について示したもので、図22は磁気抵抗素子102bが対向していない磁性回転体101aの影響を受けない場合の磁気抵抗素子102bの出力について示したものである。図21においてVaは磁気抵抗素子102aの出力信号を、図22においてVbは磁気抵抗素子102bの出力信号を示す。磁性回転体101a、101bが回転軸心105を中心に回転することで、磁性回転体101a、101bの外周部の形状に応じて磁気抵抗素子102a、102bに印加される磁界が変化する。この磁界の変化に対して、磁気抵抗素子102a、102bの出力信号Va、Vbが変化する。この出力信号Va、Vbに対して適切な閾値Vrefで2値化処理を行うことで、磁性回転体101a、101bの外周部に設けられた突起部107の配置に対応した矩形波信号Voa、Vobが得られる。図21及び図22に示すように、2つの磁性回転体101a、101bに対して2つの磁気抵抗素子102a、102bを配置し検出することで、1つの回転軸心105から異なる2つの信号パターンを示す矩形波信号Voa、Vobを得ることができる。
図23は、比較例の磁気検出装置200の動作を示す別のタイミングチャートである。図23は、磁気抵抗素子102aが対向していない磁性回転体101bの影響を受ける場合の、磁気抵抗素子102aの出力について示したものである。図23は、図20に示したように磁性回転体101aと磁性回転体101bが近接し、これに伴って磁気抵抗素子102aと磁気抵抗素子102bとの距離L1が小さい場合の出力である。距離L1が小さい場合、磁気抵抗素子102aは対向する一方の磁性回転体101aだけでなく、他方の磁性回転体101bも検知する。図23の中央の矢印で示した箇所のように、磁気抵抗素子102aの出力信号Vaに磁性回転体101bの突起部107に起因した変動が生じる。この場合、図21及び図22に示したように一定の閾値Vrefで2値処理を行うと、矩形波信号Voaに磁性回転体101aに起因した信号だけでなく、磁性回転体101bに起因した信号が生じる。そのため、2つの磁性回転体それぞれの回転により磁界の変化が発生すると、2つの磁性回転体を検出する2つの磁気抵抗素子のそれぞれに検出の対象ではない他方の磁性回転体に起因した磁界の変化が発生してしまう。
このような状態を回避するために、出力信号Vaを2値化処理する際の閾値Vrefを一定値ではなく、閾値Vrefにヒステリシスを設ける方法がある。閾値Vrefに対して、磁性回転体101bによる磁気抵抗素子102aの出力信号Vaの変化幅(図23の矢印で示した箇所の振幅)以上のヒステリシスを設定することで、磁性回転体101bによる磁気抵抗素子102aの誤検出を無くすことができる。しかしながら、大きなヒステリシスを設定すると、磁性回転体101aに起因した磁気抵抗素子102aの出力信号Vaが閾値Vrefに設けたヒステリシス以下となった場合、出力信号Vaを検出できなくなるため、磁性回転体101aに対する磁気抵抗素子102aの検出性が悪化するという課題があった。図23に磁気抵抗素子102aの出力信号Vaに影響を与えない程度のヒステリシスを閾値Vrefに設定した例を示すが、この設定では他方の磁性回転体101bに起因した誤検出は除去できていない。
<磁性体ガイド6>
本願の要部である磁性体ガイド6の詳細について説明する。磁性体ガイド6を設けることで、磁性回転体1の外周部と磁石4との間に生じる磁界の向き、及び強度を調整することができる。この調整により、磁気抵抗素子2に印加される磁界の向き、及び強度が調整されるため、第1の磁気抵抗素子2aに対する第2の磁性回転体1bの感度、及び第2の磁気抵抗素子2bに対する第1の磁性回転体1aの感度を低下させることができる。
磁性体ガイド6を設けた効果について、図6を用いて説明する。図6において、横軸は、図2に示した第2の磁性回転体1bの軸方向の中心位置と第1の磁気抵抗素子2aの磁石4の側の面との軸方向の距離Lである。縦軸は、第2の磁性回転体1bに起因した第1の磁気抵抗素子2aの出力信号Vaの変化を示す振幅Va−bである。振幅Va−bは、L=0の時の振幅Va−bを1として正規化して示す。L=0の時、第2の磁性回転体1bに起因した第1の磁気抵抗素子2aの出力信号の振幅Va−bは最大となる。図6において、実線で示したa(以下、実線aと記す)は第1の磁性体ガイド6aがない場合の振幅Va−bで、破線で示したb(以下、破線bと記す)は第1の磁性体ガイド6aが配置されている場合の振幅Va−bを示している。点線で示したcについては後述する。実線a、破線b共に、距離Lが大きくなる、すなわち第2の磁性回転体1bから第1の磁気抵抗素子2aが遠ざかると振幅Va―bは減衰する。実線aと破線bを比較すると、破線bにおいて振幅Va―bの減衰の割合が大きい。第1の磁気抵抗素子2aと磁石4との間に第1の磁性体ガイド6aを設けることで、第1の磁気抵抗素子2aに対する第2の磁性回転体1bの影響が小さくなるため、振幅Va―bの減衰の割合は第1の磁性体ガイド6aを設けた場合の方が大きくなる。
第1の磁性回転体1aの外周部及び第2の磁性回転体1bの外周部と、磁石4との間で生じる異なった磁界を精度よく検出するためには、第1の磁気抵抗素子2aに対する第2の磁性回転体1bの影響、また第2の磁気抵抗素子2bに対する第1の磁性回転体1aの影響を十分小さくする必要がある。そのためには、図6に示したように、振幅Va―bが十分減衰するまで距離Lを離す必要がある。第1の磁性体ガイド6aを設けたことで、第1の磁気抵抗素子2aに対する第2の磁性回転体1bの影響を低減することができる。第2の磁性体ガイド6bを設けることで、同様に、第2の磁気抵抗素子2bに対する第1の磁性回転体1aの影響を低減することができる。
この構成によれば、第2の磁性回転体1bの軸方向の中心位置と第1の磁気抵抗素子2aの磁石4の側の面との軸方向の距離Lを小さくすることができるため、磁気検出装置100の大型化を抑制することができる。また、磁性回転体1のレイアウト性を向上させることができる。また、磁気抵抗素子2に対する、検出対象でない磁性回転体1の影響を軽減できるため、第1の磁性回転体1aと第2の磁性回転体1bによるそれぞれの磁界の変化を高精度に検出することができる。
<磁性体ガイド6の大きさ>
まず、磁性体ガイド6の径方向の大きさについて説明する。図2に示すように、第1の磁性体ガイド6aの径方向の長さは第1の磁気抵抗素子2aの径方向の長さよりも長く、第2の磁性体ガイド6bの径方向の長さは第2の磁気抵抗素子2bの径方向の長さよりも長い。第1の磁性体ガイド6aは第1の磁気抵抗素子2aに対する第2の磁性回転体1bの影響を低減し、第2の磁性体ガイド6bは第2の磁気抵抗素子2bに対する第1の磁性回転体1aの影響を低減するため、磁性体ガイド6は磁気抵抗素子2に対して遮蔽板の役割を果たしている。
磁性体ガイド6を設けたことで、磁気抵抗素子2に印加される磁界の大きさは変化する。そのため、磁性体ガイド6の大きさ、形状、配置により、磁性回転体1の検出性能は変化する。磁性体ガイド6の径方向の長さが磁気抵抗素子2の径方向の長さよりも短い場合、磁性体ガイド6の端部において磁界の方向及び磁界の大きさが顕著に変化するため、磁性体ガイド6の配置がばらつくことで磁気抵抗素子2に印加される磁界は変化する。磁性体ガイド6の配置のばらつきを製造時に抑制することは困難である。磁性体ガイド6の径方向の長さを磁気抵抗素子2の径方向の長さよりも長くすることで、磁性体ガイド6の配置のばらつきに左右されることなく、磁気抵抗素子2に印加される磁界を安定させることができる。また、磁性体ガイド6の位置に対するロバスト性が向上し、高精度な磁気検出装置100を安定して製造することができる。
次に、磁性体ガイド6の周方向の大きさについて説明する。図3に示すように、第1の磁性体ガイド6a及び第2の磁性体ガイド6bの周方向のそれぞれの長さは、磁石4の周方向の長さよりも長い。図7は、磁石4の周方向の長さLmよりも第1の磁性体ガイド6aの周方向の長さLgが大きいとき(Lg>Lm)と磁石4の周方向の長さLmよりも第1の磁性体ガイド6aの周方向の長さLgが小さいとき(Lg<Lm)の、第1の磁気抵抗素子2aから得られる信号の振幅Vaを正規化して示している。Lg>Lmの場合、Lg<Lmのときよりも第1の磁気抵抗素子2aから得られる信号の振幅Vaは大きくなる。振幅Vaが大きくなるため、第1の磁性回転体1aに起因した磁界の変化を高精度に検出することができる。なお、第1の磁気抵抗素子2aの出力信号Vaについて説明したが、第2の磁気抵抗素子2bの出力信号についても、Lg>Lmとすることで同様の効果を有する。
例えば、クランクシャフトに取り付けられた磁性回転体1を検出する磁気検出装置100では、磁性体ガイド6を含む検出部150はエンジンブロック(図示せず)に取り付けられる。この場合、エンジンオイルをシールするOリングを検出部150に装着するため、検出部150を収容する部位の外形は円筒形状になる。検出部150を収容する部位の外形の例を、図3に破線で示す。図3に示すように、磁石4の軸方向に、磁気抵抗素子2、処理回路3、磁性体ガイド6、及び磁石4が配置される、そのため、検出部150は磁石4の軸方向に長くなり、検出部150を収容する部位の直径は、概ね磁石4の軸方向の磁気抵抗素子2と処理回路3と磁性体ガイド6と磁石4の寸法とこれらの間隔の合計になる。よって、LgをLmより大きくしても、磁気検出装置100の検出部150のサイズには影響しない。LgをLmより大きくすることで、磁気検出装置100の大型化を抑制しつつ、第1の磁性回転体1aと第2の磁性回転体1bに起因したそれぞれの磁界の変化を高精度に検出することができる。
<磁気抵抗素子2と磁性体ガイド6の配置>
磁気抵抗素子2と磁性体ガイド6の配置について説明する。図2及び図3に示すように、同一の形状に形成された第1の磁性体ガイド6a及び第2の磁性体ガイド6bと、同一の形状の第1の磁気抵抗素子2a及び第2の磁気抵抗素子2bが、磁石4に対して軸方向に対称に配置されている。図5に示すように、MRループは線対称な特性であるため、印加磁界の向きが逆向きであっても磁気抵抗素子2の特性は同一となる。1つの磁石4に対して同一の形状の2つの磁気抵抗素子2と同一の形状に形成された2つの磁性体ガイド6を配置する場合、これらを磁石4に対して軸方向に対称に配置することで、第1の磁気抵抗素子2a及び第2の磁気抵抗素子2bに印加されるバイアス磁界を容易に同一にすることができる。
また、第1の磁気抵抗素子2a及び第2の磁気抵抗素子2bを抵抗変化率が大きくなる領域(例えば図5のΔBの領域)で対称に配置すれば、第1の磁気抵抗素子2a及び第2の磁気抵抗素子2bのそれぞれで高精度な磁界の検出が可能となる。また、第1の磁性体ガイド6a及び第2の磁性体ガイド6bは同一の形状に形成されており、第1の磁性体ガイド6a及び第2の磁性体ガイド6bは同一の部品で構成できるため、磁性体ガイド6を安価に製造することができる。また、同一の形状に形成された第1の磁性体ガイド6a及び第2の磁性体ガイド6bと、同一の形状の第1の磁気抵抗素子2a及び第2の磁気抵抗素子2bが、磁石4に対して軸方向に対称に配置されているため、一方側の位置関係を設計するだけで他方側の設計は不要であり、設計のリードタイムを短縮することができる。また、設計のリードタイムが短縮されるため、安価に磁気検出装置100を製造することができる。
<磁気検出装置100の動作>
磁気検出装置100の動作を説明する。図4において、Vaは第1の磁気抵抗素子2aの出力信号を示す。第1の磁性回転体1aが回転軸心5を中心に回転することで、第1の磁性回転体1aが外周部に備えた突起部7aの配置に応じて第1の磁気抵抗素子2aに印加される磁界は変化する。この磁界の変化に応じて、第1の磁気抵抗素子2aの出力信号Vaは変化する。図4では、第2の磁性回転体1bにより出力信号Vaに信号変化が生じる場合を示している。図4において、第2の磁性回転体1bに起因した第1の磁気抵抗素子2aの出力信号Vaの信号の変動を、Va−bと表している。Va−bの大きさは、図23に示した第1の磁性体ガイド6aを設けないタイミングチャートとの比較から明らかなように、第1の磁性体ガイド6aを設けたことで、第1の磁性体ガイド6aを設けない場合よりも小さくなっている。
この出力信号Vaに対して適切な閾値Vrefを用いて2値化処理を行うことで、第1の磁性回転体1aの外周部が備えた突起部7aに対応した矩形波信号Voaが得られる。出力信号Vaを2値化処理する際の閾値Vrefを一定の値ではなく、閾値Vrefにヒステリシスを設ける。閾値Vrefに対して、第2の磁性回転体1bによる第1の磁気抵抗素子2aの出力信号Vaの変動である振幅Va−b以上のヒステリシスを設定することで、第1の磁気抵抗素子2aの出力から第2の磁性回転体1bに起因した誤検出を除去した矩形波信号Voaが得られる。しかしながら、大きなヒステリシスを設定すると、第1の磁性回転体1aに起因した第1の磁気抵抗素子2aの出力信号Vaが閾値Vrefに設けた閾値以下となった場合、出力信号Vaを検出できなくなる。本実施の形態では、Va−bの大きさが第1の磁性体ガイド6aを設けたことで小さくなっているため、第1の磁気抵抗素子2aの出力信号Vaに影響を与えない程度のヒステリシスを閾値Vrefに設定することができる。
この構成によれば、第1の磁性体ガイド6aを設けたことで、第2の磁性回転体1bに起因した第1の磁気抵抗素子2aの出力信号Vaの変動である振幅Va−bの大きさが小さくなるため、第1の磁気抵抗素子2aの出力信号Vaに影響を与えない程度のヒステリシスを閾値Vrefに設定することができ、第2の磁性回転体1bに起因した誤検出を第1の磁性回転体1aの外周部が備えた突起部7aに対応した矩形波信号Voaから除去することができる。第2の磁性回転体1bに起因した誤検出を矩形波信号Voaから除去できるため、第1の磁性回転体1aに起因した磁界の変化を高精度に検出することができる。なお、第1の磁気抵抗素子2aの出力信号Vaについて説明したが、第2の磁気抵抗素子2bの出力信号Vb、矩形波信号Vobについても、第2の磁性体ガイド6bを設けたことで同様の効果を有する。
以上のように、実施の形態1による磁気検出装置100において、磁石4と第1の磁気抵抗素子2aとの間に配置された磁性体からなる第1の磁性体ガイド6aと、磁石4と第2の磁気抵抗素子2bとの間に配置された磁性体からなる第2の磁性体ガイド6bとを備えたため、第2の磁性回転体1bに起因した磁界の変化がもたらす、磁石4の軸方向の他方側に配置された第1の磁気抵抗素子2aへの影響、及び第1の磁性回転体1aに起因した磁界の変化がもたらす、磁石4の軸方向の一方側に配置された第2の磁気抵抗素子2bへの影響を低減することができる。また、第2の磁性回転体1bに起因した磁界の変化がもたらす第1の磁気抵抗素子2aへの影響及び第1の磁性回転体1aに起因した磁界の変化がもたらす第2の磁気抵抗素子2bへの影響が低減されるため、第1の磁性回転体1aと第2の磁性回転体1bに起因した磁界の変化を高精度に検出することができる。また、第2の磁性回転体1bの軸方向の中心位置と第1の磁気抵抗素子2aの磁石4の側の面との軸方向の距離、及び第1の磁性回転体1aの軸方向の中心位置と第2の磁気抵抗素子2bの磁石4の側の面との軸方向の距離を小さくすることができるため、磁気検出装置100の大型化を抑制することができる。第1の磁性回転体と第2の磁性回転体の配置の構成を変更することがないため、磁気検出装置100の大型化を抑制することができる。また、第2の磁性回転体1bに起因した第1の磁気抵抗素子2aの出力信号Vaの信号の変動及び第1の磁性回転体1aに起因した第2の磁気抵抗素子2bの出力信号Vbの信号の変動の大きさが小さくなるため、第1の磁気抵抗素子2aの出力信号Va及び第2の磁気抵抗素子2bの出力信号Vbに影響を与えない程度のヒステリシスを閾値Vrefに設定することができる。また、第2の磁性回転体1bに起因した誤検出を矩形波信号Voaから除去でき、第1の磁性回転体1aに起因した誤検出を矩形波信号Vobから除去できるため、第1の磁性回転体1aと第2の磁性回転体1bに起因した磁界の変化を高精度に検出することができる。
第1の磁性回転体1aの外周部と第2の磁性回転体1bの外周部は、それぞれ、予め定められた間隔で周方向に配置された複数の突起部7を備えたため、第1の磁性回転体1a及び第2の磁性回転体1bの回転に伴って、第1の磁性回転体1aの外周部と第2の磁性回転体1bの外周部は、磁石4との間の磁界を容易に変化させることができる。また、第1の磁性回転体1aの複数の突起部7aと、第2の磁性回転体1bの複数の突起部7bとは、異なる周方向の位置に配置されているため、第1の磁性回転体1a及び第2の磁性回転体1bの回転に伴って、第1の磁性回転体1aの外周部と第2の磁性回転体1bの外周部とは、磁石4との間で異なって変化する磁界を生じさせることができる。
第1の磁性体ガイド6aの径方向の長さが第1の磁気抵抗素子2aの径方向の長さよりも長く、第2の磁性体ガイド6bの径方向の長さが第2の磁気抵抗素子2bの径方向の長さよりも長い場合、磁性体ガイド6の配置のばらつきに左右されることなく、磁気抵抗素子2に印加される磁界を安定させることができる。また、磁性体ガイド6の位置に対するロバスト性が向上し、高精度な磁気検出装置100を安定して製造することができる。第1の磁性体ガイド6a及び第2の磁性体ガイド6bの周方向のそれぞれの長さが磁石4の周方向の長さよりも長い場合、磁気検出装置100の大型化を抑制しつつ、第1の磁性回転体1aと第2の磁性回転体1bに起因したそれぞれの磁界の変化を高精度に検出することができる。同一の形状に形成された第1の磁性体ガイド6a及び第2の磁性体ガイド6bと、同一の形状の第1の磁気抵抗素子2a及び第2の磁気抵抗素子2bが、磁石4に対して軸方向に対称に配置されている場合、第1の磁気抵抗素子2a及び第2の磁気抵抗素子2bに印加されるバイアス磁界を容易に同一にすることができる。また、第1の磁性体ガイド6a及び第2の磁性体ガイド6bは同一の部品で構成できるため、磁性体ガイド6を安価に製造することができる。また、磁石4に対して軸方向に対称に配置された一方側の位置関係を設計するだけで他方側の設計は不要であり、設計のリードタイムを短縮することができる。また、設計のリードタイムが短縮されるため、安価に磁気検出装置100を製造することができる。
実施の形態2.
実施の形態2に係る磁気検出装置100について説明する。図8は、実施の形態2に係る磁気検出装置100の検出部150の図1に示した矢印Pから見た側面図である。実施の形態2に係る磁気検出装置100は、磁性体ガイド6が磁石4に接した構成になっている。
第1の磁性体ガイド6a及び第2の磁性体ガイド6bのそれぞれは、図8に示すように、磁石4に接している。磁気抵抗素子2と磁石4との間に配置された磁性体ガイド6は、磁性体ガイド6の位置が変化すると磁気抵抗素子2に印加される磁界が変化する。例えば、図5に示した予め設定されたΔBが、磁性体ガイド6の位置の変化により、変動することになる。ΔBが変動すると、MRループの線形に近く、大きな抵抗変化率の領域が利用できなくなるため、第1の磁性回転体1aと第2の磁性回転体1bによるそれぞれの磁界の変化が高精度に検出できなくなる。磁性体ガイド6と磁石4とが接して配置されることで、磁石4の軸方向において磁性体ガイド6の位置は変化せず、磁性体ガイド6の位置ズレを抑制することができる。また、磁性体からなる磁性体ガイド6は、磁石4に引き寄せられて接するため、周方向及び径方向においても磁性体ガイド6の位置は変化せず、磁性体ガイド6の位置ズレは抑制される。
以上のように、実施の形態2による磁気検出装置100において、第1の磁性体ガイド6a及び第2の磁性体ガイド6bのそれぞれは磁石4に接し、磁性体ガイド6の位置ズレが抑制されるため、第1の磁性回転体1aと第2の磁性回転体1bによるそれぞれの磁界の変化を高精度に検出することができる。また、磁気検出装置100の製造工程において、磁石4を着磁した後に磁性体ガイド6を組み付けた場合、磁性体ガイド6が磁石4に引き寄せられて接するため、磁性体ガイド6の位置決め精度を向上させることができる。また、磁性体ガイド6の落下等による破損を防止することができ、生産性を向上させることができる。
実施の形態3.
実施の形態3に係る磁気検出装置100について説明する。図9は、実施の形態3に係る磁気検出装置100の検出部150の側面図である。実施の形態3に係る磁気検出装置100は、第1の磁性回転体1aと第2の磁性回転体1bのそれぞれの直径が異なった構成になっている。
磁気検出装置100が備えた第1の磁性回転体1aと第2の磁性回転体1bのそれぞれの直径は異なっている。図9に示すように、第2の磁性回転体1bの直径が第1の磁性回転体1aよりも大きい。また、同一の形状に形成された第1の磁性体ガイド6a及び第2の磁性体ガイド6bと、同一の形状の第1の磁気抵抗素子2a及び第2の磁気抵抗素子2bのそれぞれが、磁石4の軸方向の中心点4bに対して径方向の面内で点対称になるように配置されている。磁気抵抗素子2を中心点4bに対して径方向の面内で点対称に配置するのは、第1の磁気抵抗素子2a及び第2の磁気抵抗素子2bに同様のバイアス磁界が印加するためであり、直径の異なる第1の磁性回転体1aと第2の磁性回転体1bと磁気抵抗素子2との距離を調整するためである。
以上のように、実施の形態3による磁気検出装置100において、第1の磁性回転体1aと第2の磁性回転体1bのそれぞれの直径が異なっても、同一の形状に形成された第1の磁性体ガイド6a及び第2の磁性体ガイド6bと、同一の形状の第1の磁気抵抗素子2a及び第2の磁気抵抗素子2bのそれぞれが、磁石4の軸方向の中心点4bに対して径方向の面内で点対称なるように配置されているため、第1の磁性回転体1aと第2の磁性回転体1bによるそれぞれの磁界の変化を高精度に検出することができる。また、磁性回転体1の形状の自由度を向上させることができる。
実施の形態4.
実施の形態4に係る磁気検出装置100について説明する。図10は、実施の形態4に係る磁気検出装置100の検出部150の図1に示した矢印Pから見た側面図である。実施の形態4に係る磁気検出装置100は、第1の磁性体ガイド6aと第2の磁性体ガイド6bの周方向の長さが異なった構成になっている。
上述したように、磁気抵抗素子2、磁性体ガイド6、及び磁石4の相互の位置関係を調整することで、MRループの中で線形に近く、かつ大きな抵抗変化率の領域を利用することができる。突起部7の周方向の幅が異なる場合、磁気抵抗素子2に印加される磁界の変化の様子は異なる。突起部7の周方向の幅が異なる場合、磁気抵抗素子2、磁性体ガイド6、及び磁石4の相互の位置関係を調整するのみでは、容易に所望の磁気抵抗素子2の出力信号を得ることができない場合がある。磁性体ガイド6の周方向の長さを変えることで、突起部7の周方向の幅が異なる場合でも、容易に所望の磁気抵抗素子2の出力信号を得ることが可能になる。
磁性体ガイド6の周方向の長さを変えた形態について説明する。図10に示すように、磁気検出装置100が備えた第1の磁性体ガイド6aと第2の磁性体ガイド6bのそれぞれの周方向の長さは異なっている。第2の磁性体ガイド6bの周方向の長さが、第1の磁性体ガイド6aの周方向の長さよりも長い。第1の磁性回転体1aの突起部7aの周方向の幅が広い場合、図4に示した第1の磁気抵抗素子2aの出力信号の波形Va―wの変化が緩やかになる。つまり波形Va−wの波長が長くなる。また、第1の磁性回転体1aにおいて隣接した突起部7aと突起部7aの間隔が狭い場合、第1の磁気抵抗素子2aの出力信号Vaからは、それぞれの突起部7aに対応した、分離された波形が得られなくなる。これらの場合、第1の磁性回転体1aの磁界の変化を高精度に検出することができなくなり、磁界の変化の検出そのものが不可能になる場合もある。
このような場合、第1の磁性体ガイド6aの第1の磁性回転体1aの周方向の幅を小さくすることで、出力信号Vaの変化を急峻にすることができる。つまり波形Va−wの波長が短くなり、第1の磁性回転体1aの突起部7aのそれぞれに対して、分離された所望の第1の磁気抵抗素子2aの出力信号Vaの波形を得ることができる。分離された所望の第1の磁気抵抗素子2aの出力信号Vaの波形が得られるため、第1の磁性回転体1aの磁界の変化を高精度に検出することができる。なお、第1の磁気抵抗素子2aの出力信号Vaについて説明したが、第2の磁気抵抗素子2bの出力信号Vbについても、第2の磁性体ガイド6bの周方向の長さを変えることで同様の効果を有する。
以上のように、実施の形態4による磁気検出装置100において、磁気検出装置100が備えた第1の磁性体ガイド6aと第2の磁性体ガイド6bのそれぞれの周方向の長さが異なるため、磁性回転体1のそれぞれが備えた突起部7の幅、もしくは間隔が異なる場合でも、第1の磁性回転体1aと第2の磁性回転体1bによるそれぞれの磁界の変化を高精度に検出することができる。また、磁性回転体1が備える突起部7の幅、もしくは間隔などの形状の要件を緩和できるため、設計のリードタイムが短縮され、磁性回転体1を軽量化することができる。また、磁気検出装置100を安価に製造することができる。
実施の形態5.
実施の形態5に係る磁気検出装置100について説明する。図11は実施の形態5に係る磁気検出装置100の構成の概略を示す斜視図、図12は磁気検出装置100の検出部150の図11に示した矢印Pから見た側面図、図13は磁気検出装置100の磁性体ガイド6に突出部8を設けた効果を示す図である。実施の形態5に係る磁気検出装置100は、磁性体ガイド6が周方向の両側に突出部8を備えた構成になっている。
上述したように、磁性体ガイド6を備えたため、第1の磁気抵抗素子2aが対向していない第2の磁性回転体1bに起因した磁界の変化がもたらす第1の磁気抵抗素子2aへの影響、及び第2の磁気抵抗素子2bが対向していない第1の磁性回転体1aに起因した磁界の変化がもたらす第2の磁気抵抗素子2bへの影響は低減される。一方、磁性体ガイド6を備えたことで、磁気抵抗素子2に対向した検出対象である磁性回転体1に起因した磁界も低減される。検出対象の磁界の低減は、検出精度の悪化につながる。本実施の形態は、磁性体ガイド6が周方向の両側に突出部8を設けることで、検出対象の磁界の低減を改善するものである。
図11及び図12に示すように、第1の磁性体ガイド6aは、周方向の両側のそれぞれから、軸方向の他方側に突出した2つの突出部8を備え、第2の磁性体ガイド6bは、周方向の両側のそれぞれから、軸方向の一方側に突出した2つの突出部8を備える。ここでは、第1の磁性体ガイド6a及び第2の磁性体ガイド6bの周方向の両端部に突出部8を設けたが、突出部8の位置はこれに限るものではない。突出部8が磁気抵抗素子2の周方向の両側にあればよいため、第1の磁性体ガイド6a及び第2の磁性体ガイド6bの周方向の両端部よりも内側に突出部8を設けても構わない。突出部8の高さは、例えば、1mm程度であるが、突出部8の高さはこれに限るものではない。
突出部8を設けた効果について、図13を用いて説明する。図13は、図6においてL=0の場合の振幅Va−bを、横軸に示すそれぞれの構成の場合において示す図である。横軸のA、B、Cのそれぞれは、Aが第1の磁性体ガイド6aのない場合、Bが突出部8を設けていない第1の磁性体ガイド6aがある場合、Cが突出部8を設けた第1の磁性体ガイド6aがある場合を示す。縦軸は、第1の磁気抵抗素子2aに対向する第2の磁性回転体1bに起因した第1の磁気抵抗素子2aの出力信号Vaの変化を示す振幅Va−bで、Aにおける振幅Va−bを1として正規化して示す。AとBの比較から、第1の磁性体ガイド6aを設けたことで、第1の磁気抵抗素子2aに対向した第2の磁性回転体1bに起因した磁界が低減されることがわかる。BとCの比較から、第1の磁性体ガイド6aに突出部8を設けたことで、第1の磁気抵抗素子2aに対向した第2の磁性回転体1bに起因した磁界が増加することがわかる。この磁界の増加は、突出部8を設けて第1の磁気抵抗素子2aに印加される磁界の向きを第1の磁気抵抗素子2aの方向に向けることにより、第1の磁気抵抗素子2aに効率よく磁界を印加させたことで生じる。
突出部8を設けたさらなる効果について、図6を用いて説明する。図6において、点線で示したc(以下、点線cと記す)は突出部8を設けた第1の磁性体ガイド6aが配置されている場合の振幅Va−bを示している。点線cにおいても、距離Lが大きくなる、すなわち第2の磁性回転体1bから第1の磁気抵抗素子2aが遠ざかると変化Va―bは減衰する。実線aと破線bと点線cとを比較すると、点線cにおいて振幅Va―bの減衰の割合が最も大きい。第1の磁気抵抗素子2aと磁石4との間に突出部8を備えた第1の磁性体ガイド6aを設けることで、第1の磁気抵抗素子2aに対する第2の磁性回転体1bの影響がさらに小さくなるため、振幅Va―bの減衰の割合は突出部8を備えた第1の磁性体ガイド6aを設けた場合の方が大きくなる。突出部8を備えた第1の磁性体ガイド6aを設けたことで、第1の磁気抵抗素子2aに対する第2の磁性回転体1bの影響をさらに低減することができる。突出部8を備えた第2の磁性体ガイド6bを設けることで、同様に、第2の磁気抵抗素子2bに対する第1の磁性回転体1aの影響を低減することができる。
以上のように、実施の形態5による磁気検出装置100において、第1の磁性体ガイド6aは、周方向の両側のそれぞれから、軸方向の他方側に突出した2つの突出部8を備え、第2の磁性体ガイド6bは、周方向の両側のそれぞれから、軸方向の一方側に突出した2つの突出部8を備えたため、磁気抵抗素子2が径方向に対向した検出対象である磁性回転体1に起因した磁界を増加させることができる。また、磁気抵抗素子2が径方向に対向していない検出対象ではない磁性回転体1に起因した磁界を減少させることができる。検出対象である磁性回転体1に起因した磁界を増加させ、検出対象ではない磁性回転体1に起因した磁界を減少させるため、第1の磁性回転体1aと第2の磁性回転体1bによるそれぞれの磁界の変化を高精度に検出することができる。
実施の形態6.
実施の形態6に係る磁気検出装置100について説明する。図14は実施の形態6に係る磁気検出装置100の検出部150の側面図、図15は磁気検出装置100の第1の磁性回転体1aの軸方向の厚みtと第1の磁気抵抗素子2aの出力信号の振幅Vaの関係を示した図である。実施の形態6に係る磁気検出装置100は、磁性回転体1が軸方向に間隔を空けて配置された構成になっている。
第1の磁気抵抗素子2aが対向していない第2の磁性回転体1bに起因した磁界の変化がもたらす第1の磁気抵抗素子2aへの影響、及び第2の磁気抵抗素子2bが対向していない第1の磁性回転体1aに起因した磁界の変化がもたらす第2の磁気抵抗素子2bへの影響を低減させる構成としては、第1の磁性回転体1aと第2の磁性回転体1bとを軸方向に間隔を空けて配置させることが考えられる。しかしながら、第1の磁性回転体1aと第2の磁性回転体1bとをそのままの形状で軸方向に間隔を空けて配置させた場合、検出対象ではない磁性回転体1に起因した磁界を減少させることはできるものの、磁気検出装置100は大型化する。本実施の形態は、磁気検出装置100の大型化を抑制しつつ、第1の磁性回転体1aと第2の磁性回転体1bとを軸方向に間隔を空けて配置させるものである。
第1の磁性回転体1aと第2の磁性回転体1bは、図14に示すように、軸方向に間隔を空けて配置されている。また、第1の磁性回転体1aと第2の磁性回転体1bの軸方向の厚みは、以上の実施の形態で示した第1の磁性回転体1aと第2の磁性回転体1bの軸方向の厚みよりも小さくなっている。第1の磁性回転体1aと第2の磁性回転体1bの軸方向の厚みを小さくすることで、磁気検出装置100の大型化を抑制することができる。
第1の磁性回転体1aと第2の磁性回転体1bの軸方向の厚みを小さくできることについて、図15を用いて説明する。図15において、横軸は、第1の磁性回転体1aの軸方向の厚みtである。縦軸は、第1の磁気抵抗素子2aの出力信号の振幅Vaである。第1の磁性回転体1aの軸方向の厚みtを増加させても、一定以上の厚みtにおいて第1の磁気抵抗素子2aの振幅Vaは飽和する。振幅Vaを大きく減少させない程度に厚みtを設定することで、第1の磁性回転体1aによる磁界の変化の高精度な検出を維持したまま、第1の磁性回転体1aと第2の磁性回転体1bを軸方向に間隔を空けて配置することができる。振幅Vaを大きく減少させない程度に厚みtを小さくできるため、磁気検出装置100の大型化を抑制することができる。なお、第1の磁気抵抗素子2aの振幅Vaについて説明したが、第2の磁気抵抗素子2bの出力信号についても同様の特性を有するため、同様に第2の磁性回転体1bの厚みtを小さくできる。
この構成によれば、第1の磁性回転体1aと第2の磁性回転体1bを軸方向に間隔を空けて配置することができるため、第1の磁気抵抗素子2aが対向していない第2の磁性回転体1bに起因した磁界の変化がもたらす第1の磁気抵抗素子2aへの影響、及び第2の磁気抵抗素子2bが対向していない第1の磁性回転体1aに起因した磁界の変化がもたらす第2の磁気抵抗素子2bへの影響を低減させることができる。また、第1の磁性回転体1aと第2の磁性回転体1bの厚みを小さくできるため、磁気検出装置100の大型化を抑制することができ、磁気検出装置100を軽量化することができる。
<磁性回転体1の形状>
図14に示すように、第1の磁性回転体1aと第2の磁性回転体1bは、それぞれ、回転軸心5を中心とした円柱状に形成されている。図16は、実施の形態6に係る別の磁気検出装置300の側面図である。図16に示す磁気検出装置300では、第1の磁性回転体21aと第2の磁性回転体21bは円柱状に形成されているが、第1の磁性回転体21aと第2の磁性回転体21bは回転軸心5を中心とした円柱状には形成されていない。
図16に示すように第1の磁性回転体21aと第2の磁性回転体21bが構成された場合、第1の磁気抵抗素子2aから突起部7a1までの距離と、第1の磁性回転体21aが回転軸心5に同期して180度回転したときの第1の磁気抵抗素子2aから突起部7a2までの距離とは異なる。第1の磁性回転体21aの外周部に設けられた各突起部7aと第1の磁気抵抗素子2aとの距離が異なる場合、各突起部7aに起因した磁界による第1の磁気抵抗素子2aの出力信号の振幅Vaは異なる。振幅Vaが異なり、振幅Vaにばらつきが生じると、第1の磁性回転体1aによる磁界の変化を高精度に検出することができない。
また、第2の磁性回転体21bが回転した際、第2の磁性回転体21bの外周部に設けられた各突起部7bと第1の磁気抵抗素子2aとの距離も異なる。図16では、図14と比較して、検出対象ではない第2の磁性回転体21bの突起部7b1が第1の磁気抵抗素子2aにさらに接近する。さらに接近することで、第2の磁性回転体21bに起因した磁界の変化がもたらす第1の磁気抵抗素子2aへの影響の低減が困難になる。なお、第1の磁気抵抗素子2aについての影響についてのみ示したが、第2の磁気抵抗素子2bについての影響も同様である。
この構成によれば、磁性回転体1が回転した際の、磁気抵抗素子2と径方向において対向する突起部7との距離が等しく構成されるため、第1の磁性回転体1aと第2の磁性回転体1bによるそれぞれの磁界の変化を高精度に検出することができる。また、磁性回転体1が回転した際の、磁気抵抗素子2と径方向において対向しない、検出対象ではない突起部7との距離も等しく構成されるため、第1の磁気抵抗素子2aが対向していない第2の磁性回転体1bに起因した磁界の変化がもたらす第1の磁気抵抗素子2aへの影響、及び第2の磁気抵抗素子2bが対向していない第1の磁性回転体1aに起因した磁界の変化がもたらす第2の磁気抵抗素子2bへの影響が低減され、第1の磁性回転体1aと第2の磁性回転体1bに起因した磁界の変化を高精度に検出することができる。
<磁性回転体1の配置>
図14に示すように、第1の磁性回転体1aと第2の磁性回転体1bの間の軸方向の中心位置と、磁石4の軸方向の中央位置である中心点4bとの軸方向の位置が一致している。つまり、第1の磁性回転体1aと第2の磁性回転体1bの間の軸方向の中心位置と、磁石4の軸方向の中央位置である中心点4bを備えた軸方向に垂直な平面9から、第1の磁性回転体1a及び第2の磁性回転体1bまで軸方向の距離が等しい。第1の磁性回転体1aと第2の磁性回転体1bがこのように配置されることで、第1の磁性回転体1aと第2の磁性回転体1bが回転した際に生じる磁界の変化を、第1の磁気抵抗素子2aと第2の磁気抵抗素子2bに容易に同等に付与することができる。同一の形状の第1の磁気抵抗素子2a及び第2の磁気抵抗素子2bが、磁石4に対して軸方向に対称に配置されている場合、第1の磁性回転体1aと第2の磁性回転体1bが回転した際に生じる磁界の変化を、さらに容易に第1の磁気抵抗素子2aと第2の磁気抵抗素子2bに同等に付与することができる。
この構成によれば、第1の磁性回転体1aと第2の磁性回転体1bが回転した際に生じる磁界の変化を、第1の磁気抵抗素子2aと第2の磁気抵抗素子2bに容易に同等に付与することができる。また、第1の磁気抵抗素子2aと第2の磁気抵抗素子2bの抵抗変化率が大きい領域に、第1の磁気抵抗素子2aと第2の磁気抵抗素子2bを容易に設置することができる。また、第1の磁気抵抗素子2aと第2の磁気抵抗素子2bの抵抗変化率が大きい領域に第1の磁気抵抗素子2aと第2の磁気抵抗素子2bを設置できるため、第1の磁性回転体1aと第2の磁性回転体1bに起因した磁界の変化を高精度に検出することができる。
以上のように、実施の形態6による磁気検出装置100において、第1の磁性回転体1aと第2の磁性回転体1bを軸方向に間隔を空けて配置されているため、第1の磁気抵抗素子2aが対向していない第2の磁性回転体1bに起因した磁界の変化がもたらす第1の磁気抵抗素子2aへの影響、及び第2の磁気抵抗素子2bが対向していない第1の磁性回転体1aに起因した磁界の変化がもたらす第2の磁気抵抗素子2bへの影響を低減させることができる。また、第1の磁性回転体1aと第2の磁性回転体1bの厚みを小さくできるため、磁気検出装置100の大型化を抑制することができ、磁気検出装置100を軽量化することができる。
また、第1の磁性回転体1aと第2の磁性回転体1bが、それぞれ、回転軸心5を中心とした円柱状に形成されている場合、磁性回転体1が回転した際の、磁気抵抗素子2と径方向において対向する突起部7との距離が等しく構成されるため、第1の磁性回転体1aと第2の磁性回転体1bによるそれぞれの磁界の変化を高精度に検出することができる。また、磁性回転体1が回転した際の、磁気抵抗素子2と径方向において対向しない、検出対象ではない突起部7との距離も等しく構成されるため、第1の磁気抵抗素子2aが対向していない第2の磁性回転体1bに起因した磁界の変化がもたらす第1の磁気抵抗素子2aへの影響、及び第2の磁気抵抗素子2bが対向していない第1の磁性回転体1aに起因した磁界の変化がもたらす第2の磁気抵抗素子2bへの影響が低減され、第1の磁性回転体1aと第2の磁性回転体1bに起因した磁界の変化を高精度に検出することができる。
また、第1の磁性回転体1aと第2の磁性回転体1bの間の軸方向の中心位置と、磁石4の軸方向の中央位置との軸方向の位置が一致している場合、第1の磁性回転体1aと第2の磁性回転体1bが回転した際に生じる磁界の変化を、第1の磁気抵抗素子2aと第2の磁気抵抗素子2bに容易に同等に付与することができる。また、第1の磁気抵抗素子2aと第2の磁気抵抗素子2bの抵抗変化率が大きい領域に、第1の磁気抵抗素子2aと第2の磁気抵抗素子2bを容易に設置することができる。
実施の形態7.
実施の形態7に係る磁気検出装置100について説明する。図17は実施の形態7に係る磁気検出装置100の磁性回転体1の間の距離と第1の磁気抵抗素子2aの出力信号の関係を示す図である。実施の形態7に係る磁気検出装置100は、実施の形態6に係る磁気検出装置100の磁性回転体1の間隔を規定した構成になっている。
第1の磁性回転体1aと第2の磁性回転体1bとの軸方向の間隔Xは、磁石4の軸方向の長さLnの1.8倍以上と規定される。このように規定する効果について、図17を用いて説明する。図17において、横軸は、図14における磁石4の軸方向の長さLnを一定とした場合の、第1の磁性回転体1aと第2の磁性回転体1bとの間隔Xと長さLnとの比率、X/Lnである。縦軸は、第1の磁気抵抗素子2aの第1の磁性回転体1aに起因した磁界による出力信号Vaの振幅Va−a、及び第1の磁気抵抗素子2aの検出対象ではない第2の磁性回転体1bに起因した磁界による出力信号Vaの振幅Va−bである。X/Ln=2において、第1の磁性回転体1aと第1の磁気抵抗素子2aが径方向に対向し、第2の磁性回転体1bと第2の磁気抵抗素子2bが径方向に対向する。図14は、X/Ln=2の場合を示した図である。
振幅Va−aは、第1の磁性回転体1aと第2の磁性回転体1bとの間隔に応じてピークを持つように一旦上昇してから低下する。ピークはX/Ln=2の場合である。振幅Va−bは、第1の磁性回転体1aと第2の磁性回転体1bとの間隔が広がると低下する。つまり振幅Va−bは、第1の磁気抵抗素子2aと第2の磁性回転体1bとの距離が広がることで低下する。検出対象である振幅Va−aが大きく、検出対象ではない振幅Va−bが小さければ、第1の磁性回転体1aに起因した磁界の変化を高精度に検出することができる。磁界の変化を高精度に検出することができるX/Lnは、図17から1.8以上のときと見積もることができる。なお、第1の磁気抵抗素子2aについての出力信号についてのみ示したが、第2の磁気抵抗素子2bについての出力信号についても同様である。
以上のように、実施の形態7による磁気検出装置100において、第1の磁性回転体1aと第2の磁性回転体1bとの軸方向の間隔Xは、磁石4の軸方向の長さLnの1.8倍以上であるため、第1の磁気抵抗素子2aが対向していない第2の磁性回転体1bに起因した磁界の変化がもたらす第1の磁気抵抗素子2aへの影響、及び第2の磁気抵抗素子2bが対向していない第1の磁性回転体1aに起因した磁界の変化がもたらす第2の磁気抵抗素子2bへの影響が低減され、第1の磁性回転体1aと第2の磁性回転体1bに起因した磁界の変化を高精度に検出することができる。また、第1の磁気抵抗素子2aが対向する第1の磁性回転体1aに起因した磁界の変化がもたらす第1の磁気抵抗素子2aの出力、及び第2の磁気抵抗素子2bが対向する第2の磁性回転体1bに起因した磁界の変化がもたらす第2の磁気抵抗素子2bの出力が確保され、第1の磁性回転体1aと第2の磁性回転体1bに起因した磁界の変化を高精度に検出することができる。
実施の形態8.
実施の形態8に係る磁気検出装置100について説明する。図18は実施の形態8に係る磁気検出装置100の構成の概略を示す斜視図である。実施の形態8に係る磁気検出装置100は、実施の形態5に係る磁気検出装置100の第2の磁性回転体1bの外周部が周方向にS極とN極とを交互に有した構成になっている。
第1の磁性回転体1aの外周部は、予め定められた間隔で周方向に配置された複数の突起部7を備え、第2の磁性回転体1bの外周部は、周方向にS極とN極とを交互に有し、リング状に多極着磁されている。第1の磁性回転体1aの外周部もしくは第2の磁性回転体1bの外周部と、磁石4との間で互いに異なる磁界を生じさせる構成は、以上の実施の形態で示した予め定められた間隔で周方向に配置された複数の突起部7を備える構成に限らない。第1の磁性回転体1aの外周部もしくは第2の磁性回転体1bの外周部と、磁石4との間で互いに異なる磁界を生じさせる構成は、磁性回転体1の外周部が周方向にS極とN極とを交互に有した構成でも構わない。複数の突起部7を備えた磁性回転体1では、複数の突起部7に鉄等の磁性体を使用するため、磁性回転体1の重量が重くなる傾向があった。周方向にS極とN極とを交互に有した磁性回転体1では、外周部にゴム磁石等を使用することができるため、磁性回転体1を軽量化することができる。
なお、ここでは第2の磁性回転体1bの外周部のみを、周方向にS極とN極とを交互に有し、リング状に多極着磁されている構成としたが、これに限るものではない。第1の磁性回転体1aの外周部と第2の磁性回転体1bの外周部が、それぞれ、周方向にS極とN極とを交互に有し、第1の磁性回転体1aのS極とN極と第2の磁性回転体1bのS極とN極とが、異なる周方向の位置または異なる周方向の幅に配置されている構成でも構わない。第1の磁性回転体1aの外周部と第2の磁性回転体1bの外周部の双方にゴム磁石等を使用することができるため、磁性回転体1をさらに軽量化することができる。
以上のように、実施の形態8による磁気検出装置100において、第1の磁性回転体1aの外周部は、予め定められた間隔で周方向に配置された複数の突起部7を備え、第2の磁性回転体1bの外周部は、周方向にS極とN極とを交互に有しているため、第1の磁性回転体1a及び第2の磁性回転体1bの回転に伴って、第1の磁性回転体1aの外周部と第2の磁性回転体1bの外周部は、磁石4との間の磁界を容易に変化させることができる。また、第1の磁性回転体1aの外周部と第2の磁性回転体1bの外周部は、異なる形態を備えているため、第1の磁性回転体1a及び第2の磁性回転体1bの回転に伴って、第1の磁性回転体1aの外周部と第2の磁性回転体1bの外周部とは、磁石4との間で異なって変化する磁界を生じさせることができる。また、第2の磁性回転体1bの外周部は周方向にS極とN極とを交互に有しているため、第2の磁気抵抗素子2bは第2の磁性回転体1bに起因した磁界の変化を高精度に検出することができる。また、第2の磁性回転体1bの外周部にゴム磁石を使用した場合、第2の磁性回転体1bを軽量化することができる。磁性回転体1の外周部の形態は、突起部7を有する場合、もしくは多極着磁されている場合の双方から選択可能であるため、車輛側のレイアウトの制約を緩和することができる。また、設計リードタイムを短縮することが可能なため、安価に車輛を製造することができる。
実施の形態9.
実施の形態9に係る磁気検出装置100について説明する。実施の形態9に係る磁気検出装置100は、実施の形態1から8に係る磁気検出装置100において、磁気抵抗素子2として、磁界強度検知式の巨大磁気抵抗素子(以下、GMR素子と記す)を用いた構成になっている。
第1の磁気抵抗素子2a及び第2の磁気抵抗素子2bは、GMR素子である。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2に、GMR素子を用いることにより、第1の磁性回転体1a及び第2の磁性回転体1bのそれぞれに起因した磁界の変化を、高精度に検出することができる。第1の磁気抵抗素子2a及び第2の磁気抵抗素子2bにGMR素子を用いても、磁気検出装置100が大型化することはない。
以上のように、実施の形態9による磁気検出装置100において、第1の磁気抵抗素子2a及び第2の磁気抵抗素子2bはGMR素子であるため、磁気検出装置100の大型化を抑制しつつ、第1の磁性回転体1aと第2の磁性回転体1bに起因した磁界の変化を高精度に検出することができる。
また本願は、様々な例示的な実施の形態及び実施例が記載されているが、1つ、または複数の実施の形態に記載された様々な特徴、態様、及び機能は特定の実施の形態の適用に限られるのではなく、単独で、または様々な組み合わせで実施の形態に適用可能である。
従って、例示されていない無数の変形例が、本願明細書に開示される技術の範囲内において想定される。例えば、少なくとも1つの構成要素を変形する場合、追加する場合または省略する場合、さらには、少なくとも1つの構成要素を抽出し、他の実施の形態の構成要素と組み合わせる場合が含まれるものとする。
1 磁性回転体、1a 第1の磁性回転体、1b 第2の磁性回転体、2 磁気抵抗素子、2a 第1の磁気抵抗素子、2b 第2の磁気抵抗素子、3 処理回路、3a 第1の処理回路、3b 第2の処理回路、4 磁石、4a 中心軸、4b 中心点、5 回転軸心、6 磁性体ガイド、6a 第1の磁性体ガイド、6b 第2の磁性体ガイド、7 突起部、8 突出部、9 平面、21a 第1の磁性回転体、21b 第2の磁性回転体、100 磁気検出装置、150 検出部、200 磁気検出装置、201 検出部、300 磁気検出装置
本願に開示される磁気検出装置は、回転軸心を中心に回転し、磁性体の外周部を有する第1の磁性回転体と、第1の磁性回転体に対して軸方向の一方側に配置され、第1の磁性回転体と一体回転し、磁性体の外周部を有する第2の磁性回転体と、第1の磁性回転体及び第2の磁性回転体の径方向外側に配置され、非回転部材に固定される、軸方向の着磁方向を有する磁石と、磁石の軸方向の他方側に配置され、磁界の変化を検出する第1の磁気抵抗素子と、磁石の軸方向の一方側に配置され、磁界の変化を検出する第2の磁気抵抗素子と、磁石と第1の磁気抵抗素子との間に配置された第1の磁性体ガイドと、磁石と第2の磁気抵抗素子との間に配置された第2の磁性体ガイドとを備え、第1の磁性体ガイドは、磁性体からなり矩形板状に形成され、一つの側面が第1の磁性回転体の側に配置され、周方向の両側のそれぞれから、軸方向の他方側に突出した2つの突出部を有し、第2の磁性体ガイドは、磁性体からなり矩形板状に形成され、一つの側面が第2の磁性回転体の側に配置され、周方向の両側のそれぞれから、軸方向の一方側に突出した2つの突出部を有し、第1の磁性回転体の外周部と第2の磁性回転体の外周部とは磁石との間で互いに異なる磁界を生じさせるものである。
本願に開示される磁気検出装置は、回転軸心を中心に回転し、磁性体の外周部を有する第1の磁性回転体と、第1の磁性回転体に対して軸方向の一方側に配置され、第1の磁性回転体と一体回転し、磁性体の外周部を有する第2の磁性回転体と、第1の磁性回転体及び第2の磁性回転体の径方向外側に配置され、非回転部材に固定される、軸方向の着磁方向を有する磁石と、磁石の軸方向の他方側に配置され、磁界の変化を検出する第1の磁気抵抗素子と、磁石の軸方向の一方側に配置され、磁界の変化を検出する第2の磁気抵抗素子と、磁石と第1の磁気抵抗素子との間に配置された第1の磁性体ガイドと、磁石と第2の磁気抵抗素子との間に配置された第2の磁性体ガイドとを備え、第1の磁性体ガイドは、磁性体からなり矩形板状に形成され、一つの側面が第1の磁性回転体の側に配置され、周方向の両側のそれぞれから、軸方向の他方側に突出した2つの突出部を有し、第2の磁性体ガイドは、磁性体からなり矩形板状に形成され、一つの側面が第2の磁性回転体の側に配置され、周方向の両側のそれぞれから、軸方向の一方側に突出した2つの突出部を有し、同一の形状に形成された第1の磁性体ガイド及び第2の磁性体ガイドと、同一の形状の第1の磁気抵抗素子及び第2の磁気抵抗素子が、磁石に対して軸方向に対称に配置され、第1の磁性回転体の外周部と第2の磁性回転体の外周部とは、磁石との間で互いに異なる磁界を生じさせるものである。


Claims (16)

  1. 回転軸心を中心に回転し、磁性体の外周部を有する第1の磁性回転体と、
    前記第1の磁性回転体に対して軸方向の一方側に配置され、前記第1の磁性回転体と一体回転し、磁性体の外周部を有する第2の磁性回転体と、
    前記第1の磁性回転体及び前記第2の磁性回転体の径方向外側に配置され、非回転部材に固定される、軸方向の着磁方向を有する磁石と、
    前記磁石の軸方向の他方側に配置され、磁界の変化を検出する第1の磁気抵抗素子と、
    前記磁石の軸方向の一方側に配置され、磁界の変化を検出する第2の磁気抵抗素子と、
    前記磁石と前記第1の磁気抵抗素子との間に配置された第1の磁性体ガイドと、
    前記磁石と前記第2の磁気抵抗素子との間に配置された第2の磁性体ガイドと、を備え、
    前記第1の磁性回転体の外周部と前記第2の磁性回転体の外周部とは、前記磁石との間で互いに異なる磁界を生じさせる磁気検出装置。
  2. 前記第1の磁性回転体の前記外周部と前記第2の磁性回転体の前記外周部は、それぞれ、予め定められた間隔で周方向に配置された複数の突起部を備え、
    前記第1の磁性回転体の複数の前記突起部と、前記第2の磁性回転体の複数の前記突起部とは、異なる周方向の位置に配置されている請求項1に記載の磁気検出装置。
  3. 前記第1の磁性回転体の前記外周部と前記第2の磁性回転体の前記外周部は、それぞれ、周方向にS極とN極とを交互に有し、
    前記第1の磁性回転体の前記S極とN極と、前記第2の磁性回転体の前記S極とN極とは、異なる周方向の位置または異なる周方向の幅に配置されている請求項1に記載の磁気検出装置。
  4. 前記第1の磁性回転体の前記外周部は、予め定められた間隔で周方向に配置された複数の突起部を備え、
    前記第2の磁性回転体の前記外周部は、周方向にS極とN極とを交互に有している請求項1に記載の磁気検出装置。
  5. 前記第1の磁性回転体と前記第2の磁性回転体は、軸方向に間隔を空けて配置されている請求項1から4のいずれか1項に記載の磁気検出装置。
  6. 前記第1の磁性回転体と前記第2の磁性回転体は、それぞれ、前記回転軸心を中心とした円柱状に形成されている請求項5に記載の磁気検出装置。
  7. 前記第1の磁性回転体と前記第2の磁性回転体の間の軸方向の中心位置と、前記磁石の軸方向の中央位置との軸方向の位置が一致している請求項6に記載の磁気検出装置。
  8. 前記第1の磁性回転体と前記第2の磁性回転体との軸方向の間隔が、前記磁石の軸方向の長さの1.8倍以上である請求項7に記載の磁気検出装置。
  9. 前記第1の磁性回転体と前記第2の磁性回転体のそれぞれの直径が異なっている請求項1から8のいずれか1項に記載の磁気検出装置。
  10. 前記第1の磁性体ガイドは、周方向の両側のそれぞれから、軸方向の他方側に突出した2つの突出部を備え、
    前記第2の磁性体ガイドは、周方向の両側のそれぞれから、軸方向の一方側に突出した2つの突出部を備えた請求項1から9のいずれか1項に記載の磁気検出装置。
  11. 前記第1の磁性体ガイドの径方向の長さは、前記第1の磁気抵抗素子の径方向の長さよりも長く、
    前記第2の磁性体ガイドの径方向の長さは、前記第2の磁気抵抗素子の径方向の長さよりも長い請求項1から10のいずれか1項に記載の磁気検出装置。
  12. 前記第1の磁性体ガイド及び前記第2の磁性体ガイドのそれぞれが、前記磁石に接している請求項1から11のいずれか1項に記載の磁気検出装置。
  13. 前記第1の磁性体ガイド及び前記第2の磁性体ガイドの周方向のそれぞれの長さが、前記磁石の周方向の長さよりも長い請求項1から12のいずれか1項に記載の磁気検出装置。
  14. 前記第1の磁性体ガイドと前記第2の磁性体ガイドの周方向の長さが異なっている請求項1から13のいずれか1項に記載の磁気検出装置。
  15. 同一の形状に形成された前記第1の磁性体ガイド及び前記第2の磁性体ガイドと、同一の形状の前記第1の磁気抵抗素子及び前記第2の磁気抵抗素子が、前記磁石に対して軸方向に対称に配置されている請求項1から13のいずれか1項に記載の磁気検出装置。
  16. 前記第1の磁気抵抗素子及び前記第2の磁気抵抗素子は、巨大磁気抵抗素子である請求項1から15のいずれか1項に記載の磁気検出装置。
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