DE2454522C2

DE2454522C2 - Magnetoresistives Schichtwiderstands-Element

Info

Publication number: DE2454522C2
Application number: DE2454522A
Authority: DE
Inventors: Hideo Yokohama Kanagawa Hara; Yoshimi Fujisawa Kanagawa Makino; Yoshimoto Mitaka Tokio/Tokyo Ohmura
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1973-11-17
Filing date: 1974-11-16
Publication date: 1990-08-23
Also published as: GB1486926A; DE2454522A1; FR2251917B1; NL7414829A; FR2251917A1; US3949346A; CA1018285A; IT1025751B

Description

B) rechtwinklig zueinander in einem Abstand — λ angeordnet sind.

3. Magnetoresistives Element nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Widerstandsstreifen (A, B) parallel zueinander in einem Abstand —-—Λ angeordnet sind.

Die Erfindung betrifft ein magnetoresistives Schichtwiderstands-Element entsprechend dem Oberbegriffdes Anspruches 1.

Ein magnetoresistives Schichtwiderstands-Element entsprechend dem Oberbegriff des Anspruches 1 ist Gegenstand des älteren Patents 24 33 645 und wird anhand von Fig. 1 noch näher erläutert. Beim Gegenstand dieses älteren Patents sind die beiden Widerstandsstreifen nebeneinander so auf dem Trägermaterial angeordnet, daß sie demselben Magnetfeld ausgesetzt sind.

Zum Erfassen magnetischer Felder sind ferner Sonden bekannt (DE-AS 12 81 578), deren Halbleiterschleife als Halbring, Ring, Spirale, rechter Winkel oder Mäander ausgebildet ist, wobei die Breite der einzelnen Windüngen der spiralförmigen Halbleiterschleife dem Abstand vom Spiralmittelpunkt verhältnisgleich ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein magnetoresistives Schichtwiderstands-Element entsprechend dem Oberbegriff des Anspruches 1 dahin weiterzuentwickeln, daß es zur Feststellung der Relativbewegung zwischen diesem magnetoresistivem Element und einem am Umfang mit abwechselnd gepolten Magneten versehenen verschieblichen TeH geeignet ist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch das kennzeichnende Merkmal des Anspruches 1 gelöst.

Zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Die Erfindung wird anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 ein magnetoresistives Element (entsprechend dem Gegenstand des älteren Patents 24 33 645), bei dem zwei Widerstandsstreifen vorgesehen sind, deren Stromleitfahigkeit im wesentlichen in zwei Richtungen senkrecht zueinander verläuft;

Fig. 5 eine bekannte Einrichtung;

Fig. 2, 3,4, 6 und 7 Schemadarstellungen zur Erläuterung des Aufbaues und der Funktion der Anordnung gemäß dem älteren Patent;

Fig. 8 ein Ausfuhrungsbeispiel, bei dem die beiden ferromagnetischen Widerstandsstreifen um eine Wellenlänge voneinander entfernt sind und ihre Stromleitfahigkeit hauptsächlich in Richtungen besitzen, die rechtwinklig zueinander verlaufen;

Fig. 9 ein zweites Ausführungsbeispiel, bei dem die Widerstandsstreifen voneinander um eine halbe Wellenlänge entfernt sind;

Fig. 10 und 11 Schemadarstellungen von zwei weiteren Ausführungsbeispielen, bei denen die Widerstandsstreifen voneinander um Abstände entfernt sind, die V/a Wellenlänge bzw. ¹A Wellenlänge des wechselnden Magnetfeldes H betragen.

Zur Erläuterung der Unterschiede der Erfindung gegenüber dem älteren Patent seien zunächst die F i g. 1 bis 4 und 6 bis 7 betrachtet, die die Einrichtung entsprechend dem älteren Patent zeigen. Wie insbesondere in F i g. 1 veranschaulicht ist, enthält das magnetoresistive Element 1 zwei Widerstandsstreifen A und B, die aus einem ferromagnetischen Material mit magnetoresistivem Effekt bestehen. Die Längsrichtung des Streifens A verläuft senkrecht zur Längsrichtung des Streifens B. Die Streifen A und B sind elektrisch miteinander in Reihe geschaltet. Stromanschlüsse TA und 75 sind an entgegengesetzten Enden der Streifen A und B vorhanden. Vorzugsweise besteht jeder Streifen aus einer Legierung, die etwa 80 Gew.-% Nickel und etwa 20 Gew.-% Kobalt enthält. Ein Ausgangsanschluß S ist mit der Verbindungsstelle zwischen den Streifen A und B verbunden. Eine Stromquelle 8 liegt zwischen den Anschlüssen TA und TB. Der eine der beiden Stromanschlüsse, nämlich 75, ist ferner mil Masse verbunden. Die ganze Schaltung bildet einen Meßkreis zur Messung von Magnetfeldern.

Die ferromagnetischen Widerstandsstreifen A und 5 enthalten eine Anzahl von Hauptstromwegen ζ Α und IB mit zugehörigen Verbindungsteilen 3/4,35. Die Hauptstrom wege 2/4 und IB laufen im wesentlichen senkrecht zueinander. Der letzte Stromweg AA der Hauptstromwege IA ist mitdem ersten Stromweg45 derHaupt-( >5 Stromwege 25 verbunden. Der Verbindungspunkt des letzten Stromweges 4A und des ersten Stromweges 45 ist mit dem Ausgangsanschluß 5 verbunden.

Die F ig. 2 und 4 veranschaulichen die elektrische Schaltung der Anordnung gemäß Fig. 1. Die Widerstandsstreifen A und 5 sind über eine Batterie 8 in Reihe geschaltet, wobei eine Seite am Anschluß 75 an Masse

liegt Der Ausgangsanschluß 5 ist an die Verbindungsstelle zwischen den Streifen A und B angeschlossen. Das Magnetfeld zu einem bestimmten Zeitpunkt ist durch den BuchstabenH gekennzeichnet Fig. 3 zeigt die Änderung der Spannung am Ausgangsanschluß 5 in Abhängigkeit vom Winkel 0..

F i g. 5 zeigt eine bekannte Einrichtung, bei der ein Wandler 12 neben einem Drehtisch 10 angeordnet ist, der an seinem Umfang eine Vielzahl von Magnetpolen 11 aufweist, so daß abwechselnd Nord- und Südpole am s Wandler 12 vorbeilaufen. Das Ausgangssignal des Wandlers 12 steuert über einen Servoverstärker 13 den Motor 14, der den Drehtisch 10 antreibt

F i g. 6 zeigt schematisch die räumliche Lage der Widerstandsstreifen A und B gegenüber den am Umfang des Drehtisches 10 angebrachten Magnetpolen 11. Der Pfeil ν in Fig. 6 kennzeichnet die Drehrichtung des Drehtisches 10. ίο

Gemäß Fig. 6 stellt der Widerstandsstreifen A eine etwas andere Richtung des Magnetfeldes H fest als der Widerstandsstreifen B (Grund hierfür ist der Abstand / der Widerstandsstreifen A, B voneinander in Richtung der Relativbewegung). Demgemäß verringert sich die Ausgangsspannung des magnetoresistiven Elements 1 etwas, und die Wellenform der Ausgangsspannung wird verzerrt

Die vorliegende Erfindung beruht nun auf dem Prinzip, die Widerstandsstreifen A und B in Abständen von-K einander anzuordnen, die wenigstens ¹A des Abstandes λ gleichnamiger magnetischer Pole oder ein Vielfaches H hiervon betragen. Ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in F i g. 8 dargestellt Hierbei sind die Wider-

t Standsstreifen um den Abstand λ gleichnamiger magnetischer Pole voneinander entfernt Die Streifen A, B sind über die Anschlüsse TA, TB an eine Stromquelle angeschlossen und miteinander über einen Leiter 17 verbun- ψ den. Der Ausgangsanschluß ist mit 5 bezeichnet Das Magnetfeld ist mit H bezeichnet

¹ Ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in F i g. 9 dargestellt. Hier sind die Widerstandsstreifen A

und B um den halben Abstand (¹A λ) gleichnamiger Pole voneinander entfernt.

Die Fig. 10 und 11 veranschaulichen ein drittes und viertes Ausführungsbeispiel. Gemäß Fig. 10 sind die Widerstandsstreifen um I¹A λ voneinander getrennt, gemäß F ig. 11 um ¹A λ. Für gleiche Teile sind bei allen Ausführungsbeispielen dieselben Bezugszeichen vorgesehen. ' Was nun die Ausfuhrungsbeispiele der F i g. 8 und 9 im allgemeinen betrifft, so kann der Streifen A vom Streifen B um-η λ entfernt sein, wobei π = 0,1,2,... Ist η eine gerade Zahl, so wirkt das Magnetfeld //jeweils unter ( 2

[ demselben Winkel auf die Streifen A und B. Ist π dagegen eine ungerade Zahl., so wirkt das Magnetfeld H auf die

j Streifen A und B unter Winkeln, die gegeneinander um 180° versetzt sind. Demgemäß sind die elektrischen

■; Widerstände ρ A und pB der Streifen A und B gegeben durch

Λ ρ A -pi sin² 0 + p„ cos² 0, (1)

I₁! pB = pi cos² (0 + n) + pn sin² (0 + π). (2)

Hierbei ist pi der Widerstand des Streifens A oder B, wenn er mit einem Magnetfeld senkrecht zur Längsrich-1 ' tung des Streifens gesättigt ist, und p„ der Widerstand, wenn der Streifen mit einem Magnetfeld parallel zur ^r Längsrichtung des Streifens gesättigt ist.

I Die Ausgangsspannung V₉ ergibt sich dann zu

V_e J^-J ^{Kü (3)}

Es gilt ferner

[τ, pi cos² (0 + n) + pn sin² (Θ + k) = pi cos² 0 + p„ sin² 0.

Demgemäß entspricht Vg in der obigen Gleichung (3) dem Wert V₆ in der Gleichung (3) des älteren Patents.

I^ Beiden Ausführungsbeispielen der F ig. 10 und 11 ist der Streifen A vom Streifen A 'um die Länget + -Aent-

s 4

[ fernt, wobei / der Abstand gleichnamiger Magnetpole ist (vgl. Fig. 10). Das wechselnde Magnetfeld H wirktauf

I den Streifen A unter einem Winkel 0° und auf den Streifen A' unter einem Winkel von 90°.

' Allgemein ausgedrückt, kann ein Streifen A vom Streifen A' um eine Länge d = -ηλ + -λ entfernt sein,

2 4

\ wobei η = 0,1,2,... Ist η = 0 oder eine gerade Zahl und gilt damit d = - λ, 1- λ, 2- λ..., so gelten die folgenden

^ Beziehungen: 4 4 4

ρA = pi cos² θ + pn sin² 0, (4)

Γ PA' = pi cos'0' + pn sin²0', (5)

wobei©' = 0 + -.

Demgemäß gilt
;V p A' = pi cos² (Θ + I) + pn sin² [Θ + ί ). (5)'

COS

Bei 0° S 0 S 90° und 180° ^ 0 Ξ 270°,

cos [Θ + - J = -sin©.
Bei 90° < 0 < 180° und 270° £ © < 360° gilt

' ^π\ - \ 2/ ~ ^Sm

Demgemäß gilt cos² (θ + - ) = sin²0.
Bei 0° < 0 < 90° und 180° < 0 < 270° gilt

sin (θ + - J = cos 0;

₂₀ bei 90° S 0 S 180° und 270° <0< 360°, gilt
0+-I = - COS 0.

Ist η eine ungerade Zahl bzw. ist die Länge d = -X, 1- λ, 2- λ..., so gelten die folgenden Beziehungen:

4 4 4

Demgemäß gilt
40 ρA' = picos² (θ -1) + p„ sin² (θ " |); W

θ -^) = sinö; "*

\ 2/ w

(\
0--J = - cos 0;

bei 90° S 0 S 180° und 270° S 0 S 360°, gilt

sin (0 - - ) = cos 0.
65 V ¹J

Demgemäß gilt sin² (Θ - — J = cos² Θ; die Gleichung (7)' entspricht somit Gleichung (4). *

Der elektrische Leiter 17, der die Streifen A und B verbindet, besteht nicht aus ferromagnetischem Material.
Die oben anhand von vier Ausführungsbeispielen erläuterte Erfindung besitzt folgende Vorzüge:

1. Die Frequenz des Ausgangssignais des magnetoresistiven Elements ist doppelt so groß wie die Frequenz
des wechselnden Magnetfeldes. Es ist demgemäß einfach, eine Schaltung für das Steuersystem zu entwik- 5 kein.

2. Das magnetoresistive Element wird durch ein äußeres Magnetfeld sowie durch Temperaturänderungen
nicht beeinflußt.

3. Die Ausgangsspannung des magnetoresistiven Elements kann im Vergleich zu der des magnetoresistiven
Elements gemäß Fig. 1 vergrößert werden. io

4. Das magnetoresistive Element besitzt eine erhöhte Genauigkeit und Verzerrungsfreiheit der Wellenform
der Ausgangsspannung.

Bei den in den Fig. 10 und 11 dargestellten Ausfuhrungsbeispielen besitzen die beiden Widerstandsstreifen
ihre Stromleitfähigkeit im wesentlichen in derselben Richtung. 15

Hierzu 5 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Magnetoresistives Schichtwiderstands-Element mit einem elektrisch isolierenden Trägermaterial, enthaltend zwei aus ferromagnetischem Metall bestehende, jeweils ein Mäandermusterbildende Widerstandsstreifen (A, 5), die an einem Ende mit Stromanschlüssen (7 A, TB) und am anderen Ende miteinander sowie mit einem Ausgangsanschluß (S) verbunden sind, zur Feststellung der Relativbewegung zwischen dem magnetoresistiven Schichtwiderstands-Element (1) und einem am Umfang mit abwechselnd gepolten Magneten im Abstand (λ/2) versehenen verschieblichen Teil (10), dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis des Abstandes (/) der Widerstandsstreifen (A, B) voneinander in Richtung der Relativbewegung zum Abstand U) gleichnamiger magnetischer Pole gleich λ/4 ist (wobei η eine ganze Zahl ist).

2. Magnetoresistives Element nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Widerstandsstreifen (A,