磁式位置檢測裝置的制作方法

專利名稱：磁式位置檢測裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及以磁性方式檢測出磁性移動體的移動的磁式位置檢測裝置。
背景技術：
作為以磁性方式檢測出磁性移動體的移動的裝置，已知有由磁電轉換元件和磁體構成的檢測裝置。此處，所謂磁電轉換元件，是指MR(磁阻Magneto-Resistance)元件等的、電阻值根據所施加的磁場而變化的元件。由于由磁體對磁電轉換元件施加的磁場隨著與磁體相對的磁性移動體的移動而變化，因此，能夠通過電阻值的變化來檢測出磁性移動體的移動。例如，如圖19所示，日本專利第3682052號公報(專利文獻1)所揭示的磁式位置檢測裝置配置在磁性移動體500的平面上與磁性移動體500分離，該磁性移動體500在邊緣部形成有沿徑向突出的凸(tooth)部，并繞周向旋轉，該磁式位置檢測裝置包括處理電路部502，該處理電路部502具有由第一磁電轉換元件及第二磁電轉換元件501a、501b構成的橋式電路；磁體503，該磁體503對第一磁電轉換元件及第二磁電轉換元件501a、501b沿磁性移動體的轉軸線504方向施加磁場；以及磁通引導體(flux guide) 505o當沿轉軸線 504的方向觀察時，第二磁電轉換元件501b配置在磁體503的周向上的寬度尺寸的大體中心線上，第一磁電轉換元件501a相對于第二磁電轉換元件501b配置在磁性移動體500的移位側，根據第一磁電轉換元件及第二磁電轉換元件501a、501b的輸出，得到差動輸出。此外，為了防止磁通分散，在處理電路部502與磁體503之間設置有由磁性體形成的磁通弓I導體505。磁通弓ι導體505具有在磁性移動體500的周向上、隔開間隔而彼此相對的一對突出部。第二磁電轉換元件501b配置在一對突出部之間的大體中心線上。第一磁電轉換元件501a配置在一個突出部側。專利文獻1 日本專利第3682052號公報

發明內容
在由上述專利文獻1所揭示的現有的磁式位置檢測裝置中，橋式電路由第一磁電轉換元件及第二磁電轉換元件構成，由于第一磁電轉換元件及第二磁電轉換元件像圖20 那樣隔開間隔N而配置，因此，隨著磁性移動體的移動，與磁性移動體的凸(tooth)部或凹 (slot)部相對的時間有差異。因而，對于各磁電轉換元件的電阻值的變化，產生相位差，與由一個磁電轉換元件(另一方為非磁性金屬的電阻)構成的情況相比，由于橋式電路的差動輸出急劇變化，因此提高了空間上的分辨率。然而，在由多個磁電轉換元件構成橋式電路的情況下，若各磁電轉換元件的電阻值不相等，即各磁電轉換元件對磁場的檢測靈敏度及所施加的磁場不相同，則其差分呈現作為橋式電路的差動輸出。例如，在磁電轉換元件具有磁各向異性的情況下，若改變對磁電轉換元件施加的磁場的角度，則靈敏度發生變化。即使在磁式位置檢測裝置單獨存在而不與磁性移動體相對的情況下，若由磁體對各磁電轉換元件施加的磁場的角度不同，則各磁電轉換元件的靈敏度也不同，若磁各向異性因磁電轉換元件的性能而有偏差，則由多個磁電轉換元件構成的橋式電路的差動輸出將反映這種情況而有偏差。在制造上述專利文獻1那樣的、具有由多個磁電轉換元件構成的橋式電路的磁式位置檢測裝置的情況下，由于在制造上，每一產品具有磁電轉換元件的磁特性的偏差(靈敏度的偏差)、磁電轉換元件與磁體的組裝位置的偏差(對各磁電轉換元件施加的磁場的偏差)，因此，靈敏度和磁場的偏差互相結合，與由非磁性金屬的電阻構成橋式電路的情況、 由一個磁電轉換元件和非磁性金屬的電阻構成橋式電路的情況相比，橋式電路的差動輸出的偏差增大。作為其對策，雖然存在對制造上的偏差進行嚴格管理、或在制造工序中進行調整等方法，但任何方法都使制造困難，并增加了制造成本。此外，在上述那樣的、構成橋式電路的多個磁電轉換元件的靈敏度不同的情況下， 靈敏度對溫度也呈現出差異，橋式電路的差動輸出的溫度特性較大，且偏差也較大。本發明的目的在于降低磁式位置檢測裝置的信號的偏差，易于制造且價廉，并改善裝置的特性。簡言之，本發明是磁式位置檢測裝置，包括基板、磁體、橋式電路、以及檢測電路。 橋式電路包含第一磁電轉換元件及第二磁電轉換元件。第一磁電轉換元件及第二磁電轉換元件設置在基板上，電阻值因隨著磁性移動體的移動而產生的磁場的變化而變化。檢測電路基于橋式電路的差動輸出，檢測出磁性移動體的移動。沿磁體的磁化方向來看，第二磁電轉換元件配置在與垂直于磁體的磁化方向且垂直于磁性移動體的移動方向的直線平行的、 通過磁體的磁極的中心點的第一直線上或其附近，在不與磁性移動體相對的情況下，第一磁電轉換元件配置成使得所施加的磁場在基板表面的分量與第二磁電轉換元件大體相同。根據本發明，在磁式位置檢測裝置單獨存在而不與磁性移動體相對的情況下，通過配置第一磁電轉換元件及第二磁電轉換元件，由它們構成的橋式電路取得電阻值的平衡。其結果是，與以往相比，能抑制與磁電轉換元件的磁特性的偏差、磁電轉換元件與磁體的組裝位置的偏差之類的制造上的偏差相對應的磁式位置檢測裝置的輸出信號的偏差，能易于制造且價廉。此外，可特別改善橋式電路的差動輸出的溫度特性之類的與磁電轉換元件的靈敏度相關的特性。


圖1是表示本發明的實施方式1所涉及的磁式位置檢測裝置的立體圖。圖2是圖1的磁式位置檢測裝置的俯視圖，圖2(a)表示基板及磁體的配置，圖 2(b)放大表示第一磁電轉換元件至第四磁電轉換元件的配置的一個示例。圖3是圖1的磁式位置檢測裝置的電路圖，圖3(a)表示橋式電路及檢測電路，圖 3(b)表示檢測電路的電路的一個示例。圖4是圖1的磁式位置檢測裝置因磁性移動體的移動而產生的動作波形圖，圖 4(a)表示第一磁電轉換元件至第四磁電轉換元件的電阻值的變化，圖4(b)表示差動放大電路的輸出電壓的變化，圖4(c)表示磁式位置檢測裝置的輸出電壓的變化。圖5是實施方式1的比較例的磁式位置檢測裝置的俯視圖，圖5(a)表示基板及磁體的配置，圖5(b)放大表示第一磁電轉換元件至第四磁電轉換元件的配置的一個示例。
圖6是圖5的磁式位置檢測裝置因磁性移動體的移動而產生的動作波形圖，圖 6(a)表示第一磁電轉換元件至第四磁電轉換元件的電阻值的變化，圖6(b)表示差動放大電路的輸出電壓的變化。圖7是實施方式1及實施方式1的比較例的磁式位置檢測裝置的特性比較圖，在磁式位置檢測裝置與磁性移動體的凹(slot)部相對的情況下，圖7(a)表示差動放大電路的輸出電壓的偏差，圖7(b)表示差動放大電路的輸出電壓的溫度特性的偏差。圖8是表示本發明的實施方式2所涉及的磁式位置檢測裝置，圖8(a)是表示基板、磁體、以及磁通引導體的配置的俯視圖，圖8(b)是放大表示第一磁電轉換元件至第四磁電轉換元件的配置的一個示例的俯視圖，圖8(c)是表示基板、磁體、以及磁通引導體的配置的一個示例的側視圖。圖9是在本發明的磁式位置檢測裝置的基板的表面上的磁場分布圖，圖9 (a)表示實施方式2的磁場分布，圖9(b)表示實施方式1的磁場分布。圖10是圖8的磁式位置檢測裝置因磁性移動體的移動而產生的動作波形圖，圖 10(a)表示第一磁電轉換元件至第四磁電轉換元件的電阻值的變化，圖10(b)表示差動放大電路的輸出電壓的變化。圖11是表示本發明的實施方式3所涉及的磁式位置檢測裝置的立體圖。圖12是表示圖11的磁式位置檢測裝置的基板、磁體、以及磁通引導體的配置的一個示例的側視圖。圖13是對圖11的磁式位置檢測裝置的磁通引導體的效果進行說明的示意圖。圖14是實施方式1、實施方式2、以及實施方式3的磁式位置檢測裝置的特性比較圖，在磁式位置檢測裝置與磁性移動體的凹(slot)部相對的情況下，圖14(a)表示差動放大電路的輸出電壓的偏差，圖14(b)表示差動放大電路的輸出電壓的溫度特性的偏差。圖15是本發明的實施方式4所涉及的磁式位置檢測裝置的俯視圖，圖15(a)表示基板、磁體、以及磁通引導體的配置，圖15(b)放大表示第一磁電轉換元件至第四磁電轉換元件的配置的一個示例。圖16是圖15的磁式位置檢測裝置的電路圖，圖16 (a)表示橋式電路及檢測電路， 圖16(b)表示檢測電路的一個示例。圖17是表示本發明的實施方式5所涉及的磁式位置檢測裝置的立體圖。圖18是表示圖17的磁式位置檢測裝置的基板、磁體、以及磁通引導體的配置的一個示例的側視圖。圖19是表示現有的磁式位置檢測裝置的立體圖。圖20是圖19的磁式位置檢測裝置的俯視圖，圖20 (a)表示基板、磁體、以及磁通引導體的配置，圖20(b)放大表示第一磁電轉換元件、第二磁電轉換元件的配置的一個示例。
具體實施例方式下面，參照附圖，詳細說明本發明的實施方式。實施方式1.圖1表示將本發明的實施方式1所涉及的磁式位置檢測裝置80相對于磁性移動體100而配置的一個示例。磁性移動體100是繞轉軸(中心軸10 旋轉的大體圓盤狀的磁性體。在磁性移動體100的邊緣部，沿整個周邊交替形成沿徑向的凸(tooth)部101和凹(slot)部102。為了檢測出磁性移動體100的移動，磁式位置檢測裝置80與磁性移動體100隔開規定的間隔而配置。磁式位置檢測裝置80包括基板1、包含磁電轉換元件2的橋式電路 20(參照圖幻、檢測電路30(參照圖3)、以及磁體4。橋式電路20具有在基板1上形成的第一磁電轉換元件至第四磁電轉換元件加 2d(參照圖2)。圖2是本發明的實施方式1所涉及的磁式位置檢測裝置80的俯視圖。圖2(a)表示基板1及磁體4的配置，圖2(b)放大表示第一磁電轉換元件至第四磁電轉換元件加 2d的配置的一個示例。參照圖1及圖2 (a)，將基板1的表面配置成與磁體4的磁化方向大體垂直，在基板1上形成磁電轉換元件加 2d。第二磁電轉換元件及第三磁電轉換元件^、2c配置在與垂直于磁體4的磁化方向且垂直于磁性移動體100的移動方向的直線平行的、通過磁體4 的磁極的中心點的第一直線104上。另外，在圖1及圖2中，磁體4的磁化方向是Z方向， 磁性移動體100的移動方向是X方向，第一直線104成為Y方向。在上述結構中，在本裝置 80未與磁性移動體100相對、即本裝置80單獨存在的情況下，所施加的磁場在基板1表面的分量、與第二磁電轉換元件及第三磁電轉換元件2b、2c相同的磁場的分布成為圖2(b)所示的等磁線10。第一磁電轉換元件及第四磁電轉換元件2a、2d配置在該等磁線10上。根據本實施方式1的結構，在本裝置80單獨存在的情況下，第一磁電轉換元件至第四磁電轉換元件h 2d全部放置在同一磁場(其中，是基板1表面的分量)中。在同一磁場下，若各磁電轉換元件的靈敏度相等，則所有磁電轉換元件示出相等的電阻值。通常， 在由磁電轉換元件構成橋式電路時，由于將磁電轉換元件作為電阻絲來進行處理，因此，為了得到所需的電阻值，有時會采用彎曲狀的布線圖案。雖然有時磁電轉換元件因布線圖案的形狀而表現出磁各向異性，但由于在此情況下，不僅使磁場的大小一致，還像圖2(b)所示的那樣使相對于布線的長邊方向的磁場的方向一致，因此，需要使布線圖案傾斜。即，為了在同一磁場下，除磁場的大小之外，還需要使相對于磁電轉換元件的磁各向異性軸的磁場的方向一致。圖3是本發明的實施方式1的磁式位置檢測裝置80的電路圖。圖3(a)是橋式電路20及檢測電路30的電路圖，圖3(b)是表示檢測電路30的一個示例的電路圖。橋式電路20采用如下結構第一磁電轉換元件及第二磁電轉換元件h、2b按此順序串聯連接在電源節點Vcc與接地節點GND之間，第三磁電轉換元件及第四磁電轉換元件 2c、2d按此順序串聯連接在電源節點Vcc與接地節點GND之間，并與第一磁電轉換元件及第二磁電轉換元件h、2b的串聯連接體并聯連接。檢測電路30是用于根據橋式電路20的差動輸出來檢測出磁性移動體100的移動的電路，包括差動放大電路31、信號轉換電路32、及恒壓源電路33。圖3(b)是表示檢測電路30的信號轉換電路32的一個示例的電路圖。信號轉換電路32利用比較電路34將差動放大電路31的模擬輸出轉換成數字輸出，集電極開路方式的輸出電路輸出“1”或“0”的最終輸出電壓Vout。圖4是本發明的實施方式1的磁式位置檢測裝置80因磁性移動體100的移動而產生的動作波形圖。圖4(a)表示第一磁電轉換元件至第四磁電轉換元件加 2d的電阻值的變化，圖4(b)表示差動放大電路31的輸出電壓A的變化，圖4(c)表示磁式位置檢測裝置80的輸出電壓Vout的變化。由于從磁體4施加的磁場隨著磁性移動體100的移動而變化，因此，各磁電轉換元件2示出圖4 (a)那樣的電阻值的變化。通常，磁性移動體100為了隨著移動而使磁場產生較大變化，采用使凸(tooth)部101與凹(slot)部102具有較大階梯差(凹凸之間與本裝置80的距離之差)的形狀。在本實施方式1中也基于該考慮而使上述階梯差較大，其結果是，在凹(slot)部102相對時的電阻值和不與磁性移動體相對、即本裝置80單獨存在的情況大體相等。因而，第一磁電轉換元件至第四磁電轉換元件2a 2d在與磁性移動體100的凹(slot)部102相對時的電阻值全部相等。圖4(b)是差動放大電路31的輸出電壓A隨著磁性移動體100的移動的變化。根據橋式電路20的輸出而得到的該波形示出在與磁性移動體100的凹(slot)部102相對時，輸出電壓A成為橋式電路20的電阻值取得平衡時的電壓，隨著與凸(tooth)部101相對，橋式電路20的電阻值變得不平衡，電壓發生變化。[實施方式1的比較例]為了表示本發明的實施方式1的效果，對實施方式1的比較例進行說明。圖5是本發明的實施方式1的比較例的磁式位置檢測裝置的俯視圖。圖5(a)表示基板1及磁體4的配置，圖5(b)放大表示第一磁電轉換元件至第四磁電轉換元件2a 2d的配置的一個示例。實施方式1的特征在于，在磁式位置檢測裝置80單獨存在而不與磁性移動體100 相對的情況下，將第一磁電轉換元件及第四磁電轉換元件2a、2d配置于所施加的磁場在基板1表面的分量與第二磁電轉換元件及第三磁電轉換元件2b、2c相同的等磁線10上。在本比較例中，將第一磁電轉換元件及第四磁電轉換元件2a、2d配置成從上述等磁線10上偏離，使得對第一磁電轉換元件及第四磁電轉換元件2a、2d施加的磁場在基板1表面的分量、 與對第二磁電轉換元件及第三磁電轉換元件2b、2c施加的磁場在基板1表面的分量不同。 本比較例的其他結構與實施方式1相同。圖6是本發明的實施方式1的比較例的磁式位置檢測裝置因磁性移動體100的移動而產生的動作波形圖。圖6(a)表示第一磁電轉換元件至第四磁電轉換元件2a 2d的電阻值的變化，圖6(b)表示差動放大電路31的輸出電壓A的變化。隨著磁性移動體100的移動，各磁電轉換元件2示出圖6(a)那樣的電阻值的變化。即使在本比較例中，也與實施方式1相同，在磁性移動體100的凹(slot)部102相對時的電阻值和不與磁性移動體相對、即本裝置單獨存在的情況大體相等。與實施方式1的不同點在于，第一磁電轉換元件及第四磁電轉換元件2a、2d在與磁性移動體100的凹(slot) 部102相對時的電阻值與第二磁電轉換元件及第三磁電轉換元件2b、2c不同。即，根據本比較例的動作，在與磁性移動體100的凹(slot)部102相對時，橋式電路20的電阻值變得不平衡。圖6(b)是差動放大電路31的輸出電壓A隨著磁性移動體100的移動的變化。此夕卜，第二磁電轉換元件及第三磁電轉換元件2b、2c的電阻值的變化量、與第一磁電轉換元件及第四磁電轉換元件2a、2d的電阻值的變化量的差分成為輸出電壓A的振幅。在本比較例中，與實施方式1相比，由于第一磁電轉換元件及第四磁電轉換元件2a、2d的靈敏度變小，因此，上述差分變大，輸出電壓A的振幅變大。[實施方式1與實施方式的比較例的特性比較]
圖7是實施方式1及實施方式1的比較例的磁式位置檢測裝置80的特性比較圖。 在與磁性移動體100的凹(slot)部102相對的情況下，圖7 (a)表示差動放大電路31的輸出電壓A的偏差，圖7 (b)表示差動放大電路31的輸出電壓A的溫度特性的偏差。實施方式1與實施方式1的比較例的不同點在于與磁性移動體100的凹(slot) 部102相對時的橋式電路20的電阻值的平衡狀態，該狀態呈現在差動放大電路31的輸出電壓A中，因此，對輸出電壓A的偏差及輸出電壓A的溫度特性的偏差進行了評價。準備30 塊形成有磁電轉換元件2的基板1、10個用于將基板1和磁體4進行組裝的內置有磁體4 的鋁托架，制作將30塊基板1依次與各鋁托架進行組裝后得到的試樣，測定了輸出電壓A。 圖7 (a)是輸出電壓A的偏差的平均值，圖7(b)是從室溫到150°C時輸出電壓A的變化量 (輸出電壓A的溫度特性)的偏差的平均值。從圖7(a)可知，在實施方式1中，輸出電壓A 的偏差較小。此外，從圖7(b)可知，在實施方式1中，輸出電壓A基本沒有溫度特性，但在比較例中，輸出電壓A有溫度特性，而且，在實施方式1中，輸出電壓A的溫度特性的偏差較小。在實施方式1中，由于在與磁性移動體100的凹(slot)部102相對時的橋式電路20 的電阻值的平衡較好，因此，充分地發揮橋式電路的功能，能使磁電轉換元件的磁特性的偏差不呈現在輸出電壓A中。在本評價中，可確認如下效果在與磁性移動體100的凹(slot) 部102相對時、或在本裝置80單獨存在的情況下，使得對構成橋式電路20的各磁電轉換元件2所施加的磁場在基板1表面的分量相同。實施方式2.本發明的實施方式2所涉及的磁式位置檢測裝置80在磁電轉換元件2與磁體4 之間包括由磁性體形成的磁通引導體，是對實施方式1進行了改良的示例。圖8是本發明的實施方式2的磁式位置檢測裝置80的俯視圖及側視圖。圖8 (a) 是表示基板1、磁體4、以及磁通引導體5的配置的俯視圖，圖8 (b)是放大表示第一磁電轉換元件至第四磁電轉換元件加 2d的配置的一個示例的俯視圖，圖8 (c)是表示基板1、磁體4、以及磁通引導體5的配置的一個示例的側視圖。根據圖8(a)及圖8(b)，基板1的表面與磁體4的磁化方向大體垂直，磁通引導體 5具有與磁體4的磁化方向垂直的表面，沿磁體4的磁化方向來看，磁通引導體5相對于第一直線104對稱，第二磁電轉換元件及第三磁電轉換元件2b、2c配置在第一直線104上，在本裝置80不與磁性移動體100相對、即本裝置80單獨存在的情況下，第一磁電轉換元件及第四磁電轉換元件h、2d配置于所施加的磁場在基板1表面的分量與第二磁電轉換元件及第三磁電轉換元件2b、2c相同的等磁線10上。該等磁線10因磁通引導體5的存在而成為圖8(b)所示那樣的直線狀，第一磁電轉換元件及第四磁電轉換元件h、2d配置在比實施方式1更靠近磁性移動體100的一側，且磁電轉換元件的布線圖案基本沒有傾斜。此外，根據圖8(c)，磁通引導體5的中心點配置在比磁體4的磁極的中心點更靠近磁性移動體100的一側。另外，在圖8中，將磁通弓I導體5放置在磁體4的+Y方向。根據本實施方式2的結構，磁通引導體5的平面尺寸需要大于包含所有磁電轉換元件2的平面。磁通引導體5的功能可以說是起到磁通引導體5 —側的磁體4的磁極的作用，由此，磁通引導體5能控制磁電轉換元件2的周圍的磁場分布。即，磁電轉換元件2不是放置于直接來自磁體4的磁場中，而是通過磁通引導體放置于磁通引導體5所形成的磁場分布中。
此外，根據本實施方式2的結構，磁通引導體5具有使磁體4在磁通引導體5 —側的磁極向靠近磁性移動體100的一側偏移的效果。此外，若想要因磁性移動體100的移動而得到較大的橋式電路20的差動輸出的振幅，則優選使本裝置80更靠近磁性移動體100。 若著眼于這點，則將磁電轉換元件2配置在更靠近磁性移動體100的位置即可，這通過使磁體4的磁電轉換元件2 —側的磁極向靠近磁性移動體100的一側偏移來實現。
圖9是在本發明的磁式位置檢測裝置80的基板1的表面上的磁場分布圖。圖9 (a) 是具有磁通引導體5的實施方式2的磁場分布圖，圖9 (b)是沒有磁通引導體5的實施方式 1的磁場分布圖。對本實施方式2所包括的磁通引導體5的效果進行說明。從圖可知，沿磁體4的磁化方向來看，由于磁通引導體5是長方形的形狀，因此通過在磁體4的上方包括磁通引導體5，在基板1的表面上的磁場分布成為與長方形相近的形狀。此外，由于磁通引導體5的中心點配置在比磁體4的磁極的中心點更靠近磁性移動體100的一側，因此，其磁場分布向靠近磁性移動體的一側偏移。磁通引導體5的形狀是希望在等磁線中形成直線部分，例如，即使磁電轉換元件2與磁體4的組裝產生偏差，基板1的表面上的磁場分布產生變動， 但第二磁電轉換元件及第三磁電轉換元件2b、2c、和第一磁電轉換元件及第四磁電轉換元件2a、2d也不易從等磁線上偏離。此外，配置磁通引導體5的目的在于將基板1的表面上的等磁線設置在靠近磁性移動體100的一側，如上所述，能因磁性移動體100的移動而得到較大的橋式電路20的差動輸出的振幅。本實施方式2的磁通引導體5的任何形狀及配置均是本申請的手段，是在達到如下目的時、用于在實際中以更有效的方式來實現的手段在本裝置80單獨存在的情況下， 將構成橋式電路20的多個磁電轉換元件2穩定地配置在基板1表面的等磁線上，從而作為本申請的效果，使橋式電路20的差動輸出變穩定。但是，關于磁通引導體5的形狀，由于具有對基板1的表面上的磁場分布進行調整的效果，本實施方式2的上述意圖僅僅是一個示例，因此，為了得到所需的磁場分布，也可以不是長方形，而是任意形狀。圖10是本發明的實施方式2的磁式位置檢測裝置80因磁性移動體100的移動而產生的動作波形圖。圖10(a)表示第一磁電轉換元件至第四磁電轉換元件2a 2d的電阻值的變化，圖10(b)表示差動放大電路31的輸出電壓A的變化。在圖10(a)中，第一磁電轉換元件至第四磁電轉換元件2a 2d在與磁性移動體 100的凹(slot)部102相對時的電阻值全部相等。此外，通過配置磁通引導體5，磁電轉換元件2配置在靠近磁性移動體100的一側，與實施方式1相比，第二磁電轉換元件及第三磁電轉換元件2b、2c的電阻值的變化特別大。其結果是，在圖10(b)中，差動放大電路31的輸出電壓A的振幅變大。實施方式3.本發明的實施方式3所涉及的磁式位置檢測裝置80與實施方式2相同，在磁電轉換元件2與磁體4之間包括由磁性體形成的磁通引導體5。磁通引導體5具有與實施方式 2不同的形狀，是對實施方式2進行了改良的示例。圖11表示本發明的實施方式3的磁式位置檢測裝置80，是表示相對于磁性移動體 100的配置的一個示例的立體圖。圖12是表示本發明的實施方式3的磁式位置檢測裝置80的基板1、磁體4、以及磁通引導體5的配置的一個示例的側視圖。如圖11及圖12所示，基板1的表面與磁體4的磁化方向大體垂直，磁通引導體5 具有與磁體4的磁化方向垂直的表面，并具有朝著與基板1的表面所延伸出的假想平面靠近的方向突出的第一突出部及第二突出部fe、5b。沿磁體4的磁化方向來看，第一突出部及第二突出部如、恥相對于第一直線104對稱，在與第一直線104垂直的方向上隔開間隔而設置，第二磁電轉換元件及第三磁電轉換元件^、2c配置在第一直線104上，且配置在一對突出部5a、恥之間的大體中央線上。在本裝置80單獨存在而不與磁性移動體100相對的情況下，將第一磁電轉換元件及第四磁電轉換元件h、2d配置于所施加的磁場在基板1表面的分量與第二磁電轉換元件及第三磁電轉換元件2b、2c相同的等磁線上，第一磁電轉換元件及第四磁電轉換元件2a、2d相對于第二磁電轉換元件及第三磁電轉換元件2b、2c配置在第一突出部及第二突出部5ajb —側。圖13是對本發明的實施方式3的磁式位置檢測裝置80的磁通引導體5的效果進行說明的示意圖。本實施方式3的磁通引導體5具有第一突出部及第二突出部如、5比該突出部使基板1表面上的磁場分布更好。例如，如圖13所示(虛線表示磁通)，由于在突出部附近形成面向突出部的磁通，因此，沿磁體4的磁化方向來看，磁通的方向變成與第一直線垂直的方向。因此，實施方式2所示的基板1的表面上的磁場分布的長方形形狀成為更矩形化的形狀，例如，即使磁電轉換元件2與磁體4的組裝產生偏差，基板1的表面上的磁場分布產生變動，但第二磁電轉換元件及第三磁電轉換元件2b、2c、和第一磁電轉換元件及第四磁電轉換元件2a、2d也不易從等磁線上偏離。圖14是實施方式1、實施方式2、以及實施方式3的磁式位置檢測裝置80的特性比較圖。在與磁性移動體100的凹(slot)部102相對的情況下，圖14(a)表示差動放大電路31的輸出電壓A的偏差，圖14(b)表示差動放大電路31的輸出電壓A的溫度特性的偏差。雖然在任一實施方式中，遵循本申請的手段，與磁性移動體100的凹(slot)部102 相對時的橋式電路20的電阻值的平衡狀態都較好，但因各自的結構不同而導致基板1的表面上的磁場分布不同，因此，對磁電轉換元件的磁特性的偏差、磁電轉換元件與磁體的組裝位置的偏差之類的制造上的偏差的魯棒性不同。實際上，實施了與在實施方式1中進行的評價(圖7)相同的、對差動放大電路31的輸出電壓A的偏差的評價。圖14(a)是輸出電壓A的偏差的平均值，圖14 (b)是從室溫到150°C時輸出電壓A的變化量(輸出電壓A的溫度特性)的偏差的平均值。根據圖14(a)，輸出電壓A的偏差按照實施方式3、實施方式2、 實施方式1的順序變大。此外，根據圖14 (b)，雖然在任一實施方式中，輸出電壓A都基本沒有溫度特性，但輸出電壓A的溫度特性的偏差按照實施方式3、實施方式2、實施方式1的順序變大。關于對制造上的偏差的魯棒性，實施方式3最高。實施方式4.本發明的實施方式4的磁式位置檢測裝置80是實施方式3的變形例，是本發明的基本結構的示例。圖15是本發明的實施方式4的磁式位置檢測裝置80的俯視圖。圖15(a)表示基板1、磁體4、以及磁通引導體5的配置，圖15(b)放大表示第一磁電轉換元件、第二磁電轉換元件2a、2b的配置的一個示例。本實施方式4的磁電轉換元件2采用在實施方式3所揭示的磁電轉換元件2中、 去除了第三磁電轉換元件及第四磁電轉換元件2c、2d的結構。圖16是本發明的實施方式4的磁式位置檢測裝置80的電路圖。圖16(a)是橋式電路20及檢測電路30的電路圖，圖16(b)是表示檢測電路30的電路的一個示例的電路圖。本實施方式4的電路是在實施方式1所揭示的電路中，利用兩個非磁性金屬的電阻絲21a、21b來構成橋式電路20，以替代第三磁電轉換元件及第四磁電轉換元件2c、2d。雖然兩個非磁性金屬的電阻絲21a、21b的串聯連接體的中點電壓是固定值，但由于第一磁電轉換元件及第二磁電轉換元件2a、2b的串聯連接體的中點電壓隨著所施加的磁場的變化而變化，因此，能檢測出磁性移動體100的移動。本實施方式4是實施方式3的變形例，構成橋式電路20的磁電轉換元件2是去除了第三磁電轉換元件及第四磁電轉換元件2c、2d而由第一磁電轉換元件及第二磁電轉換元件2a、2b構成的磁電轉換元件，這成為橋式電路20的結構的基本(基本例)。對于實施方式1及實施方式2，也可以考慮同樣的變形例(基本例)。實施方式5.本發明的實施方式5所涉及的磁式位置檢測裝置80與實施方式3相同，在磁電轉換元件2與磁體4之間包括由磁性體形成的磁通引導體5。磁通引導體5具有與實施方式 3不同的形狀，是對實施方式3進行了改良的示例。圖17表示本發明的實施方式5的磁式位置檢測裝置80，是表示相對于磁性移動體 100而配置磁式位置檢測裝置80的一個示例的立體圖。圖18是表示本發明的實施方式5的磁式位置檢測裝置80的基板1、磁體4、以及磁通引導體5的配置的一個示例的側視圖。如圖17及圖18所示，磁通引導體5在具有實施方式3所揭示的磁通引導體5的第一突出部及第二突出部5a、5b的形狀的基礎上，還包括在第一突出部及第二突出部5a、 5b之間的中央附近洼下成凹狀以遠離基板1的部分、即凹處5C。沿磁體4的磁化方向來看， 該凹處5C與第二磁電轉換元件及第三磁電轉換元件2b、2c有部分重疊，此外，除去凹處5C 的磁通引導體5的其他部分是與第一磁電轉換元件及第四磁電轉換元件2a、2d有部分重疊的形狀和配置。在本實施方式5的磁通引導體5的、第一突出部及第二突出部5a、5b之間的中央附近設置遠離基板1的凹處5C，使得在本裝置80單獨存在而不與磁性移動體100相對的情況下，不妨礙對磁電轉換元件2施加的磁場在基板1表面的分量中形成與實施方式3相同的較矩形化的磁場分布。此外，在與磁性移動體100的凸(tooth)部101相對的情況下，各磁電轉換元件2配置在更靠近磁性移動體100的位置，處于能經受磁場的較大變化的狀態， 并且，上述凹處5C產生對第二磁電轉換元件及第三磁電轉換元件2b、2c施加比第一磁電轉換元件及第四磁電轉換元件2a、2d要大的磁場(其中，是基板1表面的分量)的效果。簡言之，本實施方式5是達到本申請的目的的最有效的結構的一個示例，采用如下結構在本裝置80單獨存在的情況下，使橋式電路20的差動輸出足夠穩定，對制造上的偏差具有高魯棒性，并且，在與磁性移動體100相對的情況下，能得到足夠大的橋式電路20的差動輸出的振幅。
實施方式6.本發明的實施方式6的磁式位置檢測裝置80是利用GMR元件作為磁電轉換元件。 GMR元件是表面磁感應器件，與MR元件相比，由于可得到顯著的磁阻效應，因此，能實現高 S/N比的磁式位置檢測裝置，是優選的。下面，對本發明中的各要素進行說明。[磁電轉換元件]磁電轉換元件2是上述那樣的、電阻值根據所施加的磁場而變化的元件，除MR(磁 Pl =MagnetO-Resistance)GMR( gilffi =Giant Magneto-Resistance)TMR( PI 道磁阻=Turmel Magneto-Resistance)元件等磁阻元件外，還包含霍爾元件等半導體元件。 但是，在本申請中成為對象的磁電轉換元件2是對形成有元件的基板1表面的方向的磁場具有靈敏度的表面磁感應器件。[基板]基板1只要是適于形成磁電轉換元件2的材料即可，可使用形成有各種層間絕緣膜的Si基板等。可以是橋式電路20設置在基板1上、檢測電路30設置在其他基板3上的所謂混合結構，還可以是將橋式電路20和檢測電路30 —并設置在基板1上的所謂單片結構。對于單片結構，基板1只要是能形成IC的基板即可，除通常使用的Si基板之外，也可以是GaAs基板、耐熱性好的SiC基板。[磁體]磁體4可以是能對磁電轉換元件2施加最佳磁場的任何種類(材料)、形狀(尺寸)。作為種類，可利用粘合磁體、鐵類磁體、鐵氧體磁體、稀土類磁體、以及非晶金屬磁體中的任一種。形狀是任意的。在各實施方式中，之所以形狀大體是長方體，是由于在確定磁體 4的位置、或確定磁化方向時具有平面的形狀容易處理。[磁通引導體]磁通引導體5可以是能對磁電轉換元件2施加最佳磁場的任何種類(材料)，雖然可以是任何高飽和磁通引導體率的軟磁性材料，例如是 ^、&)、Μ或它們的合金，但優選！^ 類材料。應當認為此處所揭示的實施方式在各個方面是舉例表示，而不是限制性的。可認為本發明的范圍并不是由上述說明表示，而是由權利要求的范圍表示，可包含與權利要求的范圍同等的意義及范圍內的所有變更。標號說明1 基板2、2a、2b、2c、2d 磁電變換元件4 磁體5磁通引導體5aJb 突出部10等磁線20橋式電路21a、21b非磁性金屬的電阻線30檢測電路
31差動放大電路32信號轉換電路33恒壓源電路34比較電路80磁式位置檢測裝置100磁性移動體101磁性移動體的凸部102磁性移動體的凹部103 轉軸104 第一直線A差動放大電路的輸出電壓B比較電路的比較電壓Vcc電源電壓(電源節點)VB 電源Vout 輸出GND接地(接地節點)
權利要求
1.一種磁式位置檢測裝置，其特征在于，包括 基板；施加與基板垂直的磁場的磁體；橋式電路，該橋式電路至少包含設置在所述基板上、電阻值因隨著磁性移動體的移動而產生的所述磁場的變化而變化的第一磁電轉換元件及第二磁電轉換元件；以及檢測電路，該檢測電路基于所述橋式電路的輸出，檢測出所述磁性移動體的移動， 所述檢測電路根據所述第一磁電轉換元件及第二磁電轉換元件的連接節點的電壓，檢測出所述磁性移動體的移動，所述基板表面與所述磁體的磁化方向大體垂直，沿所述磁體的磁化方向來看，所述第二磁電轉換元件配置在與垂直于所述磁體的磁化方向且垂直于所述磁性移動體的移動方向的直線平行的、通過所述磁體的磁極的中心點的第一直線上或其附近，在不與所述磁性移動體相對的情況下，所述第一磁電轉換元件配置成使得所述第一磁電轉換元件因所施加的磁場而產生的電阻值、與所述第二磁電轉換元件因所施加的磁場而產生的電阻值大體相同。
2.如權利要求1所述的磁式位置檢測裝置，其特征在于，包括磁通引導體，該磁通引導體設置在所述第一磁電轉換元件及第二磁電轉換元件、 與所述磁體之間，并由磁性體形成，所述磁通引導體是具有與所述磁體的磁化方向垂直的表面的板狀形狀， 沿所述磁體的磁化方向來看，所述磁通引導體是相對于所述第一直線對稱的形狀， 所述磁通引導體具有其板面的一部分與所述第一磁電轉換元件及第二磁電轉換元件重疊的形狀和配置，所述磁通引導體的中心點配置在比所述磁體的磁極的中心點更靠近所述磁性移動體的一側。
3.如權利要求2所述的磁式位置檢測裝置，其特征在于，所述磁通引導體是具有與所述磁體的磁化方向垂直的表面的板狀形狀，朝著與所述基板的表面所延伸出的假想平面靠近的方向突出的第一突出部及第二突出部在與所述第一直線垂直的方向上隔開間隔而設置，所述第一磁電轉換元件相對于所述第二磁電轉換元件配置在一個突出部側。
4.如權利要求2所述的磁式位置檢測裝置，其特征在于，所述磁通引導體是具有與所述磁體的磁化方向垂直的表面的板狀形狀，朝著與所述基板的表面所延伸出的假想平面靠近的方向突出的第一突出部及第二突出部在與所述第一直線垂直的方向上隔開間隔而設置，在所述第一突出部及第二突出部之間的中央附近包括洼下成凹狀以遠離所述基板的凹處，沿所述磁體的磁化方向來看，所述第二磁電轉換元件配置成與所述凹處有部分重疊， 所述第一磁電轉換元件配置成與除去所述凹處的磁通引導體的其他部分有部分重疊。
5.如權利要求1所述的磁式位置檢測裝置，其特征在于，所述橋式電路還包含設置在所述基板上、電阻值因隨著磁性移動體的移動而產生的所述磁場的變化而變化的第三磁電轉換元件及第四磁電轉換元件，所述檢測電路根據所述第一磁電轉換元件及第二磁電轉換元件的連接節點的電壓、與所述第三磁電轉換元件及第四磁電轉換元件的連接節點的電壓之間的電壓差，檢測出所述磁性移動體的移動，沿所述磁體的磁化方向來看，所述第三磁電轉換元件配置在所述第一直線上或其附近，在不與所述磁性移動體相對的情況下，所述第三磁電轉換元件及第四磁電轉換元件配置成使得所施加的磁場在基板表面的分量、與所述第一磁電轉換元件及第二磁電轉換元件大體相同。
6.如權利要求5所述的磁式位置檢測裝置，其特征在于，包括磁通引導體，該磁通引導體設置在所述第一磁電轉換元件至第四磁電轉換元件、 與所述磁體之間，并由磁性體形成，所述磁通引導體是具有與所述磁體的磁化方向垂直的表面的板狀形狀，沿所述磁體的磁化方向來看，所述磁通引導體是相對于所述第一直線對稱的形狀，所述磁通引導體具有其板面的一部分與所述第一磁電轉換元件及第二磁電轉換元件重疊的形狀和配置，所述磁通引導體的中心點配置在比所述磁體的磁極的中心點更靠近所述磁性移動體的一側。
7.如權利要求6所述的磁式位置檢測裝置，其特征在于，所述磁通引導體是具有與所述磁體的磁化方向垂直的表面的板狀形狀，朝著與所述基板的表面所延伸出的假想平面靠近的方向突出的第一突出部及第二突出部在與所述第一直線垂直的方向上隔開間隔而設置，所述第一磁電轉換元件及第四磁電轉換元件相對于所述第二磁電轉換元件及第三磁電轉換元件配置在所述突出部側。
8.如權利要求6所述的磁式位置檢測裝置，其特征在于，所述磁通引導體是具有與所述磁體的磁化方向垂直的表面的板狀形狀，朝著與所述基板的表面所延伸出的假想平面靠近的方向突出的第一突出部及第二突出部在與所述第一直線垂直的方向上隔開間隔而設置，在所述第一突出部及第二突出部之間的中央附近包括洼下成凹狀以遠離所述基板的凹處，沿所述磁體的磁化方向來看，所述第二磁電轉換元件及第三磁電轉換元件配置成與所述凹處有部分重疊，所述第一磁電轉換元件及第四磁電轉換元件配置成與除去所述凹處的磁通引導體的其他部分有部分重疊。
9.如權利要求1至8的任一項所述的磁式位置檢測裝置，其特征在于，所述磁電轉換元件是巨磁阻元件。
10.如權利要求1至9的任一項所述的磁式位置檢測裝置，其特征在于，當與在周面設置有凸部及凹部的磁性移動體的所述凹部相對時，所有所述磁電轉換元件配置成使得所有所述磁電轉換元件因所施加的磁場而產生的電阻值大體相同。
全文摘要
本發明提供磁式位置檢測裝置。可降低與磁式位置檢測裝置在制造上的偏差相對應的輸出信號的偏差，易于制造且價廉。此外，可改善裝置的特性。磁式位置檢測裝置包括基板、磁體、包含在基板上形成的第一至第四磁電轉換元件的橋式電路、以及檢測電路。基板的表面與磁體的磁化方向大體垂直，沿磁體的磁化方向來看，第二及第三磁電轉換元件配置在與垂直于磁體的磁化方向且垂直于磁性移動體的移動方向的直線平行的、通過磁體的磁極的中心點的直線上或其附近，在不與磁性移動體相對的情況下，第一及第四磁電轉換元件配置成使得所施加的磁場在基板表面的分量與第二及第三磁電轉換元件大體相同。
文檔編號G01D5/16GK102478405SQ20111022008
公開日2012年5月30日 申請日期2011年7月26日 優先權日2010年11月22日
發明者古川泰助, 小林浩, 川野裕司, 西川和康 申請人:三菱電機株式會社