(57)【要約】      （修正有）【課題】磁束誘導軟磁性素子の材料ヒステリシスを改善する。【解決手段】センサー１は磁場源３と少なくとも１つの空隙４及び前記空隙４に位置し，前記磁場源３の磁場の変化を測定する少なくとも１つの磁場センサー５を有する少なくとも１つの磁束誘導軟磁性素子２とを含む。前記磁束誘導軟磁性素子２は，３５重量％≦Ｎｉ≦５０重量％，０重量％≦Ｃｏ≦２重量％，０重量％≦Ｍｎ≦１．０重量％，０重量％≦Ｓｉ≦０．５重量％，０．５重量％≦Ｃｒ≦８重量％及び／又は０．５重量％≦Ｍｏ≦８重量％（（Ｍｏ＋Ｃｒ）≦８），残部鉄及び不可避不純物からなる。【選択図】図１
2010230658.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁場源（３）と，
少なくとも１つの空隙（４），及び前記空隙（４）に位置し，前記磁場源（３）の磁場の変化を測定する少なくとも１つの磁場センサー（５）を有する少なくとも１つの磁束誘導軟磁性素子（２）と，
を含むセンサー（１；１’）であって，
前記磁束誘導軟磁性素子（２）は，３５重量％≦Ｎｉ≦５０重量％，０重量％≦Ｃｏ≦２重量％，０重量％≦Ｍｎ≦１．０重量％，０重量％≦Ｓｉ≦０．５重量％，０．５重量％≦Ｃｒ≦８重量％及び／又は０．５重量％≦Ｍｏ≦８重量％（（Ｍｏ＋Ｃｒ）≦８），残部鉄及び不可避不純物からなる，ことを特徴とする，
センサー（１；１’）。
【請求項２】
前記磁場源（３）は，磁場を生成する直流電流（６）又は交流電流を含む，ことを特徴とする，
請求項１に記載のセンサー。
【請求項３】
前記センサーは，前記磁束誘導軟磁性素子（２）に巻きつく少なくとも１つの巻線（６）をさらに含む，ことを特徴とする，
請求項１又は２に記載のセンサー。
【請求項４】
前記センサー（１）は，電流センサーである，ことを特徴とする，
請求項１〜３のいずれかに記載のセンサー。
【請求項５】
前記磁場源（３）は，前記磁束誘導軟磁性素子（２）に対して可動な永久磁石（７）を含む，ことを特徴とする，
請求項１に記載のセンサー（１’）。
【請求項６】
前記永久磁石（７）は，ロッドに取り付けられる，ことを特徴とする，
請求項５に記載のセンサー（１’）。
【請求項７】
前記永久磁石（７）は，交互方向の磁化（９）を有する複数の領域（８）を含む，ことを特徴とする，
請求項５又は６に記載のセンサー（１’）。
【請求項８】
前記センサー（１’）は，位置センサーである，ことを特徴とする，
請求項１及び５〜７のいずれかに記載のセンサー（１’）。
【請求項９】
前記磁束誘導軟磁性素子（２）は，少なくとも１つの空隙を有する磁気回路を形成する，ことを特徴とする，
請求項１〜８のいずれかに記載のセンサー（１’）。
【請求項１０】
前記磁束導体（２）は，１つ以上のスロットを有し，その各々は，空隙（４）を提供する，ことを特徴とする，
請求項１〜９のいずれかに記載のセンサー（１’）。
【請求項１１】
３８重量％≦Ｎｉ≦４５重量％である，ことを特徴とする，
請求項１〜１０のいずれかに記載のセンサー（１；１’）。
【請求項１２】
１重量％≦（Ｃｒ＋Ｍｏ）≦８重量％である，ことを特徴とする，
請求項１〜１１のいずれかに記載のセンサー（１；１’）。
【請求項１３】
０重量％≦Ｃｏ≦０．５重量％である，ことを特徴とする，
請求項１〜１２のいずれかに記載のセンサー（１；１’）。
【請求項１４】
前記磁場センサーは，ストリップ状の非晶質軟磁性材料を含む，ことを特徴とする，
請求項１〜１１のいずれかに記載のセンサー（１；１’）。
【請求項１５】
前記磁場センサー（５）は，ホールプローブである，ことを特徴とする，
請求項１〜１４のいずれかに記載のセンサー（１；１’）。
【請求項１６】
２つ又は３つの磁場センサーが提供される，ことを特徴とする，
請求項１〜１５のいずれかに記載のセンサー（１；１’）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は，電流や位置を開磁路の生成磁場の変化によって測定する電流センサーや位置センサーなどの低ヒステリシスセンサーに関する。
【背景技術】
【０００２】
センサーは，測定対象の事象によって引き起こされる磁場の変化を測定することができる。生成磁場は，１つ以上の磁束誘導軟磁性素子を用いて，磁束誘導軟磁性素子の空隙に位置する磁束検出器に集中させられる。該空隙のため，磁気回路は開いている。
【０００３】
磁場は，例えば，電流によって，又は，永久磁石の移動によって生成されうる。生成磁場の源に応じて，センサーは，電流センサー又は位置センサーである。独国特許出願公開第１００  １１  ０４７  Ａ１号明細書は，電流センサーを開示し，独国特許出願公開第１９８  ２５  ４３３  Ａ１号明細書は，位置センサーを開示している。両者は，この測定原理に基づいている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら，この種のセンサーは，測定精度が磁束誘導軟磁性素子の材料ヒステリシスによって制限されるという欠点がある。
【０００５】
独国特許出願公開第４２  ２９  ９４８  Ａ１号明細書は，測定精度を向上させるためにこのヒステリシスを回避する電流センサーを開示している。この電流センサーは，測定電流が流れる一次巻線と，磁心を介して該一次巻線に磁気的に結合される二次巻線と，を有する単一閉鎖軟磁心を含む。
【０００６】
磁心は周期的に飽和点に再磁化され，二次アンペアに比例する電圧降下が検知される。電流及び電圧降下の前値から，付加的磁化電流の寄与が相殺された平均値が形成される。この磁心の飽和点への周期的再磁化の結果，測定対象の一次電流から独立して，磁気的状態は，検知過程の磁心のヒストリから独立している。従って，ヒステリシスは存在しない。
【０００７】
しかしながら，このセンサーは，構造及び操作が複雑であるという欠点を有する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
従って，本発明は，単純な構造を有し，電流や永久磁石の移動などの磁場を生成する事象の正確な測定を可能にするセンサーを規定するという問題に基づく。
【０００９】
この問題は，独立クレームの主題によって解決される。有利なさらなる進歩は，従属クレームの主題を形成する。
【００１０】
本発明は，磁場源と，少なくとも１つの空隙及び少なくとも１つの磁場センサーを有する少なくとも一つの磁束誘導軟磁性素子と，を含むセンサーを規定する。磁場センサーは，空隙に位置し，磁場源の磁場の変化を測定する。磁束誘導軟磁性素子は，部分的又は全体的に，３５重量％≦Ｎｉ≦５０重量％，０重量％≦Ｃｏ≦２重量％，０重量％≦Ｍｎ≦１．０重量％，０重量％Ｓｉ≦０．５重量％，０．５重量％≦Ｃｒ≦８重量％及び／又は０．５重量％≦Ｍｏ≦８重量％（（Ｍｏ＋Ｃｒ）≦８），残部鉄及び不可避不純物，からなる合金からなる。
【００１１】
磁場源の磁束の変化は，測定対象の事象によって引き起こされる。磁束誘導軟磁性素子により，生成磁場は空隙の磁場センサーに集中させられる。測定対象の事象は，電流センサーの場合流れる電流であり，位置センサーの場合永久磁石の移動でありうる。
【００１２】
保磁力が低下するので，磁束誘導軟磁性素子の材料ヒステリシス，よって，センサーヒステリシスは，大幅に低減する。これは，センサーの直線性の向上をもたらす。センサーヒステリシスの低減及びセンサーの直線性の向上は，磁束誘導軟磁性素子に対して変位あるいは回転した永久磁石として又は電流フローとして生成される磁束のより正確な測定をもたらす。センサーの精度は，この合金を磁束誘導軟磁性素子に用いることにより向上する。
【００１３】
軟磁性８０％ＮｉＦｅパーマロイの使用は，高Ｎｉ含有量による０．８Ｔ以下の非常に低い飽和及び高い材料費という欠点を伴う。本発明によるセンサーは，少なくとも一部，０．８５Ｔ以上の材料の飽和を提供する。高動作温度における材料の飽和の低下を最小限にするためには，キュリー温度Ｔｃをあまり低くすべきではない。
【００１４】
２００℃以上の範囲の磁束誘導軟磁性素子のキュリー温度は，センサーが１２５℃で動作するのを可能にする。この温度は，自動車アプリケーション用センサーに通常必要とされる−４０℃〜１２５℃の周囲温度範囲の上限に対応する。
【００１５】
磁束誘導軟磁性素子の合金は，従って，位置センサー及び電流センサーなどのセンサーに特に適した特性の組み合わせを提供する。なぜなら，それらの材料ヒステリシスが低減し，センサーの精度が向上するためである。
【００１６】
不純物は，Ｏ，Ｎ，Ｃ，Ｓ，Ｍｇ，Ｃａ，又はこれら元素の２つ以上を含み，以下の制限下：Ｃａ≦０．００２５重量％，Ｍｇ≦０．００２５重量％，Ｓ≦０．０１重量％，Ｏ≦０．０１重量％，Ｎ≦０．００５重量％，及びＣ≦０．０２重量％，にある。
【００１７】
不純物レベルは，例えば，セリウム脱酸，ＶＩＭ（真空誘導溶解），ＶＡＲ（真空アーク溶解），ＥＳＲ（エレクトロスラグ再溶解），その他の既知の処理で最小限に抑えうる。
【００１８】
本発明によれば，クロム又はモリブデンの含有量の増加は，保磁力のさらなる低下をもたらしうる。しかしながら，この効果は，合金中のニッケル含有量に左右される。これが高すぎたり低すぎるとすると，保磁力の有意な低下はみられない。従って，本発明による合金は，鉄に加え，３５〜４５重量％のニッケル，及び０．５〜８重量％のクロム及び／又はモリブデンを含有する。
【００１９】
２つの元素Ｍｏ及びＣｒの合計は，飽和を低下させすぎないように８重量％以下に保持される。
【００２０】
さらなる実施形態において，ニッケルの含有量はより正確に定義され，３８重量％≦Ｎｉ≦４５％又は３８重量％≦Ｎｉ≦４２重量％である。
【００２１】
さらなる実施形態において，１重量％≦Ｃｒ≦８重量％及び／又は１重量％≦（Ｃｒ＋Ｍｏ）≦８重量％が使用される。
【００２２】
さらなる実施形態において，合金は，３５重量％≦Ｎｉ≦４５重量％，０重量％≦Ｃｏ≦２重量％，０重量％≦Ｍｎ≦１．０重量％，０重量％≦Ｓｉ≦０．５重量％，０．５重量％≦Ｃｒ≦８重量％及び／又は０．５重量％≦Ｍｏ≦８重量％（（Ｍｏ＋Ｃｒ）≦８），残部鉄及び不可避不純物，からなる。
【００２３】
合金はまた，Ｍｎ及び／又はＳｉ（０重量％＜Ｍｎ≦０．５重量％及び０重量％＜Ｓｉ≦０．２重量％）を含みうる。Ｍｎ及びＳｉは，脱酸，特に，高クロム含有量での脱酸に使用することができる。
【００２４】
さらなる実施形態において，合金はまた，Ｃｏ（０重量％＜Ｃｏ≦０．５重量％）を含む。Ｃｏは，飽和を増大させることができる。
【００２５】
第１の実施形態において，磁場源は，導体を流れる際に磁場を生成する直流電流又は交流電流を含む。生成磁場の大きさは，流れる電流の大きさに比例する。センサーは，磁束誘導軟磁性素子に巻かれる少なくとも１つの巻線をさらに含みうる。測定対象の電流は，この巻線を流れる。
【００２６】
第２の実施形態において，磁場源は，磁束誘導軟磁性素子に対して可動な永久磁石を含む。生成磁束の変化の大きさは，永久磁石の位置の変化の大きさに比例する。結果的に，永久磁石の位置は，磁束の変化から決定することができる。永久磁石は，その位置が測定対象である物体に接続することができる。これは，センサーによって検出される直線又は回転相対運動を伴いうる。
【００２７】
永久磁石は，交互方向の磁化を有する複数の領域を有しうる。これらの領域は，ヨークに取り付けられる複数の磁石を備えうる。あるいは，永久磁石は，磁化が変化する単一ユニットでありうる。
【００２８】
磁束誘導軟磁性素子は，さまざまに形成しうる。一実施形態において，Ｕの脚間の間隙が空隙である単一Ｕ型磁束誘導軟磁性素子が提供される。さらなる実施形態において，磁束誘導軟磁性素子は，間に空隙を有する複数の別個の部品を含む。磁束誘導軟磁性素子は，各々空隙を表わす１つ以上のスロットを有しうる。
【００２９】
一実施形態において，生成磁束は，ホールプローブの形の磁場センサーを用いて接触なしに測定される。あるいは，磁場センサーは，ストリップ状の非晶質軟磁性材料を含みうる。適当な材料は，Ｖａｃｕｕｍｓｃｈｍｅｌｚｅ  ＧｍｂＨ  ＆  Ｃｏ  ＫＧからＶＩＴＲＯＶＡＣの商標名で市販されている。この材料製の磁場センサーは，欧州特許出願公開第０  ２９４  ５９０  Ａ２号明細書に開示されている。
【００３０】
一実施形態において，２つ又は３つの磁場センサーが提供される。
【００３１】
以下，図面を参照して実施形態を詳細に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】図１は，本発明による合金製の磁束誘導軟磁性素子を有するセンサーの第１の実施形態の図表示である。
【図２】図２は，本発明による合金製の磁束誘導軟磁性素子を有するセンサーの第２の実施形態の図表示である。
【図３】図３は，４７又は３７重量％のニッケル及びさまざまなクロム含有量の合金の測定保磁場を示す。
【図４】図４は，４０重量％のニッケル及びさまざまなクロム又はモリブデン含有量の合金の測定保磁場を示す。
【図５】図５は，本発明によるさらなる合金の測定保磁場を示す。
【発明を実施するための形態】
【００３３】
図１及び図２は，２つのセンサー１及び１’を示し，その各々は，１００ｍＡ／ｃｍ未満の保磁力を有する軟磁性合金の磁束誘導軟磁性素子２を含む。
【００３４】
図１は，第１の実施形態によるセンサー１を示し，これは電流センサーとして設計されている。図２は，第２の実施形態によるセンサーを示し，これは位置センサーとして設計されている。センサー１及び１’はともに後述の部品を含む。
【００３５】
センサー１及び１’の各々は，磁場源３と，空隙４及び該空隙４に位置し，該磁場源３の磁束の変化を測定する磁場センサー５を有する磁束誘導軟磁性素子２と，を含む。該磁場センサー５は，例えば，ホールプローブである。２つのセンサー１及び１’は，磁場源が異なる。
【００３６】
第１の実施形態のセンサー１において，磁場は，ワイヤーやケーブルに代表される導電回路を流れる電流６によって生成される。この磁場は，磁束誘導軟磁性素子２に導かれ，空隙４に位置する磁場センサー５に集中させられる。生成磁場は，アンペアによって決まり，アンペアは，測定対象の生成磁場から決定することができる。第１の実施形態のセンサーは，従って，電流センサーである。
【００３７】
第２の実施形態によるセンサー１’において，磁場は，永久磁石７によって生成される。永久磁石７は，交互方向の磁化９を有する複数の領域８を含む。磁化９の方向は，北磁極（Ｎ）及び南磁極（Ｓ）を基準にして図２に示されている。
【００３８】
第２の実施形態のセンサー１’において，永久磁石７は，不図示の物体によって移動させられる。従って，図２は，直線移動及び回転移動の両方を考慮に入れている。
【００３９】
永久磁石７の移動は，磁束誘導軟磁性素子２によって空隙４の磁場センサー５に集中させられる磁場を変化させる。磁場の大きさは，永久磁石７の移動の程度によって決まる。永久磁石７に接続される物体の位置は，この測定対象の磁場から決定することができる。第２の実施形態によるセンサー１’は，従って，位置センサーである。
【００４０】
電流センサー１及び位置センサー１’の磁束誘導軟磁性素子２は，以下の式によって表される組成を有する合金からなる：３５重量％≦Ｎｉ≦４５重量％，０重量％≦Ｃｏ≦２重量％，０重量％≦Ｍｎ≦０．５重量％，０重量％Ｓｉ≦０．２重量％，０．５重量％≦Ｃｒ≦８重量％及び／又は０．５重量％≦Ｍｏ≦８重量％（（Ｍｏ＋Ｃｒ）≦８），残部鉄及び不可避不純物。
【００４１】
この合金は，クロム及び／又はモリブデンを含む鉄／ニッケルベースの合金である。純粋ＮｉＦｅ合金の保磁力は，クロム元素及びモリブデン元素の添加によって大幅に低下させることができ，一方，飽和は０．８５Ｔ以上であり，よって，８０％ＮｉＦｅパーマロイよりも高い。この特性の組み合わせは，材料ヒステリシスの低減をもたらす。従って，材料ヒステリシスが低減され，センサーの直線性が向上したセンサー１又は１’を作製することが可能である。これは，センサー１又は１’それぞれの精度を向上させる。
【００４２】
図３は，４７及び３７重量％のニッケル及び１〜６．６５重量％のクロム含有量の合金の保磁力を示す。
【００４３】
これらの合金の組成，測定保磁場，及びＨ＝１０Ａ／ｃｍ（Ｂ１０）における誘導は，表１及び表２の通りである。組成は重量％で示す。
【００４４】
【表１】
2010230658.tif 000003
【００４５】
【表２】
2010230658.tif 000004
【００４６】
表１の比較実施形態において，合金は，約４７重量％のニッケルを含む。このニッケル含有量では，クロム含有量と保磁場との間には相関関係がみられない。約３７重量％の低いニッケル含有量では，クロム含有量が増加するにつれ，保磁場は７０ｍＡ／ｃｍ以上から約４０ｍＡ／ｃｍに低減する。
【００４７】
図４は，センサー１又は１’それぞれの磁束誘導軟磁性素子２の合金の２つの実施形態を示しており，各々４０重量％のニッケルを含み，２〜４重量％のクロムが第１の実施形態に添加され，２〜４重量％のモリブデンが第２の実施形態に添加されている。両ケースともに，クロム及びモリブデンの含有量が増加するにつれ保磁力は低減する。
【００４８】
表３は，センサー１又は１’の磁束誘導軟磁性素子２を作製することができるさらなる合金の組成並びにＢ１０，Ｈｃ，及びＴｃ（キュリー温度）の値をまとめている。これらの合金の保磁力Ｈｃの値は，図５にグラフでも示す。
【００４９】
【表３】
2010230658.tif 000005
【００５０】
磁束誘導軟磁性素子２の空隙４は，磁気回路のせん断をもたらす。すなわち，空隙４が広がるにつれ，磁束誘導軟磁性素子２において測定されるヒステリシスループは平坦になる。
【００５１】
軟磁性材料の保磁力Ｈｃは，開磁路のループの残留磁気を決める。これはセンサー１又は１’それぞれのヒステリシス，よって，精度に直接影響を与える。本発明による低保磁力のＦｅＮｉＣｒ材料を用いることにより，センサーヒステリシスを低減することができる。
【００５２】
センサーアプリケーションにおいて，軟磁性材料は，例えば，磁束誘導軟磁性素子又は磁束コンセントレータとして用いられる。一般に，センサーは，できるだけ直線的に入力値をセンサー信号にマッピングする必要がある。軟磁性材料の場合，これは，低保磁力，よって，低ヒステリシスを意味する。
【００５３】
飽和は，センサーアプリケーションの周囲温度，例えば，自動車用センサーの場合−４０℃〜１２５℃，によって，室温と最大温度との間で３０％以上低下するように引き起こされるべきではない。
【符号の説明】
【００５４】
１    電流センサー
１’  位置センサー
２    磁束誘導軟磁性素子
３    磁場源
４    空隙
５    磁場センサー
６    電流
７    永久磁石
８    永久磁石の領域
９    磁化の方向
【図１】
2010230658.tif 000006
【図２】
2010230658.tif 000007
【図３】
2010230658.tif 000008
【図４】
2010230658.tif 000009
【図５】
2010230658.tif 000010
【手続補正書】
【提出日】平成22年6月15日(2010.6.15)
【手続補正１】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１】
2010230658.tif 000011
【手続補正２】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図２】
2010230658.tif 000012
【外国語明細書】
2010230658000001.pdf