JPH0318712A

JPH0318712A - 地磁気方位センサ

Info

Publication number: JPH0318712A
Application number: JP15387189A
Authority: JP
Inventors: Kunio Mori; 邦雄森
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1989-06-16
Filing date: 1989-06-16
Publication date: 1991-01-28

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】［発明の目的］（産業上の利用分野）この発明は、移動体衛星通信分野や一般の船舶、車載用
地図表示システム等を対象とし、地磁気により南北の方
角を険出する地磁気方位センサに関する。

（従来の技術）従来より、地磁気による南北を検出する地磁気方位セン
サには主にジャイロコンパスが用いられてきたが、この
ジャイロコンパスは三軸に自由度を有するため、構造的
に複雑で高価であるという欠点がある。また、簡使な方
法として磁気コンパスで調べる方法もあるが、鋼鉄等で
覆われた船舶や飛行機、自動車等の内部では地磁気が遮
蔽されたり、鋼鉄部分の磁化作用に影響されるのに、目
視に頼る磁気コンパスではオペレータのそば、つまり内
部に取付けざるを得す、正確な方位が得られない。

（発明が解決しようとする課題）以上述べたように従来の地磁気方位センサにおいて、ジ
ャイロコンパスでは構造が複雑であり、磁気コンパスで
は本体内部に取付けざるを得ないため本体磁化等の影響
を受けて正確な方位が得られない。

この発明は上記の課題を解決するためになされたもので
、簡単な構造でしかも本体材質に影響されず、任意の箇
所に設置しても正確な方位を検出することのできる地磁
気方位センサを提供することを目的とする。

〔発明の構成］（課題を解決するための手段）上記目的を達成するためにこの発明に係る地磁気方位セ
ンサは、回転軸を中心に等距離でかつ対向する位置に一対の誘導
コイルを内蔵する回転体と、この回転体を地平線と平行
に回転させる回転駆動手段と、前記回転体に内蔵した一
対の誘導コイルにそれぞれ発生する電圧を加算して取出
してメータ表示させる電圧検出手段とを具備することを
第１の特徴とする。

第１の特徴とする構成において、前記回転体の周囲に地
磁気と同程度の磁界を地平線と平行に発生する一対の永
久磁石板を設け、この一対の永久磁石板を前記回転手段
の回転軸と同一の回転軸を持って回転自在にすることを
第２の特徴とする。

第１の特徴とする構戊において、前記回転体は円盤状に
形成することを第３の特徴とする。

前記回転軸を中心に等距離でかつ対向する位置に一対の
誘導コイルを内蔵する回転体と、この回転体を地平線と
平行に回転させる回転駆動手段と、前記回転体の回転周
囲にその回転軸から被測定方向に伸びる直線上に配置さ
れるスポット磁石と、前記回転体に内蔵した一対の誘導
コイルにそれぞれ発生する電圧を加算して取出す電圧検
出手段と、この手段で検出された電圧を基準レベルでパ
ルス化し、地磁気によるパルスとスポット磁石の磁気に
よるパルスとの位相差を求める位相差検出手段とを具備
することを第４の特徴とする。

（作用）上記ＷＳｌの特徴とする構戊の地磁気方位センサでは、
回転体の一対の誘導コイルが地磁気の磁界を垂直に横切
るとき最大電圧が発生することを利用し、一対の誘導コ
イルの加算電圧をメータ表示より読取って、メータが最
大に振れたときのコイル延長線方向を検出することによ
り地磁気方位を検出することができる。

第２の特徴とする構成では、一対の永久磁石板により回
転体の周囲に地磁気と同程度の磁界を地平線と平行に発
生させ、この一対の永久磁石板を前記回転手段の回転軸
と同一の回転軸を持って回転させると、地磁気による磁
界の方向と永久磁石板による磁界の方向とが一致したと
き誘導コイルに最大電圧が発生するので、メータの振れ
が最大となる時の一対の永久磁石の磁界発生方向を地磁
気方位として検出することができる。

第３の特徴とする構成では、前記回転体は円盤状に形威
しているので、重量バランスを保ち、かつ軸ずれを少な
くすることができる。

第４の特徴とする構成では、回転体が地磁気の磁界内で
回転すると一対の誘導コイルに交流電圧が発生し、また
、スポット永久磁石により特定極性のトリガ電圧が発生
する。これらの発生電圧を取出して基準レベルでスライ
スしてパルス化すると、スポット永久磁石の位置に応じ
て地磁気によるパルスとスポット磁石の磁気によるパル
スとの位相差が変化する。そこで、このセンサの取付け
に際し、コイル延長線方向が磁北を指すとき、上記位相
差がなくなるようにスポット永久磁石の位置を設定して
おけば、測定時の位相差から被測定体の磁北からの方向
を容易に求めることができる。

（実施例）以下、図面を参照してこの発明の一実施例を説明する。

第１図はその構成を示すもので、ｌｌはモータである。

このモータ１ｌはセンサ取付け時にその回転軸ｇとなる
シャフトが鉛直方向に向けられる。そのシャフトには回
転体１２が固定される。この回転体ｌ２は重量バランス
を保ちかつ軸ずれを少なくするために円盤状に形成され
、その外周に近い部分の、回転軸ｇを中心に互いに１８
０’で向合う位置にはそれぞれ誘導コイル１３．　１４
が内蔵される。

これらの誘導コイル１３．　１４は、第２図に取出して
示すように、中心にフエライトコア等の磁性体ａを内蔵
した幅Ｈのボビンｂに導線Ｃを巻装したもので、導線Ｃ
の巻回方向が地磁気水平面に直角になるように配置され
、かつ誘導起電圧が加算されるように直列接続される。

一方、モータｌｌのシャフトは多重構造で、第３図に示
すように、第１及び第２の導体層ｄ，ｅを備えており、
各導体層ｄ，ｅはそれぞれシャフトに取付けられた一対
の電極リング１５．　１０に接続される。この一対の電
極リング１５．　１０にはそれぞれ回転体１２内に設け
た誘導コイル１３．　１４の各リード線の一端が接続さ
れる。また、電極リング１５．　１０には金属片による
ブラシ１７．　１８が当接されており、このブラシ１７
．　１８は共にＡＣ（交流）電圧計１９に接続される。

すなわち、誘導コイル１３．　１４に発生した電圧はＡ
Ｃ電圧計ｌ９にメータ表示される。

上記回転体ｌ２の周囲には地磁気と同程度の磁界を回転
体ｌ２に与えるための一対の永久磁石阪２０，２１が設
けられる。この一対の永久磁石板２０，　２１１ｔモー
タ１１の回転速度に対して極めて遅い速度で、回転体１
２に沿ってすなわちモータ１ｌと同じ回転中心軸を持っ
て、手動または自動で回転自在になっている。

上記回転体１２の具体的な構成は第４図に示すようにな
っている。すなわち、この回転体ｌ２は、円盤状の基台
ｆに回転軸Ｄの中心を通る幅Ｈの溝ｇを形成し、この溝
ｇに同一幅Ｈの直方体形状のコイルケースｈを装着して
構成される。コイルケースｈの両端部には回転軸中心か
ら同一距離の位置にそれぞれ凹部ｉ，Ｊが形成されてお
り、上記誘導コイル１３．　１４はこの凹部ｔ＋　　Ｊ
に内挿固定される。

すなわち、上記構成の地磁気方位センサは、２つの誘導
コイル１３．　１４を内蔵する回転体ｌ２をモータ１ｌ
によって地磁気平面上で回転させ、コイル１３，ｌ４に
発生する起電力から移動体の向きを地磁気の向きとの角
度から検出するものである。一般に地磁気の水平戒分の
強さは北上するほど弱くなる傾向にある。例えば、北海
道地区で約０．２６ガウス、関東地区で約０．３ガウス
、沖縄地区で約０．３５ガウスとなっている。今、磁界
Ｈ１磁束密度Ｂの磁界中に、これに直角方向に長さＯ　
ａｍの導体をＶＣＩＴｌ／ｓｅｃで運動させたときの発
生電圧Ｅは、Ｅ＝Ｂ　　●（１　　−　　ｖＸ１０−８　［Ｖ］とな
る。ここで、ＢとＨの間にはＢ−μＨ（μ；高透磁率磁
性体の透磁率）の関係がある。このことから、地磁気水
平面に直角に巻回されたコイル１３．　１４を回転させ
て、発生する電圧を観Ａｌｌｌすることにより、地磁気
の向きを１ｐ１定し、その４１リ定結果から移動体の方
位を算出することができる。

但し、実際に誘導コイル１３．　１４にかかる地磁気は
極めて弱いため、ブラシ１７．　１８から取出される電
圧も極めて弱く、このままでは電圧計１９の精度が要求
され、装置が高価なものとなってしまう。

そこで、上記構成では、地磁気とほぼ同一の強さの磁界
を回転体１２に与えるように一対の永久磁石板２０．　
２１を設け、これらをモータ１１の回転速度に対して極
めて遅い速度で、回転体ｌ２に沿って回転させている。

すなわち回転体１２に加わる磁界は、一対の永久磁石板
２０．　２１による磁界の方向が地磁気の方向と一致し
たとき最大となり、１８０゜相反するとき最少となるの
で、電圧計のメータの振れは第５図に示すように変化す
る。第５図において、φｌはセンサの永久磁石板２０．
　２１による磁界の方向が地磁気による磁界の方向と一
致する点、φ２は地磁気による磁界の方向と相反する点
てある。

したがって、上記構戊の地磁気方位センサは、電圧計１
９のメータの振れが最大となる点で磁北を正確に求める
ことができるので、この検出結果に基づいて移動体の方
位を容易に検出することができる。

上記構成の地磁気方位センサの具体的な使用例として、
ＳＮＶ（衛星ニュース送信用移動局）が考えられる。こ
のＳＮＶは衛星に向けて電波を送出するパラボラアンテ
ナを搭載し、ニュース現場にてパラボラアンテナを衛星
方向に向けて送信状態とし、ニュース情報を衛星通信に
よって放送するためのものである。このＳＮＶに上記地
磁気方位センサを用い、回転体ｌ２を含むセンサ本体を
車体外部に取付け、ＡＣ電圧計ｌ９をオペレータの近傍
に設置して、遠隔操作で永久磁石板２０．　２１を回転
させることができるようにする。このようにすれば、オ
ペレータはＡＣ電圧計１９のメータを見ながら永久磁石
板２０．　２１を回転させ、メータの振れが最大となる
方向を磁北と判断することができるので、パラボラアン
テナを磁北から所望の方向に簡単に向けることができる
。

ところで、上記ＳＮＶの例では、永久磁石板２０，２ｌ
を遠隔操作により回転させる場合について説明したが、
永久磁石板２０．　２１を固定とし、車体自体を回転さ
せてメータの振れが最大となる位置で停止するようにす
れば、車体自体が正確に磁北に向くようになるので、セ
ンサの構造を簡単にすることができ、使用方法も簡単で
使いやすく、故障も少なくなる。

第６図はこの発明に係る他の実施例を示すもので、２３
はモータ、２４はモータ２３によって回転される回転体
である。この回転体２４は直方体形状であり、その両端
部には誘導コイル２５．　２６が内挿されている。回転
体２４の下部（上部でもよい）には非磁性体板２７が設
けられ、この非磁性体板２７のコイル２５．　２８が通
過する位置にはスポット永久磁石２８が設けられている
。コイル２５．　２８は第１図に示したセンサと同様に
直列接続され、モータ２３のシャフト内の導電層、該シ
ャフトに取付けられた電極リング２９，　３０、この電
極リング２９．　３０に当接されるブラシ３１．　３２
を介して位相差検出回路３３に接続される。この位相差
検出回路３３は取出された電圧をＯｖレベルでレベル比
較し、正極性電圧を取出してパルス化し、パルス間の位
相差を検出するものである。

すなわち、回転体２４を地磁気の磁界内で回転させると
、第７図（ａ）に示すように、誘導コイル２５．　２６
に交流電圧が発生し、また、スポット永久磁石２８によ
り特定極性（ここでは正極性）のトリガ電圧が発生する
。コイル２５．　２８の発生電圧を取出してＯＶレベル
でスライスし、第７図（ｂ）に示すようにパルス化すれ
ば、スポット永久磁石２８の位置に応じて地磁気による
パルスＰｌとスポット永久磁石２８の磁気によるバルス
Ｐ２との間に生じる位相差φが変化する。

したがって、上記構成の地磁気方位センサは、センサの
移動体取付けに際し、コイル２５．　２６の延長線方向
が磁北を指すとき、上記位相差φがなくなるようにスポ
ット永久磁石２８の位置を設定しておくことにより、測
定時の位相差φから移動体の磁北からの方向を容易に求
めることができる。特に、このセンサは構造が簡単であ
り、小型化が容易で携帯に便利であり、丈夫である。但
し、上記構成ではスポット永久磁石２８が１個であるた
め、検出電圧に現れるトリが電圧は一方の極性のみであ
り、地磁気による交流電圧に対してトリガ電圧の発生位
置が同一極性位置に発生した場合には位相差を検出でき
ず、よって地磁気方位はわからない。この場合には取付
けた移動体自体を１８０°反転させればよいことはいう
までもないが、上記スポット永久磁石２８の取付け位置
に対して１８０’反転した位置にもうひとつのスポット
永久磁石を取付ければ、移動体を反転しなくても地磁気
方位を検出することができる。

［発明の効果］以上のようにこの発明によれば、簡単な構造でしかも本
体材質に影響されず、任意の箇所に設置しても正確な方
位を検出することのできる地磁気方位センサを提供する
ことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明に係る地磁気方位センサの一実施例の
構造を示す斜視図、第２図は同実施例の誘導コイルの構
造を示す斜視図、第３図は同実施例のモータシャフトの
構造を示す断面図、第４図は同実施例の回転体の具体的
な構造を示す透過斜視図、第５図は同実施例の動作時の
メータの振れ具合を説明するための波形図、第６図はこ
の発明に係る他の実施例の構造を示す斜視図、第７図は
同実施例の動作を説明するための波形図である。ｌｌ・・・モータ、ｌ２・・・回転体、１３．　１４・
・・誘導コイル、ａ・・・磁性体、ｂ・・・ボビン、Ｃ
・・・導線、ｄ，ｅ・・・導体層、１５．　１６・・・
電極リング、１７．　　１８・・ブラシ、１９・・・Ａ
Ｃ電圧計、２Ｑ，　２１・・・永久磁石板、ｆ・・・基
台、ｇ・・・溝、ｈ・・・コイルケース、ｉ，ｊ・・・
凹部、２３・・・モータ、２４・・・回転体、２５．　
２８・・・誘導コイル、２７・・・非磁性体板、２８・
・・スポット永久磁石、２９．　３０・・・電極リング
、３１．　３２・・・ブラシ、３３・・・位相差検出回
路。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）回転軸を中心に等距離でかつ対向する位置に一対
の誘導コイルを内蔵する回転体と、この回転体を地平線
と平行に回転させる回転駆動手段と、前記回転体に内蔵
した一対の誘導コイルにそれぞれ発生する電圧を加算し
て取出してメータ表示させる電圧検出手段とを具備する
地磁気方位センサ。
（２）前記回転体の周囲に地磁気と同程度の磁界を地平
線と平行に発生する一対の永久磁石板を設け、この一対
の永久磁石板を前記回転手段の回転軸と同一の回転軸を
持って回転自在にすることを特徴とする請求項（１）記
載の地磁気方位センサ。
（３）前記回転体は円盤状に形成することを特徴とする
請求項（１）記載の地磁気方位センサ。
（４）回転軸を中心に等距離でかつ対向する位置に一対
の誘導コイルを内蔵する回転体と、この回転体を地平線
と平行に回転させる回転駆動手段と、前記回転体の回転
周囲にその回転軸から被測定方向に伸びる直線上に配置
されるスポット磁石と、前記回転体に内蔵した一対の誘
導コイルにそれぞれ発生する電圧を加算して取出す電圧
検出手段と、この手段で検出された電圧を基準レベルで
パルス化し、地磁気によるパルスとスポット磁石の磁気
によるパルスとの位相差を求める位相差検出手段とを具
備する地磁気方位センサ。