JPH03191816A - 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
関し、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が、特に径の
比較的大きなロータリ形磁気エンコーダあるいはリニア
磁気エンコーダに適するものである。

［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、モータ等の回
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２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１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５図は、従来の一般的なロータリ磁気式エンコーダ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ちの何れのもので
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λ（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７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６図を用いて説明する。

この導体６は、数千へ単位程度の厚みでＮｉ−Ｃ０系の
金属薄Ｍ（強磁性金属薄膜）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
素子らを形成できる。

導体６は１第６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７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３λ／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（Ｎｉ２Ｎ、Ｓ極２Ｓそれぞれ
の中間部のところの磁界状りでは、横方向の磁束が焦い
ため無磁界と同様に出力信号か変化しないという特徴が
ある。

−Ｊ二足した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−タ信号を得ることが
できないので、第８図に示すように４木の導体６　ａ　
、　６　Ｌ）　、　６　ａ　’　、　６　ｂ　’　をそ
れぞれ順次に略λ、□　、１７’：：けずらして形成し
、Ａ相及びＦ′（相の磁気エンコータ信号を得るように
している。

この磁気抵抗素子５は、Ａ相の磁気エンコータ伝−リを
得るために２′つの導体６ａ、、６ａ　　と、　Ｂ相の
磁気エンコータ信号を得るために導体６　Ｌ＋６１：＋
　’　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
エンコーダ信号２の一磁極（Ｎ極２ＮまたはＳ極２５）
の幅を略λ（電気角で２π）とするとき、略λ／′２幅
ずＩ’）せて形成している。

同様に導体６　ｂと６ｂ′とは、互いに逆位相となるよ
うに、略λ７２幅ずらせて形成している。

また導体６　ａと６１′ｉ　、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ビッヂずれて順次
、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９図の
方法がある。この第９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−］、　、　　・
・・、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１０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１１１゜］１−２
を得ることがてきるようにしている。

この矩形波のエンコーダ信号１１−１．ｉ１２をカウン
タによって計数ずれは、磁気エン＝１ダの回転角を計測
できる。

上記第９図に示した磁気抵抗素子５の磁気エンコータ信
号処理回路８は、磁気抵抗素子５の導体６ａと６ａ、６
ｂ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、へ相分
の導体６ａ、６ａ′のみを取り出して描くと、第１１図
に示すようなＡ相分の導体を存する磁気抵抗素子５′に
描くことかできる。

この磁気抵抗素子５“における導体６ａＯａ″の形成す
べき条件は、上記磁気抵抗素７−５で説明したと全く同
じて１櫛歯状の導体６ａとｂ　；ｉ　”は、互いに略λ
磁極幅位相が離れた位置に互いに逆位（１］となるよう
に形成されている。導体６　ａの他端と導体６２Ｌ゛の
一端が共通接続され。

そグ）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１−３を介して電源
電池１・１の正側に接続し、導体６ａ　の他端は、端ｒ
用導電体１５を介して電源電池１６の負側に接続してい
る。電源電池］４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１８−
２．１８−１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’がマグネジ１−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１へロータ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６
ａ、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を横切る同数を出力端
子１８−１１８−２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゛　くもちろん、
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１２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、磁極ビッヂに比
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い幅の短い波形の
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ず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＄ｉ
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＋ｌ）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けれ
ば、これによる磁気抵抗素子の面積の増加は殆ど無く、
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３図
及び第４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。

かかる磁気エンコーダについては１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２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１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２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、ｓｉ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
、その製造Ｊ＋（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か生じていた。

なお１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１２でいかなければならな
いか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ｊし留まり良く、製造する
ことが困難であった。また、特に−・定のロータ径の場
合、磁気抵抗素子かち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ｔをそ周方
向に沿って一隻数配設することは、Ｉコータの形状Ｉ−
１不都合で、良品質のものを安価且つ容易に形成するこ
とは［月難である。

［発明か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
子ニレメン１〜間の幅も信頼性を維持するために狭くす
る事無く２例えば、ロータリ磁気エンコーダについて説
明するとマグネットロタの径の拡大を図ったり、あるい
はマグネッＩ・ロータ径の制約上から当該マグネットロ
ータに対向して矩形波（又は台形波）の出力信号が得ら
れる信頼性の高い磁気抵抗素子を複数組周方向に沿って
並べる事による製作上の厄介さを伴わずに、多相数の高
分解能磁気エンコーダを極めて容易且つ安価に得るため
に、複数組の磁気抵抗素子を配設するに充分な空きスペ
ースに組み込み配設できるように複数組の磁気抵抗素子
を周方向且つ直角方向に位相をずらせて並べて４相配置
とずろことで、信頼性の高い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を課題になされたもので
ある。

［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（２ｎ１１）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Ｉｉｌ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１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目の出力端子若しくは
電源端子として用いたＩ（ηは１以上の整数）個の第１
の磁気抵抗素子を設け、−に記第１の磁気抵抗素子から
多極着磁体の可動方向に直角な方向に沿って配置され、
且つ多極着磁体の可動方向に沿って略（ｍλモλ／′４
・ｊ）（ｍは０以上の整数。ｊは１以上の整数）磁極幅
位相をすらぜな位置で月っ池の磁気抵抗素子抗素子と重
ならない位置に上記第１の磁気抵抗素子同様に形成され
た３個の第２の磁気抵抗素子を設け、」二足第１の磁気
抵抗素子から多極着磁体の可動方向に直角な方向に沿っ
て配置され、且つ多極着磁体の可動方向沿って略（ｋλ
＋λ／４・ｊ）（ｋは０以上の整数で、整数ｎ、ｍ、ｊ
とは独立した整数）磁極幅位相をずらせた位置で且つ他
の磁気抵抗素子と重ならない位置に上記第１の磁気抵抗
素子と同様に形成されたｇ個の第３の磁気抵抗素子を設
け、上記第３の磁気抵抗素子から多極着磁体の可動方向
に直角な方向に沿って配置され、且つ多極着磁体の可動
方向沿って略（ｑλ十λ／４・ｊ）（ｑは０以上の整数
で、整数ｎ、ｍ、ｊ、にとは独立した整数）磁極幅位相
をずらせた位置で且つ他の磁気抵抗素子と重ならない位
置に上記第１の磁気抵抗素子と同様に形成されたβ個の
第４の磁気抵抗素子を設けることによって達成できる。

［発明の作用］ 第１乃至第４の磁気抵抗素子の出力端子から位相のずれ
た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。各相の磁気抵
抗素子は、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けているため
、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３図及び第４図に示す
ように出力波形は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が得られる。この４相
の磁気エンコーダ信号が得られる。

この信号は、ゼロに近い期間が少ないため、基準電圧の
変動による七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
どを駆使して安価な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タを構成することができる。

また１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。

［実施例コ 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、第２図は第１図の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３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４図は本発明に用いた磁気抵
抗素子の人相用及びＢ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く第１相川）の磁気抵
抗素子１９Ａ、第２（第２相川）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相川）の磁気抵抗素子１９、Ｄ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。

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１、２　Ａに出力端
子１８Ａ−１を設け、該出力端子１、８　Ａ　−１から
磁気エンコーダ出力を得るようにしてなる！２（ρは１
以上の整数）個の第１の磁気抵抗素子１９Ａを基板２５
に形成している。

この実施例では、上式（２）において、ｎ＝１、ρ＝１
を選択しているため、１個の第１の磁気抵抗素子１９Ａ
は、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の回転方向に直角な方向（軸方向）に沿って配置され
、且つ磁気エンコーダ磁極２の回転方向に沿って略 （ｍλ＋λ／４・ｊ　）　　　　　　　　＜３）但し１
ｍは０以上の整数で、ｎとは独立した整数 ｊは１以上の整数 磁極幅位相をずらせた位置で且つ上記第１の磁気抵抗素
子１９Ａと重ならない位置に上記第１の磁気抵抗素子１
９Ａ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（個の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
。

この実施例では、β−１を選択しており、上式（３）に
おいてｍ＝ｏ、ｊ＝１を選択しているため、１個の第２
の磁気抵抗素子１９Ｂを第１の磁気抵抗素子１９Ａから
略λ／４磁極幅位相のずれた基板２５位置に形成してい
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の回転方向に直角な方向（軸方向）に沿って配置され
、且つ磁気エンコーダ磁極２の回転方向に沿って略 （ｋλ十λ／１１・ｊ）　　　　　　　（４）但し、に
は０以上の整数で、整数ｎ、ｍとは独立した整数 磁極幅位相をずらぜな位置で且つ上記第１の磁気抵抗素
子１９Ａ及び第２の磁気抵抗素子］、、　９　Ｂと重な
らない（−ｉ７置にＬ記第１の磁気抵抗素子１９Ａと同
様に略λ磁極幅に渡って順次連続して櫛歯状等に形成さ
れたρ個の磁気抵抗効果を有する導体２０群によって形
成された第３の磁気抵抗素そ１９Ｃを形成している。

この第３の磁気抵抗素子１９Ｃは、１−式（４）におい
て、Ｑ＝１．に＝ｏ、ｊ＝２を選択しているため、１個
の第３の磁気抵抗素子１９Ｃを第１の磁気抵抗素子１９
Ａから略λ／４磁極幅の角度だけ磁気エンコーダ磁極２
の回転方向に位相かずれた位置に形成している。

上記第３の磁気抵抗素子１．９　Ｃから磁気エンコーダ
磁極２の回転方向に直角な方向く軸方向）に沿って配置
され、且つ磁気エンコーダ磁極２の回転方向に沿って略 （ｑ＾十＾／４　ｊ）　　　　　　　（５）但し、ｑは
０以上の整数で、整数ｎ、ｍ。

ｋ、ρとは独立した整数 磁極幅位相をずらせた位置で且つ上記第１の磁気抵抗素
子１９Ａ乃至第３の磁気抵抗素子１９Ｃと重ならない位
置に上記第１の磁気抵抗素子１９Ａと同様にλ磁極幅に
渡って順次連続して櫛歯状等に形成されたρ個の磁気抵
抗効果を有する導体２０群によって形成された第４の磁
気抵抗素子１９Ｄを形成している。

この第４の磁気抵抗素子１９Ｄは、上式（５）において
！２−１．ｑ＝０．ｊ＝１を選択しているため、１個の
第４の磁気抵抗素子１９Ｄを第３の磁気抵抗素子から略
λ／４磁極幅の角度だけ磁気エンコーダ磁極２の回転方
向に位相がずれた基板２５位置に形成している。

すなわち、磁気抵抗素子１つは１点線で示すガラス基板
等の基板２５位置に上記したような適宜な手段によって
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群によって形成された第
１乃至第４の磁気抵抗素子１９Ａ、１９Ｂ、１９Ｃ，１
９Ｄを、順次、磁気エン＝１−タ磁極２の回転方向に沿
って零度の位置、略λ／４磁極幅位相がずれた位置、略
λ／４磁極幅位相がずれた位置、略（４＾」−λ／８＋
λ５／４）磁極幅位相がずれた位置であり、且つ軸方向
に四段に渡ってそれぞれ１個づつを形成して１１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。

もちろん、これら第１の磁気抵抗素子１．９　Ａ、第４
の磁気磁気抵抗素子１９）Ｄは、１つの基板２５に蒸着
等の手段によって形成して、１つの磁気抵抗素子］９に
形成できることは言うまでもないが、互いに分離された
別個独立の基板に第１の磁気抵抗素子＋−９Ａ　、　　
・・・、第４の磁気抵抗素子１．９Ｄとを形成し、これ
らを互いに上記１−だ位相角ずらせて、当該磁気抵抗素
子１９を形成１２ても良い。

また、これら第１乃至第４の磁気抵抗素子１９Ａ〜１９
Ｄは、互いに上記位相角ずれた位相位置に、上記基板２
５を共通にするとしないに係わらず、これらの素子１９
Ａ、・・・７１９Ｄを１組以上形成しても良い。

更にまた。これらの第１乃至第４の磁気抵抗素子１．９
Ａ〜１９Ｄは、上記した位相角を配慮していれば、第１
．・・・、第４の順で形成せず、適宜な配置にしたがっ
て組み変えても良いことはいうまでもない。

第１乃至第４の磁気抵抗素子１９Ａ、・・・１９ＤＡは
、磁気エンコーダ磁極２（第５図参照）の略（２ｎ　＋
　１．　）λ（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。

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ｌ１ｉ１に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２０′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。該出力端子用導体導電体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／７２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’　　２１Ｃ’　、
２１Ｄ’　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群からなる互いに略λ
／４．略λ／′８．略（λ／′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２１Ｂ’　、２ＩＣと２１Ｃ
’　、２１Ｄと２１Ｄ′とからなる第１乃至第４の磁気
抵抗素子１９Ａ、・・・、１９Ｄ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２１Ｄ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相川磁気エンコーダ出力を取り出すための出力端
子１８Ｂ２．１８Ｂ−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２Ｉ
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２１Ｃ゛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相用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と磁気抵抗ニレメンｈ　２１　
Ｄ“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。電源電池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相川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に下行な磁界に感応
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（２ｎ　＋　１．　）λの範囲に渡って形成さ
ノシた第１乃至第１１の磁気抵抗素子１９Ａ、・　　、
１９Ｄは１マグネツトロータ３の回転に伴いて極性が変
化するＸ）に、中点の電位が０を横切る回数を出力端子
１８Ａ−１と１８Ａ−２，１，８Ｂ−］と１８Ｂ−２，
１８Ｃ−１と１８Ｃ−２，ｔｓＤ−＋と］、　８　Ｄ−
２がら略４５度（λ／・′８磁極幅）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［）−タの回転数を計測できる。

ところで、ト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２１　Ａと２
１Ａ”、第２の磁気抵抗素子１９　Ｂ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２］Ｃ’、第４の磁気抵抗素子１
９Ｄ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’　、２１Ｂと２１Ｂ。

２　］、　Ｃと２１Ｃ’　、２］Ｄ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２１Ｄ′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２２
Ａと２２Ａ’、２１Ｂと２１Ｂ’　、２２Ｃと２２ｃ′
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２２　Ａ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３図及び
第４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’　、２４Ｃと
２４ｃ′２　／４　Ｄと２・・ＩＤ′として出力端子１
８Ａ−１と１８Ａ−２，１８Ｂ−１と１８１３−２　１
．８Ｃ１：１８ｃｍ２．１８ｒ）−１と１８ｒ）−２が
ら取り出すことかできる。

かかる出力信号波形２４　Ａと２４　Ａ　’　　２４　
Ｂと２４Ｂ’　、２４Ｃと２４Ｃ’　、２４Ｄと２４［
〕　によれば、第１２図に示した出力信号波形２２．２
２’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３図及び第４図に示す波形２４　Ａと２４Ａ’　、２
４Ｂ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１
．９Ｄを上記した位相角だけずらせて形成し１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
向上させた斯う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２例えば９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。

［発明の効果コ 本発明の磁気エンコーダは、４相の磁気エンコーダ信号
を得るために、多極着磁体の可動方向に４個の磁気抵抗
素子を配設することができない場合て、而も可動方向と
直角方向に余裕のある場合には１合理的に４個の磁気抵
抗素子を余裕をもって配設できる。丈な磁気抵抗素子そ
のものから、矩形波あるいは台形波の４相の磁気エンコ
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含向上
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、且つ安定して位置の計測が可
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〜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ーダに用い
た磁気抵抗素子の説明図、第２図は第１図の磁気抵抗素
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３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４図は本発明に用
いた磁気抵抗素子のＡ相用及びＢ相用の磁気エンコーダ
の出力信号を示す波形図、第５図は従来公知のインクリ
メンタル形ロ〜タリ磁気エンコーダの概略説明図、第６
図乃至第８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９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１０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１１図は従来のＡ相分の磁気抵抗素子
の説明図、第１２図は第１１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−１１８Ｄ−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’　、２１Ｃ２１
Ｃ、２１Ｆ）、　２ｉ［・・磁気抵抗エレメント ２２．２２　　　　．２２　７＼　、　　２２Ａ’、２
２Ｂ。 ２２Ｒ、２２Ｃ，２２Ｃ、２２Ｄ　　　２２Ｄ’・・・
出）Ｊ信号波形 ２３Ａ、２３Ａ　　、２３Ｂ　　２３Ｂ″　２３Ｃ２３
ｃ　　、２３Ｄ、　２３Ｄ′　・・・点線。 ２・４Ａ、２．１Ａ　　、２．・１Ｂ、２４＋３’　、
２４Ｃ。 ２４Ｃ’　、２４Ｄ、２／４１）’　　・・・出力信号
波形、２５　　・基板。

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端子若しくは電
   源端子として用いてなるｌ（ｌは１以上の整数）個の第
   １の磁気抵抗素子があること。 （２）上記第１の磁気抵抗素子から多極着磁体の可動方
   向に直角な方向に沿って配置され、且つ多極着磁体の可
   動方向に沿って略（ｍλ＋λ／４・ｊ）（ｍは０以上の
   整数、ｊは１以上の整数）磁極幅位相をずらせた位置で
   且つ他の磁気抵抗素子抗素子と重ならない位置に上記第
   １の磁気抵抗素子同様に形成されたｌ個の第２の磁気抵
   抗素子を有すること。 （３）上記第１の磁気抵抗素子から多極着磁体の可動方
   向に直角な方向に沿って配置され、且つ多極着磁体の可
   動方向沿って略（ｋλ＋λ／４・ｊ）（ｋは０以上の整
   数で、整数ｎ、ｍ、ｊとは独立した整数）磁極幅位相を
   ずらせた位置で且つ他の磁気抵抗素子と重ならない位置
   に上記第１の磁気抵抗素子と同様に形成されたｌ個の第
   ３の磁気抵抗素子を有すること。 （４）上記第３の磁気抵抗素子から多極着磁体の可動方
   向に直角な方向に沿って配置され、且つ多極着磁体の可
   動方向沿って略（ｑλ＋λ／４・ｊ）（ｑは０以上の整
   数で、整数ｎ、ｍ、ｊ、ｋとは独立した整数）磁極幅位
   相をずらせた位置で且つ他の磁気抵抗素子と重ならない
   位置に上記第１の磁気抵抗素子と同様に形成されたｌ個
   の第４の磁気抵抗素子を有すること。