JPH0484712A

JPH0484712A - 磁気センサ

Info

Publication number: JPH0484712A
Application number: JP20004490A
Authority: JP
Inventors: Kenichi Hoshina; 顕一保科; Tatsumi Yoneda; 立美米田
Original assignee: Sankyo Seiki Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Nidec Instruments Corp
Priority date: 1990-07-27
Filing date: 1990-07-27
Publication date: 1992-03-18

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、磁気抵抗素子を用いた磁気センサに関する。

（従来の技術）回転体の回転を検出するために１回転体と一体にロータ
マグネットを設け、このロータマグネットの近傍に磁気
センサを配置したものがある。実開昭６１−８８２０号
公報記載の流量計もその一つであって、被測定流体の流
量および流れの方向に対応して回転する円周上にＮ磁極
およびＳ磁極が等しい角度で交互に配置されたロータマ
グネットと、このロータマグネットの近傍に配置された
磁気センサとを備えている。第１０図は上記磁気センサ
による検出回路を示す。

第１０図において、磁気センサ５１内には、互いに直列
接続された第１および第２の磁気抵抗素子５２．５３と
、この第１および第２の磁気抵抗素子５２．５３に対し
て位置的に離れて配置されると共に互いに直列接続され
た第３および第４の磁気抵抗素子５４．５５が設けられ
ている。第１および第２の磁気抵抗素子５２．５３は第
１の抵抗ブリッジ回路を構成していて、第１および第２
の磁気抵抗素子５２．５３の直列接続点は一つの出力端
子５６となっている。第３および第４の磁気抵抗素子５
４．５５は第２の抵抗ブリッジ回路を構成していて、第
３および第４の磁気抵抗素子５４．５５の直列接続点は
他の出力端子５７となっている。上記第１の抵抗ブリッ
ジ回路と第２の抵抗ブリッジ回路の両端には電源６２か
ら一定の電圧を供給する。また、電源６２と並列にそれ
ぞれ分割抵抗６０．６１が接続され１分割抵抗６０の分
割端子５８と上記出力端子５６との間で信号Ｖａを得、
分割抵抗６１の分割端子５９と上記出力端子５７との間
で信号ｖｂを得るようになっている。

いま、ロータマグネットが回転すると、この回転に伴い
、端子５６．５８間から第１１図に示すような正弦波状
の信号Ｖａが得られ、端子５７゜５９間から正弦波状の
信号ｖｂが得られる。第１の抵抗ブリッジ回路を構成す
る磁気抵抗素子５２゜５３と、第２の抵抗ブリッジ回路
を構成する磁気抵抗素子５４．５５は離れて設置されて
いるため、信号Ｖａとｖｂには位相差を生じる。この位
相のずれがどの方向かによって回転体の回転方向、即ち
流体の流れの方向を知ることができ、信号Ｖ　ａ　。

ｖｂの周期によって回転体の回転速度を測定することが
でき、これによって流体の流速および流電を測定するこ
とができる。

（発明が解決しようとする課題）上記従来の磁気センサによれば、第１の抵抗ブリッジ回
路と第２の抵抗ブリッジ回路がそれぞれ２素子１群とな
っているため、出力が小さい。また１位相差を有する二
つの信号を得るために、第１の抵抗ブリッジ回路と第２
の抵抗ブリッジ回路を離して設置しなければならず、磁
気センサが大型になフてしまう。

本発明は、かかる従来技術の問題点を解消するためにな
されたもので、検出出力を大きくすることができると共
に、小型に形成することができる磁気センサを提供する
ことを目的とする。

（課題を解決するための手段）本発明は、円周方向にＮ磁極およびＳ磁極が等しい角度
で交互に配置されたロータマグネットの近傍に配置され
、ロータマグネットの磁界を検出する磁気センサにおい
て、第１、第２、第３および第４の磁気抵抗素子を有し
、第１の磁気抵抗素子と第２の磁気抵抗素子の磁気抵抗
ストライプ相互、第３の磁気抵抗素子と第４の磁気抵抗
素子の磁気抵抗ストライプ相互、第１の磁気抵抗素子と
第３の磁気抵抗素子の磁気抵抗ストライプ相互および第
２の磁気抵抗素子と第４の磁気抵抗素子の磁気抵抗スト
ライプ相互をそれぞれ略直交する位置に配置し、第１、
第２の磁気抵抗素子を直列接続してその接続点を第１の
出力端子とし、第３、第４の磁気抵抗素子を直列接続し
てその接続点を第２の出力端子とし、第１の出力端子の
出力と第２の出力端子の出力の差動出力を出力とする１
組の磁気検出素子を２組設け、それぞれの組の磁気検出
素子の磁気抵抗ストライプを上記ロータマグネットの回
転方向に相互に４５°ずらして近接配置したことを特徴
とする。

（作　用）ロータマグネットが回転すると、各組の磁気検出素子に
対して磁界が回転し、これに伴い各組の磁気検出素子に
おける第１の出力端子と第２の出力端子からは交番的に
変化する出力信号が得られる。この第１の出力端子と第
２の出力端子から得られる信号の差動出力を取り出し、
これを１組の磁気検出素子の出力とする。このような磁
気検出素子が２組それぞれの磁気抵抗ストライプがロー
タマグネットの回転方向に対して相互に４５°ずらして
配置されているため、２組の磁気検出素子の出力は相互
に４５″位相がずれる。この位相のずれ方向でロータマ
グネットの回転方向を検出することができ、各磁気検出
素子の出力から回転位置や速度を検出することができる
。

（実施例）以下、図面を参照しながら本発明にかかる磁気センサの
実施例について説明する。

第１図に示す実施例は、互いに近接して配置された２組
の磁気検出素子１，２を有してなる。第１組の磁気検出
素子１は、正方形の基板を「田」の字状に区分して配置
された第１、第２．第３および第４の磁気抵抗素子３，
４，５．６を有し、第２組の磁気検出素子２も正方形の
基板を「田」の字状に区分して配置された第１、第２．
第３および第４の磁気抵抗素子７，８，９．１０を有す
る。第１組の磁気検出素子１における第１の磁気抵抗素
子３と第２の磁気抵抗素子４の磁気抵抗ストライプ相互
、第３の磁気抵抗素子５と第４の磁気抵抗素子６の磁気
抵抗ストライプ相互、第１の磁気抵抗素子３と第３の磁
気抵抗素子５の磁気抵抗ストライプ相互および第２の磁
気抵抗素子４と第４の磁気抵抗素子６の磁気抵抗ストラ
イプ相互はそれぞれ略直交するように配置されている。

第２組の磁気検出素子２における第１の磁気抵抗素子７
と第２の磁気抵抗素子８の磁気抵抗ストライプ相互、第
３の磁気抵抗素子９と第４の磁気抵抗素子１０の磁気抵
抗ストライプ相互、第１の磁気抵抗素子７と第３の磁気
抵抗素子９の磁気抵抗ストライプ相互および第２の磁気
抵抗素子８と第４の磁気抵抗素子１０の磁気抵抗ストラ
イプ相互はそれぞれ略直交するように配置されている。

第１組の磁気検出素子１における第１、第２の磁気抵抗
素子３．４は直列に接続されてその接続点が第１の出力
端子ａとなっており、第３．第４の磁気抵抗素子５，６
は直列に接続されてその接続点が第２の出力端子すとな
っている。また、第１、第３の磁気抵抗素子３，５の他
端が接続されて電源端子Ｖ　ｃ　ｃとなっており、第２
、第４の磁気抵抗素子４，６の他端が接続されてアース
端子となっている。同様に、第２組の磁気検出素子２に
おける第１、第２の磁気抵抗素子７，８は直列に接続さ
れてその接続点が第１の出力端子Ｃとなっており、第３
、第４の磁気抵抗素子９．１０は直列に接続されてその
接続点が第２の出力端子ｄとなっている。また、第１、
第３の磁気抵抗素子７．９の他端が接続されて電源端子
Ｖｃｃとなっており、第２．第４の磁気抵抗素子８，１
０の他端が接続されてアース端子となっている。

第１組の磁気検出素子１と第２組の磁気検出素子２は共
通の１枚の基板上に形成されているものとする。第１組
の磁気検出素子１を構成する４個の磁気抵抗ストライプ
に対し、第２組の磁気検出素子２を構成する４この磁気
抵抗ストライプは相互に４５°ずらして近接配置されて
いる。

第５図ないし第７図は、上記のように構成された磁気セ
ンサの使用態様の各穂側を示す。第５図の例は、上記の
ように２組の磁気検出素子１，２が一体形成されてなる
磁気センサ４１を円筒状ロータマグネット４２の内方中
心部に配置したものである。図示の例では、ロータマグ
ネット４２には円周方向にＮ磁極とＳ磁極が１８０°ず
つの角度で配置されている。なお、−船釣にはロータマ
グネット４２に円周方向にＮ磁極とＳ磁極が等しい角度
で交互に配置されていればよい。また、磁気センサ４１
は磁気抵抗ストライプ形成面がロータマグネット４２の
端面と平行になるように配置されている。第６図の例は
、磁気センサ４１をロータマグネット４２の端面に近接
させて対向配置したものである。第７図の例は、磁気セ
ンサ４１をロータマグネット４２の外周側に近接させて
配置したものである。何れにせよ、磁気センサ４１は磁
気抵抗ストライプ形成面がロータマグネット４２の端面
と平行になるように配置する。ロータマグネット４２は
それ自体が単独で回転するものであってもよいし、適宜
の回転体と一体に形成されていてもよい。

このように配置することにより、ロータマグネットの回
転磁界が上記磁気センサの磁気抵抗ストライプ形成面に
対し平行に通過し、この回転磁界を上記磁気センサで検
出することができる。

次に、前記２組の磁気検出素子１，２を構成する各磁気
抵抗素子と外部回路との接続例について説明する。第８
図において、第１組および第２組の磁気検出素子１，２
の各電源端子Ｖｃｃとアース端子の間には電源４５から
一定の電圧が印加される。第１組の磁気抵抗素子１の第
１、第２の出力端子ａ、ｂの出力はそれぞれ差動アンプ
４７のプラス端子とマイナス端子に入力されて差動出力
を出力するようになっており、この差動出力がＡ相の出
力信号となる。第２組の磁気検出素子２の第１、第２の
出力端子ｃ、ｄの出力はそれぞれ差動アンプ４８のプラ
ス端子とマイナス端子に入力されて差動出力を出力する
ようになっており、この差動出力がＢ相の出力信号とな
る。

このＡ相とＢ相の出力信号波形を第９図に示す。

前述のように、第１組および第２組の磁気検出素子１，
２の磁気抵抗ストライプは相互にロータマグネットの回
転方向に対して４５°ずらして配置されているため、上
記Ａ相とＢ相の出力信号相互間には電気角で４５°の位
相差が生じる。Ａ相とＢ相の出力信号のどちらが進んで
いるかは、ロータマグネットの回転方向によって決まる
ので、Ａ相とＢ相の出力信号の位相の前後関係を検出す
ることによってロータマグネットの回転方向を検出する
ことができる。

ところで、従来一般の磁気センサは、マグネットの交番
磁界を検出するもので１例えば１回転に１００パルスと
いうようなデジタル信号を発生させ、デジタル量で回転
角度を決めている。

これに対して上記本発明の実施例によれば、第９図に示
す各組の磁気検出素子１．２の差動出力信号波形からも
わかるとおり、磁界の回転角度そのものが電圧の変化と
してアナログ量で出力されるため、各組の磁気抵抗素子
１，２の差動出力のアナログ量を検出することによって
磁界の回転角度、即ちロータマグネットの回転角度を検
出することができる。また、各組の磁気抵抗素子１，２
の差動出力信号波形の変化から単位時間内のＮ磁極とＳ
磁極の切り換えを検出することによりロータマグネット
の回転数を検出することもできる。

以上の説明から明らかなように１本発明の実施例によれ
ば、４素子を１群として１組の磁気抵抗素子を構成し、
この４素子のうち２素子ずつを直列接続してそれらの接
続点を第１、第２の出力端子とし、これら第１、第２の
出力端子の出力の差動出力を出力信号としたため、従来
のように２素子を１群として用いたものに比べて出力が
大きくなる。ちなみに、第９図に破線で示す信号ｖｂは
第１０図に示す従来の磁気センサによって得られる出力
信号を本発明の実施例によって得られる出力信号との比
較で示したもので、本発明の実施例によって得られる出
力信号が従来よりもほぼ２倍の大きさになっていること
がわかる。このように出力信号が大きくなるということ
は、そのアナログ量に基づいてロータマグネットの回転
角度を検出しようとするとき、検出精度が高くなるとい
う効果をもたらす。

次に、本発明にかかる磁気センサの各種変形実施例につ
いて説明する。

第２図に示す実施例は、第１、第２、第３および第４の
磁気抵抗素子１３，１４，１５，１６でなる第１組の磁
気検出素子１１と、第１、第２、第３および第４の磁気
抵抗素子１７，１８，１９゜２０でなる第２組の磁気検
出素子１２とを近接して配置するに当たり、第１組の磁
気検出素子１１の形成領域と第２組の磁気検出素子１２
の形成領域とを平行に配置し、その代わりに、第２組の
磁気検出素子１２を構成する４素子１７，１８，１９．
２０の磁気抵抗ストライプの方向を、第１組の磁気検出
素子１１を構成する４素子１３，１４゜１５．１６の磁
気抵抗ストライプの方向に対して相互に４５″傾けて形
成したものである。各磁気抵抗素子の電気的な接続関係
および作用効果は前述の実施例と同じである。

第３図に示す実施例は、第１組の磁気検出素子２１に囲
まれた形で第２組の磁気検出素子２２を配置したもので
ある。第１組の磁気検出素子２１を構成する４素子２３
．２４，２５．２６は、正方形の基板の各角偶部を占め
るように三角形の平面内に形成され、これら４素子２３
，２４，２５゜２６で囲まれる正方形の平面内に第２組
の磁気検出素子２２を構成する４素子２７．２８，２９
゜３０が形成されている。各組の磁気検出素子２１゜２
２を構成する各４素子の磁気抵抗ストライプの相対的な
向きの関係、電気的接続関係および作用効果は前述の実
施例と実質同一である。

第４図に示す実施例は、第１組の磁気検出素子３１と第
２組の磁気検出素子３２を立体的に重ねて配置したもの
である。第１組の磁気検出素子３１を構成する４素子３
３，３４，３５．３６と、第２組の磁気検出素子３２を
構成する４素子３７゜３８．３９．４０の磁気抵抗スト
ライプの相対的な向きの関係および電気的接続関係は前
述の実施例と実質同一である。この実施例の場合も、前
述の実施例と同様の作用効果を奏する。

（発明の効果）本発明によれば、４素子を１群として１組の磁気検出素
子を構成し、この４素子のうち２素子ずつを直列接続し
てそれらの接続点を第１、第２の出力端子とし、これら
第１、第２の出力端子の出力の差動出力を出力信号とし
たため、従来のように２素子を１群として用いたものに
比べて出力が大きくなり、検出精度が向上するという効
果を奏する。

また、それぞれの組の磁気検出素子の磁気抵抗ストライ
プをロータマグネットの回転方向に相互に４５″′ずら
して近接配置したことにより、位相差を有する二つの信
号を出力する小型の磁気センサを提供することができる
。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明にかかる磁気センサの一実施例を示す平
面図、第２図は本発明にかかる磁気センサの別の実施例
を示す平面図、第３図は本発明にかかる磁気センサのさ
らに別の実施例を示す平面図、第４図は本発明にかかる
磁気センサのさらに別の実施例を示す分解斜視図、第５
図は本発明にかかる磁気センサの配置例を示す平面図、
第６図は本発明にかかる磁気センサの別の配置例を示す
斜視図、第７図は発明にかかる磁気センサのさらに別の
配置例を示す斜視図、第８図は本発明に適用可能な回路
例を示す回路図、第９図は同上回路例によって得られる
出力信号の例を示す波形図、第１０図は従来の磁気セン
サに用いられる回路例を示す回路図、第１１図は同上従
来例によって得られる出力信号の例を示す波形図である
。１．２，１１，１２，２１，２２，３１．３２・・・１
組の磁気検出素子、　　３，７，１３，１７゜２３．２
７，３３，３７・・・第１の磁気抵抗素子、４．８，１
４，１８，２４，２８，３４．３８・・・第２の磁気抵
抗素子、　５，９，１５，１９，２５．２９，３５．３
９・・・第３の磁気抵抗素子、６．１０，１６，２０，
２６，３０，３６．４０・・・第４の磁気抵抗素子、　
４１・・・磁気センサ、４２・・・ロータマグネット、
　　ａ・・・第１の出力端子、ｂ・・・第２の出力端子
。第３図第４図弔図第６図第図第１゜図手続補正書明細書第９頁第１４行中の「４こ」を「４個Ｊに改める。平成２年１２月６日添付図面中の第２図を別紙のとおり改める。

Claims

【特許請求の範囲】円周方向にＮ磁極およびＳ磁極が等しい角度で交互に配
置されたロータマグネットの近傍に配置され、ロータマ
グネットの磁界を検出する磁気センサにおいて、第１、第２、第３および第４の磁気抵抗素子を有し、第１の磁気抵抗素子と第２の磁気抵抗素子の磁気抵抗ス
トライプ相互、第３の磁気抵抗素子と第４の磁気抵抗素
子の磁気抵抗ストライプ相互、第１の磁気抵抗素子と第
３の磁気抵抗素子の磁気抵抗ストライプ相互および第２
の磁気抵抗素子と第４の磁気抵抗素子の磁気抵抗ストラ
イプ相互をそれぞれ略直交する位置に配置し、第１、第２の磁気抵抗素子を直列接続してその接続点を
第１の出力端子とし、第３、第４の磁気抵抗素子を直列接続してその接続点を
第２の出力端子とし、第１の出力端子の出力と第２の出力端子の出力の差動出
力を出力とする１組の磁気検出素子を２組設け、それぞれの組の磁気検出素子の磁気抵抗ストライプを上
記ロータマグネットの回転方向に相互に４５°ずらして
近接配置したことを特徴とする磁気センサ。