JPH01162179A - 磁界検出器および磁界検出器による電気信号を発生するための方法および回路装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、磁界検出器および磁界検出器により電気信号
を発生するための方法および回路装置に関する。

［従来技術］ このような磁界検出器、方法および適切な回路装置は、
雑誌“ｅｅｅ”の４３乃至４Ｂ頁および雑誌”ＥＩｅｋ
ｔｒｏｎｌに″の９９乃至１０２頁に記載されている。

使用される磁気抵抗は最大的２％でそれらの値を変化す
る。しかしながら経年変化および温度によって引き起こ
される抵抗変化は、オーダーで同じ大きさである。この
理由のために、温度補償が非常に重視されており、この
ことは特に“Ｅｌｅｋｔｒｏｎｉｋ”の１００頁、左の
コラム第４パラグラフおよび１０１頁、左のコラム第５
パラグラフに記載されている。

［発明の解決すべき課題］ 本発明により解決される技術的問題点は、温度変動、経
年変化および機械ストレスによって引き起こされる磁気
抵抗の抵抗変化が磁界検出器中の電気信号に影響を及ぼ
さない磁界検出器、および磁界検出器により電気信号を
発生するための方法および回路装置を提供することであ
る。

［課題解決のための手段］ この問題は、１個以上の磁気抵抗から成る磁界センサと
、磁界の横方向の成分だけが磁気抵抗の抵抗に変化を引
き起こすように磁界を有し、磁気抵抗に関連された磁石
とを含む磁界検知器において交流磁界が生成される磁石
が設けられることによって解決される。交流電界の使用
を通じて、もし歯形状の軟鉄部分または２つの歯形状の
軟鉄部分の間の溝のような強磁性部分が磁気抵抗と対向
して位置されるならば、磁気抵抗の抵抗は磁界があるか
どうかに関係なく一定である。しかしながら強磁性部分
のエツジが磁界があるときに磁気抵抗に接近した場合、
磁界がないとき消滅する抵抗変化が生じる。すなわちそ
の場合には磁気抵抗の抵抗値の周期変化が得られる。こ
の変化は、抵抗値が温度変動および／または経年変化の
ために変化するかどうかにかかわらず発生する。したが
って回路を動作および／または測定するためには、ＡＣ
信号の有無を決定することだけが必要なので温度変動お
よび／または経年変化による抵抗変化を補償する特別な
手段は必要ない。ＡＣ信号は、例えば磁気抵抗が電圧デ
バイダの一部分である場合に交流電圧として直接磁気抵
抗から得られる。

さらに本発明の実施態様としては、電磁石が交流磁界を
生成するために設けられること、永久磁石の磁極ホイ〒
ルが交流磁界を生成するために回転可能に取付けられて
おり、その磁極は強磁性部分の影響を受けることなく磁
気抵抗の抵抗が一定であるように磁気抵抗を通過して移
動可能にされること、磁気抵抗の抵抗またはそれから得
ることのできる電圧は磁界の有無状態で交互に測定され
、測定によって得られた値は基準値と比較され、比較に
より得られた差の値が制御信号として使用されるか、も
しくは制御信号は前記値から生成されること等がある。

以下添付図面で示されている実施例について説明する。

［実施例］ 第１図において、１は指示部２の中に取付けられた強磁
性コア４に巻き付けられたコイル３から成る磁石を示す
。磁気抵抗６はコア４の磁極面５に対向し、またそれか
ら絶縁されている。コア４の断面は磁気抵抗６の領域に
適合されている。磁気抵抗６の好ましい磁界方向は、磁
界が直角に通過するならば磁気抵抗の抵抗値が変化しな
いように選択される。

電磁石１は箱型ケース７中に設置されることができる。

このケース７は支持部８を有する磁気抵抗６も収容する
。したがって一方の側壁９は内側に凹部１０を有する。

ケース７のリッジ１１は適切に電磁石１を保持するよう
に作用する。

電磁石１の挿入後、ポケット１２がケース７中の電磁石
１の両側に形成される。これらのポケットの中に例えば
印刷回路、特に厚膜回路のような電気回路１３が挿入さ
れることができる。それからケースは密封コンパウンド
で満たされるため、磁界検出器を集積信号発生回路と共
に含む丈夫なユニットが得られる。

側壁９の正面において、歯１５および１以の溝１Ｂを設
けられた強磁性部材１４が磁気抵抗６と同じ高さで磁界
検出器を通過して移動されることができる。第２図乃至
第４図は、電磁石１がオンの場合の磁力線１７の方向お
ける変化の結果を示す。磁界検出器は上から見た状態で
ある。

第２図に示されるように溝ＩＢが磁気抵抗６と対向して
位置されるならば、電磁石１によって生成されコア４か
ら現れる磁力線１７は磁界ＨＨの方向に対して直角に配
置された磁気抵抗６を通過する。

この場合には磁気抵抗６の抵抗値は、この磁界の有無に
かかわらず変化しない。

第３図に示されるように、歯のエツジ１８が磁気抵抗６
の正面の位置に移動する場合、磁力線１７の方向は変化
される。横方向の磁界ＨＱが発生される。この横方向の
磁界ＨＱによって、磁気抵抗６の抵抗値が変化され、通
常は減少される。エツジ１８のこの位置で電磁石１が消
勢される場合、その磁界、したがって横方向の磁界ＨＱ
が消滅するので、磁気抵抗６は再びその最初の抵抗値を
示すことになる。歯１５が第４図に示されるように磁気
抵抗６の対向位置に移動される場合、全ての磁力線１７
は再び直角に磁気抵抗６を通過する。横方向の磁界ＨＱ
は発生されず、抵抗値は変化されない。

交流磁界の使用を通じて、エツジ１８の運動または位置
あるいは強磁性部分１４の歯１５または溝１Ｂの通過が
、提案された磁界検出器によって検出されることができ
る。磁界の周波数は、強磁性部材■４によって発生され
る最大の磁界変化率よりも高いように選択されることが
好ましい。第３ａ図は、強磁性歯車が磁気抵抗６の近傍
を通過する場合に得られるパルスの波形図を示す。した
がって、本発明による検出器は特に緩慢または静的プロ
セスの感知に適している。

電磁石１の代わりに、永久磁石またはバー磁石を取付け
られた磁気抵抗６の縦方向２１に垂直である回転軸２０
を有する磁極ホイールである永久的に磁気を帯びた磁極
ホイール１９が交流磁界を生成するために使用されるこ
とができる。磁極は横方向の磁界Ｈｑが発生されない、
すなわちそれらが磁気抵抗６の側を通過するとき抵抗が
全く変化しないように磁極ホイール上に取付けられる。

磁極２３の表面２２の領域の面積および溝２４の領域の
面積は、少なくとも磁気抵抗６の面積にほぼ等しい。電
磁石１の付勢および消勢に対する場合とは異なり、タイ
ミング信号はここでは使用できないため、同期信号が必
要である。このような信号は例えば磁極２３が側を通過
するときには、いつも抵抗値が変化する第２の横方向磁
気抵抗２５によって生成されることができる。

交流磁界の方向における変化による信号は種々の技術に
よって測定されることができる。２つの測定技術が以下
において回路により説明される。

第６図は制御信号ＵＳｔを発生するための回路装置であ
る。電磁石が付勢されるときは常に、基準電圧が増幅さ
れる磁気抵抗６から得られることができる電圧と比較さ
れる。このようにして得られた信号は遅延されるが、電
磁石１が付勢され消勢される速度でメモリラッチに送ら
れて書込まれ読出される。

基準電圧Ｕ　Ｒｅｆは、抵抗器Ｒ１およびＲ２から成る
電圧デバイダによって発生される。タップ２Ｂは、差動
増幅器として使用される第１の演算増幅器２８の非転送
人力２７および比較器として使用される第２の演算増幅
器３０の反転入力２９に接続されている。

抵抗器３４および磁気抵抗６から成る電圧デバイダのタ
ップ３３は、キャパシタ３２を介して第１の演算増幅器
２８の反転入力３１に接続されている。第１の演算増幅
器２８の出力３５は、フィードバックキャパシタ３７が
並列に接続されたフィードバック抵抗器３６を介して第
１の演算増幅器２８の反転入力３１に接続されている。

２個のキャパシタ３２および３７の値は、第１の演算増
幅器２８の利得を決定する。例えばキャパシタ３２は１
μＦの値を有し、フィードバックキャパシタ３７は１ｎ
Ｆの値を有する。このような第１の演算増幅器２８は１
０００の利得を有する。

第１の演算増幅器２８の出力３５は第２の演算増幅器３
０の反転入力３９に対して抵抗器３８を通じて結合され
、この人力３９はフィードバック抵抗器４０を介して第
２の演算増幅器３０の出力４１に接続されている。さら
に出力４１は電圧降下抵抗器４２を通じて供給電圧ＵＢ
に接続され、またＤフリップフロップのようなメモリラ
ッチ４４の入力４３に接続されている。型式４０１８と
して知られている集積回路は、特にメモリラッチ４４に
適している。メモリラッチ４４の出力４５は所望の制御
信号を方形り波形状で出力する。

タイマーＩＣ５５５のようなりロック発生器４６は、約
５０乃至２００００　Ｈｚ好ましくは３００乃至３００
０Ｈｚのクロック信号ｆを供給する。クロック発生器４
６のクロック出力４７は集積回路４０１７のようなカウ
ンタ４９のクロック入力４８に接続される。カウンタ４
９は４つのステップすなわち０から３を計算するように
接続されている。第１のパルスを供給する出力５０はダ
イオード５１および抵抗器５２を通じて接地されている
。ダイオード５１と抵抗器５２との結合部５３は、例え
ば電界効果トランジスタのゲートのようなスイッチング
トランジスタ５５の制御人力５４に接続されている。ス
イッチングトランジスタ５５の一方の電極５６はフリー
ホイールダイオード５７および電圧降下抵抗器５８を通
じて供給電圧ＵＢに接続され、かつ電磁石１のコイル３
の低電圧側端部５９に接続されている。コイル３の高電
圧側端部６０は供給電圧ＵＢに接続されている。

次のパルスを出力するカウンタ４９の出力６１はメモリ
ラッチ４４のクロック人力Ｂ２に接続され、かつ絶縁ダ
イオードＢ３とスイッチングトランジスタ５５を通じて
コイル３の低電圧側端部５９に接続されている。

この回路の動作は以下の通りである。

回路全体が供給電圧ＵＢに接続されるとき、基準電圧Ｕ
　Ｒｅｆは抵抗器Ｒ１およびＲ２の接続部２Ｂに現れ、
第１の演算増幅器２８の出力３５にも現れる。

したがって基準電圧Ｕ　Ｒｅｆは第２の演算増幅器３０
の２つの入力２９および８９にも供給され、この増幅器
３０の出力はゼロである。最終的にメモリラッチ４４の
入力４３は低いレベルである。

同時にクロック発生器４Ｂは周期Ｔのクロック信号ｆを
発生し始める。出力５０に現れるカウンタ４９からの第
１のパルスは、スイッチングトランジスタ５５をオンに
する。その結果コイル３の端部５９が接地され、コイル
３は供給電圧ＵＢに接続される。

したがって電磁石１のコア４は磁化され、その磁界は上
記のように磁気抵抗６の主面に対して垂直方向に磁気抵
抗６を通過する。強磁性部材１４は磁力線１７の方向を
変化するように配置されていないと仮定する。したがっ
て電位の変化はタップ３３で発生せず、基準電圧Ｕ　Ｒ
ｅｒは第１の演算増幅器２８の出力３５にあり、第２の
演算増幅器３０の出力４１は低レベルのままである。

出力６１によって供給されるカウンタ４９からの次のパ
ルスは、メモリラッチ４４のクロック人力８２に供給さ
れるため、入力４３の低レベルは出力４５に伝送される
。この出力も低い、すなわちＱ出力であると考えられる
。同時に第２のパルスはスイッチングトランジスタ５５
を導電状態に保持するため、電磁石１はコイル３を介し
て付勢されたままである。

電磁石１のコイル３は、カウンタ４９からの後続する第
３および第４のパルスで消勢されるため、メモリの出力
４５における低レベルが保たれる。この状態は、たとえ
タップ３３における電位が例えば温度ドリフトまたは経
年変化のために緩慢に変化しても変わらない。しかしな
がら強磁性部材１４のエツジ１８が磁気抵抗６の範囲内
に移動する場合、供給交流磁界が変形され、横方向の電
界ＨＱが発生される。

横方向の磁界。が発生される（磁界およびエツジ１８が
ある）とすぐに、電磁石１のコイル３がカウンタ４９か
らの第１のパルスで付勢され、磁界が生成される。同時
に横方向の磁界ＨＱがその前の値から磁気抵抗６の抵抗
値を変化させる一通常は減少させる。磁気抵抗６の抵抗
値が減少され、磁界がある場合、これはキャパシタ３２
に負のパルスを生じ、結果的には増幅器の利得によって
増幅された正パルスを第１の演算増幅器２８の出力３５
に生じる。その結果、比較器として接続された第２の演
算増幅器３０は完全にオンにされるため、その出力は高
レベルになる。最終的にメモリラッチ４４の入力４３が
高レベルになる。この高レベルは、カウンタ４９からの
第２のパルスでそれを制御信号ＵＳｉとして出力するメ
モリラッチ４４の出力に伝送される。

パルスがカウンタ４９によって全く供給されないために
、コイル３が実質的に消勢されたときにはタップ３３に
おける電位は再び高くなるため、第１の演算増幅器２８
の出力３５で増幅された負のパルスとして現れる正のパ
ルスがキャパシタ３２で発達される。その結果節２の演
算増幅器３０の出力はゼロに戻る。

このように回路の最初の状態、すなわちターン・オンに
おける状態がほぼ維持される。違いは制御信号ＵＳｔが
高レベルとしてメモリラッチ４４の出力４５にあること
である。これらのスイッチング動作は、強磁性部材Ｉ４
が磁束線方向を変えるよう位置される限り繰返される。

そうでない場合には、出力４５すなわち制御信号ＵＳｔ
が上記のように低レベルに戻る。

この方法により、強磁性部材１４の位置が確実に検出さ
れることができる。経年変化、温度変動、機械ストレス
またはその他の要因による磁気抵抗の抵抗値の変化は、
結・果に対して全く影響を及ぼさない。

別の方法において、横方向の磁界の有無において磁気抵
抗６から得られる電圧は比較器よって直接比較される。

これは磁気抵抗６の両端に生じた電圧を直接比較器の一
方の入力に供給し、かつメモリラッチを通じて他方の入
力に供給し、またメモリラッチの出力値をクロック発生
器の制御の下に電磁石１の付勢および消勢と同期して比
較器に伝送することによって実行される。この方法を実
行するのに適した回路は、第７図に示されており、以下
説明する。

抵抗器３４および磁気抵抗６から成る電圧デバイダのタ
ップ３３は、パルス成形器８５の負の入力８４に直接接
続されている。後者は演算増幅器によって構成されるこ
とが好ましいシュミットトリガ−であることが好ましい
。タップ３３もメモリラッチ６６すなわち２つの互いに
逆方向に接続されたダイオード７０．７１を介して反転
式カフ２に接続された出力６９を有する第１の演算増幅
器６８の非転送人力６７に接続されている。したがって
演算増幅器６８は電圧フォロアとして動作する。

演算増幅器Ｂ８の出力６９は、ここでは電気的に制御可
能な回路として構成されたスイッチ７３を介して、電圧
フォロアとして接続された第２の演算増幅器の非反転入
力γ４に接続されている。したがって第２の演算増幅器
７５の出カフＢが直接その反転式カフ７に接続されてい
る。第２の演算増幅器７５の非反転入カフ４も、内部抵
抗器７８および外部保持キャパシタ７９を通じて接地さ
れている。第２の演算増幅器７５の出カフＢは、抵抗器
８０を通ってパルス成形器６５の正の人力９５に接続さ
れている。パルス成形器６５の出力８１は制御信号ＵＳ
ｔを出力する。

さらに回路は、例えば集積回路の５５５型のようなりロ
ック発生器８２を含む。周期Ｔのクロック信号ｆを出力
する後者の出力８３は、メモリラッチ６６の第３の演算
増幅器８５の一方の入力８４に接続されている。メモリ
ラッチ６Ｂは、以下のようにスイ・ソチ７３をオンおよ
びオフさせることができる。出力８３はまた比較器とし
て使用される演算増幅器８７の非反転入力８Ｂに接続さ
れ、比較器の出力８８は例えば−膜内な共通エミッタ形
式で動作されるスイッチングトランジスタ９０のベース
８９に結合されている。スイッチングトランジスタ９０
のコレクタ９１は電磁石１のコイル３を介して供給電圧
ＵＢに接続されている。抵抗器９２および９３およびキ
ャパシタ９４はクロック発生器８２のクロック信号ｆの
周波数を決定する。

この回路の動作は以下の通りである。

回路装置が供給電圧ＵＢに接続され、クロック発生器８
２は低レベルを供給しており、磁力線１７の方向を変え
る強磁性部材１４が磁気抵抗６の範囲にあると仮定する
。この状態において演算増幅器８７は負の出力電圧を供
給し、スイッチングトランジスタ９０はオフとなる。最
終的に電磁石１のコイル３は電流がないため電磁石１は
消勢される。同時に低レベルが第３の演算増幅器８５を
介してスイッチ７３を閉じるため、タップ３３における
電位は電圧フォロアとしてパルス成形器６５の正の入力
９５に接続されている２つの演算増幅器６８および７５
を通じて伝送される。パルス成形器６５の負の入力６４
は同じ電位であり、出力８１は低レベルである。クロッ
ク発生器８２から高レベルのクロック信号ｆが演算増幅
器８７の非反転入力８６において発生すると、演算増幅
器８７の出力８８は高くなり、スイッチングトランジス
タ９０がオンにされるため、電磁石１が付勢される。同
時にスイッチ７３は、メモリラッチ６６の第３の演算増
幅器８５を介して開かれる。保持キャパシタ７９で蓄積
された電荷によって第２の演算増幅器７５の出カフＢの
電位は変わらない。

上記から考えられるように、磁気抵抗６の抵抗値を変化
する強磁性部材１４がないため、パルス成形器６５の入
力における電圧差はゼロのままなので、パルス成形器６
５の出力は低レベルに止まる。理解されるようにその場
合、電磁石１の付勢および減衰は制御信号ＵＳｔの大き
さに影響しない。例えば温度変動または経年変化による
磁気抵抗の抵抗値のどのような変化も影響を及ぼさない
。これはそのときのパルス成形器６５の入力Ｂ４および
９５の電圧差がゼロのままであるためである。

磁力線１７の方向が変化される、すなわち横方向の磁界
ＨＱが発生されるように強磁性部材１４が磁気抵抗６の
範囲の中に移動し、電磁石１が付勢される場合に、パル
ス成形器６５の出力は高くなる。

クロック発生器８２の出力８３が低く、電磁石１が消勢
されるとき、タップ３３における前の電位は演算増幅器
θ８および７５を介してパルス成形器８５の正の入力９
５に供給され、上記のように出力８３において高レベル
の間さえもそこに止まる。高レベルが演算増幅器８７の
非反転入力８６に供給されるとき、電磁石１は再び付勢
される。横方向の磁界Ｈｑがあるため、磁気抵抗６の抵
抗値は減少される。したがって、負の電圧差がパルス成
形器６５の入力６４および９５で得られるため、パルス
成形器６５の出力８１は高くなる。電磁石１が出力８３
の次の低レベルで消勢されるとき、パルス成形器Ｂ５の
入力９５と６４における電圧差は再びゼロになるため出
力８１は低くなる。このようにして第７図の下方に示さ
れた制御信号が得られる。

理解できるように、クロック期間Ｔよりも長く継続する
温度変動、経年変化またはその他の影響により引起こさ
れる磁気抵抗６の抵抗の変化は、その場合にも制御信号
に影響を及ぼさない。

本発明は、複数の磁気抵抗が使用される場合にも、例え
ばブリッジ構造で有効に使用されることもできる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、電磁石および磁界検出器の反対側に位置され
強磁性偏向を発生するエツジを有する強磁性部材を備え
た磁界検出器を示す。 第２図、第３図および第４図は、磁気抵抗に関する強磁
性部材の位置および結果的な磁界変化を示す。 第３ａ図は第３図で生じるパルス波形図である。 第５図は、永久磁石の磁極ホイールを具備する磁界検出
器の斜視図である。 第６図および第７図は、それぞれ磁界検出器の使用方法
を実行することができる回路装置を示す。 １・・・電磁石、２・・・支持部、３・・・コイル、４
・・・コア、６・・・磁気抵抗、７・・・箱型ケース、
１０・・・凹部、１３・・・電気回路、１４・・・強磁
性部材、１５・・・歯、１６・・・溝、１７・・・磁力
線、１９・・・磁極ホイール。 出願人代理人　弁理士　鈴江武彦 ０”ｌ　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　◆Ｕ−

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）１個以上の磁気抵抗から成る磁界センサと、磁界
   の横方向の成分だけが磁気抵抗の抵抗の変化を生じさせ
   るような磁界を生成する磁石とを含む磁界検知器におい
   て、 交流磁界を生成する磁石が設けられていることを特徴と
   する磁界検出器。
2. （２）電磁石が交流磁界を生成するために設けられてい
   ることを特徴とする請求項１記載の磁界検出器。
3. （３）永久磁石の磁極ホィールが交流磁界を生成するた
   めに回転可能に設けられており、その磁極は強磁性部材
   の影響を受けることなく磁気抵抗の抵抗が一定であるよ
   うに磁気抵抗を通過して移動可能にされていることを特
   徴とする請求項１記載の磁界検出器。
4. （４）磁気抵抗の抵抗またはそれから得られる電圧は磁
   界の有無状態で交互に測定され、測定によって得られた
   値は基準値と比較され、比較により得られた差の値が制
   御信号として使用されるか、もしくは制御信号が前記値
   から生成されることを特徴とする請求項１乃至３のいず
   れか１項記載の磁界検出器を使用する電気信号の生成方
   法。