JPH02205716A - 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】 （産業上の利用分野） 本発明は磁電変換装置に関し、ざらに詳しくは、繰り返
し磁気信号を精度良く検出する検出手段としての磁電変
換装置に関する。

（従来の技術） 例えば、モータやターンテーブルの如き回転体等の回転
制御を行うために用いられる磁電変換装置として第７図
に示すものが知られている（特公昭５４−４１３３５号
参照）。

同図は、磁電変換装置３０及びこの磁電変換装置３０に
作用する繰り返し磁気信号源としての磁石帯３１を概念
的に示すものである。

磁電変換装置３０は、磁気抵抗の異方性効果を有する第
１．第２の磁気抵抗効果素子３２ａ。

３２ｂを、両者の感磁方向が同一で、かつ、磁石帯３１
のＮ、Ｓ磁極の間隔（周期λ）に対し、λ／４の間隔で
平行配置すると共に第１．第２の磁気抵抗効果素子３２
ａ、３２ｂを直列接続して、その中点から引き出した端
子３３を出力端子として、また、各磁気抵抗効果素子３
２ａ、３２ｂのそれぞれの他方の端子３４．３５を電源
供給端子、接地端子として用いるようになっている。

この磁電変換装置３０において、第１の磁気抵抗効果素
子３２ａが磁石帯３１のＮ極に対向する状態でＮ極から
Ｓ極に向かう磁束φが作用するとき、第１の磁気抵抗効
果素子３２ａは感磁してその磁気抵抗の変化は最大とな
り、また、このとき第２の磁気抵抗効果素子３２ｂは磁
束φの水平方向成分により飽和して磁気抵抗の変化は最
小となる。

この結果、両磁気抵抗効果素子３２ａ、３２ｂの中点か
ら引き出された端子３３から出力される出力信号（電圧
）ｖｏｕｔは、これらにより分圧され第７図に示す如く
最小となる。

次に、磁石帯３１が矢印方向にλ／４だけ移動したとき
には、第１．第２の磁気抵抗効果素子３２ａ、３２ｂの
状態は上述した場合と逆になり、このとき、端子３３か
らの出力電圧ｙｏｕｔは最大となる。

このような動作の基に、出力信号ｙｏｕｔはλ／４毎に
最小、最大値が対称的に反転する正弦波状になり、これ
により、磁石帯３１の周期λに対し、１／２の周期、即
ら２倍の周波数を有する出力信号ｖｏｕｔを取出し回転
体の回転制御等に用いることができる。

しかしながら、この磁電変換装置３０の場合には、磁石
帯３１の周期λの１／２の周期、即ち、２倍の周波数の
出力信号ＶｏｕｔＬか得ることができないため、例えば
、比較的回転数が遅く、かつ、小型のターンテーブルの
如き回転体の外周にｖｉ１石帯３１を設けこのｒｉｉｉ
電変換装＠３０でその回転状態の検出を行うような場合
、高精度の位置検出を行うことが困難となり、正確な回
転制御を行うことができないという問題があった。

（発明が解決しようとする課題） 本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、従来
例の場合よりもざらに２倍の周波数を有する出力信号を
得ることができると共に、使用環境の熱的影響を受けな
い磁電変換装置を提供することを目的とするものである
。

［発明の構成コ （課題を解決す−るための手段） 本発明の磁電変換装置は、磁気抵抗の異方性効果を有し
、かつ、感磁方向が同一の２個の磁気抵抗効果素子をこ
れらに作用する繰り返し磁気信号の周期λに対し、 略（１／４）　　（２ｎ＋１＞λ　（ｒｌ＝Ｏ，±１゜
±２・・・）の間隔をもって平行配置に直列接続した第
１のセンサ部と、この第１のセンサ部と同一構成の２個
の磁気抵抗効果素子を有し、これらの第１のセンサ部に
対し、 略（１／８）　　　（２ｎ＋１　）λの間隔をもって平
行配置に直列接続した第２のセンサ部とを具備し、前記
両センサ部の接続点を出力端子として用いるものである
。

（作　用） 以下に上記構成の装置の作用を説明する。

この装置によれば、周期λの繰り返し磁気信号が第１．
第２のセンサ部に作用するとき、両センサ部の２個ずつ
の磁気抵抗素子は上述した感磁方向及び間隔設定により
、λ／８毎に、必ずいずれか１個の磁気抵抗効果素子の
磁気抵抗の変化率が最大で、残りの３個の磁気抵抗効果
素子の変化率が最小となり、この結果、両センサ部の接
続点からの出力信号はその周期が前記周期λの１／４と
なり周波数は４倍となる。

また、両センサ部は熱的に差動状態に動作するので、出
力信号は熱の影響を受けない。

（実施例） 以下に本発明の実施例を詳細に説明する。

第１図の示す磁電変換装＠１は、ガラス製等の基板２の
表面に、ニッケルコバルトの如き強磁性体製で磁気抵抗
の異方性効果を有する２個の磁気抵抗効果素子３ａ、３
ｂからなる第１のセンサ部４ａと、これら両磁気抵抗効
果素子３ａ、３ｂと同材質で同様な効果を発揮する２個
の磁気抵抗効果素子３ｃ、３ｄかうなる第２のセンサ部
４ｂとを直列接続の状態で設けると共に、第１図におい
て左側に位置する磁気抵抗効果素子３ａの端部を直流電
源５用の入力端子６ａとして、また、右側に位置する磁
気抵抗効果素子３ｄの端部を接地端子６ｂとして、ざら
に、中央部で隣り合う磁気抵抗効果素子３ｂ、３ｃの接
続点を出力信号を取出す出力端子６Ｃとして用いるよう
になっている。

前記各磁気抵抗効果素子３ａ乃至３ｄ、入力端子６ａ、
接地端子６ｂ、出力端子６Ｃは、ニッケルコバルトの如
き強磁性材料を第１図に示すパターンに蒸着又はエツチ
ングすることにより平行配置に形成されている。

また、両磁気抵抗効果素子３Ｃ，３ｄ間の間隔は、いず
れも後述する磁気帯７からの繰り返し磁気信号の周期λ
に対し、λ／４の間隔をもって形成され、また、隣り合
う磁気抵抗効果素子３ｂ。

３０間はλ／８の間隔をもって形成されている。

さらに、各磁気抵抗効果素子３ａ乃至３ｄの感磁方向は
、第１図に示す矢印α１．α２方向に設定されている。

前記入力端子６ａ、接地端子６ｂ間には、第２図にも示
すように所定電圧Ｅ　（Ｖ）の直流電源５が接続される
ようになっている。

第２図に前記磁電変換装＠１の等価回路を示す。

ここで、各磁気抵抗効果素子３ａ乃至３ｄに磁束φが作
用しないときの磁気抵抗をそれぞれＲｏとして以下の説
明を行°う。

まず、第５図を参照して、磁気抵抗効果素子３ａ（又は
３ｂ、３Ｇ、３ｄ）に作用する繰り返し磁気信号（外部
磁界）の強度Ｈ（Ｘ）と、磁気抵抗効果素子３ａの磁気
抵抗の変化率ΔＲｏ／Ｒとの関係について説明する。

既述したように、磁気抵抗効果素子３ａの感磁方向を矢
印α１．α２方向に設定したので、この磁気抵抗効果素
子３ａに矢印α１．α２方向の磁束φ（１界強度Ｈ（ｘ
））が作用するとき、磁気抵抗の変化率ΔＲｏ／Ｒｏは
最大となりこのときの値は第５図に示す２１点となる。

この場合には、磁気抵抗効果素子３ａの出力信号は最小
となる。これを定性的に「Ｏ」で表す。

一方、磁気抵抗効果素子３ａに感磁方向である矢印α１
．α２方向とは直交する方向に磁束φが作用するとき、
変化率ΔＲ／Ｒｏは最小となり、このときの値は第５図
に示す２２点゛又は２４点（ＨＸ＝±Ｈ３：飽和磁界強
度）となる。この飽和磁界強度±Ｈｓよりも大きい最大
磁界強度±ＨＲのときには、ΔＲ／Ｒｏの値は第５図に
示す２３点又は２５点となる。

即ち、飽和磁界強度±Ｈｓよりも大きい磁界強度のとき
には、磁気抵抗効果素子３ａの磁気抵抗の変化率ΔＲ／
Ｒｏは最小となって、その出力信号は最大をとる。これ
を定性的に「１」で表す。

尚、変化率ΔＲ／Ｒｏの最大、Ｒ小間の変化率は３％位
である。

そして、前記磁電変換装置１の出力信＠ｙｏｕｔの微小
変化分ΔＶは、第２図の等価回路から下記（１）式で表
すことができる。

ここに、ΔＲ１乃至ΔＲ４は、各磁気抵抗効果素子３ａ
乃至３ｄの磁気抵抗の変化分をそれぞれ表す。

換言すれば、出力信号ｖｏｕｔは、各磁気抵抗効果素子
３ａ乃至３ｄの出力信号の総和と、磁気抵抗効果素子３
ｃ、３ｄの出力信号の和との比に比例することになる。

次に上記構成の装置１の作用を、第３図、第４図をも参
照して説明する。

第３図は、第１．第２のセンサ部４ａ、４ｂの磁気帯７
に対する配置状態を、第４図はその動作状態を示すもの
である。

初期状態（時刻ｔｏ　）において、磁電変換装置１の磁
気抵抗効果素子３ａには、第３図及び第４図に示すよう
に磁気帯７のＮ極からの磁束φが感磁方向（α２方向）
に作用するので、このとき、変化率ΔＲ／Ｒｏは最大と
なって、その出力信号は定性的にｒＯＪとなる。また、
このとき磁気抵抗効果素子３ｂ、３ＧにはＮ極からの磁
束φが感磁方向とは直交する方向に作用するので、これ
らは磁気飽和の状態となってそれぞれの出力信号は定性
的に「］」となる。

さらに、この状態では、磁気抵抗効果素子３ｄには前記
Ｎ極とは一周期離れた他のＮ極からの磁束φが感磁方向
とは直交する方向に作゛用するので、その出力信号は定
性２的に「１」となる。

従って、このときの磁電変換装置１の出力信号は、前記
（１）式に基き類推されるように定性的にｒ２／３Ｊで
表すことができる。

次に、磁気帯７が−Ｘ方向にλ／８だけ変位した時刻ｔ
１のときには、上）ホした動作に基き、磁気抵抗効果素
子３ａ、３ｂ及び３ｄが「１」、磁気抵抗効果素子３Ｃ
がｒＯＪの状態になり、この結果、このときの出力信号
ｖｏｕｔは定性的にｒｌ／３Ｊで表すことができる。

さらに、磁気帯７が−Ｘ方向にλ／８変位した時刻ｔ２
のときには、磁気抵抗効果素子３ａ。

３ｃ、３ｄが「１」、磁気抵抗効果素子３ｂがｒＯＪの
状態になり、このときの出力信号■ｏｕｔは定性的にｒ
２／３Ｊで表すことができる。

このようにして、周期λの全範囲に亘って出力信号ｙｏ
ｕｔはλ／８毎に最大ｒ２／３Ｊ　、最小ｒ１／３Ｊの
値をとりつつ略正弦波状に変化し、この結果、前記周期
λの１／４の周期、即ち４倍の周波数を持つ信号となる
。

この結果、磁気帯７を例えば比較的遅く回転するターン
テーブルの外周に設けて磁電変換装＠１によりその回転
制御のための信号を取出す場合でも、従来例に比較しよ
り高精度の回転制御が可能となる。

また、上述した磁電変換装置１によれば、出力信号ｖｏ
ｕｔを直列接続された第１．第２のセンサ部４ａ、４ｂ
の接続点から取出すものであり、両センサ部４ａ、４ｂ
は使用環境における熱に対し差動的に動作するので、両
センサ部４ａ、４ｂの熱による特性変化は打ち消し合い
、この結果、出力信号ｙｏｕｔは熱による影響を受ける
ことはない。

第６図は、本発明の実施例の他側を示すものである。

同図に示す磁電変換装置１Ａは、前記磁気抵抗効果素子
３ｃ、３ｄからなる第２のセンサ部４ｂを磁気抵抗効果
素子３ａ側にλ／４シフトした配置としたことが磁電変
換装置１と相違する点である。即ち、このｒｔｔ電変換
Ｉ＠ｌＡの磁気抵抗効果素子３Ｃは、磁気抵抗効果素子
３ｂよ゛りもλ／８だけ磁気抵抗効果素、、−ｉ！−３
ａ側にシフトした位置となっている。

この磁電変換装置１Ａによっても、上述した磁電変換装
置１と同様の作用を発揮させることができる。

本発明は上述した実施例に限定されるものではなく、そ
の要旨の範囲内で種々の変形が可能である。

［発明の効果コ 以上詳述した本発明によれば、第１．第２のセンサ部を
上述した感磁方向で、かつ、上述した間隔をもって直列
接続の状態で配置し、両者の接続点から出力信号を取出
すようにしたものであるから、繰り返し磁気信号の４倍
の周波数を持ち、かつ、熱的な特性劣化のない出力信号
を得ることができ、従来例よりもより高精度の回転制御
等を行う場合に用いることが可能な磁電変換装置を提供
することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例装置を示す平面図、第２図は同
装置の等価回路図、第３図は同装置の配置を示す説明図
、第４図は同装置の動作説明図、第５図は磁気抵抗効果
素子の外部磁界強度と磁気抵抗の変化率との関係を示す
特性図、第６図は本発明の他の実施例装置の配置を示す
説明図、第７図は従来例の配置及び出力信号の波形を示
す説明図である。 １・・・磁電変換装置、 ３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄ−１ｉｆｉ気抵抗効果素子、４
ａ・・・第１のセンサ部、 ４ｂ・・・第２のセンサ部。 第 図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 　磁気抵抗の異方性効果を有し、かつ、感磁方向が同一
   の２個の磁気抵抗効果素子をこれらに作用する繰り返し
   磁気信号の周期λに対し、 略（１／４）・（２ｎ＋１）λ（ｎ＝Ｏ，±１，±２・
   ・・）の間隔をもって平行配置に直列接続した第１のセ
   ンサ部と、この第１のセンサ部と同一構成の２個の磁気
   抵抗効果素子を有し、これらの第１のセンサ部に対し、 略（１／８）・（２ｎ＋１）λの間隔をもつて平行配置
   に直列接続した第２のセンサ部とを具備し、前記両セン
   サ部の接続点を出力端子として用いることを特徴とする
   磁電変換装置。