JP2010002293A

JP2010002293A - ポテンションメータ

Info

Publication number: JP2010002293A
Application number: JP2008161291A
Authority: JP
Inventors: Yukimitsu Yamada; 幸光山田
Original assignee: Alps Electric Co Ltd
Current assignee: Alps Alpine Co Ltd
Priority date: 2008-06-20
Filing date: 2008-06-20
Publication date: 2010-01-07

Abstract

【課題】検出対象部材の側方側にＧＭＲセンサを配置した場合においても、適切にその回転角度を検出すること。
【解決手段】検出対象部材の回転に応じて回転する円環形状を有する第１磁石２と、第１磁石２と同心円状に配置され、第１磁石２と径方向の寸法の異なる円環形状を有する第２磁石３と、第１磁石２と第２磁石３との間に発生する磁場が作用する位置に配置されるＧＭＲセンサ４とを備え、第１磁石２及び第２磁石３におけるＧＭＲセンサ４側の内周又は外周部分を異なる極性に着磁すると共に、第１磁石２の径方向に沿った面と第２磁石３の径方向に沿った面との間に角度を有するように第１磁石２及び第２磁石３を配置したことを特徴とする。
【選択図】図２

Description

本発明は、ポテンションメータに関し、特に、磁気センサとして、ＧＭＲ素子を有するＧＭＲセンサを利用したポテンションメータに関する。

従来、回転軸に連結された概してコ字形状のヨークに対して、回転軸の軸方向に位置をずらして２つの磁石を取り付ける一方、ヨークの内部空間の中央にその検出面を縦にして磁気センサを配置し、回転軸の回転に応じて双方の磁石間に発生する磁場を磁気センサで検出する回転角度検出器が提案されている（例えば、特許文献１参照）。この回転角度検出器においては、強磁性体磁気抵抗素子（ＧＭＲ素子）を用いた磁気センサ（ＧＭＲセンサ）を利用している。
特開２００１−３１７９１０号公報

ところで、上述したような回転角度検出器の一種であるポテンションメータにおいては、部品の小型化、或いは、部品の自由な設計を確保するため、ＧＭＲセンサを回転する検出対象部材の側方側に配置することが要請されている。しかしながら、検出対象部材の側方側にＧＭＲセンサを配置する場合には、その検出面に作用する磁場を発生させることが困難であり、適切に検出対象部材の回転角度を検出することができないという問題がある。

本発明はこのような問題点に鑑みて為されたものであり、検出対象部材の側方側にＧＭＲセンサを配置した場合においても、適切にその回転角度を検出することができるポテンションメータを提供することを目的とする。

本発明のポテンションメータは、検出対象部材の回転に応じて回転する円環形状を有する第１の磁石と、前記第１の磁石と同心円状に配置され、当該第１の磁石と径方向の寸法の異なる円環形状を有する第２の磁石と、前記第１の磁石と前記第２の磁石との間に発生する磁場が作用する位置に配置されるＧＭＲセンサとを備え、前記第１及び第２の磁石における前記ＧＭＲセンサ側の内周又は外周部分を異なる極性に着磁すると共に、前記第１の磁石の径方向に沿った面と前記第２の磁石の径方向に沿った面との間に角度を有するように前記第１及び第２の磁石を配置したことを特徴とする。

上記ポテンションメータによれば、互いの径方向に沿った面どうしの間に角度を有するように第１及び第２の磁石を配置すると共に、これらの間に発生する磁場が作用する位置にＧＭＲセンサを配置したことから、検出対象部材の回転に応じて第１の磁石と第２の磁石との間に発生する磁場の向きを変化させることができるので、この磁場の向きの変化の検出を通じて、検出対象部材の側方側にＧＭＲセンサを配置した場合においても、適切にその回転角度を検出することが可能となる。

上記ポテンションメータにおいて、前記ＧＭＲセンサの検出面と直交する面を境界面として異なる領域に互いの径方向に沿った面が延出するように前記第１及び第２の磁石を配置すると共に、前記第２の磁石を前記第１の磁石の回転に応じて回転させることが好ましい。この場合には、互いの径方向に沿った面をＧＭＲセンサの検出面と直交する境界面が分ける異なる領域に延出させたことから、第１の磁石と第２の磁石との間に発生する磁場の向きの変化を大きくすることができるので、これが小さい場合と比べて誤検出の発生率を低減でき、より正確に検出対象部材の回転角度を検出することが可能となる。

なお、上記ポテンションメータにおいて、前記第１又は第２の磁石の径方向に沿った面の一方を前記ＧＭＲセンサの検出面と直交させるようにしても良い。この場合には、第１又は第２の磁石の径方向に沿った面の一方をＧＭＲセンサの検出面と直交させればよいので、第１又は第２の磁石の径方向に沿った面がＧＭＲセンサの検出面に対して角度を有している場合と比べて、ＧＭＲセンサの検出面との位置関係を容易に設定することが可能となる。

本発明によれば、互いの径方向に沿った面どうしの間に角度を有するように第１及び第２の磁石を配置すると共に、これらの間に発生する磁場が作用する位置にＧＭＲセンサを配置したことから、検出対象部材の回転に応じて第１の磁石と第２の磁石との間に発生する磁場の向きを変化させることができるので、この磁場の向きの変化の検出を通じて、検出対象部材の側方側にＧＭＲセンサを配置した場合においても、適切にその回転角度を検出することが可能となる。

以下、本発明の一実施の形態について添付図面を参照して詳細に説明する。
図１及び図２は、本発明の一実施の形態に係るポテンションメータ１の要部の構成を説明するための模式図である。図１においては、本実施の形態に係るポテンションメータ１を上面から示し、図２においては、図１に示すポテンションメータ１を左方側から示している。

図１に示すように、本実施の形態に係るポテンションメータ１は、円環形状を有する第１磁石２と、この第１磁石２と同心円状に配置され、第１磁石２よりも径方向の寸法の大きい第２磁石３とを備えている。第１磁石２及び第２磁石３においては、いずれもその外周部分がＮ極に着磁されている一方、その内周部分がＳ極に着磁されている。従って、第１磁石２と第２磁石３との間には、第１磁石２から第２磁石３に向かう磁場が発生している。なお、第１磁石２及び第２磁石３における極性については逆であっても良い。

また、第１磁石２及び第２磁石３は、図２に示すように、互いの径方向に沿った面（２Ａ、３Ａ）との間に角度が付与された状態で配置されている。具体的には、第１磁石２及び第２磁石３は、後述するＧＭＲセンサ４の検出面と直交し、その中心点を通る面を境界面Ｖとして異なる領域に互いの径方向に沿った面（２Ａ、３Ａ）が延出するように配置されている。

本実施の形態においては、図２に示すＧＭＲセンサ４よりも左方側部分で第１磁石２の径方向に沿った面２Ａが境界面Ｖよりも上方側の領域に延出する一方、第２磁石３の径方向に沿った面３Ａが境界面Ｖよりも下方側の領域に延出するように第１磁石２及び第２磁石３が配置されている。このため、第１磁石２から第２磁石３に対する磁場は、図２に示すように、斜め下方側に向かって発生することとなる。

一方、図２に示すＧＭＲセンサ４よりも右方側部分においては、第１磁石２の径方向に沿った面２Ａが境界面Ｖよりも下方側の領域に延出する一方、第２磁石３の径方向に沿った面３Ａが境界面Ｖよりも上方側の領域に延出するように第１磁石２及び第２磁石３が配置されている。このため、第１磁石２から第２磁石３に対する磁場は、図２に示すように、斜め上方側に向かって発生することとなる。

また、本実施の形態に係るポテンションメータ１においては、このように第１磁石２と、第２磁石３との間に発生する磁場が作用する位置にＧＭＲ(Giant magnetoresistance)センサ４が配置されている。図１及び図２に示すように、ＧＭＲセンサ４は、第１磁石２と第２磁石３との間の位置で上下方向に延在する基板５の表面に固定されている。この場合において、ＧＭＲセンサ４は、その検出面が概して第１磁石２から第２磁石３に向けて発生する磁場方向に沿って配置されている。

ここで、本実施の形態に係るポテンションメータ１が有するＧＭＲセンサ４の概略について説明する。ＧＭＲセンサ４は、巨大磁気抵抗効果を利用したＧＭＲ素子（巨大磁気抵抗効果素子）を備えている。このＧＭＲ素子は、基本的な構成として、交換バイアス層（反強磁石層）、固定層（ピン止め磁性層）、非磁性層及び自由層（フリー磁性層）を基板５上に積層して形成される。固定層（ピン止め磁性層）においては、交換バイアス層（反強磁石層）との交換結合により磁化の向きが固定される一方、自由層（フリー磁性層）においては、外部磁場の状態に応じて磁化の向きが変化するものとなっている。

本実施の形態に係るポテンションメータ１においては、第１磁石２から第２磁石３に向けて発生する磁場をこのようなＧＭＲ素子に作用させる。そして、この磁場の方向に応じて自由層（フリー磁性層）の磁化の向きを変化させることでＧＭＲ素子の電気抵抗値を変化させ、この電気抵抗値の変化に応じた電気信号をＧＭＲセンサ４から出力する。この電気信号は、ポテンションメータ１が搭載される装置の制御部に入力され、制御部において、電気信号に基づいて第１磁石２及び第２磁石３の回転角度が算出される。

なお、ＧＭＲセンサ４が備えるＧＭＲ素子が巨大磁気抵抗効果（ＧＭＲ）を発揮するためには、例えば、交換バイアス層がα−Ｆｅ_２Ｏ_３層、固定層がＮｉＦｅ層、非磁性層がＣｕ層、自由層がＮｉＦｅ層から形成されることが好ましいが、これらのものに限定されるものではなく、磁気抵抗効果を発揮するものであれば、どのように形成されていてもよい。また、ＧＭＲ素子は、磁気抵抗効果を発揮するものであれば、上述したような積層構造のものに限定されるものではない。

このような構成を有するポテンションメータ１において、第１磁石２は、回転可能に設けられる不図示の検出対象部材に一体的に取り付けられ、この検出対象部材の回転に応じて回転するように構成されている。例えば、第１磁石２は、検出対象部材としての軸部材に挿通され、その外周に固定される。また、第２磁石３は、第１磁石２に不図示の連結部材を介して連結され、この第１磁石２の回転に応じて回転するように構成されている。すなわち、第１磁石２及び第２磁石３は、検出対象部材の回転に伴って回転可能に構成されている。

ここで、本実施の形態に係るポテンションメータ１において、検出対象部材の回転に伴って回転する第１磁石２及び第２磁石３と、これらの間に発生する磁場との関係について説明する。図３は、図１に示す状態から第１磁石２及び第２磁石３が時計回転方向に９０度回転した場合の模式図である。図４は、図１に示す状態から第１磁石２及び第２磁石３が時計回転方向に２７０度回転した場合の模式図である。なお、図３及び図４においては、図１に示すポテンションメータ１を上方側から示している。また、説明の便宜上、図３及び図４においては、図２と同様に境界面Ｖを示している。

図１に示す状態から第１磁石２及び第２磁石３が時計回転方向に９０度回転すると、図３に示すように、ＧＭＲセンサ４は、境界面Ｖよりも下方側に配置された第１磁石２の外周部分と、境界面Ｖよりも上方側に配置された第２磁石３の外周部分との間に配置されている。この場合、第１磁石２と第２磁石３との間には、斜め上方側に向かって磁場が発生する。ＧＭＲセンサ４においては、図３に示すように、この磁場に反応して自由層（フリー磁性層）の磁化の向きが斜め上方側に向いた状態となり、その電気抵抗値が変化する（ここでは、上昇するものとする）。

一方、図１に示す状態から第１磁石２及び第２磁石３が時計回転方向に２７０度回転すると、図４に示すように、ＧＭＲセンサ４は、境界面Ｖよりも上方側に配置された第１磁石２の外周部分と、境界面Ｖよりも下方側に配置された第２磁石３の外周部分との間に配置されている。この場合、第１磁石２と第２磁石３との間には、斜め下方側に向かって磁場が発生する。ＧＭＲセンサ４においては、図４に示すように、この磁場に反応して自由層（フリー磁性層）の磁化の向きが斜め下方側に向いた状態となり、その電気抵抗値が変化する（ここでは、下降するものとする）。

なお、第１磁石２及び第２磁石３とＧＭＲセンサ４との関係が図１に示す状態にある場合、並びに、図１に示す状態から第１磁石２及び第２磁石３が時計回転方向に１８０度回転した場合には、ＧＭＲセンサ４は、境界面Ｖと同程度の高さに配置された第１磁石２及び第２磁石３の外周部分間に配置されている。この場合、第１磁石２と第２磁石３との間には、外側に向かって水平に磁場が発生する。ＧＭＲセンサ４においては、この磁場に反応して自由層（フリー磁性層）の磁化の向きが水平に外側に向かった状態となる。

この場合において、第１磁石２及び第２磁石３の回転角度（以下、「磁石回転角度」という）と、これらの間で検出される磁場の角度（以下、「磁場角度」という）とは、図５に示すような関係を有することとなる。なお、図５においては、第１磁石２及び第２磁石３とＧＭＲセンサ４との関係が図１に示す状態にある場合を磁石回転角度０°としている。

図５に示すように、磁場角度は、磁石回転角度が９０°である場合に最高値を示す一方、磁石回転角度が２７０°である場合に最低値を示している。磁石回転角度が１８０°及び３６０°である場合に回転角度なしを示している。ＧＭＲセンサ４においては、このように変化する磁場の方向に応じてＧＭＲ素子の電気抵抗値が変化することから、その出力信号に基づいて制御部で当該磁場角度を検出することができる。そして、図５に示す関係を予め把握しておくことにより、その磁場角度に応じて磁石回転角度を検出できるので、これに応じて検出対象部材の回転角度を検出することが可能となる。

このように本実施の形態に係るポテンションメータ１においては、第１磁石２の径方向に沿った面と、第２磁石３の径方向に沿った面との間に角度を有するように第１磁石２及び第２磁石３を配置すると共に、これらの間に発生する磁場が作用する位置にＧＭＲセンサ４を配置したことから、検出対象部材の回転に応じて第１磁石２と第２磁石３との間に発生する磁場の向きを変化させることができるので、この磁場の向きの変化の検出を通じて、検出対象部材の側方側にＧＭＲセンサ４を配置した場合においても、適切にその回転角度を検出することが可能となる。

特に、本実施の形態に係るポテンションメータ１においては、ＧＭＲセンサ４の検出面と直交する面を境界面Ｖとして異なる領域に互いの径方向に沿った面が延出するように第１磁石２及び第２磁石３を配置すると共に、第２磁石３を第１磁石２の回転に応じて回転させている。これにより、第１磁石２と第２磁石３との間に発生する磁場の向きの変化を大きくすることができるので、これが小さい場合と比べて誤検出の発生率を低減でき、より正確に検出対象部材の回転角度を検出することが可能となる。

なお、本発明は上記実施の形態に限定されず、種々変更して実施することが可能である。上記実施の形態において、添付図面に図示されている大きさや形状などについては、これに限定されず、本発明の効果を発揮する範囲内で適宜変更することが可能である。その他、本発明の目的の範囲を逸脱しない限りにおいて適宜変更して実施することが可能である。

例えば、上記実施の形態においては、第１磁石２及び第２磁石３における互いの径方向に沿った面（２Ａ、３Ａ）が上述した境界面Ｖを境界として異なる領域に延出する場合について説明している。しかしながら、第１磁石２及び第２磁石３の位置関係については、これに限定されるものではなく適宜変更が可能である。例えば、第１磁石２及び第２磁石３の径方向に沿った面の一方を上述した境界面Ｖと水平にすると共に、他方を境界面Ｖとの間に角度が付与された状態としても良い。

このように第１磁石２及び第２磁石３の位置関係を変更した場合においても、磁場角度の変化率が狭まるものの、磁石回転角度を検出でき、検出対象部材の回転角度を検出することが可能となる。なお、この場合には、上記実施の形態のように第１磁石２及び第２磁石３の径方向に沿った面がＧＭＲセンサ４の検出面に対して角度を有している場合と比べて、ＧＭＲセンサ４の検出面との位置関係を容易に設定することが可能となる。また、このように第１磁石２及び第２磁石３の径方向に沿った面の一方を上述した境界面Ｖと水平にした場合には、検出対象部材と連結されていない磁石は必ずしも検出対象部材の回転に応じて回転させる必要はない。

また、上記実施の形態においては、内側に配置された第１磁石２が検出対象部材に一体的に取り付けられる場合について示しているが、検出対象部材に取り付けられる構成については、第２磁石３であっても良い。この場合においても、上記実施の形態と同様に、磁石回転角度の検出を通じて、検出対象部材の回転角度を検出することが可能となる。

本発明の一実施の形態に係るポテンションメータの要部の構成を説明するための模式図である。上記実施の形態に係るポテンションメータの要部の構成を説明するための模式図である。図１に示す状態から第１磁石及び第２磁石が時計回転方向に９０度回転した場合の模式図である。図１に示す状態から第１磁石及び第２磁石が時計回転方向に２７０度回転した場合の模式図である。上記実施の形態に係るポテンションメータにおける第１磁石及び第２磁石の回転角度と、これらの間で検出される磁場の角度とを示す図である。

符号の説明

１ポテンションメータ
２第１磁石
３第２磁石
４ＧＭＲセンサ
５基板

Claims

検出対象部材の回転に応じて回転する円環形状を有する第１の磁石と、前記第１の磁石と同心円状に配置され、当該第１の磁石と径方向の寸法の異なる円環形状を有する第２の磁石と、前記第１の磁石と前記第２の磁石との間に発生する磁場が作用する位置に配置されるＧＭＲセンサとを備え、
前記第１及び第２の磁石における前記ＧＭＲセンサ側の内周又は外周部分を異なる極性に着磁すると共に、前記第１の磁石の径方向に沿った面と前記第２の磁石の径方向に沿った面との間に角度を有するように前記第１及び第２の磁石を配置したことを特徴とするポテンションメータ。
前記ＧＭＲセンサの検出面と直交する面を境界面として異なる領域に互いの径方向に沿った面が延出するように前記第１及び第２の磁石を配置すると共に、前記第２の磁石を前記第１の磁石の回転に応じて回転させたことを特徴とする請求項１記載のポテンションメータ。
前記第１又は第２の磁石の径方向に沿った面の一方を前記ＧＭＲセンサの検出面と直交させたことを特徴とする請求項１記載のポテンションメータ。