(57)【要約】【課題】  リングコアを１個用いるだけで、構造簡単で、小形化、低価格を実現し得る３軸磁気センサを提供する。【解決手段】  立方体状のボビン１１に、それぞれが互いに直交する方向に配置されるＸ軸用の検出コイル１２ｘ、Ｙ軸用の検出コイル１２ｙ、Ｚ軸用の検出コイル１２ｚを巻回し、ボビン１内に１個のリングコア１３を設け、かつこのリングコア１３のリング平面を、Ｘ軸用検出コイル１２ｘ、Ｙ軸用検出コイル１２ｙ、Ｚ軸用検出コイル１２ｚのいずれの巻線平面に対しても４５°傾かせて配置した。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに直交する３つの検出巻線の各巻線平面に対し、励心巻線を施した１個のリングコアを傾めになるように配置したことを特徴とする３軸磁気センサ。
【請求項２】
互いに直交する３つの検出巻線のうち、２個の検出巻線の各巻線平面に対し、励心巻線を施した１個のリングコアを傾めになるように配置したことを特徴とする３軸磁気センサ。
【請求項３】
互いに直交する３つの検出巻線の各巻線平面に対し、励心巻線を施した１対の棒状あるいは筒状コアを斜めになるように配置したことを特徴とする３軸磁気センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の３つの検出コイル（検出巻線）を有する３軸磁気センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、地磁気等の磁界を測定するのに、検出コイルとコアからなるフラックスゲート型の３軸磁気センサが使用される。従来、この種の３軸磁気センサとして、図８に示すように、それぞれボビン１に巻回された検出コイル２と、励振コイル（図示省略）を巻回したリングコア３とからなる１軸センサ４を、それぞれＸ軸センサ４ｘ、Ｙ軸センサ４ｙ、Ｚ軸センサ４ｚとして、互いに直交に配置したもの（例えば、特許文献１の図５参照）。図９に示すように、ボビン１ｘｙに検出コイル２ｘ、２ｙを巻回するとともに、ボビン１ｘｙにリングコア３ｘｙを設けた磁気センサ４ｘｙと、Ｚ軸用の１軸センサ４ｚとの２つの磁気センサからなるもの（例えば、特許文献１の図１参照）。図１０に示すように、１個の直方体状のボビン１にＸ軸用の検出コイル２ｘ、Ｙ軸用の検出コイル２ｙ、Ｚ軸用の検出コイル２ｚを互いに直交するように巻回するとともに、ボビン１内に径の異なる２個のリングコア３-1、３-2を交叉させて設けたもの。図１２に示すように、１個の直方体状のボビン１にＸ軸用の検出コイル２ｘ、Ｙ軸用の検出コイル２ｙ、Ｚ軸用の検出コイル２ｚを互いに直交するように巻回するとともに、ボビン１内にＸ軸用の検出コイル平面、Ｙ軸用の検出コイル平面、Ｚ軸用の検出コイル平面に対し、それぞれが直角になるよう配置された棒状あるいは筒状コア対３ｘ、３ｙ、３ｚを交叉させて設けたもの、などが知られている。
【特許文献１】実開平６−６５８８２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
上記した従来の磁気センサの構造では、３軸センサを構成するのに、少なくとも２つの磁気センサを組み合わせて配置するか、あるいは少なくとも２個の径の異なるリングコアを配置するか、少なくとも３対の棒状又は筒状コアが必要となり、３軸センサ全体として構造が複雑となり、小形化、低コスト化に問題があった。
【０００４】
この発明は上記問題点に着目してなされたものであって、リングコアを１個用いる、あるいは棒状又は筒状コアを１対用いるだけで良く、構成が簡単で、小形化、低価格を実現し得る３軸磁気センサ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】
【０００５】
この発明の３軸磁気センサは、互いに直交する３つの検出巻線（検出コイル）の各巻線平面に対し、励心巻線を施した１個のリングコアあるいは１対の棒状又は筒状コアを傾めになるように配置したことを特徴とする。
【０００６】
また、この発明の３軸磁気センサは、互いに直交する３つの検出巻線のうち、２個の検出巻線の各巻線平面に対し、励心巻線を施した１個のリングコアを傾めになるように配置しても良い。
【０００７】
一般に、リングコアを用いたフラックスゲート型センサは、コアの飽和特性を利用するために、磁界検出方向でリングコアの円周長さが大きくなるように配置される（磁界検出方向とリングコアの平面とを平行とする）。従来の１軸センサでは、図１１の（ａ）に示すように、リングコア３の円周上の各点において、実線あるいは破線で示す磁界検出方向成分長さを得ている。図１１の（ｂ）に示す紙面横方向では、磁界検出方向成分の長さが得られない。
【０００８】
この発明では、直交する３つの検出巻線軸、すなわち直交する磁界検出方向に対して傾き（例えば４５°）を持たせて１個のリングコアを配置しているので、図２の矢印で示すように、どの検出方向に対してもリングコアの円周長さを得ることができ、この発明の３軸磁気センサでは、１個のリングコアでＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の磁界を検出できる。１対の棒状又は筒状コアにおいても同様である。
【発明の効果】
【０００９】
この発明によれば、１個のリングコアあるいは１対の棒状又は筒状コアを各検出巻線の各巻線平面に対し傾めに配置するものであるから、３軸の磁界を検出するのに、１個のリングコアあるいは１対の棒状又は筒状コアを必要とするのみなので、従来の３軸磁気センサに対し、簡単な構成で、小形低価格なものを実現できる。
【００１０】
また、図８、図９に示した従来のものに比し、各軸の計測ポイントがより狭い空間に集中するようにでき、点磁界測定に有利である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、実施の形態により、この発明をさらに詳細に説明する。図１は、この発明の一実施形態３軸磁気センサであり、この発明の原理的構成を示す外観斜視図である。
【００１２】
この実施形態３軸磁気センサ１４は、樹脂等で形成される立方体状のボビン１１と、このボビン１１に互いにそれぞれ直交する方向に巻回されるＸ軸用の検出コイル（検出巻線）１２ｘ、Ｙ軸用の検出コイル１２ｙ、Ｚ軸用の検出コイル１２ｚと、ボビン１１内に配置されるリングコア１３とから構成されている。なお、リングコア１３には励振コイルが付設されているが、ここでは図示を省略している。
【００１３】
この実施形態３軸磁気センサは、リングコア１３の平面（円形面）が、Ｘ軸用の検出コイル１２ｘの巻線軸に対し、角度４５°を持たせて傾斜させ、同様にＹ軸用の検出コイル１２ｙ、Ｚ軸用の検出コイル１２ｚの巻線軸に対し、角度４５°を持たせて傾斜させ、配置している。
【００１４】
このように、リングコア１３を３軸の各検出コイル１２Ｘ、１２Ｙ、１２Ｚに対して、４５°傾斜させて配置しているので、図２に示すようにＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸のどの検出方向に対してもリングコアの円周長さを得ることができ、ここで示す３軸の検出コイル１２Ｘ、１２Ｙ、１２Ｚと１個のリングコア１３で３軸の磁界を検出することができる。
【００１５】
次に、上記実施形態３軸磁気センサのボビン１１内の構造を具体的に示した他の実施形態３軸センサについて説明する。図３は、この実施形態３軸磁気センサの検出コイルを巻回する前のボビン１１の分解斜視図である。このボビン１１は、ほぼ四角筒状のボビン本体１１ａの四角形の各頂点に立方形の突部１１ｂ1 、……、１１ｂ8 を設けている。これら突部１１ｂ1 、……、１１ｂ8 は互いに相隣る間に検出コイルを巻回するために形成している。
【００１６】
ボビン本体１１ａ内には、リングコア１３を載置したコア支持台１５を収納する。このコア支持台１５は、上面が、例えば突部１１ｂ8 から突部１１ｂ5 の方向に向けて傾斜した面１５ａを形成し、この面１５ａにリングコア１３を装着するための溝１５ｂを設けている。この溝１５ｂに励振コイル付きのリングコア１３が装着され、装着時にコア蓋１６をリングコア１３に被せる。このコア蓋１６を装着済のコア支持台１５をボビン本体１１ａに収納する。その後、図４に示すように、突部１１ｂ1 、１１ｂ2 と突部１１ｂ3 、１１ｂ4 の間にＸ軸用の検出コイル１２ｘを巻回し、次に突部１１ｂ3 、１１ｂ4 と突部１１ｂ7 、１１ｂ8 の間に２軸用の検出コイル１２ｚを巻回し、続いて突部１１ｂ1 、１１ｂ3 と突部１１ｂ2 、１１ｂ4 間にＹ軸用の検出コイル１２ｙを巻回している。
【００１７】
この実施形態３軸磁気センサにおいては、突部１１ｂ4 から突部１１ｂ5 の方に向けてリングコア１３が４５°傾けて配置しているので、Ｘ軸用検出コイル１２ｘ、Ｙ軸用検出コイル１２ｙ、Ｚ軸用検出コイル１２ｚの巻線軸に対して、それぞれ４５°傾いて設けられている。
【００１８】
この実施形態３軸磁気センサにおいて、突部１１ｂ1 ……、１１ｂ4 には、ボビン本体１１ａの中心部から外方に向けての方向に細溝１１ｃ1 、……、１１ｃ4 を設け、細溝１１ｃ1 からＸ軸用検出コイル１２ｘのリード線１２ｘ1 を、細溝１１ｃ2 からＹ軸用検出コイル１２ｙのリード線１２ｙ1 を、細溝１１ｃ3 からＺ軸用の検出コイル１２ｚのリード線１２ｚ1 を、また細溝１１ｃ4 を経て、リングコア１３からの励振コイルのリード線を取り出すようにしている。
【００１９】
このように、ボビン１１の突部の内側に配置される巻線の先端リード線１２Ｘ１、１２Ｙ１、１２Ｚ１、１７を細溝１１ｃ1 、１１ｃ4 より取り出すようにしたので、検出コイルの巻数のばらつきが少なくなり、最終的には磁気センサの感度のばらつきを小さくすることができる。
【００２０】
図５は、上記した実施形態３軸磁気センサの励振コイルを駆動し、各検出巻線（検出コイル）よりの検出信号を受けて処理する磁気検出装置の回路構成を示すブロック図である。この磁気検出装置はＸ軸用の信号処理部３０ｘと、Ｙ軸用の信号処理部３０ｙと、Ｚ軸用の信号処理部３０ｚと、励振回路３１とで構成されている。
【００２１】
Ｘ軸用の信号処理部３０ｘは、検出コイル１２ｘからの信号を受けて増幅する交流増幅回路３２ｘと、位相調整回路３３ｘと、交流増幅回路３２ｘの出力を位相調整回路３３ｘからの信号で同期整流を行う同期整流回路３４ｘと、この同期整流回路３４ｘの出力を受けて積分して出力する積分回路３５ｘと、この積分回路３５ｘの出力を検出コイル１２ｘにフィードバックする帰還抵抗３６ｘとを備えている。Ｙ軸用の信号処理部３０ｙ、Ｚ軸用の信号処理部３０ｚともＸ軸用の信号処理部３０ｘと同様の構成である。
【００２２】
励振回路３１は、周波数２ｆ（ＨＺ）の交流信号を発振する発振器４１と、この発振器４１の出力信号を１／２の周波数ｆ（ＨＺ）に分周する分周器４２と、リングコア１３に巻回される励振コイル４４を周波数ｆの信号で励振するドライブ回路４３とを備えている。
【００２３】
この回路の特徴は、３軸の信号処理部３０ｘ、３０ｙ、３０ｚに対して、１個の励振回路３１を備え、１個のリングコア１３を駆動するようにしたことである。更に、励振回路は１個であるにもかかわらず、各軸の信号処理部３０ｘ、３０ｙ、３０ｚに発振器４１から２ｆ（ＨＺ）の信号を受けて、同期整流回路３４ｘ、３４ｙ、３４ｚに同期信号を加える位相調整回路３３ｘ、３３ｙ、３３ｚをそれぞれ備えたことである。
【００２４】
この信号処理部３０ｘ、３０ｙ、３０ｚに、それぞれ設けた位相調整回路３３ｘ、３３ｙ、３３ｚで、各同期整流回路３４ｘ、３４ｙ、３４ｚの整流タイミングを、各軸毎に調整できるようにしており、各軸で最適な整流タイミングが得られ、固有オフセットや固有雑音の低減が可能となる。
【００２５】
なお、上記実施形態においては、リングコアをＸ軸用の検出コイル、Ｙ軸用の検出コイル及びＺ軸用の検出コイルの各巻線軸のいずれに対しても４５°傾かせて配置する場合を示したが、他の実施形態として、２つの検出コイルの巻線軸にのみ４５°傾かせて配置しても良い。図６に、その実施形態を示している。ここでは、リングコア１３のリング形状面を含む平面をＸ軸用の検出コイル１２ｘ、Ｚ軸用の検出コイル１２ｚの巻線軸に対して４５°傾かせ、Ｙ軸用の検出コイル１２ｙの巻線軸にリング形状面を含む平面を合わせている。この実施形態でも、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸のどの検出方向に対してもリングコアの円周長さを得ることができ、３軸の検出コイル１２ｘ、１２ｙ、１２ｚと１個のリングコア１３で、３軸の磁界を検出することができる。
【００２６】
更に、他の実施形態を図７に示している。この実施形態は、図１に示すリングコア１３の代わりに、棒状又は筒状コア対１３ａを、Ｘ軸用の検出コイル１２ｘ、Ｙ軸用の検出コイル１２ｙ、及びＺ軸用の検出コイル１２ｚの巻線軸に対して４５°傾かせて設けたものである。この実施形態でもＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸のどの検出方向に対してもコア長を得ることができ、３軸の検出コイル１２ｘ、１２ｙ、１２ｚと１対の棒状あるいは筒状コア１３ａで３軸の磁界を検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】この発明の一実施形態である３軸磁気センサの原理的構成を示す外観斜視図である。
【図２】同実施形態３軸磁気センサの磁界検出方向成分の円周長さを説明する図である。
【図３】この発明の他の実施形態３軸磁気センサのボビン内部構造を示す分解斜視図である。
【図４】同実施形態３軸磁気センサのボビンに検出コイルを巻回した状態を示す外観斜視図である。
【図５】同実施形態３軸磁気センサの磁気検出装置の回路構成を示すブロック図である。
【図６】この発明の他の実施形態３軸磁気センサの概略構成を示す外観斜視図である。
【図７】この発明の更に他の実施形態３軸磁気センサの概略構成を示す外観斜視図である。
【図８】従来の３軸磁気センサの構成の一例を示す図である。
【図９】従来の３軸磁気センサの構成の他の例を示す図である。
【図１０】従来の３軸磁気センサの構成のうち、更に他の例を示す図である。
【図１１】従来の１軸磁気センサの磁界検出方向成分の円周長さを説明する図である。
【図１２】従来の他の３軸磁気センサの他の例を示す図である。
【符号の説明】
【００２８】
１１                    ボビン
１１ａ                  ボビン本体
１１b1、……、１１b8    突部
１１c1、……、１１c4    細溝
１２ｘ、１２ｙ、１２ｚ  検出コイル
１３                    リングコア
１３ａ                  棒状又は筒状コア対
１５                    コア支持台
３１                    励振回路
３２ｘ、３２ｙ、３２ｚ  交流増幅回路
３３ｘ、３３ｙ、３３ｚ  位相調整回路
３４ｘ、３４ｙ、３４ｚ  同期整流回路
３５ｘ、３５ｙ、３５ｚ  積分値
３６ｘ、３６ｙ、３６ｚ  帰還抵抗
４１                    発振器
４２                    分周器
４３                    ドライブ回路
４４                    励振コイル
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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