JPH04309801A - 回転角度センサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、シャフトの回転角度を
検出する回転角度センサに関し、特に磁気抵抗素子を用
いた無接触型の回転角度センサに係る。

【０００２】

【従来の技術】近時、回転角度あるいは回転位置を検出
するセンサに関し、無接触機構を構成し、あるいはシャ
フトの慣性損失を小さくする等の要請から磁気センサの
利用が注目されている。この磁気センサには磁気抵抗素
子が用いられ、素子の板面がシャフトの先端に装着され
た永久磁石に対向するように配置されている。

【０００３】上記磁気抵抗素子としては半導体磁気抵抗
素子と強磁性磁気抵抗素子が知られている。前者は半導
体の電気抵抗が磁界中で変化する性質を利用したもので
ある。後者は磁界中の強磁性体に関し磁化方向と電流方
向のなす角度によって抵抗が異方的に変化する性質を利
用したものである。これは異方性磁気抵抗効果と呼ばれ
、磁界の大きさによる負性磁気抵抗効果と区別される。 即ち、通常の強磁性体にあっては、異方性磁気抵抗効果
により電流と磁化方向が平行になった時に抵抗が最大と
なり、直交した時に最小となる。而して、この効果を利
用すべく基板の板面に薄膜の強磁性金属が折線状に付着
されて強磁性磁気抵抗素子が構成され、例えば特開昭６
２−２３７３０２号公報に記載のように、強磁性磁気抵
抗素子がシャフトの端面とこの端面の対向位置の何れか
一方に設けられ、他方に永久磁石が設けられた回転位置
検出装置が知られている。

【０００４】更に、バイアスマグネットを備えた検出素
子が知られており、強磁性磁気抵抗素子にバイアス磁界
を加えることにより良好なリニアリティを確保すること
ができる。例えば、実開昭６３−１９３８６６号公報に
は、センサ部に作用する被検出体からの磁界に対し所定
の方向にバイアス磁界を印加するバイアス磁界印加手段
を設け、被検出体からの磁界とバイアス磁界との合成磁
界の方向変化を利用して被検出体の変位方向を検出する
磁気センサが提案されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上記公報に記載の変位
検出手段としての磁気センサにおいては、バイアス磁界
印加手段たるバイアスマグネットを所定位置に配置する
ことが困難である。磁気抵抗素子に対する所定の取付位
置に対し、ずれた状態でバイアスマグネットが固定され
ると、所期の出力特性が得られなくなる。

【０００６】そこで、本発明は磁気抵抗素子を有する無
接触型の回転角度センサにおいて、バイアス磁界を付与
する磁石部材を確実に所定の位置に配置し安定した出力
特性を確保することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、本発明は基板の板面に磁気抵抗素子を付着した検出
素子を備え、該検出素子に対するシャフトの回転に伴う
磁束変化により該シャフトの回転角度を検出する回転角
度センサにおいて、前記シャフトの端部に装着し少くと
も前記磁気抵抗素子を含む磁界を形成する第１の磁石部
材と、前記第１の磁石部材と対向する位置に配置し前記
基板に嵌合して固定した第２の磁石部材とを備え、該第
２の磁石部材により前記磁気抵抗素子に対しバイアス磁
界を付与するようにしたものである。

【０００８】前記回転角度センサにおいて、前記第２の
磁石部材を略コ字状に形成し、前記第２の磁石部材の対
向する腕部を前記基板の側面に嵌合して固定するように
するとよい。

【０００９】

【作用】上記の構成になる回転角度センサにおいては、
シャフトが回転すると、第１の磁石部材が検出素子に対
して相対的に回転する。この相対的な回転に応じ、検出
素子の磁気抵抗素子に対してこれを含む平行磁束の磁界
が変化するので抵抗値が変化し、検出素子からシャフト
の回転に応じた信号が出力される。このとき、磁気抵抗
素子には第２の磁石部材によりバイアス磁界が付与され
ているので、第１の磁石部材の磁界との合成磁界が形成
され、シャフトの回転角度に対する検出素子の出力特性
は、広範囲のリニアリティを有するものとなる。

【００１０】バイアス磁界を付与する上記の第２の磁石
部材は、例えば略コ字状に形成され、磁気抵抗素子が付
着された基板に嵌合固定されているので、第２の磁石部
材が確実に所定位置に取付けられ、使用時にも変動する
ことはない。従って、磁気抵抗素子に対するバイアス磁
界が取付時あるいは使用時に変動することはなく、常に
安定した出力特性となる。

【００１１】

【実施例】以下、本発明の回転角度センサを内燃機関の
スロットルポジションセンサに適用した実施例について
図面を参照して説明する。電子制御燃料噴射装置を搭載
した内燃機関においては、スロットルポジションセンサ
が装着され、その出力信号が燃料噴射制御等に供されて
いる。このスロットルポジションセンサはスロットルバ
ルブシャフトに連結され、通常、スロットルバルブ開度
（以下、スロットル開度という）に応じて変化するスロ
ットル開度信号と、アイドル域か出力域かによりオンオ
フするアイドル信号が出力される。このスロットルポジ
ションセンサとして、無接触型の回転角度センサが用い
られている。

【００１２】図１は本発明の一実施例に係るスロットル
ポジションセンサ１を示すもので、図示しないスロット
ルボデーに装着され、シャフト２が図示しないスロット
ルシャフトに連動して回動するように支持されている。 即ち、スロットルポジションセンサ１は隣接する二つの
凹部３ａ，３ｂを有する合成樹脂製のハウジング３を備
え、これら凹部３ａ，３ｂ間の隔壁３ｃに、軸受４を介
してシャフト２が回動自在に支持されている。

【００１３】シャフト２の一端にはハウジング３の一方
の凹部３ａ内に収容されたレバー５が固着されており、
レバー５は図示しないスロットルシャフトに連結されて
いる。ハウジング３とレバー５との間にはリターンスプ
リング６が介装されており、レバー５が所定の初期位置
方向に付勢されている。従って、図示しないスロットル
バルブの開作動に伴い、スロットルシャフトに連動する
レバー５がリターンスプリング６の付勢力に抗して駆動
され、シャフト２が回動するように構成されている。

【００１４】シャフト２の他端には本発明にいう第１の
磁石部材たるロータマグネット２０が固着され、ハウジ
ング３の他方の凹部３ｂ内に収容されている。ロータマ
グネット２０は円板状の永久磁石でシャフト２の先端部
に固着され、シャフト２と一体となって回転する。

【００１５】そして、ロータマグネット２０に対向する
ように磁気センサ１０が配設されている。磁気センサ１
０は、略正方形の素子基板１１を有し、その板面に帯状
のＮｉ−Ｃｏ合金等の薄膜強磁性合金から成る強磁性磁
気抵抗素子１２（以下、単に磁気抵抗素子１２という）
が付着されている。尚、素子基板１１の形状は正方形に
限らず、どのような形状であってもよい。

【００１６】磁気抵抗素子１２は高抵抗化を図るため帯
状の薄膜強磁性合金が折曲され、図４に示すようなパタ
ーン形状に形成されている。磁気抵抗素子１２のパター
ンは長手方向が水平な素子を中心とするブロックと長手
方向が垂直な素子を中心とするブロックとが交互に接続
され、四つのブロックが構成されている。そして、各ブ
ロック間の接続点には端子１２ａ乃至１２ｄが形成され
ている。端子１２ａ，１２ｂは所謂電流端子で、端子１
２ａは電源Ｖｃに接続され、端子１２ｂは接地されてい
る。端子１２ｃ，１２ｄは所謂電圧端子であり、これら
から検出信号が出力される。

【００１７】磁気センサ１０はハイブリッドＩＣ基板３
０（以下、単にＩＣ基板３０という）に実装され、その
端部には複数のターミナル７が接続されている。ターミ
ナル７はハウジング３内に埋設されており、側方に延出
してハウジング３と一体にコネクタ８が形成されている
。ＩＣ基板３０はハウジング３の凹部３ｂ内に収容され
、この凹部３ｂはゴム製のシール部材１９を介して合成
樹脂製のカバー９により密閉されている。尚、ＩＣ基板
３０には磁気センサ１０の出力信号を処理する検出回路
素子等が実装されているが、周知であるので説明は省略
する。

【００１８】磁気センサ１０は図２及び図３に拡大して
示したように、ＩＣ基板３０の一方の面に付着されてお
り、その素子基板１１にバイアスマグネット１３が嵌合
される。バイアスマグネット１３はロータマグネット２
０と同一材料で形成され、夫々Ｎ極及びＳ極に着磁され
た腕部１３ａ，１３ｂを有し略コ字状に形成されている
。そして、これらの腕部１３ａ，１３ｂが素子基板１１
の側面に嵌合され、接着等によってＩＣ基板３０に接合
される。尚、この後ＩＣ基板３０全体を合成樹脂により
モールドすることとしてもよい。而して、バイアスマグ
ネット１３は磁気抵抗素子１２に対して所定位置に固定
され、磁気抵抗素子１２にはロータマグネット２０とバ
イアスマグネット１３の両マグネットの合成磁界が加え
られる。

【００１９】以上の構成になる本実施例のスロットルポ
ジションセンサ１において、図示しないスロットルバル
ブに連動して図１に示すレバー５が駆動されシャフト２
が軸受４内で回動する。このシャフト２の回動に伴いロ
ータマグネット２０による磁界も回転し、磁気抵抗素子
１２に対してこれを含む平行磁束の磁界が変化する。而
して、異方性磁気抵抗効果により磁気抵抗素子１２の抵
抗値Ｒ１乃至Ｒ４が変化し、磁気センサ１０からシャフ
ト２の回転に応じた信号が出力される。

【００２０】そして、バイアスマグネット１３によりバ
イアス磁界が形成されているので、上述のようにロータ
マグネット２０の磁界との合成磁界が形成され、シャフ
ト２の回転角に対する磁気センサ１０の出力特性は、図
５に実線で示すように広範囲のリニアリティを有する特
性となる。

【００２１】バイアスマグネット１３の取付位置にズレ
が生じた場合には、図５に破線で示すような出力特性と
なり所期の出力特性と異なることとなるが、上記実施例
においては、バイアスマグネット１３は素子基板１１に
嵌合されて固定されるので、磁気抵抗素子１２に対して
所定位置に、容易に且つ精度よく配設される。

【００２２】上記のようにバイアスマグネット１３を磁
気抵抗素子１２に対し所定位置に配設するには両者を嵌
合することが適切であるが、以下のように種々の態様が
考えられる。

【００２３】例えば図６に示した実施例においては、素
子基板１１の両側部を立上げて突起１１ａ，１１ｂを設
け、これらの間に磁気抵抗素子１２と略同形のバイアス
マグネット１３ｘを嵌合したものである。バイアスマグ
ネット１３ｘの面積を磁気抵抗素子１２より大とすべき
であれば、図７のバイアスマグネット１３ｙのように図
３のバイアスマグネット１３と同様の平面形状とし、両
側端に予め磁性体１４ａ，１４ｂを付着しておき、これ
らを磁気抵抗素子１２に嵌合するように構成することが
できる。更に、これらのバイアスマグネット１３，１３
ｘ，１３ｙを取付ける際、磁極の方向性を特定する必要
がある場合には、何れか一方の側端を切欠き、溝を形成
し、あるいは塗料を付着することにより容易に識別可能
となる。

【００２４】

【発明の効果】本発明は上述のように構成されているの
で以下に記載の効果を奏する。即ち、本発明の回転角度
センサによれば、バイアス磁界を付与する第２の磁石部
材は、磁気抵抗素子が付着された基板に嵌合固定されて
いるので、磁気抵抗素子に対するバイアス磁界が取付時
あるいは使用時に変動することはなく、従って常に安定
した出力特性が得られる。

【００２５】例えば第２の磁石部材を略コ字状に形成す
ることにより、その腕部を基板の側面に容易に嵌合する
ことができ、確実に所定位置に配置することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の回転角度センサの一実施例に係るスロ
ットルポジションセンサの縦断面図である。

【図２】本発明の一実施例におけるＩＣ基板に実装され
た磁気センサ及びバイアスマグネットの拡大横断面図で
ある。

【図３】本発明の一実施例におけるＩＣ基板に実装され
た磁気センサ及びバイアスマグネットの平面図である。

【図４】本発明の一実施例に係るスロットルポジション
センサに用いられる磁気センサの平面図である。

【図５】本発明の一実施例における磁気センサの出力特
性図である。

【図６】本発明の一実施例におけるバイアスマグネット
の取付構造の他の実施例を示す断面図である。

【図７】本発明の一実施例におけるバイアスマグネット
の取付構造の更に他の実施例を示す断面図である。

【符号の説明】

１　　スロットルポジションセンサ（回転角度センサ）
２　　シャフト ３　　ハウジング １０　　磁気センサ（検出素子） １１　　素子基板（基板） １２　　磁気抵抗素子 １３　　バイアスマグネット（第２の磁石部材）１３ａ
，１３ｂ　　腕部 ２０　　ロータマグネット（第１の磁石部材）３０　　
ハイブリットＩＣ基板

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　基板の板面に磁気抵抗素子を付着した
   検出素子を備え、該検出素子に対するシャフトの回転に
   伴う磁束変化により該シャフトの回転角度を検出する回
   転角度センサにおいて、前記シャフトの端部に装着し少
   くとも前記磁気抵抗素子を含む磁界を形成する第１の磁
   石部材と、前記第１の磁石部材と対向する位置に配置し
   前記基板に嵌合して固定した第２の磁石部材とを備え、
   該第２の磁石部材により前記磁気抵抗素子に対しバイア
   ス磁界を付与するようにしたことを特徴とする回転角度
   センサ。
2. 【請求項２】　　前記第２の磁石部材を略コ字状に形成
   し、前記第２の磁石部材の対向する腕部を前記基板の側
   面に嵌合して固定したことを特徴とする請求項１記載の
   回転角度センサ。