磁界検出装置、及び環境磁界のキャンセル方法
【課題】環境磁界をキャンセルするための補償磁界を極めて小さなエネルギーで生成できる磁気検出装置を提供する。
【解決手段】磁界センサ２と、磁界センサ２が検出する環境磁界をキャンセルする補償磁界を生成して磁界センサ２に印加する磁界補償手段１０とを備える磁界検出装置１であって、磁界補償手段１０が、磁界センサ２のｘ軸方向に補償磁界を印加するための永久磁石３ａ，３ｂ、その再着磁用のコイル６ａ，６ｂおよび再着磁用の電流を供給する電源部１１、ｙ軸方向に補償磁界を印加するための永久磁石４ａ，４ｂ、その再着磁用のコイル６ａ，６ｂ、および再着磁用の電流を供給する電源部１２、ｚ軸方向に補償磁界を印加するための永久磁石５ａ，５ｂ、その再着磁用のコイル７ａ，７ｂ、および再着磁用の電流を供給する電源部１３と、再着磁用の各電流を磁界センサ２の検出した環境磁界に基づき制御する制御部９とを備えている。
【解決手段】磁界センサ２と、磁界センサ２が検出する環境磁界をキャンセルする補償磁界を生成して磁界センサ２に印加する磁界補償手段１０とを備える磁界検出装置１であって、磁界補償手段１０が、磁界センサ２のｘ軸方向に補償磁界を印加するための永久磁石３ａ，３ｂ、その再着磁用のコイル６ａ，６ｂおよび再着磁用の電流を供給する電源部１１、ｙ軸方向に補償磁界を印加するための永久磁石４ａ，４ｂ、その再着磁用のコイル６ａ，６ｂ、および再着磁用の電流を供給する電源部１２、ｚ軸方向に補償磁界を印加するための永久磁石５ａ，５ｂ、その再着磁用のコイル７ａ，７ｂ、および再着磁用の電流を供給する電源部１３と、再着磁用の各電流を磁界センサ２の検出した環境磁界に基づき制御する制御部９とを備えている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁界強度を検出する磁界センサと、環境磁界をキャンセルする補償磁界を生成する磁界補償手段とを備える磁界検出装置、及び環境磁界のキャンセル方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
磁界センサや非接触電流センサは、産業界等で使用される測定器・制御機械や、一般家庭等で使用される電化製品など多種多様な分野で利用されている。磁界あるいは電流の物理量を正確に測定することは、非常に重要で、例えば、磁界センサとしては磁気ビーズで標識された生体分子の検出のための高感度磁界センサや電子コンパス、電化製品としてはバッテリの充放電のモニタリングシステムなど、先進医療分野・情報化社会・省エネルギー社会を担う部品として必要不可欠である。
【０００３】
しかしながら、地磁気を始め、様々な電子機器・装置から放出される高周波磁界などの外乱ノイズとなる環境磁界の影響により、測定対象とする磁界（電流）を精度よくセンシングするのは難しい。これを解決するために、地磁気などの環境磁界に対し、それをキャンセルする補償磁界を生成し、磁界をキャンセルする方法がある。例えば、特許文献１には、環境磁場検出コイルの出力にしたがって、補償コイルに環境磁界と逆相の補償磁界を生成する信号を出力し、補償コイルが生成する補償磁界を磁界センサに印加する磁気検出装置が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−１８４１１６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１の磁気検出装置のように環境磁界をキャンセルする補償磁界を生成するためには、測定中にはコイル（補償コイル）に電流を流し続ける必要がある。そのため、省エネルギーの観点から好ましくないという課題がある。
【０００６】
本発明は前記の課題を解決するためになされたもので、環境磁界をキャンセルするための補償磁界を極めて小さなエネルギーで生成できる磁気検出装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記の目的を達成するためになされた、特許請求の範囲の請求項１に記載された磁界検出装置は、磁界強度を検出する磁界センサと、環境磁界をキャンセルする補償磁界を生成して該磁界センサに印加する磁界補償手段とを備える磁界検出装置であって、該磁界補償手段が、該磁界センサに該補償磁界を印加するための永久磁石と、該永久磁石を再着磁するためのコイルと、該コイルに再着磁用の電流を供給するための電源部と、該再着磁用の電流を該環境磁界に基づき制御する制御部とを備えていることを特徴とする。
【０００８】
請求項２に記載された磁界検出装置は、請求項１に記載されたものであって、該磁界補償手段が、対向して配置された少なくとも一対の前記永久磁石を備え、該一対の永久磁石の間に前記磁界センサが配置されていることを特徴とする。
【０００９】
請求項３に記載された磁界検出装置は、請求項２に記載されたものであって、前記一対の永久磁石に対応させて一対のコイルが配置されており、該一対のコイルが、直列接続されて１つの前記電源部に接続されていることを特徴とする。
【００１０】
請求項４に記載された磁界検出装置は、請求項１から３のいずれかに記載されたものであって、前記磁界センサが、２軸方向または３軸方向の磁界強度を検出する多軸磁界センサであり、該磁界補償手段が、この軸ごとにそれぞれ、前記永久磁石、前記コイル、および前記電源部を備えていることを特徴とする。
【００１１】
請求項５に記載された磁界検出装置は、請求項１から４のいずれかに記載されたものであって、前記環境磁界が、前記磁界センサ、または前記磁界センサとは別に配置された環境磁界検出用センサによって検出されることを特徴とする。
【００１２】
請求項６に記載された磁界検出装置は、請求項１から５のいずれかに記載されたものであって、前記磁界センサの検出する磁界強度に基づいて、前記制御部によって測定対象磁界の強度が測定される磁界測定器、または前記制御部によって被測定導体に流れる電流が測定される電流測定器であることを特徴とする。
【００１３】
請求項７に記載された環境磁界のキャンセル方法は、磁界強度を検出する磁界センサに、永久磁石及び該永久磁石を再着磁するためのコイルを配し、該コイルに再着磁用の電流を供給して該永久磁石が生成する磁界強度をゼロに再着磁して、測定対象磁界を印加しない状態で環境磁界を検出し、該環境磁界をキャンセルする補償磁界を該永久磁石が該磁界センサに印加するように該コイルに再着磁用の電流を供給して該永久磁石を再着磁することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の磁界検出装置によれば、環境磁界をキャンセルするための補償磁界を、永久磁石を再着磁して生成している。永久磁石の再着磁は極短時間だけコイルに電流を供給すればよいので、環境磁界をキャンセルするための補償磁界を極めて小さなエネルギーで生成することができる。
【００１５】
一対の永久磁石の間に磁界センサが配置されている場合、磁界センサの片側だけに永久磁石が配置されている場合よりも、磁気センサに均一に補償磁界を印加することができるため、環境磁界を確実にキャンセルすることができ、測定対象磁界の磁界強度を正確に検出することができる。
【００１６】
一対の永久磁石に一対のコイルを配置して、この一対のコイルが直列接続されて１つの電源部に接続されている場合、電源部から一対のコイルに共通の電流が供給されるので、電源部の数を少なくすることができ、簡便な構成の装置にすることができる。
【００１７】
磁界センサが多軸磁界センサであり、この軸ごとにそれぞれ、永久磁石、コイル、および電源部を備えている場合、環境磁界を各軸ごとにキャンセルできるため、一層正確に測定対象磁界を測定することができる。
【００１８】
環境磁界が、磁界センサによって検出される場合、環境磁界と測定対象磁界とが１つの磁界センサによって測定されるので、装置を簡便な構成とすることができると共に、測定対象磁界の測定ポイントにおける環境磁界が測定できるため、環境磁界を確実にキャンセルすることができる。また、環境磁界が、磁界センサとは別に配置された環境磁界検出用センサによって検出される場合、環境磁界の検出感度と測定対象磁界の検出感度とを異ならせることができる。例えば、環境磁界検出用センサに磁界センサよりも高感度なセンサを用いることで、環境磁界を精度よく測定でき、環境磁界を精度よくキャンセルすることができる。
【００１９】
磁界検出装置を磁界測定器や電流測定器として使用する場合、環境磁界の影響を受けずに、正確な測定を行うことができる。
【００２０】
また、本発明の環境磁界のキャンセル方法によれば、永久磁石が生成する磁界強度をゼロに再着磁してから、測定対象磁界を印加しない状態で環境磁界を検出し、永久磁石を再着磁して環境磁界をキャンセルすることにより、測定対象磁界の影響を受けることなく環境磁界を正確に測定できるため、環境磁界を確実にキャンセルすることができると共に、極めて省エネルギーで環境磁界をキャンセルすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明を適用する磁界検出装置の模式図である。
【図２】本発明を適用する磁界検出装置の磁界発生の原理を説明する磁化曲線である。
【図３】本発明を適用する環境磁界のキャンセル方法を説明するためのフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、発明を実施するための形態を詳細に説明するが、本発明の範囲はこれらの形態に限定されるものではない。
【００２３】
図１に本発明を適用する磁界検出装置１を示す。この磁界検出装置１は、磁界強度を検出する磁界センサ２と、磁界センサ２によって検出された環境磁界をキャンセルする補償磁界を生成して磁界センサ２に印加する磁界補償手段１０とを備え、環境磁界の影響を受けずに測定対象磁界の強度を測定可能な磁界測定器になっている。磁界補償手段１０は、一対の永久磁石３ａ，３ｂ、一対の永久磁石４ａ，４ｂ、一対の永久磁石５ａ，５ｂ、一対のコイル６ａ，６ｂ、一対のコイル７ａ，７ｂ、一対のコイル８ａ，８ｂ、電源部１１，１２，１３、制御部９、操作部２１、表示部２２を備えている。
【００２４】
磁界センサ２は、一例として、この磁界センサ２を中心として互いに直交するｘ軸、ｙ軸、ｚ軸の３軸方向の磁界強度を各々検出可能な３軸磁界センサである。磁界センサ２は、例えば、磁界検出用のコイル、ホール素子、磁気抵抗効果素子、磁気インピーダンス素子、ファラデー素子、直交フラックスゲート磁界センサなどの公知の種々の方式により磁界を検出可能に構成されている。磁界センサ２は、その駆動回路やアナログ／デジタル変換器（共に図示せず）を介して、３軸方向の各々の磁界強度信号を制御部９に出力する。
【００２５】
一対の永久磁石３ａ，３ｂは、Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎｉ，Ｇｄのうちの少なくとも一種を含む硬磁性体であり、例えば一般的なフェライト磁石である。永久磁石３ａ，３ｂは、後述するように、必要な大きさの補償磁界を生成するように着磁量をコントロールされるため、製造当初は着磁されていないものであってもよい。永久磁石３ａ，３ｂは、磁界センサ２にｘ軸方向から磁界を印加するために、磁界センサ２がちょうど中間に位置するように、磁界センサ２を間に挟んでｘ軸上に配置されている。永久磁石３ａ，３ｂの磁界方向は、例えば永久磁石３ａの磁界センサ２側がＮ極、永久磁石３ｂの磁界センサ２側がＳ極のように、同方向、つまり互いが引き付き合う方向になっている。永久磁石３ａ，３ｂは、磁界センサ２に密着して配置されていてもよいし、適宜間隔を開けて配置されていてもよい。永久磁石３ａ，３ｂは、磁界センサ２に均一な磁界を印加するために、磁界センサ２の対向する面の大きさが磁界センサ２よりも大きな形状であることが好ましい。永久磁石３ａ，３ｂは、同図に示すように、ｘ軸を中心軸とする四角柱形状であってもよいし、円柱形状や多角柱形状であってもよい。また、永久磁石３ａ，３ｂを、例えばセラミック製などの基板上に膜状に形成してもよい。永久磁石３ａ，３ｂは、共に同様の材質で、同様の形状に形成されていることが好ましいが、磁界センサ２に磁界を印加可能であれば材質や形状等が異なっていてもよい。また、一対の永久磁石３ａ，３ｂを用いると、磁界センサ２にｘ軸方向の均一な磁界を印加できるので好ましいが、磁界センサ２に磁界を印加可能であれば、１つの永久磁石３ａ（または永久磁石３ｂ）だけを用いてもよい。
【００２６】
コイル６ａは、永久磁石３ａを再着磁するためのものであり、コイル６ｂは、永久磁石３ｂを再着磁するためのものである。一対のコイル６ａ，６ｂは、その両軸が磁界センサ２のｘ軸と同軸となるように、対応する永久磁石３ａ，３ｂに配置されている。具体的には、コイル６ａ，６ｂは、巻き数、線材の材質、線径、線長など、共に同様のコイルに形成されていて、同じ巻方向で、永久磁石３ａ，３ｂの側面に巻回されている。なお、永久磁石３ａ，３ｂを、基板上に膜状に形成した場合、コイル６ａ，６ｂを基板上の永久磁石３ａ，３ｂの周囲に導体パターンで形成してもよい。コイル６ａ，６ｂは、対応する永久磁石３ａ，３ｂに直接、または永久磁石３ａ，３ｂの近傍の位置に配置することが磁界を掛ける観点から好ましいが、永久磁石３ａ，３ｂに再着磁用の磁界を掛けることができる位置であれば、永久磁石３ａ，３ｂから離れた位置に配置してもよい。コイル６ａ，６ｂは、永久磁石３ａ，３ｂを着磁することができれば、形状および配置を問わない。
【００２７】
コイル６ａ，６ｂは、電気的に直列接続されて電源部１１に接続されていて、電源１１から共通の電流が供給される。
【００２８】
一対の永久磁石４ａ，４ｂは、磁界センサ２にｙ軸方向から磁界を印加するために、磁界センサ２がちょうど中間に位置するように、磁界センサ２を間に挟んでｙ軸上に配置されている。また、一対の永久磁石５ａ，５ｂは、磁界センサ２にｚ軸方向から磁界を印加するために、磁界センサ２がちょうど中間に位置するように、磁界センサ２を間に挟んでｚ軸上に配置されている。永久磁石４ａ，４ｂおよび永久磁石５ａ，５ｂは、永久磁石３ａ，３ｂと同様のものであることが、特性の共通化の観点や、製造上の観点から好ましいが、それぞれ形状や材質等を異ならせてもよい。
【００２９】
一対のコイル７ａ，７ｂは、対応する永久磁石４ａ，４ｂを再着磁するためのものである。コイル７ａ，７ｂは、その両軸が磁界センサ２のｙ軸と同軸となるように、同じ巻き方向で、対応する永久磁石４ａ，４ｂに配置されている。コイル７ａ，７ｂは、電気的に直列接続されて電源１２に接続されていて、電源１２から共通の電流が供給される。また、一対のコイル８ａ，８ｂは、対応する永久磁石５ａ，５ｂを再着磁するためのものである。コイル８ａ，８ｂは、その両軸が磁界センサ２のｚ軸と同軸となるように、同じ巻き方向で、対応する永久磁石５ａ，５ｂに配置されている。コイル８ａ，８ｂは、電気的に直列接続されて電源１３に接続されていて、電源１３から共通の電流が供給される。コイル７ａ，７ｂおよびコイル８ａ，８ｂは、コイル６ａ，６ｂと同様のものであることが、特性の共通化の観点や、製造上の観点から好ましいが、それぞれ形状や材質等を異ならせてもよい。
【００３０】
電源部１１，１２，１３は、各々対応するコイル６ａ，６ｂ、コイル７ａ，７ｂ、コイル８ａ，８ｂに再着磁用の電流を供給するものである。電源部１１，１２，１３は、各々任意の電流値の正、負のパルス電流を出力可能なものであり、出力するパルス電流の極性、パルス電流の大きさ、パルス幅を、制御部９に個別に制御される。電源１１，１２，１３は、公知の電源や電流制御回路を用いてもよく、また、コンデンサに電流値に対応する電荷を充電させ、その電荷を瞬間的に放電させるようにしたコンデンサ式の放電回路を用いてもよい。
【００３１】
制御部９は、再着磁用の電流を、磁界センサ２の検出した環境磁界に基づき制御するものである。制御部９は、一例として、ＣＰＵ、フラッシュＲＯＭ、ＲＡＭ、Ａ／Ｄ変換器、および入出力インタフェース回路（いずれも図示せず）などを備え、ＲＯＭなどのメモリに記憶されたプログラムにしたがって動作して、磁界検出装置１の動作を統括的に制御する。
【００３２】
操作部２１は、例えばタッチパネル、キーボードなどであり、制御部９に操作信号を出力する。表示部２２は、例えば液晶パネルであり、制御部９に制御されて、測定値などを表示する。
【００３３】
次に、磁界検出装置１の動作原理について説明する。
【００３４】
図２に、永久磁石３ａの磁化曲線（ＢＨカーブ）を示す。他の永久磁石３ｂ，４ａ，４ｂ，５ａ，５ｂの磁化曲線も同様である。この磁化曲線は、一般的なものであり、例えば永久磁石３ａに正方向の大きな磁場Ｈ０を掛けると、永久磁石３ａが正方向に磁気飽和して、磁化曲線のａ点になる。この状態から磁場Ｈを弱くして０にすると、磁化曲線はｂ点（正の残留磁束密度Ｂ０）を通り、さらに負方向に磁場Ｈを強くしていくと磁化曲線はｃ点を通って、磁場Ｈｒのときに負方向に磁気飽和してｄ点になる。この状態から、磁場Ｈを正方向に強くしていくと、磁化曲線はｅ点（負の残留磁束密度Ｂｒ）→ｆ点→ａ点となる。このように磁化曲線はヒステリシスカーブを描く。通常、永久磁石を製造するときには、残留磁束密度Ｂが０の磁化前の磁石母材に、磁界Ｈ０以上の磁場を掛けて磁化させている。
【００３５】
発明者は、永久磁石３ａに、負方向に少なくとも磁場Ｈｒを掛けて負方向に磁気飽和させ、続いて正の磁場Ｈ１を掛けてから磁場を０に戻すと、例えば同図に示すように磁化曲線はｄ点→ｅ点→ｓ１点→ｓ２点になり、永久磁石３ａが正の残留磁束密度Ｂ１に着磁することに気がついた。同様のことを磁場Ｈ２で行うと、磁化曲線はｄ点→ｅ点→ｔ１点→ｔ２点になり、永久磁石３ａが正の残留磁束密度Ｂ２に着磁する。
【００３６】
また、永久磁石３ａに、正方向に少なくとも磁場Ｈ０を掛けて磁気飽和させ、続いて負の磁場Ｈ3を掛けてから磁場を０に戻すと、同図に示すように磁化曲線はａ点→ｂ点→ｕ１点→ｕ２点になり、永久磁石３ａが負の残留磁束密度Ｂ３に着磁する。
【００３７】
つまり、正方向の所定強度で永久磁石３ａを再着磁させたいときには、永久磁石３ａを再着磁方向とは逆方向の負方向に磁気飽和させて一度リセットしてから、磁場０〜Ｈ０の範囲の所定の強度の正の磁場（Ｈ０、Ｈ１、Ｈ２等）を掛けることで、永久磁石６を残留磁束密度０〜Ｂ０の範囲の所望の大きさの正の残留磁束密度Ｂ（Ｂ０、Ｂ１、Ｂ２等）に自在に設定することが可能である。逆に、負方向の所定強度で永久磁石３ａを再着磁させたいときには、永久磁石６を正方向に磁気飽和させて一度リセットしてから、磁場０〜Ｈｒの範囲の所定の強度の負の磁場（Ｈ３等）を掛けることで、永久磁石６を残留磁束密度０〜Ｂｒの範囲の所望の大きさの負の残留磁束密度Ｂ（Ｂ３等）に自在に設定することが可能である。残留磁束密度は０に設定することもできる。
【００３８】
永久磁石３ａを再着磁するために必要な時間、つまりリセットするための磁場Ｈ０、Ｈｒや、残留磁束密度を規定するための磁場Ｈを掛ける時間は、各々例えば１０〜１０００μｓｅｃのように、非常に短い時間でよい。このようにパルス状の磁界を印加するだけで、永久磁石３ａを再着磁することが可能である。
【００３９】
この原理を利用することで、永久磁石３ａ等を、正負の極性及び任意の大きさの残留磁束密度Ｂに、短時間で変更設定することができる。
【００４０】
永久磁石３ａ，３ｂは、コイル６ａ，６ｂに電源部１１からパルス状のリセット電流と設定電流とを順番に電源部１１から流すことで所望の残留磁束密度に再着磁して、所望の強度の磁界を生成する。磁界検出装置１を使用する前に、電源部１１から出力させる正や負のリセット電流の値やそのパルス幅を制御部９に予め記憶させておく。また、磁界センサ２に印加する磁界強度を任意の値に設定できるように、設定電流の値及びパルス幅と、生成される磁界強度との関係を測定して、その参照テーブルまたは算定式を制御部９に予め記憶させておく。パルス幅は所定のパルス幅に固定して、リセット電流や設定電流の参照テーブル等を制御部９に記憶させてもよい。電源１２，１３についても同様に正や負のリセット電流、および設定電流と磁界強度との参照テーブル等を制御部９に記憶させておく。
【００４１】
なお、永久磁石３ａ等の生成する磁界強度（残留磁束密度Ｂ）の大きさを設定するためには、磁場Ｈの大きさ、つまりコイル６ａ等に流す電流を制御する必要があるので、磁化曲線のｆ点からａ点、及びｃ点からｄ点までの傾きがなだらか（傾きが小）であることが好ましい。これは磁化曲線の傾きが急（傾きが大）であると、僅かに磁場Ｈ（電流）を変化させただけで残留磁束密度Ｂが大きく変わってしまうので、磁場Ｈを精密に制御する必要があるためである。強力なネオジム永久磁石やサマリウムコバルト永久磁石は、磁化曲線の傾きが急であるので、磁場Ｈを精密に制御する必要がある。ストロンチウム−フェライト永久磁石やバリウム−フェライト永久磁石は、磁化曲線の傾きがなだらかであり、磁場Ｈの制御が容易であるので、好ましく用いることができる。また、環境磁界は、さほど大きくないことが多いため、比較的弱い磁石である、ストロンチウム−フェライト永久磁石やバリウム−フェライト永久磁石を好ましく用いることができる。
【００４２】
次に、磁界検出装置１による環境磁界のキャンセル方法について、図３のフローチャートを参照して説明する。
【００４３】
測定対象磁界の磁界強度の測定を開始する前に、磁界検出装置１は、予め環境磁界を測定し、測定された環境磁界をキャンセルする。具体的には、先ず、測定者は、測定対象磁界をセンサ２に印加しない状態にしておく。この状態で、測定者によって操作部２１が操作されて、環境磁界のキャンセルモードが選択されると、制御部９は、電源部１１〜１３を制御して、正又は負のリセット電流を所定時間（例えば１０μｓｅｃ）のパルス幅で出力させ、続いて、永久磁石３ａ，３ｂ、永久磁石４ａ，４ｂ、永久磁石５ａ，５ｂの生成する磁界強度をゼロ（残留磁束密度をゼロ）にする設定電流を所定時間のパルス幅で出力させる（ステップＳ１）。これにより、永久磁石３ａ，３ｂ等が磁界を生成しなくなり、磁界センサ２には、環境磁界のみが印加された状態になる。
【００４４】
次に、制御部９は、磁界センサ２の検出する３軸の磁界強度を読み込む（ステップＳ２）。これにより、３軸方向の環境磁界の大きさが測定される。次に、制御部９は、読み込んだｘ軸方向の環境磁界と同じ大きさで逆極性の補償磁界を生成するように、電源部１１を制御して、各々所定時間のパルス幅のリセット電流、設定電流をコイル６ａ，６ｂに順次流し、永久磁石３ａ、３ｂを再着磁する（ステップＳ３）。続いて、制御部９は、ｙ軸方向の環境磁界と同じ大きさで逆極性の補償磁界を生成するように、電源１２を制御して、各々所定時間のパルス幅のリセット電流、設定電流をコイル７ａ，７ｂに順次流し、永久磁石４ａ、４ｂを再着磁する（ステップＳ４）。続いて、制御部９は、ｚ軸方向の環境磁界と同じ大きさで逆極性の補償磁界を生成するように、電源１３を制御して、各々所定時間のパルス幅のリセット電流、設定電流をコイル８ａ，８ｂに流し、永久磁石５ａ、５ｂを再着磁する（ステップＳ５）。これにより、磁界センサ２に印加される３軸方向の環境磁界が、補償磁界でキャンセルされる。永久磁石３ａ、３ｂ、永久磁石４ａ、４ｂ、永久磁石５ａ、５ｂを再着磁する順番、つまりステップＳ３〜Ｓ５の順番は変えてもよい。また、ステップＳ３〜Ｓ５は、同時に行ってもよい。
【００４５】
次に、制御部９は、磁界センサ２から３軸の磁界強度を読み込んで（ステップＳ６）、磁界センサ２の検出した磁界強度がゼロとみなせる許容範囲内に入っているか否かを確認する（ステップＳ７）。磁界強度がゼロとみなせるときには、環境磁界のキャンセルモードを終了する。磁界強度がゼロとみなせないときには、検出された磁界強度をゼロにするように、磁界強度がゼロでない軸の永久磁石を再着磁する（ステップＳ８）。例えば、制御部９は、磁界強度がゼロでない軸の永久磁石を再度リセットしてから、検出された磁界強度をゼロにするように、その軸のコイルに流す設定電流を、ステップＳ３〜Ｓ５で流した設定電流から増減させて再着磁する。続いて、制御部９は、ステップＳ７、Ｓ８で磁界センサ２から磁界強度を読み込んでゼロとみなせれば終了し、ゼロとみなせなければゼロとみなせるまで、ステップＳ６〜Ｓ８を繰り返す。なお、ステップＳ１〜Ｓ５で環境磁界が充分キャンセルできる場合には、ステップＳ６〜Ｓ８を実行しなくてもよい。
【００４６】
以上で、環境磁界のキャンセル動作が終了する。これにより、磁界センサ２では、環境磁界の影響がキャンセルされた状態となり、この状態が保持される。環境磁界のキャンセルモードで、電源部１１〜１３からパルス電流を流す時間は極めて短時間であるので、保障磁界の生成に電力をほとんど消費しない。
【００４７】
測定者は、引き続き、操作部２１を操作して、測定モードに設定し、測定対象磁界を磁界センサ２に印加する。磁界センサ２は、環境磁界および補償磁界がキャンセルされているのでこれらを検出せず、測定対象磁界だけを検出する。制御部９は、測定モードでは、磁界センサ２の検出した３軸方向の磁界強度や、その３軸方向の磁界強度をベクトル合成した磁界強度を、例えば表示部２２に表示して、測定対象磁界の測定を終了する。
【００４８】
測定者は、磁界検出装置１の測定場所や傾き、測定時間帯などの測定環境が変わったときに、前述した環境磁界のキャンセルモード（方法）を予め実行してから測定対象磁界の測定を行う。
【００４９】
なお、前述の例では、磁界検出装置１が、磁界センサ２の検出する磁界強度に基づいて制御部９が測定対象磁界の強度を測定して表示部２２に表示させるような磁界測定器になっている例について説明したが、磁界検出装置１が、被測定導体に流れる電流によって生じる磁界を測定対象磁界として磁界センサ２で検出し、検出した測定対象磁界の磁界強度から制御部９が被測定導体に流れる電流を演算して表示部２２に表示させるような電流測定器になっていてもよい。
【００５０】
また、磁界検出装置１が３軸方向の磁界の強さを検出する例について説明したが、必要性に応じて、例えばｘ軸、ｙ軸のように２軸方向の磁界の強さを検出する磁界検出装置１としてもよい。この場合、磁界センサ２は２軸方向の磁界強度を検出できるものであればよく、ｚ軸方向の電源部１３、永久磁石５ａ、５ｂ及びコイル８ａ，８ｂは省略できる。また、必要性に応じ、磁界検出装置１がｘ軸、ｙ軸、又はｚ軸のいずれか１軸方向の磁界の強さを検出するようにしてもよい。この場合、磁界センサ２は１軸方向の磁界強度を検出できるものであればよく、磁化強度を検出しない軸の電源部や永久磁石等は省略できる。
【００５１】
また、例えば一対のコイル６ａ，６ｂが電気的に直列接続されて１つの電源部１１から共通の電流が供給される例について説明したが、コイル６ａに１つの電源部が接続され、コイル６ｂに他の電源部が接続されるように、コイル６ａ，６ｂの各々に別個の電源部から再着磁用のパルス電流を供給するようにしてもよい。コイル７ａ，７ｂ，８ａ，８ｂについても同様である。
【００５２】
また、磁界センサ２に環境磁界の検出、及び測定対象磁界の検出をさせる例について説明したが、磁界センサ２の他に環境磁界検出用センサを備えて、この環境磁界検出用センサに環境磁界の磁界強度を検出させ、磁界センサ２に測定対象磁界を検出させるようにしてもよい。環境磁界検出用センサとしては、磁界センサ２と同様の３軸磁界センサを用いることができるが、環境磁界をより精度良く測定するために磁界センサ２よりも高感度な３軸磁界センサを用いることが好ましい。環境磁界検出用センサのｘ軸、ｙ軸、ｚ軸は、磁界センサ２の対応するｘ軸、ｙ軸、ｚ軸と各々平行になるように、両センサの検出軸の方向を同方向に合わせて配置する。なお、環境磁界検出用センサとして、１軸方向の磁界強度を検出可能な磁界強度センサを３つ用いて、この３つの磁界センサを磁界センサ２のｘ軸、ｙ軸、ｚ軸の方向に合わせて配置してもよい。磁界センサ２に印加される環境磁界を正確に検出するために、環境磁界検出用センサを磁界センサ２の近傍に配置することが好ましいが、環境磁界は例えば地磁気のように比較的広い範囲で一定の値となることが多いので、磁気センサ２から多少離して配置してもよい。具体的には、例えば図１において、環境磁界検出用センサを、磁界センサ２に密着する位置に配置することが好ましいが、いずれかの磁石（例えば磁石５ａ）の磁界センサ２とは反対側の位置（例えば磁石５ａよりも図の上側の位置）に配置してもよい。環境磁界検出用センサは制御部９に接続されていて、図３のフローチャートのステップＳ２で、制御部９が環境磁界検出用センサから環境磁界の磁界強度を読み込む。
【符号の説明】
【００５３】
１は磁界検出装置、２は磁界センサ、３ａ・３ｂ・４ａ・４ｂ・５ａ，５ｂは永久磁石、６ａ・６ｂ・７ａ・７ｂ・８ａ・８ｂはコイル、９は制御部、１０は磁界補償手段、１１・１２・１３は電源部、２１は操作部、２２は表示部である。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁界強度を検出する磁界センサと、環境磁界をキャンセルする補償磁界を生成する磁界補償手段とを備える磁界検出装置、及び環境磁界のキャンセル方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
磁界センサや非接触電流センサは、産業界等で使用される測定器・制御機械や、一般家庭等で使用される電化製品など多種多様な分野で利用されている。磁界あるいは電流の物理量を正確に測定することは、非常に重要で、例えば、磁界センサとしては磁気ビーズで標識された生体分子の検出のための高感度磁界センサや電子コンパス、電化製品としてはバッテリの充放電のモニタリングシステムなど、先進医療分野・情報化社会・省エネルギー社会を担う部品として必要不可欠である。
【０００３】
しかしながら、地磁気を始め、様々な電子機器・装置から放出される高周波磁界などの外乱ノイズとなる環境磁界の影響により、測定対象とする磁界（電流）を精度よくセンシングするのは難しい。これを解決するために、地磁気などの環境磁界に対し、それをキャンセルする補償磁界を生成し、磁界をキャンセルする方法がある。例えば、特許文献１には、環境磁場検出コイルの出力にしたがって、補償コイルに環境磁界と逆相の補償磁界を生成する信号を出力し、補償コイルが生成する補償磁界を磁界センサに印加する磁気検出装置が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−１８４１１６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１の磁気検出装置のように環境磁界をキャンセルする補償磁界を生成するためには、測定中にはコイル（補償コイル）に電流を流し続ける必要がある。そのため、省エネルギーの観点から好ましくないという課題がある。
【０００６】
本発明は前記の課題を解決するためになされたもので、環境磁界をキャンセルするための補償磁界を極めて小さなエネルギーで生成できる磁気検出装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記の目的を達成するためになされた、特許請求の範囲の請求項１に記載された磁界検出装置は、磁界強度を検出する磁界センサと、環境磁界をキャンセルする補償磁界を生成して該磁界センサに印加する磁界補償手段とを備える磁界検出装置であって、該磁界補償手段が、該磁界センサに該補償磁界を印加するための永久磁石と、該永久磁石を再着磁するためのコイルと、該コイルに再着磁用の電流を供給するための電源部と、該再着磁用の電流を該環境磁界に基づき制御する制御部とを備えていることを特徴とする。
【０００８】
請求項２に記載された磁界検出装置は、請求項１に記載されたものであって、該磁界補償手段が、対向して配置された少なくとも一対の前記永久磁石を備え、該一対の永久磁石の間に前記磁界センサが配置されていることを特徴とする。
【０００９】
請求項３に記載された磁界検出装置は、請求項２に記載されたものであって、前記一対の永久磁石に対応させて一対のコイルが配置されており、該一対のコイルが、直列接続されて１つの前記電源部に接続されていることを特徴とする。
【００１０】
請求項４に記載された磁界検出装置は、請求項１から３のいずれかに記載されたものであって、前記磁界センサが、２軸方向または３軸方向の磁界強度を検出する多軸磁界センサであり、該磁界補償手段が、この軸ごとにそれぞれ、前記永久磁石、前記コイル、および前記電源部を備えていることを特徴とする。
【００１１】
請求項５に記載された磁界検出装置は、請求項１から４のいずれかに記載されたものであって、前記環境磁界が、前記磁界センサ、または前記磁界センサとは別に配置された環境磁界検出用センサによって検出されることを特徴とする。
【００１２】
請求項６に記載された磁界検出装置は、請求項１から５のいずれかに記載されたものであって、前記磁界センサの検出する磁界強度に基づいて、前記制御部によって測定対象磁界の強度が測定される磁界測定器、または前記制御部によって被測定導体に流れる電流が測定される電流測定器であることを特徴とする。
【００１３】
請求項７に記載された環境磁界のキャンセル方法は、磁界強度を検出する磁界センサに、永久磁石及び該永久磁石を再着磁するためのコイルを配し、該コイルに再着磁用の電流を供給して該永久磁石が生成する磁界強度をゼロに再着磁して、測定対象磁界を印加しない状態で環境磁界を検出し、該環境磁界をキャンセルする補償磁界を該永久磁石が該磁界センサに印加するように該コイルに再着磁用の電流を供給して該永久磁石を再着磁することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の磁界検出装置によれば、環境磁界をキャンセルするための補償磁界を、永久磁石を再着磁して生成している。永久磁石の再着磁は極短時間だけコイルに電流を供給すればよいので、環境磁界をキャンセルするための補償磁界を極めて小さなエネルギーで生成することができる。
【００１５】
一対の永久磁石の間に磁界センサが配置されている場合、磁界センサの片側だけに永久磁石が配置されている場合よりも、磁気センサに均一に補償磁界を印加することができるため、環境磁界を確実にキャンセルすることができ、測定対象磁界の磁界強度を正確に検出することができる。
【００１６】
一対の永久磁石に一対のコイルを配置して、この一対のコイルが直列接続されて１つの電源部に接続されている場合、電源部から一対のコイルに共通の電流が供給されるので、電源部の数を少なくすることができ、簡便な構成の装置にすることができる。
【００１７】
磁界センサが多軸磁界センサであり、この軸ごとにそれぞれ、永久磁石、コイル、および電源部を備えている場合、環境磁界を各軸ごとにキャンセルできるため、一層正確に測定対象磁界を測定することができる。
【００１８】
環境磁界が、磁界センサによって検出される場合、環境磁界と測定対象磁界とが１つの磁界センサによって測定されるので、装置を簡便な構成とすることができると共に、測定対象磁界の測定ポイントにおける環境磁界が測定できるため、環境磁界を確実にキャンセルすることができる。また、環境磁界が、磁界センサとは別に配置された環境磁界検出用センサによって検出される場合、環境磁界の検出感度と測定対象磁界の検出感度とを異ならせることができる。例えば、環境磁界検出用センサに磁界センサよりも高感度なセンサを用いることで、環境磁界を精度よく測定でき、環境磁界を精度よくキャンセルすることができる。
【００１９】
磁界検出装置を磁界測定器や電流測定器として使用する場合、環境磁界の影響を受けずに、正確な測定を行うことができる。
【００２０】
また、本発明の環境磁界のキャンセル方法によれば、永久磁石が生成する磁界強度をゼロに再着磁してから、測定対象磁界を印加しない状態で環境磁界を検出し、永久磁石を再着磁して環境磁界をキャンセルすることにより、測定対象磁界の影響を受けることなく環境磁界を正確に測定できるため、環境磁界を確実にキャンセルすることができると共に、極めて省エネルギーで環境磁界をキャンセルすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明を適用する磁界検出装置の模式図である。
【図２】本発明を適用する磁界検出装置の磁界発生の原理を説明する磁化曲線である。
【図３】本発明を適用する環境磁界のキャンセル方法を説明するためのフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、発明を実施するための形態を詳細に説明するが、本発明の範囲はこれらの形態に限定されるものではない。
【００２３】
図１に本発明を適用する磁界検出装置１を示す。この磁界検出装置１は、磁界強度を検出する磁界センサ２と、磁界センサ２によって検出された環境磁界をキャンセルする補償磁界を生成して磁界センサ２に印加する磁界補償手段１０とを備え、環境磁界の影響を受けずに測定対象磁界の強度を測定可能な磁界測定器になっている。磁界補償手段１０は、一対の永久磁石３ａ，３ｂ、一対の永久磁石４ａ，４ｂ、一対の永久磁石５ａ，５ｂ、一対のコイル６ａ，６ｂ、一対のコイル７ａ，７ｂ、一対のコイル８ａ，８ｂ、電源部１１，１２，１３、制御部９、操作部２１、表示部２２を備えている。
【００２４】
磁界センサ２は、一例として、この磁界センサ２を中心として互いに直交するｘ軸、ｙ軸、ｚ軸の３軸方向の磁界強度を各々検出可能な３軸磁界センサである。磁界センサ２は、例えば、磁界検出用のコイル、ホール素子、磁気抵抗効果素子、磁気インピーダンス素子、ファラデー素子、直交フラックスゲート磁界センサなどの公知の種々の方式により磁界を検出可能に構成されている。磁界センサ２は、その駆動回路やアナログ／デジタル変換器（共に図示せず）を介して、３軸方向の各々の磁界強度信号を制御部９に出力する。
【００２５】
一対の永久磁石３ａ，３ｂは、Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎｉ，Ｇｄのうちの少なくとも一種を含む硬磁性体であり、例えば一般的なフェライト磁石である。永久磁石３ａ，３ｂは、後述するように、必要な大きさの補償磁界を生成するように着磁量をコントロールされるため、製造当初は着磁されていないものであってもよい。永久磁石３ａ，３ｂは、磁界センサ２にｘ軸方向から磁界を印加するために、磁界センサ２がちょうど中間に位置するように、磁界センサ２を間に挟んでｘ軸上に配置されている。永久磁石３ａ，３ｂの磁界方向は、例えば永久磁石３ａの磁界センサ２側がＮ極、永久磁石３ｂの磁界センサ２側がＳ極のように、同方向、つまり互いが引き付き合う方向になっている。永久磁石３ａ，３ｂは、磁界センサ２に密着して配置されていてもよいし、適宜間隔を開けて配置されていてもよい。永久磁石３ａ，３ｂは、磁界センサ２に均一な磁界を印加するために、磁界センサ２の対向する面の大きさが磁界センサ２よりも大きな形状であることが好ましい。永久磁石３ａ，３ｂは、同図に示すように、ｘ軸を中心軸とする四角柱形状であってもよいし、円柱形状や多角柱形状であってもよい。また、永久磁石３ａ，３ｂを、例えばセラミック製などの基板上に膜状に形成してもよい。永久磁石３ａ，３ｂは、共に同様の材質で、同様の形状に形成されていることが好ましいが、磁界センサ２に磁界を印加可能であれば材質や形状等が異なっていてもよい。また、一対の永久磁石３ａ，３ｂを用いると、磁界センサ２にｘ軸方向の均一な磁界を印加できるので好ましいが、磁界センサ２に磁界を印加可能であれば、１つの永久磁石３ａ（または永久磁石３ｂ）だけを用いてもよい。
【００２６】
コイル６ａは、永久磁石３ａを再着磁するためのものであり、コイル６ｂは、永久磁石３ｂを再着磁するためのものである。一対のコイル６ａ，６ｂは、その両軸が磁界センサ２のｘ軸と同軸となるように、対応する永久磁石３ａ，３ｂに配置されている。具体的には、コイル６ａ，６ｂは、巻き数、線材の材質、線径、線長など、共に同様のコイルに形成されていて、同じ巻方向で、永久磁石３ａ，３ｂの側面に巻回されている。なお、永久磁石３ａ，３ｂを、基板上に膜状に形成した場合、コイル６ａ，６ｂを基板上の永久磁石３ａ，３ｂの周囲に導体パターンで形成してもよい。コイル６ａ，６ｂは、対応する永久磁石３ａ，３ｂに直接、または永久磁石３ａ，３ｂの近傍の位置に配置することが磁界を掛ける観点から好ましいが、永久磁石３ａ，３ｂに再着磁用の磁界を掛けることができる位置であれば、永久磁石３ａ，３ｂから離れた位置に配置してもよい。コイル６ａ，６ｂは、永久磁石３ａ，３ｂを着磁することができれば、形状および配置を問わない。
【００２７】
コイル６ａ，６ｂは、電気的に直列接続されて電源部１１に接続されていて、電源１１から共通の電流が供給される。
【００２８】
一対の永久磁石４ａ，４ｂは、磁界センサ２にｙ軸方向から磁界を印加するために、磁界センサ２がちょうど中間に位置するように、磁界センサ２を間に挟んでｙ軸上に配置されている。また、一対の永久磁石５ａ，５ｂは、磁界センサ２にｚ軸方向から磁界を印加するために、磁界センサ２がちょうど中間に位置するように、磁界センサ２を間に挟んでｚ軸上に配置されている。永久磁石４ａ，４ｂおよび永久磁石５ａ，５ｂは、永久磁石３ａ，３ｂと同様のものであることが、特性の共通化の観点や、製造上の観点から好ましいが、それぞれ形状や材質等を異ならせてもよい。
【００２９】
一対のコイル７ａ，７ｂは、対応する永久磁石４ａ，４ｂを再着磁するためのものである。コイル７ａ，７ｂは、その両軸が磁界センサ２のｙ軸と同軸となるように、同じ巻き方向で、対応する永久磁石４ａ，４ｂに配置されている。コイル７ａ，７ｂは、電気的に直列接続されて電源１２に接続されていて、電源１２から共通の電流が供給される。また、一対のコイル８ａ，８ｂは、対応する永久磁石５ａ，５ｂを再着磁するためのものである。コイル８ａ，８ｂは、その両軸が磁界センサ２のｚ軸と同軸となるように、同じ巻き方向で、対応する永久磁石５ａ，５ｂに配置されている。コイル８ａ，８ｂは、電気的に直列接続されて電源１３に接続されていて、電源１３から共通の電流が供給される。コイル７ａ，７ｂおよびコイル８ａ，８ｂは、コイル６ａ，６ｂと同様のものであることが、特性の共通化の観点や、製造上の観点から好ましいが、それぞれ形状や材質等を異ならせてもよい。
【００３０】
電源部１１，１２，１３は、各々対応するコイル６ａ，６ｂ、コイル７ａ，７ｂ、コイル８ａ，８ｂに再着磁用の電流を供給するものである。電源部１１，１２，１３は、各々任意の電流値の正、負のパルス電流を出力可能なものであり、出力するパルス電流の極性、パルス電流の大きさ、パルス幅を、制御部９に個別に制御される。電源１１，１２，１３は、公知の電源や電流制御回路を用いてもよく、また、コンデンサに電流値に対応する電荷を充電させ、その電荷を瞬間的に放電させるようにしたコンデンサ式の放電回路を用いてもよい。
【００３１】
制御部９は、再着磁用の電流を、磁界センサ２の検出した環境磁界に基づき制御するものである。制御部９は、一例として、ＣＰＵ、フラッシュＲＯＭ、ＲＡＭ、Ａ／Ｄ変換器、および入出力インタフェース回路（いずれも図示せず）などを備え、ＲＯＭなどのメモリに記憶されたプログラムにしたがって動作して、磁界検出装置１の動作を統括的に制御する。
【００３２】
操作部２１は、例えばタッチパネル、キーボードなどであり、制御部９に操作信号を出力する。表示部２２は、例えば液晶パネルであり、制御部９に制御されて、測定値などを表示する。
【００３３】
次に、磁界検出装置１の動作原理について説明する。
【００３４】
図２に、永久磁石３ａの磁化曲線（ＢＨカーブ）を示す。他の永久磁石３ｂ，４ａ，４ｂ，５ａ，５ｂの磁化曲線も同様である。この磁化曲線は、一般的なものであり、例えば永久磁石３ａに正方向の大きな磁場Ｈ０を掛けると、永久磁石３ａが正方向に磁気飽和して、磁化曲線のａ点になる。この状態から磁場Ｈを弱くして０にすると、磁化曲線はｂ点（正の残留磁束密度Ｂ０）を通り、さらに負方向に磁場Ｈを強くしていくと磁化曲線はｃ点を通って、磁場Ｈｒのときに負方向に磁気飽和してｄ点になる。この状態から、磁場Ｈを正方向に強くしていくと、磁化曲線はｅ点（負の残留磁束密度Ｂｒ）→ｆ点→ａ点となる。このように磁化曲線はヒステリシスカーブを描く。通常、永久磁石を製造するときには、残留磁束密度Ｂが０の磁化前の磁石母材に、磁界Ｈ０以上の磁場を掛けて磁化させている。
【００３５】
発明者は、永久磁石３ａに、負方向に少なくとも磁場Ｈｒを掛けて負方向に磁気飽和させ、続いて正の磁場Ｈ１を掛けてから磁場を０に戻すと、例えば同図に示すように磁化曲線はｄ点→ｅ点→ｓ１点→ｓ２点になり、永久磁石３ａが正の残留磁束密度Ｂ１に着磁することに気がついた。同様のことを磁場Ｈ２で行うと、磁化曲線はｄ点→ｅ点→ｔ１点→ｔ２点になり、永久磁石３ａが正の残留磁束密度Ｂ２に着磁する。
【００３６】
また、永久磁石３ａに、正方向に少なくとも磁場Ｈ０を掛けて磁気飽和させ、続いて負の磁場Ｈ3を掛けてから磁場を０に戻すと、同図に示すように磁化曲線はａ点→ｂ点→ｕ１点→ｕ２点になり、永久磁石３ａが負の残留磁束密度Ｂ３に着磁する。
【００３７】
つまり、正方向の所定強度で永久磁石３ａを再着磁させたいときには、永久磁石３ａを再着磁方向とは逆方向の負方向に磁気飽和させて一度リセットしてから、磁場０〜Ｈ０の範囲の所定の強度の正の磁場（Ｈ０、Ｈ１、Ｈ２等）を掛けることで、永久磁石６を残留磁束密度０〜Ｂ０の範囲の所望の大きさの正の残留磁束密度Ｂ（Ｂ０、Ｂ１、Ｂ２等）に自在に設定することが可能である。逆に、負方向の所定強度で永久磁石３ａを再着磁させたいときには、永久磁石６を正方向に磁気飽和させて一度リセットしてから、磁場０〜Ｈｒの範囲の所定の強度の負の磁場（Ｈ３等）を掛けることで、永久磁石６を残留磁束密度０〜Ｂｒの範囲の所望の大きさの負の残留磁束密度Ｂ（Ｂ３等）に自在に設定することが可能である。残留磁束密度は０に設定することもできる。
【００３８】
永久磁石３ａを再着磁するために必要な時間、つまりリセットするための磁場Ｈ０、Ｈｒや、残留磁束密度を規定するための磁場Ｈを掛ける時間は、各々例えば１０〜１０００μｓｅｃのように、非常に短い時間でよい。このようにパルス状の磁界を印加するだけで、永久磁石３ａを再着磁することが可能である。
【００３９】
この原理を利用することで、永久磁石３ａ等を、正負の極性及び任意の大きさの残留磁束密度Ｂに、短時間で変更設定することができる。
【００４０】
永久磁石３ａ，３ｂは、コイル６ａ，６ｂに電源部１１からパルス状のリセット電流と設定電流とを順番に電源部１１から流すことで所望の残留磁束密度に再着磁して、所望の強度の磁界を生成する。磁界検出装置１を使用する前に、電源部１１から出力させる正や負のリセット電流の値やそのパルス幅を制御部９に予め記憶させておく。また、磁界センサ２に印加する磁界強度を任意の値に設定できるように、設定電流の値及びパルス幅と、生成される磁界強度との関係を測定して、その参照テーブルまたは算定式を制御部９に予め記憶させておく。パルス幅は所定のパルス幅に固定して、リセット電流や設定電流の参照テーブル等を制御部９に記憶させてもよい。電源１２，１３についても同様に正や負のリセット電流、および設定電流と磁界強度との参照テーブル等を制御部９に記憶させておく。
【００４１】
なお、永久磁石３ａ等の生成する磁界強度（残留磁束密度Ｂ）の大きさを設定するためには、磁場Ｈの大きさ、つまりコイル６ａ等に流す電流を制御する必要があるので、磁化曲線のｆ点からａ点、及びｃ点からｄ点までの傾きがなだらか（傾きが小）であることが好ましい。これは磁化曲線の傾きが急（傾きが大）であると、僅かに磁場Ｈ（電流）を変化させただけで残留磁束密度Ｂが大きく変わってしまうので、磁場Ｈを精密に制御する必要があるためである。強力なネオジム永久磁石やサマリウムコバルト永久磁石は、磁化曲線の傾きが急であるので、磁場Ｈを精密に制御する必要がある。ストロンチウム−フェライト永久磁石やバリウム−フェライト永久磁石は、磁化曲線の傾きがなだらかであり、磁場Ｈの制御が容易であるので、好ましく用いることができる。また、環境磁界は、さほど大きくないことが多いため、比較的弱い磁石である、ストロンチウム−フェライト永久磁石やバリウム−フェライト永久磁石を好ましく用いることができる。
【００４２】
次に、磁界検出装置１による環境磁界のキャンセル方法について、図３のフローチャートを参照して説明する。
【００４３】
測定対象磁界の磁界強度の測定を開始する前に、磁界検出装置１は、予め環境磁界を測定し、測定された環境磁界をキャンセルする。具体的には、先ず、測定者は、測定対象磁界をセンサ２に印加しない状態にしておく。この状態で、測定者によって操作部２１が操作されて、環境磁界のキャンセルモードが選択されると、制御部９は、電源部１１〜１３を制御して、正又は負のリセット電流を所定時間（例えば１０μｓｅｃ）のパルス幅で出力させ、続いて、永久磁石３ａ，３ｂ、永久磁石４ａ，４ｂ、永久磁石５ａ，５ｂの生成する磁界強度をゼロ（残留磁束密度をゼロ）にする設定電流を所定時間のパルス幅で出力させる（ステップＳ１）。これにより、永久磁石３ａ，３ｂ等が磁界を生成しなくなり、磁界センサ２には、環境磁界のみが印加された状態になる。
【００４４】
次に、制御部９は、磁界センサ２の検出する３軸の磁界強度を読み込む（ステップＳ２）。これにより、３軸方向の環境磁界の大きさが測定される。次に、制御部９は、読み込んだｘ軸方向の環境磁界と同じ大きさで逆極性の補償磁界を生成するように、電源部１１を制御して、各々所定時間のパルス幅のリセット電流、設定電流をコイル６ａ，６ｂに順次流し、永久磁石３ａ、３ｂを再着磁する（ステップＳ３）。続いて、制御部９は、ｙ軸方向の環境磁界と同じ大きさで逆極性の補償磁界を生成するように、電源１２を制御して、各々所定時間のパルス幅のリセット電流、設定電流をコイル７ａ，７ｂに順次流し、永久磁石４ａ、４ｂを再着磁する（ステップＳ４）。続いて、制御部９は、ｚ軸方向の環境磁界と同じ大きさで逆極性の補償磁界を生成するように、電源１３を制御して、各々所定時間のパルス幅のリセット電流、設定電流をコイル８ａ，８ｂに流し、永久磁石５ａ、５ｂを再着磁する（ステップＳ５）。これにより、磁界センサ２に印加される３軸方向の環境磁界が、補償磁界でキャンセルされる。永久磁石３ａ、３ｂ、永久磁石４ａ、４ｂ、永久磁石５ａ、５ｂを再着磁する順番、つまりステップＳ３〜Ｓ５の順番は変えてもよい。また、ステップＳ３〜Ｓ５は、同時に行ってもよい。
【００４５】
次に、制御部９は、磁界センサ２から３軸の磁界強度を読み込んで（ステップＳ６）、磁界センサ２の検出した磁界強度がゼロとみなせる許容範囲内に入っているか否かを確認する（ステップＳ７）。磁界強度がゼロとみなせるときには、環境磁界のキャンセルモードを終了する。磁界強度がゼロとみなせないときには、検出された磁界強度をゼロにするように、磁界強度がゼロでない軸の永久磁石を再着磁する（ステップＳ８）。例えば、制御部９は、磁界強度がゼロでない軸の永久磁石を再度リセットしてから、検出された磁界強度をゼロにするように、その軸のコイルに流す設定電流を、ステップＳ３〜Ｓ５で流した設定電流から増減させて再着磁する。続いて、制御部９は、ステップＳ７、Ｓ８で磁界センサ２から磁界強度を読み込んでゼロとみなせれば終了し、ゼロとみなせなければゼロとみなせるまで、ステップＳ６〜Ｓ８を繰り返す。なお、ステップＳ１〜Ｓ５で環境磁界が充分キャンセルできる場合には、ステップＳ６〜Ｓ８を実行しなくてもよい。
【００４６】
以上で、環境磁界のキャンセル動作が終了する。これにより、磁界センサ２では、環境磁界の影響がキャンセルされた状態となり、この状態が保持される。環境磁界のキャンセルモードで、電源部１１〜１３からパルス電流を流す時間は極めて短時間であるので、保障磁界の生成に電力をほとんど消費しない。
【００４７】
測定者は、引き続き、操作部２１を操作して、測定モードに設定し、測定対象磁界を磁界センサ２に印加する。磁界センサ２は、環境磁界および補償磁界がキャンセルされているのでこれらを検出せず、測定対象磁界だけを検出する。制御部９は、測定モードでは、磁界センサ２の検出した３軸方向の磁界強度や、その３軸方向の磁界強度をベクトル合成した磁界強度を、例えば表示部２２に表示して、測定対象磁界の測定を終了する。
【００４８】
測定者は、磁界検出装置１の測定場所や傾き、測定時間帯などの測定環境が変わったときに、前述した環境磁界のキャンセルモード（方法）を予め実行してから測定対象磁界の測定を行う。
【００４９】
なお、前述の例では、磁界検出装置１が、磁界センサ２の検出する磁界強度に基づいて制御部９が測定対象磁界の強度を測定して表示部２２に表示させるような磁界測定器になっている例について説明したが、磁界検出装置１が、被測定導体に流れる電流によって生じる磁界を測定対象磁界として磁界センサ２で検出し、検出した測定対象磁界の磁界強度から制御部９が被測定導体に流れる電流を演算して表示部２２に表示させるような電流測定器になっていてもよい。
【００５０】
また、磁界検出装置１が３軸方向の磁界の強さを検出する例について説明したが、必要性に応じて、例えばｘ軸、ｙ軸のように２軸方向の磁界の強さを検出する磁界検出装置１としてもよい。この場合、磁界センサ２は２軸方向の磁界強度を検出できるものであればよく、ｚ軸方向の電源部１３、永久磁石５ａ、５ｂ及びコイル８ａ，８ｂは省略できる。また、必要性に応じ、磁界検出装置１がｘ軸、ｙ軸、又はｚ軸のいずれか１軸方向の磁界の強さを検出するようにしてもよい。この場合、磁界センサ２は１軸方向の磁界強度を検出できるものであればよく、磁化強度を検出しない軸の電源部や永久磁石等は省略できる。
【００５１】
また、例えば一対のコイル６ａ，６ｂが電気的に直列接続されて１つの電源部１１から共通の電流が供給される例について説明したが、コイル６ａに１つの電源部が接続され、コイル６ｂに他の電源部が接続されるように、コイル６ａ，６ｂの各々に別個の電源部から再着磁用のパルス電流を供給するようにしてもよい。コイル７ａ，７ｂ，８ａ，８ｂについても同様である。
【００５２】
また、磁界センサ２に環境磁界の検出、及び測定対象磁界の検出をさせる例について説明したが、磁界センサ２の他に環境磁界検出用センサを備えて、この環境磁界検出用センサに環境磁界の磁界強度を検出させ、磁界センサ２に測定対象磁界を検出させるようにしてもよい。環境磁界検出用センサとしては、磁界センサ２と同様の３軸磁界センサを用いることができるが、環境磁界をより精度良く測定するために磁界センサ２よりも高感度な３軸磁界センサを用いることが好ましい。環境磁界検出用センサのｘ軸、ｙ軸、ｚ軸は、磁界センサ２の対応するｘ軸、ｙ軸、ｚ軸と各々平行になるように、両センサの検出軸の方向を同方向に合わせて配置する。なお、環境磁界検出用センサとして、１軸方向の磁界強度を検出可能な磁界強度センサを３つ用いて、この３つの磁界センサを磁界センサ２のｘ軸、ｙ軸、ｚ軸の方向に合わせて配置してもよい。磁界センサ２に印加される環境磁界を正確に検出するために、環境磁界検出用センサを磁界センサ２の近傍に配置することが好ましいが、環境磁界は例えば地磁気のように比較的広い範囲で一定の値となることが多いので、磁気センサ２から多少離して配置してもよい。具体的には、例えば図１において、環境磁界検出用センサを、磁界センサ２に密着する位置に配置することが好ましいが、いずれかの磁石（例えば磁石５ａ）の磁界センサ２とは反対側の位置（例えば磁石５ａよりも図の上側の位置）に配置してもよい。環境磁界検出用センサは制御部９に接続されていて、図３のフローチャートのステップＳ２で、制御部９が環境磁界検出用センサから環境磁界の磁界強度を読み込む。
【符号の説明】
【００５３】
１は磁界検出装置、２は磁界センサ、３ａ・３ｂ・４ａ・４ｂ・５ａ，５ｂは永久磁石、６ａ・６ｂ・７ａ・７ｂ・８ａ・８ｂはコイル、９は制御部、１０は磁界補償手段、１１・１２・１３は電源部、２１は操作部、２２は表示部である。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁界強度を検出する磁界センサと、環境磁界をキャンセルする補償磁界を生成して該磁界センサに印加する磁界補償手段とを備える磁界検出装置であって、該磁界補償手段が、該磁界センサに該補償磁界を印加するための永久磁石と、該永久磁石を再着磁するためのコイルと、該コイルに再着磁用の電流を供給するための電源部と、該再着磁用の電流を該環境磁界に基づき制御する制御部とを備えていることを特徴とする磁界検出装置。
【請求項２】
該磁界補償手段が、対向して配置された少なくとも一対の前記永久磁石を備え、該一対の永久磁石の間に前記磁界センサが配置されていることを特徴とする請求項１に記載の磁界検出装置。
【請求項３】
前記一対の永久磁石に対応させて一対のコイルが配置されており、該一対のコイルが、直列接続されて１つの前記電源部に接続されていることを特徴とする請求項２に記載の磁界検出装置。
【請求項４】
前記磁界センサが、２軸方向または３軸方向の磁界強度を検出する多軸磁界センサであり、該磁界補償手段が、この軸ごとにそれぞれ、前記永久磁石、前記コイル、および前記電源部を備えていることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の磁界検出装置。
【請求項５】
前記環境磁界が、前記磁界センサ、または前記磁界センサとは別に配置された環境磁界検出用センサによって検出されることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の磁界検出装置。
【請求項６】
前記磁界センサの検出する磁界強度に基づいて、前記制御部によって測定対象磁界の強度が測定される磁界測定器、または前記制御部によって被測定導体に流れる電流が測定される電流測定器であることを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の磁界検出装置。
【請求項７】
磁界強度を検出する磁界センサに、永久磁石及び該永久磁石を再着磁するためのコイルを配し、該コイルに再着磁用の電流を供給して該永久磁石が生成する磁界強度をゼロに再着磁して、測定対象磁界を印加しない状態で環境磁界を検出し、該環境磁界をキャンセルする補償磁界を該永久磁石が該磁界センサに印加するように該コイルに再着磁用の電流を供給して該永久磁石を再着磁することを特徴とする環境磁界のキャンセル方法。
【請求項１】
磁界強度を検出する磁界センサと、環境磁界をキャンセルする補償磁界を生成して該磁界センサに印加する磁界補償手段とを備える磁界検出装置であって、該磁界補償手段が、該磁界センサに該補償磁界を印加するための永久磁石と、該永久磁石を再着磁するためのコイルと、該コイルに再着磁用の電流を供給するための電源部と、該再着磁用の電流を該環境磁界に基づき制御する制御部とを備えていることを特徴とする磁界検出装置。
【請求項２】
該磁界補償手段が、対向して配置された少なくとも一対の前記永久磁石を備え、該一対の永久磁石の間に前記磁界センサが配置されていることを特徴とする請求項１に記載の磁界検出装置。
【請求項３】
前記一対の永久磁石に対応させて一対のコイルが配置されており、該一対のコイルが、直列接続されて１つの前記電源部に接続されていることを特徴とする請求項２に記載の磁界検出装置。
【請求項４】
前記磁界センサが、２軸方向または３軸方向の磁界強度を検出する多軸磁界センサであり、該磁界補償手段が、この軸ごとにそれぞれ、前記永久磁石、前記コイル、および前記電源部を備えていることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の磁界検出装置。
【請求項５】
前記環境磁界が、前記磁界センサ、または前記磁界センサとは別に配置された環境磁界検出用センサによって検出されることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の磁界検出装置。
【請求項６】
前記磁界センサの検出する磁界強度に基づいて、前記制御部によって測定対象磁界の強度が測定される磁界測定器、または前記制御部によって被測定導体に流れる電流が測定される電流測定器であることを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の磁界検出装置。
【請求項７】
磁界強度を検出する磁界センサに、永久磁石及び該永久磁石を再着磁するためのコイルを配し、該コイルに再着磁用の電流を供給して該永久磁石が生成する磁界強度をゼロに再着磁して、測定対象磁界を印加しない状態で環境磁界を検出し、該環境磁界をキャンセルする補償磁界を該永久磁石が該磁界センサに印加するように該コイルに再着磁用の電流を供給して該永久磁石を再着磁することを特徴とする環境磁界のキャンセル方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図２】
【図３】
【公開番号】特開２０１３−１５３５１（Ｐ２０１３−１５３５１Ａ）
【公開日】平成２５年１月２４日（２０１３．１．２４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１４６９５６（Ｐ２０１１−１４６９５６）
【出願日】平成２３年７月１日（２０１１．７．１）
【出願人】（５０４１８０２３９）国立大学法人信州大学 (759)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年１月２４日（２０１３．１．２４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年７月１日（２０１１．７．１）
【出願人】（５０４１８０２３９）国立大学法人信州大学 (759)
【Ｆターム（参考）】
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