JP4947250B2 - Angle detector - Google Patents
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Description
本発明は、磁界の方向変化により回転角度を検出する角度検出装置に関し、特に内燃機関のスロットルバルブ開度を検知するスロットル開度センサ等に用いて好適な角度検出装置に関する。 The present invention relates to an angle detection device that detects a rotation angle based on a change in the direction of a magnetic field, and more particularly to an angle detection device that is suitable for use in a throttle opening sensor that detects a throttle valve opening of an internal combustion engine.
従来のスロットル開度センサは、回転する可動体と、この可動体の回転中心軸と同心で当該可動体と一体となって回転し、前記回転中心軸から離れた一方の側から前記回転中心軸を挟んだ他方の側へ向かう磁界を発生させる中空円筒状の永久磁石と、この中空円筒状永久磁石の略中心部に配置された磁電変換素子(ホール素子)と、からなる構造としている。 A conventional throttle opening sensor is configured such that a rotating movable body and a rotation center axis of the movable body are concentrically rotated with the movable body, and the rotation center axis is rotated from one side away from the rotation center axis. The structure is composed of a hollow cylindrical permanent magnet that generates a magnetic field directed to the other side of the magnet, and a magnetoelectric conversion element (Hall element) disposed substantially at the center of the hollow cylindrical permanent magnet.
ところで、上記特許文献1の場合、磁電変換素子が前記回転中心軸上に位置していることが前提であるが、前記磁電変換素子の前記回転中心軸からの位置ずれを考慮し、なるべく広範囲に一様な磁界を発生させるために、磁界発生手段として中空円筒状永久磁石を用いている。一様な磁界を発生させた場合、センサの出力が正弦波となるため、回転角度範囲90°(−45°〜+45°)の角度検知ではリニアリティー(直線性)が低く、角度検知の精度が低下する問題がある。
By the way, in the case of the above-mentioned
また、磁界発生手段として、2個の半円筒状永久磁石を組み合わせたものを用いる場合には、高精度に配置する必要があるため、上記特許文献1では中空円筒状永久磁石を用いているが、1個の中空円筒状永久磁石はコスト高となる。
In addition, when using a combination of two semi-cylindrical permanent magnets as the magnetic field generating means, it is necessary to arrange them with high accuracy. Therefore, in
また、磁電変換素子としてホール素子を用いているが、ホール素子は、外部磁界の向きだけでなく、大きさによる影響も受けるので、製品毎のセンサ出力のばらつきが発生し、測定精度が低くなる可能性がある。 In addition, although a Hall element is used as the magnetoelectric conversion element, the Hall element is affected not only by the direction of the external magnetic field but also by the size, resulting in variations in sensor output from product to product, resulting in low measurement accuracy. there is a possibility.
本発明は、上記の点に鑑み、所要回転角度範囲(例えば−45°〜+45°の範囲)における角度検出出力のリニアリティーを改善し、角度検出精度の向上を図った角度検出装置を提供することを目的とする。 In view of the above, the present invention provides an angle detection device that improves linearity of angle detection output in a required rotation angle range (for example, a range of −45 ° to + 45 °) and improves angle detection accuracy. With the goal.
本発明のその他の目的や新規な特徴は後述の実施の形態において明らかにする。 Other objects and novel features of the present invention will be clarified in embodiments described later.
上記目的を達成するために、本発明の第1の態様に係る角度検出装置は、
回転する可動体と、前記可動体と一体となって回転し、かつ前記可動体の回転中心軸から離れた一方の側から前記回転中心軸を挟んだ他方の側へ向かう磁界を発生させる磁界発生手段と、少なくとも一対の方向検知型磁電変換素子とを備え、
前記少なくとも一対の方向検知型磁電変換素子は、それぞれ前記回転中心軸から外れた位置において前記回転中心軸について対称となる位置に配置され、
前記磁界発生手段は、前記回転中心軸を挟んで相互に対向する略円弧状ヨークと、各ヨークの外側位置に配置された永久磁石とを備え、各々の略円弧状ヨークの曲率中心が前記回転中心軸側にあり、かつ、前記回転中心軸を含む1つの平面付近では当該平面に対して略平行に通過する磁束を発生させるとともに、前記平面から離れた領域では、前記平面に直交する方向の外側からみて凹状に湾曲した経路で通過する磁束を発生し、
対をなした前記方向検知型磁電変換素子は、ピン層磁化方向が互いに反平行で、かつ、電気的に直列接続され、
前記一対の方向検知型磁電変換素子を相互に結ぶ直線が前記1つの平面と平行になるときの前記可動体の回転角度を0°としたとき、0°を中心とする所定の角度範囲内における前記可動体の回転に対する前記一対の方向検知型磁電変換素子の相互接続点の出力電圧は、前記所定の角度範囲内の正弦波と比較して直線性が高いことを特徴としている。
In order to achieve the above object, an angle detection apparatus according to the first aspect of the present invention includes:
A rotating movable body and a magnetic field generation that rotates integrally with the movable body and generates a magnetic field from one side away from the rotation center axis of the movable body toward the other side across the rotation center axis Means, and at least a pair of direction detection type magnetoelectric transducers,
The at least one pair of direction detection type magnetoelectric transducers are arranged at positions that are symmetrical with respect to the rotation center axis at positions deviating from the rotation center axis, respectively .
The magnetic field generating means includes substantially arcuate yokes facing each other across the rotation center axis, and permanent magnets disposed at positions outside the yokes, and the center of curvature of each arcuate yoke is the rotation. Near one plane that is on the center axis side and includes the rotation center axis, a magnetic flux that passes substantially parallel to the plane is generated, and in a region away from the plane, the magnetic flux is perpendicular to the plane. Generates magnetic flux that passes through a concavely curved path when viewed from the outside,
The direction-sensing magnetoelectric transducers that make a pair have pin layer magnetization directions antiparallel to each other, and are electrically connected in series,
When the rotation angle of the movable body when the straight line connecting the pair of direction-sensitive magnetoelectric transducers is parallel to the one plane is 0 °, the angle is within a predetermined angle range centered on 0 °. The output voltage of the interconnection point of the pair of direction detection type magnetoelectric transducers with respect to the rotation of the movable body is characterized by high linearity compared to a sine wave within the predetermined angle range .
本発明の第2の態様に係る角度検出装置は、The angle detection device according to the second aspect of the present invention is:
回転する可動体と、前記可動体と一体となって回転し、かつ前記可動体の回転中心軸から離れた一方の側から前記回転中心軸を挟んだ他方の側へ向かう磁界を発生させる磁界発生手段と、少なくとも一対の方向検知型磁電変換素子とを備え、A rotating movable body and a magnetic field generation that rotates integrally with the movable body and generates a magnetic field from one side away from the rotation center axis of the movable body toward the other side across the rotation center axis Means, and at least a pair of direction detection type magnetoelectric transducers,
前記少なくとも一対の方向検知型磁電変換素子は、それぞれ前記回転中心軸から外れた位置において前記回転中心軸について対称となる位置に配置され、The at least one pair of direction detection type magnetoelectric transducers are arranged at positions that are symmetrical with respect to the rotation center axis at positions deviating from the rotation center axis, respectively.
前記磁界発生手段は、前記回転中心軸を挟んで相互に対向する略円弧状ヨークと、各ヨークの外側位置に配置された永久磁石とを備え、各々の略円弧状ヨークの曲率中心が前記回転中心軸とは反対側にあり、かつ、前記回転中心軸を含む1つの平面付近では当該平面に対して略平行に通過する磁束を発生させるとともに、前記平面から離れた領域では、前記平面に直交する方向の外側からみて凸状に湾曲した経路で通過する磁束を発生し、The magnetic field generating means includes substantially arcuate yokes facing each other across the rotation center axis, and permanent magnets disposed at positions outside the yokes, and the center of curvature of each arcuate yoke is the rotation. A magnetic flux that is on the opposite side of the central axis and that passes substantially parallel to the plane is generated near one plane including the rotation center axis, and perpendicular to the plane in a region away from the plane. Generates magnetic flux that passes along a curved path that is convex when viewed from the outside
対をなした前記方向検知型磁電変換素子は、ピン層磁化方向が互いに反平行で、かつ、電気的に直列接続され、The direction-sensing magnetoelectric transducers that make a pair have pin layer magnetization directions antiparallel to each other, and are electrically connected in series,
前記一対の方向検知型磁電変換素子を相互に結ぶ直線が前記1つの平面と垂直になるときの前記可動体の回転角度を0°としたとき、0°を中心とする所定の角度範囲内における前記可動体の回転に対する前記一対の方向検知型磁電変換素子の相互接続点の出力電圧は、前記所定の角度範囲内の正弦波と比較して直線性が高いことを特徴としている。When the rotation angle of the movable body when the straight line connecting the pair of direction detection type magnetoelectric transducers is perpendicular to the one plane is 0 °, the angle is within a predetermined angle range centered on 0 °. The output voltage of the interconnection point of the pair of direction detection type magnetoelectric transducers with respect to the rotation of the movable body is characterized by high linearity compared to a sine wave within the predetermined angle range.
前記角度検出装置において、前記所定の角度範囲が、−45°から+45°の範囲であるとよい。
前記角度検出装置は、スロットルバルブ開度を検知するスロットル開度センサであってもよい。
In the angle detection device, the predetermined angle range may be a range of −45 ° to + 45 ° .
The angle detection device may be a throttle opening sensor that detects a throttle valve opening.
前記角度検出装置において、前記方向検知型磁電変換素子は、スピンバルブ型巨大磁気抵抗効果素子であるとよい。 In the angle detection device, the direction detection type magnetoelectric conversion element may be a spin valve type giant magnetoresistance effect element.
本発明に係る角度検出装置によれば、前記少なくとも一対の方向検知型磁電変換素子は、それぞれ前記回転中心軸から外れた位置において前記回転中心軸について対称となる位置に配置されているので、所要回転角度範囲(例えば−45°〜+45°の範囲)における角度検出出力のリニアリティーが高く、角度検知の精度を向上させることができる。 According to the angle detection device of the present invention, the at least one pair of direction-sensitive magnetoelectric transducers are arranged at positions that are symmetric with respect to the rotation center axis at positions that deviate from the rotation center axis. The linearity of the angle detection output in the rotation angle range (for example, a range of −45 ° to + 45 °) is high, and the accuracy of angle detection can be improved.
また、方向検知型磁電変換素子を用いているため、外部磁界の大きさに影響を受けることなく、製品毎のばらつきが少なく、精度の高い回転角度測定をすることが可能である。 In addition, since the direction detection type magnetoelectric conversion element is used, it is possible to perform highly accurate rotation angle measurement with little variation among products without being affected by the magnitude of the external magnetic field.
以下、本発明を実施するための最良の形態として、角度検出装置の実施の形態を図面に従って説明する。 DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, an embodiment of an angle detection device will be described with reference to the drawings as the best mode for carrying out the present invention.
図1(A),(B)に示されるように、本実施の形態に係る角度検出装置は、回転する可動体1と、可動体1と一体となって回転し、かつ可動体1の回転中心軸Cから離れた一方の側から回転中心軸Cを挟んだ他方の側へ向かう磁界を発生させる磁界発生手段3と、取付基板2上に固定配置された一対の方向検知型磁電変換素子としてのスピンバルブ型巨大磁気抵抗効果素子(以下、「SV−GMR素子」という。)R1,R2とを有している。
As shown in FIGS. 1 (A) and 1 (B), the angle detection device according to the present embodiment rotates together with the rotating
本実施の形態に係る角度検出装置が、内燃機関のスロットルバルブ開度を検知するスロットル開度センサである場合、前記可動体1はスロットルバルブの回転軸に連結される部材であり、前記取付基板2は前記内燃機関のフレーム本体側に固定されるものである。
When the angle detection device according to the present embodiment is a throttle opening sensor that detects the throttle valve opening of an internal combustion engine, the
前記磁界発生手段3は、一対の、直方体型永久磁石5と円弧状ヨーク7との組からなり、直方体型永久磁石5と円弧状ヨーク7との組は、可動体1の回転中心軸Cについて対称となるように、それぞれ可動体1上に対向して固定されている。直方体型永久磁石5と円弧状ヨーク7とは、直方体型永久磁石5の磁極面に円弧状ヨーク7の外周面が接した状態で一体となっている。また、一対の直方体型永久磁石5は、互いに対向する面が異なる極となるように着磁されている。
The magnetic field generating means 3 is composed of a pair of a rectangular parallelepiped
なお、可動体1の回転中心軸Cと対をなした円弧状ヨーク7の内周面中心とは一致しており、回転中心軸Cからみた円弧状ヨーク7の中心角φは、計測する回転角度範囲にもよるが、測定角度範囲が90°以内であれば、φ=110°若しくはそれ以下でよい。
Note that the center of the inner surface of the
一対のSV−GMR素子R1,R2は、前記回転する可動体1の回転中心軸Cから外れた位置において、前記回転する可動体1の回転中心軸について対称となる位置に配置されている。例えば、一対の円弧状ヨーク7の内周面の半径R=7mmのとき、回転中心軸Cからの距離D=3mm程度外れた位置が適当である。距離Dは概ねR/3≦D≦R/2の範囲の値である。
The pair of SV-GMR elements R <b> 1 and R <b> 2 are arranged at positions that are symmetric with respect to the rotation center axis of the rotating
また、一対のSV−GMR素子R1,R2のピン層磁化方向は、SV−GMR素子R1,R2を結ぶ直線に対して例えば垂直で、かつ向きは互いに逆向きであり、すなわち反平行である。 The pin layer magnetization direction of the pair of SV-GMR elements R1 and R2 is, for example, perpendicular to the straight line connecting the SV-GMR elements R1 and R2, and the directions are opposite to each other, that is, antiparallel.
なお、図1では解りやすくするためにSV−GMR素子R1,R2を直方体型永久磁石5やヨーク7等の部材に比較して大きく図示したが、実際には微小寸法である。
In FIG. 1, the SV-GMR elements R1 and R2 are shown larger than the members such as the rectangular parallelepiped
角度検出出力を得るための回路は図2に示す通りである。すなわち、直流定圧電源VCCに前記一対のSV−GMR素子R1,R2が直列に接続されており、直流定圧電源VCCをSV−GMR素子R1,R2で分圧した電圧値(素子R2両端の電圧値)が、検出出力VOUTとして得られる。 A circuit for obtaining the angle detection output is as shown in FIG. That is, the DC constant-pressure source V CC to the pair of SV-GMR elements R1, R2 are connected in series, the DC constant-pressure source V CC voltage divided value by the SV-GMR elements R1, R2 (element R2 both ends of Voltage value) is obtained as the detection output V OUT .
SV−GMR素子の動作原理を図8(A),(B),(C)を用いて以下に説明する。 The operation principle of the SV-GMR element will be described below with reference to FIGS. 8 (A), (B), and (C).
図8(A)に示すように、SV−GMR素子は、磁化方向が一方向に固定されたピン層と、電流が主として流れる非磁性体層と、磁化方向が外部磁界方向(外部磁束方向)に一致するフリー層とで構成されている。ピン層磁化方向と外部磁界の方向が一致するときは低抵抗値となり、図8(B)のようにSV−GMR素子面内において外部磁界の方向を回転させると、ピン層磁化方向と外部磁界の方向とのなす角度により抵抗値が変化し、反対方向のとき高抵抗値となる。この特性が図8(C)に示すSV−GMR素子の面内回転磁気特性であり、SV−GMR素子の感磁面に平行な外部磁界が存在する条件下で、外部磁界を感磁面に垂直な回転中心軸にて回転させ、ピン層磁化方向に対する回転角度と抵抗変化率(ΔR/R)との関係を示したものである。この場合、抵抗変化率(ΔR/R)は正弦波に近い波形でなだらかに変化し、飽和領域は生じない。本実施の形態に係る角度検出装置では、図8(C)で示したSV−GMR素子の面内回転磁気特性を利用するものである。 As shown in FIG. 8A, the SV-GMR element has a pinned layer whose magnetization direction is fixed in one direction, a nonmagnetic layer through which a current mainly flows, and a magnetization direction that is an external magnetic field direction (external magnetic flux direction). It is composed of a free layer that matches When the pinned layer magnetization direction matches the external magnetic field direction, the resistance value is low. When the external magnetic field direction is rotated in the SV-GMR element plane as shown in FIG. The resistance value changes depending on the angle formed with the direction of, and a high resistance value is obtained in the opposite direction. This characteristic is the in-plane rotational magnetic characteristic of the SV-GMR element shown in FIG. 8C. Under the condition that an external magnetic field parallel to the magnetosensitive surface of the SV-GMR element exists, the external magnetic field is changed to the magnetosensitive surface. It shows the relationship between the rotation angle with respect to the pinned layer magnetization direction and the rate of change in resistance (ΔR / R) by rotating around a vertical rotation center axis. In this case, the rate of change in resistance (ΔR / R) changes gently with a waveform close to a sine wave, and no saturation region occurs. In the angle detection device according to the present embodiment, the in-plane rotational magnetic characteristics of the SV-GMR element shown in FIG.
本実施の形態の動作説明に先立って、図1と同じ可動体1及び磁界発生手段3(相互に対向する永久磁石5と円弧状ヨーク7の組)等の構成を有するが、SV−GMR素子R1,R2(ピン層磁化方向は反平行)が共に可動体1の回転中心軸C上に配置されている図7の比較例を用いて角度検出の基本的な動作について説明する。
Prior to the description of the operation of the present embodiment, the
図7の比較例では、回転する可動体1の回転に伴い磁界発生手段3(相互に対向する永久磁石5と円弧状ヨーク7の組)が一体となって回転し、それにより回転中心軸C上に配置されたSV−GMR素子R1,R2の位置における磁界の向きが図8(B)のように変化すると、SV−GMR素子R1,R2の抵抗値が同図(C)のように実質的に正弦波形で変化する(但し、R1,R2のピン層磁化方向は反平行であるため、出力波形の位相は相互に180°ずれている。)。
In the comparative example of FIG. 7, the magnetic field generating means 3 (a set of the
図2のように、SV−GMR素子R1,R2の直列接続回路の場合、SV−GMR素子R1の抵抗値:R1、SV−GMR素子R2の抵抗値:R2としたとき、直流定圧電源VCCと検出出力VOUTとの関係は、下記(1)式で表される。
VOUT =VCC×R2/(R1+R2) …(1)
SV−GMR素子R1,R2の特性が一致しているき
VOUT =(VCC/2)×{1+(ΔR190/R10)×sinθ} …(2)
但し、R10:SV−GMR素子R1のピン層磁化方向に直交する方向を基準とした回転角度θ=0°のときのSV−GMR素子R1の抵抗値、ΔR190:回転角度θ=90°のときのSV−GMR素子R1のR10を基準とした抵抗変化量である。
As in Figure 2, when the series circuit of the SV-GMR elements R1, R2, the resistance value of the SV-GMR element R1: resistance value of
V OUT = V CC × R 2 / (R 1 + R 2 ) (1)
When the characteristics of the SV-GMR elements R1 and R2 match, V OUT = (V CC / 2) × {1+ (
However, R 1 0: resistance value of the SV-GMR element R1 when the rotation angle θ = 0 ° with respect to a direction orthogonal to the pinned layer magnetization direction of the SV-GMR element R1, ΔR 1 90: rotation angle θ = The resistance change amount is based on R 10 of the SV-GMR element R1 at 90 °.
このように、図2の回路の検出出力VOUTは、上記(2)式からわかるように、正弦波形となり、検出出力電圧と回転角度θとの関係は図3(A)で示される。 As described above, the detection output VOUT of the circuit of FIG. 2 has a sine waveform as can be seen from the above equation (2), and the relationship between the detection output voltage and the rotation angle θ is shown in FIG.
図7の比較例に示したように、回転中心軸C上にSV−GMR素子R1,R2を配置した構成では、検出出力波形は正弦波となるから、このままでは図3(B)のように回転角度θが−45°〜+45°の範囲でリニアーに出力電圧を変化させることはできない。図4の点線は図7の比較例の場合の検出出力電圧(但し、角度0°のときを電圧基準としている)と回転角度との関係を示す。また、図5の点線は、図7の比較例の場合の検出出力電圧が、−45°〜+45°の範囲で完全にリニアーな出力電圧特性を示す直線(図3(A)の正弦波形の−45°の電圧値と+45°の電圧値とを結ぶ直線)からどれだけ乖離しているか(誤差)を示す。 As shown in the comparative example of FIG. 7, in the configuration in which the SV-GMR elements R1 and R2 are arranged on the rotation center axis C, the detected output waveform is a sine wave, and as it is, as shown in FIG. The output voltage cannot be changed linearly when the rotation angle θ is in the range of −45 ° to + 45 °. The dotted line in FIG. 4 shows the relationship between the detected output voltage in the comparative example in FIG. 7 (however, the voltage reference is when the angle is 0 °) and the rotation angle. Also, the dotted line in FIG. 5 shows a straight line (a sine waveform of FIG. 3A) in which the detected output voltage in the comparative example of FIG. 7 has a completely linear output voltage characteristic in the range of −45 ° to + 45 °. It shows how far (error) a deviation is from a straight line connecting a voltage value of −45 ° and a voltage value of + 45 °.
本実施の形態では、理想的なリニアーな出力電圧を示す直線からの乖離(誤差)が小さい検出出力電圧を得るために、図1のように、一対のSV−GMR素子R1,R2は、前記回転する可動体1の回転中心軸Cから外れた位置において、回転中心軸Cについて対称となる位置に配置されている。以下、図6を用いて本実施の形態の動作説明を行う。
In this embodiment, in order to obtain a detection output voltage with a small deviation (error) from a straight line indicating an ideal linear output voltage, as shown in FIG. 1, the pair of SV-GMR elements R1 and R2 are The rotating
ここでは、図1(A)のように一対の直方体型永久磁石5及びヨーク7の中央と可動体1の回転中心軸Cとを結ぶ直線上にSV−GMR素子R1,R2が位置する状態を可動体1の回転角度θ=0°とする(このときSV−GMR素子R1,R2のピン層磁化方向と磁界方向とが直交するように設定する)。また、図1、図6において、可動体1の回転中心軸Cについて反時計回り方向を回転角度θの正方向とする。
Here, as shown in FIG. 1A, the SV-GMR elements R1 and R2 are located on a straight line connecting the center of the pair of rectangular
図6は、図1における対をなした円弧状ヨーク7の内周面の半径Rを7mm、可動体の回転中心軸CからのSV−GMR素子R1,R2の距離Dを3mmとしたときの磁束の方向(磁界の方向)をシミュレーションで示したものである(反時計回り回転時)。この図6から、図1の磁界発生手段3では、回転中心軸Cを含む1つの平面α(図6では一対のヨーク中央を通過する紙面に垂直な平面)付近では当該平面αに対して略平行に通過する磁束を発生させるとともに、前記平面αから離れた領域では、前記平面αに直交する方向の外側からみて凹状に湾曲した経路βで通過する磁束を発生させていることがわかる。
6 shows a case where the radius R of the inner peripheral surface of the pair of
図6から、可動体の回転中心軸C上では、回転角度θが、−45°≦θ≦45°の角度範囲において、機械的な回転角度θと磁界の方向とが一致しているから、図7の比較例の場合には正弦波形の検出出力となるが、図1の実施の形態では、SV−GMR素子R1,R2は共に回転中心軸Cから外れた対称位置にあるため、回転角度の絶対値が大きくなると機械的な回転角度と磁界の方向とは一致しなくなる。
From FIG. 6, since the rotation angle θ on the rotation center axis C of the movable body is in the angle range of −45 ° ≦ θ ≦ 45 °, the mechanical rotation angle θ matches the magnetic field direction. In the case of the comparative example of FIG. 7, a sinusoidal detection output is obtained. However, in the embodiment of FIG. 1, the SV-GMR elements R 1 and
また、回転角度θが、θ=0°の時、SV−GMR素子R1,R2の位置における外部磁界の向きは、回転角度θと一致する。したがって、θ=0の時のセンサの出力VOUTは、一対のSV−GMR素子R1,R2とを回転中心軸の位置からずらさずに配置した場合の検出出力と同じである。これに対し、回転角度θ=0°以外ではSV−GMR素子R1,R2位置での磁界の向きは回転角度θからずれる。本実施の形態では、この磁界の向きと回転角度θとのずれを利用して、図5の点線(比較例の場合)のときのリニアリティ低下を補正して、図5の実線に示すように、よりリニアーな特性に近づけることができる。なお、図5点線の誤差は図7の比較例の回転角度−45°の出力値と+45°の出力値とを結ぶ直線を基準として求めたが、図5実線の誤差は図1の実施の形態の回転角度−45°の出力値と+45°の出力値とを結ぶ直線を基準として求めたものである。 When the rotation angle θ is θ = 0 °, the direction of the external magnetic field at the position of the SV-GMR elements R1 and R2 coincides with the rotation angle θ. Therefore, the output V OUT of the sensor when θ = 0 is the same as the detection output when the pair of SV-GMR elements R1 and R2 are arranged without being shifted from the position of the rotation center axis. On the other hand, the direction of the magnetic field at the position of the SV-GMR elements R1 and R2 deviates from the rotation angle θ except for the rotation angle θ = 0 °. In the present embodiment, the deviation between the direction of the magnetic field and the rotation angle θ is used to correct the decrease in linearity at the dotted line in FIG. 5 (in the case of the comparative example), as shown by the solid line in FIG. It can be closer to a more linear characteristic. The error of the dotted line in FIG. 5 was obtained on the basis of a straight line connecting the output value at the rotation angle of −45 ° and the output value of + 45 ° in the comparative example of FIG. 7, but the error in the solid line in FIG. This is obtained with reference to a straight line connecting the output value of the rotation angle of −45 ° and the output value of + 45 °.
この実施の形態によれば、次の通りの効果を得ることができる。 According to this embodiment, the following effects can be obtained.
(1) 磁界発生手段3は、一対の直方体型永久磁石5と円弧状ヨーク7との組から構成されているため、回転中心軸Cを含み直方体型永久磁石5及び円弧状ヨーク7中央を通る平面付近では当該平面に対して略平行に通過する磁束を発生させるとともに、前記平面から離れた領域では、前記平面に直交する方向の外側からみて凹状に湾曲した経路で通過する磁束を発生させることができる。そして、方向検知型磁電変換素子としてのSV−GMR素子R1,R2が、回転中心軸Cから外れた位置において当該回転中心軸Cについて対称となる位置に配置しているので、−45°〜+45°の範囲における検出出力のリニアリティーを改善して、図3(B)に示した−45°〜+45°の角度範囲において検出出力電圧が直線的に変化する特性にいっそう近づけることが可能となる。
(1) Since the magnetic field generating means 3 is composed of a pair of a rectangular parallelepiped
(2) 磁界発生手段3として、相互に対向する円弧状ヨーク7と、各ヨークの外側位置に配置された永久磁石(直方体型永久磁石)5とを用いるため、特許文献1のように中空円筒状永久磁石を用い場合に比較して、製造容易でコスト低減を図ることができる。
(2) Since the arc-shaped
(3) ピン層磁化方向が互いに反平行である一対のSV−GMR素子R1,R2を直列接続して用いることで、検出出力電圧の増大、検出感度の向上を図ることができる。 (3) By using a pair of SV-GMR elements R1 and R2 whose pinned layer magnetization directions are antiparallel to each other in series connection, the detection output voltage can be increased and the detection sensitivity can be improved.
(4) 方向検知型磁気抵抗効果素子としてのSV−GMR素子を用いており、ホール素子を用いている特許文献1に比較して、磁界発生手段3の永久磁石5の発生磁界強弱ばらつきや、回転する可動体1とSV−GMR素子間のギャップ(組付けばらつき)には影響されないので検出出力信号の安定化を図ることができる。
(4) The SV-GMR element as the direction detection type magnetoresistive effect element is used, and compared with
なお、上記実施の形態において、磁界発生手段3は、一対の、直方体型永久磁石と円弧状ヨークとの組からなるものとしたが、ヨークの内周面は円周面に限らず、円周面に変形を加えた略円弧状のヨークを用いることも可能である。 In the above embodiment, the magnetic field generating means 3 is composed of a pair of a rectangular parallelepiped permanent magnet and an arcuate yoke, but the inner peripheral surface of the yoke is not limited to the circumferential surface, It is also possible to use a substantially arc-shaped yoke having a deformed surface.
上記実施の形態では、磁界発生手段が、図6のように、回転中心軸Cを含む1つの平面α付近では平面αに対して略平行に通過する磁束を発生させるとともに、平面αから離れた領域では、平面αに直交する方向の外側からみて凹状に湾曲した経路で通過する磁束を発生させたが、逆に前記平面αに直交する方向の外側からみて凸状に湾曲した経路で通過する磁束を発生する磁界発生手段を利用することも可能である。この場合を本発明の他の実施の形態として図9及び図10で説明する。 In the above embodiment, the magnetic field generating means generates a magnetic flux that passes substantially parallel to the plane α in the vicinity of one plane α including the rotation center axis C as shown in FIG. In the region, a magnetic flux is generated that passes through a path curved in a concave shape when viewed from the outside in the direction orthogonal to the plane α, but conversely passes through a path curved in a convex shape when viewed from the outside in the direction orthogonal to the plane α. It is also possible to use magnetic field generating means for generating magnetic flux. This case will be described with reference to FIGS. 9 and 10 as another embodiment of the present invention.
図9の角度検出装置において、磁界発生手段3Aは、一対の、直方体型永久磁石5と円弧状ヨーク7との組からなるが、円弧状ヨーク7の向きが図1とは反対向きになっている。つまり、円弧状ヨーク7の凸面同士が対向する配置である。そして、直方体型永久磁石5と円弧状ヨーク7との組は、可動体1の回転中心軸Cについて対称となるように、それぞれ可動体1上に対向して固定されている。
In the angle detection device of FIG. 9, the magnetic field generating means 3A is composed of a pair of a rectangular parallelepiped
一対のSV−GMR素子R1,R2は、前記回転する可動体1の回転中心軸Cから外れた位置において、前記回転する可動体1の回転中心軸Cについて対称となる位置に配置されている。例えば、一対の円弧状ヨーク7間の距離Fが14mmのとき、回転中心軸Cからの距離D=3mm程度外れた位置が適当である。距離Dは概ねF/6≦D≦F/4の範囲の値である。
The pair of SV-GMR elements R <b> 1 and R <b> 2 are disposed at positions that are symmetric with respect to the rotation center axis C of the rotating
また、一対のSV−GMR素子R1,R2のピン層磁化方向は、SV−GMR素子R1,R2を結ぶ直線に対して例えば平行で、かつ向きは互いに逆向きであり、すなわち反平行である。なお、その他の構成は図1の実施の形態と同様である。 The pin layer magnetization direction of the pair of SV-GMR elements R1 and R2 is, for example, parallel to the straight line connecting the SV-GMR elements R1 and R2, and the directions are opposite to each other, that is, antiparallel. Other configurations are the same as those of the embodiment of FIG.
図10は、図9の角度検出装置における磁束の方向(磁界の方向)と機械的な回転角度との関係を示す。この図10は、図9における対をなした円弧状ヨーク7の内周面間の距離Fを14mm、可動体の回転中心軸CからのSV−GMR素子R1,R2の距離Dを3mmとしたときの磁束の方向(磁界の方向)をシミュレーションで示したものである(反時計回り回転時)。この図10から、図9の磁界発生手段3Aでは、回転中心軸Cを含む1つの平面α(図10では一対のヨーク中央を通過する紙面に垂直な平面)付近では当該平面αに対して略平行に通過する磁束を発生させるとともに、前記平面αから離れた領域では、前記平面αに直交する方向の外側からみて凸状に湾曲した経路γで通過する磁束を発生させていることがわかる。
FIG. 10 shows the relationship between the direction of magnetic flux (direction of magnetic field) and the mechanical rotation angle in the angle detection device of FIG. In FIG. 10, the distance F between the inner peripheral surfaces of the pair of
図9の実施の形態においても、SV−GMR素子R1,R2は共に回転中心軸Cから外れた対称位置にあるため、回転角度の絶対値が大きくなると機械的な回転角度と磁界の方向とは一致しなくなり、このことを利用して、図5の点線(比較例の場合)のときのリニアリティ低下を補正して、図5の実線に示すように、よりリニアーな特性に近づけることができる。 In the embodiment of FIG. 9 as well, the SV-GMR elements R1 and R2 are both in symmetrical positions deviating from the rotation center axis C. Therefore, when the absolute value of the rotation angle increases, the mechanical rotation angle and the magnetic field direction are By using this fact, it is possible to correct the linearity deterioration at the time of the dotted line in FIG. 5 (in the case of the comparative example), and to approximate a more linear characteristic as shown by the solid line in FIG.
なお、各実施の形態において、一対のSV−GMR素子をピン層磁化方向が反平行となるように配置したが、故障に配慮して、さらに一対(若しくは複数対)のSV−GMR素子をピン層磁化方向が反平行となるように配置(位置はR1,R2と同じ)してもよい。 In each embodiment, a pair of SV-GMR elements are arranged so that the pinned layer magnetization directions are antiparallel. However, in consideration of failure, a pair (or a plurality of pairs) of SV-GMR elements are further pinned. The layers may be arranged so that their magnetization directions are antiparallel (positions are the same as R1 and R2).
以上本発明の実施の形態について説明してきたが、本発明はこれに限定されることなく請求項の記載の範囲内において各種の変形、変更が可能なことは当業者には自明であろう。 Although the embodiments of the present invention have been described above, it will be obvious to those skilled in the art that the present invention is not limited to these embodiments, and various modifications and changes can be made within the scope of the claims.
1 可動体
2 取付基板
3,3A 磁界発生手段
5 直方体型永久磁石
7 円弧状ヨーク
R1,R2 SV−GMR素子
DESCRIPTION OF
Claims (5)
前記少なくとも一対の方向検知型磁電変換素子は、それぞれ前記回転中心軸から外れた位置において前記回転中心軸について対称となる位置に配置され、
前記磁界発生手段は、前記回転中心軸を挟んで相互に対向する略円弧状ヨークと、各ヨークの外側位置に配置された永久磁石とを備え、各々の略円弧状ヨークの曲率中心が前記回転中心軸側にあり、かつ、前記回転中心軸を含む1つの平面付近では当該平面に対して略平行に通過する磁束を発生させるとともに、前記平面から離れた領域では、前記平面に直交する方向の外側からみて凹状に湾曲した経路で通過する磁束を発生し、
対をなした前記方向検知型磁電変換素子は、ピン層磁化方向が互いに反平行で、かつ、電気的に直列接続され、
前記一対の方向検知型磁電変換素子を相互に結ぶ直線が前記1つの平面と平行になるときの前記可動体の回転角度を0°としたとき、0°を中心とする所定の角度範囲内における前記可動体の回転に対する前記一対の方向検知型磁電変換素子の相互接続点の出力電圧は、前記所定の角度範囲内の正弦波と比較して直線性が高いことを特徴とする角度検出装置。 A rotating movable body and a magnetic field generation that rotates integrally with the movable body and generates a magnetic field from one side away from the rotation center axis of the movable body toward the other side across the rotation center axis Means, and at least a pair of direction detection type magnetoelectric transducers,
The at least one pair of direction detection type magnetoelectric transducers are arranged at positions that are symmetrical with respect to the rotation center axis at positions deviating from the rotation center axis, respectively .
The magnetic field generating means includes substantially arcuate yokes facing each other across the rotation center axis, and permanent magnets disposed at positions outside the yokes, and the center of curvature of each arcuate yoke is the rotation. Near one plane that is on the center axis side and includes the rotation center axis, a magnetic flux that passes substantially parallel to the plane is generated, and in a region away from the plane, the magnetic flux is perpendicular to the plane. Generates magnetic flux that passes through a concavely curved path when viewed from the outside,
The direction-sensing magnetoelectric transducers that make a pair have pin layer magnetization directions antiparallel to each other, and are electrically connected in series,
When the rotation angle of the movable body when the straight line connecting the pair of direction-sensitive magnetoelectric transducers is parallel to the one plane is 0 °, the angle is within a predetermined angle range centered on 0 °. The angle detection device according to claim 1, wherein an output voltage at an interconnection point of the pair of direction detection type magnetoelectric transducers with respect to rotation of the movable body is higher in linearity than a sine wave within the predetermined angle range .
前記少なくとも一対の方向検知型磁電変換素子は、それぞれ前記回転中心軸から外れた位置において前記回転中心軸について対称となる位置に配置され、The at least one pair of direction detection type magnetoelectric transducers are arranged at positions that are symmetrical with respect to the rotation center axis at positions deviating from the rotation center axis, respectively.
前記磁界発生手段は、前記回転中心軸を挟んで相互に対向する略円弧状ヨークと、各ヨークの外側位置に配置された永久磁石とを備え、各々の略円弧状ヨークの曲率中心が前記回転中心軸とは反対側にあり、かつ、前記回転中心軸を含む1つの平面付近では当該平面に対して略平行に通過する磁束を発生させるとともに、前記平面から離れた領域では、前記平面に直交する方向の外側からみて凸状に湾曲した経路で通過する磁束を発生し、The magnetic field generating means includes substantially arcuate yokes facing each other across the rotation center axis, and permanent magnets disposed at positions outside the yokes, and the center of curvature of each arcuate yoke is the rotation. A magnetic flux that is on the opposite side of the central axis and that passes substantially parallel to the plane is generated near one plane including the rotation center axis, and perpendicular to the plane in a region away from the plane. Generates magnetic flux that passes along a curved path that is convex when viewed from the outside
対をなした前記方向検知型磁電変換素子は、ピン層磁化方向が互いに反平行で、かつ、電気的に直列接続され、The direction-sensing magnetoelectric transducers that make a pair have pin layer magnetization directions antiparallel to each other, and are electrically connected in series,
前記一対の方向検知型磁電変換素子を相互に結ぶ直線が前記1つの平面と垂直になるときの前記可動体の回転角度を0°としたとき、0°を中心とする所定の角度範囲内における前記可動体の回転に対する前記一対の方向検知型磁電変換素子の相互接続点の出力電圧は、前記所定の角度範囲内の正弦波と比較して直線性が高いことを特徴とする角度検出装置。When the rotation angle of the movable body when the straight line connecting the pair of direction detection type magnetoelectric transducers is perpendicular to the one plane is 0 °, the angle is within a predetermined angle range centered on 0 °. The angle detection device according to claim 1, wherein an output voltage at an interconnection point of the pair of direction detection type magnetoelectric transducers with respect to rotation of the movable body is higher in linearity than a sine wave within the predetermined angle range.
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