JPH03226625A - 回転ポジショナ - 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】 〔概要〕 永久磁石および磁気検出器を用いた回転ポジショナに関
し、 漏洩磁界を生しるような磁性部材を用いることなく、簡
単な構成により精度良く回転位置を検出することを目的
とし、 一軸磁気異方性による内部磁化を付与した磁性体パター
ン上に一定間隔で斜めに導電膜を形成してなるバーバー
ポール型の磁気抵抗素子を有する磁気検出器と、該磁気
検出器に回転角度により異なる大きさの検出磁界を与え
る永久磁石と、該永久磁石が固定され、前記磁気検出器
を中心として永久磁石を回転させる回転体を有する如き
構成とする。

〔産業上の利用分野〕

本発明は、被測定物の回転角度を検出する回転ポジショ
ナに係り、特に永久磁石および磁気検出器を用いて±９
０度以下の狭い範囲における回転角度を検出する回転ポ
ジショナに関する。

〔従来の技術〕

永久磁石と磁気検出器を用いた従来の回転ポジショナに
は、本出願人が先に出願して公開された゛特開昭６３４
４５９０３号公報”で記載される第７図の如き構成のも
のがある。

第７図において、回転ポジショナ２１は円環形状の磁性
部材２２の一部に永久磁石２３を設けた閉磁路構造体２
４と、磁性部材２２からのａ／９．磁界を検出する磁気
検出器２５と、円板形状の磁性部材２６と、磁気検出器
２５を支持するアーム２７が側方に突出する回転軸２８
を具え、付性部材２６と回転軸２８は磁性部材２２の中
心軸と同軸であり、磁気検出器２５は回転軸２８０回転
によって磁性部材２２と磁性部材２６との間を回動自在
である。

このような回転ポジショナ２１は、磁性部材２２の内側
に生した漏洩磁界Ｍを磁気検出器２５が検知し、漏洩磁
界Ｍは永久磁石２３に近づくにに連れて大きくなり、磁
気検出器５の検知出力もその回転角度に応じて変化する
ため、該検知出力に基づいて回転軸２８の回転角度を検
出することができる。

第８図は回転ポジショナ２１の出力特性の一例を示す図
である。永久磁石２３に対して磁気検出器２５が最も離
れた位置（第７図の矢印Ａ方向の位置）を回転角度の原
点（０度）とし、回転軸２８の回転角度（度）を横軸と
し、漏洩磁界Ｍの強さ（Ｏｅ；ただし磁気検出Ｒ５２５
の出力より得た計測値）を縦軸とじた第８図において、
磁気検出器２５の出力回転輪２８の回転角度とは一対一
に対応し、永久磁石２３の近傍を除き良好な直線性を示
すようになる。

また本出願人は、上記の構成の回転ポジショナ６二おい
で、特に±３０度または２６０度の如（限定した角度範
囲の用途に対し、漏洩磁界の検出が効率となり測定の向
上および安定化を図るために、円環形状の磁性部材の断
面積を永久磁石から離れるに従って減少する形状にする
ものを出願している。（特開平０１−２４４３１４号公
報）更に、第９図に示すように回転体２９に設けられた
一対の永久磁石３０の中心部分にホール素子３１を配置
して、永久磁石３０により発生する一定方向の磁界を検
出することで回転角度を認識するものがある。

〔発明が解決使用とする課題〕

上記の如き円環磁性部材を用いた従来の回転ポジショナ
は、円環形状の磁性部材からの漏洩磁界を利用している
ため、所定の漏洩磁界を発生させるために、特定の特性
を有する磁性部材を用いると共に、永久磁石と磁性部材
の寸法精度を正確に出す必要がある。

すなわち、磁性部材としては漏洩磁界を発生する５ＵＳ
−４３０等の磁性ステンレスまたは５ＰＣＣ−１５等の
冷間圧延鋼板またはＦｅ粉−エポキシ粉の圧縮成形によ
る磁性材等を用いなければならず、材料そのものが高価
となると共に、良好な寸法精度を出すためには微細加工
が必要となり、加工コストも大きくなる。

またホール素子を用いるものにおいては、構成は簡単に
なるが、その出力電圧は±９０度以下、特に±４５度以
下の範囲で直線性が十分でなく、精度良い検出ができな
い。

すなわち、ホール素子による出力電圧■。ＬＩＴは、Ｖ
ｏｕｔ　＝に−Ｈ＊ｘ−ｓ　ｉ　ｎθに：ホール素子の
係数 Ｈｅｘ：外部磁界 θ：回転角 となり、θに比例してＶ。ｔｉｔが変化する。

従って、ホール素子による出力電圧は、永久磁石の回転
角のみによって支配されることとなり、上記の式に各回
転角θを入れると計算上（実測でも同様な結果となる）
±９０度の範囲であると、直線性が十分でないという欠
点がある。（第５図参照） 本発明は従来のような高価な磁性材料を用いることなく
、且つ簡単な構成により±９０度の範囲の回転角度を精
度良く検出することを目的としている。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的は、バーバーポール型の磁気抵抗素子を有する
磁気検出器と、該磁気検出器を中心として異なる磁極が
対向する一対の永久磁石を有する回転体とを具える本発
明の回転ポジショナにより達成できる。

〔作用〕

上記本発明の回転ポジショナは、第１図に示すように一
対の永久磁石２間に発生する磁界を検出するもので、磁
気検出器１の磁気抵抗素子に対する磁界方向の変化に応
じて異なる電圧を出力することユニより、回転体３の回
転位置を認識するものである。

このような構成であると、磁性部材を必要とせず単に一
対の永久磁石２間の磁界を検出すれば、回転体の回転位
置を認識することができる。

またいわゆるバーバーポール型の磁気抵抗素子を用いて
いることにより、永久磁石の検出方向磁界（素子の内部
磁化と垂直な方向の磁界）だけではなく、バイアス磁界
（内部磁化と同方向の磁界）も検出して、２方向の磁界
の状態により出力が変化するような特性を持っている。

すなわち、バーバーポール型の磁気抵抗素子の出力抵抗
Ｒは、 回転角をθとすると Ｈ，＝Ｈ，，−θ Ｈｂ　＝　Ｈ，ｘ□□□θ これを上式に代入すると、 項は、 外部磁界で変化する に２　：比例定数 Δρ、：磁気抵抗変化量 Ｈｏ　：異方性磁界十Ｈｄ Ｈｄ：パターンの短軸方向の反磁界 Ｈｏ：Ｈｄ（バーバーポール型の場合）Ｈｏ：外部磁界 Ｈｌ：検出方向（内部磁化と垂直方向）Ｉ界Ｈｂ　：バ
イアス磁界（内部磁化方向）となり、θに比例してΔＲ
１すなわち■。Ｕ７が変動する。

上記式に回転各θを入れると±９０度の範囲においては
、計算上（実測でも同様な結果となる）直線性が向上し
て、精度良い検出が可能となる。

（第５図参照） 〔実施例〕 本発明の実施例を図面を参照しながら詳細に説明する。

第２図は、本発明の一実施例を説明するための斜視図で
ある。

図において、１はバーバーポール型の磁気抵抗素子を有
する磁気検出器、２は異なる磁極が対向して間に磁界を
発生させる一対の永久磁石、３は略コ字形状の継鉄３ａ
の両端部に一対の永久磁石２、中心部分に回転軸３Ｃが
設けられる回転体、４は磁気検出器１及びその他の回路
部品等を搭載するプリント基板である。

磁気検出器１が搭載されるプリント基板４は固定されて
おり、回転体３の回転により永久磁石２により発生して
いる磁界の方向の変化を磁気検出器１により検出して、
回転体３の回転角度を認識する。

磁気検出器１のバーバーポール型の磁気抵抗素子は、第
３図に示すようにシリコン等からなる基板にＳｉＯ□等
の絶縁層を形成し、該絶縁層の上につづら折り形状の磁
性体パターン１１を形成し、次いで磁性体パターン１１
の長手方向に一軸磁気異方性（内部磁化）Ｍｉを付与せ
しめた後、Ａｕ等にてなる導電膜１２を一定間隔で斜め
に形成されてなる。

このような磁気検出器１は磁性体パターン１１の内部磁
化Ｍｉの方向と、導電Ｍ、１２を流れる電流Ｉの成す角
度θが、π／４＋ｎπ（または７　／　４　ｘ　−ｎ　
ｙｒ　）　　（ｎ　＝　０１１−−）であれば、出力を
増大させることができる。

第４図は磁気センサ１の回路構成例を示すものである。

第４図において、１３はパーマロイの磁気抵抗を利用し
た磁気抵抗素子の等価回路、１４は定電流源、１５は不
平衡電圧の調整増幅回路、１６は差動増幅回路である。

定電流源１４の入力端子１７に印加する電圧Ｖ　１４を
変えることで磁気抵抗素子１３に印加する電流Ｉが変化
可能であり、磁気抵素子１３が有するブリッジ抵抗のア
ンバランスにより外部磁界と関係なく生しる不平衡電圧
は、可変抵抗Ｒによって調整することができる。そして
磁気抵抗素子１３の出力は差動増幅回路１６を通って例
えば約１００倍に増幅され、出力端子１８に接続される
デジタルマルチメータやＸ−Ｙレコーダ等にて、測定及
び記録される。

このような回転ポジショナを用いて、回転角度に対する
直線性誤差を測定した結果を第５図に示す。尚、第５図
は３０度で基準化（０度と３０度とを結ぶ直線を基準と
する）して、磁気抵抗素子の飽和磁界を５５０ｅ、外部
磁界を１０００ｅとした場合の誤差を示すグラフである
。

このグラフより、最高でも０．４％の誤差しかなく直線
性に優れていることがわかる。

これに対して、ホール素子を用いた場合の直線性誤差を
同しく第５図に重ねて示すが、磁気抵抗素子を用いた本
発明のものに比べ、２倍の０．　８％程度の誤差があり
、十分な直線があるとは言えない。

第２図で示す実施例の他、本発明の回転ポジショナは、
バーバーポール型の磁気抵抗素子を用いていることから
低磁界を高感度で検出できるため、６図（ａ）　（ｂ）
　（ｃ）に示す如き構成でも実現することができる。ま
た磁気抵抗素子の感磁面は水平および垂直でもよくなる
。

第６図において、第２図と同一部分には同一符号を付け
ている。

第６図（ａ）に示す実施例（２）は、バー状の一体の永
久磁石２の中心部に回転軸３ｂを備えた回転体３を用い
たものであり、磁気検出器ｌに検出される磁界は小さい
ものの十分に回転位置を検出することが可能であり、構
成も簡単である。

第６図（ｂ）に示す実施例（３）は、コ字形状をする一
体の永久磁石２を使用したもので、磁気検出器ｌを覆う
如き構成となっているため、十分な検出磁界を得ること
ができる。

また第６図（Ｃ）に示す実施例（４）は、短いバー状の
永久磁石２の両端にコ字形状の継鉄３ａを接着したもの
であり、継鉄３ａの端部より検出磁界が発生する。この
実施例によれば、永久磁石２を小さくできるため、安価
となる。

〔効果〕

本発明の回転ポジショナによれば、高価な材料を用いる
ことなく、容易に製作できる簡単な構成であり、且つ±
９０度の範囲において精度の良い回転位置の検出が可能
となる。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）（ｂ）は本発明の原理図、第２図は本発明
の一実施例を示す斜視図、第３図は本発明に用いるバー
バーポール型の磁気抵抗パターンを示す図、第４図は本
発明に係る磁気検出器の回路構成例を示す図、第５図は
本発明のポジショナと従来のホール素子を用いたポジシ
ョナにおける直線性誤差を示すグラフ、第６図（ａ）　
（ｂ）　（Ｃ）は本発明の他の実施例を示す断面図、第
７図は円環磁性部材を用いた従来の回転ポジンヨナを示
す斜視図、第８図は第７図の回転ポジショナの出力特性
を示すグラフ、第９図はホール素子を用いた従来の回転
ポジショすを示す断面図である。 これら図において、 ・磁気検出器、 ・永久磁石、 ・回転体 である。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）一軸磁気異方性による内部磁化を付与した磁性体
   パターン上に一定間隔で斜めに導電膜を形成してなるバ
   ーバーポール型の磁気抵抗素子を有する磁気検出器（１
   ）と、 該磁気検出器（１）に回転角度により異なる大きさの検
   出磁界を与える永久磁石（２）と、該永久磁石（２）が
   固定され、前記磁気検出器（１）を中心として永久磁石
   （２）を回転させる回転体（３）を有することを特徴と
   する回転ポジショナ。
2. （２）前記磁気検出器（１）は、永久磁石（２）により
   発生する磁性体パターンの内部磁化方向に対して垂直な
   方向の磁界と、同方向のバイアス磁界とをそれぞれ検出
   して、それに対応する電圧を出力することを特徴とする
   請求項１記載の回転ポジショナ。