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JP2550085B2 - 絶対位置検出装置 - Google Patents

絶対位置検出装置

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Publication number
JP2550085B2
JP2550085B2 JP62187563A JP18756387A JP2550085B2 JP 2550085 B2 JP2550085 B2 JP 2550085B2 JP 62187563 A JP62187563 A JP 62187563A JP 18756387 A JP18756387 A JP 18756387A JP 2550085 B2 JP2550085 B2 JP 2550085B2
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JP
Japan
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magnetic
small
absolute position
output
width
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JP62187563A
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JPS6432117A (en
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正 ▲高▼橋
邦夫 宮下
昭一 川又
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Hitachi Ltd
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Hitachi Ltd
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Publication date
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Publication of JPS6432117A publication Critical patent/JPS6432117A/ja
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  • Measurement Of Length, Angles, Or The Like Using Electric Or Magnetic Means (AREA)
  • Transmission And Conversion Of Sensor Element Output (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は位置検出装置に関し、特に磁気センサのアナ
ログ出力によって磁気的に絶対位置を検出する装置に関
するものである。
〔従来の技術〕
従来知られている磁気的に位置を検出する装置として
は、我々が先に開発した特開昭61−22205号公報に記載
したものがある。
この公報記載のものは、磁化トラックに着磁した磁気
信号を磁気抵抗効果素子で検出するものである。
又、実開昭58−41448号公報にもこれと同等の技術が
記載されている。
〔発明が解決しようとする問題点〕
前記従来の技術では、磁化トラックに着磁した磁気信
号の着磁ピッチで分解能が決まり、この着磁ピッチより
も小さな微細位置を検出することはその原理上不可能で
ある。
又、前記公開特許公報においては、分解能に応じて2n
ビットのトラックが必要で装置が大形になるという問題
を有している。
更に、各トラック毎に磁気抵抗効果素子を必要とする
ので、出力信号線が多数必要であり、構成が複雑にな
り、配線処理も難しくなるものである。
本発明は小形で分解能の高い磁気的な絶対位置検出装
置を提供することを目的とするものである。
〔問題点を解決するための手段〕
本発明は、相対移動する第1および第2の部材と、前
記第1の部材に設けられ、かつ相対移動方向に沿って並
ぶように記録された多数の小さな小発磁体を有する磁気
記録媒体と、前記発磁体の磁界に感応するように前記磁
気記録媒体に近接させて前記第2の部材に設けられる磁
気抵抗効果素子とを備え、前記第1および前記第1の部
材の相対移動によって変化する前記磁気抵抗効果素子の
抵抗変化に基づいて前記両部材間の絶対位置を検出する
絶対位置検出装置において、前記小発磁体に形成される
一対のS磁極およびN磁極を各小発磁体の並び方向に沿
うようにするとともに、隣接する小発磁体の磁極が互い
に同じ極性になるように各小発磁体を配置し、 小発磁体の並び方向に対する直角方向の幅長が前記相
対移動方向の位置により変わるように小発磁体を形成す
るとともに、前記磁気抵抗効果素子の長手方向が前記小
発磁体の並び方向と直交するように配置したことを特徴
とする絶対位置検出装置にある。
〔作用〕
このように隣接する小発磁体の磁極が互いに同じ極性
になるように各小発磁体を配置しているので、異なる極
性の磁極が隣接するものに比べ、磁気抵抗効果素子が感
応する磁束が多くなり、磁気抵抗効果素子の検知出力が
増加する。
また小発磁体の並び方向に対する直角方向の幅長が相
対移動方向の位置により変わるように小発磁体を形成す
るとともに、磁気抵抗効果素子の長手方向が小発磁体の
並び方向と直交するように配置したので、小発磁体の幅
長の違いにより、磁気抵抗効果素子の検知出力は変化す
る。この検知出力の変化により第1の部材と第2の部材
との位置を検出できるものである。
〔実施例〕
以下本発明の一実施例の構成を第1図ないし第5図に
基づいて説明する。第1図は本発明の実施形態を示す斜
視図である。図において1は回転軸でこの回転軸1には
アルミ等の担持体(第1の部材)2が設けられている。
この担持体2の外周表面には、磁性粉末を混入した樹
脂からなる厚さ80(μm)程度の磁気媒体2Aを塗布して
いる。
磁気媒体2Aには磁気信号N,Sで示したように回転方向
にピッチλで発磁体を磁気記録方式で設けている。
又、N磁極とS磁極の有する小さな小発磁体は回転方
向にその幅がこの例では直線的に減少するように記録さ
れている。
尚、発磁体は磁石と読みかえられる。3は磁気センサ
で担持体2に対向して固定してある。磁気センサ(第2
の部材)3は磁気抵抗効果素子(以下MR素子と略す)Ra
及びRbを具備している。担持体2と磁気センサ3を展開
して詳しく示したのが第2図(A),(B)である。担
持体2は磁気信号記録部21と磁気信号非記録部20に分け
た1つのトラックAとなっており、トラックの幅をl2
すると磁気信号の幅長は最大l1で担持体2の位置によっ
てその幅l1が変わるように記録してある。また磁気セン
サ3は2個のMR素子Ra,Rbで構成されており、その間隔
はλ/2で配置されている。MR素子Ra,Rbの長さl0はトラ
ックの幅l2とほぼ同じであるが、少なくとも前記幅l1
りも長くしてあるMR素子Ra,Rbは長さ方向に対して直角
方向の磁界に対して第3図に示すような特性をもってい
る。磁界に対して電気抵抗が変化し、正負両磁界に対し
て同じように抵抗が変わる。なお強磁性体磁気抵抗効果
素子で磁界零の時の抵抗が最大で磁界が加わると抵抗が
下る。第4図は磁気センサの接続図を示す。MR素子Ra,R
bは図示のように直列に接続し、さらに固定抵抗又は磁
界の影響を受けないように配置したMR素子Rと直列接続
し、その両端に直流電源Vを印加して中点より出力eを
取り出す回路構成にしてある。
今担持体2が矢印の方向に回転したとすると各MR素子
Ra,Rbは磁気信号の磁界を受け抵抗が第5図のように変
化する。始め磁気信号の幅l1が小さくMR素子RaとRbとの
長さl0の一部分は磁界が加わらず抵抗も磁界0の値R0
対して小さい変化であるが、磁気ドラムが回転し、角度
θが増加すると磁気信号の幅l1が大きくなるので、MR素
子RaとRbと長さl0の大部分が磁界の影響を受けるように
なって抵抗変化も大きくなる。MR素子RaとRbの抵抗変化
の位相が180゜ずれているので正弦波状に変化する抵抗
が両者を加えると脈動分が打消され図示のようにRa+Rb
の直線となる。このため第4図の出力端分には第5図の
電圧eが得られる。この電圧は担持体2の回転角θに比
例して変化するのでこの出力からの大きさを測定するこ
とにより角度θが検出できる。以上のように本発明では
MR素子RaとRbの長さl0に対する磁気信号の幅長l1比でそ
の出力が決定されるので、単純にλで決まる分解能を越
える高い分解能が得られ、又λを短くすれば精度及び分
解能を更に高くすることが可能である。また、出力端子
は2本のみであり、信号伝送が容易である。さらに担持
体もトラック1個のみであり、磁気センサも簡単であ
り、小形にできる。
第6図(A),(B)と第7図に他の実施例を示す。
第6図(A)は担持体2の磁気信号の幅をlmとして図示
のように記録した例である。担持体2が回転するとMR素
子RaとRbは先の実施例と同じ原理で中心部近で最大に磁
界の影響を受け両端では磁界がほとんどMR素子に加えら
れないので、第4図のように接続すれば出力電圧eは第
7図のように角度180゜で最大で0゜,360゜で最小にな
る。
第8図(A),(B)、第9図は他の実施例で、回転
角に対して正弦波状の出力を得る構成である。第8図
(A)のように磁気ドラム2に磁気信号の幅が正弦波状
になるような磁気信号を記録すれば、第4図の接続で得
られる出力eは第9図のように角度θに対して正弦波状
の出力eとなる。
第10図(A),(B)は更に他の実施例を示す。これ
は磁気媒体2Aを2トラックA,Bに分けて両トラックA,B2
には図示にように同じような幅の磁気信号を記録する。
また両トラックの磁気信号はλ/2ピッチをずらして記録
し、これに対向する磁気センサ3のMR素子RaとRbは縦方
向に一直線上に並ぶように配置する。磁気トラック2と
MR素子RaとRbの関係は第2図と相対的には同じとなるの
で、第4図のように接続することにより、その出力eは
同様に第11図のようになる。
次に出力電圧を増加させる例を第12図(A)ないし第
16図に示す。第12図(A),(B)は担持体2と磁気セ
ンサ3の関係を示すもので、担持体2を第1のトラック
Aと第2のトラックBに分け各トラックA,Bには図示の
ように磁気信号の幅が大きい所では他のトラックは小さ
くなるように相補的に記録する。これに対向する磁気セ
ンサ3は図示のように第1のトラックAに対向する位置
にMR素子RaとRb、第2のトラックBに対向する位置にMR
素子RcとRdを配置する。MR素子RaとRb及びRcとRdの間隔
はλ/2とする。このMR素子を第13図又は第14図のように
接続する。第13図では第1のトラックにAに対するMR素
子RaとRbを直列に接続し、同様に第2のトラックBに対
向するMR素子RcとRdを直列接続し、これらをさらに直列
接続して3端接続にして両端に直流電圧Vを加え中点よ
り出力eを得る。第14図は図示のように4個のMR素子Ra
〜Rdをブリッジ接続し、給電端に電圧を加え検出端より
出力e0を得る。担持体が回転するとこれに対応して各MR
素子Ra,Rb及びRcとRdは第15図のように抵抗が変化す
る。すなわち、第1トラックAで磁気信号の幅の長い右
の部分では第2トラックBでは磁気信号の幅が短いの
で、Ra,Rbは右側で振幅が大きく変化し、左側では小さ
な振幅となり、MR素子RcとRdは逆になる。このため、第
13図の場合はMR素子Ra,Rb及びRc,Rdの合成抵抗はそれぞ
れ第16図のように直線的に変化する。したがって出力電
圧eも第16図のように角度θの小さい所では出力eも小
さく、角度θが大きい所では出力も大きい。
第14図の接続の場合はMR素子RaとRc及びRdとRbの直列
回路になり、その抵抗変化は第15図のようになるのでそ
の中点の出力e1,e2は第17図のように脈動を含んだ電圧
となる。しかし、ブリッジ出力e0はe1−e2となるので、
同相の脈動分はなくなり、担持体2の角度が180゜で両
出力が一致して零となり、第16図のように右側ではe2
大きいので負電圧,右側では正電圧となる。
第18図(A),(B)は第12図の変化で磁気信号は図
示のようになるが、動作は全く第12図と同じである。
また第19図(A),(B)は正弦波状の出力を得る方
法で動作は第12図と同じであり、第20図に示すように磁
気信号の幅に応じた正弦波状の出力e0が得られる。さら
に磁気ドラム2の磁気信号に応じて2サイクル幅の変化
を与えると2サイクルの出力電圧が、4サイクルの幅の
変化を与えると4サイクルの出力が得られる。
第21図は磁気センサ3をMR素子R1,R2,R3の3個で構成
した例である。磁気信号のピッチλに対して各MR素子
R1,R2,R3をλ/3離して配置している。これを第22図のよ
うに直列に接続したものと、固定抵抗Rを直列に接続
し、図示のように中点から出力を取り出す。第23図はMR
素子の抵抗変化を示したもので、R1,R2,R3は120゜位相
のずれた3相となるので、その波形が正弦波とするとそ
の合成抵抗R1+R2+R3は脈動成分がなくなり、直線的に
変化する。したがってこれによる出力電圧eも第23図の
ように角度に対して直線となる。
第24図は直線運動を行う場合の例で、磁気信号N,Sを
記録した磁気媒体2Aと磁気センサ3が図示のように対向
しており、先の回転の場合と全く同様に動作する。
なお、上記説明では各抵抗Ra,Rbは直列接続した例を
示しているが各々電気信号に変換後回路的に加え合わせ
ても同様な効果が得られる。
尚、前記実施例では担持体2が移動し、磁気センサ3
が固定のものであるが、これらは相対的に動くものであ
ればよいものである。すなわち移動体に磁気センサ3
を、固定体に磁気媒体を設けるものでもよい。
〔発明の効果〕
以上述べたように、本発明は、相対移動する第1およ
び第2の部材と、前記第1の部材に設けられ、かつ相対
移動方向に沿って並ぶように記録された多数の小さな小
発磁体を有する磁気記録媒体と、前記発磁体の磁界に感
応するように前記磁気記録媒体に近接させて前記第2の
部材に設けられる磁気抵抗効果素子とを備え、前記第1
および前記第1の部材の相対移動によって変化する前記
磁気抵抗効果素子の抵抗変化に基づいて前記両部材間の
絶対位置を検出する絶対位置検出装置において、 前記小発磁体に形成される一対のS磁極およびN磁極を
各小発磁体の並び方向に沿うようにするとともに、隣接
する小発磁体の磁極が互いに同じ極性になるように各小
発磁体を配置し、 小発磁体の並び方向に対する直角方向の幅長が前記相
対移動方向の位置により変わるように小発磁体を形成す
るとともに、前記磁気抵抗効果素子の長手方向が前記小
発磁体の並び方向と直交するように配置したことを特徴
とする絶対位置検出装置にある。
この構成によれば、次のような良さがある。
(1).隣接する小発磁体の磁極が互いに同じ極性にな
るように各小発磁体を配置しているので、異なる極性の
磁極が隣接するものに比べ、磁気抵抗効果素子が感応す
る磁束が多くなり、磁気抵抗効果素子の検知出力が増加
する。
(2).小発磁体の並び方向に対する直角方向の幅長が
相対移動方向の位置により変わるように小発磁体を形成
するとともに、磁気抵抗効果素子の長手方向が小発磁体
の並び方向と直交するように配置したので、小発磁体の
幅長の違いにより、磁気抵抗効果素子の検知出力は変化
する。この検知出力の変化により第1の部材と第2の部
材との位置を検出できるのである。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明を実施した装置の斜視図、第2図
(A),(B)は本発明の磁気センサと磁気媒体の関係
を示す図、第3図は本発明に用いるMR素子の特性図、第
4図は接続図、第5図は本発明の動作説明波形図、第6
図(A),(B)は他の実施例の磁気媒体と磁気センサ
との関係を示す図、第7図は第6図の出力波形図、第8
図(A),(B)は同じく他の実施例を示す磁気媒体と
磁気センサの関係を示す図、第9図はその出力波形図、
第10図(A),(B)は同じく他の実施例を示す磁気媒
体と磁気センサの関係を示す図、第11図はその出力波形
図、第12図(A),(B)は同じく他の実施例を示す磁
気媒体と磁気センサの関係を示す図、第13図,第14図は
その接続図、第15図は第12図の説明用波形図、第16図は
第13図の出力波形図、第17図は第14図の出力波形図、第
18図(A),(B)、第19図(A),(B)は更に第12
図の変形例を示すもので磁気媒体と磁気センサの関係を
示す図、第20図は第19図の出力波形図、第21図は本発明
の更に他の実施例を示すもので磁気媒体と磁気センサの
関係図、第22図は第21図の接続図、第23図は第21図の説
明用波形図、第24図は本発明を直線運動する実施例に適
用した場合の斜視図である。 1……回転軸、2……担持体、2A……磁気媒体、N,S…
…小発磁体の磁極、3……磁気センサ、λ……磁気信号
ピッチ、Ra,Rb,Rc,Rd,R1,R2,R3……MR素子、R……固定
抵抗又は磁界を受けないMR素子、V電源、20……磁気信
号非記録部、21……磁気信号記録部。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭62−47501(JP,A) 特開 昭62−24110(JP,A) 特開 昭51−2446(JP,A) 特開 昭63−206613(JP,A)

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】相対移動する第1および第2の部材と、前
    記第1の部材に設けられ、かつ相対移動方向に沿って並
    ぶように記録された多数の小さな小発磁体を有する磁気
    記録媒体と、前記発磁体の磁界に感応するように前記磁
    気記録媒体に近接させて前記第2の部材に設けられる磁
    気抵抗効果素子とを備え、前記第1および前記第1の部
    材の相対移動によって変化する前記磁気抵抗効果素子の
    抵抗変化に基づいて前記両部材間の絶対位置を検出する
    絶対位置検出装置において、 前記小発磁体に形成される一対のS磁極およびN磁極を
    各小発磁体の並び方向に沿うようにするとともに、隣接
    する小発磁体の磁極が互いに同じ極性になるように各小
    発磁体を配置し、 小発磁体の並び方向に対する直角方向の幅長が前記相対
    移動方向の位置により変わるように小発磁体を形成する
    とともに、前記磁気抵抗効果素子の長手方向が前記小発
    磁体の並び方向と直交するように配置したことを特徴と
    する絶対位置検出装置。
JP62187563A 1987-07-29 1987-07-29 絶対位置検出装置 Expired - Lifetime JP2550085B2 (ja)

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JPS6432117A JPS6432117A (en) 1989-02-02
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