JP2000206217A - 高周波キャリア型磁気センサ - Google Patents

高周波キャリア型磁気センサ

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JP2000206217A
JP2000206217A JP11003098A JP309899A JP2000206217A JP 2000206217 A JP2000206217 A JP 2000206217A JP 11003098 A JP11003098 A JP 11003098A JP 309899 A JP309899 A JP 309899A JP 2000206217 A JP2000206217 A JP 2000206217A
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JP
Japan
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magnetic
magnetic core
frequency carrier
magnetic sensor
core
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JP11003098A
Other languages
English (en)
Inventor
Takashi Otsuki
隆 大槻
Iwao Abe
岩男 阿部
Naoki Wakao
直樹 若生
Masahiro Yamaguchi
正洋 山口
Kenichi Arai
賢一 荒井
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Tokin Corp
Original Assignee
Tokin Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 高周波キャリア型磁気センサよりも高感度で
あり、小型で消費電流が小さく、磁場の発生効率が高い
高周波キャリア型磁気センサを提供する。 【解決手段】 およそ100kHz以上の高周波電圧を
印加したときにインピーダンスが外部磁場に応じて変化
する磁性コア140を有する高周波キャリア型磁気セン
サである。磁性コア140は、つづら折り形状を呈して
いる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、磁気を高感度かつ
高精度に検出する必要のある地磁気検出、微弱電流検
出、あるいは磁気信号検出等に使用するのに適した磁気
センサに関し、特に、高周波キャリア型磁気センサに関
する。
【0002】
【従来の技術】磁性体に数MHz以上の高周波電圧を印
加した場合に生ずる表皮効果の表皮深さがこの磁性体の
透磁率の平方根の逆数に比例することと、この透磁率が
外部磁場に応じて大きく変動することとにより、磁性体
のインピーダンスは、外部磁場によって変動する性質が
ある。高周波キャリア型磁気センサは、磁性体のインピ
ーダンスが外部磁場によって変動する性質を利用した磁
気センサである。
【0003】従来の高周波キャリア型磁気センサは、図
6に示すように、磁性片340と非磁性片342とを組
み合わせてなる磁性コア(磁気センサ磁性コア)340
を有している。この磁性コア340は、インピーダンス
ブリッジ構造を成している。そして、図7に示すよう
に、非磁性片342のインピーダンスの大きさを、零磁
場での磁性片341のインピーダンスの大きさと同程度
に設定することで、外部磁場が印加されて磁性片341
のインピーダンスが変動した際には、インピーダンスブ
リッジによりオフセットがうち消された磁気センサ出力
が出力される。この磁気センサ出力により、外部磁場を
計測できる。このような従来の高周波キャリア型磁気セ
ンサは、磁気感度が数100V/T以上である。ここ
で、磁気感度は磁性片341にかかる電圧に応じて変動
し、磁気感度が最大となる電圧が存在する。
【0004】高周波キャリア型磁気センサは、その磁気
感度が数100μTで最大となるため、固定された磁気
バイアスを印加して使用される。磁気バイアスとして
は、図7に示した例の他にも、出力の直線性を向上させ
るための負帰還磁場や、センサの感度上昇を目的とした
正帰還磁場等が必要な場合がある。このような場合に
は、磁気センサヘの可変磁気バイアス方式が必要であ
る。
【0005】従来の高周波キャリア型磁気センサにおい
ては、図6に示したように、固定磁気バイアスおよび可
変磁気バイアスを、センサ外周部に取り付けたボビン巻
きコイル370により印加している。コイル370ヘの
電流は、磁気センサモジュールの電源から定電流回路に
より供給されており、巻き数が例えば200Tの場合に
は20mA程度必要であった。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】高周波キャリア型磁気
センサ全般は1μT以上の比較的高い磁気感度を持って
はいるが、より高感度で、さらなる応用分野に適用でき
る高周波キャリア型磁気センサが要求されている。
【0007】また、従来の高周波キャリア型磁気センサ
においては、磁気バイアス印加用のボビン巻きコイルの
サイズが大きい(例えば直径10mm以上)く、また、
消費電流が大きい(例えば20mAもの電流か消費され
る)。このため、小型で消費電流の小さい固定磁気バイ
アス印加手段が要求されている。
【0008】さらに、従来の高周波キャリア型磁気セン
サには、負帰還磁場や正帰還磁場等の可変磁気バイアス
を印加する必要がある場合にも対応できるように、コイ
ルに流す電流あたりの磁場の発生効率が高い可変磁気バ
イアス方式が要求されている。
【0009】本発明の課題は、以上の要求をかなえ得る
高周波キャリア型磁気センサを提供することである。
【0010】
【課題を解決するための手段】本発明によれば、およそ
100kHz以上の高周波電圧を印加したときにインピ
ーダンスが外部磁場に応じて変化する磁性コアを有する
高周波キャリア型磁気センサにおいて、前記磁性コア
は、つづら折り形状を呈することを特徴とする高周波キ
ャリア型磁気センサが得られる。
【0011】本発明によればまた、前記磁性コアは、つ
づら折りの複数の辺部をなす磁性部と、つづら折りの折
曲がり部をなす非磁性部とを備え、前記磁性部および前
記非磁性部は、インピーダンス的にはインピーダンスブ
リッジを構成し、外部磁場によるインピーダンス変動を
前記インピーダンスブリッジを介して電圧変動に変換し
て出力するものである前記高周波キャリア型磁気センサ
が得られる。
【0012】本発明によればさらに、前記磁性コアの上
部、下部、および側部の少くとも1箇所に形成された永
久磁石層を有し、該永久磁石層により磁気バイアスを印
加する前記高周波キャリア型磁気センサが得られる。
【0013】本発明によればまた、前記磁性コアの上
部、下部、および側部の少くとも1箇所に形成された渦
巻き状のコイル層を有し、該コイル層により磁気バイア
スを可変に印加する前記高周波キャリア型磁気センサが
得られる。
【0014】本発明によればまた、前記磁性コアの上
部、下部、および側部の少くとも1箇所に形成された導
体層を有し、該導体層により磁気バイアスを可変に印加
する前記高周波キャリア型磁気センサが得られる。
【0015】本発明によればまた、前記磁性コアの上
部、下部、および側部の少くとも1箇所に形成された高
透磁率磁性体層を有する前記高周波キャリア型磁気セン
サが得られる。
【0016】本発明によればまた、外部との電気的接続
用の電極パッドを有し、該電極パッドは、実質的に厚い
厚さを有する前記高周波キャリア型磁気センサが得られ
る。
【0017】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照して、本発明の
実施の形態による高周波キャリア型磁気センサおよびそ
の使用方法を説明する。
【0018】[実施の形態1]図1を参照して、実施の
形態1による高周波キャリア型磁気センサは、ガラス基
板110と、ガラス基板110の上に形成された固定磁
気バイアスを印加するためのハード磁性膜120と、層
間絶縁膜130と、複数本(本例では6本)の磁性片1
41ならびに非磁性片142と、層間絶縁膜160と、
渦巻きコイル層170と、層間絶縁膜180と、磁場収
束用磁性コア190と、電極パッド盛り上げ部200
と、保護膜210とを有している。尚、本図は概念図で
あり、各層が均一な厚さを呈しているように示している
が、実際には、各層内の部分毎に厚さが異なっている場
合がある。したがって、例えば、渦巻きコイル層170
は、図示では層間絶縁膜160および180間に全体が
挟まれているように示しているが、実際には一部が磁場
収束用磁性コア190の下に形成されている一方、他部
が磁性片141の上に形成されている。このことは、後
述の説明に用いる図3等からも明らかである。
【0019】電極パッド盛り上げ部200を形成したこ
とにより、外部接続用に超音波方式や熱圧着方式等のワ
イヤーボンディング時の衝撃から下層構造を保護するこ
とができる。電極パッド盛り上げ部200は、1μm以
上の厚さであることが十分な保護作用を奏する上で好ま
しい。
【0020】ここで、磁性片141および非磁性片14
2は、同一面上(層間絶縁膜130上)に形成されてお
り、図2に示すように、磁性片141がその端部が非磁
性片142によって接続されることによりつづら折り形
状の磁性コア(磁気センサ磁性コア)140を構成す
る。そして、この磁性コア140により、インピーダン
スブリッジが構成される。図2において、非磁性片14
2のうちの4つの四角い部分は、電極パッドである。
【0021】磁性コア140がつづら折りであるため、
インピーダンスが高く、磁気感度が最大になる駆動電圧
が高まり、消費電流は一定のまま磁気感度を増大させる
ことができる。
【0022】尚、磁性コア140のつづら折りの回数を
増やすことで、入カインピーダンスをさらに高めること
ができる。
【0023】尚、磁性コアを非磁性片を用いずにつづら
折り形状の磁性体のみにより構成する構造も可能ではあ
るが、つづらの辺部が延びる方向に対して傾いた方向か
ら外部磁場が印加され場合には磁性片141のうちつづ
らの折れ曲がり部分によって磁束が曲げられて磁性片1
41全体に均一な磁場が印加されなくなるため、本例の
ごとく、つづらの折れ曲がり部分を非磁性体により形成
することが好ましい。
【0024】図3を参照して、本高周波キャリア型磁気
センサにおいては、ハード磁性膜120、渦巻きコイル
層170、磁場収束用磁性コア190により発生する磁
束は、図中矢印で示すような各ループを形成する。図中
紙面に垂直な矢印は、電流の流れを示している。ハード
磁性膜120により発生する磁束ならびに渦巻きコイル
層170の導体における電流により発生する磁束は磁場
収束用磁性コア190により磁場を収束され、磁性コア
140に収束された磁場が印加される。磁性コア140
の上層に位置する渦巻きコイル層170の電流により発
生した磁場は、磁性コア140に直接印加される。
【0025】本高周波キャリア型磁気センサでは、固定
磁気バイアスはハード磁性膜120により、可変磁気バ
イアスは渦巻きコイル層170および磁場収束用磁性コ
ア190により印加することができる。
【0026】ハード磁性膜120により固定磁気バイア
スを印加するため、固定磁気バイアス印加のための消費
電流がゼロであるし、定電流回路も勿論不要である。
【0027】一方、負帰還、正帰還、磁場の微調整等に
用いるための可変バイアスコイルとして、渦巻きコイル
層170を用いているため、高周波キャリア型磁気セン
サとして小型である。渦巻きコイル層170は、一方の
渦巻き部分と他方の渦巻き部分とが外側の端点で接続さ
れている形状をしており、両部分の渦巻き中心間に磁性
コア140が投影的に配置されている。
【0028】また、磁性コア140の磁気検出方向の両
端に高透磁率な磁場収束用磁性コア190を形成するこ
とにより、外部磁場を集中させて磁気コア140に検出
させることができ、磁気感度がさらに向上している。ま
た、渦巻きコイル層と併用することで、より効率的な磁
気バイアスを印加できる。
【0029】[実施の形態2]微少な可変磁気バイアス
で十分な場合には、図4に示すように、磁性コア140
の上層、下層、および側部の少くとも1箇所(本例で
は、上層および下層)に導体層170′を配置し、電流
を流す(図中、紙面に垂直な矢印で示す)ことで、可変
磁気バイアスを印加できる。
【0030】以下の表1に、本発明の実施の形態1およ
び2ならびに比較例としての従来例による高周波キャリ
ア型磁気センサの各特性を示す。
【0031】
【表1】
【0032】[実施の形態3]図5に示す渦巻きコイル
層170″のように、渦巻きコイルの巻回数を増やすこ
とで、磁気バイアス効率をさらに上げることができる。
【0033】
【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
による高周波キャリア型磁気センサは、次のような作用
効果を奏する。
【0034】従来の高周波キャリア型磁気センサよりも
高感度である。
【0035】また、固定磁気バイアス印加手段が小型で
消費電流が小さく(ゼロ)、磁気センサ全体としても小
型で消費電流が小さい。
【0036】さらに、負帰還磁場や正帰還磁場等の可変
磁気バイアスを印加することができ、しかも、コイルに
流す電流あたりの磁場の発生効率が高い。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態1による高周波キャリア型
磁気センサを各部を仮想的に分解して示す概念的な斜視
図である。
【図2】本発明の実施の形態1による高周波キャリア型
磁気センサの磁性コアを説明するための図である。
【図3】本発明の実施の形態1による高周波キャリア型
磁気センサの縦断面図である。
【図4】本発明の実施の形態2による高周波キャリア型
磁気センサの縦断面図である。
【図5】本発明の実施の形態3による高周波キャリア型
磁気センサの渦巻きコイル層を示す図である。
【図6】従来の高周波キャリア型磁気センサを示す概念
図である。
【図7】図6に示す高周波キャリア型磁気センサの動作
原理図である。
【符号の説明】
110 ガラス基板 120 ハード磁性膜 130、160、180 層間絶縁膜 140、340 磁性コア 141、341 磁性片 142、342 非磁性片 170、170″ 渦巻きコイル層 170′ 導体層 180 層間絶縁膜 190 磁場収束用磁性コア 200 電極パッド盛り上げ部 210 保護膜 370 コイル
フロントページの続き (72)発明者 若生 直樹 宮城県仙台市太白区郡山六丁目7番1号 株式会社トーキン内 (72)発明者 山口 正洋 宮城県仙台市青葉区大手町10−15−303 (72)発明者 荒井 賢一 宮城県仙台市泉区山の寺二丁目28−9 Fターム(参考) 2G017 AA08 AA16 AC09 AD54 AD59 AD62 AD63 BA09 5G046 AA01 AA02 AB01 AC05 AC10 AE13

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 およそ100kHz以上の高周波電圧を
    印加したときにインピーダンスが外部磁場に応じて変化
    する磁性コアを有する高周波キャリア型磁気センサにお
    いて、前記磁性コアは、つづら折り形状を呈することを
    特徴とする高周波キャリア型磁気センサ。
  2. 【請求項2】 前記磁性コアは、つづら折りの複数の辺
    部をなす磁性部と、つづら折りの折曲がり部をなす非磁
    性部とを備え、前記磁性部および前記非磁性部は、イン
    ピーダンス的にはインピーダンスブリッジを構成し、外
    部磁場によるインピーダンス変動を前記インピーダンス
    ブリッジを介して電圧変動に変換して出力するものであ
    る請求項1に記載の高周波キャリア型磁気センサ。
  3. 【請求項3】 前記磁性コアの上部、下部、および側部
    の少くとも1箇所に形成された永久磁石層を有し、該永
    久磁石層により磁気バイアスを印加する請求項1または
    2に記載の高周波キャリア型磁気センサ。
  4. 【請求項4】 前記磁性コアの上部、下部、および側部
    の少くとも1箇所に形成された渦巻き状のコイル層を有
    し、該コイル層により磁気バイアスを可変に印加する請
    求項1乃至3のいずれかに記載の高周波キャリア型磁気
    センサ。
  5. 【請求項5】 前記磁性コアの上部、下部、および側部
    の少くとも1箇所に形成された導体層を有し、該導体層
    により磁気バイアスを可変に印加する請求項1乃至3の
    いずれかに記載の高周波キャリア型磁気センサ。
  6. 【請求項6】 前記磁性コアの上部、下部、および側部
    の少くとも1箇所に形成された高透磁率磁性体層を有す
    る請求項1乃至5のいずれかに記載の高周波キャリア型
    磁気センサ。
  7. 【請求項7】 外部との電気的接続用の電極パッドを有
    し、該電極パッドは、実質的に厚い厚さを有する請求項
    1乃至6のいずれかに記載の高周波キャリア型磁気セン
    サ。
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EP00100378A EP1018653B1 (en) 1999-01-08 2000-01-07 Magnetic sensor having soft magnetic metallic element formed in zigzag shape

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1498744A2 (en) 2003-07-18 2005-01-19 Yamaha Corporation Magnetic sensor and manufacturing method therefor
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