JPS6128105B2 - - Google Patents
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- JPS6128105B2 JPS6128105B2 JP535778A JP535778A JPS6128105B2 JP S6128105 B2 JPS6128105 B2 JP S6128105B2 JP 535778 A JP535778 A JP 535778A JP 535778 A JP535778 A JP 535778A JP S6128105 B2 JPS6128105 B2 JP S6128105B2
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Description
【発明の詳細な説明】
本発明は、磁束ゲート形の磁界検出の手段にか
かわる。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to a means of flux gated magnetic field detection.
従来の磁界検出の方策として、ホール発電器は
検出感度の温度変化が大きいので、たとえばモー
タ内部のような温度変化が大きい個所の磁気検出
には不向きであり、あるいはまたモータの静止部
に固定の探索コイルの誘起電圧を積分する手法
は、一般に積分回路の演算増幅部には直流ないし
ごく低周波の擾乱信号が発生しており、このため
S/Nが低下するので、直流ないしごく低周波の
交流磁界の検出には適せず、さらに先行技術とし
てのフラツクスゲート形磁界検出器は、微少磁界
の検出には適するが、モータ内部の磁界のような
強磁界には不具合であつた。 As a conventional method for detecting magnetic fields, Hall generators are not suitable for magnetic detection in places where temperature changes are large, such as inside a motor, because the detection sensitivity varies greatly with temperature. Generally speaking, the method of integrating the induced voltage of the search coil is based on the method of integrating DC or very low frequency disturbance signals, which are generated in the operational amplifier section of the integrating circuit, which reduces the S/N. It is not suitable for detecting alternating current magnetic fields, and the prior art fluxgate type magnetic field detector is suitable for detecting minute magnetic fields, but is inconvenient for strong magnetic fields such as the magnetic field inside a motor.
ここにおいて、本発明は、フラツクスゲートマ
グネツトメータの特性に着目し、構成上の改良を
加えて、モータ内部の磁界をも検出できる手段を
提供しようとするものである。 The present invention focuses on the characteristics of the fluxgate magnetometer and provides a means for detecting the magnetic field inside the motor by improving the structure.
第1図は、本発明の原理的説明図である。 FIG. 1 is an explanatory diagram of the principle of the present invention.
Hexは検出される直流磁界、2は螺旋状磁性
体、3は励磁巻線、4は検出巻線からなる検出素
子1を示している。 Hex indicates a detection element 1 consisting of a DC magnetic field to be detected, 2 a spiral magnetic body, 3 an excitation winding, and 4 a detection winding.
すなわち、この検出素子1は、磁性体2を螺旋
状に巻いて作つた磁心の断面を取囲むように全周
にわたつて、いわゆるトロイダル巻線として、励
磁巻線3と検出巻線4を施したものである。 That is, this detection element 1 has an excitation winding 3 and a detection winding 4, which are so-called toroidal windings, extending all around the cross section of a magnetic core made by spirally winding a magnetic material 2. This is what I did.
第2図は、本発明に係る螺旋状磁性体2の製作
手段を示す。 FIG. 2 shows a means for manufacturing a spiral magnetic body 2 according to the present invention.
通常では、螺旋状磁性体の巻枠として非磁性で
かつ電気的絶縁性を有する材質からなる中空円筒
体を用いる。また、検出素子全体は電気的絶縁性
および耐熱性の良好な樹脂等で一体化する。 Usually, a hollow cylindrical body made of a non-magnetic and electrically insulating material is used as the winding frame of the spiral magnetic body. Further, the entire detection element is integrated with a resin or the like having good electrical insulation and heat resistance.
この磁界検出素子1は、第1図に示したように
螺旋状磁性体2の中心軸と同じ方向成分の磁界
Hexの検出を目的としている。 As shown in FIG.
It is aimed at detecting Hex.
また、検出すべき磁界Hexの強弱に対応してあ
らかじめ強磁界用あるいは弱磁界用など、検出器
の用途に適した感度のものを構成することを目的
としている。 In addition, the purpose is to configure in advance a sensitivity suitable for the purpose of the detector, such as for strong magnetic fields or weak magnetic fields, depending on the strength of the magnetic field Hex to be detected.
このため螺旋状磁性体2の構成においては、螺
旋のリード角θは強磁界用では小さく、弱磁界用
では大きくとるようにする。螺旋状磁性体の各巻
回間の接触は、磁界検出機能にとつて害があるの
で、巻回間には適当な間隙Gを設ける。 Therefore, in the configuration of the helical magnetic body 2, the helical lead angle θ is set small for a strong magnetic field and large for a weak magnetic field. Since contact between each turn of the helical magnetic material is detrimental to the magnetic field detection function, an appropriate gap G is provided between the turns.
螺旋状磁性体2は、たとえば第2図のような、
あらかじめ長い中空円筒体5のほぼ全長にわたつ
て、磁性体2を螺旋状に巻き付けたものを作つて
おき、これから所望の長さlのものを切り取つて
いく手法によつて得ることも可能である。 The spiral magnetic body 2 is, for example, as shown in FIG.
It is also possible to obtain the magnetic material 2 by first making a long hollow cylindrical body 5 in which the magnetic material 2 is wound spirally over almost the entire length, and then cutting it to a desired length l. .
螺旋状磁性体2の材質としては、たとえば第3
図のような周知の実用巻鉄心材料を用いることが
できる。 As the material of the spiral magnetic body 2, for example, the third
A well-known practical wound core material as shown in the figure can be used.
第4図は検出素子1による磁界Hexの計測を行
なうときの電気的略線図、第5図〜第10図はそ
の動作説明図を表わす。 FIG. 4 is an electrical schematic diagram when measuring the magnetic field Hex by the detection element 1, and FIGS. 5 to 10 are diagrams illustrating its operation.
では、その動作はこうである。 Here's how it works.
第4図において、検出素子1は点線内のように
簡略化して示してある。 In FIG. 4, the detection element 1 is shown in a simplified manner within the dotted line.
検出素子1の励磁巻線3は、その両端を励磁用
の交流電源6に接続する。 The excitation winding 3 of the detection element 1 has both ends connected to an AC power source 6 for excitation.
検出巻線4の両端およびセンタータツプは、図
示のように、各一対ずつの整流器7,8および抵
抗9,10とからなる検波回路に接続する。 Both ends and the center tap of the detection winding 4 are connected to a detection circuit consisting of a pair of rectifiers 7, 8 and resistors 9, 10, respectively, as shown.
検波回路において直列に接続した一対の抵抗
9,10の両端・検出端子11,12の電圧Vd
をもつて、被検出磁界Hexに対応する信号出力と
なる。 Voltage Vd across detection terminals 11 and 12 of a pair of resistors 9 and 10 connected in series in the detection circuit
This results in a signal output corresponding to the detected magnetic field Hex.
被検出磁界Hexの方向性によつて正または負極
性となり、かつ磁界Hexに比例する信号出力Vd
を得るように機能させるためには、検出素子1の
励磁巻線3および検出巻線4の巻数比n、励磁電
圧Ve、ならびに検波用の整流器7,8の非線形
特性等の間の相互関係による影響が大きいので、
これらの値または特性との間で最良の組み合わせ
条件となるように調整することを要する。 Signal output Vd that has positive or negative polarity depending on the directionality of the detected magnetic field Hex and is proportional to the magnetic field Hex.
In order to function in such a way as to obtain Because it has a big impact,
It is necessary to adjust these values or characteristics to obtain the best combination conditions.
では、第1図の検出素子1を第4図の接続で使
用するとしよう。 Now, suppose that the detection element 1 shown in FIG. 1 is used with the connections shown in FIG. 4.
被検出磁界Hexが零である場合には、螺旋状磁
性体2は第5図のような対称形の角形ヒステリシ
スループ50に沿つて動作し、検出巻線4には第
6図のような波形60の電圧が誘起する。 When the detected magnetic field Hex is zero, the spiral magnetic body 2 operates along a symmetrical rectangular hysteresis loop 50 as shown in FIG. 5, and the detection winding 4 has a waveform as shown in FIG. 60 voltages are induced.
ここで、さきに述べた巻数比n、励磁電圧
Ve、整流器7,8の特性等の組み合わせは、検
出巻線4への誘起電圧の両振幅が、第7図に示し
た出力特性71における検波回路の不感帯(−E
〜+E)に一致するように調節してある。 Here, the turns ratio n mentioned earlier, the excitation voltage
The combination of Ve, the characteristics of the rectifiers 7 and 8, etc. is such that both amplitudes of the induced voltage to the detection winding 4 are in the dead zone (-E
~+E).
したがつて、磁界Hex=0のこの場合には検波
回路を経て得る信号出力Vd=0である。 Therefore, in this case when the magnetic field Hex=0, the signal output obtained through the detection circuit is Vd=0.
ところで、螺旋状磁性体2の中心軸の方向に、
一定の磁界Hexが作用する場合には、螺旋状磁性
体2の長さ方向に沿う磁界Hは、螺旋のリード角
θとすると
H=Hex・Sinθ
である。 By the way, in the direction of the central axis of the spiral magnetic body 2,
When a constant magnetic field Hex acts, the magnetic field H along the length direction of the spiral magnetic body 2 is H=Hex·Sinθ, where the lead angle of the spiral is θ.
ここで、被検出磁界Hexの強度に応じて、あら
かじめリード角θを適当な値に決めているので磁
性体1は磁気飽和してしまうことなく、第8図の
ように、磁界Hによる偏磁を受けて、非対称のヒ
ステリシスループ51に沿つて動作する。 Here, since the lead angle θ is predetermined to an appropriate value according to the strength of the magnetic field to be detected Hex, the magnetic body 1 does not become magnetically saturated, and as shown in FIG. In response to this, it operates along an asymmetric hysteresis loop 51.
このため検出巻線4の誘起電圧は、第9図aの
曲線波形91のような偶数次高調波を含む非対称
波となる。 Therefore, the induced voltage in the detection winding 4 becomes an asymmetric wave including even-order harmonics, such as a curved waveform 91 in FIG. 9a.
電圧波形の正および負の両極性区間についての
電圧の時間積分値は相等しい。 The voltage time integral values for the positive and negative polarity sections of the voltage waveform are equal in phase.
この電圧を検波すると、第9図bのようなスレ
シホルドレベルEを越える大きさの分の信号出力
Vdつまり曲線波形92を得る。 When this voltage is detected, a signal with a magnitude exceeding the threshold level E as shown in Figure 9b is output.
Vd, that is, a curved waveform 92 is obtained.
被検出磁界Hexの方向が、第4図のそれと反対
方向の場合の信号出力Vdは、同様の理由によつ
て、第9図Cのように第9図bの波形92をゼロ
レベルに対して反転した波形93になる。 For the same reason, when the direction of the detected magnetic field Hex is opposite to that in FIG. 4, the signal output Vd is different from the waveform 92 in FIG. The result is an inverted waveform 93.
本実施例につき、信号出力Vdを電圧計(図示
していない)につないで動作特性を調べたところ
第10図のように、被検出磁界Hexと検出電圧
Vdの間に比例関係(直線100)が認められ
る。 Regarding this example, when the signal output Vd was connected to a voltmeter (not shown) and the operating characteristics were investigated, as shown in Figure 10, the detected magnetic field Hex and the detected voltage
A proportional relationship (straight line 100) is observed between Vd.
第11図〜第15図は、本発明の第2〜第6の
実施例の電気的略線図を表わす。 11 to 15 represent electrical schematic diagrams of second to sixth embodiments of the present invention.
第11図は巻線3,4を1つとしてそれを励磁
および検出を兼用している。 In FIG. 11, the windings 3 and 4 are used as one for both excitation and detection.
第12図は、検出素子1は励磁巻線3および検
出巻線4ともにセンタタツプを引出し、励磁は直
流電源15を主電源としてトランジスタ13,1
4をスイツチング駆動により行なうもので、1
6,17はダイオードを示す。 In FIG. 12, in the detection element 1, both the excitation winding 3 and the detection winding 4 have their center taps pulled out, and the excitation is performed using the DC power supply 15 as the main power supply, and the transistors 13 and 1
4 is performed by switching drive, and 1
6 and 17 indicate diodes.
第13図は、検出素子1は励磁巻線3および検
出巻線4の他に一対の補助巻線18,19と抵抗
20,21を施す。励磁は直流電源15を用いて
いわゆる磁気マルチバイブレータの回路を構成し
て行ない、交流電源は不要である。 In FIG. 13, the detection element 1 includes a pair of auxiliary windings 18 and 19 and resistors 20 and 21 in addition to the excitation winding 3 and the detection winding 4. Excitation is performed by configuring a so-called magnetic multivibrator circuit using a DC power supply 15, and an AC power supply is not required.
第14図・第15図はそれぞれ第12図・第1
3図の検出素子1の巻線を1巻線3,4として励
磁および検出を兼用としたものである。 Figures 14 and 15 are Figures 12 and 1, respectively.
The windings of the detection element 1 shown in FIG. 3 are used as windings 3 and 4 for both excitation and detection.
さて、第16図は検出素子1の構成を改良した
実施例を表わす。 Now, FIG. 16 shows an embodiment in which the configuration of the detection element 1 is improved.
すなわち、巻付けの直径を少し異ならせてお
り、そうして、巻き付け方向は互いに逆方向にな
るようにした2つの螺旋状磁性体2a,2bを用
いている。 That is, two spiral magnetic bodies 2a and 2b are used in which the winding diameters are slightly different and the winding directions are opposite to each other.
そのうちの一方、たとえば直径の小さい方の螺
旋状磁性体2bにトロイダル巻きの励磁巻線を施
しておき、これと他方の螺旋状磁性体2aとを重
ね合わせてできる2重の磁心に対して、トロイダ
ル巻きの検出巻線4を巻回して構成している。 One of them, for example, the smaller diameter helical magnetic body 2b is provided with a toroidal excitation winding, and this and the other helical magnetic body 2a are superimposed to form a double magnetic core, It is constructed by winding a toroidal detection winding 4.
この第16図の検出素子1によれば、被検出磁
界Hexによつて、おのおのの螺旋状磁性体2a,
2bを通る磁束は検出巻線4に対して互いに逆方
向に鎖交して相殺しあい、被検出磁界Hexが時間
的に変化したとしても、これによつて検出巻線4
に誘起する擾乱信号電圧を低く抑えうる。 According to the detection element 1 shown in FIG. 16, each spiral magnetic body 2a,
The magnetic flux passing through 2b interlinks with the detection winding 4 in opposite directions and cancels each other out.
The disturbance signal voltage induced in the signal can be suppressed to a low level.
この検出素子1は、第4図・第11図〜第15
図の接続と同様の励磁および検出の手段を適用す
ることができる。 This detection element 1 is shown in FIGS. 4 and 11 to 15.
Excitation and detection means similar to the connections shown can be applied.
かくして本発明により、小形で堅牢でかつ使用
可能な温度範囲が広く、電磁的擾乱信号の混入を
抑えた磁界検出が得られる。 Thus, according to the present invention, it is possible to obtain magnetic field detection that is compact, robust, has a wide usable temperature range, and suppresses the contamination of electromagnetic disturbance signals.
第1図は本発明の原理的説明図、第2図は螺旋
状磁性体の製作手段の概念図、第3図は磁性体の
特性説明図、第4図は本発明の電気的略線図、第
5図〜第10図はその動作説明図、第11図〜第
15図は本発明の他の実施例のブロツクダイアグ
ラム、第16図は本発明のさらに改良された構成
図を示す。
1……検出素子、2,2a,2b……螺旋状磁
性体、3……励磁巻線、4……検出巻線、5……
中空円筒体、6……交流電源、7,8,16,1
7……ダイオード、9,10,20,21……抵
抗、11,12……検出端子、13,14……ト
ランジスタ、15……直流電源、18,19……
補助巻線。
Fig. 1 is an explanatory diagram of the principle of the present invention, Fig. 2 is a conceptual diagram of the means for producing a spiral magnetic material, Fig. 3 is an explanatory diagram of the characteristics of the magnetic material, and Fig. 4 is an electrical schematic diagram of the present invention. , FIGS. 5 to 10 are explanatory diagrams of its operation, FIGS. 11 to 15 are block diagrams of other embodiments of the present invention, and FIG. 16 is a diagram showing a further improved configuration of the present invention. 1...Detection element, 2, 2a, 2b...Spiral magnetic body, 3...Excitation winding, 4...Detection winding, 5...
Hollow cylindrical body, 6... AC power supply, 7, 8, 16, 1
7...Diode, 9,10,20,21...Resistor, 11,12...Detection terminal, 13,14...Transistor, 15...DC power supply, 18,19...
Auxiliary winding.
Claims (1)
のそれぞれの外周に、個別に角形ヒステレシス環
特性を有する帯状の磁性体を互いに逆方向に螺旋
状にかつ帯の相互を離して巻き、小さい直径の中
空円筒を大きい中空円筒の内周に挿入して形成し
た2つの磁心と、 それら磁心のうち小さい磁心の内周がつくる孔
を貫通しこの磁心の長さ方向の断面を取り囲むト
ロイダル巻線状に巻装した励磁巻線と、 小さい直径の磁心の内周がつくる孔を貫通しこ
の小さい磁心および大きい磁心の長さ方向の断面
を取り囲むトロイダル巻線状に巻回した検出巻線
と、 を具備することを特徴とする磁界検出器。[Claims] 1. On the outer periphery of each of two hollow cylinders made of non-magnetic material having slightly different diameters, strip-shaped magnetic materials each having a rectangular hysteresis ring characteristic are spirally arranged in opposite directions to each other, and the strips are connected to each other. Two magnetic cores are formed by winding them apart and inserting a hollow cylinder with a smaller diameter into the inner periphery of a larger hollow cylinder. an excitation winding wound in the form of a toroidal winding surrounding the magnetic core; A magnetic field detector comprising: a detection winding;
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP535778A JPS5498280A (en) | 1978-01-19 | 1978-01-19 | Magnetic field detector |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP535778A JPS5498280A (en) | 1978-01-19 | 1978-01-19 | Magnetic field detector |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5498280A JPS5498280A (en) | 1979-08-03 |
| JPS6128105B2 true JPS6128105B2 (en) | 1986-06-28 |
Family
ID=11608917
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP535778A Granted JPS5498280A (en) | 1978-01-19 | 1978-01-19 | Magnetic field detector |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5498280A (en) |
-
1978
- 1978-01-19 JP JP535778A patent/JPS5498280A/en active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS5498280A (en) | 1979-08-03 |
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