JP2002289940A - 磁気インピーダンス効果センサー - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】平面寸法を小さくでき、かつ被検出体に近接さ
せて高感度の検出を可能とする磁気インピーダンス効果
センサーを提供する。 【解決手段】基板１１の片面に磁気インピーダンス効果
素子１３を配設し、鉄芯２１に負帰還磁界発生用コイル
２ａとバイアス磁界発生用コイル２ｂとを巻装したコイ
ルを前記基板１１の他面に、鉄芯２１と磁気インピーダ
ンス効果素子１３とで磁気回路を構成するように配設し
た。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は磁気インピーダンス
効果素子を用いた磁界センサーに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】アモルファス合金ワイヤとして、自発磁
化の方向がワイヤ周方向に対し互いに逆方向の磁区が交
互に磁壁で隔てられた構成の外殻部を有する、零磁歪乃
至は負磁歪のアモルファス合金ワイヤが開発されてい
る。

【０００３】かかる零磁歪乃至は負磁歪のアモルファス
磁性ワイヤに高周波電流を通電したときに発生するワイ
ヤ両端間出力電圧中のインダクタンス電圧分は、ワイヤ
の横断面内に生じる円周方向磁束によって上記の円周方
向に易磁化性の外殻部が円周方向に磁化されることに起
因して発生する。従って、周方向透磁率μθは同外殻部
の円周方向の磁化に依存する。而るに、この通電中のア
モルファスワイヤに外部磁界を作用させると、上記通電
による円周方向磁束と外部磁束との合成により、上記円
周方向に易磁化性を有する外殻部に作用する磁束の方向
が円周方向からずれ、それだけ円周方向への磁化が生じ
難くなり、上記周方向透磁率μθが変化する。すなわ
ち、外部磁界が作用したときの前記磁束の周方向からの
ずれをφとすれば、周方向磁束がcosφ倍減少され、こ
の回転磁化により前記μθが減少される。従って、この
μθの減少により、上記インダクタンス電圧分が減少さ
れるようになる。

【０００４】更に、上記通電電流の周波数がMHzオ−ダ
になると、高周波表皮効果が大きく現れ、表皮深さδ＝
（２ρ／wμθ）^１／２（μθは前記した通り、円周方
向透磁率、ρは電気抵抗率、wは角周波数)がμθにより
変化し、このμθが前記した通り、外部磁界によって変
化するので、ワイヤ両端間出力電圧中の抵抗電圧分も外
部磁界で変動するようになる。

【０００５】そこで、外部磁界による上記インダクタン
ス電圧分と抵抗電圧分の双方、すなわち、ワイヤ両端間
出力電圧の変動（この外部磁界による出力電圧の変動は
磁気インピーダンス効果と称されている）から外部磁界
を検出することが提案されている（特開平７−１８１２
３９号）。上記磁気インピーダンス効果素子自体の特性
は、対称性で、かつ非直線性である。

【０００６】上記磁気インピーダンス効果素子を用いた
磁界検出装置は、図２に示すように、基本的には、磁気
インピーダンス効果素子１３’、磁気インピーダンス効
果素子１３’に高周波電流またはパルス電流を通電する
ための発振回路部１’、磁気インピーダンス効果素子１
３’に加わる外部磁界Ｈexによる磁気インピーダンス効
果素子両端間のインピ−ダンス変化に基づく変調波を復
調して外部磁界を検波する検波部２’及び測定部３’と
から構成されており、負帰還磁界発生用コイル２ａ’に
より負帰還をかけ、検出出力Ｅoを

【数１】 Ｅo≒Ｈex×ｌＲ／Ｎ （１） として検出出力Ｅoを直線性とし（ただし、ｌは負帰還
磁界発生用コイルの長さ、Ｎは巻数、Ｒは接地抵抗）、
また、バイアス磁界発生用コイル２ｂ’により直流バイ
アス磁界を加えて極性に無関係に外部磁界を検出できる
ようにしている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】上記コイル付の磁気イ
ンピーダンス効果素子としては、片面に磁気インピーダ
ンス効果素子を配設した基板をボビンやチューブに挿入
し、このボビンやチューブに負帰還磁界発生用コイル及
びバイアス磁界発生用コイルを巻装したもの（以下、ボ
ビン式という）や、片面に磁気インピーダンス効果素子
を配設した基板の他面に負帰還磁界発生用コイル及びバ
イアス磁界発生用コイルをプリントしたもの（以下、プ
リント式という）が知られている。しかしながら、ボビ
ン式では、寸法が大きくなり、平面寸法の増大のために
配線基板上への高密度実装上不利であり、また、磁気イ
ンピーダンス効果素子と被磁界検出体との間隔をコイル
の介在のために大きくせざるを得ず、検出感度上も不利
である。他方、プリント式では、プリントコイルの平面
性のために平面寸法が大きくなり、配線基板上への高密
度実装上不利である。

【０００８】本発明の目的は、平面寸法を小さくでき、
かつ被検出体に近接させて高感度の検出を可能とする磁
気インピーダンス効果センサーを提供することにある。

【課題を解決するための手段】本発明に係る磁気インピ
ーダンス効果センサーは、基板の片面に磁気インピーダ
ンス効果素子を配設し、鉄芯に負帰還磁界発生用コイル
とバイアス磁界発生用コイルとを巻装したコイルを前記
基板の他面に、鉄芯と磁気インピーダンス効果素子とで
磁気回路を構成するように配設したことを特徴とし、鉄
芯にはＣ形鉄芯を用い、更に、分割式とすることもでき
る。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照しつつ本発明の
実施の形態について説明する。図１の（イ）は本発明に
係る磁気インピーダンス効果センサーの一実施例を示す
側面図、図１の（ロ）は同じく底面図、図１の（ハ）は
図１の（ロ）におけるハ−ハ断面図である。図１におい
て、１１は絶縁基板であり、例えばセラミックス板を使
用できる。１２，１２は絶縁基板の片面に設けた電極で
あり、素子接続用突部１２１を備えている。この電極は
導電ペースト、例えば、銀ペーストの印刷・焼付けによ
り設けることができる。１３は電極１２，１２の突部１
２１，１２１間にはんだ付けや溶接により接続した磁気
インピーダンス効果素子であり、通常、零磁歪乃至は負
磁歪のアモルファスワイヤ、アモルファスリボン、スパ
ッタ膜等が使用される。１４は各電極１２にはんだ付け
や溶接により取り付けたピン導体である。２はＣ形鉄芯
２１に負帰還磁界発生用コイル２ａとバイアス磁界発生
用コイル２ｂ（何れにも、通常、銅線に絶縁塗料を焼き
付けてなるエナメル線が使用される）とを巻装してなる
コイルであり、磁気インピーダンス効果素子１３とＣ形
鉄芯２１とで磁気回路を構成させるように、Ｃ形鉄芯２
１の両端を基板１１の他面に接着剤等で固定してある。
前記鉄芯材料としては、磁性体であればよく、例えば、
パーマロイ、フェライト、鉄、アモルファス磁性合金の
他、磁性体粉末混合プラスチック等を挙げることができ
る。

【００１０】上記において、Ｃ形鉄芯２１の長さをｌ
ａ、断面積をＳａ、透磁率をμａとすれば、Ｃ形鉄芯の
磁気抵抗Ｒａは

【数２】 Ｒａ＝ｌａ／（Ｓａμａ） （２） で与えられ、また、磁気回路の構成部分となる磁気イン
ピーダンス効果素子部分の長さをｌｂ、断面積をＳｂ、
透磁率をμｂとすれば、磁気インピーダンス効果素子部
分の磁気抵抗Ｒｂは

【数３】 Ｒｂ＝ｌｂ／（Ｓｂμｂ） （３） で与えられ、更に、Ｃ形鉄芯両端と磁気インピーダンス
効果素子との間の磁気抵抗をＲｃとすると、磁気回路の
磁気抵抗Ｒｍは

【数４】 Ｒｍ＝Ｒａ＋Ｒｂ＋Ｒｃ （４） で与えられ、従って、負帰還磁界発生用コイル２ａの自
己インダクタンスＬ1は、そのコイル巻数をＮ1として

【数５】 Ｌ1＝Ｎ1^２／Ｒｍ （５） で与えられ、バイアス磁界発生用コイル２ｂの自己イン
ダクタンスＬ2は、そのコイル巻数をＮ2として

【数６】 Ｌ2＝Ｎ2^２／Ｒｍ （５） で与えられる。

【００１１】而るに、前記基板１１の厚みが薄くＲｃを
小さくでき、また、Ｃ形鉄芯２１の脚部の高さを巻線の
直径よりやや高くする程度にとどめてＣ形鉄芯２１の長
さを短くできるから、前記磁気回路の磁気抵抗Ｒｍを充
分に低くでき、それだけ各コイルの巻数Ｎを少なくでき
る結果、コイル２自体も小型化できる。

【００１２】本発明に係る磁気インピーダンス効果セン
サーは、Ｃ形鉄芯に負帰還磁界発生用コイル及びバイア
ス磁界発生用コイル巻装してコイルを製作しておき、片
面に磁気インピーダンス効果素子を配設した基板の他面
にそのコイルのＣ形鉄芯脚部を接着剤で固定することに
より製造できる。また、Ｃ形鉄芯を脚部と水平部とに分
割し、脚部を基板の他面に固着しておき、Ｃ形鉄芯水平
部に負帰還磁界発生用コイル及びバイアス磁界発生用コ
イルを巻装したコイルの水平部両端を前記脚部にはんだ
付けや溶接で接合することにより製造することもでき
る。

【００１３】

【発明の効果】本発明に係る磁気インピーダンス効果セ
ンサーにおいては、Ｃ形鉄芯に負帰還磁界発生用コイル
とバイアス磁界発生用コイルとを巻装したコイルを磁気
インピーダンス効果素子のベース基板の裏面にそのＣ形
鉄芯と磁気インピーダンス効果素子とで磁気回路を構成
するように固設してあり、磁気インピーダンス効果セン
サーの外郭をベース基板の外郭にとどめることができる
から、平面寸法を極めて小さくできる。また、コイルの
磁気回路の磁気抵抗を低くできるから、それだけ少ない
コイル巻数で所定のインダクタンスを得ることができ、
コイルの高さも充分に低くできる。さらに、磁気インピ
ーダンス効果素子面を被検出体に近接させることができ
る。従って、本発明によれば、小型で高感度検出が可能
な負帰還磁界発生用コイル及びバイアス磁界発生用コイ
ル付きの磁気インピーダンス効果素子を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る磁気インピーダンス効果センサー
を示す図面である。

【図２】磁気インピーダンス効果素子を用いた通常の磁
界検出装置をを示す回路図である。

【符号の説明】

１１ 基板 １３ 磁気インピーダンス効果素子 ２ コイル ２１ Ｃ形鉄芯 ２ａ 負帰還磁界発生用コイル ２ｂ バイアス磁界発生用コイル

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】基板の片面に磁気インピーダンス効果素子
   を配設し、鉄芯に負帰還磁界発生用コイルとバイアス磁
   界発生用コイルとを巻装したコイルを前記基板の他面
   に、鉄芯と磁気インピーダンス効果素子とで磁気回路を
   構成するように配設したことを特徴とする磁気インピー
   ダンス効果センサー。
2. 【請求項２】鉄芯がＣ形鉄芯である請求項１記載の磁気
   インピーダンス効果センサー。
3. 【請求項３】鉄芯が分割式である請求項１または２記載
   の磁気インピーダンス効果センサー。