JP3729116B2

JP3729116B2 - 方位計

Info

Publication number: JP3729116B2
Application number: JP2001316473A
Authority: JP
Inventors: 泰典阿部; 治下江; 眞治古市
Original assignee: Hitachi Metals Ltd
Current assignee: Hitachi Metals Ltd
Priority date: 2001-10-15
Filing date: 2001-10-15
Publication date: 2005-12-21
Anticipated expiration: 2021-10-15
Also published as: JP2003121154A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は磁気抵抗素子を用いた方位計、特に磁気抵抗素子にバイアス磁界を印加しながら方位を測定する方位計に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
磁気抵抗素子はその磁化容易軸方向に電流を流したときに、それに直角な方向に磁界を印加すると、電流の方向での抵抗は磁界の大きさによって減少する磁気抵抗効果を持つ。抵抗と印加する磁界強度との関係はほぼ２次関数で近似することが出来て、図７のように
Ｒ＝Ｒ₀（１−α（Ｈ／Ｈk）²）
となっている。ここで、Ｒ₀は無磁界時の抵抗、αは抵抗率変化率、Ｈｋは飽和磁界である。
【０００３】
磁気抵抗素子に１／２・Ｈｋ程度のバイアス磁界を印加した状態では、外部磁界と抵抗とはほぼ直線関係にある。地磁気の水平成分は最大０．４Ｏｅであるから、適当なバイアスを印加すると方位を測定することができる。
【０００４】
４個の直交する磁気抵抗素子９１，９２，９３，９４を図８のようにフルブリッジに組み、磁気抵抗素子の電流方向に対して４５°の角度になるように２つの直交するバイアス磁界を印加できるように２個のバイアスコイル１０１，１０２を磁気抵抗素子の外部に付けたホルダーに巻き付けた方位計が用いられている。それを図９に断面模式図、図１０に外観図で示している。
【０００５】
方位を測定する際には、一方のバイアスコイル１０１（ｘ方向コイルとする）によって、フルブリッジになった４個の磁気抵抗素子９１，９２，９３，９４に＋ｘ方向バイアスを印加しながら、フルブリッジになった磁気抵抗素子間の中間電位差を測定し、次に同じバイアスコイル１０１によって磁気抵抗素子に−ｘ方向バイアスを印加しながら、磁気抵抗素子間の中間電位差を測定する。＋ｘ方向バイアス印加時と−ｘ方向バイアス印加時の中間電位差同士の差を求めると、この差が地磁気の水平分力とｘ軸方向との角度θの正弦と比例したものになる。
【０００６】
次に他方のバイアスコイル１０２（ｙ方向コイルとする）によって、フルブリッジになった４個の磁気抵抗素子９１，９２，９３，９４に＋ｙ方向バイアスを印加しながら、フルブリッジになった磁気抵抗素子間の中間電位差を測定し、次いで同じバイアスコイル１０２によって磁気抵抗素子に−ｙ方向バイアスを印加しながら磁気抵抗素子間の中間電位差を測定する。＋ｙ方向バイアス印加時と−ｙ方向バイアス印加時の中間電位差同士の差を求めると、この差が地磁気の水平分力の方向θとはｓｉｎ（π／２−θ）に、すなわち角度θの余弦と比例する。
【０００７】
これらｙ方向出力Ｖｙとｘ方向出力Ｖｘから地磁気の水平分力の方向
θ＝ａｔａｎ（Ｖｘ／Ｖｙ）
として、方位が測定出来る。
【０００８】
以上のことは原理として正しいのであるが、磁気抵抗素子への印加磁界と抵抗との関係にはヒステリシスがあり、図７に示したものよりも、むしろ図１１のようになる。印加磁界強度を上げていくと図１１の上のカーブを辿り飽和となる、そこから印加磁界を下げていくと下のカーブを辿ると言われている。
【０００９】
そこで、方位を測定する際に、このヒステリシスの影響を考慮して、バイアス磁界を印加する前に飽和磁界を印加しておくことが行われている。
【００１０】
例えば、特開平5-157565号公報にあるように、上で説明した磁気抵抗素子と２つの直交するバイアスコイルからなる方位計を用いて方位を測定する際に、＋ｘ方向に飽和磁界Ｈｋを印加し、次いで＋ｘ方向バイアス磁界Ｈｂを印加しながら磁気抵抗素子間の中間電位差を測定する。そして同じバイアスコイルによって−ｘ方向に飽和磁界−Ｈｋを印加し、次いで−ｘ方向バイアス磁界−Ｈｂを印加しながら磁気抵抗素子間の中間電位差を測定する。このようにして求めた＋ｘ方向バイアス印加時と−ｘ方向バイアス印加時の中間電位差同士の差をｘ方向出力Ｖｘとする。
【００１１】
次に他方のバイアスコイルによって、＋ｙ方向に飽和磁界を印加し、次いで＋ｙ方向バイアスを印加しながら磁気抵抗素子間の中間電位差を測定する。そして同じバイアスコイルによって−ｙ方向に飽和磁界を印加し、次いで−ｙ方向バイアスを印加しながら磁気抵抗素子間の中間電位差を測定する。このようにして求めた＋ｙ方向バイアス印加時と−ｙ方向バイアス印加時の中間電位差同士の差をｙ方向出力Ｖｙとする。これらＶｘとＶｙから上記と同じように方位を測定するものである。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
上で説明したフルブリッジに組み立てた４個の直交する磁気抵抗素子は一枚のセラミック基板上にＮｉ系合金膜を蒸着し、エッチングによってつづら折り状の各磁気抵抗素子を形成することができる。そのために極めて小さく、また薄いものとすることができる。しかし、それをｘ方向、ｙ方向に取り巻いて形成した２個のバイアスコイルは磁気抵抗素子ブリッジの外周に設けられているために、厚さが３ｍｍ程度で面積が１０ｍｍ×１０ｍｍ程度の物となっていた。このように厚さが大きいために、電子方位計を組み込んだリストウオッチが大きなものとなっていた。
【００１３】
方位を測定する手順を上で説明したが、ｘ方向コイルで＋ｘ方向と−ｘ方向のバイアスを印加して測定し、ｙ方向コイルで＋ｙ方向と−ｙ方向のバイアスを印加して測定し、その後演算するので、４回の測定が必要なものであった。
【００１４】
更に、ヒステリシスの影響をなくすために、バイアス磁界を印加する前にバイアス磁界と同じ方向の飽和磁界を印加することが行われている。飽和磁界を印加した後にバイアス磁界を印加すると磁気抵抗素子の抵抗と磁界曲線（図１１参照）の勾配が小さくなって、測定する出力が低くなってしまっている。
【００１５】
そこで、本発明の目的とするところは、磁気抵抗素子に飽和磁界とバイアス磁界とを印加するのに平面コイルを用いて、薄膜でコイルを構成することが出来て、厚さを極めて薄く且つ面積を小さくすることのできる方位計を提供することである。
【００１６】
また、本発明の他の目的は、従来よりもコイルへの通電回数を減らし、測定回数を少なくすることのできる方位計を提供することである。
【００１７】
本発明の更に他の目的は、同じバイアス磁界を生じさせるのにコイルに流す電力を小さくすることのできる方位計を提供することである。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
本発明の方位計は、磁気抵抗素子面と、その磁気抵抗素子面の両側にそれぞれ平行に設けられた２個の平面コイルとを有し、
各平面コイルは互いに平行となっている対辺対を少なくとも２組持ち、それら２組の対辺対が長方形の４辺を少なくとも部分的に構成しており、
前記磁気抵抗素子面には、前記平面コイルの対辺対の各１辺当たり、その辺のみと３０°よりも大きく９０°未満で交差している長手方向を持った２個の磁気抵抗素子を持ち、その２個の磁気抵抗素子は互いにその長手方向が非平行となっており、
前記２個の平面コイルは、前記磁気抵抗素子面にある各磁気抵抗素子に同じ方向の直流磁界が印加されるように互いに反対方向の直流電流が流されるように接続されて、
各磁気抵抗素子と交差している一方の平面コイルの辺を流れる直流電流によるバイアス直流磁界と、その磁気抵抗素子と交差している他方の平面コイルの辺を流れる直流電流によるバイアス直流磁界とがその磁気抵抗素子の長手方向と交差してその長手方向と直角方向にバイアス直流磁界がその磁気抵抗素子に印加されるようになっており、
磁気抵抗素子それぞれは、その磁気抵抗素子が交差している平面コイルの辺の対辺と交差している２個の磁気抵抗素子のうち一方の磁気抵抗素子とで１組の磁気抵抗素子対を構成していて、その１組の磁気抵抗素子対を構成している２個の磁気抵抗素子はその長手方向が互いに非平行となっていて、
各磁気抵抗素子対の磁気抵抗素子の一方の端部同士が接続されているとともに、他方の端部間に測定用電圧が印加されるようになっていて、接続されている前記一方の端部から中間電位出力を取り出すようになっていることを特徴とする。
【００２０】
本発明の方位計において、前記各磁気抵抗素子の長手方向が平面コイルの対辺対の各１辺と交差する角度が４５°以上で９０°未満であることが好ましい。
【００２１】
本発明の方位計は、磁気抵抗素子面と、その磁気抵抗素子面の両側にそれぞれ平行に設けられた２個の平面コイルとを有し、
各平面コイルは互いに平行となっている対辺対を少なくとも２組持ち、それら２組の対辺対が長方形の４辺を少なくとも部分的に構成しており、
前記磁気抵抗素子面には、前記平面コイルの対辺対の各１辺当たり、その辺のみと４５°で交差している長手方向を持った２個の磁気抵抗素子を持ち、その２個の磁気抵抗素子は互いにその長手方向が直角となっており、
前記２個の平面コイルは、前記磁気抵抗素子面にある各磁気抵抗素子に同じ方向の直流磁界が印加されるように互いに反対方向の直流電流が流されるように接続されて、
各磁気抵抗素子と交差している一方の平面コイルの辺を流れる直流電流によるバイアス直流磁界と、その磁気抵抗素子と交差している他方の平面コイルの辺を流れる直流電流によるバイアス直流磁界とがその磁気抵抗素子の長手方向と交差してその長手方向と直角方向にバイアス直流磁界がその磁気抵抗素子に印加されるようになっており、
磁気抵抗素子それぞれは、その磁気抵抗素子が交差している平面コイルの辺の対辺と交差している２個の磁気抵抗素子のうち一方の磁気抵抗素子とで１組の磁気抵抗素子対を構成していて、その１組の磁気抵抗素子対を構成している２個の磁気抵抗素子はその長手方向が互いに直角となっていて、
各磁気抵抗素子対の磁気抵抗素子の一方の端部同士が接続されているとともに、他方の端部間に測定用電圧が印加されるようになっていて、接続されている前記一方の端部から中間電位出力を取り出すようになっていることができる。
【００２２】
また、前記２個の平面コイルはその電源に直列に接続されていることが好ましい。
【００２３】
【発明の実施の形態】
本発明による方位計の実施例を図１，２に示している。図１は方位計の展開斜視図であり、磁気抵抗素子面と、その磁気抵抗素子面の両側に近接して磁気抵抗素子面とそれぞれ平行に設けられた２個の平面コイル１，１′を持っている。磁気抵抗素子面には磁気抵抗素子２１，２２，３１，３２，４１，４２，５１，５２が設けられている。平面コイル１は互いに平行になっている対辺対１１と１２，１３と１４を少なくとも２組有し、それら２組の対辺対が長方形の４辺（ここでは正方形の４辺）を少なくとも部分的に構成している。平面コイル１′は互いに平行になっている対辺対１１′と１２′，１３′と１４′を少なくとも２組有し、それら２組の対辺対が長方形の４辺（ここでは正方形の４辺）を少なくとも部分的に構成している。
【００２４】
平面コイル１の平行な対辺対の一コイル辺１１と平面コイル１′の平行な対辺対の一コイル辺１１′とは平行に並べられており、それらのコイル辺の間に挟まれて磁気抵抗素子２１と３２がその長手方向を３０°よりも大きく９０°未満で、好ましくは４５°以上で９０°未満で、この実施例では４５°でコイル辺と交差している。対辺対の向かい側のコイル辺１２とコイル辺１２′とは平行に並べられており、それらのコイル辺の間に挟まれて磁気抵抗素子３１と２２がその長手方向を３０°よりも大きく９０°未満で、好ましくは４５°以上で９０°未満で、この実施例では４５°でコイル辺と交差している。それらの対辺対と直交しているコイル辺１３とコイル辺１３′とは平行に並べられており、それらのコイル辺間に挟まれて磁気抵抗素子４１と５２がその長手方向を３０°よりも大きく９０°未満で、好ましくは４５°以上で９０°未満で、この実施例では４５°でコイル辺と交差している。コイル辺１３の向かい側のコイル辺１４とコイル辺１３′の向かい側のコイル辺１４′とは平行に並べられていて、それらのコイル辺の間に挟まれて磁気抵抗素子５１と４２がその長手方向を３０°よりも大きく９０°未満で、好ましくは４５°以上で９０°未満で、この実施例では４５°でコイル辺と交差している。平面コイル１、１′の各辺と交差している磁気抵抗素子２１と３２，３１と２２，４１と５２，５１と４２は、それぞれそれらの長手方向が互いに非平行、この図では直交している。また、平行な対辺対の辺と長手方向が交差している磁気抵抗素子２１と２２とで磁気抵抗素子対２を構成していて、磁気抵抗素子２１と２２はそれらの長手方向が互いに非平行、この図では直交している。同様に、平行な対辺対の各辺と長手方向が交差している磁気抵抗素子３１と３２，４１と４２，５１と５２はそれぞれ磁気抵抗素子対３，４，５を構成していて、磁気抵抗素子３１と３２，４１と４２，５１と５２はそれらの長手方向が互いに非平行、この図では直交している。各磁気抵抗素子対２，３，４，５を構成している磁気抵抗素子同士の一方の端部、この図では平面コイル１、１′の内側にある端部同士がそれぞれ結合されている。そして、各磁気抵抗素子対の他端部間に測定用電圧Ｖｃｃが印加されて、先ほどの結合されている端部の電位差を測定するようになっている。
【００２５】
磁気抵抗素子は平面コイル１、１′と近接して挟まれた平行な面に設けられている。平面コイル１、１′はそれぞれコイルが同じ方向に数十回巻かれていて、両コイルに互いに反対方向に直流電流を流したとき、両平面コイル面間にある平行な面すなわち磁気抵抗素子面には、コイルの内側から外へ、あるいは外から内側へ向いた直流磁界が生じるので、磁気抵抗素子対に直流磁界が印加されることになる。図１，２で平面コイル１に時計廻りの電流Ｉが流れて平面コイル１′に反時計廻りの電流−Ｉが流れると磁気抵抗素子２１，３２にはｘ方向の磁界が、磁気抵抗素子２２，３１には−ｘ方向の磁界が、磁気抵抗素子４１，５２にはｙ方向の磁界が、磁気抵抗素子４２，５１には−ｙ方向の磁界が印加される。平面コイル１にそれとは反対方向の電流−Ｉが流されて平面コイル１′に電流Ｉが流されると各磁気抵抗素子には先ほどと反対方向の磁界が印加される。
【００２６】
磁気抵抗素子の長手方向に電流を流すときに、磁気抵抗素子面で長手方向と直角方向に磁界を印加した場合、磁気抵抗素子の抵抗は図７のように磁界の大きさに応じて減少し、その磁界の印加方向によって図１１のようにヒステリシスがある。
【００２７】
磁気抵抗素子が平面コイルの辺と４５°で交差している場合は、長手方向の直角方向に対して４５°の方向に外部磁界が印加されることになる。その場合磁気抵抗素子は長手方向に形状磁気異方性があり、形状磁気異方性磁界と外部磁界の合成ベクトルが磁気抵抗素子に印加されたのと同じになる。そのために、磁気抵抗素子に外部磁界を印加したときの外部磁界Ｈと抵抗Ｒの関係は図３に示すグラフのようになる。図３では正方向に大きな磁界Ｈを掛けておいて、徐々にその掛けている磁界の大きさを小さくしていったときの抵抗の変化を示している。印加磁界が負になったときに極小の抵抗を持つので、負で所定の大きさの磁界を印加しているときに、印加磁界の変化に対する抵抗の変化率が最も大きくなる。この抵抗と磁界との関係グラフは、負方向に大きな磁界を掛けておいて、次第に印加磁界を大きくしていった場合には、磁界０の線に関して図３のグラフと対称のグラフとなる。
【００２８】
図１，２に示す方位計を用いて方位を測定する際、平面コイル１に直流電流を図１，２で時計廻りにまた平面コイル１′に反時計廻りに流して、磁気抵抗素子２１〜５２の磁化が少なくとも長手方向に飽和するのに十分な大きさの直流磁界を磁気抵抗素子２１〜５２に印加する。次にその直流電流と反対向き（図１，２で平面コイル１に反時計廻りで平面コイル１′に時計廻り）で所定の大きさの直流電流をその平面コイル１、１′に流して磁気抵抗素子の長手方向と直角方向にバイアス直流磁界を印加している間に、磁気抵抗素子対の各磁気抵抗素子の他方の端部間に測定用電圧Ｖｃｃを印加して、接続されている端部から中間電位出力を取り出す。磁気抵抗素子２１〜５２の長手方向と直角方向に飽和するのに十分な大きさの直流磁界を磁気抵抗素子２１〜５２に印加すると、いずれの磁気抵抗素子も図３のグラフの右端の状態となる。直流電流を減少させるか、あるいは切って、その直流電流とは反対向きで、印加磁界に対する抵抗変化率が最大となる付近の大きさの磁界、すなわち所定の大きさの直流電流による直流磁界を印加しておいて、磁気抵抗素子同士の接続されている端部から中間電位出力を取り出す。いま地磁気の水平成分の大きさをＨｅとして、その地磁気の水平成分Ｈｅのｘ軸となす角度をθとする。磁気抵抗素子２１と磁気抵抗素子２２の中間電位出力は、
Vcc・（1/2−1/(2・Rb)・βHecosθ）
となる。なお、ここでβは抵抗の磁界に対する変化率であって、Rbはバイアス磁界Ｈｂのみが印加されているときの磁気抵抗素子の抵抗である。
【００２９】
磁気抵抗素子対２と磁気抵抗素子対３の接続されている端部の中間電位出力の間の差を図１，２のＶｘとして取りだしているので、中間電位出力差Ｖｘは
Vx(+)= Vcc・((1/2−1/(2・Rb)・βHecosθ)−(1/2+1/(2・Rb)・βHecosθ))
=−Vcc・1/Rb・βHecosθ
となる。
【００３０】
同様にして、磁気抵抗素子対４と磁気抵抗素子対５の接続されている端部の中間電位出力の間の差を図１，２のＶｙとして取りだしているので、中間電位出力差Ｖｙは
Vy(+)= Vcc・((1/2−1/(2・Rb)・βHesinθ)−(1/2+1/(2・Rb)・βHesinθ))
=−Vcc・1/Rb・βHesinθ
となる。
【００３１】
次に、平面コイル１、１′に上とは反対向きに直流電流を流して、磁気抵抗素子２１〜５２が長手方向と直角方向に飽和する大きさの直流磁界を磁気抵抗素子２１〜５２に印加し、その直流電流とは反対向きで所定の大きさの直流電流をその平面コイル１及び１′に流して磁気抵抗素子の長手方向と直角方向にバイアス直流磁界を印加している間に、上と同様に磁気抵抗素子対の各磁気抵抗素子の他の端部同士間に測定用電圧Ｖｃｃを印加して、接続されている端部から中間電位出力を取り出す。このときに印加する磁界の大きさは、絶対値で上とほぼ同じ大きさの磁界とすると、印加磁界に対する抵抗変化率が最大となる。
【００３２】
この場合の磁気抵抗素子対２と磁気抵抗素子対３の接続されている部分の中間電位出力の間の差を図１，２のＶｘとして取り出すと、中間電位出力差Ｖｘは
Vx(-)=Vcc・1/Rb・βHecosθ
となる。また、磁気抵抗素子対４と磁気抵抗素子対５の接続されている端部の中間電位出力の間の差を図１，２のＶｙとして取り出すと、中間電位出力差Ｖｙは
Vy(-)=Vcc・1/Rb・βHesinθ
となる。
【００３３】
これらの両中間電位出力差をｘ方向とｙ方向について差を求めると、
ｘ方向のＶ=Vx(+)−Vx(-)＝−2Vcc・1/Rb・βHecosθ
ｙ方向のＶ=Vy(+)−Vy(-)＝−2Vcc・1/Rb・βHesinθ
となるので、地磁気の水平成分がｘ軸となす角度θは
θ=atan（ｙ方向のＶ/ｘ方向のＶ）
として求めることができる。
【００３４】
上の説明から明らかなようにある方向に直流電流を流しているときに、磁気抵抗素子対２と３及び磁気抵抗素子対４と５の２組ずつにｘ方向とｙ方向のバイアス磁界を印加したときの中間電位出力差を同時に求めることができるとともに、反対方向に直流電流を流しているときに、磁気抵抗素子対２と３及び磁気抵抗素子対４と５の２組ずつに−ｘ方向と−ｙ方向のバイアス磁界を印加したときの中間電位出力差を同時に求めることができる。
【００３５】
平面コイル１と平面コイル１′とを電源回路に直列あるいは並列に接続することができる。平行な２個のコイルによって磁界強度を得るには、一方のコイルのみでも同じ大きさの磁界を得るのに要する電流の１／２で十分である。直列とした場合には、２個のコイルに必要とする電力は、１個のコイルによって消費される電力の１／２とすることができる。
【００３６】
上に述べた実施例においては平面コイルとして平行四辺形状のものを用いて説明したが、図４，５に平面模式図で示す平面コイルを用いることができる。図４に示している平面コイル１ａ，１ａ′では、それぞれ互いに平行となっている対辺対が２組あり、平面コイル１ａの辺１１ａと１２ａが平行でまた辺１３ａと１４ａとが平行となっている。また、平面コイル１ａ′の辺１１ａ′と１２ａ′が平行でまた辺１３ａ′と１４ａ′とが平行となっている。辺１１ａと辺１３ａの間には斜めになったコイル部分１５ａ、辺１１ａと辺１４ａの間には斜めになったコイル部分１６ａ、辺１４ａと辺１２ａの間には斜めになったコイル部分１７ａ、辺１２ａと辺１３ａの間には斜めになったコイル部分１８ａがそれぞれある。また辺１１ａ′と辺１３ａ′の間には斜めになったコイル部分１５ａ′、辺１１ａ′と辺１４ａ′の間には斜めになったコイル部分１６ａ′、辺１４ａ′と辺１２ａ′の間には斜めになったコイル部分１７ａ′、辺１２ａ′と辺１３ａ′の間には斜めになったコイル部分１８ａ′がそれぞれある。４辺１１ａ、１２ａ、１３ａ、１４ａは長方形ここでは正方形の４辺を部分的に構成している。同様に４辺１１ａ′、１２ａ′、１３ａ′、１４ａ′は長方形ここでは正方形の４辺を部分的に構成している。平行になった対辺対を作っている辺１１ａと１２ａには図２に示したものと同様に磁気抵抗素子対２と３がそれらの長手方向をほぼ４５°にして交差している。同様に平行になった対辺対を作っている辺１３ａと１４ａには磁気抵抗素子対４と５がそれらの長手方向をほぼ４５°にして交差している。平面コイルの磁気抵抗素子と交差している部分では直線となっているので、コイル１ａに時計廻りにコイル１ａ′に反時計廻りに電流が流れると、コイル面に挟まれて磁気抵抗素子面がある場合、いずれの磁気抵抗素子にも外へ向かう磁界を磁気抵抗素子の長手方向から４５°に印加することができる。そのために上で説明したのと全く同じように図４に示す平面コイルを方位計に用いることができる。
【００３７】
図５に示す平面コイル１ｂ、１ｂ′でも、２組の対辺対が互いに平行となっている。平面コイル１ｂでは辺１１ｂと１２ｂが平行で、辺１３ｂと１４ｂが平行となっている。また平面コイル１ｂ′では辺１１ｂ′と１２ｂ′が平行で、辺１３ｂ′と１４ｂ′が平行となっている。平行となった直線上の辺の間には曲がったコイル部分が設けられているが、４辺１１ｂ，１２ｂ，１３ｂ，１４ｂは長方形ここでは正方形の４辺を部分的に構成している。また４辺１１ｂ′，１２ｂ′，１３ｂ′，１４ｂ′は長方形ここでは正方形の４辺を部分的に構成している。平行になった対辺対を構成している各辺には磁気抵抗素子が挟まれてそれらの長手方向をほぼ４５°にしてコイル辺と交差している。平面コイル１ｂ、１ｂ′が磁気抵抗素子と交差している部分では直線となっているので、この平面コイル１ｂ、１ｂ′も方位計に用いることができるのが理解されるであろう。
【００３８】
平行四辺形状あるいは長方形、特に正方形の平面コイルを用いて本発明を以上説明したが、更に他の形状の平面コイル１ｃと１ｃ′、１ｄと１ｄ′、１ｅと１ｅ′を図６に平面模式図で示す。偶数の辺を有し、各辺が対辺と平行である平面コイルとして、（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）のいずれも用いることができる。
【００３９】
上の実施例の説明においては、磁気抵抗素子と平面コイルの各辺とが交差する角度をπ／４すなわち４５°として説明したが、この交差する角度は３０°よりも大きく９０°未満であれば方位を測定出来る。この角度内でも４５°以上で９０°未満であれば抵抗の磁界に対する変化が大きいので好ましいが、角度が大きすぎると図３の極小値近傍で抵抗の磁界に対する変化の大きい領域が狭まり、適当なバイアス磁界の設定が難しくなるため、４５°のときが最も取り扱いやすい。
【００４０】
また、平面コイル１、１′の１辺と交差している２個の磁気抵抗素子の長手方向が互いに直角になっているもの、１組の磁気抵抗素子対の２個の磁気抵抗素子の長手方向が互いに直角となっているものについて上の実施例では説明したが、お互いが非平行であればよい。しかし、直角となっているものが最も扱いやすい。なお、磁気抵抗素子と辺の交差角度は、素子対においてミラー（鏡像）の関係にすることが好ましい。一方が１０°で他方が６０°ではブリッジ回路の出力がばらつく。ミラーの関係に近づけると出力のバラツキが低減されて正弦波状になる。そこで、磁気抵抗素子対において、磁気抵抗素子が各辺と交差する角度の差は±５°以内とする。さらに好ましくは、方位計の全ての磁気抵抗素子について、各々の磁気抵抗素子が各辺と交差する角度のバラツキを±５°以内とする。
【００４１】
【発明の効果】
以上詳しく説明したように、本発明では平面コイルを磁気抵抗素子に飽和磁界とバイアス磁界を印加するのに用いているので、薄膜でコイルを作製することが出来て、方位計を薄く且つ小さくすることができる。
【００４２】
更に本発明の方位計によれば、電流センサー、地磁気以外の弱磁界センサーとしても使用することが出来る。
【００４３】
また、平面コイルを２個用いることによって、磁気抵抗素子に飽和磁界とバイアス磁界を印加するのに要する電力を小さくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例による方位計の展開斜視図である。
【図２】本発明の実施例による方位計の回路図である。
【図３】抵抗と印加磁界強度との関係を示すグラフである。
【図４】本発明の実施例で平面コイルの変形例を用いたものの回路図である。
【図５】本発明の実施例で平面コイルの変形例を用いたものの回路図である。
【図６】平面コイルの更に他の変形例を示す平面図である。
【図７】抵抗と印加磁界強度との関係を示す一般的なグラフである。
【図８】一般的な方位計の回路図である。
【図９】従来の方位計の断面模式図である。
【図１０】従来の方位計の外観図である。
【図１１】抵抗と印加磁界強度との関係のヒステリシスを示すグラフである。
【符号の説明】
１、１′、１ａ、１ａ′、１ｂ、１ｂ′、１ｃ、１ｃ′、１ｄ、１ｄ′、１ｅ、１ｅ′ 平面コイル
１１、１１′、１１ａ、１１ａ′、１１ｂ、１１ｂ′、１２、１２′、１２ａ、１２ａ′、１２ｂ、１２ｂ′、１３、１３′、１３ａ、１３ａ′、１３ｂ、１３ｂ′、１４、１４′、１４ａ、１４ａ′、１４ｂ、１４ｂ′、１５ａ、１５ａ′、１６ａ、１６ａ′、１７ａ、１７ａ′、１８ａ、１８ａ′（コイルの）辺
２、３、４、５磁気抵抗素子対
２１、２２、３１、３２、４１、４２、５１、５２、９１、９２、９３、９４磁気抵抗素子
１０１、１０２バイアスコイル

Claims

磁気抵抗素子面と、その磁気抵抗素子面の両側にそれぞれ平行に設けられた２個の平面コイルとを有し、
各平面コイルは互いに平行となっている対辺対を少なくとも２組持ち、それら２組の対辺対が長方形の４辺を少なくとも部分的に構成しており、
前記磁気抵抗素子面には、前記平面コイルの対辺対の各１辺当たり、その辺のみと３０°よりも大きく９０°未満で交差している長手方向を持った２個の磁気抵抗素子を持ち、その２個の磁気抵抗素子は互いにその長手方向が非平行となっており、
前記２個の平面コイルは、前記磁気抵抗素子面にある各磁気抵抗素子に同じ方向の直流磁界が印加されるように互いに反対方向の直流電流が流されるように接続されて、
各磁気抵抗素子と交差している一方の平面コイルの辺を流れる直流電流によるバイアス直流磁界と、その磁気抵抗素子と交差している他方の平面コイルの辺を流れる直流電流によるバイアス直流磁界とがその磁気抵抗素子の長手方向と交差してその長手方向と直角方向にバイアス直流磁界がその磁気抵抗素子に印加されるようになっており、
磁気抵抗素子それぞれは、その磁気抵抗素子が交差している平面コイルの辺の対辺と交差している２個の磁気抵抗素子のうち一方の磁気抵抗素子とで１組の磁気抵抗素子対を構成していて、その１組の磁気抵抗素子対を構成している２個の磁気抵抗素子はその長手方向が互いに非平行となっていて、
各磁気抵抗素子対の磁気抵抗素子の一方の端部同士が接続されているとともに、他方の端部間に測定用電圧が印加されるようになっていて、接続されている前記一方の端部から中間電位出力を取り出すようになっていることを特徴とする方位計。
前記各磁気抵抗素子の長手方向が平面コイルの対辺対の各１辺と交差する角度が４５°以上で９０°未満であることを特徴とする請求項１記載の方位計。
磁気抵抗素子面と、その磁気抵抗素子面の両側にそれぞれ平行に設けられた２個の平面コイルとを有し、
各平面コイルは互いに平行となっている対辺対を少なくとも２組持ち、それら２組の対辺対が長方形の４辺を少なくとも部分的に構成しており、
前記磁気抵抗素子面には、前記平面コイルの対辺対の各１辺当たり、その辺のみと４５°で交差している長手方向を持った２個の磁気抵抗素子を持ち、その２個の磁気抵抗素子は互いにその長手方向が直角となっており、
前記２個の平面コイルは、前記磁気抵抗素子面にある各磁気抵抗素子に同じ方向の直流磁界が印加されるように互いに反対方向の直流電流が流されるように接続されて、
各磁気抵抗素子と交差している一方の平面コイルの辺を流れる直流電流によるバイアス直流磁界と、その磁気抵抗素子と交差している他方の平面コイルの辺を流れる直流電流によるバイアス直流磁界とがその磁気抵抗素子の長手方向と交差してその長手方向と直角方向にバイアス直流磁界がその磁気抵抗素子に印加されるようになっており、
磁気抵抗素子それぞれは、その磁気抵抗素子が交差している平面コイルの辺の対辺と交差している２個の磁気抵抗素子のうち一方の磁気抵抗素子とで１組の磁気抵抗素子対を構成していて、その１組の磁気抵抗素子対を構成している２個の磁気抵抗素子はその長手方向が互いに直角となっていて、
各磁気抵抗素子対の磁気抵抗素子の一方の端部同士が接続されているとともに、他方の端部間に測定用電圧が印加されるようになっていて、接続されている前記一方の端部から中間電位出力を取り出すようになっていることを特徴とする方位計。
前記２個の平面コイルはその電源に直列に接続されていることを特徴とする請求項１〜３いずれか記載の方位計。