JPH01163686A

JPH01163686A - 磁気センサ

Info

Publication number: JPH01163686A
Application number: JP62323201A
Authority: JP
Inventors: Yoshiaki Akachi; 義昭赤地
Original assignee: TDK Corp
Current assignee: TDK Corp
Priority date: 1987-12-21
Filing date: 1987-12-21
Publication date: 1989-06-27
Anticipated expiration: 2012-06-04
Also published as: JP2617498B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）木発朗は、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
サ等に使用て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ｌに磁芯の軸
心方向に内部磁界Ｈ８を発生させ、該内部磁界Ｈ，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
調波の出力電圧か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
て、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てきる。

第１６図は、第１５図の磁気センサの用途を変えたもの
て、磁芯ｌと外部磁界Ｉｔｏとの相対的な向きか変化す
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ｌの内部磁界１１□に対し、外部磁界Ｉ
Ｉｏの磁芯１と同方向成分１１ｏ−ｃｏＳθの変化か出
力電圧の変化として現われるようにしだものである。こ
の磁気センサば、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１１□に対し、外部磁界
＋（０の磁束の方向か平行となり、第１７図（Ｂ）に示
すように、外部磁界Ｈ８と内部磁界１１□の向きか回し
である場合には磁界強度か最大となり、同（Ｃ）に示す
ように逆方向になると最小となり、この変化か出力電圧
として検出できるわけである。

」−記の他、従来の磁気センサとして、ホール素子を用
いたものかある。

（発明か解決しようとする問題点）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
か必要てあり、構造か複雑になるという問題点かある。

また、ホール素子を用いた磁気センサは、感度か悪いと
いう問題点かある。

（問題点を解決するだめの手段）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しる磁界によって外部
磁界を前記検出巻線に生しる電気信号として検出する構
成とすることにより、励磁巻線を不要として小形、軽量
化を達成し、また、高感度の磁気センサを実現したもの
である。

また本発明の目的は、前記磁性体の代わりに、周囲に磁
性体を設けた線状、帯状あるいは棒状の導体を用いても
達成てきる。

（実施例）第１図は本発明による磁気センサの一実施例てあり、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
流あるいは交流量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Ｈ８を発生させ
、該内部磁界Ｈ，によって外部磁界Ｈｏを前記検出巻線
１２に生し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Ｅ、に
より磁性体１０にパルス電流を流した場合、外部磁界Ｈ
６が内部磁界１１□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Ｅ。を示す
ものであり、パルス電流の立ち上かりまたは立ち下がり
において、出力端子１３に現れる電圧Ｅ。の波高値Ｈは
、外部磁界Ｈ６の強度か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の向きか磁
性体１０の向きに近い程大となる。

［実施例１　］　Ｇｏ系磁性材て磁歪ゼロのアモルファ
スワイヤ（線径１２５１Ｉｍ、長さ６５＋＋＋ｍ）を前
記磁性体１０として用い、その周囲に検出巻線１２を２
００ターン巻回し、地磁気の水平成分に対してアモルフ
ァスワイヤか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、デユーテ
ィ−ファクタ５０％、繰返し周期１０μｓのパルスを印
加した。この状態て磁性体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ｌＯの向き
か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１０の向
きか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の向きか地磁気の水平成
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ｌＯ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」−かり
部分で発生ずる出力電圧）との関係を示すものて、コサ
インカーブを描く。

このような磁性体ｌＯ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（たたし東西のどち
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、出力電圧か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ｌＯか磁石等
に対向した際に出力か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かてきる。

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ｌＯの長さを４０１１１ｍ　
〜１３０ｍｍの範囲で変え、検出巻線１２の巻き数を２
００ターン（同ピツチ）とし、繰返し周期１０μｓ、チ
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、＄
６図に示すように、磁性体長か長くなると出力電圧かや
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としく該磁性体１０の直流抵抗は１２Ω
であった。）、繰返し周期ｌＯμＳ、デユーティ−ファ
クタ５０％の入力電圧の振幅をＯ，ＳＶ〜２．Ｏｖ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か増大することかわかる。

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２■とし、繰返し周期を４μｓ〜１００μ
ｓに変化させた場合の出力電圧の変化を示すものて、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
系磁歪セロの材質て、幅１■、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３８＋ｎ＋ｎ（該磁性体
１０の直流抵抗は３Ωてあった。）、入力電圧の振幅を
０．５Ｖ、繰返し周期を２５μｓ、デユーティ−ファク
タ５０％の電圧を磁性体ＩＯに印加し、その立ち」−か
り時間を０．５μｓ〜２．０μｓの範囲て変化させた場
合の出力電圧の変化を第１０図に示す。第９図かられか
るように、入力パルスの立ち」−かり時間か短い程出力
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１
０ｘ、１０ｙに検出巻線１２ｘ、１２ｙを２００タ一ン
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、ｌｏｙを直列に接続し、振＠２ｖ、デユー
ティ−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、出力か推移した。第１１図は第１０図のように磁
性体１０ｘ、ｌｏｙ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
か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か可能である。

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１５
ｘ、１５ｙによりテシタル値に変換し、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に生し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、＠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
つ高い透磁率て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か好ましいか
、同様な特性てあれば、他の材質のものを用いてもよい
。また、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材１０
ｂを固着したもの、あるいは磁性材１０ｂを別体に構成
して導電体１０ａを挿入したものも用いられる。また、
電流値か大きい用途においては、径の大きな断面円形あ
るいは矩形等の棒状のものを用いることかてきる。さら
に、磁性体１０の組合わせは任意に行なうことかできる
。

（発明の効果）以上述べたように、本発明の磁気センサは、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ので、構
成か簡略化され、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か実現てきるから、従来のトロイ
タル磁芯を有するものに比較し、約１７１０〜］／１０
０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てき、微小磁界の検出の用途
にも用いることかてきる。

【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
おける入カバ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
カバ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１
３図は本発明の他の実施例を示す斜視図、第１＋７４図本願の第２発明の実施例を示す図、第１５図へおよび第１６図は従来の磁気センサを示す構成図、第１
７図は従来の磁気センサの原理図てある。

Claims

【特許請求の範囲】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。２、周囲に磁性体を設けた線状、帯状あるいは棒状の導
体と、該導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。