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
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- 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 |
---|---|---|---|
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|
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LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |