JP3170806B2 - 磁電変換器 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、波長選択性を有する磁
電変換素子を用いた磁電変換器に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】磁気信号を検出し電気信号に変換する磁
電変換器は、ビデオテープレコーダ等に多く用いられて
いる。特にモーターの回転速度制御のために、モーター
の回転子外周に周期的磁気信号を記録し、その信号を磁
電変換素子で電気信号に変換する方式は、多くの回転機
器において使用されている。

【０００３】その磁電変換方式には、従来、次の３種類
が多く用いられている。第１はプリントパターン方式と
呼ばれるものである。回転子の外周に磁気記録媒体とし
てのリング状磁石を取り付け、その磁石にＮ極Ｓ極を繰
り返した周期的な着磁をしたものに対し、リング全周に
プリント基板を対向させ、そのプリント基板上にリング
状磁石の記録周期に波長を合わせた矩形波状配線パター
ンを円周状に設けたものである。回転子が回転すると配
線パターンに対する周方向の磁気ベクトルの方向が周期
的に変化するので、配線パターンの両端に交流の周期的
電圧が発生する。これを読みとることにより、回転子の
速度を検知するものである。

【０００４】第２はリングヘッド方式と呼ばれるもので
ある。第１同様のリング状磁石に対して、オーディオテ
ープレコーダに用いられる磁気ヘッド（リングヘッド）
を対向させ磁気信号を読みとるものである。

【０００５】第３の方式はＭＲ方式と呼ばれるものであ
る。磁界を電気信号に変換する手段として磁気抵抗の異
方性効果を有する強磁性体の抵抗（以下その英名Ｍagne
tＲesistorの頭文字をとってＭＲと呼ぶ）を用いるもの
である。第１，第２の方式が磁界の変化による起電力の
発生の原理を応用しているので、出力の大きさに周波数
依存性があり、回転速度が変わると出力の大きさも変わ
ってしまうという欠点を有しているのに比較し、第３の
方式は磁気異方性の抵抗効果の原理を応用しているの
で、周波数依存性がなく、回転速度が変化しても出力の
大きさが安定しており、近年、第１，第２の方式に取っ
てかわろうとしている。本発明もこの第３の方式の改良
に関するものである。

【０００６】以下に従来のＭＲ方式の磁電変換器につい
て説明する。図６（ａ）は従来のＭＲ方式の磁電変換器
の上面図である。回転体１の外周にリング状磁石を取り
付け、その磁石にはＮ極２，Ｓ極３を繰り返して着磁を
してある。着磁の周期（或るＮ極から次のＮ極迄の距
離）をλと呼ぶことにする。この回転磁石リングに対向
してＭＲ４，ＭＲ５を外周からギャップｇの距離をおい
て配置しており、ＭＲ４とＭＲ５との中心間間隔ｐはλ
に対して丁度１／４になっている。ＭＲ４とＭＲ５とは
直列に接続されて、その接続点７は外部出力端子として
取り出されており、また、ＭＲ４の他端６は定電圧電源
の＋端子に、ＭＲ５の他端８は定電圧電源のグラウンド
端子に接続されている。

【０００７】この磁電変換器の動作原理を説明する。Ｍ
Ｒ４とＭＲ５とは磁界がかからない時には等しい抵抗値
を示し、従って接続点７の電位は他端６よりの電源電圧
の１／２の電圧値を示す。ところが、これを周期磁界に
近づけた時は、この出力電位が変化する。図６（ｂ）に
は上記従来例の磁石とＭＲの関係について示してある。
ＭＲ４はＮ極に対向するため、垂直に（配向方向に）Ｎ
極よりの信号磁界がかかり抵抗値は無磁界の時と同じで
あるが、ＭＲ５はＮ極，Ｓ極よりの信号磁界が抵抗体の
配向方向を横切る方向に磁界がかかるために、強磁性体
の抵抗の性質より、抵抗値が下降する。ゆえに接続点７
の電位はＭＲ４とＭＲ５の抵抗値により電源電圧を比例
配分した値となり、電源電圧の１／２よりも低い値を示
すことになる。そして回転体が回転するとこのＭＲ４と
ＭＲ５との関係は交互に逆転するので、接続点７の電圧
は回転につれて高低し、この電圧を検出することによ
り、回転体の回転数を知ることができる。

【０００８】この時、ＭＲ４とＭＲ５との中心間間隔と
出力の大きさの関係は、原理から明らかなように、ＭＲ
４に対して最大の異方化方向の磁界が加わった時に、Ｍ
Ｒ５に対して最大の異方化方向を横切る磁界が加わった
時出力最大となる。その最大出力を得る関係が、中心間
間隔ｐ＝１／４λの時に得られる。従来はこの最大出力
になるｐとλの関係のＭＲ方式を用いていた。

【０００９】また、図７（ａ）に他の従来のＭＲ方式の
磁電変換器の斜視図を示す。回転体１の外周にリング状
着磁を施してＳ極２，Ｎ極３を設けてある。この着磁の
周期はλである。この回転磁石リングに対向してＭＲ
４，ＭＲ５を配置している。そして、この各々のＭＲに
対してバイアス磁界ベクトル９をかけている。バイアス
磁界ベクトル９の方向は各々のＭＲの感磁方向及び磁気
異方性配向方向にかけた磁界の合成ベクトル方向となっ
ている。そしてＭＲ４とＭＲ５との中心間間隔ｐはλに
対して丁度１／２になっている。ＭＲ４とＭＲ５との接
続，印加電圧等については前記従来例と同様である。

【００１０】この磁電変換器の動作原理を説明する。Ｍ
Ｒ４とＭＲ５とは、信号磁界がかからない時は、等しい
バイアス磁界がかかっているので、等しい抵抗値を示
し、従って接続点７の電位は他端６よりの電源電圧の１
／２を示す。ところが、これを周期磁界に近づけた時
は、この出力電位が変化する。図７の（ｂ）には本従来
例の磁石とＭＲの関係について示してある。ＭＲ４はＮ
極に対向するため、バイアス磁界と信号磁界との合成さ
れたＭＲへの磁界は、配向方向を横切る方向に近くな
り、信号磁界がかからない時よりも抵抗値が下降する。
ＭＲ５はＳ極に対向するため、バイアス磁界と信号磁界
との合成されたＭＲへの磁界は、配向方向に近くなり、
信号磁界がかからない時よりも抵抗値が上昇する。この
両方の作用により接続点７の電圧は上昇する。回転体が
回転すると、このＭＲ４とＭＲ５との関係は交互に逆転
するので、出力７の電圧は回転につれて高低し、この電
圧を検出することにより、回転体の回転数を知ることが
できる。

【００１１】この、バイアス磁界が加えられている時の
ＭＲ４とＭＲ５との中心間間隔ｐと出力の大きさの関係
は、原理から明らかなように、ＭＲ４に対して最大の垂
直方向磁界が加わり、かつ、ＭＲ５に対して最大の異方
化方向の磁界が加わった時に出力最大となる。その最大
出力を得る関係が中心間間隔ｐ＝１／２λの時に得ら
れ、従来はこの関係のＭＲ方式を用いていた。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
従来の構成では、回転体とＭＲのギャップｇに出力が大
きく依存するという問題点を有していた。図４は電源端
子６と８の間に定電圧５Ｖを印加した場合に、回転体と
ＭＲのギャップｇを変えた時の出力振幅の大きさを表し
たものである。図上の曲線（ａ）が従来のＭＲ方式の出
力振幅を表す。ギャップが広くなるに従って急激に出力
が減少する。５０μｍでは６０mV以上あった出力が１５
０μｍでは３０mV以下に減少してしまう。

【００１３】磁電変換器を組み立てる製造工程におい
て、その出力を適正にするために、回転体をＭＲのギャ
ップを調整する必要があるが、上記のようにほんの少し
ギャップが狂うと出力が大きく変動する特性を示してし
まうので、その組み立ては非常に困難なものであった。

【００１４】また、回転体が回転すると軸ブレが起きる
が、ほんの少しの軸ブレが、回転体とＭＲのギャップを
変える原因となり、軸ブレにより、磁電変換精度即ち回
転速度の検出精度が悪くなるということが、従来よく起
こっており問題となっていた。

【００１５】本発明は、上記従来の問題点を解決するも
ので、磁電変換器の製造工程において組み立てが容易で
あり、しかも、回転体が軸ブレしても回転速度の検出が
正確に行なえる磁電変換器を提供するものである。

【００１６】

【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
に本発明の磁電変換器は、磁気抵抗の異方性効果を有す
る強磁性体の抵抗を２つ直列接続して平行に設置し、か
つその中心間間隔をｐとなるように配置して構成された
直列抵抗素子と、周期間隔をλとして周期的に磁気記録
された磁気記録媒体とを備え、前記直列抵抗素子と磁気
記録媒体とを対向させて λ／４０≦｜λ／４＋ｎ・λ／２−ｐ≦｜λ／８
（ｎは整数） なる関係であるとともに、最大出力になる位置からずれ
た関係に組み合わせて配置し、直列抵抗素子の両端に電
圧を印加し両抵抗の接続点より電気信号出力をとり出す
構成を有している。このλとｐとの関係について図示し
たものが図５（ａ）である。信号磁界に対向させて、Ｍ
Ｒ４とＭＲ５を配置した時のＭＲ５の中心を図の右端の
一点鎖線にて表した時に、これとｐの間隔で隔ったＭＲ
４の中心位置の範囲を斜線部にて図示している。

【００１７】また、更にＭＲにバイアス磁界をかけた磁
電変換器で従来方式の問題点を解決する本発明の磁電変
換器は、磁気抵抗の異方性効果を有する強磁性体の抵抗
を２つ直列接続して平行に設置し、かつその中心間間隔
をｐとなるように配置して構成された直列抵抗素子と、
この直列抵抗素子の感磁方向及び磁気異方性配向方向に
常にバイアス磁界をかける手段と、周期間隔をλとして
周期的に磁気記録された磁気記録媒体とを備え、前記直
列抵抗素子と磁気記録媒体とを対向させて λ／２０≦｜λ／２＋ｎλ−ｐ｜≦λ／４ （ｎは整数） なる関係に組み合わせて配置し、直列抵抗素子の両端に
電圧を印加し、両抵抗の接続点より電気信号出力をとり
出す構成を有している。このλとｐの関係について図示
したものが図５（ｂ）である。信号磁界に対向させて、
ＭＲ４とＭＲ５を配置した時のＭＲ５の中心を図の右端
の一点鎖線にて表した時に、これとｐの間隔で隔ったＭ
Ｒ４の中心位置の範囲を斜線部にて図示している。

【００１８】

【作用】本発明の構成によって、磁気記録媒体とＭＲが
接近し過ぎた時においても、磁気記録媒体の記録周期と
ＭＲの中心間間隔との関係を最大出力になる配置から適
当に故意にずらしてあるので、電気信号出力が大き過ぎ
るということが起こらず、また磁気記録媒体とＭＲとが
遠く離れ過ぎた時においても、通常位置に置いた時に比
較しての電気信号出力の減衰量が大き過ぎるということ
も起こらない。即ち磁気記録媒体とＭＲとのギャップの
大小にかかわらず安定した出力を得ることができる。従
って磁電変換器を組み立てる際に、ギャップと大小にか
かわらず容易な組み立てが可能となる。また回転体の回
転時の軸ブレが大きくしても安定した電気信号出力が得
られ、高精度の回転検出を実現できる。

【００１９】

【実施例】（実施例１）以下本発明の一実施例の磁電変
換器について、図面を参照しながら説明する。

【００２０】図１（ａ）は本発明の第１の実施例におけ
る磁気記録媒体とＭＲの相対関係を示すものである。従
来例で説明した図６（ｂ）のＭＲよりも、ＭＲ中心間間
隔ｐが狭くなっている。

【００２１】この関係の磁電変換器を従来例の図６
（ａ）と同様の構成にした場合について説明する。

【００２２】ギャップｇが５０μｍと小さい時は、図１
（ａ）の関係で配置した場合においては、ＭＲ５は信号
磁界として配向方向を垂直に横切る方向にのみ磁界がか
かるので、抵抗値は無磁界時より約２％下降する。また
ＭＲ４は信号磁界として配向方向と、それに垂直方向と
両方向に磁界がかかるので、この合成磁界に対する抵抗
値として無磁界時より約０．８％下降する。この２％と
０．８％との差の１．２％が取り出せる電気信号出力と
なる。

【００２３】今度は反対にギャップｇが１５０μｍと大
きい時、ＭＲ５は信号磁界として配向方向を垂直に横切
る方向にのみ磁界がかかるが、信号磁界と離れているの
で磁界が多いため１．２％の抵抗値下降となる。またＭ
Ｒ４は信号磁界として配向方向と、それに垂直方向との
両方向に磁界がかかるが、磁界ベクトルの分布状態が信
号磁界に近い場合と異なるので、配向方向の磁界の比率
が、それに垂直方向の磁界の比率に対して増大する。全
体に磁界の強さも弱まるので、抵抗値の変化率は約０．
２％の下降となる。この１．２％と０．２％との差１．
０％が取り出せる電気信号出力となる。このためギャッ
プが小さい時も大きい時も安定した電気信号出力とな
る。この関係をグラフ化したのが図４（ｂ）である。

【００２４】また実施例としては図１（ｂ）のように、
従来例の説明の図６（ｂ）よりもＭＲの中心間間隔ｐが
広くなっていてもよい。この時の原理，効果も前記図１
（ａ）に示した実施例と同様のものである。

【００２５】実施例として更に図２（ａ）のように一方
のＭＲを４′，４″，５′，５″と２つずつに分け周期
的に同じ磁気信号となる２箇所に別々に配置しても、そ
の効果は同じである。３箇所，４箇所と分けていって、
直列に接続しても同様である。

【００２６】また図２（ｂ）のように前記実施例を組み
合わせて１つのＭＲ４′のｐ′は λ／４０≦λ／４＋０・λ／２−ｐ′≦λ／８ に設定し、他のＭＲ４″のｐ″は λ／４０≦−（λ／４＋１・λ／２−ｐ″）≦λ／８ に設定し直列に接続して片方のＭＲとしても良い。

【００２７】（実施例２）以下、本発明の第２の実施例
について図面を参照しながら説明する。

【００２８】図３（ａ）は本発明の第２の実施例におけ
る磁気記録媒体とＭＲの相対関係を示すものであり、バ
イアス磁界印加手段によりバイアスが印加されている。
従来例で説明した図７（ｂ）のＭＲよりも、ＭＲ中心間
間隔ｐが狭くなっている。この時の動作、従来例との特
性比較，効果等も、実施例１で説明したのと同様に説明
できる。結果としてギャップｇを小さくした時と大きく
した時との出力変動は小さく安定しており、従来例に比
べて大きく改善されている。

【００２９】また実施例としては図３（ｂ）のように一
方のＭＲを２つに分け周期的に同じ磁気信号となる２箇
所に別々に配置してもその効果は同じであり、実施例１
の図２（ｂ）の例と同様である。他の例についても実施
例１と同様の議論ができることは言うまでもない。

【００３０】以上のように本発明の実施例によれば磁気
抵抗の異方性効果を有する強磁性体の抵抗を２つ直列接
続して平行に設置し、かつその中心間間隔をｐとなるよ
うに配置して構成された直列抵抗素子と、周期間隔をλ
として周期的に磁気記録された磁気記録媒体とを備え、
前記直列抵抗素子と磁気記録媒体とを対向させて λ／４０≦｜λ／４＋ｎ・λ／２−ｐ｜≦λ／８ （ｎは整数） なる関係に組み合わせて配置し、直列抵抗素子の両端に
電圧を印加し、両抵抗の接続点より電気信号出力をとり
出すことにより、回転体とＭＲのギャップｇが変動して
も、出力振幅が変動することが少なく、安定した出力と
なるので、このような磁電変換器を組み立てる製造工程
において、１０μｍ単位といった微妙なギャップの調整
のための位置合わせをする必要がなく、楽に早く取り付
け組み立てができるという効果があると共に、回転体の
回転時の軸ブレが大きくても安定した電気信号出力が得
られ、高精度の回転検出を実現できるものである。

【００３１】また、この時のｐとλが λ／４０＞｜λ／４＋ｎ・λ／２−ｐ｜ （ｎは整数） の関係になった時は、図６（ｂ）において説明した従来
の磁電変換器に近い構造及び特性となり、ほんの少しギ
ャップｇが変化しても出力振幅が大きく変動するものと
なってしまうので前記のような効果がでない。

【００３２】また、反対に、この時のｐとλが ｜λ／４＋ｎ・λ／２−ｐ｜＞λ／８ （ｎは整数） の関係になった時は、磁電変換器としての変換効率が落
ちてしまうため、出力振幅が極端に小さくなり変換器と
しての機能がなくなってしまう。ゆえに本発明の効果を
出すためのλとｐの関係は請求の範囲に表記した領域
（図５（ａ）に図示）に限られるものである。

【００３３】また、実施例２に示したようにＭＲにバイ
アス磁界をかけた磁電変換器においては、磁気抵抗の異
方性効果を有する強磁性体の抵抗を２つ直列接続して平
行に設置し、かつその中心間間隔をｐとなるように配置
して構成された直列抵抗素子と、この直列抵抗素子の感
磁方向及び磁気異方性配向方向に常にバイアス磁界をか
ける手段と、周期間隔をλとして周期的に磁気記録され
た磁気記録媒体とを備え、前記直列抵抗素子と磁気記録
媒体とを対向させ λ／２０≦｜λ／２＋ｎλ−ｐ｜≦λ／４ （ｎは整数） なる関係に組み合わせて配置し、直列抵抗素子の両端に
電圧を印加し、両抵抗の接続点より電気信号出力をとり
出すことにより、回転体とＭＲのギャップｇが変動して
も、出力振幅が変動することが少なく、安定した出力と
なるので、前記同様組み立てが楽に早くでき、しかも軸
ブレに対して安定して高精度の回転検出を実現できるも
のである。

【００３４】この時のｐとλが λ／２０＞｜λ／２＋ｎλ−ｐ｜ （ｎは整数） の関係の時は、図７（ｂ）において説明した従来の磁電
変換器に近い構造及び特性となり、ギャップｇの変化に
対して弱くなってしまう。

【００３５】また、反対に、この時のｐとλが ｜λ／２＋ｎλ−ｐ｜＞λ／４ （ｎは整数） の関係になった時は、磁電変換器としての変換効率が落
ちてしまう。ゆえに本発明の効果を出すためのλとｐの
関係は請求の範囲に表記した領域（図５（ｂ）に図示）
に限られるものである。

【００３６】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、磁気記録
媒体とＭＲが接近し過ぎた時においても、磁気記録媒体
の記録周期とＭＲの中心間間隔との関係を最大出力にな
る配置から適当に故意にずらしてあるので、電気信号出
力が大き過ぎるということが起こらず、また磁気記録媒
体とＭＲとが遠く離れ過ぎた時においても、通常位置に
置いた時に比較しての電気信号出力の減衰量が大き過ぎ
るということも起こらない。即ち磁気記録媒体とＭＲと
のギャップの大小にかかわらず安定した出力を得ること
ができる。従って磁電変換器を組み立てる際に、ギャッ
プと大小にかかわらず容易な組み立てが可能となる。ま
た回転体の回転時の軸ブレが大きくても安定した電気信
号出力が得られ、高精度の回転検出を実現できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）は本発明の第１の実施例の磁電変換器に
おける磁石とＭＲの関係図 （ｂ）は同実施例を応用した磁石とＭＲの関係図

【図２】（ａ），（ｂ）は前図に示した実施例を応用し
た磁石とＭＲの関係図

【図３】（ａ）は本発明の第２の実施例の磁電変換器に
おける磁石とＭＲの関係図 （ｂ）は同実施例を応用した磁石とＭＲの関係図

【図４】回転体とＭＲのギャップｇと出力振幅の関係の
特性図

【図５】（ａ）は本発明の請求項１の請求領域の説明図 （ｂ）は本発明の請求項２の請求領域の説明図

【図６】（ａ）は第１の従来例の構造を示す上面図 （ｂ）は同従来例における磁石とＭＲの関係図

【図７】（ａ）は第２の従来例の構造を示す斜視図 （ｂ）は同従来例における磁石とＭＲの関係図

【符号の説明】

１ 回転体 ２ Ｎ極 ３ Ｓ極 ４，５ ＭＲ ６，８ 他端 ７ 接続点

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G01P 3/487 G01D 5/245

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 磁気抵抗の異方性効果を有する強磁性体
   の抵抗を２つ直列接続して平行に設置し、かつその中心
   間間隔をｐとなるように配置して構成された直列抵抗素
   子と、周期間隔をλとして周期的に磁気記録された磁気
   記録媒体とを備え、前記直列抵抗素子と磁気記録媒体と
   を対向させて λ／４０≦｜λ／４＋ｎ・λ／２−ｐ≦｜λ／８
   （ｎは整数） なる関係であるとともに、最大出力になる位置からずれ
   た関係に組み合わせて配置し、直列抵抗素子の両端に電
   圧を印加し両抵抗の接続点より電気信号出力をとり出す
   構成とした磁電変換器。
2. 【請求項２】磁気抵抗の異方性効果を有する強磁性体の
   抵抗を２つ直列接続して平行に設置し、かつその中心間
   間隔をｐとなるように配置して構成された直列抵抗素子
   と、この直列抵抗素子の感磁方向及び磁気異方性配向方
   向に常にバイアス磁界をかける手段と、周期間隔をλと
   して周期的に磁気記録された磁気記録媒体とを備え、前
   記直列抵抗素子と磁気記録媒体とを対向させて λ／２０≦｜λ／２＋ｎλ−ｐ｜≦λ／４ （ｎは整数） なる関係に組み合わせて配置し、直列抵抗素子の両端に
   電圧を印加し、両抵抗の接続点より電気信号出力をとり
   出す構成とした磁電変換器。