JPH06147817A - 角度センサ - Google Patents
角度センサInfo
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- JPH06147817A JPH06147817A JP4297295A JP29729592A JPH06147817A JP H06147817 A JPH06147817 A JP H06147817A JP 4297295 A JP4297295 A JP 4297295A JP 29729592 A JP29729592 A JP 29729592A JP H06147817 A JPH06147817 A JP H06147817A
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- magnetoresistive element
- magnetic
- magnetic field
- angle sensor
- sensitive
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- Measurement Of Length, Angles, Or The Like Using Electric Or Magnetic Means (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 検出ヘッドに強磁性金属磁気抵抗素子を使用
し、温度特性が良好で変位−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】 強磁性金属の磁気抵抗素子を含む固定部１１
と信号磁場を生成するべく発磁体２３を有し中心軸線周
りに回転可能な回転部２１とを有する角センサにおい
て、磁気抵抗素子３１は中心軸線周りに同心的に且つ環
状に配置された円弧状の第１の感磁部４３Ａと第２の感
磁部４３Ｂとを有し、発磁体２３は信号磁場の方向が第
１の感磁部４３Ａと第２の感磁部４３Ｂに対して直交す
るように中心軸線周りに同心的に且つ環状に配置された
円弧状の永久磁石を有するように構成されている。
し、温度特性が良好で変位−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】 強磁性金属の磁気抵抗素子を含む固定部１１
と信号磁場を生成するべく発磁体２３を有し中心軸線周
りに回転可能な回転部２１とを有する角センサにおい
て、磁気抵抗素子３１は中心軸線周りに同心的に且つ環
状に配置された円弧状の第１の感磁部４３Ａと第２の感
磁部４３Ｂとを有し、発磁体２３は信号磁場の方向が第
１の感磁部４３Ａと第２の感磁部４３Ｂに対して直交す
るように中心軸線周りに同心的に且つ環状に配置された
円弧状の永久磁石を有す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単位長さ当たり
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。
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。
【０００４】
【数１】
【０００５】但し、ρ（φ）：磁気抵抗素子の単位長さ
当たりの抵抗値、 φ：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
子の単位長さ当たりの抵抗値、 ρ2 ：電流と飽和磁化方向が平行なときの磁気抵抗素子
の単位長さ当たりの抵抗値。
当たりの抵抗値、 φ：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
子の単位長さ当たりの抵抗値、 ρ2 ：電流と飽和磁化方向が平行なときの磁気抵抗素子
の単位長さ当たりの抵抗値。
【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は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を示しており、本願出願人と同一の
出願人に係わる特開昭５５−１３０１８６号公報に記載
されたものである。
変位センサの従来例を示しており、本願出願人と同一の
出願人に係わる特開昭５５−１３０１８６号公報に記載
されたものである。
【０００９】図示のように、強磁性金属磁気抵抗素子は
２つの細長い感磁部３１Ａ、３１Ｂを有しており、斯か
る感磁部３１Ａ、３１Ｂ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。２つの感
磁部３１Ａ、３１Ｂは中心軸線に整合して配置されてい
る。従って斯かる感磁部３１Ａ、３１Ｂを流れる電流Ｉ
の方向は中心軸線に沿っている。ここで、斯かる中心軸
線の方向をＹ軸としそれに直角な方向をＸ軸とする。
２つの細長い感磁部３１Ａ、３１Ｂを有しており、斯か
る感磁部３１Ａ、３１Ｂ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。２つの感
磁部３１Ａ、３１Ｂは中心軸線に整合して配置されてい
る。従って斯かる感磁部３１Ａ、３１Ｂを流れる電流Ｉ
の方向は中心軸線に沿っている。ここで、斯かる中心軸
線の方向をＹ軸としそれに直角な方向をＸ軸とする。
【００１０】基板４１の背後には、図３Ａにて想像線で
示すように、信号磁場ＨS を生成するための発磁体４７
が配置されており、基板４１は発磁体４７に対して相対
的に且つ中心軸線に沿ってＹ軸方向に移動することがで
きるように構成されている。発磁体４７は、図３Ｂに示
すように、３つの永久磁石４７Ａ、４７Ｂ、４７Ｃを有
しており、第１の永久磁石４７Ａによって生成される信
号磁場ＨS1のベクトルは電流Ｉの流れる方向に沿ってお
り、第２の永久磁石４７Ｂによって生成される信号磁場
ＨS2のベクトルは電流Ｉの流れる方向に直交しており、
第３の永久磁石４７Ｃによって生成される信号磁場ＨS3
のベクトルは電流Ｉの流れる方向に沿っている。
示すように、信号磁場ＨS を生成するための発磁体４７
が配置されており、基板４１は発磁体４７に対して相対
的に且つ中心軸線に沿ってＹ軸方向に移動することがで
きるように構成されている。発磁体４７は、図３Ｂに示
すように、３つの永久磁石４７Ａ、４７Ｂ、４７Ｃを有
しており、第１の永久磁石４７Ａによって生成される信
号磁場ＨS1のベクトルは電流Ｉの流れる方向に沿ってお
り、第２の永久磁石４７Ｂによって生成される信号磁場
ＨS2のベクトルは電流Ｉの流れる方向に直交しており、
第３の永久磁石４７Ｃによって生成される信号磁場ＨS3
のベクトルは電流Ｉの流れる方向に沿っている。
【００１１】第１の永久磁石４７Ａと第２の永久磁石４
７Ｂとは第１の境界線４９Ａによって接続されており、
第２の永久磁石４７Ｂと第３の永久磁石４７Ｃとは第２
の境界線４９Ｂによって接続されている。第１の境界線
４９Ａと第２の境界線４９Ｂとの間の距離は例えば、図
３Ａに示すように、第１の感磁部３１ＡのＹ軸方向の中
心位置と第２の感磁部３１ＢのＹ軸方向の中心位置との
間の距離に等しいように構成してよい。
７Ｂとは第１の境界線４９Ａによって接続されており、
第２の永久磁石４７Ｂと第３の永久磁石４７Ｃとは第２
の境界線４９Ｂによって接続されている。第１の境界線
４９Ａと第２の境界線４９Ｂとの間の距離は例えば、図
３Ａに示すように、第１の感磁部３１ＡのＹ軸方向の中
心位置と第２の感磁部３１ＢのＹ軸方向の中心位置との
間の距離に等しいように構成してよい。
【００１２】発磁体４７が図３Ａに示す位置にあると
き、第１の感磁部３１Ａの上半分には電流Ｉの方向に沿
った第１の信号磁場ＨS1が作用し下半分には電流Ｉの方
向に直交した第２の信号磁場ＨS2が作用し、一方、第２
の感磁部３１Ｂの上半分には電流Ｉの方向に直交した第
２信号磁場ＨS2が作用し下半分には電流Ｉの方向に沿っ
た第３の信号磁場ＨS3が作用する。
き、第１の感磁部３１Ａの上半分には電流Ｉの方向に沿
った第１の信号磁場ＨS1が作用し下半分には電流Ｉの方
向に直交した第２の信号磁場ＨS2が作用し、一方、第２
の感磁部３１Ｂの上半分には電流Ｉの方向に直交した第
２信号磁場ＨS2が作用し下半分には電流Ｉの方向に沿っ
た第３の信号磁場ＨS3が作用する。
【００１３】第１の感磁部３１Ａと第２の感磁部３１Ｂ
の抵抗値は同一磁場では略同一であるものとすれば、発
磁体４７が図３Ａに示す位置にあるとき、第１の感磁部
３１Ａと第２の感磁部３１Ｂの抵抗値は同一となる。
の抵抗値は同一磁場では略同一であるものとすれば、発
磁体４７が図３Ａに示す位置にあるとき、第１の感磁部
３１Ａと第２の感磁部３１Ｂの抵抗値は同一となる。
【００１４】強磁性金属磁気抵抗素子を有する基板４１
を発磁体４７に対して、例えば図３Ａに示す位置からＹ
軸の負の方向に移動すると、第１の感磁部３１Ａのうち
第１の信号磁場ＨS1が作用する領域が減少し第２の信号
磁場ＨS2が作用する領域が増加する。一方、第２の感磁
部３１Ｂのうち第２の信号磁場ＨS2が作用する領域が減
少し第３の信号磁場ＨS3が作用する領域が増加する。従
って、第１の感磁部３１Ａの抵抗値ＲA が減少して相反
的に第２の感磁部３１Ｂの抵抗値ＲB が増加する。
を発磁体４７に対して、例えば図３Ａに示す位置からＹ
軸の負の方向に移動すると、第１の感磁部３１Ａのうち
第１の信号磁場ＨS1が作用する領域が減少し第２の信号
磁場ＨS2が作用する領域が増加する。一方、第２の感磁
部３１Ｂのうち第２の信号磁場ＨS2が作用する領域が減
少し第３の信号磁場ＨS3が作用する領域が増加する。従
って、第１の感磁部３１Ａの抵抗値ＲA が減少して相反
的に第２の感磁部３１Ｂの抵抗値ＲB が増加する。
【００１５】逆に、強磁性金属磁気抵抗素子を有する基
板４１を発磁体４７に対して、図３Ａに示す位置からＹ
軸の正の方向に移動すると、第１の感磁部３１Ａの抵抗
値Ｒ A が増加して相反的に第２の感磁部３１Ｂの抵抗値
ＲB が減少する。第１の感磁部３１Ａの抵抗値ＲA の変
化量と第２の感磁部３１Ｂの抵抗値ＲB の変化量は互い
に符号は反対だが大きさは同一である。従って、２つの
感磁部３１Ａ、３１Ｂの抵抗値の和ＲA ＋ＲB は一定で
ある。尚、感磁部３１Ａ、３１Ｂの各抵抗値Ｒ A 、ＲB
は数１の式を使って求められる。
板４１を発磁体４７に対して、図３Ａに示す位置からＹ
軸の正の方向に移動すると、第１の感磁部３１Ａの抵抗
値Ｒ A が増加して相反的に第２の感磁部３１Ｂの抵抗値
ＲB が減少する。第１の感磁部３１Ａの抵抗値ＲA の変
化量と第２の感磁部３１Ｂの抵抗値ＲB の変化量は互い
に符号は反対だが大きさは同一である。従って、２つの
感磁部３１Ａ、３１Ｂの抵抗値の和ＲA ＋ＲB は一定で
ある。尚、感磁部３１Ａ、３１Ｂの各抵抗値Ｒ A 、ＲB
は数１の式を使って求められる。
【００１６】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Ｖ
B は次の数２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Ｖ
B は次の数２の式によって表される。
【００１７】
【数２】
【００１８】上述のように、数２の式の分母ＲA ＋ＲB
は一定であるから、出力電圧ＶB は第２の感磁部３１Ｂ
の抵抗値ＲB に比例する。第２の感磁部３１Ｂの抵抗値
ＲBは上述のように、発磁体４７に対する磁気抵抗素子
の感磁部３１Ａ、３１Ｂの相対的変位量の関数として変
化する。したがって、例えば、発磁体４７をスケールと
して基板４１を検出ヘッドとして変位センサを構成する
ことができる。
は一定であるから、出力電圧ＶB は第２の感磁部３１Ｂ
の抵抗値ＲB に比例する。第２の感磁部３１Ｂの抵抗値
ＲBは上述のように、発磁体４７に対する磁気抵抗素子
の感磁部３１Ａ、３１Ｂの相対的変位量の関数として変
化する。したがって、例えば、発磁体４７をスケールと
して基板４１を検出ヘッドとして変位センサを構成する
ことができる。
【００１９】
【発明が解決しようとする課題】上述のように、直線的
変位を検出する変位センサでは、検出ヘッドに強磁性金
属磁気抵抗素子３１を使用するように構成されたものは
広く使用されている。しかしながら、角度変位を検出す
る角度センサでは、検出ヘッドに半導体磁気抵抗素子を
使用したものは使用されているが強磁性金属磁気抵抗素
子３１を使用するように構成されたものは知られていな
い。
変位を検出する変位センサでは、検出ヘッドに強磁性金
属磁気抵抗素子３１を使用するように構成されたものは
広く使用されている。しかしながら、角度変位を検出す
る角度センサでは、検出ヘッドに半導体磁気抵抗素子を
使用したものは使用されているが強磁性金属磁気抵抗素
子３１を使用するように構成されたものは知られていな
い。
【００２０】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
性が悪く温度補償回路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
度補償回路を必要としない利点がある。例えば、強磁性
金属磁気抵抗素子の抵抗値の温度係数は３×１０-3Ω／
°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。
る抵抗性がよくまた高速応答性に優れているが、温度特
性が悪く温度補償回路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
度補償回路を必要としない利点がある。例えば、強磁性
金属磁気抵抗素子の抵抗値の温度係数は３×１０-3Ω／
°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。
【００２１】半導体磁気抵抗素子は抵抗値のバラツキが
大きく、斯かる抵抗値の偏倚量を補償する補償回路が必
要である欠点を有する。
大きく、斯かる抵抗値の偏倚量を補償する補償回路が必
要である欠点を有する。
【００２２】また半導体磁気抵抗素子は抵抗の磁界依存
性を有し、磁界の強さが小さいときには抵抗値が磁界の
略二乗に比例して変化する特性を表す。従って、通常１
ＫＧ以上のバイアス磁界を付与する必要がある。更に、
磁界の強さが充分大きい場合であっても、変位−出力特
性の直線性が得られない欠点がある。
性を有し、磁界の強さが小さいときには抵抗値が磁界の
略二乗に比例して変化する特性を表す。従って、通常１
ＫＧ以上のバイアス磁界を付与する必要がある。更に、
磁界の強さが充分大きい場合であっても、変位−出力特
性の直線性が得られない欠点がある。
【００２３】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を使用し、それによってバイアス
磁界を必要とせず且つ変位−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を使用し、それによってバイアス
磁界を必要とせず且つ変位−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。
【００２４】
【課題を解決するための手段】本発明によると、例えば
図１に示すように、強磁性金属の磁気抵抗素子を含む固
定部１１と信号磁場を生成するべく発磁体２３を有し中
心軸線周りに回転可能な回転部２１とを有する角度セン
サにおいて、上記磁気抵抗素子３１は上記中心軸線周り
に同心的に且つ環状に配置された円弧状の第１の感磁部
４３Ａと第２の感磁部４３Ｂとを有し、上記発磁体２３
は上記信号磁場の方向が上記第１の感磁部４３Ａと第２
の感磁部４３Ｂに対して直交するように上記中心軸線周
りに同心的に且つ環状に配置された円弧状の永久磁石を
有し、上記発磁体２３は上記第１の感磁部４３Ａと第２
の感磁部４３Ｂとに対面し且つそれより隔置され、上記
磁気抵抗素子３１の出力電圧が上記回転部２１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。
図１に示すように、強磁性金属の磁気抵抗素子を含む固
定部１１と信号磁場を生成するべく発磁体２３を有し中
心軸線周りに回転可能な回転部２１とを有する角度セン
サにおいて、上記磁気抵抗素子３１は上記中心軸線周り
に同心的に且つ環状に配置された円弧状の第１の感磁部
４３Ａと第２の感磁部４３Ｂとを有し、上記発磁体２３
は上記信号磁場の方向が上記第１の感磁部４３Ａと第２
の感磁部４３Ｂに対して直交するように上記中心軸線周
りに同心的に且つ環状に配置された円弧状の永久磁石を
有し、上記発磁体２３は上記第１の感磁部４３Ａと第２
の感磁部４３Ｂとに対面し且つそれより隔置され、上記
磁気抵抗素子３１の出力電圧が上記回転部２１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。
【００２５】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、上記磁気抵抗素子の第１の感
磁部４３Ａと第２の感磁部４３Ｂはそれぞれ複数の同心
的に且つ環状に配置された円弧状の帯状強磁性金属膜が
直列に接続されたものを含むように構成されている。
に、角度センサにおいて、上記磁気抵抗素子の第１の感
磁部４３Ａと第２の感磁部４３Ｂはそれぞれ複数の同心
的に且つ環状に配置された円弧状の帯状強磁性金属膜が
直列に接続されたものを含むように構成されている。
【００２６】
【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。
【００２７】
【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固定部１１と中心
軸線周りに回転可能な回転部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固定部１１と中心
軸線周りに回転可能な回転部２１とを有する。
【００２８】固定部１１は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。斯かる磁気抵抗素子は２つの感
磁部即ち第１の感磁部４３Ａと第２の感磁部４３Ｂとリ
ード部４５Ａ、４５Ｂ、４５Ｃとよりなる。２つの感磁
部４３Ａ、４３Ｂは図示のように円弧状に湾曲してお
り、それらは同心的に且つ環状に配置されている。
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。斯かる磁気抵抗素子は２つの感
磁部即ち第１の感磁部４３Ａと第２の感磁部４３Ｂとリ
ード部４５Ａ、４５Ｂ、４５Ｃとよりなる。２つの感磁
部４３Ａ、４３Ｂは図示のように円弧状に湾曲してお
り、それらは同心的に且つ環状に配置されている。
【００２９】回転部２１は永久磁石からなる発磁体２３
を有し、斯かる発磁体２３は固定部１１の感磁部４３
Ａ、４３Ｂに対応した形状に形成されている。即ち、発
磁体２３は感磁部４３Ａ、４３Ｂの円弧に対応した円弧
状に湾曲している。発磁体２３は感磁部４３Ａ、４３Ｂ
より隔置され且つそれに対応して配置されている。
を有し、斯かる発磁体２３は固定部１１の感磁部４３
Ａ、４３Ｂに対応した形状に形成されている。即ち、発
磁体２３は感磁部４３Ａ、４３Ｂの円弧に対応した円弧
状に湾曲している。発磁体２３は感磁部４３Ａ、４３Ｂ
より隔置され且つそれに対応して配置されている。
【００３０】本例の発磁体２３は図示のように永久磁石
のＮ極とＳ極とが中心軸線周りに円弧状に延在するよう
に配置されている。即ち、永久磁石の磁軸（Ｎ極とＳ極
とを結ぶ線）が半径方向に延在し、中心軸線より放射状
に配置されるように構成されている。
のＮ極とＳ極とが中心軸線周りに円弧状に延在するよう
に配置されている。即ち、永久磁石の磁軸（Ｎ極とＳ極
とを結ぶ線）が半径方向に延在し、中心軸線より放射状
に配置されるように構成されている。
【００３１】こうして、発磁体２３によって生成される
信号磁場ＨS の方向は半径方向に沿っているから、従っ
て、２つの感磁部４３Ａ、４３Ｂに流れる電流は電流方
向に直交する信号磁場ＨS の作用を受けることとなる。
信号磁場ＨS の方向は半径方向に沿っているから、従っ
て、２つの感磁部４３Ａ、４３Ｂに流れる電流は電流方
向に直交する信号磁場ＨS の作用を受けることとなる。
【００３２】図示のように、２つの感磁部４３Ａ、４３
Ｂはリード部４５Ａ、４５Ｂ、４５Ｃを除いて略全円周
的に延在しているが、発磁体２３は略半円周的に延在す
るように構成してよい。例えば、２つの感磁部４３Ａ、
４３Ｂはその中心角が略３６０度の範囲にて延在し、発
磁体２３はその中心角が略１８０度の範囲にて延在する
ように構成してよい。
Ｂはリード部４５Ａ、４５Ｂ、４５Ｃを除いて略全円周
的に延在しているが、発磁体２３は略半円周的に延在す
るように構成してよい。例えば、２つの感磁部４３Ａ、
４３Ｂはその中心角が略３６０度の範囲にて延在し、発
磁体２３はその中心角が略１８０度の範囲にて延在する
ように構成してよい。
【００３３】従って、発磁体２３によって生成される信
号磁場ＨS は磁気抵抗素子の２つの感磁部４３Ａ、４３
Ｂの全体ではなくその一部に作用する。例えば図１に
て、発磁体２３が中心角１８０度の範囲に延在し、その
うち中心角θ1 の範囲が第１の感磁部４３Ａ上に延在し
中心角θ2 の範囲が第２の感磁部４３Ｂ上に延在すると
仮定すると、２つの感磁部４３Ａ、３Ｂの間のリード部
４５Ｃは中心角θ0 の範囲に延在するとして、次の数３
の式が成立する。
号磁場ＨS は磁気抵抗素子の２つの感磁部４３Ａ、４３
Ｂの全体ではなくその一部に作用する。例えば図１に
て、発磁体２３が中心角１８０度の範囲に延在し、その
うち中心角θ1 の範囲が第１の感磁部４３Ａ上に延在し
中心角θ2 の範囲が第２の感磁部４３Ｂ上に延在すると
仮定すると、２つの感磁部４３Ａ、３Ｂの間のリード部
４５Ｃは中心角θ0 の範囲に延在するとして、次の数３
の式が成立する。
【００３４】
【数３】
【００３５】リード部４５Ｃの中心角θ0 は一定だか
ら、２つの中心角の和θ1 ＋θ2 は一定となる。すなわ
ち、第１の感磁部４３Ａに信号磁場ＨS が作用する部分
と第２の感磁部４３Ｂに信号磁場ＨS が作用する部分の
和は常に一定である。従って、２つの感磁部４３Ａ、４
３Ｂの抵抗値の和は一定である。回転部２１が中心軸線
周りに回転すると、２つの感磁部４３Ａ、４３Ｂに信号
磁場ＨS が作用する範囲の和は一定の状態にて、２つの
感磁部４３Ａ、４３Ｂの各々に信号磁場ＨS が作用する
範囲が変化する。
ら、２つの中心角の和θ1 ＋θ2 は一定となる。すなわ
ち、第１の感磁部４３Ａに信号磁場ＨS が作用する部分
と第２の感磁部４３Ｂに信号磁場ＨS が作用する部分の
和は常に一定である。従って、２つの感磁部４３Ａ、４
３Ｂの抵抗値の和は一定である。回転部２１が中心軸線
周りに回転すると、２つの感磁部４３Ａ、４３Ｂに信号
磁場ＨS が作用する範囲の和は一定の状態にて、２つの
感磁部４３Ａ、４３Ｂの各々に信号磁場ＨS が作用する
範囲が変化する。
【００３６】図１にて回転部２１が、例えば、時計方向
に回転すると、第１の感磁部４３Ａに作用する信号磁場
ＨS は減少し、第２の感磁部４３Ｂに作用する信号磁場
ＨSは増加する。従って第１の感磁部４３Ａの抵抗値と
第２の感磁部４３Ｂの抵抗値の和は一定だが、各抵抗値
は相反的に変化する。すなわち、２つの感磁部４３Ａ、
４３Ｂの抵抗値の比が変化する。
に回転すると、第１の感磁部４３Ａに作用する信号磁場
ＨS は減少し、第２の感磁部４３Ｂに作用する信号磁場
ＨSは増加する。従って第１の感磁部４３Ａの抵抗値と
第２の感磁部４３Ｂの抵抗値の和は一定だが、各抵抗値
は相反的に変化する。すなわち、２つの感磁部４３Ａ、
４３Ｂの抵抗値の比が変化する。
【００３７】第１の感磁部４３Ａに信号磁場ＨS が印加
されていないと仮定すると、この第１の感磁部４３Ａに
流れる電流に作用する磁場は自発磁化に起因する磁場だ
けであり、その磁化方向は電流方向に平行である。従っ
て、第１の感磁部４３Ａの単位長さ当たりの抵抗値は、
数１の式にφ＝０を代入して、
されていないと仮定すると、この第１の感磁部４３Ａに
流れる電流に作用する磁場は自発磁化に起因する磁場だ
けであり、その磁化方向は電流方向に平行である。従っ
て、第１の感磁部４３Ａの単位長さ当たりの抵抗値は、
数１の式にφ＝０を代入して、
【００３８】
【数４】
【００３９】第１の感磁部４３Ａに信号磁場ＨS が印加
されていると仮定すると、この第１の感磁部４３Ａに流
れる電流に作用する磁場は信号磁場ＨS だけであり、斯
かる信号磁場ＨS の方向は電流方向に直交している。従
って、第１の感磁部４３Ａの単位長さ当たりの抵抗値
は、数１の式にφ＝９０°を代入して、
されていると仮定すると、この第１の感磁部４３Ａに流
れる電流に作用する磁場は信号磁場ＨS だけであり、斯
かる信号磁場ＨS の方向は電流方向に直交している。従
って、第１の感磁部４３Ａの単位長さ当たりの抵抗値
は、数１の式にφ＝９０°を代入して、
【００４０】
【数５】
【００４１】従って、第１の感磁部４３Ａに対して中心
角θ1 の範囲に信号磁場ＨS が印加されている場合に
は、第１の感磁部４３Ａの抵抗値ＲA は次の数６の式に
より表される。
角θ1 の範囲に信号磁場ＨS が印加されている場合に
は、第１の感磁部４３Ａの抵抗値ＲA は次の数６の式に
より表される。
【００４２】
【数６】
【００４３】ここに、ｐ：第１の感磁部４３Ａの平均半
径、 ｔ：第１の感磁部４３Ａの平均長さ、 ｒm ：信号磁場ＨS が印加されたときの第１の感磁部４
３Ａの単位長さ当たりの抵抗値、 ｒs ：信号磁場ＨS が印加されないときの第１の感磁部
４３Ａの単位長さ当たりの抵抗値、 θ1 ：信号磁場ＨS が印加された第１の感磁部４３Ａの
中心角、 である。第２の感磁部４３Ｂの抵抗値ＲB も同様に次の
数７の式により表される。
径、 ｔ：第１の感磁部４３Ａの平均長さ、 ｒm ：信号磁場ＨS が印加されたときの第１の感磁部４
３Ａの単位長さ当たりの抵抗値、 ｒs ：信号磁場ＨS が印加されないときの第１の感磁部
４３Ａの単位長さ当たりの抵抗値、 θ1 ：信号磁場ＨS が印加された第１の感磁部４３Ａの
中心角、 である。第２の感磁部４３Ｂの抵抗値ＲB も同様に次の
数７の式により表される。
【００４４】
【数７】
【００４５】ここに、ｐ：第２の感磁部４３Ｂの平均半
径、 ｔ：第２の感磁部４３Ｂの平均長さ、 ｒm ：信号磁場ＨS が印加されたときの第２の感磁部４
３Ｂの単位長さ当たりの抵抗値、 ｒs ：信号磁場ＨS が印加されないときの第２の感磁部
４３Ｂの単位長さ当たりの抵抗値、 θ2 ：信号磁場ＨS が印加された第２の感磁部４３Ｂの
中心角 である。
径、 ｔ：第２の感磁部４３Ｂの平均長さ、 ｒm ：信号磁場ＨS が印加されたときの第２の感磁部４
３Ｂの単位長さ当たりの抵抗値、 ｒs ：信号磁場ＨS が印加されないときの第２の感磁部
４３Ｂの単位長さ当たりの抵抗値、 θ2 ：信号磁場ＨS が印加された第２の感磁部４３Ｂの
中心角 である。
【００４６】図１に示すように、磁気抵抗素子には、適
当な信号検出回路が接続されてよい。こうして、本例に
よると回転部２１が中心軸線周りに微小角だけ回転する
と磁気抵抗素子の２つの感磁部４３Ａ、４３Ｂにおいて
信号磁場ＨS が作用する領域がそれぞれ変化するから、
２つの感磁部４３Ａ、４３Ｂの抵抗値及びその比が変化
し、磁気抵抗素子に接続された信号検出回路の出力端子
６１にて出力電圧が検出される。
当な信号検出回路が接続されてよい。こうして、本例に
よると回転部２１が中心軸線周りに微小角だけ回転する
と磁気抵抗素子の２つの感磁部４３Ａ、４３Ｂにおいて
信号磁場ＨS が作用する領域がそれぞれ変化するから、
２つの感磁部４３Ａ、４３Ｂの抵抗値及びその比が変化
し、磁気抵抗素子に接続された信号検出回路の出力端子
６１にて出力電圧が検出される。
【００４７】入力端子５９より基準電圧Ｖ0 を印加する
と、第２の感磁部４３Ｂの両端の出力電圧ＶB は信号検
出回路の出力端子６１にて取り出される。斯かる出力電
圧Ｖ B の大きさは、数２の式と同様に求められ、次の数
８の式によって表される。
と、第２の感磁部４３Ｂの両端の出力電圧ＶB は信号検
出回路の出力端子６１にて取り出される。斯かる出力電
圧Ｖ B の大きさは、数２の式と同様に求められ、次の数
８の式によって表される。
【００４８】
【数８】
【００４９】この数８の式より、出力電圧ＶB の大きさ
は第２の感磁部４３Ｂに印加される信号磁場ＨS の中心
角θ2 の大きさの関数であることが判る。斯かる中心角
θ2の変化量は回転部２１の回転角に比例するから、出
力電圧の変化を検出することによって回転部２１の回転
角変位が検出される。尚、２つの感磁部４３Ａ、４３Ｂ
の抵抗値の和ＲA ＋ＲB が一定であることは、数８の式
の分母より明らかである。
は第２の感磁部４３Ｂに印加される信号磁場ＨS の中心
角θ2 の大きさの関数であることが判る。斯かる中心角
θ2の変化量は回転部２１の回転角に比例するから、出
力電圧の変化を検出することによって回転部２１の回転
角変位が検出される。尚、２つの感磁部４３Ａ、４３Ｂ
の抵抗値の和ＲA ＋ＲB が一定であることは、数８の式
の分母より明らかである。
【００５０】図２に本発明の角度センサに使用される磁
気抵抗素子３１の第２の例を示す。この例では、磁気抵
抗素子３１は２つの感磁部４３Ａ、４３Ｂとリード部４
５Ａ、４５Ｂ、４５Ｃとを有する。２つの感磁部４３
Ａ、４３Ｂはそれぞれ複数の円弧状の帯部よりなり、そ
れらは互いに直列に接続されている。
気抵抗素子３１の第２の例を示す。この例では、磁気抵
抗素子３１は２つの感磁部４３Ａ、４３Ｂとリード部４
５Ａ、４５Ｂ、４５Ｃとを有する。２つの感磁部４３
Ａ、４３Ｂはそれぞれ複数の円弧状の帯部よりなり、そ
れらは互いに直列に接続されている。
【００５１】こうして、２つの感磁部４３Ａ、４３Ｂの
長さを増加させることによって磁気抵抗素子３１の高イ
ンピータンス化を図ることができる。
長さを増加させることによって磁気抵抗素子３１の高イ
ンピータンス化を図ることができる。
【００５２】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。
【００５３】
【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、温度補償回路を
使用することなく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、温度補償回路を
使用することなく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。
【００５４】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、バイアス磁界を用
いることなく角度変位−出力電圧特性の直線性が良好な
角度センサを提供することができる利点がある。
磁気抵抗素子が使用されているから、バイアス磁界を用
いることなく角度変位−出力電圧特性の直線性が良好な
角度センサを提供することができる利点がある。
【００５５】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、磁気抵抗素子の抵
抗値のバラツキが少なく、従って高い精度にて計測する
ことができる角度センサを提供することができる利点が
ある。
磁気抵抗素子が使用されているから、磁気抵抗素子の抵
抗値のバラツキが少なく、従って高い精度にて計測する
ことができる角度センサを提供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に使用される強磁性金属磁
気抵抗素子の他の例を示す図である。
気抵抗素子の他の例を示す図である。
【図３】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。
１１ 固定部 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、３９Ａ、３９Ｂ 端子 ４１ 基板 ４３Ａ、４３Ｂ 感磁部 ４５Ａ、４５Ｂ、４５Ｃ リード部 ４７ 発磁体 ４７Ａ、４７Ｂ、４７Ｃ 永久磁石 ４９Ａ、４９Ｂ 境界線 ５７ 差動増幅回路 ５９、６１ 端子
Claims (2)
- 【請求項１】 強磁性金属の磁気抵抗素子を含む固定部
と信号磁場を生成するべく発磁体を有し中心軸線周りに
回転可能な回転部とを有する角度センサにおいて、 上記磁気抵抗素子は上記中心軸線周りに同心的に且つ環
状に配置された円弧状の第１の感磁部と第２の感磁部と
を有し、上記発磁体は上記信号磁場の方向が上記第１の
感磁部と第２の感磁部に対して直交するように上記中心
軸線周りに同心的に且つ環状に配置された円弧状の永久
磁石を有し、 上記発磁体は上記第１の感磁部と第２の感磁部とに対面
し且つそれより隔置され、上記磁気抵抗素子の出力電圧
が上記回転部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
記磁気抵抗素子の第１の感磁部と第２の感磁部はそれぞ
れ複数の同心的に且つ環状に配置された円弧状の帯状強
磁性金属膜が直列に接続されたものを含むように構成さ
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 |
|---|---|---|---|
| JP4297295A JPH06147817A (ja) | 1992-11-06 | 1992-11-06 | 角度センサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4297295A JPH06147817A (ja) | 1992-11-06 | 1992-11-06 | 角度センサ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06147817A true JPH06147817A (ja) | 1994-05-27 |
Family
ID=17844664
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4297295A Pending JPH06147817A (ja) | 1992-11-06 | 1992-11-06 | 角度センサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH06147817A (ja) |
-
1992
- 1992-11-06 JP JP4297295A patent/JPH06147817A/ja active Pending
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| FPAY | Renewal fee payment (prs date is renewal date of database) |
Year of fee payment: 7 Free format text: PAYMENT UNTIL: 20080216 |
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|
| FPAY | Renewal fee payment (prs date is renewal date of database) |
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| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |