(57)【特許請求の範囲】
【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。
【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。
【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１６（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１３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５Ｖ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２Ｒ１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１７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３３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１１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、
0003802974.tif 000002
となる。ここで、このＶC は、前述した温度補正信号Ｓ２に相当する。
【００４０】
また、ＶD は、ＶA ならびにＶC に基づいて、
0003802974.tif 000003
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、
0003802974.tif 000004
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。
【図１】
0003802974.tif 000005
【図２】
0003802974.tif 000006
【図３】
0003802974.tif 000007
【図４】
0003802974.tif 000008
【図５】
0003802974.tif 000009
【図６】
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【図７】
0003802974.tif 000011
【図８】
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