JPH022086B2

JPH022086B2 -

Info

Publication number: JPH022086B2
Application number: JP54029208A
Authority: JP
Inventors: Kaoru Toki; Susumu Ito; Toshio Yamagata
Original assignee: Nippon Electric Co Ltd
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 1979-03-13
Filing date: 1979-03-13
Publication date: 1990-01-16
Also published as: JPS55121110A

Description

【発明の詳細な説明】本発明は、回転軸に取り付けられ磁気記憶媒体
を有する円板に、等間隔のビツト長を有する磁化
の形で記録されている磁気信号を、強磁性体薄膜
磁気抵抗効果素子より成る磁気センサーで、読み
取ることにより、前記回転軸の回転角を検知する
角度検出器に関する。

従来、この種の角度検出器においては、回転軸
の回転角度検出は、前記回転軸の回転に伴つて前
記円板から生じる信号磁界の変化を、磁気抵抗効
果素子の電気抵抗の変化として直接読み取ること
によりなされていた。ここで、信号磁界による磁
気抵抗効果素子の抵抗変化量は、その抵抗値の数
パーセント程度であり、角度位置信号出力として
は、この抵抗変化分だけを、回転軸の回転速度に
よらず静止時から高速回転時迄、正確に検出する
必要がある。従つて、角度位置検出方法として通
常は、前記磁気抵抗効果素子をブリツジ状に構成
し、この差動出力を広帯域の直流増幅層で増幅
し、しかる後、所望の位置信号に整形する方法が
とられている。この角度検出器において、安定な
動作を得るために肝要なことは、ブリツジを構成
する磁気抵抗効果素子の抵抗値のバラツキによつ
て生じる直流オフセツト電圧及び直流増幅器のオ
フセツト電圧を信号出力電圧に比べて極めて小さ
くすることである。しかし、このブリツジのオフ
セツト電圧が極めて小さくなる様に、磁気抵抗効
果素子の作製するには、精密なプロセスコントロ
ールが要求され、又オフセツト電圧の低い直流増
幅器は高価であるので、従来の構成では、高性能
で、低価格な角度検出器は得られなかつた。

本発明の目的は、上記欠点を解決した高性能で
安価な角度検出器を提供することにある。本発明
の特徴は、角度位置情報発生源としての磁気記憶
媒体とこの位置情報の磁気センサーとして強磁性
磁気抵抗効果素子とを組み合せた角度検出器にお
いて、上記構成要素のほかに、磁気センサーへの
微小振幅交流バイアス磁界印加手段と振幅復調回
路を設けて、角度位置信号磁界を交流バイアス磁
界を搬送波として振幅変調された形で交流的に検
出し復調する全く新しい方法により、従来の直流
的な信号磁界検出方式で最大の問題となつていた
直流オフセツト電圧に起因する欠点を克服でき、
その結果、高性能で低価格な角度検出器を実現で
きることにある。

すなわち、本発明の構成は、回転体の回転軸に
取り付けられ、磁気信号が円周に沿つて等間隔の
ビツト長を有する磁化の形で記録されている磁気
記憶媒体を有する円板と、前記回転軸の前記に伴
つて前記円板から生じる磁界の変化を電気抵抗の
変化として感知できる様に配置された強磁性薄膜
磁気抵抗効果素子より成る磁気センサーと、この
磁気センサーへの微小交流バイアス磁界印加手段
と、前記磁気センサーの駆動回路と、前記磁気セ
ンサーの出力信号を増巾する増巾回路と、この増
巾回路出力波形を整流して積分する振幅復調回路
と、この振幅復調回路出力をパルス化するコンパ
レータとから成る。

磁気抵抗効果素子へ交流バイアス磁界を印加し
て再生する方式、IEEETransacion on Audio、
Vol Au−13No.２、March1965、P41〜43に示さ
れている。

これは、信号磁界に比べて大きな振幅を有する
交流バイアス磁界を印加して、信号磁界を検知し
このバイアス磁界の向きが逆の時の出力振幅エン
ベロープの差を信号として再生するもので、これ
と全く同一原理に基づく例として特開昭53−
57810号、又この方式をを発展させた例として米
国特許第3979775号等が報告されている。しかし、
この方式では原理上、交流バイアス磁界の強度を
信号磁界に比べて大きくする必要があるので、発
熱に起因する種々の問題を生じ易く、又信号磁界
発生源を減磁する等の欠点を有する。

本発明の再生原理によれば、以上の様な欠点を
容易に改善できる。

まず本発明の特徴をなす強磁性磁気抵抗効果素
子への微小振幅交流バイアス磁界印加による磁気
信号磁界検知の原理を第１図を用いて説明する。
１は強磁性磁気抵抗効果素子のストライプ幅方向
印加磁界Ｈとその磁気抵抗効果素子の抵抗変化量
ΔRとの関係を示したものである。この両者の関
係は、周知の如く、印加磁界Ｈの大きさが、飽和
磁界Hoを越えない範囲（｜Ｈ｜＜Ho）では近似
的に ΔR∝H² …… と表わされる。従つて｜∂ΔF／∂H｜∝｜Ｈ｜ …… が成り立つ。これは、磁気抵抗効果素子にある信
号磁界Ｈを中心にして、微小振幅の交流磁界を印
加した時の、ΔRの変化量が、信号磁界Ｈの大き
さに比例することを示す。例えば、磁気抵抗効果
素子に微小振幅の交流バイアス磁界２を加えなが
ら信号磁界を検出する場合、信号磁界H₁，H₂及
びH₃に対して、それぞれ信号磁界の大きさにほ
ぼ比例した大きさ交流的なΔRの変化３，４及び
５を生じる。このΔRの変化を、磁気抵抗効果素
子に流す電流を介して電圧の変化に直すことによ
り、磁気抵抗効果素子からは、出力信号としての
信号磁界の大きさに比例した大きさの交流出力電
圧を生じる。

本発明の再生方式は、従来の交流バイアス磁界
印加方式と比べて、交流バイアス磁界強度が微小
であるので、信号磁界発生源の特性に影響を与え
ないこと及び交流バイアス磁界印加手段の構成が
容易であること等の利点を有する。

次に本発明の実施例について第２図、第３図お
よび第４図を参照して説明する。第２図は、本発
明の一実施例を基本機能に着目して模式的に示し
たものである。回転体の回転軸６に取り付けら
れ、磁気信号が円周に沿つて等間隔のビツト長Ｌ
の磁化７の形で記録されている磁気記憶媒体９を
有する円板１０と、前記回転軸６の回転に伴つて
生じる磁気信号８の変化を電気抵抗の変化として
感知できる様に配置された磁気センサー１１と、
この磁気センサー１１へ微小交流バイアス磁界１
６を記憶する手段１７と、前記磁気センサー１１
の磁気抵抗効果素子へ一定電流を供給する定電流
回路等の駆動回路１８と、磁気センサー１１の出
力信号１９，２０，２１，２２を増巾する増巾回
路２４と、この増巾回路出力波形の直流オフセツ
ト電圧をカツトし整流して、積分する振幅復調回
路２５と、この振幅復調回路出力をパルス化され
た、角度位置信号２７，２８と１７として取り出
すコンパレータ２６とを含む。ここで磁気センサ
ー１１は、長手方向に一軸異方性を有するストラ
イプ状の４本の強磁性磁気抵抗効果素子１２，１
３，１４，１５が互いに、1/4Ｌのピツチで形成
されたものから成り、磁気記憶媒体９から生じる
信号磁界８の水平成分に検知できる様に、前記円
板１０に対応して略平行に配置されている。又、
交流バイアス磁界印加手段１１７としては後述す
る様に種々の方式が与えられるが、いずれも信号
磁界８の周波数より高い周波数の交流バイアス磁
界１６が信号磁界の水平成分方向、つまり磁気抵
抗効果素子のストライプ幅方向に加わる様に形成
されている。又交流バイアス磁界の大きさは、通
常数〜数十エルステツドの大きさに設定される。

第３図は、第２図中の磁気抵抗効果素子１２，
１３，１４，１５及び駆動回路１８及び再生回路
２３の部分の具体例を示す回路図、第４図は検出
過程を説明するための図である。

回転軸６が第２図の矢印の方向４５に回転する
と、第４図ａに示す様な磁化７の繰り返しによつ
て、磁気抵抗効果素子１２には、第４図ｂに示す
様な磁気信号８の水平成分４６が信号磁界として
加わる。この信号磁界４６を、信号磁界の最大周
波数より高い周波数の微小振幅交流バイアス磁界
を印加しながら再生し交流増幅すると、増巾回路
出力３３として第４図ｃに示す様に交流バイアス
磁界を搬送波として、信号磁界４６で振幅変調さ
れた波形に類似の出力４７が得られる。この出力
の直流オフセツト分を、コンデンサ６９でカツト
した後これをダイオード３１と積分回路３２から
成る振幅復調回路２５を通すことにより第４図ｅ
に示す復調出力４９生じる。同様にして磁気抵抗
効果素子１２と1/2Ｌはなれた磁気抵抗効果素子
１４からは前記復調出力４９と180゜位相のずれた
復調出力５０を生じる。この両者を差動コンパレ
ータ２６に入ることにより、第１信号出力（Ａ相
出力と略称する）端子２７には、第４図ｆに示す
様な磁気記憶媒体のビツトに対応したパルス出力
５１を生じる。

同様に、磁気抵抗効果素子１３と１５とから
は、Ａ相出力から1/4周期遅れれて、第４図ｇに
示す様な第２信号出力（Ｂ相出力と略称する）５
２を生じる。回転軸６が逆方向に回転するとＢ相
出力５２の位相がＡ相より1/4周期進む。従つて、
回転軸６の回転角度は回転によつて生じるＡ相出
力又はＢ相出力のパルス数、もしくはこの両者を
電気的に合成して得られる出力のパルス数を計数
することによつて検知でき、回転方向は両相の位
相関係により判定できる。

磁気情報発生源である円板１０には厚さ数mm直
径数十cmのアルミ板が用いられ、このアルミ板端
面に飽和磁化5000〜10000ガウス、抗磁力200エル
ステツド以上の磁性媒体９が数〜数十ミクロンの
厚さに形成されている。この磁性媒体としては、
Co−Ni等の金属強磁性体やγ−Fe₂O₃等が使用
される。磁気抵抗効果素子１２，１３，１４，１
１５としては、パーマロイやコバルト等を主成分
とする金属強磁性合金をシリコン単結晶やガラス
等の表面の滑らかな基板上に厚さ数百オングスト
ローム、ストライプ幅数十ミクロン、長さ数ミリ
メートル形状になる様、両端の電気端子と共に薄
膜作製技術で作製されたものが用いられ、磁気セ
ンサー部１１を形成している。

この磁気センサー部１１が回転軸６の回転に伴
つて変わる磁性媒体９から生じる数なないし数百
エルテツドの信号磁界８の水平成分を十分減知で
きる様な位置、例えば磁性媒体９端面から数十〜
数百ミクロン離れた位置に水平方向に配置され
る。円板１０の大きさや磁気抵抗効果素子の数及
びピツチは、所望の回転角度検出精度により適宜
選定される。

次に微小振幅交流バイアス磁界印加手段１７の
具体例について説明する。

第５図は、本発明における交流バイアス磁界印
加手段の第１の例を示したもので、絶縁層（第５
図中では省略してある）を介して磁気抵抗効果素
子１２，１３，１４，１５に平行に形成された導
電体層５３と、この導電体層５３へ交流バイアス
信号電流ｉを流す発振器５４とから成る。導電体
層５３に流れる交流バイアス電流ｉにより磁気抵
抗素子１２，１３，１４，１５には、ストライプ
幅方向の交流バイアス磁界が印加される。交流バ
イアス磁界の大きさは、磁気抵抗効果素子１２，
１３，１４，１５と導電体層５３との間に形成さ
れる絶縁体層の厚さ及び交流バイアス電流値によ
り、適宜設定される。導電体層５３としては、厚
さ数千〜数十ミクロンの金・銅・アルミニウム
等、又、導電体層としては厚さ数千オングストロ
ーム〜数ミクロンのSiO、SiO₂、Al₂O₃等の薄膜
が適する。

第６図は本発明における交流バイアス磁界印加
手段の第２の例を示したもので、巻線５６及びギ
ヤツプ６３を有し高透磁性体から成るコア５５
と、前記巻線５６へ交流バイアス電流ｉを流す発
振器５４とで形成され磁気抵抗効果素子１２，１
３，１４，１５は前記ギヤツプ６３中に設置され
ている。巻線５６に流れる交流バイアス電流ｉに
よりコア５５のギヤツプ６３に生じる漏洩磁界が
交流バイアス磁界として磁気抵抗効果素子１２，
１３，１４，１５のストライプ幅方向に印加され
る。交流バイアス磁界の大きさはコア５５のギヤ
ツプ６３の大きさや、交流バイアス電流値により
適宜設定される。コア５５としては、パーマロイ
やフエライト等の高透磁率磁性体を適当な大きさ
に加工したものが適する。

第７図は、本発明における微小振幅交流バイア
ス印加手段の第３の例を示したもので、一定速度
で回転し磁気信号が円周に沿つて等間隔のビツト
長L₂を有する磁化５８の形で記録されている。
磁気記憶媒体５９を有する円柱６０から成り、こ
の磁気記憶媒体５９から生じるバイアス磁界６４
が、磁気抵抗効果素子１２，１３，１４，１５の
ストライプ幅方向に印加される様に配置されてい
る。交流バイアス磁界の大きさ及び周波数は、円
柱６０の径の大きさ、磁気記憶体５９の厚さ、ビ
ツト長L₂、円柱６０が磁気抵抗効果素子１２，
１３，１４，１５に対する設置位置及び回転軸５
７の回転速度を調節することにより所望の値に設
定される。この交流バイアス磁界発生源の材料及
び構成は、前述した磁気信号発生源とほぼ同様の
ものが適する。

第８図は、本発明における微小振幅交流バイア
ス印加手段の第４の例を示したもので、一定速度
で走行し磁気信号が走行方向に沿つて、等間隔の
ビツト長L₃を有する磁化６６の形で記録されて
いる磁気記憶媒体６５を有する磁気テープ６２か
ら成り、この磁気記憶媒体６５から生じるバイア
ス磁界６７が磁気抵抗効果素子１２，１３，１
４，１５のストライプ幅方向に印加される様に配
置されている。交流バイアス磁界の大きさ及び周
波数、磁気記憶媒体６５の厚さ、ビツト長L₃、
磁気テープ６２が磁気抵抗効果素子１２，１３，
１４，１５に対する設置位置及び磁気テープ６２
の走向速度を調節することにより所望の値に設定
される。この交流バイアス磁界の発生源には、通
常の磁気テープが適する。

以上説明した様に本発明によれば、角度位置情
報発生源としての磁気記憶媒体と、この位置情報
の磁気センサーとしての強磁性磁気抵抗効果素子
とを組み合わせた角度検出器において、上記構成
要素のほかに、磁気センサーへの微小振幅交流バ
イアス磁界印加手段と振幅復調回路とを設けて、
角度位置信号磁界を前記微小振幅交流バイアス磁
界を搬送波として、振幅変調された形で交流的に
検出し復調することにより、従来の直流的な信号
磁界検出方式で最大の問題となつていた直流オフ
セツト電圧に起因する種々の欠点を克服できる効
果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の再生原理を説明するための
図、第２図は、本発明の一実施例の基本構成を模
式的に示した図、第３図は第２図に示した磁気抵
抗効果素子と駆動回路及び再生回路の具体的な一
例を示す回路図、第４図は本発明の検出過程を示
す図で、ａは磁気記憶媒体の磁化の繰り返し状態
を示す図、ｂは磁気記憶媒体から磁気抵抗効果素
子に加わる信号磁界を示す図、ｃは増幅器出力波
形を示す図、ｄは整流回路出力波形を示す図、ｅ
は振幅復調回路出力波形を示す図、ｆはＡ相出力
波形を示す図、ｇはＢ相出力波形を示す図であ
る。第５図、第６図、第７図および第８図はそれ
ぞれ本発明における交流バイアス磁界印加手段の
例を示す概略斜視図である。１……強磁性磁気抵抗効果素子の静特性曲線、
２……微小振幅交流バイアス磁界、３，４，５…
…交流的なΔRの変化、６，５７，６８……回転
軸、７，５８，６６……磁化、８，６４，６７…
…磁性媒体から生じる信号磁界及びバイアス磁
界、９，５９，６５……磁気記憶媒体、１０……
円板、１１……磁気センサー、１２，１３，１
４，１５……強磁性磁気抵抗効果素子、１６……
微小交流バイアス磁界、１７……微小交流バイア
ス磁界印加手段、１８……駆動回路、１９，２
０，２１，２２……磁気抵抗効果素子の出力端
子、２３……再生回路、２４……交流増幅回路、
２５……振幅復調回路、２６……コンパレータ、
２７……Ａ相出力端子、２８……Ｂ相出力端子、
２９……コンデンサ、３０……増幅器、３１……
ダイオード、３２……積分回路、３３，３４，３
５，３６……交流増幅回路出力端子、３７，３
８，３９，４０……整流回路出力端子、４１，４
２，４３，４４……振幅復調回路出力端子、４５
……回転軸の回転方向、４６……信号磁界、４７
……増幅回路出力波形、４８……整流回路出力波
形、４９，５０……振幅復調回路出力波形、５１
……Ａ相出力波形、５２……Ｂ相出力波形、５３
……導電体層、５４……発振器、５５……コア、
５６……巻線、６１……モータ、６２……磁気テ
ープ、６３……コアのギヤツプ、６９……コンデ
ンサ。

【特許請求の範囲】

１計測室内に回転自在のロータを配置し、この
ロータにロータ軸を挟んで対向して位置するブレ
ードを配置し、このブレードの後退端の上、下部
それぞれに切欠部を設けて外顎部およびこれより
も突出する内顎部を形成し、この内、外顎部にロ
ーラが回転自在に保持されたローラ軸を配置する
一方、前記計測室の上、下蓋の内側中心に板カムを固
定し、この板カムを収納するカム収納穴を前記ロ
ータの両側に設けて前記ブレードの上、下部のロ
ーラを板カムのカム面に沿つて回転するように配
置した摺動式ブレード流量計において、対向するブレードの上、下部それぞれをロータ
軸を貫通して配置された連結ロツドにより所定間
隔をおいて連結し、ブレードの上、下部のローラ
を板カムのカム面に接触させたことを特徴とする
摺動式ブレード流量計。

Claims

４交流バイアス磁界印加手段が、一定速度で回
転し磁気信号が円周に沿つて等間隔のビツト長を
有する磁化の形で記録されている磁気記憶媒体を
有する円板もしくは円柱から成る特許請求の範囲
第１項に記載の角度検出器。５交流バイアス磁界印加手段が、一定速度で走
行し磁気信号が走行方向に沿つて等間隔のビツト
長を有する磁化の形で記録されている磁気記憶媒
体を有する磁気テープから成る特許請求の範囲第
１項に記載の角度検出器。