JPH06147816A - 角度センサ - Google Patents
角度センサInfo
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- JPH06147816A JPH06147816A JP29729492A JP29729492A JPH06147816A JP H06147816 A JPH06147816 A JP H06147816A JP 29729492 A JP29729492 A JP 29729492A JP 29729492 A JP29729492 A JP 29729492A JP H06147816 A JPH06147816 A JP H06147816A
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- magnetic field
- angle
- magnetoresistive element
- magnetic
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 磁気ヘッドに強磁性金属磁気抵抗素子を使用
し、且つ変位−出力特性の直線性が広い測定範囲に亘っ
て得られる角度センサを提供することを目的とする。 【構成】 バイアス磁場を生成するための永久磁石と強
磁性金属の磁気抵抗素子とを含み磁気抵抗素子は永久磁
石の磁軸に直交した線に対して対称的に且つその両側に
それぞれ配置された第１の感磁部と第２の感磁部とを有
し第１の感磁部と第２の感磁部とは互いに９０度の角度
をなし且つ永久磁石の磁軸に対して４５度傾斜して配置
されるように構成された磁気ヘッド１１と、信号磁場を
生成するべく中心軸線周りに回転可能な発磁体２３と、
を有する角度センサにおいて、発磁体２３は上記信号磁
場のベクトルが中心軸線周りの中心角の関数として変化
するようにＮ極とＳ極が中心角の関数として変化するよ
うに磁化され、磁気ヘッド１１は発磁体２３より隔置さ
れ磁気ヘッド１１の出力電圧が発磁体２３の回転角度の
関数として表されるように構成されている。
し、且つ変位−出力特性の直線性が広い測定範囲に亘っ
て得られる角度センサを提供することを目的とする。 【構成】 バイアス磁場を生成するための永久磁石と強
磁性金属の磁気抵抗素子とを含み磁気抵抗素子は永久磁
石の磁軸に直交した線に対して対称的に且つその両側に
それぞれ配置された第１の感磁部と第２の感磁部とを有
し第１の感磁部と第２の感磁部とは互いに９０度の角度
をなし且つ永久磁石の磁軸に対して４５度傾斜して配置
されるように構成された磁気ヘッド１１と、信号磁場を
生成するべく中心軸線周りに回転可能な発磁体２３と、
を有する角度センサにおいて、発磁体２３は上記信号磁
場のベクトルが中心軸線周りの中心角の関数として変化
するようにＮ極とＳ極が中心角の関数として変化するよ
うに磁化され、磁気ヘッド１１は発磁体２３より隔置さ
れ磁気ヘッド１１の出力電圧が発磁体２３の回転角度の
関数として表されるように構成されている。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は微小な角度変位を高い精
度にて計測するための角度センサに関する。
度にて計測するための角度センサに関する。
【０００２】
【従来の技術】磁気抵抗素子（ＭＲ素子）を使用した変
位センサは広く使用されている。斯かる磁気抵抗素子は
ホール効果（半導体磁気抵抗効果）を利用した半導体磁
気抵抗素子と強磁性金属の磁気抵抗効果を利用した強磁
性金属磁気抵抗素子とに大別される。強磁性金属磁気抵
抗素子は磁場の強さ及び方向と抵抗値の関係において直
線性を得るのが容易である等の理由により位置センサに
広く使用されている。
位センサは広く使用されている。斯かる磁気抵抗素子は
ホール効果（半導体磁気抵抗効果）を利用した半導体磁
気抵抗素子と強磁性金属の磁気抵抗効果を利用した強磁
性金属磁気抵抗素子とに大別される。強磁性金属磁気抵
抗素子は磁場の強さ及び方向と抵抗値の関係において直
線性を得るのが容易である等の理由により位置センサに
広く使用されている。
【０００３】強磁性金属磁気抵抗素子の抵抗値ρは磁化
方向の関数として次の数１の式によって表される。
方向の関数として次の数１の式によって表される。
【０００４】
【数１】
【０００５】但し、ρ（θ）：磁気抵抗素子の抵抗値、 θ：電流と飽和磁化方向のなす角、 ρ1 ：電流と飽和磁化方向が直交したときの磁気抵抗素
子の抵抗値、 ρ2 ：電流と飽和磁化方向が平行なときの磁気抵抗素子
の抵抗値。
子の抵抗値、 ρ2 ：電流と飽和磁化方向が平行なときの磁気抵抗素子
の抵抗値。
【０００６】この式はViogt-Thomson の式として良く知
られている。強磁性金属は可逆磁場以下の強さの磁場で
は履歴作用を表すから、通常、飽和磁場にて使用され
る。
られている。強磁性金属は可逆磁場以下の強さの磁場で
は履歴作用を表すから、通常、飽和磁場にて使用され
る。
【０００７】この式から明らかなように、強磁性金属磁
気抵抗素子は、電流と磁化方向（磁場の方向）が平行な
ときに最大抵抗値ρ2 を有し電流と磁化方向（磁場の方
向）が直角なときに最小抵抗値ρ1 を有する。
気抵抗素子は、電流と磁化方向（磁場の方向）が平行な
ときに最大抵抗値ρ2 を有し電流と磁化方向（磁場の方
向）が直角なときに最小抵抗値ρ1 を有する。
【０００８】図３を参照して強磁性金属磁気抵抗素子の
原理を説明する。尚、強磁性金属磁気抵抗素子の原理及
びそれを使用した変位センサの詳細については、例え
ば、「センサ技術」（１９８１年１１月号）〔Vol.1.N
O.4〕（４７〜５３頁）の『強磁性金属薄膜素子による
変位検出』を参照されたい。
原理を説明する。尚、強磁性金属磁気抵抗素子の原理及
びそれを使用した変位センサの詳細については、例え
ば、「センサ技術」（１９８１年１１月号）〔Vol.1.N
O.4〕（４７〜５３頁）の『強磁性金属薄膜素子による
変位検出』を参照されたい。
【０００９】図示のように、強磁性金属磁気抵抗素子の
２つの細長い感磁部３１Ａ、３１Ｂは互いに直交するよ
うに配置される。従って斯かる感磁部３１Ａ、３１Ｂを
流れる電流Ｉの方向は互いに直交する。第１の感磁部３
１Ａの長手方向をＹ軸としそれに直角な第２の感磁部３
１Ｂの長手方向をＸ軸とする。
２つの細長い感磁部３１Ａ、３１Ｂは互いに直交するよ
うに配置される。従って斯かる感磁部３１Ａ、３１Ｂを
流れる電流Ｉの方向は互いに直交する。第１の感磁部３
１Ａの長手方向をＹ軸としそれに直角な第２の感磁部３
１Ｂの長手方向をＸ軸とする。
【００１０】斯かる２つの感磁部３１Ａ、３１Ｂに直流
バイアス磁場ＨB が付与されているものとする。従っ
て、更に信号磁場ＨS が作用すると、感磁部３１Ａ、３
１Ｂにはバイアス磁場ＨB と信号磁場ＨS の合成磁場Ｈ
が作用する。バイアス磁場ＨBの方向はＹ軸に対して４
５度の角度をなし、信号磁場ＨS の方向はＹ軸に対して
９０度の角度をなすとすれば、合成磁場Ｈの方向はＹ軸
に対して（４５＋Δθ）度の角度をなす。
バイアス磁場ＨB が付与されているものとする。従っ
て、更に信号磁場ＨS が作用すると、感磁部３１Ａ、３
１Ｂにはバイアス磁場ＨB と信号磁場ＨS の合成磁場Ｈ
が作用する。バイアス磁場ＨBの方向はＹ軸に対して４
５度の角度をなし、信号磁場ＨS の方向はＹ軸に対して
９０度の角度をなすとすれば、合成磁場Ｈの方向はＹ軸
に対して（４５＋Δθ）度の角度をなす。
【００１１】第１の感磁部３１Ａと第２の感磁部３１Ｂ
の抵抗値は略同一であるものとする。第１の感磁部３１
Ａの抵抗値ρA と第２の感磁部３１Ｂの抵抗値ρB とは
数１の式を使用してそれぞれ次の数２の式によって表さ
れる。
の抵抗値は略同一であるものとする。第１の感磁部３１
Ａの抵抗値ρA と第２の感磁部３１Ｂの抵抗値ρB とは
数１の式を使用してそれぞれ次の数２の式によって表さ
れる。
【００１２】
【数２】
【００１３】図示のように、２つの感磁部３１Ａ、３１
Ｂは直列に接続されて更に直流電源３５（電圧Ｖ0 ）が
接続される。従って第２の感磁部３１Ｂの両端の電圧は
次の数３の式によって表される。
Ｂは直列に接続されて更に直流電源３５（電圧Ｖ0 ）が
接続される。従って第２の感磁部３１Ｂの両端の電圧は
次の数３の式によって表される。
【００１４】
【数３】
【００１５】この数３の式に数２の式を代入すると次の
数４の式が得られる。
数４の式が得られる。
【００１６】
【数４】
【００１７】この式の右辺の第１項は信号磁場がない場
合、即ちＨS ＝０の場合に出力端子に表れる電圧であ
り、第２項は信号磁場の大きさと方向によって変化する
電圧部分である。
合、即ちＨS ＝０の場合に出力端子に表れる電圧であ
り、第２項は信号磁場の大きさと方向によって変化する
電圧部分である。
【００１８】尚、数２の式の両者を加算すると次の数５
の式が得られる。
の式が得られる。
【００１９】
【数５】
【００２０】即ち、２つの感磁部３１Ａ、３１Ｂの抵抗
値の和は常に一定となる。
値の和は常に一定となる。
【００２１】図４に強磁性金属磁気抵抗素子３１の例を
示す。強磁性金属磁気抵抗素子３１は基板４１の表面に
強磁性金属薄膜を蒸着することによって形成されてい
る。基板４１の裏面にはバイアス磁場ＨB を生成するた
めの永久磁石が付着されている。永久磁石のＮ極とＳ極
はバイアス磁場ＨB の方向が図示のように基板の長手方
向に整合するように配置される。即ち磁軸（Ｎ極とＳ極
を結ぶ線）は長手方向に沿って配置される。
示す。強磁性金属磁気抵抗素子３１は基板４１の表面に
強磁性金属薄膜を蒸着することによって形成されてい
る。基板４１の裏面にはバイアス磁場ＨB を生成するた
めの永久磁石が付着されている。永久磁石のＮ極とＳ極
はバイアス磁場ＨB の方向が図示のように基板の長手方
向に整合するように配置される。即ち磁軸（Ｎ極とＳ極
を結ぶ線）は長手方向に沿って配置される。
【００２２】強磁性金属磁気抵抗素子３１は感磁部４３
Ａ、４３Ｂとリード部４５Ａ、４５Ｂ、４５Ｃよりな
る。感磁部は第１の感磁部４３Ａと第２の感磁部４３Ｂ
とを有し、各感磁部は複数の平行な細長い帯状に形成さ
れた強磁性金属薄膜を含み、それらは直列に接続されて
いる。第１の感磁部４３Ａの帯状の強磁性金属薄膜と第
２の感磁部４３Ｂの帯状の強磁性金属薄膜とは互いに直
交するように且つ基板４１の長手方向に対して４５度の
角度をなすように配置されており、更に、基板４１の長
手方向に垂直な中心線に対して対称に配置されている。
Ａ、４３Ｂとリード部４５Ａ、４５Ｂ、４５Ｃよりな
る。感磁部は第１の感磁部４３Ａと第２の感磁部４３Ｂ
とを有し、各感磁部は複数の平行な細長い帯状に形成さ
れた強磁性金属薄膜を含み、それらは直列に接続されて
いる。第１の感磁部４３Ａの帯状の強磁性金属薄膜と第
２の感磁部４３Ｂの帯状の強磁性金属薄膜とは互いに直
交するように且つ基板４１の長手方向に対して４５度の
角度をなすように配置されており、更に、基板４１の長
手方向に垂直な中心線に対して対称に配置されている。
【００２３】リード部４５Ａ、４５Ｂ、４５Ｃは基準電
流を付与するための入力端子４５Ａ、４５Ｃと出力電圧
を取り出すための出力端子４５Ｂとを有する。
流を付与するための入力端子４５Ａ、４５Ｃと出力電圧
を取り出すための出力端子４５Ｂとを有する。
【００２４】こうして、強磁性金属磁気抵抗素子３１の
２つの感磁部４３Ａ、４３Ｂの配向とバイアス磁場ＨB
の方向の間の関係は図３に示した２つの感磁部３１Ａ、
３１Ｂの配向とバイアス磁場ＨB の方向の間の関係と同
一となる。尚、強磁性金属磁気抵抗素子は、好ましく
は、バイアス磁場ＨB の方向が信号磁場ＨS の方向と直
交するように配置される。
２つの感磁部４３Ａ、４３Ｂの配向とバイアス磁場ＨB
の方向の間の関係は図３に示した２つの感磁部３１Ａ、
３１Ｂの配向とバイアス磁場ＨB の方向の間の関係と同
一となる。尚、強磁性金属磁気抵抗素子は、好ましく
は、バイアス磁場ＨB の方向が信号磁場ＨS の方向と直
交するように配置される。
【００２５】図５に強磁性金属磁気抵抗素子３１を使用
した変位センサの例を示す。変位センサは発磁体部５１
と斯かる発磁体部５１より隔置され且つそれに対して相
対的に移動する検出ヘッド５３とを有し、該検出ヘッド
５３によって両者間の相対的変位及び変位方向が検出さ
れるように構成されている。発磁体部５１は信号磁場Ｈ
S を生成する発磁体５５よりなり、斯かる発磁体５５は
例えばＮ極とＳ極が交互に配列されるように構成された
永久磁石であってよい。
した変位センサの例を示す。変位センサは発磁体部５１
と斯かる発磁体部５１より隔置され且つそれに対して相
対的に移動する検出ヘッド５３とを有し、該検出ヘッド
５３によって両者間の相対的変位及び変位方向が検出さ
れるように構成されている。発磁体部５１は信号磁場Ｈ
S を生成する発磁体５５よりなり、斯かる発磁体５５は
例えばＮ極とＳ極が交互に配列されるように構成された
永久磁石であってよい。
【００２６】検出ヘッド５３は図４にて説明した如きバ
イアス磁場ＨB を生成するための永久磁石４７と基板４
１に形成された強磁性金属磁気抵抗素子３１とを含み、
強磁性金属磁気抵抗素子３１の２つの感磁部４３Ａ、４
３Ｂは互いに直角に且つ長手方向に対して４５度の角度
をなすように配置されている。こうして、検出ヘッドの
強磁性金属磁気抵抗素子３１の２つの感磁部４３Ａ、４
３Ｂの配向と永久磁石によって生成されるバイアス磁場
ＨB の方向と発磁体部５１の発磁体５５によって生成さ
れる信号磁場ＨS の方向との間の関係は図３に示した２
つの感磁部３１Ａ、３１Ｂの配向とバイアス磁場ＨB の
方向の間の関係と同一となる。
イアス磁場ＨB を生成するための永久磁石４７と基板４
１に形成された強磁性金属磁気抵抗素子３１とを含み、
強磁性金属磁気抵抗素子３１の２つの感磁部４３Ａ、４
３Ｂは互いに直角に且つ長手方向に対して４５度の角度
をなすように配置されている。こうして、検出ヘッドの
強磁性金属磁気抵抗素子３１の２つの感磁部４３Ａ、４
３Ｂの配向と永久磁石によって生成されるバイアス磁場
ＨB の方向と発磁体部５１の発磁体５５によって生成さ
れる信号磁場ＨS の方向との間の関係は図３に示した２
つの感磁部３１Ａ、３１Ｂの配向とバイアス磁場ＨB の
方向の間の関係と同一となる。
【００２７】更に、検出ヘッド５３はバイアス磁場ＨB
の方向が信号磁場ＨS の方向と直交するように配置され
る。
の方向が信号磁場ＨS の方向と直交するように配置され
る。
【００２８】斯かる検出ヘッドには図示の如く適当な信
号検出回路が接続されている。斯かる信号検出回路は差
動増幅回路５７を含み、第１の端子５９より基準電圧が
入力され第２の端子６１より出力電圧Ｖが出力される。
端子６１より取り出された出力電圧Ｖは図５Ｂに示す如
き信号波形を有する。図５Ｂは変位（横軸）と出力電圧
Ｖの大きさ（縦軸）の関係即ち変位−出力特性を表すか
ら、斯かる関係より発磁体部５１に対する検出ヘッド５
３の相対的変位量と変位方向が検出される。
号検出回路が接続されている。斯かる信号検出回路は差
動増幅回路５７を含み、第１の端子５９より基準電圧が
入力され第２の端子６１より出力電圧Ｖが出力される。
端子６１より取り出された出力電圧Ｖは図５Ｂに示す如
き信号波形を有する。図５Ｂは変位（横軸）と出力電圧
Ｖの大きさ（縦軸）の関係即ち変位−出力特性を表すか
ら、斯かる関係より発磁体部５１に対する検出ヘッド５
３の相対的変位量と変位方向が検出される。
【００２９】変位センサにて高い測定精度を得るには、
出力電圧と変位の関係が線型的であることが好ましい。
しかしながら、図５Ｂのグラフに示す如き変位−出力特
性がでは、出力電圧が変位に対して線型的に即ち直線的
に変化する範囲が狭い。変位−出力特性が直線的である
範囲が広い程、変位センサによって高い精度にて測定す
ることができる。
出力電圧と変位の関係が線型的であることが好ましい。
しかしながら、図５Ｂのグラフに示す如き変位−出力特
性がでは、出力電圧が変位に対して線型的に即ち直線的
に変化する範囲が狭い。変位−出力特性が直線的である
範囲が広い程、変位センサによって高い精度にて測定す
ることができる。
【００３０】斯かる変位−出力特性の直線性が広い範囲
にて得られるような試みがなされている。
にて得られるような試みがなされている。
【００３１】図６は変位−出力特性の直線性を向上させ
るように構成された変位センサの例を示す。この例で
は、図６Ａに示すように、検出ヘッド５３は発磁体５５
のＮ極とＳ極の境界線に対して傾斜して移動するように
構成されている。斯かる場合、バイアス磁場ＨB のベク
トルと発磁体５５の信号磁場ＨS のベクトルと両者の合
成磁場Ｈのベクトルは図６Ｂに示すようになる。斯くし
て変位−出力特性は、図６Ｃに示すように、広い範囲に
わたって直線性を有するようになる。
るように構成された変位センサの例を示す。この例で
は、図６Ａに示すように、検出ヘッド５３は発磁体５５
のＮ極とＳ極の境界線に対して傾斜して移動するように
構成されている。斯かる場合、バイアス磁場ＨB のベク
トルと発磁体５５の信号磁場ＨS のベクトルと両者の合
成磁場Ｈのベクトルは図６Ｂに示すようになる。斯くし
て変位−出力特性は、図６Ｃに示すように、広い範囲に
わたって直線性を有するようになる。
【００３２】また図７に示すように、発磁体５５を構成
する永久磁石を、隣接する永久磁石より隔置することに
よっても、変位−出力特性の直線性を向上させることが
できることが知られている。
する永久磁石を、隣接する永久磁石より隔置することに
よっても、変位−出力特性の直線性を向上させることが
できることが知られている。
【００３３】
【発明が解決しようとする課題】上述のように、磁気ヘ
ッドに強磁性金属磁気抵抗素子３１を使用し直線的変位
を検出するための変位センサは広く知られている。ま
た、斯かる変位センサにおいて、広い測定範囲にわたっ
て変位−出力特性が直線性を有するように構成されたも
のが提案されている。
ッドに強磁性金属磁気抵抗素子３１を使用し直線的変位
を検出するための変位センサは広く知られている。ま
た、斯かる変位センサにおいて、広い測定範囲にわたっ
て変位−出力特性が直線性を有するように構成されたも
のが提案されている。
【００３４】しかしながら、角度変位を検出するアナロ
グ角度センサ（以下、単に角度センサと称する。）で
は、検出ヘッドに強磁性金属磁気抵抗素子３１を使用し
且つ広い測定範囲にわたって変位−出力特性が直線性を
有するように構成されたものは知られていない。
グ角度センサ（以下、単に角度センサと称する。）で
は、検出ヘッドに強磁性金属磁気抵抗素子３１を使用し
且つ広い測定範囲にわたって変位−出力特性が直線性を
有するように構成されたものは知られていない。
【００３５】従来、検出ヘッドに半導体磁気抵抗素子を
使用した角度センサは知られている。半導体磁気抵抗素
子はノイズや振動に対する抵抗性がよくまた高速応答性
に優れているが、温度特性が悪く温度補償が必要である
欠点を有する。一方、強磁性金属磁気抵抗素子は温度特
性が良好なため温度補償を必要としない利点がある。強
磁性金属磁気抵抗素子の抵抗値の温度係数は３×１０-3
Ω／°Ｃ以下であるが、半導体磁気抵抗素子の抵抗値の
温度係数はそれより１桁以上大きい。
使用した角度センサは知られている。半導体磁気抵抗素
子はノイズや振動に対する抵抗性がよくまた高速応答性
に優れているが、温度特性が悪く温度補償が必要である
欠点を有する。一方、強磁性金属磁気抵抗素子は温度特
性が良好なため温度補償を必要としない利点がある。強
磁性金属磁気抵抗素子の抵抗値の温度係数は３×１０-3
Ω／°Ｃ以下であるが、半導体磁気抵抗素子の抵抗値の
温度係数はそれより１桁以上大きい。
【００３６】本発明は斯かる点に鑑み、検出ヘッドに強
磁性金属磁気抵抗素子３１を使用し、且つ変位−出力特
性の直線性が広い測定範囲に亘って得られる角度センサ
を提供することを目的とする。
磁性金属磁気抵抗素子３１を使用し、且つ変位−出力特
性の直線性が広い測定範囲に亘って得られる角度センサ
を提供することを目的とする。
【００３７】
【課題を解決するための手段】本発明によると、バイア
ス磁場を生成するための永久磁石と強磁性金属の磁気抵
抗素子とを含み該磁気抵抗素子は上記永久磁石の磁軸に
直交した線に対して対称的に且つその両側にそれぞれ配
置された第１の感磁部と第２の感磁部とを有し上記第１
の感磁部と第２の感磁部とは互いに９０度の角度をなし
且つ永久磁石の磁軸に対して４５度傾斜して配置される
ように構成された磁気ヘッド１１と、信号磁場を生成す
るべく中心軸線周りに回転可能な発磁体２３と、を有す
る角度センサにおいて、発磁体２３は信号磁場のベクト
ルが中心軸線周りの中心角の関数として変化するように
Ｎ極とＳ極が中心角の関数として変化するように磁化さ
れ、磁気ヘッド１１は発磁体２３より隔置され磁気ヘッ
ド１１の出力電圧が発磁体２３の回転角度の関数として
表されるように構成されている。
ス磁場を生成するための永久磁石と強磁性金属の磁気抵
抗素子とを含み該磁気抵抗素子は上記永久磁石の磁軸に
直交した線に対して対称的に且つその両側にそれぞれ配
置された第１の感磁部と第２の感磁部とを有し上記第１
の感磁部と第２の感磁部とは互いに９０度の角度をなし
且つ永久磁石の磁軸に対して４５度傾斜して配置される
ように構成された磁気ヘッド１１と、信号磁場を生成す
るべく中心軸線周りに回転可能な発磁体２３と、を有す
る角度センサにおいて、発磁体２３は信号磁場のベクト
ルが中心軸線周りの中心角の関数として変化するように
Ｎ極とＳ極が中心角の関数として変化するように磁化さ
れ、磁気ヘッド１１は発磁体２３より隔置され磁気ヘッ
ド１１の出力電圧が発磁体２３の回転角度の関数として
表されるように構成されている。
【００３８】本発明によると、例えば図１に示すよう
に、角度センサにおいて、発磁体２３は中心軸線に垂直
な円形面を有し、円形面はＮ極とＳ極の半径方向の寸法
が中心軸線周りの中心角の関数として変化し信号磁場の
方向が中心軸線に平行となるように磁化され、磁気ヘッ
ドは発磁体２３の円形面より隔置され且つ上記バイアス
磁場の方向が信号磁場の方向に直交するよう中心軸線に
直交するように配置されている。
に、角度センサにおいて、発磁体２３は中心軸線に垂直
な円形面を有し、円形面はＮ極とＳ極の半径方向の寸法
が中心軸線周りの中心角の関数として変化し信号磁場の
方向が中心軸線に平行となるように磁化され、磁気ヘッ
ドは発磁体２３の円形面より隔置され且つ上記バイアス
磁場の方向が信号磁場の方向に直交するよう中心軸線に
直交するように配置されている。
【００３９】本発明によると、例えば図２に示すよう
に、角度センサにおいて、上記発磁体２３は上記中心軸
線に平行な円周面を有し、該円周面はＮ極とＳ極の軸線
方向の寸法が上記中心軸線周りの中心角の関数として変
化し上記信号磁場の方向が上記中心軸線に直交するよう
に磁化され、上記磁気ヘッドは上記発磁体の円周面より
隔置され且つ上記バイアス磁場の方向が上記信号磁場の
方向に直交するよう上記中心軸線に平行となるように配
置されている。
に、角度センサにおいて、上記発磁体２３は上記中心軸
線に平行な円周面を有し、該円周面はＮ極とＳ極の軸線
方向の寸法が上記中心軸線周りの中心角の関数として変
化し上記信号磁場の方向が上記中心軸線に直交するよう
に磁化され、上記磁気ヘッドは上記発磁体の円周面より
隔置され且つ上記バイアス磁場の方向が上記信号磁場の
方向に直交するよう上記中心軸線に平行となるように配
置されている。
【００４０】
【作用】本発明の磁気センサでは、回転部２１に装着さ
れた発磁体２３は中心角の関数として変化する永久磁石
を有し、磁気ヘッド１１に対して回転部２１が回転する
と磁気ヘッドの磁気抵抗素子に作用する信号磁場が変化
する。回転部２１の回転角速度と磁気抵抗素子の出力電
圧の関係、即ち、変位−出力特性は広い範囲にて直線性
を有するから、微小回転角を高い精度にて計測すること
ができる。
れた発磁体２３は中心角の関数として変化する永久磁石
を有し、磁気ヘッド１１に対して回転部２１が回転する
と磁気ヘッドの磁気抵抗素子に作用する信号磁場が変化
する。回転部２１の回転角速度と磁気抵抗素子の出力電
圧の関係、即ち、変位−出力特性は広い範囲にて直線性
を有するから、微小回転角を高い精度にて計測すること
ができる。
【００４１】
【実施例】以下に図１〜図２を参照して本発明の実施例
について説明する。図１は本発明の角度センサの第１の
例を示しており、斯かる角度センサは磁気ヘッド１１と
回転部２１とを有する。
について説明する。図１は本発明の角度センサの第１の
例を示しており、斯かる角度センサは磁気ヘッド１１と
回転部２１とを有する。
【００４２】回転部２１は中心軸線Ｏ−Ｏ周りに回転可
能な略円板形をなしており、その円形面に永久磁石から
なる発磁体２３が装着されている。本例の発磁体２３は
図示のように永久磁石のＮ極とＳ極とが渦巻き状に延在
するように配置されている。即ち、発磁体２３の円形面
にて永久磁石のＮ極とＳ極とはその半径方向の幅が中心
角とともに連続的に変化するように構成されている。円
形面上に中心軸線Ｏ−Ｏを通る点を極とする極座標
（ｒ，θ）を設定すると、Ｎ極とＳ極の境界線は、例え
ば、半径ｒと偏角θの関数ｒ＝ｆ（θ）として表現する
ことができる。
能な略円板形をなしており、その円形面に永久磁石から
なる発磁体２３が装着されている。本例の発磁体２３は
図示のように永久磁石のＮ極とＳ極とが渦巻き状に延在
するように配置されている。即ち、発磁体２３の円形面
にて永久磁石のＮ極とＳ極とはその半径方向の幅が中心
角とともに連続的に変化するように構成されている。円
形面上に中心軸線Ｏ−Ｏを通る点を極とする極座標
（ｒ，θ）を設定すると、Ｎ極とＳ極の境界線は、例え
ば、半径ｒと偏角θの関数ｒ＝ｆ（θ）として表現する
ことができる。
【００４３】こうして、円形面上の発磁体２３によって
生成される信号磁場ＨS の方向は図示の矢印のように回
転部２１の中心軸線Ｏ−Ｏに平行である。
生成される信号磁場ＨS の方向は図示の矢印のように回
転部２１の中心軸線Ｏ−Ｏに平行である。
【００４４】磁気ヘッド１１は、例えば図５〜図７に示
した如く従来の磁気ヘッド１１と同様な形態のものであ
ってよく、バイアス磁場ＨB を生成するための永久磁石
からなる基板と斯かる基板に装着された強磁性金属膜よ
りなる強磁性金属磁気抵抗素子（以下単に磁気抵抗素子
という。）を含む。バイアス磁場ＨB の方向は基板の長
手方向に整合するように構成されており、磁軸（Ｎ極と
Ｓ極とを結ぶ線）は基板の長手方向に沿っている。
した如く従来の磁気ヘッド１１と同様な形態のものであ
ってよく、バイアス磁場ＨB を生成するための永久磁石
からなる基板と斯かる基板に装着された強磁性金属膜よ
りなる強磁性金属磁気抵抗素子（以下単に磁気抵抗素子
という。）を含む。バイアス磁場ＨB の方向は基板の長
手方向に整合するように構成されており、磁軸（Ｎ極と
Ｓ極とを結ぶ線）は基板の長手方向に沿っている。
【００４５】磁気抵抗素子の２つの感磁部は互いに直交
し且つバイアス磁場ＨB の方向に対して４５度の角度を
なすように配置され、更に、基板の長手方向に垂直な中
心線に対して対称に配置されている。
し且つバイアス磁場ＨB の方向に対して４５度の角度を
なすように配置され、更に、基板の長手方向に垂直な中
心線に対して対称に配置されている。
【００４６】磁気ヘッド１１は発磁体２３の円形面にて
且つそれより隔置されており、基板４１の長手方向が発
磁体２３の円形面の半径方向に沿うように配置されてい
る。更に、磁気ヘッド１１はバイアス磁場ＨB の方向が
信号磁場ＨS の方向に直交するように配置される。こう
して、磁気ヘッド１１の磁気抵抗素子の２つの感磁部の
配向と永久磁石によって生成されるバイアス磁場ＨB の
方向の関係は図４〜図７に示した２つの強磁性金属磁気
抵抗素子の配向とバイアス磁場ＨB の方向の関係と同一
となる。
且つそれより隔置されており、基板４１の長手方向が発
磁体２３の円形面の半径方向に沿うように配置されてい
る。更に、磁気ヘッド１１はバイアス磁場ＨB の方向が
信号磁場ＨS の方向に直交するように配置される。こう
して、磁気ヘッド１１の磁気抵抗素子の２つの感磁部の
配向と永久磁石によって生成されるバイアス磁場ＨB の
方向の関係は図４〜図７に示した２つの強磁性金属磁気
抵抗素子の配向とバイアス磁場ＨB の方向の関係と同一
となる。
【００４７】更に、磁気ヘッド１１の磁気抵抗素子の２
つの感磁部の配向と永久磁石によって生成されるバイア
ス磁場ＨB の方向と回転部２１の発磁体２３によって生
成される信号磁場ＨS の方向との間の関係は図４〜図７
に示した２つの強磁性金属磁気抵抗素子の配向とバイア
ス磁場ＨB の方向と信号磁場ＨS の方向との間の関係と
同一となる。
つの感磁部の配向と永久磁石によって生成されるバイア
ス磁場ＨB の方向と回転部２１の発磁体２３によって生
成される信号磁場ＨS の方向との間の関係は図４〜図７
に示した２つの強磁性金属磁気抵抗素子の配向とバイア
ス磁場ＨB の方向と信号磁場ＨS の方向との間の関係と
同一となる。
【００４８】磁気ヘッド１１は例えば図５に示した如き
信号検出回路に接続されてよい。こうして、本例による
と回転部２１が中心軸線Ｏ−Ｏ周りに微小角だけ回転す
ると磁気ヘッド１１によって検出される信号磁場ＨS の
強さ及び方向が変化するから、磁気ヘッド１１に接続さ
れた信号検出回路の出力端子にて出力電圧が検出され
る。
信号検出回路に接続されてよい。こうして、本例による
と回転部２１が中心軸線Ｏ−Ｏ周りに微小角だけ回転す
ると磁気ヘッド１１によって検出される信号磁場ＨS の
強さ及び方向が変化するから、磁気ヘッド１１に接続さ
れた信号検出回路の出力端子にて出力電圧が検出され
る。
【００４９】図１Ｂは斯かる回転部２１の回転角度と磁
気抵抗素子の出力電圧の関係を示す。図示の如き角度変
位−出力電圧特性において、広い角度範囲にて直線性が
得られることが判る。
気抵抗素子の出力電圧の関係を示す。図示の如き角度変
位−出力電圧特性において、広い角度範囲にて直線性が
得られることが判る。
【００５０】図２に本発明の角度センサの第２の例を示
す。図２Ａに図Ａ１と同様に角度センサは磁気ヘッド１
１と回転部２１とを示す。
す。図２Ａに図Ａ１と同様に角度センサは磁気ヘッド１
１と回転部２１とを示す。
【００５１】回転部２１は中心軸線Ｏ−Ｏ周りに回転可
能な略円筒形をなしており、その円周面に永久磁石から
なる発磁体２３が装着されている。本例の発磁体２３は
図示のように永久磁石のＮ極とＳ極とが螺旋状に延在す
るように配置されている。即ち、発磁体２３の円周面に
て永久磁石のＮ極とＳ極とはその軸線方向の幅が中心軸
線Ｏ−Ｏ周りの中心角とともに連続的に変化するように
構成されている。展開した円周面上に中心軸線Ｏ−Ｏに
平行にｚ軸をとりそれに垂直にθ軸をとると、Ｎ極とＳ
極の境界線は、例えば、変数ｚと偏角θの関数ｚ＝ｆ
（θ）として表現することができる。
能な略円筒形をなしており、その円周面に永久磁石から
なる発磁体２３が装着されている。本例の発磁体２３は
図示のように永久磁石のＮ極とＳ極とが螺旋状に延在す
るように配置されている。即ち、発磁体２３の円周面に
て永久磁石のＮ極とＳ極とはその軸線方向の幅が中心軸
線Ｏ−Ｏ周りの中心角とともに連続的に変化するように
構成されている。展開した円周面上に中心軸線Ｏ−Ｏに
平行にｚ軸をとりそれに垂直にθ軸をとると、Ｎ極とＳ
極の境界線は、例えば、変数ｚと偏角θの関数ｚ＝ｆ
（θ）として表現することができる。
【００５２】こうして、発磁体２３の円周面によって生
成される信号磁場ＨS の方向は図示の矢印のように回転
部２１の中心軸線Ｏ−Ｏに垂直である。
成される信号磁場ＨS の方向は図示の矢印のように回転
部２１の中心軸線Ｏ−Ｏに垂直である。
【００５３】磁気ヘッド１１は、第１の例と同様に、例
えば図５〜図７に示した如く従来の磁気ヘッド１１と同
様な形態のものであってよく、バイアス磁場ＨB を生成
するための永久磁石からなる基板と斯かる基板に装着さ
れた磁気抵抗素子を含む。バイアス磁場ＨB の方向は基
板の長手方向に整合するように構成され、磁軸（Ｎ極と
Ｓ極とを結ぶ線）は基板の長手方向に沿っている。
えば図５〜図７に示した如く従来の磁気ヘッド１１と同
様な形態のものであってよく、バイアス磁場ＨB を生成
するための永久磁石からなる基板と斯かる基板に装着さ
れた磁気抵抗素子を含む。バイアス磁場ＨB の方向は基
板の長手方向に整合するように構成され、磁軸（Ｎ極と
Ｓ極とを結ぶ線）は基板の長手方向に沿っている。
【００５４】磁気抵抗素子の２つの感磁部は互いに直交
し且つバイアス磁場ＨB の方向に対して４５度の角度を
なすように配置され、更に、基板の長手方向に垂直な中
心線に対して対称に配置されている。
し且つバイアス磁場ＨB の方向に対して４５度の角度を
なすように配置され、更に、基板の長手方向に垂直な中
心線に対して対称に配置されている。
【００５５】磁気ヘッド１１は発磁体２３の円周面上に
て且つそれより隔置されており、基板の長手方向が軸線
方向に沿うように配置されている。更に、磁気ヘッド１
１はバイアス磁場ＨB の方向が信号磁場ＨS の方向に直
交するように即ち軸線方向に沿って配置される。こうし
て、磁気ヘッド１１の強磁性金属磁気抵抗素子の２つの
感磁部の配向と永久磁石によって生成されるバイアス磁
場ＨB の方向と回転部２１の発磁体２３によって生成さ
れる信号磁場ＨS の方向との間の関係は図３に示した２
つの強磁性金属磁気抵抗素子の配向とバイアス磁場ＨB
の方向と信号磁場ＨS の方向との間の関係と同一とな
る。
て且つそれより隔置されており、基板の長手方向が軸線
方向に沿うように配置されている。更に、磁気ヘッド１
１はバイアス磁場ＨB の方向が信号磁場ＨS の方向に直
交するように即ち軸線方向に沿って配置される。こうし
て、磁気ヘッド１１の強磁性金属磁気抵抗素子の２つの
感磁部の配向と永久磁石によって生成されるバイアス磁
場ＨB の方向と回転部２１の発磁体２３によって生成さ
れる信号磁場ＨS の方向との間の関係は図３に示した２
つの強磁性金属磁気抵抗素子の配向とバイアス磁場ＨB
の方向と信号磁場ＨS の方向との間の関係と同一とな
る。
【００５６】磁気ヘッド１１は例えば図５に示した如き
信号検出回路に接続されてよい。こうして、本例による
と回転部２１が中心軸線Ｏ−Ｏ周りに微小角だけ回転す
ると磁気ヘッド１１によって検出される信号磁場ＨS の
強さが変化するから、磁気ヘッド１１に接続された信号
検出回路の出力端子にて出力電圧が検出される。
信号検出回路に接続されてよい。こうして、本例による
と回転部２１が中心軸線Ｏ−Ｏ周りに微小角だけ回転す
ると磁気ヘッド１１によって検出される信号磁場ＨS の
強さが変化するから、磁気ヘッド１１に接続された信号
検出回路の出力端子にて出力電圧が検出される。
【００５７】図２Ｂは第２の例の角度センサにおいて、
回転部２１の回転角度と磁気抵抗素子の出力電圧の関係
を示す。図１Ｂと同様に、角度変位−出力電圧特性にお
いて、広い角度範囲にて直線性が得られることが判る。
回転部２１の回転角度と磁気抵抗素子の出力電圧の関係
を示す。図１Ｂと同様に、角度変位−出力電圧特性にお
いて、広い角度範囲にて直線性が得られることが判る。
【００５８】図１に示した第１の例と図２に示した第２
の例において、回転部２１の発磁体２３は強磁性金属の
永久磁石より構成されるが、例えば強磁性金属粉末を含
有するゴムよりなる永久磁石により構成されてよい。ま
た、斯かる回転部２１の発磁体２３は渦巻き状の又は螺
旋状の２つの永久磁石を接着することによって製造して
よい。
の例において、回転部２１の発磁体２３は強磁性金属の
永久磁石より構成されるが、例えば強磁性金属粉末を含
有するゴムよりなる永久磁石により構成されてよい。ま
た、斯かる回転部２１の発磁体２３は渦巻き状の又は螺
旋状の２つの永久磁石を接着することによって製造して
よい。
【００５９】以上本発明の実施例について詳細に説明し
てきたが、本発明は上述の実施例に限ることなく本発明
の要旨を逸脱することなく他の種々の構成が採り得るこ
とは当業者にとって容易に理解されよう。
てきたが、本発明は上述の実施例に限ることなく本発明
の要旨を逸脱することなく他の種々の構成が採り得るこ
とは当業者にとって容易に理解されよう。
【００６０】
【発明の効果】本発明によれば、検出ヘッドに強磁性金
属磁気抵抗素子が使用されているから、温度特性に優れ
た角度センサを提供することができる利点がある。
属磁気抵抗素子が使用されているから、温度特性に優れ
た角度センサを提供することができる利点がある。
【００６１】本発明によれば、強磁性金属磁気抵抗素子
を使用した角度センサにおいて、角度変位−出力電圧特
性の直線性を向上させることができる利点がある。
を使用した角度センサにおいて、角度変位−出力電圧特
性の直線性を向上させることができる利点がある。
【００６２】本発明によれば、強磁性金属磁気抵抗素子
を使用した角度センサの角度変位−出力電圧特性の直線
性が良好となるから、微小角変位を高い精度にて計測す
ることができる利点がある。
を使用した角度センサの角度変位−出力電圧特性の直線
性が良好となるから、微小角変位を高い精度にて計測す
ることができる利点がある。
【図１】本発明の角度センサの第１の例を示す図であ
る。
る。
【図２】本発明の角度センサの第２の例を示す図であ
る。
る。
【図３】強磁性金属磁気抵抗素子によって変位を検出す
る原理を説明する説明図である。
る原理を説明する説明図である。
【図４】強磁性金属磁気抵抗素子の構成例を示す図であ
る。
る。
【図５】強磁性金属磁気抵抗素子を使用した変位センサ
の従来例の構成を示す図である。
の従来例の構成を示す図である。
【図６】変位センサの変位−出力電圧特性を改善する従
来例を示す図である。
来例を示す図である。
【図７】変位センサの変位−出力電圧特性を改善する他
の従来例を示す図である。
の従来例を示す図である。
１１ 磁気ヘッド ２１ 回転部 ２３ 発磁体 ３１ 強磁性金属磁気抵抗素子 ３１Ａ、３１Ｂ 感磁部 ３５ 直流電源 ３７ 出力端子 ４１ 基板 ４３Ａ、４３Ｂ 感磁部 ４５Ａ、４５Ｂ、４５Ｃ リード部 ４７ 永久磁石 ５１ 発磁体部 ５３ 検出ヘッド ５５ 発磁体 ５７ 差動増幅回路 ５９、６１ 端子
Claims (3)
- 【請求項１】 バイアス磁場を生成するための永久磁石
と強磁性金属の磁気抵抗素子とを含み該磁気抵抗素子は
上記永久磁石の磁軸に直交した線に対して対称的に且つ
その両側にそれぞれ配置された第１の感磁部と第２の感
磁部とを有し上記第１の感磁部と第２の感磁部とは互い
に９０度の角度をなし且つ上記永久磁石の磁軸に対して
４５度傾斜して配置されるように構成された磁気ヘッド
と、信号磁場を生成するべく中心軸線周りに回転可能な
発磁体と、を有する角度センサにおいて、 上記発磁体は上記信号磁場のベクトルが上記中心軸線周
りの中心角の関数として変化するようにＮ極とＳ極が中
心角の関数として変化するように磁化され、 上記磁気ヘッドは上記発磁体より隔置され、上記磁気ヘ
ッドの出力電圧が上記発磁体の回転角度の関数として表
されるように構成されていることを特徴とする角度セン
サ。 - 【請求項２】 請求項１記載の角度センサにおいて、 上記発磁体は上記中心軸線に垂直な円形面を有し、該円
形面はＮ極とＳ極の半径方向の寸法が上記中心軸線周り
の中心角の関数として変化し上記信号磁場の方向が上記
中心軸線に平行となるように磁化され、 上記磁気ヘッドは上記発磁体の円形面より隔置され且つ
上記バイアス磁場の方向が上記信号磁場の方向に直交す
るよう上記中心軸線に直交するように配置されているこ
とを特徴とする角度センサ。 - 【請求項３】 請求項１記載の角度センサにおいて、 上記発磁体は上記中心軸線に平行な円周面を有し、該円
周面はＮ極とＳ極の軸線方向の寸法が上記中心軸線周り
の中心角の関数として変化し上記信号磁場の方向が上記
中心軸線に直交するように磁化され、 上記磁気ヘッドは上記発磁体の円周面より隔置され且つ
上記バイアス磁場の方向が上記信号磁場の方向に直交す
るよう上記中心軸線に平行になるように配置されている
ことを特徴とする角度センサ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP29729492A JPH06147816A (ja) | 1992-11-06 | 1992-11-06 | 角度センサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP29729492A JPH06147816A (ja) | 1992-11-06 | 1992-11-06 | 角度センサ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06147816A true JPH06147816A (ja) | 1994-05-27 |
Family
ID=17844651
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP29729492A Pending JPH06147816A (ja) | 1992-11-06 | 1992-11-06 | 角度センサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH06147816A (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE102005055905A1 (de) * | 2005-11-22 | 2007-05-24 | Continental Teves Ag & Co. Ohg | Längenmessanordnung mit einem magnetischen Maßstab mit gegenläufiger Magnetisierung |
| JP2013205141A (ja) * | 2012-03-28 | 2013-10-07 | Honda Motor Co Ltd | スロットル開度検出装置 |
| JP2015034822A (ja) * | 2014-09-09 | 2015-02-19 | 本田技研工業株式会社 | スロットル開度検出装置 |
| JP2017161365A (ja) * | 2016-03-09 | 2017-09-14 | Tdk株式会社 | 磁石および変位検出装置 |
| CN115406340A (zh) * | 2022-08-19 | 2022-11-29 | Oppo广东移动通信有限公司 | 位移测量机构、壳体组件及电子设备 |
-
1992
- 1992-11-06 JP JP29729492A patent/JPH06147816A/ja active Pending
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE102005055905A1 (de) * | 2005-11-22 | 2007-05-24 | Continental Teves Ag & Co. Ohg | Längenmessanordnung mit einem magnetischen Maßstab mit gegenläufiger Magnetisierung |
| DE102005055905B4 (de) * | 2005-11-22 | 2016-10-27 | Continental Teves Ag & Co. Ohg | Längenmessanordnung mit einem magnetischen Maßstab mit gegenläufiger Magnetisierung |
| JP2013205141A (ja) * | 2012-03-28 | 2013-10-07 | Honda Motor Co Ltd | スロットル開度検出装置 |
| JP2015034822A (ja) * | 2014-09-09 | 2015-02-19 | 本田技研工業株式会社 | スロットル開度検出装置 |
| JP2017161365A (ja) * | 2016-03-09 | 2017-09-14 | Tdk株式会社 | 磁石および変位検出装置 |
| CN107179093A (zh) * | 2016-03-09 | 2017-09-19 | Tdk株式会社 | 磁体和位移检测装置 |
| US10401195B2 (en) | 2016-03-09 | 2019-09-03 | Tdk Corporation | Magnet and displacement detection unit |
| CN115406340A (zh) * | 2022-08-19 | 2022-11-29 | Oppo广东移动通信有限公司 | 位移测量机构、壳体组件及电子设备 |
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