JP3357490B2 - 差動式磁場センサの特性評価装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は差動式磁場センサの特性
評価装置に関するものであり、特に、前記磁場センサが
実際に使用される状態を模擬的に形成してその特性を判
定するための差動式磁場センサの特性評価装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】軸の回転量や移動体の変位量を検出する
ために磁気抵抗素子（ＭＲ素子）やホール素子等の磁電
変換素子が使用される。例えば、図６に示す検出装置で
は、回転体としての歯車３に対向して一対のホールセン
サ１および２が配置されている。磁石４はホールセンサ
１および２、ならび該ホールセンサ１および２と対向す
る歯車３の一部を包む磁場を形成している。

【０００３】このような構成において、歯車３が矢印Ｄ
の方向に回転すると、その歯先がホールセンサ１，２と
順次近接し、ホールセンサ１，２は、それぞれ前記歯先
の近接程度に応じて図７に示すような波形の信号を出力
する。同図（ａ）において、例えば、波形ａはホールセ
ンサ１の出力、波形ｂはホールセンサ２の出力を示す。
さらに、図７（ｂ）には、出力信号ａおよびｂの差動出
力（ａ−ｂ）の波形を示す。一般に、回転体の回転位置
を判断することができるように、前記差動出力が最終的
なセンサ出力として使用される。磁電変換素子の出力信
号を処理する出力信号波形整形装置は、例えば特開平４
−７８２１７号公報に開示されている。

【０００４】ところで、前記ホールセンサの使用にあた
っては、該ホールセンサを実際に使用する環境を作って
動作特性を評価する方法がとられる。このような評価方
法をとる理由は、ホールセンサの特性が抵抗値等他の電
気的特性では把握しきれず、該センサの組立体（アセン
ブリ）を実際の磁場中におかないと、該ホールセンサの
正確な特性を把握できないためである。なお、実際に使
用される環境、つまり適当な磁場を形成するために、ソ
レノイドまたは永久磁石を用いることが考えられる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上記ホールセンサの特
性を評価する場合に、次のような問題点があった。ま
ず、差動式磁場センサの特性評価において、２つのホー
ルセンサの位置に対応するように局部的に磁力の差を設
けた磁場を形成する必要があるために、ソレノイド等の
均一磁場中ではホールセンサの正確な特性を把握できな
いという問題点がある。

【０００６】また、永久磁石を用いて磁場を形成する方
法では、使用する永久磁石の強度によって磁場の強度が
固定的であり、変化させられないという問題点があっ
た。仮に、永久磁石を交換して、２つのホールセンサの
位置に対応した強度の磁場を別々に形成したとしても、
離散的なデータしかとれないため、ホールセンサの全体
的な特性を評価することができない。そのために、例え
ば、取り付け誤差による前記歯車３とホールセンサ１，
２との距離のばらつきに対してどの程度の出力が保持で
きるかの評価、つまり必要な出力を得るための取付誤差
の許容度の評価が困難であった。

【０００７】また、回転もしくは移動する歯車等の移動
体とセンサとのアセンブリで実際により近い状態を作る
評価システムでは、該システムが大型化し、例えばホー
ルセンサの温度特性を把握しようとした場合、大きい恒
温槽を必要とした。さらに、移動体の駆動手段つまりモ
ータを含むため、恒温槽内での高温（例えば１５０°
Ｃ）での評価はできないという問題点があった。

【０００８】本発明は、上記の課題を解決するためにな
されたものであり、その目的は、モータ等を使用した実
際のアセンブリを使用しないで、実際に即した評価環境
を模擬的に形成して、センサの正確な特性を評価するこ
とができる差動式磁場センサの特性評価装置を提供する
ことにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決し、目
的を達成するための本発明は、磁場中に配置され、該磁
場に作用して磁力線の粗密状態を形成するための高透磁
性治具を具備し、複数の磁電変換センサのうちの１つが
配置されるべき位置に、前記高透磁性治具によって形成
された高密度の磁力線を作用させるように構成した点に
第１の特徴がある。

【００１０】また、本発明は、前記高透磁性治具が、前
記磁場の磁界方向に直角な方向に並列配置された透磁率
の異なる複数の高透磁性ブロックで磁力線の粗密状態を
形成している点に第２の特徴がある。

【００１１】また、本発明は、前記高透磁性治具が、前
記磁場の磁界方向に向かって断面積を変化させたブロッ
クであり、その最小断面積端部とそれ以外の部分で磁力
線の粗密状態を形成している点に第３の特徴がある。

【００１２】また、本発明は、前記高透磁性治具が、軟
磁性材料で形成されている点に第４の特徴がある。

【００１３】また、本発明は、前記高透磁性治具を支持
するとともに、該高透磁性治具の磁力線方向端部と対向
する位置に複数の磁電変換センサを配置するための凹所
を有し、低透磁率材料で形成された台座を具備した点に
第５の特徴がある。

【００１４】さらに、本発明は、前記磁場がソレノイド
コイルによって形成された均一磁場であると共に、該ソ
レノイドコイルに供給する駆動電流の調整手段を含む給
電装置を具備した点に第６の特徴がある。

【００１５】

【作用】第１ないし第４の特徴を有する本発明によれ
ば、複数の磁電変換センサの１つに、磁力線の密な部分
を対向させて、その部分に磁力を集中させることがで
き、他の磁電変換センサに作用する磁力線を少なくする
ことができる。

【００１６】特に、第２の特徴によれば、透磁率が異な
るブロックのうち、より高透磁率の部分に磁力を集中さ
せることができる。また、第３の特徴によれば、最大断
面積端部側から取込んだ磁力線を最小断面積端部側にお
いて極度に高い効率で集中させることができる。前記高
透磁性治具は、第４の特徴による軟磁性材料を使用する
ことによって、容易に磁化し易く、減磁し易くなる。

【００１７】また、第５の特徴によれば、高透磁性治具
および磁電変換センサを凹所に安定して保持させること
ができ、かつ磁力線集中部と磁電変換センサとの位置関
係を所望のものとすることができる。

【００１８】さらに、第６の特徴によれば、ソレノイド
コイルの駆動電流を増減させて、磁力線集中部とそれ以
外の部分での磁場強度の差を変化させることができる。
その結果、複数の磁電変換センサ間において種々の差動
出力を得ることができる。

【００１９】

【実施例】以下、図面を参照して本発明を詳細に説明す
る。図１は、本発明に係る特性評価装置の正面断面図、
図２は同平面図である。図１および図２において、ソレ
ノイドコイル５には、給電装置９からライン５１，５２
によって駆動電流Ｉが供給され、該ソレノイドコイル５
の内外に磁場が形成される。該給電装置９は前記駆動電
流Ｉを連続的に変化させることができる電流調節機能を
有する。ソレノイドコイル５の中心部には、該ソレノイ
ドコイル５で形成される均一磁場を部分的に変化させて
磁力線の粗密状態をつくるための磁力集中用の治具６、
および該治具６を支持して位置を定める台座７が配置さ
れる。治具６は透磁率の高い鉄系材料で製作され、これ
とは反対に台座７はセラミックや耐熱樹脂等の透磁率の
低い材料で製作される。なお、治具６は、軟磁性材料で
あることがより望ましい。ソレノイドコイル５に対する
給電および給電停止、あるいは電流の増減に対して磁化
および減磁の追従性がよいからである。

【００２０】台座７の上部には段付きの凹所７１が形成
される。治具６はこの凹所７１に収容され、該凹所７１
の側壁７２，７３の少なくとも一方で水平方向の位置が
規制される一方、段部７４で垂直方向の位置が規制され
る。治具６および凹所７１は、必ずしも図示のように互
いが嵌合するような形状である必要はなく、上述のよう
に水平方向および垂直方向の位置が規制されて、治具６
がソレノイドコイル５内の予定位置に安定して支持され
るような形状でありさえすれば良い。加工の容易や組立
ての容易のためである。また、台座７は、ソレノイドコ
イル５の中心軸近傍に配置させるのが好ましい。

【００２１】凹所７１の底部７５には、センサ基板８が
配設され、該センサ基板８には特性の評価対象となるホ
ールセンサ１，２が取付けられている。治具６の下部に
は、ソレノイドコイル５で形成される磁力線を局部的に
集中させるための凸起部６１が形成されており、該凸起
部６１は前記ホールセンサ１，２のいずれか一方（本実
施例ではホールセンサ１）と対向している。なお、図示
していないが、ホールセンサ１，２には、出力信号を外
部に引き出すためのリード線が接続され、かつ該リード
線を通すための孔が台座７に形成されるのはもちろんで
ある。

【００２２】上記の構成により、凸起部６１の真下つま
りホールセンサ１が設けられる位置（点ａ）と、該凸起
部６１の下面からはずれた位置つまりホールセンサ２が
設けられる位置（点ｂ）のそれぞれにおいて予め磁場強
度を測定し、互いの磁場強度の比率を把握しておく。磁
場強度の測定には、プローブ式の周知のガウスメータを
使用すればよい。

【００２３】図３に、ソレノイドコイル５に供給される
電流Ｉと磁場強度（ここでは、ガウスメータで測定した
磁束密度Ｂで代表する）との関係を示し、図４に、位置
ａおよび位置ｂにおける磁場強度の差を示す。図３にお
いて、直線Ｌａは前記点ａでの電流Ｉと磁束密度Ｂとの
関係であり、直線Ｌｂは位置ｂでの電流Ｉと磁束密度Ｂ
との関係である。この例では、同一電流Ｉの下では、位
置ａの磁束密度Ｂは位置ｂの磁束密度Ｂの４倍となって
いる。つまり、治具６およびその周辺部から取り込まれ
た磁力線を「１」とすると、位置ａには、そのうちの
「０．８」、位置ｂには「０．２」の磁力線が集中して
いることになる。したがって、ここでは、位置ａにおけ
る磁力線の集中効率を「０．８」と表現する。該集中効
率は凸起部６１の形状、つまり凸起部６１の、磁界に直
角な断面での断面積および磁界方向の長さによって決定
される。また、図４の直線Ｌｃで示すように、電流Ｉに
よって所望の磁場強度差を得ることができる。

【００２４】治具６での磁力線の集中の様子を図５に示
す。同図は治具６の周囲の拡大断面図である。同図に示
すように、均一磁場１０の磁力線のうち、治具６および
その周辺の範囲（断面積Ａ１）の磁力線は、治具６に取
り込まれる。取込まれた磁力線１１は断面積がＡ２から
Ａ３へと段階的に減少する治具６を通過して絞られ、さ
らに断面積Ａ４の凸起部６１で、最終的な集中効率にま
で絞られた磁力線が得られる。

【００２５】前記位置ａ，ｂつまりホールセンサ１およ
び２の位置における磁場強度の差は次式で算出できる。
つまり、位置ａにおける磁場強度は式（１），位置ｂに
おける磁場強度は式（２）により算出される。同式にお
いて、符号Ｃは集中効率、ＣＨａは位置ａでの磁場強
度、ＣＨｂは位置ｂでの磁場強度、符号Ｈは均一磁場１
１の磁場強度であり、他の符号Ａ１，Ａ３，Ａ４は図５
に使用した符号である。

【００２６】 ＣＨａ＝Ｈ×Ａ１×Ｃ÷Ａ４……式（１） ＣＨｂ＝Ｈ×Ａ１×（１−Ｃ）÷（Ａ３−Ａ４）……式（２） この式（１），（２）からも理解されるように、均一磁
場の磁場強度Ｈ以外は、治具６の形状で一義的に決定さ
れる定数である。したがって、治具６が決定されれば、
駆動電流Ｉの変化によって均一磁場強度Ｈを増減させて
位置ａおよび位置ｂの磁場強度の差を任意に設定するこ
とができる。その結果、位置ａおよび位置ｂに配置した
ホールセンサ１，２を、任意の強度差を有する磁場の下
において特性の評価をすることができる。

【００２７】上記実施例では、磁界の方向に多段階で断
面積を変化させている均一材料で治具を形成した場合を
説明した。しかし、ソレノイドコイル５の内部空間に磁
力線の粗密状態を形成できる治具であればよく、図８に
模式的に示すブロックであってもよい。図中矢印は磁力
線を示す。まず、図８（ａ）のものはソレノイドコイル
５の内部空間に配置された単純な棒形状の治具６ａであ
る。この治具６ａでは、取込む磁力線の本数がやや少な
くなるが、治具６ａの端部延長線上の位置ａでは隣接す
る位置ｂよりも磁力を集中させることができる。

【００２８】また、図８（ｂ）のものでは、磁界の直角
方向に治具６ｂを２つに分割し、互いの部分Ｘ，Ｙの透
磁率を異ならせてある。つまり、部分Ｘは部分Ｙは共に
高透磁率材料で製作されているが、その中でも部分Ｘは
部分Ｙよりも透磁率が高い材料が使用されている。この
ように構成された治具６ｂによれば、部分Ｘの延長線上
の位置ａでは部分Ｙの延長線上の位置ｂよりも磁力を集
中させることができる。

【００２９】なお、以上は、２つのホールセンサが１組
となった検出素子の特性評価装置を例に説明したが、例
えば３つのホールセンサが１組となった検出素子の特性
評価装置としては、寸法の異なる凸起部を２か所に設け
て、磁力線の集中効率を３段階で得られるようにするこ
ともできる。また、検出素子はホールセンサに限らず、
磁気抵抗素子等他の素子が評価対象であっても本実施例
と同様に実施することができる。さらに、前記ソレノイ
ドコイルによる磁場に代えて、永久磁石を用いて磁場を
形成してもよい。すなわち、治具６の上方に永久磁石を
配置し、該永久磁石による磁場に治具６で磁力線の粗密
状態を形成し、センサに作用させればよい。

【００３０】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、請求項
１ないし６の発明によれば、磁場内に、磁力線が集中さ
れた領域と、それ以外の領域とを形成することができ
る。したがって、例えば、これらの領域にそれぞれ磁電
変換センサを配置すれば、各センサの出力間に差を設け
ることができる。

【００３１】特に、請求項６の発明によれば、磁力線の
粗密程度つまり集中効率をあらかじめ測定しておくこと
により、ソレノイドコイルの駆動電流を増減することで
センサの所望の出力差を得ることができる。

【００３２】すなわち、本発明によれば、実際には可動
部分を組み込むことなく、磁場内に配置した磁電変換セ
ンサに対してあたかも該磁電変換センサで検出される物
体が変位しているときと同様の磁場変化を与えることが
できる。その結果、当該評価装置を小形化、簡易化で
き、多様な条件下での特性評価試験に対応できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明に係る特性評価装置の正面断面図であ
る。

【図２】 本発明に係る特性評価装置の平面図である。

【図３】 ２つのセンサについての磁場強度と駆動電流
との関係を示す図である。

【図４】 ２つのセンサについての磁場強度の差と駆動
電流との関係を示す図である。

【図５】 磁力線の集中の様子を示す模式図である。

【図６】 評価対象となる差動式ホールセンサの使用態
様を示す要部拡大図である。

【図７】 ２つのセンサの個々の出力信号および差動出
力信号の波形図である。

【図８】 本発明の変形例を示す模式図である。

【符号の説明】

１，２…ホールセンサ、 ５…ソレノイドコイル、 ６
…磁力集中用の治具、７…台座、 ８…センサ基板、
９…給電装置、 ６１…凸起部、 ７１…凹所

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ Ｇ０１Ｒ 35/00 Ｇ０１Ｒ 33/06 Ｈ (56)参考文献 特開 昭53−62549（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−252578（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−38981（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−73076（ＪＰ，Ａ) 実開 平５−38567（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G01D 18/00 G01D 21/00 G01R 33/00 G01R 35/00

Claims (6)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 磁場中に配置される複数の磁電変換セン
   サの出力信号に基づいて該磁電変換センサの特性を評価
   する差動式磁場センサの特性評価装置において、 前記磁場中に配置され、該磁場に作用して磁力線の粗密
   状態を形成するための高透磁性治具を具備し、 前記複数の磁電変換センサのうちの１つが配置されるべ
   き位置に、前記高透磁性治具によって形成された高密度
   の磁力線を作用させるように構成したことを特徴とする
   差動式磁場センサの特性評価装置。
2. 【請求項２】 前記高透磁性治具が、前記磁場の磁界方
   向に直角な方向に並列配置された透磁率の異なる複数の
   高透磁性ブロックで磁力線の粗密状態を形成しているこ
   とを特徴とする請求項１記載の差動式磁場センサの特性
   評価装置。
3. 【請求項３】 前記高透磁性治具が、前記磁場の磁界方
   向に向かって断面積を変化させたブロックであり、その
   最小断面積端部とそれ以外の部分で磁力線の粗密状態を
   形成していることを特徴とする請求項１記載の差動式磁
   場センサの特性評価装置。
4. 【請求項４】 前記高透磁性治具が、軟磁性材料で形成
   されていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれ
   かに記載の差動式磁場センサの特性評価装置。
5. 【請求項５】 前記高透磁性治具を支持するとともに、
   該高透磁性治具の磁力線方向端部と対向する位置に複数
   の磁電変換センサを配置するための凹所を有し、低透磁
   率材料で形成された台座を具備したことを特徴とする請
   求項１ないし４のいずれかに記載の差動式磁場センサの
   特性評価装置。
6. 【請求項６】 前記磁場がソレノイドコイルによって形
   成された均一磁場であると共に、該ソレノイドコイルに
   供給する駆動電流の調整手段を含む給電装置を具備した
   ことを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載の
   差動式磁場センサの特性評価装置。