(57)【要約】【課題】設置コストの低減化を図り、安価で高精度な磁界・電流検出センサを提供する。【解決手段】リング１と、このリング１の内周または外周（図は外周の例）に沿って配置されインピーダンス素子として働く磁性体２と、この磁性体２の一部に接続され磁性体に加えられる磁界に比例する信号を取出す信号取出線３とを備え、リング１内に配置される導線に流れる電流等を検出できるようにする。このような構成により、リング１上の微小領域と導線との距離の積を磁性体の全微小領域で積分したものは一定となることから、導線との距離による誤差が除去され高精度の計測が可能となる。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
リング状の円筒体と、この円筒体の外周または内周に沿って配置され磁気インピーダンス素子として機能する帯状の磁性体と、この磁性体の前記円筒体の一部で切断された部分に接続され磁性体に加えられる磁界に応じた信号を取出す信号取出線とを有することを特徴とする磁界・電流センサ。
【請求項２】
開口部と支点となる可動部とを持つリング状の円筒体と、この円筒体の外周または内周に沿って配置され磁気インピーダンス素子として機能する帯状の磁性体と、この磁性体の前記開口部近傍に接続され磁性体に加えられる磁界に応じた信号を取出す信号取出線とを有することを特徴とする磁界・電流センサ。
【請求項３】
前記開口部は、前記可動部を支点として開放可能にされていることを特徴とする請求項２に記載の磁界・電流センサ。
【請求項４】
長手方向に切欠きを有する円筒体と、この円筒体に取り付けられ磁気インピーダンス素子として機能する磁性体とを備え、磁性体に加えられる磁界に応じた信号を取出すことを特徴とする磁界・電流センサ。
【請求項５】
前記磁性体を複数個設けることを特徴とする請求項４に記載の磁界・電流センサ。
【請求項６】
前記複数個の磁性体からの出力の総和または平均値を利用することを特徴とする請求項５に記載の磁界・電流センサ。
【請求項７】
前記円筒体は、樹脂またはプラスチックからなることを特徴とする請求項１ないし６のいずれかに記載の磁界・電流センサ。
【請求項８】
導電線から導電線の垂直方向に距離ｒ０だけ離れた位置に配置される第１の磁気インピーダンス素子と、導電線から導電線の垂直方向に距離ｒ０＋Δｒだけ離れた位置に配置される第２の磁気インピーダンス素子と、前記第１，第２磁気インピーダンス素子にそれぞれ接続され、前記導電線から発生し各磁気インピーダンス素子に印加される磁界に応じた検出信号をそれぞれ出力する２つの検出回路と、この２つの検出回路からの出力と２つの磁気インピーダンス素子間距離とから、前記導電線を流れる電流を演算する演算回路とを設けたことを特徴とする磁界・電流センサ。
【請求項９】
前記演算回路では、前記２つの検出回路からの出力をそれぞれＳ１，Ｓ２、２つの磁気インピーダンス素子間距離をΔｒ、比例定数をαとして、求めるべき電流Ｉを、
Ｉ＝Δｒ／α［Ｓ１・Ｓ２／（Ｓ１−Ｓ２）］
なる演算をして求めることを特徴とする請求項８に記載の磁界・電流センサ。
【請求項１０】
前記第１，第２磁気インピーダンス素子を同一基板上に配置することを特徴とする請求項８または９に記載の磁界・電流センサ。
【請求項１１】
前記第１，第２磁気インピーダンス素子の磁性体をつづら折れ形状に構成することを特徴とする請求項８ないし１０のいずれかに記載の磁界・電流センサ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、磁界または電流を計測することができる磁界・電流センサに関する。以下では、電流センサについて説明するが、磁界センサについても全く同様に適用することができる。
【０００２】
【従来の技術】
従来、電流センサとしてはホール素子や磁気抵抗素子を用いるものがあるが、最近はＭａｇｎｅｔｏ  Ｉｎｐｅｄａｎｃｅ（ＭＩ）効果を利用する磁気インピーダンス素子（ＭＩ素子）が、特許文献１，非特許文献１等において開示されている。
図１７にＭＩ素子を用いる計測例を示す。
これは、測定対象となる導線１０から所定の距離ｒ０だけ離れた位置に、ＭＩ素子２１を配置したもので、このＭＩ素子２１はここではガラス基板２３に磁性膜２２を形成して構成される。
【０００３】
図１８にＭＩ素子を用いる回路例を示す。
ＭＩ素子２１に発振器２４から正弦波またはパルス波信号を印加すると、図１７の導線１０に流れる電流に比例する下記（１）式のような出力信号Ｓｏを得ることができる。
Ｓｏ＝α×（Ｉ／ｒ０）                                      …（１）
ここに、αは係数、Ｉは導線１０に流れる電流、ｒ０は導線１０とＭＩ素子２１との距離を示している。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００２−２４３７６６号公報（第２頁、図１）
【非特許文献１】
比嘉、外５名，「パルス電流励磁によるスパッタ薄膜マイクロＭＩセンサ」，日本応用磁気学会誌，１９９７，ｖｏｌ．２１，Ｎｏ．４−２
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、導線１０とＭＩ素子２１との距離ｒ０が、その設計間隔ｒに対して誤差ｒＥを含む、つまりｒ０＝ｒ＋ｒＥとし、その出力誤差をΔＳとすると、真の出力Ｓ（＝αＩ／ｒ）に対し上記（１）式は、
Ｓｏ＝Ｓ＋ΔＳ＝α×［Ｉ／（ｒ＋ｒＥ）］                                    …（２）
となり、ΔＳの計測誤差が生じて精度が低下すると言う問題がある。なお、この誤差を回避するためには、導線から設計距離ｒの位置に正確にＭＩ素子を配置する必要があるが、その調整のためのコストが大きくなるという問題がある。
したがって、この発明の課題は、導線とＭＩ素子との距離調整を不要としつつ、電流計測精度を向上させることある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
このような課題を解決するため、請求項１の発明では、リング状の円筒体と、この円筒体の外周または内周に沿って配置され磁気インピーダンス素子として機能する帯状の磁性体と、この磁性体の前記円筒体の一部で切断された部分に接続され磁性体に加えられる磁界に応じた信号を取出す信号取出線とを有することを特徴とする。
請求項２の発明では、開口部と支点となる可動部とを持つリング状の円筒体と、この円筒体の外周または内周に沿って配置され磁気インピーダンス素子として機能する帯状の磁性体と、この磁性体の前記開口部近傍に接続され磁性体に加えられる磁界に応じた信号を取出す信号取出線とを有することを特徴とする。
上記請求項２の発明においては、前記開口部は、前記可動部を支点として開放可能にされていることができる（請求項３の発明）。
【０００７】
請求項４の発明では、長手方向に切欠きを有する円筒体と、この円筒体に取り付けられ磁気インピーダンス素子として機能する磁性体とを備え、磁性体に加えられる磁界に応じた信号を取出すことを特徴とする。この請求項４の発明においては、前記磁性体を複数個設けることができ（請求項５の発明）、この請求項５の発明においては、前記複数個の磁性体からの出力の総和または平均値を利用することができる（請求項６の発明）。さらに、請求項１ないし６のいずれかの発明においては、前記円筒体は、樹脂またはプラスチックからなることができる（請求項７の発明）
【０００８】
請求項８の発明では、導電線から導電線の垂直方向に距離ｒ０だけ離れた位置に配置される第１の磁気インピーダンス素子と、導電線から導電線の垂直方向に距離ｒ０＋Δｒだけ離れた位置に配置される第２の磁気インピーダンス素子と、前記第１，第２磁気インピーダンス素子にそれぞれ接続され、前記導電線から発生し各磁気インピーダンス素子に印加される磁界に応じた検出信号をそれぞれ出力する２つの検出回路と、この２つの検出回路からの出力と２つの磁気インピーダンス素子間距離とから、前記導電線を流れる電流を演算する演算回路とを設けたことを特徴とする。
【０００９】
請求項８の発明においては、前記演算回路では、前記２つの検出回路からの出力をそれぞれＳ１，Ｓ２、２つの磁気インピーダンス素子間距離をΔｒ、比例定数をαとして、求めるべき電流Ｉを、
Ｉ＝Δｒ／α［Ｓ１・Ｓ２／（Ｓ１−Ｓ２）］
なる演算をして求めることができ（請求項９の発明）、請求項８または９の発明においては、前記第１，第２磁気インピーダンス素子を同一基板上に配置することができ（請求項１０の発明）、請求項８ないし１０のいずれかの発明においては、前記第１，第２磁気インピーダンス素子の磁性体をつづら折れ形状に構成することができる（請求項１１の発明）。
【００１０】
【発明の実施の形態】
図１はこの発明の第１の実施の形態を示す斜視図、図２はその平面（上面）図である。
これは、樹脂やプラスチックなどで作られたリング１に磁性体２を形成したもので、磁性体２はリング１の外周または内周のいずれに形成しても良い。リング１に取り付けられた磁性体２は、図２に示すようにリング１の一部で切断されており、この切断部から信号を取出せるように、信号取出線３が設けられている。なお、この信号取出線３により、図１８に示す回路上に電流センサ（ＭＩ素子）２１として取り付けられる。
【００１１】
図３に、図１の電流センサＡを測定対象とする導線１０に取り付けた例を示す。なお、ここでは磁性体２がＭＩ素子として機能する。
以上のように構成することにより、リング上の磁性体の微小領域と導線との距離の積を、磁性体の微小領域で積分したものは一定となる。このことから、リング内のどの位置に導線を配置しても、導線間との距離による誤差が除去され、電流検出精度が向上するとともに、調整コストの削減を図ることができる。
【００１２】
図４はこの発明の第２の実施の形態を示す斜視図である。
図１では、導線１０に樹脂やプラスチック製のリング１を挿入する場合、導線１０の切断または取り外しなどの作業が必要になるが、この例ではそのような作業が不要となる。
すなわち、リング１の一部には支点としての可動部４が設けられ、この可動部４と対向する位置に開口部５が設けられる。図５にその開口部５を開いたときの状態を示す。開口部５は例えば留め金式に係合され、この留め金の係合を解除することで可動部４を支点として、リング１を止め輪のように開くことができるようにされている。このため、可動部４としては、例えば２つの半円リングの端部にそれぞれ穴（輪）を形成しこの２つの穴（輪）をリベット等で結合することで、リング１を可動部４の周りで動かし得るように形成される。
【００１３】
図６に、図４の電流センサＢを測定対象とする導線１０に取り付ける直前の例を示す。ここでは、開口部５を開いて導線１０に取り付ける様子を示す。また、図７には電流センサを導線に取り付けた後の状態を示す。
以上のように構成することで、図１の場合のように導線１０を切断，取り外す等の作業をすることなく、導線１０に簡単に取り付けられるようになる。
【００１４】
図８はこの発明の第３の実施の形態を示す斜視図、図９は図８のＡ−Ａ断面図である。
この電流センサＣは、樹脂またはプラスチックなどで作られた円筒体６に切欠き７が設けられ、この切欠きと対向する位置に磁性体２を取り付けて構成される。切欠き７によって図４，図５の止め輪構造と同様になり、これにより円筒体６を図９の白抜き矢印の方向に広げることが可能である。
図１０に、上記電流センサを測定対象となる電線に取り付けた場合を示す。電線１１は円筒体６の内径よりも少し大きな径を持っており、したがって電流センサの切欠き７を広げることによって、図示のように電線１１に取り付けることが可能である。なお、図１０（ｂ）に示す磁性体２ＡはＭＩ素子として機能させ、図１８のような回路で電流センサとして用いるものである。
【００１５】
以上のようにすることにより、図１１に示すように、ＭＩ素子として機能する磁性体と電線内部の導線との距離（ｒ０）を調整無しで決定することができ、調整コストの低減に寄与することができる。なお、図１１は図１０のＢ−Ｂ断面図である。
【００１６】
図１２はこの発明の第４の実施の形態を示す斜視図、図１３は図１２のＣ−Ｃ断面図である。
つまり、この電流センサＤは図１０のように円筒体６の周囲に１つの磁性体２Ａを設けるのではなく、４つの磁性体２Ａを取り付けたものである。これらの磁性体２ＡもＭＩ素子として機能させ、図１８のような回路で電流センサとして用いられるのは図１０の場合と同様である。ただし、この場合は４つの出力信号が得られるので、全部を用いるかその平均値を出力値とするなどの処理が必要であるが、いずれにしても、図１３のように中心位置からのずれによる誤差や、被覆８の厚みのバラツキによる誤差、または円筒体の厚みのバラツキによる誤差などの影響を低減することが可能となる。
【００１７】
図１４はこの発明の第５の実施の形態を示す斜視図である。
これは、導線１０から導線１０の垂直方向に距離ｒ０だけ離れた位置に配置されたＭＩ素子２１Ａと、同じく距離ｒ０＋Δｒだけ離れた位置に配置されたＭＩ素子２１Ｂとから構成する。なお、ＭＩ素子２１Ａと２１Ｂとは別々に配置し、距離ΔｒはＭＩ素子２１Ａ，２１Ｂと導線１０との間隔に対して十分小さいものとする。
【００１８】
図１４に示すものを図１８の回路に適用し、ＭＩ素子２１Ａの出力をＳ１，ＭＩ素子２１Ｂの出力をＳ２とすると、先の（１）式と同様の関係から、
Ｓ１＝α×（Ｉ／ｒ０）                                      …（３）
Ｓ２＝α×［Ｉ／（ｒ０＋Δｒ）］                                                            …（４）
と表わされる。（３），（４）式からｒ０を消去すると、次式が得られる。
Ｉ＝（Δｒ／α）［Ｓ１・Ｓ２／（Ｓ１−Ｓ２）］                            …（５）
【００１９】
したがって、（５）式の演算をして電流Ｉを求めれば、導線１０とＭＩ素子間の距離ｒ０とは無関係となり、設置誤差による影響が除去されて電流計測精度を向上させることができる。
図１５はこの発明の第６の実施の形態を示す斜視図である。
これは、同一基板上に２つの磁性膜２Ｄ，２Ｅを形成した点が特徴で、２つの磁性膜２Ｄ，２Ｅを例えばフォトプロセスなどで作ることにより、Δｒをサブマイクロメートル（１０−６ｍ）以下で管理することができ、電流計測精度がより向上する。
図１６はこの発明の第７の実施の形態を示す斜視図である。
これは、図１５の構成で、さらに磁性膜２Ｆ，２Ｇをつづら折れ構造として、電流計測精度だけでなく検出感度をも向上させるものである。
【００２０】
以上では、主として電流センサの場合について説明したが、この発明は上記と同様にして磁界センサにも適用することができる。
【００２１】
【発明の効果】
この発明によれば、導線と電流センサとの間の位置調整が不要となり、そのためのコストを大幅に低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の第１の実施の形態を示す斜視図
【図２】図１の上面図
【図３】図１，２の計測態様を示す構成図
【図４】この発明の第２の実施の形態を示す斜視図
【図５】図４で開口部を開いた場合を示す説明図
【図６】センサ装着前の様子を示す構成図
【図７】図４，図５の計測態様を示す構成図
【図８】この発明の第３の実施の形態を示す斜視図
【図９】図８のＡ−Ａ断面図
【図１０】図８，図９の計測態様を示す構成図
【図１１】図１０のＢ−Ｂ断面図
【図１２】この発明の第４の実施の形態を示す斜視図
【図１３】図１２のＣ−Ｃ断面図
【図１４】この発明の第５の実施の形態を示す斜視図
【図１５】この発明の第６の実施の形態を示す斜視図
【図１６】この発明の第７の実施の形態を示す斜視図
【図１７】従来例を示す斜視図
【図１８】図１７で用いられる回路例を示す回路図
【符号の説明】
１…リング、２，２Ａ，２Ｂ，２Ｃ，２Ｄ，２Ｅ，２Ｆ，２Ｇ，２２…磁性膜、３…信号取出線、４…可動部、５…開口部、６…円筒体、７…切欠き、
８…被覆、１０…導線、１１…電線、１２…バイアスコイル、
２１，２１Ａ，２１Ｂ，２１Ｃ…ＭＩ素子（磁気インピーダンス素子）、
２３…ガラス基板。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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