JPH095016A - 磁気センサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 劣悪な環境下でも十分な信頼性をもって使用
可能で、しかも、構造が単純で製造容易な磁気センサを
提供する。 【構成】 ベース部材１の一面上に、磁石２と感磁素子
３とを設ける。また、検出部１ａを、検出対象物たるロ
ータ５の歯部５ａに近接して配置する。ロータ５の回転
に伴って、検出部１ａと歯部５ａとの間隔が変化する。
両者が接近しているときには、磁石２から出た磁力線
は、ロータ５を経由してベース部材１に入る。一方、両
者が離れているときには、磁石２から出た磁力線は、ロ
ータ５を通ることなくベース部材１へ入る。従って、感
磁素子３によって磁力線の様子を測定することでロータ
５の回転状態などを検出できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、回転センサ（例えば、
自動車の車輪等の回転を検出する車輪速センサ、エンジ
ン回転を検出するクランク角センサ）、ブレーキ力等を
測定する力センサに使用される磁気センサに関するもの
である。

【０００２】

【従来の技術】回転センサ等に用いられる磁気センサに
は、所定の磁気回路における磁束の密度をロータ等によ
って変化させ、この変化を感磁手段によって検出するこ
とで物体の回転状況を検出するようにしたものがある。

【０００３】例えば、特開平４−１８４１８７号公報に
は、１個の永久磁石に対し並列に２個の磁気回路を設け
た移動状態検出器が開示されている。

【０００４】この移動状態検出器は、図５（ａ）に示す
ように、永久磁石１０１に対し、二つの磁気回路（磁気
回路Ａ，Ｂ）を並列に配置した構成となっている。

【０００５】磁気回路Ａは、永久磁石１０１とヨーク１
０２とを含んで構成されている。ヨーク１０２には、こ
のヨーク１０２を通る磁束の密度を検出するための感磁
手段たる検出コイル１０３が巻き付けられている。

【０００６】磁気回路Ｂは、永久磁石１０１と、ヨーク
１０４と、ヨーク１０２の一部とを含んで構成されてい
る。この磁気回路Ｂは、永久磁石１０１およびヨーク１
０２の部分を、磁気回路Ａと共有していることになる。
ヨーク１０４は、途中中断されて、空隙１０５が形成さ
れている。この空隙１０５が存在することで、この磁気
回路Ｂの磁気抵抗は、磁気回路Ａのそれよりも大きくな
っている。従って、通常は、永久磁石１０１を通過する
磁力線１０６の大部分は、磁気回路Ａを通っている。

【０００７】図５（ｂ）に示すように、強磁性体よりな
る移動体１０７が磁気回路Ｂに近接し空隙１０５に進入
すると、磁気回路Ｂの磁気抵抗は減少する。そのため、
ヨーク１０４を通る磁束が増加し、これに伴ってヨーク
１０２を通る磁束が減少する。従って、この磁束の変化
に起因して検出コイル１０３に誘起される電圧を検出す
ることで、移動体の近接を検出することができる。

【０００８】移動体１０７が空隙１０５に進入していな
いときの磁気回路Ｂの磁気抵抗を磁気回路Ａの磁気抵抗
より大きくし、一方、進入した際は逆にはるかに小さく
なるよう各ヨークの形状、材質及び空隙の形状を設計し
ておく。さらに移動体１０７が進入していないときの磁
気回路Ａの磁束密度を、飽和磁束密度に近くなるように
設計しておく。このように設計しておけば、移動体１０
７が近接したときには、磁束の大部分が、磁気回路Ａか
ら磁気回路Ｂに移動することになる。つまり、検出コイ
ル１０３内を通る磁束の変化をきわめて大きくすること
ができる。その結果、検出コイル１０３に大きな検出電
圧を誘起し、移動体１０７の移動状態を敏感に検出でき
る。

【０００９】さらに別の従来例として、実開平３−９５
９６２号公報に開示されている回転検出装置がある。

【００１０】この回転検出装置は、図６に示すように、
磁石２０２と固定磁性体２０３とを含んで構成される磁
気回路を通る磁束が、物体（ここでは、回転体２０１の
表面に設けられた磁性突起２０１ａ）の磁石２０２への
直接的な近接に伴って増減するようにし、この磁束の増
減を感磁手段たる磁電変換素子２０４によって検出する
ようにしたものである。

【００１１】この回転検出装置では、回転体２０１に設
けられた磁性突起２０１ａの通過軌跡に近接した位置
に、磁石２０２を配置する。さらに、この磁石２０２の
近傍に固定磁性体２０３を配置する。そして、この固定
磁性体２０３と磁石２０２と回転体２０１との三者の位
置関係は、下記、の条件を満たすようにしている。

【００１２】 磁性突起２０１ａが磁石２０２に接近
した状態（図６（ａ）参照）では、磁力線が磁性突起２
０１ａを通る第１の磁路Ｊ１を形成する。

【００１３】 磁性突起２０１ａが磁石２０２から離
れた状態（図６（ｂ）参照）では、磁力線が固定磁性体
２０３を通る第２の磁路Ｊ２を、第１の磁路Ｊ１から離
れた空間に形成する。

【００１４】そして第２の磁路Ｊ２が形成される空間
に、この空間の磁束変化により検出信号を発する磁電変
換素子２０４を配置している。

【００１５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た従来技術では、いずれも感磁手段の検出方向の上下
に、磁気回路を構成する磁性体を配置しているため、そ
の構造が複雑な３次元構造となっていた。そのため、セ
ンサが大型化すると共に、製造工程も複雑化するという
問題があった。

【００１６】本発明は、上記事情に鑑みてなされたもの
であり、その目的は、構造が単純で、劣悪な環境下でも
十分な信頼性をもって使用可能な磁気センサを提供する
ことにある。

【００１７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に請求項１では、磁性体を含んで構成され、その一端が
検出部となるベース部材と、Ｎ極またはＳ極のいずれか
一方の磁極が前記ベース部材の一面に接触して設けられ
た磁石と、感度方向が前記ベース部材に垂直となるよう
に前記ベース部材の一面に設けられ、磁束または磁束の
変動を検出するための感磁手段とを有することを特徴と
する。

【００１８】請求項２では、請求項１記載の磁気センサ
において、前記感磁手段は、磁束を検出するものであ
り、測定対象物と前記ベース部材との間隔を、当該測定
対象物から受ける力の大きさに応じたものとする変換手
段をさらに備えることを特徴とする。

【００１９】請求項３では、請求項２記載の磁気センサ
において、前記変換手段は、外部から受ける力の大きさ
に応じてその形状および／または大きさが変化する弾性
体であることを特徴とする。

【００２０】請求項４では、請求項１記載の磁気センサ
において、前記感磁手段は、磁束を検出するものであ
り、前記ベース部材は、外部から受ける応力の大きさに
応じてその透磁率が変化する磁歪効果を備えた材料を含
んで構成されていることを特徴とする。

【００２１】

【作用】ベース部材の一端を測定対象物に向けて設置す
る。測定対象物とベース部材とが離れているときには、
永久磁石からの磁力線の大半は、［永久磁石→空間→ベ
ース部材→磁石］という経路を通っている。感磁手段は
この経路を通る磁束あるいは、磁束の変動を検出し出力
している。

【００２２】測定対象物とベース部材とが接近すると、
永久磁石からの磁力線は、［永久磁石→空間→測定対象
物→ベース部材→永久磁石］という経路を通るものが多
くなる。これに伴って感磁手段が検出する磁束も減少す
る。従って、感磁手段の検出結果に基づいて、測定対象
物の位置、あるいは移動の様子を検出できる。

【００２３】永久磁石と、感磁手段とは、ベース部材の
略同一面上に配置されており、きわめて単純な構造とな
っている。

【００２４】力を検出するのに用いる場合には、感磁手
段としては磁束を検出するものを使用する。弾性体等か
らなる変換手段は、測定対象物とベース部材との間隔
を、当該測定対象物から受ける力の大きさに応じたもの
とする。これにより、感磁手段の検出結果は、測定対象
物から加えられる力の大きさに対応したものとなる。

【００２５】ベース部材を磁歪効果を備えた材料を含ん
で構成している場合には、測定対象物から加えられる力
がベース部材に加わるようにする。ベース部材の透磁率
は該力の大きさに応じて変化するため、上述した場合と
同様に、感磁手段の検出結果は該力の大きさを示すもの
となる。

【００２６】

【実施例】本発明の一実施例を図面を用いて説明する。

【００２７】＜実施例１＞本実施例の磁気センサ１０
は、図１（ａ）の正面図および図１（ｂ）の平面図にそ
れぞれに示すように、ベース部材１と、磁石２と、感磁
素子３と、出力ケーブル４とから構成されている。な
お、ロータ５は、この磁気センサ１０によってその回転
状態を検出しようとしている検出対象であり、磁性材料
でできている。このロータ５の外周には、歯部５ａが設
けられている。

【００２８】ベース部材１は、磁気回路の一部を形成す
るとともに、磁石２および感磁素子３を支えるためのも
のである。ベース部材１は、ニッケル鉄合金等のように
透磁率の大きな磁性材料で細長い板状に形成されてお
り、その一端は検出部１ａとされロータ５に対向されて
いる。また両者の間隔は、ロータ５の回転に伴って歯部
５ａの描く軌跡に、検出部１ａが十分近接したものとな
るように設定されている。

【００２９】検出部１ａから遠い側のベース部材１端部
には、Ｎ極またはＳ極のうちの一方の磁極がベース部材
１の一面に向くように磁石２が載置されている。この実
施例では、Ｓ極がベース部材１に向いて載置されてい
る。

【００３０】ベース部材１における磁石２の設置面と同
一面の略中央には、その感度方向がベース部材１の表面
に垂直になるような方向（図１における上下方向）に感
磁素子３が配置されている。この感磁素子３は、例え
ば、ホール素子、磁気抵抗素子等で構成することができ
る。この感磁素子３により、ロータ５の回転に伴って生
じる磁力線の通過経路の変動が検出され、その検出結果
は、電気信号として出力ケーブル４を通じて外部に引き
出されるようになっている。

【００３１】次にこの実施例１の動作を説明する。

【００３２】上述した各部によって形成される磁気回路
には、主として次のからに示す３種類が存在する。

【００３３】［磁気回路］磁石２のＮ極→空間→感磁
素子３→ベース部材１→磁石２のＳ極 ［磁気回路］磁石２のＮ極→空間→ベース部材１→磁
石２のＳ極 ［磁気回路］磁石２のＮ極→空間→歯部５ａ´→ロー
タ５→歯部５ａ→検出部１ａ→ベース部材１→磁石２の
Ｓ極 このうち磁気回路の磁気抵抗は、ロータ５の回転、す
なわち検出部１ａと歯部５ａとの間隔の変動に伴って大
きく変動する。そして、この磁気抵抗の変動に応じて、
磁気回路、を通る磁束の密度も変動する。上述の感
磁素子３は、この磁気回路における磁束密度（あるい
は、その変動）を検出することで、間接的にロータ５の
回転状態を検出するようになっている。

【００３４】つまり、歯部５ａが検出部１ａと対向する
角度位置に来ており、両者の間隔が狭くなっている時に
は、磁気回路の磁気抵抗は小さくなっている。従っ
て、磁気回路を通る磁束の密度は比較的高くなってい
る。これに伴って、磁気回路を通過する磁束の密度は
比較的低くなっている。ロータ５が回転し、それまで検
出部１ａに近接していた歯部５ａが遠ざかってゆくと、
磁気回路の磁気抵抗が大きくなる。すると、磁気回路
を通る磁束の密度は低下してゆく反面、磁気回路、
を通過する磁束の密度は比較的高まる。感磁素子３
は、磁気回路における磁束密度（あるいは磁束密度の
変動）を検出し、出力ケーブル４を通じて外部へ出力す
る。

【００３５】なお、出力ケーブル４を通じて出力される
信号を受け取った外部機器では、ロータ５に設けられて
いる歯部５ａの個数、間隔（角度）等を予め既知として
おくことで、この感磁素子３の検出結果に基づいて、ロ
ータ５の回転状態を間接的に知ることができる。

【００３６】以上説明したように本実施例の磁気センサ
１０によれば、磁石２および感磁素子３をベース部材１
の同一面上に配置するという単純な構造を採っているた
め、小型化が容易である。また、組立が容易であるた
め、製造コストを抑えることができる。特に感磁素子３
として、シリコン基板上に形成したホール素子を用い、
その出力を増幅するためのＩＣ、抵抗、コンデンサ等の
電子部品を配線する場合には、磁石２も同一平面上へ同
じ工程で配置製造できるため、構造の単純化、信頼性の
向上、製造コストの低減につながるものである。

【００３７】また、本実施例の磁気センサ１０は検出部
１ａが１つでよいため、従来技術に比べて構造が単純で
ある。

【００３８】さらに、この磁気センサを自動車等の車輪
速センサとして用いた場合、最も劣悪な環境にさらされ
るのはベース部材１であるが、本実施例によれば、精密
で壊れ易い感磁素子３は、ロータ５から比較的離れた位
置に設置することができる。従って、本実施例の磁気セ
ンサは、劣悪な環境下でも十分な信頼性を確保すること
ができる。

【００３９】以上、この実施例１では、感磁素子３をベ
ース部材１の略中央に、磁石２をベース部材１の端部に
設置していた。しかし、ベース部材１上におけるこれら
の設置位置はこれに限定されるものではない。例えば、
図２に示すように、磁石２をベース部材１の略中央に、
一方、感磁素子３を検出部１ａとは反対側の端部に設置
してもよい。このような配置を採った場合、外界に接す
る検出部１ａから感磁素子３をより遠ざけることができ
るため、劣悪な環境下での信頼性を高めることができ
る。さらに、出力ケーブル４をベース部材１に邪魔され
ることなく外部に引き出すのが容易となる。この他に
も、磁石２と感磁素子３とをベース部材１の略同一面上
に設置している限りは、構造の単純化という効果が得ら
れる。

【００４０】また、ベース部材１の具体的形状は、細長
い板状にしたが、これに限定されるものではない。

【００４１】さらに、磁石２の設置される面と、感磁素
子３の設置される面とは、必ずしも同一である必要はな
い。両面が略同一面となっていれば、両面の間にわずか
な段差等があっても構わない。

【００４２】＜実施例２＞この実施例２は、実施例１と
同様の構成を利用して、検出対象物から受ける力の大き
さを検出するようにしたものである。この実施例２で
は、検出対象物から受けた力の大きさを一旦、位置情報
（あるいは、位置状態）に変換し、この位置情報（位置
状態）を磁気的に検出することで、この力の大きさを検
出するようになっている。以下、具体的な構成を図３を
用いて説明する。

【００４３】本実施例では、力の大きさを位置情報（あ
るいは、位置状態）に変換するための手段として、バネ
９を用いている。バネ９は、その一端を固定部材７に、
また、他端を磁性材料からなる検出対象物８に固定され
ており、検出対象物８から受ける力の大きさに応じてそ
の長さが変化するようになっている。即ち、検出対象物
８は自らがバネ９に加えている力の大きさに応じて、自
らの位置（つまり、検出部１ａとの間隔）が定まるよう
になっている。なお、検出対象物８から加わる力が押圧
力（図３において左方向に向かう力）のみに限られるの
であれば、この他端を検出対象物８に固定する必要はな
い。

【００４４】位置情報を磁気的に検出するための構成、
即ち、ベース部材１、磁石２、感磁素子３については、
実施例１と同様である。但し、この実施例２では感磁素
子３として、磁束の変動を検出するもの（例えば、コイ
ル）ではなく、磁束密度を検出するものを採用する必要
がある。検出対象物８が静止している状態では、磁束の
変動は生じないからである。

【００４５】次に、この実施例２の動作を説明する。

【００４６】検出対象物８から加えられる力の大きさに
応じて、バネ９はその長さが変化する。これに応じて、
検出対象物８の位置、すなわち検出対象物８と検出部１
ａとの間隔が変化する。感磁素子３は、この位置（ある
いは間隔）を、実施例１と同様の原理に基づいて磁気的
に検出する。検出対象物８から加わる力が大きいほど、
検出対象物８と検出部１ａとの間隔は縮まり、磁石２か
らの磁力線の多くが検出対象物８を通って検出部１ａに
入るようになる。これに伴い感磁素子３を通る磁力線が
少なくなる。そのため、感磁素子３は磁束密度を検出
し、これを出力ケーブル４を通じて出力する。この出力
結果の入力される外部機器に予め、磁束密度と力との関
係を備えておくことで、力の大きさを具体的に求めるこ
とができる。

【００４７】本実施例によれば、実施例１と同様の構成
にバネ等を加えるだけの簡単な構成により製作すること
ができ、その汎用性が高い。

【００４８】さらに、後述する実施例３とは異なり、ベ
ース部材１自体には力が加わらない。そのためベース部
材１の変形が感磁素子３に加わることによる誤差がな
く、正確な測定が可能である。さらには、バネ９を、ば
ね定数の異なるものに変更するだけで、容易に様々な範
囲の力の測定に適用できる。

【００４９】なお、本実施例では、力の大きさを位置情
報（位置状態）に変換するための変換手段として、バネ
９を用いていた。しかし、この変換手段の具体的構成
は、これに限定されるものではない。外部から受ける力
の大きさに応じて、その形状，大きさが変化するもので
あればどのようなものでも構わない。例えば、材料自体
が弾性を備えているもの（例えば、ゴム）、あるいは、
材料自体は弾性を備えてはいないがその構造によって弾
性を実現しているもの（例えば、板バネ）を使用可能で
ある。さらには、エアシリンダ等でもよい。

【００５０】また、本実施例では、磁石２から検出対象
物８へ向かう磁束をバネ９が乱すことがないように、バ
ネ９を磁石２、感磁素子３とは反対側に設置している。
但し、感磁素子３の検出結果に、このバネ９の影響をも
加味して力の大きさを求めるようにしている場合には、
この限りではない。

【００５１】さらに、これまでの説明では、検出対象物
８は磁性体であることを前提としていた。しかし、バネ
９の端部に磁性体の部材を取り付けておけば、検出対象
物８が非磁性体である場合にも本発明を適用可能であ
る。

【００５２】＜実施例３＞この実施例３は、実施例２と
同様、外部から受ける力の大きさを検出する磁気センサ
である。この実施例３の磁気センサの構成は、図４に示
すように、基本的には、実施例１と同様なものである。

【００５３】但し、この実施例２のベース部材１は、外
部から受ける応力の大きさに応じて透磁率が変化する磁
歪材料を含んで構成されている。そして、検出対象物８
からベース部材１に対して力（応力）が加えられると、
その応力の大きさに応じて、磁気回路の磁気抵抗が変
動するようになっている。つまり、実施例２におけるバ
ネ９の役割を、ベース部材１が兼ねた構成となってい
る。但し、外部から受ける力によるベース部材１の変形
量は極めて僅かであるため、力の大きさを位置情報に変
換することなく直接、磁気的な情報（あるいは、状態）
に変換しこれを検出していると、みることも実際上は可
能である。

【００５４】また、この磁気センサを実際に使用する際
には、外部から加えられる力によってベース部材１全体
が移動してしまうことのないように何等かの固定手段で
ベース部材１を固定する必要がある。例えば、ネジ等で
固定してもよい。図４では、ベース部材１の一端を固定
部材７に固定した状態で描いている。

【００５５】上記の構成において、ベース部材１の検出
部１ａに検出対象物８からの力Ｆが加わると、ベース部
材１の透磁率が変化し、磁石２からの磁力線の多くが検
出対象物８を通じて検出部１ａに入るようになる。一
方、これに伴って、感磁素子３を通る磁力線は少なくな
る。従って、検出対象物８からベース部材１に加えられ
る力Ｆの大きさ（あるいは、その変化）を磁気的に検出
できる。

【００５６】検出対象物８がベース部材１から離れてい
る場合には、実施例１と同様の原理に基づいて、検出対
象物８の位置を検出することもできる。

【００５７】以上この実施例３によれば、バネ等を用い
ていないため、実施例２に比べてより単純な構造とする
ことができる。しかも、機械的に作動する部分をいっさ
い含んでいないため信頼性が高い。特に、磁気センサに
振動が加わるような状況下での使用において有用であ
る。

【００５８】

【発明の効果】以上説明したように請求項１の発明によ
れば、磁石および感磁素子をベース部材の同一面上に配
置し、かつ検出部が１つでよいため、その構造を単純化
することができ、小型化が容易である。また、組立が容
易であるため、製造コストを抑えることができる。

【００５９】さらに、この磁気センサを自動車等の車輪
速センサとして用いた場合、最も劣悪な環境にさらされ
るのはベース部材であるが、精密で壊れ易い感磁素子
は、測定対象物から比較的離れた位置に設置することが
できるので、劣悪な環境下でも十分な信頼性を確保する
ことができる。

【００６０】請求項２、３の発明によれば、請求項１の
発明と同様の構成にバネ等の変換手段を加えるだけの簡
単な構成により製作することができ、その汎用性が高
い。

【００６１】請求項４の発明によれば、バネ等の変換手
段を用いることなく、磁歪効果を備えた材料を含んで構
成されたベース部材によって外部から受ける応力の大き
さを検出するようにしたので、より単純な構造とするこ
とができる。しかも、機械的に作動する部分をいっさい
含んでいないため信頼性が高く、特に、磁気センサに振
動が加わるような状況下での使用において有用であると
いう効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る磁気センサの一実施例（実施例
１）を示す構成図である。

【図２】実施例１の変形例を示す構成図である。

【図３】本発明に係る磁気センサの他の実施例（実施例
２）を示す構成図である。

【図４】本発明に係る磁気センサのさらに他の実施例
（実施例３）を示す構成図である。

【図５】従来の磁気センサの一例を示す構成図である。

【図６】従来の磁気センサの他の一例を示す構成図であ
る。

【符号の説明】

１ ベース部材（磁性体） １ａ 検出部 ２ 磁石 ３ 感磁素子 ４ 出力ケーブル ５ ロータ ５ａ 歯部 ７ 固定部材 ８ 検出対象物 ９ バネ １０ 磁気センサ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 金子 洋之 神奈川県横浜市神奈川区宝町２番地 日産 自動車株式会社内

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 磁性体を含んで構成され、その一端が検
   出部となるベース部材と、 Ｎ極またはＳ極のいずれか一方の磁極が前記ベース部材
   の一面に接触して設けられた磁石と、 感度方向が前記ベース部材に垂直となるように前記ベー
   ス部材の一面に設けられ、磁束または磁束の変動を検出
   するための感磁手段と、 を有することを特徴とする磁気センサ。
2. 【請求項２】 前記感磁手段は、磁束を検出するもので
   あり、 測定対象物と前記ベース部材との間隔を、当該測定対象
   物から受ける力の大きさに応じたものとする変換手段を
   さらに備えること、 を特徴とする請求項１記載の磁気センサ。
3. 【請求項３】 前記変換手段は、外部から受ける力の大
   きさに応じてその形状および／または大きさが変化する
   弾性体であること、を特徴とする請求項２記載の磁気セ
   ンサ。
4. 【請求項４】 前記感磁手段は、磁束を検出するもので
   あり、 前記ベース部材は、外部から受ける応力の大きさに応じ
   てその透磁率が変化する磁歪効果を備えた材料を含んで
   構成されていること、 を特徴とする請求項１記載の磁気センサ。