JPH08320327A - 磁気センサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 磁気センサにあって、ブリッジ接続される磁
電変換素子の初期バイアス磁界に対する配置が多少ずれ
ても、その出力に生じる直流成分のばらつきを好適に抑
制する。 【構成】 この磁気センサは基本的に、ギア歯ＧＴ等、
磁性体からなる被検出体に向けてバイアス磁界を発生す
るバイアス磁石２、及びこの発生されるバイアス磁界内
に電気的にブリッジ接続されて配設され、被検出体の運
動に伴う磁気ベクトルの変化を電気信号の変化に変換す
る磁気抵抗素子４１、４２を具えて構成される。ここで
は特に、バイアス磁石２に、磁気抵抗素子４１、４２の
配設位置において磁力線の向きをほぼ一定とする窪み状
の着磁面２１を形成し、これにより少なくとも磁気抵抗
素子４１、４２の配設位置近辺においてはほぼ一定の向
きの磁界がその初期バイアス磁界として印加されるよう
にする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、バイアス磁界が印加
される電気的にブリッジ接続された磁電変換素子の出力
に基づいて磁性体からなる被検出体の運動を検出する磁
気センサに関し、特に上記磁電変換素子に対して初期バ
イアス磁界をより安定に印加するためのバイアス磁石構
造の改良に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、この種の磁気センサとしては、例
えば特開平３−１９５９７０号公報に記載のセンサ、或
いは特開平６−１７４４９０号公報に記載のセンサ等が
知られている。

【０００３】これらセンサは何れも、バイアス磁石と、
該バイアス磁石のＮ極若しくはＳ極着磁面近傍に配設さ
れて電気的にブリッジ接続される磁気抵抗素子とを基本
的に具え、磁性体からなる被検出体の該バイアス磁界内
での運動に伴う磁気ベクトル変化を上記磁気抵抗素子の
抵抗値変化に基づき検出するようにしている。

【０００４】通常、こうして検出される磁気ベクトルの
変化は、上記被検出体の運動に直接対応したものとな
る。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、磁気センサ
としてのこのような構成によれば、ブリッジ接続される
上記磁気抵抗素子の中点電位として出力されるセンサ出
力も、原理的には、上記被検出体の運動に直接対応し
て、ある所定の電位を基準に均等に脈動するはずであ
る。

【０００６】しかし実情としては、上記バイアス磁石の
磁極中心に対してこのブリッジ接続される磁気抵抗素子
の配設位置が僅かでもずれると、それら各磁気抵抗素子
の受ける初期バイアス磁界に不均衡が生じ、ひいては上
記センサ出力の直流（ＤＣ）成分にもばらつきが生じる
ようになる。

【０００７】一方、こうした磁気センサによって上記被
検出体の極低速での運転を検出するためには、コンデン
サ等により直流成分をカットせずに、該直流成分につい
てもこれをそのまま出力する直流結合型のセンサを使用
する必要がある。

【０００８】そして、このように直流結合されたセンサ
にとっては、その出力に生じる上記直流成分のばらつき
が無視できないものとなり、該ばらつきが所定以上に大
きくなると、その後、同センサ出力を２値化信号に波形
整形するような場合に誤った処理がなされる恐れもでて
くる。

【０００９】このように、被検出体の極低速での運転を
も検出できるように直流結合された磁気センサにあって
は、上記初期バイアス磁界に対する極めて高い配置精度
が要求され、またこのような要求が、同センサの検出感
度や検出精度を高める上での大きな制約ともなってい
る。

【００１０】この発明は、こうした実情に鑑みてなされ
たものであり、ブリッジ接続される磁電変換素子の上記
初期バイアス磁界に対する配置が多少ずれても、その出
力に生じる直流成分のばらつきを好適に抑制することの
できる磁気センサを提供することを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】こうした目的を達成する
ため、請求項１記載の発明では、磁性体からなる被検出
体に向けてバイアス磁界を発生するバイアス磁石と、こ
の発生されるバイアス磁界内に電気的にブリッジ接続さ
れて配設され、前記被検出体の運動に伴う磁気ベクトル
の変化を電気信号の変化に変換する磁電変換素子とを具
えて磁気センサを構成するとともに、前記バイアス磁石
に、前記磁電変換素子の配設位置において磁力線の向き
をほぼ一定とする窪み状の着磁面を形成する。

【００１２】また、請求項２記載の発明では、該請求項
１記載の発明の構成において、前記窪み状の着磁面を、
前記被検出体の運動方向に沿って湾曲する円弧状の形状
を有するものとして形成する。

【００１３】また、請求項３記載の発明では、同請求項
１記載の発明の構成において、前記窪み状の着磁面を、
前記被検出体の運動方向に沿って斜行するＶ字状の形状
を有するものとして形成する。

【００１４】また、請求項４記載の発明では、これら請
求項１乃至３の何れかに記載の発明の構成において、前
記バイアス磁石を中空構造とするとともに、前記磁電変
換素子を適宜の保持部材にて保持するようにする。そし
て該保持部材を、前記バイアス磁石の中空部を貫通する
よう配設して前記磁電変換素子が同バイアス磁石の前記
窪み状の着磁面近傍に突出配置されるようにする。

【００１５】また、請求項５記載の発明では、同請求項
１乃至３の何れかに記載の発明の構成において、前記バ
イアス磁石を板状若しくは四角柱形状とするとともに、
前記磁電変換素子を板状の保持部材にて保持するように
する。そして該保持部材を、前記磁電変換素子が前記バ
イアス磁石の前記窪み状の着磁面近傍に突出配置される
よう同バイアス磁石に貼り付け固定する。

【００１６】また、請求項６記載の発明では、これら請
求項１乃至５の何れかに記載の発明の構成において、前
記磁電変換素子を、前記ほぼ一定の向きとなる磁力線と
のなす角度が互いに４５度傾き、且つ、前記バイアス磁
石の着磁面に垂直に配置された磁気抵抗素子によって構
成する。

【００１７】また、請求項７記載の発明では、同請求項
１乃至５の何れかに記載の発明の構成において、前記磁
電変換素子を、その一方が前記被検出体の運動方向に沿
って配置され、他方が前記バイアス磁石の前記窪み状の
着磁面と平行に配置された磁気抵抗素子によって構成す
る。

【００１８】また、請求項８記載の発明では、これら請
求項１乃至７の何れかに記載の発明の構成において、前
記バイアス磁石を、前記磁電変換素子周辺に付与される
バイアス磁界強度が同磁電変換素子上に付与されるバイ
アス磁界強度よりも大となる磁気回路特性を有するもの
として構成する。

【００１９】また、請求項９記載の発明では、該請求項
８記載の発明の構成において、前記バイアス磁石を、前
記磁電変換素子周辺に選択的に前記磁界強度の大きなバ
イアス磁界を付与すべく着磁面から突出されたダミーバ
イアス手段を有するものとして構成する。

【００２０】

【作用】上記バイアス磁石及び上記ブリッジ接続される
磁電変換素子を基本的に具える磁気センサにあって、バ
イアス磁石の磁極中心に対し磁電変換素子の配設位置が
僅かでもずれると、それら素子の受ける初期バイアス磁
界に不均衡が生じ、ひいては同センサ出力の直流成分に
ばらつきが生じるようになることは前述した。

【００２１】因みに、こうした初期バイアス磁界の不均
衡とは、 ・バイアス磁石の磁極中心に位置する磁力線は、該磁極
中心に沿った真っ直ぐな向きを示す。 ・しかし、この磁極中心から外れる位置にある磁力線
は、同磁極中心から外れるほど反対側の磁極に引かれ易
くなり、その向きも、磁極中心からの位置によって変化
する。 といった磁石特有の性質に起因して生じる現象である。

【００２２】そこで、請求項１記載の発明によるよう
に、該バイアス磁石を、 ・上記磁電変換素子の配設位置において磁力線の向きを
ほぼ一定とする窪み状の着磁面が形成されてなるもの。 として構成すれば、少なくとも磁電変換素子の配設位置
近辺においてはほぼ一定の向きの磁界がその初期バイア
ス磁界として印加されるようになる。そしてこのため、
ブリッジ接続される磁電変換素子の配設位置に多少のず
れが生じる場合であっても、それら磁電変換素子の各々
には均等の初期バイアス磁界が付与されることとなり、
その中点電位として出力されるセンサ出力に直流的なば
らつきが生じることもなくなる。換言すれば、同磁気セ
ンサとしてのこうした構成により、磁電変換素子の配置
に関する制限は大幅に緩和されることとなる。

【００２３】なお、上記窪み状の着磁面の形状に応じて
そこに生じる磁力線の向きも任意に設定できることか
ら、該窪みが、必ずしも当該バイアス磁石の磁極中心に
ある必要はない。

【００２４】また、同窪み状の着磁面の基本的な形状と
しては、例えば請求項２記載の発明によるように、 ・前記被検出体の運動方向に沿って湾曲する円弧状の形
状。 或いは、請求項３記載の発明によるように、 ・前記被検出体の運動方向に沿って斜行するＶ字状の形
状。 等々を採用することができる。これら何れの形状であ
れ、その窪みの幅や深さに応じて、上記磁電変換素子が
配設される任意の位置における磁力線の向きをほぼ一定
とすることができる。

【００２５】なお、これら円弧状若しくはＶ字状以外
の、例えば凹状の形状等であっても、その窪みの大きさ
や磁電変換素子の配設位置によっては、同位置における
磁力線の向きをほぼ一定とすることはできる。

【００２６】また、請求項４記載の発明によるように、 ・前記バイアス磁石を中空構造とするとともに、前記磁
電変換素子を適宜の保持部材にて保持するようにする。
そして該保持部材を、前記バイアス磁石の中空部を貫通
するよう配設して前記磁電変換素子が同バイアス磁石の
前記窪み状の着磁面近傍に突出配置されるようにする。 といった構成を採用すれば、同磁気センサとしての堅固
な構造を保ちつつ、上記磁電変換素子をバイアス磁石の
着磁面に近接して配置することができ、その感度も好適
に向上されるようになる。

【００２７】また、請求項５記載の発明によるように、 ・前記バイアス磁石を板状若しくは四角柱形状とすると
ともに、前記磁電変換素子を板状の保持部材にて保持す
るようにする。そして該保持部材を、前記磁電変換素子
が前記バイアス磁石の前記窪み状の着磁面近傍に突出配
置されるよう同バイアス磁石に貼り付け固定する。 といった構成を採用することでも、磁気センサとしての
堅固な構造を保ちつつ、上記磁電変換素子をバイアス磁
石の着磁面に近接して配置することができ、その感度向
上を図ることはできる。そして何よりも、同構成によれ
ば、該磁気センサを極めて簡素に、しかも容易に実現す
ることができるようになる。

【００２８】また、請求項６記載の発明によるように、
前記磁電変換素子を、 ・前記ほぼ一定の向きとなる磁力線とのなす角度が互い
に４５度傾き、且つ、前記バイアス磁石の着磁面に垂直
に配置された磁気抵抗素子。 によって構成すれば、磁気ベクトルの振れ角がそれら素
子の抵抗変化率波形のピークを越えることのない安定し
たセンサ出力を通じて被検出体の運動を正確に検出する
ことができるようになる。

【００２９】また、請求項７記載の発明によるように、
前記磁電変換素子を、 ・その一方が前記被検出体の運動方向に沿って配置さ
れ、他方が前記バイアス磁石の前記窪み状の着磁面と平
行に配置された磁気抵抗素子。 によって構成すれば、被検出体の運動を非常に高い感度
をもって検出することができるようになる。

【００３０】なお、同磁電変換素子として、これら何れ
のタイプの磁気抵抗素子を採用する場合であれ、基本的
に上記請求項１記載の発明の構成を通じて、それらバイ
アス磁石に対する取付精度は大幅に緩和されるようにな
る。

【００３１】また、請求項８記載の発明によるように、
上記バイアス磁石を、 ・前記磁電変換素子周辺に付与されるバイアス磁界強度
が同磁電変換素子上に付与されるバイアス磁界強度より
も大となる磁気回路特性を有するもの。 として構成すれば、例えば車速センサ等として車体の底
部など、鉄粉等の磁性体異物が付着されるような悪環境
に同磁気センサが配設される場合であれ、それら異物
は、当該センサのセンシング部となる上記磁電変換素子
上を外れたその周辺に、より付着しやすくなる。したが
って、磁電変換素子上に印加されるバイアス磁界自体
は、それら付着される異物の影響を受けることなく、被
検出体の運動に純粋に対応してその磁気ベクトルが変化
するようになり、その検出精度も自ずと維持されるよう
になる。

【００３２】またこうした構成において、特に請求項９
記載の発明によるように、同バイアス磁石を、 ・前記磁電変換素子周辺に選択的に前記磁界強度の大き
なバイアス磁界を付与すべく着磁面から突出されたダミ
ーバイアス手段を有するもの。 として構成すれば、上記作用に加え、該センサ全体が、
その磁電変換素子側からキャップ状のハウジングに挿入
装着される場合には、このダミーバイアス手段をスペー
サとして兼用することもでき、上記磁電変換素子と被検
出体との間隔調整を容易なものとすることができるよう
になる。

【００３３】

【実施例】

（第１実施例）図１に、この発明にかかる磁気センサの
第１の実施例を示す。

【００３４】この実施例の磁気センサは、例えば自動車
の車速センサとして、車輪等の回転に伴って回転する磁
性体ギアの運動を検出し、その回転速度に対応した電気
信号を出力するセンサとして構成されている。

【００３５】はじめに、図１を参照して、同第１の実施
例の磁気センサの構成について説明する。図１に示され
るように、同実施例の磁気センサは、上記車輪等の回転
に伴って回転する磁性体ギアＧのギア歯ＧＴを被検出体
としてその近接を検出するものであり、その本体部は、
キャップ状のハウジング１に挿入されるかたちで、該ギ
ア歯ＧＴの近傍に装着される。

【００３６】ハウジング１内には、バイアス磁石２が配
設され、さらにこのバイアス磁石２には、これを貫通す
るかたちでセンサ保持部材３が配設される。このセンサ
保持部材３は、その先方にセンサ部４を構成する磁気抵
抗素子４１及び４２が配設され、その後端部からは、こ
れら各磁気抵抗素子４１及び４２の通電端子４３、４４
及び４５が導出される構造となっている。

【００３７】なお、磁気抵抗素子４１及び４２は、上記
バイアス磁石２から発せられるバイアス磁界に対して互
いに４５度傾き、且つ、同バイアス磁石２の着磁面に垂
直に配置されている。

【００３８】またこれら磁気抵抗素子４１及び４２は、
電気的にはブリッジ接続され、その給電用端子、中点電
位出力端子、及び接地用端子が、それぞれ上記通電端子
４３、４４及び４５として上記センサ保持部材３の後端
部から導出される。

【００３９】他方、同実施例の磁気センサは、上記ハウ
ジング１の底部とバイアス磁石２との間に配設される、
例えば樹脂製のスペーサ５を有しており、このスペーサ
５の厚さによって上記センサ部４と被検出体であるギア
歯ＧＴとの間隙が調整されるようになっている。

【００４０】こうして構成される磁気センサの上記磁気
抵抗素子４１及び４２を通じたギア歯ＧＴの運動検出原
理自体は、先の特開平３−１９５９７０号公報、或いは
特開平６−１７４４９０号公報等に記載のセンサと基本
的に同じである。

【００４１】図２は、同第１の実施例の磁気センサの上
記バイアス磁石２についてその具体構造を示し、また図
３〜図６は、同バイアス磁石２のこうした構造に基づく
磁気回路特性を示したものであり、次にこれら図２及び
図３〜図６を併せ参照して、同実施例の磁気センサの特
性並びに機能を更に詳述する。

【００４２】まず図２において、図２（ａ）は、上記バ
イアス磁石２の、ギアＧ側からみた場合の平面構造を示
し、また図２（ｂ）は、図２（ａ）中のＢ−Ｂ線部に沿
った同バイアス磁石２の断面構造を示している。

【００４３】図１も含めて図２にその構造が更に詳しく
示されるように、バイアス磁石２には、上記センサ保持
部材３が挿入される中空部２０が設けられるとともに、
同例ではそのＮ極の着磁面に、被検出体であるギア歯Ｇ
Ｔの運動方向に沿って湾曲する円弧状の窪み２１が形成
されている。

【００４４】この窪み２１は、上記センサ部４を形成す
る磁気抵抗素子４１及び４２の配設位置において、同バ
イアス磁石２から発せられる磁力線の向きをほぼ一定と
するためのものである。この作用を、図３及び図４の対
比のもとに詳述する。

【００４５】前述したように、こうした磁気センサにあ
っては通常、バイアス磁石２の磁極中心に対しセンサ部
４の配設位置が僅かでもずれると、上記磁気抵抗素子４
１及び４２の受ける初期バイアス磁界に不均衡が生じ、
ひいては同センサ出力の直流成分にばらつきが生じるよ
うになる。

【００４６】図３に、従来のバイアス磁石の構造を例示
するように、こうした初期バイアス磁界の不均衡とは、 ・バイアス磁石２’の磁極中心に位置する磁力線は、該
磁極中心に沿った真っ直ぐな向きを示す。 ・しかし、この磁極中心から外れる位置にある磁力線
は、同磁極中心から外れるほど反対側の磁極に引かれ易
くなり、その向きも、磁極中心からの位置によって変化
する。 といった磁石特有の性質に起因して生じている。

【００４７】そこで、同第１の実施例の磁気センサのよ
うに、バイアス磁石２の上記センサ部４が配置される側
の着磁面に、上述した円弧状の窪み２１を設けるように
すれば、図４に示されるように、少なくとも上記センサ
部４の配設位置近辺においてはほぼ一定の向きとなる磁
界が、その初期バイアス磁界Ｂ１として同センサ部４に
印加されるようになる。

【００４８】なお、図４中に参考までに付記するサイズ
の単位は「ｍｍ（ミリメートル）」であり、特に該第１
の実施例の磁気センサでは、同図４に示されるように、
そのバイアス磁石２として、深さ２ｍｍ、半径（Ｒ）８
ｍｍの円弧状の窪み２１を有する磁石を採用している。

【００４９】図５及び図６は、こうしたバイアス磁石２
としてフェライト系のプラスチック磁石を使用し、上記
センサ部４付近での垂直方向及び水平方向の磁束密度を
測定した結果をグラフ化したものである。なお、これら
図５及び図６において、それぞれ破線は、図３に例示し
た従来のバイアス磁石での磁束密度分布を参考までに示
している。

【００５０】図５に示されるように、磁束密度の垂直成
分の分布はバイアス磁石２の着磁面形状にほぼ対応する
ようになる。すなわち、従来のバイアス磁石２’の磁束
密度の垂直成分は、その平坦な着磁面に対応してほぼフ
ラットな分布となるのに対し、同実施例のバイアス磁石
２の磁束密度の垂直成分は、上記窪み２１に対応してな
だらかに湾曲する分布となる。

【００５１】一方、図６に示されるように、磁束密度の
水平成分、すなわち横方向へのベクトル成分は、従来の
バイアス磁石２’のものが、 ・磁極中心から僅かでもずれると磁界の向きが変わって
しまう。 といった分布を示すのに対し、同実施例のバイアス磁石
２のものは、 ・磁極中心から約±２ｍｍの範囲であれば、磁界の向き
は殆ど変わらない。 といった分布を示すようになる。そしてこの測定結果
は、図３及び図４の対比のもとに考察した磁力線（磁
界）の向きとも一致する。

【００５２】このように、同第１の実施例の磁気センサ
にあっては、バイアス磁石２の上記構造を通じて、セン
サ部４の配置に関する制限は大幅に緩和されるようにな
る。すなわち、ブリッジ接続される磁気抵抗素子４１及
び４２の配設位置に多少の、詳しくは±２ｍｍ程度まで
のずれが生じる場合であっても、それら磁気抵抗素子４
１及び４２の各々には、初期バイアス磁界Ｂ１として均
等の磁界が付与されるようになる。

【００５３】以下、同第１の実施例の磁気センサのこの
ようなバイアス磁石構造を通じて、上記ブリッジ接続さ
れる磁気抵抗素子４１及び４２の中点電位として出力さ
れるセンサ信号の直流成分がどのように改善されるかに
ついて、図７及び図８を参照して更に詳述する。

【００５４】まず図７は、該ブリッジ接続される磁気抵
抗素子４１及び４２の具体的な接続態様、並びにその中
点電位として端子４４から出力されるセンサ信号の処理
態様を示したものである。

【００５５】同図７に示されるように、こうした磁気セ
ンサにあっては、端子４３には電源電圧Ｖｃｃが印加さ
れ、端子４５は接地される。そして、上記磁気抵抗素子
４１及び４２の各抵抗値変化に対応した直流のセンサ信
号Ｖｄｃが上記端子４４から出力される。この出力され
るセンサ信号Ｖｄｃは、波形整形回路６にて、固定の閾
値電圧Ｖｔとの比較のもとに２値信号に波形整形され
る。そしてこの波形整形された２値信号が、ギア歯ＧＴ
の運動に対応した最終出力Ｖｏｕｔとして、マイクロコ
ンピュータ等の図示しない信号処理回路に入力される。

【００５６】図８に、ギア歯ＧＴの運動に対応した上記
バイアス磁界の磁気ベクトルの変化（磁力線の向き）、
並びに上記センサ出力（ＤＣ出力）Ｖｄｃ及び波形整形
出力Ｖｏｕｔの推移を示す。

【００５７】すなわちいま、前記ギアＧが回転し、当該
磁気センサとギア歯ＧＴとの関係が図８（ａ）に示され
る態様で経時的に変化すると、前記バイアス磁石２から
発せられる磁界の向き、すなわち磁力線の向きは、ギア
歯ＧＴの位置に応じて、図８（ｂ）に示される態様で変
化する。

【００５８】一方、上記磁気抵抗素子４１及び４２にあ
っては、その各抵抗値が、この変化する磁力線の向きに
応じて変化し、その結果それら素子に加わる電圧の中点
電位である上記センサ出力（ＤＣ出力）Ｖｄｃも、図８
（ｃ）に示される態様で変化する。

【００５９】なお、同図８（ｃ）において、実線にて示
すＤＣ出力Ｖｄｃは、上記磁気抵抗素子４１及び４２に
対して初期バイアス磁界が均等に印加されている場合の
当該磁気センサのセンサ出力態様を示し、破線にて示す
ＤＣ出力Ｖｄｃ’は、同磁気抵抗素子４１及び４２に対
して初期バイアス磁界が偏って印加されている場合の同
磁気センサのセンサ出力態様を示している。

【００６０】ここで、初期バイアス磁界が均等に印加さ
れている場合とは、 ・例えば図３に例示した従来のバイアス磁石２’を用い
るものにあっては、その磁極中心と上記磁気抵抗素子４
１及び４２の中心、すなわちセンサ部４の中心とが一致
している場合。 或いは、 ・図４に示されるバイアス磁石２を用いる同第１の実施
例の磁気センサにあっては、センサ部４の中心がこのバ
イアス磁石２の磁極中心から約±２ｍｍの範囲内にある
場合。 にそれぞれ相当する。これら何れの場合も、センサ部４
にかかる磁力線の向きは、その初期時（実装時）、図８
（ｂ）においてギア歯ＧＴの山頂面或いは谷底面に対応
して示される期間の如く垂直となる。

【００６１】他方、初期バイアス磁界が偏って印加され
ている場合とは、 ・例えば図３に例示した従来のバイアス磁石２’を用い
るものにあっては、その磁極中心とセンサ部４の中心と
が一致しない場合。 或いは、 ・図４に示されるバイアス磁石２を用いる同第１の実施
例の磁気センサにあっては、センサ部４の中心がこのバ
イアス磁石２の磁極中心から約±２ｍｍの範囲外にある
場合。 にそれぞれ相当する。これらの場合、その初期時にセン
サ部４にかかる磁力線の向きは、その全てが垂直とはな
らずに、少なくとも一部は、図８（ｂ）においてギア歯
ＧＴの斜面に対応して示される期間の如く傾いたものと
なる。そしてこの場合には、当該磁気センサの出力も、
同図８（ｃ）にＤＣ出力Ｖｄｃ’として示されるよう
に、あるオフセット電圧成分を持つようになる。

【００６２】波形整形回路６（図７）は上述のように、
固定閾値電圧Ｖｔとの比較のもとに上記センサ出力Ｖｄ
ｃ（Ｖｄｃ’）を２値化する回路であり、その波形整形
出力は、図８（ｃ）に付記する閾値電圧Ｖｔに対応し
て、図８（ｄ）に示される態様の２値信号となる。

【００６３】なお、同図８（ｄ）においても、実線にて
示す信号Ｖｏｕｔは、センサ部４に初期バイアス磁界が
均等に印加されているときのセンサ出力Ｖｄｃを波形整
形した２値信号を示し、破線にて示す出力Ｖｏｕｔ’
は、センサ部４に初期バイアス磁界が偏って印加されて
いるときのセンサ出力Ｖｄｃ’を波形整形した２値信号
を示している。

【００６４】これら図８（ｃ）及び（ｄ）から明らかな
ように、センサ部４に初期バイアス磁界が均等に印加さ
れているときには、その波形整形出力Ｖｏｕｔのデュー
ティがほぼ１対１となり、上記ギア歯ＧＴの運動（回
転）についても高い角度精度に基づく正確な検出が可能
となる。他方、センサ部４に初期バイアス磁界が偏って
印加されているときには、その波形整形出力Ｖｏｕｔ’
にもデューティの偏りが生じ、同磁気センサとしての角
度精度は悪化する。そして、センサ出力Ｖｄｃ’のオフ
セット電圧成分が更に大きくなると、該電圧が上記閾値
電圧Ｖｔを超え、ひいては同センサ出力を正常に２値化
することすらできなくなる。

【００６５】このような背景にあって、第１の実施例の
磁気センサによれば上述のように、バイアス磁石２の前
記構造を通じてセンサ部４の配置に関する制限が大幅に
緩和される。そして、センサ部４の配置に多少のずれが
生じる場合であっても、上記オフセット電圧成分の発生
は好適に抑制され、同センサとしての高い検出精度が維
持されるようになる。

【００６６】（第２実施例）図９〜図１２に、この発明
にかかる磁気センサの第２の実施例を示す。ただし、こ
の第２の実施例の磁気センサにあっても、その全体の構
成は、図１に示した第１の実施例の磁気センサと同様で
あり、ここでの重複する説明は割愛する。

【００６７】さて図９は、同第２の実施例の磁気センサ
に採用されるバイアス磁石２についてその具体構造を示
したものである。すなわち同図９において、図９（ａ）
は、バイアス磁石２の、ギアＧ（図１参照）側からみた
場合の平面構造を示し、また図９（ｂ）は、この図９
（ａ）中のＢ−Ｂ線部に沿った同バイアス磁石２の断面
構造を示している。

【００６８】この図９から明らかなように、同第２の実
施例の磁気センサにあっても、上記バイアス磁石２に
は、センサ保持部材３（図１参照）が挿入される中空部
２０が設けられるとともに、同例でもそのＮ極の着磁面
に、被検出体であるギア歯ＧＴの運動方向に沿って湾曲
する円弧状の窪み２２が形成されている。

【００６９】図１０は、この窪み２２が形成されたバイ
アス磁石２について、その具体的なサイズとともに磁気
回路特性を模式的に示したものである。同図１０に示さ
れるように、該窪み２２によっても、少なくともセンサ
部４の配設位置近辺においては、ほぼ一定の向きとなる
磁界が、その初期バイアス磁界Ｂ２として同センサ部４
に印加されるようになる。

【００７０】なお、同図１０に付記するサイズもその単
位は「ｍｍ」であり、特に同第２の実施例の磁気センサ
においては、そのバイアス磁石２に形成する上記窪み２
２のサイズを、深さ２ｍｍ、半径（Ｒ）４ｍｍの円弧状
に設定している。

【００７１】図１１及び図１２は、こうした窪み２２を
有するバイアス磁石２としてフェライト系のプラスチッ
ク磁石を使用し、上記センサ部４付近での垂直方向及び
水平方向の磁束密度を測定した結果を先の図５及び図６
と同様にグラフ化したものである。なお、これら図１１
及び図１２においても、それぞれ破線は、先の図３に例
示した従来のバイアス磁石での磁束密度分布を参考まで
に示している。

【００７２】図１１に示されるように、磁束密度の垂直
成分の分布は、この場合もバイアス磁石２の着磁面形状
にほぼ対応するようになる。すなわち、従来のバイアス
磁石２’の磁束密度の垂直成分は、その平坦な着磁面に
対応してほぼフラットな分布となるのに対し、同第２の
実施例に採用されるバイアス磁石２の磁束密度の垂直成
分は、上記窪み２２の形状に対応して湾曲する分布とな
る。

【００７３】一方、図１２に示されるように、磁束密度
の水平成分は、従来のバイアス磁石２’のものが、 ・磁極中心から僅かでもずれると磁界の向きが変わって
しまう。 といった分布を示すのに対し、上記窪み２２が形成され
たバイアス磁石２のものは、 ・磁極中心から約±１ｍｍ〜±１．５ｍｍの範囲であれ
ば、磁界の向きは殆ど変わらない。 といった分布を示すようになる。

【００７４】図１０に模式的に示した磁気回路特性、並
びにこれら図１１及び図１２に示した測定結果から明ら
かなように、この第２の実施例の磁気センサにあって
も、窪み２２を有するバイアス磁石２の上記構造を通じ
て、センサ部４の配置に関する制限は緩和されるように
なる。

【００７５】したがってこの場合も、先の第１の実施例
と同様、センサ部４の配置に多少のずれが生じる場合で
あっても、同センサ信号への前述したオフセット電圧成
分の発生は好適に抑制され、当該磁気センサとしての高
い検出精度が維持されるようになる。

【００７６】（第３実施例）図１３〜図１６に、この発
明にかかる磁気センサの第３の実施例を示す。この第３
の実施例の磁気センサにあっても、その全体の構成は、
図１に示した第１の実施例の磁気センサと同様であり、
ここでの重複する説明は割愛する。

【００７７】図１３は、同第３の実施例の磁気センサに
採用されるバイアス磁石２についてその具体構造を示し
たものである。この図１３においても、図１３（ａ）
は、同バイアス磁石２の、ギアＧ（図１参照）側からみ
た場合の平面構造を示し、また図１３（ｂ）は、この図
１３（ａ）中のＢ−Ｂ線部に沿った同バイアス磁石２の
断面構造を示している。

【００７８】この図１３から明らかなように、バイアス
磁石２内にセンサ保持部材３（図１参照）が挿入される
中空部２０が設けられることは先の第１或いは第２の実
施例の場合と同様であるが、特に同第３の実施例の磁気
センサの場合には、バイアス磁石２のＮ極着磁面に、被
検出体であるギア歯ＧＴの運動方向に沿って斜行するＶ
字状の窪み２３が形成されている。

【００７９】図１４は、この窪み２３が形成されたバイ
アス磁石２について、その具体的なサイズとともに磁気
回路特性を模式的に示したものである。同図１４に示さ
れるように、該窪み２３によっても、少なくともセンサ
部４の配設位置近辺においては、ほぼ一定の向きとなる
磁界が、その初期バイアス磁界Ｂ３として同センサ部４
に印加されるようになる。

【００８０】この図１４においても、付記するサイズの
単位は「ｍｍ」であり、同第３の実施例の磁気センサに
おいては、そのバイアス磁石２に、深さ２ｍｍのＶ字状
窪み２３を形成している。

【００８１】図１５及び図１６は、こうした窪み２３を
有するバイアス磁石２としてフェライト系のプラスチッ
ク磁石を使用し、上記センサ部４付近での垂直方向及び
水平方向の磁束密度を測定した結果をこれも先の図５及
び図６と同様にグラフ化したものである。これら図１５
及び図１６においても、それぞれ破線は、先の図３に例
示した従来のバイアス磁石での磁束密度分布を参考まで
に示している。

【００８２】図１５に示されるように、磁束密度の垂直
成分の分布は、これまで同様、バイアス磁石２の着磁面
形状にほぼ対応するようになる。すなわち、従来のバイ
アス磁石２’の磁束密度の垂直成分は、その平坦な着磁
面に対応してほぼフラットな分布となるのに対し、同第
３の実施例に採用されるバイアス磁石２の磁束密度の垂
直成分は、上記窪み２３の形状に対応してＶ字状に湾曲
する分布となる。

【００８３】一方、図１６に示されるように、磁束密度
の水平成分は、従来のバイアス磁石２’のものが、 ・磁極中心から僅かでもずれると磁界の向きが変わって
しまう。 といった分布を示すのに対し、上記窪み２３が形成され
たバイアス磁石２のものは、先の第１の実施例とほぼ同
じく、 ・磁極中心から約±２ｍｍの範囲であれば、磁界の向き
は殆ど変わらない。 といった分布を示すようになる。

【００８４】結局、上記Ｖ字状の窪み２３が形成された
バイアス磁石２を用いるこの第３の実施例の磁気センサ
によっても、バイアス磁石２の同構造を通じて、センサ
部４の配置に関する制限は大幅に緩和されるようにな
る。すなわち、少なくともこのセンサ部４の配設位置近
辺においてはほぼ一定の向きの磁界がその初期バイアス
磁界として印加されるようになる。

【００８５】そしてこのため、センサ部４の配置に多少
のずれが生じる場合であっても、同センサ信号への前述
したオフセット電圧成分の発生は好適に抑制され、当該
磁気センサとしての高い検出精度が維持されるようにな
る。

【００８６】（第４実施例）図１７に、この発明にかか
る磁気センサの第４の実施例を示す。この第４の実施例
の磁気センサも、例えば自動車の車速センサとして、車
輪等の回転に伴って回転する磁性体ギアの運動を検出
し、その回転速度に対応した電気信号を出力するセンサ
として構成されている。

【００８７】またその構成も、基本的には先の第１の実
施例と同様、ハウジング１内には、上記円弧状の窪み２
１を有するバイアス磁石２が配設され、さらにこのバイ
アス磁石２には、これを貫通するかたちでセンサ保持部
材３が配設されている。このセンサ保持部材３がその先
方にセンサ部４を構成する磁気抵抗素子４１及び４２を
有し、その後端部からは、これら各磁気抵抗素子４１及
び４２の通電端子４３、４４及び４５が導出される構造
となっていることも第１の実施例の磁気センサと同様で
ある。

【００８８】しかし、同第４の実施例の磁気センサは、
以下の構造において、第１の実施例の磁気センサとは異
なったものとなっている。すなわち同第４の実施例の磁
気センサにあっては、図１７に示されるように、スペー
サ５（図１参照）に代えて、センサ部４の外側周辺に選
択的に磁界強度の大きなバイアス磁界を付与すべくバイ
アス磁石２の着磁面（同例にあってはＮ極着磁面）から
突出されたダミーバイアス部２４を有する構造となって
いる。

【００８９】第４の実施例の磁気センサのこうした磁気
回路構成により、車速センサとして車体の底部など、鉄
粉等の磁性体異物が付着されるような悪環境に同磁気セ
ンサが配設される場合であれ、それら異物は上記センサ
部４上を外れた周辺に、より付着しやすくなる。

【００９０】したがって、上記センサ部４上に均一に印
加されるバイアス磁界自体は、それら付着される異物の
影響を受けることなく、被検出体であるギア歯ＧＴの運
動に純粋に対応してその磁気ベクトルが変化するように
なり、その検出精度も自ずと維持されるようになる。

【００９１】なお、こうしたダミーバイアス部２４は、
先のスペーサ５と同様、その厚さによって上記センサ部
４とギア歯ＧＴとの間隙を調整する手段として兼用する
こともできる。すなわち、この第４の実施例の磁気セン
サであれ、センサ部４とギア歯ＧＴとの間隙調整は容易
に実現されるようになる。

【００９２】また、上記ダミーバイアス部２４を有しな
い構造、すなわち先の第１の実施例のようにスペーサ５
によって同間隙を調整する場合であれ、バイアス磁石２
自身がセンサ部４の外側周辺に選択的に磁界強度の大き
なバイアス磁界を付与し得る磁気回路特性を有するもの
として構成される場合には、同第４の実施例の磁気セン
サと実質的に同等の態様で磁性体異物による影響を回避
することはできる。

【００９３】また、ここでは便宜上、第１の実施例の磁
気センサに該第４の実施例の構成を適用した場合につい
て示したが、第２或いは第３の実施例の磁気センサにつ
いてもこうした構成が同様に適用できることは云うまで
もない。

【００９４】また、この第４の実施例も含め上記第１〜
第３の実施例においては、バイアス磁石２として、中空
部２０を有する円柱状の磁石を用いることとしたが、四
角柱その他の多角柱形状の磁石であっても、同バイアス
磁石として同様に用いることができる。そして、これら
形状のバイアス磁石であっても、前記センサ保持部材３
が挿入される中空部２０を設けることで、同磁気センサ
としての堅固な構造を保ちつつ、上記センサ部４をバイ
アス磁石２の着磁面に近接して配置することができ、そ
の感度を好適に向上することができるようになる。

【００９５】（第５実施例）図１８に、この発明にかか
る磁気センサの第５の実施例を示す。この第５の実施例
の磁気センサも、例えば自動車の車速センサとして、車
輪等の回転に伴って回転する磁性体ギアの運動を検出
し、その回転速度に対応した電気信号を出力するセンサ
として構成されている。

【００９６】ただしその構造は、同図１８に示されるよ
うに、センサ保持部材３に板状若しくは四角柱形状のバ
イアス磁石２を貼り付けた構造となっている。保持部材
３がその先方にセンサ部４を構成する磁気抵抗素子４１
及び４２を有し、その後端部からはこれら各磁気抵抗素
子４１及び４２の通電端子が導出される構造となってい
ることは上記各実施例の磁気センサと同様である。

【００９７】こうした構造を有する同第５の実施例の磁
気センサにあっても、上記バイアス磁石２に、例えば先
の第１の実施例に採用されるバイアス磁石のような被検
出体の運動方向に沿って湾曲する円弧状の窪み２１が形
成されることで、センサ部４の配置に関する制限は大幅
に緩和されるようになる。

【００９８】そしてこのため、センサ部４の配置に多少
のずれが生じる場合であっても、同センサ信号への前述
したオフセット電圧成分の発生は好適に抑制され、当該
磁気センサとしての高い検出精度が維持されるようにな
る。

【００９９】また、第５の実施例の磁気センサとしての
同構成によれば、該磁気センサを極めて簡素に、しかも
容易に実現することができるようにもなる。なお、バイ
アス磁石２に形成される窪みの形状は任意であり、他に
第２或いは第３の実施例のバイアス磁石に採用した窪み
２２或いは２３なども適宜採用することができる。

【０１００】ところで、この第５の実施例の磁気センサ
にあっても通常は、被検出体であるギアＧの中心線に一
致するよう、若しくは同中心線と平行に、その保持部材
３が配置される。しかし、この第５の実施例の磁気セン
サの場合には、これを例えば図１９に例示する態様で角
度αだけ傾けて配置することも、センサ部４の感度を向
上する上で有効である。

【０１０１】（第６実施例）図２０に、この発明にかか
る磁気センサの第６の実施例を示す。この第６の実施例
の磁気センサも、例えば自動車の車速センサとして、車
輪等の回転に伴って回転する磁性体ギアの運動を検出
し、その回転速度に対応した電気信号を出力するセンサ
として構成されている。

【０１０２】ただしその構造は、同図２０に示されるよ
うに、バイアス磁石２から発せられるバイアス磁界に対
してほぼ直角に配設されるセンサ保持部材７を具える構
造となっている。このセンサ保持部材７には、一方では
被検出体であるギア歯ＧＴの運動方向に沿って磁気抵抗
素子７１が配置され、他方では上記バイアス磁石２の円
弧状の窪み２１と平行に磁気抵抗素子７２が配置されて
いる。そして、これら磁気抵抗素子７１及び７２も、電
気的にはブリッジ接続され、その通電端子（図示せず）
が同センサ保持部材７から導出される構成となってい
る。

【０１０３】このように、磁気抵抗素子の一方をギア歯
ＧＴの各々に平行となるように配置したいわゆる「平行
配置」をセンサ部に採用した同第６の実施例の磁気セン
サにあっても、そのバイアス磁石２に、ギア歯ＧＴの運
動方向に沿って湾曲する上記円弧状の窪み２１が形成さ
れることで、センサ部、特に上記磁気抵抗素子７２の配
置に関する制限は大幅に緩和されるようになる。

【０１０４】そしてこのため、ギア歯ＧＴの各々に平行
となる同磁気抵抗素子７２の配置に多少のずれが生じる
場合であっても、そのセンサ信号としての直流成分のば
らつきは好適に抑制され、当該磁気センサとしての高い
検出精度が維持されるようになる。

【０１０５】なお、こうした「平行配置」を採用した磁
気センサとしての基本的な検出原理も、例えば先の特開
平３−１９５９７０号公報等によって周知であり、ここ
での改めての説明は割愛する。

【０１０６】ところで、以上説明した第１〜第６の実施
例にあっては何れも、バイアス磁石２のほぼ磁極中心
に、しかも同磁極中心について対称に、その各々の窪み
が形成される場合について示した。しかし実際には、図
４〜図６や、図１０〜図１２、或いは図１４〜図１６か
らも明らかなように、それら窪みの形状や深さに応じて
そこに生じる磁力線の向きも任意に設定できるものであ
り、それら窪みが必ずしも当該バイアス磁石の磁極中心
に、或いは対称に形成される必要はない。要は、センサ
部が配置される位置に対しその近辺において磁力線の向
きを一定とし得る形状や深さをもって同窪みが形成され
るものであればよい。

【０１０７】また、上記各実施例では便宜上、バイアス
磁石２のＮ極着磁面にこうした窪みを形成するとした
が、こうした磁気センサにあって同バイアス磁石２の配
設方向は任意であり、センサ部がＳ極着磁面に近接して
設けられる場合には、該Ｓ極着磁面に上述した窪みが形
成されることとなる。

【０１０８】また、このバイアス磁石２の材質も任意で
あり、前述したフェライト系プラスチック磁石に限らな
い任意の磁石材料を用いることができる。また、同じく
上記各実施例では、センサ部に採用する磁電変換素子と
して磁気抵抗素子を用いたが、他にホール素子なども同
様にこの発明にかかる磁気センサの磁電変換素子として
採用することができる。

【０１０９】また、図７に例示したように、上記各実施
例の磁気センサでは、その磁電変換されたセンサ出力を
２値化する波形整形回路６が外部接続されるものとした
が、該波形整形回路６についてはこれをＩＣ化して、セ
ンサ部共々、センサ保持部材に一括して内蔵する構成と
することもできる。

【０１１０】

【発明の効果】以上説明したように、この発明にかかる
磁気センサによれば、少なくとも磁電変換素子の配設位
置近辺においてはほぼ一定の向きの磁界がその初期バイ
アス磁界として印加されるようになる。そしてこのた
め、ブリッジ接続される磁電変換素子の初期バイアス磁
界に対する配置が多少ずれても、その出力に生じる直流
成分のばらつき等は好適に抑制されるようになる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明にかかる磁気センサの第１の実施例の
構成を示す略図。

【図２】同第１の実施例のバイアス磁石構造を示す平面
及び断面図。

【図３】従来のバイアス磁石構造での磁力線発生態様を
示す略図。

【図４】同実施例のバイアス磁石構造での磁力線発生態
様を示す略図。

【図５】同バイアス磁石による垂直成分の磁束密度分布
を示すグラフ。

【図６】同バイアス磁石による水平成分の磁束密度分布
を示すグラフ。

【図７】当該磁気センサの電気的な接続態様を示す回路
図。

【図８】同磁気センサの出力信号の推移を示すタイムチ
ャート。

【図９】第２の実施例のバイアス磁石構造を示す平面及
び断面図。

【図１０】同実施例のバイアス磁石構造での磁力線発生
態様を示す略図。

【図１１】同バイアス磁石による垂直成分の磁束密度分
布を示すグラフ。

【図１２】同バイアス磁石による水平成分の磁束密度分
布を示すグラフ。

【図１３】第３の実施例のバイアス磁石構造を示す平面
及び断面図。

【図１４】同実施例のバイアス磁石構造での磁力線発生
態様を示す略図。

【図１５】同バイアス磁石による垂直成分の磁束密度分
布を示すグラフ。

【図１６】同バイアス磁石による水平成分の磁束密度分
布を示すグラフ。

【図１７】この発明にかかる磁気センサの第４の実施例
の構成を示す略図。

【図１８】この発明にかかる磁気センサの第５の実施例
の構成を示す略図。

【図１９】第５の実施例の磁気センサの配置例を示す略
図。

【図２０】この発明にかかる磁気センサの第６の実施例
の構成を示す略図。

【符号の説明】

１…ハウジング、２…バイアス磁石、２０…中空部、２
１、２２、２３…窪み、２４…ダミーバイアス部、３…
センサ保持部材、４…センサ部、４１、４２…磁気抵抗
素子、４３、４４、４５…端子、５…スペーサ、６…波
形整形回路、７…センサ保持部材、７１、７２…磁気抵
抗素子。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 青山 正紀 愛知県刈谷市昭和町１丁目１番地 日本電 装株式会社内

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】磁性体からなる被検出体に向けてバイアス
   磁界を発生するバイアス磁石と、 この発生されるバイアス磁界内に電気的にブリッジ接続
   されて配設され、前記被検出体の運動に伴う磁気ベクト
   ルの変化を電気信号の変化に変換する磁電変換素子と、 を具え、前記バイアス磁石は、前記磁電変換素子の配設
   位置において磁力線の向きをほぼ一定とする窪み状の着
   磁面が形成されてなることを特徴とする磁気センサ。
2. 【請求項２】前記窪み状の着磁面は、前記被検出体の運
   動方向に沿って湾曲する円弧状の形状を有する請求項１
   記載の磁気センサ。
3. 【請求項３】前記窪み状の着磁面は、前記被検出体の運
   動方向に沿って斜行するＶ字状の形状を有する請求項１
   記載の磁気センサ。
4. 【請求項４】前記バイアス磁石は中空構造をなし、前記
   磁電変換素子は適宜の保持部材にて保持されてなり、該
   保持部材は、前記バイアス磁石の中空部を貫通するよう
   配されて前記磁電変換素子を同バイアス磁石の前記窪み
   状の着磁面近傍に突出配置せしめる請求項１乃至３の何
   れかに記載の磁気センサ。
5. 【請求項５】前記バイアス磁石は板状若しくは四角柱形
   状を有し、前記磁電変換素子は板状の保持部材にて保持
   されてなり、該保持部材は、前記磁電変換素子が前記バ
   イアス磁石の前記窪み状の着磁面近傍に突出配置される
   よう同バイアス磁石に貼り付け固定される請求項１乃至
   ３の何れかに記載の磁気センサ。
6. 【請求項６】前記磁電変換素子は、前記ほぼ一定の向き
   となる磁力線とのなす角度が互いに４５度傾き、且つ、
   前記バイアス磁石の着磁面に垂直に配置された磁気抵抗
   素子である請求項１乃至５の何れかに記載の磁気セン
   サ。
7. 【請求項７】前記磁電変換素子は、その一方が前記被検
   出体の運動方向に沿って配置され、他方が前記バイアス
   磁石の前記窪み状の着磁面と平行に配置された磁気抵抗
   素子である請求項１乃至５の何れかに記載の磁気セン
   サ。
8. 【請求項８】請求項１乃至７の何れかに記載の磁気セン
   サにおいて、 前記バイアス磁石は、前記磁電変換素子周辺に付与され
   るバイアス磁界強度が同磁電変換素子上に付与されるバ
   イアス磁界強度よりも大となる磁気回路特性を有して構
   成されることを特徴とする磁気センサ。
9. 【請求項９】前記バイアス磁石は、前記磁電変換素子周
   辺に選択的に前記磁界強度の大きなバイアス磁界を付与
   すべく着磁面から突出されたダミーバイアス手段を有し
   て構成される請求項８記載の磁気センサ。