WO2021246289A1 - 磁場検出装置及び磁場検出装置アレイ - Google Patents

磁場検出装置及び磁場検出装置アレイ Download PDF

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WO2021246289A1
WO2021246289A1 PCT/JP2021/020251 JP2021020251W WO2021246289A1 WO 2021246289 A1 WO2021246289 A1 WO 2021246289A1 JP 2021020251 W JP2021020251 W JP 2021020251W WO 2021246289 A1 WO2021246289 A1 WO 2021246289A1
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magnetic field
field detection
magnetic
detection device
cover member
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PCT/JP2021/020251
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誠 亀野
泰樹 悪七
崇人 福井
勇一郎 山地
修 原川
多聞 笠島
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Tdk株式会社
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    • G—PHYSICS
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    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
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    • G01R33/02—Measuring direction or magnitude of magnetic fields or magnetic flux
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    • G01R33/0005—Geometrical arrangement of magnetic sensor elements; Apparatus combining different magnetic sensor types
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    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N50/00—Galvanomagnetic devices
    • H10N50/10—Magnetoresistive devices

Definitions

  • the present invention relates to a magnetic field detection device, and more particularly to a magnetic field detection device that can be arranged in an array.
  • FIG. 12 of Patent Document 1 discloses a magnetic field detection device array capable of measuring an in-plane magnetic field distribution by arranging a plurality of magnetic field detection devices in an array.
  • the magnetic field detection device is fixed to the bobbin, the cancel coil wound around the bobbin, the cover member which is fixed to the bobbin and covers the cancel coil from the direction perpendicular to the axial direction, and the bobbin or the cover member.
  • a first magnetic sensor is provided, and the cover member has first and second side surfaces extending in the axial direction of the cancel coil and located on opposite sides to each other, and the first and second side surfaces are provided.
  • the first and second engaging portions are provided on the cover member that covers the cancel coil from the direction perpendicular to the axial direction, the first and second side surfaces are orthogonal to each other. Any number of magnetic field detectors can be arranged in one direction.
  • the cover member has third and fourth side surfaces extending in the axial direction of the cancel coil and located on opposite sides to each other, and the third and fourth side surfaces have the third and fourth sides, respectively.
  • a fourth engaging portion is provided, and the shape of the third engaging portion may be a shape that can be engaged with the shape of the fourth engaging portion.
  • any number of magnetic field detectors can be arranged in the second direction orthogonal to the third and fourth side surfaces.
  • the first and second side surfaces and the third and fourth side surfaces may be orthogonal to each other.
  • the first and second engaging portions of the two magnetic field detection devices adjacent to each other in the first direction are engaged with each other, and the third and second magnetic field detection devices of the two magnetic field detection devices adjacent to each other in the second direction are engaged with each other.
  • the cover member has fifth and sixth side surfaces extending in the axial direction of the cancel coil and located on opposite sides to each other, and the fifth and sixth side surfaces have the fifth and sixth sides, respectively.
  • a sixth engaging portion is provided, and the shape of the fifth engaging portion is a shape that can be engaged with the shape of the sixth engaging portion, and the first and second side surfaces and the third And the fourth side surface and the fifth and sixth side surfaces may form an angle of 60 ° with each other. According to this, the first and second engaging portions of the two magnetic field detectors adjacent to each other in the first direction are engaged with each other, and the third and third magnetic field detectors adjacent to each other in the second direction are engaged with each other.
  • the plurality of magnetic field detection devices form a honeycomb shape. It is possible to configure an array of magnetic field detectors that are arranged.
  • the magnetic field detection device creates an environmental magnetic field in a cancel space by passing a cancel current through a second magnetic sensor fixed to a bobbin or a cover member and a cancel coil in response to an output signal of the second magnetic sensor.
  • the first magnetic sensor may be arranged in the cancel space, further comprising a feedback circuit for canceling. This makes it possible to cancel uniform environmental magnetic field components such as geomagnetism. Moreover, since a common cancel coil is used for the first and second magnetic sensors, the number of parts can be reduced and the circuit configuration can be simplified.
  • the sensor heads of the first and second magnetic sensors may have different positions of the cancel coil in the axial direction. This makes it possible to prevent the signal magnetic field component from being canceled by the cancel coil.
  • the bobbin winding core portion has a first cavity that opens on one side in the axial direction and a second cavity that opens on the other side in the axial direction
  • the first magnetic sensor has a first cavity.
  • the second magnetic sensor may be housed in the cavity and housed in the second cavity. According to this, the distance between the first magnetic sensor and the second magnetic sensor can be sufficiently separated.
  • the sensor head of the first magnetic sensor protrudes from the bobbin or the cover member to one side in the axial direction
  • the sensor head of the second magnetic sensor protrudes from the bobbin or the cover member to the other side in the axial direction. It does not matter if it protrudes. This makes it possible to bring the object to be measured closer to the first magnetic sensor.
  • the magnetic field detection devices when the magnetic field detection devices are arranged in an array, it is possible to easily change the number and layout of the magnetic field detection devices.
  • FIG. 1 is a schematic perspective view showing the appearance of the magnetic field detection device 1 according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a schematic perspective view showing the appearance of the cover member 100.
  • FIG. 3 is a schematic perspective view of the main body 200 as viewed from the measurement surface side.
  • FIG. 4 is a schematic perspective view of the main body 200 as viewed from the back surface side.
  • FIG. 5 is a schematic perspective view showing the appearance of the bobbin 10.
  • FIG. 6 is a schematic diagram showing an example of the internal structure of the magnetic sensors S1, S21 to S24.
  • FIG. 7 is a block diagram showing a circuit configuration of the main body 200.
  • FIG. 8 is a schematic plan view of the sensor chip 22.
  • FIG. 9 is a schematic cross-sectional view taken along the line AA shown in FIG.
  • FIG. 10 is a circuit diagram of a feedback loop including a magnetic sensor S1, a feedback circuit 31, and a cancel coil C2.
  • FIG. 11 is a circuit diagram of the magnetic sensors S21 to S24 and the detection circuit 32.
  • FIG. 12 is a schematic diagram for explaining the radial position where the magnetic sensors S1 and S21 to S24 are provided.
  • FIG. 13 is a schematic diagram for explaining the position of the cancellation space 40.
  • FIG. 14 is a schematic perspective view showing a magnetic field detection device array in which two magnetic field detection devices 1 are combined.
  • FIG. 15 is a schematic perspective view showing a magnetic field detection device array in which nine magnetic field detection devices 1 are combined.
  • FIG. 14 is a schematic perspective view showing a magnetic field detection device array in which two magnetic field detection devices 1 are combined.
  • FIG. 16 is a schematic perspective view showing a magnetic field detection device array according to the first modification.
  • FIG. 17 is a schematic perspective view showing a magnetic field detection device array according to the second modification.
  • FIG. 18 is a schematic perspective view showing a magnetic field detection device array according to a third modification.
  • FIG. 19 is a schematic perspective view showing a magnetic field detection device array according to a fourth modification.
  • FIG. 20 is a schematic perspective view showing a magnetic field detection device array in which four magnetic field detection devices 2 according to the second embodiment of the present invention are combined.
  • FIG. 21 is a schematic perspective view showing the appearance of the magnetic field detection device 3 according to the third embodiment of the present invention.
  • FIG. 22 is a schematic perspective view showing a magnetic field detection device array in which 14 magnetic field detection devices 3 are combined.
  • FIG. 1 is a schematic perspective view showing the appearance of the magnetic field detection device 1 according to the first embodiment of the present invention.
  • the magnetic field detection device 1 is composed of a cover member 100 and a main body portion 200 housed in the cover member 100.
  • the configuration of the cover member 100 is as shown in FIG. 2, and has four side surfaces 110, 120, 130, 140, an upper surface 150 and a lower surface 160, and a housing portion penetrating from the upper surface 150 to the lower surface 160 in the z direction. 170 is provided.
  • the main body portion 200 is accommodated in the accommodating portion 170 of the cover member 100.
  • the side surfaces 110 and 120 of the cover member 100 form an yz surface and are located on opposite sides of each other.
  • the side surfaces 130 and 140 of the cover member 100 form an xz surface and are located on opposite sides of each other.
  • the upper surface 150 and the lower surface 160 of the cover member 100 form an xy surface and are located on opposite sides of each other.
  • the side surfaces 110 and 120 and the side surfaces 130 and 140 are orthogonal to each other, and the widths of the side surfaces 110 and 120 in the y direction and the widths of the side surfaces 130 and 140 in the x direction are the same. That is, the outer shape of the cover member 100 when viewed from the z direction is substantially square.
  • the side surface 110 has a first portion 111, a second portion 112, and a third portion 113.
  • the first portion 111 is sandwiched by the second portion 112 and the third portion 113 from the y direction, and protrudes in the x direction from the second and third portions 112 and 113.
  • the step formed by the first portion 111 and the second portion 112, and the step formed by the first portion 111 and the third portion 113 both extend in the z direction, and the engagement of the side surface 110 is performed. Make up the part.
  • the side surface 120 has a first portion 121, a second portion 122, and a third portion 123.
  • the first portion 121 is sandwiched by the second portion 122 and the third portion 123 from the y direction, and is recessed in the x direction with respect to the second and third portions 122 and 123.
  • the step formed by the first portion 121 and the second portion 122, and the step formed by the first portion 121 and the third portion 123 both extend in the z direction, and the engagement of the side surface 120 is performed. Make up the part.
  • the engaging portion of the side surface 120 has a shape that can be engaged with the engaging portion of the side surface 110. That is, the width of the first portion 121 of the side surface 120 in the y direction is designed to be substantially the same as or slightly wider than the width of the first portion 111 of the side surface 110 in the y direction.
  • the side surface 130 has a first portion 131, a second portion 132, and a third portion 133.
  • the first portion 131 is sandwiched from the x direction by the second portion 132 and the third portion 133, and is recessed in the y direction from the second and third portions 132 and 133.
  • the step formed by the first portion 131 and the second portion 132, and the step formed by the first portion 131 and the third portion 133 both extend in the z direction, and the engagement of the side surface 130 Make up the part.
  • the side surface 140 has a first portion 141, a second portion 142, and a third portion 143.
  • the first portion 141 is sandwiched from the x direction by the second portion 142 and the third portion 143, and protrudes in the y direction from the second and third portions 142 and 143.
  • the step formed by the first portion 141 and the second portion 142, and the step formed by the first portion 141 and the third portion 143 both extend in the z direction, and the engagement of the side surface 140 Make up the part.
  • the engaging portion of the side surface 140 has a shape that can be engaged with the engaging portion of the side surface 130. That is, the width of the first portion 141 of the side surface 140 in the x direction is designed to be substantially the same as or slightly narrower than the width of the first portion 131 of the side surface 130 in the x direction.
  • FIG. 3 and 4 are views showing the appearance of the main body 200, FIG. 3 is a schematic perspective view seen from the measurement surface side, and FIG. 4 is a schematic perspective view seen from the back surface side.
  • the main body 200 includes a bobbin 10 made of a resin material or the like, a cancel coil C2 wound around the bobbin 10, and a plurality of magnetic sensors S1 and S21 fixed to the bobbin 10. It is equipped with S24.
  • the bobbin 10 is accommodated and fixed in the accommodating portion 170 of the cover member 100.
  • the cancel coil C2 is covered and protected by the cover member 100 from the direction (diametrical direction) perpendicular to the axial direction.
  • the structure of the bobbin 10 is as shown in FIG. 5, and has a winding core portion 13 and flange portions 11 and 12 provided at both ends of the winding core portion 13 in the z direction.
  • the outer peripheral surface of the winding core portion 13 is circular when viewed from the z direction.
  • the cancel coil C2 is wound around the core portion 13 of the bobbin 10, and therefore the coil axial direction of the cancel coil C2 is the z direction.
  • the winding core portion 13 has a cylindrical shape and has a hollow portion 14 extending in the z direction.
  • the outer peripheral surface of the winding core portion 13 does not have to be circular, and may be quadrangular, octagonal, or elliptical.
  • cavities A0 to A4 are provided in the core portion 13 of the bobbin 10.
  • Cavities A0 to A4 are through holes that penetrate the winding core portion 13 in the z direction, one end of the cavities A0 to A4 in the z direction is opened in the flange portion 11, and the other end of the cavities A0 to A4 in the z direction is the flange portion. Open at 12.
  • the radial positions of the cavities A0 to A4 are the same as each other.
  • the magnetic sensors S1 are housed in the cavities A0, and the magnetic sensors S21 to S24 are housed in the cavities A1 to A4, respectively.
  • the sensor head of the magnetic sensor S1 protrudes from the flange portion 11 in the z direction, and the sensor heads of the magnetic sensors S21 to S24 project from the flange portion 12 in the z direction.
  • the magnetic sensors S1 and S21 to S24 are connected to a circuit board 15 fixed to the flange portion 11 of the bobbin 10.
  • the magnetic sensors S1 and S21 to S24 are all arranged at positions overlapping the inner diameter region of the cancel coil C2 when viewed from the z direction, and the sensor head of the magnetic sensor S1 and the sensor heads of the magnetic sensors S21 to S24 are arranged.
  • the positions in the z direction are different from each other.
  • the positions of the sensor heads of the magnetic sensors S21 to S24 in the z direction are the same as each other.
  • the radial positions of the sensor head of the magnetic sensor S1 and the sensor heads of the magnetic sensors S21 to S24 about the coil axis are the same as each other.
  • the magnetic sensor S1 is a sensor for detecting an environmental magnetic field component such as geomagnetism
  • the magnetic sensors S21 to S24 are sensors for detecting a signal magnetic field component emitted from an object to be measured.
  • the sensitivity axes of the magnetic sensors S1 and S21 to S24 are all in the z direction, and most of them are located in the inner diameter region of the cancel coil C2.
  • the sensor heads of the magnetic sensors S21 to S24 are flanged. It protrudes from the portion 12. This is to bring the sensor heads of the magnetic sensors S21 to S24 closer to the object to be measured.
  • the sensor heads of the magnetic sensors S21 to S24 are embedded in the bobbin 10, the distance between the measurement object and the sensor heads of the magnetic sensors S21 to S24 becomes large.
  • the sensor head of the magnetic sensor S1 does not need to protrude from the flange portion 11, but in order to improve the symmetry with the magnetic sensors S21 to S24, the amount of protrusion of the magnetic sensor S1 from the flange portion 11 is magnetic. It is preferable to match the amount of protrusion of the sensors S21 to S24 from the flange portion 12.
  • FIG. 6 is a schematic diagram showing an example of the internal structure of the magnetic sensors S1, S21 to S24.
  • the magnetic sensors S1 and S21 to S24 have the same structure as each other, and both are mounted on the sensor housing body 20, the substrate 21 housed in the sensor housing body 20, and the substrate 21. It includes a sensor chip 22 and a magnetic collector 23.
  • the magnetic collector 23 is a rod-shaped body extending in the z direction, and is made of a high magnetic permeability material such as ferrite.
  • One end of the magnetic collector 23 in the z direction constitutes the sensor head H, and the sensor chip 22 is arranged at the other end of the magnetic collector 23 in the z direction.
  • the signal magnetic field component in the z direction emitted from the measurement object located in the vicinity of the sensor head H is magnetized by the magnetic collector 23 and applied to the sensor chip 22.
  • FIG. 7 is a block diagram showing the circuit configuration of the main body 200.
  • the main body 200 includes a feedback circuit 31 connected to the magnetic sensor S1 and a detection circuit 32 connected to the magnetic sensors S21 to S24.
  • the feedback circuit 31 is a circuit that generates a feedback current F1 for canceling the environmental magnetic field component, and the feedback current F1 generated by the feedback circuit 31 is supplied to the cancel coil C2.
  • the magnetic sensor S1, the feedback circuit 31, and the cancel coil C2 form a feedback loop that cancels the environmental magnetic field component.
  • the detection circuit 32 generates a detection signal Vout indicating a signal magnetic field component emitted from the measurement object in response to the output signals from the magnetic sensors S21 to S24.
  • FIG. 8 is a schematic plan view of the sensor chip 22
  • FIG. 9 is a schematic cross-sectional view taken along the line AA shown in FIG.
  • the cancel coil C1 is covered with an insulating film 24, and magnetoresistive effect elements M1 to M4 are formed on the insulating film 24.
  • the magnetoresistive effect elements M1 to M4 are covered with the insulating film 25.
  • the magnetic collector 23 is arranged between the magnetoresistive effect elements M1 and M2 and the magnetoresistive effect elements M3 and M4 when viewed from the z direction. As a result, the magnetic field in the z direction collected by the magnet collector 23 is distributed in the + x direction and the ⁇ x direction on the element forming surface of the sensor chip 22.
  • the magnetoresistive effect elements M1 and M2 As a result, magnetic field components in opposite directions are applied to the magnetoresistive effect elements M1 and M2 and the magnetoresistive effect elements M3 and M4.
  • the fixed magnetization directions of the magnetoresistive effect elements M1 to M4 are all aligned in the + x direction or the ⁇ x direction.
  • cancel coil C1 is arranged so as to overlap the magnetic resistance effect elements M1 to M4, and when a cancel current is passed through the cancel coil C1, the magnetic resistance effect elements M1 and M2 and the magnetoresistive effect elements M3 and M4 have a cancel coil C1. , Cancellation magnetic fields in opposite directions are applied.
  • FIG. 10 is a circuit diagram of a feedback loop including a magnetic sensor S1, a feedback circuit 31, and a cancel coil C2.
  • the magnetoresistive effect elements M1 to M4 included in the magnetic sensor S1 are bridge-connected, and the differential signal generated by the bridge connection is supplied to the differential amplifier 31a included in the feedback circuit 31.
  • the differential amplifier 31a generates a feedback current F1 based on the differential signal.
  • the feedback current F1 flows through the cancel coils C1 and C2 connected in series.
  • the cancel coils C1 and C2 generate a cancel magnetic field so that the differential signal component, which is the output signal of the magnetic sensor S1, becomes zero.
  • the resistor R1 is connected in parallel to the cancel coil C2.
  • the resistance value of the resistor R1 is set to be larger than the equivalent series resistance (ESR) of the cancel coil C2, preferably 10 times or more the ESR, and more preferably 100 times or more the ESR.
  • ESR equivalent series resistance
  • FIG. 11 is a circuit diagram of the magnetic sensors S21 to S24 and the detection circuit 32.
  • the magnetoresistive effect elements M1 to M4 included in the magnetic sensors S21 to S24 are bridge-connected, and the differential signal generated by the bridge is supplied to the differential amplifier 32a included in the detection circuit 32. ..
  • the differential amplifier 32a generates a feedback current F2 based on the differential signal.
  • the feedback current F2 flows through the cancel coil C1.
  • the cancel coil C1 generates a cancel magnetic field so that the differential signal component, which is the output signal of the magnetic sensors S21 to S24, becomes zero.
  • the detection circuit 32 is provided with a resistor R2 that converts the feedback current F2 into a current and a voltage, and a voltage measurement circuit 33 that measures the voltage between both ends of the resistor R2. As a result, when the feedback current F2 flows, a detection signal Vout proportional to the amount of the current is generated.
  • FIG. 12 is a schematic diagram for explaining the radial position where the magnetic sensors S1 and S21 to S24 are provided.
  • the magnetic sensor S1 is arranged at a position offset from the center of the inner diameter region of the cancel coil C2 when viewed from the axial direction (z direction) of the cancel coil C2.
  • the cancel coil C2 generates a cancel magnetic field so that the environmental magnetic field component applied to the magnetic sensor S1 becomes zero.
  • the environmental magnetic field component becomes zero not only at the position where the magnetic sensor S1 is arranged, but also in the cancel space 40 concentrically distributed with the cancel coil C2. This is because the intensity distribution of the cancel magnetic field is concentric, and if the environmental magnetic field component is uniform, the environmental magnetic field component is completely canceled in the region where the radial position is the same as that of the magnetic sensor S1.
  • the cancel space 40 is formed symmetrically not only on the flange portion 11 side where the sensor head of the magnetic sensor S1 is located but also on the flange portion 12 side where the sensor heads of the magnetic sensors S21 to S24 are located.
  • the magnetic sensors S21 to S24 are arranged in the cancel space 40 formed on the flange portion 12 side.
  • the environmental magnetic field component applied to the magnetic sensors S21 to S24 also becomes zero, so that only the signal magnetic field component emitted from the object to be measured is applied to the magnetic sensors S21 to S24. Therefore, it is possible to detect a weak magnetic field without using a shielded room.
  • the common cancel coil C2 is assigned to the five magnetic sensors S1 and S21 to S24, the number of parts can be reduced and the circuit configuration can be simplified.
  • the environmental magnetic field component applied to the magnetic sensors S21 to S24 becomes zero.
  • the sensor head of the magnetic sensor S1 for detecting the environmental magnetic field component is provided on the flange portion 11, and the sensor heads of the magnetic sensors S21 to S24 for detecting the signal magnetic field component are provided on the flange portion 12. Since it is provided on the side, the signal magnetic field component emitted from the object to be measured is hardly applied to the magnetic sensor S1, and therefore, a part or all of the signal magnetic field component is not canceled.
  • the signal magnetic field component emitted from the measurement object can be detected in real time. .. Further, since the cancel coil C2 and the magnetic sensors S1, S21 to S24 are fixed to the same bobbin 10, there is almost no positional deviation between the cancel coil C2 and the magnetic sensors S1, S21 to S24.
  • FIG. 14 is a schematic perspective view showing a magnetic field detection device array in which two magnetic field detection devices 1 are combined.
  • the side surface 110 of one magnetic field detection device 1 and the side surface 120 of the other magnetic field detection device 1 face each other so as to face each other. Engage the engaging part. That is, since the first to third portions 111 to 113 of the side surface 110 and the first to third portions 121 to 123 of the side surface 120 are in close contact with each other, the y-direction positions of the two magnetic field detection devices 1 are fixed. Ru. Although not shown, when two magnetic field detection devices 1 are connected in the y direction, the side surface 130 of one magnetic field detection device 1 and the side surface 140 of the other magnetic field detection device 1 are opposed to each other to engage with each other. The parts may be engaged. As a result, the x-direction positions of the two magnetic field detection devices 1 are fixed.
  • FIG. 15 is a schematic perspective view showing a magnetic field detection device array in which nine magnetic field detection devices 1 are combined.
  • nine magnetic field detection devices 1 are connected in a 3 ⁇ 3 array.
  • the engaging portions provided on the side surfaces 110 and 120 of the two magnetic field detection devices 1 adjacent to each other in the x direction engage with each other, and are provided on the side surfaces 130 and 140 of the two magnetic field detection devices 1 adjacent to each other in the y direction.
  • the engaged parts are engaged with each other.
  • magnetic sensors S21 to S24 are arranged at the intersections of the virtual lines x1 to x6 extending in the x direction and the virtual lines y1 to y6 extending in the y direction.
  • the pitch P of the virtual lines x1 to x6 and the pitch P of the virtual lines y1 to y6 are designed to be equal to each other, the spatial distribution of the signal magnetic field component can be measured over a wide range.
  • FIG. 16 is an example in which the number of magnetic field detection devices 1 differs depending on the x-direction position and the y-direction position.
  • FIG. 17 is an example in which the z-direction position of the magnetic field detection device 1 differs depending on the x-direction position and the y-direction position.
  • FIG. 18 is an example in which 12 magnetic field detection devices 1 are arranged in a ring shape, and
  • FIG. 19 is an example in which three rings composed of 12 magnetic field detection devices 1 are combined.
  • the displacement is displaced.
  • Any number of magnetic field detection devices 1 can be arranged in the x-direction and the y-direction without causing the above. This makes it possible to easily change the number and layout of the magnetic field detection devices 1.
  • FIG. 20 is a schematic perspective view showing a magnetic field detection device array in which four magnetic field detection devices 2 according to the second embodiment of the present invention are combined.
  • the magnetic field detection device 2 according to the second embodiment has a first aspect in that the widths of the side surfaces 130 and 140 in the x direction are larger than the widths of the side surfaces 110 and 120 in the y direction. It is different from the magnetic field detection device 1 according to the embodiment. That is, in the present embodiment, the outer shape of the cover member 100 seen from the z direction is substantially rectangular. As illustrated by the magnetic field detection device 2 according to the second embodiment, the outer shape of the cover member 100 seen from the z direction is not limited to a square in the present invention.
  • FIG. 21 is a schematic perspective view showing the appearance of the magnetic field detection device 3 according to the third embodiment of the present invention.
  • the magnetic field detection device 3 according to the third embodiment is different from the magnetic field detection device 1 according to the first embodiment in that the outer shape of the cover member 300 seen from the z direction is hexagonal.
  • the cover member 300 has six side surfaces 310, 320, 330, 340, 350, 360, the side surfaces 310 and 320 are orthogonal to the a direction, and the side surfaces 330 and 340 are in the b direction.
  • the sides 350 and 360 are orthogonal to the c direction.
  • the a, b, and c directions form an angle of 60 ° (or 120 °) with each other. Therefore, the side surfaces 310, 320, the side surfaces 330, 340, and the side surfaces 350, 360 form an angle of 60 ° (or 120 °) with each other.
  • the engaging portion provided on the side surface 310 and the engaging portion provided on the side surface 320 located on the opposite side thereof have a shape in which they can engage with each other, and the engaging portion provided on the side surface 330 and the opposite thereof.
  • the engaging portions provided on the side surface 340 located on the side have a shape in which they can engage with each other, and the engaging portions provided on the side surface 350 and the engaging portions provided on the side surface 360 located on the opposite side thereof. It has a shape that can be engaged with each other.
  • the cavity B0 is provided in the central portion of the bobbin 10, and six cavities B1 to B6 are provided concentrically.
  • a magnetic sensor S21 for detecting a signal magnetic field component is inserted in the cavity B1.
  • other magnetic sensors S22 to S24 for detecting the signal magnetic field component or the magnetic sensor S1 for detecting the environmental magnetic field component may be inserted.
  • the magnetic sensor S1 When the magnetic sensor S1 is inserted into the cavity B0, the environmental magnetic field component is not completely canceled at the position where the magnetic sensor S1 is provided, but the environmental magnetic field component is completely canceled at the position where the magnetic sensor S21 is provided. Therefore, it is necessary to adjust the gain of the feedback loop.
  • FIG. 22 is a schematic perspective view showing a magnetic field detection device array in which 14 magnetic field detection devices 3 are combined.
  • the engaging portions provided on the side surfaces 310 and 320 of the magnetic field detection device 3 adjacent to the a direction engage with each other and are provided on the side surfaces 330 and 340 of the magnetic field detection device 3 adjacent to the b direction.
  • the engaged portions are engaged with each other, and the engaging portions provided on the side surfaces 350 and 360 of the magnetic field detection device 3 adjacent to each other in the c direction are engaged with each other.
  • FIG. 22 by using the magnetic field detection device 3 according to the present embodiment, it is possible to arrange a plurality of magnetic field detection devices 3 in a honeycomb shape.
  • the magnetic sensor is fixed to the bobbin, but the magnetic sensor may be fixed to the cover member by providing a cavity in the cover member.
  • the engaging portion is configured by a step extending in the z direction, but the shape of the engaging portion is not limited to this.
  • the two magnetic field detectors engaged with each other can be zed as well as in the y direction. It may be fixed in the direction. Further, both may be engaged by screwing the side surface 110 of one magnetic field detection device and the side surface 120 of the other magnetic field detection device.
  • the magnetic field detection device 1 includes four magnetic sensors for detecting the environmental magnetic field component, but the number of magnetic sensors for detecting the environmental magnetic field component is not particularly limited.

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Abstract

【課題】磁場検出装置をアレイ状に配列する場合に磁場検出装置の数やレイアウトの変更を容易化する。 【解決手段】磁場検出装置１は、ボビン１０に巻回されたキャンセルコイルＣ２と、ボビン１０に固定され、キャンセルコイルＣ２を軸方向に対して垂直な方向から覆うカバー部材１００と、ボビン１０又はカバー部材１００に固定された磁気センサＳ２１～Ｓ２４とを備える。カバー部材１００はｚ軸方向に延在し、且つ、互いに反対側に位置する側面１１０，１２０を有する。側面１１０，１２０にはそれぞれ第１及び第２の係合部が設けられており、第１の係合部の形状は、第２の係合部の形状と係合可能な形状である。これにより、任意の数の磁場検出装置を配列することができる。

Description

磁場検出装置及び磁場検出装置アレイ
　本発明は磁場検出装置に関し、特に、アレイ状に配列することが可能な磁場検出装置に関する。
　特許文献１の図１２には、複数の磁場検出装置をアレイ状に配列することによって面内における磁界分布を測定可能な磁場検出装置アレイが開示されている。
特開２０１７－１３３９９３号公報
　しかしながら、特許文献１の図１２に記載された磁場検出装置アレイにおいては、磁場検出装置の数やレイアウトを変更することが容易ではなかった。
　したがって、本発明は、磁場検出装置をアレイ状に配列する場合に磁場検出装置の数やレイアウトの変更を容易化することを目的とする。
　本発明による磁場検出装置は、ボビンと、ボビンに巻回されたキャンセルコイルと、ボビンに固定され、キャンセルコイルを軸方向に対して垂直な方向から覆うカバー部材と、ボビン又はカバー部材に固定された第１の磁気センサとを備え、カバー部材は、キャンセルコイルの軸方向に延在し、且つ、互いに反対側に位置する第１及び第２の側面を有し、第１及び第２の側面にはそれぞれ第１及び第２の係合部が設けられており、第１の係合部の形状は、第２の係合部の形状と係合可能な形状であることを特徴とする。
　本発明によれば、キャンセルコイルを軸方向に対して垂直な方向から覆うカバー部材に第１及び第２の係合部が設けられていることから、第１及び第２の側面と直交する第１の方向に任意の数の磁場検出装置を配列することができる。
　本発明において、カバー部材は、キャンセルコイルの軸方向に延在し、且つ、互いに反対側に位置する第３及び第４の側面を有し、第３及び第４の側面にはそれぞれ第３及び第４の係合部が設けられており、第３の係合部の形状は、第４の係合部の形状と係合可能な形状であっても構わない。これによれば、第３及び第４の側面と直交する第２の方向に任意の数の磁場検出装置を配列することができる。この場合、第１及び第２の側面と第３及び第４の側面は、互いに直交するものであっても構わない。これによれば、第１の方向に隣接する２つの磁場検出装置の第１及び第２の係合部を互いに係合させ、第２の方向に隣接する２つの磁場検出装置の第３及び第４の係合部を互いに係合させることにより、複数の磁場検出装置がマトリクス状に配列されてなる磁場検出装置アレイを構成することが可能となる。
　本発明において、カバー部材は、キャンセルコイルの軸方向に延在し、且つ、互いに反対側に位置する第５及び第６の側面を有し、第５及び第６の側面にはそれぞれ第５及び第６の係合部が設けられており、第５の係合部の形状は、第６の係合部の形状と係合可能な形状であり、第１及び第２の側面と、第３及び第４の側面と、第５及び第６の側面は、互いに６０°の角を成すものであっても構わない。これによれば、第１の方向に隣接する２つの磁場検出装置の第１及び第２の係合部を互いに係合させ、第２の方向に隣接する２つの磁場検出装置の第３及び第４の係合部を互いに係合させ、第３の方向に隣接する２つの磁場検出装置の第５及び第６の係合部を互いに係合させることにより、複数の磁場検出装置がハニカム状に配列されてなる磁場検出装置アレイを構成することが可能となる。
　本発明による磁場検出装置は、ボビン又はカバー部材に固定された第２の磁気センサと、第２の磁気センサの出力信号に応じてキャンセルコイルにキャンセル電流を流すことにより、キャンセル空間の環境磁場を打ち消すフィードバック回路とをさらに備え、第１の磁気センサは、キャンセル空間内に配置されていても構わない。これによれば、地磁気などの一様な環境磁場成分をキャンセルすることが可能となる。しかも、第１及び第２の磁気センサに対して共通のキャンセルコイルを用いていることから、部品点数を削減することができるとともに、回路構成を簡素化することが可能となる。
　本発明において、第１及び第２の磁気センサのセンサヘッドは、キャンセルコイルの軸方向における位置が互いに異なっていても構わない。これによれば、信号磁場成分がキャンセルコイルによって打ち消されることを防止することが可能となる。この場合、ボビンの巻芯部は、軸方向における一方側において開口する第１のキャビティと、軸方向における他方側において開口する第２のキャビティを有し、第１の磁気センサは、第１のキャビティに収容され、第２の磁気センサは、第２のキャビティに収容されていても構わない。これによれば、第１の磁気センサと第２の磁気センサの距離を十分に離間させることが可能となる。さらにこの場合、第１の磁気センサのセンサヘッドは、ボビン又はカバー部材から軸方向における一方側に突出しており、第２の磁気センサのセンサヘッドは、ボビン又はカバー部材から軸方向における他方側に突出していても構わない。これによれば、測定対象物と第１の磁気センサの距離を近づけることが可能となる。
　本発明によれば、磁場検出装置をアレイ状に配列する場合に、磁場検出装置の数やレイアウトの変更を容易に行うことが可能となる。
図１は、本発明の第１の実施形態による磁場検出装置１の外観を示す略斜視図である。 図２は、カバー部材１００の外観を示す略斜視図である。 図３は、本体部２００を測定面側から見た略斜視図である。 図４は、本体部２００を裏面側から見た略斜視図である。 図５は、ボビン１０の外観を示す略斜視図である。 図６は、磁気センサＳ１，Ｓ２１～Ｓ２４の内部構造の一例を示す模式図である。 図７は、本体部２００の回路構成を示すブロック図である。 図８は、センサチップ２２の略平面図である。 図９は、図８に示すＡ－Ａ線に沿った略断面図である。 図１０は、磁気センサＳ１、フィードバック回路３１及びキャンセルコイルＣ２を含むフィードバックループの回路図である。 図１１は、磁気センサＳ２１～Ｓ２４及び検出回路３２の回路図である。 図１２は、磁気センサＳ１，Ｓ２１～Ｓ２４が設けられる径方向位置を説明するための模式図である。 図１３は、キャンセル空間４０の位置を説明するための模式図である。 図１４は、２個の磁場検出装置１を組み合わせた磁場検出装置アレイを示す略斜視図である。 図１５は、９個の磁場検出装置１を組み合わせた磁場検出装置アレイを示す略斜視図である。 図１６は、第１の変形例による磁場検出装置アレイを示す略斜視図である。 図１７は、第２の変形例による磁場検出装置アレイを示す略斜視図である。 図１８は、第３の変形例による磁場検出装置アレイを示す略斜視図である。 図１９は、第４の変形例による磁場検出装置アレイを示す略斜視図である。 図２０は、本発明の第２の実施形態による磁場検出装置２を４個組み合わせた磁場検出装置アレイを示す略斜視図である。 図２１は、本発明の第３の実施形態による磁場検出装置３の外観を示す略斜視図である。 図２２は、１４個の磁場検出装置３を組み合わせた磁場検出装置アレイを示す略斜視図である。
　以下、添付図面を参照しながら、本発明の好ましい実施形態について詳細に説明する。
　図１は、本発明の第１の実施形態による磁場検出装置１の外観を示す略斜視図である。
　図１に示すように、第１の実施形態による磁場検出装置１は、カバー部材１００と、カバー部材１００に収容された本体部２００によって構成されている。カバー部材１００の構成は図２に示すとおりであり、４つの側面１１０，１２０，１３０，１４０と、上面１５０及び下面１６０を有し、上面１５０から下面１６０に亘ってｚ方向に貫通する収容部１７０が設けられている。本体部２００は、カバー部材１００の収容部１７０に収容される。カバー部材１００の側面１１０，１２０はｙｚ面を構成し、互いに反対側に位置する。カバー部材１００の側面１３０，１４０はｘｚ面を構成し、互いに反対側に位置する。カバー部材１００の上面１５０及び下面１６０はｘｙ面を構成し、互いに反対側に位置する。側面１１０，１２０と側面１３０，１４０は互いに直交し、側面１１０，１２０のｙ方向における幅と側面１３０，１４０のｘ方向における幅は互いに同じである。つまり、ｚ方向から見てカバー部材１００の外形はほぼ正方形である。
　側面１１０は、第１の部分１１１、第２の部分１１２及び第３の部分１１３を有する。第１の部分１１１は、第２の部分１１２と第３の部分１１３によってｙ方向から挟まれており、第２及び第３の部分１１２，１１３よりもｘ方向に突出している。第１の部分１１１と第２の部分１１２によって形成される段差、並びに、第１の部分１１１と第３の部分１１３によって形成される段差はいずれもｚ方向に延在し、側面１１０の係合部を構成する。
　側面１２０は、第１の部分１２１、第２の部分１２２及び第３の部分１２３を有する。第１の部分１２１は、第２の部分１２２と第３の部分１２３によってｙ方向から挟まれており、第２及び第３の部分１２２，１２３よりもｘ方向に窪んでいる。第１の部分１２１と第２の部分１２２によって形成される段差、並びに、第１の部分１２１と第３の部分１２３によって形成される段差はいずれもｚ方向に延在し、側面１２０の係合部を構成する。側面１２０の係合部は、側面１１０の係合部と係合可能な形状を有している。つまり、側面１２０の第１の部分１２１のｙ方向における幅は、側面１１０の第１の部分１１１のｙ方向における幅とほぼ同じかやや広く設計されている。
　側面１３０は、第１の部分１３１、第２の部分１３２及び第３の部分１３３を有する。第１の部分１３１は、第２の部分１３２と第３の部分１３３によってｘ方向から挟まれており、第２及び第３の部分１３２，１３３よりもｙ方向に窪んでいる。第１の部分１３１と第２の部分１３２によって形成される段差、並びに、第１の部分１３１と第３の部分１３３によって形成される段差はいずれもｚ方向に延在し、側面１３０の係合部を構成する。
　側面１４０は、第１の部分１４１、第２の部分１４２及び第３の部分１４３を有する。第１の部分１４１は、第２の部分１４２と第３の部分１４３によってｘ方向から挟まれており、第２及び第３の部分１４２，１４３よりもｙ方向に突出している。第１の部分１４１と第２の部分１４２によって形成される段差、並びに、第１の部分１４１と第３の部分１４３によって形成される段差はいずれもｚ方向に延在し、側面１４０の係合部を構成する。側面１４０の係合部は、側面１３０の係合部と係合可能な形状を有している。つまり、側面１４０の第１の部分１４１のｘ方向における幅は、側面１３０の第１の部分１３１のｘ方向における幅とほぼ同じかやや狭く設計されている。
　図３及び図４は、本体部２００の外観を示す図であり、図３は測定面側から見た略斜視図、図４は裏面側から見た略斜視図である。
　図３及び図４に示すように、本体部２００は、樹脂材料などからなるボビン１０と、ボビン１０に巻回されたキャンセルコイルＣ２と、ボビン１０に固定された複数の磁気センサＳ１，Ｓ２１～Ｓ２４を備えている。ボビン１０は、カバー部材１００の収容部１７０に収容されて固定される。これにより、キャンセルコイルＣ２は軸方向に対して垂直な方向（径方向）からカバー部材１００で覆われ保護される。ボビン１０の構造は図５に示すとおりであり、巻芯部１３と、巻芯部１３のｚ方向における両端に設けられた鍔部１１，１２を有している。巻芯部１３の外周面は、ｚ方向から見て円形である。キャンセルコイルＣ２はボビン１０の巻芯部１３に巻回されており、したがってキャンセルコイルＣ２のコイル軸方向はｚ方向である。巻芯部１３は筒状であり、ｚ方向に延在する中空部１４を有している。但し、巻芯部１３の外周面が円形である必要はなく、四角形であっても構わないし、八角形であっても構わないし、楕円形であっても構わない。
　本実施形態においては、ボビン１０の巻芯部１３に５つのキャビティＡ０～Ａ４が設けられている。キャビティＡ０～Ａ４は巻芯部１３をｚ方向に貫通する貫通孔であり、キャビティＡ０～Ａ４のｚ方向における一端は鍔部１１において開口し、キャビティＡ０～Ａ４のｚ方向における他端は鍔部１２において開口する。キャビティＡ０～Ａ４の径方向位置は互いに同じである。そして、本実施形態においては、キャビティＡ０に磁気センサＳ１が収容され、キャビティＡ１～Ａ４にそれぞれ磁気センサＳ２１～Ｓ２４が収容されている。磁気センサＳ１のセンサヘッドは鍔部１１からｚ方向に突出しており、磁気センサＳ２１～Ｓ２４のセンサヘッドは鍔部１２からｚ方向に突出している。磁気センサＳ１，Ｓ２１～Ｓ２４は、ボビン１０の鍔部１１に固定された回路基板１５に接続されている。
　かかる構成により、磁気センサＳ１，Ｓ２１～Ｓ２４はいずれもｚ方向から見てキャンセルコイルＣ２の内径領域と重なる位置に配置され、且つ、磁気センサＳ１のセンサヘッドと磁気センサＳ２１～Ｓ２４のセンサヘッドのｚ方向における位置は、互いに異なっている。磁気センサＳ２１～Ｓ２４のセンサヘッドのｚ方向における位置は互いに同じである。また、磁気センサＳ１のセンサヘッドと磁気センサＳ２１～Ｓ２４のセンサヘッドのコイル軸を中心とした径方向位置は、互いに同じである。
　磁気センサＳ１は地磁気などの環境磁場成分を検出するためのセンサであり、磁気センサＳ２１～Ｓ２４は測定対象物から発せられる信号磁場成分を検出するためのセンサである。磁気センサＳ１，Ｓ２１～Ｓ２４は感度軸方向がいずれもｚ方向であり、その大部分はキャンセルコイルＣ２の内径領域に位置しているが、上述の通り、磁気センサＳ２１～Ｓ２４のセンサヘッドは鍔部１２から突出している。これは、磁気センサＳ２１～Ｓ２４のセンサヘッドを測定対象物により近づけるためである。つまり、磁気センサＳ２１～Ｓ２４のセンサヘッドがボビン１０に埋め込まれていると、測定対象物と磁気センサＳ２１～Ｓ２４のセンサヘッドの距離が大きくなるからである。一方、磁気センサＳ１のセンサヘッドについては鍔部１１から突出させる必要はないが、磁気センサＳ２１～Ｓ２４との対称性を高めるためには、磁気センサＳ１の鍔部１１からの突出量は、磁気センサＳ２１～Ｓ２４の鍔部１２からの突出量と一致させることが好ましい。
　図６は、磁気センサＳ１，Ｓ２１～Ｓ２４の内部構造の一例を示す模式図である。
　図６に示す例では、磁気センサＳ１，Ｓ２１～Ｓ２４が互いに同じ構造を有しており、いずれもセンサ収容体２０と、センサ収容体２０に収容された基板２１と、基板２１に搭載されたセンサチップ２２及び集磁体２３を備えている。集磁体２３はｚ方向に延在する棒状体であり、フェライトなどの高透磁率材料からなる。集磁体２３のｚ方向における一端はセンサヘッドＨを構成し、集磁体２３のｚ方向における他端にセンサチップ２２が配置される。これにより、センサヘッドＨの近傍に位置する測定対象物から発せられるｚ方向の信号磁場成分が集磁体２３によって集磁され、センサチップ２２に印加される。
　図７は、本体部２００の回路構成を示すブロック図である。
　図７に示すように、本体部２００は、磁気センサＳ１に接続されたフィードバック回路３１と、磁気センサＳ２１～Ｓ２４に接続された検出回路３２を備えている。フィードバック回路３１は、環境磁場成分を打ち消すためのフィードバック電流Ｆ１を生成する回路であり、フィードバック回路３１によって生成されたフィードバック電流Ｆ１は、キャンセルコイルＣ２に供給される。これにより、磁気センサＳ１、フィードバック回路３１及びキャンセルコイルＣ２は、環境磁場成分を打ち消すフィードバックループを構成する。一方、検出回路３２は、磁気センサＳ２１～Ｓ２４からの出力信号に応じて、測定対象物から発せられる信号磁場成分を示す検出信号Ｖｏｕｔを生成する。
　図８はセンサチップ２２の略平面図であり、図９は図８に示すＡ－Ａ線に沿った略断面図である。
　図８及び図９に示すように、センサチップ２２の素子形成面には、４つの磁気抵抗効果素子Ｍ１～Ｍ４と、キャンセルコイルＣ１が集積されている。キャンセルコイルＣ１は絶縁膜２４で覆われ、絶縁膜２４上に磁気抵抗効果素子Ｍ１～Ｍ４が形成されている。磁気抵抗効果素子Ｍ１～Ｍ４は、絶縁膜２５で覆われる。そして、集磁体２３はｚ方向から見て、磁気抵抗効果素子Ｍ１，Ｍ２と磁気抵抗効果素子Ｍ３，Ｍ４の間に配置される。これにより、集磁体２３によって集磁されたｚ方向の磁界は、センサチップ２２の素子形成面上で＋ｘ方向及び－ｘ方向に分配される。その結果、磁気抵抗効果素子Ｍ１，Ｍ２と磁気抵抗効果素子Ｍ３，Ｍ４には、互いに逆方向の磁界成分が印加される。ここで、磁気抵抗効果素子Ｍ１～Ｍ４の固定磁化方向はいずれも＋ｘ方向又は－ｘ方向に揃えられている。
　また、キャンセルコイルＣ１は、磁気抵抗効果素子Ｍ１～Ｍ４と重なるように配置されており、キャンセルコイルＣ１にキャンセル電流を流すと、磁気抵抗効果素子Ｍ１，Ｍ２と磁気抵抗効果素子Ｍ３，Ｍ４には、互いに逆方向のキャンセル磁界が印加される。
　図１０は、磁気センサＳ１、フィードバック回路３１及びキャンセルコイルＣ２を含むフィードバックループの回路図である。
　図１０に示すように、磁気センサＳ１に含まれる磁気抵抗効果素子Ｍ１～Ｍ４はブリッジ接続され、これにより生成される差動信号がフィードバック回路３１に含まれる差動アンプ３１ａに供給される。差動アンプ３１ａは、差動信号に基づいてフィードバック電流Ｆ１を生成する。フィードバック電流Ｆ１は、直列接続されたキャンセルコイルＣ１，Ｃ２に流れる。これにより、キャンセルコイルＣ１，Ｃ２は、磁気センサＳ１の出力信号である差動信号成分がゼロとなるよう、キャンセル磁界を発生させる。
　また、本実施形態においては、キャンセルコイルＣ２に抵抗Ｒ１が並列接続されている。抵抗Ｒ１の抵抗値は、キャンセルコイルＣ２の等価直列抵抗（ＥＳＲ）よりも大きく、好ましくはＥＳＲの１０倍以上、より好ましくはＥＳＲの１００倍以上に設定される。これにより、フィードバック電流Ｆ１のうち、地磁気などに起因する低周波成分についてはキャンセルコイルＣ２を流れる一方、発振の原因となる高周波成分については抵抗Ｒ１をバイパスする。その結果、フィードバックループの発振を防止しつつ、地磁気などの環境磁場成分を正しくキャンセルすることが可能となる。
　図１１は、磁気センサＳ２１～Ｓ２４及び検出回路３２の回路図である。
　図９に示すように、磁気センサＳ２１～Ｓ２４に含まれる磁気抵抗効果素子Ｍ１～Ｍ４はブリッジ接続され、これにより生成される差動信号が検出回路３２に含まれる差動アンプ３２ａに供給される。差動アンプ３２ａは、差動信号に基づいてフィードバック電流Ｆ２を生成する。フィードバック電流Ｆ２は、キャンセルコイルＣ１に流れる。これにより、キャンセルコイルＣ１は、磁気センサＳ２１～Ｓ２４の出力信号である差動信号成分がゼロとなるよう、キャンセル磁界を発生させる。
　さらに、検出回路３２には、フィードバック電流Ｆ２を電流電圧変換する抵抗Ｒ２と、抵抗Ｒ２の両端間電圧を測定する電圧測定回路３３が設けられている。これにより、フィードバック電流Ｆ２が流れると、その電流量に比例した検出信号Ｖｏｕｔが生成される。
　図１２は、磁気センサＳ１，Ｓ２１～Ｓ２４が設けられる径方向位置を説明するための模式図である。
　図１２に示すように、キャンセルコイルＣ２の軸方向（ｚ方向）から見て、磁気センサＳ１は、キャンセルコイルＣ２の内径領域の中心からオフセットした位置に配置されている。上述の通り、キャンセルコイルＣ２は、磁気センサＳ１に印加される環境磁場成分がゼロとなるよう、キャンセル磁界を発生させる。しかしながら、環境磁場成分がゼロとなるのは磁気センサＳ１が配置された位置だけではなく、キャンセルコイルＣ２と同心円状に分布するキャンセル空間４０においても環境磁場成分がゼロとなる。これは、キャンセル磁界の強度分布が同心円状であるため、環境磁場成分が一様であれば、磁気センサＳ１と径方向位置が同じ領域においては環境磁場成分が完全に打ち消されるからである。
　図１３に示すように、キャンセル空間４０は、磁気センサＳ１のセンサヘッドが位置する鍔部１１側だけでなく、磁気センサＳ２１～Ｓ２４のセンサヘッドが位置する鍔部１２側にも対称に形成される。そして、本実施形態においては、鍔部１２側に形成されるキャンセル空間４０内に磁気センサＳ２１～Ｓ２４が配置される。これにより、磁気センサＳ２１～Ｓ２４に印加される環境磁場成分もゼロとなることから、磁気センサＳ２１～Ｓ２４には測定対象物から発せられる信号磁場成分のみが印加されることになる。このため、シールドルームを用いることなく、微弱な磁場を検出することが可能となる。しかも、５つの磁気センサＳ１，Ｓ２１～Ｓ２４に対して共通のキャンセルコイルＣ２を割り当てていることから、部品点数を削減することができるとともに、回路構成を簡素化することが可能となる。
　本実施形態においては、キャビティＡ０～Ａ４の径方向位置が互いに同じであるため、磁気センサＳ２１～Ｓ２４に印加される環境磁場成分はゼロとなる。しかも、本実施形態においては、環境磁場成分を検出するための磁気センサＳ１のセンサヘッドを鍔部１１側に設け、信号磁場成分を検出するための磁気センサＳ２１～Ｓ２４のセンサヘッドを鍔部１２側に設けていることから、測定対象物から発せられる信号磁場成分が磁気センサＳ１にほとんど印加されず、このため、信号磁場成分の一部又は全部がキャンセルされることがない。そして、微弱な磁場を発生する測定対象物を磁気センサＳ２１～Ｓ２４のセンサヘッドに近接させた状態で測定を行えば、測定対象物から発せられる信号磁場成分をリアルタイムに検出することが可能となる。また、キャンセルコイルＣ２と磁気センサＳ１，Ｓ２１～Ｓ２４が同じボビン１０に固定されていることから、キャンセルコイルＣ２と磁気センサＳ１，Ｓ２１～Ｓ２４の間の位置ずれもほとんど生じない。
　図１４は、２個の磁場検出装置１を組み合わせた磁場検出装置アレイを示す略斜視図である。
　図１４に示すように、２個の磁場検出装置１をｘ方向に連結する場合、一方の磁場検出装置１の側面１１０と、他方の磁場検出装置１の側面１２０を向かい合わせることによって、お互いの係合部を係合させる。つまり、側面１１０の第１～第３の部分１１１～１１３と、側面１２０の第１～第３の部分１２１～１２３がそれぞれ密着するため、２個の磁場検出装置１のｙ方向位置が固定される。図示しないが、２つの磁場検出装置１をｙ方向に連結する場合には、一方の磁場検出装置１の側面１３０と、他方の磁場検出装置１の側面１４０を向かい合わせることによって、お互いの係合部を係合させればよい。これにより、２つの磁場検出装置１のｘ方向位置が固定される。
　図１５は、９個の磁場検出装置１を組み合わせた磁場検出装置アレイを示す略斜視図である。
　図１５に示す例では、９個の磁場検出装置１を３×３のアレイ状に連結している。この場合、ｘ方向に隣接する２つの磁場検出装置１の側面１１０，１２０に設けられた係合部が互いに係合し、ｙ方向に隣接する２つの磁場検出装置１の側面１３０，１４０に設けられた係合部が互いに係合する。
　このように、複数の磁場検出装置１をアレイ状に配列すれば、信号磁場成分を検出するための磁気センサＳ２１～Ｓ２４をｘｙ平面にマトリクス状に配列することが可能となる。図１５に示す例では、ｘ方向に延在する仮想線ｘ１～ｘ６と、ｙ方向に延在する仮想線ｙ１～ｙ６の各交点に磁気センサＳ２１，Ｓ２２，Ｓ２３又はＳ２４が配置されている。ここで、仮想線ｘ１～ｘ６のピッチＰと仮想線ｙ１～ｙ６のピッチＰが等しくなるよう設計すれば、信号磁場成分の空間分布を広範囲に測定することが可能となる。
　複数の磁場検出装置１をアレイ状に配列する場合、環境磁場成分を検出するための磁気センサＳ１を全ての磁場検出装置１に設ける必要はなく、いずれか一つの磁場検出装置１に磁気センサＳ１を設け、フィードバック電流Ｆ１を各磁場検出装置１のキャンセルコイルＣ２に供給しても構わない。これによれば、使用する磁気センサの数を削減することが可能となる。
　複数の磁場検出装置１の組み合わせ方は任意であり、図１６～図１９に示す例のように組み合わせても構わない。図１６は、ｘ方向位置及びｙ方向位置によって磁場検出装置１の数が異なる例である。図１７は、ｘ方向位置及びｙ方向位置によって磁場検出装置１のｚ方向位置が異なる例である。図１８は１２個の磁場検出装置１をリング状に配置した例であり、図１９は１２個の磁場検出装置１からなるリングを３つ組み合わせた例である。
　以上説明したように、本実施形態による磁場検出装置１は、本体部２００が収容されるカバー部材１００の側面１１０，１２０，１３０，１４０にそれぞれ係合部が設けられていることから、位置ずれを生じることなく、ｘ方向及びｙ方向に任意の数の磁場検出装置１を配列することができる。これにより、磁場検出装置１の数やレイアウトの変更を容易に行うことが可能となる。
　図２０は、本発明の第２の実施形態による磁場検出装置２を４個組み合わせた磁場検出装置アレイを示す略斜視図である。
　図２０に示すように、第２の実施形態による磁場検出装置２は、側面１１０，１２０のｙ方向における幅よりも、側面１３０，１４０のｘ方向における幅の方が大きい点において、第１の実施形態による磁場検出装置１と相違している。つまり、本実施形態においては、ｚ方向から見たカバー部材１００の外形がほぼ長方形である。第２の実施形態による磁場検出装置２が例示するように、本発明においてｚ方向から見たカバー部材１００の外形が正方形に限定されるものではない。
　図２１は、本発明の第３の実施形態による磁場検出装置３の外観を示す略斜視図である。
　図２１に示すように、第３の実施形態による磁場検出装置３は、ｚ方向から見たカバー部材３００の外形が六角形である点において、第１の実施形態による磁場検出装置１と相違している。本実施形態においては、カバー部材３００が６つの側面３１０，３２０，３３０，３４０，３５０，３６０を有しており、側面３１０，３２０はａ方向に対して直交し、側面３３０，３４０はｂ方向に対して直交し、側面３５０，３６０はｃ方向に対して直交する。ａ方向、ｂ方向及びｃ方向は、互いに６０°（又は１２０°）の角を成す。このため、側面３１０，３２０と、側面３３０，３４０と、側面３５０，３６０は、互いに６０°（又は１２０°）の角を成している。
　さらに、側面３１０に設けられた係合部とその反対側に位置する側面３２０に設けられた係合部が互いに係合可能な形状を有し、側面３３０に設けられた係合部とその反対側に位置する側面３４０に設けられた係合部が互いに係合可能な形状を有し、側面３５０に設けられた係合部とその反対側に位置する側面３６０に設けられた係合部が互いに係合可能な形状を有している。図２１に示す例では、ボビン１０の中央部にキャビティＢ０が設けられ、同心円状に６つのキャビティＢ１～Ｂ６が設けられている。キャビティＢ１には、信号磁場成分を検出するための磁気センサＳ２１が挿入されている。他のキャビティＢ２～Ｂ６には、信号磁場成分を検出するための他の磁気センサＳ２２～Ｓ２４や、環境磁場成分を検出するための磁気センサＳ１を挿入しても構わない。磁気センサＳ１をキャビティＢ０に挿入した場合、磁気センサＳ１が設けられた位置において環境磁場成分を完全にキャンセルするのではなく、磁気センサＳ２１が設けられた位置において環境磁場成分が完全にキャンセルされるよう、フィードバックループのゲインを調整する必要がある。
　図２２は、１４個の磁場検出装置３を組み合わせた磁場検出装置アレイを示す略斜視図である。図２２に示す例では、ａ方向に隣接する磁場検出装置３の側面３１０，３２０に設けられた係合部が互いに係合し、ｂ方向に隣接する磁場検出装置３の側面３３０，３４０に設けられた係合部が互いに係合し、ｃ方向に隣接する磁場検出装置３の側面３５０，３６０に設けられた係合部が互いに係合する。図２２に示すように、本実施形態による磁場検出装置３を用いれば、複数の磁場検出装置３をハニカム状に配列することが可能となる。
　以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は、上記の実施形態に限定されることなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能であり、それらも本発明の範囲内に包含されるものであることはいうまでもない。
　例えば、上記各実施形態においては磁気センサをボビンに固定しているが、カバー部材にキャビティを設けることによって、磁気センサをカバー部材に固定しても構わない。
　また、上記各実施形態においては係合部がｚ方向に延在する段差によって構成されているが、係合部の形状がこれに限定されるものではない。例えば、側面１１０の第１の部分１１１や、側面１２０の第１の部分１２１のｙ方向における幅をｚ方向位置によって異ならせることにより、係合する２つの磁場検出装置をｙ方向だけでなくｚ方向に固定しても構わない。さらに、一方の磁場検出装置の側面１１０と、他方の磁場検出装置の側面１２０をネジ止めすることによって両者を係合しても構わない。
　また、第１の実施形態による磁場検出装置１では、環境磁場成分を検出する磁気センサを４つ備えているが、環境磁場成分を検出する磁気センサの数については特に限定されない。
１～３　　磁場検出装置
１０　　ボビン
１１，１２　　鍔部
１３　　巻芯部
１４　　中空部
１５　　回路基板
２０　　センサ収容体
２１　　基板
２２　　センサチップ
２３　　集磁体
２４，２５　　絶縁膜
３１　　フィードバック回路
３１ａ　　差動アンプ
３２　　検出回路
３２ａ　　差動アンプ
３３　　電圧測定回路
４０　　キャンセル空間
１００　　カバー部材
１１０，１２０，１３０，１４０　　側面
１１１，１２１，１３１，１４１　　第１の部分
１１２，１２２，１３２，１４２　　第２の部分
１１３、１２３，１３３，１４３　　第３の部分
１２０　　側面
１２１　　第１の部分
１２２　　第２の部分
１５０　　上面
１６０　　下面
１７０　　収容部
２００　　本体部
３００　　カバー部材
３１０，３２０，３３０，３４０，３５０，３６０　　側面
Ａ０～Ａ４，Ｂ０～Ｂ６　　キャビティ
Ｃ１，Ｃ２　　キャンセルコイル
Ｆ１，Ｆ２　　フィードバック電流
Ｈ　　センサヘッド
Ｌ０～Ｌ４　　配線
Ｍ１～Ｍ４　　磁気抵抗効果素子
Ｒ１，Ｒ２　　抵抗
Ｓ１，Ｓ２１～Ｓ２４　　磁気センサ

Claims (10)

  1. 　ボビンと、
    　前記ボビンに巻回されたキャンセルコイルと、
    　前記ボビンに固定され、前記キャンセルコイルを軸方向に対して垂直な方向から覆うカバー部材と、
    　前記ボビン又は前記カバー部材に固定された第１の磁気センサと、を備え、
    　前記カバー部材は、前記キャンセルコイルの前記軸方向に延在し、且つ、互いに反対側に位置する第１及び第２の側面を有し、
    　前記第１及び第２の側面には、それぞれ第１及び第２の係合部が設けられており、
    　前記第１の係合部の形状は、前記第２の係合部の形状と係合可能な形状であることを特徴とする磁場検出装置。
  2. 　前記カバー部材は、前記キャンセルコイルの軸方向に延在し、且つ、互いに反対側に位置する第３及び第４の側面を有し、
    　前記第３及び第４の側面には、それぞれ第３及び第４の係合部が設けられており、
    　前記第３の係合部の形状は、前記第４の係合部の形状と係合可能な形状であることを特徴とする請求項１に記載の磁場検出装置。
  3. 　前記第１及び第２の側面と前記第３及び第４の側面は、互いに直交することを特徴とする請求項２に記載の磁場検出装置。
  4. 　前記カバー部材は、前記キャンセルコイルの軸方向に延在し、且つ、互いに反対側に位置する第５及び第６の側面を有し、
    　前記第５及び第６の側面には、それぞれ第５及び第６の係合部が設けられており、
    　前記第５の係合部の形状は、前記第６の係合部の形状と係合可能な形状であり、
    　前記第１及び第２の側面と、前記第３及び第４の側面と、前記第５及び第６の側面は、互いに６０°の角を成すことを特徴とする請求項２に記載の磁場検出装置。
  5. 　前記ボビン又は前記カバー部材に固定された第２の磁気センサと、
    　前記第２の磁気センサの出力信号に応じて前記キャンセルコイルにキャンセル電流を流すことにより、キャンセル空間の環境磁場を打ち消すフィードバック回路と、をさらに備え、
    　前記第１の磁気センサは、前記キャンセル空間内に配置されていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の磁場検出装置。
  6. 　前記第１及び第２の磁気センサのセンサヘッドは、前記キャンセルコイルの軸方向における位置が互いに異なることを特徴とする請求項５に記載の磁場検出装置。
  7. 　前記ボビン又は前記カバー部材は、軸方向における一方側において開口する第１のキャビティと、軸方向における他方側において開口する第２のキャビティを有し、
    　前記第１の磁気センサは、前記第１のキャビティに収容され、
    　前記第２の磁気センサは、前記第２のキャビティに収容されていることを特徴とする請求項６に記載の磁場検出装置。
  8. 　前記第１の磁気センサのセンサヘッドは、前記ボビン又は前記カバー部材から軸方向における一方側に突出しており、
    　前記第２の磁気センサのセンサヘッドは、前記ボビン又は前記カバー部材から軸方向における他方側に突出していることを特徴とする請求項７に記載の磁場検出装置。
  9. 　請求項３に記載の磁場検出装置を複数備え、
    　前記第１及び第２の側面と直交する第１の方向に隣接する２つの磁場検出装置の前記第１及び第２の係合部が互いに係合し、
    　前記第３及び第４の側面と直交する第２の方向に隣接する２つの磁場検出装置の前記第３及び第４の係合部が互いに係合していることを特徴とする磁場検出装置アレイ。
  10. 　請求項４に記載の磁場検出装置を複数備え、
    　前記第１及び第２の側面と直交する第１の方向に隣接する２つの磁場検出装置の前記第１及び第２の係合部が互いに係合し、
    　前記第３及び第４の側面と直交する第２の方向に隣接する２つの磁場検出装置の前記第３及び第４の係合部が互いに係合し、
    　前記第５及び第６の側面と直交する第３の方向に隣接する２つの磁場検出装置の前記第５及び第６の係合部が互いに係合していることを特徴とする磁場検出装置アレイ。
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