(57)【要約】  センサに対して動くように配置され交番極性の磁極を有する磁気エンコーダに効果的に接続される磁場センサを備え、センサはそれぞれ２つの磁電素子により形成される少なくとも２つのハーフブリッジからなり、電気特性は磁場の強さに依存する装置において、各ハーフブリッジの素子は反対方向に流れ込む抵抗／磁場強度特性を有し、磁場に一致するように配置され、ハーフブリッジ間の間隔は磁気エンコーダの磁極ピッチの一部に対応する。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁気エンコーダに効果的に接続される磁気センサを備え、前記磁気エンコーダは前記センサに対して動くことができるように配置され、交番極性の磁極を有し、前記センサはそれぞれ２つの磁電素子により形成される少なくとも２つのハーフブリッジを有し、電気特性は磁場強度に依存し、各ハーフブリッジの前記素子は反対方向に流れ込む抵抗／磁界強度特性を有し、磁場に一致するように配置され、前記ハーフブリッジ間の間隔は前記磁気エンコーダの磁極ピッチの一部に対応することを特徴とする装置。
【請求項２】
前記ハーフブリッジ間の間隔は前記磁気エンコーダの磁極ピッチの４分の１に対応することを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記ハーフブリッジ間の間隔は前記磁気エンコーダの磁極ピッチの４分の１に等しくなく、前記ハーフブリッジの出力信号の少なくとも１つが位相補正されることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項４】
前記磁電素子はバーバーポールを有する磁気抵抗素子であり、前記抵抗／磁界強度特性が対向するように前記バーバーポールの配向が対向することを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の装置。
【請求項５】
前記バーバーポールの配向は互いに９０°でオフセットされることを特徴とする請求項４に記載の装置。
【請求項６】
前記少なくとも２つのハーフブリッジの出力信号はバイナリ信号に変換され、前記バイナリ信号は論理結合されることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の装置。
【請求項７】
前記少なくとも２つのハーフブリッジの出力信号は逆三角関数を適用することにより前記エンコーダの動作に線形に変化する信号へ変換されることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【発明の詳細な説明】
【０００１】
本発明は、センサに対して動くように配置され交番極性の磁極を有する磁気エンコーダに効果的に接続される磁場センサを備え、センサはそれぞれ２つの磁電素子により形成される少なくとも２つのハーフブリッジからなる装置に関し、その装置の電気特性は磁場の強さに依存する。
【０００２】
磁場センサを備える装置は、幅広い目的、特に回転速度の測定、回転方向検知及び角度位置測定のためのロータリ磁気エンコーダや位置及び速度を測定するリニア磁気エンコーダに使用される。エンコーダは交番磁化層を有する。エンコーダの相対的動きの間、センサはさらなる測定なしにいずれの場合も３６０°の角度を超える信号周期を有する周期的な、例えば正弦関数のような、出力信号を生成する。これは一対の磁気層であるＮ／Ｓ極に対応し、そのため磁極ピッチλ（＝３６０°）に対応する。
【０００３】
このようなセンサは例えばＵＳ６，２４６，２３３に記載されており、分解能（エンコーダの磁極ピッチ毎のパルス）を増す策がとられている。この文書では、４つの磁気抵抗が８分の３の磁極ピッチ間隔で配置され、それぞれハーフブリッジを形成し、出力信号は位相シフトされる。方形波信号の形成及び論理結合の実行により、前記周波数の２倍のパルスが生成される。しかし知られている装置では、２つより多いハーフブリッジが用いられることも可能である。所定の間隔のため、知られているセンサ装置は非常に大きく、特に集積技術を用いた大量生産の場合、かなりのコストの原因となる。
【０００４】
本発明の目的は、センサ装置の分解能を出来る限り高く維持しながら、機械機器の寸法を低減することである。
【０００５】
この目的は、各ハーフブリッジの素子が反対方向に流れ込む抵抗／磁界強度特性を有し磁界に関して位相が一致するように配置され、ハーフブリッジ間の間隔が磁気エンコーダの極間ピッチの一部に対応する本発明による装置により達成される。
【０００６】
本発明による装置においては、ハーフブリッジ間の間隔が磁気エンコーダの極間ピッチの４分の１に対応するように与えられることが好適である。しかし、ハーフブリッジ間の間隔を磁気エンコーダの極間ピッチの４分の１と等しくせず、及びハーフブリッジの出力信号の少なくとも１つを位相補正させることも可能である。
【０００７】
２つのハーフブリッジを使用したとき、本発明の利点により適切な小型センサには磁極ピッチの一部の２つのハーフブリッジの間隔のみが必要であり、一方知られている装置はこの場合１磁極ピッチ長より大きい。
【０００８】
反対方向に流れ込む抵抗／磁界強度特性を有する磁電素子が得られる。本発明では、磁電素子はバーバーポール（ｂａｒｂｅｒ  ｐｏｌｅｓ）を有する磁気抵抗素子であり、抵抗／磁界強度特性が対向するように、特にバーバーポールの配向が互いに９０°でオフセットされるように、バーバーポールの配向は対向することが好適である。
【０００９】
バーバーポールを有する磁気抵抗素子は市販されており、例えばPhilips“Data Handbook SC17 2001,Semiconductor Sensors”,33,39ページに記載されている。
【００１０】
少なくとも２つのハーフブリッジの出力信号がバイナリ信号に変換され、そのバイナリ信号が論理結合される有利な一実施例において、少なくとも２つの出力信号の周波数の単純な乗算が得られる。これは好適には排他的ＯＲゲートを用いて起こり得る。
【００１１】
別の有利な実施例によれば、少なくとも２つのハーフブリッジの出力信号が逆三角関数を適用することによりエンコーダの動作に対して直線的に変化する信号へ変換され、分解能を上げる別の可能性があり得る。
【００１２】
本発明は図面に示される実施例を参照してさらに説明されるが、本発明はそれに限定されない。
【００１３】
［好適な実施例の説明］
図１は磁気抵抗１，２，３，４を有する２つのハーフブリッジを示し、ハーフブリッジ１，２：３，４のそれぞれの抵抗は異なる方向のバーバーポールを備え、図１及び２に示されるようにハッチングの方向が異なる。ハーフブリッジの出力５，６はそれぞれ、図３の一部に示されるように正弦関数でありエンコーダ７の磁極ピッチの４分の１位相シフトされた、電圧Ｖ１及びＶ２を伝送する。
【００１４】
ハーフブリッジの出力信号Ｖ１及びＶ２はそれぞれ増幅器１２，１３に与えられ、基準電圧と比較される。その差分がそれぞれ比較器１４，１５に伝わり、さらなる基準電圧Ｖｒｅｆ２との比較によりバイナリ信号に変換される。バイナリ信号は１６で互いに結合され、出力１７で、図４に示され磁極ピッチλの半分のサイズの波長を有する、信号Ｖｏｕｔが作り出される。図２は２つのハーフブリッジを備えたセンサの側面図である。
【００１５】
図５は正弦電圧から方形波パルスを導き出す別の可能性を示し、方形波パルスは図４に示されるよりも高い周波数を有する。この目的のため、例えばＣｏｒｄｉｃアルゴリズムを用いて、角度αに対し線形に変化する電圧Ｖ３＝ａｒｃｔａｎ（Ｖ１／Ｖ２）がＶ１及びＶ２から導き出される。図５に示されるパルス信号Ｉ３は多くの比較器又はアナログ／デジタル変換器により生成され、図５に示される例では磁極ピッチを超えるパルスの数が図４と比較して２倍に増加され得る。従ってパルス数は比較器の分解ステップの数により決定される。
【００１６】
図６は互いにλ／４の間隔で配置された４つのハーフブリッジを有するセンサを示し、磁気エンコーダとの協働が図７に示される。出力信号が図８に示され、高い角度分解能を有するデジタル信号を形成するために有利に結合され得る。
【００１７】
本発明はセンサの個別ハーフブリッジのλ／４の間隔に限定されない。図９及び図１０に示されるようなｘ個のハーフブリッジを有するセンサでは、他の間隔ｘが選択され得る。図１１に示される出力信号におけるλ／４以外の位相シフトのため、その計算は磁極ピッチの整数倍を表すデジタル信号を形成するためのさらなる測定を必要とする。このような測定は例えば和及び差構造を含む。
【００１８】
図１２はリニア磁気エンコーダ２１に対向して位置し矢印方向に移動できるセンサ１０を示す。
【００１９】
図１３はロータリエンコーダ２２の外周にある同じセンサを示す。ハーフブリッジの出力電圧Ｖ１及びＶ２は図１に示される実施例と同じ方法で求められ、ロータリ磁気エンコーダ２４の端面２３にあるセンサ１０を示す図１４に示される実施例でも同様である。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】１／４の間隔で配置され磁気抵抗を含む２つのハーフブリッジを示す図である。
【図２】２つのハーフブリッジを有するセンサの側面図である。
【図３】図１に示されるハーフブリッジの出力信号の曲線を示す図である。
【図４】図１に示される装置の出力パルスの曲線を示す図である。
【図５】出力パルス生成の別の方法の一例を示す図である。
【図６】４つのハーフブリッジを有するセンサの一例を示す図である。
【図７】同じセンサ及びそれの磁気エンコーダとの連携を示す図である。
【図８】図６及び７に示されるセンサの出力信号を示す図である。
【図９】λ／４以外の間隔で配置されたｘ個のハーフブリッジを有するセンサを示す図である。
【図１０】磁気エンコーダと協働する同じセンサを示す図である。
【図１１】図９及び１０に示されるエンコーダの出力信号を示す図である。
【図１２】リニアエンコーダ上の位置測定用磁気抵抗センサの一適用例を示す図である。
【図１３】ロータリエンコーダの外周での回転速度を測定する一適用例を示す図である。
【図１４】ロータリエンコーダの端面での回転速度を測定する一適用例を示す図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【国際調査報告】
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