JP2007228000A - 磁気式スイッチ - Google Patents

Abstract

【課題】生産性を低下させず、コストをアップさせずに、正確なスイッチングを行うことができる磁気式スイッチを提供すること。
【解決手段】入力磁束密度Ｂが±Ｓ１以内の場合、ＭＲセンサ１１とＭＲセンサ１２の出力電圧の差はほぼ０である。入力磁束密度ＢがＳ１以上でＳ２以下の場合には、ＭＲセンサ１１の出力電圧Ｖ１とＭＲセンサ１２の出力電圧Ｖ２との間の差分電圧は入力磁束密度Ｂに応じて直線的に変化する。この差分電圧について、スイッチをＯＮにする判定閾値及びスイッチをＯＦＦにする判定閾値と比較する。差分電圧Ｖ１−Ｖ２がＶｔ（Ｌ→Ｈ）以上となる点を磁束密度Ｂｏｐとし、差分電圧Ｖ１−Ｖ２がＶｔ（Ｈ→Ｌ）以下となる点を磁束密度Ｂｒｐとする。入力磁束密度がＢｏｐ以上の場合にスイッチング出力をＨとし、入力磁束密度がＢｒｐ以下の場合にスイッチング出力をＬとする。
【選択図】図３

Description

本発明は、磁気センサを用いた磁気式スイッチに関する。

従来、磁気式スイッチとしては、磁気検出素子であるホール素子と、素子出力を増幅するためのＩＣとを一体化したホールＩＣが多く用いられていた。このホールＩＣにおいては、ＩＣ内部でホール素子の出力電圧と、ＩＣ内部で発生させる基準電圧とを比較し、比較結果から出力のＯＮ、ＯＦＦを決定する。このようなホールＩＣでは、出力信号がＯＮ、ＯＦＦとなるときの磁界の強さに着目すると、素子出力のオフセット電圧、素子感度の変化とばらつき、判定基準電圧の変化とばらつきが誤差の要因となる。ホールＩＣにおいて判定する磁界強度の精度を高くするためには、前記誤差要因を徹底して抑え込む必要がある。内部の基準電圧源を安定化させるためには、高精度の電圧標準をＩＣ内に作り込む必要があり、このため、ＩＣ内の回路部品の増加、ＩＣチップの大型化、コスト及び消費電力の増大などの問題が生じる。

また、ホール素子の場合、オフセット電圧を低減するためには、ホール素子の入出力のスイッチングを行ったり、平均化によるオフセットをキャンセルする方法がある。このような方法においては、回路規模、コスト及び消費電力の増大などに繋がる。また、素子感度のばらつきを低減させるためには、半導体素子のキャリア密度のばらつきを低減させる必要があり、このためには高度な成膜技術が必要になる。さらに、素子感度の温度係数を低減させるためには、半導体素子のキャリア密度の変動をモニタして補正する高度な補正技術を用いる必要がある（特許文献１）。
特許第３２８３９１１号公報

上述したように、素子感度のばらつきを低減させるためには、高度な成膜技術や高度な補正技術が必要となり、このために高度な精度管理と半導体プロセス技術が必要になる。このような精度管理や半導体プロセス技術導入は、いずれも生産性の低下及びコストアップの要因となる。

本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、生産性を低下させず、コストをアップさせずに、正確なスイッチングを行うことができる磁気式スイッチを提供することを目的とする。

本発明の磁気式スイッチは、飽和磁束密度が異なる少なくとも２つの磁気センサを有するセンサ手段と、少なくとも一つの磁気センサの磁束密度が飽和した際に、磁束密度が飽和した磁気センサと磁束密度が飽和していない磁気センサとの間の出力電圧の差分に基づいてスイッチング信号を出力するスイッチング信号出力手段と、を具備することを特徴とする。

この構成によれば、異なる飽和磁束密度を有する複数の磁気センサを用いて、磁束密度の飽和レベルの違いに起因する差分電圧に基づいてスイッチングを行う。磁気センサにおける軟磁性体の飽和磁束密度は温度に対しても安定で経時変化も少ないので、周囲温度、電源電圧、経時変化による磁気的スイッチングポイントへの影響が小さく、安定して正確なスイッチングを行うことができる。また、製造上のばらつきも小さく抑えることができ、高精度の信号処理回路が必要ないので、生産性を低下させず、コストをアップさせずに、高精度の磁気式スイッチを実現することができる。

本発明の磁気式スイッチにおいては、前記スイッチ手段は、スイッチをＯＮにする第１判定閾値と、スイッチをＯＦＦにする第２判定閾値とを有することが好ましい。この構成によれば、両判定閾値間にヒステリシスを設けることができるので、スイッチ出力が不安定になることを防止できる。

本発明の磁気式スイッチにおいては、前記磁気センサは、一対の軟磁性部材と、前記一対の軟磁性部材に挟持された磁気検出素子と、を有することが好ましい。この場合において、前記磁気検出素子は、磁気抵抗効果素子、ホール素子及び磁気飽和素子からなる群より選ばれた一つであることが好ましい。

本発明の磁気式スイッチによれば、飽和磁束密度が異なる少なくとも２つの磁気センサを有するセンサ手段と、少なくとも一つの磁気センサの磁束密度が飽和した際に、磁束密度が飽和した磁気センサと磁束密度が飽和していない磁気センサとの間の出力電圧の差分に基づいてスイッチング信号を出力するスイッチング信号出力手段と、を具備するので、生産性を低下させず、コストをアップさせずに、正確なスイッチングを行うことができる。

以下、本発明の実施の形態について、添付図面を参照して詳細に説明する。
（実施の形態１）
本実施の形態においては、磁気センサにおける磁気検出素子がＡＭＲ（Anisotropic Magneto-Resistive）素子、ＧＭＲ（Giant Magneto-Resistive）素子、ＴＭＲ（Tunneling Magneto-Resistive）素子のような磁気抵抗効果素子である場合について説明する。

図１は、本発明の実施の形態１に係る磁気式スイッチの構成を示す図である。図１に示す磁気式スイッチは、磁気センサ部１と、この磁気センサ部１の出力を差動的に接続したスイッチング信号出力部２とを有する。

磁気センサ部１は、飽和磁束密度がそれぞれ異なるＭＲセンサ１１，１２と、固定抵抗１３，１４とを有し、これらのＭＲセンサ１１，１２及び固定抵抗１３，１４によりブリッジを構成している。ここでは、ＭＲセンサ１２の飽和磁束密度のレベルがＭＲセンサ１１の飽和磁束密度のレベルよりも低いとする。ＭＲセンサ１１，１２は、磁束密度に対して対称性を有する変化を示す。

図２に示すように、ＭＲセンサ１１は、２つの軟磁性部材１１１と、２つの軟磁性部材１１１のギャップ間に挟持されたＭＲ素子１１２とから構成されており、ＭＲセンサ１２は、２つの軟磁性部材１２１と、２つの軟磁性部材１２１のギャップ間に挟持されたＭＲ素子１２２とから構成されている。このＭＲセンサ１１，１２においては、軟磁性部材１１１，１１２により空間中の磁束を収束し、ギャップ内の磁束密度を増加させている。軟磁性部材１１１と軟磁性部材１２１とは、基本的な幅や長さは略同じであり、くびれ部１１１ａ，１２１ａの幅が異なっている（ここでは、軟磁性部材１１１のくびれ部１１１ａの方が細い）。このような軟磁性部材１１１，１１２を有するＭＲセンサ１１，１２は、飽和磁束密度が異なり、その他の性質は略同じである。図２に示すように、くびれ部１１１ａ，１２１ａの幅を変えることにより、磁気的スイッチングポイントが異なるＭＲセンサ１１，１２のシリーズ化を容易に行うことができる。なお、このような飽和磁束密度が異なるＭＲセンサ１１，１２は、ＭＲ素子１１２，１２２を構成する材料の組成や厚さを変えることにより実現することもできる。本実施の形態においては、くびれ部１１１ａ，１２１ａの幅を変えて飽和磁束密度を変える場合について説明しているが、一方のＭＲ素子のみにくびれ部を設けて飽和磁束密度を変えも良い。これらの磁気センサ部１からはセンサ出力電圧Ｖ１，Ｖ２が得られる。

スイッチング信号出力部２は、磁気センサ部１のセンサ出力電圧Ｖ１，Ｖ２の差分を求める比較器２１と、比較器２１の出力である差分電圧と基準電圧（閾値）とを比較する比較器２２とから主に構成されている。比較器２２の基準電圧は抵抗２３の抵抗値により設定される。ここでは、比較器２２に正帰還をかけることにより基準電圧（閾値）を変化させる。なお、本実施の形態においては、基準電圧を２つ設定した場合について説明しているが、本発明においては、これに限定されず、設定する基準電圧の数に応じて、設ける比較器の数を決定しても良い。

図１に示す磁気式スイッチにおいては、低磁場では両ＭＲセンサ１１，１２の出力はほぼ同じであるので、比較器２１において差分電圧（Ｖ１−Ｖ２）はほぼ０になる。すなわち、磁気センサ部１はブリッジ構造であるので、ＭＲセンサ１１，１２の出力電圧（同相信号）がキャンセルされ、差分電圧は現れない。磁場が大きくなり、ＭＲセンサ１２の磁束密度が飽和すると、磁束密度が飽和していないＭＲセンサ１１の出力電圧の変化分が差分電圧として現れる。すなわち、ＭＲセンサ１２の磁束密度の飽和点がトリガとなって、比較器２１の差分電圧が現れる。そして、ＭＲセンサ１１の磁束密度が飽和するまでの間、差分電圧として、磁束密度変化に比例した電圧が得られる。この差分電圧について、比較器２２においてそれぞれ基準電圧と比較してスイッチング信号を出力する。

図３（ａ）〜（ｃ）は、本実施の形態１に係る磁気式スイッチのスイッチング信号出力を説明するための図である。図３（ａ）は、ＭＲセンサ１１，１２についての入力磁束密度と出力電圧との間の関係を示す特性図であり、図３（ｂ）は、入力磁束密度と、ＭＲセンサ１１，１２の出力電圧Ｖ１，Ｖ２の差分電圧との間の関係を示す特性図であり、図３（ｃ）は、入力磁束密度と、スイッチング出力信号との間の関係を示す特性図である。なお、図３（ａ），（ｂ）において、Ｓ１はＭＲセンサ１１の磁気的飽和レベル（飽和磁束密度）を示し、Ｓ２はＭＲセンサ１２の磁気的飽和レベル（飽和磁束密度）を示す。

図３（ｂ）に示すように、入力磁束密度Ｂが±Ｓ１以内の場合（低磁場の場合）、ＭＲセンサ１１とＭＲセンサ１２の出力電圧の差はほぼ０である。したがって、ＭＲセンサ１１，１２の出力はキャンセルされて差分電圧はほぼ０となる。一方、入力磁束密度ＢがＳ１以上でＳ２以下の場合には、ＭＲセンサ１１の出力電圧Ｖ１とＭＲセンサ１２の出力電圧Ｖ２との間の差分電圧は入力磁束密度Ｂに応じて直線的に変化する。

この差分電圧について、スイッチをＯＮにする判定閾値（基準電圧Ｖｔ（Ｌ→Ｈ））及びスイッチをＯＦＦにする判定閾値（基準電圧Ｖｔ（Ｈ→Ｌ））と比較する。本実施の形態においては、スイッチをＯＮにする判定閾値（基準電圧Ｖｔ（Ｌ→Ｈ））と、スイッチをＯＦＦにする判定閾値（基準電圧Ｖｔ（Ｈ→Ｌ））とは、比較器２２の正帰還電圧により変化させる。

図３（ｃ）に示すように、ＭＲセンサ１１の出力電圧Ｖ１からＭＲセンサ１２の出力電圧Ｖ２を減じたＶ１−Ｖ２がＶｔ（Ｌ→Ｈ）以上となる点（図３（ｂ）におけるＡ点）を磁束密度Ｂｏｐとし、ＭＲセンサ１１の出力電圧Ｖ１からＭＲセンサ１２の出力電圧Ｖ２を減じたＶ１−Ｖ２がＶｔ（Ｈ→Ｌ）以下となる点（図３（ｂ）におけるＢ点）を磁束密度Ｂｒｐとする。出力部２４においては、入力磁束密度がＢｏｐ以上の場合にスイッチング出力をＨとし、入力磁束密度がＢｒｐ以下の場合にスイッチング出力をＬとする。

このように、本実施の形態に係る磁気式スイッチは、異なる飽和磁束密度を有する複数の磁気センサを用いて、磁束密度の飽和レベルの違いに起因する差分電圧に基づいてスイッチングを行う。すなわち、本実施の形態に係る磁気式スイッチにおいては、磁気的スイッチングポイントをセンサ感度及び基準電圧の精度でなく、飽和磁束密度により決定する。本実施の形態に係る磁気式スイッチに用いる磁気センサにおける軟磁性体の飽和磁束密度は温度に対しても安定で経時変化も少ない。このため、周囲温度、電源電圧、経時変化による磁気的スイッチングポイントへの影響が小さく、安定して正確なスイッチングを行うことができるので、信頼性の高い磁気式スイッチを実現することができる。また、本実施の形態に係る磁気式スイッチは、製造上のばらつきも小さく抑えることができ、高精度の信号処理回路が必要ないので、生産性を低下させず、コストをアップさせずに、高精度の磁気式スイッチを実現することができる。

本実施の形態においては、スイッチがＯＮとなる判定閾値と、スイッチがＯＦＦとなる判定閾値とを設けて、両判定閾値間にヒステリシスを設けている。このため、スイッチ出力が不安定になることを防止できる。スイッチ出力の安定性を示す指標となる最大Ｂｏｐと最小Ｂｒｐとの間の比（Ｂｏｐmax／Ｂｒｐmin）を求めると、本実施の形態に係る磁気式スイッチは約１．１に設定することが可能であり、従来の磁気式スイッチ１．３以上に対して高い安定性を発揮する。また、ＭＲセンサ１１，１２の出力を確実に変化させるためには、ＭＲセンサ１１，１２の最大磁束密度をＢｏｐ以下とし、その最小磁束密度をＢｒｐ以下にする必要がある。

本実施の形態に係る磁気式スイッチにおいては、スイッチがＯＮとなる判定閾値と、スイッチがＯＦＦとなる判定閾値とを設けて、両判定閾値間にヒステリシスを設けているが、本発明はこれに限定されず、異なる飽和磁束密度を有する複数の磁気センサを用いて、磁束密度の飽和レベルの違いに起因する差分電圧に基づいてスイッチングを行うのであれば、一つの判定閾値でスイッチングを行うように構成しても良い。

（実施の形態２）
本実施の形態においては、磁気センサにおける磁気検出素子がホール素子である場合について説明する。図４は、本発明の実施の形態２に係る磁気式スイッチの構成を示す図である。図４に示す磁気式スイッチは、磁気センサ部１と、この磁気センサ部１の出力を差動的に接続したスイッチング信号出力部２とを有する。

磁気センサ部１は、飽和磁束密度がそれぞれ異なるホールセンサ１５，１６と、比較器１７，１８とを有する。ここでは、ホールセンサ１６の飽和磁束密度のレベルがホールセンサ１５の飽和磁束密度のレベルよりも高いとする。ホールセンサ１５，１６は、図２に示すＭＲセンサとほぼ同じ構成を有する。すなわち、ホールセンサ１５，１６は、図２に示すＭＲセンサにおけるＭＲ素子１１２，１２２がホール素子に置き換えられたものである。なお、異なる飽和磁束密度を有するようにする構成などについては実施の形態１と同じである。ホールセンサ１５，１６は４端子であり、それぞれ比較器１７，１８を通した出力が磁気センサ部１からのセンサ出力電圧Ｖ１，Ｖ２となる。ホールセンサ１５，１６は、磁束密度に対して直線性を有する変化を示す。

スイッチング信号出力部２は、磁気センサ部１のセンサ出力電圧Ｖ１，Ｖ２の差分を求める比較器２１と、比較器２１の出力である差分電圧と基準電圧（閾値）とを比較する比較器２２，２３と、比較器２２の出力に基づいてスイッチング信号を出力する出力部２４とから主に構成されている。比較器２２の基準電圧は抵抗２５の抵抗値により設定され、比較器２３の基準電圧は抵抗２６の抵抗値により設定される。したがって、抵抗２５，２６の抵抗値を適宜設定することにより、２つの基準電圧（閾値）を設定することができる。なお、本実施の形態においては、基準電圧を２つ設定した場合について説明しているが、本発明においては、これに限定されず、設定する基準電圧の数に応じて、設ける比較器の数を決定しても良い。

図４に示す磁気式スイッチにおいては、低磁場では両ＭＲセンサ１１，１２の出力はほぼ同じであるので、比較器２１において差分電圧（Ｖ１−Ｖ２）はほぼ０になる。すなわち、磁気センサ部１はブリッジ構造であるので、ＭＲセンサ１１，１２の出力電圧（同相信号）がキャンセルされ、差分電圧は現れない。磁場が大きくなり、ＭＲセンサ１２の磁束密度が飽和すると、磁束密度が飽和していないＭＲセンサ１１の出力電圧の変化分が差分電圧として現れる。すなわち、ＭＲセンサ１２の磁束密度の飽和点がトリガとなって、比較器２１の差分電圧が現れる。そして、ＭＲセンサ１１の磁束密度が飽和するまでの間、差分電圧として、磁束密度変化に比例した電圧が得られる。この差分電圧について、２つの比較器２２，２３においてそれぞれ基準電圧と比較して出力部２４からスイッチング信号を出力する。

図５（ａ）〜（ｃ）は、本実施の形態２に係る磁気式スイッチのスイッチング信号出力を説明するための図である。図５（ａ）は、ホールセンサ１５，１６についての入力磁束密度と出力電圧との間の関係を示す特性図であり、図５（ｂ）は、入力磁束密度と、ホールセンサ１５，１６の出力電圧Ｖ１，Ｖ２の差分電圧との間の関係を示す特性図であり、図５（ｃ）は、入力磁束密度と、スイッチング出力信号との間の関係を示す特性図である。なお、図５（ａ），（ｂ）において、Ｓ１はホールセンサ１５の磁気的飽和レベル（飽和磁束密度）を示し、Ｓ２はホールセンサ１６の磁気的飽和レベル（飽和磁束密度）を示す。

図５（ｂ）に示すように、入力磁束密度Ｂが±Ｓ１以内の場合（低磁場の場合）、ホールセンサ１５とホールセンサ１６の出力電圧の差はほぼ０である。したがって、ホールセンサ１５，１６の出力はキャンセルされて差分電圧はほぼ０となる。一方、入力磁束密度ＢがＳ１以上でＳ２以下の場合には、ホールセンサ１６の出力電圧Ｖ２とホールセンサ１５の出力電圧Ｖ１との間の差分電圧（Ｖ２−Ｖ１）は入力磁束密度Ｂに応じて直線的に変化する。この差分電圧（Ｖ２−Ｖ１）について、スイッチをＯＮにする判定閾値（基準電圧Ｖｔ（Ｌ→Ｈ））及びスイッチをＯＦＦにする判定閾値（基準電圧Ｖｔ（Ｈ→Ｌ））と比較する。

図５（ｃ）に示すように、ホールセンサ１６の出力電圧Ｖ２からホールセンサ１５の出力電圧Ｖ１を減じたＶ２−Ｖ１がＶｔ（Ｌ→Ｈ）以上となる点（図５（ｂ）におけるＡ点）を磁束密度Ｂｏｐとし、ホールセンサ１６の出力電圧Ｖ２からホールセンサ１５の出力電圧Ｖ１を減じたＶ２−Ｖ１がＶｔ（Ｈ→Ｌ）以下となる点（図５（ｂ）におけるＢ点）を磁束密度Ｂｒｐとする。出力部２４においては、入力磁束密度がＢｏｐ以上の場合にスイッチング出力をＨとし、入力磁束密度がＢｒｐ以下の場合にスイッチング出力をＬとする。

このように、本実施の形態に係る磁気式スイッチも、異なる飽和磁束密度を有する複数の磁気センサを用いて、磁束密度の飽和レベルの違いに起因する差分電圧に基づいてスイッチングを行う。すなわち、本実施の形態に係る磁気式スイッチにおいても、磁気的スイッチングポイントをセンサ感度及び基準電圧の精度でなく、飽和磁束密度により決定する。本実施の形態に係る磁気式スイッチに用いる磁気センサにおける軟磁性体の飽和磁束密度は温度に対しても安定で経時変化も少ない。このため、周囲温度、電源電圧、経時変化による磁気的スイッチングポイントへの影響が小さく、安定して正確なスイッチングを行うことができるので、信頼性の高い磁気式スイッチを実現することができる。また、本実施の形態に係る磁気式スイッチは、製造上のばらつきも小さく抑えることができ、高精度の信号処理回路が必要ないので、生産性を低下させず、コストをアップさせずに、高精度の磁気式スイッチを実現することができる。

本実施の形態においても、スイッチがＯＮとなる判定閾値と、スイッチがＯＦＦとなる判定閾値とを設けて、両判定閾値間にヒステリシスを設けている。このため、スイッチ出力が不安定になることを防止できる。スイッチ出力の安定性を示す指標となる最大Ｂｏｐと最小Ｂｒｐとの間の比（Ｂｏｐmax／Ｂｒｐmin）を求めると、本実施の形態に係る磁気式スイッチは約１．１まで低く設定することが可能であり、従来の磁気式スイッチ１．３以上に対して高い安定性を発揮する。また、ホールセンサ１５，１６の出力を確実に変化させるためには、ホールセンサ１５，１６の最大磁束密度をＢｏｐ以下とし、その最小磁束密度をＢｒｐ以下にすることが必要である。

本実施の形態に係る磁気式スイッチにおいては、スイッチがＯＮとなる判定閾値と、スイッチがＯＦＦとなる判定閾値とを設けて、両判定閾値間にヒステリシスを設けているが、本発明はこれに限定されず、異なる飽和磁束密度を有する複数の磁気センサを用いて、磁束密度の飽和レベルの違いに起因する差分電圧に基づいてスイッチングを行うのであれば、一つの判定閾値でスイッチングを行うように構成しても良い。

（実施の形態３）
本実施の形態においては、磁気センサにおける磁気検出素子が磁気飽和素子である場合について説明する。図６は、本発明の実施の形態３に係る磁気式スイッチの構成を示す図である。図６に示す磁気式スイッチは、磁気センサ部１と、この磁気センサ部１の出力を差動的に接続したスイッチング信号出力部２と、磁気センサ部１に交流信号を与える発振回路３とを有する。

磁気センサ部１は、飽和磁束密度がそれぞれ異なる磁気飽和センサ１９，２０と、固定抵抗１３，１４とを有し、これらの磁気飽和センサ１９，２０及び固定抵抗１３，１４によりブリッジを構成している。ここでは、磁気飽和センサ２０の飽和磁束密度のレベルが磁気飽和センサ１９の飽和磁束密度のレベルよりも低いとする。

図７に示すように、磁気飽和センサ１９は、磁性部材１９１と、磁性部材１９１に巻き付けられたコイル１９２とから構成されており、磁気飽和センサ２０は、磁性部材２０１と、磁性部材２０１に巻き付けられたコイル２０２とから構成されている。磁性部材１９１と磁性部材２０１とは、基本的な幅や長さは略同じであり、磁性部材１９１のみにくびれ部１９１ａを設けている。このような磁性部材１９１，２０１を有する磁気飽和センサ１９，２０は、飽和磁束密度が異なり、その他の性質は略同じである。図７に示すように、くびれ部１９１ａを設けることにより、磁気的スイッチングポイントが異なる磁気飽和センサ１９，２０のシリーズ化を容易に行うことができる。本実施の形態においては、一方の磁性部材のみにくびれ部を設けて飽和磁束密度を変える場合について説明しているが、両方の磁性部材にそれぞれ幅の異なるくびれ部を設けて飽和磁束密度を変えても良い。これらの磁気センサ部１からはインダクタンスが得られる。

スイッチング信号出力部２は、磁気センサ部１のインダクタンスの差分を求める比較器２１と、比較器２１の出力である差分インダクタンスを検波する検波部２７と、検波部２７の出力電圧と基準電圧（判定閾値）とを比較する比較器２８と、比較器２８の出力に基づいてスイッチング信号を出力する出力部２９とから主に構成されている。なお、本実施の形態においては、基準電圧を１つ設定した場合について説明しているが、本発明においては、これに限定されず、設定する基準電圧の数に応じて、設ける比較器の数を決定しても良い。

図６に示す磁気式スイッチにおいては、低磁場では両磁気飽和センサ１９，２０の出力はほぼ同じであるので、比較器２１において差分インダクタンスに対応する高周波出力電圧はほぼ０になる。すなわち、磁気センサ部１はブリッジ構造であるので、磁気飽和センサ１９，２０の出力インダクタンスがキャンセルされ、差分インダクタンスは現れない。磁場が大きくなり、磁気飽和センサ２０の磁束密度が飽和すると、磁束密度が飽和していない磁気飽和センサ１９の出力インダクタンスの変化分が差分インダクタンスとして現れる。すなわち、磁気飽和センサ２０の磁束密度の飽和点がトリガとなって、比較器２１の差分インダクタンスが現れる。この差分インダクタンスに対応する出力電圧ついて、比較器２８においてそれぞれ基準電圧と比較して出力部２９からスイッチング信号を出力する。

図８は、本実施の形態３に係る磁気式スイッチのスイッチング信号出力を説明するための図である。図８に示すように、磁気飽和センサ２０の磁束密度が飽和すると、コイルのインダクタンスが急減するので、ブリッジのバランスが崩れて大きな出力電圧が得られる。この出力電圧と基準電圧（判定閾値）とを比較して、出力電圧が基準電圧を以上のとき（入力磁束密度Ｂｏｐ）にスイッチをＯＮ（スイッチング出力Ｈ）とし、出力電圧が基準電圧を下回るとき（入力磁束密度Ｂｒｐ）にスイッチをＯＦＦ（スイッチング出力Ｌ）とする。

このように、本実施の形態に係る磁気式スイッチも、異なる飽和磁束密度を有する複数の磁気センサを用いて、磁束密度の飽和レベルの違いに起因する差分インダクタンスに基づいてスイッチングを行う。すなわち、本実施の形態に係る磁気式スイッチにおいても、磁気的スイッチングポイントをセンサ感度及び基準電圧の精度でなく、飽和磁束密度により決定する。本実施の形態に係る磁気式スイッチに用いる磁気センサにおける磁性体の飽和磁束密度は温度に対しても安定で経時変化も少ない。このため、周囲温度、電源電圧、経時変化による磁気的スイッチングポイントへの影響が小さく、安定して正確なスイッチングを行うことができるので、信頼性の高い磁気式スイッチを実現することができる。また、本実施の形態に係る磁気式スイッチは、製造上のばらつきも小さく抑えることができ、高精度の信号処理回路が必要ないので、生産性を低下させず、コストをアップさせずに、高精度の磁気式スイッチを実現することができる。

本実施の形態においては、一つの判定閾値を設けてスイッチングを行う場合について説明しているが、本発明においては、実施の形態１，２と同様に、スイッチがＯＮとなる判定閾値と、スイッチがＯＦＦとなる判定閾値とを設けて、両判定閾値間にヒステリシスを設けても良い。これにより、スイッチ出力が不安定になることを防止できる。

本発明は上記実施の形態１〜３に限定されず、種々変更して実施することが可能である。例えば、上記実施の形態１〜３における回路構成や素子構造については一例であり、本発明の効果を発揮できる限りにおいて適宜変更することができる。その他、本発明の目的の範囲を逸脱しない限りにおいて適宜変更することが可能である。

本発明の磁気式スイッチは、例えばコイルで発生した磁界を検出するように構成することにより電流センサとして利用することができる。これにより、電流の極性に拘らず電流の絶対値を高精度に検出することができる。

本発明の実施の形態１に係る磁気式スイッチの構成を示す図である。 本発明の実施の形態１に係る磁気式スイッチの磁気センサ部を説明するための図である。 （ａ）〜（ｃ）は、本実施の形態１に係る磁気式スイッチのスイッチング信号出力を説明するための図である。 本発明の実施の形態２に係る磁気式スイッチの構成を示す図である。 （ａ）〜（ｃ）は、本実施の形態２に係る磁気式スイッチのスイッチング信号出力を説明するための図である。 本発明の実施の形態３に係る磁気式スイッチの構成を示す図である。 本発明の実施の形態３に係る磁気式スイッチの磁気センサ部を説明するための図である。 本実施の形態３に係る磁気式スイッチのスイッチング信号出力を説明するための図である。

符号の説明

１ 磁気センサ部
２ スイッチング出力部
３ 発振回路
１１，１２ ＭＲセンサ
１３，１４ 固定抵抗
１５，１６ ホールセンサ
１７，１８，２１，２２，２８ 比較器
１９，２０ 磁気飽和センサ
２７ 検波部
２９ 出力部
１１１，１２１ 軟磁性部材
１１１ａ，１２１ａ，１９１ａ くびれ部
１２１，１２２ ＭＲ素子
１９１，２０１ 磁性部材
１９２，２０２ コイル

Claims (4)

1. 飽和磁束密度が異なる少なくとも２つの磁気センサを有するセンサ手段と、少なくとも一つの磁気センサの磁束密度が飽和した際に、磁束密度が飽和した磁気センサと磁束密度が飽和していない磁気センサとの間の出力電圧の差分に基づいてスイッチング信号を出力するスイッチング信号出力手段と、を具備することを特徴とする磁気式スイッチ。
2. 前記スイッチ手段は、スイッチをＯＮにする第１判定閾値と、スイッチをＯＦＦにする第２判定閾値とを有することを特徴とする請求項１記載の磁気式スイッチ。
3. 前記磁気センサは、一対の軟磁性部材と、前記一対の軟磁性部材に挟持された磁気検出素子と、を有することを特徴とする請求項１又は請求項２記載の磁気式スイッチ。
4. 前記磁気検出素子は、磁気抵抗効果素子、ホール素子及び磁気飽和素子からなる群より選ばれた一つであることを特徴とする請求項３記載の磁気式スイッチ。

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