JP4487093B2 - Magnetic sensor - Google Patents

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本発明は、可動被検出物の移動量、位置、角度などの変位量の検出を行う磁気センサに関するものであって、特に、磁気抵抗素子の配置によって、検出された実際の出力信号の基本波成分に重畳する高調波成分をキャンセルすることが可能な磁気センサに関するものである。   The present invention relates to a magnetic sensor for detecting a displacement amount such as a moving amount, a position, and an angle of a movable object, and more particularly, a fundamental wave of an actual output signal detected by the arrangement of magnetoresistive elements. The present invention relates to a magnetic sensor capable of canceling a harmonic component superimposed on a component.

従来より、可動被検出物の変位量を検出するセンサとして磁気センサがある。この磁気センサの一態様としては、例えば、可動被検出物に一定のピッチで着磁された多極着磁層を形成し、この多極着磁層に対向して磁気センサを配設し、この磁気センサに多極着磁のピッチよりも狭いピッチで4個の磁気抵抗素子を配置し、可動被検出物の回転に起因して変化する磁気抵抗素子の抵抗値を検知することによって変位量を検出する、というものである。   Conventionally, there is a magnetic sensor as a sensor for detecting the amount of displacement of a movable object. As one aspect of this magnetic sensor, for example, a multipolar magnetic layer magnetized at a constant pitch is formed on a movable object to be detected, and a magnetic sensor is disposed opposite to the multipolar magnetic layer, Displacement amount is obtained by arranging four magnetoresistive elements at a pitch narrower than the pitch of multipolar magnetization in this magnetic sensor and detecting the resistance value of the magnetoresistive element that changes due to the rotation of the movable object to be detected. Is detected.

かかる磁気センサでは、可動被検出物の位置を検出するに際し、可動被検出物の変位に対応して設けられたA相センサとB相センサから出力される正弦波状の信号(sinθ及びcosθ)を取得して、次式により算出された両信号の逆正接信号を利用することによって変位量を検出している。   In such a magnetic sensor, when detecting the position of the movable detection object, sinusoidal signals (sin θ and cos θ) output from the A-phase sensor and the B-phase sensor provided corresponding to the displacement of the movable detection object are used. The displacement is detected by using the obtained arc tangent signal of both signals obtained by the following equation.

Figure 0004487093
Figure 0004487093

従って、A相センサとB相センサから出力される正弦波状のA相信号とB相信号の奇麗さは、磁気スケール(磁気センサ)の精度と密接な関連があり、磁気センサの精度向上のためには、磁気抵抗変化の飽和に起因した歪みなどの影響が少ない滑らかな信号を得ることが求められる。   Therefore, the cleanliness of the sinusoidal A-phase signal and B-phase signal output from the A-phase sensor and the B-phase sensor is closely related to the accuracy of the magnetic scale (magnetic sensor). Therefore, it is required to obtain a smooth signal that is less affected by distortion due to saturation of the magnetoresistive change.

近年、磁気センサからの出力信号は、一般的に、基本波成分と、その基本波成分に重畳した高調波成分と、から形成されていることを利用し、2組のセンサパターンによって取り除きたい高調波を打ち消そうとする技術がある(例えば特許文献1参照)。   In recent years, an output signal from a magnetic sensor is generally formed from a fundamental wave component and a harmonic component superimposed on the fundamental wave component. There is a technique for canceling a wave (see, for example, Patent Document 1).

特許文献1に開示された発明によれば、多極着磁層に対向して配設された磁気センサに磁気抵抗素子を配置するにあたって、互いに所定の間隔を保って平行に並ぶようにすることで、磁気抵抗変化の飽和に起因した少なくとも1つの奇数高調波成分を逆相で打ち消すことができ、ひいては滑らかな正弦波出力信号を得ることが可能になる。   According to the invention disclosed in Patent Document 1, when the magnetoresistive elements are arranged on the magnetic sensor arranged to face the multipolar magnetized layer, they are arranged in parallel at a predetermined interval. Thus, it is possible to cancel out at least one odd harmonic component caused by saturation of the magnetoresistive change in reverse phase, and to obtain a smooth sine wave output signal.

より具体的には、図10において、ピッチλで着磁された磁気スケール200と対向して配設された磁気センサ100に、磁気抵抗素子R101〜R104を、図示する間隔で並べて配置することによって、第3次高調波及び第5次高調波を打ち消すことができる。 More specifically, in FIG. 10, magnetoresistive elements R 101 to R 104 are arranged side by side at intervals shown in the figure on a magnetic sensor 100 arranged to face the magnetic scale 200 magnetized with a pitch λ. Thus, the third harmonic and the fifth harmonic can be canceled out.

特許第2529960号公報(第10図)Japanese Patent No. 2529960 (FIG. 10)

しかしながら、上記特許文献1記載の発明では、第3次高調波と第5次高調波を打ち消すにあたって、いずれの高調波に対しても、同じ本数(図10においては2本ずつ)の磁気抵抗素子の配置により行っているが、これでは以下のような問題が生ずる。   However, in the invention described in Patent Document 1, in canceling the third harmonic and the fifth harmonic, the same number (two in FIG. 10) of magnetoresistive elements for both harmonics. However, this causes the following problems.

まず、熱特性の均一化の問題が生ずる。すなわち、図10において、第5次高調波を打ち消すためには、R101とR103との間隔、R102とR104との間隔、をそれぞれ(λ/2+λ/10)空ける必要があるが、この間隔が原因で、磁気抵抗素子R101〜R104の熱特性を均一化することができないという問題が生ずる。これは、例えば図10において、3本以上の複数本ずつの磁気抵抗素子の配置により、磁気抵抗素子間の間隔を狭くすることで解消する問題であるとも考えられる。しかし、第3次高調波及び第5次高調波を、それぞれ3本以上の同じ本数の磁気抵抗素子で打ち消すとなると、磁気抵抗素子間の間隔が極めて狭くなる場合があり、ひいては製造が困難になって製造コストの上昇に繋がるおそれがある。 First, the problem of uniform thermal characteristics arises. That is, in FIG. 10, in order to cancel the fifth harmonic, it is necessary to leave the distance between R 101 and R 103 and the distance between R 102 and R 104 by (λ / 2 + λ / 10), Due to this interval, there arises a problem that the thermal characteristics of the magnetoresistive elements R 101 to R 104 cannot be made uniform. For example, in FIG. 10, it is considered that this is a problem solved by narrowing the interval between the magnetoresistive elements by arranging three or more magnetoresistive elements. However, if the third and fifth harmonics are canceled out by the same number of magnetoresistive elements of three or more, the spacing between the magnetoresistive elements may be extremely narrow, which makes manufacturing difficult. This may lead to an increase in manufacturing cost.

一方で、3本以上の複数本の磁気抵抗素子の配置により第3次高調波及び第5次高調波を打ち消した場合には、複数本の磁気抵抗素子から得られる出力信号の相互干渉によって、第7次高調波や第9次高調波などの予期しない高調波が打ち消され、更なる識別精度向上に寄与することができる。しかし、上記特許文献1記載の発明では、各高調波を打ち消す磁気抵抗素子の本数が一定であることから、全体として磁気抵抗素子間の間隔が極めて狭くなり、ひいては製造が困難になって製造コストの上昇に繋がってしまうという問題が生ずる。   On the other hand, when the third harmonic and the fifth harmonic are canceled by the arrangement of the three or more magnetoresistive elements, due to the mutual interference of the output signals obtained from the plurality of magnetoresistive elements, Unexpected harmonics such as the seventh harmonic and the ninth harmonic are canceled out, which can contribute to further improvement in identification accuracy. However, in the invention described in Patent Document 1, since the number of magnetoresistive elements for canceling each harmonic is constant, the interval between the magnetoresistive elements as a whole becomes extremely narrow, which makes it difficult to manufacture and the manufacturing cost. The problem that it leads to the rise of is caused.

このように、熱特性の均一化と識別精度の向上を図る観点から、各高調波を打ち消す磁気抵抗素子の本数は増やした方が望ましいが、上記特許文献1記載の発明では、各高調波を打ち消す磁気抵抗素子の本数が一定であることから、結果として、磁気抵抗素子の本数を増やすと製造が困難になって製造コストが上昇してしまっていた。   Thus, from the viewpoint of achieving uniform thermal characteristics and improving identification accuracy, it is desirable to increase the number of magnetoresistive elements that cancel each harmonic, but in the invention described in Patent Document 1, each harmonic is Since the number of magnetoresistive elements to be canceled is constant, as a result, if the number of magnetoresistive elements is increased, the manufacturing becomes difficult and the manufacturing cost increases.

本発明は、このような点に鑑みてなされたものであり、その目的は、磁気抵抗素子間の間隔を柔軟に調整しつつ、製造困難とならない程度に各高調波を打ち消す磁気抵抗素子の本数を増やすことができ、ひいては熱特性の均一化と識別精度の向上を図ることが可能な磁気センサを提供することにある。   The present invention has been made in view of such a point, and the object thereof is to flexibly adjust the interval between the magnetoresistive elements and to cancel the harmonics to such an extent that they are not difficult to manufacture. It is an object of the present invention to provide a magnetic sensor capable of increasing the thermal conductivity and, in turn, achieving uniform thermal characteristics and improving identification accuracy.

以上のような課題を解決するために、本発明は、磁気スケールの磁界を検出する磁気抵抗素子が配置されて形成された磁気抵抗パターンを有する磁気センサにおいて、その磁気抵抗パターンの出力信号の基本波成分に重畳する高調波成分を取り除く磁気抵抗素子の本数をLとしたとき、そのL本の磁気抵抗素子は、所定の間隔Pで配置されることを特徴とする。   In order to solve the above-described problems, the present invention provides a magnetic sensor having a magnetoresistive pattern formed by arranging a magnetoresistive element that detects a magnetic field of a magnetic scale. When the number of magnetoresistive elements that remove harmonic components superimposed on the wave components is L, the L magnetoresistive elements are arranged at a predetermined interval P.

より具体的には、本発明は、以下のものを提供する。   More specifically, the present invention provides the following.

(1) 磁気スケールの磁界を検出するため、磁気抵抗体薄膜からなる磁気抵抗素子が所定の間隔で基板上に配置されて形成された磁気抵抗パターンを有する磁気センサにおいて、前記磁気抵抗パターンの出力信号の基本波成分に重畳する高調波成分を取り除く前記磁気抵抗素子の本数をLとしたとき、前記L本の前記磁気抵抗素子は、下式により算出された間隔Pで、その磁気スケールの相対移動方向に順々に配置されることを特徴とする磁気センサ。
P=nλ/mL
m:取り除く高調波成分の次数、λ:出力信号の基本波成分の波長
n:自然数
(1) In a magnetic sensor having a magnetoresistive pattern formed by arranging magnetoresistive elements made of magnetoresistive thin films on a substrate at a predetermined interval in order to detect a magnetic field of a magnetic scale, the output of the magnetoresistive pattern When the number of the magnetoresistive elements that remove the harmonic component superimposed on the fundamental wave component of the signal is L, the L magnetoresistive elements are relative to each other on the magnetic scale at an interval P calculated by the following equation. A magnetic sensor, which is sequentially arranged in a moving direction.
P = nλ / mL
m: order of harmonic component to be removed, λ: wavelength of fundamental component of output signal n: natural number

本発明によれば、磁気抵抗体薄膜からなる磁気抵抗素子が所定の間隔で基板上に配置されて形成された磁気抵抗パターンを有する磁気センサにおいて、その磁気抵抗パターンの出力信号となる変位検出信号の基本波成分に重畳する高調波成分を取り除く磁気抵抗素子の本数をLとしたとき、そのL本の磁気抵抗素子は、P=nλ/mL(m:取り除く高調波成分の次数、λ:出力信号の基本波成分の波長、n:自然数)の計算式によって算出された間隔Pで、その磁気スケールの相対移動方向に(磁気抵抗素子の長手方向と略直交する方向に)順々に配置されることとしたから、L本の磁気抵抗素子から得られる変位検出信号の重ね合わせ(和)によって、第m次高調波を取り除くことができ、ひいては識別精度を向上させることができる。   According to the present invention, in a magnetic sensor having a magnetoresistive pattern formed by arranging magnetoresistive elements made of a magnetoresistive thin film on a substrate at a predetermined interval, a displacement detection signal serving as an output signal of the magnetoresistive pattern When the number of magnetoresistive elements that remove harmonic components superimposed on the fundamental wave component of L is L, the L magnetoresistive elements are P = nλ / mL (m: order of removed harmonic components, λ: output Arranged sequentially in the relative movement direction of the magnetic scale (in the direction substantially perpendicular to the longitudinal direction of the magnetoresistive element) at the interval P calculated by the calculation formula of the wavelength of the fundamental wave component of the signal, n: natural number. Therefore, the m-th harmonic can be removed by superimposing (summing) the displacement detection signals obtained from the L magnetoresistive elements, thereby improving the identification accuracy.

また、従来技術のように各高調波を打ち消す磁気抵抗素子の本数を一定にする必要はなく、各高調波を打ち消す磁気抵抗素子の本数を柔軟に変更し、磁気抵抗素子間の間隔を柔軟に調整することができるので、製造困難とならない程度に各高調波を打ち消す磁気抵抗素子の本数を増やすことができ、ひいては熱特性の均一化を図ることができる。   In addition, the number of magnetoresistive elements that cancel each harmonic does not need to be constant as in the prior art, and the number of magnetoresistive elements that cancel each harmonic is flexibly changed, and the interval between the magnetoresistive elements is flexibly changed. Since it can be adjusted, the number of magnetoresistive elements that cancel each harmonic can be increased to the extent that it is not difficult to manufacture, and as a result, the thermal characteristics can be made uniform.

(2) 磁気スケールの磁界を検出するため、磁気抵抗体薄膜からなる磁気抵抗素子が所定の間隔で基板上に配置されて形成された磁気抵抗パターンを有する磁気センサにおいて、前記磁気抵抗パターンの出力信号の基本波成分に重畳する複数の高調波成分のうち、1の奇数次高調波成分を取り除く前記磁気抵抗素子の本数をL、その1の奇数次高調波成分以外の1の奇数次高調波成分を取り除く前記磁気抵抗素子の本数をL (L1≠L2)としたとき、前記L本の前記磁気抵抗素子は、下式により算出された間隔Pで、その磁気スケールの相対移動方向に順々に配置され、前記磁気抵抗パターンは、前記L本の前記磁気抵抗素子を、相対的に、下式により算出された間隔Pで、その磁気スケールの相対移動方向に順々に前記L組配置することによって形成されることを特徴とする磁気センサ。
=nλ/mL
=nλ/mL
m:取り除く高調波成分の次数、λ:出力信号の基本波成分の波長
n:自然数
(2) In a magnetic sensor having a magnetoresistive pattern formed by arranging magnetoresistive elements made of magnetoresistive thin films on a substrate at a predetermined interval in order to detect a magnetic field of a magnetic scale, the output of the magnetoresistive pattern Of the plurality of harmonic components superimposed on the fundamental component of the signal, the number of the magnetoresistive elements for removing one odd-order harmonic component is L 1 , and one odd-order harmonic other than the one odd-order harmonic component is L 1 . When the number of the magnetoresistive elements for removing the wave component is L 2 (L1 ≠ L2) , the L 1 magnetoresistive elements move relative to each other at the interval P 1 calculated by the following equation. It arranged one after the other in the direction, the magnetic resistance pattern, turn the magnetoresistive element of the L 1 present, relatively, at intervals P 2 calculated by the following equation, the relative movement direction of the magnetic scale Before A magnetic sensor characterized in that it is formed by L 2 sets arranged.
P 1 = nλ / mL 1
P 2 = nλ / mL 2
m: order of harmonic component to be removed, λ: wavelength of fundamental component of output signal n: natural number

本発明によれば、磁気スケールの磁界を検出する磁気センサにおいて、磁気抵抗パターンの出力信号の基本波成分に重畳する複数の高調波成分のうち、1の高調波成分を取り除く磁気抵抗素子の本数をLとし、その1の高調波成分以外の1の高調波成分を取り除く磁気抵抗素子の本数をLとしたとき、L本の磁気抵抗素子は、P=nλ/mL(m:取り除く高調波成分の次数、λ:出力信号の基本波成分の波長、n:自然数)の計算式によって算出された間隔Pで、その磁気スケールの相対移動方向に(磁気抵抗素子の長手方向と略直交する方向に)順々に配置されるとともに、磁気抵抗パターンは、それらのL本の磁気抵抗素子を、相対的に、P=nλ/mL(m:取り除く高調波成分の次数、λ:出力信号の基本波成分の波長、n:自然数)の計算式によって算出された間隔Pで、その磁気スケールの相対移動方向に順々にL組配置することによって形成されることとしたから、L本の磁気抵抗素子によって1の高調波成分を取り消し、また、それらのL本の磁気抵抗素子をL組配置することによって、その1の高調波成分以外の1の高調波成分を取り消すことができる。 According to the present invention, in a magnetic sensor that detects a magnetic field of a magnetic scale, the number of magnetoresistive elements that remove one harmonic component from a plurality of harmonic components superimposed on a fundamental component of an output signal of a magnetoresistive pattern. when the as L 1, and the number of the magnetoresistive element to remove the first harmonic component other than higher harmonic component of the 1 and L 2, the magnetoresistive element of one L is, P 1 = nλ / mL 1 (m : order of the harmonic components removed, lambda: the wavelength of the fundamental wave component of the output signal, n: at intervals P 1 calculated by the calculation formula for a natural number), longitudinal (magneto resistive element in the relative movement direction of the magnetic scale and while being arranged in a direction) turn substantially perpendicular magnetoresistance pattern, the magnetoresistive element of their L 1 present, relatively, P 2 = nλ / mL 2 (m: harmonic component removing Order, λ: Base of output signal Wavelength of the wave components, n: at intervals P 2 calculated by the calculation formula of the natural numbers), because it was decided to be formed by the magnetic scale of set L 2 one after the other in the relative movement direction arrangement, L 1 present Canceling one harmonic component other than the one harmonic component by canceling one harmonic component by one magnetoresistive element, and arranging two L sets of the one magnetoresistive element. it can.

従って、合計(L×L)本の磁気抵抗素子から得られる変位検出信号の重ね合わせによって複数の高調波成分を取り除くことができ、ひいては識別精度を向上させることができる。 Therefore, a plurality of harmonic components can be removed by superimposing displacement detection signals obtained from a total of (L 1 × L 2 ) magnetoresistive elements, and thus the identification accuracy can be improved.

(3) 磁気スケールの磁界を検出するため、磁気抵抗体薄膜からなる磁気抵抗素子が所定の間隔で基板上に配置されて形成された磁気抵抗パターンを備えた磁気センサにおいて、前記磁気抵抗パターンからの出力信号の基本波成分に対する少なくとも2以上の高調波成分を取り除くため、下式のように設定された前記磁気抵抗素子の間隔Pが組み合わされて前記磁気抵抗パターンが形成されたことを特徴とする磁気センサ。
P=nλ/mL
m:取り除く高調波成分の次数、λ:出力信号の基本波成分の波長
L:次数mの高調波成分を取り除くための磁気抵抗素子の本数(但し、L≠2なるLを少なくとも1つ含む)
n:自然数
(3) In a magnetic sensor having a magnetoresistive pattern formed by arranging magnetoresistive elements made of magnetoresistive thin films on a substrate at a predetermined interval in order to detect a magnetic field of a magnetic scale, The magnetoresistive pattern is formed by combining the intervals P of the magnetoresistive elements set as in the following expression in order to remove at least two or more harmonic components from the fundamental wave component of the output signal of Magnetic sensor to do.
P = nλ / mL
m: Order of harmonic component to be removed, λ: Wavelength of fundamental wave component of output signal L: Number of magnetoresistive elements for removing harmonic component of order m (provided that at least one of L ≠ 2 is included)
n: natural number

本発明によれば、磁気センサにおいて、上述した磁気抵抗パターンの出力信号の基本波成分に対する少なくとも2以上の高調波成分を取り除くため、P=nλ/mL(m:取り除く高調波成分の次数、λ:出力信号の基本波成分の波長、n:自然数)の計算式によって算出された間隔Pが組み合わされて磁気抵抗パターンが形成されることとしたから、L本の磁気抵抗素子の組み合わせによって複数の高調波成分を一度に打ち消すことができ、ひいては識別精度を向上させることができる。   According to the present invention, in the magnetic sensor, P = nλ / mL (m: the order of the removed harmonic component, λ, in order to remove at least two harmonic components from the fundamental component of the output signal of the magnetoresistive pattern described above. : The wavelength P of the fundamental wave component of the output signal, n: a natural number) is combined to form the magnetoresistive pattern by combining the intervals P, so that a plurality of magnetoresistive elements can be combined by combining a plurality of magnetoresistive elements. Harmonic components can be canceled at once, and thus the identification accuracy can be improved.

(4)前記磁気抵抗パターンは、下式により算出された間隔P'で、その磁気スケールの相対移動方向に2組配置されて電気的に直列接続されるとともに、2組の前記磁気抵抗パターンの電気的な接点から出力信号を取り出すことを特徴とする磁気センサ。
P'=nλ/m'
m':取り除く偶数次高調波成分の次数、λ:出力信号の基本波成分の波長
n:自然数
(4) Two sets of the magnetoresistive patterns are arranged in the relative movement direction of the magnetic scale at the interval P ′ calculated by the following formula and are electrically connected in series. A magnetic sensor characterized by taking out an output signal from an electrical contact.
P ′ = nλ / m ′
m ′ : the order of even harmonic components to be removed, λ: wavelength of the fundamental component of the output signal, n: natural number

本発明によれば、上述した磁気抵抗パターン、すなわち、L本の磁気抵抗素子が間隔Pで配置されるとともに、それらのL本の磁気抵抗素子を、相対的に、間隔PでL組配置することによって形成された磁気抵抗パターンは、P'=nλ/m(m:取り除く高調波成分の次数、λ:出力信号の基本波成分の波長、n:自然数)の式により算出された間隔P'で、その磁気スケールの相対移動方向に2組配置されて電気的に直列接続されるとともに、2組の磁気抵抗パターンの電気的な接点から出力信号を取り出すこととしたから、合計{(L×L)×2}本の磁気抵抗素子から得られる変位検出信号の和及び差によって複数の高調波成分を取り除くことができ、ひいては識別精度を向上させることができる。 According to the present invention, the above-described magnetoresistive pattern, that is, L 1 magnetoresistive elements are arranged at the interval P 1 , and the L 1 magnetoresistive elements are relatively arranged at the interval P 2 . The magnetoresistive pattern formed by arranging two sets of L is calculated by an equation of P ′ = nλ / m (m: order of harmonic component to be removed, λ: wavelength of fundamental component of output signal, n: natural number). Since two sets are arranged in the relative movement direction of the magnetic scale at the interval P ′ and are electrically connected in series, the output signal is taken out from the electrical contacts of the two sets of magnetoresistive patterns. A plurality of harmonic components can be removed by the sum and difference of displacement detection signals obtained from a total of {(L 1 × L 2 ) × 2} magnetoresistive elements, and thus the identification accuracy can be improved.

また、本発明によれば、数多くの磁気抵抗素子から得られる変位検出信号の和及び差によって高調波成分を取り除くことにしたから、それらの変位検出信号の相互干渉によって高次高調波成分が打ち消され、更なる識別精度向上に寄与することができる。   In addition, according to the present invention, the harmonic components are removed by the sum and difference of the displacement detection signals obtained from a number of magnetoresistive elements, so that the higher-order harmonic components are canceled by the mutual interference of these displacement detection signals. This can contribute to further improvement of identification accuracy.

(5) 前記磁気抵抗パターンは、下式により算出された間隔P'で、その磁気スケールの相対移動方向に2組配置されて、電気的に並列接続されるとともに、2組の前記磁気抵抗パターンのそれぞれの対称点から出力信号を取り出すことを特徴とする磁気センサ。
P'=nλ/m'
m':取り除く偶数次高調波成分の次数、λ:出力信号の基本波成分の波長
n:自然数
(5) Two sets of the magnetoresistive patterns are arranged in the relative movement direction of the magnetic scale at the interval P ′ calculated by the following equation, and are electrically connected in parallel. A magnetic sensor characterized in that an output signal is extracted from each of the symmetry points.
P ′ = nλ / m ′
m ′ : the order of even harmonic components to be removed, λ: wavelength of the fundamental component of the output signal, n: natural number

本発明によれば、上述した磁気抵抗パターン、すなわち、L本の磁気抵抗素子が間隔Pで配置されるとともに、それらのL本の磁気抵抗素子を、相対的に、間隔PでL組配置することによって形成された磁気抵抗パターンは、P'=nλ/m(m:取り除く高調波成分の次数、λ:出力信号の基本波成分の波長、n:自然数)の式により算出された間隔P'で、その磁気スケールの相対移動方向に2組配置されて、電気的に並列接続されるとともに、2組の磁気抵抗パターンのそれぞれの対称点から出力信号を取り出すこととしたから、合計{(L×L)×2}本の磁気抵抗素子から得られる変位検出信号の和及び差によって複数の高調波成分を取り除くことができ、ひいては識別精度を向上させることができる。 According to the present invention, the above-described magnetoresistive pattern, that is, L 1 magnetoresistive elements are arranged at the interval P 1 , and the L 1 magnetoresistive elements are relatively arranged at the interval P 2 . The magnetoresistive pattern formed by arranging two sets of L is calculated by an equation of P ′ = nλ / m (m: order of harmonic component to be removed, λ: wavelength of fundamental component of output signal, n: natural number). Two sets are arranged in the relative movement direction of the magnetic scale at the interval P ′ and are electrically connected in parallel, and the output signal is taken out from the respective symmetry points of the two sets of magnetoresistive patterns. A plurality of harmonic components can be removed by the sum and difference of displacement detection signals obtained from a total of {(L 1 × L 2 ) × 2} magnetoresistive elements, thereby improving the identification accuracy.

ここで、2組の磁気抵抗パターンの「対称点」とは、合計L本が直列接続された磁気抵抗素子のうち、直列接続された一方の(L/2)本の磁気抵抗素子と、直列接続された他方の(L/2)本の磁気抵抗素子と、の電気的な接続点をいう。 Here, the "point of symmetry" of two sets of magneto-resistive pattern, of the magnetoresistive element sum L 1 present are connected in series, connected in series one (L 1/2) and the magnetoresistive element of the present , series-connected other (L 1/2) means and the magnetoresistive element of this, the electrical connection points of the.

(6) 磁気スケールの磁界を検出するため、磁気抵抗体薄膜からなる磁気抵抗素子が所定の間隔で基板上に配置されて形成された磁気抵抗パターンを有する磁気センサにおいて、前記磁気抵抗パターンの出力信号の基本波成分に重畳する高調波成分を取り除くため、その磁気スケールの相対移動方向における前記磁気抵抗素子の幅を、下式により算出された幅Wとすることを特徴とする磁気センサ。
W=nλ/m
m:取り除く高調波成分の次数、λ:出力信号の基本波成分の波長
n:自然数
(6) In a magnetic sensor having a magnetoresistive pattern formed by arranging magnetoresistive elements made of magnetoresistive thin films on a substrate at a predetermined interval in order to detect a magnetic field of a magnetic scale, the output of the magnetoresistive pattern A magnetic sensor, wherein a width W of the magnetoresistive element in a relative movement direction of the magnetic scale is set to a width W calculated by the following equation in order to remove a harmonic component superimposed on a fundamental wave component of a signal.
W = nλ / m
m: order of harmonic component to be removed, λ: wavelength of fundamental component of output signal n: natural number

本発明によれば、磁気スケールの磁界を検出する磁気センサにおいて、磁気抵抗パターンの出力信号の基本波成分に重畳する高調波成分を取り除くため、その磁気スケールの相対移動方向における前記磁気抵抗素子の幅を、W=nλ/m(m:取り除く高調波成分の次数、λ:出力信号の基本波成分の波長、n:自然数)の計算式によって算出された幅Wとすることとしたから、上述したL本の磁気抵抗素子を、1本の磁気抵抗素子によって代用することができる。 According to the present invention, in the magnetic sensor for detecting the magnetic field of the magnetic scale, in order to remove the harmonic component superimposed on the fundamental wave component of the output signal of the magnetoresistive pattern, the magnetoresistive element in the relative movement direction of the magnetic scale is removed. Since the width is set to the width W calculated by the calculation formula of W = nλ / m (m: the order of the harmonic component to be removed, λ: the wavelength of the fundamental wave component of the output signal, n: natural number), was the L 1 present magnetoresistive element, can be replaced by a single magnetoresistive element.

従って、高調波成分の打ち消しを1本の磁気抵抗素子で実現することによって、高調波を取り除いて識別精度を向上させるとともに、構造を簡略化することができる。   Accordingly, by realizing cancellation of harmonic components with a single magnetoresistive element, it is possible to remove harmonics and improve identification accuracy, and to simplify the structure.

本発明に係る磁気センサは、以上説明したように、磁気抵抗素子間の間隔を柔軟に調整しつつ各高調波成分を打ち消すことが可能なので、製造困難とならない程度に磁気抵抗素子の本数を増やし、識別精度の向上に資することができるのみならず、熱特性の均一化に資することができる。   As described above, the magnetic sensor according to the present invention can cancel each harmonic component while flexibly adjusting the interval between the magnetoresistive elements, so that the number of magnetoresistive elements is increased to the extent that it is not difficult to manufacture. In addition to improving the identification accuracy, it can also contribute to uniform thermal characteristics.

以下、本発明を実施するための最良の形態について、図面を参照しながら説明する。   The best mode for carrying out the present invention will be described below with reference to the drawings.

[概略構造]
図1は、本発明の実施の形態に係る磁気センサ1の概略構造を示す図である。
[Schematic structure]
FIG. 1 is a diagram showing a schematic structure of a magnetic sensor 1 according to an embodiment of the present invention.

図1において、まず、磁気センサ1から出力される変位検出信号の波形位相を決定づけることになる磁気センサ1と、被検出体の磁気スケール2と、の対向配置関係について説明する。   In FIG. 1, first, the opposing arrangement relationship between the magnetic sensor 1 that determines the waveform phase of the displacement detection signal output from the magnetic sensor 1 and the magnetic scale 2 of the detected object will be described.

図1において、磁気スケール2には、N極とS極がピッチλで交互に配列された着磁磁石が設けられている。すなわち、N極からN極までのピッチ及びS極からS極までのピッチは共にλとなっている。これに対し、磁気センサ1には、4個の磁気抵抗R〜Rが、この順で、隣の磁気抵抗とのピッチがλ/4,λ/4,λ/4の間隔となるように、互いに並列に配置されている。 In FIG. 1, the magnetic scale 2 is provided with magnetized magnets in which N poles and S poles are alternately arranged at a pitch λ. That is, the pitch from the N pole to the N pole and the pitch from the S pole to the S pole are both λ. On the other hand, in the magnetic sensor 1, the four magnetoresistives R 1 to R 4 are arranged in this order so that the pitch with the adjacent magnetoresistor is λ / 4, λ / 4, λ / 4. Are arranged in parallel with each other.

そして、磁気抵抗R〜Rのそれぞれの一方の端子には、電源ライン3を介してバイアス電圧源Vccが接続されている。一方で、磁気抵抗R〜Rのそれぞれの他方の端子からは、各変位検出信号が出力されることとなる。すなわち、磁気抵抗Rからは+a相信号、磁気抵抗Rからは+b相信号、磁気抵抗Rからは−a相信号、磁気抵抗Rからは−b相信号、の変位検出信号が取り出されることとなる。なお、磁気センサ1には、バイアス磁界が加えられている。 A bias voltage source V cc is connected to one terminal of each of the magnetic resistors R 1 to R 4 via the power supply line 3. On the other hand, each displacement detection signal is output from the other terminal of each of the magnetic resistances R 1 to R 4 . That is, the magnetoresistance R 1 to + a phase signal, from reluctance R 2 + b-phase signal, -a phase signal from the magnetic resistance R 3, -b phase signal from the magnetic resistance R 4, the displacement detecting signal picked Will be. Note that a bias magnetic field is applied to the magnetic sensor 1.

磁気センサ1と被検出体の磁気スケール2とは上述のような対向配置関係にあることから、磁気センサ1から出力される変位検出信号の波形位相は次のように決定付けられることとなる。すなわち、磁気抵抗Rと磁気抵抗Rのピッチはλ/2であることから、被検出体の磁気スケール2から受ける磁界によって、両者の抵抗値は180°の位相差をもって変化する。従って、磁気抵抗Rから取り出される+a相信号の信号波形と、磁気抵抗Rから取り出される−a相信号の信号波形とは、位相が180°ずれたものとなる。また、磁気抵抗Rと磁気抵抗Rのピッチもλ/2であることから、上記同様、磁気抵抗Rから取り出される+b相信号の信号波形と、磁気抵抗Rから取り出される−b相信号の信号波形とは、位相が180°ずれたものとなる。 Since the magnetic sensor 1 and the magnetic scale 2 of the object to be detected are in the above-described facing relationship, the waveform phase of the displacement detection signal output from the magnetic sensor 1 is determined as follows. That is, since the pitch between the magnetic resistance R 1 and the magnetic resistance R 3 is λ / 2, the resistance value of both changes with a phase difference of 180 ° depending on the magnetic field received from the magnetic scale 2 of the detected object. Accordingly, the signal waveform of the + a phase signal extracted from the magnetic resistance R 1 and the signal waveform of the −a phase signal extracted from the magnetic resistance R 3 are shifted in phase by 180 °. Further, since the pitch between the magnetic resistance R 2 and the magnetic resistance R 4 is also λ / 2, the signal waveform of the + b phase signal extracted from the magnetic resistance R 2 and the −b phase extracted from the magnetic resistance R 4 as described above. The signal waveform of the signal has a phase shifted by 180 °.

また、磁気抵抗Rと磁気抵抗Rのピッチはλ/4であることから、被検出体の磁気スケール2から受ける磁界によって、両者の抵抗値は90°の位相差をもって変化する。従って、磁気抵抗Rから取り出される+a相信号の信号波形と、磁気抵抗Rから取り出される+b相信号の信号波形とは、位相が90°ずれたものとなる。また、磁気抵抗Rと磁気抵抗Rのピッチもλ/4であることから、上記同様、磁気抵抗Rから取り出される−a相信号の信号波形と、磁気抵抗Rから取り出される−b相信号の信号波形とは、位相が90°ずれたものとなる。 Further, since the pitch between the magnetic resistance R 1 and the magnetic resistance R 2 is λ / 4, the resistance value of both changes with a phase difference of 90 ° by the magnetic field received from the magnetic scale 2 of the detection object. Therefore, the signal waveform of the + a phase signal extracted from the magnetic resistance R 1 and the signal waveform of the + b phase signal extracted from the magnetic resistance R 2 are out of phase by 90 °. Further, since the pitch between the magnetic resistance R 3 and the magnetic resistance R 4 is also λ / 4, the signal waveform of the −a phase signal extracted from the magnetic resistance R 3 and the −b extracted from the magnetic resistance R 4 as described above. The signal waveform of the phase signal has a phase shifted by 90 °.

以上説明した各変位検出信号の信号波形について図示すると、理想的には、図2のようになる。すなわち、+a相信号の波形を基準に考えると(図2(a))、+b相信号は、+a相信号の波形から位相が90°ずれた図2(b)のような波形になり、−a相信号は、+a相信号の波形から位相が180°ずれた図2(c)のような波形になり、−b相信号は、+a相信号の波形から位相が270°ずれた図2(d)のような波形になる。   The signal waveforms of the displacement detection signals described above are ideally as shown in FIG. In other words, considering the waveform of the + a phase signal as a reference (FIG. 2A), the + b phase signal has a waveform as shown in FIG. The a-phase signal has a waveform as shown in FIG. 2C with a phase shift of 180 ° from the waveform of the + a-phase signal, and the -b-phase signal has a phase shift of 270 ° with respect to the waveform of the + a-phase signal. The waveform is as shown in d).

ここで、図2では、各変位検出信号とも理想的な(滑らかな)波形を考えたが、一般には、実際の変位検出信号に基本波成分以外の高調波成分が重畳する。より具体的には、図3を用いて説明する。図3は、磁気スケール2からの入力磁界Hに対する磁気抵抗素子の抵抗Rの変化特性を示すグラフである。   Here, in FIG. 2, an ideal (smooth) waveform is considered for each displacement detection signal, but in general, a harmonic component other than the fundamental wave component is superimposed on the actual displacement detection signal. More specifically, a description will be given with reference to FIG. FIG. 3 is a graph showing a change characteristic of the resistance R of the magnetoresistive element with respect to the input magnetic field H from the magnetic scale 2.

図3において、磁気スケール2からの入力磁界の絶対値が0から次第に大きくなると、通常、磁気抵抗素子の抵抗値は小さくなるが、入力磁界の絶対値がある一定の磁界Hを超えると、磁気抵抗素子の抵抗値は飽和する(図3中のX部分)。従って、この抵抗値の飽和の影響により、図2で示した理想的な各変位検出信号の波形は、実際は、図4(a)に示すような波形となる。なお、図4では、図2における+a相信号の波形のみを抽出・拡大して図示しているが、+b相信号、−a相信号、−b相信号、の各変位検出信号についても、位相が異なるだけで同様のことがいえる。 In FIG. 3, when the absolute value of the input magnetic field from the magnetic scale 2 gradually increases from 0, the resistance value of the magnetoresistive element usually decreases, but when the absolute value of the input magnetic field exceeds a certain magnetic field H 1 , The resistance value of the magnetoresistive element is saturated (X portion in FIG. 3). Therefore, due to the effect of the saturation of the resistance value, the ideal waveform of each displacement detection signal shown in FIG. 2 is actually a waveform as shown in FIG. In FIG. 4, only the waveform of the + a phase signal in FIG. 2 is extracted and enlarged, but the displacement detection signals of the + b phase signal, the −a phase signal, and the −b phase signal are also phase-shifted. The same can be said for the only difference.

図4において、図4(a)に示す実際に得られた変位検出信号は、図4(b)に示す基本波成分と、図4(c)に示す第2次高調波成分と、図4(d)に示す第3次高調波成分と、図4(e)に示す第4次高調波成分と、図4(f)に示す第5次高調波成分と、その他の高次高調波成分と、の重ね合わせで表される。従って、第2次以降の高調波成分を取り除けば、図4(b)に示す基本波成分のような滑らかな波形をもった変位検出信号が得られることになる。   In FIG. 4, the displacement detection signal actually obtained shown in FIG. 4 (a) includes the fundamental wave component shown in FIG. 4 (b), the second harmonic component shown in FIG. 4 (c), and FIG. The third harmonic component shown in (d), the fourth harmonic component shown in FIG. 4 (e), the fifth harmonic component shown in FIG. 4 (f), and other high-order harmonic components It is expressed by the superposition of Therefore, if the second and subsequent harmonic components are removed, a displacement detection signal having a smooth waveform like the fundamental component shown in FIG. 4B can be obtained.

[磁気抵抗パターンの形成]
図5は、本発明の実施の形態に係る磁気センサ1が有する磁気抵抗パターンの形成態様の一例を示す図である。なお、上述した磁気抵抗R〜Rのそれぞれが、図5(a)でいう磁気抵抗パターンに相当する。図5(a)に示す磁気抵抗パターンにおいて、6個の磁気抵抗素子R11〜R16は、3本セットで第5次高調波成分を打ち消し、2本セットで第3次高調波成分を打ち消すために、それぞれP=nλ/mL(m:取り除く高調波成分の次数、λ:出力信号の基本波成分の波長、L:高調波成分を打ち消す本数、n=1)の式によって算出された間隔で、被検出体の磁気スケール2の相対移動方向に順々に配置されており、導電体によって電気的に直列接続されている。なお、ここではn=1としたが、本発明はnをこれに限定する趣旨ではなく、例えばn=2であってもn=3であってもよい。具体的には、図5(b)〜図5(f)を用いて説明する。
[Magnetic resistance pattern formation]
FIG. 5 is a diagram showing an example of a magnetoresistive pattern formation mode of the magnetic sensor 1 according to the embodiment of the present invention. Each of the above-described magnetic resistances R 1 to R 4 corresponds to the magnetic resistance pattern shown in FIG. In the magnetoresistive pattern shown in FIG. 5A, the six magnetoresistive elements R 11 to R 16 cancel the fifth harmonic component in the set of three and cancel the third harmonic component in the set of two. Therefore, the intervals calculated by the formulas of P = nλ / mL (m: order of harmonic component to be removed, λ: wavelength of fundamental component of output signal, L: number of harmonic components to cancel, n = 1), respectively Thus, the magnetic scales 2 of the detection target are sequentially arranged in the relative movement direction, and are electrically connected in series by a conductor. Here, n = 1, but the present invention is not intended to limit n to this, and may be n = 2 or n = 3, for example. Specifically, it demonstrates using FIG.5 (b)-FIG.5 (f).

まず、3本セットで第5次高調波成分を打ち消す原理を説明する。磁気抵抗素子R11〜R13の3本セットにおいて、磁気抵抗素子R11とR12の間隔、磁気抵抗素子R12とR13の間隔は、上式でm=5、L=3を代入し、いずれもP(=λ/5×3)となる(図5(b))。 First, the principle of canceling the fifth harmonic component with three sets will be described. In three sets of magneto-resistive elements R 11 to R 13, spacing of the magnetoresistive element R 11 and R 12, spacing of the magnetoresistive element R 12 and R 13 substitutes m = 5, L = 3 in the above formula , Both are P 5 (= λ / 5 × 3) (FIG. 5B).

磁気抵抗素子R11〜R13をこの間隔Pで配置することによって、磁気抵抗素子R11の部分から得られる変位検出信号の基本波成分をsinθとすると、次式で示すように、その磁気抵抗素子R11の部分から得られる変位検出信号の第5次高調波成分sin5θと、磁気抵抗素子R11の部分から得られる変位検出信号と位相が2π/(5×3)だけずれた磁気抵抗素子R12の部分から得られる変位検出信号の第5次高調波成分sin5{θ+2π/(5×3)}と、磁気抵抗素子R11の部分から得られる変位検出信号と位相が{2π/(5×3)+2π/(5×3)}だけずれた磁気抵抗素子R13の部分から得られる変位検出信号の第5次高調波成分sin5{θ+2π/(5×3)+2π/(5×3)}と、の重ね合わせによって、磁気抵抗素子R11〜R13を直列接続したときの変位検出信号の5次高調波成分は零になる。 When the fundamental component of the displacement detection signal obtained from the portion of the magnetoresistive element R 11 is sin θ by arranging the magnetoresistive elements R 11 to R 13 at this interval P 5 , as shown in the following formula, the magnetism magnetoresistance and the fifth harmonic component sin5θ displacement detection signals obtained from the portion of the resistive element R 11, displacement detection signal and the phase obtained from the portion of the magneto-resistive element R 11 is displaced by 2π / (5 × 3) a device 5th harmonic component of the displacement detection signal obtained from the portion of R 12 sin5 {θ + 2π / (5 × 3)}, the displacement detection signal and the phase obtained from the portion of the magneto-resistive element R 11 is {2 [pi / ( 5th harmonic component sin5 {θ + 2π / (5 × 3) + 2π / (5 × 3) of the displacement detection signal obtained from the portion of the magnetoresistive element R 13 shifted by 5 × 3) + 2π / (5 × 3)}. )} And the magnetoresistive element R 11 The fifth harmonic component of the displacement detection signal when the to R 13 connected in series becomes zero.

Figure 0004487093
Figure 0004487093

また、磁気抵抗素子R14〜R16の3本セットにおいても、磁気抵抗素子R14とR15の間隔、磁気抵抗素子R15とR16の間隔は、上式でm=5、L=3を代入し、いずれもP(=λ/5×3)となる(図5(c))。このように、磁気抵抗素子R14〜R16をこの間隔Pで配置することによって、第5次高調波成分は零になるが、その原理については、上述同様であるため説明を省略する。 Also in the three sets of magneto-resistive elements R 14 to R 16, interval of the magneto-resistive element R 14 and R 15, spacing of the magnetoresistive element R 15 and R 16 are, in the above formula m = 5, L = 3 Is substituted for P 5 (= λ / 5 × 3) (FIG. 5C). As described above, by arranging the magnetoresistive elements R 14 to R 16 at the interval P 5 , the fifth-order harmonic component becomes zero, but the principle is the same as described above, and the description thereof is omitted.

磁気抵抗素子R11〜R13の3本セットだけでなく、磁気抵抗素子R14〜R16の3本セットが必要になるのは、次に説明するように、第3次高調波成分を2本セットで打ち消すためである。 The reason why not only three sets of magnetoresistive elements R 11 to R 13 but also three sets of magnetoresistive elements R 14 to R 16 is required is that the third harmonic component is 2 as described below. This is to cancel with this set.

2本セットで第3次高調波成分を打ち消す原理を説明する。磁気抵抗素子R11とR14の2本セットにおいて、磁気抵抗素子R11とR14の間隔は、上式でm=3、L=2を代入し、P(=λ/3×2)となる(図5(d))。 The principle of canceling the third harmonic component with two sets will be described. In two sets of magneto-resistive elements R 11 and R 14, spacing of the magnetoresistive element R 11 and R 14 substitutes the m = 3, L = 2 in the above equation, P 3 (= λ / 3 × 2) (FIG. 5D).

磁気抵抗素子R11の部分から得られる変位検出信号の基本波成分をsinθとすると、磁気抵抗素子R11とR14をこの間隔Pで配置することによって、次式で示すように、その磁気抵抗素子R11の部分から得られる変位検出信号の第3次高調波成分sin3θと、磁気抵抗素子R11の部分から得られる変位検出信号と位相が2π/(3×2)だけずれた磁気抵抗素子R14の部分から得られる変位検出信号の第3次高調波成分sin3{θ+2π/(3×2)}と、の重ね合わせによって、磁気抵抗素子R11とR14を直列接続したときの変位検出信号の3次高調波成分は零になる。 When the fundamental wave component of the displacement detection signal obtained from the portion of the magnetoresistive element R 11 is sin θ, by arranging the magnetoresistive elements R 11 and R 14 at this interval P 3 , magnetoresistance and a third harmonic component sin3θ displacement detection signals obtained from the portion of the resistive element R 11, displacement detection signal and the phase obtained from the portion of the magneto-resistive element R 11 is displaced by 2π / (3 × 2) Displacement when the magnetoresistive elements R 11 and R 14 are connected in series by superimposing the third harmonic component sin 3 {θ + 2π / (3 × 2)} of the displacement detection signal obtained from the element R 14. The third harmonic component of the detection signal becomes zero.

Figure 0004487093
Figure 0004487093

また、磁気抵抗素子R12とR15の2本セットにおいても、磁気抵抗素子R12とR15の間隔は、上式でm=3、L=2を代入し、P(=λ/3×2)となる(図5(e))。磁気抵抗素子R13とR16の2本セットにおいても、磁気抵抗素子R13とR16の間隔は、上式でm=3、L=2を代入し、P(=λ/3×2)となる(図5(f))。このように、磁気抵抗素子R12とR15、磁気抵抗素子R13とR16をこの間隔Pで配置することによって、第3次高調波成分は零になるが、その原理については、上述同様であるため説明を省略する。 Also in the two sets of magneto-resistive elements R 12 and R 15, spacing of the magnetoresistive element R 12 and R 15 substitutes the m = 3, L = 2 in the above equation, P 3 (= λ / 3 X2) (FIG. 5E). Also in the two sets of magneto-resistive elements R 13 and R 16, interval of the magneto-resistive element R 13 and R 16 substitutes the m = 3, L = 2 in the above equation, P 3 (= λ / 3 × 2 (FIG. 5 (f)). As described above, by arranging the magnetoresistive elements R 12 and R 15 and the magnetoresistive elements R 13 and R 16 at this interval P 3 , the third harmonic component becomes zero. The description is omitted because it is similar.

以上説明したように、6個の磁気抵抗素子R11〜R16が、図5(b)〜図5(f)に示す間隔の要請を全て満たす図5(a)に示す間隔で配置されて形成された磁気抵抗パターンによれば、第3次高調波成分及び第5次高調波成分を打ち消すことができ、ひいては基本波成分のような滑らかな波形をもった変位検出信号を得ることができる。 As described above, the six magnetoresistive elements R 11 to R 16 are arranged at the intervals shown in FIG. 5A that satisfy all the requirements for the intervals shown in FIGS. 5B to 5F. According to the formed magnetoresistive pattern, the third harmonic component and the fifth harmonic component can be canceled, and as a result, a displacement detection signal having a smooth waveform such as a fundamental wave component can be obtained. .

また、第3次高調波成分及び第5次高調波成分を打ち消すために、何本の磁気抵抗素子を使うかは任意であり、磁気抵抗素子間の間隔を柔軟に調整しつつ、製造困難とならない程度に、第3次高調波成分及び第5次高調波成分を打ち消す磁気抵抗素子の本数を増やすことができ、ひいては熱特性の均一化と識別精度の向上を図ることができる。   In addition, it is arbitrary how many magnetoresistive elements are used to cancel the third harmonic component and the fifth harmonic component, and it is difficult to manufacture while flexibly adjusting the interval between the magnetoresistive elements. The number of magnetoresistive elements that cancel out the third harmonic component and the fifth harmonic component can be increased to the extent that it does not occur, and thus the thermal characteristics can be made uniform and the identification accuracy improved.

さらに、本実施形態では、2種類の高調波成分を打ち消すこととしたが、上記同様に考えれば、例えば3種類、4種類といった複数種類の高調波成分を一度に打ち消すことも可能である。   Furthermore, in the present embodiment, two types of harmonic components are canceled, but considering the same as above, it is also possible to cancel a plurality of types of harmonic components such as three types and four types at a time.

図6は、本発明の実施の形態に係る磁気センサ1が有する磁気抵抗パターンの形成態様の他の一例を示す図である。   FIG. 6 is a diagram showing another example of a magnetoresistive pattern forming mode of the magnetic sensor 1 according to the embodiment of the present invention.

図6(a)に示す磁気抵抗パターンにおいて、6個の磁気抵抗素子R11〜R16は、3本セットで第3次高調波成分を打ち消し、2本セットで第5次高調波成分を打ち消すために、それぞれP=nλ/mL(m:取り除く高調波成分の次数、λ:出力信号の基本波成分の波長、n=1)の式によって算出された間隔で、被検出体の磁気スケール2の相対移動方向に順々に配置されており、導電体によって電気的に直列接続されている。なお、ここではn=1としたが、本発明はnをこれに限定する趣旨ではなく、例えばn=2であってもn=3であっても、自然数であればなんでもよい。 In the magnetoresistive pattern shown in FIG. 6A, the six magnetoresistive elements R 11 to R 16 cancel out the third harmonic component with three sets and cancel the fifth harmonic component with two sets. Therefore, the magnetic scale 2 of the object to be detected at intervals calculated by the following formulas: P = nλ / mL (m: order of harmonic component to be removed, λ: wavelength of fundamental wave component of output signal, n = 1) Are sequentially arranged in the relative movement direction, and are electrically connected in series by a conductor. Note that although n = 1 here, the present invention is not intended to limit n to this, and for example, n = 2, n = 3, or any natural number may be used.

より具体的には、磁気抵抗素子R11、R12、R14の3本セットにおいて、磁気抵抗素子R11とR12の間隔、磁気抵抗素子R12とR14の間隔は、上式でm=3、L=3を代入し、いずれもP(=λ/3×3)となる(図6(b))。また、磁気抵抗素子R13、R15、R16の3本セットにおいても、磁気抵抗素子R13とR15の間隔、磁気抵抗素子R15とR16の間隔は、上式でm=3、L=3を代入し、いずれもP(=λ/3×3)となる(図6(c))。このように、磁気抵抗素子R11、R12、R14と、磁気抵抗素子R13、R15、R16と、をそれぞれこの間隔Pで配置することによって、第3次高調波成分を零にすることができる。なお、その原理については上述同様である。 M More particularly, in three sets of magneto-resistive elements R 11, R 12, R 14, spacing of the magnetoresistive element R 11 and R 12, spacing of the magnetoresistive element R 12 and R 14 are, in the above formula = 3 and L = 3 are substituted, and both become P 3 (= λ / 3 × 3) (FIG. 6B). Also in the three sets of magneto-resistive elements R 13, R 15, R 16, interval of the magneto-resistive element R 13 and R 15, spacing of the magnetoresistive element R 15 and R 16 are, in the above formula m = 3, Substituting L = 3, both become P 3 (= λ / 3 × 3) (FIG. 6C). Thus, by arranging the magnetoresistive elements R 11 , R 12 , and R 14 and the magnetoresistive elements R 13 , R 15 , and R 16 at the intervals P 3 , the third harmonic component is reduced to zero. Can be. The principle is the same as described above.

一方で、磁気抵抗素子R11とR13の2本セットにおいて、磁気抵抗素子R11とR13の間隔は、上式でm=5、L=2を代入し、P(=λ/5×2)となる(図6(d))。また、磁気抵抗素子R12とR15の2本セットにおいても、磁気抵抗素子R12とR15の間隔は、上式でm=5、L=2を代入し、P(=λ/5×2)となる(図6(e))。磁気抵抗素子R14とR16の2本セットにおいても、磁気抵抗素子R14とR16の間隔は、上式でm=5、L=2を代入し、P(=λ/5×2)となる(図6(f))。このように、磁気抵抗素子R11、R12と、磁気抵抗素子R12、R15と、R14、R16と、をそれぞれこの間隔Pで配置することによって、第5次高調波成分を零にすることができる。なお、その原理については上述同様である。 Meanwhile, in the two sets of magneto-resistive elements R 11 and R 13, spacing of the magnetoresistive element R 11 and R 13 substitutes m = 5, L = 2 in the above equation, P 5 (= λ / 5 × 2) (FIG. 6D). Also in the two sets of magneto-resistive elements R 12 and R 15, spacing of the magnetoresistive element R 12 and R 15 substitutes m = 5, L = 2 in the above equation, P 5 (= λ / 5 X2) (FIG. 6E). Also in the two sets of magneto-resistive elements R 14 and R 16, interval of the magneto-resistive element R 14 and R 16 substitutes m = 5, L = 2 in the above equation, P 5 (= λ / 5 × 2 (FIG. 6 (f)). In this manner, by arranging the magnetoresistive elements R 11 and R 12 , the magnetoresistive elements R 12 and R 15 , and R 14 and R 16 with the interval P 5 , the fifth harmonic component is obtained. Can be zero. The principle is the same as described above.

以上説明したように、6個の磁気抵抗素子R11〜R16が、図6(b)〜図6(f)に示す間隔の要請を全て満たす図6(a)に示す間隔で配置されて形成された磁気抵抗パターンによれば、第3次高調波成分及び第5次高調波成分を打ち消すことができ、ひいては滑らかな波形をもった変位検出信号を得ることができる。 As described above, the six magnetoresistive elements R 11 to R 16 are arranged at intervals shown in FIG. 6 (a) that satisfy all the requirements for the intervals shown in FIGS. 6 (b) to 6 (f). According to the formed magnetoresistive pattern, the third harmonic component and the fifth harmonic component can be canceled, and as a result, a displacement detection signal having a smooth waveform can be obtained.

図7は、本発明の実施の形態に係る磁気センサ1が有する磁気抵抗パターンの形成態様の他の一例を示す図である。   FIG. 7 is a diagram showing another example of a magnetoresistive pattern forming mode of the magnetic sensor 1 according to the embodiment of the present invention.

図7(a)に示す磁気抵抗パターンにおいて、6個の磁気抵抗素子R11〜R16は、3本セットで第2次高調波成分を打ち消し、2本セットで第3次高調波成分を打ち消しすために、それぞれP=nλ/mL(m:取り除く高調波成分の次数、λ:出力信号の基本波成分の波長、n=1)の式によって算出された間隔で、被検出体の磁気スケール2の相対移動方向に順々に配置されており、導電体によって電気的に直列接続されている。なお、ここではn=1としたが、本発明はnをこれに限定する趣旨ではなく、例えばn=2であってもn=3であってもよい。 In the magnetoresistive pattern shown in FIG. 7A, the six magnetoresistive elements R 11 to R 16 cancel out the second harmonic component in a set of three, and cancel the third harmonic component in a set of two. Therefore, the magnetic scale of the object to be detected at intervals calculated by the following expressions: P = nλ / mL (m: order of harmonic component to be removed, λ: wavelength of fundamental wave component of output signal, n = 1) 2 are sequentially arranged in the relative movement direction, and are electrically connected in series by a conductor. Here, n = 1, but the present invention is not intended to limit n to this, and may be n = 2 or n = 3, for example.

より具体的には、磁気抵抗素子R11、R13、R15の3本セットにおいて、磁気抵抗素子R11とR13の間隔、磁気抵抗素子R13とR15の間隔は、上式でm=2、L=3を代入し、いずれもP(=λ/2×3)となる(図7(b))。また、磁気抵抗素子R12、R14、R16の3本セットにおいても、磁気抵抗素子R12とR14の間隔、磁気抵抗素子R14とR16の間隔は、上式でm=2、L=3を代入し、いずれもP(=λ/2×3)となる(図7(c))。このように、磁気抵抗素子R11、R13、R15と、磁気抵抗素子R12、R14、R16と、をそれぞれこの間隔Pで配置することによって、第3次高調波成分を零にすることができる。なお、その原理については上述同様である。 More specifically, in three sets of magneto-resistive elements R 11, R 13, R 15, spacing of the magnetoresistive element R 11 and R 13, interval of the magneto-resistive element R 13 and R 15 are, m in the above formula = 2 and L = 3 are substituted, and both become P 2 (= λ / 2 × 3) (FIG. 7B). Also in the three sets of magneto-resistive element R 12, R 14, R 16, magneto-resistive element spacing of R 12 and R 14, interval of the magneto-resistive element R 14 and R 16 are the above equation with m = 2, Substituting L = 3, both become P 2 (= λ / 2 × 3) (FIG. 7C). Thus, by arranging the magnetoresistive elements R 11 , R 13 , and R 15 and the magnetoresistive elements R 12 , R 14 , and R 16 at the intervals P 2 , the third harmonic component is reduced to zero. Can be. The principle is the same as described above.

一方で、磁気抵抗素子R11とR12の2本セットにおいて、磁気抵抗素子R11とR12の間隔は、上式でm=3、L=2を代入し、P(=λ/3×2)となる(図7(d))。また、磁気抵抗素子R13とR14の2本セットにおいても、磁気抵抗素子R13とR14の間隔は、上式でm=3、L=2を代入し、P(=λ/3×2)となる(図7(e))。磁気抵抗素子R15とR16の2本セットにおいても、磁気抵抗素子R15とR16の間隔は、上式でm=3、L=2を代入し、P(=λ/3×2)となる(図7(f))。このように、磁気抵抗素子R11、R12と、磁気抵抗素子R13、R14と、R15、R16と、をそれぞれこの間隔Pで配置することによって、第3次高調波成分を零にすることができる。なお、その原理については上述同様である。 Meanwhile, in the two sets of magneto-resistive elements R 11 and R 12, spacing of the magnetic resistance element R 11 and R 12 substitutes the m = 3, L = 2 in the above equation, P 3 (= λ / 3 × 2) (FIG. 7D). Also in the two sets of magneto-resistive elements R 13 and R 14, interval of the magneto-resistive element R 13 and R 14 substitutes the m = 3, L = 2 in the above equation, P 3 (= λ / 3 X2) (FIG. 7E). Also in the two sets of magneto-resistive elements R 15 and R 16, spacing of the magnetoresistive element R 15 and R 16 substitutes the m = 3, L = 2 in the above equation, P 3 (= λ / 3 × 2 (FIG. 7 (f)). Thus, by arranging the magnetoresistive elements R 11 , R 12 , the magnetoresistive elements R 13 , R 14 , R 15 , R 16 with the spacing P 3 , the third harmonic component is obtained. Can be zero. The principle is the same as described above.

以上説明したように、6個の磁気抵抗素子R11〜R16が、図7(b)〜図7(f)に示す間隔の要請を全て満たす図7(a)に示す間隔で配置されて形成された磁気抵抗パターンによれば、第3次高調波成分及び第5次高調波成分を打ち消すことができ、ひいては滑らかな波形をもった変位検出信号を得ることができる。 As described above, the six magnetoresistive elements R 11 to R 16 are arranged at intervals shown in FIG. 7A that satisfy all the requirements for the intervals shown in FIGS. 7B to 7F. According to the formed magnetoresistive pattern, the third harmonic component and the fifth harmonic component can be canceled, and as a result, a displacement detection signal having a smooth waveform can be obtained.

上述した磁気パターンの形成態様では、磁気抵抗素子の間隔を上式P=nλ/mLによって調整することで高調波成分を打ち消していたが、本発明は、線幅を上式W=nλ/mによって調整することで、高調波成分を打ち消すこととしてもよい。例えば、図8に示すように、2本セットの磁気抵抗素子で高調波成分を打ち消すことを考えた場合において、これらの磁気抵抗素子を間隔Pで配置しなければならないときには(図8(a))、間隔Pと同じ線幅の磁気抵抗素子1本で代用することができる(図8(b))。より具体的には、図8(b)に示す1本の磁気抵抗素子は、線幅が極めて狭い複数(無数)の磁気抵抗素子を磁気スケールの相対移動方向に重ね合わせたもの、と考えることができるから、上式P=nλ/mLにL=1を代入したときのPと同値であり、図8(a)に示す2本の磁気抵抗素子と同じ機能(高周波成分を打ち消す機能)を発揮しつつ、磁気センサ自体の更なる小型化を図ることができる。   In the above-described magnetic pattern formation mode, the harmonic component is canceled by adjusting the interval between the magnetoresistive elements by the above equation P = nλ / mL. However, in the present invention, the line width is represented by the above equation W = nλ / m. The harmonic component may be canceled out by adjusting according to. For example, as shown in FIG. 8, when it is considered that the harmonic components are canceled out by two sets of magnetoresistive elements, these magnetoresistive elements must be arranged at intervals P (FIG. 8A). ), A single magnetoresistive element having the same line width as the interval P can be substituted (FIG. 8B). More specifically, one magnetoresistive element shown in FIG. 8B is considered to be a superposition of a plurality (numerous) of magnetoresistive elements having extremely narrow line widths in the direction of relative movement of the magnetic scale. Therefore, it is the same value as P when L = 1 is substituted into the above formula P = nλ / mL, and has the same function (function to cancel high frequency components) as the two magnetoresistive elements shown in FIG. It is possible to further reduce the size of the magnetic sensor while exhibiting this.

図5〜図7を用いて磁気抵抗パターンの形成態様は、P=nλ/mLによって算出された間隔で各々の磁気抵抗素子を配置し、それぞれの部分から得られる「変位検出信号の和」を全体の変位検出信号とすることで、各高調波成分を打ち消す、というものであるが、次に、「変位検出信号の差」を全体の変位検出信号とすることで、各高調波成分を打ち消す、という磁気抵抗パターンの形成態様について説明する。   5 to 7, the magnetoresistive pattern is formed by arranging each magnetoresistive element at an interval calculated by P = nλ / mL, and calculating the “sum of displacement detection signals” obtained from the respective portions. Each harmonic component is canceled by using the entire displacement detection signal. Next, each harmonic component is canceled by using the "displacement detection signal difference" as the entire displacement detection signal. , Will be described.

図9は、本発明の実施の形態に係る磁気センサ1が有する磁気抵抗パターンの形成態様の他の一例を示す図である。   FIG. 9 is a diagram showing another example of a magnetoresistive pattern forming mode of the magnetic sensor 1 according to the embodiment of the present invention.

図9(a)に示す磁気抵抗パターンの形成態様は、図5(a)に示す磁気抵抗パターンを2組直列に配置し、その接続点から変位検出信号を取り出すことで、各高調波成分を打ち消す、というものである。   The magnetoresistive pattern shown in FIG. 9A is formed by arranging two sets of the magnetoresistive patterns shown in FIG. 5A in series, and taking out the displacement detection signal from the connection point, thereby obtaining each harmonic component. It is to cancel.

より具体的には、図9(a)の左側に示す磁気抵抗パターン(6個の磁気抵抗素子R11〜R16)は、3本セットで第5次高調波成分を打ち消し、2本セットで第3次高調波成分を打ち消すために、図5(a)に示す態様で配置されている。また、図9(a)の右側に示す磁気抵抗パターン(6個の磁気抵抗素子R17〜R22)も、3本セットで第5次高調波成分を打ち消し、2本セットで第3次高調波成分を打ち消すために、図5(a)に示す態様で配置されている。さらに、2組の磁気抵抗パターンは、電気的に接続されており、その接続点から出力(変位検出信号)Outが取り出されるようになっている。 More specifically, the magnetoresistive pattern (six magnetoresistive elements R 11 to R 16 ) shown on the left side of FIG. 9A cancels the fifth-order harmonic component with three sets, and with two sets. In order to cancel out the third harmonic component, the third harmonic component is arranged in the mode shown in FIG. Further, the magnetoresistive pattern (six magnetoresistive elements R 17 to R 22 ) shown on the right side of FIG. 9A also cancels the fifth harmonic component with three sets, and the third harmonic with two sets. In order to cancel out the wave components, they are arranged in the manner shown in FIG. Further, the two sets of magnetoresistive patterns are electrically connected, and an output (displacement detection signal) Out is extracted from the connection point.

ここで、図9(a)に示す2組の磁気抵抗パターンは、相対的に、2本セットで第2次高調波成分及び第4次高調波成分を打ち消すべく、P'=nλ/m(m:取り除く高調波成分の次数、n=1)の式によって算出された間隔で配置される。すなわち、例えば第m次高調波成分を打ち消す場合には、相対的に、第m次高調波成分の波長分(=λ/m)だけずらし、磁気抵抗素子R11とR17、磁気抵抗素子R12とR18、磁気抵抗素子R13とR19、磁気抵抗素子R14とR20、磁気抵抗素子R15とR21、磁気抵抗素子R16とR22は、それぞれ偶次高調波成分を打ち消すことができるようなP'=λ/mの間隔で配置される。なお、この際、第m次高調波成分の波長分(=λ/m)ではなく、第m次高調波成分の波長分(=λ/m)と基本波の半波長分(=λ/2)ずらすことで間隔を調整することも可能である。基本波の半波長分(=λ/2)は、第2次以降の第m次高調波成分(mは2以上の偶数)の波長(=λ/m)の整数倍だからである。 Here, the two sets of magnetoresistive patterns shown in FIG. 9 (a) have relatively two sets of P ′ = nλ / m (in order to cancel the second harmonic component and the fourth harmonic component). m: Order of harmonic components to be removed, arranged at intervals calculated by the equation of n = 1). That is, for example, when canceling the m-th harmonic component, it is relatively shifted by the wavelength of the m-th harmonic component (= λ / m), and the magnetoresistive elements R 11 and R 17 , the magnetoresistive element R 12 and R 18 , magnetoresistive elements R 13 and R 19 , magnetoresistive elements R 14 and R 20 , magnetoresistive elements R 15 and R 21 , and magnetoresistive elements R 16 and R 22 cancel out even harmonic components, respectively. It is arranged at an interval of P ′ = λ / m so that it is possible. At this time, not the wavelength of the m-th harmonic component (= λ / m), but the wavelength of the m-th harmonic component (= λ / m) and the half-wave of the fundamental wave (= λ / 2) It is also possible to adjust the interval by shifting. This is because the half wavelength (= λ / 2) of the fundamental wave is an integral multiple of the wavelength (= λ / m) of the second and subsequent m-th harmonic components (m is an even number of 2 or more).

このように、1の磁気抵抗パターンの内部における各磁気抵抗素子間は、P=λ/mLの間隔で配置し、他の磁気抵抗パターンの内部の対応する磁気抵抗素子との間は、P'=λ/mの間隔で配置することによって、一度に複数の高調波成分を打ち消すことができ、ひいては大幅に識別精度を向上させることができる。   In this manner, the magnetoresistive elements in one magnetoresistive pattern are arranged at intervals of P = λ / mL, and the corresponding magnetoresistive elements in the other magnetoresistive pattern are P ′. By arranging at intervals of = λ / m, a plurality of harmonic components can be canceled at a time, and as a result, the identification accuracy can be greatly improved.

以下同様に、「変位検出信号の和」及び「変位検出信号の差」を全体の変位検出信号とすることで一度に複数の高調波成分を打ち消すのみならず、相互干渉に起因して高次高調波成分を打ち消すことができる磁気抵抗パターンの形成態様について説明する。   In the same manner, not only canceling multiple harmonic components at a time by using the sum of displacement detection signals and the difference between displacement detection signals as the entire displacement detection signal, but also higher order due to mutual interference. A mode of forming a magnetoresistive pattern capable of canceling the harmonic component will be described.

図9(b)に示す磁気抵抗パターンの形成態様は、第3次高調波成分を打ち消すための磁気抵抗素子をP=λ/(3×5)の間隔で5本配置して形成された磁気抵抗パターンを、相対的に、間隔P=λ/2+nλ(n:自然数)で2組配置し、両磁気抵抗パターンを電気的に直列接続し、その接続点から出力(変位検出信号)Outを取り出すようにしている。   The magnetoresistive pattern shown in FIG. 9B is formed by arranging five magnetoresistive elements for canceling the third harmonic component at an interval of P = λ / (3 × 5). Two sets of resistance patterns are relatively arranged at a spacing P = λ / 2 + nλ (n: natural number), both magnetoresistive patterns are electrically connected in series, and an output (displacement detection signal) Out is taken out from the connection point. I am doing so.

図9(c)に示す磁気抵抗パターンの形成態様は、第3次高調波成分を打ち消すための磁気抵抗素子をP=λ/3の間隔で2本ずつ、第5次高調波成分を打ち消すための磁気抵抗素子をP=λ/(5×2)の間隔で2本ずつ配置して形成された磁気抵抗パターンを、相対的に、間隔P=λ/2+nλ(n:自然数)で2組配置し、両磁気抵抗パターンを電気的に並列接続し、それぞれの磁気抵抗パターンの対称点から出力(変位検出信号)Out及びOutを取り出すようにしている。従って、この出力(変位検出信号)Out及びOutを差動増幅器等の外部電子回路に入力することによって、複数の高調波成分を打ち消すことができるようになる。 The magnetoresistive pattern forming mode shown in FIG. 9C is for canceling the fifth harmonic component by two magnetoresistive elements for canceling the third harmonic component at intervals of P = λ / 3. Two sets of magnetoresistive elements formed by arranging two magnetoresistive elements at intervals of P = λ / (5 × 2) are relatively arranged at intervals of P = λ / 2 + nλ (n: natural number). Both magnetoresistive patterns are electrically connected in parallel, and outputs (displacement detection signals) Out 1 and Out 2 are taken out from the symmetrical points of the respective magnetoresistive patterns. Accordingly, by inputting the outputs (displacement detection signals) Out 1 and Out 2 to an external electronic circuit such as a differential amplifier, a plurality of harmonic components can be canceled.

なお、この図9(c)の結線方法は、外部電子回路に差動増幅器を用いた場合の一例に過ぎず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、これ以外の結線方法を採用することも可能である。   The connection method shown in FIG. 9C is merely an example in which a differential amplifier is used for the external electronic circuit, and other connection methods may be employed without departing from the spirit of the present invention. Is possible.

図9(d)に示す磁気抵抗パターンの形成態様は、図9(c)に示される2本の磁気抵抗素子を、その間隔と同じ幅をもつ1本の磁気抵抗素子で代用するものである。この形成態様によれば、構造が簡単となるため着磁ピッチを小さくしてもパターン配置が可能となり、結果として高分解能なスケールが可能となる。   In the magnetoresistive pattern forming mode shown in FIG. 9D, the two magnetoresistive elements shown in FIG. 9C are substituted with one magnetoresistive element having the same width as the interval. . According to this formation mode, since the structure is simple, the pattern can be arranged even if the magnetization pitch is reduced, and as a result, a high-resolution scale is possible.

まず、図9(a)に示す磁気抵抗パターンの形成態様において、信号周期λを0.8mmとし、出力(変位検出信号)Outを測定した。その結果、図9(a)に示す磁気抵抗パターンの形成態様によれば、第3次及び第5次並びに第2次及び第4次の高調波成分が全てキャンセルされるのみならず、磁気抵抗素子が12本あることに起因した変位検出信号の相互干渉により、第9次高調波成分が全てキャンセルされ、第7次高調波成分が72%低減した。このように、図9(a)に示す磁気抵抗パターンの形成態様によれば、第9次高調波成分までのトータル歪みを同時に低減できることが分かる。   First, in the magnetoresistive pattern formation mode shown in FIG. 9A, the signal period λ was 0.8 mm, and the output (displacement detection signal) Out was measured. As a result, according to the magnetoresistive pattern formation mode shown in FIG. 9 (a), not only the third and fifth harmonics and the second and fourth harmonic components are canceled, but the magnetoresistive Due to the mutual interference of the displacement detection signals due to the 12 elements, all the 9th harmonic components were canceled and the 7th harmonic component was reduced by 72%. Thus, according to the magnetoresistive pattern formation mode shown in FIG. 9A, it can be seen that the total distortion up to the ninth harmonic component can be simultaneously reduced.

次に、図9(b)に示す磁気抵抗パターンの形成態様において、信号周期λを0.8mmとし、出力(変位検出信号)Outを測定した。その結果、図9(b)に示す磁気抵抗パターンの形成態様によれば、第3次並びに第2次及び第4次の高調波成分が全てキャンセルされ、第5次高調波成分は80%低減された。また、磁気抵抗素子が10本あることに起因した変位検出信号の相互干渉により、第7次高調波成分が82%低減した。このように、図9(b)に示す磁気抵抗パターンの形成態様によれば、図9(a)に示す磁気抵抗パターンの形成態様よりも第7次高調波成分を大幅に低減することができるのが分かる。   Next, in the magnetoresistive pattern formation mode shown in FIG. 9B, the signal period λ was 0.8 mm, and the output (displacement detection signal) Out was measured. As a result, according to the magnetoresistive pattern formation mode shown in FIG. 9B, all the third-order and second-order and fourth-order harmonic components are canceled, and the fifth-order harmonic component is reduced by 80%. It was done. Further, the seventh harmonic component was reduced by 82% due to the mutual interference of the displacement detection signals due to the ten magnetoresistive elements. Thus, according to the magnetoresistive pattern formation mode shown in FIG. 9B, the seventh harmonic component can be significantly reduced as compared with the magnetoresistive pattern formation mode shown in FIG. 9A. I understand.

次に、図9(c)に示す磁気抵抗パターンの形成態様において、信号周期λを0.8mmとし、出力(変位検出信号)OutとOutの差動出力を測定した。その結果、図9(c)に示す磁気抵抗パターンの形成態様によれば、第3次及び第5次並びに第2次及び第4次の高調波成分が全てキャンセルされるのみならず、磁気抵抗素子が8本あることに起因した変位検出信号の相互干渉により、第9次高調波成分が全てキャンセルされ、第7次高調波成分が49%低減した。このように、図9(c)に示す磁気抵抗パターンの形成態様によれば、第9次高調波成分までのトータル歪みを同時に低減できることが分かる。 Next, in the magnetoresistive pattern formation mode shown in FIG. 9C, the signal period λ was set to 0.8 mm, and the differential outputs of outputs (displacement detection signals) Out 1 and Out 2 were measured. As a result, according to the magnetoresistive pattern formation mode shown in FIG. 9C, not only all the third and fifth harmonics and the second and fourth harmonic components are canceled, but also the magnetoresistive Due to the mutual interference of the displacement detection signals due to the eight elements, all the ninth harmonic components were canceled and the seventh harmonic components were reduced by 49%. Thus, according to the magnetoresistive pattern formation mode shown in FIG. 9C, it can be seen that the total distortion up to the ninth harmonic component can be simultaneously reduced.

次に、図9(d)に示す磁気抵抗パターンの形成態様において、信号周期λを0.8mmとし、出力(変位検出信号)OutとOutの差動出力を測定した。その結果、図9(d)に示す磁気抵抗パターンの形成態様によれば、第3次及び第5次並びに第2次及び第4次の高調波成分が全てキャンセルされた。また、磁気抵抗素子が4本あることに起因した変位検出信号の相互干渉により、第7次高調波成分が63%低減し、第9次高調波成分が41%低減した。このように、図9(d)に示す磁気抵抗パターンの形成態様によれば、第9次高調波成分までのトータル歪みを同時に低減できることが分かる。 Next, in the magnetoresistive pattern formation mode shown in FIG. 9D, the signal period λ was set to 0.8 mm, and the differential outputs of outputs (displacement detection signals) Out 1 and Out 2 were measured. As a result, according to the magnetoresistive pattern formation mode shown in FIG. 9D, the third and fifth harmonics and the second and fourth harmonic components were all canceled. Further, due to the mutual interference of the displacement detection signals due to the four magnetoresistive elements, the seventh harmonic component was reduced by 63% and the ninth harmonic component was reduced by 41%. Thus, according to the magnetoresistive pattern formation mode shown in FIG. 9D, it can be seen that the total distortion up to the ninth harmonic component can be simultaneously reduced.

本発明に係る磁気センサは、複数の磁気抵抗素子の間隔を柔軟に調整しながら、その本数を増加させることができ、ひいては識別精度の向上及び熱特性の均一化を図ることが可能なものとして有用である。   The magnetic sensor according to the present invention can increase the number of the magnetoresistive elements while flexibly adjusting the interval between the plurality of magnetoresistive elements, and thus can improve the identification accuracy and make the thermal characteristics uniform. Useful.

本発明の実施の形態に係る磁気センサの概略構造を示す図である。It is a figure which shows schematic structure of the magnetic sensor which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施の形態に係る磁気センサから得られる変位検出信号の信号波形を示す波形図である。It is a wave form diagram which shows the signal waveform of the displacement detection signal obtained from the magnetic sensor which concerns on embodiment of this invention. 磁気スケール2からの入力磁界Hに対する磁気抵抗素子の抵抗R変化特性を示すグラフである。3 is a graph showing resistance R change characteristics of a magnetoresistive element with respect to an input magnetic field H from a magnetic scale 2; 本発明の実施の形態に係る磁気センサから得られる変位検出信号を各成分に分解する様子を示す図である。It is a figure which shows a mode that the displacement detection signal obtained from the magnetic sensor which concerns on embodiment of this invention is decomposed | disassembled into each component. 本発明の実施の形態に係る磁気センサが有する磁気抵抗パターンの形成態様の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the formation aspect of the magnetoresistive pattern which the magnetic sensor which concerns on embodiment of this invention has. 本発明の実施の形態に係る磁気センサが有する磁気抵抗パターンの形成態様の他の一例を示す図である。It is a figure which shows another example of the formation aspect of the magnetoresistive pattern which the magnetic sensor which concerns on embodiment of this invention has. 本発明の実施の形態に係る磁気センサが有する磁気抵抗パターンの形成態様の他の一例を示す図である。It is a figure which shows another example of the formation aspect of the magnetoresistive pattern which the magnetic sensor which concerns on embodiment of this invention has. 複数の磁気抵抗素子を、1本の磁気抵抗素子によって代用する様子を示す図である。It is a figure which shows a mode that several magnetoresistive elements are substituted by one magnetoresistive element. 本発明の実施の形態に係る磁気センサが有する磁気抵抗パターンの形成態様の他の一例を示す図である。It is a figure which shows another example of the formation aspect of the magnetoresistive pattern which the magnetic sensor which concerns on embodiment of this invention has. 従来の磁気センサの概略構造を示す図である。It is a figure which shows schematic structure of the conventional magnetic sensor.

符号の説明Explanation of symbols

1 磁気センサ
2 磁気スケール
1 Magnetic sensor 2 Magnetic scale

Claims (3)

磁気スケールの磁界を検出するため、磁気抵抗体薄膜からなる磁気抵抗素子が所定の間隔で基板上に配置されて形成された磁気抵抗パターンを有する磁気センサにおいて、
前記磁気抵抗パターンの出力信号の基本波成分に重畳する複数の高調波成分のうち、1の奇数次高調波成分を取り除く前記磁気抵抗素子の本数をL、その1の奇数次高調波成分以外の1の奇数次高調波成分を取り除く前記磁気抵抗素子の本数をL (L1≠L2)としたとき、
前記L本の前記磁気抵抗素子は、下式により算出された間隔Pで、その磁気スケールの相対移動方向に順々に配置され、
前記磁気抵抗パターンは、前記L本の前記磁気抵抗素子を、相対的に、下式により算出された間隔Pで、その磁気スケールの相対移動方向に順々に前記L組配置することによって形成されることを特徴とする磁気センサ。
=nλ/mL
=nλ/mL
m:取り除く高調波成分の次数、λ:出力信号の基本波成分の波長
n:自然数
In order to detect the magnetic field of the magnetic scale, a magnetic sensor having a magnetoresistive pattern formed by arranging magnetoresistive elements made of magnetoresistive thin films on a substrate at predetermined intervals,
Of the plurality of harmonic components superimposed on the fundamental component of the output signal of the magnetoresistive pattern, the number of the magnetoresistive elements for removing one odd-order harmonic component is L 1 , other than the odd-order harmonic component of that one When the number of the magnetoresistive elements that remove the odd-numbered higher harmonic component of 1 is L 2 (L1 ≠ L2) ,
The L one magnetoresistive elements are sequentially arranged in the relative movement direction of the magnetic scale at a distance P 1 calculated by the following equation:
It said magnetoresistive pattern, the magnetoresistive element of the L 1 present, relatively, at intervals P 2 calculated by the following equation, to the set L 2 arranged one after the other in the relative movement direction of the magnetic scale The magnetic sensor characterized by being formed by.
P 1 = nλ / mL 1
P 2 = nλ / mL 2
m: order of harmonic component to be removed, λ: wavelength of fundamental component of output signal n: natural number
前記磁気抵抗パターンは、下式により算出された間隔P'で、その磁気スケールの相対移動方向に2組配置されて電気的に直列接続されるとともに、
2組の前記磁気抵抗パターンの電気的な接点から出力信号を取り出すことを特徴とする請求項記載の磁気センサ。
P'=nλ/m'
m':取り除く偶数次高調波成分の次数、λ:出力信号の基本波成分の波長
n:自然数
Two sets of the magnetoresistive patterns are arranged in the relative movement direction of the magnetic scale at an interval P ′ calculated by the following equation, and are electrically connected in series.
The magnetic sensor according to claim 1, wherein the extracting an output signal from the electrical contacts of the two sets of the magnetoresistive pattern.
P ′ = nλ / m ′
m ′ : the order of even harmonic components to be removed, λ: wavelength of the fundamental component of the output signal, n: natural number
前記磁気抵抗パターンは、下式により算出された間隔P'で、その磁気スケールの相対移動方向に2組配置されて電気的に並列接続されるとともに、
2組の前記磁気抵抗パターンのそれぞれの対称点から出力信号を取り出すことを特徴とする請求項記載の磁気センサ。
P'=nλ/m'
m':取り除く偶数次高調波成分の次数、λ:出力信号の基本波成分の波長
n:自然数
Two sets of the magnetoresistive patterns are arranged in the relative movement direction of the magnetic scale at an interval P ′ calculated by the following equation, and are electrically connected in parallel.
The magnetic sensor according to claim 1, wherein the extracting an output signal from each of the symmetry points of the two sets of the magnetoresistive pattern.
P ′ = nλ / m ′
m ′ : the order of even harmonic components to be removed, λ: wavelength of the fundamental component of the output signal, n: natural number
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