JPH01318914A - 磁気回転センサ - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、回転センサに係り、特に正弦波出力を得る磁
気回転センサに関する。

〔従来の技術〕

我々は、先に磁気抵抗効果素子を用いた正弦波出力のエ
ンコーダとして我々は特開昭６２−２０４１１８号公報
記載の発明を提案している。ここでは、エンコーダ出力
信号に含まれている高調波成分のうち奇数調波の低減に
ついて開示している。しかし。

エンコーダ出力信号に含まれる偶数調波の低減対策まで
は言及していない。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記したような、我々が先に開発した技術は、エンコー
ダ出力信号に含まれている偶数調波成分については触れ
ておらず、そのため出力に誤差を生じてしまう問題があ
った。

本発明の目的は、エンコーダの出力信号に含まれる偶数
調波成分を低減させ、高精度な磁気回転センサを提供す
ることにある。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的は１例えば３端子接続する磁気抵抗効果素子の
間隔を決める記録ピッチλ′を、磁気ドラムと磁気セン
サの間隔（スペーシング）をｌ、磁気ドラムの半径をに
、磁気ドラムに記録する１周の磁気信号の数をＰとする
と として求め決定することにより達成される。

〔作用〕

磁気エンコーダは、磁気ドラムと磁気センサで構成され
、磁気センサは、磁気ドラムからある間隔（スペーシン
グ）Ｑを隔てて配置される。従って、磁気センサ面での
記録ピッチλ′は、磁気ドラム半径にスペーシングＱを
加えた分だけ大きくなる。すなわち、磁気センサの設計
時にスペーシング２を考慮することにより、記録ピッチ
による位相誤差を生じない様になる。

〔実施例〕

以下１本発明の実施例を第１図ないし第１０図により説
明する。第１図は１本発明の構成で、回転軸１に回転ド
ラム２が固定してあり、その外周に記録ピッチλの磁気
信号を記録した磁気記録媒体３を配置している。これに
対向して、磁気抵抗効果素子（以下ＭＲ素子と呼ぶ）Ｒ
ｔ、Ｒ２で構成された磁気センサ４を磁気記録媒体３よ
りある間隔（以下、スペーシングと呼ぶ）Ｑを隔てて配
置する。第１図の磁気記録媒体３と磁気センサ４の関係
を第２図に展開図として示す、第２図において、磁気記
録媒体３には、記録ピッチλで磁気信号を記録している
。磁気センサ４は、ＭＲ素子Ｒｓ、Ｒｚで構成されて、
各々、λ′／２の間隔で配置されている。λ′は、後述
するがスペーシングＱを考慮して求めた記録ピッチであ
り、ＭＲ素子の間隔を決めるに使う。磁気センサ４のＭ
Ｒ素子Ｒｔ、Ｒｚ磁界に対して電気抵抗が変化するもの
で、ガラス基板等の表面にＮｉ−ＦｅやＮｉ・Ｃｏ等の
薄膜を蒸着等の手法によって作られる。

この磁界に対する抵抗変化は、第３図（イ）に示す様に
磁界の方向に関係なく、磁界の大きさに比例して抵抗が
変化し、ある値で飽和する。ここで、回転ドラム２が回
転して、磁気記録媒体３が移動し、磁気記録媒体３の磁
気信号により磁気センサ４に加わる磁界が第３図（ロ）
の様に変化したと仮定する。この場合磁気センサ４には
、ＭＲ素子Ｒｘ、Ｒｚの抵抗が充分飽和する程の大きな
磁界が印加される。従って、回転ドラム２が偏心してス
ペーシングＱが変化しても出力振幅の変動を小さくでき
る。しかし、ＭＲ素子Ｒ１ｒ　Ｒ２の抵抗は、第３図（
ハ）の様に偶数調波を含んだ抵抗変化となる、一方、Ｍ
Ｒ素子Ｒ１，Ｒ２は、第３図（ホ）のように電源Ｖに対
し、直列に３端子接続し、接続点より出力ｅ＆を取り出
す、ここで、理想的には、偶数調波成分は、ＭＲ素子Ｒ
１，Ｒ２の３端子接続で相殺され、第３図（ニ）の様な
正弦波出力ｅｏが取り出せる。しかし、以前、我々が開
発した磁気エンコーダのＭＲ素子Ｒ１ｔ　Ｒ＊の間隔λ
／２は、磁気記録媒体３に記録した磁気信号の記録ピッ
チλを元に求めている。しかし、実際の磁気センサ３は
、磁気記録媒体３からスペーシングＱだけ離れて配置さ
れる。この様子を第５図に示す。

従って、磁気センサ面４′すなわちＭＲ素子Ｒｔ。

Ｒ２は、スペーシングＱだけ磁気記録媒体３の半径ｒ′
が大きくなった状態の記録ピッチλ′で動作することに
なる。このため、設計時の記録ピッチλとＭＲ素子Ｒ１
，Ｒｚが実際に動作している記録ピッチλ′の間には、
第５図に示した様な２π７２／Ｐなる記録ピッチ誤差が
生ずる。ここで。

Ｐは磁気記録媒体１周の磁気信号の数である。この場合
の動作波形例を第６図に示す、第６図（イ）においてＭ
Ｒ素子Ｒ１，Ｒｚの抵抗変化は、第３図（ハ）に示した
ものと同様な歪波形となる。しかし、ここで第３図（ハ
）と異なるのは前述した記２πＱ 録ピッチ誤差λ′−λ＝□のため、λ／２離たけずれて
しまっている、又、ＭＲ素子Ｒ１による出力は、第６図
（ロ）の様に、基本波電圧（正弦波）ｅｌｌと偶数調波
（第２調波）ｅｚｌに分けられる。一方、ＭＲ素子Ｒ２
，による出力は第６図（ハ）に示す様に、第６図（ロ）
に示した波形かただけの同様の波形となる。従って、Ｍ
Ｒ素子Ｒｉ、Ｒｚの３端子出力から得られる出力波形は
第６図（ニ）に示す様に、逆位相で相殺されるはずの偶
数調波（第２調波）０口が残ってしまう、このため、３
端子出力の出力波形ｅａは第６図（ホ）に示す様な歪波
形となり誤差が大きくなる。またこの記録ピッチ誤差λ
′−λは、例えばエンコーダ出力として電気角で９０度
位相の異なる信号を得る様な場合にも影響を与える。す
なわち、第７図に示す様にＭＲ素子Ｒ＊、Ｒｚに対して
ＭＲ素子Ｒ３，Ｒ４を各々λ／４ずつ離して配置する。

このＭＲ素子Ｒ１〜Ｒａを第８図の様な接続をする。従
って、ＭＲ素子Ｒｓ、Ｒｚ（ｉｐ３端子接続から得られ
る出力ａｍは第６図（ホ）の実線と同になる。又。

ＭＲ素子Ｒａｗ　Ｒａの３端子出力から得られる出力ｅ
ｂは、第６図（ハ）の−点さ線の様にＭＲ素子のずれた
波形となり、正確に９０度位相のずれた２相出力が得ら
れなくなる。この様に、記録ピッチ誤差λ′−λは、偶
数調波の発生及び位相誤差等に影響を与えることがわか
る。そこで、磁気センサ４の設計時に磁気センサ４の動
作点の記録ピッチλ′とＭＲ素子Ｒ１１Ｒｚの間隔を決
める記録ピッチλ′が一致する様に、例えば第２図のＭ
Ｒ素子Ｒｚ、Ｒｚの間隔を決める記録ピッチλ′はスペ
ーシングΩを考慮してやると良い。この様子を第５図に
示す、すなわち、磁気センサ面４′における記録ピッチ
λ′は、磁気記録媒体３の半径ｒにスペーシングＱを加
えた半径ｒ′で算出される。

このため、磁気センサ面４′のＭＲ素子Ｒ１ｔ　Ｒ２は
記録ピッチ誤差のない記録ピッチλ′で動作することに
なり、偶数調波は相殺できる。この様子を第９図に示す
、第９図（イ）の様にＭＲ素子Ｒ１，Ｒｚは、記録ピッ
チλ′を用いることにより、記録ピッチ誤差λ′−λは
なくなり、正確にλ′／２の位相のずれた抵抗変化が得
られる。従って、各ＭＲ素子Ｒ１及びＲ２による電圧波
形は各々（ロ）（ハ）の様になり、各々基本波＠　ｆｌ
ｙ　ｅ　１２と偶数調波（第２調波）　ｅｚｌ、　ｅｘ
ａに分けられる。

ここで、偶数調波（第２調波）　ｅｘｔ、　ｅｚｚに着
目するとお互いに逆位相となっているため、３端子出力
から得られる出力波形ｅ＆は、第９図（ニ）に示す様な
偶数調波（第２調波）が相殺され、基本波のみが合成さ
れたきれいな正弦波出力が得られる。第１０図は、スペ
ーシングΩを考慮して試作した磁気センサを用いた場合
の、スペーシングＱに対する偶数調波成分の関係を測定
した実験結果の１例である。第１０図において、一般に
磁気センサ４のスペーシングＱは、センサ出力ｅ＆が最
大となる図示の最適スペーシング０ｍ付近に設定される
。そこで、この最適スペーシングＱｔで見てみると、ス
ペーシングａを考慮した記録ピッチλ′を用いて試作（
対策後）したものは、スペーシングａを考慮しない試作
品（対策前）に比べ、基本波に含まれる偶数調波（第２
調波）の割合は１／３程度に低減されていることがわか
る。尚、この実施例ではＭＲ素子Ｒ１，Ｒｚの間隔をス
ペーシングΩを考慮した記録ピッチλ′に対してλ′／
２として説明したが、記録ピッチλ′の長さ、ＭＲ素子
の幅及び数等の関係からＭＲ素子の間隔になる様に選ん
でも良い、ここでれは整数である。

第１１図及び第１２図は、ＭＲ素子Ｒ１，Ｒｚ及びＲｘ
、Ｒｚのブリッジ接続間で偶数調波を相殺する１実施例
を示したものである。第１１図は、第２図等と同作用の
部品で構成されており、３は磁気記録媒体、４は磁気セ
ンサであり、各々展開図として示しである。磁気センサ
４を構成しているＭＲ素子Ｒｔ、Ｒｚ’　、Ｒ２及びＲ
、ｔの各々の間隔は、ＭＲ素子Ｒ１とＲ、／をλ’　／
２．Ｒ１’とＲ２をλ／　２　＊　ＲｚとＲ、ｔをλ′
／２としており、各各第１２図の接続を行う、すなわち
、ＭＲ素子ＲｓとＲ２を電源に対して直列に３端子接続
し、その接続点０の出力をａｌ、又ＭＲ素子Ｒ１’　と
Ｒ、／　　も同様に３端子接続を行い、その接続点０′
の出力をｅｂとする。第１３図にこの時の動作波形例を
示す、第１３図（イ）の波形ｅａは、第６図（ホ）と同
じ理由で偶数調波を含んだ波形となってしまうので歪ん
でしまう、同様に、波形ｅａ’　　も歪波形となるが、
３端子出力ｅ＆と８ａ’間をスペーシングａを考慮した
配置（λ′／２）としているのがお互いの位相差は正確
にλ／２ずれた波形となる。従って、第１３図（ロ）（
ハ）に示す様に、偶数調波（第２調波）ｅ＆ｚ、ｅａｚ
は、お互いに逆位相となって相殺され、ブリッジ出力Ｅ
＾には偶数調波（第２調波）のない基本波のみきれいな
正弦波が得られる。

第１４図は、スペーシングＱを考慮しないで作った既存
の磁気センサで偶数調波を相殺する１実施例を示したも
のである。すなわち、磁気センサ４のＭＲ素子Ｒ１，Ｒ
ｘの一間隔は磁気記録媒体３上の磁気信号の記録ピッチ
λから求めている。そこで、スペーシングＱによる記録
ピッチ誤差をなくすため、既存の磁気記録媒体３の半径
を図示の様に、スペーシングＱの分だけ削り取って小さ
くしても良い。すなわち磁気記録媒体３の半径ｒは、次
式で求められる。

２π ここで、Ｐは１周の磁気信号（Ｎ−８）の数、λは磁気
記録媒体３上の記録ピッチ、Ωはスペーシングである。

この場合には、回転ドラム２の磁気記録媒体３の外周を
調整するだけで、既存の磁気センサ４により、対策がで
きるのでコスト低減になる。

〔発明の効果〕

本発明によれば、エンコーダ出力に含まれる偶数調波成
分が低減し、歪のないきれいな正弦波出力が得られる。

又、２相出力を得る場合、正確な例えば電気角で９０度
の位相差の出力を得ることができるので磁気回転センサ
の精度が向上する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の１実施例を示す構成図、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（イ）ないしくホ）は磁気抵抗効果索子の特性と動
作説明図、第４図及び第６図（イ）ないしくホ）は以前
開発した磁気記録媒体と磁気センサの展開図及びその動
作説明図、第５図は磁気記録媒体とスペーシングの関係
を示す構成図、第７図及び第８図は本発明の他の実施例
を示す展開図と磁気抵抗効果素子の接続図、第９図（イ
）ないしく二）、及び第１０図は本発明の動作説明図及
びその特性図、第１１図〜第１４図は他の実施例を示す
説明図である。 １・・・回転軸、２・・・回転ドラム、３・・・磁気記
録媒体、４・・・磁気センサ、４′・・・磁気センサ面
、Ｒ・・・磁気抵抗効果素子、λ・・・磁気記録媒体上
での記録ピッチ、λ′・・・磁気センサ面での記録ピッ
チ、λ′−λ・・・記録ピッチ誤差、ｒ・・・磁気記録
媒体の半径、Ｐ・・・磁気記録媒体１周の磁気信号の数
、α・・・スぺ高′２−日 嶌１凹 第８日 人＾ぐ−１ノ゛ノブ゛２ 来１３図 手続補正書く方式） ％式％ 十−件の表示 昭和６３年特許願第　１５０３１０　　号発明の名称 磁気回転センサ ｈｌｉ正をする者 ・１′−件との関係　　特許出願人 ＲＩｌ【Ｓ＋Ｉｌ１体式会社　日　立　製　イ乍　折代
　　　理　　　人 居　　−リτ（〒ＩＬＸＪＩ東京都千代田区丸の内−丁
目５番１号補正の対象 明細書の図面の簡単な説明の欄。 Ｈｌｉ正の内容

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、回転体又は固定体に担持される磁気信号を記録した
   磁気記録媒体と、この磁気記録媒体からある距離（スペ
   ーシング）を隔てて固定体又は回転体に配置された複数
   の磁気抵抗効果素子からなる磁気センサを有し、前記磁
   気記録媒体の磁界に感応して内部抵抗が変化する前記磁
   気抵抗効果素子を電源に対して２個直列に接続し、その
   接続点より出力を取り出して位置や速度を検出するもの
   において、 前記、２つの磁気抵抗効果素子の間隔を、各各の抵抗変
   化の偶数調波成分の位相が同相となるように選んだこと
   を特徴とする磁気回転センサ。 ２、前記特許請求範囲第１項記載のものにおいて、前記
   複数の磁気抵抗効果素子の間隔を決める記録ピッチλ′
   は前記磁気記録媒体の半径ｒとスペーシングｌを加えた
   値から求めることを特徴とする磁気回転センサ。 ３、前記特許請求範囲第１項記載のものにおいて、前記
   複数の磁気抵抗効果素子の間隔を決める記録ピッチλ′
   は前記磁気記録媒体の半径をｒ、スペーシングをｌ、１
   周の磁気信号の数をＰとすると λ′＝［２π（ｒ＋ｌ）／Ｐ］ として求めることを特徴とする磁気回転センサ。 ４、前記特許請求範囲第１項記載のものにおいて、前記
   複数の磁気抵抗効果素子の間隔を、前記磁気記録媒体の
   半径をｒ、スペーシングをｌ、１周の磁気信号の数をＰ
   とし、ｎを整数とすると ［２π（ｒ＋ｌ）／Ｐ］（ｎ＋１／２） としたことを特徴とする磁気回転センサ。 ５、回転体又は固定体に担持される磁気信号を記録した
   磁気記録媒体と、この磁気記録媒体からある距離（スペ
   ーシング）を隔てて固定体又は回転体に配置された複数
   の磁気抵抗効果素子からなる磁気センサを有し、前記磁
   気記録媒体の磁界に感応して内部抵抗が変化する前記磁
   気抵抗効果素子をブリッジ接続し、その接続点より出力
   を取り出して位置を検出するものにおいて、前記、ブリ
   ッジ接続の各々の３端子接続された２組の磁気抵抗効果
   素子の間隔を前記、ブリッジ接続の出力端で、抵抗変化
   の偶数調波成分が相殺される様に選んだことを特徴とす
   る磁気回転センサ。 ６、前記特許請求範囲第５項記載のものにおいて、前記
   ２組の磁気抵抗効果素子の間隔を決める記録ピッチλ′
   は前記磁気記録媒体の半径ｒとスペーシングｌを加えた
   値から求めることを特徴とする磁気回転センサ。 ７、前記特許請求範囲第５項記載のものにおいて、前記
   ２組の磁気抵抗効果素子の間隔を決める記録ピッチλ′
   は前記磁気記録媒体の半径をｒ、スペーシングをｌ、１
   周の磁気信号の数をＰとすると λ′＝２π（ｒ＋ｌ）／Ｐ として求めることを特徴とする磁気回転センサ。 ８、前記特許請求範囲第５項記載のものにおいて、前記
   ２組の磁気抵抗効果素子の間隔を、前記磁気記録媒体の
   半径をに、スペーシングをｌ、１周の磁気信号の数をＰ
   とし、ｎを整数とすると ［２π（ｒ＋ｌ）／Ｐ］（ｎ＋１／２） としたことを特徴とする磁気回転センサ。 ９、回転体又は固定体に担持される磁気信号を記録した
   磁気記録媒体と、この磁気記録媒体からある距離（スペ
   ーシング）を隔てて固定体又は回転体に配置された複数
   の磁気抵抗効果素子からなる磁気センサを有し、前記磁
   気記録媒体の磁界に感応して内部抵抗が変化する前記磁
   気抵抗効果素子の抵抗変化を電気的に取り出して位置を
   検出するものにおいて、 前記複数の磁気抵抗効果素子を２つのグループに分け、
   第１のグループに対して第２のグループの間隔は、各グ
   ループの出力が正確に ９０°位相がずれる様に選んだことを特徴とする磁気回
   転センサ。 １０、前記特許請求範囲第９項記載のものにおいて、前
   記第１グループの磁気抵抗効果素子群と第２グループの
   磁気抵抗効果素子群との間隔を決める記録ピッチλ′は
   、前記磁気記録媒体の半径ｒとスペーシングｌを加えた
   値から求めることを特徴とする磁気回転センサ。 １１、前記特許請求範囲第９項記載のものにおいて、前
   記第１グループの磁気抵抗効果素子群と第２グループの
   磁気抵抗効果素子群との間隔を決める記録ピッチλ′は
   、前記磁気記録媒体の半径をｒ、スペーシングをｌ、１
   周の磁気信号の数をＰとすると λ′＝２π（ｒ＋ｌ）／Ｐ の関係を満すことを特徴とする磁気回転センサ。 １２、前記特許請求範囲第９項において、 前記第１グループの磁気抵抗効果素子群と第２グループ
   の磁気抵抗効果素子群との間隔を、前記磁気記録媒体の
   半径をｒ、スペーシングをｌ、１周の磁気信号の数をＰ
   とし、ｎを整数とすると ［２π（ｒ＋ｌ）／Ｐ］（ｎ＋１／４） としたことを特徴とする磁気回転センサ。 １３、前記特許請求範囲第１項記載のものにおいて、前
   記磁気記録媒体の半径をｒ、前記、１周の磁気信号の数
   をＰ、磁気信号の記録ピッチをλ、スペーシングをｌと
   した場合、ｒ＝（Ｐλ／２π）−ｌ と選んだことを特徴とする磁気回転センサ。 １４、前記特許請求範囲第５項記載のものにおいて、前
   記磁気記録媒体の半径をｒ、前記、１周の磁気信号の数
   をＰ、磁気信号の記録ピッチをλ、スペーシングをｌと
   した場合、ｒ＝（Ｐλ／２π）−ｌ に選んだことを特徴とする磁気回転センサ。 １５、前記特許請求範囲第９項において、前記磁気記録
   媒体の半径をｒ、前記、１周の磁気信号の数をＰ、磁気
   信号の記録ピッチをλ、スペーシングをｌとした場合、 ｒ＝（Ｐλ／２π）−ｌ と選んだことを特徴とする磁気回転センサ。