JPH07190803A - 磁気的角度センサ - Google Patents

磁気的角度センサ

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JPH07190803A
JPH07190803A JP33147593A JP33147593A JPH07190803A JP H07190803 A JPH07190803 A JP H07190803A JP 33147593 A JP33147593 A JP 33147593A JP 33147593 A JP33147593 A JP 33147593A JP H07190803 A JPH07190803 A JP H07190803A
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JP
Japan
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magnetoresistive effect
effect element
magnetic
angle sensor
series
Prior art date
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Pending
Application number
JP33147593A
Other languages
English (en)
Inventor
Itsuki Abe
厳 阿部
Kazuhisa Koreishi
一寿 是石
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Tokyo Cosmos Electric Co Ltd
Original Assignee
Tokyo Cosmos Electric Co Ltd
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Publication date
Application filed by Tokyo Cosmos Electric Co Ltd filed Critical Tokyo Cosmos Electric Co Ltd
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  • Measurement Of Length, Angles, Or The Like Using Electric Or Magnetic Means (AREA)
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 主回路および予備回路を具備した信頼度の高
い磁気的角度センサを提供する。 【構成】 磁気抵抗効果材料をつづら折り状に平面状に
配列構成した第1、第2、第3および第4の磁気抵抗効
果素子10、11、12および13を具備し、第1の磁
気抵抗効果素子と第2の磁気抵抗効果素子とを直列に接
続した第1の直列接続回路を構成すると共に、第3の磁
気抵抗効果素子と第4の磁気抵抗効果素子とを直列に接
続した第2の直列接続回路を構成し、第1の直列接続回
路と第2の直列接続回路とを互に対向して配置し、磁気
抵抗効果素子面に直交する回転磁界21および22を具
備し、第1の直列接続回路を主回路とすると共に、第2
の直列接続回路を予備回路とする磁気的角度センサ。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、磁気的角度センサに
関し、特に、半導体或は強磁性体の磁気抵抗効果素子を
使用して回転角度変位を検出する磁気的角度センサに関
する。
【0002】
【従来の技術】回転軸先端に永久磁石を取り付け、永久
磁石に対向して磁気抵抗効果素子を配置し、永久磁石の
回転角度変位に起因する磁束密度の変化を磁気抵抗効果
素子の電気抵抗の変化として検出する磁気的角度センサ
は、例えば、工作機械、ペンレコーダその他の機械にお
ける被駆動部材の回転角度を正確に測定する装置として
使用されている。以下、この従来例について、図3を参
照して説明する。
【0003】図3において、55は磁性体ヨーク、10
および11は磁気抵抗効果素子である。磁気抵抗効果素
子10および磁気抵抗効果素子11は図3における上端
において電気的に接続された状態において磁性体ヨーク
55上面に配置されている。32は磁気抵抗効果素子1
0と磁気抵抗効果素子11とが接続した接続端子であ
る。31は磁気抵抗効果素子10の下端に接続する端子
であり、33は磁気抵抗効果素子11の下端に接続する
端子である。21は仮想的に半円により示される磁界で
あり、磁界の方向はこの半円に垂直な方向に形成されて
いる。この磁界21は磁気抵抗効果素子上方にこれらに
対向して配置される図示されない永久磁石により発生さ
れるものであり、この永久磁石から出発して上述の如く
垂直な方向に磁気抵抗効果素子10および磁気抵抗効果
素子11を貫通して磁性体ヨーク55に到達するもので
ある。そして、この永久磁石は図示されない回転軸に取
り付けられている。
【0004】磁気抵抗効果素子10下端の端子31と磁
気抵抗効果素子11下端の端子33との間には端子33
を接地として入力電圧が印加される一方、磁気抵抗効果
素子10と磁気抵抗効果素子11との間の接続点32と
接地された磁気抵抗効果素子11下端の端子33との間
に出力電圧が得られる。この出力電圧は、互いに直列接
続せしめられた磁気抵抗効果素子10と磁気抵抗効果素
子11より成る回路における磁気抵抗効果素子11の分
割電圧に相当するものである。
【0005】ここで、上述の回転軸が回転駆動されてこ
れに取り付けられている永久磁石が磁気抵抗効果素子上
において回転すると、磁気抵抗効果素子10および磁気
抵抗効果素子11のそれぞれに加わる磁束密度は変化
し、この変化に対応して接続点32の電位は変化する。
接続点32におけるこの電位変化を検出することにより
回転軸の角度変位を検出するものである。
【0006】図4は磁気抵抗効果素子の一例を示す側断
面図である。図4において、14は電気絶縁材料例えば
ガラスより成る基板である。15は磁気抵抗効果を示す
材料半導体例えばInSb或は強磁性体例えばFe−N
i合金より成る薄膜である。16は電気接続端子部であ
る。これら磁気抵抗効果材料薄膜15および電気接続端
子部16はガラス基板14表面に形成され、この場合、
電気接続端子部16は磁気抵抗効果材料薄膜15の端部
に電気的機械的に接続して形成されている。17はリー
ドフレーム或はボンディングワイヤその他のリード線で
あり、電気接続端子部16に接続している。更に、磁気
抵抗効果材料薄膜15およびリード線17の上には合成
樹脂保護膜18が被覆され、必要に応じて合成樹脂保護
膜18の上にカバーガラス19を貼着して保護する。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】以上の通りの磁気的角
度センサにおいて、その合成樹脂保護膜18にピンホー
ル20が存在し、そこに水分、有害ガス、塵その他の異
物が進入すると、磁気抵抗効果素子材料薄膜15が損な
われる恐れがある。そして、回転軸に圧力が加わって回
転軸先端の永久磁石が磁気抵抗効果素子に接触する様な
ことがあると、磁気抵抗効果素子は損傷し、この損傷箇
所より磁気抵抗効果素子は腐食、断線その他の被害が拡
大し、磁気的角度センサの信頼性を著しく阻害すること
となる。
【0008】この発明は、上述の通りの問題を解消した
磁気的角度センサを提供するものである。
【0009】
【課題を解決するための手段】磁気抵抗効果材料をつづ
ら折り状に平面状に配列構成した第1、第2、第3およ
び第4の磁気抵抗効果素子10、11、12および13
を具備し、第1の磁気抵抗効果素子と第2の磁気抵抗効
果素子とを直列に接続した第1の直列接続回路を構成す
ると共に、第3の磁気抵抗効果素子と第4の磁気抵抗効
果素子とを直列に接続した第2の直列接続回路を構成
し、第1の直列接続回路と第2の直列接続回路とを互に
対向して配置し、磁気抵抗効果素子面に直交する回転磁
界21および22を具備し、第1の直列接続回路を主回
路とすると共に、第2の直列接続回路を予備回路とする
磁気的角度センサを構成した。
【0010】そして、上述の磁気的角度センサにおい
て、回転磁界21および22は回転軸52の先端に固定
した互に極性を異にする2個の永久磁石23および24
により形成されるものであり、2個の永久磁石の磁極の
内の磁気抵抗効果素子に対向しない磁極を磁性体ヨーク
551 により連結すると共に、磁気抵抗効果素子の裏面
に磁性体ヨーク552 を固定して閉磁気回路を構成した
磁気的角度センサを構成した。
【0011】また、上述の磁気的角度センサにおいて、
磁気抵抗効果素子面の形状は1/4円形であり、回転磁
界の断面形状は1/4円形を点対称とした形状である磁
気的角度センサを構成した。
【0012】
【実施例】この発明の実施例を図1を参照してに説明す
る。図1において、磁気抵抗効果素子10ないし13
は、互いに同一形状寸法、同一特性の1/4円形に構成
されている。ここで、1/4円形に構成されているとい
うことは、磁気感応部分である磁気抵抗効果材料がつづ
ら折り状に配列構成した結果のものが全体として1/4
円形状であるということを意味する。4個の磁気抵抗効
果素子10ないし13は、1/4円形の2個の回転磁界
21および回転磁界22の回転中心Aに関して、磁気抵
抗効果素子10と磁気抵抗効果素子13とが点対称に配
置されると共に、磁気抵抗効果素子11と磁気抵抗効果
素子12が点対称に配置されている。1/4円形の2個
の回転磁界21および回転磁界22は磁気抵抗効果素子
10ないし13に対向配置され、回転磁界21および回
転磁界22は、回転中心Aに関して点対称に配置されて
いる。そして、この回転磁界21および回転磁界22は
磁気抵抗効果素子10ないし13に対して互いに極性を
異にしている。
【0013】磁気抵抗効果素子10の一方の端部は端子
31に接続すると共に磁気抵抗効果素子11の一方の端
部は端子33に接続する一方、これらの素子の他方の端
部は互いに電気的に結合して共通端子32に接続してい
る。ここで、端子33は接地され、そして磁気抵抗効果
素子10の一方の端部に接続する端子31と端子33と
の間に入力電圧が印加される。共通端子32と接地され
た端子33との間に出力電圧が得られる。
【0014】磁気抵抗効果素子12の一方の端部は端子
36に接続すると共に磁気抵抗効果素子13の一方の端
部は端子34に接続する一方、これらの素子の他方の端
部は互いに電気的に結合して共通端子35に接続してい
る。ここで、端子36は接地され、そして磁気抵抗効果
素子13の一方の端部に接続する端子34と端子36と
の間に入力電圧が印加される。共通端子35と接地され
た端子36との間に出力電圧が得られる。
【0015】図2は磁気的角度センサの断面を示す。5
1は軸受けであり、52により示される非磁性回転軸を
保持している。23および24は磁極を軸方向に配列し
た永久磁石であり、極性は図示される通り互に逆極性と
される。永久磁石23および永久磁石24の磁極の内の
磁気抵抗効果素子に対向する磁極の形状は上述の如く1
/4円形とするか、或はその他の形状例えば扇形、矩形
とすることができる。551 は磁性ヨークであり、回転
軸52の先端に固定されている。そして、永久磁石23
および永久磁石24の磁極の内の磁気抵抗効果素子に対
向しない磁極は磁性体ヨーク551 により相互に連結さ
れている。永久磁石23および永久磁石24は一定の間
隙を介して磁気抵抗効果素子1に対向して配置されてい
る。53はハウジングであり、軸受51が構成される蓋
体に固定される。54はハウジング53内底面に固定さ
れる基板である。この基板54には磁気抵抗効果素子1
が取り付けられている。磁気抵抗効果素子1の裏面には
磁性体ヨーク552 が嵌入、固定されている。結局永久
磁石23および永久磁石24、磁性体ヨーク551およ
び磁性体ヨーク552 の4者により閉磁気回路を構成し
ている。56は基板54およびハウジング53を貫通し
て導出される端子である。57は磁気的角度センサの磁
性体ケースである。58は磁性体ケースに嵌合する端子
板である。磁気抵抗効果素子1は基板54を介して端子
56に接続される。これらの全体を磁性体ケース57に
収納し、端子56は端子板58を介して磁性体ケース外
部に導出される。
【0016】上述の通りの磁気的角度センサにおいて、
磁気抵抗効果素子10および磁気抵抗効果素子11上の
磁界21および磁界22が回転しても、磁気抵抗効果素
子10および磁気抵抗効果素子11より成る直列接続回
路を貫通する磁界は変化しない。磁気抵抗効果素子12
および磁気抵抗効果素子13より成る直列接続回路を貫
通する磁界も同様に変化しない。従って、磁気抵抗効果
素子10および磁気抵抗効果素子11より成る直列接続
回路の直列抵抗値、磁気抵抗効果素子12および磁気抵
抗効果素子13による直列接続回路の直列抵抗値は共
に、変化せずに一定である。
【0017】ところで、磁気抵抗効果素子10および磁
気抵抗効果素子11について、入力端である端子31と
端子33との間に例えば5〜12ボルト程度の直流電圧
を印加した状態において、非磁性回転軸磁界52を回転
することにより磁界21および磁界22を回転せしめる
と、磁気抵抗効果素子11を貫通する磁界はサイン関数
の様な非直線性の変化を示すところから、磁気抵抗効果
素子11の電気抵抗は磁気抵抗効果に起因して同様にサ
イン関数の様な非直線性の変化を示し、その結果、出力
端である共通端子32と端子33との間にはサイン関数
の様な非直線性の出力電圧が得られる。磁気抵抗効果素
子10および磁気抵抗効果素子11についても同様であ
る。
【0018】出力端に現われるこの様なサイン関数の様
な非直線性の出力電圧を監視することにより非磁性回転
軸52の回転変位を検出することができる。
【0019】
【発明の効果】以上の通りであって、上述の如くして得
られる出力について、例えば磁気抵抗効果素子10およ
び磁気抵抗効果素子11による直列接続回路の出力を主
出力とし、磁気抵抗効果素子12および磁気抵抗効果素
子13による直列接続回路の出力を副出力としておくこ
とにより、主出力に何らかの要因により障害が生じて
も、副出力は保持されているところから、電気的出力は
まがりなりにも確保され、急場を凌ぐことができるの
で、センサの信頼性を向上させるものということができ
るである。
【0020】そして、磁気回路を閉磁気回路とすること
により磁束密度を向上して磁気抵抗効果素子の小型化を
容易とすることができる。また、磁気抵抗効果素子面の
形状は1/4円形とすると共に、回転磁界の断面形状を
1/4円形を点対称とした形状とすることにより、磁気
的角度センサの設計製造を容易にしている。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の実施例を説明する図。
【図2】磁気的角度センサの断面を示す図。
【図3】磁気的角度センサの従来例を説明する図。
【図4】磁気抵抗効果素子の側断面を示す図。
【符号の説明】
10、11、12、13 磁気抵抗効果素子 21、22 回転磁界 23、24 永久磁石 52 回転軸 551 、552 磁性体ヨーク

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 磁気抵抗効果材料をつづら折り状に平面
    状に配列構成した第1、第2、第3および第4の磁気抵
    抗効果素子を具備し、 第1の磁気抵抗効果素子と第2の磁気抵抗効果素子とを
    直列に接続した第1の直列接続回路を構成すると共に、
    第3の磁気抵抗効果素子と第4の磁気抵抗効果素子とを
    直列に接続した第2の直列接続回路を構成し、 第1の直列接続回路と第2の直列接続回路とを互に対向
    して配置し、 磁気抵抗効果素子面に直交する回転磁界を具備し、 第1の直列接続回路を主回路とすると共に、第2の直列
    接続回路を予備回路とすることを特徴とする磁気的角度
    センサ。
  2. 【請求項2】 請求項1に記載される磁気的角度センサ
    において、回転磁界は回転軸の先端に固定した互に極性
    を異にする2個の永久磁石により形成されるものであ
    り、2個の永久磁石の磁極の内の磁気抵抗効果素子に対
    向しない磁極を磁性体ヨークにより連結すると共に、磁
    気抵抗効果素子の裏面に磁性体ヨークを固定して閉磁気
    回路を構成したことを特徴とする磁気的角度センサ。
  3. 【請求項3】 請求項1および請求項2の何れかに記載
    される磁気的角度センサにおいて、磁気抵抗効果素子面
    の形状は1/4円形であり、回転磁界の断面形状は1/
    4円形を点対称とした形状であることを特徴とする磁気
    的角度センサ。
JP33147593A 1993-12-27 1993-12-27 磁気的角度センサ Pending JPH07190803A (ja)

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