均一磁界発生器

【課題】磁界を均一状態にすることができる均一磁界発生器を提供する。
【解決手段】この均一磁界発生装置は、各巻回軸に巻回した、少なくとも４つのコイルを有する。これら４つのコイルは、同じ電流で駆動されるとき、これらのコイルが発生させた磁界の少なくとも１次の微係数から、７次の微係数までを、中心点で巻回軸に並列的に相殺するため互いに間隔が置く。各コイルは円形状であり、このコイルの径は、中心点を中心とする球形、および、このコイルを通すとともに、このコイルの巻回軸と直交する面の交差により定めた円形の径の、プラスマイナス２％の範囲内としてある。球形状は、同じ巻回軸に巻回した、全てのコイルに対して同じ形状である。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、球状体の中心を中心とする均一磁界発生器に関し、また、この発生器を内蔵している磁界センサーにも関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の磁界発生器は、
−第１の巻回軸、第２の巻回軸、第３巻の巻回軸にそれぞれ巻回されている少なくとも１つの第１コイル、第２コイル、第３コイルを備え、第１の巻回軸、第２の巻回軸、第３の巻回軸は、中心点に対応する共通点で互いに直交および正割であり、
−同じ巻回軸に巻回されている１つのコイルまたは複数のコイルは、この１つまたは複数のコイルが同じ電流と交差するとき、この１つのコイルまたは複数のコイルにより発生した磁界の安定領域が中心となるように、この巻回軸のまわりに配置されている。
【０００３】
３つの直交する各軸に沿って発生した磁界の安定領域が中心に来るとき、磁界は均一であると言われる。さらに詳しくは、均一磁界とは、中心点のレベルで、少なくとも１次の微係数がゼロである磁界である。１次の微係数のみがゼロである場合、中心点のおける磁界のテイラー級数分解の非ゼロ１次の微係数は、２次の微係数に対応するため、２次の均一磁場と呼ばれる。
【０００４】
これ以降、磁界の中心点におけるテイラー級数分解の非ゼロ１次の微係数が（Ｎ−１）次の微係数に対応する場合、磁界にはＮ次の均一性であると言う。
【０００５】
これ以降、「Ｎ次の発生器」という語は、Ｎ次の均一磁界の発生器を意味するものとする。
【０００６】
磁界発生器が、同じ中心点で３つ直交方向に均一磁界を発生させる場合、磁界は、球状体の中心を中心とする均一状態である。
【０００７】
現在、磁界発生器は、電気絶縁性材料からなる球状体に設けた溝にワイヤを巻回することにより製造されているが、その製造作業は複雑である。
【０００８】
本発明に関連する先行技術文献としては、次のものを挙げることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】独国特許第１０１４８２８８Ａ１号
【特許文献２】特開２００５−２９４５３７号公報
【特許文献３】特開２００２−２３２１８２号公報
【特許文献４】欧州特許第２２５９０８１Ａ１号
【特許文献５】欧州特許第１８７３５４３Ａ１号
【特許文献６】欧州特許第１４８１６３７Ａ１号
【００１０】
これらの先行技術文献には、従前より簡単に形成することができるコイルの形態が記載されているが、このコイルの形態では、より精巧な磁界発生器により発生させられた磁界と比べると、その磁界の状態は、それほど均一ではない。さらに、必要な占有スペースは、相当に大である。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
この欠点を克服するため、本発明は、均一性に勝れ、かつ必要な占有スペースを最小とした磁界発生器を提供することを目的としている。本発明の目的は、請求項１に記載する発生器によって達成される。
【００１２】
また、本発明の磁界発生器は、８次の均一磁界を発生させることが可能である。一方、上記の先行技術文献に記載されている磁界発生器は、せいぜい４次の均一磁界を発生させることができるのみである。また本発明の磁界発生器では、コイルは球状体の中心まわりに埋め込まれているため、磁界発生器は小型となり、必要な占有スペースは小さい。
【００１３】
本発明の磁界発生器の実施形態は、従属請求項に記載する特徴の１つ以上を備えることができる。
【００１４】
さらに、本発明の磁界発生器の実施形態は、下記の利点を有する。
−磁性リングは、電気配線の担持体としての機能を果たす以外、各磁性リングに設けたノッチおよび肩部により、関係位置を互いに精密に保つことができる。そのため、均一磁界発生器の組立および製造が簡単になる。
−同じ巻回軸に巻回した異なるコイルを直列に接続するため、磁界発生器の組立および使用が簡単になる。
−第２コイルの磁性リングにノッチを刻むとともに、第１コイルの磁性リングに肩部を設けたので、第１コイルの磁性リングを、他の固定手段を使用することなく、簡単に組み立てた状態で固定することができる。
−第３コイルの磁性リングにノッチを刻むとともに、第２コイルの磁性リングの対応する個所にノッチに対応する係合部を設けることにより、第２コイルの磁性リングを、その他の固定手段を使用することなく、簡単に組み立てた状態で固定することができる。
【００１５】
また、本発明は、請求項７に記載の磁界センサーを提供することも目的としている。
【００１６】
この種のセンサーは、磁心の内部におけるゼロ磁場で作動するように、それぞれの磁界に補償コイルを巻回した磁界センサーに比して、遥かに高い精度を有する。
【００１７】
本発明のセンサーのある実施形態では、請求項８に記載する特徴を備えている。
【００１８】
また、本発明のセンサーの実施形態は、次のような利点を有する。
−同じ磁性リングにおけるトランスデューサーのコイルを、ジェネレーターのコイルと同じように製造するので、磁性リングの数を減少させることができ、従って、センサーの製造が簡単になる。
【００１９】
図を参照しながら、非限定的な実施例に関する次の説明を読むことにより、本発明をより明確に把握することができると思う。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】磁界センサーの概略図である。
【図２】図１の磁界センサーに使用しうる均一磁界発生装置の第１実施形態における概略斜視図である。
【図３】図２の磁界発生装置を形成するための、磁性リングを示す図である。
【図４】図２の磁界発生装置を形成するための、別の磁性リングを示す図である。
【図５】図２の磁界発生装置を形成するための、別の磁性リングを示す図である。
【図６】図２の磁界発生装置を組立てる工程の概略図である。
【図７】図２の磁界発生装置を組立てる工程の概略図である。
【図８】図２の磁界発生装置におけるコイルの関係位置を示す略図である。
【図９】磁界と中心Ｏの距離との関係における磁界の変化を示すグラフである。
【図１０】図１のセンサーに使用しうる磁界発生装置の第２実施形態を示す概略斜視図である。
【図１１】図１０の磁界発生装置における磁性リングの略図である。
【図１２】図１０の磁界発生装置における磁性リングの略図である。
【図１３】図１０の磁界発生装置における磁性リングの略図である。
【図１４】図１０の磁界発生装置におけるコイルの位置を示す略図である。
【図１５】図１の磁気センサーにおける磁界発生装置の第３実施形態を示す斜視図である。
【図１６】図１５に示す磁界発生装置における磁性リングの概略図である。
【図１７】図１５に示す磁界発生装置における磁性リングの概略図である。
【図１８】図１５に示す磁界発生装置における磁性リングの概略図である。
【図１９】図１の磁界センサーに用いうる磁界発生装置の第４実施形態における磁性リングの略図である。
【図２０】図１の磁界センサーに用いうる磁界発生装置の第４実施形態における磁性リングの略図である。
【図２１】図１の磁界センサーに用いうる磁界発生装置の第４実施形態における磁性リングの略図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
各図において、同じ符号は、同じ要素を示している。
【００２２】
以下において、当業者には公知の特徴や作用については、詳しく記載しない。
【００２３】
この例では、磁性リングまたはＰＣＢは、電気部品の組を電気的に接続するための支持体である。このような磁性リングは、全体的に成層板または積層板として形成される。この磁性リングは、単層または複層の磁性リング基板である。単層の磁性リングは、１つの金属化層のみを有し、この金属化層には、異なる電気部品を互いに電気的に接続するための導電性配線がプリントされている。逆に、複層磁性リングは、複数、例えば少なくとも２、好ましくは４、または６以上の金属化層を有する。
【００２４】
金属化層は、磁性リングを形成する成層板の層の１つである。この磁性リングには、１つ以上の導電性配線が形成され、導電性配線は異なる電気部品を互いに電気的に接続している。この層は、平らであり、成層板の面と平行をなしている。
通常、金属化層は、導電性材料、典型的には、銅のような金属を、均一に蒸着し、次に、導電性配線のみが残されるように、この均一層をエッチングすることにより得られる。
【００２５】
磁性リングの異なる金属化層同士は、電気絶縁性材料からなる絶縁層により、互いに間隔が設けられている。この絶縁性材料は、例えば、典型的には、３ＭＶ／ｍ以上、好ましくは１０ＭＶ／ｍ以上の高い誘電剛性率を有している。電気絶縁性材料は、例えばエポキシ樹脂、および／またはガラス繊維である。絶縁層は、他の層と接合した際、粘質とならない材料からなる硬質板の形態をなしており、例えば、不可逆的な熱硬化性処理を施した熱硬化性樹脂からなっている。
【００２６】
複層の磁性リングの異なる層は、「予備含浸層」と呼ばれ、一般的に「プレプレグ層」として知られている粘着性層により、自由度なく互いに接合されている。
【００２７】
異なる金属化層の導電性配線は、絶縁層へ通した導電性パッドにより、電気的に接続することができる。導電性パッドは、一般に、「ビア」または「ビアホール」として知られている。ビアは、平面層に対して概ね直交している。これらのビアは、さまざまな方法で開けることがある。もっとも一般的な方法は、被交差絶縁層の単層または複層に孔を開け、次にこれらの孔の内壁に金属を塗布することである。従ってこのような孔は、金属化ホールと呼ばれている。
【００２８】
図１は、磁界の３軸センサー２を示す。
より詳しくは、このセンサー２は、中心Ｏにおいて、互いに直交し、かつ正割である磁界強度を、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸に沿って測定し、かつＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸における磁界の正投影を測定する。
【００２９】
センサー２はフラックスゲートセンサーであり、このフラックスゲートセンサーは、
−磁界を電力に変換可能な、３軸トランスデューサー４と、
−３軸トランスデューサー４により発生させられた電力を処理するための処理装置６とを備えている。
【００３０】
３軸トランスデューサー４は、
−それぞれＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸に沿って伸びる少なくとも３つの飽和可能な棒磁石と、
−各棒磁石を同期的に飽和させるために、各棒磁石に巻回されている励磁コイルと、
−各棒磁石における磁界を測定するための測定用コイルとを備えている。
【００３１】
棒磁石は、磁性リングを形成するため、互いに磁気的に接続することができる。３軸トランスデューサー４は、例えば、図１に示すように、補償コイルが省略されていることを除き、フランス国原子力庁（Commissariat a l'energie atomique et aux energies alternatives）により、２０１１年９月７日に出願されたフランス国特許出願、発明の名称「磁性リング基板」（出願番号ＦＲ１１５７９３３号）に記載されているトランスデューサーと同じものである。
【００３２】
処理装置６は、励磁コイルの駆動を制御し、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸に沿う磁界強度を、そこから推定するために、測定用コイルの測定値を処理する。
【００３３】
３軸センサー２は、均一磁界を発生させるための制御可能なジェネレーター８を備えている。このジェネレーター８は、球体１０状の均一磁界を発生させる。
この球体１０は、点Ｏを中心とし、その内部における磁界は所望の方向に均一であるとともに、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸方向に調整可能である。
【００３４】
３軸トランスデューサー４における３つの棒磁石は、この球体１０の中に配置されている。
【００３５】
ここで、ジェネレーター８は、それぞれＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸まわりに巻回された補償コイルからなっている。本発明のジェネレーター８の実施形態を、以下の図面を参照して、さらに詳しく説明する。
【００３６】
なお、処理装置６は、測定磁界を相殺する補償磁界を、ジェネレーター８により発生させるためのＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸に沿って測定した磁界に応じて、ジェネレーター８を制御することが可能である。従って、補償磁界により、３軸トランスデューサー４の棒磁石の磁界は実質的にゼロである。換言すると、ジェネレーター８は、フランス国特許出願第ＦＲ１１５７９３３号に記載されている補償コイルに取って代るものである。従って、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸に沿う磁界強度の測定は、ジェネレーター８の補償コイルに流れる電流の強度に基いて行われる。
【００３７】
図２は、ジェネレーター８として使用できる４次のジェネレーター２０を示す。この４次のジェネレーター２０は、製造するための有利な技術を示す簡単な例を示すものである。この同じ技術は、図面を参照して説明する、他のジェネレーターを製造するためにも使用することができる。図２においては、このジェネレーター２０を組立てた状態で示してある。
【００３８】
ジェネレーター２０は、
−Ｘ軸に巻回された１対のコイル２２、２３と、
−Ｙ軸に巻回された１対のコイル２６、２７と、
−Ｚ軸に巻回された１対のコイル２８、２９とを備えている。
【００３９】
各コイルは、少なくとも１つの巻数を、好ましくは数回の巻数を有する。
【００４０】
ここで、各コイルの対は、それらの巻回軸における２つのコイルの間に、４次の均一磁界を発生させるのように、ヘルムホルツコイルとして知られているコイル対を形成している。
【００４１】
例えば、コイルの周囲は、その軸を中心とする円形をなしている。また、同じ対における２つのコイルは、同じ巻数を有する。
【００４２】
コイル２２は、面ＹＺに対して、即ち軸Ｙ、軸Ｚを含む面に対して、コイル２３と対称である。同様に、コイル２６、２８は、それぞれ面ＸＺ、ＸＹに対して、コイル２７、２９と対称である。
【００４３】
コイル２２、２３およびコイル２６〜２９を形成するためには、ジェネレーターは、６つの磁性リング、即ち磁性リング３２、３３、および磁性リング３６〜３９を備えている。
各磁性リング３２、３３、および磁性リング３６〜３９は、電気配線用硬質支持体を、それぞれ形成するための基板４２、４３、および基板４６〜４９を備えている。
「硬質」という語は、例えばヤング率が、２５℃で、２ＧＰａ以上であり、好ましくは４ＧＰａ、１０ＧＰａまたは５０ＧＰａ以上の基板のことを指している。
【００４４】
磁性リングは、単層リングであっても、積層磁性リングであってもよい。
【００４５】
コイル２２、２３およびコイル２６〜２９にターンを形成するため、各磁性リングの金属化層には、円形状電気配線を形成してある。この配線は、例えば異なる磁性リングの異なる基板の金属化層にエッチングされる。
【００４６】
図３〜図５は、それぞれ、磁性リング３２、３６、３８の詳細に示している。磁性リング３３、３７、３９は、それぞれ磁性リング３２、３６、３８と対称である。
【００４７】
各図において、磁性リングの面上のＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の直交投影には、同じ符号を付してある。磁性リングの中心における垂直の軸は、黒点で示してある。
【００４８】
基板４２の内周縁は、Ｘ軸を中心とする円形である。また、その外周縁は、Ｘ軸を中心とし、係合部が切欠された円形である。
基板４２は、
−組立てた状態で、基板４７に当接する２つの係合部６０、６１と、
−組立てた状態で、基板４６に当接する２つの係合部６４、６５と、
−組立てた状態で、基板４９に当接する２つの係合部６８、６９と、
−組立てた状態で、基板４８に当接する２つの係合部７２、７３とを備えている。
【００４９】
係合部６０、６４、６８、６９は、平面ＹＸに対して、それぞれ、係合部６１、６５、７２、７３と対称である。また、係合部６０、６１、６８、７２は、平面ＺＸに対して、それぞれ、係合部６４、６５、６９、７３と対称である。
【００５０】
係合部６０、６４および係合部６１、６５の間隔は、コイル２６、２７を互いに離れた距離に位置決めするように定められ、これにより、Ｙ軸に沿う均一磁界を得ることができるようになっている。この距離は、図８と、図９にさらに詳しく示してある。
【００５１】
同様に、係合部６８、７２および係合部６９、７３の間隔は、コイル２８、２９を、互いに離れた距離に位置決めするために選択され、これによって、Ｚ軸に沿う均一磁界を得ることができる。
【００５２】
また係合部は、ジェネレーター２０の異なるコイルを、正確かつ容易に、正しい角度で位置決めすることができる。
【００５３】
図４は、磁性リング３６を示す。
この磁性リング３６の内周縁は、Ｙ軸を中心とする円形であり、ノッチ８０〜８３が、その内周縁に設けられている。
ノッチ８０、８２は、平面ＹＺに対して、ノッチ８１、８３と対称である。
ノッチ８０、８１は、平面ＸＹに対して、ノッチ８２、８３と対称である。
ジェネレーター２０を組立てると、ノッチ８０、８１およびノッチ８２、８３は、それぞれ基板４２、４３を摺動可能に受ける。そのため、Ｘ軸と平行方向の各ノッチの幅は、ｅから２ｅの範囲内であり、好ましくは、ｅ＋５μｍからｅ＋３００μｍの範囲内にある。ただし、ｅは、ジェネレーター３０を形成するための基板の厚さである。各切欠部は、その幅より深いのが好ましい。
【００５４】
各ノッチは、Ｘ方向に移動する基板４２または基板４３を固定させる。
【００５５】
磁気リング３６の円形外周縁は、Ｙ軸を中心としている。ノッチ８６〜８９が、基板４８、４９を位置決めするため、この外周縁に切欠されている。より詳しくは、ノッチ８６、８７は、組立てた状態では基板４９に当接する。また、ノッチ８８、８９は、組立てた状態では、基板４８に当接する。
【００５６】
ノッチ８６、８７は、平面ＹＺに対して、ノッチ８８、８９と対称である。ノッチ８６、８８は、平面ＸＹに対して、ノッチ８７、８９と対称である。
【００５７】
ノッチ８６、８８およびノッチ８７、８９の間隔は、互いに離れた距離にコイル２８、２９を位置決めるように定められ、これによって、Ｚ軸に沿って均一磁界が発生されることとなる。
【００５８】
図５は、磁性リング３８を示す。その円形の内周縁は、Ｚ軸を中心としている。ノッチ９０〜９７が、この内周縁に切欠されている。これらのノッチは、同様の機能を果たし、磁性リング３６における、前記したノッチと同様に形成されている。ノッチ９２、９３、９４、９６は、平面ＹＺに対して、それぞれ、ノッチ９０、９１、９５、９７と対称である。
ノッチ９０、９２、９４、９５は、平面ＸＺに対して、それぞれ、ノッチ９１、９３、９６、９７の対称である。
【００５９】
組立の際、ノッチ９０、９１およびノッチ９２、９３は、それぞれ、基板４２、４３を摺動可能に受ける。
【００６０】
組立の際、ノッチ９４、９５およびノッチ９６、９７は、それぞれ、基板４７、４６を摺動可能に受ける。
【００６１】
ノッチ９０〜９７は、磁性リング３２、３３および磁性リング３６、３７がＸ、Ｙ軸方向に動かないように固定保持している。
【００６２】
図６は、ジェネレーター２０を組立てるための第１工程を示す。詳しくは、図６は、ジェネレーター２０を分解した状態を示している。組立の最初の工程では、磁性リング３６、３７は、矢印Ｆ１方向に移動させることにより、磁性リング３２、３３と組立てられる。この目的を達するには、磁性リング３２、３３は、それぞれ、磁性リング３６、３７の、ノッチ８０、８１およびノッチ８２、８３に挿入される。
この操作の間、磁性リング３６、３７は、磁性リング３２、３３に形成した、対応する肩部を当接する。
【００６３】
図７は、組立てるための次の工程を示す。この工程では、磁性リング３８、３９を、以前の工程で組み立てられた磁性リングと組み立てる。この目的を達するには、磁性リング３８、３９を、矢印Ｆ２の方向に移動させる。これにより、組立てた状態のジェネレーター２０が得られる。この組立てた状態では、磁性リング３８、３９は、磁性リング３２、３３、３６、３７を、位置決めした状態で固定する。
接着剤により、磁性リング３８、３９を、他の磁性リングに、自由度なしに固定される。従って接着剤は、ジェネレーター２０を組立てた状態で固定することとなる。
【００６４】
図８は、コイル２２、２３の間隔Ｄを示す。他のコイルの間隔も、同じように定められる。Ｘ方向の、コイル２２、２３間の距離ｄは、これらのコイルの半径Ｒと等しい。従って、コイル２２、２３により発生させられた磁界は、球体１０に、４次の均一性を有する。この構成は、ヘルムホルツコイルとして知られている。
【００６５】
ここで、同じ軸に巻回された２つのコイルの間隔は、磁性リングが当接している肩部の間隔により定められる。従って、係合部の間隔は、各コイル対がヘルムホルツコイルを形成するように選択される。
【００６６】
コイル２２、２３の円周は、点Ｏを中心とする球状体Ｓに記録される。この構成によると、ジェネレーター２０の必要な占有スペースは最小となる。
【００６７】
図９は、均一磁界が中心点Ｏで発生された様々な場合に、中心からの距離の函数として、Ｘ軸に沿う磁界強度の変化を示す。
【００６８】
曲線１０２は、平面ＹＺ内に含まれる単体の円形コイルの場合を示す。
曲線１０４、１０６は、それぞれ、２つのコイルおよび４つのコイルの場合を示す。図示のように、多数のコイルを使用することにより、より均一的な磁界を発生させることができる。例えば、ここで、点Ｏを中心とする単体のコイルで、２次の均一磁界を発生させることが可能である。しかし、２つのコイルで、４次の均一磁界を発生させることもできる。最後に、４つのコイルで、８次の均一磁界を発生させることもできる。
【００６９】
図１０は、８次のジェネレーター１２０を組立てた状態を示す。このジェネレーター１２０は、３軸センサー２におけるジェネレーター８として使い易いものであり、ジェネレーター２０と同一の原理により形成されているが、８次の均一磁界を発生させるために、追加のコイルを備えている。
【００７０】
この目的を達するためには、ジェネレーター１２０は、次のものを備えている。
−Ｘ軸を中心とし、平面ＹＺに対して対称的に位置決めされた４つの磁性リング１２２〜１２５。
−Ｚ軸を中心とし、平面ＸＹに対して対称的に位置決めされた４つの磁性リング１２８〜１３１。
−Ｙ軸を中心とし、平面ＸＺに対称的に位置決めされた４つの磁性リング１３４〜１３７。
【００７１】
図１１〜図１３は、磁性リング１２２、１２３、１２８、１２９、１３４、１３５をより詳細に示している。ジェネレーター１２０の他の磁性リングは、平面ＸＹ、平面ＸＺ、または平面ＹＺに対して、対称であり、これらの磁性リングから推定できると思う。
【００７２】
ジェネレーター２０の場合と同様に、各磁性リングは、硬質基板を備え、
この硬質基板には、コイルとなる電気配線が形成され、これらの磁性リングを、互いに相対的に位置決めさせるため、ノッチ、および／または肩部が設けられている。
図１１〜図１３及びそれ以降の図面では、コイルはＢで示され、ノッチはＥで示され、肩部はＰで示されている。
【００７３】
ノッチＥおよび肩部Ｐは、コイルを、発生した磁界が８次の均一状態となるように、互いに離れた距離に配置されている。
【００７４】
図１４は、磁性リング１２２〜１２５の金属化層にエッチングした円形コイル１４０〜１４３のＸ軸に沿う状態を示している。８次の均一磁界を得るための、Ｘ軸に沿う位置ＣＸ、および各コイルの半径ＲＹは、静磁気学方程式を用いて計算し決定する。無限の解決法があるので、この構成による解決法は、次の２つの追加条件を満たすものである。
１）各コイルの円周は、点Ｏを中心とする選択された半径の球型形状Ｓの周囲に、なるべく近いこと。
２）コイル１４１、１４２に流れる単位強度の電流に対して、端末コイル１４０、１４３に流れる、８次の均一磁界を可能になる電流強度は、単位電流の有理分数であること。
【００７５】
条件１）によると、ジェネレーター１２０の小型化が図れる。
条件２）によると、各コイル１４０〜１４３を、整数である巻数とすることができる。
単位半径を有する球状に対して、各コイル１４０〜１４３の位置Ｃ_Xおよび半径Ｃ_Yを、下記の表で示す：
【００７６】
【表１】

【００７７】
これらの値により、コイルの径と、磁性リングの面、および球体Ｓの交差に対応する、円のおよび直径との乖離は、２％以下であり、この場合は、０．５％以下である。乖離は、球Ｓの直径の参照することによって得られる。
【００７８】
電流およびコイル１４０、１４３は、８次の均一磁界を得るためのコイル１４１、１４２に流れる電流と比べて、３分の１に減少される。これは、この構成を達成するには、同じ補償電流により交差されるため、コイル１４０〜１４３が直列に接続されるということを意味する。コイル１４１、１４２の巻数は、３の倍数の整数として選択される。また、この条件下では、コイル１４０、１４３の巻数は、整数であり、さらに、コイル１４１、１４２の巻数に２／３を乗じることにより推定される。例えば、コイル１４１、１４３は、３回巻数のみで形成され、コイル１４０、１４３は、２回巻数のみで形成される。また、このような選択により、ジェネレーターの作成が可能となる。
【００７９】
図１５〜図１８は、四角で区切ったコイルを用いて形成されていることを除き、ジェネレーター２０とは同一の４次のジェネレーター１５０を示す。このジェネレーター１５０は、６つの磁性リング１５２〜１５７を有し、この６つの磁性リングは、四角形の外周および四角形の内周を有する。上記の実施形態で記載したように、磁性リングを互いに相対的に位置決めすることは、これら磁性リングの基板の周囲に切欠された、ノッチＥおよび肩部Ｐの形状的協働により行われる。
【００８０】
コイルが四角形であるので、４次の均一磁界を得るための異なるコイルの間隔は、コイルが円形である場合の間隔と全く同じではない。
四角形コイルの間隔に１．０８９で乗じるにより、静磁気学方程式により、円形状コイルの間隔または距離Ｄを推定することができる。
【００８１】
図１９〜図２１は、２次のジェネレーターを組み立てるための３つの磁性リング１７０〜１７２を示す。この場合、３つ磁性リングの３つのコイルは、同心であり、その中心と同じ中心Ｏを有している。
これら各コイルは、他の２つのコイルの面と直交する面に配置されている。
この実施形態において、ノッチＥは、他の磁性リングの基板を摺動可能に受けるため、磁性リング１７１、１７２の基板の中心に切欠された矩形である。これにより、組立てた状態で、磁性リング１７０は、磁性リング１７１のノッチＥの内部に受け入れられており、かつ磁性リング１７０、１７１の組立体は、磁性リング１７２のノッチＥの内部に受け入れられている。
【００８２】
また、この実施形態において、３軸トランスデューサー４の少なくとも１つのコイル１７４は、センサーの製造を容易させるように、磁性リング１７０の金属化層に形成された導電性配線で形成されている。
【００８３】
上記以外に、多くの実施形態が可能である。例えば、同じコイルの数回の巻数を、磁性リングの同じ金属化層に形成するか、または、互いに積層した金属化層で形成することができる。この場合、通常、異なった巻数がビアで接続される。ジェネレーターの次数に応じ、円形のコイルの代わりに、四角形のコイルとすることも可能である。また、他の形状のコイルとすることも可能である。
【００８４】
磁性リングを互いに結合することは、接着剤以外の手段によっても可能である。例えば、磁性リングを互いに付着させるため、半田つけを利用できる。この半田つけ箇所は、この目的のために設けられる。
【００８５】
変形した実施形態においては、各軸に沿うコイルの数が異なる。
【００８６】
また、８次より次数の高いものでは、コイルを追加、それにより磁性リングも追加することにより、形成することができる。
【００８７】
６次のジェネレーターは、各々の軸Ｘ、軸Ｙ、軸Ｚに沿って３つのコイルを位置決めすることにより形成することができることに注目すべきである。
３つコイルの中の１つは、点Ｏを通る平面にある。
【００８８】
実施形態の変化としては、ジェネレーターのコイルを形成するため磁性リングは、ノッチや肩部を使用することなく、相対的に互いに位置決めされることができる。例えば、磁性リングは、手動により、またはロボットにより互いに相対的に位置決めし、次に、接着剤つけまたは半田つけなどの固定手段により、自由度の無いように、互いに付着される。
【００８９】
実施形態の変形として、コイルを、磁性リングの電気配線により形成することなく、例えば、非磁性材料よりなる球体の周囲に形成された円形状ノッチに線を巻くことにより形成することもできる。
【符号の説明】
【００９０】
２３軸センサー
４３軸トランデューサー
６処理装置
８ジェネレーター
１０球体
２０ジェネレーター
２２〜２９コイル
３２〜３９磁性リング
４２〜４９基板
６０〜７３係合部
８０〜９７ノッチ
１０２曲線
１２０ジェネレーター
１２２〜１３７磁性リング
１４０〜１４３コイル
１５０ジェネレーター
１５２〜１５７、１７０〜１７２磁性リング
１７４コイル

【特許請求の範囲】
【請求項１】
球体の中心を中心とする均一磁界発生装置であって、
第１、第２、第３の巻回軸が、中心点に相当する共通点で互いに直交し、かつ正割であり、１つまたは複数のコイルに同じ電流が流れたとき、前記の１つまたは複数のコイルにより発生した磁界の安定領域が中心となるように、同じ巻回軸に巻回した前記１つまたは複数のコイルが前記巻回軸に沿って配置され、それぞれ、前記の第１、第２、第３の巻回軸（Ｘ、Ｙ、Ｚ）に巻回された、第１コイル、第２コイル、第３コイル（２２、２３、２６−２９；Ｂ）の少なくとも１つを備えており、
４つのコイルは、２つのコイル対で形成されており、各コイル対は、前記巻回軸と直交し、かつ前記中心点を通る対称面に相対的に、前記他のコイル対と対称であり、前記４つのコイルが前記同じ電流で駆動されるとき、前記のコイルが発生させた磁界の少なくとも１次の微係数から７次の微係数までを、前記中心点で前記巻回軸に並列に相殺するため互いに間隔を置く、各前記巻回軸に巻回した少なくとも４つのコイル（Ｂ）を備え、
各コイル（２２、２３、２６−２９；Ｂ）の外周は円形状であり、中心点を中心とする形状、および、前記コイルを通すとともに前記コイルの巻回軸に垂直な面の交差より定義した円径に、前記円形状の円径が、＋／−２％の範囲内で等しく、前記球型形状が同じ巻回軸に巻回した全てのコイルに対して、同じ球状あることを特徴とする球型形状に中心点を中心とする均一磁界発生装置。
【請求項２】
同じ巻回軸に巻回した異なるコイル（２２、２３、２６−２９；Ｂ）の巻数が整数であるように、電気的に直列に接続され、かつ巻回軸に沿って位置決めされている、請求項１に記載の均一磁界発生装置。
【請求項３】
各コイルに対して、前記コイルの巻数となる電気配線に形成した磁性リング（１２２−１２５、１２８−１３１、１３４−１３７）を備え、前記磁性リングは、前記電気配線に対して担持体を形成する硬質性基板（４２、４３、４６−４９）を備える、請求項１〜２のいずれか１項に記載の均一磁界発生装置。
【請求項４】
また、前記基板の少なくとも１つは、その他１つの磁性リングの基板の係合部（６０、６１、６４、６５、６８、６９、７２、７３、８６−８９；Ｐ）と形状的協働により、コイルにより発生させた前記磁界安定領域の強度が、前記コイルが同じ電流で交差した際中心となる位置に、前記基板に相対的に前記他の磁性リングを位置決め可能な、少なくとも１つのノッチ（８０−８１、９０−９７；Ｅ）を備える、請求項３に記載の均一磁界発生装置。
【請求項５】
第２コイルの磁性リングの基板（４６、４７）は、第１コイルの磁性リングの基板（４２、４３）を摺動可能に受けられる少なくとも１つのノッチ（８０−８３；Ｅ）を備え、第１コイルの磁性リングの基板（４２、４３）は、前記基板が第２コイルの磁性リングの基板のノッチに摺動する際、第２コイルの磁性リングの基板が当接可能な少なくとも１つの係合部（６０、６１、６４、６５；Ｐ）を備える、請求項４に記載の発生器。
【請求項６】
第３コイルの磁性リングの基板（４８、４９）は、第２コイルの磁性リングの基板を摺動可能に受けられるノッチ（９４−９７；Ｅ）を有し、第２コイルの磁性リングの基板（４６、４７）は、前記基板が第３コイルの磁性リングの基板のノッチに摺動する際、第３コイルの磁性リングの基板が当接しうる係合部（８６−８９；Ｐ）を有する、請求項５に記載の発生器。
【請求項７】
各ノッチは、ｅから２ｅの範囲内である距離ｄをもって互いに離れている、２つの平行な縁部により画定している、ただし、ｅは前記ノッチに摺動可能に受けた基板の厚さと等しい、請求項４〜６のいずれか１項に記載の発生器。
【請求項８】
磁界センサーであって、３つ直交方向の強度の安定領域が中心点にあり、均一磁界を発生可能な、制御可能なジェネレーター（８）と、前記３つ直交方向の磁界強度を、それぞれ電力に変換可能で、中心点に配置された３軸トランデューサー（４）と、中心点で測定した磁界を相殺するため、トランデューサーにより測定した磁界の関数として発生器を制御可能な処理装置（６）とを備える磁界センサーであって、ジェネレーター（８）は、請求項１〜７のいずれか１項に記載されたものであることを特徴とする磁界センサー。
【請求項９】
３軸トランデューサー（４）は、少なくとも1つの前記３つの方向に沿って磁界を測定するための、少なくとも測定用コイルを備え、ジェネレーター（８）は、前記測定用コイル（１７４）となる電気配線、および発生器の1つのコイル（Ｂ）となる他の電気配線を形成している磁性リング（１７０）とを備える請求項８に記載のセンサー。

【図１】