JPS6318140B2 - - Google Patents
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- JPS6318140B2 JPS6318140B2 JP53046135A JP4613578A JPS6318140B2 JP S6318140 B2 JPS6318140 B2 JP S6318140B2 JP 53046135 A JP53046135 A JP 53046135A JP 4613578 A JP4613578 A JP 4613578A JP S6318140 B2 JPS6318140 B2 JP S6318140B2
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Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
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- G01P13/00—Indicating or recording presence, absence, or direction, of movement
- G01P13/02—Indicating direction only, e.g. by weather vane
- G01P13/04—Indicating positive or negative direction of a linear movement or clockwise or anti-clockwise direction of a rotational movement
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- Indicating Or Recording The Presence, Absence, Or Direction Of Movement (AREA)
- Transmission And Conversion Of Sensor Element Output (AREA)
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Description
【発明の詳細な説明】
この発明はモーターや歯車等の回転体の回転方
向を検出する回転方向検出器に関する。
向を検出する回転方向検出器に関する。
モーターのように回転する物体は、常に一方向
に回転するものとは限らず多くの場合逆方向にも
回転する。このため、回転方向の検出が必要にな
る。例えば、直流サーボモーターの回転を制御す
るために単に回転速度や回転数を検出するのみで
は不十分であり、同時に回転方向の検出が必要不
可欠になる。しかし、従来このような回転方向の
検出器には簡単な構成のものが見当らず、光学式
ロータリーエンコーダー等を使つた複雑な構成を
採用するものが多く、検出器の価格が必然的に高
価なものとなつている。
に回転するものとは限らず多くの場合逆方向にも
回転する。このため、回転方向の検出が必要にな
る。例えば、直流サーボモーターの回転を制御す
るために単に回転速度や回転数を検出するのみで
は不十分であり、同時に回転方向の検出が必要不
可欠になる。しかし、従来このような回転方向の
検出器には簡単な構成のものが見当らず、光学式
ロータリーエンコーダー等を使つた複雑な構成を
採用するものが多く、検出器の価格が必然的に高
価なものとなつている。
この発明の目的は、上述の従来の回転方向検出
器の欠点を除去し、しかも小型軽量な回転方向検
出器を提供することにある。
器の欠点を除去し、しかも小型軽量な回転方向検
出器を提供することにある。
本発明の検出器は被測定回転体の回転軸の運動
に連動して回転する一個の永久磁石と、この永久
磁石の回転より生じ漏洩磁場方向の変化を検出す
る複数の磁場検出素子を有し、しかもこれらの複
数の磁場検出素子が前記永久磁石の回転軸の延長
線上もしくはその実質的近傍に配置されかつこれ
らの複数の磁場検出素子の少くとも２つが前記永
久磁石の回転に対して互に位相の異なる出力を生
じるように配置された一個の磁気センサーと、こ
の磁気センサーの出力を検出し前記永久磁石の回
転軸の回転方向を判別する駆動検出回路とから構
成され、しかも、前記永久磁石はその回転軸に対
し、ほぼ対称に着磁され、また前記複数の磁場検
出素子は、その少くとも二つを強磁性体磁気抵抗
効果素子から成り、かつ0゜、90゜、180゜および270゜
とは異なる角度をなすように配置されたことを特
徴とする。
に連動して回転する一個の永久磁石と、この永久
磁石の回転より生じ漏洩磁場方向の変化を検出す
る複数の磁場検出素子を有し、しかもこれらの複
数の磁場検出素子が前記永久磁石の回転軸の延長
線上もしくはその実質的近傍に配置されかつこれ
らの複数の磁場検出素子の少くとも２つが前記永
久磁石の回転に対して互に位相の異なる出力を生
じるように配置された一個の磁気センサーと、こ
の磁気センサーの出力を検出し前記永久磁石の回
転軸の回転方向を判別する駆動検出回路とから構
成され、しかも、前記永久磁石はその回転軸に対
し、ほぼ対称に着磁され、また前記複数の磁場検
出素子は、その少くとも二つを強磁性体磁気抵抗
効果素子から成り、かつ0゜、90゜、180゜および270゜
とは異なる角度をなすように配置されたことを特
徴とする。
次にこの発明を図面を用いて詳細に説明する。
第１図ａ，ｂはこの発明の概要を示す斜視図で
ある。図において、被測定回転体の回転軸に連動
して回転する回転軸１に取付けられ、しかもこの
回転軸１に対しほぼ対称に着磁された１個の永久
磁石２と、この永久磁石２の漏洩磁場Ｈ（この大
きさは後述の設定値以上必要で、かつ回転軸に対
し着磁が対称となつているため、常時複数の磁場
検出素子に印加される）の回転を検出し、図に示
すように永久磁石４の回転軸の延長線上もしく
は、その実質的近傍に配置された１個の磁気セン
サー（同図ａ）及び磁気センサー４の出力を増輻
し波形整形した後に永久磁石２の回転方向を判定
する駆動検出回路５（同図ａ）又は磁気センサー
と駆動検出回路とが一体となつたセンサー駆動検
出回路９（同図ｂ）とがケース６に固定されたプ
リント基板３に配置されている。ただし、ここで
実質的近傍とは永久磁石４の回転軸の延長線の近
傍であつて、永久磁石４の回転による漏洩磁場の
強さ（絶対値）が大巾に変化しない領域を言う。
磁気センサー４及び駆動検出回路５またはセンサ
ー駆動検出回路９は、ケーブル８の一部の芯線を
介して供給される電力により動作し、永久磁石２
の回転方向の判定結果をケーブル８の残りの芯線
に出力し、これを表示部７により表示する。表示
部７は簡単な表示体であればよく、例えば、発光
ダイオードや液晶表示板等を用いればよい。第１
図ａは、永久磁石２がケース６に収容されている
のに対し、同図ｂは回転軸１及び永久磁石がケー
ス６の外にあつて、被測定対象の機器の中に組み
込まれている構成を示している。
ある。図において、被測定回転体の回転軸に連動
して回転する回転軸１に取付けられ、しかもこの
回転軸１に対しほぼ対称に着磁された１個の永久
磁石２と、この永久磁石２の漏洩磁場Ｈ（この大
きさは後述の設定値以上必要で、かつ回転軸に対
し着磁が対称となつているため、常時複数の磁場
検出素子に印加される）の回転を検出し、図に示
すように永久磁石４の回転軸の延長線上もしく
は、その実質的近傍に配置された１個の磁気セン
サー（同図ａ）及び磁気センサー４の出力を増輻
し波形整形した後に永久磁石２の回転方向を判定
する駆動検出回路５（同図ａ）又は磁気センサー
と駆動検出回路とが一体となつたセンサー駆動検
出回路９（同図ｂ）とがケース６に固定されたプ
リント基板３に配置されている。ただし、ここで
実質的近傍とは永久磁石４の回転軸の延長線の近
傍であつて、永久磁石４の回転による漏洩磁場の
強さ（絶対値）が大巾に変化しない領域を言う。
磁気センサー４及び駆動検出回路５またはセンサ
ー駆動検出回路９は、ケーブル８の一部の芯線を
介して供給される電力により動作し、永久磁石２
の回転方向の判定結果をケーブル８の残りの芯線
に出力し、これを表示部７により表示する。表示
部７は簡単な表示体であればよく、例えば、発光
ダイオードや液晶表示板等を用いればよい。第１
図ａは、永久磁石２がケース６に収容されている
のに対し、同図ｂは回転軸１及び永久磁石がケー
ス６の外にあつて、被測定対象の機器の中に組み
込まれている構成を示している。
第２図はこの発明の一実施例を示すブロツクで
ある。本発明の回転方向検出器は、被測定回転体
の回転軸１に固定された永久磁石２と、この磁石
により生じる漏洩磁場Ｈにより形成される回転磁
場が与えられる複数の磁場検出素子２１，２２，
……，４０（但しこの中の少なくとも二つの出力
は永久磁石２の回転によつて生じる周期的変化に
対し位相が異なるものでなければならない）から
なる磁気センサー４と、この磁気センサー４の出
力信号を所定の電圧Viに増幅する増幅器５１，
５２，……，７０からなる増幅回路９３と、この
増幅回路９３の出力信号をそれぞれパルス電圧
VPiのパルス信号にパルス化するための回路７１，
７２，……，９０からなる波形整形回路９４と、
波形整形後の出力信号によつて永久磁石２の回転
方向を検出しその結果を表示部７により表示する
と共にケーブル８の芯線９５を介して電気信号と
して出力する判定回路９２および表示部７とから
構成されている。電流供給回路９１は、増幅器９
３、波形整形回路９４および判定回路９２等と共
に駆動検出回路５を構成している。また、磁気セ
ンサー４、増幅回路９３、波形整形回路９４およ
び判定回路９２さらに必要に応じて表示部７に対
してはケーブル８の芯線９６を介して接続された
外部電源（図中省略）からそれぞれ電流が供給さ
れる。この外部電源の安定度が高い時は、電流供
給回路９１は特に設ける必要はないが、通常は磁
気センサー４の出力の安定化を計るため、定電圧
または定電流の電源となるように設けられてい
る。
ある。本発明の回転方向検出器は、被測定回転体
の回転軸１に固定された永久磁石２と、この磁石
により生じる漏洩磁場Ｈにより形成される回転磁
場が与えられる複数の磁場検出素子２１，２２，
……，４０（但しこの中の少なくとも二つの出力
は永久磁石２の回転によつて生じる周期的変化に
対し位相が異なるものでなければならない）から
なる磁気センサー４と、この磁気センサー４の出
力信号を所定の電圧Viに増幅する増幅器５１，
５２，……，７０からなる増幅回路９３と、この
増幅回路９３の出力信号をそれぞれパルス電圧
VPiのパルス信号にパルス化するための回路７１，
７２，……，９０からなる波形整形回路９４と、
波形整形後の出力信号によつて永久磁石２の回転
方向を検出しその結果を表示部７により表示する
と共にケーブル８の芯線９５を介して電気信号と
して出力する判定回路９２および表示部７とから
構成されている。電流供給回路９１は、増幅器９
３、波形整形回路９４および判定回路９２等と共
に駆動検出回路５を構成している。また、磁気セ
ンサー４、増幅回路９３、波形整形回路９４およ
び判定回路９２さらに必要に応じて表示部７に対
してはケーブル８の芯線９６を介して接続された
外部電源（図中省略）からそれぞれ電流が供給さ
れる。この外部電源の安定度が高い時は、電流供
給回路９１は特に設ける必要はないが、通常は磁
気センサー４の出力の安定化を計るため、定電圧
または定電流の電源となるように設けられてい
る。
第３図は磁気センサー４及び駆動検出回路５が
一体化してなる構成の第１図ｂに示したセンサー
駆動検出回路９の一例を示す。磁気センサーは基
板１０上に形成された磁場検出素子２１及び２２
（図では後述する強磁性体磁気抵抗効果素子が用
いられている）と前記素子２１および２２のそれ
ぞれの両端に設けられた導体端子１３とから構成
されている。この磁気センサー４とシリコン単結
晶基板１１上に導体端子１４とともに形成された
駆動検出回路５とは、導体９７でワイアボンデイ
ングされている。また、これらの端子１３，１４
は端子９８にワイアボンデイングされている。さ
らに、磁気センサーおよび駆動検出回路は樹脂１
２で一体化モールドされている。第１図ａに示し
た磁気センサー４及び駆動検出回路５は、第３図
の基板１０の部分と基板１１の部分とを別々に樹
脂モールドしたものである。
一体化してなる構成の第１図ｂに示したセンサー
駆動検出回路９の一例を示す。磁気センサーは基
板１０上に形成された磁場検出素子２１及び２２
（図では後述する強磁性体磁気抵抗効果素子が用
いられている）と前記素子２１および２２のそれ
ぞれの両端に設けられた導体端子１３とから構成
されている。この磁気センサー４とシリコン単結
晶基板１１上に導体端子１４とともに形成された
駆動検出回路５とは、導体９７でワイアボンデイ
ングされている。また、これらの端子１３，１４
は端子９８にワイアボンデイングされている。さ
らに、磁気センサーおよび駆動検出回路は樹脂１
２で一体化モールドされている。第１図ａに示し
た磁気センサー４及び駆動検出回路５は、第３図
の基板１０の部分と基板１１の部分とを別々に樹
脂モールドしたものである。
第４図は、この発明に使用される磁場検出素子
の一例をし、表面の滑らかな基板１０（例えば、
ガラス板やシリコン単結晶基板等）の上に形成さ
れた両端に導体端子１３（例えば、金、アルミニ
ウム、銅等の薄膜）を有する強磁性体磁気抵抗効
果素子２１，２２，２３，２４，２５，２６，２
７，２８，２９，３０，３１及び３２（例えば、
鉄、ニツケル、コバルト等の単体もしくはこれら
を主成分とする合金からなる薄膜）により構成さ
れている。このような強磁性体磁気抵抗効果素子
は自らの磁化〓とその中を流れる抵抗値測定用の
センス電流〓とのなす角〓が90゜及び270゜となる
時抵抗値Ｒが最小（R0−△Ｒ）となり0゜、180゜の
時最大（R0）となることが知られている。すな
わち、 Ｒ（Φ）＝R0−△Rsin2Φ ……(1) の形で表わされることが知られている。前記磁化
〓の方向は、ある程度以上の外部磁場Htが与え
られているとするとこの外部磁場の方向と平行と
なるため、Ｒ（Φ）は、結局外部磁場の方向を表
わすことになる。この発明では、永久磁石２の漏
洩磁場Ｈの大きさは、磁気センサーのある位置で
Htを越すように設計されている。Htの大きさ
は、強磁性体磁気抵抗効果素子２１，２２，…
…，３２として鉄18％−ニツケル82％合金による
幅20μ、膜厚0.05μ、長さ１mmのものを使用する場
合、約30ガウスであることが確かめられた。な
お、この時の抵抗値R0は約250Ωであり、△Ｒ／
R0は2.5％程度となる。R0および△Ｒ／Ｒは前記
磁気抵抗効果素子を構成する組成により変化する
が、△Ｒ／Ｒは殆んどの場合、１〜５％程度であ
る。第４図では各磁気抵抗効果素子のなす角が同
図ａではφa（図では約45゜）、同図ｂでは各φb（図
では約45゜）、同図ｃではφc（図では約120゜）及び
同図ｄではφd（図では約30゜）づつ傾いている。
このため、この角度だけ各磁気抵抗効果素子の中
を流れるセンス電流の向きが傾いているため、両
端の端子１３から見た電気抵抗Riは永久磁石２
の回転角をθ（反時計まわりを正方向回転とする）
とすると、それぞれ第６図ａ、第７図ａ、第８図
ａ及び第９図ａのように位相がφa，φb，φc及び
φdだけずれて変化する。このような抵抗変化は
第１１図ａ又はｂのような回路を使つて電圧変化
に変換される。即ち、同図ａでは、磁気抵抗効果
素子２１，２２，２３を電源供給回路９１により
定電流駆動すると、抵抗変化は電圧変化に変換さ
れ、増幅回路９３の一種としての増幅器１１１に
より電圧増幅（出力Vi、ｉ＝21、22、23、……）
され、波形整形回路９４の一種である比較増幅器
１１４によりパルス化される。パルス化に際して
の閾値電圧Vtを出力振幅の、中央に選ぶと、第
６図ｂ及びｃ、第７図ｂおよびｃ、第８図ｂ及び
ｃに示されるように、位相がそれぞれφa，φb又
はφcだけずれたパルス列Vpi、ｉ＝21、22、23、
……）が得られる。また、第４図ｂ又はｃのよう
に、多くの磁場検出素子があり、同相と逆相の出
力が同時に得られる場合は、第１１図ｂに示され
るようなブリツジ構成が適する。即ち、第４図ｂ
の磁気センサーを用いる場合には、磁気抵抗効果
素子２１，２３，２７および２５を用いて構成さ
れたブリツジの出力電圧と同素子２２，２４，２
８および２６を用いて構成されたブリツジの出力
電圧とを増幅回路の一種である差動増幅器１１２
により増幅すると第７図ｂのように、出力Viが
大きくなるばかりでなく同相雑音が少くできると
いう利点がある。差動増幅器１１２の出力V1及
びV2に対し、閾値電圧Vtを出力振幅の中央に設
定すると、第９図ｃのようなパルス列VP1および
VP2が得られる。同様にして、第４図ｄの磁気セ
ンサーを使う場合には、第１１図ｂの（ ）内に
示した番号の磁気抵抗効果素子でブリツジを構成
し、同素子２１，２４，３０，２７からなるブリ
ツジと、２２，２５，３１，２８からなるブリツ
ジ２３，２６，３２，２９からなるブリツジの三
つの出力をそれぞれ差動増幅器１１２を用いて増
幅し（第９図ｂ）この増幅器の出力信号をパルス
化すると、第９図ｃのようなパルス列VP1，VP2
およびVP3が得られる。このようなブリツジ構成
をとることによつてパルス列VP1，VP2およびVP3
は互に2φdだけ位相がずれているが、ブリツジか
らの出力を差動増幅器１１２に加える時±の結線
を逆にすると、逆相の出力V1′，V2′およびV3′が
得られ、これを用いてパルス化を行うと、パルス
系列VP1′，VP2′およびVP3′が得られパルス系列
VP1，VP2，VP3およびVP1′，VP2′，VP3′によつて
位相差がφdのパルス列が６系列得られる。しか
し、これは図面簡単化のためパルス系列V1′，
V2′，V3′及びVP1′，VP2′，VP3′は省略されてい
る。
の一例をし、表面の滑らかな基板１０（例えば、
ガラス板やシリコン単結晶基板等）の上に形成さ
れた両端に導体端子１３（例えば、金、アルミニ
ウム、銅等の薄膜）を有する強磁性体磁気抵抗効
果素子２１，２２，２３，２４，２５，２６，２
７，２８，２９，３０，３１及び３２（例えば、
鉄、ニツケル、コバルト等の単体もしくはこれら
を主成分とする合金からなる薄膜）により構成さ
れている。このような強磁性体磁気抵抗効果素子
は自らの磁化〓とその中を流れる抵抗値測定用の
センス電流〓とのなす角〓が90゜及び270゜となる
時抵抗値Ｒが最小（R0−△Ｒ）となり0゜、180゜の
時最大（R0）となることが知られている。すな
わち、 Ｒ（Φ）＝R0−△Rsin2Φ ……(1) の形で表わされることが知られている。前記磁化
〓の方向は、ある程度以上の外部磁場Htが与え
られているとするとこの外部磁場の方向と平行と
なるため、Ｒ（Φ）は、結局外部磁場の方向を表
わすことになる。この発明では、永久磁石２の漏
洩磁場Ｈの大きさは、磁気センサーのある位置で
Htを越すように設計されている。Htの大きさ
は、強磁性体磁気抵抗効果素子２１，２２，…
…，３２として鉄18％−ニツケル82％合金による
幅20μ、膜厚0.05μ、長さ１mmのものを使用する場
合、約30ガウスであることが確かめられた。な
お、この時の抵抗値R0は約250Ωであり、△Ｒ／
R0は2.5％程度となる。R0および△Ｒ／Ｒは前記
磁気抵抗効果素子を構成する組成により変化する
が、△Ｒ／Ｒは殆んどの場合、１〜５％程度であ
る。第４図では各磁気抵抗効果素子のなす角が同
図ａではφa（図では約45゜）、同図ｂでは各φb（図
では約45゜）、同図ｃではφc（図では約120゜）及び
同図ｄではφd（図では約30゜）づつ傾いている。
このため、この角度だけ各磁気抵抗効果素子の中
を流れるセンス電流の向きが傾いているため、両
端の端子１３から見た電気抵抗Riは永久磁石２
の回転角をθ（反時計まわりを正方向回転とする）
とすると、それぞれ第６図ａ、第７図ａ、第８図
ａ及び第９図ａのように位相がφa，φb，φc及び
φdだけずれて変化する。このような抵抗変化は
第１１図ａ又はｂのような回路を使つて電圧変化
に変換される。即ち、同図ａでは、磁気抵抗効果
素子２１，２２，２３を電源供給回路９１により
定電流駆動すると、抵抗変化は電圧変化に変換さ
れ、増幅回路９３の一種としての増幅器１１１に
より電圧増幅（出力Vi、ｉ＝21、22、23、……）
され、波形整形回路９４の一種である比較増幅器
１１４によりパルス化される。パルス化に際して
の閾値電圧Vtを出力振幅の、中央に選ぶと、第
６図ｂ及びｃ、第７図ｂおよびｃ、第８図ｂ及び
ｃに示されるように、位相がそれぞれφa，φb又
はφcだけずれたパルス列Vpi、ｉ＝21、22、23、
……）が得られる。また、第４図ｂ又はｃのよう
に、多くの磁場検出素子があり、同相と逆相の出
力が同時に得られる場合は、第１１図ｂに示され
るようなブリツジ構成が適する。即ち、第４図ｂ
の磁気センサーを用いる場合には、磁気抵抗効果
素子２１，２３，２７および２５を用いて構成さ
れたブリツジの出力電圧と同素子２２，２４，２
８および２６を用いて構成されたブリツジの出力
電圧とを増幅回路の一種である差動増幅器１１２
により増幅すると第７図ｂのように、出力Viが
大きくなるばかりでなく同相雑音が少くできると
いう利点がある。差動増幅器１１２の出力V1及
びV2に対し、閾値電圧Vtを出力振幅の中央に設
定すると、第９図ｃのようなパルス列VP1および
VP2が得られる。同様にして、第４図ｄの磁気セ
ンサーを使う場合には、第１１図ｂの（ ）内に
示した番号の磁気抵抗効果素子でブリツジを構成
し、同素子２１，２４，３０，２７からなるブリ
ツジと、２２，２５，３１，２８からなるブリツ
ジ２３，２６，３２，２９からなるブリツジの三
つの出力をそれぞれ差動増幅器１１２を用いて増
幅し（第９図ｂ）この増幅器の出力信号をパルス
化すると、第９図ｃのようなパルス列VP1，VP2
およびVP3が得られる。このようなブリツジ構成
をとることによつてパルス列VP1，VP2およびVP3
は互に2φdだけ位相がずれているが、ブリツジか
らの出力を差動増幅器１１２に加える時±の結線
を逆にすると、逆相の出力V1′，V2′およびV3′が
得られ、これを用いてパルス化を行うと、パルス
系列VP1′，VP2′およびVP3′が得られパルス系列
VP1，VP2，VP3およびVP1′，VP2′，VP3′によつて
位相差がφdのパルス列が６系列得られる。しか
し、これは図面簡単化のためパルス系列V1′，
V2′，V3′及びVP1′，VP2′，VP3′は省略されてい
る。
磁場検出素子として上に挙げた強磁性体磁気抵
抗効果素子の他に半導体磁気抵抗効果素子を彩用
することもできる。形状は、第４図に示したもの
と同様のものが使える。即ち、表面の滑らかな基
板１０（ガラス板やシリコン単結晶板等）の上に
厚さ数μ、幅数10μの帯状半導体磁気抵抗効果素
子（例えばゲルマニウムやインジウム・アンチモ
ン、インジウム・ヒ素、ガリウム・ヒ素等の化合
物半導体で不純物濃度の低いｎ型半導体）２１，
２２，２３，２４，２５，２６，２７，２８，２
９，３０，３１及び３２を形成し、オーミツク電
極１３と、センス電流端子、即ち、抵抗検出用端
子とする。半導体磁気抵抗効果素子はセンス電流
〓と外部磁場〓が直交するときに抵抗がH2に比
例して増大するのに対し両者が平行に時には殆ん
ど変化しないという特性を持つている。従つて、
半導体磁気抵抗効果素子は前述の強磁性体磁気抵
抗効果素子とは永久磁石２の漏洩磁場の向きに対
し90゜だけずれたものとなるが、第６ａの抵抗変
化とは異なり第９図ａに示した抵抗変化と同様の
変化を示す。このため、増幅回路および波形整形
回路等との接続及びパルス化処理は全く同様にな
される。なお、永久磁石２による漏洩磁場Ｈのこ
の磁気抵抗効果素子の置かれる位置での大きさは
100ガウス以上あることが望ましい。
抗効果素子の他に半導体磁気抵抗効果素子を彩用
することもできる。形状は、第４図に示したもの
と同様のものが使える。即ち、表面の滑らかな基
板１０（ガラス板やシリコン単結晶板等）の上に
厚さ数μ、幅数10μの帯状半導体磁気抵抗効果素
子（例えばゲルマニウムやインジウム・アンチモ
ン、インジウム・ヒ素、ガリウム・ヒ素等の化合
物半導体で不純物濃度の低いｎ型半導体）２１，
２２，２３，２４，２５，２６，２７，２８，２
９，３０，３１及び３２を形成し、オーミツク電
極１３と、センス電流端子、即ち、抵抗検出用端
子とする。半導体磁気抵抗効果素子はセンス電流
〓と外部磁場〓が直交するときに抵抗がH2に比
例して増大するのに対し両者が平行に時には殆ん
ど変化しないという特性を持つている。従つて、
半導体磁気抵抗効果素子は前述の強磁性体磁気抵
抗効果素子とは永久磁石２の漏洩磁場の向きに対
し90゜だけずれたものとなるが、第６ａの抵抗変
化とは異なり第９図ａに示した抵抗変化と同様の
変化を示す。このため、増幅回路および波形整形
回路等との接続及びパルス化処理は全く同様にな
される。なお、永久磁石２による漏洩磁場Ｈのこ
の磁気抵抗効果素子の置かれる位置での大きさは
100ガウス以上あることが望ましい。
次に磁場検出素子の他の例としてホール素子を
用いた場合につき説明する。第５図に模式的に示
したように膜厚ｔ（必ずしも全ホール素子が同じ
膜厚である必要は無いが通常はμ〜数10μ）幅数
10及至数1000μの半導体（例えば、ｎ型のシリコ
ン、ゲルマニウム、インジウム・アンチモン、イ
ンジウム・ヒ素、ガリウム・ヒ素等）よりなるホ
ール効果素子３３，３４，３５，３６，３７およ
び３８は角度φ（図では約90゜）だけそれぞれの膜
面が傾くように配置されている。それぞれの素子
に設けられたオーミツク電極に接続されたリード
線１０１及び１０２に電流を流すとホール電極
（オーミツク電極でもある）１０３，１０４，１
０５及び１０６には膜面に垂直な磁場成分に応じ
てホール電圧Viが生じる。端子１０３と１０４、
１０５と１０６にはそれぞれ逆相の電圧変化Vi
が生じるが、ホール素子３３と３４、３５と３
６、３７と３８は膜面がφだけ傾いているため出
力Viにはそれぞれφだけ位相差が生じる。各ホ
ール素子のホール電極からの出力を第１１図ｃに
示したように増幅回路９３の一種である差動増幅
器１１２によつて増幅すると、第１０図ｂのよう
な信号が得られ、この信号は波形整形回路９４の
一種である比較増幅器１１４によつて電圧Vtで
パルス化すると、第１０図ｃのようになる。ホー
ル素子に加わる永久磁石からの漏洩磁場の大きさ
は100ガウス以上であることが望ましい。
用いた場合につき説明する。第５図に模式的に示
したように膜厚ｔ（必ずしも全ホール素子が同じ
膜厚である必要は無いが通常はμ〜数10μ）幅数
10及至数1000μの半導体（例えば、ｎ型のシリコ
ン、ゲルマニウム、インジウム・アンチモン、イ
ンジウム・ヒ素、ガリウム・ヒ素等）よりなるホ
ール効果素子３３，３４，３５，３６，３７およ
び３８は角度φ（図では約90゜）だけそれぞれの膜
面が傾くように配置されている。それぞれの素子
に設けられたオーミツク電極に接続されたリード
線１０１及び１０２に電流を流すとホール電極
（オーミツク電極でもある）１０３，１０４，１
０５及び１０６には膜面に垂直な磁場成分に応じ
てホール電圧Viが生じる。端子１０３と１０４、
１０５と１０６にはそれぞれ逆相の電圧変化Vi
が生じるが、ホール素子３３と３４、３５と３
６、３７と３８は膜面がφだけ傾いているため出
力Viにはそれぞれφだけ位相差が生じる。各ホ
ール素子のホール電極からの出力を第１１図ｃに
示したように増幅回路９３の一種である差動増幅
器１１２によつて増幅すると、第１０図ｂのよう
な信号が得られ、この信号は波形整形回路９４の
一種である比較増幅器１１４によつて電圧Vtで
パルス化すると、第１０図ｃのようになる。ホー
ル素子に加わる永久磁石からの漏洩磁場の大きさ
は100ガウス以上であることが望ましい。
以上のように、波形整形回路９４の出力は互に
位相の異なるパルス系列となつて現われるが、こ
れを判定回路９２に加え、パルス系列の位相差を
検出することによつて永久磁石２の回転方向が判
定できる。このことを第７図ｃ及び第９図ｃに示
すパルス系列を用いて説明する。第１２図ａは第
７図ｃの波形図から回転方向を検出する場合の永
久磁石が時間ｔと共に正方向、即ち、磁気抵抗効
果素子に加わる磁場の回転が反時計方向に回転す
るときのパルス系列VP1及びVP2を示し、第１２
図ｂはその逆方向の回転によつて生じるパルス系
列を示す。パルス系列VP1のハイ（high）レベル
からロー（low）レベルへの立下り時に注目する
と同図ａではVP2のレベルはハイ（high）である
のに対し同図ｂではロー（low）となつている。
また、パルス系列VP1の立上り時に着目してもよ
い。この場合同図ａではVP2はローレベルなのに
対し同図ｂではハイレベルになつている。
位相の異なるパルス系列となつて現われるが、こ
れを判定回路９２に加え、パルス系列の位相差を
検出することによつて永久磁石２の回転方向が判
定できる。このことを第７図ｃ及び第９図ｃに示
すパルス系列を用いて説明する。第１２図ａは第
７図ｃの波形図から回転方向を検出する場合の永
久磁石が時間ｔと共に正方向、即ち、磁気抵抗効
果素子に加わる磁場の回転が反時計方向に回転す
るときのパルス系列VP1及びVP2を示し、第１２
図ｂはその逆方向の回転によつて生じるパルス系
列を示す。パルス系列VP1のハイ（high）レベル
からロー（low）レベルへの立下り時に注目する
と同図ａではVP2のレベルはハイ（high）である
のに対し同図ｂではロー（low）となつている。
また、パルス系列VP1の立上り時に着目してもよ
い。この場合同図ａではVP2はローレベルなのに
対し同図ｂではハイレベルになつている。
第１２図ｃ及びｄは第９図ｃの波形図から回転
方向を検出する場合の永久磁石が時間ｔと共に正
方向及び逆方向に回転したときのパルス系列
VP1，VP2，VP3をそれぞれ示す。パルス系列VP1
の立下り時（立上り時）には正方向回転ではパル
ス系列VP2がハイ（ロー）、パルス系列VP3がロー
（ハイ）なのに対し、逆方向回転時ではパルス系
列VP2はロー（ハイ）、パルス系列VP3はハイ（ロ
ー）である。第６図ｃ、第８図ｃ、第１０図ｃに
示した波形図においても同様に回転方向が検出で
きる。このように、永久磁石２の回転方向は互の
位相の異なる少なくとも二つのパルス系例があれ
ば、その一方の立下りまたは立上り時の他方のパ
ルス系列のレベルを判定することにより検出でき
る。このためには、二つのパルス系列があつて、
それぞれ位相が異なることが肝要である。しか
し、一方の立下りまたは立上り時に他方のパルス
系列も同時に立上り又は立下りを行うような場
合、即ち、パルス系列が逆相になつているとき
は、このような判定が困難である。このためには
複数の強磁性体磁気抵抗効果素子又は半導体磁気
抵抗効果素子の中で、少なくとも２個はセンス電
流のベクトルのなす角が0゜、90゜、180゜および270゜
のいずれとも異なる必要があり、ホール素子につ
いては少なくとも２個はその膜面のなす角が0゜も
しくは180゜と異なることが必要である。なお、第
４図ｂ，ｃおよびｄではそれぞれのセンス電流が
全て等角度になつた例に、第５図ではａ，ｂおよ
びｃ共同じ角度となつた例によつて説明したが、
これは説明と図面を簡潔にするための便宜上のも
ので、上述の条件を満たすものであればよい。
方向を検出する場合の永久磁石が時間ｔと共に正
方向及び逆方向に回転したときのパルス系列
VP1，VP2，VP3をそれぞれ示す。パルス系列VP1
の立下り時（立上り時）には正方向回転ではパル
ス系列VP2がハイ（ロー）、パルス系列VP3がロー
（ハイ）なのに対し、逆方向回転時ではパルス系
列VP2はロー（ハイ）、パルス系列VP3はハイ（ロ
ー）である。第６図ｃ、第８図ｃ、第１０図ｃに
示した波形図においても同様に回転方向が検出で
きる。このように、永久磁石２の回転方向は互の
位相の異なる少なくとも二つのパルス系例があれ
ば、その一方の立下りまたは立上り時の他方のパ
ルス系列のレベルを判定することにより検出でき
る。このためには、二つのパルス系列があつて、
それぞれ位相が異なることが肝要である。しか
し、一方の立下りまたは立上り時に他方のパルス
系列も同時に立上り又は立下りを行うような場
合、即ち、パルス系列が逆相になつているとき
は、このような判定が困難である。このためには
複数の強磁性体磁気抵抗効果素子又は半導体磁気
抵抗効果素子の中で、少なくとも２個はセンス電
流のベクトルのなす角が0゜、90゜、180゜および270゜
のいずれとも異なる必要があり、ホール素子につ
いては少なくとも２個はその膜面のなす角が0゜も
しくは180゜と異なることが必要である。なお、第
４図ｂ，ｃおよびｄではそれぞれのセンス電流が
全て等角度になつた例に、第５図ではａ，ｂおよ
びｃ共同じ角度となつた例によつて説明したが、
これは説明と図面を簡潔にするための便宜上のも
ので、上述の条件を満たすものであればよい。
第１３図に第１２図ａおよびｂの判定を行うに
適した回路構成例を示す。これは二つのパルス系
列の位相比較回路として知られているもので、パ
ルス系列VP1をＡ端子にパルス系列VP2をＢ端子
に入力すると、パルス系列VP1の立下り時にパル
ス系列VP2がハイレベルだと、パルス系列VP2が
ローレベルに転ずるまで端子Ｃはローレベルに端
子Ｄはハイレベルにあり、パルス系列VP1の立下
がり時にパルス系列VP2がローレベルだとパルス
系列VP2がハイレベルに転ずるまで端子Ｃはハイ
レベルに端子Ｄはローレベルになる。つまり、Ｃ
端子とＤ端子のハイレベル、ローレベルの組合せ
が反転することにより永久磁石の回転方向がわか
る。この判定方法はパルスの立下り時で位相差を
判定するものであるからパルスの周期、即ち、永
久磁石の回転速度には無関係である。なお、強磁
性体及び半導体磁気抵抗素子さらにはホール効果
素子の周波数特性は直流から数ＭHz以上の応答速
度を有し、超低速から超高速度回転まで十分追随
できる。
適した回路構成例を示す。これは二つのパルス系
列の位相比較回路として知られているもので、パ
ルス系列VP1をＡ端子にパルス系列VP2をＢ端子
に入力すると、パルス系列VP1の立下り時にパル
ス系列VP2がハイレベルだと、パルス系列VP2が
ローレベルに転ずるまで端子Ｃはローレベルに端
子Ｄはハイレベルにあり、パルス系列VP1の立下
がり時にパルス系列VP2がローレベルだとパルス
系列VP2がハイレベルに転ずるまで端子Ｃはハイ
レベルに端子Ｄはローレベルになる。つまり、Ｃ
端子とＤ端子のハイレベル、ローレベルの組合せ
が反転することにより永久磁石の回転方向がわか
る。この判定方法はパルスの立下り時で位相差を
判定するものであるからパルスの周期、即ち、永
久磁石の回転速度には無関係である。なお、強磁
性体及び半導体磁気抵抗素子さらにはホール効果
素子の周波数特性は直流から数ＭHz以上の応答速
度を有し、超低速から超高速度回転まで十分追随
できる。
以上のように、この発明を用いれば、簡単な構
造で回転軸の回転方向が容易に判定できる。しか
も、駆動検出回路及び磁気センサーは直流から高
周波まで極めて広い応答周波数帯域を有しあらゆ
る回転軸の回転速度にも追随できる。もちろん、
上に挙げた素材や形状、配置はこの発明を実施す
るための一例であつてこれらに限定されるもので
はない。
造で回転軸の回転方向が容易に判定できる。しか
も、駆動検出回路及び磁気センサーは直流から高
周波まで極めて広い応答周波数帯域を有しあらゆ
る回転軸の回転速度にも追随できる。もちろん、
上に挙げた素材や形状、配置はこの発明を実施す
るための一例であつてこれらに限定されるもので
はない。
第１図ａ，ｂはこの発明の概要を示す斜視図、
第２図はこの発明の一実施例を示すブロツク図、
第３図はこの発明に用いられるセンサーおよび駆
動検出回路の構造を示す針視図、第４図ａ〜ｄは
磁気センサーを構成する磁気抵抗効果素子の配置
例を示す図、第５図ａ〜ｃは磁気センサーを構成
するホール素子の配置例を示す図、第６図ａ〜ｃ
〜第１０図ａ〜ｃおよび第１２図ａ〜ｄはこの発
明の動作を説明するための図、第１１図ａ〜ｃは
駆動検出回路を示す図および第１３図はこの発明
に用いられる判定回路を示す図である。 第１図、第２図および第１１図において、１…
…回転軸、２……永久磁石、３……プリント基
板、４……磁気センサー、５……駆動検出回路、
６……ケース、７……表示部、８……ケーブル、
９……センサー駆動検出回路、２１，２２…，４
０……磁場検出素子、５１，５２…，６０及び９
３……増幅器及び増幅回路、７１，７２…，９０
及び９４……波形整形回路、９１……電流供給回
路、９２……判定回路、１０……基板、１１……
シリコン基板、１２……モールド樹脂、１１１…
…増幅器、１１２……差動増幅器、１１４……比
較増幅器である。
第２図はこの発明の一実施例を示すブロツク図、
第３図はこの発明に用いられるセンサーおよび駆
動検出回路の構造を示す針視図、第４図ａ〜ｄは
磁気センサーを構成する磁気抵抗効果素子の配置
例を示す図、第５図ａ〜ｃは磁気センサーを構成
するホール素子の配置例を示す図、第６図ａ〜ｃ
〜第１０図ａ〜ｃおよび第１２図ａ〜ｄはこの発
明の動作を説明するための図、第１１図ａ〜ｃは
駆動検出回路を示す図および第１３図はこの発明
に用いられる判定回路を示す図である。 第１図、第２図および第１１図において、１…
…回転軸、２……永久磁石、３……プリント基
板、４……磁気センサー、５……駆動検出回路、
６……ケース、７……表示部、８……ケーブル、
９……センサー駆動検出回路、２１，２２…，４
０……磁場検出素子、５１，５２…，６０及び９
３……増幅器及び増幅回路、７１，７２…，９０
及び９４……波形整形回路、９１……電流供給回
路、９２……判定回路、１０……基板、１１……
シリコン基板、１２……モールド樹脂、１１１…
…増幅器、１１２……差動増幅器、１１４……比
較増幅器である。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 被測定回転体の回転軸の運動に連動して回転
する一個の永久磁石と、この永久磁石の回転によ
り生じる漏洩磁場方向の変化を検出する複数の磁
場検出素子を有し、しかもこれらの複数の磁場検
出素子が前記永久磁石の回転軸の延長線上もしく
はその実質的近傍に配置され、かつこれらの複数
の磁場検出素子の少くとも２つが前記永久磁石の
回転に対して互に位相の異なる出力を生じるよう
に配置された一個の磁気センサーと、この磁気セ
ンサーの出力を検出し前記永久磁石の回転軸の回
転方向を判別する駆動検出回路とから構成され、
しかも、前記永久磁石はその回転軸に対し、ほぼ
対称に着磁され、また前記複数の磁場検出素子は
その少くとも二つを強磁性体磁気抵抗効果素子か
ら成り、かつ0゜、90゜、180゜および270゜とは異なる
角度をなすように配置されたことを特徴とする回
転方向検出器。 ２ 被測定回転体の回転軸の回転に連動して回転
する一個の永久磁石と、この永久磁石の回転によ
り生じる漏洩磁場の変化を検出する複数の磁場検
出素子からなる磁気センサーと、この磁気センサ
ーの出力を検出し前記回転軸の回転方向を判別す
る駆動検出回路と、この駆動検出回路の出力であ
る回転方向を表示する表示部とを有し、前記磁場
検出素子の少なくとも２つが前記永久磁石の回転
に対して互に位相の異なる抵抗変化を生じるよう
に配置された強磁性体磁気抵抗効果素子より成る
ことを特徴とする回転方向検出器。
Priority Applications (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4613578A JPS54148578A (en) | 1978-04-18 | 1978-04-18 | Rotating direction detector |
| CA000325526A CA1136243A (en) | 1978-04-18 | 1979-04-12 | Rotational direction detection device for a motor or the like |
| GB7913014A GB2020813B (en) | 1978-04-18 | 1979-04-12 | Rotational direction detection device for a motor or the like |
| DE2915461A DE2915461C2 (de) | 1978-04-18 | 1979-04-17 | Drehrichtungs-Meßeinrichtung |
| US06/031,094 US4283679A (en) | 1978-04-18 | 1979-04-18 | Rotational direction detection device for a motor or the like |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4613578A JPS54148578A (en) | 1978-04-18 | 1978-04-18 | Rotating direction detector |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS54148578A JPS54148578A (en) | 1979-11-20 |
| JPS6318140B2 true JPS6318140B2 (ja) | 1988-04-16 |
Family
ID=12738531
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4613578A Granted JPS54148578A (en) | 1978-04-18 | 1978-04-18 | Rotating direction detector |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4283679A (ja) |
| JP (1) | JPS54148578A (ja) |
| CA (1) | CA1136243A (ja) |
| DE (1) | DE2915461C2 (ja) |
| GB (1) | GB2020813B (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0252667A (ja) * | 1988-08-16 | 1990-02-22 | Terumo Corp | コネクター及びこれを備えた血液回路装置 |
| JP2007033080A (ja) * | 2005-07-22 | 2007-02-08 | Noritz Corp | 水流センサー及び給湯器 |
| JP6385555B1 (ja) * | 2017-12-26 | 2018-09-05 | 三菱電機株式会社 | 磁気検出装置 |
Families Citing this family (81)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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