JPS6133449B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は地磁気を利用して方位を表示する装
置の磁気方位センサに関し、特に磁気方位センサ
出力補償装置に関するものである。

近年、自動車など移動体の進行方向を知るもの
として、地磁気の磁束を検出する磁気方位センサ
を車体の外側の磁気遮蔽を受けない個所に取り付
け、これにより検知された方角に関連する電気信
号を車内、たとえば運転席前面のダツシユボード
に設けた指示計器に導き、この指示計器の指針指
示位置によつて現在の進行方向を知らしめる方位
表示装置が各種提案されている。

第１図は、従来の磁気方位センサの外観斜視図
であり、１は磁気方位センサ、２は高透磁率特性
を有する磁性材料で環状に形成した磁心、３は磁
心２が飽和するに十分な程度に励振するための交
流励振巻線で、磁心２の全周にわたつてトロイダ
ル状に巻いてある。４，５は励振巻線３によつて
発生する磁束と地磁気による磁束とによつて磁心
２内に発生する交流励振信号の第２高周波信号の
みを取り出すための出力巻線で、それぞれは直交
Ｘ軸（東西軸）、Ｙ軸（南北軸）に沿つて励振巻
線３を巻いた磁心２の互いに対向する部分を共に
包囲する如く巻かれ、この出力巻線４，５の出力
信号を検出して進行方向を知るようになつてい
る。

次にこの磁気方位センサ１の動作を説明する。

励振巻線３に磁心２を飽和させるに十分な電流
i₀（−i₀）を有する第２図ａの交流電流が励振巻線
３に印加されると、この電流の磁心２が磁気飽和
しない範囲では、磁気方位センサ１の向きによつ
て磁心２を通過する地磁気による磁束が磁心２内
部に発生し、出力巻線４，５の各々を通る磁束
は、磁心２が磁気飽和している範囲（励振巻線３
に印加される交流電流が飽和電流i₀または−i₀を
越えてる範囲）では、磁心２が磁気飽和状態にあ
ることから地磁気の影響による磁束変化が生ぜ
ず、一方、磁心２が磁気飽和していない範囲（励
振巻線３に印加される交流電流が飽和電流i₀また
は−i₀を越えない範囲）では、地磁気の影響によ
る磁束変化が生じ、しかも、地磁気の影響による
磁束変化は、この磁気方位センサ１の向いている
方位によつて大きさおよび極性が異なることか
ら、第２図ｂ，ｄのようになり、出力巻線４，５
の端子には各々第２図ｃ，ｅのような２つの極値
を有する電圧変化の出力信号が発生する。この場
合、出力巻線４の出力信号の最初の極値が正の最
大値となり、出力巻線５の出力信号が零となる磁
心２が飽和しない範囲t₁でこの磁気方位センサ１
は北を向いていると設定する。そして、磁心２が
飽和しない範囲t₂〜t₉における各出力信号波形は
磁気方位センサ１が時計回転方向に回わり、前記
各範囲t₂〜t₉時に北東，東，南東，南，南西，
西，北西そして北の各方位に向いていたことを示
す。こゝで、明らかなように出力巻線４の出力信
号に対して出力巻線５の出力信号は90度の角度差
を有しながら発生する。

この出力信号の最初の極値の大きさを検出して
方位を知ろうとする場合、出力巻線４の出力信号
の最初の極値は前記範囲t₁〜t₂およびt₈〜t₉（t₁）
の間で正の値、t₄〜t₆の間では反転して負の値と
なり、また出力巻線５の出力信号の最初の極値は
前記範囲t₂〜t₄の間で正の値、t₆〜t₈の間では反転
して負の値となる。

磁気方位センサ１の向きによつて変化する出力
巻線４，５の出力信号の最初の極値の大きさを示
したものが第３図である。この図は、Ｘ軸を東西
軸、Ｙ軸を南北軸とし、各方位に向いている時の
磁気方位センサ１の出力巻線４，５の出力信号の
前記最初の極値の大きさをＸ軸とＹ軸の交点０を
起点とするベクトルの長さで示し、このベクトル
の先端を連続的にむすんだもので、軌跡３１と３
２は出力巻線４、軌跡３３と３４は出力巻線５の
各出力信号の最初の極値の大きさの変化を示し、
このうち軌跡３１と３３は正の値、軌跡３２と３
４は負の値である。

そして、出力巻線４，５の出力信号の最初の極
値の極性と大きさを検出して方位を求め、この出
力信号の極値を増幅器によつてある所定レベルま
で増幅した後、積分回路などによりアナログ量に
変換して指示計器に送り、前記アナログ量に応じ
て指針を振らせ、運転者などは指示計器の指示位
置によつて進行方向を認知することができるよう
になつている。

しかしながら、このような従来の構成では、出
力巻線４，５の出力信号の最初の極値の極性を判
定する極性識別回路を必要とし、加えて方位を求
めるのに利用する前記極値が磁気方位センサ１の
向きにより正の値または反転して負の値となるた
め、後段に接続する指示計器の動作を考慮して前
記極値の値を正または負の値のどちらか一方の極
性に統一する事が望ましく、従来同期検波により
負の値の場合には反転させて正の値に揃えてい
た。励磁信号と同期をとり、出力信号を得、この
ため、装置全体の構成が大掛りとなり、複雑な処
理回路を設けなければならなかつた。

また、自動車など移動体に設置し、進行方向を
知る装置の検出器としてこの磁気方位センサ１を
用いる場合、同期検波を行わない時にはエンジン
からなどの外部電磁波の影響を受けて、出力巻線
４，５の出力信号にノイズが生じ、第４図のよう
な出力信号となる。このような波形であると、ノ
イズ部分も増幅され、ノイズの大きさに相応した
アナログ量によつて指示計器の指針が振れ、これ
が方位表示を行う際に生じる誤動作、指示不良
（針振れ）の要因となり、運転者などに著しく不
信感、不快感を与える原因となつていた。

この発明は、このような従来の問題点に鑑みて
なされたもので、磁気方位センサの各検出方向に
常時一定方向かつ地磁気に比べて十分大きい磁力
を有する直流バイアス磁場を与えることによつ
て、磁気方位センサと地磁気との位置関係、すな
わち磁気方位センサの向きに相応して磁心内部を
通る地磁気の磁束が変化しても、出力巻線に発生
する出力信号の極性は反転しないで大きさのみ変
化し、後段の処理回路の構成を簡略化し、更に外
部電磁波の影響を受けにくいＳ／Ｎ比の良好な出
力信号特性が得られる磁気方位センサの提供を目
的とするものである。

以下第５図〜第８図に基づいてこの発明の磁気
方位センサの実施例を示す。

第５図は磁気方位センサの外観平面図で、１は
磁気方位センサ、２は高透磁率特性を有する磁性
材料で環状に形成した磁心、３は磁心２が飽和す
るに十分な程度に励振するための交流励振線で、
磁心２の全周にわたつてトロイダル状に巻いてあ
る。４，５は励振巻線３によつて発生する磁心２
内に発生する交流励振信号の第２高周波信号のみ
を取り出すための出力巻線で、それぞれは直交Ｘ
軸（東西軸）、Ｙ軸（南北軸）に沿つて励振巻線
３を巻いた磁心２の互いに対向する部分を共に包
囲する如く巻かれ、以上は第１図に示した従来の
磁気方位センサ１の構造と同じである。

６はこの発明のポイントとなる出力補償装置の
実施例として用いたバイアス巻線で、前記出力巻
線４，５と各々45度の角度差を有するように磁心
２の南西方向位置から磁心２の中心を通つて磁心
２の北東方向位置に達するＡ軸に沿つて出力巻線
４，５を巻いた磁心２の互いに対向する部分を共
に包囲する如く巻回されている。このバイアス巻
線６に電流を流すと、Ａ軸と直交するＢ軸に沿つ
てバイアス磁場の磁束が発生するが、この磁束
は、大きさωを磁心２の中心０からの長さで表わ
したベクトルｗで示され、磁束の向きおよび大き
さはバイアス巻線６の巻き方向およびバイアス巻
線６に流れる電流と巻線の積から成るアンペアタ
ーンの値によつて各々決まり、このベクトルＷの
Ｘ成分W₁およびＹ成分W₂は各々ω／√２の大き
さで、このω／√２の値が磁気方位センサ１を使
用する場所における地磁気の水平分力（日本では
平均約0.3ガウス）の値より十分大きくなるよう
にバイアス磁場を作るバイアス巻線６の巻き方向
や流す電流および巻数を設定してある。

次にこの実施例の磁気方位センサ１の動作を説
明する。

励振巻線３に磁心２を飽和させるに十分な電流
i₀（−i₀）を有する第６図ａの交流電流、またバイ
アス巻線６に第６図ｂの直流電流を各々供給すれ
ば、磁気方位センサ１の各検出方向に常時一定方
向のバイアス磁場が供され、磁気方位センサ１の
向きによつて磁心２を通過する地磁気で磁心２内
部に発生し、各出力巻線４，５を通る磁束は、前
記第２図ｂ，ｄのように方位によつて極性が反転
することはなく、第６図ｃ，ｅとなり、出力巻線
４，５の端子には各々第６図ｄ，ｆのような２つ
の極性を有する電圧変化の出力信号が発生する。
こゝで第２図ｃ，ｅに示した従来の出力信号と異
なる点は、バイアス巻線６による直流バイアス磁
場によつて磁心２内部に生じる各出力巻線４，５
を通る磁束が常時一方向にのみ発生するから、出
力信号に現われる２つの極値の各々の極性は反転
しないで大きさのみ変化し、すなわち方位検出に
利用する最初の極値はいつも正の値を示すことに
ある。なお、第２図同様に磁心２が飽和しない範
囲t₁〜t₉で磁気方位センサ１が北，北東，東，南
東，南，南西，西，北西そして北の各方位に向い
ていたことを示す。

磁気方位センサ１の向きによつて変化する出力
巻線４，５の出力信号の最初の極値の大きさを前
記第３図と同様の条件によつて示したものが第７
図であり、軌跡７１は出力巻線４、軌跡７２は出
力巻線５の各出力信号の最初の極値の大きさの変
化を示し、いずれも正の値である。

この出力巻線４，５の出力信号の最初の極値の
大きさを求め、増幅器によつてある所定レベルま
で増幅した後、積分回路などによつてアナログ量
に変換し、指示計器に送り、前記アナログ量に応
じて指針を振らせ、運転者などは指示計器の指針
位置によつて進行方向を認知することができ、従
来のような極性を判定する必要がなくなつたゝ
め、信号処理が容易になり、この結果処理回路の
構成を複雑にしなくとも良いという利点がある。

また、自動車など移動体に設置し、進行方向を
知る装置の検出器としてこの磁気方位センサ１を
用いた場合、エンジンからなどの外部電磁波の影
響を受けて、出力巻線４・５の出力信号にノイズ
が生じて第８図のような出力信号となつても、出
力力信号の最低出力値v₁がノイズの最大値v₂より
も大きくなるように前記直流バイアス磁場を設定
し、規準値v₃（v₁＞v₃＞v₂）以上の出力を増幅す
るようにすれば、ノイズはカツトされてＳ／Ｎ比
の良好な出力信号が得られ、指示計器は完全に出
力信号に応じて動作するようになり、誤動作、指
示不良などの問題を解決することができる。

なお、前記実施例では出力補償装置として、出
力巻線４，５と一定角度差を有するようにバイア
ス巻線６を磁心２に巻いて形成したが、磁心２の
近傍かつ磁心２の中心０を通る垂直軸に対して対
称な位置に磁束の方向を同一にして永久磁石を配
置したり、或いは磁心２をあらかじめ一定方向に
磁化させるなどの構成としてもこの発明の目的を
達成することができる。

このようにこの発明によれば、磁心に強性的に
直流バイアス磁場を与え、出力巻線に発生する磁
気方位センサの向きに関連した出力信号に現われ
る２つの極値のうち、方位検知に利用する極値の
極性を常時同じ極性として大きさのみ変化するよ
うにしたから、後段の処理回路が簡単となり、ま
た前記出力の最低出力値を磁気方位センサ周囲の
外部電磁波からのノイズの最大値よりも大きくな
るように直流バイアス磁場の大きさを設定し、前
記最低出力値より若干小さい値以上の出力信号の
み検出するように構成すれば、方位を指示する指
示計器に対するノイズの悪影響は全くなくなり、
方位を表示する装置全体の信頼性を向上させるこ
とができるという、極めて秀れた効果を期待でき
るものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の磁気方位センサの外観斜視図、
第２図ａは第１図磁気方位センサの励振巻線に印
加する電流波形、第２図ｂおよびｄは第１図磁気
方位センサの各方向における各出力巻線を通過す
る磁心内部に発生した磁束波形、第２図ｃおよび
ｅは第１図磁気方位センサの各方位における各出
力巻線の出力信号号波形、第３図は第２図ｃおよ
びｅの出力信号波形の最初の極値の値をむすんだ
図、第４図は第１図磁気方位センサに周囲振動源
からの電磁波を受けた時の出力信号波形である。
第５図は本発明の実施例である磁気方位センサの
外観平面図、第６図ａは第５図磁気方位センサの
励振巻線に印加する電流波形、第６図ｂはバイア
ス巻線にに印加する電流波形、第６図ｃおよびｅ
は第５図磁気方位センサの各方向における各出力
巻線を通過する磁心内部に発生した磁束波形、第
６図ｄおよびｆは第５図磁気方位センサの各方位
における各出力巻線の出力信号波形、第７図は第
６図ｄおよびｆの出力信号波形の最初の極値の値
をむすんだ図、第８図は第１図磁気方位センサに
周囲振動源からの電磁波を受けた時の出力信号波
形である。 １：磁気方位センサ、２：磁心、３：励振巻
線、４，５：出力巻線、６：バイアス巻線。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 外部磁界中におかれる環状磁心、この磁心に
   巻回され磁心が飽和するに十分な程度に励振する
   ための交流励振信号を印加する励振巻線、磁心に
   巻回され外部磁界の磁束と励振巻線によつて発生
   する磁束により生じる信号を検出する出力巻線と
   を有する磁気方位センサにおいて、前記磁心に常
   時一定方向かつ外部磁界に比べて十分大きい磁力
   を与える直流バイアス磁場を設け、磁気方位セン
   サの向きに相応して磁心内部を通る外部磁界の磁
   束が変化しても、出力巻線に発生する信号の極性
   は反転せず大きさのみ変化するようにしたことを
   特徴とする磁気方位センサ。