JP3028377B2 - 磁気抵抗近接センサ - Google Patents
磁気抵抗近接センサInfo
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- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- G01D5/00—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable
- G01D5/12—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means
- G01D5/14—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing the magnitude of a current or voltage
- G01D5/142—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing the magnitude of a current or voltage using Hall-effect devices
- G01D5/147—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing the magnitude of a current or voltage using Hall-effect devices influenced by the movement of a third element, the position of Hall device and the source of magnetic field being fixed in respect to each other
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
- G01R33/00—Arrangements or instruments for measuring magnetic variables
- G01R33/02—Measuring direction or magnitude of magnetic fields or magnetic flux
- G01R33/06—Measuring direction or magnitude of magnetic fields or magnetic flux using galvano-magnetic devices
- G01R33/09—Magnetoresistive devices
Description
【発明の詳細な説明】 発明の背景 本発明は、広義には近接センサに関し、特に検出素子
の平面内にある放射状磁界の変化を検出することに基づ
く近接センサに関する。
の平面内にある放射状磁界の変化を検出することに基づ
く近接センサに関する。
磁気センサに対する強磁性物体の相対的な位置または
接近を磁気によってより効果的に検出する必要が従来か
らあり、この必要は現在も続いている。この必要は、様
々な商業や工業、自動車等の応用技術分野に見られる。
接近を磁気によってより効果的に検出する必要が従来か
らあり、この必要は現在も続いている。この必要は、様
々な商業や工業、自動車等の応用技術分野に見られる。
より優れた位置検出の必要性は、プローブ型センサの
端部の近傍を移動する歯車の歯の運動を検出することが
必要な応用分野において特に大きい。これらの必要に
は、例えばエンジンカムやアンチロック・ブレーキシス
テムにおけるような自動車用の検出技術が含まれる。
端部の近傍を移動する歯車の歯の運動を検出することが
必要な応用分野において特に大きい。これらの必要に
は、例えばエンジンカムやアンチロック・ブレーキシス
テムにおけるような自動車用の検出技術が含まれる。
従来、磁気検出法に基づく多くの近接検出デバイスが
用いられて来た。永久磁石から生じる正味磁束が歯車の
歯の運動によってその磁石に巻装されたコイルに電圧を
発生させるようになっている可変リラクタンス・センサ
（VRS）は、従来から使用されている。このセンサで
は、歯車の歯の速度が遅い場合、発生する電圧が小さ過
ぎて、周囲ノイズと区別して検出することができない。
用いられて来た。永久磁石から生じる正味磁束が歯車の
歯の運動によってその磁石に巻装されたコイルに電圧を
発生させるようになっている可変リラクタンス・センサ
（VRS）は、従来から使用されている。このセンサで
は、歯車の歯の速度が遅い場合、発生する電圧が小さ過
ぎて、周囲ノイズと区別して検出することができない。
単一の磁気検出軸を有する磁気抵抗センサも提案され
ている。この種のセンサは、永久磁石と組み合わせて用
いられ、その磁石から発生した磁界が、例えば近傍を移
動する歯車の歯のような強磁性物体の位置によって変調
されるようになっている。
ている。この種のセンサは、永久磁石と組み合わせて用
いられ、その磁石から発生した磁界が、例えば近傍を移
動する歯車の歯のような強磁性物体の位置によって変調
されるようになっている。
永久磁石とホール効果トランスデューサを含むホール
型磁気センサも、歯車の歯検出用に用いられている。こ
のセンサでは、歯がトランスデューサのフェースの近傍
にないとき、トランスデューサは一定レベルの磁界を検
出する。歯車のいずれかの歯がセンサの近傍域内に移動
すると、その歯が磁気集束器として作用し、検出される
磁界を増大させる。この検出磁界の増加分は前記の一定
レベルと比較して小さいため、これによって得られる出
力信号は非常に低いレベルとなる。
型磁気センサも、歯車の歯検出用に用いられている。こ
のセンサでは、歯がトランスデューサのフェースの近傍
にないとき、トランスデューサは一定レベルの磁界を検
出する。歯車のいずれかの歯がセンサの近傍域内に移動
すると、その歯が磁気集束器として作用し、検出される
磁界を増大させる。この検出磁界の増加分は前記の一定
レベルと比較して小さいため、これによって得られる出
力信号は非常に低いレベルとなる。
従って、従来の近接センサより大きい出力信号レベル
を有し、かつ歯車の歯がセンサを通過する周波数に影響
されない出力信号レベルを有する近接センサが必要にな
っている。
を有し、かつ歯車の歯がセンサを通過する周波数に影響
されない出力信号レベルを有する近接センサが必要にな
っている。
発明の概要 本発明は、前記及びその他の必要を満たすため、強磁
性物体の位置を検出するための装置を提供するものであ
る。本発明においては、磁界発生源がその発生源の軸に
垂直な放射状磁界成分を生じさせる。磁界発生源と強磁
性物体との間で放射状磁界の平面内に磁気抵抗トランス
デューサを配置する。そのトランスデューサは、そのト
ランスデューサの平面内にある放射状磁界の外乱を検出
する。
性物体の位置を検出するための装置を提供するものであ
る。本発明においては、磁界発生源がその発生源の軸に
垂直な放射状磁界成分を生じさせる。磁界発生源と強磁
性物体との間で放射状磁界の平面内に磁気抵抗トランス
デューサを配置する。そのトランスデューサは、そのト
ランスデューサの平面内にある放射状磁界の外乱を検出
する。
図面の簡単な説明 図１は、本発明の従い歯車の歯の位置を検出するのに
用いられる近接センサの立面図である。
用いられる近接センサの立面図である。
図２は、図１の近接センサの平面図である。
図3aは、図１の近接センサの磁気抵抗検出素子の物理
的レイアウトを示す平面図であり、図3bはこれと等価な
電気回路の回路図である。
的レイアウトを示す平面図であり、図3bはこれと等価な
電気回路の回路図である。
図４は、磁気抵抗材料の概略抵抗値を１枚の磁気抵抗
材料のストリップにおける磁化ベクトルと電流との間の
角度の関数として示す説明図である。
材料のストリップにおける磁化ベクトルと電流との間の
角度の関数として示す説明図である。
図5a及び5bは、前記近接センサの部分立面図である。
図6a及び6bは、いくつかの異なる歯位置における放射
状磁界の分布を示す説明図である。
状磁界の分布を示す説明図である。
図７は、鉄系物体の近接検出のための本発明の実施態
様を示す立面図である。
様を示す立面図である。
図8a及び8bは、図１の装置の一部分の代替構造を示す
説明図である。
説明図である。
詳細な説明 添付図面においては、強磁性物体の接近を検出するた
めの本発明の装置を全体として符号10で示す。図１は、
本発明の近接センサの全体的な物理的構造を示し、図示
センサは、軸14及び磁極面16を有する永久磁石12を具備
する。永久磁石12は、所定の双極磁界を生じさせる。磁
気抵抗トランスデューサ20は、平面状の構造を有し、磁
石12の軸14に対して垂直で、磁極面16と平行な平面内に
配置されている。ハネウェル（Honeywell Inc.）社に
譲渡された1989年７月11日付の米国特許第4,847,584号
には、磁気抵抗材料で形成された磁界センサの構造に関
する一定の情報が記載されており、その米国特許は参照
によって本願に組み込まれる。磁石12とトランスデュー
サ20を組合わせることによって、プローブ型センサ22が
構成され、そのセンサ22は、歯車23の強磁性体の歯24に
対して、永久磁石により生じる磁界がその歯24によって
乱されるような相対位置に配置される。この点までは、
本発明の全体的な幾何学的構成は可変磁気抵抗センサ
（VRS）の場合と類似していることが注目される。図１
に示すように、磁気抵抗トランスデューサ20は、永久磁
石12の端部と歯車の歯24との間に配置されている。トラ
ンスデューサ20は、そのダイの平面が磁石12の端部また
は磁極面16と平行で、軸14に垂直となるように配置され
ている。この幾何学的構成によると、平面内磁界、すな
わちトランスデューサダイの平面内の磁界は放射状にな
る。図２は、永久磁石12の端部16の平面図であり、トラ
ンスデューサダイ20の下方に設けた永久磁石12によって
トランスデューサダイ20の平面、すなわち、ｘ−ｙ平面
に生じる磁界の放射状配向を示すベクトル26を図式的に
表したものである。ベクトル26によって表されるこの磁
界は、実効中心または平面内磁界中心28を有する。永久
磁石12、トランスデューサダイ20及び歯車の歯24に関す
るこの全体的な幾何学的構成は、多くのホール効果セン
サの場合に使用されているものと同じであることが分か
る。しかしながら、本発明は、トランスデューサダイ20
の平面内にある磁界成分を利用し、トランスデューサダ
イ20に垂直な磁界成分は利用しないということに注目す
る必要がある。特に、本発明は、図２のベクトル26によ
って表される公称上の放射状平面内磁界を利用する。図
示例においては、永久磁石12によって磁界を得るが、コ
イルに電流を流す等、他の手段を用いることも可能であ
る。
めの本発明の装置を全体として符号10で示す。図１は、
本発明の近接センサの全体的な物理的構造を示し、図示
センサは、軸14及び磁極面16を有する永久磁石12を具備
する。永久磁石12は、所定の双極磁界を生じさせる。磁
気抵抗トランスデューサ20は、平面状の構造を有し、磁
石12の軸14に対して垂直で、磁極面16と平行な平面内に
配置されている。ハネウェル（Honeywell Inc.）社に
譲渡された1989年７月11日付の米国特許第4,847,584号
には、磁気抵抗材料で形成された磁界センサの構造に関
する一定の情報が記載されており、その米国特許は参照
によって本願に組み込まれる。磁石12とトランスデュー
サ20を組合わせることによって、プローブ型センサ22が
構成され、そのセンサ22は、歯車23の強磁性体の歯24に
対して、永久磁石により生じる磁界がその歯24によって
乱されるような相対位置に配置される。この点までは、
本発明の全体的な幾何学的構成は可変磁気抵抗センサ
（VRS）の場合と類似していることが注目される。図１
に示すように、磁気抵抗トランスデューサ20は、永久磁
石12の端部と歯車の歯24との間に配置されている。トラ
ンスデューサ20は、そのダイの平面が磁石12の端部また
は磁極面16と平行で、軸14に垂直となるように配置され
ている。この幾何学的構成によると、平面内磁界、すな
わちトランスデューサダイの平面内の磁界は放射状にな
る。図２は、永久磁石12の端部16の平面図であり、トラ
ンスデューサダイ20の下方に設けた永久磁石12によって
トランスデューサダイ20の平面、すなわち、ｘ−ｙ平面
に生じる磁界の放射状配向を示すベクトル26を図式的に
表したものである。ベクトル26によって表されるこの磁
界は、実効中心または平面内磁界中心28を有する。永久
磁石12、トランスデューサダイ20及び歯車の歯24に関す
るこの全体的な幾何学的構成は、多くのホール効果セン
サの場合に使用されているものと同じであることが分か
る。しかしながら、本発明は、トランスデューサダイ20
の平面内にある磁界成分を利用し、トランスデューサダ
イ20に垂直な磁界成分は利用しないということに注目す
る必要がある。特に、本発明は、図２のベクトル26によ
って表される公称上の放射状平面内磁界を利用する。図
示例においては、永久磁石12によって磁界を得るが、コ
イルに電流を流す等、他の手段を用いることも可能であ
る。
本発明の原理に基づいくトランスデューサダイ20の構
造的設計の一例の詳細を図3a及び3bに示す。図示の磁気
抵抗トランスデューサは、分岐１、分岐２、分岐３及び
分岐４を含む４分岐ホィーストン・ブリッジ30からな
る。端子38及び端子39に電圧が印加され、端子42と端子
44との間に出力電圧が得られる。各分岐１〜４は、磁気
抵抗素子35よりなり、複数の磁気抵抗材料のストリップ
32で構成されている。ここで説明する実施例において
は、その磁気抵抗材料はNi/Feまたはパーマロイを指す
が、他の磁気抵抗材料を用いることが可能なことは言う
までもない。相互接続部34は、例えば分岐１の場合、そ
の分岐中のストリップ32を分岐１を形成する電気的に直
列なストリングの形に接続する。導体36は、分岐１の一
端部を分岐２及び正の電圧源38との接続に好都合な位置
へ引き出し、導体40は、分岐１の他端部を出力端子42及
び分岐４との電気接続に好都合な位置へ引き出す。本発
明の原理に基づく分岐１〜４の配置設計は、図3aに示す
ように、物理的中心31があって、分岐１〜４が、その物
理的中心31から各々離間され、その物理的中心に関して
対称に配置されるようになっている。図3bは、ブリッジ
30の等価電気回路を示す。図示のブリッジ回路の各分岐
は、例えば図示の９本のストリップのように、１本以上
のパーマロイのストリップで構成され、これらのストリ
ップは、各ストリップの各セグメントが、トランスデュ
ーサダイ20の中心または平面内磁界中心28から発する平
面内放射状磁界の磁力線に対して45度の公称角度で配向
されるように配置されている。これらの放射状磁界成分
がNiFe/パーマロイ薄膜状ストリップ32を磁気飽和させ
るか、またはほぼ磁気飽和させるのに十分な強さであれ
ば、これらのNiFe/パーマロイ素子における磁化方向
は、この飽和磁界に沿った方向となり、ストリップ沿い
の各点においてそのストリップ中を流れる電流に対して
45度の公称角度に揃えられる。パーマロイのＲまたは他
の磁気抵抗材料のストリップの抵抗Ｒは、次式によって
与えられる。
造的設計の一例の詳細を図3a及び3bに示す。図示の磁気
抵抗トランスデューサは、分岐１、分岐２、分岐３及び
分岐４を含む４分岐ホィーストン・ブリッジ30からな
る。端子38及び端子39に電圧が印加され、端子42と端子
44との間に出力電圧が得られる。各分岐１〜４は、磁気
抵抗素子35よりなり、複数の磁気抵抗材料のストリップ
32で構成されている。ここで説明する実施例において
は、その磁気抵抗材料はNi/Feまたはパーマロイを指す
が、他の磁気抵抗材料を用いることが可能なことは言う
までもない。相互接続部34は、例えば分岐１の場合、そ
の分岐中のストリップ32を分岐１を形成する電気的に直
列なストリングの形に接続する。導体36は、分岐１の一
端部を分岐２及び正の電圧源38との接続に好都合な位置
へ引き出し、導体40は、分岐１の他端部を出力端子42及
び分岐４との電気接続に好都合な位置へ引き出す。本発
明の原理に基づく分岐１〜４の配置設計は、図3aに示す
ように、物理的中心31があって、分岐１〜４が、その物
理的中心31から各々離間され、その物理的中心に関して
対称に配置されるようになっている。図3bは、ブリッジ
30の等価電気回路を示す。図示のブリッジ回路の各分岐
は、例えば図示の９本のストリップのように、１本以上
のパーマロイのストリップで構成され、これらのストリ
ップは、各ストリップの各セグメントが、トランスデュ
ーサダイ20の中心または平面内磁界中心28から発する平
面内放射状磁界の磁力線に対して45度の公称角度で配向
されるように配置されている。これらの放射状磁界成分
がNiFe/パーマロイ薄膜状ストリップ32を磁気飽和させ
るか、またはほぼ磁気飽和させるのに十分な強さであれ
ば、これらのNiFe/パーマロイ素子における磁化方向
は、この飽和磁界に沿った方向となり、ストリップ沿い
の各点においてそのストリップ中を流れる電流に対して
45度の公称角度に揃えられる。パーマロイのＲまたは他
の磁気抵抗材料のストリップの抵抗Ｒは、次式によって
与えられる。
Ｒ＝R0＋ΔRcos2θ （１） 式中、θは磁気抵抗材料中の磁化ベクトルとその材料
中の電流の方向との間の角度であり、ΔＲは、磁化ベク
トルがストリップと平行な状態からストリップに垂直な
状態まで回転する際の抵抗の変化量であり、R0は、θが
90度のときのがストリップの抵抗である。この関係を図
４に示す。本発明の構成により確立される公称45度のθ
の角度によって、ホィーストン・ブリッジ30の各分岐
は、ほぼ図４に点Ａで示すような抵抗値を示す。このよ
うに、トランスデューサダイの平面内の放射状磁界パタ
ーンの実効中心28が４分岐アレイの物理的中心31の位置
あるとき、ホィーストン・ブリッジ30は平衡状態を取
る。
中の電流の方向との間の角度であり、ΔＲは、磁化ベク
トルがストリップと平行な状態からストリップに垂直な
状態まで回転する際の抵抗の変化量であり、R0は、θが
90度のときのがストリップの抵抗である。この関係を図
４に示す。本発明の構成により確立される公称45度のθ
の角度によって、ホィーストン・ブリッジ30の各分岐
は、ほぼ図４に点Ａで示すような抵抗値を示す。このよ
うに、トランスデューサダイの平面内の放射状磁界パタ
ーンの実効中心28が４分岐アレイの物理的中心31の位置
あるとき、ホィーストン・ブリッジ30は平衡状態を取
る。
磁気抵抗ストリップ32によって各分岐１〜４を形成し
た４分岐ホィーストン・ブリッジ構成として装置10を説
明した。装置10は、磁気抵抗ストリップで構成した分岐
を２つだけと、定電流源を用いてブリッジ回路を形成す
ることによって構成することが可能なことは理解できよ
う。この２分岐ブリッジを用いる場合は、２つのブリッ
ジ分岐の抵抗差に関連する出力信号をが得られるように
する。例えば、図3aにおいては、２分岐ブリッジとし
て、分岐１及び分岐２を図示の物理的位置で用い、電圧
源の代わりに定電流源を設ける。
た４分岐ホィーストン・ブリッジ構成として装置10を説
明した。装置10は、磁気抵抗ストリップで構成した分岐
を２つだけと、定電流源を用いてブリッジ回路を形成す
ることによって構成することが可能なことは理解できよ
う。この２分岐ブリッジを用いる場合は、２つのブリッ
ジ分岐の抵抗差に関連する出力信号をが得られるように
する。例えば、図3aにおいては、２分岐ブリッジとし
て、分岐１及び分岐２を図示の物理的位置で用い、電圧
源の代わりに定電流源を設ける。
図3aに示すように、湾曲した各磁気抵抗ストリップ32
は、実際には一連の真っすぐなセグメントで構成されて
いるということが分かる。本発明の原理によれば、スト
リップ32は滑らかに湾曲した形でも、真っすぐなストリ
ップであってもよい。真っすぐなストリップを使用する
場合は、それらのストリップは、ほぼ、あるいは平均し
て、図3aに示すストリップの配向方向に沿って配向すべ
きである。真っすぐな、すなわち非湾曲型のストリップ
を用いると、ストリップの一部の部分が放射状磁界に対
して45度の角度に配向されないため、ブリッジ出力が僅
かに小さくなると考えられが、それでも、多くの検出応
用分野においては、少なくとも十分である。
は、実際には一連の真っすぐなセグメントで構成されて
いるということが分かる。本発明の原理によれば、スト
リップ32は滑らかに湾曲した形でも、真っすぐなストリ
ップであってもよい。真っすぐなストリップを使用する
場合は、それらのストリップは、ほぼ、あるいは平均し
て、図3aに示すストリップの配向方向に沿って配向すべ
きである。真っすぐな、すなわち非湾曲型のストリップ
を用いると、ストリップの一部の部分が放射状磁界に対
して45度の角度に配向されないため、ブリッジ出力が僅
かに小さくなると考えられが、それでも、多くの検出応
用分野においては、少なくとも十分である。
次に、図１に示す本発明の物理的配向を参照する。歯
車の歯24は、永久磁石12の端部または磁極面16の近傍を
動く際、平面内放射状磁界25の実効中心28を乱す、すな
わち公称中心位置の左右に移動させる。この外乱効果を
図5a及び5bの側面図に示す。図5aにおいては、磁石12の
中心線または軸は、２つの歯24の中間点に位置してい
る。この対称状配置のために、放射状磁界25の実効中心
28は磁石12の軸14上にあり、ブリッジ30は平衡する。図
5bは、歯車の歯24が前記と異なる位置にある場合を示
す。この非対称配置のために、歯車の歯24を通過する磁
界の磁力線の数が異なる結果、実効中心28は軸14に関し
て左に動かされる。
車の歯24は、永久磁石12の端部または磁極面16の近傍を
動く際、平面内放射状磁界25の実効中心28を乱す、すな
わち公称中心位置の左右に移動させる。この外乱効果を
図5a及び5bの側面図に示す。図5aにおいては、磁石12の
中心線または軸は、２つの歯24の中間点に位置してい
る。この対称状配置のために、放射状磁界25の実効中心
28は磁石12の軸14上にあり、ブリッジ30は平衡する。図
5bは、歯車の歯24が前記と異なる位置にある場合を示
す。この非対称配置のために、歯車の歯24を通過する磁
界の磁力線の数が異なる結果、実効中心28は軸14に関し
て左に動かされる。
図6a及び6bは、平面内放射磁界25の実効中心28がトラ
ンスデューサダイ20の平面内においてそれぞれ左及び右
に動かされた状態を示す。図6a及び6bでは、電気的接続
は図示省略してある。図6aにおいては、放射状磁界の実
効中心が左に移動した場合、分岐１及び３のNiFe/パー
マロイ・ストリップにおける磁化ベクトルと電流との間
の角度θが増大する一方、分岐２及び４のNiFe/パーマ
ロイ・ストリップにおける磁化ベクトルと電流との間の
角度θは減少するということが分かる。その結果、ブリ
ッジ30が不平衡になって、ブリッジ30から電気出力が発
生する。放射状磁界の実効中心が右に異動すると、ブリ
ッジの４つ分岐に前記と逆のθの変化が生じて、前記と
逆極性の出力信号が発生する。このように、歯車の歯が
次々にセンサを通過するのに伴って、二極性の出力信号
が得られる。歯の運動の関数としてのこの出力電圧の波
形は、センサ及び歯車の歯の両方の詳細な幾何学的・磁
気的設計パラメータによって決まる。実際、必要なら
ば、これらのセンサ及び歯車の歯の形状及び材料物性
は、各応用分野に必要な特定の出力波形が得られるよう
に選択することができる。
ンスデューサダイ20の平面内においてそれぞれ左及び右
に動かされた状態を示す。図6a及び6bでは、電気的接続
は図示省略してある。図6aにおいては、放射状磁界の実
効中心が左に移動した場合、分岐１及び３のNiFe/パー
マロイ・ストリップにおける磁化ベクトルと電流との間
の角度θが増大する一方、分岐２及び４のNiFe/パーマ
ロイ・ストリップにおける磁化ベクトルと電流との間の
角度θは減少するということが分かる。その結果、ブリ
ッジ30が不平衡になって、ブリッジ30から電気出力が発
生する。放射状磁界の実効中心が右に異動すると、ブリ
ッジの４つ分岐に前記と逆のθの変化が生じて、前記と
逆極性の出力信号が発生する。このように、歯車の歯が
次々にセンサを通過するのに伴って、二極性の出力信号
が得られる。歯の運動の関数としてのこの出力電圧の波
形は、センサ及び歯車の歯の両方の詳細な幾何学的・磁
気的設計パラメータによって決まる。実際、必要なら
ば、これらのセンサ及び歯車の歯の形状及び材料物性
は、各応用分野に必要な特定の出力波形が得られるよう
に選択することができる。
装置10の磁気抵抗ストリップ32は、磁気抵抗材料製と
し、かつ永久磁石12によって生じる放射状磁界に曝した
とき、磁気飽和するような薄さに形成する。飽和時の放
射状磁界の大きさは、ストリップ32中における磁化を放
射状磁界の方向、すなわちベクトル26に沿った方向に指
向させるようになっている。磁化曲線すなわちはＢ−Ｈ
曲線に関して、磁気抵抗ストリップ32の材料は、Ｂ−Ｈ
曲線の飽和領域で動作する。これらの飽和状態下におい
て、鉄系物体が放射状磁界を乱すと、実効中心28が移動
させられる結果、角度θの変化が起こる。この磁気抵抗
ストリップ32の抵抗Ｒの変化は、実質的に方程式１のΔ
Rcos2θ項によって生じ、出力信号を生じさせるのは、
ブリッジ30の分岐の抵抗の変化である。従って、ブリッ
ジ30からの出力信号は、磁界中心28の移動による各分岐
14の角度θの変化を表し、放射状磁界成分26の大きさの
変化にはほとんど影響されない。図に示すようなブリッ
ジ30の構造では、平面内磁界中心28がブリッジ30の物理
的中心31にあるとき、平衡ブリッジ条件が得られる。
し、かつ永久磁石12によって生じる放射状磁界に曝した
とき、磁気飽和するような薄さに形成する。飽和時の放
射状磁界の大きさは、ストリップ32中における磁化を放
射状磁界の方向、すなわちベクトル26に沿った方向に指
向させるようになっている。磁化曲線すなわちはＢ−Ｈ
曲線に関して、磁気抵抗ストリップ32の材料は、Ｂ−Ｈ
曲線の飽和領域で動作する。これらの飽和状態下におい
て、鉄系物体が放射状磁界を乱すと、実効中心28が移動
させられる結果、角度θの変化が起こる。この磁気抵抗
ストリップ32の抵抗Ｒの変化は、実質的に方程式１のΔ
Rcos2θ項によって生じ、出力信号を生じさせるのは、
ブリッジ30の分岐の抵抗の変化である。従って、ブリッ
ジ30からの出力信号は、磁界中心28の移動による各分岐
14の角度θの変化を表し、放射状磁界成分26の大きさの
変化にはほとんど影響されない。図に示すようなブリッ
ジ30の構造では、平面内磁界中心28がブリッジ30の物理
的中心31にあるとき、平衡ブリッジ条件が得られる。
平面内磁界26の実効中心28の移動は、磁気抵抗素子が
ない領域で行われることが望ましい。その理由は、実効
中心28における平面内磁界26はゼロであり、これによっ
てこれらの素子の磁化が飽和させられることはないから
である。こうすると、磁気飽和しない磁気抵抗素子から
の実測ノイズレベルが増大する結果につながる。このよ
うなノイズレベルの増大は、ある種の応用においては歓
迎される場合がある。
ない領域で行われることが望ましい。その理由は、実効
中心28における平面内磁界26はゼロであり、これによっ
てこれらの素子の磁化が飽和させられることはないから
である。こうすると、磁気飽和しない磁気抵抗素子から
の実測ノイズレベルが増大する結果につながる。このよ
うなノイズレベルの増大は、ある種の応用においては歓
迎される場合がある。
永久磁石12の形状は、図１に示す形状から変えること
も可能である。例えば、図8aに示すように、磁石12a
に、放射状の平面内磁界の大きさを強めるために、ポイ
ント13に終端するテーパ部分11を設ける。軟質の鉄系材
料製の磁気集束器15を永久磁石12bの終端に適切に取り
付けた永久磁石のもう一つの形態を図8bに示す。
も可能である。例えば、図8aに示すように、磁石12a
に、放射状の平面内磁界の大きさを強めるために、ポイ
ント13に終端するテーパ部分11を設ける。軟質の鉄系材
料製の磁気集束器15を永久磁石12bの終端に適切に取り
付けた永久磁石のもう一つの形態を図8bに示す。
本発明を実施するに際しては、角度θが45゜と異なる
場合に、最適検出が達成されることもある。このように
予測による検出動作と実際の検出動作との間に差が生じ
る理由は、減磁界の存在や、実際の磁界が強磁性物体ま
たはターゲットによる外乱のために非放射状である等、
幾何学的効果によって一部説明することができる。
場合に、最適検出が達成されることもある。このように
予測による検出動作と実際の検出動作との間に差が生じ
る理由は、減磁界の存在や、実際の磁界が強磁性物体ま
たはターゲットによる外乱のために非放射状である等、
幾何学的効果によって一部説明することができる。
図７は、本発明の原理による歯車の歯用以外の近接セ
ンサの実施例を示し、図示の近接センサは端部または磁
極面16aを有する永久磁石12aを具備する。図７の装置
は、図示のように、３軸方向の運動が可能な鉄系物体ま
たはターゲット50と共に使用するためのものである。ト
ランスデューサダイ20aは、磁石12aによって形成される
放射状磁界中に置かれている。
ンサの実施例を示し、図示の近接センサは端部または磁
極面16aを有する永久磁石12aを具備する。図７の装置
は、図示のように、３軸方向の運動が可能な鉄系物体ま
たはターゲット50と共に使用するためのものである。ト
ランスデューサダイ20aは、磁石12aによって形成される
放射状磁界中に置かれている。
以上、装置10の基本的構成及び動作について説明した
ので、次にそのいくつかの長所について説明する。従来
技術においては、歯車の歯の検出に使用される多くの近
接センサの電圧出力は、歯車の歯がセンサを通過する周
波数に従属する。そのために、低い歯車速度において
は、出力電圧レベルが低くなるという欠点があった。本
願で開示するブリッジ30の電圧出力は、変調周波数、例
えば歯車の歯がセンサを通過する周波数に従属しない。
本願発明は、どのような変調周波数に対しても一様な出
力信号を発生する。この特徴があるため、装置10は、ゼ
ロに近い非常に低い速度で使用することが可能である。
自動車用としては、このようないわゆるゼロ速センサが
必要である。
ので、次にそのいくつかの長所について説明する。従来
技術においては、歯車の歯の検出に使用される多くの近
接センサの電圧出力は、歯車の歯がセンサを通過する周
波数に従属する。そのために、低い歯車速度において
は、出力電圧レベルが低くなるという欠点があった。本
願で開示するブリッジ30の電圧出力は、変調周波数、例
えば歯車の歯がセンサを通過する周波数に従属しない。
本願発明は、どのような変調周波数に対しても一様な出
力信号を発生する。この特徴があるため、装置10は、ゼ
ロに近い非常に低い速度で使用することが可能である。
自動車用としては、このようないわゆるゼロ速センサが
必要である。
本発明によれば、放射状磁界26が磁気抵抗素子35を磁
気飽和させる。飽和状態で動作させることの長所は、素
子35が飽和していないときにおけるような温度従属性が
ないということである。
気飽和させる。飽和状態で動作させることの長所は、素
子35が飽和していないときにおけるような温度従属性が
ないということである。
本発明の磁気抵抗トランスデューサは、様々なエレク
トロニクス技術と組み合わせることが可能である。これ
らの組合わせとしては、完全集積ダイの形、またはハイ
ブリッドチップの形における磁気抵抗トランスデューサ
とサポート電子回路との組合わせ、あるいは互いに別個
のコンポーネントとしてのトランスデューサと電子回路
との組合わせがある。バイポーラまたはMOS技術や、バ
ルクまたはシリコン・オン・インシュレータ（SOI）ベ
ースの電子回路を用いることもできる。SOI電子回路と
組み合わせた場合、本発明は、摂氏250゜以上の温度で
も十分に機能するものと予測される。
トロニクス技術と組み合わせることが可能である。これ
らの組合わせとしては、完全集積ダイの形、またはハイ
ブリッドチップの形における磁気抵抗トランスデューサ
とサポート電子回路との組合わせ、あるいは互いに別個
のコンポーネントとしてのトランスデューサと電子回路
との組合わせがある。バイポーラまたはMOS技術や、バ
ルクまたはシリコン・オン・インシュレータ（SOI）ベ
ースの電子回路を用いることもできる。SOI電子回路と
組み合わせた場合、本発明は、摂氏250゜以上の温度で
も十分に機能するものと予測される。
本発明のセンサは、歯車の歯がトランスデューサ20を
次々に通過するのに伴って、バイポーラ出力電圧を発生
する。この出力電圧の波形は、センサ及び歯車の歯の両
方の詳細な磁気的設計パラメータによって決まる。この
ように、本発明のセンサは、各特定用途に必要な特定の
出力波形が得られるように設計することが可能である。
次々に通過するのに伴って、バイポーラ出力電圧を発生
する。この出力電圧の波形は、センサ及び歯車の歯の両
方の詳細な磁気的設計パラメータによって決まる。この
ように、本発明のセンサは、各特定用途に必要な特定の
出力波形が得られるように設計することが可能である。
さらに、従来の様々なシステムにおいては、ホール型
または磁気抵抗型近接センサから得られる出力電圧レベ
ルが低いことから、いくつかの問題が生じた。本発明に
おいては、従来のホール型または磁気抵抗型センサにお
けるよりも、歯車の歯の検出用に用いた場合、はるかに
大きい電圧出力が得られるものと予測される。
または磁気抵抗型近接センサから得られる出力電圧レベ
ルが低いことから、いくつかの問題が生じた。本発明に
おいては、従来のホール型または磁気抵抗型センサにお
けるよりも、歯車の歯の検出用に用いた場合、はるかに
大きい電圧出力が得られるものと予測される。
説明したように、本願出願人は、歯車の歯位置検出用
またはその他の用途用として容易に組み込むことができ
る近接センサを開発したものである。本願では、例示説
明のため本願発明の特定実施例に基づいて説明したが、
当業者には多くの変形態様及び修正態様が自明であろ
う。本願発明が及ぶ範囲は、本願で開示した実施例に限
定されるものではなく、請求の範囲の記載によってのみ
限定される。
またはその他の用途用として容易に組み込むことができ
る近接センサを開発したものである。本願では、例示説
明のため本願発明の特定実施例に基づいて説明したが、
当業者には多くの変形態様及び修正態様が自明であろ
う。本願発明が及ぶ範囲は、本願で開示した実施例に限
定されるものではなく、請求の範囲の記載によってのみ
限定される。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G01D 5/00 - 5/252 G01D 5/39 - 5/62 G01B 7/00 - 7/34 G01R 33/00 - 33/26
Claims (2)
- 【請求項１】強磁性物体の位置を検出する装置におい
て、 端部及び軸を有してその軸に垂直な方向の放射状磁界成
分を発生させ、その放射状磁界成分が実効中心をある位
置に有してその磁界成分がその実効中心から発出する磁
界発生源と、 前記軸に垂直な平面にあり、かつ前記磁界発生源の端部
と前記強磁性物体との間に、前記放射状磁界成分の前記
実効中心の位置が前記強磁性物体の位置によって決定さ
れるように介挿され、その実効中心の位置に応答して動
作する磁気抵抗トランスデューサであって、第１のブリ
ッジ分岐、第２のブリッジ分岐及び付加的ブリッジ構成
部品を有し、その第１及び第２のブリッジ分岐はブリッ
ジ回路を形成するようその付加的ブリッジ構成部品に電
気的に接続された少なくとも１本の磁気抵抗ストリップ
を各々有し、前記放射状磁界がその少なくとも１本の磁
気抵抗ストリップとの交角を有し、その少なくとも１本
の磁気抵抗ストリップが、平衡ブリッジ条件が得られる
ように、その少なくとも１本の磁気抵抗ストリップとの
交角が所定の値になるよう湾曲しており、その第１及び
第２のブリッジ分岐が、その実効中心に関して対称状に
配置されているときその平衡ブリッジ条件が達成される
ようにして内部に配置されており、そのブリッジ回路
が、その放射状磁界成分のその実効中心のその位置を表
す出力を発生する磁気抵抗トランスデューサと、 を具備した装置。 - 【請求項２】強磁性物体の位置を検出する装置におい
て、 端部及び軸を有してその軸に垂直な方向の放射状磁界成
分を発生させるとともに、その放射状磁界成分が実効中
心をある位置に有していて、その磁界成分がその実効中
心から発出する磁界発生源と、 前記放射状磁界成分内にあって、第１の抵抗を有して第
１の方向に第１の電流を流す第１の素子及び第２の抵抗
を有して第２の方向に第２の電流を流す第２の素子を含
む磁気抵抗トランスデューサであって、その各素子がそ
の放射状磁界によって実質的に飽和し、その各素子がそ
の放射状磁界の方向に揃った磁化方向を有し、その磁化
方向とその第１の電流のその方向とが第１の角を形成
し、その磁化方向とその第２の電流のその方向とが第２
の角を形成し、前記強磁性物体の前記位置がその第１の
角及びその第２の角を変化させ、前記第１及び第２の素
子が、各々、これらのいずれか一方の素子の抵抗Ｒが値
R0を取り得る場合において、 Ｒ＝R0＋Δcos2θ で求まる抵抗Ｒを有する磁気抵抗トランスデューサと、 を具備し、 式中、θは、前記放射状磁界によって生じる前記磁気抵
抗素子における磁化ベクトルとその磁気抵抗素子中の電
流の方向との間の角度であり、 ΔＲは、前記磁化ベクトルが前記素子と平行な位置から
その素子に対して垂直な位置まで回転する際における抵
抗の変化量であり、 R0は、θが90度のときの前記磁気抵抗素子の抵抗値であ
り、 前記第１及び第２の磁気抵抗素子が、ブリッジ回路を形
成するよう付加的ブリッジ構成部品に電気的に接続され
ており、そのブリッジ回路が、前記実効中心の前記位
置、及びその第１の素子における前記角度θの変化並び
にその第２の素子におけるその角度θの変化に関連する
出力を有する装置。
Applications Claiming Priority (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US08/076,511 US5351028A (en) | 1993-06-14 | 1993-06-14 | Magnetoresistive proximity sensor |
| US076,511 | 1993-06-14 | ||
| US08/076,511 | 1993-06-14 | ||
| PCT/US1994/006638 WO1994029672A1 (en) | 1993-06-14 | 1994-06-14 | Magnetoresistive proximity sensor |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08511348A JPH08511348A (ja) | 1996-11-26 |
| JP3028377B2 true JP3028377B2 (ja) | 2000-04-04 |
Family
ID=22132474
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7502151A Expired - Lifetime JP3028377B2 (ja) | 1993-06-14 | 1994-06-14 | 磁気抵抗近接センサ |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5351028A (ja) |
| EP (1) | EP0705421B1 (ja) |
| JP (1) | JP3028377B2 (ja) |
| DE (1) | DE69426599T2 (ja) |
| WO (1) | WO1994029672A1 (ja) |
Families Citing this family (49)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5644226A (en) * | 1994-03-02 | 1997-07-01 | Nippondenso Co., Ltd. | Magnetic detector having a bias magnet and magnetoresistive elements shifted away from the center of the magnet |
| US5589769A (en) * | 1994-09-30 | 1996-12-31 | Honeywell Inc. | Position detection apparatus including a circuit for receiving a plurality of output signal values and fitting the output signal values to a curve |
| US5488294A (en) * | 1995-01-18 | 1996-01-30 | Honeywell Inc. | Magnetic sensor with means for retaining a magnet at a precise calibrated position |
| JP2982638B2 (ja) * | 1995-01-19 | 1999-11-29 | 株式会社デンソー | 変位検出装置 |
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| JPH11281690A (ja) * | 1998-03-30 | 1999-10-15 | Mitsubishi Electric Corp | パルス幅検証装置及びパルス幅検証方法 |
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| DE10014779B4 (de) * | 2000-03-27 | 2011-11-10 | Nxp B.V. | MR-Winkelsensor |
| DE10014780B4 (de) * | 2000-03-27 | 2009-07-30 | Philips Intellectual Property & Standards Gmbh | MR-Winkelsensor |
| US6201466B1 (en) * | 2000-03-29 | 2001-03-13 | Delphi Technologies, Inc. | Magnetoresistor array |
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| US10852367B2 (en) | 2007-05-30 | 2020-12-01 | Infineon Technologies Ag | Magnetic-field sensor with a back-bias magnet |
| US10338158B2 (en) | 2007-05-30 | 2019-07-02 | Infineon Technologies Ag | Bias magnetic field sensor |
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| US10324141B2 (en) | 2017-05-26 | 2019-06-18 | Allegro Microsystems, Llc | Packages for coil actuated position sensors |
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| US11061084B2 (en) | 2019-03-07 | 2021-07-13 | Allegro Microsystems, Llc | Coil actuated pressure sensor and deflectable substrate |
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| US11237020B2 (en) | 2019-11-14 | 2022-02-01 | Allegro Microsystems, Llc | Magnetic field sensor having two rows of magnetic field sensing elements for measuring an angle of rotation of a magnet |
| US11280637B2 (en) | 2019-11-14 | 2022-03-22 | Allegro Microsystems, Llc | High performance magnetic angle sensor |
| US11262422B2 (en) | 2020-05-08 | 2022-03-01 | Allegro Microsystems, Llc | Stray-field-immune coil-activated position sensor |
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