JP4644357B2

JP4644357B2 - 磁気検出アンテナ

Info

Publication number: JP4644357B2
Application number: JP2000349393A
Authority: JP
Inventors: 伸治福井; 孝直井; 克己中村
Original assignee: Denso Corp; Nippon Soken Inc
Current assignee: Denso Corp; Soken Inc
Priority date: 2000-11-16
Filing date: 2000-11-16
Publication date: 2011-03-02
Anticipated expiration: 2020-11-16
Also published as: JP2002156431A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は微小磁界を検出する磁気検出アンテナに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、電子基板に形成された線路パターンに流れる電流の解析等に、前記電流により発生する磁界を検出する方法があり、この方法には、磁界に応じた検出信号を出力する磁気検出アンテナが用いられる。磁気検出アンテナには、図８に示すように空芯のボビン９００にコイル９０１を巻装したものや、さらにボビン９００内に透磁性材料のコアを挿入して高感度化を図ったものがある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、比較的、周波数の低い、例えば中波（ＭＦ）帯域（３００ｋＨｚ〜３ＭＨｚ）では、検出感度が不足し、コイル径を大きくして、ある程度の磁束を確保せざるを得ない。この結果、微小領域での磁界の検出が困難で、磁界の分布を高い分解能で測定することができない。
【０００４】
本発明は前記実情に鑑みなされたもので、高精度に磁界を検出することのできる磁気検出アンテナを提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の発明では、透磁性材料を略リング状に成形してなり、内部に閉磁路を形成するコア部材と、
該コア部材の一部に導線を巻回してなり、閉回路を形成する検出用のコイルと、
前記コア部材の他の一部に導線を巻回してなる出力用のコイルとを有し、
前記コア部材を細長の略リング形状とし、その長手方向の半部を、対向する略直線状の２側面が近接し、これら略直線状部をつなぐコ字状の一端部を有する細長形状として、該一端部に前記検出用のコイルを設けるとともに、前記コア部材の長手方向の他の半部を、緩やかな弧を描いて拡がる形状として、該弧状部の一部に前記出力用のコイルを設け、
前記検出用のコイルをコア部材との間に隙間があく大きさに形成し、
該隙間を、外部磁界を受ける検出領域として該検出領域を外部磁界が貫通すると前記出力用のコイルの線端から外部磁界の検出信号が出力される構成とする。
【０００６】
検出用のコイルと出力用のコイルとがコア部材により磁気的に結合しているので、検出領域を外部磁界が貫通して検出用コイルに誘導起電力が発生すると、検出出力を出力用のコイルから取り出すことができる。ここで、検出感度は検出用のコイルと出力用のコイルの巻き数比で規定される。したがって、電子基板等の被検出部位に近づける検出用のコイルの径の大径化による感度の確保という方法をとる必要がなく、検出領域を小さくすることで、高い分解能を得ることができる。
電子部品が密集する狭隘な場所でも磁気検出アンテナの前記一端部側をさしいれることで、容易に磁界の検出が可能である。
【０００７】
請求項２記載の発明では、請求項１の発明の構成において、前記検出領域には、透磁性材料のコア片を設ける。
【０００８】
検出領域の透磁率を高めることで、検出用のコイルの誘導起電力に寄与する磁束が大きくなり、検出感度が向上する。
【０００９】
請求項３記載の発明では、請求項１または２の発明の構成において、前記検出用のコイルと直列に抵抗器を接続する。
【００１０】
抵抗器の抵抗値の選択で、出力用のコイルの検出出力を受ける装置とのインピーダンスの整合を容易にとることができる。
【００１１】
請求項４記載の発明では、請求項１ないし３の発明の構成において、前記コア部材の長手方向の他の半部は、前記半部の略直線状の２側面に続く対向側面が緩やかに拡がって、前記弧状部を形成する。
【００１３】
請求項５記載の発明では、請求項１ないし４の発明の構成において、前記検出用のコイルおよび前記出力用のコイルが巻装された前記コア部材を、導電性材料または透磁性材料により構成されたシールド部材により覆い、
かつ、該シールド部材を、前記検出用のコイルのうち前記検出領域を囲む部分がシールド部材の外部に突出する構成とする。
【００１４】
シールド部材によりその内側が電磁的にシールドされるので、誤検出およびノイズを低減することができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
（第１実施形態）
図１（Ａ）、図１（Ｂ）に本発明の第１実施形態になる磁気検出アンテナを示す。磁気検出アンテナは、２種類のコア１，２と、２種類のコイル３，４からなる。
【００１６】
コア部材である第１の種類のコア１は、透磁性材料を細長の略リング状に成形したもので、内部に閉磁路が形成される。コア１の形状は各部の曲率に不連続部がないように構成され、漏れ磁束を抑制している。また、コア１の長手方向の半分強の部分は対向側面が近接する略直線状となっており、この略直線状部が集合するコア１の長手方向の一端部１１はコ字状に屈曲している。屈曲部にはＲが施されている。コアの長手方向の残りの半分弱の部分は対向側面が拡がって緩やかに弧を描いている（以下、このコアをメインコアという）。メインコア１用の透磁性材料には高透磁率で周波数損失の少ないものが望ましく、フェライトや鉄等が用いられる。また成形性の点からはアモルファス系の磁性材料がよい。また、構造は、透磁性材料を前記形状を有するシート状に成形して複数のシートが積層する構造とすることで、渦電流損を小さくするのもよい。
【００１７】
コア片である第２の種類のコア２は、透磁性材料をメインコア１と略同程度の太さの円柱状に成形したもので、その長さは対向側面が近接するメインコア１の一端部１１における対向側面の間隔程度としてある（以下、このコアをセンスコアという）。センスコア２用の透磁性材料にもフェライト等の高透磁率で高周波損失の少ないものが望ましい。センスコア２は、メインコア１の前記コ字状一端部１１に沿ってメインコア１の外側側面に接着剤等により取り付けられる。
【００１８】
検出用のコイルである第１の種類のコイル３は、メインコア１のコ字状一端部１１およびセンスコア２をひとまとめにして導線が巻き回してなり、メインコア１とは鎖交している（以下、このコイルをセンスコイルという）。センスコイル３はその図示しない線端がハンダ付け等で互いに接続され、閉回路となっている。
【００１９】
出力用のコイルである第２の種類のコイル４は、メインコア１の長手方向の他端部１２に導線が巻き回してなり、その線端４０１，４０２から検出信号Ｖo が取り出されるようになっている（以下、このコイルを出力コイルという）。
【００２０】
本磁気検出アンテナはセンスコア２およびセンスコイル３が設けられた側を測定対象の電子基板に近づけて用いる。電子基板に形成された線路パターンを流れる電流により振動する磁界が生じている状態で、円柱状のセンスコア２をその軸方向に貫通する磁界があると、センスコア２内部の磁束の大きさに応じてセンスコイル３に誘導起電力が発生して誘導電流が流れる。この誘導電流によりセンスコイル３で画成された内側の領域を誘導磁界が貫通するから、センスコイル３と鎖交するメインコア１内部の閉じた磁路に磁束が現れる。
【００２１】
そして、この磁束により出力コイル４に誘導起電力が発生し、これより電子基板等の表面近傍で発生する磁界が検出できる。
【００２２】
磁気検出アンテナの出力信号はセンスコイル３とは別体の出力コイル４の線端４１から取り出す構成となっており、また、センスコイル３と出力コイル４の巻き数比を変えることで磁界の検出感度を選択できるので、被検出磁界が貫通するコイルの大径化による高感度化を採用することなく、良好な感度が得られる。したがって、被検出磁界が貫通するセンスコア２の断面積を小さくすることで、分解能が向上する。
【００２３】
また、メインコア１を細長形状とし、特にセンスコア２およびセンスコイル３を設けた一端部１１側を細身としているので、センスコア２およびセンスコイル３を狭隘な場所にさしいれることができ、電子部品の実装密度が高くなっている近年の電子基板に対応した磁界検出用のすぐれたプローブとなる。
【００２４】
図２は本磁気検出アンテナにより単線の近傍磁界を測定した結果で、単線に３００ｋＨｚ程度の信号を流した状態で、単線から高さ１ｍｍの位置で単線と直交する方向に磁気検出アンテナを動かし、この移動方向の近傍磁界成分の検出結果を示している。単線周りの磁界は大きさが単線との距離に反比例し、単線との対向方向に直交するから、前記移動方向近傍磁界成分はアンテナから離れると低下する。本磁気検出アンテナによれば、磁気検出アンテナの位置が２ｍｍ程度違うと１０ｄＢ以上も変化しており、分解能がきわめて高いものとなっている。これは、センスコイル３の検出領域の大きさすなわちセンスコア２の断面の大きさを十分に小さくし得ることによる効果と認められる。
【００２５】
また、出力コイル４は平衡／不平衡の変換を実現するバランの機能を果たし、図３のように、出力コイル４の線端４０１，４０２に同軸線５を接続して、出力コイル４からの平衡出力を不平衡線路で受けた時に、出力コイル４に同相で流れるコモンモード電流Ｉを打ち消すことができる。
【００２６】
（第２実施形態）
図４（Ａ）、図４（Ｂ）に本発明の第２の実施形態になる磁気検出アンテナを示す。図中、第１実施形態と実質的に同じ作動をする部分については同じ番号を付し、第１実施形態との相違点を中心に説明する。センスコイル３の両線端３０１，３０２を抵抗器６により接続してあり、センスコイル３と抵抗器６が閉回路を形成している。
【００２７】
かかる抵抗器６を設けることで、本磁気検出アンテナの出力信号を受ける装置とのインピーダンスの整合をとりやすくすることができる。なお、センスコイル３と出力コイル４の巻き数比の調整で、さらにインピーダンスの整合は良好なものにすることができる。
【００２８】
（第３実施形態）
図５、図６に本発明の第３の実施形態になる磁気検出アンテナを示す。図中、第１実施形態と実質的に同じ作動をする部分については同じ番号を付し、第１実施形態との相違点を中心に説明する。
【００２９】
メインコア１はその略全体を覆うシールド部材である扁平なスポイト状のシールドケース７に格納されている。シールドケース７は、これを半割りした実質的に同じ形状のケース部材７ａ，７ｂで構成されており、それぞれ、メインコア１の一端部１１に取り付けられたセンスコア２が露出する切り欠き７０１ａ，７０１ｂ、および出力コイル４の線端を引き出すための切り欠き７０２ａ，７０２ｂが形成されている。ケース部材７ａ，７ｂは高透磁率の材料の層７１と導電性材料の層７２との積層構造となっており、シールドケース７内が磁気的および電気的にシールドされている。高透磁率の材料として例えばフェライト等が、導電性材料としては銅等が用いられ得る。
【００３０】
シールドケース７のシールド効果で耐ノイズのよい磁気検出アンテナとすることができる。
【００３１】
なお、シールドケース７は必ずしも２層構造である必要はなく、高透磁性と導電性の両方を備えた鉄（ケイ素鋼板）等で構成してもよい。
【００３２】
（第４実施形態）
図７に本発明の第４の実施形態になる磁気検出アンテナを示す。図中、第１〜第３実施形態と実質的に同じ作動をする部分については同じ番号を付し、第１〜第３実施形態との相違点を中心に説明する。
【００３３】
本磁気検出アンテナは、第３実施形態の構成において、出力コイル４の出力を受ける同軸線５Ａが、前記シールドケース７と同様の二重シールド構造を備えたものである。同軸線５Ａは、中心側より内部導体５１、絶縁体５２、外部導体５３、磁気シールド体５４が同軸に形成されており、内部導体５１および外部導体５３は出力コイル４の線端４０１，４０２と１対１に対応して導通している。外部導体５３はまた、シールドケース７の導電性材料の層７２と導通せしめてある。
【００３４】
これにより、さらに耐ノイズのよい磁気検出アンテナとすることができる。
【００３５】
なお、同軸線５Ａは必ずしも外部導体５３および磁気シールド体５４が別体である必要はなく、高透磁性と導電性の両方を備えた鉄（ケイ素鋼板）等で構成してもよい。
【００３６】
なお、前記各実施形態は、センスコア２を設けて磁束密度を高めているが、要求される検出性能によっては、これを省略してセンスコイル３とメインコア１の間の隙間を空芯の検出領域とすることもできる。
【００３７】
また、センスコア２は円柱状ではなく、直方形状、湾曲形状等であってもかまわない。
【００３８】
また、平面視の前記各図例では、検出可能な磁界の方向であるセンスコア２の軸方向が紙面に対して水平で横方向となるように構成されているが、メインコア１の長手方向の途中にひねり部や屈曲部を設けることで、検出可能な磁界の方向を使い勝手のよい方向に向けることができる。
【００３９】
また、メインコア１とセンスコア２とは接しているが、ケース部材７ａ，７ｂの切り欠き７０１ａ，７０１ｂ側を伸ばしてメインコア１の一端部１１が切り欠き７０１ａ，７０１ｂに達しない長さとし、メインコア１とケース７の外側に位置するセンスコア２間を離してもよい。
【００４０】
また、メインコアの形状は図例のスポイト状のものに限られず、緩やかな湾曲形状部を設けずに、単純な、全体的に細長の形状とすることもできる。また、逆に狭隘な場所にさしいれる必要がなければ、全体に丸みを帯びた形状でもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】（Ａ）は本発明の第１実施形態になる磁気検出アンテナの平面図であり、（Ｂ）は前記磁気検出アンテナの先端部の拡大斜視図である。
【図２】前記磁気検出アンテナの作動を説明するグラフである。
【図３】前記磁気検出アンテナの変形例の平面図である。
【図４】（Ａ）は本発明の第２実施形態になる磁気検出アンテナの平面図であり、（Ｂ）は前記磁気検出アンテナの先端部の拡大斜視図である。
【図５】本発明の第３実施形態になる磁気検出アンテナの平面図である。
【図６】前記磁気検出アンテナの分解斜視図である。
【図７】本発明の第４実施形態になる磁気検出アンテナの平面図である。
【図８】従来の磁気検出アンテナの代表例の正面図である。
【符号の説明】
１メインコア（コア部材）
２センスコア（コア片）
３センスコイル（検出用のコイル）
３０１，３０２線端
４出力コイル（出力用のコイル）
４０１，４０２線端
５，５Ａ同軸線
６抵抗器
７シールドケース（シールド部材）

Claims

透磁性材料を略リング状に成形してなり、内部に閉磁路を形成するコア部材と、
該コア部材の一部に導線を巻回してなり、閉回路を形成する検出用のコイルと、
前記コア部材の他の一部に導線を巻回してなる出力用のコイルとを有し、
前記コア部材を細長の略リング形状とし、その長手方向の半部を、対向する略直線状の２側面が近接し、これら略直線状部をつなぐコ字状の一端部を有する細長形状として、該一端部に前記検出用のコイルを設けるとともに、前記コア部材の長手方向の他の半部を緩やかな弧を描いて拡がる形状として、該弧状部の一部に前記出力用のコイルを設け、
前記検出用のコイルをコア部材との間に隙間があく大きさに形成し、
該隙間を、外部磁界を受ける検出領域として該検出領域を外部磁界が貫通すると前記出力用のコイルの線端から外部磁界の検出信号が出力されることを特徴とする磁気検出アンテナ。
請求項１記載の磁気検出アンテナにおいて、前記検出領域には、透磁性材料のコア片を設けた磁気検出アンテナ。
請求項１または２いずれか記載の磁気検出アンテナにおいて、前記検出用のコイルと直列に抵抗器を接続した磁気検出アンテナ。
請求項１ないし３いずれか記載の磁気検出アンテナにおいて、前記コア部材の長手方向の他の半部は、前記半部の略直線状の２側面に続く対向側面が緩やかに拡がって、前記弧状部を形成する磁気検出アンテナ。
請求項１ないし４いずれか記載の磁気検出アンテナにおいて、前記検出用のコイルおよび前記出力用のコイルが巻装された前記コア部材を、導電性材料または透磁性材料により構成されたシールド部材により覆い、
かつ、該シールド部材を、前記検出用のコイルのうち前記検出領域を囲む部分がシールド部材の外部に突出する構成とした磁気検出アンテナ。