JP6932561B2 - ３軸磁気検出装置および人工衛星 - Google Patents

Description

本発明は、互いに直交する３軸の磁界の強さを検出する３軸磁気検出装置およびそれを備える人工衛星に関する。

互いに直交する３軸磁気検出装置は、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸のそれぞれの磁界成分を検出する磁気検出器を組み合わせて構成されている。磁気検出器としては、ホール素子や平行フラックスゲートセンサなどが用いられることが多い。

ホール素子は、比較的コストが安く、小型化が容易なため、デジタルカメラや携帯電話など多くの用途で用いられている。一方、フラックスゲート型の磁気検出器は、検知感度が高く、高分解能な検出が可能である。そのため、より高精度な人工衛星や航空機などの姿勢制御用に用いられている。平行フラックスゲート型の磁気検出器は、リング状の磁気コアの周囲に励磁コイルを巻きまわして、この励磁コイルに電流を流して駆動をする。

ホール素子や平行フラックスゲート型の磁気検出器は、外形からは磁界検知の指向方向が明確に確認できない。そのため、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸のそれぞれの磁界検知方向の直角度の調整は、ヘルムホルツコイルなどで均一磁場を印加した状態で、出力電圧を確認しながら配置角度を調整する必要がある。特許文献１は、平行フラックスゲート型の磁気検出器を固定する固定用ブロック上で回動させながら３軸の磁気検出器の位置調整を行い、各軸の直角度を調整するものである。

特許第５６３９８４６号公報 実開平４−７８５８２号公報

しかしながら、３軸磁気検出装置においては、３軸分の磁気検出器それぞれを、均一磁場を印加した状態で角度調整しながら装置本体に実装する必要があり、調整および実装という煩雑な工程が多いという課題がある。また、磁気検出器毎に角度調整するための機構部品が必要となるため、装置のサイズおよび質量が大きくなってしまう。さらに、磁気検出器と回路基板とを電気的に接続する端子ピンとの接続部分が、装置に印加される衝撃や振動に弱いという課題がある。

本発明は、このような課題に鑑みてなされたもので、磁気検出器の配置構成をまとめて装置本体に直接取り付ける部品点数を減らし、磁気検出器の角度調整および装置本体への実装を容易にし、機械的強度の高い小型な３軸磁気検出装置および航行体を提供できる。

上記の課題を解決するために、本発明は、互いに直交するＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の３軸の磁気検出を行う３軸磁気検出装置であって、本体と、非磁性材料で形成され、前記本体上に固定された保持部材と、前記保持部材における前記本体に接する面と垂直な側面上に固定された、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の３軸の成分の磁界の大きさをそれぞれ検出する磁気検出器と、前記本体に固定された、前記磁気検出器の出力信号が伝達される回路基板とを備え、前記保持部材と前記回路基板とは離間されており、前記磁気検出器と前記回路基板とを電気的に接続する端子ピンは、前記磁気検出器と前記回路基板との間で前記保持部材に対して固定されていることを特徴とする。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の３軸磁気検出装置において、前記回路基板に設けられた切り欠きまたは穴の内部に前記保持部材の少なくとも一部が位置していることを特徴とする。

請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の３軸磁気検出装置において、前記回路基板は、前記磁気検出器の駆動部と信号処理部とを有する第１の基板、および前記第１の基板と電気的に接続された電源部を有する第２の基板を含み、前記第２の基板は、前記第１の基板と前記本体との間に配置されたことを特徴とする。

請求項４に記載の発明は、請求項１に記載の３軸磁気検出装置において、前記保持部材は、前記回路基板と前記本体との間に配置されていることを特徴とする。

請求項５に記載の発明は、請求項４に記載の３軸磁気検出装置において、前記回路基板は、前記保持部材の上面と対向して前記本体に固定されていることを特徴とする。

請求項６に記載の発明は、請求項５に記載の３軸磁気検出装置において、前記保持部材に固定された中間部材をさらに備え、前記端子ピンは前記中間部材に固定されていることを特徴とする。

請求項７に記載の発明は、請求項１から３のいずれか一項に記載の３軸磁気検出装置において、前記端子ピンは、前記保持部材の前記側面に形成された凹部に対して嵌め合わせで固定される嵌合部、前記回路基板に固定される第１接続部、前記嵌合部の下部に設けられ、前記保持部材に当接する位置決め部、および前記磁気検出器に固定される第２接続部を含み、前記端子ピンを前記保持部材に挿抜する方向に対する前記位置決め部の幅は、前記端子ピンを前記保持部材に挿抜する方向に対する前記第１接続部の幅より厚みを有することを特徴とする。

請求項８に記載の発明は、請求項７に記載の３軸磁気検出装置において、前記位置決め部は、前記保持部材が有する溝部に当接することを特徴とする。

請求項９に記載の発明は、請求項４から６のいずれか一項に記載の３軸磁気検出装置において、前記端子ピンは、前記磁気検出器と前記回路基板との間において緩衝構造を有することを特徴とする。

請求項１０に記載の発明は、請求項９に記載の３軸磁気検出装置において、前記緩衝構造は、前記端子ピンが略Ｕ字状に湾曲している構造であることを特徴とする。

請求項１１に記載の発明は、請求項１から１０のいずれか一項に記載の３軸磁気検出装置において、前記磁気検出器は、交流電流を通電する線分状の磁性体と前記磁性体の周囲に巻回された検知コイルからなることを特徴とする。

請求項１２に記載の発明は、請求項１１に記載の３軸磁気検出装置において、前記保持部材は、前記磁気検出器の前記検知コイルを配置するコイル用溝部を備えることを特徴とする。

請求項１３に記載の発明は、３軸磁気検出装置を備えた人工衛星であって、前記３軸磁気検出装置は、本体と、非磁性材料で形成され、前記本体上に固定された保持部材と、前記保持部材における前記本体に接する面と垂直な側面上に固定された、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の３軸の成分の磁界の大きさをそれぞれ検出する磁気検出器と、前記本体に固定された、前記磁気検出器の出力信号が伝達される回路基板とを備え、前記保持部材と前記回路基板とは離間されており、前記磁気検出器と前記回路基板とを電気的に接続する端子ピンは、前記磁気検出器と前記回路基板との間で前記保持部材に対して固定され、前記３軸磁気検出装置の基準面と前記人工衛星の基準面とは一致していることを特徴とする。

本発明は、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の磁界成分を検出する３軸分の磁気検出器を１つの直方体の保持部材に固定し、３つの磁気検出器の角度調整を装置本体への実装とは別に行うことができるため調整作業を容易に行うことができる。また、磁気検出器と回路基板とを接続する端子ピンが、回路基板からの衝撃や振動を磁気検出器との接続部分に伝え難くされているため、高い衝撃耐性を有することができる。

（ａ）は本発明の実施形態１に係る３軸磁気検出装置１０の分解斜視図であり、（ｂ）はその組立斜視図である。 本発明の実施形態１に係る３軸磁気検出装置１０の断面図である。 （ａ）は磁気検出ユニット１５の斜視図であり、（ｂ）〜（ｄ）は、互いに直交するＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸方向の磁気を検出する磁気検出器１５２−１〜１５２−３が取り付けられた磁気検出ユニット１５の各側面を示す図である。 （ａ）は磁気検出器１５２の検知コイルに接続される端子ピンの側面図であり、（ｂ）はＸ軸、Ｙ軸用の磁気検出器１５２の磁性体に接続される端子ピンの側面図であり、（ｃ）はＺ軸用の磁気検出器１５２の磁性体の上端に接続される端子ピンの側面図であり、（ｄ）はその斜視図であり、（ｅ）はＺ軸用の磁気検出器１５２の磁性体の下端に接続される端子ピンの側面図であり、（ｆ）はその斜視図である。 （ａ）、（ｂ）は３軸磁気検出装置１０に強い衝撃や振動が加わった場合の端子ピン１５３の変形の様子を示す図である。 磁気検出器１５２の一例として直交フラックスゲートセンサの構成を示す図である。 （ａ）、（ｂ）は直交フラックスゲートセンサの角度調整方法を示す図である。 （ａ）は本発明の実施形態２に係る３軸磁気検出装置２０の分解斜視図であり、（ｂ）はその組立斜視図である。 本発明の実施形態２に係る３軸磁気検出装置２０の斜視断面図である。 （ａ）は磁気検出ユニット２５の斜視図であり、（ｂ）〜（ｄ）は、互いに直交するＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸方向の磁気を検出する磁気検出器２５２−１〜２５２−３が取り付けられた磁気検出ユニット２５の各側面を示す図である。 本発明の実施形態２に係る端子ピン２５４の緩衝構造２５４ＳＡを示す図である。 本発明に係る３軸磁気検出装置を適用した人工衛星を示す斜視図。

以下、本発明の実施の形態について、詳細に説明する。

（実施形態１）
図１（ａ）、（ｂ）に、本発明の実施形態１に係る３軸磁気検出装置１０の分解斜視図および組立斜視図を示す。また、図２に、本発明の実施形態１に係る３軸磁気検出装置１０の断面図（図１におけるＩＩ−ＩＩ断面）を示す。本実施形態の３軸磁気検出装置１０は、電源基板１２、回路基板１３、および磁気検出ユニット１５が本体１１に固定されており、回路基板１３と磁気検出ユニット１５とが水平接続され、それらを覆うように蓋１６が本体１１にビスで固定されている。３軸磁気検出装置１０は、互いに直交するＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の各方向の磁界の大きさを磁気検出ユニット１５で検出し、コネクタ１４から検出結果を出力する。３軸磁気検出装置１０による検出結果は、３軸磁気検出装置１０を搭載する装置の姿勢制御や、磁場変動の検出等に用いることができる。

本体１１側から電源基板１２、回路基板１３の順に略平行に配置され、回路基板１３の本体１１からの位置が本体１１に固定された磁気検出ユニット１５の高さ以下となるように、電源基板１２および回路基板１３がスペーサなどを介してビスで本体１１に固定されている。電源基板１２は回路基板１３に供給する所定の電力を生成する電源部を有し、回路基板１３は磁気検出器１５２のための駆動部および信号処理部を有している。回路基板１３に設けられた切り欠きまたは穴の内部には空隙を介して磁気検出ユニット１５の保持部材１５１が配置され、回路基板１３と磁気検出ユニット１５とは水平接続されている。なお、電源基板１２も同様に切り欠きや穴を設け、その内部に保持部材１５１が配置されるようにしても良い。

図２に示すように、回路基板１３は保持部材１５１の側方に所定の間隔を空けて配置されており、その下方側で保持部材１５１や磁気検出器１５２と接触しないように電源基板１２が配置されている。保持部材１５１の高さは、磁気検出器１５２の高さで決まるが、特に最も高さを必要とするＺ軸の磁気を検出するための磁気検出器１５２−３で決まる。後述するように、本実施形態においては磁気検出器１５２として直交フラックスゲートセンサを用いており、ある程度の直線形状が必要となることから、それに伴って保持部材１５１においてもある程度の高さを有する必要がある。

このような保持部材１５１を用いて磁気検出器１５２を固定するようにした場合には、保持部材１５１の上面部まで端子ピン１５３が引き出されているため、３軸磁気検出装置１０の高さを抑えつつ端子ピン１５３の長さを無闇に延ばさないためには回路基板１３は保持部材１５１の上面部に並べて設けることが好ましい。その場合に生じた回路基板１３と本体１１との間のスペースに電源基板１２を設けることによって、回路基板１３の面積を低減することができ、３軸磁気検出装置１０の小型化を図ることができる。

更に、コネクタ１４を電源基板１２における保持部材１５１とは反対側の端部に設けることによって、スペースを有効に用いることができる。

図３に、磁気検出ユニット１５の構成を示す。図３（ａ）は磁気検出ユニット１５の斜視図であり、図３（ｂ）〜（ｄ）は、互いに直交するＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸方向の磁気を検出する磁気検出器１５２−１〜１５２−３が取り付けられた磁気検出ユニット１５の各側面を示す図である。

磁気検出ユニット１５は、本体１１上にねじ１５４で固定される保持部材１５１と、この保持部材１５１の本体１１と接する面と垂直な３つの面にそれぞれ固定された磁気検出器１５２−１〜１５２−３と、磁気検出器１５２と回路基板１３とを接続する導体の端子ピン１５３とを含む。なお、この図３（ｄ）に示すように、Ｚ軸の磁気を検出する磁気検出器１５２−３の周囲に配置された検知コイル１５２Ｂに接続される導線が図３（ｄ）における左側に２つ隣接して引き出されるようになっており、磁気検出器１５２−３の端子ピン１５３は右側に２つ引き出されている。このように並べることによって、検知コイル１５２Ｂから引き出された導線を図４（ａ）に示す端子ピン１５３へ巻き付ける作業の作業性を向上できる。

保持部材１５１は、非磁性材料を直方体に形成したものからなり、磁気検出器１５２−１〜１５２−３が固定された保持部材１５１の３つの面がそれぞれ隣接する面と直角に交わっている。保持部材１５１は、磁気検出器１５２−１〜１５２−３が固定される各面に検知コイル１５２Ｂを配置する溝部を有する。この溝部は、検知コイル１５２Ｂの位置決めに用いてもよく、検知コイル１５２Ｂの固定に用いてもよい。さらに、保持部材１５１は、端子ピン１５３の位置決めや回り止めのために、端子ピン１５３の位置決め部１５３Ｃが嵌め合わされる溝部を有していてもよい。

図４（ａ）〜（ｆ）に、磁気検出ユニット１５が有する端子ピン１５３の構成を示す。図４（ａ）は磁気検出器１５２の検知コイルに接続される端子ピンの側面図である。図４（ｂ）はＸ軸、Ｙ軸用の磁気検出器１５２の磁性体に接続される端子ピンの側面図である。図４（ｃ）はＺ軸用の磁気検出器１５２の磁性体の上端に接続される端子ピンの側面図であり、図４（ｄ）はその斜視図である。図４（ｅ）はＺ軸用の磁気検出器１５２の磁性体の下端に接続される端子ピンの側面図であり、図４（ｆ）はその斜視図である。尚、後述する嵌合部１５３Ａ、第１接続部１５３Ｂおよび位置決め部１５３Ｃの部位は、図４（ａ）〜（ｆ）で共通するので図４（ｂ）〜（ｆ）では省略した。

端子ピン１５３は、非磁性の導体材料からなり、略Ｔ字形状であり、保持部材１５１の磁気検出器１５２が固定される面上に固定される。端子ピン１５３は、保持部材１５１の凹部に嵌め合わせなどで固定される嵌合部１５３Ａと、保持部材１５１から延びて回路基板１３に水平接続される第１接続部１５３Ｂと、嵌合部１５３Ａおよび第１接続部１５３Ｂに対して直角に交わり、保持部材１５１に固定される位置決め部１５３Ｃと、磁気検出器１５２に接続される第２接続部１５３Ｄ〜１５３Ｄ’’とを有する。本実施形態においては、後述するように、位置決め部１５３Ｃが保持部材１５１に設けられた溝部に対して端子ピン１５３の挿抜方向と垂直な方向に当接する底面を有するようにして保持部材１５１に対して当接するようにしている。加えて、位置決め部１５３Ｃは、嵌合部１５３Ａが保持部材１５１に挿入される際に、同様に一部が保持部材１５１に挿入されて嵌め込まれる構造となっていることが好ましい。本実施形態においては、保持部材１５１に対して位置決め部１５３Ｃの底面および上面が保持部材１５１に当接するようになっている。なお、端子ピン１５３が保持部材１５１に対して圧入されるようにしても良い。

図５（ａ）、（ｂ）に、３軸磁気検出装置１０に強い衝撃や振動が加わった場合の端子ピン１５３の変形の様子を示す。３軸磁気検出装置１０に外部から衝撃が加わると、回路基板１３と保持部材１５１の相対的位置関係が変化する。例えば図５（ａ）に示すように、衝撃が加わる前は端子ピン１５３にストレスがかからない位置に保持部材１５１と回路基板１３とが固定されていても、外部から衝撃が加わると図５（ｂ）に示すように、回路基板１３と保持部材１５１とが逆方向に変位する場合がある。このような場合、回路基板１３によって第１接続部１５３Ｂが保持部材１５１対して変位することで、端子ピン１５３の第１接続部１５３Ｂの根元付近を支点として、てこの原理により嵌合部１５３Ａと位置決め部１５３Ｃとの結合部付近が曲がり、位置決め部１５３Ｃを保持部材１５１から離す方向に回転させようとする力が生じる。位置決め部１５３Ｃが保持部材１５１から離れる方向に回転すると、第２接続部１５３Ｄと磁気検出器１５２との位置関係が変化するため、第２接続部１５３Ｄと磁気検出器１５２との接続部分（電極１５２Ｃ）にストレスがかかり、磁気検出器１５２の故障の原因となる。

そのため本実施形態では、このような位置決め部１５３Ｃの磁気検出器１５２に対する変位を抑制するため、位置決め部１５３Ｃの端子ピン１５３の挿抜方向に対する幅ｄ２が、第１接続部１５３Ｂの端子ピン１５３の挿抜方向に対する幅ｄ１より厚くなるように形成されている（ｄ２＞ｄ１）。保持部材１５１に固定された位置決め部１５３Ｃにおける剛性が第１接続部１５３Ｂよりも高くなるため、第１接続部１５３Ｂと位置決め部１５３Ｃとの連結部付近を支点として第１接続部１５３Ｂと位置決め部１５３Ｃとの結合部付近が曲がり易くなる。そのため、回路基板１３と保持部材１５１との位置関係が変化する際に生じる力的ストレスは、第１接続部１５３Ｂと位置決め部１５３Ｃとの結合部付近が曲がることによって吸収される。これにより第２接続部１５３Ｄと磁気検出器１５２との接続部分にかかるストレスを大きく緩和することができる。

なお、位置決め部１５３Ｃは保持部材１５１に対していずれかの面で接着剤等によって固定されると保持部材１５１に対する相対的な移動がなくなり、第２接続部１５３Ｄと磁気検出器１５２との接続部分にかかるストレスをより低減できる。

耐衝撃性に関しては、保持部材１５１と回路基板１３との間の空隙は広い方が望ましい。この空隙が広いことにより、端子ピン１５３は、第１接続部１５３Ｂが回路基板１３との結合部付近および位置決め部１５３Ｃとの境界付近のそれぞれにおいて曲がり易くなり、磁気検出器１５２に加わる力的ストレスを緩和させる効果を大きくすることができる。一方で、磁気検出器１５２には回路基板１３との間で数ＭＨｚ以上の高い周波数の信号が入出力されるため、回路基板１３と磁気検出器１５２をつなぐ端子ピン１５３の信号線は短くしてインピーダンスを下げることは磁気検出精度に関して有利である。そのため、保持部材１５１と回路基板１３との間の空隙は数ｍｍ程度とすることが望ましい。

図６に、磁気検出器１５２の一例として直交フラックスゲートセンサの構成を示す。直交フラックスゲートセンサは、高周波電流を通電する線分状の磁性体１５２Ａと、その磁性体１５２Ａの周囲の磁束の変化を検知する、磁性体１５２Ａの周囲に巻回されたコイルからなる検知コイル１５２Ｂとを備える。磁性体１５２Ａは、線分状で、磁性ワイヤや非磁性材料上に形成された磁性薄膜であってもよい。検知コイル１５２Ｂは、空芯コイルやボビンコイルであってもよく、磁性薄膜上に絶縁層を介して形成された薄膜コイルであってもいい。磁性体１５２Ａの両側には磁性体１５２Ａと電気的に接続された電極１５２Ｃが形成され、磁性体１５２Ａの線分の延長線上には磁性体１５２Ａの位置を示すマーカ１５２Ｄが形成されている。なお、磁性体１５２Ａとマーカ１５２Ｄとを同じマスクを使用して形成することで、マーカ１５２Ｄを正確な位置に形成することが可能である。

直交フラックスゲートセンサの磁界検知の指向方向は、反磁界の関係から磁性体１５２Ａの長手方向に決まるため、磁性体１５２Ａの線分の延長線上に形成されたマーカ１５２Ｄから磁界検知の指向方向を決定することが可能である。図７に、直交フラックスゲートセンサの角度調整方法を示す。保持部材１５１を治具１７に設けられた基準面に当接するように配置し、保持部材１５１上に磁気検出器１５２を配置する。顕微鏡に設けた基準となる印（例えば顕微鏡の十字スコープ）と磁気検出器１５２の一方のマーカ１５２Ｄとを一致させて仮固定し（図７（ａ））、そのまま保持部材１５１および治具１７を載せたステージを冶具１７の基準面と並行移動させ、他方のマーカ１５２Ｄも基準となる印と一致するように磁気検出器１５２の位置を調整する（図７（ｂ））。このような方法により、均一磁場を印加することなく磁気検出器１５２の外観から磁界検知方向の調整を行うことができる。この直交フラックスゲートセンサは、フラックスゲートセンサの中でも小型、軽量で３軸の直角度が優れた高感度な磁気検出器１５２を提供することができる。

尚、磁気検出器１５２は、直交フラックスゲートセンサに限らず、ホール素子やＭＲ素子、平行フラックスゲートセンサなどであってもよい。

本実施形態に係る３軸磁気検出装置１０は、磁気検出ユニット１５を回路基板１３の切り欠きまたは穴の内部に配置して水平接続することで設置高さを抑え、および、基板を電源基板１２と回路基板１３とに分割し、電源基板１２と回路基板１３とを積層させることで設置面積を小さくすることにより、装置の小型化を実現している。また、上記構造を取ることで、強い振動や衝撃が印加される環境での使用にも耐え得る機械的強度を有する。

（第２の実施形態）
図８に、本発明の実施形態２に係る３軸磁気検出装置２０の分解斜視図および組立斜視図を示す。また、図９に、本発明の実施形態２に係る３軸磁気検出装置２０の図８におけるＩＸ−ＩＸで切断した斜視断面図を示す。実施形態２は、本体２１と回路基板２６の間に磁気検出ユニット２５を配置し、回路基板２６からの力的ストレスを中間部材２５３で吸収する構成を特徴とする。

本実施形態の３軸磁気検出装置２０は、磁気検出ユニット２５および回路基板２６が本体２１に固定されており、磁気検出ユニット２５が回路基板２６に垂直接続され、それらを覆うように蓋２７が本体２１にビスで固定されている。３軸磁気検出装置２０は、互いに直交するＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の各方向の磁界の大きさを磁気検出ユニット２５で検出し、コネクタ２４から検出結果を出力する。尚、本実施形態における回路基板２６は、実施形態１における電源基板１２および回路基板１３を１つにまとめたものに相当し、電源部、磁気検出器２５２の駆動部および信号処理部を備えている。

磁気検出ユニット２５は、保持部材２５１、磁気検出器２５２、中間部材２５３および端子ピン２５４を有し、本体２１にねじ２５５−２で固定される。回路基板２６は、回路基板２６と本体２１との間に磁気検出ユニット２５が位置するように配置され、磁気検出ユニット２５の保持部材２５１および中間部材２５３が回路基板２６と接しないように、本体２１とスペーサ２３を介して固定される。スペーサ２３は、本体２１の一部であってもいいし、本体２１と別体の柱であってもいい。

図１０に、磁気検出ユニット２５の構成を示す。図１０（ａ）は磁気検出ユニット２５の斜視図であり、図１０（ｂ）〜（ｄ）は、互いに直交するＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸方向の磁気を検出する磁気検出器２５２−１〜２５２−３が取り付けられた磁気検出ユニット２５の各側面を示す側面図である。

磁気検出ユニット２５の端子ピン２５４は、回路基板２６と磁気検出器２５２とを電気的に接続するものであり、ねじ２５５−１で保持部材２５１に固定された中間部材２５３に対して固定される。中間部材２５３の下面と保持部材２５１の上面とは接していてもよいし、スペーサを介して離間していてもよい。端子ピン２５４は、中間部材２５３の貫通孔又は切り欠きに接着剤やはんだなどで固定されてもよい。端子ピン２５４は、保持部材２５１または中間部材２５３に固定される被固定部分に隣接して、幅が広くなる幅広部を有することで、中間部材２５３に対する突き当てを形成して固定位置を明確にすることができ、組み立てを容易にすることができる。

中間部材２５３は、磁気検出器２５２と回路基板２６との間に位置し、回路基板２６とは密着することなく空間を介して配置されている。中間部材２５３は、樹脂材、非磁性金属などの非磁性材料からなり、保持部材２５１にねじ２５５−２で固定される。

また端子ピン２５４は、保持部材２５１に設けられる挿通部に嵌め合わせや接着剤、はんだなどで固定されてもいい。保持部材２５１に設けられる挿通部は、略Ｕ字形状や貫通孔であってもいい。

本実施形態は、外部から印加される衝撃や振動などにより磁気検出ユニット２５と回路基板２６との相対的な位置関係が変化して端子ピン２５４に力が加わった場合に、その力は中間部材２５３において吸収され、端子ピン２５４と磁気検出器２５２との接続部分への力的ストレスを大きく緩和することができる。

図１１に、本発明の実施形態２に係る端子ピン２５４の緩衝構造２５４ＳＡを示す。緩衝構造２５４ＳＡは、磁気検出器２５２と中間部材２５３との間に配置された伸縮性を有する略Ｕ字構造からなる。緩衝構造２５４ＳＡは、図１１に示す略Ｕ字構造の他に、Ｕ字やＶ字、Ｕ字を２つ組み合わせたＳ字構造等であってもいい。端子ピン２５４が緩衝構造２５４ＳＡを持つことで、３軸磁気検出装置２０に衝撃や振動などにより磁気検出器２５２と中間部材２５３との相対的な位置関係が変化して端子ピン２５４に力が加わっても、端子ピン２５４において力を吸収することができ、磁気検出器２５２と端子ピン２５４との接続部分にかかる力的ストレスを緩和することができる。

以上説明したように、本発明に係る３軸磁気検出装置は、高い耐衝撃性を有しており、特に、多大な振動が発生する装置に対して好適に適用できる。一例として、航行体、特に宇宙航行体などに取り付けられる場合において、打ち上げの際などに生じる大きな振動に対する耐衝撃性を確保できるものである。

図１２には本発明に係る３軸磁気検出装置を搭載した航行体の一例としての人工衛星を示している。人工衛星は、衛星本体３１に通信アンテナ３２、太陽電池パネル３３、光学系３４、スラスタ３５等が搭載されている。

本発明に係る３軸磁気検出装置においては、上述したように、保持部材１５１に対して磁気検出器１５２を取り付ける際には、冶具１７の基準面に対して保持部材１５１の下面が当接するようにし、その保持部材１５１に対して磁気検出器１５２−１〜１５２−３を取り付けるようにしている。すなわち、３つの磁気検出器１５２−１〜１５２−３は、それらが取り付けられた面と直交する保持部材１５１の下面を基準面として固定されている。

この３軸磁気検出装置を人工衛星（ここでは衛星本体３１）に対して搭載する際には、３軸磁気検出装置の基準面を人工衛星の基準面と一致するようにして搭載することによって、３軸磁気検出装置の検出角度を良好に保つことができる。人工衛星の基準面としては、人工衛星に搭載される他のセンサにおける基準面と一致していても良い。

また、磁気検出器１５２が取り付けられた保持部材１５１を取り付ける本体１１は、人工衛星を構成する部材であっても良く、例えば人工衛星内に設けられるセンサ取り付け用部材や人工衛星の一側面を形成する部材でも良い。

１０、２０ ３軸磁気検出装置
１１、２１ 本体
１２、 電源基板
１３、２６ 回路基板
１４、２４ コネクタ
１５、２５ 磁気検出ユニット
１６、２７ 蓋
１７ 治具
２２ コネクタ固定部材
２３ スペーサ
１５１、２５１ 保持部材
１５２、２５２ 磁気検出器
１５２A 磁性体
１５２B 検知コイル
１５３C 電極
１５３D マーカ
１５３、２５４ 端子ピン
１５３A 嵌合部
１５３B 第１接続部
１５３C 位置決め部
１５３D 第２接続部
１５４、２５５ ねじ
２５３ 中間部材
２５４ＳＡ 緩衝構造
３１ 衛星本体
３２ 通信アンテナ
３３ 太陽電池パネル
３４ 光学系
３５ スラスタ

Claims (13)

1. 互いに直交するＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の３軸の磁気検出を行う３軸磁気検出装置であって、
   本体と、
   非磁性材料で形成され、前記本体上に固定された保持部材と、
   前記保持部材における前記本体に接する面と垂直な側面上に固定された、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の３軸の成分の磁界の大きさをそれぞれ検出する磁気検出器と、
   前記本体に固定された、前記磁気検出器の出力信号が伝達される回路基板とを備え、
   前記保持部材と前記回路基板とは離間されており、前記磁気検出器と前記回路基板とを電気的に接続する端子ピンは、前記磁気検出器と前記回路基板との間で前記保持部材に対して固定されていることを特徴とする３軸磁気検出装置。
2. 前記回路基板に設けられた切り欠きまたは穴の内部に前記保持部材の少なくとも一部が位置していることを特徴とする請求項１に記載の３軸磁気検出装置。
3. 前記回路基板は、前記磁気検出器の駆動部と信号処理部とを有する第１の基板、および前記第１の基板と電気的に接続された電源部を有する第２の基板を含み、
   前記第２の基板は、前記第１の基板と前記本体との間に配置されたことを特徴とする請求項２に記載の３軸磁気検出装置。
4. 前記保持部材は、前記回路基板と前記本体との間に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の３軸磁気検出装置。
5. 前記回路基板は、前記保持部材の上面と対向して前記本体に固定されていることを特徴とする請求項４に記載の３軸磁気検出装置。
6. 前記保持部材に固定された中間部材をさらに備え、前記端子ピンは前記中間部材に固定されていることを特徴とする請求項５に記載の３軸磁気検出装置。
7. 前記端子ピンは、前記保持部材の前記側面に形成された凹部に対して嵌め合わせで固定される嵌合部、前記回路基板に固定される第１接続部、前記嵌合部の下部に設けられ、前記保持部材に当接する位置決め部、および前記磁気検出器に固定される第２接続部を含み、
   前記端子ピンを前記保持部材に挿抜する方向に対する前記位置決め部の幅は、前記端子ピンを前記保持部材に挿抜する方向に対する前記第１接続部の幅より厚みを有することを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の３軸磁気検出装置。
8. 前記位置決め部は、前記保持部材が有する溝部に当接することを特徴とする請求項７に記載の３軸磁気検出装置。
9. 前記端子ピンは、前記磁気検出器と前記回路基板との間において緩衝構造を有することを特徴とする請求項４から６のいずれか一項に記載の３軸磁気検出装置。
10. 前記緩衝構造は、前記端子ピンが略Ｕ字状に湾曲している構造であることを特徴とする請求項９に記載の３軸磁気検出装置。
11. 前記磁気検出器は、交流電流を通電する線分状の磁性体と前記磁性体の周囲に巻回された検知コイルからなることを特徴とする請求項１から１０のいずれか一項に記載の３軸磁気検出装置。
12. 前記保持部材は、前記磁気検出器の前記検知コイルを配置するコイル用溝部を備えることを特徴とする請求項１１に記載の３軸磁気検出装置。
13. ３軸磁気検出装置を備えた人工衛星であって、前記３軸磁気検出装置は、
    本体と、
    非磁性材料で形成され、前記本体上に固定された保持部材と、
    前記保持部材における前記本体に接する面と垂直な側面上に固定された、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の３軸の成分の磁界の大きさをそれぞれ検出する磁気検出器と、
    前記本体に固定された、前記磁気検出器の出力信号が伝達される回路基板と
    を含み、
    前記保持部材と前記回路基板とは離間されており、前記磁気検出器と前記回路基板とを電気的に接続する端子ピンは、前記磁気検出器と前記回路基板との間で前記保持部材に対して固定され、
    前記３軸磁気検出装置の基準面と前記人工衛星の基準面とは一致していることを特徴とする人工衛星。

Images