JPH09329462A - 検出装置 - Google Patents

検出装置

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JPH09329462A
JPH09329462A JP8147555A JP14755596A JPH09329462A JP H09329462 A JPH09329462 A JP H09329462A JP 8147555 A JP8147555 A JP 8147555A JP 14755596 A JP14755596 A JP 14755596A JP H09329462 A JPH09329462 A JP H09329462A
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Japan
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magnetic
detection device
magnetic field
giant magnetoresistive
magnetoresistive element
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JP8147555A
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English (en)
Inventor
Hideki Umemoto
英樹 梅元
Masahiro Yokoya
昌広 横谷
Naoki Hiraoka
直樹 平岡
Wataru Fukui
渉 福井
Yutaka Ohashi
豊 大橋
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Mitsubishi Electric Corp
Original Assignee
Mitsubishi Electric Corp
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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01DMEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01D5/00Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable
    • G01D5/12Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means
    • G01D5/14Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing the magnitude of a current or voltage
    • G01D5/142Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing the magnitude of a current or voltage using Hall-effect devices
    • G01D5/147Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing the magnitude of a current or voltage using Hall-effect devices influenced by the movement of a third element, the position of Hall device and the source of magnetic field being fixed in respect to each other
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01RMEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R33/00Arrangements or instruments for measuring magnetic variables
    • G01R33/02Measuring direction or magnitude of magnetic fields or magnetic flux
    • G01R33/06Measuring direction or magnitude of magnetic fields or magnetic flux using galvano-magnetic devices
    • G01R33/09Magnetoresistive devices
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01VGEOPHYSICS; GRAVITATIONAL MEASUREMENTS; DETECTING MASSES OR OBJECTS; TAGS
    • G01V3/00Electric or magnetic prospecting or detecting; Measuring magnetic field characteristics of the earth, e.g. declination, deviation
    • G01V3/08Electric or magnetic prospecting or detecting; Measuring magnetic field characteristics of the earth, e.g. declination, deviation operating with magnetic or electric fields produced or modified by objects or geological structures or by detecting devices

Abstract

(57)【要約】 【課題】 磁性体回転体移動体の所定の位置(角度)に
対応した正確な信号が得られ、外来ノイズの影響を受け
にくく、検出精度のよい信号が得られる検出装置を得
る。 【解決手段】 磁界を発生する磁石(4)と、磁石
(4)と所定の間隙を持って配置され、この磁石(4)
によって発生された磁界を変化させる磁性体回転体
(2)と、この磁性体回転体(2)で変化された磁界に
応じて抵抗値が変化する巨大磁気抵抗素子(10)とを
備え、巨大磁気抵抗素子(10)の感磁面の寸法L3
磁性体回転体(2)の凹凸の最小寸法L1、L2以下、即
ちL3≦L1かつL3≦L2となるように設定する。

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、磁性体移動体の
移動による磁界の変化を検出する検出装置に関し、特に
例えば内燃機関の回転情報を検出する場合等に用いて好
適な検出装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】一般に磁気抵抗素子(以下、MR素子と
いう)は、強磁性体(例えば、Ni−Fe、Ni−Co
等)薄膜の磁化方向と電流方向のなす角度によって抵抗
値が変化する素子である。このMR素子は、電流方向と
磁化方向とが直角に交わるときに抵抗値は最小になり、
0度すなわち電流方向と磁化方向とが同一あるいは全く
逆方向になるとき抵抗値が最大になる。この抵抗値の変
化をMR効果またはMR変化率と呼び、一般にNi−F
eで2〜3%、Ni−Coで5〜6%である。
【0003】図21は従来の検出装置を示す構成図であ
り、図21の(a)はその側面図、図21の(b)はそ
の斜視図である。この検出装置は、回転軸1と、少なく
とも1つ以上の凹凸を有し、回転軸1と同期して回転す
る磁性体回転体2と、この磁性体回転体2と所定の間隙
を持って配置されたMR素子3と、MR素子3に磁界を
与える磁石4とからなり、MR素子3は、磁気抵抗パタ
ーン3aと、薄膜面(感磁面)3bとを有する。そこ
で、磁性体回転体2が回転することでMR素子3の感磁
面3bの磁界が変化し、磁気抵抗パターン3aの抵抗値
が変化する。
【0004】図22は従来の検出装置の回路構成を概略
的に示すもので、定電流源に接続されたMR素子3は、
磁性体回転体2の凹凸に対応した電圧変化信号SVVを出
力する。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】ところで、従来の検出
装置で用いているMR素子は、強磁性体を薄膜にしたも
ので単層構造となっており、また、磁化の向きと電流の
向きとのなす角によって抵抗値が変化する、つまり、そ
の感磁面に異方性があり、また、一つのMR素子を用い
て磁界変化を検出しているため、MR素子の磁界変化が
小さい場合、MR素子の抵抗値変化も小さくなり電圧変
化も小さく、その状態で検出装置に外来ノイズが重畳す
ると元々の出力電圧変化量が小さいため、正確な信号を
得られなくなる可能性があり、結果として、外来ノイズ
の影響を受けやすく、正確に磁性体回転体の凹凸に対応
した信号を得られない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、磁性体移動体の所定の位置(角
度)に対応した正確な信号が得られ、外来ノイズの影響
を受けにくく、検出精度のよい信号が得られる検出装置
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
る検出装置は、磁界を発生する磁界発生手段と、磁界発
生手段と所定の間隙を持って配置され、この磁界発生手
段によって発生された磁界を変化させる磁界変化付与手
段と、この磁界変化付与手段で変化された磁界に応じて
抵抗値が変化する巨大磁気抵抗素子とを備え、巨大磁気
抵抗素子、磁界発生手段および磁界変化付与手段の相互
の形状または配置間隔を所定の関係に設定したものであ
る。
【0008】請求項2記載の発明に係る検出装置は、請
求項1の発明において、磁界変化付与手段を少なくとも
1つの凹凸を有する磁性体移動体で構成し、磁界発生手
段を磁石で構成したものである。
【0009】請求項3記載の発明に係る検出装置は、請
求項2の発明において、巨大磁気抵抗素子の感磁面の寸
法を磁性体移動体の凹凸の最小寸法以下に設定したもの
である。
【0010】請求項4記載の発明に係る検出装置は、請
求項2の発明において、磁石の寸法を磁性体移動体の凹
凸の最小寸法の5倍以下に設定したものである。
【0011】請求項5記載の発明に係る検出装置は、請
求項2の発明において、巨大磁気抵抗素子と磁石の間隔
を巨大磁気抵抗素子の感磁面の寸法の5倍以下に設定し
たものである。
【0012】請求項6記載の発明に係る検出装置は、請
求項2〜5のいずれかの発明において、巨大磁気抵抗素
子を少なくとも1辺に用いたブリッジ回路と、このブリ
ッジ回路の出力を信号処理する信号処理手段とを備え、
磁性体移動体の凹凸部のエッジを検出するようにしたも
のである。
【0013】請求項7記載の発明に係る検出装置は、請
求項2〜6のいずれかの発明において、磁性体移動体
は、回転軸に同期して回転する磁性体回転体であるもの
である。
【0014】請求項8記載の発明に係る検出装置は、請
求項7の発明において、少なくとも巨大磁気抵抗素子を
含む検出装置本体を備え、磁性体回転体を内燃機関のク
ランク軸またはカム軸に装着し、磁性体回転体が巨大磁
気抵抗素子に対向するように検出装置本体を内燃機関の
近傍に配置したものである。
【0015】請求項9記載の発明に係る検出装置は、請
求項8の発明において、磁性体回転体に対して検出装置
本体を回転軸方向に配置したものである。
【0016】請求項10記載の発明に係る検出装置は、
請求項9の発明において、検出装置本体は、少なくとも
巨大磁気抵抗素子を内蔵するハウジングを備え、磁性体
回転体を、ハウジングの側面に形成された空間部にこの
磁性体回転体の少なくとも周辺部が巨大磁気抵抗素子と
対向して位置するように配置したものである。
【0017】
【発明の実施の形態】以下、この発明に係る検出装置の
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を示す構
成図であり、図1の(a)はその側面図、図1の(b)
はその斜視図である。この検出装置は、回転軸1と、少
なくとも1つ以上の凹凸を具備し、回転軸1と同期して
回転する磁界変化付与手段としての磁性体回転体2と、
この磁性体回転体2と所定の間隙を持って配置された巨
大磁気抵抗素子(以下、GMR素子と云う)10と、G
MR素子10に磁界を与える磁界発生手段としての磁石
4とからなり、GMR素子10は、感磁パターンとして
の磁気抵抗パターン10aと、薄膜面(感磁面)10b
とを有する。そこで、磁性体回転体2が回転することで
GMR素子10の感磁面10bの磁界が変化し、磁気抵
抗パターン10aの抵抗値が変化する。
【0018】ここで、GMR素子10は、例えば日本応
用磁気学会誌Vol.15,No.51991,p813〜821の「人工格子
の磁気抵抗効果」と題する論文に記載されている数オン
グストロームから数十オングストロームの厚さの磁性層
と非磁性層とを交互に積層させた積層体、いわゆる人工
格子膜であり、(Fe/Cr)n、(パーマロイ/Cu
/Co/Cu)n、(Co/Cu)nが知られており、
これは、上述のMR素子と比較して格段に大きなMR効
果(MR変化率)を有すると共に、隣り合った磁性層の
磁化の向きの相対角度にのみ依存するので、外部磁界の
向きが電流に対してどのような角度差をもっていても同
じ抵抗値の変化が得られるいわゆる面内感磁の素子であ
る。
【0019】そこで、磁界の変化を検出するためにGM
R素子10で実質的に感磁面を形成し、その感磁面の各
端に電極を形成してブリッジ回路を形成し、このブリッ
ジ回路の対向する2つの電極間に定電圧、定電流の電源
を接続し、GMR素子10の抵抗値変化を電圧変化に変
換して、このGMR素子10に作用している磁界変化を
検出することが考えられる。
【0020】図2は上述のGMR素子を用いた検出装置
を示すブロック図である。この検出装置は、磁性体回転
体2と所定の間隙を持って配置され、磁石4より磁界が
与えられるGMR素子を用いたホイートストンブリッジ
回路11と、このホイートストンブリッジ回路11の出
力を増幅する差動増幅回路12と、この差動増幅回路1
2の出力を基準値と比較して“O”または“1”の信号
を出力する比較回路13と、この比較回路13の出力を
更に波形整形して立ち上がり、立ち下がりの急峻な
“O”または“1”の信号を出力端子15に出力する波
形整形回路14とを備える。差動増幅回路12、比較回
路13および波形整形回路14は信号処理手段を構成す
る。
【0021】図3は図2のブロック図の具体的回路構成
の一例を示す図である。ホイートストンブリッジ回路1
1は、例えば各辺にそれぞれGMR素子10A,10
B,10Cおよび10Dを有し、GMR素子10Aと1
0Cの各一端は共通接続され、接続点16を介して電源
端子Vccに接続され、GMR素子10Bと10Dの各一
端は共通接続され、接続点17を介して接地され、GM
R素子10Aと10Bの各他端は接続点18に接続さ
れ、GMR素子10Cと10Dの各他端は接続点19に
接続される。
【0022】そして、ホイートストンブリッジ回路11
の接続点18が抵抗器を介して差動増幅回路12のアン
プ12aの反転入力端子に接続され、接続点19が抵抗
器を介してアンプ12aの非反転入力端子に接続される
と共に更に抵抗器を介して基準電源を構成する分圧回路
に接続される。更に、アンプ12aの出力端子は、比較
回路13の反転入力端子に接続され、比較回路13の非
反転入力端子は基準電源を構成する分圧回路に接続され
ると共に抵抗器を介して自己の出力端子に接続される。
そして、比較回路13の出力側が波形整形回路14のト
ランジスタ14aのベースに接続され、そのコレクタは
出力端子15に接続されると共に抵抗器を介して電源端
子Vccに接続され、そのエミッタは接地される。図4は
上述のホイートストンブリッジ回路11を構成するGM
R素子10A,10B,10Cおよび10Dを基板20
の上に配置した状態を模式的に示す図である。
【0023】次に、動作について、図5を参照して説明
する。磁性体回転体2が回転することで、図5の(a)
に示すその凹凸に対応して、ホイートストンブリッジ回
路11を構成するGMR素子10Aと10Dには同じ磁
界変化が与えられ、GMR素子10Bと10CにはGM
R素子10A、10Dとは異なる磁界変化が与えられる
ようになる。この結果、磁性体回転体2の凹凸に対応し
てGMR素子10A、10Dと10B、10Cの感磁面
に磁界の変化が発生し、つまり、実質的に一つのGMR
素子の磁界変化の4倍の磁界変化を得られ、その抵抗値
も同様に変化して、GMR素子10A、10Dと10
B、10Cの抵抗値の最大、最少となる位置が逆とな
り、ホイートストンブリッジ回路の接続点18、19の
中点電圧も、同様に変化する。
【0024】そして、この中点電圧の差が差動増幅回路
12により増幅され、その出力側には、図5の(b)に
実線bで示すような、図5の(a)に示す磁性体回転体
2の凹凸に対応した出力VDO、つまり、実質的に一つの
GMR素子の4倍の出力が得られる。この差動増幅回路
12の出力VDOは比較回路13で基準値と比較されて
“O”または“1”の信号に変換され、この信号は更に
波形整形回路14で波形整形され、この結果、その出力
側即ち出力端子15には図5の(c)に示すようにその
立ち上がり、立ち下がりの急峻な“O”または“1”の
出力が得られる。
【0025】かくして、中点電圧の電圧変化の差動を増
幅することで各GMR素子の磁界変化を有効に利用で
き、一つのGMR素子の磁界変化の4倍の磁界変化を得
られる。すなわち、ブリッジ回路構成とすることで磁性
体回転体2の回転による磁界変化を安定して大きな抵抗
値変化量に変換することが可能になる。よって、差動増
幅回路12の出力も大きくなり、比較回路13におけ
る”0”または”1”の信号に波形整形する判定レベル
に対する余裕度が増すことになり、外来ノイズに対して
も強くなり、常に安定した信号を得ることができる。
【0026】さて、 ここで、図6に示すように、GM
R素子10の感磁面の寸法L3と磁性体回転体2の凹凸
部の寸法L1、L2を、L3≦L1かつL3≦L2となるよう
に設定することで、磁性体回転体2の凹凸部に対応した
磁界の変化をGMR素子10にて効率良く検出可能とな
り、安定して精度良い信号を得ることができるようにな
る。図7は一例として、GMR素子10の感磁面の寸法
3と磁性体回転体2の凹凸部の寸法L1、L2に対して
4つの条件での磁性体回転体2が回転した時の、図3に
示したブリッジ回路を構成している例えばGMR素子1
0Aと10Bの抵抗値変化を示したものである。
【0027】ここで、磁性体回転体2の凹凸を効果的に
検出するには、GMR素子10Aおよび10Bの抵抗値
変化量が大きく、かつ、GMR素子10Aの抵抗値が最
大の時GMR素子10Bの抵抗値が最小、逆に、GMR
素子10Aの抵抗値が最小の時GMR素子10Bの抵抗
値が最大となる構成が最も効率的に検出できる。図7か
らも明らかなように、上記条件L3≦L1かつL3≦L2
満足している構成で効率良く検出できている。
【0028】そのなかで、図7の(a)に示すL3=L1
/2かつL3=L2/2では抵抗値の変化量は大きいが波
形が対称ではない。逆に、図7の(b)に示すL3=L1
・(2/3)かつL3=L2・(2/3)の時が波形が対
称であり、抵抗値変化量も大きい。また、図7の(c)
に示すL3=L1かつL3=L2では波形は対称であるが抵
抗値の変化量が小さく、図7の(d)に示すL3>L1
つL3>L2では波形が非対称で、かつ抵抗値の変化量も
小さい。このように、上記条件の中に最適値(図7の
(b)の場合)が存在するので、GMR素子の感磁面の
寸法を磁性体回転体の凹凸に対応した最適値に設定すれ
ばさらに効果的に検出できるようになる。なお、ここで
は、GMR素子でホイートストンブリッジ回路を構成す
るとしたが、同様のブリッジ回路構成であれば同じ効果
を得ることができる。
【0029】このように、本実施の形態では、GMR素
子の感磁面寸法を磁性体回転体の凹凸に対応した最適な
値に設定することで、効率良く磁界の変化を検出でき、
安定して精度良い信号を得ることができる。さらに、G
MR素子でブリッジ回路を構成して磁性体回転体の凹凸
部のエッジを検出できるので、さらに安定して精度良く
信号を得ることができる。
【0030】実施の形態2.図8は、この発明の実施の
形態2を示す構成図である。図において、図6と対応す
る部分には同一符号を付し、その詳細説明を省略する。
なお、本実施例において、全体の構造、その回路構成の
ブロック図、その回路図およびホイートストンブリッジ
回路を構成する各GMR素子の基板上での配置状態は、
上記実施の形態1と同様であるので、その記載を省略す
る。効率良く磁界の変化を検出でき、安定して精度良い
信号を得るために、上記実施の形態1では、GMR素子
の感磁面の寸法と磁性体回転体の凹凸部の寸法の関係を
規定した場合であったが、本実施の形態では、磁性体回
転体の凹凸部と磁石の寸法の関係を規定するものであ
る。
【0031】すなわち、磁石の寸法L4≦5L1かつL4
≦5L2に設定すれば、効率良く磁性体回転体の凹凸が
検出可能となる。図9は一例として、磁石の寸法L4
磁性体回転体2の凹凸部の寸法L1、L2に対して2つの
条件での磁性体回転体2が回転した時の、図3に示した
ブリッジ回路を構成している例えばGMR素子10Aと
10Bの抵抗値変化を示したものである。
【0032】この場合も、磁性体回転体2の凹凸を効果
的に検出するには、GMR素子10Aおよび10Bの抵
抗値変化量が大きく、かつ、GMR素子10Aの抵抗値
が最大の時GMR素子10Bの抵抗値が最小、逆に、G
MR素子10Aの抵抗値が最小の時GMR素子10Bの
抵抗値が最大となる構成が最も効率的に検出できる。図
9からも明らかなように、上記条件L4≦5L1かつL4
≦5L2を満足している構成で効率良く検出できてい
る。
【0033】そのなかで、図9の(a)に示すL4≦5
1かつL4≦5L2の時が波形が対称であり、抵抗値変
化量も大きい。逆に、図9の(b)に示すL4>5L1
つL4>5L2では波形は対称であるが抵抗値の変化量が
小さい。このように、上記条件の中に最適値(図9の
(a)の場合)が存在するので、磁石の寸法を磁性体回
転体の凹凸に対応した最適値に設定すればさらに効果的
に検出できるようになる。なお、ここでは、GMR素子
でホイートストンブリッジ回路を構成するとしたが、同
様のブリッジ回路構成であれば同じ効果を得ることがで
きる。
【0034】このように、本実施の形態では、磁石の寸
法を磁性体回転体の凹凸に対応した最適な値に設定する
ことで、効率良く磁界の変化を検出でき、安定して精度
良い信号を得ることができる。さらに、GMR素子でブ
リッジ回路を構成して磁性体回転体の凹凸部のエッジを
検出できるので、さらに安定して精度良く信号を得るこ
とができる。
【0035】実施の形態3.図10は、この発明の実施
の形態3を示す構成図である。図において、図6と対応
する部分には同一符号を付し、その詳細説明を省略す
る。なお、本実施例においても、全体の構造、その回路
構成のブロック図、その回路図およびホイートストンブ
リッジ回路を構成する各GMR素子の基板上での配置状
態は、上記実施の形態1と同様であるので、その記載を
省略する。効率良く磁界の変化を検出でき、安定して精
度良い信号を得るために、上記実施の形態1および2で
は、GMR素子の感磁面の寸法と磁性体回転体の凹凸部
の寸法の関係或いは磁性体回転体の凹凸部と磁石の寸法
の関係を規定した場合であったが、本実施の形態では、
GMR素子の感磁面と磁石の配置間隔の関係を規定する
ものである。
【0036】すなわち、GMR素子の感磁面と磁石の配
置間隔L5についてL5≦5L3に設定すれば、効率良く
回転体の凹凸が検出可能となる。図11は一例として、
GMR素子10の感磁面の寸法L3とGMR素子10の
感磁面と磁石の配置間隔L5に対して3つの条件での磁
性体回転体2が回転した時の、図3に示したブリッジ回
路を構成している例えばGMR素子10Aと10Bの抵
抗値変化を示したものである。
【0037】この場合も、磁性体回転体2の凹凸を効果
的に検出するには、GMR素子10Aおよび10Bの抵
抗値変化量が大きく、かつ、GMR素子10Aの抵抗値
が最大の時GMR素子10Bの抵抗値が最小、逆に、G
MR素子10Aの抵抗値が最小の時GMR素子10Bの
抵抗値が最大となる構成が最も効率的に検出できる。図
11の(a)からも明らかなように、上記条件L5≦5
3を満足している構成で効率良く検出できている。
【0038】そのなかで、図11の(b)に示すL5
3では抵抗値の変化量は大きいが波形が対称ではな
い。逆に、図11の(c)に示すL5=2L3の時が波形
が対称であり、抵抗値変化量も大きい。また、図11の
(d)に示すL5=3L3では抵抗値の変化量は大きいが
波形が対称ではない。このように、上記条件の中に最適
値(図11の(c)の場合)が存在するので、条件L5
≦5L3の範囲でGMR素子の感磁面と磁石の配置間隔
の関係を最適値に設定すればさらに効果的に検出できる
ようになる。なお、ここでは、GMR素子でホイートス
トンブリッジ回路を構成するとしたが、同様のブリッジ
回路構成であれば同じ効果を得ることができる。
【0039】このように、本実施の形態では、GMR素
子の感磁面と磁石の配置間隔の関係を最適な値に設定す
ることで、効率良く磁界の変化を検出でき、安定して精
度良い信号を得ることができる。さらに、GMR素子で
ブリッジ回路を構成して磁性体回転体の凹凸部のエッジ
を検出できるので、さらに安定して精度良く信号を得る
ことができる。
【0040】実施の形態4.図12〜図15は、本装置
を一例として内燃機関に適用した場合のこの発明の実施
の形態4を示すもので、図12はその全体を示す構成
図、図13は検出装置本体と磁性体回転体の配置関係を
示す斜視図、図14は検出装置本体を示す斜視図、図1
5はその内部構成図である。図において、検出装置本体
50が内燃機関60に近傍に設けられ、そのクランク軸
やカム軸等を利用した回転軸51にシグナルプレートと
しての少なくとも1つ以上の凹凸を具備する上述の磁性
体回転体2相当の磁性体回転体52がこれと同期して回
転するように設けられる。また、コントロールユニット
61が検出装置本体50の回路部に接続されると共に、
内燃機関60の吸気管62内に設けられたスロットル弁
63に接続される。
【0041】検出装置本体50は、磁性体回転体52に
対して検出装置本体50内のGMR素子の感磁面が対向
するように、内燃機関60の近傍に配置される。検出装
置本体50は、図14に示すように、樹脂または非磁性
体からなるハウジング53および取付け部54を備え、
ハウジング53の底部より入出力用のリード線を用いた
電源端子、グランド端子、出力端子等の端子55が取り
出される。ハウジング53の内部には、図15に示すよ
うに、図3で説明したような回路が配置された基板56
が設けられ、この基板56の一部に例えばそれぞれ上述
のGMR素子10および磁石4相当のGMR素子57お
よび磁石58が搭載される。
【0042】次に、動作について説明する。いま、内燃
機関60の起動により回転軸51の回転に同期して磁性
体回転体52が回転すると、その凹凸に対応して、検出
装置本体50内のGMR素子57の感磁面の磁界が変化
し、その抵抗値も同様に変化する。そして、GMR素子
57等で構成されるホイートストンブリッジ回路の中点
電圧の差が差動増幅回路により増幅され、その出力が比
較回路で基準値と比較されて“O”または“1”の信号
に変換され、この信号は更に波形整形回路で波形整形さ
れ、“O”または“1”の信号としてコントロールユニ
ット61に供給される。これにより、コントロールユニ
ット61は、内燃機関60の各気筒に対応したクランク
軸やカム軸の回転角度や回転数等を知ることができる。
そして、コントロールユニット61は、検出装置の出
力、即ち“O”または“1”の信号や、スロットル弁6
3からの開度情報等に基づいて制御信号を形成し、この
制御信号により図示しない点火プラグの点火タイミング
や燃料噴射弁の噴射タイミング等を制御する。
【0043】なお、上述の例では、検出装置本体50に
対する入出力用の端子55としてリード線を用いる場合
であるが、図16に示すように、ハウジング53に対し
て着脱可能なコネクタ59を用いてもよい。この場合、
端子55はコネクタ59に組み込まれ、このコネクタ5
9がハウジング53側に差し込まれると、端子55が基
板56の回路部と接続されることになる。これにより、
取り扱いが容易で、構造的にも簡単となり、また、装置
の組み込みも容易となる。
【0044】このように、本実施の形態では、小型で安
価な検出装置を用いて内燃機関のクランク軸やカム軸の
回転角度(回転数)を精度よく検出でき、細かい制御が
可能となり、また、内燃機関への搭載性を向上でき、取
り付けが容易で、スペース的にも有利である。
【0045】実施の形態5.図17は、この発明の実施
の形態5を示すもので、図17の(a)は検出装置本体
と磁性体回転体の配置関係を示す斜視図、図17の
(b)はその側面図である。図において、図13と対応
する部分には同一符号を付し、その詳細説明を省略す
る。上述の各実施の形態では、検出装置本体を回転軸に
対して垂直方向に設ける場合であったが、本実施の形態
では、検出装置本体を回転軸に対して同軸方向に設ける
ものである。即ち、図17の(a)に示すように、回転
軸51に対して検出装置本体50を同軸方向に設け、図
17の(b)に示すように、磁性体回転体52の凹凸部
52aが検出装置本体50のGMR素子の感磁面に対向
するように配置する。
【0046】かくして、本実施の形態でも、上記実施の
形態4と同様の効果が得られると共に、更に、本実施の
形態では、検出装置本体を回転軸方向に配置できるの
で、実質的に回転軸のスペースを共用でき、半径方向に
装置の形状が大きくならず、小型化を更に向上できる。
【0047】実施の形態6.図18および図19は、こ
の発明の実施の形態6を示すもので、図18はその側断
面図、図19は検出装置本体の概略図である。図におい
て、図13および図15と対応する部分には同一符号を
付し、その詳細説明を省略する。上述の各実施の形態で
は、検出装置本体のGMR素子と磁性体回転体が所定の
間隙を持って離れた状態で配置される場合であったが、
本実施の形態では、検出装置本体のGMR素子と磁石の
間に磁性体回転体を所定の間隙を持って挟み込むように
配置するものである。
【0048】検出装置本体50Aは、例えば樹脂または
非磁性体からなるハウジング70と、このハウジング7
0内の空洞部70aに設けられた上述のGMR素子10
相当のGMR素子57等を保護するためのカバー71
と、取付け部74とを備え、ハウジング70内の空洞部
70aには図3で説明したような回路が配置された基板
(図示せず)が設けられ、この基板の一部にGMR素子
57が搭載される。GMR素子57にはターミナル72
が電気的に接続され、このターミナル72が検出装置本
体50Aの内部を通って底部まで延在し、これにに入出
力用のリード線を用いた電源端子、グランド端子、出力
端子等の端子73が接続されて外部に取り出される。ま
た、ハウジング70の側面の空間部70bの下側に空洞
部70a内のGMR素子57の感磁面と対向して磁石5
8が設けられ、これらGMR素子57と磁石58の間
を、回転軸51と同期して回転する磁性体回転体52の
少なくともその凹凸部が通るように、磁性体回転体52
が配置される。
【0049】このような構成とすることにより、磁石5
8、磁性体回転体52およびGMR素子57を通る磁路
が実質的に形成され、GMR素子57と磁石58の間
に、磁性体回転体52の凹部が位置する状態では、磁石
58からの磁界がGMR素子57の感磁面にそのまま与
えられ、一方、磁性体回転体52の凸部が位置する状態
では、磁石58からの磁界が磁性体回転体52の方に流
れて実質的にGMR素子57の感磁面に与えられない。
つまり、このことは、実質的に磁性体回転体52の少な
くとも一部が磁石で構成されているのと同様の状態とな
り、従って、この場合も、パワーオン機能が得られるこ
とになる。
【0050】なお、上述の例では、ハウジング70の側
面の空間部70bの下側に空洞部70a内のGMR素子
57の感磁面と対向して磁石58を設けた場合である
が、図20に示すように、空間部70bの下側と磁石5
8の間にコア75を設け、磁気回路を構成するようにし
てもよい。これにより、磁石58−磁性体回転体52−
GMR素子57−磁性体回転体52−コア75−磁石5
8の閉磁路が実質的に形成され、更に確実な磁気回路が
確立され、検出性が向上する。
【0051】かくして、本実施の形態でも、上記実施の
形態4と同様の効果が得られると共に、更に、本実施の
形態では、GMR素子と磁石の間の磁性体回転体の位置
決めを考慮する必要があるも、パワーオン機能が得られ
る。
【0052】実施の形態7.なお、上述した各実施の形
態では、磁界変化付与手段としての磁性体移動体が、回
転軸に同期して回転する磁性体回転体の場合について説
明したが、直線変位する磁性体移動体についても同様に
適用でき、同様の効果を奏する。この場合、例えば内燃
機関におけるEGRバルブの弁開度の検出等への適用が
考えられる。
【0053】
【発明の効果】以上のように、請求項1記載の発明によ
れば、磁界を発生する磁界発生手段と、磁界発生手段と
所定の間隙を持って配置され、この磁界発生手段によっ
て発生された磁界を変化させる磁界変化付与手段と、こ
の磁界変化付与手段で変化された磁界に応じて抵抗値が
変化する巨大磁気抵抗素子とを備え、巨大磁気抵抗素
子、磁界発生手段および磁界変化付与手段の相互の形状
または配置間隔を所定の関係に設定したので、効率良く
磁界の変化を検出でき、安定して精度良い信号を得るこ
とができ、検出精度を向上できるという効果がある。
【0054】請求項2記載の発明によれば、請求項1の
発明において、磁界変化付与手段を少なくとも1つの凹
凸を有する磁性体移動体で構成し、磁界発生手段を磁石
で構成したので、小さな凹凸の検出まで対応可能とな
り、検出装置の小型化、低廉化と共に、検出精度を向上
できるという効果がある。
【0055】請求項3記載の発明によれば、請求項2の
発明において、巨大磁気抵抗素子の感磁面の寸法を磁性
体移動体の凹凸の最小寸法以下に設定したので、効率良
く磁界の変化を検出でき、安定して精度良い信号を得る
ことができ、より検出精度を向上できるという効果があ
る。
【0056】請求項4記載の発明によれば、請求項2の
発明において、磁石の寸法を磁性体移動体の凹凸の最小
寸法の5倍以下に設定したので、効率良く磁界の変化を
検出でき、安定して精度良い信号を得ることができ、よ
り検出精度を向上できるという効果がある。
【0057】請求項5記載の発明によれば、請求項2の
発明において、巨大磁気抵抗素子と磁石の間隔を巨大磁
気抵抗素子の感磁面の寸法の5倍以下に設定したので、
効率良く磁界の変化を検出でき、安定して精度良い信号
を得ることができ、より検出精度を向上できるという効
果がある。
【0058】請求項6記載の発明によれば、請求項2〜
5のいずれかの発明において、巨大磁気抵抗素子を少な
くとも1辺に用いたブリッジ回路と、このブリッジ回路
の出力を信号処理する信号処理手段とを備え、磁性体移
動体の凹凸部のエッジを検出するようにしたので、さら
に安定して精度良く信号を得ることができ、より検出精
度を向上でき、しかも、巨大磁気抵抗素子の感磁面に異
方性がなく、磁界変化を安定して検出可能となり、巨大
磁気抵抗素子の抵抗変化量も安定して大きくなるため、
信号処理手段の出力も大きくなり、この信号処理手段に
おける”0”または”1”の信号に変換する際の判定レ
ベルに対する余裕度が増すことになり、外来ノイズに対
しても強くなり、安定した信号を得ることができるとい
う効果がある。
【0059】請求項7記載の発明によれば、請求項2〜
6のいずれかの発明において、磁性体移動体は、回転軸
に同期して回転する磁性体回転体であるので、磁性体回
転体の回転による磁界の変化を確実に検出できるという
効果がある。
【0060】請求項8記載の発明によれば、請求項7の
発明において、少なくとも巨大磁気抵抗素子を含む検出
装置本体を備え、回転体を内燃機関のクランク軸または
カム軸に装着し、回転体が巨大磁気抵抗素子に対向する
ように検出装置本体を内燃機関の近傍に配置したので、
小型で安価な検出装置を用いて内燃機関のクランク軸や
カム軸の回転角度(回転数)を精度よく検出でき、細か
い制御が可能となり、また、内燃機関への搭載性を向上
でき、取り付けが容易で、スペース的にも有利で、装置
のコンパクト化が可能になるという効果がある。
【0061】請求項9記載の発明によれば、請求項8の
発明において、回転体に対して検出装置本体を回転軸方
向に配置したので、実質的に回転軸のスペースを共用で
き、半径方向に装置の形状が大きくならず、小型化を更
に促進できるという効果がある。
【0062】請求項10記載の発明によれば、請求項9
の発明において、検出装置本体は、少なくとも巨大磁気
抵抗素子を内蔵するハウジングを備え、回転体を、ハウ
ジングの側面に形成された空間部にこの回転体の少なく
とも周辺部が巨大磁気抵抗素子と対向して位置するよう
に配置したので、回転体と巨大磁気抵抗素子を通る磁路
が実質的に形成され、回転体の少なくとも一部が磁石で
構成されているのと同様の状態となり、以て、検出装置
に電源が供給された瞬間から回転体の回転角度に対応し
た出力を正確に得ることが可能となり、パワーオン機能
が得られるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】 この発明に係る検出装置の実施の形態1を示
す構成図である。
【図2】 この発明に係る検出装置の実施の形態1の回
路構成を示すブロック図である。
【図3】 図2の具体的回路構成の一例を示す回路図で
ある。
【図4】 図3のホイートストンブリッジ回路を構成す
る4つのGMR素子を基板の上に配置した状態を模式的
に示す図である。
【図5】 図3の動作説明に供するための波形図であ
る。
【図6】 この発明に係る検出装置の実施の形態1の要
旨を示す構成図である。
【図7】 この発明に係る検出装置の実施の形態1の要
旨を説明するための特性図である。
【図8】 この発明に係る検出装置の実施の形態2の要
旨を示す構成図である。
【図9】 この発明に係る検出装置の実施の形態2の要
旨を説明するための特性図である。
【図10】 この発明に係る検出装置の実施の形態3の
要旨を示す構成図である。
【図11】 この発明に係る検出装置の実施の形態3の
要旨を説明するための特性図である。この発明に係る検
出装置の実施の形態2を示す構成図である。
【図12】 この発明に係る検出装置の実施の形態4を
示す構成図である。
【図13】 この発明に係る検出装置の実施の形態4に
おける検出装置本体と磁性体回転体の配置関係を示す斜
視図である。
【図14】 この発明に係る検出装置の実施の形態4に
おける検出装置本体を示す斜視図である。
【図15】 この発明に係る検出装置の実施の形態4に
おける検出装置本体の内部構成図である。
【図16】 この発明に係る検出装置の実施の形態4に
おける検出装置本体の他の例を示す側断面図である。
【図17】 この発明に係る検出装置の実施の形態5を
示す構成図である。
【図18】 この発明に係る検出装置の実施の形態6を
示す側断面図である。
【図19】 この発明に係る検出装置の実施の形態6に
おける検出装置本体を示す斜視図である。
【図20】 この発明に係る検出装置の実施の形態6に
おける他の例をを示す側断面図である。
【図21】 従来の検出装置を示す構成図である。
【図22】 従来の検出装置の回路構成を概略的に示す
である。
【符号の説明】
1,51 回転軸、2,52,52A 磁性体回転体、
4 磁石、10,10A〜10D GMR素子、11
ホイートストンブリッジ回路、12 差動増幅回路、1
3 比較回路、14 波形整形回路、50,50A,5
0B 検出装置本体、53 ハウジング。
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 (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 磁界を発生する磁界発生手段と、 上記磁界発生手段と所定の間隙を持って配置され、該磁
    界発生手段によって発生された磁界を変化させる磁界変
    化付与手段と、 該磁界変化付与手段で変化された磁界に応じて抵抗値が
    変化する巨大磁気抵抗素子とを備え、上記巨大磁気抵抗
    素子、上記磁界発生手段および上記磁界変化付与手段の
    相互の形状または配置間隔を所定の関係に設定したこと
    を特徴とする検出装置。
  2. 【請求項2】 上記磁界変化付与手段を少なくとも1つ
    の凹凸を有する磁性体移動体で構成し、上記磁界発生手
    段を磁石で構成したことを特徴とする請求項1記載の検
    出装置。
  3. 【請求項3】 上記巨大磁気抵抗素子の感磁面の寸法を
    上記磁性体移動体の凹凸の最小寸法以下に設定したこと
    を特徴とする請求項2記載の検出装置。
  4. 【請求項4】 上記磁石の寸法を上記磁性体移動体の凹
    凸の最小寸法の5倍以下に設定したことを特徴とする請
    求項2記載の検出装置。
  5. 【請求項5】 上記巨大磁気抵抗素子と上記磁石の間隔
    を上記巨大磁気抵抗素子の感磁面の寸法の5倍以下に設
    定したことを特徴とする請求項2記載の検出装置。
  6. 【請求項6】 上記巨大磁気抵抗素子を少なくとも1辺
    に用いたブリッジ回路と、該ブリッジ回路の出力を信号
    処理する信号処理手段とを備え、上記磁性体移動体の凹
    凸部のエッジを検出するようにしたことを特徴とする請
    求項2〜5のいずれかに記載の検出装置。
  7. 【請求項7】上記磁性体移動体は、回転軸に同期して回
    転する磁性体回転体であることを特徴とする請求項2〜
    6のいずれかに記載の検出装置。
  8. 【請求項8】 少なくとも上記巨大磁気抵抗素子を含む
    検出装置本体を備え、上記磁性体回転体を内燃機関のク
    ランク軸またはカム軸に装着し、上記磁性体回転体が上
    記巨大磁気抵抗素子に対向するように上記検出装置本体
    を上記内燃機関の近傍に配置したことを特徴とする請求
    項7記載の検出装置。
  9. 【請求項9】 上記磁性体回転体に対して上記検出装置
    本体を回転軸方向に配置したことを特徴とする請求項8
    記載の検出装置。
  10. 【請求項10】 上記検出装置本体は、少なくとも上記
    巨大磁気抵抗素子を内蔵するハウジングを備え、上記磁
    性体回転体を、上記ハウジングの側面に形成された空間
    部に該磁性体回転体の少なくとも周辺部が上記巨大磁気
    抵抗素子と対向して位置するように配置したことを特徴
    とする請求項9記載の検出装置。
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