JPS59133420A - 磁場検出用素子 - 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】 イ、産業上の利用分野 この発明は回転磁場の回転方向と回転数の検出装置に用
いられる強磁性体磁気抵抗効果素子を用いた磁場検出用
素子に関する。

口、従来技術 異方性のある強磁性磁気抵抗効果素子を用いた磁場検出
用素子として、磁界方向検出に好適□　なものが特公昭
５フ一５０６７号で公知である。

この磁場検出用素子（１）はｌ！／図のようにジグザグ
状の電流通路を有する二つの強磁性磁気抵抗効果素子（
Ａ）とω）が７枚の基板上に膜として形成されて互に直
列に接続され、前記両電流通路の主電流通路（Ａ）と（
Ｂ）が夫々互いにほぼ直交する如く配置され、両磁気抵
抗効果素子（Ａ）、（Ｂ）の接続点に出力端子（４）を
設け、両磁気抵抗効果素子の他端側に電流供給端子（２
）と（３）を夫々設け、前記基板の面にほぼ平行な磁場
成分の方向の変化に応じて両磁気抵抗効果素子の夫々の
抵抗値が変化し、この変化に伴なう前記出力端子の電圧
の変化を検出するように構成された磁電変換素子であっ
て、第２図に示すように抵抗（５）、（６）と共にブリ
ッジ回路に接続されて電流供給端子（２）、（３）の間
に直流電圧を印加して利用される。　そして前記磁場成
分の回転角に応じて、出力端子（４）に前記磁場成分の
／回転（３乙Ｏ）を−周期する第３図のような正弦波状
の出力電圧変化を生じる。　（７）は演算増幅器（ＯＰ
アンプ）で、出力端子（４）の出力である正弦波信号を
増幅φ整形し矩形波にする。

前記磁場成分の回転数を検出するには演算増幅器（７）
の出力パルスを計数すれば良い。

回転方向の検出をするには、第５図に示すように互にそ
の主電流通路が直角に配置されかつ直列に接続された磁
気抵抗効果素子（Ｃ）とｐ）を前記磁気抵抗効果素子（
Ａ）、（Ｂ）とび５角度をずらして配置し、第６図のよ
うに抵抗（９）、ＯＱと共にブリッジ回路を構成し、そ
の出力信号を演算増幅器αυで増幅・整形して矩形波に
すると、この矩形波出力が演算増幅器（７）の矩形波出
力とｌＩ５位相（角度）がずれることを利用して行なう
ことができる。　具体的には演算増幅器（７）とαυの
出力端子に磁場の回転方向を判別する検出回路を接続し
て回転方向の検出を行なうことが可能であり、このよう
な検出回路は特開昭５４−１４８５７８号公報で公知の
回路を用いることができる。

ハ０発明の目的 磁石の回転方向と回転数を検出する磁場検出用素子は一
般に強い磁界が存在する範囲が狭く限られているため、
その面積を小さくする必要があるが、磁気抵抗効果を生
じるためには、主電流通路の巾を一定以上にする必要が
あり、この巾を小さくして前記面積を小さくする素子を
小形化するには限度がある。

磁場の回転方向と回転数を検出する磁場検出用素子とし
て第５図のような従来の素子では四つの磁気抵抗効果素
子（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ１（Ｄ）を用いるため磁気抵抗
効果素子一つの面積は素子全体の＼に限定される。　従
って、素子全体の面積を一定の大きさに定めると磁気抵
抗効果素子一つの面積は前記一定の面積の火に限定され
、−素千当りの抵抗値も前記理由も含めて一定値以下に
限定される。　又、素子全体の電気抵抗は素子（Ａ）と
（Ｂ）、（Ｃ）　ト（Ｄ）　カＩ　列ｆ、（Ａ）、（Ｂ
）　ト（Ｃ）、（Ｄ）　−ＩＣＥ　並列接続すれている
ために一素子当りの抵抗と同じ敏となり、回転方向を検
出する第５図の検出素子は、回転方向の検出を必要とし
ない第７図の検出素子（１）に比して一素千当りの面積
を同じとすると２倍の消費電流を消費する欠点があった
◇この発明は上記にかんがみ、回転方向の検出装置に使
用でき、しかも検出素子全体の電気抵抗値が大きく消費
電流が少ない新規な磁場検出用素子を提案するのが目的
である〇 二０発明の構成と実施例 上記目的を達成するために、この発明の磁場検出用素子
は、第７図の実施例に示すように、７枚の基板上に設け
られた電気抵抗値がほぼ等しい第１、第２及び第３の強
磁性体磁気抵抗効果素子（Ａ）、（礼（Ｃ）が互に直列
に接続されており、これらの磁気抵抗効果素子の電流通
路すなわち第１、第２及び第３の電流通路が夫々はぼジ
グザグ状に延びており、前記第１及び第２の電流通路の
主電流通路φ）と（Ｂ）とが夫々互いにほぼ７２の角度
をなし、第２及び第３の電流通路の主電流通路ＣＢ）と
（Ｃ）とが夫々互いにほぼ７２の角度をなして配置され
、前記第１と第２の磁気抵抗効果素子（〜と０との接続
点に第１の出力端子（２）が設けられ、前記第２と第３
の磁気抵抗効果素子ＣＢ）と（Ｃ）との接続点に第２の
出力端子（２）が設けら　　　　：れ、前記直列に接続
された第１、第２及び第３の磁気抵抗効果素子の両端に
は電流供給端子（２）。

（３）が夫々設けられ、前記基板の面にほぼ平行な磁場
成分の回転に伴ない前記ｔＪ／及び第コの出力端子に生
じる電圧の変化を検出するように構成されている。

第３図は夫々の主電流通路■、（Ｂ）及び（ｑが互にな
す角度を説明する図であるが、夫々になす角一般に、強
磁性体磁気抵抗素子の電気抵抗ρ（θ）は電流と磁化方
向が平行になったとき最大で、直交したとき最小となり
、次の式（Ｖｏｉｇｔ−Ｔｈｏｍｓｏｎの式）で表わさ
れる。

ρ（θ）＝ρ工山θ＋ρ０、ＱＯ８θ　−−−−−−−
（１）なお、ρは電流と磁化方向のなす角度、ρ　は土 θ＝りＯｏのときの抵抗値、ρ０、はθ＝Ｏのときの抵
抗値である。　又、Ｐｕ〉Ｐ□の関係があるのでＰ工、
−ρエゴ△Ｐとすると、（１）式は変形して△ρ Ｐ（のコρｏ　＋　　２　００　Ｂ°２θ　−−−−−
−−−−−（２）とかくことができる。　なおρ。−？
（ＰＬ＋ρ１．ｌ　）／２である。

今、この発明の磁場検出用素子の解析をするため、電気
抵抗値がほぼ等しい三つの強磁性体ｉ気抵抗効果素子（
Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）のなす角を、素子Ｏ）と（Ａ）の
角をα、素子の）と（ｑの角を−αと一般化して表わす
（第７２図参照）。　素子の）の抵抗値ρＢ（のは、（
１）式から（２）式を導いたのと同様にして、ρＢ（の
＝　／’Ｂ、ｓｉｎ　　θ＋ρＢ１１００８　　θゴρ
。十冷ＦＱＯ８’２θ　　　　　−−−−−−−−−（
３）素子（Ａ）と（Ｃ’）は素子中）に対し角度がαと
−αだけずれているので、同様にして △ρ ρ。（θ）＝ρ。＋−，ｏｏ８２　（θ＋α）　−−−
−−−−（５）となる。　なお である。

従って、素子（Ａ）、（Ｂ）及び（Ｃ１を直列接続した
抵抗値Ｒは Ｒ＝　ρＡ、（の＋ρＢ（０）＋ρ０（θ）△ρ ＝３ρ０＋丁（１−１−２ｃｏｓ　２α）ｏｏｓ２θ−
−−−（６）となる。　故に電流供給端子（２）と（３
）に直流電圧ＶＤをかけると、第１の出力端子四の電圧
Ｖｌ（のは となる。　又第２の出力端子（至）の電圧Ｖ２（のはと
なる。　今α＝７２　とすると、Ｖｌ（の、■２（の　
けとなる。△ρは通常らの２〜夕襲程度であるので、（
８）式より電圧ｖ１（ｖ）は−Ｖｏを中心として上下に
増減する正弦波状の電圧に、又（９）式よりＶＢ（θ）
は−Ｖｏを中心として上下に増減する正弦波状の電圧に
なることがわかる。　中心からのそれぞれの変化量へＶ
１（θ）とΔＶｇ（のは△ｖ１（の＝　Ｖｌ（θ）　−
−Ｖ。

△Ｖ２（の＝ｖ２（の−−Ｖ　。

となる。

この発明では、△ｖ１（のがＯになるときのθの値と、
△Ｖ２（のがＯになるときのθの値とは位相がほぼｌり
ずれていることが必要である。　これを一般的に求める
には、（ｃｉ）、（ｙｔ式から次の連立方程式を解けば
よい（−π≦コα、２θ≦π）。

計数の手順を省略し、結論を示すと、解としてａＡ／±
７／、５７−？±７２ となり、α＝±７２でＶｌ（のとＶｇ（θ）との位相差
がｌＩ？となることがわかった。

素子同志の角度αが７２（厳密には７／、５７°）から
外れると電圧Ｖｌ（θ）とＶＢ（のとの位相差がｌＩり
から外れるようになる。　αと位相差との関係を計算す
ると、下表のよう、になり、 角一度αがｔり０〜７１０の範囲でｖｌのとＶｐ（のの
位相差がほぼｌＩＯ〜りＯの範囲に収まる。

従って、第７図と第に図に示すように、強磁性体抵抗効
果素子（Ａ）、［株］（ｑを７２ずつずらして配置し、
それ等の直列接続の両端（２）と（３）に直流電圧ｖＯ
をかけると、角度θの変化に対する出力端子ＣＡ４と（
至）の出力信号は第７図のようになり、夫々互にｑ５°
位相のずれた正弦波状の電圧変動となる◇ そのため、第７図の素子（１）を第１Ｏ図のように抵抗
Ｑ４〜ａηと演算増幅器（ト）、Ｑｌに接続して、素子
（１）の二つの出力端子（２）調に表われる出力電圧変
動分を増幅・整形すると、演算増幅器（至）、０すの出
力端翰とφηに夫々得られる第１の出力と第２の出力は
、第１／図に示すように夫々互にほぼｌＩ５°の位相ず
れを有する矩形波となる。　この両矩形波信号を前記特
開昭５４−１４８５７８号公報で公知の検出回路に入力
して磁場の回転方向の判別を行なうことができる。　又
、回転数も従来と同様に出力パルスを計数して行なうこ
とができる。

ホ８発明の効果 この発明では、三つの磁気抵抗効果素子（Ａ）、（Ｂ）
。

Ｇ）が直列に接続されるため、素子全体の（つまり磁場
検出用素子）電気抵抗は磁気抵抗効果素子一つ当りの抵
抗値の３倍となる。　しかも磁場検出用素子（１）の面
積を従来の第５図のものと同じにすれば、磁気抵抗効果
素子一つ当りの面積が従来の第５図のものに比し、この
発明のものでは４倍にできるため、主電流通路の巾を従
来のものと同じに定めればその長さがほぼ３倍となり、
磁気抵抗効果素子一つ当りの抵抗は従来品の４倍となる
。　従って磁場検出用素子（１）としての電気抵抗を従
来品（第Ｓ図）のｔ倍にでき、それだけ消費電流を低減
できる効果がある。　なお、第Ｓ図の四つの素子（Ａ）
、（均、（Ｃ）及び０の配置を第７３図のように変え、
四つの素子を直列に接続することで、全体の合成抵抗を
高めることが容易に考えられる。　この場合の直列抵抗
値は本願発明の場合と同じ値となるが、出力電圧Ｖｌ（
θ）とＶｚ（６）の変動分の全振幅ＷはＷ＝−・、ａｐ
−ＶＯ ４ρ となり、この発明の場合の全振幅 Ｗ　＝　Ｑ２１ｒ　−ＡＬＶ。

ρ０ の方が大きな値を得られる効果がある〇″　　Ｑ℃ さらに、第７３図のように四つの素子を直列接続したも
のではＭｌ（θ）とＶｇ（のの中心値がそれぞれ−Ｖｏ
　、　−Ｖｏとなるが、この発明ではｉｖＯと４　　　
　　４ Ａ　Ｖｏとなり、−ＶＯにより近い値となる０　この３
　　　　　　　　　　　　２ ことは出力電圧ｖｌ（θＬｖｓ（θ）を増減する演算増
幅器の入力可能電圧範囲が、大抵の場合においてＡ　Ｖ
ｏ附近であることを考えると、この発明の方が有利であ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の磁場検出用素子の概略を説明する図、第
２図は第１図の素子を用いた電気回路図、第３図は第２
図の素子で得られる出力電圧を説明する図、第を図は第
２図の演算増幅器（７）の出力と素子（１）の出力を比
較説明する図、第５図は従来の磁場検出用素子の他の例
を示す図、第６図は第５図の素子を用いた電気回路とそ
の出力電圧を示す図、第７図はこの発明の実施例を示す
図、第ｇ図は第７図のものの主電流通路の角度関係を説
明する図、第り図は第７図のものの出力電圧を説明する
図、第１Ｏ図は第７図の磁場検出用素子を使用した電気
回路、第１／図は第１Ｏ図の出力電圧を示す図、第７．
２図はこの発明の原理を解析するための説明図、第７３
図は第Ｓ図の従来列を変形した磁場検出用素子を示す図
である。 （１）・・・磁場検出用素子 （２）、（３）・・ゆ電流供給端子 （２）・・・第１の出力端子 ａｌ・・・第２の出方端子 （Ａ）、ω）、（Ｑ・・・強磁性体磁気抵抗素子（ｘ）
、（九ぬ・・・主電流通路 特許出願人 愛知時計電機株式会社 代理人

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 ７枚の基板上に設けられた電気抵抗値がほぼ等しい第１
   、第２及び第３の強磁性体磁気抵抗効果素子（Ａ）、（
   ロ）、（Ｃ）が互に直列に接続されており、これらの磁
   気抵抗効果素子の電流通路すなわち第１、第２及び第３
   の電流通路が夫々はぼジグザグ状に延びており、前記第
   １及び第２の電流通路の主電流通路的とｃ／Ａ）とが夫
   々互いにほぼ７２゜の角度をなし、第２及び第３の電流
   通路の主電流通路（Ｂ）とＣ）とが夫々互いにほぼ７２
   ０角度をなして配置され、前記第１と第２の磁気抵抗効
   果素子（Ａ）との）との接続点に第１の出力端子＠が設
   けられ、前記第２と第３の磁気抵抗効果素子（均と（Ｃ
   ）との接続点に第２の出力端子的が設けられ、前記直列
   に接続された第１、第２及び第３の磁気抵抗効果素子の
   両端には電流供給端子（２）。 （３）≠！夫々設けられ、前記基板の面にほぼ平行な磁
   場成分の回転に併ない前記第１及び第２の出力端子に生
   じる電圧の変化を検出するように構成された磁場検出用
   素子。