JPS62204118A - 磁気的に位置あるいは速度を検出する装置 - Google Patents

磁気的に位置あるいは速度を検出する装置

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JPS62204118A
JPS62204118A JP61046185A JP4618586A JPS62204118A JP S62204118 A JPS62204118 A JP S62204118A JP 61046185 A JP61046185 A JP 61046185A JP 4618586 A JP4618586 A JP 4618586A JP S62204118 A JPS62204118 A JP S62204118A
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正 高橋
Seiji Yamashita
誠二 山下
Kunio Miyashita
邦夫 宮下
Shoichi Kawamata
昭一 川又
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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〕 本発明は磁気的に位置あるいは速度の検出装置に係り、
特に位置や速度検出のために正弦波出力信号を得る検出
装置に関する。
又、この発明は、リニア的に移動するもの、あるいはモ
ータや発電機、種々の角度検出器等に用いられ、又、工
業用あるいは家庭用機器のサーボシステム、位置決め機
能をもつ装置に応用できるものである。
〔従来の技術〕
従来、特公昭６０−４５８０４号公報に記載のようなも
のが知られている。この中では磁気抵抗効果素子（以下
ＭＲ素子と略称す）と磁気媒体との空隙であるスペーシ
ングが変化した場合の特性の変化については全く配慮し
てない、しかし、実際に位置検出装置として使用する場
合は１例えば回転位置検出を考えてみると回転体である
磁気媒体には）回心等のために回転により、スペーシン
グ変化がともなうものである。第１５図にスペーシング
に対するＭＲ素子で構成した磁気センサの出力振幅をプ
ロットした特性を示す。この図で明らかなようにスペー
シングの小さなＡの範囲では磁気センサ出力振幅は変化
しないが波形が歪み、またスペーシングの大きなりの範
囲では磁気センサの出力波形は歪ないが、スペーシング
変化に対して出力振幅が変化するという特性を有してい
る。
〔発明が解決しようとする問題点〕
上記のように従来公知の技術は回心等によるスペーシン
グ変化の点について配慮されておらず、回転等による波
形歪や出力振幅の変化が太きかった。
本発明の目的は回心等によりスペーシングが変化しても
、又、出力を上げるために可及的にスペーシングを小さ
くしても、波形歪の少ない出力振幅のない正弦波出力磁
気式位置検出装置を提供することであり、又、これによ
り高分解能を志向した位置あるいは速度の検出に供され
る検出装置を提供するものである。
〔問題点を解決するための手段〕 上記目的は波形歪の主成分が第３調波であることに着目
して複数のＭＲ素子を使用し、各ＭＲ素子の出力波形の
第３ｉ５１波が互いに逆位相になるように各ＭＲ素子を
配置して各ＭＲ素子の出力を加え合わせることによって
第３調波成分を打消し、基本波成分のみを取出して波形
歪を解消し、正弦波あるいは正弦波に非常に近い信号波
形を得ることにより、達成される。
〔作用〕
したがって、スペーシングが狭い所で使用しても出力波
形歪がなく、スペーシング変化に対しても出力振幅変化
も少なくでき、又、振幅の大きな信号になるように作用
する。
〔実施例〕
以下、本発明の一実施例を第１図〜第５図により説明す
る６第１図は本発明の構成で、移動体。
例えば回転軸１に回転ドラム２が固定してあり、その外
周にピッチλで磁気記号を記録したいわゆる磁極３１を
もつ磁気媒体３を配置しである。磁気媒体３は通常磁性
粉を樹脂で固めたものに磁極３１を着磁したものである
が、これは、永久磁石を複数個並べたものでもよい、こ
の磁気媒体３に対向してＭＲ素子が所定の間隔で配置し
た磁気センサ４を磁気媒体３よりスペーシングＱｚの間
隙で固定する。４１は固定体となるセンサの基板である
。第１図の磁気媒体３と磁気センサ４の詳細な関係を第
２図に展開図として示す、記録媒体３は記録ピッチλで
磁極３１を記録しである。磁気センサ４はＭＲ素子Ｒ工
１．　ＲＩＩＬ、　Ｒｚｚ＋　Ｒｚｚで構λ 成され、ＲｔｔとＲｔｉは一離して配置し、Ｒｚｔとあ
る、これらのＭＲ素子は第３図のようにブリッジ接続し
、電源Ｖより電圧を供給する。ブリッジはＲｘ工とＲｚ
ｚ及びＲ２２とＲｚｚの直列接続したものを電源Ｖに接
続している。ブリッジの出力端子ｏ１及び０２から各々
抵抗Ｒ１を通して差動増幅器ＯＰＲの一側及び＋側入力
に加える。抵抗Ｒｚは帰還抵抗である。したがってブリ
ッジの出力端子０１．０２から得られる出力が差動増幅
器ＯＰＡにより、各々差動的に動作して出力ＯＯ端子に
位置検出出力を得る。磁気センサ４のＭＲ素子は磁界に
対して電気抵抗が変化するもので、ガラス等の表面に強
磁性体ＮｉＦｅ’ｅ’ＮｉＣｏ等の薄膜を蒸着等によっ
て作ったものである。この磁界に対する抵抗変化は第４
図に示すように磁界の方向に関係なく、磁界の大きさに
比例して抵抗が変化するがある値で飽和する。今１回転
ドラムが回転して磁気媒体３が移動し、磁極の磁界によ
り磁気センサ４に支えられる磁界が図示のように変化し
たと仮定する。
これは第１５図のスペーシングが小さなＡの部分である
。ＭＲ素子Ｒ１１，Ｒ１１２，Ｒｚｔ、　Ｒｚｚの抵抗
は第５図のように変化する。すなわち、磁界の小さな部
分では磁界に比例して抵抗が減少するが大きな磁界が加
わると第４図から解るように抵抗が飽和して変化が少な
くなるような波形である。したがって第３図の出力端子
○ｌ、０２の出力電圧ＶＯＲ，ＶＯ２は各々第５図の実
線のような歪んだＭＲ信号波形となる。この波形を分析
すると破線で示す基本波Ｖ　０１１　、　Ｖ　０２１と
基本波の３倍の周波数である第３調波ＶＯ１２，ＶＯ２
２に分けられる。ここで各々の基本波Ｖ　０１１とＶ　
０１ｍの位相差が一πであるのに対して、第３調波ｖｏ
ｚｚ、　ＶＯ２２の位相差はＯとなっている。したがっ
てこの両波を差動増幅器により差動的に加え合わせると
、第３調波成分は互いに相殺されて零となり、基本波成
分のみが加え合わされて、正弦波出力ｖｏが差動増幅器
出力に得られる。以上の説明で明らかなように、に配置
すれば、ＭＲ素子の飽和によって生ずる磁気センサから
の出力電圧の歪を打消すことができる。また、スペーシ
ング変化に対して基本波成分の出力変化は第１５図の破
線のようになるので、出力変化の少ない範囲Ｃで使用す
るとスペーシングに対する出力変動も非常に少なくでき
る。
第６図はＭＲ素素子Ｒｘ上Ｒｚｚの接続を第３図と逆に
することにより、出力端子０２の電圧ｖｏ２．をＶＯｌ
に対して逆位相になるようにした例である。
この例では面出力ｖ　ｏｘ　、　ｖ　ｏｘを差動増幅器
ＯＰＡによって単に加え合わせるようにして、第３調波
成分を打消すようにしたものである。ここでＶＲはオフ
セット補償用の電圧で電源Ｖを抵抗で分圧して加えても
よい。
第７図は磁気抵抗素子Ｒ１ｔ　、　Ｒ１ｘ　、　Ｒｘ工
、Ｒ２２を図示のように電源Ｖに対してＲ１１と１Ｒｘ
ｚ及びＲＺｌとＲＺＺを各々直列接続したものを直列に
接続して中点より出力端子Ｏを設けた３端子接続のもの
である。各々のＭＲ素子の抵抗変化は第５図のようにな
るので３端子の上部抵抗Ｒｘｘ＋Ｒｘｚは第８図のよう
な変化となり、Ｒｚ１＋　Ｒｚｚも図示のようになる。
したがって出力端子０から得られる出力電圧は図示のｖ
ｏのように正弦波出力となる。
この例では増幅器を使用してないがこの後に増幅器を使
用して直流成分を取りのぞくこともできる。
第９図〜第１１図は第２図のＭＲ素子の配置をさらに変
化させた応用例であり、接続例としては第３図、第６図
、第７図である。第９図はＭＲ素子Ｒ１１とＲｚｚ及び
ＲｘｚとＲｘｘとの間隔を（１＋−）λとした例であり
、Ｒ１１とＲｔｚ及びＲｌｔとＲｘｘの関係は第２図と
同じである＊ＲｚｚとＲｘｘとの抵抗変化の位相が第２
図の場合に対して２πずれることになるが、磁気信号が
記録ピッチλで連続しであるため、Ｒ１１に対するＲｚ
ｉの波形は第５図と同一となり、第２図と同じ動作をす
る。
第１０図は磁気抵抗素子Ｒ１ｔとＲ２１及びＲ２□とＲ
ＺＺ及びＲ２１とＲ２２との間隔は第２図と同じである
。Ｒｘ工とＲ１２との抵抗変化の位相は第２図の場合に
対して２πずれることになる。しかし磁気信号が記録ピ
ッチλで連続であるため、Ｒ１１に対するＲａ１の波形
は第５図と同じになり、第２１！Ｉと同じ作用効果を有
する。
第１１図は磁気抵抗素子Ｒ１１とＲｔｚ及びＲＺＺとλ Ｒ２１及びＲｔｚとＲｚｚとの間隔は−で第２図と同じ
である、ＲＩＬとＲＩＺどの抵抗変化の位相は第２図る
。しかし磁気信号が記録ピッチλで連続しているのでＭ
Ｒ素素子Ｒ１上１Ｒｔｚどの位相差は−πとなる、これ
はＲｚｚを基準に考えるとＲ１１の位相が一位相がずれ
ていることになりＲｕ２とＲＺＺの関係も同じに考える
ことができるので第３図の出力端・子ｏ１と０２の電圧
’ＶＯＩとｖｏｗは第５図のｖａｔとｖｏｗを入れ換え
た位相差となり１位置検出出力ｖ。
は第２図と同じになる。以上のように第１０図〜第１１
図ではＭＲ素子ＲｚｚとＲｌｔ及びＲ１１とＲｌｔらに
第９図ではＭＲＲ子Ｒ１１とＲｘｘ及びＲ１２と第１１
図までは２個の磁気抵抗素子を第３調波が逆位相になる
ようにある間隔を離して配置し、その出力を合成して第
３７９１波を相殺させる方法を用いた。第１２図はこれ
に対して３個のＭＲ素子を第３調波の位相が−πずつに
なるようにし、その出力を合成して第３調波を零にする
方法の１例である。第１２図は磁気媒体３と磁気センサ
４の展開図で磁気信号の記録ピッチλに対して磁気抵抗
素子Ｒｚｔ＋　Ｒｈｘｅ　Ｒｓｘ、　Ｒｚｚｗ　Ｒａｔ
、　Ｒａｇの６個はそれぞれ図示のような間隔で配置す
る。すなλ わちＲ１１に対してＲａｔは−、さらにＲｚｚとＲａｔ
及λ びＲｌｚとＲｉｇ、　ＲａｔとＲａｔとの間隔もそれぞ
れ一離して配置する。またＲ１１とＲｘｚ及びＲ２１と
Ｒ！２９λ ＲｓｘとＲ８ａの間隔もそれぞれ一離して配置してある
、このような配置のＭＲ素子を第１３図のようにＲ１１
とＲｔｚ及びＲｚｚとＲｚｚ、　ＲａｔとＲａｔを直列
にして電源Ｖに接続し各々の中点ｏ１．ｏ、、Ｑδから
それぞれ出力を得て、これら３つの出力を増幅器ＯＰＡ
で合成増幅して出力端子Ｏｏから位置検出出力を得る。
抵抗ＲＩは増幅器の入力抵抗でＲ１は帰還抵抗である。
ＶＲは入力の直流バイアスを除くための電圧である。今
、回転ドラムの回転により、磁気媒体も回転したとする
と、磁気信号により、第２図で説明したようにＭＲ素子
の抵抗が変化する。この各ＭＲ素子の抵抗変化は第１４
図に示すようになる。したがって第１３図の出力端子０
１〜０３から得られる電圧ＶＯ１〜ＶＯ３は第１４図の
実線で示したＶＯ１〜ｖｏａのようになる。
この出力電圧信号ＶＯＬ〜ｖｏａをそれぞれ基本波と高
調波に分けると図示の破線のようになり、各々基本波は
ＶＯｌｌｔ　ｖｏｚｔ、　ＶＯ３１ｔ　　で第３調波Ｖ
　ＯＸ　２　ｔ’１０！ｌＬｔ　ｖｏａｚに分けること
ができる。各基本波の位相差は図示のように−πずつ生
じる。また第３調波は基本波の３倍の周波数であり、第
３調波のｖｏｘｚ〜ｖ　ｏａｔの位相差は第３調波換算
で一πずっになる。したがって１Ｍ０１〜ｖｏａの電圧
を加えると第３調波分が零となって、残るのは基本波成
分の合成となり、増幅器ＯＰＡの出力端Ｏｏからは第１
４図のｖｏの正弦波が得られる。ここでは磁気抵抗素子
を３組用いた例を示したが、ｍを整数とすると□λずつ
間隔を離してｍ組の磁気抵抗ｍ 素子を用いれば同じように第３調波を除去することが可
能である。
以上は回転体の例について説明したが、回転体以外でも
直線運動を行うものの位置検出に使用しでも同様な効果
が得られる。さらに回転ドラム全体がプラスチックマグ
ネット等の永久磁石の磁気媒体で構成されても同様な作
用効果が得られ、また回転ディスク形の磁気記録媒体で
も同じ作用効果が得られる。
又、磁気媒体は予め着磁されている永久磁石を埋没した
ものでも同様用いられる。
〔発明の効果〕
本発明によれば磁気抵抗素子の飽和による出力波形の歪
を除去できるので、位置検出出力を正弦波で得ることが
できる。特にスペーシング変化に対して基本波出力の振
幅変化を少なくすることができるので、精度の高い位置
検出装置を得ることができる。又、可及的にスペーシン
グを小さくできるので出力も増大することが可能である
。
【図面の簡単な説明】
第１Ｗｉは本発明の構成の一例を示す構成図である、第
２図は第１図の磁気記録媒体と磁気センサの関係を示す
展開図、第３図は第２図の磁気センサの接続図、第４図
は磁気抵抗素子の特性と動作説明図、第５図は本発明の
各部の波形、第６図は第２図の磁気センサの他の例の接
続図、第７図は第２図の磁気センサの他の接続図、第８
図は第７図の各部の波形、第９図、第１０図、第１１図
は本発明の他の実施例を示す配置図、第１２図は本発明
の他の実施例の配置図、第１３図は第１２図の磁気セン
サの接続図、第１４図は第１３図の各部の電圧波形、第
１５図は磁気式位置検出装置のスペーシングに対する出
力電圧の関係を示す特性図である。 ２・・・移動体、３・・・磁気媒体、４・・・磁気セン
サ、４１・・・固定体、Ｒ１１〜Ｒδ２・・・磁気抵抗
効果素子（ＭＲ素子）、λ・・・記録ピッチ（波長）。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １、移動体あるいは固定体のいずれか一方に担持された
    磁気媒体と、この磁気媒体上にあつて所定の信号磁界を
    生成し所定のピッチで配された複数（多数）の磁極と、
    この磁気媒体に対向し前記固定体あるいは移動体のいず
    れか一方に配され、かつ前記磁気媒体の信号磁界に感応
    し、その内部抵抗が変化する複数の磁気抵抗効果素子（
    ＭＲと略称）と、これらＭＲの抵抗変化を電気信号に変
    えて移動体あるいは固定体の位置あるいは速度を検出す
    るものにおいて、 前記複数のＭＲ素子を所定の間隔に配置し、この間隔は
    、それぞれのＭＲ素子の抵抗変化に基づくＭＲ信号の合
    成波形の基本波成分と主たる高調波成分の位相差に相当
    するものとしたことを特徴とする磁気的に位置あるいは
    速度を検出する装置。 ２、前記特許請求の範囲第１項記載のものにおいて、 奇数調波成分は第３調波成分であることを特徴とする磁
    気的に位置あるいは速度を検出する装置。 ３、前記特許請求の範囲第１項記載のものにおいて、 複数組のＭＲ素子を有し、それぞれの組から得られる基
    本信号を合成した出力信号に奇数調波成分が重畳しない
    か、あるいはこれを減少する位置にそれぞれの組を配置
    したことを特徴とする磁気的に位置あるいは速度を検出
    する装置。 ４、前記特許請求の範囲第１項、第２項あるいは第３項
    のいずれか１項記載において、 １組を構成するＭＲの数、あるいは複数組の組数をｍと
    すると、その間隔をＭＲによつて得られる基本信号波の
    周期λに対して［１／（３ｍ）］λとしたことを特徴と
    する磁気的に位置あるいは速度を検出する装置。 ５、前記特許請求の範囲第４項記載のものにおいて、 ＭＲの数あるいは組の数をｍ、磁極ピッチをＰとすると
    き、間隔をＰ／（３ｍ）としたものであることを特徴と
    する磁気的に位置あるいは速度を検出する装置。 ６、前記特許請求の範囲第４項あるいは第５項記載のい
    ずれかにおいて、 基本信号波の周期λと磁気ピッチＰが一致していること
    を特徴とする磁気的に位置あるいは速度を検出する装置
    。 ７、前記特許請求の範囲第４項あるいは第５項記載のい
    ずれかにおいて、 間隔を［ｎ±１／（３ｍ）］λ（ただしｎは整数）、あ
    るいは［ｎ±１／（３ｍ）］Ｐ（ただしｎは整数）とし
    たことを特徴とする磁気的に位置あるいは速度を検出す
    る装置。 ８、前記特許請求の範囲第１項記載のものにおいて、 ｎを整数とすると、ＭＲの数を２ｎ、あるいは組数を２
    ｎとしたとき、それらの間隔を（１／６）λあるいは［
    ｎ±（１／６）］λ離して配置したことを特徴とする磁
    気的に位置あるいは速度を検出する装置。 ９、前記特許請求の範囲第８項記載のものにおいて、 間隔は（１／６）Ｐあるいは［ｎ±（１／６）］Ｐであ
    ることを特徴とする磁気的に位置あるいは速度を検出す
    る装置。 １０、前記特許請求の範囲第１項記載のものにおいて、 ｎを整数とすると、ＭＲの数を３ｎあるいは組数を２ｎ
    としたとき、それらの間隔を（１／９）λ、あるいは［
    ｎ±（１／９）］λとしたことを特徴とする磁気的に位
    置あるいは速度を検出する装置。 １１、前記特許請求の範囲第１０項記載のものにおいて
    、 間隔は（１／９）Ｐあるいは［ｎ±（１／９）］Ｐとし
    たことを特徴とする磁気的に位置や速度を検出する装置
    。
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