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JP3922427B2 - Magnetic encoder - Google Patents

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JP3922427B2
JP3922427B2 JP2001313851A JP2001313851A JP3922427B2 JP 3922427 B2 JP3922427 B2 JP 3922427B2 JP 2001313851 A JP2001313851 A JP 2001313851A JP 2001313851 A JP2001313851 A JP 2001313851A JP 3922427 B2 JP3922427 B2 JP 3922427B2
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magnetic
magnetoresistive element
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rotating
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喬 長瀬
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Yaskawa Electric Corp
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  • Transmission And Conversion Of Sensor Element Output (AREA)

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、磁気検出機能を有する材料を利用した回転形磁気エンコーダであって、特に角度検出方法を全周検出方式にした磁気エンコーダに関する。
【0002】
【従来の技術】
従来、モータなどの回転体の回転角度を検出する磁気エンコーダとして、図16に示すようなものがある。図において、1はシャフト、2はシャフト1に固定された回転部、3は検出部である。回転部2は磁性体で構成され、外周は歯車25の形状になっており、歯数により1回転以内の検出角度が決定される。検出部3は、磁気変化を検出する磁気抵抗素子312と磁気抵抗素子312にバイアス磁界を与えるためのバイアス用磁石34で構成される。
シャフト1の回転に伴い歯車25が回転すると、磁気抵抗素子312がもれ磁束の変化を検出する。磁気抵抗素子312で検出した信号を、図示しない波形整形回路により正弦波などの信号に変換する。そして、変換した検出信号を波形整形回路から送出し、図示しない信号処理回路により回転角度を検出するものである。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
本方式よる検出方式は、検出部が一カ所のため構造が簡単であるが、検出角度精度を向上させるには、シャフトのフレや回転部の取り付け誤差を無くして、回転部の同心度を向上させる必要があった。この同心度に影響する取り付け誤差は、回転部の偏心誤差と回転部の直径の比率で角度誤差が決定されるため、検出器の外径寸法が小さくなると回転部の直径も小さくなり、モータのシャフトフレや組立誤差が1ミクロン以下という精度を要求され、組立ができないと言う問題があった。
そこで、本発明は小型で信頼性が高く取付けが簡単で、しかも高精度の角度検出ができる磁気エンコーダを提供することを目的とする。
【0004】
【課題を解決するための手段】
上記問題を解決するため、本発明の磁気エンコーダは、つぎの構成にしている。(1) 回転体のシャフトに固定された円板状の回転部と、前記回転部に所定の空隙を介して対向させた磁気検出部とを備え、前記回転体の回転角度を磁気的に検出する磁気エンコーダにおいて、前記回転部は磁性体ディスクと円周方向にスリット部を設けた磁性体スリット板とし、前記磁気検出部は前記スリット部に対向させ前記スリット部のスリット長に対応した長さで環状に配置した磁気抵抗素子とそれを固定する基体とからなる検出体と、前記検出体の背面に単極で着磁した平面磁石部とからなるものとした構成にしている。
本構成により、磁性体スリット板と平面磁石とを対向して組み合わせることにより、磁性体スリット板は、高精度の多極着磁した回転部と同様の機能が得られ、磁極の角度精度を向上させることができる。また、全周に磁気抵抗素子を配置することにより、シャフトフレや回転部の取り付け誤差をキャンセルして検出する。このため、回転部の組み立てにおいて同心合わせがラフでよく、検出構造が簡単で高精度の磁気エンコーダが得られる。
(2)前記回転部が、一体の磁性体で構成されているので、バラツキが少なく、安価で高精度の磁気エンコーダを得ることができる。
(3) 前記検出部の磁気抵抗素子を保護するフレキシブル基板の基材は、耐摩耗特性を有する基材を使用しているので、万一回転部と接触しても磁気抵抗素子が保護されるため、高信頼性の磁気エンコーダを得ることができる。
(4)前記スリット部の環状のスリットのパターンおよび前記環状の磁気抵抗素子のパターンを半径方向に同心上に少なくとも2個配置したので、絶対角度を検出することができる。
【0005】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図に基づいて説明する。
(第1実施例)
本発明の第1実施例を図1に示す。図1は第1実施例の磁気エンコーダを示す模式図である。図において、1はシャフト、2はシャフト1に固定された回転部、3は磁気検出部、4は磁気検出部3の検出信号を波形整形して外部に送出する波形整形回路部である。
回転部2は、磁性体ディスク22に結合された磁性体スリット板21で構成している(図2)。図2は回転部2の部分拡大図である。磁性体スリット板21のスリットは、エッチング手法を用いた半導体製造装置により形成している。エッチング手法を採用することにより、スリットの各寸法を高精度に形成できる。なお、磁性体スリット板21を別部品で製作して接合するのではなく、磁性体ディスク22に直接スリットをハーフエッチングにより製作してもよい。
【0006】
磁気検出部3は、検出体31と平面磁石32とからなり、検出体31は、図3に示すように基体311と磁気抵抗素子312と結線用導体314のパターンとからなる。図3は、検出体31の詳細を示す平面図である。磁気抵抗素子312を4個まとめたものを磁気抵抗素子ユニット313としている。磁気抵抗素子ユニットの数は9個としているので、磁気抵抗素子の数は36個である。
基体311は、ガラス基板を使用しており、この基体311の上に磁気抵抗素子312や結線用導体314を形成する。フォトマスクに複数の磁気抵抗素子312のパターンや結線用導体パターン314を転写し、CVD技術、スパッタリング技術、エッチング技術などの半導体製造技術を使用した微細加工技術を駆使して形成される。磁気抵抗素子312は、強磁性体のニッケルコバルト(Ni−Co)やニッケル鉄(Ni−Fe)などの強磁性体を使用して製造する。結線用導体は、アルミニウムや銅や金などを使用する。基体はガラスの代わりにシリコンウエファを使用しても良い。また、結線用導体314は、多層基板と同じ構造になっており、お互いの結線用導体同士は、誤接続しないように絶縁されている。
【0007】
磁気抵抗素子312は、回転部2の磁性体の回転角度変化量を検出できるように磁性体スリット板21のスリットの長さで、ほぼ同一径の円周状に複数を配置している。各磁気抵抗素子ユニット313は、4個の磁気抵抗素子312(+A1、+B1、−A1、−B1から+A9、+B9、−A9、−B9まで)で構成されており、各磁気抵抗素子は等角度の間隔であり、磁気抵抗素子ユニット同士も等角度で配置している。磁気抵抗素子ユニット313は、9個のユニットが円周状に配置されている。なお、本実施例では、奇数個の磁気抵抗素子ユニットを配置したが、偶数個のユニットを配置しても良い。つまり、各磁気抵抗素子は、10度ごとに配置されていることになる。
結線方法は、直流電圧の印加するための端子+Vと0V、検出信号を出力するための端子、出力aと出力bが配置されている。
結線用導体314で結線した各磁気抵抗素子312の結線方法を図4に示す。図4の結線方法は、各磁気抵抗素子ユニット313を並列に結線するため、全体としての抵抗値が小さくなるので、外部から直流電圧を加えた場合に大きな電流が流れる。電流値の大きさが問題になる場合には、図5に示したように、各磁気抵抗素子312を直列に配置して、全体の磁気抵抗値を大きくする結線方法を採用しても良い。また、必要な磁気抵抗値を得るため、各磁気抵抗素子ユニット313を直並列に接続してもよい。
【0008】
回転部2と磁気検出部3を拡大したものを図6に示す。図6は、図1の磁気エンコーダの拡大断面図である。回転部2の磁性体スリット板21と磁気検出部3の磁気抵抗素子312と磁気バイアスを加えるための平面磁石32の磁極の関係を示した断面図である。平面磁石32は、基体側にS極、裏面がN極に着磁されている。従って、ギャップLの間隔で対向する回転部2の磁性体スリット板21の磁性体部は、スリット部に比べ磁気抵抗が小さい状態になっている。つまり、磁性体スリット板21の磁性体部はN極、スリット部は磁気抵抗が大きくなるので、N極に比べ磁気が弱いのでS極(図6では、(S)と表示。)となる。
従って、回転部2の回転により磁性のスリット部は、磁気変化が生じる。
磁気抵抗素子312の+A1と−A1は、検出信号は電気的に180度位相差があるように配置されている。また、磁気抵抗素子312の+B1と−B1も同一の関係になるように配置している。さらに、磁気抵抗素子312の+A1と+B1は検出信号が90度位相差になるように配置されている。
【0009】
各磁気抵抗素子の検出信号の関係を図7に示す。図7は磁気抵抗素子+A1と−A1の結線回路である。磁気スリット板のスリットピッチに対応した出力信号を、図8に示している。磁気抵抗素子+A1と−A1は、位相差が電気的に180度異なる信号を検出している。また、図7の結線回路から、入力端子+V、0Vに直流電圧を印加すると出力端子出力(a)には、図9に示す磁気スリット板のスリットピッチに対応した検出信号を得ることが出来る。180度の位相差を持つ磁気抵抗素子を配置するのは、大きな検出信号を得るためと温度変動や電源変動などによる検出信号の変動をキャンセルするためである。
回転部の回転方向を検出する方法を図10、図11に示す。図10は検出原理を示す結線図、図11その出力信号波形図である。回転方向を検出するために、出力(a)と電気的に90度位相差のある出力(b)の2信号を得るためのである。1個の磁気抵抗素子ユニット312の動作について示したが、この磁気抵抗素子ユニットは、全ユニット9個が並列に接続されており、各磁気抵抗素子ユニットの出力信号の平均値が出力される。出力(a)の出力信号波形に対し、出力(b)の出力信号波形の位相が進んでいるのか、遅れているのかを検出することにより回転方向を検出できる。
【0010】
なお、本実施例では、磁気抵抗素子の数を36個として述べたが、360個のように本数を増加させれば、角度誤差がより平均化され、シャフトのフレや回転部の取り付け誤差がキャンセルでき、取り付け精度がラフでも高精度の磁気エンコーダを得ることが出来る。また、各磁気抵抗素子ユニットをシャフトを中心にして機械的に180度で対向するように配置すれば、さらにシャフトのフレや回転部の取り付け誤差をより効果的にキャンセルすることができる。
【0011】
(第2実施例)
本発明の第2実施例を図12に示す。図12はフレキシブル基板のパターンにより結線した磁気エンコーダを示す側断面図である。図において、33はフレキシブル基板である。
各磁気抵抗素子の結線方法を、第1実施例で述べた半導体方法によらず、あらかじめフレキシブル基板33でパターン化しておき、フレキシブル基板33と磁気抵抗素子312をハンダによって結線している。実際の結線方法は、磁気抵抗素子の両端に結線用電極を設け、対向するフレキシブル基板33の結線用電極にクリームハンダを塗布し、基体311とフレキシブル基板33を位置決めして張り合わせる。この状態で、ハンダが溶融する高温の炉の中に入れて結線する。
このように、本実施例では多層結線が容易なフレキシブル基板を使用したので、安価な結線が可能になる。また、波形整形回路部4まで延長すれば、結線がさらに容易になるという効果がある。また、フレキシブル基板のベースフィルム(太線表示部)が回転部とギャップLの間隔で対向することになるので、フレキシブル基板に耐摩耗特性を有する材料(例えば、カプトンフィルムなど)を使用すれば、万一回転部と接触しても磁気抵抗素子が保護されると言う効果も発生し、磁気エンコーダの信頼性を向上させることができる。
【0012】
(第3実施例)
本発明の第3実施例を図13、図14に示す。図13は回転部を示す平面図、図14は検出体を示す平面図である。図において、23は第1スリットトラック部、24は第2スリットトラック部、315は第1磁気抵抗素子パターン、316は第2磁気抵抗素子パターンである。
回転部2の磁性体スリット板21は、同心状に二つのスリットトラックを有する第1スリットトラック部23と第2スリットトラック部24をが配置されている。第1スリットトラック部23のスリットは36個、第2スリットトラック部24のスリットは35個である。
検出部3の磁気抵抗素子も同じく同心状に2つのパターンが、磁性体スリット板21の二つのスリットトラックに対向してそれぞれ配置されている。すなわち、第1磁気抵抗素子パターン315は第1スリットトラック部23と、第2磁気抵抗素子パターン316は第2スリットトラック部24と対向している。磁気抵抗素子パターンは、36個の磁気抵抗素子ユニット315aおよび35個の磁気抵抗素子ユニット316aからなっている。
いま、磁性体スリット板21を回転させると、図15に検出信号波形を示すように、第1スリットトラック部23に対応する磁気抵抗素子ユニット315aからは、1回転に36サイクルの正弦波信号の検出信号が、第2スリットトラック部24に対応する磁気抵抗素子ユニット316aからは、1回転に35サイクルの検出信号が得られる。得られた信号同士の位相差であるスリットの差Sは、1回転中にすべて異なるので、この位相差を検出すれば絶対値角度を検出できる。このように、スリット数の異なるトラックを複数配置する事により、絶対値角度を検出することができる。また、回転部2の磁性体スリット板も検出部3の磁気抵抗素子も半導体製造装置を用いて同一製造工程で複数トラックを同時に形成するので、複数のトラックを配置しても安価に製造することができる。
【0013】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によればつぎの効果がある。
(1) 磁性体スリット板と平面磁石とを対向して組み合わせたので、磁性体スリット板が高精度の多極着磁した回転部と同様の機能が得られ、磁極の角度精度を向上させることができる。また、前記スリット板のスリット長に対応した長さで環状に配置した磁気抵抗素子を配置したので、シャフトフレや回転部の取り付け誤差をキャンセルして検出できる。このため、回転部の組み立てにおいて同心合わせがラフでよく、検出構造が簡単で高精度の磁気エンコーダが得られる。
(2)前記回転部が、一体の磁性体で構成されているので、バラツキが少なく、安価で高精度の磁気エンコーダを得ることができる。
(3)前記検出部の磁気抵抗素子を保護するフレキシブル基板の基材は、耐摩耗特性を有する基材を使用しているので、万一回転部と接触しても磁気抵抗素子が保護され、高信頼性の磁気エンコーダを得ることができる。
(4)前記スリット部の環状のスリットのパターンおよび前記環状の磁気抵抗素子のパターンを半径方向に同心上に少なくとも2個配置したので、絶対角度を検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1実施例を示す磁気エンコーダの模式図である。
【図2】図1における回転部の部分拡大図である。
【図3】図1における検出体の詳細を示す平面図である。
【図4】本発明の第1実施例における磁気抵抗素子の結線方法を示す結線図である。
【図5】本発明の第1実施例における磁気抵抗素子の他の結線方法を示す結線図である。
【図6】本発明の第1実施例における回転部と検出部の拡大断面図である。
【図7】本発明の第1実施例における磁気エンコーダの結線図である。
【図8】本発明の第1実施例における磁気エンコーダの検出原理を示す波形図である。
【図9】本発明の第1実施例における磁気エンコーダの出力波形図である。
【図10】本発明の磁気エンコーダの検出原理を示す結線図である。
【図11】本発明の磁気エンコーダの出力波形図である。
【図12】本発明の第2実施例を示す磁気エンコーダの側断面図である。
【図13】本発明の第3実施例を示す回転部の平面図である。
【図14】本発明の第3実施例を示す検出体の平面図である。
【図15】本発明の第3実施例の検出原理を示す波形図である。
【図16】従来の磁気エンコーダを示す模式図である。
【符号の説明】
1 シャフト
2 回転部
21 磁性体スリット板
22 磁性体ディスク
23 第1スリットトラック部
24 第2スリットトラック部
25 歯車
3 検出部
31 検出体
311 基体
312 磁気抵抗素子
313,315a,316a 磁気抵抗素子ユニット
314 結線用導体
315 第1磁気抵抗素子パターン
316 第2磁気抵抗素子パターン
32 平面磁石
33 フレキシブル基板
34 バイアス用磁石
4 波形整形回路部
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a rotary magnetic encoder using a material having a magnetic detection function, and more particularly to a magnetic encoder that uses an all-round detection method as an angle detection method.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, there is a magnetic encoder as shown in FIG. 16 that detects the rotation angle of a rotating body such as a motor. In the figure, 1 is a shaft, 2 is a rotating part fixed to the shaft 1, and 3 is a detecting part. The rotating unit 2 is made of a magnetic material, and the outer periphery has the shape of a gear 25. The detection angle within one rotation is determined by the number of teeth. The detection unit 3 includes a magnetoresistive element 312 for detecting a magnetic change and a bias magnet 34 for applying a bias magnetic field to the magnetoresistive element 312.
When the gear 25 rotates with the rotation of the shaft 1, the magnetoresistive element 312 detects a change in the magnetic flux leakage. A signal detected by the magnetoresistive element 312 is converted into a signal such as a sine wave by a waveform shaping circuit (not shown). The converted detection signal is sent out from the waveform shaping circuit, and the rotation angle is detected by a signal processing circuit (not shown).
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
The detection method using this method has a simple structure because there is only one detection unit, but in order to improve the detection angle accuracy, the concentricity of the rotation unit is improved by eliminating shaft deflection and rotation unit mounting errors. It was necessary to let them. The mounting error that affects the concentricity is determined by the ratio of the eccentric error of the rotating part and the diameter of the rotating part. Therefore, when the outer diameter of the detector is reduced, the diameter of the rotating part is also reduced. The shaft flutter and assembly error are required to be accurate to 1 micron or less, and there is a problem that assembly is not possible.
Accordingly, an object of the present invention is to provide a magnetic encoder that is small in size, highly reliable, easy to install, and capable of highly accurate angle detection.
[0004]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above problem, the magnetic encoder of the present invention has the following configuration. (1) A disk-shaped rotating part fixed to the shaft of the rotating body, and a magnetic detection unit opposed to the rotating part via a predetermined gap, and magnetically detecting the rotation angle of the rotating body In the magnetic encoder, the rotating part is a magnetic slit plate provided with a magnetic disk and a slit part in the circumferential direction, and the magnetic detection part is opposed to the slit part and has a length corresponding to the slit length of the slit part. The detector is composed of a magnetoresistive element arranged in an annular shape and a base for fixing the magnetoresistive element, and a planar magnet portion magnetized with a single pole on the back of the detector.
With this configuration, by combining a magnetic slit plate and a flat magnet facing each other, the magnetic slit plate can have the same function as a highly accurate multi-pole magnetized rotating part and improve the angular accuracy of the magnetic pole. Can be made. In addition, by arranging a magnetoresistive element around the entire circumference, shaft flutter and rotating portion mounting errors are canceled and detected. For this reason, concentric alignment may be rough in the assembly of the rotating part, and a highly accurate magnetic encoder with a simple detection structure can be obtained.
(2) Since the rotating part is composed of an integral magnetic body, it is possible to obtain an inexpensive and highly accurate magnetic encoder with little variation.
(3) Since the base material of the flexible substrate that protects the magnetoresistive element of the detection part uses a base material having wear resistance, the magnetoresistive element is protected even if it contacts the rotating part. Therefore, a highly reliable magnetic encoder can be obtained.
(4) Since at least two annular slit patterns of the slit portion and the annular magnetoresistive element patterns are arranged concentrically in the radial direction, the absolute angle can be detected.
[0005]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
(First embodiment)
A first embodiment of the present invention is shown in FIG. FIG. 1 is a schematic diagram showing the magnetic encoder of the first embodiment. In the figure, 1 is a shaft, 2 is a rotating unit fixed to the shaft 1, 3 is a magnetic detection unit, and 4 is a waveform shaping circuit unit that shapes the detection signal of the magnetic detection unit 3 and sends it out.
The rotating unit 2 is composed of a magnetic slit plate 21 coupled to a magnetic disk 22 (FIG. 2). FIG. 2 is a partially enlarged view of the rotating unit 2. The slit of the magnetic slit plate 21 is formed by a semiconductor manufacturing apparatus using an etching method. By employing an etching method, each dimension of the slit can be formed with high accuracy. Instead of manufacturing and joining the magnetic slit plate 21 as a separate part, the slits may be directly manufactured on the magnetic disk 22 by half etching.
[0006]
The magnetic detection unit 3 includes a detection body 31 and a planar magnet 32, and the detection body 31 includes a base 311, a magnetoresistive element 312, and a connection conductor 314 pattern as shown in FIG. FIG. 3 is a plan view showing details of the detection body 31. A group of four magnetoresistive elements 312 is a magnetoresistive element unit 313. Since the number of magnetoresistive element units is nine, the number of magnetoresistive elements is 36.
The substrate 311 uses a glass substrate, and the magnetoresistive element 312 and the connection conductor 314 are formed on the substrate 311. The pattern of the plurality of magnetoresistive elements 312 and the conductor pattern for connection 314 are transferred to a photomask, and are formed by making full use of a fine processing technique using a semiconductor manufacturing technique such as a CVD technique, a sputtering technique, and an etching technique. The magnetoresistive element 312 is manufactured using a ferromagnetic material such as nickel cobalt (Ni—Co) or nickel iron (Ni—Fe). Aluminum, copper, gold, or the like is used as the connection conductor. The substrate may be a silicon wafer instead of glass. Further, the connection conductor 314 has the same structure as the multilayer substrate, and the connection conductors are insulated from each other so as not to be erroneously connected.
[0007]
A plurality of magnetoresistive elements 312 are arranged in a circumferential shape having substantially the same diameter as the slit length of the magnetic material slit plate 21 so that the rotation angle change amount of the magnetic material of the rotating unit 2 can be detected. Each magnetoresistive element unit 313 includes four magnetoresistive elements 312 (from + A1, + B1, -A1, -B1 to + A9, + B9, -A9, -B9), and each magnetoresistive element is equiangular. The magnetoresistive element units are also arranged at an equal angle. Nine units of the magnetoresistive element unit 313 are circumferentially arranged. In this embodiment, an odd number of magnetoresistive element units are arranged, but an even number of units may be arranged. That is, each magnetoresistive element is arranged every 10 degrees.
In the connection method, terminals + V and 0 V for applying a DC voltage, terminals for outputting a detection signal, outputs a and b are arranged.
FIG. 4 shows a method for connecting the magnetoresistive elements 312 connected by the connection conductor 314. In the connection method of FIG. 4, since the magnetoresistive element units 313 are connected in parallel, the overall resistance value becomes small, so that a large current flows when a DC voltage is applied from the outside. When the magnitude of the current value becomes a problem, as shown in FIG. 5, a connection method may be employed in which the magnetoresistive elements 312 are arranged in series to increase the overall magnetoresistance value. Further, in order to obtain a necessary magnetoresistance value, the magnetoresistive element units 313 may be connected in series and parallel.
[0008]
An enlarged view of the rotating unit 2 and the magnetic detection unit 3 is shown in FIG. FIG. 6 is an enlarged cross-sectional view of the magnetic encoder of FIG. 4 is a cross-sectional view showing the relationship between the magnetic slit plate 21 of the rotating unit 2, the magnetoresistive element 312 of the magnetic detecting unit 3, and the magnetic poles of the planar magnet 32 for applying a magnetic bias. FIG. The flat magnet 32 is magnetized with an S pole on the base side and an N pole on the back surface. Therefore, the magnetic body part of the magnetic body slit plate 21 of the rotating part 2 that is opposed at the gap L is in a state in which the magnetic resistance is smaller than that of the slit part. That is, the magnetic part of the magnetic slit plate 21 has an N pole, and the slit part has an increased magnetic resistance, so the magnetism is weaker than that of the N pole, so that it becomes an S pole (indicated as (S) in FIG. 6).
Therefore, a magnetic change occurs in the magnetic slit portion by the rotation of the rotating portion 2.
The detection signals of + A1 and -A1 of the magnetoresistive element 312 are arranged so that there is an electrical phase difference of 180 degrees. Further, + B1 and -B1 of the magnetoresistive element 312 are arranged so as to have the same relationship. Further, + A1 and + B1 of the magnetoresistive element 312 are arranged so that the detection signal has a phase difference of 90 degrees.
[0009]
FIG. 7 shows the relationship between the detection signals of the magnetoresistive elements. FIG. 7 shows a connection circuit of the magnetoresistive elements + A1 and -A1. An output signal corresponding to the slit pitch of the magnetic slit plate is shown in FIG. The magnetoresistive elements + A1 and -A1 detect signals whose phase difference is electrically different by 180 degrees. Further, when a DC voltage is applied to the input terminals + V and 0 V from the connection circuit of FIG. 7, a detection signal corresponding to the slit pitch of the magnetic slit plate shown in FIG. 9 can be obtained at the output terminal output (a). The reason why the magnetoresistive element having the phase difference of 180 degrees is arranged is to obtain a large detection signal and to cancel the fluctuation of the detection signal due to temperature fluctuation, power supply fluctuation or the like.
A method for detecting the rotation direction of the rotating unit is shown in FIGS. FIG. 10 is a connection diagram showing the detection principle, and FIG. 11 is an output signal waveform diagram thereof. In order to detect the rotation direction, two signals of output (b) having a phase difference of 90 degrees electrically from output (a) are obtained. Although the operation of one magnetoresistive element unit 312 has been shown, all nine units of this magnetoresistive element unit are connected in parallel, and an average value of output signals of each magnetoresistive element unit is output. The rotation direction can be detected by detecting whether the phase of the output signal waveform of the output (b) is advanced or delayed with respect to the output signal waveform of the output (a).
[0010]
In this embodiment, the number of magnetoresistive elements has been described as 36. However, if the number is increased to 360, the angle error is more averaged, and the shaft error and the rotation part mounting error are reduced. It can be canceled and a high-precision magnetic encoder can be obtained even when the mounting accuracy is rough. Further, if the magnetoresistive element units are arranged so as to be mechanically opposed to each other at 180 degrees with the shaft as the center, it is possible to more effectively cancel the shaft flutter and the rotation portion mounting error.
[0011]
(Second embodiment)
A second embodiment of the present invention is shown in FIG. FIG. 12 is a side sectional view showing a magnetic encoder connected by a pattern of a flexible substrate. In the figure, 33 is a flexible substrate.
The connection method of each magnetoresistive element is not limited to the semiconductor method described in the first embodiment, but is previously patterned on the flexible substrate 33, and the flexible substrate 33 and the magnetoresistive element 312 are connected by solder. In an actual connection method, connection electrodes are provided at both ends of the magnetoresistive element, cream solder is applied to the connection electrodes of the flexible substrate 33 facing each other, and the base 311 and the flexible substrate 33 are positioned and bonded together. In this state, the solder is connected in a high temperature furnace where the solder melts.
As described above, in this embodiment, since a flexible substrate with which multilayer connection is easy is used, inexpensive connection is possible. Further, if the waveform shaping circuit unit 4 is extended, there is an effect that the connection is further facilitated. In addition, since the base film (thick line display portion) of the flexible substrate faces the rotating portion with a gap L, if a material having wear resistance (for example, Kapton film) is used for the flexible substrate, An effect that the magnetoresistive element is protected even if it comes into contact with one rotating part also occurs, and the reliability of the magnetic encoder can be improved.
[0012]
(Third embodiment)
A third embodiment of the present invention is shown in FIGS. FIG. 13 is a plan view showing the rotating part, and FIG. 14 is a plan view showing the detection body. In the figure, 23 is a first slit track portion, 24 is a second slit track portion, 315 is a first magnetoresistive element pattern, and 316 is a second magnetoresistive element pattern.
The magnetic slit plate 21 of the rotating part 2 is provided with a first slit track part 23 and a second slit track part 24 having two slit tracks concentrically. The first slit track portion 23 has 36 slits, and the second slit track portion 24 has 35 slits.
Similarly, the magnetoresistive element of the detection unit 3 is also concentrically arranged with two patterns facing the two slit tracks of the magnetic slit plate 21. That is, the first magnetoresistive element pattern 315 faces the first slit track portion 23 and the second magnetoresistive element pattern 316 faces the second slit track portion 24. The magnetoresistive element pattern includes 36 magnetoresistive element units 315a and 35 magnetoresistive element units 316a.
Now, when the magnetic slit plate 21 is rotated, as shown in the detection signal waveform in FIG. 15, the magnetoresistive element unit 315a corresponding to the first slit track portion 23 generates a sine wave signal of 36 cycles per rotation. From the magnetoresistive element unit 316a corresponding to the second slit track portion 24, 35 cycles of detection signals are obtained per rotation. Since the difference S between the slits, which is the phase difference between the obtained signals, is completely different during one rotation, the absolute value angle can be detected by detecting this phase difference. Thus, the absolute value angle can be detected by arranging a plurality of tracks having different numbers of slits. In addition, since the magnetic slit plate of the rotating unit 2 and the magnetoresistive element of the detecting unit 3 are simultaneously formed in the same manufacturing process using a semiconductor manufacturing apparatus, they can be manufactured at low cost even if a plurality of tracks are arranged. Can do.
[0013]
【The invention's effect】
As described above, the present invention has the following effects.
(1) Since the magnetic slit plate and the planar magnet are combined facing each other, the magnetic slit plate has the same function as a highly accurate multi-pole magnetized rotating part, and improves the magnetic pole angle accuracy. Can do. In addition, since the magnetoresistive elements arranged in an annular shape with a length corresponding to the slit length of the slit plate are arranged, it is possible to detect and correct the shaft flutter and the rotating portion mounting error. For this reason, concentric alignment may be rough in the assembly of the rotating part, and a highly accurate magnetic encoder with a simple detection structure can be obtained.
(2) Since the rotating part is composed of an integral magnetic body, it is possible to obtain an inexpensive and highly accurate magnetic encoder with little variation.
(3) Since the base material of the flexible substrate that protects the magnetoresistive element of the detection unit uses a base material having wear resistance, the magnetoresistive element is protected even if it contacts the rotating part, A highly reliable magnetic encoder can be obtained.
(4) Since at least two annular slit patterns of the slit portion and the annular magnetoresistive element patterns are arranged concentrically in the radial direction, the absolute angle can be detected.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic diagram of a magnetic encoder showing a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a partially enlarged view of a rotating part in FIG.
FIG. 3 is a plan view showing details of a detection body in FIG. 1;
FIG. 4 is a connection diagram showing a method of connecting magnetoresistive elements in the first embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a connection diagram showing another connection method of the magnetoresistive element in the first embodiment of the present invention;
FIG. 6 is an enlarged cross-sectional view of a rotation unit and a detection unit in the first embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a connection diagram of the magnetic encoder in the first embodiment of the present invention.
FIG. 8 is a waveform diagram showing the detection principle of the magnetic encoder in the first embodiment of the invention.
FIG. 9 is an output waveform diagram of the magnetic encoder in the first embodiment of the present invention.
FIG. 10 is a connection diagram illustrating the detection principle of the magnetic encoder of the present invention.
FIG. 11 is an output waveform diagram of the magnetic encoder of the present invention.
FIG. 12 is a sectional side view of a magnetic encoder showing a second embodiment of the invention.
FIG. 13 is a plan view of a rotating unit showing a third embodiment of the present invention.
FIG. 14 is a plan view of a detector showing a third embodiment of the present invention.
FIG. 15 is a waveform diagram showing the detection principle of the third embodiment of the present invention.
FIG. 16 is a schematic diagram showing a conventional magnetic encoder.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Shaft 2 Rotating part 21 Magnetic body slit plate 22 Magnetic body disk 23 1st slit track part 24 2nd slit track part 25 Gear 3 Detection part 31 Detection body 311 Base body 312 Magnetoresistance elements 313, 315a, 316a Connection conductor 315 First magnetoresistive element pattern 316 Second magnetoresistive element pattern 32 Planar magnet 33 Flexible substrate 34 Bias magnet 4 Waveform shaping circuit section

Claims (4)

回転体のシャフトに固定された円板状の回転部と、前記回転部に所定の空隙を介して対向させた磁気検出部とを備え、前記回転体の回転角度を磁気的に検出する磁気エンコーダにおいて、
前記回転部は磁性体ディスクと円周方向にスリット部を設けた磁性体スリット板とし、前記磁気検出部は前記スリット部に対応した長さの磁気抵抗素子とこの磁気抵抗素子を結線した結線用導体とにより形成した磁気抵抗素子ユニットを環状に配置しこれを基体に固定した検出体と、前記検出体の背面に単極で着磁した平面磁石とからなるものとしたことを特徴とする磁気エンコーダ。
A magnetic encoder comprising: a disk-shaped rotating portion fixed to a shaft of a rotating body; and a magnetic detection unit opposed to the rotating portion via a predetermined gap, and magnetically detecting a rotation angle of the rotating body. In
The rotating part is a magnetic slit plate provided with a magnetic disk and a slit part in the circumferential direction, and the magnetic detection part is for connecting a magnetoresistive element having a length corresponding to the slit part and the magnetoresistive element. A magnetic element characterized in that it comprises a detection body in which a magnetoresistive element unit formed of a conductor is arranged in an annular shape and is fixed to a base, and a flat magnet magnetized with a single pole on the back surface of the detection body. Encoder.
前記回転部は、一体の磁性体で構成されていることを特徴とする請求項1の磁気エンコーダ。  The magnetic encoder according to claim 1, wherein the rotating portion is formed of an integral magnetic body. 前記検出部の磁気抵抗素子を保護するフレキシブル基板の基材は、耐摩耗特性を有する基材を使用したことを特徴とする請求項1または2に記載の磁気エンコーダ。 3. The magnetic encoder according to claim 1, wherein the base material of the flexible substrate that protects the magnetoresistive element of the detection unit is a base material having wear resistance. 前記スリット部の環状のスリットのパターンおよび前記環状の磁気抵抗素子のパターンを半径方向に同心円状に少なくとも2個配置したことを特徴とする請求項1からのいずれか1項に記載の磁気エンコーダ。The magnetic encoder according to any one of claims 1 to 3, characterized in that the pattern of the pattern and the annular magnetoresistive element of the annular slit of the slit portion was at least two and disposed radially concentrically .
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