(57)【要約】【課題】波形の歪がなく出力変化の大きい擬似正弦波波形が得られ、角度検出精度の高い磁気検出装置を提供することを目的とする。【解決手段】側面に凹凸部４ａ、４ｂを有する被検出回転体４と、この被検出回転体４の側面に対向して設けた磁気検出部１と、この磁気検出部１に磁界を加えるバイアス磁石２とからなり、このバイアス磁石２の片側端が前記被検出回転体４の半径方向の中心軸よりも片側に位置し、かつ前記磁気検出部１と間隔を設けて配置することで、磁気検出素子の磁界ベクトルを制御して、波形の歪をなくして擬似正弦波を出力することのできる磁気検出装置を実現できる。【選択図】図１
2006105757.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
側面に凹凸部を有する被検出回転体と、この被検出回転体の側面に対向して設けた磁気検出部と、この磁気検出部に磁界を加えるバイアス磁石とからなり、このバイアス磁石の片側端が前記被検出回転体の半径方向の中心軸よりも片側に位置し、かつ前記磁気検出部と間隔を設けるように配置する構成とした磁気検出装置。
【請求項２】
磁気検出部は被検出回転体の半径方向の中心軸に対称になるように各々の磁気検出素子を絶縁基板上に設ける構成とした請求項１に記載の磁気検出装置。
【請求項３】
磁気検出部は２組の磁気検出素子をフルブリッジ回路構成とした請求項２に記載の磁気検出装置。
【請求項４】
磁気検出素子を磁気抵抗素子または巨大磁気抵抗素子とした請求項１に記載の磁気検出装置。
【請求項５】
絶縁基板はアルミナ基板の上にガラスグレーズ層を設けて構成した請求項１に記載の磁気検出装置。
【請求項６】
磁気検出素子とバイアス磁石との間に磁性体からなる金属板を介在させた構成とした請求項１に記載の磁気検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は磁界の変化を検出することにより回転数や回転角度あるいはトルクを検出する磁気検出装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
図８（ａ）、（ｂ）は従来の磁気検出装置における概略構成を示す上面図と正面図である。
【０００３】
図８において、磁気検出素子１０２とバイアス磁石１０１は、磁性体からなる被検出回転体１０８の凹凸部１０８ａ、１０８ｂに対向して配置されている。磁気検出素子１０２はバイアス磁石１０１と被検出回転体１０８との間に設けられ、バイアス磁石１０１と空隙を設けずに配置されている。
【０００４】
被検出回転体１０８の回転に伴って、被検出回転体１０８の凸部１０８ａおよび凹部１０８ｂは交互にバイアス磁石１０１に対向する。その結果、磁気検出素子１０２に印加される磁界は被検出回転体１０８の回転に伴って増減する。すなわち、磁気検出素子１０２ａ、１０２ｂに印加される磁界は、凸部１０８ａが接近することにより増加し、凸部１０８ａが離間することにより減少する。
【０００５】
この磁気検出素子１０２ａ、１０２ｂの感磁面における磁束の変化により、磁気検出素子１０２ａ、１０２ｂの抵抗値は印加される磁界の大きさに応じて変化する。この磁気検出素子１０２ａ、１０２ｂから出力されるアナログ信号を信号処理回路で波形整形し、被検出回転体１０８の凸部１０８ａ、凹部１０８ｂに対応した矩形波信号を出力するものである。
【０００６】
なお、この出願の発明に関連する先行技術文献情報としては、例えば、特許文献１が知られている。
【特許文献１】特開平９−３１１１３５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上記従来の構成で用いている磁気検出素子は強磁性磁気抵抗素子（ＭＲ素子）、または巨大磁気抵抗素子（ＧＭＲ素子）であり、被検出回転体と磁気抵抗素子と磁石との位置関係において磁界変化が大きいために、磁界−抵抗特性のカーブの非直線領域を使用せざるを得なかったり、また０点をクロスしたりすることにより、波形の歪が大きくなり擬似正弦波とならず、被検出回転体と磁気抵抗素子の間隙（ギャップ）を変化させたときに波形が相似形に変化しないという課題を有していた。
【０００８】
本発明は上記従来の課題を解決するもので、被検出回転体の側面に対向して配置されるバイアス磁石をその片側端が前記被検出回転体の半径方向の中心軸よりも片側に位置し、かつ磁気検出部と間隔を設けるように配置することで、磁気検出素子に印加される磁束の方向と大きさを制御することが容易になり、波形の歪をなくして擬似正弦波とするとともにギャップを変化させたときにも波形は相似形に変化することにより、角度検出精度の高い磁気検出装置を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するために、本発明の磁気検出装置は以下の構成を有するものである。
【００１０】
本発明の請求項１に記載の発明は、側面に凹凸部を有する被検出回転体と、この被検出回転体の側面に対向して設けた磁気検出部と、この磁気検出部に磁界を加えるバイアス磁石とからなり、バイアス磁石をその片側端が前記被検出回転体の半径方向の中心軸よりも片側に位置し、かつ前記磁気検出部と間隔を設けるように配置する構成としたもので、これにより磁気検出素子の軸方向の磁界変化は図５に示す磁界−抵抗特性の片側のみの略直線領域（Ａ領域）で変化するため、波形の歪がなくなるという作用効果が得られる。
【００１１】
本発明の請求項２に記載の発明は、磁気検出部を被検出回転体の半径方向の中心軸に対称になるように各々の磁気検出素子を絶縁基板上に設ける構成としたもので、被検出回転体の半径方向の中心軸に対称になるように磁気検出素子を配置することで、それぞれの磁気検出素子から出力される出力波形の中点電位差をそろえることができるという作用効果が得られる。
【００１２】
本発明の請求項３に記載の発明は、磁気検出素子を２組設けて絶縁基板の上面にフルブリッジ回路を構成したものであり、一方の磁気検出素子の磁気抵抗変化ともう一方の磁気検出素子の磁気抵抗変化との差を信号出力として取り出すことができるため、１組だけを用いた回路構成に比べて出力振幅をより大きくすることができ、検出精度を向上できるという作用効果が得られる。また、２組の磁気検出素子の抵抗温度係数はほぼ同等であるため、素子出力の温度に対する安定性が向上するという作用効果が得られる。
【００１３】
本発明の請求項４に記載の発明は、磁気検出素子を磁気抵抗素子または巨大磁気抵抗素子とする構成であり、感磁面内に印加される磁界のベクトル成分だけを抵抗値の変化として取り出すことができるため、高精度に検出できるという作用効果が得られる。
【００１４】
本発明の請求項５に記載の発明は、絶縁基板をアルミナ基板とその上面にガラスグレーズ層を設けた構成としたものであり、機械的な強度に強くかつガラスグレーズ層により基板表面を平滑化できるため、膜質のよい磁気検出素子が形成され、磁気感度が高く信頼性の向上した磁気検出素子を得ることができるという作用効果が得られる。
【００１５】
本発明の請求項６に記載の発明は、磁気検出素子とバイアス磁石との間に磁性体からなる金属板を介在させた構成としたものであり、磁気検出素子に加わるバイアス磁石の磁界の大きさや方向を制御することができるという作用効果が得られる。
【発明の効果】
【００１６】
以上のように本発明によれば、側面に凹凸部を有する被検出回転体と、この被検出回転体の側面に対向して設けた磁気検出部と、この磁気検出部に磁界を加えるバイアス磁石とからなり、バイアス磁石をその片側端が前記被検出回転体の半径方向の中心軸よりも片側に位置し、かつ前記磁気検出部と間隔を設けるように配置する構成とすることで、波形の歪をなくして擬似正弦波とするとともにギャップを変化させたときにも波形は相似形に変化することにより角度検出精度の高い磁気検出装置を実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明の実施の形態における磁気検出装置について、図面を参照しながら説明する。
【００１８】
図１（ａ）、（ｂ）は本発明の実施の形態における磁気検出装置の構成と被検出回転体との位置関係を示す上面図と正面図、図２は磁気検出部を説明する構成図、図３は磁気検出素子の結線を示す図、図４は磁気検出部の断面図、図５は磁気検出素子の磁界に対する抵抗値変化を示す特性図、図６は被検出回転体の形状に対応した磁気検出素子のブリッジ回路の中点電位における出力波形を示す図、図７は出力アナログ信号のリサージュ図形である。
【００１９】
図１において、磁気検出装置６は所定の空隙（ギャップ）を介して被検出回転体４の凹凸部４ａ、４ｂを有する側面に対向するように配置されている。磁気検出装置６は磁気検出部１とバイアス磁石２と金属板５と磁気回路（図示せず）で構成されている。図２に示す磁気抵抗素子や巨大磁気抵抗素子からなる磁気検出素子１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄの感磁面は、被検出回転体４と対向する方向に対して垂直に配置されている。また、磁気検出素子１ａと磁気検出素子１ｂで１つのブリッジを形成し、磁気検出素子１ｃと磁気検出素子１ｄでもう一つのブリッジを形成している。また、磁気検出素子１ａと磁気検出素子１ｃは９０度位相になるように配置されている。バイアス磁石２は希土類磁石またはネオジウムボンド磁石などの強磁界を発生する磁石とし、その磁化方向が被検出回転体４の半径方向になるように磁気検出部１と間隔を設け、かつバイアス磁石２の片側端が被検出回転体の半径方向の中心軸よりも片側になるように配置し、磁気検出部１にバイアス磁界を印加している。
【００２０】
磁気検出部１について、磁気検出素子１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄに巨大磁気抵抗素子（以下、ＧＭＲ素子とする）を使用した場合について説明する。図２において、磁気検出部１は磁気検出感度を向上させるため、絶縁基板２０上に形成した四つに分割されたライン状のＧＭＲ素子１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄから構成されている。ＧＭＲ素子１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄは被検出回転体４の回転方向に対して垂直に配置されている。図３は磁気検出部１を構成するＧＭＲ素子１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄの回路結線図である。ＧＭＲ素子１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄは電源ＶｃｃとグランドＧＮＤ間に直列に接続され、フルブリッジ回路１１を構成している。このフルブリッジ回路１１の中点１２ａ、１２ｂより被検出回転体４の凹凸部４ａ、４ｂの回転に伴うアナログ信号を出力する。
【００２１】
図４は磁気検出部１の断面図を示している。ＧＭＲ素子１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄは絶縁基板２０上に形成されており、その基板には通常アルミナ基板２１が使用されるが、アルミナ基板２１上にガラスグレーズ層２２を設けることにより更に機械的な強度を強くすることができる。また、ガラスグレーズ層２２により絶縁基板２０の表面を平滑化できるため膜質のよいＧＭＲ素子１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄが形成されやすく、磁気感度が高く信頼性の向上した磁気検出部１を作製することができる。ＧＭＲ素子１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄは図５に示すような磁界−抵抗特性を有している。ＧＭＲ素子１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄの抵抗値は印加磁界が変動すると抵抗値が大きく変化する特性を有している。通常の磁気検出素子であるＭＲ素子の磁気感度を４％程度とすると、ＧＭＲ素子の場合は２０％程度の磁気感度を有している。
【００２２】
金属板５は、磁気検出部１に加わる磁界を制御するために設けられており、この金属板５の被検出回転体４の回転方向における幅をバイアス磁石２の幅より大きくすることで、バイアス磁石２の被検出回転体４の中心軸と反対側で発生する磁束４２が磁界閉ループ４１を構成することで、磁束４２のギアへの印加を抑制し磁束４３のみを磁気検出部１に印加できる。これにより、金属板５の大きさにより磁気検出部１に加わる磁界４３を自由に制御することができる。
【００２３】
次に、磁気検出装置６の動作について説明する。
【００２４】
図１に示すように、被検出回転体４の回転に伴って、被検出回転体４の凸部４ａおよび凹部４ｂが交互に磁気検出部１に対向する。このとき磁気検出部１に印加される磁界は、金属板５の影響により磁束４２はバイアス磁石２と磁界閉ループ４１をなすため、磁束４３のみとなる。この磁束４３が被検出回転体４の凸部４ａおよび凹部４ｂによって変化をする。このときの磁束４３の磁界変化４４はバイアス磁石２の位置の影響により、図５に示すように磁界−抵抗特性のＡ領域すなわち略直線領域で変化するため、波形の歪がなく振幅変化が大きい出力波形４５を得ることができる。このようにして、図３に示すフルブリッジ回路１１の中点電位１２ａ、１２ｂから被検出回転体４の回転により図６のようなアナログ信号の出力波形を出力する。
【００２５】
このアナログ信号１２ａ、１２ｂのリサージュ図形は図７（ａ）に示すような図形となり、従来の構成の磁気検出装置のリサージュ図形である図７（ｂ）と比較しても、波形に歪がないのは明らかである。
【産業上の利用可能性】
【００２６】
本発明の磁気検出装置は、波形の歪をなくして擬似正弦波を出力することで角度検出精度を高めることができ、回転数および回転角度を検出する磁気検出装置として有用である。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】（ａ）本発明の実施の形態における磁気検出装置の構成と被検出回転体との位置関係を示す上面図、（ｂ）同磁気検出装置の構成と被検出回転体との位置関係を示す正面図
【図２】磁気検出部を説明する構成図
【図３】磁気検出素子の結線を示す回路図
【図４】磁気検出部の断面図
【図５】磁気検出素子の磁界に対する抵抗値変化を示す特性図
【図６】被検出回転体の形状とそれに対応した中点電位の出力波形を示す図
【図７】出力アナログ信号のリサージュ図形を示す図
【図８】従来の磁気検出装置を説明する構成図
【符号の説明】
【００２８】
１  磁気検出部
１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄ  磁気検出素子（ＳＭＲ素子）
２  バイアス磁石
４  被検出回転体
４ａ  凸部
４ｂ  凹部
５  金属板
６  磁気検出装置
１１  フルブリッジ回路
１２ａ、１２ｂ  中点電位
２０  絶縁基板
２１  アルミナ基板
２２  ガラスグレーズ層
４１  磁界閉ループ
４２、４３  磁束
４４  磁束４３の磁界変化
４５  出力波形
【図１】
2006105757.tif 000003
【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】
2006105757.tif 000009
【図８】
2006105757.tif 000010