JP2020094914A - Flux gate type magnetic sensor - Google Patents

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Abstract

To provide a self-excited flux gate type magnetic sensor capable of not only detecting disconnection of detection coils, but also continuing magnetism detection operation.SOLUTION: A flux gate type magnetic sensor 1 includes: a magnetic sensor element 10 for detecting a magnetic field; a self-oscillation circuit 20 connected to the magnetic sensor element 10; a frequency detection circuit 30 for detecting an oscillatory frequency of the self-oscillation circuit 20; and an abnormality detection circuit 40 for detecting that the oscillatory frequency is lower than a predetermined threshold. The magnetic sensor element 10 includes a plurality of detection coils 12A, 12B connected in parallel.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、フラックスゲート型磁気センサに関し、特に磁気センサ素子の構造及びその異常を検出する方法に関する。 The present invention relates to a fluxgate type magnetic sensor, and more particularly to a structure of a magnetic sensor element and a method for detecting an abnormality thereof.

電流センサや電子コンパスに用いられる磁気センサとして、磁気コアにコイル状配線を巻き回して構成されたフラックスゲート型磁気センサが知られている。 2. Description of the Related Art As a magnetic sensor used for a current sensor or an electronic compass, a fluxgate type magnetic sensor configured by winding a coiled wire around a magnetic core is known.

従来のフラックスゲート型磁気センサにおいてコイル状配線が断線した場合、出力劣化過程を経ず直ちに出力を失うため、故障予知が困難である。このような問題を解決するため、例えば特許文献1には、並列接続された励磁コイルの抵抗を監視することによって励磁コイルの断線の検出を可能にしたフラックスゲート型磁気センサが記載されている。 In the conventional fluxgate type magnetic sensor, when the coil-shaped wiring is broken, the output is immediately lost without going through the output deterioration process, and thus failure prediction is difficult. In order to solve such a problem, for example, Patent Document 1 describes a fluxgate magnetic sensor capable of detecting the disconnection of the exciting coils by monitoring the resistance of the exciting coils connected in parallel.

特開2016−194453号公報JP, 2016-194453, A

しかしながら、特許文献1に記載された従来のフラックスゲート型磁気センサは、励磁コイルの断線を検出することはできるが、検出コイルの断線を検出することはできず、自励式には適用することができない。またフラックスゲート型磁気センサの用途によっては、故障によって完全に停止することなく磁気検出動作を継続できることが求められており、フラックスゲート型磁気センサの信頼性の向上が求められている。 However, the conventional fluxgate type magnetic sensor described in Patent Document 1 can detect the disconnection of the exciting coil, but cannot detect the disconnection of the detecting coil, and thus can be applied to the self-excited type. Can not. Further, depending on the application of the fluxgate magnetic sensor, it is required that the magnetic detection operation can be continued without being completely stopped due to a failure, and improvement in reliability of the fluxgate magnetic sensor is required.

したがって、本発明の目的は、検出コイルの断線を検出できるだけでなく磁気検出動作を継続することが可能な自励式のフラックスゲート型磁気センサを提供することにある。 Therefore, it is an object of the present invention to provide a self-excited fluxgate type magnetic sensor that can detect a disconnection of a detection coil and can continue a magnetic detection operation.

上記課題を解決するため、本発明によるフラックスゲート型磁気センサは、磁場を検出する磁気センサ素子と、前記磁気センサ素子に接続された自励発振回路と、前記自励発振回路の発振周波数を検出する周波数検出回路と、前記発振周波数が所定の閾値を下回ったことを検出する異常検出回路とを備え、前記磁気センサ素子は、並列接続された複数の検出コイルを含むことを特徴とする。 In order to solve the above problems, a fluxgate type magnetic sensor according to the present invention detects a magnetic sensor element for detecting a magnetic field, a self-excited oscillation circuit connected to the magnetic sensor element, and an oscillation frequency of the self-excited oscillation circuit. And a malfunction detecting circuit for detecting that the oscillation frequency is below a predetermined threshold, and the magnetic sensor element includes a plurality of detecting coils connected in parallel.

本発明によれば、自励式であっても検出コイルの断線を検出することができる。また、検出コイルを分割することによって冗長構成とすることができ、検出コイルの一つが断線した場合でも残りの検出コイルを用いて磁気検出動作を継続できるため、磁気検出動作の完全な停止を回避することができ、フラックスゲート型磁気センサの信頼性が高めることができる。 According to the present invention, disconnection of the detection coil can be detected even if it is a self-excited type. In addition, the detection coil can be divided into a redundant configuration, and even if one of the detection coils is disconnected, the remaining detection coils can be used to continue the magnetic detection operation, avoiding a complete stop of the magnetic detection operation. Therefore, the reliability of the fluxgate magnetic sensor can be improved.

本発明において、前記自励発振回路は、前記異常検出回路が前記警報信号を出力していない正常時において第1の閾値電圧を用いて自励発振動作を行い、前記異常検出回路が前記警報信号を出力している異常時において前記第1の閾値電圧と異なる第2の閾値電圧を用いて自励発振動作を行うことが好ましい。自励発振回路において極性の切り替えに用いる閾値電圧を異常検出の有無に応じて変えることで、異常時のときの磁場の検出感度を調整することができ、フラックスゲート型磁気センサの出力の信頼性を高めることができる。 In the present invention, the self-excited oscillation circuit performs a self-excited oscillation operation using a first threshold voltage during normal operation when the abnormality detection circuit does not output the alarm signal, and the abnormality detection circuit causes the alarm signal to be generated. It is preferable to perform the self-excited oscillation operation using a second threshold voltage different from the first threshold voltage in the abnormal state in which is output. By changing the threshold voltage used for switching the polarity in the self-excited oscillation circuit according to the presence/absence of abnormality detection, the detection sensitivity of the magnetic field at the time of abnormality can be adjusted, and the reliability of the output of the fluxgate magnetic sensor can be adjusted. Can be increased.

前記複数の検出コイルの磁気結合定数は+0.8以下であることが好ましい。磁気結合係数が+0.8以下であれば、磁気センサ素子が複数の検出コイルの並列回路からなる場合でも磁場の変化を検出することができる。 The magnetic coupling constants of the plurality of detection coils are preferably +0.8 or less. When the magnetic coupling coefficient is +0.8 or less, it is possible to detect a change in magnetic field even when the magnetic sensor element is composed of a parallel circuit of a plurality of detection coils.

前記磁気センサ素子は、前記検出コイルを3つ以上有し、各検出コイルは相互インダクタンスが同一となるように配置されていることが好ましい。この場合において、前記複数の検出コイルは、円周上に等間隔で配置されており、前記複数の検出コイルのコイル軸は、同一平面上に配置されていてもよい。あるいは、前記複数の検出コイルは、そのコイル軸が互いに平行となるように配置されていてもよい。この構成によれば、3つ以上の検出コイルを用いて磁気センサ素子を構成することができ、磁気センサ素子を構成する検出コイルの冗長性をさらに高めることができる。 It is preferable that the magnetic sensor element has three or more detection coils, and the detection coils are arranged so that mutual inductance is the same. In this case, the plurality of detection coils may be arranged at equal intervals on the circumference, and the coil axes of the plurality of detection coils may be arranged on the same plane. Alternatively, the plurality of detection coils may be arranged such that their coil axes are parallel to each other. With this configuration, the magnetic sensor element can be configured by using three or more detection coils, and the redundancy of the detection coils that configure the magnetic sensor element can be further enhanced.

このように、本発明によれば、検出コイルの断線を検出できるだけでなく磁気検出動作を継続することが可能な自励式のフラックスゲート型磁気センサを提供することができる。 As described above, according to the present invention, it is possible to provide a self-excited fluxgate magnetic sensor capable of not only detecting the disconnection of the detection coil but also continuing the magnetic detection operation.

図1は、本発明の第1の実施の形態によるフラックスゲート型磁気センサの構成を概略的に示すブロック図である。FIG. 1 is a block diagram schematically showing the configuration of a fluxgate magnetic sensor according to the first embodiment of the present invention. 図2は、自励発振回路の発振電圧及び磁気センサ素子に流れる電流(シャント電圧)を示す波形図である。FIG. 2 is a waveform diagram showing the oscillation voltage of the self-excited oscillation circuit and the current (shunt voltage) flowing through the magnetic sensor element. 図3は、断線前後における磁気センサ素子のインダクタンスの変化を説明するための図であって、(a)は断線前(正常時)、(b)は断線後をそれぞれ示している。FIG. 3 is a diagram for explaining a change in the inductance of the magnetic sensor element before and after disconnection, where (a) shows before disconnection (when normal) and (b) shows after disconnection. 図4は、断線前後における磁気センサ素子のシャント電圧の応答特性を示すグラフである。FIG. 4 is a graph showing the response characteristics of the shunt voltage of the magnetic sensor element before and after disconnection. 図5は、断線後に自励発振回路の極性切り替え基準電圧を変更する場合について説明するための図である。FIG. 5 is a diagram for explaining a case where the polarity switching reference voltage of the self-excited oscillation circuit is changed after disconnection. 図6は、磁気センサ素子10の第1の変形例を示す略平面図である。FIG. 6 is a schematic plan view showing a first modification of the magnetic sensor element 10. 図7は、磁気センサ素子10の第2の変形例を示す略斜視図である。FIG. 7 is a schematic perspective view showing a second modification of the magnetic sensor element 10.

以下、添付図面を参照しながら、本発明の好ましい実施形態について詳細に説明する。 Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

図1は、本発明の第1の実施の形態によるフラックスゲート型磁気センサの構成を概略的に示すブロック図である。 FIG. 1 is a block diagram schematically showing the configuration of a fluxgate magnetic sensor according to the first embodiment of the present invention.

図1に示すように、このフラックスゲート型磁気センサ1は、磁場を検出する磁気センサ素子10と、磁気センサ素子10に接続された自励発振回路20と、自励発振回路20の発振周波数を検出する周波数検出回路30と、周波数検出回路30によって検出された発振周波数が所定の閾値を下回ったことを検出する異常検出回路40とを備えている。 As shown in FIG. 1, the fluxgate magnetic sensor 1 includes a magnetic sensor element 10 for detecting a magnetic field, a self-excited oscillation circuit 20 connected to the magnetic sensor element 10, and an oscillation frequency of the self-excited oscillation circuit 20. A frequency detection circuit 30 for detecting and an abnormality detection circuit 40 for detecting that the oscillation frequency detected by the frequency detection circuit 30 is below a predetermined threshold value are provided.

磁気センサ素子10は、磁気コアに巻回されたコイル状配線からなる複数の検出コイルを用いて構成されたものであり、特に本実施形態による磁気センサ素子10は、磁気コア11A,11Bにそれぞれ巻回された2つの検出コイル12A,12Bの並列回路によって構成されている。2つの検出コイル12A,12Bは自励発振回路20の外側で並列接続されているが、自励発振回路20の内部で並列接続されてもよい。検出コイル12A,12BのインダクタンスLは同一である。 The magnetic sensor element 10 is configured by using a plurality of detection coils composed of coil-shaped wiring wound around a magnetic core. In particular, the magnetic sensor element 10 according to the present embodiment has magnetic cores 11A and 11B, respectively. It is composed of a parallel circuit of two wound detection coils 12A and 12B. Although the two detection coils 12A and 12B are connected in parallel outside the self-excited oscillation circuit 20, they may be connected in parallel inside the self-excited oscillation circuit 20. The inductances L of the detection coils 12A and 12B are the same.

図2は、自励発振回路20の発振電圧及び磁気センサ素子10に流れる電流(シャント電圧)を示す波形図である。 FIG. 2 is a waveform diagram showing the oscillation voltage of the self-excited oscillation circuit 20 and the current (shunt voltage) flowing through the magnetic sensor element 10.

自励発振回路20は、プラス側の定電圧とマイナス側の定電圧を交互に出力する。図2に示すように、プラス側の定電圧が印加された磁気センサ素子10に流れる電流は徐々に増加し、シャント抵抗器を通じて測定される電圧(シャント電圧)も比例して増加する。自励発振回路20はシャント電圧が所定の閾値電圧(+VTH1又は−VTH1)に到達したときに定電圧の極性を切り替える。このような極性切り替え動作を繰り返すことにより、自励発振回路20は発振電圧を出力する。 The self-excited oscillation circuit 20 alternately outputs a positive side constant voltage and a negative side constant voltage. As shown in FIG. 2, the current flowing through the magnetic sensor element 10 to which the constant voltage on the positive side is applied gradually increases, and the voltage measured through the shunt resistor (shunt voltage) also increases proportionally. The self-excited oscillation circuit 20 switches the polarity of the constant voltage when the shunt voltage reaches a predetermined threshold voltage (+V TH1 or −V TH1 ). By repeating such a polarity switching operation, the self-excited oscillation circuit 20 outputs an oscillation voltage.

周波数検出回路30は、自励発振回路20の発振周波数を検出する。例えば外部磁場の影響を受ける場合、プラス側及びマイナス側の定電圧の印加時間のどちらか一方が長くなり、他方が短くなる。例えば図2では、プラス側の定電圧の印加時間T1よりもマイナス側の定電圧の印加時間T2の方が長くなっている。この時間差は外部磁場の大きさに比例する。周波数検出回路30は、プラス側の定電圧の印加時間とマイナス側の定電圧の印加時間との差、つまり発振周波数の歪みの大きさから、外部磁場の大きさを算出することができる。 The frequency detection circuit 30 detects the oscillation frequency of the self-excited oscillation circuit 20. For example, in the case of being affected by the external magnetic field, either one of the positive side and the negative side constant voltage application time becomes long and the other becomes short. For example, in FIG. 2, the negative constant voltage application time T2 is longer than the positive constant voltage application time T1. This time difference is proportional to the magnitude of the external magnetic field. The frequency detection circuit 30 can calculate the magnitude of the external magnetic field from the difference between the application time of the positive side constant voltage and the application time of the negative side constant voltage, that is, the magnitude of the distortion of the oscillation frequency.

異常検出回路40は、周波数検出回路30によって検出された自励発振回路20の発振周波数の大きな変化を監視し、発振周波数が所定の閾値を下回った場合に磁気センサ素子10に断線等の異常が発生したものと判断して警報信号を出力する。 The abnormality detection circuit 40 monitors a large change in the oscillation frequency of the self-excited oscillation circuit 20 detected by the frequency detection circuit 30, and when the oscillation frequency falls below a predetermined threshold, the magnetic sensor element 10 is checked for abnormality such as disconnection. It is judged that it has occurred and an alarm signal is output.

図3は、断線前後における磁気センサ素子10のインダクタンスの変化を説明するための図であって、(a)は断線前(正常時)、(b)は断線後をそれぞれ示している。 FIG. 3 is a diagram for explaining a change in the inductance of the magnetic sensor element 10 before and after the wire breakage, where (a) shows before the wire breaks (when normal) and (b) shows after the wire breakage.

図3(a)及び(b)に示すように、磁気センサ素子10は、第1の検出コイル12Aと第2の検出コイル12Bの並列回路であり、第1及び第2の検出コイル12A,12Bは、第1の検出コイル12Aに電流を流したときに発生する磁界の向きが第2の検出コイル12Bに電流を流したときに発生する磁界の向きと同じになるように配置されている。そのため、第1、第2の検出コイル12A,12B間の相互インダクタンスMはマイナスとなる。 As shown in FIGS. 3A and 3B, the magnetic sensor element 10 is a parallel circuit of the first detection coil 12A and the second detection coil 12B, and the first and second detection coils 12A and 12B. Are arranged so that the direction of the magnetic field generated when a current is passed through the first detection coil 12A is the same as the direction of the magnetic field generated when a current is passed through the second detection coil 12B. Therefore, the mutual inductance M between the first and second detection coils 12A and 12B becomes negative.

第1及び第2の検出コイル12A,12Bの自己インダクタンスをL、相互インダクタンスをM、磁気結合係数をk(ただし−1≦k≦1)とする。図3(a)に示すように、2つの検出コイル12A,12Bが並列回路を構成している正常時の合成インダクタンスLbeforeは次のようになる。 The self-inductance of the first and second detection coils 12A and 12B is L, the mutual inductance is M, and the magnetic coupling coefficient is k (where −1≦k≦1). As shown in FIG. 3A, the combined inductance L before in a normal state in which the two detection coils 12A and 12B form a parallel circuit is as follows.

before=(L+M)/2=(1+k)L/2 L before =(L+M)/2=(1+k)L/2

一方、2つの検出コイル12A,12Bの片方が断線したときの合成インダクタンスLafterは次のようになる。 On the other hand, the combined inductance L after when one of the two detection coils 12A and 12B is broken is as follows.

after=L(>LbeforeL after =L (>L before )

すなわち、磁気センサ素子10の断線後のインダクタンスLafterは、断線前のインダクタンスLbeforeよりも大きくなる。 That is, the inductance L after of the magnetic sensor element 10 after disconnection is larger than the inductance L before before disconnection.

断線によって磁気センサ素子10のインダクタンスが上記のように変化すると、磁気センサ素子10に接続された自励発振回路20の発振周波数も変化する。図4に示すように、正常時(断線前)のシャント電圧の応答特性は比較的急峻であるが、断線後のシャント電圧の変化は、磁気センサ素子10のインダクタンスが増加する影響を受けて比較的緩やかになる。そのため、磁気センサ素子10のシャント電圧が極性切り替え基準電圧VTH1(第1の閾値電圧)に到達するまでの時間t2は、断線前の時間t1よりも長くなる。すなわち、断線後には磁気センサ素子10インダクタンスが増加し、極性の切り替え周期(発振電圧のパルス幅)が広くなり、極性切り替え周波数(発振周波数)が小さくなる。 When the inductance of the magnetic sensor element 10 changes as described above due to the disconnection, the oscillation frequency of the self-excited oscillation circuit 20 connected to the magnetic sensor element 10 also changes. As shown in FIG. 4, the response characteristics of the shunt voltage in the normal state (before the disconnection) are relatively steep, but the change in the shunt voltage after the disconnection is affected by the increase of the inductance of the magnetic sensor element 10 and compared. Becomes gentle. Therefore, the time t2 until the shunt voltage of the magnetic sensor element 10 reaches the polarity switching reference voltage V TH1 (first threshold voltage) becomes longer than the time t1 before the disconnection. That is, after the wire breakage, the inductance of the magnetic sensor element 10 increases, the polarity switching period (pulse width of the oscillation voltage) becomes wider, and the polarity switching frequency (oscillation frequency) becomes smaller.

例えば、磁気結合係数k=−0.5とするとき、断線前のインダクタンスLbefore=0.25Lとなり、断線後のインダクタンスLafter=Lとなり、断線後のインダクタンスLafterは断線前のインダクタンスLbeforeのおおよそ4倍となる。そのため、断線後の発振周波数fafterは、断線前の発振周波数fbeforeのおおよそ1/4(fafter≒fbefore/4)となる。 For example, when the magnetic coupling coefficient k=−0.5, the inductance before disconnection L before =0.25 L, the inductance after disconnection L after =L, and the inductance after disconnection L after is the inductance before disconnection L before It is about 4 times. Therefore, the oscillation frequency f after after disconnection is approximately 1/4 of the oscillation frequency f before before disconnection (f after ≈f before /4).

このように、異常検出回路40は発振周波数の変化から磁気センサ素子10を構成する検出コイルの断線を検出することができる。また、磁気センサ素子10のインダクタンスが変化してもその出力がゼロになることはないので、磁気検出動作を継続することができる。 In this way, the abnormality detection circuit 40 can detect the disconnection of the detection coil forming the magnetic sensor element 10 from the change in the oscillation frequency. Further, even if the inductance of the magnetic sensor element 10 changes, its output does not become zero, so that the magnetic detection operation can be continued.

第1及び第2の検出コイル12A,12B間の磁気結合定数は+0.8以下であることが好ましい。磁気結合係数が1に近いと外部磁場による発振周波数の変化と断線による発振周波数の変化との違いを判別することが困難となる。しかし、磁気結合係数が0.8以下であれば、複数の検出コイルの並列回路で構成された磁気センサ素子を用いて断線による発振周波数の変化を検出することができる。 The magnetic coupling constant between the first and second detection coils 12A and 12B is preferably +0.8 or less. When the magnetic coupling coefficient is close to 1, it becomes difficult to distinguish the difference between the change in the oscillation frequency due to the external magnetic field and the change in the oscillation frequency due to the disconnection. However, if the magnetic coupling coefficient is 0.8 or less, it is possible to detect the change in the oscillation frequency due to the disconnection by using the magnetic sensor element configured by the parallel circuit of the plurality of detection coils.

異常検出回路40が出力した警報信号は自励発振回路20にフィードバックされることが好ましい。図5に示すように、断線後にはシャント電圧が極性切り換え基準電圧(第1の閾値電圧)VTH1に到達するまでの時間(発振周期の約半分)が長くなり、発振周波数が小さくなる。このような状態で外部磁場の大きさを求めた場合には、磁場の大きさの測定誤差が大きくなるおそれがある。そこで、異常検出回路40によって断線が検出された場合には、図5に示すように、極性切り換え基準電圧をVTH1(第1の閾値電圧)からVTH2(第2の閾値電圧)に切り換える。自励発振回路20は、正常時には第1の閾値電圧VTH1を用いて自励発振動作を行うが、異常時には第2の閾値電圧VTH2を用いて自励発振動作を行う。このようにすることで、断線の前後での発振周波数をほぼ一定にすることができ、外部磁場の測定誤差を小さくすることが可能である。なお、異常検出回路40が断線を検出した場合、閾値電圧を変更する以外に、自励発振回路20や周波数検出回路30に含まれる増幅器の増幅率を変更してもよく、出力特性を制御する様々な回路要素に対してフィードバックを行うことができる。 The alarm signal output by the abnormality detection circuit 40 is preferably fed back to the self-excited oscillation circuit 20. As shown in FIG. 5, after the disconnection, the time until the shunt voltage reaches the polarity switching reference voltage (first threshold voltage) V TH1 (about half of the oscillation cycle) becomes long, and the oscillation frequency becomes small. When the magnitude of the external magnetic field is obtained in such a state, the measurement error of the magnitude of the magnetic field may increase. Therefore, when the disconnection is detected by the abnormality detection circuit 40, the polarity switching reference voltage is switched from V TH1 (first threshold voltage) to V TH2 (second threshold voltage) as shown in FIG. The self-excited oscillation circuit 20 performs the self-excited oscillation operation using the first threshold voltage V TH1 when normal, but performs the self-excited oscillation operation using the second threshold voltage V TH2 when abnormal. By doing so, the oscillation frequency before and after the disconnection can be made substantially constant, and the measurement error of the external magnetic field can be reduced. When the abnormality detection circuit 40 detects disconnection, the amplification factor of the amplifier included in the self-excited oscillation circuit 20 or the frequency detection circuit 30 may be changed in addition to changing the threshold voltage to control the output characteristic. Feedback can be provided to various circuit elements.

以上説明したように、本実施形態によるフラックスゲート型磁気センサ1は、検出コイル及び磁気コアが電気的に並列な2つのペアに分割されており、磁気センサ素子10のインダクタンスの変化から検出コイルの断線を検出するので、自励式であっても検出コイルの断線を検出することができる。また、検出コイルを2つのペアに分割することによって冗長構成とすることができ、検出コイルの一つが断線した場合でも残りの検出コイルを用いて磁気検出動作を継続できる。したがって、磁気検出動作の完全な停止を回避することができ、フラックスゲート型磁気センサの信頼性を高めることができる。 As described above, the flux gate type magnetic sensor 1 according to the present embodiment is divided into two pairs in which the detection coil and the magnetic core are electrically parallel to each other. Since the disconnection is detected, the disconnection of the detection coil can be detected even by the self-excited type. Further, the detection coil can be divided into two pairs to have a redundant configuration, and even if one of the detection coils is disconnected, the magnetic detection operation can be continued using the remaining detection coils. Therefore, it is possible to avoid a complete stop of the magnetic detection operation, and it is possible to improve the reliability of the fluxgate magnetic sensor.

図6は、磁気センサ素子10の第1の変形例を示す略平面図である。 FIG. 6 is a schematic plan view showing a first modification of the magnetic sensor element 10.

図6に示すように、この磁気センサ素子10の特徴は、4つの検出コイル12A,12B,12C,12Dを用いて構成されている点にある。第1〜第4の検出コイル12A,12B,12C,12Dは、第1〜第4の磁気コア11A,11B,11C,11Dにそれぞれ巻回されたコイル状配線からなり、第1及び第3の検出コイル12A,12Cのコイル軸はX軸方向と平行であり、第2及び第4の検出コイル12B,12Dのコイル軸はY軸方向と平行である。4つの検出コイル12A,12B,12C,12Dのインダクタンスは同一であり、4つの検出コイルの並列回路を構成している。 As shown in FIG. 6, the magnetic sensor element 10 is characterized in that it is configured by using four detection coils 12A, 12B, 12C and 12D. The first to fourth detection coils 12A, 12B, 12C, and 12D are coil-shaped wirings wound around the first to fourth magnetic cores 11A, 11B, 11C, and 11D, respectively. The coil axes of the detection coils 12A and 12C are parallel to the X-axis direction, and the coil axes of the second and fourth detection coils 12B and 12D are parallel to the Y-axis direction. The four detection coils 12A, 12B, 12C, 12D have the same inductance, and form a parallel circuit of the four detection coils.

本実施形態において、4つの検出コイル12A,12B,12C,12Dは、同一平面上に回転対称な位置関係となるように配置されている。すなわち、4つの検出コイルは円周上に等間隔で配置されている。4つの検出コイル12A,12B,12C,12Dのコイル軸はいずれもXY平面と平行であり、XY平面と直交するZ軸方向から見たときに回転対称な配置となっている。第1〜第4の検出コイル12A〜12Dをこのように配置した場合、各検出コイルの相互インダクタンスが同一となるので、各検出コイルによる磁場の検出感度のバランスを保つことができる。また、4つの検出コイルを用いているので、磁気センサ素子10を構成する検出コイルの冗長性をさらに高めることができる。 In the present embodiment, the four detection coils 12A, 12B, 12C, 12D are arranged on the same plane so as to have a rotationally symmetric positional relationship. That is, the four detection coils are arranged at equal intervals on the circumference. The coil axes of the four detection coils 12A, 12B, 12C, and 12D are all parallel to the XY plane, and are arranged rotationally symmetrical when viewed from the Z-axis direction orthogonal to the XY plane. When the first to fourth detection coils 12A to 12D are arranged in this way, the mutual inductances of the respective detection coils are the same, so that it is possible to maintain the balance of the magnetic field detection sensitivities of the respective detection coils. Further, since the four detection coils are used, the redundancy of the detection coils forming the magnetic sensor element 10 can be further enhanced.

図7は、磁気センサ素子10の第2の変形例を示す略斜視図である。 FIG. 7 is a schematic perspective view showing a second modification of the magnetic sensor element 10.

図7に示すように、この磁気センサ素子10の特徴は、4つの検出コイル12A,12B,12C,12Dのコイル軸が互いに平行となるように配置されており、さらに各検出コイルのコイル軸が延在するX軸方向から見て対称的な位置関係となるように配置されている点にある。すなわち、4つの検出コイル12A,12B,12C,12Dのコイル軸はいずれもX軸と平行であり、X軸方向から見たときに円周上に等間隔で配置されている。このような構成であっても、第1〜第4の検出コイル12A〜12Dの相互インダクタンスが同一となるので、各検出コイルによる磁場の検出感度のバランスを保つことができる。また、4つの検出コイルを用いているので、磁気センサ素子10を構成する検出コイルの冗長性をさらに高めることができる。 As shown in FIG. 7, the magnetic sensor element 10 is characterized in that the four detection coils 12A, 12B, 12C, and 12D are arranged such that their coil axes are parallel to each other. The point is that they are arranged so as to have a symmetrical positional relationship when viewed from the extending X-axis direction. That is, the coil axes of the four detection coils 12A, 12B, 12C, and 12D are all parallel to the X axis, and are arranged at equal intervals on the circumference when viewed from the X axis direction. Even with such a configuration, since the mutual inductances of the first to fourth detection coils 12A to 12D are the same, it is possible to maintain the balance of the magnetic field detection sensitivities of the respective detection coils. Further, since the four detection coils are used, the redundancy of the detection coils forming the magnetic sensor element 10 can be further enhanced.

以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は、上記の実施形態に限定されることなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能であり、それらも本発明の範囲内に包含されるものであることはいうまでもない。 Although the preferred embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited to the above embodiments, and various modifications can be made without departing from the gist of the present invention. It goes without saying that it is included in the range.

例えば、上記実施形態においては2つ又は4つの検出コイルを用いて磁気センサ素子10を構成しているが、検出コイルの数は特に限定されず、3つであってもよく、5つ以上であってもよい。 For example, in the above embodiment, the magnetic sensor element 10 is configured by using two or four detection coils, but the number of detection coils is not particularly limited, and may be three or five or more. It may be.

1 フラックスゲート型磁気センサ
10 磁気センサ素子
11A,11B,11C,11D 磁気コア
12A,12B,12C,12D 検出コイル
20 自励発振回路
30 周波数検出回路
40 異常検出回路
after 切断後の発振周波数
before 切断前の発振周波数
k 磁気結合係数
L 検出コイルのインダクタンス
after 切断後の合成インダクタンス
before 切断前の合成インダクタンス
M 相互インダクタンス
T1 プラス側の定電圧の印加時間
T2 マイナス側の定電圧の印加時間
TH1 極性切り替え基準電圧(第1の閾値電圧)
TH2 極性切り替え基準電圧(第2の閾値電圧)
1 Fluxgate type magnetic sensor 10 Magnetic sensor element 11A, 11B, 11C, 11D Magnetic core 12A, 12B, 12C, 12D Detection coil 20 Self-excited oscillation circuit 30 Frequency detection circuit 40 Abnormality detection circuit f after Oscillation frequency f before disconnection Oscillation frequency before disconnection k Magnetic coupling coefficient L Inductance of detection coil L after Composite inductance after disconnection L before Composite inductance before disconnection M Mutual inductance T1 Positive side constant voltage application time T2 Negative side constant voltage application time V TH1 polarity switching reference voltage (first threshold voltage)
V TH2 polarity switching reference voltage (second threshold voltage)

Claims (6)

磁場を検出する磁気センサ素子と、
前記磁気センサ素子に接続された自励発振回路と、
前記自励発振回路の発振周波数を検出する周波数検出回路と、
前記発振周波数が所定の閾値を下回ったことを検出する異常検出回路とを備え、
前記磁気センサ素子は、並列接続された複数の検出コイルを含むことを特徴とするフラックスゲート型磁気センサ。
A magnetic sensor element for detecting a magnetic field,
A self-excited oscillation circuit connected to the magnetic sensor element,
A frequency detection circuit for detecting the oscillation frequency of the self-excited oscillation circuit,
An abnormality detection circuit for detecting that the oscillation frequency is below a predetermined threshold,
The flux sensor type magnetic sensor, wherein the magnetic sensor element includes a plurality of detection coils connected in parallel.
前記自励発振回路は、
前記異常検出回路が前記警報信号を出力していない正常時において第1の閾値電圧を用いて自励発振動作を行い、
前記異常検出回路が前記警報信号を出力している異常時において前記第1の閾値電圧と異なる第2の閾値電圧を用いて自励発振動作を行う、請求項1に記載のフラックスゲート型磁気センサ。
The self-oscillation circuit,
In the normal time when the abnormality detection circuit does not output the alarm signal, the self-excited oscillation operation is performed using the first threshold voltage,
The flux gate type magnetic sensor according to claim 1, wherein a self-excited oscillation operation is performed using a second threshold voltage different from the first threshold voltage when the abnormality detection circuit is outputting the alarm signal in an abnormality. ..
前記複数の検出コイルの磁気結合定数が+0.8以下である、請求項1又は2に記載のフラックスゲート型磁気センサ。 The fluxgate magnetic sensor according to claim 1, wherein the magnetic coupling constants of the plurality of detection coils are +0.8 or less. 前記磁気センサ素子は、前記検出コイルを3つ以上有し、各検出コイルは相互インダクタンスが同一となるように配置されている、請求項1乃至3のいずれか一項に記載のフラックスゲート型磁気センサ。 The flux gate type magnetic according to any one of claims 1 to 3, wherein the magnetic sensor element has three or more detection coils, and the detection coils are arranged so as to have the same mutual inductance. Sensor. 前記複数の検出コイルは、円周上に等間隔で配置されており、
前記複数の検出コイルのコイル軸は、同一平面上に配置されている、請求項4に記載のフラックスゲート型磁気センサ。
The plurality of detection coils are arranged at equal intervals on the circumference,
The fluxgate type magnetic sensor according to claim 4, wherein the coil axes of the plurality of detection coils are arranged on the same plane.
前記複数の検出コイルは、そのコイル軸が互いに平行となるように配置されている、請求項4に記載のフラックスゲート型磁気センサ。 The flux gate type magnetic sensor according to claim 4, wherein the plurality of detection coils are arranged such that their coil axes are parallel to each other.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP4012927A1 (en) * 2020-12-09 2022-06-15 Pepperl+Fuchs SE Inductive sensor device

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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