JPS60210779A - 磁界検出装置 - Google Patents

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】 発明の技術分野 本発明は線輪を用いた磁界の検出装置に関する。

背景技術とその問題点 従来この種の磁界検出装置としては、第１図に示す如き
フラックスゲートと呼ばれる高透磁率材の磁気飽和特性
を利用したもの、或いは第２図に示す如く線輪を外部磁
界Ｈの方向と直角な軸のまわりに一定速度で回転させ、
線輪が外部磁界Ｈを切ることによって、この線輪に磁界
Ｈに比例した起電力を生ずるようにしたいわゆる回転線
輪方式等ものが実用化されている。

フラックスゲート方式の装置を示す第１図において、（
１）、（１’）は高透磁率材で作った磁性板で、これ等
にはそれぞれ励磁巻線（２＋、（２’）が逆方向に巻装
され、電源（３）からこれ等巻線（２）、（２’）に、
磁性板（１）、（１，’）の中に、発生する磁界Ｈ１，
Ｈ２が、等振巾、互いに逆位相で且つ磁性板＋１）、（
１’）の磁束密度が略々飽和点に達するように、交流電
流ｌが供給される。

更に、符号（３′）は検出巻線で、これは、磁性板（１
）、（１’）及び励磁巻線（２）、（２’）の外側に両
者に共通に巻装される。外部磁界Ｈがゼロの場合、磁界
Ｈ１，Ｈ２によって各磁性板（１）、（１’）に生ずる
磁束は、方向反対で等しい為、検出巻線（３′）には何
等出力電圧は発生しない。

これをもう少しくわしく見ると、磁性板（１１と（１′
）とは、交流電圧の１周期の間に、正又は負に飽和する
区間をもつ。こ＼では、磁性板（１）。

（１′）は、磁束が飽和しているので、磁束変化はなく
、従ってその変化率に比例する検出巻線（３′）への電
圧の誘起はない。また磁性板（１１，（１’）の不飽和
のときは、それ等の磁束変化率は等しく、等しい電圧を
発生するが、検出巻線（３′）は、磁性板（１１，（１
’）の巻線（２１，（２’）の極性が逆に接続されてい
るので、この間も、打ち消しあって、検出巻線（３′）
には出力がない。一方、外部磁界Ｈが第１の矢印（Ａ）
の向きに存在すると、磁性板（１１，（１’）が飽和し
ているときは、上記と同じで、検出巻線（３′）には電
圧は発生しないが、不飽和領域では、交流磁界と重畳し
て、外部磁界Ｈ１が、−磁性板（１１，（１’）の中へ
入ることができることになる。このとき、外部磁界Ｈは
交流磁界と異り、第１図の状態でいえば、ＨとＨｌは同
方向、ＨとＨ２は逆方向となるので、Ｈが磁性板（１）
。

（１′）へ出入りするとき、検出巻線（３′）と鎖交し
て発生する電圧は、検出巻線（３′）の中で互いに加算
され、その端子から出力されることになる。

磁性板＋１１．　（１’）の不飽和領域は、電源（３）
の１サイクル中に２度あり、その度に出入りする外部磁
界Ｈは、同じ方向であるので、出力は電源（３）の１サ
イクル中に２度、同じように生ずる。このため、検出巻
線（３′）の出力は、電源電圧の倍周波を主成分とする
。

一方、回転線輪方式の装置を示す第２図においては、（
１２）が回転線輪で、この回転線輪（１２）は、モータ
（１１）によって一定速度で回転される軸（１４）に固
定される。（１３）　、（１３’）は集電装置で、回転
線輪（１２）の出力電圧を固定部にとり出す為のもので
ある。（１５）は遮光板で、上記軸（１４）に固定され
、光検出器（１６）と共動して、回転線輪（１２）の回
転角を検出する回転角検出器（１７）を構成する。

この方式に於いて、回転軸（１４）と直角方向に外部磁
界Ｈが存在する場合、回転線輪（１２）の出力端には、
周波数が回転軸（１４）の回転速度に、又振巾が、外部
磁界Ｈに比例した出力電圧ｖ１が発生する。この時、出
力電圧ｖ１の位相を上記回転角検出器（１７）の出力の
位相と比較することにより、外部磁界Ｈの方向を検出で
きる。

しかしながら、第１図に示したフラックスゲート方式の
ものは、磁性板ｉ１１．　（１’）の飽和特性を用いて
いるため、温度変動による影響を受けやすく、又そら等
の磁性材料自身が耐衝撃性に劣るため、製造上の品質管
理や取扱いに注意を要する等の問題がある。

一方、第２図に示す回転線輪方式においては、モータ（
１１）による磁界が誤差となること、摩耗を伴う集電装
置（１３）　、（１３’）を用いているため、耐久性に
劣る等の問題がある。

発明の目的 本発明は、上述の如き欠点のない磁界検出装置を提供せ
んとするにある。

発明の概要 本発明による磁界検出装置は、固定部、撓み部及び可動
部からなり軸線のまわりに交番運動の自由度を与えるヒ
ンジと、該ヒンジの可動部に取付けた線輪と、該線輪を
含む上記可動部に上記軸線のまわりの交番角振動を与え
るための駆動装置と、強磁性材より成り上記固定部に固
定され、上記線輪近傍に配置したコレクタ一部材とより
なり、上記線輪をその面が上記軸線と平行且つ上記軸線
に関し、対称となるように配置したことに特徴を有する
。

実施例 第３図は本発明による磁界検出装置の実施例を示す斜視
図である。同図に於いて、符号（１＾）は円板状の基台
で、この基台（ＩＡ）上に、ヒンジ（２＾）が固定され
る。このヒンジ（２＾）は、筒状の固定部（２＾−１）
、その内部に於いて放射状に配列された複数個の板状部
材（２＾−２′）からなる撓み部（２Ａ−２）及びそれ
等のボスに供する可動部（２Ａ−３）からなる。撓み部
（２Ａ−２）の１つの板状部材（２＾−２′）の両側に
は、圧電素子やストレーンゲージ等の偏角検出器（３Ａ
）及び圧電素子等の駆動素子（４Ａ）がそれぞれ対向し
て固定され、これ等は、駆動回路（５Ａ）と共動して、
ヒンジ（２＾）の可動部（２Ａ−３）と、可動部（２Ａ
−３）に取付けられた各部材に、軸線（Ｚ−Ｚ　’）の
まわりに、交番角振動φを与える。

可動部（２八−３）に、取付部材（６Ａ）及び軸（６８
ンを介して、長方形の線輪（７＾）を、その線輪面（７
＾′）が上記軸線（Ｚ−Ｚ’）を含み、且つ長方形の線
輪（７＾）の一対向辺が軸線（Ｚ−Ｚ’）と平行で且つ
対称となるように固定する。（１１＾）は断面Ｔ字状の
磁束集束用のコレクタ一部材で、高透磁率材より成り、
その小さな面（１１＾−１）が、線輪（７Ａ）の上記一
対向辺に夫々離間して対向するように、図示せずも支持
筐体により支持される。軸線（Ｚ−Ｚ’）と直角で且つ
上記線輪（７＾）の線輪面（７＾′）と平行な方向に外
部磁界Ｈが存在すると、線輪（７Ａ）の出力端（８Ａ）
には、振巾が、外部磁界Ｈ１角振動の振巾及びその周波
数に比例した交流電圧が発生するため、線輪（７＾）の
角振動の振巾及び周波数を、駆動回路（５Ａ）等が一定
に保持するようになせば、線輪（７Ａ）の出力は、外部
磁界Ｈに比例することになる。従って、この出力を処理
することにより、磁界検出装置が構成される。

第４図は本発明の他の実施例を示す斜視図である。同図
において、第３図と同一の部材は同一の番号を付し、そ
れ等の説明は簡略化のため省略する。同図の例において
は、線輪（７＾）を、Ｚ軸方向からみると、十文字状の
２つの線輪、即ちコイル（７１）　、（７２）より形成
し、これ等により、それぞれ軸線（Ｚ−Ｚ’）方向に垂
直な（Ｘ−Ｘ’）方向及びこれと直交する（Ｙ−Ｙ’）
方向の磁束を検出する。

上記線輪（７Ａ）のコイル（７１）　、（７２）の軸線
（Ｚ−Ｚ’）方向に平行な各対向辺には、コレクタ一部
材（１１＾）が夫々離間して対向するように支持筐体（
１３）に固定される。２個のコイル（７１）　。

（７２）の出力端（８１）　、（８２）に得られる出力
を、駆動回路（５Ａ）の出力と共に、方位演算部（９Ａ
）へ入力し、こ−で、ベクトル演算により磁界の方向を
演算した後、その出力を表示器（ＩＯＡ）に入力し、磁
界の方向をそこに表示する。

第５図は、本発明による他の実施例の要部の水平断面図
で、この例は、取付部材（６＾）に取り付けた十字状の
線輪（７Ａ）の内側に、十字状のコレクタ一部材（１２
＾）を前者に対して離して配置した場合で、その他は、
図示せずも第４図の例と全く同一なので、その詳細説明
は、省略する。

第６図は、本発明の他の例の要部の水平断面図で、この
例は、取付部材（６＾）に取付けた、十字状の線輪（７
＾）の内側に、円柱状コレクタ一部材（１２＾′）を前
者社対して離して配置した場合で、その他は、図示せず
も第４図の例と全く同一なので、その詳細説明は省略す
る。

第７図は本発明の他の例の要部の水平断面図で、この例
では、第５図の例の十字状の線輪（７＾）の各外側に、
これ等と離間し且つ対向して、板状のコレクタ一部材（
１４＾）を夫々配置し、磁束の集束効果の増加を計った
ものである。他は、図示せずも第４図の例と全く同一な
ので、その説明は省略する。

第８図は本発明の他の実施例の要部の水平断面図で、こ
の例は、第７図の板状のコレクタ一部材（１４Ａ）の代
りに、図示の如き扇形のコレクタ一部材（１４＾′）を
用い且つ十字状のコレクタ一部材（１２Ａ）を除き、磁
束の集束効果を為めたものである。その他は、図示せず
も、第４図の例と全く同一で、その詳細説明は省略する
。

第９図は本発明の又更に他の実施例の一部を除いた側断
面図で、この例は、例えば第４図に示す例のコレクタ一
部材（１１＾）の外側端（振動軸線（Ｚ−Ｚ’）から遠
い方の端）部を、振動軸線（Ｚ−Ｚ’）方向に夫々伸し
、集束効果を高めた例である。その他は、図示せずも、
第４図の例と全く同様であるので、その説明は省略する
。

以上述べた、第４図乃至第９図の実施例は、いずれも２
個のコイルより成る十字状の線輪（７＾）を用いた実施
例であるが、本発明は、その他の数のコイルより成る線
輪の場合にも通用できる。

第１０図乃至第１３図は、夫々本発明による３個のコイ
ルを用いた場合の実施例を示す平断面図である。第１０
図乃至第１３図の各実施例は、コイルの数が３個、従っ
てコレクタ一部材の数が６個の凸状部を有することを除
けば、夫々第５図乃至第８図の例と全く同様なので、そ
れ等の説明は、対応部分に同一符号を付すのみで、省略
する。

更に、外側コレクタ一部材と内側コレクタ一部材との組
合せは、図示以外に、任意の組合せが可能である。但し
、コレクタ一部材の凸状部の数は、コイル数に対応して
変更する必要があることは勿論である。

一般に、磁界中に強磁性体を置くと、その形状に依り、
磁束分布が変化する。例えば第１４図に示す如く、強磁
性体より成る長方形部材（ＦＭ）の長手方向を磁界Ｈに
平行に置くと、磁束は部材（ＦＭ）に吸込まれるように
して集り、部材（ＦＭ）中の磁束密度は、部材のないと
きの磁束密度に比して相当に大きくなる。このとき、部
材（ＦＭ）の端面付近（ａ）、　（ｂ）の磁束密度は、
部材（ＦＭ）の内部の端部の磁束密度に略々等しい。即
ち、部材（ＦＭ）の端面付近ｔａ）、　ｔｂ）では、こ
の部材によって磁束密度が増加したことになる。

第１５図は、円柱形の強磁性体部材（ＦＭ’）をその軸
方向が磁界Ｈと直角になるように置いた場合で、第１４
図の場合と同様に、その端面（ａ）、＋ｂＪ付近の磁束
密度が増加する。

第１６図は、更に集束効果を高めるため、第３図に示し
た形状のコレクタ一部材（ＦＭ“）を磁界Ｈ中に置いた
場合の磁束分布を示す図であり、特に面積の小さい方の
端面（ｂ）において高い集束効果が得られることが理解
される。

本発明の上記各実施例は、上述の現象を利用したもので
ある。

発明の効果 本発明の効果は次の通りである。

＋１１　本発明の振動コイル方式の磁界検出装置に於い
ては、コイルに交番角振動を与えることにより磁界に比
例した電圧を得ているため、第１図に示した磁性材料の
飽和特性を用いるフランクスゲート方式のものにおいて
欠点とされていた温度変動の影響が非常に小さい。

（２）　本発明の磁界検出装置は、磁束集束用のコレク
タ一部材を用いているので、検出感度が高い。

（３）　本発明の磁界検出装置は、第２図に示した回転
線輪方式のように、磁界を乱すモータや寿命の短い集電
装置が不要であるので、高精度且つ耐久性の高い磁界検
出装置を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図は夫々従来の磁界検出装置の斜視図、
第３、第４及び第９図は夫々本発明によ。 る磁界検出装置の各実施例を示す斜視図及び側断面図、
第５乃至第８及び第１０乃至第１３図は夫々本発明の他
の実施例の要部の平断面図、第１４乃至第１６図は夫々
本発明の詳細な説明に供する路線図である。 図に於いて、（ＩＡ）は基台、（２Ａ）はヒンジ、（３
Ａ）は偏角検出器、（４Ａ）は駆動素子、（５Ａ）は駆
動回路、（６Ａ）は取付部材、（６Ｂ）は軸、（７八）
は線輪、（８Ａ）　、（８１）　、（８２）は出方端、
（９Ａ）は方位演算部、（ＩＯＡ）は表示器、（１１Ｍ
　）　。 （１２＾）　、（１２Ａ’）、（１４＾）、（１４八′
）はコレクタ一部材、（１３）は支持筐体を夫々示す。 第８図 第４図 ア 第１５図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 固定部、撓み部及び可動部からなり軸線のまわりに交番
   運動の自由度を与えるヒンジと、該ヒンジの可動部に取
   付けた線輪と、該線輪を含む上記可動部に上記軸線のま
   わりの交番角振動を与えるための駆動装置と、強磁性材
   より成り上記固定部に固定され、上記線輪近傍に配置し
   たコレクタ一部材とよりなり、上記線輪をその面が上記
   軸線と平行且つ上記軸線に関し、対称となるように配置
   したことを特徴とする磁界検出装置。