JP2011516873A - 平面内の磁界方向を測定する磁界センサ及び電流センサ - Google Patents
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Abstract
【選択図】図4
Description
・各々が、リング型導電ウエルと、
リング型ウエルに沿って互いに等距離に設置され、リング型ウエルと接触する、少なくとも8個の所定数Nの等寸法の接点と、
少なくとも1つの電流源と、を含む第一の検出構造と第二の検出構造と;
・少なくとも1つの電流源;
・各処理ブロックが、差電圧増幅器、バンドパス・フィルタ、及びコンパレータを含み、第一と第二の処理ブロックの出力が、排他的ORゲートの第一又は第二の入力へ、直接又は間接的に結合される、第一のホール電圧処理用第一の処理ブロック、第二のホール電圧処理用第二の処理ブロック、及び第一の第二の入力を有する排他的ORゲート;
・第一の検出構造の接点と関係する第一の複数電子スイッチと、第二の検出構造の接点と関係する第二の複数電子スイッチと、を含む切り替えブロック;
・第一の検出構造の複数接点の中の所定数の接点が、1回転当たり所定数のステップで、第一の検出構造のリング型ウエルに沿って、時計方向へ動く第一のホール素子を形成するように、及び第二の検出構造の複数接点の中の所定数の接点が、1回転当たり同一の所定数のステップで、第二の検出構造のリング型ウエルに沿って反時計方向へ動く第二のホール素子を形成するように、切り替えブロックのスイッチを開閉するための所定のタイムスケジュールに従うクロック信号を提供し、第一と第二のホール素子は、少なくとも1つの電流源から電流が供給され、各少なくとも1つのホール電圧を処理ブロックへ供給する、タイミング回路と、を含む電子回路。
V1:第一の差電圧増幅器5Aの出力に現れる電圧
V2:第一のバンドパス・フィルタ10Aの出力に現れる電圧
V3:第一のコンパレータ11Aの出力に現れる電圧
V4:第二の差電圧増幅器5Bの出力に現れる電圧
V5:第二のバンドパス・フィルタ10Bの出力に現れる電圧
V6:第二のコンパレータ11Bの出力に現れる電圧
V7:排他的ORゲート12の出力に現れる電圧
電圧V2とV5は以下で与えられる。
V2=A1×S1×B×IH1×cos(2πft−α)
V5=A2×S2×B×IH2×cos(2πft+α)
V7=幅α/(πf)の長方形パルス
ここで、αはxy平面内の磁界がx軸となす角度を表わし、fは周波数=単位時間当たりのホール素子の回転数、A1とA2は増幅器5Aと5Bの増幅率(ゲイン)を表し、S1とS2は検出構造1Aと1Bの感度を表し、IH1とIH2は、それぞれ検出構造1Aと1Bを流れる電流を表す。Tは1/fである。処理ブロック9Aと9Bは、好ましくはA1=A2になるように適合される。感度はS1=S2で同じである。この好ましい角度センサ8は、排他的ORゲート12の出力に現れるパルスが増幅器5Aと5Bのゲインと温度ドリフトに無関係であるという利点を有する。
V2=A1×S1×B×IH1×cos(2πft−α+φ1)
V5=A2×S2×B×IH2×cos(2πft+α+φ2)
となり、パルス幅α/(πf)は、もしφ1=φ2ならば遅延に無関係である。φ1=φ2とするため、例えばホール素子の各完全1回転後に、2つの処理ブロック9Aと9Bを周期的に入れ替えることが望ましい。図6は処理ブロック9Aと9Bの前に設置される少なくとも1つの更なる切り替えブロック13、又は処理ブロック9Aと9Bの前後に設置される2つの更なる切り替えブロック13と14を有する角度センサ8を示す。切り替えブロック13と14は、処理ブロック9Aと9Bを周期的に入れ替える。この例で、処理ブロック9Aと9Bの出力は、切り替えブロック14を介して排他的ORゲート12の入力へ間接的に結合される。
tanα=BP/Bref=k1xIP/(k2xIref)
ここでk1とk2は、それぞれ真空透磁率、及び導体15とコイル17の寸法に依存する定数である。コイル17を流れる電流Irefは、例えば一定の基準電圧Vrefを供給する電圧源である電流源18と以下の基準抵抗Rrefで生成され、
Iref=Vref/Rref
これにより以下が得られる。
Ip=k2xVref/(k1xRref)xtanα
排他的ORゲート12の出力は、幅(又は長さ)α/(πf)のパルスを供給する。値tanαは、例えば参照表と組み合わせて、デジタルブロック又はA/Dコンバータの使用により異なる方法等で決定することができる。図8は、角度αの関数としてtanαを生成するため、パルス幅変調信号V7のパルス幅α/(πf)を使用するアナログ回路を使用した,好ましい方法を示す。図8はアナログ回路といくつかの線図を示す。
次に図4に示す回路の電圧V2、V5及びV7は、次に以下のようになる。
V2=A1×S1×B×IH1×cos(2πft−π/4−α1)
V5=A2×S2×B×IH2×cos(2πft−π/4+α1)
V7=幅α1/(πf)の長方形パルス
上記で
tanα1=BP/(hxBref)
又は、
IP=hxk2/(k1xIref)xtanα1
従って図4と8で示す回路は、個々の増幅率及び/又は上記のようなホール素子を流れる電流、及び電圧V7のパルスに対する積分器20の修正スケーリングを有する、N/2=4ステップのホール素子を回転させるような僅かの修正で、この場合にも使用することができる。しかし、好適実施例で、サンプルホ−ルド回路21の演算増幅器25の増幅率は、係数hだけ増加し、そのため、サンプルホ−ルド回路21の出力の電圧V9は、以下のようになる。
V9=k2/k1xIref
1A:第1の検出構造
1B:第2の検出構造
2:リング型導電ウエル
3:接点
4、18:電流源
4A:第1の電流源
4B:第2の電流源
5A、5B:差電圧増幅器
6A、6B:切り替えブロック
7:タイミング回路
8:角度センサ
9A、9B:処理ブロック
10A、10B:バンドパス・フィルタ
11B、11A:コンパレータ
12:排他的ORゲート
13、14:切り替えブロック
15:導体
16:矢印
17:コイル
19:導体トラック
20:積分器
21:サンプルホールド回路
22:第1のスイッチ
23:電圧源
24、25:演算増幅器
26:第2のスイッチ
Claims (10)
- 平面内の磁界の方向を測定するための磁界センサであって:
各々が、リング型導電ウエル(2)と、及び、前記リング型導電ウエル(2)に沿って、及び前記リング型導電ウエル(2)に接触して、互いに等距離に設置される、同一寸法の所定数Nの少なくとも8個の接点(3)と、を含む第1の検出構造と第2の検出構造、および
少なくとも1つの電流源(4)と、
各処理ブロック(9A,9B)は、差電圧増幅器(5A,5B)、バンドパス・フィルタ(10A,10B)、及びコンパレータ(11A,11B)を含み、第1と第2の処理ブロック(9A,9B)の出力は、前記排他的ORゲート(12)の第1と第2の入力へ直接または間接的に結合される、第1のホール電圧を処理するための第1の処理ブロック(9A)、第2のホール電圧を処理するための第2の処理ブロック(9B)、及び第1と第2の入力を有する排他的ORゲート(12)と、
第1の検出構造(1A)の接点(3)と関係する第1の複数電子スイッチと、前記第2の検出構造(1B)の接点(3)と関係する第2の複数電子スイッチと、を含む切り替えブロック(6)と、
前記第1の検出構造(1A)の所定数の接点(3)の複数接点(3)が、1回転当たり所定数のステップで第1の検出構造(1A)のリング型ウエル(2)に沿って時計方向へ動く第1のホール素子を形成するように、および前記第2の検出構造(1B)の所定数の接点(3)の複数接点(3)が、1回転当たり同一所定数のステップで第2の検出構造(1B)のリング型ウエル(2)に沿って反時計方向へ動く第2のホール素子を形成するように、所定のタイムスケジュールにより、切り替えブロック(6A)と(6B)のスイッチを開閉するためのクロック信号を提供するタイミング回路(7)と、を含み、
前記第1と第2のホール素子は、少なくとも1つの電流源(4)から電流を供給され、前記処理ブロック(9A,9B)の各々へ少なくとも1つのホール電圧を供給する、
電子回路、を含む磁界センサ。 - 接点の数Nは8であり、
第1の切り替えブロック(6A)は、各ステップで、前記第1の検出構造(1A)の8個の接点(3)は、全て前記少なくとも1つの電流源(4)へ、または前記処理ブロック(9A,9B)の1つへ直接または間接的に、接続されるように、前記第1の複数電子スイッチを開閉するように適合され、
前記第2の切り替えブロック(6B)は、各ステップで、前記第2の検出構造(1B)の8個の接点(3)が、全て前記少なくとも1つの電流源(4)へ、または処理ブロック(9A,9B)の1つへ直接または間接的に、接続されるように、前記第2の複数電子スイッチを開閉するように適合される、請求項1に記載の磁界センサ。 - 前記切り替えブロック(6A,6B)は、1回転が8ステップから構成されるそれらそれぞれのリング型ウエルに沿って、前記第1のホール素子と前記第2のホール素子を移動させるように構成される、請求項2に記載の磁界センサ。
- 前記切り替えブロック(6A,6B)は、1回転が4ステップから構成されるそれらそれぞれのリング型ウエルに沿って、前記第1のホール素子と前記第2のホール素子を移動させるように構成される、請求項2に記載の磁界センサ。
- 各ステップは、電流を供給するための接点と、それぞれのホール電圧を測定するための接点が、回転電流法により入れ替わる、2つ又は4つのサブステップを含む、請求項3又は4に記載の磁界センサ。
- 前記第1と第2の処理ブロック(9A,9B)を交互に入れ替えるための少なくとも1つの更なる切り替えブロック(13、14)をさらに含む、請求項1〜5のいずれか1項に記載の磁界センサ。
- 請求項1〜6のいずれか1項に記載の磁界センサと、コイル(17)及び前記コイル(17)へ基準電流を供給する電流源(18)と、を含み、前記コイル(17)の巻線は、前記1次電流により生成される1次磁界と、前記基準電流により生成される基準磁界が、ゼロとは異なる角度βをなすように、前記1次電流の方向に向けられる、導体(15)を通して流れる1次電流を測定するための電流センサであって、前記1次電流に比例する出力信号を生成する前記排他的ORゲート(12)の出力へ結合される電子回路を更に含む電流センサ。
- 前記電子回路は、前記正接関数に比例する出力信号を生成するように構成される積分器(20)を含み、前記積分器(20)は、演算増幅器(24)、M個のスイッチ(Φ1〜ΦM)と抵抗(R1〜RM)、およびキャパシタ(C1)を含み、M個のスイッチ(Φ1〜ΦM)と抵抗(R1〜RM)は、電圧源(23)へ接続されるスイッチの1つの端子と、前記演算増幅器(24)の入力へ接続される抵抗の1つの端子と、を有する直列に配置される1つのスイッチと1つの抵抗の並列セットとして配置される、請求項7に記載の電流センサ。
- 前記角度βは約90°になり、前記増幅器(5A,5B)の個々の増幅率、及び/又は前記ホール素子を流れる個々の電流は、各ステップで与えられる、請求項7又は8に記載の電流センサ。
- 前記第1の検出構造(1A)の接点(3)の数は8であり、前記第2の検出構造(1B)の接点(3)の数は8であり、1回転当たりの所定ステップ数は4である、請求項9に記載の電流センサ。
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