JPS6117002A - 磁気的に位置を検出する装置 - 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】 〔発明の利用分野〕 本発明は、磁気的に位置を検出する装置に関するもので
ある。

〔発明の背景〕

この装置に係るものとして、たとえば、特開昭５４−１
１８２５９号公輯に記載されたような角度検出器が公知
に属しており、この公開公報に記載された技術は、次に
述べる原理に基づいている。

すなわち、第１４図は、公知例示の角度検出器の構成図
、第１５図（Ａ）は、回転ドラムの展開図、同図（Ｂ）
は、磁気セン、すの平面図、第１６図は、その磁気抵抗
効果素子の抵抗変化波形図である。

第１４図ないし第１６図において、１は被検出回転体に
係る回転体、２は回転軸、３は取付台、４は、各磁気検
出素子を有する磁気センサ、５は、磁化トラックＭ。−
Ｍ２から構成される回転ドラムで、Ｒｏ−Ｒ２は、磁気
検出素子に係る磁気抵抗効果素子である。

しかして、この例示のものは、移動体に係る被検出回転
体である回転体１に回転軸２を介して担持された、それ
ぞれの磁化トラックに、第１５図（Ａ）に示すごとき、
Ｎ、Ｓの、異なる記録波長で記録された複数の磁化トラ
ックＭ。−Ｍ２を有する回転ドラム５と、上記回転体１
に取付台３により取は付られ、前記磁化トラックＭ０〜
Ｍ２に各々近接して配置された磁気センサ４から構成さ
れたものであって、その磁気信号を磁気抵抗効果素子Ｒ
ｏ−Ｒ２により、第１６図のような抵抗変化として取り
出すようにし、その抵抗変化波形を波形整形して３ビツ
トのアブソリュート信号を得るようにしたものである。

しかし、このような例示のものでは、第１５図（Ａ）か
ら明らかなように、各磁化トラックＭ。〜Ｍ２に隣接し
て記録された、図示矢印の磁気信号は、その波長の大き
さが、まちまちであり、極性も合っていないので、相互
に磁気干渉をする恐れがあり、第１６図に示すように抵
抗変化波形を得ることが困難という恐れがあるものと考
えられる。

また、各磁化トラックＭ。−Ｍ２で、その記録信号に係
る磁気信号の波長が大きく異なるため、回転ドラム５の
磁気記録媒体の表面における磁界分布が異なる、すなわ
ち、磁気信号の波長の短い磁化トラックＭ。では、磁気
記録媒体の表面では、第１６図に示すような出力が得ら
れるが、少し離れると磁界が非常に弱くなり、また、磁
気信号の波長の長い磁化トラックＭ２では、磁気記録媒
体の表面では磁界分布がパルス的になり、表面から離れ
た所では磁界が弱くなって、第１６図に示すような出力
が得られない恐れがある。

したがって、磁気信号の長いものと、短いものでは、磁
気記録媒体の表面と磁気センサとの間隔を変えなければ
、最適や出力が得られないので、この例では、第１６図
に示すような出力を得ることは難しいものである。

さらに、第１６図のような出力を得るために、磁気信号
の記録にあたり、磁化トラックＭ２のように磁気信号の
波長の長い所では強力な磁石を用いるようにすると、今
度は、他の磁化トラックＭ、、Ｍ工に、当該磁界の影響
を大きく与えてしまう結果となり、これに従い、ビット
数を多くすることが困難となる恐れがあるものである。

上記に加え、磁気信号の波長の長い、たとえば磁化トラ
ックＭ２では、その出力波形端部が、だれてしまい、波
形整形して方形波状にする場合のエツジの精度が出しに
くくなり、高精度の角度検出器が得られないという、未
だ千金でない火点を有するものである。

〔発明の目的〕

本発明は、磁気信号の記録長が異なる各磁化トラックで
も、磁気干渉を生ぜず、同じような感度で信号を検出す
ることができるようにする、磁気的に位置を検出する装
置の提供を、その目的とするものである。

〔発明の概要〕

本発明に係る磁気的に位置を検出する装置の構成は、磁
気記録された所要長の磁気信号を有する磁化トラックと
、この磁化トラックに対向して配置された磁気検出素子
とからなり、その磁気検出素子によって得られる検出信
号に基づいて移動体の位置を検出するようにしたものに
おいて、磁気記録単位を移動体の移動方向へ所要数連続
した磁気信号部と、磁気記録単位つ無い無磁界部とを設
けることにより、磁気検出信号を得るように構成したも
のであ−る。

さらに補足すると、次のとおりである。

磁気記録信号の記録長は、この最小磁気記録単位の磁極
Ｎ、Ｓをトラックの移動方向に連続して記録する部分と
磁気記録を行わない無磁界部とを設けるようにしたもの
である。

〔発明の実施例〕

本発明に係る、たとえば絶対値を検出するための実施例
を、各回を参照して、次に説明する。

まず、第１図は、本発明に係る磁気的に位置を検出する
装置の一実施例である磁気回転センサの概略構成図、第
２図（Ａ）は、その回転ドラムの展開図、第２図（Ｂ）
は磁気センサの平面図、第３図は、その磁気抵抗効果素
子の抵抗変化波形図、第４図は、その磁気抵抗効果素子
のブリッジ接続図、第５図は、そのブリッジの出力電圧
波形図、第６図は、その出力電圧波形の波形整形後の波
形図である。

・　図において、４□は、磁気検出素子に係る磁気抵抗
効果素子（以下、ＭＲ素子という。）Ｒ８１〜Ｒ３２を
配置した磁気センサ、５．は、表面の磁気記録媒体に次
の磁化トラックを有するようにした回転ドラム、Ｍｏ、
〜Ｍ３．は、それぞれ、異なる記録長で前記の磁気記録
媒体に磁気信号を記録した４個の磁化トラックである。

しかして、本実施例に係るものは、さきに述べた第１４
図に示すものにおいて、その磁気センサ。

回転トラムを、第１図、第２図（Ａ）に示すごとき磁気
センサ４１２回転ドラム５．の構成としたものであると
ともに、磁気回転センサの分解能１／１６に係る、４ビ
ツトのグレーコードを有する絶対位置（アブソリュート
）形の磁気回転センサに係るものである。

すなわち、回転ドラム５１は、４つのトラック１こ分け
てあり、第２図（Ａ）に矢印で示すような、Ｎ、Ｓの極
性の最小磁気記録単位の磁極を連続して、磁気記録媒体
に記録した磁気信号が４つのトランクに記録されて、磁
化トラックＭ。１〜Ｍ３．としたものであり、また、そ
の最小磁気記録単位に係る波長λは、当該磁気回転セン
サの分解能に係るものと等しくしたものである。

しかして、最下位ビットに係る磁化トラックＭＯ１では
、波長λの磁気信号が２個連続して記録され、次いで、
その２個分が記録されずに空白になっており、次にまた
、２個連続して記録するというようになっている。

一次の第２ビツトに係る磁化トラックＭ、４では、波長
λの磁気信号が４個連続して記録され、次いで、その４
個勺が記録されずに空白になっているものである。

その次の第３ビツトに係る磁化トラックＭ２．では、波
長λの磁気信号が８個連続して記録され、次いで、その
８個分が記録されずに空白になっているものである。

また、最上位ビットに係る磁化トラックＭ３１は、前記
の磁化トラックＭ２．と同じ記録長であるが、その位相
が磁化トラックＭ２１と異なっているものである。

すなわち、磁化トラックＭ。ａ９Ｍ、＆、　Ｍ２．。

Ｍ３．における磁気信号の記録長は、それぞれ２λ。

４λ、６λ、８λで、その磁化トラックＭ。、。

Ｍ工＠ＩＭ３ｇにおける磁気信号の端部は、磁化トラッ
クＭ２．に対し、λ、２λ、４λだけ、ずれているもの
である。

そして、各磁化トラック間の隣り合う最小磁気記録単位
の極性Ｎ、Ｓは、同極性に記録するものである。

また、各磁化トラックの隣り合う最小磁気記録単位の磁
極Ｎ、Ｓは同極に配置したものである。

さらに、同一磁化トラックにおいて、最小磁気記録単位
の無い部分を無磁界部とするため、この領域を隔てて隣
り合う磁気信号の端部の極を同極としたものである。

これを要するに、上記に係るものは、磁気記録単位を移
動体の移動方向へ所要数連続した磁気信号部と、磁気記
録単位の無い無磁界部とを設けるようにしたものである
。

次に、磁気センサ４１においては、前記の各磁化トラッ
クにＭ　Ｒ素子が近接配置され、第２図（Ａ）、（Ｂ）
に示すように、磁化トランクＭ。、に対向して最下位ビ
ットに係るＭＲ素子Ｒｏｌ、　Ｒ，２が配置され、同様
に、磁化トラックＭ１．〜Ｍ３．に対向して、それぞれ
第２，３および最上位ビットに係る。ＭＲ素子Ｒ工４．
Ｒ１□、Ｒ２□、Ｒ２□およびＲ３１，Ｒ３□が配置さ
れている。

また、ＭＲ素子Ｒ８１とＲ８２、同素子Ｒ１１とＲ１２
、同素子Ｒ２□とＲ２□、同素子Ｒ３□とＲ３□とは、
それぞれ、波長λの半分のλ／２だけ位置をずらして配
置してあり、また、それぞれのＭＲ素子は、図示のごと
く、同一線上に並ぶように配置したものである。

しかして、本実施例では、各ＭＲ素子Ｒａ１〜Ｒ３□の
長手方向に直角な磁界が加わると、その抵抗値が下色特
性を利用しているものである。

すなわち、第２図（Ａ）、（Ｂ）のような配置構成で、
回転ドラム５．を図示矢印の方向へ移動すると、各ＭＲ
素子Ｒ８１〜Ｒ３□は、各々、第３図に示す′ように抵
抗が変化する。

また、第３図のように、いずれにおいても、波長＆に係
る最小磁気記録単位で変化するため、その波長端部がシ
ャープになるものである。

さらに、各磁化トラックからの磁気センサに対する磁界
が、はぼ等しくなるので、磁気記録媒体と磁気センサと
の間隔を、各磁化トラックとも同じにしても、はぼ同じ
抵抗変化が得られるものである。

このような磁気回転センサにおける、これらの各ＭＲ素
子Ｒ６□〜Ｒ３２と、抵抗Ｒ１すなわち、たとえば、磁
気センサ４１に配置、あるいは別途に取付けて配置する
ようにした、回転ドラム５．の磁界の影響を受けないよ
うにした他のＭＲ素子または、抵抗体などに係る抵抗Ｒ
とを、第４図に示すような、各磁化トラックごとについ
ての抵抗ブリッジを構成し、この各ブリッジには、電源
Ｖより電圧を与えて使用するようにすると、次の態様で
、絶対位置を検出することができるものである。

すなわち、各磁化トランクの、最下位ビットに係る検出
端子である出力端子ａ。ｌｂｏ間の出力電圧をｅ。とじ
、同様に第２ビツトに係るａ工。

ｂ１間の出力電圧をｅｌ、第３ビツトに係るａ２１ｂ２
問および、最上位ビットに係るａ３１　ｂ３間の出力電
圧を８２　ｒ　８３　とすると、これらの各磁化トラッ
クの出力電圧ｅ。−ｅ３は、第５図に示すように、その
出力信号の長さが異なっても、波形端部は、同じように
シャープになるものである。

第５図は、第３図の抵抗変化による電圧変化の和に合致
する電圧ｅ０１の波形図である。すなわち、電圧の大き
さはｅ。□で、ある。

この出力電圧ｅ。−ｅ３　を、アンプまたは電圧コンパ
レータなどにより波形整形を行うと、第６図に示すＥ。

−Ｅ、のような波形のものとなる。

このＥ。−Ｅ３は、４ビツトのグレーコードの出力であ
り、各ビットの信号変化がλごとに現われ、１６等分の
絶対位置を検出することができるものである。

以上に説明したように、本実施例においては、第２図（
Ａ）で説明したような磁気信号を記録する磁気信号部と
無磁界部とを設けたことによって、磁気検出信号を得る
ことができるものである。

しかして、そのように磁気信号を記録するので、磁化ト
ラックの移動方向に対して、最小磁気記録信号が無い無
磁界部を挾んで向い合う磁極が、Ｎ極同士またはＳ極同
士と同極になるので、お互いに反発しあい、完全な無磁
界部を作ることができるので、これによる磁気信号の精
度も向上できるものである。

また、各磁化トラック間を見ると、Ｎ極同士またはＳ極
同士が向き合っており、相互に反発し合うため磁気干渉
がなく、また、同じ最小磁気記録単位の波長で記録でき
るので、各磁化トラックの磁界分布が揃っており、磁気
記録媒体と磁気センサの間隔を各磁化トラックとも同一
にしても、出力が各磁化トラックでほぼ同じになり、安
定した出力が得られるものである。

さらに、出力波形の端部がシャープに変化するので精度
が向上し、高分解能にできるものであり、上記実施例で
は、最小磁気記録単位の磁極ピッチを当該磁気回転セン
サの分解能に等しくしたが、その分解能以下あるいは、
その整数分の１に小さくすると、出力波形端部がよりシ
ャープにできるものである。

上記に加え、上記実施例では、４ビツトの例を示したが
、１／３２の分解能の５ビツト、１／２５６の分解能の
８ピツ１へというように、そのビット数が増加しても、
同様の効果が得られるものであり、また、グレーコード
は、値が−っ変るのには常に一つのビットしか変化しな
いので、磁気回転センサとして多く用いられているが、
２つ以上が共に変化するパイナリイコードでも、同じ効
果が得られるものである。

しかして、上記において、各ＭＲ素子は、波長λの半分
のλ／２だけ位置をずらしたものであるが、これは、ｎ
を整数とするとき、（ｎ　　　２　　）λに選定するこ
とができ、同等の効果を奏するものである。

次に、他の実施例に係るものを第７図ないし第１Ｊ−図
を参照して説明する。

しかして、本実施例では、各ピッ１〜２磁化Ｉ−ラツク
を使用して、その出力電圧を大きくした、４ビツトのグ
レーコードに係るものである。

ここで、第７図（Ａ）、（Ｂ）は、本発明の他の実施例
に係る磁気回転センサの回転ドラムの展開図と磁気セン
サの平面図、第８図は、そのＭＲ素子のブリッジ接続図
、第９図は、そのＭＲ素子の抵抗変化波形図、第１０図
は、そのブリッジの出力電圧波形図、第１１図は、その
出力電圧波形の波形整形後の波形図である。

図において、４１は、磁気検出素子に係るＭＲ素子Ｒ８
１〜Ｒ３４を配置した磁気センサ、５には、各トラック
に異なる記録長で磁気信号が記録され、　　た、同一ビ
ットに係る、２個の磁化トラックが、それぞれ１組とな
った磁化トラックＭ。ｋ〜Ｍ３．を有する回転ドラムで
ある。

しかして、本実施例に係るものは、さきの実施例と同様
に、第１４図に示す磁気回転センサにおいて、その磁気
センサ、回転ドラムを、第７図に示すごとき磁気センサ
４１２回転トラム５１の構成としたものであるとともに
、前述のごとく４ビツトのグレーコードを有する絶対位
置（アブソリュート）形の磁気回転センサに係るもので
ある。

すなわち、回転ドラム５．は、８つのトラックに分けて
あり、第７図に矢印で示すような、Ｎ。

Ｓ極性の、さぎと同様の波長λの最小磁気記録単位の磁
極を８つのトラックに記録されて、磁化トラック（イ）
〜（チ）とし、磁化トラック（イ）、（ロ）。

（ハ）、（ニ）、（ホ）、（へ）、　Ｎ−）、　（チ）
の各２個の磁化１〜ラツクで、各１ビツトの磁化トラッ
クに係る。最下位、第２．第３および最上位ビットの磁
化トラックＭ。、〜Ｍ３．としたものであり、また、そ
の波長λは、当該磁気回転センサの分解能（１／１６）
に係るものと等しくしたものである。

しかして、最下位ピッ１〜に係る磁化トラックＭいにお
ける磁化トランク（イ）のパターンは、さきの実施例に
おける磁化トラックＭ。４と同じ記録パターンで、これ
にだいし、磁化トラック（ロ）は、磁化トラック（イ）
を記録した部分に対応する部分には記録せず、同じく記
録しない部分に対応する部分には記録するようにしたも
のである。

同様に、第２．第３および最上位ビットに係る磁化トラ
ックＭ１□Ｍ　ｚｂ＋　Ｍ３．における磁化トラック（
ハ）、（ホ）、（ト）は、さきの実施例における磁化ト
ラックＭ０．．Ｍ、□２Ｍ３．と同じ記録パターンであ
り、これらにだいし、それぞれ、磁化トラック（ニ）、
（へ）、（チ）には前記と同様の対応記録態様で記録し
、各１組で同一ビットに係る磁化トランクＭ□５９Ｍ２
□Ｍ３、としたものである。

そして、さぎの実施例と同じく、各磁化トラックにおけ
る、その隣り合う所の波長λの磁極Ｎ。

Ｓは、同じに記録するものである。

次に、磁気センサ４．においては、最下位、第２、第３
．最上位ビットに係る磁化トラックＭ。、〜Ｍ　３　、
のそれぞれに対向して、最下位、第２．第３、最上位ビ
ットに係る、ＭＲ素子Ｒ８１〜Ｒ，４゜Ｒ□１〜Ｒ１，
、Ｒ２□〜Ｒ２４，Ｒ３□〜Ｒ３４を図示の、ような配
置としており、またＭＲ素子Ｒ６□１Ｒｆｌ：ＩｔＲ工
１．Ｒ工、、　Ｒ２，、Ｒ２３，Ｒ３１，Ｒ１３は一直
線上に並べてあり、同様に一直線上に並べられたＭＲ素
子Ｒ０２ｙ　Ｒｏ４．　Ｒ１□、　Ｒ１４，Ｒ，□、　
Ｒ２４，Ｒ３□。

Ｒ１４とを、λ／２だけ位置をずらして配置するように
したものである、 このような配置構成で、回転ドラム５．を図示矢印の方
向へ移動すると、上記ＭＲ素子Ｒ８，〜Ｒ１は、各々、
第９図に示すように抵抗が変化する。

これらの各ＭＲ素子を、第８図に示すとワ′＜、各ビッ
トごとにブリッジを構成して電源■より電圧を与えて使
用するようにすると、同図に示す最下位ビットの出力端
子ａ。とす。との間の電圧ｅｏ、および他の第２．第３
．最下位ビットの、出力端子ａ１　とｂｌとの間の電圧
ｅ□、同端子ａ２とｂ２との間の電圧ｅ２＋同端子ａ３
とｂ３との間の電圧ｅ３は、第１０図に示すようになり
、さきの実施例の第５図に示した出力電圧の振幅の約２
倍の電圧が得られるものである。

また、本実施例に係るものにおいても、各ビットの出力
波形端部は、同じようにシャープに変化しているもので
ある。

以上の出力電圧ｅ、”’−ｅ、を、アンプまたは電圧コ
ンパレータを通して波形整形すると、第１１図に示すよ
うなＥ０〜Ｅ３の出力となり、４ビツトのグレーコード
が得られるものである。

以上に述べたところにより、本実施例に係るものにおい
ては、さぎの実施例と同等の効果を期待できるほか、そ
の出力電圧の振幅を大きくすることができ、精度を上げ
ることができるものであり、また、その最小磁気記録単
位に係る波長の選定、ビット数の増加など、さぎの実施
例と同様に種々、選択できるものである。

上述した各実施例は、回転体１に回転軸２を介して、ド
ラム形の回転ドラム５．、’５．を担持するようにした
ものであるが、これらの回転ドラム髪、回転円板のディ
スク形のものとすることができる。

すなわち、第１２．１３図は、回転ドラムでなく回転デ
ィスクの構成としたものの実施例を示すものである。

ここで、第１２図は、本発明の別の実施例に係る磁気回
転センサの構成図、第１３図は、その回転ディスクと磁
気センサとの関係図である。

図で、第１図と同一符号は同等部分を示すものであり、
３−１は取付台、４−１は、磁気検出素子に係るＭＲ素
子Ｒ８−１，Ｒよ−１．Ｒ２−１゜Ｒ３−１を配置した
磁気センサ、５−１は、各トラックに異なる記録長で磁
気信号が記録された４個の磁化トラックＭ　ｏ　、　”
　Ｍ　３゜を有する回転ディスクである。

すなわち、回転ディスク５−１は、外周より同心円状に
、最下位のビットに係る磁化トラックＭｏｅ、次いで、
第２．第３ピッ１−に係る磁化トラックＭ１゜ｇ　ＭＺ
。、さらに最上位ビットに係る磁化トランクＭ３゜を配
置し、これらしこ近接して、磁気センサ４−１の、それ
ぞれ、ＭＲ素子２個であるＲｏ−１，Ｒ，−１，Ｒ２−
１，Ｒ３−１を一直線に対向配置したものである。

この場合、最小磁気記録単位は、角度θである。

本実施例に係るものにおいても、さぎの各実施例と同様
の効果を期待できるものである。

上記に述べた各実施例によれば、（１）記録長の異なる
磁気信号を、磁気干渉なしに記録することができ、（２
）最小磁気記録単位を記録しない部分は完全な無磁界部
とすることにより、高精度の信号記録ができ、（３）同
じ感度で記録信号を検出することができるので磁気記録
媒体と磁気センサとの間隔を各磁化トラックとも同じに
することができ、また（４）記録長が長いものでも短い
ものでも、出力信号の端部をシャープにできるもので、
これらにより、高精度で、高分解のものを提供しうるも
のである。

今までは、移動体として、回転体の例で説明したが、直
線運動をする物の位置検出も同様にでき同じ効果を得る
ことができる。さらに磁気信号を、　　記録するトラッ
クを複数個使用して、各トラックにはくり返しの磁気信
号を記録した例を示したが、１トラツクのみを使用し、
磁気信号の長さを変えて記録し、この信号の長さにより
、位置を検出するものにでも使用でき同様な効果が得ら
れる。

〔発明の効果〕

本発明によれば、磁気信号の記録長が異なる各磁化トラ
ックでも、磁気干渉を生ぜず、同じような感度で信号を
検出することができるようにする、磁気的に位置を検出
する装置を提供することができるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明に係る′磁気的に位置を検出する装置
の二実施例である磁気回転センサの概略構成図、第２図
（Ａ）、　（Ｂ’）は、その回転ドラムの展開図と磁気
センサの平面図、第３図は、その磁気抵抗効果素子の抵
抗変化波形図、第４図は、その磁気抵抗効果素子のブリ
ッジ接続図、第５図は、そのブリッジの出力電圧波形図
、第６図は、その出力電圧波形の波形整形後の波形図、
第７図（Ａ）。 （Ｂ）は、本発明の他の実施例に係る磁気回転センサの
回転ドラムの展開図と磁気センサの平面図、第８図は、
その磁気抵抗効果素子のブリッジ接続図、第９図は、そ
の磁気抵抗効果素子の抵抗変化波形図、第１０図は、そ
のブリッジの出力電圧波形図、第１１図は、その出力電
圧波形の波形整形後の波形図、第１２図は、本発明の別
の実施例に係る磁気回転センサの構成図、第１３図は、
その回転ディスクと磁気センサとの関係図、第１４図は
、公知例示の角度検出器の構成図、第１５図第　３　図 第４１ 第　５　図 第　６　図 Ｅ。 ｚ ［３ 第　９　図 （μ 第　１０　図 第　／１　図 第　！２　　国 ？ 第　７３　図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、磁気記録された所要長の磁気信号を有する磁化トラ
   ックと、この磁化トラックに対向して配置された磁気検
   出素子とからなり、その磁気検出素子によつて得られる
   検出信号に基づいて移動体の位置を検出するようにした
   ものにおいて、磁気記録単位を移動体の移動方向へ所要
   数連続した磁気信号部と、磁気記録単位の無い無磁界部
   とを設けることにより、磁気検出信号を得るように構成
   したことを特徴とする磁気的に位置を検出する装置。 ２、特許請求の範囲第１項記載のものにおいて、無磁界
   部を、磁気信号部の磁気記録単位のピッチλ以上とした
   ものである磁気的に位置を検出する装置。