JPH0933548A

JPH0933548A - 回転センサ

Info

Publication number: JPH0933548A
Application number: JP18724895A
Authority: JP
Inventors: Akira Honma; 明良本間; Katsuhiro Kawashima; 克裕川島
Original assignee: Unitika Ltd
Current assignee: Unitika Ltd
Priority date: 1995-07-24
Filing date: 1995-07-24
Publication date: 1997-02-07

Abstract

(57)【要約】【課題】流量計の一部に利用されている液晶表示操作
用マグネットによるセンサに対する磁気ノイズが多い場
合や、自動車におけるＡＢＳの低速での回転測定のよう
にノイズが多く信号が弱い場合においても、高感度・高
精度で信頼性があり、しかも経済的な回転センサを提供
する。【解決手段】双安定性磁気特性を有する磁性材料を磁
芯とする磁気センサ１と回転体２に装備された１又は２
以上の磁束源３とからなり、回転体２の回転によって磁
束源３から誘起される磁束変動を検知する回転センサに
おいて、磁性材料からなり、かつ磁芯の長さより長いシ
ールド管４が磁気センサ１に周設されてなることを特徴
とする回転センサ。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、物体が回転するこ
とにより誘起される磁束変動を高感度・高精度に検知
し、磁気ノイズに強く、しかも経済的な回転センサに関
するものである。より詳しくは、本発明は、液体・気体
の流量測定に用いられる流量計の検出部に用いられた
り、自動車のアンチロック・ブレーキ・システム（ＡＢ
Ｓ）等に車速検出センサとして用いられる回転センサに
関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、物体の回転数や回転角度を計測す
る回転センサとしては、電磁発電式センサやリードスイ
ッチなどの磁気センサや、フォトトランジスタなどの光
センサが使われる場合が多かった。磁気センサにおいて
は、回転体の中心から放射方向（円形の回転体では半径
方向）に、磁極の中心軸方向を一致させた磁束源、例え
ば、永久磁石もしくは電磁束源を回転体に配置し、物体
の回転によって、磁束源の発生する磁束を回転させて変
化させ、この磁束の変動を磁性材料に銅線を巻回した磁
気センサで検知し電圧信号に変換して用いられている。

【０００３】この磁気センサの磁芯として、双安定磁気
特性を有する磁性材料を用いると、鋭いパルス状の電圧
信号が得られ、回転角度の精度に優れた、感度の良い回
転センサを得ることができる。すなわち、磁芯の交流磁
気ヒステリシス曲線において、磁化反転臨界磁界の点に
おいて、磁化反転が急激に生じることによって検出コイ
ルにパルス状の電圧信号が発生する。しかし、この回転
センサにおいては、外部から侵入してくる磁界強度が磁
気センサの磁化反転臨界磁界より大きな場合、センサが
外部磁界に反応してしまうことから、正確な測定を行う
ことが困難であるという問題があった。

【０００４】また，電磁発電式センサにおいても、外部
から侵入してくるノイズに対して弱いという問題を有し
ている。すなわち、上記センサは、検出対象の移動速度
と距離によって出力レベルが変化することより、ノイズ
が多く、励磁速度が遅く、回転信号の弱い状況において
は、出力が充分得られない上に、ノイズが多くなり、Ｓ
／Ｎ比が低下してしまい、回転センサとしては適さない
場合もあった。また、低速回転を検知する際に、出力や
Ｓ／Ｎ比を充分なものにしようとすると、センサの形状
が大きくなり過ぎたり、複雑な機械加工が必要となった
りしてコストが高くなるという問題もあった。その一方
で、自動車のドライブシャフトや流量計のセンサ設置部
などへ設置されるセンサをできるだけ小型化し、機械加
工を可能な限り少なくすることが必要であり、特に、セ
ンサに経済性が強く要求される自動車分野には重要な問
題であった。

【０００５】また、リードスイッチを用いた磁気センサ
は、磁極通過のたびに繰り返しのオン・オフ動作により
接点が劣化するため、長期使用ができないといった問題
があった。一方、光センサは磁気ノイズに対しては強い
が、検出部分が汚れに弱いため、汚れにくい環境で使用
する必要があり、しかも定期的なクリーニングをしなけ
ればならず、また、センサ単価も一般的に高いという問
題があった。

【０００６】また、特開昭６２−２３９０２０号公報で
は、双安定磁気特性を有する磁性材料を磁芯とし、それ
に銅線を巻回した磁気センサを複数個直列に接続するこ
とにより、低速での車輪の回転測定などのような、ノイ
ズが多く、信号が弱い場合においても、高感度・高精度
でＳ／Ｎ比も良い回転センサを得ることができるとの開
示がなされている。しかし、この回転センサは、直列に
接続した複数の磁気センサで検知し、各々の磁気センサ
のパルス状の回転信号を重畳してセンサ出力信号を大き
くし，信号とノイズの比、すなわちＳ／Ｎ比を充分なも
のとした点が特徴であり、この場合、個々のセンサのも
つ磁化反転臨界磁界は一定であるため、磁気強度が磁化
反転臨界磁界より大きな磁気ノイズがあった場合に信号
を発生してしまうことがあった。また、センサを複数個
用いるため、経済性の点で不十分であった。

【０００７】さらに、特開平４−１５５２２２号公報に
は、アモルファス無電源磁気センサのみを囲むアモルフ
ァス金属のシールド板によって外部から侵入してくる磁
束を遮断する磁気センサが開示されているが、磁気セン
サの磁化反転臨界磁界が小さいため、アモルファス金属
のシールド板が飽和する量の大きな外部磁界が侵入して
きた場合、センサ磁芯に磁束が加わりパルスを発生して
しまい、正確な測定を行うことができないという不都合
が生じることがあった。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、流量計の一
部に利用されている液晶表示操作用マグネットによるセ
ンサに対する磁気ノイズが多い場合や、自動車における
ＡＢＳの低速での回転測定のようにノイズが多く信号が
弱い場合においても、高感度・高精度で信頼性があり、
しかも経済的な回転センサを提供することを目的とする
ものである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、このよう
な課題を解決するものであって、本発明の要旨は、双安
定性磁気特性を有する磁性材料を磁芯とする磁気センサ
と回転体に装備された１又は２以上の磁束源とからな
り、回転体の回転によって磁束源から誘起される磁束変
動を検知する回転センサにおいて、磁性材料からなり、
かつ磁芯の長さより長いシールド管が磁気センサに周設
されてなることを特徴とする回転センサである。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、本発明を図面を参照しつつ
詳細に説明する。図１は、本発明の回転センサの一例を
示す概略斜視図である。図１において、本発明の回転セ
ンサは、双安定性磁気特性を有する磁性材料を磁芯とす
る磁気センサ１と回転体２に装備された１又は２以上の
磁束源３とから構成されることが必要である。磁気セン
サ１の磁芯としては、例えば、Ｆｅ基アモルファス磁性
材料を用いると、従来の材料に比べて、保磁力が小さく
飽和磁束密度が高い上に、角型のＢＨ特性を保つので出
力の高い、高感度・高精度な回転パルス信号を得ること
ができるため、好ましい。磁芯の直径としては、２０〜
１５０μｍφであることが、特に、２５〜３０μｍφで
あることが好ましく、磁芯の長さとしては、５〜１００
ｍｍであることが、特に７〜１３ｍｍであることが好ま
しい。

【００１１】また、上記磁芯をボビンに挿入し、このボ
ビンに銅線を巻回することにより、本発明における磁気
センサ１を作製することができる。ここで、ボビンの直
径としては、１〜５ｍｍφであることが、特に、２〜３
ｍｍφであることが好ましく、ボビンの長さとしては、
７〜１１０ｍｍであることが、特に、１０〜１５ｍｍで
あることが好ましい。また、巻回する銅線としては、例
えば、直径１０〜５０μｍφの絶縁被覆銅線（ポリウレ
タン、ポリエステル、ポリイミド等）をボビンに１００
０〜１００００ターン巻線して用いることが好ましい。

【００１２】さらに、本発明の回転センサにおいて、回
転体２に装備される磁束源３として、例えば、表面磁束
密度が１〜２ｋＧの希土類磁石を、磁極が交互に、磁極
の向きが回転体である円板の中心軸から放射する方向に
対して垂直になるように、円板の円周上に配置するか、
あるいは、表面磁束密度０．６〜２ｋＧで磁極が交互に
なるように着磁されたフェライトリング磁石を円板に装
備することが好ましい。また、回転体２に装備される磁
束源３の個数としては、２〜１０個であることが好まし
い。

【００１３】本発明の回転センサに用いられる磁気セン
サ１は、回転する磁束源３による磁界変化を検出してパ
ルス信号を発生させる。この現象は、印加磁界のある値
（磁化反転臨界磁界）のところで磁化反転が瞬時に生じ
ることで、大バルクハウゼン効果と呼ばれている。磁化
反転が急激に生じる原因としては、磁芯の作製過程にお
けるノズル内流動による内部応力や、歪みが緩和されず
に急冷凝固され、高磁歪との関連で磁壁エネルギー密度
が著しく高くなることなどが考えられ、飽和レベルが安
定な双安定磁気特性を示し、高い起電力が得られる。

【００１４】また、本発明の回転センサにおいては、磁
性材料からなり、かつ磁芯の長さより長いシールド管４
が磁気センサに周設されていることが必要である。磁性
材料からなるシールド管４を磁芯の周囲に設けることに
より、シールド管４が飽和レベルまで磁束を吸収し、磁
芯に磁気ノイズが到達するのを防止するとともに、励磁
磁界を効果的に磁気センサ１に作用させることができ
る。また、磁性材料によるシールドによって、センサの
見かけ上の磁化反転臨界磁界を変化させることができ、
磁気センサ１とシールド管４の位置及び長さにより、こ
の見かけ上の磁化反転臨界磁界を０．５〜１５Ｏe 程度
まで変化させることができる。

【００１５】本発明の回転センサにおいては、前記シー
ルド管４を磁芯の長さより長くすることにより、回転セ
ンサの見かけ上の磁化反転臨界磁界を磁芯単体での磁化
反転臨界磁界より大きくすることができ、このようにす
ることにより、外乱磁界を効果的に遮蔽することができ
る。

【００１６】図２は、本発明に用いられる磁気センサ１
及びその周囲に設けられるシールド管４の一例を示す概
略斜視図である。磁性材料からなるシールド管４は、回
転センサの見かけ上の磁化反転臨界磁界を、磁芯単体で
の磁化反転臨界磁界より大きくするために、磁芯の長さ
より長く、磁気センサを覆うように配置されていれば、
任意形状のものでよいが、形を小さくしつつ良好な磁気
遮蔽効果を得るために、シールド管４が、回転体に装備
された励磁用の磁石と垂直方向をなすように設けられ、
両端が開口した円筒形状で、軸方向に貫通する開口部５
が形成されていることが好ましい。そして、このシール
ド管４の中心部に磁気センサが軸方向に沿って配置され
ている。

【００１７】このシールド管４の寸法については、励磁
用の磁石の大きさ及びそれと磁気センサ１との対向間隔
によって最適寸法は変化するが、その長さＬは、磁芯の
全長ｌ（エル）より長くすることが必要であり、磁芯の
全長ｌ（エル）の１．１倍以上が好ましく、さらに好ま
しくは、磁芯の全長ｌ（エル）の１．１倍以上１．５倍
以下である。また、シールド管４の直径Ｄは、磁気セン
サの直径ｄの１．１〜２倍程度であることが好ましい。
さらに、シールド管４の開口部５の幅Ａは、シールド管
４の直径Ｄの１／１０程度とすることが好ましい。ま
た、シールド管４と磁芯との間隔（隙間）としては、
０．５〜３．０ｍｍであることが好ましい。

【００１８】本発明における、シールド管４の寸法とし
ては、例えば、長さが１０〜２０ｍｍで直径が２５〜３
０μｍφの磁芯を用いた場合には、シールド管４の長さ
Ｌを１１〜２２ｍｍ、シールド管４の直径Ｄを３〜７ｍ
ｍφ、シールド管４の開口部の幅Ａを０．５〜１．０ｍ
ｍとすることが好ましい。また、本発明における、シー
ルド管４に用いられる磁性材料としては、一般的な４５
重量％ニッケルのＰＢ級鉄ニッケル磁性合金板があげら
れるが、磁性材料であれば、これに限定されるものでは
ない。

【００１９】

【実施例】次に、実施例及び比較例によって、本発明を
具体的に説明する。実施例１磁気センサの磁芯として、長さ１０ｍｍ、直径３０μｍ
φのＦｅ系アモルファス金属繊維（ユニチカ株式会社
製）１本を用い、長さ１３ｍｍ，直径２．７５ｍｍφの
ボビンに磁芯を挿入し、ボビンに直径５０μｍφのポリ
ウレタン被覆銅線を１４５０ターン巻線した。磁芯に磁
化反転を誘起させる励磁磁界として、７０ｍｍのアルミ
製円形ディスクを回転体とし、このディスクの外縁に表
面磁束密度が１．９ｋＧの希土類磁石１０個を、磁極が
交互になるように、３６°の位置関係で対称な位置に設
置した。磁石の形状は、直径が４ｍｍφで、厚さは２ｍ
ｍであり、磁極の向きが円形ディスクの中心軸から放射
する方向に対して垂直になるように設置した。この励磁
用円形ディスクは、中心に軸を設置し回転するようにな
っている。

【００２０】また、磁気センサの周囲に磁性材料からな
り、長さ（Ｌ）１３ｍｍ、直径（Ｄ）５ｍｍのシールド
管を設置した。ここでは、形を小さくしつつ良好な磁気
遮蔽効果を得るために、シールド管を、回転体に装備さ
れた励磁用の磁石と垂直方向をなすように設け、シール
ド管は両端が開口した円筒形状にし、軸方向に貫通する
開口部を設けた。そして、このシールド管の中心部に磁
気センサを軸方向に沿って配置した。なお，開口部の幅
（Ａ）の長さは０．５ｍｍとした。

【００２１】この磁性材料によるシールド管により、回
転センサの見かけ上の磁化反転臨界磁界を変化させるこ
とができ、磁芯単体での磁化反転臨界磁界が１Ｏｅであ
るのに対し、回転センサの見かけ上の磁化反転臨界磁界
は８．０Ｏｅとなった。図３に回転センサの交流磁気ヒ
ステリシス曲線を示す。外乱磁界として、表面磁束密度
１．６ｋＧの液晶表示操作用マグネットを３５ｍｍまで
近づけても、回転センサの出力パルスのカウントミス無
しで測定可能であった。

【００２２】比較例１第４図に示すように、シールド管が磁芯の長さより短
く、磁芯の長さ１０ｍｍに対しシールド管の長さを９ｍ
ｍとした点以外は実施例１と同様にした。その結果、シ
ールド管を設置しても、回転センサの磁化反転臨界磁界
は，シールド管を設置しない場合と同じく１Ｏｅであっ
た。図５に回転センサの交流磁気ヒステリシス曲線を示
す。実施例１と同様に液晶表示用マグネットを近づけた
場合、回転センサの出力パルス１０００カウント測定中
３０カウントの測定ミスの発生が観察された。

【００２３】

【発明の効果】本発明の回転センサは、センサの見かけ
上の磁化反転臨界磁界を磁芯単体での磁化反転臨界磁界
より大きくすることができるので、流量計の一部に利用
されている液晶表示操作用マグネットによるセンサに対
する磁気ノイズが多い場合や、自動車におけるＡＢＳの
低速での回転測定のようにノイズが多く信号が弱い場合
においても、外乱磁界を遮蔽し、高感度・高精度で信頼
性のある測定が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の回転センサの一例を示す概略斜視図で
ある。

【図２】本発明に用いられる磁気センサ及びシールド管
の一例を示す概略斜視図である。

【図３】実施例１における回転センサの交流磁気ヒステ
リシス曲線を示す図である。

【図４】比較例１で用いられる磁気センサ及びシールド
管を示す概略斜視図である。

【図５】比較例１における回転センサの交流磁気ヒステ
リシス曲線を示す図である。

【符号の説明】

１磁気センサ２回転体３磁束源４シールド管５開口部

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】双安定性磁気特性を有する磁性材料を磁
芯とする磁気センサと回転体に装備された１又は２以上
の磁束源とからなり、回転体の回転によって磁束源から
誘起される磁束変動を検知する回転センサにおいて、磁
性材料からなり、かつ磁芯の長さより長いシールド管が
磁気センサに周設されてなることを特徴とする回転セン
サ。