JPS60203871A

JPS60203871A - 磁波検出器

Info

Publication number: JPS60203871A
Application number: JP60036227A
Authority: JP
Inventors: ノルバート・ノーマン
Original assignee: Doduco GmbH and Co KG Dr Eugen Duerrwaechter
Current assignee: Doduco Solutions GmbH
Priority date: 1984-02-25
Filing date: 1985-02-25
Publication date: 1985-10-15
Also published as: DE3406871C2; EP0156986A1; US4639670A; DE3406871A1

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】［発明の分野］本発明はウィガンドワイヤあるはそれに類似の双安定性
磁性ワイヤ要素からなる磁場検出器に関する。

［先行技術の説明］ウィガンドワイヤ（Ｗｉｅｇａｎｄ　ｗｉｒｅ　）と一
般に称されるワイヤは、発見者ウィガンドの名にちなん
で命名されたものであり、このワイヤは、らせん状の強
磁性ワイヤで、この組成ｉよ均質で１例えば４８％Ｆｅ
、５２％ＮｉのＦｅＮ！合金、あるいは５２％Ｃ０１３
８％Ｆｅ、１０％ＶのＣ０−Ｆｅ−Ｖ合金であり、特殊
な機械的熱的処理を受りて、軟質磁性の芯とＶｉ！賀磁
性の殻からなるワイヤが形成され、後者の保持力は前者
Ｊ：りも強くなっている。典型的なウィガンドワイヤは
、長さが１０〜５０１ｎＩＲであるが、２０〜３０ｒｔ
ｍが好ましい。ウイガンドワイＡ７が８０　Ａ　／　ｃ
ｍ以上、好ましくは１００　Ａ　／　ｃｍ以上の１＆揚
の強さのところで飽和まで磁化されると、軟質磁性の芯
と硬′ＪＩｉ磁性の殻は同一方向に磁化されて、このウ
ィガンドワイヤが、ウィガンドワイヤの軸と同じ方面だ
がウイガンドワイＡ７内フラックスと向ぎが反対になっ
ている外部磁場に導入されると、ウィガンドワイヤの軟
質磁性芯内の７ラツクスの方向は、外部磁場の強さが約
１６Ａ／ｃｍの値を超えるときに逆転する。

この逆転は、「リセット」とも呼ばれ、この逆転に必要
な磁場の強さ【よ「リセツ１〜ｉｌ場の強さ」と呼ばれ
る。

外部磁場の強さが臨界磁場強さを超えて再び逆転づ−る
と、８中の７ラツクスの方向は再び逆転して、芯と殻の
フラックスが同一方向になる。なお、臨界磁場強さは、
リセッ１〜ｖＩｉ場強さより小さくて約８〜１０　Ａ　
／　ｃｍで、「ｌ〜リガ磁場強さ」と呼ばれる。このよ
うな現象は、ウィガンドワイヤの１１−リガ」と呼ばれ
る。フラックスの逆転は極めて迅速に行われ、単位時間
当たりの磁束に大きな変化をもたらり°（ウィガンド効
果）。磁束の変化は、誘導巻線内にＬ＜ｉいが極めて強
い（約１２ポル１−以下）電圧パルス（ウィガンドパル
ス）を生じる。誘導巻線は検出巻線と呼ばれ、巻数の数
や負荷抵抗は誘導電圧を決定する。ウィガンドパルスの
寿命は約２０マイクロ秒である。検出巻線の巻き数は１
０００〜４０００でよいが、多くの場合２０００である
。また、その直径は３　ｍｍ以下で、多くの場合、２．
０〜２．５ｍｍである。

逆転が繰り返されると共に、低いトリガ磁場強さで芯の
磁化を逆転し、次いで高い磁場強さで殻の磁化を逆転し
、それぞれの揚台に飽和をもたらすほどに強い磁場にウ
ィガンドワイヤを置くと、軟質磁性芯の７ラツクスの方
向の逆転は、交互に正負の極性を有するウィガンドパル
スを発生する。

これがウィガンドワイヤの対称形励起である。この目的
のために、「飽和磁場強さ−１と呼ばれる約−、（８０
〜１２　ＯＡ／ｃｍ）から＋（８０〜１２０Ａ　／　ｃ
ｍ　）の磁場強さが必要である。殻内のフラックス方向
の逆転も急に生じ、検出巻線内にパルスを生じるが、こ
のパスルはその前に生じる芯内のフラックス方向の逆転
によって生じるパルスＪ、りも小さい。

外部磁場によって、軟質磁性の芯内のフラックスの方向
のみが逆転して、硬質の殻内の７ラツクスの方向が逆転
しない場合、強いウィガンドパルスが発生してもその極
性は一方のみである。これがウイガンドクイ＼７の非対
称励起である。このためには、一方向に（ウィガンドワ
イヤのリセットのために）必要な磁場の強さは１６Ａ／
Ｃｍ以上である。また、反対方向に必要な磁場の強さは
約８０〜１２０Ａ／ｃｍである。

発生Ｊ゛るパルスの振幅の広さが外部磁場の変化率には
とｌυど影響されないことやパルスの信号対雑音の比が
高いことは、・クイガント効果の特徴である。

本発明は他の双安定性磁性要素に利用できる。

叩も、この双安定性１社性要素では、硬さく保磁力）が
光る２つの領域を磁性的に結合しており、類似のライ万
ンドワイＡ７を使って、大きなパークハウピン飛越しに
Ｊζり軟質磁性領域を通してフラックスの方向を急速に
逆転し一〇パルスを発生りる。例えば、ドイツ特許第２
５１４１３１号は、Ｎｉ　−ＣＯ合金のような硬質磁性
芯と、該芯の上に設りられだ銅のような導電性中間層と
、中間層の上に設けられたＮｉ−Ｆｅ合金のような軟質
性磁性材料の表面層からなるワイヤの形の双安定性磁性
スイッチコアを開示している。別の実施例では、芯が磁
力は通さないが導電性の金属内側導体を有し、該導体を
Ｂｅ−Ｃｕ合金のような磁性抵抗の高い材料で作り、そ
の上に硬質磁性層を設置プ、次に中間層を設置Ｊ１最後
に軟質磁性層を設Ｃノでいる。この双安定性要素から生
じるパルスは、ウィガンドワイヤ７から発生ずるものよ
り小さい。

他の双安定性磁性要素として、［Ｐ−Ａ２−００８５１
４０に２層からなる；ｂのが開示されており、これは、
強国特許第２５１４１３１Ｓ″ｊのものと、硬質磁性の
芯をこれと異なる組成の軟質磁性の芯で囲んでいる点で
似ている。しかし、層がらせん状になっている点で前記
独国特；′１と異なる。

これらの双安定性磁性要素は、組成が均質でないとして
も本発明の範囲内でウイガンドクイＡ７の代りに使用で
きる。

ウィガンドワイヤを有する磁場検出器は、最も簡単な場
合、ウイガンドクイＡ７とそのまわりの電気巻線（検出
巻線と叶ぶ）からなる。この磁場検出器は、電力を供給
されなくてもウィガンドパルスを出づほとに励起される
という利点がある。パルスの発生に必要なエネルギは磁
場から得られる。

磁場はウィガンドワイヤに作用し、前述の対称あるいは
非対称の励起要件が充足するとワイＡ７の磁束の方向を
逆転する。しかし、この磁場検出器の利点は、パルスの
伝達に必要なエネルギが磁場検出器から発生するパルス
から得られることから、コーネルギの補給なしに一定距
離をパルスが伝達されないかぎり、充分に利用できない
。特に、磁場検出器から発生したパルスをワイ＼７レス
で伝達づることが望ましく、また磁場検出器によって直
接にイ］勢され且つ制御される無線周波数伝送器や磁場
検出器によって直接にイ」勢される発光ダイオードを伝
送端に右する光学ファイバリンク等ににって電位を得る
ことなしに伝達Ｊることが望ましい。

研究の結果、ウイガンドワイＡ７や類似の双安定性磁性
要素によって発生Ｊるパルスのエネルギは前述のにうな
用途には多くの場合不充分であることがわかった。この
ため、複数のウィガンドワイヤを束ねたり、その束を共
通の検出巻線で囲んだりすることより、磁場からのパル
スエネルギを多重化することが試みられている。しかし
、ウイガンドワイＡ７の束からなる磁場検出器は、高１
ネルギの単一パルスというよりも、大きく崩れた形のも
のを発生１゛ることがわかった。

ウィガンドワイヤの束は、避りることのできない材料組
成のわずかな変化のために、ウィガンドワイヤごとに、
磁束の方向が逆転する磁場の強さがわずかに異なる。す
なわち、ｌｌｉ’ｉ間的な差がある。

このために、ウイガンドワイ１／の束は、周囲の電気巻
線に共通の単一・パルスを生じない。さらに、ウィガン
ドワイヤアの束では、磁束の方向が逆転したウィガンド
ワイヤの磁場が、ウイガンドワイ＼７のトリガ磁場強さ
のために使用される外部磁場を弱め、すでにトリガ状態
になったウイガンドワイＡ７よりも強いトリガ磁場強ざ
を必要どする材料組成のウイガンドワイＡ７が隣りにあ
ると、それは個々のウイガンドワイＡ７のときよりも束
の中では１〜リガ状態になるのが遅くれる。

［発明の要約］本発明の目的は、単一バイメタル（双安定性）磁性要素
で発生ずるパルスよりも高いエネルギを右するパルスを
発生し、しかもそのために電力を必要としない磁場検出
器を提供することである。

磁場検出器は、ウィガンドワイヤ又は同様な双安定性磁
性要素（以下にＢＭＥと呼ぶ）と、この双安定性磁性要
素を囲む電気巻線からなり、同一の平行な双安定性磁性
要素の束とし、各要素が別個の磁性巻線で囲まれている
。巻線は全て同一・方向で巻かれ平行に電気的に結合さ
れている。

本発明の磁場検出器は次のにうに作動する。

磁場検出器が磁場強さの変化に会うと、双安定性磁性要
素の対称的あるいは非対称的励起を生じ、磁場強さが１
〜リガ磁場強さになると、材料組成のわずかな差の１＝
めにトリガ磁場強さが最も低いＢＭＥをトリガし、この
ＢＭＬの磁束の方向が急に逆転し、このＢＭＥを囲む電
気巻線内に周知のように電圧パルスが生じる。この電気
巻線が、他の双安定性磁性要素を囲む電気巻線に平行に
結合しているので、全ての巻線が、最初にトリガされた
ＢＭＥを囲む巻線に発生したパルスの増幅に応じて、電
流を生じることになる。電気巻線に流れる電流によって
、双安定性磁性要素に磁場を作り、磁場は束全体にかか
る外部磁場の作用を助りる。

その結果、この束の中の他の双安定性磁性要素ｔよ、そ
れらが単独である場合よりもはやく各々トリガ磁場強さ
を受【プることになる。最初に１〜リガされＩＣＢ　Ｍ
　Ｅと同様に、第２のＢＭＥが１へリガされると、やは
り外部磁場の作用を助りることになり、連鎖反応が生じ
て、なだれのように自己増幅効果を生じる。その結果、
全ての双安定性磁性要素が急速にトリガを続番ノで、単
一の電圧パルスが電気巻線の出力端子にあられれる。こ
の出力端子は平行に結合されている。この単一のパルス
の寿命は、個々にＢＭＥから発生したパルスのｂのと同
じである。

本発明の磁場検出器は、独立のＢＭＥが導電＝Ｊイルに
Ｊ：って囲まれている場合と同じ￥動を示し、同じパル
ス増幅を行うが、単一のＢＭＥよりは、束のバイメタル
要素の数であるｎによって、１／ｎのインピーダンスを
右する。但し、この双安定性磁性要素は同一の巻線を有
するものとする。これ【よ望ましいことであるが、この
束の電気巻線はやはり個々に異なる。

束の中に並置される双安定性材お１は、組成上の避けら
れない小さな差によるものを除いて、トリガ磁場強さを
実質的に同一としなければならない。

本発明の磁場検出器は、この束に２個以上の双安定性磁
性要素を右する場合に、満足でる作動を４°る。この宋
に使用できる双安定性磁性要素の数の上限は、外部磁場
の大きざを過度に乱す番よどに束が大きくならないよう
にしなければならないという要件からくる。直径が３６
Ｉ＃１以下で、巻き数が１０００〜４０００の巻線を有
するウイガンドワイＡ７の束を有する磁場検出器を試験
した結果、満足Ｊる結果を得た。多くの用途にとって、
３〜５の双安定性磁性要素を右Ｊる束が充分であろう。

長さが５１ｒＬの市販の光学的ファイバリンクを作動す
るのに２個のウィガンドワイヤからなる磁場検出器で充
分であった。

［好適実施例］図示の磁場検出器は３本のウィガンドワイヤ１゜２．３
からなり、各々電気的巻線４．５＋、６を右する。これ
らの巻線は、同一の巻き線と、同一のインダクタンスと
、同一の抵抗を有し、同一の方向に巻かれていて、互に
平行に結合されている。

巻線を保持するウィガンドワイヤ１．２．３．は、互い
に平行で且つ近接している。平行な巻線４゜５．６は両
端で共通の端子７．８に結合されていて、該端子は負荷
抵抗９に結合されている。負荷抵抗９は、光学ファイバ
リンク用途伝送ダイオードとして使用される発光ダイオ
ードの入力抵抗によって構成できる。

前記装置は、平行に結合された複数の誘導子のみからな
っているにうにみえるが、実際には極端に非線形の電気
的機能を有する。なぎなら、各巻線４．５．６がウィガ
ンドワイヤ１，２．３から各々なるコアを囲むからであ
る。巻線４，５．６は各々空気インダクタンスＬ、Ｌ２
．またはし３、抵抗Ｒ、ＲまたはＲ１および制御され１
　２　３たパルス電圧源Ｑ、Ｑ２．またはＱ３を直列につないだ
回路とみなしてもよい。パルス電圧は、ウィガンドワイ
ヤ１．２または３の１つがトリガ磁場強さを受（）ると
すぐに、約２０マイクロ秒の間発生づる。トリガ磁場強
さは、主として外部磁場の作用によりるが、いずれかの
ウィガンドワイヤがトリガされたら、電気巻線４．５．
６を流れる電流で発生する磁場の助りを得る。外部磁場
は、例えば永久磁石や電磁石などいずれの形態のもので
もよい。他の方法として、巻線４．５．６や別個の巻線
を各ウイガンドワイＡ７１．２．３に設【プ゛Ｃ１交流
電源のような外部可変電力源に結合し、前記別個の巻線
がウィガンドワイヤのまわりで磁場を発生゛す”るよう
にしてもよい。しかし、この構成では、ウイガンドワイ
Ａ７の特徴である外部電源から供給がなくても作動する
という利点が活用されない。

実際のＩｌ磁場検出器技術データを次に示す。

各ウイガンドワイ１７１．２．３の長さは１８＃ｌ＋＋
１で、厚さが、０．２５ｍで、非対称励起の場合に呼び
トリガ磁場強さは１０Ａ／ｃｍであった。各ウィガンド
ワイヤの電気巻線は４０００巻きで、内部抵抗は２５０
Ａ−ムであった。各巻線の長さは１５ｓである。光学フ
ァイバリングに従来使われ　□ているような発光伝送ダ
イオードからなる負荷９の場合、ウィガンドワイヤの非
対称励起によって発生したパルスは、電流振幅８？７Ｌ
Ａで、約２０マイクロ秒の寿命であった。

【図面の簡単な説明】

第１図は、３本のウィガンドワイヤを有する磁場検出器
を示す回路図。第２図は、第１図の検出器の電気的等価回路図。１．２．３・・・ウィガンドワイヤ４．５．６・・・巻線７．８・・・端　子９・・・負荷抵抗Ｌ　、Ｌ　、Ｌ　・・・空気インダクタンス１　２　３Ｒ，Ｒ，Ｒ３・・・抵抗１２Ｑ、Ｑ、Ｑ３・・・パルス電圧源。２外１名勺・／す２

Claims

【特許請求の範囲】

（１）　ワイヤ状の双安定性磁場要素と該双安定性磁性
要素を囲む電気巻線とからなる磁場検出器において、双
安定性磁性要素が互いに平行な同一の双安定性要素の束
からなり、電気巻線が、複数の電気巻線であり、双安定
性磁性要素を各々囲んでおり、さらに同一方向に巻かれ
て且つ電気的に平行に結合されていることからなる磁場
検出器。
（２）　前記束が３〜５個の双安定性磁性要素からなる
特許請求の範囲第１項記載の磁場検出器。
（３）　各電気巻線で囲まれる双安定性磁性要素が前記
束の中に密に詰め込まれている特許請求の範囲第１項ま
たは第２項に記載の磁場検出器。