JP5104845B2

JP5104845B2 - 回転センサ

Info

Publication number: JP5104845B2
Application number: JP2009260599A
Authority: JP
Inventors: 幹啓大島; 義典 ▲高▼嶋; 健雄中家
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2009-11-16
Filing date: 2009-11-16
Publication date: 2012-12-19
Anticipated expiration: 2024-03-15
Also published as: JP2010032553A

Description

本発明は、特に磁気の変化により回転数を検出する回転センサに関するものである。

従来のこの種の回転センサは、図６、図７に示されるような構成を有していた。

図６は従来の回転センサの側面図、図７は同回転センサにおける素子の上面図である。

図６、図７において、１は磁性被検出回転体で、この磁性被検出回転体１の外周部には凸部２を設けている。３は磁石で、この磁石３は前記磁性被検出回転体１の外周部と対向するように設けられている。４は素子部で、この素子部４は図７に示すように、上面に電源電極５を設けており、この電源電極５には、第１の磁気抵抗素子６ａおよび第２の磁気抵抗素子６ｂの一端を電気的に接続している。また、前記素子部４の上面には第３の磁気抵抗素子６ｃを設けており、この第３の磁気抵抗素子６ｃは、一端を前記第２の磁気抵抗素子６ｂの他端および中点電極７に電気的に接続し、かつ他端をＧＮＤ電極８に電気的に接続している。そしてまた、前記素子部４の上面には第４の磁気抵抗素子６ｄを設けており、この第４の磁気抵抗素子６ｄは、一端を前記第１の磁気抵抗素子６ａの他端に電気的に接続し、かつ他端をＧＮＤ電極８に電気的に接続している。そして、前記第２の磁気抵抗素子６ｂおよび第４の磁気抵抗素子６ｄは素子部４の右側に位置して互いに近接して設けられ、かつ前記第１の磁気抵抗素子６ａおよび第３の磁気抵抗素子６ｃは素子部４の左側に位置して互いに近接して設けられている。そしてまた、前記第１の磁気抵抗素子６ａ、第２の磁気抵抗素子６ｂ、第３の磁気抵抗素子６ｃおよび第４の磁気抵抗素子６ｄは磁力の通過する方向と垂直な方向に感磁面が設けられている。

そして、前記素子部４は、磁性被検出回転体１の回転する方向と略平行な方向に前記磁石３から発生する磁力線の磁路の方向に対して所定の傾き角を有して傾斜するように構成されているもので、その傾斜に応じて第１の磁気抵抗素子６ａおよび第３の磁気抵抗素子６ｃが第２の磁気抵抗素子６ｂおよび第４の磁気抵抗素子６ｄよりも磁石３に対して近い位置に設けられている。

以上のように構成された従来の回転センサについて、次に、その動作を説明する。

図６に示すように、磁性被検出回転体１が回転すると、この磁性被検出回転体１の回転に伴い、磁性被検出回転体１の外周部に設けられた凸部２が素子部４に近づいたり、遠のいたりする。そして、第１の磁気抵抗素子６ａ、第２の磁気抵抗素子６ｂ、第３の磁気抵抗素子６ｃおよび第４の磁気抵抗素子６ｄの特性は、図９に示すように、磁界が増大すると、抵抗値が下がるため、磁性被検出回転体１における凸部２が近づくことにより、第１の磁気抵抗素子６ａ、第２の磁気抵抗素子６ｂ、第３の磁気抵抗素子６ｃおよび第４の磁気抵抗素子６ｄの抵抗値が下がるように構成されている。そして、第１の磁気抵抗素子６ａ、第２の磁気抵抗素子６ｂ、第３の磁気抵抗素子６ｃおよび第４の磁気抵抗素子６ｄは図８に示すようにブリッジ回路を構成しており、素子部４における右側に設けられた第２の磁気抵抗素子６ｂおよび第４の磁気抵抗素子６ｄの抵抗値が増加すると、ブリッジ回路がその出力信号を作動増幅器９により増幅して、磁性被検出回転体１の回転数を検出するものであった。

なお、この出願の発明に関する先行技術文献情報としては、例えば、特許文献１が知られている。

特開平１０−２３９０９８号公報

しかしながら、上記従来の構成においては、磁石３に対して素子部４における第２の磁気抵抗素子６ｂおよび第４の磁気抵抗素子６ｄは遠い位置にあり、かつ第１の磁気抵抗素子６ａおよび第３の磁気抵抗素子６ｃは近い位置にあるため、図９に示す磁性抵抗曲線での各々の磁気抵抗素子の動作をする箇所は異なることになり、これにより、第２の磁気抵抗素子６ｂおよび第４の磁気抵抗素子６ｄと、第１の磁気抵抗素子６ａおよび第３の磁気抵抗素子６ｃとでは磁性被検出回転体１における凸部２が近づく際の出力変化量が異なるため、回転検出の精度が悪くなってしまうという課題を有していた。

本発明は上記従来の課題を解決するもので、磁性被検出回転体が近づく際の出力変化量が異なるのをなくして、回転検出の精度を向上させることができる回転センサを提供することを目的とするものである。

上記目的を達成するために、本発明は以下の構成を有するものである。

本発明の請求項１に記載の発明は、磁性被検出回転体に対向配置された磁石と、この磁石を収納するとともにヨーク挿入孔を設けたホルダーと、このホルダーのヨーク挿入孔に設けられ、かつ前記磁石から発生する磁力線の磁路を調整するヨークと、前記磁石と磁性被検出回転体との間に感磁面が前記磁性被検出回転体と磁石の対向する方向と垂直から所定の傾き角をなすように傾斜させるように設けられた４つの巨大磁気抵抗素子を有する３つの素子部と、この３つの素子部を傾斜させて装着する素子装着部材と、前記巨大磁気抵抗素子からの出力信号を処理する回路部を設けた回路基板と、前記磁石、ホルダー、ヨーク、巨大磁気抵抗素子、素子装着部材および回路基板を収納するとともに回路基板における回路部と電気的に接続される複数のコネクタ端子を設けたケースとを備え、前記３つの素子部を、磁性被検出回転体が回転する方向と垂直な方向に前記磁石から発生する磁力線の磁路の方向に対して所定の傾き角をなすように傾斜させたもので、この構成によれば、前記巨大磁気抵抗素子を、磁性被検出回転体の回転する方向と垂直な方向に前記磁石から発生する磁力線の磁路の方向に対して所定の傾き角をなすように傾斜させているため、磁石から発生する磁力線に対して素子部における巨大磁気抵抗素子の感磁面が傾くことになり、これにより、各々の巨大磁気抵抗素子と磁性被検出回転体との距離が同じになるため、各々の巨大磁気抵抗素子の磁性抵抗曲線での動作をする箇所は同等となり、これにより、磁性被検出回転体における外周部が近づく際の出力変化量は各々の巨大磁気抵抗素子において同等となるため、回転検出精度の向上するという作用効果を有するものである。

また、請求項２に記載の発明は、特に、ケースに素子装着部材が嵌め込まれる挿入孔を設け、かつこの挿入孔を介して磁気抵抗素子を磁性被検出回転体に臨ませたもので、この構成によれば、ケースに素子装着部材が嵌め込まれる挿入孔を設け、かつこの挿入孔を介して第１の素子部、第２の素子部および第３の素子部における磁気抵抗素子を磁性被検出回転体に臨ませることにより、第１の素子部、第２の素子部および第３の素子部における磁気抵抗素子は磁性被検出回転体に近接することになるため、磁気抵抗素子を通過する磁力線が増加することになり、これにより、回転センサの出力信号の感度を向上させることができるという作用効果を有するものである。

以上のように本発明の回転センサは、磁性被検出回転体に対向配置された磁石と、この磁石を収納するとともにヨーク挿入孔を設けたホルダーと、このホルダーのヨーク挿入孔に設けられ、かつ前記磁石から発生する磁力線の磁路を調整するヨークと、前記磁石と磁性被検出回転体との間に感磁面が前記磁性被検出回転体と磁石の対向する方向と垂直から所定の傾き角をなすように傾斜させるように設けられた４つの巨大磁気抵抗素子を有する３つの素子部と、この３つの素子部を傾斜させて装着する素子装着部材と、前記巨大磁気抵抗素子からの出力信号を処理する回路部を設けた回路基板と、前記磁石、ホルダー、ヨーク、巨大磁気抵抗素子、素子装着部材および回路基板を収納するとともに回路基板における回路部と電気的に接続される複数のコネクタ端子を設けたケースとを備え、前記３つの素子部を、磁性被検出回転体が回転する方向と垂直な方向に前記磁石から発生する磁力線の磁路の方向に対して所定の傾き角をなすように傾斜させたもので、この構成によれば、前記巨大磁気抵抗素子を、磁性被検出回転体の回転する方向と垂直な方向に前記磁石から発生する磁力線の磁路の方向に対して所定の傾き角をなすように傾斜させているため、磁石から発生する磁力線に対して素子部における巨大磁気抵抗素子の感磁面が傾くことになり、これにより、各々の巨大磁気抵抗素子と磁性被検出回転体との距離が同じになるため、各々の巨大磁気抵抗素子の磁性抵抗曲線での動作をする箇所は同等となり、これにより、磁性被検出回転体における外周部が近づく際の出力変化量は各々の巨大磁気抵抗素子において同等となるため、回転検出精度の向上した回転センサを提供することができるという優れた効果を奏するものである。

本発明の一実施の形態における回転センサの分解斜視図同回転センサにおける素子装着部材の側断面図同回転センサにおける素子装着部材の斜視図回転センサにおける第１の素子部の上面図回転センサにおける素子装着部材を磁石から発生する磁力線が通過する状態を示す側断面図従来の回転センサの側面図同回転センサにおける素子部の上面図同回転センサにおける回路図同回転センサにおける磁気抵抗素子の特性を示す特性図

以下、一実施の形態を用いて、本発明の請求項１〜２に記載の発明について説明する。

図１は本発明の一実施の形態における回転センサの分解斜視図、図２は同回転センサにおける素子装着部材の側断面図、図３は同回転センサにおける素子装着部材の斜視図、図４は同回転センサにおける第１の素子部の上面図、図５は同回転センサにおける素子装着部材を磁石から発生する磁力線が通過する状態を示す側断面図である。

図１〜図５において、１１は磁石で、この磁石１１は相手側の歯車からなる磁性被検出回転体１２と対向配置されるように設けられており、そして前記磁性被検出回転体１２の外周部には全周にわたって複数の凸部１２ａを設けている。１３は樹脂製のホルダーで、このホルダー１３は前記磁石１１を内側に収納するとともに、上面に一対のヨーク挿入孔１４を設けている。１５は前記ホルダー１３における一対のヨーク挿入孔１４に設けられた一対のヨークで、このヨーク１５により前記磁石１１から発生する磁力線の磁路を調整している。

１６は第１の素子部で、この第１の素子部１６は図４に示すように、フレキシブル配線板１６ａと、このフレキシブル配線板１６ａの上面に設けられた４つの巨大磁気抵抗素子１７により構成されており、そしてこの巨大磁気抵抗素子１７は、前記磁石１１から発生する磁力を検出するものである。１８は第２の素子部で、この第２の素子部１８は前記第１の素子部１６と並列に設けられるとともに、前記第１の素子部１６と同様に、フレキシブル配線板１６ａの上面に４つの巨大磁気抵抗素子１７を設けている。１９は第３の素子部で、この第３の素子部１９は前記第１の素子部１６および第２の素子部１８と並列に設けられるとともに、上面に４つの巨大磁気抵抗素子１７を設けている。そして、前記第１の素子部１６における４つの巨大磁気抵抗素子１７は、図２に示すように、磁石（図示せず）と磁性被検出回転体（図示せず）との間に感磁面が前記磁性被検出回転体と磁石の対向する方向と略垂直から所定の傾き角をなすように傾斜させるように設けられているものであり、そして磁性被検出回転体の回転する方向と略垂直な方向に磁石から発生する磁力線の磁路の方向に対して右下方向に約２５度傾くように構成されている。

上記したように、第１の素子部１６における４つの巨大磁気抵抗素子１７は、磁性被検出回転体（図示せず）の回転する方向と略垂直な方向に磁石（図示せず）から発生する磁力線の磁路の方向に対して右下方向に約２５度傾くように構成しているため、図５に示すように、磁石１１から発生する磁力線に対して第１の素子部１６における巨大磁気抵抗素子１７の感磁面が傾くことになり、これにより、４つの巨大磁気抵抗素子１７と磁石１１との距離が同じになるため、第１の素子部１６における巨大磁気抵抗素子１７の磁性抵抗曲線での動作をする箇所は同等となり、これにより、図１に示す磁性被検出回転体１２における凸部１２ａが近づく際の出力変化量は４つの巨大磁気抵抗素子１７において同等となるため、回転検出の精度を向上させることができるという効果が得られるものである。

また、第３の素子部１９は、図２に示すように、前記第１の素子部１６とは反対に左下方向に約２５度傾くように構成されており、そして前記第１の素子部１６と第３の素子部１９間の略中央に位置する第２の素子部１８は右下方向に約２０度傾くように構成して、第２の素子部１８の傾き角が前記第１の素子部１６および第３の素子部１９の傾き角よりも小さくなるようにしている。

２０は樹脂で構成された素子装着部材で、この素子装着部材２０は図５に示すように、前記した４つの巨大磁気抵抗素子１７を有する第１の素子部１６、第２の素子部１８および第３の素子部１９を内側に固着しており、そして磁石１１側には、外側に位置する第１の素子部１６と第３の素子部１９に対向するようにヨーク１５を設けている。このような構成とすることにより、磁石１１から発生する磁力をヨーク１５から垂直に発生させることができるため、外側に位置する第１の素子部１６および第３の素子部１９の外方に磁力が漏れるということはなくなり、これにより、第１の素子部１６および第３の素子部１９から出力される出力信号の感度を向上させることができるという効果が得られるものである。

２１は回路基板で、この回路基板２１は上面に回路部２２を設けており、この回路部２２により、前記巨大磁気抵抗素子１７から発生する正弦波形の出力信号を矩形波に変換している。２３は樹脂で構成されたケースで、このケース２３は磁石１１、ホルダー１３、ヨーク１５、素子装着部材２０および回路基板２１を収納するとともに、外側に向かって１０個のコネクタ端子２４を設けており、このコネクタ端子２４は回路基板２１における回路部２２と電気的に接続するようにしている。また、前記ケース２３は上面に挿入孔２５を設けており、この挿入孔２５から合計１２個の巨大磁気抵抗素子１７を相手側の磁性被検出回転体１２に臨ませている。２６は蓋で、この蓋２６はケース２３における開口部（図示せず）を閉塞するものである。上記したように、ケース２３に素子装着部材２０が嵌め込まれる挿入孔２５を設け、かつこの挿入孔２５を介して第１の素子部１６、第２の素子部１８および第３の素子部１９における巨大磁気抵抗素子１７を磁性被検出回転体１２に臨ませることにより、第１の素子部１６、第２の素子部１８および第３の素子部１９における巨大磁気抵抗素子１７は磁性被検出回転体１２に近接することになるため、巨大磁気抵抗素子１７を通過する磁力線が増加することになり、これにより、回転センサの出力信号の感度を向上させることができるものである。

以上のように構成された本発明の一実施の形態における回転センサについて、次にその組立方法を説明する。

まず、４つの巨大磁気抵抗素子１７をフレキシブル配線板１６ａの上面に蒸着した後、ホルダー１３のヨーク挿入孔１４にヨーク１５を固着する。

次に、第１の素子部１６、第２の素子部１８および第３の素子部１９を金型に挿入し、樹脂成形により素子装着部材２０を形成する。このとき素子装着部材２０を形成する金型には、第１の素子部１６、第２の素子部１８および第３の素子部１９を金型内部でそれぞれ２０度あるいは２５度の傾斜角度で固着するための傾斜角度を有する金型が準備されている。

次に、前記ホルダー１３に対して、磁石１１をホルダー１３の下面より挿入し、ホルダー１３に磁石１１を圧入する。

次に、前記素子装着部材２０をホルダー１３に固着した後、ケース２３の内側に前記素子装着部材２０およびホルダー１３を組み込む。

次に、回路部２２を回路基板２１に実装した後、前記ケース２３の内部に固着する。

次に、前記素子装着部材２０の第１の素子部１６、第２の素子部１８および第３の素子部１９における巨大磁気抵抗素子１７と回路基板２１とをはんだ付け等により電気的に接続した後、回路基板２１における回路部２２とケース２３におけるコネクタ端子２４とを電気的に接続する。

最後に、ケース２３における開口部（図示せず）を蓋２６により閉塞する。

以上のようにして組み立てられた本発明の一実施の形態における回転センサについて、次にその動作を説明する。

ケース２３における挿入孔２５に対向して歯車からなる磁性被検出回転体１２が設けられており、この磁性被検出回転体１２の凸部１２ａの回転により、第１の素子部１６、第２の素子部１８および第３の素子部１９における巨大磁気抵抗素子１７に対する磁束密度が変化する。そしてこの磁束密度の変化を、巨大磁気抵抗素子１７が正弦波形の出力電圧として出力し、かつこの正弦波形の出力電圧を、回路基板２１における回路部２２によりパルス信号の出力電圧に変換する。そしてこのパルス信号の出力電圧をケース２３におけるコネクタ端子２４を介して相手側コンピュータ（図示せず）に出力することにより、磁性被検出回転体１２の回転数を検出するものである。

ここで、回転センサにおける素子部に磁力線が通過する場合を考えてみると、本発明の一実施の形態における回転センサにおいては、各々４つの巨大磁気抵抗素子１７を有する第１の素子部１６、第２の素子部１８および第３の素子部１９を設けるとともに、図５に示すように、外側に位置する第１の素子部１６および第３の素子部１９の傾き角を、磁石１１から発生する磁力線の磁路の傾きに合わせて、互いに反対にしているため、前記第１の素子部１６および第３の素子部１９における巨大磁気抵抗素子１７の感磁面を通過する磁力は同等となり、これにより、外側に位置する第１の素子部１６および第３の素子部１９の出力としては、同等のものが得られるという効果を有するものである。

また、略中央に位置する第２の素子部１８の傾き角を外側に位置する第１の素子部１６および第３の素子部１９の傾き角よりも小さくしているため、外側に位置する第１の素子部１６および第３の素子部１９における巨大磁気抵抗素子１７の感磁面と、略中央に位置する第２の素子部１８における巨大磁気抵抗素子１７の感磁面を通過する磁力線の投射ベクトルは略同等となり、これにより、第１の素子部１６、第２の素子部１８および第３の素子部１９から発生する出力信号も同等のものが得られるという効果を有するものである。

本発明にかかる回転センサは、回転検出の精度を向上させることができるという効果を有し、磁気の変化により回転数を検出する回転センサとして有用である。

１１磁石
１２磁性被検出回転体
１３ホルダー
１４ヨーク挿入孔
１５ヨーク
１６，１８，１９素子部
１７磁気抵抗素子
２０素子装着部材
２１回路基板
２２回路部
２３ケース
２４コネクタ端子
２５挿入孔

Claims

磁性被検出回転体に対向配置された磁石と、この磁石を収納するとともにヨーク挿入孔を設けたホルダーと、このホルダーのヨーク挿入孔に設けられ、かつ前記磁石から発生する磁力線の磁路を調整するヨークと、前記磁石と磁性被検出回転体との間に感磁面が前記磁性被検出回転体と磁石の対向する方向と垂直から所定の傾き角をなすように傾斜させるように設けられた４つの巨大磁気抵抗素子を有する３つの素子部と、この３つの素子部を傾斜させて装着する素子装着部材と、前記巨大磁気抵抗素子からの出力信号を処理する回路部を設けた回路基板と、前記磁石、ホルダー、ヨーク、巨大磁気抵抗素子、素子装着部材および回路基板を収納するとともに回路基板における回路部と電気的に接続される複数のコネクタ端子を設けたケースとを備え、前記３つの素子部を、磁性被検出回転体が回転する方向と垂直な方向に前記磁石から発生する磁力線の磁路の方向に対して所定の傾き角をなすように傾斜させた回転センサ。
ケースに素子装着部材が嵌め込まれる挿入孔を設け、かつこの挿入孔を介して巨大磁気抵抗素子を磁性被検出回転体に臨ませた請求項１記載の回転センサ。