JPH0660824B2 - 絶対位置検出装置 - Google Patents

絶対位置検出装置

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JPH0660824B2
JPH0660824B2 JP60177642A JP17764285A JPH0660824B2 JP H0660824 B2 JPH0660824 B2 JP H0660824B2 JP 60177642 A JP60177642 A JP 60177642A JP 17764285 A JP17764285 A JP 17764285A JP H0660824 B2 JPH0660824 B2 JP H0660824B2
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Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は、位置検出装置に係り、特に、磁気センサを用
いた絶対位置検出に好適な絶対位置検出装置に関するも
のである。
〔発明の背景〕
さきに、発明者らは、磁気センサを用いた絶対位置検出
装置として、特開昭59−108193号(特願昭57−216899
号)公報記載のような磁気回転センサを開発した。
すなわち、これには、単位磁石を複数個配置して各トラ
ツク間の磁気干渉を解消したものが記載されている。
しかし、各ビット毎に磁気トラツクを必要としており、
分解能を上げれば、それに比例して、磁気トラツクの数
も増すため大形になるという、なお改善すべき点を有す
るものであつた。
〔発明の目的〕
本発明は、出力信号のビツト数より少ない磁気トラツク
を持つ、小形で分解能の高い絶対位置検出装置の提供
を、その目的とするものである。
〔発明の概要〕
本発明に係る絶対位置検出装置の構成は、被位置検出体
に担持された磁気記録媒体と、この磁気記録媒体に所要
長の磁気信号を記録した複数の磁気トラツクと、この複
数の磁気トラツクに近接対向して配置され、磁気信号の
磁界に感応して電気抵抗が変化する磁気抵抗素子とで、
その磁気抵抗素子の抵抗変化を電気信号に変換して被位
置検出体の絶対位置を検出するようにしたものにおい
て、上記磁気トラツクは、NとSの間隙(波長)がλの
単位磁石を被位置検出体の移動方向へ所要数連続配置し
たものと、これと同長の無磁界部との組合せを磁気信号
とし、検出する絶対位置のビツト数より少ない数の磁気
トラツクとするとともに、各磁気トラツクに対向して 間隙で2個ずつの第1の磁気抵抗素子を配置し、最下位
磁気トラツクに対向する第2の磁気抵抗素子を、前記の
磁気信号長をSM、磁気トラツクに対する増加ビツト
数をm、またnを整数とするとき、 の間隙で、上記第1の磁気抵抗素子に対して2m組を配
置し、これら複数の磁気抵抗素子の組合せから、磁気ト
ラツクの数より多いビツト数の電気信号を得るようにし
たものである。
さらに補足すると、次のとおりである。
本発明は、被検出体に担持された磁気記録媒体と、これ
に対向して配置した磁気抵抗素子からなる磁気センサと
を有し、磁気記録媒体を、出力信号のビツト数より少な
い磁気トラツクに分割して、磁気トラツクの下位トラツ
クに対向配置する磁気抵抗素子を電気的位相が異なるよ
うに複数個配置し、これら複数の磁気抵抗素子の組合せ
から、下位トラツクの磁気信号より下位ビツトの電気的
出力を得るようにしたものである。
〔発明の実施例〕
本発明に係る絶対位置検出装置の各実施例を、各図を参
照して説明する。
まず、回転体の絶対位置を検出する4ビツトの出力例に
係る一実施例を、第1図ないし第7図により説明する。
第1図は、本発明の一実施例に係る絶対位置検出装置の
略示全体構成図、第2図は、その磁気ドラムと磁気セン
サとの展開図、第3図は、その動作説明用抵抗変化の波
形図、第4図は、その磁気抵抗素子の接続図、第5図
は、その動作説明用波形図、第6図は、その波形整形回
路、第7図は、その出力波形図である。
第1図で、1は、被位置検出体に係る回転体、2はシヤ
フト、3は、磁気センサ5aを支持する支持板である。
4aは、磁気記録媒体を表面に有する磁気ドラムであ
る。
この磁気ドラム4aの表面の磁気記録媒体は、第1図図
示のものを第2図に展開して示すように、3つの磁気ト
ラツクM,M,Mに分割されており、各磁気トラ
ツクには、N,Sの長さ(NとSの間隙)がλの単位磁
石を、図示のように配置するようにしたものである。
すなわち、磁気トラツクMには、2個連続して単位磁
石を配置し、その2個分と同長の無磁界部を介して、く
り返し配置する。また、磁気トラツクMには、4個連
続して単位磁石を配置し、4個分の無磁界部を介してく
り返し配置する。さらに、磁気トラツクMには、前記
の磁気トラツクMに対して、図示のように位相をずら
して、4個連続の単位磁石を配置するものである。
しかして、この各々の磁気トラツクM,M,M
配置した単位磁石の連続と同長の無磁界部との組合せで
あるSM,SM,SMを各磁気トラツクの磁気信
号と呼ぶことにし、各磁気トラツクのSM,SM
SMを電気角で2πとし、ここでは、後述するSM
は、SMである。
これに対向配置した磁気センサ5aの展開図は、第2図
に示すようであり、まず、磁気トラツクMに対向して
第1の磁気抵抗素子に係る、磁気抵抗素子R41,R
42を、単位磁石のピツチλに対して、ほぼ 間隙で配置する。
同様に、磁気トラツクMに対向して、同上に係る電気
抵抗素子R31,R32を、また磁気トラツクMに対向し
て、同上に係る磁気抵抗素子R21,R22を、 間隙で一直線に配置する。
そして、前記磁気トラツクMに対向して、さらに別途
の、第2の磁気抵抗素子に係る磁気抵抗素子R11〜R14
を配置するものである。
これらの磁気抵抗素子R11とR12及びR13とR14の間隙
は、単位磁石のピツチλに対して で配置し、さらに、磁気抵抗素子R11とR21及びR21
13との間隙は、それぞれ(3/8)SMLで配置す
る。SMLは4λに等しく、また電気的位相角の2πに
相当するので、この(3/8)SMLを波長数で表すと
3/2λとなり、また、電気的位相角で表すと3/4π
となる。
このように磁気センサ5aは、10個の磁気抵抗素子
と、図示の、磁界に感応しない向きに配置した10個の
固定抵抗Rで構成するものである。
上記の磁気抵抗素子らは、強磁性体を絶縁基板に蒸着,
スパツタリング等によつて、1チツプ上に作成される。
磁気抵抗素子は、磁界により抵抗が変化するもので、材
料により、抵抗値が下がるものと、上がるものとがあ
る。
ここでは、磁界により抵抗が下がるパーマロイを磁気抵
抗素子に使用した場合について説明する。この磁気抵抗
素子は、磁界の方向に関係なく磁界の大きさに比例して
抵抗が生ずるものである。
しかして、上述の磁気ドラム4aが回転すると、磁気ト
ラツクの磁気信号により、磁気センサ5a内の各磁気抵
抗素子R11〜R42は、第3図に示すように抵抗が変化す
る。
たとえば、磁気抵抗素子R11の抵抗変化は、磁気トラツ
クMに対向しており、その磁気トラツクMの磁気信
号によつて変化するので、第2図に示す始めの単位磁石
SNにより1つの谷ができ、連続した次の単位磁石NS
により、もう1つの谷ができるので、2つの連続した谷
が発生する。
また、磁気抵抗素子R12,R13,R14,R21,R22にお
いても、それぞれ、配置に応じて、位相がずれただけ
で、その波形は同じようになる。
磁気抵抗素子R31,R32も、磁気トラツクMの磁気信
号に応じて、谷が4つ連続して生ずる、図示のような波
形となる。さらに、磁気抵抗素子R41,R42は、同様に
磁気トラツクMの磁気信号に応じて抵抗変化が生じて
いるものである。
しかして、これらの磁気抵抗素子R11〜R42は、第4図
に示すように、固定抵抗Rと抵抗ブリツジを構成して
いる。
このため、第4図の左端の、磁気抵抗素子のブリツジの
出力(以下、ブリツジの出力という。)e11は、第5図
に示すe11のような波形が得られる。同様に、各ブリツ
ジの出力e12,e,e,eは、各々第5図のよう
な波形となる。
この出力を、第6図に示すような電圧比較器COM11
COM12,COM,COM,COMに入力する
と、電圧比較器の、磁気センサの波形整形信号に係る各
出力E11,E12,E,E,Eは、第7図に示すよ
うな方形波出力となつて得られる。
さらに、出力E11とE12とを、第6図に示すように排他
的OR回路EORを通すと、出力Eが得られるもので
ある。
以上のようにして得られた出力E,E,E,E
は、4ビツトの絶対位置検出出力である。
この出力のビット数は4であり、磁気トラック数は3で
あるから、上記実施例においては磁気トラック数より1
ビット分多い絶対位置検出出力が得られたことになる。
なお、このアブソリュート方式における絶対位置検出出
力は、第7図に示すように上位ビットE2〜E4波形の立
ち上がり、立ち下がり部の各位置が最下位ビットE1
形の立ち上がりと立ち下がり部の丁度中間の位置にくる
ように構成される。
このような効果は、最下位磁気トラックM2上に第1に
磁気抵抗素子であるR21、R22の他に、第2の磁気抵抗
素子であるλ/2間隔配列の磁気抵抗素子R11、R12
同R13、R14、すなわち2つの第2の磁気抵抗素子を、
第1の磁気抵抗素子に対して(3/8)SMLの間隔で
配置することにより得られたものである。
また、上記の関係は一般的に、この磁気トラック数に対
する増加ビット数をmとして、2m個の第2の磁気抵抗
素子を、nを整数として(1+2m)SML/(8m)
の間隔で最下位磁気トラック上に配列することにより得
られ。上記実施例は、n=1、m=1の場合に該当す
る。また、上記の関係は以下に述べる本発明の各実施例
においても同様に成立する。
この例では、グレーコードの4ビツトを使用した例であ
るが、磁気記録媒体に記録する磁気信号で、他のコード
を得ることも可能である。
以上のように、上位3ビツト分の磁気トラツクで、それ
よりも多い4ビツトの絶対位置を得ることが可能であ
る。
したがつて、磁気ドラムの小形化及び、低慣性化ができ
るので、高精度なサーボシステムを構成することができ
るものである。
なお、上記実施例において、固定抵抗Rを磁気センサ
に設けるようにしたものであるが、これは磁気センサ外
に別途に収納するように構成してもよいものである。
以上、4ビツトの例として、ブリツジの抵抗に固定抵抗
を使用した例を示したが、次に磁気抵抗素子のみでブリ
ツジを構成することにより、検出信号の増大と、出力波
形の安定化とを図つた他の実施例につき、同じく4ビツ
トの例で、第8図ないし第10図により説明する。
ここで、第8図は、本発明の他の実施例に係る絶対位置
検出装置における磁気ドラムと磁気センサとの展開図、
第9図は、その磁気抵抗素子の接続図、第10図は、そ
の動作説明用波形図である。
そして、本実施例に係る絶対位置検出装置というのは、
さきの第1図における磁気ドラム4a,磁気センサ5a
を、それぞれ、磁気ドラム4a−1,磁気センサ5a−
1としたものである。すなわち、第8図は、第1図に示
した磁気ドラム4aと磁気センサ5aの展開図に相当す
る同態様のものである。
しかして、磁気ドラム4a−1の表面の磁気記録媒体
は、図示のように、6つの磁気トラツクに分割してお
り、磁気トラツクM21,M31,M41は、さきの第2図と
全く同じように単位磁石を配置してあるものである。
そして、磁気トラツクM22,M32,M42は、それぞれ磁
気トラツクM21,M31,M41と対称的に、単位磁石の配
置してある所は、無磁界部としており、単位磁石のない
無磁界部には単位磁石を配置しているものである。
また、磁気センサ5a−1は、第2図と同様に、第1,
第2磁気抵抗素子であるR111,R121,R211,R221
131,R141を、磁気トラツク21に対向し、R112,R
122,R212,R222,R132,R142は、磁気トラツクM
22に対向して配置してある。
さらに、磁気トラツクM31,M32,M41,M42には、そ
れぞれ、第1磁気抵抗素子である磁気抵抗素子R311
321,R312とR322,R411とR421,R412とR
422を、それぞれ配置してある。
各磁気抵抗素子の間隙は、さきの第2図の関係と全く同
様に配置したものである。
しかして、これらの磁気抵抗素子は、第9図に示すごと
き抵抗ブリツジを構成するように配線する。
ここで、磁気ドラム4a−1が回転すると、さきの実例
と全く同じように、各磁気抵抗素子の抵抗変化が生ず
る。
すなわち、磁気抵抗素子R111,R112,R121,R122
抵抗変化は、第10図に示すような抵抗変化を得るよう
になる。
したがつて、ブリツジの出力の1端e111とe112には、
図示のような出力が得られるので、ブリツジの出力e11
には、図示のような、上下対称の、安定した出力が得ら
れるものである。
これをさきの第6図に示した回路に入力すると、磁気セ
ンサの波形整形信号に係る出力E11を得ることができる
ものである。
この出力E11は、第7図のE11と全く同じである。
このようにして、他の出力も、第7図と同様に4ビツト
の絶対位置検出出力を得るものである。
このように、第10図に示すブリツジの出力e11は、第
5図の同じ出力e11に比べて、出力の振幅が倍となり、
波形も、上下対称で、電気比較器COM11で波形整数す
る場合でも安定しており、精度の向上も図れる効果があ
る。
以上、磁気トラツク3ビツト分で、4ビツト出力を得る
方法に係る各実施例のものについて説明した。
次に、磁気トラツク3ビツト分で5ビツトの出力を得る
実施例について、第11図ないし第14図により説明す
る。
ここで、第11図は、本発明の実施例に係る絶対位置検
出装置における磁気ドラムと磁気センサとの展開図、第
12図は、その磁気抵抗素子の接続図、第13図は、そ
の波形整形回路、第14図は、その出力波形図である。
そして、本実施例に係る絶対位置検出装置というのは、
さきの第1図における磁気ドラム4a,磁気センサ5a
を、それぞれ、磁気ドラム4a−2,磁気センサ5a−
2としたものである。すなわち、第11図は、第1図に
示した磁気ドラム4aと磁気センサ5aの展開図に相当
する同態様のものである。
しかして、磁気ドラム4a−2の表面の磁気記録媒体
は、図示のように、3つの磁気トラツクM〜Mに分
割しており、さきの第2図の磁気トラツクM〜M
同じ配置に磁気信号を記録してある。
そして、磁気センサ5a−2には、さの固定抵抗R
配置せず、別個の収納体に配置するようにし、上記の各
磁気トラツクに対向した磁気抵抗素子は、図示のごと
く、磁気抵抗素子R11,R12,R13,R14,R21
22,R31,R32,R41,R42は、さきの第2図の
11,R12,R13,R14,R21,R22,R31,R32,R
41,R42に対応しており、全く同じ配置である。また、
抵抗変化及びブリツジ構成も全く同じ対応であり、ブリ
ツジ出力及び出力E,E,E,Eも、第7図の
出力E,E,E,Eに全く同じ対応をしてい
る。
しかし、磁気抵抗素子R01,R02,R03,R04,R05
06,R07,R08が、全く新しい配置の第2磁気抵抗素
子である。
すなわち、磁気抵抗素子R01とR02及び、R03とR04
05とR06,R07とR08は、それぞれ、単位磁石のピツ
チλに対して に配置してあり、磁気抵抗素子R01,R03,R05,R07
は、同R21に対して、それぞれ 離れて配置してある。
また、各磁気抵抗素子は、第12図のように、磁気セン
サ5a−2の外部に設けた固定抵抗Rと抵抗ブリツジ
を構成するようにしている。
この構成は、磁気抵抗素子R11〜R42については、第4
図の同R11〜R42と全く同じ対応をしている。
以上により、磁気ドラム4a−2が回転すると、各磁気
抵抗素子は、磁気信号のより、さきの実施例と同様に、
抵抗が変化する。
したがつて、第12図の抵抗ブリツジに係るブリツジの
出力e01〜e04の電圧は、第14図のe01〜e04のよう
になる。
このブリツジ出力電圧を、第13図のような回路に入力
すると、波形整形された出力電圧に係る出力E01〜E04
は、第14図のようになる。
さらに、出力電圧に係る出力E01とE02及び、E03とE
04を、各々排他的OR回路EOR01,EOR02を通す
と、出力E05及びE06の波形のものが得られる。
これを、さらに、排他的OR回路EOR03を通すと、出
力Eが得られる。
ここで、ブリツジの出力e11,e12,e,e,e
は、それぞれ、第5図と全く同じであり、回路処理をし
た出力E〜Eの出力も第7図と全く同じになるた
め、出力E〜Eの出力は、5ビツトのグレーコード
で、絶対位置に対応した出力、すなわち絶対位置検出出
力となる。
これにより、3ビツトに対応した3つの磁気トラツク
で、5ビツトの出力を得ることができるので、磁気ドラ
ムの小形化,低慣性化に寄与する効果が大きいものであ
る。
なお、上記において、固定抵抗を磁気センサに配置する
ことを妨げないものである。
以上、最下位磁気トラツクの磁気信号SMを、単位磁
石2個の連続と、同長の無着磁部とで構成した各実施例
について説明したが、さらに他の実施例として、単位磁
石4個の連続と、同長の無着磁部とで磁気信号SM
構成したものについて説明する。なお、4ビツトの例に
係るものである。
ここで、第15図は、本発明のさらに他の実施例に係る
絶対位置検出位置における磁気ドラムと磁気センサとの
展開図、第16図は、その出力波形図である。
そして、他の実施例と同様に、本実施例に係る絶対位置
検出装置というのは、さきの第1図における磁気ドラム
4a,磁気センサ5aを、それぞれ、磁気ドラム4a−
3,磁気センサ5a−3としたものである。すなわち、
第15図は、第1図に示した磁気ドラム4aと磁気セン
サ5aの展開図に相当する同態様のものである。
しかして、磁気ドラム4a−3の表面の磁気記録媒体
は、図示のように、3つの磁気トラツクM,M,M
に分割しており、磁気トラツクMには、ビツチλの
単位磁石4個を連続し、これと同長の4λ分の長さの無
磁界部を介して、さらに4個の単位磁石を配置するよう
にしたものである。
また、磁気トラツクM,Mには、図示のように、8
個の単位磁石を連続し、これと同長の8λ分の長さの無
磁界部を介して、さらに8個の単位磁石を配置するよう
にしたものである。
そして、磁気センサ5a−3には、上記の磁気トラツク
に対し、第2図に示したと同様に、図示のような間隔
で、各磁気抵抗素子と、磁界に影響されない固定抵抗R
を配置するようにしたものである。
このような配置にして、各磁気抵抗素子を、さきの第4
図のように構成すると、そのブリツジから得られるブリ
ツジの出力e11,e12,eは、それぞれ、第16図に
示すようになる。
これを、さきの第6図の回路で処理すれば、第7図のよ
うな出力E11,E12,Eが得られるものである。
さきの第5図と、この第16図との波形を比較すると、
第16図に示す方が、リツプルが少なく、波形端部でシ
ヤープであり、精度向上に効果がある。また、ブリツジ
の出力e,eの波形も、第5図に比べると、同じ効
果が得られるものである。
以上に述べた各実施例の基本を整理すると、次のような
要約構成のものと同効のものに属するものである。
すなわち、各磁気トラツクは、ピツチλの単位磁石の複
数個と、これと同長の無磁界部とによつて磁気信号を構
成し、各磁気トラツクに対向する磁気センサ内の第1の
磁気抵抗素子は、各々 の間隙で2個ずつ配置するとともに、最下位磁気トラツ
クに対向する第2の磁気抵抗素子は、第1の磁気抵抗素
子に対して、磁気トラツクの磁気信号長をSMとし、
増加ビツト数をm、またnを整数とすると、 の間隔で2m組配置する構成としたものである。
しかして、以上の実施例は、被位置検出体を回転体に係
るものとして、回転センサを例に説明してきたが、直線
運動に係るものの絶対位置検出も、同じ原理に係るもの
で可能であり、第2図などに示したものを、そのまま直
線運動に係るものとしても使用可能なものである。
〔発明の効果〕
本発明によるときは、出力信号のビツト数より少ない磁
気トラツクを持つ、小形で分解能の高い絶対位置検出装
置を提供することができるものであつて、実用的効果に
すぐれた発明ということができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は、本発明の一実施例に係る絶対位置検出装置の
略示全体構成図、第2図は、その磁気ドラムと磁気セン
サとの展開図、第3図は、その動作説明用抵抗変化の波
形図、第4図は、その磁気抵抗素子の接続図、第5図
は、その動作説明用波形図、第6図は、その波形整形回
路、第7図は、その出力波形図、第8図は、本発明の他
の実施例に係る絶対位置検出装置における磁気ドラムと
磁気センサとの展開図、第9図は、その磁気抵抗素子の
接続図、第10図は、その動作説明用波形図、第11図
は、本発明の別の実施例に係る絶対位置検出装置におけ
る磁気ドラムと磁気センサとの展開図、第12図は、そ
の磁気抵抗素子の接続図、第13図は、その波形整形回
路、第14図は、その出力波形図、第15図は、本発明
のさらに他の実施例に係る絶対位置検出装置における磁
気ドラムと磁気センサとの展開図、第16図は、その出
力波形図である。 1……回転体、2……シヤフト、3……支持板、4a,
4a−1,4a−2,4a−3……磁気ドラム、5a,
5a−1,5a−2,5a−3……磁気センサ、M
,M,M21,M22,M31,M32,M41,M42……
磁気トラツク、R01〜R08,R11〜R14,R21,R22
31,R32,R41,R42,R111,R112,R121
122,R131,R132,R211,R212,R221,R222
311,R312,R321,R322,R411,R412,R421
422……磁気抵抗素子、R……固定抵抗、e111,e
112……ブリツジの出力の一端、e01〜e04,e11,e
12,e〜e……磁気抵抗素子のブリツジの出力、C
OM01〜COM04,COM11,COM12,COM〜C
OM……電圧比較器、EOR,EOR01〜EOR03
EOR……排他的OR回路、E〜E……絶対位置
検出出力、E11,E12,E01,E02,E03,E04……磁
気センサの波形整形信号に係る出力、E05,E06……磁
気センサの波形整形信号の合成信号に係る出力。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】被位置検出体に担持された磁気記録媒体
    と、この磁気記録媒体にNとSの間隔(波長)がλの単
    位磁石を被位置検出体の移動方向へ所要数連続配置した
    ものとこれと同長の無磁界部との1対を磁気信号SMと
    して、この磁気信号SMを繰り返し連続して磁気記録媒
    体の移動方向に記録した複数の磁気トラックを設け、さ
    らに各磁気トラック毎にλ/2間隔で近接対向配置した
    1対の磁気抵抗素子を第1の磁気抵抗素子として各磁気
    トラックの磁界変化を電気信号に変換するようにした絶
    対位置検出装置において、 磁気信号SMの長さ(波長数)が最短の磁気トラックを
    最下位磁気トラックとし、その磁気信号SMの長さをS
    Lとして、最下位磁気トラック上に上記第1の磁気抵
    抗素子の他に、λ/2間隔で配列した1対の磁気抵抗素
    子よりなる第2の磁気抵抗素子を、m,nを整数とし
    て、(1+2n)SML/(8m)の間隔で2m組を配
    列するようにして、上記磁気トラック数に較べて検出す
    る絶対位置のビット数をmビット増加したことを特徴と
    する絶対位置検出装置。
  2. 【請求項2】特許請求の範囲第1項記載のものにおい
    て、最下位磁気トラックの磁気信号SMの電気的位相角
    を2πとして、第1の磁気抵抗素子に対して、±(π/
    8)、または(π/2±π/8)、または(π±π/
    8)、または(3π/2±π/8)の間隔で4組の磁気
    抵抗素子を最下位電磁トラック上に配置して、磁気トラ
    ックの数より2ビット多い電気信号を得るようにしたこ
    とを特徴とする絶対位置検出装置。
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