JP2009300143A - Magnetic position detecting apparatus - Google Patents

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Yoshimasa Watanabe
佳正 渡邊
Takeshi Musha
武史 武舎
Hiroshi Nishizawa
博志 西沢
Hajime Nakajima
一 仲嶋
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a magnetic position detecting apparatus which is good for being made compact and low-power-consumption, and can precisely detect a position and a movement value of a moving object. <P>SOLUTION: A magnetoelectric device 104 is disposed near one end 112a of a magnetized area 112 of a magnetic drum 111, so as to be opposite and close to it in a noncontact fashion. Therefore, a change in a strength of a magnetic field being applied to the magnetoelectric device along with a rotation of the magnetic drum, is represented by a sine wave on which a DC bias magnetic field is superimposed. The influence of the hysteresis characteristic of a magnetic sensor on an output signal wave of the magnetic position detecting apparatus can be reduced by using the DC bias magnetic field. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、例えば回転移動体の移動量や位置を検出する磁気式位置検出装置に関する。   The present invention relates to a magnetic position detection device that detects, for example, the amount and position of a rotary moving body.

従来の磁気式位置検出装置は、N極及びS極が着磁ピッチλで交互に着磁された回転移動体(磁気ドラム)と、上記回転移動体の磁界強度を検知する磁気センサとを備える。磁気センサとしては、磁界の変化によって素子の抵抗値が変化する磁気抵抗素子(MR素子)や、磁界の変化によって素子の出力電圧が変化するホール素子が用いられる。又、従来、磁気式位置検出装置におけるMR素子には、異方性磁気抵抗素子(AMR素子)が用いられている。AMR素子では、流す電流方向をAMR素子の磁化容易軸方向に設定し、磁化容易軸方向に直交した方向(磁化困難軸方向)に磁界を印加した場合のみ抵抗値が変化する。このようなAMR素子では、AMR素子の磁界に対する抵抗変化の特性(以下、「MRカーブ」と記す。)は、磁界の極性によって抵抗変化が異なるヒステリシス特性を有している。   A conventional magnetic position detecting device includes a rotary moving body (magnetic drum) in which N and S poles are alternately magnetized at a magnetization pitch λ, and a magnetic sensor that detects the magnetic field strength of the rotary moving body. . As the magnetic sensor, a magnetoresistive element (MR element) in which the resistance value of the element changes due to a change in the magnetic field, or a Hall element in which the output voltage of the element changes due to the change in the magnetic field is used. Conventionally, an anisotropic magnetoresistive element (AMR element) is used as an MR element in a magnetic position detecting device. In the AMR element, the resistance value changes only when the direction of the flowing current is set to the easy axis direction of the AMR element and a magnetic field is applied in a direction orthogonal to the easy axis direction (hard axis direction). In such an AMR element, the resistance change characteristic (hereinafter referred to as “MR curve”) of the AMR element with respect to the magnetic field has a hysteresis characteristic in which the resistance change varies depending on the polarity of the magnetic field.

又、近年、AMR素子に比べ、より大きな磁界に対してより大きな抵抗変化を生じる巨大磁気抵抗素子(GMR素子)や、トンネル磁気抵抗素子(TMR素子)が開発されている。例えば、交換結合型GMR素子は、流す電流方向をGMR素子の磁化容易軸方向に設定し、素子面内に磁界が印加された場合に抵抗値が変化し、又、形状異方性を有する。GMR素子が例えば縦長のストライプ形状にてなる場合、電流方向すなわち素子長手方向に対して、磁界が平行の場合と、磁界が直交の場合とでは、それぞれのMRカーブは異なる。   In recent years, giant magnetoresistive elements (GMR elements) and tunneling magnetoresistive elements (TMR elements) that cause a larger resistance change with respect to a larger magnetic field than AMR elements have been developed. For example, in an exchange coupling type GMR element, the direction of current to flow is set to the easy axis of magnetization of the GMR element, the resistance value changes when a magnetic field is applied in the element plane, and the shape anisotropy is present. When the GMR element has, for example, a vertically long stripe shape, the MR curves differ depending on whether the magnetic field is parallel to the current direction, that is, the longitudinal direction of the element, or when the magnetic field is orthogonal.

又、例えば特許文献1の図4に示されているように、GMR素子のMRカーブは、AMR素子と同様にヒステリシス特性を有している。そのため、特許文献1の図8に示されるように、GMR素子にバイアス電流を流して発生したバイアス磁界を用いることによって、磁気ドラムの回転に伴ってGMR素子に印加される磁界変化領域がGMR素子のヒステリシス特性を有していない磁界領域となるような処置を施している。   Further, for example, as shown in FIG. 4 of Patent Document 1, the MR curve of the GMR element has a hysteresis characteristic like the AMR element. Therefore, as shown in FIG. 8 of Patent Document 1, by using a bias magnetic field generated by flowing a bias current through the GMR element, the magnetic field change region applied to the GMR element as the magnetic drum rotates is changed to the GMR element. The magnetic field region that does not have the hysteresis characteristic is taken.

特開平8−68661号公報JP-A-8-68661

しかしながら、MR素子のヒステリシス特性が磁気式位置検出装置の出力信号波形に及ぼす影響を低減するために、上述の磁石や、バイアス電流により発生したバイアス磁界を用いる場合には、磁石等を別途設け、電力供給を必要とすることから、小型化及び低消費電力化の点が課題として挙げられる。   However, in order to reduce the influence of the hysteresis characteristics of the MR element on the output signal waveform of the magnetic position detection device, when using the above-described magnet or a bias magnetic field generated by a bias current, a magnet or the like is provided separately. Since power supply is required, the points of miniaturization and low power consumption are raised.

本発明は、このような問題点を解決するためになされたもので、小型化及び低消費電力化に有効であり、かつ移動体の移動量及び位置を高精度に検出可能な磁気式位置検出装置を提供することを目的とする。   The present invention has been made to solve such problems, and is effective for downsizing and low power consumption, and can detect the moving amount and position of a moving body with high accuracy. An object is to provide an apparatus.

上記目的を達成するため、本発明は以下のように構成する。
即ち、本発明の一態様における磁気式位置検出装置は、N極及びS極が着磁ピッチλにて交互に着磁された着磁領域を有する着磁部材と、上記着磁ピッチλでの磁極の配置方向に沿った上記着磁部材との相対的な移動により、上記着磁領域の磁極にて作用する磁界の角度及び強度によって出力が変化する磁気センサとを備えた磁気式位置検出装置において、上記磁気センサは、磁極の上記配置方向に対する直角方向において上記着磁領域の中心位置から外れたバイアス印加位置で上記着磁部材に非接触にて配置される磁電変換素子を有することを特徴とする。
In order to achieve the above object, the present invention is configured as follows.
That is, a magnetic position detection device according to an aspect of the present invention includes a magnetized member having a magnetized region in which N and S poles are alternately magnetized at a magnetizing pitch λ, and the magnetizing pitch λ. A magnetic position detecting device comprising: a magnetic sensor whose output changes depending on the angle and strength of the magnetic field acting on the magnetic pole in the magnetized region by relative movement with the magnetized member along the arrangement direction of the magnetic pole The magnetic sensor includes a magnetoelectric conversion element that is disposed in a non-contact manner on the magnetized member at a bias application position deviating from a center position of the magnetized region in a direction perpendicular to the arrangement direction of the magnetic poles. And

本発明の一態様における磁気式位置検出装置によれば、磁気センサに備わる磁電変換素子は、磁極配置方向に対する直角方向において着磁領域の中心位置から外れたバイアス印加位置で、上記着磁部材に非接触にて配置される。この構成によれば、着磁部材と磁気センサとの相対的移動に伴い磁気センサに印加される磁界強度の変化は、直流バイアス磁界が重畳された正弦波となる。すなわち、従来、磁石や、バイアス電流により発生させたバイアス磁界を用いることによって直流バイアスを重畳していたのに対し、磁電変換素子の配置のみによって直流バイアス磁界を重畳することができる。直流バイアス磁界を重畳することで、磁気式位置検出装置の出力信号波形において歪みを低減することができる。さらに、磁石等を別途設けたり、電力供給の必要はないことから、高精度な磁気式位置検出装置を小型及び低消費電力にて実現することが可能である。   According to the magnetic position detection device of one aspect of the present invention, the magnetoelectric conversion element included in the magnetic sensor is applied to the magnetized member at a bias application position deviating from the center position of the magnetized region in the direction perpendicular to the magnetic pole arrangement direction. Arranged without contact. According to this configuration, the change in the magnetic field strength applied to the magnetic sensor with the relative movement between the magnetized member and the magnetic sensor becomes a sine wave on which a DC bias magnetic field is superimposed. That is, the DC bias magnetic field can be superimposed only by the arrangement of the magnetoelectric transducer, whereas the DC bias is superimposed by using a magnet or a bias magnetic field generated by a bias current. By superimposing the DC bias magnetic field, distortion in the output signal waveform of the magnetic position detection device can be reduced. Furthermore, since a magnet or the like is not separately provided and power supply is not required, a highly accurate magnetic position detection device can be realized with a small size and low power consumption.

本発明の実施形態である磁気式位置検出装置について、図を参照しながら以下に説明する。尚、各図において、同一又は同様の構成部分については同じ符号を付している。   A magnetic position detection apparatus according to an embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. In each figure, the same or similar components are denoted by the same reference numerals.

実施の形態1.
図1は、本発明の実施の形態1における磁気式位置検出装置101の構成図である。磁気式位置検出装置101は、基本構成部分として、着磁部材の一例に相当する磁気ドラム111と、磁気センサ102を備え、磁気ドラム111の回転に伴って磁気センサ102から電気信号を出力する。出力された出力信号に基づいて、検出装置121にて磁気ドラム111の移動量及び位置が検出される。
Embodiment 1 FIG.
FIG. 1 is a configuration diagram of a magnetic position detection device 101 according to Embodiment 1 of the present invention. The magnetic position detection apparatus 101 includes a magnetic drum 111 corresponding to an example of a magnetized member and a magnetic sensor 102 as basic components, and outputs an electrical signal from the magnetic sensor 102 as the magnetic drum 111 rotates. Based on the output signal that is output, the detection device 121 detects the amount and position of movement of the magnetic drum 111.

磁気ドラム111は、円板状であり、外周部分には、N極及びS極の磁極が1極あたり着磁ピッチλにて交互に着磁された着磁領域112を有し、回転軸113を中心に周方向yに回転する。このような磁気ドラム111は、回転移動量及び位置を検出したい測定対象物に接続されている。回転軸113の軸方向であるz方向において、着磁領域112の長さは、距離dにてなる。図示するように本実施形態1の磁気ドラム111では、上記距離dと磁気ドラム111の円板部の厚さとを同寸法にしている。又、回転体である磁気ドラム111では、N極及びS極の磁極の配置方向が周方向yに対応する。又、磁気ドラム111の径方向をx方向とする。又、図1に示す「51」は、z方向において、着磁領域112の距離dの1/2の位置を示しており、着磁領域112の中心位置に相当する。以下、中心位置51と記す。   The magnetic drum 111 has a disk shape, and has a magnetized region 112 in which N and S magnetic poles are alternately magnetized at a magnetizing pitch λ per pole on the outer peripheral portion. Is rotated in the circumferential direction y. Such a magnetic drum 111 is connected to a measurement object whose rotational movement amount and position are to be detected. In the z direction, which is the axial direction of the rotating shaft 113, the length of the magnetized region 112 is a distance d. As shown in the figure, in the magnetic drum 111 of the first embodiment, the distance d and the thickness of the disk portion of the magnetic drum 111 are the same size. In the magnetic drum 111 as a rotating body, the arrangement direction of the N-pole and S-pole magnetic poles corresponds to the circumferential direction y. The radial direction of the magnetic drum 111 is the x direction. Further, “51” shown in FIG. 1 indicates a position that is ½ of the distance d of the magnetized region 112 in the z direction, and corresponds to the center position of the magnetized region 112. Hereinafter, the center position 51 is described.

尚、上述のように本実施形態では着磁部材として磁気ドラム111の回転体を例に採るが、着磁部材は、この形態に限定されるものではない。例えば、着磁部材が平板状部材であり、その長手方向に沿った直線状の磁極配置方向に磁極が交互に着磁されている形態でもよい。又、本実施形態では、磁気ドラム111が回転し磁気センサ102は固定されて配置されているが、着磁部材と磁気センサとは、上記磁極配置方向に沿って互いに相対的に移動するように構成することができる。   As described above, in this embodiment, the rotating member of the magnetic drum 111 is taken as an example of the magnetizing member, but the magnetizing member is not limited to this form. For example, the magnetized member may be a flat plate-like member, and the magnetic poles may be alternately magnetized in the linear magnetic pole arrangement direction along the longitudinal direction thereof. In this embodiment, the magnetic drum 111 is rotated and the magnetic sensor 102 is fixed, but the magnetized member and the magnetic sensor move relative to each other along the magnetic pole arrangement direction. Can be configured.

磁気センサ102は、磁界を検出し電気信号を出力する磁電変換素子の一例としての、磁界の変化で素子の抵抗値が変化する磁気抵抗素子104を有する。又、本実施の形態では、磁気抵抗素子104として、例えばストライプ状の交換結合型巨大磁気抵抗素子(以下、「GMR素子」と記す。)を用い、かつ形状異方性を有していないものを用いる。又、GMR素子104は、素子に印加する磁界の方向に対するGMR素子のMRカーブは、等方性を示すものとする。ここで、MRカーブとは、上述のように、素子の磁界に対する抵抗変化の特性をいう。   The magnetic sensor 102 includes a magnetoresistive element 104 that changes the resistance value of the element due to a change in the magnetic field, as an example of a magnetoelectric conversion element that detects a magnetic field and outputs an electrical signal. In the present embodiment, for example, a stripe-shaped exchange coupling type giant magnetoresistive element (hereinafter referred to as “GMR element”) is used as the magnetoresistive element 104 and has no shape anisotropy. Is used. In the GMR element 104, the MR curve of the GMR element with respect to the direction of the magnetic field applied to the element is isotropic. Here, the MR curve means the characteristic of resistance change with respect to the magnetic field of the element as described above.

又、このようなGMR素子104は、薄膜プロセスにより例えばガラス基板等に形成される。本実施の形態1では、図2に示すように、1本のGMR素子104における一端部104aが磁気センサ102の中心点52から距離d/2離れるように形成される。ここでdは、上述の、z方向における着磁領域112の距離dである。   Such a GMR element 104 is formed on a glass substrate, for example, by a thin film process. In the first embodiment, as shown in FIG. 2, one end portion 104 a of one GMR element 104 is formed to be separated from the center point 52 of the magnetic sensor 102 by a distance d / 2. Here, d is the distance d of the magnetized region 112 in the z direction described above.

上述のように配置されたGMR素子104を有する磁気センサ102は、磁気ドラム111に対して、図1及び図3に示すように、磁気センサ102のGMR素子形成面102aをz方向に平行にして配置され、かつz方向において、磁気センサ102の中心点52と着磁領域112の中心位置51とを一致させて対向させ、かつ非接触で配置される。   As shown in FIGS. 1 and 3, the magnetic sensor 102 having the GMR elements 104 arranged as described above has the GMR element forming surface 102 a of the magnetic sensor 102 parallel to the z direction as shown in FIGS. 1 and 3. In the z direction, the center point 52 of the magnetic sensor 102 and the center position 51 of the magnetized region 112 are made to coincide and face each other, and are arranged in a non-contact manner.

以上のように構成される、本実施形態の磁気式位置検出装置101の動作について説明する。
磁気ドラム111の回転に伴って磁気センサ102に印加される磁界強度の変化は、磁気ドラム111と磁気センサ102との距離、磁気ドラム111の着磁ピッチλ、並びに、着磁領域112における磁性媒体の材質及び磁気特性というパラメータに依存する。本実施の形態1では、磁気ドラム111の回転に伴う、磁気ドラム111における着磁領域112の中心位置51に対向した位置、即ち磁気センサ102の中心点52における磁界強度の変化が、理想的な正弦波に近づくように、上述の各パラメータは最適化されているものとする。
The operation of the magnetic position detection apparatus 101 of the present embodiment configured as described above will be described.
Changes in the magnetic field strength applied to the magnetic sensor 102 with the rotation of the magnetic drum 111 include the distance between the magnetic drum 111 and the magnetic sensor 102, the magnetization pitch λ of the magnetic drum 111, and the magnetic medium in the magnetized region 112. Depends on the parameters of the material and magnetic properties. In the first embodiment, the change in the magnetic field strength at the position facing the center position 51 of the magnetized region 112 in the magnetic drum 111, that is, the center point 52 of the magnetic sensor 102, is ideal. It is assumed that the above-described parameters are optimized so as to approach a sine wave.

磁気ドラム111からの発生磁場の一部を模擬したものを図4に示す。磁気ドラム111による発生磁場の成分に着目すると、磁気ドラム111における着磁領域112の中心位置51では、上記磁場の成分は、x方向及びy方向のみに存在する。これに対し、z方向における着磁領域112の端部112a,112bでは、磁界の回りこみが作用することにより、上記磁場の成分は、x方向及びy方向だけではなくz方向にも存在する。又、GMR素子104を磁気ドラム111に非接触で近接して配置する場合、GMR素子104の抵抗変化に影響を及ぼす磁界成分は、y方向及びz方向である。即ち、GMR素子104に印加される磁界強度は、感磁方向であるy方向及びz方向の各磁界成分の合成を考慮する必要があり、また上記合成磁界がGMR素子104となす角も考慮する必要がある。   FIG. 4 shows a simulation of a part of the magnetic field generated from the magnetic drum 111. Focusing on the magnetic field component generated by the magnetic drum 111, the magnetic field component exists only in the x direction and the y direction at the central position 51 of the magnetized region 112 in the magnetic drum 111. On the other hand, at the end portions 112a and 112b of the magnetized region 112 in the z direction, the magnetic field wraps around, so that the magnetic field component exists not only in the x and y directions but also in the z direction. Further, when the GMR element 104 is arranged in close contact with the magnetic drum 111 in a non-contact manner, magnetic field components that affect the resistance change of the GMR element 104 are the y direction and the z direction. That is, the strength of the magnetic field applied to the GMR element 104 needs to consider the synthesis of each magnetic field component in the y direction and the z direction, which are the magnetic sensing directions, and also consider the angle formed by the synthesized magnetic field with the GMR element 104. There is a need.

ここで、磁気ドラム111における着磁領域112の中心位置51に対向した位置に、非接触で、GMR素子104を配置した場合、GMR素子104に印加されるy方向及びz方向の磁界成分の変化を模擬したものを図5に示す。一方、着磁領域112の端部112a又は端部112bに対向して配置されたGMR素子104に印加されるy方向及びz方向の磁界成分の変化を模擬したものを図6に示す。ここで、着磁領域112の端部112a又は端部112bに対向したGMR素子104の配置とは、その配置の一例として図2を参照して説明したように、例えば着磁領域112の端部112aに対向してGMR素子104を配置する場合、GMR素子104の一端部104aを、着磁領域112の端部112aの端面112a−1(図4)に一致させる配置をいう。同様に、着磁領域112の端部112bに対向してGMR素子104を配置する場合には、GMR素子104の一端部104b(図2)を、着磁領域112の端部112bの端面112b−1(図4)に一致させる配置をいう。   Here, when the GMR element 104 is disposed in a non-contact manner at a position facing the center position 51 of the magnetized region 112 in the magnetic drum 111, changes in magnetic field components in the y direction and the z direction applied to the GMR element 104 are changed. FIG. 5 shows a simulation. On the other hand, FIG. 6 shows a simulation of changes in the y-direction and z-direction magnetic field components applied to the GMR element 104 disposed facing the end 112a or the end 112b of the magnetized region 112. FIG. Here, the arrangement of the GMR element 104 facing the end 112a or the end 112b of the magnetized region 112 is, for example, the end of the magnetized region 112 as described with reference to FIG. In the case where the GMR element 104 is disposed so as to face the surface 112a, this means an arrangement in which the one end 104a of the GMR element 104 is aligned with the end surface 112a-1 (FIG. 4) of the end 112a of the magnetized region 112. Similarly, when the GMR element 104 is disposed to face the end 112b of the magnetized region 112, one end 104b (FIG. 2) of the GMR element 104 is connected to the end surface 112b− of the end 112b of the magnetized region 112. 1 (FIG. 4).

さらに、y方向及びz方向の各磁界成分を合成し、磁界強度の変化として出力すると、着磁領域112の中心位置51に対向して配置したGMR素子104に印加される磁界強度の変化は、図7に示すようになり、着磁領域112の端部112a又は112bに対向して配置されたGMR素子104に印加される磁界強度の変化は、図8に示すようになる。又、磁気ドラム111の回転に伴って、図9における矢印115aに示すように、GMR素子104に印加される磁界強度の変化が生じるだけではなく、図9における矢印115bに示すように、GMR素子104に印加される磁界の方向も回転する。   Further, when the magnetic field components in the y direction and the z direction are combined and output as a change in the magnetic field strength, the change in the magnetic field strength applied to the GMR element 104 disposed facing the center position 51 of the magnetized region 112 is: The change in the magnetic field strength applied to the GMR element 104 arranged as shown in FIG. 7 and facing the end 112a or 112b of the magnetized region 112 is as shown in FIG. Further, as the magnetic drum 111 rotates, not only does the magnetic field intensity applied to the GMR element 104 change as indicated by the arrow 115a in FIG. 9, but also the GMR element as indicated by the arrow 115b in FIG. The direction of the magnetic field applied to 104 also rotates.

図7及び図8に示す磁界強度変化を鑑みると、磁気ドラム111における着磁領域112の中心位置51に対向して配置されたGMR素子104に印加される磁界強度の変化に対し、着磁領域112の中心位置51からz方向において離れた、着磁領域112の端部112a又は端部112bに対向して配置されたGMR素子104に印加される磁界強度の変化は、直流バイアス磁界が重畳されている。   In view of the change in magnetic field strength shown in FIGS. 7 and 8, the magnetization region corresponds to the change in the magnetic field strength applied to the GMR element 104 disposed opposite to the central position 51 of the magnetization region 112 in the magnetic drum 111. The change in the magnetic field strength applied to the GMR element 104 disposed opposite to the end 112a or the end 112b of the magnetized region 112, which is away from the center position 51 of the 112 in the z direction, is superimposed on the DC bias magnetic field. ing.

尚、本実施形態では、上述のように、磁気センサ102は、着磁領域112の端部112a又は112bに対向するように、一つのGMR素子104を有しているが、これに限定されず、着磁領域112の端部112a及び112bの両方に対向するように、2つのGMR素子104をz方向に沿って配置した構成を採っても良い。   In the present embodiment, as described above, the magnetic sensor 102 has one GMR element 104 so as to face the end 112a or 112b of the magnetized region 112, but is not limited thereto. A configuration in which two GMR elements 104 are arranged along the z direction so as to face both ends 112a and 112b of the magnetized region 112 may be employed.

又、本実施形態では、上述のように、GMR素子104の例えば一端部104aが着磁領域112の端部112aの端面112a−1に一致するように、磁気センサ102を配置している。しかしながら、z方向において、着磁領域112に対するGMR素子104の位置は、本実施形態の場合に限定されず、上記磁極配置方向(本実施形態ではy方向)に対する直角方向(本実施形態ではz方向)において着磁領域112の中心位置51から外れたバイアス印加位置であればよい。即ち、上述したように、GMR素子104に直流バイアスが印加されるような位置であればよく、z方向における位置は特に限定されない。
又、本実施の形態1におけるGMR素子104のMRカーブは、印加磁界角度に対して等方性を有しているため、磁界の印加方向は、考慮する必要がない。
In the present embodiment, as described above, the magnetic sensor 102 is arranged so that, for example, one end 104a of the GMR element 104 coincides with the end surface 112a-1 of the end 112a of the magnetized region 112. However, the position of the GMR element 104 with respect to the magnetized region 112 in the z direction is not limited to the case of the present embodiment, and the direction perpendicular to the magnetic pole arrangement direction (the y direction in the present embodiment) (the z direction in the present embodiment). ), Any bias application position that deviates from the center position 51 of the magnetized region 112 may be used. That is, as described above, any position where a DC bias is applied to the GMR element 104 may be used, and the position in the z direction is not particularly limited.
In addition, since the MR curve of the GMR element 104 according to the first embodiment is isotropic with respect to the applied magnetic field angle, it is not necessary to consider the application direction of the magnetic field.

以上説明したように、本実施形態1の磁気式位置検出装置101によれば、GMR素子104を、磁気ドラム111における着磁領域112の端部112a,112b付近に対向する位置に、非接触で近接して配置することによって、磁気ドラム111の回転に伴ってGMR素子104に印加される磁界強度の変化は、直流バイアス磁界が重畳された正弦波となる。即ち、従来、磁石や、バイアス電流によって発生させたバイアス磁界を用いることにより、磁電変換素子の出力信号に直流バイアスを重畳していたのに対し、GMR素子104の配置位置を規定することのみによって、直流バイアス磁界を重畳することができる。このようにGMR素子104の出力信号に直流バイアスを重畳したことで、磁気式位置検出装置101の出力信号波形において歪みを低減させることができる。
したがって、測定対象物の位置検出を高精度にて行うことができる磁気式位置検出装置を提供することができ、さらに、このような磁気式位置検出装置において、磁石等の他の構成部分を設けたり電力供給の必要がない、小型で低消費電力にてなる磁気式位置検出装置101を実現することができる。
As described above, according to the magnetic position detection apparatus 101 of the first embodiment, the GMR element 104 is contactlessly disposed at a position facing the vicinity of the end portions 112a and 112b of the magnetized region 112 in the magnetic drum 111. By arranging them close to each other, the change in magnetic field strength applied to the GMR element 104 with the rotation of the magnetic drum 111 becomes a sine wave on which a DC bias magnetic field is superimposed. That is, conventionally, a DC bias is superimposed on the output signal of the magnetoelectric conversion element by using a magnet or a bias magnetic field generated by a bias current, but only by defining the arrangement position of the GMR element 104. A DC bias magnetic field can be superimposed. Thus, by superimposing the DC bias on the output signal of the GMR element 104, distortion in the output signal waveform of the magnetic position detection device 101 can be reduced.
Therefore, it is possible to provide a magnetic position detection device capable of detecting the position of the measurement object with high accuracy, and in this magnetic position detection device, other components such as magnets are provided. In addition, it is possible to realize a magnetic position detection device 101 that is small and has low power consumption without the need for power supply.

ここで重畳するバイアス磁界強度は、磁気ドラム111と磁気センサ102との距離、磁気ドラム111における着磁ピッチλ、着磁領域112の磁性媒体の材質及び磁気特性を最適化することによって実現可能である。   The bias magnetic field strength superimposed here can be realized by optimizing the distance between the magnetic drum 111 and the magnetic sensor 102, the magnetization pitch λ in the magnetic drum 111, the material of the magnetic medium in the magnetized region 112, and the magnetic characteristics. is there.

実施の形態2.
上述の実施の形態1では、磁気センサ102は、一つのGMR素子104を有する構成であった。これに対し、以下に説明する実施の形態2では、図10から図13に示すように、磁気センサが複数のGMR素子を有する構成を示している。尚、磁気センサが複数のGMR素子を有する構成を除いて、実施の形態2におけるその他の構成は、上述の実施の形態1における構成に同じである。よって以下では、相違する構成部分についてのみ説明を行う。
Embodiment 2. FIG.
In the first embodiment described above, the magnetic sensor 102 has a configuration having one GMR element 104. On the other hand, in the second embodiment described below, as shown in FIGS. 10 to 13, a configuration in which the magnetic sensor has a plurality of GMR elements is shown. Except for the configuration in which the magnetic sensor has a plurality of GMR elements, the other configurations in the second embodiment are the same as those in the first embodiment. Therefore, only different components will be described below.

図10に示す構成では、上述の実施の形態1における磁気センサ102に相当する磁気センサ103は、2つのGMR素子104−1、104−2を有する。尚、GMR素子104−1、104−2は、上述の実施の形態1におけるGMR素子104に相当する。
GMR素子104−1、104−2は、図10に示すように、磁気センサ103の中心点52に対して、上記磁極配置方向において左右対称になるように距離λにて離れて配置される。ここで、λは、上述の着磁ピッチλに等しい寸法である。又、上述の実施の形態1における構成と同様に、一つの配置例として、GMR素子104−1,104−2は、GMR素子104−1,104−2における各一端部104aが、z方向において、中心点52から上に向かって距離d/2離れるように配置される。このような構成にてなる磁気センサ103は、磁気センサ102と同様にz方向に平行に配置され、かつ図11に示すように、磁気センサ103の中心点52と、磁気ドラム111における着磁領域112の中心位置51とをz方向において一致させ、かつ着磁領域112に対して正面で対向させて、かつ非接触で配置される。
In the configuration shown in FIG. 10, the magnetic sensor 103 corresponding to the magnetic sensor 102 in the first embodiment described above has two GMR elements 104-1 and 104-2. The GMR elements 104-1 and 104-2 correspond to the GMR element 104 in the first embodiment described above.
As shown in FIG. 10, the GMR elements 104-1 and 104-2 are arranged at a distance λ so as to be symmetrical with respect to the center point 52 of the magnetic sensor 103 in the magnetic pole arrangement direction. Here, λ is a dimension equal to the above-mentioned magnetization pitch λ. Similarly to the configuration in the first embodiment, as one arrangement example, the GMR elements 104-1 and 104-2 are arranged such that each end 104a of the GMR elements 104-1 and 104-2 is in the z direction. The center point 52 is disposed so as to be separated by a distance d / 2 upward. The magnetic sensor 103 having such a configuration is arranged in parallel to the z direction as in the case of the magnetic sensor 102, and as shown in FIG. 11, the center point 52 of the magnetic sensor 103 and the magnetized region in the magnetic drum 111. The center position 51 of 112 is made to correspond in the z direction and is opposed to the magnetized region 112 in front, and is arranged in a non-contact manner.

尚、磁気センサ103において、左右対称に配置するGMR素子104−1,104−2の間隔は、上記λに限定されず、(2n+1)λ(n:整数)の距離であっても良い。この場合、着磁領域112における磁極の着磁ピッチも対応して変化させる。   In the magnetic sensor 103, the interval between the GMR elements 104-1 and 104-2 arranged symmetrically is not limited to λ, but may be a distance of (2n + 1) λ (n: integer). In this case, the magnetization pitch of the magnetic poles in the magnetized region 112 is also changed correspondingly.

上述した磁気センサ103を備えた実施の形態2における磁気式位置検出装置では、磁気ドラム111の回転に伴って、各GMR素子104−1,104−2に印加される磁界の変化は、y方向において各GMR素子104−1,104−2の配置間隔と着磁ピッチとが距離λで等しいことから、GMR素子104−1,104−2において互いに逆相となる。一方、GMR素子104−1,104−2のMRカーブがほぼ偶関数であるため、磁界の極性に限らず、GMR素子104−1,104−2の出力信号波形は、それぞれ同相となる。つまり、GMR素子104−1,104−2の各出力信号波形を加算することにより、GMR素子104−1,104−2における、磁界の極性によって抵抗変化が異なるといったヒステリシス現象の影響を低減することができる。したがって、実施の形態2における磁気式位置検出装置では、実施の形態1における磁気式位置検出装置101に比べて、より高精度な位置検出を行うことが可能となる。尚、実施の形態2では、磁気センサ103に接続される検出装置121は、各GMR素子104−1,104−2の出力信号波形を加算する加算部が設けられる。   In the magnetic position detection apparatus according to the second embodiment provided with the magnetic sensor 103 described above, the change in the magnetic field applied to each of the GMR elements 104-1 and 104-2 with the rotation of the magnetic drum 111 is the y direction. Since the arrangement interval and the magnetization pitch of the GMR elements 104-1 and 104-2 are equal to each other at the distance λ, the GMR elements 104-1 and 104-2 are out of phase with each other. On the other hand, since the MR curves of the GMR elements 104-1 and 104-2 are substantially even functions, the output signal waveforms of the GMR elements 104-1 and 104-2 are in phase with each other, not limited to the polarity of the magnetic field. That is, by adding the output signal waveforms of the GMR elements 104-1 and 104-2, the influence of the hysteresis phenomenon such that the resistance change varies depending on the polarity of the magnetic field in the GMR elements 104-1 and 104-2 can be reduced. Can do. Therefore, the magnetic position detection device according to the second embodiment can perform position detection with higher accuracy than the magnetic position detection device 101 according to the first embodiment. In the second embodiment, the detection device 121 connected to the magnetic sensor 103 is provided with an adding unit that adds the output signal waveforms of the GMR elements 104-1 and 104-2.

さらに又、図10では着磁領域112の図示上側にGMR素子104−1,104−2を配置した構成を示すが、該構成の変形例として、GMR素子104−1,104−2の各一端部104bを、着磁領域112の端面112b−1に一致させて、着磁領域112の図示下側にGMR素子104−1,104−2を配置することもできる。   Further, FIG. 10 shows a configuration in which the GMR elements 104-1 and 104-2 are arranged on the upper side of the magnetized region 112 in the figure. As a modification of the configuration, each end of each of the GMR elements 104-1 and 104-2 is shown. The GMR elements 104-1 and 104-2 can be arranged on the lower side of the magnetized region 112 in the drawing with the portion 104 b aligned with the end face 112 b-1 of the magnetized region 112.

さらに又、図10及び図11に示す構成の変形例として、図12に示すように、GMR素子104−1,104−2を、磁気センサ103−1の中心点52を中心として対角位置に配置してもよいし、図13に示す磁気センサ103−2のように、さらにGMR素子104−3,104−4を加えて計4つのGMR素子104を配置してもよい。   Furthermore, as a modification of the configuration shown in FIGS. 10 and 11, as shown in FIG. 12, the GMR elements 104-1 and 104-2 are placed diagonally about the center point 52 of the magnetic sensor 103-1. Alternatively, a total of four GMR elements 104 may be arranged by adding GMR elements 104-3 and 104-4 as in the magnetic sensor 103-2 shown in FIG.

図12及び図13に示すように各GMR素子104を配置した構成においても、各GMR素子104の出力信号波形をそれぞれ加算することによって、ヒステリシス現象を低減することができ、同様に高精度化を実現することができる。   Also in the configuration in which each GMR element 104 is arranged as shown in FIGS. 12 and 13, the hysteresis phenomenon can be reduced by adding the output signal waveforms of each GMR element 104, and high accuracy can be achieved as well. Can be realized.

又、図10から図13に示す構成において、GMR素子104を4以上の偶数個とすることもできる。   Further, in the configuration shown in FIGS. 10 to 13, the number of GMR elements 104 may be an even number of 4 or more.

又、上述した、GMR素子104の間隔が上記λに限定されず(2n+1)λ(n:整数)の距離であっても良い点、及び各GMR素子104の配置位置が上記バイアス印加位置であればよい点は、図10から図13に示す構成にも適用可能である。   Further, the interval between the GMR elements 104 described above is not limited to the above-mentioned λ, and may be a distance of (2n + 1) λ (n: integer), and the position where each GMR element 104 is disposed is the bias application position. What is necessary is also applicable to the configuration shown in FIGS.

本発明の実施の形態1による磁気式位置検出装置の全体構成を示す斜視図である。1 is a perspective view showing an overall configuration of a magnetic position detection device according to Embodiment 1 of the present invention. 図1に示す磁気センサの正面図である。It is a front view of the magnetic sensor shown in FIG. 図1に示す着磁領域と磁気センサとの配置関係を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the arrangement | positioning relationship between the magnetization area | region shown in FIG. 1, and a magnetic sensor. 図1に示す磁気ドラムにおける着磁領域の磁極からの発生磁場を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the magnetic field generated from the magnetic pole of the magnetization area | region in the magnetic drum shown in FIG. 着磁領域の中心位置に対向した位置に非接触でGMR素子を配置した場合において、GMR素子に印加されるy方向及びz方向の磁界成分の変化を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the change of the magnetic field component of the y direction applied to a GMR element, and a z direction, when a GMR element is arrange | positioned in the position facing the center position of the magnetization area | region. 着磁領域の端部に対向した位置に非接触でGMR素子を配置した場合において、GMR素子に印加されるy方向及びz方向の磁界成分の変化を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the change of the magnetic field component of the y direction applied to a GMR element, and a z direction when a GMR element is arrange | positioned in the position facing the edge part of the magnetization area | region in non-contact. 着磁領域の中心位置に対向した位置に非接触でGMR素子を配置した場合において、GMR素子に印加される磁界強度の変化を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the change of the magnetic field intensity applied to a GMR element, when a GMR element is arrange | positioned non-contactingly in the position facing the center position of the magnetization area | region. 着磁領域の端部に対向した位置に非接触でGMR素子を配置した場合において、GMR素子に印加される磁界強度の変化を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the change of the magnetic field intensity applied to a GMR element when the GMR element is arrange | positioned in the position facing the edge part of the magnetization area | region in non-contact. 着磁領域の端部に対向した位置に非接触でGMR素子を配置した場合において、GMR素子に印加される磁界の方向変化を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the direction change of the magnetic field applied to a GMR element, when a GMR element is arrange | positioned in the position facing the edge part of the magnetization area | region in non-contact. 本発明の実施の形態2における磁気式位置検出装置に備わる磁気センサの正面図である。It is a front view of the magnetic sensor with which the magnetic position detection apparatus in Embodiment 2 of this invention is equipped. 図10に示す磁気式位置検出装置における磁気ドラムと磁気センサとの配置関係を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the arrangement | positioning relationship between the magnetic drum and magnetic sensor in the magnetic-type position detection apparatus shown in FIG. 図10に示す磁気式位置検出装置における磁気センサの変形例の一例を示す正面図である。It is a front view which shows an example of the modification of the magnetic sensor in the magnetic position detection apparatus shown in FIG. 図10に示す磁気式位置検出装置における磁気センサの変形例の他の例を示す正面図である。It is a front view which shows the other example of the modification of the magnetic sensor in the magnetic position detection apparatus shown in FIG.

符号の説明Explanation of symbols

51 中心位置、52 中心点、
101 磁気式位置検出装置、102,103,103−1,103−2 磁気センサ、
104,104−1,104−2 GMR素子、
111 磁気ドラム、112 着磁領域、112a,112b 端部。
51 center position, 52 center point,
101 magnetic position detecting device, 102, 103, 103-1, 103-2 magnetic sensor,
104, 104-1, 104-2 GMR element,
111 magnetic drum, 112 magnetized region, 112a, 112b end.

Claims (4)

N極及びS極が着磁ピッチλにて交互に着磁された着磁領域を有する着磁部材と、上記着磁ピッチλでの磁極の配置方向に沿った上記着磁部材との相対的な移動により、上記着磁領域の磁極にて作用する磁界の角度及び強度によって出力が変化する磁気センサとを備えた磁気式位置検出装置において、
上記磁気センサは、磁極の上記配置方向に対する直角方向において上記着磁領域の中心位置から外れたバイアス印加位置で上記着磁部材に非接触にて配置される磁電変換素子を有することを特徴とする磁気式位置検出装置。
Relative between a magnetized member having a magnetized region in which N poles and S poles are alternately magnetized at a magnetized pitch λ, and the magnetized member along the arrangement direction of the magnetic poles at the magnetized pitch λ In a magnetic position detection device comprising a magnetic sensor whose output changes depending on the angle and strength of the magnetic field acting on the magnetic poles of the magnetized region by a simple movement,
The magnetic sensor includes a magnetoelectric conversion element that is disposed in a non-contact manner on the magnetized member at a bias application position deviating from a center position of the magnetized region in a direction perpendicular to the arrangement direction of the magnetic poles. Magnetic position detector.
上記バイアス印加位置は、上記磁電変換素子が有するヒステリシス特性を低減するバイアス磁界を上記磁電変換素子に作用させる、上記直角方向における上記着磁領域の端部に対応した位置である、請求項1記載の磁気式位置検出装置。   2. The bias application position is a position corresponding to an end portion of the magnetized region in the perpendicular direction in which a bias magnetic field that reduces hysteresis characteristics of the magnetoelectric conversion element is applied to the magnetoelectric conversion element. Magnetic position detector. 上記磁電変換素子は、2m(m:整数)個が磁極の上記配置方向に沿って互いに距離λ又は(2n+1)λ(n:整数)離れて配置される、請求項1又は2記載の磁気式位置検出装置。   3. The magnetic type according to claim 1, wherein 2 m (m: integer) of the magnetoelectric conversion elements are arranged at a distance λ or (2n + 1) λ (n: integer) apart from each other along the arrangement direction of the magnetic poles. Position detection device. 上記着磁部材は、円板状であり周方向に沿って全周に上記着磁領域を設け回転軸を中心に回転する磁気ドラムであり、上記磁気センサは上記磁気領域に対向して配置され、上記磁電変換素子は磁気抵抗素子である、請求項1から3のいずれか1項に記載の磁気式位置検出装置。   The magnetized member is a magnetic drum that is disk-shaped and has the magnetized region around the entire circumference along the circumferential direction and rotates about a rotation axis. The magnetic sensor is disposed to face the magnetic region. The magnetic position detecting device according to any one of claims 1 to 3, wherein the magnetoelectric conversion element is a magnetoresistive element.
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