JPS61502783A - 電気信号送出用磁気抵抗効果形センサ - Google Patents

電気信号送出用磁気抵抗効果形センサ

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JPS61502783A
JPS61502783A JP60501945A JP50194585A JPS61502783A JP S61502783 A JPS61502783 A JP S61502783A JP 60501945 A JP60501945 A JP 60501945A JP 50194585 A JP50194585 A JP 50194585A JP S61502783 A JPS61502783 A JP S61502783A
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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】 電気信号送出用磁気抵抗効果形センサ 従来技術 本発明は、特許請求の範囲記載の第1項の上位概念に記載の電気信号送出用磁気 抵抗効果形センサに関する。磁気テープの走査に次のような読取りヘッドを使用 することは公知である。読取りヘッド内に磁気抵抗効果形センサ) IJノゾが 磁気チー7’に垂直に配置され、測定ストリップに測定電流が流される。
磁気テープに記憶された情報は小さな磁界を形成する。この磁界は磁気抵抗効果 形測定ストリップの平面内にあり磁気テープが通過する際測定ストリップ中の磁 化の方向に影響を与える。測定ス゛トリップの平面内にある、測定ストリップ内 の電流の方向と成る角をなす磁界成分により、測定ストリップの抵抗は変化する 。
測定ス) IJツブは前置抵抗を介して直流電圧源に接続されているので、上記 抵抗変化にともない測定ス) IJツブでの電圧降下も変化する。この電圧降下 は測定信号として評価される。(フイリップステヒニッシェルンドシャウ第37 号、1977/78年、213号。
第47ページ以降)。この解決法は次の欠点を有する。
すなわちこの解決法は、移動する担体上の・、微弱磁界を走査するためKのみ使 用される。しかし前記解決法の原理は、磁界あるいは磁界変化−を検出しようと するセンサの多くの用途に適さない。何故ならば磁気テープあるいは他の磁界担 体読取りヘッドを、両者の間に実質的に空隙がないようにして通過させなければ ならない。その上、読取りヘッドあるいは磁気テープておいて妨害磁界が測定結 果を誤らせたり検出すべき磁界を変化させたりすることがある。
本発明πよる解決法は次のような磁気抵抗効果形センサを提供することを目的と する。すなわち磁気抵抗効果形センサは定置して配置され、それ自体と被検出体 との間の空隙における変化および公差に対してほぼ不感である磁気抵抗効果形セ ンサを提供することである。
特許請求の範囲第1項記載の特徴部分に記載の特徴を有する本発明による解決法 は次の利点を有する。すなわちセンサを通過する物体が永久磁石の磁界を有する 必要がもはやない。代りに、強くかつ定常の均一磁界が磁気抵抗効果形測定スト IJツブを通り、その結果、均一磁界の一成分であって測定ストリップを垂直に 貫通する大きな成分により被検出体が磁化され、かつ測定ス) IJツブの平面 内にある磁界の一成分により測定ス) IJツブの中が磁気飽和状態に達する。
その結果として強磁性体が上記磁界成分の方向を変化させる際のその方向変化の みが、測定ストリップでの電圧の変化を惹起することになり、妨害磁界の影響が 低減される。
公知の誘導効果形センサに比べこの解決法は次の利4スを有する。すなわち静的 作動においても換言すれば静L= L、ている強磁性体においても、磁気抵抗効 果形センサの領域内の強磁性体の位置をめることが可能である。その上、誘導効 果形センサておけるより相当大きな空防も許容でき、また固波数に依存する位相 特性が現われない。回転する歯付き車と共働する回転数センサとして使用する場 合、本発明によるセンサは公知の誘導効果形センサセンサに比べ、歯付き車の振 動や軸方向での衝撃に対してはるかに不感である。
特許請求の範囲実施態様請求項記載の方法により、特許請求の範囲第1項記載の 特徴部分に記載の特徴を有利如発展させ改善することが可能である。そのさい特 に有利には永久磁石の端面しτ位置する、磁気抵抗効果形測定ストリップが装着 された基板を永久磁石のエツジ部に、配置する。強磁性体好ましくは回転する歯 付き車が、前記エツジ部に沿ってこれと間隔を保ちながら移動するときにセンサ の出力端で回転数信号を送出するようK11i!l定ストリツプに対して垂直で ある磁界の成分と水平である成分を有するできるだけ均一な磁界を形成するため には、永久磁石における。前記エツジ部を溝により形成すると好都合であること が判明した。
上記溝は、強磁性体あるいは歯付き車の移動方向で永久磁石の全端面にわたって 延在する。
図面 本発明の6実施例が図示されておりまた次に5′!−細に説明される。第1図は 磁気抵抗効果形センサの測定ストリップの平面図、第2図は永久磁石と回転する 軟磁性体を合する磁気抵抗効果形センサの正面図、第ろ図は、第2図のセンサの 洞定ス) IJノグの領域内の磁界の成分を示すベクトル線図、第4図は、第2 図のセンサの底面図、第5図は測定ストリップの平面内圧ある成分を示すベクト ル線図、第6図は基板上に装着されたセンサの測定ストリップの拡大図、第7図 は第2実施例による測定ストリップの配置図、第8図は第6実施例による、測定 ス) IJツブで構成されている2つのブリッジ回路を有する磁気抵抗効果形セ ンサの底面図、第9図は、第8図のセンサと歯付き車との共働関係を示す斜神図 、第10図は入力回路および出力回路を有する測定ストリップの回路図である。
実施例の詳細な説明 第1図は磁気抵抗効果形センサが内臓する多数の測定ストリップのうちの1つを 示し、該−測定ストリップは参照番号10が付けられている。測定信号を発生さ せるためして測定電流1が図の平面上にある測定ストリップ10を通って長手方 向に流れる。測定ストリツf10の平面内にあるいわゆる正接成分(tF9ng entialKomponent ) Hlを有する、電流1の方向と角αをな す磁界を印加すると測定ストリップ10の抵抗は減少する。もし磁界成分が充分 に大きく、測定ストリップ10が勝気的て飽和状態に達すれば測定ス) IJツ ブ10の抵抗変化は磁界成分Htの方向変化のみにより惹起される。そのさい最 大の抵抗変化は、磁界成分Htが電流方向1と角度40°を成す基本位置だおい て得られる。この基本位置において抵抗変化特性曲線の勾配+iR (コ「)は最大であるので磁界成分Hjの微小方向変化であって1度未満のもの でも、相応の評価回路および律数の上記劇定ス) IJツデ10が構成する回路 により検知することができる。
第2図および第4図において11は磁気抵抗効果形センサであり、センサの基板 12上眞は第4図に示された複数の測定ストリップ10が装着されてし・る。第 2図が示すよう((基板12は、この基板の上方に配置されている永久磁石13 と共に定置し、て固定されている。また永久磁石13は垂直方向に磁化されてい る。
基板12の下方には軟磁性体が配置されている。軟磁性体は回転する1(15の 歯14により形成されている。
なお第2図では歯14の縦方向側面が示されている。
永久磁石13の子端面側に位置する、測定ストリップ10が装着された基板12 は永久磁石13のエツジ部16の領域内に配置されて(・る。エツジ部16は溝 17により形成される。溝17は、歯14の移動方向2(第4図参照)で永久磁 石13の全端面にわたって延在する。永久磁石13の下端面から磁界Hは、溝1 7によって永久磁石13の全幅にわたって均一ではない。
このため、基板12上に装着された測定ストリップ10を磁界Hが斜に貫通して いる。これに関して第6図は、測定ストリツ7°10内に大きな磁界成分Hyが 測定ストリップ10に垂直に走行しており、磁界成分H,/よりはるかに小さい 成分Hxが測定ス) IJツブ10の平面内を走行していることを示す。
第4図は、永久磁石13の下端側からみて磁気抵抗効果形センサ11を示す図で ある。第4図では測定ストリップ10が永久磁石13の縦軸とβ=45度の角度 を成しているのが解る。第5図は測定ス) IJツブ10の平面内で作用する磁 界成分Htを示す。磁界成分Htは、溝11を横切る磁界成分Hxと゛−″−9 −皐Th溝1了の方向の磁界成分Hzとから合成される。磁界Hの主成分Hyは ・−こで図の平面に垂直圧なっている。
永久磁石13の端面側に位置する、測定ス) IJツブ10が装着された基板1 2は溝17の縦方向長の中間に配置されている。それゆえ歯車15の歯14がセ ンサ11に接近しないかぎり、測定ストリップ10の平面内で作用する磁界成分 Hi、は上記溝を横切る方向の、磁界Hの磁界成分Hxと同一である。この場合 α=β=45°である。すると第5図に示す磁界成分Hzはその場合存在せず、 Hx、=Htである。さて第4図で破線で示されている、歯車15の歯14がセ ンサ11に接近するとすぐに永久磁石13の磁界Hは歯14からそれる。すると 第5図に示すように磁界成分H7,も現われる。この磁界成分H2に起因して泄 定ス) IJツブ10の平面内(である磁界成分Htの方向は角度rだけ変化す る。この変化により、角α(第1図参照)は測定ストリップ100位行て応じて 増大または減少する。すなわちα二β士γである。
さて歯14が2方向でセンサ11のところを通過する時、磁界成分H2は初め増 大する。歯14がセンサ11の中間に達すると磁界成、分H2,は再び消失する 。
紗いて磁界成分H3は反対方向で再び増大し、最後に歯14がセンサ11から離 れると磁界成分Hzは再び消失する。磁界成分Hiの特に顕著な方向変化は測定 ス) IJツブ10と永久磁石13の端面側との間の距離がYo=1.5mmで あり、かつ永久磁石13の下端面側と歯14との間の距離y】が約2ない1.6  mmのセンサの場合生ずる。つまり間隔Yoは、歯14と測定ストリップ10 の間の距離YI YOより小さく選択されている。またすべての測定ストリップ の幾何学的中心と永久磁石13の中心軸との間の距離Xoは約1.5mmでなけ ればならず、かつ溝17は幅が約3朋、深きが約7M1Lでなければならない。
歯14がセンサ11を通過するときできるだけ大きな測定電圧を得るために、4 つの抵抗19を有するプは互いに接縦される。これは第6図に高拡大率で示され ている。ここではブリッジ回路18の各抵抗19を構成する、隣接して配列され てし・る測定ストリップはミアンダ形に配置され直列:て接縦されている。抵抗 19は、基板12の方形領域20をなす4つの部分方形領域のそれぞれ(τ装着 される1、高密集度の配置γ?により、領域20内では訓定ス) IJツブ10 0下面内番・こある磁界成分子(tが抵抗19の領域内で極めて均一な磁界の強 さを示す。抵抗19の端部は導体路21と接触接続され、導体路21の端部に接 触接続面22および23が形成される。接触液紗面22は、直流電圧の印加によ るブリッジ回路18への給電のために使用され、接触液紗面23はブリッジ対角 点で測定電圧を取出すために使用される。ブリッジ回路では比較的大きし・測定 電圧は、対角線方向で互いに対向するブリッジ回路の抵抗が同一方向で変化シ1 .かつ同一のプリソゾ分岐点に接−胱された抵抗が互いに反対の方向で変化する 時に得られる。これはセンサ11のブリッジ回路18では磁界HtiCより次の ようにして達成される。すなわち各抵抗19の測定スl−IJツブ10の長手方 向を、隣接する測定抵抗のそれに対して90°回転することによって得られる。
第6図に示されている、測定ストリップの進達する。
第7図はセンサ11の他の一実施例によるブリッジ回路18aの一部を切欠して 示す。ブリッジ回路18aでは基板12 a U二の抵抗19aが、ミアンダ形 に隣接(−1て配[Hされ直列接研されている測定ストリップ10aから成り、 測定スl−IJツブ10aの長手方向は、隣接する抵抗19の犯定ス) IJツ ブの長手方向と同一である1、ここで測定ス) IJツ7″10 aは、良導電 体である金製路19bを介して互いに接続され金製ウェブ24により個々の抵抗 路片25に分割されている。金製ウェブ24は測定ストリップ10の長手方向に 対し、て45度の角度を成して(・る。測定ス) IJツブ10を流れる電流1 0は金製ウェブ24により長手方向に対して約45度回転している。このような 装置は、録音ヘノを之ではバーバー・ボール形(Barber −Po1e ) の名称で知られている。ここでも測定ストリップ10aの平面内−ある磁界成分 Hjによる、同一ブリッジ分岐点(τ接続されている抵抗の抵抗変化を互いに反 対にするために、ブリッジ回路18aの各抵抗19aの測定ストリツf 10  a上の金習ウェブ24は、隣接する抵抗19aの金製ウェブ24に対してそれぞ れ90度回転してtト行している。
第8ないし第10図は本発明にょるセンサ26の他の一実施例を示し、この実施 例では、定置で固定されている木矢磁石13の下端面側に基板27が固定され、 基板27」−には永久磁石13のエノゾ部16の領′:尤て2つのブリッジ回路 18が配置されている。ブリッジ回路18は、第6図ではブリッジ抵抗19を形 成するように互いに接続された測定ストリップ10のタラの群から成る。これら のブリッジ回路18は溝17の方向に配置され、ひいては回転する歯付き車28 (第9図)の方向2で、間隔aを置き順次にかつ溝の縦方向長の中心線に対して 対称に配置されている。
ブリッジ回路18は正接磁赤成分Htが極めて均一な磁界の強さを有する場所に 配置され、前記磁界の強さはすべての測定ストリッツ610が飽和状態まで磁化 される(汰どの大きさである。2つのブリッジ回路18を配置することにより、 永久磁石13の端面側シτ基板27を設置する際の非対称てよる、ブリッジ対角 意匠−現われる可能性があるオフセント電圧が相殺される。
ブリッジ、回路18における双方の測定電圧を互いに減算するとそれらのオフセ ット電圧は互いに補償し合い、出力信号△U二△U1−ΔU2(第10図)が得 られる。双方のブリッジ回路18の中心間距離を歯付き車18の歯幅すとほぼ同 一に定め、この歯幅すを歯の間@29aとほぼ同一に定めると、各歯29が七ン →夕26を通過する時に結合回路31(第10図)の出力側30で測定電圧へt Tが得られ、この測定電圧△Uは双方のブリッジ回路18における測定電圧△U 1および△U2の約2倍である。この配置により、永久磁石13に基板27を取 付ける際の製作公差およびセンタ26と歯付き車28を取付ける際の取付公差は それぞれ相殺される。
しかしながらこの配置では次のことが欠点となる可能性がある。すなわち永久磁 石26の磁界が双方の側に向い換言すれば溝17の端部に向い溝に平行な磁界成 分を有1−1その結果、歯付き車28が無くとも双方のブリッジ回路18におけ る正接磁界成分Ht 1およびHi、 2は、第8図に示されているよ’)K若 干互いに反対方向に回転する。磁界Hのこの非平行性をも補償できるように第1 0図に示された回路装置が使用される。ここでは入力段32を介して、安定化さ れた直流電圧が双方のブリッジ回路18への給電のために形成される。第1のブ リッジ回路18の測定電圧ΔU1は演算増幅器33に供給され、第2のブリッジ 回路18の測定電圧△u 2は演算増幅器34に供給される。さらに双方のブリ ッジ回路18の隣接するブリッジ分枝18′と1FK′のそれぞれからもう1・ つのブリッジ回路が形成される。そのさい基板27上で、一方のブリッジ回路1 8の当該ブリッジ分校18′と他方のブリッジ回・ 路18のブリッジ分校11 1r’とは双方の中心が溝の縦方向長の中間に対して対称に配置されていなけれ ばならな(・。最後【この第5のブリッジ回路18’、1rの測定電圧△Uろは 妨害量である前記磁界非平行性を補償するために第ろの演算増幅器35に供給さ れる。演算増幅器33.34および35の出力側は結合回路31と接謄さねてお り、この結合回路31では測定電圧△Uを得るために測定電圧△U1.ΔU 2 および△U3がアルゴリズム△rJ=△U1+2・ΔU3+△U2の演算がなさ れる。もう1つの方法としてブリッジ回路1g“、 18””を使用する場合ア ルゴリズムは△lJ=△U 1−2・△U′5+△U2である。一般的には△U k。
二ΔtJ 1 +(−1) 2・△U3+ΔU3である。
ただし、当該例において1.2までの値をとる係数には、使用されるブリッジ分 枝に依存させであるいは△U 1またはΔU2に対する電圧ムU3のオフセット 部分の極性に依存し選択しなければならない。
本発明は上記実施例のみに限定されない。何故ならば永久磁石13の形成および 測定ストリップ10の配置に関しても、永久磁石に対して相対的に移動する強磁 性体の構造および配NK、関しても変更が可能であるからである。しかしながら 重要なことは、測定ストリツ7°10を貫通する、垂直な強い磁界成分により検 出すべき強磁性体(歯付き車)が磁化されセンサが、正接成分Hxにより妨害磁 界に対して極めて不感であることと、測定ストリップ10が、測定ストリップ1 0の平面内で極めて均一である磁界成分Htを有する磁界領域内に配置されてい ることと、この磁界成分Htの方向が、強磁性体による磁界Hの相対移動fより 変化し測定信号が発生することである。この場合強磁性体は永久磁石として形成 されることも可能である。機械等の回転数を検知するためて、歯付き車28の代 りに移動距離測定のための歯付き棒を使用することも可能である。測定ス) I Jツ7°10を第6図とは違う形態で基板上に配置することも可能である、ただ しそれは、磁界成分Htが測定ストリップ10の領域で極めて均一な磁界強さを 有する場合である。評価回路への接続導体を短くするため洗い この評価回路を ブリッジ回路18と一緒に基板27上に装着することも可能である。
国際調査報告 M口EXToTP:EINTER,’1ATIONALSE、”JCHREPO RTON

Claims (13)

    【特許請求の範囲】
  1. 1.磁気抵抗効果形で、測定電流が流れる測定ストリツプから成る、電気信号送 出用磁気抵抗効果形センサであつて、該測定ストリツプの抵抗が、測定ストリツ プを流れる電流の方向と或る角をなす測定ストリツプの平面内にある磁界の一成 分に依存して変化する電気信号送出用磁気抵抗効果形センサにおいて、基板(1 2,27)上に装着された測定ストリツプ(10,10a)を定常均一磁界(H )貫通させ、該均一磁界の大きな磁界成分(Hy)は測定ストリツプ(10,1 0a)に対して垂直に走行し、小さい磁界成分(Ht)は、測定ストリツプ(1 0,10a)の平面内で測定ストリツプ(10,10a)内の電流の方向と約4 5度である角αを成して走行しており、測定ストリツプ(10,10a)が小さ い方の磁界成分(Ht)により磁気的に飽和され、強磁性体(14,29)の定 常均一磁界(H)への接近により、測定ストリツプ(10,10a)の平面内に ある磁界成分(Ht)の方向が変化するようにしたこととを特徴とする電気信号 送出用磁気抵抗効果形センサ。
  2. 2.基板(12,27)が磁気抵抗効果形測定ストリツプ(10,10a)と一 緒に、永久磁石(13)の端面倒で永久磁石(13)のエツジ部(16)の領域 に配置され、該エツジ部(16)に沿い間隔(Y1)を保つて強磁性体(14, 29)が移動して信号を発生する特許請求の範囲第1項記載の電気信号送出用磁 気抵抗効果影センサ。
  3. 3.測定ストリツプ(10,10a)が装着された基板(12,27)が永久磁 石(13)の端面側と2mm未満の間隔(yo)を有し、該間隔は測定ストリツ プ(10,10a)の、永久磁石(13)の通過する強磁性体(14,29)に 対する間隔(y1−yo)より小さい特許請求の範囲第2項記載の電気信号送出 用磁気抵抗効果形センサ。
  4. 4.永久磁石(13)のエツジ部(16)が溝(17)により形成され、該溝( 17)は強磁性体(14,29)の移動方向(Z)で永久磁石(13)の端面側 全域にわたり延在する特許請求の範囲第3項記載の電気信号送出用磁気抵抗効果 形センサ。
  5. 5.回転数測定のために強磁性体(14,29)が回転体(15,28)の歯に より形成されている特許請求の範囲第4項記載の電気信号送出用磁気抵抗効果形 センサ。
  6. 6.測定ストリツプ(10,10a)により4つの抵抗(19,19a)を形成 し、該抵抗がブリツジ回路に配置されかつ基板(12,12a)の方形領域(2 0)の4つの部分方形領域に装着されている特許請求の範囲筆1ないし第5項の いつれか1項に記載の電気信号送出用磁気抵抗効果形センサ。
  7. 7.測定ストリツプ(10,10a)の平面内にある、磁界(H)の磁界成分( Ht)が抵抗(19)の領域で均一な磁界強さを有する特許請求の範囲第6項記 載の電気信号送出用磁気抵抗効果形センサ。
  8. 8.ブリツジ回路(18)の抵抗(19)がミアンダ形に配置され直列接続され ている測定ストリツプ(10)からなり、該測定ストリツプの長手方向が隣接す る抵抗(19)の測定ストリツプの長手方向に対して90度回転されている特許 請求の範囲第7項記載の電気信号送出用磁気抵抗効果形センサ。
  9. 9.ブリツジ回路(18)の抵抗(19)が直列接続されている測定ストリツプ (10a)からなり、該測定抵抗の長手方向は隣接する抵抗(19)の測定スト リツプの長手方向と一致し、該抵抗は良導電性ウエブ(24)により抵抗路片( 25)に分割され、該ウエブは測定抵抗(10a)の長手方向に対して45度の 角度をなして走行し、隣接する抵抗(19)の測定ストリツプ(10a)に付着 するウエブ(24)に対しては90度の角度を成して走行している特許請求の範 囲第7項記載の電気信号送出用磁気抵抗効果形センサ。
  10. 10.基板(27)上の永久磁石(13)のエツジ部(16)の領域内に、間隔 (a)を置きかつ強磁性体(14,29)の移動方向に関して順次に配列されて いる2つのブリツジ回路(18)が配置されている特許請求の範囲第2または第 6項記載の電気信号送出用磁気抵抗効果形センサ。
  11. 11.双方のブリツジ回路(18)の中心間々隔が、強磁性体を形成する、回転 する歯付き車(28)における歯幅(b)にほぼ等しく、該歯付き車の歯(29 )と歯間隙が同一の幅を有する特許請求の範囲第10項記載の電気信号送出用磁 気抵抗効果形センサ。
  12. 12.永久磁石(18)の他のブリツジ分枝(18′′)に対向し溝の長手方向 長の中間に対して対称に配置されているブリツジ回路(18)のブリツジ分枝( 18′)が、該ブリツジ分枝(18′′)と接続されて第3のブリツジ回路(1 8′,18′)を形成する特許請求の範囲第10項または第11項記載の電気信 号送出用磁気抵抗センサ。
  13. 13.3つのブリツジ回路(18,18′,18′′)における測定電圧ΔU1 ,ΔU2,ΔU3が,評価回路(31)内のノイズ量を補償するためにアルゴリ ズムΔU=ΔU1+(−1)k・2・ΔU3+ΔU2;k=1,2により互いに 接続されている特許請求の範囲第12項記載の電気信号送出用磁気抵抗効果形セ ンサ。
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