JP2023124388A - magnetic sensor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は磁気センサに関し、特に、異物検知システムに利用することが好適な磁気センサに関する。 The present invention relates to a magnetic sensor, and more particularly to a magnetic sensor suitable for use in a foreign object detection system.
特許文献1には、素子形成面上に集磁体が配置されたセンサチップと、センサチップを囲むように設けられ、検出対象物に交流磁場を印加する磁界発生導体とを備えた磁気センサが開示されている。このような構成を有する磁気センサを用いれば、検出対象物の有無によって交流磁場の強度が変化することから、センサチップによってこれを検出することにより、検出対象物の有無を検出することが可能となる。
しかしながら、特許文献1に記載された磁気センサは、交流磁場の印加方向と集磁体の集磁方向が同じであることから、センサチップに強い交流磁場が印加される。このため、異物検知システムに応用する場合のように、被検査対象物に強い交流磁場を印加する必要がある用途においては、センサチップが飽和してしまい、高い検出感度を得ることが困難であった。
However, in the magnetic sensor described in
したがって、本発明は、異物検知システムなど高い検出感度が求められる用途に適した磁気センサを提供することを目的とする。 SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, it is an object of the present invention to provide a magnetic sensor suitable for applications requiring high detection sensitivity, such as foreign object detection systems.
本発明による磁気センサは、素子形成面に設けられ、素子形成面と平行な方向を感磁方向とする感磁素子を有するセンサチップと、センサチップの素子形成面上に配置され、素子形成面と交差する方向を長手方向とする第1の集磁体と、センサチップ及び第1の集磁体を囲むように配置され、検出対象物に交流磁場を印加する磁界発生導体とを備え、交流磁場の印加方向は、第1の集磁体の長手方向に対して交差していることを特徴とする。 A magnetic sensor according to the present invention includes a sensor chip provided on an element forming surface and having a magnetosensitive element whose magnetic sensing direction is parallel to the element forming surface; and a magnetic field generating conductor disposed so as to surround the sensor chip and the first magnetic collector and applying an AC magnetic field to the object to be detected. The application direction is characterized by intersecting with the longitudinal direction of the first magnetic collector.
本発明によれば、感磁素子に印加される交流磁界が低減されることから、検出対象物に強い交流磁場を印加しても感磁素子の飽和を防止することが可能となる。このため、異物検知システムなど高い検出感度が求められる用途に好適に用いることが可能となる。 According to the present invention, since the alternating magnetic field applied to the magneto-sensitive element is reduced, it is possible to prevent saturation of the magneto-sensitive element even if a strong alternating magnetic field is applied to the object to be detected. Therefore, it can be suitably used for applications requiring high detection sensitivity, such as a foreign object detection system.
本発明による磁気センサは、センサチップの素子形成面上に配置された第2の集磁体をさらに備え、素子形成面上において、第1の集磁体と第2の集磁体は第1の方向に配列され、第1の集磁体の長手方向は、素子形成面に対して垂直である第2の方向であり、感磁素子は、第1の方向を感磁方向とし、且つ、第2の方向から見て第1の集磁体と第2の集磁体の間に配置され、交流磁場の印加方向は、第1及び第2の方向に対して垂直な第3の方向であっても構わない。これによれば、感磁素子の感磁方向、第1の集磁体の集磁方向及び交流磁場の印加方向が互いに直交することから、感磁素子の飽和を効果的に防止することが可能となる。 The magnetic sensor according to the present invention further includes a second magnetic collector disposed on the element forming surface of the sensor chip, and the first magnetic collector and the second magnetic collector are arranged in the first direction on the element forming surface. The longitudinal direction of the first magnetic collectors is the second direction perpendicular to the element forming surface, and the magneto-sensitive elements have the first direction as the magneto-sensitive direction and the second direction. It may be disposed between the first magnetic flux collector and the second magnetic collector when viewed from above, and the direction of application of the alternating magnetic field may be a third direction perpendicular to the first and second directions. According to this, the magneto-sensing direction of the magneto-sensing element, the magnetism-collecting direction of the first magnet collector, and the application direction of the alternating magnetic field are orthogonal to each other, so that saturation of the magneto-sensing element can be effectively prevented. Become.
本発明において、第1の集磁体は第1及び第2の方向に延在する上面を有し、上面は、磁界発生導体の第3の方向における上端と略同一平面を構成しても構わない。これによれば、外乱ノイズの影響を抑えつつ、高い検出感度を得ることが可能となる。 In the present invention, the first magnetic collector has an upper surface extending in the first and second directions, and the upper surface may be substantially flush with the upper end of the magnetic field generating conductor in the third direction. . According to this, it is possible to obtain high detection sensitivity while suppressing the influence of disturbance noise.
本発明による磁気センサは、第2の方向がコイル軸方向となるよう第1の集磁体に巻回された補償コイルをさらに備えても構わない。これによれば、いわゆるクローズドループ制御を行うことが可能となる。 The magnetic sensor according to the present invention may further comprise a compensating coil wound around the first magnetic collector so that the second direction is the coil axis direction. According to this, it becomes possible to perform so-called closed loop control.
このように、本発明によれば、異物検知システムなど高い検出感度が求められる用途に適した磁気センサを提供することが可能となる。 Thus, according to the present invention, it is possible to provide a magnetic sensor that is suitable for applications that require high detection sensitivity, such as foreign object detection systems.
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。 Preferred embodiments of the present invention will now be described in detail with reference to the accompanying drawings.
図1は、本発明の一実施形態による異物検知システム1の構成を説明するための模式図である。
FIG. 1 is a schematic diagram for explaining the configuration of a foreign
図1に示すように、本実施形態による異物検知システム1は、x方向に配列された複数のモーターローラー2からなる搬送機構によって被検査対象物3を搬送しながら、被検査対象物3に金属異物が混入していないか否かを検知するシステムである。モーターローラー2は、y方向を回転軸として自転するローラーであり、x方向に配列された複数のモーターローラー2が一方向に回転することによって、モーターローラー2上に載置された被検査対象物3がx方向に搬送される。図1に示す例では、モーターローラー2を用いて被検査対象物3を搬送しているが、被検査対象物3の搬送方法についてはこれに限定されず、ベルトコンベアやリニアモーターなど他の搬送機構を用いて被検査対象物3を搬送しても構わない。
As shown in FIG. 1, the foreign
複数のモーターローラー2からなる搬送路の途中には、複数の磁気センサS1が配置されている。後述するように、磁気センサS1には交流磁場を発生する磁界発生導体とセンサチップが含まれている。このため、被検査対象物3に検出対象物である鉄(Fe)などの金属異物が含まれていた場合、交流磁場に変化が生じることから、センサチップによってこれを検出することにより、金属異物の混入を検知することができる。
A plurality of magnetic sensors S<b>1 are arranged in the middle of the transport path composed of a plurality of
尚、図1に示す例では、複数の磁気センサS1がy方向に配列されており、これによりy方向における全幅に亘って被検査対象物3の検査が可能である。磁気センサS1の数については、モーターローラー2のy方向における幅に応じて適宜選択すれば良い。また、モーターローラー2などの搬送機構を用いて被検査対象物3を搬送するのではなく、被検査対象物3を静止させた状態で磁気センサS1をスキャンすることによって検査を行っても構わない。
In the example shown in FIG. 1, a plurality of magnetic sensors S1 are arranged in the y direction, so that the
図2は、磁気センサS1の外観を示す略斜視図である。 FIG. 2 is a schematic perspective view showing the appearance of the magnetic sensor S1.
図2に示すように、磁気センサS1は、センサ本体部10と、センサ本体部10を取り囲むように配置された磁界発生導体20とを備えている。磁界発生導体20は、被検査対象物3に交流磁場を印加するコイルであり、その内径領域にセンサ本体部10が配置されている。磁界発生導体20のコイル軸方向はz方向である。
As shown in FIG. 2, the magnetic sensor S1 includes a sensor
図3及び図4は、センサ本体部10の構造を説明するための図であり、図3は略斜視図、図4は略分解斜視図である。
3 and 4 are diagrams for explaining the structure of the
図3及び図4に示すように、センサ本体部10は、センサ基板30の表面に搭載されたセンサチップ40と集磁体51~53を備えている。センサチップ40は略直方体形状であり、yz平面を構成する素子形成面41及び裏面42、xy面を構成する上面43及び下面44、xz面を構成する側面45,46を有している。素子形成面41は、感磁素子が形成される面である。センサチップ40は、下面44がセンサ基板30と向かい合い、素子形成面41がセンサ基板30の表面と直交するよう、センサ基板30に搭載される。センサチップ40の素子形成面41には、パーマロイなどからなる磁性ヨークM1~M3が形成されており、磁性ヨークM1と磁性ヨークM2,M3によって形成される磁気ギャップの近傍に感磁素子が配置される。これにより、磁気ギャップを通過する磁束が感磁素子に印加される。
As shown in FIGS. 3 and 4, the
図5は、センサチップ40から磁性ヨークM1~M3を取り除いた状態を示す略斜視図である。
FIG. 5 is a schematic perspective view showing a state in which the magnetic yokes M1 to M3 are removed from the
図5に示すように、センサチップ40の素子形成面41には、感磁素子R1~R4が形成されている。感磁素子R1~R4は、いずれもy方向を感磁方向とする。そして、感磁素子R1,R2は、磁性ヨークM1と磁性ヨークM2によって形成される磁気ギャップの近傍に配置され、感磁素子R1,R2は、磁性ヨークM1と磁性ヨークM3によって形成される磁気ギャップの近傍に配置される。感磁素子R1~R4は端子電極61,62間にブリッジ接続され、磁界に応じた差動信号が端子電極63,64に現れる。
As shown in FIG. 5, on the
集磁体51~53は、フェライトなどの磁性体材料からなるブロックであり、いずれも被検査対象物3から発せられる磁界をセンサチップ40に集める役割を果たす。集磁体51~53は、x方向から見てそれぞれ磁性ヨークM1~M3と重なりを有している。つまり、集磁体51~53は素子形成面41上においてy方向に配列され、x方向から見て集磁体51,52間に感磁素子R3,R4が配置され、x方向から見て集磁体51,53間に感磁素子R1,R2が配置される。
The
集磁体51はx方向が長手方向であり、主にx方向の磁界を磁性ヨークM1に集める役割を果たす。集磁体52は、センサチップ40の側面45及び裏面42を覆う部分を有しており、集磁体53は、センサチップ40の側面46及び裏面42を覆う部分を有している。これにより、集磁体51によって集められたx方向の磁界は、磁性ヨークM1によってy方向に曲げられ、磁性ヨークM2,M3を介して集磁体52,53に流れる。そして、磁性ヨークM1と磁性ヨークM2,M3の間の磁気ギャップを通過する磁界が感磁素子R1~R4によって検出される。図3及び図4に示す例では、集磁体51に補償コイルCが巻回されている。補償コイルCには、感磁素子R1~R4に印加される磁界が打ち消されるよう、キャンセル電流が流れる。
The
このような構成により、集磁体51~53による集磁方向(x方向)、感磁素子R1~R4の感磁方向(y方向)及び磁界発生導体20による交流磁場の印加方向(z方向)が互いに直交する。これにより、磁界発生導体20からの交流磁場によって感磁素子R1~R4が飽和しにくくなることから、被検査対象物3に強い交流磁場を印加することができ、高い検出感度を得ることが可能となる。
With such a configuration, the magnetic collecting direction (x direction) of the magnetic collecting
ここで、磁界発生導体20によって印加される交流磁場の方向はz方向であるが、模式図である図6に示すように、被検査対象物3とセンサ本体部10のz方向における距離を十分に近づけることにより、周回する磁束のx方向成分を集磁体51~53によって集磁し、感磁素子R1~R4に印加することができる。図6において、符号4で示される点が被検査対象物3に含まれる鉄(Fe)などの金属異物を指し、符号5で示される矢印が金属異物によって生じる磁界の向き及び強さを表している。
Here, the direction of the alternating magnetic field applied by the magnetic
被検査対象物3に含まれる鉄(Fe)などの金属異物をより高感度に検出するためには、被検査対象物3と磁気センサS1のz方向における距離をできるだけ短くすることが好ましい。特に、集磁体51のxy上面51aと、磁界発生導体20のz方向における上端20a(図2参照)が略同一平面を構成することにより、交流磁場を効率よく被検査対象物3に印加することができるとともに、外乱ノイズの影響を低減することが可能となる。
In order to detect metal foreign matter such as iron (Fe) contained in the inspected
図7は、変形例による磁気センサS2の外観を示す略斜視図である。 FIG. 7 is a schematic perspective view showing the appearance of a magnetic sensor S2 according to a modification.
図7に示すように、変形例による磁気センサS2は、集磁体51~53による集磁方向がx方向となり、感磁素子R1~R4の感磁方向及び磁界発生導体20による交流磁場の印加方向がz方向となるよう、センサ本体部10と磁界発生導体20が配置されている点において、上述した磁気センサS1と相違している。このような構成であっても、交流磁場の印加方向と集磁体51~53による集磁方向が異なっていることから、感磁素子R1~R4が飽和しにくくなる。
As shown in FIG. 7, in the magnetic sensor S2 according to the modification, the direction of magnetism collection by the
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-described embodiments, and various modifications can be made without departing from the gist of the present invention. Needless to say, it is included within the scope.
1 異物検知システム
2 モーターローラー
3 被検査対象物
4 金属異物
5 磁界
10 センサ本体部
20 磁界発生導体
20a 磁界発生導体の上端
30 センサ基板
40 センサチップ
41 素子形成面
42 裏面
43 上面
44 下面
45,46 側面
51~53 集磁体
51a 集磁体の上面
61~64 端子電極
C 補償コイル
M1~M3 磁性ヨーク
R1~R4 感磁素子
S1,S2 磁気センサ
1 foreign
Claims (4)
前記センサチップの前記素子形成面上に配置され、前記素子形成面と交差する方向を長手方向とする第1の集磁体と、
前記センサチップ及び前記第1の集磁体を囲むように配置され、被検査対象物に交流磁場を印加する磁界発生導体と、を備え、
前記交流磁場の印加方向は、前記第1の集磁体の前記長手方向に対して交差していることを特徴とする磁気センサ。 a sensor chip having a magneto-sensitive element provided on an element-formed surface and having a magneto-sensing direction parallel to the element-formed surface;
a first magnetic collector disposed on the element forming surface of the sensor chip and having a longitudinal direction intersecting with the element forming surface;
a magnetic field generating conductor arranged to surround the sensor chip and the first magnetic collector and applying an alternating magnetic field to an object to be inspected;
A magnetic sensor, wherein a direction in which the alternating magnetic field is applied intersects the longitudinal direction of the first magnetic collector.
前記素子形成面上において、前記第1の集磁体と前記第2の集磁体は第1の方向に配列され、
前記第1の集磁体の前記長手方向は、前記素子形成面に対して垂直である第2の方向であり、
前記感磁素子は、前記第1の方向を感磁方向とし、且つ、前記第2の方向から見て前記第1の集磁体と前記第2の集磁体の間に配置され、
前記交流磁場の印加方向は、前記第1及び第2の方向に対して垂直な第3の方向であることを特徴とする請求項1に記載の磁気センサ。 further comprising a second magnetic collector disposed on the element forming surface of the sensor chip;
the first magnetic flux collector and the second magnetic flux collector are arranged in a first direction on the element forming surface;
the longitudinal direction of the first magnetic collector is a second direction perpendicular to the element forming surface,
The magneto-sensitive element has the first direction as a magnetism-sensing direction, and is disposed between the first magnetic collector and the second magnetic collector when viewed from the second direction,
2. The magnetic sensor according to claim 1, wherein the application direction of said alternating magnetic field is a third direction perpendicular to said first and second directions.
前記上面は、前記磁界発生導体の前記第3の方向における上端と略同一平面を構成することを特徴とする請求項1又は2に記載の磁気センサ。 The first magnetic collector has an upper surface extending in the first and second directions,
3. The magnetic sensor according to claim 1, wherein the upper surface forms substantially the same plane as the upper end of the magnetic field generating conductor in the third direction.
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