JP2000338257A

JP2000338257A - 磁性金属センサ

Info

Publication number: JP2000338257A
Application number: JP14366099A
Authority: JP
Inventors: Yasuo Nekado; 康夫根門
Original assignee: Sony Precision Technology Inc
Current assignee: Sony Manufacturing Systems Corp
Priority date: 1999-05-24
Filing date: 1999-05-24
Publication date: 2000-12-08

Abstract

(57)【要約】【課題】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。【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

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、磁性金属片を検出
する磁性金属センサに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来より、磁性金属を検出する磁性金属
センサが知られている。

【０００３】このような磁性金属センサは、例えば、ギ
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。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】このようなギアの歯等
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。

【０００５】この従来の磁性金属センサ１０１では、ギ
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。

【０００６】しかしながら、このコイル１０４からの出
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。

【０００７】このような従来の磁性金属センサ１０１に
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。

【０００８】しかしながら、ホール素子、磁気抵抗素子
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。

【０００９】本発明は、このような実情を鑑みてなされ
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。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上述の課題を解決するた
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。

【００１１】上記磁性金属センサは、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。

【００１２】上記被検出部材が、一方の磁界発生手段に
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。

【００１３】上記被検出部材が、他方の磁界発生手段に
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。

【００１４】ここで、上記一対の磁界発生手段が発生す
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。

【００１５】上記磁性金属センサは、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。

【００１６】また、本発明にかかる磁性金属センサは、
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。

【００１７】また、本発明にかかる磁性金属センサは、
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。

【００１８】また、本発明にかかる磁性金属センサは、
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。

【００１９】

【発明の実施の形態】以下本発明の実施の形態として、
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。

【００２０】図１に、被検出部材であるギア及び磁性金
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。

【００２１】ギア１は、例えば略円板状の形状を有して
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。

【００２２】磁性金属センサ２は、略円筒状のケース３
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。

【００２３】このように配置されたギア１の凸部１ａと
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。

【００２４】続いて、図２及び図３に、磁性金属センサ
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。

【００２５】磁性金属センサ２は、略コ字状の開磁路型
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。

【００２６】感磁部１１のコア１２は、図４に示すよう
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。

【００２７】また、コア１２の垂直部１２ａ及び垂直部
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。

【００２８】以上のような感磁部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。

【００２９】ここで、磁性金属センサ２が、ケース３の
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。

【００３０】また、感磁部１１のコイル１３，１４は、
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。

【００３１】このように高周波電流がコイル１３，１４
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。

【００３２】また、このコイル１３，１４は、高周波電
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。

【００３３】インピーダンス変化率（（Ｒ（Ｈ）−Ｒ
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。

【００３４】一方、第１と第２のバイアス磁石１５，１
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。

【００３５】また、第１と第２のバイアス磁石１５，１
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。

【００３６】なお、この第１と第２のバイアス磁石１
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。

【００３７】続いて、コイル１３，１４の駆動検出回路
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。

【００３８】図６に示す駆動検出回路３０は、発振回路
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。

【００３９】発振回路３１は、例えば、周波数１ＭＨ
ｚ，デューティ比１：１０のパルス信号を発生する。

【００４０】センサ出力検出部３２は、発振回路３１か
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。

【００４１】スイッチング回路３４は、このパルス信号
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。

【００４２】第１の平滑回路３５は、コイル１３に発生
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。

【００４３】差動増幅回路３７は、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
差動電圧を出力する。

【００４４】コンパレート部３３は、差動増幅回路３７
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。

【００４５】そして、この図示しない制御回路等が、２
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。

【００４６】以上のように駆動検出回路３０は、コイル
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。

【００４７】つぎに、以上のような磁性金属センサ２に
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。

【００４８】まず、ギア１及び磁性金属センサ２の関係
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。

【００４９】この第１の状態から感磁部１１がギア１に
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。

【００５０】この第２の状態から感磁部１１がギア１に
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。

【００５１】この第３の状態から感磁部１１がギア１に
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。

【００５２】この第４の状態から感磁部１１がギア１に
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。

【００５３】以上のように、感磁部１１がギアの１ピッ
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。

【００５４】以上のように磁性金属センサ２では、ギア
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。

【００５５】また、この磁性金属センサ２では、バイア
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。

【００５６】また、ギア１の凹凸の１周期に対して９０
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。

【００５７】

【実施例】つぎに、厚みが５ｍｍ、１ピッチ（＝Ｐ）が
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。

【００５８】感磁部１１の開磁路型のコア１２の材質に
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。

【００５９】また、このコア１２の各垂直部１２ａ，１
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。

【００６０】ここで、２つのコイル１３，１４を用いた
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。

【００６１】第１と第２のバイアス磁石１５，１６は、
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。

【００６２】上記感磁部１１及び第１と第２のバイアス
磁石１５，１６のギア１に対する配置関係を、図１２に
示す。

【００６３】感磁部１１は、２つのコイル１３，１４の
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。

【００６４】また、ギアの凸部１ａと感磁部１１までの
距離（クリアランス）は、０．５〜１．０ｍｍ程度とし
た。

【００６５】第１と第２のバイアス磁石１５，１６は、
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。

【００６６】また、第１のバイアス磁石１５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、
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。

【００６７】なお、第１と第２のバイアス磁石１５，１
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。

【００６８】また、感磁部１１を、センサ長手方向Ｙ
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。

【００６９】また、本実施例においては、接続部１２ｃ
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。

【００７０】図１３にコイル１３，１４の駆動検出回路
３０の具体的な回路例を示す。

【００７１】コイル１３，１４の駆動検出回路３０は、
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。

【００７２】発振回路３１には、周波数１ＭＨｚ、デュ
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。

【００７３】センサ出力検出部３２のスイッチング回路
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。

【００７４】コイル１３は、スイッチング回路３４に接
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。

【００７５】また、ブリッジ抵抗Ｒ１及びブリッジ抵抗
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。

【００７６】第１の平滑回路３５及び第２の平滑回路３
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。

【００７７】差動増幅回路３７には、非反転入力端子に
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。

【００７８】コンパレート部３３には、電源電圧を分圧
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。

【００７９】図示しない制御回路等は、２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。

【００８０】図１４〜図１７に、以上のような本実施例
にかかる磁性金属センサ２の出力信号特性を示す。

【００８１】図１４は、ギア１と磁性金属センサ２との
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。

【００８２】また、図１６は、ギア１と磁性金属センサ
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。

【００８３】この図１４〜図１７に示すように本実施例
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。

【００８４】なお、本実施例では、このような駆動検出
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。

【００８５】

【発明の効果】本発明にかかる磁性金属センサでは、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。

【００８６】このことにより、本発明にかかる磁性金属
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。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明にかかる磁性金属センサと、この磁性金
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。

【図２】ケースを取り除いた場合の上記磁性金属センサ
の内部構造を模式的に示す図である。

【図３】上記図２中Ａ方向からみた磁性金属センサ及び
ギアの内部構造を模式的に示す図である。

【図４】上記磁性金属センサに設けられた感磁部を示す
図である。

【図５】上記感磁部のコアに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
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６】上記磁性金属センサの駆動検出回路を示す回路
図である。

【図７】上記磁性金属センサのギア歯の検出動作を説明
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。

【図８】上記磁性金属センサのギア歯の検出動作を説明
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。

【図９】上記図７（Ａ）、図７（Ｂ）、図７（Ｃ）、図
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。

【図１０】上記磁性金属センサの感磁部の一実施例を示
す図である。

【図１１】上記磁性金属センサのバイアス磁石の一実施
例を示す図である。

【図１２】上記磁性金属センサとギアとの具体的な配置
関係を示す図である。

【図１３】上記磁性金属センサに用いる駆動検出回路の
具体的な回路例を示す図である。

【図１４】ギアと磁性金属センサとのクリアランスを一
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。

【図１５】ギアと磁性金属センサとのクリアランスを一
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。

【図１６】ギアと磁性金属センサとのクリアランスを可
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。

【図１７】ギアと磁性金属センサとのクリアランスを可
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。

【図１８】従来の磁性金属センサを示す図である。

【符号の説明】

１ギア、２磁性金属センサ、１１感磁部、１２
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

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続きＦターム(参考） 2F063 AA02 AA35 CA08 DA05 EA02 EA03 GA04 GA42 GA65 GA67 GA69 KA02 KA04 2F077 AA21 CC02 NN21 PP07 VV01 2G005 BA03

Claims

【特許請求の範囲】

【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。