JPH04259816A - 回転数検出器 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は回転数検出器に関し、更
に詳しくは、磁気バブルを用いた回転数検出器の組み立
て調整工数の改善に関する。

【０００２】

【従来の技術】磁気バブルを用いた回転数検出器の原理
は広く知られているが、概略を説明する。図７は磁気バ
ブルを用いた回転数検出器の動作原理図、図８は図７の
磁気バブル素子上に形成された転送素子ループのパター
ン例図、図９は図８の転送素子ループのストレッチャー
部の拡大図である。

【０００３】図７において、１は磁気バブル素子であり
、磁気バブルを発生する材料で構成される。説明を加え
ると、磁気バブルは、適当な強さの垂直磁界を加えるこ
とにより、ＧＧＧ（ガドリニウム−ガリウム−ガーネッ
ト）上に数μｍエピタキシャル成長させた垂直磁化膜の
中に筒状の形で発生する。この磁気バブル素子１には、
磁気バブル検出素子１２，１３及びアルミ配線パターン
１４，１５，１６が形成されている（図９参照）。 磁気バブル検出素子１２，１３は、磁気抵抗素子（例え
ばパーマロイ）で構成される。更に磁気バブル素子１に
は、薄膜のパーマロイで構成された転送素子１１がルー
プ状に形成され、これに沿って磁気バブルが転送される
（図８，図９参照）。図８では１つの転送素子ループを
示したが、実際の磁気バブル素子１上には複数の転送素
子ループが設けられる。各転送素子ループにはメモリホ
イールのビットパターンで磁気バブルが書き込まれてい
る。なお、磁気バブル素子１が配置されている平面を便
宜上ｘ−ｙ平面と呼ぶ。

【０００４】２は２枚一組のバイアス磁石であり（図７
参照）、磁気バブル素子１に対し垂直な一定のバイアス
磁界を与え、バブル状の磁区を保持する作用を有するも
のである。

【０００５】３，４は読出コイルであり、磁気バブル素
子１の周囲に図７の如く配置される。そして該読出コイ
ル３，４はリング磁石５が固定された回転軸の累積回転
数を読み出す時に使われるもので、交番電流を流すこと
により回転磁界を発生させ、磁気バブル１７，１８，１
９を転送する。

【０００６】５はリング磁石であり、回転シャフト（図
示せず）に取り付けられた永久磁石である。該リング磁
石５は磁気バブル素子１に対して平行な面内磁界を与え
るもので、該面内磁界は回転シャフトが回転することに
より回転する。磁気バブルは、１転送素子／１回転磁界
で転送素子ループを巡回する。図７は８極に着磁された
リング磁石の例であり、この場合、回転シャフトが１回
転すると、磁気バブルは転送素子１１の４個分を移動す
る。

【０００７】図８に示す各転送素子ループには、『メモ
リホイールの原理』に基づいた特殊配列パターンの磁気
バブルが書き込まれている。該特殊配列パターンとは、
全ビットパターンの中のある位置から切り出した連続す
るビットパターンが他の位置から切り出した同ビット数
のパターンとも同じにならないという特徴を持ったパタ
ーンである。従って、ある決まった位置から連続する数
ビットのパターンを読み出すことでそのループの回転シ
フト量を知ることができる。

【０００８】磁気バブルは、前記ある位置に配置された
磁気バブル検出器１０で検出される。磁気バブル検出器
１０は、図９に示す磁気バブル検出素子１２，１３で構
成される。該磁気バブル検出素子１２，１３には、アル
ミ配線パターン１４，１５，１６を介して定電流が予め
流されている（アルミ配線パターン１６はアース電位）
。そして磁気バブル検出素子１２，１３の部分に磁気バ
ブル１７，１８，１９が移動してくると、該抵抗値が変
化するため、アルミ配線パターン１４，１５の電位が変
化する。該２つの配線パターン１４，１５の電位信号を
図示しない差動増幅器で差動演算することにより磁気バ
ブルの検出信号を得ている。

【０００９】以上のような磁気バブル素子１において、
転送素子ループ上には、『メモリホイールの原理』によ
り定まる、例えば１ループ８ビットのビットパターン（
０１１１０１００）が磁気バブルの有無により形成され
ている。図８に示す実施例ではもっと多数のビット（例
えば４９ビット前後）であるが、ここでは分り易くする
ために８ビットで説明する。該８ビットのビットパター
ンは、リング磁石５が回転すると、その回転に応じて転
送素子ループ上を巡回する。該巡回動作は、図７の装置
が停電状態であっても正常に行われる。

【００１０】例えば、図７に示す回転数検出器の電源が
ストップして電子回路的にその動作を停止している時に
リング磁石５が１０回転すると、該１０回転に応じた位
置に前記８ビットパターンの磁気バブルは移動している
。電源が復帰すると、リング磁石が何回転したかを測定
するために読出コイル３，４を動作させて回転磁界を発
生させ、磁気バブルを例えば３個の転送素子分だけ順に
その位置を移動させる。従って、磁気バブル検出器１０
からは、３個の時系列のビットパターンが読み出され、
該パターンから『メモリホイールの原理』によりリング
磁石５の累積回転数を知ることができる。検出後、読出
コイル３，４は、上述と逆方向の回転磁界を磁気バブル
素子１に加えて磁気バブルを３個の転送素子分だけ移動
させ、元の位置に戻す。

【００１１】ここで、読出コイル３，４を動作させた場
合、読出コイル３，４により発生した磁界ＨＭとリング
磁石５による磁界ＨＲとが重畳して磁気バブル素子１の
磁気バブル検出素子１２，１３に加えられる。そして、
リング磁石５の磁界ＨＲのベクトル方向と読出コイル３
，４の磁界ＨＭのベクトル方向とが同じ方向へ向いた領
域では、パーマロイで構成された磁気バブル検出素子１
２，１３が磁気飽和して磁気バブル１７，１８，１９が
検出できなくなるという問題が発生する。

【００１２】これらを図１０と図１１を参照して説明す
る。磁気バブル１７，１８，１９を転送するためには、
面内磁界として例えば４０ガウス以上を加える必要があ
る。リング磁石５が発生する磁界ＨＲを４０ガウスとす
ると、シャフトに取り付けたリング磁石５が回転するこ
とにより図１０の小円のベクトル軌跡が得られる。ベク
トルＯＡの角度で該リング磁石５が停止し、読出コイル
３，４によりリング磁石５の累積回転数を測定する場合
、該読出コイル３，４による回転磁界（例えばＨＭ＝９
０ガウス）のベクトル軌跡は点Ａを中心とする大円とな
る（図１０参照）。すなわち、原点０から見ると、ベク
トル和ＯＢは、５０〜１３０ガウスの間で変化する。 このベクトルは、動作マージンを超えてしまい、バブル
情報を破壊するおそれがある。

【００１３】一方、磁気バブル検出素子１２，１３の磁
界−抵抗値変化の特性は図１１のようになり、抵抗値の
変化は６０ガウス程度で飽和している。図１０でベクト
ル和がＯＣに向いた時に磁気バブルを検出するように配
置すると、磁気バブル検出素子１２，１３の飽和により
（図１０より６０ガウス以上）、磁気バブル１７，１８
，１９の磁束を検出できなくなる。

【００１４】このような点に鑑み、本出願人は、実願昭
６２−１２６９９１　号を出願してこの問題点を解決し
た。該先願は、２個のホール素子を用いてリング磁石に
よる磁界ＨＲのｘ，ｙ成分を測定し、該磁界ＨＲを打ち
消す直流電流を読出コイル３，４に重畳するようにした
ものである。図１２は該先願のリング磁石５とホール素
子２０，２１と磁気バブル素子１との位置関係を示す斜
視図である。ここで、磁気バブル素子１のＸ軸の磁界（
リング磁石５が発生する磁界）成分を測定するＸ軸ホー
ル素子２０は座標軸Ｘ方向と一致するように配置し、Ｙ
軸ホール素子２１は座標軸Ｙ方向と一致するように配置
する。

【００１５】

【発明が解決しようとする課題】図１３に該先願の読出
コイルの駆動回路例を示す。演算増幅器２２の非反転入
力端子には直流成分を含む三角波信号が入力され、反転
入力端子は読出コイル３（４）とセンス抵抗２３の直列
接続点に接続され、出力端子は電流ブースター２４を介
して読出コイル３（４）とセンス抵抗２３の直列回路の
一端に接続されている。該読出コイル３（４）とセンス
抵抗２３の直列回路の他端はアース点に接続されている
。なお、三角波信号の周波数ｆｃは例えば４０ＫＨｚと
し、読出コイル３（４）のインダクタンスＬは１６μＨ
〜１８μＨで抵抗値ＲＬは２Ω程度とし、センス抵抗２
３の抵抗値ＲＳは３Ω程度とする。

【００１６】しかしながら、該方式は手軽ではあるがＬ
負荷駆動のために回路自身に不安定要素があり、発振や
リンギング等の原因となってコイルに入力と同形のコイ
ル電流を流すことは難しく、三角波信号の周波数ｆｃが
高くなると更に歪んでしまう。そして、あまり歪みが大
きいと磁気バブル情報を破壊してしまう恐れがある。

【００１７】図１４も該先願と同様な読出コイルの駆動
例である。図１４の場合には、読出コイル３（４）に三
角波信号の代わりに矩形電圧を入力する。ここで、抵抗
値ＲＬが小さい場合には、コイル電流ＩＬは、ＩＬ＝Ｖ
・ｔ／Ｌになる。

【００１８】該方式は負荷Ｌや周波数ｆｃによる電流波
形のリンギングは少なく、３０μＨのインダクタンスを
数１００ＫＨｚの周波数で駆動してもリンギングは発生
しない。しかしながら、矩形波駆動でコイル電流に直流
成分を与えることはコイルの抵抗値ＲＬを０にしない限
り困難である。

【００１９】すなわち、いずれの方式も、インダクタン
スＬの比較的大きなコイル負荷に直流電流を流すととも
に周波数の高い歪みの少ない交流波形を発生させること
は非常に難しい。

【００２０】本発明の目的は、読出コイルに直流電流を
与えるとともに磁気バブル情報を破壊する恐れのない歪
みの小さな交流波形を発生させることにより、安定した
読取り動作が得られる回転数検出器を提供することにあ
る。

【００２１】

【課題を解決するための手段】回転軸に取り付けた永久
磁石の磁界を磁気バブル素子へ加えて複数ビットパター
ンからなる磁気バブルを移動させると共に、読出コイル
に交流電流を流して回転磁界を発生させて前記磁気バブ
ルを強制的に移動させ、磁気バブルのビットパターンを
磁気バブル検出素子で検出することにより回転軸の累積
回転数を測定する回転数検出器において、前記読出コイ
ルとして２本のコイル線が巻かれたものを用い、一方の
コイル線に矩形波信号を加え、他方のコイル線に直流信
号を加えることを特徴とする。

【００２２】

【作用】読出コイルを構成する一方のコイル線に加えら
れる矩形波信号により歪みのない磁界が生成されて磁気
バブル素子に加えられるので、磁気バブルは安定に転送
される。そして、読出コイルを構成する他方のコイル線
に加えられる直流信号により回転磁石の磁界を打ち消す
磁界が生成されるので、磁気バブルを安定に検出できる
。

【００２３】

【実施例】以下、図面を参照して、本発明の実施例を詳
細に説明する。

【００２４】図１は本発明に係る回転数検出器で用いる
読出コイルの一実施例の構成図、図２は駆動回路図、図
３は駆動波形図である。なお、読出コイルはＸ，Ｙ方向
とも同一の形状に形成されるものであり、図では片方の
みを示す。図において、読出コイルは２本のコイル線２
５，２６をペアにして形成されている。一方のコイル線
２５には矩形波発生回路２７から回転磁界検出信号に基
づいて（イ）のような矩形波信号Ｖａｃが加えられ、他
方のコイル線２６には直流発生回路２８から回転磁界検
出信号に基づいて（ロ）のような直流信号Ｖｄｃが加え
られる。（イ）のような矩形波信号Ｖａｃにより（ハ）
のような交流コイル電流Ｉａｃが流れて交流磁界が発生
し、（ロ）のような直流信号Ｖｄｃにより（ニ）のよう
な直流コイル電流Ｉｄｃが流れて直流磁界が発生する。

【００２５】図４は図２の回路構成における発生磁界の
説明図である。一方のコイル線２５に（イ）のような交
流分の電圧ＡＣを加え、他方のコイル線２６に（ロ）の
ような直流分の電圧ＤＣを加えることにより、該コイル
内には（ハ）のような直流磁界と交流磁界が合成された
磁界Ｈ（コイル電流ＩＬ）が発生する。

【００２６】図５は直流分の磁界ＨＤＣの説明図である
。直流分の磁界は負荷がＬ負荷なので破線のような望ま
しい特性のように急には変化せず、実際には実線のよう
になる。そこで、上述図３の（イ）に示すように開始位
置（ＳＴＡＲＴ）の部分に予め直流成分−ＶＤ１に対応
した直流成分ＶＤ１を付加して所望の磁界が得られるよ
うにしている。

【００２７】このように読出コイルを２本のコイル線２
５，２６で構成して一方に矩形波信号を加えて他方に直
流信号を加えることによって矩形波励磁の利点を生かし
ながら回転磁石の磁界を打ち消すための直流磁界成分を
与えることができ、リンギング等の歪みのない磁界によ
る磁気バブルの安定転送と安定検出が行える。

【００２８】なお、上述の実施例では各読出コイルを２
本のコイル線２５，２６で構成しているが、ＡＣ系統の
コイルとＤＣ系統のコイルが実質的に分離独立していれ
ばよいので、図６のようにＡＣ分コイル２９とＤＣ分コ
イル３０の２層コイル構成にしてもよい。

【００２９】

【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明によ
れば、以下のような効果が得られる。

【００３０】読出コイルを矩形波駆動するので、数１０
０ＫＨｚのような高い周波数でも使用でき、コイルのＬ
の値が広く選べる。

【００３１】ＡＣ系統のコイルとＤＣ系統のコイルを実
質的に分離独立させているので、矩形波駆動であっても
回転磁石の直流磁界を打ち消すための直流磁界成分を簡
単に与えることができる。また、読出コイルの抵抗値が
２Ω程度の実用値であっても支障なく使用できる。そし
て、回路構成が簡単にできるので、回路の負担を軽減で
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る回転数検出器で用いる読出コイル
の一実施例の構成図である。

【図２】図１の駆動回路図である。

【図３】図２の駆動波形図である。

【図４】図２の回路構成における発生磁界の説明図であ
る。

【図５】直流分の磁界ＨＤＣの説明図である。

【図６】本発明に係る回転数検出器で用いる読出コイル
の他の実施例の構成図である。

【図７】磁気バブル素子を用いた回転数検出器の動作原
理図である。

【図８】図７の磁気バブル素子の転送素子ループのパタ
ーン例図である。

【図９】図８の転送素子ループのストレッチャ部の拡大
図である。

【図１０】面内磁界の説明図である。

【図１１】磁気バブル検出素子の磁界−抵抗値変化の特
性図である。

【図１２】回転数検出器のリング磁石周辺の構成斜視図
である。

【図１３】従来の読出コイルの駆動回路例である。

【図１４】従来の読出コイルの駆動回路の他の例である
。

【符号の説明】

２５，２６　　　　コイル線 ２７　　　　矩形波発生回路 ２８　　　　直流発生回路 ２９　　　　ＡＣ分コイル ３０　　　　ＤＣ分コイル

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　回転軸に取り付けた永久磁石の磁界を
   磁気バブル素子へ加えて複数ビットパターンからなる磁
   気バブルを移動させると共に、読出コイルに交流電流を
   流して回転磁界を発生させて前記磁気バブルを強制的に
   移動させ、磁気バブルのビットパターンを磁気バブル検
   出素子で検出することにより回転軸の累積回転数を測定
   する回転数検出器において、前記読出コイルとして２本
   のコイル線が巻かれたものを用い、一方のコイル線に矩
   形波信号を加え、他方のコイル線に直流信号を加えるこ
   とを特徴とする回転数検出器。