JP5497621B2

JP5497621B2 - 回転角度検出装置

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Publication number: JP5497621B2
Application number: JP2010280129A
Authority: JP
Inventors: 久直高原; 一郎徳永; 正紹信濃
Original assignee: Alps Electric Co Ltd
Current assignee: Alps Alpine Co Ltd
Priority date: 2010-12-16
Filing date: 2010-12-16
Publication date: 2014-05-21
Anticipated expiration: 2030-12-16
Also published as: CN102589581B; JP2012127831A; CN102589581A

Description

本発明は、回転角度検出装置に関し、特に、磁気検出素子により検出対象物の回転角度を検出する回転角度検出装置に関する。

従来、回転角度検出装置は、例えば、車両のステアリング軸等の検出対象物の回転角度を検出するために用いられる。このような回転角度検出装置として、検出対象物に取り付けられる矩形状を有する環状体で構成される磁石体と、この磁石体から生じる磁場を検出する磁気検出素子とを備え、磁石体の回転に伴う磁場の方向の変化に基づいて検出対象物の回転角度を検出する回転角度検出装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。この回転角度検出装置においては、対向する一組の辺の一方がＮ極、他方がＳ極に着磁された磁石体を利用し、磁石体の表面に沿って平行に生じる磁場の方向の変化を検出している。

特開２００９−２８１７８８号公報

上述した回転角度検出装置においては、磁石体にて異なる極性に着磁された対向する一組の辺に直交して生じる磁場の方向に基づいて検出対象物の回転角度を検出する。しかしながら、この回転角度検出装置においては、磁石体の開口部が概して正方形状を有することから、異なる極性に着磁された対向する一組の辺に直交する方向以外の方向の磁場の強度が大きくなり得、正確に所望の磁場の方向を検出できず、結果として高精度に検出対象物の回転角度を検出することができない事態が発生し得る。

本発明はこのような実情に鑑みてなされたものであり、高精度に検出対象物の回転角度を検出することができる回転角度検出装置を提供することを目的とする。

本発明の回転角度検出装置は、検出対象物の回転に伴って回転可能に設けられた磁石体と、前記磁石体と対向して配置され、当該磁石体の回転に伴う磁場の方向の変化に基づいて前記検出対象物の回転角度を検出する磁気センサユニットとを具備し、前記磁石体は、長方形状を有する開口部が設けられた板状の環状体で構成され、前記開口部の長手方向の辺に対応する一組の辺を含む部分が互いに異なる極性に着磁されており、前記磁気センサユニットは、前記磁石体の対向面に平行な平面内であって前記開口部の内側に対応する位置に複数の磁気検出素子を配置した検出部を有することを特徴とする。

この構成によれば、磁石体において、開口部の長手方向の辺に対応する一組の辺を含む部分が互いに異なる極性に着磁されていることから、当該一組の辺の一方の辺から他方の辺に向かう平行な磁場が形成される領域を広くとることができる。このため、開口部の内側に対応する位置に配置された複数の磁気検出素子に同一方向の磁場を作用させることができるので、高精度に検出対象物の回転角度を検出することが可能となる。

上記回転角度検出装置において、前記磁石体は、前記磁気センサユニットと対向した対向面と、この対向面の裏面側に配置された非対向面とを含む部分が互いに異なる極性に着磁されていることが好ましい。この場合には、磁気センサユニットとの対向面（又は非対向面）から非対向面（又は対向面）に向かう磁場を形成することができるので、磁気センサユニットの内部に磁気検出素子として複数の磁気抵抗効果素子を用いる配設した場合においても、複数の磁気抵抗効果素子に作用する磁場の強度がそれぞれの磁気抵抗効果素子の配設位置によって大きく変化する事態を防止することができる。この結果、それぞれの磁気抵抗効果素子で極端に大きい磁場を受けるものがなくなったため、磁気抵抗効果素子を構成する固定層の磁化方向が強磁場により変化する事態を防止できるので、磁石体の回転に伴う磁場の方向の変化に基づいて高精度に検出対象物の回転角度を検出することが可能となる。

上記回転角度検出装置において、略正方形状、略長方形状、角部を丸めた正方形状又は角部を丸めた長方形状を有することが好ましい。この場合には、磁石体の外形の一部を利用して検出対象物の所望の位置に直接又は間接的に位置決めし易くすることができるので、磁気センサユニットが有する磁気検出素子との位置精度を確保することが可能となる。

例えば、上記回転角度検出装置において、前記検出部は、ブリッジ接続された４個の磁気検出素子で構成される。この場合には、簡単な構成で検出部を構成することが可能となる。

本発明によれば、磁石体において、開口部の長手方向の辺に対応する一組の辺を含む部分が互いに異なる極性に着磁されていることから、当該一組の辺の一方の辺から他方の辺に向かう平行な磁場が形成される領域を広くとることができる。このため、開口部の内側に対応する位置に配置された複数の磁気検出素子に同一方向の磁場を作用させることができるので、高精度に検出対象物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回転角度検出装置の要部を示す斜視図である。上記実施の形態に係る回転角度検出装置の磁気センサユニットが有する磁気抵抗効果素子の断面模式図である。図２に示す磁気抵抗効果素子を４個用いてブリッジ回路を形成した回路図である。上記実施の形態に係る回転角度検出装置の磁気センサユニットにおける２相の正弦波形の出力信号を示す図である。上記実施の形態に係る回転角度検出装置が有する磁石体の平面図（ａ）及び側面図（ｂ）である。正方形状を有する開口部が設けられた磁石体から生じる磁場の構成の説明図である。上記実施の形態に係る回転角度検出装置が有する磁石体から生じる磁場の構成の説明図である。

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は、本発明の一実施の形態に係る回転角度検出装置の要部を示す斜視図である。なお、本実施の形態に係る回転角度検出装置は、例えば、車両のステアリング軸等の検出対象物の回転角度の検出に用いられる。しかしながら、本実施の形態に係る回転角度検出装置が適用される機器については、これに限定されるものでなく、検出対象物の回転角度を検出する任意の機器に適用することが可能である。

図１に示すように、本実施の形態に係る回転角度検出装置は、基板１０１に実装された磁気センサユニット１０２と、この磁気センサユニット１０２から一定距離離間して対向して配設された磁石体１０３とから構成される。磁石体１０３は、回転可能に設けられた検出対象物に直接又は間接的に取り付けられ、この検出対象物の回転に伴って回転可能に構成されている。なお、図１においては、説明の便宜上、磁石体１０３が取り付けられる検出対象物を省略している。

磁気センサユニット１０２は、複数の磁気検出素子を備え、これらをブリッジ接続して構成された検出部を有している。具体的には、磁気センサユニット１０２の検出部は、４個の磁気抵抗効果素子（ＧＭＲ（ＧｉａｎｔＭａｇｎｅｔｏ−Ｒｅｓｉｓｔｉｖｅ）素子）を用いたブリッジ回路を含んで構成されている。磁気センサユニット１０２は、磁石体１０３の回転に伴う磁場の方向の変化に基づいて検出対象物の回転角度を検出する。

磁石体１０３は、概して矩形状を有する環状体で構成されている。また、磁石体１０３は、概して板状に構成され、図１に示す下面で磁気センサユニット１０２との対向面を構成し、同図に示す上面で非対向面を構成している。磁石体１０３は、開口部１０３ａの中心を回転軸として回転可能に検出対象物に取り付けられている。例えば、磁石体１０３は、開口部１０３ａの中心が、磁気センサユニット１０２の検知面の中心と一致するように回転角度検出装置内に配置されている。

ここで、磁気センサユニット１０２が有する磁気抵抗効果素子の構成について説明する。図２は、本実施の形態に係る回転角度検出装置の磁気センサユニット１０２が有する磁気抵抗効果素子の断面模式図である。

図２に示すように、磁気に感応して出力信号を出力する磁気抵抗効果素子１０４は、基本的構成として、交換バイアス層（反強磁性体層）１０４ａと、固定層（ピン止め磁性層）１０４ｂと、非磁性層１０４ｃと、自由層（フリー磁性層）１０４ｄとを基板１０１上に積層して形成される。磁気抵抗効果素子１０４が巨大磁気抵抗効果を発揮するためには、例えば、交換バイアス層１０４ａがα−Ｆｅ_２Ｏ_３層、ＰｔＭｎ合金層、またはＩｒＭｎ合金層など、固定層１０４ｂがＮｉＦｅ層、非磁性層１０４ｃがＣｕ層、自由層１０４ｄがＮｉＦｅ層から形成されるが、これらのものに限定されるものではなく、巨大磁気抵抗効果を発揮するものであれば、いずれのものであってもよい。また、磁気抵抗効果素子１０４は、巨大磁気抵抗効果を発揮するものであれば、上記の積層構造のものに限定されるものではない。

図２に示す磁気抵抗効果素子１０４の固定層１０４ｂは、交換バイアス層１０４ａで磁化され、この交換バイアス層１０４ａによって磁化方向が特定方向に固定（ピン止め）されている。自由層１０４ｄは、外部磁界の向きによって、固定層１０４ｂの磁化方向に対する磁化方向が変化する。磁気抵抗効果素子１０４の両端には、端子層１０４ｅが接合形成される。そして、固定層１０４ｂの固定された磁化方向に対して、外部磁界の向きにより自由層１０４ｄの磁化方向が変化することにより、２つの端子層１０４ｅ間での電気抵抗値の変化が出力信号として出力される。

図２に示す磁気抵抗効果素子１０４を４個用い、これらの４個の磁気抵抗効果素子１０４を組み合わせることにより、図３に示すブリッジ回路を形成する。図３における４個の磁気抵抗効果素子１０４には、説明の便宜上、「ＧＭＲ１」、「ＧＭＲ２」、「ＧＭＲ３」及び「ＧＭＲ４」の符号をそれぞれ付し、且つ、磁気抵抗効果素子１０４の両端に形成される一方の端子層１０４ｅには「Ｅ１」、他方の端子層１０４ｅには「Ｅ２」の符号をそれぞれ付して説明する。

４個の磁気抵抗効果素子ＧＭＲ１〜ＧＭＲ４は、固定層１０４ｂの磁化方向の向きが１８０°異なる２個の、磁気抵抗効果素子ＧＭＲ１、磁気抵抗効果素子ＧＭＲ２と、磁気抵抗効果素子ＧＭＲ３、磁気抵抗効果素子ＧＭＲ４とがそれぞれ組として用いられる。さらに、隣接する一組の磁気抵抗効果素子ＧＭＲ１、磁気抵抗効果素子ＧＭＲ３の固定層１０４ｂの磁化方向が１８０°をなす反対方向に異なり、隣接する他の一組の磁気抵抗効果素子ＧＭＲ２、磁気抵抗効果素子ＧＭＲ４の固定層１０４ｂの磁化方向が１８０°をなす反対方向に異なっている。

図３においては、磁気抵抗効果素子ＧＭＲ１の固定層１０４ｂの磁化方向は上矢印で示す方向であり、磁気抵抗効果素子ＧＭＲ２の固定層１０４ｂの磁化方向は、下矢印で示す１８０°をなす反対方向である。また、磁気抵抗効果素子ＧＭＲ３の固定層１０４ｂの磁化方向は下矢印で示す方向であり、磁気抵抗効果素子ＧＭＲ４の固定層１０４ｂの磁化方向は、上矢印で示す１８０°をなす反対方向である。

さらに、磁気抵抗効果素子ＧＭＲ１の端子層Ｅ２に磁気抵抗効果素子ＧＭＲ２の端子層Ｅ１を結合して、２個の磁気抵抗効果素子ＧＭＲ１、ＧＭＲ２を直列に接続する。一方、磁気抵抗効果素子ＧＭＲ３の端子層Ｅ２に磁気抵抗効果素子ＧＭＲ４の端子層Ｅ１を結合して、２個の磁気抵抗効果素子ＧＭＲ３、ＧＭＲ４を直列に接続する。

磁気抵抗効果素子ＧＭＲ１の端子層Ｅ１と磁気抵抗効果素子ＧＭＲ３の端子層Ｅ１を接続し、その接続点Ｖ１に電源Ｖｃｃのプラス側を接続する。磁気抵抗効果素子ＧＭＲ２の端子層Ｅ２と磁気抵抗効果素子ＧＭＲ４の端子層Ｅ２を接続し、その接続点Ｖ２に電源Ｖｃｃのマイナス側を接続している。そして、接続点Ｖ１と接続点Ｖ２とに検知信号を入力する。

磁気抵抗効果素子ＧＭＲ１の端子層Ｅ２と磁気抵抗効果素子ＧＭＲ２の端子層Ｅ１を接続し、その接続点Ａ＋を、磁気抵抗効果素子１０４の電気抵抗値の変化信号（電圧）を出力する出力部としている。一方、磁気抵抗効果素子ＧＭＲ３の端子層Ｅ２と磁気抵抗効果素子ＧＭＲ４の端子層Ｅ１を接続し、その接続点Ａ−を、磁気抵抗効果素子１０４の電気抵抗値の変化信号（電圧）を出力する出力部としている。そして、２つの接続点Ａ＋と接続点Ａ−とから、磁気抵抗効果素子１０４の電気抵抗値の変化に基づく２相の正弦波形の出力信号（図４に示すＰ１、Ｐ２）を出力する。

このブリッジ回路をなす４個の磁気抵抗効果素子ＧＭＲ１〜ＧＭＲ４の固定層１０４ｂの固定された磁化方向に対して、外部磁界による自由層１０４ｄの磁化方向が変化した場合に、その磁化方向の変化に伴って、４個の磁気抵抗効果素子ＧＭＲ１〜ＧＭＲ４に電気抵抗値の変化が生じる。その電気抵抗値の変化は、各磁気抵抗効果素子１０４の固定層１０４ｂの磁化方向と自由層１０４ｄの磁化方向が同一方向の際に最小値を示し、反平行（１８０°をなす反対方向）の際に最大値を示す。したがって、磁気抵抗効果素子１０４の自由層１０４ｄを磁化する外部磁界の向きに伴って、ブリッジ回路の出力端子となる２つの接続点Ａ＋、Ａ−から図４に示す正弦波形の出力信号（Ｐ１、Ｐ２）が出力される。

したがって、磁気抵抗効果素子１０４の電気抵抗値変化の中間点を基準点とすると、その電気抵抗値変化の極性（増加する方向を＋、減少する方向を−とする）は、磁気抵抗効果素子１０４の固定層１０４ｂの磁化方向が同一方向に設定された、磁気抵抗効果素子ＧＭＲ１と磁気抵抗効果素子ＧＭＲ４、磁気抵抗効果素子ＧＭＲ２と磁気抵抗効果素子ＧＭＲ３では同極性に、磁気抵抗効果素子１０４の固定層１０４ｂの磁化方向が１８０°をなす反対方向（反平行）に異ならせた、磁気抵抗効果素子ＧＭＲ１と磁気抵抗効果素子ＧＭＲ２、磁気抵抗効果素子ＧＭＲ３と磁気抵抗効果素子ＧＭＲ４では逆極性になる。

このため、図３に示す４個の磁気抵抗効果素子ＧＭＲ１〜ＧＭＲ４の接続関係と、磁気抵抗効果素子１０４の電気抵抗値の変化とにより、ホイートストーンブリッジ回路が形成され、磁気抵抗効果素子１０４に外部磁界による磁気を感応させることにより、その外部磁界による磁気抵抗効果素子１０４の自由層１０４ｄの磁化方向の変化に基づいて所望の動作を行なう磁気センサユニット１０２として機能する。

本実施の形態に係る回転角度検出装置において、磁気センサユニット１０２が有する４個の磁気抵抗効果素子ＧＭＲ１〜ＧＭＲ４は、磁気センサユニット１０２に対する磁石体１０３の対向面と平行な平面内に配置されている。特に、これらの磁気抵抗効果素子ＧＭＲ１〜ＧＭＲ４は、対向して配置される磁石体１０３の開口部１０３ａの内側に対応する位置に配置されている。

次に、本実施の形態に係る回転角度検出装置が有する磁石体１０３の構成について説明する。図５は、本実施の形態に係る回転角度検出装置が有する磁石体１０３の平面図（ａ）及び側面図（ｂ）である。なお、図５（ｂ）においては、同図（ａ）における下方側から見た側面図を示している。

図５（ａ）に示すように、磁石体１０３は、その外形において、四隅部に円弧形状部が設けられた略正方形状を有する環状体で構成される。また、磁石体１０３の中央には、長方形状を有する開口部１０３ａが設けられている。具体的には、図５（ａ）に示す上下方向の寸法Ｗが、同図に示す左右方向の寸法Ｌよりも長く構成された長方形状を有する開口部１０３ａが設けられている。

磁石体１０３は、開口部１０３ａの長手方向の辺（図５（ａ）に示す上下方向に延在する辺）に対応する一組の辺を含む部分が互いに異なる極性に着磁されている。具体的には、図５（ａ）に示す紙面手前側の部分において、同図に示す左方側半分の部分がＮ極に着磁され、右方側半分の部分がＳ極に着磁されている。一方、図５（ａ）に示す紙面奥側の部分において、同図に示す左方側半分の部分にＳ極が着磁され、右方側半分の部分にＮ極が着磁されている（図５（ｂ）参照）。

また、磁石体１０３は、図５（ｂ）に示すように、磁気センサユニット１０２と対向した対向面（図５（ｂ）に示す下面）と、この対向面の裏面側に配置された非対向面（図５（ｂ）に示す上面）とを含む部分が互いに異なる極性に着磁されている。具体的には、図５（ｂ）に示す左方側部分において、同図に示す下方側部分がＳ極に着磁され、上方側部分がＮ極に着磁されている。同様に、図５（ｂ）に示す右方側部分において、同図に示す下方側部分がＮ極に着磁され、上方側部分がＳ極に着磁されている。

このように着磁される磁石体１０３の構成について図１を用いて説明すると、磁石体１０３においては、図１に示す手前側（右下方側）の一辺の下方側部分にＮ極、上方側部分にＳ極が着磁され、同図に示す奥側（左上方側）の一辺の下方側部分にＳ極、上方側部分にＮ極が着磁されている。なお、図１においては、説明の便宜上、磁石体１０３のＮ極に対応する部分に斜線を示している。

ここで、このように着磁される磁石体１０３から生じる磁場の構成について、正方形状を有する開口部１０３ａ´が設けられた磁石体１０３´から生じる磁場との比較にて説明する。図６は、正方形状を有する開口部１０３ａ´が設けられた磁石体１０３´から生じる磁場の構成の説明図である。図６（ａ）、（ｂ）においては、それぞれ磁石体１０３´の平面図及び側面図を示している。図６（ｃ）においては、磁石体１０３´の中心からの距離と、磁場強度との関係を示している。図６（ａ）においては、磁場の強度を矢印の太さで表している。

なお、図６に示す磁石体１０３´においては、本実施の形態に係る磁石体１０３と異なり、図６（ａ）に示す左方側半分の部分全体がＮ極に着磁され、同図に示す右方側半分の部分全体がＳ極に着磁された場合について示している。また、磁石体１０３´から生じる磁場の変化を検出する図示しない磁気センサユニット１０２´においては、本実施の形態に係る回転角度検出装置が備える磁気センサユニット１０２と同一の構成を有し、同一の位置関係で配置されているものとする。

正方形状を有する開口部１０３ａ´が設けられた磁石体１０３´において、Ｎ極に着磁された部分のうち、図６（ａ）に示す上下方向に延在する部分（以下、「Ｎ極側垂直部分」という）１０３ｂ´の中央から生じた磁場の強度は、Ｓ極に着磁された部分のうち、図６（ａ）に示す上下方向に延在する部分（以下、「Ｓ極側垂直部分」という）１０３ｃ´の中央に向かう磁場Ｍ１よりも、図６（ａ）に示す左右方向に延在する部分（以下、「Ｓ極側水平部分」という）１０３ｄ´の左端部近傍に向かう磁場Ｍ２の方が大きい。また、Ｎ極に着磁された部分のうち、図６（ａ）に示す左右方向に延在する部分（以下、「Ｎ極側水平部分」という）１０３ｅ´の右端部近傍から生じ、Ｓ極側垂直部分１０３ｄ´の中央に向かう磁場Ｍ３の強度は、Ｎ極側垂直部分１０３ｂ´の中央から生じ、Ｓ極側水平部分１０３ｄ´の右端部近傍に向かう磁場Ｍ２と略同等の強度を有する。

磁気センサユニット１０２´においては、磁石体１０３´の回転に伴うＮ極側垂直部分１０３ｂ´からＳ極側垂直部分１０３ｃ´に向かう磁場（すなわち、磁場Ｍ１と平行な磁場。以下、適宜「平行磁場」という）の方向の変化に基づいて検出対象物の回転角度を検出する。しかしながら、磁石体１０３´においては、図６（ａ）に示すように、平行磁場と異なる方向の磁場（例えば、磁場Ｍ２や磁場Ｍ３）の強度が相対的に大きいことから、平行磁場が形成される領域を広くとることができない。この結果、磁気センサユニット１０２´を構成する複数の磁気抵抗効果素子ＧＭＲ１〜ＧＭＲ４において、適切に平行磁場の方向を検出できず、高精度に検出対象物の回転角度を検出することができない事態が発生し得る。

また、磁石体１０３´においては、図６（ｂ）に示すように、磁石体１０３´の厚さ方向の全体が単一の極性に着磁されている。このため、磁石体１０３´の周囲には、Ｎ極側垂直部分１０３ｂ´からＳ極側垂直部分１０３ｃ´に向かって強度が大きい磁場が形成される（なお、図６（ｂ）においては、磁石体１０３´の下方側領域に形成される磁場のみを示している）。この場合、磁場の強度は、図６（ｃ）に示すように、磁石体１０３´の中心Ｏ近傍が最も小さく、中心ＯからのＮ極側垂直部分１０３ｂ´又はＳ極側垂直部分１０３´に近づくにつれて大きくなる。特に、磁場の強度が示す曲線は、磁石体１０３´の中心ＯからＮ極側垂直部分１０３ｂ´又はＳ極側垂直部分１０３ｃ´に向けて急峻なカーブを描いた状態となっている。磁気センサユニット１０２´が有する磁気抵抗効果素子１０４´には、このように形成された磁場が作用することとなる。

図７は、本実施の形態に係る回転角度検出装置が有する磁石体１０３から生じる磁場の説明図である。なお、図７（ａ）〜（ｃ）においては、磁石体１０３における図６（ａ）〜（ｃ）と同様の状態図を示している。また、以下の説明においては、説明の便宜上、磁石体１０３においても、Ｎ極に着磁された部分のうち、図７（ａ）に示す上下方向に延在する部分をＮ極側垂直部分１０３ｂと呼び、図７（ａ）に示す左右方向に延在する部分をＮ極側水平部分１０３ｅと呼ぶものとする。また、Ｓ極に着磁された部分のうち、図７（ａ）に示す上下方向に延在する部分をＳ極側垂直部分１０３ｃと呼び、図７（ａ）に示す左右方向に延在する部分をＳ極側水平部分１０３ｄと呼ぶものとする。さらに、Ｎ極側垂直部分１０３ｂからＳ極側垂直部分１０３ｃに向かう磁場を平行磁場と呼ぶものとする。

上述のように、磁石体１０３においては、長方形状を有する開口部１０３ａが設けられていることから、図６（ａ）に示す磁石体１０３´に比べ、Ｎ極側垂直部分１０３ｂの中央からＳ極側水平部分１０３ｄの上端部近傍までの距離が長い。このため、Ｎ極側垂直部分１０３ｂの中央から生じた磁場の強度は、Ｓ極側水平部分１０３ｄの左端部近傍に向かう磁場Ｍ４よりも、Ｓ極側垂直部分１０３ｃの中央に向かう磁場Ｍ５の方が大きい。また、Ｎ極側水平部分１０３ｅの右端部近傍から生じ、Ｓ極側垂直部分１０３ｃの中央に向かう磁場Ｍ６の強度は、Ｎ極側垂直部分１０３ｂの中央から生じ、Ｓ極側水平部分１０３ｄの左端部近傍に向かう磁場Ｍ４と略同等の強度を有する。

磁石体１０３においては、図７（ａ）に示すように、平行磁場と異なる方向の磁場（例えば、磁場Ｍ４や磁場Ｍ６）の強度が相対的に小さいことから、平行磁場が形成される領域を広くとることができる。この結果、磁気センサユニット１０２を構成する複数の磁気抵抗効果素子ＧＭＲ１〜ＧＭＲ４において、適切に平行磁場の方向を検出でき、高精度に検出対象物の回転角度を検出することが可能となる。

また、磁石体１０３においては、図７（ｂ）に示すように、左方側部分において、下方側部分がＳ極に着磁され、上方側部分がＮ極に着磁されると共に、右方側部分において、下方側部分がＮ極に着磁され、上方側部分がＳ極に着磁されている。このため、磁石体１０３の周囲には、左方側部分において、磁石体１０３の上面から下面に向かう第１の磁場が形成され、右方側部分において、磁石体１０３の下面から上面に向かう第２の磁場が形成される。さらに、磁石体１０３の下方側部分に配置されたＮ極側垂直部分１０３ｂからＳ極側垂直部分１０３ｃに向かう第３の磁場が形成される（なお、図７（ｂ）においては、磁石体１０３の上方側領域に形成される磁場を省略している）。

磁気センサユニット１０２が有する磁気抵抗効果素子ＧＭＲ１〜ＧＭＲ４に作用する磁場を構成する第３の磁場の強度は、第１の磁場及び第２の磁場の存在により低減され、図６（ｂ）に示す磁石体１０３´で形成される磁場よりも小さくなる。この場合、磁場の強度は、図７（ｃ）に示すように、磁石体１０３の中心Ｏ近傍が最も小さく、中心ＯからのＮ極側垂直部分１０３ｂ又はＳ極側垂直部分１０３ｃに近づくにつれて大きくなる。特に、磁場の強度が示す曲線は、磁石体１０３の中心ＯからＮ極側垂直部分１０３ｂ又はＳ極側垂直部分１０３ｃに向けて緩やかなカーブを描いた状態となっている。

図６（ｃ）に示すように、磁気抵抗効果素子１０４´に作用する磁場の強度が急峻なカーブを描いて変化する場合、磁気抵抗効果素子１０４´においては、磁気抵抗効果素子１０４´を構成する自由層１０４ｄ´のみならず、固定層１０４ｂ´の磁化方向が変化する事態が発生し得る。この結果、磁石体１０３´の回転に伴う平行磁場の方向の変化を適切に検出できず、高精度に検出対象物の回転角度を検出することができなくなる。これに対し、本実施の形態に係る磁石体１０３においては、磁気抵抗効果素子１０４に作用する磁場の強度が緩やかなカーブを描いて変化することから、固定層１０４ｂの磁化方向が変化する事態を防止することができるので、磁石体１０３の回転に伴う平行磁場の方向の変化に基づいて高精度に検出対象物の回転角度を検出することが可能となる。

以上説明したように、本実施の形態に係る回転角度検出装置においては、磁石体１０３において、開口部１０３ａの長手方向の辺に対応する一組の辺を含む部分が互いに異なる極性に着磁されていることから、当該一組の辺の一方の辺から他方の辺に向かう平行な磁場が形成される領域を広くとることができる。このため、開口部１０３ａの内側に対応する位置に配置された複数の磁気抵抗効果素子ＧＭＲ１〜ＧＭＲ４に同一方向の磁場を作用させることができるので、高精度に検出対象物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回転角度検出装置においては、磁石体１０３における磁気センサユニット１０２との対向面と、この対向面の裏面側に配置された非対向面とを含む部分を互いに異なる極性に着磁していることから、磁気センサユニット１０２との対向面（又は非対向面）から非対向面（又は対向面）に向かう磁場を形成することができるので、磁気センサユニット１０２の内部に複数の磁気抵抗効果素子ＧＭＲ１〜ＧＭＲ４に配設した場合においても、複数の磁気抵抗効果素子ＧＭＲ１〜ＧＭＲ４に作用する磁場の強度がそれぞれの磁気抵抗効果素子の配設位置によって大きく変化する事態を防止することができる。この結果、それぞれの磁気抵抗効果素子で極端に大きい磁場を受けるものがなくなったため、磁気抵抗効果素子１０４を構成する固定層１０４ｂの磁化方向が強磁場により変化する事態を防止できるので、磁石体１０３の回転に伴う磁場の方向の変化に基づいて、より高精度に検出対象物の回転角度を検出することが可能となる。

さらに、本実施の形態に係る回転角度検出装置においては、磁石体１０３の外形を、略正方形状に構成している。これにより、磁石体１０３の外形の一部を利用して検出対象物の所望の位置に直接又は間接的に位置決めし易くすることができるので、磁気センサユニット１０２が有する磁気抵抗効果素子１０４との位置精度を確保することが可能となる。なお、上記実施の形態においては、磁石体１０３の外形が略正方形状を有する場合について説明しているが、その外形を略長方形状に変更しても良い。この場合にも、上記実施の形態と同様の効果を得ることが可能である。

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、本考案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、本考案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、磁石体１０３の外形が略正方形状を有する場合について説明しているが、磁石体１０３の構成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、磁石体１０３の外形を、略長方形状、角部を丸めた正方形状又は角部を丸めた長方形状に変更してもよい。円形状又は楕円形状に変更しても良い。この場合にも、長方形状を有する開口部１０３ａが設けられていることを前提として、上記実施の形態と同様の効果を得ることができる。特に、磁石体１０３の外形を、略正方形状、略長方形状、角部を丸めた正方形状又は角部を丸めた長方形状とした場合には、磁石体１０３の外形の一部を利用して検出対象物の所望の位置に直接又は間接的に位置決めし易くすることができるので、磁気センサユニット１０２が有する磁気検出素子との位置精度を確保することが可能となる。また、このように任意の外形形状を有する磁石体１０３に適用することができるので、既存の回転角度検出装置で利用されている磁石体１０３のみを変更することで、検出対象物の回転角度の検出精度を向上することが可能となる。

１０１基板
１０２磁気センサユニット
１０３磁石体
１０３ａ開口部
１０４磁気抵抗効果素子
１０４ａ交換バイアス層
１０４ｂ固定層
１０４ｃ非磁性層
１０４ｄ自由層
１０４ｅ端子層

Claims

検出対象物の回転に伴って回転可能に設けられた磁石体と、前記磁石体と対向して配置され、当該磁石体の回転に伴う磁場の方向の変化に基づいて前記検出対象物の回転角度を検出する磁気センサユニットとを具備し、
前記磁石体は、長方形状を有する開口部が設けられた板状の環状体で構成され、前記開口部の長手方向の辺に対応する一組の辺を含む部分が互いに異なる極性に着磁されており、前記磁気センサユニットは、前記磁石体の対向面に平行な平面内であって前記開口部の内側に対応する位置に複数の磁気検出素子を配置した検出部を有することを特徴とする回転角度検出装置。
前記磁石体は、前記磁気センサユニットと対向した対向面と、この対向面の裏面側に配置された非対向面とを含む部分が互いに異なる極性に着磁されていることを特徴とする請求項１記載の回転角度検出装置。
前記磁石体の外形は、略正方形状、略長方形状、角部を丸めた正方形状又は角部を丸めた長方形状を有することを特徴とする請求項１又は請求項２記載の回転角度検出装置。
前記検出部は、ブリッジ接続された４個の磁気検出素子からなることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の回転角度検出装置。