JPS62289725A - 磁電変換装置 - 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】 発明の詳細な説明 （卒業上の利用分野） 本発明は、互いに異なる２種類の磁極が等間隔で繰り返
された磁気信号の検出に用いる磁電変換装置に関する。

（従来の技術） 本発明に関連のある従来技術として特公昭５４−４１３
３５号公報記載のものがある。これは、第１０図に示さ
れているように、それぞれ磁気抵抗の異方性効果を有す
る第１及び第２の磁気抵抗素子Ｒ１，Ｒ２を、これらの
電流通路に近接される繰り返し磁気信号の波長λに対し
λ／２　（ｎ＋１／２）（ｎ＝０．１．２．３、・・・
）の間隔をもって配し、かつ、それぞれの主電流通路が
互いに略平行となるように配すると共に、上記第１及び
第２の磁気抵抗素子Ｒ１、Ｒ２の一端を互いに接続し、
この接続部に出力端子を設け、前記第１及び第２の磁気
抵抗素子Ｒ１、Ｒ２の他端にそれぞれ電流供給端子を設
けてなるものである。

第１及び第２の磁気抵抗素子Ｒ１、Ｒ２はこれを直列接
続して分圧値の変化として信号を取り出す場合と、第１
１図に示されているようにブリッジ接続し、ブリッジの
対向出力端の電圧を比較器１で比較して出力信号をｉ４
る場合とがある。

上記従来例によれば、磁気抵抗素子Ｒ１、Ｒ２が互いに
λ／４、即ち、電気角で９０度だけ離間させられたこと
になって各磁気抵抗素子Ｒ１、Ｒ２に対する信号磁界の
方向のずれがな（なり、信号磁界は各磁気抵抗素子Ｒ１
、Ｒ２に対し実効的に作用するので、出力電圧の振幅を
大きくとることができ、また、歪もなく、精度を向上さ
せることができる等の効果を奏する。

（発明が解決しようとする問題点） ところで、磁気抵抗素子の感度を飽和させると第１２図
（ａ）に破線で示されているように出力波形が正弦波か
ら変化し、特に、ゼロクロス付近の傾きが小さくなる。

そのため、第１２図（ｂ）に示されているように、磁気
抵抗素子の出力を、例えば周波数−電圧変換回路等によ
って処理して矩形波にしようとする場合等に不安定にな
りやすい。

また、デユーティが５０％からずれ、第１２図（Ｃ）に
示されているように、上記矩形波を積分して鋸波状の電
圧信号を得ようとすると、正確な電圧信号を得ることが
できない。

かかる問題点を解消するためには、磁気抵抗素子と磁気
スケールとのギヤツブを広くして磁気抵抗素子に加わる
磁界を小さくすればよいが、磁気抵抗素子は飽和させて
使う方が出力が安定するし、磁気スケールの精度のばら
つきにより磁気スケールと磁気抵抗素子とのギャップが
変化して磁気スケール上に磁場の強弱があったり、温度
特性などで磁場の強さが変わる場合には対処することが
できない。

第１３図乃至第１５図は、磁気抵抗素子に対する磁気ス
ケールの磁界強度Ｈｓを１００　（ｏｅ）乃至１４０（
ｏｅ）に変化させた場合のゼロクロス付近の傾きを実験
により求めたもので、ゼロクロス付近の傾きは、磁界強
度Ｈｓを１００　（ｏｅ）とした場合は１．２６ｍＶ／
ｄｅｇあったものが、磁界強度Ｈｓ＝　１２０　（ｏｅ
）では０．８９５ｍＶ／ｄｅｇ　、　磁界強度ｔ！ｓ＝
　１４０　（ｏｅ）では０、５５ｍＶ　／　ｄｅｇとい
うように順次小さくなり、上述の間悪を生ずる。

本発明は、かかる従来の問題点を解消すべくなされたも
のであって、安定した磁気抵抗素子出力波形が得られ、
かつ、波形整形したとき変動が少な（なるような磁気抵
抗素子出力を得ることができるようにした磁電変換装置
を提供することを目的とする。

（問題点を解決するための手段） 本発明は、互いに異なる２種類の磁極が等間隔で繰り返
された磁気信号を記録した磁気スケールに対向させ、上
記磁気信号の磁界により抵抗値の変化する第１及び第２
の磁気抵抗素子を直列に接続して平行に並べると共に、
上記第１及び第２の磁気抵抗素子の接続部より出力端子
を取り出し、他端をそれぞれ電力供給端子とした磁電変
換装置において、上記第１の磁気抵抗素子に対して、上
記第２の磁気抵抗素子の位置を上記磁気信号の波長λに
対しλ／　２　　（ｎ　＋　１　／　２　）　　（ｎ　
＝　Ｏｌｌ、２．３、・・・）から立λ／３６以上変位
させて配したことを特徴とする。

（作用） 第１の磁気抵抗素子と第２の磁気抵抗素子がλ／２（ｎ
＋１／２）から±λ／３６以上変位させられることによ
り、磁気抵抗素子の出力端子から取り出される信号は、
立ち上がり角度の大きいゼロクロス点と立ち上がり角度
の小さいゼロクロス点とをもつ非対称形の信号となる。

立ち上がり角度の大きいゼロクロス点を基準に信号処理
すれば、安定かつ精度のよい信号処理を行うことができ
る。

（実施例） 以下、本発明に係る磁電変換装置の実施例を第１図乃至
第９図を参照しながら説明する。

第１図は本発明の基本的な実施例を示す。第１図におい
て、符号１０は互いに異なる２種類の磁極が等間隔で繰
り返された磁気信号を記録した磁気スケールであり、こ
の磁気スケール１０に対向させて、上記磁気信号の磁界
により抵抗値の変化する第１及び第２の磁気抵抗素子Ｍ
ＲＩ　、ＭＲ２が直列に接続されて平行に並べられてい
る。上記第１及び第２の磁気抵抗素子ＭＲＩ　、ＭＲ２
の接続部からは出力端子が取り出され、他端はそれぞれ
電力供給端子となっている。上記第１の磁気抵抗素子Ｍ
ＲＩに対して、上記第２の磁気抵抗素子ＭＲ２の位置は
上記磁気信号の波長λに対しλ／２（ｎ＋１／２）（ｎ
＝０．１．２．３、・・・）から±λ／６変位させて配
置されている。部ち、角度でいえば、第４図に示されて
いるように、磁気抵抗素子ＭＲＩ及びＭＲ３を基準とし
て磁気抵抗素子ＭＲ２及びＭＲ４を６０度、１２０度、
２４０度、３００度の間隔のうち一つを選択して配置さ
れている。また、磁気抵抗素子ＭＲ２は±１０度の範囲
で変位可能としである。

上記各磁気抵抗素子は、例えば、ガラス等よりなる基板
の表面に、ＮｉＦｅ合金やＮｉＣｏ合金などの磁気抵抗
の異方性効果を有する強磁性体の薄膜を形成してなるも
ので、直空蒸着法等により櫛歯状パターン等の所定の形
に形成し、又は全面に蒸着したのち所定の形にエツチン
グする等の方法により形成される。

第２図（ａ）において、実線は上記の如く配した磁気抵
抗素子ＭＲＩ　、ＭＲ２からの出力波形を、破線は従来
の磁電変換装置の出力波形を示したものであり、従来は
形の調った正弦波状の波形が得られるのに対し、本発明
の上記基本的な構成例によれば、一つのゼロクロス点Ａ
での立ち上がり角度が大きく、他のゼロクロス点Ｂでの
立ち上がり角度が小さい非対称形の波形となる。ところ
で、磁気抵抗素子は一般に、第３図に示されているよう
に磁場に関して左右非対称な特性をもち、また、ヒステ
リシスをもつ場合もあるので、磁気抵抗素子の出力を波
形処理する場合はゼロクロス付近の立ち上がりを利用す
ることが多い。しかるに、第２図（ａ）に実線で示され
ている波形によれば、立ち上がり角度の大きい一方のゼ
ロクロス点Ａ付近のみを利用して波形処理することによ
り、安定かつ精度のよい波形処理を行うことができる。

このように、磁気抵抗素子出力を非対称形にして一方の
ゼロクロス点の立ち上がり角度を大きくするための条件
は、一般的には、第１及び第２の磁気抵抗素子ＭＲＩ　
、ＭＲ２の相互間隔をλ／２　（ｎ！１／２）からλ／
３６以上変位させることである。”因に、第２図（ｂ）
は上記ゼロクロス点Ａを基準にして矩形波を作ったもの
であり、第２図（ｃ）は上記矩形波の立ち上がりと立ち
上がりとの間で積分して鋸歯状の波形を作ったものであ
る。

第５図乃至第９図は、上記基本的構成例を発展させた本
発明のより好ましい実施例を示す。

第５図及び第６図において、一つの組をなす第１の磁気
抵抗素子ＭＲ１と第２の磁気抵抗素子ＭＲ２は直列に接
続されて平行に並べられ、この接続部より出力端子Ｖｓ
ｌが取り出され、他端はそれぞれ電力供給端子となって
いる。一方、他の組をなす第３の磁気抵抗素子ＭＲ３と
第４の磁気抵抗素子′ＩＲ４も直列に接続されて平行に
並べられ、この接続部より出力端子ｖｓ２が取り出され
、他端はそれぞれ電力供給端子となって、各磁気抵抗素
子詰１、ＭＲ２、ＭＲ３、ＭＲ４がブリッジ状に接続さ
れている。

上記各端子Ｖｓｌ　、Ｖｓ２からの出力信号は合成器と
してのオペアンプ１４に入力されて合成され、出力信号
Ｖｏｕ　ｔを得るようになっている。

上記各磁気抵抗素子Ｍ［１，ＭＲ２、ＭＲ３、ＭＲ４は
、互いに異なる２種類の磁極が等間隔で繰り返された磁
気信号を記録した磁気スケール１２に対向させて配置さ
れている。

一つの組をなす磁気抵抗素子ＭＲＩ　、　ＭＲ２と他の
紐をなす磁気抵抗素子ＭＲ３、ＭＲ４は、磁気スケール
１２からの磁気信号の波長λに対しλ／２　（ｎ＋１　
／　２　）　　（ｎ　＝　０．１．２．３、・・・）の
間隔、換言すれば、電気角で９０度、波長でλ／４の間
隔をもって配置されている。また、一つの組の磁気抵抗
素千載１　、ＭＲ２相互及び他の組の磁気抵抗素子ＭＲ
３、ＭＲ４相互の間隔は、λ／６、電気角で６０度だけ
ずらして配置されている。

第９図（ａ）乃至い）は、上記実施例において各組内の
二つの磁気抵抗素子ＭＲＩ　とＭＲ２及びＭＲ３とＭＲ
４相互の間隔と磁界強度Ｈｓを変えた場合の各組の磁気
抵抗素子の出力波形ｖｓ１、■ｓ２とその合成出力波形
Ｖｏｕ　ｔの変化を示したもので、各組の磁気抵抗素子
の出力波形のうち実線がｖｓｌ、鎖線がＶｓ２で互いに
電気角で位相が１８０度ずれており、この出力をオペア
ンプ１４で合成することにより最終出力信号Ｖｏｕ　ｔ
が得られる。また、第９図の（ａ）乃至（ｃ）は各組内
の二つの磁気抵抗素子相互の間隔を７０度とした場合、
（ｄ）乃至（ｆ）は６０度とした場合、（ｇ）乃至（ｉ
）は５０度とした場合を示し、さらに、（ａ）（ｄ）（
ｇ）は磁界強度Ｈｓを１００　（ｏｅ）とした場合、（
ｂ）（ｅ）（ｈ）はＨｓ＝　１２０　（ｏｅ）とした場
合、（Ｃ）　　（ｆ）（ｉ）は）ｌｓ＝　１４０　（ｏ
ｅ）とした場合を示す。

磁気抵抗素子ＭＲＩとＭＲ２相互及び磁気抵抗素子ＭＲ
３とＭＲ４相互の間隔を６０度（λ／６）とし、磁気抵
抗素子に加える磁界の強さＨｓを１００　（ｏｅ）とす
ると、出力信号Ｖｏｕ　ｔのゼロクロス付近の傾きは第
９図（ｄ）に示されているように１．３０ｍＶ／ｄｅｇ
となり、出力Ｖｏｕ　ｔの波形は正弦波に近くなる。磁
気抵抗素子相互の間隔は６０度のまま磁界強度）Ｉｓを
１２０　　（ｏｅ）とすればゼロクロス付近の傾きは１
．２３ｍＶ／ｄｅｇ　、　Ｈｓ＝１４０　　（ｏｅ）と
すればゼロクロス付近の傾きは１．１０ｍＶ　／　ｄｅ
ｇとなり、第１３図乃至第１５図に示した従来の場合の
ように、磁気抵抗素子の相互間隔を９０度にした場合に
比べて、ゼロクロス付近の傾きが大幅に改善されるし、
波形も略正弦波のままであり大きな変化は見られない。

このような出力信号のゼロクロス付近での傾きの変化は
、第９図（ａ）乃至（ｉ）に示されている通りであり、
磁気抵抗素子相互の間隔を７０度から６０度、５０度と
いうように順次小さくするに従って傾きが大きくなる。

しかし、磁気抵抗素子相互の間隔を小さくすると出力信
号レベルが小さくなり、Ｓ／Ｎ比を悪化させることにな
る。

以上のことから、磁気抵抗素子相互の間隔は、最大出力
が得られる９０度の場合の出力レベルに対し、約１／２
のレベルが実際の使用環境から見て許容範囲であり、こ
のときの磁気抵抗素子相互の間隔は５０度である。

一方、磁気抵抗素子相互の間隔を大きくした場合は、出
力レベルは大きくなるが強い磁界の場合はゼロクロス付
近での傾きが小さくなるので、実用範囲としては磁気抵
抗素子相互の間隔の限度は７０度とすべきである。

このような範囲を一般的に表すと、λ／２（ｎ＋１／２
）　　±λ／１８乃至λ／２（ｎ＋１／２）　　±λ／
９となる。

以上の説明から明らかなように、上記実施例によれば、
温度特性を安定させるために磁気抵抗素子を飽和させて
使用する場合、即ち、第９図（Ｃ）　　（ｆ）（ｉ）に
示されているような場合に特に効果的である。

また、本発明の実施例によれば、磁気抵抗素子の出力波
形が非対称形になり、しかも、この出力波形は第７図及
び第８図に示されているように磁気スケールの移動（回
転）方向によって形が逆向きになるので、これを利用し
て移動方向を検出することができる。具体的には、第７
図（ｂ）、第８図（ｂ）に示されているように、磁気抵
抗素子の出力信号を微分すると微分出力が移動方向によ
って逆向きとなるので、これを士ＶＳという基準電圧と
比較すれば移動方向を検出することができる。

（発明の効果） 本発明によれば、磁気スケールの磁気信号を検出する第
１及び第２の磁気抵抗素子の位置を、上記磁気信号の波
長λに対しλ／２　（ｎ＋１／２）（ｎ＝０．１．２．
３、・・・）から土λ／３６以上変位させたため、磁気
抵抗素子の出力波形のゼロクロス付近の傾きを大きくす
ることができ、ゼロクロス点を基準にして信号処理する
場合に、安定で精度のよい処理を行うことができる。ま
た、磁気抵抗素子の出力波形が左右非対称になるため、
磁気スケールの移動（回転）方向を検出することもでき
る。さらに、強い磁界中に入れて磁気抵抗素子の特性を
飽和させても出力信号波形が安定しているため、温度特
性や磁気スケールと磁気抵抗素子との間のギャップの変
動等による影９を小さくすることができる。

図面の′ＦＩｉ５車な説明 第１図は本発明に係る磁電変換装置の基本的な実施例を
示す概略図、第２図は同上実施例によって得られる各種
信号の波形図、第３図は磁気抵抗素子の一般的な特性を
示す波形図、第４図は上記実施例における磁気抵抗素子
相互の位置関係を示す説明図、第５図は本発明に係る磁
電変換装置の別の実施例を示す概略図、第６図は同上実
施例における磁気抵抗素子の接続例を示す回路図、第７
図は同上実施例によって得られる信号の例を示す波形図
、第８図は移動方向が逆の場合に得られる信号の＋夕＋
＋を第７図に準じて示す波形図、第９図は上記実施例に
おいて各種条件を変えることによってｉＪられる各種信
号の例を示す波形図、第１０図は従来の磁電変換装置の
例を示す概略図、第１１図は同上従来例における磁気抵
抗素子の接続例を示す回路図、第１２図は上記実施例に
よって得られる各種信号の波形図、第１３図乃至第１５
図は上記従来例において各種条件を変えることによって
得られる各種信号の例を示す波形図である。

１Ｏ１１２・・磁気スケール、　１４・・合成器、ＭＲ
Ｉ　　・・第１の磁気抵抗素子、　ＭＲ２・・第２の磁
気抵抗素子、　ＭＲ３・・第３の磁気抵抗素子、ＭＲ４
・・第４の磁気抵抗素子、　νｓｌ　、Ｖｓ２　　・・
出力端子。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）互いに異なる２種類の磁極が等間隔で繰り返され
   た磁気信号を記録した磁気スケールに対向させ、上記磁
   気信号の磁界により抵抗値の変化する第１及び第２の磁
   気抵抗素子を直列に接続して平行に並べると共に、上記
   第１及び第２の磁気抵抗素子の接続部より出力端子を取
   り出し、他端をそれぞれ電力供給端子とした磁電変換装
   置において、上記第１の磁気抵抗素子に対して、上記第
   ２の磁気抵抗素子の位置を上記磁気信号の波長λに対し
   λ／２（ｎ＋１／２）（ｎ＝０、１、２、３、・・・）
   から±λ／３６以上変位させて配したことを特徴とする
   磁電変換装置。
2. （２）第１及び第２の磁気抵抗素子からなる組と、第３
   及び第４の磁気抵抗素子からなる組とを磁気信号の波長
   λに対しλ／２（ｎ＋１／２）（ｎ＝０、１、２、３、
   ・・・）の間隔をもって配置すると共に、上記各組の出
   力端子を合成器に加えたとき、上記各組の磁気抵抗素子
   をそれぞれ λ／２（ｎ＋１／２）±λ／１８乃至λ／２（ｎ＋１／
   ２）±λ／９の間隔をもって配してなる特許請求の範囲
   第１項記載の磁電変換装置。