WO2005019851A1

WO2005019851A1 - 磁気センサ

Info

Publication number: WO2005019851A1
Application number: PCT/JP2004/011849
Authority: WO
Inventors: Yoshinobu Honkura; Michiharu Yamamoto; Yoshiaki Koutani; Kazumasa Sumi; Masaki Mori
Original assignee: Aichi Steel Corporation
Priority date: 2003-08-25
Filing date: 2004-08-18
Publication date: 2005-03-03
Also published as: EP1528402B1; US7026812B2; KR20060025113A; CN1697980A; JP3801194B2; EP1528402A1; CN1697980B; KR100666292B1; EP1528402A4; US20060038561A1; TW200510749A; TWI285747B; JPWO2005019851A1

Abstract

　パルス電流を通電するアモルファスワイヤからなる感磁体１１と感磁体１１の周囲に巻回した検出コイル１２とパルス電流の遮断時に検出コイル１２に誘起する電圧を検出するサンプルホールド回路とからなり、サンプルホールド回路は、電子スイッチＳ３１、コンデンサＣ３２、抵抗Ｒ３２、抵抗Ｒ３３及び高入力抵抗増幅器３１からなるサンプルホールド部Ｂ３１と、電子スイッチ３１の制御端子に接続された抵抗Ｒ３１及びコンデンサＣ３１による遅延回路とを有している。

Description

明細書

磁気センサ

技術分野

[0001] 本発明は微小磁界を計測するための高精度な磁気センサに関するものである。

背景技術

[0002] 従来の磁気インピーダンス素子による磁気センサとしては、例えば、アモルファスヮィャの外周にコイルを卷回したものがある。このような磁気センサでは、例えば、ァモルファスワイヤに立ち上がり時間 5nsのパルス電流を通電したときにコイルに誘起する振動波形の第 1パルスを抽出することにより、外部磁界 H に比例して高感度に変 ex

化する電圧を得ようとしている（例えば、特許文献 1参照。 )

また、特許文献 1は、アモルファスワイヤに帰還コイルを卷回するとともに帰還回路を設け、その帰還コイルにセンサ出力電圧に比例した負帰還電流を常時流して負帰還を行なうことにより、直線性のよいヒステリシスのない高精度の磁界センサ特性を得ることができる旨を開示してレ、る。

[0003] 特許文献 1 :特開 2000— 258517号公報

発明の開示

発明が解決しょうとする課題

[0004] し力しながら、前記従来の磁気センサでは、次のような問題があった。すなわち、前記従来の磁気センサでは、精度を向上するには、例えば、前記のような帰還回路等が必要となり回路構成が複雑となって大型化するおそれがある。また、例えば、前記のような帰還回路を省略すると、十分な精度が得られないおそれがあるという問題がめる。

特に、例えば、携帯電話や携帯端末機器などに組み込む方位計測用の磁気センサとしては、シンプルな回路構成により高精度な方位計測が可能であることが強く求められており、前記従来の磁気センサでは、その要求に十分に対応できないおそれがあった。

課題を解決するための手段 [0005] 本発明は、外部磁界の作用により電磁気特性が変化する感磁体と、該感磁体に通電電流を供給する駆動回路と、前記感磁体の周囲に卷回した検出コイルと、前記検出コイルに誘起する電圧の大きさである誘起電圧値を計測するサンプノレホールド回路とを有してなり、

該サンプノレホールド回路は、前記駆動回路による前記通電電流の遮断に同期して前記誘起電圧値を計測するように構成してあることを特徴とする磁気センサにある。

[0006] ここで、感磁体であるアモルファスワイヤに瞬間的に電流を流すとアモルファスワイャに卷回した検出コイルに、アモルファスワイヤに作用する外部磁場の大きさに対応する電圧が誘起されることが知られてレ、る。

[0007] 例えば、図 13A及び図 13Bは、アモルファスワイヤの周囲に検出コイルを卷回した磁気検出部について、作用する外部磁界が + 2ガウスのときの動作例を示すものでめる。

図 13Aはアモルファスワイヤを駆動する電流波形の一例で、 35ns (ナノ秒）の通電時間を所定の周期で繰り返す。図 13Bは検出コイルに誘起する電圧を示す。例えば、図 13Aのパルス電流が立ち上がるときには図 13Bに示す正の減衰振動電圧 Q1が検出コイルに現れ、パルス電流が立ち下がるときには逆に負の減衰振動電圧 Q2が現れる。この減衰振動電圧の大きさ及び正負の極性は、外部磁界の大きさおよび外部磁界の方向と、アモルファスワイヤの軸方向とがなす角との関係によりベクトル的に決まる。従って、この減衰振動電圧から外部磁界の大きさを測定することができる。

[0008] し力し、検出コイルを卷回したアモルファスワイヤに作用する磁界を ± 3G (ガウス)の範囲で変化した際、パルス電流の立ち上がり時に検出コイルに誘起される減衰振動電圧の最大値である piの電圧は、図 14に示すごとく変化する。同図から知られるように、約 8%の非直線性と約 6%のヒステリシスの誤差を生じている。それ故、パルス電流の立ち上がり時に前記電圧 piを計測する外部磁界の計測方法は、高精度が要求される方位計測には不都合である。

[0009] そこで、本発明者らは、アモルファスワイヤをパルス電流で駆動したときに、前記検出コイルに誘起する電圧と外部磁界の大きさとの関係（図 13A及び図 13B参照。）について鋭意研究し、得られた知見から次の発明に至った。 [0010] 本発明は、パルス電流を通電するアモルファスワイヤからなる感磁体と該感磁体の周囲に卷回した検出コイルと前記パルス電流の遮断に同期して前記コイルに誘起する電圧を検出するサンプノレホールド回路からなることを特徴とする。図 13Bにおいて前記アモルファスワイヤに通電するノ^レス電流を遮断による立ち下がり時の電流変化によって検出コイルに誘起される減衰振動電圧 Q2をサンプノレホールド回路により検出する。これにより、非直線性及びヒステリシスの特性が改善され、精度が良好となる。

[0011] 本発明の磁気センサでは、例えば、前記のような帰還回路を省略しても十分な精度を確保することができる。それ故、この磁気センサでは、回路構成をシンプルにでき、小型化、薄型化等が可能である。さらに、常時通電が必要な前記帰還回路を省略すれば、電力消費を抑制することができる。

図面の簡単な説明

[0012] [図 1]実施例 1における、磁気センサの回路図である。

[図 2]実施例 1における、外部磁界対検出コイルの最大電圧値の特性図である。

[図 3]実施例 2における、磁気センサの回路図である。

[図 4A]実施例 2における、パルス電流を流す時間対アモルファスワイヤの電流の特十生図である。

[図 4B]実施例 2における、パルス電流を流す時間対検出コイルの電圧の特性図である。

[図 5]実施例 2における、外部磁界対検出コイルの最大電圧値の特性図である。

[図 6A]実施例 3における、パルス電流の時間変化を示すグラフである

[図 6B]実施例 3における、パルス電流に対する検出コイルの電圧変化を示すグラフである。

[図 7]実施例 4における、磁気センサの回路図である。

[図 8]実施例 4における、パルス電流の変化を示すグラフである。

[図 9]実施例 5における、磁気インピーダンス素子の正面図である。

[図 10]実施例 5における、磁気インピーダンス素子を示す図の A-A'線に沿う断面概念図である。 [図 11]実施例 5における、溝内の螺旋状の検出コイルの配設形態を示す斜視図である。

[図 12]実施例 5における、外部磁界 (G)に対する検出コイルの最大電圧値 (V)の関係を示す特性図である。

[図 13A]アモルファスワイヤの通電電流の時間変化を示すグラフである。

[図 13B]磁気検出部に作用する外部磁界が + 2G (ガウス）のとき、検出コイルの電圧の時間変化を示すグラフである。

[図 14]外部磁界 (G)に対して、パルス電流の立ち上がりに同期して計測した検出コィルの最大電圧値 (V)の関係を示す特性図である。

[図 15]従来技術の磁気インピーダンス素子の一例を示す図である。

符号の説明

[0013] 10 電極配線基板

11 アモルファスワイヤ

12、 30 検出コィノレ

2 ノルス発生器

20 感磁体

31、 32 コィノレ部

40 絶縁物 (樹脂）

90 溝

発明を実施するための最良の形態

[0014] 本発明においては、前記サンプノレホールド回路は、前記通電電流の遮断による前記誘起電圧値の時間的変化である減衰振動波形にぉレ、て、時間的に最初のピーク値を計測するように構成してあることが好ましレ、。

前記サンプノレホールド回路を用いて、前記誘起電圧の最初のピーク値を検出する場合には、図 13Bに示すごとぐ前記の減衰振動電圧 Q2のピーク値 p2を検出でき、前記磁気センサの高感度化が可能となる。

[0015] また、前記サンプノレホールド回路は、前記駆動回路による前記通電電流の遮断に対する所定のタイミングを記憶する時間記憶手段を有し、前記通電電流の遮断に対して前記所定のタイミングで同期して前記誘起電圧値を計測するように構成してあり前記所定のタイミングは、略ゼロの磁界強度の外部磁界中に保持した前記感磁体への前記通電電流を遮断する際、減衰振動する前記誘起電圧値が時間的に最初にゼロクロスするタイミングであることが好ましレ、。

[0016] ここで、前記ゼロクロスするとは、減衰振動する前記誘起電圧値が正値 (負値)から負値 (正値)へ正負反転することをレ、う。

作用する外部磁界が略ゼロであっても、前記感磁体への前記通電電流を遮断する際には、前記検出コイルに電圧が誘起される。この誘起電圧は、前記検出コイルと前記感磁体との間の電磁誘導等によるものであり、外部磁界とは無関係に発生する。そして、減衰振動する前記誘起電圧値がゼロクロスするタイミングとは、外部磁界とは無関係に検出コイルに発生する誘起電圧値がゼロとなるタイミングである。

[0017] 前記磁気センサでは、減衰振動する前記誘起電圧値が時間的に最初にゼロクロスするタイミングを前記所定のタイミングとして記憶しておき、この所定のタイミングで同期して前記サンプノレホールド回路を動作させて外部磁界の計測を行う。そのため、前記検出コイルと前記感磁体との間の電磁誘導等により、外部磁界とは無関係に発生する電圧成分が、誤差成分として混入するおそれが少ない。それ故、前記磁気センサによれば、外部磁界の作用により発生する前記誘起電圧値を高精度に計測すること力 Sできる。

[0018] なお、前記時間記憶手段としては、例えば、コイル、抵抗、コンデンサを適宜、選択的に組み合わせた遅延回路として構成することができる。あるいは、マイコンのタイマ一機能等を利用して前記時間記憶手段を構成することもできる。

[0019] また、前記駆動回路は、前記磁気センサで検出する最小磁界強度の外部磁界が前記感磁体に作用したときに前記サンプルホールド回路が計測する前記誘起電圧値である最小電圧値を記憶する電圧記憶手段を有し、かつ、前記誘起電圧値が前記最小電圧値の 5%以下の電圧範囲に収束した状態で前記通電電流を遮断するように構成してあることが好ましレ、。

[0020] 前記誘起電圧値が前記の電圧範囲に収束した状態で、前記通電電流を遮断すれば、その後、前記サンプノレホールド回路を用いて前記誘起電圧値を精度良く計測すること力 Sできる。

なお、前記誘起電圧値が収束している状態とは、前記通電電流の立ち上がりにより前記検出コイルに誘起される減衰振動電圧が前記電圧範囲内に収まっている状態をいう。

[0021] さらになお、前記電圧記憶手段としては、例えば、ダイオードと CR回路とを組み合わせた包絡線検波回路に前記誘起電圧値を入力し、この包絡線検波回路の出力電圧値としきい値とを比較することにより収束を調べるように構成することができる。あるレ、は、前記誘起電圧値のピーク値をサンプルホールドする第 2のサンプルホールド回路を追加して、この第 2のサンプルホールド回路が計測した電圧としきレ、値との比較を行うことにより収束を調べるように構成することもできる。

[0022] また、前記駆動回路は、前記通電電流としてパルス状の電流変化を前記感磁体に作用するように構成してあると共に、前記通電電流の大きさを所定電流値に高めるまでに要する立ち上がり時間が、該所定電流値の前記通電電流を遮断する遮断時間の 3倍以上 30倍以内となるように構成してあることが好ましい。

この場合には、前記遮断時間の 3倍以上の前記立ち上がり時間を設定することで、前記通電電流の遮断による前記誘起電圧値に比べて前記通電電流の立ち上がりによる誘起電圧値を抑制することができる。そして、立ち上がり時の誘起電圧値を抑制すれば、計測する誘起電圧値に対する相対的な影響を抑制でき、前記磁気センサによる計測精度を高めることができる。

[0023] なお、ここで、立ち上がり時間とは、通電電流が所定電流値の 10%から 90%に立ち上がるのに要する時間をいい、遮断時間とは、通電電流が前記所定電流値の 90 %から 10%に立ち下がるのに要する時間をいう。なおここで、前記所定電流値とは、遮断する際の前記通電電流の大きさをレ、う。

[0024] また、前記駆動回路は、前記通電電流の供給源である電気エネルギーを蓄えるコンデンサと、該コンデンサと前記感磁体との間の電気的な経路に配置した電子スイツチとを含み、かつ、

前記コンデンサから前記感磁体に向けて供給する前記通電電流を、前記電子スィツチを用いて遮断するように構成してあることが好ましレ、。

この場合には、コンデンサと電子スィッチとからなる駆動回路を用いることにより、前記の感磁体のパルス電流を遮断するときの電流変化率を大きくでき、前記磁気センサの検出感度を一層、高めることが可能となる。

[0025] また、該磁気センサは、一方向に延在する溝を形成した電極配線基板を有し、該溝が、電気的な絶縁性を備えた絶縁体を充填されるように構成されており、

前記感磁体は、前記溝の溝方向に沿って前記絶縁体を貫通するように配置したァ前記検出コイルは、前記溝の内周面である溝面に配設した一方のコイル部と、前記溝の上面に当たる前記絶縁体の外表面である溝上面に配設した他方のコイル部とを組み合わせて螺旋状の電気的な経路を形成したものであることが好ましい。

[0026] この場合には、前記溝の内周面に形成した一方のコイル部及び、溝の上面に形成した他方のコイル部を組み合わせた前記検出コイルと、前記溝内の絶縁体を貫通する前記アモルファスワイヤとを組み合わせて構成することで、前記磁気センサの小型化が可能になる。

例えば、小型電子機器である携帯電話や携帯端末機器では、方位計測用の磁気センサの小型化、薄型化が強く求められている。これに対し、前記磁気センサによれば、小型化、薄型化等のサイズ的な要求仕様に十分、対応することができる。

[0027] また、前記感磁体は、直径 1 μ m以上 30 μ m以下のアモルファスワイヤであり、前記検出コイルは、捲線内径 200 μ m以下のものであることが好ましい。この場合には、前記検出コイルの捲線内径が 200 μ ΐη以下とすることにより、ァモルファスワイヤ表皮と検出コイルとの間隙を小さくすることができる。そして、この間隙を小さくすれば、アモルファスワイヤよりなる感磁体の表皮効果励磁を効率良く利用できる。そのため、前記検出コイルの前記誘起電圧値を大きく確保でき、前記磁気センサの高感度化が可能となる。

実施例

[0028] (実施例 1)

本発明の実施例 1を図 1、図 2、図 13A及び図 13Bを用いて説明する。図 1は、本例の磁気センサの回路図である。図 1において、磁気検出部 1は、感磁体としての長さ 2. 5mm、直径 30 /i mの CoFeSiB系合金の零磁歪アモルファスワイャ 11と、該アモルファスワイヤ 11の周囲に 40回卷回した検出コイル 12と、電流制御用抵抗 R11とからなる。アモルファスワイヤ 11は、パルス通電を行なうべく前記抵抗 R 11を介してパルス発生器 2の出力端子 P2に接続されてレ、る。

[0029] 他方、検出コイル 12は、パルス電流が遮断されたときに外部磁界に対応して発生する誘起電圧に基づく電圧を出力するべくサンプルホールド回路 3の電子スィッチの入力端子 P3に接続されている。

[0030] パルス発生器 2は、 CMOSインバータ素子 L21及び L22、抵抗 R21並びにコンデンサ C21からなるマルチバイブレータと、コンデンサ C22及び抵抗 R22からなる微分回路を含む CMOSインバータ素子 L23からなる波形成型回路とからなる。

[0031] この波形成型回路には、前記マルチバイブレータを電気的に接続してある。前記波形成型回路は、マルチバイブレータが 1MHzの周波数の矩形波を発生したとき、口ジックレベルが "1 "の期間が 35ns (ナノ秒）であるパルス電圧を、繰り返し周波数 1M Hzで発生させ、このパルス電圧を出力端子 P2に出力する。

[0032] これにより前記アモルファスワイヤ 11にパルス電流が 35ns間通電される。この結果、前記検出コイル 12には、磁気検出部 1が置かれている外部磁場に対応した減衰振動電圧が誘起される。

[0033] サンプルホールド回路 3は、電子スィッチ S31、コンデンサ C32、抵抗 R32、抵抗 R 33及び高入力抵抗増幅器 A31からなるサンプルホールド部 B31と、前記電子スイツチ S31の制御端子に接続された抵抗 R31及びコンデンサ C31による遅延回路とからなる。

[0034] この遅延回路の他方の端子は、前記パルス発生器の出力端子 P2に接続されている。遅延回路は、この出力端子 P2からパルスが出力されると、抵抗 R31およびコンデンサ C31によって決まる所定の時間分、遅延して前記電子スィッチ S31の制御端子のロジックレベルを" 1 "とする。

[0035] これにより電子スィッチ S31は"閉"の状態になり前記検出コイル 12の誘起電圧がコンデンサ C32に印加される。次に、前記出力端子 P2のパルスが立ち下がると前記ァモルファスワイヤ 11へ流れている電流が遮断されるとともに、電子スィッチ S31は、前記抵抗 R31およびコンデンサ C31によって決まる所定の時間 Δ t遅れて"開"となる。

[0036] この遅延時間 A tは、図 13A及び図 13Bに示すように、前記アモルファスワイヤ 11 の電流を遮断（時亥 1)してから前記検出コイル 12に前記減衰振動電圧 Q2の最大電圧 p2が現れる（時亥 2)までの時間に合わせてある。そのため、前記電子スィッチ S31は、この最大電圧 p2が現れるタイミングに略一致しで'開"となる。一方、コンデンサ C32には、電子スィッチ S31が"開"となる直前の検出コイルの電圧が保持される

[0037] 高入力抵抗増幅器 A31は、前記検出コイルの電圧を直流電圧に変換することにより、外部磁界の大きさに対応する電圧を出力端子 P4に出力し、 1MHzで繰り返される次のパルスにより新たに更新されるまでその電圧を出力し続ける。

[0038] 図 2には、磁気検出部に印加される磁界を ± 3Gの範囲で変化させたときの結果を示す。同図には、パルス電流を遮断したときに検出コイル 12に誘起する減衰振動電圧の最大値である p2の電圧を、サンプノレホールド回路で直流変換して得た結果を示してある。図 2から知られるように、非直線性及びヒステリシスはいずれも 2%以下となり、方位計測するに当たって実用的な精度が達成されてレ、る。

[0039] さらに、本例の磁気センサの回路では、負帰還回路を用いる必要がなレ、。それ故、負帰還回路への負帰還電流を常時流す必要性を解消できるため、低消費電力化を図ること力 Sできる。

[0040] 以上のように、本例の磁気センサによれば、以下のような作用効果を得ることができる。

(1)非直線性及びヒステリシスを改善することができる。

(2)負帰還回路を用いる必要がないため、負帰還コイルの省略による電子部品点数を少なくでき、また負帰還電流が不要となって低消費電力化を図ることができる。

(3)高精度化を達成することができる。

[0041] (実施例 2)

本発明の実施例 2を図 3 図 5、図 13A及び図 13Bを用いて説明する。図 3は、本例の磁気センサの回路図である。図 3の回路図は、前記の実施例 1を示す図 1の回路図に対して、前記アモルファスワイヤ 11へパルス電流を供給するための駆動回路 4を新たに追加したものである。図 3における他の回路は図 1と同じ回路である。そこで、駆動回路 4について説明する。

[0042] 駆動回路 4は、電圧 Vdd (図示を省略した安定化電源回路に接続）に充電されたコンデンサ C41、電子スィッチ S41、抵抗 R41及びコンデンサ C42による遅延回路からなる。この駆動回路 4は、電子スィッチ S41が"閉"のとき、前記コンデンサ C41から前記磁気検出部 1の抵抗 R11及びアモルファスワイヤ 11に向けて電流を供給する。

[0043] 前記パルス発生器 2の出力端子 P2から時間幅 35nsのノ^レス電圧が出力されると、抵抗 R41とコンデンサ C42とからなる遅延回路により所定の時間遅れて電子スィッチ S41の制御端子がロジックレベルの" 0"の状態力、ら" 1"の状態になる。その後、 35ns 経過した後に前記パルス電圧の立ち下がりと共に再び" 0"の状態になる。

[0044] 電子スィッチ S41の制御端子が" 1 "のときは該電子スィッチ S41の抵抗が減少して "閉"の状態になるため、電源電圧 Vddに充電されていた前記コンデンサ C41から電子スィッチ S41を通して前記磁気検出部 1の抵抗 R11及びアモルファスワイヤ 11に急激に電流が流れる。ここで、前記コンデンサ C41の容量と前記アモルファスワイヤ 1 1及び抵抗 R11がなす時定数をパルス幅時間 35nsよりも十分に大きく設定することによって一定の電流値を保持するパルス電流を得ることができる。

[0045] また、前記電子スィッチ S41の制御端子がロジックレベル" 0"となると、前記電子スイッチ S41の抵抗が増加して"開"の状態になって前記アモルファスワイヤ 11の電流が急激に遮断されて" 0"となる。

[0046] なお、抵抗 R41とコンデンサ C42からなる前記遅延回路は、アモルファスワイヤ 11 の通電電流の遮断に対する電子スィッチ S31の動作タイミングを調整するためのものである。本例では、前記検出コイル 12に誘起する減衰振動電圧が最大値となるタイミングで前記サンプノレホールド回路の電子スィッチ S31が"開"となるように、前記遅延回路の遅延時間を設定してある。

[0047] この電子スィッチ S41による"閉"及び"開"の作動は、 CMOSインバータ素子による作動よりも速ぐまた該電子スィッチ S41は大電流を流すことができる。そのため、前電流の立ち上がり及び立ち下りの時間に対する電流変化率を大きくすることができる。

[0048] 図 4Aは、アモルファスワイヤ 11にパルス電流（35ns)を流したとき、アモルファスヮィャ 11の電流の挙動を示し、図 4Bは検出コイルの電圧の挙動を示す。

同図力、ら知られるように、アモルファスワイヤ 11のパルス電流が遮断されるときの電流変化率である勾配 k2は、図 13Aに示す CMOSインバータ素子によって駆動される勾配 klよりも倍増している。これにより、前記検出コイル 12に誘起する減衰振動電圧の最大値 p3の大きさも図 13Bの p2に対して約 2倍に増加している。

[0049] 図 5は、磁気検出部 1に作用する外部磁界を ± 3Gの範囲内で変化したときの前記検出コイルに誘起する減衰振動電圧の最大値 p3を示している。同図から知られるように、この感度、すなわち、単位磁界強度当たりの出力電圧が 0. 037VZGとなり、図 2に示す実施例 1の感度 0. 015VZGに比べて約 2. 5倍に増加している。

[0050] 以上のように本例では、前記アモルファスワイヤ 11へパルス電流を供給するために駆動回路 4をカ卩えている。該駆動回路 4では、その電子スィッチを利用して、充電されたコンデンサから感磁体に供給する電流の通電及び遮断を行っている。これにより、アモルファスワイヤに通電するパルス電流について、時間変化率を大きくすることができ、磁気センサの感度をさらに高めることができる。

なお、その他の構成及び作用効果については実施例 1と同様である。

[0051] (実施例 3)

本例は、実施例 1を基にして、前記遅延回路の遅延時間を変更した例である。この内容について、図 1、図 6A及び図 6Bを用いて説明する。

図 6Aは、アモルファスワイヤ 11に供給するパルス電流の遮断時の電流変化を示している。図 6Bは、磁気検出部（図 1における符号 1。）の前記検出コイルに誘起される電圧の変化を示している。

[0052] 図 6Bにおける符号 V0で示す電圧変化は、前記磁気検出部に作用する外部磁界が略ゼロであるときのものである。同図中、符号 VIで示す電圧変化は、前記磁気検出部のアモルファスワイヤの軸方向に沿って作用する外部磁界の磁界強度力 S1ガウスであるときのものである。さらに、同図中、符号 V2で示す電圧変化は、前記磁気検出部のアモルファスワイヤの軸方向に沿って作用する外部磁界の磁界強度が 2ガウスであるときのものである。

[0053] ここで、作用する外部磁界が略ゼロのときには、検出コイルに誘起される電圧がゼ口一定であるのが理想的である。しかし、実際には、図 6B中、符号 V0で示すごとぐアモルファスワイヤと検出コイルとの間の電磁誘導等により、検出コイルに小さな振幅の減衰振動電圧が発生する。そして、アモルファスワイヤと検出コイルとの間の電磁誘導等によって検出コイルに誘起される前記減衰振動電圧 V0は、外部磁界を計測する際の減衰振動電圧 VIあるいは V2に重畳されるおそれが高レ、。すなわち、ァモルファスワイヤと検出コイルとの間の電磁誘導等に起因して発生する電圧は、前記磁気センサの計測誤差の一因となるおそれが高い。

[0054] そこで、本例では、実施例 1の遅延回路の遅延時間を、図 1及び図 6Bに示すように、前記アモルファスワイヤ 11の電流を遮断してから、前記検出コイル 12に前記減衰振動電圧 V0の最初のゼロクロス zlが現れるまでの時間に設定してある。そのため、前記電子スィッチ S31は、この最初のゼロクロス zlが現れるタイミングに"開"となる。一方、コンデンサ C32には、電子スィッチ S31が"開"となる直前の検出コイルの電圧が保持される。

そして、高入力抵抗増幅器が、前記検出コイルの電圧を直流電圧に変換することにより、外部磁界の大きさに対応する電圧を出力端子 P4に出力する。

[0055] 以上のように、本例では、遅延回路の遅延時間を、略ゼロの外部磁界下における検出コイルの減衰振動電圧のゼロクロス zl (図 6B参照。）が現れるタイミングに合わせてある。そのため、本例の磁気センサによる外部磁界の計測では、アモルファスヮィャと検出コイルとの間に生じる電磁誘導等による誤差を抑制することができる。さらに、前記遅延時間は、時間的に最初のゼロクロス zlのものである。そのため、この遅延時間を設定すれば、図 6Bに示すごとぐ最大電圧 p4に近い大きさの電圧 _P5を前記検出コイルの電圧として計測可能である。

[0056] 本例の磁気センサによれば、アモルファスワイヤと検出コイルとの間の電磁誘導等による誤差を抑制して、精度の高レ、計測が可能である。

[0057] (実施例 4) 本例は、実施例 2を基にして駆動回路の構成を変更した例である。この内容について、図 7及び図 8を用いて説明する。

本例の駆動回路 4は、図 7に示すごとぐ実施例 2の駆動回路を基にしてコンデンサ C41と電子スィッチ S41との間にインダクタンス L41を接続したものである。この駆動回路 4によれば、電子スィッチ S41が"閉"となるときに、インダクタンス L41と抵抗 R1 1とで決定される時定数による 1次遅れ特性による鋸歯状波電流を発生させることができる。なお、本例の駆動回路 4では、インダクタンス L41と並列してダイオード D41 を接続してある。このダイオード D41は、電子スィッチ S41が"開"となるときのサージ電圧を吸収する。

[0058] この駆動回路 4によれば、図 8に示すごとぐ電子スィッチ S41が"閉"となるとき、すなわち、アモルファスワイヤへの通電電流の立ち上がりでは、前記のごとく立ち上がりの緩やかな鋸歯状波電流を発生させることができる。一方、電子スィッチ S41が"開" となるとき、すなわち、アモルファスワイヤへの通電電流の遮断では、前記の立ち上力 Sりに比べて急激に通電電流を立ち下げることができる。そして、本例では、鋸歯状波電流に近いパルス電流をアモルファスワイヤに供給する。

[0059] 本例では、立ち上がり時間 Tuを 20nsとし、遮断時間 Tdを 3nsとしてある。すなわち、本例の立ち上がり時間 Tuは、遮断時間 Tdの約 7倍である。そして、立ち上がりから遮断するまでの通電時間 Twを約 25nsとしてある。なお、立ち上がり時間 Tuとは、前記通電電流が定常値の 10%から 90%に立ち上がるのに要する時間をいい、遮断時間 Tdとは、前記通電電流が定常値の 90%から 10%に立ち下がるのに要する時間をいう。

[0060] ここで、本例では、前記通電時間 Twは、次の要件が満たされるように決定してある。すなわち、この要件とは、通電電流の立ち上げに伴って検出コイルに誘起される減衰振動電圧の大きさが、前記通電電流を遮断する際、後述の最小電圧値の 5%以下の電圧範囲に収束しているというものである。ここで、最小電圧値とは、前記磁気センサで検出する最小磁界強度の外部磁界が前記感磁体に作用したときに前記サンプルホールド回路が計測する前記誘起電圧値の大きさである。

[0061] 以上のように本例の駆動装置 4によれば、アモルファスワイヤにパルス状の通電電流を供給する際、電流を緩やかに立ち上げる。これにより、完全に近いパルス電流を供給する場合 (点線 dl)と比べて、電力消費を抑制でき省エネルギー効果を得ることができる。さらに、アモルファスワイヤへの通電電流の立ち上がり時における電流変化率を小さく（緩やかに立ち上げる）すれば、検出コイルに発生する振動電圧の振幅を抑制することができる。そして、検出コイルの振動電圧の振幅が小さい状態でァモルファスワイヤへの通電電流を遮断すれば、外部磁界に応じて発生した電圧を精度高く計測できる。このことを言い換えれば、通電電流の立ち上がりによる振動電圧が早期に収束するため、その後、速やかに通電電流を遮断して外部磁界の計測が可能となる。それ故、通電時間を少なくして、省電力効果を得ることができる。

[0062] なお、本例では、鋸歯状波電流を用いたが、これに代えて、遮断時間に比べて立ち上がり時間が長い不完全なパルス状電流を適用することもできる。この不完全なパノレス状電流は、本例の駆動回路 4の上記時定数を調整することで実現可能である。例えば、立ち上がり時間を、遮断時間の 3倍以上 30倍以内に設定すれば、本例の作用効果を得ることができる。

[0063] (実施例 5)

本発明において磁気検出部を構成するパルス電流を通電するアモルファスワイヤ力なる感磁体と該感磁体の周囲に卷回した検出コイルからなる磁気インピーダンス素子の実施の形態について、図 9一図 12を用いて説明する。

図 9及び 10において、電極配線基板 10上に磁界を検出する感磁体 20と、感磁体 20と検出コイル 30との間には絶縁物 40のみを介設してある。本例では、絶縁物 40 の外周に、捲線内径 200 /i m以下の検出コイル 30を配置してある。感磁体 20及び検出コイル 30の端子は、電極配線基板 10上のそれぞれの電極 51、 52に接続してある。そして、前記磁気インピーダンス素子は、電極 51、 52を介して、感磁体 20にパノレス電流を流し、その時に検出コイル 30に発生する電圧を出力する。

[0064] 該磁気インピーダンス素子は、感磁体 20の周囲に絶縁物 40のみを介して検出コィル 30を設置するため、その捲線内径を 200 z m以下と小さくすることができる。なお、捲線内径とは、図 10に示す高さと幅で形成される溝断面積と同一面積となる円の直径に相当する円相当内径をレ、う。捲線内径が大きいと感磁体と検出コイルとの間隙が拡大して高感度化が得られなレ、こと及び、磁気インピーダンス素子の小型化の要求を鑑みて、本例では捲線内径を 200 μ m以下としてある。

[0065] また、感磁体 20は、直径 10— 30 μ mの導電性を有する CoFeSiB系合金の磁性アモルファスワイヤである。磁性アモルファスワイヤの線径は、製造上の観点力、ら 10 一 30 z mとするのが良い。前記電極配線基板 10は、深さ 40 200 z mの溝 90を有する。前記検出コイル 30は、検出コイルの片側 31 (コイル部 31)が前記溝面 91に沿つて配置され、検出コイルの片側 32 (コイル部 32)が前記溝の上面 92に配置されて、コイル部 31とコイル部 32とからなる二層構造を有するものである。

[0066] 本例の電極配線基板 10の大きさは、幅 0. 5mm、高さ 0. 5mm、長さ 1. 5mmである。感磁体は、 CoFeSiB系合金を使った直径 20 z mのアモルファスワイヤ 20である。電極配線基板 10上の溝 90は深さ 50 z mで幅 70 x m、長さ 1. 5mmである。検出コイル 30は、溝面 91に形成されたコイル部 31と、溝上面 92に形成されたコイル部 3 2とからなる二層構造により形成されている。

[0067] 前記溝面 91に形成されるコイル部 31は、図 11に示されるように、溝 90の溝面 91の全面及び電極配線基板 11の上面における前記溝 90の近接部に蒸着形成した導電性の金属薄膜を選択的に除去してなる。具体的には、コイル部 31は、選択エツチング手法を利用し、前記金属薄膜が螺旋状に残るように、螺旋状の金属薄膜の隙間に間隙部を設けたものである。

[0068] すなわち、前記溝 90の溝側面 911においては、上下方向に垂直な短冊状のコイル部片 311を溝方向に複数形成する。また、前記溝 90の溝底面 912においては、幅方向に対して傾斜する短冊状のコイル部片 312を溝方向に複数形成する。ここで、コィル部片 312は、第 1のコイル部片 311に対して溝方向に隣り合う第 2のコイル部片 3 11に対面する第 3のコイル部片 311と、前記第 1のコイル部片 311とを接続するように形成してある。これにより、コイル部片 311とコイル部片 312とを組み合わせたコィル部 311は、全体として螺旋状をなす。

[0069] 次に、溝上面 92のコイル部 32 (絶縁性を有する樹脂 40の上面 41に形成されたコィル部 32)は、前記電極配線基板 10の長手方向において前記溝上面 92を含む広い範囲にわたって蒸着形成した導電性の金属薄膜よりなる。本例では、この金属薄膜に対して、選択エッチング手法を適用して前記コイル部 32を形成した。具体的には、選択エッチング手法により金属薄膜の一部を除去することにより、前記溝 90の幅方向に沿う短冊状の金属薄膜を複数設けた。本例では、相互に対面する前記コイル部片 311を接続するようにコイル部 32を形成した。なお、前記コイル部 32の上面は必要に応じて保護膜を形成してもよい。

[0070] 本例の検出コイル 30の捲線内径は、円相当内径にて 66 μ mである。検出コイルの捲線間隔は 50 x mにて、 20ターンである。

[0071] アモルファスワイヤ 20と検出コイル 30との間には、絶縁性を有する樹脂 40が充填され、導電性磁性アモルファスワイヤ 20と検出コイル 30との間の電気的な絶縁を保つている。電極配線基板 10の上面には、感磁体 20の両端から延設された端子 51と、検出コイル 30の両端力延設された端子 52の計 4個を焼付けてある。ちなみに本例の磁気インピーダンス素子の大きさは、電極配線基板の大きさとほぼ同一である。

[0072] 実施例 2の回路図（図 3参照。 )を利用して、前記磁気インピーダンス素子を評価した。その結果を図 12に示す。同図から知られるように、実施例 2で得られた感度（第 5 図参照。）よりも優れた 0. 076V/Gという高感度が得られている。

[0073] 前記磁気インピーダンス素子におけるアモルファスワイヤと検出コイルとの平均間隔 23 μ mに対して、実施例 2において用いた磁気インピーダンス素子における間隔は従来技術の磁気インピーダンス素子で約 lmmである。図 15にその一例を示す。基板 110は幅 1. 0mm、高さ 0. 5mm、長さ 2. 5mmである。基板 110上には、直径 30 μ mの CoFeSiB系合金力なるアモルファスワイヤ 120を載せてゲル状の樹脂で保護し、検出コイル 130を捲回する。絶縁性を有する捲き枠 160及び電極 150とからなる。従って、前記の高感度化（0. 076V/G)は、感磁体のアモルファスワイヤと出力を検出する検出コイルとの間隔を小さくしたことによるものと考えられる。

また、小型化した磁気インピーダンス素子により磁気センサの小型化 ·薄型化が達成できる。

Claims

請求の範囲

[1] 外部磁界の作用により電磁気特性が変化する感磁体と、該感磁体に通電電流を供給する駆動回路と、前記感磁体の周囲に卷回した検出コイルと、前記検出コイルに誘起する電圧の大きさである誘起電圧値を計測するサンプルホールド回路とを有してなり、

該サンプノレホールド回路は、前記駆動回路による前記通電電流の遮断に同期して前記誘起電圧値を計測するように構成してあることを特徴とする磁気センサ。

[2] 請求項 1に記載の磁気センサにおいて、

前記サンプノレホールド回路は、前記通電電流の遮断による前記誘起電圧値の時間的変化である減衰振動波形において、時間的に最初のピーク値を計測するように構成してあることを特徴とする磁気センサ。

[3] 請求項 1に記載の磁気センサにおいて、

前記サンプルホールド回路は、前記駆動回路による前記通電電流の遮断に対する所定のタイミングを記憶する時間記憶手段を有し、前記通電電流の遮断に対して前記所定のタイミングで同期して前記誘起電圧値を計測するように構成してあり、前記所定のタイミングは、略ゼロの磁界強度の外部磁界中に保持した前記感磁体への前記通電電流を遮断する際、減衰振動する前記誘起電圧値が時間的に最初にゼロクロスするタイミングであることを特徴とする磁気センサ。

[4] 請求項 1一 3のいずれか 1項に記載の磁気センサにおいて、

前記駆動回路は、前記磁気センサで検出する最小磁界強度の外部磁界が前記感磁体に作用したときに前記サンプルホールド回路が計測する前記誘起電圧値である最小電圧値を記憶する電圧記憶手段を有し、かつ、前記誘起電圧値が前記最小電圧値の 5%以下の電圧範囲に収束した状態で前記通電電流を遮断するように構成してあることを特徴とする磁気センサ。

[5] 請求項 1一 4のいずれか 1項に記載の磁気センサにおいて、

前記駆動回路は、前記通電電流としてパルス状の電流変化を前記感磁体に作用するように構成してあると共に、前記通電電流の大きさを所定電流値に高めるまでに要する立ち上がり時間が、該所定電流値の前記通電電流を遮断する遮断時間の 3 倍以上 30倍以内となるように構成してあることを特徴とする磁気センサ。

[6] 請求項 1一 5のいずれか 1項に記載の磁気センサにおいて、

前記駆動回路は、前記通電電流の供給源である電気エネルギーを蓄えるコンデンサと、該コンデンサと前記感磁体との間の電気的な経路に配置した電子スィッチとを含み、かつ、

前記コンデンサから前記感磁体に向けて供給する前記通電電流を、前記電子スィツチを用いて遮断するように構成してあることを特徴とする磁気センサ。

[7] 請求項 1一 6のいずれか 1項に記載の磁気センサにおいて、

該磁気センサは、一方向に延在する溝を形成した電極配線基板を有し、該溝が、電気的な絶縁性を備えた絶縁体を充填されるように構成されており、

前記感磁体は、前記溝の溝方向に沿って前記絶縁体を貫通するように配置したァ前記検出コイルは、前記溝の内周面である溝面に配設した一方のコイル部と、前記溝の上面に当たる前記絶縁体の外表面である溝上面に配設した他方のコイル部とを組み合わせて螺旋状の電気的な経路を形成したものであることを特徴とする磁気センサ。

[8] 請求項 7に記載の磁気センサにおいて、

前記感磁体は、直径 1 μ m以上 30 μ m以下のアモルファスワイヤであり、前記検出コイルは、捲線内径 200 μ m以下のものであることを特徴とする磁気センサ。