JP2617498B2 - 磁気センサ - Google Patents

磁気センサ

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JP2617498B2
JP2617498B2 JP62323201A JP32320187A JP2617498B2 JP 2617498 B2 JP2617498 B2 JP 2617498B2 JP 62323201 A JP62323201 A JP 62323201A JP 32320187 A JP32320187 A JP 32320187A JP 2617498 B2 JP2617498 B2 JP 2617498B2
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Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は、磁界の有無、大小、角度等を検出すること
ができ、方位センサ、位置センサ、傾斜センサ、電流セ
ンサ等に使用できる磁気センサに関する。
(従来の技術) 従来の磁気センサは、第15図に示すように、磁芯1に
励磁巻線2と検出巻線3とを巻回し、励磁巻線2に電源
4により交流電流を流し、これにより磁芯1に磁芯の軸
心方向に内部磁界Hiを発生させ、該内部磁界Hiに対して
バイアスとして作用する外部磁界Hoの大きさにより、検
出巻線3の出力端子5に現われる基本波または高調波の
出力電圧が変化するように構成されている。この磁気セ
ンサは、例えば電流センサとして使用されるもので、電
流の大小によって変化する外部磁界Hoの大小の変化が出
力電圧の変化として検出できる。
第16図は、第15図の磁気センサの用途を変えたもの
で、磁芯1と外部磁界Hoとの相対的な向きが変化するよ
うに磁気センサあるいは磁石等の外部磁界発生手段を配
置し、磁芯1の内部磁界Hiに対し、外部磁界Hoの磁芯1
と同方向成分Ho.cosθの変化が出力電圧の変化として現
われるようにしたものである。この磁気センサは、単体
あるいは複数個のものを組合わせて方位センサ、傾斜セ
ンサ等に使用される。
第15図および第16図に示す磁気センサは、第17図
(A)に示すように、内部磁界Hiに対し、外部磁界Ho
磁束の方向が平行となり、第17図(B)に示すように、
外部磁界Hoと内部磁界Hiの向きが同じである場合に磁界
強度が最大となり、同(C)に示すように逆方向になる
と最小となり、この変化が出力電圧として検出できるわ
けである。
上記の他、従来の磁気センサとして、ホール素子を用
いたものがある。
また、従来の磁気センサとして、第14図に示すよう
に、金属等の導電体10aの周囲にフェライトやアモルフ
ァス合金等の磁性体10bを固着したもの、あるいは磁性
体10bを別体に構成して導電体10aを挿入し、磁性体10b
の周囲に検出巻線12を巻き、導電体10aの両端に、該導
電体10aにパルス電流または交流電流を流すための電源1
1を接続し、検出巻線12の両端に端子13を接続したもの
がある。
(発明が解決しようとする課題) 上記従来の磁気センサのうち、第15図および第16図に
示したものは、励磁巻線2と検出巻線3の2つの巻線が
必要であり、構造が複雑になるという問題がある。ま
た、ホール素子を用いた磁気センサは、感度が悪いとい
う問題点がある。
また、第14図に示すように、導電体10aの周囲に磁性
体10bを設けた構造のものは、導電体10aと磁性体10bの
2部材が必要となる上、導電体10aの周囲に磁性体10bを
設ける工程が必要となり、材料費の増加と製造工程数の
増加により、価格低減が困難であるという問題点があ
る。
本発明の目的は。上記の問題点に鑑み、検出高感が高
く、しかも部品点数、製造工程の低減、構成の簡略化、
軽量化が達成でき、価格低減が図れる磁気センサを提供
することにある。
(課題を達成するための手段) 上記目的を達成するため、本発明の磁気センサは、導
電性を有する線状、帯状あるいは棒状の磁性体と、該磁
性体に長手方向にパルス電流あるいは交流電流を流す手
段と、該磁性体に巻回された検出巻線とからなり、前記
パルス電流あるいは交流電流により前記磁性体の周回方
向に生じる磁界によって外部磁界を前記検出巻線に生じ
る電気信号として検出する構成を有することを特徴とす
る。
(作用) 本発明の磁気センサは、磁性体として導電性を有する
材料を用い、該磁性体を通電のための導電体として兼用
するため、構成が簡略化されると共に、磁性体が導電体
を兼用し、導電体により近接させて検出巻線が巻かれる
ため、電磁作用が直接的となり、検出感度が向上する。
(実施例) 第1図は本発明による磁気センサの一実施例であり、
該実施例の磁気センサは、導電性を有する線状あるいは
棒状の磁性体10と、該磁性体10に長手方向にパルス電流
あるいは交流電流を流す手段としての電源11と、該磁性
体10に巻回された検出巻線12とからなり、第2図に示す
ように、前記パルス電流あるいは交流電流により前記磁
性体10の周回方向に内部磁界Hiを発生させ、該内部磁界
Hiによって外部磁界Hoを前記検出巻線12に生じる電気信
号として検出するものである。
第3図は、電源11により発生させる電圧パルスEiによ
り磁性体10にパルス電流を流した場合、外部磁界Hoが内
部磁界Hiと異なる方向に存在する際に、検出巻線12の出
力端子13に現われる出力電圧Eoを示すものであり、パル
ス電流の立ち上がりまたは立ち下がりにおいて、出力端
子13に現れる電圧Eoの波高値Hは、外部磁界Hoの強度が
所定の大きさ以下であれば、その強度が大であるほど、
また、外部磁界Hoの向きが磁性体10の向きに近い程大と
なる。
[実施例1]Co系磁性材で磁歪ゼロのアモルファスワイ
ヤ(線径125μm、長さ65mm)を前記磁性体10として用
い、その周囲に検出巻線12を200ターン巻回し、地磁気
の水平成分に対してアモルファスワイヤが平行になるよ
うに非磁性基板上に配置した。このアモルファスワイヤ
の両端に振幅2V、デューティーファクタ50%、繰返し周
期10μsのパルスを印加した。この状態で磁性体10を水
平に保ちながら時計回り方向に回転すると、端子13に現
われる電圧は第4図に示すように推移した。第4図は、
磁性体10の向きが地磁気の水平成分に対して0度、90
度、180度、270度をなす場合を示しており、出力電圧
(尖頭値、以下同じ)は0度、180度、すなわち磁性体1
0の向きが地磁気の水平成分と同方向の場合に最大とな
り、出力電圧の極性は逆になる。また、出力電圧は、90
度、270度、すなわち磁性体10の向きが地磁気の水平成
分に対して直角をなす場合に最小となる。
第5図は磁性体10の地磁気の水平成分に対する回転角
度と出力電圧(印加した矩形電圧パルスの立ち上がり部
分で発生する出力電圧)との関係を示すもので、コサイ
ンカーブを描く。
このような磁性体10の回転角度と出力電圧との関係か
ら、この磁気センサは、方位センサ(ただし東西のどち
ら側に傾斜しているかは不明である。)や、磁石等で発
生させた磁界の方向に対する磁性体10の傾斜を求める傾
斜センサや、出力電圧が外部磁界強度に比例することを
利用した電流センサや、可動体と静止体にそれぞれ磁性
体10あるいは磁石等を取付け、磁性体10が磁石等に対向
した際に出力が現れるような位置センサまたは回転セン
サ等に用いることができる。
なお、磁性体10の材料として前記径、材質のアモルフ
ァスワイヤを用い、磁性体10の長さを40mm〜130mmの範
囲で変え、検出巻線12の巻き数を200ターン(同ピッ
チ)とし、繰返し周期10μs、デューティーファクタ50
%の定電流パルスを磁性体10に流した場合、地磁気の水
平成分の方向に磁性体10を向けたときの出力電圧の変化
を調べた。その結果は、第6図に示すように、磁性体長
が長くなると出力電圧がやや増大するという結果を得
た。
また、第7図は、入力電圧と出力電圧との関係を示し
た図で、この場合の磁性体10の材質、径は前記同様で、
長さを65mmとし(該磁性体10の直径抵抗は12Ωであっ
た。)、繰返し周期10μs、デューティーファクタ50%
の入力電圧の振幅を0.5V〜2.0Vの範囲で変化させ、地磁
気の水平成分の方向に磁性体10を向けたときの出力電圧
の変化を調べたものである。第7図から、2v近くまでは
入力電圧、すなわち入力電流の増大に比例して出力電圧
が増大することがわかる。
また第8図は、第7図における試験条件において、入
力電圧の振幅を2Vとし、繰返し周期を4μs〜100μs
に変化させた場合の出力電圧の変化を示すもので、繰返
し周期によっては出力電圧は大きくは変化しない。
[実施例2]磁性体10として、実施例1と同様のCo系磁
歪ゼロの材質で、幅1mm、板厚15μmの細い帯状のもの
を用い、200ターンの検出巻線12を巻回し、同様の回路
で地磁気に対する感度を測定した結果、ワイヤの場合と
同様の傾向を示した。
また、帯状磁性体10の長さを38mm(該磁性体10の直流
抵抗は3Ωであった。)、入力電圧の振幅を0.5V、繰返
し周期を25μs、デューティーファクタ50%の電圧を磁
性体10に印加し、その立ち上がり時間を0.5μs〜2.0μ
sの範囲で変化させた場合の出力電圧の変化を第10図に
示す。第9図からわかるように、入力パルスの立ち上が
り時間が短い程出力電圧が高くなるという傾向が顕著に
現われる。
[実施例3]実施例2と同様の材質、寸法の帯状磁性体
を2本用い、第10図に示すように、これらの磁性体10x,
10yに検出巻線12x,12yを200ターン巻回したものを直交
させて配設し、電源11に対し、磁性体10x,10yを直列に
接続し、振幅2V、デューティーファクタ50%、繰返し周
期25μsの電圧パルスを加え、磁性体10x,10yを水平に
保ち、時計回り方向に回転し、各検出巻線12x,12yの出
力電圧Ex,Eyを測定した。その結果、第11図に示すよう
に、出力が推移した。第11図は第10図のように磁性体10
x,10yを配置した場合を回転角度ゼロ度とし、回転角度
を変化したときの出力電圧Ex,Eyの変化を示す図であ
り、第11図に示すように、方位により、2つの出力電圧
Ex,Eyの極性と値の組合わせが一義的に決定されること
から、この交叉形の磁気センサは、方位センサとして用
いることが可能である。
第12図は第10図に示した磁気センサの処理回路の一例
であり、各出力電圧Ex,Eyの位相検波後の波高値をそれ
ぞれサンプルホールド回路14x,14yにより保持し、その
各電圧値をそれぞれA−D変換回路15x,15yによりデジ
タル値に変換し、例えばマイクロコンピュータ16によっ
て方位信号を算出し、マイクロコンピュータ16に付帯し
た表示器17によって表示するものである。なお、前記出
力電圧Ex,Eyの処理回路としては第12図の他種々のもの
が用いられることは勿論である。
第13図は本発明の他の実施例であり、アルミナ等の基
板20上に膜形成技術により磁性体膜21を形成し、基板20
と共に磁性体膜21に検出巻線22を巻装し、磁性体膜21に
前記電源11より通電し、外部磁界を検出巻線22に生じる
電気信号として検出するようにしたものである。
上記実施例においては、電源11による矩形電圧パルス
を磁性体10に印加する例について示したが、三角波ある
いは正弦波等、他の波形の電圧を印加するようにしても
よい。また、磁性体10としては、導電性があり、かつ高
い透磁率で飽和磁束密度の大きな前記アモルファス合金
の他、同様の特性を有するパーマロイが好ましいが、同
様な特性であれば、他の材質のものを用いてもよい。
(発明の効果) 以上述べたように、本発明の磁気センサは、磁性体と
して導電性を有する材料を用いることにより磁性体を導
電体として兼用し、該磁性体に検出巻線を巻き、磁性体
に直接パルス電流または交流電流を流し、パルス電流あ
るいは交流電流により磁性体の周回方向に生じる磁界に
よって外部磁界を前記検出巻線に生じる電気信号として
検出する構成としたものであり、従来の磁芯を有する磁
気センサで必要とした励磁巻線が不要となる上、パルス
電流や交流電流を流すための導電体が不要となるので、
部品点数や製造工程数が低減されると共に、構成が簡略
化され、方位センサに例をとれば、前記のような細線に
よって磁性体が実現できるから、従来のトロイダル磁芯
を有するものに比較し、約1/10〜1/100程度に軽量化さ
れ、廉価に提供できる。また、軽量で高感度の磁気セン
サが実現でき、微小磁界の検出の用途にも用いることが
できる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の磁気センサの一実施例を示す構成図、
第2図は本発明の原理説明図、第3図は本発明における
入力電圧と出力電圧との関係の一例を示す波形図、第4
図は第1図の実施例における各回転角に対応した出力電
圧波形を示す写真図、第5図は第1図の実施例における
回転角と出力電圧との関係図、第6図は該実施例におけ
る磁性体長と出力電圧との関係図、第7図は該実施例に
おける入力パルス電圧と出力電圧との関係図、第8図は
該実施例における繰返し周期と出力電圧との関係図、第
9図は磁性体として帯状のものを用いた場合における入
力パルス立ち上がり時間と出力電圧との関係図、第10図
は磁性体を直交させた本発明の他の実施例を示す構成
図、第11図は該実施例における回転角と出力電圧との関
係図、第12図は該実施例の処理回路の一例図、第13図は
本発明の他の実施例を示す斜視図、第14図は従来の磁気
センサを示す図、第15図および第16図は従来の磁気セン
サを示す構成図、第17図は従来の磁気センサの原理図で
ある。

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】導電性を有する線状、帯状あるいは棒状の
    磁性体と、該磁性体に長手方向にパルス電流あるいは交
    流電流を流す手段と、該磁性体に巻回された検出巻線と
    からなり、前記パルス電流あるいは交流電流により前記
    磁性体の周回方向に生じる磁界によって外部磁界を前記
    検出巻線に生じる電気信号として検出する構成を有する
    ことを特徴とする磁気センサ。
JP62323201A 1987-12-21 1987-12-21 磁気センサ Expired - Lifetime JP2617498B2 (ja)

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