JPH06251967A - 電流プローブコア - Google Patents
電流プローブコアInfo
- Publication number
- JPH06251967A JPH06251967A JP5063204A JP6320493A JPH06251967A JP H06251967 A JPH06251967 A JP H06251967A JP 5063204 A JP5063204 A JP 5063204A JP 6320493 A JP6320493 A JP 6320493A JP H06251967 A JPH06251967 A JP H06251967A
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- JP
- Japan
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- magnetic
- current probe
- core
- ring
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 １GHz 以上でも応答し、しかも小型の電流プ
ローブを作ることができる電流プローブコアを提供する
ことを目的とするものである。 【構成】 応力と磁歪とを有する環状の磁性体を基板の
上に堆積したものである。
ローブを作ることができる電流プローブコアを提供する
ことを目的とするものである。 【構成】 応力と磁歪とを有する環状の磁性体を基板の
上に堆積したものである。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、電流プローブコアに関
する。
する。
【０００２】
【従来の技術】図８は、従来の電流プローブを示す斜視
図である。
図である。
【０００３】この電流プローブは、環状の磁性体コア２
１に導線コイル２５が巻かれたものであり、被測定電流
が流れる導線Ｗを、環状の磁性体コア２１に通過させて
用いる（計量管理協会編「センサの原理と使い方
（１）」コロナ社）。この場合、被測定電流によって発
生した磁場によって環状の磁性体コア２１が磁化され、
被測定電流に比例した誘導起電力が導線コイル２５に発
生する。この誘導起電力を測定することによって、被測
定電流の検出を行う。
１に導線コイル２５が巻かれたものであり、被測定電流
が流れる導線Ｗを、環状の磁性体コア２１に通過させて
用いる（計量管理協会編「センサの原理と使い方
（１）」コロナ社）。この場合、被測定電流によって発
生した磁場によって環状の磁性体コア２１が磁化され、
被測定電流に比例した誘導起電力が導線コイル２５に発
生する。この誘導起電力を測定することによって、被測
定電流の検出を行う。
【０００４】従来、環状の磁性体コア２１にはフェライ
ト系バルク磁性体が使用されている。フェライト系磁性
体は高周波応答の周波数上限が１GHz 程度と低く、また
良好な磁気特性を示す薄膜の作製が困難である。このた
めに、電流プローブの検出周波数上限も１GHz と低いと
いう問題があり、また、部品サイズも数cm×数cm×数cm
と大型であるという問題がある。
ト系バルク磁性体が使用されている。フェライト系磁性
体は高周波応答の周波数上限が１GHz 程度と低く、また
良好な磁気特性を示す薄膜の作製が困難である。このた
めに、電流プローブの検出周波数上限も１GHz と低いと
いう問題があり、また、部品サイズも数cm×数cm×数cm
と大型であるという問題がある。
【０００５】電流プローブの検出周波数の高周波化およ
び小型化を図るには、高周波特性に優れ、良質の薄膜作
製が容易な金属系磁性体を磁性体コア２１として用い、
部品全体を薄膜化する方法が考えられる。この場合、磁
性膜における高周波の応答動作は、困難軸方向の磁化過
程であるので、一軸磁気異方性を有す磁性膜を磁性体コ
ア２１として用いることが有効である。
び小型化を図るには、高周波特性に優れ、良質の薄膜作
製が容易な金属系磁性体を磁性体コア２１として用い、
部品全体を薄膜化する方法が考えられる。この場合、磁
性膜における高周波の応答動作は、困難軸方向の磁化過
程であるので、一軸磁気異方性を有す磁性膜を磁性体コ
ア２１として用いることが有効である。
【０００６】図９（１）、（２）は、ガラス基板上に堆
積した従来の磁性膜を、環状にパターニングした場合の
磁区構造を示す図である。
積した従来の磁性膜を、環状にパターニングした場合の
磁区構造を示す図である。
【０００７】図９における矢印は、磁化方向（磁化容易
軸方向に対応）を示す。環状磁性膜の図９中、上部およ
び下部において、被測定電流によって発生した磁場の方
向と磁性膜の困難軸方向とが直交することになり、これ
らの場所では環状磁性膜中を磁場が効率良く流れること
ができない。
軸方向に対応）を示す。環状磁性膜の図９中、上部およ
び下部において、被測定電流によって発生した磁場の方
向と磁性膜の困難軸方向とが直交することになり、これ
らの場所では環状磁性膜中を磁場が効率良く流れること
ができない。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】すなわち、従来の電流
プローブコアは１GHz 以上では応答せず、サイズも大き
いという問題がある。一方、高周波特性に優れ、良質の
薄膜作製が容易な金属系磁性体を磁性体コアとして用い
た場合には、環状形状に沿った一軸磁気異方性を持つも
のがなく、環状形状に沿って高周波磁場を流す必要のあ
る電流プローブコアには適していないという問題があ
る。
プローブコアは１GHz 以上では応答せず、サイズも大き
いという問題がある。一方、高周波特性に優れ、良質の
薄膜作製が容易な金属系磁性体を磁性体コアとして用い
た場合には、環状形状に沿った一軸磁気異方性を持つも
のがなく、環状形状に沿って高周波磁場を流す必要のあ
る電流プローブコアには適していないという問題があ
る。
【０００９】本発明は、１GHz 以上でも応答し、しかも
小型である電流プローブを作ることができる電流プロー
ブコアを提供することを目的とするものである。
小型である電流プローブを作ることができる電流プロー
ブコアを提供することを目的とするものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】本発明は、応力と磁歪と
を有する環状の磁性体を基板の上に堆積したものであ
る。
を有する環状の磁性体を基板の上に堆積したものであ
る。
【００１１】
【作用】本発明は、応力と磁歪とを有する環状の磁性体
を基板の上に堆積したので、環状形状に沿った一軸磁気
異方性を持ち、電流プローブコアの薄膜部品化が可能で
あり、電流プローブを小型化でき、また環状の磁性体コ
アの全ての場所で優れた高周波応答が得られる。
を基板の上に堆積したので、環状形状に沿った一軸磁気
異方性を持ち、電流プローブコアの薄膜部品化が可能で
あり、電流プローブを小型化でき、また環状の磁性体コ
アの全ての場所で優れた高周波応答が得られる。
【００１２】
【実施例】図１は、本発明の電流プローブコアの一実施
例を示す図であり、図１（１）はその平面図であり、図
１（２）は、図１（１）のＩ（２）ーＩ（２）線で切断
して下から見た縦断面図である。
例を示す図であり、図１（１）はその平面図であり、図
１（２）は、図１（１）のＩ（２）ーＩ（２）線で切断
して下から見た縦断面図である。
【００１３】この実施例は、応力と磁歪とを有する環状
の磁性体１が基板２の上に堆積した構造を持つものであ
る。
の磁性体１が基板２の上に堆積した構造を持つものであ
る。
【００１４】ここで、磁歪定数λS を有す磁性体に異方
的膜応力σf が作用すると、逆磁歪効果によって、異方
性磁場Hst （〜λS ・σf ／４πMs、 ４πMs：磁性体の
飽和磁化）が発生する。膜応力は、薄膜作製法、作製時
のガス圧、基板温度等によって変化するが、±１０9dyn
/cm2程度の値になる（金原「薄膜」裳華房）。
的膜応力σf が作用すると、逆磁歪効果によって、異方
性磁場Hst （〜λS ・σf ／４πMs、 ４πMs：磁性体の
飽和磁化）が発生する。膜応力は、薄膜作製法、作製時
のガス圧、基板温度等によって変化するが、±１０9dyn
/cm2程度の値になる（金原「薄膜」裳華房）。
【００１５】一般に、膜応力は等方的であるが、図１に
示すように磁性体を環状形状にすると、環の周方向では
応力は残留するが、環の周に垂直な方向では応力は解放
されるため、膜応力に異方性が生じる。したがって、応
力と磁歪とを有す環状磁性体は、環状形状に沿った一軸
磁気異方性を有する。
示すように磁性体を環状形状にすると、環の周方向では
応力は残留するが、環の周に垂直な方向では応力は解放
されるため、膜応力に異方性が生じる。したがって、応
力と磁歪とを有す環状磁性体は、環状形状に沿った一軸
磁気異方性を有する。
【００１６】つまり、上記実施例は、応力と磁歪とを有
する環状の磁性体を基板の上に堆積したので、環状形状
に沿った一軸磁気異方性を持ち、電流プローブコアの薄
膜部品化が可能であり、電流プローブを小型化でき、ま
た環状の磁性体コアの全ての場所で優れた高周波応答が
得られる。
する環状の磁性体を基板の上に堆積したので、環状形状
に沿った一軸磁気異方性を持ち、電流プローブコアの薄
膜部品化が可能であり、電流プローブを小型化でき、ま
た環状の磁性体コアの全ての場所で優れた高周波応答が
得られる。
【００１７】次に、具体的実験例を示す。
【００１８】図２は、ガラス基板上に堆積した環状形状
のCoFe合金膜（Co50 at.% ）（以下、単に「CoFe合金
膜」という）における磁区構造を示す図である。
のCoFe合金膜（Co50 at.% ）（以下、単に「CoFe合金
膜」という）における磁区構造を示す図である。
【００１９】図２において、矢印は磁化方向（磁化容易
軸方向に対応する方向）を示している。イオンビームス
パッタ法により膜作製を行い、スパッタガスにはArを使
用した。動作真空度を１×１０-4 Torr 、基板温度を１
５０°Ｃとし、加速電圧を１KVとした。CoFe合金膜は、
＋１０-4の磁歪定数を持ち、また膜応力は−１０9 dyn/
cm2 （圧縮性）であった。図２の環状磁性膜は、環状形
状の全ての場所において、周方向を困難軸とする一軸磁
気異方性を示している。この場合、被測定電流から発生
した磁場は環状磁性膜の全ての場所で高周波応答に優れ
た困難軸方向を流れることになり、したがって、この環
状磁性膜は優れた電流プローブコアとして機能すること
になる。
軸方向に対応する方向）を示している。イオンビームス
パッタ法により膜作製を行い、スパッタガスにはArを使
用した。動作真空度を１×１０-4 Torr 、基板温度を１
５０°Ｃとし、加速電圧を１KVとした。CoFe合金膜は、
＋１０-4の磁歪定数を持ち、また膜応力は−１０9 dyn/
cm2 （圧縮性）であった。図２の環状磁性膜は、環状形
状の全ての場所において、周方向を困難軸とする一軸磁
気異方性を示している。この場合、被測定電流から発生
した磁場は環状磁性膜の全ての場所で高周波応答に優れ
た困難軸方向を流れることになり、したがって、この環
状磁性膜は優れた電流プローブコアとして機能すること
になる。
【００２０】この例における磁性体は、圧縮性応力と正
磁歪とを有しているが、この磁性体の代わりに、引張り
性応力と負磁歪とを有す磁性体を使用してもよく、この
ようにした場合であっても、図２の実施例と同様の結果
を得ることができる。
磁歪とを有しているが、この磁性体の代わりに、引張り
性応力と負磁歪とを有す磁性体を使用してもよく、この
ようにした場合であっても、図２の実施例と同様の結果
を得ることができる。
【００２１】なお、磁性体が高周波応答する上限周波数
fcは、磁性体の飽和磁化を４πMs、ジャイロ磁気定数を
γとすると、（γ／２π）［４πMs・Hst ］1/2 で表さ
れる。｜λS ｜〜１０-6であるときに、fc〜１GHz にな
るので、磁性体が高周波応答する上限周波数fcを、従来
の電流プローブコアの検出周波数上限である１GHz 以上
にするには、｜λS ｜＞１０-6とすることが効果的であ
る。
fcは、磁性体の飽和磁化を４πMs、ジャイロ磁気定数を
γとすると、（γ／２π）［４πMs・Hst ］1/2 で表さ
れる。｜λS ｜〜１０-6であるときに、fc〜１GHz にな
るので、磁性体が高周波応答する上限周波数fcを、従来
の電流プローブコアの検出周波数上限である１GHz 以上
にするには、｜λS ｜＞１０-6とすることが効果的であ
る。
【００２２】図３は、本発明の他の実施例を示す縦断面
図である。
図である。
【００２３】この実施例は、基本的には図１に示す実施
例と同じであるが、図１の磁性体１の代わりに磁性体１
ａを使用し、磁性体１ａは、金属磁性体層１１と非磁性
絶縁体層１２とが交互に積層された多層構造を形成して
いる。磁性体１は、高周波帯域で渦電流損失が発生し、
これが問題であるが、図３に示す磁性体１ａを使用して
電流プローブコアを構成することによって、高周波帯域
における渦電流損失の発生を阻止することができる。
例と同じであるが、図１の磁性体１の代わりに磁性体１
ａを使用し、磁性体１ａは、金属磁性体層１１と非磁性
絶縁体層１２とが交互に積層された多層構造を形成して
いる。磁性体１は、高周波帯域で渦電流損失が発生し、
これが問題であるが、図３に示す磁性体１ａを使用して
電流プローブコアを構成することによって、高周波帯域
における渦電流損失の発生を阻止することができる。
【００２４】この場合、金属磁性体層１１の厚さは、測
定周波数における表皮深さ以下に設定し、非磁性絶縁体
層１２の厚さは、金属磁性体層１１、１１間の電気的絶
縁を保ち得る厚さ以上に設定することが効果的である。
磁性体の比透磁率をμｒ、磁性体の抵抗率をρｍ、真空
の透磁率をμ0 、周波数をｆとすると、表皮深さδは、
［２ρｍ／（２πｆ・μｒ・μ0 ）］1/2 と表される。
定周波数における表皮深さ以下に設定し、非磁性絶縁体
層１２の厚さは、金属磁性体層１１、１１間の電気的絶
縁を保ち得る厚さ以上に設定することが効果的である。
磁性体の比透磁率をμｒ、磁性体の抵抗率をρｍ、真空
の透磁率をμ0 、周波数をｆとすると、表皮深さδは、
［２ρｍ／（２πｆ・μｒ・μ0 ）］1/2 と表される。
【００２５】さらに、金属磁性体層１１を構成する金属
磁性体としては、Fe、Co、Ni、Zr、Nb、Y 、Hf、Ti、M
o、W 、Ta、Si、B 、Reのうちの１つまたは複数の元素
を、Fe、Co、Niに添加した材料が挙げられ、非磁性絶縁
体層１２を構成する非磁性絶縁体としては、SiO2、Al2O
3 、BN、TiN 、SiC が挙げられる。このうち、特に、Co
Fe（Co 50 at.%）合金は、上記のように＋１０-4の大き
な正磁歪と−１０9 dyn/cm2 の圧縮性応力を持ち、また
７GHz まで比透磁率４０が一定となる優れた高周波特性
を示すため、CoFe合金膜を非磁性絶縁体層１２と多層化
した磁性体１ａは電流プローブコアとして特に有用であ
る。
磁性体としては、Fe、Co、Ni、Zr、Nb、Y 、Hf、Ti、M
o、W 、Ta、Si、B 、Reのうちの１つまたは複数の元素
を、Fe、Co、Niに添加した材料が挙げられ、非磁性絶縁
体層１２を構成する非磁性絶縁体としては、SiO2、Al2O
3 、BN、TiN 、SiC が挙げられる。このうち、特に、Co
Fe（Co 50 at.%）合金は、上記のように＋１０-4の大き
な正磁歪と−１０9 dyn/cm2 の圧縮性応力を持ち、また
７GHz まで比透磁率４０が一定となる優れた高周波特性
を示すため、CoFe合金膜を非磁性絶縁体層１２と多層化
した磁性体１ａは電流プローブコアとして特に有用であ
る。
【００２６】図４〜図７は、上記実施例の電流プローブ
コアを使用した電流プローブの例を示す斜視図である。
コアを使用した電流プローブの例を示す斜視図である。
【００２７】図４に示す例は、電流プローブコアに複数
巻の線状の導体線５が巻かれている例であり、電流プロ
ーブコアに導体線５が１巻、巻かれていてもよい。図５
に示す例は、電流プローブコアに板状導体６が巻かれて
いる例であり、電流プローブコアと板状導体６とは電気
的に絶縁されている。
巻の線状の導体線５が巻かれている例であり、電流プロ
ーブコアに導体線５が１巻、巻かれていてもよい。図５
に示す例は、電流プローブコアに板状導体６が巻かれて
いる例であり、電流プローブコアと板状導体６とは電気
的に絶縁されている。
【００２８】図６（１）は、上記実施例の電流プローブ
コアを使用した電流プローブの他の例を示す斜視図であ
り、同図（２）は、同図（１）に四角の破線で示す部分
を縦断した場合の断面図である。図６に示す例は、基板
２の一部の上に導体７が堆積され、導体７の上に非磁性
絶縁体８を介して磁性体１が堆積され、磁性体１の上に
非磁性絶縁体８を介して導体７が堆積され、磁性体１と
導体７とは電気的に絶縁され、導体７の上部と導体７の
下部とは一部で電気的に導通している。
コアを使用した電流プローブの他の例を示す斜視図であ
り、同図（２）は、同図（１）に四角の破線で示す部分
を縦断した場合の断面図である。図６に示す例は、基板
２の一部の上に導体７が堆積され、導体７の上に非磁性
絶縁体８を介して磁性体１が堆積され、磁性体１の上に
非磁性絶縁体８を介して導体７が堆積され、磁性体１と
導体７とは電気的に絶縁され、導体７の上部と導体７の
下部とは一部で電気的に導通している。
【００２９】図７（１）は、上記実施例の電流プローブ
コアを使用した電流プローブの別の例を示す斜視図であ
り、同図（２）は、同図（１）に四角の破線で示す部分
を縦断した場合の断面図である。図７に示す例は、基板
２が導体の場合であり、基板２の一部の上に非磁性絶縁
体８を介して磁性体１が堆積され、磁性体１上に非磁性
絶縁体８を介して導体７が堆積され、磁性体１と基板２
および導体７とは電気的に絶縁されており、導体７の上
部と導体７の下部と基板２とは一部で電気的に導通して
いる。
コアを使用した電流プローブの別の例を示す斜視図であ
り、同図（２）は、同図（１）に四角の破線で示す部分
を縦断した場合の断面図である。図７に示す例は、基板
２が導体の場合であり、基板２の一部の上に非磁性絶縁
体８を介して磁性体１が堆積され、磁性体１上に非磁性
絶縁体８を介して導体７が堆積され、磁性体１と基板２
および導体７とは電気的に絶縁されており、導体７の上
部と導体７の下部と基板２とは一部で電気的に導通して
いる。
【００３０】
【発明の効果】本発明によれば、応力と磁歪とを有する
環状の磁性体を基板の上に堆積したので、環状形状に沿
った一軸磁気異方性を持ち、電流プローブコアの薄膜部
品化が可能であり、電流プローブを小型化でき、また環
状の磁性体コアの全ての場所で優れた高周波応答が得ら
れ、１GHz 以上でも応答するという効果を奏する。
環状の磁性体を基板の上に堆積したので、環状形状に沿
った一軸磁気異方性を持ち、電流プローブコアの薄膜部
品化が可能であり、電流プローブを小型化でき、また環
状の磁性体コアの全ての場所で優れた高周波応答が得ら
れ、１GHz 以上でも応答するという効果を奏する。
【図１】本発明の電流プローブコアの一実施例を示す図
であり、図１（１）はその平面図であり、図１（２）
は、図１（１）のＩ（２）ーＩ（２）線で切断して見た
縦断面図である。
であり、図１（１）はその平面図であり、図１（２）
は、図１（１）のＩ（２）ーＩ（２）線で切断して見た
縦断面図である。
【図２】ガラス基板上に堆積した環状形状のCoFe合金膜
（Co50 at.% ）における磁区構造を示す図である。
（Co50 at.% ）における磁区構造を示す図である。
【図３】本発明の他の実施例を示す縦断面図である。
【図４】上記実施例の電流プローブコアを使用した電流
プローブの例を示す斜視図である。
プローブの例を示す斜視図である。
【図５】上記実施例の電流プローブコアを使用した電流
プローブの例を示す斜視図である。
プローブの例を示す斜視図である。
【図６】上記実施例の電流プローブコアを使用した電流
プローブの例を示す斜視図とその部分縦断面図とを示す
図である。
プローブの例を示す斜視図とその部分縦断面図とを示す
図である。
【図７】上記実施例の電流プローブコアを使用した電流
プローブの例を示す斜視図とその部分縦断面図とを示す
図である。
プローブの例を示す斜視図とその部分縦断面図とを示す
図である。
【図８】従来の電流プローブを示す斜視図である。
【図９】ガラス基板上に堆積した従来の磁性膜を、環状
にパターニングした場合の磁区構造を示す図である。
にパターニングした場合の磁区構造を示す図である。
１、１ａ…磁性体、 ２…基板、 １１…金属磁性体層、 １２…非磁性絶縁体層、 ５…導体線、 ６…板状導体、 ７…導体、 ８…非磁性絶縁体。
Claims (2)
- 【請求項１】 応力と磁歪とを有する環状の磁性体が基
板の上に堆積されていることを特徴とする電流プローブ
コア。 - 【請求項２】 請求項１において、 上記磁性体は、金属磁性体層と非磁性絶縁体層とを交互
に積層した多層構造を有するものであることを特徴とす
る電流プローブコア。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5063204A JPH06251967A (ja) | 1993-02-26 | 1993-02-26 | 電流プローブコア |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5063204A JPH06251967A (ja) | 1993-02-26 | 1993-02-26 | 電流プローブコア |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06251967A true JPH06251967A (ja) | 1994-09-09 |
Family
ID=13222448
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5063204A Pending JPH06251967A (ja) | 1993-02-26 | 1993-02-26 | 電流プローブコア |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH06251967A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2014055790A (ja) * | 2012-09-11 | 2014-03-27 | Alps Green Devices Co Ltd | 電流センサ |
| CN114859139A (zh) * | 2022-07-06 | 2022-08-05 | 成都航空职业技术学院 | 一种户外输电线路电磁场测量装置 |
-
1993
- 1993-02-26 JP JP5063204A patent/JPH06251967A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2014055790A (ja) * | 2012-09-11 | 2014-03-27 | Alps Green Devices Co Ltd | 電流センサ |
| CN114859139A (zh) * | 2022-07-06 | 2022-08-05 | 成都航空职业技术学院 | 一种户外输电线路电磁场测量装置 |
| CN114859139B (zh) * | 2022-07-06 | 2022-09-09 | 成都航空职业技术学院 | 一种户外输电线路电磁场测量装置 |
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