磁気スイッチ
【課題】少ない部品点数で感度の高い磁気スイッチを提供する。
【解決手段】ヨークを伴う可飽和コイルＬ１０４と参照用コイルＬ１０５を直列接続した回路に対し、矩形波を供給する。矩形波の周期内でヨークに飽和現象を発生させ、その際に発生する参照用コイルＬ１０５の電圧変化を検出する。従来技術とは異なり、飽和現象を引き起こすために必要な外部磁界は、従来技術より弱くても良いので、感度の高い磁気スイッチ２０１を実現できる。
【解決手段】ヨークを伴う可飽和コイルＬ１０４と参照用コイルＬ１０５を直列接続した回路に対し、矩形波を供給する。矩形波の周期内でヨークに飽和現象を発生させ、その際に発生する参照用コイルＬ１０５の電圧変化を検出する。従来技術とは異なり、飽和現象を引き起こすために必要な外部磁界は、従来技術より弱くても良いので、感度の高い磁気スイッチ２０１を実現できる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁気スイッチに関する。
より詳細には、従来技術より磁気検出性能等を改善した、磁石を近接することでオン或はオフ動作する、機械接点を有しない磁気スイッチに関する。
【背景技術】
【０００２】
出願人は、可飽和コイルを用いるアクティブ型磁気スイッチを製造販売している。以下、このアクティブ型磁気スイッチの動作原理について説明する。
【０００３】
図７（ａ）、（ｂ）及び（ｃ）は、特許文献１に開示される磁気スイッチの回路図と、回路の諸特性を説明するグラフである。
図７（ａ）は磁気スイッチの原理を説明する回路図であり、図７（ｂ）は図７（ａ）の回路のトランジスタ７０６のベースの電圧を示すグラフであり、図７（ｃ）は図７（ａ）の回路のトランジスタ７１１のコレクタの電圧を示すグラフである。
【０００４】
図７（ａ）を参照して、磁気スイッチ回路７０１の構成を説明する。
交流電圧源７０２には抵抗Ｒ７０３とヨークを有する可飽和コイルＬ７０４が直列接続されており、可飽和コイルＬ７０４と交流電圧源７０２との接続点は接地されている。
抵抗Ｒ７０３と可飽和コイルＬ７０４との接続点には、抵抗Ｒ７０５を介してＮＰＮトランジスタであるトランジスタ７０６のベースが接続されている。トランジスタ７０６のコレクタは抵抗Ｒ７０７を通じて電源電圧＋Ｖｃｃにてプルアップされている。一方、トランジスタ７０６のエミッタは接地されている。したがって、トランジスタ７０６がオン動作すると、コレクタの電圧はゼロになる。
【０００５】
トランジスタ７０６のコレクタには、コンデンサＣ７０８が接続されている。このコンデンサＣ７０８のもう一方の端子は接地されている。
トランジスタ７０６のコレクタとコンデンサＣ７０８との接続点には、抵抗Ｒ７０９を介してＮＰＮトランジスタであるトランジスタ７１１のベースが接続されている。トランジスタ７１１のベースには抵抗Ｒ７１０が接続され、抵抗Ｒ７１０のもう一方の端子は接地されている。抵抗Ｒ７１０はコンデンサＣ７０８の放電の役割を果たす。トランジスタ７１１のエミッタは接地されている。
トランジスタ７１１のコレクタは磁気スイッチの出力端子となる。つまり、トランジスタ７１１はオープンコレクタ出力を構成する。
【０００６】
図７（ｂ）及び（ｃ）を参照して、図７（ａ）の磁気スイッチ回路７０１の動作を説明する。
図７（ｂ）の時刻ｔ７１３より以前は、可飽和コイルＬ７０４に磁石７１２が近接していない状態の、トランジスタ７０６のベースの電圧波形であり、時刻ｔ７１３以降は、可飽和コイルＬ７０４に磁石７１２が近接している状態の、トランジスタ７０６のベースの電圧波形である。
図７（ｃ）の時刻ｔ７１３より以前は、可飽和コイルＬ７０４に磁石７１２が近接していない状態の、トランジスタ７１１のコレクタの電圧波形であり、時刻ｔ７１３以降は、可飽和コイルＬ７０４に磁石７１２が近接している状態の、トランジスタ７１１のコレクタの電圧波形である。なお、図７（ａ）ではトランジスタ７１１はオープンコレクタとなっているので、図７（ｃ）はトランジスタ７１１のコレクタに所定の電圧が印加された状態における電圧波形である。
【０００７】
可飽和コイルＬ７０４に磁石７１２が近接していない状態では、可飽和コイルＬ７０４はヨークが飽和していないので、高いインダクタンスを示す。このため、トランジスタ７０６のベースには、抵抗Ｒ７０５を通じて交流電圧源７０２の電圧が抵抗Ｒ７０３と可飽和コイルＬ７０４によって分圧された交流電圧が印加される。トランジスタのベース−エミッタ間は片方向にのみ電流を流すので、トランジスタ７０６のコレクタには図７（ｂ）の波形の半波整流された電圧が出力される。
半波整流された電圧は、コンデンサＣ７０８及び抵抗Ｒ７０９で構成される積分回路によって積分される。その結果、抵抗Ｒ７０９から出力される電位は低くなる。そして、この電圧はトランジスタ７１１のベースに入力される。
【０００８】
一方、可飽和コイルＬ７０４に磁石７１２が近接している状態では、可飽和コイルＬ７０４はヨークが飽和しているので、低いインダクタンスを示す。このため、トランジスタ７０６のベースには、抵抗Ｒ７０５を通じて接地に近い電圧が印加される。このため、トランジスタ７０６のベース電流は殆ど流れず、結果としてトランジスタ７０６のコレクタには電源電圧＋Ｖｃｃと略同じ電圧が出力される。このため、トランジスタ７１１のベースには、抵抗Ｒ７０７、Ｒ７０９及びＲ７１０の直列合成抵抗によって分圧された電圧が印加されることとなる。
【０００９】
抵抗Ｒ７０７、Ｒ７０９及びＲ７１０の値を適切に設定することで、磁石７１２が可飽和コイルＬ７０４に近接していないときにはトランジスタ７１１はオフとなり、磁石７１２が可飽和コイルＬ７０４に近接しているときにはトランジスタ７１１はオンとなるように、磁気スイッチ回路７０１を構成することができる。これが図７（ｃ）の波形である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開昭６１−１７２０７７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
前述の図７にて説明した磁気スイッチ回路７０１は、磁石が発する外部磁界だけで可飽和コイルＬ７０４を飽和させなければならないので、比較的強い磁界を可飽和コイルに与えなければならない。つまり、強い磁石を可飽和コイルＬ７０４に極力近接させなければならず、したがって感度の点で劣る。
【００１２】
本発明はかかる課題を解決し、少ない部品点数で感度の高い磁気スイ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】
【００１３】
上記課題を解決するために、本発明の磁気スイッチは、矩形波を出力する矩形波電圧源と、矩形波電圧源に接続される、ヨークを伴う可飽和コイルと、可飽和コイルに直列接続される参照用コイルと、参照用コイルの端子間電圧の変化を検出する電圧検出部とを具備する。
【００１４】
ヨークを伴う可飽和コイルと参照用コイルを直列接続した回路に対し、矩形波を供給する。矩形波の周期内でヨークに飽和現象を発生させ、その際に発生する参照用コイルの電圧変化を検出する。
従来技術とは異なり、飽和現象を引き起こすために必要な外部磁界は、従来技術より弱くても良いので、感度の高い磁気スイッチを実現できる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明により、少ない部品点数で感度の高い磁気スイッチを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の動作原理を説明するための、磁気検出回路の回路図と波形図である。
【図２】本発明の第一の実施形態に係る磁気スイッチの外観斜視図である。
【図３】本発明の第一の実施形態に係る磁気スイッチのブロック図である。
【図４】磁気検出回路の回路図と、回路の各部の波形図である。
【図５】磁気スイッチの概略図である。
【図６】本発明の第二の実施形態に係る磁気スイッチの回路図と波形図である。
【図７】従来技術の磁気スイッチの回路図と波形図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
［動作原理］
本発明の実施形態を説明する前に、磁気スイッチの動作原理を説明する。
図１（ａ）、（ｂ）、（ｃ）及び（ｄ）本発明の動作原理を説明するための、磁気検出回路の回路図と波形図である。
図１（ａ）は、磁気検出回路１０１の回路図である。
磁気検出回路１０１は、直流電源１０２に、スイッチ１０３と、ヨークを有する可飽和コイルＬ１０４と参照用コイルＬ１０５が直列接続されており、可飽和コイルＬ１０４と参照用コイルＬ１０５にはフリーホイールダイオードＤ１０６が並列接続されている。ヨークの材質は例えばパーマロイやフェライト等、透磁率の高い材料が適している。スイッチ１０３は図示しない制御回路によって、オン時間が制御される。
【００１８】
図１（ｂ）は、磁気検出回路１０１のスイッチ１０３の論理状態を示す波形図である。
図１（ｃ）は、磁気検出回路１０１の可飽和コイルＬ１０４及び参照用コイルＬ１０５に流れる電流の波形図である。
図１（ｄ）は、磁気検出回路１０１の可飽和コイルＬ１０４及び参照用コイルＬ１０５の接続中点に現れる電圧の波形図である。
【００１９】
周知のように、コイルに直流電源１０２を接続すると（図１（ｂ）のｔ１１１〜ｔ１１２）、その瞬間には電流が流れず、電流は徐々に増加していく（図１（ｃ）のｔ１１１〜ｔ１１２）。このことは、直流の観点で考えると、直流抵抗が徐々に低下していく、と考えることができる。
今、仮に磁界を与えない状態の可飽和コイルＬ１０４と参照用コイルＬ１０５が同じインダクタンスであるとする。すると、可飽和コイルＬ１０４と参照用コイルＬ１０５との接続中点には、電源電圧の１／２の電圧が現れる（図１（ｄ）のｔ１１１〜ｔ１１２）。同じインダクタンスであるから、可飽和コイルＬ１０４と参照用コイルＬ１０５の両方共、時間の経過に連れて直流抵抗が減少すると考えることができる。
【００２０】
直流電源１０２を繋げたままにすると、電流が増大して、コイルを焼き切ってしまう虞があるので、ある程度電流が増加したらスイッチ１０３をオフ操作する（図１（ｂ）のｔ１１２〜ｔ１１４）。すると、コイルから逆起電力が発生する（図１（ｄ）のｔ１１２〜ｔ１１３）ので、電流を流して回路素子等の破壊を防ぐために、フリーホイールダイオードＤ１０６が設けられている。このフリーホイールダイオードＤ１０６を通じて、電流は時間の経過に連れて減少する（図１（ｃ）のｔ１１２〜ｔ１１３）。
【００２１】
次に、可飽和コイルＬ１０４に磁界を与えて、同じようにスイッチ１０３をオン操作する（図１（ｂ）のｔ１１４〜ｔ１１６）。なお、この時、可飽和コイルＬ１０４に与える磁界は、可飽和コイルＬ１０４から発生する磁界と同じ方向の磁界を与える。
可飽和コイルＬ１０４には電流の増加と共に磁界が強くなる(図１（ｃ）のｔ１１４〜ｔ１１５）。この、可飽和コイル自体が発生する磁界と磁石が与える磁界が可飽和コイルＬ１０４のヨークを飽和させると、可飽和コイルＬ１０４のインダクタンスはその時点で低下する。すると、この時点で可飽和コイルＬ１０４の直流抵抗は低下したと同じこととなる。このため可飽和コイルＬ１０４と参照コイルに流れる電流は急激に上昇し（図１（ｃ）のｔ１１５〜ｔ１１６）、可飽和コイルＬ１０４と参照コイルの接続中点の電位は上昇する(図１（ｄ）のｔ１１５〜ｔ１１６）。
【００２２】
従来技術である図７の回路と比較すると、本発明の原理は、磁石１０７が発生する外部磁界だけでなく、直流電源１０２によって可飽和コイルＬ１０４に発生する磁界をヨークの飽和に供しているので、弱い外部磁界でも可飽和コイルＬ１０４に飽和現象を生じさせることができることが判る。更に、スイッチ１０３のオン時間を長めに取ることで、僅かな磁界を与えるだけでも飽和現象を生じさせることも可能になる。つまり、スイッチ１０３のオン時間で感度の調節が可能になる。
【００２３】
スイッチ１０３のオン時間とは、パルス電源の周期、つまり周波数である。
更に、可飽和コイルＬ１０４が生じる磁界に対して磁石が与える磁界の向きが逆である場合は、飽和現象が起きないか、起き難くなる。つまり、本発明の磁気検出回路１０１は極性を有し、磁界の向きに対応する。
【００２４】
［第一の実施形態・外観と内部構成］
図２は、本発明の第一の実施形態に係る磁気スイッチの外観斜視図である。
磁気スイッチ２０１は樹脂モールドされており、検出突起２０１ａには可飽和コイルＬ１０４が埋め込まれている。検出突起２０１ａに磁石１０７を近接させると、ケーブル２０２を通じてオン出力が得られる。
【００２５】
図３は、磁気スイッチ２０１のブロック図である。
ヨーク３０１を有する可飽和コイルＬ１０４は磁気検出回路３０２に接続されている。この可飽和コイルＬ１０４と磁気検出回路３０２は共に樹脂モールドされる。ヨーク３０１の端面が、検出突起２０１ａに嵌る。
なお、図２の形状はあくまで一例であり、後述する回路の構成を見て判るように、回路構成上、磁気スイッチ２０１の実装形態を妨げる要因は見当たらないので、磁気スイッチ２０１の実装形態は極めて自由である。
図３では可飽和コイルＬ１０４を磁気検出回路３０２とは別に記載しているが、可飽和コイルＬ１０４も磁気検出回路３０２の構成要素である。
【００２６】
［回路と動作］
図４（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）及び（ｅ）は、磁気検出回路３０２の回路図と、回路の各部の波形図である。
図４（ａ）は磁気検出回路３０２の回路図である。
パルス信号源４０１はＰチャネル型のＭＯＳ−ＦＥＴであるＦＥＴ４０２のゲートに入力される。ＦＥＴ４０２のソースは電源電圧＋Ｖｃｃに接続されている。ＦＥＴ４０２のドレインには、可飽和コイルＬ１０４と参照用コイルＬ１０５が直列接続され、参照用コイルＬ１０５のもう一方の端子は接地されている。また、ＦＥＴ４０２のドレインにはフリーホイールダイオードＤ１０６も接続されている。
【００２７】
可飽和コイルＬ１０４と参照用コイルＬ１０５の接続中点には、コンパレータ４０３の正極端子が接続されている。コンパレータ４０３の負極端子には抵抗Ｒ４０４とＲ４０５で電源電圧＋Ｖｃｃを分圧した参照電圧Ｖｒｅｆが印加される。
パルス信号源４０１の出力信号はＤフリップフロップ（以下「Ｄ−ＦＦ」）４０６のＣｐ端子にも供給される。Ｄ−ＦＦ４０６のＤ端子にはコンパレータ４０３の出力端子が接続される。
Ｄ−ＦＦ４０６のＱ端子には、抵抗Ｒ４０７を介してオープンコレクタのトランジスタ４０８のベースが接続される。
【００２８】
図４（ｂ）はパルス信号源４０１の出力信号の波形図である。
図４（ｃ）は可飽和コイルＬ１０４と参照用コイルＬ１０５との中点の電位の波形図である。
図４（ｄ）はコンパレータ４０３の出力電圧の波形図である。
図４（ｅ）はＤ−ＦＦ４０６のＱ端子の波形図である。
【００２９】
ＦＥＴ４０２は、パルス信号源４０１の電位が低電位の時にオン動作し、パルス信号源４０１の電位が高電位の時にオフ動作する。
可飽和コイルＬ１０４に正方向の磁界が印加されていない状態（時点ｔ４１３以前）では、可飽和コイルＬ１０４には飽和現象が起きないので、可飽和コイルＬ１０４と参照用コイルＬ１０５との中点の電位は参照電圧Ｖｒｅｆを超えない（図４（ｃ）の時点ｔ４１１〜ｔ４１２）。
【００３０】
これに対し、可飽和コイルＬ１０４に所定の強さの正方向の磁界が印加されている状態（時点ｔ４１３以降）では、可飽和コイルＬ１０４に飽和現象が起きるように、パルス信号源４０１の周期が決定されているので、可飽和コイルＬ１０４と参照用コイルＬ１０５との中点の電位は参照電圧Ｖｒｅｆを超える（図４（ｃ）の時点ｔ４１５〜ｔ４１６）。
【００３１】
コンパレータ４０３は、この可飽和コイルＬ１０４と参照用コイルＬ１０５との中点の電位を参照電圧Ｖｒｅｆと比較し、飽和現象が起きたときの電位を捉えて出力する（図４（ｄ）の時点ｔ４１５〜ｔ４１６）。
Ｄ−ＦＦ４０６はＣｐ端子のアップエッジ（図４（ｂ）のＰ４２１及びＰ４２２）のＤ端子の論理（図４（ｄ）のＰ４２３及びＰ４２４）をホールドするので、可飽和コイルＬ１０４に正方向の外部磁界が印加されていないときには論理の「偽」となる低電位を出力し（図４（ｅ）のＰ４２５）、可飽和コイルＬ１０４に正方向の外部磁界が印加されているときには論理の「真」となる高電位を出力する（図４（ｅ）のＰ４２６）。
【００３２】
図４（ａ）の磁気検出回路３０２の構成要素のうち、コンパレータ４０３と参照用電圧源（抵抗Ｒ４０４及びＲ４０５）は、参照用コイルＬ１０５の端子間電圧の変化を検出するための電圧検出部を構成する。
【００３３】
図４（ａ）の磁気検出回路３０２のうち、パルス信号源４０１、コンパレータ４０３、参照用電圧源（抵抗Ｒ４０４及びＲ４０５）及びＤ−ＦＦ４０６は、マイコンによる置換が可能である。可飽和コイルＬ１０４と参照用コイルＬ１０５との中点の電位を計測し、可飽和コイルＬ１０４が飽和した際の電位の変化を捉えることが出来ればよいので、必ずしもコンパレータ４０３を用いなくても良い。一例として、可飽和コイルＬ１０４と参照用コイルＬ１０５との中点をＡ／Ｄ変換器にてデジタル値に変換した後、数値比較をする、という手法が考えられる。この場合、Ａ／Ｄ変換器が電圧検出部を構成するといえる。
【００３４】
また、パルス信号源４０１及びＤ−ＦＦ４０６もマイコンのプログラムで実現可能である。
パルス信号源４０１はマイコンの動作クロックを計数して出力することで実現できるので、前述の通り、所望の感度を実現するためにパルスの幅を調整することも容易に実現できる。
【００３５】
本実施形態の磁気スイッチ２０１を構成する要素の条件について説明する。
本実施形態の磁気スイッチ２０１を構成する要素は、矩形波電圧源（ＦＥＴ４０２及び直流電圧＋Ｖｃｃ）と、ヨークを有する可飽和コイルＬ１０４と、参照用コイルＬ１０５と、フリーホイールダイオードＤ１０６と、電圧検出部（コンパレータ４０３と参照用電圧源）である。
【００３６】
矩形波電圧源は、可飽和コイルＬ１０４と参照用コイルＬ１０５に一定の直流電圧を所定時間だけ与えなければならないので、矩形波電圧源でなければならない。正弦波や鋸歯状波等の、時間の経過と共に電圧が連続的に変化するような電圧源は利用できない。
可飽和コイルＬ１０４は、飽和現象を引き起こす必要があるので、ヨークが必須である。
参照用コイルＬ１０５は、可飽和コイルＬ１０４と同様に、電流の増加と共に直流抵抗が減少する現象を生じなければならないので、必ずコイルでなければならない。但し、そのインダクタンスは可飽和コイルＬ１０４と同じでなくても良い。また、ヨークはあってもなくても良いが、飽和現象が生じないためにもヨークはない方が望ましい。仮にヨークを用いる場合は、可飽和コイルＬ１０４に及ぶ外部磁界の影響が及ばないように、参照用コイルＬ１０５を磁気シールドさせるか、可飽和コイルＬ１０４から十分離間させる必要が生じる。
電圧検出部は、可飽和コイルＬ１０４が飽和していない状態と、飽和している状態の、参照用コイルＬ１０５の端子間電圧の変化を捉えることが出来れば良い。
【００３７】
［極性について］
図７に示した従来技術の可飽和コイルＬ７０４は、外部磁界のみで飽和現象を引き起こしていた。これに対し、本実施形態の磁気スイッチ２０１は、矩形波の電圧を可飽和コイルＬ１０４に印加することによって可飽和コイルＬ１０４に発生する磁界に加えて、外部磁界が影響することで、可飽和コイルＬ１０４の飽和現象が生じる。つまり、飽和現象を引き起こすために必要な外部磁界は、従来技術より弱くても良い。その代わり、可飽和コイルＬ１０４に流れる電流によって生じる磁界と同じ方向の磁界を与えないと、飽和現象が現れない。このため、本実施形態の磁気スイッチ２０１は、外部磁界の極性が感度に影響する。
【００３８】
図５（ａ）及び（ｂ）は、磁気スイッチ２０１の概略図である。
図５（ａ）の磁気スイッチ５０１ａは、可飽和コイルＬ１０４ａが磁気検出回路３０２に接続されている。
図５（ｂ）の磁気スイッチ５０１ｂは、可飽和コイルＬ１０４ａの巻線方向とは逆巻きの可飽和コイルＬ１０４ｂが磁気検出回路３０２に接続されている。
全く同じ磁気検出回路３０２に巻線方向が逆の可飽和コイルを接続すると、逆極性の磁界に反応する磁気スイッチを構成することができる。このように、磁気スイッチに対して容易に極性を持たせることができるので、例えばＮ極及びＳ極を備える磁石を所定の移動方向にて走査して、磁石の移動方向を検出する等の応用が考えられる。
【００３９】
［第二の実施形態・回路構成と動作］
図２乃至図４に示した、第一の実施形態に係る磁気スイッチ２０１は、複数並列に接続して走査することもできる。
図６（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）及び（ｅ）は、第二の実施形態に係る磁気スイッチの回路図と、波形図である。
図６（ａ）は、磁気スイッチ６０１の回路図である。一見して判るように、磁気スイッチ６０１は第一の実施形態の磁気スイッチ２０１の、ＦＥＴ４０２と可飽和コイルＬ１０４とフリーホイールダイオードＤ１０６が複数並べられている。そして、複数の可飽和コイルＬ１０４は一つの参照用コイルＬ１０５に接続されている。
【００４０】
図６（ｂ）は第一ＦＥＴ４０２ａのゲートの電圧波形である。
図６（ｃ）は第二ＦＥＴ４０２ｂのゲートの電圧波形である。
図６（ｄ）は第ｎＦＥＴ４０２ｎのゲートの電圧波形である。
図６（ｅ）は参照用コイルＬ１０５の電圧波形である。
マイコン６０２は第一ＦＥＴ４０２ａ、第二ＦＥＴ４０２ｂ…第ｎＦＥＴ４０２ｎに対し、順番にパルス状の信号を印加する（図６（ｂ）、（ｃ）及び（ｄ））。そして、参照用コイルＬ１０５の電圧を計測する（図６（ｅ））ことで、可飽和コイルＬ６０４ａ、Ｌ６０４ｂ…Ｌ６０４ｎの、どの可飽和コイルが飽和したかが判る。
磁気スイッチ６０１を構成する回路要素のうち、第一ＦＥＴ４０２ａは第一の矩形波電圧源ともいえる。同様に、第二ＦＥＴ４０２ｂは第二の矩形波電圧源、第ｎＦＥＴ４０２ｎは第ｎの矩形波電圧源ともいえる。
【００４１】
第二の実施形態に係る磁気スイッチ６０１は、例えば、特許文献１に記される、移動体の位置を検出するための非接触スイッチとしての利用の他、メンブレンスイッチやメカニカルスイッチが使用できない、水中等の特殊な環境下に用いるキーボード用のスイッチとしての利用が考えられる。
【００４２】
上述の実施形態の他、以下のような応用例が考えられる。
（１）スイッチに印加される電圧は電源電圧であったが、これは必ずしも電源電圧である必要はない。これら素子に印加する電圧をどのように決定するかは設計的事項である。
【００４３】
（２）ヨーク３０１はパーマロイであったが、透磁率が高く、且つ飽和磁束密度の小さい材料であればこれに限られない。例えば、アモルファス合金等が挙げられる。また、前述のように本実施形態の磁気スイッチ２０１は感度が高いので、フェライトのように飽和磁束密度が多少高くても実用に耐え得る。
【００４４】
本実施形態では、磁気スイッチを開示した。
ヨークを伴う可飽和コイルＬ１０４と参照用コイルＬ１０５を直列接続した回路に対し、矩形波を供給する。矩形波の周期内でヨークに飽和現象を発生させ、その際に発生する参照用コイルＬ１０５の電圧変化を検出する。
従来技術とは異なり、飽和現象を引き起こすために必要な外部磁界は、従来技術より弱くても良いので、感度の高い磁気スイッチを実現できる。
【００４５】
以上、本発明の実施形態例について説明したが、本発明は上記実施形態例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した本発明の要旨を逸脱しない限りにおいて、他の変形例、応用例を含む。
【符号の説明】
【００４６】
１０１…磁気検出回路、１０２…直流電源、１０３…スイッチ、Ｌ１０４…可飽和コイル、Ｌ１０４ａ…可飽和コイル、Ｌ１０４ｂ…可飽和コイル、Ｌ１０５…参照用コイル、Ｄ１０６…フリーホイールダイオード、１０７…磁石、２０１…磁気スイッチ、２０１ａ…検出突起、２０２…ケーブル、３０１…ヨーク、３０２…磁気検出回路、４０１…パルス信号源、４０２…ＦＥＴ、４０２ａ…第一ＦＥＴ、４０２ｂ…第二ＦＥＴ、４０２ｎ…第ｎＦＥＴ、４０３…コンパレータ、Ｒ４０４…抵抗、４０６…Ｄフリップフロップ、Ｒ４０７…抵抗、４０８…トランジスタ、５０１ａ…磁気スイッチ、５０１ｂ…磁気スイッチ、６０１…磁気スイッチ、６０２…マイコン、Ｌ６０４ａ…可飽和コイル、７０１…磁気スイッチ回路、７０２…交流電圧源、Ｒ７０３…抵抗、Ｌ７０４…可飽和コイル、Ｒ７０５…抵抗、７０６…トランジスタ、Ｒ７０７…抵抗、Ｃ７０８…コンデンサ、Ｒ７０９…抵抗、Ｒ７１０…抵抗、７１１…トランジスタ、７１２…磁石
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁気スイッチに関する。
より詳細には、従来技術より磁気検出性能等を改善した、磁石を近接することでオン或はオフ動作する、機械接点を有しない磁気スイッチに関する。
【背景技術】
【０００２】
出願人は、可飽和コイルを用いるアクティブ型磁気スイッチを製造販売している。以下、このアクティブ型磁気スイッチの動作原理について説明する。
【０００３】
図７（ａ）、（ｂ）及び（ｃ）は、特許文献１に開示される磁気スイッチの回路図と、回路の諸特性を説明するグラフである。
図７（ａ）は磁気スイッチの原理を説明する回路図であり、図７（ｂ）は図７（ａ）の回路のトランジスタ７０６のベースの電圧を示すグラフであり、図７（ｃ）は図７（ａ）の回路のトランジスタ７１１のコレクタの電圧を示すグラフである。
【０００４】
図７（ａ）を参照して、磁気スイッチ回路７０１の構成を説明する。
交流電圧源７０２には抵抗Ｒ７０３とヨークを有する可飽和コイルＬ７０４が直列接続されており、可飽和コイルＬ７０４と交流電圧源７０２との接続点は接地されている。
抵抗Ｒ７０３と可飽和コイルＬ７０４との接続点には、抵抗Ｒ７０５を介してＮＰＮトランジスタであるトランジスタ７０６のベースが接続されている。トランジスタ７０６のコレクタは抵抗Ｒ７０７を通じて電源電圧＋Ｖｃｃにてプルアップされている。一方、トランジスタ７０６のエミッタは接地されている。したがって、トランジスタ７０６がオン動作すると、コレクタの電圧はゼロになる。
【０００５】
トランジスタ７０６のコレクタには、コンデンサＣ７０８が接続されている。このコンデンサＣ７０８のもう一方の端子は接地されている。
トランジスタ７０６のコレクタとコンデンサＣ７０８との接続点には、抵抗Ｒ７０９を介してＮＰＮトランジスタであるトランジスタ７１１のベースが接続されている。トランジスタ７１１のベースには抵抗Ｒ７１０が接続され、抵抗Ｒ７１０のもう一方の端子は接地されている。抵抗Ｒ７１０はコンデンサＣ７０８の放電の役割を果たす。トランジスタ７１１のエミッタは接地されている。
トランジスタ７１１のコレクタは磁気スイッチの出力端子となる。つまり、トランジスタ７１１はオープンコレクタ出力を構成する。
【０００６】
図７（ｂ）及び（ｃ）を参照して、図７（ａ）の磁気スイッチ回路７０１の動作を説明する。
図７（ｂ）の時刻ｔ７１３より以前は、可飽和コイルＬ７０４に磁石７１２が近接していない状態の、トランジスタ７０６のベースの電圧波形であり、時刻ｔ７１３以降は、可飽和コイルＬ７０４に磁石７１２が近接している状態の、トランジスタ７０６のベースの電圧波形である。
図７（ｃ）の時刻ｔ７１３より以前は、可飽和コイルＬ７０４に磁石７１２が近接していない状態の、トランジスタ７１１のコレクタの電圧波形であり、時刻ｔ７１３以降は、可飽和コイルＬ７０４に磁石７１２が近接している状態の、トランジスタ７１１のコレクタの電圧波形である。なお、図７（ａ）ではトランジスタ７１１はオープンコレクタとなっているので、図７（ｃ）はトランジスタ７１１のコレクタに所定の電圧が印加された状態における電圧波形である。
【０００７】
可飽和コイルＬ７０４に磁石７１２が近接していない状態では、可飽和コイルＬ７０４はヨークが飽和していないので、高いインダクタンスを示す。このため、トランジスタ７０６のベースには、抵抗Ｒ７０５を通じて交流電圧源７０２の電圧が抵抗Ｒ７０３と可飽和コイルＬ７０４によって分圧された交流電圧が印加される。トランジスタのベース−エミッタ間は片方向にのみ電流を流すので、トランジスタ７０６のコレクタには図７（ｂ）の波形の半波整流された電圧が出力される。
半波整流された電圧は、コンデンサＣ７０８及び抵抗Ｒ７０９で構成される積分回路によって積分される。その結果、抵抗Ｒ７０９から出力される電位は低くなる。そして、この電圧はトランジスタ７１１のベースに入力される。
【０００８】
一方、可飽和コイルＬ７０４に磁石７１２が近接している状態では、可飽和コイルＬ７０４はヨークが飽和しているので、低いインダクタンスを示す。このため、トランジスタ７０６のベースには、抵抗Ｒ７０５を通じて接地に近い電圧が印加される。このため、トランジスタ７０６のベース電流は殆ど流れず、結果としてトランジスタ７０６のコレクタには電源電圧＋Ｖｃｃと略同じ電圧が出力される。このため、トランジスタ７１１のベースには、抵抗Ｒ７０７、Ｒ７０９及びＲ７１０の直列合成抵抗によって分圧された電圧が印加されることとなる。
【０００９】
抵抗Ｒ７０７、Ｒ７０９及びＲ７１０の値を適切に設定することで、磁石７１２が可飽和コイルＬ７０４に近接していないときにはトランジスタ７１１はオフとなり、磁石７１２が可飽和コイルＬ７０４に近接しているときにはトランジスタ７１１はオンとなるように、磁気スイッチ回路７０１を構成することができる。これが図７（ｃ）の波形である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開昭６１−１７２０７７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
前述の図７にて説明した磁気スイッチ回路７０１は、磁石が発する外部磁界だけで可飽和コイルＬ７０４を飽和させなければならないので、比較的強い磁界を可飽和コイルに与えなければならない。つまり、強い磁石を可飽和コイルＬ７０４に極力近接させなければならず、したがって感度の点で劣る。
【００１２】
本発明はかかる課題を解決し、少ない部品点数で感度の高い磁気スイ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】
【００１３】
上記課題を解決するために、本発明の磁気スイッチは、矩形波を出力する矩形波電圧源と、矩形波電圧源に接続される、ヨークを伴う可飽和コイルと、可飽和コイルに直列接続される参照用コイルと、参照用コイルの端子間電圧の変化を検出する電圧検出部とを具備する。
【００１４】
ヨークを伴う可飽和コイルと参照用コイルを直列接続した回路に対し、矩形波を供給する。矩形波の周期内でヨークに飽和現象を発生させ、その際に発生する参照用コイルの電圧変化を検出する。
従来技術とは異なり、飽和現象を引き起こすために必要な外部磁界は、従来技術より弱くても良いので、感度の高い磁気スイッチを実現できる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明により、少ない部品点数で感度の高い磁気スイッチを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の動作原理を説明するための、磁気検出回路の回路図と波形図である。
【図２】本発明の第一の実施形態に係る磁気スイッチの外観斜視図である。
【図３】本発明の第一の実施形態に係る磁気スイッチのブロック図である。
【図４】磁気検出回路の回路図と、回路の各部の波形図である。
【図５】磁気スイッチの概略図である。
【図６】本発明の第二の実施形態に係る磁気スイッチの回路図と波形図である。
【図７】従来技術の磁気スイッチの回路図と波形図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
［動作原理］
本発明の実施形態を説明する前に、磁気スイッチの動作原理を説明する。
図１（ａ）、（ｂ）、（ｃ）及び（ｄ）本発明の動作原理を説明するための、磁気検出回路の回路図と波形図である。
図１（ａ）は、磁気検出回路１０１の回路図である。
磁気検出回路１０１は、直流電源１０２に、スイッチ１０３と、ヨークを有する可飽和コイルＬ１０４と参照用コイルＬ１０５が直列接続されており、可飽和コイルＬ１０４と参照用コイルＬ１０５にはフリーホイールダイオードＤ１０６が並列接続されている。ヨークの材質は例えばパーマロイやフェライト等、透磁率の高い材料が適している。スイッチ１０３は図示しない制御回路によって、オン時間が制御される。
【００１８】
図１（ｂ）は、磁気検出回路１０１のスイッチ１０３の論理状態を示す波形図である。
図１（ｃ）は、磁気検出回路１０１の可飽和コイルＬ１０４及び参照用コイルＬ１０５に流れる電流の波形図である。
図１（ｄ）は、磁気検出回路１０１の可飽和コイルＬ１０４及び参照用コイルＬ１０５の接続中点に現れる電圧の波形図である。
【００１９】
周知のように、コイルに直流電源１０２を接続すると（図１（ｂ）のｔ１１１〜ｔ１１２）、その瞬間には電流が流れず、電流は徐々に増加していく（図１（ｃ）のｔ１１１〜ｔ１１２）。このことは、直流の観点で考えると、直流抵抗が徐々に低下していく、と考えることができる。
今、仮に磁界を与えない状態の可飽和コイルＬ１０４と参照用コイルＬ１０５が同じインダクタンスであるとする。すると、可飽和コイルＬ１０４と参照用コイルＬ１０５との接続中点には、電源電圧の１／２の電圧が現れる（図１（ｄ）のｔ１１１〜ｔ１１２）。同じインダクタンスであるから、可飽和コイルＬ１０４と参照用コイルＬ１０５の両方共、時間の経過に連れて直流抵抗が減少すると考えることができる。
【００２０】
直流電源１０２を繋げたままにすると、電流が増大して、コイルを焼き切ってしまう虞があるので、ある程度電流が増加したらスイッチ１０３をオフ操作する（図１（ｂ）のｔ１１２〜ｔ１１４）。すると、コイルから逆起電力が発生する（図１（ｄ）のｔ１１２〜ｔ１１３）ので、電流を流して回路素子等の破壊を防ぐために、フリーホイールダイオードＤ１０６が設けられている。このフリーホイールダイオードＤ１０６を通じて、電流は時間の経過に連れて減少する（図１（ｃ）のｔ１１２〜ｔ１１３）。
【００２１】
次に、可飽和コイルＬ１０４に磁界を与えて、同じようにスイッチ１０３をオン操作する（図１（ｂ）のｔ１１４〜ｔ１１６）。なお、この時、可飽和コイルＬ１０４に与える磁界は、可飽和コイルＬ１０４から発生する磁界と同じ方向の磁界を与える。
可飽和コイルＬ１０４には電流の増加と共に磁界が強くなる(図１（ｃ）のｔ１１４〜ｔ１１５）。この、可飽和コイル自体が発生する磁界と磁石が与える磁界が可飽和コイルＬ１０４のヨークを飽和させると、可飽和コイルＬ１０４のインダクタンスはその時点で低下する。すると、この時点で可飽和コイルＬ１０４の直流抵抗は低下したと同じこととなる。このため可飽和コイルＬ１０４と参照コイルに流れる電流は急激に上昇し（図１（ｃ）のｔ１１５〜ｔ１１６）、可飽和コイルＬ１０４と参照コイルの接続中点の電位は上昇する(図１（ｄ）のｔ１１５〜ｔ１１６）。
【００２２】
従来技術である図７の回路と比較すると、本発明の原理は、磁石１０７が発生する外部磁界だけでなく、直流電源１０２によって可飽和コイルＬ１０４に発生する磁界をヨークの飽和に供しているので、弱い外部磁界でも可飽和コイルＬ１０４に飽和現象を生じさせることができることが判る。更に、スイッチ１０３のオン時間を長めに取ることで、僅かな磁界を与えるだけでも飽和現象を生じさせることも可能になる。つまり、スイッチ１０３のオン時間で感度の調節が可能になる。
【００２３】
スイッチ１０３のオン時間とは、パルス電源の周期、つまり周波数である。
更に、可飽和コイルＬ１０４が生じる磁界に対して磁石が与える磁界の向きが逆である場合は、飽和現象が起きないか、起き難くなる。つまり、本発明の磁気検出回路１０１は極性を有し、磁界の向きに対応する。
【００２４】
［第一の実施形態・外観と内部構成］
図２は、本発明の第一の実施形態に係る磁気スイッチの外観斜視図である。
磁気スイッチ２０１は樹脂モールドされており、検出突起２０１ａには可飽和コイルＬ１０４が埋め込まれている。検出突起２０１ａに磁石１０７を近接させると、ケーブル２０２を通じてオン出力が得られる。
【００２５】
図３は、磁気スイッチ２０１のブロック図である。
ヨーク３０１を有する可飽和コイルＬ１０４は磁気検出回路３０２に接続されている。この可飽和コイルＬ１０４と磁気検出回路３０２は共に樹脂モールドされる。ヨーク３０１の端面が、検出突起２０１ａに嵌る。
なお、図２の形状はあくまで一例であり、後述する回路の構成を見て判るように、回路構成上、磁気スイッチ２０１の実装形態を妨げる要因は見当たらないので、磁気スイッチ２０１の実装形態は極めて自由である。
図３では可飽和コイルＬ１０４を磁気検出回路３０２とは別に記載しているが、可飽和コイルＬ１０４も磁気検出回路３０２の構成要素である。
【００２６】
［回路と動作］
図４（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）及び（ｅ）は、磁気検出回路３０２の回路図と、回路の各部の波形図である。
図４（ａ）は磁気検出回路３０２の回路図である。
パルス信号源４０１はＰチャネル型のＭＯＳ−ＦＥＴであるＦＥＴ４０２のゲートに入力される。ＦＥＴ４０２のソースは電源電圧＋Ｖｃｃに接続されている。ＦＥＴ４０２のドレインには、可飽和コイルＬ１０４と参照用コイルＬ１０５が直列接続され、参照用コイルＬ１０５のもう一方の端子は接地されている。また、ＦＥＴ４０２のドレインにはフリーホイールダイオードＤ１０６も接続されている。
【００２７】
可飽和コイルＬ１０４と参照用コイルＬ１０５の接続中点には、コンパレータ４０３の正極端子が接続されている。コンパレータ４０３の負極端子には抵抗Ｒ４０４とＲ４０５で電源電圧＋Ｖｃｃを分圧した参照電圧Ｖｒｅｆが印加される。
パルス信号源４０１の出力信号はＤフリップフロップ（以下「Ｄ−ＦＦ」）４０６のＣｐ端子にも供給される。Ｄ−ＦＦ４０６のＤ端子にはコンパレータ４０３の出力端子が接続される。
Ｄ−ＦＦ４０６のＱ端子には、抵抗Ｒ４０７を介してオープンコレクタのトランジスタ４０８のベースが接続される。
【００２８】
図４（ｂ）はパルス信号源４０１の出力信号の波形図である。
図４（ｃ）は可飽和コイルＬ１０４と参照用コイルＬ１０５との中点の電位の波形図である。
図４（ｄ）はコンパレータ４０３の出力電圧の波形図である。
図４（ｅ）はＤ−ＦＦ４０６のＱ端子の波形図である。
【００２９】
ＦＥＴ４０２は、パルス信号源４０１の電位が低電位の時にオン動作し、パルス信号源４０１の電位が高電位の時にオフ動作する。
可飽和コイルＬ１０４に正方向の磁界が印加されていない状態（時点ｔ４１３以前）では、可飽和コイルＬ１０４には飽和現象が起きないので、可飽和コイルＬ１０４と参照用コイルＬ１０５との中点の電位は参照電圧Ｖｒｅｆを超えない（図４（ｃ）の時点ｔ４１１〜ｔ４１２）。
【００３０】
これに対し、可飽和コイルＬ１０４に所定の強さの正方向の磁界が印加されている状態（時点ｔ４１３以降）では、可飽和コイルＬ１０４に飽和現象が起きるように、パルス信号源４０１の周期が決定されているので、可飽和コイルＬ１０４と参照用コイルＬ１０５との中点の電位は参照電圧Ｖｒｅｆを超える（図４（ｃ）の時点ｔ４１５〜ｔ４１６）。
【００３１】
コンパレータ４０３は、この可飽和コイルＬ１０４と参照用コイルＬ１０５との中点の電位を参照電圧Ｖｒｅｆと比較し、飽和現象が起きたときの電位を捉えて出力する（図４（ｄ）の時点ｔ４１５〜ｔ４１６）。
Ｄ−ＦＦ４０６はＣｐ端子のアップエッジ（図４（ｂ）のＰ４２１及びＰ４２２）のＤ端子の論理（図４（ｄ）のＰ４２３及びＰ４２４）をホールドするので、可飽和コイルＬ１０４に正方向の外部磁界が印加されていないときには論理の「偽」となる低電位を出力し（図４（ｅ）のＰ４２５）、可飽和コイルＬ１０４に正方向の外部磁界が印加されているときには論理の「真」となる高電位を出力する（図４（ｅ）のＰ４２６）。
【００３２】
図４（ａ）の磁気検出回路３０２の構成要素のうち、コンパレータ４０３と参照用電圧源（抵抗Ｒ４０４及びＲ４０５）は、参照用コイルＬ１０５の端子間電圧の変化を検出するための電圧検出部を構成する。
【００３３】
図４（ａ）の磁気検出回路３０２のうち、パルス信号源４０１、コンパレータ４０３、参照用電圧源（抵抗Ｒ４０４及びＲ４０５）及びＤ−ＦＦ４０６は、マイコンによる置換が可能である。可飽和コイルＬ１０４と参照用コイルＬ１０５との中点の電位を計測し、可飽和コイルＬ１０４が飽和した際の電位の変化を捉えることが出来ればよいので、必ずしもコンパレータ４０３を用いなくても良い。一例として、可飽和コイルＬ１０４と参照用コイルＬ１０５との中点をＡ／Ｄ変換器にてデジタル値に変換した後、数値比較をする、という手法が考えられる。この場合、Ａ／Ｄ変換器が電圧検出部を構成するといえる。
【００３４】
また、パルス信号源４０１及びＤ−ＦＦ４０６もマイコンのプログラムで実現可能である。
パルス信号源４０１はマイコンの動作クロックを計数して出力することで実現できるので、前述の通り、所望の感度を実現するためにパルスの幅を調整することも容易に実現できる。
【００３５】
本実施形態の磁気スイッチ２０１を構成する要素の条件について説明する。
本実施形態の磁気スイッチ２０１を構成する要素は、矩形波電圧源（ＦＥＴ４０２及び直流電圧＋Ｖｃｃ）と、ヨークを有する可飽和コイルＬ１０４と、参照用コイルＬ１０５と、フリーホイールダイオードＤ１０６と、電圧検出部（コンパレータ４０３と参照用電圧源）である。
【００３６】
矩形波電圧源は、可飽和コイルＬ１０４と参照用コイルＬ１０５に一定の直流電圧を所定時間だけ与えなければならないので、矩形波電圧源でなければならない。正弦波や鋸歯状波等の、時間の経過と共に電圧が連続的に変化するような電圧源は利用できない。
可飽和コイルＬ１０４は、飽和現象を引き起こす必要があるので、ヨークが必須である。
参照用コイルＬ１０５は、可飽和コイルＬ１０４と同様に、電流の増加と共に直流抵抗が減少する現象を生じなければならないので、必ずコイルでなければならない。但し、そのインダクタンスは可飽和コイルＬ１０４と同じでなくても良い。また、ヨークはあってもなくても良いが、飽和現象が生じないためにもヨークはない方が望ましい。仮にヨークを用いる場合は、可飽和コイルＬ１０４に及ぶ外部磁界の影響が及ばないように、参照用コイルＬ１０５を磁気シールドさせるか、可飽和コイルＬ１０４から十分離間させる必要が生じる。
電圧検出部は、可飽和コイルＬ１０４が飽和していない状態と、飽和している状態の、参照用コイルＬ１０５の端子間電圧の変化を捉えることが出来れば良い。
【００３７】
［極性について］
図７に示した従来技術の可飽和コイルＬ７０４は、外部磁界のみで飽和現象を引き起こしていた。これに対し、本実施形態の磁気スイッチ２０１は、矩形波の電圧を可飽和コイルＬ１０４に印加することによって可飽和コイルＬ１０４に発生する磁界に加えて、外部磁界が影響することで、可飽和コイルＬ１０４の飽和現象が生じる。つまり、飽和現象を引き起こすために必要な外部磁界は、従来技術より弱くても良い。その代わり、可飽和コイルＬ１０４に流れる電流によって生じる磁界と同じ方向の磁界を与えないと、飽和現象が現れない。このため、本実施形態の磁気スイッチ２０１は、外部磁界の極性が感度に影響する。
【００３８】
図５（ａ）及び（ｂ）は、磁気スイッチ２０１の概略図である。
図５（ａ）の磁気スイッチ５０１ａは、可飽和コイルＬ１０４ａが磁気検出回路３０２に接続されている。
図５（ｂ）の磁気スイッチ５０１ｂは、可飽和コイルＬ１０４ａの巻線方向とは逆巻きの可飽和コイルＬ１０４ｂが磁気検出回路３０２に接続されている。
全く同じ磁気検出回路３０２に巻線方向が逆の可飽和コイルを接続すると、逆極性の磁界に反応する磁気スイッチを構成することができる。このように、磁気スイッチに対して容易に極性を持たせることができるので、例えばＮ極及びＳ極を備える磁石を所定の移動方向にて走査して、磁石の移動方向を検出する等の応用が考えられる。
【００３９】
［第二の実施形態・回路構成と動作］
図２乃至図４に示した、第一の実施形態に係る磁気スイッチ２０１は、複数並列に接続して走査することもできる。
図６（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）及び（ｅ）は、第二の実施形態に係る磁気スイッチの回路図と、波形図である。
図６（ａ）は、磁気スイッチ６０１の回路図である。一見して判るように、磁気スイッチ６０１は第一の実施形態の磁気スイッチ２０１の、ＦＥＴ４０２と可飽和コイルＬ１０４とフリーホイールダイオードＤ１０６が複数並べられている。そして、複数の可飽和コイルＬ１０４は一つの参照用コイルＬ１０５に接続されている。
【００４０】
図６（ｂ）は第一ＦＥＴ４０２ａのゲートの電圧波形である。
図６（ｃ）は第二ＦＥＴ４０２ｂのゲートの電圧波形である。
図６（ｄ）は第ｎＦＥＴ４０２ｎのゲートの電圧波形である。
図６（ｅ）は参照用コイルＬ１０５の電圧波形である。
マイコン６０２は第一ＦＥＴ４０２ａ、第二ＦＥＴ４０２ｂ…第ｎＦＥＴ４０２ｎに対し、順番にパルス状の信号を印加する（図６（ｂ）、（ｃ）及び（ｄ））。そして、参照用コイルＬ１０５の電圧を計測する（図６（ｅ））ことで、可飽和コイルＬ６０４ａ、Ｌ６０４ｂ…Ｌ６０４ｎの、どの可飽和コイルが飽和したかが判る。
磁気スイッチ６０１を構成する回路要素のうち、第一ＦＥＴ４０２ａは第一の矩形波電圧源ともいえる。同様に、第二ＦＥＴ４０２ｂは第二の矩形波電圧源、第ｎＦＥＴ４０２ｎは第ｎの矩形波電圧源ともいえる。
【００４１】
第二の実施形態に係る磁気スイッチ６０１は、例えば、特許文献１に記される、移動体の位置を検出するための非接触スイッチとしての利用の他、メンブレンスイッチやメカニカルスイッチが使用できない、水中等の特殊な環境下に用いるキーボード用のスイッチとしての利用が考えられる。
【００４２】
上述の実施形態の他、以下のような応用例が考えられる。
（１）スイッチに印加される電圧は電源電圧であったが、これは必ずしも電源電圧である必要はない。これら素子に印加する電圧をどのように決定するかは設計的事項である。
【００４３】
（２）ヨーク３０１はパーマロイであったが、透磁率が高く、且つ飽和磁束密度の小さい材料であればこれに限られない。例えば、アモルファス合金等が挙げられる。また、前述のように本実施形態の磁気スイッチ２０１は感度が高いので、フェライトのように飽和磁束密度が多少高くても実用に耐え得る。
【００４４】
本実施形態では、磁気スイッチを開示した。
ヨークを伴う可飽和コイルＬ１０４と参照用コイルＬ１０５を直列接続した回路に対し、矩形波を供給する。矩形波の周期内でヨークに飽和現象を発生させ、その際に発生する参照用コイルＬ１０５の電圧変化を検出する。
従来技術とは異なり、飽和現象を引き起こすために必要な外部磁界は、従来技術より弱くても良いので、感度の高い磁気スイッチを実現できる。
【００４５】
以上、本発明の実施形態例について説明したが、本発明は上記実施形態例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した本発明の要旨を逸脱しない限りにおいて、他の変形例、応用例を含む。
【符号の説明】
【００４６】
１０１…磁気検出回路、１０２…直流電源、１０３…スイッチ、Ｌ１０４…可飽和コイル、Ｌ１０４ａ…可飽和コイル、Ｌ１０４ｂ…可飽和コイル、Ｌ１０５…参照用コイル、Ｄ１０６…フリーホイールダイオード、１０７…磁石、２０１…磁気スイッチ、２０１ａ…検出突起、２０２…ケーブル、３０１…ヨーク、３０２…磁気検出回路、４０１…パルス信号源、４０２…ＦＥＴ、４０２ａ…第一ＦＥＴ、４０２ｂ…第二ＦＥＴ、４０２ｎ…第ｎＦＥＴ、４０３…コンパレータ、Ｒ４０４…抵抗、４０６…Ｄフリップフロップ、Ｒ４０７…抵抗、４０８…トランジスタ、５０１ａ…磁気スイッチ、５０１ｂ…磁気スイッチ、６０１…磁気スイッチ、６０２…マイコン、Ｌ６０４ａ…可飽和コイル、７０１…磁気スイッチ回路、７０２…交流電圧源、Ｒ７０３…抵抗、Ｌ７０４…可飽和コイル、Ｒ７０５…抵抗、７０６…トランジスタ、Ｒ７０７…抵抗、Ｃ７０８…コンデンサ、Ｒ７０９…抵抗、Ｒ７１０…抵抗、７１１…トランジスタ、７１２…磁石
【特許請求の範囲】
【請求項１】
矩形波を出力する矩形波電圧源と、
前記矩形波電圧源に接続される、ヨークを伴う可飽和コイルと、
前記可飽和コイルに直列接続される参照用コイルと、
前記参照用コイルの端子間電圧の変化を検出する電圧検出部と
を具備する磁気スイッチ。
【請求項２】
更に、
前記矩形波電圧源に、前記可飽和コイル及び前記参照用コイルの直列接続と共に並列接続されるフリーホイールダイオードを備え、
前記矩形波電圧源が出力する前記矩形波の周期及び電圧は、前記矩形波によって前記可飽和コイルに流れる電流が、所定の外部磁界を前記ヨークに与えた状態で前記矩形波が所定の電圧を維持している期間中に前記ヨークが磁気飽和を起こすことで、電流の増加が磁気飽和を起こす前より急峻になるように定められている、請求項１記載の磁気スイッチ。
【請求項３】
矩形波を出力する第一の矩形波電圧源と、
前記第一の矩形波電圧源に接続される、ヨークを伴う第一の可飽和コイルと、
前記第一の矩形波電圧源に接続される第一のフリーホイールダイオードと、
前記第一の矩形波電圧源とは排他的な周期の矩形波を出力する第二の矩形波電圧源と、
前記第二の矩形波電圧源に接続される、ヨークを伴う第二の可飽和コイルと、
前記第二の矩形波電圧源に接続される第二のフリーホイールダイオードと、
前記第一の可飽和コイル及び前記第二の可飽和コイルに接続される参照用コイルと、
前記参照用コイルの端子間電圧の変化を検出する電圧検出部と
を具備する磁気スイッチ。
【請求項１】
矩形波を出力する矩形波電圧源と、
前記矩形波電圧源に接続される、ヨークを伴う可飽和コイルと、
前記可飽和コイルに直列接続される参照用コイルと、
前記参照用コイルの端子間電圧の変化を検出する電圧検出部と
を具備する磁気スイッチ。
【請求項２】
更に、
前記矩形波電圧源に、前記可飽和コイル及び前記参照用コイルの直列接続と共に並列接続されるフリーホイールダイオードを備え、
前記矩形波電圧源が出力する前記矩形波の周期及び電圧は、前記矩形波によって前記可飽和コイルに流れる電流が、所定の外部磁界を前記ヨークに与えた状態で前記矩形波が所定の電圧を維持している期間中に前記ヨークが磁気飽和を起こすことで、電流の増加が磁気飽和を起こす前より急峻になるように定められている、請求項１記載の磁気スイッチ。
【請求項３】
矩形波を出力する第一の矩形波電圧源と、
前記第一の矩形波電圧源に接続される、ヨークを伴う第一の可飽和コイルと、
前記第一の矩形波電圧源に接続される第一のフリーホイールダイオードと、
前記第一の矩形波電圧源とは排他的な周期の矩形波を出力する第二の矩形波電圧源と、
前記第二の矩形波電圧源に接続される、ヨークを伴う第二の可飽和コイルと、
前記第二の矩形波電圧源に接続される第二のフリーホイールダイオードと、
前記第一の可飽和コイル及び前記第二の可飽和コイルに接続される参照用コイルと、
前記参照用コイルの端子間電圧の変化を検出する電圧検出部と
を具備する磁気スイッチ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１２−１１２９０５（Ｐ２０１２−１１２９０５Ａ）
【公開日】平成２４年６月１４日（２０１２．６．１４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２６４３１９（Ｐ２０１０−２６４３１９）
【出願日】平成２２年１１月２６日（２０１０．１１．２６）
【特許番号】特許第４７３１６３６号（Ｐ４７３１６３６）
【特許公報発行日】平成２３年７月２７日（２０１１．７．２７）
【出願人】（０００１３７３４０）株式会社マコメ研究所 (20)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年６月１４日（２０１２．６．１４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１１月２６日（２０１０．１１．２６）
【特許番号】特許第４７３１６３６号（Ｐ４７３１６３６）
【特許公報発行日】平成２３年７月２７日（２０１１．７．２７）
【出願人】（０００１３７３４０）株式会社マコメ研究所 (20)
【Ｆターム（参考）】
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