JPS62220809A - 磁気センサ - 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、角度を検出する磁気式ロータリエンコーダや
位置を検出する磁気スケール等に使用する磁気センサに
関する。

（発明の背景） 従来、位置検出に用いる磁気スケールあるいは回転角の
検出に用いる磁気式ロータリエンコーダ等にあっては、
例えば第４図に示すように、磁気記録媒体となる磁気円
板１の面上の円周方向に所定間隔で回転中心Ｏに対し扇
形となるＳ極とＮ極を交互に形成し、この磁気円板１の
磁極面に所定ギツヤプを介して磁気センサを構成する磁
気抵抗素子２を平行に対向配置して固定し、磁気円盤１
の回転に伴なう磁気抵抗素子２の抵抗変化を電気的に検
出するようにしている。

即ち、第５図に示すように、磁気抵抗素子２の抵抗１直
は磁場Ｈの正負（±Ｈ）の変化に対してのみ変化し、Ｓ
極とＮ極を区別できない特性をもっているため、磁気円
板１の回転により磁気抵抗素子２に対しＳ極とＮ極が交
互に通過したとすると、第６図に示すような抵抗変化を
示す。

一方、実際の磁気センサにおっては、例えば第７図に示
すように、４つの磁気抵抗素子Ｒ１，Ｒ２、Ｒ３，Ｒ４
を磁気円板に形成した磁極に対し所定の位相関係をもっ
て抵抗値が変化するように配列すると共に図示のように
ブリッジ回路として組合わせており、磁気円板１を回転
したときに磁気抵抗素子Ｒ１〜Ｒ４でなるブリッジ回路
３から得られる出力は第８図に示すようになる。

（発明が解決しようとする問題点） ところで、位置または回転角を検出するための源信号と
なる磁気センサの出力信号は、センサからの出力信号を
矩形パルスに波形整形して計数処理等に用いているため
、理想的にはサイン波となることが望ましい。

しかしながら、従来の磁気センサの出力波形は第８図に
示したように、中心電圧付近で曲線が滑らかに繋がらず
肩の出た出力波形となっており、理想とするサイン波に
は程遠く、このようなセンサ出力を増幅して波形整形回
路で矩形パルスに波形整形した場合、信号波形の位相関
係に誤差を生じ易いという問題があった。

一方、磁気記録媒体に形成した磁極が第４図に示したよ
うに扇形ではなく長方形をしている場合、具体的には磁
気円板の周側面に磁極を形成した場合あるいはリニアス
ケールのように直線的に磁極を配列した場合には、磁気
記録媒体の磁極面と磁気抵抗素子とのギャップを広げて
適正なギャップにすると、理想的なサイン波形に近づい
た滑らかな出力波形とすることができる。

しかし、第４図に示したように、磁気円板１の面上に形
成された扇形の磁極にあっては、磁極面と平行に配置し
た磁気抵抗素子が受ける磁場の強さは長さ方向で異なり
、磁極の幅が狭くなる磁極の円板中心に近い部分の磁場
強度に合わせてセンサギャップを調整すると、出力波形
は第５図よりざらに肩の出た波形となり、逆に磁極の幅
が最も広くなる外周側の部分の磁場強度に合わせてセン
サギャップを調整すると、出力波形は滑かとなってサイ
ン波に近づくが、出力振幅が落ちてしまう。

そこで、扇形形状をもつ磁極の長さ方向で変化している
磁場の強さに合わせて磁気抵抗素子を傾けて配置し、磁
気抵抗素子を傾けた状態で適正な出力波形が得られるよ
うにセンサギャップを調整することも考えられるが、磁
極面に対し磁気抵抗素子を傾けて配置すること自体が事
実上困難であった。

（発明の目的） 本発明は、このような従来の問題点に鑑みてなされたも
ので、磁気抵抗素子を磁極面に平行配置したままで理想
的なサイン波に近い滑らかな出力波形が得られ且つ出力
振幅を充分に大きくとることのできる磁気センサを提供
することを目的とする。

（発明の概要） この目的゛を達成するため本発明にあっては、円板面上
に回転中心に対し扇形形状をもつＳ極とＮ極を交互に円
周方向に所定間隔で形成した磁気記録媒体の磁極面に対
向して平行に磁気抵抗素子を固定配置して成る磁気セン
サに於いて、磁気抵抗素子の幅を中心部へ向かうにつれ
て狭める形状とし、磁気記録媒体の磁極が扇形であるた
めに長さ方向で平行配置した磁気抵抗素子に作用する磁
場の強さが異なっていても、磁気抵抗素子の幅が中心部
に向って狭められていることで、扇形のＮ＠からＳ極に
向かう磁力線によって空間に発生する磁場の不均一性を
補正した磁気抵抗の変化が得られるようにしたものであ
る。

（実施例） 第１図は本発明の磁気センサの一実施例を磁気円板に形
成された磁極面と共に示した説明図である。

まず構成を説明すると、１は磁気記録媒体となる磁気円
板であり、図示のように回転中心Ｏに対し扇形の形状を
もってＳ極とＮ極を交互に円周方向に所定間隔で形成し
ており、扇形のＮ極とＳ極が交互に形成される回転中心
Ｏに対するピッチ角はθとなる。

このように磁気円板１の面上に着磁された＠慢面に対向
して平行に本発明の磁気センサが固定配置される。

即ち、第１図の実施例にあっては、２組の磁気抵抗素子
を直列接続にて配置した４組の磁気抵抗素子群５Ａ、５
Ｂ、５Ｃ，５Ｄが示されており、例えば磁気抵抗素子群
５Ａを例にとると磁極面に対向して平行に配置した一対
の磁気抵抗素子Ｒ１１とＲ１２が配置され、磁気抵抗素
子Ｒ１１，Ｒ１２の外側にはへ１膜等の導電体膜でなる
電極端子５ａ。

６ｂが形成されると共に、一対の磁気抵抗素子Ｒ１１と
Ｒ１２の内側は同じ＜Ａｍ膜等の導電体膜で作られた接
続電極７の形成により電気的に一対の磁気抵抗素子Ｒ１
１とＲ１２を直列接続している。このような一対の磁気
抵抗素子の接続配置は他の磁気抵抗素子群５Ｂ〜５Ｄに
ついても同様である。

更に、本発明の磁気センサにあっては、例えば磁気抵抗
素子群５Ｂを例にとると、磁気円板１の磁極面に対向し
て平行配置された磁気抵抗素子Ｒ２１及びＲ２２の形状
として磁気抵抗素子Ｒ２１，Ｒ２２の幅が中心部に向か
うにつれて幅を狭めた形状としている。

この磁気抵抗素子Ｒ２１，Ｒ２２の幅の狭め方は、一実
施例として磁気円板１に形成されたＮ極及びＳ極の扇形
形状に比例して中心部に向かうにつれて幅を狭めた形状
としている。更に具体的に説明するならば、第１図の実
施例にあっては、磁気円板１に形成した扇形の磁極の回
転中心に対するピッチ角θに対し、磁気抵抗素子Ｒ２１
，Ｒ２２が１／３θのピッチ角をもつように中心部に向
かうにつれて幅を狭めている。

このような中心部に向かって幅を狭めた磁気抵抗素子の
形状は磁気抵抗素子群５Ａ、５Ｃ，５Ｄに設けた磁気抵
抗素子Ｒ１１，Ｒ１２，Ｒ３１，Ｒ３２゜Ｒ４１，Ｒｄ
２のそれぞれについても同様である。

次に各磁気抵抗素子群５Ａ〜５Ｄに於ける一対の磁気抵
抗素子Ｒ１１とＲ１２，Ｒ２１とＲ２２，Ｒ３１とＲ３
２，及びＲ４１とＲ４２のそれぞれのピッチ間隔として
は、磁気円板１に形成した扇形の磁極のピッチ角θに対
し、 ｎθ　　・・・（１）　　（但し、ｎは正の整数）の角
度だけ離して配置しており、第１図の実施例にあっては
ｎ＝’ｌとして一対の磁気抵抗素子を配置している。更
に、抵抗素子群５Ａ〜５Ｄの配置間隔、即ち磁気抵抗素
子Ｒ１２とＲ２１，Ｒ２２とＲ３１゜更にＲ３２とＲ４
１の間隔は磁気円板１に形成した磁極のピッチ角θに対
し、 （ｍ＋１／２）θ　　・・・（２） （但し、ｍは自然数） のピッチ角を離して配置しており、第１図の実施例にお
ってはｍ−１の場合を示している。この磁気抵抗素子群
５Ａ〜５Ｄのピッチ間隔の設定は後の説明で明らかにす
るように、４つの磁気抵抗素子群５Ａ〜５Ｄでブリッジ
回路を組んだときに所定の位相関係をもたせるためであ
る。

更に、電極端子５ａ　、　５ｂ　、接続電極７、一対の
磁気抵抗素子を備えた４つの磁気抵抗素子群５Ａ〜５Ｄ
としては、図示しない絶縁材料で作られた非磁性基板上
に蒸着、スパッタ、エツチング等の薄膜形成技術により
一体的に作られるようになる。

第２図は第１図に示した４つの磁気抵抗素子群５Ａ〜５
Ｄを用いて磁気センサを構成するブリッジ回路を丞した
もので、前記第（２）式となるピッチ角の間隔で４つの
磁気抵抗素子群５Ａ〜５Ｄを配列することで磁気円板１
に形成した扇形の磁極の通過に対し、磁気抵抗素子群５
Ａと５Ｄの位相Ｏ°に対し、磁気抵抗素子群５Ｂと５０
の位相は１８００に設定されている。

次に、上記の実施例の作用を説明する。

まず第８図に示すような、なめらかでない肩の出る出力
波形を示すのは、磁気抵抗素子の出力特性（第５図）の
飽和出力の領域まで使用するからである。いいかえれば
、磁極の発生する空間磁場の広がりに対して磁気抵抗素
子の幅が小さすぎる場合、第８図の如き波形が発生する
。磁気円板１の円板面に配列された扇形のＳ極からＮ極
に向かう磁力線による空間磁場の強さは、外周側の磁極
面積が大きく中心部に向かって磁極面積が狭くなること
から、磁極面に対し平行配置した磁気抵抗素子から見る
と、所定ギヤツブ離れた平行面に於ける磁場の強さは中
心部から放射方向に向かう程強くなる。このような磁極
面の長さ方向（半径方向）に於ける空間磁場の不均一性
に対し、本発明にあっては中心部から放射方向に向けて
幅を広めた磁気抵抗素子Ｒ１１〜Ｒ４２を平行配置する
。そのため、磁場の強い部分には磁気抵抗素子の幅の広
い部分が対応し、中心に近い磁場の弱い部分には幅の狭
い部分が対応し、それぞれの場所で出力波形が肩を持つ
のを防ぐ役目をすることになり、長さ方向に磁場の強さ
の不均一性をもたない長方形の磁極に幅の一定な磁気抵
抗素子を対向配置した場合と略同−な磁気抵抗値の変化
を得ることができる。

このため、磁気円板１の磁極面に対するセンサギャップ
を適正な位置に調整した場合、磁気円板１の回転により
第２図に示す４つの磁気抵抗素子群５Ａ〜５Ｄのブリッ
ジ回路から得られる出力は、第３図に示すように滑かな
出力波形となる。この出力波形は第５図に示した磁気抵
抗素子の原理上、厳密なサイン波とは言えないが中心電
圧の部分で滑らかにつながっており、後の波形整形処理
等が非常に行ないやすくなる。

一方、第１図に示した磁気円板１に着磁した磁極のピッ
チ角θが大きくなった場合、磁極のピッチ角θに応じて
磁気抵抗素子の幅を広げると抵抗値が下がって消費電力
が大きくなる。このような場合には、磁気抵抗素子のピ
ッチ角を例えば１／３θあるいは１１５θというように
磁極のピッチ角に対し狭め、磁気円板１と磁気抵抗素子
とのギャップを広げることで第３図に示す滑かな出力波
形を得ることができる。

更に、第１図の実施例にあっては、一対の磁気抵抗素子
、例えば磁気抵抗素子Ｒ１１とＲ１２を直列接続して大
きな磁気抵抗の変化を得ているが、磁気抵抗素子として
は１つであっても良いし、２以上の適宜の数とすること
もできる。

更にまた第１図の実施例にあっては、磁気円板１に着磁
した磁極の回転中心Ｏに対するピッチ角θに比例して磁
気抵抗素子の幅を中心部に向けて狭めるようにしている
が、磁気抵抗素子の狭め方は非線形的な狭め方であって
も良い。

（発明の効果） 以上説明してきたように本発明によれば、円板面上に回
転中心に対し扇形のＳ極とＮ極を交互に円周方向に所定
間隔で形成した磁気記録媒体の磁極面に相対して平行に
磁気抵抗素子を固定配置して成る磁気センサに於いて、
磁気抵抗素子の幅を中心部に向かうにつれて狭めた形状
としたため、扇形の磁極面の形成でＳ極からＮ極に向か
う空間に発生する磁場の強さに不均一性があっても、中
心部に向かって幅を狭めた磁気抵抗素子を平行配置する
ことで空間＠場の不均一性に対し磁気抵抗素子の単位長
さ当たりの抵抗値を長さ方向で略一定とするように補正
し、この磁気抵抗素子の中心部に向けて狭めた形状をも
ってブリッジ接続等で得られる出力波形をサイン波に近
付けた滑かな信号波形にできると共に充分大きな振幅出
力を得ることができ、センサ出力波形から矩形パルスを
得るための波形整形処理をより行ない易くでき、ロータ
リエンコーダに用いたときの検出精度を大幅に向上する
ことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を磁気円板の磁極面と共に示
した説明図、第２図は第１図の磁気抵抗素子により形成
したブリッジ回路図、第３図は第２図のブリッジ回路か
ら得られる出力波形図、第４図は従来例の説明図、第５
図は磁気抵抗素子の磁場に対する抵抗値の変化を示した
特性図、第６図は磁気円板を回転したときの１つの磁気
抵抗素子の抵抗値の変化を示した特性図、第７図は従来
の磁気抵抗素子によるブリッジ回路図、第８図は第７図
のブリッジ回路で得られる従来のセンサ出力の波形図で
ある。 １：ｖｉｉ気円板（磁気記録媒体） ５Ａ〜５Ｄ＝磁気抵抗素子群 ５ａ　、　５ｂ　：電極端子 ７：接続電極 Ｒ１１，Ｒ１２，Ｒ２１，Ｒ２２，Ｒ３１，Ｒ３２，Ｒ
４１゜Ｒ４２：磁気抵抗素子

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）円板面上に回転中心に対し扇形のＳ極とＮ極を交
   互に円周方向に所定間隔で形成した磁気記録媒体の磁極
   面に相対して平行に磁気抵抗素子を固定配置して成る磁
   気センサに於いて、 前記磁気抵抗素子の幅を中心部に向かうにつれて狭めた
   形状としたことを特徴とする磁気センサ。
2. （２）前記磁気抵抗素子の幅は、前記磁気記録媒体の円
   板面上に形成した扇形の磁極形状に比例して中心部に向
   かうにつれて幅を狭めた形状としたことを特徴とする特
   許請求の範囲第１項記載の磁気センサ。