JPH04331317A - 回転数検出器 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は回転数検出器に関し、更
に詳しくは、磁気バブルを用いた回転数検出器の組み立
て調整工数の改善に関する。

【０００２】

【従来の技術】磁気バブルを用いた回転数検出器の原理
は広く知られているが、概略を説明する。図６は磁気バ
ブルを用いた回転数検出器の動作原理図、図７は図６の
磁気バブル素子上に形成された転送素子ループのパター
ン例図、図８は図７の転送素子ループのストレッチャー
部の拡大図である。

【０００３】図６において、１は磁気バブル素子であり
、磁気バブルを発生する材料で構成される。説明を加え
ると、磁気バブルは、適当な強さの垂直磁界を加えるこ
とにより、ＧＧＧ（ガドリニウム−ガリウム−ガーネッ
ト）上に数μｍエピタキシャル成長させた垂直磁化膜の
中に筒状の形で発生する。この磁気バブル素子１には、
磁気バブル検出素子１２，１３及びアルミ配線パターン
１４，１５，１６が形成されている（図８参照）。 磁気バブル検出素子１２，１３は、磁気抵抗素子（例え
ばパーマロイ）で構成される。更に磁気バブル素子１に
は、薄膜のパーマロイで構成された転送素子１１がルー
プ状に形成され、これに沿って磁気バブルが転送される
（図７，図８参照）。図７では１つの転送素子ループを
示したが、実際の磁気バブル素子１上には複数の転送素
子ループが設けられる。各転送素子ループにはメモリホ
イールの原理に基づいたビットパターンで磁気バブルが
書き込まれている。なお、磁気バブル素子１が配置され
ている平面を便宜上ｘ−ｙ平面と呼ぶ。

【０００４】２は２枚一組のバイアス磁石であり（図６
参照）、磁気バブル素子１に対し垂直な一定のバイアス
磁界を与え、バブル状の磁区を保持する作用を有するも
のである。

【０００５】３，４は読出コイルであり、磁気バブル素
子１の周囲に図６の如く配置される。そして該読出コイ
ル３，４はリング磁石５が固定された回転軸の累積回転
数を読み出す時に使われるもので、交番電流を流すこと
により回転磁界を発生させ、磁気バブル１７，１８，１
９を転送する。

【０００６】５はリング磁石であり、回転シャフト（図
示せず）に取り付けられた永久磁石である。該リング磁
石５は磁気バブル素子１に対して平行な面内磁界を与え
るもので、該面内磁界は回転シャフトが回転することに
より回転する。磁気バブルは、１転送素子／１回転磁界
で転送素子ループを巡回する。図６は８極に着磁された
リング磁石の例であり、この場合、回転シャフトが１回
転すると、磁気バブルは転送素子１１の４個分を移動す
る。

【０００７】図７に示す各転送素子ループには、『メモ
リホイールの原理』に基づいた特殊配列パターンの磁気
バブルが書き込まれている。該特殊配列パターンとは、
全ビットパターンの中のある位置から切り出した連続す
るビットパターンが他の度の位置から切り出した同ビッ
ト数のパターンとも同じにならないという特徴を持った
パターンである。従って、ある決まった位置から連続す
る数ビットのパターンを読み出すことでそのループの回
転シフト量を知ることができる。

【０００８】磁気バブルは、前記ある位置に配置された
磁気バブル検出器１０で検出される。磁気バブル検出器
１０は、図８に示す磁気バブル検出素子１２，１３で構
成される。該磁気バブル検出素子１２，１３には、アル
ミ配線パターン１４，１５，１６を介して定電流が予め
流されている（アルミ配線パターン１６はアース電位）
。そして磁気バブル検出素子１２，１３の部分に磁気バ
ブル１７，１８，１９が移動してくると、該抵抗値が変
化するため、アルミ配線パターン１４，１５の電位が変
化する。該２つの配線パターン１４，１５の電位信号を
図示しない差動増幅器で差動演算することにより磁気バ
ブルの検出信号を得ている。

【０００９】以上のような磁気バブル素子１において、
転送素子ループ上には、『メモリホイールの原理』によ
り定まる、例えば１ループ８ビットのビットパターン（
０１１１０１００）が磁気バブルの有無により形成され
ている。図７に示す実施例ではもっと多数のビット（例
えば４９ビット前後）であるが、ここでは分り易くする
ために８ビットで説明する。

【００１０】該８ビットのビットパターンは、リング磁
石５が回転すると、その回転に応じて転送素子ループ上
を巡回する。該巡回動作は、図６の装置が停電状態であ
っても正常に行われる。

【００１１】例えば、図６に示す回転数検出器の電源が
ストップして電子回路的にその動作を停止している時に
リング磁石５が１０回転すると、該１０回転に応じた位
置に前記８ビットパターンの磁気バブルは移動している
。電源が復帰すると、リング磁石が何回転したかを測定
するために読出コイル３，４を動作させて回転磁界を発
生させ、磁気バブルを例えば３個の転送素子分だけ順に
その位置を移動させる。従って、磁気バブル検出器１０
からは、３個の時系列のビットパターンが読み出され、
該パターンから『メモリホイールの原理』によりリング
磁石５の累積回転数を知ることができる。検出後、読出
コイル３，４は、上述と逆方向の回転磁界を磁気バブル
素子１に加えて磁気バブルを３個の転送素子分だけ移動
させ、元の位置に戻す。

【００１２】ここで、読出コイル３，４を動作させた場
合、読出コイル３，４により発生した磁界ＨＭとリング
磁石５による磁界ＨＲとが重畳して磁気バブル素子１の
磁気バブル検出素子１２，１３に加えられる。そして、
リング磁石５の磁界ＨＲのベクトル方向と読出コイル３
，４の磁界ＨＭのベクトル方向とが同じ方向へ向いた領
域では、パーマロイで構成された磁気バブル検出素子１
２，１３が磁気飽和して磁気バブル１７，１８，１９が
検出できなくなるという問題が発生する。

【００１３】これらを図９と図１０を参照して説明する
。磁気バブル１７，１８，１９を転送するためには、面
内磁界として例えば４０ガウス以上を加える必要がある
。リング磁石５が発生する磁界ＨＲを４０ガウスとする
と、シャフトに取り付けたリング磁石５が回転すること
により図９の小円のベクトル軌跡が得られる。ベクトル
ＯＡの角度で該リング磁石５が停止し、読出コイル３，
４によりリング磁石５の累積回転数を測定する場合、該
読出コイル３，４による回転磁界（例えばＨＭ＝９０ガ
ウス）のベクトル軌跡は点Ａを中心とする大円となる（
図９参照）。すなわち、原点ｏから見ると、ベクトル和
ＯＢは、５０〜１３０ガウスの間で変化する。

【００１４】一方、磁気バブル検出素子１２，１３の磁
界−抵抗値変化の特性は図１０のようになり、抵抗値の
変化は６０ガウス程度で飽和している。図９でベクトル
和がＯＣに向いた時に磁気バブルを検出するように配置
すると、磁気バブル検出素子１２，１３の飽和により（
図９より６０ガウス以上）、磁気バブル１７，１８，１
９の磁束を検出できなくなる。

【００１５】このような点に鑑み、本出願人は、実願昭
６２−１２６９９１　号を出願してこの問題点を解決し
た。該先願は、２個のホール素子を用いてリング磁石に
よる磁界ＨＲのｘ，ｙ成分を測定し、該磁界ＨＲを打ち
消す直流電流を読出コイル３，４に重畳するようにした
ものである。

【００１６】

【発明が解決しようとする課題】該先願の考案は極めて
有効ではあるが、２つのホール素子を正確にＸ軸上，Ｙ
軸上に配置することが困難という問題を有している。こ
れを図１１を参照して説明する。図１１はリング磁石５
とホール素子２０，２１と磁気バブル素子１との位置関
係を示す斜視図である。ここで、磁気バブル素子１のＸ
軸の磁界（リング磁石５が発生する磁界）成分を測定す
るＸ軸ホール素子２０は、図１１に図示する座標軸Ｘ方
向と一致して配置する必要がある。同様に、Ｙ軸ホール
素子２１は座標軸Ｙ方向と一致して配置する必要がある
。

【００１７】しかしながら、磁気バブル素子１とＸ軸ホ
ール素子２０とＹ軸ホール素子２１は、リング磁石５を
挾んで離れた場所に配置されており、２つのホール素子
２０，２１を機械的に移動させて座標軸Ｘ，Ｙと位相（
配置角度）を合わせる調整は手間が掛かり、工業生産に
適さない。

【００１８】本発明の目的は、該２つのホール素子の配
置角度調整を必要とすることなく、正確にリング磁石に
よる磁界をキャンセルできる回転数検出器を提供するこ
とにある。

【００１９】

【課題を解決するための手段】回転軸に取り付けた永久
磁石の磁界を磁気バブル素子へ加えて複数ビットパター
ンからなる磁気バブルを移動させると共に、読出コイル
に交流電流を流して回転磁界を発生させて前記磁気バブ
ルを強制的に移動させ、磁気バブルのビットパターンを
磁気バブル検出素子で検出することにより回転軸の累積
回転数を測定する回転数検出器において、前記永久磁石
による磁界を検出する２個のホール素子を前記磁気バブ
ル素子の周囲に一体化したことを特徴とする。

【００２０】

【作用】磁気バブル素子の周囲にホール素子を一体化す
ることにより、磁気バブル素子とホール素子の空間位相
は固定化される。

【００２１】従って、読出コイルと磁気バブル素子との
角度を合わせることにより、ホール素子と読出コイルと
の角度を無調整で合わせられる。

【００２２】

【実施例】以下、図面を参照して、本発明の実施例を詳
細に説明する。

【００２３】図１は本発明に係る回転数検出器の要部の
構成図である。図において、磁気バブル素子１の基板は
矩形に形成されているが、リング磁石５から遠い左隅の
一角はリング磁石５の回転中心を通る中心線Ａに対して
δ＝３θの角度の面として形成されていて、該面にはＸ
軸ホール素子２０が配置されている。Ｙ軸ホール素子２
１は、Ｘ軸ホール素子２０が配置された面と隣接する面
に、中心線Ａが感度面の中心と一致するように配置され
ている。これら各ホール素子２０，２１の配置にあたっ
ては、蒸着やシート貼り等を行う。なお、角度θはリン
グ磁石５の回転中心とＸ軸ホール素子２０の感度面の中
心を結んだ線Ｂと中心線Ａのなす角度であり、角度３θ
はリング磁石５が８極に着磁されている場合の角度であ
る。該角度δは、リング磁石５がＮ極（Ｎは偶数で２以
上）に着磁されている場合には、δ＝｛（Ｎ／２）−１
｝θになる。

【００２４】図２は図１の概念図、図３は図２の各ホー
ル素子２０，２１の出力説明図である。Ｘ軸ホール素子
２０がａの位置にあれば理想的に磁界を検出できるが、
これを実現することは極めて困難である。Ｘ軸ホール素
子２０をｂの位置まで反時計方向に角度θ回転させると
、Ｘ軸ホール素子２０の出力は図３のｂのようになる。 これを出力位相で見ると、Ｘ軸ホール素子２０の出力位
相θ´は４θ（８極の場合）遅れる。このままではＸ，
Ｙの位相関係が一致しない。そこで、ｂ位置におけるＸ
軸ホール素子２０を図２の状態から図４のように回転さ
せることでＸ軸ホール素子２０の出力位相θ´を等価的
にａ位置にもってくるようにする。図４において、中心
線ＡとＸ軸ホール素子２０の面とのなす角度は３θにな
る。なお、２極や４極等についても同様に考えれば良い
。

【００２５】このように磁気バブル素子１にＸ軸ホール
素子２０及びＹ軸ホール素子２１を作り込むことによっ
て、従来の構成のようなホール素子周辺の細い調整作業
は不要になる。

【００２６】上述の実施例では矩形の磁気バブル素子チ
ップを例示したが、図５のような平行四辺形の磁気バブ
ル素子チップにすることにより、３θの角度面はチップ
ダイシングの時に作り込むことができ、実現は更に容易
になる。

【００２７】

【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明によ
れば、以下のような効果が得られる。

【００２８】磁気バブル素子の周辺に磁界検出を行うホ
ール素子を作り込むことにより、磁気バブル素子とホー
ル素子の空間位相が固定されることになり、読出コイル
と磁気バブル素子の角度を合わせることによってホール
素子と読出コイルの角度関係を無調整で合わせられる。 従って、組立，調整が容易になる。

【００２９】また、従来の構造では磁気バブル素子とホ
ール素子は別々の部材に取り付けられていたので、温度
変化による部材の伸縮の違いにより相互の位置関係が変
動する可能性が大きかったが、本発明のように磁気バブ
ル素子とホール素子を一体化することによってこのよう
な問題も解決できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る回転数検出器の要部の構成図であ
る。

【図２】図１の概念図である。

【図３】図２の各ホール素子２０，２１の出力説明図で
ある。

【図４】図１のホール素子２０の配置説明図である。

【図５】本発明の他の実施例の構成図である。

【図６】磁気バブル素子を用いた回転数検出器の動作原
理図である。

【図７】図６の磁気バブル素子の転送素子ループのパタ
ーン例図である。

【図８】図７の転送素子ループのストレッチャ部の拡大
図である。

【図９】面内磁界の説明図である。

【図１０】磁気バブル検出素子の磁界−抵抗値変化の特
性図である。

【図１１】回転数検出器のリング磁石周辺の構成斜視図
である。

【符号の説明】

１　　　　磁気バブル素子 ２　　　　バイアス磁石 ３，４　　　　読出コイル ５　　　　リング磁石 ２０　　　　Ｘ軸ホール素子 ２１　　　　Ｙ軸ホール素子

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　回転軸に取り付けた永久磁石の磁界を
   磁気バブル素子へ加えて複数ビットパターンからなる磁
   気バブルを移動させると共に、読出コイルに交流電流を
   流して回転磁界を発生させて前記磁気バブルを強制的に
   移動させ、磁気バブルのビットパターンを磁気バブル検
   出素子で検出することにより回転軸の累積回転数を測定
   する回転数検出器において、前記永久磁石による磁界を
   検出する２個のホール素子を前記磁気バブル素子の周囲
   に一体化したことを特徴とする回転数検出器。