JP3971895B2 - 差動式磁気センサー装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、閉ループの磁束を発生させる励磁コイルが被検出体から受けた磁気的変化の差を増幅して出力する差動式磁気センサー装置に関するものである。さらに詳しくは、差動検出コイルから出力された信号に対する信号処理技術に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
自動販売機などでコインの有無、種類を判別する硬貨判別機、あるいは磁気カードの有無、種類などを識別するカード識別機などには磁気センサー装置が搭載されている。この磁気センサー装置のうち、差動式磁気センサー装置は、励磁コイルを通る磁束が被検出体から受けた影響を差動検出するものであり、特表平７−５０６６８７号公報、特開平３−１６２６８８号公報などに開示されている。
【０００３】
このような差動式磁気センサー装置は、たとえば、図５に示すように、閉ループの磁界を発生させる励磁コイル１３と、この励磁コイル１３に対する交流電源１０と、励磁コイル１３と共通の磁極１２に巻回された第１および第２の差動検出コイル１４１、１４２とを有しており、これら２つの差動検出コイル１４１、１４２の中位点はグランドに接続されている。差動検出コイル１４１、１４２の両端からの出力１４ａ、１４ｂは差動増幅器２３に入力され、この差動増幅器２３から出力される差動出力２３ｃは、検波器２１で半波整流されて直流の出力２１ｃとされた後、ローパスフィルタ２２を介して出力される。
【０００４】
また、図６に示す差動式磁気センサー装置も、閉ループの磁界を発生させる励磁コイル１３と、この励磁コイル１３に対する交流電源１０と、励磁コイル１３と共通の磁極１２に巻回された第１および第２の差動検出コイル１４１、１４２とを有しており、これら２つの差動検出コイル１４１、１４２の中位点はグランドに接続されている。また、差動検出コイル１４１、１４２の両端からの出力１４ａ、１４ｂは各々、検波器２１１、２１２で半波整流されて直流の出力２１ｄ、２１ｅとされた後、差動増幅器２３に入力され、この差動増幅器２３から出力される差動出力２３ｄは、ローパスフィルタ２２を介して出力される。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
このような差動式磁気センサー装置のうち、図５に示すものでは、差動検出コイル１４１、１４２の位置がずれている場合などにおいて、差動検出コイルから出力される波形に位相ずれが発生する。また、励磁周波数が高くなると、差動検出コイルから出力される波形に位相ずれが発生しやすくなる。
【０００６】
この様子を図７を参照して説明する。図７（ａ）、（ｂ）、（ｃ）はそれぞれ、図５に示す差動式磁気センサー装置において、差動検出コイル１４１、１４２からの出力１４ａ、１４ｂに位相のずれがない場合、位相が２０度ずれている場合、および位相が３０度ずれている場合のそれぞれについて、差動検出コイル１４１、１４２からの出力１４ａ、１４ｂ、差動増幅器２３からの差動出力２３ｃ、検波器２１からの出力２１ｃ、およびローパスフィルタ２２からの出力２２ｃを示す説明図である。
【０００７】
これらの図から明らかなように、差動検出コイル１４１、１４２からの出力１４ａ、１４ｂに位相のずれがない場合には、ローパスフィルタ２２からの出力２２ｃは０Ｖである（図７（ａ）を参照）。しかしながら、差動検出コイル１４１、１４２からの出力１４ａ、１４ｂに位相のずれがある場合には、差動増幅器２３において、差動検出コイル１４１、１４２からの二出力１４ａ、１４ｂ間でのキャンセルが適正に行われず、差動出力２３ｃにノイズ成分が出力される結果、ローパスフィルタ２２からの出力２２ｃが０Ｖにならず、センサーの検出精度が低下する（図７（ａ）、（ｂ）を参照）。
【０００８】
これに対して、図６に示す差動式磁気センサー装置において、差動検出コイル１４１、１４２からの出力１４ａ、１４ｂに位相のずれがない場合、位相が２０度ずれている場合、および位相が３０度ずれている場合のそれぞれについて、差動検出コイル１４１、１４２からの出力１４ａ、１４ｂ、差動増幅器２３からの差動出力２３ｄ、およびローパスフィルタ２２からの出力２２ｄは、図８（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示すように表される。これらの図から明らかなように、図６に示す差動式磁気センサー装置では、差動検出コイル１４１、１４２からの出力１４ａ、１４ｂに位相のずれがあっても、センサーの検出精度は低下しない。しかしながら、励磁周波数を高くすると、差動増幅器２３として、周波数特性が優れた高価なものを用いなければならないという問題点がある。
【０００９】
さらにまた、差動式磁気センサー装置においては、コイルの動きや断線を防止することを目的に励磁コイル１３や差動検出コイル１４１、１４２が樹脂によって封入されるのが一般的であるが、封入時に樹脂から受ける応力、或いは封止後の温度変化に伴なって樹脂から受ける応力等によって差動検出コイル１４１、１４２からの出力１４ａ、１４ｂに位相ずれが発生しやすいという問題点もある。
【００１０】
そこで、本発明の課題は、差動検出コイルからの出力に位相ずれがあっても高い検出精度を得ることができ、かつ、高価な差動増幅器を用いなくても励磁周波数の高周波化に対応することのできる差動式磁気センサー装置を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するため、本発明は、閉ループの磁界を発生させる励磁コイルと、該励磁コイルを通る磁束の変化を検出する差動検出コイルと、前記励磁コイルおよび前記差動検出コイルが巻回された磁極と、前記差動検出コイルの両端からの二出力の差を増幅して差動出力として出力する差動増幅手段とを有する差動式磁気センサー装置において、前記差動検出コイルからの二出力を各々検波する検波手段と、該検波手段の二出力の各々から高周波成分を除去するローパスフィルタとを有し、前記差動検出コイルからの二出力は、前記検波手段および前記ローパスフィルタを通った後、前記差動増幅手段に入力され、前記ローパスフィルタを通った二出力は、各々、前記差動増幅手段を介さずに出力されて、前記励磁コイルの断線の有無の判定、前記差動検出コイルの断線の有無の判定、および前記磁極の破損あるいは摩耗の有無の判定のうちの少なくとも一つの判定に用いられることを特徴とする。
【００１２】
本発明において、差動検出コイルからの二出力は、検波手段によって検波され、ローパスフィルタによって高周波成分が除去された後、差動増幅手段に入力されるため、差動検出コイルからの二出力は各々、直流信号に変換された状態で差動増幅手段に入力される。このため、差動検出コイルからの二出力間に位相ずれがあっても、差動増幅手段から出力される差動出力にノイズ成分が含まれることがないので、センサー精度を向上することができる。また、差動検出コイルからの二出力は各々、完全な直流信号に変換された後、入力されるので、差動増幅手段としては、周波数特性が優れた高価なものを用いる必要がない。それ故、差動式磁気センサー装置のコストを低減することができる。さらに、ローパスフィルタの二出力のいずれもがゼロであったときには、励磁コイルが断線したものと判定することができる。ローパスフィルタの二出力のうちの一方だけがゼロであったときには、差動検出コイルが断線したものと判定することができる。ローパスフィルタの二出力の間でレベル差が大きい、あるいはレベルが著しく低いときは、主磁極が破損あるいは摩耗しているものと判定することができる。
【００１３】
本発明は、少なくとも前記励磁コイルおよび前記差動検出コイルが樹脂によって封止されているタイプの差動式磁気センサー装置に適用すると効果的である。すなわち、差動式磁気センサー装置において、励磁コイルや差動検出コイルを樹脂で封止したとき、その応力によって位相にずれが発生しやすくなるが、本発明では、樹脂封止に起因する位相ずれが発生しても、高い精度で差動出力を得ることができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。なお、本発明を適用した差動式磁気センサー装置は、図５および図６を参照して説明したものと基本的な構成が共通するので、共通する機能を有する部分には同一の符号を付してある。
【００１５】
（センサー本体部分の構成例）
図１は、本発明を適用した差動式磁気センサー装置に用いた励磁コイルおよび差動検出コイルの構造の一例を示す説明図である。
【００１６】
図１において、本形態の差動式磁気センサー装置１では、少なくとも一方側に空隙部１１を有するように並置された２つの主磁極１２に励磁コイル１３と差動検出コイル１４とを巻回して磁気センサ部１５が構成されている。この磁気センサ部１５は、コインや磁気カードなどといった被検出体１６が媒体通路を搬送されたとき、一方の主磁極１２を通る磁束が変化するように配置され、一方の主磁極１２の磁束の変化を差動検出コイル１４により検出するように構成されている。ここに示す例では、空隙部１１を各主磁極１２の一端側のみに設け、各主磁極１２の他端側を連結部１８によって連結している。
【００１７】
２つの主磁極１２の少なくとも一方の端部には、被検出体１６による磁路形成の補助となる補助コア部１７が形成されている。本形態では、２つの主磁極１２の両端部に補助コア部１７が形成されている。各補助コア部１７は連結部１８とは逆側に突出するように形成されている。各主磁極１２および各補助コア部１７は、高透磁率磁性材料により一体的に形成され、補助コア部１７の間が励磁コイル１３と差動検出コイル１４とを巻回する巻線部１９としている。
【００１８】
励磁コイル１３は各主磁極１２の巻線部１９にそれぞれ巻回されており、後述する交流電源から給電されたとき、各主磁極１２を通る磁束（点線Ｌ１で示す）が互いに逆向きになって全体として閉ループの磁束Φ１が発生するようになっている。
【００１９】
ここで、磁気センサ部１５の周辺に被検出体１６が存在せず、各主磁極１２を通る磁束が等しい場合には、各主磁極１２を通る磁束が釣り合っており、差動検出コイル１４の出力に差はない。
【００２０】
この状態より磁気センサ部１５に被検出体１６が近づくと、一方の主磁極１２から各補助コア部１７を通って被検出体１６に向けて漏れる磁束Φ２（一点鎖線Ｌ２で示す）が発生し、各主磁極１２を通る磁束のバランスが崩れる。磁束Φ２の漏れ具合は、被検出体１６の透磁率によって変化するので、透磁率の大きさに応じて差動検出コイル１４の出力が変化する。差動検出コイル１４の出力は、後述する検出回路において、被検出体１６の透磁率に応じた大きさの差動出力が得られる。
【００２１】
このようなセンサー本体部分を用いた差動式磁気センサー装置１の基本構成は、図２に示すように表される。
【００２２】
図２は、差動式磁気センサー装置１の基本構成を示すブロック図である。図２において、差動式磁気センサー装置１は、閉ループの磁界を発生させる励磁コイル１３と、この励磁コイル１３に対する交流電源１０と、励磁コイル１３と共通の主磁極１２に巻回された第１および第２の差動検出コイル１４１、１４２（差動検出コイル１４）とを有しており、これら２つの差動検出コイル１４１、１４２の中位点はグランドに接続されている。
【００２３】
本形態の差動式磁気センサー装置１において、検出回路２０は、差動検出コイル１４１、１４２からの二出力１４ａ、１４ｂを検波する２つの検波器２１１、２１２と、差動検出コイル１４１、１４２からの二出力１４ａ、１４ｂから高周波成分を除去する２つのローパスフィルタ２２１、２２２とを有し、差動検出コイル１４１、１４２からの二出力１４ａ、１４ｂは、２つの検波器２１１、２１２および２つのローパスフィルタ２２１、２２２をそれぞれ通った後、差動増幅器２３に入力されるようになっている。本形態において、検波器２１１、２１２は、ローパスフィルタ２２１、２２２の前段に配置されているので、差動検出コイル１４１、１４２からの二出力１４ａ、１４ｂは、まず、検波器２１１、２１２の各々に入力され、これらの検波器２１１、２１２からの出力２１ａ、２１ｂはローパスフィルタ２２１、２２２の各々に入力され、これら２つのローパスフィルタ２２１、２２２の出力２２ａ、２２ｂが差動増幅器２３に入力されるようになっている。
【００２４】
（動作の説明）
このように構成した差動式磁気センサー装置１の動作を、図２および図３を参照して説明する。
【００２５】
図３（ａ）、（ｂ）、（ｃ）はそれぞれ、本形態の差動式磁気センサー装置１において、図１に示す磁束Φ２が発生しておらず、かつ、差動検出コイル１４１、１４２からの出力１４ａ、１４ｂに位相のずれがない場合、位相が２０度ずれている場合、および位相が３０度ずれている場合のそれぞれについて、検波器２１１、２１２からの出力２１ａ、２１ｂ、ローパスフィルタ２２１、２２２からの出力２２ａ、２２ｂ、および差動増幅器２３からの差動出力２３ａをシミュレーションした結果を示す説明図である。なお、図３（ａ）、（ｂ）、（ｃ）には、差動検出コイル１４１、１４２からの出力１４ａ、１４ｂが表されていないが、これらの信号波形は、図７および図８に示す通りである。
【００２６】
図２および図３（ａ）において、２つの差動検出コイル１４１、１４２からの二出力１４ａ、１４ｂ（図７（ａ）、図８（ａ）を参照）は、まず、２つの検波器２１１、２１２で各々検波され、半波整流された出力２１ａ、２１ｂが得られる。次に、出力２１ａ、２１ｂは、２つのローパスフィルタ２２１、２２２の各々に入力され、このローパスフィルタ２２１、２２２において、高周波成分が除去され、完全な直流の出力２２ａ、２２ｂとなる。しかる後に、ローパスフィルタ２２１、２２２からの出力２２ａ、２２ｂは、差動増幅器２３に入力され、差動出力２３ａ（出力２２ａ、２２ｂの差）として出力される。
【００２７】
このように、本形態の差動式磁気センサー装置１では、差動検出コイル１４１、１４２からの二出力１４ａ、１４ｂは各々、直流信号に変換された状態で差動増幅器２３に入力される。このため、図３（ｂ）、（ｃ）に示すように、たとえ、差動検出コイル１４１、１４２からの二出力１４ａ、１４ｂ間に位相ずれがあって、検波器２１１、２１２からの出力２１ａ、２１ｂの時点で位相のずれがあっても、ローパスフィルタ２２１、２２２から出力された時点で位相のずれが消去されている。従って、差動増幅器２３から出力される差動出力２３ａは、位相ずれの有無にかかわらず、０Ｖであり、センサーの検出精度が高い。
【００２８】
また、差動検出コイル１４１、１４２からの二出力１４ａ、１４ｂは各々、完全な直流信号に変換された後、差動増幅器２３に入力されるので、差動増幅器２３としては、周波数特性が優れた高価なものを用いる必要がない。それ故、差動式磁気センサー装置１のコストを低減することができる。
【００２９】
また、本形態では、位相ずれが発生してもセンサーの検出精度が高いので、励磁コイル１３、主磁極１２および差動検出コイル１４１、１４２を樹脂によって封止しても、高い検出精度を維持できる。すなわち、図１に封止樹脂を二点鎖線Ｌ３で示すとともに、このときの被検出体１６の位置を二点鎖線Ｌ４で示すように、励磁コイル１３や差動検出コイル１４１、１４２を樹脂４０で封止したとき、封止時に樹脂４０からうける応力、あるいは封止後の温度変化に伴なって樹脂４０から受ける応力によって、差動検出コイル１４１、１４２からの二出力１４ａ、１４ｂに位相ずれが発生しても、本形態の差動式磁気センサー装置１では、このような位相ずれがセンサー精度を低下させることはない。
【００３０】
なお、図１には、参考までに、樹脂４０で封止されていない場合での被検出体１６と差動式磁気センサー装置１における一方の主磁極１２の各補助コア部１７との位置関係が明確となるように、この場合の被検出体１６を斜線で示してある。
【００３１】
（差動式磁気センサー装置１の実施例）
図４を参照して、本発明を適用した差動式磁気センサー装置の実施例を説明する。ここに示す差動式磁気センサー装置１については、図２を参照して説明したものと同一であるので、対応する部分には同一の符号を付して図示することにして、それらの説明を省略する。
【００３２】
図４は、本形態の差動式磁気センサー装置を搭載した電子機器の構成を示すブロック図である。この図に示す電子機器では、差動式磁気センサー装置１からの差動出力２３ａは、Ａ／Ｄ変換器３６２（アナログ／デジタル変換器）を介してマイクロコンピュータ３７に入力されるようになっている。また、本形態の差動式磁気センサー装置１では、差動検出コイル１４１、１４２からの二出力１４ａ、１４ｂについては、検波器２１１、２１２によって検波、整流した後、ローパスフィルタ２２１、２２２を通すので、ローパスフィルタ２２１、２２２からの出力は、高周波成分が除去された直流信号である。従って、これらローパスフィルタ２２１、２２２からの出力２２ａ、２２ｂも、Ａ／Ｄ変換器３６１、３６３を介してマイクロコンピュータ３７に入力されるようになっている。
【００３３】
このように構成した電子機器において、マイクロコンピュータ３７には、差動増幅器２３からの差動出力２３ａが入力されるので、図１に示す励磁コア１３の内側に通る磁束に変化があったか否か、どのレベルで変化したかによって、被検出体１６の有無あるいは種類などを検出できる。
【００３４】
ここで、マイクロコンピュータ３７は、ローパスフィルタ２２１、２２２から入力された結果に基いて差動式磁気センサー装置１を監視する機能も有しており、ローパスフィルタ２２１、２２２からの二つの入力（出力２２ａ、２２ｂ）のいずれもがゼロであったときには、励磁コイル１３が断線したものと判定することができる。
【００３５】
また、マイクロコンピュータ３７は、ローパスフィルタ２２１、２２２からの二つの入力（出力２２ａ、２２ｂ）のうちの一方だけがゼロであったときには、２つの差動検出コイル１４１、１４２の一方が断線したものと判定することができる。
【００３６】
さらに、マイクロコンピュータ３７は、ローパスフィルタ２２１、２２２からの二つの入力（出力２２ａ、２２ｂ）の間でレベル差が大きい、あるいはレベルが著しく低いときは、主磁極１２が破損あるいは摩耗しているものと判定することができる。
【００３７】
（その他の実施の形態）
なお、差動式磁気センサー装置１において、磁気センサー部１５を構成する磁極、励磁コイル、差動検出コイルの構成は、図１に示すものに限らず、閉ループの磁界を発生させる励磁コイルと、この励磁コイルを通る磁束の変化を検出する差動検出コイルとを有する差動式磁気センサー装置であれば、いずれのものにも本発明を適用することができる。
【００３８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係る差動式磁気センサー装置において、差動検出コイルからの二出力は、検波手段によって検波され、ローパスフィルタによって高周波成分が除去された後、差動増幅手段に入力されるため、差動検出コイルからの二出力は各々、直流信号に変換された状態で差動増幅手段に入力される。このため、差動検出コイルからの二出力間に位相ずれがあっても、差動増幅手段から出力される差動出力にノイズ成分が含まれることがないので、センサー精度を向上することができる。また、差動検出コイルからの二出力は各々、完全な直流信号に変換された後、入力されるので、差動増幅手段としては、周波数特性が優れた高価なものを用いる必要がない。それ故、差動式磁気センサー装置のコストを低減することができる。さらに、ローパスフィルタの二出力のいずれもがゼロであったときには、励磁コイルが断線したものと判定することができる。ローパスフィルタの二出力のうちの一方だけがゼロであったときには、差動検出コイルが断線したものと判定することができる。ローパスフィルタの二出力の間でレベル差が大きい、あるいはレベルが著しく低いときは、主磁極が破損あるいは摩耗しているものと判定することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用した差動式磁気センサー装置に用いた励磁コイルおよび差動検出コイルの構造の一例を示す説明図である。
【図２】 本発明を適用した差動式磁気センサー装置の基本構成を示すブロック図である。
【図３】（ａ）、（ｂ）、（ｃ）はそれぞれ、図２に示す差動式磁気センサー装置において、被検出体による磁束の漏れが発生しておらず、かつ、差動検出コイルからの出力に位相のずれがない場合、位相が２０度ずれている場合、および位相が３０度ずれている場合のそれぞれについて、検波器からの出力、ローパスフィルタからの出力、および差動増幅器からの差動出力をシミュレーションした結果を示す説明図である。
【図４】図２に示す差動式磁気センサー装置の使用例を示すブロック図である
【図５】従来の差動式磁気センサー装置の全体構成を示すブロック図である
【図６】従来の別の差動式磁気センサー装置の全体構成を示すブロック図である
【図７】（ａ）、（ｂ）、（ｃ）はそれぞれ、図５に示す差動式磁気センサー装置において、被検出体による磁束の漏れが発生しておらず、かつ、差動検出コイルからの出力に位相のずれがない場合、位相が２０度ずれている場合、および位相が３０度ずれている場合のそれぞれについて、差動検出コイルからの出力、差動増幅器からの差動出力、検波器からの出力、およびローパスフィルタらの出力をシミュレーションした結果を示す説明図である。
【図８】（ａ）、（ｂ）、（ｃ）はそれぞれ、図６に示す差動式磁気センサー装置において、被検出体による磁束の漏れが発生しておらず、かつ、差動検出コイルからの出力に位相のずれがない場合、位相が２０度ずれている場合、および位相が３０度ずれている場合のそれぞれについて、差動検出コイルからの出力、差動増幅器からの差動出力、およびローパスフィルタからの出力をシミュレーションした結果を示す説明図である。
【符号の説明】
１ 差動式磁気センサー装置
１０ 交流電源
１２ 主磁極
１３ 励磁コイル
１４、１４１、１４２ 差動検出コイル
１５ 磁気センサ部
１６ 被検出体
１７ 補助コア部
２０ 検出回路
２３ 差動増幅器（差動増幅手段）
２１１、２１２ 検波器（検波手段）
２２１、２２２ ローパスフィルタ
Φ１ 閉ループの磁束
Φ２ 媒体によって漏れた磁束

Claims (2)

1. 閉ループの磁界を発生させる励磁コイルと、該励磁コイルを通る磁束の変化を検出する差動検出コイルと、前記励磁コイルおよび前記差動検出コイルが巻回された磁極と、前記差動検出コイルの両端からの二出力の差を増幅して差動出力として出力する差動増幅手段とを有する差動式磁気センサー装置において、
   前記差動検出コイルからの二出力を各々検波する検波手段と、該検波手段の二出力の各々から高周波成分を除去するローパスフィルタとを有し、前記差動検出コイルからの二出力は、前記検波手段および前記ローパスフィルタを通った後、前記差動増幅手段に入力され、
   前記ローパスフィルタを通った二出力は、各々、前記差動増幅手段を介さずに出力されて、前記励磁コイルの断線の有無の判定、前記差動検出コイルの断線の有無の判定、および前記磁極の破損あるいは摩耗の有無の判定のうちの少なくとも一つの判定に用いられることを特徴とする差動式磁気センサー装置。
2. 請求項１において、少なくとも前記励磁コイルおよび前記差動検出コイルは、樹脂によって封止されていることを特徴とする差動式磁気センサー装置。

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