JP2000149223A - 磁界センサ - Google Patents
磁界センサInfo
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 小型化でコストが低く、かつ磁界に対する出
力変化の直線性に優れた磁気インピーダンス効果利用の
磁界センサを得る。 【解決手段】本発明の磁界センサは、磁気インピーダン
ス効果を有する磁歪材料をワイヤ状とし、かつ弾性限内
の応力が残存するように湾曲させた形状にしている。湾
曲させた形状がＣ形かまたはソレノイドコイル状として
いる。また、磁歪材料をＦｅＣｏＳｉＢ系、ＦｅＮｉＳ
ｉＢ系、ＦｅＣｒＳｉＢ系の少なくとも１個の材料から
なるアモルファスワイヤ１としている。また、磁歪材料
の材質をＮｉ−Ｆｅ合金としてもよい。
力変化の直線性に優れた磁気インピーダンス効果利用の
磁界センサを得る。 【解決手段】本発明の磁界センサは、磁気インピーダン
ス効果を有する磁歪材料をワイヤ状とし、かつ弾性限内
の応力が残存するように湾曲させた形状にしている。湾
曲させた形状がＣ形かまたはソレノイドコイル状として
いる。また、磁歪材料をＦｅＣｏＳｉＢ系、ＦｅＮｉＳ
ｉＢ系、ＦｅＣｒＳｉＢ系の少なくとも１個の材料から
なるアモルファスワイヤ１としている。また、磁歪材料
の材質をＮｉ−Ｆｅ合金としてもよい。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】 本発明は、磁界センサに関
わり特に電流検出用磁界センサ、磁気記録再生用磁気ヘ
ッドに関する。
わり特に電流検出用磁界センサ、磁気記録再生用磁気ヘ
ッドに関する。
【０００２】
【従来の技術】 情報化時代において、微弱且つ高周波
の磁界を検出する磁界センサが必要とされている。磁気
記録分野における磁気ヘッド、モータの制御に必要な電
流を計測する電流測定用磁界センサなどがその例であ
る。磁界センサとしてはホール素子やMR( 磁気抵抗) 素
子が使用されている。しかし、感度的に十分ではなく、
しかも応答周波数は１ｋＨｚ程度と低い。また、フラッ
クスゲート形センサは上記特性としては優れているが、
コイルを多く巻く必要が有りセンサが大形化するため
に、計測用として使用されるが、機器に組み込む制御用
としては使用できなかった。このような問題に対して、
アモルファスの持っている磁気インピーダンス効果を利
用したＭＩ素子が発明された( 特開平６−２８３３４
４、特開平６−１７６９３０）。従来の磁界センサより
３桁以上も感度が良くて応答性も１ＭＨｚと非常に優れ
ている。この磁気センサは図８のような構成をしてい
る。アモルファスワイヤ１に交流電流を流した状態でワ
イヤの長さ方向に磁界を印加すると、アモルファスワイ
ヤ１の周方向に向いている磁化が回転しその結果として
アモルファスワイヤ１の透磁率が変化する。その結果、
アモルファスワイヤ１の両端の電圧が変化しその変化率
で磁界の強さが分かる。出力例を図９に示す（詳細は毛
利:精密工学会誌、６２巻、Ｎｏ．３（１９９６）ｐ３
４１−３４３参照）。ここではアモルファスワイヤにつ
いて説明したが、磁界に対して磁化方向が変わる事で抵
抗変化を生じる現象、つまり、磁気インピーダンス効果
は磁歪を有する磁性材料では共通して生じる現象であ
る。
の磁界を検出する磁界センサが必要とされている。磁気
記録分野における磁気ヘッド、モータの制御に必要な電
流を計測する電流測定用磁界センサなどがその例であ
る。磁界センサとしてはホール素子やMR( 磁気抵抗) 素
子が使用されている。しかし、感度的に十分ではなく、
しかも応答周波数は１ｋＨｚ程度と低い。また、フラッ
クスゲート形センサは上記特性としては優れているが、
コイルを多く巻く必要が有りセンサが大形化するため
に、計測用として使用されるが、機器に組み込む制御用
としては使用できなかった。このような問題に対して、
アモルファスの持っている磁気インピーダンス効果を利
用したＭＩ素子が発明された( 特開平６−２８３３４
４、特開平６−１７６９３０）。従来の磁界センサより
３桁以上も感度が良くて応答性も１ＭＨｚと非常に優れ
ている。この磁気センサは図８のような構成をしてい
る。アモルファスワイヤ１に交流電流を流した状態でワ
イヤの長さ方向に磁界を印加すると、アモルファスワイ
ヤ１の周方向に向いている磁化が回転しその結果として
アモルファスワイヤ１の透磁率が変化する。その結果、
アモルファスワイヤ１の両端の電圧が変化しその変化率
で磁界の強さが分かる。出力例を図９に示す（詳細は毛
利:精密工学会誌、６２巻、Ｎｏ．３（１９９６）ｐ３
４１−３４３参照）。ここではアモルファスワイヤにつ
いて説明したが、磁界に対して磁化方向が変わる事で抵
抗変化を生じる現象、つまり、磁気インピーダンス効果
は磁歪を有する磁性材料では共通して生じる現象であ
る。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】 アモルファスワイヤ
の磁化ベクトルは、図１０（ａ）のように周方向を向い
ている。この状態のアモルファスワイヤの長さ方向に磁
界を印加すると磁化ベクトルは図１０（ｂ）のように変
わる。その結果として、図９のような抵抗変化を生じ
る。この状態では、磁界に対する抵抗変化は磁界が少な
いときは、直線的ではあるがヒステリシスがある。磁界
が多い範囲では、ヒステリシスも小さく直線的な出力が
得られる。従って、あらかじめバイアス磁界を一定量か
けておけば、図９の抵抗変化が高精度な直線領域だけを
使用できる。バイアス磁界のかけ方として、図１１に示
すようにアモルファスワイヤ１の回りに数百ターンのバ
イアスコイル２を巻いて直流電流を、直流電源９により
常時流す必要が有った。バイアスコイル２があると、磁
界センサ自体が大きくなるし、常に直流電流を流してお
くので消費電力も大きくなると言う問題が有った。この
磁界センサを磁気記録媒体６の磁界検出用磁気ヘッドに
使用した従来例を図１２に示す。アモルファスワイヤ１
の周囲にバイアスコイル２を巻いており、消費電力は１
０ｍＷと大きい。また、この磁界センサを電流検出用と
して用いた従来例を図１３に示す。導線７に流れる電流
を検出するもので、消費電力は同じく１０ｍＷである。
消費電力の低減とバイアスコイルをなくすことによるコ
スト低減、小型化が課題であった。そこで、本発明は小
型化でコストが低く、かつ磁界に対する出力変化の直線
性に優れた磁気インピーダンス効果利用の磁界センサを
提供することを目的とする。
の磁化ベクトルは、図１０（ａ）のように周方向を向い
ている。この状態のアモルファスワイヤの長さ方向に磁
界を印加すると磁化ベクトルは図１０（ｂ）のように変
わる。その結果として、図９のような抵抗変化を生じ
る。この状態では、磁界に対する抵抗変化は磁界が少な
いときは、直線的ではあるがヒステリシスがある。磁界
が多い範囲では、ヒステリシスも小さく直線的な出力が
得られる。従って、あらかじめバイアス磁界を一定量か
けておけば、図９の抵抗変化が高精度な直線領域だけを
使用できる。バイアス磁界のかけ方として、図１１に示
すようにアモルファスワイヤ１の回りに数百ターンのバ
イアスコイル２を巻いて直流電流を、直流電源９により
常時流す必要が有った。バイアスコイル２があると、磁
界センサ自体が大きくなるし、常に直流電流を流してお
くので消費電力も大きくなると言う問題が有った。この
磁界センサを磁気記録媒体６の磁界検出用磁気ヘッドに
使用した従来例を図１２に示す。アモルファスワイヤ１
の周囲にバイアスコイル２を巻いており、消費電力は１
０ｍＷと大きい。また、この磁界センサを電流検出用と
して用いた従来例を図１３に示す。導線７に流れる電流
を検出するもので、消費電力は同じく１０ｍＷである。
消費電力の低減とバイアスコイルをなくすことによるコ
スト低減、小型化が課題であった。そこで、本発明は小
型化でコストが低く、かつ磁界に対する出力変化の直線
性に優れた磁気インピーダンス効果利用の磁界センサを
提供することを目的とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】 上記の課題を解決する
ため、本発明は磁気インピーダンス効果を有する磁歪材
料で構成した磁界センサにおいて、前記磁歪材料がワイ
ヤ状であり、かつ弾性限内の応力が残存するように湾曲
させた形状で使用する構成にしている。また、前記湾曲
させた形状がＣ形またはソレノイドコイル状としてい
る。また、前記磁歪材料がＦｅＣｏＳｉＢ系、ＦｅＮｉ
ＳｉＢ系、ＦｅＣｒＳｉＢ系の少なくとも１個の材料か
らなるアモルファスとしている。また、前記磁歪材料を
Ｎｉ−Ｆｅ 合金としている。湾曲させた形状にして応
力を印加することにより、バイアスコイルと同様な効
果、 つまり、 磁化方向を図１０（ｂ）のように向けるこ
とができる。また、正の磁歪を有するアモルファス材料
ワイヤを湾曲させると、ワイヤの外径側に張力が働き磁
化方向が傾く。応力の大きさでその傾き角度が変化する
ので、ワイヤ長さの方向に対して約４５°にすれば、磁
界の可逆変化に対して出力が直線的になるセンサが得ら
れる。
ため、本発明は磁気インピーダンス効果を有する磁歪材
料で構成した磁界センサにおいて、前記磁歪材料がワイ
ヤ状であり、かつ弾性限内の応力が残存するように湾曲
させた形状で使用する構成にしている。また、前記湾曲
させた形状がＣ形またはソレノイドコイル状としてい
る。また、前記磁歪材料がＦｅＣｏＳｉＢ系、ＦｅＮｉ
ＳｉＢ系、ＦｅＣｒＳｉＢ系の少なくとも１個の材料か
らなるアモルファスとしている。また、前記磁歪材料を
Ｎｉ−Ｆｅ 合金としている。湾曲させた形状にして応
力を印加することにより、バイアスコイルと同様な効
果、 つまり、 磁化方向を図１０（ｂ）のように向けるこ
とができる。また、正の磁歪を有するアモルファス材料
ワイヤを湾曲させると、ワイヤの外径側に張力が働き磁
化方向が傾く。応力の大きさでその傾き角度が変化する
ので、ワイヤ長さの方向に対して約４５°にすれば、磁
界の可逆変化に対して出力が直線的になるセンサが得ら
れる。
【０００５】
【発明の実施の形態】 以下、本発明の実施例について
詳細に説明する。図１は本発明の磁界センサを磁気ヘッ
ドとして用いた場合を示す説明図、図２は磁気記録媒体
と組合わせた状態を示す側面図である。図において、１
はアモルファスワイヤ、４は電源、５は出力端子、６は
円板状の磁気記録媒体である。アモルファスワイヤ１
は、材質Ｆｅ７２．５Ｓｉ１２．５Ｂ１５からなり、飽
和磁歪定数が２５×１０−６の線径３０μm のワイヤで
ある。アモルファスワイヤ１を図３の成形型に入れて樹
脂で固定して成形して磁気ヘッドを構成した。アモルフ
ァスワイヤ１のギャップ長は５μm で、磁気記録媒体６
とアモルファスワイヤ１との距離は０．５μm である。
いま、多極着磁した磁気記録媒体６を有するディスクを
モータで回転させて、図４に示す磁界検出回路により磁
界の強さの変化を測定した。つまり、アモルファスワイ
ヤ１に１００ｋＨｚ、１０ｍＡの電流を流した状態でデ
ィスクを回転させ、アモルファスワイヤ１の両端に出て
くる電圧変化を調べた。測定結果を図５に示す。正弦波
状の波形が再現性良く繰り返されている事が分かる。バ
イアスコイル無しで十分精度良く測定できる事が分かっ
た。消費電力は従来の十分の一であった。図６は本発明
の磁界センサを電流検出用センサとして用いた場合の説
明図である。７は被電流検出用の銅線である。磁界セン
サ部の作り方はパイプの周りにアモルファスワイヤ１を
巻いて接着剤で固定して作製した。アモルファスワイヤ
１は内径１ｍｍに湾曲させたものでこの中に銅線７を通
している。アモルファスワイヤ1 に流した電流は１ＭＨ
ｚ、１０ｍＡである。銅線７に流した±２Ａの直流電流
から発生する円周方向の磁界がアモルファスワイヤ1 の
長さ方向にかかると出力端子5 の出力が変化する。 図７
に測定結果を示す。 電流の向きに関わらず、直線性の良
い出力値が得られている事が分かる。 バイアスコイルが
ない場合でも、バイアスコイルがある場合と同じく良い
結果が得られる事が分かった。 さらに、バイアスコイル
を使用しないために消費電力は１ｍＷと、従来の十分の
一に小さくなった。なお、本実施例ではアモルファスの
磁歪材料として、Ｆｅ７２．５Ｓｉ１２．５Ｂ１５を用
いた例について述べたが、ＦｅＣｏＳｉＢ系、ＦｅＮｉ
ＳｉＢ系、ＦｅＣｒＳｉＢ系のいずれについても、同じ
く良い結果が得られた。また、磁歪材料をアモルファス
ではなくＮｉ−Ｆｅ合金とした場合でも同じく良い結果
が得られた。
詳細に説明する。図１は本発明の磁界センサを磁気ヘッ
ドとして用いた場合を示す説明図、図２は磁気記録媒体
と組合わせた状態を示す側面図である。図において、１
はアモルファスワイヤ、４は電源、５は出力端子、６は
円板状の磁気記録媒体である。アモルファスワイヤ１
は、材質Ｆｅ７２．５Ｓｉ１２．５Ｂ１５からなり、飽
和磁歪定数が２５×１０−６の線径３０μm のワイヤで
ある。アモルファスワイヤ１を図３の成形型に入れて樹
脂で固定して成形して磁気ヘッドを構成した。アモルフ
ァスワイヤ１のギャップ長は５μm で、磁気記録媒体６
とアモルファスワイヤ１との距離は０．５μm である。
いま、多極着磁した磁気記録媒体６を有するディスクを
モータで回転させて、図４に示す磁界検出回路により磁
界の強さの変化を測定した。つまり、アモルファスワイ
ヤ１に１００ｋＨｚ、１０ｍＡの電流を流した状態でデ
ィスクを回転させ、アモルファスワイヤ１の両端に出て
くる電圧変化を調べた。測定結果を図５に示す。正弦波
状の波形が再現性良く繰り返されている事が分かる。バ
イアスコイル無しで十分精度良く測定できる事が分かっ
た。消費電力は従来の十分の一であった。図６は本発明
の磁界センサを電流検出用センサとして用いた場合の説
明図である。７は被電流検出用の銅線である。磁界セン
サ部の作り方はパイプの周りにアモルファスワイヤ１を
巻いて接着剤で固定して作製した。アモルファスワイヤ
１は内径１ｍｍに湾曲させたものでこの中に銅線７を通
している。アモルファスワイヤ1 に流した電流は１ＭＨ
ｚ、１０ｍＡである。銅線７に流した±２Ａの直流電流
から発生する円周方向の磁界がアモルファスワイヤ1 の
長さ方向にかかると出力端子5 の出力が変化する。 図７
に測定結果を示す。 電流の向きに関わらず、直線性の良
い出力値が得られている事が分かる。 バイアスコイルが
ない場合でも、バイアスコイルがある場合と同じく良い
結果が得られる事が分かった。 さらに、バイアスコイル
を使用しないために消費電力は１ｍＷと、従来の十分の
一に小さくなった。なお、本実施例ではアモルファスの
磁歪材料として、Ｆｅ７２．５Ｓｉ１２．５Ｂ１５を用
いた例について述べたが、ＦｅＣｏＳｉＢ系、ＦｅＮｉ
ＳｉＢ系、ＦｅＣｒＳｉＢ系のいずれについても、同じ
く良い結果が得られた。また、磁歪材料をアモルファス
ではなくＮｉ−Ｆｅ合金とした場合でも同じく良い結果
が得られた。
【０００６】
【発明の効果】 以上説明したように、本発明の磁界セ
ンサは磁歪材料をワイヤ状とし、かつ弾性限内の応力が
残存するように湾曲させた形状にしているので、磁気ヘ
ッドや電流測定用の磁気センサを構成した場合にバイア
スコイルを用いることなく磁界に対する直線性が良く、
小型化で低コストの磁界センサを提供できる効果があ
る。
ンサは磁歪材料をワイヤ状とし、かつ弾性限内の応力が
残存するように湾曲させた形状にしているので、磁気ヘ
ッドや電流測定用の磁気センサを構成した場合にバイア
スコイルを用いることなく磁界に対する直線性が良く、
小型化で低コストの磁界センサを提供できる効果があ
る。
【図１】本発明の磁界センサを磁気ヘッドに適用した例
を示す説明図である。
を示す説明図である。
【図２】図１の磁気ヘッドと磁気記録媒体と組み合わせ
た状態を示す側面図である。
た状態を示す側面図である。
【図３】本発明の磁界センサの素子を湾曲させるために
用いた成形型を示す説明図で（ａ）は平面図、（ｂ）は
（ａ）Ａ−Ａ’線における断面図ある。
用いた成形型を示す説明図で（ａ）は平面図、（ｂ）は
（ａ）Ａ−Ａ’線における断面図ある。
【図４】本発明の磁界センサの出力検出に用いた磁界検
出回路図である。
出回路図である。
【図５】本発明の磁界センサの出力を示すグラフであ
る。従来のインピーダンス効果を用いた磁界センサを示
す説明図である。
る。従来のインピーダンス効果を用いた磁界センサを示
す説明図である。
【図６】本発明の磁界センサを電流センサとして使用し
た例を示す説明図である。
た例を示す説明図である。
【図７】本発明の電流センサの出力特性を示すグラフで
ある。
ある。
【図８】従来のバイアスコイルなしの磁界センサの説明
図である。
図である。
【図９】図８における従来の磁界センサの出力特性を示
すグラフである。
すグラフである。
【図１０】従来のアモルファスワイヤの磁化ベクトルの
状態を示す説明図で、（ａ）は磁界を印加しない場合、
（ｂ）は磁界を印加した場合である。
状態を示す説明図で、（ａ）は磁界を印加しない場合、
（ｂ）は磁界を印加した場合である。
【図１１】従来のバイアスコイルを有する磁界センサの
説明図である。
説明図である。
【図１２】従来の磁気インピーダンス磁界センサを磁気
ヘッドとして用いた例を示す説明図である。
ヘッドとして用いた例を示す説明図である。
【図１３】従来の磁気インピーダンス磁界センサを電流
センサとして用いた例を示す説明図である。
センサとして用いた例を示す説明図である。
１：アモルファスワイヤ ２：コイル ３：成形型 ４：電源 ５：出力端子 ６：磁気記録媒体 ７：導線 ８：磁化ベクトル ９：直流電源
Claims (5)
- 【請求項１】磁気インピーダンス効果を有する磁歪材料
で構成した磁界センサにおいて、前記磁歪材料がワイヤ
状であり、かつ弾性限内の応力が残存するように湾曲さ
せた形状で使用することを特徴とする磁界センサ。 - 【請求項２】前記湾曲させた形状がＣ形である請求項１
記載の磁界センサ。 - 【請求項３】前記湾曲させた形状がソレノイドコイル状
である請求項１記載の磁界センサ。 - 【請求項４】前記磁歪材料がＦｅＣｏＳｉＢ系、ＦｅＮ
ｉＳｉＢ系、ＦｅＣｒＳｉＢ系の少なくとも１個の材料
からなるアモルファスである請求項１ないし３のいずれ
か１項に記載の磁界センサ。 - 【請求項５】前記磁歪材料がＮｉ−Ｆｅ合金である請求
項１ないし３のいずれか１項に記載の磁界センサ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10314355A JP2000149223A (ja) | 1998-11-05 | 1998-11-05 | 磁界センサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10314355A JP2000149223A (ja) | 1998-11-05 | 1998-11-05 | 磁界センサ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000149223A true JP2000149223A (ja) | 2000-05-30 |
Family
ID=18052341
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10314355A Pending JP2000149223A (ja) | 1998-11-05 | 1998-11-05 | 磁界センサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2000149223A (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2002061445A1 (en) * | 2001-02-01 | 2002-08-08 | The University Of Plymouth | Magnetic field detector and a current monitoring device including such a detector |
| US7385789B2 (en) * | 2004-04-30 | 2008-06-10 | Headway Technologies, Inc. | Magnetostrictive actuator in a magnetic head |
| CN107132406A (zh) * | 2017-05-10 | 2017-09-05 | 哈尔滨工业大学 | 一种基于超磁致伸缩材料的非接触式电流测量装置 |
| JP6438618B1 (ja) * | 2018-05-22 | 2018-12-19 | マグネデザイン株式会社 | 磁性ワイヤ整列装置および磁性ワイヤ整列方法 |
| CN112857468A (zh) * | 2021-03-10 | 2021-05-28 | 中国科学院宁波材料技术与工程研究所 | 一种测量应变和磁场的双模态传感器及其制备方法 |
-
1998
- 1998-11-05 JP JP10314355A patent/JP2000149223A/ja active Pending
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2002061445A1 (en) * | 2001-02-01 | 2002-08-08 | The University Of Plymouth | Magnetic field detector and a current monitoring device including such a detector |
| US7564239B2 (en) * | 2001-02-01 | 2009-07-21 | The University Of Plymouth | Magnetic field detector and a current monitoring device including such a detector |
| US7385789B2 (en) * | 2004-04-30 | 2008-06-10 | Headway Technologies, Inc. | Magnetostrictive actuator in a magnetic head |
| CN107132406A (zh) * | 2017-05-10 | 2017-09-05 | 哈尔滨工业大学 | 一种基于超磁致伸缩材料的非接触式电流测量装置 |
| JP6438618B1 (ja) * | 2018-05-22 | 2018-12-19 | マグネデザイン株式会社 | 磁性ワイヤ整列装置および磁性ワイヤ整列方法 |
| CN112857468A (zh) * | 2021-03-10 | 2021-05-28 | 中国科学院宁波材料技术与工程研究所 | 一种测量应变和磁场的双模态传感器及其制备方法 |
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