JP2012078124A - 電磁デバイス - Google Patents
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Abstract
【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。
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。
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。
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。
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。
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。
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)
- 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。 - 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。 - 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。
- 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。
- 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。 - 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。
- 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。
- 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。
- 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。 - 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。
- 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。
- 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。
- 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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