磁性構造体ならびにそれを用いた磁性部品，磁気センサ装置および電流センサ装置
【課題】 特定方向における残留磁化が殆どない磁性構造体ならびにそれを用いた磁性部品，磁気センサ装置および電流センサ装置を提供する。
【解決手段】 第１の方向の磁界を発生させる磁界発生装置と、磁界発生装置が発生させる磁界中に配置された、第１の方向と異なる第２の方向を回転軸として、回転軸に対して回転自在とされている複数の磁性体片20とを有する磁性構造体40とする。気密性および耐圧性を有する容器が不要な、特定方向における残留磁化が殆どない磁性構造体を得ることができる。
【解決手段】 第１の方向の磁界を発生させる磁界発生装置と、磁界発生装置が発生させる磁界中に配置された、第１の方向と異なる第２の方向を回転軸として、回転軸に対して回転自在とされている複数の磁性体片20とを有する磁性構造体40とする。気密性および耐圧性を有する容器が不要な、特定方向における残留磁化が殆どない磁性構造体を得ることができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、特定方向における残留磁化が殆どない磁性構造体ならびにそれを用いた磁性部品，磁気センサ装置および電流センサ装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に、絶縁型の直流電流センサの代表的なものとしてホール素子型の電流センサがある。ホール素子型の電流センサは、透磁率の高い軟磁性材のリングの一部を切除して隙間を持つヨークを形成し、この隙間にホール素子を挟み込んだ構造になっている。ところが、ヨークを構成する軟磁性材にはヒステリシス特性があるため残留磁化が生じ、この残留磁化がオフセット誤差の原因となっている。センサ出力のオフセット量は、センサ稼動中に計測することが事実上不可能なため、センサを連続的に使用しなければならない用途においては、大きな問題となる。
【０００３】
このような問題を解決するために、残留磁化の要因は軟磁性材の磁壁にある点に着眼し、磁壁をもたない磁性流体を用いてコアを形成した電流センサが提案されている（例えば、特許文献１を参照。）。特許文献１にて提案された電流センサによれば、容器に封入した磁性流体をコアとして用いていることから、コアの残留磁化が殆どないため、オフセット誤差が殆どない優れた特性を有する電流センサを得ることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第4310373号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１にて提案された電流センサは、磁性流体を容器に封入する必要があるため、容器に気密性が要求されるとともに、温度変化により磁性流体が膨張および収縮して容器へ加わる圧力が変動するため、その対策が必要となるという問題があった。また、磁性流体は微細な磁性粉と溶液とを混合したものであるため、磁性特性に温度依存性が生じるという問題点もあった。
【０００６】
本発明はこのような従来の技術における問題点に鑑みて案出されたものであり、その目的は、気密性および耐圧性を有する容器が不要な、特定方向における残留磁化が殆どない磁性構造体ならびにそれを用いた磁性部品，磁気センサ装置および電流センサ装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の第１の磁性構造体は、第１の方向の磁界を発生させる磁界発生装置と、該磁界発生装置が発生させる磁界中に配置された、前記第１の方向と異なる第２の方向を回転軸として、該回転軸に対して回転自在とされている複数の磁性体片とを有することを特徴とするものである。
【０００８】
本発明の磁性部品は、コイルと、前記複数の磁性体片の少なくとも一部が前記コイルの内側に位置するように配置された前記第１または第２のいずれかの磁性構造体とを備えることを特徴とするものである。
【０００９】
本発明の磁気センサ装置は、前記磁性部品と、前記コイルに接続された該コイルのインダクタンスを測定するインダクタンス測定装置とを備えることを特徴とするものである。
【００１０】
本発明の電流センサ装置は、環の周方向が前記第１の方向および前記第２の方向に垂直になるように前記複数の磁性体片が環状に配置された前記磁性部品と、前記コイルに接続された該コイルのインダクタンスを測定するインダクタンス測定装置とを備え、前記複数の磁性体片によって形成された環の内側を通過するように、測定対象の電流を流すための導電路が配置されることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の磁性構造体によれば、気密性および耐圧性を有する容器が不要な、特定方向における残留磁化の殆どない磁性体として機能する磁性構造体を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施の形態の第１の例の磁性構造体の、外部磁界が０のときの状態を模式的に示す斜視図である。
【図２】図１に示す磁性構造体のｘ軸方向に強い外部磁界が加えられたときの状態を模式的に示す斜視図である。
【図３】図１に示す磁性構造体のｘ軸方向におけるＢ−Ｈ曲線を模式的に示すグラフである。
【図４】図１に示す磁性構造体のｘ軸方向におけるμ−Ｈ曲線を模式的に示すグラフである。
【図５】本発明の実施の形態の第２の例の磁性部品を模式的に示す斜視図である。
【図６】本発明の実施の形態の第３の例の磁気センサ装置を模式的に示す図である。
【図７】本発明の実施の形態の第４の例の電流センサ装置を模式的に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の磁性構造体ならびにそれを用いた磁性部品，磁気センサ装置および電流センサ装置を添付の図面を参照しつつ詳細に説明する。
【００１４】
（実施の形態の第１の例）
図１は本発明の実施の形態の第１の例の磁性構造体の、外部磁界が０のときの状態を模式的に示す斜視図である。図２は、図１に示す磁性構造体の、図のｘ軸方向に強い外部磁界が加えられたときの状態を模式的に示す斜視図である。なお、図１および図２においては、構造を分かりやすくするために、内部を透視した状態を示している。
【００１５】
本例の磁性構造体40は、図１および図２に示すように、壁部材10と、複数の棒状支持体15と、複数の磁性体片20と、磁界発生装置として機能するコイル30とを備えている。
【００１６】
壁部材10は、直方体の箱状であり、図のｚ軸方向および図のｘ軸方向に垂直な図のｙ軸方向に所定の間隔を開けて、互いに対向するように配置された１対のｚｘ面に平行な壁11，12を含む６つの壁を有している。
【００１７】
複数の棒状支持体15は、図のｚ軸方向に第１の繰り返し間隔Ｐ１で、且つｚ軸方向に垂直な図のｘ軸方向に第１の繰り返し間隔Ｐ１よりも長い第２の繰り返し間隔Ｐ２で、それぞれ図のｙ軸方向に平行に配置されて、両端が１対の壁11，12に接続されている。
【００１８】
複数の磁性体片20は、全て同一形状の直方体状の強磁性体であり、長手方向と磁気モーメントの方向とが平行になっている。また、磁性体片20のそれぞれは、回転軸となる貫通孔を有するとともに、回転軸方向に一様な形状を有している。さらに、磁性体片20のそれ
ぞれは、壁部材10の内側に配置されており、貫通孔を棒状支持体15が貫くように、複数の棒状支持体15のそれぞれに回転自在に取り付けられている。すなわち、磁性体片20のそれぞれは、図のｙ軸方向に平行な棒状支持体15を回転軸として、その回転軸に対して回転自在とされている。なお、棒状支持体15には図示せぬストッパーが設けられており、磁性体片20の図のｙ軸方向への移動が防止されている。
【００１９】
また、複数の磁性体片20は、図のｚ軸方向に第１の繰り返し間隔（第１の配列ピッチ）Ｐ１で、且つｚ軸方向に垂直な図のｘ軸方向に第１の繰り返し間隔Ｐ１よりも長い第２の繰り返し間隔（第２の配列ピッチ）Ｐ２で配置されている。ここで、第１の繰り返し間隔Ｐ１および第２の繰り返し間隔Ｐ２は、複数の磁性体片20が回転軸を中心に回転したときに、相互にぶつからないような値に設定される必要がある。本例の磁性構造体40においては、複数の磁性体片20は全て同一形状の直方体であるため、第１の繰り返し間隔Ｐ１および第２の繰り返し間隔Ｐ２は、磁性体片20の長手方向の寸法よりも大きい値に設定されている。
【００２０】
コイル30は、コイル30の横断面が図のｘｙ平面に平行になるように壁部材10の周囲に巻き付けられている。また、コイル30は図示せぬ電源に接続されており、コイル30には直流電流が流れている。これにより、コイル30は、壁部材10内に図のｚ方向の磁界を発生させる磁界発生装置として機能している。そして、磁性体片20は、コイル30が発生させる図のｚ方向の磁界中に配置されている。よって、それぞれの磁性体片20は、外部磁界が加わらない状態では、磁気モーメントの方向が図のｚ軸方向と平行になるようにされている。
【００２１】
このような構成を備える本例の磁性構造体40によれば、それぞれの磁性体片20は、図のｙ軸方向に沿った回転軸に対して回転自在とされているとともに、コイル30が発生させる図のｚ方向の磁界中に配置されている。よって、図１に示すように、外部磁界が０の場合には、コイル30が発生させる磁界によってそれぞれの磁性体片20に働く力によって、それぞれの磁性体片20の磁気モーメントの方向が図のｚ軸方向に向いている。これにより、図のｘ軸方向における磁化は０になっている。そして、図のｘ軸方向に外部磁界が加わると、外部磁界が強くなるにつれて、それぞれの磁性体片20の磁気モーメントの方向が徐々に図のｘ軸方向に近づいていく。そして、外部磁界の強さが一定以上に強くなると、図２に示すように、それぞれの磁性体片20の磁気モーメントの方向が図のｘ軸方向に殆ど等しくなって、全体として図のｘ軸方向に磁化する。これは、図のｘ軸方向における磁束密度が飽和した状態を示している。そして、外部磁界が弱くなると、それぞれの磁性体片20の磁気モーメントの方向が徐々に図のｚ軸方向に近づいていき、外部磁界が０になると、図１に示すように、それぞれの磁性体片20の磁気モーメントの方向が図のｚ軸方向に戻るので、図のｘ軸方向における残留磁化は殆ど０となる。このようにして、本発明の磁性構造体40によれば、図のｘ軸方向における残留磁化の殆どない磁性体として機能する磁性構造体40を得ることができる。
【００２２】
本例の磁性構造体40の図のｘ軸方向における磁界Ｈと磁束密度Ｂとの関係を図３のグラフに示す。図３のグラフにおいて、横軸は磁界Ｈを示し、縦軸は磁束密度Ｂを示す。本例の磁性構造体40は図のｘ軸方向において残留磁化が殆どないので、磁化Ｂと磁界Ｈとの関係は、図３に示すようなｔａｎｈ（Ｈ）型の曲線を示す。また、透磁率μをｄＢ／ｄＨで定義すると、本例の磁性構造体40の図のｘ軸方向における磁界Ｈと透磁率μとの関係は、図４のグラフに示すような曲線となる。図４のグラフにおいて、横軸は磁界Ｈを示し、縦軸は透磁率μを示す。
【００２３】
図３および図４のグラフに示したような本例の磁性構造体40の特性は、コイル30の巻き方，コイル30のを流れる電流の大きさ，壁部材10の形状、磁性体片20の形状および材料ならびに磁性体片20の配列方法に依存する。よって、これらの調整により、利用するシステ
ムに適したＢ−Ｈ曲線を得ることも可能である。例えば、第１の繰り返し間隔Ｐ１を小さくすると、外部磁界０におけるエネルギー的な安定状態が強くなり、図１，２のｘ軸方向に外部磁界をかけても、その方向に動きにくくなるため、Ｈ＝０におけるＢ−Ｈ曲線の傾き（ｄＢ／ｄＨ）が小さくなる。
【００２４】
また、図４のグラフに示したμ−Ｈ曲線によれば、磁界Ｈが０の場合は磁性構造体40の透磁率はμ０であるが、磁界Ｈが大きくなるにつれて減少して、Ｈ＝Ｈ１のときにはμ＝μ１となり、磁界Ｈと透磁率μとが１対１に対応する。従って、磁性構造体40の透磁率の変化によって、磁性構造体40に加えられた磁界Ｈの強度を推定することが出来る。
【００２５】
また、本例の磁性構造体40によれば、磁性流体を用いないことから、気密性および耐圧性を有する容器が不要な磁性構造体40を得ることができる。
【００２６】
さらに、本例の磁性構造体40によれば、特許文献１にて提案された従来の電流センサのように、熱膨張の大きい液体を使用していないため、温度変化による特性変化の小さい磁性構造体40を得ることができる。
【００２７】
またさらに、本例の磁性構造体40によれば、複数の磁性体片20が全て同一形状であることから、設計が容易で安定に動作する磁性構造体40を得ることができる。
【００２８】
さらにまた、本例の磁性構造体40によれば、コイル30によって発生する磁界の方向（図のｚ軸方向）における隣り合う磁性体片20同士の距離が、コイル30によって発生する磁界の方向および磁性体片20の回転軸の方向（図のｚ軸方向）に垂直な図のｘ軸方向における隣り合う磁性体片20同士の距離よりも小さい。これにより、磁性体片20同士に働く磁力を考慮すると、外部磁界が０の場合にエネルギー的な安定状態になるのは、それぞれの磁性体片20の磁気モーメントの方向が図のｚ軸方向に向いたときであり、コイル30によって発生する磁界の作用によって磁性体片20の磁気モーメントの方向が向こうとする向きと一致する。これにより、外部磁界が０のときに、さらに、それぞれの磁性体片20の磁気モーメントの方向がコイル30によって発生する磁界の方向に平行になりやすくなるため、さらに安定して動作する磁性構造体40を得ることができる。
【００２９】
但し、コイル30によって発生する磁界の方向（図のｚ軸方向）における隣り合う磁性体片20同士の距離が、コイル30によって発生する磁界の方向および回転軸の方向に垂直な図のｘ軸方向における隣り合う磁性体片20同士の距離よりも小さいことは必須の要件ではない。例えば、コイル30によって発生する磁界の方向（図のｚ軸方向）における隣り合う磁性体片20同士の距離が、図のｘ軸方向における隣り合う磁性体片20同士の距離よりも大きい場合や、コイル30によって発生する磁界の方向（図のｚ軸方向）における隣り合う磁性体片20同士の距離と、図のｘ軸方向における隣り合う磁性体片20同士の距離とが等しい場合においても、コイル30によって発生する磁界を充分に大きくすることにより、外部磁界が加わらない場合の磁性体片20の磁気モーメントの方向をコイル30によって発生する磁界の方向（図のｚ軸方向）と平行にすることができる。
【００３０】
本例の磁性構造体40において、磁性体片20は軟質磁性体であることが望ましい。磁性体片20の形状は、１つの方向に長い形状が望ましく、例えば、角柱状，円柱状，卵形等の形状が好適に使用できる。また、複数の磁性体片20は、出来るだけ均一な形状であることが望ましく、全て同じ形状であることがさらに望ましい。磁性体片20の大きさは、用途に応じて適宜設定することができる。
【００３１】
本例の磁性構造体40において、壁部材10は様々な材料で形成可能であり、例えば、セラミックス材料や合成樹脂等を使用することができる。
【００３２】
（実施の形態の第２の例）
図５は本発明の実施の形態の第２の例の磁性部品を模式的に示す斜視図である。なお、本例においては、上述した実施の形態の第１の例と異なる部分について説明し、同一の構成要素には同一の参照符号を付して重複する説明を省略する。
【００３３】
本例の磁性部品70は、図５に示すように、図１，図２に示した実施の形態の第１の例の磁性構造体40と、コイル50とを備えており、壁部材10にコイル50が巻かれている。そして、複数の磁性体片20の少なくとも一部がコイル50の内側に位置するように配置されている。
【００３４】
図５においては、磁界発生装置であるコイル30，磁性体片20および棒状支持体15の図示を省略しているが、図１，図２と全く同様に、複数の磁性体片20は、壁部材10の内側に、図のｚ軸方向に第１の繰り返し間隔（第１の配列ピッチ）Ｐ１で、且つｚ軸方向に垂直な図のｘ軸方向に第１の繰り返し間隔Ｐ１よりも長い第２の繰り返し間隔（第２の配列ピッチ）Ｐ２で配置されている。そして、複数の棒状支持体15は図のｙ軸方向に平行に配置されており、複数の磁性体片20は、図のｙ軸方向の回転軸に対して回転自在とされている。また、コイル30は、コイル30の横断面が図のｘｙ平面に平行になるように壁部材10の周囲に巻き付けられている。また、コイル30は図示せぬ電源に接続されており、コイル30には直流電流が流れている。これにより、コイル30は、壁部材10内に図のｚ方向の磁界を発生させる磁界発生装置として機能している。そして、磁性構造体40の図示せぬコイル30の外側に、図５に示すようにコイル50が巻き付けられている。なお、コイル50は、コイル50の横断面が図のｙｚ平面にほぼ一致するように巻き付けられている。
【００３５】
そして、複数の磁性体片20の少なくとも一部がコイル50の内側に位置するように配置されている。原理的には、少なくとも１個の磁性体片20がコイル50の内側に位置していれば、電磁石や磁気センサとして機能する磁性部品を得ることができるが、性能の高い磁性部品を得るためには、少しでも多くの磁性体片20がコイル50の内側に位置することが望ましい。
【００３６】
このような構成を備える本例の磁性部品70によれば、コイル50のコアとして、図のｘ軸方向における残留磁化の殆どない磁性構造体40を用いていることから、例えば、磁化を殆ど０にすることが可能な電磁石を得ることができる。
【００３７】
また、本例の磁性部品70においては、前述したように、磁界Ｈに対応して磁性構造体40の透磁率が変化し、磁性構造体40の透磁率の変化に対応してコイル50のインダクタンスが変化する。よって、本例の磁性部品70によれば、コイル50のインダクタンスの変化によって磁界Ｈを検知する磁気センサ素子として機能する磁性部品70を得ることができる。
【００３８】
さらに、本例の磁性部品70によれば、コイル50のコアとして、図のｘ軸方向における残留磁化の殆どない磁性構造体40を用いていることから、残留磁化に起因するオフセット誤差の殆どない磁気センサ素子として機能する磁性部品70を得ることができる。
【００３９】
（実施の形態の第３の例）
図６は本発明の実施の形態の第３の例の磁気センサ装置を模式的に示す図である。なお、本例においては、上述した実施の形態の第２の例と異なる部分について説明し、同一の構成要素には同一の参照符号を付して重複する説明を省略する。
【００４０】
本例の磁気センサ装置は、図６に示すように、図５に示した実施の形態の第２の例の磁性部品70とインダクタンス測定装置60とを備えている。また、インダクタンス測定装置60
は、４つの抵抗素子65〜68と、可変容量キャパシタ61と、交流発生装置62と、電流検出装置63とを備えている。
【００４１】
抵抗素子65，コイル50，抵抗素子66，抵抗素子67および抵抗素子68がループを形成するように順次直列に接続されており、さらに、抵抗素子67に可変容量キャパシタ61が並列に接続されている。そして、コイル50および抵抗素子66の接続点と抵抗素子67および抵抗素子68の接続点との間に電流検出装置63が接続されているとともに、抵抗素子65および抵抗素子68の接続点と、抵抗素子66および抵抗素子67の接続点との間に交流発生装置62が接続されている。このようにして、Ｍａｘｗｅｌｌブリッジが構成されている。
【００４２】
コイル50のｙｚ面における断面積（壁部材10で囲まれた領域のｙｚ面における断面積に一致する。）をＳ、コイル50の巻き数をＮ、コイル50のｘ方向の長さをＡとし、外部磁界Ｈ１が磁性構造体40に作用しているときの透磁率をμ１とすると、コイル50部の自己インダクタンスＬはμ１の関数と成り、μ１Ｎ２Ｓ／Ａで近似することができる。
【００４３】
インダクタンス測定装置60において、交流発生装置62により交流を流すと、一般には電流検出装置63に電流が流れる。しかし、このブリッジが平衡条件を満たすときには電流検出装置63に電流が流れない。この平衡条件は、抵抗素子65の抵抗値をＲ１、抵抗素子66の抵抗値をＲ２、抵抗素子67の抵抗値をＲ３、抵抗素子68の抵抗値をＲ４、可変容量キャパシタ61の容量値をＣとすると、Ｒ１Ｒ３＝Ｒ２Ｒ４＝Ｌ／Ｃである。このとき、交流発生装置62による交流の周波数には無関係となる。従って、予め抵抗素子65〜68の抵抗値を調整しておき、可変容量キャパシタ61を調整することにより未知のインダクタンスＬを検出することができ、透磁率μ１を求めることが出来る。また、予めこの磁性構造体40の図４に示すようなμ−Ｈ曲線を算出しておけば、この求められた透磁率μ１の値から外部磁界Ｈ１の大きさを求めることが出来る。
【００４４】
このような構成を備える本例の磁気センサ装置によれば、コイル50のコアとして、図のｘ軸方向における残留磁化の殆どない磁性構造体40を用いていることから、残留磁化に起因するオフセット誤差の殆どない磁気センサ装置を得ることができる。
【００４５】
（実施の形態の第４の例）
図７は本発明の実施の形態の第４の例の電流センサ装置を模式的に示す図である。なお、本例においては、上述した実施の形態の第３の例と異なる部分について説明し、同一の構成要素には同一の参照符号を付して重複する説明を省略する。
【００４６】
本例の電流センサ装置は、図７に示すように、磁性部品70とインダクタンス測定装置60とを備えている。
【００４７】
磁性部品70は、壁部材10が環状に形成されており、壁部材10の内部の全体に渡って分布するように複数の磁性体片20が配置されている。すなわち、図１，２におけるｘ方向が図７におけるθ軸方向（壁部材10の環の周（円周）方向）に対応し、図１，２におけるｙ方向が図７におけるｒ軸方向（壁部材10の環の半径方向）に対応し、図１，２におけるｚ軸方向が図７におけるｚ軸方向（ｒ軸およびθ軸に垂直な方向であり、導電路80の長さ方向）に対応するように複数の磁性体片20が環状に配置されている。コイル50は、環状に形成された壁部材10の一部に巻き付けられて構成されている。インダクタンス測定装置60は、可変容量キャパシタ61、交流発生装置62および電流検出装置63を備えており、コイル50に接続されてコイル50のインダクタンスを測定する。また、壁部材10の環の内側を通過するように、すなわち、複数の磁性体片20によって形成された環の内側を通過するように、測定対象の電流Ｉを流すための導電路80が配置されている。インダクタンス測定装置60と環状の壁部材10に巻かれたコイル50とが接続され、コイル50のインダクタンスＬと可変容量
キャパシタ61とでＬＣの直列共振回路を形成している。
【００４８】
なお、本例の電流センサ装置に用いられている磁性構造体40は、図１，２に示すコイル30およびそれに接続された電源を備えておらず、その代わりに、環状の壁部材10の両主面（図のｚ軸方向の両端面）に、その全面に渡って配置された面状強磁性体（図示せず）を備えている。そして、この一対の面状強磁性体によって、図のｚ軸方向の磁界を壁部材10内部に発生させている。すなわち、この一対の面状強磁性体が、図のｚ軸方向の磁界を壁部材10内部に発生させる磁界発生装置となっている。
【００４９】
本例の電流センサ装置において、コイル50の断面積（環状の壁部材10の断面積に一致する。）をＳ、壁部材の環における円周の長さの平均値をＡ、コイル50の巻き数をＮ、測定対象の電流Ｉによる環状の壁部材10につくる磁界をＨＩに対する透磁率をμＩとすると、コイル50における自己インダクタンスＬは透磁率μＩの関数となり、Ｌ＝μＩＮ２Ｓ／Ａで表せる。インダクタンス測定装置60において、交流発生装置62により交流を流すと、電流検出装置63に電流が流れる。このときの電流の振幅は、コイル50における自己インダクタンスＬ，可変容量キャパシタ61の容量値Ｃ，および交流発生装置62の角周波数ωにより変動し、ω√（ＬＣ）＝１の関係にあるとき直列共振を起こし、最大の電流振幅となる。従って、電流検出装置63で検出される電流の振幅が最大になるように、可変容量キャパシタ61の容量値および交流発生装置62の角周波数ωの少なくとも一方を調整することにより、コイル50のインダクタンスＬを検出することが出来る。このインダクタンスＬから前述の磁気センサ装置と同様にして測定対象の電流Ｉによる磁界ＨＩを求めることが出来る。結局、ＨＩ＝ＮＩ／Ａの関係から測定対象の電流Ｉを検出することが出来る。
【００５０】
このような構成を備える本例の電流センサ装置によれば、コイル50のコアとして、図のθ軸方向における残留磁化の殆どない磁性構造体40を用いていることから、残留磁化に起因するオフセット誤差の殆どない電流センサ装置を得ることができる。
【００５１】
（変形例）
本発明は前述した実施の形態の例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更，改良が可能である。
【００５２】
例えば、前述した実施形態の第１の例においては、直方体の箱状の壁部材10を使用した例を示したが、これに限定されるものではなく、他の形状を有する壁部材であっても構わない。また、必ず壁部材を必要とするものではなく、例えば、平板状の台座の上面に棒状支持体15が固定されていても良い。さらに、壁部材10は面状である必要はなく、複数の棒状支持体15を固定することができれば、網状や格子状の壁部材10であっても構わない。
【００５３】
また、前述した実施の形態の第１〜第３の例においては、棒状支持体15を有する磁性構造体40の例を示したが、これらに限定されるものではない。例えば、それぞれの磁性体片20の表面の回転軸と交わる２点に各々糸を接続し、この２本の糸を引っ張ることによって磁性体片20を支持するようにしても構わない。
【００５４】
さらに、前述した実施の形態の第１の例においては、複数の磁性体片20を格子状に配置した場合を示したが、これに限定されるものではない。例えば、複数の磁性体片20を千鳥格子状に配置してもかまわない。
【００５５】
またさらに、前述した実施の形態の第２，第３の例においては、壁部材10の内側の全体に渡って、複数の磁性体片20が直方体状に配置された磁性構造体40を用いた例を示したが、これに限定されるものではなく、複数の磁性体片20が他の形状に配置された磁性構造体40を用いても構わない。
【００５６】
さらにまた、前述した実施の形態の第４の例においては、壁部材10の内側の全体に渡って、複数の磁性体片20が、横断面が矩形の円環状に配置された磁性構造体40を用いた例を示したが、これに限定されるものではない。例えば、複数の磁性体片20が、横断面が円形の円環状に配置された磁性構造体40を用いてもよい。また、円環状ではなく、多角形の環状の磁性構造体40を用いることも可能である。
【００５７】
またさらに、前述した実施の形態の第２〜第４の例においては、コイル50の横断面がｘ軸方向またはθ軸方向に略垂直になるように、コイル50が壁部材10に巻き付けられている例を示したが、これに限定されるものではない。例えば、複数の磁性体片20と間隔をあけてその周囲を大きく取り囲むようにコイル50が配置されるようにしても構わない。また、ｘ軸方向またはθ軸方向がコイル50の横断面と斜めに交わるようにしても構わない。
【００５８】
さらにまた、前述した実施の形態の第３，第４の例においては、外部磁界Ｈによる透磁率μの計測手法として、ＭａｘｗｅｌｌブリッジやＬＣ共振を用いたインダクタンス測定装置を用いた例を示したが、これに限定されるものではない。例えば、特許文献１に示されているような磁気ブリッジを用いた手法でも検出可能である。
【００５９】
またさらに、前述した実施の形態の第４の例においては、コイル50内の透磁率からコイル50を貫く磁界および導電路80を流れる電流を算出する例を示したが、これに限定されるものではない。例えば、実施の形態の第３の例の磁気センサ装置において、コイル50を貫く磁界Ｈ１を変化させたときのコイル50のインダクタンスの変化を測定して、コイル50を貫く磁界Ｈ１とコイル50のインダクタンスとの対応関係を示すデータを保存しておけば、コイル50のインダクタンスに基づいてコイル50を貫く磁界Ｈ１の大きさを得ることができる。同様に、実施の形態の第４の例の電流センサ装置において、導電路80を流れる電流Ｉを変化させたときのコイル50のインダクタンスの変化を測定して、導電路80を流れる電流Ｉとコイル50のインダクタンスとの対応関係を示すデータを保存しておけば、コイル50のインダクタンスに基づいて導電路80を流れる電流Ｉの値を得ることができる。
【００６０】
さらにまた、上述した実施の形態の第４の例においては、図示せぬ一対の面状強磁性体からなる磁界発生装置を用いた例を示したが、これに限定されるものではない。例えば、コイルの横断面が図７のｒ−θ平面にほぼ一致するように環状の壁部材10の外周面に巻き付けられたコイルによって磁界発生装置を構成しても構わない。
【００６１】
またさらに、上述した実施の形態の第１〜第４の例においては、磁界発生装置（コイル30または図示せぬ面状強磁性体）が発生する磁界の方向と、磁性体片20の回転軸の方向とが垂直である例を示したが、これに限定されるものではない。極端に言えば、磁界発生装置が発生する磁界の方向と磁性体片20の回転軸の方向とが異なっていればよい。但し、磁界発生装置が発生する磁界の方向と磁性体片20の回転軸の方向とが垂直に近いほど、磁界発生装置が発生する磁界の力によって、磁性体片20の磁気モーメントの方向が磁界発生装置が発生する磁界の方向に揃いやすいので望ましい。
【符号の説明】
【００６２】
20：磁性体片
40：磁性構造体
50：コイル
60：インダクタンス測定装置
70：磁性部品
80：導電路
【技術分野】
【０００１】
本発明は、特定方向における残留磁化が殆どない磁性構造体ならびにそれを用いた磁性部品，磁気センサ装置および電流センサ装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に、絶縁型の直流電流センサの代表的なものとしてホール素子型の電流センサがある。ホール素子型の電流センサは、透磁率の高い軟磁性材のリングの一部を切除して隙間を持つヨークを形成し、この隙間にホール素子を挟み込んだ構造になっている。ところが、ヨークを構成する軟磁性材にはヒステリシス特性があるため残留磁化が生じ、この残留磁化がオフセット誤差の原因となっている。センサ出力のオフセット量は、センサ稼動中に計測することが事実上不可能なため、センサを連続的に使用しなければならない用途においては、大きな問題となる。
【０００３】
このような問題を解決するために、残留磁化の要因は軟磁性材の磁壁にある点に着眼し、磁壁をもたない磁性流体を用いてコアを形成した電流センサが提案されている（例えば、特許文献１を参照。）。特許文献１にて提案された電流センサによれば、容器に封入した磁性流体をコアとして用いていることから、コアの残留磁化が殆どないため、オフセット誤差が殆どない優れた特性を有する電流センサを得ることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第4310373号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１にて提案された電流センサは、磁性流体を容器に封入する必要があるため、容器に気密性が要求されるとともに、温度変化により磁性流体が膨張および収縮して容器へ加わる圧力が変動するため、その対策が必要となるという問題があった。また、磁性流体は微細な磁性粉と溶液とを混合したものであるため、磁性特性に温度依存性が生じるという問題点もあった。
【０００６】
本発明はこのような従来の技術における問題点に鑑みて案出されたものであり、その目的は、気密性および耐圧性を有する容器が不要な、特定方向における残留磁化が殆どない磁性構造体ならびにそれを用いた磁性部品，磁気センサ装置および電流センサ装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の第１の磁性構造体は、第１の方向の磁界を発生させる磁界発生装置と、該磁界発生装置が発生させる磁界中に配置された、前記第１の方向と異なる第２の方向を回転軸として、該回転軸に対して回転自在とされている複数の磁性体片とを有することを特徴とするものである。
【０００８】
本発明の磁性部品は、コイルと、前記複数の磁性体片の少なくとも一部が前記コイルの内側に位置するように配置された前記第１または第２のいずれかの磁性構造体とを備えることを特徴とするものである。
【０００９】
本発明の磁気センサ装置は、前記磁性部品と、前記コイルに接続された該コイルのインダクタンスを測定するインダクタンス測定装置とを備えることを特徴とするものである。
【００１０】
本発明の電流センサ装置は、環の周方向が前記第１の方向および前記第２の方向に垂直になるように前記複数の磁性体片が環状に配置された前記磁性部品と、前記コイルに接続された該コイルのインダクタンスを測定するインダクタンス測定装置とを備え、前記複数の磁性体片によって形成された環の内側を通過するように、測定対象の電流を流すための導電路が配置されることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の磁性構造体によれば、気密性および耐圧性を有する容器が不要な、特定方向における残留磁化の殆どない磁性体として機能する磁性構造体を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施の形態の第１の例の磁性構造体の、外部磁界が０のときの状態を模式的に示す斜視図である。
【図２】図１に示す磁性構造体のｘ軸方向に強い外部磁界が加えられたときの状態を模式的に示す斜視図である。
【図３】図１に示す磁性構造体のｘ軸方向におけるＢ−Ｈ曲線を模式的に示すグラフである。
【図４】図１に示す磁性構造体のｘ軸方向におけるμ−Ｈ曲線を模式的に示すグラフである。
【図５】本発明の実施の形態の第２の例の磁性部品を模式的に示す斜視図である。
【図６】本発明の実施の形態の第３の例の磁気センサ装置を模式的に示す図である。
【図７】本発明の実施の形態の第４の例の電流センサ装置を模式的に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の磁性構造体ならびにそれを用いた磁性部品，磁気センサ装置および電流センサ装置を添付の図面を参照しつつ詳細に説明する。
【００１４】
（実施の形態の第１の例）
図１は本発明の実施の形態の第１の例の磁性構造体の、外部磁界が０のときの状態を模式的に示す斜視図である。図２は、図１に示す磁性構造体の、図のｘ軸方向に強い外部磁界が加えられたときの状態を模式的に示す斜視図である。なお、図１および図２においては、構造を分かりやすくするために、内部を透視した状態を示している。
【００１５】
本例の磁性構造体40は、図１および図２に示すように、壁部材10と、複数の棒状支持体15と、複数の磁性体片20と、磁界発生装置として機能するコイル30とを備えている。
【００１６】
壁部材10は、直方体の箱状であり、図のｚ軸方向および図のｘ軸方向に垂直な図のｙ軸方向に所定の間隔を開けて、互いに対向するように配置された１対のｚｘ面に平行な壁11，12を含む６つの壁を有している。
【００１７】
複数の棒状支持体15は、図のｚ軸方向に第１の繰り返し間隔Ｐ１で、且つｚ軸方向に垂直な図のｘ軸方向に第１の繰り返し間隔Ｐ１よりも長い第２の繰り返し間隔Ｐ２で、それぞれ図のｙ軸方向に平行に配置されて、両端が１対の壁11，12に接続されている。
【００１８】
複数の磁性体片20は、全て同一形状の直方体状の強磁性体であり、長手方向と磁気モーメントの方向とが平行になっている。また、磁性体片20のそれぞれは、回転軸となる貫通孔を有するとともに、回転軸方向に一様な形状を有している。さらに、磁性体片20のそれ
ぞれは、壁部材10の内側に配置されており、貫通孔を棒状支持体15が貫くように、複数の棒状支持体15のそれぞれに回転自在に取り付けられている。すなわち、磁性体片20のそれぞれは、図のｙ軸方向に平行な棒状支持体15を回転軸として、その回転軸に対して回転自在とされている。なお、棒状支持体15には図示せぬストッパーが設けられており、磁性体片20の図のｙ軸方向への移動が防止されている。
【００１９】
また、複数の磁性体片20は、図のｚ軸方向に第１の繰り返し間隔（第１の配列ピッチ）Ｐ１で、且つｚ軸方向に垂直な図のｘ軸方向に第１の繰り返し間隔Ｐ１よりも長い第２の繰り返し間隔（第２の配列ピッチ）Ｐ２で配置されている。ここで、第１の繰り返し間隔Ｐ１および第２の繰り返し間隔Ｐ２は、複数の磁性体片20が回転軸を中心に回転したときに、相互にぶつからないような値に設定される必要がある。本例の磁性構造体40においては、複数の磁性体片20は全て同一形状の直方体であるため、第１の繰り返し間隔Ｐ１および第２の繰り返し間隔Ｐ２は、磁性体片20の長手方向の寸法よりも大きい値に設定されている。
【００２０】
コイル30は、コイル30の横断面が図のｘｙ平面に平行になるように壁部材10の周囲に巻き付けられている。また、コイル30は図示せぬ電源に接続されており、コイル30には直流電流が流れている。これにより、コイル30は、壁部材10内に図のｚ方向の磁界を発生させる磁界発生装置として機能している。そして、磁性体片20は、コイル30が発生させる図のｚ方向の磁界中に配置されている。よって、それぞれの磁性体片20は、外部磁界が加わらない状態では、磁気モーメントの方向が図のｚ軸方向と平行になるようにされている。
【００２１】
このような構成を備える本例の磁性構造体40によれば、それぞれの磁性体片20は、図のｙ軸方向に沿った回転軸に対して回転自在とされているとともに、コイル30が発生させる図のｚ方向の磁界中に配置されている。よって、図１に示すように、外部磁界が０の場合には、コイル30が発生させる磁界によってそれぞれの磁性体片20に働く力によって、それぞれの磁性体片20の磁気モーメントの方向が図のｚ軸方向に向いている。これにより、図のｘ軸方向における磁化は０になっている。そして、図のｘ軸方向に外部磁界が加わると、外部磁界が強くなるにつれて、それぞれの磁性体片20の磁気モーメントの方向が徐々に図のｘ軸方向に近づいていく。そして、外部磁界の強さが一定以上に強くなると、図２に示すように、それぞれの磁性体片20の磁気モーメントの方向が図のｘ軸方向に殆ど等しくなって、全体として図のｘ軸方向に磁化する。これは、図のｘ軸方向における磁束密度が飽和した状態を示している。そして、外部磁界が弱くなると、それぞれの磁性体片20の磁気モーメントの方向が徐々に図のｚ軸方向に近づいていき、外部磁界が０になると、図１に示すように、それぞれの磁性体片20の磁気モーメントの方向が図のｚ軸方向に戻るので、図のｘ軸方向における残留磁化は殆ど０となる。このようにして、本発明の磁性構造体40によれば、図のｘ軸方向における残留磁化の殆どない磁性体として機能する磁性構造体40を得ることができる。
【００２２】
本例の磁性構造体40の図のｘ軸方向における磁界Ｈと磁束密度Ｂとの関係を図３のグラフに示す。図３のグラフにおいて、横軸は磁界Ｈを示し、縦軸は磁束密度Ｂを示す。本例の磁性構造体40は図のｘ軸方向において残留磁化が殆どないので、磁化Ｂと磁界Ｈとの関係は、図３に示すようなｔａｎｈ（Ｈ）型の曲線を示す。また、透磁率μをｄＢ／ｄＨで定義すると、本例の磁性構造体40の図のｘ軸方向における磁界Ｈと透磁率μとの関係は、図４のグラフに示すような曲線となる。図４のグラフにおいて、横軸は磁界Ｈを示し、縦軸は透磁率μを示す。
【００２３】
図３および図４のグラフに示したような本例の磁性構造体40の特性は、コイル30の巻き方，コイル30のを流れる電流の大きさ，壁部材10の形状、磁性体片20の形状および材料ならびに磁性体片20の配列方法に依存する。よって、これらの調整により、利用するシステ
ムに適したＢ−Ｈ曲線を得ることも可能である。例えば、第１の繰り返し間隔Ｐ１を小さくすると、外部磁界０におけるエネルギー的な安定状態が強くなり、図１，２のｘ軸方向に外部磁界をかけても、その方向に動きにくくなるため、Ｈ＝０におけるＢ−Ｈ曲線の傾き（ｄＢ／ｄＨ）が小さくなる。
【００２４】
また、図４のグラフに示したμ−Ｈ曲線によれば、磁界Ｈが０の場合は磁性構造体40の透磁率はμ０であるが、磁界Ｈが大きくなるにつれて減少して、Ｈ＝Ｈ１のときにはμ＝μ１となり、磁界Ｈと透磁率μとが１対１に対応する。従って、磁性構造体40の透磁率の変化によって、磁性構造体40に加えられた磁界Ｈの強度を推定することが出来る。
【００２５】
また、本例の磁性構造体40によれば、磁性流体を用いないことから、気密性および耐圧性を有する容器が不要な磁性構造体40を得ることができる。
【００２６】
さらに、本例の磁性構造体40によれば、特許文献１にて提案された従来の電流センサのように、熱膨張の大きい液体を使用していないため、温度変化による特性変化の小さい磁性構造体40を得ることができる。
【００２７】
またさらに、本例の磁性構造体40によれば、複数の磁性体片20が全て同一形状であることから、設計が容易で安定に動作する磁性構造体40を得ることができる。
【００２８】
さらにまた、本例の磁性構造体40によれば、コイル30によって発生する磁界の方向（図のｚ軸方向）における隣り合う磁性体片20同士の距離が、コイル30によって発生する磁界の方向および磁性体片20の回転軸の方向（図のｚ軸方向）に垂直な図のｘ軸方向における隣り合う磁性体片20同士の距離よりも小さい。これにより、磁性体片20同士に働く磁力を考慮すると、外部磁界が０の場合にエネルギー的な安定状態になるのは、それぞれの磁性体片20の磁気モーメントの方向が図のｚ軸方向に向いたときであり、コイル30によって発生する磁界の作用によって磁性体片20の磁気モーメントの方向が向こうとする向きと一致する。これにより、外部磁界が０のときに、さらに、それぞれの磁性体片20の磁気モーメントの方向がコイル30によって発生する磁界の方向に平行になりやすくなるため、さらに安定して動作する磁性構造体40を得ることができる。
【００２９】
但し、コイル30によって発生する磁界の方向（図のｚ軸方向）における隣り合う磁性体片20同士の距離が、コイル30によって発生する磁界の方向および回転軸の方向に垂直な図のｘ軸方向における隣り合う磁性体片20同士の距離よりも小さいことは必須の要件ではない。例えば、コイル30によって発生する磁界の方向（図のｚ軸方向）における隣り合う磁性体片20同士の距離が、図のｘ軸方向における隣り合う磁性体片20同士の距離よりも大きい場合や、コイル30によって発生する磁界の方向（図のｚ軸方向）における隣り合う磁性体片20同士の距離と、図のｘ軸方向における隣り合う磁性体片20同士の距離とが等しい場合においても、コイル30によって発生する磁界を充分に大きくすることにより、外部磁界が加わらない場合の磁性体片20の磁気モーメントの方向をコイル30によって発生する磁界の方向（図のｚ軸方向）と平行にすることができる。
【００３０】
本例の磁性構造体40において、磁性体片20は軟質磁性体であることが望ましい。磁性体片20の形状は、１つの方向に長い形状が望ましく、例えば、角柱状，円柱状，卵形等の形状が好適に使用できる。また、複数の磁性体片20は、出来るだけ均一な形状であることが望ましく、全て同じ形状であることがさらに望ましい。磁性体片20の大きさは、用途に応じて適宜設定することができる。
【００３１】
本例の磁性構造体40において、壁部材10は様々な材料で形成可能であり、例えば、セラミックス材料や合成樹脂等を使用することができる。
【００３２】
（実施の形態の第２の例）
図５は本発明の実施の形態の第２の例の磁性部品を模式的に示す斜視図である。なお、本例においては、上述した実施の形態の第１の例と異なる部分について説明し、同一の構成要素には同一の参照符号を付して重複する説明を省略する。
【００３３】
本例の磁性部品70は、図５に示すように、図１，図２に示した実施の形態の第１の例の磁性構造体40と、コイル50とを備えており、壁部材10にコイル50が巻かれている。そして、複数の磁性体片20の少なくとも一部がコイル50の内側に位置するように配置されている。
【００３４】
図５においては、磁界発生装置であるコイル30，磁性体片20および棒状支持体15の図示を省略しているが、図１，図２と全く同様に、複数の磁性体片20は、壁部材10の内側に、図のｚ軸方向に第１の繰り返し間隔（第１の配列ピッチ）Ｐ１で、且つｚ軸方向に垂直な図のｘ軸方向に第１の繰り返し間隔Ｐ１よりも長い第２の繰り返し間隔（第２の配列ピッチ）Ｐ２で配置されている。そして、複数の棒状支持体15は図のｙ軸方向に平行に配置されており、複数の磁性体片20は、図のｙ軸方向の回転軸に対して回転自在とされている。また、コイル30は、コイル30の横断面が図のｘｙ平面に平行になるように壁部材10の周囲に巻き付けられている。また、コイル30は図示せぬ電源に接続されており、コイル30には直流電流が流れている。これにより、コイル30は、壁部材10内に図のｚ方向の磁界を発生させる磁界発生装置として機能している。そして、磁性構造体40の図示せぬコイル30の外側に、図５に示すようにコイル50が巻き付けられている。なお、コイル50は、コイル50の横断面が図のｙｚ平面にほぼ一致するように巻き付けられている。
【００３５】
そして、複数の磁性体片20の少なくとも一部がコイル50の内側に位置するように配置されている。原理的には、少なくとも１個の磁性体片20がコイル50の内側に位置していれば、電磁石や磁気センサとして機能する磁性部品を得ることができるが、性能の高い磁性部品を得るためには、少しでも多くの磁性体片20がコイル50の内側に位置することが望ましい。
【００３６】
このような構成を備える本例の磁性部品70によれば、コイル50のコアとして、図のｘ軸方向における残留磁化の殆どない磁性構造体40を用いていることから、例えば、磁化を殆ど０にすることが可能な電磁石を得ることができる。
【００３７】
また、本例の磁性部品70においては、前述したように、磁界Ｈに対応して磁性構造体40の透磁率が変化し、磁性構造体40の透磁率の変化に対応してコイル50のインダクタンスが変化する。よって、本例の磁性部品70によれば、コイル50のインダクタンスの変化によって磁界Ｈを検知する磁気センサ素子として機能する磁性部品70を得ることができる。
【００３８】
さらに、本例の磁性部品70によれば、コイル50のコアとして、図のｘ軸方向における残留磁化の殆どない磁性構造体40を用いていることから、残留磁化に起因するオフセット誤差の殆どない磁気センサ素子として機能する磁性部品70を得ることができる。
【００３９】
（実施の形態の第３の例）
図６は本発明の実施の形態の第３の例の磁気センサ装置を模式的に示す図である。なお、本例においては、上述した実施の形態の第２の例と異なる部分について説明し、同一の構成要素には同一の参照符号を付して重複する説明を省略する。
【００４０】
本例の磁気センサ装置は、図６に示すように、図５に示した実施の形態の第２の例の磁性部品70とインダクタンス測定装置60とを備えている。また、インダクタンス測定装置60
は、４つの抵抗素子65〜68と、可変容量キャパシタ61と、交流発生装置62と、電流検出装置63とを備えている。
【００４１】
抵抗素子65，コイル50，抵抗素子66，抵抗素子67および抵抗素子68がループを形成するように順次直列に接続されており、さらに、抵抗素子67に可変容量キャパシタ61が並列に接続されている。そして、コイル50および抵抗素子66の接続点と抵抗素子67および抵抗素子68の接続点との間に電流検出装置63が接続されているとともに、抵抗素子65および抵抗素子68の接続点と、抵抗素子66および抵抗素子67の接続点との間に交流発生装置62が接続されている。このようにして、Ｍａｘｗｅｌｌブリッジが構成されている。
【００４２】
コイル50のｙｚ面における断面積（壁部材10で囲まれた領域のｙｚ面における断面積に一致する。）をＳ、コイル50の巻き数をＮ、コイル50のｘ方向の長さをＡとし、外部磁界Ｈ１が磁性構造体40に作用しているときの透磁率をμ１とすると、コイル50部の自己インダクタンスＬはμ１の関数と成り、μ１Ｎ２Ｓ／Ａで近似することができる。
【００４３】
インダクタンス測定装置60において、交流発生装置62により交流を流すと、一般には電流検出装置63に電流が流れる。しかし、このブリッジが平衡条件を満たすときには電流検出装置63に電流が流れない。この平衡条件は、抵抗素子65の抵抗値をＲ１、抵抗素子66の抵抗値をＲ２、抵抗素子67の抵抗値をＲ３、抵抗素子68の抵抗値をＲ４、可変容量キャパシタ61の容量値をＣとすると、Ｒ１Ｒ３＝Ｒ２Ｒ４＝Ｌ／Ｃである。このとき、交流発生装置62による交流の周波数には無関係となる。従って、予め抵抗素子65〜68の抵抗値を調整しておき、可変容量キャパシタ61を調整することにより未知のインダクタンスＬを検出することができ、透磁率μ１を求めることが出来る。また、予めこの磁性構造体40の図４に示すようなμ−Ｈ曲線を算出しておけば、この求められた透磁率μ１の値から外部磁界Ｈ１の大きさを求めることが出来る。
【００４４】
このような構成を備える本例の磁気センサ装置によれば、コイル50のコアとして、図のｘ軸方向における残留磁化の殆どない磁性構造体40を用いていることから、残留磁化に起因するオフセット誤差の殆どない磁気センサ装置を得ることができる。
【００４５】
（実施の形態の第４の例）
図７は本発明の実施の形態の第４の例の電流センサ装置を模式的に示す図である。なお、本例においては、上述した実施の形態の第３の例と異なる部分について説明し、同一の構成要素には同一の参照符号を付して重複する説明を省略する。
【００４６】
本例の電流センサ装置は、図７に示すように、磁性部品70とインダクタンス測定装置60とを備えている。
【００４７】
磁性部品70は、壁部材10が環状に形成されており、壁部材10の内部の全体に渡って分布するように複数の磁性体片20が配置されている。すなわち、図１，２におけるｘ方向が図７におけるθ軸方向（壁部材10の環の周（円周）方向）に対応し、図１，２におけるｙ方向が図７におけるｒ軸方向（壁部材10の環の半径方向）に対応し、図１，２におけるｚ軸方向が図７におけるｚ軸方向（ｒ軸およびθ軸に垂直な方向であり、導電路80の長さ方向）に対応するように複数の磁性体片20が環状に配置されている。コイル50は、環状に形成された壁部材10の一部に巻き付けられて構成されている。インダクタンス測定装置60は、可変容量キャパシタ61、交流発生装置62および電流検出装置63を備えており、コイル50に接続されてコイル50のインダクタンスを測定する。また、壁部材10の環の内側を通過するように、すなわち、複数の磁性体片20によって形成された環の内側を通過するように、測定対象の電流Ｉを流すための導電路80が配置されている。インダクタンス測定装置60と環状の壁部材10に巻かれたコイル50とが接続され、コイル50のインダクタンスＬと可変容量
キャパシタ61とでＬＣの直列共振回路を形成している。
【００４８】
なお、本例の電流センサ装置に用いられている磁性構造体40は、図１，２に示すコイル30およびそれに接続された電源を備えておらず、その代わりに、環状の壁部材10の両主面（図のｚ軸方向の両端面）に、その全面に渡って配置された面状強磁性体（図示せず）を備えている。そして、この一対の面状強磁性体によって、図のｚ軸方向の磁界を壁部材10内部に発生させている。すなわち、この一対の面状強磁性体が、図のｚ軸方向の磁界を壁部材10内部に発生させる磁界発生装置となっている。
【００４９】
本例の電流センサ装置において、コイル50の断面積（環状の壁部材10の断面積に一致する。）をＳ、壁部材の環における円周の長さの平均値をＡ、コイル50の巻き数をＮ、測定対象の電流Ｉによる環状の壁部材10につくる磁界をＨＩに対する透磁率をμＩとすると、コイル50における自己インダクタンスＬは透磁率μＩの関数となり、Ｌ＝μＩＮ２Ｓ／Ａで表せる。インダクタンス測定装置60において、交流発生装置62により交流を流すと、電流検出装置63に電流が流れる。このときの電流の振幅は、コイル50における自己インダクタンスＬ，可変容量キャパシタ61の容量値Ｃ，および交流発生装置62の角周波数ωにより変動し、ω√（ＬＣ）＝１の関係にあるとき直列共振を起こし、最大の電流振幅となる。従って、電流検出装置63で検出される電流の振幅が最大になるように、可変容量キャパシタ61の容量値および交流発生装置62の角周波数ωの少なくとも一方を調整することにより、コイル50のインダクタンスＬを検出することが出来る。このインダクタンスＬから前述の磁気センサ装置と同様にして測定対象の電流Ｉによる磁界ＨＩを求めることが出来る。結局、ＨＩ＝ＮＩ／Ａの関係から測定対象の電流Ｉを検出することが出来る。
【００５０】
このような構成を備える本例の電流センサ装置によれば、コイル50のコアとして、図のθ軸方向における残留磁化の殆どない磁性構造体40を用いていることから、残留磁化に起因するオフセット誤差の殆どない電流センサ装置を得ることができる。
【００５１】
（変形例）
本発明は前述した実施の形態の例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更，改良が可能である。
【００５２】
例えば、前述した実施形態の第１の例においては、直方体の箱状の壁部材10を使用した例を示したが、これに限定されるものではなく、他の形状を有する壁部材であっても構わない。また、必ず壁部材を必要とするものではなく、例えば、平板状の台座の上面に棒状支持体15が固定されていても良い。さらに、壁部材10は面状である必要はなく、複数の棒状支持体15を固定することができれば、網状や格子状の壁部材10であっても構わない。
【００５３】
また、前述した実施の形態の第１〜第３の例においては、棒状支持体15を有する磁性構造体40の例を示したが、これらに限定されるものではない。例えば、それぞれの磁性体片20の表面の回転軸と交わる２点に各々糸を接続し、この２本の糸を引っ張ることによって磁性体片20を支持するようにしても構わない。
【００５４】
さらに、前述した実施の形態の第１の例においては、複数の磁性体片20を格子状に配置した場合を示したが、これに限定されるものではない。例えば、複数の磁性体片20を千鳥格子状に配置してもかまわない。
【００５５】
またさらに、前述した実施の形態の第２，第３の例においては、壁部材10の内側の全体に渡って、複数の磁性体片20が直方体状に配置された磁性構造体40を用いた例を示したが、これに限定されるものではなく、複数の磁性体片20が他の形状に配置された磁性構造体40を用いても構わない。
【００５６】
さらにまた、前述した実施の形態の第４の例においては、壁部材10の内側の全体に渡って、複数の磁性体片20が、横断面が矩形の円環状に配置された磁性構造体40を用いた例を示したが、これに限定されるものではない。例えば、複数の磁性体片20が、横断面が円形の円環状に配置された磁性構造体40を用いてもよい。また、円環状ではなく、多角形の環状の磁性構造体40を用いることも可能である。
【００５７】
またさらに、前述した実施の形態の第２〜第４の例においては、コイル50の横断面がｘ軸方向またはθ軸方向に略垂直になるように、コイル50が壁部材10に巻き付けられている例を示したが、これに限定されるものではない。例えば、複数の磁性体片20と間隔をあけてその周囲を大きく取り囲むようにコイル50が配置されるようにしても構わない。また、ｘ軸方向またはθ軸方向がコイル50の横断面と斜めに交わるようにしても構わない。
【００５８】
さらにまた、前述した実施の形態の第３，第４の例においては、外部磁界Ｈによる透磁率μの計測手法として、ＭａｘｗｅｌｌブリッジやＬＣ共振を用いたインダクタンス測定装置を用いた例を示したが、これに限定されるものではない。例えば、特許文献１に示されているような磁気ブリッジを用いた手法でも検出可能である。
【００５９】
またさらに、前述した実施の形態の第４の例においては、コイル50内の透磁率からコイル50を貫く磁界および導電路80を流れる電流を算出する例を示したが、これに限定されるものではない。例えば、実施の形態の第３の例の磁気センサ装置において、コイル50を貫く磁界Ｈ１を変化させたときのコイル50のインダクタンスの変化を測定して、コイル50を貫く磁界Ｈ１とコイル50のインダクタンスとの対応関係を示すデータを保存しておけば、コイル50のインダクタンスに基づいてコイル50を貫く磁界Ｈ１の大きさを得ることができる。同様に、実施の形態の第４の例の電流センサ装置において、導電路80を流れる電流Ｉを変化させたときのコイル50のインダクタンスの変化を測定して、導電路80を流れる電流Ｉとコイル50のインダクタンスとの対応関係を示すデータを保存しておけば、コイル50のインダクタンスに基づいて導電路80を流れる電流Ｉの値を得ることができる。
【００６０】
さらにまた、上述した実施の形態の第４の例においては、図示せぬ一対の面状強磁性体からなる磁界発生装置を用いた例を示したが、これに限定されるものではない。例えば、コイルの横断面が図７のｒ−θ平面にほぼ一致するように環状の壁部材10の外周面に巻き付けられたコイルによって磁界発生装置を構成しても構わない。
【００６１】
またさらに、上述した実施の形態の第１〜第４の例においては、磁界発生装置（コイル30または図示せぬ面状強磁性体）が発生する磁界の方向と、磁性体片20の回転軸の方向とが垂直である例を示したが、これに限定されるものではない。極端に言えば、磁界発生装置が発生する磁界の方向と磁性体片20の回転軸の方向とが異なっていればよい。但し、磁界発生装置が発生する磁界の方向と磁性体片20の回転軸の方向とが垂直に近いほど、磁界発生装置が発生する磁界の力によって、磁性体片20の磁気モーメントの方向が磁界発生装置が発生する磁界の方向に揃いやすいので望ましい。
【符号の説明】
【００６２】
20：磁性体片
40：磁性構造体
50：コイル
60：インダクタンス測定装置
70：磁性部品
80：導電路
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の方向の磁界を発生させる磁界発生装置と、該磁界発生装置が発生させる磁界中に配置された、前記第１の方向と異なる第２の方向を回転軸として、該回転軸に対して回転自在とされている複数の磁性体片とを有することを特徴とする磁性構造体。
【請求項２】
前記複数の磁性体片は全て同一形状であることを特徴とする請求項１に記載の磁性構造体。
【請求項３】
コイルと、前記複数の磁性体片の少なくとも一部が前記コイルの内側に位置するように配置された請求項１または請求項２に記載の磁性構造体とを備えることを特徴とする磁性部品。
【請求項４】
請求項３に記載の磁性部品と、前記コイルに接続された該コイルのインダクタンスを測定するインダクタンス測定装置とを備えることを特徴とする磁気センサ装置。
【請求項５】
環の周方向が前記第１の方向および前記第２の方向に垂直になるように前記複数の磁性体片が環状に配置された請求項３に記載の磁性部品と、前記コイルに接続された該コイルのインダクタンスを測定するインダクタンス測定装置とを備え、前記複数の磁性体片によって形成された環の内側を通過するように、測定対象の電流を流すための導電路が配置されることを特徴とする電流センサ装置。
【請求項１】
第１の方向の磁界を発生させる磁界発生装置と、該磁界発生装置が発生させる磁界中に配置された、前記第１の方向と異なる第２の方向を回転軸として、該回転軸に対して回転自在とされている複数の磁性体片とを有することを特徴とする磁性構造体。
【請求項２】
前記複数の磁性体片は全て同一形状であることを特徴とする請求項１に記載の磁性構造体。
【請求項３】
コイルと、前記複数の磁性体片の少なくとも一部が前記コイルの内側に位置するように配置された請求項１または請求項２に記載の磁性構造体とを備えることを特徴とする磁性部品。
【請求項４】
請求項３に記載の磁性部品と、前記コイルに接続された該コイルのインダクタンスを測定するインダクタンス測定装置とを備えることを特徴とする磁気センサ装置。
【請求項５】
環の周方向が前記第１の方向および前記第２の方向に垂直になるように前記複数の磁性体片が環状に配置された請求項３に記載の磁性部品と、前記コイルに接続された該コイルのインダクタンスを測定するインダクタンス測定装置とを備え、前記複数の磁性体片によって形成された環の内側を通過するように、測定対象の電流を流すための導電路が配置されることを特徴とする電流センサ装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１２−４９３０９（Ｐ２０１２−４９３０９Ａ）
【公開日】平成２４年３月８日（２０１２．３．８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１８９６０４（Ｐ２０１０−１８９６０４）
【出願日】平成２２年８月２６日（２０１０．８．２６）
【出願人】（０００００６６３３）京セラ株式会社 (13,660)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年３月８日（２０１２．３．８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年８月２６日（２０１０．８．２６）
【出願人】（０００００６６３３）京セラ株式会社 (13,660)
【Ｆターム（参考）】
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