JPH1194590A - 磁気センサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 簡単な構成で、コスト高になることなく、検
出精度の向上を図ることができる磁気センサを提供す
る。 【解決手段】 磁気センサ１４に、回転体１１の凸部１
１ａの回転軌跡に対向するように検出用センサ部１５を
設け、凸部１１ａの回転軌跡から外れた部位に対向する
ように温度補正用センサ部１６を設け、さらに、給電回
路部を設けた。温度補正用センサ部１６ならびに給電回
路部により、検出用センサ部１５に与えられる給電電圧
を、その検出用センサ部１５から出力される検出信号に
含まれる温度変動分が無効化されるように補正するよう
にした。周囲温度が変化した場合であっても、その温度
変動分による影響が検出信号に与えられることがなく、
検出精度の向上を図ることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、移動体の凸部を通
過するバイアス磁束の変化を検出し、そのバイアス磁束
の変化に基づいて移動体の移動を検出する差動形の検出
用磁気応感素子部を備えた磁気センサに関する。

【０００２】

【発明が解決しようとする課題】従来より、例えば自動
車のステアリングホイールなどの回転体の回転を検出す
る回転検出装置として、図６に示すような可変抵抗器形
のものが供されている。すなわち、図６において、円板
状の回転体１は、ステアリングホイール（図示せず）の
回転に応じてステアリングシャフト２と共に回転するも
ので、その回転体１の上面部には、薄膜の抵抗体３が円
環状に形成されている。この抵抗体３は、周方向に沿っ
て一部が切欠かれており、その一方の端部には電極４が
設けられている。摺動子５は、例えばレバーコンビネー
ションスイッチ（図示せず）側に取付けられているもの
で、その先端部は、上記抵抗体３に接触した状態となっ
ている。

【０００３】このような回転検出装置によれば、ステア
リングホイールが回転すると、これに応じて、回転体１
が回転し、抵抗体３と摺動子５との接触位置が移動し、
摺動子５と電極４との間の抵抗値が変化する。これによ
り、回転体１が回転したときに、そのときの摺動子５と
電極４との間の抵抗値を検出することによって、回転体
１の回転角度を検出することができ、ひいてはステアリ
ングホイールの回転検出を行うことができる。

【０００４】このような回転検出装置においては、回転
体１の回転角度に応じて、摺動子５と電極４との間の抵
抗値をアナログ的に出力することができるので、分解能
を高めることができ、検出精度を高めることができると
いう利点がある。しかしながら、その反面、上述したよ
うに、摺動子５と抵抗体３とが接触する所謂接触タイプ
の構造であることから、これら摺動子５や抵抗体３にお
いて摩耗が生じ、製品としての寿命が短くなるという問
題があった。

【０００５】そこで、上述したような問題を解決するた
めに、接触タイプのものに代えて、非接触タイプの回転
検出装置が供されている。すなわち、このものは、磁気
抵抗素子（以下、ＭＲＥと略称する）やホール素子を備
えた磁気センサを採用し、磁束の変化に基づいて回転体
の回転検出を行うようにしたもので、図７は、そのよう
な磁気センサを採用した回転検出装置の一例を示してい
る。

【０００６】すなわち、図７において、磁気センサ６
は、外周部に回転方向に沿って所定ピッチで凸部７ａが
形成された磁性体製の回転体７と、この回転体７に磁束
を放射する磁石８との間に配設されている。そして、こ
の磁気センサ６には、回転体７の凸部７ａの回転軌跡に
対向するように、例えばＭＲＥからなるセンサ部が薄膜
パターンによって形成されている。

【０００７】このような磁気センサ６によれば、磁石８
のＮ極８ａから放射された磁束の一部（バイアス磁束）
は、磁気センサ６のセンサ部を鎖交し、さらに、回転体
７を通過して、Ｓ極８ｂに至るようになる（図７中、矢
印Ｐ参照）。このとき、バイアス磁束は、回転体７にあ
ってＮ極８ａとの距離が近い部分を通過するように、つ
まり、回転体７の凸部７ａを通過するように、磁気セン
サ６のセンサ部を鎖交するようになる。

【０００８】しかして、上記した構成においては、回転
体７が回転すると、回転体７の凸部７ａが回転し、それ
に応じて、センサ部を鎖交するバイアス磁束の方向が変
化するようになる。そして、このとき、磁気センサ６か
らは、そのバイアス磁束の方向の変化に応じて、図８
中、実線で示すように、回転角度に応じてアナログ的に
変化する出力電圧が出力されるようになる。したがっ
て、その出力電圧の電圧値を検出することによって、回
転体７の回転角度を検出することができる。

【０００９】このものでは、上述したように、前述した
可変抵抗器形のものと同様に、回転体７の回転角度に応
じて、出力電圧をアナログ的に出力することができるの
で、分解能を高めることができ、検出精度を高めること
ができる。しかも、摺動子５と抵抗体３とが接触するよ
うな構造はなく、つまり、非接触の構造によって回転体
７の回転検出を行うことができるので、製品としての寿
命を長くすることができるという利点がある。

【００１０】ところで、磁気センサ６のセンサ部を構成
するＭＲＥは、一般的に、温度係数（約−０．３５％／
℃）を有していることから、周囲温度が変化すると、そ
れに応じて、出力特性が変動するという性質がある。し
たがって、このようなＭＲＥを採用した磁気センサ６に
おいては、周囲温度が変化すると、磁気センサ６から出
力される出力電圧が図８中、破線で示すように変動して
しまい、検出精度が低下してしまうという問題があっ
た。

【００１１】このような問題に対しては、例えばマイコ
ンによって、出力特性が変動した場合であっても、その
温度変動分が出力電圧に影響しないような処理を行うこ
とが考えられている。しかしながら、これでは、マイコ
ンが必要となるため、全体として構成が複雑になると共
に、コスト高になるという新たな問題が生じることにな
る。

【００１２】また、このような事情から、上述したよう
な磁気センサ６は、一般的には、回転体７の回転に応じ
てパルス信号を出力するように構成されており、これに
よって、周囲温度に依存しないようにしている。しかし
ながら、これでは、分解能を高めることができず、検出
精度が低下することになり、実用的ではない。

【００１３】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、簡単な構成で、コスト高になるこ
となく、検出精度の向上を図ることができる磁気センサ
を提供することにある。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明の磁気センサは、
移動方向に沿って所定ピッチで凸部が設けられた移動体
と、この移動体の前記凸部を通過するバイアス磁束が鎖
交するように設けられ、前記移動体の移動に応じて前記
バイアス磁束が変化したことを検出し、そのバイアス磁
束の変化に基づいて検出信号を出力して前記移動体の移
動を検出する差動形の検出用磁気応感素子部とを備えた
ものにおいて、前記移動体の前記凸部から外れた部位を
通過する温度補正用バイアス磁束が鎖交するように設け
られ、その温度補正用バイアス磁束に基づいて温度補正
信号を出力する温度補正用磁気応感素子部と、この温度
補正用磁気応感素子部から前記温度補正信号が与えられ
るように設けられ、その温度補正信号に基づいて前記検
出信号に含まれる温度変動分による変動信号分を無効化
するように、前記検出用磁気応感素子部に対する給電電
圧を補正する給電電圧補正手段とを備えて構成したとこ
ろに特徴を有するものである（請求項１）。

【００１５】上記した構成の磁気センサによれば、移動
体が移動すると、その移動体に設けられた凸部が移動
し、検出用磁気応感素子部により、その凸部を通過する
バイアス磁束の変化が検出され、検出信号が出力され、
移動体の移動が検出されるようになる。

【００１６】また、このとき、温度補正用磁気応感素子
部により、その凸部から外れた部位を通過する温度補正
用バイアス磁束に基づいて温度補正信号が出力されるよ
うになる。そして、給電電圧補正手段により、その温度
補正信号に基づいて上記した検出信号に含まれる温度変
動分による変動信号分が無効化されるように、検出用磁
気応感素子部に対する給電電圧が補正されるようにな
る。

【００１７】すなわち、検出用磁気応感素子部には、検
出信号に含まれる温度変動分による変動信号分が無効化
されるように、補正された給電電圧が給電されることに
なる。したがって、検出用磁気応感素子部からは、周囲
温度が変化した場合であっても、その温度変動分による
影響が検出信号に与えられることがなく、これによっ
て、検出精度の向上を図ることができる。

【００１８】この場合、例えばマイコンを設け、そのマ
イコンにより、温度変動分による影響が検出信号に与え
られないような処理を行う必要はないことから、全体と
して構成が複雑になることはなく、また、コスト高にな
ることもない。

【００１９】また、上記した構成の磁気センサにおい
て、前記検出用磁気応感素子部と前記温度補正用磁気応
感素子部とは、同一チップ上に作製されているようにし
ても良い（請求項２）。

【００２０】上記した構成の磁気センサによれば、検出
用磁気応感素子部ならびに温度補正用磁気応感素子部の
特性を略同一とすることができ、検出精度の向上をより
一層図ることができる。

【００２１】

【発明の実施の形態】以下、本発明を自動車のステアリ
ングホイールの回転検出に適用した一実施例について図
１ないし図５を参照して説明する。磁性体からなる移動
体としての回転体１１は、ステアリングホイール（図示
せず）の回転に連動してステアリングシャフト１２を回
転中心として回転可能になっており、その外周部には回
転方向に沿って所定ピッチで複数の凸部１１ａが形成さ
れている。この回転体１１の図２中、下部には、所定間
隔を存して磁石１３が配設されており、その磁石１３の
Ｎ極１３ａ側には磁気センサ１４が設けられている。

【００２２】この磁気センサ１４の表面部（図２中、上
面部）には、磁気抵抗素子（以下、ＭＲＥと略称する）
からなる検出用センサ部１５（本発明でいう検出用磁気
応感素子部）と、ＭＲＥからなる温度補正用センサ部１
６（本発明でいう温度補正用磁気応感素子部）とが薄膜
パターンによって同一チップ上に形成されている。

【００２３】この場合、検出用センサ部１５は、回転体
１１にあって凸部１１ａの回転軌跡に対向し、温度補正
用センサ部１６は、回転体１１にあって凸部１１ａの回
転軌跡よりも内側（ステアリングシャフト１２側）の部
位に対向している。尚、これら検出用センサ部１５なら
びに温度補正用センサ部１６をなすＭＲＥは、ニッケル
−コバルト化合物の薄膜の両端部に電極が取付けられる
ことによって構成されている。

【００２４】しかして、上記した構成においては、磁石
１３のＮ極１３ａから放射された磁束の一部は、検出用
センサ部１５を鎖交し、さらに、回転体１１を通過し
て、Ｓ極１３ｂに至るようになっている。また、磁石１
３のＮ極１３ａから放射された磁束の他の一部は、温度
補正用センサ部１６を鎖交し、さらに、回転体１１を通
過して、Ｓ極１３ｂに至るようになっている。尚、これ
以降、検出用センサ部１５を鎖交する磁束をバイアス磁
束と称し、温度補正用センサ部１６を鎖交する磁束を温
度補正用バイアス磁束と称することとする。

【００２５】また、磁気センサ１４の表面部には検出用
センサ部１５ならびに温度補正用センサ部１６と共に、
給電電圧補正手段としての給電回路部１７（図３参照）
が形成されている。これら検出用センサ部１５、温度補
正用センサ部１６ならびに給電回路部１７は、図３に示
すような機能ブロックで表すことができる。

【００２６】すなわち、検出用センサ部１５は、直流電
源電圧（Ｖｃｃ）から給電回路部１７を介して給電され
るようになっており、給電状態でバイアス磁束の方向に
応じた検出信号Ｓ１を出力するようになっている。ま
た、給電回路部１７は、温度補正用センサ部１６から温
度補正信号Ｓ２が与えられるようになっており、その与
えられた温度補正信号Ｓ２に基づいて、上記検出用セン
サ部１５に出力する給電電圧を決定するようになってい
る。

【００２７】次いで、これら検出用センサ部１５、温度
補正用センサ部１６ならびに給電回路部１７の具体的な
電気回路について、図４を参照して説明する。直流電源
電圧（Ｖｃｃ）は、給電回路部１７の電源端子１７ａに
接続されている。給電回路部１７の電源端子１７ａは、
抵抗１８および５Ｖツェナーダイオード１９からなる直
列回路２０に接続されており、これら抵抗１８および５
Ｖツェナーダイオード１９の共通接続点は、抵抗値Ｒ１
の抵抗２１および抵抗値Ｒ１の抵抗２２からなる直列回
路２３、演算回路２４の一方の入力端子ならびに抵抗値
Ｒ１の抵抗２５を介してオペアンプ２６の反転入力端子
に接続されている。

【００２８】上記直列回路２３にあって抵抗２１および
抵抗２２の共通接続点は、抵抗値Ｒ２の抵抗２７を介し
てオペアンプ２８の反転入力端子に接続されている。オ
ペアンプ２８の出力端子は、負帰還抵抗２９を介して自
己の反転入力端子に負帰還されて接続されていると共
に、抵抗値Ｒ１の抵抗３０を介して上記オペアンプ２６
の反転入力端子に接続されている。

【００２９】ここで、上記負帰還抵抗２９は、上記した
温度補正用センサ部１６の内部抵抗３１により構成され
ているもので、その抵抗値は、上記した抵抗２７と等し
くＲ２となっている。また、オペアンプ２８の非反転入
力端子はアースに接続されている。

【００３０】オペアンプ２６の出力端子は、抵抗値２Ｒ
１の負帰還抵抗３２を介して自己の反転入力端子に負帰
還されて接続されていると共に、上記した演算回路２４
の他方の入力端子に接続されている。また、オペアンプ
２６の非反転入力端子はアースに接続されている。

【００３１】演算回路２４の出力端子は、給電回路部１
７の出力端子１７ｂに接続されており、その給電回路部
１７の出力端子１７ｂは、上記した検出用センサ部１５
に接続されている。

【００３２】検出用センサ部１５は、２個の内部抵抗３
３および３４が直列に接続された差動形に構成されてお
り、それら内部抵抗３３および３４の共通接続点は、検
出用センサ部１５の出力端子とされ、その出力端子から
は、上記した検出信号Ｓ１が出力されるようになってい
る。

【００３３】尚、この場合、検出用センサ部１５ならび
に温度補正用センサ部１６において、それらを構成する
ＭＲＥならびに各ＭＲＥの内部抵抗３１、３３、３４
は、それぞれ以下に示す所定の温度係数を有している。

【００３４】 ＭＲＥの出力の温度係数 … 約−０．３５％／℃ 内部抵抗の出力の温度係数 … 約＋０．３％／℃ 次に、上記構成の作用について説明する。いま、回転体
１１が静止状態にあるとき、バイアス磁束は、回転体１
１にあってＮ極１３ａとの距離が近い部分を通過するよ
うに、つまり、回転体１１の凸部１１ａを通過するよう
に、検出用センサ部１５を鎖交するようになる。

【００３５】この状態から、ステアリングホイールが回
転すると、回転体１１の凸部１１ａが回転し、それに応
じて、バイアス磁束の方向が変化するようになる。そし
て、検出用センサ部１５から、そのバイアス磁束の方向
の変化に応じて、図５に示すように、回転体１１回転角
度に応じてアナログ的に変化する検出信号Ｓ１が出力さ
れるようになる。したがって、その検出信号Ｓ１の電圧
値を検出することによって、回転体１１の回転角度を検
出することができ、ひいてはステアリングホイールの回
転角度を検出することができるようになる。

【００３６】一方、温度補正用センサ部１６は、前述し
たように、回転体１１にあって凸部１１ａの回転軌跡よ
りも内側の部位に対向しているので、温度補正用バイア
ス磁束は、回転体１１の回転に関わらず、何ら変化する
ことはない。

【００３７】さて、ここで、検出用センサ部１５から出
力される検出信号Ｓ１について考える。検出用センサ部
１５を構成するＭＲＥは、前述したように、所定の温度
係数を有しているので、周囲温度が変化すると、その出
力特性が変動し、それによって、検出信号Ｓ１の電圧値
は、温度変動分による影響を受けて変動することが考え
られる。しかしながら、本実施例では、上述した給電回
路部１７において、以下に説明する処理を行うことによ
り、検出用センサ部１５の給電電圧を補正し、温度変動
分による影響が検出信号Ｓ１に与えられないようにして
いる。

【００３８】以下においては、図４にしたがって、検出
用センサ部１５の給電電圧を補正する処理について説明
する。尚、ＶA 〜ＶE は、図４中、各点の電圧値を示し
ている。いま、 ＶA ＝Ｖref とすると、ＶB は、抵抗２１および抵抗２２の抵抗値が
等しいことから、 ＶB ＝ＶA ／２＝Ｖref ／２ となる。

【００３９】ＶC は、前述したように、負帰還抵抗２９
が温度補正用センサ部１６の内部抵抗３１により構成さ
れ、その内部抵抗３１が上述した所定の温度係数を有し
ていることから、その抵抗値の温度係数をａ（＝＋０．
３％／℃）、基準温度（初期温度）に対する温度変動分
をΔｔとすると、 ＶC ＝｛−（１＋ａ・Δｔ）Ｒ２／Ｒ２｝・ＶB ＝−（１＋ａ・Δｔ）・Ｖref ／２ となる。ここで、このＶC は、前述した温度補正信号Ｓ
２に相当する。

【００４０】また、ＶD は、ＶA ならびにＶC に基づい
て、 ＶD ＝−２・（ＶA ＋ＶC ） ＝−２・［Ｖref ＋｛−（１＋ａ・Δｔ）・Ｖref ／２｝］ ＝−２・｛（１−ａ・Δｔ）・Ｖref ／２｝ ＝−（１−ａ・Δｔ）・Ｖref となる。

【００４１】そして、ＶE は、演算回路２４において、
ＶA ならびにＶD が次式によって演算されることによ
り、 ＶE ＝−ＶA ・ＶA ／・ＶD ＝−Ｖref ・Ｖref ／・｛−（１−ａ・Δｔ）・Ｖref ｝ ＝１／（１−ａ・Δｔ）・Ｖref ＝ｋ・Ｖref となる。

【００４２】つまり、検出用センサ部１５の給電電圧で
あるＶE は、Ｖref に対して、 ｋ＝１／（１−ａ・Δｔ） の温度係数ｋを有するようになる。これは、 ａ＝＋０．３％／℃ であることから、検出用センサ部１５が、この温度係数
ｋにより、前述した自己のＭＲＥの出力の温度係数（−
０．３５％／℃）による検出信号Ｓ１の変動分が略相殺
されるように、温度補正されることを意味するものであ
る。このようにして、検出用センサ部１５においては、
温度変動分による影響が検出信号Ｓ１に与えられないよ
うにしている。

【００４３】このように本実施例においては、温度補正
用センサ部１６ならびに給電回路部１７により、検出用
センサ部１５に与えられる給電電圧を、検出信号Ｓ１に
含まれる温度変動分が無効化されるように補正する構成
とした。これにより、周囲温度が変化した場合であって
も、その温度変動分による影響が検出信号Ｓ１に与えら
れることがなく、よって、検出精度の向上を図ることが
できる。この場合、例えばマイコンを設け、そのマイコ
ンにより、温度変動分による影響が検出信号Ｓ１に与え
られないような処理を行う必要はないことから、全体と
して構成が複雑になることはなく、また、コスト高にな
ることもない。

【００４４】また、検出用センサ部１５と温度補正用セ
ンサ部１６とを同一チップ上に作製したので、検出用セ
ンサ部１５ならびに温度補正用センサ部１６の特性を略
同一とすることができ、検出精度の向上をより一層図る
ことができる。

【００４５】本発明は、上記実施例にのみ限定されるも
のでなく、次のように変形または拡張することができ
る。回転体の回転を検出するものに限らず、物体の平行
移動を検出するものに適用しても良い。

【００４６】ＭＲＥに代えて、ホール素子を採用し、磁
束量の変化を検出することによって、回転体の回転検出
を行うようにしても良い。温度補正用センサ部は、回転
体の凸部の回転軌跡よりも内側の部位に限らず、回転体
の回転に応じて、温度補正用バイアス磁束が何ら変化し
ないような部位であれば、いずれの部位に設けても良
い。

【００４７】

【発明の効果】以上の説明によって明らかなように、請
求項１記載の磁気センサによれば、温度補正用磁気応感
素子部ならびに給電電圧補正手段により、検出用磁気応
感素子部に与えられる給電電圧を、検出信号に含まれる
温度変動分による変動信号分が無効化されるように補正
する構成としたので、周囲温度が変化した場合であって
も、その温度変動分による影響が検出信号に与えられる
ことがなく、これによって、検出精度の向上を図ること
ができる。この場合、例えばマイコンを設け、そのマイ
コンにより、温度変動分による影響が検出信号に与えら
れないような処理を行う必要はないことから、全体とし
て構成が複雑になることはなく、また、コスト高になる
こともない。

【００４８】請求項２記載の磁気センサによれば、検出
用磁気応感素子部と温度補正用磁気応感素子部とを同一
チップ上に作製したので、検出用磁気応感素子部ならび
に温度補正用磁気応感素子部の特性を略同一とすること
ができ、検出精度の向上をより一層図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の全体構成を示す平面図

【図２】側面図

【図３】ブロック構成図

【図４】電気回路図

【図５】出力電圧の波形図

【図６】従来例を示す外観斜視図

【図７】他の従来例を示す全体構成図

【図８】図５相当図

【符号の説明】

図面中、１１は回転体（移動体）、１１ａは凸部、１４
は磁気センサ、１５は検出用センサ部（検出用磁気応感
素子部）、１６は温度補正用センサ部（温度補正用磁気
応感素子部）、１７は給電回路部（給電電圧補正手段）
である。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 移動方向に沿って所定ピッチで凸部が設
   けられた移動体と、 この移動体の前記凸部を通過するバイアス磁束が鎖交す
   るように設けられ、前記移動体の移動に応じて前記バイ
   アス磁束が変化したことを検出し、そのバイアス磁束の
   変化に基づいて検出信号を出力して前記移動体の移動を
   検出する差動形の検出用磁気応感素子部とを備えた磁気
   センサにおいて、 前記移動体の前記凸部から外れた部位を通過する温度補
   正用バイアス磁束が鎖交するように設けられ、その温度
   補正用バイアス磁束に基づいて温度補正信号を出力する
   温度補正用磁気応感素子部と、 この温度補正用磁気応感素子部から前記温度補正信号が
   与えられるように設けられ、その温度補正信号に基づい
   て前記検出信号に含まれる温度変動分による変動信号分
   を無効化するように、前記検出用磁気応感素子部に対す
   る給電電圧を補正する給電電圧補正手段とを備えたこと
   を特徴とする磁気センサ。
2. 【請求項２】 前記検出用磁気応感素子部と前記温度補
   正用磁気応感素子部とは、同一チップ上に作製されてい
   ることを特徴とする請求項１記載の磁気センサ。