JPH1019601A - 磁気検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 検出ギャップを大きくして感度を向上し、容
易に被検出対象の運動を検出する。 【解決手段】 被検出対象１１に向けてバイアス磁界を
発生する第１の磁界発生部２５ａと、被検出対象１１に
向けてバイアス磁界を発生し、第１の磁界発生部２５ａ
に対向して被検出対象１１の運動方向に配置され、バイ
アス磁界の極性が第１の磁界発生部２５ａで発生したバ
イアス磁界の極性と互いに逆方向となるように配置され
る第２の磁界発生部２５ｂと、第１の磁界発生部２５ａ
と第２の磁界発生部２５ｂとの間のバイアス磁界中にあ
って被検出対象１１の運動方向に対して略垂直な面に設
置され、被検出対象１１の運動に応じたバイアス磁界の
状態変化により抵抗変化を生ずる磁気抵抗効果素子１６
ａとを備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、磁気抵抗効果素子
の抵抗変化を利用して被検出対象の移動，回転等を検出
する高感度な磁気検出装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】磁気センサは、バイアス磁石を有し、磁
気抵抗効果素子の抵抗変化を利用して磁性体からなる被
検出対象の移動，回転等を検出するものであり、小型で
あることから、広く利用されている。

【０００３】この種の従来の磁気センサの公知技術とし
て、例えば、特開平３−１９５９７０に記載されたもの
がある。

【０００４】特開平３−１９５９７０に記載された磁気
センサの第１の方式を図９に示す。図９に示す磁気セン
サには、磁性材料からなる被検出対象としてのギア１１
に向けてバイアス磁界１３を発生するバイアス磁石１５
が設けられる。

【０００５】このバイアス磁界１３の方向に垂直な面に
磁気抵抗効果素子１６ａを形成した絶縁基板１７ａが配
置される。

【０００６】バイアス磁石１５から発生したバイアス磁
界の磁力線は、ギア１１の山と谷で周期的に変調され、
ギア１１の歯の相対位置に応じて正弦波状に変化する。

【０００７】バイアス磁界１３の振れ角度θは、ギア１
１の移動に伴って変化する。この磁界角度の変化による
磁気抵抗効果素子１６ａの面内に生ずる振れ角方向の磁
界強度の変化を前記磁気抵抗効果素子１６ａの抵抗変化
として検出し、ギア１１の運動を検出している。

【０００８】また、特開平３−１９５９７０に記載され
た磁気センサの第２の方式を図１０に示す。図１０に示
すように、絶縁基板１７ｂに設けられた磁気抵抗効果素
子１６ｂは、バイアス磁界方向１３と、ギア１１の運動
方向との２方向を有する面に配置される。

【０００９】この方式は、磁界の振れによる磁界方向
と、磁気抵抗効果素子１６ｂを流れる電流の方向とのな
す角度が変化することを利用し、ギア１１の運動によっ
て生ずるバイアス磁界１３の状態変化に応じて磁気抵抗
効果素子１６ｂの抵抗が変化する。

【００１０】このように、前述した磁気センサの第１の
方式及び第２の方式にあっても、バイアス磁界１３の方
向は、ギア１１に向かう方向にあり、ギア１１の運動に
応じて、バイアス磁界１３の方向が、ギア１１の運動方
向に振れることを利用している。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
磁気センサの構成にあっては、ギア１１と磁気抵抗効果
素子１６ａ，１６ｂとの間のエアギャップが大きくなる
につれて、振れ角は、急激に小さくなる。

【００１２】ここで、振れ角はバイアス磁石１５の形状
や、ギア１１の形状に依存するが、検出可能な最大エア
ギャップは２mm〜３mm程度であった。このため、検出ギ
ャップを大きくして感度を向上し、容易にギア１１の運
動を検出できる磁気検出装置が望まれていた。

【００１３】本発明の目的は、検出ギャップを大きくし
て感度を向上し、容易に被検出対象の運動を検出するこ
とのできる磁気検出装置を提供することにある。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明は、前記課題を解
決するために以下の手段を採用した。請求項１の発明
は、磁性材料を有する被検出対象に向けてバイアス磁界
を発生する第１の磁界発生部と、前記磁性材料を有する
被検出対象に向けてバイアス磁界を発生し、前記第１の
磁界発生部に対向して被検出対象の運動方向に配置さ
れ、バイアス磁界の極性が前記第１の磁界発生部で発生
したバイアス磁界の極性と互いに逆方向となるように配
置される第２の磁界発生部と、前記第１の磁界発生部と
前記第２の磁界発生部との間のバイアス磁界中にあって
前記被検出対象の運動方向に対して略垂直な面に設置さ
れ、前記被検出対象の運動に応じた前記バイアス磁界の
状態変化により抵抗変化を生ずる磁気抵抗効果素子とを
備えることを要旨とする。

【００１５】この発明によれば、バイアス磁界の極性が
第１の磁界発生部のバイアス磁界の極性と互いに逆方向
となるように第２の磁界発生部を第１の磁界発生部に対
向して被検出対象の運動方向に配置させ、第１の磁界発
生部と第２の磁界発生部との間のバイアス磁界中に磁気
抵抗効果素子を配置し、かつ、磁気抵抗効果素子を被検
出対象の運動方向に対して略垂直な面に設置したので、
第１の磁界発生部と第２の磁界発生部との間の空間で
は、被検出対象の運動方向にバイアス磁界が発生する。
そのバイアス磁界は、被検出対象の運動方向にあるバイ
アス磁界が、被検出対象に向かう方向に変調される。

【００１６】このため、磁気抵抗効果素子は、被検出対
象の運動に応じた前記バイアス磁界の状態変化により抵
抗変化を生ずる。

【００１７】このように、第１の磁界発生部と第２の磁
界発生部との間に磁気抵抗効果素子を設け、被検出対象
の運動方向に磁界を発生させることで、被検出対象と磁
気抵抗効果素子とのエアギャップに対する磁界変調量の
減少が比較的小さくなる。

【００１８】その結果、エアギャップに対する感度を向
上し、容易に被検出対象の運動を検出することができ
る。

【００１９】請求項２の発明において、前記磁気抵抗効
果素子は、前記第１の磁界発生部または前記第２の磁界
発生部の前記被検出対象側の磁極面近傍に配置されるこ
とを要旨とする。

【００２０】この発明によれば、バイアス磁界の変調の
大きさは、前記第１の磁界発生部または第２の磁界発生
部の前記被検出対象側の磁極面近傍で最大となるため、
この位置に磁気抵抗効果素子を配置することで、大きな
抵抗変化が得られることになる。

【００２１】請求項３の発明において、前記磁気抵抗効
果素子は、絶縁基板に実装され、さらに、前記絶縁基板
には他の電子部品が実装されることを要旨とする。

【００２２】すなわち、第１の磁界発生部と第２の磁界
発生部との間に、磁気抵抗効果素子を有する絶縁基板を
挿入できることから、絶縁基板に複数の電子部品を搭載
することができる。

【００２３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の磁気検出装置の実
施の形態を図面を参照して説明する。図１に本発明の磁
気検出装置の実施の形態１の斜視図を示す。図２に本発
明の磁気検出装置の実施の形態１の断面図を示す。

【００２４】＜実施の形態１＞図１に示す磁気検出装置
は、磁気センサであり、回転運動を行なう被検出対象と
してのギア１１を設ける。

【００２５】ギア１１の真下には、第１の磁界発生部と
しての第１のバイアス磁石２５ａ、第２の磁界発生部と
しての第２のバイアス磁石２５ｂ、磁気抵抗効果素子１
６ａ１，１６ａ２を有する絶縁基板１７ａが設けられ
る。

【００２６】この絶縁基板１７ａには、集積回路（Ｉ
Ｃ）１９、抵抗及びコンデンサ２１などの複数の電子部
品が搭載されている。すなわち、第１のバイアス磁石２
５ａと第２のバイアス磁石２５ｂとの間に、磁気抵抗効
果素子１６ａ１，１６ａ２を有する絶縁基板１７ａを挿
入できることから、絶縁基板１７ａに複数の電子部品を
搭載することができる。

【００２７】第１のバイアス磁石２５ａは、磁性材料を
有するギア１１に向けてバイアス磁界を発生するもの
で、ギア１１側にＮ極が配置されている。

【００２８】第２のバイアス磁石２５ｂは、第１のバイ
アス磁石２５ａと対向してギア１１の運動方向に配置さ
れ、前記磁性材料を有するギア１１に向けてバイアス磁
界を発生するもので、ギア１１側にＳ極が配置されてい
る。

【００２９】磁気抵抗効果素子１６ａ１は鉛直方向に配
置され、磁気抵抗効果素子１６ａ２は鉛直方向に直交す
る方向に配置される。

【００３０】磁気抵抗効果素子１６ａ１，１６ａ２は、
その磁気抵抗効果素子を流れる電流の方向と磁界方向と
のなす角度と、磁界強度とによって抵抗が変化する。磁
界に対する抵抗変化の様子を図２に示す。

【００３１】電流の方向と磁界方向とのなす角度が９０
゜である場合、すなわち、磁気抵抗効果素子１６ａ２
は、磁界強度の大きさによって、図２に示すように、抵
抗が変化する。

【００３２】電流の方向と磁界方向とのなす角度が０゜
である場合、すなわち、磁気抵抗効果素子１６ａ１は、
磁界強度の大きさに関係なく、抵抗が変化しない。

【００３３】磁気抵抗効果素子１６ａ１の出力は得られ
ないので、温度補正に用いられる。ここでは、磁気抵抗
効果素子１６ａ２のみの抵抗が変化するので、その出力
が用いられる。

【００３４】磁気抵抗効果素子１６ａ１，１６ａ２は、
第１のバイアス磁石２５ａと第２のバイアス磁石２５ｂ
との間のバイアス磁界中に設けられ、ギア１１の運動方
向に対して垂直な面に設置され、ギア１１の運動に応じ
た前記バイアス磁界の状態変化により抵抗変化を生ず
る。

【００３５】ギア１１が回転すると、ギア１１と磁気抵
抗効果素子１６ａ１，１６ａ２との位置関係としては、
図３に示す位置関係と、図４に示す位置関係とがある。

【００３６】図３では、第１のバイアス磁石２５ａのＮ
極とギア１１の山とが対向配置され、かつ、第２のバイ
アス磁石２５ｂのＳ極とギア１１の隣の山とが対向配置
される場合である。

【００３７】図４では、第１のバイアス磁石２５ａのＮ
極と第２のバイアス磁石２５ｂのＳ極との間にギア１１
の山が配置される場合である。

【００３８】図３及び図４に示す位置関係において、磁
気抵抗効果素子のＡ点のギア１１に向かう方向の磁界の
大きさＨ１，Ｈ２は、Ｈ１がＨ２よりも大きい。この信
号により正弦波出力が発生する。

【００３９】磁気抵抗効果素子１６ａ１，１６ａ２は、
バイアス磁石２５ａのギア１１側の磁極面近傍であっ
て、磁石間の中心からずらした位置に配置される。

【００４０】このように構成された磁気検出装置によれ
ば、図３に示すように、第１のバイアス磁石２５ａのＮ
極から発生するバイアス磁界は、第１のバイアス磁石２
５ａ内で閉じる経路と、第２のバイアス磁石２５ｂのＳ
極に入る経路がある。

【００４１】そして、いずれの経路においても、ギア１
１の運動により、その経路は変調される。第１のバイア
ス磁石２５ａと、第２のバイアス磁石２５ｂとの間のギ
ア１１側、磁極面近傍におけるバイアス磁界は、ギア１
１の運動方向、つまり、第１のバイアス磁石２５ａのＮ
極から第２のバイアス磁石２５ｂのＳ極に向かう方向に
ある。

【００４２】そのバイアス磁界は、ギア１１の運動によ
り、ギア１１に向かう方向に振れを生ずる。つまり、ギ
ア１１が運動することで、ギア１１に向かう方向のバイ
アス磁界成分が変化することになる。このため、磁気抵
抗効果素子１６ａ２は、ギア１１の運動に応じた前記バ
イアス磁界の状態変化により抵抗変化を生ずる。

【００４３】また、図４に示す状態では、大半のバイア
ス磁界は、第１のバイアス磁石２５ａのＮ極からギア１
１に向かうとともに、第２のバイアス磁石２５ｂのＳ極
からギア１１に向かう。

【００４４】このバイアス磁界中に磁気抵抗効果素子１
６ａ２が配置されるので、磁気抵抗効果素子１６ａ２を
通る図４に示すバイアス磁界は、図３に示すバイアス磁
界よりも大きい。

【００４５】また、磁気抵抗効果素子１６ａ２を第１の
バイアス磁石２５ａと第２のバイアス磁石２５ｂとの間
の中心からずらすことで、バイアス磁界の振れは、大き
くなる。

【００４６】図５に２つのバイアス磁石間の磁界の振れ
のシミュレーション結果を示す。図中において、太線で
示す部分は、図３で示したように、２つのバイアス磁石
２５ａ，２５ｂとギア１１の山とが対向配置された状態
にある場合の磁界の振れである。

【００４７】細線で示す部分は、図４で示したように、
２つのバイアス磁石２５ａ，２５ｂ間にギア１１の山が
配置された状態にある場合の磁界の振れである。

【００４８】図５に示す磁界の振れのシミュレーション
結果からもわかるように、図４に示す位置関係における
磁界の振れの方が図４に示す位置関係における磁界の振
れよりも大きいことがわかる。

【００４９】また、磁気抵抗効果素子１６ａ２を第１の
バイアス磁石２５ａの磁極面側または第２のバイアス磁
石２５ｂの磁極面側により配置した方が、バイアス磁界
の振れは、大きくなることがわかる。

【００５０】このように、第１のバイアス磁石２５ａと
第２のバイアス磁石２５ｂとの間に磁気抵抗効果素子１
６ａを設け、ギア１１の方向にバイアス磁界を発生させ
ることで、エアギャップに対する磁界変調量の減少が比
較的小さくなるので、エアギャップが比較的大きくて
も、磁界の変化状態を検出できる。

【００５１】その結果、エアギャップが大きくして感度
を向上し、容易にギア１１の運動を検出することができ
る。

【００５２】図３及び図４に、磁気抵抗効果素子１６ａ
２上のＡ点における振れ角θを示す。図６に振れ角θと
エアギャップとの関係をシミュレーションした結果を、
実施の形態１の場合（図中Ｑ）と従来の場合（図中Ｐ）
との各々について示す。

【００５３】図６からもわかるように、実施の形態１で
は、エアギャップが大きくなっても、振れ角θの減少が
従来のそれよりも小さい。なお、実施の形態１と従来の
場合の構造の違いは前述した通りである。

【００５４】このように、実施の形態１では、エアギャ
ップを大きくとれることになり、その結果、感度が向上
し、容易にギア１１の運動を検出することができる。

【００５５】＜実施の形態２＞次に、本発明の磁気検出
装置の実施の形態２を説明する。図７に本発明の磁気検
出装置の実施の形態２の構成を示す。

【００５６】実施の形態２では、磁気抵抗効果素子１６
ａ１，１６ａ２の左側面側に、磁気抵抗効果素子１６ａ
１，１６ａ２に臨む側にＮ極が着磁された第１の磁石３
５ａが設けられ、磁気抵抗効果素子１６ａ１，１６ａ２
に臨む右側面側に、磁気抵抗効果素子１６ａ１，１６ａ
２に臨む側にＳ極が着磁された第２の磁石３５ｂが設け
られる。

【００５７】磁気抵抗効果素子１６ａ１，１６ａ２は、
ギア１１の運動方向に垂直な面に配置し、かつ、ギア１
１に向かう方向の磁石中心位置よりも、ギア側に配置す
る（図８のＡ点部分）。

【００５８】その他の構成は実施の形態１の構成と同一
であるので、同一部分には同一符号を付し説明する。

【００５９】このように構成された実施の形態２におい
て、図８に示すように、バイアス磁界は第１の磁石３５
ａのＮ極からＳ極に閉じる経路、第２の磁石３５ｂのＮ
極からＳ極に閉じる経路、及び第１の磁石３５ａのＮ極
から第２の磁石３５ｂのＳ極に閉じる経路が形成され
る。

【００６０】すなわち、第１の磁石３５ａと第２の磁石
３５ｂとの間の空間の磁気抵抗効果素子が配置される位
置では、第１の磁石３５ａで発生したバイアス磁界は、
第２の磁石３５ｂに入る。これによって、ギア１１の運
動方向に磁界が発生する。

【００６１】そのバイアス磁界は、ギア１１の運動に応
じて、ギア１１に向かう方向に振れを生ずる。つまり、
ギア１１に向かう方向の磁界成分の強度が変化する。

【００６２】このため、磁気抵抗効果素子１６ａ２は、
ギア１１の運動に応じた前記バイアス磁界の状態変化に
より抵抗変化を生ずる。

【００６３】このように、第１の磁石３５ａと第２の磁
石３５ｂとの間に磁気抵抗効果素子１６ａ１，１６ａ２
を設け、ギア１１の運動方向に磁界を発生させること
で、ギア１１と磁気抵抗効果素子１６ａ１，１６ａ２と
のエアギャップに対する磁界変調量の減少が比較的小さ
くなり、エアギャップを比較的大きくても、磁界の変化
状態を検出できる。

【００６４】その結果、エアギャップに対する感度を向
上し、容易にギア１１の運動を検出することができる。

【００６５】また、絶縁基板１７ａには、ＩＣ１９、抵
抗及びコンデンサ２１などの複数の電子部品が搭載され
ている。すなわち、第１の磁石３５ａと第２の磁石３５
ｂとの間に、磁気抵抗効果素子１６ａ１，１６ａ２を有
する絶縁基板１７ａを挿入できることから、絶縁基板１
７ａに複数の電子部品を搭載することができる。

【００６６】なお、本発明は実施の形態１及び実施の形
態２に限定されるものではない。実施の形態１及び実施
の形態２では、絶縁基板１７ａに磁気抵抗効果素子１６
ａ１，１６ａ２を設けるようにしたが、例えば、絶縁基
板１７ａに磁気抵抗効果素子１６ａ２のみを設けるよう
にしてもよい。

【００６７】また、実施の形態１及び実施の形態２で
は、縦方向の磁気抵抗効果素子１６ａ１及び横方向の磁
気抵抗効果素子１６ａ２からなるハーフブリッジを用い
た。例えば、縦方向の磁気抵抗効果素子１６ａ１及び横
方向の磁気抵抗効果素子１６ａ２を配置すると共に、前
記縦方向の磁気抵抗効果素子１６ａ１の下側に横方向の
磁気抵抗効果素子１６ａ２を配置し、かつ、横方向の磁
気抵抗効果素子１６ａ２の下側に縦方向の磁気抵抗効果
素子１６ａ１を配置したフルブリッジを用いるようにし
てもよい。

【００６８】

【発明の効果】本発明によれば、バイアス磁界の極性が
第１の磁界発生部のバイアス磁界の極性と互いに逆方向
となるように第２の磁界発生部を第１の磁界発生部に対
向して被検出対象の運動方向に配置させ、第１の磁界発
生部と第２の磁界発生部との間のバイアス磁界中に磁気
抵抗効果素子を配置し、かつ、磁気抵抗効果素子を被検
出対象の運動方向に対して略垂直な面に設置したので、
第１の磁界発生部と第２の磁界発生部との間の空間で
は、被検出対象の運動方向にバイアス磁界が発生する。
そのバイアス磁界は、被検出対象の運動に応じて変化を
受ける。

【００６９】このため、磁気抵抗効果素子は、被検出対
象の運動に応じた前記バイアス磁界の状態変化により抵
抗変化を生ずる。

【００７０】このように、第１の磁界発生部と第２の磁
界発生部との間に磁気抵抗効果素子を設け、被検出対象
の運動方向に磁界を発生させることで、被検出対象と磁
気抵抗効果素子とのエアギャップに対する磁界変調量の
減少が比較的小さくなる。

【００７１】その結果、エアギャップに対する感度を向
上し、容易に被検出対象の運動を検出することができ
る。

【００７２】また、磁気抵抗効果素子を、被検出対象の
運動によるバイアス磁界の変化が大きくなる前記第１の
磁界発生部または前記第２の磁界発生部の前記被検出対
象側の磁極面近傍に配置したので、磁気抵抗効果素子
は、被検出対象の運動に応じて大きな抵抗変化を受ける
ことになる。

【００７３】また、第１の磁界発生部と第２の磁界発生
部との間に、磁気抵抗効果素子を有する絶縁基板を挿入
できることから、絶縁基板に複数の電子部品を搭載する
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の磁気検出装置の実施の形態１を示す斜
視図である。

【図２】磁気抵抗効果素子の磁界に対する抵抗変化を示
す図である。

【図３】ギアの隣接する２つの山と２つのバイアス磁石
とが対向配置されたときの磁気検出装置の側面図であ
る。

【図４】ギアの１つの山が２つのバイアス磁石の間に配
置されたときの磁気検出装置の側面図である。

【図５】２つのバイアス磁石間の磁界の振れのシミュレ
ーション結果を示す図である。

【図６】エアギャップと振れ角との関係についての従来
と本発明との比較を示す図である。

【図７】本発明の磁気検出装置の実施の形態２を示す斜
視図である。

【図８】本発明の実施の形態２の磁気検出装置を示す側
面図である。

【図９】従来の磁気検出装置の一例を示す図である。

【図１０】従来の磁気検出装置の他の一例を示す図であ
る。

【符号の説明】

１１ ギア １３ 磁界方向 １５ バイアス磁石 １６ａ，１６ｂ，１６ａ１，１６ａ２ 磁気抵抗効果素
子 １７ａ，１７ｂ 絶縁基板 １９ ＩＣ ２１ 抵抗・コンデンサ ２５ａ 第１のバイアス磁石 ２５ｂ 第２のバイアス磁石 ３５ａ 第１の磁石 ３５ｂ 第２の磁石

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 磁性材料を有する被検出対象に向けてバ
   イアス磁界を発生する第１の磁界発生部と、 前記磁性材料を有する被検出対象に向けてバイアス磁界
   を発生し、前記第１の磁界発生部に対向して被検出対象
   の運動方向に配置され、バイアス磁界の極性が前記第１
   の磁界発生部で発生したバイアス磁界の極性と互いに逆
   方向となるように配置される第２の磁界発生部と、 前記第１の磁界発生部と前記第２の磁界発生部との間の
   バイアス磁界中にあって前記被検出対象の運動方向に対
   して略垂直な面に設置され、前記被検出対象の運動に応
   じた前記バイアス磁界の状態変化により抵抗変化を生ず
   る磁気抵抗効果素子とを備えることを特徴とする磁気検
   出装置。
2. 【請求項２】 前記磁気抵抗効果素子は、前記第１の磁
   界発生部または前記第２の磁界発生部の前記被検出対象
   側の磁極面近傍に配置されることを特徴とする請求項１
   に記載の磁気検出装置。
3. 【請求項３】 前記磁気抵抗効果素子は、絶縁基板に実
   装され、さらに、前記絶縁基板には他の電子部品が実装
   されることを特徴とする請求項１または請求項２に記載
   の磁気検出装置。