(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
縁部に凸部が形成されているとともに移動する磁性移動体の平面上に磁性移動体から離れて配設されており、第１の磁電変換素子および第２の磁電変換素子によるブリッジ回路を有する処理回路部と、
前記第１の磁電変換素子および前記第２の磁電変換素子に磁界を印加させるとともに前記磁性移動体の移動方向の面に対して垂直方向に磁界を印加させる磁石とを備え、
前記第２の磁電変換素子は、前記垂直方向に沿って視たときに前記磁性移動体と対向する線上における前記磁石のほぼ中心線上に配置され、
前記第１の磁電変換素子は、前記第２の磁電変換素子と前記磁性移動体の変位側でもって対向して配置され、
前記第１の磁電変換素子および前記第２の磁電変換素子の出力から差動出力を得るようになっている磁気検出装置。
【請求項２】
前記磁性移動体は、周縁部に歯部が形成された円板形状であって、周方向に回転するようになっている請求項１に記載の磁気検出装置。
【請求項３】
前記処理回路部と前記磁石との間に、前記周方向に間隔をおいて対向した一対の突極部を有する磁性体ガイドが設けられ、前記第２の磁電変換素子は一対の前記突極部間のほぼ中心線上に配置されているとともに、前記第１の磁電変換素子は一方の前記突極部側に配置されている請求項２に記載の磁気検出装置。
【請求項４】
前記処理回路部は、さらに第３の磁電変換素子および第４の磁電変換素子によるブリッジ回路を有しており、前記第３の磁電変換素子は一対の前記突極部間のほぼ中心線上に配置され、前記第４の磁電変換素子は他方の前記突極部側に配置され、前記第１の磁電変換素子および前記第２の磁電変換素子の中点出力と前記第３の磁電変換素子および前記第４の磁電変換素子の中点出力とから差動出力を得るようになっている請求項３に記載の磁気検出装置。
【請求項５】
前記第２の磁電変換素子および前記第３の磁電変換素子に対する前記歯部の先端面との対向距離は、前記第１の磁電変換素子および前記第４の磁電変換素子に対する前記歯部の先端面との対向距離との関係で調整される請求項４に記載の磁気検出装置。
【請求項６】
前記第１の磁電変換素子および前記第４の磁電変換素子それぞれの前記周方向の距離は、前記第２の磁電変換素子および前記第３の磁電変換素子からの距離との関係で調整される請求項４または請求項５に記載の磁気検出装置。
【請求項７】
対向した前記突極部間の対向距離は、前記第１の磁電変換素子と前記第２の磁電変換素子との前記周方向の距離と、前記第３の磁電変換素子と前記第４の磁電変換素子との前記周方向の距離との関係で調整される請求項４ないし請求項６の何れかに記載の磁気検出装置。
【請求項８】
前記処理回路部は、さらに前記第１の磁電変換素子および前記第２の磁電変換素子の中点出力と前記第３の磁電変換素子および前記第４の磁電変換素子の中点出力とから得たそれぞれの出力から前記磁性移動体の回転方向を検知する差動フリップフロップ回路を有している請求項４ないし請求項７の何れかに記載の磁気検出装置。
【請求項９】
前記磁電変換素子は、巨大磁気抵抗素子（ＧＭＲ素子）である請求項１ないし請求項８の何れかに記載の磁気検出装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、例えば周縁部に歯部が形成され周方向に回転する磁性移動体の回転位置を検出する磁気検出装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図１３（ａ）は従来の磁気検出装置の斜視図、図１３（ｂ）は図１３（ａ）の磁気検出装置の部分平面図、図１４は従来の磁気検出装置の電気回路図、図１５はこの磁気検出装置の動作波形図である。
この磁気検出装置は、周縁部に歯部１ａが形成され周方向に回転軸４を中心に回転する磁性移動体１の平面上に磁性移動体１から離れて配設されているとともに、磁電変換素子である磁気抵抗セグメント２ａおよび固定抵抗１２ｂによるブリッジ回路、並びに固定抵抗１２ｃおよび固定抵抗１２ｄによるブリッジ回路を有する処理回路部２０と、磁気抵抗セグメント２ａに磁界を印加させるとともに磁性移動体１に対して磁性移動体１の回転軸線方向に磁界を印加させる磁石３とを備えている。また、処理回路部２０は、磁気抵抗セグメント２ａの抵抗値変化により電圧変化された信号を増幅する差動増幅回路１３、比較回路１４及び出力回路１５を内蔵している。
【０００３】
上記構成の磁気検出装置では、回転軸４が回転することで磁性移動体１も同期して回転し、磁気抵抗セグメント２ａに印加される磁石３からの磁界が変化する。その結果、図１５に示すように、磁性移動体１の歯部１ａが磁気抵抗セグメント２ａに対向したときと、溝部１ｂに対向したときとでは、磁気抵抗セグメント２ａの抵抗値が変化し、また差動増幅回路１３からの出力も変化する。そして、最終的には処理回路部２０の出力端子１６からは、差動増幅回路出力が波形整形され、磁性移動体１の歯部１ａ及び溝部１ｂに対応して"１"または"０"の最終出力信号が得られる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、図１６（ａ）、（ｂ）に示すように、隣接した歯部１ａ間の間隔、および歯部１ａ自体の周方向の幅が小さく、また磁性移動体１の周面と磁気抵抗セグメント２ａとの対向方向の間隔（以下、ＧＡＰと呼ぶ。）が大きいときには、図１７に示すように処理回路部２０の出力端子１６からは、"１"または"０"の最終出力信号が得られない場合が生じるという問題点があった。
【０００５】
この発明は、上記のような問題点を解決することを課題とするものであって、隣接した歯部間の間隔、および歯部自体の周方向の幅が小さく、またＧＡＰが大きいときでも磁性移動体の回転位置を検出できる磁気検出装置を得ることを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る磁気検出装置は、縁部に凸部が形成されているとともに移動する磁性移動体の平面上に磁性移動体から離れて配設されており、第１の磁電変換素子および第２の磁電変換素子によるブリッジ回路を有する処理回路部と、前記第１の磁電変換素子および前記第２の磁電変換素子に磁界を印加させるとともに前記磁性移動体の移動方向の面に対して垂直方向に磁界を印加させる磁石とを備え、前記第２の磁電変換素子は、前記垂直方向に沿って視たときに前記磁性移動体と対向する線上における前記磁石のほぼ中心線上に配置され、前記第１の磁電変換素子は、前記第２の磁電変換素子と前記磁性移動体の変位側でもって対向して配置され、前記第１の磁電変換素子および前記第２の磁電変換素子の出力から差動出力を得るようになっている。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の各実施の形態について説明するが、従来のものと同一、または相当部材、部位については同一符号を付して説明する。
実施の形態１．
図１（ａ）はこの発明の実施の形態１の磁気検出装置の斜視図、図１（ｂ）は図１（ａ）の磁気検出装置の部分平面図、図１（ｃ）は図１（ａ）の磁気抵抗セグメントのパターン図である。
この磁気検出装置は、周縁部に凸部である歯部１ａが形成され周方向に回転軸４を中心に回転する磁性移動体１の平面上に磁性移動体１から離れて配設されているとともに、磁電変換素子である第１の磁気抵抗セグメント２ａおよび第２の磁気抵抗セグメント２ｂからなるブリッジ回路を有する処理回路部２と、磁気抵抗セグメント２ａ、２ｂに磁界を印加させるとともに磁性移動体１に対して磁性移動体１の回転軸線方向に磁界を印加させる磁石３と、処理回路部２と磁石３との間に設けられ磁石３からの磁束が分散するのを防止する磁性体ガイド５とを備えている。この磁性体ガイド５は周方向に間隔おいて対向した一対の突極部５ａ、５ｂを有している。また、処理回路部２は、磁気抵抗セグメント２ａ、２ｂの抵抗値変化が電圧に変化された信号を増幅する差動増幅回路１３、比較回路１４及び出力回路１５を内蔵している。
このブリッジ回路では、図１４に示した従来のものと比較して固定抵抗１２ｂの代わりに第２の磁気抵抗セグメント２ｂが組み入れられている点が異なる。
第１の磁気抵抗セグメント２ａは、第２の突極部５ｂ側に配置されている。第２の磁気抵抗セグメント２ｂは、回転軸線方向に沿って視たときに磁石３の前記周方向の幅寸法のほぼ中心線上で、かつ一対の突極部５ａ、５ｂ間のほぼ中心線上に配置されている。
【０００８】
上記構成の磁気検出装置では、回転軸４が回転することで磁性移動体１も同期して回転し、磁気抵抗セグメント２ａ、２ｂに印加される磁石３からの磁界が変化する。その結果、図２に示すように、磁性移動体１の歯部１ａが磁気抵抗セグメント２ａに対向したときと、溝部１ｂに対向したときとでは、磁気抵抗セグメント２ａの抵抗値が変化し、差動増幅回路１３からの出力も変化する。そして、最終的には処理回路部２の出力端子１６からは、差動増幅回路出力が波形整形され、磁性移動体１の歯部１ａ及び溝部１ｂに対応して"１"または"０"の最終出力信号が得られる。
この実施の形態では、図２から分かるように、隣接した歯部１ａ間の間隔、および歯部１ａ自体の周方向の幅が小さく、またＧＡＰが大きいときでも、処理回路部２の出力端子１６からは、"１"または"０"の最終出力信号が得られ、磁気検出装置は、磁性移動体１に対する位置検出精度が向上する。
【０００９】
実施の形態２．
図３（ａ）はこの発明の実施の形態２の磁気検出装置の斜視図、図３（ｂ）は図３（ａ）の磁気検出装置の部分平面図、図３（ｃ）は図３（ａ）の磁気抵抗セグメントのパターン図である。
この実施の形態では、実施の形態１のものと比較して、処理回路部２は、さらに第３の磁電変換素子２ｃおよび第４の磁電変換素子２ｄによるブリッジ回路を有している。
第２の磁気抵抗セグメント２ｂおよび第３の磁気抵抗セグメント２ｃは、回転軸線方向に沿って視たときに磁石３の前記周方向の幅寸法のほぼ中心線上で、かつ一対の突極部５ａ、５ｂ間のほぼ中心線上に配置されている。第１の磁気抵抗セグメント２ａは、第２の突極部５ｂ側に配置され、第４の磁気抵抗セグメント２ｄは、第１の突極部５ａ側に配置されている。
また、第１の磁気抵抗セグメント２ａおよび第２の磁気抵抗セグメント２ｂの中点出力と、第３の磁気抵抗セグメント２ｃおよび第４の磁気抵抗セグメント２ｄの中点出力とから差動出力を得るようになっている。
【００１０】
図４はこの実施の形態の磁気検出装置の動作波形図であり、磁性移動体１の形状に対応して磁気抵抗セグメント２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄの抵抗値が変化し、第１の磁気抵抗セグメント２ａおよび第２の磁気抵抗セグメント２ｂの中点出力と、第３の磁気抵抗セグメント２ｃおよび第４の磁気抵抗セグメント２ｄの中点出力との差動増幅出力が得られ、この差動増幅出力が波形整形され、磁性移動体１の形状に対応した最終出力信号"１"ｏｒ"０"を得ることができる。
【００１１】
図５は実施の形態１および実施の形態２の磁気検出装置のそれぞれの動作波形を比較した図である。この図から、それぞれの検出位置ズレの最大箇所同士を比較したときに、その検出位置ズレの大きさは、実施の形態１よりも実施の形態２の方が小さいことが分かる。
【００１２】
実施の形態３．
図６（ａ）はこの発明の実施の形態３の磁気検出装置の斜視図、図６（ｂ）は図６（ａ）の磁気検出装置の部分平面図、図６（ｃ）は図６（ａ）の磁気抵抗セグメントのパターン図である。
この実施の形態では、第２の磁気抵抗セグメント２ｂおよび第３の磁気抵抗セグメント２ｃに対する歯部１ａの先端面との対向距離と、第１の磁気抵抗セグメント２ａおよび第４の磁気抵抗セグメント２ｄに対する歯部１ａの先端面との対向距離がそれぞれ異なる。
他の構成は、実施の形態２と同様である。
【００１３】
図７は、それぞれの対向距離の差をＭとし、Ｍの値が−０．１ｍｍ、０ｍｍ、＋０．１ｍｍそれぞれのときに、ＧＡＰの大きいときと小さいときとに場合分けした動作波形図である。
この図から、Ｍ＝−０．１ｍｍの場合が０ｍｍ、＋０．１ｍｍの場合と比較してＧＡＰの大小における検出ズレが小さいことが分かる。
このように、上記Ｍの値を調整することで、ＧＡＰを大きくすることで生じる検出性能の低下を抑制することができる。
【００１４】
実施の形態４．
この実施の形態では、一対の突極部５ａ、５ｂ間の中心線上にある、第２の磁気抵抗セグメント２ｂおよび第３の磁気抵抗セグメント２ｃと、突極部５ａ、５ｂの近傍にある第１の磁気抵抗セグメント２ａおよび第４の磁気抵抗セグメント２ｄとの間の距離Ｎ（図６（ｃ）参照）を調整することで、磁性移動体１の回転位置の検出精度を高める例である。
図８は、このセグメントピッチＮと、差動増幅出力ＭＩＮ振幅との関係を示す。ここで、差動増幅出力ＭＩＮ振幅とは、差動増幅出力電圧と比較電圧との差が最小であるときの幅をいう。このＭＩＮ振幅の値が小さければそれだけ位置検出精度が悪くなり、図８の例では、セグメントピッチＮが１．５ｍｍ〜３ｍｍの範囲のときには、磁性移動体１の回転位置を検出することができる差動増幅出力を得ることができ、高い検出性能が確保される。
【００１５】
実施の形態５．
この実施の形態では、対向した突極部５ａ、５ｂ間の対向距離を、セグメントピッチＮとの関係で調整することで、磁性移動体１の回転位置の検出精度を高める例である。
図９は、一例として、セグメントピッチＮが２．５ｍｍの場合における、突極部５ａと突極部５ｂとの間の距離、即ち突極部ピッチと、差動増幅出力ＭＩＮ振幅との関係を示す。図９の例では、突極部ピッチが５ｍｍ以上（磁気抵抗セグメントピッチＮの２倍以上）のときに、磁性移動体１の回転位置を検出することができる差動増幅出力を得ることができる。
【００１６】
実施の形態６．
この実施の形態は、磁電変換素子として巨大磁気抵抗素子（以下ＧＭＲとする）を用いた例である。
ＧＭＲ素子は、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、これは磁気抵抗セグメント（以下、ＭＲ素子と呼ぶ。）と比較して格段に大きなＭＲ効果（ＭＲ変化率）を有するとともに、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変化が得られる面内感磁の素子である（ｎは積層数）。但し、磁気抵抗パターンの幅を狭くすることで異方性をつけることができる素子でもある。
また、印加磁界の変化による抵抗値変化にヒステリシスが存在するとともに、温度特性、特に温度係数が大きいという特徴を備えた素子である（図１０にＧＭＲ素子のＭＲループ特性を示す）。
このように、磁電変換素子にＧＭＲ素子を用いることにより、ＳＮ比が向上し、ノイズ耐量を上昇させることができる。
【００１７】
実施の形態７．
図１１はこの実施の形態の磁気検出装置の電気回路図、図１２はその磁気検出装置の動作波形図である。
この実施の形態では、処理回路部２は、実施の形態２のものと比較して、さらに第１の磁気抵抗セグメント２ａおよび第２の磁気抵抗セグメント２ｂの中点出力と、第３の磁気抵抗セグメント２ｃおよび第４の磁気抵抗セグメント２ｄの中点出力とから得たそれぞれの出力から磁性移動体１の回転方向を検知する差動フリップフロップ回路２０を有している。
また、処理回路部２は、第１および第２の磁気抵抗セグメント２ａ、２ｂの中性点での抵抗値変化が電圧変化に変化された信号を増幅する第１の差動増幅回路１３Ａ、第１の比較回路１４Ａおよび出力回路１５を内蔵している。また、処理回路部２は、第３および第４の磁気抵抗セグメント２ｃ、２ｄの中性点での抵抗値変化が電圧変化に変化された信号を増幅する第２の差動増幅回路１３Ｂ、第２の比較回路１４Ｂおよび差動フリップフロップ回路（Ｄ−ＦＦ回路）２０を内蔵している。
【００１８】
この実施の形態では、磁性移動体１の形状に対応して第１の磁気抵抗セグメント２ａおよび第２の磁気抵抗セグメント２ｂの抵抗値が変化し、第１の差動増幅回路１３Ａからの出力も変化する。そして、その増幅回路出力が波形整形され、磁性移動体１の歯部１ａおよび溝部１ｂに対応して"１"ｏｒ"０"の最終出力信号が得られる。
また、同様に、磁性移動体１の形状に対応して第３の磁気抵抗セグメント２ｃおよび第４の磁気抵抗セグメント２ｄの抵抗値が変化し、第２の増幅回路１３Ｂからの出力も変化する。そして、その増幅回路出力が波形整形され、磁性移動体１の歯部１ａおよび溝部１ｂに対応して"１"ｏｒ"０"の最終出力信号が得られる。これらの両出力信号は、Ｄ−ＦＦ回路２０に入力され、磁性移動体１が正転時にはＤ−ＦＦ回路２０出力がＬｏｗ、逆転時にはＤ−ＦＦ回路２０出力がＨｉｇｈとなり、磁性移動体１の逆転を検知することができる。
【００１９】
なお、上記実施の形態では、磁性移動体１は、周縁部に凸部である歯部１ａが形成された円板形状であって、周方向に回転するようになっているが、勿論このものに限定されるものではなく、例えば縁部に凸部を有する往復直線運動可能な磁性移動体であってもよい。
この場合には、磁石からの磁界を磁性移動体の直線方向の移動により形成される面に対して垂直方向に磁界を印加されており、第１の磁電変換素子は前記垂直方向に沿って視たときに磁性移動体と対向する線上で磁石のほぼ中心線上に配置されている。
【００２０】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明に係る磁気検出装置によれば、縁部に凸部が形成されているとともに移動する磁性移動体の平面上に磁性移動体から離れて配設されており、第１の磁電変換素子および第２の磁電変換素子によるブリッジ回路を有する処理回路部と、前記第１の磁電変換素子および前記第２の磁電変換素子に磁界を印加させるとともに前記磁性移動体の移動方向の面に対して垂直方向に磁界を印加させる磁石とを備え、前記第２の磁電変換素子は、前記垂直方向に沿って視たときに前記磁性移動体と対向する線上における前記磁石のほぼ中心線上に配置され、前記第１の磁電変換素子は、前記第２の磁電変換素子と前記磁性移動体の変位側でもって対向して配置され、前記第１の磁電変換素子および前記第２の磁電変換素子の出力から差動出力を得るようになっているので、隣接した凸部間の間隔、および凸部自体の移動方向の幅が小さく、また磁性移動体との間のＧＡＰが大きいときでも、良好な検出性能を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  図１（ａ）はこの発明の実施の形態１の磁気検出装置の斜視図、図１（ｂ）は図１（ａ）の磁気検出装置の部分平面図、図１（ｃ）は図１（ａ）の磁気抵抗セグメントのパターン図である。
【図２】  図１の磁気検出装置の動作波形図である。
【図３】  図３（ａ）はこの発明の実施の形態２の磁気検出装置の斜視図、図３（ｂ）は図３（ａ）の磁気検出装置の部分平面図、図３（ｃ）は図３（ａ）の磁気抵抗セグメントのパターン図である。
【図４】  図３の磁気検出装置の動作波形図である。
【図５】  実施の形態１の磁気検出装置の動作波形と実施の形態２の磁気検出装置の動作波形とを重ね合わせた図である。
【図６】  図６（ａ）はこの発明の実施の形態３の磁気検出装置の斜視図、図６（ｂ）は図６（ａ）の磁気検出装置の部分平面図、図６（ｃ）は図６（ａ）の磁気抵抗セグメントのパターン図である。
【図７】  実施の形態３の磁気検出装置の動作波形図である。
【図８】  この発明の実施の形態４の磁気検出装置におけるセグメントピッチＮと差動増幅出力ＭＩＮ振幅との関係を示す図である。
【図９】  この発明の実施の形態５の磁気検出装置における突極部ピッチと差動増幅出力ＭＩＮ振幅との関係を示す図である。
【図１０】  この発明の実施の形態６の磁気検出装置におけるＧＭＲ素子のＭＲループ特性図である。
【図１１】  実施の形態７の磁気検出装置の電気回路図である。
【図１２】  実施の形態７の磁気検出装置の動作波形図である。
【図１３】  図１３（ａ）は従来の磁気検出装置の斜視図、図１３（ｂ）は図１３（ａ）の磁気検出装置の部分平面図である。
【図１４】  図１３の磁気検出装置の電気回路図である。
【図１５】  図１３の磁気検出装置の動作波形図である。
【図１６】  図１６（ａ）は従来の他の例の磁気検出装置の斜視図、図１６（ｂ）は図１６（ａ）の磁気検出装置の部分平面図である。
【図１７】  図１６の磁気検出装置の動作波形図である。
【符号の説明】
１  磁性移動体、１ａ  歯部（凸部）、２  処理回路部、２ａ  第１の磁気抵抗セグメント、２ｂ  第２の磁気抵抗セグメント、２ｃ  第３の磁気抵抗セグメント、２ｄ  第４の磁気抵抗セグメント、３  磁石、４  回転軸、５  磁性体ガイド、５ａ  第１の突極部、５ｂ  第２の突極部、２０  差動フリップフロップ回路。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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