JP2014092394A

JP2014092394A - 磁気検出装置

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Publication number: JP2014092394A
Application number: JP2012241740A
Authority: JP
Inventors: Junya Tanigawa; 純也谷川; Hiroki Sugiyama; 洋貴杉山; Makoto Ishii; 真石居
Original assignee: Yazaki Corp
Current assignee: Yazaki Corp
Priority date: 2012-11-01
Filing date: 2012-11-01
Publication date: 2014-05-19
Anticipated expiration: 2032-11-01
Also published as: JP6223674B2

Abstract

【課題】大型化及び高コスト化を抑制することが可能な磁気検出装置を提供する。
【解決手段】磁気検出装置１は、磁気インピーダンス素子１２に交流電流を印加して得られる出力から磁界の強さを検出するものであって、磁気インピーダンス素子１２をコアとして巻き回され、磁気インピーダンス素子１２に負帰還磁界を印加すると共に、磁気インピーダンス素子１２にバイアス磁界を印加するための単一の負帰還バイアスコイル１４を備えている。
【選択図】図１

Description

本発明は、磁気検出装置に関する。

従来、磁気インピーダンス素子を用いた磁気検出装置が提案されている。この磁気検出装置では、磁気インピーダンス素子の動作点をあわせるためのバイアス用コイルと、ワイドレンジを実現するために負帰還を施すための負帰還コイルとを備えている。特に、この磁気検出装置では、磁気インピーダンス素子とバイアス用コイルと負帰還コイルとを樹脂成型によりケース内で一体化した構成となっているため、磁気抵抗を低減することができ低消費電力とすることができる（特許文献１参照）。

特開２００２−３６５３５０号公報

しかし、特許文献１に記載の磁気検出装置は、磁気インピーダンス素子の近辺に、バイアス用コイルと負帰還コイルという複数のコイルを別々に備える必要があるため、大型化及び高コスト化を招いてしまう。

本発明はこのような従来の課題を解決するためになされたものであり、その目的とするところは、大型化及び高コスト化を抑制することが可能な磁気検出装置を提供することにある。

本発明の磁気検出装置は、磁気インピーダンス素子、磁気抵抗素子、及びトンネル磁気抵抗素子のいずれか１つの素子に交流電流を印加して得られる出力から磁界の強さを検出するものであって、前記素子をコアとして巻き回され、当該素子に負帰還磁界を印加すると共に、当該素子にバイアス磁界を印加するための単一の負帰還バイアスコイルを備えることを特徴とする。

本発明の磁気検出装置によれば、素子をコアとして巻き回され、当該素子に負帰還磁界を印加すると共に、当該素子にバイアス磁界を印加するための単一の負帰還バイアスコイルを備えるため、負帰還コイルとバイアスコイルとを別々に備える場合と比較して、大型化及び高コスト化を抑制することができる。

また、本発明の磁気検出装置において、上記出力を入力してデジタル出力するマイコンをさらに備え、マイコンは、前記負帰還バイアスコイルにバイアス磁界を印加するための電圧を発生させることが好ましい。

この磁気検出装置によれば、負帰還バイアスコイルにバイアス磁界を印加するための電圧をマイコンから発生させるため、バイアス用駆動部を備える必要が無く、一層構成を簡素化して大型化及び高コスト化を抑制することができる。

また、本発明の磁気検出装置において、上記出力と前記マイコンからの電圧とを加算する加算回路をさらに備え、加算回路の出力が負帰還バイアスコイルに印加されることが好ましい。

この磁気検出装置によれば、交流電流を印加して得られる出力とマイコンからの電圧とを加算回路にて加算し、加算回路の出力を負帰還バイアスコイルに印加するため、１つのコイルに合成された電圧を印加することができ、構成部品の増加を抑えて故障原因（故障要因）の増加を抑えることができる。

本発明によれば、大型化及び高コスト化を抑制することが可能な磁気検出装置を提供することができる。

本発明の実施形態に係る磁気検出装置の回路例を示すブロック図である。磁気インピーダンス素子の出力波形の一例を示すグラフであって、零磁界のときの出力波形を示している。アンプの出力波形及びフィルタの出力波形を示すグラフであって、零磁界のときの出力波形を示している。磁気インピーダンス素子の出力波形の一例を示すグラフであって、所定の外部磁界が発生しているときの出力波形を示している。アンプの出力波形及びフィルタの出力波形を示すグラフであって、所定の外部磁界が発生しているときの出力波形を示している。加算回路の出力波形を示すグラフであって、図４及び図５に示したグラフと同じ強さの外部磁界が発生しているときの出力波形を示している。反転増幅器の出力波形を示すグラフであって、図４及び図５に示したグラフと同じ強さの外部磁界が発生しているときの出力波形を示している。

以下、本発明の好適な実施形態を図面に基づいて説明するが、本発明は該実施の形態に限られない。図１は、本発明の実施形態に係る磁気検出装置の回路例を示すブロック図である。図１に示す磁気検出装置１は、磁界の強さを検出するものであって、例えば電流センサ、方位センサ、トルクセンサ及び回転角センサの一要素として用いられるものである。このような磁気検出装置１は、発振回路１０と、抵抗Ｒと、磁気インピーダンス素子１２と、負帰還バイアスコイル１４とを備えている。

発振回路１０は、磁気インピーダンス素子１２を駆動するための交流電圧の発生源であって、水晶振動子を含んで構成されている。また、発振回路１０からの交流電圧は抵抗Ｒを介して抵抗Ｒと直列接続される磁気インピーダンス素子１２に印加される。磁気インピーダンス素子１２は、磁気インピーダンス効果を有するものであって、例えば零磁歪アモルファス磁性体や磁性薄膜によって構成されている。負帰還バイアスコイル１４は、磁気インピーダンス素子１２に巻き回されるコイルである。なお、磁気インピーダンス効果とは、例えば高周波電流を通電したときに、周回方向の透磁率が外部磁界の印加により大幅に変化することに起因して表皮深さが変化することにより、インピーダンスが変化する現象である。

また、磁気検出装置１は、検波回路１６と、アンプ１８と、フィルタ２０と、非反転増幅器２２と、マイコン２４とを備えている。検波回路１６は、抵抗Ｒと磁気インピーダンス素子１２との接続点の電圧、すなわち両者の分圧を検出するものである。なお、この検波回路１６は、所定電圧以上のみをピックアップする。検波回路１６からの出力は、アンプ１８を通じてフィルタ２０に至る。フィルタ２０は、ローパスフィルタである。

非反転増幅器２２は、フィルタ２０を通した電圧信号を非反転状態で増幅し、マイコン２４に供給するものである。マイコン２４は、非反転増幅器２２からアナログの電圧信号を入力すると、Ａ／Ｄ変換してデジタルの電圧信号として出力するものである。

ここで、本実施形態に係る磁気検出装置１は、磁気インピーダンス素子１２の動作点を決定するために負帰還バイアスコイル１４にバイアス電圧が印加されると共に、ワイドレンジを実現するために負帰還回路が組まれている。以下、これらの点について説明する。

磁気検出装置１は、フィルタ２６と、加算回路２８と、反転増幅器３０とを備えている。ここで、本実施形態においてマイコン２４は、負帰還バイアスコイル１４にバイアス磁界を印加するためのパルス電圧を発生させている。フィルタ２６は、マイコン２４からのパルスを正弦波に変換するものである。

フィルタ２６から正弦波は、加算回路２８及び反転増幅器３０を通じて負帰還バイアスコイル１４に印加される。これにより、磁気インピーダンス素子１２にはバイアス磁界が発生して動作点が決定することとなる。

また、非反転増幅回路２２からマイコン２４に入力されるアナログの電圧信号は加算回路２８に入力する。加算回路２８は、上記バイアス電圧とアナログの電圧信号とを加算して反転増幅器３０に供給する。反転増幅器３０ではアナログの電圧信号が反転増幅され、負帰還バイアスコイル１４に印加される。これにより、負帰還が実現されてワイドレンジを実現することができる。なお、外部磁界と負帰還バイアスコイル１４による磁界が同方向であると考えた場合には、図１に示すように反転増幅器３０が用いられるが、負帰還バイアスコイル１４を逆巻きにした場合には、反転増幅器３０に代えて非反転増幅器３０が用いられる。

このように、本実施形態に係る磁気検出装置１は、バイアス及び負帰還を単一の負帰還バイアスコイル１４にて実現している。よって、負帰還コイルとバイアスコイルとを別々に備える場合と比較して、大型化及び高コスト化を抑制することができる。

次に、本実施形態に係る磁気検出装置１の動作を説明する。まず、発振回路１０からの高周波電圧が磁気インピーダンス素子１２に印加される。ここで印加される高周波の振幅は±１Ｖｐｐであるとする。

また、負帰還バイアスコイル１４には、上記したように交流のバイアス電圧が印加されている。よって、磁気インピーダンス素子１２の出力（すなわち点Ａにおける波形）は、図２に示すようになる。なお、以下に示す図２では「磁界Ｈ＝０バイアス周波数」の波形は実際に点Ａで観測されていないが、説明の便宜上、「磁界Ｈ＝０バイアス周波数＋バイアス周波数」の波形の説明を分かり易くするため、図示するものとする。

図２は、磁気インピーダンス素子１２の出力波形の一例を示すグラフであって、零磁界のときの出力波形を示している。図２に示すように、交流のバイアス周波数の基準電圧が２．５Ｖであるとすると、磁気インピーダンス素子１２の出力は２．５Ｖの正弦波に振幅が±１Ｖとする高周波が重畳した状態となる。

検波回路１６は、図２に示した出力のうち、例えば２．５Ｖ以上のみをピックアップし、フィルタ１８は最大値を抽出する。このため、各波形（点Ｂ，Ｃにおける波形）は、図３に示すようになる。なお、点Ｂにおける波形は、分かりやすくするために高周波成分をカットした状態で示すものとする。また、本実施形態において検波回路１６は半波整流回路又は全波整流回路が考えられるため、上記動作を示すが、検波回路１６の構成は上記に限られるものではない。

図３は、アンプ１８の出力波形及びフィルタ２０の出力波形を示すグラフであって、零磁界のときの出力波形を示している。本実施形態では検波回路１６により２．５Ｖ以上がピックアップされるため、図３に示すように、点Ｂにおける波形は２．５Ｖ未満がカットされた状態となり、フィルタ後の点Ｃにおける波形は３．５Ｖとなる。

マイコン２４は、上記した３．５Ｖのアナログの電圧信号を入力する。そして、マイコン２４は、３．５Ｖのデジタルの電圧信号を出力することとなる。その後、他のマイコン等により３．５Ｖの電圧に基づいて外部磁界の強さが求められることとなる。

一方、所定の磁界が発生している場合には、上記図２及び図３に示した波形は以下のように変化する。なお、以下に示す図４では「磁界Ｈ≠０バイアス周波数」の波形は実際に点Ａで観測されていないが、説明の便宜上、「磁界Ｈ≠０バイアス周波数＋バイアス周波数」の波形の説明を分かり易くするため、図示するものとする。

図４は、磁気インピーダンス素子１２の出力波形の一例を示すグラフであって、所定の外部磁界が発生しているときの出力波形を示している。図４に示すように、所定の外部磁界が発生している場合、外部磁界の影響を受けて磁気インピーダンス素子１２のインピーダンスが変化することにより、点Ａにおける出力波形が例えば＋０．５Ｖオフセットする。

図５は、アンプ１８の出力波形及びフィルタ２０の出力波形を示すグラフであって、所定の外部磁界が発生しているときの出力波形を示している。点Ａにおける出力波形が例えば＋０．５Ｖオフセットすることから、図５に示すように、点Ｂ及び点Ｃにおける出力波形についても＋０．５Ｖオフセットし、非反転増幅器２２からは４．０Ｖのアナログの電圧信号が出力される。

マイコン２４は、上記した４．０Ｖのアナログの電圧信号を入力し、４．０Ｖのデジタルの電圧信号を出力することとなる。その後、他のマイコン等により４．０Ｖの電圧に基づいて外部磁界の強さが求められることとなる。

さらに、マイコン２４はパルスを発生させる。パルスはフィルタ２６を通じて正弦波に変換され、加算回路２８に入力される。また、非反転増幅器２２から出力されたアナログの電圧信号についても加算回路２８に入力される。そして、加算回路２８において正弦波とアナログの電圧信号とが加算される。

図６は、加算回路２８の出力波形を示すグラフであって、図７は、反転増幅器３０の出力波形を示すグラフである。なお、図６及び図７では、図４及び図５に示したグラフと同じ強さの外部磁界が発生しているときの出力波形を示している。図６に示すように、加算回路２８からの出力波形（すなわち点Ｄにおける波形）は、基準電圧を４Ｖとし、その振幅が±１Ｖとなっている。このような波形が図７に示すように反転増幅された波形（すなわち点Ｅにおける波形）となり、負帰還バイアスコイル１４に印加されることとなる。

このようにして、本実施形態に係る磁気検出装置１によれば、磁気インピーダンス素子１２をコアとして巻き回され、磁気インピーダンス素子１２に負帰還磁界を印加すると共に、磁気インピーダンス素子１２にバイアス磁界を印加するための単一の負帰還バイアスコイル１４を備えるため、負帰還コイルとバイアスコイルとを別々に備える場合と比較して、大型化及び高コスト化を抑制することができる。

また、負帰還バイアスコイル１４にバイアス磁界を印加するための電圧をマイコン２４から発生させるため、バイアス用駆動部を備える必要が無く、一層構成を簡素化して大型化及び高コスト化を抑制することができる。

また、交流電流を印加して得られる出力とマイコン２４からの電圧とを加算回路２８にて加算し、加算回路２８の出力を負帰還バイアスコイル１４に印加するため、１つのコイルに合成された電圧を印加することができ、別々に電圧を印加した場合のように製品として問題が発生してしまう事態を防止することができる。

以上、実施形態に基づき本発明を説明したが、本発明は上記実施形態に限られるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、変更を加えてもよい。

例えば、本実施形態に係る磁気検出装置１は、磁気インピーダンス素子１２を備えているが、これに限らず、交流駆動を利用する磁気抵抗素子、及びトンネル磁気抵抗素子であってもよい。

さらに、本実施形態に係る磁気検出装置１において負帰還バイアスコイル１４に印加されるバイアス電圧は交流であるが、直流であってもよい。

１…磁気検出装置
１０…発振回路
１２…磁気インピーダンス素子
１４…負帰還バイアスコイル
１６…検波回路
１８…アンプ
２０…フィルタ
２２…非反転増幅器
２４…マイコン
２６…フィルタ
２８…加算回路
３０…反転増幅器
Ｒ…抵抗

Claims

磁気インピーダンス素子、磁気抵抗素子、及びトンネル磁気抵抗素子のいずれか１つの素子に交流電流を印加して得られる出力から磁界の強さを検出する磁気検出装置であって、
前記素子をコアとして巻き回され、当該素子に負帰還磁界を印加すると共に、当該素子にバイアス磁界を印加するための単一の負帰還バイアスコイルを備える
ことを特徴とする磁気検出装置。
前記出力を入力してデジタル出力するマイコンをさらに備え、
前記マイコンは、前記負帰還バイアスコイルにバイアス磁界を印加するための電圧を発生させる
ことを特徴とする請求項１に記載の磁気検出装置。
前記出力と前記マイコンからの電圧とを加算する加算回路をさらに備え、
前記加算回路の出力が負帰還バイアスコイルに印加される
ことを特徴とする請求項２に記載の磁気検出装置。