JP2000338257A - 磁性金属センサ - Google Patents
磁性金属センサInfo
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Abstract
つ高精度に行う。 【解決手段】 磁性金属センサ2は、円板状のギア1の
歯の回転方向に対して垂直方向の磁界を検出する感磁部
11と、ギア11の歯の回転方向に感磁部11を挟んで
離間配置され、この回転方向に直交する方向に磁界を発
生する2つのバイアス磁石15,16を有する。この2
つのバイアス磁石は、磁化方向が互いに反対である。そ
のため、ギア1の歯が2つのバイアス磁石により発生さ
れる磁界内を通過すると、感磁部11が正負に反転する
磁界を検出する。
Description
する磁性金属センサに関するものである。
センサが知られている。
アの歯や櫛状の金属の棒群等のような並列に配置された
複数の金属片を検出をして、この複数の金属片の移動位
置を検出する位置検出装置等に適用される。具体的に
は、この磁性金属センサは、ギアの歯数を検出してギア
の回転速度や回転角度を制御する工作機械等のシステム
や、布や化学繊維等の編み機などで繊維を編むための櫛
状の編み棒の棒数を検出してその移動位置を制御するシ
ステム等に用いられている。
を検出する従来の磁性金属センサを図18に示す。この
図18に示す従来の磁性金属センサ101は、例えば、
ギア102との対向面の形状がこのギア102の歯の凸
部の大きさに併せて形成された磁性体コア103と、中
心軸がギア102との相対移動方向に対して直交するよ
うにこの磁性体コア103に巻回されたコイル104
と、このコイル104からギア102へ向かう方向(或
いはその反対の方向)にこのコイル104にバイアス磁
界を与えるバイアス磁石105とを有している。
ア102が回転移動することによりコイル104内の磁
界が変化し、この磁界変化に応じてこのコイル104が
発電する。コイル104が発電することにより出力され
る信号は、ギア102の歯の凹凸の変化に応じて略正弦
波状に変化する。従って、この従来の磁性金属センサ1
01を適用した位置検出装置は、この略正弦波状の信号
の例えばピーク値をカウントすることによって、ギア1
02の回転位置や回転速度を測定することができる。
力信号は、磁界の変化に応じてレベルが変化するので、
すなわち、ギア102の歯の凹凸の通過速度に応じてレ
ベルが変化するので、ギア102が静止していて磁界変
化が生じていない場合には得ることができない。また、
ギア102が低速度で回転する場合なども、磁界の変化
量が少ないので、正確にギア102の歯を検出すること
ができない。
対して、ホール素子、磁気抵抗素子又は過飽和コイル素
子等の磁束応答型の素子を用いた磁性金属センサが知ら
れている。この磁束応答型の素子を用いた磁性金属セン
サは、上記磁性金属センサ101のコイル104を磁束
応答型の素子に置き換えることにより構成することがで
きる。この磁束応答型の素子を用いた磁性金属センサ
は、素子に及んでいる磁界の強さに比例した信号を出力
することができる。従って、この磁束応答型の素子を用
いた磁性金属センサを適用した位置検出装置は、ギア1
02が静止して磁化変化が生じていない場合であって
も、素子に対向する位置に存在するギアの歯の凹凸に応
じたレベルの信号を出力することができる。
又は過飽和コイル素子は、検出感度が非常に低く、特に
磁気抵抗素子は、磁界の変動に対する抵抗変化率が2〜
3%と低く、出力信号のS/N比が大きくとれない。そ
のため、この磁気抵抗素子等を用いた磁性金属センサを
位置検出装置に適用した場合、センサとギアとのクリア
ランスの変動の影響等によって、DCレベルの変動や検
波ミス等が生じ、検出精度が悪くなってしまう。また、
過飽和コイル素子は、磁気抵抗素子等に比べて感度が高
いものの回路的に複雑な構成となるため、コストが高く
なってしまう。
たものであり、相対的に移動する金属片の検出を、高感
度かつ高精度に行う磁性金属センサを提供することを目
的とする。
めに、本発明に係る磁性金属センサは、磁性金属である
被検出部材に対して相対移動し、この相対移動方向と直
交する方向の磁界を検出する磁界検出手段と、上記被検
出部材と上記磁界検出手段との相対移動方向に、上記磁
界検出手段を挟んで離間配置され、上記相対移動方向に
直交する方向に磁界を発生する一対の磁界発生手段とを
備え、上記一対の磁界発生手段は、磁化方向が互いに反
対であることを特徴とする。
段が発生する磁界内を、この磁界と直交する方向に上記
被検出部材が通過すると、上記磁界検出手段は、以下の
ような磁界を検出する。
近づき他方の磁界発生手段から離れた位置にある場合、
上記磁界検出手段は、一方の磁界発生手段により発生さ
れた磁束が上記被検出部材に吸収されるため、他方の磁
界発生手段により発生された磁界を多く検出する。
近づき一方の磁界発生手段から離れた位置にある場合、
上記磁界検出手段は、他方の磁界発生手段により発生さ
れた磁束が上記被検出部材に吸収されるため、一方の磁
界発生手段により発生された磁界を多く検出する。
る磁界は、磁化方向が互いに反対である。そのため、上
記磁界検出手段は、上記被検出部材が一対の磁界発生手
段が発生する磁界内をこの磁界と直交する方向に通過す
ると、検出する磁界の方向が、例えば0を中心として正
負に反転する。
通過に応じて正負に変化する磁界を検出する。
上記被検出部材が、間隔Pを以て並列に配置された複数
の金属片からなり、上記一対の磁界発生手段が、上記被
検出部材との相対移動方向と平行な方向の長さがP/2
以下であり、上記被検出部材との相対移動方向と平行な
方向における中心位置から上記磁界検出手段まで間隔が
P/4以下とされて配置されることを特徴とする。
上記磁界検出手段が、磁束応答型のセンサからなること
を特徴とする。
上記磁界検出手段が、高透磁率材料からなるコアと、上
記コアに巻回され高周波励磁駆動されるコイルとからな
ることを特徴とする。
本発明にかかる磁性金属センサを、歯の凹凸が所定の間
隔で設けられた円板状のギアの回転位置を検出する回転
位置検出装置に適用した場合について、図面を参照しな
がら説明する。
属センサを示すとともに、両者の位置関係を模式的に示
す。
おり、円板の中心位置を中心軸として回転する。ギア1
は、その外周に沿って円周方向に連続した凹凸が形成さ
れ、この凹凸がギア歯となっている。ここで、ギア歯の
凸部分を凸部1aとし、ギア歯の凹部分を凹部1bとす
る。また、ある凸部から隣接する次の凸部までの距離を
ピッチPとする。
を有し、このケース3内に後述するバイアス磁石や感磁
部等が収納されている。この磁性金属センサ2は、略円
筒状のケース3の長手方向が、ギア1の凸部1a(或い
は凹部1b)の移動方向に対して垂直となり、ギア1の
凸部1a(或いは凹部1b)に一方の円形の底面が対向
する位置に、図示しないが固定されている。また、この
ケース3とギア1とは接触しないように離間して設けら
れている。また、この磁性金属センサ2には、ケース3
の内部に収納された感磁部を外部から駆動等するための
信号線4,5,6が設けられ、ケース3から挿出してい
る。なお、以下、ギア1が回転することにより凸部1a
(或いは凹部1b)が移動する方向を、ギアの移動方向
X1,X2とし、略円筒状のケース3の長手方向(即
ち、ケース3の一方の底面から他方の底面に向かう方
向)を、センサの長手方向Y1,Y2とする。
磁性金属センサ2とは、ギア1が回転することによっ
て、ギアの移動方向X1,X2に相対移動をする。
2の内部構造を模式的に示す。図2は、ケース3を取り
除いて示した磁性金属センサ2の内部構造の斜視図であ
り、図3は、図2中A方向からみたギア1及び磁性金属
センサ2の側面図である。
のコア12にコイル13及びコイル14が巻回された感
磁部11と、この感磁部11に磁界を与える第1と第2
のバイアス磁石15,16とを有している。
に、所定のギャップ幅gをもって長手方向が平行となる
よう設けられた略直方体の垂直部12a、12bと、こ
の2つの垂直部12a,12bの長手方向の一端部を接
続する接続部12cとからなる。コア12は、2つの垂
直部12a,12bと接続部12cとが一体成形され、
全体として略コ字状となっている。このコア12は、例
えば、NiFe組成のパーマロイ等やFe,Co,S
i,B等で構成されたアモルファス材料等の軟磁性を示
す材料からなる。
12bには、それぞれコイル13,14が巻回されてい
る。これらコイル13,14は、その中心軸が上記垂直
部12a,12bの長手方向に平行となるように巻かれ
ている。
14の中心軸がセンサの長手方向Y1,Y2と平行とな
るようにケース3内に収納されている。即ち、上記垂直
部12a,12bの長手方向が、センサの長手方向Y
1,Y2と平行となるようにケース3内に収納されてい
る。また、感磁部11は、2つのコイル13,14の中
心軸がギアの回転方向に対して垂直に並ぶようにケース
3内に収納されている。
長手方向がギアの移動方向X1,X2に対して垂直とな
るように設けられ、ケース3の円形の底面がギア1の凸
部1a(或いは凹部1b)と対向する位置に設けられて
いることから、感磁部11とギア1の凸部1aとは、ギ
ア1が回転することによって、ギアの移動方向X1,X
2に相対移動をすることとなる。また、このように設け
られた感磁部11は、コイル13,14の中心軸がセン
サの長手方向Y1,Y2と平行に設けられているので、
このセンサの長手方向Y1,Y2に平行に入射する外部
磁界に対する感度が非常に高くなっている。
高周波の電流が流されて励磁駆動される。コイル13,
14の巻き線方向と励磁する高周波電流の電流方向との
関係は、その極性が逆となる関係になる。つまり、流さ
れる高周波電流によってコイル13に発生する磁界とコ
イル14に発生する磁界とが、逆の方向となるような関
係にある。例えば、コイル13とコイル14との巻き線
方向が同一である場合は互いに逆相の高周波電流で励磁
され、また、コイル13とコイル14との巻き線方向が
逆である場合は互いに同相の高周波電流で励磁される関
係となっている。なお、コイル13,14に流される高
周波電流は、正弦波信号であってもよいし、パルス波信
号であってもよい。
に流されることによって、このコイル13,14は、外
部から与えられる磁界に対して大きなインピーダンス変
化が生じる。これは、高周波電流による励磁の損失分
が、コイル13,14に与えられる外部磁界に応じて大
きく変化するためである。このように高周波励磁駆動さ
れるコイル13,14は、従来から用いられている過飽
和型のフラックスゲートセンサとは異なり、磁界検出用
のコイルを必要としないため小型化することが可能であ
る。また、このようなコイル13,14は、高周波励磁
駆動をするため、外部磁界に対する応答速度が非常に高
い。例えば、コア12の全体の寸法を2mm×5mmの
コ字状の開磁路とし、例えば、1MHzで高周波励磁駆
動をした場合には、外部磁界に対する応答速度は100
kHz程度となる。なお、一般的なフラックスゲートセ
ンサは、全体の寸法が約30×30mm程度となり、応
答速度も数kHz程度と遅い。
流による励磁の損失分が、外部磁界の変動によって高速
且つ大きく変化するので、高い感度で且つ高い効率で外
部磁界を検出することができる。例えば、上記コア12
に60μmの導線を50回巻き回したコイルを、正弦波
信号の電流で励磁駆動した場合、図5に示すように、約
800A/m程度の磁界から急激にインピーダンス変化
が生じる。そして、変化の急峻なところでは、80A/
m当たり20%程度、全体では60%程度のインピーダ
ンスインピーダンス変化率が得られる。なお、この変化
率は、以下の式に基づき算出した。
0)/R0)×100 このようなコイル13,14は、信号線4,5,6と接
続され、この信号線4,5,6を介して例えばこの磁性
金属センサ2の外部に設けられた駆動検出回路と接続さ
れる。これらコイル13,14は、この駆動検出回路か
ら励磁電流が供給され、この駆動検出回路によりインピ
ーダンスの変化分が電圧値として検出される。
6は、例えば、フェライト磁石等からなり、図2及び図
3に示したように、略直方体の形状を有している。第1
と第2のバイアス磁石15,16は、感磁部11が磁界
を検出する方向と平行な方向に磁界を発生するような位
置に配置される。即ち、センサの長手方向Y1,Y2に
平行な方向に磁界を発生する位置に配置される。さら
に、この第1と第2のバイアス磁石15,16は、感磁
部11を挟んでギアの移動方向X1,X2に平行な方向
に離間配置されるとともに、互いに逆方向の磁界を発生
するように配置される。
6は、ギアの移動方向X1,X2に平行な方向の幅がW
とされている。この幅Wは、ギア1のピッチをPとした
とき、P/2以下であればよい。また、第1のバイアス
磁石15のギアの移動方向X1,X2における中心位置
から、感磁部11のコイル13,14の中心軸までの距
離は、lとされている。また、第2のバイアス磁石16
のギアの移動方向X1,X2における中心から、感磁部
11のコイル13,14の中心軸までの距離も、同様に
lとされている。この距離lは、ギア1のピッチをPと
したとき、P/4以下であればよい。
5,16は、フェライト磁石に限られず、例えば、Sm
Co、CeCo、NdFeB等の磁石を用いてより強い
磁界を発生してもよく、電磁石等を用いて2つの磁石が
発生する磁界の強さのバランスを調整するようにしても
良い。また、その形状も略直方体に限られず、感磁部1
1が磁界を検出する方向と平行な方向の磁界を発生可能
な形状であればよい。
について説明する。コイル13,14の励磁駆動及び信
号検出を行う駆動検出回路は、例えば、図6に示すよう
な回路が用いられる。
31と、センサ出力検出部32と、コンパレート部33
とから構成される。
z,デューティ比1:10のパルス信号を発生する。
らのパルス信号に基づきコイル13,14の励磁電流を
スイッチングするスイッチング回路34と、コイル13
の出力電圧を検出して平滑化する第1の平滑回路35
と、コイル14の出力電圧を検出して平滑化する第2の
平滑回路36と、上記第1の平滑回路35により平滑化
されたコイル13の出力と上記第2の平滑回路36によ
り平滑化されたコイル14の出力との差動電圧を検出す
る差動増幅回路37とを備えている。
に応じてコイル13及びコイル14と電圧源(Vcc)
と接続ラインをオンオフし、コイル13,14に流れる
電流をスイッチングする。このことにより、これらコイ
ル13,14は、高周波パルス電流で励磁される。
する電圧を検出して平滑化する。第2の平滑回路36
は、コイル14に発生する電圧を検出して平滑化する。
35により平滑化されたコイル13の出力と上記第2の
平滑回路36により平滑化されたコイル14の出力との
差動電圧を出力する。
から出力された差動電圧と、基準電圧とを比較して、差
動電圧がこの基準電圧より高いか或いは低いかを表す2
値化信号を、例えば図示しない制御回路等に供給する。
値化された出力信号のパルス数をカウントすることによ
り上記ギア1の凸部1a及び凹部1bの検出数を求める
ことができ、この検出数からギア1の回転位置を検出す
ることができる。
13,14を高周波のパルス電流で励磁駆動し、この励
磁駆動されたコイル13,14に与えられた外部磁界を
検出することができる。
よるギア1の歯(凹凸)の検出動作について説明をす
る。なお、ここでは、感磁部11が、ある1つの凸部1
aの中心位置から1ピッチ分(距離P)移動する場合に
ついての動作を説明をする。
が、図7(A)に示すように、感磁部11がある1つの
凸部1aの中心の直上に位置していて、第1のバイアス
磁石15と凸部1aとの間の距離と、第2のバイアス磁
石16と凸部1aとの間の距離とが、同一となっている
状態(第1の状態)であるとする。この第1の状態にお
いて、第1と第2のバイアス磁石15,16が感磁部1
1に対して及ぼしている磁界は、互いの磁界の方向が反
対であって、且つ同じ量となる。そのため、この第1の
状態において、感磁部11が検出する磁界は、第1のバ
イアス磁石15から与えられる磁界と、第2のバイアス
磁石16から与えられる磁界とが相殺されて、0とな
る。この状態における磁性金属センサ2から出力される
出力信号のレベルを0とする。
対してP/4ピッチ分移動すると、ギア1及び磁性金属
センサ2の関係は、図7(B)に示すように、感磁部1
1が凸部1aと凹部1bとの境界に位置していて、第2
のバイアス磁石16は凸部1aに接近し、第1のバイア
ス磁石15は凸部1aと離れている状態(第2の状態)
となる。この第2の状態において、感磁部11が検出す
る磁界は、第2のバイアス磁石16から与えられる磁界
よりも、第1のバイアス磁石15から与えられる磁界の
方が大きくなる。そのため、この第2の状態において、
感磁部11が検出する磁界は、正方向(図中下向きの方
向(第1のバイアス磁石15が発生する磁界の方向と反
対方向)を正方向とする)に増加する。従って、この磁
性金属センサ2のコイル13,14のインピーダンスが
変化し、出力される出力信号のレベルがプラス側に高く
なっている状態となる。
対してP/4ピッチ分移動すると、ギア1及び磁性金属
センサ2の関係は、図7(C)に示すように、感磁部1
1が隣接した2つの凸部1aの中間に位置していて、第
1と第2のバイアス磁石15,16が両者とも凸部1a
と凹部1bの境界に位置して、第1のバイアス磁石15
と凸部1aとの間の距離と、第2のバイアス磁石16と
凸部1aとの間の距離が、同一となっている状態(第3
の状態)となる。この第3の状態において、第1と第2
のバイアス磁石15,16が感磁部11に対して及ぼし
ている磁界は、互いの磁界の方向が反対であって、且つ
同じ量となる。そのため、この第3の状態において、感
磁部11が検出する磁界は、第1のバイアス磁石15か
ら与えられる磁界と、第2のバイアス磁石16から与え
られる磁界とが相殺されて、0となる。従って、この磁
性金属センサ2から出力される出力信号のレベルは、0
となる。
対してP/4ピッチ分移動すると、ギア1及び磁性金属
センサ2の関係は、図8(A)に示すように、感磁部1
1が凹部1bと凸部1aとの境界に位置していて、第1
のバイアス磁石15は凸部1aに接近し、第2のバイア
ス磁石16は凸部1aと離れている状態(第4の状態)
となる。この第4の状態において、感磁部11が検出す
る磁界は、第1のバイアス磁石15から与えられる磁界
よりも、第2のバイアス磁石16から与えられる磁界の
方が大きくなる。そのため、この第4の状態において、
感磁部11が検出する磁界は、負方向に減少する。従っ
て、この磁性金属センサ2のコイル13,14のインピ
ーダンスが変化し、出力される出力信号のレベルがマイ
ナス側に低くなっている状態となる。
対してP/4ピッチ分移動すると、ギア1及び磁性金属
センサ2の関係は、図8(B)に示すように、感磁部1
1がある1つの凸部1aの中心の直上に位置していて、
第1のバイアス磁石15と凸部1aとの間の距離と、第
2のバイアス磁石16と凸部1aとの間の距離が、同一
となっている状態(第5の状態)となる。この第5の状
態におけるギア1と感磁部11との位置関係は、上記第
1の状態と同一である。従って、この第5の状態では、
第1と第2のバイアス磁石15,16が感磁部11に対
して及ぼしている磁界は、互いの磁界の方向が反対であ
って、且つ同じ量となる。そのため、この第5の状態に
おいて、感磁部11が検出する磁界は、0となる。従っ
て、この磁性金属センサ2から出力される出力信号のレ
ベルは、0となる。
チ分の移動をすることにより、感磁部11に及ぼす磁界
の方向が一回転する。そして、磁性金属センサ2が出力
する出力信号のレベルは、図9に示すように、ギア1の
凹凸の形状と同期した正弦波状となる。
1が1ピッチ分移動すると、コイル13,14に与えら
れるバイアス磁界が、0レベルを中心として正負に一回
転する。そのため、この磁性金属センサ2では、正方向
及び負方向の磁界の増減を検出することから、バイアス
磁界の変化量が大きくなりる。また、この磁性金属セン
サ2をギアの回転位置を検出する回転位置検出装置に適
用した場合、0レベルをスレッショルドとしてギアのピ
ッチをカウントして回転位置を検出する構造(例えば、
コイル13とコイル14のレベルを比較してギアの1ピ
ッチ分をカウントする構造)となる。そのため、ギア1
と磁性金属センサ2とのクリアランスを自由に設定する
ことができ、また、このクリアランスが変動しても検出
エラーが生じず精度良く、ギア1の回転位置を検出する
ことができる。
ス磁界の変化が大きいため、コイルセンサに限らず、例
えば、感磁部11にホール素子や磁気抵抗素子等を用い
ても、ギア1の回転位置を検出することができる。
度位相をずらした2つの磁性金属センサを設けることに
より、この2つの磁性金属センサ2からサイン信号とコ
サイン信号とを検出することができる。このことによ
り、ギア1の回転方向も検出可能であり、さらに、ギア
1の凹凸の1周期より小さい回転角の移動も検出可能な
位置検出装置を設計することができる。
6mm、凹部と凸部との高さの差が2mm、歯数が50
個、材質が鉄の円板状ギアの回転位置を検出する磁性金
属センサの設計例について説明する。
は、パーマロイを用いた。このコア12の各部位の寸法
は、図10に示すように、垂直部12a,12bの長手
方向の長さを5mm、幅を0.5mm、厚さを50μm
とし、接続部12cの長さを1mm、幅を0.5mm、
厚さを50μmとした。また、この垂直部12a,12
bとの間のギャップ幅gを1.0mmとした。各部位の
寸法をこのようにすることにより、コア12全体の寸法
は、長手方向の長さが5.0mm、幅が2mm、厚さが
50μmとなり、平面コ字状の形状となる。本実施例で
は、このような形状をエッチングにより成形した後、加
工歪みによる磁気特性の劣化を改善するため熱処理を施
して、コア12を作成した。
2bには、それぞれ、直径60μmの銅線を、50回ず
つ巻回してコイル13,14を形成した。このコイル1
3,14の巻回の方向は、同一方向又は逆方向のどちら
でもよいが、励磁駆動する場合に、発生する磁界が逆相
となるようにした。
のは、それぞれ逆相となるように励磁駆動することによ
り、外部から与えられる同相の磁界に対して出力が大き
く取り出せるとともに、電気的に生じるノイズ等を除去
することができるためである。従って、磁性金属センサ
2では、2つの逆相に励磁駆動されるコイル13,14
を用いることにより、検出レベルが高く、且つ、高精度
な信号を出力することができる。なお、本実施例では、
磁界をより収束することができるとともに製造が簡単で
あることから、コ字状のコア12を用いているが、2つ
のコイル13,14が巻回されるコアがそれぞれ分離さ
れていてもよい。また、本実施例では、逆相に励磁駆動
される2つのコイルを用いて感磁部11を形成している
が、1つのコイルで感磁部11を形成してもよい。
図11に示すように、7mm×5mm×0.6mmの直
方体の形状とした。磁化方向は、5mm×0.6mmの
面(底面)を垂直に貫く方向、すなわち、7mmの辺
(長辺)と平行とした。0.6mmの辺(短辺)は、第
1と第2のバイアス磁石15,16のギアの移動方向X
1,X2に平行な方向の辺となる。従って、この短辺の
長さ(W)は、ギア1のピッチに応じて決定した。ギア
ピッチPに対する短辺の長さ(W)は、P/2以下であ
れば出力信号を取り出すことが可能となるが、感磁部1
1に与える磁界の変動の効率を上げるためには、P/6
以下が適当である。そのため、本実施例では、ギアピッ
チが6mmの10分1である、0.6mmとした。
磁石15,16のギア1に対する配置関係を、図12に
示す。
中心軸がセンサ長手方向Y1,Y2と平行となるように
配置するとともに、2つのコイル13,14の中心軸が
ギアの回転方向に対して垂直に並ぶように配置した。
距離(クリアランス)は、0.5〜1.0mm程度とし
た。
感磁部11のコイル13,14の中心軸と、磁界の発生
方向とが平行となるように配置するとともに、7mm×
5mmの面が感磁部11を挟んで対向するように配置し
た。すなわち、第1と第2のバイアス磁石15,16
を、第1と第2のバイアス磁石15,16の長辺(7m
mの辺)がギアの移動方向X1,X2と垂直となるよう
に配置するとともに、短辺(0.6mmの辺)をギアの
移動方向X1,X2に平行となるように配置した。
感磁部11のコイル13,14の中心軸までの距離l、
及び、第2のバイアス磁石16の中心から感磁部11の
コイル13,14の中心軸までの距離lは、1.5mm
とした。
6の短辺の長さは、発生する磁界の強さに応じて任意に
決定することが可能である。本実施例においては、感磁
部11のコイル13,14に対して均一にバイアス磁界
を与えることができるように、このコイル13,14よ
りも大きく設定した。
1,Y2と平行にし且つ2つのコイル13,14の中心
軸がギアの移動方向X1,X2に対して垂直となるよう
に配置したのは、第1と第2のバイアス磁石15,16
から発生された磁界のうちギア1の移動方向に垂直な方
向の磁界を、検出するためである。また、感磁部11
を、2つのコイル13,14の中心軸がギアの回転方向
に対して垂直に並ぶように配置したのは、2つの第1と
第2のバイアス磁石15,16の間の空間において、ギ
アの移動方向X1,X2に対する感磁部11が占有する
割合が大きいと、この空間内の磁界を平均化して検出し
てしまい磁界変動効率が低下してしまうので、このギア
の移動方向X1,X2に対する空間を占有する割合を少
なくするためである。もっとも、感磁部11は、2つの
第1と第2のバイアス磁石15,16に挟まれた中心に
位置すれば、空間を占有する割合が大きくても磁界を検
出することは可能である。
をギア1の側面に対向させるように配置しているが、感
磁部11のコア12の開口部分(即ち、接続部12cの
反対側)をギア1の側面に対向させるように配置しても
良い。また、本例においては、コア12が開磁路となっ
ているが、このコア12を閉磁路として反磁界の発生を
低減させてもよい。
30の具体的な回路例を示す。
ケース3の外部に設け、信号線4,5,6を介して磁性
金属センサ2と接続する。
ーティ比1/10、0〜9Vのパルス信号を出力するイ
ンバータを用いたマルチバイブレータ回路を用いた。な
お、発信回路31から出力する信号は、正弦波でもよい
が、高調波成分を含むパルス信号の方がコイル13,1
4を効率よく動作させることができ、DC成分も含むの
で外部磁界に対するコイルのインピーダンスの変化点を
任意に変更ができる。また、さらに、パルス信号であれ
ば、デューティ比を調整することにより消費電力を少な
くすることも可能である。
34には、MOSFETを用いた。このスイッチング回
路34は、発信回路31から出力されるパルスがゲート
に入力されこのパルスによりオンオフ動作をする。スイ
ッチング回路34(MOSFET)ソースは、コイル1
3及びコイル14の一端に接続し、ドレインはグランド
に接続した。
続されていない他端がブリッジ抵抗R1を介して直流電
源に接続した。このようにコイル13を接続することに
より、このコイル13を励磁駆動することができる。ま
た、コイル14は、スイッチング回路34が接続されて
いない他端をブリッジ抵抗R2を介して直流電源に接続
した。このようにコイル14を接続することにより、こ
のコイル14を励磁駆動することができる。
R2の抵抗値は、コイル13(又は、コイル14)に与
えられる外部磁界が0のときのこのコイル13(又は、
コイル14)のインピーダンスをR0、外部磁界をかけ
たときのコイル13(又は、コイル14)のインピーダ
ンスの最大変化値をRmaxとしたときにおける、この
R0とRmaxとの中間抵抗値としている。
6には、ダイオードとコンデンサとから構成されたピー
クホールド回路を用いた。第1の平滑回路35は、ブリ
ッジ抵抗R1とコイル13との接続点から電位を検出
し、その電位のピーク電圧を検出する。また、第2の平
滑回路36は、ブリッジ抵抗R2とコイル14との接続
点から電位を検出し、その電位のピーク値を検出する。
入力された信号の電圧値と、反転入力端子に入力された
信号の電圧値との差動電圧を検出する差動増幅器を用い
た。第1の平滑回路35からの出力信号を差動増幅回路
37の非反転入力端子に入力し、第2の平滑回路36か
らの出力信号を差動増幅回路37の反転入力端子に入力
し、この差動増幅回路37がコイル13とコイル14の
差動出力を取るようにしている。このことにより、コイ
ル13及びコイル14に対して、一方向の磁界が与えら
れた場合、各コイルのインピーダンスの変化が逆極性を
示すため、大きな出力変化を得ることができ、更に電気
的ノイズも除去することができる。
して得られる基準電圧をスレッショルド電圧として、差
動増幅器37から出力される信号を2値化するコンパレ
ータを用いた。本実施例では、このコンパレータから出
力される信号を、図示しない制御回路等に供給する。
力信号のパルス数をカウントすることによりギア1の凸
部1a及び凹部1bの検出数を求めることができ、この
検出数からギア1の回転位置を検出することができる。
にかかる磁性金属センサ2の出力信号特性を示す。
クリアランスを一定にしてギア1を1回転させた場合に
おける駆動検出回路30の差動増幅器37からの出力信
号特性を示している。図15は、図14の出力信号特性
の出力誤差を示している。
2とのクリアランスを可変(偏心あり)にしてギア1を
1回転させた場合における駆動検出回路30の差動増幅
器37からの出力信号特性を示している。図17は、図
15の出力信号特性の出力誤差を示している。
にかかる磁性金属センサ2では、偏心が存在しなけれ
ば、約1%以下の誤差でギア1の凹凸を検出することが
できる。また、偏心が存在したとしても、約2%以下の
誤差でギア1の凹凸を検出することができる。このよう
に本実施例にかかる磁性金属センサ2では、大きな出力
振幅を得ることができ、S/N比が高くなり、正確にギ
ア1の回転角を検出することができる。
回路30をケース3の外部に設けて信号線4,5,6を
介して接続しているが、この駆動検出回路30をケース
3内に収納してもよい。このようにすることにより、磁
性金属センサ2のケース3から挿出する信号線が直流電
源及び出力線のみとなり、接続を簡単にすることがで
き、また、コイル13,14を駆動する信号線が短くな
るので、コイル13,14からの出力信号が浮遊容量の
影響を受けにくくすることができ、さらにノイズにも強
くなる。
対の磁界発生手段が発生する磁界内を、この磁界と直交
する方向に上記被検出部材が通過すると、上記磁界検出
手段がこの被検出部材の通過に応じて正負に変化する磁
界を検出する。
センサでは、相対的に移動する被検出部材の検出を、高
感度かつ高精度に行うことができる。
属センサの被検出部材であるギアとを模式的に示す図で
ある。
の内部構造を模式的に示す図である。
ギアの内部構造を模式的に示す図である。
図である。
き回したコイルを正弦波信号の電流で励磁駆動した場合
における、このコイルの外部磁界に対するインピーダン
ス変化を示す図である。
図である。
する図である。図7(A)は、ある凸部の直上に感磁部
が位置する場合における磁性金属センサとギアとの位置
関係を説明する図である。図7(B)は、上記図7
(A)から1/4ピッチ分相対移動した場合における磁
性金属センサとギアとの位置関係を説明する図である。
図7(C)は、上記図7(B)から1/4ピッチ分相対
移動した場合における磁性金属センサとギアとの位置関
係を説明する図である。
する図である。図8(A)は、上記図7(C)から1/
4ピッチ分相対移動した場合における磁性金属センサと
ギアとの位置関係を説明する図である。図8(B)は、
上記図8(A)から1/4ピッチ分相対移動した場合に
おける磁性金属センサとギアとの位置関係を説明する図
である。
8(A)及び図8(B)の各位置におけるセンサ出力レ
ベルを示す図である。
す図である。
例を示す図である。
関係を示す図である。
具体的な回路例を示す図である。
定にしてギアを1回転させた場合における駆動検出回路
の出力信号特性を示す図である。
定にしてギアを1回転させた場合における駆動検出回路
の駆動検出回路の出力誤差を示す図である。
変にしてギアを1回転させた場合における駆動検出回路
の出力信号特性を示す図である。
変にしてギアを1回転させた場合における駆動検出回路
の駆動検出回路の出力誤差を示す図である。
コア、12a,12b垂直部、12c 接続部、13,
14 コイル、15 第1のバイアス磁石、16 第2
のバイアス磁石、30 駆動検出回路
Claims (4)
- 【請求項1】 磁性金属である被検出部材に対して相対
移動し、この相対移動方向と直交する方向の磁界を検出
する磁界検出手段と、 上記被検出部材と上記磁界検出手段との相対移動方向
に、上記磁界検出手段を挟んで離間配置され、上記相対
移動方向に直交する方向に磁界を発生する一対の磁界発
生手段とを備え、 上記一対の磁界発生手段は、磁化方向が互いに反対であ
ることを特徴とする磁性金属センサ。 - 【請求項2】 上記被検出部材は、間隔Pを以て並列に
配置された複数の金属片からなり、 上記一対の磁界発生手段は、上記被検出部材との相対移
動方向と平行な方向の長さがP/2以下であり、上記被
検出部材との相対移動方向と平行な方向における中心位
置から上記磁界検出手段まで間隔がP/4以下とされて
配置されることを特徴とする請求項1記載の磁性金属セ
ンサ。 - 【請求項3】 上記磁界検出手段は、磁束応答型のセン
サからなることを特徴とする請求項1記載の磁性金属セ
ンサ。 - 【請求項4】 上記磁界検出手段は、高透磁率材料から
なるコアと、上記コアに巻回され高周波励磁駆動される
コイルとからなることを特徴とする請求項3記載の磁性
金属センサ。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP14366099A JP2000338257A (ja) | 1999-05-24 | 1999-05-24 | 磁性金属センサ |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP14366099A JP2000338257A (ja) | 1999-05-24 | 1999-05-24 | 磁性金属センサ |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2000338257A true JP2000338257A (ja) | 2000-12-08 |
Family
ID=15343973
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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JP14366099A Pending JP2000338257A (ja) | 1999-05-24 | 1999-05-24 | 磁性金属センサ |
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Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2000338257A (ja) |
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---|---|---|---|---|
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-
1999
- 1999-05-24 JP JP14366099A patent/JP2000338257A/ja active Pending
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