DE112015002728T5

DE112015002728T5 - Magnetsensorvorrichtung

Info

Publication number: DE112015002728T5
Application number: DE112015002728.9T
Authority: DE
Inventors: Hiroyuki Asano; Tomokazu Ogomi; Kenji Shimohata; Sadaaki YOSHIOKA
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2014-06-11
Filing date: 2015-06-09
Publication date: 2017-05-18
Also published as: JPWO2015190468A1; US20170154487A1; US10019863B2; WO2015190468A1; CN106560005A; JP6293272B2; CN106560005B

Abstract

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Magnetsensorvorrichtung (101) zum hochgenauen Detektieren eines Messobjekts (1) zu schaffen, das ein hartmagnetisches Material (1a) verwendet. Die Magnetsensorvorrichtung (101) weist Folgendes auf: einen Magneten (3); Joche (4, 4a, 4b, 4c, 4d, 4e, 4f, 4g, 4h), die auf dem Magneten (3) angeordnet sind; und ein Element (5) mit magnetoresistivem Effekt, an das ein Verlustmagnetfeld angelegt wird, das von den Jochen (4, 4a, 4b, 4c, 4d, 4e, 4f, 4g, 4h) nach außen abgegeben wird. Ein Detektionsbereich (2a) des Elements (5) mit magnetoresistivem Effekt ist an der Seite vorgesehen, das dem Magneten (3) gegenüberliegt. Das Element (5) mit magnetoresistivem Effekt detektiert eine Änderung eines Vormagnetisierungsfelds (6) des Elements (5) mit magnetoresistivem Effekt, die dann auftritt, wenn das Messobjekt (1), das hartmagnetisches Material (1a) aufweist, durch den Detektionsbereich (2a) läuft.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Magnetsensorvorrichtung zum Detektieren eines magnetischen Materials (einer magnetische Komponente), die in einem papierbogenähnlichen Messobjekt enthalten ist.
Einschlägiger Stand der Technik
Es existieren herkömmliche Magnetsensorvorrichtungen, die sich aus einem Substrat, auf dem ein Element mit magnetoresistivem Effekt (magnetoresistives Element) ausgebildet ist, und einem Magneten zum Anlegen eines Vormagnetisierungsfelds an das Element mit magnetoresistivem Effekt zusammensetzen (siehe beispielsweise Patentliteratur 1 und 2).
Die Patentliteratur 1 gibt eine Magnetsensorvorrichtung an, in der die Position eines Permanentmagneten derart angepasst wird, dass die Stärke eines Vormagnetisierungsfelds einer magnetempfindlichen Richtung eines magnetoresistiven Elements mit ferromagnetischer dünner Schicht eine Magnetflusshöhe aufweist, die kleiner oder gleich einem Sättigungsmagnetfeld ist.
Die Patentliteratur 2 gibt die Anordnung von zwei Elementen mit magnetoresistivem Effekt auf einem Substrat, das Anordnen der Elemente mit magnetoresistivem Effekt und des Substrats innerhalb eines Gehäusekörpers, und das Anordnen eines Permanentmagneten auf der Rückseite des Gehäusekörpers an.
Darüber hinaus existieren unter herkömmlichen Magnetsensorvorrichtungen solche, in denen das Element mit magnetoresistivem Effekt auf einem Träger aus magnetischem Material ausgebildet ist, und in denen ein Vormagnetisierungsmagnet und der Träger aus magnetischem Material einander gegenüberstehen und einen Förderweg des Messobjekts einschließen (siehe beispielsweise Patentliteratur 3).
Unter herkömmlichen Magnetsensorvorrichtungen existieren solche, die einen einzelnen Detektor verwenden, um sowohl weichmagnetisches Material, das in dem Messobjekt enthalten ist, als auch hartmagnetisches Material zu detektieren, das in dem Messobjekt enthalten ist (siehe beispielsweise Patentliteratur 4).
Liste zum Stand der Technik
Patentliteratur

Patentliteratur 1: Ungeprüfte japanische Patentanmeldungs-Veröffentlichung JP 2008-145 379 A (insbesondere 3 bis 6)
Patentliteratur 2: Ungeprüfte japanische Patentanmeldungs-Veröffentlichung JP 2006-317 218 A (insbesondere 9)
Patentliteratur 3: Ungeprüfte japanische Patentanmeldungs-Veröffentlichung JP 2013-217 768 A (insbesondere 1, 6 und 8)
Patentliteratur 4: Internationale Veröffentlichung WO 2013-146 755 A (insbesondere 2 und 13)

Beschreibung der Erfindung
Technisches Problem
Eine Magnetsensorvorrichtung, die ein Element mit magnetoresistivem Effekt verwendet, detektiert ein magnetisches Material mittels einer Änderung des Widerstandwerts eines Elements mit magnetoresistivem Effekt, und zwar aufgrund einer Änderung des Vormagnetisierungsfelds aufgrund eines magnetischen Materials, wie beispielsweise magnetischer Tinte und dergleichen. Das magnetische Material, das das Messobjekt ist, weist weichmagnetisches Material und hartmagnetisches Material auf.
Beim Verwenden der Magnetsensorvorrichtungen, wie sie in der Patentliteratur 1, 2 und 3 angegeben sind, wird weichmagnetisches Material selbst dann detektiert, wenn das Detektieren von hartmagnetischem Material unternommen wird. Daher besteht bei derartigen Magnetsensorvorrichtungen ein Problem darin, dass das alleinige Detektieren von dem hartmagnetischen Material schwierig sein kann.
Das Detektieren von hartmagnetischem Material wird schwierig, und zwar aufgrund der Sättigung des magnetischen Ausgangssignals für sowohl das weichmagnetische Material als auch das hartmagnetische Material, und zwar aufgrund des Anlegens eines übermäßig starken Vormagnetisierungsfelds an das Messobjekt, so dass kein Unterschied in dem Ausgangssignal ist.
Darüber hinaus wird in der Patentliteratur 4, obwohl die dort angegebene Magnetsensorvorrichtung gemäß 2 das Verwenden eines Elements mit magnetoresistivem Effekt zum alleinigen Detektieren von hartmagnetischem Material angibt, keinerlei Angabe über die Beziehung zwischen dem Element mit magnetoresistivem Effekt und dem Vormagnetisierungsfeld für das Element mit magnetoresistivem Effekt gemacht.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die vorgenannten Probleme zu lösen und eine Magnetsensorvorrichtung zum hochgenauen Detektieren eines Messobjektes zu schaffen, das hartmagnetisches Material verwendet.
Lösung des Problems
Die Magnetsensorvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung weist ein Element mit magnetoresistivem Effekt auf, an das ein Verlustmagnetfeld angelegt wird, das nach außen von dem Joch aus abgegeben wird, wobei das Joch auf einem Magneten angebracht ist. Das Element mit magnetoresistivem Effekt verwendet die Seite des Elements mit magnetoresistivem Effekt, die dem Magneten gegenüberliegt, als Detektionsbereich. Das Element mit magnetoresistivem Effekt detektiert eine Änderung eines Vormagnetisierungsfelds des Elements mit magnetoresistivem Effekt, die auftritt, wenn ein Messobjekt, das hartmagnetisches Material aufweist, durch den Detektionsbereich läuft.
Vorteilhafte Wirkungen der Erfindung
Die Magnetsensorvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet ein Verlustmagnetfeld, das zu einem Äußeren eines Jochs abgegeben wird, als ein Vormagnetisierungsfeld, so dass keine Sättigung des Elements mit magnetoresistivem Effekt stattfindet, und es dem Element mit magnetoresistivem Effekt möglich ist, ein Messobjekt, das hartmagnetisches Material aufweist, mit hoher Genauigkeit zu detektieren.
Kurzbeschreibung der Zeichnung
In den Zeichnungen zeigen:
1A und 1B Konfigurationsdiagramme einer Magnetsensorvorrichtung gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung;
2 eine Draufsicht auf Elemente mit magnetoresistivem Effekt in der Magnetsensorvorrichtung gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung;
3 ein Konfigurationsdiagramm einer Magnetsensorvorrichtung gemäß Ausführungsform 2 der vorliegenden Erfindung;
4 ein Diagramm zum Beschreiben eines Magnetfelds, das durch den Magneten 3 und das Joch 4 der Magnetsensorvorrichtung gemäß Ausführungsform 2 der vorliegenden Erfindung ausgebildet wird;
5 eine Draufsicht auf Elemente mit magnetoresistivem Effekt in der Magnetsensorvorrichtung gemäß Ausführungsform 2 der vorliegenden Erfindung;
6 ein Diagramm, das die Funktionsweise während dem Detektieren mittels der Magnetsensorvorrichtung gemäß Ausführungsform 2 der vorliegenden Erfindung darstellt;
7A bis 7C Diagramme, die die Änderung des Magnetfelds darstellen, und zwar zum Beschreiben der Detektionsprinzipien der Magnetsensorvorrichtung gemäß Ausführungsform 2 der vorliegenden Erfindung;
8 ein Konfigurationsdiagramm einer Magnetsensorvorrichtung gemäß Ausführungsform 3 der vorliegenden Erfindung;
9 eine Draufsicht auf Elemente mit magnetoresistivem Effekt in der Magnetsensorvorrichtung gemäß Ausführungsform 3 der vorliegenden Erfindung;
10A bis 10C Diagramme, die die Funktionsweise während dem Detektieren mittels der Magnetsensorvorrichtung gemäß Ausführungsform 3 der vorliegenden Erfindung darstellen;
11 ein Konfigurationsdiagramm einer Magnetsensorvorrichtung gemäß Ausführungsform 4 der vorliegenden Erfindung;
12 einen Graphen einer HY-Komponente, die an den Elementen mit magnetoresistivem Effekt der Magnetsensorvorrichtung gemäß Ausführungsform 2 der Erfindung anliegt, und zwar im Vergleich zu der Magnetsensorvorrichtung gemäß Ausführungsform 5 der vorliegenden Erfindung;
13 ein Diagramm, das eine Draufsicht auf die Magnetsensorvorrichtung gemäß Ausführungsform 2 darstellt, und zwar im Vergleich zu der Magnetsensorvorrichtung gemäß Ausführungsform 5 der vorliegenden Erfindung, wobei das Diagramm darüber hinaus Vormagnetisierungsfeld-Vektoren darstellt, die an jedem von den Elementen mit magnetoresistivem Effekt anliegen;
14 eine Draufsicht auf Elemente mit magnetoresistivem Effekt in der Magnetsensorvorrichtung gemäß Ausführungsform 5 der vorliegenden Erfindung;
15 eine Draufsicht auf Elemente mit magnetoresistivem Effekt in der Magnetsensorvorrichtung gemäß Ausführungsform 6 der vorliegenden Erfindung;
16 eine perspektivische Ansicht einer Magnetsensorvorrichtung gemäß Ausführungsform 7 der vorliegenden Erfindung;
17 eine Querschnittsansicht in Förderrichtung der Magnetsensorvorrichtung gemäß Ausführungsform 7 der vorliegenden Erfindung;
18 eine perspektivische Ansicht einer Magnetsensorvorrichtung gemäß Ausführungsform 8 der vorliegenden Erfindung;
19 eine Querschnittsansicht in Förderrichtung der Magnetsensorvorrichtung gemäß Ausführungsform 8 der vorliegenden Erfindung;
20 ein Konfigurationsdiagramm einer Magnetsensorvorrichtung gemäß Ausführungsform 9 der vorliegenden Erfindung;
21 eine Querschnittsansicht in Förderrichtung der Magnetsensorvorrichtung gemäß Ausführungsform 9 der vorliegenden Erfindung;
22 ein Konfigurationsdiagramm der Magnetsensorvorrichtung gemäß Ausführungsform 9 der vorliegenden Erfindung;
23 eine Querschnittsansicht in Förderrichtung der Magnetsensorvorrichtung gemäß Ausführungsform 9 der vorliegenden Erfindung;
24 ein Konfigurationsdiagramm der Magnetsensorvorrichtung gemäß Ausführungsform 9 der vorliegenden Erfindung;
25 eine Querschnittsansicht in Förderrichtung der Magnetsensorvorrichtung gemäß Ausführungsform 9 der vorliegenden Erfindung;
26 ein Konfigurationsdiagramm einer Magnetsensorvorrichtung gemäß Ausführungsform 10 der vorliegenden Erfindung;
27 eine Querschnittsansicht in Förderrichtung der Magnetsensorvorrichtung gemäß Ausführungsform 10 der vorliegenden Erfindung;
28 ein Konfigurationsdiagramm der Magnetsensorvorrichtung gemäß Ausführungsform 10 der vorliegenden Erfindung;
29 eine Querschnittsansicht in Förderrichtung der Magnetsensorvorrichtung gemäß Ausführungsform 10 der vorliegenden Erfindung;
30 ein Konfigurationsdiagramm der Magnetsensorvorrichtung gemäß Ausführungsform 10 der vorliegenden Erfindung;
31 eine Querschnittsansicht in Förderrichtung der Magnetsensorvorrichtung gemäß Ausführungsform 10 der vorliegenden Erfindung;
32 ein Konfigurationsdiagramm einer Magnetsensorvorrichtung gemäß Ausführungsform 11 der vorliegenden Erfindung; und
33 eine Querschnittsansicht in Förderrichtung der Magnetsensorvorrichtung gemäß Ausführungsform 11 der vorliegenden Erfindung.
Beschreibung der Ausführungsformen
In der vorliegenden Erfindung wird eine Förderrichtung 2 eines Messobjekts 1 als X-Richtung festgelegt. Die Längsrichtung orthogonal zur Förderrichtung 2 (X-Richtung) wird als Y-Richtung festgelegt. Die Richtung orthogonal zu sowohl der Förderrichtung 2 als auch der Längsrichtung (Richtung senkrecht zu der Förderrichtung 2) wird als Z-Richtung festgelegt. Elemente 5 mit magnetoresistivem Effekt erstrecken sich linear in der Längsrichtung (Y-Richtung).
Darüber hinaus ist die X-Richtung eine Richtung entlang der X-Achse, die Y-Richtung eine Richtung entlang der Y-Achse, und die Z-Richtung eine Richtung entlang der Z-Achse. Die X-Achse, Y-Achse und Z-Achse sind in den Figuren durch X, Y und Z gekennzeichnet. Auch wenn es nicht dargestellt ist, wird der Ursprung der X-Achse, Y-Achse und Z-Achse als der zentrale Bereich der Elemente 5 mit magnetoresistivem Effekt festgelegt. In Fällen, in denen ein Pluszeichen oder ein Minuszeichen (+, –) vor der X-Richtung, Y-Richtung oder Z-Richtung angefügt ist, gibt das Pluszeichen oder das Minuszeichen die Richtung von dem Ursprung aus an.
Ausführungsform 1
Im Folgenden wird eine Magnetsensorvorrichtung gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf Figuren beschrieben. 1A ist ein Konfigurationsdiagramm der Magnetsensorvorrichtung gemäß Ausführungsform 1. Das Verlustmagnetfeld, das von dem an dem Joch befestigten Magneten 32 ausgeht, ist nahezu parallel zu der Förderrichtung 2 (X-Richtung) an den Elementen 5 mit magnetoresistivem Effekt. 1B ist ein Konfigurationsdiagramm der Magnetsensorvorrichtung gemäß Ausführungsform 1. Das Verlustmagnetfeld, das von dem an dem Joch befestigten Magneten 34 ausgeht, ist nahezu parallel zu der Z-Richtung an den Elementen 5 mit magnetoresistivem Effekt.
In 1 ist das Messobjekt 1 Papiergeld, ein Scheck, und dergleichen, auf das ein Bild, Muster oder eine Zeichenfolge gedruckt unter Verwendung von Tinte und dergleichen aus einem hartmagnetischen Material gedruckt ist. Das Messobjekt 1 weist zumindest ein hartmagnetisches Material 1a auf. Das heißt, dass das Messobjekt 1 nur das hartmagnetische Material 1a aufweisen kann, oder alternativ hierzu auch weichmagnetisches Material aufweisen kann. Ein Förderweg 2 ist ein Weg der Förderung des Messobjekts 1, und die Richtung der Pfeile gibt die Förderrichtung 2 (X-Richtung) des Messobjekts 1 an.
In dem Förderweg 2 ist eine Region, in der das hartmagnetische Material 1a des Messobjekts 1 mittels der Elemente 5 mit magnetoresistivem Effekt detektiert wird, ein Detektionsbereich 2a. Der Detektionsbereich 2a ist ein Bereich auf dem Förderweg 2 auf der Seite der Elemente 5 mit magnetoresistivem Effekt, die dem Magneten 3 gegenüberliegen. Wenn das Messobjekt 1 hin zu dem Detektionsbereich 2a gefördert wird, sind die Komponenten in folgender Reihenfolge in der Z-Richtung von dem an dem Joch befestigten Magneten 34 aus angeordnet: an dem Joch befestigter Magnet 34, Elemente 5 mit magnetoresistivem Effekt und Messobjekt 1.
Der Detektionsbereich 2a ist nicht dargestellt. Der an dem Joch befestigte Magnet 34 weist einen Magneten 3 und ein Joch 4 auf. Darüber hinaus weist der Magnet 3 einen Nordpol (N-Pol) und einen Südpol (S-Pol) als voneinander gegenüberliegende Magnetpole auf. Das Joch 4 ist angeordnet, um den Magneten 3 zu bedecken und ist aus einem magnetischen Material, wie beispielsweise Eisen und dergleichen, ausgebildet.
In 1 sind die Elemente 5 mit magnetoresistivem Effekt zwischen dem Magneten 3 und dem Förderweg 2 angeordnet. Das Verlustmagnetfeld 6 ist ein Verlustmagnetfeld, das von dem Joch 4 nach außen bzw. zu einem Äußeren des Joches abgegeben wird. Das Verlustmagnetfeld 6, das von dem an dem Joch befestigten Magneten 34 abgegeben wird, wird von dem Joch 4 nach außen abgegeben. In 1A ist dieses Feld nahezu parallel zu der X-Richtung. In 1B ist dieses Feld nahezu parallel zu der Z-Richtung. Darüber hinaus wird das Verlustmagnetfeld 6, wie nachstehend noch detaillierter beschrieben, als Vormagnetisierungsfeld der Elemente 5 mit magnetoresistivem Effekt verwendet.
2 ist eine Draufsicht der Magnetsensorvorrichtung gemäß Ausführungsform 1. Eine Brückenkonfiguration der Elemente 5 mit magnetoresistivem Effekt wird häufig grundsätzlich als eine Gegenmaßnahme zur Temperaturkompensation verwendet. Die Brückenkonfiguration wird in der Beschreibung der vorliegenden Erfindung verwendet. Bauteile 5a (erste Elemente 5a mit magnetoresistivem Effekt) sind in der Längsrichtung aufgereiht und weisen eine erste Reihe von Elementen 5 mit magnetoresistivem Effekt auf.
Eine Vielzahl von Bauteilen 5b (zweite Elemente 5b mit magnetoresistivem Effekt) sind in der Längsrichtung aufgereiht und weisen eine zweite Reihe von Elementen 5 mit magnetoresistivem Effekt auf. Die vorliegende Erfindung offenbart Anordnungen und ein Anordnen der Bauteile, und zwar der Reihe nach, wie beispielsweise der Bauteile 5b, und der Bauteile 5a in der Förderrichtung 2.
Dabei ist die Konfiguration nicht auf eine solche Anordnen beschränkt ist. In der Magnetsensorvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung können die Elemente 5 mit magnetoresistivem Effekt als die Gruppe 5 mit Elementen mit magnetoresistivem Effekt bezeichnet werden (Reihe 5 mit Elementen mit magnetoresistivem Effekt), die Bauteile 5a können als Elemente 5a mit magnetoresistivem Effekt bezeichnet werden, und die Bauteile 5b können als Elemente 5b mit magnetoresistivem Effekt bezeichnet werden.
Um die Funktion der Elemente 5 mit magnetoresistivem Effekt zu ermöglichen, ist ein Anlegen eines Magnetfelds mit einer geeigneten Stärke nötig. Ein solches Magnetfeld wird als ein Vormagnetisierungsfeld 6 bezeichnet. Die Bauteile 5a und Bauteile 5b sind mittels Brückenbildung miteinander verbunden. Das heißt, dass diese Verbindung die oben beschriebene Brückenkonfiguration erzeugt. In 1A ändert sich der Widerstandswert während des magnetischen Ansprechens der Elemente mit magnetoresistivem Effekt bei der X-Richtungskomponente, die die Komponente in X-Richtung des Vormagnetisierungsfelds 6 bildet. In 1B ändert sich der Widerstandswert während des magnetischen Ansprechens der Elemente 5 mit magnetoresistivem Effekt auf das in X-Richtung geneigte Magnetfeld bei der Z-Richtungskomponente, die die Komponente in Z-Richtung des Vormagnetisierungsfelds 6 ist.
Da es wünschenswert ist, das Magnetfeld (hartmagnetisches Material Magnetfeld) 7, das von dem hartmagnetischen Material 1a erzeugt wird, zu detektieren, liegt das Vormagnetisierungsfeld 6 vorzugsweise kaum an dem Messobjekt 1 an, das das hartmagnetische Material 1a aufweist. So liegt das verwendete Vormagnetisierungsfeld 6 an den Elementen 5 mit magnetoresistivem Effekt 5 als das Verlustmagnetfeld 6 an, das von dem Joch 4 aus nach außen abgegeben wird. Die Elemente 5 mit magnetoresistivem Effekt detektieren die Änderung des Vormagnetisierungsfelds mit höchster Empfindlichkeit während eines Zustands, in dem das Vormagnetisierungsfeld anliegt.
Die Elemente 5 mit magnetoresistivem Effekt detektieren die Änderung des Vormagnetisierungsfelds der vorgenannten Elemente mit magnetoresistivem Effekt, die auftritt, wenn das Messobjekt 1, das das hartmagnetische Material 1a aufweist, durch den Detektionsbereich 2a läuft, der an der Seite der Elemente 5 mit magnetoresistivem Effekt 5 angeordnet ist, die dem Magneten 3 gegenüberliegen. Insbesondere ändert sich, aufgrund der Änderung des Vormagnetisierungsfelds, der Widerstandswert der Elemente mit magnetoresistivem Effekt, so dass das Detektieren des hartmagnetischen Materials 1a ermöglicht wird, und zwar aufgrund der Änderung des Widerstandswertes.
Das hartmagnetische Material 1a des Messobjekts 1 wird magnetisiert bevor es den Detektionsbereich 2a erreicht. Das magnetisierte hartmagnetische Material 1a des magnetisierten Messobjektes 1 durchläuft den Förderweg 2 während sich ein Magnetfeld (hartmagnetisches Material Magnetfeld) 7 um das hartmagnetische Material 1a herum ausbildet. Das heißt, dass das Messobjekt 1 den Detektionsbereich 2a durchläuft, und zwar in einem Zustand, in dem ein Magnetfeld durch spontane Magnetisierung erzeugt wird.
Darüber hinaus kann der Magnet, der zur Magnetisierung des Messobjektes 1 (hartmagnetisches Material 1a) verwendet wird, in innerhalb der Magnetsensorvorrichtung der vorliegenden Erfindung ausgebildet sein, oder an außerhalb der Magnetsensorvorrichtung ausgebildet sein. Das heißt, dass jegliche Konfigurationen zulässig sind, solange das Messobjekt 1 magnetisiert wird, bevor es den Detektionsbereich 2a erreicht.
Die Änderung des Vormagnetisierungsfelds 6, die durch das Durchlaufen des hartmagnetischen Materials 1a beigeführt wird, ermöglicht das Detektieren des Durchlaufens des hartmagnetischen Materials 1a. In der Nähe der Elemente 5 mit magnetoresistivem Effekt legt der an dem Joch befestigte Magnet 34 fast kein Magnetfeld an das Messobjekt 1 an, wobei das Messobjekt 1 beispielsweise Papiergeld und dergleichen ist.
Somit detektieren die Elemente 5 mit magnetoresistivem Effekt ein weichmagnetisches Material nicht, das selbst kein Magnetfeld erzeugt, so dass die Unterscheidung zwischen dem hartmagnetischen Material und dem weichmagnetischen Material möglich wird. Diese Fähigkeit entsteht, da die Positionsrelationen zwischen dem Joch 4, den Elementen 5 mit magnetoresistivem Effekt, und dem Detektionsbereich 2a die folgende Bedingung erfüllen. Der Zustand der Positionsrelationen wird im Folgenden beschrieben.
Die Bedingung dieser Positionsrelationen ist, dass die Änderung des Vormagnetisierungsfelds der Elemente 5 mit magnetoresistivem Effekt, die aufgrund des Magnetfelds, aufgrund der spontanen Magnetisierung des Messobjektes 1 auftritt, größer ist als die Änderung des Vormagnetisierungsfelds 6 der Elemente 5 mit magnetoresistivem Effekt, die aufgrund des Anlegens des Verlustmagnetfelds 6 von dem Joch 4 aus an das Messobjekt 6 auftritt.
Das Joch 4, die Elemente 5 mit magnetoresistivem Effekt, und der Detektionsbereich 2a sind in Positionen angeordnet, die diese Bedingungen erfüllen. Als Resultat hiervon kann eine Magnetsensorvorrichtung zur Verfügung gestellt werden, der es möglich ist, kleine Änderungen des Magnetfelds auszulesen, die aufgrund des hartmagnetischen Materials 1a auftreten.
Die Anordnung des Jochs 4, der Elemente 5 mit magnetoresistivem Effekt, und des Detektionsbereichs 2a in der Beschreibung der Anordnung der Magnetsensorvorrichtung gemäß Ausführungsform 1 ist die gleiche wie die für die Magnetsensorvorrichtungen gemäß Ausführungsformen 2 bis 11. Die Magnetsensorvorrichtungen gemäß Ausführungsformen 2 bis 11 unterscheiden sich in den Positionsrelationen zwischen dem Magneten 3 und dem Joch 4, und in der Anzahl von den Jochen 4.
Darüber hinaus sind die Reihen der Elemente 5 mit magnetoresistivem Effekt, die Bauteile 5a, und die Bauteile 5b verschieden. Alternativ hierzu kann eine Magnetsensorvorrichtung 10 zum Detektieren von weichmagnetischem Material hinzugefügt werden. Die Magnetsensorvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung kann eine Kombination jeglicher Magnetsensorvorrichtungen gemäß Ausführungsformen 1 bis 11 sein, die mit dem Umfang der Magnetsensorvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung konsistent ist.
Konfigurationen in der vorstehenden Weise ermöglichen das Erstellen einer Magnetsensorvorrichtung, die in der Lage ist, ein hochempfindliches Detektieren des hartmagnetischen Materials zu ermöglich, und zwar mit kaum einer Empfindlichkeit für das weichmagnetische Material, so die Magnetsensorvorrichtung in der Lage ist, zwischen dem hartmagnetischem Material und dem weichmagnetischen Material zu unterscheiden.
Ausführungsform 2
Im Folgenden wird eine Magnetsensorvorrichtung gemäß Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die Figuren beschrieben. 3 ist ein Konfigurationsdiagramm der Magnetsensorvorrichtung gemäß Ausführungsform 2. Komponenten in 3, die die gleichen wie die oder äquivalent zu denen in den 1A und 1B sind, sind mit den gleichen Bezugsziffern versehen und eine Beschreibung derartiger Elemente wird weggelassen. Der Magnet 3 weist voneinander unterschiedliche Magnetpole in der Förderrichtung (X-Richtung) auf, und zwar einen N-Pol und einen S-Pol. Das heißt, dass die magnetischen Pole des Magneten 3 entlang der Förderrichtung 2 angeordnet sind, die Durchlaufrichtung des Messobjekt 1 ist.
Wie in einer Ebene (X-Z-Ebene) gesehen, die sich in der Förderrichtung erstreckt, ist das Joch 4 derart angeordnet, um den Magneten 3 mit Ausnahme eines Bereichs des Magneten 3, der dem Förderweg 2 gegenüberliegt, abzudecken, wobei das Joch 4 aus einem magnetischen Material, wie beispielsweise Eisen und dergleichen, ausgebildet ist. Das heißt, dass das Joch 4 an jedem von den Endbereichen der magnetischen Pole ausgebildet ist, und zwar an dem vorderen Ende und an dem hinteren Ende, des Magneten 3 in der Förderrichtung 2.
Die Elemente 5 mit magnetoresistivem Effekt sind zwischen dem Magneten 3 und dem Förderweg 2 des Messobjekts 1 angeordnet, und zwar zwischen den N- und S-Polen des Magneten 3. Das heißt, dass in dem Detektionsbereich 2a das Messobjekt 2, das das hartmagnetische Material 1a aufweist, an der Seite der Elemente 5 mit magnetoresistivem Effekt angeordnet ist, die dem Magneten 3 gegenüberliegen.
In 3 sind die Elemente 5 mit magnetoresistivem Effekt in dem zentralen Bereich zwischen den N- und S-Polen des Magneten 3 angeordnet. Insbesondere sind die Elemente 5 mit magnetoresistivem Effekt auf einer virtuellen Linie orthogonal zu dem Verlustmagnetfeld 6 in einem zentralen Bereich in der Förderrichtung 2 des Jochs 4 angeordnet, das sowohl an dem vorderen Ende als auch an dem hinteren Ende des Magneten 3 ausgebildet ist.
Diese virtuelle Linie ist dabei nicht dargestellt. Das Verlustmagnetfeld 6 wird von dem Joch an dem N-Pol-Ende des Magneten 3 abgegeben und ist in Richtung des S-Pol-Endes des Jochs des Magneten 3 gerichtet. Das heißt, dass das Verlustmagnetfeld zwischen dem Joch und dem N-Pol-Ende des Magneten 3 und dem S-Pol-Ende des Jochs des Magneten 3 erzeugt wird, und nahezu parallel zu der Förderrichtung (X-Richtung) verläuft. Darüber hinaus wirkt das Verlustmagnetfeld 6, wie detaillierter nachstehend beschrieben, als das Vormagnetisierungsfeld 6 der Elemente 5 mit magnetoresistivem Effekt, und zwar auf die gleiche Weise wie in Ausführungsform 1.
Im Folgenden wird das Vormagnetisierungsfeld 6 unter Bezugnahme auf 4 beschrieben. 4 ist ein Diagramm zum Beschreiben des Magnetfelds, das durch den Magneten 3 und das Joch 4 der Magnetsensorvorrichtung gemäß Ausführungsform 2 ausgebildet wird. In 4 geht das Magnetfeld, das von dem N-Pol des Magneten 3 erzeugt wird, durch das Innere des Jochs 4 und in den S-Pol des Magneten 3 hinein. Wenn die Umgebung bzw. der Umfang des Magneten 3 auf diese Weise durch das Joch 4 abgedeckt ist, ist das Magnetfeld 3 in dem Joch 4 konzentriert.
Allerdings wird, wie in 4 dargestellt, aufgrund des Fehlens des Jochs 4 an der Position, die dem Förderweg 2 gegenüberliegt das Verlustmagnetfeld 6, wenn auch langsam, in den Raum abgegeben. Das heißt, dass dort das Verlustmagnetfeld 6 existiert, das nach außen von dem Joch 4 abgegeben wird, und das von der N-Pol-Seite des „Jochs“ des Magneten 3 zur S-Pol-Seite des „Jochs“ des Magneten 3 erzeugt wird. In Ausführungsform 2 wird dieses kleine Verlustmagnetfeld 6 als Vormagnetisierungsfeld 6 verwendet.
5 ist eine Ansicht der Oberseite der Magnetsensorvorrichtung gemäß Ausführungsform 2 der Erfindung. Bestandteile in 5, die die gleichen oder äquivalent zu denen in 2 sind, sind mit den gleichen Bezugsziffern versehen und eine Beschreibung derartiger Elemente wird weggelassen. Um die Funktionsweise der Elemente 5 mit magnetoresistivem Effekt zu ermöglichen, wird das Anlegen eines Magnetfelds mit einer geeigneten Stärke in der X-Richtung als das Vormagnetisierungsfeld 6 benötigt.
Das Vormagnetisierungsfeld 6 ist ein extrem kleines Magnetfeld von etwa 2 mT (Millitesla). Das Magnetfeld liegt vorzugsweise kaum an dem hartmagnetischen Material 1a des Messobjekts 1 an, so dass das Joch 4 wirkungsvoll drei Oberflächen des Magneten 3 abschirmt. Die Elemente 5 mit magnetoresistivem Effekt detektieren die Änderung des Magnetfelds mit größter Empfindlichkeit, und zwar wenn sie in dem Zustand sind, in dem dieses Vormagnetisierungsfeld 6 angelegt ist.
Im Folgenden wird die Funktionsweise der Magnetsensorvorrichtung beschrieben. 6 ist ein Diagramm, das die Funktionsweise des Detektierens mittels der Magnetsensorvorrichtung gemäß Ausführungsform 2 darstellt. Bestandteile in 6, die die gleichen oder äquivalent zu denen in 1A und 1B sind, sind mit den gleichen Bezugsziffern versehen und eine Beschreibung derartiger Elemente wird weggelassen. In 6 wird der Verteilung des Vormagnetisierungsfeld 6, und zwar an der Position, in der die Elemente 5 mit magnetoresistivem Effekt angeordnet sind, eine Änderung zugefügt, wenn das hartmagnetische Material Magnetfeld 7 sich den Elementen 5 mit magnetoresistivem Effekt nähert, und anschließend, wenn das hartmagnetische Material Magnetfeld 7 sich entfernt.
Der Magnet 3 und das Joch 4 geben in der zuvor beschriebenen Weise ein Vormagnetisierungsfeld 6 an die Elemente 5 mit magnetoresistivem Effekt weiter, das für die Funktionsweise geeignet ist, so dass ein hochempfindliches Detektieren der Änderung des Vormagnetisierungsfelds 6 aufgrund des hartmagnetischen Materials 1a ermöglicht wird.
Im Folgenden erfolgt unter Bezugnahme auf 6 und 7 eine detailliertere Beschreibung. 7 ist ein Diagramm, das die Änderungen des Magnetfelds zeigt, und zwar zum Beschreiben des Detektionsprinzips der Magnetsensorvorrichtung gemäß Ausführungsform 2. Wie in 6 dargestellt, ist die Hauptkomponente des Magnetfelds 6 in der Nähe, in der die Elemente 5 mit magnetoresistivem Effekt parallel zu dem Förderweg angeordnet sind. Die X-Richtungskomponente dieses Magnetfelds 6 wird als Vormagnetisierungsfeld 6 der Elemente 5 mit magnetoresistivem Effekt verwendet. Sie wird hier als die X-Richtungskomponente 6x des Vormagnetisierungsfelds 6 festgelegt.
7A stellt die Höhe und Richtung der X-Richtungskomponente Hx des Vormagnetisierungsfelds 6 dar, wenn kein hartmagnetisches Material 1a vorhanden ist. Wenn das hartmagnetische Material 1a sich dem Detektionsbereich 2a, wie in 7B dargestellt, nähert, wird die X-Richtungskomponente Hx des Vormagnetisierungsfelds 6 in die der X-Richtungskomponente des Magnetfelds 7 des hartmagnetischen Materials 1a entgegengesetzte Richtung ausgerichtet. Somit wird das Vormagnetisierungsfeld 6 (Hx), das an den Elementen 5 mit magnetoresistivem Effekt anliegt klein.
Wenn das hartmagnetische Material 1a von dem Detektionsbereich 2a separiert wird, wie beispielsweise in 7C dargestellt, wird die X-Richtungskomponente Hx des Vormagnetisierungsfelds 6 in die gleiche Richtung wie die X-Richtungskomponente des Magnetfelds 7 des hartmagnetischen Materials 1a gerichtet. Somit wird das Vormagnetisierungsfeld 6 (Hx), das an die Elemente 5 mit magnetoresistivem Effekt anliegt, groß. Somit ändert sich der Widerstandswert der Elemente 5 mit magnetoresistivem Effekt, die magnetempfindlich in der X-Richtungskomponente sind, so dass es den Elementen 5 mit magnetoresistivem Effekt ermöglicht wird, das hartmagnetische Material 1a zu detektieren.
Das heißt, dass sich die Höhe des Vormagnetisierungsfelds 6 (Hx) in der Förderrichtung (X-Richtung) ändert, und zwar aufgrund des Durchlaufens des hartmagnetischen Materials 1a (Messobjekt 1), so dass der Widerstandswert der Elemente 5 mit magnetoresistivem Effekt, die magnetische Empfindlichkeit für Änderungen der X-Richtungskomponente aufweisen, das Detektieren des hartmagnetischen Materials 1a ermöglicht. In 7B und 7C gibt der gestrichelte Pfeil parallel zu dem Vormagnetisierungsfeld 6 die Höhe des Vormagnetisierungsfelds 6 in 7A an.
Das heißt, dass diese Änderung des Vormagnetisierungsfelds 6 aufgrund des Durchlaufens des hartmagnetischen Materials 1a auftritt, so dass diese Konfiguration das Detektieren des Durchlaufens des hartmagnetischen Materials 1a ermöglicht. Somit kann eine Magnetsensorvorrichtung zur Verfügung gestellt werden mit der es möglich ist, kleine Änderungen des Magnetfelds aufgrund des hartmagnetischen Materials 1a abzulesen.
Darüber hinaus ist aufgrund der derartigen Konfiguration der Magnetsensorvorrichtung in der Nähe der Elemente 5 mit magnetoresistivem Effekt 5 kaum ein Magnetfeld mittels des Magneten 3 und des Jochs 4 an dem Messobjekt 1 (hartmagnetisches Material 1a) angelegt, wobei das Messobjekt 1 beispielsweise Papiergeld und dergleichen sein kann. Selbst wenn das Messobjekt 1 weichmagnetisches Material aufweist, das selbst kein Magnetfeld erzeugt, wird das weichmagnetische Material nicht detektiert, so dass eine Unterscheidung zwischen dem hartmagnetischen Material und weichmagnetischem Material möglich ist.
Konfigurationen in der vorgenannten Weise ermöglichen das Herstellen einer Magnetsensorvorrichtung, die in der Lage ist, hochempfindliches Detektieren des hartmagnetischen Materials 1a durchzuführen, und zwar mit kaum einer Empfindlichkeit für weichmagnetisches Material, so dass die Magnetsensorvorrichtung in der Lage ist, zwischen dem hartmagnetischen Material und dem weichmagnetischen Material zu unterscheiden.
Ausführungsform 3
Im Folgenden wird eine Magnetsensorvorrichtung gemäß Ausführungsform 3 der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf Figuren beschrieben. 8 ist ein Konfigurationsdiagramm der Magnetsensorvorrichtung gemäß Ausführungsform 3. Bestandteile in 8, die die gleichen oder äquivalent zu denen aus 3 sind, sind mit den gleichen Bezugsziffern versehen und eine Beschreibung derartiger Elemente wird weggelassen.
In 8 weist der Magnet 3 N- und S-magnetische Pole auf, die in voneinander verschiedenen Richtungen (Z-Richtung) senkrecht zu der Förderrichtung 2 angeordnet sind. Das heißt, dass für den Magneten 3 die magnetischen Pole entlang der Richtung (Z-Richtung) orthogonal zu der Förderrichtung 2 angeordnet ist, der die Durchlaufrichtung des Messobjekts 1 ist.
Das Joch 4a ist an einer Seitenoberfläche entlang der Förderrichtung 2 des N-polseitigen Endes des Magneten 3 angeordnet. Das heißt, dass das Joch 4a an der Seitenoberfläche des Magneten 3 ausgebildet ist, die den Elementen 5 mit magnetoresistivem Effekt gegenüberliegt. Ein Joch 4h ist ein zweites Joch. Somit kann das Joch 4a als ein erstes Joch bezeichnet werden. Das Joch 4h ist angeordnet, um eine Seitenoberfläche des Magneten entlang der Förderrichtung 2 des S-polseitigen Endes des Magneten 3 abzudecken. Darüber hinaus ist die Länge des Jochs 4h in der Förderrichtung 2, oder in der Durchlaufrichtung (X-Richtung) kürzer als die Länge des Jochs 4a in der X-Richtung.
Das heißt, dass das Joch 4h an der Seite des Magneten 3 ausgebildet ist, die der Seite des Magneten 3 gegenüberliegt, die den Elementen 5 mit magnetoresistivem Effekt gegenüberliegt. Das heißt auch, dass die Länge des Jochs 4h in X-Richtung kürzer ist als die Länge des Jochs 4a in X-Richtung. Die Länge des Jochs 4h in der X-Richtung ist länger als die Länge des Magneten 3 in der X-Richtung. Die Länge des Jochs 4a in der X-Richtung ist die gleiche Länge wie die Länge des Magneten 3 in der X-Richtung. Die Elemente 5 mit magnetoresistivem Effekt sind in 8 in zentralen Bereichen des Jochs 4a und des Magneten 3, und zwar zentral gesehen in der Breite der Förderrichtung 2 (X-Richtung), und zwar an der N-Pol-Seite des Magneten 3 angeordnet, und sind zwischen dem Joch 4a und dem Förderweg 2 des Messobjekts 1 angeordnet.
Das bedeutet, dass die Elemente 5 mit magnetoresistivem Effekt auf einer virtuellen Linie angeordnet sind, die sich in der Z-Richtung erstreckt, die die Anordnungsrichtung der Magneten 3 und des Jochs 4a ist. Diese virtuelle Linie ist im Folgenden nicht dargestellt. Darüber hinaus stimmt der zentrale Bereich des Magneten 3, der zentrale Bereich des Jochs 4a und der zentrale Bereich der Elemente 5 mit magnetoresistivem Effekt miteinander in der X-Richtung überein. Somit kreuzen die zentralen Bereiche des Magneten 3, des Jochs 4a und der Elemente 5 mit magnetoresistivem Effekt die Z-Achse, die durch den Ursprung läuft.
Im Folgenden wird das Vormagnetisierungsfeld 6 beschrieben. Die Länge des Jochs 4a in X-Richtung, das an dem N-polseitigen Ende des Magneten 3 ausgebildet ist, ist länger als die Länge des Magneten 3 in X-Richtung. Somit breitet sich das Magnetfeld, das von dem N-Pol des Magneten 3 erzeugt wird, in der positiven und negativen Förderrichtung 2 durch das Joch 4a aus. Aufgrund dieser Ausbreitung dominiert die Magnetfeldverteilung des Ausbreitungspfades zu dem S-Pol des Magneten 3 und dem Joch 4h, und zwar von beiden Endbereichen in der Förderrichtung 2 des Jochs 4a und von beiden Endbereichen des Jochs 4a, die der S-polseitigen Oberfläche des Magneten 3 zugewandt sind, in Förderrichtung 2.
Auf diese Weise wird das Magnetfeld von den beiden Enden, in Förderrichtung 2 gesehen, des Jochs 4a in Richtung des S-Pols des Magneten 3 und des Jochs 4h, das auf der S-Pol-Seite ausgebildet ist, dominant. Somit ist das Magnetfeld, das von dem magnetischen Pol (N-Pol) abgegeben wird, über den das Joch 4a hinausgeht, und in die senkrechte Richtung (Z-Richtung) abgegeben wird, und zwar von den zu dem Förderweg 2 gewandten Seiten des Jochs 4a, nicht dominant. Somit wird das Magnetfeld, das in der Z-Richtung abgegeben wird, klein. Dieses kleine Magnetfeld senkrecht zu der Förderrichtung 2 wird als Vormagnetisierungsfeld 6 verwendet.
Das kleine Magnetfeld kann selbst dann erhalten werden, wenn die Längen des Jochs 4a und des Jochs 4h in X-Richtung die gleichen sind. Allerdings ermöglicht das Einstellen des Jochs 4a länger als das Joch 4h, wie in 8 dargestellt, eine weitere Reduktion des Magnetfelds, das in der Z-Richtung abgegeben wird. Das heißt, dass das Vormagnetisierungsfeld 6 verkleinert werden kann, wenn die Länge des Jochs 4a relativ zu dem Joch 4h in X-Richtung erhöht wird.
9 ist eine Draufsicht der Magnetsensorvorrichtung gemäß Ausführungsform 3. Die Bauteile 5a und die Bauteile 5b sind in einem zentralen Bereich des Magneten 3, und zwar gesehen in der Förderrichtung 2, angeordnet und sind symmetrisch relativ zu der Y-Achse angeordnet, die durch den Ursprung läuft. Das X-richtungsgeneigte Magnetfeld der Z-Richtungskomponente, die die Komponente des Vormagnetisierungsfelds 6 in der Z-Richtung ist, wird als Vormagnetisierungsfeld 6 in der +X-Richtung für die Bauteile 5a und in der –X-Richtung für die Bauteile 5b wirkend dargestellt.
Details der Funktionsweise werden unter Bezugnahme auf 8, 9 und 10 beschrieben. 10 ist ein Diagramm, das das Detektieren mittels der Magnetsensorvorrichtung gemäß Ausführungsform 3 beschreibt. In 10 sind die ersten Elemente 5a mit magnetoresistivem Effekt und die zweiten Elemente 5b mit magnetoresistivem Effekt 5b, obwohl die Z-Richtungskomponente senkrecht zu dem Förderweg 2 die Hauptkomponente des Magnetfelds 6 wird, und zwar in der Nähe, in der die Elemente 5 mit magnetoresistivem Effekt 5 angeordnet sind, etwas in der X-Richtung versetzt, und zwar von der zentralen Achse (Z-Achse, die durch den Ursprung läuft) aus versetzt.
Somit ist das in 10A dargestellte Magnetfeld 6 leicht in der Förderrichtung (X-Richtung) geneigt, und zwar von der vertikalen Richtung (Z-Richtung) aus, und die X-Richtungskomponente des Magnetfelds 6 wirkt als das Vormagnetisierungsfeld 6 der Elemente 5 mit magnetoresistivem Effekt, und wird als die X-Richtungskomponente 6x des Vormagnetisierungsfelds bezeichnet.
Im Folgenden wird die Funktionsweise des Bauteils 5a beschrieben. Aufgrund der Anordnung des Bauteils 5a, versetzt von der zentralen Achse in Richtung der Transportseite (stromabwärtige Seite des Förderwegs 2 relativ zu dem Detektionsbereich 2a) des hartmagnetischen Materials 1a, liegt das Vormagnetisierungsfeld 6 in der X-Richtung an. Wenn sich das hartmagnetische Material 1a dem Detektionsbereich 2a, wie in 10B dargestellt, nähert, ist die Richtung der X-Richtungskomponente Hx des Vormagnetisierungsfelds 6 entgegengesetzt zu der Richtung der X-Richtungskomponente des hartmagnetischen Material Magnetfelds 7 des hartmagnetischen Materials 1a.
Somit ist das Vormagnetisierungsfeld 6 in Richtung des hartmagnetischen Materials 1a geneigt, und die Komponente Hx des Vormagnetisierungsfelds 6 in Förderrichtung (X-Richtung) wird kleiner. Wenn das hartmagnetische Material 1a von dem Detektionsbereich 2a, wie in 10C gezeigt, getrennt wird, ist die Richtung der X-Richtungskomponente Hx des Vormagnetisierungsfelds 6 die gleiche Richtung wie die Richtung der X-Richtungskomponente des hartmagnetischen Material Magnetfelds 7 des hartmagnetischen Materials 1a.
Somit ist das Vormagnetisierungsfeld 6 in Richtung des hartmagnetischen Materials 1a geneigt, und zwar so, als ob es durch das hartmagnetische Material 1a angezogen würde. Somit wird die Komponente Hx des Vormagnetisierungsfelds 6 in Förderrichtung (X-Richtung) größer. Da die Komponente Hx größer wird, ändert sich der Widerstandswert der Elemente 5 mit magnetoresistivem Effekt, die die X-Richtungskomponente des Vormagnetisierungsfelds 6 detektieren, und das hartmagnetische Material 1a kann detektiert werden.
Das heißt, dass die Höhe des Vormagnetisierungsfelds 6 in Förderrichtung (X-Richtung) (Hx) sich während dem Durchlaufen des hartmagnetischen Materials 1a (Messobjekt 1) ändert, so dass der Widerstandswert der Elemente 5 mit magnetoresistivem Effekt, die magnetempfindlich auf Änderungen der X-Richtungskomponente sind, ändert, und das hartmagnetische Material 1a detektiert werden kann. Die gestrichelten Pfeile, die das Vormagnetisierungsfeld 6 in den 10B und 10C kreuzen geben die Position des Vormagnetisierungsfelds 6 in 10A an.
Aufgrund der Anordnung des Bauteils 5b versetzt von der zentralen Achse in Richtung der Zufuhrseite (stromaufwärtige Seite des Förderwegs 2 relativ zu dem Detektionsbereich 2a) des hartmagnetischen Materials 1a, liegt das Vormagnetisierungsfeld 6 in der –X-Richtung an. Somit ist diese Anordnung dadurch verschieden, dass die Richtung der Komponente Hx des Vormagnetisierungsfelds 6 in der Förderrichtung (X-Richtung) größer wird, wenn das hartmagnetische Material 1a sich nähert; und dadurch, dass die Komponente Hx des Vormagnetisierungsfelds 6 in der Förderrichtung (X-Richtung) kleiner wird, wenn das hartmagnetische Material 1a getrennt wird. Allerdings ist das Detektierungsfunktionsweise des hartmagnetischen Materials 1a die gleiche wie die des Bauteils 5a.
Das heißt, dass das Durchlaufen des hartmagnetischen Materials 1a die Änderung des Vormagnetisierungsfelds 6 hervorruft, so dass dieser Konfigurationstyp das Detektieren des Durchlaufens des hartmagnetischen Materials 1a ermöglicht. Als ein Resultat hiervon kann eine Magnetsensorvorrichtung zur Verfügung gestellt werden, die in der Lage ist, kleine Änderungen des Magnetfelds auszulesen, die aufgrund des hartmagnetischen Materials 1a auftreten.
Eine Konfiguration der Magnetsensorvorrichtung auf diese Weise ermöglicht ferner ein Verringern des Magnetfelds, das an dem Messobjekt 1 (hartmagnetisches Material 1a) anliegt, wobei das Messobjekt 1 beispielsweise Papiergeld und dergleichen ist, und wobei das Magnetfeld durch den Magneten 3, das Joch 4a und das Joch 4h in einer Nähe der Elemente 5 mit magnetoresistivem Effekt angelegt wird.
Selbst wenn ein weichmagnetisches Material, das selbst kein Magnetfeld erzeugt, in dem Messobjekt 1 enthalten ist, ist das Detektionsniveau für das weichmagnetische Material verringert, so dass die Unterscheidung zwischen dem hartmagnetischen Material und dem weichmagnetischen Material ermöglicht wird. Darüber hinaus wird das erhaltene Ausgangssignal in der Theorie für die vorliegende Konfiguration verdoppelt, und zwar aufgrund des Anlegens des Vormagnetisierungsfelds in entgegengesetzten Richtungen für die Bauteile 5a und die Bauteile 5b.
Ausführungsform 4
Im Folgenden wird eine Magnetsensorvorrichtung gemäß Ausführungsform 4 der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf 11 beschrieben. 11 ist ein Konfigurationsdiagramm der Magnetsensorvorrichtung gemäß Ausführungsform 4. Komponenten in 11, die die gleichen oder äquivalent zu denen in 3 und 8 sind, sind mit den gleichen Bezugsziffern versehen und eine Beschreibung derartiger Elemente wird weggelassen. Die Magnetsensorvorrichtung 10 zum Detektieren von weichmagnetischem Material gemäß 11 ist ausgebildet zum Detektieren von weichmagnetischem Material und weist beispielsweise einen zweiten Magnetsensor 20 und eine zweite Magnetvorrichtung 32 für ein Vormagnetisierungsfeld auf, wie in 13 in Patentliteratur 4 dargestellt.
Das heißt, dass selbst wenn das Messobjekt 1 zusätzlich zu dem hartmagnetischen Material 1a das weichmagnetische Material aufweist, die Magnetsensorvorrichtung gemäß Ausführungsform 4 das weichmagnetische Material mittels der Magnetsensorvorrichtung 10 zum Detektieren von weichmagnetischem Material detektiert.
Ein Magnetfeld 11, das in 11 dargestellt ist, ist das Vormagnetisierungsfeld, das von dem Vormagnetisierungsmagneten der Magnetsensorvorrichtung 10 zum Detektieren von weichmagnetischem Material erzeugt wird. Die Aufgabe der Magnetsensorvorrichtung zum Detektieren von weichmagnetischem Material ist das Detektieren von weichmagnetischem Material. Die Magnetsensorvorrichtung 10 zum Detektieren von weichmagnetischem Material verwendet somit den Vormagnetisierungsmagneten, um ein starkes Magnetfeld 11 in einem Detektionsbereich der Magnetsensorvorrichtung 10 zum Detektieren von weichmagnetischem Material in dem Förderweg 2 zu erzeugen.
Die Magnetsensorvorrichtung 10 zum Detektieren von weichmagnetischem Material verwendet ein Element mit magnetoresistivem Effekt, um Störungen des Magnetfelds durch das weichmagnetische Material zu detektieren, wenn das weichmagnetische Material durch den Detektionsbereich der Magnetsensorvorrichtung 10 zum Detektieren von weichmagnetischem Material läuft.
In dem magnetischen Sensor gemäß Ausführungsform 4 sind die Magnetsensorvorrichtung 10 zum Detektieren von weichmagnetischem Material und die Magnetsensorvorrichtung 101 zum Detektieren von hartmagnetischem Material gemäß Ausführungsform 2 beide entlang des Förderwegs 2 angeordnet. 11 stellt die Magnetsensorvorrichtung dar, in der der Detektionsbereich der Magnetsensorvorrichtung 10 zum Detektieren von weichmagnetischem Material in einem vorderen Bereich in dem Förderweg 2 angeordnet ist, und der der Detektionsbereich 2a in einem hinteren Bereich angeordnet ist.
Die in 11 dargestellte Magnetsensorvorrichtung ist derart ausgebildet, dass das hartmagnetische Material 1a sich einer Magnetsensorvorrichtung 101 zum Detektieren von hartmagnetischem Material nähert, nachdem es das starke Magnetfeld des Vormagnetisierungsmagneten der Magnetsensorvorrichtung 10 zum Detektieren von weichmagnetischem Material durchlaufen hat. Indem die Magnetsensorvorrichtung auf diese Weise ausgebildet ist, wird das weichmagnetische Material des Messobjekts 1 während des Durchlaufens in der Nähe des Detektionsbereichs der Magnetsensorvorrichtung 10 zum Detektieren von weichmagnetischem Material magnetisiert, und das weichmagnetische Material und das hartmagnetische Material 1a erzeugen das Magnetfeld.
Die Magnetsensorvorrichtung 10 zum Detektieren von weichmagnetischem Material kann die Änderung des Magnetfelds aufgrund des weichmagnetischen Materials und des hartmagnetischen Materials 1a detektieren, die durch die Ankunft des Messobjekts an dem Detektionsbereich der Magnetsensorvorrichtung 10 zum Detektieren von weichmagnetischem Material auftritt. Darüber hinaus wirkt der Vormagnetisierungsmagnet der Magnetsensorvorrichtung 10 zum Detektieren von weichmagnetischem Material als ein Magnetisierungsmagnet für das hartmagnetische Material 1a, der benötigt wird zum Detektieren des hartmagnetischen Materials 1a durch die Magnetsensorvorrichtung 101 zum Detektieren von hartmagnetischem Material, die an dem hinteren Bereich angeordnet ist.
In der in 11 dargestellten Magnetsensorvorrichtung wird das hartmagnetische Material 1a des Messobjekts 1 beim Durchlaufen der Nähe des Detektionsbereich der Magnetsensorvorrichtung 10 zum Detektieren von weichmagnetischem Material magnetisiert, und das Messobjekt nähert sich dem Detektionsbereich 2a der Magnetsensorvorrichtung 101 zum Detektieren von hartmagnetischem Material in einem Zustand an, in dem das hartmagnetische Material 1a selbst ein Magnetfeld erzeugt.
Die Magnetsensorvorrichtung 101 zum Detektieren von hartmagnetischem Material kann die Änderung des Magnetfelds aufgrund des hartmagnetischen Materials 1a detektieren, das mittels der Elemente 5 mit magnetoresistivem Effekt detektiert wird, und zwar aufgrund der Ankunft des Messobjekts 1 an dem Detektionsbereich 2a.
Aufgrund der derartigen Konfiguration der Magnetsensorvorrichtung wird das weichmagnetische Material lediglich mittels der Magnetsensorvorrichtung 10 zum Detektieren von weichmagnetischem Material detektiert, und das hartmagnetische Material kann sowohl mittels der Magnetsensorvorrichtung 10 zum Detektieren von weichmagnetischem Material als auch mittels der Magnetsensorvorrichtung 101 zum Detektieren von hartmagnetischem Material detektiert werden. Diese Konfiguration ermöglicht eine Unterscheidung zwischen dem weichmagnetischem Material und dem hartmagnetischem Material in dem Messobjekt 1.
Ausführungsform 5
Die Magnetsensorvorrichtung gemäß Ausführungsform 5 der Erfindung wird unter Bezugnahme auf die 12, 13 und 14 beschrieben. 12 ist ein Graph, der die Hy-Komponente angibt, die an den Elementen mit magnetoresistivem Effekt gemäß 5 anliegt. Die Höhe der Hy-Komponente ist entlang der vertikalen Achse des Graphen, der in 12 dargestellt ist, aufgezeichnet, und eine Y-Richtungsposition ist entlang der horizontalen Achse aufgezeichnet. Die in 12 dargestellte, gestrichelte Linie verläuft durch den Ursprung. Darüber hinaus liegt das Vormagnetisierungsfeld Hx an den Elementen 5 mit magnetoresistivem Effekt an. Aufgrund der endlichen Länge des Magneten 3 liegt die in 12 dargestellte Hy-Komponente auch an den Elementen 5 mit magnetoresistivem Effekt an.
13 ist eine Draufsicht auf das Messobjekt 1, das durch den Förderweg 2 befördert wird, und zwar zusätzlich zu der Draufsicht der Konfiguration gemäß 5. Das heißt, dass 13 als Draufsicht der Konfiguration gemäß 3 bezeichnet werden kann. 13 stellt die Vormagnetisierungsfeld-Vektoren dar, die an den Bauteilen 5a und Bauteilen 5b anliegen, die die Elemente 5 mit magnetoresistivem Effekt sind. Vormagnetisierungsfeld-Vektoren 6v geben die Vektoren an, die an den Bauteilen 5a und den Bauteilen 5b mittels des Jochs 4 anliegen.
Wie in 13 dargestellt, hat die Hy-Komponente die Wirkung, dass sie die Vormagnetisierungsfeld-Vektoren 6a an die Elemente 5 mit magnetoresistivem Effekt weitergibt, und zwar in der –Y-Richtung von dem Zentrum der Elemente 5 mit magnetoresistivem Effekt aus, die in Richtung der –Y-Richtung geneigt sind. Ebenso hat die Hy-Komponente die Wirkung, dass die Vormagnetisierungsfeld-Vektoren 6b an die Elemente 5 mit magnetoresistivem Effekt weitergegeben werden, und zwar in der +Y-Richtung von dem Zentrum der Elemente 5 mit magnetoresistivem Effekt aus, die in Richtung der +Y-Richtung geneigt sind.
Wie in 13 dargestellt, tritt eine Magnetfeldänderung 611a aufgrund des hartmagnetischen Materials 1a in einer Richtung (X-Richtung) senkrecht zu dem hartmagnetischen Material 1a auf, wenn das hartmagnetische Material 1a, das sich parallel zu der Y-Richtung erstreckt, befördert wird. Aufgrund der Magnetfeldänderung 611a treten Magnetfeldänderungen in der X-Richtung für sowohl den Vormagnetisierungsfeld-Vektor 6a, der in der –Y-Richtung geneigt ist, als auch für den Vormagnetisierungsfeld-Vektor 6b, der in der +Y-Richtung geneigt ist, auf.
Eine Vektordrehung tritt aufgrund der Erzeugung dieser X-Richtungsmagnetfeldänderung auf, und die Neigung des Vormagnetisierungsfeld-Vektors 6a ändert sich, und wird zu dem Detektierungsmagnetfeld-Vektor 61a, der mittels des gestrichelten Pfeiles in 13 dargestellt ist. Diese Neigungsänderung der Vektoren dreht sich um, wenn das hartmagnetische Material 1a an den Elementen 5 mit magnetoresistivem Effekt vorbeiläuft. Dies tritt auf, da sich die Magnetfeldänderung 611 in der X-Richtung an der Grenze des hartmagnetischen Materials 1a umdreht.
Obwohl der Vormagnetisierungsfeld-Vektor 6a und der Detektierungsmagnetfeld-Vektor 61a beide in –Y-Richtung geneigt sind, ist die Neigung des Vormagnetisierungsfeld-Vektors 6a in Richtung der –Y-Richtung größer. Auf dieselbe Weise wie in der Beziehung zwischen dem Vormagnetisierungsfeld-Vektors 6a und dem Detektierungsmagnetfeld-Vektor 61a, ändert sich die Neigung des Vormagnetisierungsfeld-Vektors 6b, wenn eine Vektordrehung auftritt, und die Vormagnetisierungsfeld-Vektoren 6b ändern sich, und werden zu den Detektierungsmagnetfeld-Vektoren 61b, die mittels der gestrichelten Pfeile in 13 angegeben sind.
Obwohl der Vormagnetisierungsfeld-Vektor 6b und der Detektierungsmagnetfeld-Vektor 61b beides Vektoren sind, die in Richtung der +Y-Richtung geneigt sind, ist die Neigung des Vormagnetisierungsfeld-Vektors 6b in Richtung der +Y-Richtung größer.
Auf diese Weise wird, wenn das Vormagnetisierungsfeld in Y-Richtung zwischen den Bauteilen 5a und den Bauteilen 5b der Elemente 5 mit magnetoresistivem Effekt verschieden ist, für jedes Bauteil 5a und Bauteil 5b eine Varianz von Bauteil zu Bauteil in dem Ausgangssignal des Messobjekts 1 erzeugt. Die Magnetsensorvorrichtung gemäß Ausführungsform 5 ist vorteilhaft, wenn eine Reduktion einer solchen Varianz erforderlich ist.
14 ist eine Draufsicht der Magnetsensorvorrichtung gemäß der Ausführungsform 5. Komponenten in 14, die die gleichen wie die oder äquivalent zu denen in 5 sind, sind mit den gleichen Bezugsziffern versehen und eine Beschreibung derartiger Elemente wird weggelassen. 14 stellt ein modifiziertes Beispiel der Ausführungsform 2 der Erfindung dar (5). In 14 ist die X-Komponente des Vormagnetisierungsfeld-Vektors 6v derart festgelegt, dass sie in der +X-Richtung an den Bauteilen 5a und Bauteilen 5b anliegt. In einer X-Y-Ebene, die sich in der X- und Y-Richtung erstreckt, sind die in 14 dargestellten Elemente 5 mit magnetoresistivem Effekt (Bauteile 5a und Bauteile 5b) in zwei Reihen montiert, und zwar mit der gleichen Neigung von der Längsrichtung (Y-Richtung) in Richtung der Förderrichtung (X-Richtung).
Das heißt, dass für die Elemente 5 mit magnetoresistivem Effekt, die in 14 dargestellt sind, die Bauteile 5a entlang der Längsrichtung (Y-Richtung) angeordnet sind, die die Förderrichtung (X-Richtung) kreuzt, die die Durchlaufrichtung durch den Detektionsbereich ist. Die Bauteile 5a sind relativ zu der X- und Y-Richtung geneigt, und können als innerhalb der X-Y-Ebene ausgebildet angesehen werden.
Darüber hinaus sind die Bauteile 5b als Elemente 5 mit magnetoresistivem Effekt entlang der Y-Richtung angeordnet, und die Bauteile 5b sind relativ zu der X- und Y-Richtung geneigt und können als innerhalb der X-Y-Ebene ausgebildet angenommen werden. Die Neigungswinkel der Bauteile 5a und der Bauteile 5b, wie in 14 dargestellt, sind die gleichen. Darüber hinaus haben die Elemente der Bauteile 5a und 5b, die in der Y-Richtung nebeneinanderliegen die gleiche Neigung.
Die in 14 dargestellte Konfiguration ermöglicht das Anlegen eines Magnetflusses in einer festgelegten Richtung der Elemente mit magnetoresistivem Effekt, und zwar mittels des Vormagnetisierungsfelds in X-Richtung, wobei die festgelegte Richtung die Längsrichtung in +Y-Richtung (nicht magnet-empfindliche Richtung) ist, und zwar sowohl für die Bauteile 5a als auch für die Bauteile 5b. Somit kann das Y-Richtungsmagnetfeld, das durch den Magneten 3 und das Joch 4 ausgebildet wird, aufgehoben werden, und Hy in der gleichen Richtung angelegt werden.
Somit ist die Vektorrichtung des Vormagnetisierungsfelds für alle der linear angeordneten Bauteile 5a und Bauteile 5b einfach anzuordnen, was den Effekt hat, dass ein stabiles Ausgangssignal von der Magnetsensorvorrichtung erhalten wird.
Ausführungsform 6
Im Folgenden wird die Magnetsensorvorrichtung gemäß Ausführungsform 6 der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf 15 beschrieben. Bestandteile in 15, die die gleichen oder äquivalent zu denen in 9 sind, sind mit den gleichen Bezugsziffern versehen und eine Beschreibung derartiger Elemente wird weggelassen. 15 stellt ein modifiziertes Beispiel der Ausführungsform 3 dar (9).
In den Elementen 5 mit magnetoresistivem Effekt der in 9 dargestellten Magnetsensorvorrichtungen ist die anliegende Hy-Komponente die gleiche wie in 12. Somit tritt in der gleichen Weise, wie in 13 und wie in Ausführungsform 5 erklärt, eine Drehung des Vormagnetisierungsfeld-Vektors 6v auf. Zudem wird die Varianz von Element zu Element für jedes der Bauteil 5a und 5b in dem Ausgangssignal des Messobjekts 1 erzeugt, wenn das Vormagnetisierungsfeld in Y-Richtung zwischen den Bauteilen 5a und zwischen den Bauteilen 5b der Elemente 5 mit magnetoresistivem Effekt verschieden ist. Die Magnetsensorvorrichtung gemäß Ausführungsform 6 ist in der gleichen Weise wie die Magnetsensorvorrichtung gemäß Ausführungsform 5 vorteilhaft, wenn eine Reduzierung einer derartigen Varianz erforderlich ist.
15 ist eine Draufsicht auf die Magnetsensorvorrichtung gemäß Ausführungsform 6. In 15 wird die X-Komponente des Vormagnetisierungsfeld-Vektors 6v derart festgelegt, dass sie in der +X-Richtung für die Bauteile 5a und in der –X-Richtung für die Bauteile 5b anliegt. Auf einer X-Y-Ebene, die sich in der X- und Y-Richtung erstreckt, sind die Elemente 5 mit magnetoresistivem Effekt (Bauteile 5a und Bauteile 5b), wie in 15 dargestellt, in zwei Reihen montiert, und zwar mit einer Neigung von der Längsrichtung (X-Richtung) in Richtung der Förderrichtung (X-Richtung). Die Bauteile 5a und die Bauteile 5b sind symmetrisch relativ zu der Y-Achse ausgebildet (gestrichelte Achse, die in 15 dargestellt ist), die durch den Ursprung verläuft.
Als Elemente 5 mit magnetoresistivem Effekt, die in 15 dargestellt sind, sind die Bauteile 5a entlang der Längsrichtung (Y-Richtung) angeordnet, die die Förderrichtung (X-Richtung) kreuzt, die die Durchlaufrichtung durch den Detektionsbereich ist. Die Bauteile 5a sind relativ zu der X- und Y-Richtung geneigt und können als innerhalb der X-Y-Ebene ausgebildet angesehen werden. Darüber hinaus sind als Elemente 5 mit magnetoresistivem Effekt, die in 15 dargestellt sind, die Bauteile 5b entlang der Y-Richtung angeordnet, die Bauteile 5b sind relativ zu der X- und Y-Richtung geneigt und können als innerhalb der X-Y-Ebene ausgebildet angesehen werden.
Bei den in 15 dargestellten Bauteile 5a und Bauteile 5b, und zwar bei den Bauteilen 5a, die in einer Reihe angeordnet sind, und den Bauteilen 5b, die in einer anderen Reihe angeordnet sind, haben Bauteile, die aneinander angrenzen in der X-Richtung voneinander verschiedene Neigungsrichtungen. Obwohl die Neigungsrichtungen voneinander verschieden sind, ist die Konfiguration der Elemente symmetrisch relativ zu der Y-Achse (gestrichelte Achse, die in 15 dargestellt ist).
Darüber hinaus haben bei den Bauteilen 5a 5b die Elemente, die nebeneinander liegen in der Y-Richtung die gleiche Neigung. Die Y-Achse, die die Symmetrieachse der Bauteile 5a und der Bauteile 5b ist, kann als durch den zentralen Bereich des Magneten 3 (Joch 4) laufend angesehen werden, und zwar in der Förderrichtung (X-Richtung).
In der in 15 dargestellten Konfiguration ermöglichen das Vormagnetisierungsfeld in +X-Richtung an den Bauteilen 5a und das Vormagnetisierungsfeld in –X-Richtung an den Bauteilen 5b das Anlegen eines Magnetfelds in einer festgelegten Richtung, die die Längsrichtung in +Y-Richtung (nicht magnetempfindliche Richtung) der Elemente mit magnetoresistivem Effekt ist, und zwar sowohl für die Bauteile 5a als auch für die Bauteile 5b. Somit kann das Y-Richtungs-Magnetfeld, das durch den Magneten 3 und das Joch 4 ausgebildet ist, aufgehoben werden, und Hy in der gleichen Richtung angelegt werden. Dies ermöglicht dem Magnetsensor gemäß Ausführungsform 6 die gleichen Wirkungen wie die des Magnetsensors gemäß Ausführungsform 5 zu erreichen.
Ausführungsform 7
Im Folgenden wird eine Magnetsensorvorrichtung gemäß Ausführungsform 7 der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die 16 und 17 beschrieben. 16 ist eine geneigte perspektivische Ansicht der Magnetsensorvorrichtung gemäß Ausführungsform 7. 17 ist eine Querschnittsansicht der Magnetsensorvorrichtung gemäß Ausführungsform 7, und zwar in der Förderrichtung. Bestandteile in den 16 und 7, die die gleichen sind oder äquivalent zu denen in 5, 6 und 7 sind, sind mit den gleichen Bezugsziffern versehen und eine Beschreibung derartiger Elemente wird weggelassen.
In den 16 und 17 sind die Elemente 5 mit magnetoresistivem Effekt der Magnetsensorvorrichtung mittels eines Metalls aus nicht-magnetischem Material abgedeckt. Das Metall aus nicht-magnetischem Material schützt die Magnetsensorvorrichtungen vor einem Kontakt mit dem Messobjekt 1, vor Verschmutzungen durch Fremdkörper, und dergleichen. Darüber hinaus ermöglicht das Metall aus nicht-magnetischem Material das Durchlaufen des Magnetfelds und schirmt die Magnetsensorvorrichtung elektrisch ab.
Insbesondere weist die Magnetsensorvorrichtung ein Äußeres, das eine Abschirmabdeckung 20 abdeckt, ein Gehäuse 21, das aus Harz oder Metall gebildet ist, und eine metallische Halterung 22 auf. Die Abschirmabdeckung 20 erstreckt sich in der Längsrichtung (Y-Richtung). Das Gehäuse 21 fixiert die Abschirmabdeckung 20 und beinhaltet und schützt die Magneten 3, das Joch 4 und die Elemente 5 mit magnetoresistivem Effekt. Die Halterung 22 ist elektrisch mit der Abschirmabdeckung 20 verbunden, erdet die Magnetsensorvorrichtung, und ist an einem Endbereich des Gehäuses 21, und zwar in einer Längsrichtung (Y-Richtung) gesehen, angeordnet.
Der Magnet 3 (an dem Joch befestigter Magnet 34) und die Elemente 5 mit magnetoresistivem Effekt sind mit einer vorgegebenen Distanz zwischen ihnen angeordnet, um ein geeignetes Vormagnetisierungsfeld an den Elementen 5 mit magnetoresistivem Effekt der Magnetsensorvorrichtung anzulegen. Die vorgegebene Distanz ermöglicht ein Anordnen eines nicht-magnetischen Trägers 23 zwischen dem Magnet 3 (an dem Joch befestigter Magnet 34) und den Elemente 5 mit magnetoresistivem Effekt. Die Elemente 5 mit magnetoresistivem Effekt sind an dem nicht-magnetischen Träger 23 fixiert.
Ein nicht dargestellter IC wird zur Verstärkung und zum Signalverarbeiten der Signale der Widerstandsänderungswerte der Elemente 5 mit magnetoresistivem Effekt, die auf dem nicht-magnetischen Träger 23 fixiert sind, verwendet. Der nicht-magnetische Träger 23 ist an der Seite des Magneten 3 fixiert, die zu dem Förderweg 2 hin zeigt. In der Magnetsensorvorrichtung der vorliegenden Erfindung ist der nicht-magnetische Träger 23 an dem an dem Joch befestigten Magneten 34 montiert und die Elemente 5 mit magnetoresistivem Effekt können als auf diesem nicht-magnetischen Träger 23 ausgebildet angesehen werden. Der IC ist ebenso auf dem nicht-magnetischen Träger 23 ausgebildet.
Die Magnetsensorvorrichtung, die in 17 dargestellt ist, ist als Querschnitt in der Förderrichtung dargestellt, der ein X-Z-Ebenen-Querschnitt ist, der sich in X- und Z-Richtung erstreckt. Wie in dem Querschnitt zu sehen, überdeckt das Joch 4 den Magneten 3 und zwar mit Ausnahme der Stelle des Magneten 3, die dem Förderweg gegenüberliegt. Darüber hinaus ist der Bereich des Jochs 4 der Seite des Magneten 3, die zu dem Förderweg 2 hin zeigt, gegenüberliegt, für Wärmeabführung ausgebildet, und weist eine metallische Komponente 24 zur Wärmeabführung auf, die ausgebildet ist zur Wärmeabführung von einer Komponente 24 zur Wärmeabführung durch den Abstandshalter für die Wärmeübertragung 25.
Aufgrund des Kontakts zwischen dem nicht-magnetischen Träger 23 und dem Magneten 3 und dem Joch 4, ist eine Abführung von Wärme von der Komponente 24 zur Wärmeabführung durch den Magneten 3 und das Joch 4 selbst dann möglich, wenn der nicht-magnetische Träger 23 Wärme erzeugt. Das heißt, dass selbst wenn die Elemente 5 mit magnetoresistivem Effekt und der IC, der auf dem nicht-magnetischen Träger 23 fixiert ist, Wärme generieren, eine einfache Abführung der Wärme mittels thermischen Kontakts zwischen der Komponente 24 zur Wärmeabführung und der Elemente 5 mit magnetoresistivem Effekt und dem IC ermöglicht ist.
Um die Wärmeabführungsoberfläche zu vergrößern, hat die Komponente 24 zur Wärmeabführung eine abgewinkelte U-förmig-gebogene Struktur, und zwar in einem Querschnitt in der X-Z-Ebene gesehen, die sich in der Förderrichtung (X-Richtung) und der Z-Richtung erstreckt. Die derartig geformte Komponente 24 zur Wärmeabführung erstreckt sich zusammen mit dem Abstandshalter 25 für die Wärmeübertragung in der Längsrichtung (Y-Richtung).
Darüber hinaus können die Komponente 24 zur Wärmeabführung und der Abstandshalter 25 für die Wärmeübertragung kollektiv als Komponente zur Wärmeabführung (Wärmeabführungselement) genannt werden. Selbstverständlich kann die Komponente 24 zur Wärmeabführung und der Abstandshalter 25 für die Wärmeübertragung ein integriertes Teil (Element) darstellen.
Die Grundkonfiguration und Funktionsweis der Magnetsensorvorrichtung sind die gleichen wie die der Magnetsensorvorrichtung gemäß Ausführungsform 2.
Insbesondere ist die Konfiguration der an dem Joch befestigten Magnete 34 die gleiche für die Ausführungsformen 7 und 2. In Ausführungsform 7 sind die Elemente 5 mit magnetoresistivem Effekt und der IC, die wärmeerzeugende Komponenten sind, an dem Metallträger 23 fixiert.
Daher ist, wie oben beschrieben, eine thermische Verbindung mit der Komponente 24 zur Wärmeabführung durch den an dem Joch befestigten Magneten 34 (Magnet 3 und Joch 4) und den Abstandshalter 25 für die Wärmeübertragung geben. Deshalb kann Wärme, die durch die Elemente 5 mit magnetoresistivem Effekt und den IC erzeugt wird, effektiv an die Luft abgegeben werden, die den Metallträger 23, den an dem Joch befestigten Magneten 34 (Magnet 3 und Joch 4), den Abstandshalter 25 für die Wärmeübertragung, die Komponente 24 zur Wärmeabführung und dergleichen umgibt. Daher wird eine Temperaturerhöhung der Elemente 5 mit magnetoresistivem Effekt und des IC verhindert, so dass eine Magnetsensorvorrichtung geschaffen wird, die einfach bedient werden kann und eine verbesserte Zuverlässigkeit aufweist.
Durch die Halterung 22 ist die Abschirmabdeckung 20 an einer übergeordneten systemseitigen Vorrichtung geerdet, so dass eine Zerstörung und fehlerhafte Funktionsweise der Elemente 5 mit magnetoresistivem Effekt und des IC aufgrund von statischer Elektrizität verhindert wird. Dadurch wird eine Magnetsensorvorrichtung geschaffen, die eine verbesserte Leistung und Zuverlässigkeit aufweist. Der Begriff „übergeordnetes System“ gibt eine Unterscheidungsvorrichtung für Papiergeld und dergleichen an, in der die Magnetsensorvorrichtung installiert ist.
Darüber hinaus führt die mechanische Verbindung zwischen der Halterung 22 und der Komponente 24 zur Wärmeabführung dazu, dass die Wärme, die durch die Magnetsensorvorrichtung erzeugt wird, an die systemseitige Vorrichtung abgegeben wird und unterdrückt somit weiter einen Temperaturanstieg der Magnetsensorvorrichtung.
Ausführungsform 8
Im Folgenden wird eine Magnetsensorvorrichtung gemäß Ausführungsform 8 der Erfindung unter Bezugnahme auf 18 und 19 beschrieben. 18 ist eine geneigte perspektivische Ansicht der Magnetsensorvorrichtung gemäß Ausführungsform 8. 19 ist eine Querschnittsansicht der Magnetsensorvorrichtung gemäß Ausführungsform 8, und zwar in einer Förderrichtung gesehen.
Bestandteile in 18 und 19, die die gleichen oder äquivalent zu denen in den 8, 9, 10, 16 und 17 sind, sind mit den gleichen Bezugsziffern versehen und eine Beschreibung derartiger Elemente wird weggelassen. Die Grundkonfiguration und Funktionsweise der Magnetsensorvorrichtung sind die gleichen wie die der Magnetsensorvorrichtung gemäß Ausführungsform 3. Insbesondere ist die Konfiguration des an dem Joch befestigten Magneten 34 die gleiche für Ausführungsformen 8 und 3.
Die Magnetsensorvorrichtung gemäß Ausführungsform 8 und die Magnetsensorvorrichtung gemäß Ausführungsform 7 unterscheiden sich lediglich in der Konfiguration des an dem Joch befestigten Magneten 34. Daher stellt 18, die die äußere Abdeckung der Magnetsensorvorrichtung darstellt, eine äußere Abdeckung dar, die die gleiche ist wie die von 16. Das Joch 4 ist auf dem Magneten 3 der Magnetsensorvorrichtung gemäß Ausführungsform 7 ausgebildet. Andererseits sind das Joch 4a und das Joch 4h auf dem Magneten 3 der Magnetsensorvorrichtung gemäß Ausführungsform 8 ausgebildet.
In 19 ist ein Joch-Paar, das Joch 4a und das Joch 4h, an magnetischen Pol-Enden des Magneten 3, und zwar an den Pol-Enden in der Richtung senkrecht zu der Förderrichtung (Z-Richtung), angeordnet. Das heißt, dass die Positionrelation zwischen dem „Joch“ und dem Metallträger 23 von der aus 17 verschieden ist. Darüber hinaus, obwohl der Metallträger 23 den Magneten 3 in 17 kontaktiert, kontaktieren sich der Metallträger 23 und der Magnet 3 in 18 nicht.
Allerdings wird Wärme von dem Joch 4a zu dem Magneten 3 und von dem Magneten 3 zu dem Joch 4h übertragen, und zwar aufgrund des Kontakts zwischen dem Metallträger 23 und dem Joch 4a in der Magnetsensorvorrichtung gemäß Ausführungsform 8. Aufgrund des Kontakts zwischen dem Joch 4h und dem Abstandshalter 25 für die Wärmeübertragung sind die Funktionsweise und die Wirkung gemäß Ausführungsform 8 die gleichen wie die gemäß Ausführungsform 7.
Ausführungsform 9
Im Folgenden wird eine Magnetsensorvorrichtung gemäß Ausführungsform 9 der Erfindung wird unter Bezugnahme auf Figuren beschrieben. 20 ist ein Konfigurationsdiagramm der Magnetsensorvorrichtung gemäß Ausführungsform 9.
21 ist eine Querschnittsansicht der Magnetsensorvorrichtung gemäß Ausführungsform 9, und zwar in einer Förderrichtung gesehen. Bestandteile in 20 und 21, die die gleichen oder äquivalent zu denen in den 8, 9, 10, 18 und 19 sind, sind mit den gleichen Bezugsziffern versehen und eine Beschreibung derartiger Elemente wird weggelassen.
In den 20 und 21 hat der Magnet 3 magnetische Pole, die voneinander verschieden sind, N-Pol und S-Pol, und zwar in der Richtung senkrecht (Z-Richtung) zu der Förderrichtung 2. Das heißt, dass der Magnet 3 magnetische Pole aufweist, die entlang der Richtung (Z-Richtung) orthogonal zu der Förderrichtung 2 angeordnet sind, die die Durchlaufrichtung des Messobjekts 1 ist.
Das Joch 4a ist an der Seitenoberfläche des Magneten 3 angeordnet, die sich entlang der Förderrichtung 2 des nordpolseitigen Endes erstreckt. Das heißt, dass das Joch 4a auf der Seite des Magneten 3 ausgebildet ist, die den Elementen 5 mit magnetoresistivem Effekt gegenüberliegt. Das Joch 4b ist das zweite Joch. Dementsprechend kann das Joch 4a als erstes Joch bezeichnet werden. In der vorliegenden Erfindung ist die Länge des Jochs 4a in X-Richtung, die in den 20 bis 31 dargestellt ist, kürzer als die Länge des Magneten 3 in X-Richtung. Das Joch 4b ist angeordnet, um den Magneten 3 abzudecken, und zwar mit Ausnahme eines Bereichs, der dem Joch 4a gegenüberliegt.
Insbesondere ist das Joch 4b an beiden Enden, dem vorderen Ende und dem hinteren Ende des Magneten 3, und zwar in X-Richtung gesehen, ausgebildet. Darüber hinaus ist das Joch 4b von der Seite des Magneten 3, die den Elementen 5 mit magnetoresistivem Effekt gegenüberliegt zu der Seite des Magneten, die dieser gegenüberliegt, kontinuierlich ausgebildet. Das heißt, dass das Joch 4b sich aus Bereichen zusammensetzt, die an dem vorderen Ende und dem hinteren Ende des Magneten 3 ausgebildet sind, und durch einen Bereich zusammensetzt, der an der Seite des Magneten 3 ausgebildet ist, die der Seite gegenüberliegt, die den Elementen 5 mit magnetoresistivem Effekt gegenüberliegt.
In 20 sind die Elemente 5 mit magnetoresistivem Effekt zwischen dem Joch 4a und dem Förderweg 2 des Messobjekts 1 angeordnet, und zwar an dem Joch 4a auf der nordpoligen Seite des Magneten 3 in einem zentralen Bereich des Magneten 3 in der Breite in X-Richtung. Das heißt, dass die Elemente 5 mit magnetoresistivem Effekt auf einer virtuellen Linie angeordnet sind, die sich in der Z-Richtung erstreckt, die die Anordnungsrichtung des Magneten 3 und des Jochs 4a ist. Diese virtuelle Linie ist in den Figuren weggelassen.
Darüber hinaus stimmt der zentrale Bereich des Magneten 3, der zentrale Bereich des Jochs 4a und der zentrale Bereich der Elemente 5 mit magnetoresistivem Effekt miteinander in der X-Richtung überein. Somit kreuzen der zentrale Bereich des Magneten 3, der zentrale Bereich des Jochs 4a und der zentrale Bereich der Elemente 5 mit magnetoresistivem Effekt die Z-Achse, die durch den Ursprung verläuft.
Im Folgenden wird das Vormagnetisierungsfeld 6 beschrieben. Das Joch 4a ist auf der Oberfläche angeordnet, die sich entlang der Förderrichtung 2 auf dem nordpolseitigen Ende des Magneten 3 erstreckt, und das Joch ist angeordnet, um den Magneten 3 abzudecken mit Ausnahme eines Bereichs, der dem Joch 4a gegenüberliegt. Somit wird das Magnetfeld von den magnetischen Polen, das durch das Joch 4a verläuft und in die Z-Richtung gerichtet ist, klein, und das Magnetfeld, das in die X-Richtung gerichtet ist, wird groß.
Wenn die Magnetsensorvorrichtung derart ausgebildet ist, kann das Magnetfeld, das an dem Messobjekt 1 (hartmagnetisches Material 1a), wie beispielsweise Papiergeld und dergleichen, anliegt im Vergleich zur Ausführungsform 3 weiter durch den Magneten 3, das Joch 4a und das Joch 4b verringert werden, und zwar in der Nähe der Elemente 5 mit magnetoresistivem Effekt.
Selbst wenn das Messobjekt 1 ein weichmagnetisches Material aufweist, das selbst kein Magnetfeld erzeugt, ist das Detektierungsniveau des weichmagnetischen Materials weiter verringert, so dass eine weitere Unterscheidung zwischen dem hartmagnetischen Material und dem weichmagnetischen Material ermöglicht wird. Im Folgenden werden ein Joch 4c und ein Jochs 4d, die einzelne Beispiele des Jochs 4d der Magnetsensorvorrichtung gemäß Ausführungsform 9 darstellen, unter Bezugnahme auf 22 bis 25 beschrieben.
Wie in 22 und 23 dargestellt, ist das in den 20 und 21 dargestellte Joch 4b in zwei Teile unterteilt, und obwohl in der resultierenden Konfiguration zwei Joche 4c angeordnet sind, wird die gleiche Wirkung erzielt. Das heißt, dass die in 22 und 23 dargestellte Konfiguration des Jochs 4c dadurch erhalten wird, dass ein Bereich des Jochs 4b ausgeschnitten wird, und zwar ein Bereich, der auf der Seite des Magneten 3 angeordnet ist, der der Seite gegenüberliegt, die den Elementen 5 mit magnetoresistivem Effekt gegenüberliegt, wobei durch den ausgeschnittenen Bereich der Magnet 3 frei liegt.
Darüber hinaus wird die gleiche Wirkung selbst in dem Fall, in dem kein „Joch“ an der Seitenoberfläche des südpolseitigen Endes des Magnets 3, und zwar an der Seitenoberfläche entgegengesetzt zu der Förderoberfläche, angeordnet ist, wie in 24 und 25 dargestellt, erreicht, wobei das Joch 4d an der lateralen Seitenfläche in Magnetisierungsrichtung des Magneten 3 angeordnet ist. Das heißt, dass die in 24 und 25 dargestellte Konfiguration des Jochs 4d den Bereich entfernt, der an der Seite ausgebildet ist, die der Seite gegenüberliegt, die den Elemente 5 mit magnetoresistivem Effekt gegenüberliegt, und zwar in dem Joch 4b des Magneten 3 der in 20 und 21 dargestellt ist. In anderen Worten kann das in 24 und 25 dargestellte Joch 4d als lediglich die Bereiche des Jochs 4b angesehen werden, die an dem vorderen Ende und dem hinteren Ende des Magneten 3 ausgebildet ist.
Das Joch 4b gemäß 21, das Joch 4c gemäß 23, und das Joch 4d gemäß 25 haben im Vergleich zu dem Joch 4 gemäß 17, das in Ausführungsform 7 beschrieben ist, verschiedene Formen. Allerdings wird aufgrund des Kontakts zwischen dem Metallträger 23 und dem Joch 4a in der Magnetsensorvorrichtung gemäß Ausführungsform 9 Wärme von dem Joch 4a zu dem Magneten 3 übertragen, und von dem Magneten 3 zu dem Joch 4h übertragen. Indem das Joch 4b, das Joch 4c und das Joch 4d den Abstandshalter 25 für die Wärmeübertragung kontaktieren, sind die Funktionsweise und Wirkung der Ausführungsform 9 die gleiche wie die der Ausführungsform 7, und zwar bezogen auf die Wärmeabführung.
Darüber hinaus kann, wie in 25 dargestellt, die Magnetsensorvorrichtung gemäß Ausführungsform 9, anstelle lediglich zwischen dem Joch 4d und dem Abstandshalter 25 für die Wärmeübertragung einen Kontakt zu erzeugen, auch einen Kontakt zwischen dem Magneten 3 und dem Abstandshalter 25 für die Wärmeübertragung erzeugen. Selbstverständlich ist in der Magnetsensorvorrichtung gemäß Ausführungsform 9 auch lediglich ein Kontakt zwischen dem Magneten 3 und dem Abstandshalter 25 für die Wärmeübertragung zulässig, und zwar ohne einen Kontakt zwischen dem Joch 4d und dem Abstandshalter 25 für die Wärmeübertragung.
Ausführungsform 10
Im Folgenden wird eine Magnetsensorvorrichtung gemäß Ausführungsform 10 der Erfindung wird unter Bezugnahme auf Figuren beschrieben. 26 ist ein Konfigurationsdiagramm der Magnetsensorvorrichtung gemäß Ausführungsform 10. 27 ist eine Querschnittsansicht der Magnetsensorvorrichtung gemäß Ausführungsform 10, und zwar in einer Förderrichtung gesehen. Bestandteile in den 26 und 27, die die gleichen oder äquivalent zu denen in den 6 bis 10 und 18 und 19 sind, sind mit den gleichen Bezugsziffern versehen und eine Beschreibung derartiger Elemente wird weggelassen.
In 26 und 27 weist der Magnet 3 von einander verschiedene magnetische Pole, N-Pol und S-Pol, auf, und zwar in der Richtung senkrecht (Z-Richtung) zu der Förderrichtung 2. Das heißt, dass der Magnet 3 magnetische Pole aufweist, die entlang der Richtung (Z-Richtung) orthogonal zu der Förderrichtung 2 angeordnet sind, die die Durchlaufrichtung des Messobjekts 1 darstellt.
Das Joch 4a ist an der Seitenoberfläche des nordpolseitigen Endes des Magneten 3 angeordnet, die sich entlang der Förderrichtung 2 erstreckt. Das heißt, dass das Joch 4a an der Seite des Magneten 3 ausgebildet ist, die den Elementen 5 mit magnetoresistivem Effekt gegenüberliegt. Das Joch 4b ist das zweite Joch. Dementsprechend kann das Joch 4a als erstes Joch bezeichnet werden. Das Joch 4e ist angeordnet, um den Magneten 3 abzudecken, mit Ausnahme eines Bereichs, der dem Joch 4a gegenüberliegt, und steht zu der Seite des Förderwegs 2 hervor.
Insbesondere ist das Joch 4e an beiden Enden in der X-Richtung ausgebildet, und zwar an dem vorderen Ende und an dem hinteren Ende des Magneten 3. Darüber hinaus ist das Joch 4e kontinuierlich ausgebildet, und zwar von der Seite des Magneten 3, die den Elementen 5 mit magnetoresistivem Effekt gegenüberliegt, zu der Seite des Magneten, die entgegengesetzt zu den Elementen 5 mit magnetoresistivem Effekt liegt.
Das heißt, dass sich das Joch 4e aus Bereichen zusammensetzt, die an dem vorderen Ende und an dem hinteren Ende des Magneten 3 ausgebildet sind, und durch einen Bereiche zusammensetzt, der an der Seite des Magneten 3 ausgebildet sind, die der Seite gegenüberliegt, die den Elementen 5 mit magnetoresistivem Effekt gegenüberliegt. Darüber hinaus haben die Bereiche, die an dem vorderen Ende und an dem hinteren Ende des Magneten 3 ausgebildet sind, in der Z-Richtung, hervorstehende Bereiche, die von dem Magneten aus zu der Seite des Förderwegs 2 hervorstehen.
Wie in den 26 und 27 dargestellt, ist die Höhe in ZRichtung an der Seite zu dem Förderweg 2 der vorstehenden Bereiche des Jochs 4e vorzugsweise nahezu die gleiche wie die Höhe in Z-Richtung an der Seite zu dem Förderweg 2 des Jochs 4a, und zwar unter dem Gesichtspunkt der Wärmeabführung. Dies wird insbesondere deswegen bevorzugt, da es sowohl dem Joch 4a als auch dem Joch 4e ermöglicht, den Metallträger 23 zu kontaktieren.
Ebenso gilt für das nachstehend beschriebene Joch 4f und das Joch 4g, dass die Höhe in Z-Richtung an der Seite zu dem Förderweg 2 der vorstehenden Bereiche des Jochs 4f und des Jochs 4g vorzugsweise beinahe die gleiche ist, wie die Höhe in Z-Richtung an der Seite zu dem Förderweg 2 des Jochs 4a, und zwar unter dem Gesichtspunkt der Wärmeübertragung. Dies wird insbesondere deswegen bevorzugt, da es dem Joch 4g und dem Joch 4f, und zwar zusätzlich zu dem Joch 4a, ermöglicht, den Metallträger 23 zu kontaktieren.
In 26 sind die Elemente 5 mit magnetoresistivem Effekt zwischen dem Joch 4a und dem Förderweg 2 des Messobjekts 1 angeordnet, und zwar an dem an der N-Pol-Seite des Magneten 3 liegenden Joch 4a angeordnet und in einem zentralen Bereich des Magneten 3, gesehen in der X-Richtungsbreite. Das heißt, dass die Elemente 5 mit magnetoresistivem Effekt auf einer virtuellen Linie angeordnet sind, die sich in der Z-Richtung erstreckt, die der Anordnungsrichtung des Magneten 3 und des Jochs 4a entspricht.
Diese virtuelle Linie wird in den Zeichnungen weggelassen. Darüber hinaus stimmt der zentrale Bereich des Magneten 3, der zentrale Bereich des Jochs 4a, und der zentrale Bereich der Elemente 5 mit magnetoresistivem Effekt in der X-Richtung miteinander überein. Somit kreuzen der zentrale Bereich des Magneten 3, der zentrale Bereich des Jochs 4a und der zentrale Bereich der Elemente 5 mit magnetoresistivem Effekt die Z-Achse, die durch den Ursprung verläuft.
Im Folgenden wird das Vormagnetisierungsfeld 6 beschrieben. Das Joch 4a ist auf der Oberfläche angeordnet, die sich entlang der Förderrichtung 2 erstreckt, und zwar auf der Seite des N-polseitigen Ende des Magneten 3, und das Joch 4e ist angeordnet, um den Magneten 3 abzudecken mit Ausnahme eines Bereichs, der dem Joch 4a gegenüberliegt, und derart angeordnet, dass er zu der Seite des Förderwegs 2 hervorzustehen. Dementsprechend läuft wird Magnetfeld von dem magnetischen Pol, das durch das Joch 4a verläuft und ferner in die Z-Richtung gerichtet ist, kleiner, und das Magnetfeld, das in die X-Richtung gerichtet ist, wird größer.
Wenn die Magnetsensorvorrichtung derart ausgebildet ist, kann das Magnetfeld, das an dem Messobjekt 1 (hartmagnetisches Material 1a), wie beispielsweise Papiergeld und dergleichen, anliegt, weiter durch den Magneten 3, das Joch 4a und das Joch 4b verringert werden, und zwar in der Nähe der Elemente 5 mit magnetoresistivem Effekt in Vergleich zu Ausführungsform 9. Selbst wenn das Messobjekt 1 ein weichmagnetisches Material aufweist, das selbst kein Magnetfeld erzeugt, kann das Detektierungsniveau des weichmagnetischen Materials weiter verringert werden, so dass eine weitere Unterscheidung zwischen dem hartmagnetischem Material und dem weichmagnetischem Material möglich wird.
Im Folgenden wird unter Bezugnahme auf die 28 bis 31 ein Joch 4f und ein Joch 4g beschrieben, die einzelne Beispiele des Jochs 4e der Magnetsensorvorrichtung gemäß Ausführungsform 9 darstellen. Wie in 28 und 29 gezeigt, ist das in 26 und 27 dargestellte Joch 4e in zwei Teile aufgeteilt, und obwohl in der resultierenden Konfiguration zwei Joche 4f angeordnet sind, wird die gleiche Wirkung erreicht.
Das heißt, dass die Konfiguration des Jochs 4f, die in den 28 und 29 dargestellt wird, durch Ausschneiden eines Bereichs des Jochs 4e erhalten wird, der auf der Seite des Magneten 3 ausgebildet ist, die der Seite gegenüberliegt, die den Elementen 5 mit magnetoresistivem Effekt gegenüberliegt, wobei der Magnet 3 durch den ausgeschnittenen Bereich freiliegt.
Darüber hinaus wird die gleiche Wirkung, selbst in dem Fall erreicht, in dem kein „Joch“ an der Seitenoberfläche des südpolseitigen Endes des Magneten 3 angeordnet ist, und zwar an der Seitenoberfläche entgegengesetzt zu der in den 30 und 31 angedeuteten Förderoberfläche, wobei das Joch 4g an der lateralen Seitenoberfläche des Magneten 3 in der Magnetisierungsrichtung angeordnet ist.
Das heißt, dass die in den 30 und 31 dargestellte Konfiguration des Jochs 4g den Bereich entfernt, der an der Seite ausgebildet ist, die der Seite gegenüberliegend, die den Elementen 5 mit magnetoresistivem Effekt gegenüberliegt, und zwar in dem Joch 4e des in den 26 und 27 gezeigten Magneten 3. In anderen Worten kann das in den 30 und 31 dargestellte Joch 4g als lediglich die Bereiche des Jochs 4e angesehen werden, die an dem vorderen Ende und dem hinteren Ende des Magneten 3 ausgebildet sind.
Das Joch 4e gemäß 27, das Joch 4f gemäß 29, und das Joch 4g gemäß 31 haben im Vergleich zu dem Joch 4 gemäß 17, das in Ausführungsform 7 beschrieben wird, verschiedene Formen. Allerdings wird in der Magnetsensorvorrichtung gemäß Ausführungsform 10 aufgrund des Kontakts zwischen dem Metallträger 23 und dem Joch 4a Wärme von dem Joch 4a zu dem Magneten 3 übertragen, und von dem Magneten 3 zu dem Joch 4h übertragen.
In der oben beschriebenen Weise können das Joch 4e, das Joch 4f, und das Joch 4g mit dem Metallträger 23 in Kontakt stehen. Somit ist dadurch, dass das Joch 4e, das Joch 4f, und das Joch 4g den Abstandshalter 25 für die Wärmeübertragung kontaktieren die Funktionsweis und Wirkung der Ausführungsform 10 die gleiche wie die der Ausführungsform 7, und zwar bezogen auf die Wärmeabführung.
Darüber hinaus kann die in 31 dargestellte Magnetsensorvorrichtung gemäß Ausführungsform 10 anstelle davon bloß einen Kontakt zwischen dem Joch 4g und dem Abstandshalter 25 für die Wärmeübertragung herzustellen, auch ein Kontakt zwischen dem Magneten 3 und dem Abstandshalter 25 für die Wärmeübertragung herstellen. Selbstverständlich kann die Magnetsensorvorrichtung gemäß Ausführungsform 9 ohne einen Kontakt zwischen dem Joch 4d und dem Abstandshalter 25 für die Wärmeübertragung herzustellen, auch lediglich ein Kontakt zwischen dem Magneten 3 und dem Abstandshalter 25 für Wärmeübertragung herstellen.
Ausführungsform 11
Eine Magnetsensorvorrichtung gemäß Ausführungsform 11 der Erfindung wird im Folgenden unter Bezugnahme auf Figuren beschrieben. 32 ist ein Konfigurationsdiagramm der Magnetsensorvorrichtung gemäß Ausführungsform 11. 33 ist eine Querschnittsansicht der Magnetsensorvorrichtung gemäß Ausführungsform 11, und zwar in einer Förderrichtung gesehen. Bestandteile in den 32 und 33, die die gleichen oder äquivalent zu denen in den 8, 9, 10, 18 und 19 sind, sind mit den gleichen Bezugsziffern versehen und eine Beschreibung derartiger Elemente wird weggelassen.
In den 32 und 33 weist der Magnet 3 magnetische Pole auf, die voneinander verschieden sind, und zwar N-Pol und S-Pol, in der Richtung senkrecht (Z-Richtung) zu der Förderrichtung 2. Das heißt, dass der Magnet 3 magnetische Pole aufweist, die entlang der Richtung (Z-Richtung) orthogonal zu der Förderrichtung 2 angeordnet sind, die die Durchlaufrichtung des Messobjekts 1 darstellt.
Das Joch 4a ist an der Seitenoberfläche des nordpolseitigen Endes des Magneten 3 angeordnet, das sich entlang der Förderrichtung 2 erstreckt. Das heißt, dass das Joch 4a an der Seite des Magneten 3 ausgebildet ist, die den Elementen 5 mit magnetoresistivem Effekt gegenüberliegt. Das Joch 4h ist das zweite Joch. Demensprechend kann das Joch 4a als erstes Joch bezeichnet werden. Das Joch 4h ist an dem südpolseitigen Ende des Magneten 3 angeordnet. Das heißt, dass das Joch 4h an der Seite des Magneten 3 angeordnet ist, die der Seite gegenüberliegt, die den Elementen 5 mit magnetoresistivem Effekt gegenüberliegt.
Die Länge des Jochs 4a in der Richtung (Z-Richtung) senkrecht zu der Förderrichtung 2 ist länger als die Länge des Magneten 3 und des Jochs 4h in der Richtung (Z-Richtung) senkrecht zu der Förderrichtung 2. Darüber hinaus ist die Länge des Magneten 3 in der Z-Richtung länger als die Länge des Jochs 4h in der Z-Richtung. Darüber hinaus sind drei Länge, und zwar die Längen des Jochs 4a in der X-Richtung, die Länge des Jochs 4h in der X-Richtung, und die Länge des Magneten 3 in der X-Richtung die gleichen.
In 32 sind die Elemente 5 mit magnetoresistivem Effekt in zentralen Bereichen in der X-Richtungsbreite des Jochs 4a auf der N-Pol-Seite des Magneten 3 und der X-Richtungsbreite des Magneten 3 angeordnet, und zwar zwischen dem Joch 4a und dem Förderweg 2 des Messobjekts 1.
Das heißt, dass die Elemente 5 mit magnetoresistivem Effekt auf einer virtuellen Linie angeordnet sind, die sich in der Z-Richtung erstreckt, die der Anordnungsrichtung des Magneten 3 und des Jochs 4a entspricht. Diese virtuelle Linie wird aus den Figuren weggelassen. Darüber hinaus stimmt der zentrale Bereich des Magneten 3, der zentrale Bereich des Jochs 4a, und der zentrale Bereich der Elemente 5 mit magnetoresistivem Effekt miteinander in der X-Richtung überein. Somit kreuzen der zentrale Bereich des Magneten 3, der zentrale Bereich des Jochs 4a, und der zentrale Bereich der Elemente 5 mit magnetoresistivem Effekt die Z-Achse, die durch den Ursprung verläuft.
Im Folgenden wird das Vormagnetisierungsfeld 6 beschrieben. Das Joch 4a ist auf der Oberfläche angeordnet, die sich entlang der Förderrichtung 2 der Seite des nordpolseitigen Endes des Magneten 3 erstreckt, und das Joch 4h ist an dem südpolseitigen Ende des Magneten 3 angeordnet. Da die Länge des Jochs 4a in Z-Richtung länger ist als die des Magneten 3, wird die Magnetfeldverteilung auf dem Weg von beiden Endbereichen in Förderrichtung 2 des Jochs 4a zu dem Joch 4a und den S-Pol des Magneten 3 dominant, und zwar für ein Magnetfeld, das von dem N-Pol des Magneten 3 erzeugt wird.
Auf diese Weise wird das Magnetfeld von beiden Enden in Förderrichtung 2 des Jochs 4a aus, und zwar gerichtet zu dem S-Pol des Magneten 3 und dem Joch 4h, das an dem südpolseitigem Ende ausgebildet ist, dominant. Somit ist das Magnetfeld, das das Joch 4a von dem magnetischen Pol (N-Pol) aus durchläuft nicht dominant und wird in der vertikalen Richtung (Z-Richtung) von der Oberfläche der Seite des Jochs 4a zu dem Förderweg 2 abgegeben. Somit wird das in Z-Richtung abgegebene Magnetfeld klein, und das in X-Richtung gerichtete Magnetfeld groß. Das keine Magnetfeld senkrecht zu der Förderrichtung 2 wird als das Vormagnetisierungsfeld 6 verwendet.
Durch eine derartige Konfiguration der Magnetsensorvorrichtung wird das Magnetfeld, das an dem Messobjekt 1 (hartmagnetisches Material 1a), wie beispielsweise Papiergeld und dergleichen, anliegt, weiter durch den Magneten 3, das Joch 4a und das Joch 4h verringert, und zwar in der Nähe der Elemente 5 mit magnetoresistivem Effekt in der gleichen Weise wie in der Magnetsensorvorrichtung gemäß Ausführungsform 3.
Selbst wenn das Messobjekt 1 weichmagnetisches Material aufweist, das selbst kein Magnetfeld erzeugt, kann das Detektierungsniveau des weichmagnetischen Materials weiter herabgesetzt werden, so dass eine Unterscheidung zwischen dem hartmagnetischen Material und dem weichmagnetischen Material möglich ist.
In der 33 ist ein Jochpaar, und zwar das Joch 4a und das Joch 4h, an den Magnetpol-Enden des Magneten 3 angeordnet, und zwar an den Enden in einer Richtung senkrecht zu der Förderrichtung (Z-Richtung). Das heißt, dass die Positionsrelation zwischen dem „Joch“ und dem Metallträger 23 von der gemäß 17 verschieden ist. Darüber hinaus kontaktieren sich der Metallträger 23 und der Magnet 3 in 33 nicht, obwohl der Metallträger 23 den Magneten 3 in 17 kontaktiert.
Allerdings wird aufgrund des Kontakts zwischen dem Metallträger 23 und dem Joch 4a in der Magnetsensorvorrichtung gemäß Ausführungsform 11 Wärme von dem Joch 4a zu dem Magneten 3 übertragen und von dem Magneten 3 zu dem Joch 4h übertragen. Daher kann aufgrund des Kontakts zwischen dem Joch 4h und dem Abstandshalter 25 für die Wärmeübertragung für die Ausführungsform 11 die gleiche Funktionsweise und Wirkung wie die der Ausführungsform 7 erhalten werden.
Wie aus der obigen Beschreibung ersichtlich, sind die Magnetsensorvorrichtung gemäß Ausführungsform 11 und die Magnetsensorvorrichtung gemäß Ausführungsform 8 in der Form des Jochs 4a und des Jochs 4h verschieden. Obwohl die Form des Jochs 4a und des Jochs 4h verschieden sind, ermöglicht die Magnetsensorvorrichtung gemäß Ausführungsform 11 und die Magnetsensorvorrichtung gemäß Ausführungsform 8 das Verwenden eines kleinen Magnetfelds senkrecht zu der Förderrichtung 2, und zwar als das Vormagnetisierungsfeld 6.
Bezugszeichenliste

1: Messobjekt
1a: hartmagnetisches Material
2: Förderweg (Förderrichtung)
2a: Detektionsbereich
34: am Joch befestigter Magnet
3: Magnet
4: Joch
4a: Joch
4b: Joch
4c: Joch
4d: Joch
4e: Joch
4f: Joch
4g: Joch
4h: Joch
5: Element mit magnetoresistivem Effekt
5a: Bauteil (erstes Element mit magnetoresistivem Effekt)
5b: Bauteil (zweites Element mit magnetoresistivem Effekt)
6: Vormagnetisierungsfeld
6x: X-Richtungskomponente des Vormagnetisierungsfelds
6v: Vormagnetisierungsfeld-Vektor
7: hartmagnetisches Material Magnetfeld
10: Magnetsensorvorrichtung zum Detektieren von weichmagnetischem Material
11: Magnetfeld
20: Abschirmabdeckung
21: Gehäuse
22: Halterung
23: Nicht-magnetischer Träger (Metallträger)
24: Komponente zur Wärmeabführung
25: Abstandshalter für die Wärmeübertragung
101: Magnetsensorvorrichtung zum Detektieren von hartmagnetischem Material

Claims

Magnetsensorvorrichtung, die Folgendes aufweist: einen Magneten; ein Joch, das auf dem Magneten angeordnet ist; und ein Element mit magnetoresistivem Effekt, um ein Verlustmagnetfeld anzulegen, das von dem Joch nach außen abgegeben wird, wobei ein Detektionsbereich des Elements mit magnetoresistivem Effekt an einer Seite des Elements mit magnetoresistivem Effekt angeordnet ist, das dem Magneten gegenüberliegt; und das Element mit magnetoresistivem Effekt vorgesehen ist, um eine Änderung eines Vormagnetisierungsfelds des Elements mit magnetoresistivem Effekt zu detektieren, die auftritt, wenn ein Messobjekt, das ein hartmagnetisches Material aufweist, durch den Detektionsbereich läuft.
Magnetsensorvorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei das Joch, das Element mit magnetoresistivem Effekt, und der Detektionsbereich an Positionen angeordnet sind, die die Bedingung erfüllen, dass eine Änderung des Vormagnetisierungsfelds des Elements mit magnetoresistivem Effekt, die aufgrund eines Magnetfelds auftritt, das aufgrund spontaner Magnetisierung des Messobjekts auftritt, größer ist als eine Änderung des Vormagnetisierungsfelds des Elements mit magnetoresistivem Effekt, die aufgrund des Anlegens des Verlustmagnetfelds an das Messobjekt auftritt.
Magnetsensorvorrichtung gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei die magnetischen Pole des Magneten entlang einer Durchlaufrichtung des Messobjekts angeordnet sind; das Joch sowohl an einem magnetischen Pol-Ende an einem vorderen Ende des Magneten als auch an einem anderen magnetischen Pol-Ende an einem hinteren Ende des Magneten ausgebildet ist, und zwar in der Durchlaufrichtung; und das Element mit magnetoresistivem Effekt auf einer virtuellen Linie orthogonal zu dem Verlustmagnetfeld angeordnet ist, und zwar an einem zwischenliegenden Bereich in der Durchlaufrichtung des Jochs, das an dem vorderen Ende des Magneten und an dem hinteren Ende des Magneten ausgebildet ist.
Magnetsensorvorrichtung gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei die magnetischen Pole des Magneten entlang einer Richtung orthogonal zu der Durchlaufrichtung des Messobjekts angeordnet sind; das Joch an einer Seite des Magnets angeordnet ist, die dem Element mit magnetoresistivem Effekt gegenüberliegt; und das Element mit magnetoresistivem Effekt auf einer virtuellen Linie angeordnet ist, die sich in einer Anordnungsrichtung des Magneten und des Jochs erstreckt.
Magnetsensorvorrichtung gemäß Anspruch 4, die ferner Folgendes aufweist: ein zweites Joch, das auf dem Magneten angeordnet ist, wobei das zweite Joch auf einer Seite des Magneten gegenüberliegend der Seite des Magneten ausgebildet ist, die dem Element mit magnetoresistivem Effekt gegenüberliegt; und eine Länge des zweiten Jochs in der Durchlaufrichtung kürzer ist als eine Länge des Jochs in der Durchlaufrichtung.
Magnetsensorvorrichtung gemäß Anspruch 4, die ferner Folgendes aufweist: ein zweites Joch, das auf dem Magneten angeordnet ist, wobei das zweite Joch in der Durchlaufrichtung sowohl an einem vorderen Ende als auch an einem hinteren Ende des Magneten ausgebildet ist.
Magnetsensorvorrichtung gemäß Anspruch 6, wobei das zweite Joch kontinuierlich von der Seite des Magneten entgegengesetzt zu dem Element mit magnetoresistivem Effekt zu der Seite des Magneten ausgebildet ist, die dem Element mit magnetoresistivem Effekt gegenüberliegt.
Magnetsensorvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei das Element mit magnetoresistivem Effekt eine Vielzahl von Bauteilen aufweist, die entlang einer Längsrichtung angeordnet sind, die eine Förderrichtung kreuzt, wobei die Förderrichtung eine Durchlaufrichtung durch den Detektionsbereich ist; und die Bauteile relativ zu der Förderrichtung und der Längsrichtung geneigt ausgebildet sind.
Magnetsensorvorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 7, wobei das Element mit magnetoresistivem Effekt eine Vielzahl von Bauteilen aufweist, die entlang einer Längsrichtung angeordnet sind, die eine Förderrichtung kreuzt, wobei die Förderrichtung die Durchlaufrichtung durch den Detektionsbereich ist; die Bauteile relativ zu der Förderrichtung und der Längsrichtung geneigt ausgebildet sind; die Bauteile in zwei Reihen angeordnet sind, die sich entlang der Längsrichtung erstrecken; und unter den Bauteilen, die in einer der zwei Reihen und in der anderen der zwei Reihen angeordnet sind, die Bauteile, die aneinander in der Förderrichtung angrenzen, voneinander verschiedene Neigungsrichtungen aufweisen.
Magnetsensorvorrichtung gemäß Anspruch 8 oder 9, wobei die Bauteile, die in der Längsrichtung aneinander angrenzen, die gleiche Neigung aufweisen.