JPS59577Y2 - 角度変位変換器 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 本考案は、磁電変換素子を用いた角度変位変換器に関す
るものであって、詳しくは、磁界中に配置された磁電変
換素子を用いてブリッジ回路を構成した角度変位変換器
において、出力信号における変位角度に対する非直線性
を改善したものである。

第１図は、従来のこの種の角度変位変換器の一例を示す
回路図であって、ＲＡ、ＲＢは磁電変換素子Ｍを構成す
る磁気抵抗素子、Ｒｏ、ＲＤは抵抗、Ｅｌは電源、ＯＵ
Ｔは出力端子である。

磁気抵抗素子ＲＡ、ＲＢはガラス・コーティングしたセ
ラミック基板やガラス基板等の表面にニッケルコバルト
のような磁気抵抗効果を有する強磁性体が互いに直角な
方向にジグザグ状に被着形成されたものであって、その
一例を第２図に示す。

第２図において、基板１の表面には強磁性体２，３が所
定の形状に被着形成されている。

これら強磁性体２，３は直列接続されていて、その接続
点には出力端子４が設けられ、その両端には電流端子５
，６が設けられている。

このように構成された磁電変換素子Ｍは、磁界Ｈ中に磁
界に対して相対的に回転可能な状態で配置されている。

再び第１図において、磁気抵抗素子ＲＡ、ＲＢの両端に
は抵抗Ｒ６，ＲＤの直列回路および電源Ｅ１が並列に接
続されていて、ブリッジ回路が形成されている。

このような構成において、磁気抵抗素子ＲＡ。ＲＢの配
置された磁界Ｈの方向が変化すると、出力端子ＯＵＴに
は第３図に示すような正弦波形の出力信号Ｅｏが現われ
る。

第３図の出力波形において、９０°を中心とした４５°
から１３５°の間を変位角度に対応した出力信号として
用いる場合、４５°および１３５°近傍には大きな非直
線性が存在することになり、好ましくない。

このような非直線性を改善するためには、４５°から１
３５°の間の曲線を、より直線に近づけることが望まし
い。

本考案は、このような点に着目して、同一磁界中に磁界
に対して相対的に回転可能に配置された磁電変換素子を
含む２組のブリッジ回路を用い、第１のブリッジ回路を
構成する磁電変換素子と第２のブリッジ回路を構成する
磁電変換素子とが同一軸上で４５°の角度で交差するよ
うに配置し、第１のブリッジ回路の出力信号を非直線性
補償信号として第２のブリッジ回路の電源に加え、第２
のブリッジ回路の出力信号を角度変位変換信号として取
り出すように構成することにより非直線性の改善を図っ
たものであって、以下、図面を用いて詳細に説明する。

第４図は、本考案の原理を説明するための波形図であっ
て、Ａは第３図と同様な正弦波の出力波形であり、Ｂは
Ａよりも４５°位相が進んだ余弦波が重畳されたブリッ
ジ電源波形を示している。

ここで、正弦波Ａを出力するブリッジ回路の電源として
余弦波Ｂが重畳された電源を用いるとすると、ブリッジ
回路の出力信号波形は正弦波Ａと余弦波Ｂとが乗算され
たものとなり、出力信号の４５°から１３５°の間の曲
線はより直線に近くなる。

そこで、本考案では、同一磁界中に配置された磁電変換
素子を含む２組のブリッジ回路を用い、第１のブリッジ
回路を構成する磁電変換素子と第２のブリッジ回路を構
成する磁電変換素子とが同一軸上で４５°の角度で交差
するように配置し、第１のブリッジ回路の出力信号を非
直線性補償信号として第２のブリッジ回路の電源に加え
、第２のブリッジ回路の出力信号を角度変位変換信号と
して取り出すように構成している。

第５図は、本考案の一実施例を示す回路図であって、第
１図と同等部分には同一符号を付している。

第５図において、Ａ１．Ａ２は演算増幅器、Ｍ′は磁気
抵抗素子ＲＡ′−ＲＢ′で構成されたＭと同様な磁電変
換素子、Ｒｏ′、ＲＤｌは抵抗、Ｋ２は電源、ＯＵＴ’
は出力端子、Ｒ１−Ｒ７は抵抗である。

ここで、磁電変換素子ＭとＭ′は前述のように同一軸上
で４５°の角度で交差するように配置されている。

そして、磁電変換素子Ｍを含む第１のブリッジ回路の出
力は演算増幅器Ａ１により増幅され、この演算増幅器Ａ
１の出力は電源Ｅ２とともに演算増幅器Ａ２により加算
されて磁電変換素子Ｍ１を含む第２のブリッジ回路に電
源として加えられる。

このように構成することにより、演算増幅器Ａ２の出力
端子には第３図の出力波形よりも位相４５゜進みかつレ
ベルシフトされた信号が現われる。

これらの関係を式で示すと次のようになる。

まず、演算増幅器Ａ１の出力信号をＥＬとすると、ＥＬ
＝−に２ ・Ｋ１ ・Ｅｌ ・ｃｏｓ ２θ（１）
となる。

ここで、Ｋ１は磁電変換素子Ｍ固有の定数、Ｋ２はに２
＝ Ｒｓ ／Ｒ４＝ Ｒ？ ／Ｒ６で表わされる演算
増幅器Ａ１のゲインである。

次に、演算増幅器Ａ２の出力信号をＥＬ′とすると、 ＥＬ’／Ｒ３−（Ｅ２／Ｒ２）＋（ＥＬ／Ｒ１）（２）
となり、Ｒ１＝Ｒ２＝Ｒ３とすると、 Ｅｔ、 ’−Ｅ２−ＥＬ （３
）となる。

一方、磁電変換素子Ｍ１を含む第２のブリッジ回路の出
力信号をＥ。

ｕｔとすると、Ｅｏｕｔ＝に３・Ｅ、′・５ｉｎ２θ′
（４）となる。

ここで、Ｋ３は磁電変換素子Ｍ′固有の定数である。

この第（４）式に第（１）、 （３）式を代入すると、
ＥＯ−１−に３（Ｅ２＋に２・Ｋｌ−Ｅｌ・ｃｏｓ２θ
）・ｓｉｎ ２θ （Ｋ３・Ｅ２＋に３・Ｋ２・Ｋ１・Ｅｌ・ｃｏｓ２（５
）の・５ｉｎ２θ となる。

第５式において、Ｋ３・（Ｋ２）＝α１．に３・Ｋ２・
Ｋ１＝α２ とすると、第（５）式は、 Ｅｏｕｔ＝（α１＋α２・ｃｏｓ２の一ｓｉｎ ２ Ｂ
（６）となり、右辺の（α１＋α２・ｃｏｓ ２の、
つまり、α１とα２の比が直線性改善に大きく関与する
ことになる。

角度θが４５°〜１３５°の範囲で良い直線性を得る条
件を計算機で求めた結果、α２／α１＃０．４４という
値が得られた。

なお、この計算にあたっては、第（６）式におけるα１
を１としてα２をＯ〜１の範囲で０．０１ステツプで変
化させてα２の各ステップにおける角度θが４５°〜１
３５°の範囲の曲線を求め、各曲線と各曲線の最大値と
最小値とを結ぶ直線との偏差を求めるようにした。

前述の条件α２／α１ξ０．４４従えば、角度４５°〜
１３５°の範囲で約±１．２％の直線性が得られること
になる。

これに対し、従来相当の第３図の波形の場合には、α２
が零であるために、角度４５°〜１３５°の範囲内にお
ける直線性は約±１０６５％となる。

なお、上記説明では、角度θを４５°〜１３５°の範囲
としたが、より良い直線性を得るためには９０°を中心
とする角度θの範囲を小さくしてα１とα２を最適の値
に選べばよい なお、本実施例では、磁電変換素子として２個の磁気抵
抗素子が直交するように配置されたものを用いる例につ
いて説明したが、これに限るものではなく、その他の磁
電変換素子、たとえばホール効果素子を用いた場合でも
同様の効果が得られる。

以上説明したように、本考案によれば、直線性の優れた
角度変位変換器が実現でき、サーボ系の帰還要素等に好
適である。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の角度変位変換器の一例を示す回路図、第
２図は第１図における磁電変換素子の一例を示す構成国
、第３図は第１図の出力波形例図、第４図は本考案の原
理を説明するための波形図、第５図は本考案の一実施例
を示す回路図である。 Ｍ、 Ｍ’・・・磁電変換素子、ＲＡ、ＲＡ′、ＲＢ、
ＲＢ′・・・磁気抵抗素子、ＲＣＩ ＲＣ′、ＲＤ 、
ＲＤ１９ Ｒ１＋ Ｒ２＋Ｒ３・・・抵抗、Ｅｌ、Ｒ２
・・・電源、Ａ１．Ａ２・・・演算増幅器、１・・・基
板、２，３・・・強磁性体、４・・・出力端子、５゜６
・・・電源端子。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 同一磁界中に磁界に対して相対的に回転可能に配置され
   た磁電変換素子を含む２組のブリッジ回路よりなり、第
   １のブリッジ回路を構成する磁電変換素子と第２のブリ
   ッジ回路を構成する磁電変換素子とが同一軸上で４５°
   の角度で交差するように配置され、第１のブリッジ回路
   の出力信号が第２のブリッジ回路の電源に加えられ、第
   ２のブリッジ回路の出力信号が角度変位変換信号として
   取り出されることを特徴とする角度変位変換器。