JP5611411B1 - Magnetic sensor module - Google Patents
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Abstract
【課題】被検出体に取り付けられた永久磁石（２００）の磁界を検出する複数個の磁気センサを、配線基板（３３０）に実装する場合であっても、従来と比べて、配線基板のサイズが大型化することなく、製造コストを低減させることのできる磁気センサモジュール（３００）を得る。【解決手段】複数個の磁気センサを、配線基板の表面（永久磁石と対向する面に相当）および配線基板の裏面（表面の反対側の面に相当）に実装することで、表面に実装する磁気センサの数を減少させる。【選択図】図１Even when a plurality of magnetic sensors for detecting a magnetic field of a permanent magnet (200) attached to a detection object are mounted on a wiring board (330), the size of the wiring board is smaller than that of the conventional one. The magnetic sensor module (300) that can reduce the manufacturing cost without increasing the size is obtained. A plurality of magnetic sensors are mounted on the front surface of the wiring board by mounting on the front surface (corresponding to the surface facing the permanent magnet) and the back surface (corresponding to the surface opposite to the front surface) of the wiring substrate. Reduce the number of magnetic sensors. [Selection] Figure 1
Description
本発明は、永久磁石および磁気センサを用いて被検出体の位置を検出する磁気センサモジュールに関するものである。 The present invention relates to a magnetic sensor module that detects the position of an object to be detected using a permanent magnet and a magnetic sensor.
従来、被検出体の位置を検出する磁気センサモジュールとして、被検出体に取り付けられた磁石と、磁石に対向して設けられた配線基板と、配線基板の表面（磁石と対向する面）に実装された磁気センサとから構成されるものが知られている。 Conventionally, as a magnetic sensor module for detecting the position of a detected object, it is mounted on a magnet attached to the detected object, a wiring board provided facing the magnet, and the surface of the wiring board (surface facing the magnet). What is comprised from the made magnetic sensor is known.
このような磁気センサの内部には、感磁部が形成された感磁面と、感磁部が形成されていない非感磁面とを有する磁気センサ素子が設けられ、磁気センサ素子の非感磁面と、リードフレームとが接合されている。具体的には、磁気センサ素子の非感磁面が配線基板（実装基板）と対向するように、磁気センサが配線基板に実装されている。また、これらの磁気センサ構成部材は、モールド樹脂でパッケージ（封止）されている（例えば、特許文献１参照）。 In such a magnetic sensor, there is provided a magnetic sensor element having a magnetic sensitive surface on which a magnetic sensitive part is formed and a non-magnetic sensitive surface on which no magnetic sensitive part is formed. The magnetic surface and the lead frame are joined. Specifically, the magnetic sensor is mounted on the wiring board so that the non-magnetic surface of the magnetic sensor element faces the wiring board (mounting board). Further, these magnetic sensor constituent members are packaged (sealed) with a mold resin (see, for example, Patent Document 1).
ここで、磁気センサモジュールの配線基板には、一般的に、１個ではなく複数個の磁気センサが実装されており、複数個の磁気センサの検出結果によって、被検出体の位置が検出（演算）される。具体的には、例えば、２個の磁気センサから出力される、互いに９０°位相がずれた正弦波状の検出信号（出力値）から逆正接関数を用いて演算することによって、被検出体の位置が検出される。 Here, in general, a plurality of magnetic sensors are mounted on the wiring board of the magnetic sensor module, and the position of the detected object is detected (calculated) based on the detection results of the plurality of magnetic sensors. ) Specifically, for example, the position of the object to be detected is calculated by using an arctangent function from sinusoidal detection signals (output values) that are output from two magnetic sensors and that are 90 ° out of phase with each other. Is detected.
したがって、位相の異なる２つの磁気センサの検出信号を得るために、２個の磁気センサが検出する磁界の強度および向きが異なるように、これらの磁気センサが配線基板の表面に配置されることとなる。また、ある磁気センサが故障した場合であっても、別の磁気センサから検出信号を得ることができるように、３個以上の磁気センサが配線基板に配置されることもある。 Therefore, in order to obtain detection signals of two magnetic sensors having different phases, these magnetic sensors are arranged on the surface of the wiring board so that the strength and direction of the magnetic field detected by the two magnetic sensors are different. Become. In addition, even if a certain magnetic sensor fails, three or more magnetic sensors may be arranged on the wiring board so that a detection signal can be obtained from another magnetic sensor.
しかしながら、従来技術には以下のような課題がある。
一般的には、特許文献１に記載の従来技術のように、配線基板に複数個の磁気センサを実装する場合、これらの磁気センサは、配線基板の表面にのみ配置される。したがって、磁気センサの個数が多くなるほど、磁気センサを配置するための領域（面積）を確保しなければならず、結果として、配線基板のサイズが大型化してしまうという問題点があった。また、配線基板のサイズが大型化すると、磁気センサモジュールの製造コストの上昇にもつながってしまう。
However, the prior art has the following problems.
Generally, when a plurality of magnetic sensors are mounted on a wiring board as in the prior art described in
本発明は、前記のような課題を解決するためになされたものであり、配線基板に複数個の磁気センサを実装する場合であっても、配線基板のサイズが大型化することなく、製造コストを低減させることのできる磁気センサモジュールを得ることを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-described problems. Even when a plurality of magnetic sensors are mounted on a wiring board, the manufacturing cost is not increased without increasing the size of the wiring board. An object of the present invention is to obtain a magnetic sensor module capable of reducing the above.
本発明における磁気センサモジュールは、被検出体に取り付けられた永久磁石の磁界を検出することで被検出体の位置を検出する磁気センサモジュールであって、磁界を検出する複数の磁気センサと、永久磁石と対向するように位置し、複数の磁気センサを実装する配線基板と、を備え、複数の磁気センサのそれぞれは、永久磁石と対向する面に相当する表面の領域と表面の反対側の面に相当する裏面の領域とに分けて実装され、配線基板の表面に実装される磁気センサが出力する第１検出信号と、配線基板の裏面に実装される磁気センサが出力する第２検出信号とは、ともに正弦波状であり、互いのセンサ取り付け位置およびセンサ取り付け角に応じた位相差を有しており、第１検出信号の位相と、第２検出信号の位相とが同位相となるように調整する位相調整部をさらに備えるものである。 A magnetic sensor module according to the present invention is a magnetic sensor module that detects the position of a detected object by detecting the magnetic field of a permanent magnet attached to the detected object, and includes a plurality of magnetic sensors that detect the magnetic field, And a wiring board on which a plurality of magnetic sensors are mounted, each of the plurality of magnetic sensors each having a surface region corresponding to a surface facing the permanent magnet and a surface opposite to the surface And a second detection signal output from a magnetic sensor mounted on the back surface of the wiring board, and a second detection signal output from the magnetic sensor mounted on the back surface of the wiring board. Are both sinusoidal and have a phase difference corresponding to the sensor mounting position and sensor mounting angle, and the phase of the first detection signal and the phase of the second detection signal are the same. In which further comprising a phase adjusting unit for adjusting the.
本発明によれば、磁気センサを配線基板の表面だけでなく裏面にも配置することにより、配線基板に複数個の磁気センサを実装する場合であっても、配線基板のサイズが大型化することなく、製造コストを低減させることのできる磁気センサモジュールを得ることができる。 According to the present invention, by arranging the magnetic sensor not only on the front surface but also on the back surface of the wiring board, the size of the wiring board is increased even when a plurality of magnetic sensors are mounted on the wiring board. Thus, a magnetic sensor module that can reduce the manufacturing cost can be obtained.
以下、本発明による磁気センサモジュールを、好適な実施の形態にしたがって図面を用いて説明する。なお、図面の説明においては、同一要素には同一符号を付し、重複する説明を省略する。また、本願発明における磁気センサモジュールは、例えば、ブラシレスモータの回転角検出装置として用いられる。 Hereinafter, a magnetic sensor module according to the present invention will be described with reference to the drawings according to a preferred embodiment. In the description of the drawings, the same reference numerals are assigned to the same elements, and duplicate descriptions are omitted. Moreover, the magnetic sensor module in this invention is used as a rotation angle detection apparatus of a brushless motor, for example.
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１における磁気センサモジュール３００の構造を概略的に示した断面図である。なお、図１には、磁気センサモジュール３００だけでなく、モータ（被検出体）の回転軸１００および永久磁石２００も併せて示されている。
FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing the structure of a
ここで、本実施の形態１における磁気センサモジュール３００は、従来技術では利用していなかった配線基板の裏面領域に磁気センサおよび他の電子部品を実装することで、表面領域に実装する磁気センサの数を減少させるという技術的特徴を有する。以降では、配線基板に実装される磁気センサについて説明する。
Here, the
図１において、回転軸１００の端部付近には、永久磁石２００が取り付けられている。また、磁気センサモジュール３００は、第１磁気センサ３１０、第２磁気センサ３２０および配線基板３３０を備え、永久磁石２００に対向するように設置されている。
In FIG. 1, a
第１磁気センサ３１０は、第１磁気センサ素子３１１、第１素子基板３１２および第１封止部材３１３を有する。同様に、第２磁気センサ３２０は、第２磁気センサ素子３２１、第２素子基板３２２および第２封止部材３２３を有する。また、第１磁気センサ素子３１１の主面には、第１感磁面３１４が形成されており、第２磁気センサ素子３２１の主面には、第２感磁面３２４が形成されている。なお、以降では、第１磁気センサ３１０および第２磁気センサ３２０の構成が同等であるので、第１磁気センサ３１０の構成を中心に説明する。
The first
第１磁気センサ素子３１１の第１感磁面３１４は、シリコン基板またはガラス基板の表面に永久磁石２００の磁界（磁気）を検出することのできる感磁部を形成することによって構成される。また、第１磁気センサ素子３１１の第１感磁面３１４とは反対側の面には、感磁部が形成されていない。この感磁部が形成されていない面が非感磁面に相当する。
The first
第１磁気センサ素子３１１の非感磁面は、配線部を有したプリント基板およびリードフレーム等から構成される第１素子基板３１２に固定される。また、第１磁気センサ素子３１１の感磁部と、第１素子基板３１２の配線部とがボンディングワイヤ（図示せず）によって、電気的に接続される。そして、これらの第１磁気センサ素子３１１、第１素子基板３１２およびボンディングワイヤ等の磁気センサ構成部材は、第１封止部材３１３で封止され、第１素子基板３１２の一部が接続端子として露出する。
The non-magnetic surface of the first
配線基板３３０は、永久磁石２００に対向するように設置されており、この配線基板３３０にはフェールセーフとして、２個の磁気センサ（第１磁気センサ３１０および第２磁気センサ３２０）が実装される。
The
具体的には、配線基板３３０の表面（永久磁石２００と対向する面）には、この表面と、第１磁気センサ素子３１１の非感磁面とが素子基板３１２を介して対向するように、第１磁気センサ３１０が配置される。また、配線基板３３０の裏面（表面と反対側の面）には、この裏面と、第２磁気センサ素子３２１の非感磁面とが素子基板３２２を介して対向するように、第２磁気センサ３２０が配置される。
Specifically, on the surface of the wiring substrate 330 (the surface facing the permanent magnet 200), the surface and the non-magnetic surface of the first
このように、配線基板３３０の裏面領域に第２磁気センサ３２０が実装されることによって、第２磁気センサ３２０が表面領域に実装される場合（すなわち、第１磁気センサ３１０および第２磁気センサ３２０がともに表面領域に実装される場合）と比較して、磁気センサを配置するための表面領域を減少させることができる。したがって、配線基板３３０に複数個の磁気センサを実装する場合であっても、配線基板３３０のサイズの大型化を防ぐことができる。
As described above, when the second
また、永久磁石２００は、回転軸１００が円周方向へ回転するのに伴い、回転磁界を第１磁気センサ３１０および第２磁気センサ３２０に印加する。そして、第１磁気センサ３１０および第２磁気センサ３２０は、印加された回転磁界に応じた検出信号を出力し、この検出信号に基づいて、モータの回転角が検出される。
The
以上、本実施の形態１によれば、磁気センサを配線基板の表面だけでなく裏面にも配置する。これにより、配線基板に複数個の磁気センサを実装する場合であっても、磁気センサを裏面領域に実装した数だけ表面領域に実装する磁気センサの数が減少するので、配線基板のサイズが大型化することがない。また、従来と比べて、配線基板のサイズを小型化することができるので、製造コストを低減させることができる。
As mentioned above, according to this
なお、第１素子基板３１２および第２素子基板３２２の配線部の材料として、例えば、４２アロイ等の磁性材料を用いればよいが、第１感磁面３１４および第２感磁面３２４が永久磁石２００の磁界を検出する際に影響が少ないように、非磁性体（例えば、銅またはアルミニウム等といった非磁性導電材料）を用いることが好ましい。これにより、永久磁石２００の磁界が磁気シールドによって阻害されることがないので、磁気センサモジュール３００の位置検出精度を向上させることができる。
Note that a magnetic material such as 42 alloy may be used as the material of the wiring portions of the
また、第１素子基板３１２および第２素子基板３２２の基板材料として、非磁性体（例えば、絶縁材料）を用いることが好ましい。これにより、第１素子基板３１２および第２素子基板３２２で生じる渦電流が抑制されるので、位置検出精度を向上させることができる。このような場合、各磁気センサ素子の感磁部は、ボンディングワイヤで各素子基板の配線部と接続されるのではなく、細いリードフレームで各素子基板と直接接続されるようにすればよい。
In addition, it is preferable to use a nonmagnetic material (for example, an insulating material) as the substrate material of the
また、配線基板３３０についても、第１素子基板３１２および第２素子基板３２２と同様に非磁性体で構成されることが好ましい。
Further, the
また、本実施の形態１において、図１では、配線基板３３０に対して、第２磁気センサ３２０と第１磁気センサ３１０とが対称になるように配置される場合を図示しているがこれに限定されない。すなわち、第２磁気センサ３２０が配線基板３３０の表面領域でなく裏面領域に実装されていればよく、第１磁気センサ３１０と対称となるように配置しなくても同様の効果が得られる。
In the first embodiment, FIG. 1 illustrates the case where the second
実施の形態２．
先の実施の形態１では、第１磁気センサ３１０および第２磁気センサ３２０を配線基板３３０に実装した磁気センサモジュール３００について説明した。これに対して、本発明の実施の形態２では、各磁気センサ素子の各感磁面の位置関係に着目して、第１磁気センサ３１０ａおよび第２磁気センサ３２０ａを配線基板３３０に実装した磁気センサモジュール３００ａについて説明する。なお、ここでは、先の実施の形態１と異なる点を中心に説明する。
In the first embodiment, the
図２は、本発明の実施の形態２における磁気センサモジュール３００ａの構造を概略的に示した断面図である。なお、図２には、磁気センサモジュール３００ａだけでなく、先の実施の形態１と同様にモータ（被検出体）の回転軸１００および永久磁石２００も併せて示されている。
FIG. 2 is a cross-sectional view schematically showing the structure of the
ここで、本実施の形態２における磁気センサモジュール３００ａは、配線基板３３０の表面と、第１感磁面３１４ａとが対向するとともに、配線基板３３０の裏面と、第２感磁面３２４ａとが対向するという技術的特徴を有する。
Here, in the
図２において、磁気センサモジュール３００ａは、第１磁気センサ３１０ａ、第２磁気センサ３２０ａおよび配線基板３３０を備え、先の実施の形態１と同様に永久磁石２００に対向するように設置されている。
In FIG. 2, a
また、第１磁気センサ３１０ａは、第１磁気センサ素子３１１ａ、第１素子基板３１２および第１封止部材３１３を有する。同様に、第２磁気センサ３２０ａは、第２磁気センサ素子３２１ａ、第２素子基板３２２および第２封止部材３２３を有する。
The first
第１磁気センサ素子３１１ａおよび第２磁気センサ素子３２１ａは、先の実施の形態１と同様に、感磁部が形成されている感磁面および感磁部が形成されていない非感磁面を有する。また、第１磁気センサ素子３１１ａの第１感磁面３１４ａは、配線基板３３０の表面と対向しており、第２磁気センサ素子３２１ａの第２感磁面３２４ａは、配線基板３３０の裏面と対向している。
As in the first embodiment, the first
すなわち、先の実施の形態１と異なり、配線基板３３０の表面には、この表面と、第１感磁面３１４ａとが対向するように、第１磁気センサ３１０ａが配置される。また、配線基板３３０の裏面には、この裏面と、第２感磁面３２４ａとが対向するように、第２磁気センサ３２０ａが配置される。
That is, unlike the first embodiment, the first
そして、第１感磁面３１４ａおよび第２感磁面３２４ａは、永久磁石２００の磁界を検出し、この磁界の大きさおよび向きに応じた検出信号が第１磁気センサ３１０ａおよび第２磁気センサ３２０ａから出力される。したがって、永久磁石２００の性能は、第１感磁面３１４ａ、３２４ａが磁界を検出するのに必要な磁界強度となるように決定されることとなる。
The first
次に、配線基板３３０の表面と、第１感磁面３１４ａとが対向するとともに、配線基板３３０の裏面と、第２感磁面３２４ａとが対向する場合の効果について、図３を参照して、先の実施の形態１と比較しながら説明する。
Next, referring to FIG. 3, the effect of the case where the front surface of the
図３は、本発明の実施の形態２における磁気センサモジュール３００ａ内の各磁気センサの各感磁面と、永久磁石２００との位置関係を示した説明図である。また、図３（ａ）は、本実施の形態２における各磁気センサ素子の各感磁面と、永久磁石２００との位置関係を示し、図３（ｂ）は、先の実施の形態１における各磁気センサ素子の各感磁面と、永久磁石２００との位置関係を比較のため示している。なお、図３（ａ）、（ｂ）においては、先の図１、２における構成の一部の記載を省略している。
FIG. 3 is an explanatory diagram showing the positional relationship between each magnetic sensitive surface of each magnetic sensor in the
ここで、図３（ａ）において、配線基板３３０の表面と対向している第１感磁面３１４ａから永久磁石２００までの距離を第１距離Ｌ１として、配線基板３３０の裏面と対向している第２感磁面３２４ａから永久磁石２００までの距離を第２距離Ｌ２とする。
Here, in FIG. 3A, the distance from the first
これに対して、図３（ｂ）において、配線基板３３０の表面と対向している非感磁面とは反対側の面に相当する第１感磁面３１４から永久磁石２００までの距離を第１距離Ｌ１’として、配線基板３３０の裏面と対向している非感磁面とは反対側の面に相当する第２感磁面３２４から永久磁石２００までの距離を第２距離Ｌ２’とする。
On the other hand, in FIG. 3B, the distance from the first
また、第１磁気センサ素子３１１ａ、３１１の厚みを厚さＴ１として、第２磁気センサ素子３２１ａ、３２１の厚みを厚さＴ２とする。
Further, the thickness of the first
このような場合、第２感磁面３２４ａから永久磁石２００までの第２距離Ｌ２と、第２感磁面３２４から永久磁石２００までの第２距離Ｌ２’とを比較すると、第２距離Ｌ２の方が短い。すなわち、第２感磁面３２４ａが配線基板３３０の裏面と対向するように、磁気センサ３２０ａが配置されるので、第２距離Ｌ２の方が短くなる。
In such a case, comparing the second distance L2 from the second
具体的には、下式（１）に示すように、第２距離Ｌ２は、第２距離Ｌ２’よりも第２磁気センサ素子３２１ａの厚さＴ２だけ短いこととなる。
Ｌ２＝Ｌ２’−Ｔ２ （１）
Specifically, as shown in the following formula (1), the second distance L2 is shorter than the second distance L2 ′ by the thickness T2 of the second
L2 = L2′−T2 (1)
ここで、第２感磁面３２４ａから永久磁石２００までの距離が遠くなるほど、第２感磁面３２４ａが検出する磁界強度が低下し、この距離が近くなるほど、第２感磁面３２４ａが検出する磁界強度が上昇する。したがって、先の実施の形態１と比べて、第２感磁面３２４ａから永久磁石２００までの第２距離Ｌ２がより短くなったので、結果として、第２感磁面３２４ａが検出する磁界強度がより大きくなる。また、第２感磁面３２４ａが配線基板３３０の裏面と対向するように、磁気センサ３２０ａが配置された場合であっても、第２感磁面３２４が磁界を検出するために必要とする、永久磁石２００が発生させなければならない最低限の磁界強度が変化しない。
Here, as the distance from the second
したがって、先の実施の形態１と比べて、第２感磁面３２４ａが検出する磁界強度が大きくなったことによって、永久磁石２００に対して要求される性能が低減される。具体的には、例えば、永久磁石２００のサイズを小型化することができ、結果として、低コスト化が図れる。
Therefore, the performance required for the
また、第２距離Ｌ２から第１距離Ｌ１を減算した距離を差分距離ΔＬ（＝Ｌ２−Ｌ１）として、第２距離Ｌ２’から第１距離Ｌ１’を減算した差分距離ΔＬ’（＝Ｌ２’−Ｌ１’）とする。 Further, a distance obtained by subtracting the first distance L1 from the second distance L2 is defined as a difference distance ΔL (= L2−L1), and a difference distance ΔL ′ (= L2′−) obtained by subtracting the first distance L1 ′ from the second distance L2 ′. L1 ′).
このような場合、第２距離Ｌ２から第１距離Ｌ１を減算した距離を差分距離ΔＬと、第２距離Ｌ２’から第１距離Ｌ１’を減算した差分距離ΔＬ’とを比較すると、差分距離ΔＬの方が短い。すなわち、配線基板３３０に対する各感磁面の位置関係が先の実施の形態１と異なり、第１感磁面３１４ａから第２感磁面３２４ａまでの距離がより短くなったので、差分距離ΔＬの方が短くなる。
In such a case, when the distance obtained by subtracting the first distance L1 from the second distance L2 is compared with the difference distance ΔL ′ obtained by subtracting the first distance L1 ′ from the second distance L2 ′, the difference distance ΔL is obtained. Is shorter. That is, the positional relationship between the magnetic sensitive surfaces with respect to the
具体的には、下式（２）に示すように、差分距離ΔＬは、差分距離ΔＬ’よりも第２磁気センサ素子３２１ａの厚さＴ２と、第１磁気センサ素子３１１ａの厚さＴ１との和だけ短いこととなる。
ΔＬ＝ΔＬ’−（Ｔ１＋Ｔ２） （２）
Specifically, as shown in the following equation (2), the difference distance ΔL is greater than the difference distance ΔL ′ by the thickness T2 of the second
ΔL = ΔL ′ − (T1 + T2) (2)
ここで、第２距離Ｌ２から第１距離Ｌ１を減算した差分距離ΔＬが短くなるほど、第１感磁面３１４ａおよび第２感磁面３２４ａが近付くこととなる。したがって、第１感磁面３１４ａおよび第２感磁面３２４ａのそれぞれが検出する磁界の強さおよび向きの差異が小さくなり、位置検出精度が向上する。このように、先の実施の形態１と比べて、差分距離ΔＬが短くなったことによって、結果として、位置検出精度の向上が図れる。
Here, the shorter the difference distance ΔL obtained by subtracting the first distance L1 from the second distance L2, the closer the first magnetic
以上、本実施の形態２によれば、各磁気センサ素子の各感磁面の位置関係に着目して、配線基板の表面に磁気センサを実装する場合には、配線基板の表面および感磁面を対向させ、配線基板の裏面に磁気センサを実装する場合には、配線基板の裏面および感磁面を対向させる。これにより、先の実施の形態１と比べて、配線基板の裏面に実装される磁気センサの感磁面が検出する磁界強度が大きくなるので、永久磁石に対して要求される性能が低減され、低コスト化が図れる。また、各磁気センサの各感磁面が検出する磁界の強さおよび向きの差異が小さくなるので、位置検出精度の向上が図れる。
As described above, according to the second embodiment, when the magnetic sensor is mounted on the surface of the wiring board, paying attention to the positional relationship between the magnetic sensitive surfaces of the magnetic sensor elements, the surface of the wiring board and the magnetic sensitive surface. When the magnetic sensor is mounted on the back surface of the wiring board, the back surface and the magnetic sensitive surface of the wiring board are made to face each other. Thereby, compared with the
実施の形態３．
先の実施の形態１、２では、配線基板３３０に第１磁気センサ３１０、３１０ａおよび第２磁気センサ３２０、３２０ａを実装する場合について説明した。これに対して、本発明の実施の形態３では、第１磁気センサ３１０および第２磁気センサ３２０が出力するそれぞれの検出信号の位相を揃え、位相差をゼロにする場合について説明する。
Embodiment 3 FIG.
In the first and second embodiments, the case where the first
なお、本実施の形態３では、先の実施の形態１における磁気センサモジュール３００に適用する場合を例示して説明するが、先の実施の形態２における磁気センサモジュール３００ａにも適用することができる。また、ここでは、磁気センサモジュール３００内の各磁気センサ素子として、ＭＲ（Ｍａｇｎｅｔｏ−Ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ）素子（磁気抵抗素子）を用いた場合を例示する。
In addition, although this Embodiment 3 illustrates and demonstrates the case where it applies to the
図４は、本発明の実施の形態３における磁気センサモジュール３００内の各磁気センサの位置関係を示した説明図である。また、図４（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、それぞれ本実施の形態３における磁気センサモジュール３００の断面図、斜視図、平面図を示す。なお、図４（ａ）、（ｂ）、（ｃ）においては、先の図１における構成の一部の記載を省略している。
FIG. 4 is an explanatory diagram showing the positional relationship of each magnetic sensor in the
図４（ａ）に示すように、Ｎ極およびＳ極がそれぞれ１極ずつある平板状の永久磁石２００が発生させる磁束４００を検出する感磁面３１４および感磁面３２４が回転軸１００と直交するように、第１磁気センサ３１０および第２磁気センサ３２０が配線基板３３０に実装される。また、第１磁気センサ３１０内のＭＲ素子および第２磁気センサ３２０内のＭＲ素子は、回転軸１００に直交する方向の磁界強度に対する感応性を持つ。
As shown in FIG. 4A, the magnetic
また、本実施の形態３における磁気センサモジュール３００は、第１磁気センサ３１０が出力する検出信号の位相と、第２磁気センサ３２０が出力する検出信号の位相とが同位相となるように、各検出信号の位相を調整する位相調整部（図示せず）を備える。なお、第１磁気センサ３１０および第２磁気センサ３２０の内部に位相調整部を設けてもよいし、配線基板３３０において、第１磁気センサ３１０および第２磁気センサ３２０が実装されている位置とは異なる位置に位相調整部を設けてもよい。
Further, the
次に、各磁気センサの検出信号を調整する位相調整部について、図４および図５を参照しながら説明する。図５は、本発明の実施の形態３における位相調整部を構成する位相調整回路を例示した説明図である。また、図５（ａ）は、位相調整回路の一例を示し、図５（ｂ）は、位相調整回路の別例を示す。 Next, a phase adjustment unit that adjusts the detection signal of each magnetic sensor will be described with reference to FIGS. 4 and 5. FIG. 5 is an explanatory diagram illustrating the phase adjustment circuit that constitutes the phase adjustment unit according to the third embodiment of the present invention. FIG. 5A shows an example of a phase adjustment circuit, and FIG. 5B shows another example of the phase adjustment circuit.
ここで、図４（ｂ）に示すように、配線基板３３０の表面に実装された第１磁気センサ３１０内の第１磁気センサ素子３１１の取り付け方向３１５と、配線基板３３０の裏面に実装された第２磁気センサ３２０内の第２磁気センサ素子３２１の取り付け方向３２５とが一致していない場合を想定する。具体的には、図４（ｃ）に示すように、第１磁気センサ素子３１１の取り付け方向３１５と、第２磁気センサ素子３２１の取り付け方向３２５とがなす角をセンサ取り付け角φとする。
Here, as shown in FIG. 4B, the mounting
また、回転軸１００の回転角αに対して、各磁気センサは、正弦波状であり、互いの位相があらかじめ規定した角度（例えば、略９０°）だけずれた２個の検出信号を出力するものとする。さらに、第１磁気センサ３１０の位相調整前出力５０１ａは、ＣＯＳ（２α）の関数として変化し、第１磁気センサ３１０の位相調整前出力５０１ｂは、ＳＩＮ（２α）の関数として変化するものとする。
Each magnetic sensor is sinusoidal with respect to the rotation angle α of the
このような場合、第２磁気センサ３２０の実装面（センサ取り付け面）が配線基板３３０の裏面であり、第１磁気センサ３１０に対してセンサ取り付け角φだけずれた状態で実装されているので、センサ取り付け面およびセンサ取り付け角φに応じた位相差を有する検出信号を出力する。具体的には、回転軸１００の回転角αに対して、第２磁気センサ３２０の位相調整前出力５０１ｃは、ＣＯＳ（−２α＋φ）の関数として変化し、第２磁気センサ３２０の位相調整前出力５０１ｄは、ＳＩＮ（−２α＋φ）の関数として変化することとなる。
In such a case, the mounting surface (sensor mounting surface) of the second
また、第１磁気センサ３１０の位相調整前出力５０１ａ、５０１ｂを、位相調整回路（位相調整部）を介して位相調整した後の出力をそれぞれ位相調整後出力５０２ａ、５０２ｂとして、第２磁気センサ３２０の位相調整前出力５０１ｃ、５０１ｄを、位相調整部回路を介して位相調整した後の出力をそれぞれ位相調整後出力５０２ｃ、５０２ｄとする。
Further, the second
ここで、位相調整部として、例えば、図５（ａ）に示した回路が構成される場合、各磁気センサの位相調整前出力５０１ａ、５０１ｂ、５０１ｃ、５０１ｄは、それぞれの後段に位置する位相シフト回路ａ〜ｄで位相調整される。なお、図５（ａ）に示されているスイッチを設けずに、配線基板３３０と、第１素子基板３１２および第２素子基板３２２とに設けられた配線で切り替えるように構成してもよい。
Here, when the circuit shown in FIG. 5A is configured as the phase adjustment unit, for example, the
具体的には、位相シフト回路ａ、ｃは、端子からメモリにあらかじめ記憶された位相調整値に基づいて、第１磁気センサ３１０の位相調整前出力５０１ａおよび第２磁気センサ３２０の位相調整前出力５０１ｃのそれぞれの位相を一致させる。また、同様に、位相シフト回路ｂ、ｄは、端子からメモリにあらかじめ記憶された位相調整値に基づいて、第１磁気センサ３１０の位相調整前出力５０１ｂおよび第２磁気センサ３２０の位相調整前出力５０１ｄのそれぞれの位相を一致させる。このような位相調整の結果として、第１磁気センサ３１０が出力する検出信号の位相と、第２磁気センサ３２０が出力する検出信号の位相とを同位相に揃えることができる。
Specifically, the phase shift circuits a and c are based on the phase adjustment value stored in advance in the memory from the terminals, and the output before
また、センサ取り付け角φがあらかじめ、例えば、略０°、９０°、１８０°および２７０°のいずれかに設定される場合、センサ取り付け角φの値に応じて、各磁気センサの位相調整前出力５０１ａ〜５０１ｄの位相関係が表１に示すように変化する。 Further, when the sensor mounting angle φ is set in advance to, for example, approximately 0 °, 90 °, 180 °, or 270 °, the output before phase adjustment of each magnetic sensor according to the value of the sensor mounting angle φ. The phase relationship of 501a to 501d changes as shown in Table 1.
なお、表１には、位相調整前出力５０１ａの位相を基準として（位相を０°として）、位相調整前出力５０１ｂ、５０１ｃ、５０１ｄがセンサ取り付け面およびセンサ取り付け角φの値に応じて取り得る、位相調整前出力５０１ａとの位相差が示されている。例えば表１において、センサ取り付け角φが０°の場合、位相調整前出力５０１ａの位相に対して、位相調整前出力５０１ｂの位相が９０°ずれている（進んでいる）こととなり、位相調整前出力５０１ｃの位相が同位相であり、位相調整前出力５０１ｄの位相が２７０°ずれている（進んでいる）こととなる。
In Table 1, based on the phase of the
このように、センサ取り付け面およびセンサ取り付け角φの値に応じた、位相調整がされる前の位相調整前出力５０１ａ、５０１ｂ、５０１ｃ、５０１ｄの位相関係があらかじめ規定される。したがって、この位相関係に基づいて、第１磁気センサの位相調整前出力５０１ａ、５０１ｂと、第２磁気センサの位相調整前出力５０１ｃ、５０１ｄとのそれぞれの位相が一致するように位相調整値を規定すればよい。なお、位相調整回路として、図５（ｂ）に示した、位相シフト回路ａ〜ｄの代わりに位相反転回路ａ〜ｄを有する回路を構成してもよい。この場合も、この位相関係に基づいて位相調整することで、第１磁気センサ３１０が出力する検出信号の位相と、第２磁気センサ３２０が出力する検出信号の位相とを同位相に揃えることができる。
In this way, the phase relationship between the
以上、本実施の形態３によれば、配線基板の表面に実装される磁気センサが出力する検出信号の位相と、配線基板の裏面に実装される磁気センサが出力する検出信号の位相とが同位相に揃うように、それぞれの検出信号を位相調整する。これにより、複数個の磁気センサの検出結果によって被検出体の位置が演算される場合において位相を調整する必要がなくなるので、位置検出の演算処理方法が複雑にならない。また、結果として、磁気モジュール内の位置検出システム全体を安価にすることができる。 As described above, according to the third embodiment, the phase of the detection signal output from the magnetic sensor mounted on the front surface of the wiring board is the same as the phase of the detection signal output from the magnetic sensor mounted on the back surface of the wiring board. The phase of each detection signal is adjusted so as to be in phase. This eliminates the need to adjust the phase when the position of the detected object is calculated based on the detection results of the plurality of magnetic sensors, so that the position detection calculation processing method does not become complicated. As a result, the entire position detection system in the magnetic module can be made inexpensive.
なお、本実施の形態３では、磁気センサ素子として、ＭＲ素子を用いる場合を例示したが、これに限定されず、ＧＭＲ（Ｇｉａｎｔ Ｍａｇｎｅｔｏ−Ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ）素子およびＴＭＲ（Ｔｕｎｎｅｌ Ｍａｇｎｅｔｏ−Ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ）素子等といった磁気抵抗素子、ホール素子、磁気インピーダンス素子およびフラックスゲート等の他の磁気センサ素子を用いる場合であっても同様の効果が得られる。 In the third embodiment, the MR element is used as the magnetic sensor element. However, the present invention is not limited to this, and a magnetic element such as a GMR (Giant Magneto-Resistance) element or a TMR (Tunnel Magneto-Resistance) element is used. The same effect can be obtained even when other magnetic sensor elements such as a resistance element, a Hall element, a magnetic impedance element, and a flux gate are used.
また、本実施の形態１〜３では、配線基板３３０に２個の磁気センサが実装される場合を例示したが、これに限定されず、２個以上の磁気センサが実装される場合であっても同様の効果が得られる。
In the first to third embodiments, the case where two magnetic sensors are mounted on the
また、前述した実施形態に限定されず、他の種々の形態で実施できることはいうまでもない。具体的には、例えば、磁気センサモジュールがモータに搭載される場合、磁気センサモジュールを小型化することによって、モータの小型化も可能となる。したがって、本実施の形態１〜３における磁気センサモジュールは、モータの位置検出（回転角検出）に適用されることが好ましいが、これに限定されず、被検出体の位置検出に広く適用されるものである。 Moreover, it cannot be overemphasized that it can implement with other various forms, without being limited to embodiment mentioned above. Specifically, for example, when a magnetic sensor module is mounted on a motor, the motor can be downsized by downsizing the magnetic sensor module. Therefore, the magnetic sensor modules according to the first to third embodiments are preferably applied to motor position detection (rotation angle detection). However, the present invention is not limited to this, and is widely applied to position detection of a detected object. Is.
１００ 回転軸、２００ 永久磁石、３００、３００ａ 磁気センサモジュール、３１０、３１０ａ 第１磁気センサ、３１１、３１１ａ 第１磁気センサ素子、３１２ 第１素子基板、３１３ 第１封止部材、３１４、３１４ａ 第１感磁面、３１５ 取り付け方向、３２０、３２０ａ 第２磁気センサ、３２１、３２１ａ 第２磁気センサ素子、３２２ 第２素子基板、３２３ 第２封止部材、３２４、３２４ａ 第２感磁面、３２５ 取り付け方向、３３０ 配線基板、４００ 磁束、５０１ａ〜５０１ｄ、６０１ａ〜６０１ｄ 位相調整前出力、５０２ａ〜５０２ｄ、６０２ａ〜６０２ｄ 位相調整後出力。 100 Rotating shaft, 200 Permanent magnet, 300, 300a Magnetic sensor module, 310, 310a First magnetic sensor, 311, 311a First magnetic sensor element, 312 First element substrate, 313 First sealing member, 314, 314a First Magnetosensitive surface, 315 Mounting direction, 320, 320a Second magnetic sensor, 321, 321a Second magnetic sensor element, 322 Second element substrate, 323 Second sealing member, 324, 324a Second magnetosensitive surface, 325 Mounting direction , 330 Wiring board, 400 Magnetic flux, 501a to 501d, 601a to 601d Output before phase adjustment, 502a to 502d, 602a to 602d Output after phase adjustment.
Claims (5)
前記磁界を検出する複数の磁気センサと、
前記永久磁石と対向するように位置し、前記複数の磁気センサを実装する配線基板と、
を備え、
前記複数の磁気センサのそれぞれは、
前記配線基板において、前記永久磁石と対向する面に相当する表面の領域と、前記表面の反対側の面に相当する裏面の領域とに分けて実装され、
前記配線基板の表面に実装される磁気センサが出力する第１検出信号と、前記配線基板の裏面に実装される磁気センサが出力する第２検出信号とは、ともに正弦波状であり、互いのセンサ取り付け位置およびセンサ取り付け角に応じた位相差を有しており、
前記第１検出信号の位相と、前記第２検出信号の位相とが同位相となるように調整する位相調整部をさらに備える
磁気センサモジュール。 A magnetic sensor module that detects a position of the detected object by detecting a magnetic field of a permanent magnet attached to the detected object,
A plurality of magnetic sensors for detecting the magnetic field;
A wiring board that is positioned to face the permanent magnet and mounts the plurality of magnetic sensors;
With
Each of the plurality of magnetic sensors is
In the wiring board, mounted on the surface area corresponding to the surface facing the permanent magnet and the back surface area corresponding to the surface opposite to the surface ,
The first detection signal output from the magnetic sensor mounted on the front surface of the wiring board and the second detection signal output from the magnetic sensor mounted on the back surface of the wiring board are both sinusoidal, and the mutual sensors Has a phase difference according to the mounting position and sensor mounting angle,
A magnetic sensor module further comprising a phase adjustment unit that adjusts the phase of the first detection signal and the phase of the second detection signal to be the same phase .
前記複数の磁気センサのそれぞれは、
前記磁界を検出する感磁部が形成された感磁面と、前記感磁面の反対側の面に相当し、前記感磁部が形成されていない非感磁面とを有する磁気センサ素子を含み、
前記配線基板の表面の領域に実装される磁気センサは、
前記磁気センサ素子が有する前記感磁面が前記配線基板の表面と対向するように実装され、
前記配線基板の裏面の領域に実装される磁気センサは、
前記磁気センサ素子が有する前記感磁面が前記配線基板の裏面と対向するように実装される
磁気センサモジュール。 The magnetic sensor module according to claim 1,
Each of the plurality of magnetic sensors is
A magnetic sensor element having a magnetosensitive surface on which a magnetosensitive portion for detecting the magnetic field is formed, and a non-magnetically sensitive surface corresponding to a surface opposite to the magnetosensitive surface and on which the magnetosensitive portion is not formed. Including
The magnetic sensor mounted on the surface area of the wiring board is
Mounted so that the magnetosensitive surface of the magnetic sensor element faces the surface of the wiring board,
The magnetic sensor mounted on the area of the back surface of the wiring board is
A magnetic sensor module mounted so that the magnetic sensitive surface of the magnetic sensor element faces the back surface of the wiring board.
前記複数の磁気センサのそれぞれは、
前記磁界を検出する感磁部が形成された感磁面と、前記感磁面と反対側の面に相当し、前記感磁部が形成されていない非感磁面とを有する磁気センサ素子を含み、
前記配線基板の表面の領域に実装される磁気センサは、
前記磁気センサ素子が有する前記非感磁面が前記配線基板の表面と対向するように実装され、
前記配線基板の裏面の領域に実装される磁気センサは、
前記磁気センサ素子が有する前記非感磁面が前記配線基板の裏面と対向するように実装される
磁気センサモジュール。 The magnetic sensor module according to claim 1,
Each of the plurality of magnetic sensors is
A magnetic sensor element having a magnetosensitive surface on which a magnetosensitive portion for detecting the magnetic field is formed, and a non-magnetic surface corresponding to a surface opposite to the magnetosensitive surface and on which the magnetosensitive portion is not formed. Including
The magnetic sensor mounted on the surface area of the wiring board is
The non-magnetic surface of the magnetic sensor element is mounted so as to face the surface of the wiring board,
The magnetic sensor mounted on the area of the back surface of the wiring board is
The magnetic sensor module is mounted such that the non-magnetic surface of the magnetic sensor element faces the back surface of the wiring board.
前記配線基板は、非磁性体で構成される
磁気センサモジュール。 The magnetic sensor module according to any one of claims 1 to 3 ,
The wiring board is a magnetic sensor module made of a non-magnetic material.
前記被検出体の位置は、モータの回転角に相当する
磁気センサモジュール。 The magnetic sensor module according to any one of claims 1 to 4 ,
The position of the detected object corresponds to a rotation angle of a motor.
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