KR20010096553A

KR20010096553A - 자장검출장치

Info

Publication number: KR20010096553A
Application number: KR1020010001161A
Authority: KR
Inventors: 혼쿠라요시노부; 야마모토미치하루; 가네오 모우리
Original assignee: 가네오 모우리; 시바타 유지; 아이치 세이코우 가부시키가이샤
Priority date: 2000-04-13
Filing date: 2001-01-09
Publication date: 2001-11-07
Also published as: JP2001296127A; US20010030537A1; EP1146346A1; CN1317698A

Abstract

본 발명은 외부자장의 제1 축 성분을 검출하기 위해 설치되고 펄스전류에 의해 외주방향으로 여자되는 제1 자기감지소자(10)와, 제1 자기감지소자가 설치되는 면과 공통법선을 갖는 면에 설치되고 외부자장의 적어도 다른 하나의 제2 축 성분을 검출하기 위해 설치되고 펄스전류에 의해 외주방향으로 여자되는 제2 자기감지소자와, 제1 자기감지소자의 외주방향으로 감기고 상기 제1 축 방향의 자속변동을 검출하는 제1 검출코일(11)과, 제2 자기감지소자의 외주방향으로 감기고 제2 축 방향의 자속변동을 검출하는 제2 검출코일로 이루어지는 자장검출장치에 관한 것이다. 펄스전류에 의한 외주방향의 여자에 의한 자기벡터의 방향이 축 방향의 자장에 의해 변조를 받는 것을 이용하여 검출코일에 의해 자장을 검출한다.

Description

자장검출장치 {MAGNETIC FIELD DETECTION DEVICE}

본 발명은 고감도의 자장검출장치에 관한 것이다. 본 발명은 일반적으로는 임의의 자장벡터의 2성분을 검출하는 장치로 할 수 있다. 특히, 지자기(地磁氣)를 검출하는 것으로써, 방위검출장치로서 사용될 수 있다. 구체적인 응용예로는 자동차 등의 이동물체의 진행방위나 자세를 검출하는 장치에 사용될 수 있다.

종래에 직류 또는 저주파 자장의 크기를 고감도로 검출하는 소형소자로서, 본건 출원의 발명자의 한 사람에 의해 직경 50㎛ 정도의 비결정질 와이어(amorphous metal wire)에 200KHz 이상의 고주파전류를 흐르게 할 때, 이 와이어와 평행인 외부자장 성분에 따라 이 와이어의 임피던스가 크게 변화하는 현상을 발견하였다. 이 원리를 이용한 외부자장의 크기 자체를 검출하는 검출소자가 제안되어 있다(일본국 특허공개공보 평7(1995)-181239호).

또한, 상기 발명자는 임피던스의 변화에 의한 단자간 전압의 변화가 외부자장의 0∼400A/m의 범위에서, 상기 단자간 전압에 대하여 2개의 다른 외부자장을 얻는 것을 발견하였다. 그리고, 이것이 0∼400A/m 부근의 자장을 단자간 전압 만으로부터는 결정할 수 없으므로, 직류 바이어스자장을 가하여 0점을 오프세트시킨 방위센서를 제안하였다 (일본국 특허공개공보 평7(1995)-248365호).

이와 같이, 소위 자기임피던스 소자로 일컫는 자장검출센서가 제안되어 있으나, 추가로 고감도, 소형화, 저소비전력화의 요구가 있다.

그러므로, 본 발명은 외부자장에 따라 변화하는 임피던스 성분을 새로운 방법에 의해 검출하도록 하여, 자장벡터의 상이한 2성분을 측정하는 장치를 제안하는 것을 목적으로 한다.

또한, 발명의 다른 목적은 자장벡터의 2성분을 고감도로 검출하는 것이다.

또한, 본 발명의 다른 목적은 자장벡터의 2성분의 검출정밀도를 향상시키는 것이다.

또한, 본 발명의 다른 목적은 자장벡터의 2성분을 저소비전력으로 검출하는 것이다.

또한, 본 발명의 다른 목적은 자장벡터의 2성분을 검출하는 검출장치를 소형화하는 것이다.

이들 목적은 본 출원에서 개시된 각각의 발명이 개별적으로 달성되는 목적으로, 본 건 발명이 이들 목적의 전체를 달성하는 것으로 이해되어야 하는 것은 아니다.

청구항1의 발명은, 외부자장을 검출하는 자장검출장치에서, 외부자장의 제1 축 성분을 검출하기 위해 설치되고 펄스전류 또는 고주파전류에 의해 외주방향으로 여자되는 제1 자기감지소자와, 상기 제1 자기감지소자가 설치되는 면과 공통법선을 갖는 면에 설치되고 외부자장의 적어도 하나의 제2 축 성분을 검출하기 위해 설치되고 펄스전류 또는 고주파전류에 의해 외주방향으로 여자되는 제2 자기감지소자, 제1 자기감지소자의 외부방향으로 감기고 제1 축 방향의 자속변동을 검출하는 제1 검출코일, 제2 자기감지소자의 외주방향으로 감기고 제2 축 방향의 자속변동을 검출하는 제2 검출코일로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

본 자장검출장치는 자장벡터의 상이한 2성분을 검출하는 장치이다. 제1 자기감지소자, 제2 자기감지소자는 예를 들어, 선형의 소자로서 펄스전류가 흐름으로써 외주방향으로 여자되는 소자이다. 이 외주방향의 여자에 의해 내부의 자기모멘트가 펄스전류에 따라 변화하게 된다. 외부자장의 제1 축 성분을 제1 자기감지소자의 외주방향과 직교하는 방향(선형이면 축 방향)으로 하면, 이 자기모멘트는 외주방향으로의 여자장이 클 때에는 외주방향으로 방향을 변화시키고, 외부방향으로의 자장이 작을 때에는 제1 축 성분의 방향을 향하게 된다. 즉, 자기모멘트가 제1 축 방향에서 펄스전류 또는 고주파전류에 따라 변화하게 된다. 이 변화에 의해 제1 축 방향의 자속변화가 발생하고, 이 자속변화가 제1 검출코일에 의해 검출된다. 자속변화의 크기는 외부자장의 제1 축 성분의 크기에 비례한다. 제2 자기감지소자에서도 제1 자기감지소자와 마찬가지로 작용한다. 이와 같이 하여, 제1 검출코일과 제2 검출코일에 의한 검출치에 의해 외부자장의 제1 축 성분, 제2 축 성분을 검출할 수 있게 된다.

외부자장에 대한 출력치의 변화율, 즉, 감도는 외주방향의 여자의 크기와 주파수(속도)에 비례한다. 본 건 발명에서는 펄스전류 또는 고주파전류에 의해 여자되어 있으므로, 여자의 최고주파수가 높고, 감도를 향상시킬 수 있다.

또한, 특히 자장검출장치에 적용된 경우에는 이 방법에 의하면, 자기감지소자의 0점을 오프세트시키는 직류 바이어스자장을 가할 필요가 없기 때문에 바이어스자장의 상호 간섭이나 바이어스코일에 의한 발열의 문제가 작아서, 자기감지소자간의 거리를 크게 할 필요가 없어, 소형화를 실현할 수 있다.

또한, 검출코일에 의해 외부자장에 의해 변조를 받은 자속의 변화를 검출하고 있으므로, 검출코일의 감기는 수를 증가시킴으로써 감도를 향상시키는 것도 가능하다.

제1 자기감지소자와 제2 자기감지소자는 서로 다른 방향으로 배치되어 있어서, 이 방향의 자장성분을 검출하는 것이다. 자기감지소자는 바람직하게는 외주방향으로 용이하게 자화되는 자기이방성을 갖는 것이 좋다. 이렇게 함으로써, 외부자장에 의한 검출자속 변화의 변조효과가 높고, 검출감도를 향상시킬 수 있게 된다. 이러한 소재로는 비결정질 자성체가 있다. 바람직하게는 선형의 자성체가 좋다.

제1 자기감지소자와 제2 자기감지소자는 상이한 방향으로 배치되어 있으면 좋지만, 상호 직교하는 방향으로 배치되는 것이 가장 바람직하다. 이 상태에서 제1 축 성분과 제2 축 성분을 가장 양호한 감도로 검출할 수 있다. 이 2개의 검출된 성분으로부터 자장의 크기 및/또는 자장의 방위 검출이 가능하게 된다. 제1 자기감지소자와 제2 자기감지소자는 반드시 동일한 평면에 배치될 필요는 없다. 예를 들면, 평면형의 기판 표면과 이면에 배치될 수도 있다. 이 배치에 의해 장치를 소형화할 수 있게 된다.

또한, 펄스전류는 고주파성분을 포함하고 있으므로, 일종의 고주파전류에 포함되는 개념이기도 하다. 또한, 펄스전류나 고주파전류는 예를 들면 1주기만 가해지거나 반복하여 가해지는 주기신호이어도 좋다.

청구항2의 발명은 펄스전류와 동기되어 제1 검출코일의 출력에서 최초로 나타나는 제1 펄스만을 통과시키는 제1 스위치와, 펄스전류와 동기되어 제2 검출코일의 출력에서 최초로 나타나는 제1 펄스만을 통과시키는 제2 스위치를 추가로 갖는 것을 특징으로 한다.

이 구성에 의해, 펄스전류와 동기된 제1 펄스를 자장성분의 검출치로 할 수 있다. 상기의 원리를 이용한 자장검출은 검출신호의 제1 펄스의 최고치가 외부자장에 비례하고 있다. 그러므로, 이 구성으로 함으로써 노이즈의 영향을 받지 않는 정밀도가 높은 검출이 가능하게 된다.

청구항 3의 발명은 제1 스위치를 통과한 신호의 정점값 또는 반복하여 출력되는 정점값을 형성하는 신호를 출력하는 제1 신호처리회로와, 제2 스위치를 통과한 신호의 정점값 또는 반복하여 출력되는 정점값을 형성하는 신호를 출력하는 제2 신호처리회로를 추가로 갖는 것을 특징으로 한다.

제1 스위치를 통과한 신호의 정점값은 외부자장의 제1 축 성분에 비례하고 있다. 그러므로, 이 정점값을 예를 들면, 유지하거나 반복하여 펄스전류를 공급하는 경우에는 반복하여 출력되는 정점값이 형성하는 신호(포락선신호, 적분신호, 로우패스필터(low pass filter)를 통과한 신호, 평활화된 신호 등)를 제1 축 성분의 검출치로 할 수 있게 된다. 외부자장은 직류자장이거나 교류자장이어도 좋으나, 교류자장인 경우에는 펄스전류의 반복되는 주파수에 의해서도 충분히 낮은 주파수의 교류자장이 측정대상으로 된다. 즉, 교류자장을 매크로적으로는 시간적으로 연속하여 측정할 수 있다.

청구항4의 발명은, 제1 자기감지소자의 외주방향으로 감기고 제1 신호처리회로의 출력신호에 따라 외부자장의 제1 축 성분을 상쇄하는 자장을 생성하는 제1 부궤환여자코일과, 제2 자기감지소자의 외주방향으로 감기고 제2 신호처리회로의 출력신호에 따라 외부자장의 제1 축 성분을 상쇄하는 자장을 생성하는 제2 부궤환여자코일과, 제1 신호처리회로의 출력신호가 0으로 되도록 제1 부궤환여자코일에 통전하는 제1 부궤환회로와, 제2 신호처리회로의 출력신호가 0으로 되도록 제2 부궤환여자코일에 통전하는 제2 부궤환회로를 갖는 것을 특징으로 한다.

이 원리에 기초하는 측정에서는, 외부자장의 0점이 가장 직선성이 좋다. 따라서, 제1 자기감지소자에서의 제1 축 성분이 0이 되도록 제1 부궤환여자코일에 통전한다. 이 부궤환통전량은 외부자장의 제1 축 성분이 큰 만큼 커지게 된다. 따라서, 이 부궤환통전량을 제1 축 성분의 검출치로 할 수 있다. 이와 같이, 제1 자기감지소자에서의 제1 축 성분을 0으로 한 상태에서 측정함으로써, 외부자장과 검출치 사이의 선형성을 높게 유지할 수 있기 때문에 측정의 정밀도가 향상된다. 제2 자기감지소자와 제2 축 성분의 관계는 제1 자기감지소자와 제1 축 성분의 관계와 동일하다.

청구항5의 발명은, 펄스전류를 공급하는 발진장치를 추가로 갖는 것을 특징으로 한다. 제1 자기감지소자, 제2 자기감지소자에 펄스전류를 공급함으로써, 주파수를 가능한 높게 할 수 있고, 검출감도를 향상시킬 수 있다.

또한, 이 발진장치는 제1 자기감지소자와 제2 자기감지소자에 대하여 공통으로 펄스전류를 공급하는 것이거나, 독립하여 별도로 공급하는 것이어도 좋다. 공통화 하면, 제조비용이 낮아지고, 장치를 소형화할 수 있게 된다.

청구항6의 발명은, 발진장치는 4각형파발진회로와 4각형파발진회로의 출력하는 4각형파를 미분하고, 미분신호를 펄스전류로 하는 미분회로로 이루어지는 것을 특징으로 한다. 이 구성에 의해, 고감도화 및 저소비전력화를 실현할 수 있다.

또한, 청구항1∼6의 발명은, 당연히, 후술하는 회로시스템에 대하여 구성된 것과 구성되지 않은 것의 양자 모두를 포함하는 발명이다.

청구항7의 발명은, 청구항1의 자장검출장치에서, 제1 자기감지소자는 외부자장의 제1 축 성분이 관통하고, 펄스전류가 흐르는 한 쌍의 자기감지소자로 이루어지고, 제1 검출코일은 각각의 자기감지소자에 감긴 한 쌍의 검출코일로 이루어지며, 제2 자기감지소자는 외부자장의 제2 축 성분이 관통하고, 펄스전류가 흐르는 한 쌍의 자기감지소자로 이루어지고, 제2 검출코일은 각각의 자기감지소자에 감긴 한 쌍의 검출코일로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

제1 자기감지소자, 제1 검출코일이 한 쌍, 제2 자기감지소자, 제2 검출코일이 한 쌍 설치되어 있는 것을 특징으로 한다. 각 축 성분의 검출시스템에서, 한 쌍의 회로구성을 함으로써, 직류성분의 제거, 동상잡음의 제거, 온도변동 등의 요인에 의한 드리프트의 억제 등, 2개의 측정시스템에 의해 공통적으로 가해지는 동상외란(in-phase disturbance)을 제거할 수 있게 되어 검출정밀도를 향상시킬 수 있게 된다.

제1 검출코일과 제2 검출코일의 출력하는 검출신호가, 각각 역상으로 출력되도록, 2개의 검출코일의 극성(외부자속과의 결합관계)을 결정한다. 그리고, 이 2개의 검출신호의 차이를 취하면, 각 검출신호의 2배의 신호가 얻어지고, 동상잡음 등의 동상성분을 제거할 수 있다.

청구항8의 발명은, 청구항7의 발명에 있어서 펄스전류와 동기되어 한 쌍의 제1 검출코일 각각의 출력의 최초에 나타나는 제1 펄스만을 통과시키는 한 쌍의 제1 스위치와, 펄스전류와 동기되어 한 쌍의 제2 검출코일 각각의 출력의 최초에 나타나는 제1 펄스만을 통과시키는 한 쌍의 제2 스위치를 추가로 갖는 것을 특징으로 한다.

동상외란을 제거한 상태에서, 청구항7의 발명의 작용효과를 달성할 수 있다. 따라서, 검출감도 및 검출정밀도의 향상을 실현할 수 있게 된다.

청구항9의 발명은, 청구항8의 발명에 있어서 한 쌍의 제1 스위치를 통과한 각각의 신호의 정점값 또는 반복하여 출력되는 정점값을 성형하는 신호를 출력하는 한 쌍의 제1 신호처리회로와, 한 쌍의 제2 스위치를 통과한 각각의 신호의 정점값 또는 반복하여 출력되는 정점값을 성형하는 신호를 출력하는 한 쌍의 제2 신호처리회로를 추가로 갖는 것을 특징으로 한다.

동상외란을 제거한 상태에서, 청구항8의 발명의 작용효과를 달성할 수 있다. 따라서, 검출감도 및 검출정밀도의 향상을 실현할 수 있게 된다.

청구항10의 발명은, 청구항9의 발명에 있어서 한 쌍의 제1 자기감지소자의 외주방향으로 감기고 외부자장의 제1 축 성분에 대하여 동일한 방향으로 결합하고 한 쌍의 제1 신호처리회로의 출력신호에 따라 외부자장의 제1 축 성분을 상쇄하는 자장을 생성하는 한 쌍의 제1 부궤환여자코일과, 한 쌍의 제2 자기감지소자의 외주방향으로 감기고 외부자장의 제2 축 성분에 대하여 동일한 방향으로 결합하고 한 쌍의 제2 신호처리회로의 출력신호에 따라 외부자장의 제2 축 성분을 상쇄하는 자장을 생성하는 한 쌍의 제2 부궤환여자코일과, 한 쌍의 제1 신호처리회로의 출력하는 상호 반대극성의 출력신호의 차이가 0이 되도록 한 쌍의 제1 부궤환여자코일에 통전하는 제1 부궤환회로와, 한 쌍의 제2 신호처리회로의 출력하는 상호 반대극성의 출력신호의 차이가 0이 되도록 한 쌍의 제2 부궤환여자코일에 통전하는 제2 부궤환회로를 갖는 것을 특징으로 한다.

한 쌍의 제1 신호처리회로의 출력하는 상호 반대극성의 출력신호의 차이는, 외부자장에 비례한 검출신호에 관하여는 각각의 제1 신호처리회로의 출력의 합계를 의미한다. 따라서, 이 합계가 0이 되도록 한 쌍의 제1 부궤환여자코일에 전류가 흐르는 것은, 한 쌍의 각각의 제1 신호처리회로의 출력이 0이 되도록 외부자장을 제거하도록 전류가 흐르는 것을 의미한다. 따라서, 본 청구항의 발명은, 외부자장에 비례한 검출신호에 관하여는, 한 쌍의 제1 자기감지소자를 직렬접속하고, 한 쌍의 제1 검출코일을 직렬접속하고, 한 쌍의 제1 부궤환여자코일을 직렬접속한 것과 동등하게 된다. 제2 자기감지소자, 제2 검출코일, 제2 부궤환여자코일에 있어서도 마찬가지이다.

이에 대하여, 검출신호에 포함되는 동상성분(동상잡음, 드리프트, 직류성분 등)은 차이를 취함으로써 소거된다. 이 구성에 의해, 동상외란을 제거한 상태에서 청구항9의 발명의 작용효과를 달성할 수 있다. 따라서, 출력치와 검출자장의 직선성이 양호하고, 외란이 배제되어 있으므로 검출정밀도를 매우 향상시킬 수 있다.

청구항11의 발명은, 청구항7 내지 청구항10의 어느 한 발명에서, 한 쌍의 제1 자기감지소자에 공통으로 펄스전류를 공급하는 발진장치와, 한 쌍의 제2 자기감지소자에 공통으로 펄스전류를 공급하는 발진장치를 독립으로 또는 공통으로 갖는 것을 특징으로 한다.

공통화된 경우에는, 장치의 제조비용 저감과 장치의 소형화를 실현할 수 있다.

청구항12의 발명은, 청구항11의 발명에서, 발진장치는 4각형파발진회로와 4각형파발질회로의 출력하는 4각형파를 미분하여 미분신호를 펄스전류로 하는 미분회로로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

이로 인해 고감도화 및 저소비전력화를 도모할 수 있게 된다.

청구항13의 발명은, 청구항1 내지 청구항6의 어느 하나의 발명에서, 제1 자기감지소자의 일단부, 제2 자기감지소자의 일단부, 및 부궤환여자코일의 일단부가 접지되어 있는 것을 특징으로 한다.

외부단자의 수를 감소시킬 수 있고, 검출장치의 외부회로에의 접속이 용이하고 간편하게 된다.

청구항14의 발명은, 청구항7 내지 청구항12의 어느 하나의 발명에서, 한 쌍의 제1 자기감지소자의 접속점, 한 쌍의 제2 자기감지소자의 접속점, 및 부궤환여자코일의 일단부가 접지되어 있는 것을 특징으로 한다.

청구항15의 발명은, 청구항1 내지 청구항14의 어느 하나의 발명에서, 제1 자기감지소자 및 제2 자기감지소자가 외주방향으로 자기이방성을 갖는 것을 특징으로 한다.

외주방향으로 자기이방성을 가짐으로써 외부자장의 검출감도를 향상시킬 수 있다.

청구항16의 발명은, 청구항15의 발명에서, 제1 자기감지소자 및 제2 자기감지소자가 펄스전류에 대하여 표피효과를 발생하는 소자인 것을 특징으로 한다.

표피효과를 발생함으로써, 전류가 표면에 구속되는 결과, 외부자장에 의한 펄스전류에 의한 자화변조를 보다 크게 할 수 있으며, 검출감도를 향상시킬 수 있다.

청구항17의 발명은, 청구항15 또는 청구항16의 발명에서, 제1 자기감지소자 및 제2 자기감지소자가 비결정질 자성체로 이루어지는 것을 특징으로 한다. 이 구성에 의해, 외주방향의 투자율(magnetic permeability)이 축 방향의 투자율보다도 크게 되려는 자기이방성을 크게 할 수 있게 된다.

청구항18의 발명은, 청구항15 또는 청구항17의 발명에서, 제1 자기감지소자 및 제2 자기감지소자가 비결정질 자성체로 이루어지는 선인 것을 특징으로 한다. 이 구성에 의해, 외주방향의 투자율이 축 방향의 투자율보다도 크게 되려는 자기이방성을 크게 할 수 있게 된다.

청구항19의 발명은, 청구항1 내지 청구항18의 어느 하나의 발명에서, 제1 자기감지소자 및 제2 자기감지소자, 제1 검출코일 및 제2 검출코일, 제1 부궤환여자코일 및 제2 부궤환여자코일이 기판상에 탑재되어 수지성형에 의해 동일하게 패키지 되어 있는 것을 특징으로 한다.

이 구성에 의해, 센서부만을 개별소자로 하여 부품화 할 수 있고, 회로기판에의 배치가 용이하게 된다. 또한, 고장시에는 이 개별소자만을 교환하면 되므로, 이 개별소자를 가진 장치의 보수가 용이하게 된다.

청구항20의 발명은, 청구항1 내지 청구항19의 어느 하나의 발명에서, 제1 자기감지소자 및 제2 자기감지소자가 기판상에 형성된 전극에서 양단부가 지지되어 통전되고, 기판과 제1 자기감지소자 및 제2 자기감지소자의 사이를 포함하고, 제1 자기감지소자 및 제2 자기감지소자의 주위가 겔형 물질로 덮이는 것을 특징으로 한다.

겔형 물질에 의해 제1 자기감지소자와 제2 자기감지소자를 외부로부터의 변형이 가해지지 않도록 할 수 있다. 특히, 비결정질 자성체의 경우에는, 변형에 의한 검출정밀도의 저하가 문제로 되나, 이 모양에 겔형 물질로 둘레를 덮음으로써, 변형이 자기감지소자에 관계되는 것을 방지할 수 있다. 특히, 수지성형한 경우에는 수지의 냉각과정에서 발생하는 응력이 자기감지소자에 걸리게 되나, 겔형 물질은 이 변형을 흡수함으로써 자기감지소자에 관계되는 것을 방지할 수 있다. 겔형 물질은 졸(sol)이 젤리(jelly) 상태로 고화된 것을 의미한다. 예를 들면, 실리콘겔, 실리카겔, 일래스토머, 젤라틴 등, 일반적으로는 하이드로겔(hydro gel), 탄성겔 등의 겔을 사용할 수 있다. 중요한 것은, 탄성을 흡수하려는 물질이면 된다.

청구항21의 발명은, 청구항1 내지 청구항20의 어느 하나의 발명에서, 제1 자기감지소자는 기판의 표면에 배치되고, 제2 자기감지소자는 기판의 이면에 배치되는 것을 특징으로 한다.

이와 같이, 제1 자기감지소자와 제2 자기감지소자를 기판의 표면과 이면에 배치함으로써, 장치를 소형화 할 수 있게 된다. 또한, 제1 자기감지소자와 제2 자기감지소자를 교차시킬 수 있으므로, 외부자장의 제1 축 성분과 제2 축 성분의 측정위치를 접근시킬 수 있어서, 정확한 외부자장의 2성분을 측정할 수 있게 된다.

청구항22의 발명은, 청구항1 내지 청구항21의 어느 하나의 발명에서, 제1 자기감지소자 및 제2 자기감지소자를 양단부에서 지지하여 통전하는 전극에 배치하고, 자기감지소자 위에 알루미늄 또는 알루미늄합금을 피복하여, 초음파접착을 함으로써, 제1 자기감지소자 및 제2 자기감지소자와 전극을 접합하는 것을 특징으로 한다.

자기감지소자가 비결정질 자성체인 경우에는, 가열하면 결정화가 일어나므로, 가열접합이 될 수 없고, 변형에 취약하다. 따라서, 자기감지소자를 초음파접합에 의해 전극에 접합하는 것이 바람직하다. 초음파접합 하는 경우에는, 자기감지소자 위에 알루미늄 또는 알루미늄합금을 놓고, 초음파툴에 의해 가압함으로써, 이 알루미늄 또는 알루미늄합금이 완충작용을 하여, 자기감지소자에 변형이 가해지는 것을 방지한다. 또한, 자기감지소자의 표면에 형성된 산화막이 초음파에 의해 박리되어 알루미늄 또는 알루미늄합금에 혼입된다. 그 결과, 알루미늄 또는 알루미늄합금과 자기감지소자의 기계적접합 및 전기적접합이 양호하게 행해진다.

청구항23의 발명은, 청구항22의 발명에서, 전극이 니켈, 알루미늄, 금, 구리, 은, 주석, 아연, 백금, 마그네슘, 로듐, 또는 이들의 적어도 하나를 포함하는 합금으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

전극을 이들의 소재로 함으로써, 자기감지소자의 초음파접합에 의한 강력한 접합이 가능하게 된다.

청구항24의 발명은, 청구항23의 발명에서, 전극은, 표면층으로서 알루미늄 또는 알루미늄합금으로 이루어지는 층을 갖는 것을 특징으로 한다.

이 구성에 의해, 자기감지소자의 위에 놓인 알루미늄 또는 알루미늄합금의 접합성이 양호하고, 자기감지소자를 전극에 강력하게 접합할 수 있다.

청구항25의 발명은, 청구항1 내지 청구항24의 어느 하나의 발명에서, 자장검출장치는 검출된 제1 축 자장성분 및 제2 축 자장성분에 의해 자장방위를 검출하는 방위검출장치인 것을 특징으로 한다.

제1 축 자장성분과 제2 축 자장성분으로부터, 방위검출이 가능하게 된다. 즉, 제1 축, 제2 축을 수평면으로 하면, 수평면에서의 방위가 검출가능하게 된다.

청구항26의 발명은, 청구항1 내지 청구항25의 어느 하나의 발명에서, 제1 축 및 제2 축이 서로 직교하는 축인 것을 특징으로 한다.

이 구성에 의해, 제1 축 자장성분 또는 제2 축 자장성분이 최대치를 갖는 방위는 상호 90도 다르게 되므로, 방위검출 정밀도가 향상된다.

도 1은 본 발명의 원리를 도시한 설명도.

도 2는 본 발명에 의한 방위검출의 원리를 도시한 설명도.

도 3은 본 발명에 의해 검출되는 외부자장과 검출신호의 관계를 도시한 특성도.

도 4는 본 발명의 일실시예를 도시한 자장검출장치의 회로도.

도 5는 본 발명의 다른 실시예의 보상형 자장검출장치를 도시한 회로도.

도 6은 자기감지소자를 탑재한 개별소자의 구조를 도시한 구조도.

도 7은 자기감지소자와 전극의 접합부분을 도시한 단면도.

도 8은 검출장치를 조립한 상태를 도시한 평면도.

도 9는 검출장치를 조립한 상태를 도시한 측면도.

도 10은 검출장치를 조립한 상태를 도시한 사시도.

부호의 설명

10 자기감지소자

10a, 10b 제1 자기감지소자

12 제1 부궤환여자코일

13 4각형파발진기

14 미분회로

15 제1 스위치

16 제1 신호처리회로

17 제1 부궤환회로

30a 기판

31a, 32a 전극

33a, 34a 플레이트

35a 겔(gel)형 물질

40 제2 자기감지소자

40a, 40b 제2 자기 감지소자

41a, 41b 제2 검출코일

42a, 42b 제2 부궤환여자코일

95 몰드

이하, 본 발명을 실시예에 기초하여 설명한다.

본 발명에 의한 자장검출의 기본적 원리에 대하여 설명한다. 도 1은 그 원리를 보여주는 도면이다. 선형의 제1 자기감지소자(10)에 제1 축(x축) 방향으로 전류 I를 흐르게 한다. 그러면, 이 전류에 의해 외주방향으로 자장 H_r이 발생된다. 이 자장 H_r에 의해 제1 자기감지소자(10)의 자기모멘트 M이 외주방향으로 방향을 일치시킨다. 이 전류 I가 주파수 ω의 교류전류이면, 자장 H_r은 주파수 ω로 진동하고, 자기모멘트 M 또한 주파수 ω로 진동하게 된다. 이러한 교류전류 I를 통전한상태에서, 직류 또는 주파수 ω보다 충분히 낮은 교류의 외부자장 H_x가 제1 축 방향으로 가해지게 된다. 그러면, 자화벡터 M은 외부자장 H_x의 방향으로 경사지고, 자화벡터 M은 제1 축 방향으로 진동하는 성분을 갖게 된다. 이렇게 자화벡터 M이 교류전류 I와 동기되어 제1 축 방향으로 회전하게 되면, 그 결과, 자속밀도의 제1 축 성분 B_x가 시간적으로 변동하게 된다. 이 자속밀도 B_x의 진폭은 외부자장 H_x의 크기에 비례한다. 이 자속밀도 B_x의 시간변화율은 주파수 ω와 자속밀도 B_x의 진폭의 곱에 비례하고, 제1 검출코일(11)의 단자간 전압 E₁로 검출된다. 따라서, 이 단자간전압 E₁에 의해 제1 축 방향의 외부자장 H_x을 결정할 수 있다.

단자간전압 E₁은 전류 I의 주파수 ω와 외부자장 H_x의 곱에 비례하므로, 주파수 ω를 크게 함으로써 검출감도를 높일 수 있다. 본 건 발명에서는, 바람직하게는, 이를 위해 공급전류 I를 펄스전류로 하고 있다. 물론, 교류전류이어도 좋다. 펄스전류이어도, 상기 원리가 성립하는 것은 용이하게 이해된다. 또한, 주파수 ω를 높게 하면 표피효과에 의해 자기감지소자의 표면에만 전류가 흐르기 때문에 자벽의 이동이 억제되어, 자기벡터의 회전만을 일으켜서 상기 현상이 현저해진다. 이 의미에 있어서도, 고주파성분을 갖는 펄스전류를 사용하는 것이 바람직하다. 이와 같이, 가해지는 전류는 펄스전류 외에 펄스전류를 포함하는 개념의 고주파전류일 수도 있다. 또한, 단일주기만의 전류를 가하거나 반복주기의 전류를 가할 수도 있다.

이러한 펄스전류를 자기감지소자에 공급하면, 검출코일의 단자간전압 E₁또한 펄스파형이 되나, 이 파고치를 검출함으로써 외부자장을 검출할 수 있게 된다. 또한, 실제로는, 제1 검출코일에 인덕턴스성분이나 부유용량이 존재함으로써, 펄스전류에 대하여 검출신호는 진동파형이 된다. 따라서, 검출신호 중 제1 펄스만을 추출하여 그 진폭으로부터 자장을 측정하는 것이 바람직하다.

상기와 같이, 본원 발명은, 제1 축 방향으로 자장성분이 존재할 때에, 그 축의 외주방향을 따라 교류여자 되면, 그 자장성분에 비례한 진폭으로 교류여자와 동일 주파수의 교류자속밀도를 제1 축 방향으로 생성하는 현상을 이용한 것이다.

본 발명에서는, 특히 바람직하게는, 제1 자기감지소자는 제1 축 방향으로 선형으로 연장된 비결정질 와이어가 바람직하다. 비결정질 자성체에는 예를 들면, CoSiB계, FeCoSiB계, FeSiB계, 이들의 합금 등의 자성체를 사용할 수 있다.

도 2에 도시되는 바와 같이, 이러한 제1 자기감지소자(10) 및 제1 검출코일(11)과 동일한 구성의 제2 자기감지소자를 제1 축과 다른 제2 축(y축) 방향으로 배치한다. 마찬가지로, 펄스전류 I를 제2 자기감지소자(40)에 공급하여 제2 검출코일(41)의 단자간전압 E₂를 측정함으로써, 제2 축 자장성분 H_y를 측정할 수 있다. 이 2개의 축이 이루는 각도를 α로 하면, 외부자장 H의 제1 축과 이루는 각도 θ는 다음의 식으로 표현된다.

θ= tan^-1[(E₂/ E₁- cosα) / sinα] (1)

또한, 외부자장 H의 크기는 다음의 식으로 구해진다.

H = H₁/ cosθ (2)

제1 축과 제2 축이 이루는 각도 α를 90도로 하면,

θ= tan^-1(E₂/ E₁) (3)

H = (E₂ ²/ E₁ ²)^1/2(4)

제1 축 자장성분에 관하여, 상기와 같이 펄스전류 I를 흘려서 제1 검출코일(11)의 출력하는 신호 E₁의 제1 펄스의 진폭 E₀을 외부자장 H_x에 관하여 측정하면 도 3과 같이 된다.

제1 축 자장성분 검출시스템에 관한 보다 구체적인 회로구성을 도시하면 도 4와 같이 된다.

제1 자기감지소자(10)의 외주방향으로 제1 검출코일(11)이 감겨져있다. 제1 자기감지소자(10)는 예를 들면, 자왜가 없는 선형의 비결정질 자성체로 구성된다. 구체적인 치수를 보면, 길이 3mm, 직경 30㎛이다. 또한, 제1 검출코일의 감긴 수는 1열에 40바퀴이다. 발진기(13)는 4각형파형을 발진한다. 발진기(13)는 보다 구체적으로는 C-MOS 멀티바이브레이터(multi vibrator)를 사용할 수 있다. 이 4각형파는 미분회로(14)에서 미분되어, 저항 R₄를 통해 제1 자기감지소자(10)에 가해진다. 저항 R₄는 정전류를 공급하기 위한 저항이다. 이러한 회로에 의해 펄스전류 I가 제1 자기감지소자(10)에 공급된다. 펄스전류는 예를 들면, 상승시간이 약 5ns이다.

제1 검출코일(10)의 일단부 a는 제1 스위치(15)에 접속되어 있다. 제1 스위치(15)는 보다 구체적으로는 일례로서, 트랜지스터로 이루어지는 아날로그스위치를 사용할 수 있다. 그리고 나서, 제1 스위치(15)를 통과한 신호는 제1 신호처리회로(16)에 입력된다. 이 제1 신호처리회로(16)는 일례로서, 커패시터 C₄와 저항 R₅로 이루어지는 피크홀드회로(peak-hold circuit)로 구성하는 것이 가능하다. 이 제1 신호처리회로(16)에 의해 반복하여 검출되는 펄스신호의 피크가 홀드된다. 펄스전류를 반복하여 공급하고, 펄스신호를 반복하여 검출하는 경우에는 이와 같이 피크홀드회로 외에, 피크에 비례한 양이 검출되게 되면, 적분회로, 평활회로(smoothing circuit) 등을 사용할 수 있다.

제1 검출코일(10)은 인덕턴스와 부유용량을 갖고, 다른 선로에 있어서도, 인덕턴스와 부유용량이 존재한다. 따라서, 제1 검출코일(10)의 검출하는 신호에는 펄스전류에 응답한 단일펄스만이 아니고, 여기에 속하는 진동파형이 포함되게 된다. 이 때문에, 펄스전류에 응답한 성분만을 추출하기 위해, 제1 스위치(15)가 설치되어 있다. 또한, 제1 검출코일(10)의 검출신호가 출력되는 타이밍과 제1 스위치(15)가 완전히 온(on)으로 되는 타이밍에서 위상동기를 갖도록 하기 위해, 제1 스위치(15)의 제어신호에 대하여 제1 자기감지소자(10)에 공급하는 펄스전류 I는 약 10ns 지연되어 있다. 중요한 것은, 제1 스위치(15)에는 펄스전류에 응답하고 정확하게 외부자장에 비례한 신호성분만을 통과시키는 기간만 온이 되도록 제어신호를 가하는 것이 좋다.

제1 신호처리회로(16)의 출력신호는 제1 부궤환회로(17)에 입력되어 있다. 제1 검출코일(10)의 타단자(b)가 차동증폭기(171)의 비반전 입력단자(non-inverting input terminal)에 접속되어 있다. 그리고, 차동증폭기(171)의 출력단자는 제1 부궤환여자코일(12)에 접속되어 있다. 이 구성에 의해, 차동증폭기(171)의 입력단자간 전압이 0으로 되도록 제1 부궤환여자코일(12)에 전류가 흐르게 된다. 즉, 제1 자기감지소자(10)를 통과한 외부자장이 0인 경우에는, 제1 검출코일(11)의 검출신호 또한 0이 되므로, 제1 부궤환여자코일은 결국, 측정될 외부자장을 소거하는 작용을 한다. 도 3의 특성에서, 부궤환을 걸지않은 상태에서는, A점의 검출신호가 출력되었다고 하면, 이 A점을 원점으로 하여 필요한 전류가 제1 부궤환여자코일(12)에 흐르게 된다. 이 부궤환전류는 A점에서의 외부자장의 크기에 비례하므로, 이 차동증폭기(171)의 출력신호는 측정될 자장의 크기에 비례한 신호가 된다. 이와 같이, 측정점을 도 3의 특성곡선에서의 원점부근으로 함으로써 보다 직선성이 양호한 자장측정이 가능하게 된다.

이러한 회로가 제2 축 자장성분 검출시스템에서도 마찬가지로 설치되어 있다. 회로구성은 완전히 동일하다. 또한, 4각형파발생회로(13)와 미분회로(14)로 이루어지는 발진장치는, 제1 축 자장성분 검출시스템과는 별도로 독립적으로 설치되거나 공통으로 설치될 수 있다. 즉, 제1 자기감지소자와 제2 자기감지소자에 공급되는 펄스전류와, 제1 스위치와 제2 스위치를 제어하는 신호를 공통의 회로로부터 공급하도록 할 수도 있다.

다음에, 제1 자기감지소자, 제1 검출코일, 제1 신호처리회로, 제1 부궤환회로, 제1 부궤환여자코일 등을 한 쌍 사용하여, 동상잡음 등을 제거함으로써, 보다 검출정밀도를 향상시킨 검출장치에 대하여 설명한다.

제1 축 자장성분 검출시스템에 대하여 설명한다. 제1 축 자장성분이 축 방향으로 마찬가지로 관통하도록, 한 쌍의 제1 자기감지소자(10a, 10b)는 전기적으로 병렬로 배치되어 있다. 구성적 배치는 후술하려는 병렬배치나 직렬배치 모두 가능하다. 즉, 한 쌍의 제1 자기감지소자(10a, 10b)의 축 방향에는 동일한 제1 축 자장성분이 관통하고 있는 것이 바람직하며, 평행한 배치로 위치적으로 접근하고 있는 것이 좋다.

도 5에 도시되는 바와 같이, 한 쌍의 제1 자기감지소자(10a, 10b)의 접속점(d)은 접지되어 있고, 각각의 타단(e, f)으로부터 펄스전류가 공급된다. 한 쌍의 제1 부궤환여자코일(12a, 12b)은 직렬접속되어 있고, 공통의 부궤환전류가 흘러서, 한 쌍의 제1 자기감지소자(10a, 10b)의 내부자장을 0으로 하도록 기능한다. 즉, 각각의 제1 부궤환여자코일(12a, 12b)은 외부자장을 소거하는 방향으로 감겨져 있다. 한 쌍의 검출코일(11a, 11b)은 각각의 제1 자기감지소자(10a, 10b)의 주위에 감겨져 있다. 그리고, 제1 스위치(15a)를 통과하는 신호의 극성과 제1 스위치(15b)를 통과하는 신호의 극성이 반대로 되도록 각 검출코일(11a, 11b)의 한 쪽 단자에 제1 스위치(15a, 15b)가 접속되어 있다. 즉, 제1 검출코일(11a, 11b)에 의한 기전력 E_a1, E_b1의 방향이 도 5에 도시되는 방향으로 되도록 회로가 배치되어있다. 차동증폭기(171)의 반전입력단자에는 제1 신호처리회로(16a)의 출력신호 G_a1이 입력되고, 제1 신호처리회로(16b)의 비반전입력단자에는 출력신호 G_b1이 입력되어 있다. 또한, 이 차동증폭기(171)는, G_b1- G_a1= E_b1- (- E_a1) = E_b1+ E_a1이 0이 되도록, 부궤환전류를 한 쌍의 제1 부궤환여자코일(12a, 12b)에 공급한다. 따라서, 각각의 제1 검출코일(10a, 10b)의 검출신호 E_a1, E_b1각각이 0이 되도록 부궤환전류가 제1 부궤환여자코일(12a, 12b)에 공급되게 된다. 따라서, 전술한 경우와 마찬가지로 도 3의 특성곡선의 원점부근에서 외부자장을 측정할 수 있으므로, 직선성이 양호하고 검출정밀도가 향상된다.

한편, 차동증폭기(171)에 입력되는 2개의 신호에 포함되는 동상성분은 상쇄된다. 그 결과, 검출신호에 포함되는 동상성분은 부궤환전류에 영향을 주지 않는다. 동상성분은 잡음, 온도변화에 따른 드리프트 성분 등이다. 또한, 이들 동상외란이 제거되어 측정되기 때문에 검출정밀도가 향상된다.

제2 축 자장성분 검출시스템에서도, 제1 축 자장성분 검출시스템과 아주 동일하게 구성되어 있다. 발진장치(18)는 도 5에 도시되는 바와 같이, 한 쌍의 제1 검출코일(10a, 10b)에 대하여 공통으로 설치되고, 또한 제 1 축 시스템과 제2 축 시스템에 공통으로 설치할 수도 있다. 물론, 제1 축 시스템과 제2 축 시스템에 독립적으로 설치하거나, 한 쌍의 제1 또는 제2 검출코일 각각에 별도로 공급할 수도 있다.

다음에, 자장검출장치의 기구적인 구성에 대하여 설명한다. 도 6에 도시되는 바와 같이, 제1 자기감지소자(10a)가 기판(30a) 상에 배치되어 있다. 기판(30a) 상에는 전극(31a, 32a)이 설치되어 있고, 그 위에 제1 자기감지소자(10a)가 양단을 지지하여 통전되도록 설치되어 있다. 이 제1 자기감지소자(10a)는 전극(31a, 32a)에 대하여 알루미늄(33a, 34a)을 사용하여 초음파접착으로 접합되어 있다.

이하, 도 6에 도시되는 개별소자(100)를 형성하는 방법에 대하여 상세히 설명한다. 먼저, 평판형의 세라믹스, PCB수지, 실리콘 등의 어느 하나로 이루어지는 기판의 표면에 구리를 증착한다. 기판은 절연성이 바람직하며, 적어도 전극형성부는 절연되어 있을 필요가 있다. 그리고, 포토리소그래피(photolithography) 공정을 거쳐, 전극(31a, 32a)을 남기도록 에칭을 한다. 이렇게 하여 다수의 자기감지소자(10a)가 배치가능한 기판이 얻어진다. 다음에, 자기감지소자(10a)를 기판상의 전극(31a, 32a) 상에 배치하여 도 7에 도시되는 바와 같이, 그 위에 알루미늄 또는 알루미늄합금으로 이루어지는 플레이트(33a)를 배치하고, 위로부터 접합 툴(90)에 의해 가압하고 초음파진동을 발생시켜 접합시킨다. 이 때, 플레이트(33a), 제1 자기감지소자(10a), 전극(31a)의 각각이 서로 접속된다. 그 후, 플레이트(33a)를 절단함으로써, 1개의 전극에 대한 제1 자기감지소자(10a)의 접합이 완료된다. 이와 같이, 1매의 기판 상에서, 다수의 자기감지소자를 순차적으로 배치하여 초음파접합을 한다. 다음에, 이 기판을 도 6에 도시되는 4각형상으로 분리한다.

전극(31a)의 소재는 자기감지소자와 초음파접합이 가능한 소재로서 도전성을 갖는 것이면 어느 것이어도 좋다. 예를 들면, 니켈, 알루미늄, 금, 구리, 은, 주석, 아연, 백금, 마그네슘, 로듐, 또는 이들의 적어도 하나를 포함하는 합금이 바람직하다. 또한, 도 7에 도시되는 바와 같이, 전극(31a)의 표면에는 알루미늄 또는 알루미늄합금으로 이루어지는 층(311a)이 형성되어 있을 수 있다. 이 층(3)의 형성은 알루미늄 또는 알루미늄합금 플레이트를 전극(31a) 상에 배치하고, 그 위에 자기감지소자(10a)를 배치하며, 추가로 알루미늄 또는 알루미늄합금으로 이루어지는 플레이트(33a)를 배치하여, 초음파접합을 함으로써 형성할 수 있다. 즉, 자기감지소자(10a)를 상하로부터 끼우는 소재가 알루미늄 또는 알루미늄합금인 것으로 하여 기계적접합 및 전기적접촉이 완전한 것으로 할 수 있다. 또한, 전극(31a) 상에 알루미늄 또는 알루미늄합금을 증착 또는 도금하므로, 접합시키도록 할 수도 있다. 또한, 전극(31a, 32a)은 후술하는 배선막이나 리드핀(lead pin)과 전기접속하기 위한 와이어본딩(wire bonding)의 랜드(land)가 된다.

초음파접합을 이용하는 이유는 자기감지소자로 비결정질 자성체, 특히 비결정질 와이어를 사용하기 때문에, 가열에 의한 납땜은 결정화가 일어나므로 사용할 수 없기 때문이다. 또한, 비결정질 자성체는 표면이 산화되어 납땜을 할 수 없다. 초음파접합을 할 때, 알루미늄 또는 알루미늄합금을 사용하면, 기계적접합이 견고해지고 전기적접촉이 양호하게 되는 것이 본 발명자에 의해 처음으로 발견되었다. 비결정질 와이어의 표면산화막이 초음파진동에 의해 박리되고, 환원원소인 알루미늄과 결합하여, 용이하게 알루미늄 플레이트에 결합된다. 이 기구에 의해 전기적접촉과 기계적접합이 양호하게 되는 것으로 생각되었다. 또한, 알루미늄 또는 그 합금으로 이루어지는 플레이트(33a)를 비결정질 와이어로 이루어지는자기감지소자(10a) 상에 설치되므로, 접합 툴(90)의 접촉시에 충격력이 자기감지소자(10a)에 직접 전달되는 것이 저지된다. 즉, 플레이트(33a)는 완충작용을 하고, 초음파접합 시에 자기감지소자(10a)에 응력에 의한 변형이 발생하는 것이 방지된다.

다음에, 도 6에 도시되는 개별소자(100)에 있어서, 제1 자기감지소자(10a)의 주위를 겔형 물질(35a)(도 6, 도 10 참조)로 덮는다. 즉, 제1 자기감지소자(10a)와 기판(30a)의 사이 및, 제1 자기감지소자(10a)의 상부공간을 겔형 물질로 덮는다. 이 겔형 물질로 제1 자기감지소자(10a)를 덮는 이유는 제1 자기감지소자(10a)에 응력이 가해지지 않도록 하여, 제1 자기감지소자(10a)의 내부에 응력을 발생시키지 않도록 하려는 것이다. 제1 자기감지소자(10a)는 비결정질 와이어로 구성되어 있으므로, 자기적 성질이 변형의 영향을 받기 쉽다. 이 응력은 후술하는 바와 같이, 몰드성형 할 때에 수지가 경화하는 동안의 수축에 의해 발생한다. 이 응력이 겔형 물질(35a)에 의해 흡수되고, 제1 자기감지소자(35a)에는 가해지지 않는다. 이와 같이 함으로써, 검출정밀도를 향상시킬 수 있다. 겔형 물질(35a)에는 실리콘 겔을 사용하였으나, 실리카겔, 일래스토머, 젤라틴 등의 탄성 겔을 사용할 수 있다.

다음에, 도 6에 도시되는 개별소자(100)에 대하여 도 10에 도시되는 바와 같이 제1 검출코일(11a)과 제1 부궤환여자코일(12a)이 감긴 보빈(80a)의 중심공간에 개별소자(100)를 삽입하고, 보빈(80a)과 기판(10a)을 접합한다. 그리고 나서, 이 개별소자(100)를 내재한 보빈(80a)을 도 9에 도시하는 바와 같이, 평판형의 세라믹스기판(81)에 접합한다. 마찬가지로, 제1 검출코일(11b)과 제1 부궤환여자코일(12b)이 감긴 보빈(80b)의 중심공간에 개별소자를 삽입하고, 보빈(80b)과 기판(10b)을 접합하고, 이 보빈(80b)을 세라믹스기판(81)에 접합한다. 이 때, 제1 자기감지소자(10a, 10b)가 제1 축(x축) 방향으로 평행해지도록 배치한다. 또한, 코일을 보빈에 감는 것은 제1 검출코일(11a)과 제2 부궤환검출코일의 2종류를 동시에 감는 것이 좋다. 즉, 같은 방향으로 동시에 감음으로써, 제조가 간단해진다. 물론, 별도로, 동일한 방향, 또는 상이한 방향으로 감아도 상관없다. 동일한 방향이나 역방향으로 감는 것은 검출신호를 받아내는 단자를 역으로 하는가 여부의 문제이며 감는 방향은 임의적이다.

마찬가지로, 도 5에 도시되는 한 쌍의 제2 자기감지소자(40a, 40b)에서도 동일한 형태의 개별소자를 형성하고, 한 쌍의 제2 검출코일(41a, 41b), 한 쌍의 제2 부궤환여자코일(42a, 42b)이 감긴 한 쌍의 보빈(84a, 84b)(도 10 참조)을 형성한다. 그리고, 개별소자를 내재한 보빈(84a, 84b)을 세라믹스 기판(82)에 고정한다. 이 때, 한 쌍의 제2 자기감지소자(40a, 40b)는 제1 축과 직교하는 제2 축(y축)에 평행하게 되도록 배치된다.

세라믹스 기판(81) 상에는 도 8에 도시되는 바와 같이, 배선막(81)이 증착되어 있으며, 한 쌍의 제1 자기감지소자(10a, 10b), 한 쌍의 제1 검출코일(11a, 11b), 한 쌍의 제1 부궤환여자코일(12a, 12b)의 전기접속이 와이어본딩 또는 납땜에 의해 이루어져 있다. 또한, 세라믹스 기판(81)의 각 배선막(81)과 각 리드핀(93)의 전기적접속은 관통구멍에 의한 납땜이나 와이어본딩 등에 의해 이루어진다. 리드핀(93)은 한 쌍의 제1 자기감지소자(10a, 10b)에 펄스전류를 공급하는 2개의 핀, 한 쌍의 제1 검출코일(11a, 11b)로부터 각각의 검출신호를 출력하는 4개의 핀, 한 쌍의 제1 부궤환여자코일(12a, 12b)에 전류를 공급하는 1개의 핀과, 접지핀의 합계 8개의 핀으로 구성되어 있다. 이와 같이, 한 쌍의 제1 자기감지소자(10a, 10b)의 접속점과, 한 쌍의 제1 부궤환여자코일(12a, 12b)의 직렬접속의 일단부를 접지시키고 있으므로, 핀의 수를 감소시킬 수 있다. 제2 검출시스템에 있어서도 완전히 동일하다.

도 8, 도 9에 도시되는 바와 같이, 조립된 후, 수지몰드성형을 한다. 그리고, 도 9의 몰드(95)가 형성되어 리드프레임(lead frame)의 테두리를 절단하고, 리드핀(93)을 절곡가공함으로써, 도 9와 같은 몰드 IC의 형상을 한 검출장치가 제조된다.

이상, 발명의 실시예를 기술하였으나, 다른 형태의 변형예가 고려될 수 있다. 제1 축 자장성분 검출장치와 제2 축 자장성분 검출장치를 기판의 표면과 이면에 각각 배치하였으나, 동일한 면에 배치할 수도 있다. 또한, 한 쌍의 자기감지소자를 평행하게 배치하였으나, 직선상으로 배치할 수도 있다. 또한, 기판의 표면과 이면에 배치한 경우에는 "+"자 형상으로 배치되어 있으나, 동일한 면에 배치한 경우에는 "T"자 형상 등의 배치가 고려될 수도 있다. 또한, 몰드성형에 있어서는, 한 쌍의 자기감지소자를 갖는 보상형 검출장치에 대하여 기술하였으나, 도 4에 도시되는 보상형이 아닌 검출장치에 관하여도 몰드성형에 의한 검출장치를 구성할 수 있다. 또한, 몰드 외에, 다른 패키징 방법을 이용할 수 있다. 또한, 자기감지소자, 검출코일, 부궤환여자코일로 이루어지는 센서부만 몰드성형하고 있으나, 추가로 도 4, 도 5에 도시되는 회로부를 IC칩으로 하고, 센서부와 IC칩을 함께 몰드성형하여, 검출장치 전체를 몰드IC로 할 수도 있다. 마찬가지로, 다른 패키징 방법을 사용하게 되면, 검출장치 전체를 개별 IC소자로 할 수도 있다.

본 발명에 따라 자장검출장치의 고감도화, 소형화, 및 저소비전력화를 도모할 수 있다.

Claims

외부자장을 검출하는 자장검출장치에 있어서,

상기 외부자장의 제1 축 성분을 검출하기 위해 설치되고, 펄스전류 또는 고주파전류에 의해 외주방향으로 여자되는 제1 자기감지소자,

상기 제1 자기감지소자가 설치되는 면과 공통법선을 갖는 면에 설치되고, 상기 외부자장의 적어도 다른 하나의 제2 축 성분을 검출하기 위해 설치되고, 펄스전류 및 고주파전류에 의해 외주방향으로 여자되는 제2 자기감지소자,

상기 제1 자기감지소자의 외주방향으로 감기고, 상기 제1 축 방향의 자속변동을 검출하는 제1 검출코일, 및

상기 제2 자기감지소자의 외주방향으로 감기고, 상기 제2 축 방향의 자속변동을 검출하는 제2 검출코일

로 이루어지는 것을 특징으로 하는 자장검출장치.
제1항에 있어서,

상기 펄스전류에 동기되어 상기 제1 검출코일의 출력의 최초에 나타나는 제1 펄스만을 통과시키는 제1 스위치와,

상기 펄스전류에 동기되어 상기 제2 검출코일의 출력의 최초에 나타나는 제1 펄스만을 통과시키는 제2 스위치를 추가로 갖는 것을 특징으로 하는 자장검출장치.
제2항에 있어서,

상기 제1 스위치를 통과한 신호의 정점값 또는 반복하여 출력되는 정점값을 형성하는 신호를 출력하는 제1 신호처리회로와,

상기 제2 스위치를 통과한 신호의 정점값 또는 반복하여 출력되는 정점값을 형성하는 신호를 출력하는 제2 신호처리회로를 갖는 것을 특징으로 하는 자장검출장치.
제3항에 있어서,

제1 자기감지소자의 외주방향으로 감기고, 상기 제1 신호처리회로의 출력신호에 따라 상기 외부자장의 제1 축 성분을 상쇄하는 자장을 생성하는 제1 부궤환여자코일과,

제2 자기감지소자의 외주방향으로 감기고, 상기 제2 신호처리회로의 출력신호에 따라 상기 외부자장의 제2 축 성분을 상쇄하는 자장을 생성하는 제2 부궤환여자코일과,

상기 제1 신호처리회로의 출력신호가 0이 되도록 상기 제1 부궤환여자코일에 통전하는 제1 부궤환회로와,

상기 제2 신호처리회로의 출력신호가 0이 되도록 상기 제2 부궤환여자코일에 통전하는 제2 부궤환회로를 갖는 것을 특징으로 하는 자장검출장치.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 펄스전류를 공급하는 발진장치를 추가로 갖는 것을 특징으로 하는 자장검출장치.
제5항에 있어서,

상기 발진장치는 4각형파발진회로와, 4각형파발진회로에서 출력하는 4각형파를 미분하고 미분신호를 상기 펄스전류로 하는 미분회로로 이루어지는 것을 특징으로 하는 자장검출장치.
제1항에 있어서,

상기 제1 자기감지소자는 상기 외부자장의 상기 제1 축 성분이 통과하고 상기 펄스전류가 흐르는 한 쌍의 자기감지소자로 이루어지고, 상기 제1 검출코일은 각각의 자기감지소자에 감긴 한 쌍의 검출코일로 이루어지며,

상기 제2 자기감지소자는 상기 외부자장의 상기 제2 축 성분이 통과하고 상기 펄스전류가 흐르는 한 쌍의 자기감지소자로 이루어지고, 상기 제2 검출코일은 각각의 자기감지소자에 감긴 한 쌍의 검출코일로 이루어지는 것을 특징으로 하는 자장검출장치.
제7항에 있어서,

상기 펄스전류에 동기되어 상기 한 쌍의 제1 검출코일 각각의 출력의 최초에 나타나는 제1 펄스만을 통과시키는 한 쌍의 제1 스위치와,

상기 펄스전류에 동기되어 상기 한 쌍의 제2 검출코일 각각의 출력의 최초에 나타나는 제1 펄스만을 통과시키는 한 쌍의 제2 스위치를 추가로 갖는 것을 특징으로 하는 자장검출장치.
제8항에 있어서,

상기 한 쌍의 제1 스위치를 통과한 각각의 신호의 정점값 또는 반복하여 출력되는 정점값을 형성하는 신호를 출력하는 한 쌍의 제1 신호처리회로와,

상기 한 쌍의 제2 스위치를 통과한 각각의 신호의 정점값 또는 반복하여 출력되는 정점값을 형성하는 신호를 출력하는 한 쌍의 제2 신호처리회로를 추가로 갖는 것을 특징으로 하는 자장검출장치.
제9항에 있어서,

상기 한 쌍의 제1 자기감지소자의 외주방향으로 감기고, 상기 외부자장의 상기 제1 축 성분에 대하여 동일한 방향으로 결합하고, 상기 한 쌍의 제1 신호처리회로의 출력신호에 따라 상기 외부자장의 제1 축 성분을 상쇄하는 자장을 생성하는 한 쌍의 제1 부궤환여자코일과,

상기 한 쌍의 제2 자기감지소자의 외주방향으로 감기고, 상기 외부자장의 상기 제2 축 성분에 대하여 동일한 방향으로 결합하고, 상기 한 쌍의 제2 신호처리회로의 출력신호에 따라 상기 외부자장의 제2 축 성분을 상쇄하는 자장을 생성하는 한 쌍의 제2 부궤환여자코일과,

상기 한 쌍의 제1 신호처리회로가 출력하는 상호 반대극성의 출력신호의 차이가 0이 되도록 상기 한 쌍의 제1 부궤환여자코일에 통전하는 제1 부궤환회로와,

상기 한 쌍의 제2 신호처리회로가 출력하는 상호 반대극성의 출력신호의 차이가 0이 되도록 상기 한 쌍의 제2 부궤환여자코일에 통전하는 제2 부궤환회로를 갖는 것을 특징으로 하는 자장검출장치.
제7항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 한 쌍의 제1 자기감지소자에 공통으로 상기 펄스전류를 공급하는 발진장치와, 상기 한 쌍의 제2 자기감지소자에 공통으로 상기 펄스전류를 공급하는 발진장치를 독립 또는 공통으로 갖는 것을 특징으로 하는 자장검출장치.
제11항에 있어서,

상기 발진장치는 4각형파발진회로와 4각형파발진회로가 출력하는 4각형파를 미분하고, 미분신호를 상기 펄스전류로 하는 미분회로로 이루어지는 것을 특징으로 하는 자장검출장치.
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 제1 자기감지소자의 일단부, 상기 제2 자기감지소자의 일단부, 및 상기 부궤환여자코일의 일단부는 접지되어 있는 것을 특징으로 하는 자장검출장치.
제7항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 한 쌍의 제1 자기감지소자의 접속점, 상기 한 쌍의 제2 자기감지소자의 접속점, 및 상기 부궤환여자코일의 일단부는 접지되어 있는 것을 특징으로 하는 자장검출장치.
제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 제1 자기감지소자 및 상기 제2 자기감지소자는 외부방향으로 자기이방성을 갖는 것을 특징으로 하는 자장검출장치.
제15항에 있어서,

상기 제1 자기감지소자 및 상기 제2 자기감지소자는 상기 펄스전류에 대하여 표피효과를 발생하는 소자인 것을 특징으로 하는 자장검출장치.
제15항 또는 제16항에 있어서,

상기 제1 자기감지소자 및 상기 제2 자기감지소자는 비결정질 자성체로 이루어지는 것을 특징으로 하는 자장검출장치.
제15항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 제1 자기감지소자 및 상기 제2 자기감지소자는 비결정질 자성체로 이루어지는 와이어인 것을 특징으로 하는 자장검출장치.
제1항 내지 제18항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 제1 자기감지소자 및 상기 제2 자기감지소자, 상기 제1 검출코일 및 상기 제2 검출코일, 상기 제1 부궤환여자코일 및 상기 제2 부궤환여자코일은, 기판 상에 탑재되고, 수지몰드로 동일하게 패키지되는 것을 특징으로 하는 자장검출장치.
제1항 내지 제19항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 제1 자기감지소자 및 상기 제2 자기감지소자는 기판 상에 형성된 전극에 의해 양단부가 지지되어 통전되고, 상기 기판과 제1 자기감지소자 및 제2 자기감지소자 사이를 포함하여, 상기 제1 자기감지소자 및 상기 제2 자기감지소자의 주위가 겔형 물질로 덮이는 것을 특징으로 하는 자장검출장치.
제1항 내지 제20항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 제1 자기감지소자는 기판의 표면에 설치되고, 상기 제2 자기감지소자는 상기 기판의 이면에 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 자장검출장치.
제1항 내지 제21항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 제1 자기감지소자 및 상기 제2 자기감지소자를 양단부에서 지지하고 통전하는 전극에 놓고, 자기감지소자의 위로부터 알루미늄 또는 알루미늄합금을 피복하고, 초음파접합함으로써, 상기 제1 자기감지소자 및 상기 제2 자기감지소자와 상기 전극을 접합하는 것을 특징으로 하는 자장검출장치.
제22항에 있어서,

상기 전극은 니켈, 알루미늄, 금, 구리, 은, 주석, 아연, 백금, 마그네슘, 로듐, 또는 이들의 적어도 한가지를 포함하는 합금으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 자장검출장치.
제23항에 있어서,

상기 전극은 표면층으로서 알루미늄 또는 알루미늄합금으로 이루어지는 층을 갖는 것을 특징으로 하는 자장검출장치.
제1항 내지 제24항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 자장검출장치는 검출된 상기 제1 축 자장성분 및 상기 제2 축 자장성분에 의해 자장방위를 검출하는 방위검출장치인 것을 특징으로 하는 자장검출장치.
제1항 내지 제25항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 제1 축 및 상기 제2 축은 서로 직교하는 축인 것을 특징으로 하는 자장검출장치.