JPS6032996B2 - 磁気抵抗装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、印加磁界の方向変化に応じて抵抗値が変化す
る金属薄膜磁気抵抗素子を用いた金属抵抗装置に関し、
特にブラシレス直流モータの回転位置検出器として好適
な磁気抵抗装置に関する。

先ず本発明の説明に先立って、本発明に使用される金属
薄膜磁気抵抗素子について説明する。この金属薄膜磁気
抵抗素子は本出願人の開発になり、強磁性金属磁気抵抗
素子の一種であって、特顔昭４８−７９６５５号に詳し
く述べられているが、以下に簡単にその動作原理、構造
等について記す。すなわち、一般の強磁性金属にあって
は、電流方向と印加磁界の方向（正しくは強磁性金属の
磁化方向）とが平行になったときに抵抗値が最大となり
、直交したときが最小となる。これを一般式で表わすと
、ｐ（ａ）＝ｐ」ｓｉ〆０十ｐクｃｏｓ２８ ……
■ここで、８：電流と飽和磁化のなす角度ｐ↓：電流と
飽和磁化とが直交したときの比抵抗ｐ〃：電流と飽和磁
化とが平行のときの比抵抗のようになり、これはＶｉｏ
ｇ−Ｔｈｏｍｓｏｎの式として一般に知られている。

このような磁気抵抗効果をもつ２個の抵抗体ＩＡ，ＩＢ
を、第１図に示すように互いに直交させて配置し、これ
らを中点ｂで直列に鯖線して電流端子ａ，ｃに電流を流
す。このように構成した三端子素子２に、磁化を飽和さ
せるに十分な磁界が上記抵抗体ＩＡ，ＩＢの形成面上に
加わった場合には、印加磁界が上記抵抗体ＩＡとなす角
度をひとするとき、各抵抗体ＩＡ，ＩＢの比抵抗ｐＡ（
８），ｐＢ（０）は、ｐＡ（８）＝ｐ↓ｓｉ〆８十ｐ〃
ｃｏｓ２８ ……■ｐＢ（８）＝ｐ↓ｃｏｓ２８十ｐ
〃ｓｉｎ２８ ……■と表わせる。また、この素子２
に電流を供給する電源３の電圧（バイアス電圧）をＶｏ
とすれば、端子ｂ−ｃ間の電圧Ｖ（８）は、Ｖ（８）＝
ｐＡ（夕）亭もＢく。

）‐Ｖ。 ……■となる。この■式に■，■式を代入し
、ｐク−ｐ↓＝△ｐとして整理すると、ｖ（８）＝守赤
磐Ｓ器・ｖ。

・・・・・・■となり、この■式の第２項が印加磁界の
方向検出として利用できる。次に上記■，■式の和をと
ると、ｐＡ（８）十ｐＢ（８） ＝ｐ」Ｇｉｎ２６十ｃｏｓ２８）十ｐク（ｓ肘８十ｃｏ
ｓ２０）＝ｐ↓＋ｐク ……■ となり、全抵抗は印加磁界の角度ａ‘こ依存しない量と
なる。

したがって、このような三端子素子２の等価回路は、第
２図に示すような可変抵抗器４となり、磁界の方向変化
に応じてこの可変抵抗器４の可変端子ｂが移動し、分電
圧出力が変化すると考えてよい。第３図は、現実の三端
子型金属薄膜磁気抵抗素子５のパターン例を示すもので
、強磁性金属薄膜を折線状に形成した２個の抵抗体６Ａ
，６８がそれぞれ上言己第１図の各抵抗体ＩＡ，ＩＢに
対応する。

このようなパターンにより、各抵抗体６Ａ，６Ｂの電流
方向成分を長くし、かつ高インピーダンス化するととも
に素子全体を小型化することができる。なお、強磁性金
属材料としては、たとえば７鮒ｉ−２４Ｃｏの組成の合
金等が使用できる。ところで、このような金属薄膜磁気
抵抗素子を、たとえばブラシレス直流モータの回転子の
回転位置検出用として用いる場合には、検出信号は互い
に逆相の２個の信号を必要とすることが多い。上記三端
子型の金属薄膜磁気抵抗素子５では、得られる検出信号
が単一であることより、反転回路等を付加することによ
って逆相の信号を得るような構成としなければならず、
回路構成が複雑化する。このため、次に述べるような四
端子型の金属薄膜磁気抵抗素子を用いて、互いに逆相の
出力信号を得ることも従来より行なわれている。すなわ
ち第４図は、四端子型の金属薄膜磁気抵抗素子７のパタ
ーン例を示しており、この場合には４個の抵抗体８Ａ，
８Ｂ，８Ｃ，８Ｄを、それぞれ２個づっの電流方向が直
角となるように密集して配置している。これら各抵抗体
８Ａ，８Ｂ，８Ｃ，８Ｄの接続部から導き出された端子
ａ，ｂ，ｃ，ｄのうち、端子ａ，ｃを電流端子とし、残
りの端子ｂ，ｄを電圧端子（あるいは分圧出力端子）と
するときの等価回路は第５図のようになる。この第５図
で、２個の可変抵抗器９，９′の可変端子である分圧出
力端子ｂ，ｄは、それぞれ逆方向に変化するものであり
、印加磁界の方向変化により生ずるそれぞれの端子ｂ，
ｄからの出力は互いに逆方向に変化する信号となる。モ
ー夕の回転位置検出信号のように周期的信号の場合には
、互いに逆相の信号が得られるわけである。しかしなが
ら、このような四端子型の金属薄膜磁気抵抗素子７では
、４個の抵抗体８Ａ，８Ｂ，８Ｃ，８０を用いることに
より、三端子型の金属薄膜磁気抵抗素子５に対して２倍
の強磁性金属材料を要し高価であるとともに、抵抗体の
占有面積が広いため素子自体も大きくなり、また各抵抗
体８Ａ，８Ｂ，８Ｃ，８Ｄへの印加磁界の均一性を保つ
ことも三端子型金属薄膜磁気抵抗素子５に比べ困難であ
る。他方、三端子型の金属薄膜磁気抵抗素子５を用いる
場合には、前述のように反転回路が必要となり、回路が
複雑になるとともに、この反転回路ではトランジスタ等
の能動素子を要し高価となる。本発明はこのような実情
に鑑みてなされたものであり、三端子型金属薄膜磁気抵
抗素子を用いて、しかも極めて簡単な構成で、２個の互
いに逆相の、あるいは変化の向きが互いに逆となるよう
な信号を得られる磁気抵抗装置の提供を目的とする。

以下、本発明係る好ましい実施例について第６図を参照
しながら説明する。

この第６図において、上記三端子型の金属薄膜磁気抵抗
素子５は、印加磁界の方向変化に応じて各抵抗体６Ａ，
６Ｂの抵抗値が変化するものであり、通常の使用形態で
は、２個の電流端子ａ，ｃ間に一定方向に電流を流して
おき、電圧端子ｂから印加磁界の方向に応じた出力分電
圧信号をとり出していることは前述したとおりである。

本発明に係る実施例では、このような三機子型金属薄膜
磁気抵抗素子５の電圧端子ｂを接地し、一方の電流端子
ａは抵抗１１を介して電源端子ｄに、他方の電流端子ｃ
は抵抗１２を介して上記電源端子ｄにそれぞれ接続して
磁気抵抗装置１０を構成している。この場合の等価回路
は第７図に示すように表わせ、上記金属薄膜磁気抵抗素
子５に対応する可変抵抗器１３については、印加磁界の
方向に応じて接地された可変端子ｂの位置が変化するこ
とになる。したがって、各端子ａ，ｃの出力電圧は印加
磁界の方向変化に応じて変化するとともに、電圧の変化
する向きは互いに逆となる。以上のような構成を有する
磁気抵抗装置１０によれば、２個の互いに逆向きに変化
する出力が得られるのみならず、従来の四端子型金属薄
膜磁気抵抗素子７（第５図参照）を用いる場合に比べ、
金属薄膜磁気抵抗素子の抵抗体の占有面積を狭くできる
ため、印加される磁界の分布が一様となり、２個の出力
端子から得られる出力のバランスがとりやすく、精度も
向上する。また、金属薄膜磁気抵抗素子も、構造簡単で
安価な三端子型のものでよいため、小型化、低価格化に
貢献し得ることになる。もちろん、トランジスタ等の能
動素子を有する反転回路の必要がなくなることは言うま
でもない。次に、このような磁気抵抗装置をブラシレス
直流モータの回転位置検出に用いた具体例について第８
図ないし第１０図を参照しながら説明する。

第８図および第９図は、モータの回転子とともに回転す
る円板磁石１４を示している。この円板磁石１４の被検
出面のほぼ全面が第１の極性（たとえばＮ極）に着磁さ
れ、外周に沿う部分の所定角度範囲が第２の極性（たと
えば１８００でＳ極）に着磁されている。この円板磁石
１４の被検出面上方の位置Ｘでは、Ｎ極からＳ極に向う
磁界の方向は水平方向となり、これに対して位置Ｙでは
磁界の方向は垂直方向となる。これらの位置Ｘ，Ｙは回
転中心Ｒから等距離で互いに１８０ｏの角度をもって配
置されているから、円板磁石１４が１８０ｏ回転すれば
、磁界の方向は位置Ｘで垂直方向、位置Ｙで水平方向と
なる。したがって、このような位置×，Ｙに上記金属薄
膜磁気抵抗素子５を配置すれば、円板磁石１４の回転に
ともない磁界の方向が水平から垂直方向に変化し、回転
子の回転位置検出が行ない得る。第１０図は固定子コイ
ル１５，１６への通電制御回路の一例を示し、上記の磁
気抵抗装置１０の金属薄膜磁気抵抗素子５に印加される
磁界の方向変化に応じて、２個の出力端子ａ，ｃからは
それぞれ互いに逆相の出力が得られる。

出力端子ａは抵抗１７を介し出力トランジスタ１８のベ
ースに、出力端子ｃは抵抗１９を介し出力トランジスタ
２０のべ−スにそれぞれ接続されており、また上記トラ
ンジスタ１８，２０のコネクタはそれぞれ固定子コイル
１５，１６に接続されている。なお、この第１０図は１
相分のみを示しており、たとえば３相モ−夕の場合には
第１０図のような制御回路が３個必要となることは勿論
である。これら第８図ないし第１０図の構成により、モ
ータの回転子の回転にともなって円板磁石１４が回転す
ると、金属薄膜磁気抵抗素子５にＥＯ加される磁界の方
向が水平あるいは垂直と変化するため、各出力端子ａ，
ｃから得られる信号は上記回転子の回転に同期し、かつ
互いに逆相の信号が得られる。この２個の逆相信号によ
り、各固定子コイル１５，１６への通電が制御される。
以上の説明から明らかなように、本発明に係る磁気抵抗
装置１０は、２個の電流端子ａ，ｃ間に一定方向の電流
を流しておき、１個の電圧端子ｂから出力信号をとり出
すような三端子型の金属薄膜磁気抵抗素子５を用い、こ
の金属薄膜磁気抵抗素子５の電圧端子ｂを接地し、上記
２個の電流端子ａ，ｃはそれぞれ抵抗１１，１２を介し
て電流端子ｄに接続して構成され、上記２個の電流端子
ａ，ｃからそれぞれ互いに逆向きに変化する出力信号を
得ることを特徴としている。

したがって、四端子型に比べて小型かつ安価な三端子型
金属薄膜磁気抵抗素子を用いて、しかも反転回路等を必
要とせずに、互いに逆向さに変化する２個の信号を出力
する磁気抵抗装置が提供できる。

また、三端子型金属薄膜磁気抵抗素子の抵抗体の占有面
積は四端子型のものに比べて狭いため、印加される磁界
が均一に保て、出力信号のバランスや検出精度等が向上
する。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第５図は金属薄膜磁気抵抗素子を説明する
ための図で、第１図は原理図、第２図は第１図の等価回
路図、第３図は第１図の具体的パターンを示す平面図、
第４図は四端子型のＳＤＭ旧の具体的パターンを示す平
面図、第５図は第４図の等価回路図、第６図および第７
図は本発明の実施例を示し、第６図は概略平面図、第７
図は等価回路図、第８図ないし第１０図は上記実施例の
具体的適用例を示し、第８図は回転する円板磁石１４の
平面図、第９図はこの円板磁石１４の断面図、第１０図
は回路構成の一例を示す回路図である。 ５・・・・・・三端子型金属薄膜磁気抵抗素子、１０・
・・・・・磁気抵抗装置、１１，１２・・・・・・抵抗
、ａ，ｃ・・・・・・電流端子、ｂ・・・・・・電圧端
子。 第１図第２図 第３図 第４図 第５図 第６図 第７図 第８図 第９図 第１０図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ ２個の電流端子間に一定方向の電流を流し、１個の
   電圧端子から出力信号をとり出すような三端子型の金属
   薄膜磁気抵抗素子を用い、この三端子型金属薄膜磁気抵
   抗素子の上記電圧端子を接地し、電源からそれぞれ抵抗
   を介して上記２個の電流端子に接続し、これら２個の電
   流端子から互いに逆向きに変化する出力信号を得るよう
   にしたことを特徴とする磁気抵抗装置。