JPH03191815A - 磁気エンコーダ - 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】 ［発明の産業上の利用分野］ この発明は、自動機器などに使用されている磁気エンコ
ーダに関し、特に、限られた多極着磁極数を持つ磁気エ
ンコーダ磁極を使用して尚且つより多くの磁気エンコー
ダ信号を取り出すことを可能にし、しかも精度が良好で
且つバッテリー動作時に用いて好適な磁気エンコーダに
間し、ロータリタイプ、リニアタイプの何れの磁気エン
コーダにも用いることのできるものである。

［従来技術とその問題点］ 各種自動機器において位置決めを行う際、モタ等の回転
角などの移動量を計測し、これを電気信号に変換する手
段が必要とされる。この目的で、エンコーダと呼ばれる
装置が多用されている。

たとえば、ロータリ形のエンコーダについて説明すると
ロータリエンコーダは１回転にともなって発生するパル
ス数を計測するインクリメンタル形のものと、ロータに
記録したコードを読み取るアブソリュート形のものがあ
る。また、検出方式には、光学式のものと磁気式のもの
があるが、最近では、安価で信頼性に優れたインクリメ
ンタル形磁気式エンコーダが多用されるようになってき
た。

第６図は、従来の一般的なロータリ磁気式エンコ〜ダ１
の説明図で、外周にＮ極２Ｎ、Ｓ極２ｓの磁極を交互等
間隔に微細ピッチで多極着磁した磁気エンコーダ磁極（
多極着磁体）２を有するマグネットロータ３と径方向の
空隙４を介して対向する位置に磁気抵抗（効果）素子（
ＭＲセンサと言われている）５を対向配設して形成して
いる。

なお、マグネットロータ３は、マグネットにて形成した
一体型のものであっても良く、適宜なロータドラムの外
周にマグネット層を塗布して形成したもの何れのもので
あっても良い。

上記磁気エンコーダ磁極２のＮ極２Ｎ、Ｓ極２Ｓそれぞ
れの１磁極幅は、略＾（電気角で２πで表される幅に等
しい）幅で着磁されている。

また磁気抵抗素子５は２例えば強磁性体磁気抵抗効果素
子を用いるとして、先ず磁気エンコーダ１の原理を説明
するために、磁気抵抗素子５を構成する強磁性体薄膜で
形成された磁気抵抗効果を有する導体（磁気抵抗体）６
について第７図を用いて説明する。

この導体６は、数千Ａ単位程度の厚みでＮｉ−Ｃｏ系の
金属薄Ｍ（強磁性金属薄１１１）をガラス等の基板に真
空蒸着やエツチング等の手段で形成することで上記磁気
抵抗素子５を形成できる。

導体６は、第７図に示すように、これに流れる電流Ｉと
磁束７どの方向が垂直となるように配設しておくと、磁
束７は、Ｎ極２ＮからＳ極２Ｓに向かう。

この導体６は、第８図に示すように磁束７内において横
方向の磁束７Ｘによって、抵抗値の減少をきたす、尚、
７Ｙは、縦方向の磁束を示す。

このときの導体６の抵抗の変化率は、数％で。

磁気エンコーダ磁極２の一磁極の幅をλとしたとき、略
λ／４及び略３＾／４の位置における時の導体６の抵抗
値をＲ１抵抗の変化値をΔｒとすると、磁極（２Ｎまた
は２Ｓ）と導体６の位相θ（−磁極幅２Ｎ、２Ｓをそれ
ぞれ電気角で２πとしたときの位相θとする）における
抵抗値Ｒ（θ）は。

Ｒ（θ）＝Ｒ−Δｒ−ｃｏｓθ　　（１）で表すことが
できる。

横方向の磁束７Ｘは９位相θ、導体６及び磁気エンコー
ダ磁極２の距離に関係し、導体６も、それに応じた抵抗
値Ｒをとる。

尚、磁気抵抗素子５の場合、ホール素子等の他の磁気セ
ンサと異なり、磁界中心（Ｎ極２Ｎ、Ｓ極２Ｓそれぞれ
の中間部のところの磁界状態）では、横方向の磁束が無
いため無磁界と同様に出力信号が変化しないという特徴
がある。

上記した１本の導体６を有する磁気抵抗素子５によって
は、Ａ相及びＢ相の磁気エコーダ信号を得ることができ
ないので、第９図に示すように４本の導体６ａ、６ｂ、
６ａ’　、６ｂ’をそれぞれ順次に略λ／′４だけずら
して形成し、Ａ相及びＢ相の磁気エンコーダ信号を得る
ようにしている。

この磁気抵抗素子５は、Ａ相の磁気エンコーダ信号を得
るなめに２つの導体６ａ、６ａ’と、Ｂ相の磁気エンコ
ーダ信号を得るために導体６ｂ。

６ｂ’を形成したものとなっている。

導体６ａと６ａ″は、互いに逆位相となるように、磁気
エンコーダ磁極２の一磁極（Ｎ極２ＮまたはＳ極２Ｓ）
の幅を略＾（を気角で２π）とするとき、略λ／２幅ず
らせて形成している。

同様に導体６ｂと６ｂ’とは、互いに逆位相となるよう
に、略λ／２幅ずらせて形成している。

また導体６ａと６ｂ、及び６ａ“と６ｂ’とは、互いに
略λ／４幅ずらして形成されている。

従って、磁気抵抗素子５は、略λ／４ピッチずれて順次
、導体６ａ、６ｂ、６ａ’　、６ｂ’を形成している。

このように形成された磁気抵抗素子５からの磁気エンコ
ーダ信号を処理する回路としては、従来においては、特
公昭５４−４１３３５号に示すような次に示す第１０図
の方法がある。この第１０図に示す磁気抵抗素子５の磁
気エンコーダ信号処理回路８は、抵抗器９−１．・・・
　９−４により、ブリッジを構成して抵抗変化を電圧変
化に変換し、コンパレータ１０−１．．１０−２により
第１１図（ａ）、（ｂ）に示すような９０゛位相が異な
る２つの矩形波のエンコーダ信号１］１．１１−２を得
ることができるようにしている。

この矩形波のエンコーダ信号１１−１．１．１２をカウ
ンタによって計数すれば、磁気エンコダの回転角を計測
できる。

上記第１０図に示した磁気抵抗素子５の磁気エンコーダ
信号処理回路８は、磁気抵抗素子５の導体６ａと６ａ’
　、６ｂと６ｂ’の接続点の中点電位の出力電圧を磁気
エンコーダ信号出力として利用したものである。

このように形成された磁気抵抗素子５は、いまＡ相分の
導体６ａ、６ａ’のみを取り出して描くと、第１２図に
示すようなＡ相分の導体を有する磁気抵抗素子５′に描
くことができる。

この磁気抵抗素子５′における導体６ａ。

６ａ’の形成すべき条件は、上記磁気抵抗素子５で説明
したと全く同じで、櫛歯状の導体６ａと６ａ’は、互い
に略＾磁極幅位相が離れた位置に互いに逆位相となるよ
うに形成されている。導体６ａの他端と導体６．ａ゛の
一端が共通接続され。

その中間を中点出力端子用導電体１２に接続している。

導体６ａの一端は、端子用導電体１３を介して電源電池
１４の正側に接続し、導体６ａ’の他端は、端子用導電
体１５を介して電源電池１６の負側に接続している。を
源電池１４の負側と電源電池１６の正側との接続点１７
と出力端子用導電体１２とから、出力端子ＩＥ１２．１
８−１を取り出している。

かかる磁気抵抗素子５′によると、これらの導体６ａ、
６ａ’がマグネットロータ３の磁気エンコーダ磁極２面
に平行な磁界に感応して抵抗を減する。

この磁界成分は、マグネットロータ３の磁気エンコーダ
磁極２の磁極境界部で大きく、磁極中心部では０である
ので、略λ／２磁極幅異なる位置に設けられた導体６ａ
、６ａ’は、マグネットロータ３の回転に伴いて極性が
変化する為に、中点の電位がＯを横切る回数を出力端子
１８−１゜１８−２から取り出してカウントすることに
より、ロータの回転数を計測できる。

ところで、上記構成の磁気抵抗素子５′　（もちろん、
上記磁気抵抗素子５も同じである）の導体６ａ、６ａ’
によると、マグネットロータ３の回転に伴う中点電位の
変化は、第１３図に示すような幅の狭い出力信号波形２
２．２２’　となる場合が多い。これは、磁極ピッチに
比べてマグネットロータ３と磁気抵抗素子５′の間隔が
短い場合に特に顕著に現れる。

このように電位がゼロに近い部分の多くなっている幅の
短い波形がゼロを横切る点の計測は、基準電圧の変動に
よって、特にデジタル信号になおす場合には、誤差を含
み易く、またノイズによる誤動作を招きやすいという問
題点があった。

上記の問題点を解決する方法について１本件出願人は、
先に特願昭６３−１３０１７４号（以下、先発明という
）ですでに開示しであるように、略々均一な幅で、交互
に多数の磁極（多極着磁体。上記磁気エンコーダ磁極２
が該当する）が設けられたマグネットロータと、これに
対向配置する磁気抵抗素子からなる磁気エンコーダにお
いて、磁気抵抗素子が上記多極磁極体の略（２ｎ＋１）
λ（但し、ｎは０以上の整数、λは磁気エンコーダの１
磁極の幅）磁極幅に渡って順次連続して櫛歯状等に形成
された磁気抵抗効果を有する導体群によって構成され、
該磁気抵抗効果を有する導体群の中点に出力端子を設け
、該出力端子から磁気エンコーダ出力を得ることにより
、矩形波（或は台形波）に近い良好な信号が出力される
ことを見い出した。

磁気抵抗素子として、略（２ｎ＋１）λ磁極幅に渡る磁
気抵抗効果を有する導体群を一様に隣接配置して設Ｏれ
ば、これによる磁気抵抗素子の面積の増加は殆どなく、
これによるコストの上昇。

形状の大型化等の悪影響も殆どないという利点がある。

なぜなら、磁気エンコーダによる磁気抵抗素子は、従来
の磁気抵抗素子を略（２ｎ＋１）λ磁極幅に渡って少し
づつずらしながら１重ね合わせて形成したものと考える
ことができる。このような重ね合わせを行うと、第４図
及び第５図に示すように出力波形は、矩形波（あるいは
台形波）に近づく、このような波形であれば、ゼロに近
い期間が少ないため、基準電圧の変動によるゼロクロス
点の変化も少なく、かかる波形をデジタル化した磁気エ
ンコーダ信号になおすのに都合良く、またノイズによる
影響も少なく、精度良好で信頼性の高い磁気エンコーダ
を得ることができる。

かかる磁気エンコーダについては９本発明の説明と重複
する部分があるので、その詳細は本発明の詳細な説明し
ていくが、これ以前の従来の磁気エンコーダの場合、高
分解能エンコーダを構成する為には、多極着磁体のＮ極
、Ｓ極の磁極の着磁ピッチを狭くしていくことに着目し
ていたわけである。しかし、小型高性能で且つ耐環境性
などを考慮した優れた磁気エンコーダを得ようとすると
、多極着磁体のＮ極、Ｓ極の磁極の着磁ピッチを狭くし
過ぎると、各磁極の磁束密度が弱まってしまい感度特性
が悪くなり９種々の条件を満足する性能の優れた高分解
能磁気エンコーダを得ることができない欠点があった。

すなわち、多極着磁体のＮ極、Ｓ極の磁極の着磁ピッチ
は狭いにこしたことはないが、それは限度のあるもので
あった。

したがって１通常はｎ逓倍回路（ここでのｎは２以上の
整数）という電気的手段を用いて分解能を上げているわ
けであるが、一般のｎ逓倍回路は、せいぜい４逓倍回路
が普通で、これ以上のｎ逓倍を許すと電気回路構成が複
雑になりすぎ、大型化且つ高価になり、実用性の無いも
のになる欠点を生じていた。

こうした欠点を解消するために９本件出願人は、先に特
願昭６２−９６４４号にて外径が僅かに４〜６ｃｍ程度
でありながら、数１０〜１００万パルスの高分解能磁気
エンコーダを開発した。

このような磁気エンコーダで、更に分解能を上げようと
すると、磁気エンコーダ磁極の着磁ピッチを非常に微細
にしていかなければならない。

なお、電気的な処理方法により上記のｎ逓倍回路を用い
ることも可能であるとしても、更に安価にするならば１
通常の４逓倍回路を用いるのが得策である。また上記の
ｎ逓倍回路を用いるとしても、より高分解能のものを得
たいとかの場合には、多極着磁体の外径とか長さが同じ
である場合には、上記多極着磁体のＮ極、Ｓ極の着磁ピ
ッチを更に狭くする工夫が必要になる。

しかし１着磁ピッチを微細にすればするほど。

上記した問題点を伴うほか、その微細着磁が困難になり
、またその製造が困難になるため、ロータ径等を拡大し
なければならなかった。またエアギャップも磁極幅に応
じて狭くする必要があり。

精度の高い軸受が必要であり、振動等による破損の恐れ
が生じていた。

なお２分解能を上げようとすると、磁気エンコーダ磁極
の着磁ピッチを非常に微細にしていかなければならない
が１着磁ピッチを微細にすればするほど、磁気抵抗素子
の磁気抵抗素子エレメント間の距離が短くなり、製作が
困難で、一定品質のものを歩留まり良く、製造すること
が困難であった。また、特に小さなロータ径の場合、磁
気抵抗素子から得られる磁気エンコーダ信号を多相数の
ものにするため、複数個の磁気抵抗素子をそ周方向に沿
って多数個配設することは、ロータの形状上、困難な場
合があり、良品質のものを安価且つ容易に形成すること
は困難である。

る。

［発明が解決しようとする課題］ 本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので。

表面に多極着磁した磁気エンコーダ磁極を信頼性の維持
が図れる幅で着磁し、且つ、磁気抵抗素子の磁気抵抗素
子エレメント間の幅も信頼性を維持するために狭くする
事無く９例えば、ロータリ磁気エンコーダについて説明
すると小さなロータ径の場合でも、マグネットロータの
径の拡大を図ったり、あるいは２相の磁気抵抗素子を複
数組周方向に沿って並べたり、多極着磁体の可動方向と
直角方向に渡って数段に配設したりする事による製作上
の厄介さをなくシ、上記マグネットロータに対向して矩
形波（又は台形波）の出力信号が得られる信頼性の高い
４相の磁気抵抗素子を幅の広いものにする事無く、即ち
幅の狭い４相の磁気抵抗素子とすることで小型高精度の
４相の高分解能磁気エンコーダを極めて容易且つ安価に
得ることができるようにすることを課題になされたもの
であ［発明の課題達成手段］ 磁気抵抗素子が上記多極磁極体の略（２ｎ＋１）λ（但
し、ｎは０以上の整数、λは上記多極着磁体の１磁極の
幅）磁極幅に渡って順次連続して櫛歯状等に形成された
磁気抵抗効果を有する導体群によって構成され、該磁気
抵抗効果を有する導体群の中点に出力端子を設け、該出
力端子から磁気エンコーダ出力を得るようにしてなる第
１の磁気抵抗素子と、該第１の磁気抵抗素子から多極着
磁体の可動方向に沿って略（ｍ＋λ／４）（ｍは０以上
の整数）磁極幅位相をずらせた位置に上記第１の磁気抵
抗素子同様に形成された第２の磁気抵抗素子とを設け、
上記第１の磁気抵抗素子と上記第２の磁気抵抗素子とで
１組とした磁気抵抗素子を２組設け、該２組の磁気抵抗
素子を上記多極着磁体の可動方向に沿って略λ／８磁極
幅位相をずらせて重ね合わせて配設することによって達
成できる。

［発明の作用］ 第１乃至第４の磁気抵抗素子１９Ａ、１９Ｂ。

１９Ｃ及び１９Ｄの出力端子１８Ａ−１と１８Ａ−２，
１８Ｂ−１と１８Ｂ−２，１８Ｃ−１と１８０−２及び
１８Ｄ−１と１８Ｄ−２から位相のずれた４相の磁気エ
ンコーダ出力を得ることにより１矩形波（或は台形波）
に近い良好な４相の磁気エンコーダ信号が出力される。

各相の磁気抵抗素子１９Ａ、１９Ｂ、１９Ｃ及び１９Ｄ
は。

略（２ｎ＋１）λ磁極幅に渡る磁気抵抗効果を有する導
体２０群を一様に隣接配置して設けているなめ、従来の
磁気抵抗素子を略（２ｎ＋ｌ　）λ磁極幅に渡って少し
づつずらしながら２重ね合わせて形成したものと考える
ことができるため、第４図及び第５図に示すように出力
波形２４Ａと２４Ａ’　　２４Ｂと２４Ｂ’　、２４Ｃ
と２４Ｃ”２４Ｄ及び２４Ｄ′は１位相のずれた矩形波
（あるいは台形波）の４相の磁気エンコーダ信号として
得られる。

この信号は、ゼロに近い期間が少ないため、基準電圧の
変動によるゼロクロス点の変化も少なく、かかる波形を
デジタル化した磁気エンコーダ信号に直すのに都合良く
、またノイズによる影響も少なく、精度良好で信頼性の
高い磁気エンコーダを得ることができる。

４相の磁気エンコーダとなっているために、論理回路な
どを駆使した安価なｎ逓倍回路などを利用すれば（通常
、安価なｎ逓倍回路としては８逓倍回路を用いることが
できる）、多数のパルス信号を得ることができ１分解能
を上げた磁気エンコーダを構成することができる。

また９通常の２相の磁気エンコーダの場合、その一つの
相が何らかの原因により故障した際には、正逆回転方向
のエンコーダ信号の検出ができなくなるが１本発明では
、４相の磁気エンコーダ信号を基準としているために、
隣接するデジタルのエンコーダ信号に合わせて判別する
ことができるので信頼性の点でも有利な磁気エンコーダ
を得ることができる。

［実施例］ 第１図は本発明の磁気エンコーダに用いる磁気抵抗素子
１９の説明図で、第２図は同磁気抵抗素子１９の分解斜
視図、第３図は同磁気抵抗素子を用いた場合の本発明の
詳細な説明するため説明図、第４図は本発明に用いた磁
気抵抗素子のＡ相用の磁気エンコーダの出力信号を示す
波形図、第５図は本発明に用いた磁気抵抗素子の第１乃
至第４相用の磁気エンコーダの出力信号を示す波形図で
ある。

この磁気抵抗素子１９では、第１（第１相川）の磁気抵
抗素子１９Ａ、第２（第２相用）の磁気抵抗素子１９Ｂ
、第３（第３相用）の磁気抵抗素子１９Ｃ及び第４の（
第４相用）の磁気抵抗素子１９Ｄとで、第１相川乃至第
４相用の磁気エンコーダ信号が得られるように構成して
いる。

また磁気抵抗素子１９は、第１（第１相川）の磁気抵抗
素子１９Ａと第２（第２相用）の磁気抵抗素子１９Ｂと
で第１の組の磁気抵抗素子２６を形成しており、第３（
第３相用）の磁気抵抗素子１９Ｃと第４の（第４相用）
の磁気抵抗素子１９Ｄとで第２の組の磁気抵抗素子２７
を形成している。

４相の磁気エンコーダ信号が得られる磁気抵抗素子１つ
は、磁気エンコーダ磁極２の略（２ｎ＋１）λ　　　　
　　　（２） 但し、ｎは０以上の整数。

λは上記多極着磁体の１磁極の幅 磁極幅に渡って順次連続して櫛歯状等に形成された磁気
抵抗効果を有する導体２０群によって構成され、該磁気
抵抗効果を有する導体２０群の中点１２Ａに出力端子１
８Ａ−１を設け、該出力端子１８Ａ−１から磁気エンコ
ーダ出力を得るようにしてなる第１の磁気抵抗素子１９
Ａを薄膜絶縁体２８に形成している。

この実施例では、上式（２）において、ｎ＝０を選択し
ているため、第１の磁気抵抗素子１９Ａは、略λ磁極幅
に渡って順次連続して櫛歯状等に形成された磁気抵抗効
果を有する導体２０群によって構成している。

上記第１の磁気抵抗素子１９Ａから磁気エンコーダ磁極
２の回転方向に沿って略 ｍλ十λ／４　　　　　　　　　　（３）但し、ｎは０
以上の整数。

磁極幅位相をずらせた上記薄膜絶縁体２８位置に上記第
１の磁気抵抗素子１９Ａ同様にλ磁極幅に渡って順次連
続して櫛歯状等に形成された磁気抵抗効果を有する導体
２０群によって形成された第２の磁気抵抗素子１９Ｂを
形成している。

尚、この実施例ではｌｍ＝１を選択しているので、互い
に磁気エンコーダ磁極２の回転方向に沿って略（＾＋λ
／４）磁極幅位相のずらした第１のく第１相川）の磁気
抵抗素子１９Ａと第２（第２相用）の磁気抵抗素子１９
Ｂとで第１の組の磁気抵抗素子２６を形成している。

このような組の磁気抵抗素子２６を更に１組設けて、こ
れを第２の組の磁気抵抗素子２７と称し、この第２の組
の磁気抵抗素子２７の第１の磁気抵抗素子１９Ａ、第２
の磁気抵抗素子１９Ｂに該当する磁気抵抗素子をそれぞ
れ第３の磁気抵抗素子１９Ｃ２第４の磁気抵抗素子１９
Ｄとし、それぞれ第３相用、第４相用の磁気エンコーダ
信号を得るために利用している。

第３の磁気抵抗素子１９Ｃと第４の磁気抵抗素子１９Ｄ
とからなる第２の組の磁気抵抗素子２７は、ガラス基板
などの絶縁基板２５の上面に適宜な手段によって形成し
ている。

第２の組の磁気抵抗素子２７の上面には、該第２の組の
磁気抵抗素子２７の幅よりも大きく、はぼ上記絶縁基板
２５程度の幅を持った薄膜絶縁体２８を介して上記第１
の組の磁気抵抗素子２６を重ねて配設してあり、該第１
の組の磁気抵抗素子２６と第２の組の磁気抵抗素子２７
とは、互いに磁気エンコーダ磁極２の回転方向に沿って
略＾／８磁ａ＠位相をずらせて重ね合わせ配設している
。

すなわち第３の磁気抵抗素子１９Ｃは、第１の磁気抵抗
素子１９Ａから略λ／８磁極幅の角度だけ磁気エンコー
ダ磁極２の回転方向に位相がずれた位置に形成している
。

第４の磁気抵抗素子１９Ｄは、上記第３の磁気抵抗素子
１９Ｃから磁気エンコーダ磁極２の回転方向に沿って略
（λ／８＋＾／４）磁極幅位相をずらせた基板２５位置
に形成している。

すなわち、磁気抵抗素子１９は、薄膜絶縁体２８または
点線で示すガラス基板等の絶縁基板２５位置に上記した
ような適宜な手段によってλ磁極幅に渡って順次連続し
て櫛歯状等に形成された磁気抵抗効果を有する導体２０
群によって形成された第１乃至第４の磁気抵抗素子１９
Ａ、１９Ｂ、１９Ｃ，１９Ｄを、順次、磁気エンコーダ
磁極２の回転方向に沿って零度の位置、略（λ＋λ／４
）磁極幅位相がずれた位置、略λ／８磁極幅位相がずれ
た位置、略（＾＋λ／′８＋λ／４）磁極幅位相がずれ
た位置に形成しており、４相の磁気エンコーダ信号を得
ることができるように構成しである。

このように所定の位相をずらせて第２の組の磁気磁気抵
抗素子２７の上面に薄膜絶縁体２８を介して形成された
第１の組の磁気抵抗素子２６の上面には、これらを保護
する目的で、該第１の組の磁気抵抗素子２６の幅よりも
大きく、はぼ上記絶縁基板２５程度の幅を持った薄膜絶
縁体２９を設けている。尚、上記薄膜絶縁体２８．２９
には。

後記する端子用導電体１２Ａ〜１２Ｄ、１３Ａ〜１３Ｄ
、１５Ａ〜１５Ｄを露出させなければならないため、端
子露出用切欠部２８ａ、２９ａを形成している。尚、第
１の組の磁気抵抗素子２６と第２の組の磁気抵抗素子２
７とを二重に重ね合わせるわけであるから、薄膜絶縁体
２８．２９に形成した端子露出用切欠部２８ａ、２９ａ
を介して露出する端子用導電体１２Ａ〜１２Ｄ、１３Ａ
〜１３Ｄ、１５Ａ〜１５Ｄが接触して重ならないように
、各磁気抵抗素子１．９Ａ〜１９Ｄを設計する必要があ
り、又上記端子露出用切欠部２８ａ。

２９ａもそれに適した位置に形成する必要がある。

第１乃至第４の磁気抵抗素子１９Ａ、・・・１９Ｄは、
磁気エンコーダ磁極２く第６図参照）の略（２ｎ　＋　
１．　）＾（ｎは０以上の整数、λは磁気エンコーダ磁
極２の１磁極の幅）磁極幅２例えば、ｎ＝０の場合を例
にすると、磁気エンコーダ磁極２の略１磁極幅λに渡っ
て順次隣接して磁気抵抗効果を有する櫛歯状に形成され
た複数の導体２０群で形成され、略λ磁極幅の範囲に渡
って形成した導体２０群を２分する磁気エンコーダ磁極
２の回転方向から見た中心に設けられた位置の導体部２
０′位置から、中点出力端子用導電体１２Ａ、１２Ｂ、
１２Ｃ，１２Ｄを取り出すようにしている。該出力端子
用導電体１２Ａ、１２Ｂ。

１２Ｃ，１２Ｄにより２分された図面に於いて左半分即
ち、略λ／２幅の範囲に渡って形成された導体２０群を
磁気抵抗エレメント２１Ａ、２１Ｂ、２１Ｃ，２１Ｄと
し、右半分即ち、略λ／２幅の範囲に渡って形成された
導体２０群を磁気抵抗エレメント２１Ａ’　、２１Ｂ’
　、２１Ｃ２１Ｄ′と表すこととする。

このようにすることによって、磁気エンコーダ磁極２の
略−磁極幅λに渡って、導体２０群からなる順次、略λ
／′０．略（λ＋＾／４）、略＾／８、略（＾＋＾／８
＋λ／４）磁極幅だけ位相がずれて形成された。それぞ
れ磁気抵抗エレメント２１Ａと２１Ａ’　　２１Ｂと２
１Ｂ’　、２１Ｃと２１Ｃ’　、２１Ｄと２１Ｄ″とか
らなる第１乃至第４の磁気抵抗素子１９Ａ、・・・、１
９Ｄを形成している。

また、上記のように構成することによって磁気抵抗エレ
メント２１Ａと２１Ａ’、磁気抵抗エレメント２１Ｂと
２１Ｂ’、磁気抵抗エレメント２１Ｃと２１Ｃ’、磁気
抵抗エレメント２ＬＤと２１Ｄ′とは、互いに逆位相に
形成されたものと同じになる。

第１の磁気抵抗素子１９Ａは、磁気抵抗エレメント２１
Ａの他端の導体２０と磁気抵抗ニレメン）２１Ａ’の一
端の導体２０とを共通接続し、その接続された中間を引
き出して中点出力端子用導電体１２Ａに接続している。

磁気抵抗エレメント２１Ａの一端の導体２０は、端子用
導電体１３Ａを介して電源電池１４Ａの正側に接続し、
磁気抵抗エレメント２１Ａ′の他端の導体２０は、端子
用導電体１５Ａを介して電源電池１６Ａの負側に接続し
ている。電源電池１４Ａの負側と電源電池１６Ａの正側
との接続点１７Ａと中点出力端子用導電体１２Ａとから
、第１相用磁気エンコーダ出力を取り出すための出力端
子１８Ａ−２，１８Ａ−１を取り出している。

また第２の磁気抵抗素子１９Ｂは、磁気抵抗エレメント
２１Ｂの他端の導体２０と磁気抵抗エレメント２１Ｂ′
の一端の導体２０とを共通接続し、その接続された中間
を引き出して中点出力端子用導電体１２Ｂに接続してい
る。磁気抵抗エレメント２１Ｂの一端の導体２０は、端
子用導電体１３Ｂを介して電源電池１４Ｂの正側に接続
し。

磁気抵抗エレメント２１Ｂ“の他端の導体２０は、端子
用導電体１５Ｂを介して電源電池１６Ｂの負側に接続し
ている。電源電池１４Ｂの負側と電源電池１６Ｂの正側
との接続点１７Ｂと中点出力端子用導電体１２Ｂとから
、第２相用磁気エンコーダ出力を取り出すための出力端
子１８Ｂ−２，１８Ｂ−１を取り出している。

第３の磁気抵抗素子１９Ｃは、磁気抵抗エレメント２１
Ｃの他端の導体２０と磁気抵抗エレメント２１Ｃ’の一
端の導体２０とを共通接続し、その接続された中間を引
き出して中点出力端子用導電体１２Ｃに接続している。

磁気抵抗エレメント２１Ｃの一端の導体２０は、端子用
導電体１３Ｃを介して電源電池１４Ｃの正側に接続し、
磁気抵抗エレメント２１０′の他端の導体２０は、端子
用導電体１５Ｃを介して電源電池１６Ｃの負側に接続し
ている。電源電池１４Ｃの負側と電源電池１６Ｃの正側
との接続点１７Ｃと中点出力端子用導電体１２Ｃとから
、第３相川磁気エンコーダ出力を取り出すための出力端
子１８Ｃ−２，１８Ｃ−１を取り出している。

また第４の磁気抵抗素子１９Ｄは、磁気抵抗エレメント
２１Ｄの他端の導体２０と磁気抵抗エレメント２１Ｄ°
の一端の導体２０とを共通接続し、その接続された中間
を引き出して中点出力端子用導電体１２Ｄに接続してい
る。磁気抵抗エレメント２１Ｄの一端の導体２０は、端
子用導電体１３Ｄを介して電源電池１４Ｄの正側に接続
し。

磁気抵抗エレメント２１Ｄ゛の他端の導体２０は、端子
用導電体１５Ｄを介して電源電池１６Ｄの負側に接続し
ている。を源電池１４Ｄの負側と電源電池１６Ｄの正側
との接続点１７Ｄと中点出力端子用導電体１２Ｄとから
、第２相用磁気エンコーダ出力を取り出すための出力端
子１８Ｄ−２，１８Ｄ−１を取り出している。

かかる磁気抵抗素子１９によると、これらの磁気抵抗効
果を有する導体２０群は１例えば第５図に示すマグネッ
トロータ３の磁気エンコーダ磁極２に平行な磁界に感応
して抵抗を減する。

この磁界成分は、マグネットロータ３の磁気エンコーダ
磁極２の磁極境界部で大きく、磁極中心部ではＯである
ので、略（２ｎ＋ｌ）λの範囲に渡って形成された第１
乃至第４の磁気抵抗素子１９Ａ、・・・、１９Ｄは、マ
グネットロータ３の回転に伴いて極性が変化する為に、
中点の電位がＯを横切る回数を出力端子１８Ａ−ｉと１
８Ａ−２，１８Ｂ−１と１８Ｂ−２，１８Ｃ−１と１８
Ｃ−２，１８Ｄ−１と１８Ｄ−２から略４５度（λ／８
）ずつ位相がずれた４相の磁気エンコーダ出力を取り出
してカウントすることによりロータの回転数を計測でき
る。

ところで、上記構成の磁気抵抗素子１９によると、マグ
ネットロータ３の回転に伴う中点電位の変化は、第１の
磁気抵抗素子１９Ａの磁気抵抗エレメント２１Ａと２１
Ａ’　、第２の磁気抵抗素子１９Ｂの磁気抵抗エレメン
ト２１Ｂと２１Ｂ。

第３の磁気抵抗素子１９Ｃの磁気抵抗エレメント２１Ｃ
と２１Ｃ’、第４の磁気抵抗素子１９Ｄの磁気抵抗エレ
メント２１Ｄと２１Ｄ′とがそれぞれ略λ／′２磁極幅
に渡って複数の導体２０群によって形成されているため
に、当該磁気抵抗エレメント２１Ａと２１Ａ’　、２１
Ｂと２１Ｂ′２１Ｃと２１Ｃ’　、２１Ｄと２１Ｄ°に
よって。

第１２図に示したと同じような波形がそれぞれ第２図（
ａ）、（ｂ）、（Ｃ）、（ｄ）に示すように波形２２Ａ
と２２Ａ’　、波形２１Ｂと２１Ｂ’　、２２Ｃと２２
Ｃ’　、波形２１Ｄと２１．　Ｄ“が略λ／′２幅の範
囲に渡って少しづつずらせながら重ね合わせたように位
相がずれた幅の狭い信号群からなる２つの出力信号波形
２２Ａと２２Ａ’、２１１３と２１Ｂ″、２２Ｃと２２
Ｃ゛２１Ｄと２１Ｄ“が得られると考えることができる
。従って、これら波形２２Ａと２２　Ａ　’　　２１Ｂ
と２１Ｂ’　、２２Ｃと２２Ｃ″、２１Ｄと２１Ｄ″は
、実際には、積分された波形となるので。

同図の点線２３Ａと２３Ａ’　、２３Ｂと２３Ｂ、２３
Ｃと２３Ｃ’　、２３Ｄと２３Ｄ′で示すように合成さ
れたものとなり、結果的には、中点の電位が第４図及び
第５図に示すような台形波（若しくは矩形波）の出力信
号波形２４Ａと２４Ａ’　、２４Ｂと２４Ｂ’　、２４
Ｃと２４Ｃ゛２４Ｄと２４Ｄ′として出力端子１．８　
Ａ　−１と１８．１１−２．１８Ｂ−１と１８Ｂ−２，
１８Ｃ１と１８Ｃ−２，１８Ｄ−１と１８Ｄ−２から取
り出すことができる。

かかる出力信号波形２４Ａと２４Ａ’　、２４Ｂと２４
Ｂ’　、２４Ｃと２４Ｃ’　、２４Ｄと２４Ｄ′によれ
ば、第１３図に示した出力信号波形２２．２２’と異な
り、ゼロに近い部分が少なくなるので、ゼロ電位を横切
る点が少なくなり、このゼロ点の計測は、基準電圧の変
動によって誤差を含むことがなくなり、又ノイズも少な
くなるため、ノイズ誤動作がなくなる。

第４図及び第５図に示す波形２４Ａと２４Ａ’　、２４
Ｂと２４Ｂ’　、２４Ｃと２４Ｃ′２４Ｄと２４Ｄ′を
得ることができる４相の磁気抵抗素子１９において、上
記のように第１乃至第４の磁気抵抗素子１９Ａ乃至１９
Ｄを上記した位相角だけずらせて形成し９例えば、公知
の４逓倍回路を用いれば４相の磁気エンコーダ信号の分
解能を４倍に向上させることができ、また更に逓倍数の
多いｎ逓倍回路を用いるならば、ｎ逓倍に分解能を向上
させた高分解能の磁気エンコーダ信号を得ることができ
る。

従って、これらのエンコーダ信号をカウンタによって計
数すれば、磁気エンコーダの回転角等を計測できる。

［他の実施例］ 上記実施例では、各相の磁気抵抗素子１９の中点から引
き出した導電体を出力端子として利用した例を示したが
、これに限る必要はなく、該中点の導電体を電源側と接
続される電源端子として利用し、磁気抵抗素子１９の電
源端子側を出力端子として利用しても良い。

これに関しては１例えば１本発明者等が特願昭６３−１
３０１７３号にて種々の方式を説明しているので、詳細
は省略する。

［発明の効果］ 本発明の磁気エンコーダは、それぞれ２相の磁気エンコ
ーダ信号を得ることができる磁気抵抗素子を多極着磁体
の可動方向に沿って適宜角位相をずらして二重に重ね合
わせて配設しであるので。

幅の小さなものを得ることができ、したがって。

極めて容易に磁気抵抗素子の位置合わせとその配設がで
きる。しかも、磁気抵抗素子そのものが幅が狭くて足り
るので、ロータ径の小さなマグネットロータを用いた場
合でも、より多くの磁気エンコーダ信号を得ることがで
きる。また磁気抵抗素子そのものから、矩形波あるいは
台形波の４相の磁気エンコーダの出力電位を取り出すこ
とができるようになっているので、この４相の矩形波あ
るいは台形波の出力をデジタル化して公知のｎ逓倍回路
を用いればより分解能を向上させた磁気エンコーダを得
ることができる。また４相の矩形波あるいは台形波の出
力をデジタル化したときの誤差が、非常に少なく、精度
の良い分解能を向上させた磁気エンコーダを安価且つ容
易に構成できるため、簡単な構成で、しかも精度良く、
且つ安定した位置の計測が可能になる。

更に２本発明による磁気抵抗素子は、導体の全長が長い
ため、電気抵抗の高い磁気抵抗素子が容易に得られ、消
費電力の少ない高分解能磁気エンコーダを構成できる。

このことは、特にバッテリー動作中に用いる磁気エンコ
ーダとして最適な磁気抵抗素子といえ、これを用いた有
用な４相磁気エンコーダを提供できるものとなる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す磁気エンコダに用いた
磁気抵抗素子の説明図、第２図は同磁気抵抗素子の主要
分解斜視図、第３図は同磁気抵抗素子を用いた場合の本
発明の詳細な説明するため説明図、第４図は本発明に用
いた磁気抵抗素子のＡ相用の磁気エンコーダの出力信号
を示す波形図、第５図は本発明に用いた磁気抵抗素子の
第１乃至第４相用の磁気エンコーダの出力信号を示す波
形図、第６図は従来公知のインクリメンタル形ロータリ
磁気エンコーダの概略説明図、第７図乃至第９図は磁気
エンコーダの磁気エンコーダ磁極と磁気抵抗素子との関
係の説明図、第１０図は磁気抵抗素子の磁気エンコーダ
処理回路の説明図。 第１１図は同磁気エンコーダから得られるエンコーダ信
号波形図、第１２図は従来のＡ相分の磁気抵抗素子の説
明図、第１３図は第１２図の磁気抵抗素子を用いた場合
の磁気エンコーダの出力信号を示す図である。 ［符号の説明］ １・・・ロータリ磁気エンコーダ。 ２・・・磁気エンコーダ磁極。 ３・・・マグネットロータ、４・・・空隙。 ５．５゛　・・・磁気抵抗素子。 ６．６ａ、６ａ’　、６ｂ、６ｂ’　　−−・磁気抵抗
エレメント。 ７・・・磁束。 ８・・・磁気エンコーダ信号処理回路。 ９−１．・・・、９−４・・・抵抗器。 １０−１．１０−２・・・コンパレータ。 １１−１．１１−２・・・磁気エンコーダ信号。 １２．１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃ，１２Ｄ・・・中点出力
端子用導電体。 １３．１３Ａ、１３Ｂ、１３Ｃ，１３Ｄ・・・端子用導
電体。 １４．１４Ａ、１４Ｂ、１４Ｃ，１４Ｄ・・・電源電池
。 １５．１５Ａ、１５Ｂ、１５Ｃ，１５Ｄ・・・端子用導
電体。 １６．１６Ａ、１６Ｂ、１６Ｃ，１６Ｄ・・・電源電池
。 １８Ａ−１，１８Ａ−２，１８Ｂ−１，１８Ｂ−２，１
８Ｃ−１，１８Ｃ−２，１８Ｄ−１゜１８Ｄ−２・・・
出力端子。 １９・・・磁気抵抗素子。 １９Ａ・・・第１の磁気抵抗素子。 １９Ｂ・・・第２の磁気抵抗素子。 １９Ｃ・・・第３の磁気抵抗素子。 １９Ｄ・・・第４の磁気抵抗素子。 ２０・・・導体。 ２１Ａ、２１Ａ’　、２１Ｂ、２１Ｂ’　、２１Ｃ。 ２１Ｃ’　、２１Ｄ、２１Ｄ’　　・・磁気抵抗エレメ
ント。 ２２．２２’　　、２２Ａ、２２Ａ’　　、２２Ｂ。 ２２Ｂ’　、２２Ｃ，２２Ｃ’　、２２Ｄ、２２Ｄ’・
・出力信号波形。 ２３Ａ、２３Ａ’　、２３Ｂ、２３Ｂ’　、２３Ｃ。 ２３Ｃ’　　２３Ｄ、２３Ｄ’　　・・・点線。 ２４Ａ、２４Ａ’　　、２４Ｂ、２４Ｂ’　　、２４Ｃ
。 ２４Ｃ’　　２４Ｄ、２４Ｄ’　　・・・出力信号波形
、２５・・・基板、２６・・・第１の組の磁気抵抗素子
、２７・・・第２の組の磁気抵抗素子。 ２８．２９・・・薄膜絶縁体。 ２８ａ、２９ａ・・・端子露出用切欠部。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 略々均一な幅でＮ極、Ｓ極の磁極が多数個設けられた多
   極磁極体と、該多極磁極体に対向配置された磁気抵抗素
   子からなる磁気エンコーダであって、下記構成要素（１
   ）乃至（４）からなることを特徴とする磁気エンコーダ
   。 （１）磁気抵抗素子が上記多極磁極体の略（２ｎ＋１）
   λ（但し、ｎは０以上の整数、λは上記多極着磁体の１
   磁極の幅）磁極幅に渡って順次連続して櫛歯状等に形成
   された磁気抵抗効果を有する導体群によって構成され、
   該磁気抵抗効果を有する導体群の中点に端子を設け、該
   端子を磁気エンコーダ出力を得るための出力端子若しく
   は電源端子として利用してなる第１の磁気抵抗素子があ
   ること。 （２）該第１の磁気抵抗素子から多極着磁体の可動方向
   に沿って略（ｍ＋λ／４）（ｍは０以上の整数）磁極幅
   位相をずらせた位置に上記第１の磁気抵抗素子同様に形
   成された第２の磁気抵抗素子があること。 （３）上記第１の磁気抵抗素子と上記第２の磁気抵抗素
   子とで１組とした磁気抵抗素子を２組設けていること。 （４）該２組の磁気抵抗素子を上記多極着磁体の可動方
   向に沿って略λ／８磁極幅位相をずらせて重ね合わせて
   配設していること。