JPS61189414A - 磁束密度変化検知装置 - 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】 発明の技術分野 本発明は、検知対象の磁束密度の変化を検知し、その直
線方向の変位または回転変位を電気的な信号に変換する
ための装置に関する。

従来技術 この種の磁電素子、例えば、磁気抵抗効果素子（ＭＲ素
子）は、磁気式エンコーダーなどに組み込まれ、ロータ
の回転による磁束の変化を電気的な信号に変換し、位置
決め情報を得るために用いられる。

第１図は、その磁気式エンコーダーの概略的な構成を示
している。この変位センサー１は、平板状の基板４の表
面で２）Ｊｌ、すなわち一対のＭＲ素子２ａ、２ｂおよ
びＭＲ素子３ａ、３ｂを形成し、これらを検知対象のロ
ータ５の外周面に適当なギャップＧを形成しながら対応
させている。このロータ５は、１ピツチλでＮＳ極を交
互に形成している。これに対応し、上記ＭＲ素子２ａ、
２ｂ、３ａ、３ｂは、第２図に示すように、λ／２だけ
離れた位置で配置されており、しかも隣合うＭＲ素子２
ａ、３ａは、λ／４だけ離れている。このような配置関
係は、リニアステッピングモータにこの種の変位センサ
ーｌを組み込んだ場合においても同様である。

次に、第３図Ａは、ＭＲ素子２　ａｓ　２　ｂｓ　３　
ａ−。

３ｂの電気的な接続関係を示している。これらのＭＲ素
子２ａ、２ｂ−３ａ、３ｂは、２つの抵抗ブリッジ回路
６によって電源端子７に接続される。

そして抵抗ブリフジ回路６の中点は、それぞれ２つの差
動増幅器８によって差動的に増幅される。

このときの出力信号Ｓ３、Ｓ！は、第３図Ｂのように、
λ／４だけ位相的にずれていることになる。

この２相体号のずれは、回転方向の情報となる。

ところで、これらの４つのＭＲ素子２ａ％２ｂ。

３ａ、３ｂの配置に必要な幅は、５λ／４であるため、
基板４の幅寸法りは、５λ／４以上でなければならない
。

第４図は、この幅寸法りとギャップＧとの関係を示して
いる。基板４が平板であるとき、中央のＭＲ素子’ｌａ
、３ａは、ロータ５の磁極に対しギャップｇ１であるの
に対し、外側のＭＲ素子２ｂ。

３ｂは、それよりも大きなギャップｇ２で対応している
。この結果、一対のＭＲ素子２ａ、２ｂ。

またはＭＲ素子３ａ、３ｂの間で信号レベルの差が生じ
るため、出力信号Ｓ＋　１３ｔは、そのギャップｇ１、
ｇｔの差の影響を受けて、非対称の状態に歪むことにな
る。

発明の目的およびその解決手段 したがって、本発明の目的は、変位センサーの幅寸法を
小さくし、波形歪みの少ない出力信号を得ることである
。

そこで、本発明は、電気的に接続された一対の磁電素子
をロータなどの被検体の磁束密度の変化方向と直交する
方向に配置することにより、それらの少なくとも一対の
磁電素子の間で、ギャップの差による信号歪みを発生さ
せないようにしている。

実施例の構成 第５図および第６図は、本発明の磁束密度変化検知装置
１０をハイブリッド型のステッピングモータ１１に組み
込んだ例を示している。このステッピングモータ１１の
ステータ１２は、例えば、４つのポール１３の部分で、
励磁コイル１４を備えている。またロータ１５は、円板
状の２つの軟磁性材１６ａ、１６ｂおよび永久磁石１７
によって構成されている。この２つの軟磁性材１６ａ、
１６ｂは、永久磁石１７を挟み込んだ状態で、軸１８に
固定されている。そして、これらの軟磁性材１６ａ、１
６ｂは、外周部分で、交互に極歯１９ａ、１９ｂを形成
している。上記永久磁石１７は、軸線方向に着磁されて
いるため、上下の極歯１９ａ、１９ｂは、Ｎ極、または
Ｓ極にそれぞれ着磁されている。

そして一対のＭＲ素子２ａ、２ｂ、３ａ、３ｂは、第７
図に示すように、ロータ１２の回転による磁束密度の変
化の方向、すなわちロータ１５の接線方向に対し、直交
する方向、つまり軸線方向に配置されている。一方のＭ
Ｒ素子２ａ、２ｂと他方のＭＲ素子３ａ、３ｂとの間隔
は、λ／４ピッチとなっている。ここで、極歯１９ａ、
１９ｂは、互いに半ピツチだけずれているため、一対の
ＭＲ素子２ａ、２ｂの位相は互いにλ／２の位相差を持
つことになる。したがってこれらのＭＲ素子２ａ、２ｂ
、３ａ、３ｂは第３図に示す回路に接続されれば、その
ときの出力信号Ｓ　ａ　ｓ　Ｓ　ｂは、第８図に示すよ
うに、同様な位相差の信号波形として現れる。なおこの
実施例の基板４の内部にバイアス用の永久磁石２０が組
み込まれている。この結果、出力信号Ｓａ、Ｓｂは、そ
のバイアス８分だけ高いレベルで検出される。

他の実施例の構成および作用 次に、第９図は、一対のＭＲ素子２１％２ｂ％および他
方の一対のＭＲ素子３ａ、３ｂをλ／４だけずらし、か
つそれらの相互の間隔をλ／８の位置関係としながら、
対角線上で配置した例を示している。しかも、この実施
例では、バイアス用の永久磁石２０が組み込まれていな
い。このとき、ＭＲ素子２ａ、２ｂ、３ａ、３ｂは、磁
界の方向に関係無く、磁界強度の変化によって抵抗値を
変える。したがって、各ＭＲ素子２ａ、２ｂ、３ａ、３
ｂの出力信号Ｓ　ａ　％　Ｓ　ｂは、第１０図で示すよ
うに、全波整流波形の信号として得られる。これらの出
力信号Ｓ　ａ　ｓ　Ｓ　ｂは、作動増幅器８．９によっ
て差の信号（Ｓ　ａ−３ｂ）となるため、結果的に正弦
波の出力信号Ｓ、　、ｓｚとなる。なおこのような全波
整流波形の信号は、２倍周波数となっているため、この
２分の１の周期ごとにモータの制御を行うときに有効で
ある。

発明の変形例 上記実施例は、磁束の変化を磁気抵抗効果素子によって
検出しているが、この検出は、磁電素子であれば、例え
ばホール素子であってもよい。またＭＲ素子２ａ、２ｂ
、３ａ、３ｂは、永久磁石１７の位置を中心線として、
通常対称的に配置されるが、これらの位置関係を非対称
の状態で行えば、出力信号の波形は、意識的に異なるレ
ベルで検出することもできる。

さらに、前記実施例は、２組のＭＲ素子２ａ、２ｂ、３
ａ、３ｂを用いているが、回転方向の検出が不要なとき
には、それらのうち一方、例えば２ａ、２ｂのみでよい
。また、これらのＭＲ素子２ａ、２ｂ、３ａ、３ｂのう
ち少なくとも２つのものが軸線方向に配置されていれば
よいから、これらは、第１１図のように配置することも
できる。

またこれらのＭＲ素子２ａ、２ｂ、３ａ、３ｂが、円周
方向に長く配置されていてもよい。

さらに、ＭＲ素子２ａ、２ｂ、３ａ、３ｂが平板状の基
板４によって配置されていると、ロータ１５に対するギ
ャップｇ＋　、ｇｔが異なるため、基板４は、第１２図
のようにロータ１５の曲率と同じ曲率で円弧状に成形し
てもよい。

そして、上記実施例は、１例として、ハイブリッド型の
ステッピングモータ１１に磁束密度変化検知装置ｌＯを
組み込んだ例を示しているが、本発明は、第１図に示し
た磁気式ロータリエンコーダに組み込むこともできる他
、リニアステッピングモータあるいは、ロータ１５の軸
方向の面が着磁されているものにも組み込まれ得る。

発明の効果 本発明では、電気的に接続された一対の磁電素子が磁束
の変化する方向と直交する方向に配置されているから、
狭い組み込み空間が有効に利用でき、また基板などの外
径寸法が小さくできる。このような空間の有効利用およ
び外径寸法の小型化は、この種の装置をステッピングモ
ータなどに組み込むときに、大きな利点となる。また一
対の磁電素子が平板状の基板に組み込まれたとしても、
それらの配置位置での磁界強度差が従来のものに比較し
て少なく、したがって検出回路を経て得られる出力信号
の波形の歪みが小さく、また信号の振幅が大きくなる。

このため、被検体の変位や回転が確実に検出できること
になる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の磁気式エンコーダの側面図、第２図は従
来の変位センサーの正面図、第３図は検知回路の回路図
、第４図は検知対象と変位センサーとの配置の関係を示
す平面図、第５図は本発明の磁束密度変化検知装置を有
するステ・２ピングモータの平面図、第６図はステッピ
ングモータの側面図、第７図は本発明の磁束密度変化検
知装置の正面図、第８図は出力信号の波形図、第９図は
他の実施例での磁束密度変化検知装置の正面図、第１０
図は第９図のものでの出力信号の波形図、第１１図は本
発明の変形例による磁束密度変化検知装置の正面図、第
１２図はさらに他の変形例による磁束密度変化検知装置
の平面図である。 １・・変位センサー、２ａ、２ｂ、３ａ、３ｂ・・ＭＲ
素子、４・・・基板、５・・・ロータ、６・・抵抗ブリ
ッジ回路、７・・電源端子、８．９・・差動増幅器、１
０・・磁束密度変化検知装置、１１・・ステッピングモ
ータ、１２・・ステータ、１３・・ボール、１４・・・
励磁コイル、１５・・ロータ、１６・・軟磁性材、１７
・・永久磁石、１８・・軸、１９・・極歯、２０・・バ
イアス用の永久磁石。 第７図　　第２図 第４図 第６図　　第７図 第５図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 被検体の磁束密度変化を検知する磁電素子を有する磁束
   密度変化検知装置において、電気的に接続された少なく
   とも２つの磁電素子を上記被検体に対向する面上で、か
   つ磁束密度変化の方向と直角に交差する方向に並び設け
   てなることを特徴とする磁束密度変化検知装置。