JP4415158B2

JP4415158B2 - Magnetic sensor

Info

Publication number: JP4415158B2
Application number: JP2000001872A
Authority: JP
Inventors: 章博後藤; 正規安部; 昌二小山
Original assignee: Hirose Electric Co Ltd
Current assignee: Hirose Electric Co Ltd
Priority date: 2000-01-07
Filing date: 2000-01-07
Publication date: 2010-02-17
Anticipated expiration: 2020-01-07
Also published as: JP2001194182A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、対象物の存在や挙動等、特に対象物の回転移動を検出するための磁気センサに関するものであり、より詳細には大バルクハウゼンジャンプ現象を利用した磁気センサに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
大バルクハウゼンジャンプ現象を起こしうる素子、特にワイヤ状素子を用いた回転検知用の磁気センサについては、幾つかのものが提案されているが、その代表的な構成例は、添付図面の図７に略示するようなものである。
【０００３】
この従来の構成例においては、図７に示されるように、大バルクハウゼンジャンプを起こしうるワイヤ状磁性素子１０の周りに検出コイル１１を巻回してなる検出素子を備える。大バルクハウゼンジャンプ現象を起こすためには、ワイヤ状磁性素子１０に交番磁界を作用させる必要があることから、被検出物体に接続される回転中心軸２１を有するドラム状基体２０に、極性を交互に変えた永久磁石３１から３６を等間隔に並べて配置し、ドラム状基体２０の回転につれて、永久磁石３１から３６がワイヤ状磁性素子１０の近傍を順次通過していくような構成としている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、このような従来構成にあっては、ドラム状基体２０の直径寸法が大きくなり、小型化には限界があった。また、ワイヤ状磁性素子１０の磁化の配向を揃えるためにも作用する磁界は、より強い方が好ましいが、これを強くするには隣接する磁界との間で磁気回路を形成させないようにするため両者間に十分な距離を置く必要があり、ドラム状基体２０の小型化は一層困難である。
【０００５】
ドラム状基体２０の小型化が困難であるため、ドラム状基体２０自身の質量によるイナーシャを軽減することができず、また、特にイナーシャの軽減について重要なスリム化も構造上極めて困難である。これらのことから、当然に、コストもかさむものとなると共に、大きさやコストの割に性能は低いものとなってしまっていた。
【０００６】
さらにまた、検出分解能を上げるため、ドラム状基体２０の周りに複数個のワイヤ状磁性素子１０を配置する場合には、これらワイヤ状磁性素子１０を含めた全体の外形寸法が更に大きくなり、小型化の要求に応えうるものとはならない。
【０００７】
本発明の目的は、前述したような従来技術の問題点を解消しうるような磁気センサを提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の一つの観点によれば、大バルクハウゼンジャンプを起こしうる磁性素子と、該磁性素子に関連して配置された検出手段と、前記磁性素子の近傍に配置されて該磁性素子に対して所定の極性の磁界を作用させる第１の磁界発生手段と、前記磁性素子の少なくとも一端に近接しうる位置に配置され該近接位置にあるとき該磁性素子に対して前記所定の極性とは反対極性の磁界を作用させる第２の磁界発生手段とを備えており、前記磁性素子と前記第２の磁界発生手段とは、前記第１の磁界発生手段の周りにおいて相対的に回転移動しうるものとされていて、前記磁性素子がセット状態とリセット状態とに交互に切り換えられるようにしたことを特徴とする磁気センサが提供される。
【０００９】
本発明の一つの実施の形態によれば、前記磁性素子は、固定位置とされ、前記第２の磁界発生手段は、前記第１の磁界発生手段の周りにおいて回転させられる。
【００１０】
本発明の別の実施の形態によれば、前記磁性素子は、前記第１の磁界発生手段のまわりにおいて回転させられ、前記第２の磁界発生手段は、固定位置とされている。
【００１１】
本発明の別の観点によれば、大バルクハウゼンジャンプを起こしうる磁性素子と、該磁性素子に関連して配置された検出手段と、前記磁性素子の近傍に配置されて該磁性素子に対して所定の極性の磁界を作用させる第１の磁界発生手段と、前記磁性素子の少なくとも一端に近接しうる位置に配置され該近接位置にあるとき該磁性素子に対して前記所定の極性とは反対極性の磁界を作用させる第２の磁界発生手段とを備えており、前記磁性素子と前記第２の磁界発生手段とは、ある回転中心軸の周りにおいて相対的に回転移動しうるものとされており、前記第１の磁界発生手段は、前記回転中心軸に対して若干ずれた位置に配置され且つ前記磁性素子との間で前記回転中心軸の周りに関して相対的に移動しうるものとされており、前記磁性素子がセット状態とリセット状態とに交互に切り換えられるようにしたことを特徴とする磁気センサが提供される。
【００１２】
本発明の一つの実施の形態によれば、前記磁性素子は、固定位置とされ、前記第２の磁界発生手段は、前記回転中心軸のまわりにおいて回転させられる。
【００１３】
本発明の別の実施の形態によれば、前記磁性素子は、前記回転中心軸のまわりにおいて回転させられ、前記第２の磁界発生手段は、固定位置とされている。
【００１４】
本発明の更に別の実施の形態によれば、前記第１の磁界発生手段は、前記第２の磁界発生手段と共に前記回転中心軸のまわりに回転させられる。
【００１５】
本発明の更に別の実施の形態によれば、前記第１の磁界発生手段は、前記磁性素子をセット状態とするセット磁界を発生し、前記第２の磁界発生手段は、前記磁性素子をリセット状態とするリセット磁界を発生する。
【００１６】
本発明の更に別の実施の形態によれば、前記第１の磁界発生手段は、前記磁性素子をリセット状態とするリセット磁界を発生し、前記第２の磁界発生手段は、前記磁性素子をセット状態とするセット磁界を発生する。
【００１７】
本発明の更に別の実施の形態によれば、前記磁性素子は、前記第１の磁界発生手段のまわりに間隔をおいて複数個設けられている。
【００１８】
本発明の更に別の実施の形態によれば、前記第２の磁界発生手段は、前記第１の磁界発生手段のまわりに間隔をおいて複数個設けられている。
【００１９】
本発明の更に別の実施の形態によれば、前記第２の磁界発生手段は、前記磁性素子の両端に近接しうる位置に配置されている。
【００２０】
本発明の更に別の実施の形態によれば、前記第１の磁界発生手段および第２の磁界発生手段は、永久磁石である。
【００２１】
本発明の更に別の実施の形態によれば、前記第２の磁界発生手段は、前記磁性素子の一端に近接しうる位置に配置される永久磁石と、前記磁性素子の他端に近接しうる位置に配置される磁性体部材とからなる。
【００２２】
本発明の更に別の実施の形態によれば、前記第１の磁界発生手段は、被検出物体に接続される回転軸に設けられた永久磁石からなり、前記第２の磁界発生手段は、前記回転軸に接続されたアームに支持された永久磁石からなる。
【００２３】
本発明の更に別の実施の形態によれば、前記第１の磁界発生手段は、被検出物体に接続される回転軸を磁化してなる永久磁石からなり、前記第２の磁界発生手段は、前記回転軸に接続されたアームに支持された永久磁石からなる。
【００２４】
本発明の更に別の実施の形態によれば、前記磁性素子は、ワイヤ状素子である。
【００２５】
本発明の更に別の実施の形態によれば、前記検出手段は、前記磁性素子の周りに巻回された検出コイルを備える。
【００２６】
本発明の更に別の実施の形態によれば、前記磁性素子は、膜状素子である。
【００２７】
本発明の更に別の実施の形態によれば、前記磁性素子は、板状素子である。
【００２８】
本発明の更に別の実施の形態によれば、前記検出手段は、前記磁性素子の近傍に配置された平面状検出コイルを備える。
【００２９】
【発明の実施の形態】
次に、添付図面の図１から図６に基づいて、本発明の実施の形態および実施例について本発明をより詳細に説明する。
【００３０】
本発明の種々な実施の形態および実施例について説明する前に、本発明において使用する”大バルクハウゼンジャンプを起こしうる磁性素子”（以下、単に磁性素子という）について概略説明しておく。先ず、一般的に知られているワイヤ状の複合磁性素子を例として、その構造と挙動について説明する。強磁性体を線引きして細いワイヤにしたものは、その合金組成とともに独特な磁気的性質を持つ。この強磁性体ワイヤにひねり応力を加えると、ワイヤの外周部付近ほど多くひねられ、中心部ほどひねられ方は少なくなり、このため外周部と中心部では磁気特性が異なることとなる。この状態を残留させる加工を施すと、外周部と中心部で磁気特性の異なる強磁性体の磁気ワイヤができる。そして、外周部の磁気特性は、比較的小さな磁界によってその磁化方向を変える。これに対して、中心部は、外周部よりも大きな磁界によってその磁化方向を変える。すなわち、一本の磁気ワイヤの中に比較的磁化され易い磁気特性を持つ外周部と、磁化されにくい中心部という２種類の異なった磁気特性を持つ複合磁性体が形成されている。この複合磁気ワイヤは、一軸異方性である。ここでは、外周部をソフト層、中心部をハード層と呼び、このような複合磁気ワイヤを、ワイヤ状の複合磁性素子と称する。
【００３１】
この複合磁気ワイヤのハード層およびソフト層は、初期的には、どのような方向に磁化されているか定まっておらず、バラバラな磁化状態にある。この複合磁気ワイヤの長手方向、つまり軸線方向と平行に、ハード層の磁化方向を反転させるのに十分な外部磁界をかけると、ソフト層は、当然のこと、ハード層も磁化され同じ磁化方向にそろう。次に、ソフト層だけを磁化できるような外部磁界を、前とは逆方向にかける。その結果、複合磁気ワイヤのソフト層とハード層とでは磁化されている方向が逆であるという磁化状態ができる。一軸異方性であるから、この状態で外部磁界を取り去ってもソフト層の磁化方向は、ハード層の磁化に押えられていて磁化状態は安定している。このときの外部磁界をセット磁界と呼ぶ。次に、セット磁界と反対方向の外部磁界をかけてこの磁界を増加させる。外部磁界の強さがある臨界強度を越すと、ソフト層の磁化方向は急激に反転する。この磁界を、臨界磁界と呼ぶ。このときの反転現象は、雪崩をうつような状態でソフト層の磁壁が移動して一瞬のうちに磁化反転が起きる。この結果、ソフト層とハード層の磁化方向は同じとなり最初の状態に戻る。外部磁界は臨界磁界よりも大きな磁界をかけておく。この磁界を、リセット磁界と呼ぶ。この雪崩をうつように磁化状態が反転する現象を大バルクハウゼンジャンプという。磁化反転の速度は、この大バルクハウゼンジャンプのみに依存していて外部磁界には無関係である。
【００３２】
”大バルクハウゼンジャンプを起こしうる磁性素子”について、ワイヤ状の磁性素子を例に挙げて説明してきたのであるが、本発明においては、このようなワイヤ状の磁性素子に限らず、同様の挙動を示す他の種々な磁性素子を使用できるものである。また、前述した磁性素子は、ハード層とソフト層とを有するものであったが、大バルクハウゼンジャンプを起こしうる磁性素子としては、このようなハード層とソフト層との複合層を有していないような磁性素子でも可能である。例えば、特開平４−２１８９０５号公報に開示されているような薄膜形成技術を使用することにより、薄膜状の磁性体を形成し、これを薄膜状の磁性素子として使用することもできる。また、この磁性素子は、厚膜状でも板状でもよい。さらにまた、ワイヤー状磁性素子にも、例えば、アモルファス、ウィーガンド等いくつかの種類がある。したがって、ここでいう”大バルクハウゼンジャンプを起こしうる磁性素子”は、前述したような挙動を示す種々な磁性素子のすべてを含むものである。
【００３３】
次に、本発明の一実施例としての磁気センサの構成および動作について説明する。図１は、この実施例の磁気センサの構成を概略的に示しており、図２は、図１の磁気センサの具体的構造を略示する斜視図である。これら図１および図２に示されるように、この実施例の磁気センサは、例えば、自動車等のパワーウインドウ等の動きを制御するためのモータ等の出力軸に接続されて、この出力軸の回転につれて回転しうるものとされた回転中心軸１を備える。この回転中心軸１は、プラスチック材料で形成されてもよいし、永久磁石化しうる磁気材料で形成されてもよい。この磁気センサは、回転中心軸１に同中心的に取り付けられた第１の磁界発生手段としての棒状の永久磁石２を備える。回転中心軸１がプラスチック材料にて、成形されるような場合には、この棒状永久磁石２は、その成形時に、そのプラスチック回転中心軸１内に埋設されるようにモールド成形されるとよい。一方、回転中心軸１を磁気材料で形成するような場合には、この回転中心軸１を磁化することによって、棒状永久磁石２を与えるようにすることもできる。
【００３４】
さらに、この磁気センサは、回転中心軸１の上下間隔を置いて設けられた１対のアーム３に支持された第２の磁界発生手段としての１対の円板状永久磁石４を備える。これら円板状永久磁石４もまた、回転中心軸１およびアーム３がプラスチック材料等で一体成形する際に、アーム３内に埋設されるようにしてもよい。
【００３５】
さらに、この磁気センサは、回転中心軸１に設けられた棒状永久磁石２の近傍であって且つ１対の円板状永久磁石４の間に挟まれるうるような位置に配置されたワイヤ状磁性素子６を備えている。このワイヤ状磁性素子６には、検出手段としてのピックアップコイル５が巻回されている。この実施例では、ワイヤ状磁性素子６は、固定位置に配置されている。しかし、本発明は、これに限定されず、回転中心軸１を回転させずに、すなわち、永久磁石４を固定位置とし、ワイヤ状磁性素子６が被検出物体の動きにつれて、永久磁石２の周りで且つ１対の永久磁石４の間を通過するように回転させられるようにしてもよいものである。
【００３６】
この実施例では、第１の磁界発生手段としての永久磁石２は、ワイヤ状磁性素子６に対して大バルクハウゼンジャンプ現象が起きる反対方向のセット磁界を及ぼすような極性とされており、第２の磁界発生手段としての永久磁石４は、ワイヤ状磁性素子６に対して大バルクハウゼンジャンプ現象が起きる方向のリセット磁界を及ぼすような極性とされている。しかし、本発明は、これに限定されず、永久磁石２がリセット磁界を及ぼし、永久磁石４がセット磁界を及ぼすようにしてもよいものである。このように、セット、リセットを入れ替えた場合には、ピックアップコイル５を通して発生されるパルスの発生タイミングが異なってくる。
【００３７】
次に、前述したような構成を有する実施例の磁気センサの動作について説明する。セット磁界を及ぼす棒状永久磁石２とワイヤ状磁性素子６との距離は常に一定であり、ワイヤ状磁性素子６には、セット磁界が常時作用している。回転中心軸１が被検出物体の回転と共に回転するとき、円板状永久磁石４がワイヤ状磁性素子６の上下両端を近接通過する毎に、リセット磁界が周期的または非周期的にワイヤ状磁性素子６に作用することになる。したがって、ワイヤ状磁性素子６には、回転中心軸１の回転に伴い、セット磁界とリセット磁界とが交互に作用させられ、リセット磁界の作用するタイミングで、磁性素子６に大バルクハウゼンジャンプが生じて、ピックアップコイル５を通してパルスが発生されることになる。したがって、これらパルスの発生タイミングにより、被検出物体の回転速度、回転数、回転位置などを感知することができる。
【００３８】
図３は、本発明の別の実施例の磁気センサの構成を略示する図２と同様の図である。図３の実施例の磁気センサは、ピックアップコイル５を巻回したワイヤ状磁性素子６の複数個（この例では、３個）を、回転中心軸１、すなわち、棒状永久磁石２の周りに間隔を置いて配置している以外は、図１および図２の実施例の磁気センサと同じである。
【００３９】
このようにワイヤ状磁性素子を複数個配置することにより、磁気センサの外径を増すことなく、検出分解能を上げることができる。この実施例では、ワイヤ状磁性素子を複数個設けるようにしたのであるが、ワイヤ状磁性素子は、１個として、円板状永久磁石４の対を、回転中心軸１の周りに複数対間隔をおいて設けるようにしても同様の効果を得ることができる。
【００４０】
さらにまた、前述した実施例では、第２の磁界発生手段としての円板状永久磁石４が、ワイヤ状磁性素子６の上下端を近接通過しうるように、上下１対としたのであるが、本発明は、これに限定されない。例えば、ワイヤ状磁性素子６の長さが比較的に短いような場合には、第２の磁界発生手段としての円板状永久磁石４は、ワイヤ状磁性素子の上端または下端に対してのみ設けるようにしてもよいし、円板状永久磁石を複数個配列する場合には、上端および下端に対して交互に配置するようにしてもよい。さらにまた、第２の磁界発生手段は、ワイヤ状磁性素子６の一端に対する円板状永久磁石と、ワイヤ状磁性素子の他端に対する円板状磁性体部材とで構成するようにすることもできる。
【００４１】
図４は、本発明の別の実施例としての磁気センサの構成を示すための概略立面図および平面図を上下に並べて示す図である。この図４の実施例は、回転中心軸１に第１の磁界発生手段としての棒状の永久磁石２を、前述の実施例の如くこの回転中心軸１の同中心的に取り付けるのでなく、この回転中心軸１に対して若干ずれた位置、すなわち、オフセット位置に取り付けるようにしたものである。この点以外の諸構成においては、前述した実施例と同様であるので、繰り返し詳述しない。
【００４２】
図４の実施例において、永久磁石２が回転中心軸１と共に回転する場合には、例えば、永久磁石２によって発生されるセット磁界とワイヤー状の磁性素子６との距離は常に一定ではなく、回転中心軸１の回転に伴い変化する。このような構成とすることにより、セット磁界２がワイヤー状の磁性素子６に接近した際にセット磁界２を作用させることができ、より確実に安定したセット磁界をワイヤー状の磁性素子６に作用させることができる。
【００４３】
回転中心軸１に永久磁石２を設ける方法としては、図４のようなハメコミの他、接着等種々な方法が考えられる。また、前述したと同様に、回転中心軸１をオフセット的に磁化することによって設けることも考えられる。
【００４４】
また、複数の第２の磁界発生手段４を備える場合には、図５および図６に概略平面図にて示すように、第１の磁界発生手段としての永久磁石２をそれらの間の位置に複数個設けることもできる。
【００４５】
さらにまた、前述した実施例では、磁性素子６として、ワイヤ状磁性素子を使用したのであるが、前述したように、本発明は、これに限らず、種々な形の磁性素子を使用することができ、例えば、薄膜状、厚膜状または板状の磁性素子を使用することもできる。このように、磁性素子として薄膜状、厚膜状または板状の磁性素子を使用した場合には、ピックアップコイル５も平面コイルとすることも考えられる。さらにまた、前述したような磁性素子に代えて、単層の磁性素子を使用することもできる。
【００４６】
なお、前述した実施例においては、磁界発生手段としての磁石は、永久磁石としたのであるが、これは、電磁石など、他の同様の手段に置き換えることができる。さらにまた、検出手段は、コイルとしたのであるが、これは、ホール素子、ＭＲ素子、共振回路等、他の同様の手段に置き換えることができる。
【００４７】
【発明の効果】
本発明によれば、中心軸に第１の磁界発生手段を配置し、中心軸の周りに第２の磁界発生手段を配置し、大バルクハウゼンジャンプを起こしうる磁性素子を中心軸の周りでしかも第２の磁界発生手段の外周内に配置したので、極めて小型化、スリム化することができる。
【００４８】
磁性素子に沿う形で安定したセットまたはリセット磁界を作用させることができ、また、セット磁界とリセット磁界との間で磁気回路が形成されず互いの干渉がなく磁気エネルギーロスがないため、磁界を有効に利用でき、したがって、高性能、高信頼性、高安定性のある磁気センサとすることができる。
【００４９】
複数のリセットまたはセット磁界を近接して設けるようにしても、磁界同士はすべて同じ磁化方向なので互いに磁気回路を形成することがなく、したがって、複数のリセットまたはセット磁界を配列することにより、問題なく容易に検出分解能を上げることができる。
【００５０】
磁界発生手段として小型の磁石を使用することが可能であるので、小型で非常に安価な磁気センサとすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例としての磁気センサの構成を示す概略図である。
【図２】図１の磁気センサの具体的構造を略示する斜視図である。
【図３】本発明の別の実施例としての磁気センサの構造を略示する斜視図である。
【図４】本発明の別の実施例としての磁気センサの構成を示す概略図である。
【図５】本発明の更に別の実施例を示す概略平面図である。
【図６】本発明の更に別の実施例を示す概略平面図である。
【図７】従来の磁気センサの構成例を示す概略斜視図である。
【符号の説明】
１回転中心軸
２棒状永久磁石
３アーム
４円板状永久磁石
５ピックアップコイル
６ワイヤ状磁性素子[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a magnetic sensor for detecting the rotational movement of an object, such as the presence and behavior of the object, and more particularly to a magnetic sensor using a large Barkhausen jump phenomenon.
[0002]
[Prior art]
Several elements have been proposed for an element that can cause a large Barkhausen jump phenomenon, in particular, a magnetic sensor for detecting rotation using a wire-like element, and a typical configuration example is shown in FIG. Is as outlined.
[0003]
In this conventional configuration example, as shown in FIG. 7, a detection element formed by winding a detection coil 11 around a wire-like magnetic element 10 that can cause a large Barkhausen jump is provided. In order to cause the large Barkhausen jump phenomenon, it is necessary to apply an alternating magnetic field to the wire-like magnetic element 10, so that the polarity is alternately applied to the drum-like base body 20 having the rotation center axis 21 connected to the detected object. The permanent magnets 31 to 36 that have been changed to be arranged at equal intervals are arranged so that the permanent magnets 31 to 36 sequentially pass through the vicinity of the wire-like magnetic element 10 as the drum-shaped substrate 20 rotates.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
However, in such a conventional configuration, the diameter of the drum-shaped substrate 20 is large, and there is a limit to downsizing. Further, the magnetic field acting to align the magnetization orientation of the wire-like magnetic element 10 is preferably stronger, but in order to strengthen this, a magnetic circuit is not formed between adjacent magnetic fields. It is necessary to provide a sufficient distance between the two, and it is more difficult to reduce the size of the drum-shaped substrate 20.
[0005]
Since it is difficult to reduce the size of the drum-shaped substrate 20, inertia due to the mass of the drum-shaped substrate 20 itself cannot be reduced, and in particular, it is extremely difficult to make slimming that is important for reducing inertia. From these facts, of course, the cost is also increased, and the performance is low for the size and cost.
[0006]
Furthermore, in order to increase the detection resolution, when a plurality of wire-like magnetic elements 10 are arranged around the drum-like substrate 20, the overall outer dimensions including these wire-like magnetic elements 10 are further increased, and the size is reduced. It will not be able to respond to the demands of computerization.
[0007]
An object of the present invention is to provide a magnetic sensor capable of solving the problems of the prior art as described above.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
According to one aspect of the present invention, a magnetic element capable of causing a large Barkhausen jump, detection means disposed in association with the magnetic element, and a magnetic element disposed in the vicinity of the magnetic element. A first magnetic field generating means for applying a magnetic field having a predetermined polarity; and a polarity opposite to the predetermined polarity with respect to the magnetic element when the magnetic element is located at a position close to at least one end of the magnetic element. A second magnetic field generating means for applying the magnetic field, and the magnetic element and the second magnetic field generating means are capable of relatively rotating around the first magnetic field generating means. A magnetic sensor is provided, wherein the magnetic element is alternately switched between a set state and a reset state.
[0009]
According to one embodiment of the present invention, the magnetic element is in a fixed position, and the second magnetic field generating means is rotated around the first magnetic field generating means.
[0010]
According to another embodiment of the present invention, the magnetic element is rotated around the first magnetic field generating means, and the second magnetic field generating means is in a fixed position.
[0011]
According to another aspect of the present invention, a magnetic element capable of causing a large Barkhausen jump, detection means disposed in association with the magnetic element, and a magnetic element disposed in the vicinity of the magnetic element. A first magnetic field generating means for applying a magnetic field having a predetermined polarity; and a polarity opposite to the predetermined polarity with respect to the magnetic element when the magnetic element is located at a position close to at least one end of the magnetic element. The magnetic element and the second magnetic field generating means are capable of relatively rotating around a certain rotation center axis. The first magnetic field generating means is disposed at a position slightly deviated from the rotation center axis and is capable of moving relative to the magnetic element with respect to the rotation center axis. The magnetic element A magnetic sensor, characterized in that the can be switched alternately to a set state and a reset state is provided.
[0012]
According to one embodiment of the present invention, the magnetic element is in a fixed position, and the second magnetic field generating means is rotated around the rotation center axis.
[0013]
According to another embodiment of the present invention, the magnetic element is rotated around the rotation center axis, and the second magnetic field generating means is in a fixed position.
[0014]
According to still another embodiment of the present invention, the first magnetic field generating means is rotated around the rotation center axis together with the second magnetic field generating means.
[0015]
According to still another embodiment of the present invention, the first magnetic field generating means generates a set magnetic field for setting the magnetic element in a set state, and the second magnetic field generating means resets the magnetic element. Generates a reset magnetic field to make a state.
[0016]
According to still another embodiment of the present invention, the first magnetic field generating means generates a reset magnetic field that resets the magnetic element, and the second magnetic field generating means sets the magnetic element. Generates a set magnetic field to make a state.
[0017]
According to still another embodiment of the present invention, a plurality of the magnetic elements are provided at intervals around the first magnetic field generating means.
[0018]
According to still another embodiment of the present invention, a plurality of the second magnetic field generating means are provided at intervals around the first magnetic field generating means.
[0019]
According to still another embodiment of the present invention, the second magnetic field generating means is arranged at a position that can be close to both ends of the magnetic element.
[0020]
According to still another embodiment of the present invention, the first magnetic field generating means and the second magnetic field generating means are permanent magnets.
[0021]
According to still another embodiment of the present invention, the second magnetic field generating means may be disposed in a position close to one end of the magnetic element, and may be close to the other end of the magnetic element. And a magnetic member disposed at a position.
[0022]
According to still another embodiment of the present invention, the first magnetic field generating means comprises a permanent magnet provided on a rotating shaft connected to the object to be detected, and the second magnetic field generating means includes the It consists of a permanent magnet supported by an arm connected to a rotating shaft.
[0023]
According to still another embodiment of the present invention, the first magnetic field generating means comprises a permanent magnet formed by magnetizing a rotating shaft connected to the object to be detected, and the second magnetic field generating means comprises: It consists of a permanent magnet supported by an arm connected to the rotating shaft.
[0024]
According to still another embodiment of the present invention, the magnetic element is a wire-like element.
[0025]
According to still another embodiment of the present invention, the detection means includes a detection coil wound around the magnetic element.
[0026]
According to still another embodiment of the present invention, the magnetic element is a film element.
[0027]
According to still another embodiment of the present invention, the magnetic element is a plate-like element.
[0028]
According to still another embodiment of the present invention, the detection means includes a planar detection coil disposed in the vicinity of the magnetic element.
[0029]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Next, based on FIGS. 1 to 6 of the accompanying drawings, the present invention will be described in more detail with respect to embodiments and examples of the present invention.
[0030]
Before describing various embodiments and examples of the present invention, a “magnetic element capable of causing a large Barkhausen jump” (hereinafter simply referred to as a magnetic element) used in the present invention will be outlined. First, the structure and behavior of a generally known wire-shaped composite magnetic element will be described as an example. A ferromagnetic wire drawn into a thin wire has unique magnetic properties along with its alloy composition. When twisting stress is applied to the ferromagnetic wire, the wire is twisted more in the vicinity of the outer peripheral portion of the wire and less twisted in the central portion, so that the magnetic characteristics are different between the outer peripheral portion and the central portion. When processing is performed to leave this state, a ferromagnetic magnetic wire having different magnetic characteristics between the outer peripheral portion and the central portion can be obtained. And the magnetic characteristic of an outer peripheral part changes the magnetization direction with a comparatively small magnetic field. On the other hand, the magnetization direction of the central portion is changed by a magnetic field larger than that of the outer peripheral portion. That is, a composite magnetic body having two different magnetic properties, that is, an outer peripheral portion having a magnetic property that is relatively easily magnetized and a central portion that is difficult to be magnetized, is formed in one magnetic wire. This composite magnetic wire is uniaxially anisotropic. Here, the outer peripheral portion is called a soft layer and the central portion is called a hard layer, and such a composite magnetic wire is called a wire-shaped composite magnetic element.
[0031]
Initially, the direction in which the hard layer and the soft layer of the composite magnetic wire are magnetized is not determined and is in a discrete magnetization state. When an external magnetic field sufficient to reverse the magnetization direction of the hard layer is applied in parallel to the longitudinal direction of the composite magnetic wire, that is, the axial direction, the soft layer is naturally magnetized so that the hard layer is magnetized in the same magnetization direction. That's right. Next, an external magnetic field that can magnetize only the soft layer is applied in the opposite direction. As a result, a magnetized state in which the magnetized direction is reversed between the soft layer and the hard layer of the composite magnetic wire is formed. Since it is uniaxial anisotropy, even if the external magnetic field is removed in this state, the magnetization direction of the soft layer is suppressed by the magnetization of the hard layer, and the magnetization state is stable. The external magnetic field at this time is called a set magnetic field. Next, an external magnetic field opposite to the set magnetic field is applied to increase the magnetic field. When the strength of the external magnetic field exceeds a certain critical strength, the magnetization direction of the soft layer is rapidly reversed. This magnetic field is called a critical magnetic field. In the reversal phenomenon at this time, the domain wall of the soft layer moves in a state where an avalanche is depressed, and magnetization reversal occurs instantly. As a result, the magnetization directions of the soft layer and the hard layer become the same, and the initial state is restored. The external magnetic field is applied with a magnetic field larger than the critical magnetic field. This magnetic field is called a reset magnetic field. The phenomenon of the magnetization state reversing like avalanche is called large Barkhausen jump. The rate of magnetization reversal depends only on this large Barkhausen jump and is independent of the external magnetic field.
[0032]
“A magnetic element capable of causing a large Barkhausen jump” has been described by taking a wire-shaped magnetic element as an example. In the present invention, the same behavior is not limited to such a wire-shaped magnetic element. Various other magnetic elements showing can be used. Further, the magnetic element described above has a hard layer and a soft layer. However, as a magnetic element capable of causing a large Barkhausen jump, it has a composite layer of such a hard layer and a soft layer. Even a magnetic element which is not present is possible. For example, by using a thin film forming technique as disclosed in JP-A-4-218905, a thin film-like magnetic body can be formed and used as a thin film-like magnetic element. The magnetic element may be thick or plate-shaped. Furthermore, there are several types of wire-like magnetic elements such as amorphous and Wiegand. Therefore, the “magnetic element capable of causing a large Barkhausen jump” herein includes all of various magnetic elements exhibiting the behavior described above.
[0033]
Next, the configuration and operation of a magnetic sensor as one embodiment of the present invention will be described. FIG. 1 schematically shows a configuration of the magnetic sensor of this embodiment, and FIG. 2 is a perspective view schematically showing a specific structure of the magnetic sensor of FIG. As shown in FIGS. 1 and 2, the magnetic sensor of this embodiment is connected to an output shaft such as a motor for controlling the movement of a power window or the like of an automobile, for example, and rotates the output shaft. A rotation center shaft 1 is provided that can rotate with the rotation. The rotation center shaft 1 may be formed of a plastic material or a magnetic material that can be converted into a permanent magnet. This magnetic sensor includes a rod-like permanent magnet 2 as first magnetic field generating means attached concentrically to the rotation center shaft 1. When the rotation center shaft 1 is molded from a plastic material, the rod-like permanent magnet 2 is preferably molded so as to be embedded in the plastic rotation center shaft 1 at the time of molding. On the other hand, when the rotation center shaft 1 is formed of a magnetic material, the rod-shaped permanent magnet 2 can be provided by magnetizing the rotation center shaft 1.
[0034]
Further, this magnetic sensor includes a pair of disk-like permanent magnets 4 as second magnetic field generating means supported by a pair of arms 3 provided at an interval in the vertical direction of the rotation center shaft 1. These disk-shaped permanent magnets 4 may also be embedded in the arm 3 when the rotation center shaft 1 and the arm 3 are integrally formed of a plastic material or the like.
[0035]
Further, this magnetic sensor has a wire-like magnet arranged in the vicinity of a rod-like permanent magnet 2 provided on the rotation center shaft 1 and at a position where it can be sandwiched between a pair of disk-like permanent magnets 4. An element 6 is provided. The wire-like magnetic element 6 is wound with a pickup coil 5 as detection means. In this embodiment, the wire-like magnetic element 6 is disposed at a fixed position. However, the present invention is not limited to this, and without rotating the rotation center shaft 1, that is, with the permanent magnet 4 as a fixed position, the wire-like magnetic element 6 moves around the permanent magnet 2 as the object to be detected moves. And may be rotated so as to pass between the pair of permanent magnets 4.
[0036]
In this embodiment, the permanent magnet 2 as the first magnetic field generating means has a polarity that applies a set magnetic field in the opposite direction in which a large Barkhausen jump phenomenon occurs to the wire-like magnetic element 6. The permanent magnet 4 as the magnetic field generating means has a polarity that exerts a reset magnetic field in a direction in which a large Barkhausen jump phenomenon occurs on the wire-like magnetic element 6. However, the present invention is not limited to this, and the permanent magnet 2 may exert a reset magnetic field, and the permanent magnet 4 may exert a set magnetic field. As described above, when the set and the reset are switched, the generation timing of the pulse generated through the pickup coil 5 is different.
[0037]
Next, the operation of the magnetic sensor of the embodiment having the above-described configuration will be described. The distance between the rod-shaped permanent magnet 2 and the wire-like magnetic element 6 that exerts the set magnetic field is always constant, and the set magnetic field always acts on the wire-like magnetic element 6. When the rotation center axis 1 rotates with the rotation of the object to be detected, the reset magnetic field is periodically or aperiodically wire-like magnetized each time the disk-like permanent magnet 4 passes close to the upper and lower ends of the wire-like magnetic element 6. It acts on the element 6. Therefore, a set magnetic field and a reset magnetic field are caused to act alternately on the wire-like magnetic element 6 as the rotation center axis 1 rotates, and a large Barkhausen jump occurs in the magnetic element 6 at the timing when the reset magnetic field acts. Thus, a pulse is generated through the pickup coil 5. Therefore, the rotational speed, rotational speed, rotational position, etc. of the detected object can be sensed based on the generation timing of these pulses.
[0038]
FIG. 3 is a view similar to FIG. 2 schematically showing the configuration of a magnetic sensor according to another embodiment of the present invention. In the magnetic sensor of the embodiment of FIG. 3, a plurality (three in this example) of wire-like magnetic elements 6 around which a pickup coil 5 is wound are spaced around the rotation center axis 1, that is, the rod-like permanent magnet 2. 1 is the same as the magnetic sensor of the embodiment of FIGS.
[0039]
By arranging a plurality of wire-like magnetic elements in this way, the detection resolution can be increased without increasing the outer diameter of the magnetic sensor. In this embodiment, a plurality of wire-like magnetic elements are provided. However, a single wire-like magnetic element is used, and a plurality of pairs of disk-like permanent magnets 4 are spaced around the rotation center axis 1. The same effect can be obtained even if it is provided.
[0040]
Furthermore, in the above-described embodiment, the disk-shaped permanent magnet 4 as the second magnetic field generating means is paired up and down so that the upper and lower ends of the wire-like magnetic element 6 can be passed close to each other. The present invention is not limited to this. For example, when the length of the wire-like magnetic element 6 is relatively short, the disk-like permanent magnet 4 as the second magnetic field generating means is provided only on the upper end or the lower end of the wire-like magnetic element. Alternatively, when a plurality of disk-like permanent magnets are arranged, they may be alternately arranged with respect to the upper end and the lower end. Furthermore, the second magnetic field generating means can be constituted by a disk-like permanent magnet for one end of the wire-like magnetic element 6 and a disk-like magnetic body member for the other end of the wire-like magnetic element. .
[0041]
FIG. 4 is a diagram showing a schematic elevation and a plan view side by side in order to show the configuration of a magnetic sensor as another embodiment of the present invention. In the embodiment shown in FIG. 4, a rod-shaped permanent magnet 2 as a first magnetic field generating means is not attached to the rotation center shaft 1 at the same center as the rotation center shaft 1 as in the previous embodiment. It is attached at a position slightly shifted from the central axis 1, that is, at an offset position. Since the configuration other than this point is the same as the above-described embodiment, it will not be described in detail repeatedly.
[0042]
In the embodiment of FIG. 4, when the permanent magnet 2 rotates with the rotation center shaft 1, for example, the distance between the set magnetic field generated by the permanent magnet 2 and the wire-like magnetic element 6 is not always constant. It changes with the rotation of the central shaft 1. With such a configuration, the set magnetic field 2 can be applied when the set magnetic field 2 approaches the wire-shaped magnetic element 6, and a more stable and stable set magnetic field can be applied to the wire-shaped magnetic element 6. Can be made.
[0043]
As a method of providing the permanent magnet 2 on the rotation center shaft 1, various methods such as adhesion as well as the contact as shown in FIG. 4 are conceivable. As described above, it is also conceivable to provide the rotation center shaft 1 by offset magnetization.
[0044]
Further, when a plurality of second magnetic field generating means 4 are provided, the permanent magnet 2 as the first magnetic field generating means is positioned between them as shown in the schematic plan views of FIGS. A plurality can be provided.
[0045]
Furthermore, in the above-described embodiment, a wire-like magnetic element is used as the magnetic element 6, but as described above, the present invention is not limited to this, and various types of magnetic elements can be used. For example, a thin, thick, or plate-like magnetic element can be used. Thus, when a thin film, thick film, or plate-shaped magnetic element is used as the magnetic element, the pickup coil 5 may be a planar coil. Furthermore, a single-layer magnetic element can be used instead of the magnetic element as described above.
[0046]
In the above-described embodiments, the magnet as the magnetic field generating means is a permanent magnet, but this can be replaced with other similar means such as an electromagnet. Furthermore, although the detection means is a coil, it can be replaced with other similar means such as a Hall element, MR element, resonance circuit, or the like.
[0047]
【The invention's effect】
According to the present invention, the first magnetic field generating means is arranged on the central axis, the second magnetic field generating means is arranged around the central axis, and the magnetic element capable of causing a large Barkhausen jump is arranged around the central axis. Since it is arranged within the outer periphery of the second magnetic field generating means, it can be made extremely small and slim.
[0048]
A stable set or reset magnetic field can be applied along the magnetic element, and since no magnetic circuit is formed between the set magnetic field and the reset magnetic field, there is no mutual energy loss and no magnetic energy loss. Therefore, it is possible to obtain a magnetic sensor that can be used effectively and therefore has high performance, high reliability, and high stability.
[0049]
Even if a plurality of reset or set magnetic fields are provided close to each other, since the magnetic fields are all in the same magnetization direction, they do not form a magnetic circuit with each other. Therefore, by arranging a plurality of reset or set magnetic fields, there is no problem. The detection resolution can be easily increased.
[0050]
Since a small magnet can be used as the magnetic field generating means, a small and very inexpensive magnetic sensor can be obtained.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic view showing a configuration of a magnetic sensor as one embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a perspective view schematically showing a specific structure of the magnetic sensor of FIG.
FIG. 3 is a perspective view schematically showing the structure of a magnetic sensor as another embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a schematic diagram showing the configuration of a magnetic sensor as another embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a schematic plan view showing still another embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a schematic plan view showing still another embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a schematic perspective view showing a configuration example of a conventional magnetic sensor.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Rotation center axis | shaft 2 Bar-shaped permanent magnet 3 Arm 4 Disk-shaped permanent magnet 5 Pickup coil 6 Wire-shaped magnetic element

Claims

A magnetic element capable of causing a large Barkhausen jump, a detecting means arranged in association with the magnetic element, and a first magnetic element arranged in the vicinity of the magnetic element to act on the magnetic element with a predetermined polarity And a second magnetic field generating unit configured to apply a magnetic field having a polarity opposite to the predetermined polarity to the magnetic element when the magnetic element is located at a position close to at least one end of the magnetic element. And the magnetic element and the second magnetic field generating means are capable of relatively rotating around the first magnetic field generating means, and the magnetic element is in the set state. A magnetic sensor characterized in that it can be switched alternately between a reset state and a reset state.

A magnetic element capable of causing a large Barkhausen jump, a detecting means arranged in association with the magnetic element, and a first magnetic element arranged in the vicinity of the magnetic element to act on the magnetic element with a predetermined polarity And a second magnetic field generating unit configured to apply a magnetic field having a polarity opposite to the predetermined polarity to the magnetic element when the magnetic element is located at a position close to at least one end of the magnetic element. The magnetic element and the second magnetic field generating means are capable of relatively rotating around a certain rotation center axis, and the first magnetic field generating means The magnetic element is disposed at a position slightly deviated from the rotation center axis and is relatively movable with respect to the rotation element axis between the magnetic element and the magnetic element is in a set state and a reset state. A magnetic sensor, characterized in that the can be switched alternately.

The magnetic sensor according to claim 1, wherein the magnetic element is in a fixed position, and the second magnetic field generation unit is rotated around the first magnetic field generation unit.

2. The magnetic sensor according to claim 1, wherein the magnetic element is rotated around the first magnetic field generating means, and the second magnetic field generating means is in a fixed position.

The magnetic sensor according to claim 2, wherein the magnetic element is in a fixed position, and the second magnetic field generating means is rotated around the rotation center axis.

The magnetic sensor according to claim 2, wherein the magnetic element is rotated around the rotation center axis, and the second magnetic field generating means is in a fixed position.

The magnetic sensor according to claim 5, wherein the first magnetic field generating unit is rotated around the rotation center axis together with the second magnetic field generating unit.

The first magnetic field generating means generates a set magnetic field for setting the magnetic element in a set state, and the second magnetic field generating means generates a reset magnetic field for setting the magnetic element in a reset state. The magnetic sensor of any one of these.

8. The first magnetic field generating means generates a reset magnetic field that sets the magnetic element in a reset state, and the second magnetic field generating means generates a set magnetic field that sets the magnetic element in a set state. The magnetic sensor of any one of these.

10. The magnetic sensor according to claim 1, wherein a plurality of the magnetic elements are provided around the first magnetic field generating unit at intervals.

11. The magnetic sensor according to claim 1, wherein a plurality of the second magnetic field generating means are provided at intervals around the first magnetic field generating means.

The magnetic sensor according to any one of claims 1 to 11, wherein the second magnetic field generating means is disposed at a position that can approach both ends of the magnetic element.

The magnetic sensor according to claim 1, wherein the first magnetic field generation unit and the second magnetic field generation unit are permanent magnets.

The second magnetic field generating means includes a permanent magnet disposed at a position close to one end of the magnetic element, and a magnetic member disposed at a position close to the other end of the magnetic element. 12. The magnetic sensor according to 12.

The first magnetic field generating means comprises a permanent magnet provided on a rotating shaft connected to the object to be detected, and the second magnetic field generating means is supported by an arm connected to the rotating shaft. The magnetic sensor according to claim 3, comprising:

The first magnetic field generating means comprises a permanent magnet formed by magnetizing a rotating shaft connected to the object to be detected, and the second magnetic field generating means is permanently supported by an arm connected to the rotating shaft. The magnetic sensor according to claim 3, comprising a magnet.

The magnetic sensor according to claim 1, wherein the magnetic element is a wire-like element.

The magnetic sensor according to claim 1, wherein the detection unit includes a detection coil wound around the magnetic element.

The magnetic sensor according to claim 1, wherein the magnetic element is a film element.

The magnetic sensor according to claim 1, wherein the magnetic element is a plate-like element.

The magnetic sensor according to claim 19 or 20, wherein the detection means includes a planar detection coil arranged in the vicinity of the magnetic element.