JPH10274660A - 磁気センサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 磁気抵抗素子部は、回転体２の回転方向の検
出用にＡ相に対して位相が９０゜ずれたＢ相を必要とす
るため、用いる磁気抵抗素子の数を減少させることがで
きなかった。 【解決手段】 被検出部１１の移動方向に沿って複数の
磁気抵抗素子部１５、１６、１７が互いに離間した位置
に、かつ互いに直列接続された状態で配置され、これら
各磁気抵抗素子部１５、１６、１７の両端間に電圧を印
加すると共に、各磁気抵抗素子部１５、１６、１７間の
いずれかの中点電位Ｖｍに基づいて前記被検出部１１の
移動に伴う磁界の変化を検出する磁気センサであって、
前記各磁気抵抗素子部１５、１６、１７の感度を互いに
異ならせたことを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、磁気センサに関す
るものである。

【０００２】

【従来の技術】周知のように、自動車等の車両において
は、車軸の回転数や回転方向、回転角等を測定し、車両
を制御することが一般に行われている。従来、この種の
車軸の回転数等を測定するものとして、磁気センサが多
用されている。

【０００３】図５に、この磁気センサを用いた磁気回転
検出システムの一例を示す。図において、符号１は回転
軸、２は回転体、３は磁気センサである。回転軸１は、
回転自在に支持され、図示しない駆動手段により回転さ
れるようになっている。

【０００４】回転体２は、磁性材料で形成され、回転軸
１に固定されている。この回転体２の周面には、全周に
わたって一定間隔で山と谷が形成された歯車状の回転角
検出部２ａと、全周に対して一カ所にのみ山が形成され
た回転数検出部２ｂとが形成されている。

【０００５】磁気センサ３は、回転体２の周面に対向配
置されている。この磁気センサ３は、第一の磁気抵抗素
子部６と第二の磁気抵抗素子部７とを有している。これ
ら磁気抵抗素子部６、７には、磁気抵抗効果を有するＩ
ｎ−Ｓｂ、Ｉｎ−ＮｉＳｂ、ＩｎＡｓ等で形成された磁
気抵抗素子が用いられており、磁性材料からなる回転体
２に形成された山や谷に対応した磁気抵抗を検出するよ
うになっている。

【０００６】第一の磁気抵抗素子部６は、前記回転体２
の回転角検出部２ａに対向配置され、該回転角検出部２
ａの山と谷の周期に対応して、互いに位相が９０゜ずれ
た信号Ａ相、およびＢ相を出力するように構成されてい
る（図６参照）。また、この第一の磁気抵抗素子部６
は、ＳＮ比向上のため差動型で構成されており、図６に
示すように、Ａ相とＢ相の逆相の信号Ａバー相、Ｂバー
相を得るようになっている。したがって、図７に示すよ
うに、第一の磁気抵抗素子部６は、８個の磁気抵抗素子
６ａ、６ａ・・から構成されている。

【０００７】第二の磁気抵抗素子部７は、図５に示すよ
うに、回転体２の回転数検出部２ｂに対向配置され、回
転体２が一回転する毎に一回の信号、すなわちＺ相を出
力するように構成されている（図６参照）。

【０００８】このように構成された磁気回転検出システ
ムは、回転体２の回転に応じて発生する磁気抵抗の変化
を磁気センサ３により以下のように検出する。回転体２
は、回転軸１の回転とともに回転する。第一の磁気抵抗
素子部６は、回転体２の回転角検出部２ａに対向配置さ
れているので、回転角検出部２ａの山と谷に対応した出
力信号Ａ相、Ｂ相を出力する（図６参照）。この場合
に、Ａ相、Ｂ相は、回転角検出部２ａに一定間隔で形成
した山と谷に対応した正弦波となるので、この正弦波の
位相により回転軸１および回転体２の回転角が検出でき
るようになっている。さらに、Ａ相とＢ相は、９０゜ず
らされた出力信号となるように構成されているので、こ
れらＡ相とＢ相との比較により回転方向の検出も可能と
なっている。第二の磁気抵抗素子部７は、回転体２の回
転数検出部２ｂに対向配置されているので、この回転数
検出部２ｂの山に対応したＺ相を出力する（図６参
照）。この場合に、回転数検出部２ｂの山は、回転体２
の全周に対して一つ形成されたものなので、回転軸１お
よび回転体２の回転数の検出が可能となっている。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】ところで、従来の磁気
センサ３には、以下の問題があった。第一の磁気抵抗素
子部６は、回転体２の回転方向の検出用にＡ相に対して
位相が９０゜ずれたＢ相を必要とするため、全体として
８個もの磁気抵抗素子６ａ、６ａ・・を設けなければな
らなかった。そのため、磁気抵抗素子の数を減少させる
ことができず、磁気センサ３のコストダウンを図ること
ができなかった。

【００１０】そこで、本発明は、上記課題に鑑みてなさ
れたもので、Ａ相、Ｂ相という二つの出力信号を用いず
に一つの出力信号で被検出部の移動方向を検出すること
を可能とする磁気センサを提供することを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明の磁気センサで
は、上記課題を解決するため、以下の手段を採用した。
請求項１記載の磁気センサは、被検出部の移動方向に沿
って複数の磁気抵抗素子部が互いに離間した位置に、か
つ互いに直列接続された状態で配置され、これら各磁気
抵抗素子部の両端間に電圧を印加すると共に、各磁気抵
抗素子部間のいずれかの中点電位に基づいて前記被検出
部の移動に伴う磁界の変化を検出する磁気センサであっ
て、前記各磁気抵抗素子部の感度を互いに異ならせたこ
とを特徴とする。

【００１２】複数の磁気抵抗素子部を被検出部の移動方
向に沿って配置し、これら磁気抵抗素子部を直列接続
し、両端間に電圧を印加する。したがって、磁気抵抗素
子部の電気抵抗が変化すると、各磁気抵抗素子部間の中
点電位も変動する。一方向に配置された磁気抵抗素子部
に沿って被検出部が移動した場合、該磁気抵抗素子部に
対して、この被検出部が接近・離間することになるの
で、磁気抵抗素子部における磁界が変化する。この磁界
の変化によって、磁気抵抗素子部の電気抵抗が変化し、
中点電位が変動することになる。この場合に、各磁気抵
抗素子部の感度を異ならせているので、被検出部の移動
方向によって、中点電位の出力波形が異なるものにな
る。ゆえに、この中点電位の出力波形を判別することに
より被検出部の移動方向が検出されることとなる。

【００１３】請求項２記載の磁気センサは、請求項１記
載の磁気センサにおいて、前記磁気抵抗素子部は、一定
の磁気抵抗効果を有する磁気抵抗素子を備えてなり、各
磁気抵抗素子部は、互いに異なる数の前記磁気抵抗素子
から構成されていることを特徴とする。

【００１４】各磁気抵抗素子部に一定の磁気抵抗効果を
有する磁気抵抗素子を異なる数設けることにより、各磁
気抵抗素子部の感度が互いに異なることとなる。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を、図
１を参照して説明する。図１は、本発明の実施の形態を
示す斜視図であり、回転体の周面に対して磁気センサが
対向配置されている状態を示している。図において、符
号１０は回転体、１１は被検出部、１２は磁気センサで
ある。

【００１６】回転体１０は、図示しない軸線を中心とし
て、図に示す矢印ａ方向である正方向、または矢印ａの
逆方向である逆方向に回転駆動される。この回転体１０
の周面１０ａには、被検出部１１が設けられている。

【００１７】被検出部１１は、磁性材料からなり、回転
体１０の周面１０ａから突出した状態で設けられてい
る。

【００１８】磁気センサ１２は、回転体１０および被検
出部１１に対して離間した位置に対向配置されている。
この磁気センサ１２は、第一の磁気抵抗素子部１５と、
第二の磁気抵抗素子部１６と、第三の磁気抵抗素子部１
７とを有している。第一の磁気抵抗素子部１５は、一つ
の磁気抵抗素子１５ａで構成されている。この磁気抵抗
素子１５ａは、磁界の変化によってその電気抵抗が変化
する一定の磁気抵抗効果を有するＩｎ−Ｓｂ、Ｉｎ−Ｎ
ｉＳｂ、ＩｎＡｓ等で形成されたものである。第二の磁
気抵抗素子部１６は、第一の磁気抵抗素子部１５の右方
に位置し、前記磁気抵抗素子１５ａと同様の二つの磁気
抵抗素子１６ａ、１６ｂから構成されている。これら磁
気抵抗素子１６ａ、１６ｂは、直列接続されている。第
三の磁気抵抗素子部１７は、第二の磁気抵抗素子部１６
の右方に位置し、前記磁気抵抗素子１５ａと同様の三つ
の磁気抵抗素子１７ａ、１７ｂ、１７ｃから構成されて
いる。これら磁気抵抗素子１７ａ、１７ｂ、１７ｃは、
直列接続されている。

【００１９】このように、各磁気抵抗素子部１５、１
６、１７は、被検出部１１の移動方向である矢印ａに沿
って互いに離間した位置に配置されている。この場合
に、それぞれの磁気抵抗素子部１５、１６、１７の間隔
は、被検出部１１の矢印ａ方向の幅Ｗよりも大とされて
いることが望ましい。また、各磁気抵抗素子部１５、１
６、１７は、それぞれ異なった数の磁気抵抗素子１５
ａ、１６ａ、１７ａ、・・を用いて構成されているの
で、それぞれの磁気抵抗素子部１５、１６、１７におけ
る磁界の変化を検出する感度が異なったものとなってい
る。

【００２０】これら磁気抵抗素子部１５、１６、１７
は、直列接続されており、第一の磁気抵抗素子部１５側
の端子は定電位Ｖｃｃに接続され、第三の磁気抵抗素子
部１７側の端子は接地されている。このように、各磁気
抵抗素子部１５、１６、１７の両端間には電圧が印加さ
れている。また、第二の磁気抵抗素子部１６と第三の磁
気抵抗素子部１７との間の中点電位Ｖｍを検出するよう
に、第二の磁気抵抗素子部１６と第三の磁気抵抗素子部
１７との間の出力は、信号処理部２０に接続されてい
る。

【００２１】信号処理部２０は、中点電位Ｖｍの出力波
形を加工し、前記回転体１０の回転方向、回転角等を検
出するものである。この信号処理部２０は、立上り微分
回路２１と後処理回路２２とから構成されている。立上
り微分回路２１は、中点電位Ｖｍの立上り出力の微分値
を出力するように回路が構成されている。後処理回路２
２は、中点電位Ｖｍおよび立上り微分回路２１の出力と
接続されており、中点電位Ｖｍや立上り微分回路２１の
出力波形の加工等を行うものである。

【００２２】次に、上記構成における磁気センサ１２を
用いた回転体１０の回転方向等の検出方法について説明
する。被検出部１１は、図示しない駆動源により、回転
体１０とともに正方向（矢印ａ方向）に回転させられ
る。この被検出部１１は、順次、第一、第二、第三の磁
気抵抗素子部１５、１６、１７に対応する位置を通過す
る。各磁気抵抗素子部１５、１６、１７を通過する場
合、被検出部１１により磁界が変化するので、この変化
に応じて磁気抵抗素子部１５、１６、１７の電気抵抗も
変化する。この場合、これら磁気抵抗素子部１５、１
６、１７の両端間には、一定の電位差Ｖｃｃが印加され
ているので、第二の磁気抵抗素子部１６と第三の磁気抵
抗素子部１７との間の中点電位Ｖｍも変化する。この中
点電位Ｖｍの変化を示したのが図２（ａ）である。

【００２３】図２（ａ）において、横軸は時間、縦軸は
電圧を示す。中点電位Ｖｍは、被検出部１１が磁気抵抗
素子部１５、１６、１７を通過しない場合は、平衡電位
Ｖ０を示す。被検出部１１が第一の磁気抵抗素子部１５
に対応する位置を通過するとき、中点電位Ｖｍは第一の
極大値Ｖ１を示す。同様に、第二の磁気抵抗素子部１６
に対応する位置を通過するときは、第二の極大値Ｖ２を
示す。一方、被検出部１１が第三の磁気抵抗素子部１７
に対応する位置を通過するときは、極小値Ｖ３を示す。

【００２４】この場合、第一、第二の磁気抵抗素子部１
５、１６を通過するときには極大値Ｖ１、Ｖ２を示すの
に対して、第三の磁気抵抗素子部１７を通過するときは
極小値Ｖ３を示すのは、第三の磁気抵抗素子部１７が中
点電位Ｖｍを取り出す位置に対して接地側に取り付けら
れているからである。また、第一の極大値Ｖ１は、第二
の極大値Ｖ２に対して小さい値を示す。これは、第一の
磁気抵抗素子部１５の感度が第二の磁気抵抗素子部１６
の感度よりも低く構成されているためである。すなわ
ち、第一の磁気抵抗素子部１５は、一つの磁気抵抗素子
１５ａで構成されているのに対して、第二の磁気抵抗素
子部１６は、二つの磁気抵抗素子１６ａ、１６ｂを直列
に接続して構成されているからである。ここで、磁気抵
抗素子部の感度が低いとは、磁気抵抗素子部まわりの磁
界の変化に対する磁気抵抗素子部の電気抵抗の変化の割
合が小さいことをいう。

【００２５】第三の磁気抵抗素子部１７を通過するとき
の中点電位Ｖｍの減少分、すなわち平衡電位Ｖ０と極小
値Ｖ３との差の絶対値は、第一、第二の磁気抵抗素子部
１５、１６を通過するときの中点電位Ｖｍの増加分、す
なわち第一、第二の極大値Ｖ１、Ｖ２と平衡電位Ｖ０と
の差の絶対値よりも大きい。これは、第三の磁気抵抗素
子部１７が三つの磁気抵抗素子１７ａ、１７ｂ、１７ｃ
から構成されており、第一、第二の磁気抵抗素子部１
５、１６よりも感度を高くしているからである。

【００２６】回転体１０の回転数を検出する場合は、平
衡電位Ｖ０と極小値Ｖ３との間に閾値Ｖｓ１を設定して
この第三の磁気抵抗素子部１７の通過をコンパレータ等
で検出するようにすればよい。

【００２７】一方、回転体１０が逆方向、すなわち矢印
ｂと反対方向に回転した場合、中点電位Ｖｍの出力波形
は、図２（ｂ）のようになる。つまり、回転体１０が逆
方向に回転する場合、被検出部１１は、第三、第二、第
一の磁気抵抗素子部１７、１６、１５に対応する位置を
順番に通過する。したがって、最初に極小値Ｖ３が現
れ、次に第二の極大値Ｖ２、その次に第一の極大値Ｖ１
が現れるようになる。回転体１０の回転数を検出する場
合は、図２（ａ）の場合と同様に、閾値Ｖｓ１を設定し
て第三の磁気抵抗部１７の通過を検出するようにしてお
けばよい。

【００２８】回転体１０の回転方向を判別する場合、つ
まり被検出部１１の移動方向を判別する場合は、立上り
微分回路２１を用いて以下のように判別する。図３は、
中点電位Ｖｍを立上り微分回路２１に通した後の出力波
形であり、（ａ）は回転体１０の正方向回転時、（ｂ）
は逆方向回転時を示す。正方向回転時は、第一、第二、
第三の磁気抵抗素子部１５、１６、１７の通過時に対応
した電圧の増加率が出力される（図３（ａ）参照）。こ
れに対して、逆方向回転時は、図２（ｂ）における極小
値Ｖ３から第二の極大値Ｖ２に移行する場合の電圧の増
加率が大きいので図３（ｂ）に示すように、正方向回転
時に比べて大きな極大値Ｖ４が現れる。したがって、極
大値Ｖ４のみを検出するように閾値Ｖｓ２を設定してお
けば、回転方向を判別することが可能となる。

【００２９】このように、磁気抵抗素子部１５、１６、
１７を離間して位置させ、それぞれの感度を異ならせる
ようにしたので、回転体１０の正方向回転時と逆方向回
転時の中点電位Ｖｍの出力波形を異ならせることが可能
となる。したがって、一つの出力信号で回転体１０の回
転方向、すなわち被検出部１１の移動方向の検出が可能
となる。

【００３０】なお、図４のように、第一の磁気抵抗素子
部１５と第二の磁気抵抗素子部１６とをそれぞれ並列に
接続し、第三の磁気抵抗素子部１７の磁気抵抗素子１７
ａ、１７ｂ、１７ｃを並列に接続した構成としてもよ
い。また、磁気抵抗素子部１５、１６、１７を三つとし
たが、これに限らず二つでも、あるいは四つ以上であっ
てもよい。また、中点電位Ｖｍの検出位置は、各磁気抵
抗素子部のいずれかの位置であればよく、本実施の形態
の位置に限られることはない。また、本実施の形態は、
回転体の回転方向の判別を例として説明したが、これに
限らず、例えば直線往復動する被検出部の移動方向を判
別する場合に用いてもよい。また、同じ磁気抵抗特性を
有する磁気抵抗素子の用いる数で磁気抵抗素子部の感度
を異ならせるようにしたが、これに限らず、磁気抵抗特
性が異なる磁気抵抗素子を一つあるいは複数個用いて磁
気抵抗素子部の感度を異ならせるようにしてもよい。ま
た、被検出部１１を回転体１０から突出したものとした
が、磁気抵抗素子部に対応する位置を通過する際に磁気
抵抗素子部まわりの磁界を変化させるものであればよ
く、例えば回転体１０の周面１０ａに凹部を形成した部
分、または回転体１０の周面に磁気テープを貼付した部
分を被検出部ととしてもよい。また、正方向回転時と逆
方向回転時の中点電位Ｖｍの出力波形の違いを判別する
のに微分回路２１を用いた構成としたが、これに限らず
出力波形の違いが判別できる回路であればよい。

【００３１】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の磁気セン
サによれば、以下の効果を得ることができる。複数の磁
気抵抗素子部を被検出部の移動方向に沿って配置し、各
磁気抵抗素子部の感度を異ならせた構成としたので、中
点電位の出力波形によって被検出部の移動方向を判別す
ることが可能となる。ゆえに、一つの出力信号により被
検出部の移動方向を判別することができ、磁気抵抗素子
を用いる個数を減少させることが可能となる。したがっ
て、より簡易な構成で磁気センサを構成することがで
き、コストの低減を図ることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明に係る磁気センサを回転体の回転方向
を検出する場合に用いた実施の形態を示す斜視図であ
る。

【図２】 図１の磁気センサの中点電位の出力波形であ
り、（ａ）は回転体が正方向に回転している場合を示
し、（ｂ）は回転体が逆方向に回転している場合を示
す。

【図３】 図１の微分回路を通過した後の出力波形であ
り、（ａ）は正方向に回転している場合を示し、（ｂ）
は逆方向に回転している場合を示す。

【図４】 図１の磁気センサの変形例を示す斜視図であ
る。

【図５】 従来の技術である磁気センサを用いた磁気回
転検出システムを示す正面図である。

【図６】 図７の磁気センサの検出出力を示す図であ
る。

【図７】 磁気センサの磁気抵抗素子の配列状態を示す
平面図である。

【符号の説明】

１１ 被検出部 １２ 磁気センサ １５ 磁気抵抗素子部 １６ 磁気抵抗素子部 １７ 磁気抵抗素子部 Ｖｍ 中点電位

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 被検出部の移動方向に沿って複数の磁気
   抵抗素子部が互いに離間した位置に、かつ互いに直列接
   続された状態で配置され、 これら各磁気抵抗素子部の両端間に電圧を印加すると共
   に、各磁気抵抗素子部間のいずれかの中点電位に基づい
   て前記被検出部の移動に伴う磁界の変化を検出する磁気
   センサであって、 前記各磁気抵抗素子部の感度を互いに異ならせたことを
   特徴とする磁気センサ。
2. 【請求項２】 請求項１記載の磁気センサにおいて、 前記磁気抵抗素子部は、一定の磁気抵抗効果を有する磁
   気抵抗素子を備えてなり、 各磁気抵抗素子部は、互いに異なる数の前記磁気抵抗素
   子から構成されていることを特徴とする磁気センサ。