JP3619156B2 - 磁気検出装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
この発明は、磁界強度を検出して磁性移動体の位置を検出する磁気検出装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
磁気検出装置として、例えば磁電変換素子である磁気抵抗素子の各端に電極を形成してブリッジを構成し、このブリッジの対向する2つの電極間に定電圧、定電流の電源を接続し、磁気抵抗素子の抵抗値変化を電圧変化に変換して、この磁気抵抗素子に作用している磁界変化を検出して磁性移動体の位置を検出するものが知られている。
図16は上記磁気検出装置の電気回路図である。
この磁気検出装置では、磁気抵抗素子1及び固定抵抗2で構成されたブリッジ回路に定電圧を印加し、磁界の変化による磁気抵抗素子1の抵抗値変化を電圧変化に変換する。電圧変化された信号は増幅回路3で増幅し、比較回路4に入力される。比較回路4により所定の電圧と比較された信号は出力回路5によって“0”または“1”の最終出力に変換され、この出力は出力端子6から出力される。
【0003】
図17は従来の磁気検出装置を示す構成図で、図17(a)はその斜視図、図17(b)は図17(a)の部分平面図である。
この磁気検出装置は、磁性移動体である回転体11の被検出部である歯部12a及び溝部12bに対向して配置されている。
磁気検出装置は、磁電変換素子であり磁界の変化に応じて抵抗値が変化する磁気抵抗素子15と、着磁方向が回転体11に向けられた磁石14と、磁気抵抗素子15の抵抗値変化が電圧変化された信号を増幅する増幅回路3、比較回路4及び出力回路5を内蔵した処理回路部16を備えている。
【0004】
上記構成の磁気検出装置では、回転軸10が回転することで回転体11も同期して回転し、磁気抵抗素子15に印加される磁石14からの磁界が変化する。その結果、図18に示すように、回転体11の歯部12aが磁気抵抗素子15に対向したときと、溝部12bが対向したときとでは、磁気抵抗素子15の抵抗値が変化し、また増幅回路3からの出力も変化する。そして、最終的には処理回路部16の出力端子6からは、増幅回路出力が波形整形され、回転体11の歯部12a及び溝部12bに対応して“1”または“0”の最終出力信号が得られる。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
図19は、歯部12a及び溝部12bに対して磁気抵抗素子15が回転体11の径方向(回転体対向方向、矢印B方向)に離れてズレが生じた場合及び回転体周方向(矢印A方向)にズレが生じた場合の磁気抵抗素子15に印加される磁石14からのバイアス磁界の変動を示す。そして、図19(c)に示すように、回転体対向方向である矢印B方向に磁気抵抗素子15が位置ズレが生じたときの方が、回転体周方向である矢印A方向に磁気抵抗素子15が位置ズレが生じたときよりも、バイアス磁界の変動が大きいことが分かる。
【0006】
そして、例えば被検出体である歯部12a及び溝部12bに対して磁気抵抗素子15が矢印B方向にズレを生じた場合、磁気抵抗素子15、増幅回路3の出力及び出力端子6からの最終出力のそれぞれの動作波形が図20に示されている。この図において、実線は正常な位置に磁気抵抗素子15があるときの動作波形図、点線は正常な位置からズレが生じたときの動作波形図、二点鎖線は比較電圧を示している。
この図から分かるように、磁気抵抗素子15が正常な位置からズレが生じた場合、歯部12a及び溝部12bの位置検出のタイミングがT1だけずれてしまい、磁気抵抗素子15の位置ズレにより歯部12a及び溝部12bの位置を正確に検出することができないという問題点があった。
【0007】
この発明は、かかる問題点を解決することを課題とすものであって、磁電変換素子の位置ズレが生じても良好な被検出部の位置検出性能を確保できる磁気検出装置を得ることを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】
この発明の請求項1に係る磁気検出装置は、磁性移動体の被検出部に対向して配置された磁電変換素子と、着磁方向が前記磁性移動体と対向方向に垂直に向けられた磁石と、前記被検出部に対向した対向方向に間隔をおいて形成された少なくとも2つの突極部を有する磁性体ガイドとを備え、少なくとも一つの前記磁電変換素子が前記対向方向に対して、垂直方向である前記磁性移動体の軸に沿って視たときに前記突極部間に配置されている。
【0009】
この発明の請求項2に係る磁気検出装置では、磁電変換素子は、磁性移動体側または反磁性移動体側に配置されている。
【0010】
この発明の請求項3に係る磁気検出装置では、複数の突極部間が形成され、それぞれの突極部間に磁電変換素子が配置されている。
【0011】
この発明の請求項4に係る磁気検出装置では、磁石の対向方向の長さ寸法が磁性体ガイドの突極部間の間隔寸法よりも大きい。
【0012】
この発明の請求項5に係る磁気検出装置では、磁性体ガイドの突極部における磁性移動体の周方向の幅寸法が磁石における磁性移動体の周方向の幅寸法とほぼ同一である。
【0013】
この発明の請求項6に係る磁気検出装置では、磁電変換素子は磁気抵抗素子である。
【0014】
この発明の請求項7に係る磁気検出装置では、磁電変換素子は巨大磁気抵抗素子である。
【0015】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の各実施の形態について説明するが、従来のものと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の磁気検出装置の構成図であり、図1(a)はその斜面図、図1(b)はその上面図、図1(c)はその側面図である。
この磁気検出装置は、磁性移動体である回転体11の被検出部である歯部12a及び溝部12bに対向して配置されている。
磁気検出装置は、磁電変換素子であり磁界の変化に応じて抵抗値が変化する磁気抵抗素子15と、着磁方向が回転体11と対向方向に対して垂直に向けられた磁石14と、歯部12a及び溝部12bに対向した対向方向に間隔をおいて形成された第1の突極部21a及び第2の突極部21bを有する鉄製の磁性体ガイド21と、磁気抵抗素子15の抵抗値変化から電圧変化された信号を増幅する増幅回路3、比較回路4及び出力回路5を内蔵した処理回路部16とを備えている。
上記磁気抵抗素子15は回転体対向方向Aに対して垂直方向である回転軸10に沿って視たときに第1の突極部21aと第2の突極部21bとの間に配置されている。
【0016】
図2は磁気抵抗素子15を回転体11に対して径方向に磁石14の先端面からLの位置に配置させ、回転体11の歯部12aの対向時、溝部12bの対向時に磁気抵抗素子15に印加される磁界及び磁気抵抗素子15の抵抗値を示した図である。
この図2から分かるように、L1〜L2の範囲内において磁気抵抗素子15に印加されるバイアス磁界の変化および抵抗値の変化が殆どない位置が存在する。この位置に磁気抵抗素子15を配置した場合には、検出本体20が回転体11の径方向における位置に多少ズレが生じたときでも位置検出性能に殆ど影響を与えることはない。
【0017】
このL1〜L2の範囲は、第1の突極部21aと第2の突極部21bとの範囲である。これは第1の突極部21a及び第2の突極部21bは磁束が集中化し易く、それだけ第1の突極部21aと第2の突極部21bとの間では磁界の均一化が図れるためと考える。
そして、この実施の形態1では、この範囲L1〜L2に磁気抵抗素子15が配置されているので、磁気抵抗素子15が回転体対向方向に位置ズレを生じても良好な歯部12a、溝部12bの位置検出性能を確保できる。
【0018】
実施の形態2.
図3はこの発明の実施の形態2の磁気検出装置の構成図であり、図3(a)はその斜面図、図3(b)はその上面図、図3(c)はその側面図、図4はその電気回路図である。
この実施の形態2では、第1の磁気抵抗素子22を磁性体ガイド21の第1の突極部21aと第2の突極部21bとの間に設け、第2の磁気抵抗素子23を反回転体11側の第2の突極部21bの径方向外側に設けたものである。
【0019】
図5は、従来例において周囲温度が常温時及び高温時での動作波形を示す。この図において、実線は常温時の磁気抵抗素子1の動作波形図、点線は高温時の磁気抵抗素子1の動作波形図、二点鎖線は比較電圧を示している。図のように、磁気抵抗素子1の抵抗値の温度変化により動作波形がシフトしている。これは、磁気抵抗素子1とブリッジを構成する固定抵抗2の温度係数の差により発生するものである。この結果、歯部12a及び溝部12bの位置検出のタイミングがT2だけずれてしまい、磁気抵抗素子1の温度変化により歯部12a及び溝部12bの検出位置が大きくずれることになる。
【0020】
これに対して、この実施の形態2では、図4に示すように第1の磁気抵抗素子22と第2の磁気抵抗素子23とでブリッジを構成することにより、磁気抵抗素子の温度係数の特性を相殺することができ、また図7に示すように増幅回路出力の振幅を大きくすることができ検出精度を向上させることができる。
また、図6に示すように、第1の磁気抵抗素子22をバイアス磁界の変化および抵抗値の変化が殆どない位置L3に配置したことで、第1の磁気抵抗素子22が回転体対向方向に位置ズレを生じても良好な歯部12a、溝部12bの位置検出性能を確保できる。
【0021】
実施の形態3.
図8はこの発明の実施の形態3の磁気検出装置の構成図、及び第1及び第2の磁気抵抗素子24,25に印加される磁界及び第1及び第2の磁気抵抗素子24,25の抵抗値を示した図である。
この実施の形態では、磁性体ガイド100は3個の突極部100a,100b,100cを有しており、この突極部100a,100b,100c間に磁気抵抗素子24,25がそれぞれ配置されている。また、第1の磁気抵抗素子24と第2の磁気抵抗素子25とでブリッジを構成している。
【0022】
この実施の形態では、実施の形態2と同様に、磁気抵抗素子の温度係数の特性を相殺することができるとともに、増幅回路出力の振幅を大きくすることができ検出精度を向上させることができる。
また、第2の磁気抵抗素子25もバイアス磁界の変化および抵抗値の変化が殆どない位置L4に配置されているので、実施の形態2と比較して第1の磁気抵抗素子24、第2の磁気抵抗素子25が回転体対向方向に位置ズレを生じても、より良好に歯部12a、溝部12bの位置検出性能を確保できる。
【0023】
実施の形態4.
図9(a)はこの発明の実施の形態4の磁気検出装置の構成図、図9(b)ないし図9(d)は磁性体ガイド21の一対の突極部21a,21b間のピッチNに対して磁石14の回転体11の対向方向の長さ(M)を変えたときの、磁気抵抗素子15に印加されるバイアス磁界を示す図である。
この実施の形態では、この図9(b)から分かるように、磁石14の対向方向長さ(M)を一対の突極部21a,21b間のピッチ(N)以上にすることで、回転体11の径方向位置ズレによる磁気抵抗素子15へのバイアス磁界の変動が小さい。さらに、歯部12aと溝部12bとの間で大きな印加磁界の差を得ることができる。そのため、磁気抵抗素子15が回転体対向方向に位置ズレを生じても、より良好に歯部12a、溝部12bの位置検出性能を確保できるとともに、位置検出精度が向上する。
【0024】
実施の形態5.
図10はこの発明の実施の形態5の磁気検出装置の構成図で、図10(a)はその平面図、図10(b)はその側面図である。図11は磁石14の幅(P)に対して磁性体ガイド21の一対の突極部21a,21bの幅(Q)を変えたときの、磁気抵抗素子15に印加されるバイアス磁界を示す図である。
この実施の形態では、図11から分かるように、磁性体ガイド21の一対の突極部21a,21bの幅(Q)を磁石14の幅(P)と同一にすることで、検出本体60の回転体11の周方向位置ズレによる磁気抵抗素子15へのバイアス磁界変動をより抑えることができる。
【0025】
実施の形態6.
この実施の形態6では、磁気検出素子として巨大磁気抵抗素子(以下GMRとする)を用いるものである。
GMR素子は、数オングストロームから数十オングストローム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、所謂「人工格子膜」であり、(Fe/Cr)n、(パーマロイ/Cu/Co/Cu)n、(Co/Cu)n(nは積層数)が知られている。これは従来の磁気抵抗素子(以下MR素子とする)と比較して格段に大きなMR効果(MR変化率)を有するとともに、隣り合った磁性層の磁化の向きの相対角度にのみ依存するので、外部磁界の向きが電流に対してどのような角度差をもっていても同じ抵抗値変化が得られる面内感磁の素子である。但し、磁気抵抗パターンの幅を狭くすることで異方性をつけることができる素子でもある。
また、このGMR素子は、印加磁界の変化による抵抗値変化にヒステリシスが存在するとともに、温度特性、特に温度係数が大きいという特徴を備えた素子である。なお、図12にはGMR素子のMRループ特性を示している。
このように、磁電変換素子として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上昇させあることができる。
【0026】
実施の形態7.
図13はこの発明の実施の形態7の磁気検出装置の構成図であり、図13(a)はその平面図、図13(b)はそのその側面図である。また、図14は図13の磁気検出装置の電気回路図である。
この実施の形態では、磁性体ガイド100は3個の突極部100a,100b,100cを有しており、第1の突極部100aと第2の突極部100bとの間に第1の磁気抵抗素子26及び第2の磁気抵抗素子27が配置され、第2の突極部100bと第3の突極部100cとの間に第3の磁気抵抗素子28及び第4の磁気抵抗素子29が配置されている。
図15はこの実施の形態の磁気検出装置の動作波形を示す図であり、第1の磁気抵抗素子26と第3の磁気抵抗素子28との間の中点Fの電圧変動に対して、第2の磁気抵抗素子27と第4の磁気抵抗素子29との間の中点Gの電圧変動が反転するため、実施の形態3の場合と比較して増幅回路出力が2倍となり、位置検出精度が向上することが分かる。
なお、上記各実施の形態では磁性移動体として回転体で説明したが、勿論この形態には限定されない。また、突極部間の空間が2つまでしか説明していないが、3つ以上ある場合でもよい。さらに、磁気抵抗素子の数を4つ以上であってもよい。
【0027】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明の請求項1に係る磁気検出装置によれば、磁性移動体の被検出部に対向して配置された磁電変換素子と、着磁方向が前記磁性移動体と対向方向に垂直に向けられた磁石と、前記被検出部に対向した対向方向に間隔をおいて形成された少なくとも2つの突極部を有する磁性体ガイドとを備え、少なくとも一つの前記磁電変換素子が前記対向方向に対して、垂直方向である前記磁性移動体の軸に沿って視たときに前記突極部間に配置されているので、磁電変換素子は印加されるバイアス磁界の変化が殆どない位置にあり、磁電変換素子が磁性移動体の対向方向に位置ズレが生じたときでも位置検出性能に殆ど影響を受けず、位置ズレが生じても良好な被検出部の位置検出性能を確保できる。
【0028】
また、この発明の請求項2に係る磁気検出装置によれば、磁電変換素子は、磁性移動体側または反磁性移動体側に配置されているので、温度変化に対する磁気抵抗素子の温度係数の変化特性を相殺することができ、温度変動下でも良好な被検出部の位置検出性能を確保できる。
【0029】
また、この発明の請求項3に係る磁気検出装置によれば、複数の突極部間が形成され、それぞれの突極部間に磁電変換素子が配置されているので、温度変動下でも良好な被検出部の位置検出性能を確保できるとともに、増幅回路出力の振幅を大きくすることができ検出精度を向上させることができ、さらに磁電変換素子が磁性移動体の対向方向に位置ズレが生じてもより良好な被検出部の位置検出性能を確保できる。
【0030】
また、この発明の請求項4に係る磁気検出装置によれば、磁石の対向方向の長さ寸法が磁性体ガイドの突極部間の間隔寸法よりも大きいので、磁電変換素子が磁性移動体の対向方向に位置ズレを生じても、より良好に被検出部の位置検出性能を確保できるとともに、位置検出精度が向上する。
【0031】
また、この発明の請求項5に係る磁気検出装置によれば、磁性体ガイドの突極部における磁性移動体の周方向の幅寸法が磁石における磁性移動体の周方向の幅寸法とほぼ同一であるので、磁電変換素子が磁性移動体の周方向に位置ズレを生じても、より良好に被検出部の位置検出性能を確保できる。
【0032】
また、この発明の請求項6に係る磁気検出装置によれば、磁電変換素子は磁気抵抗素子であるので、低コストで磁気検出装置を製造することができる。
【0033】
また、この発明の請求項7に係る磁気検出装置によれば、磁電変換素子は巨大磁気抵抗素子であるので、SN比を向上することができノイズ耐量を上昇させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施の形態1の磁気検出装置の構成図であり、図1(a)はその斜面図、図1(b)はその上面図、図1(c)はその側面図である。
【図2】図2(a)は図1の磁気検出装置の構成図、図2(b)は磁界の特性図、図2(c)は磁気抵抗素子の抵抗特性図である。
【図3】図3(a)は実施の形態2の磁気検出装置の斜面図、図3(b)はその上面図、図3(c)はその側面図である。
【図4】図3の磁気検出装置の電気回路図である。
【図5】従来例における周囲温度が常温時及び高温時での磁気抵抗素子の動作波形図である。
【図6】図6(a)は図3の磁気検出装置の構成図、図6(b)は磁界の特性図、図6(c)は磁気抵抗素子の抵抗特性図である。
【図7】実施の形態2の磁気検出装置の動作波形図である。
【図8】図8(a)は実施の形態3の磁気検出装置の構成図、図8(b)は磁界の特性図、図8(c)は磁気抵抗素子の抵抗特性図である。
【図9】図9(a)は実施の形態4の磁気検出装置の構成図、図9(b)ないし図9(d)は磁界の特性図である。
【図10】この発明の実施の形態5の磁気検出装置の構成図で、図10(a)はその平面図、図10(b)はその側面図である。
【図11】図10の磁気検出装置の位置ズレと磁界との関係を示す図である。
【図12】GMR素子のMRループ特性図である。
【図13】この発明の実施の形態6の磁気検出装置の構成図で、図13(a)はその平面図、図13(b)はその側面図である。
【図14】図13の磁気検出装置の電気回路図である。
【図15】実施の形態6の磁気検出装置の動作波形図である。
【図16】従来の磁気検出装置の電気回路図である。
【図17】図16の磁気検出装置を示す構成図で、図17(a)はその斜視図、図17(b)は図17(a)の部分平面図である。
【図18】図16の磁気検出装置の動作波形図である。
【図19】図19(a)は図16の磁気検出装置の斜視図、図19(b)は図19(a)の磁気検出装置の部分平面図、図19(c)は図19(a)の磁気検出装置の位置ズレと磁界との関係を示す図である。
【図20】図19の磁気検出装置の動作波形図である。
【符号の説明】
11 回転体(磁性移動体)、12a 歯部(被検出部)、12b 溝部(被検出部)、15 磁気抵抗素子(磁電変換素子)、14 磁石、21a,100a 第1の突極部、21b,100b 第2の突極部、100c 第3の突極部、21,100 磁性体ガイド、22,24,26 第1の磁気抵抗素子、23,25,27 第2の磁気抵抗素子、28 第3の磁気抵抗素子、第4の磁気抵抗素子。
Claims (7)
- 磁性移動体の被検出部に対向して配置された磁電変換素子と、着磁方向が前記磁性移動体と対向方向に垂直に向けられた磁石と、前記被検出部に対向した対向方向に間隔をおいて形成された少なくとも2つの突極部を有する磁性体ガイドとを備え、少なくとも一つの前記磁電変換素子が前記対向方向に対して、垂直方向である前記磁性移動体の軸に沿って視たときに前記突極部間に配置されている磁気検出装置。
- 前記磁電変換素子は、前記磁性移動体側または前記反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。
- 複数の前記突極部間が形成され、それぞれの前記突極部間に前記磁電変換素子が配置されている請求項1または請求項2に記載の磁気検出装置。
- 前記磁石の対向方向の長さ寸法が前記磁性体ガイドの前記突極部間の間隔寸法よりも大きい請求項1ないし請求項3の何れかに記載の磁気検出装置。
- 前記磁性体ガイドの前記突極部における前記磁性移動体の周方向の幅寸法が前記磁石における前記磁性移動体の周方向の幅寸法とほぼ同一である請求項1ないし請求項4の何れかに記載の磁気検出装置。
- 前記磁電変換素子は磁気抵抗素子である請求項1ないし請求項5の何れかに記載の磁気検出装置。
- 前記磁電変換素子は巨大磁気抵抗素子である請求項1ないし請求項5の何れかに記載の磁気検出装置。
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