JP2009229231A

JP2009229231A - Magnetic encoder

Info

Publication number: JP2009229231A
Application number: JP2008074505A
Authority: JP
Inventors: Makito Takigawa; 眞喜人瀧川
Original assignee: Alps Electric Co Ltd
Current assignee: Alps Alpine Co Ltd
Priority date: 2008-03-21
Filing date: 2008-03-21
Publication date: 2009-10-08
Anticipated expiration: 2028-03-21
Also published as: JP5054586B2

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a magnetic encoder for detecting the moving direction of a magnet while maintaining miniaturization. SOLUTION: A magnetic encoder includes a magnetic sensor consisting of a magnet 11 wherein a plurality of magnet poles composed of N-poles and S-poles are alternately magnetized along the moving direction and a plurality of magnetoresistance effect elements R11-R23 oppositely disposed in the vicinity of the magnet 11 along the moving direction. The plurality of magnetoresistance effect elements R11-R23 are connected in series, and the one end is connected with a power supply terminal T1 and the other end is connected with a ground terminal T2. An intermediate point which divides the plurality of magnetoresistance effect elements R11-R23 into the same number is set for an output terminal TO, and the magnetoresistance effect elements R11-R13 at the power supply terminal T1 side from the intermediate point and the magnetoresistance effect elements R21-R23 at the ground terminal T2 side are disposed alternately along the moving direction. The magnetic encoder detects the moving direction of the magnet 11 by detecting whether the pulse voltage output from the output terminal TO increases or decreases with moving of the magnet 11. COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、磁気エンコーダに関し、特に、磁気センサとしてＧＭＲ素子を用いたＧＭＲセンサを備える磁気エンコーダに関する。 The present invention relates to a magnetic encoder, and more particularly to a magnetic encoder including a GMR sensor using a GMR element as a magnetic sensor.

従来、ステッピングモータなどのロータの回転方向や回転角度を検出するためのセンサとして、巨大磁気抵抗効果を利用した磁気抵抗効果素子(ＧＭＲ(giant magneto resistive)素子)を用いた磁気エンコーダが用いられている。この磁気エンコーダにおいては、ＡＢ２相の出力を持たせ、Ａ相―Ｂ相間の位相差により回転方向を検出していた。 Conventionally, a magnetic encoder using a magnetoresistive effect element (GMR (giant magneto resistive) element) using a giant magnetoresistive effect has been used as a sensor for detecting the rotation direction and rotation angle of a rotor such as a stepping motor. Yes. In this magnetic encoder, the output of the AB2 phase is provided, and the rotation direction is detected by the phase difference between the A phase and the B phase.

例えば、図１３及び図１４に示すように、Ａ相用ＧＭＲ素子２ａ〜２ｄと、Ｂ層用ＧＭＲ素子３ａ〜３ｄを設け、これらＧＭＲ素子に対向する円板状多極磁石体を回転させることで、Ａ相出力及びＢ相出力を得る。これらＡ相出力波形の立ち上がりと、Ｂ相出力波形の立ち上がりとのタイミング差に基づいて、円板状多極磁石体の回転方向を検出するようになされている。
特開２００７−１９９００７号公報 For example, as shown in FIGS. 13 and 14, A-phase GMR elements 2a to 2d and B-layer GMR elements 3a to 3d are provided, and a disk-shaped multipolar magnet body facing these GMR elements is rotated. Thus, an A phase output and a B phase output are obtained. Based on the timing difference between the rise of the A-phase output waveform and the rise of the B-phase output waveform, the rotation direction of the disk-shaped multipolar magnet body is detected.
Japanese Patent Laid-Open No. 2007-199007

ところで、一般的なエンコーダでは、ＡＢ両相のＧＭＲセンサを一列に配置可能であるが、高密度エンコーダでは、前記円板状多極磁石体の着磁ピッチ当たりのＧＭＲ素子の数が多いことにより、一列に並べることが困難であった。従って、高密度エンコーダでは、ＡＢ２相分のセンサを設ける必要がある分、外形が大きくなる問題があった。 By the way, in a general encoder, AB both-phase GMR sensors can be arranged in a row, but in a high-density encoder, the number of GMR elements per magnetization pitch of the disk-shaped multipole magnet body is large. It was difficult to line up in a row. Therefore, in the high-density encoder, there is a problem that the outer shape becomes large because it is necessary to provide a sensor for two phases AB.

本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであり、一段と小型の磁気エンコーダを提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such problems, and an object thereof is to provide a magnetic encoder that is much smaller.

本発明の磁気エンコーダは、所定方向に移動し、移動方向に沿ってＮ極とＳ極とからなる複数の磁極が交互に着磁された磁石体と、前記磁石体の近傍に前記移動方向に沿って対向配置された磁気センサとを具備し、前記磁気センサは複数の磁気抵抗効果素子からなり、該複数の磁気抵抗効果素子は直列接続されてその一端を電源端子に接続し、他端をグランド端子に接続する一方、該直列接続された複数の磁気抵抗効果素子を同数ずつに分ける中点を前記磁気センサの出力端子とし、該中点よりも前記電源端子側の磁気抵抗素子と、前記グランド端子側の磁気抵抗素子とが、前記移動方向に沿って交互に配置されてなり、
前記出力端子から出力されるパルス電圧が、前記磁石体の移動とともに増大するか、減少するかを検出して前記磁石体の移動方向を検知する。 The magnetic encoder of the present invention moves in a predetermined direction, a magnet body in which a plurality of magnetic poles composed of N poles and S poles are alternately magnetized along the moving direction, and in the moving direction in the vicinity of the magnet body. A plurality of magnetoresistive elements, the plurality of magnetoresistive elements are connected in series, one end of which is connected to the power supply terminal, and the other end is connected to the magnetic sensor. While connecting to the ground terminal, the middle point dividing the plurality of magnetoresistive effect elements connected in series into the same number as the output terminal of the magnetic sensor, the magnetoresistive element closer to the power supply terminal than the middle point, The magnetoresistive elements on the ground terminal side are alternately arranged along the moving direction,
The moving direction of the magnet body is detected by detecting whether the pulse voltage output from the output terminal increases or decreases as the magnet body moves.

上記磁気エンコーダによれば、単相の磁気抵抗効果素子を用いて移動方向の検出を行うことができるので、一段と小型の磁気エンコーダを実現することができる。 According to the above magnetic encoder, since the direction of movement can be detected using a single-phase magnetoresistive element, a much smaller magnetic encoder can be realized.

また上記磁気エンコーダにおいて、磁石体は、回転体であり、該回転体の外周側面に回転方向に沿って、Ｎ極及びＳ極が着磁されていることが好ましい。この場合には、単相の磁気抵抗効果素子を用いて回転方向の検出を行うことができるので、一段と小型の回転型の磁気エンコーダを実現することができる。 In the magnetic encoder, it is preferable that the magnet body is a rotating body, and an N pole and an S pole are magnetized along the rotation direction on the outer peripheral side surface of the rotating body. In this case, since the rotation direction can be detected using a single-phase magnetoresistive element, a much smaller rotary magnetic encoder can be realized.

また上記磁気エンコーダにおいて、前記磁気センサの複数の磁気抵抗効果素子は、前記移動方向への並び順に抵抗値が大きく、または小さくなるように配置されていることが好ましい。この場合には、磁石体の移動に伴って、出力端子の出力電圧値の変化が顕著となることにより、一段と容易に移動方向の検出を行うことができる。 In the magnetic encoder, it is preferable that the plurality of magnetoresistive elements of the magnetic sensor are arranged so that the resistance value becomes larger or smaller in the order of arrangement in the moving direction. In this case, since the change in the output voltage value of the output terminal becomes significant as the magnet body moves, the moving direction can be detected more easily.

また上記磁気エンコーダにおいて、前記磁気センサの複数の磁気抵抗効果素子は、前記磁石体の着磁の１極分の範囲内に配置されていることが好ましい。この場合には、磁石体が１極分移動する間に、磁気抵抗効果素子の数の分だけパルスを得ることができる。このパルスのピーク値の変化に基づいて移動方向を検出することができる。 In the magnetic encoder, it is preferable that the plurality of magnetoresistive elements of the magnetic sensor are arranged within a range corresponding to one pole of magnetization of the magnet body. In this case, pulses corresponding to the number of magnetoresistive elements can be obtained while the magnet body moves by one pole. The moving direction can be detected based on the change in the peak value of the pulse.

本発明によれば、一段と小型の磁気エンコーダを提供することができる。 According to the present invention, a much smaller magnetic encoder can be provided.

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に示すように、磁気エンコーダ１０は、例えば、回転角度、回転方向又は回転速度等を検出する装置であり、主として磁石体１１と、磁石体１１を回転自在に支持する回転体１２と、回転体１２を回転自在に支持する筺体９と、磁気抵抗効果素子からなる磁気センサ２０とを有している。 Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
As shown in FIG. 1, the magnetic encoder 10 is a device that detects, for example, a rotation angle, a rotation direction, a rotation speed, or the like, and mainly includes a magnet body 11 and a rotating body 12 that rotatably supports the magnet body 11. It has a housing 9 that rotatably supports the rotating body 12 and a magnetic sensor 20 made of a magnetoresistive effect element.

磁石体１１は、リング状に形成されており、その内面が、円板状に形成された回転体１２の外周側面に固定されている。磁石体１１の外周側面１１Ａには、Ｎ極及びＳ極からなる複数の磁極が交互に着磁された磁気パターンが形成されている。 The magnet body 11 is formed in a ring shape, and its inner surface is fixed to the outer peripheral side surface of the rotating body 12 formed in a disk shape. On the outer peripheral side surface 11A of the magnet body 11, a magnetic pattern in which a plurality of magnetic poles composed of N poles and S poles are alternately magnetized is formed.

磁石体１１と回転体１２は、筺体９に設けられた円形状の凹部９Ａ内に配置されている。図２に示すように、筺体９の中心には、中心孔９ａが形成されており、回転体１２の中心に形成された回転軸１２ａが挿通されている。磁石体１１は、回転体１２の回転軸１２ａを軸中心として、凹部９Ａ内で回転方向ｒａ１又は回転方向ｒａ２に回転自在に支持されている。 The magnet body 11 and the rotating body 12 are disposed in a circular recess 9 A provided in the housing 9. As shown in FIG. 2, a center hole 9 a is formed at the center of the housing 9, and a rotating shaft 12 a formed at the center of the rotating body 12 is inserted. The magnet body 11 is rotatably supported in the rotation direction ra1 or the rotation direction ra2 in the recess 9A with the rotation shaft 12a of the rotation body 12 as an axis center.

筺体９には、凹部９Ａの一部を外周方向に切り欠いた切欠き部９ｂが形成されており、磁気センサ２０は、この切欠き部９ｂ内に、磁石体１１の外周面１１Ａと対向するように固定されている。磁気センサ２０には、複数の磁気抵抗効果素子Ａ（個別にＲ１１、Ｒ２１、Ｒ１２、Ｒ２２、Ｒ１３、Ｒ２３として示す）が設けられている。 The housing 9 is formed with a notch 9b in which a part of the recess 9A is notched in the outer circumferential direction, and the magnetic sensor 20 faces the outer circumferential surface 11A of the magnet body 11 in the notch 9b. So that it is fixed. The magnetic sensor 20 is provided with a plurality of magnetoresistive elements A (individually indicated as R11, R21, R12, R22, R13, R23).

図３に示すように、磁気センサ２０には、複数の磁気抵抗効果素子Ｒ１１〜Ｒ２３が一列に配置されており、これら一列に配置された磁気抵抗効果素子Ｒ１１〜Ｒ２３のうち、１つ置きに配置された磁気抵抗効果素子Ｒ１１、Ｒ１２及びＲ１３が直列に接続されており、また、１つ置きに配置された磁気抵抗効果素子Ｒ２１、Ｒ２２及びＲ２３が直列に接続されている。 As shown in FIG. 3, the magnetic sensor 20 includes a plurality of magnetoresistive elements R11 to R23 arranged in a line, and every other one of the magnetoresistive elements R11 to R23 arranged in the line. The arranged magnetoresistive effect elements R11, R12 and R13 are connected in series, and every other arranged magnetoresistive effect elements R21, R22 and R23 are connected in series.

また、直列に接続された磁気抵抗効果素子Ｒ１１〜Ｒ１３とＲ２１〜Ｒ２３とは、磁気抵抗効果素子Ｒ１１とＲ２１とが接続されることにより、全体として直列接続されている。磁気抵抗効果素子Ｒ１１とＲ２１との間には、出力端子ＴＯが接続されている。また、磁気抵抗効果素子Ｒ１３には電源端子Ｔ１が接続されると共に、磁気抵抗効果素子Ｒ２３には、グランド端子Ｔ２が接続されている。 In addition, the magnetoresistive effect elements R11 to R13 and R21 to R23 connected in series are connected in series as a whole by connecting the magnetoresistive effect elements R11 and R21. An output terminal TO is connected between the magnetoresistive elements R11 and R21. The magnetoresistive element R13 is connected to a power supply terminal T1, and the magnetoresistive element R23 is connected to a ground terminal T2.

なお、磁気センサ２０に設けられたこれら磁気抵抗効果素子Ｒ１３〜Ｒ２３は、磁石体１１のＮ極（又はＳ極）の１極の範囲内に収まるように配置されている。 In addition, these magnetoresistive effect elements R13 to R23 provided in the magnetic sensor 20 are arranged so as to be within a range of one pole of the N pole (or S pole) of the magnet body 11.

図４は、図３に示した磁気センサ２０に配置された磁気抵抗効果素子Ｒ１１〜Ｒ２３、出力端子ＴＯ、電源端子Ｔ１及びグランド端子Ｔ２の接続状態を示す図である。図４に示すように、電源端子Ｔ１とグランド端子Ｔ２との間には、抵抗値が同等の６つの磁気抵抗効果素子Ｒ１１〜Ｒ２３が直列接続されており、３つの磁気抵抗効果素子Ｒ１１〜Ｒ１３と、３つの磁気抵抗効果素子Ｒ２１〜Ｒ２３とを分ける位置（磁気抵抗効果素子Ｒ１１とＲ２１との間）には、出力端子ＴＯが接続されている。 FIG. 4 is a diagram illustrating a connection state of the magnetoresistive elements R11 to R23, the output terminal TO, the power supply terminal T1, and the ground terminal T2 arranged in the magnetic sensor 20 illustrated in FIG. As shown in FIG. 4, six magnetoresistive elements R11 to R23 having the same resistance value are connected in series between the power supply terminal T1 and the ground terminal T2, and the three magnetoresistive elements R11 to R13 are connected in series. The output terminal TO is connected to a position where the three magnetoresistive elements R21 to R23 are separated (between the magnetoresistive elements R11 and R21).

すなわち、複数の磁気抵抗効果素子Ｒ１１〜Ｒ２３は、電源端子Ｔ１及びグランド端子Ｔ２間に直列接続され、該直列接続された複数の磁気抵抗効果素子Ｒ１１〜Ｒ２３を同数ずつに分ける中点を回転検出用の出力端子ＴＯとし、該中点よりも電源端子Ｔ１側の磁気抵抗素子Ｒ１１、Ｒ１２、Ｒ１３と、グランド端子Ｔ２側の磁気抵抗素子Ｒ２１、Ｒ２２、Ｒ２３とが、磁石体１１の回転方向に沿って交互に配置されている。 That is, the plurality of magnetoresistive effect elements R11 to R23 are connected in series between the power supply terminal T1 and the ground terminal T2, and the midpoint is divided to divide the series connected magnetoresistive effect elements R11 to R23 into the same number. Output terminal TO, and the magnetoresistive elements R11, R12, R13 on the power supply terminal T1 side from the midpoint and the magnetoresistive elements R21, R22, R23 on the ground terminal T2 side in the rotation direction of the magnet body 11 Alternatingly arranged along.

これにより、全ての磁気抵抗効果素子Ｒ１１〜Ｒ２３の抵抗値が同じ初期状態（例えば全ての磁気抵抗効果素子Ｒ１１〜Ｒ２３の抵抗値が「Low」）において、第１に、磁気抵抗効果素子Ｒ１１の抵抗値が変化すると、出力端子ＴＯの出力電圧は該変化分だけ変化し、第２に、磁気抵抗効果素子Ｒ１１の抵抗値が変化した状態でさらに磁気抵抗効果素子Ｒ２１の抵抗値が変化すると、出力端子ＴＯを中心として、磁気抵抗効果素子Ｒ１１〜Ｒ１３側の合成抵抗値と、磁気抵抗効果素子Ｒ２１〜Ｒ２３側の合成抵抗値とが同等の抵抗値となることにより、出力端子ＴＯの出力電圧は、初期状態における出力電圧に戻ることになる。 Thereby, in the initial state where all the magnetoresistive elements R11 to R23 have the same resistance value (for example, the resistance values of all the magnetoresistive elements R11 to R23 are “Low”), first, the magnetoresistive elements R11 When the resistance value changes, the output voltage of the output terminal TO changes by the change amount. Second, when the resistance value of the magnetoresistive element R21 further changes while the resistance value of the magnetoresistive element R11 changes, With the output terminal TO as the center, the combined resistance value on the magnetoresistive effect elements R11 to R13 side and the combined resistance value on the magnetoresistive effect elements R21 to R23 side become equivalent resistance values, whereby the output voltage of the output terminal TO Will return to the output voltage in the initial state.

さらに、第３に、この状態から磁気抵抗効果素子Ｒ１２の抵抗値が変化すると、出力端子ＴＯの出力電圧は、該変化分だけ初期状態から変化する。 Third, when the resistance value of the magnetoresistive effect element R12 changes from this state, the output voltage of the output terminal TO changes from the initial state by the change amount.

このようにして、磁気抵抗効果素子Ｒ１１〜Ｒ２３が、その並び順に、Ｒ１１、Ｒ２１、Ｒ１２、Ｒ２２、Ｒ１３及びＲ２３の順に変化することにより、出力端子ＴＯの出力電圧は、例えば初期状態とＨレベルとの間を繰り返し変化することになる。すなわち、磁石体１１が回転することで、磁気抵抗効果素子Ｒ１１〜Ｒ２３が、その並び順に、Ｒ１１、Ｒ２１、Ｒ１２、Ｒ２２、Ｒ１３及びＲ２３の順に変化し、出力端子ＴＯの出力電圧は、例えば初期状態とＨレベル（又はＬレベル）との間を繰り返し変化することになる。 In this way, the magnetoresistive effect elements R11 to R23 change in the order of R11, R21, R12, R22, R13, and R23 in the order of arrangement, so that the output voltage of the output terminal TO is, for example, the initial state and the H level. It will change repeatedly between. That is, as the magnet body 11 rotates, the magnetoresistive elements R11 to R23 change in the order of R11, R21, R12, R22, R13, and R23, and the output voltage of the output terminal TO is, for example, the initial value The state repeatedly changes between the H level (or L level).

ここで、複数の磁気抵抗効果素子を用いた磁気センサの特性として、複数の磁気抵抗効果素子Ｒ１１〜Ｒ２３が配列されている状態において、そのうちの１つずつが順次「High」（抵抗値が高い状態）に変化して行く場合、既に「High」に変化している磁気抵抗効果素子の素子数が多いほど、次の磁気抵抗効果素子が「High」になった場合の出力端子ＴＯにおける電圧変化（初期状態に対する電圧変化）が小さくなる。 Here, as a characteristic of a magnetic sensor using a plurality of magnetoresistive effect elements, in a state where the plurality of magnetoresistive effect elements R11 to R23 are arranged, one of them is sequentially “High” (the resistance value is high). State), the voltage change at the output terminal TO when the next magnetoresistive element becomes “High” as the number of magnetoresistive elements that have already changed to “High” increases. (Voltage change with respect to the initial state) is reduced.

本実施の形態においては、このような磁気抵抗効果素子の特性を利用するために、磁石体１１のＮ極（Ｓ極）の１極分に相当する長さＬ１（図３）の範囲内に、出力端子ＴＯを境とした電源側の磁気抵抗効果素子Ｒ１１〜Ｒ１３及びグランド側の磁気抵抗効果素子Ｒ２１〜Ｒ２３を交互に配置し、磁石体１１の回転に伴って、順次１つずつの磁気抵抗効果素子の抵抗値が変化するように構成することで、出力端子ＴＯの出力電圧としては、初期状態と「High」レベル（又は「Low」レベル）との間を繰り返し変化することとなる。そして、この場合、全ての磁気抵抗効果素子Ｒ１１〜Ｒ２３が、磁石体１１の磁極（Ｎ極又はＳ極）の１極分に収まる範囲内に配置されていることにより、一旦抵抗値が「High」（又は「Low」）に変化した磁気抵抗効果素子の該抵抗値は、全ての磁気抵抗効果素子Ｒ１１〜Ｒ２３が磁石体１１の該１つの磁極に対向する位置に到来してこれらの抵抗値が「High」（又は「Low」）になるまで、維持されることになる。 In the present embodiment, in order to utilize such characteristics of the magnetoresistive effect element, the length L1 (FIG. 3) corresponding to one pole of the N pole (S pole) of the magnet body 11 is included. , The power-side magnetoresistive elements R11 to R13 and the ground-side magnetoresistive elements R21 to R23 are alternately arranged with the output terminal TO as a boundary. By configuring so that the resistance value of the resistive element changes, the output voltage of the output terminal TO repeatedly changes between the initial state and the “High” level (or “Low” level). In this case, since all of the magnetoresistive elements R11 to R23 are arranged within a range of one magnetic pole (N pole or S pole) of the magnet body 11, the resistance value is once "High". ”(Or“ Low ”), the resistance values of the magnetoresistive effect elements arrive at positions where all the magnetoresistive effect elements R11 to R23 face the one magnetic pole of the magnet body 11, and these resistance values Is maintained until “High” (or “Low”).

これにより、上記磁気抵抗効果素子の特性を利用することができ、出力端子ＴＯの出力電圧は、磁石体１１のＮ極（Ｓ極）の１極分が磁気センサ２０の前を横切る間に、順次発生するパルス波形のピーク電圧の初期状態に対する電圧変化が順次小さくなる（又は大きくなる）ことにより、この変化を検出器３０により検出して、回転方向を判断するようになされている。 Thereby, the characteristics of the magnetoresistive effect element can be used, and the output voltage of the output terminal TO is obtained while one pole of the N pole (S pole) of the magnet body 11 crosses the front of the magnetic sensor 20. The voltage change with respect to the initial state of the peak voltage of the sequentially generated pulse waveform is sequentially reduced (or increased), so that this change is detected by the detector 30 to determine the rotation direction.

図５は、図１乃至図４に示した構成により、磁石体１１を矢印ｒａ１（図３）方向へ回転させた場合の、磁気センサ２０の出力端子ＴＯから出力される出力電圧Out[V]を示す図であり、図６は、その信号波形図である。 5 shows an output voltage Out [V] output from the output terminal TO of the magnetic sensor 20 when the magnet body 11 is rotated in the direction of the arrow ra1 (FIG. 3) with the configuration shown in FIGS. FIG. 6 is a signal waveform diagram thereof.

図５に示すように、磁気抵抗効果素子Ｒ１１〜Ｒ２３の抵抗値が全て「Low」である場合において、磁石体１１が矢印ｒａ１（図３）で示す方向に回転することによって該磁石体１１の例えばＮ極（Ｓ極）がこれら磁気抵抗効果素子Ｒ１１〜Ｒ２３の前を横切る位置にさしかかると、まず、回転方向ｒａ１の上流側にある磁気抵抗効果素子Ｒ１１の抵抗値が「Low」から「High」に変化する。これにより、出力端子ＴＯの出力電圧Out[V]は、2.500[V]から2.582[V]に変化する。そして、磁気抵抗効果素子Ｒ１１に続いて磁気抵抗効果素子Ｒ２１の抵抗値が「Low」から「High」に変化すると、磁気抵抗効果素子Ｒ１１、Ｒ１２、Ｒ１３とＲ２１、Ｒ２２、Ｒ２３との中点電圧である出力端子ＴＯの出力電圧は、初期状態である2.500[V]に戻る。 As shown in FIG. 5, when the resistance values of the magnetoresistive elements R 11 to R 23 are all “Low”, the magnet body 11 rotates in the direction indicated by the arrow ra 1 (FIG. 3) to For example, when the N pole (S pole) reaches a position crossing these magnetoresistive elements R11 to R23, first, the resistance value of the magnetoresistive element R11 on the upstream side in the rotation direction ra1 is changed from “Low” to “High”. To change. As a result, the output voltage Out [V] of the output terminal TO changes from 2.500 [V] to 2.582 [V]. When the resistance value of the magnetoresistive effect element R21 changes from “Low” to “High” following the magnetoresistive effect element R11, the midpoint voltage between the magnetoresistive effect elements R11, R12, R13 and R21, R22, R23 The output voltage of the output terminal TO is returned to the initial state of 2.500 [V].

さらに、磁気抵抗効果素子Ｒ１２の抵抗値が「Low」から「High」に変化すると、出力端子ＴＯの出力電圧Out[V]は、2.500[V]から2.579[V]に変化する。この場合、１つの磁気抵抗効果素子Ｒ１１の抵抗値が既に「High」に変化して該「High」を維持していることにより、磁気抵抗効果素子の特性により、１つめの磁気抵抗効果素子Ｒ１１の抵抗値が「High」となった場合の出力電圧2.582[V]よりも低い値（初期状態からの電圧変化が小さい値）となる。そして、磁気抵抗効果素子Ｒ１２に続いて磁気抵抗効果素子Ｒ２２の抵抗値が「Low」から「High」に変化すると、磁気抵抗効果素子Ｒ１１、Ｒ１２、Ｒ１３とＲ２１、Ｒ２２、Ｒ２３との中点電圧である出力端子ＴＯの出力電圧は、初期状態である2.500[V]に戻る。 Furthermore, when the resistance value of the magnetoresistive effect element R12 changes from “Low” to “High”, the output voltage Out [V] of the output terminal TO changes from 2.500 [V] to 2.579 [V]. In this case, the resistance value of one magnetoresistive effect element R11 has already changed to “High” and is maintained at “High”, so that the first magnetoresistive effect element R11 depends on the characteristics of the magnetoresistive effect element. When the resistance value becomes “High”, the output voltage becomes a value lower than 2.582 [V] (a voltage change from the initial state is small). When the resistance value of the magnetoresistive effect element R22 changes from “Low” to “High” following the magnetoresistive effect element R12, the midpoint voltage between the magnetoresistive effect elements R11, R12, R13 and R21, R22, R23 The output voltage of the output terminal TO is returned to the initial state of 2.500 [V].

さらに、磁気抵抗効果素子Ｒ１３の抵抗値が「Low」から「High」に変化すると、出力端子ＴＯの出力電圧Out[V]は、2.500[V]から2.577[V]に変化する。この場合、２つの磁気抵抗効果素子Ｒ１１、Ｒ１２の抵抗値が既に「High」に変化して該「High」を維持していることにより、磁気抵抗効果素子の特性により、１つめの磁気抵抗効果素子Ｒ１１の抵抗値が「High」となった場合の出力電圧2.582[V]及び３つめの磁気抵抗効果素子Ｒ１２の抵抗値が「High」となった場合の出力電圧2.579[V]よりも低い値（初期状態からの電圧変化が小さい値）となる。そして、磁気抵抗効果素子Ｒ１３に続いて磁気抵抗効果素子Ｒ２３の抵抗値が「Low」から「High」に変化すると、磁気抵抗効果素子Ｒ１１、Ｒ１２、Ｒ１３とＲ２１、Ｒ２２、Ｒ２３との中点電圧である出力端子ＴＯの出力電圧は、初期状態である2.500[V]に戻る。 Further, when the resistance value of the magnetoresistive effect element R13 changes from “Low” to “High”, the output voltage Out [V] of the output terminal TO changes from 2.500 [V] to 2.577 [V]. In this case, since the resistance values of the two magnetoresistive elements R11 and R12 have already changed to "High" and are maintained at "High", the first magnetoresistive effect is obtained according to the characteristics of the magnetoresistive element. The output voltage is 2.582 [V] when the resistance value of the element R11 is “High” and lower than the output voltage 2.579 [V] when the resistance value of the third magnetoresistive element R12 is “High”. Value (value with a small voltage change from the initial state). When the resistance value of the magnetoresistive effect element R23 changes from “Low” to “High” following the magnetoresistive effect element R13, the midpoint voltage between the magnetoresistive effect elements R11, R12, R13 and R21, R22, R23 The output voltage of the output terminal TO is returned to the initial state of 2.500 [V].

このようにして、磁石体１１の回転により、該磁石体１１のＮ極（Ｓ極）の１極分の長さに全ての磁気抵抗効果素子Ｒ１１〜Ｒ２３が対向する状態となって、全ての磁気抵抗素子Ｒ１１〜Ｒ２３の抵抗値が「High」に変化した状態において、さらに磁石体１１が矢印ｒａ１方向に回転して、該磁石体１１のＳ極（Ｎ極）が磁気センサ２０を横切る位置にさしかかると、まず、回転方向ｒａ１の上流側にある磁気抵抗効果素子Ｒ１１の抵抗値が「High」から「Low」に変化する。これにより、出力端子ＴＯの出力電圧Out[V]は、2.500[V]から2.423[V]に変化する。そして、磁気抵抗効果素子Ｒ１１に続いて磁気抵抗効果素子Ｒ２１の抵抗値が「High」から「Low」に変化すると、磁気抵抗効果素子Ｒ１１、Ｒ１２、Ｒ１３とＲ２１、Ｒ２２、Ｒ２３との中点電圧である出力端子ＴＯの出力電圧は、初期状態である2.500[V]に戻る。 Thus, by rotation of the magnet body 11, all the magnetoresistive effect elements R11 to R23 are opposed to the length of one pole of the N pole (S pole) of the magnet body 11, In a state where the resistance values of the magnetoresistive elements R11 to R23 have changed to “High”, the magnet body 11 further rotates in the direction of the arrow ra1, and the S pole (N pole) of the magnet body 11 crosses the magnetic sensor 20 When approached, first, the resistance value of the magnetoresistive element R11 on the upstream side in the rotation direction ra1 changes from “High” to “Low”. As a result, the output voltage Out [V] of the output terminal TO changes from 2.500 [V] to 2.423 [V]. When the resistance value of the magnetoresistive effect element R21 changes from “High” to “Low” following the magnetoresistive effect element R11, the midpoint voltage between the magnetoresistive effect elements R11, R12, R13 and R21, R22, R23 The output voltage of the output terminal TO is returned to the initial state of 2.500 [V].

さらに、磁気抵抗効果素子Ｒ１２の抵抗値が「High」から「Low」に変化すると、出力端子ＴＯの出力電圧Out[V]は、2.500[V]から2.421[V]に変化する。この場合には、磁気抵抗効果素子Ｒ１１の抵抗値が「High」から「Low」に変化した上述の場合に比べて、「High」になっている素子数が少なくなっていることにより、出力電圧は低い値（初期状態からの変化が大きい値）となる。そして、磁気抵抗効果素子Ｒ１２に続いて磁気抵抗効果素子Ｒ２２の抵抗値が「High」から「Low」に変化すると、磁気抵抗効果素子Ｒ１１、Ｒ１２、Ｒ１３とＲ２１、Ｒ２２、Ｒ２３との中点電圧である出力端子ＴＯの出力電圧は、初期状態である2.500[V]に戻る。 Furthermore, when the resistance value of the magnetoresistive element R12 changes from “High” to “Low”, the output voltage Out [V] of the output terminal TO changes from 2.500 [V] to 2.421 [V]. In this case, as compared with the above-described case where the resistance value of the magnetoresistive effect element R11 is changed from “High” to “Low”, the number of elements that are “High” is reduced, and thus the output voltage Becomes a low value (a value with a large change from the initial state). When the resistance value of the magnetoresistive effect element R22 changes from “High” to “Low” following the magnetoresistive effect element R12, the midpoint voltage between the magnetoresistive effect elements R11, R12, R13 and R21, R22, R23 The output voltage of the output terminal TO is returned to the initial state of 2.500 [V].

さらに、磁気抵抗効果素子Ｒ１３の抵抗値が「High」から「Low」に変化すると、出力端子ＴＯの出力電圧Out[V]は、2.500から2.418[V]に変化する。この場合には、磁気抵抗効果素子Ｒ１１の抵抗値が「High」から「Low」に変化した上述の場合に比べて、「High」になっている素子数がさらに少なくなっていることにより、出力電圧は低い値（初期状態からの変化が大きい値）となる。 Further, when the resistance value of the magnetoresistive element R13 changes from “High” to “Low”, the output voltage Out [V] of the output terminal TO changes from 2.500 to 2.418 [V]. In this case, as compared with the above-described case where the resistance value of the magnetoresistive effect element R11 is changed from “High” to “Low”, the number of elements that are “High” is further reduced, so that the output The voltage becomes a low value (a value with a large change from the initial state).

これに対して、図７及び図８は、磁石体１１を逆方向（矢印ｒａ２方向（図３））へ回転させた際の磁気抵抗効果素子Ｒ１１〜Ｒ２３の抵抗値の変化と、出力端子ＴＯにおける出力電圧を示す図である。 On the other hand, FIGS. 7 and 8 show changes in the resistance values of the magnetoresistive elements R11 to R23 when the magnet body 11 is rotated in the reverse direction (arrow ra2 direction (FIG. 3)), and the output terminal TO. It is a figure which shows the output voltage in.

この場合には、磁石体１１の回転に伴って、磁気抵抗効果素子Ｒ２３、Ｒ１３、Ｒ２２、Ｒ１２、Ｒ２１、Ｒ１１の順に抵抗値が変化することにより、図８に示すように、出力電圧のピーク値は、2.418[V]、 2.421[V]、2.423[V]、2.577[V]、2.579[V]、2.582[V]の順に変化する。 In this case, as the magnet body 11 rotates, the resistance value changes in the order of the magnetoresistive effect elements R23, R13, R22, R12, R21, and R11, and as shown in FIG. The value changes in the order of 2.418 [V], 2.421 [V], 2.423 [V], 2.577 [V], 2.579 [V], 2.582 [V].

このようにして、出力端子ＴＯの電圧値に基づいて、磁気抵抗効果素子Ｒ１１、Ｒ１２、Ｒ１３の抵抗値が変化した際の出力電圧（３個ずつのパルスのピーク値の変化）を検出することにより、この変化として、初期状態（2.500[V]）との差が小さくなる変化である場合（図５、図６）又は大きくなる変化である場合（図７、図８）によって磁石体１１の回転方向（ｒａ１又はｒａ２）を判断することができる。 Thus, based on the voltage value of the output terminal TO, the output voltage when the resistance values of the magnetoresistive elements R11, R12, R13 change (change in peak value of every three pulses) is detected. Thus, as this change, when the difference from the initial state (2.500 [V]) is a small change (FIGS. 5 and 6) or a large change (FIGS. 7 and 8), The direction of rotation (ra1 or ra2) can be determined.

なお、上述の実施の形態においては、全ての磁気抵抗効果素子Ｒ１１〜Ｒ２３を同じ初期抵抗値としてそれを磁石体１１の回転に伴って変化させる場合について述べたが、これに限られるものではなく、各磁気抵抗効果素子Ｒ１１〜Ｒ２３ごとに初期抵抗値に差を持たせるようにしてもよい。このようにすれば、磁石体１１の回転に伴う出力端子ＴＯの電圧変化が一段と顕著になることにより、電圧変化の検出を一段と容易に行うことができる。 In the above-described embodiment, the case where all the magnetoresistive effect elements R11 to R23 are set to the same initial resistance value and is changed with the rotation of the magnet body 11 is described. However, the present invention is not limited to this. The initial resistance value may be different for each of the magnetoresistive effect elements R11 to R23. In this way, the voltage change at the output terminal TO accompanying the rotation of the magnet body 11 becomes more prominent, so that the voltage change can be detected more easily.

例えば、図９及び図１０は、磁気抵抗効果素子Ｒ１２及びＲ２２を1000Ω、Ｒ１１及びＲ２１を1200Ω、Ｒ１３及びＲ２３を833Ωとし、磁石体１１が矢印ｒａ１方向（順転方向）に回転させた場合の出力端子ＴＯの変化を示す図であり、図１１及び図１２は、同条件で磁石体１１を矢印ｒａ２方向（逆転方向）に回転させた場合の出力端子ＴＯの変化を示す図である。 For example, in FIGS. 9 and 10, the magnetoresistive effect elements R12 and R22 are set to 1000Ω, R11 and R21 are set to 1200Ω, R13 and R23 are set to 833Ω, and the magnet body 11 is rotated in the arrow ra1 direction (forward direction). FIG. 11 and FIG. 12 are diagrams showing changes in the output terminal TO when the magnet body 11 is rotated in the arrow ra2 direction (reverse direction) under the same conditions.

このように、中間電圧（2.5[V]）よりも高電圧側と低電圧側とでピーク電圧値は異なるが、中間電圧よりも高電圧側では、最大のピーク電圧値に比べて他のピーク値は、各々19.5％、34.8％の電圧になり、また、中間電圧よりも低電圧側では、13.8％、26.0％の電圧値になる。この程度の電圧差が発生すると、電気的にピーク電圧の大小を判定することは容易となる。 In this way, the peak voltage value is different between the high voltage side and the low voltage side than the intermediate voltage (2.5 [V]), but the other peak is higher than the maximum peak voltage value on the high voltage side than the intermediate voltage. The values are 19.5% and 34.8%, respectively, and on the lower voltage side than the intermediate voltage are 13.8% and 26.0%. When such a voltage difference occurs, it is easy to electrically determine the magnitude of the peak voltage.

また、上述の実施の形態においては、本発明を回転方向や回転角度を検出するためのセンサとして用いられるエンコーダに適用する場合について述べたが、適用対象はこれに限られるものではなく、リニアエンコーダに適用することもできる。 In the above-described embodiment, the case where the present invention is applied to an encoder used as a sensor for detecting a rotation direction and a rotation angle has been described. However, the application target is not limited to this, and a linear encoder is used. It can also be applied to.

本発明の磁気エンコーダの一実施の形態を示す平面図である。It is a top view which shows one Embodiment of the magnetic encoder of this invention. 図１の磁気エンコーダの断面図である。It is sectional drawing of the magnetic encoder of FIG. 図１の磁気エンコーダの磁気センサの構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the magnetic sensor of the magnetic encoder of FIG. 図３の磁気センサの磁気抵抗効果素子の接続状態を示す図である。It is a figure which shows the connection state of the magnetoresistive effect element of the magnetic sensor of FIG. 全ての磁気抵抗効果素子の抵抗値が同じである場合における順転時の出力電圧を示す図である。It is a figure which shows the output voltage at the time of forward rotation in case the resistance value of all the magnetoresistive effect elements is the same. 全ての磁気抵抗効果素子の抵抗値が同じである場合における順転時の出力電圧を示す信号波形図である。It is a signal waveform diagram which shows the output voltage at the time of forward rotation in case the resistance value of all the magnetoresistive effect elements is the same. 全ての磁気抵抗効果素子の抵抗値が同じである場合における逆転時の出力電圧を示す図である。It is a figure which shows the output voltage at the time of reverse rotation in case the resistance value of all the magnetoresistive effect elements is the same. 全ての磁気抵抗効果素子の抵抗値が同じである場合における逆転時の出力電圧を示す信号波形図である。It is a signal waveform diagram which shows the output voltage at the time of reverse rotation in case the resistance value of all the magnetoresistive effect elements is the same. 磁気抵抗効果素子の抵抗値を配置順に変えた場合における順転時の出力電圧を示す図である。It is a figure which shows the output voltage at the time of forward rotation when changing the resistance value of a magnetoresistive effect element in arrangement order. 磁気抵抗効果素子の抵抗値を配置順に変えた場合における順転時の出力電圧を示す信号波形図である。It is a signal waveform diagram which shows the output voltage at the time of forward rotation when the resistance value of a magnetoresistive effect element is changed in order of arrangement. 磁気抵抗効果素子の抵抗値を配置順に変えた場合における逆転時の出力電圧を示す図である。It is a figure which shows the output voltage at the time of reverse rotation when changing the resistance value of a magnetoresistive effect element in order of arrangement. 磁気抵抗効果素子の抵抗値を配置順に変えた場合における逆転時の出力電圧を示す信号波形図である。It is a signal waveform diagram which shows the output voltage at the time of reverse rotation when changing the resistance value of a magnetoresistive effect element in order of arrangement. 従来の磁気エンコーダを説明するための図である。It is a figure for demonstrating the conventional magnetic encoder. 従来の磁気エンコーダを説明するための図である。It is a figure for demonstrating the conventional magnetic encoder.

Explanation of symbols

１０磁気エンコーダ
１１磁石体
１２回転体
Ｒ１１、Ｒ２１、Ｒ１２、Ｒ２２、Ｒ１３、Ｒ２３磁気抵抗効果素子
ＴＯ出力端子
Ｔ１電源端子
Ｔ２グランド端子 DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Magnetic encoder 11 Magnet body 12 Rotating body R11, R21, R12, R22, R13, R23 Magnetoresistive effect element TO Output terminal T1 Power supply terminal T2 Ground terminal

Claims

A magnet body that moves in a predetermined direction and is alternately magnetized with a plurality of magnetic poles composed of N and S poles along the moving direction;
A magnetic sensor disposed in the vicinity of the magnet body and facing the moving direction;
The magnetic sensor is composed of a plurality of magnetoresistive effect elements, and the plurality of magnetoresistive effect elements are connected in series with one end connected to a power supply terminal and the other end connected to a ground terminal, while the plurality of series connected magnetoresistive effect elements. The middle point dividing the magnetoresistive effect elements into the same number is used as the output terminal of the magnetic sensor, and the magnetoresistive element on the power supply terminal side and the magnetoresistive element on the ground terminal side from the midpoint are in the moving direction. Are arranged alternately along the
A magnetic encoder for detecting a moving direction of the magnet body by detecting whether a pulse voltage output from the output terminal increases or decreases as the magnet body moves.

The magnetic encoder according to claim 1, wherein the magnet body is a rotating body, and the N pole and the S pole are magnetized along a rotation direction on an outer peripheral side surface of the rotating body.

3. The magnetic encoder according to claim 1, wherein the plurality of magnetoresistive elements of the magnetic sensor are arranged so that the resistance value is increased or decreased in the order of arrangement in the moving direction. .

4. The magnetic encoder according to claim 1, wherein the plurality of magnetoresistive elements of the magnetic sensor are arranged within a range of one pole of magnetization of the magnet body. 5. .