JPS6170409A

JPS6170409A - 磁気方位センサ−

Info

Publication number: JPS6170409A
Application number: JP59192355A
Authority: JP
Inventors: Shunsuke Arakawa; 俊介荒川; Hiroya Suzuki; 鈴木　弘也
Original assignee: Hitachi Metals Ltd
Current assignee: Proterial Ltd
Priority date: 1984-09-13
Filing date: 1984-09-13
Publication date: 1986-04-11
Also published as: US4616424A

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、磁界の方向を検知する磁気方位センサーに関
するものであり、特に地磁気の方位など弱磁界の方向を
検知する場合に適した磁気方位センサーに係るものであ
る。

「従来の技術」近年、自動車あるいは二輪車業界に於て、地磁気の方向
を検知して車輌の進行方向を表示する装置やトリップコ
ンピュータ（Ｔｒｉｌｌ　　Ｃｏｍｐｕｔｅｒ　）と称
されるシステム−車輛の速度、進行方向。

および現在地などの情報を処理し目的地までの距離等の
情報をドライバーに提供するためのシステム−を車載す
ることが検討される様になってきた。これら装置または
システムにおいては、検知された磁界の方向を実際の磁
界の向ぎとは無関係なところに表示したり、検知信号を
入力として各種の演算処理を行ったりするために、磁界
の方向の検知出力は電気量に変換されていることが望ま
しい。また、車輌等を正確に目的地に到達させるために
は、磁界の方向を正確に計測し入力できることが必要で
ある。

従来、地磁気を検出し電気量に変換する方式の方位セン
サーとしては、ホール素子を用いる方式のもの（例えば
特開昭５６−１４３９０５号公報など）や磁気コアを回
転する方式のもの（例えば特開昭５７−７６４１１号公
報など）が知られている。しかしながら、上記ホール素
子を用いる方式のものでは感度が低いこと、湿度変化に
よる特性変化が大きいこと、素子間の特性バラツキが大
であることなどの問題点があり、また磁気コアを回転す
る方式では機構が複雑であるため、小型化が極めて困難
であり、廉価にはなり得ない等の難点を有するために、
いずれも広く実用化されるまでには至っていない。

ところで、上記従来方式の問題点を解消可能なものとし
て、強磁性金属薄板を巻き回して形成された環状、矩形
状または多角形形状などの閉磁路磁心と、該磁心を励磁
するための励磁巻線と、前記磁心の互いに対向する部分
を包囲するようにして、各々巻き回され、互いに直交す
るように配設された２つの出力巻線とを有し、当該２つ
の出力巻線より得られる出力信号により、前記磁心と外
部磁界の成す角度を検知する、いわゆるリングコア方式
の磁気方位センサーが近年提案されている（例えば特開
昭５４−２１８８９号公報。

Ｉ　Ｅ　Ｅ　Ｅ　　Ｔ　ｒａｎｓａｃｔｉｏｎ　ｏｎ　
Ｇ　ｅｏｓｃｉｅｎｃｅＥ　１ｅｃｔｒｏｎｎｉｃｓ　
、　ｖｏｌ、Ｇ　Ｅ　−７、Ｎｏ、４　、　Ｏｃｔ。

１９６９等など）。

このリングコア方式の磁気方位センサーは、検出感度が
比較的良好であり、その構造が単純であるため検知ヘッ
ド部の小型化が可能であり、また後段の処理回路も比較
的単純なもので良いため、装置全体の小型化、低廉化が
期待されるものである。しかしながら、現在実用されて
いるこの種方位センサーは、検知方位精度が必ずしも充
分でなく、これが実用上の大きな問題点となっている。

［発明が解決しようとする問題点］上記リングコア方式の磁気方位センサーにおける方位精
度不良の主原因は、センサーヘッドの構造にあることが
指摘されてはいたが、これまで充分に検討されることが
なかつたために、その理由は、必ずしも明らかではない
。すなわち、従来この種磁気方位センサーのヘッドを構
成する磁心とシテは、パーマロイ薄板材料を巻回したも
のが用いられており、このパーマロイ材料は、一般的に
その磁気特性の歪感受性が大きいために、振動や外力の
影響で磁気特性が劣化しやすく、このことが方位精度不
良の原因究明を一層困】「なものとしていたためと考え
られる。

本発明は、この様な事情に鑑みてなされたものであり、
従来実現できなかった高い方位精度を保証し得る磁気方
位センサーを提供するものである。

「問題点を解決するための手段」本発明は、上記問題点を解決するために、第１図および
第２図に例示するように、強磁性金属薄板１を巻回して
なる磁心２の巻き始め端部３と巻き終り端部４が磁心２
の中心角θで０．５〜２０°の範囲内で重複するように
巻き回して形成したことを特徴とするものであり、該磁
心２を励磁するための励磁巻線５と、前記磁心２の互い
に対向する部分６ａ　、６ｂを共に包囲するように巻き
回された第１の出力巻線７と、該第１の巻線７に直交し
前記磁心２の互いに対向する部分８ａ　、８ｂを共に包
囲するように巻き回された第２の出力巻線９とを有する
ようにして磁気方位センサーを構成したものである。

従来は強磁性金属薄板を巻き回して形成した磁心を用い
て磁気方位センサーを構成する場合、その出力特性は磁
束の変化率　’　／ｒＬｔ　　に依存するので、磁心を
構成する材料各部の磁束主を等価にするために、磁心各
部の断面積が一定になる様に配慮されていたＪつまり、
金属薄板をトロイド状に巻き回す場合、複数層巻き回し
た金居材料の巻き始め及び巻き終りの位置が基本的に一
致する構造としていた。また、磁心を工業的に量産製造
する際にその巻き始め部と巻き終り部が必ずしも一致し
ない場合もあるので、その断面積の変化率が橿力小さく
なるように板厚が極めて薄い強磁性金波薄板を使用する
等の工夫がなされていた。

これに対し、本願発明者等は検知ヘッド部の構造と方位
精度の関係について鋭意検討の結果、強磁性金属薄板を
巻き回して形成された磁心を用いた磁気方位センサーに
おいては、その磁心各部の実質断面積を一定にするより
も、むしろ、巻き回す強磁性金属薄板の巻き始め端部及
び巻き終り端部を一部重複して、その部分の実質的断面
積を故意に増加することによって、高い方位精度を有す
る磁気方位センサーが得られることを見出し本発明を為
したものである。

このことは、方位精度の向上に際しては、実質断面積を
一定にすることよりも、むしろコア材両端部での漏洩磁
束に注目すべきであり、コア材各１　　　部の透磁率、
リラクタンスを等価にする工夫が必要であることを示す
ものと考えられる。

本発明において、高い方位精度を得るために、金属薄板
の巻き始め端部と巻き終り端部を重複させる最適な長さ
は、磁気コアの寸法形状によってそれぞれ異なるが、磁
心に於ける中心角で０．５゜〜２０°の範囲とすること
によりその効果を得ることができる。また、本発明にお
いて、磁心の寸法をより小さくする場合には、上記重複
する部分の中心角はより狭い範囲とすることが望ましい
。例えば、方位精度が±　１°以内の磁気方位センサー
を得る場合、磁心材の巻き始め部と巻き終り部を重複す
べき中心角は、磁心直径が５０ＩＩＩ１１の場合には約
０．５〜１５°の範囲内であるが、磁心直径が３０ＩＩ
ｌｌＩｌの場合には約１〜１０°、磁心直径が２０ｍｍ
の場合には約２〜７°程度の範囲となる。

また、本発明において、磁気コアを形成する材料として
は、従来から使用されているパーマロイ材料、例えば７
８％Ｎｉ−Ｆｅパーマロイ等を使用することもできる。

パーマロイ系材料は比較的安価であり、かつ安定した磁
気特性のものが容易に得ることができるという利点を有
するが、一方、その磁気特性は材料の歪により容易に影
響をうけやすいという短所がある。従って、パーマロイ
系の材料で磁気方位センサーを構成した場合、車輌の撮
動やコアを支持する部材の熱変形等により、磁心に容易
に歪が導入され、磁気特性が劣化することによって感度
、方位精度共に劣化する恐れがあるので充分に留意する
ことが望ましい。

これに対し、近年注目されている非晶黄金ｔｒｒｎ性材
料、特にＣＯを主成分とする磁歪の小ざい非晶黄金［ｉ
性材料は、その磁気特性が歪にしたがって変化する割合
が非常に小さく、実用上全く問題にならない程度である
ため、本発明においては、非晶質金属磁性材料、特にＣ
ｏを主成分とする磁歪の小さな非晶質金属磁性材料の薄
板を磁心の材料として用いることが非常に有効である。

また、本発明において、磁心の形状は環状、矩形状、ま
たは多角形とされるが、多角形の場合には２ｎ（ｎは２
以上の整数）多角形であることが必要である。

「作用」第１図および第２図に示すように構成された検知ヘッド
１０を有し、第３図に示すブロックダイヤグラムのよう
に構成された本発明の磁気方位センサーにおいては、励
磁発振器１１から励磁巻線５に繰り返し周波数ｒのパル
ス電流を流し磁心２−を励磁すると、この磁心２にはパ
ルス電流に同期した交番磁界が発生する。このとき例え
ば、第１の出力巻線７について考えると、外部からの磁
気成分が関与しない場合（Ｈｏｘ−０のとき）には、磁
心２のＡ側、Ｂ側を貝く磁束敷は大きさ等しく、かつ互
いに逆方向を示すから第１の出力巻線７全体を貫く磁化
力Ｈ１は互いに相殺され、出力はＯとなる。一方、磁心
外部に外部磁場Ｈａが存在し、その磁気成分Ｈ６Ｘが存
在する場合、Ａ側での磁化力１−ＩＡ　、　Ｂ側での磁
化力Ｈ９は外部磁場の影響により、各々次式で表わされ
るようになり非平衡状態が形成される。

Ｈｐ、　　＝　Ｈｉ　　＋　ＨＯＸ　、　　ＨＢ　＝　
Ｈｉ　　　Ｈｏｘ従って、第１の出力巻線７では、外部
磁場の方向に応じて周波数２ｆの成分が検出できる。

同様にして、第２の出力巻線９にも、それに直交する方
向の外部磁場成分Ｈに対応した検出出力が得られるので
位相検波器１２等により検出された２つの出力巻線７．
９の出力から、外部磁場ＨＯの方位を求めることができ
る。

尚、第３図において、１３は位相器、１４は周波数逓倍
器をそれぞれ示す。

「実施例」以下、実施例に基づき本発明の詳細な説明する。

実施例１単ロール式溶湯急冷装置を使用して、幅３ｍｍ　。

板厚２０μｍの非晶質金属を作成した。合金組成はＣ０
７０，ＯＦｅ１．５　ＭｎＳ、ＯＳ　’／ＬＯＢ８．５
　Ｍｏ２．０　　（数字は原子％）である。この材料を
直径２０ｍ＋ａのボビンに５０層巻き回し、その巻き始
め部と巻き終り部のなす中心角を一２°から＋２２°ま
で変化させた。その後この磁心を４００℃で４時間保持
し、応力除去処理を施した後水冷した。この磁心に、励
磁用の１次巻ｔａ１００ターンを施した後、出力検出用
の２次コイル各々　１００ターンを互いに直交する様に
配設し、第３図に示す回路図で、東南西北各方位に対す
る方位指示角を測定した。第４図に、重複したリボン先
端、後端のなす中心角と、検知された方位角の誤差との
関係を示した。

第４図から明らかなように方位誤差上２°以内の磁気方
位センサーを得るためには、重複する角度が約１°〜９
°のものが必要であり、更に方位誤差±　１°以内のコ
アを得るためには重複中心角が３＠〜７°のものが必要
となることが判る。

実施例２実施例１と同様の材料を用い、直径３０ｍ１ｌｌのボビ
ンの磁心を作成した。磁心の熱処理方法、１次及び２次
巻線及び駆動回路等も実施例１と同様である。第５図に
重複したリボン先端、後端部分のなす中心角と、検出さ
れた方位角の誤差との関係を示した。第５図から明らか
な様に、本実施例の場合には、方位誤差±２°２°のセ
ンサーヘッドを得るためには金属薄板の重複する中心角
は約０．５°〜１１°が必要であり、約１°〜１０°の
範囲では方位誤差±　１°以内の高精度の磁気方位セン
サーが得られることが判る。

実施例３〜５実施例１及び２と同様の方法及び材料で、直径４０ｎｕ
ｎ　（実施例３）、５０ｍｍ（実施例４）、ｉｏｍｍ（
実施例５）のセンサーヘッドを作成し、それらのリボン
の重複中心角と、方位誤差の関係を調べた。

第６図はそれらの結果をまとめて示したものである。す
なわち、例えば方位精度±　１°の磁気方位センサーを
作成する場合、磁心直径が１０ｍｍの場合、リボンの巻
き始め、終り部の重複する中心角は３．５°〜６°であ
るのに対し、磁心直径が５０ＩＩＩＩｌｌの場合０．５
°〜１５°であり、磁心直径が大きくなるに従い、重複
する中心角はより広い範囲が許容されることが明らかに
なった。

ここで、実施例１〜５の間の主な相異点は上述の如く、
高方位精度を維持するための重複角度が異なる点と、出
力信号の大小であり、特に感度、すなわち出力を大にす
るためには面積の大なる方が好ましＣハことがＷ１認さ
れた。

実施例６〜８実施例１と同様の組成で、板厚が２０μｍ、板幅が１．
５ｍｍ　（実施例６）、３ｍｍ（実施例２）　、　５ｍ
ｍ（実施例７）、７ＩｌｌＩａ（実施例８）の磁心を作
成した。１次、２次巻線及び、駆動、評価回路も実施例
１と同様である。リボンの巻き始め巻き終り部の重複す
る中心角と、方位精度の関係は第６図と同様であった。

磁心材料の幅の相異は方位精度ではあまり影響を与えず
、材料幅の広いコアの方が出力信号が大になるのみであ
った。

実施例９〜１１実施例１と同様にして、板厚が１５μｍ　（実施例９）
、２０μｍ（実施例１）、３０μｍ（実施例１０）、４
０μｌ　（実施例１１）と異なる材料で評価を実施した
。ただし、磁心の巻層数はそれぞれ６７、５０゜３３、
２５層とした。結果は第４図同様であった。

「発明の効果」以上述べた如く、本発明により検知方位精度の優れた磁
気方位センサーを実現することができる。

また、本発明によれば、従来のように特に板厚の薄い強
磁性金属薄板を使用する必要がなぐ、いわゆるロール急
冷法により通常前られる３０μｍから４０μｍ程度の強
磁性金属薄板を使用しても容易に高精度を有する磁気方
位センサーヘッドを得ることが出来る。

また、車載用途などの磁気方位センサーとしては、取付
は場所の制約等から可能な限り小型化した検出ヘッドを
用いた磁気方位センサーが要求されることが多いが、こ
のような場合にも、本発明によれば優れた特性のものを
容易に提供できるので、その工業上の効果は極めて大で
ある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明における磁心の構成説明図、第２図は本
発明における検出ヘッド部の構成説明図、第３図は本発
明磁気方位センサーの慨略構成を示すブロック図、第４
図および第５図は巻回した金属薄板の巻き始め端部と巻
き終り端部がなす重複中心角と検出された方位誤差の関
係図、第６図は磁心外径による方位精度と重複中心角と
の関係を１　　カ、工あ。。１：強磁性金属薄板、２：磁心、３：巻き始め端部、４
：巻き終り端部、５：励磁巻線、７；９：出力巻線醸／糧 ′＄？　瓢Ｖ３廚 −５　　　　θ　　　　ｆ５　　　　ｆグ　　　−Ｈ６
ｆ！０隻複　＋１に角　（っ第６図重積！、（角　じ）第４図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）環状、矩形状または多角形形状の磁心と、該磁心
を励磁するための励磁巻線と、前記磁心の互いに対向す
る部分を共に包囲する様に巻き回された第１の出力巻線
と、前記磁心の互いに対向する部分を共に包囲する様に
巻き回され、かつ前記第１の出力巻線に直交するように
配置された第２の出力巻線とを有し、前記２つの出力巻
線から得られる出力信号により前記磁心と外部磁場との
なす角度を検知する磁気方位センサーにおいて、上記磁
心が強磁性金属薄板を複数層巻き回したものから構成さ
れ、前記強磁性金属薄板の巻き始め端部と巻き終り端部
が、前記磁心の中心角で０．５〜２０°に相当する長さ
だけ重複していることを特徴とする磁気方位センサー。
（２）上記磁心の外径が、１０ｍｍ乃至５０ｍｍの大き
さであることを特徴とする特許請求の範囲第（１）項記
載の磁気方位センサー。
（３）上記磁心を構成する強磁性金属薄板が、実質的に
非晶質構造を有するものであることを特徴とする特許請
求の範囲第（１）項、または第（２）項記載の磁気方位
センサー。