(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁性移動体の被検出部に対向して配置された磁電変換素子と、着磁方向が前記磁性移動体と対向方向に垂直に向けられた磁石と、前記被検出部に対向した対向方向に間隔をおいて形成された少なくとも２つの突極部を有する磁性体ガイドとを備え、少なくとも一つの前記磁電変換素子が前記対向方向に対して、垂直方向である前記磁性移動体の軸に沿って視たときに前記突極部間に配置されている磁気検出装置。
【請求項２】
前記磁電変換素子は、前記磁性移動体側または前記反磁性移動体側に配置されている請求項１に記載の磁気検出装置。
【請求項３】
複数の前記突極部間が形成され、それぞれの前記突極部間に前記磁電変換素子が配置されている請求項１または請求項２に記載の磁気検出装置。
【請求項４】
前記磁石の対向方向の長さ寸法が前記磁性体ガイドの前記突極部間の間隔寸法よりも大きい請求項１ないし請求項３の何れかに記載の磁気検出装置。
【請求項５】
前記磁性体ガイドの前記突極部における前記磁性移動体の周方向の幅寸法が前記磁石における前記磁性移動体の周方向の幅寸法とほぼ同一である請求項１ないし請求項４の何れかに記載の磁気検出装置。
【請求項６】
前記磁電変換素子は磁気抵抗素子である請求項１ないし請求項５の何れかに記載の磁気検出装置。
【請求項７】
前記磁電変換素子は巨大磁気抵抗素子である請求項１ないし請求項５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、磁界強度を検出して磁性移動体の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】
磁気検出装置として、例えば磁電変換素子である磁気抵抗素子の各端に電極を形成してブリッジを構成し、このブリッジの対向する２つの電極間に定電圧、定電流の電源を接続し、磁気抵抗素子の抵抗値変化を電圧変化に変換して、この磁気抵抗素子に作用している磁界変化を検出して磁性移動体の位置を検出するものが知られている。
図１６は上記磁気検出装置の電気回路図である。
この磁気検出装置では、磁気抵抗素子１及び固定抵抗２で構成されたブリッジ回路に定電圧を印加し、磁界の変化による磁気抵抗素子１の抵抗値変化を電圧変化に変換する。電圧変化された信号は増幅回路３で増幅し、比較回路４に入力される。比較回路４により所定の電圧と比較された信号は出力回路５によって“０”または“１”の最終出力に変換され、この出力は出力端子６から出力される。
【０００３】
図１７は従来の磁気検出装置を示す構成図で、図１７（ａ）はその斜視図、図１７（ｂ）は図１７（ａ）の部分平面図である。
この磁気検出装置は、磁性移動体である回転体１１の被検出部である歯部１２ａ及び溝部１２ｂに対向して配置されている。
磁気検出装置は、磁電変換素子であり磁界の変化に応じて抵抗値が変化する磁気抵抗素子１５と、着磁方向が回転体１１に向けられた磁石１４と、磁気抵抗素子１５の抵抗値変化が電圧変化された信号を増幅する増幅回路３、比較回路４及び出力回路５を内蔵した処理回路部１６を備えている。
【０００４】
上記構成の磁気検出装置では、回転軸１０が回転することで回転体１１も同期して回転し、磁気抵抗素子１５に印加される磁石１４からの磁界が変化する。その結果、図１８に示すように、回転体１１の歯部１２ａが磁気抵抗素子１５に対向したときと、溝部１２ｂが対向したときとでは、磁気抵抗素子１５の抵抗値が変化し、また増幅回路３からの出力も変化する。そして、最終的には処理回路部１６の出力端子６からは、増幅回路出力が波形整形され、回転体１１の歯部１２ａ及び溝部１２ｂに対応して“１”または“０”の最終出力信号が得られる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
図１９は、歯部１２ａ及び溝部１２ｂに対して磁気抵抗素子１５が回転体１１の径方向（回転体対向方向、矢印Ｂ方向）に離れてズレが生じた場合及び回転体周方向（矢印Ａ方向）にズレが生じた場合の磁気抵抗素子１５に印加される磁石１４からのバイアス磁界の変動を示す。そして、図１９（ｃ）に示すように、回転体対向方向である矢印Ｂ方向に磁気抵抗素子１５が位置ズレが生じたときの方が、回転体周方向である矢印Ａ方向に磁気抵抗素子１５が位置ズレが生じたときよりも、バイアス磁界の変動が大きいことが分かる。
【０００６】
そして、例えば被検出体である歯部１２ａ及び溝部１２ｂに対して磁気抵抗素子１５が矢印Ｂ方向にズレを生じた場合、磁気抵抗素子１５、増幅回路３の出力及び出力端子６からの最終出力のそれぞれの動作波形が図２０に示されている。この図において、実線は正常な位置に磁気抵抗素子１５があるときの動作波形図、点線は正常な位置からズレが生じたときの動作波形図、二点鎖線は比較電圧を示している。
この図から分かるように、磁気抵抗素子１５が正常な位置からズレが生じた場合、歯部１２ａ及び溝部１２ｂの位置検出のタイミングがＴ１だけずれてしまい、磁気抵抗素子１５の位置ズレにより歯部１２ａ及び溝部１２ｂの位置を正確に検出することができないという問題点があった。
【０００７】
この発明は、かかる問題点を解決することを課題とすものであって、磁電変換素子の位置ズレが生じても良好な被検出部の位置検出性能を確保できる磁気検出装置を得ることを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
この発明の請求項１に係る磁気検出装置は、磁性移動体の被検出部に対向して配置された磁電変換素子と、着磁方向が前記磁性移動体と対向方向に垂直に向けられた磁石と、前記被検出部に対向した対向方向に間隔をおいて形成された少なくとも２つの突極部を有する磁性体ガイドとを備え、少なくとも一つの前記磁電変換素子が前記対向方向に対して、垂直方向である前記磁性移動体の軸に沿って視たときに前記突極部間に配置されている。
【０００９】
この発明の請求項２に係る磁気検出装置では、磁電変換素子は、磁性移動体側または反磁性移動体側に配置されている。
【００１０】
この発明の請求項３に係る磁気検出装置では、複数の突極部間が形成され、それぞれの突極部間に磁電変換素子が配置されている。
【００１１】
この発明の請求項４に係る磁気検出装置では、磁石の対向方向の長さ寸法が磁性体ガイドの突極部間の間隔寸法よりも大きい。
【００１２】
この発明の請求項５に係る磁気検出装置では、磁性体ガイドの突極部における磁性移動体の周方向の幅寸法が磁石における磁性移動体の周方向の幅寸法とほぼ同一である。
【００１３】
この発明の請求項６に係る磁気検出装置では、磁電変換素子は磁気抵抗素子である。
【００１４】
この発明の請求項７に係る磁気検出装置では、磁電変換素子は巨大磁気抵抗素子である。
【００１５】
【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は実施の形態１の磁気検出装置の構成図であり、図１（ａ）はその斜面図、図１（ｂ）はその上面図、図１（ｃ）はその側面図である。
この磁気検出装置は、磁性移動体である回転体１１の被検出部である歯部１２ａ及び溝部１２ｂに対向して配置されている。
磁気検出装置は、磁電変換素子であり磁界の変化に応じて抵抗値が変化する磁気抵抗素子１５と、着磁方向が回転体１１と対向方向に対して垂直に向けられた磁石１４と、歯部１２ａ及び溝部１２ｂに対向した対向方向に間隔をおいて形成された第１の突極部２１ａ及び第２の突極部２１ｂを有する鉄製の磁性体ガイド２１と、磁気抵抗素子１５の抵抗値変化から電圧変化された信号を増幅する増幅回路３、比較回路４及び出力回路５を内蔵した処理回路部１６とを備えている。
上記磁気抵抗素子１５は回転体対向方向Ａに対して垂直方向である回転軸１０に沿って視たときに第１の突極部２１ａと第２の突極部２１ｂとの間に配置されている。
【００１６】
図２は磁気抵抗素子１５を回転体１１に対して径方向に磁石１４の先端面からＬの位置に配置させ、回転体１１の歯部１２ａの対向時、溝部１２ｂの対向時に磁気抵抗素子１５に印加される磁界及び磁気抵抗素子１５の抵抗値を示した図である。
この図２から分かるように、Ｌ１〜Ｌ２の範囲内において磁気抵抗素子１５に印加されるバイアス磁界の変化および抵抗値の変化が殆どない位置が存在する。この位置に磁気抵抗素子１５を配置した場合には、検出本体２０が回転体１１の径方向における位置に多少ズレが生じたときでも位置検出性能に殆ど影響を与えることはない。
【００１７】
このＬ１〜Ｌ２の範囲は、第１の突極部２１ａと第２の突極部２１ｂとの範囲である。これは第１の突極部２１ａ及び第２の突極部２１ｂは磁束が集中化し易く、それだけ第１の突極部２１ａと第２の突極部２１ｂとの間では磁界の均一化が図れるためと考える。
そして、この実施の形態１では、この範囲Ｌ１〜Ｌ２に磁気抵抗素子１５が配置されているので、磁気抵抗素子１５が回転体対向方向に位置ズレを生じても良好な歯部１２ａ、溝部１２ｂの位置検出性能を確保できる。
【００１８】
実施の形態２．
図３はこの発明の実施の形態２の磁気検出装置の構成図であり、図３（ａ）はその斜面図、図３（ｂ）はその上面図、図３（ｃ）はその側面図、図４はその電気回路図である。
この実施の形態２では、第１の磁気抵抗素子２２を磁性体ガイド２１の第１の突極部２１ａと第２の突極部２１ｂとの間に設け、第２の磁気抵抗素子２３を反回転体１１側の第２の突極部２１ｂの径方向外側に設けたものである。
【００１９】
図５は、従来例において周囲温度が常温時及び高温時での動作波形を示す。この図において、実線は常温時の磁気抵抗素子１の動作波形図、点線は高温時の磁気抵抗素子１の動作波形図、二点鎖線は比較電圧を示している。図のように、磁気抵抗素子１の抵抗値の温度変化により動作波形がシフトしている。これは、磁気抵抗素子１とブリッジを構成する固定抵抗２の温度係数の差により発生するものである。この結果、歯部１２ａ及び溝部１２ｂの位置検出のタイミングがＴ２だけずれてしまい、磁気抵抗素子１の温度変化により歯部１２ａ及び溝部１２ｂの検出位置が大きくずれることになる。
【００２０】
これに対して、この実施の形態２では、図４に示すように第１の磁気抵抗素子２２と第２の磁気抵抗素子２３とでブリッジを構成することにより、磁気抵抗素子の温度係数の特性を相殺することができ、また図７に示すように増幅回路出力の振幅を大きくすることができ検出精度を向上させることができる。
また、図６に示すように、第１の磁気抵抗素子２２をバイアス磁界の変化および抵抗値の変化が殆どない位置Ｌ３に配置したことで、第１の磁気抵抗素子２２が回転体対向方向に位置ズレを生じても良好な歯部１２ａ、溝部１２ｂの位置検出性能を確保できる。
【００２１】
実施の形態３．
図８はこの発明の実施の形態３の磁気検出装置の構成図、及び第１及び第２の磁気抵抗素子２４，２５に印加される磁界及び第１及び第２の磁気抵抗素子２４，２５の抵抗値を示した図である。
この実施の形態では、磁性体ガイド１００は３個の突極部１００ａ，１００ｂ，１００ｃを有しており、この突極部１００ａ，１００ｂ，１００ｃ間に磁気抵抗素子２４，２５がそれぞれ配置されている。また、第１の磁気抵抗素子２４と第２の磁気抵抗素子２５とでブリッジを構成している。
【００２２】
この実施の形態では、実施の形態２と同様に、磁気抵抗素子の温度係数の特性を相殺することができるとともに、増幅回路出力の振幅を大きくすることができ検出精度を向上させることができる。
また、第２の磁気抵抗素子２５もバイアス磁界の変化および抵抗値の変化が殆どない位置Ｌ４に配置されているので、実施の形態２と比較して第１の磁気抵抗素子２４、第２の磁気抵抗素子２５が回転体対向方向に位置ズレを生じても、より良好に歯部１２ａ、溝部１２ｂの位置検出性能を確保できる。
【００２３】
実施の形態４．
図９（ａ）はこの発明の実施の形態４の磁気検出装置の構成図、図９（ｂ）ないし図９（ｄ）は磁性体ガイド２１の一対の突極部２１ａ，２１ｂ間のピッチＮに対して磁石１４の回転体１１の対向方向の長さ（Ｍ）を変えたときの、磁気抵抗素子１５に印加されるバイアス磁界を示す図である。
この実施の形態では、この図９（ｂ）から分かるように、磁石１４の対向方向長さ（Ｍ）を一対の突極部２１ａ，２１ｂ間のピッチ（Ｎ）以上にすることで、回転体１１の径方向位置ズレによる磁気抵抗素子１５へのバイアス磁界の変動が小さい。さらに、歯部１２ａと溝部１２ｂとの間で大きな印加磁界の差を得ることができる。そのため、磁気抵抗素子１５が回転体対向方向に位置ズレを生じても、より良好に歯部１２ａ、溝部１２ｂの位置検出性能を確保できるとともに、位置検出精度が向上する。
【００２４】
実施の形態５．
図１０はこの発明の実施の形態５の磁気検出装置の構成図で、図１０（ａ）はその平面図、図１０（ｂ）はその側面図である。図１１は磁石１４の幅（Ｐ）に対して磁性体ガイド２１の一対の突極部２１ａ，２１ｂの幅（Ｑ）を変えたときの、磁気抵抗素子１５に印加されるバイアス磁界を示す図である。
この実施の形態では、図１１から分かるように、磁性体ガイド２１の一対の突極部２１ａ，２１ｂの幅（Ｑ）を磁石１４の幅（Ｐ）と同一にすることで、検出本体６０の回転体１１の周方向位置ズレによる磁気抵抗素子１５へのバイアス磁界変動をより抑えることができる。
【００２５】
実施の形態６．
この実施の形態６では、磁気検出素子として巨大磁気抵抗素子（以下ＧＭＲとする）を用いるものである。
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、所謂「人工格子膜」であり、（Ｆｅ／Ｃｒ）ｎ、（パーマロイ／Ｃｕ／Ｃｏ／Ｃｕ）ｎ、（Ｃｏ／Ｃｕ）ｎ（ｎは積層数）が知られている。これは従来の磁気抵抗素子（以下ＭＲ素子とする）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。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、このＧＭＲ素子は、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。なお、図１２にはＧＭＲ素子のＭＲループ特性を示している。
このように、磁電変換素子としてＧＭＲ素子を用いることにより、ＳＮ比を向上することができノイズ耐量を上昇させあることができる。
【００２６】
実施の形態７．
図１３はこの発明の実施の形態７の磁気検出装置の構成図であり、図１３（ａ）はその平面図、図１３（ｂ）はそのその側面図である。また、図１４は図１３の磁気検出装置の電気回路図である。
この実施の形態では、磁性体ガイド１００は３個の突極部１００ａ，１００ｂ，１００ｃを有しており、第１の突極部１００ａと第２の突極部１００ｂとの間に第１の磁気抵抗素子２６及び第２の磁気抵抗素子２７が配置され、第２の突極部１００ｂと第３の突極部１００ｃとの間に第３の磁気抵抗素子２８及び第４の磁気抵抗素子２９が配置されている。
図１５はこの実施の形態の磁気検出装置の動作波形を示す図であり、第１の磁気抵抗素子２６と第３の磁気抵抗素子２８との間の中点Ｆの電圧変動に対して、第２の磁気抵抗素子２７と第４の磁気抵抗素子２９との間の中点Ｇの電圧変動が反転するため、実施の形態３の場合と比較して増幅回路出力が２倍となり、位置検出精度が向上することが分かる。
なお、上記各実施の形態では磁性移動体として回転体で説明したが、勿論この形態には限定されない。また、突極部間の空間が２つまでしか説明していないが、３つ以上ある場合でもよい。さらに、磁気抵抗素子の数を４つ以上であってもよい。
【００２７】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明の請求項１に係る磁気検出装置によれば、磁性移動体の被検出部に対向して配置された磁電変換素子と、着磁方向が前記磁性移動体と対向方向に垂直に向けられた磁石と、前記被検出部に対向した対向方向に間隔をおいて形成された少なくとも２つの突極部を有する磁性体ガイドとを備え、少なくとも一つの前記磁電変換素子が前記対向方向に対して、垂直方向である前記磁性移動体の軸に沿って視たときに前記突極部間に配置されているので、磁電変換素子は印加されるバイアス磁界の変化が殆どない位置にあり、磁電変換素子が磁性移動体の対向方向に位置ズレが生じたときでも位置検出性能に殆ど影響を受けず、位置ズレが生じても良好な被検出部の位置検出性能を確保できる。
【００２８】
また、この発明の請求項２に係る磁気検出装置によれば、磁電変換素子は、磁性移動体側または反磁性移動体側に配置されているので、温度変化に対する磁気抵抗素子の温度係数の変化特性を相殺することができ、温度変動下でも良好な被検出部の位置検出性能を確保できる。
【００２９】
また、この発明の請求項３に係る磁気検出装置によれば、複数の突極部間が形成され、それぞれの突極部間に磁電変換素子が配置されているので、温度変動下でも良好な被検出部の位置検出性能を確保できるとともに、増幅回路出力の振幅を大きくすることができ検出精度を向上させることができ、さらに磁電変換素子が磁性移動体の対向方向に位置ズレが生じてもより良好な被検出部の位置検出性能を確保できる。
【００３０】
また、この発明の請求項４に係る磁気検出装置によれば、磁石の対向方向の長さ寸法が磁性体ガイドの突極部間の間隔寸法よりも大きいので、磁電変換素子が磁性移動体の対向方向に位置ズレを生じても、より良好に被検出部の位置検出性能を確保できるとともに、位置検出精度が向上する。
【００３１】
また、この発明の請求項５に係る磁気検出装置によれば、磁性体ガイドの突極部における磁性移動体の周方向の幅寸法が磁石における磁性移動体の周方向の幅寸法とほぼ同一であるので、磁電変換素子が磁性移動体の周方向に位置ズレを生じても、より良好に被検出部の位置検出性能を確保できる。
【００３２】
また、この発明の請求項６に係る磁気検出装置によれば、磁電変換素子は磁気抵抗素子であるので、低コストで磁気検出装置を製造することができる。
【００３３】
また、この発明の請求項７に係る磁気検出装置によれば、磁電変換素子は巨大磁気抵抗素子であるので、ＳＮ比を向上することができノイズ耐量を上昇させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施の形態１の磁気検出装置の構成図であり、図１（ａ）はその斜面図、図１（ｂ）はその上面図、図１（ｃ）はその側面図である。
【図２】図２（ａ）は図１の磁気検出装置の構成図、図２（ｂ）は磁界の特性図、図２（ｃ）は磁気抵抗素子の抵抗特性図である。
【図３】図３（ａ）は実施の形態２の磁気検出装置の斜面図、図３（ｂ）はその上面図、図３（ｃ）はその側面図である。
【図４】図３の磁気検出装置の電気回路図である。
【図５】従来例における周囲温度が常温時及び高温時での磁気抵抗素子の動作波形図である。
【図６】図６（ａ）は図３の磁気検出装置の構成図、図６（ｂ）は磁界の特性図、図６（ｃ）は磁気抵抗素子の抵抗特性図である。
【図７】実施の形態２の磁気検出装置の動作波形図である。
【図８】図８（ａ）は実施の形態３の磁気検出装置の構成図、図８（ｂ）は磁界の特性図、図８（ｃ）は磁気抵抗素子の抵抗特性図である。
【図９】図９（ａ）は実施の形態４の磁気検出装置の構成図、図９（ｂ）ないし図９（ｄ）は磁界の特性図である。
【図１０】この発明の実施の形態５の磁気検出装置の構成図で、図１０（ａ）はその平面図、図１０（ｂ）はその側面図である。
【図１１】図１０の磁気検出装置の位置ズレと磁界との関係を示す図である。
【図１２】ＧＭＲ素子のＭＲループ特性図である。
【図１３】この発明の実施の形態６の磁気検出装置の構成図で、図１３（ａ）はその平面図、図１３（ｂ）はその側面図である。
【図１４】図１３の磁気検出装置の電気回路図である。
【図１５】実施の形態６の磁気検出装置の動作波形図である。
【図１６】従来の磁気検出装置の電気回路図である。
【図１７】図１６の磁気検出装置を示す構成図で、図１７（ａ）はその斜視図、図１７（ｂ）は図１７（ａ）の部分平面図である。
【図１８】図１６の磁気検出装置の動作波形図である。
【図１９】図１９（ａ）は図１６の磁気検出装置の斜視図、図１９（ｂ）は図１９（ａ）の磁気検出装置の部分平面図、図１９（ｃ）は図１９（ａ）の磁気検出装置の位置ズレと磁界との関係を示す図である。
【図２０】図１９の磁気検出装置の動作波形図である。
【符号の説明】
１１  回転体（磁性移動体）、１２ａ  歯部（被検出部）、１２ｂ  溝部（被検出部）、１５  磁気抵抗素子（磁電変換素子）、１４  磁石、２１ａ，１００ａ  第１の突極部、２１ｂ，１００ｂ  第２の突極部、１００ｃ  第３の突極部、２１，１００  磁性体ガイド、２２，２４，２６  第１の磁気抵抗素子、２３，２５，２７  第２の磁気抵抗素子、２８  第３の磁気抵抗素子、第４の磁気抵抗素子。
【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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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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