JP3514511B2

JP3514511B2 - 磁気センサー

Info

Publication number: JP3514511B2
Application number: JP12994694A
Authority: JP
Inventors: ニコラス・エフ・ブッシュ; デニー・アール・シェーニング; ミエン・ティ・ウ
Original assignee: Honeywell International Inc
Current assignee: Honeywell International Inc
Priority date: 1993-05-27
Filing date: 1994-05-20
Publication date: 2004-03-31
Anticipated expiration: 2019-03-31
Also published as: JPH06347526A; DE4418151B4; DE4418151A1

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、一般に、磁気センサー
に関するものであり、とりわけ、永久磁石の側面に隣接
してホール効果素子を配置した磁気センサーに関するも
のである。ここで、ホール効果センサーは、永久磁石の
第１と第２の端部を通って延びる軸に対してほぼ平行
で、かつ、磁石の磁化方向に対してほぼ平行な方向に延
びる磁界成分の強度に感応する。

【０００２】

【従来の技術】当該技術の熟練者には、多くの異なるタ
イプの磁気センサーが知られている。センサーは、パー
マロイ材料を利用した磁気感応コンポーネントまたは他
の装置から構成することができるが、とりわけ周知のタ
イプの磁気センサーには、ホール効果素子が組み込まれ
ている。多くのタイプの磁気センサーは、永久磁石を利
用してバイアス磁界を形成させ、その磁界の形状を磁気
センサーに近接した透磁性材料の存在によって影響を受
けるようにする。このタイプの応用例の場合、永久磁石
に近接して磁気感応コンポーネントを配置することによ
って、磁界の一部が、磁気感応コンポーネントを通って
延び、磁気感応コンポーネントから出力信号を発生させ
るのに十分な磁界強度が生じるようになっている。透磁
性材料をセンサーに近接して移動させると、磁界に歪み
が生じ、磁気感応コンポーネントに対する影響が変化す
る。この変化は、磁気感応コンポーネントからの出力信
号の変化をモニターすることによって検出することがで
きる。

【０００３】１９８８年５月１７日にＣａｒｒ他に対し
て発行された米国特許第４，７４５，３６３号には、ホ
ール・セルを利用した無方向直結歯センサーの解説があ
る。この歯センサーには、センサーの検出ゾーン内にお
ける歯の有無を検出するため、単一の磁石と、直結ホー
ル・セル集積回路が組み込まれている。該センサーに
は、目標に対するセンサーの配向に関係なく、磁束の方
向変化及び磁束の反転を行って、ホール・スイッチ、ラ
ッチ、または、他の装置の動作点または解放点を克服す
る技法が組み込まれている。間隔をあけ、オフセットし
た磁束集中器を用いることによって、感知装置の温度及
びエア・ギャップに関する公差が望ましいものになる。

【０００４】１９８６年５月６日にＰｉｔｔ他に対して
発行された米国特許第４，５８７，５０９号には、重複
磁束集中器を備えたホール効果装置が開示されている。
該装置は、２つの磁束集中器の間に配置されたガリウム
砒素の小さなチップを利用して、弱い磁界に応答するこ
とを意図したものである。集中器の間隔は、９５マイク
ロメートルもの狭さにすることが可能である。装置の感
度を高める働きをする磁束集中器は、透磁率の高い金属
ガラスのような非晶質磁性材料によって製造される。

【０００５】１９８５年６月２５日にＢｏｄｚｉａｋに
対して発行された米国特許第４，５２４，９３２号に
は、ホール効果素子を利用する鉄道車輪検出器に関する
解説がある。ホール効果素子は、温度補償、電圧調整、
及び、増幅を行う集積回路装置に組み込まれる。ホール
効果素子は、クリティカルなホール軸と磁極軸のアライ
メントがとれるようにして、セラミック材料で製造され
た永久磁石の上に取り付けられる。ホール・セルの飽和
を回避するため、ホール効果素子は磁束零空間を形成す
る磁石の磁極間ホール内に配置される。永久磁石及びホ
ール・セル・アセンブリは、レールの上面から所定の間
隔だけ下に取り付けられ、通過する車輪のフランジによ
って磁束の大部分が流れる磁石とレールの間のエア・ギ
ャップが塞がれる。

【０００６】１９８４年１１月６日にＨａｕｌｅｒ他に
対して発行された米国特許第４，４８１，４６９号に
は、磁界の接線成分に応答するホール発生器を備えた回
転速度センサーの開示がある。該センサーは、内燃機関
のスタータ・ギアのような歯部材の回転速度を判定する
ために用いられる。ホール発生器または薄膜パーマロイ
・タイプ磁気抵抗センサーのような磁界依存センサー
は、磁界の接線成分に応答し、これによって、ディスク
の回転につれて、そのまわりの磁界強度に波動を生じる
零位または中心線のシフトを排除し、センサーからの出
力について、しきい値回路要素による即時評価が行える
ようにする。

【０００７】１９８１年１０月６日にＢｏｙｅｒに対し
て発行された米国特許第４，２９３，８１４号には、セ
ンサー信号のピーク変動に関係なく、安定した周期的出
力信号を発生するためのクランク・シャフト位置センサ
ー回路に関する開示がある。ホール効果装置及び他のタ
イプのセンサーに用いられる増幅回路が設けられ、これ
によって、該回路は、センサーから入力される周期的信
号によって調整され、センサーから入力される信号に基
づいてしきい値レベルをセットする。該回路からの出力
信号は、入力信号の電圧複製であるが、周期的入力信号
のピーク値変動に関係なく、あらかじめ決められた、一
定の高ピーク値と低ピーク値になるように修正される。

【０００８】１９７３年７月３１日にＨａｌｌｉｎに対
して発行された米国特許第３，７５０，０６８号には、
一対の向かい合った磁石を組み込んだ、磁気感応装置の
磁気作動構成に関する開示がある。磁石は、その間のエ
ア・ギャップに装置を収容するように、間隔をあけて平
行に配置されており、各磁石には、他方の磁石の向かい
合った磁極に対して逆の極性になるように配置された、
一対の向かい合った磁極が備わっている。

【０００９】１９８５年５月２１日にＡｖｅｒｙに対し
て発行された米国特許第４，５１８，９１８号には、デ
ュアル・ホール・センサーを備えた強磁性物品検出器の
開示がある。磁極に、２つの同一の集積回路チップが取
り付けられており、各チップには、増幅器に続いている
ホール素子が設けられている。ＩＣチップの出力には、
コンパレータが接続されており、強磁性物品が一方のチ
ップよりもう一方のチップに近いために生じるものと推
測される、２つのＩＣチップにおける磁界強度の差に直
接関連した電圧を発生する。

【００１０】１９６９年５月に発行されたＩＢＭＪｏ
ｕｒｎａｌｏｆＲｅｓｅａｒｃｈａｎｄＤｅｖ
ｅｌｏｐｍｅｎｔには、Ｌ．Ｓ．Ｇｏｌｄｍａｎｎによ
るＧｅｏｍｅｔｒｉｃＯｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎｏ
ｆＣｏｎｔｒｏｌｌｅｄＣｏｌｌａｐｓｅＩｎｔｅ
ｒｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎｓと題する論文が発表されてい
る。この論文には、とりわけ、セラミック基板とチップ
の間の電気的接続に用いられる半田隆起の解説がある。
該論文の図１には、この概念の図解が示されている。半
田隆起の利用は、今や、当該技術の熟練者にとって周知
のところであり、一般に用いられている。図９に関連し
てさらに詳細に後述するように、この技法は、本発明の
コンポーネントの構成に利用することが可能である。

【００１１】１９７８年４月２５日にＲｉｃｏｕａｒｄ
他に対して発行された米国特許第４，０８６，５３３号
には、回転部品の角位置を判定するためのホール効果装
置に関する開示がある。該装置には、軸上にホール効果
素子が配置された対称励起回路を形成する、第１と第２
の平行に配置された磁石が設けられている。回転部品
は、軟磁性材料で作られた第１と第２の電極を備えてお
り、該電極は、それぞれ、第１と第２の磁石を交互に通
って、ホール効果素子に、逆方向に向けられた第１と第
２の遷移磁界を形成し、これによって、その極性が逆に
なる信号が発生して、回転部品の角位置が示されるよう
に、角変位が施されている。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、これらの従
来知られている磁気センサを改良した新規な磁気センサ
を提供することを目的とするものである。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明の望ましい実施例
には、第１と第２の端部を通って延びる第１の軸とほぼ
平行な第１の軸に磁化された第１の磁石が設けられてい
る。さらに、該センサーには、コンポーネントの感知平
面に垂直に延びる磁界強度を表す出力信号を送り出す、
ホール効果素子のような磁気感応コンポーネントが設け
られている。磁気感応コンポーネントの感知平面は、コ
ンポーネントを通って延びる第２の軸に垂直に配置され
ている。第２の軸は、第１の軸と平行であり、第１の磁
石の側面から変位している。本発明の代替実施例では、
コンポーネントは、第１の磁石の側面に隣接して配置す
ることも可能であり、代替案として、第２の軸に沿っ
て、第１の磁石から離れる方向に、第１の磁石の第１の
端部から変位させることも可能である。本発明の代替実
施例の１つでは、さらに、第１と第２の端部を通って延
びる第３の軸とほぼ平行な、第２の方向に磁化された第
２の磁石が設けられている。第１の軸と第３の軸は、互
いに、ほぼ平行であり、第１の方向と第２の方向は、互
いに、ほぼ等しい。

【００１４】

【実施例】望ましい実施例に関する説明全体を通じて、
同様のコンポーネントは、同様の参照番号によって識別
される。

【００１５】図１には、当該技術の熟練者には周知のよ
うな、ホール効果素子の概略図が示されている。半導体
材料の基板１０には、接点Ｃ１及びＣ２が設けられてお
り、これらの接点を電源に接続することによって、該接
点間に電圧電位を生じさせ、その結果、電流が、一方の
接点からもう一方の接点に、基板を通って流れるように
することが可能である。２つの感知接点Ｓ１及びＳ２が
設けられており、その間における電圧電位の測定が行え
るようになっている。図１に示すように、磁界Ｂ_H が、
基板１０に対して垂直に生じると、磁界によって電流接
点Ｃ１及びＣ２間に流れる電流に影響が生じ、感知接点
Ｓ１及びＳ２間の電圧電位が変化する。感知接点間にお
ける電圧電位の変化は、図１に点線で表された、既定の
感知平面Ｐ_Hに垂直な方向における磁界Ｂ_Hの成分の強度
によって影響される。当該技術の熟練者には周知のよう
に、ホール効果素子を通って、感知平面Ｐ_H に垂直な方
向に延びる磁界によって、感知接点Ｓ１及びＳ２間の電
圧電位が変化するが、この電圧電位の変化を測定して、
感知平面Ｐ_Hに垂直な磁界Ｂ_Hを表す出力信号として利用
することができる。本発明の望ましい実施例の説明を通
じて、及び、図において、記号Ｂ_H は、該記号に関連し
たホール効果素子から正の出力信号を生じさせることに
なる、磁界の方向を定義するために用いられる。記号Ｂ
_H に関連して、矢印が用いられる場合、矢印の方向は、
正になると考えられる磁界の方向を表している。ホール
効果素子に関して、矢印と逆の方向に延びる磁界は、ホ
ール効果素子から負の信号を生じさせることになる。以
下の説明において、これらの規則が用いられるが、磁気
感応コンポーネントと磁界との間における相対的な磁極
の関連性は、本発明の範囲に限定されるものではないこ
とを理解しておくべきである。

【００１６】図２には、その最も基本的な形態による本
発明の望ましい実施例が示されている。永久磁石２０
は、永久磁石２０の第１と第２の端部を通って延びる第
１の軸２２にほぼ平行な、矢印Ｍで表示の第１の方向に
磁化されている。ホール効果素子のような磁気感応コン
ポーネント２４が、その感知平面Ｐ_Hが磁気感応コンポ
ーネント２４を通って延びる第２の軸２６に対して垂直
になるように配置される。第２の軸２６は、第１の軸２
２に対してほぼ平行であり、第２の軸２６は、図２に示
すように、永久磁石２０の側面２８から距離Ｙだけ変位
している。

【００１７】図２を参照すると明らかなように、本発明
の望ましい実施例の場合、磁気感応コンポーネント２４
は、第２の軸２６に沿った任意の位置に配置することが
可能である。例えば、感知平面Ｐ_Hは、磁極面の平面か
ら寸法Ｘだけオフセットさせることもできるし、代替案
として、その感知平面Ｐ_Hが磁石２０の磁極面と同一平
面をなすように、あるいは、側面２８と隣接するように
配置することもできる。図２に示すセンサーの特定の用
途に応じて、磁気感応コンポーネント２４のこうした代
替配置のどれでも実施可能である。

【００１８】図３には、図２の磁気感応コンポーネント
２４の位置と、その感知平面Ｐ_Ｈを垂直に通る磁界の強
度及び方向との関係が示されている。図２及び３を参照
すると、寸法Ｙは、側面２８からの磁気感応コンポーネ
ント２４の変位が示されており、図３の水平軸によって
表されている。図３の垂直軸は、感知平面Ｐ_Ｈを通る磁
界Ｂ_Ｈの垂直成分の磁界を表している。磁気感応コンポ
ーネント２４が、磁石の側面２８に比較的近接して配置
される場合、比較的強い磁界が、感知平面を通る正の方
向において垂直に通ることになる。しかし、図３から明
らかなように、磁気感応コンポーネント２４が、側面２
８から遠ざかるにつれて、強さは低下し、最終的には逆
転することになる。センサーの用途に応じて、図３に示
す関係を利用するため、磁気感応コンポーネント２４の
特定の位置を有利に選択することが可能である。

【００１９】図３に示す関係の理由を明らかにするた
め、図４Ａ及び４Ｂには、２つの異なる条件下における
永久磁石２０の磁界の一部に関する概略が示されてい
る。図４Ａの場合、磁石２０に対するその方向及び位置
を示すため、典型的な磁束線３０が描かれている。上述
のように、このタイプのセンサーに近接した透磁性材料
の存在によって、磁石によって生じる磁界の形状に歪み
が生じる可能性がある。磁石２０に対する磁気感応コン
ポーネント２４の位置決めは、その歪みを利用して、セ
ンサーに近接した透磁性物体の存在に応答するように施
されている。永久磁石２０に対する磁気感応コンポーネ
ント２４の配置が図４Ａに示すようになっていると、磁
束線は、磁石の北極から磁気感応コンポーネント２４を
通って上方に向けられている。従って、磁界が、図４Ａ
に示す形状に歪みを生じることがなければ、磁界の垂直
成分は、特定の強さ及び極性を備えることになる。図４
Ｂは、磁石２０の磁界の歪みに関する可能性のある影響
の１つを示すことを意図したものである。図４Ａ及び４
Ｂを比較することによって明らかなように、磁界は、側
面２８に向かって内側が圧縮され、結果として、磁界
は、磁気感応コンポーネント２４を下方に向かって通る
ことになる。図４Ａ及び４Ｂにおける磁界構造の相違に
よって、極性の変化と、感知平面に垂直な磁界強度の大
きさの変化の両方が生じることになる。当然明らかなよ
うに、磁界が歪めば、必ず、磁界の強さと極性が両方と
も変化するというわけではない。これは、磁石２０の側
面２８と磁極面に対する、さらには、センサーに近接し
て通る透磁性物体の特定の位置に対する磁気感応コンポ
ーネント２４の特定の位置の関数である。一般に、磁気
感応コンポーネント２４の感知平面に垂直な磁界強度の
差は、図３に表したものとほぼ同様に変化する。曲線４
０で表した第１の磁界強度は、曲線４２によって表した
磁界強度まで低下する。明らかに、磁気感応コンポーネ
ント２４の位置によって、位置４４で表されるように、
磁界の強さの低下を感知するか、あるいは、位置４６で
表されるように、複雑な磁界の極性の反転を感知するこ
とになるかが決まる。理解しておくべきは、図３、４
Ａ、及び、４Ｂに示す表現は、かなり大まかなものであ
り、磁性物体がセンサーに近接して移動する際に生じる
磁気現象を十分かつ完全に説明することを意図したもの
ではないという点である。

【００２０】図５には、本発明のいくつかの可能性のあ
る応用例が示されている。磁気感応コンポーネント２４
は、図２に示す、上述の位置と同様の、永久磁石２０に
対する特定の位置に配置される。さらに、永久磁石２０
は、永久磁石の第１と第２の端部を通って延びる第１の
軸とほぼ平行な矢印Ｍによって表示の第１の方向に磁化
されている。磁性物体５０が、磁石の側面２８に近接し
て示されている。磁性物体５０は、永久磁石２０及び磁
気感応コンポーネント２４に対して、図５に示す位置に
配置されると、磁界の形状に影響を及ぼし、磁気感応コ
ンポーネントの感知平面Ｐ_H に垂直な磁界強度の変化を
生じさせる。磁性物体５０の精確な位置と、磁気感応コ
ンポーネント及び永久磁石の相対位置に従って、やは
り、上述のように、磁気感応コンポーネントを垂直に通
る磁界の極性が反転する可能性がある。理解しておくべ
きは、磁性物体５０は、有効半径Ｒ２で、軸５４まわり
を回転するか、あるいは、代替案として、有効半径Ｒ１
で、軸５６まわりを回転することによって、その図５の
位置に対して移動することができるという点である。い
ずれのタイプの移動にせよ、センサー感知ゾーンにおい
て磁性物体５０の周期的配置を生じさせることになる。

【００２１】引き続き、図５を参照すると、永久磁石２
０の磁極面に近接して、代替磁性物体５８が示されてい
る。磁性物体５８は、有効半径Ｒ３で、軸６０まわりを
回転することもできるし、あるいは、有効半径Ｒ４で、
軸６２まわりを回転することもできる。理解しておくべ
きは、図５に示す２つの磁性物体５０及び５８は、セン
サーと物体間における代替関係を示すため、例示目的で
利用されており、本発明の可能性のある利用に関して制
限を加えるものではない。図５に示す磁性物体の代替位
置、及び、上述の可能性のある移動タイプは、永久磁石
によって得られる磁界の形状を変化させ、磁気感応コン
ポーネント２４の出力によって感知可能なやり方で、磁
性物体をセンサーに近づけたり、あるいは、センサーか
ら遠ざけたりすることができる、多くの経路のうちの限
定された例を表したものである。

【００２２】図６には、本発明の代替実施例が示されて
いるが、この場合、第２の永久磁石７０が、図示のよう
に、第１の永久磁石２０と組み合わせられている。第２
の永久磁石は、図示のように、その第１と第２の端部を
通って延びる軸７２にほぼ平行な第１の方向に磁化され
ている。第２の磁石の磁化方向は、矢印Ｍ’によって識
別される。第１と第２の永久磁石は、距離Ｗだけ離れて
おり、磁気感応コンポーネント２４は、第２の軸２６が
その中央を通り、かつ、その感知平面に対して垂直な位
置をとるように配置される。磁性物体７４には、歯７６
が設けられており、この歯は、回転中心７８のまわりを
回転することによって、２つの永久磁石２０及び７０
と、磁気感応コンポーネント２４から構成されるセンサ
ーの感知ゾーン内に、周期的に入り込むことが可能にな
っている。歯７６は、矢印Ｒの方向に回転することが可
能である。歯は、図示のように、磁気感応コンポーネン
ト２４に近接して、最小ギャップＧを通過する。

【００２３】図７Ａ及び７Ｂには、図６に示す構成の各
種パラメータが示されている。図６では、磁気感応コン
ポーネント２４は、第２の軸２６上に配置され、図示の
ように、その感知平面Ｐ_H は、第１と第２の永久磁石２
０及び７０の北極における磁極面とほぼ共面をなす。た
だし、理解しておくべきは、磁気感応コンポーネント２
４は、軸２６に沿った代替位置に配置することが可能で
あるという点である。その軸２６に沿った磁気感応コン
ポーネントの位置の変化に関する磁気的影響を明らかに
するため、図７Ａ及び７Ｂには、軸２６に沿った位置の
関数として例示のいくつかの磁気パラメータの変化が示
されている。図６から明らかなように、磁石の北極の磁
極面の平面が、零点として選択されており、ミリメート
ルで測定される負のＸ寸法が、この零点の左に向かって
延び、正のＸ寸法が右に向かって延びている。磁気感応
コンポーネントの軸２６に沿った位置変化の磁気的影響
を求めるため、一連のテスト・シミュレーションが実施
された。図７Ａの場合、垂直軸は、２つの異なる条件下
における、図６の磁気感応コンポーネントの感知平面Ｐ
_Hに対して垂直な磁界強度を表している。曲線８２は、
センサーに近接した磁性物体がない場合における、感知
平面に対して垂直な磁界強度の変化を距離Ｘの関数とし
て表している。換言すれば、曲線８２は、図６に示す位
置に歯７６がない場合に、軸２６に沿って磁気感応コン
ポーネント２４を移動させる効果を表している。図７Ａ
の曲線８４は、歯７６のような磁性物体が図６に示す位
置にある場合に、軸２６に沿って磁気感応コンポーネン
ト２４を移動させる効果を表している。図７Ａ及び７Ｂ
の点線８０は、両方の永久磁石の磁極面の平面内におけ
る零位置を表している。図７Ａ及び７Ｂにおける負の寸
法は、磁気感応コンポーネント２４が図６の左に向かう
移動を表しており、逆に、水平軸の正の寸法は、磁気感
応コンポーネント２４が図６の右に向かう移動を表して
いる。磁気感応コンポーネントが、北極の磁極面８０の
約７ｍｍ左の位置からわずかに右に向かう位置につく
と、曲線８２及び８４は、明らかに、測定可能に発散を
開始する。

【００２４】図７Ｂには、曲線８２及び８４との間にお
ける磁界強度の差が示されている。図７Ｂの曲線８８
は、曲線８４の値から曲線８２の値を引いた代数結果で
あり、従って、センサーの感知ゾーン内に磁性物体があ
る場合に磁気感応コンポーネント２４が感知することの
可能な磁界と、磁性物体が無い場合に磁気感応コンポー
ネント２４が感知することの可能な磁界との間における
変化を表している。当然、曲線８８の値の絶対的な大き
さが増すと、歯の有無を区別するのが容易になる。しか
し、２つの永久磁石に対する磁気感応コンポーネント２
４の配置には、他の考慮事項も重要になる。例えば、歯
が無い場合の信号と、歯が存在する場合の信号との間に
は、ほぼ対称的な両極関係を実現することが望ましい場
合がある。例えば、点線９０は、図７Ａにおけるゼロの
磁界強度を表している。点線９２によって表示の位置に
磁気感応コンポーネントを配置すると、磁性物体の存在
する状態と存在しない状態の間における、磁界強度のほ
ぼ対称的なプラスとマイナスの変化が得られる。歯とス
ロットの間における絶対差が、位置９２の選択によって
最大になることはないが、歯とスロットの弁別を可能に
する、あるいは、換言すると、磁性物体の有無の弁別を
可能にするのに十分な磁界の差が得られる。この差は、
点線９２によって表されており、０．５ｍｍをわずかに
下回る距離だけ図６の磁極面の平面の左に寄っている。

【００２５】図６、７Ａ、及び、７Ｂを参照して、理解
しておくべきは、図６に示す構成は、各種条件下におけ
る磁界強度のテストのために選択されたものであるとい
う点である。特定の実験テストの１つでは、２つの永久
磁石は、それぞれ、長さが約１５．０ｍｍで、幅が４．
０ｍｍであった。さらに、２つの磁石は、隣接する側面
間が約４．５７ｍｍになるように配置された。換言すれ
ば、図６の寸法Ｗは、約４．５７ｍｍである。ギャップ
Ｇは、約２．０ｍｍであり、２つの磁石２０及び７０
は、厚さが約５ｍｍの、アルニコ８永久磁石であった。
回転可能な磁性物体７４は、直径が４７．５ｍｍ、厚さ
が５ｍｍであった。該磁性物体は、図６に示す典型的な
歯７６のような、等間隔の８つの歯から構成され、歯
は、２２．５度変位するように間隔をあけて配置され、
スロットの深さは、１０ｍｍである。理解しておくべき
は、説明したばかりの寸法は、本発明の実験結果を求め
るために選択されたものであって、センサーの構造に制
限を加えるものではないという点である。

【００２６】図８Ａ〜８Ｅには、本発明の代替実施例が
示されている。図８Ａの場合、２つの永久磁石２０及び
７０が、図６に示す、上述のやり方とほぼ同様のやり方
で、磁気感応コンポーネント２４に対して配置される。
一方、図８Ｂの場合、２つの永久磁石２０及び７０の第
２の端部に接触した追加磁極片が配置されている。磁極
片１００は、透磁性の高い材料によって構成することが
可能である。図８Ｃに示す本発明の実施例は、それぞ
れ、永久磁石２０及び７０の機能を果たす働きをするア
ーム１０４及び１０６を備えた、Ｕ字形磁石１０２から
構成されている。磁気感応コンポーネント２４は、Ｕ字
形磁石の２つのアーム１０４、１０６の間に配置され
る。図８Ｄには、２つのアーム１０８及び１１０から構
成されるＬ字形磁石が示されている。磁気感応コンポー
ネント２４は、磁石の２つのアーム間の中心には位置し
ていないが、両方のアームの磁界が、磁気感応コンポー
ネントの感知平面に垂直に通る磁界に磁気的影響を及ぼ
す領域内に配置されている。図８Ｅの場合、本発明の実
施例は、図８Ｂに示すものとほぼ同様であり、永久磁石
２０及び７０、及び、磁極片１００は、図示のように配
置されているが、追加透磁性コンポーネント１２０は、
磁気感応コンポーネント２４の下方において、２つの永
久磁石の間に配置されている。

【００２７】図８Ａ〜８Ｅに示す代替実施例は、それぞ
れ、いくつかの特定の用途に関するいくつかの利点を表
している。永久磁石及び磁極片は、磁性物体が特定の位
置に存在する状態と、その後、その位置から磁性物体が
存在しなくなる状態との間における差分磁界強度を最大
にするのに有効な、磁界の形状を整える位置に配置され
る。理解しておくべきは、図８Ａ〜Ｅに示す実施例の全
てが、本発明の範囲内に含まれるという点である。

【００２８】本発明は、磁性物体の移動を必要とせず
に、その検出ゾーン内における磁性物体の有無を弁別可
能なセンサーを提供することにある。この特性は、当該
技術の熟練者によって、パワー・アップ認識と呼ばれて
いる。換言すれば、本発明は、センサーにパワーが供給
されている限り、その検出ゾーン内における歯車の歯の
ような磁性物体の有無を判定することが可能である。

【００２９】この特性を明らかにするため、図９には、
概略表現による歯車１５３に近接して配置された、本発
明の原理に基づいて製造されたセンサーが示されてい
る。図９には、ホール装置の感知平面に対して垂直に加
えられる磁界強度がグラフで示されている。磁気感応コ
ンポーネント２４は、永久磁石２０に対して配置され、
セラミック基板１５２に取り付けられている。曲線１５
４及び１５６は、それぞれ、比較的小さいエア・ギャッ
プと比較的大きいエア・ギャップに関する磁界を表して
いる。明らかに、磁界強度の変動は、歯１５７の部分に
応じて直接変動する。この結果、レベル１６０またはレ
ベル１６２のようなしきい値の大きさを利用して、磁気
感応コンポーネント２４に近接した歯の有無を認識する
ことが可能になる。こうして、センサーは、センサーに
パワーが供給されると、即座に、歯のような磁性物体有
無を判定することができる。

【００３０】引き続き図９を参照すると明らかなよう
に、磁気感応コンポーネント２４は、図２の概略図とは
対照的に、磁石２０の下方磁極面の少し上方に位置して
いる。磁石２０と磁気感応コンポーネント２４の相対位
置は、アルニコ磁石を利用する装置と希土類磁石を利用
する装置では異なることが分かっている。例えば、図２
に示すように構成された装置は、一般にアルニコ磁石を
利用しており、図９に示すように構成された装置は、一
般に希土類磁石を利用している。ただし、理解しておく
べきは、永久磁石及び磁気感知装置の多くの代替位置
は、本発明の範囲内に含まれるという点である。さら
に、理解しておくべきは、センサーの用途の要件に従っ
て、上述のＸ及びＹとして識別される寸法は、磁気感応
コンポーネントの応答を最大にするように、特に選択す
ることが可能であるという点である。

【００３１】図９に示すような本発明の特定の実施例の
１つでは、磁気感応コンポーネント２４は、最初に、基
板に半田隆起を形成し、次に、半田隆起の上に、ホール
効果装置のような磁気感応コンポーネント２４を配置す
ることによって、セラミック基板の上方に間隔をあけて
配置される。半田隆起の高さを利用して、セラミック基
板の上部表面の上方における磁気感応コンポーネントの
高さを制御することが可能である。永久磁石２０の磁極
面がセラミック基板の同じ上部表面に配置されている場
合、磁極面に対して、磁気感応コンポーネントの位置を
正確に制御することができる。

【００３２】本発明のいくつかの異なる実施例を示すた
め、本発明について、特に限定して、解説し、例示して
きたが、理解しておくべきは、他の実施例もその範囲内
に含まれるということである。

【図面の簡単な説明】

【図１】ホール効果素子の一般的な構成に関する先行
技術の概念を示す図である。

【図２】本発明の望ましい実施例に従って形成される
基本構成を示す図である。

【図３】図２に示すコンポーネントの磁界強度と物理
的位置の関係を示す図である。

【図４】磁気感応コンポーネントによって生じる信号
に対する磁界形状の影響を明らかにするために用いられ
る概略図である。

【図５】可動磁性物体に関連して配置された本発明の
可能性のある実施例のいくつかを示す図である。

【図６】２つの永久磁石から構成される本発明の代替
実施例を示す図である。

【図７】図６に示す磁気感応コンポーネントと永久磁
石の相対的物理位置に対する各種磁気パラメータの関係
を示す図である。

【図８】本発明のいくつかの異なる代替実施例を示す
図である。

【図９】本発明のさらに他の実施例を示す図である。

【符号の説明】

１０基板、１３歯車、２０永久磁石、２４
磁気感応コンポーネント、３０磁束線、５０
磁性物体、５８磁性物体、７０永久磁石、７
４磁性物体、７６歯、８０磁極面、１００
磁極片、１０４アーム、１０６アーム、１０８ア
ーム、１１０アーム

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者デニー・アール・シェーニングアメリカ合衆国 61032 イリノイ州・フリーポート・イーストリバーロード・3480 (72)発明者ミエン・ティ・ウアメリカ合衆国 53705 ウィスコンシン州・マディソン・キールソンドライブ・6402 (56)参考文献特開平４−74929（ＪＰ，Ａ) 特開昭63−172957（ＪＰ，Ａ) 実開昭50−63172（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G01R 33/02 - 33/10 G01D 5/18

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】第１と第２の端部を通って延びる第１の
軸とほぼ平行な第１の方向に磁化された第１の磁石と、感知平面に垂直に延びる磁界強度を表す出力信号を送り
出す磁気感応コンポーネントとから構成され、前記感知
平面が、前記コンポーネントを通って延びる第２の軸に
垂直に配置されて、その第２の軸が、前記第１の軸に対
して平行で、かつ、前記第１の磁石の前記第１の軸にほ
ぼ平行な側面から変位していることを特徴とする、センサー。
【請求項２】さらに、自身の第１と第２の端部を通っ
て延びる第３の軸とほぼ平行な第２の方向に磁化された
第２の磁石が設けられ、前記第１と第３の軸が、互いに
ほぼ平行であり、前記第１と第２の方向が、互いにほぼ
等しいことを特徴とする請求項１に記載のセンサー。
【請求項３】さらに、前記第１と第２の磁石の前記第
２の端部に接続された透磁性の磁極片が設けられている
ことを特徴とする、請求項２に記載のセンサー。
【請求項４】第１の磁極面と第２の磁極面を通って延
びる第１の軸にほぼ平行な第１の磁気方向に磁化された
第１の磁気セグメントと、感知平面に垂直に延びる磁界の強度を表す出力信号を送
り出す磁気感応コンポーネントとから構成され、前記感
知平面が、前記コンポーネントを通って延びる第２の軸
に対して垂直に配置され、前記第２の軸が、前記第１の
軸と平行で、かつ、前記第１の磁気セグメントの前記第
１の軸にほぼ平行な側面から変位していることを特徴と
する、センサー。
【請求項５】さらに、第１と第２の磁極面を通って延
びる第３の軸とほぼ平行な第２の磁気方向に磁化された
第２の磁気セグメントが設けられ、前記第１と第３の軸
が、互いにほぼ平行であり、前記第１と第２の磁気方向
が、互いにほぼ等しいことを特徴とする、請求項４に記
載のセンサー。
【請求項６】第１と第２の端部を通って延びる第１の
軸とほぼ平行な第１の磁化方向を有する第１の磁石と、感知平面に垂直に延びる磁界強度を表した出力信号を送
り出すホール効果コンポーネントとから構成され、前記
感知平面が前記ホール効果コンポーネントを通って延び
る第２の軸に垂直に配置され、前記第２の軸が前記第１
の軸に対して平行で、かつ、前記第１の磁石の前記第１
の軸にほぼ平行な側面から変位しており、さらに、第１と第２の端部を通って延びる第３の軸とほ
ぼ平行な第２の磁化方向を有する第２の磁石が設けられ
ており、前記第１と第３の軸が、互いにほぼ平行であ
り、前記第１と第２の磁化方向が、互いにほぼ等しく、
前記第２の軸が前記第１の軸と第３の軸の間に配置され
ていることを特徴とする、センサー。