JPS6128105B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、磁束ゲート形の磁界検出の手段にか
かわる。

従来の磁界検出の方策として、ホール発電器は
検出感度の温度変化が大きいので、たとえばモー
タ内部のような温度変化が大きい個所の磁気検出
には不向きであり、あるいはまたモータの静止部
に固定の探索コイルの誘起電圧を積分する手法
は、一般に積分回路の演算増幅部には直流ないし
ごく低周波の擾乱信号が発生しており、このため
Ｓ／Ｎが低下するので、直流ないしごく低周波の
交流磁界の検出には適せず、さらに先行技術とし
てのフラツクスゲート形磁界検出器は、微少磁界
の検出には適するが、モータ内部の磁界のような
強磁界には不具合であつた。

ここにおいて、本発明は、フラツクスゲートマ
グネツトメータの特性に着目し、構成上の改良を
加えて、モータ内部の磁界をも検出できる手段を
提供しようとするものである。

第１図は、本発明の原理的説明図である。

Hexは検出される直流磁界、２は螺旋状磁性
体、３は励磁巻線、４は検出巻線からなる検出素
子１を示している。

すなわち、この検出素子１は、磁性体２を螺旋
状に巻いて作つた磁心の断面を取囲むように全周
にわたつて、いわゆるトロイダル巻線として、励
磁巻線３と検出巻線４を施したものである。

第２図は、本発明に係る螺旋状磁性体２の製作
手段を示す。

通常では、螺旋状磁性体の巻枠として非磁性で
かつ電気的絶縁性を有する材質からなる中空円筒
体を用いる。また、検出素子全体は電気的絶縁性
および耐熱性の良好な樹脂等で一体化する。

この磁界検出素子１は、第１図に示したように
螺旋状磁性体２の中心軸と同じ方向成分の磁界
Hexの検出を目的としている。

また、検出すべき磁界Hexの強弱に対応してあ
らかじめ強磁界用あるいは弱磁界用など、検出器
の用途に適した感度のものを構成することを目的
としている。

このため螺旋状磁性体２の構成においては、螺
旋のリード角θは強磁界用では小さく、弱磁界用
では大きくとるようにする。螺旋状磁性体の各巻
回間の接触は、磁界検出機能にとつて害があるの
で、巻回間には適当な間隙Ｇを設ける。

螺旋状磁性体２は、たとえば第２図のような、
あらかじめ長い中空円筒体５のほぼ全長にわたつ
て、磁性体２を螺旋状に巻き付けたものを作つて
おき、これから所望の長さｌのものを切り取つて
いく手法によつて得ることも可能である。

螺旋状磁性体２の材質としては、たとえば第３
図のような周知の実用巻鉄心材料を用いることが
できる。

第４図は検出素子１による磁界Hexの計測を行
なうときの電気的略線図、第５図〜第１０図はそ
の動作説明図を表わす。

では、その動作はこうである。

第４図において、検出素子１は点線内のように
簡略化して示してある。

検出素子１の励磁巻線３は、その両端を励磁用
の交流電源６に接続する。

検出巻線４の両端およびセンタータツプは、図
示のように、各一対ずつの整流器７，８および抵
抗９，１０とからなる検波回路に接続する。

検波回路において直列に接続した一対の抵抗
９，１０の両端・検出端子１１，１２の電圧Vd
をもつて、被検出磁界Hexに対応する信号出力と
なる。

被検出磁界Hexの方向性によつて正または負極
性となり、かつ磁界Hexに比例する信号出力Vd
を得るように機能させるためには、検出素子１の
励磁巻線３および検出巻線４の巻数比ｎ、励磁電
圧Ve、ならびに検波用の整流器７，８の非線形
特性等の間の相互関係による影響が大きいので、
これらの値または特性との間で最良の組み合わせ
条件となるように調整することを要する。

では、第１図の検出素子１を第４図の接続で使
用するとしよう。

被検出磁界Hexが零である場合には、螺旋状磁
性体２は第５図のような対称形の角形ヒステリシ
スループ５０に沿つて動作し、検出巻線４には第
６図のような波形６０の電圧が誘起する。

ここで、さきに述べた巻数比ｎ、励磁電圧
Ve、整流器７，８の特性等の組み合わせは、検
出巻線４への誘起電圧の両振幅が、第７図に示し
た出力特性７１における検波回路の不感帯（−Ｅ
〜＋Ｅ）に一致するように調節してある。

したがつて、磁界Hex＝０のこの場合には検波
回路を経て得る信号出力Vd＝０である。

ところで、螺旋状磁性体２の中心軸の方向に、
一定の磁界Hexが作用する場合には、螺旋状磁性
体２の長さ方向に沿う磁界Ｈは、螺旋のリード角
θとすると Ｈ＝Hex・Sinθ である。

ここで、被検出磁界Hexの強度に応じて、あら
かじめリード角θを適当な値に決めているので磁
性体１は磁気飽和してしまうことなく、第８図の
ように、磁界Ｈによる偏磁を受けて、非対称のヒ
ステリシスループ５１に沿つて動作する。

このため検出巻線４の誘起電圧は、第９図ａの
曲線波形９１のような偶数次高調波を含む非対称
波となる。

電圧波形の正および負の両極性区間についての
電圧の時間積分値は相等しい。

この電圧を検波すると、第９図ｂのようなスレ
シホルドレベルＥを越える大きさの分の信号出力
Vdつまり曲線波形９２を得る。

被検出磁界Hexの方向が、第４図のそれと反対
方向の場合の信号出力Vdは、同様の理由によつ
て、第９図Ｃのように第９図ｂの波形９２をゼロ
レベルに対して反転した波形９３になる。

本実施例につき、信号出力Vdを電圧計（図示
していない）につないで動作特性を調べたところ
第１０図のように、被検出磁界Hexと検出電圧
Vdの間に比例関係（直線１００）が認められ
る。

第１１図〜第１５図は、本発明の第２〜第６の
実施例の電気的略線図を表わす。

第１１図は巻線３，４を１つとしてそれを励磁
および検出を兼用している。

第１２図は、検出素子１は励磁巻線３および検
出巻線４ともにセンタタツプを引出し、励磁は直
流電源１５を主電源としてトランジスタ１３，１
４をスイツチング駆動により行なうもので、１
６，１７はダイオードを示す。

第１３図は、検出素子１は励磁巻線３および検
出巻線４の他に一対の補助巻線１８，１９と抵抗
２０，２１を施す。励磁は直流電源１５を用いて
いわゆる磁気マルチバイブレータの回路を構成し
て行ない、交流電源は不要である。

第１４図・第１５図はそれぞれ第１２図・第１
３図の検出素子１の巻線を１巻線３，４として励
磁および検出を兼用としたものである。

さて、第１６図は検出素子１の構成を改良した
実施例を表わす。

すなわち、巻付けの直径を少し異ならせてお
り、そうして、巻き付け方向は互いに逆方向にな
るようにした２つの螺旋状磁性体２ａ，２ｂを用
いている。

そのうちの一方、たとえば直径の小さい方の螺
旋状磁性体２ｂにトロイダル巻きの励磁巻線を施
しておき、これと他方の螺旋状磁性体２ａとを重
ね合わせてできる２重の磁心に対して、トロイダ
ル巻きの検出巻線４を巻回して構成している。

この第１６図の検出素子１によれば、被検出磁
界Hexによつて、おのおのの螺旋状磁性体２ａ，
２ｂを通る磁束は検出巻線４に対して互いに逆方
向に鎖交して相殺しあい、被検出磁界Hexが時間
的に変化したとしても、これによつて検出巻線４
に誘起する擾乱信号電圧を低く抑えうる。

この検出素子１は、第４図・第１１図〜第１５
図の接続と同様の励磁および検出の手段を適用す
ることができる。

かくして本発明により、小形で堅牢でかつ使用
可能な温度範囲が広く、電磁的擾乱信号の混入を
抑えた磁界検出が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の原理的説明図、第２図は螺旋
状磁性体の製作手段の概念図、第３図は磁性体の
特性説明図、第４図は本発明の電気的略線図、第
５図〜第１０図はその動作説明図、第１１図〜第
１５図は本発明の他の実施例のブロツクダイアグ
ラム、第１６図は本発明のさらに改良された構成
図を示す。 １……検出素子、２，２ａ，２ｂ……螺旋状磁
性体、３……励磁巻線、４……検出巻線、５……
中空円筒体、６……交流電源、７，８，１６，１
７……ダイオード、９，１０，２０，２１……抵
抗、１１，１２……検出端子、１３，１４……ト
ランジスタ、１５……直流電源、１８，１９……
補助巻線。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 直径が少し異なる非磁性体の２つの中空円筒
   のそれぞれの外周に、個別に角形ヒステレシス環
   特性を有する帯状の磁性体を互いに逆方向に螺旋
   状にかつ帯の相互を離して巻き、小さい直径の中
   空円筒を大きい中空円筒の内周に挿入して形成し
   た２つの磁心と、 それら磁心のうち小さい磁心の内周がつくる孔
   を貫通しこの磁心の長さ方向の断面を取り囲むト
   ロイダル巻線状に巻装した励磁巻線と、 小さい直径の磁心の内周がつくる孔を貫通しこ
   の小さい磁心および大きい磁心の長さ方向の断面
   を取り囲むトロイダル巻線状に巻回した検出巻線
   と、 を具備することを特徴とする磁界検出器。