JP2012078124A - 電磁デバイス - Google Patents

Abstract

【課題】基板に磁石が及ぼす磁界により発生する誘導起電力の影響を抑える。
【解決手段】基板３と、基板３に対向して配置され基板３に対向する面内にＳ極とＮ極が存在する磁石２を含み、基板３には、電気部品４と、電気部品４にそれぞれ接続されて、基板３上で引き出されている複数の電気配線５ａ，５ｂを有する。磁石２と基板３は互いに相対的に移動または回転可能である。複数の電気配線５ａ，５ｂは、電気部品４から見て引き出し方向に位置する部分であって、磁石２と基板３とが互いに相対的に移動または回転する際に、磁石２から受ける磁力によって誘電起電力が発生させられる部分５Ｘと、電気部品４から見て引き出し方向と反対側に位置する部分であって、誘導起電力と反対の極性の誘導起電力が発生させられる部分５Ｙとを含む。
【選択図】図２

Description

本発明は電磁デバイスに関する。

基板と、基板に対向して配置され基板に対向する面内にＳ極とＮ極が存在する磁石とを含む電磁デバイスの一例として、センサデバイスがある。例えば、特許文献１，２に記載されているセンサデバイスは、基板上に、磁気抵抗効果素子を含む回路を検知回路として有するセンサを有している。このセンサデバイスによると、外部磁界に起因する各磁気抵抗効果素子のそれぞれの電気抵抗の変化を求め、それに基づいて、磁石からセンサに加わる磁界の向きが求められる。従って、被測定部材に磁石を取り付け、その磁石に対向する位置に固定された基板に、前記したような回路を含むセンサを設けると、被測定部材の位置や回転角度を測定することが可能である。なお、被測定部材にセンサを取り付け、それに対向する位置に磁石を固定することも考えられる。

このようなセンサを含む電磁デバイスにおいては、回路およびそれに接続されている電気配線にノイズとなる電流が発生すると検出精度が大きく低下する。特に、磁石と対向して回路が設けられており、磁石と回路とが互いに相対的に移動または回転する構成であると、誘導起電力の発生が問題になる。例えば、図８には、磁石の回転数を十分に落とし、回路につながる電気配線を磁石から離れたところで短絡した状態で、誘導起電力が発生しない場合の、２つの回路の出力電圧（ほぼ０Ｖ）が示されている。これに対し、図９には、磁石が３０００ｒｐｍで回転したときの２つの回路に接続された電気配線の出力電圧が示されている。これによると、誘導起電力によって電気配線に−０．００４Ｖ〜０．００４Ｖ程度の電圧が発生していることがわかる。また、磁石の回転数を変えて、それぞれの条件下での電圧の最大値と最小値の差を求めた結果を図１０に示している。これによると、磁石の回転数が大きくなるほど誘導起電力が大きくなり、無視できない程度になっていることがわかる。

なお、特許文献３〜６は、前記したような回路を含むセンサに関するものではないが、誘導起電力の発生を問題視して、オーディオ信号断続用リレーや半導体装置や磁気ヘッドや電流検出器において誘導起電力の発生を小さくする方法を提案している。

また、特許文献７には、電気部品と制御部とを結ぶ電気配線から発生するノイズを相殺させるために、電気配線としてツイストペア線を用いた構成が開示されている。

特開２００９−２８１７８４号公報 特開２００７−３０９６９４号公報 実開昭６０−１３４２６０号公報 特開昭５８−６６５７５号公報 特開平６−２４３４３６号公報 特開昭５８−２２１１７２号公報 特開２００２−１８７５０４号公報

特許文献３〜６には、誘電起電力の発生を小さくすることが示唆されているが、発生した誘導起電力を相殺することは考えられていない。すなわち、誘導起電力の発生を確認した上で、それを相殺して無効化することは考慮されず、そのために電気配線を特別な形態に配置することはない。従って、当然のことながら、誘導起電力を相殺するための部分の、誘導起電力を発生させる要因である磁界を加える磁石との関連性については考慮されておらず、誘導起電力を相殺するための部分の、磁石に対する相対位置関係や具体的な形状については規定されていない。また、特許文献７は、電気部品および電気配線に対向して磁石が配置される構成ではないため、電気配線に対して磁界が加わって磁石と電気配線とが相対的に移動または回転することによる誘導起電力の発生については、全く考慮されていない。

そこで、本発明の目的は、磁石に対向して配置されている基板に対して磁石が及ぼす磁界によって発生する誘導起電力の影響を抑えることができる電磁デバイスを提供することにある。

本発明の電磁デバイスは、基板と、基板に対向して配置され基板に対向する面内にＳ極とＮ極が存在する磁石と、を含み、基板には、電気部品と、電気部品にそれぞれ接続されて、基板上で引き出されている複数の電気配線と、が形成されている。磁石と基板とは互いに相対的に移動または回転可能であり、複数の電気配線は、磁石と基板とが互いに相対的に移動または回転する際に、磁石から受ける磁力によって誘電起電力が発生させられる部分と、誘導起電力と反対の極性の誘導起電力が発生させられる部分とを含むものである。

そして、少なくとも１対の電気配線が、電気部品を介して互いに接続され、電気部品から見て同じ引き出し方向に引き出されており、一方の電気配線は、電気部品から見て引き出し方向の側で電気部品に接続されて、引き出し方向に引き出されており、他方の電気配線は、電気部品から見て引き出し方向と反対側で電気部品に接続されて、引き出し方向と反対側に、磁石と対向する範囲よりも外側まで延びた後に屈曲させられて、引き出し方向に引き出されており、電気配線の電気部品から見て引き出し方向に位置する部分が、誘電起電力が発生させられる部分であり、電気配線の電気部品から見て引き出し方向と反対側に位置する部分が、反対の極性の誘導起電力が発生させられる部分である構成であってもよい。

その場合、基板上の、電気部品から見て引き出し方向の側で１対の電気配線が包囲する面積と、電気部品から見て引き出し方向と反対側で１対の電気配線が包囲する面積とが一致していることが好ましい。ここで、基板上で、磁石と対向する範囲内で、電気部品から見て引き出し方向の側で１対の電気配線が包囲する面積と、電気部品から見て引き出し方向と反対側で１対の電気配線が包囲する面積とが一致している構成としてもよい。

また、少なくとも１対の電気配線が、電気部品を介して互いに接続されており、引き出し方向に沿って延び、磁石のエッジと対向する位置において互いに交差して、磁石と対向する範囲よりも外側で引き出し方向に沿って延びるように形成されており、電気配線の磁石と対向する範囲の内側に位置する部分が、誘電起電力が発生させられる部分であり、電気配線の磁石と対向する範囲よりも外側に位置する部分が、反対の極性の誘導起電力が発生させられる部分である構成であってもよい。

本発明によると、電気部品に接続されている電気配線に、誘導起電力が発生させられる部分と、それと反対の極性の誘導起電力が発生させられる部分とが設けられているため、電気配線の一部に誘導起電力が発生すると、それを打ち消す反対の極性の誘導起電力も同時に発生する。従って、誘導起電力と反対の極性の誘導起電力とが互いに相殺し合い、電気部品の入出力に対するノイズが抑えられるため、電磁デバイスが所望の性能で精度良く機能することができる。

本発明の電磁デバイスの磁石と基板の一例を示す斜視図である。 図１に示す電磁デバイスの基板を示す平面図である。 本発明の電磁デバイスの基板の他の例を示す平面図である。 磁石によって基板の各部分に加わる磁場強度を示すグラフである。 （ａ）は本発明の電磁デバイスの磁石と基板の一例を模式的に示す一部断面側面図、（ｂ）は本発明の電磁デバイスの磁石と基板の他の例を模式的に示す一部断面側面図である。 本発明の電磁デバイスの検知回路および処理装置の一例を示す回路図である。 本発明の電磁デバイスの一例であるセンサデバイスを車両に組み込んだ状態を示す要部の概略図である。 従来の電磁デバイスにおいて磁石の回転数を十分に落とした状態の電磁デバイスの出力電圧を示すグラフである。 従来の電磁デバイスにおいて磁石を回転させた状態の電磁デバイスの出力電圧を示すグラフである。 従来の電磁デバイスにおける磁石の回転数と、出力電圧の最大値と最小値の差との関係を示すグラフである。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。

［電磁デバイスの一例であるセンサの基本構成］
本発明の電磁デバイスの一例として、被検知部材の角度を検知するセンサデバイスがある。図１，２に示すように、このセンサデバイスは、被検知部材１に取り付けられている磁石（永久磁石）２と、この磁石２と対向する位置に固定されている基板３とを含む。磁石２には、基板３と対向する面内にＳ極とＮ極が存在する。基板３には、電気部品の一例であるセンサ４と、センサ４に接続されている電気配線５が設けられている。センサ４は、基板３の中央であって磁石２の中心とほぼ対向する位置にあり、検知回路６として、外部から加えられる磁界に応じて出力が変化する回路を内蔵している。検知回路６の具体的な構成については図６を参照して後述する。検知回路６の出力を測定することによって、外部から加わる磁界の向きを検知することができ、ひいては、磁石２が取り付けられている被検知部材１の、基板３上のセンサ４に対する相対位置や角度を知ることができる。

このようなセンサデバイスにおいて、被検知部材１に取り付けられている磁石２が移動または回転すると、基板３上の電気配線５に誘導起電力が発生する。具体的には、電気配線５に対して磁石２から加わる磁束が、磁石２の移動または回転に伴って変化することによって、電気配線５に誘導電流が流れる。

このセンサデバイスは、本来、センサ４の検知回路６の出力を、電圧計７や処理回路８を含む処理装置９（図６参照）にそのまま伝達して解析することによって、磁石２が取り付けられた被検知部材１の、基板３に対する相対位置や角度を精度良く求めることができる。しかし、従来は、電気配線５に生じた誘導電流が検知回路６の出力に加わることによって、被検知部材１の相対位置や角度が正確に求められないことがあった。そこで、本発明では、電気配線５に、一方の極性（例えば正）の誘導起電力が発生させられる部分５Ｘに加えて、反対の極性（例えば負）の誘導起電力（相殺用誘導起電力）が発生させられる部分５Ｙが設けられている。それによって、誘導起電力と相殺用誘導起電力とが互いに相殺し合って、電気配線５にはノイズが入らずに検知回路６の出力のみが流れる。その結果、被検知部材１の相対位置や角度が精度良く求められる。

［電気配線の第１の例］
図２に示す例では、センサ４を介して互いに接続されている１対の電気配線５ａ，５ｂが、基板３上で、一方の方向Ａ（例えば図２の下方向）に引き出されている。一方の電気配線５ａは、引き出し方向（方向Ａ）側でセンサ４に接続されてそのまま引き出し方向（方向Ａ）に引き出されている。しかし、電気配線５ｂは、引き出し方向（方向Ａ）と反対側（図２の上側）でセンサ４に接続され、そこから引き出し方向（方向Ａ）と反対の方向Ｂ（図２の上方向）に一旦引き回されて、磁石２に対向する範囲よりも外側、すなわち磁石２のエッジＥ（図２には破線にて図示）に対向する位置よりも外側まで延びた後に、屈曲させられて、引き出し方向（方向Ａ）に引き出されている。

このような構成において、磁石２が基板に対して相対的に移動または回転すると、この磁石２の基板３と対向する面内に存在するＮ極からＳ極に向かう磁束（図５（ａ），（ｂ）参照）が、電気配線５ａ，５ｂが形成しているループを通過する。このようにして、電気配線５ａ，５ｂが形成しているループに加わる磁石２の極性が変化すると、電気配線５ａ，５ｂに誘導起電力が発生する。センサ４から見て引き出し方向（方向Ａ）側の部分５Ｘに発生する誘導起電力に対して、反対方向（方向Ｂ）側の部分５Ｙに発生する誘導起電力（相殺用誘導起電力）は、反対の極性になる。従って、２つの誘導起電力が互いに相殺する。電気配線５ａ，５ｂには検知回路６の出力のみが流れるため、被検知部材１の相対位置や角度を精度良く求めることが可能になる。

このように、１対の電気配線５ａ，５ｂのうち、センサ４から見て引き出し方向（方向Ａ）側の部分５Ｘには、磁石２から受ける磁力によって誘導起電力を発生させられ、センサ４から見て反対方向（方向Ｂ）側の部分５Ｙには、磁石２から受ける磁力によって、前記した誘導起電力と反対の極性の相殺用誘導起電力が発生させられる。この誘導起電力と相殺用誘導起電力とが極性が反対で大きさがほぼ一致する状態であると、互いに打ち消し合って、電気配線５ａ，５ｂ内を流れる検知回路６の出力には影響を及ぼさない。

センサ４から見て引き出し方向（方向Ａ）側で１対の電気配線５ａ，５ｂが包囲する面積と、センサ４から見て反対方向（方向Ｂ）の側で１対の電気配線５ａ，５ｂが包囲する面積とがほぼ一致していると、前記したように誘導起電力と相殺用誘導起電力とを極性が反対で大きさが一致する状態にすることが容易なので、両方の誘導起電力を互いに相殺させるために有効である。また、磁石２に対向する範囲内、すなわち磁石２のエッジＥ（図２には破線にて図示）に対向する部分より内側の範囲内で、センサ４から見て引き出し方向（方向Ａ）側で１対の電気配線５ａ，５ｂが包囲する面積と、センサ４から見て反対方向（方向Ｂ）の側で１対の電気配線５ａ，５ｂが包囲する面積とがほぼ一致している構成としてもよい。このような構成を容易に実現するために、前記したように、電気配線５ｂは引き出し方向（方向Ａ）と反対の方向Ｂに、磁石２に対向する範囲よりも外側、すなわち磁石２のエッジＥ（図２には破線にて図示）に対向する位置よりも外側まで引き回されている。

なお、図１，２に示す例では、もう１対の電気配線５ａ’，５ｂ’が設けられている。この電気配線５ａ’，５ｂ’は前記した電気配線５ａ，５ｂと引き出し方向が反転しているが実質的に同じ構成である。すなわち、電気配線５ａ’，５ｂ’の引き出し方向は方向Ｂ（図２の上方向）であって、その反対方向は方向Ａ（図２の下方向）である。前記した電気配線５ａ，５ｂは検知回路６の出力線として処理装置９に接続されており、電気配線５ａ’５ｂ’は、電源１０と接地端子１１にそれぞれ接続されている。この電気配線５ａ’，５ｂ’においても、センサ４から見て引き出し方向（方向Ｂ）側の部分５Ｘ’に発生する誘導起電力は、反対方向（方向Ａ）側の部分５Ｙ’に発生する逆極性の相殺用誘導起電力によって相殺される。その結果、電気配線５ａ’，５ｂ’に検知回路６の出力のみが流れ、被検知部材１の相対位置や角度を精度良く求めることが可能になる。なお、電気配線５ａ’，５ｂ’の引き出し方向が電気配線５ａ，５ｂの引き出し方向と一致していても構わない。

後述するが、電気配線５ａ，５ｂ，５ａ’，５ｂ’の一部は、スルーホール１４（図５（ａ），（ｂ）参照）を介して基板３の裏面に導かれているため、図１，２には図示されていない部分もある。

［電気配線の第２の例］
図３には、本発明の基板４上の電気配線の他の例が示されている。本例では、センサ４を介して互いに接続されている１対の電気配線１２ａ，１２ｂが、基板３上で、一方の方向（例えば図３の下方向Ａ）に引き出されている。そして、この電気配線１２ａ，１２ｂは、引き出し方向（方向Ａ）に沿って延びてから、磁石２と対向する範囲の縁部、言い換えると磁石２のエッジＥに対向する位置において、電気配線１２ａ，１２ｂが交差している。すなわち、電気配線１２ａと１２ｂの、引き出し方向（方向Ａ）に直交する方向の位置が互いに入れ替わっている。そして、磁石２と対向する範囲よりも外側（磁石２のエッジＥに対向する位置よりも外側）では、前記したように入れ替わった位置関係のまま、引き出し方向（方向Ａ）に延びて、処理装置９に接続されている。なお、ここで言う入れ替わった位置関係とは、必ずしも両電気配線１２ａ，１２ｂの間隔が一定である必要はなく、交差前と交差後で両電気配線１２ａ，１２ｂが左右に入れ替わっていれば、間隔が広くなっていても狭くなっていても構わないが、両電気配線１２ａ，１２ｂの間隔を一定としてもよい。両電気配線１２ａ，１２ｂが交差する点１２Ｚでは、互いに導通（短絡）することがないように、図示しない絶縁材が両電気配線１２ａ，１２ｂ間に介在している。

このような構成であると、電気配線１２ａ，１２ｂのうち、磁石２と対向する範囲内の部分１２Ｘと、磁石２と対向する範囲よりも外側の部分１２Ｙとが、交差点１２Ｚにおいてねじられているため、両部分１２Ｘ，１２Ｙに流れる誘導電流が逆になる。すなわち、両部分１２Ｘ，１２Ｙに発生する誘導起電力が互いに逆の極性になり、互いに相殺する。そして、電気配線１２ａ，１２ｂには検知回路６の出力のみが流れ、被検知部材１の相対位置や角度を精度良く求めることが可能になる。

このように、１対の電気配線１２ａ，１２ｂのうち、磁石２と対向する範囲内の部分（誘導起電力が発生させられる部分）１２Ｘには、磁石２から受ける磁束によって従来と同様に誘導起電力が発生するのに対し、磁石２と対向する範囲よりも外側の部分（相殺用誘導起電力が発生させられる部分）１２Ｙには、磁石２から受ける磁束によって逆極性の誘導起電力（相殺用誘導起電力）が発生する。

なお、図３に示す例では、もう１対の電気配線１２ａ’，１２ｂ’が設けられている。この電気配線１２ａ’，１２ｂ’は前記した電気配線１２ａ，１２ｂと引き出し方向が反転しているが実質的に同じ構成である。すなわち、電気配線１２ａ’，１２ｂ’の引き出し方向は方向Ｂ（図２の上方向）である。なお、前記した電気配線１２ａ，１２ｂは検知回路６の出力線として処理装置９に接続されており、電気配線１２ａ’１２ｂ’は、電源１０と接地端子１１にそれぞれ接続されている。なお、電気配線１２ａ’，１２ｂ’の引き出し方向が電気配線１２ａ，１２ｂの引き出し方向と一致していても構わない。

後述するが、電気配線１２ａ，１２ｂ，１２ａ’，１２ｂ’の一部は、スルーホール１４（図５（ａ），（ｂ）参照）を介して基板３の裏面に導かれているため、図３に図示されていない部分もある。

ここで、図３に示す構成において、電気配線１２ａ，１２ｂ，１２ａ’，１２ｂ’の交差点１２Ｚ，１２Ｚ’が、磁石２のエッジＥに対向する位置に設けられている理由について説明する。

図４には、直径１０ｍｍの磁石２に対向する基板３に加わる、基板３に垂直な方向の磁場強度Ｂｚが示されている。この図４を見ると、磁場強度Ｂｚの最大値および最小値は、磁石２のエッジＥ（磁石２の中心（ｘ＝０ｍｍかつｙ＝０ｍｍの点）からの距離が５ｍｍの位置）付近に生じていることがわかる。従って、図３に示すように、この磁場強度の最大値および最小値が発生する磁石２のエッジＥ付近で電気配線１２ａ，１２ｂ，１２ａ’，１２ｂ’を交差させる（ねじる）と、すなわち、電気配線１２ａ，１２ｂ，１２ａ’，１２ｂ’の交差点１２Ｚ，１２Ｚ’を磁石２のエッジＥ付近に配置すると、この交差点１２Ｚ，１２Ｚ’の内側と外側の磁場の時間変化がほぼ一定になり、交差点１２Ｚ，１２Ｚ’の内側の部分１２Ｘ，１２Ｘ’に発生する誘導起電力が、交差点１２Ｚ，１２Ｚ’の外側の部分１２Ｙ，１２Ｙ’に発生する相殺用誘導起電力で良好に相殺され、前記した本発明の効果が得られる。

仮に、電気配線１２ａ，１２ｂ，１２ａ’，１２ｂ’の交差点１２Ｚ，１２Ｚ’を、磁石２のエッジＥに対向する位置よりも内側に配置すると、交差点１２Ｚの内側の部分１２Ｘ，１２Ｘ’の面積が小さくなりその部分１２Ｘ，１２Ｘ’に発生する誘導起電力が小さくなる。一方、交差点１２Ｚ，１２Ｚ’の外側の部分１２Ｙ，１２Ｙ’の面積が大きくなりその部分１２Ｙ，１２Ｙ’に発生する相殺用誘導起電力が大きくなり過ぎるため、両誘導起電力のバランスが悪く、逆極性の誘導電流が、電気配線１２ａ，１２ｂ，１２ａ’，１２ｂ’を流れる電流に加わる。

また、仮に、電気配線１２ａ，１２ｂ，１２ａ’，１２ｂ’の交差点１２Ｚ，１２Ｚ’を、磁石２のエッジＥに対向する位置よりも外側に配置すると、交差点１２Ｚ，１２Ｚ’の内側の部分１２Ｘ，１２Ｘ’の面積が大きくなりその部分１２Ｘ，１２Ｘ’に発生する誘導起電力が大きくなる。一方、交差点１２Ｚ，１２Ｚ’の外側の部分１２Ｙ，１２Ｙ’の面積が小さくなりその部分１２Ｙ，１２Ｙ’に発生する相殺用誘導起電力が小さくなって、誘導起電力を十分に相殺しきれなくなる。

従って、図３に示すように、電気配線１２ａ，１２ｂ，１２ａ’，１２ｂ’の交差点１２Ｚ，１２Ｚ’を、磁石２のエッジＥに対向する位置に配置すると、交差点１２Ｚ，１２Ｚ’の内側の部分１２Ｘ，１２Ｘ’に発生する誘導起電力と、交差点１２Ｚ，１２Ｚ’の外側の部分１２Ｙ，１２Ｙ’に発生する相殺用誘導起電力とがバランスよく相殺される。

なお、図２に示す例と図３に示す例とを組み合わせて、基板３上に複数対設けられている電気配線のうちの一部が、図２に示すように、センサ４から見て引き出し方向側の部分５Ｘ，５Ｘ’（誘導起電力が発生させられる部分）と、反対側の部分５Ｙ，５Ｙ’（相殺用誘導起電力が発生させられる部分）とを含み、複数対の電気配線のうちの他の一部が、図３に示すように、交差点１２Ｚ，１２Ｚ’と、交差点１２Ｚ，１２Ｚ’よりも内側の部分１２Ｘ，１２Ｘ’（誘導起電力が発生させられる部分）と、交差点１２Ｚ，１２Ｚ’よりも外側の部分１２Ｙ，１２Ｙ’（相殺用誘導起電力が発生させられる部分）とを含む構成にしてもよい。

［基板の厚さ方向における電気配線の配置］
次に、基板３の厚さ方向における各電気配線５，１２の配置について説明する。図５（ａ），（ｂ）の矢印で示すように、円形状の磁石２からの磁束は、磁石２のエッジＥ付近では磁石２および基板３に対して垂直な方向に向き、磁石２の中央部では磁石２および基板３に平行な方向に向く。誘導起電力は、電気配線５，１２を横切るように磁束が流れることによって発生するため、誘導起電力を小さくするには、磁石２からの磁束ができるだけ電気配線５，１２を横切らないようにすること、すなわち、電気配線５，１２を、磁石２からの磁束に対してできるだけ平行になるように配置することが好ましい。従って、図５（ａ）に示すように、磁石２の中央部に対向する位置では、電気配線５，１２を基板３上に平行に形成し、磁石２のエッジＥに対向する位置では、スルーホール１４を用いて、電気配線５，１２を基板の厚さ方向に垂直に配置することが好ましい。

さらに、何らかの要因で磁石２の中央部付近においても磁石２および基板３に対して垂直な方向の磁束が発生する場合には、図５（ｂ）に示すように、基板に段差を設けるなどして、垂直な方向の磁束が発生する部分において電気配線５，１２を垂直な方向に向けることが好ましい。

なお、電気配線５，１２の、図５（ａ），（ｂ）に示すような基板３の厚さ方向における配置は、図２，３に示されている基板３の面方向における配置と並行して実施すればよい。

［検知回路の詳細な構成］
基板３上のセンサ（電気部品）４内に構成されている検知回路６の一例について、以下に詳細に説明する。図６に模式的に示されているように、この検知回路６は、ホイートストンブリッジ６ａを含む回路である。図６に示す回路図上では、ホイートストンブリッジ６ａは、４つの磁気抵抗効果素子（ＭＲ素子、一例としてはトンネル磁気抵抗効果素子（ＴＭＲ素子））１３が四角形の４辺に配置されている。この四角形の点Ｐ２が電源１０に接続され、点Ｐ２に対向する点Ｐ４が接地端子１１に接続されている。また、２つの点Ｐ１，Ｐ３が電圧計７に接続されて点Ｐ１と点Ｐ３の間の電位差（以下「出力電圧」と言う）が検出される。この出力電圧に基づいて、処理回路８が各ＭＲ素子１３の抵抗値の変化を検知する。なお、各ＭＲ素子１３等の配置に関する本明細書中の説明は、図６に示す回路図上でのレイアウトに関するものである。各ＭＲ素子１３等の、基板３上での実際の実装位置は、これらの説明や図６によって限定されるものではなく、任意に変更可能であり、例えば、ＭＲ素子１３は、巨大磁気抵抗効果素子（ＧＭＲ素子）としてもよい。

ＭＲ素子１３は、ピンド層の固定された磁化方向と、外部磁界に応じて変化するフリー層の磁化方向との相対関係によって抵抗値が変化する。検知回路６のホイートストンブリッジ６ａでは、図６に示す回路図上において四角形の隣り合う辺に位置するＭＲ素子１３のピンド層同士が、互いに反対向きの磁化方向を有しており、図６に示す回路図上において四角形の中心を挟んで対向するＭＲ素子１３のピンド層同士が同じ磁化方向を有している。これらの磁化方向の一例は、図６に矢印でそれぞれ示されている。

このような構成において、例えば、図示しているように図６の右向きの外部磁界２３が検知回路６に加わった場合には、ホイートストンブリッジ６ａの４つのＭＲ素子１３の抵抗は全て等しくなるので、出力電圧は０になる。そして、この外部磁界２３の向きが、矢印で示されている方向から（例えば反時計回りに）変化するにつれて、ホイートストンブリッジ６ａの出力電圧は変化する。外部磁界２３の角度の変化に対する出力電圧の変化をグラフで表すと、図示しないが、正弦曲線で表される。従って、ホイートストンブリッジ６ａの出力電圧を測定すると、外部磁界２３の向き（角度）がわかる。従って、その外部磁界２３の向きから、検知回路６の各ＭＲ素子１３に及ぼす磁石２（図１参照）の位置（回転角度）を求めることができる。

そして、この検知回路６の各電気配線５ａ，５ｂ，５ａ’，５ｂ’，１２ａ，１２ｂ，１２ａ’，１２ｂ’は、図２，３に示すように、誘導起電力を発生する部分５Ｘ，５Ｘ’１２Ｘ，１２Ｘ’と、相殺用誘導起電力を発生する部分５Ｙ，５Ｙ’，１２Ｙ，１２Ｙ’と、をそれぞれ有している。従って、この検知回路６が設けられた基板に対向する磁石が相対的に移動または回転して誘導起電力が発生しても、正の誘導起電力と負の誘導起電力とが互いに相殺し合う。それによって、電圧計７に供給される電流に誘導電流が加わることがなく、精度良く出力電圧が測定できる。また、電源１０と接地端子１１とを接続する経路中に誘導起電力の影響が及ぼされることがなく、所定の電力供給が維持できる。

［電磁デバイスの用途］
本発明の電磁デバイスの代表的な例は、前記した検知回路６を内蔵したセンサ４を有する角度検出手段である。図７に示す例では、被検知部材である車両のハンドル（ステアリングホイール）１の軸１ａの一部に、磁石（永久磁石）２が取り付けられている。そして、この磁石２と対向する位置において、図示しない取付部材に基板３が固定されている。基板３上の検知回路６は、処理装置９を介してモータ２５に接続されており、モータ２５のピニオン２５ａが、操舵車軸２６に取り付けられているギア２６ａと連結されている。操舵車軸２６は、ハンドル１の軸１ａに連結されている。従って、運転者がハンドル１を切ると、軸１ａに取り付けられた磁石２が移動して、この磁石２から検知回路６のホイートストンブリッジ６ａの出力電圧が変化する。このホイートストンブリッジ６ａの出力電圧の変化を電圧計７が検出して処理回路８が演算することによって、磁石２の位置が求められ、それによってハンドル１の回転角度が求められる。そして、その回転角度に応じてモータ２５が作動させられてピニオン２５ａおよびギア２６ａを介して操舵車軸２６が回転させられる。このモータ２５による操舵車軸２６の回転が、使用者がハンドル１を切ることによる操舵の補助として作用し、小さな力で操舵が行えるいわゆるパワーステアリングが実現する。

もちろん、本発明の電磁デバイスは、図７に示す車両のハンドル１用の角度センサに限定されるものではなく、ブラシレスモータ、ファン、レーザープリンターのミラー、ロボットの間接機構など、様々な被検知部材の位置や角度を検知するセンサに採用できる。さらに、センサに限られずあらゆる用途において、電気部品４とその電気部品４に接続されている電気配線とを有する基板３が磁石２に対向するように配置され、磁石２が基板３に対して相対的に移動または回転する電磁デバイスであって、電気配線５に誘導起電力が発生することが好ましくない電磁デバイスであれば、あらゆる電磁デバイスにおいて本発明は有効である。

また、磁石２は、図１に示すような円形状の永久磁石に限られず、電磁石等を含めて、基板３に磁界を及ぼすものであれば、どのような磁石であってもよい。

本発明の電磁デバイスを製造する場合には、実際に磁石２を基板３に対して相対的に移動または回転させながら電気配線５，１２の出力を測定して、その出力が最も小さくなるように、電気配線５，１２の相殺用誘導起電力が発生させられる部分５Ｙ，５Ｙ’，１２Ｙ，１２Ｙ’の寸法や形状を試行錯誤的に決定すればよい。

１ 被検知部材（ハンドル、ステアリングホイール）
１ａ 軸
２ 磁石（永久磁石）
３ 基板
４ 電気部品（センサ）
５，５ａ，５ｂ，５ａ’，５ｂ’ 電気配線
５Ｘ，５Ｘ’ 引き出し方向側の部分（誘導起電力が発生させられる部分）
５Ｙ，５Ｙ’ 反対方向側の部分（反対の極性の誘導起電力が発生させられる部分）
６ 検知回路（回路）
６ａ ホイートストンブリッジ
７ 電圧計
８ 処理回路
９ 処理装置
１０ 電源
１１ 接地端子
１２，１２ａ，１２ｂ，１２ａ’，１２ｂ’ 電気配線
１２Ｘ，１２Ｘ’ 磁石と対向する範囲内の部分（誘導起電力が発生させられる部分）
１２Ｙ，１２Ｙ’ 磁石と対向する範囲よりも外側の部分（反対の極性の誘導起電力が発生させられる部分）
１２Ｚ，１２Ｚ’ 交差点
１３ 磁気抵抗効果素子（ＭＲ素子）
１４ スルーホール
２３ 外部磁界
２５ モータ
２５ａ ピニオン
２６ 操舵車軸
２６ａ ギア
Ｅ 磁石のエッジ

Claims (13)

1. 基板と、前記基板に対向して配置され前記基板に対向する面内にＳ極とＮ極が存在する磁石と、を含み、
   前記基板には、電気部品と、前記電気部品にそれぞれ接続されて、前記基板上で引き出されている複数の電気配線と、が形成されており、
   前記磁石と前記基板とは互いに相対的に移動または回転可能であり、
   前記複数の電気配線は、前記磁石と前記基板とが互いに相対的に移動または回転する際に、前記磁石から受ける磁力によって誘電起電力が発生させられる部分と、前記誘導起電力と反対の極性の誘導起電力が発生させられる部分とを含む、電磁デバイス。
2. 少なくとも１対の前記電気配線が、前記電気部品を介して互いに接続され、前記電気部品から見て同じ引き出し方向に引き出されており、
   一方の前記電気配線は、前記電気部品から見て前記引き出し方向の側で前記電気部品に接続されて、前記引き出し方向に引き出されており、
   他方の前記電気配線は、前記電気部品から見て前記引き出し方向と反対側で前記電気部品に接続されて、前記引き出し方向と反対側に、前記磁石と対向する範囲よりも外側まで延びた後に屈曲させられて、前記引き出し方向に引き出されており、
   前記電気配線の、前記電気部品から見て前記引き出し方向に位置する部分が、前記誘電起電力が発生させられる部分であり、
   前記電気配線の、前記電気部品から見て前記引き出し方向と反対側に位置する部分が、前記反対の極性の誘導起電力が発生させられる部分である、請求項１に記載の電磁デバイス。
3. 前記基板上の、前記電気部品から見て前記引き出し方向の側で前記１対の電気配線が包囲する面積と、前記電気部品から見て前記引き出し方向と反対側で前記１対の電気配線が包囲する面積とが一致している、請求項２に記載の電磁デバイス。
4. 前記磁石と対向する範囲内で、前記基板上の、前記電気部品から見て前記引き出し方向の側で前記１対の電気配線が包囲する面積と、前記電気部品から見て前記引き出し方向と反対側で前記１対の電気配線が包囲する面積とが一致している、請求項３に記載の電磁デバイス。
5. 少なくとも１対の前記電気配線が、前記電気部品を介して互いに接続されており、前記引き出し方向に沿って延び、前記磁石のエッジと対向する位置において互いに交差して、前記磁石と対向する範囲よりも外側で前記引き出し方向に沿って延びるように形成されており、
   前記電気配線の、前記磁石と対向する範囲の内側に位置する部分が、前記誘電起電力が発生させられる部分であり、
   前記電気配線の、前記磁石と対向する範囲よりも外側に位置する部分が、前記反対の極性の誘導起電力が発生させられる部分である、請求項１に記載の電磁デバイス。
6. 前記磁石は前記基板に平行な面内で回転可能であり、前記電気部品は前記磁石の回転中心に対向する位置に配置されている、請求項１〜５のいずれか１項に記載の電磁デバイス。
7. 前記誘導起電力と前記反対の極性の誘導起電力とが等しい、請求項１〜６のいずれか１項に記載の電磁デバイス。
8. 前記磁石と前記基板のいずれか一方が固定され、他方が被測定部材に取り付けられており、前記電気部品は、前記被測定部材の位置または回転角度を検知するセンサである、請求項１〜７のいずれか１項に記載の電磁デバイス。
9. 前記センサは、磁気抵抗効果素子を含む検知回路を含み、
   前記磁石から前記磁気抵抗効果素子へ及ぼされる磁力の変化に伴う前記磁気抵抗効果素子の抵抗値の変化を検知することによって、前記磁石と前記センサの相対位置の変化を検知することができる、請求項８に記載の電磁デバイス。
10. 前記センサは、複数の磁気抵抗効果素子が互いに接続されて構成されたホイートストンブリッジを含む検知回路を含む、請求項９に記載の電磁デバイス。
11. 前記磁気抵抗効果素子は、巨大磁気抵抗効果素子である、請求項１０に記載の電磁デバイス。
12. 前記磁気抵抗効果素子は、トンネル磁気抵抗効果素子である、請求項１０に記載の電磁デバイス。
13. 前記被測定部材の位置または回転角度を検知するセンサデバイスである、請求項９〜１２のいずれか１項に記載の電磁デバイス。

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