JPH01259217A - 回転検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は回転検出装置に関し、磁気抵抗（ＭＲ）素子を
用いた回転検出装置に関する。

従来より回転体に磁石を設け、これをＭＲ素子で検出し
てパルスを生成する回転検出装置がある。

このような回転検出装置は例えば都市ガス等の被測流体
の流速に応じて回転するタービンに数句けてタービン式
流量計に適用されている。

従来の技術 従来の回転検出装置は第６図（Ａ）に示す如く、回転軸
１０と共に回転する回転体１１を図示の如く着磁し、こ
れにＭＲ素子１２を離間対向させている。

ＭＲ素子１２は同図（Ｂ）に示す如く、シリコン基板１
４上に強磁性導膜の折曲線路パターンＲ＾、Ｒｅを設【
プたもので、パターンＲＡの線路長手方向Ｘとパターン
Ｒ８の線路長手方向Ｙは直交している。パターンＲＡ、
ＲＢの端子ａ、ｂ。

Ｃには同図（Ｃ）に示す如く、端子ａ、ｂ間に直〜 流電源Ｅよりバイアスが供給され、端子す、ｃ間より出
力電圧Ｖ０が得られる。

回転体１１の回転により磁界１」が矢印方向に角度θだ
り回転するとパターンＲＡ、ＲＢ夫々の抵抗値は第７図
（Ａ）に示す如く変化し、これによって出力電圧Ｖ。は
同図（Ｂ）に示す如く変化する。この出力電圧Ｖｏを矩
形波に、整形して回転検出パルスを得る。

発明が解決しようとする課題 ところで、ターどン式流用計等に３３いては回転体であ
るタービンを回転軸が貫通しているため、回転体の回転
軸に沿った両端側方向にＭＲ素子を取付ける充分なスペ
ースを確保できず、第８図（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）に示
す如き構成がとられている。

同図中、回転体２０はリブ２１の外周に流体を受けてト
ルクを発生するブレード２２が設りられている。またリ
ブ２０には回転軸２３を挟んで同一半径位置に、回転軸
方向（Ｚ方向）に着磁された磁石２４．２５が設Ｇノら
れている。この回転する磁石２４．２５に対向する位置
にＭＲ素子１２が設けられる。

この場合、回転体１２が矢印方向に角匪θ回転すると、
第９図に丞す如りＭｌ（素子１２に対して磁界Ｈは図中
右方から左方に平行に移動する。このため磁界Ｈと鎖交
するパターンＲｓの抵抗値は上記回転に応じて第１０図
（Ａ）の破線の如く変化する。これに対して磁石２４．
．２５がパターンＲＡより離れた位置にあるときの漏れ
磁界りがパターンＲＡに傾斜して鎖交するためパターン
尺への抵抗値は第１０図＜Ａ）の実線の如く変化する。

ここで、第１１図に示す如く、同一の抵抗値を持つ抵抗
Ｒ＋　、Ｒ２を角加した実験回路を構成したとき、パタ
ーンＲＡ、Ｒｅ夫々の抵抗値変化は端子２−３間、２−
１間夫々の電圧変化と対応し、パターンＲＡ、Ｒ８の接
続点（端子Ｃ）の電位変化は端子１−３間の電圧変化に
対応する。図中、ＭＲ素子１２に対して磁界Ｆ」が右方
から左方に平行に移動すると、端子１−２間電圧は第１
０図（Ｂ）の−点鎖線■の如く変化し、端子２−１問電
圧は二点鎖線■の如く変化し、端子１−１３間電圧は実
線■の如く変化する。

このように端子１−３間電圧はＭＲ素子１２と磁石との
距離に応じて増減する波形とはならず、歪んだ波形とな
ってしまう。従って、これらの信号をパルス波形に整形
するとぎ闇値の設定によって回転検出パルスのパルス数
が誤ってしまうという問題があった。

これを解決するためには第９図の端子ＣにパターンＲＡ
の代りとなる通常の抵抗を接続してパターンＲｅのみの
磁気抵抗効果で回転検出することも考えられる。しかし
、この場合にはパターンＲ日の温度・抵抗特性が３００
ｐｐｍ／℃と通常の抵抗（１０ｐｐｍ／℃）に比して非
常に大ぎく、温度変化によって出力電圧のバイアス値が
大きく変化し実用に不適である。

また、ＭＲ索子１２に漏れ磁界りを打消すバイアス磁界
を印加することも考えられる。しかし、この場合はバイ
アス磁界が磁石２４．２５と作用して回転体２０の回転
抵抗となり、回転体２０の−４一 回転を拘束し、例えばタービン式流ｆｌに適用した場合
には低流速の微小流量のときで回転体２０の回転が停止
してしまい、都市ガス等の流量を広範囲に計測できない
ため不適である。

更に、第９図でＭＲ素子１２を磁界Ｈに対して反時計方
向に９０度回転させ、パターンＲｓを磁石２４．２５の
生ずる磁界Ｈから遠さ（プ、パターンＲＡの磁気抵抗効
果に対してパターンＲｅの磁気抵抗効果を無視できるよ
う配置することも考えられる。しかし、この場合はＭＲ
素子１２の横幅ｄ２が７ｍｍ程度であるのに対して端子
ａ、ｂ、ｃのリードを含めた縦幅ｄ１が１３ＭＩ＋程度
であり、第８図（Ａ）に丞すリブ２１上方の空間内にＭ
Ｒ索子１２を収納できない。

本発明は上記の点に鑑みなされたもので、ＭＲ素子と磁
石との距離に応じて増減する歪みのない波形の出力信号
を得る回転検出装置を提供することを目的とする。

課題を解決するための手段 本発明の回転検出装置は、 回転軸より離間した位置に着磁方向が回転軸ど平行とさ
れた磁石を有する回転体と、 強磁性薄膜の折曲線路の長手方向が互いに交差した少な
くとも一対の折曲線路パターンを有し、一対の折曲線路
パターンの一方の折曲線路パターンを折曲線路の長子線
路方向が前記回転体の磁石の磁束と鎖交し、かつその折
曲線路パターン面を前記回転軸方向に沿わせて前記回転
体の磁石と対向させて設（プ、他方の折曲線路パターン
を一方の折曲線路パターンよりも前記磁石に対して離間
させて一方の折曲線路パターンに前記回転軸り向に並べ
て設けるとともに、前記一方の折曲線路パターンの折曲
線路と前記他方の折曲線路パターンの折曲線路とを直列
に接続してなる磁気抵抗素子とよりなる。

作用 本発明においては、磁気抵抗素子の一対の折曲線路パタ
ーンを回転軸力向に並べているため、出力信号波形がＭ
Ｒ素子と磁石との距＊１に応じて増減して歪がほとんど
なくなる。

実施例 第１図は本発明装置のＭＲ素子の第１実施例の平面図を
示す。

同図中、長方形のパッケージ３ｏ上には長方形のシリコ
ン基板３１が固定されている。シリコン基板３１は２分
割され、一方には長手方向をＸ方向としてジグザグに折
曲した強磁性ＭＩＩＩの折曲線路パターンＲＡが形成さ
れ、他方に長手方向を７方向（Ｘ方向と交差）としてジ
グザグに折曲した強磁性薄膜の折曲線路パターンＲｅが
形成され、両パターンＲＡ、Ｒｅ夫々の一端は互いに接
続されている。パターンＲＡ、ＲＢ夫々の抵抗値は磁界
が印加されないとき同一とされている。

パターンＲＡ、ＲＢ夫々の他端は導電パターン３２．３
３夫々によってパッケージ３０のパターンＲＢ側の短辺
３０ａに設【プられた端子ａ、ｂ夫々のリード３５．３
６に接続され、パターンＲＡ。

Ｒ８の接続点は導電パターン３４によって端子Ｃのリー
ド３７に接続され、ＭＲ素子４０が構成されている。パ
ッケージ３０の短辺３０ａ、３０ｂ夫々の長さは従来同
様路５Ｍである。

このＭＲ素子４０は第８図のＭＲ素子１２に代えて、回
転体２０の磁石２４．２５に対応する位置に短辺３０ｂ
を回転体２０に対向させて配置固定され、回転検出装置
が構成される。この場合、第１図に示す如く、パッケー
ジ３０のパターンＲＡ側の短辺３０ｂが磁石２４又は２
５に対向し、回転体２０の回転により磁石２４又は２５
は矢印Ｒ方向に移動する。

磁石２４又は２５の磁界Ｈは短辺３０ｂからの７方向の
距離に対して第２図（Ａ）に承り如く大きく変化するた
め、磁気抵抗効果はパターンＲＡに大きく現われ、パタ
ーンＲｅの抵抗変化は無視できる。このため第６図（Ｃ
）に示す回路構成をＬ　ｔｃ　、！：　キ、ＭＲ素子４
０の出力電圧Ｖｏは回転体２０の回転角度αに対して第
２図（Ｂ）の如くなり、ＭＲ素子４０と磁石２４又は２
５との距離に応じて増減する歪のない波形となる。

この場合、パターンＲＡ、Ｒｅは同一の温度・抵抗特性
であるので、温度変化による出力電圧の変化はなく、バ
イアス磁界を必要としないので都市ガス等のタービン式
流量計に好適である。、ただし、出力電圧Ｖ、ｏのピー
ク・ツー・ピーク値は従来の略１／２程度である。

また、リードは磁石に対向する側とは反対の他方の折曲
線路パターン側に設けられているため、回転体の径が小
さくとも配設が可能である。このことからも小型のター
ビン式流量計に好適である。

第３図はＭＲ素子の第２実施例の平面図を示す。

同図中、第１図と同一部分には同一符号を付し、その説
明を省略する。

第３図において、シリコン基板２１には折曲線路パター
ンＲＡ、Ｒｅ夫々と平行に強磁性薄膜の折曲線路パター
ンＲｃ、Ｒｏ夫々が設（プられ、パターンＲｃ、Ｒｏ夫
々の解放された端部は導電パターン４２．４３夫々によ
って端子ｄ、ｅ夫々のリード４５．４６に接続され、パ
ターンＲｃ。

ＲＯの互いに接続された端部は導電パターン４４によっ
て端子ｆのリード４７に接続されている。

パターンＲｃ、Ｒｏ夫々の抵抗値は磁界が印加されない
とき同一とされている。

この場合は第４図（Ａ）に示す如くブリッジ構成の回路
接続を行なうことにより端子ｃｆ間よりの出力電圧Ｖｏ
のピーク・ツー・ピーク・レベルを第１図に示すＭＲ素
子の２倍とすることができ、ＳＮ比が向上して安定かつ
信頼性の高い回転検出信号を得ることができる３、この
ときの出力電圧Ｖｏも第２図（Ｂ）と同様の波形である
。

更に第４図（Ｂ）に示す如く、シリコン基板３１上にパ
ターンＲＡ”Ｒｏと共に演算増幅器４５を構成し、この
演算増幅器４５を差動増幅器又はコンパレータとして使
用しても良い。この場合、端子ｑ、ｉ間より電源を供給
し、端子りより回転検出信号又は回転検出パルスを出力
する。

ところで、磁Ｕｉ２４又は２５の磁束は第５図に示す如
く、磁石２４から離れるに従って傾斜づるため、この傾
斜に合わせてパターンＲＡ、ＲＢ。

Ｒｃ、Ｒｏ夫々を第５図の如く傾斜させたＭＲ素子５０
を用いても良い。

なお、第５図においてパターンＲＡとＲｃ、ＲＢとＲｏ
夫々を第３図と同様に平行に形成しても良い。

発明の効果 上述の如く、本発明装置によれば、ＭＲ素子と磁石との
距離に応じて増減する歪がほと／υどない波形の出力信
号を得ることができ、この信号を整形して得られる回転
検出パルスのパルス数が不要に変化づることを防止でき
、温度変化によって出力信号の電圧が変化することがな
く、バイアス磁界を印加する必要がないので回転体の回
転が拘束されず高精度で検出範囲の広い都市ガス等のタ
ービン式流量Ｈ１に好適であり、実用−ヒきわめて有用
である。

【図面の簡単な説明】

第１図、第３図、第５図夫々は本発明装置のＭＲ累子の
各個の平面図、第２図は本発明装置を説明づるための波
形図、第４図は第３図の素子を用いＩＣ回路構成及び第
３図の変形例夫々を示す図、第６図は従来装置を説明す
るための図、第７図は第６図の装置を説明するだめの波
形図、第８図。 第９図夫々は流量割に適用した従来装置を説明するため
の図、第１０図は第８図の装置を説明するための波形図
、第１１図は従来装置の実験回路の回路構成を示す図で
ある。 ２０・・・回転体、２３・・・回転軸、２４．２５・・
・磁石、３０・・・パッケージ、３１・・・シリコン基
板、３２・〜３４，４２〜４４・・・導電パターン、３
５〜３７．４５へ・４７・・・リード、ＲＡ、ＲＢ、Ｒ
Ｃ。 Ｒｏ・・・折曲線路パターン。 特許出願人　１−　キ　コ　株式会社 同　　東京瓦斯株式会社 同　　大阪瓦斯株式会社 同　　東邦瓦斯株式会社 代　　理　　人　　弁理士　　伊　　東　　忠　産量　
　　弁理士　松　浦　兼　行 図面の浄書（内容に変更なし） ｃａ ０Ｇ ３３Ｉ４ 」 ＲＡ３０ ［１１３１１ｂ 、　　・　　　　　：、、ｙｔ。 第３図 第２図 ｑ　ｃ　　ｈＰ　ｆ　　ｄ ｘ−−ｍ−−１ σ　　　　　　　−Ｃ− ｆ＼ ＼ ＼ ＼ ＼ 第１０図 （Ａ） （Ｂ） 第１図 Ｅ　　　　Ｒ１Ｒ２ １２、・ １．１４ １　　　［ ＲＡ　　　　内 Ｈ）−１ 昭和６３年　５月　７日

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 回転軸より離間した位置に着磁方向が該回転軸と平行と
   された磁石を有する回転体と、 強磁性薄膜の折曲線路の長手方向が互いに交差した少な
   くとも一対の折曲線路パターンを有し、該一対の折曲線
   路パターンの一方の折曲線路パターンを折曲線路の長手
   線路方向が前記回転体の磁石の磁束と鎖交し、かつその
   折曲線路パターン面を前記回転軸方向に沿わせて前記回
   転体の磁石と対向させて設け、他方の折曲線路パターン
   を該一方の折曲線路パターンよりも前記磁石に対して離
   間させて該一方の折曲線路パターンに前記回転軸方向に
   並べて設けるとともに、前記一方の折曲線路パターンの
   折曲線路と前記他方の折曲線路パターンの折曲線路とを
   直列に接続してなる磁気抵抗素子とよりなることを特徴
   とする回転検出装置。