CN104105977B

CN104105977B - 磁传感装置

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Publication number: CN104105977B
Application number: CN201380008237.8A
Authority: CN
Inventors: 南谷保
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2012-02-13
Filing date: 2013-01-29
Publication date: 2017-09-26
Anticipated expiration: 2033-01-29
Also published as: EP2816368A1; CN104105977A; EP2816368B1; JP5979214B2; EP2816368A4; KR101598468B1; JPWO2013121870A1; WO2013121870A1; KR20140116929A

Abstract

磁传感装置(101)具备磁传感器(100)与磁轭(20)。磁传感器(100)具备磁阻元件(30)、磁铁(10)、承载磁阻元件(30)且将磁铁(10)保持在向磁阻元件(30)施加磁场的位置的内部支架(18C)，该磁传感器(100)检测介质(16)具有的磁图案(16M)。磁轭(20)配置在间隔介质(16)的输送部(18S)以及磁阻元件(30)而与磁铁(10)对置的位置。利用这样的构造，抑制了磁传感器的输出相对于磁阻元件的感磁部与介质的间隔变化的变动。

Description

磁传感装置

技术领域

本发明涉及一种磁传感装置，该磁传感装置具备对设于例如纸币等介质的磁图案进行检测的磁传感器。

背景技术

专利文献1公开有具备磁传感器的磁传感装置，该磁传感器进行设置有由磁墨等印刷而成的磁图案的纸币、证券等介质的鉴别。

图14是专利文献1所示的磁传感装置的概略结构图。该磁传感装置具备在磁铁10上配置有磁阻元件MR1、MR2而成的磁传感器、以及配置在磁阻元件MR1、MR2的上方的对置磁轭20。在该磁传感装置中，在磁阻元件MR1、MR2的上方，设有未图示的磁图案的介质16通过磁传感器与对置磁轭20之间。

在先技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开平6-18278号公报

发明的概要

发明要解决的课题

在图14所示那样的磁传感装置中，对置磁轭20是为了提高介质16在输送方向上的分辨率而设置的。因此，对置磁轭20是沿介质16的输送方向狭窄细长的形状。另外，两个磁阻元件MR1、MR2相对于磁铁10的中央配置在均等的位置。因此，利用对置磁轭20而抑制磁通的扩散，提高分辨率。

然而，作为进行设有由磁墨等印刷而成的磁图案的纸币、证券等介质的鉴别的磁传感装置所要求的特性之一，有所谓的输出GAP特性。通常，在输送作为检测对象的介质时，磁传感器的输出由于磁阻元件的感磁部与介质的间隔而发生变动。磁传感器的输出的变动相对于该磁阻元件的感磁部与介质的间隔变化的关系为输出GAP特性。若即使磁阻元件的感磁部与介质的间隔发生变化，磁传感器的输出的变动也较小，则输出GAP特性优良。

在现有的普通磁传感器中，由于磁铁构成开磁路，因此磁通发散，越是远离磁铁，磁通密度越迅速降低。因而，磁阻元件的感磁部与介质的间隔越大，磁阻元件的感磁部上的磁通密度变化越小，从而使磁传感器的输出容易急剧降低。因而，在现有的普通磁传感器中无法获得良好的输出GAP特性。

另外，在图14所示那样的磁传感装置中，也由于对置磁轭20较细，对由磁铁10产生的磁通的扩散进行抑制的作用不充分，因此无法期望大幅提高输出GAP特性。

在磁传感装置中，为了抑制因使用输出GAP特性较差的磁传感器而导致的磁传感器的输出的降低，设为缩窄磁阻元件的感磁部与介质的间隔、且将该间隔保持为恒定而输送介质的构造即可。例如，考虑具备使介质输送辊抵接于磁传感器的罩体、介质一边在磁传感器的罩体上滑动一边被输送辊输送这样的构造。但是，在这样的磁传感装置中，输送介质的构造复杂化，无法面向高速地输送大量介质的用途。另外，存在罩体磨损这样的问题。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种抑制磁传感器的输出相对于磁阻元件的感磁部与介质的间隔变化的变动的磁传感装置。

用于解决课题的手段

本发明的磁传感装置的特征在于，具备：磁传感器，其具备磁阻元件、磁铁、以及承载磁阻元件且将磁铁保持在向磁阻元件施加磁场的位置的支架，该磁传感器检测介质所具有的磁性体；以及磁轭，其配置在间隔介质的输送部以及磁阻元件而与磁铁对置的位置。

本发明的磁传感装置优选为，在将磁轭的宽度方向的尺寸以及磁铁的宽度方向的尺寸设为所述介质的输送方向的尺寸时，磁轭的宽度方向的尺寸大于磁铁的宽度方向的尺寸。

本发明的磁传感装置优选为，磁轭相对于磁铁的对置面与磁铁相对于磁轭的对置面是平行的，在这两个对置面之间、且成为介质的输送方向上的中央的位置配置有磁阻元件。

本发明的磁传感装置优选为，支架保持磁轭。

本发明的磁传感装置优选为，从磁轭相对于磁铁的对置面到输送部的间隔比输送部的间隙狭窄。

本发明的磁传感装置优选为，磁铁是铁素体磁铁。

本发明的磁传感装置优选为，磁阻元件的感磁部处的磁通密度在150～450mT的范围内。

本发明的磁传感装置优选为，磁轭在与磁铁彼此吸附的方向上被磁化。

发明效果

根据本发明，由于在磁铁与磁轭之间磁通不发散，因此磁通密度相对于离开磁铁的距离的变化较小，磁传感器的输出相对于磁阻元件的感磁部和介质的间隔变化的降低被抑制。因此，能够使介质的输送路的间隙较宽，能够在输送介质的构造不复杂化的情况下应用于高速输送大量的介质的用途。

附图说明

图1是本发明的实施方式所涉及的磁传感装置的主要部分的剖视图。

图2(A)是本发明的实施方式所涉及的磁传感装置具备的磁传感器的立体图。图2(B)是表示磁传感器与磁轭的位置关系的、本发明的实施方式所涉及的磁传感装置的透视立体图。图2(C)是磁传感装置101的立体图。图2(D)是表示介质的输送构造的图。

图3是本发明的实施方式所涉及的磁传感装置具备的磁传感器的部分切口立体图。

图4(A)是构成本发明的实施方式所涉及的磁传感装置具备的磁传感器的磁阻元件的俯视图。图4(B)是本发明的实施方式所涉及的磁传感装置具备的磁传感器的电路图。图4(C)是输送介质16时的、本发明的实施方式所涉及的磁传感装置的磁传感器的输出电压的波形图。

图5(A)是表示构成本发明的实施方式所涉及的磁阻元件的元件MR1的结构的俯视图。图5(B)是将元件MR1具有的磁阻部以及短路棒的间距表示为L、将宽度表示为W时的、元件MR1的电阻值相对于W/L的的变化比RB/R0的特性图。

图6(A)是构成比较例的磁传感器的磁阻元件的俯视图。图6(B)是比较例的磁传感器的电路图。图6(C)是输送介质时的、比较例的磁传感器的输出电压的波形图。

图7(A)是表示本发明的实施方式所涉及的磁传感装置具备的磁轭的尺寸的图。图7(B)是表示构成本发明的实施方式所涉及的磁传感装置具备的磁传感器的磁阻元件以及罩体的各部分的尺寸以及位置关系的图。

图8(A)是在本发明的实施方式所涉及的磁传感装置中用磁力线表示磁场的强度分布的图。图8(B)是在第一比较例的磁传感装置中用磁力线表示磁场的强度分布的图。图8(C)是在第二比较例的磁传感装置中用磁力线表示磁场的强度分布的图。

图9(A)是在本发明的实施方式所涉及的磁传感装置中输送介质时的、磁传感器的输出电压的波形图。图9(B)是在第一比较例的磁传感装置中输送介质时的、磁传感器的输出电压的波形图。图9(C)是在第二比较例的磁传感装置中输送介质时的、磁传感器的输出电压的波形图。

图10(A)、图10(B)是表示磁传感器的输出电压的峰值相对于GAP的变化的图。

图11(A)是表示电阻值相对于磁阻元件的磁通密度的特性的图。图11(B)是表示由磁铁施加于磁阻元件的偏压磁场与磁传感器的输出电压之间的关系的图。

图12是表示基于介质的差异的、磁传感器的输出电压相对于偏压磁场的磁通密度的变化的特性的图。

图13(A)是本发明的第二实施方式所涉及的磁传感装置的主要部分的剖视图。图13(B)是表示本发明的第二实施方式所涉及的磁传感装置的除去磁轭后的状态的俯视图。

图14是专利文献1所示的磁传感装置的概略结构图。

具体实施方式

依次参照各图，对作为本发明的实施方式的磁传感装置101进行说明。

图1是本实施方式所涉及的磁传感装置101的主要部分的剖视图。图2(A)～(D)是关于本实施方式所涉及的磁传感装置101的立体图。磁传感装置101在具备印刷有作为磁性体的磁墨而形成的磁图案16M的介质16被输送时检测磁图案16M。

在图1中，磁传感装置101具备磁传感器100、外部支架18E、以及磁轭20。磁轭20是由纯铁系软磁性材料构成的块状的构件，配置在磁传感器100的上方。外部支架18E保持磁传感器100与磁轭20。外部支架18E设置为覆盖磁轭20的外周面。

磁传感器100由多个磁阻元件30、多个磁铁10、内部支架18C、以及罩体19构成。磁铁10向磁阻元件30施加磁场。内部支架18C保持磁铁10，在上部承载磁阻元件30。罩体19由不锈钢等非磁性金属构成，设为覆盖磁阻元件30。磁传感器100设为将罩体19的上表面露出、并且使罩体19的侧面的一部分与内部支架18C的侧面被外部支架18E覆盖，通过外部支架18E进行保持。

在磁传感装置101中，在磁轭20与罩体19的上表面之间形成有输送介质16的输送部(狭缝)18S。在此，磁轭20的外周面被外部支架18E覆盖，因此作为磁轭20相对于磁铁10的对置面的磁轭20的下表面被外部支架18E覆盖。因此，输送部(狭缝)18S形成在外部支架18E的覆盖磁轭20的下表面的部分与罩体19的上表面之间。即，在磁铁10与磁轭20之间配置有输送部18S以及磁阻元件30。在磁传感装置101中，在将磁轭20的宽度方向的尺寸以及磁铁10的宽度方向的尺寸设为介质16的输送方向的尺寸时，磁轭20的宽度方向的尺寸大于磁铁10的宽度方向的尺寸。在磁传感装置101中，磁轭20相对于磁铁10的对置面与磁铁10相对于磁轭20的对置面是平行的，在这两个对置面之间、且在介质16的输送方向上的成为中央的位置配置有磁阻元件30、更详细来说配置有磁阻元件30的感磁部。在磁传感装置101中，从作为磁轭20相对于磁铁10的对置面的磁轭20的下表面到输送部18S的间隔G2比介质输送部18S 的间隙G1狭窄。在此，间隔G2与外部支架18E的覆盖磁轭20的下表面的部分的厚度相等。

图2(A)是磁传感器100的立体图。图2(B)是表示磁传感器100与磁轭20的位置关系的磁传感装置101的透视立体图。在图2(B)中，通过虚线来表示外部支架18E。图2(C)是磁传感装置101的立体图。图2(D)是表示介质16的输送构造的图。

如图2(A)、(B)所示，磁传感器100以及磁轭20为长条状。介质16例如为纸币，如图2(D)所示，该介质16夹持在上下的辊40之间而被输送。

图3是磁传感器100的局部切口立体图。在图3中，示出了对罩体19的一部分进行了切除的状态。如图3所示，内部支架18C在内部支架18C的上表面具有沿着内部支架18C的长边方向呈直线状设置的多个凹部。在各凹部收纳有磁阻元件30(磁阻元件30a、30b、30c、30d…)。另外，内部支架18C在内部支架18C的下表面具有沿着内部支架18C的长边方向呈直线状设置的多个凹部。在各凹部中收纳有磁铁10。

在内部支架18C的下部，引出有与多个磁阻元件30a、30b、30c、30d…电连接的端子销。

图4(A)是磁阻元件30的俯视图。是覆盖表面的绝缘保护膜之前的状态。图4(B)是磁传感器100的电路图。图4(C)是输送介质16时的磁传感器100的输出电压的波形图。如图4(A)所示，磁阻元件30具备输入端子Vin、输出端子Vout、接地端子GND、磁阻部的图案形状不同的两种元件部MR1、MR2。如图4(B)所示，磁阻元件30构成基于元件MR1、MR2的电阻分压电路。如图4(A)所示，当介质16的磁图案16M通过磁阻元件30的感磁部上时，输出端子Vout的电压(电阻分压电路的输出电压)如图4(C)所示变化为山型。

图5(A)是表示元件MR1的结构的俯视图。如图5(A)所示，元件MR1具有磁阻部31与短路棒32。在此，若将磁阻部31以及短路棒32的间距表示为L、将宽度表示为W，则元件MR1的电阻值相对于W/L的变化比RB/R0、即元件MR1的灵敏度呈现图5(B)那样的特性。在此，电阻值RB是施加有基于磁铁10的磁场的状态下的值，电阻值R0是未施加基于磁铁10的磁场的状态下的值。在磁传感器100中，元件MR2因W/L变小而使元件灵敏度降低，因此在使用图4(A)所示的结构的磁阻元件30，设为图4(B)所示的电路结构，且使介质16的磁图案16M通过磁阻元件30的感磁部上时，获得图4(C)所示那样的输出1。

在此，准备图6(A)～图6(C)所示那样的比较例的磁传感器。比较例的磁传感器由在图6(A)中通过俯视图表示的磁阻元件等来构成。比较例的磁传感器除磁阻元件的结构以外，与本实施方式的磁传感器100的结构相同。图6(B)是比较例的磁传感器的电路图。图6(C)是输送介质16时的、比较例的磁传感器的输出电压的波形图。如图6(A)、(B)所示，该磁阻元件是所谓的AC类型的磁阻元件，具备输入端子Vin、输出端子Vout、接地端子GND、以及磁阻部的图案形状相同的两个元件部MR1、MR2，并构成基于元件MR1、MR2的电阻分压电路。当介质16的磁图案16M通过该磁阻元件的感磁部上时，输出端子Vout的电压(电阻分压电路的输出电压)如图6(C)所示变化为变化方向相反的两个山型。

接下来，为了比较本实施方式以及比较例的磁传感装置的特性，示出定量的一个具体例。

图7(A)是表示磁轭20的尺寸的图。图7(B)是表示磁阻元件30与罩体19的各部分的尺寸以及位置关系的图。图8(A)是在本实施方式的磁传感装置101中利用磁力线来表示磁场的强度分布的图。图8(B)是在与本实施方式的磁传感装置101同样地具备磁传感器100但不具备磁轭20的、第一比较例的磁传感装置中，通过磁力线来表示磁场的强度分布的图。图8(C)是在具备图6所示的比较例的磁传感器、以及与本实施方式的磁传感装置101同样的磁轭的第二比较例的磁传感装置中，通过磁力线来表示磁场的强度分布的图。

由图8(A)明确可知，在磁传感装置101中，磁阻元件30与磁轭20的间隔大于磁阻元件30与磁铁10的间隔，在将磁轭20的宽度方向的尺寸以及磁铁10的宽度方向的尺寸设为介质16的输送方向的尺寸时，磁轭20的宽度方向的尺寸大于磁铁10的宽度方向的尺寸，因此在磁铁10与磁轭20之间，跨介质16的输送方向的恒定区间且在磁铁10与磁轭20的间隙方向上形成磁通密度均匀的磁场。另外，在磁传感装置101中，从磁轭 20相对于磁铁10的对置面、即磁轭20的下表面到输送部18S的间隔G2比输送部18S的间隙G1狭窄(参照图1)，因此能够在确保从罩体19的表面到磁图案16M的GAP的同时缩窄磁阻元件30的感磁部与磁轭20的间隔。因此，输送部18S的磁通密度相对于GAP的变动的变化被抑制得较小。

图9(A)是在本实施方式的磁传感装置101中输送介质16时的、磁传感器100的输出电压的波形图。图9(B)是在第一比较例的磁传感装置中输送介质时的、磁传感器的输出电压的波形图。图9(C)是在第二比较例的磁传感装置中输送介质时的、磁传感器的输出电压的波形图。在图9(A)～(C)中，输出波形WP0是从罩体19的表面到介质16的磁图案16M的GAP(参照图1)为0时的波形，输出波形WP1是GAP为1mm时的波形。

对比图9(A)与图9(B)而明确可知，无论在GAP＝0时还是GAP＝1mm时，通过如本实施方式的磁传感装置101那样设置磁轭20，皆能够增大磁传感器100的输出电压的峰值。

图10(A)、图10(B)是表示磁传感器100的输出电压的峰值相对于GAP的变化的图。C0表示第一比较例的磁传感装置的特性。C1表示在本实施方式的磁传感装置101中从罩体19的表面到磁轭20的间隔G0(参照图1)为3mm时的特性。C2表示在本实施方式的磁传感装置101中G0为2mm时的特性。C3表示在本实施方式的磁传感装置101中G0为1.1mm时的特性。C4表示具备图6所示的比较例的磁传感器但不具备磁轭的、第三比较例的磁传感装置的特性。C5表示第二比较例的磁传感装置的特性。图10(A)的纵轴为输出电压值，图10(B)的纵轴为以GAP＝0为基准的比率。

测定条件如下所述。

[磁铁]

材料：铁素体磁铁

尺寸：5.5×4×5mm

与磁阻元件的间隔：0.5mm

元件的检测宽度：0.5mm

元件至罩体表面为止的间隔：0.4mm

[磁轭]

材料：铁(纯铁系软磁性材料)

尺寸：40×20×10mm

G0：1.1mm、2mm、3mm

由图10(B)明确可知，通过像本实施方式的磁传感装置101那样设置磁轭20，输出电压的峰值相对于GAP的变化的变动被抑制得较小。另外，在具备图6所示的比较例的磁传感器的磁传感装置中，完全不具有设置磁轭所带来的改善效果。这是因为，AC类型的磁阻元件在从磁铁与磁轭的对置面之间的、成为介质的输送方向的中央的位置向介质的输送方向的前后错开的位置处配置有元件MR1、MR2。即，是因为这两个元件MR1、MR2的位置处的磁通密度与GAP的变化相应地较大变动。

在此，当将介质上的磁图案的通过所引起的电阻的变化量表示为ΔMR、将磁图案的通过所引起的磁通密度的变化量表示为ΔB时，ΔMR/ΔB为磁阻元件的灵敏度。当MR1因磁图案的通过而使电阻变化为MR1+ΔMR1时，磁传感器的输出电压变化ΔVout。

ΔVout＝Vin*{(MR1+ΔMR1)/(MR1+MR2)-MR1/(MR1+MR2)}

＝Vin*ΔMR1/(MR1+MR2)。图11(B)的纵轴为该输出电压变化ΔVout。

如图11(B)中表示那样，在输出电压相对于偏压磁场的磁通密度的变化的变动中产生峰值。在偏压磁场的磁通密度比成为该峰值的磁通密度150[mT]低的范围中，(MR1+MR2)的增加量小于ΔMR1的增加量，在偏压磁场的磁通密度比该峰值的磁通密度150[mT]高的范围中，(MR1+MR2)的增加量大于ΔMR1的增加量。

图12表示基于介质的差异的、相对于偏压磁场的磁通密度的变化的输出电压的磁传感器的特性。图12(A)在纵轴上取输出电压，图12(B)在纵轴上取输出电压比。“S”是介质为磁纤维时的特性，“K”是介质具备印刷用于纸币的磁墨而成的磁图案时的特性。在图12(B)中，以偏压磁场为150[mT]时的输出电压为基准而取得输出电压比。

这样，基于偏压磁场的磁传感器的输出电压的趋势因介质而不同。如图12(A)所示，对于具备印刷用于纸币的磁墨而成的磁图案的介质，在100[mT]下无法获得足够的输出。另外，如图12(B)所示那样，当偏压磁场的磁通密超过450[mT]时，低于偏压磁场的磁通密度为150[mT](磁传感器的输出电压相对于偏压磁场的磁通密度的变化的变动达到峰值的值)时的磁传感器的输出电压，因此，偏压磁场的磁通密度优选为150[mT]～450[mT]的范围。

在铁素体磁铁中，即使最大也仅获得100[mT]左右的磁通密度，但通过如本实施方式的磁传感装置101那样设置磁轭20，使磁阻元件30的感磁部中的偏压磁场的磁通密度达到150[mT]以上，因此，即使作为磁铁10使用铁素体磁铁，也能够通过设置磁轭20而将偏压磁场的磁通密度确定在150[mT]～450[mT]的范围。因此，无需使用包含钕等稀土的磁铁那样的高成本的磁铁，能够使用低成本的铁素体磁铁。

第二实施方式

图13(A)是本发明的第二实施方式所涉及的磁传感装置102的主要部分的剖视图。图13(B)是表示本实施方式所涉及的磁传感装置102的除去磁轭20后的状态的俯视图。本实施方式所涉及的磁传感装置102与第一实施方式的磁传感装置101不同，在支架18上设有磁铁10、磁阻元件30以及罩体19，磁轭20与支架18相分离。另外，磁轭20在与磁铁10彼此吸附的方向上被磁化。

这样，磁轭20也可以与磁铁10、磁阻元件30相分离。由此，提高磁传感器100的配置的自由度。另外，若将磁轭20在与磁铁10彼此吸附的方向上进行磁化，则对于在磁铁10与磁轭20之间介质16的输送方向上的较广范围，在磁铁10与磁轭20的间隙中沿该间隙方向形成均匀的磁通密度的磁场。并且，将基于磁铁10的磁荷与基于磁轭20的磁荷相加，提高磁铁10与磁轭20的间隙的磁通密度。与之相应，能够增大磁铁10与磁轭20的间隙，因此提高输送介质16的构造在设计上的自由度，高速输送大量的介质16也变得容易。

附图标记说明：

MR1、MR2…磁阻元件

10…磁铁

16…介质

16M…磁图案

18…支架

18C…内部支架

18E…外部支架

18S…输送部

19…罩体

20…磁轭

30…磁阻元件

30a、30b、30c、30d…磁阻元件

31…磁阻部

32…短路棒

100…磁传感器

101、102…磁传感装置

Claims

1.一种磁传感装置，其特征在于，

该磁传感装置具备：

磁传感器，其具有磁阻元件、磁铁、以及承载所述磁阻元件且将所述磁铁保持在向所述磁阻元件施加磁场的位置的支架，该磁传感器检测介质所具有的磁性体；以及

磁轭，其配置在间隔所述磁阻元件而与所述磁铁对置的位置，

所述介质的输送部位于所述磁阻元件与所述磁轭之间，

所述磁轭相对于所述磁铁的对置面在所述介质的输送方向上的宽度尺寸大于所述磁铁在所述介质的输送方向上的宽度尺寸。

2.根据权利要求1所述的磁传感装置，其中，

所述磁轭相对于所述磁铁的对置面与所述磁铁相对于所述磁轭的对置面平行，在这两个对置面之间、且成为所述介质的输送方向上的中央的位置配置有所述磁阻元件。

3.根据权利要求1或2所述的磁传感装置，其中，

所述支架保持所述磁轭。

4.根据权利要求1或2所述的磁传感装置，其中，

从所述磁轭相对于所述磁铁的对置面到所述输送部的间隔比所述输送部的间隙狭窄。

5.根据权利要求1或2所述的磁传感装置，其中，

所述磁铁为铁素体磁铁。

6.根据权利要求1或2所述的磁传感装置，其中，

所述磁阻元件的感磁部处的磁通密度在150mT～450mT的范围内。

7.根据权利要求1或2所述的磁传感装置，其中，

所述磁轭在与所述磁铁彼此吸附的方向上被磁化。