JPH08159771A - 電子方位計 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 演算回路を用いることなくシンプルな構成の
方位計を得る。 【構成】 電流磁気起電力効果素子Ｓ１〜Ｓ８を等角度
で配置すると、磁北からのずれる角度によって電流磁気
起電力効果素子の出力電圧が変化する。電流磁気起電力
効果素子〜の出力電圧が最大になるのはπ／２あるいは
３π／２の宝庫うっであるので、最大または最小出力を
示す電流磁気起電力効果素子を検出することによって磁
北からのずれ角度が検出でき、方位検出が行える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、地磁気検出形の電子方
位計に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、地磁気検出形の方位計のセンサと
して、フラックスゲートセンサまたは磁気抵抗効果形セ
ンサが知られている。フラックスゲートセンサは図１２
に示すように、リング形磁芯の周囲にドライブコイルＣ
Ｄを巻き回し、その上に２つの検出コイルＣＸ，ＣＹを
直交して巻き回し、検出コイルＣＸで検出した信号に基
づいてＸ成分検出回路１０によってＸ成分を検出し、検
出コイルＣＹで検出した信号に基づいてＹ成分検出回路
１１でＹ成分を検出し、Ｙ成分検出結果の一部を分岐し
てドライブ回路１２を介してドライブコイルＣＤにドラ
イブ電流を供給している。磁気抵抗効果形センサは図１
３（ａ）に示すように、ガラス基板１３上に形成された
強磁性体膜パターンからなる磁気抵抗薄膜パターン１４
に外部磁界より大きなバイアス磁界をバイアス磁石１５
によって与え、記号１４ａ〜１４ｄで示される磁気抵抗
薄膜パターン１４を図１３（ｂ）に示すようにブリッジ
に接続し、端子１６ａ，１６ｃに電源電圧Ｖｂを供給す
ると、方位に応じた電圧が端子１６ｂ，１６ｄから出力
電圧Ｖ０として得られる。

【０００３】これらのセンサは地磁気の水平方向成分に
対して検出コイルＣＹがなす方位角θに対してｓｉｎ
θ、ｃｏｓθ（＝ｓｉｎ（θ＋π／２）に比例する大き
さの信号を出力するので、θ＝ｔａｎ^ー1（ｓｉｎθ／ｃ
ｏｓθ）の演算および、ｓｉｎθ、ｃｏｓθの符号を判
別し、方位角θを求めている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながらこのよう
な従来の装置は演算処理や符号判別回路が必要であり、
これらが経済性を悪くする要因になっていた。本発明は
このような状況に鑑みてなされたもので、演算回路を不
要とし、シンプルな構成とすることによって経済性を向
上させるようにしたものである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】このような課題を解決す
るために本発明は、中心に対して角度を２π／ｎずつ異
ならせて配設したｎ個の磁電変換素子と、各磁電変換素
子の出力を比較して最大または最小出力の磁電変換素子
を特定する極値検出回路と、検出した極値に対応した方
位を表示する表示部とを備えたものである。また磁電変
換素子のうち所定値を越えるものを２個特定する極値検
出回路と、特定された２個の磁電変換素子の中央の方位
を表示する表示部とを備えたものである。

【０００６】

【作用】極値を検出するものは、検出されたものに対応
する方位が表示される。また所定値を越えるものを２個
検出するものは、検出された２個の方位の中間の方位が
表示される。

【０００７】

【実施例】図１は本発明の一実施例を示す図であり、８
個の電流磁気起電力効果素子Ｓ１〜Ｓ８を角度４５゜ず
つ異ならせて放射状に配置している。電流磁気起電力効
果を利用した電流磁気起電力効果素子については、例え
ば特開平４−３７３１８６号公報に開示されているが、
簡略にその原理を説明する。例えばガラスのような絶縁
性の基板にニッケルあるいは鉄のような強磁性体をパタ
ーニングした強磁性体膜の長手方向に定電流源を接続し
て定電流Ｉを流し、強磁性体膜の内部を流れる電流と直
交する状態で十分な大きさの磁界Ｈを作用させたとき、
流れる電流Ｉと磁界Ｈとのなす角度θに応じて、次の式
により決まる起電力Ｖが発生するので、この起電力Ｖを
測定することにより、角度θを知ることができる。 Ｖ＝Ｋａ・Ｉ・sin２θ ・・・・・（１） ここでＫａは定数である。

【０００８】電源に定電流電源を使用する主な理由は強
磁性体膜が電流磁気起電力効果のほかに磁気抵抗効果も
有するため、電気抵抗が次式に従い変化するため、流れ
る電流が変化しないようにするためである。 ΔＲａ／Ｒｂ＝（Ｒｃ−Ｒｂ）／Ｒｂ×cos2θ Ｒａ＝Ｒｂ＋ΔＲａ＝Ｒｂ（１＋Ａ×cos2θ） 但し、ΔＲａ＝Ｒａ−Ｒｂ Ａ＝（Ｒｃ−Ｒｂ）／Ｒｂ 各緒元は次の通りである。 Ｒａ：角度θのときの抵抗 Ｒｂ：磁界Ｈと電流Ｉが直交するときの抵抗 Ｒｃ：磁界Ｈと電流Ｉが平行するときの抵抗

【０００９】図２（ａ）は、このような性質を有する電
流磁気起電力素子Ｓ１〜Ｓ８の電気的接続とその出力信
号を表す図であり、電流磁気起電力素子Ｓ１〜Ｓ８は、
ガラス等の基板１上に短冊形の強磁性体膜２を蒸着等の
方法で形成し、その長手方向中央部付近に強磁性体膜２
と直交する状態で端子Ｔ１およびＴ２を形成する。そし
て。強磁性体膜２に図示しない電源から定電流Ｉを流す
とともに、定電流Ｉと同方向に電磁石あるいは永久磁石
によってバイアス磁界をかけている。

【００１０】このとき強磁性体膜２の長手方向中心線と
磁北とのなす角度を右回りに測った角度をθ、定数をＫ
とすると、端子Ｔ１とＴ２間にＶ＝Ｋ×Ｉ×sinθ で表
される電圧が発生する。この電圧は角度の関数であり、
抵抗Ｒを介して取り出される信号波形は図２（ｂ）に示
すようになる。なお、抵抗Ｒは電流磁気起電力効果素子
Ｓ１〜Ｓ８の出力レベルを一致させるためのレベル設定
用抵抗である。図２（ｂ）からわかるように、θ＝π／
２のとき出力電圧が正の最大値、θ＝３π／２のとき負
の最大値（以下、最小値と称する）をとる。θ＝π／２
のとき図２（ｃ）に示すように電流の方位は西になり、
θ＝π／２のとき電流の方向は東になる。

【００１１】電流磁気起電力効果素子Ｓ１〜Ｓ８は角度
θが４５゜ずつ異なるので、それぞれの出力電圧は図３
に示すようにサインカーブ上で４５゜ずつ離れた値にな
る。すなわち、どの素子の出力電圧が最大あるいは最小
であるかを特定することによって図１（ａ）に矢印で示
した方位検出方向、自動車の場合は進行方向の地磁気に
対する方位を８方位表示で知ることができる。すなわ
ち、前述したようにθ＝π／２で最大出力が得られるこ
とから、Ｓ１から最大出力が得られた場合、磁北は電流
磁気起電力効果素子Ｓ３の方向であり、このことから矢
印で示す方位検出方向は西となる。同様にＳ３から最大
出力が得られた場合、磁北は電流磁気起電力効果素子Ｓ
５の方向であり、矢印で示す方位検出方向は南に当た
る。図１（ｂ）は各電流磁気起電力効果素子が最大値を
示したときの矢印で示す方位を同様な方法で求めて整理
したものである。

【００１２】どの素子が出力電圧最大または最小である
かを特定するには全ての電流磁気起電力効果素子の出力
電圧データを取り込み、比較器によって比較すればよ
い。他の方法としては、ピーク電圧をＶｐとすると、図
４（ａ）に示すようにＶｒｅｆ＝Ｖｐ×sin67.5 ゜にな
る参照電圧Ｖｒｅｆを設定すれば、その電圧以上になる
ものは１素子しか現れないので、図４（ｂ）に示すよう
に電流磁気起電力効果素子Ｓ１〜Ｓ８の出力電圧ＶＳ１
〜ＶＳ８のうち、コンパレータ３等で参照電圧Ｖｒｅｆ
以上の電圧を特定して、その特定したものだけについて
ランプ４を点灯させればよい。

【００１３】ピーク電圧Ｖｐに対する参照電圧Ｖｒｅｆ
の大きさを図５に示すようにＶｐ×sin67.5 ゜＞Ｖｒｅ
ｆ＞Ｖｐ×sin45 ゜とすれば（表示の正確さの上からは
Ｖｒｅｆ＝Ｖｐ×sin56.5 ゜が妥当）、図３（ａ）に示
すように、２素子の出力電圧が参照電圧Ｖｒｅｆを越え
るようにすることができ、このときはそれぞれが最大出
力であるときの方位の中間の方位を向いていることにな
るので、方位検出方向は図３（ｂ）に示す方向を図１
（ｂ）で示した方向に加えて識別できることになり、結
局は素子数の２倍の方位を検出することができることに
なる。なお、この方法では素子数を２個検出する期間の
方が１個検出する期間よりも長いので、素子を２個検出
する角度範囲の方が広くなり、表示の正確性に問題があ
る。これを解決するにはＶｒｅｆ＝Ｖｐ×sin56.5 ゜に
設定すれば、素子数を２個検出する期間が短くなり、検
出角度範囲が揃い、表示が正確に行える。図３（ｂ）で
は所定値を越えるものが一つしかないときの表示回路で
あるが、所定値を越えるものが２つあるときは、これと
は別の回路によって方位識別をして、表示する必要があ
る。この場合、例えば図３（ｂ）に示す電流磁気起電力
効果素子２個毎の組み合わせを例えば図１１に示すコン
パレータＣ１からＣ８およびゲート回路Ｇ１〜Ｇ１６で
判定し、その判定が行われたとき対応する方位を表示器
Ｄ１〜Ｄ１６で表示すればよい。

【００１４】図６（ａ）は他の実施例を示す図であり、
バイアス磁界をかけた電流磁気起電力効果素子Ｓ１〜Ｓ
１６の１６個の素子を用いた例であり、参照電圧Ｖｒｅ
ｆの設定次第で１６方位表示または３２方位表示の方位
計となる。図６（ｂ）は電流磁気起電力効果素子Ｓ１〜
Ｓ１６の何れが最大値になるかによって、１６方位を表
示するときの例を示している。

【００１５】図７、図８は電流磁気起電力効果素子の配
置を変えた例であり、図７は放射状ではあるが、図１の
電流磁気起電力効果素子Ｓ１〜Ｓ８（隣接する素子の電
流方向が４５゜異なるもの）を並べ換えて、電流方向が
４５゜異なる素子が隣接しないようにした例、図８は電
流磁気起電力効果素子Ｓ１〜Ｓ８が４個ずつ矩形に配置
された例である。このように配置が変わっても２π／ｎ
ずつ検出軸の異なるｎ個の電流磁気起電力効果素子があ
れば同様に作用する。

【００１６】図９はバイアス磁界の方向を変えた例であ
り、この場合の出力電圧はＶ＝Ｋ×Ｉ×cosθ となるの
で、角度θと出力電圧の関係は図１０に示すように、θ
＝０（＝０゜）のときに出力電圧Ｖが最大、θ＝π（＝
１８０゜）のとき出力電圧Ｖが最小となる。図９（ｂ）
は最大出力素子と方位の関係を示している。

【００１７】以上の説明は、磁電変換素子としてバイア
ス磁界をかけた電流磁気起電力効果素子を用いたが、フ
ラックスゲート式のセンサに本発明を適用するときは、
検出コイルを等角度ずらしてｎ個設けるか、図１２のセ
ンサを複数設ければ良いし、磁気抵抗効果形方位センサ
に本発明を適用するなら、磁気抵抗素子ブリッジにバイ
アス磁界をかけたセンサｎ個を２π／ｎずつ検出方向を
ずらして配置すれば、同様の効果を得る。なお、正の最
大値でなく、負の最大値すなわち最小値を用い、負方向
に設定した参照電圧Ｖｒｅｆよりも更に負方向に越える
素子を特定することによっても同様の作用、効果がある
ことは言うまでもない。

【００１８】

【発明の効果】以上説明したように本発明は、複数の電
流磁気起電力効果素子を所定角度ずらせて配置し、その
うちの最大出力を示すものを検出するようにしたので、
従来のように複雑な処理をしなくても検出した素子の配
置角度から方位を検出できるという効果を有する。ま
た、所定値を越える素子が隣接した２素子となるように
その所定値を設定すれば、その隣接した２素子の中間が
検出方位となり、素子数を増加させることなく方位検出
方向を増加できるという効果を有する。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の一実施例を示す図である。

【図２】 図１における電流磁気起電力効果素子の出力
電圧および検出方位を説明するための図である。

【図３】 素子数を増加させずに検出方位を増加させる
方法を説明するための図である。

【図４】 極値を検出する一例を示す図である。

【図５】 極値の発生例を示す図である。

【図６】 他の実施例を示す図である。

【図７】 他の実施例を示す図である。

【図８】 他の実施例を示す図である。

【図９】 他の実施例を示す図である。

【図１０】 図９の電流磁気起電力効果素子の出力電圧
を示す図である。

【図１１】 参照電圧より大きなセンサが１個あるいは
２個の特定により方位を示す回路の一例を示す回路図で
ある。

【図１２】 従来の一例を示す図である。

【図１３】 従来の一例を示す図である。

【符号の説明】

ＣＤ…ドライブコイル、ＣＸ，ＣＹ…検出コイル、１０
…Ｘ成分検出回路、１１…Ｙ成分検出回路、１２…ドラ
イブ回路、１３…ガラス基板、１４…磁気抵抗薄膜パタ
ーン、１５…バイアス磁石、１６…端子、Ｓ１〜Ｓ８…
電流磁気起電力効果素子、１…基板、２…強磁性体膜、
Ｔ１およびＴ２…端子、３…コンパレータ、４…ラン
プ。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 中心に対して角度を２π／ｎずつ異なら
   せて配設したｎ個の磁電変換素子と、 前記各磁電変換素子の出力を比較して最大または最小出
   力の磁電変換素子を特定する極値検出回路と、 検出した極値に対応した方位を表示する表示部とを備え
   たことを特徴とする電子方位計。
2. 【請求項２】 中心に対して角度２π／ｎずつ異ならせ
   て配設したｎ個の磁電変換素子と、 前記各磁電変換素子の出力のうち所定値を越えるものを
   ２個特定する極値検出回路と、 前記特定された２個の磁電変換素子の中央の方位を表示
   する表示部とを備えたことを特徴とする電子方位計。