WO2007135788A1 - 磁気センサ及びこれを備えた磁気式エンコーダ - Google Patents

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Yukimitsu Yamada
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Alps Electric Co., Ltd.
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    • G01D5/142—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing the magnitude of a current or voltage using Hall-effect devices
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Definitions

  • Magnetic sensor and magnetic encoder provided with the same
  • the present invention relates to a magnetic sensor and a magnetic encoder including the same, and more particularly to a configuration of a sensor unit having a combination force of a plurality of magnetic detection elements.
  • FIG. 5 shows an example of an incremental type magnetic rotary encoder that has been conventionally known.
  • the magnetic rotary encoder of the present example has a rotatable magnetic drum (magnet body) 101 in which S poles and N poles are alternately arranged at a constant pitch, and is close to the magnetic drum 101.
  • a magnetic sensor 102 for detecting a change in the magnetic field caused by the rotational movement of the magnetic drum 101.
  • the magnetic sensor 102 includes two magnetic detection elements MR 11 and MR12 for detecting a phase A signal, two fixed resistance elements Rl l and R12 for detecting a phase A signal, and Sensor unit 103 having two magnetic detection elements MR21, MR22 for detecting the B phase signal and two fixed resistance elements R21, R22 for detecting the B phase signal, and an amplifier 104 for amplifying the detection signal by the sensor unit 103, And a comparator 105 for binaryly amplifying the signal amplified by the amplifier 104.
  • Fixed resistance elements Rl l, R12, R21, R22, amplifier 104 and comparator 105 are incorporated in IC chip 106, and magnetic detection elements MRl l, MR12, MR21, MR22 are separate from IC chip 106. Is formed.
  • Two magnetic detection elements MRl l, MR12 for phase A signal detection and two fixed resistance elements Rl l, R12 for phase A signal detection are the arrangement pitch of S poles or N poles in magnetic drum 101 Are arranged on the magnetic sensor 102 with an interval of ⁇ 2.
  • These magnetic detection elements MRl l and MR12 and fixed resistance elements Rl l and R12 are bridge-connected to each other as shown in FIG. 7 to form a first bridge circuit for detecting a negative phase signal.
  • a power supply terminal and a ground terminal are connected to the connection points of the magnetic detection elements MRl l and MR12 and the fixed resistance elements R1 1 and R12 of the first bridge circuit, respectively.
  • Fixed resistance element Rl l, R12 midpoint force is also detected Is taken out.
  • the two magnetic detection elements MR21, MR22 for detecting the B phase signal are formed at positions where the phases are shifted by ⁇ 4 with respect to the two magnetic detection elements MR11, MR12 for detecting the A phase signal, respectively.
  • the two fixed resistance elements R21 and R22 for detecting the negative phase signal are also formed at positions shifted by ⁇ ⁇ 4 from the two fixed resistance elements Rl and R12 for detecting the negative phase signal, respectively.
  • the These magnetic detection elements MR21 and MR22 for detecting the negative phase signal and the fixed resistance elements R21 and R22 are also connected to each other to form a second bridge circuit for detecting the negative phase signal. Since the configuration is the same as that of the first bridge circuit shown in FIG. 7, the reference numerals of the elements constituting the second bridge circuit are shown in parentheses at the opposite positions in FIG.
  • the magnetic detection element and the fixed resistance element provided in the sensor unit 103 are bridge-connected, the measurement can be performed by fluctuations in power supply voltage, input impedance of the detector, and non-linearity. In principle, highly accurate measurement can be performed without depending on the characteristics.
  • the first bridge circuit for detecting the negative phase signal and the second bridge circuit for detecting the negative phase signal are provided, not only the rotation angle of the magnetic drum 101 but also the rotation direction can be detected. Disclosure of the invention
  • the magnetic rotary encoder since the magnetic rotary encoder according to the conventional example forms a bridge circuit of the sensor unit 103 by bridge-connecting the magnetic detection element and the fixed resistance element, the output change force S is reduced. The force is also easily affected by variations in the S and N poles that make up the magnetic drum 101 and the setting positions of the resistive elements that make up the bridge circuit. For this reason, as shown in FIG. 8, since the output voltage of the sensor unit 103 changes according to the fluctuation of the output on the fixed resistance element side, it is difficult to increase the resolution of the magnetic rotary encoder and the magnetic rotary encoder. Manufacturing costs are high because the positional accuracy of each part of the encoder must be strictly controlled.
  • a magnetic linear encoder having a rod-like magnetic scale as a force magnet body which has been described by taking a magnetic rotary encoder as an example, has the same problem.
  • the present invention has been made in order to solve an enormous technical problem, and an object of the present invention is to provide a magnetic sensor capable of obtaining a large output voltage without increasing the number of elements, and The purpose is to provide a high-performance magnetic encoder.
  • the present invention provides a magnetic sensor including a first bridge circuit formed by bridge-connecting a plurality of magnetic detection elements and another plurality of magnetic detection elements.
  • a magnetic sensor comprising a sensor unit having a second bridge circuit formed by bridge connection, an amplifier for amplifying a detection signal by the sensor unit, and a comparator for binarizing the amplification signal by the amplifier.
  • the magnetic detection element on the power supply side and the magnetic detection element on the ground side in the first and second bridge circuits are arranged at point-symmetrical positions with respect to the direction of change of the magnetic field, and the midpoint and the first of the first bridge circuit are arranged. The midpoint force of the two-bridge circuit was configured when the detection signal was extracted.
  • the bridge circuit is configured with only a plurality of magnetic detection elements, so theoretically with the same number of elements compared to the case where the bridge circuit is configured with a combination of magnetic detection elements and fixed resistance elements.
  • a double output voltage can be obtained.
  • the magnetic detection element on the power supply side and the magnetic detection element on the ground side in the first and second bridge circuits are arranged at point-symmetrical positions with respect to the direction of change of the magnetic field, and the midpoint of the first bridge circuit and the second bridge circuit are arranged. Since the midpoint force of the circuit also extracts the detection signal, a stable output voltage can be obtained without strictly restricting the set position of each magnetic detection element.
  • the sensor unit, the amplifier, and the comparator are incorporated in an IC chip. According to such a configuration, the set position of each magnetic detection element constituting the sensor unit can be strictly regulated, so that the stability and reliability of the magnetic sensor can be improved.
  • the present invention in the magnetic sensor of the first configuration, the sensor unit, the amplifier, and the comparator are configured separately, and the amplifier and the comparator are provided separately. It was configured to be built into the IC chip. With this powerful configuration, a general-purpose IC chip can be used, so a small and high-output magnetic sensor can be implemented at low cost.
  • the present invention fourthly relates to the magnetic sensor, wherein in the magnetic sensor having the first to third configurations, the magnetic detection element is a magnetoresistive element or a Hall element. According to such a configuration, since a proven magnetoresistive element or Hall element is used as the magnetic detection element, a highly reliable and practical magnetic sensor can be obtained.
  • the present invention relates to a magnetic encoder, wherein a magnet body in which S poles and N poles are alternately arranged at a constant pitch, and relative to the magnet body in the arrangement direction of the S poles and the N poles. And a magnetic sensor that detects a change in the magnetic field caused by the relative movement, wherein the magnetic sensor bridges a plurality of magnetic detection elements.
  • the power detection side magnetic detection element and the ground side magnetic detection element in the first and second bridge circuits are used as the sensor unit with respect to the direction of change of the magnetic field.
  • the configuration that comprises those taking out midpoint force the detection signal of the midpoint and the second bridge circuit of the first bridge circuit.
  • the bridge circuit is configured with only a plurality of magnetic detection elements, so theoretically with the same number of elements as compared with the case where the bridge circuit is configured with a combination of magnetic detection elements and fixed resistance elements.
  • a double output voltage can be obtained.
  • the magnetic detection element on the power supply side and the magnetic detection element on the ground side in the first and second bridge circuits are arranged at point-symmetrical positions with respect to the direction of change of the magnetic field, and the midpoint of the first bridge circuit and the second bridge circuit are arranged. Since the midpoint force of the circuit also extracts the detection signal, a stable output voltage can be obtained without strictly restricting the setting position of the magnetic detection element with respect to the magnet pair and the setting position of each magnetic detection element.
  • the magnetic sensor of the present invention includes a first bridge circuit formed by bridge-connecting a plurality of magnetic detection elements and a second bridge formed by bridge-connecting a plurality of other magnetic detection elements.
  • the magnetic detection element on the power supply side and the magnetic detection element on the ground side in these first and second bridge circuits are arranged at point-symmetrical positions with respect to the direction of change of the magnetic field
  • the midpoint force of the first bridge circuit and the midpoint force of the second bridge circuit also extract the detection signal, a stable and large output voltage can be obtained without strictly restricting the setting position of each magnetic detection element. Therefore, it is possible to reduce the size, cost and performance of the magnetic sensor.
  • the sensor unit includes a first bridge circuit in which a plurality of magnetic detection elements are bridge-connected, and a second bridge in which a plurality of other magnetic detection elements are bridge-connected.
  • the power supply side magnetic detection element and the ground side magnetic detection element in the first and second bridge circuits are arranged at point-symmetrical positions with respect to the direction of change of the magnetic field.
  • the midpoint and the midpoint force of the second bridge circuit Since the detection signal is extracted, a stable and large output voltage can be obtained without strictly restricting the set position of each magnetic detection element, and the magnetic encoder can be reduced in size and Cost and performance can be improved.
  • FIGS. 1 is a configuration diagram of a magnetic encoder according to the embodiment
  • FIG. 2 is a configuration diagram of a magnetic sensor according to the embodiment
  • FIG. 3 is an equivalent circuit diagram of a sensor unit according to the embodiment
  • FIG. 4 is a magnetic type according to the embodiment. It is a graph which shows the effect of an encoder.
  • the magnetic encoder of this example is the same as the magnetic encoder according to the conventional example shown in FIG. 5 in the basic configuration, and the S pole and the N pole have a constant pitch. And a magnetic sensor 2 and a magnetic sensor 2 which are arranged in close proximity to each other and detect magnetic field changes caused by the rotational motion of the magnetic drum 1. You are composed.
  • the magnetic sensor 2 includes four magnetic detection elements MR11, MR12, MR13, MR14 for detecting the A phase signal and four magnetic detection elements for detecting the B phase signal.
  • the sensor unit 3 includes elements MR21, MR22, MR23, and MR24, the amplifier 4 that amplifies the detection signal from the sensor unit 3, and the comparator 5 that binarizes the amplified signal from the amplifier 4.
  • magnetoresistive elements or hole elements can be used as the magnetic detection elements MR11 to MR14 and MR21 to MR24.
  • Magnetoresistive element and Hall element are magnetic detecting element and Since these elements are used, a highly reliable and practical magnetic sensor can be obtained.
  • the amplifier 4 and the comparator 5 are incorporated in the IC chip 6, and each magnetic detection element is formed separately from the IC chip 6.
  • each magnetic detection element is formed separately from the IC chip 6.
  • a general-purpose IC chip can be used, so that the magnetic sensor and thus the magnetic encoder can be implemented at low cost.
  • Two magnetic detection elements MRl l, MR12 for phase A signal detection and the other two magnetic detection elements MR13, MR14 for phase A signal detection are the arrangement pitch or When the arrangement pitch of the N poles is taken, they are formed on the magnetic sensor 2 with an interval of ⁇ Z2. As shown in FIG. 3, the magnetic detection element MR11 and the magnetic detection element MR12 are bridge-connected to each other to form a first bridge circuit. Also, the magnetic detection element MR13 and the magnetic detection element MR14 are bridge-connected to each other to form a second bridge circuit.
  • the magnetic detection elements MR11 to MR14 constituting the first and second bridge circuits, the magnetic detection arranged at a point-symmetrical position with respect to the direction of change of the magnetic field generated as the magnetic drum 1 rotates.
  • the element MR12 and the magnetic detection element MR13 are connected to the power supply terminal of the IC chip 6, and the magnetic detection element MR11 and the magnetic detection element MR14 are connected to the ground terminal of the IC chip 6. Also, the midpoint force detection signal of each bridge circuit is taken out.
  • the two magnetic detection elements MR21 and MR22 for detecting the B phase signal are formed at positions where the phases are shifted by ⁇ 4 with respect to the two magnetic detection elements MRl and MR12 for detecting the A phase signal, respectively.
  • the other two magnetic detection elements MR23 and MR24 for detecting the negative phase signal are also shifted by ⁇ / 4 from the other two magnetic detection elements MR14 and MR14 for detecting the negative phase signal. Formed.
  • These magnetic detection elements MR21 and MR22 for detecting the phase signal and the magnetic detection elements MR23 and MR24 are also connected to each other to form a first and a second bridge circuit. The connection position of each magnetic detection element MR21 to MR24 is shown in parentheses in Fig. 3.
  • the magnetic rotary encoder of this example has the first and second bridge circuits for A-phase signal detection and B-phase signal detection using only the magnetic detection elements MR11 to MR14 and MR21 to MR24.
  • a combination of a magnetic sensing element and a fixed resistance element A larger output voltage can be obtained with the same number of elements as compared with the case of configuring the path.
  • the magnetic detection element on the power supply side and the magnetic detection element on the ground side in the first and second bridge circuits are arranged at point-symmetrical positions with respect to the direction of change of the magnetic field, and the midpoint and the second bridge of the first bridge circuit are arranged. Since the detection signal is taken out from the midpoint of the circuit, as shown in FIG.
  • the force that forms the magnetic detection elements MR11 to MR14, MR21 to MR2 4 separately from the IC chip 6 The gist of the present invention is not limited to this. Magnetic detection element MR11 ⁇ MR14, MR21 ⁇ MR24 can be built in IC chip 6. In this way, the set positions of the magnetic detection elements MR11 to MR14 and MR21 to MR24 can be strictly regulated, so that the stability and reliability of the magnetic sensor and thus the magnetic encoder can be improved.
  • the first and second bridge circuits are configured with two magnetic detection elements.
  • the gist of the present invention is not limited to this.
  • the first and second bridge circuits can be configured with a magnetic detection element that makes the above a set. The larger the number of magnetic sensing elements, the greater the output voltage V3.
  • the magnetic rotary encoder has been described as an example.
  • the gist of the present invention is not limited to this.
  • the magnetic linear encoder includes a rod-shaped magnetic scale as a magnet body. Can also be applied.
  • FIG. 1 is a configuration diagram of a magnetic encoder according to an embodiment.
  • FIG. 2 is a configuration diagram of a magnetic sensor according to an embodiment.
  • FIG. 3 is an equivalent circuit diagram of the sensor unit according to the embodiment.
  • FIG. 4 is a graph showing the effect of the magnetic encoder according to the embodiment.
  • FIG. 5 is a configuration diagram of a magnetic encoder according to a conventional example.
  • FIG. 6 is a configuration diagram of a magnetic sensor according to a conventional example.
  • FIG. 7 is an equivalent circuit diagram of a sensor unit according to a conventional example.
  • FIG. 8 is a graph showing problems of a magnetic encoder according to a conventional example. Explanation of symbols

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Abstract

【課題】素子数を増加することなく大きな出力電圧が得られる磁気センサを提供すること、及びこれを用いた高性能な磁気式エンコーダを提供すること。 【解決手段】２個の磁気検出素子ＭＲ１１，ＭＲ１２をブリッジ接続してなる第１ブリッジ回路及び他の２個の磁気検出素子ＭＲ１３，ＭＲ１４をブリッジ接続してなる第２ブリッジ回路を有するセンサ部３と、センサ部３による検出信号を増幅する増幅器４と、増幅器４による増幅信号を２値化する比較器５とから磁気センサ２を構成する。第１及び第２のブリッジ回路における電源側の磁気検出素子ＭＲ１２，ＭＲ１３及び接地側の磁気検出素子ＭＲ１１，ＭＲ１４を磁界の変化方向に関して点対称の位置に配置し、第１ブリッジ回路の中点及び第２ブリッジ回路の中点から検出信号を取り出す。

Description

明 細 書
磁気センサ及びこれを備えた磁気式エンコーダ
技術分野
[0001] 本発明は、磁気センサ及びこれを備えた磁気式エンコーダに係り、特に、複数個の 磁気検出素子の組み合わせ力もなるセンサ部の構成に関する。
背景技術
[0002] 図 5に、従来より知られているインクリメンタル形磁気式ロータリエンコーダの一例を 示す。この図に示すように、本例の磁気式ロータリエンコーダは、 S極と N極とが一定 のピッチで交互に配列された回転可能な磁気ドラム (磁石体） 101と、当該磁気ドラム 101に近接配置され、当該磁気ドラム 101の回転運動に起因して生じる磁界の変化 を検出する磁気センサ 102とから構成されて 、る。
[0003] 磁気センサ 102は、図 6に示すように、 A相信号検出用の 2個の磁気検出素子 MR 11, MR12及び A相信号検出用の 2個の固定抵抗素子 Rl l, R12、並びに B相信 号検出用の 2個の磁気検出素子 MR21, MR22及び B相信号検出用の 2個の固定 抵抗素子 R21, R22を有するセンサ部 103と、センサ部 103による検出信号を増幅 する増幅器 104と、増幅器 104による増幅信号を 2値ィ匕する比較器 105とからなる。 固定抵抗素子 Rl l, R12, R21, R22、増幅器 104及び比較器 105は、 ICチップ 10 6内に組み込まれ、磁気検出素子 MRl l, MR12, MR21, MR22は、 ICチップ 10 6とは別体に形成されている。
[0004] A相信号検出用の 2個の磁気検出素子 MRl l, MR12及び A相信号検出用の 2 個の固定抵抗素子 Rl l, R12は、磁気ドラム 101における S極の配列ピッチ又は N 極の配列ピッチをえとしたとき、それぞれ λ Ζ2の間隔を隔てて磁気センサ 102上に 形成される。これらの磁気検出素子 MRl l, MR12及び固定抵抗素子 Rl l, R12は 、図 7に示すように、互いにブリッジ接続され、 Α相信号検出用の第 1ブリッジ回路を 構成する。この第 1ブリッジ回路の磁気検出素子 MRl l, MR12と固定抵抗素子 R1 1, R12の接続点には、それぞれ電源端子及び接地端子が接続されると共に、磁気 検出素子 MRl l, MR12の中点及び固定抵抗素子 Rl l, R12の中点力も検出信号 が取り出される。
[0005] B相信号検出用の 2個の磁気検出素子 MR21, MR22は、 A相信号検出用の 2個 の磁気検出素子 MR11, MR12に対してそれぞれ位相が λ Ζ4ずれた位置に形成 される。また、 Β相信号検出用の 2個の固定抵抗素子 R21, R22も、 Α相信号検出用 の 2個の固定抵抗素子 Rl l, R12に対してそれぞれ位相が λ Ζ4ずれた位置に形 成される。これら Β相信号検出用の磁気検出素子 MR21, MR22及び固定抵抗素子 R21, R22も、互いにブリッジ接続され、 Β相信号検出用の第 2ブリッジ回路を構成す る。その構成については、図 7に示した第 1ブリッジ回路と同じであるので、図 7の対 向する位置に第 2ブリッジ回路を構成する各素子の符号を括弧書きにて表記する。
[0006] 本例の磁気式ロータリエンコーダは、センサ部 103に備えられた磁気検出素子と固 定抵抗素子をブリッジ接続したので、測定が電源電圧の変動、検出器の入力インピ 一ダンスや非直線性などに依存せず、原理的に高精度の測定を行うことができる。ま た、 Α相信号検出用の第 1ブリッジ回路と Β相信号検出用の第 2ブリッジ回路とを備え たので、磁気ドラム 101の回転角度のみならず、回転方向も検出することができる。 発明の開示
発明が解決しょうとする課題
[0007] し力しながら、従来例に係る磁気式ロータリエンコーダは、磁気検出素子と固定抵 抗素子とをブリッジ接続してセンサ部 103のブリッジ回路を構成するので、出力変化 力 S小さぐし力も磁気ドラム 101を構成する S極及び N極のばらつきやブリッジ回路を 構成する各抵抗素子の設定位置の影響を受けやすい。このため、図 8に示すように、 センサ部 103の出力電圧が固定抵抗素子側の出力の変動に応じて変化するので、 磁気式ロータリエンコーダの分解能を高めることが困難であると共に、磁気式ロータリ エンコーダを構成する各部の位置精度を厳密に管理する必要があることから、製造コ ストが高価になる。なお、ブリッジ回路を構成する磁気検出素子及び固定抵抗素子 の数を多くすれば、センサ部 103の出力電圧を高めることができる力 装置の大型化 及び高コストィ匕をもたらすので、好ましくない。上記においては、磁気式ロータリエン コーダを例にとって説明した力 磁石体として棒状の磁気スケールを備えた磁気式リ ユアエンコーダについても同様の問題がある。 [0008] 本発明は、力かる技術的な課題を解決するためになされたものであり、その目的は 、素子数を増加することなく大きな出力電圧が得られる磁気センサを提供すること、 及びこれを用 、た高性能な磁気式ェンコーダを提供することにある。
課題を解決するための手段
[0009] 本発明は、前記の課題を解決するため、磁気センサについては、第 1に、複数個の 磁気検出素子をブリッジ接続してなる第 1ブリッジ回路及び他の複数個の磁気検出 素子をブリッジ接続してなる第 2ブリッジ回路を有するセンサ部と、当該センサ部によ る検出信号を増幅する増幅器と、当該増幅器による増幅信号を 2値化する比較器と を備えた磁気センサであって、前記第 1及び第 2のブリッジ回路における電源側の磁 気検出素子及び接地側の磁気検出素子を磁界の変化方向に関して点対称の位置 に配置し、前記第 1ブリッジ回路の中点及び前記第 2ブリッジ回路の中点力 前記検 出信号を取り出すと 、う構成にした。
[0010] 力かる構成によると、複数個の磁気検出素子のみをもってブリッジ回路を構成する ので、磁気検出素子と固定抵抗素子の組み合わせをもってブリッジ回路を構成する 場合に比べて、同じ素子数で理論上 2倍の出力電圧を得ることができる。また、第 1 及び第 2のブリッジ回路における電源側の磁気検出素子及び接地側の磁気検出素 子を磁界の変化方向に関して点対称の位置に配置し、第 1ブリッジ回路の中点及び 第 2ブリッジ回路の中点力も前記検出信号を取り出すので、各磁気検出素子の設定 位置を厳密に規制しなくても安定な出力電圧が得られる。
[0011] 本発明は、磁気センサに関して第 2に、前記第 1の構成の磁気センサにおいて、前 記センサ部及び前記増幅器並びに前記比較器を ICチップに組み込むという構成に した。カゝかる構成によると、センサ部を構成する各磁気検出素子の設定位置を厳密 に規制することができるので、磁気センサの安定性及び信頼性を高めることができる
[0012] 本発明は、磁気センサに関して第 3に、前記第 1の構成の磁気センサにおいて、前 記センサ部と前記増幅器及び前記比較器とを別体に構成し、前記増幅器及び前記 比較器を ICチップに組み込むという構成にした。力かる構成によると、汎用の ICチッ プを用いることができるので、小型かつ高出力の磁気センサを安価に実施できる。 [0013] 本発明は、磁気センサに関して第 4に、前記第 1乃至第 3の構成の磁気センサにお いて、前記磁気検出素子が、磁気抵抗素子又はホール素子であるという構成にした 。カゝかる構成によると、磁気検出素子として実績のある磁気抵抗素子又はホール素 子を用いるので、信頼性の高 、実用的な磁気センサとすることができる。
[0014] 一方、本発明は、磁気式エンコーダに関して、 S極と N極とが一定のピッチで交互 に配列された磁石体と、前記 S極と前記 N極の配列方向に関して前記磁石体と相対 的に運動し、前記相対的な運動に起因して生じる磁界の変化を検出する磁気センサ とを備えた磁気式エンコーダであって、前記磁気センサが、複数個の磁気検出素子 をブリッジ接続してなる第 1ブリッジ回路及び他の複数個の磁気検出素子をブリッジ 接続してなる第 2ブリッジ回路を有するセンサ部と、当該センサ部による検出信号を 増幅する増幅器と、当該増幅器による増幅信号を 2値ィ匕する比較器とからなるものに おいて、前記センサ部として、前記第 1及び第 2のブリッジ回路における電源側の磁 気検出素子及び接地側の磁気検出素子を磁界の変化方向に関して点対称の位置 に配置し、前記第 1ブリッジ回路の中点及び前記第 2ブリッジ回路の中点力 前記検 出信号を取り出すものを備えるという構成にした。
[0015] 力かる構成によると、複数個の磁気検出素子のみをもってブリッジ回路を構成する ので、磁気検出素子と固定抵抗素子の組み合わせをもってブリッジ回路を構成する 場合に比べて、同じ素子数で理論上 2倍の出力電圧を得ることができる。また、第 1 及び第 2のブリッジ回路における電源側の磁気検出素子及び接地側の磁気検出素 子を磁界の変化方向に関して点対称の位置に配置し、第 1ブリッジ回路の中点及び 第 2ブリッジ回路の中点力も前記検出信号を取り出すので、磁石対に対する磁気検 出素子の設定位置及び各磁気検出素子相互の設定位置を厳密に規制しなくても安 定な出力電圧が得られる。
発明の効果
[0016] 本発明の磁気センサは、センサ部を、複数個の磁気検出素子をブリッジ接続してな る第 1ブリッジ回路と、他の複数個の磁気検出素子をブリッジ接続してなる第 2ブリツ ジ回路とから構成し、これら第 1及び第 2のブリッジ回路における電源側の磁気検出 素子及び接地側の磁気検出素子を磁界の変化方向に関して点対称の位置に配置 し、第 1ブリッジ回路の中点及び第 2ブリッジ回路の中点力も前記検出信号を取り出 すので、各磁気検出素子の設定位置を厳密に規制しなくても安定かつ大きな出力電 圧が得られ、磁気センサの小型化、低コストィ匕及び高性能化を図ることができる。
[0017] 本発明の磁気式エンコーダは、センサ部を、複数個の磁気検出素子をブリッジ接 続してなる第 1ブリッジ回路と、他の複数個の磁気検出素子をブリッジ接続してなる第 2ブリッジ回路とから構成し、これら第 1及び第 2のブリッジ回路における電源側の磁 気検出素子及び接地側の磁気検出素子を磁界の変化方向に関して点対称の位置 に配置し、第 1ブリッジ回路の中点及び第 2ブリッジ回路の中点力 前記検出信号を 取り出すので、各磁気検出素子の設定位置を厳密に規制しなくても安定かつ大きな 出力電圧が得られ、磁気式エンコーダの小型化、低コストィ匕及び高性能化を図ること ができる。
発明を実施するための最良の形態
[0018] 以下、本発明に係る磁気式エンコーダ及びこれに備えられる磁気センサの一例を、 図 1乃至図 4に基づいて説明する。図 1は実施形態に係る磁気式エンコーダの構成 図、図 2は実施形態に係る磁気センサの構成図、図 3は実施形態に係るセンサ部の 等価回路図、図 4は実施形態に係る磁気式エンコーダの効果を示すグラフ図である
[0019] 図 1に示すように、本例の磁気式エンコーダは、基本的構成については図 5に示し た従来例に係る磁気式エンコーダと同じであり、 S極と N極とが一定のピッチで交互 に配列された回転可能な磁気ドラム (磁石体） 1と、当該磁気ドラム 1に近接配置され 、当該磁気ドラム 1の回転運動に起因して生じる磁界の変化を検出する磁気センサ 2 とカゝら構成されている。
[0020] 実施形態に係る磁気センサ 2は、図 2に示すように、 A相信号検出用の 4個の磁気 検出素子 MR11, MR12, MR13, MR14及び B相信号検出用の 4個の磁気検出 素子 MR21, MR22, MR23, MR24からなるセンサ部 3と、センサ部 3による検出信 号を増幅する増幅器 4と、増幅器 4による増幅信号を 2値ィ匕する比較器 5とを有してい る。磁気検出素子 MR11〜MR14, MR21〜MR24としては、磁気抵抗素子又はホ ール素子を用いることができる。磁気抵抗素子及びホール素子は、磁気検出素子と して広く用いられており、技術的に確立しているので、これらの素子を用いることによ り、信頼性の高い実用的な磁気センサとすることができる。なお、本例においては、増 幅器 4及び比較器 5が ICチップ 6内に組み込まれ、各磁気検出素子については、 IC チップ 6と別体に形成されている。このように、磁気検出素子 MR11〜MR14, MR2 1〜MR24を ICチップ 6と別体に形成すると、汎用の ICチップを用いることができるの で、磁気センサひいては磁気式エンコーダを安価に実施できる。
[0021] A相信号検出用の 2個の磁気検出素子 MRl l, MR12及び A相信号検出用の他 の 2個の磁気検出素子 MR13, MR14は、磁気ドラム 1における S極の配列ピッチ又 は N極の配列ピッチをえとしたとき、それぞれ λ Z2の間隔を隔てて磁気センサ 2上 に形成される。図 3に示すように、磁気検出素子 MR11と磁気検出素子 MR12は、 互いにブリッジ接続され、第 1ブリッジ回路を構成する。また、磁気検出素子 MR13と 磁気検出素子 MR14も、互いにブリッジ接続され、第 2ブリッジ回路を構成する。これ ら第 1及び第 2のブリッジ回路を構成する各磁気検出素子 MR11〜MR14のうち、磁 気ドラム 1の回転に伴つて発生する磁界の変化方向に関して点対称の位置に配置さ れた磁気検出素子 MR12と磁気検出素子 MR13は、 ICチップ 6の電源端子に接続 され、磁気検出素子 MR11と磁気検出素子 MR14は、 ICチップ 6の接地端子に接続 される。また、各ブリッジ回路の中点力 検出信号が取り出される。
[0022] B相信号検出用の 2個の磁気検出素子 MR21, MR22は、 A相信号検出用の 2個 の磁気検出素子 MRl l, MR12に対してそれぞれ位相が λ Ζ4ずれた位置に形成 される。また、 Β相信号検出用の他の 2個の磁気検出素子 MR23, MR24も、 Α相信 号検出用の他の 2個の磁気検出素子 MR14, MR14に対してそれぞれ位相が λ / 4ずれた位置に形成される。これら Β相信号検出用の磁気検出素子 MR21, MR22 と磁気検出素子 MR23, MR24も、互いにブリッジ接続されて、第 1及び第 2のブリツ ジ回路を構成する。各磁気検出素子 MR21〜MR24の接続位置を、図 3に括弧書 きで表記する。
[0023] 本例の磁気式ロータリエンコーダは、磁気検出素子 MR11〜MR14, MR21〜M R24のみをもって A相信号検出用及び B相信号検出用の第 1及び第 2のブリッジ回 路を構成したので、磁気検出素子と固定抵抗素子との組み合わせをもってブリッジ回 路を構成する場合に比べて、同じ素子数でより大きな出力電圧を得ることができる。 また、第 1及び第 2のブリッジ回路における電源側の磁気検出素子及び接地側の磁 気検出素子を磁界の変化方向に関して点対称の位置に配置し、第 1ブリッジ回路の 中点及び第 2ブリッジ回路の中点から検出信号を取り出すので、図 4に示すように、 第 1ブリッジ回路及び第 2ブリッジ回路力 それぞれ波長が λの正弦波状の出力 VI , V2が得られる。したがって、出力 VI, V2のクロス点で立上り及び立下りのタイミン グが切り替わるパルス状の出力電圧 V3を生成することにより、出力 VI, V2が変動し た場合にも、安定な出力電圧 V3が得られる。よって、磁気ドラム 1に対する磁気セン サ 2の設定位置及び磁気センサ 2を構成する各磁気検出素子の設定位置を厳密に 規制しなくても安定かつ大きな出力電圧 V3が得られ、磁気式エンコーダの小型化、 低コストィ匕及び高性能化を図ることができる。
[0024] なお、前記実施形態においては、磁気検出素子 MR11〜MR14, MR21〜MR2 4を ICチップ 6と別体に形成した力 本発明の要旨はこれに限定されるものではなぐ 磁気検出素子 MR11〜MR14, MR21〜MR24を ICチップ 6内に組み込むこともで きる。このようにすると、各磁気検出素子 MR11〜MR14, MR21〜MR24の設定位 置を厳密に規制することができるので、磁気センサひいては磁気式エンコーダの安 定性及び信頼性を高めることができる。
[0025] また、前記実施形態においては、 2個を一組とする磁気検出素子をもって第 1及び 第 2のブリッジ回路を構成したが、本発明の要旨はこれに限定されるものではなぐ 4 個以上を一組とする磁気検出素子をもって第 1及び第 2のブリッジ回路を構成するこ ともできる。磁気検出素子の数を増加するほど、大きな出力電圧 V3が得られる。
[0026] また、前記実施形態においては、磁気式ロータリエンコーダを例にとって説明した 力 本発明の要旨はこれに限定されるものではなぐ磁石体として棒状の磁気スケー ルを備えた磁気式リニアエンコーダにも応用することができる。
図面の簡単な説明
[0027] [図 1]実施形態に係る磁気式エンコーダの構成図である。
[図 2]実施形態に係る磁気センサの構成図である。
[図 3]実施形態に係るセンサ部の等価回路図である。 [図 4]実施形態に係る磁気式エンコーダの効果を示すグラフ図である。
[図 5]従来例に係る磁気式エンコーダの構成図である。
[図 6]従来例に係る磁気センサの構成図である。
[図 7]従来例に係るセンサ部の等価回路図である。
[図 8]従来例に係る磁気式エンコーダの問題点を示すグラフ図である。 符号の説明
1 磁気ドラム (磁石体）
2 磁気センサ
3 センサ部
4 増幅器
5 比較器 5
6 ICチップ
MR11〜MR14, MR21〜MR24 磁気検出素子

Claims

請求の範囲
[1] 複数個の磁気検出素子をブリッジ接続してなる第 1ブリッジ回路及び他の複数個の 磁気検出素子をブリッジ接続してなる第 2ブリッジ回路を有するセンサ部と、当該セン サ部による検出信号を増幅する増幅器と、当該増幅器による増幅信号を 2値化する 比較器とを備えた磁気センサであって、
前記第 1及び第 2のブリッジ回路における電源側の磁気検出素子及び接地側の磁 気検出素子を磁界の変化方向に関して点対称の位置に配置し、前記第 1ブリッジ回 路の中点及び前記第 2ブリッジ回路の中点力 前記検出信号を取り出すことを特徴と する磁気センサ。
[2] 前記センサ部及び前記増幅器並びに前記比較器を ICチップに組み込んだことを 特徴とする請求項 1に記載の磁気センサ。
[3] 前記センサ部と前記増幅器及び前記比較器とを別体に構成し、前記増幅器及び 前記比較器を ICチップに組み込んだことを特徴とする請求項 1に記載の磁気センサ
[4] 前記磁気検出素子が、磁気抵抗素子又はホール素子であることを特徴とする請求 項 1乃至請求項 3のいずれか 1項に記載の磁気センサ。
[5] S極と N極とが一定のピッチで交互に配列された磁石体と、前記 S極と前記 N極の 配列方向に関して前記磁石体と相対的に運動し、前記相対的な運動に起因して生 じる磁界の変化を検出する磁気センサとを備えた磁気式エンコーダであって、前記 磁気センサが、複数個の磁気検出素子をブリッジ接続してなる第 1ブリッジ回路及び 他の複数個の磁気検出素子をブリッジ接続してなる第 2ブリッジ回路を有するセンサ 部と、当該センサ部による検出信号を増幅する増幅器と、当該増幅器による増幅信 号を 2値ィ匕する比較器とからなるものにぉ 、て、
前記センサ部として、前記第 1及び第 2のブリッジ回路における電源側の磁気検出 素子及び接地側の磁気検出素子を磁界の変化方向に関して点対称の位置に配置 し、前記第 1ブリッジ回路の中点及び前記第 2ブリッジ回路の中点力も前記検出信号 を取り出すものを備えたことを特徴とする磁気式エンコーダ。
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