JPH04223218A - 磁気センサ - Google Patents

磁気センサ

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JPH04223218A
JPH04223218A JP2406501A JP40650190A JPH04223218A JP H04223218 A JPH04223218 A JP H04223218A JP 2406501 A JP2406501 A JP 2406501A JP 40650190 A JP40650190 A JP 40650190A JP H04223218 A JPH04223218 A JP H04223218A
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JP
Japan
Prior art keywords
magnetic
ferromagnetic
tracks
drum
degrees
Prior art date
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Pending
Application number
JP2406501A
Other languages
English (en)
Inventor
Shoichi Kubo
久保 正一
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Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Publication date
Application filed by Matsushita Electric Industrial Co Ltd filed Critical Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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  • Transmission And Conversion Of Sensor Element Output (AREA)

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】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、ロボット,NC装置等
に広く使用されているアブソリュート型の磁気センサに
関するものである。
【0002】
【従来の技術】アブソリュート型のエンコーダは円周を
多段のトラックに分けて2,4,8,16,32,……
2n分割してその絶対位置を検出する方式のエンコーダ
である。
【0003】これを磁気で行なうと多段の着磁トラック
が必要となり、大型化,高価格となる欠点があった。
【0004】そこで、本発明者は、着磁トラックを減ら
して、例えば2,16,128,1024分割したトラ
ックを用いて、それぞれの磁気トラックに対向する磁気
センサからのsin波,cos波の信号を電気回路処理
による方法で、2,4,8,16,32,64,128
,256,512,1012,2048,4096分割
した正規の信号を得る方法を開発し、2,16等の1回
転1Hz〜数十Hzの低周波数の磁気センサについての
内容を特許出願した。
【0005】図6にその内容を示しており、図6におい
て、磁気ドラム1にシャフト2を取付ける。シャフト2
には回転に伴い回転と同期したsin波信号を発生する
信号発生器3を取付ける。
【0006】信号発生器3から出た信号はアンプ4で増
幅され磁気ヘッド5A,5B,5C,5D(陰となるの
で図示せず)により磁気トラック6A,6B,6C,6
Dとして着磁される。磁気トラック6A,6B,6C,
6Dの磁界強さは信号発生器からのsin波信号と同期
したものとなり、sin状で磁界強さが変化する磁気ト
ラック6A,6B,6C,6Dとなる。
【0007】磁気トラック6A,6B,6C,6Dの位
相関係は6Aと6Bは180度、6Cと6Dは180度
、6Aと6Cは90度の位相差となるように着磁する。 例えば1回転1Hzの信号の場合は相互に機械角度で磁
気ヘッドAとBは180度、CとDは180度、6Aと
6Cは90度となるように取付け、直列に接続して同じ
電流で着磁する。なお51A,51B,51C,51D
は磁気ヘッド5A,5B,5C,5Dのヨーク開口部で
、磁気ドラム1の軸方向と合致しており、磁気トラック
は上下方向に磁極が設けられる。
【0008】ここで、1回転16Hzの場合はその角度
を磁気ヘッド5Aと5Bおよび5Cと5Dは11.25
度又は等価な11.25+n×22.5度(n≧1の整
数)とし、5Aと5Cは5,625度または等価な5,
625+n×22.5度(n≧1の整数)に取付ける。
【0009】なお、磁気トラック6A,6B,6C,6
Dを同一電流で同時に着磁することで説明したが、磁気
トラック6A,6B,6C,6Dを別々の着磁電流とし
てその位相を所定の位相差としてもよい。
【0010】このように着磁した磁気ドラム1にMR素
子7を磁気トラック6A,6B,6C,6Dに一定のギ
ャップgで近接配置する。
【0011】MR素子7の内部には磁界により抵抗値の
変化する強磁性の磁気抵抗MR1とMR2,MR3,M
R4を配置する。磁気抵抗MR1,MR2,MR3,M
R4,MR5,MR6,MR7,MR8は図7に示すよ
うにそれぞれ磁気トラックの6A,6B,6C,6Dに
対向して配置する。
【0012】この磁気抵抗MR1,MR2,MR3,M
R4,MR5,MR6,MR7,MR8は同一基板上に
同時に作られたもので、図8に示す等価回路のようにM
R1とMR2を、MR3とMR4を、MR5とMR6を
、MR7とMR8をそれぞれ直列に接続し、その接続点
から出力信号Va,
【0013】
【外1】
【0014】とVb,
【0015】
【外2】
【0016】をそれぞれ取り出し、他端側を電源Eに接
続する。より具体的なMR素子と磁気トラックとの関係
を図9により説明する。
【0017】磁気抵抗MR1,MR2,MR3,MR4
,MR5,MR6,MR7,MR8はNiFe又はNi
Co等の強磁性の合金薄膜からなる磁界によって抵抗が
変化する抵抗で、図に示すように、それぞれの抵抗は同
一基板上に同じ形状で作る。この強磁性磁気抵抗は薄膜
の面と同じ面で、電流の流れる方向と直角方向の磁界に
対して最大に抵抗変化があるので、図に示すように磁気
トラック6A,6Bの磁界方向(図では上から下)と直
角に電流が流れるように磁界を感知する磁気抵抗MR1
,MR2,MR3,MR4を配置する。
【0018】そして、MR1とMR2を接続し、その接
続点から出力Vaを、MR3とMR4を接続し、その接
続点から出力
【0019】
【外3】
【0020】を取り出す。一方、それぞれの他端子側は
電源Eに接続する。このとき図に示すようにMR1とM
R2に対してMR3とMR4は逆極性となるように電源
Eに接続する。
【0021】このように構成することによりMR素子7
の抵抗は図10(a)のようにMR1とMR2およびM
R4とMR3は互いに逆の関係でsinで増減する。し
たがって出力電圧Vaは図10(b)および図10(c
)に示すように、ほぼ電源電圧の1/2を中心にVaの
ように出力電圧として取りだせる。仮に片側MR1だけ
の動作の場合は図10(b)の点線のようにVaの1/
2の出力となる。逆極性の電源に接続したMR3,MR
4からは同様に図10(c)の点線で示す
【0022】
【外4】
【0023】のようにVaとは逆相の出力電圧として取
りだせる。このように、ほぼ電源電圧の1/2を中心に
Vaと
【0024】
【外5】
【0025】は位相が180度ずれた出力となり、この
【0026】
【数1】
【0027】を取ると出力電圧が2倍となる。また、図
11に示すような差動アンプで出力電圧を増幅するとM
R1,MR2,MR3,MR4に入ってくるノイズは差
動アンプの同相除去により大幅に減少することができ、
大幅な耐ノイズ性が向上する。
【0028】同じようにして90度位相差のある磁気ト
ラック6C,6DおよびMR5,MR6,MR7,MR
8からはVa,
【0029】
【外6】
【0030】に対して90度位相差のあるVb,
【00
31】
【外7】
【0032】が得られる。なお強磁性の磁気抵抗は磁極
のN,S両磁極に対して対称に抵抗変化するので1回転
1Hzを得るときは図12に示すように直流が重畳した
着磁電流で着磁し、磁気トラックの極性が反転しないよ
うにする(極性が反転すると1回転2Hzの出力信号と
なってしまう)。
【0033】1回転に2Hz以上の場合は直流を重畳し
てもしなくてもよい。
【0034】
【発明が解決しようとする課題】以上のような構成の従
来例では、図13に示すようにMR素子を使った磁気セ
ンサと磁気ドラムのギャップが広いところでは、ギャッ
プに対して出力電圧は大きく変化する。また、磁気ドラ
ムとセンサを近接させると、出力電圧は大きくてほぼ一
定となるが磁気抵抗変化に飽和現象の発生により出力電
圧の波形が歪むことにより、広い範囲のギャップに対し
て高出力電圧でかつ歪のない波形が得られなかった。
【0035】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に本発明では、磁気ドラムの一周に亘り着磁した少なく
とも2本の磁気トラックに対向して強磁性磁気抵抗素子
を配置し、かつ前記磁気トラックは、着磁方向を磁気ド
ラムの一周に亘り軸方向とするとともに、磁気ドラムの
回転に伴い強磁性磁気抵抗素子に対してほぼsin状に
磁界強さが変化する磁気トラックとし、かつ少なくとも
2本の磁気トラックは相互に磁界強さがほぼ120度位
相差になるように構成したものである。
【0036】また、本発明においては、2個の強磁性磁
気抵抗を2本の磁気トラックの着磁方向と直角に配置す
るとともに、前記2個の強磁性磁気抵抗を直列に接続し
て強磁性磁気抵抗素子を構成し、かつ直列接続した端子
を信号検出端とし、他端側を電源に接続した構成や、2
個の強磁性磁気抵抗素子を1組とし、少なくとも2組用
い、かつそれぞれの組の強磁性磁気抵抗素子を互いに逆
位相とした構成や、2本の磁気トラックと2個の強磁性
磁気抵抗をそれぞれ1組とし、前記磁気トラックは、磁
気ドラムに相互に90度の位相差を設けて2組設け、前
記強磁性磁気抵抗を2組設けて相互に90度の位相差の
出力を得るように構成してもよい。
【0037】
【作用】この構成により、120度位相差の2個の磁気
抵抗からは3次高調波が除かれ、さらに逆位相の磁気抵
抗との組合わせにより2次高調波が除かれ、高精度なs
in波信号として検出できる。もう一組の磁気トラック
は前記磁気トラックに対して電気角で90度とし、それ
ぞれの磁気トラックに対向する4個の磁気抵抗より高精
度なcos波信号として検出できる。
【0038】
【実施例】以下、本発明の磁気センサの一実施例につい
て説明する。
【0039】まず、本発明による磁気センサは、基本的
に図6〜図9に示すセンサと同様な構成であり、少なく
とも2本の磁気トラックを相互に磁界強さがほぼ120
度の位相差になるように構成している。
【0040】図2は、磁気ドラム1とMR素子7とを近
接させた状態での出力信号を示す図であり、MR素子7
の磁気飽和が発生して図2のように抵抗値は変化し信号
磁界に対する出力信号は歪を持ったものとなる。この時
、抵抗値は図1のように磁気抵抗MR1とMR2および
MR3とMR4は互いに120度の関係で変化する。
【0041】図3によりこの120度の位相差により3
次高調波が除かれることを説明する。図3において、太
い実線はMR1からの信号、細い実線はこれに含まれる
3次高調波を示し、また太い点線はMR2からの信号、
細い点線はこれに含まれる3次高調波を示す。このよう
にMR1とMR2の信号に含まれる3次高調波は同相と
なり、図8のように直列接続では差動出力となることか
ら3次高調波は除かれる。
【0042】次に、MR1とMR2からの信号VaとM
R3とMR4からの信号
【0043】
【外8】
【0044】から2次高調波を除く方法について、図4
により説明する。太い実線は信号Vaを、細い実線はこ
れに含まれる2次高調波を示す。また、太い点線は信号
【0045】
【外9】
【0046】を、細い点線はこれに含まれる2次高調波
を示す。この信号を図11に示すように差動増幅器に入
力することにより、2次高調波は同相なので除かれる。 このようにして出力信号VAとしては、高精度なsin
波信号が得られる。また磁気トラック6A,6Bと90
度の位相差の関係にある磁気トラック6C,6Dに対向
するMR5,MR6,MR7,MR8からの出力信号V
bも、同様に高精度なcos波信号が得られる。
【0047】
【発明の効果】以上のように本発明によれば、図5に示
すように磁気ドラムとMR素子のギャップが広い範囲で
一定の高出力が得られ、かつ歪の少ない高精度なsin
波およびcos波信号が得られることにより、アブソリ
ュート型でも、少ない磁気トラックと少ないMR素子で
構成することができ、小型高精度で安価なエンコーダを
作ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の磁気センサにおける磁気ドラムの回転
に対する磁気抵抗の抵抗変化を示す特性図
【図2】同じ
く信号磁界と出力信号の関係を示す波形図
【図3】12
0度位相差の磁気抵抗による3次高調波の状態を説明す
る概念図
【図4】逆相のMR素子出力における2次高調波の状態
を説明する概念図
【図5】本発明における磁気ドラムとMR素子のギャッ
プに対する出力電圧と高調波成分の関係を示す特性図

図6】本発明において、磁気ドラムと着磁ヘッドの関係
を示す概略図
【図7】磁気ドラムとMR素子の関係を示す概略図
【図
8】MR素子の接続を示す等価回路図
【図9】磁気トラ
ックとMR素子の磁気抵抗との関係を示す概略図
【図10】(a)〜(c)は従来のMR素子の磁気抵抗
の変化と出力電圧の変化を示す波形図
【図11】磁気センサにおける電気回路図
【図12】1
回転1Hz時の着磁電流を示す波形図
【図13】従来の
磁気ドラムとMR素子のギャップに対する出力電圧と高
調波成分の関係を示す特性図
【符号の説明】
1  磁気ドラム 5A,5B,5C,5D  磁気ヘッド6A,6B,6
C,6D  磁気トラック7  MR素子 MR1,MR2,MR3,MR4,MR5,MR6,M
R7,MR8  強磁性の磁気抵抗

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】磁気ドラムの一周に亘り着磁した少なくと
    も2本の磁気トラックに対向して強磁性磁気抵抗素子を
    配置し、かつ前記磁気トラックは、着磁方向を磁気ドラ
    ムの一周に亘り軸方向とするとともに、磁気ドラムの回
    転に伴い強磁性磁気抵抗素子に対してほぼsin状に磁
    界強さが変化する磁気トラックとし、かつ少なくとも2
    本の磁気トラックは相互に磁界強さがほぼ120度の位
    相差になるように構成した磁気センサ。
  2. 【請求項2】2個の強磁性磁気抵抗を2本の磁気トラッ
    クの着磁方向と直角に配置するとともに前記2個の強磁
    性磁気抵抗を直列に接続して強磁性磁気抵抗素子を構成
    し、かつ直列接続した端子を信号検出端とし、他端側を
    電源に接続した請求項1記載の磁気センサ。
  3. 【請求項3】2個の強磁性磁気抵抗素子を1組とし、少
    なくとも2組用い、かつそれぞれの組の強磁性磁気抵抗
    素子を互いに逆位相とした請求項1記載の磁気センサ。
  4. 【請求項4】2本の磁気トラックと2個の強磁性磁気抵
    抗をそれぞれ1組とし、前記磁気トラックは、磁気ドラ
    ムに相互に90度の位相差を設けて2組設け、前記強磁
    性磁気抵抗を2組設けて相互に90度の位相差の出力を
    得るように構成した請求項1記載の磁気センサ。
JP2406501A 1990-12-26 1990-12-26 磁気センサ Pending JPH04223218A (ja)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5886520A (en) * 1995-01-24 1999-03-23 Canon Kabushiki Kaisha Position sensor having magnetic resistance effect devices for detecting a position of an object
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