JPH09287911A - 回転変位検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 回転検出角度範囲が狭くても、磁気検出素子
の最大限の抵抗変化を利用でき、後段の増幅器の増幅率
を上げることなく同様の出力特性が得られる回転変位検
出装置を得る。 【解決手段】 所定のパターン（３ａ）に形成された感
磁面（３ｂ）を有する磁気検出素子（３）と、この磁気
検出素子（３）の感磁面（３ｂ）と対向し、且つ検出さ
れる回転変位に連動して回転するように配置された円筒
形の永久磁石（４）とを備え、永久磁石に磁気軸を中心
に対向するＤカットを設ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、回転変位検出装
置に関し、特に回転変位に連動した永久磁石の回転変位
を、磁気検出素子の感磁面上の磁束方向、あるいは、磁
束密度の変化として検出する回転変位検出装置に関する
ものである。

【０００２】

【従来の技術】図７は、例えば特開平５−２０３４０２
号公報に示された従来の回転変位検出装置の一例を模式
的に示す平面図である。図において、１は磁気検出素子
であり、例えばガラス基板上に磁気抵抗パターン（直交
する櫛歯状のパターン）に構成された強磁性体磁気抵抗
材料であるＮiＦeからなる磁気抵抗素子１ａが形成さ
れ、さらに絶縁樹脂で直方体形状にモールドされて構成
され、ガラス基板表面の磁気抵抗素子１ａの形成面が感
磁面１ｂとなっている。２は円筒形の永久磁石であり、
この永久磁石２は、磁束方向が磁気検出素子１の感磁面
１ｂと平行となるように磁気検出素子１と対向し、かつ
検出される回転変位と連動して回転可能に配設されてい
る。磁気検出素子１は永久磁石２の回転による磁束変化
を出力電圧に変換し、回転変位を検出する。

【０００３】次に、上記従来の回転変位検出装置の動作
について説明する。永久磁石２は、検出される回転変位
と連動して磁気検出素子１の近傍を回転する。永久磁石
２の回転によって、磁気検出素子１の感磁面１ｂを平行
に横切る磁束方向が変化し、この感磁面１ｂを横切る磁
束方向の変化に応じて磁気抵抗素子１ａの磁気抵抗パタ
ーンの抵抗値が変化し、永久磁石２の回転角度に対応し
た電圧が出力される。なお、この出力電圧は、磁気抵抗
パターンの抵抗値に比例して大きくなる。磁気検出素子
１からの出力電圧は、出力端子１ｃを介して図示しない
増幅器に出力されて増幅され、さらに、外部装置（図示
せず）に出力され、例えばスロットルバルブの開度等が
検出される。

【０００４】このとき、磁気検出素子１から出力される
出力電圧の波形は、図２の波形Ａに示すような正弦波と
なり、約±２５degの回転角度範囲において磁石回転角
度と出力電圧値との間にリニアな関係が得られ、この出
力電圧値から永久磁石２の回転角度、つまり対象とする
回転変位を検出することができる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】従来の回転変位検出装
置は以上のように、直交する櫛歯状のパターンからなる
感磁面を有する磁気検出素子に対して円筒形の永久磁石
を備える構成とされているので、磁気検出素子への印加
磁束変化による抵抗変化を最大限に利用出来る検出回転
角度は、約９０degが理想であるが、この場合、例え
ば、検出回転角度４５deg（±２５deg）に対応しようと
したとき、磁気検出素子の抵抗変化を最大限に利用出来
ないため、磁気検出素子の出力電圧は小さくなり、同様
の出力を得ようとした場合、後段の増幅器の増幅率を上
げる必要があり、この結果、温度特性等の悪影響を受け
易く、最終出力精度も悪くなるという問題点があった。

【０００６】この発明はこのような問題点を解決するた
めになされたもので、回転検出角度範囲が狭くても、磁
気検出素子の最大限の抵抗変化を利用でき、後段の増幅
器の増幅率を上げることなく同様の出力特性が得られ、
また、構成簡単且つ安価にして２重系出力を実現できる
回転変位検出装置を提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明に係
る回転変位検出装置は、所定のパターンに形成された感
磁面を有する磁気検出素子と、この磁気検出素子の感磁
面と対向し、且つ検出される回転変位に連動して回転す
るように配置された円筒形の永久磁石とを備え、永久磁
石に磁気軸を中心に対向する所定形状のカット部を設け
たものである。

【０００８】請求項２記載の発明に係る回転変位検出装
置は、所定のパターンに形成された感磁面を有し、この
感磁面が相互に所定間隔で対向するように配置された複
数の磁気検出素子と、これら複数の磁気検出素子の間に
その感磁面と対向し、且つ検出される回転変位に連動し
て回転するように配置された円筒形の永久磁石とを備
え、永久磁石に磁気軸を中心に対向する所定形状のカッ
ト部を設けたものである。

【０００９】請求項３記載の発明に係る回転変位検出装
置は、請求項１または２の発明において、永久磁石の曲
率面を磁極面とし、この曲率面に対向するように磁気検
出素子を配置したものである。

【００１０】請求項４記載の発明に係る回転変位検出装
置は、請求項１〜３のいずれかの発明において、永久磁
石に対向して設けられている所定形状のカット部の間の
寸法を、永久磁石の円筒直径と任意の回転検出角度範囲
の積を全回転検出角度範囲で除した値に設定したもので
ある。

【００１１】請求項５記載の発明に係る回転変位検出装
置は、請求項１〜４のいずれかの発明において、永久磁
石に設けられている所定形状のカット部をＤカットとし
たものである。

【００１２】請求項６記載の発明に係る回転変位検出装
置は、請求項１〜５のいずれかの発明において、磁気検
出素子の感磁面は櫛歯状パターンが左右対称にハの字状
に構成されたパターンに形成されているものである。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、この発明の一実施の形態を
図について説明する。 実施の形態１．図１はこの発明の実施の形態１を模式的
に示す平面図である。図において、３は磁気検出素子で
あり、例えばガラス基板上に磁気抵抗パターンに構成さ
れた強磁性体磁気抵抗材料であるＮiＦeからなる磁気抵
抗素子３ａが形成され、さらに絶縁樹脂で直方体形状に
モールドされて構成され、ガラス基板表面の磁気抵抗素
子３ａの形成面が感磁面３ｂとなっている。ここでは、
磁気抵抗素子３ａの磁気抵抗パターンは、櫛歯状パター
ンが出力端子３ｃのパターンを中心に左右対称にハの字
状に構成されている。

【００１４】４は円筒形の永久磁石であり、この永久磁
石４は、磁束方向が磁気検出素子３の感磁面３ｂと対向
して配置され、かつ検出される回転変位と連動して回転
可能に配設されている。なお、この永久磁石４には、図
１に示すように、曲率面を磁極方向とし対向する２箇所
のカット（以下、これをＤカットと称する）の部分が設
けられている。ここで、Ｄカットとは、円筒形の永久磁
石４を磁気検出素子３の感磁面３ｂの中心に対して平行
にカットすることである。磁気検出素子３は、永久磁石
４の回転による磁束変化を出力電圧に変換し、回転変位
を検出する。

【００１５】次に、動作について説明する。永久磁石４
は、検出される回転変位と連動して磁気検出素子３の近
傍を回転する。永久磁石４の回転によって、磁気検出素
子３の感磁面３ｂを平行に横切る磁束方向が変化し、こ
の感磁面３ｂを横切る磁束方向の変化に応じて磁気抵抗
素子３ａの磁気抵抗パターンの抵抗値が変化し、永久磁
石４の回転角度に対応した電圧が出力される。なお、こ
の場合も、出力電圧は、磁気抵抗パターンの抵抗値に比
例して大きくなる。磁気検出素子３からの出力電圧は、
出力端子３ｃを介して外部に出力される。

【００１６】このとき、磁気検出素子３から出力される
出力電圧の波形は、図３の波形Ｃに示すような波形とな
り、約±２５degの回転角度範囲において磁石回転角度
と出力電圧値との間にリニアな関係が得られると共に、
磁石回転角度の約±２５deg近傍で磁気検出素子３から
最大の出力電圧Ｖ₂，Ｖ₁が得られ、この出力電圧値から
永久磁石４の回転角度、つまり対象とする回転変位を検
出することができる。なお、図３に示す波形Ｃは、一例
として、円筒形の永久磁石４のＤカット間寸法を、永久
磁石４の円筒直径の半分とした場合である。ここで、回
転変位検出装置の回転検出角度範囲をθ（図１参照）、
永久磁石４の円筒直径をｄ、Ｄカット間寸法をＬとする
と、このＤカット間寸法Ｌは次式で与えられる。

【００１７】 Ｌ＝（ｄ×θ／90）±0.2ｄ ・・・（１）

【００１８】上記（１）式において、９０の値は、一例
として、回転変位検出装置の全回転検出角度範囲が９０
゜であることを表している。このように、回転検出角度
範囲θに応じてＤカット間寸法Ｌを設定することによ
り、図３の波形Ｃで示すように、約±２５degの回転角
度範囲において磁石回転角度と出力電圧値との間にリニ
アな関係が得られと共に、磁石回転角度の約±２５deg
近傍で磁気検出素子３から最大の出力電圧を得ることが
でき、磁気検出素子３の抵抗変化を最大限に利用できる
ことが分かる。因に、図２および図３の波形Ｂは、図１
に示す左右対称にハの字状に構成された櫛歯状パターン
を有する磁気検出素子３に対してＤカットのない通常の
円筒形の永久磁石を用いた場合の特性である。

【００１９】この図２および図３の特性より、磁気検出
素子の磁気抵抗パターンとして左右対称にハの字状に構
成された櫛歯状パターンを用いることにより、磁石回転
角度と出力電圧値との間のリニアな関係が拡大され（図
２および図３の波形Ｂ）、さらに、磁気検出素子の磁気
抵抗パターンとして左右対称にハの字状に構成された櫛
歯状パターンを用いると共に、永久磁石として円筒形の
Ｄカット付き永久磁石を用いることにより、約±２５de
g程度の狭い回転角度範囲においても磁石回転角度と出
力電圧値との間にリニアな関係が得られと共に、磁気検
出素子３から最大の出力電圧を得ることができることが
分かる（図３の波形Ｃ）。

【００２０】図４は図１で説明した磁気検出素子３およ
び永久磁石４を組み込んだこの発明に係る回転変位検出
装置の全体の構成を示す断面図であり、図において、図
１と対応する部分には同一符号を付し、その説明を省略
する。図において、５は例えばポリブチレンテレフタレ
ート樹脂でモールド成形された回転変位検出装置の樹脂
フレーム、６は樹脂フレーム５に回転自在に配設された
回転シャフト、７は回転シャフト６の一端に固着された
アーム、８は接着剤であって、この接着剤８により回転
シャフト６の他端に円筒形のＤカット付き永久磁石４が
接着固定される。

【００２１】９は図示していないが配線パターンが形成
されるとともに種々の電子部品が搭載された回路基板と
してのセラミック基板であり、このセラミック基板９上
には、感磁面３ｂが基板面に平行となるように磁気検出
素子３が搭載されている。１０は磁気検出素子３が搭載
されたセラミック基板９を包囲して配設された電磁波シ
ールドケースとしての銅ケース、１１は貫通コンデンサ
１２を介してセラミック基板９上に搭載されている磁気
検出素子３の出力端子３ｃに接続され、磁気検出素子３
の出力を回転変位検出装置の出力として外部に取り出す
出力端子である。ここで、このセラミック基板９は基板
面が永久磁石４と直交するように、つまり永久磁石４の
磁界が磁気検出素子３の感磁面３ｂを平行に横切るよう
に樹脂フレーム５に収納保持されている。

【００２２】次に、動作について説明する。例えば車両
の燃料流路である吸気管内のスロットルバルブ（図示せ
ず）の開閉状態に連動してアーム７が回転する。このア
ーム７の回転は回転シャフト６を介して永久磁石４に伝
達され、アーム７の回転に連動して永久磁石４が回転す
る。永久磁石４の回転によって、磁気検出素子３の感磁
面３ｂを平行に横切る磁束方向が変化し、この感磁面３
ｂを横切る磁束方向の変化に応じて磁気抵抗素子３ａの
磁気抵抗パターンの抵抗値が変化し、永久磁石４の回転
角度に対応した電圧が出力される。磁気検出素子３から
の出力電圧は、出力端子１１を介して図示しない増幅器
に出力されて増幅され、さらに、外部装置（図示せず）
に出力され、例えばスロットルバルブの開度等が検出さ
れる。

【００２３】このとき、磁気検出素子３が搭載されたセ
ラミック基板９を包囲して設けられた銅ケース１０によ
り、外部からの電磁波を遮蔽し、セラミック基板９に搭
載されている回路素子の誤動作を防止している。

【００２４】このように、本実施の形態では、磁気検出
素子の磁気抵抗パターンとして左右対称にハの字状に構
成された櫛歯状パターンを用い、永久磁石として円筒形
のＤカット付き永久磁石を用いることにより、約±２５
deg程度の狭い回転角度範囲においても磁石回転角度と
出力電圧値との間にリニアな関係が得られと共に、磁気
検出素子から最大の出力電圧を得ることができ、磁気検
出素子の抵抗変化を最大限に利用できる。従って、磁気
検出素子から最大の出力電圧が得られるので、同様の出
力を得ようとした場合、後段の増幅器の増幅率を上げる
必要がなくなり、温度特性等の悪影響を受けることがな
くなり、最終出力精度が劣化することがない。

【００２５】実施の形態２．図５はこの発明の実施の形
態２を模式的に示す平面図である。図５において、図１
と対応する部分には同一符号を付し、その説明を省略す
る。図において、１３，１４は磁気検出素子３と同様の
磁気検出素子であり、それぞれ、例えばガラス基板上に
磁気抵抗パターンに構成された強磁性体磁気抵抗材料で
あるＮiＦeからなる磁気抵抗素子１３ａ，１４ａが形成
され、さらに絶縁樹脂で直方体形状にモールドされて構
成され、また、ガラス基板表面の磁気抵抗素子１３ａ，
１４ａの形成面がそれぞれ感磁面１３ｂ，１４ｂとなっ
ている。これらの磁気抵抗素子１３ａ，１４ａもその磁
気抵抗パターンは、櫛歯状パターンがそれぞれ出力端子
１３ｃ，１４ｃのパターンを中心に左右対称にハの字状
に構成されている。そして、磁気検出素子１３，１４
を、その感磁面１３ｂ，１４ｂが対向するように、永久
磁石４を挟んで配置する。

【００２６】次に、動作について説明する。永久磁石４
は、検出される回転変位と連動して磁気検出素子１３，
１４の間で回転する。永久磁石４の回転によって、磁気
検出素子１３，１４の感磁面１３ｂ，１４ｂを平行に横
切る磁束方向が変化し、この感磁面１３ｂ，１４ｂを横
切る磁束方向の変化に応じて磁気抵抗素子１３ａ，１４
ａの磁気抵抗パターンの抵抗値が変化し、永久磁石４の
回転角度に対応した電圧が出力される。なお、この場合
も、出力電圧は、磁気抵抗パターンの抵抗値に比例して
大きくなる。磁気検出素子１３，１４からの出力電圧
は、出力端子１３ｃ，１４ｃを介して外部に出力され
る。

【００２７】いま、図５において、永久磁石４を反時計
方向に回転したとすると、磁気検出素子１３から出力さ
れる出力電圧の波形は、図６（ａ）に示すような波形と
なり、また、磁気検出素子１４から出力される出力電圧
の波形は、図６（ｂ）に示すような波形となり、両方の
波形は、全く相似の関係にある。これは、永久磁石４の
Ｄカットがその磁気軸に対して平行対称になされている
ことによる。従って、実質的に１つの回転軸を用いて２
つの信号を同時に取り出すことができ、２重系出力が可
能になる。

【００２８】因に、永久磁石４のＤカットがその磁気軸
に対して平行対称になされていないと、磁気検出素子１
３から出力される出力電圧の波形と、磁気検出素子１４
から出力される出力電圧の波形は、相似でなくなり、両
方の信号を用いるには、もう１つ別の回転軸を設けて回
転変位検出装置を構成する必要があり、この場合、形状
が大きくなり、また、コスト的にも高価となる。なお、
このような２重系出力が可能な一対の磁気検出素子１
３，１４を図４に示すような構造の回転変位検出装置に
組み込むには、図示せずも、永久磁石４を挟んで磁気検
出素子１３，１４を配置するようにすればよい。

【００２９】このように、本実施の形態でも、実施の形
態１と同様の効果が得られると共に、さらに、本実施の
形態では、磁気軸に対して平行対称のＤカットを有する
永久磁石に両側に所定間隔で感磁面が対向するように一
対の磁気検出素子を配置したので、構成簡単且つ安価に
て２重系出力が可能になる。

【００３０】実施の形態３．上記実施の形態では、磁気
検出素子の抵抗変化を最大限に利用し、約±２５deg程
度の狭い回転角度範囲においても磁気検出素子から最大
の出力電圧を得ることができるよう永久磁石を所定形状
とするために、磁気軸に対して平行対称のＤカットを設
ける場合について説明したが、同様の機能が得られれ
ば、その他の形状でもよく、例えばＤカットの尖った部
分をアールを付けた小判形或いは同じ部分をさらに円滑
にした楕円形としてもよい。また、上記実施の形態で
は、磁気検出素子の磁気抵抗パターンは、出力パターン
を中心に左右対称にハの字状に構成された櫛歯状パター
ンの場合であったが、上記（１）式で説明したように、
回転検出角度範囲θに応じて永久磁石をその磁気軸に対
して平行対称にカットした部分間の寸法の設定の仕方に
よっては、その他の形状、例えば、直交する櫛歯状のパ
ターンでもよい。また、上記実施の形態では、磁気検出
素子として磁気抵抗素子を用いた場合について説明した
が、同様の機能が得られれば、その他の素子、例えばホ
ール素子を用いてもい。

【００３１】

【発明の効果】以上のように、請求項１記載の発明によ
れば、所定のパターンに形成された感磁面を有する磁気
検出素子と、この磁気検出素子の感磁面と対向し、且つ
検出される回転変位に連動して回転するように配置され
た円筒形の永久磁石とを備え、永久磁石に磁気軸を中心
に対向する所定形状のカット部を設けたので、狭い回転
角度範囲においても磁石回転角度と出力電圧値との間に
リニアな関係が得られと共に、磁気検出素子から最大の
出力電圧を得ることができ、磁気検出素子の抵抗変化を
最大限に利用でき、以て、後段の増幅器の増幅率を上げ
ることなく同様の出力特性を得ることができ、また、温
度特性等の悪影響を受けることがなくなり、精度の高い
回転変位検出が可能になるという効果がある。

【００３２】請求項２記載の発明によれば、所定のパタ
ーンに形成された感磁面を有し、この感磁面が相互に所
定間隔で対向するように配置された複数の磁気検出素子
と、これら複数の磁気検出素子の間にその感磁面と対向
し、且つ検出される回転変位に連動して回転するように
配置された円筒形の永久磁石とを備え、永久磁石に磁気
軸を中心に対向する所定形状のカット部を設けたので、
狭い回転角度範囲においても磁石回転角度と出力電圧値
との間にリニアな関係が得られと共に、磁気検出素子か
ら最大の出力電圧を得ることができ、磁気検出素子の抵
抗変化を最大限に利用でき、以て、後段の増幅器の増幅
率を上げることなく同様の出力特性を得ることができ、
また、温度特性等の悪影響を受けることがなくなり、精
度の高い回転変位検出が可能になり、しかも、構成簡単
且つ安価にて２重系出力が可能になるという効果があ
る。

【００３３】請求項３記載の発明によれば、請求項１ま
たは２の発明において、永久磁石の曲率面を磁極面と
し、この曲率面に対向するように磁気検出素子を配置し
たので、着磁方向が明らかとなり、回転変位基準位置決
めを容易に行うことができるという効果がある。

【００３４】請求項４記載の発明によれば、請求項１〜
３のいずれかの発明において、永久磁石に対向して設け
られている所定形状のカット部の間の寸法を、永久磁石
の円筒直径と任意の回転検出角度範囲の積を全回転検出
角度範囲で除した値に設定したので、狭い回転角度範囲
においても磁石回転角度と出力電圧値との間にリニアな
関係が得られと共に磁気検出素子から最大の出力電圧を
確実に得ることができ、磁気検出素子の抵抗変化を最大
限に利用できという効果がある。

【００３５】請求項５記載の発明によれば、請求項１〜
４のいずれかの発明において、永久磁石に設けられてい
る所定形状のカット部をＤカットとしたので、狭い回転
角度範囲においても磁石回転角度と出力電圧値との間に
リニアな関係が得られと共に磁気検出素子から最大の出
力電圧を確実に得ることができ、磁気検出素子の抵抗変
化を最大限により効果的に利用できるという効果があ
る。

【００３６】請求項６記載の発明によれば、請求項１〜
５のいずれかの発明において、磁気検出素子の感磁面は
櫛歯状パターンが左右対称にハの字状に構成されたパタ
ーンに形成されているので、磁気検出素子の出力電圧の
直線域を有効に利用できるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】 この発明の実施の形態１を模式的に示す平面
図である。

【図２】 この発明の実施の形態１の動作説明に供する
ための特性図である。

【図３】 この発明の実施の形態１の動作説明に供する
ための特性図である。

【図４】 この発明の実施の形態１に係る回転変位検出
装置の全体の構成を示す断面図である。

【図５】 この発明の実施の形態２を模式的に示す平面
図である。

【図６】 この発明の実施の形態２の動作説明に供する
ための特性図である。

【図７】 従来の回転変位検出装置を模式的に示す平面
図である。

【符号の説明】 ３，１３，１４ 磁気検出素子、３ａ，１３ａ，１４ａ
磁気抵抗素子（磁気抵抗パターン）、３ｂ，１３ｂ，
１４ｂ 感磁面、４ 円筒形の永久磁石。

フロントページの続き (72)発明者 福井 渉 東京都千代田区丸の内二丁目２番３号 三 菱電機株式会社内 (72)発明者 大橋 豊 東京都千代田区丸の内二丁目２番３号 三 菱電機株式会社内

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 所定のパターンに形成された感磁面を有
   する磁気検出素子と、 該磁気検出素子の感磁面と対向し、且つ検出される回転
   変位に連動して回転するように配置された円筒形の永久
   磁石とを備え、上記永久磁石に磁気軸を中心に対向する
   所定形状のカット部を設けたことを特徴とする回転変位
   検出装置。
2. 【請求項２】 所定のパターンに形成された感磁面を有
   し、該感磁面が相互に所定間隔で対向するように配置さ
   れた複数の磁気検出素子と、 該複数の磁気検出素子の間にその感磁面と対向し、且つ
   検出される回転変位に連動して回転するように配置され
   た円筒形の永久磁石とを備え、上記永久磁石に磁気軸を
   中心に対向する所定形状のカット部を設けたことを特徴
   とする回転変位検出装置。
3. 【請求項３】 上記永久磁石の曲率面を磁極面とし、該
   曲率面に対向するように上記磁気検出素子を配置したこ
   とを特徴とする請求項１または２記載の回転変位検出装
   置。
4. 【請求項４】 上記永久磁石に対向して設けられている
   所定形状のカット部の間の寸法を、上記永久磁石の円筒
   直径と任意の回転検出角度範囲の積を全回転検出角度範
   囲で除した値に設定したことを特徴とする請求項１〜３
   のいずれかに記載の回転変位検出装置。
5. 【請求項５】 上記永久磁石に設けられている所定形状
   のカット部をＤカットとしたことを特徴とする請求項１
   〜４のいずれかに記載の回転変位検出装置。
6. 【請求項６】 上記磁気検出素子の感磁面は櫛歯状パタ
   ーンが左右対称にハの字状に構成されたパターンに形成
   されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに
   記載の回転変位検出装置。