(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つの磁心（１０、５６、６２）と、
前記磁心に接続されておりかつ前記磁心内で誘導された磁界を測定することが可能である電子回路と、を備え、
前記電子回路（１２）は、励磁界を発生させるための供給源を備え、前記磁心内で誘導された前記磁界を測定することが可能であり、この誘導磁界は、測定対象である前記磁界と前記励磁界との組み合わせの結果として生じ、
前記磁心は、前記磁心内で誘導された磁界に関する磁気誘導の第３次導関数であってゼロ磁界の場合に絶対値が最大である第３次導関数を前記磁心の磁気サイクルが示すような磁心であり、
前記磁心は、前記磁心を飽和させることなく、測定対象である前記磁界の振幅によって前記励磁界の振幅を変調するために十分なだけ大きい非線形性をゼロ磁界の付近において示すことを特徴とする磁界センサ。
【請求項２】
前記磁心は、ヒステリシスが無い前記磁界の関数として前記磁気誘導のサイクルを示すことを特徴とする、請求項１に記載の磁界センサ。
【請求項３】
前記磁心は、超常磁性微粒子が中に分散させられている固体基材を備える材料から作られており、前記固体基材は、前記超常磁性微粒子の磁気特性を混乱させないように選択されていることを特徴とする、請求項１または２に記載のセンサ。
【請求項４】
前記磁心は超常磁性であることを特徴とする、請求項１から３の何れか１項に記載のセンサ。
【請求項５】
前記電子回路（１２）は、前記磁心が決して飽和させられないゼロの付近に位置している動作範囲［Ｈmin；Ｈmax］内に前記誘導磁界の振幅を恒久的に維持するためのフィードバック磁界を発生させることが可能であることを特徴とする、請求項１に記載のセンサ。
【請求項６】
前記電子回路（１２）は、前記励磁界を、または、前記励磁界と前記フィードバック磁界とを、発生させることが可能である少なくとも１つの励磁巻線（２０）を備えることを特徴とする、請求項１に記載のセンサ。
【請求項７】
前記励磁巻線（２０）は前記磁心の内側に埋め込まれているかまたは前記磁心の周りに巻き付けられていることを特徴とする、請求項６に記載のセンサ。
【請求項８】
前記電子回路は、前記磁心の周りに巻き付けられている少なくとも１つの測定コイル（２６）を備えることを特徴とする、請求項１から７の何れか１項に記載のセンサ。
【請求項９】
前記電子回路は、前記磁心の中に埋め込まれている少なくとも１つの測定コイル（２６）を備えることを特徴とする、請求項１から８の何れか１項に記載のセンサ。
【請求項１０】
前記電子回路（１２）は、前記励磁界の周波数の倍数である前記誘導磁界の１つまたは複数の調波の振幅を抽出することが可能であり、これらの抽出された振幅は前記測定対象である磁界を表していることを特徴とする、請求項５から９の何れか１項に記載のセンサ。
【請求項１１】
前記電子回路は、前記励磁界の周波数の２倍である前記調波の振幅を少なくとも抽出することが可能であることを特徴とする、請求項１０に記載のセンサ。
【請求項１２】
前記磁心は、
前記測定対象である磁界を放出する電気導体を受け入れるためのハウジング（１４）が中に形成されている磁気本体（１３）と、
前記ハウジング（１４）内に前記導体が挿入されることが可能である開放位置と、前記導体が前記ハウジング内に保持される閉鎖位置との間を移動可能である留め具（１６）と、
前記留め具をその閉鎖位置に維持するための閉鎖機構（４４）であって、一方の側で前記留め具と一体状でありかつ他方の側で前記磁気本体と一体状である閉鎖機構と、
を備えることを特徴とする、請求項１から１１の何れか１項に記載のセンサ。
【請求項１３】
貫通ハウジング（１４）と、このハウジングに対する到達通路（５８）とが、前記磁心内に形成されており、前記ハウジングは、前記測定対象である磁界を放出する電気導体を受け入れることが可能であり、前記到達通路は、外部荷重無しに、前記ハウジングの内側に前記電気導体を保持するのに十分なだけ狭く、前記磁心は、外力の作用下では、前記電気導体が前記ハウジングの内側に完全に入れられ終わっている時に可逆性の弾性変形による前記通路（５８）の拡大を可能にするように弾性的に変形可能であることを特徴とする、請求項１から１２の何れか１項に記載のセンサ。
【請求項１４】
前記磁心内に埋め込まれておりかつ前記磁心内で誘導された磁界を電圧または電流に変換するための変換器（２６、２８）を備えることを特徴とする、請求項１に記載のセンサ。
【請求項１５】
電気導体の内側を流れる電流のセンサであって、
前記電気導体によって放出された磁界のセンサ（２）であって、前記放出された磁界を表す値を与えることが可能であるセンサと、
前記放出された磁界を表す前記値に基づいて前記電流の強度を明らかにするための計算器（８）と、
を備えるセンサにおいて、
前記磁界のこのセンサは請求項１から１４の何れか１項に従うことを特徴とするセンサ。
【請求項１６】
前記磁心は少なくとも前記導体を部分的に取り囲むようになっていることを特徴とする、請求項１５に記載の電流センサ。
【請求項１７】
ゼロの付近に位置しておりかつ磁心が決して飽和させられない動作範囲［Ｈmin；Ｈmax］内に前記磁心内で誘導される磁界の振幅を恒久的に維持するための励磁界および／またはフィードバック磁界を発生させる段階（５１、５２）を含むことを特徴とする、請求項１から１６の何れか１項に記載のセンサを制御する方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁界および電流センサと、これらのセンサのための制御方法と、これらのセンサのための磁心とに関する。
【背景技術】
【０００２】
磁界センサは産業において様々に応用されている。例えば、磁界センサは自動車において、または航空分野において電流の測定を行うために使用されている。
【０００３】
磁界センサは、信号を増幅するために変換器上に磁束を集束させるように磁心を使用することが多い。
【０００４】
一般的に、磁心を形成する磁気材料は、ヒステリシスタイプの不要な非線形性を生じさせ、この非線形性は測定を混乱させ、および、従来の磁束フィードバック方法によるゼロ磁界動作を必要とする。
【０００５】
特定の磁心が、磁界変換器または磁界変調器としても使用されている。この場合に、こうした磁心は、磁界の関数として変化する比透磁率によって特徴付けられている著しい非線形性を示すはずである。こうした磁心を形成するために従来において使用されている材料が軟質磁気合金である。ヒステリシスの問題を抑制するために、配向ナノ結晶状ストリップ型の等方性合金（例えば、Ｍｕ−ｍｅｔａｌTM）または非等方性合金が使用される。材料が何であろうとも、その材料を多少なりとも飽和させる励磁界が使用される。明確に述べると、磁気材料の飽和が、こうした材料の磁気サイクルＢ（Ｈ）における大きな屈曲点を生じさせる。この屈曲点は、磁界を変調するために使用される非線形性である。さらに明確に述べると、測定対象である外部磁界の存在が飽和を増大させ、および、したがって、検出される高調波を生じさせる。さらに、励磁界を変調するために外部磁界が使用されると述べることも可能である。
【０００６】
したがって、
測定対象である磁界の振幅の関数として励磁界の振幅を変調することが可能であり、かつ、動作範囲［Ｈmin；Ｈmax］内においてヒステリシスを欠いている磁界の関数としての磁気誘導の磁気サイクルを示す少なくとも１つの磁心と、
磁心に接続されており、かつ、磁心内で誘導された磁界を測定することが可能である電子回路であって、この誘導磁界が、測定対象である磁界と励磁界との組合せの結果として生じる電子回路、とを有する磁界センサが存在する。
【０００７】
この材料が飽和させられる時に、比透磁率が急激に低下し、および、その次に、磁心がその磁束集束能力を失う。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、磁心を飽和させる必要なしに測定対象である磁界の関数として励磁界を変調するために磁心を使用する磁界センサを提案することによって、この欠点を改善することを目的とする。
【０００９】
したがって、本発明の目的は、磁界に関する磁気誘導の第３次導関数の絶対値がゼロ磁界の場合に最大であるということによって磁心の磁気サイクルが特徴付けられている磁界センサである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記の磁気サイクルの特性を示す磁心が、この目的のために磁心を飽和させる必要なしに、測定対象である磁界の振幅によって励磁界の振幅を変調することを可能にするために十分なだけ大きい非線形性をゼロ磁界の付近において示すということが発見されている。
【００１１】
このセンサの実施態様が、次の特徴の１つまたは複数を含むことが可能である。
電子回路が、ゼロの付近に位置しており、かつ磁心が決して飽和させられない動作範囲［Ｈmin；Ｈmax］内に、誘導磁界の振幅を恒久的に維持するのに適している励磁界および／またはフィードバック磁界を発生させることが可能である。
磁心が超常磁性磁心である。
電子回路が、磁心内で誘導された磁界を電圧または電流に変換するのに適している少なくとも１つの変換器を備え、この変換器は、この目的のために、誘導された磁界の磁束に曝されることが意図されている感応性表面を備えており、および、磁心は、測定対象である磁界の磁束をこの感応性表面の上に集束させるように工夫されている。
変換器が、磁心の内側に埋め込まれている。
電子回路が、励磁界を生じさせることが可能な少なくとも１つの励磁巻線を備え、この励磁巻線または励磁巻線の各々が磁心の内側に埋め込まれている。
磁心が、
測定対象である磁界を放出する電気導体を受け入れるのに適しているハウジングが中に作られている磁気本体と、
電気導体がハウジングの中に入れられることが可能である開放位置と、電気導体がハウジング内に保持される閉鎖位置との間を移動可能である磁気留め具と、
磁気留め具をその閉鎖位置に維持するのに適している閉鎖機構であって、一方の側では磁気留め具と一体状であり、かつ、他方の側では磁気本体と一体状である閉鎖機構、とを備える。
貫通ハウジングと、このハウジングに対する到達通路とが、磁心内に形成されており、および、このハウジングは、測定対象である磁界を放出する電気導体を受け入れることが可能であり、および、到達通路が、外部荷重無しに、ハウジングの内側に電気導体を保持するのに十分なだけ狭く、および、外力の作用下では、電気導体がハウジングの内側に完全に入れられ終わっている時に可逆的な弾性変形によるその通路の拡大を可能にするように弾性的に変形可能である。
超常磁性磁心が、分散した超常磁性微粒子がその磁心が超常磁性であるように十分なだけ互いに離れている固体基材（マトリックス）で形成されている。
超常磁性微粒子が、この超常磁性微粒子が中に含まれている基材の体積の５％以上を占める。
基材がプラスチックである。
電子回路が、励磁界の周波数の１つまたは複数の倍数である誘導磁界の１つまたは複数の高調波の振幅を抽出することが可能であり、および、これらの抽出された振幅が測定対象である磁界を表している。
【００１２】
磁界センサのこれらの実施態様は、さらに、次の利点を有する。
磁心の飽和を防止することが、その磁心が恒久的に磁束集束器機能を実現することを確実なものにし、および、変換器がその線形応答領域内で動作することを可能にする。
超常磁性磁心の磁気特性が高度に非線形性であるが、磁界が飽和磁界よりも著しく小さい時にさえヒステリシスを全く示さない。
超常磁性磁心の磁気特性が、配向ナノ結晶性ストリップで作られている磁心よりも機械的変形の影響を受けにくく、したがって超常磁性磁心の製造が容易である。
変換器の感応性表面に磁束を集束させることが、磁界センサの感度を増大させる。
磁心の内側に変換器を埋め込むことが、外部スプリアス磁界からこの変換器を絶縁することを可能にし、かつ、この変換器を保護する。
磁心の内側に励磁巻線を埋め込むことが、この巻線を保護し、および、超常磁性磁心の外側に放出される励磁界の大きさを制限する。
閉鎖機構を磁心と一体状にすることが、製造コストを低下させ、かつ、磁界センサの部品数を制限する。
弾性的に変形可能な磁心を提供することが、磁心の中を通過するハウジング内側の電気導体の導入を可能にするためにヒンジに依存することを回避することを可能にする。
５体積％よりも多くの超常磁性微粒子を基材の中に入れることが、磁心の磁気特性を改善し、かつ、磁気センサの性能を改善する。
プラスチック材料基材を使用することが、超常磁性磁心の製造を容易にし、かつ、その超常磁性磁心の重量を軽減する。
【００１３】
本発明はさらに、上述の磁界センサ内で使用されるようになっている磁心にも関する。
【００１４】
本発明は、さらに、
電気導体によって放出される磁界を測定するための上述の磁界センサであって、放出された磁界を表す値を与えることが可能である磁界センサと、
放出磁界を表す値に基づいて電流の強度を明らかにするのに適している計算器
とを備える電流センサにも関係する。
【００１５】
本発明は、さらに、上述の磁界センサを制御する方法にも関係し、この方法は、ゼロの付近に位置しており、かつ磁心が決して飽和させられない動作範囲［Ｈmin；Ｈmax］内に、磁心内で誘導される磁界の振幅を恒久的に維持するのに適している励磁界および／またはフィードバック磁界を発生させる段階を含む。
【００１６】
添付図面を参照しながら、単なる例示として示されている以下の説明を読んで理解することによって、本発明がより適切に理解されるだろう。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】図１は、磁界センサを含む電流センサの構成の略図である。
【図２】図２は、図１のセンサの超常磁性磁心の第１の実施形態の斜視図である。
【図３Ａ】図３Ａは、図２の磁心内で誘導された磁界（Ｈ）の関数としての磁気誘導（Ｂ）の展開を表すグラフである。
【図３Ｂ】図３Ｂは、図２の磁心内で誘導された磁界（Ｈ）の関数としての磁気誘導（Ｂ）の第２次導関数の展開を表すグラフである。
【図３Ｃ】図３Ｃは、図２の磁心内で誘導された磁界の関数としてのこの磁心の比透磁率の展開を示すグラフである。
【図４】図４は、図１のセンサを制御する方法の流れ図である。
【図５】図５は、超常磁性磁心の第２の実施形態を示すグラフである。
【図６】図６は、磁界センサを使用する電流センサの別の実施形態を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
図１が、電気導体４内を流れる電流のセンサ２を示す。このセンサ２は、導体４によって放出される磁界Ｈmのセンサ６と、センサ６によって測定された磁界に基づいて導体４内を流れる電流の強度を明らかにするのに適している計算器８とを備える。
【００１９】
センサ２は、例えば電流計クランプである。
【００２０】
センサ６は、磁心１０と、この磁心１０に固定されている電子回路１２とを備えている。この磁心１０は超常磁性磁心であることが好ましい。
【００２１】
磁心１０は、磁界測定が導体の位置には無関係であるように導体４を取り囲む。このために、磁心１０は、導体４を受け入れるようになっているハウジング１４が中に作られている超常磁性本体１３と、超常磁性留め具１６とによって形成されている。この留め具１６は、導体４がハウジング１４内に送り込まれることが可能な開放位置と、導体４がハウジング１４内に保持される閉鎖位置との間で移動可能である。
【００２２】
この場合に、本体１３は、２つの垂直方向の脚部１８Ａ、１８Ｂを有する「Ｕ」字形の超常磁性ウェブ（添え骨）１８で形成されている。
【００２３】
同様に、留め具１６は超常磁性のクレードル１９で形成されている。この留め具１６は、閉鎖位置にある時に、ハウジング１４を取り囲む超常磁性材料の閉回路を形成するように、ウェブ１８の自由端をクレードル１９の自由端に磁気的に結合する。
【００２４】
ウェブ１８とクレードル１９は同一の超常磁性材料で作られている。
【００２５】
図１を単純化するために、ウェブ１８とクレードル１９だけが示されている。
【００２６】
磁心１０の他の詳細事項が図２に関連して後述されるだろう。
【００２７】
超常磁性磁心は磁気サイクルＢ（Ｈ）を示し、この磁気サイクルの典型的な例が図３Ａのグラフに示されている。図３Ａでは、横座標軸が、１メートル当たりのアンペアとして磁界Ｈを表し、および、縦座標軸がテスラ単位での磁気誘導を表す。
【００２８】
図３Ｂが、この図に関する限り、その磁気誘導Ｂの第２次導関数の磁界Ｈの関数としての展開を表す。この第２次導関数は概ね線形でありかつ大きく傾斜した勾配２３（楕円によって囲まれている）を表す。この勾配２３は、磁界Ｈのゼロ値を中心としており、そして、限界Ｈminと限界Ｈmaxとの間に位置している。
【００２９】
図３Ｃが、磁心１０内で誘導された磁界の関数としての比透磁率の変動の典型的な例を示す。この変動は、限界Ｈminと限界Ｈmaxとの間において、非線形であり、そして、より明確に述べると、放物線状である。
【００３０】
超常磁性材料は、次の点によって特徴付けられている。
（１）この材料は残留磁気を全く示さず、したがって、磁界Ｈがゼロである時には磁気誘導Ｂはゼロであるか、またはほぼゼロである。
（２）この材料はヒステリシスを全く示さず、したがって、磁化曲線が磁気サイクルＢ（Ｈ）中の減磁曲線と一致する。
（３）比透磁率は、磁界の関数として連続的かつ非線形的に変化する。
（４）磁気サイクルＢ（Ｈ）は、磁界Ｈの方向が何であろうとも、同一の形状と同一の特性とを示す。
（５）磁界Ｈに関する磁気誘導Ｂの第３次導関数の絶対値が、磁界Ｈがゼロである時に最大を示す。
【００３１】
特徴（２）は、超常磁性材料をＭｕ−ｍｅｔａｌTMのような軟質磁気合金から区別する。
【００３２】
配向ナノ結晶性ストリップが、磁界Ｈの単一の予め決められた方向の場合にだけヒステリシスが無く、かつ残留磁気が無い磁気サイクルＢ（Ｈ）を示すので、特徴（４）は、超常磁性材料を配向ナノ結晶性ストリップから区別する。したがって、測定対象である磁界に対する超常磁性磁心の方向配置は重要でなく、一方、配向ナノ結晶性ストリップを使用して磁心が作られる時にはそうではない。
【００３３】
特徴（５）は、磁気サイクルＢ（Ｈ）がゼロ磁界の付近において高度に非線形的であるという事実から結果的に生じる。さらに、このことの必然的な結果として、勾配２３が非常に傾斜している。したがって、磁界Ｈのわずかな変動が、磁気誘導Ｂの第２次導関数の大きな変動と、更には、測定された信号の偶数高高調波の振幅の大きな変動とを結果的に生じさせる。この偶数高高調波は、励磁界の周波数の整数倍数Ｎである周波数を有する高調波であり、かつ、Ｎは偶数であると定義されている。このことが、センサ６が、ゼロ磁界の付近において、測定対象である磁界の変動に対して非常に良好な感度を有するということを説明する。
【００３４】
さらに、勾配２３は、センサ６の動作範囲全体にわたって、線形であるか、または、ほぼ線形であり、したがって、測定された信号を磁界値に変換することが単純化される。
【００３５】
この場合に、ウェブ１８とクレードル１９とを形成するために使用される超常磁性材料は、超常磁性微粒子がその厚さの中に混入されている固体基材を含む。この超常磁性微粒子は、例えば、図３の特性と同じ特性を有する磁気サイクルＢ（Ｈ）をその微粒子が個々に示すように、最大幅が十分に小さい強磁性微粒子である。典型的には、この強磁性微粒子の最大幅は１００ナノメートル未満として選択され、そして、一般的には２０ナノメートル未満として選択される。その強磁性微粒子が超常磁性になる短い強磁性微粒子の最大幅は、使用される強磁性材料によって左右される。超常磁性と超常磁性微粒子は、次の著書目録参考文献、すなわち、Ｅ．ｄｕ  Ｔｒｅｍｏｌｅｔ  ｄｅ  ｌａｃｈｅｉｓｓｅｒｉｅ  ａｎｄ  ｃｏｌｌ  “Ｍａｇｎｅｔｉｓｍｅ”  ＶＯＬ  １，Ｐｒｅｓｓｅｓ  Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔａｉｒｅ  ｄｅ  Ｇｒｅｎｏｂｌｅ，１９９９に示されている。
【００３６】
鉄の酸化物が好ましい超常磁性微粒子である。より完全であるためには、超常磁性微粒子が、鉄酸化物と、鉄と、特にＭｎ、Ｎｉ、Ｚｎ、Ｂｉ、Ｃｕ、Ｃｏの中から選択される金属との混合酸化物との中から選択されることが可能である。酸化鉄Ｆｅ3Ｏ4、Ｆｅ2Ｏ3が好ましい態様である。さらに、鉄を主成分とした灰チタン石、ニッケルの超常磁性酸化物、コバルトの超常磁性酸化物、または、これらの金属の混合酸化物、または、更に、例えばＦｅＮｉ、ＣｏＮｉタイプの超常磁性金属合金、特に、Ｆｅ20Ｎｉ80を使用することも可能である。
【００３７】
この固体基材は、超常磁性微粒子の磁気特性を混乱させないように選択される。例えば、この固体基材はもっぱら反磁性である。
【００３８】
更に、本明細書において、術語「固体」が、エラストマーのような可逆的に弾性変形可能な材料で作られている基材も意味するということに留意されたい。
【００３９】
本発明の意味における固体基材を生じさせることが可能である様々な材料が使用されることが可能である。この基材がプラスチックであり、そして、特に、熱硬化性樹脂（例えば、フェノールプラスト、アミノプラスト、エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル、架橋ポリウレタン、アルキド）、熱可塑性樹脂（例えば、ポリビニル、ポリ塩化ビニル、ポリ酢酸ビニル、ポリビニルアルコール、ポリスチレンおよびコポリマー、アクリルポリマー、ポリオレフィン、セルロース誘導体、ポリアミド）、または、更に、特殊なポリマー（例えば、フッ化ポリマー、シリコーン、合成ゴム、飽和ポリエステル、線状ポリウレタン、ポリカーボネート、ポリアセタール、ポリフェニレンオキシド、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、フェニレンポリスルフィド、ポリイミド）の中から選択される。エラストマーは、特に、シリコーンまたは合成ゴムタイプであることが可能である。
【００４０】
基材を構成する材料の選択は、最終用途に基づいて行われるだろうし、特に使用条件に基づいて行われるだろう。したがって、自動車産業においては、一般的な使用温度、特に−３０℃から＋１５０℃までの範囲内の温度に耐える基材が支持されている。航空機産業では、基材が耐えなければならない典型的な温度範囲は、−４０℃から＋１００℃までの範囲である。
【００４１】
材料調製段階では、超常磁性微粒子が、基材を形成するようになっている材料の中に、または、この材料の小部分または一部分の中に、粉末の形態で混入されることが可能である。超常磁性微粒子は、更に、基材を形成するようになっている材料と混合される媒体、または、この材料の小部分または一部分と混合される媒体の中にすでに分散させられている形で供給されることも可能である。すべての場合において、混合は、基材全体にわたる超常磁性微粒子の適切な分散を最終的に得るのに十分なものでなければならない。
【００４２】
この材料は、直接的にバルクの形で形成されることが可能であり、または、超常磁性微粒子を含む基材のビーズ、ペレット等に基づいて得られることが可能であり、このビーズ、ペレット等は後で圧力下において焼成、溶融、または、何らかの他の適切な方法によって凝集させられる。
【００４３】
したがって、この材料は、基材の１つまたは複数の成分を、その基材の１つまたは複数の成分と混和可能である有機相中の超常磁性微粒子の懸濁液と混合することによって、そして、その次に重合によって生産されることが可能である。超常磁性微粒子を含む有機相は、有機溶媒で作られることが可能であり、または、有機溶媒を含むことが可能であり、または、更には、基材の１つまたは複数の成分で形成されることが可能であり、または、基材の１つまたは複数の成分を含むことが可能である。例えば、この材料は、乳剤中での重合によって生産され、例えば、超常磁性微粒子が、基材の１つまたは複数の成分を含む有機相の中に分散させられ、その次に、得られた分散が、水と少なくとも１つの乳化剤とによって形成されている水性溶液の全部または一部と混合され、その次に、全体が均一化されて最終的に重合させられる。一例をあげれば、ＦＲ−Ａ−２４８０７６４に説明されている乳化重合方法を使用することが可能である。
【００４４】
この場合には、磁心１０の製造を容易にするために、基材が熱可塑性材料または熱硬化性材料で作られている。
【００４５】
基材中の超常磁性微粒子の分布が、超常磁性微粒子の相互間の距離が、この基材によって形成されている巨視的な磁心と超常磁性微粒子とが、それを形成する微粒子と同一の磁気特性を示すのに十分であるような分布である。
【００４６】
基材内の超常磁性微粒子の分布が、磁気特性の均一な空間的分布を有するように均一であることが好ましい。
【００４７】
超常磁性微粒子は超常磁性磁気の全体積のパーセントＰを占める。典型的には、このパーセントＰは、２．５％よりも大きく、好ましくは５％よりも大きく、または、１５％よりも大きいように選択される。
【００４８】
パーセントＰに関して閾値Ｌが存在し、この閾値Ｌを越えると、超常磁性微粒子の相互間の距離が過剰に小さくなり、したがって超常磁性微粒子が磁気的に互いに結合し、この結果として、それを越えると超常磁性特性が消失する閾値を越える最大幅を有する強磁性微粒子として挙動するので、この基材と超常磁性微粒子とによって形成されている磁心はその超常磁性特性を失う。
【００４９】
パーセントＰは、この限界Ｌを越えること無しにこの限界Ｌに可能な限り接近しているように選択される。例えば、パーセントＰは、次の関係によって定義される範囲内で選択される。
Ｌ−１０％≦Ｐ≦Ｌ−１％
【００５０】
パーセントＰが高ければ高いほど、測定対象である磁束を集束させてセンサ６の性能を改善する磁心１０の能力が高い。
【００５１】
磁心１０の比透磁率μが、磁束を集束させるために厳密に１よりも大きいことが好ましい。この場合に、磁心１０の比透磁率の最大値μmaxが、磁心１０内で誘導される磁界のゼロ値の場合に得られる。例えば、値μmaxは１．５よりも大きい。
【００５２】
回路１２は、励磁界Ｈexの補助によって磁心１０を励磁すること、およびこの励磁に応答して磁心１０内で誘導された磁界Ｈiを測定することが可能である。
【００５３】
励磁界Ｈexは、測定対象である磁界の周波数の少なくとも２倍である周波数を有する交番磁界である。典型的には、磁界Ｈexの周波数は１００Ｈｚよりも大きく、そして、好ましくは１０００Ｈｚよりも大きい。
【００５４】
磁界Ｈexの振幅は限界Ｈminと限界Ｈmaxとの間にある。
【００５５】
回路１２は、磁界Ｈexを生じさせるための調整可能な供給源を含む。この供給源は、例えば、制御可能な電力供給源２２によって周波数Ｆ0のＡＣ電流を供給する励磁巻線２０によって形成されている。
【００５６】
巻線２０は、磁界Ｈexが脚部１８Ａ、１８Ｂ内で同一の方向を有するように、ウェブ１８の周りに巻き付けられている。
【００５７】
回路１２は、更に、磁心内側の磁界Ｈexに応答して誘導された磁界Ｈiを測定可能な電流、または電圧のような電気信号に変形するのに適している、少なくとも１つの変換器も備える。このために、これらの変換器の各々は磁界Ｈiに対して感応する表面を有する。
【００５８】
この場合に、回路１２は、それぞれに垂直方向の脚部１８Ａ、１８Ｂの内側の磁界Ｈiに対して感応する２つの変換器２６、２８を備える。
【００５９】
例えば、変換器２６、２８は、それぞれに垂直方向の脚部１８Ａ、１８Ｂの周りに巻き付けられている測定巻線である。
【００６０】
変換器２６、２８は、差動的に能動フィルタの入力に接続されている。したがって、測定対象である磁界が全く存在しない場合には、フィルタ３０の入力における電気信号はゼロである。変換器２６、２８のこのような差動的構成は、センサ６の感度を増大させることを可能にする。
【００６１】
フィルタ３０は、後続の処理にとって無用である高調波の測定電気信号を除去するために前フィルタリングすることを可能にする。
【００６２】
フィルタ３０の出力は、その周波数がＦ0の倍数でありかつＦ0が励磁界の周波数である入力として受け取られる信号の１つまたは複数の高調波を抽出するのに適している振幅復調器３２の入力に接続されている。単一の高調波が測定される場合には、抽出された高調波の周波数はＮ．Ｆ0であり、前式中のＮは、その信号の処理を容易にするために偶数である。例えば、この場合には、Ｎが２に等しい。
【００６３】
フィルタ３２は、例えば、電力供給源２２に接続されている同期検出器である。
【００６４】
回路１２は、さらに、温度変動に対してセンサ６をより堅牢にするために、および、そのセンサ６の線形性の範囲を増大させるために、磁界フィードバックを備える。
【００６５】
この場合に、この磁界フィードバックは、さらに、ゼロの付近に位置しており、そして好ましくは、値ゼロを中心としている動作範囲［Ｈmin；Ｈmax］内に恒久的に磁界Ｈｉの振幅を維持するために使用される。この動作範囲［Ｈmin；Ｈmax］は図３Ｂと図３Ｃに示されている。
【００６６】
限界Ｈminと限界Ｈmaxの値が、磁心１０がその範囲内では決して飽和させられない動作範囲に相当するように選択されることが好ましい。
【００６７】
このために、回路１２は調整器３６を備えており、および、この調整器の入力が復調器３２の出力に接続されており、かつ、この調整器の出力が磁界フィードバック巻線４０に接続されている。この調整器３６は、測定対象である磁界Ｈmを消去するのに適しているフィードバック磁界Ｈcを巻線４０が生じさせるように、巻線４０を制御することが可能である。
【００６８】
このために、巻線４０はウェブ１８の周りに巻き付けられている。
【００６９】
巻線４０を巡って流れる電流が、測定対象である磁界を表している。
【００７０】
調整器３６の出力の１つが計算器８に接続されている。
【００７１】
図２は、磁心１０の外側の外観を示す。ウェブ１８と巻線２０、４０と変換器２６、２８とが本体１３の内側に埋め込まれている。クレードル１９は留め具１６の内側に埋め込まれている。
【００７２】
本体１３と留め具１６は全体が超常磁性材料で作られている。例えば、ウェブ１８とクレードル１９の超常磁性材料と同じ超常磁性材料が、本体１３と留め具１６のアセンブリを形成するために使用される。
【００７３】
例えば、本体１３と留め具１６は、ウェブ１８と留め具１６とをそれぞれ覆ってモールド（オーバーモールド）することによって得られる。
【００７４】
図２に示されているように、磁心１０は、さらに、留め具１６の末端を本体１３に機械的に連結すると同時にこの留め具１６がその開放位置と閉鎖位置との間を移動することを可能にするためのヒンジ４１も備える。
【００７５】
ヒンジ４１の反対側の、磁心１０は、留め具１６をその閉鎖位置に維持するのに適している閉鎖機構４４を備える。この機構４４は本体１３と留め具１６と一体状である。
【００７６】
さらに明確に述べると、この場合に、機構４４は、本体１３の表面上の凹みと突起とを有する第１の歯部（プロファイル）と、留め具１６上に形成されている凹みと突起とを有する第２の歯部とによって形成されている。第１および第２の歯部は、留め具を閉鎖位置に維持するために互いに協働するのに適している。
【００７７】
本体１３の一部分は、さらに、端子（ラグ）４８を含むコネクタ４６を形成するように作られている。端子４８は、巻線２０、４０と、本体１３内側に埋め込まれている変換器２６、２８とに電気的に接続されている。これらの端子４８は、これらの巻線２０、４０と変換器２６、２８とを回路１２の対応する要素に接続することを可能にする。
【００７８】
次に、センサ２の動作を、図４の方法に関して説明する。
【００７９】
連続電流または交流が導体４内を流れると、この導体４は磁心１０内側に磁界Ｈmの発生を生じさせる。
【００８０】
ステップ５０では、巻線２０が磁心１０の内側に磁界Ｈexを生じさせる。これと並行して、ステップ５１中に、巻線４０が、磁心１０の内側で導体４の周りを循環する磁界Ｈcを生じさせる。
【００８１】
したがって、変換器２６、２８がそれに対して感応性を有する磁心１０の内側で誘導された磁界Ｈiが、磁界Ｈm、Ｈex、および、Ｈcのベクトル合計の結果である。
【００８２】
ステップ５０とステップ５１の間に、回路１２は、誘導磁界Ｈiが範囲［Ｈmin；Ｈmax］内に維持されるように磁界Ｈexと磁界Ｈcとを発生させる。したがって、磁心１０は飽和させられず、および、磁束を集束させるための適切な能力を保持することが可能である。
【００８３】
誘導磁界Ｈｉは、ステップ５２中に、変換器２６、２８によって電流に変換される。
【００８４】
磁界値と導体４を巡って流れる電流の強度とを得るために変換器２６、２８によって生じさせられる電流を処理する後続の段階すべてが、図４に示されているステップ５４の形に１つにまとめられている。
【００８５】
フィルタ３０は、選別された信号を得るために、変換器２６、２８によって生成された電流の間の差にフィルタをかける。フィルタ３２は、フィルタにかけられた信号から周波数Ｎ．Ｆ0の高調波を抽出する。この周波数Ｎ．Ｆ0の高調波の出現が、磁心１０の磁気サイクルＢ（Ｈ）の非線形性と、したがって磁心１０の比透磁率の非線形的な変動とに関連している。さらに明確に述べると、これらの非線形性を原因とする磁界Ｈexの変形が、磁界Ｈmの振幅の関数として変化する。磁界Ｈexのこの変形は、変換器２６、２８によって測定される誘導磁界におけるＦ0の倍数である高調波の存在を結果的に生じさせる。
【００８６】
復調器３２は周波数Ｎ．Ｆ0の高調波の振幅を生じさせる。
【００８７】
この振幅は、磁界Ｈmに対して反対の方向かつ反対の振幅の磁界Ｈcを発生させるように巻線４０を制御するために、調整器３６によって使用される。
【００８８】
したがって、調整器３６によって発生させられたフィードバック信号は、磁界Ｈmの振幅Ａを表している。
【００８９】
計算器８は、導体４を巡って流れる電流の強度に比例している信号を送り出し、そして、この信号は振幅Ａに基づいて生じさせられる。
【００９０】
図５は、センサ２内で磁心１０の代わりに使用されることが可能な超常磁性磁心５６を示す。この磁心５６は、この磁心を形成するために使用されている基材がプラスチックまたは熱硬化性基材ではなくてエラストマー基材であるという点で、磁心１０とは異なる。したがって、磁心５６は弾性的に変形可能である。
【００９１】
ハウジング１４を形成するために、貫通穴がこの磁心５６の内側に作られている。
【００９２】
導体４をハウジング１４の中に入れることを可能にするために、通路５８も磁心５６の中に作られている。
【００９３】
外部の荷重がない場合に、通路５８は、ハウジング１４の内側に導体４を保持するのに十分なだけ細い。
【００９４】
導体４をハウジング１４内に入れるために、磁心５６は、外力の作用を受けて通路５８を拡大するように弾性的に変形させられる。
【００９５】
したがって、この実施形態では、ヒンジ４１のようなヒンジを備えることも、機構４４のような閉鎖機構を備えることも不要である。
【００９６】
例えば、巻線と変換器とが、磁心１０に関して上述した仕方と同一の仕方で磁心５６の内側に組み込まれている。
【００９７】
図６は、測定対象である磁界を発生させる導体６４によって取り囲まれている超常磁性磁心６２を備えるという点で、センサ６とは本質的に異なる磁界センサ６０を示す。導体６４が磁心６２を取り囲むということが、磁界測定を導体６４の位置に対して無関係にすることが可能である。
【００９８】
この場合に、磁心６２は、例えば電力供給源２２と同一である電力供給源６８に接続されている励磁コイル６６を含む。
【００９９】
磁心６２は、さらに、磁心６２の内側で誘導された磁界を測定するためのコイル７０も含む。このコイル７０は、例えば、フィルタ３０と復調器３２とに連続的に接続されている。この復調器３２の出力は、測定される磁界の振幅を表している。
【０１００】
図６の実施形態では、磁界フィードバックが除外されている。この場合には、磁心６２の内側で誘導された磁界Ｈiを形成するために、測定対象である磁界とこの励磁界が組み合わされる時に、磁界Ｈiの振幅が範囲［Ｈmin；Ｈmax］内に留まるように、励磁界の振幅が電力供給源６８のレベルにおいて調整される。この調整は、例えば、測定対象である磁界の振幅の範囲に関する事前の知識に基づいて手動で行われる。
【０１０１】
センサ６０の動作がセンサ６の動作の結果として生じるので、したがって、ここでは詳細には説明しない。
【０１０２】
磁界センサの様々な他の実施形態が採用可能である。例えば、励磁コイルと測定コイルが合体させられることが可能である。同様に、励磁コイルと磁界フィードバックコイルも合体させられることが可能である。
【０１０３】
磁界フィードバックが省かれることが可能である。
【０１０４】
コストを削減するために、変換器２６、２８の一方が省かれることが可能である。
【０１０５】
非常に単純化されている変形例では、超常磁性磁心は、測定対象である磁界を発生させる導体の周りを完全には取り囲んでいない。
【０１０６】
高調波の測定は結果的に単一の高調波になるだろう。この場合に、偶数高高調波すなわちＮ＝２が選択されることが好ましいだろう。
【０１０７】
コイルと変換器とが、任意のタイプの成形または被覆モールド方法によって超常磁性磁心の内側に埋め込まれることが可能である。
【０１０８】
このコイルは、超常磁性磁心の内側に埋め込まれずに、単に超常磁性磁心の周りに巻き付けられ、かつ、適切な手段によって、例えば接着性樹脂によってこの磁心に固定されることも可能である。
【０１０９】
閉鎖機構は必ずしも留め具および本体と一体状である必要はない。例えば、閉鎖機構は、あらゆるタイプの固定手段によって、例えば接着によって留め具と本体とに固定されることが可能である。閉鎖機構は、さらに、本体と留め具を包含しかつ留め具をその閉鎖位置に維持するのに適しているシェルから成ることも可能である。
【０１１０】
超常磁性磁心は、図３Ａから図３Ｃの曲線に類似している曲線を示す磁気材料（例えば、軟質磁気合金複合材料）で作られている任意の磁心によって置き換えられることが可能である。
【０１１１】
超常磁性磁心は、この場合に、測定対象である磁界の関数としての励磁界の変調器と、磁束集束器との両方として使用されることが可能である。変形例としては、超常磁性磁心は、変調器だけとして、または、この代わりに、磁束集束器だけとして、磁界センサ内で使用されることが可能である。
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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