WO2007097268A1

WO2007097268A1 - 磁気式スイッチ

Info

Publication number: WO2007097268A1
Application number: PCT/JP2007/052922
Authority: WO
Inventors: Masashi Fuse
Original assignee: Alps Electric Co., Ltd.
Priority date: 2006-02-21
Filing date: 2007-02-19
Publication date: 2007-08-30
Also published as: JP2007228000A

Abstract

入力磁束密度Ｂが±Ｓ１以内の場合、ＭＲセンサ１１とＭＲセンサ１２の出力電圧の差はほぼ０である。入力磁束密度ＢがＳ１以上でＳ２以下の場合には、ＭＲセンサ１１の出力電圧Ｖ１とＭＲセンサ１２の出力電圧Ｖ２との間の差分電圧は入力磁束密度Ｂに応じて直線的に変化する。この差分電圧について、スイッチをＯＮにする判定閾値及びスイッチをＯＦＦにする判定閾値と比較する。差分電圧Ｖ１－Ｖ２がＶｔ（Ｌ→Ｈ）以上となる点を磁束密度Ｂｏｐとし、差分電圧Ｖ１－Ｖ２がＶｔ（Ｈ→Ｌ）以下となる点を磁束密度Ｂｒｐとする。入力磁束密度がＢｏｐ以上の場合にスイッチング出力をＨとし、入力磁束密度がＢｒｐ以下の場合にスイッチング出力をＬとする。

Description

明細書

磁気式スィッチ

技術分野

[0001] 本発明は、磁気センサを用いた磁気式スィッチに関する。

背景技術

[0002] 従来、磁気式スィッチとしては、磁気検出素子であるホール素子と、素子出力を増幅するための ICとを一体化したホール ICが多く用いられていた。このホール ICにおいては、 IC内部でホール素子の出力電圧と、 IC内部で発生させる基準電圧とを比較し、比較結果から出力の ON、 OFFを決定する。このようなホール ICでは、出力信号が ON、 OFFとなるときの磁界の強さに着目すると、素子出力のオフセット電圧、素子感度の変化とばらつき、判定基準電圧の変化とばらつきが誤差の要因となる。ホール ICにおいて判定する磁界強度の精度を高くするためには、前記誤差要因を徹底して抑え込む必要がある。内部の基準電圧源を安定化させるためには、高精度の電圧標準を IC内に作り込む必要があり、このため、 IC内の回路部品の増加、 ICチップの大型化、コスト及び消費電力の増大などの問題が生じる。

[0003] また、ホール素子の場合、オフセット電圧を低減するためには、ホール素子の入出力のスイッチングを行ったり、平均化によるオフセットをキャンセルする方法がある。このような方法においては、回路規模、コスト及び消費電力の増大などに繋がる。また、素子感度のばらつきを低減させるためには、半導体素子のキャリア密度のばらつきを低減させる必要があり、このためには高度な成膜技術が必要になる。さらに、素子感度の温度係数を低減させるためには、半導体素子のキャリア密度の変動をモニタして補正する高度な補正技術を用いる必要がある（特許文献 1)。

特許文献 1 :特許第 3283911号公報

発明の開示

発明が解決しょうとする課題

[0004] 上述したように、素子感度のばらつきを低減させるためには、高度な成膜技術や高度な補正技術が必要となり、このために高度な精度管理と半導体プロセス技術が必要になる。このような精度管理や半導体プロセス技術導入は、いずれも生産性の低下及びコストアップの要因となる。

[0005] 本発明は力かる点に鑑みてなされたものであり、生産性を低下させず、コストをアツプさせずに、正確なスイッチングを行うことができる磁気式スィッチを提供することを目的とする。

課題を解決するための手段

[0006] 本発明の磁気式スィッチは、飽和磁束密度が異なる少なくとも 2つの磁気センサを有するセンサ手段と、少なくとも一つの磁気センサの磁束密度が飽和した際に、磁束密度が飽和した磁気センサと磁束密度が飽和していない磁気センサとの間の出力電圧の差分に基づいてスイッチング信号を出力するスイッチング信号出力手段と、を具備することを特徴とする。

[0007] この構成によれば、異なる飽和磁束密度を有する複数の磁気センサを用いて、磁束密度の飽和レベルの違いに起因する差分電圧に基づいてスイッチングを行う。磁気センサにおける軟磁性体の飽和磁束密度は温度に対しても安定で経時変化も少ないので、周囲温度、電源電圧、経時変化による磁気的スイッチングポイントへの影響が小さぐ安定して正確なスイッチングを行うことができる。また、製造上のばらつきも小さく抑えることができ、高精度の信号処理回路が必要ないので、生産性を低下させず、コストをアップさせずに、高精度の磁気式スィッチを実現することができる。

[0008] 本発明の磁気式スィッチにおいては、前記スィッチ手段は、スィッチを ONにする第 1判定閾値と、スィッチを OFFにする第 2判定閾値とを有することが好ましい。この構成によれば、両判定閾値間にヒステリシスを設けることができるので、スィッチ出力が不安定になることを防止できる。

[0009] 本発明の磁気式スィッチにお!/、ては、前記磁気センサは、一対の軟磁性部材と、前記一対の軟磁性部材に挟持された磁気検出素子と、を有することが好ましい。この場合において、前記磁気検出素子は、磁気抵抗効果素子、ホール素子及び磁気飽和素子力もなる群より選ばれた一つであることが好ましい。

図面の簡単な説明

[0010] [図 1]本発明の実施の形態 1に係る磁気式スィッチの構成を示す図である。 [図 2]本発明の実施の形態 1に係る磁気式スィッチの磁気センサ部を説明するための図である。

[図 3] (a)〜（c)は、本実施の形態 1に係る磁気式スィッチのスイッチング信号出力を説明するための図である。

[図 4]本発明の実施の形態 2に係る磁気式スィッチの構成を示す図である。

[図 5] (a)〜（c)は、本実施の形態 2に係る磁気式スィッチのスイッチング信号出力を説明するための図である。

[図 6]本発明の実施の形態 3に係る磁気式スィッチの構成を示す図である。

[図 7]本発明の実施の形態 3に係る磁気式スィッチの磁気センサ部を説明するための図である。

[図 8]本実施の形態 3に係る磁気式スィッチのスイッチング信号出力を説明するための図である。

発明を実施するための最良の形態

[0011] 以下、本発明の実施の形態について、添付図面を参照して詳細に説明する。

(実施の形態 1)

本実施の形態においては、磁気センサにおける磁気検出素子が AMR (Anisotropi c Magneto- Resistive)素子、 GMR (Giant Magneto- Resistive)素子、 TMR (Tunneli ng Magneto-Resistive)素子のような磁気抵抗効果素子である場合にっ、て説明する。

[0012] 図 1は、本発明の実施の形態 1に係る磁気式スィッチの構成を示す図である。図 1 に示す磁気式スィッチは、磁気センサ部 1と、この磁気センサ部 1の出力を差動的に接続したスイッチング信号出力部 2とを有する。

[0013] 磁気センサ部 1は、飽和磁束密度がそれぞれ異なる MRセンサ 11, 12と、固定抵抗 13, 14とを有し、これらの MRセンサ 11, 12及び固定抵抗 13, 14によりブリッジを構成している。ここでは、 MRセンサ 12の飽和磁束密度のレベルが MRセンサ 11の飽和磁束密度のレベルよりも低いとする。 MRセンサ 11, 12は、磁束密度に対して対称性を有する変化を示す。

[0014] 図 2に示すように、 MRセンサ 11は、 2つの軟磁性部材 111と、 2つの軟磁性部材 1 11のギャップ間に挟持された MR素子 112と力も構成されており、 MRセンサ 12は、 2つの軟磁性部材 121と、 2つの軟磁性部材 121のギャップ間に挟持された MR素子 122と力ら構成されている。この MRセンサ 11, 12においては、軟磁性部材 111, 11 2により空間中の磁束を収束し、ギャップ内の磁束密度を増加させている。軟磁性部材 111と軟磁性部材 121とは、基本的な幅や長さは略同じであり、くびれ部 11 la, 1 21aの幅が異なって!/、る（ここでは、軟磁性部材 111のくびれ部 11 laの方が細!、）。このような軟磁性部材 111, 112を有する MRセンサ 11, 12は、飽和磁束密度が異なり、その他の性質は略同じである。図 2に示すように、くびれ部 11 la, 121aの幅を変えることにより、磁気的スイッチングポイントが異なる MRセンサ 11, 12のシリーズ化を容易に行うことができる。なお、このような飽和磁束密度が異なる MRセンサ 11, 12は、 MR素子 112, 122を構成する材料の組成や厚さを変えることにより実現することもできる。本実施の形態においては、くびれ部 111a, 121aの幅を変えて飽和磁束密度を変える場合について説明している力一方の MR素子のみにくびれ部を設けて飽和磁束密度を変えも良い。これらの磁気センサ部 1からはセンサ出力電圧 VI , V2が得られる。

[0015] スイッチング信号出力部 2は、磁気センサ部 1のセンサ出力電圧 VI, V2の差分を求める比較器 21と、比較器 21の出力である差分電圧と基準電圧（閾値)とを比較する比較器 22とから主に構成されて、る。比較器 22の基準電圧は抵抗 23の抵抗値により設定される。ここでは、比較器 22に正帰還をかけることにより基準電圧（閾値)を変化させる。なお、本実施の形態においては、基準電圧を 2つ設定した場合について説明しているが、本発明においては、これに限定されず、設定する基準電圧の数に応じて、設ける比較器の数を決定しても良い。

[0016] 図 1に示す磁気式スィッチにおいては、低磁場では両 MRセンサ 11, 12の出力はほぼ同じであるので、比較器 21において差分電圧 (VI— V2)はほぼ 0になる。すなわち、磁気センサ部 1はブリッジ構造であるので、 MRセンサ 11, 12の出力電圧（同相信号)がキャンセルされ、差分電圧は現れない。磁場が大きくなり、 MRセンサ 12 の磁束密度が飽和すると、磁束密度が飽和して、な、MRセンサ 11の出力電圧の変化分が差分電圧として現れる。すなわち、 MRセンサ 12の磁束密度の飽和点がトリガとなって、比較器 21の差分電圧が現れる。そして、 MRセンサ 11の磁束密度が飽和するまでの間、差分電圧として、磁束密度変化に比例した電圧が得られる。この差分電圧につ!ヽて、比較器 22におヽてそれぞれ基準電圧と比較してスイッチング信号を出力する。

[0017] 図 3 (a)〜（c)は、本実施の形態 1に係る磁気式スィッチのスイッチング信号出力を説明するための図である。図 3 (a)は、 MRセンサ 11, 12についての入力磁束密度と出力電圧との間の関係を示す特性図であり、図 3 (b)は、入力磁束密度と、 MRセンサ 11, 12の出力電圧 VI, V2の差分電圧との間の関係を示す特性図であり、図 3 (c )は、入力磁束密度と、スイッチング出力信号との間の関係を示す特性図である。なお、図 3 (a) , (b)において、 S1は MRセンサ 11の磁気的飽和レベル (飽和磁束密度 )を示し、 S2は MRセンサ 12の磁気的飽和レベル (飽和磁束密度）を示す。

[0018] 図 3 (b)に示すように、入力磁束密度 Bが士 S1以内の場合 (低磁場の場合）、 MR センサ 11と MRセンサ 12の出力電圧の差はほぼ 0である。したがって、 MRセンサ 11 , 12の出力はキャンセルされて差分電圧はほぼ 0となる。一方、入力磁束密度 Bが S 1以上で S2以下の場合には、 MRセンサ 11の出力電圧 VIと MRセンサ 12の出力電圧 V2との間の差分電圧は入力磁束密度 Bに応じて直線的に変化する。

[0019] この差分電圧にっ、て、スィッチを ONにする判定閾値 (基準電圧 Vt (L→H) )及びスィッチを OFFにする判定閾値 (基準電圧 Vt (H→L) )と比較する。本実施の形態においては、スィッチを ONにする判定閾値 (基準電圧 Vt (L→H) )と、スィッチを OF Fにする判定閾値 (基準電圧 Vt (H→L) )とは、比較器 22の正帰還電圧により変化させる。

[0020] 図 3 (c)に示すように、 MRセンサ 11の出力電圧 VIから MRセンサ 12の出力電圧 V2を減じた VI— V2が Vt (L→H)以上となる点（図 3 (b)における A点）を磁束密度 Bopとし、 MRセンサ 11の出力電圧 VIから MRセンサ 12の出力電圧 V2を減じた VI — V2が Vt (H→L)以下となる点（図 3 (b)における B点）を磁束密度 Brpとする。出力部 24においては、入力磁束密度が Bop以上の場合にスイッチング出力を Hとし、入力磁束密度が Brp以下の場合にスイッチング出力を Lとする。

[0021] このように、本実施の形態に係る磁気式スィッチは、異なる飽和磁束密度を有する複数の磁気センサを用いて、磁束密度の飽和レベルの違いに起因する差分電圧に基づいてスイッチングを行う。すなわち、本実施の形態に係る磁気式スィッチにおいては、磁気的スイッチングポイントをセンサ感度及び基準電圧の精度でなぐ飽和磁束密度により決定する。本実施の形態に係る磁気式スィッチに用いる磁気センサにおける軟磁性体の飽和磁束密度は温度に対しても安定で経時変化も少な、。このため、周囲温度、電源電圧、経時変化による磁気的スイッチングポイントへの影響が小さぐ安定して正確なスイッチングを行うことができるので、信頼性の高い磁気式スイツチを実現することができる。また、本実施の形態に係る磁気式スィッチは、製造上のばらつきも小さく抑えることができ、高精度の信号処理回路が必要ないので、生産性を低下させず、コストをアップさせずに、高精度の磁気式スィッチを実現することができる。

[0022] 本実施の形態においては、スィッチが ONとなる判定閾値と、スィッチが OFFとなる判定閾値とを設けて、両判定閾値間にヒステリシスを設けている。このため、スィッチ出力が不安定になることを防止できる。スィッチ出力の安定性を示す指標となる最大 Bopと最小 Brpとの間の比（BopmaxZBrpmin)を求めると、本実施の形態に係る磁気式スィッチは約 1. 1に設定することが可能であり、従来の磁気式スィッチ 1. 3以上に対して高い安定性を発揮する。また、 MRセンサ 11, 12の出力を確実に変化させるためには、 MRセンサ 11, 12の最大磁束密度を Bop以下とし、その最小磁束密度を Brp以下にする必要がある。

[0023] 本実施の形態に係る磁気式スィッチにおいては、スィッチが ONとなる判定閾値と、スィッチが OFFとなる判定閾値とを設けて、両判定閾値間にヒステリシスを設けている力本発明はこれに限定されず、異なる飽和磁束密度を有する複数の磁気センサを用いて、磁束密度の飽和レベルの違いに起因する差分電圧に基づ！ヽてスイッチングを行うのであれば、一つの判定閾値でスイッチングを行うように構成しても良、。

[0024] (実施の形態 2)

本実施の形態においては、磁気センサにおける磁気検出素子がホール素子である場合について説明する。図 4は、本発明の実施の形態 2に係る磁気式スィッチの構成を示す図である。図 4に示す磁気式スィッチは、磁気センサ部 1と、この磁気センサ部 1の出力を差動的に接続したスイッチング信号出力部 2とを有する。

[0025] 磁気センサ部 1は、飽和磁束密度がそれぞれ異なるホールセンサ 15, 16と、比較器 17, 18とを有する。ここでは、ホールセンサ 16の飽和磁束密度のレベルがホールセンサ 15の飽和磁束密度のレベルよりも高いとする。ホールセンサ 15, 16は、図 2に示す MRセンサとほぼ同じ構成を有する。すなわち、ホールセンサ 15, 16は、図 2に示す MRセンサにおける MR素子 112, 122がホール素子に置き換えられたものである。なお、異なる飽和磁束密度を有するようにする構成などについては実施の形態 1 と同じである。ホールセンサ 15, 16は 4端子であり、それぞれ比較器 17, 18を通した出力が磁気センサ部 1からのセンサ出力電圧 VI, V2となる。ホールセンサ 15, 16は、磁束密度に対して直線性を有する変化を示す。

[0026] スイッチング信号出力部 2は、磁気センサ部 1のセンサ出力電圧 VI, V2の差分を求める比較器 21と、比較器 21の出力である差分電圧と基準電圧（閾値)とを比較する比較器 22, 23と、比較器 22の出力に基づいてスイッチング信号を出力する出力部 24とから主に構成されてヽる。比較器 22の基準電圧は抵抗 25の抵抗値により設定され、比較器 23の基準電圧は抵抗 26の抵抗値により設定される。したがって、抵抗 25, 26の抵抗値を適宜設定することにより、 2つの基準電圧（閾値)を設定することができる。なお、本実施の形態においては、基準電圧を 2つ設定した場合について説明しているが、本発明においては、これに限定されず、設定する基準電圧の数に応じて、設ける比較器の数を決定しても良い。

[0027] 図 4に示す磁気式スィッチにおいては、低磁場では両 MRセンサ 11, 12の出力はほぼ同じであるので、比較器 21において差分電圧 (VI— V2)はほぼ 0になる。すなわち、磁気センサ部 1はブリッジ構造であるので、 MRセンサ 11, 12の出力電圧（同相信号)がキャンセルされ、差分電圧は現れない。磁場が大きくなり、 MRセンサ 12 の磁束密度が飽和すると、磁束密度が飽和して、な、MRセンサ 11の出力電圧の変化分が差分電圧として現れる。すなわち、 MRセンサ 12の磁束密度の飽和点がトリガとなって、比較器 21の差分電圧が現れる。そして、 MRセンサ 11の磁束密度が飽和するまでの間、差分電圧として、磁束密度変化に比例した電圧が得られる。この差分電圧について、 2つの比較器 22, 23においてそれぞれ基準電圧と比較して出力部 24からスイッチング信号を出力する。

[0028] 図 5 (a)〜（c)は、本実施の形態 2に係る磁気式スィッチのスイッチング信号出力を説明するための図である。図 5 (a)は、ホールセンサ 15, 16についての入力磁束密度と出力電圧との間の関係を示す特性図であり、図 5 (b)は、入力磁束密度と、ホールセンサ 15, 16の出力電圧 VI, V2の差分電圧との間の関係を示す特性図であり、図 5 (c)は、入力磁束密度と、スイッチング出力信号との間の関係を示す特性図である。なお、図 5 (a) , (b)において、 S1はホールセンサ 15の磁気的飽和レベル（飽和磁束密度）を示し、 S2はホールセンサ 16の磁気的飽和レベル (飽和磁束密度）を示す。

[0029] 図 5 (b)に示すように、入力磁束密度 Bが士 S1以内の場合 (低磁場の場合）、ホールセンサ 15とホールセンサ 16の出力電圧の差はほぼ 0である。したがって、ホールセンサ 15, 16の出力はキャンセルされて差分電圧はほぼ 0となる。一方、入力磁束密度 Bが S1以上で S2以下の場合には、ホールセンサ 16の出力電圧 V2とホールセンサ 15の出力電圧 VIとの間の差分電圧 (V2— VI)は入力磁束密度 Bに応じて直線的に変化する。この差分電圧 (V2— VI)について、スィッチを ONにする判定閾値 (基準電圧 Vt (L→H) )及びスィッチを OFFにする判定閾値 (基準電圧 Vt (H→L) ) と比較する。

[0030] 図 5 (c)〖こ示すように、ホールセンサ 16の出力電圧 V2からホールセンサ 15の出力電圧 VIを減じた V2— VIが Vt (L→H)以上となる点（図 5 (b)における A点）を磁束密度 Bopとし、ホールセンサ 16の出力電圧 V2からホールセンサ 15の出力電圧 VIを減じた V2—V1が Vt (H→L)以下となる点（図 5 (b)における B点）を磁束密度 Brpとする。出力部 24においては、入力磁束密度が Bop以上の場合にスイッチング出力を Hとし、入力磁束密度が Brp以下の場合にスイッチング出力を Lとする。

[0031] このように、本実施の形態に係る磁気式スィッチも、異なる飽和磁束密度を有する複数の磁気センサを用いて、磁束密度の飽和レベルの違いに起因する差分電圧に基づいてスイッチングを行う。すなわち、本実施の形態に係る磁気式スィッチにおいても、磁気的スイッチングポイントをセンサ感度及び基準電圧の精度でなぐ飽和磁束密度により決定する。本実施の形態に係る磁気式スィッチに用いる磁気センサにおける軟磁性体の飽和磁束密度は温度に対しても安定で経時変化も少な、。このため、周囲温度、電源電圧、経時変化による磁気的スイッチングポイントへの影響が小さぐ安定して正確なスイッチングを行うことができるので、信頼性の高い磁気式スイツチを実現することができる。また、本実施の形態に係る磁気式スィッチは、製造上のばらつきも小さく抑えることができ、高精度の信号処理回路が必要ないので、生産性を低下させず、コストをアップさせずに、高精度の磁気式スィッチを実現することができる。

[0032] 本実施の形態にぉ、ても、スィッチが ONとなる判定閾値と、スィッチが OFFとなる判定閾値とを設けて、両判定閾値間にヒステリシスを設けている。このため、スィッチ出力が不安定になることを防止できる。スィッチ出力の安定性を示す指標となる最大 Bopと最小 Brpとの間の比（BopmaxZBrpmin)を求めると、本実施の形態に係る磁気式スィッチは約 1. 1まで低く設定することが可能であり、従来の磁気式スィッチ 1. 3以上に対して高い安定性を発揮する。また、ホールセンサ 15, 16の出力を確実に変化させるためには、ホールセンサ 15, 16の最大磁束密度を Bop以下とし、その最小磁束密度を Brp以下にすることが必要である。

[0033] 本実施の形態に係る磁気式スィッチにおいては、スィッチが ONとなる判定閾値と、スィッチが OFFとなる判定閾値とを設けて、両判定閾値間にヒステリシスを設けている力本発明はこれに限定されず、異なる飽和磁束密度を有する複数の磁気センサを用いて、磁束密度の飽和レベルの違いに起因する差分電圧に基づ！ヽてスイッチングを行うのであれば、一つの判定閾値でスイッチングを行うように構成しても良、。

[0034] (実施の形態 3)

本実施の形態においては、磁気センサにおける磁気検出素子が磁気飽和素子である場合について説明する。図 6は、本発明の実施の形態 3に係る磁気式スィッチの構成を示す図である。図 6に示す磁気式スィッチは、磁気センサ部 1と、この磁気センサ部 1の出力を差動的に接続したスイッチング信号出力部 2と、磁気センサ部 1に交流信号を与える発振回路 3とを有する。

[0035] 磁気センサ部 1は、飽和磁束密度がそれぞれ異なる磁気飽和センサ 19, 20と、固定抵抗 13, 14とを有し、これらの磁気飽和センサ 19, 20及び固定抵抗 13, 14によりブリッジを構成している。ここでは、磁気飽和センサ 20の飽和磁束密度のレベルが磁気飽和センサ 19の飽和磁束密度のレベルよりも低、とする。

[0036] 図 7に示すように、磁気飽和センサ 19は、磁性部材 191と、磁性部材 191に巻き付けられたコイル 192とから構成されており、磁気飽和センサ 20は、磁性部材 201と、磁性部材 201に巻き付けられたコイル 202とから構成されてヽる。磁性部材 191と磁性部材 201とは、基本的な幅や長さは略同じであり、磁性部材 191のみにくびれ部 1 91aを設けている。このような磁性部材 191, 201を有する磁気飽和センサ 19, 20は、飽和磁束密度が異なり、その他の性質は略同じである。図 7に示すように、くびれ部 191aを設けることにより、磁気的スイッチングポイントが異なる磁気飽和センサ 19, 2 0のシリーズィ匕を容易に行うことができる。本実施の形態においては、一方の磁性部材のみにくびれ部を設けて飽和磁束密度を変える場合について説明している力両方の磁性部材にそれぞれ幅の異なるくびれ部を設けて飽和磁束密度を変えても良い。これらの磁気センサ部 1からはインダクタンスが得られる。

[0037] スイッチング信号出力部 2は、磁気センサ部 1のインダクタンスの差分を求める比較器 21と、比較器 21の出力である差分インダクタンスを検波する検波部 27と、検波部 27の出力電圧と基準電圧 (判定閾値)とを比較する比較器 28と、比較器 28の出力に基づいてスイッチング信号を出力する出力部 29とから主に構成されている。なお、本実施の形態においては、基準電圧を 1つ設定した場合について説明しているが、本発明においては、これに限定されず、設定する基準電圧の数に応じて、設ける比較器の数を決定しても良い。

[0038] 図 6に示す磁気式スィッチにおいては、低磁場では両磁気飽和センサ 19, 20の出力はほぼ同じであるので、比較器 21において差分インダクタンスに対応する高周波出力電圧はほぼ 0になる。すなわち、磁気センサ部 1はブリッジ構造であるので、磁気飽和センサ 19, 20の出力インダクタンスがキャンセルされ、差分インダクタンスは現れない。磁場が大きくなり、磁気飽和センサ 20の磁束密度が飽和すると、磁束密度が飽和してヽな、磁気飽和センサ 19の出力インダクタンスの変化分が差分インダクタンスとして現れる。すなわち、磁気飽和センサ 20の磁束密度の飽和点がトリガとなつて、比較器 21の差分インダクタンスが現れる。この差分インダクタンスに対応する出力電圧ついて、比較器 28においてそれぞれ基準電圧と比較して出力部 29からスイッチング信号を出力する。

[0039] 図 8は、本実施の形態 3に係る磁気式スィッチのスイッチング信号出力を説明するための図である。図 8に示すように、磁気飽和センサ 20の磁束密度が飽和すると、コィルのインダクタンスが急減するので、ブリッジのバランスが崩れて大きな出力電圧が得られる。この出力電圧と基準電圧 (判定閾値)とを比較して、出力電圧が基準電圧を以上のとき (入力磁束密度 Bop)にスィッチを ON (スイッチング出力 H)とし、出力電圧が基準電圧を下回るとき (入力磁束密度 Brp)にスィッチを OFF (スイッチング出力とする。

[0040] このように、本実施の形態に係る磁気式スィッチも、異なる飽和磁束密度を有する複数の磁気センサを用いて、磁束密度の飽和レベルの違いに起因する差分インダクタンスに基づいてスイッチングを行う。すなわち、本実施の形態に係る磁気式スィッチにお、ても、磁気的スイッチングポイントをセンサ感度及び基準電圧の精度でなぐ飽和磁束密度により決定する。本実施の形態に係る磁気式スィッチに用ヽる磁気センサにおける磁性体の飽和磁束密度は温度に対しても安定で経時変化も少な、。このため、周囲温度、電源電圧、経時変化による磁気的スイッチングポイントへの影響力 S小さぐ安定して正確なスイッチングを行うことができるので、信頼性の高い磁気式スィッチを実現することができる。また、本実施の形態に係る磁気式スィッチは、製造上のばらつきも小さく抑えることができ、高精度の信号処理回路が必要ないので、生産性を低下させず、コストをアップさせずに、高精度の磁気式スィッチを実現することができる。

[0041] 本実施の形態においては、一つの判定閾値を設けてスイッチングを行う場合について説明しているが、本発明においては、実施の形態 1, 2と同様に、スィッチが ON となる判定閾値と、スィッチが OFFとなる判定閾値とを設けて、両判定閾値間にヒステリシスを設けても良い。これにより、スィッチ出力が不安定になることを防止できる。

[0042] 本発明の磁気式スィッチによれば、飽和磁束密度が異なる少なくとも 2つの磁気センサを有するセンサ手段と、少なくとも一つの磁気センサの磁束密度が飽和した際に、磁束密度が飽和した磁気センサと磁束密度が飽和していない磁気センサとの間の出力電圧の差分に基づいてスイッチング信号を出力するスイッチング信号出力手段と、を具備するので、生産性を低下させず、コストをアップさせずに、正確なスィッチングを行うことができる。

[0043] 本発明は上記実施の形態 1〜3に限定されず、種々変更して実施することが可能である。例えば、上記実施の形態 1〜3における回路構成や素子構造については一例であり、本発明の効果を発揮できる限りにおいて適宜変更することができる。その他、本発明の目的の範囲を逸脱しない限りにおいて適宜変更することが可能である産業上の利用可能性

[0044] 本発明の磁気式スィッチは、例えばコイルで発生した磁界を検出するように構成することにより電流センサとして利用することができる。これにより、電流の極性に拘らず電流の絶対値を高精度に検出することができる。

Claims

請求の範囲

[1] 飽和磁束密度が異なる少なくとも 2つの磁気センサを有するセンサ手段と、少なくとも一つの磁気センサの磁束密度が飽和した際に、磁束密度が飽和した磁気センサと磁束密度が飽和して、な、磁気センサとの間の出力電圧の差分に基づ、てスィッチング信号を出力するスイッチング信号出力手段と、を具備することを特徴とする磁気式スィッチ。

[2] 前記スィッチ手段は、スィッチを ONにする第 1判定閾値と、スィッチを OFFにする第 2判定閾値とを有することを特徴とする請求項 1記載の磁気式スィッチ。

[3] 前記磁気センサは、一対の軟磁性部材と、前記一対の軟磁性部材に挟持された磁気検出素子と、を有することを特徴とする請求項 1記載の磁気式スィッチ。

[4] 前記磁気検出素子は、磁気抵抗効果素子、ホール素子及び磁気飽和素子からなる群より選ばれた一つであることを特徴とする請求項 3記載の磁気式スィッチ。

[5] 前記磁気センサは、一対の軟磁性部材と、前記一対の軟磁性部材に挟持された磁気検出素子と、を有することを特徴とする請求項 2記載の磁気式スィッチ。

[6] 前記磁気検出素子は、磁気抵抗効果素子、ホール素子及び磁気飽和素子からなる群より選ばれた一つであることを特徴とする請求項 5記載の磁気式スィッチ。

[7] 前記スィッチ手段は、スィッチを ONにする第 1判定閾値と、スィッチを OFFにする第 2判定閾値とを有し、前記磁気センサは、一対の軟磁性部材と、前記一対の軟磁性部材に挟持された磁気検出素子と、を有し、前記磁気検出素子は、磁気抵抗効果素子、ホール素子及び磁気飽和素子力なる群より選ばれた一つであることを特徴とする請求項 1記載の磁気式スィッチ。