JP5241002B2 - Magnetic sensor and actuator using the magnetic sensor - Google Patents

Magnetic sensor and actuator using the magnetic sensor Download PDF

Info

Publication number
JP5241002B2
JP5241002B2 JP2008189950A JP2008189950A JP5241002B2 JP 5241002 B2 JP5241002 B2 JP 5241002B2 JP 2008189950 A JP2008189950 A JP 2008189950A JP 2008189950 A JP2008189950 A JP 2008189950A JP 5241002 B2 JP5241002 B2 JP 5241002B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
magnetic
coil
detection coil
magnetic sensor
permanent magnet
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
JP2008189950A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2010025859A (en
Inventor
雅隆 南
賢一 田幡
祐司 渡邉
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Tokyo Parts Ind Co Ltd
Original Assignee
Tokyo Parts Ind Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Tokyo Parts Ind Co Ltd filed Critical Tokyo Parts Ind Co Ltd
Priority to JP2008189950A priority Critical patent/JP5241002B2/en
Publication of JP2010025859A publication Critical patent/JP2010025859A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP5241002B2 publication Critical patent/JP5241002B2/en
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Description

本発明は、外部磁界を検出する磁気センサと、この磁気センサを用いたアクチュエータに関する。   The present invention relates to a magnetic sensor for detecting an external magnetic field and an actuator using the magnetic sensor.

従来、この種のセンサとして、永久磁石の近接を可飽和磁芯に巻かれたコイルのインダクタンス変化として検出する磁気検出装置が特許文献1に記載されている。   Conventionally, as this type of sensor, Patent Document 1 discloses a magnetic detection device that detects the proximity of a permanent magnet as an inductance change of a coil wound around a saturable magnetic core.

この特許文献1に記載の磁気検出装置は、可飽和磁芯と、この可飽和磁芯に巻装されたコイルと、このコイルに交流信号を供給する発信回路と、このコイルにバイアス電流を供給するバイアス電源と、このコイルに発生する交流信号を基準信号と比較する比較回路とを備えている。
特開昭56−158967号公報
The magnetic detection device described in Patent Document 1 includes a saturable magnetic core, a coil wound around the saturable magnetic core, a transmission circuit that supplies an AC signal to the coil, and a bias current that is supplied to the coil. And a comparison circuit for comparing an AC signal generated in the coil with a reference signal.
JP 56-158967 A

特許文献1に記載の磁気検出装置は、バイアス電源から正あるいは負の直流電流をコイルに与えることにより、可飽和磁芯に直流バイアス磁界を発生させ、外部磁界に対し飽和特性の中心軸が正あるいは負に移動した特性を得ている。
このため、外部磁界の極性を判別することは比較的容易にできるが、外部磁界が無い場合も含めて、外部磁界の強度までを判別するためには、検知すべき外部磁界の強度に応じてバイアス電源の出力電流値を最適な値に設定する必要あり、センサとして汎用性に欠ける問題があった。
The magnetic detection device described in Patent Document 1 generates a DC bias magnetic field in a saturable magnetic core by applying a positive or negative DC current to a coil from a bias power source, and the central axis of saturation characteristics is positive with respect to an external magnetic field. Or the characteristic which moved negatively is acquired.
For this reason, it is relatively easy to determine the polarity of the external magnetic field, but in order to determine the strength of the external magnetic field, including the case where there is no external magnetic field, it depends on the strength of the external magnetic field to be detected. The output current value of the bias power source needs to be set to an optimum value, and there is a problem that the sensor is not versatile.

また、上記従来の磁気検出装置は、単に物体の有無を検出するために利用する場合には十分であるが、検出可能な範囲が非常に狭いため、センサと検出対象物との高い組み付け精度が要求される問題もあった。   In addition, the above conventional magnetic detection device is sufficient when used simply to detect the presence or absence of an object, but since the detectable range is very narrow, the high assembly accuracy between the sensor and the detection object is high. There was also a problem that was required.

そこで、本発明は、外部磁界が無い場合も含めて、外部磁界の強度や極性を判別することができるより汎用性の高い磁気センサを提供することを目的とする。   Accordingly, an object of the present invention is to provide a more versatile magnetic sensor capable of discriminating the strength and polarity of an external magnetic field including the case where there is no external magnetic field.

上記の目的を達成すべく成された本発明は、磁芯が挿入された励磁コイルと検知コイルを具備する磁気センサであって、前記励磁コイルには低周波が印加され、前記検知コイルには高周波が印加され、前記検知コイルの磁芯に鎖交する前記励磁コイルの磁束と外部磁界の磁束により、前記検知コイルの磁芯が周期的に磁気飽和状態と磁気不飽和状態を繰り返すことによって変調された前記検知コイルの両端電圧に基づいて、前記外部磁界の磁束を検出することを特徴とするものである。   In order to achieve the above object, the present invention is a magnetic sensor comprising an excitation coil having a magnetic core inserted therein and a detection coil, wherein a low frequency is applied to the excitation coil, High frequency is applied and modulated by the magnetic core of the detection coil periodically repeating the magnetic saturation state and the magnetic unsaturation state by the magnetic flux of the excitation coil and the magnetic field of the external magnetic field linked to the magnetic core of the detection coil. The magnetic flux of the external magnetic field is detected based on the voltage across the detection coil.

本発明の磁気センサは、さらなる好ましい特徴として、
「前記検知コイルの両端電圧の振幅の変調率に基づいて、前記外部磁界の磁束を検出すること」、
「前記検知コイルの両端電圧の振幅の変調波と前記励磁コイルに印加される低周波の位相差を検出する手段を有すること」、
「前記励磁コイルの磁芯は軟鉄で、前記検知コイルの磁芯は可飽和磁芯であること」、
を含むものである。
The magnetic sensor of the present invention has as a further preferable feature,
“Detecting the magnetic flux of the external magnetic field based on the modulation rate of the amplitude of the voltage across the detection coil”,
“Having means for detecting a modulated wave of the amplitude of the voltage across the detection coil and a low-frequency phase difference applied to the excitation coil”;
“The magnetic core of the excitation coil is soft iron, and the magnetic core of the detection coil is a saturable magnetic core.”
Is included.

また、本発明は、磁気センサを用いたアクチュエータであって、回転軸を有するモータと、複数のギヤを介して伝達される前記モータの駆動力を出力する出力軸と、前記モータの制御を行う制御部とを有し、前記外部磁界を発生する永久磁石が前記出力軸と一体に回転する出力ギヤに設けられ、前記磁気センサは、前記出力ギヤ回転時に前記永久磁石に対向する位置に設けられていることを特徴とするものである。 In addition, the present invention is an actuator using a magnetic sensor, and controls a motor having a rotating shaft, an output shaft that outputs driving force of the motor transmitted through a plurality of gears, and the motor. And a permanent magnet that generates the external magnetic field is provided in an output gear that rotates integrally with the output shaft, and the magnetic sensor is provided at a position facing the permanent magnet when the output gear rotates. It is characterized by that.

本発明の磁気センサは、さらなる好ましい特徴として、
「電源がオンされた時、前記制御部は、前記モータを駆動して前記出力軸を所定方向に回転させ、前記磁気センサが前記外部磁界を検知すると、前記出力軸の回転位置を初期位置に設定すること」、
を含むものである。
The magnetic sensor of the present invention has as a further preferable feature,
“When the power is turned on, the control unit drives the motor to rotate the output shaft in a predetermined direction, and when the magnetic sensor detects the external magnetic field, the rotation position of the output shaft is set to the initial position. To set ",
Is included.

本発明によれば、検知コイルの磁芯に鎖交する、外部磁界からの所定量の磁束と周期的に変動する励磁コイルからの磁束によって、検知コイルの磁芯が周期的に磁気飽和と磁気不飽和を繰り返すと、検知コイルのインダクタンスが周期的に変動し、検知コイルの出力電圧(両端電圧)の振幅が変調する現象が発生する。
このため、変調率を検出することにより外部磁界からの磁束の強度を検出できると共に、外部磁界の極性によって180度位相が異なる出力信号が得られるため、外部磁界の極性を検出することもできる。
According to the present invention, a predetermined amount of magnetic flux from an external magnetic field, which is linked to the magnetic core of the detection coil, and magnetic flux from the exciting coil that periodically varies, the magnetic core of the detection coil is periodically magnetically saturated and magnetic. When the desaturation is repeated, the inductance of the detection coil periodically varies, and a phenomenon occurs in which the amplitude of the output voltage (both ends voltage) of the detection coil is modulated.
For this reason, the intensity of the magnetic flux from the external magnetic field can be detected by detecting the modulation rate, and an output signal having a phase difference of 180 degrees depending on the polarity of the external magnetic field can be obtained, so that the polarity of the external magnetic field can also be detected.

以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を例示的に説明する。但し、この実施の形態に記載されている構成部品の材質、形状、その相対配置などは、特に特定的な記載がない限りはこの発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではない。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be exemplarily described based on the drawings. However, the material, shape, relative arrangement, and the like of the component parts described in this embodiment are not intended to limit the scope of the present invention to that unless otherwise specified.

まず、本発明の磁気センサ1の基本構成について図1を用いて説明する。   First, the basic configuration of the magnetic sensor 1 of the present invention will be described with reference to FIG.

本発明の磁気センサ1は、磁芯2が挿入された励磁コイルL1と検知コイルL2を有し、励磁コイルL1には発振器F1と抵抗R1が接続され、検知コイルL2には発振器F2と抵抗R2が接続される。   The magnetic sensor 1 of the present invention has an excitation coil L1 and a detection coil L2 into which a magnetic core 2 is inserted. An oscillator F1 and a resistor R1 are connected to the excitation coil L1, and an oscillator F2 and a resistor R2 are connected to the detection coil L2. Is connected.

励磁コイルL1には、発振器F1から低周波が印加され、磁芯2を電磁石とすることができるように、好ましくは図2(a)1のような10Hz以上1kHz以下の低周波が印加される。
一方、検知コイルL2には、発振器F2から高周波が印加され、好ましくは図2(a)2のような100kHz以上1MHz以下の高周波が印加される。
なお図2は、横軸が一目盛り0.05secの時間、縦軸は低周波については一目盛り1.0V、高周波については一目盛り0.05Vの電圧を示している。
A low frequency of 10 Hz to 1 kHz as shown in FIG. 2A is preferably applied to the exciting coil L1 so that a low frequency is applied from the oscillator F1 and the magnetic core 2 can be an electromagnet. .
On the other hand, a high frequency is applied to the detection coil L2 from the oscillator F2, and preferably a high frequency of 100 kHz to 1 MHz as shown in FIG.
In FIG. 2, the horizontal axis represents a time of 0.05 sec on a scale, and the vertical axis represents a voltage of 1.0 V on a scale for a low frequency and 0.05 V on a scale for a high frequency.

磁芯2としては、高い透磁率を有する材料であれば特に限定されるものではなく、例えばケイ素鋼等の軟鉄、フェライト、センダスト、パーマロイ、アモルファス磁性合金等を用いることができるが、本発明においては励磁コイルL1の磁芯としては残留磁化の小さな軟鉄を用いるのが特に好ましく、励磁コイルL2の磁芯としては透磁率の大きなフェライト等の可飽和磁芯を用いるのが特に好ましい。   The magnetic core 2 is not particularly limited as long as it is a material having a high magnetic permeability. For example, soft iron such as silicon steel, ferrite, sendust, permalloy, amorphous magnetic alloy, or the like can be used. It is particularly preferable to use soft iron having a small residual magnetization as the magnetic core of the exciting coil L1, and it is particularly preferable to use a saturable magnetic core such as ferrite having a high permeability as the magnetic core of the exciting coil L2.

本発明においては、互いのコイルが干渉しにくいように、励磁コイルL1と検知コイルL2の結合係数は低く設定するのが望ましい。この結合係数は0.4以下が好ましく、より好ましくは0.2以下、特に好ましくは0.1以下である。   In the present invention, it is desirable to set the coupling coefficient of the excitation coil L1 and the detection coil L2 low so that the coils are less likely to interfere with each other. This coupling coefficient is preferably 0.4 or less, more preferably 0.2 or less, and particularly preferably 0.1 or less.

次に、図1の磁気センサの原理を説明する。
発振器F1と発振器F2を発振すると、検知コイルL2の出力電圧3は、発振器F2の信号と同様に現れる(図2(a)2参照)。これは、励磁コイルL1と検知コイルL2の磁気結合が低く、励磁コイルL1の誘導電圧が検知コイルL2にほとんど現れないためである。
また、このとき検知コイルL2の磁芯2は磁気不飽和状態となっている。
Next, the principle of the magnetic sensor of FIG. 1 will be described.
When the oscillator F1 and the oscillator F2 are oscillated, the output voltage 3 of the detection coil L2 appears in the same manner as the signal of the oscillator F2 (see FIG. 2 (a) 2). This is because the magnetic coupling between the excitation coil L1 and the detection coil L2 is low, and the induced voltage of the excitation coil L1 hardly appears in the detection coil L2.
At this time, the magnetic core 2 of the detection coil L2 is in a magnetically unsaturated state.

次に、励磁コイルL1と検知コイルL2が一体に固定された磁気センサ1に外部磁界として永久磁石4を近づけた場合を考える。図3及び図4は永久磁石4のN極を磁気センサに近づけた状態を示している。ここで、図2、図3及び図4に記載のrは、磁気センサ1と永久磁石4の距離を表している。   Next, a case where the permanent magnet 4 is brought close to the magnetic sensor 1 in which the excitation coil L1 and the detection coil L2 are integrally fixed as an external magnetic field will be considered. 3 and 4 show a state in which the north pole of the permanent magnet 4 is close to the magnetic sensor. Here, r described in FIGS. 2, 3, and 4 represents the distance between the magnetic sensor 1 and the permanent magnet 4.

永久磁石4のN極を徐々に磁気センサに近づけていくと、検知コイルL2の磁芯2に鎖交する永久磁石4からの一定方向の磁束が徐々に増大する。一方、励磁コイルL1には図2(a)1のような正弦波が入力され、磁界が周期的に変動している。ある瞬間における励磁コイルL1の磁界が永久磁石側でS極の磁界になると(図3参照)、永久磁石4の磁束と励磁コイルL1の磁束は同じ向きとなり、磁束が検知コイル内で増大し、検知コイルの磁芯が磁気飽和し始めると検知コイルL2のインダクタンスが減少し、検知コイルの出力電圧3が振幅変調する(図2(b)参照)。   When the N pole of the permanent magnet 4 is gradually brought closer to the magnetic sensor, the magnetic flux in a certain direction from the permanent magnet 4 linked to the magnetic core 2 of the detection coil L2 gradually increases. On the other hand, a sine wave as shown in FIG. 2A is input to the exciting coil L1, and the magnetic field fluctuates periodically. When the magnetic field of the exciting coil L1 at a certain moment becomes the magnetic field of the S pole on the permanent magnet side (see FIG. 3), the magnetic flux of the permanent magnet 4 and the magnetic flux of the exciting coil L1 are in the same direction, and the magnetic flux increases in the detection coil. When the magnetic core of the detection coil starts to be magnetically saturated, the inductance of the detection coil L2 decreases, and the output voltage 3 of the detection coil undergoes amplitude modulation (see FIG. 2B).

また、ある瞬間における励磁コイルL1の磁界が永久磁石側でN極の磁界になると(図4参照)、永久磁石4の磁束と励磁コイルL1の磁束は反対向きとなり、磁束が検知コイルL2内で打ち消しあい、検知コイルL2の磁芯2は磁気飽和せず、検知コイルL2のインダクタンスは変化しないため、検知コイルL2の出力電圧3は永久磁石4が無い場合と同様となる(図2(b)参照)。   Further, when the magnetic field of the exciting coil L1 at a certain moment becomes an N-pole magnetic field on the permanent magnet side (see FIG. 4), the magnetic flux of the permanent magnet 4 and the magnetic flux of the exciting coil L1 are opposite to each other. Since the magnetic core 2 of the detection coil L2 is not magnetically saturated and the inductance of the detection coil L2 does not change, the output voltage 3 of the detection coil L2 is the same as that without the permanent magnet 4 (FIG. 2B). reference).

さらに永久磁石4のN極を磁気センサに近づけていくと、永久磁石4からの磁束が検知コイルL2内でさらに増大し、励磁コイルL1に印加される低周波の1周期内で検知コイルL2の磁芯が磁気飽和する時間が長くなり、検知コイルL2の出力電圧3の変調率が増加していく(図2(c)〜図2(e)参照)。   When the N pole of the permanent magnet 4 is further brought closer to the magnetic sensor, the magnetic flux from the permanent magnet 4 further increases in the detection coil L2, and the detection coil L2 is applied to the excitation coil L1 within one cycle of the low frequency applied to the excitation coil L1. The time during which the magnetic core is magnetically saturated becomes longer, and the modulation rate of the output voltage 3 of the detection coil L2 increases (see FIGS. 2C to 2E).

また、さらに永久磁石4のN極を磁気センサに近づけていくと、永久磁石4からの磁束が検知コイルL2内でさらに増大し、励磁コイルL1の磁界が永久磁石側でS極の時は完全に磁気飽和し、励磁コイルL1の磁界が永久磁石側でN極の場合にも検知コイルL2の磁芯2が磁気飽和し始め、検知コイルL2の出力電圧3の変調率が減少に転じる(図2(f)〜図2(i)参照)。   Further, when the N pole of the permanent magnet 4 is further brought closer to the magnetic sensor, the magnetic flux from the permanent magnet 4 further increases in the detection coil L2, and when the magnetic field of the excitation coil L1 is the S pole on the permanent magnet side, it is complete. Even when the magnetic field of the exciting coil L1 is N pole on the permanent magnet side, the magnetic core 2 of the detecting coil L2 begins to be magnetically saturated, and the modulation factor of the output voltage 3 of the detecting coil L2 starts to decrease (see FIG. 2 (f) to FIG. 2 (i)).

そして、さらに永久磁石3のN極を磁気センサに近づけていくと、永久磁石3からの磁束が検知コイルL2内でさらに増大し、励磁コイルL1の磁界が永久磁石側でS極の時もN極の時も完全に磁気飽和し、検知コイルL2の出力電圧3の振幅変調は見られなくなる(図2(j)参照)。   When the N pole of the permanent magnet 3 is further brought closer to the magnetic sensor, the magnetic flux from the permanent magnet 3 further increases in the detection coil L2, and even when the magnetic field of the exciting coil L1 is the S pole on the permanent magnet side. Even at the pole, the magnetic saturation is complete, and the amplitude modulation of the output voltage 3 of the detection coil L2 is not observed (see FIG. 2 (j)).

このように、検知コイルL2の磁芯に鎖交する、永久磁石4(外部磁界)からの所定量の磁束と発振器F1の周波数に同期して周期的に変動する励磁コイルL1からの磁束によって、検知コイルL2の磁芯が周期的に磁気飽和状態と磁気不飽和状態を繰り返すと、検知コイルL2のインダクタンスが周期的に変動し、抵抗R2と直列に接続した検知コイルL2の出力電圧3の振幅が変調するため、この変調率を検出することにより永久磁石4からの磁束の強度、言い換えれば永久磁石4の近接の有無を含む永久磁石の位置情報を検出することができる。   In this way, by a predetermined amount of magnetic flux from the permanent magnet 4 (external magnetic field) interlinked with the magnetic core of the detection coil L2 and magnetic flux from the exciting coil L1 that periodically varies in synchronization with the frequency of the oscillator F1, When the magnetic core of the detection coil L2 periodically repeats a magnetic saturation state and a magnetic unsaturation state, the inductance of the detection coil L2 periodically varies, and the amplitude of the output voltage 3 of the detection coil L2 connected in series with the resistor R2 Therefore, by detecting this modulation factor, it is possible to detect the position of the permanent magnet including the strength of the magnetic flux from the permanent magnet 4, in other words, the presence or absence of the proximity of the permanent magnet 4.

上述の説明では、磁気センサ1に永久磁石4のN極が近接した場合で説明したが、次に磁気センサ1に永久磁石4のS極が近接した場合を考える。
永久磁石4のS極を徐々に磁気センサに近づけていくと、前述のN極を近づけていった場合と反対方向の磁束が徐々に増大する。一方、励磁コイルL1には低周波の正弦波が入力され、磁界が周期的に変動している。ある瞬間における励磁コイルL1の磁界が永久磁石側でS極の磁界になると、永久磁石4の磁束と励磁コイルの磁束は反対向きとなり、磁束が検知コイル内で打ち消しあい、検知コイルの磁芯は磁気飽和せず、検知コイルL2のインダクタンスは変化しないため、検知コイルL2の出力電圧3は永久磁石4が無い場合と同様である。
In the above description, the case where the north pole of the permanent magnet 4 is close to the magnetic sensor 1 has been described. Next, the case where the south pole of the permanent magnet 4 is close to the magnetic sensor 1 will be considered.
When the S pole of the permanent magnet 4 is gradually brought closer to the magnetic sensor, the magnetic flux in the direction opposite to the case where the N pole is brought closer is gradually increased. On the other hand, a low-frequency sine wave is input to the exciting coil L1, and the magnetic field fluctuates periodically. When the magnetic field of the exciting coil L1 at a certain moment becomes the south pole magnetic field on the permanent magnet side, the magnetic flux of the permanent magnet 4 and the magnetic flux of the exciting coil are opposite to each other. Since the magnetic saturation does not occur and the inductance of the detection coil L2 does not change, the output voltage 3 of the detection coil L2 is the same as when the permanent magnet 4 is not provided.

また、ある瞬間における励磁コイルL1の磁界が永久磁石側でN極の磁界になると、永久磁石4の磁束と励磁コイルL1の磁束は同じ向きとなり、磁束が検知コイルL2内で増大し、検知コイルL2の磁芯2が磁気飽和し始めると検知コイルL2のインダクタンスが減少し、検知コイルL2の出力電圧3が振幅変調する。   Further, when the magnetic field of the exciting coil L1 at a certain moment becomes an N-pole magnetic field on the permanent magnet side, the magnetic flux of the permanent magnet 4 and the magnetic flux of the exciting coil L1 become the same direction, and the magnetic flux increases in the detecting coil L2, and the detecting coil When the magnetic core 2 of L2 begins to be magnetically saturated, the inductance of the detection coil L2 decreases, and the output voltage 3 of the detection coil L2 undergoes amplitude modulation.

このように、磁気センサ1に永久磁石のN極が近接した場合とS極が近接した場合とでは、検知コイルL2の出力信号の位相が180度異なっているため、励磁コイルL1への入力信号と検知コイルL2の出力信号の位相を比較することにより、外部磁界としての永久磁4石の極性を判別することができる。   Thus, since the phase of the output signal of the detection coil L2 differs by 180 degrees between the case where the N pole of the permanent magnet is close to the magnetic sensor 1 and the case where the S pole is close, the input signal to the excitation coil L1. And the phase of the output signal of the detection coil L2, the polarity of the permanent magnet 4 as an external magnetic field can be determined.

次に、本発明の実施例を説明する。
(実施例1)
本実施例は、図1の構成を有する磁気センサ1を構成し、永久磁石4の磁気を検出した例である。本実施例の磁気センサ1は、図示しないコイルボビンに線経Φ0.11の線材を励磁コイルL1には100回、検知コイルL2には30回、ソレノイド状に巻回して同軸上に並べ、巻き方向を同じにしている。
Next, examples of the present invention will be described.
Example 1
In the present embodiment, the magnetic sensor 1 having the configuration of FIG. 1 is configured and the magnetism of the permanent magnet 4 is detected. In the magnetic sensor 1 of this embodiment, a wire bobbin Φ0.11 is wound around a coil bobbin (not shown) 100 times around the excitation coil L1 and 30 times around the detection coil L2, and arranged in a coaxial manner on the same axis. Are the same.

この励磁コイルL1と検知コイルL2を巻回したコイルボビンには磁芯2が挿入されている。励磁コイルL1の磁芯2には軟鉄が挿入され、検知コイルL2の磁芯2にはフェライトが挿入されており、軟鉄とフェライトは0.05mmの空隙を設けて配置されている。R1=100Ω、R2=3.9Ωとした。また磁芯2を挿入したときのインダクタンスは励磁コイルL1が54.2μH、検知コイルL2が18.1μH、合成インダクタンスL0が76.5μHとなっている。
よって相互インダクタンスMは、
M=(L0−(L1+L2))/2
=2.1
となる。
また、結合係数kは、
k=M/√(L1・L2)
≒0.067
となる。
A magnetic core 2 is inserted into a coil bobbin around which the excitation coil L1 and the detection coil L2 are wound. Soft iron is inserted into the magnetic core 2 of the excitation coil L1, and ferrite is inserted into the magnetic core 2 of the detection coil L2. The soft iron and ferrite are arranged with a gap of 0.05 mm. R1 = 100Ω and R2 = 3.9Ω. The inductance when the magnetic core 2 is inserted is 54.2 μH for the exciting coil L1, 18.1 μH for the detecting coil L2, and 76.5 μH for the combined inductance L0.
Therefore, the mutual inductance M is
M = (L0− (L1 + L2)) / 2
= 2.1
It becomes.
The coupling coefficient k is
k = M / √ (L1 · L2)
≒ 0.067
It becomes.

このとき測定機器としてMSO6034A(アジレントテクノロジー(株)商品名)、発振器F1として1946(ウエーブファクトリー(株)商品名)、発振器F2としてLAG−120A(リーダー電子(株)商品名)を使用した。   At this time, MSO 6034A (Agilent Technology Co., Ltd. trade name) was used as a measuring instrument, 1946 (Wave Factory Co., Ltd. trade name) was used as the oscillator F1, and LAG-120A (Leader Electronics Co., Ltd. trade name) was used as the oscillator F2.

発振器F1の周波数は10Hzとして励磁コイルL1の両端電圧を0.8Vp-pに調整し、発振器F2の周波数は1MHzとして出力電圧を0.2Vp-pに合わせて測定した(図2参照)。   The frequency of the oscillator F1 was 10 Hz, the voltage across the exciting coil L1 was adjusted to 0.8 Vp-p, the frequency of the oscillator F2 was 1 MHz, and the output voltage was adjusted to 0.2 Vp-p (see FIG. 2).

次に、図3のように、磁気センサ1の検知コイルL2側に永久磁石4のN極を徐々に近づけた。図2の上の波形は検知コイルL2の出力電圧波形であり、図5は測定結果を纏めたものである。
図5における変調率m(%)は、検知コイルL2の出力信号に現れる最大振幅をA、最小振幅をBとしたとき、
m=((A−B)/(A+B))×100
としている。
Next, as shown in FIG. 3, the N pole of the permanent magnet 4 was gradually brought closer to the detection coil L <b> 2 side of the magnetic sensor 1. The upper waveform in FIG. 2 is the output voltage waveform of the detection coil L2, and FIG. 5 summarizes the measurement results.
The modulation factor m (%) in FIG. 5 is given by assuming that the maximum amplitude appearing in the output signal of the detection coil L2 is A and the minimum amplitude is B
m = ((A−B) / (A + B)) × 100
It is said.

図5において、永久磁石4と磁極センサ1との距離r=30mmになると、振幅変調が始まり、距離r=18で変調率が最大となり、その後徐々に変調率は小さくなっている。
変調波を復調して有用な信号を得るためには、なるべく変調率が大きいことが要求され、本実施例の磁気センサでは、変調率10%以上のときに有用な信号を得ることができた。
すなわち、本実施例の磁気センサ1は、永久磁石4との距離r=20mm〜15mmのとき、永久磁石4の有無と強度と極性を検出することができる。
In FIG. 5, when the distance r between the permanent magnet 4 and the magnetic pole sensor 1 is 30 mm, amplitude modulation starts, the modulation rate becomes maximum at the distance r = 18, and then the modulation rate gradually decreases.
In order to obtain a useful signal by demodulating the modulated wave, it is required that the modulation rate be as large as possible. With the magnetic sensor of this example, a useful signal could be obtained when the modulation rate was 10% or more. .
That is, the magnetic sensor 1 of the present embodiment can detect the presence, strength, and polarity of the permanent magnet 4 when the distance r from the permanent magnet 4 is 20 mm to 15 mm.

(実施例2)
励磁コイルL2と検知コイルL1の磁芯2として一体型のフェライトを挿入した以外は、実施例1と同様に磁気センサ1を構成し、永久磁石4の磁気を検出した(図6参照)。
磁芯2を挿入したときのインダクタンスは励磁コイルL1が269.3μH、検知コイルL2が25.5μH、合成インダクタンスL0が358.7μHとなっている。
よって相互インダクタンスMは、
M=(L0−(L1+L2))/2
=31.95
となる。
また、結合係数kは、
k=M/√(L1・L2)
≒0.39
となる。
(Example 2)
Except that an integral type ferrite was inserted as the magnetic core 2 of the excitation coil L2 and the detection coil L1, the magnetic sensor 1 was configured in the same manner as in Example 1, and the magnetism of the permanent magnet 4 was detected (see FIG. 6).
The inductance when the magnetic core 2 is inserted is 269.3 μH for the exciting coil L1, 25.5 μH for the detecting coil L2, and 358.7 μH for the combined inductance L0.
Therefore, the mutual inductance M is
M = (L0− (L1 + L2)) / 2
= 31.95
It becomes.
The coupling coefficient k is
k = M / √ (L1 · L2)
≒ 0.39
It becomes.

図6の波形は、磁極センサの検知コイル側に永久磁石を近づけたときの検知コイルの出力電圧波形である。図7は、図6の測定結果を纏めたものである。
図7において、磁極センサ1と永久磁石4との距離r=20mmになると、振幅変調が始まり、距離r=16mmまで変調率が大きくなっている。その後、距離r=15mmになると変調率が38.3%と高くなるが波形が歪んでいる。これは励磁コイルL1の磁束が弱く検知コイルL2で正弦波を忠実に再現できないためと考えられる。よって、本実施例では、距離r=16mm〜17mmのときに永久磁石4の有無と強度と極性を検出することができる。
The waveform of FIG. 6 is an output voltage waveform of the detection coil when a permanent magnet is brought close to the detection coil side of the magnetic pole sensor. FIG. 7 summarizes the measurement results of FIG.
In FIG. 7, when the distance r between the magnetic pole sensor 1 and the permanent magnet 4 reaches 20 mm, amplitude modulation starts and the modulation factor increases up to the distance r = 16 mm. Thereafter, when the distance r = 15 mm, the modulation rate increases to 38.3%, but the waveform is distorted. This is presumably because the magnetic flux of the exciting coil L1 is weak and the detection coil L2 cannot faithfully reproduce the sine wave. Therefore, in the present embodiment, the presence / absence, strength and polarity of the permanent magnet 4 can be detected when the distance r = 16 mm to 17 mm.

このように、実施例1は、永久磁石4の有無と強度と極性を検出することができる範囲はr=15mm〜20mmであり、実施例2ではr=16mm〜17mmとなり、実施例2より検出範囲が広いことがわかった。   Thus, in Example 1, the range in which the presence / absence, strength, and polarity of the permanent magnet 4 can be detected is r = 15 mm to 20 mm, and in Example 2, r = 16 mm to 17 mm, which is detected from Example 2. I found that the range was wide.

(実施例3)
図8は、磁気センサ1を用いた実施例1のブロック図である。
図8において、60は、検知コイルL2で発生した振幅変調波を復調する包絡線検波回路である。61は、発振器F1の正弦波と包絡線検波回路60の出力の正弦波との位相比較器である。62はA−D変換器であり、包絡線検波回路60の出力の振幅をデジタル信号に変換して変調率の信号を後述の制御部に出力している。63は制御部であり、A−D変換器62および位相比較器61の情報をもとに、永久磁石4に関する情報を検出する。
(Example 3)
FIG. 8 is a block diagram of the first embodiment using the magnetic sensor 1.
In FIG. 8, reference numeral 60 denotes an envelope detection circuit that demodulates the amplitude-modulated wave generated by the detection coil L2. 61 is a phase comparator between the sine wave of the oscillator F1 and the sine wave of the output of the envelope detection circuit 60. Reference numeral 62 denotes an A / D converter which converts the amplitude of the output of the envelope detection circuit 60 into a digital signal and outputs a modulation rate signal to a control unit described later. Reference numeral 63 denotes a control unit that detects information related to the permanent magnet 4 based on information from the AD converter 62 and the phase comparator 61.

(応用例)
図9は、実施例3を組み込んだアクチュエータ55の内部構造図である。
図9において、50は、回転軸50aを有するモータであり、51は、複数のギヤを介して伝達されるモータ50の駆動力を出力する出力軸であり、この出力軸51は出力ギヤ52と一体に回転する。永久磁石4は、出力軸51と一体に回転する出力ギヤ52に設けられ、磁気センサ1は、出力ギヤ52の回転時に永久磁石4に対向する位置に図示しない基板上に設けられている。アクチュエータが電源オンされた時、制御部63は、モータ50を駆動して出力軸51を所定の一方向に回転させ、磁気センサ1が出力ギヤ52に取り付けられた永久磁石4の磁界を検出すると、A−D変換器62および位相比較器61の情報をもとに、出力軸51の回転位置を初期位置に設定する。
(Application examples)
FIG. 9 is an internal structure diagram of the actuator 55 incorporating the third embodiment.
In FIG. 9, reference numeral 50 denotes a motor having a rotation shaft 50 a, 51 denotes an output shaft that outputs the driving force of the motor 50 transmitted through a plurality of gears. Rotates together. The permanent magnet 4 is provided on an output gear 52 that rotates integrally with the output shaft 51, and the magnetic sensor 1 is provided on a substrate (not shown) at a position facing the permanent magnet 4 when the output gear 52 rotates. When the actuator is powered on, the control unit 63 drives the motor 50 to rotate the output shaft 51 in a predetermined direction, and the magnetic sensor 1 detects the magnetic field of the permanent magnet 4 attached to the output gear 52. Based on the information of the A-D converter 62 and the phase comparator 61, the rotational position of the output shaft 51 is set to the initial position.

出力軸51の初期位置の設定は、永久磁石4の磁界のピーク値を検出して行うことができる。具体的には、制御部63が磁界の大きさを逐次記憶し、磁界の大きさの増減の変化点を検出すると出力ギヤ52を反転させ、磁界のピーク値で出力軸51を初期位置に設定すれば、出力軸51を初期位置に正確に設定することができる。   The initial position of the output shaft 51 can be set by detecting the peak value of the magnetic field of the permanent magnet 4. Specifically, the control unit 63 sequentially stores the magnitude of the magnetic field, detects the change point of increase / decrease in the magnitude of the magnetic field, reverses the output gear 52, and sets the output shaft 51 to the initial position with the peak value of the magnetic field. Then, the output shaft 51 can be accurately set to the initial position.

本例のアクチュエータ55は、例えば車両用の空気調整装置の気流調整弁の駆動源として用いることができる。
一般に車両用の空気調整装置の気流調整弁は、電源オフ時にそのままの位置で停止する。このため、電源オン時に気流調整弁を初期位置に設定し直さないと、所定の開度に調整することができない。
本例のアクチュエータ55をこのような車両用の空気調整装置の気流調整弁の駆動源として用いることにより、電源オン時に上述のように出力軸51を初期位置に正確に設定して、出力軸51で操作される気流調節弁の初期設定を正確に行うことができる。
The actuator 55 of this example can be used, for example, as a drive source for an airflow adjustment valve of a vehicle air conditioner.
In general, an airflow adjustment valve of an air conditioner for a vehicle stops at the same position when the power is turned off. For this reason, unless the airflow adjustment valve is reset to the initial position when the power is turned on, it cannot be adjusted to a predetermined opening degree.
By using the actuator 55 of this example as a drive source for the air flow regulating valve of such an air conditioning apparatus for a vehicle, the output shaft 51 is accurately set to the initial position as described above when the power is turned on. It is possible to accurately perform the initial setting of the airflow control valve operated in the above.

また、本発明の磁気センサ1によれば、検出範囲が広いため、外部磁界(永久磁石4)を取り付けた出力ギヤ52と磁気センサ1との組み立て精度のバラツキを吸収でき、出力軸51の初期位置を確実に検知することができる。   Further, according to the magnetic sensor 1 of the present invention, since the detection range is wide, variations in assembly accuracy between the output gear 52 to which the external magnetic field (permanent magnet 4) is attached and the magnetic sensor 1 can be absorbed. The position can be reliably detected.

さらに、本発明の磁気センサ1によれば、ホール素子に比べて感度のバラツキが非常に小さく、特に車両等に設置されて高温環境下で使用されるアクチュエータに用いた場合、従来のホール素子を磁気センサとして用いたアクチュエータに比べて信頼性の高いものとなる。   Furthermore, according to the magnetic sensor 1 of the present invention, the variation in sensitivity is very small compared to the Hall element. In particular, when the actuator is installed in a vehicle or the like and used in a high temperature environment, the conventional Hall element is used. The actuator is more reliable than the actuator used as the magnetic sensor.

本発明の実施例にかかる磁気センサの基本構成図である。1 is a basic configuration diagram of a magnetic sensor according to an embodiment of the present invention. 本発明の実施例にかかる磁気センサの出力波形である。It is an output waveform of the magnetic sensor concerning the Example of this invention. 本発明の実施例にかかる磁気センサに永久磁石のN極が近接したときの基本構成図である。It is a basic block diagram when the north pole of a permanent magnet adjoins the magnetic sensor concerning the Example of this invention. 本発明の実施例にかかる磁気センサに永久磁石のN極が近接したときの基本構成図である。It is a basic block diagram when the north pole of a permanent magnet adjoins the magnetic sensor concerning the Example of this invention. 本発明の実施例にかかる励磁コイルは鉄芯が挿入、検知コイルはフェライトが挿入されたときの測定結果である。The excitation coil according to the embodiment of the present invention is a measurement result when the iron core is inserted and the detection coil is ferrite. 図5における磁気センサの出力波形である。It is an output waveform of the magnetic sensor in FIG. 本発明の実施例にかかる励磁コイルと検知コイルにフェライトが挿入されたときの測定結果を示す。The measurement result when ferrite is inserted into the exciting coil and the detecting coil according to the embodiment of the present invention is shown. 本発明の磁気センサを用いた実施例のブロック図である。It is a block diagram of the Example using the magnetic sensor of this invention. 図8の実施例を用いたアクチュエータの内部構造図である。It is an internal structure figure of the actuator using the example of FIG.

符号の説明Explanation of symbols

1 磁気センサ
2 磁芯
3 出力電圧
4 永久磁石
L1 励磁コイル
L2 検知コイル
r 距離
50 モータ
50a 回転軸
51 出力軸
52 出力ギヤ
55 アクチュエータ
60 包絡線検波回路
61 位相比較器
62 A−D変換器
63 制御部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Magnetic sensor 2 Magnetic core 3 Output voltage 4 Permanent magnet L1 Excitation coil L2 Detection coil r Distance 50 Motor 50a Rotating shaft 51 Output shaft 52 Output gear 55 Actuator 60 Envelope detection circuit 61 Phase comparator 62 AD converter 63 Control Part

Claims (6)

磁芯が挿入された励磁コイルと検知コイルを具備する磁気センサであって、
前記励磁コイルには低周波が印加され、前記検知コイルには高周波が印加され、
前記検知コイルの磁芯に鎖交する前記励磁コイルの磁束と外部磁界の磁束により、前記検知コイルの磁芯が周期的に磁気飽和状態と磁気不飽和状態を繰り返すことによって変調された前記検知コイルの両端電圧に基づいて、前記外部磁界の磁束を検出することを特徴とする磁気センサ。
A magnetic sensor comprising an excitation coil and a detection coil with a magnetic core inserted therein,
A low frequency is applied to the excitation coil, a high frequency is applied to the detection coil,
The detection coil modulated by the magnetic core of the detection coil periodically repeating a magnetic saturation state and a magnetic unsaturation state by the magnetic flux of the excitation coil and the magnetic flux of the external magnetic field linked to the magnetic core of the detection coil A magnetic sensor for detecting a magnetic flux of the external magnetic field based on a voltage between both ends of the magnetic field.
前記検知コイルの両端電圧の振幅の変調率に基づいて、前記外部磁界の磁束を検出することを特徴とする請求項1に記載の磁気センサ。   The magnetic sensor according to claim 1, wherein the magnetic flux of the external magnetic field is detected based on a modulation factor of an amplitude of a voltage across the detection coil. 前記検知コイルの両端電圧の振幅の変調波と前記励磁コイルに印加される低周波の位相差を検出する手段を有することを特徴とする請求項1に記載の磁気センサ。   2. The magnetic sensor according to claim 1, further comprising means for detecting a phase difference between a modulated wave of amplitude of the voltage across the detection coil and a low frequency applied to the excitation coil. 前記励磁コイルの磁芯は軟鉄で、前記検知コイルの磁芯は可飽和磁芯であることを特徴とする請求項1に記載の磁気センサ。   The magnetic sensor according to claim 1, wherein the magnetic core of the exciting coil is soft iron, and the magnetic core of the detection coil is a saturable magnetic core. 前記請求項1ないし4のいずれか1項に記載の磁気センサを用いたアクチュエータであって、
回転軸を有するモータと、複数のギヤを介して伝達される前記モータの駆動力を出力する出力軸と、前記モータの制御を行う制御部とを有し、前記外部磁界を発生する永久磁石が前記出力軸と一体に回転する出力ギヤに設けられ、前記磁気センサは、前記出力ギヤ回転時に前記永久磁石に対向する位置に設けられている、ことを特徴とするアクチュエータ。
An actuator using the magnetic sensor according to any one of claims 1 to 4,
A permanent magnet having a motor having a rotating shaft, an output shaft for outputting the driving force of the motor transmitted through a plurality of gears, and a control unit for controlling the motor, and generating the external magnetic field ; The actuator is provided in an output gear that rotates integrally with the output shaft, and the magnetic sensor is provided at a position facing the permanent magnet when the output gear rotates.
電源がオンされた時、前記制御部は、前記モータを駆動して前記出力軸を所定方向に回転させ、前記磁気センサが前記外部磁界を検知すると、前記出力軸の回転位置を初期位置に設定する、ことを特徴とする請求項5に記載のアクチュエータ。   When the power is turned on, the control unit drives the motor to rotate the output shaft in a predetermined direction. When the magnetic sensor detects the external magnetic field, the rotation position of the output shaft is set to an initial position. The actuator according to claim 5, wherein:
JP2008189950A 2008-07-23 2008-07-23 Magnetic sensor and actuator using the magnetic sensor Expired - Fee Related JP5241002B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2008189950A JP5241002B2 (en) 2008-07-23 2008-07-23 Magnetic sensor and actuator using the magnetic sensor

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2008189950A JP5241002B2 (en) 2008-07-23 2008-07-23 Magnetic sensor and actuator using the magnetic sensor

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2010025859A JP2010025859A (en) 2010-02-04
JP5241002B2 true JP5241002B2 (en) 2013-07-17

Family

ID=41731824

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2008189950A Expired - Fee Related JP5241002B2 (en) 2008-07-23 2008-07-23 Magnetic sensor and actuator using the magnetic sensor

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP5241002B2 (en)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2789985A1 (en) * 2013-04-10 2014-10-15 Tyco Electronics AMP GmbH Contactless position sensor and contactless position sensor system
JP7111347B2 (en) * 2018-06-08 2022-08-02 地方独立行政法人東京都立産業技術研究センター Magnetic field detection coil and EMI antenna

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH02311776A (en) * 1989-05-29 1990-12-27 Nkk Corp Apparatus and method for measuring magnetic characteristics of steel material

Also Published As

Publication number Publication date
JP2010025859A (en) 2010-02-04

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP2011017618A (en) Electric current sensor
WO2000022447A1 (en) Magnetic sensor, current sensor, and magnetic sensor element
JP2001281308A (en) Magnetic sensor and position detector
CN103814508B (en) Compact positioning component including actuator and the sensor being incorporated into the yoke of actuator
JP2013178205A (en) Current detection device
JP3431471B2 (en) Pulse signal generator
US20030019711A1 (en) Electromagnetic clutch
JP3616237B2 (en) Torque detection device
JP2009053186A (en) Moving body detector
JP5241002B2 (en) Magnetic sensor and actuator using the magnetic sensor
JP3645116B2 (en) Magneto-impedance effect micro magnetic sensor
US6222360B1 (en) Arrangement for determining the position of an object of measurement without contacting the object
JP2001280908A (en) Position detector
JP2008164449A (en) Current sensor
US6788053B2 (en) Magnetic flux measuring device
US8384377B2 (en) Self-powered magnetic tachometer for supplying a signal representative of rotational rate and absolute position
CN111103039B (en) Oil tank level sensor
US20140306693A1 (en) Contactless position sensor and contactless position sensor system
EP2485061A1 (en) Active core current sensor
JP2000258449A (en) Magnetic acceleration sensor and acceleration detecting device
JP2011146621A (en) Active magnetic shielding device
JP3673412B2 (en) Pulse signal generator
JP7245662B2 (en) Quadrature fluxgate sensor
JPH03252577A (en) Magnetic field detecting method and magnetic field sensor
JP3613572B2 (en) Magnetic metal sensor

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20110622

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20130207

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20130214

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20130219

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20130327

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20130401

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20160412

Year of fee payment: 3

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees