KR790001927B1 - 자계 검출장치 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

자계 검출장치

제 1 도는 자전(磁電) 변환소자의 구조를 나타낸 평면도.

제 2 도는 원기적 회로도.

제 3 도는 출력 특성도.

제 4 도는 등가회로도.

제 5a, b 도는 본 발명의 원리도.

제 6a, b 도는 고정바이어스 자석(磁石)과 자전변환 소자와의 관계를 나타낸 평면도 및 측면도.

제 7a, b 도는 로우터리의 다른 실시예를 나타낸 약도.

제 8 도는 배치도.

제 9 도는 자전변환소자의 다른 실시예를 나타낸 약도.

제 10 도는 고정바이어스 자석과 다른 실시예에 의한 자전변환소자의 관계를 나타낸 평면도.

본 발명은 자계(磁界)의 방향을 검출하기 위한 장치에 관한 것이며, 특히 무쇄자(無刷子)모우터의 로우터 위치 검출에 사용해서 가장 알맞는 것이다.

종래로부터 이런 종류의 장치로서는, 예컨대 로우터의 단면에 경방향(徑方向)과 두께방향으로 착자(着磁)된 2조의 반링상 자석을 조합해서 링상으로 배설하여 직교자계를 발생시켜, 이 직교자계를 자전변환소자에 의해 검출하도록 한 것이 있다. 그러나, 이와같은 자계검출장치로서는 소정의 크기의 출력을 얻기에는 자석을 대형으로 하지 않으면 안되며, 또 두 개의 자석의 경계부분에서의 자계의 불균일이나, 자석의 경시(徑時) 변화등에 의한 자계에의 영향이 크다는 것 등의 이유 때문에 위치검출의 정도(精度)가 좋지 않은 것이었다. 또한 링상자석의 경방향으로의 착자가 곤난함과 동시에 자석의 구조도 복잡해지며, 자전변환소자의 조입(

)이 곤난한 것등의 결점이 있었다.

본 발명은 본 출원인이 앞서 일본국 특원소 48(서기 1973)-19, 655호에 의해 출원한 신규의 구조를 갖는 자전변환소자(磁電變換素子)를 사용하여, 상기 결점을 제거하도록 한 것으로서, 각각 자기저항의 이방성(異方性)효과를 갖는 강자성체로 이루어진 제 1 및 제 2 전류통로의 주전류 통로를 각각 서로 대충 직교하는 것처럼 배치하고, 상기 제 1 및 제 2 의 전류통로의 접속점에 출력단자를 설치하고, 상기 제 1 및 제 2 의 전류통로의 타단측에는 전류공급단자를 설치해서 이루어지는 자전변환소자와, 각각 두께방향으로 착자된 제 1 및 제 2 의 자석을 조합해서, 이들 자석에 의해 상기 자전변환소자에 바이어스 자계 및 신호자계를 가하도록 한 것이다.

먼저 상기 출원에 관계되는 자전변환소자에 대해서 그 개략을 설명한다.

제 1 도는 구조를 나타낸 것으로서, 유리등으로 이루어진 기판(1)의 표면에, 니켈코발트와 같은 자기저항의 이방성효과를 갖는 자성체 (A), (B)의 박막(薄膜)이 형성되어 있으며, 이 자성체 (A), (B)는 강자성재료를 패터언상으로 증착하고, 또는 전면에 증착한 후 에칭해서 형성되어 있다. 이 강자성체 (A), (B)는 주전류통로로 되는 복수의 직선부분 (2A), (2B)와, 이들을 연결하는 굴곡부 (3A), (3B)로서 각각 형성되어 있으며, 상기부분 (2A), (2B)는 서로가 대충 직교하도록 배치되어 있다. 또 직선부분 (2A), (2B)의 각단부 (4A), (4B)는 접속되어 있어서 강자성체 (A), (B)는 직열접속으로 되어있다. 이 접속부에 출력단자(5)가 형성되며, 다시 직선부분 (2A), (2B)의 타단부 (6A), (6B)에는 각각 전류단자 (7A), (7B)가 형성되어 있다.

제 2 도는 동작원리로서, 전류단자 (7A), (7B)가 전원(8)에 접속되며, 또한 한 쪽의 전류단자(7B)는 어어스되어 있으며, 전체로서 자전변환회로(9)를 구성하고 있다.

지금 강자성체 (A), (B)를 포화자화(飽和磁化)시키는데 충분한 강도의 자계 (H)를, 강자성체 (A), (B)가 이루는 평면에 있어서, 강자성체 (A)의 직선부분(2A)의 방향, 즉 전류방향에 대해서 각도 θ로서 가하면 강자성체 (A), (B)의 각 전기저항 ρ_A,ρ_B이 변화하며, 그 변화는 각도 θ에 의해 다음식으로 표시된다.

단 ρ₁는 강자성체 (A), (B)를 전류와 수직방향으로 포화자화 했을때의 강자성체 (A), (B)의 전기저항, ρ₁₁는 역시 전류와 평행 방향으로 포화자화 했을 때의 강자성체 (A), (B)의 전기저항이다.

또, 출력단자(5)의 전압 Vθ는, 강자성체(A), (B)는 직열접속이므로, 전원전압을 V₀로 하면 다음식으로 표시된다.

③ 식에 ①, ②식을 대입(代入)해서 정리하면,

로 되며, 이 ④식에 있어서 우변(右邊) 제 1 항은 기준전압을 나타내며, 제 2 항은 변화량을 나타낸 것으로된다.

따라서, 출력단자(5)의 전압 Vθ는, 자계 H의 방향에 의해 변화되며, 그 출력변화는 제 3 도와 같이, 0°, 180°에서 최소값, 90°, 270°에서 최대값을 취하는 정현파형(正弦波形)으로 된다.

다음에 상술한 자전변환소자를 사용한 본발명의 실시예를 도면에 의거하여 설명한다.

상기 자전변환소자는 제 3 도 및 상기 제 ④ 식에서도 알 수 있듯이 θ=45°로 cos₂θ=0으로 되며, 출력 V₀는

로 된다. 또 θ=0°, 90°일때에 최대 및 최소의 피이크 출력이 얻어진다.

그래서, 이 피이크 출력을 얻기 위해서는, 제 5a 도에 나타낸 것처럼, 자전변환소자(10)에 대해서 θ=45°인 고정바이어스 자계 H_B를 가해두고, 이 H_B와 직교하는 신호자계 H_N를 가해서, H_B와 H_N과의 합성자계 H_V를 얻도록 하면 된다.

즉, 이 경우의 합성자계 H_V의 방향 θ_V및 크기 H_V는 다음식과 같이 된다.

로 하면, θ_V=90°로 되어서 제 3 도에서 출력은 최대피이크값

를 얻을 수 있다. 제 4 도는 등가회로를 나타내며, 강자성체 (A), (B)를 가변저항으로 하고, 그 저항값이 자계의 방향에서 변화되는 것으로서 생각할 수 있다.

제 5b 도는 상기 신호자계 H_N과 거꾸로 향하고 크기가 같은 신호자계 H_S를 바이어스 자계 H_B에 가해서, 합성자계를 얻도록 한 경우를 나타내며, 이 H_h의 방향 θ_h, 크기 H_h는 다음 식과 같이 된다.

로 하면, θ_h=0°로 되어서 제 3 도에서 출력은 최대피이크값

를 얻을 수 있다.

다음에 상술한 원리에 의거한, 고정바이어스 자계 H_B및 신호자계 H_N, H_S를 얻기 위한 실시예를 설명한다.

제 6a, b 도는 바이어스용 고정자석(11)의 자극(磁極)배치와, 3개의 자전변환소자(10a), (10b), (10c)와의 관계를 나타내는 것이다. 이 고정자석(11)은 플라스틱 자석등에 의해 원판상으로 형성되며, NS자극이 원판의 두께방향으로 착자되어져 있다. 즉 도시한 바와 같이 자석(11)의 상면에 N극면이 프로펠러 형상으로, S극면이 N극면의 사이에 선형(扇形)으로 형성되어 있으며, 도시되지 않은 하면에는 상면과 반대의 자극면이 형성되어 있다. 따라서 이 경우의 자계의 방향은 화살표와 같이되며, 이것이 고정바이어스 자계 H_B로 된다.

3개의 자전변환소자(10a), (10b), (10c)가, 그 강자성체 (A), (B)면을 상기 NS자극면에 대해 평행으로 또한 이 자극면에 근접 대항해서 120°간격으로 배설되어 있으며, 이들은 상기자계 H_B의 방향이 제 5a, b 도와 같이 45°가 되도록, NS자극의 경계선에 대해서 기울게 해 놓았다.

제 7a, b 도는 신호 자계용인 로우터리 자석(12)의 평면 및 측면을 나타낸 것이다. 이 로우터리자석(12)은 플라스틱 자석등에 의해 원판성으로 형성되며, NS자극이 원판의 두께방향으로 착자되어 있다. 즉 도시한 바와 같이 반링상의 2조 자석을 동심적으로 링상으로 배치하고, 또한 인접하는 NS자극면을 서로 역방향으로 배설시킨 것이다.

상기 고정자석(11)과 로우터리자석(12)과는, 제 8 도에 나타낸 것처럼, 동심적으로 대방향배치되며, 이들의 사이에 자전변환소자(10a), (10b), (10c)가, 양자의 자극면에 근접 대향하며, 또한 강자성체 (A), (B)면이 자극면과 평행으로 배설되는 것이다.

따라서 제 7a 도의 로우터리 자석(12)에 있어서는, 화살표 방향으로 발생한 자계는, 자전변환소자(10a), (10b), (10c)에 대해서, 상기 신호자계 H_N, H_S로 된다.

상기 고정자석(11), 로우터리자석(12) 및 자전변환소자(10a), (10b), (10c)를 제 8 도와 같이 배치해서, 로우터리자석(12)을 회전시킴으로써, 각 자전변환소자(10a), (10b), (10c)에는 순차적으로 신호자계 H_N, H_S가 교대로 가해지며, 바이어스자계 H_B와의 합성자재 H_V, H_h가 교대로 작용한다.

제 6a, b 도 및 제 7a, b 도의 조합의 예에서는, 자전변환소자(10a)에 신호자계 H_N가 가해져서, 합성자계 H_V가 작용하고 있을 때에는, 다른 자전변환소자 (10b), (10c)에는 신호자계가 H_S가 가해져서, 합성자계 H_h가 작용하고 있으며, 자전변환소자 (10a)에서 최대 피이크출력이 얻어지며, 자전변환소자(10b), (10c)에서는 최소 피이크출력이 얻어지게 된다. 상술한 상태는 로우터리자석(12)의 회전에 수반해서 교대로 반복해서 행해지기 때문에, 각 자전변환소자(10a), (10b), (10c)에서 펄스상의 출력파형을 얻을 수 있다.

고정자석(11)및 로우터리자석(12)의 두께방향 착자에 의한 자극배치는 제 6 도 및 제 7 도의 것에 한정되지 않으며, 여러가지 변형할 수 있는 것이다.

제 9 도는 제 1 도의 자전변환소자를 2개 사용해서, 이것을 브리지에 짜서 이루어진 자전변환소자(13)의 약도를 나타낸 것이다. 이것은 동일한 기판(1)위에 강자성체(A), (B)를 형성하고, 다시 전류공급단자(14a), 어어스단자(14b) 및 출력단자(15a), (15b)를 형성해서 이루어진 것이다.

이와같은 자전변환소자(13)를 사용한 실시예를 제 10 도에 나타낸다.

이경우의 고정자석(11)은 반원형으로 되어 있으며, 3개의 자전변환소자(13a), (13b), (13c)를 60°간격으로 배치하고 있다.

또 자전변환소자(13b)의 바이어스자계 H_B를 거꾸로 향하도록 하고 있으며, 이것에 의해 제 6a 도와 같이 3개의 자전변환소자를 120°간격으로 배치한 경우와 등가적으로 같은 것이 된다.

이 실시예에 의하면 자전변환소자(13a), (13b), (13c)를 동일 기판상에 형성할 경우 등에 있어서, 스페이스적으로 유리하게 된다.

본 발명에 의하면, 각각 자기저항의 이방성효과를 갖는 강자성체로 이루어진 제 1 도 및 제 2 의 전류통로를 직열로 접속함과 동시에 상기 제 1 및 제 2 전류통로의 주전류통로를 각각 서로가 대충 직교하는 것 같이 배치하고, 상기 제 1 및 제 2 의 전류통로의 접속점에 출력단자를 설치하고 상기 제 1 및 제 2 의 전류통로의 타단측에는 전류공급단자를 설치해서 이루어진 자전변환소자와 각각 두께방향으로 착자된 예컨대 고정바이어스자석, 로우터리자석등의 제 1 및 제 2 의 자석으로 이루어지며, 상기 제 1 및 제 2 의 자석을 각 자극면을 대향시켜 배설하고, 양자의 사이에 상기 자전변환소자를 그 제 1 및 제 2 의 전류통로의 면 즉 강자성체면이 상기 각 자극면에 대해서 평행으로 또한 근접하도록해서 배설하고, 상기 제 1 의 자석에 의해 일정방향의 바이어스자계를 상기 자전변환소자에 가함과 동시에 상기 제 2 의 자석의 이동에 의해 다른 방향의 자계를 상기 자전변환소자에 가하도록 한 것에 의해, 자전변환소자에 작용하는 자계의 방향은 2개의 자계의 합성자계에 의해 얻어지도록 되어있으므로, 자석의 강도를 크게 할 필요는 없으며, 특히 실시예와 같이 직교자계의 경우에는, 자전변환소자를 포화시키는 자계(40-50Oe)의

의 크기로서 족한 것으로되며, 또 강자성체면에 대해서 평행으로 자계가 가해지기 때문에, 자전변환소자의 면적이 작으면, 강자성체면의 어느 부분에 대해서도 균일한 자계가 작용하기 때문에, 최대, 최소의 피이크 출력으로서 대충 이상적인 값을 얻을수가 있어서, 출력의 증대를 꾀할 수 있다. 또 강자성체면을 자극면에 대해서 평행으로 배치 시키고 있기 때문에, 복수개의 자전변환소자를 동일기판위에 형성할 경우에 유리해진다. 그외에 신호자계 및 바이어스 자계의 방향, 크기등에 다소의 오차가 있더라도 출력에 영향을 주는 일이 없는 등의 효과를 얻을 수가 있다.

Claims (1)

1. 도면에 표시하고 본문에 상술한 바와 같이 각기 자기저항의 이방성(異方性)효과를 갖는 강자성체(强磁性體)로 이루어진 제 1 및 제 2 의 전류통로를 직열로 접속하는 동시에, 상기 제 1 및 제 2 전류통로의 주전류(主電流)통로를 각각 서로 대충 직교(直交)되도록 배설하여, 제 1 및 제 2 의 전류통로의 접속점에 출력단자를 설치하고, 제 1 및 제 2 의 전류통로의 타단측에는 전류 공급단자를 설치하여 이루어진 자전변환소자와 각각 두께방향으로 착자(着磁)된 제 1 및 제 2 의 자석으로 이루어지며, 상기 제 1 및 제 2 의 자석을 각 자극면(磁極面)을 대향시켜서 배설하고, 양자의 사이에 상기 자전변환소자를 그 제 1 및 제 2 의 전류통로의 면(面)이 상기 각 자극면에 대하여 평행으로 근접하도록 배설하여 상기 제 1 의 자석에 의하여 일정방향의 바이어스자계를 자전변환소자에 가하는 동시에, 상기 제 2 의 자석을 이동시켜서, 다른 방향의 자계를, 자전변환소자에 가하도록 한 것을 특징으로 하는 자계검출장치.

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