JPS613482A - 磁気抵抗器 - 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】 「産業上の利用分野」 この発明は例えは無刷子モータにおけるロータの回転速
度、ロータの回転角度位置の検出に適用でき、磁界に応
答して抵抗値が変化するこ°とにより磁界を検出する磁
気抵抗器に関する。

「従来の技術」 従来の３相無刷子モータにおいては永久磁石のロータの
回転角度位置を検出するために、ロータの磁極を検出す
る３個のホール素子を用いると共に、回転速度を制御す
るために回転速度検出子゛段を用いていた。回転速度検
出手段として高精度のものはロータリヱンコーダが用い
られていた。このように３相無刷子モータにおいてはロ
ータの回転角度位置検出用に三つと、速度検出用に少く
とも一つとの少くとも“四つの検出素子を必要とした。

この発明の目的は例えば無刷子モータに適用してそのロ
ータの一転角度位置と、回転速度とを検出可能とするこ
とができる磁気抵抗器を提供することにある。

「発明の構成」 この発明によれば基板上に第１、第２磁気抵抗素子がは
り平行し、かつ対向して配置され、これら第１、第２磁
気抵抗素子の幅方向上の位置からずらされてその幅方向
とはり平行して第３、第４磁気抵抗素子が上記基板上に
配される。更に第３、第４磁気抵抗素子の延長上からず
らされて上記基板上に第゛５、第６磁気抵抗累子が配さ
れる。

必要に応じて上記基板の板面とはゾ平行して上記第１〜
第４磁気抵抗素子とは１′４５度で交差するバイアス磁
界を与える永久磁石が設けられる。

この永久磁石は基板に取付けてもよく、基板自体ヲ尿久
磁石として用いてもよい。

更に好ましくは上記第５、第６磁気抵抗素子は上記第１
、第２磁気抵抗素子の幅方向上の位置に配され、かつそ
の幅方向に対しはゾ４５度で交差している。

また無刷子モータのロータ磁極の回転角度検出及び回転
速度検出に用いられる場合は、その無刷子モータの回転
部分に、回転軸を中心としてＮ極とＳ極とが交互に円形
に同一ピッチで配列されて速度検出用トラックが形成さ
れ、まｆｃＳ極とＮ極との組が等間隔で偶数個、上記回
転軸を中心とする同一円上に配列され、その各組のＳ極
とＮ極とは上記円上の一方の側と他方の側とに位置し、
かつ交互にＳ極とＮ極とが入れかえられた第１、第２磁
極位置検出用トラックが形成されておシ、これらに対し
この発明の磁気抵抗器はその第１、第２磁気抵抗素子は
上記速度検出用トラックと対向し、そのＮ極とＳ極との
間隔の奇数個の間隔で配置′され、上記第３、第４の磁
気抵抗素子は上記第１、第２磁極位置検出用トラックと
それぞれ対向し、上記第５、第６磁気抵抗素子は上記第
１、第２磁極位置検出用トラックと対向しないように配
置される。

「実施例」 、構成 第１図はこの発明による磁気抵抗器の例を示す。

Ａ４０ｇ　＋　Ｓｉ　０２などの酸化物系セラミック、
あるいはガラスなど、例えば厚さ０．８鱗のガラスの基
板ｌｌ上に互に平行し、かつ対向した第１、第２磁気抵
抗素子１２．１３が形成される。第１、第２＠気抵抗素
子１２．１３の幅方向上の位置１４からずらされ、かつ
磁気抵抗素子１２．１３の幅方向と平行し几第３、第４
磁気抵抗素子１５，１６が基板１１上に形成される。こ
れら第３、第４＠気抵抗素子１５．１６はその幅方向に
おいて互にずらされ、かつ長手方向においてはわずかず
らされている。第３、第４磁気抵抗素子１５，１６の砥
長上、つまシ長手方向上の位置からずらされて第５、第
６１ｉａ気抵抗素子１７．１８が基板ｌｌ上に形成され
る。第１図では第１１第２磁気抵抗紫子１２．１３と第
３、第４磁気抵抗素子１５．１６とは各一端が比較的接
近して直角関係に配置され、これら間において第５、第
６磁気抵抗素子１７゜１８はその延長方向が、磁気抵抗
素子１２，１３゜１５．１６に対しは′ｉ４５度の角度
で配されている。更に第１、第２磁気抵抗素子１２．１
３の幅方向上の位１１１４上に第５、第６磁気抵抗素子
１７゜１８の大部分が位置している。磁気抵抗素子１２
゜１３　ｐ　　１５　　＋　　１６　　＋　　１７　　
＋　　１８　Ｆｌ　％　　Ｆ６ｅＮ１　＃ＣＯあるいは
これらの合金を真空蒸着、化学蒸着、スパッタリング、
化学メッキ、電気メッキなどＫよシ１ｏｏ’ｔｙ−ｘｏ
ｏｏｏｉの磁性体薄膜として、形成した後、写真蝕刻に
よシ所要のパターンとして形成することができる。

第１１第２磁気抵抗素子１２．１３は直列に接続され、
その両端は配線２１．２２ｔ−通じて端子２３．２４に
接続され、磁気抵抗素子１２．１３の接続点は配線２５
を通じて端子２６に接続される。第３磁気抵抗素子１５
、第５磁気抵抗素子１７は直列に接続され、その両端は
配線２７．２２をそれぞれ通じて端子２８．２４に接続
され、磁気抵抗素子１５．１７の接続点は配線２９ｔ−
通じて端子３１に接続される。第４、第６磁気抵抗素子
１６．１８は直列に接続され、その両端はそれぞれ配線
２７．２２を通じて端子２８．２４に接続され、磁気抵
抗素子１６．１８の接続点は配線３２を通じて端子３３
に接続される。端子２３，２−”４２．２６．２８，３
１，３３は基板１１の一９１１縁部に配列されている。

これら配線や端子はＡｇ　ｓ　Ａｕｖｐｄ　ｌ　ｓ、　
ｌ　Ｐｂ　ｌ　Ｃｕｔ〜あるいはこれらの合金を０．１
μｍ〜１０μｍの厚さとして形成される。配線や端子を
この例のように兼用することなく、極端な場合は各磁気
抵抗素子ごとに各別に導出してもよい。

第２図に示すように端子部を除いて基板１’ｌの磁気抵
抗素子、配線が形成された面上に例えは厚さ５μｍ程度
のポリイミド樹脂層３４が形成され、更にその上にエポ
キシ樹脂層３５が厚さ１０μｍ程度に形成されて尿護＃
３６が設けられる。これらは共通のウェハー上゛に多数
の磁気抵抗素子を形成し、第１図に示したものを単位と
して分割して多数の磁気抵抗器を同時に作ることができ
る。更に第２図に示すように基板１１の磁気抵抗素子が
形成された面と反対の面に、例えば厚さが０．５語程度
のストロ／チウムフェライトのような永久磁石３７をエ
ポキシ樹脂のような接着剤＠３８にて取付ける。この接
着剤層３８は５０μｍ程度の厚さとされる。永久磁石３
７のＮ極とＳ極とは基板１１側の面において第５、第６
磁気抵抗素子１７゜１８の延長方向（長手方向）と平行
に配列され、基板１１と平行な面内で第１、第？、第３
及び第４磁気抵抗素子１２．１３．１５及び１６に対し
その各長手方向とはゾ４５度で交差するバイアス磁界が
与えられ、かつ第７、第６ＦＢ気抵抗素子１７゜１８に
その長手方向に沿ったバイアス磁界が与えられる。永久
磁石３７の代シに基板１１自体會同様に着磁してもよい
。

この発明の磁気抵抗ｉはモータ用磁気トラック検出用素
子に適するものである。このモータ用磁気トラックにつ
いて説明する。第３図は無刷子モータの一例を示し、回
転軸４１が軸受４２’（＋−介して取付板４３に挿通し
て回転自在に取付けられている。取付板４３の一面にス
テータヨーク４４が取付けられ、そのステータヨーク４
４上にステータコイルのスタック４５が取付けられてい
る。コイルスタック４５と近接対向してロータ永久磁石
４６が配され、ロータ永久磁石４６はロータヨーク４７
にてプシツシュ４８を介して回転軸４１に取付けられる
。

ロータヨーク４７に回転軸４１を中心とするモータ用磁
気トラック４９がリング状に取付けられ　　−る。この
例ではロータヨーク４７の外周縁が斜めに″取付板４３
１１１１に一４ＶＣ延長され、その延長部４７ａ上にモ
ータ用磁気トラック４９が取付けられ、軸方向の長さを
長くすることなく磁気トラック４９の幅を比較的大とし
ている。

モータ用磁気トラック４９は第４図に展開して示すよう
に速度検出用トラック５１と、第１、第２磁極位置検出
用トラック５２．５３との三つのトラックが回転軸４１
ｔ−中心とする円をそれぞれ形成するように構成される
。速度検出用トラック５１はＮ極とＳ極とが交互に同一
ピッチでそのトラック５１に沿って配列されている。第
１磁極位置検出用トラック５２はＮ極とＳ極との組が等
間隔でそのトラック５２に沿って配列され、その磁極の
各組はそれぞれその配列用の一側にＳ極が他側にＮ極が
位置され、かつそのＳ極、Ｎ極が交互に入れかえられて
いる。またこのＮ極、Ｓ極の組の数は偶数個であり、そ
の数はモータの相数で決まる。第２磁極位置検出用トラ
ック５３本第１磁極位賃検出用トラック５２と同一に構
成され、一般に角度的にずらされている。

このモータ用磁気トラック４９に対し、この発明の磁気
抵抗器５４は第５図に示す°関係で配される。即ち第１
、第２磁気抵抗素子１２．１３は速度検出用トラック５
１と対向し、かつそのＳ極とＮ極との間隔の奇数倍の間
隔と、磁気抵抗素子１２゜１３の間隔とを等しくする。

また第３、第４磁気抵抗素子１５．１６は一第１、第２
磁極位置検出用トラック５２．５３の各組のＮ極とＳ極
との境界線上に沿ってそれぞれ配される。更にＭ５．第
６磁気抵抗素子１７．１８はその大部分が速度検出用ト
ラック５１と対向し、かつこの例では常に複数の磁極と
対向している。バイアス磁界Ｈｂは速度検出用トラック
５１の各磁極の磁界よシ十分大とされる。

例えば第６図に示すように取付板４３上にモータ用磁気
トラック４９と近接対向して保持片５５が堰付けられ、
保持片５５に磁気抵抗器５４がモータ用磁気トラック４
９と対向して固定される。

保持片５５から図に示してないが磁気抵抗器５４に対す
るリード線が導出されている。モータのコイルスタック
４５に対する端子５６が取付板４３上に導出されている
。モータ用磁気トラック４９はＦ６　ｒ　Ｎｉ　＋　Ｃ
ｏ＋　ＣｆＩ＃　８ｍ＋　Ｌｕｒ　Ｃ６などの合金やＦ
ｅ、ｃｏ、Ｏｒなどの酸化物やＢａミツエライト　Ｓｔ
フェライトなどの蒸着膜やその粉末を樹脂材をバインダ
とした膜に磁極して各トラック５１，５２゜５３を形成
して作ることができる。

動作原理 磁気抵抗素子５７は第７図に示すようにその長手方向を
Ｘ軸、幅方向をＹ軸、厚さ方向１−２軸とする時、磁化
され易い方向はｘ＞ｙ＞ｚの関係であシ、これは寸法比
で決まる。磁気抵抗素子５７は強磁性体でおるから磁気
モーメントを本っているが外部磁界がゼロの時は最も磁
化され易い方向に磁化されている。磁気抵抗素子５７の
長手方向（Ｘ軸方向）に電流を流した場合、磁気抵抗素
子５７のＸ軸方向の抵抗Ｒは次式で巽わせる。

Ｒ＝　Ｒ，１ｌｉ−θ＋Ｒ□１（ロ）リ　　　　　　α
）ＸＹ面内でＸ軸に対し角度θをもって外部磁界Ｈが与
えられており、θ＝１の時の抵抗がＲＬ、θ＝０の時の
抵抗がＲ１□であシ、磁気抵抗素子の抵抗値変化（電流
と直角方向の磁界により抵抗値が下る）は比較的弱い磁
界で飽和してしまい、Ｒ山、Ｒ１，はその飽和値であり
、磁界の強さに関係しないＲ山＜Ｒ，□である。外部磁
界θを変化させると抵抗Ｒは第８図に示すように変化す
る。バイアス磁界を与えることなく、Ｙ軸方向の外部磁
界Ｈ８の強さを変化すると抵抗Ｒは第９図に示すように
磁界〜＝０で最大値Ｒ１□となシ、磁界の方向に拘らず
Ｈｙが太麺＜灸ると抵抗Ｒは減少する。ヒステリシスが
アシ、これはＨｙ＝０付近で大きく現われる。

第８図の曲線から理解されるように、外部磁界の方向θ
の変化に対し抵抗Ｒが大きく変化するのはθ＝−付近で
あり、θ＝１の時のＲは最大値Ｒ１、と最小値＆との中
央値であり、この付近ではθが変化の方向によって抵抗
Ｒが増加又は減少する・θ＝−の時の抵抗ＲｒｉＢ）式
で表わせる。

Ｒ＝−ＲＬ十−Ｒ１１（２） θ＝ｉの方向にバイアス磁界Ｋｂｋ与え、この状態でＹ
軸方向の磁界Ｈｙｔ加えると、Ｈｙによって抵抗Ｒは第
１０図に示すように変化する。この時はＨア＝θ付近で
ヒステリシスは僅かしか現われず、ま−ｆｉ：、Ｈ，＝
Ｏよシ磁界Ｈ８の極性によシ抵抗は１増加又は減少する
。

動　　作 第１図中の磁気抵抗素子はその互に直列に接続され次も
の１２と１３．１５と１７．１６と１８とはそれぞれ第
１１図Ａ、Ｂ、Ｃに示す分圧回路を構成している。これ
ら直列磁気抵抗素子の各両端間に一定電圧Ｖｉを印加し
てそれぞれ直流電流をその長手方向に流しである。先に
述べたようにバイアス磁界Ｈｂが磁気抵抗素子１２，１
３．１５゜１６に対しそれぞれθ＝４５度方向で与えら
れ、磁気抵抗素子１７．１８にはＸ軸方向で与えられる
。

モータ用磁気トラック４９が回転軸４１の回転によシ回
転すると、速度検出用トラック５１の磁極による磁界Ｈ
７は磁気抵抗素子１２．１３の一方と他方とで互に逆向
きとなっている。従ってバイアス磁界Ｈｂと町との合成
磁界のθは、磁気抵抗素子１２．１３の一方に対して抵
抗Ｒが増加する方向の時、他方に対して抵抗Ｒは減少す
る方向となる。モータ用磁気トラック４９の回転によシ
この磁気抵抗素子１２．ｘｓｏｇ蝋杭、゛Ｒ１め一方が
減劣し一他方が増加することが交互に行われる。もし各
抵抗Ｒが最大Ｒ１１、最小Ｒ，までそれぞれ変化し友と
すると、端子２６には Ｅ・＝ＲＬ−Ｒ・・・Ｖｉ　　　　　　　（３）なる交
流出力が得られる。トラック５１の磁極の数が４０９”
１．ら端子２６に得られる交流出力の波の数は回転軸４
１の１回転で２００回であり、この交流出力の周波数は
回転速度に比例する。

磁気抵抗素子１７．１８はその長手方向にトラック５１
の磁極による磁界Ｈｙと比較して太き表バイアス磁界島
がそのＸ軸方向に印加されているため、トラック５１の
移動に対して磁気抵抗素子１７゜１８に″与えられる外
部磁界の方向はθ＝＋０で６１、その抵抗Ｒはほとんど
変化せずはソ一定ＩＲよ、でおる。磁気抵抗素子１５．
１６はそれぞれ磁極位置検出用トラック５２．５３上に
おいてその磁極の組と対向している時にはその磁極によ
りＨｙが加わ多磁極の組と対向していない時に対し各抵
抗Ｒが変化し、しかもその変化の方向は磁極の組の磁界
方向がトラックに沿って交互に変化している九め、抵抗
Ｒの増加と減少とが交互に行われる。この抵抗Ｒが最大
Ｒ１１と砲との間で変化したとすると、端子３１．３３
にはそれぞれ なる大きさの交流出力が得られる。

例えば第４図Ａのモータ用磁気トラックが移動した時、
出力端子２６．３１．３３にはそれぞれ第４図Ｂに示す
ような交流出力６１，６２．６３が得られる。磁極位置
検出用トラック５２．５３の各磁極の組と、モータのロ
ータ永久磁石４６の各磁極との角度位置関係が対応ずけ
られているため、端子３１．３３の交流出力からモータ
のステータコイルに対する駆動制御のためのタイミング
信号を得ることができる。

なお各磁気抵抗素子としては第１図にも示しているよう
に、必要な抵抗値ヲ得るようにまた誘導起電力を打消す
ように折返しジグザグなバター／として構成してもよい
。速度検出用トラック５１に対しては、更に二つの磁気
抵抗素子を素子１２１３と同様に、位置をずらして設け
て１回転当シの出力パルス数が多く得られるようにする
と共に回転方向の検出もできるようにすることもできる
。

バイアス磁界ＨｂはそのＹ軸方向成分の絶対値がトラッ
ク５１，５２．５３による磁界Ｈｙ道対値とはゾ等しい
が大きくすることが好ましい。バイアス磁界Ｈｂは基板
１１とは離されたコイル又は磁石によシ与えてもよい。

磁気抵抗素子１７．１８はトラック５１と対向しないよ
うに設けてもよく、その場合はこの磁気抵抗素子１７．
１８の方向は任意にとることができる。上述では２相モ
ータに対する磁極位置検出を行う場合につき示したが、
３相モータの場合は磁極位置検出用トラックを更に１本
増加し、これと対向する磁気抵抗素子と対向しないもの
とを基板１１に形成する。モータ用磁気トラック４９は
ロータヨークの１１）１面の与ならずその板面に設けて
もよく、回転軸に取付けたものに形成してもよい。

「発明の効果」 以上述べたようにこの発明の磁気抵抗器によれば一つの
素子でモータの速度検出、磁極位置検出が可能であシ、
取扱いに便利であり、かつ小形に作ることができる。し
かも同−上に各磁気抵抗素子が形成されているため、周
囲温度の変化や経時変化の影Ｗｔ受は雌いようにするこ
とができる。

磁気抵抗素子１７　、　Ｉ　Ｅｌ速度検出用トラック５
１と対向させるように配置する時は全体の構成を小さく
することができ、しかもバイアス磁界の方向と、磁気抵
抗素子１７．１８の方向とによシトラック５１の影響を
なくすことができる。またバイアス磁界のための磁石を
基板と一体に設ける時は取扱い、取付けが頗る便利とな
る。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明による磁気抵抗器の一例を示す平面図
、第２図はこの発明の磁気抵抗器の他の例を示す外観斜
視図、第３図は無刷子モータの一例の一半部を示す断面
図、第４図Ａはモータ用磁気トラック４９０例を示す展
開図、第４図Ｂは磁気抵抗器出力の例を示す波形図、第
５図は、モータ用磁気トラック４９と磁気抵抗器５４と
の配置関係の例を示す図、第６図は無刷子モータにこの
発明の磁気抵抗器を取付けた例を示す正面図、第７図は
一つの磁気抵抗素子を示す斜視図、第８図は外部磁界の
方向θと抵抗Ｒとの関係を示す図、第９図はバイアス磁
界なしの状態でのＹ軸方向の磁界ＩＥｉｙ’を変化させ
た時の抵抗Ｒの変化を示す図、第１０図はθ＝４５°の
バイアス磁界を与えた状態でのＨ７の変化とＲとの関係
を示す図、第１１図は磁気抵抗素子１２．１３と１５．
１６と１７．１８との各等価回路図である。 特許出願人　　勧業電気機器株式会社 本５゛図 本　６オ オ　７回 冷　８圓

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）基板と、その基板の上にほゞ平行に対向配置され
   た第１、第２磁気抵抗素子と、これら第１、第２磁気抵
   抗素子の幅方向上の位置から異なる位置にずらされ、か
   つその幅方向と平行して上記基板上に配置された第３、
   第４磁気抵抗素子と、これら第３、第４磁気抵抗素子の
   延長上からずらされて上記基板上に配置された第５、第
   ６磁気抵抗素子とを具備する磁気抵抗器。