JP7001513B2

JP7001513B2 - 磁気センサ

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Publication number: JP7001513B2
Application number: JP2018054391A
Authority: JP
Inventors: 直希磯部
Original assignee: Tokai Rika Co Ltd
Current assignee: Tokai Rika Co Ltd
Priority date: 2018-03-22
Filing date: 2018-03-22
Publication date: 2022-01-19
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Description

本発明は、磁気センサに関する。

従来の技術として、磁場センサ素子が１又は複数の測定ブリッジを形成するように接続される複数の磁気抵抗素子からなるＭＲ（Magneto Resistive）センサを備えた角度センサが知られている（例えば、特許文献１参照。）。

この角度センサは、磁場の磁気ベクトルの方向を検出することにより、回転軸の周りを回転する測定対象の角度位置を検出することができる。

特開平１１－９４５１２号公報

このようなＭＲセンサを用いた磁気センサとして、検出した角度によっていくつかの状態を判定するものが知られている。この磁気センサは、外乱磁場が印可された場合、検出された磁気ベクトルの角度が磁石の磁気ベクトルの角度なのか、外乱磁場の磁気ベクトルの角度なのか区別することが困難となり誤判定が発生する可能性がある。

従って本発明の目的は、外乱磁場に対する耐性を備えた磁気センサを提供することにある。

本発明の一態様は、一点から放射状に配置された複数の感磁部を有する放射状の磁気抵抗素子と、放射状の磁気抵抗素子を囲むように配置された円環状又は多角形状の磁気抵抗素子と、放射状の磁気抵抗素子と円環状又は多角形状の磁気抵抗素子とによって形成された少なくとも１つのハーフブリッジ回路と、を備えた磁気センサを提供する。

本発明によれば、外乱磁場に対する耐性を備えることができる。

図１（ａ）は、第１の実施の形態に係る磁気センサの第１の磁気抵抗素子～第４の磁気抵抗素子の配置の一例を示す概略図であり、図１（ｂ）は、磁気センサの等価回路図の一例である。図２（ａ）は、第１の実施の形態に係る磁気センサと磁石の位置関係の一例を説明するための概略図であり、図２（ｂ）は、磁気センサに作用する磁気ベクトルの一例を説明するための概略図である。図３（ａ）は、第１の実施の形態に係る磁気センサから離れた磁石の一例を示す概略図であり、図３（ｂ）は、磁気センサから離れた場合の磁気ベクトルの一例を示す概略図である。図４（ａ）は、第１の実施の形態に係る磁気センサに外乱磁場が作用した場合の一例を示す概略図であり、図４（ｂ）は、磁気センサの磁気抵抗値と中心からの距離の関係の一例を示すグラフであり、図４（ｃ）は、磁気センサが出力する出力信号の一例を示す概略図である。図５は、第１の実施の形態に係る磁気センサの動作の一例を示すフローチャートである。図６（ａ）は、第２の実施の形態に係る磁気センサの放射状の磁気抵抗素子と円環状の磁気抵抗素子の配置の一例を示す概略図であり、図６（ｂ）は、磁気センサの等価回路図の一例である。図７は、第３の実施の形態に係る磁気センサの放射状の磁気抵抗素子と多角形状の磁気抵抗素子の配置の一例を示す概略図である。

（実施の形態の要約）
実施の形態に係る磁気センサは、一点から放射状に配置された複数の感磁部を有する放射状の磁気抵抗素子と、放射状の磁気抵抗素子を囲むように配置された円環状又は多角形状の磁気抵抗素子と、放射状の磁気抵抗素子と円環状又は多角形状の磁気抵抗素子とによって形成された少なくとも１つのハーフブリッジ回路と、を備えて概略構成されている。

この磁気センサは、放射状の磁気抵抗素子と円環状又は多角形状の磁気抵抗素子とで磁場の方向に対する磁気抵抗値の変化の仕方が異なるので、各磁気抵抗素子が回転対称に配置される場合と比べて、検出対象に起因する磁場の作用なのか、外乱磁場の作用なのかを容易に区別することができ、外乱磁場に対する耐性を備えることができる。

[第１の実施の形態]
（磁気センサ１の概要）
図１（ａ）は、第１の実施の形態に係る磁気センサの第１の磁気抵抗素子～第４の磁気抵抗素子の配置の一例を示す概略図であり、図１（ｂ）は、磁気センサの等価回路図の一例である。図２（ａ）は、第１の実施の形態に係る磁気センサと磁石の位置関係の一例を説明するための概略図であり、図２（ｂ）は、磁気センサに作用する磁気ベクトルの一例を説明するための概略図である。なお以下に記載する実施の形態に係る各図において、図形間の比率は、実際の比率とは異なる場合がある。また図１（ｂ）では、主な信号や情報の流れを矢印で示している。さらに図２（ｂ）、図３（ｂ）及び図４（ａ）では、配線６を省略している。

磁気センサ１は、例えば、磁気センサ１に対する磁石７の接近と離脱を検出するものである。この磁気センサ１は、一例として、オンとオフを検出する非接触スイッチ、操作部の操作の有無を検出する操作装置などの２つの状態の検出するものに用いられる。本実施の形態の磁気センサ１は、一例として、磁石７の接近をオン、離脱をオフと判定する非接触スイッチに用いられるものとする。

この磁気センサ１は、例えば、図１（ａ）及び図１（ｂ）に示すように、一点（中心Ｐ）から放射状に配置された複数の感磁部を有する放射状の磁気抵抗素子と、放射状の磁気抵抗素子を囲むように配置された円環状又は多角形状の磁気抵抗素子と、放射状の磁気抵抗素子と円環状又は多角形状の磁気抵抗素子とによって形成された少なくとも１つのハーフブリッジ回路と、を備えて概略構成されている。

本実施の形態における放射状の磁気抵抗素子は、複数の第１の感磁部２０を有する第１の磁気抵抗素子２、及び複数の第２の感磁部３０を有する第２の磁気抵抗素子３である。また本実施の形態における円環状又は多角形状の磁気抵抗素子は、第１の磁気抵抗素子２及び第２の磁気抵抗素子３を囲む円環状の第３の磁気抵抗素子４、及び第３の磁気抵抗素子４を囲む円環状の第４の磁気抵抗素子５である。そして磁気センサ１は、例えば、図１（ｂ）に示すように、第１の磁気抵抗素子２～第４の磁気抵抗素子５で構成される２つのハーフブリッジ回路１３ａ及びハーフブリッジ回路１３ｂを備えている。

本実施の形態では、一例として、第３の磁気抵抗素子４及び第４の磁気抵抗素子５が円環状の磁気抵抗素子として構成されている。

第１の感磁部２０及び第２の感磁部３０は、例えば、図２（ａ）及び図２（ｂ）に示すように、磁石７が生成する磁場７０の磁気ベクトル７１の方向に応じて磁気抵抗値が変化する。この第１の感磁部２０及び第２の感磁部３０は、例えば、図１（ａ）に示すように、中心Ｐを中心とする円を分割した扇形状を有している。

また第１の感磁部２０及び第２の感磁部３０は、例えば、図１（ａ）に示すように、周方向に交互に配置されている。なお第１の磁気抵抗素子２及び第２の磁気抵抗素子３は、磁気抵抗値を含めた抵抗値を同一とする場合、抵抗値が同一となるのであれば、感磁部の形状、個数、周方向の配置順などが限定されない。

また第１の磁気抵抗素子２及び第２の磁気抵抗素子３は、第３の磁気抵抗素子４及び第４の磁気抵抗素子５の抵抗値との調整が行われる、つまりハーフブリッジ回路を組む円環状の磁気抵抗素子の抵抗値に合わせるような感磁部の形状や個数などであっても良い。

第３の磁気抵抗素子４及び第４の磁気抵抗素子５は、感磁部がリング形状（円環状）を有し、磁気ベクトル７１の方向に応じて磁気抵抗値が変化する。

磁気センサ１は、第１の磁気抵抗素子２又は第２の磁気抵抗素子３と、第３の磁気抵抗素子４又は第４の磁気抵抗素子５と、が電気的に接続されて第１の中点電位を出力し、残りの磁気抵抗素子が電気的に接続されて第２の中点電位を出力するように構成されている。この磁気センサ１は、ハーフブリッジ回路１３ａ及びハーフブリッジ回路１３ｂによって構成されるブリッジ回路１３を備えている。

具体的には、ハーフブリッジ回路１３ａは、例えば、図１（ｂ）に示すように、第１の磁気抵抗素子２と第３の磁気抵抗素子４とが電気的に接続されて第１の中点電位として中点電位Ｖ_１を出力する。またハーフブリッジ回路１３ｂは、例えば、第２の磁気抵抗素子３と第４の磁気抵抗素子５とが電気的に接続されて第２の中点電位として中点電位Ｖ_２を出力する。

なおブリッジ回路１３は、例えば、放射状の磁気抵抗素子と円環状の磁気抵抗素子とがハーフブリッジ回路を構成する組み合わせで接続されれば良いので、他の組み合わせでも良い。従ってハーフブリッジ回路は、例えば、第１の磁気抵抗素子２と第４の磁気抵抗素子５が電気的に接続されてハーフブリッジ回路１３ａを構成すると共に、第２の磁気抵抗素子３と第３の磁気抵抗素子４が電気的に接続されてハーフブリッジ回路１３ｂを構成しても良い。

さらに磁気センサ１は、例えば、図１（ｂ）に示すように、オペアンプＯＰと、制御部１５と、を備えて概略構成されている。また第１の磁気抵抗素子２～第４の磁気抵抗素子５は、例えば、図２（ｂ）に示すように、基板１０に形成されている。この基板１０は、例えば、プリント配線基板であり、第１の磁気抵抗素子２～第４の磁気抵抗素子５からなるセンサ部１２の他に、オペアンプＯＰ及び制御部１５が配置されても良い。

（第１の磁気抵抗素子２～第４の磁気抵抗素子５の構成）
第１の磁気抵抗素子２及び第２の磁気抵抗素子３は、例えば、図１（ａ）に示すように、第１の感磁部２０及び第２の感磁部３０の形状が同一である。また第３の磁気抵抗素子４及び第４の磁気抵抗素子５は、感磁部が円環状であるが、少なくとも半径が異なっている。

第１の磁気抵抗素子２～第４の磁気抵抗素子５は、例えば、Ｎｉ、Ｆｅなどの強磁性金属を主成分とする合金の薄膜として形成されている。第１の感磁部２０は、例えば、図１（ａ）に示すように、磁気ベクトル７１の方向の変化によって抵抗値が変化しない銅などの金属材料により、直列接続となるように端部が交互に接続され、直列接続の始点と終点が配線６と繋がっている。同様に、第２の感磁部３０は、例えば、図１（ａ）に示すように、直列接続となるように端部が交互に接続され、直列接続の始点と終点が配線６と繋がっている。従って第１の感磁部２０及び第２の感磁部３０は、電流が径方向に流れる。

これらの感磁部を繋ぐ配線は、一例として、基板１０の表面１０ａ及び裏面１０ｂに形成され、表面１０ａと裏面１０ｂの配線が基板１０を貫通するスルーホールを介して電気的に接続される。なお感磁部を繋ぐ配線は、絶縁体を挟んで表面１０ａに立体的に形成されても良い。

また第３の磁気抵抗素子４及び第４の磁気抵抗素子５は、例えば、図１（ａ）に示すように、一部に切欠きが形成されて配線６と電気的に接続されている。この配線６は、磁気ベクトル７１の方向の変化によって抵抗値が変化しない銅などの金属材料によって形成されている。従って第３の磁気抵抗素子４及び第４の磁気抵抗素子５は、電流が周に沿って流れる。

第１の感磁部２０及び第２の感磁部３０は、一例として、同じ形状を有する扇形状の感磁部を、中心Ｐに対して１０°ずつ回転して等間隔で配置されている。つまり第１の感磁部２０及び第２の感磁部３０は、中心Ｐに対して回転対称となるように配置される。

第１の磁気抵抗素子２～第４の磁気抵抗素子５は、ブリッジ回路１３を構成するので、磁気ベクトル７１が作用していない場合の磁気抵抗値を含む抵抗値が等しいことが好ましい。つまり第１の磁気抵抗素子２～第４の磁気抵抗素子５は、磁気ベクトル７１が作用しても変化しない抵抗成分と、磁気ベクトル７１の作用によって変化する磁気抵抗成分と、を含む抵抗値が等しいことが好ましい。磁気センサ１がこの構成を有し、磁石７がセンサ部１２の直上に位置する場合、中点電位Ｖ_１及び中点電位Ｖ_２が等しくなり、出力信号Ｓ_１がゼロとなる。

従って第１の磁気抵抗素子２及び第２の磁気抵抗素子３は、第１の感磁部２０及び第２の感磁部３０が同じ材料、同じ面積、同じ個数となるように形成される。

同様に、第３の磁気抵抗素子４及び第４の磁気抵抗素子５は、抵抗値が等しいことが好ましい。しかし第３の磁気抵抗素子４と第４の磁気抵抗素子５は、半径が異なることから形状が異なるので、線幅、長さ、材料などによって抵抗値が等しくなるように形成されることが好ましい。本実施の形態の第１の磁気抵抗素子２～第４の磁気抵抗素子５は、抵抗値が等しくなるように材料などの選択が行われる。

なお変形例として磁気センサ１は、少なくともハーフブリッジ回路を構成する放射状の磁気抵抗素子と円環状の磁気抵抗素子の抵抗値が等しくされても良い。具体的には、例えば、ハーフブリッジ回路１３ａを構成する第１の磁気抵抗素子２及び第３の磁気抵抗素子４の抵抗値が等しく、またハーフブリッジ回路１３ｂを構成する第２の磁気抵抗素子３と第４の磁気抵抗素子５の抵抗値が等しくなれば良い。

また他の変形例として磁気センサ１は、例えば、磁石７がセンサ部１２の直上に位置する場合、第１の磁気抵抗素子２～第４の磁気抵抗素子５の抵抗値の違いによる中点電位の違いをオフセットする構成やしきい値Ｔｈを調整することによってオン、オフを判定する構成などであっても良い。

ここで第２の磁気抵抗素子３と第３の磁気抵抗素子４の接続点であるノード１１ａは、図１（ｂ）に示すように、電源電圧Ｖ_ＣＣに電気的に接続される。第１の磁気抵抗素子２と第４の磁気抵抗素子５の接続点であるノード１１ｃは、ＧＮＤと電気的に接続される。

ハーフブリッジ回路１３ａは、上述のように、第３の磁気抵抗素子４と第１の磁気抵抗素子２のノード１１ｂにおける中点電位Ｖ_１を出力する。この中点電位Ｖ_１は、オペアンプＯＰの非反転入力端子（＋側）に入力する。

ハーフブリッジ回路１３ｂは、上述のように、第２の磁気抵抗素子３と第４の磁気抵抗素子５のノード１１ｄにおける中点電位Ｖ_２を出力する。この中点電位Ｖ_２は、オペアンプＯＰの反転入力端子（－側）に入力する。このオペアンプＯＰは、非反転入力端子に入力した中点電位Ｖ_１と、反転入力端子に入力した中点電位Ｖ_２と、を差動増幅した出力信号Ｓ_１を制御部１５に出力する。

（磁石７の構成）
磁石７は、例えば、図２（ａ）及び図２（ｂ）に示すように、放射状の磁気ベクトル７１を生成する、円柱や四角柱などの柱体形状を有している。本実施の形態の磁石７は、例えば、円柱形状を有する。

磁石７は、例えば、図２（ａ）に示すように、第１の磁気抵抗素子２～第４の磁気抵抗素子５側がＮ極、他方がＳ極となるように着磁されている。この磁石７は、例えば、図２（ｂ）に示すように、第１の磁気抵抗素子２～第４の磁気抵抗素子５に対して放射状の磁気ベクトル７１が作用するように、基板１０に向けて放射状の磁場７０を生成する。なお磁石７は、着磁が逆であっても良い。

磁石７は、例えば、アルニコ磁石、フェライト磁石、ネオジム磁石などの永久磁石を所望の形状に成形したもの、又はフェライト系、ネオジム系、サマコバ系、サマリウム鉄窒素系などの磁性体材料と合成樹脂材料とを混合して所望の形状に成形したものである。本実施の形態の磁石７は、一例として、永久磁石である。なお磁石７は、電磁石であっても良い。

本実施の形態の磁石７は、一例として、図２（ａ）に示す中心線７２が磁気センサ１の中心Ｐと一致する位置から磁気センサ１の境界１２０の外に移動するものとする。この中心線７２とは、例えば、Ｎ極側の端面７ａとＳ極側の端面７ｂの中心を結んで延長した線である。また境界１２０とは、例えば、センサ部１２の外周、つまり第４の磁気抵抗素子５の外周である。

例えば、中心Ｐからセンサ部１２の境界１２０までをオン領域８０、センサ部１２の外側をオフ領域８１と定めた場合、制御部１５は、磁石７の中心線７２がオン領域８０に位置する場合、オンと判定し、オフ領域８１に位置する場合、オフと判定するように構成される。

（制御部１５の構成）
図３（ａ）は、第１の実施の形態に係る磁気センサから離れた磁石の一例を示す概略図であり、図３（ｂ）は、磁気センサから離れた場合の磁気ベクトルの一例を示す概略図である。図４（ａ）は、第１の実施の形態に係る磁気センサに外乱磁場が作用した場合の一例を示す概略図であり、図４（ｂ）は、磁気センサの磁気抵抗値と中心からの距離の関係の一例を示すグラフであり、図４（ｃ）は、磁気センサが出力する出力信号の一例を示す概略図である。図４（ｂ）は、縦軸が磁気抵抗値であり、横軸が中心Ｐからの磁石７の距離である。図４（ｃ）は、縦軸が電圧であり、横軸が中心Ｐからの磁石７の距離である。この磁石７の距離とは、中心Ｐから磁石７の中心線７２までの距離（最短距離）である。

制御部１５は、例えば、記憶されたプログラムに従って、取得したデータに演算、加工などを行うＣＰＵ（Central Processing Unit）、半導体メモリであるＲＡＭ（Random Access Memory）及びＲＯＭ（Read Only Memory）などから構成されるマイクロコンピュータである。このＲＯＭには、例えば、制御部１５が動作するためのプログラムと、しきい値Ｔｈと、が格納されている。ＲＡＭは、例えば、一時的に演算結果などを格納する記憶領域として用いられる。

制御部１５は、例えば、オペアンプＯＰから出力された出力信号Ｓ_１と、しきい値Ｔｈと、を比較して磁石７が接近したか否かを判定する。このしきい値Ｔｈは、磁石７が境界１２０に位置する際の出力信号Ｓ_１、つまり中点電位Ｖ_１と中点電位Ｖ_２の差分電圧に基づいて定められている。この磁石７が境界１２０に位置するとは、磁石７の中心線７２が境界１２０に位置することを示している。

制御部１５は、出力信号Ｓ_１の電圧がしきい値Ｔｈ以上の場合、オン領域８０に磁石７が位置するとしてオンと判定し、しきい値Ｔｈより小さい場合、オフ領域８１に磁石７が位置するとしてオフと判定する。制御部１５は、オン判定を行った場合、オンしたことを示す検出情報Ｓ_２を生成して接続された電子機器に出力する。

なおしきい値Ｔｈは、第１の磁気抵抗素子２と第２の磁気抵抗素子３の磁気抵抗値Ｒ_１２、及び第３の磁気抵抗素子４と第４の磁気抵抗素子５の磁気抵抗値Ｒ_３４が、磁石７が十分離れた際にほぼ同じ値に収束するので、ゼロに近い値となる。

・磁石７の中心線７２がオン領域８０に位置する場合
図２（ａ）及び図２（ｂ）に示すように、磁石７が磁気センサ１の中心Ｐの直上に位置する、つまり磁石７の中心線７２がセンサ部１２の中心Ｐに一致する場合、センサ部１２には、中心Ｐから放射状に延びる磁気ベクトル７１が作用する。

第１の磁気抵抗素子２及び第２の磁気抵抗素子３は、例えば、図２（ａ）、図２（ｂ）及び図４（ｂ）に示すように、磁気ベクトル７１が第１の感磁部２０及び第２の感磁部３０に対して平行に作用するので、磁気抵抗値Ｒ_１２が変化しない、つまり最大値Ｒ_ｍａｘのままである。言い換えるなら、第１の磁気抵抗素子２及び第２の磁気抵抗素子３は、磁気ベクトル７１が流れる電流に対して平行に作用するので、磁気抵抗値Ｒ_１２が変化しない。

なお磁気抵抗値Ｒ_１２とは、一例として、図４（ｂ）に実線で示す磁気抵抗値であり、第１の磁気抵抗素子２と第２の磁気抵抗素子３の磁気抵抗値が等しいとして両者の磁気抵抗値を示している。

一方、第３の磁気抵抗素子４及び第４の磁気抵抗素子５は、例えば、図２（ａ）、図２（ｂ）及び図４（ｂ）に示すように、磁気ベクトル７１が垂直に作用するので、磁気抵抗値Ｒ_３４が最小値Ｒ_ｍｉｎとなる。言い換えるなら、第３の磁気抵抗素子４及び第４の磁気抵抗素子５は、磁気ベクトル７１が流れる電流に対して垂直に作用するので、磁気抵抗値Ｒ_３４が最小となる。

なお磁気抵抗値Ｒ_３４とは、一例として、図４（ｂ）に太い点線で示す磁気抵抗値であり、第３の磁気抵抗素子４と第４の磁気抵抗素子５の磁気抵抗値が等しいとして両者の磁気抵抗値を示している。

従って中点電位Ｖ_１が最大となると共に、中点電位Ｖ_２が最小となる。よってオペアンプＯＰから出力される出力信号Ｓ_１は、例えば、図４（ｃ）に示すように、最大値となる。つまり磁石７は、中心Ｐに位置する場合、出力信号Ｓ_１が最大となる。

そして磁石７が中心Ｐから境界１２０に向かって移動すると、第１の磁気抵抗素子２～第４の磁気抵抗素子５の磁気抵抗値Ｒ_１２及び磁気抵抗値Ｒ_３４は、例えば、図４（ｂ）に示すように、抵抗値Ｒ_ｍに向かって減少及び増加する。制御部１５は、例えば、図４（ｃ）に示すように、中点電位Ｖ_１と中点電位Ｖ_２の差分を増幅した出力信号Ｓ_１としきい値Ｔｈとを比較し、出力信号Ｓ_１がしきい値Ｔｈより小さくなるまでは、磁石７がオン領域８０に位置すると判定する。

・磁石７の中心線７２がオフ領域８１に位置する場合
図３（ａ）及び図３（ｂ）に示すように、磁石７が磁気センサ１の外に位置する、つまり磁石７の中心線７２が境界１２０の外に位置する場合、センサ部１２には、中心７２ａから放射状に延びる磁気ベクトル７１の一部が作用する。

第１の磁気抵抗素子２及び第２の磁気抵抗素子３は、例えば、図３（ａ）、図３（ｂ）及び図４（ｂ）に示すように、放射状の磁気ベクトル７１の中心７２ａから第１の感磁部２０及び第２の感磁部３０に接する２つの直線（図３（ｂ）の実線）によって作られる角度θ_１までの磁気ベクトル７１が境界１２０の外から作用する。

磁気ベクトル７１は、例えば、図３（ｂ）の紙面の水平方向を対称軸として第１の磁気抵抗素子２及び第２の磁気抵抗素子３に対称に作用すると共に電流と交差するので、最大値Ｒ_ｍａｘから減少して収束する。この磁気抵抗値Ｒ_１２は、一例として、抵抗値Ｒ_ｍに近い値に収束するものとする。

一方、第３の磁気抵抗素子４は、例えば、図３（ａ）、図３（ｂ）及び図４（ｂ）に示すように、放射状の磁気ベクトル７１の中心７２ａから第３の磁気抵抗素子４に接する２つの直線（図３（ｂ）の一点鎖線）によって作られる角度θ_２までの磁気ベクトル７１が作用する。

同様に、第４の磁気抵抗素子５は、例えば、図３（ａ）、図３（ｂ）及び図４（ｂ）に示すように、放射状の磁気ベクトル７１の中心７２ａから第４の磁気抵抗素子５に接する２つの直線（図３（ｂ）の二点鎖線）によって作られる角度θ_３までの磁気ベクトル７１が作用する。なおこれらの角度は、θ_１＜θ_２＜θ_３である。

これらの磁気ベクトル７１は、例えば、図３（ｂ）の紙面の水平方向を対称軸として第３の磁気抵抗素子４及び第４の磁気抵抗素子５に対称に作用すると共に電流と交差する角度が垂直からずれるので、最小値Ｒ_ｍｉｎから増加して収束する。この磁気抵抗値Ｒ_３４は、一例として、抵抗値Ｒ_ｍに近い値に収束するものとする。

例えば、第１の磁気抵抗素子２～第４の磁気抵抗素子５の磁気抵抗値が抵抗値Ｒ_ｍに近い値に収束するように構成された場合、中点電位Ｖ_１と中点電位Ｖ_２は、ゼロに近い値となる。よってオペアンプＯＰから出力される出力信号Ｓ_１は、ゼロに近い値となる。つまり磁石７が境界１２０の外に位置する場合、出力信号Ｓ_１は、ゼロに近い値となる。

・外乱磁場９が作用した場合
図４（ａ）に示すように、外乱磁場９が磁気センサ１に作用した場合、第１の磁気抵抗素子２～第４の磁気抵抗素子５には、例えば、同じ方向の磁気ベクトル９０が作用する。

この場合は、境界１２０の外に磁石７が位置する場合と同様に、第１の磁気抵抗素子２及び第２の磁気抵抗素子３の磁気抵抗値Ｒ_１２が抵抗値Ｒ_ｍに近い値に収束する。また第３の磁気抵抗素子４及び第４の磁気抵抗素子５は、境界１２０の外に磁石７が位置する場合と同様に、磁気抵抗値Ｒ_３４が抵抗値Ｒ_ｍに近い値に収束する。

従って第１の磁気抵抗素子２～第４の磁気抵抗素子５の磁気抵抗値Ｒ_１２及び磁気抵抗値Ｒ_３４は、磁石７がセンサ部１２の外に位置する場合と同様に抵抗値Ｒ_ｍに近い値に収束するので、出力信号Ｓ_１がゼロに近い値となる。

以上より、制御部１５は、出力信号Ｓ_１としきい値Ｔｈを比較することによってオンとオフを判定することができる。また制御部１５は、外乱磁場９が作用している場合、磁石７がオン領域８０に位置すると判定することはないので、外乱磁場９が印可されてオンと判定するような誤判定を抑制することができる。

以下に本実施の形態の磁気センサ１の動作の一例を図５のフローチャートに従って説明する。

（動作）
磁気センサ１の制御部１５は、電源が投入されると、出力信号Ｓ_１を監視する。制御部１５は、ステップ１の「Ｙｅｓ」が成立する、つまり出力信号Ｓ_１がしきい値Ｔｈ以上となると（Ｓｔｅｐ１：Ｙｅｓ）、磁石７がオン領域８０に位置する、つまりオンであると判定する（Ｓｔｅｐ２）。

制御部１５は、判定した結果に基づいてオンと判定したことを示す検出情報Ｓ_２を生成して接続された電子機器に出力する（Ｓｔｅｐ３）。

（第１の実施の形態の効果）
本実施の形態に係る磁気センサ１は、外乱磁場９に対する耐性を備える。具体的には、磁気センサ１は、放射状の磁気抵抗素子（第１の磁気抵抗素子２及び第２の磁気抵抗素子３）と円環状の磁気抵抗素子（第３の磁気抵抗素子４及び第４の磁気抵抗素子５）とで磁場７０の方向に対する磁気抵抗値の変化の仕方が異なるので、各磁気抵抗素子が回転対称に配置される場合と比べて、磁石７の磁場７０の作用なのか、外乱磁場９の作用なのかを容易に区別することができ、外乱磁場９に対する耐性を備えることができる。

磁気センサ１は、放射状の磁気抵抗素子と円環状の磁気抵抗素子の磁気抵抗値が変化する磁気ベクトル７１の方向が異なることから外乱磁場９が作用してもオン判定しないので、この構成を採用しない場合と比べて、車両などの外乱磁場９が発生し易い環境で好適に使用することができる。

［第２の実施の形態］
第２の実施の形態は、１つの放射状の磁気抵抗素子と１つの円環状の磁気抵抗素子とによって構成される点で他の実施の形態と異なっている。

図６（ａ）は、第２の実施の形態に係る磁気センサの放射状の磁気抵抗素子と円環状の磁気抵抗素子の配置の一例を示す概略図であり、図６（ｂ）は、磁気センサの等価回路図の一例である。なお以下に記載する実施の形態において、第１の実施の形態と同じ機能及び構成を有する部分は、第１の実施の形態と同じ符号を付し、その説明は省略するものとする。

本実施の形態の磁気センサ１は、例えば、図６（ａ）及び図６（ｂ）に示すように、一点（中心Ｐ）から放射状に配置された複数の感磁部（第１の感磁部２０）を有する放射状の磁気抵抗素子２ａと、磁気抵抗素子２ａを囲むように配置された円環状の磁気抵抗素子４ａと、放射状の磁気抵抗素子２ａと円環状の磁気抵抗素子４ａとによって形成されたハーフブリッジ回路１４と、を備えて概略構成されている。

本実施の形態では、一例として、磁気抵抗素子４ａが円環状の磁気抵抗素子として構成されている。

この磁気センサ１は、一例として、第１の感磁部２０が中心Ｐに対して１０°ずつ回転して等間隔で配置され、磁気抵抗素子２ａを構成している。また磁気抵抗素子４ａは、この磁気抵抗素子２ａを囲むように形成されている。なお放射状の磁気抵抗素子２ａと円環状の磁気抵抗素子４ａの磁気抵抗値は、等しい方が好ましい。

この放射状の磁気抵抗素子２ａと円環状の磁気抵抗素子４ａの接続点であるノード１４ａは、図６（ｂ）に示すように、電源電圧Ｖ_ＣＣに電気的に接続される。放射状の磁気抵抗素子２ａと円環状の磁気抵抗素子４ａの接続点であるノード１４ｃは、ＧＮＤと電気的に接続される。

ハーフブリッジ回路１４は、放射状の磁気抵抗素子２ａと円環状の磁気抵抗素子４ａのノード１４ｂにおける中点電位Ｖ_ａを出力する。この中点電位Ｖ_ａは、例えば、制御部１５に出力される。

磁気抵抗素子２ａの磁気抵抗値と磁気抵抗素子４ａの磁気抵抗値は、上記の第１の実施の形態と同様に、磁石７が中心Ｐから離れるに従って減少及び増加してある抵抗値に近い値に収束する。従って中点電位Ｖ_ａは、中心Ｐから離れるに従って減少する曲線となる。

制御部１５は、中点電位Ｖ_ａとしきい値Ｔｈとを比較し、中点電位Ｖ_ａがしきい値Ｔｈ以上となった場合、磁石７がオン領域８０に位置する、つまりオンと判定する。そして制御部１５は、オンしたことを示す検出情報Ｓ_２を生成して接続された電子機器に出力する。

（第２の実施の形態の効果）
本実施の形態の磁気センサ１は、放射状の磁気抵抗素子２ａと円環状の磁気抵抗素子４ａとで磁場７０の方向に対する磁気抵抗値の変化の仕方が異なるので、各磁気抵抗素子が回転対称に配置される場合と比べて、磁石７に起因する磁場７０の作用なのか、外乱磁場９の作用なのかを容易に区別することができ、外乱磁場９に対する耐性を備えることができる。

［第３の実施の形態］
第３の実施の形態は、１つの放射状の磁気抵抗素子と１つの多角形状の磁気抵抗素子とによって構成される点で他の実施の形態と異なっている。

図７は、第３の実施の形態に係る磁気センサの放射状の磁気抵抗素子と多角形状の磁気抵抗素子の配置の一例を示す概略図である。

本実施の形態の磁気センサ１は、例えば、図７に示すように、一点（中心Ｐ）から放射状に配置された複数の感磁部（第１の感磁部２０）を有する放射状の磁気抵抗素子２ａと、磁気抵抗素子２ａを囲むように配置された多角形状の磁気抵抗素子４ｂと、を備えて概略構成されている。

この磁気センサ１は、例えば、図６（ｂ）に示すハーフブリッジ回路１４と同様に、放射状の磁気抵抗素子２ａと多角形状の磁気抵抗素子４ｂと、によってハーフブリッジ回路が形成される。なお磁気センサ１は、第１の実施の形態のように、２つの放射状の磁気抵抗素子と、２つの多角形状の磁気抵抗素子と、によってフルブリッジ回路が形成されても良い。

磁気抵抗素子４ｂは、正Ｎ角形状を有している。図７は、一例として、Ｎ＝１２、つまり磁気抵抗素子４ｂが正１２角形の場合を示している。磁気抵抗素子４ｂは、Ｎ＝無限大である場合、近似的に円環形状となるので、適切なＮを選ぶことで円環形状の磁気抵抗素子と同様の検出結果を得ることができる。なお多角形状の磁気抵抗素子は、正多角形状に限定されず、円環形状の磁気抵抗素子と同様の検出結果が得られる多角形状であれば良い。

以上、本発明のいくつかの実施の形態及び変形例を説明したが、これらの実施の形態及び変形例は、一例に過ぎず、特許請求の範囲に係る発明を限定するものではない。これら新規な実施の形態及び変形例は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更などを行うことができる。また、これら実施の形態及び変形例の中で説明した特徴の組合せの全てが発明の課題を解決するための手段に必須であるとは限らない。さらに、これら実施の形態及び変形例は、発明の範囲及び要旨に含まれると共に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１…磁気センサ、２～５…第１の磁気抵抗素子～第４の磁気抵抗素子、２ａ…磁気抵抗素子、４ａ，４ｂ…磁気抵抗素子、６…配線、７…磁石、７ａ，７ｂ…端面、９…外乱磁場、１０…基板、１０ａ…表面、１０ｂ…裏面、１１ａ～１１ｄ…ノード、１２…センサ部、１３…ブリッジ回路、１３ａ，１３ｂ，１４…ハーフブリッジ回路、１４ａ～１４ｃ…ノード、１５…制御部、２０…第１の感磁部、３０…第２の感磁部、７０…磁場、７１…磁気ベクトル、７２…中心線、７２ａ…中心、８０…オン領域、８１…オフ領域、９０…磁気ベクトル、１２０…境界

Claims

一点から放射状に配置された複数の感磁部を有する放射状の磁気抵抗素子と、
前記放射状の磁気抵抗素子を囲むように配置された円環状又は多角形状の磁気抵抗素子と、
前記放射状の磁気抵抗素子と前記円環状又は多角形状の磁気抵抗素子とによって形成されたハーフブリッジ回路と、
を備え、
前記放射状の磁気抵抗素子は、複数の第１の感磁部を有する第１の磁気抵抗素子、及び複数の第２の感磁部を有する第２の磁気抵抗素子であり、
前記円環状又は多角形状の磁気抵抗素子は、前記第１の磁気抵抗素子及び前記第２の磁気抵抗素子を囲む円環状又は多角形状の第３の磁気抵抗素子、及び前記第３の磁気抵抗素子を囲む円環状又は多角形状の第４の磁気抵抗素子であり、
前記第１の磁気抵抗素子乃至前記第４の磁気抵抗素子で構成される２つの前記ハーフブリッジ回路を備えた、
磁気センサ。
一点から放射状に配置された複数の感磁部を有する放射状の磁気抵抗素子と、
前記放射状の磁気抵抗素子を囲むように配置された連続して繋がった円環状又は多角形状の磁気抵抗素子と、
前記放射状の磁気抵抗素子と前記円環状又は多角形状の磁気抵抗素子とによって形成された少なくとも１つのハーフブリッジ回路と、
を備えた磁気センサ。
前記放射状の磁気抵抗素子は、複数の第１の感磁部を有する第１の磁気抵抗素子、及び複数の第２の感磁部を有する第２の磁気抵抗素子であり、
前記円環状又は多角形状の磁気抵抗素子は、前記第１の磁気抵抗素子及び前記第２の磁気抵抗素子を囲む円環状又は多角形状の第３の磁気抵抗素子、及び前記第３の磁気抵抗素子を囲む円環状又は多角形状の第４の磁気抵抗素子であり、
前記第１の磁気抵抗素子乃至前記第４の磁気抵抗素子で構成される２つのハーフブリッジ回路を備えた、
請求項２に記載の磁気センサ。
前記第１の感磁部及び前記第２の感磁部は、前記一点を中心とする円を分割した扇形状を有する、
請求項１又は３に記載の磁気センサ。
前記第１の感磁部及び前記第２の感磁部は、周方向に交互に配置される、
請求項１、３及び４のいずれか１項に記載の磁気センサ。
前記第１の磁気抵抗素子又は前記第２の磁気抵抗素子と、前記第３の磁気抵抗素子又は前記第４の磁気抵抗素子と、が電気的に接続されて第１の中点電位を出力し、
残りの磁気抵抗素子が電気的に接続されて第２の中点電位を出力する、
請求項１、３乃至５のいずれか１項に記載の磁気センサ。