JPH0566133A

JPH0566133A - 磁気式回転センサ

Info

Publication number: JPH0566133A
Application number: JP3227798A
Authority: JP
Inventors: Akihiro Korechika; 哲広是近; Tetsuo Kawasaki; 哲生川崎; Masanori Yoshida; 雅憲吉田; Noriyuki Jitosho; 典行地頭所; Taiji Ishiai; 泰司石合
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1991-09-09
Filing date: 1991-09-09
Publication date: 1993-03-19

Abstract

(57)【要約】【目的】従来、回転検出などには、差動型の三端子構
造の半導体薄膜磁気抵抗素子が用いられていたが、検出
する回転体歯車の寸法が異なったり、山谷の幅が異なる
場合に、出力電圧の形態が異なり、同じ寸法の素子で出
力の互換性を確保することが難しかった。本発明は、同
一センサで出力互換性があり、さらに小型化が可能なセ
ンサ構成を提供することを主たる目的とする。【構成】二つの二端子構造を有する半導体磁気抵抗素
子１２，１３のうち、一方を、永久磁石１４の歯車１５
に対向した面に、他方を永久磁石の相対する面に設け、
中点端子１６，１７をリード線１８で接続した構成を有
する磁気式回転センサである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、車などの回転数，速度
検出などに用いられる半導体磁気抵抗素子を用いた磁気
式回転センサに関する。

【０００２】

【従来の技術】物体の回転や位置の変位を検出するセン
サとして、磁電変換作用をもつ半導体を使用したホール
素子や磁気抵抗素子などの磁電変換素子が多く用いられ
ている。

【０００３】その検出方式としては、永久磁石等の磁界
発生源をもつ物体の移動に伴う磁界の変化を磁電変換素
子単独で検出する方式が一般的であるが、もう一つの検
出方式として、鉄などの軟磁性材料をもった物体の移動
を、永久磁石でバイアス磁界を与えた磁電変換素子で検
出する方式が知られている。

【０００４】後者の検出方式の例としては、鉄製歯車の
回転数や回転角を検出するもので、このときの検出セン
サとしては磁電変換素子に永久磁石を接着剤で固定した
磁気センサ、特に検出出力が大きい点で、ＩｎＳｂを用
いた半導体磁気抵抗素子が用いられている。

【０００５】このような磁気センサを用いた検出方式
は、移動する物体に磁界発生源を持たないため、鉄粉な
どのゴミが付着しにくくて環境性に優れるため、その使
用が増加しつつあり、特に最近では自動車の制御におけ
る回転検出センサとしてその利用が試みられている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
半導体磁気抵抗素子、即ち、図３に示すように、ガラス
等でなる基板１上にジグザグ形状のＩｎＳｂ薄膜２を形
成し、この上に多数の短絡電極３を設け、同一磁気抵抗
変化特性，温度特性を有する素子列４，５を構成する。
これらの素子列４，５は直列接続され、その中点に出力
電圧端子６、端部には入力電圧端子７，８を有する三端
子構造の素子としている。

【０００７】この素子を自動車の回転検出に用いる場
合、以下の課題を有する。自動車において回転検出する
際、通常回転体は、鉄製歯車であり、しかも、もともと
自動車に取り付けてある構成部品である。従って、検出
する場所によって歯車形状が異なり、この歯車の山谷に
合わせて素子列４，５を設計しない限り、出力の互換性
がとれない。

【０００８】この点について図４を用いて詳述する。歯
車の山谷の幅がほぼ同一でしかも素子列４，５の寸法が
それに対して適切である場合は、図４（ａ）に示すよう
な、正弦波出力が得られる。正弦波の山２１は、図３に
示すように素子列４に歯車の山２２が来て、素子列５に
歯車の谷２３が来た場合に相当する。また、正弦波の谷
２４は、素子列４に歯車の谷２３が来て、素子列５に歯
車の山２２が来た場合に相当する。

【０００９】一方、歯車の山谷の幅が大きく異なった
り、素子列４，５の寸法が不適切の場合には、波形がゆ
がんだり、また、図４（ｃ）に示すように、正弦波出力
は得られず、信号処理が異なる等の問題点がある。

【００１０】また、近年自動車において、特に、回転検
出センサの先端部形状の小型化が要望されているが、図
３に示す三端子構造素子では、小型化に限界がある。

【００１１】本発明は、これら自動車用回転センサの抱
えている課題、即ち、出力の互換性、小型化を満足する
磁気式回転センサの構成を提供することを目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、二端子構造で同一の磁気抵抗変化特性，
温度特性を有する二つの半導体磁気抵抗素子をそれぞれ
永久磁石上の異なる二面上に設け、前記各半導体磁気抵
抗素子の一方の端子間を電気的に接続し、検出される回
転体に一方の半導体磁気抵抗素子を対向させて配置した
ものである。

【００１３】

【作用】本発明によれば、自動車の様々な場所の種々の
回転歯車に対しても、回転検出出力形態が同一で、出力
互換性を有し、また、歯車の山谷の幅より素子の形状を
十分小さくすることで、疑似デジタル波出力が得られ、
後の波形の加工が容易になる。加えて、センサとしての
小型化も図れ、自動車用回転センサとしての要求を満足
する。

【００１４】

【実施例】以下、本発明の一実施例として、ＩｎＳｂ薄
膜を有する半導体薄膜磁気抵抗素子を用いた磁気式回転
センサについて説明する。

【００１５】図１に示すように、ガラス基板、Ｓｉウエ
ハ基板などからなる基板９上にジグザグ形状のＩｎＳｂ
薄膜１０を形成し、このＩｎＳｂ薄膜１０の上に多数の
短絡電極１１を形成し構成した二端子（取りだし電極が
二端子）構造のふたつの半導体薄膜磁気抵抗素子１２，
１３を用いている。これらの二つの素子は、素子形状，
抵抗値，磁気抵抗変化特性，温度特性等は、同一であ
る。これらの半導体薄膜磁気抵抗素子１２，１３（以
下、素子と言う）をそれぞれ直方体形状の永久磁石（バ
イアス磁石）１４の相対する面、即ち、回転体歯車１５
に向かい合う面に素子１２を、これと相対する面に素子
１３を装着する。そして、二つの素子１２，１３の中点
端子１６，１７をリード線１８で接続した構成となって
いる。

【００１６】素子間の電気的接続については、簡単に説
明するために、二つの素子の部分の結線図を図２に示
す。同図で、二端子構成の素子１２，１３の中点端子１
６，１７は、出力電圧端子となる。また、回転体歯車に
向かい合う素子１２の端子１９と、相対する面に設けた
１３の端子２０との間に入力電圧を印加している。

【００１７】このように構成した磁気式回転センサにお
いては、歯車１５の山谷の幅が同一の場合には、図４
（ｂ）に示すような出力が得られる。また歯車１５の山
谷の幅が大きく異なる場合にも、図４（ｄ）に示すよう
な波形が得られ、即ち、いずれの場合においても、歯車
１５の山が来たときのみ、その幅に応じて出力が得ら
れ、出力互換性を有しており、同一センサで、種々の歯
車１５に対応できるとともに、信号処理等も同一のもの
で対応可能である。

【００１８】更に、本実施例の回転センサで、半導体磁
気抵抗素子１２，１３の形状を、歯車１５の山谷の幅よ
り十分小さくすることで、疑似デジタル波出力を得るこ
ともでき、これによって、信号処理を低減することもで
きる。

【００１９】また、従来の三端子構造素子に比して、明
らかなように、本実施例の素子の場合二端子素子を用い
ているため、二次元的なセンサ寸法を小さくすることが
可能であり、これは、永久磁石の寸法を小型化できるこ
とにもつながり、センサを安価に提供することも可能と
なる。

【００２０】ところで、本実施例の磁気式回転センサの
場合、取り付け位置や、歯車１５の形状によっては、図
１に示すように、磁性材料２７を歯車１５の反対側に設
ける場合もある。この磁性材料２７は、永久磁石１４の
回転体検出面に相対する面に設けた素子１３の抵抗調
整、素子にかかる磁束密度を調整するために設ける。具
体的には、歯車１５に向かい合う永久磁石面に設けた素
子１２の中央に回転体歯車１５の谷の中央が来た際の素
子１２の抵抗値に、相対する面に設けた素子１３の抵抗
値を合わせるために、磁性材料２７の位置，形状を変え
て調整する。これによって、図４（ｂ），（ｄ）に示す
出力波形の中性点（Ｖｉｎ／２と表記）を一定に保つこ
とができる。

【００２１】尚、本実施例では、ＩｎＳｂ薄膜を有する
半導体磁気抵抗素子を用いたが、これは、薄膜を用いた
場合の方が、容易に素子１２，１３の高抵抗化が図れ、
素子寸法を小さくできるためであり、バルクＩｎＳｂを
用いても、他の効果は、同じである。

【００２２】更に、本実施例では、特に直方体形状の永
久磁石１４を用いたが、これは、通常半導体磁気抵抗素
子１２，１３チップの形状が長方形であること、歯車１
５が角型形状の山谷を有すること、最小寸法化を考えて
のことである。よって円柱状であっても、台形状等であ
っても、基本的に、二つの半導体磁気抵抗素子１２，１
３のうち、歯車１５を検出する面に設けた素子１２のみ
が歯車１５の回転により磁気抵抗変化を生じ、これとは
異なる面に設けた素子１３が歯車１５の回転により磁気
抵抗変化を生じなければ、永久磁石１４の形状さらには
素子取り付け面がいずれであっても、同一の効果が得ら
れることは、言うまでもない。

【００２３】

【発明の効果】以上のように、本発明の磁気式回転セン
サによれば、自動車のように場所によって回転を検出す
る歯車の形状がまちまちであっても、同一センサで検出
可能であるとともに、出力形態が同一であり、信号処理
も容易である。さらに、近年要求されるセンサの先端形
状の小型化にたいしても、有利であり、安価で、信頼性
が高く、使い勝手の良い回転センサを実現することがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の磁気式回転センサの断面図

【図２】本実施例の二つの二端子構成半導体磁気抵抗素
子の電気的接続を示す展開図

【図３】従来の三端子構成の半導体磁気抵抗素子を用い
た磁気式回転センサの概略図

【図４】（ａ）は従来の三端子構成素子で歯車の山谷が
最適の場合の出力図（ｂ）は本実施例で歯車の山谷幅同一の場合の出力図（ｃ）は従来の三端子構成素子で歯車の山谷が不適当な
場合の出力図（ｄ）は本実施例で歯車の山谷幅が異なる場合の出力図

【符号の説明】

９基板１０ＩｎＳｂ薄膜１１短絡電極１２半導体磁気抵抗素子１３半導体磁気抵抗素子１４永久磁石１５歯車１６，１７中点端子１８リード線２７磁性材料

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者地頭所典行大阪府門真市大字門真1006番地松下電器産業株式会社内 (72)発明者石合泰司大阪府門真市大字門真1006番地松下電器産業株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】二端子構造で同一の磁気抵抗変化特性，温
度特性を有する二つの半導体磁気抵抗素子をそれぞれ永
久磁石上の異なる二面上に設け、前記各半導体磁気抵抗
素子の一方の端子間を電気的に接続し、検出される回転
体に一方の半導体磁気抵抗素子を対向させて配置したこ
とを特徴とする磁気式回転センサ。
【請求項２】二つの半導体磁気抵抗素子を直方体形状の
永久磁石の相対する面にそれぞれ設けたことを特徴とす
る請求項１記載の磁気式回転センサ。
【請求項３】回転体に対向する面に設けた半導体磁気抵
抗素子の中央と回転体の歯車の谷中央が対向した状態に
おける抵抗値変化と同一の抵抗値変化を他方の半導体磁
気抵抗素子に与えるための磁性材料を設けたことを特徴
とする請求項２記載の磁気式回転センサ。
【請求項４】半導体磁気抵抗素子の形状が、回転体の歯
車の山，谷の幅よりも十分小さいことを特徴とする請求
項３記載の磁気式回転センサ。
【請求項５】半導体磁気抵抗素子はＩｎＳｂ薄膜よりな
ることを特徴とする請求項３記載の磁気式回転センサ。