(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
被検出電流経路に被検出電流が流れることによって生じる第１磁界と垂直方向に第２磁界を生成する磁界発生手段と、
磁化方向が所定方向に固定されたピン層、絶縁体で構成されるトンネル層、外部磁化に応じて磁化方向が変化するフリー層が順に積層されてなる磁気抵抗素子を有し、前記第２磁界と、前記第１、第２磁界で構成される合成磁界との成す角度θに応じた正弦値を含む信号および余弦値を含む信号の少なくともいずれか一方を出力する磁気センサと、
前記磁気センサから前記正弦値を含む信号および余弦値を含む信号の少なくともいずれか一方が入力され、入力された信号に対して所定の演算を行って演算結果に対応するセンサ信号を出力する演算回路を有する信号処理部と、を備え、
前記演算回路は、入力された信号を用いて前記成す角度θにおける正接値を演算することによって（前記第１磁界）／（前記第２磁界）を演算し、前記正接値に対応する信号を前記センサ信号として出力することによって前記第１磁界に比例した前記センサ信号を出力することを特徴とする電流センサ。
【請求項２】
前記磁気センサは、前記ピン層の磁化方向が所定方向に固定され、前記成す角度θに応じた正弦値を含む信号を出力する前記磁気抵抗素子が形成された第１検出部と、前記ピン層の磁化方向が前記所定方向と垂直方向に固定され、前記成す角度θに応じた余弦値を含む信号を出力する前記磁気抵抗素子が形成された第２検出部と、を有し、
前記演算回路は、前記第１検出部から入力される正弦値を含む信号を前記第２検出部から入力される余弦値を含む信号で除算して前記正接値を演算することを特徴とする請求項１に記載の電流センサ。
【請求項３】
被検出電流経路に被検出電流が流れることによって生じる第１磁界と垂直方向に第２磁界を生成する磁界発生手段と、
磁化方向が所定方向に固定されたピン層、絶縁体で構成されるトンネル層、外部磁化に応じて磁化方向が変化するフリー層が順に積層されてなる磁気抵抗素子を有し、前記第２磁界と、前記第１、第２磁界で構成される合成磁界との成す角度θに応じた正弦値を含む信号および余弦値を含む信号の少なくともいずれか一方を出力する磁気センサと、
前記磁気センサから前記正弦値を含む信号および余弦値を含む信号の少なくともいずれか一方が入力され、入力された信号に対して所定の演算を行って演算結果に対応するセンサ信号を出力する演算回路を有する信号処理部と、を備え、
前記磁気センサは、前記ピン層の磁化方向が所定方向に固定され、前記成す角度θに応じた正弦値を含む信号を出力する前記磁気抵抗素子が形成された第１検出部と、前記ピン層の磁化方向が前記所定方向と垂直方向に固定され、前記成す角度θに応じた余弦値を含む信号を出力する前記磁気抵抗素子が形成された第２検出部と、を有し、
前記第２検出部を構成する前記ピン層の磁化方向と平行となる前記第２磁界を理想第２磁界とし、前記第１検出部を構成する前記ピン層の磁化方向と平行となる前記第１磁界を理想第１磁界とすると、
前記信号処理部は、前記理想第２磁界と前記第２磁界との成す角度をαとし、前記理想第１磁界と前記第１磁界との成す角度をβとしたとき、前記角度α、βを記憶する記憶手段を有し、
前記演算回路は、前記理想第２磁界と前記合成磁界との成す角度をθ´とし、前記第１検出部から入力される正弦値を含む信号を前記第２検出部から入力される余弦値を含む信号で除算した値をｔａｎθ´としたとき、前記記憶手段に記憶されている前記角度α、βを用いて次式
【数１】
0005533826.tif 000012
から前記成す角度θにおける正接値を演算し、前記正接値に対応する信号を前記センサ信号として出力することを特徴とする電流センサ。
【請求項４】
被検出電流経路に被検出電流が流れることによって生じる第１磁界と垂直方向に第２磁界を生成する磁界発生手段と、
磁化方向が所定方向に固定されたピン層、絶縁体で構成されるトンネル層、外部磁化に応じて磁化方向が変化するフリー層が順に積層されてなる磁気抵抗素子を有し、前記第２磁界と、前記第１、第２磁界で構成される合成磁界との成す角度θに応じた正弦値を含む信号および余弦値を含む信号の少なくともいずれか一方を出力する磁気センサと、
前記磁気センサから前記正弦値を含む信号および余弦値を含む信号の少なくともいずれか一方が入力され、入力された信号に対して所定の演算を行って演算結果に対応するセンサ信号を出力する演算回路を有する信号処理部と、を備え、
前記磁気センサは、前記ピン層の磁化方向が所定方向に固定され、前記成す角度θに応じた正弦値を含む信号を出力する前記磁気抵抗素子が形成された第１検出部と、前記ピン層の磁化方向が前記所定方向と垂直方向に固定され、前記成す角度θに応じた余弦値を含む信号を出力する前記磁気抵抗素子が形成された第２検出部と、を有し、
前記第２検出部を構成する前記ピン層の磁化方向と平行となる前記第２磁界を理想第２磁界とすると、
前記信号処理部は、前記理想第２磁界と前記第２磁界との成す角度をαとしたとき、前記角度αを記憶する記憶手段を有し、
前記演算回路は、前記理想第２磁界と前記合成磁界との成す角度をθ´とし、前記第１検出部から入力される正弦値を含む信号を前記第２検出部から入力される余弦値を含む信号で除算した値をｔａｎθ´としたとき、前記記憶手段に記憶されている前記角度αを用いて次式
【数２】
0005533826.tif 000013
から前記成す角度θにおける正接値を演算し、前記正接値に対応する信号を前記センサ信号として出力することを特徴とする電流センサ。
【請求項５】
被検出電流経路に被検出電流が流れることによって生じる第１磁界と垂直方向に第２磁界を生成する磁界発生手段と、
磁化方向が所定方向に固定されたピン層、絶縁体で構成されるトンネル層、外部磁化に応じて磁化方向が変化するフリー層が順に積層されてなる磁気抵抗素子を有し、前記第２磁界と、前記第１、第２磁界で構成される合成磁界との成す角度θに応じた正弦値を含む信号および余弦値を含む信号の少なくともいずれか一方を出力する磁気センサと、
前記磁気センサから前記正弦値を含む信号および余弦値を含む信号の少なくともいずれか一方が入力され、入力された信号に対して所定の演算を行って演算結果に対応するセンサ信号を出力する演算回路を有する信号処理部と、を備え、
前記磁気センサは、前記ピン層の磁化方向が所定方向に固定され、前記成す角度θに応じた正弦値を含む信号を出力する前記磁気抵抗素子が形成された第１検出部と、前記ピン層の磁化方向が前記所定方向と垂直方向に固定され、前記成す角度θに応じた余弦値を含む信号を出力する前記磁気抵抗素子が形成された第２検出部と、を有し、
前記第１検出部を構成する前記ピン層の磁化方向と平行となる前記第１磁界を理想第１磁界とすると、
前記信号処理部は、前記理想第１磁界と前記第１磁界との成す角度をβとしたとき、前記角度βを記憶する記憶手段を有し、
前記演算回路は、前記理想第２磁界と前記合成磁界との成す角度をθ´とし、前記第１検出部から入力される正弦値を含む信号を前記第２検出部から入力される余弦値を含む信号で除算した値をｔａｎθ´としたとき、前記記憶手段に記憶されている前記角度βを用いて次式
【数３】
0005533826.tif 000014
から前記成す角度θにおける正接値を演算し、前記正接値に対応する信号を前記センサ信号として出力することを特徴とする電流センサ。
【請求項６】
前記演算回路は、前記磁気センサから正弦値を含む信号または余弦値を含む信号が入力されると、前記正弦値を含む信号の正弦値から余弦値を演算し、または前記余弦値を含む信号の余弦値から正弦値を演算し、この演算値と入力された信号から前記正接値を演算することを特徴とする請求項１に記載の電流センサ。
【請求項７】
前記磁界発生手段は、磁石であり、
前記磁気センサは、前記磁石上に配置されていることを特徴とする請求項１ないし６のいずれか１つに記載の電流センサ。
【請求項８】
前記磁界発生手段は、所定方向に延設された第１部位と、前記第１部位の両端に前記所定方向と垂直方向に延設された第２部位とを備えたコの字状の磁石であり、
前記磁気センサは、前記第２部位の間に配置されていることを特徴とする請求項１ないし６のいずれか１つに記載の電流センサ。
【請求項９】
前記磁界発生手段は、電流が流れると前記第２磁界を生成するコイルであることを特徴とする請求項１ないし６のいずれか１つに記載の電流センサ。
【請求項１０】
前記磁界発生手段は、前記磁気センサ内に形成され、電流が流れると前記第２磁界を生成する薄膜コイルであることを特徴とする請求項１ないし６のいずれか１つに記載の電流センサ。
【請求項１１】
前記第２磁界の大きさは、所定時毎に前記コイルに流れる電流の大きさが変化させられることによって変化することを特徴とする請求項９または１０に記載の電流センサ。
【請求項１２】
前記磁界発生手段は、前記フリー層上に積層された強磁性膜であることを特徴とする請求項１ないし６のいずれか１つに記載の電流センサ。
【請求項１３】
前記磁界発生手段は、前記ピン層を構成する強磁性膜であることを特徴とする請求項１ないし６のいずれか１つに記載の電流センサ。
【請求項１４】
前記磁気センサは複数備えられ、それぞれの前記磁気センサに前記磁界発生手段から印加される前記第２磁界の大きさが互いに異なっていることを特徴とする請求項１ないし１３のいずれか１つに記載の電流センサ。
【請求項１５】
複数の前記磁気センサは、それぞれ前記磁界発生手段との距離が互いに異なっていることを特徴とする請求項１４に記載の電流センサ。
【請求項１６】
前記磁界発生手段は、複数備えられて大きさが互いに異なる前記第２磁界を生成していることを特徴とする請求項１４に記載の電流センサ。
【請求項１７】
被検出電流経路に被検出電流が流れることによって生じる第１磁界と垂直方向に第２磁界を生成する磁界発生手段と、
磁化方向が所定方向に固定されたピン層、絶縁体で構成されるトンネル層、外部磁化に応じて磁化方向が変化するフリー層が順に積層されてなる磁気抵抗素子を有し、前記第２磁界と、前記第１、第２磁界で構成される合成磁界との成す角度θに応じた正弦値を含む信号および余弦値を含む信号の少なくともいずれか一方を出力する磁気センサと、
前記磁気センサから前記正弦値を含む信号および余弦値を含む信号の少なくともいずれか一方が入力され、入力された信号に対して所定の演算を行って演算結果に対応するセンサ信号を出力する演算回路を有する信号処理部と、を備え、
前記磁気センサは２つ備えられ、それぞれの前記磁気センサに前記磁界発生手段から印加される前記第２磁界の大きさが互いに異なっているおり、
前記演算回路は、２つの前記磁気センサから入力された信号からそれぞれ前記成す角度θにおける正接値を演算し、２つの前記磁気センサのうち印加される前記第２磁界が小さい一方の前記磁気センサの信号から演算した正接値に対して所定のオフセットを付加し、付加した演算値と他方の磁気センサの信号から演算した正接値とを比較して絶対値の小さい値を前記センサ信号として出力することを特徴とする電流センサ。
【請求項１８】
前記信号処理部は、回路チップに形成されており、
前記磁気センサおよび前記回路チップは一体的にモールド樹脂によって封止されていることを特徴とする請求項１ないし１７のいずれか１つに記載の電流センサ。
【請求項１９】
前記磁気センサはモールド樹脂に封止されており、
前記信号処理部は、前記モールド樹脂の内部から外部に突出して備えられているリードを介して前記磁気センサの信号が入力されることを特徴とする請求項１ないし１７のいずれか１つに記載の電流センサ。
【請求項２０】
前記被検出電流経路を囲むと共に一部にギャップが形成され、前記第１磁界を集磁する磁気コアを備え、
前記ギャップに前記磁気センサが配置されていることを特徴とする請求項１ないし１９のいずれか１つに記載の電流センサ。
【請求項２１】
前記磁気センサには、前記第１磁界を集磁する磁気コアが形成されていることを特徴とする請求項１ないし１９のいずれか１つに記載の電流センサ。
【請求項２２】
請求項１ないし２１のいずれか１つに記載の電流センサを、前記第２磁界と前記被検出電流経路に流れる電流方向とが平行となるように前記被検出電流経路に組み付けてなる電流センサの組み付け構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁気抵抗素子を有して構成される磁気センサを備えた電流センサおよび電流センサの組み付け構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、例えば、特許文献１には、バイアス磁界を生成するバイアス磁石と、印加される磁界によって抵抗値が変化する磁気抵抗素子を用いた磁気センサとを備えた電流センサが提案されている。
【０００３】
このような電流センサは、被検出電流経路としてのバスバー等に流れる被検出電流の電流方向とバイアス磁界とが平行となるように配置されて用いられる。そして、バスバーに被検出電流が流れると当該被検出電流に比例する電流磁界がバイアス磁界と垂直方向に形成されるため、電流センサには、バイアス磁界と電流磁界とによって構成される合成磁界が印加される。したがって、電流センサは、磁気抵抗素子の抵抗値が合成磁界に応じて変化するため、合成磁界に応じたセンサ信号を出力する。
【０００４】
なお、一般的な磁気抵抗素子は、例えば、異方性磁気抵抗素子（ＡＭＲ）は、印加される合成磁界の角度に応じて抵抗値が正弦波波形の２倍波または余弦波波形の２倍波のように変化する。また、巨大磁気抵抗素子（ＧＭＲ）やトンネル磁器抵抗素子（ＴＭＲ）であれば、印加される合成磁界の角度に応じて抵抗値が正弦波波形または余弦波波形のように変化する。このため、電流センサから出力されるセンサ信号は正弦値を含む信号または余弦値を含む信号となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００７−１５５３９９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記電流センサは、合成磁界に応じた正弦値を含む信号または余弦値を含む信号をセンサ信号して出力するため、センサ信号が被検出電流に対してリニアな出力とならず、被検出電流に対して検出精度が異なるという問題がある。すなわち、出力される信号が直線性の高い領域では検出精度が高くなるが、直線性の低い領域では検出精度が低くなる。なお、リニアな出力とは、被検出電流に流れる電流とセンサ信号（電圧）とが比例関係となる出力のことである。
【０００７】
本発明は上記点に鑑みて、被検出電流経路に流れる被検出電流に対してリニアなセンサ信号を出力することができ、検出精度の異なりを抑制することができる電流センサおよび電流センサの組付け構造を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明者らは、上記課題を解決するために鋭意検討を行った。そして、巨大磁気抵抗素子（ＧＭＲ）やトンネル磁器抵抗素子（ＴＭＲ）であれば抵抗値が正弦波波形または余弦波波形のように変化することに着目し、正接値を演算することによって被検出電流に対してリニアに変化する信号が得られることを見出した。
【０００９】
このため、請求項１に記載の発明では、被検出電流経路に被検出電流が流れることによって生じる第１磁界と垂直方向に第２磁界を生成する磁界発生手段と、磁化方向が所定方向に固定されたピン層、絶縁体で構成されるトンネル層、外部磁化に応じて磁化方向が変化するフリー層が順に積層されてなる磁気抵抗素子を有し、第２磁界と、第１、第２磁界で構成される合成磁界との成す角度θに応じた正弦値を含む信号および余弦値を含む信号の少なくともいずれか一方を出力する磁気センサと、磁気センサから正弦値を含む信号および余弦値を含む信号の少なくともいずれか一方が入力され、入力された信号に対して所定の演算を行って演算結果に対応するセンサ信号を出力する演算回路を有する信号処理部と、を備え、演算回路は、入力された信号を用いて成す角度θにおける正接値を演算することによって（第１磁界）／（第２磁界）を演算し、正接値に対応する信号をセンサ信号として出力することによって第１磁界に比例したセンサ信号を出力することを特徴としている。
【００１０】
このような電流センサでは、演算回路は、第２磁界と合成磁界との成す角度θにおける正接値を演算し、この正接値に対応する信号をセンサ信号として出力する。すなわち、（第１磁界）／（第２磁界）を演算し、第１磁界に比例するセンサ信号を出力する。このため、センサ信号が被検出電流にリニアに対応する信号となり、検出精度を向上させることができる。
【００１１】
例えば、請求項２に記載の発明のように、磁気センサは、ピン層の磁化方向が所定方向に固定され、成す角度θに応じた正弦値を含む信号を出力する磁気抵抗素子が形成された第１検出部と、ピン層の磁化方向が第１検出部の磁気抵抗素子におけるピン層の磁化方向と垂直方向に固定され、成す角度θに応じた余弦値を含む信号を出力する磁気抵抗素子が形成された第２検出部とを有するものとすることができる。そして、演算回路は、第１検出部から入力される正弦値を含む信号を第２検出部から入力される余弦値を含む信号で除算して正接値を演算するものとすることができる。
【００１２】
また、請求項３ないし５に記載の発明では、被検出電流経路に被検出電流が流れることによって生じる第１磁界と垂直方向に第２磁界を生成する磁界発生手段と、磁化方向が所定方向に固定されたピン層、絶縁体で構成されるトンネル層、外部磁化に応じて磁化方向が変化するフリー層が順に積層されてなる磁気抵抗素子を有し、第２磁界と、第１、第２磁界で構成される合成磁界との成す角度θに応じた正弦値を含む信号および余弦値を含む信号の少なくともいずれか一方を出力する磁気センサと、磁気センサから正弦値を含む信号および余弦値を含む信号の少なくともいずれか一方が入力され、入力された信号に対して所定の演算を行って演算結果に対応するセンサ信号を出力する演算回路を有する信号処理部と、を備え、磁気センサは、ピン層の磁化方向が所定方向に固定され、成す角度θに応じた正弦値を含む信号を出力する磁気抵抗素子が形成された第１検出部と、ピン層の磁化方向が所定方向と垂直方向に固定され、成す角度θに応じた余弦値を含む信号を出力する磁気抵抗素子が形成された第２検出部と、を有することを特徴としている。
そして、請求項３に記載の発明では、第２検出部を構成するピン層の磁化方向と平行となる第２磁界を理想第２磁界とし、第１検出部を構成するピン層の磁化方向と平行となる第１磁界を理想第１磁界とすると、信号処理部は、理想第２磁界と第２磁界との成す角度をαとし、理想第１磁界と第１磁界との成す角度をβとしたとき、角度α、βを記憶する記憶手段を有するものとし、演算回路は、理想第２磁界と合成磁界との成す角度をθ´とし、第１検出部から入力される正弦値を含む信号を第２検出部から入力される余弦値を含む信号で除算した値をｔａｎθ´としたとき、記憶手段に記憶されている角度α、βを用いて次式
【００１３】
【数１】
0005533826.tif 000002
から成す角度θにおける正接値を演算し、正接値に対応する信号をセンサ信号として出力することを特徴としている（図９、図１０参照）。
【００１４】
このように、演算回路で角度α、βを用いて正接値を演算（補正）することにより、検出精度が低下することを抑制することができる。
【００１５】
また、請求項４に記載の発明では、第２検出部を構成するピン層の磁化方向と平行となる第２磁界を理想第２磁界とすると、信号処理部は、理想第２磁界と第２磁界との成す角度をαとしたとき、角度αを記憶する記憶手段を有するものとし、演算回路は、理想第２磁界と合成磁界との成す角度をθ´とし、第１検出部から入力される正弦値を含む信号を第２検出部から入力される余弦値を含む信号で除算した値をｔａｎθ´としたとき、記憶手段に記憶されている角度αを用いて次式
【００１６】
【数２】
0005533826.tif 000003
から成す角度θにおける正接値を演算し、正接値に対応する信号をセンサ信号として出力することを特徴としている（図９、図１０参照）。
【００１７】
さらに、請求項５に記載の発明では、第１検出部を構成するピン層の磁化方向と平行となる第１磁界を理想第１磁界とすると、信号処理部は、理想第１磁界と第１磁界との成す角度をβとしたとき、角度βを記憶する記憶手段を有するものとし、演算回路は、理想第２磁界と合成磁界との成す角度をθ´とし、第１検出部から入力される正弦値を含む信号を第２検出部から入力される余弦値を含む信号で除算した値をｔａｎθ´としたとき、記憶手段に記憶されている角度βを用いて次式
【００１８】
【数３】
0005533826.tif 000004
から成す角度θにおける正接値を演算し、正接値に対応する信号をセンサ信号として出力することを特徴としている（図９、図１０参照）。
【００１９】
そして、請求項６に記載の発明のように、演算回路は、磁気センサから正弦値を含む信号または余弦値を含む信号が入力されると、正弦値を含む信号の正弦値から余弦値を演算し、または余弦値を含む信号の余弦値から正弦値を演算し、この演算値と入力された信号から正接値を演算するものとすることができる。
【００２０】
このように、磁気センサから正弦値を含む信号または余弦値を含む信号のいずれか一方のみが入力されるような電流センサにおいても本発明を適用することができる。
【００２１】
さらに、請求項７に記載の発明のように、磁界発生手段を磁石とし、磁気センサを磁石上に配置することができる。
【００２２】
また、請求項８に記載の発明のように、磁界発生手段を所定方向に延設された第１部位と、第１部位の両端に所定方向と垂直方向に延設された第２部位とを備えたコの字状の磁石とし、磁気センサを第２部位の間に配置することができる。
【００２３】
これら請求項７および８に記載の発明によれば、磁気センサに印加される第２磁界が部分的にばらつくことを抑制することができる。
【００２４】
そして、請求項９に記載の発明のように、磁界発生手段を電流が流れると第２磁界を生成するコイルとすることができる。
【００２５】
また、請求項１０に記載の発明のように、磁界発生手段を磁気センサ内に形成され、電流が流れると第２磁界を生成する薄膜コイルとすることができる。
【００２６】
この場合、請求項１１に記載の発明のように、請求項９または１０に記載の発明において、第２磁界の大きさを所定時毎にコイルに流れる電流の大きさを変化させることによって変化させることができる。
【００２７】
これら請求項９ないし１１に記載の発明によれば、磁界発生手段をコイルで形成しており、流れる電流によって第２磁界の大きさを任意に変更することができるため、検出感度や検出レンジを適宜変更することができる。
【００２８】
また、請求項１２に記載の発明のように、磁界発生手段をフリー層上に強磁性膜を積層して構成することができる。
【００２９】
さらに、請求項１３に記載の発明のように、磁界発生手段をピン層を構成する強磁性膜で構成することができる。
【００３０】
これら請求項１２および１３に記載の発明によれば、磁界発生手段を磁気センサ内に形成するため、磁界発生手段を磁石等で構成する場合と比較して、小型化を図ることができる。
【００３１】
そして、請求項１４に記載の発明のように、磁気センサは複数備えられ、それぞれの磁気センサに磁界発生手段から印加される第２磁界の大きさが互いに異なるものとすることができる。
【００３２】
このように、磁気センサを複数備えてそれぞれの磁気センサに印加される第２磁界の大きさを互いに異なるものとすることにより、各磁気センサに印加される合成磁界と第２磁界との成す角度も互いに異なることになる。このため、各磁気センサから異なる信号が出力されることになる。したがって、第２磁界の大きさを適宜選択することにより、高感度の検出を行いつつ、広レンジの検出を行うことができる。
【００３３】
例えば、請求項１５に記載の発明のように、複数の磁気センサはそれぞれ磁界発生手段との距離が互いに異なるものとすることができる。
【００３４】
また、請求項１６に記載の発明のように、磁界発生手段は、複数備えられて大きさが互いに異なる第２磁界を生成するものとすることができる。
【００３５】
さらに、請求項１７に記載の発明では、被検出電流経路に被検出電流が流れることによって生じる第１磁界と垂直方向に第２磁界を生成する磁界発生手段と、磁化方向が所定方向に固定されたピン層、絶縁体で構成されるトンネル層、外部磁化に応じて磁化方向が変化するフリー層が順に積層されてなる磁気抵抗素子を有し、第２磁界と、第１、第２磁界で構成される合成磁界との成す角度θに応じた正弦値を含む信号および余弦値を含む信号の少なくともいずれか一方を出力する磁気センサと、磁気センサから正弦値を含む信号および余弦値を含む信号の少なくともいずれか一方が入力され、入力された信号に対して所定の演算を行って演算結果に対応するセンサ信号を出力する演算回路を有する信号処理部と、を備えることを特徴としている。そして、磁気センサを２つ備え、演算回路は、２つの磁気センサから入力された信号からそれぞれ成す角度θにおける正接値を演算し、２つの磁気センサのうち印加される第２磁界が小さい一方の磁気センサの信号から演算した正接値に対して所定のオフセットを付加し、付加した演算値と他方の磁気センサの信号から演算した正接値とを比較して絶対値の小さい値をセンサ信号として出力することを特徴としている。
【００３６】
そして、請求項１８に記載の発明のように、信号処理部を回路チップに形成し、磁気センサおよび回路チップを一体的にモールド樹脂によって封止することができる。
【００３７】
また、請求項１９に記載の発明のように、磁気センサをモールド樹脂に封止することができる。そして、信号処理部をモールド樹脂の内部から外部に突出して備えられているリードを介して磁気センサの信号が入力されるものとすることができる。
【００３８】
さらに、請求項２０に記載の発明のように、被検出電流経路を囲むと共に一部にギャップが形成され、第１磁界を集磁する磁気コアを備え、磁気コアのギャップに磁気センサを配置することができる。
【００３９】
また、請求項２１に記載の発明のように、磁気センサ内に第１磁界を集磁する磁気コアを備えることができる。
【００４０】
これら請求項２０および２１に記載の発明によれば、磁気コアによって第１磁界が集磁され、集磁された第１磁界が磁気センサに印加されるため、微小な被検出電流を検出することができ、検出感度を向上させることができる。
【００４１】
以上では、本発明を電流センサとして把握した場合について説明したが、本発明を電流センサの組み付け構造として把握することも可能である。
【００４２】
すなわち、請求項２２に記載の発明では、請求項１ないし２１のいずれか１つに電流センサを、第２磁界と被検出電流経路に流れる電流方向とが平行となるように、被検出電流経路に組み付けることを特徴としている。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本発明の第１実施形態における電流センサをバスバーに取り付けたときの模式図である。
【図２】図１に示す電流センサの断面構成を示す図である。
【図３】図１に示す電流センサの回路構成を示す図である。
【図４】磁気抵抗素子の断面構成を示す図である。
【図５】バスバーに流れる被検出電流とセンサ信号との関係を示す図である。
【図６】本発明の第２実施形態における電流センサの平面図である。
【図７】本発明の第３実施形態における電流センサの平面図である。
【図８】本発明の第４実施形態における電流センサの平面図である。
【図９】本発明の第５実施形態における電流センサの回路構成を示す図である。
【図１０】角度ずれを説明するための図である。
【図１１】角度ずれα、βを記憶部に書き込む工程を示すフローチャートである。
【図１２】本発明の第６実施形態における電流センサの平面図である。
【図１３】（ａ）は第１バイアス磁石の第１バイアス磁界と電流磁界とで構成される第１合成磁界を示す図、（ｂ）は第２バイアス磁石の第２バイアス磁界と電流磁界とで構成される第２合成磁界を示す図である。
【図１４】バスバーに流れる被検出電流とセンサ信号との関係を示す図である。
【図１５】本発明の第７実施形態における電流センサの断面構成を示す図である。
【図１６】本発明の第８実施形態における電流センサの回路構成を示す図である。
【図１７】本発明の第９実施形態における電流センサの断面構成を示す図である。
【図１８】本発明の第１０実施形態における電流センサをバスバーに取り付けたときの模式図である。
【図１９】本発明の第１１実施形態における磁気センサの平面図である。
【図２０】本発明の第１２実施形態における磁気抵抗素子の断面構成を示す図である。
【図２１】本発明の他の実施形態におけるバスバーに流れる被検出電流とセンサ信号との関係を示す図である。
【図２２】本発明の他の実施形態におけるバスバーに流れる被検出電流とセンサ信号との関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００４４】
（第１実施形態）
本発明の第１実施形態について図面を参照しつつ説明する。図１は、本実施形態における電流センサを被検出電流経路としてのバスバーに取り付けたときの模式図、図２は図１に示す電流センサの断面構成を示す図である。なお、本実施形態における電流センサは、例えば、車載バッテリ等に接続されるバスバーに流れる被検出電流を検出するものに用いられると好適である。
【００４５】
図１および図２に示されるように、電流センサ１は、一面１０ａおよび他面１０ｂを有する基板１０を備えている。そして、この基板１０の一面１０ａ上に、磁気抵抗素子を有して構成される外形が矩形状の磁気センサ２０、磁気センサ２０にバイアス磁界Ｂｂを印加する外形が矩形状のバイアス磁石３０、磁気センサ２０から出力される信号を演算する回路チップ４０が搭載されて構成されている。なお、本実施形態では、バイアス磁石３０が本発明の磁界発生手段に相当しており、回路チップ４０が本発明の信号処理部に相当しており、バイアス磁界Ｂｂが本発明の第２磁界に相当している。
【００４６】
磁気センサ２０は、本実施形態では、基板１０の一面１０ａ上にバイアス磁石３０を介して搭載されている。これにより、例えば、磁気センサ２０が矩形状のバイアス磁石３０の角部近傍等に配置される場合と比較して、磁気センサ２０に印加されるバイアス磁界Ｂｂが部分的にばらつくことを抑制することができる。つまり、具体的には後述するが、磁気センサ２０は複数の磁気抵抗素子を有して構成されるため、各磁気抵抗素子に影響するバイアス磁界Ｂｂの角度がばらつくことを抑制することができる。
【００４７】
また、電流センサ１は、回路チップ４０と図示しないワイヤを介して電気的に接続されるリード５０を備えている。そして、リード５０のうち基板１０側と反対側の部分（アウターリード部）が露出するように、各部材１０〜４０がモールド樹脂６０に封止され、モールドＩＣ化されている。
【００４８】
このような電流センサ１は、図１に示されるように、本発明の被検出電流経路に相当するバスバー７０に組みつけられて用いられる。具体的には、電流センサ１は、バスバー７０に流れる電流方向（図１中紙面左右方向）とバイアス磁界Ｂｂとが平行となるように、バスバー７０に組み付けられる。言い換えると、電流センサ１は、バスバー７０に流れる被検出電流によって生成される電流磁界Ｂｉとバイアス磁界Ｂｂとが垂直となるように、バスバー７０に組み付けられる。そして、磁気センサ２０には、バイアス磁界Ｂｂと電流磁界Ｂｉとによって構成される合成磁界Ｂｓが印加されるようになっている。なお、本実施形態では、電流磁界Ｂｉが本発明の第１磁界に相当している。
【００４９】
次に、上記電流センサ１の回路構成について説明する。図３は、電流センサ１の回路構成を示す図である。
【００５０】
図３に示されるように、磁気センサ２０は、４つの磁気抵抗素子２１ａ〜２１ｄがブリッジ回路を構成するように形成された第１検出部２１と、４つの磁気抵抗素子２２ａ〜２２ｄがブリッジ回路を形成するように形成された第２検出部２２とを有している。図４は、磁気抵抗素子２１ａの断面構成を示す図である。
【００５１】
図４に示されるように、磁気抵抗素子２１ａは、磁化方向が所定方向に固定されたピン層２３、絶縁体で構成されるトンネル層２４、外部磁化に応じて磁化方向が変化するフリー層２５が順に積層され、図示しない下部電極および上部電極を備えた一般的なものである。なお、図４では、ピン層２３の磁化方向を矢印で示している。また、磁気抵抗素子２１ｂ〜２２ｄも磁気抵抗素子２１ａと同様の構成であり、磁気抵抗素子２２ａ〜２２ｄはピン層２３の磁化方向が磁気抵抗素子２１ａの磁化方向と垂直とされている。
【００５２】
つまり、第１検出部２１を構成する各磁気抵抗素子２１ａ〜２２ｄはそれぞれピン層の磁化方向が互いに平行とされ、第２検出部２２を構成する各磁気抵抗素子２２ａ〜２２ｄのピン層の磁化方向は、それぞれ第１検出部２１を構成する各磁気抵抗素子２１ａ〜２１ｄのピン層の磁化方向と垂直とされている。なお、図３中の磁気センサ２０内に示してある矢印は、各磁気抵抗素子２１ａ〜２１ｄ、２２ａ〜２２ｄのピン層の磁化方向を示している。
【００５３】
このような磁気センサ２０は、例えば、第１検出部２１の磁化方向がバイアス磁界Ｂｂと垂直となると共に第２検出部２２の磁化方向がバイアス磁界Ｂｂと平行となるように基板１０の一面１０ａに搭載される。このため、図１に示されるように、バイアス磁界Ｂｂと合成磁界Ｂｓとの成す角度をθとすると、第１検出部２１から出力される信号Ｖａ１、Ｖａ２は、ｓｉｎθを含む信号となり、第２検出部２２から出力される信号Ｖｂ１、Ｖｂ２はｃｏｓθを含む信号となる。なお、ｓｉｎθを含む信号は、本発明の成す角度θに応じた正弦値を含む信号に相当し、ｃｏｓθを含む信号は、本発明の成す角度θに応じた余弦値を含む信号に相当している。
【００５４】
回路チップ４０は、電源回路４１、第１、第２差動増幅回路４２、４３、演算回路４４を有している。
【００５５】
電源回路４１は、定電圧回路等を備えて構成されており、第１検出部２１の磁気抵抗素子２１ａ、２１ｄの中点に接続されていると共に第２検出部２２の磁気抵抗素子２２ａ、２２ｄの中点に接続されている。そして、端子４５を介して電源から入力される電圧を定電圧Ｖｃｃに変換し、この定電圧Ｖｃｃを第１検出部２１の磁気抵抗素子２１ａ、２１ｄの中点、第２検出部２２の磁気抵抗素子２２ａ、２２ｄの中点に印加する。なお、第１検出部２１の磁気抵抗素子２１ｂ、２１ｃの中点、第２検出部２２の磁気抵抗素子２２ｂ、２２ｃの中点は端子４６を介してグランドに接続されている。
【００５６】
第１差動増幅回路４２は、反転入力端子が第１検出部２１の磁気抵抗素子２１ｃ、２１ｄの中点に接続されてこの中点の電圧Ｖａ１が入力されると共に、非反転入力端子が磁気抵抗素子２１ａ、２１ｂの中点に接続されてこの中点の電圧Ｖａ２が入力され、入力された電圧を差動増幅して演算回路４４に信号Ｖａを出力する。この信号Ｖａは、上記のように、第１検出部２１からＶａ１、Ｖａ２としてｓｉｎθを含む信号が入力されるため、次式となる。
【００５７】
【数４】
0005533826.tif 000005
なお、Ｇは第１差動増幅回路４２の増幅率、Ｖｃｃは第１検出部２１に印加される電圧、ｋ（ｔ）は第１検出部２１の温度特性である。
【００５８】
第２差動増幅回路４３は、第１差動増幅回路４２と同様のものであり、反転入力端子が第２検出部２２の磁気抵抗素子２２ｃ、２２ｄの中点に接続されてこの中点の電圧Ｖｂ１が入力されると共に、非反転入力端子が磁気抵抗素子２２ａ、２２ｂの中点に接続されてこの中点の電圧Ｖｂ２が入力され、入力された電圧を差動増幅して演算回路４４に信号Ｖｂを出力する。この信号Ｖｂは、上記のように、第２検出部２２からＶｂ１、Ｖｂ２としてｃｏｓθを含む信号が入力されるため、次式となる。
【００５９】
【数５】
0005533826.tif 000006
なお、数式４と同様に、Ｇは第２差動増幅回路４３の増幅率、Ｖｃｃは第２検出部２２に印加される電圧、ｋ（ｔ）は第２検出部２２の温度特性である。ここで、第１、第２差動増幅回路４２、４３は同じ構成とされているため、増幅率Ｇは同じ値となる。また、第１、第２検出部２１、２２は、ピン層の磁化方向以外は同じ構成とされている磁気抵抗素子２１ａ〜２１ｄ、２２ａ〜２２ｄにて構成されているため、温度特性ｋ（ｔ）は同じ値となる。
【００６０】
演算回路４４は、第１、第２差動増幅回路４２、４３から入力された信号Ｖａ、Ｖｂを用いてバイアス磁界Ｂｂと合成磁界Ｂｓとの成す角度θにおける正接値を演算し、この正接値に対応する信号をセンサ信号として端子４７から出力する。具体的には、本実施形態では、演算回路４４には、第１差動増幅回路４２から上記数式４に示すＶａが入力されると共に第２差動増幅回路４３から上記数式５に示すＶｂが入力されるため、ＶａをＶｂで除算して正接値（ｔａｎθ）を演算し、この演算結果に対応する信号をセンサ信号として出力する。言い換えると、図１に示されるように、ｔａｎθ＝（電流磁界Ｂｉ）／（バイアス磁界Ｂｂ）となるため、（電流磁界Ｂｉ）／（バイアス磁界Ｂｂ）に対応する信号をセンサ信号として出力する。すなわち、バイアス磁界Ｂｂはバイアス磁石３０により構成されるもので一定であるため、バスバー７０に流れる被検出電流が生成する電流磁界Ｂｉに比例する信号をセンサ信号として出力する。つまり、センサ信号はバスバー７０に流れる被検出電流にリニアに変化する信号となる。
【００６１】
図５は、バスバー７０に流れる被検出電流とセンサ信号との関係である。図５に示されるように、演算回路４４から出力されるセンサ信号は、バイアス磁界Ｂｂと合成磁界Ｂｓとの成す角度θがバスバー７０に流れる被検出電流に比例して大きくなるため、バスバー７０に流れる被検出電流にリニアに対応する信号となる。
【００６２】
なお、正接値に対応する信号をセンサ信号として出力するとは、演算した正接値に対して所定のオフセットを付加した値をセンサ信号として出力したり、演算した正接値をそのままセンサ信号として出力したりすることであり、本実施形態では演算した正接値をそのまま出力している。
【００６３】
以上説明したように、本実施形態の電流センサ１では、演算回路４４は、第１、第２検出部２１、２２から第１、第２差動増幅回路４２、４３を介して入力される信号Ｖａ、Ｖｂを用いてバイアス磁界Ｂｂと合成磁界Ｂｓとの成す角度θにおける正接値を演算し、この正接値に対応する信号をセンサ信号として出力している。すなわち、（電流磁界Ｂｉ）／（バイアス磁界Ｂｂ）を演算し、電流磁界Ｂｉに比例するセンサ信号を出力している。このため、上記図５のように、センサ信号が被検出電流にリニアに対応する（比例する）信号となり、被検出電流に対する検出精度の異なりを抑制することができる。
【００６４】
また、このような電流センサ１は、従来の電流センサ１に対して特別な部品等を新たに備える必要もなく、コストを大幅に上昇させることもない。
【００６５】
さらに、演算回路４４では、上記数式４に示す信号Ｖａを上記数式５で示す信号Ｖｂで除算するため、信号Ｖａ、Ｖｂに含まれる温度特性をキャンセルすることができ、温度特性を有しないセンサ信号を出力することができる。
【００６６】
（第２実施形態）
本発明の第２実施形態について説明する。本実施形態は、上記第１実施形態に対して、バイアス磁石３０の形状を変更したものであり、その他に関しては第１実施形態と同様であるため、ここでは説明を省略する。図６は、本実施形態における電流センサ１の平面図である。
【００６７】
図６に示されるように、本実施形態では、バイアス磁石３０が、所定方向に延設された第１部位と、当該第１部位の両端に延設方向と垂直方向に突出した第２部位とを有するコの字状とされている。そして、磁気センサ２０は、バイアス磁石３０の内側（ギャップ）、つまり第２部位の間に配置されている。
【００６８】
これによれば、バイアス磁界ＢｂがＮ極を構成する第２部位からＳ極を構成する第２部位に向かう方向となる。そして、磁気センサ２０が第２部位の間に配置されている。このため、例えば、磁気センサ２０を矩形状のバイアス磁石３０の角部近傍に配置する場合と比較して、磁気センサ２０に印加されるバイアス磁界Ｂｂが部分的にばらつくことを抑制することができる。
【００６９】
（第３実施形態）
本発明の第３実施形態について説明する。本実施形態は、第１実施形態に対して、磁界発生手段を変更したものであり、その他に関しては第１実施形態と同様であるため、ここでは説明を省略する。図７は、本実施形態における電流センサ１の平面図である。
【００７０】
図７に示されるように、本実施形態では、基板１０に、バイアス磁石３０が搭載されておらず、コアコイル３１が搭載されている。そして、当該コアコイル３１もモールド樹脂６０に被覆されている。コアコイル３１は、一方向に延設された第１部位と、第１部位の延設方向と垂直方向に突出した第２部位とを有するコの字状の鉄心の第１部位に巻線が巻かれて構成されている。巻線は回路チップ４０と電気的に接続されており、回路チップ４０から所定の電流が流されるようになっている。
【００７１】
つまり、本実施形態では、コアコイル３１に電流を流すことによってバイアス磁界Ｂｂが生成されるようになっており、このバイアス磁界Ｂｂが磁気センサ２０に印加されるようになっている。すなわち、本実施形態では、このコアコイル３１が本発明の磁界発生手段に相当している。なお、このようなコアコイル３１に電流を流した場合には、紙面左右方向にバイアス磁界Ｂｂが形成される。また、磁気センサ２０は、上記第２実施形態と同様に、コアコイル３１の内側に配置されている。つまり、コの字状の鉄心の内側（ギャップ）に配置されている。
【００７２】
これによれば、コアコイル３１に電流を流すことによってバイアス磁界Ｂｂを形成しているため、バイアス磁界Ｂｂの大きさをコアコイル３１に流す電流によって任意に変更することができる。したがって、検出感度や検出レンジを自由に変更することができ、適用性を向上させることができる。なお、鉄心は、コの字状に限定されるものではなく、例えば、第１部位のみを有する形状であってもよい。
【００７３】
また、上記では、鉄心に巻線を巻いたコアコイル３１に電流を流すことによってバイアス磁界Ｂｂを生成する例について説明したが、鉄心を備えない空芯コイルに電流を流すことによってバイアス磁界Ｂｂを生成するようにしてもよい。これによれば、鉄心を備えないため、バイアス磁界Ｂｂの温度特性を無くすことができ、検出精度を向上させることができる。また、鉄心を備えない空芯コイルの場合には、磁気センサ２０を空芯コイルの内部に配置することができ、電流センサ１を小型化することができる。
【００７４】
図８に示されるように、本実施形態では、基板１０にバイアス磁石３０が搭載されておらず、モールド樹脂６０の外側に巻線が巻き回されて構成されるコイル３２が備えられている。このコイル３２は、回路チップ４０と電気的に接続されており、回路チップ４０から電流が流されるようになっている。つまり、本実施形態では、コイル３２に電流を流すことによってバイアス磁界Ｂｂが生成されるようになっており、このバイアス磁界Ｂｂが磁気センサ２０に印加されるようになっている。すなわち、本実施形態では、このコイル３２が本発明の磁界発生手段に相当している。
【００７５】
なお、このようなコイル３２に電流を流した場合には、紙面左右方向にバイアス磁界Ｂｂが形成される。また、コイル３２は絶縁体で被覆されており、バスバー７０に組み付けられた際に、バスバー７０と電気的に接続されないようになっている。
【００７６】
このように、モールド樹脂６０の外側にコイル３２を備えるようにしても上記第３実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００７７】
（第５実施形態）
本発明の第５実施形態について説明する。上記各実施形態では、第１検出部２１（第２検出部２２）の磁化方向とバイアス磁界Ｂｂとが垂直（平行）となるように電流センサ１を構成し、第１検出部２１（第２検出部２２）の磁化方向と電流磁界Ｂｉとが平行（垂直）となるように電流センサ１をバスバー７０に組み付けたものを説明した。しかしながら、実際には、磁気センサ２０は配置予定領域に対してずれて配置されることがあり、電流センサ１は配置予定領域に対してずれて配置されることがある。つまり、磁気センサ２０とバイアス磁石３０との角度ずれによって第１検出部２１（第２検出部２２）の磁化方向とバイアス磁界Ｂｂとが非垂直（非平行）となったり、電流センサ１（磁気センサ２０）とバスバー７０との角度ずれによって第１検出部２１（第２検出部２２）の磁化方向と電流磁界Ｂｉとが非平行（非垂直）になったりすることがある。この場合、第１、第２検出部２１、２２から出力される信号Ｖａ１、Ｖａ２、Ｖｂ１、Ｖｂ２にはこれらの角度ずれが含まれることになる。このため、演算回路４４で第１、第２差動増幅回路４２、４３から入力される信号Ｖａ、Ｖｂを除算した値をそのままセンサ信号として出力すると、このセンサ信号は角度ずれを含む信号となり検出精度が低下することになる。
【００７８】
したがって、本実施形態の電流センサ１は、上記各実施形態に対して、演算回路４４で角度ずれを補正するようにしたものであり、その他に関しては第１実施形態と同様であるため、ここでは説明を省略する。図９は本実施形態における電流センサ１の回路構成を示す図である。
【００７９】
図９に示されるように、本実施形態では、回路チップ４０は演算回路４４と接続される記憶部４８を有している。この記憶部４８は、ＥＰＲＯＭ等で構成され、端子４９を介して磁気センサ２０とバイアス磁石３０との角度ずれおよび電流センサ１（磁気センサ２０）とバスバー７０との角度ずれが書き込まれてこれらの角度ずれを記憶するものである。なお、本実施形態では、記憶部４８が本発明の記憶手段に相当している。
【００８０】
演算回路４４は、本実施形態では、第１、第２差動増幅回路４２、４３から入力された信号Ｖａ、Ｖｂを用いてセンサ信号を演算する際に、記憶部４８に記憶されている角度ずれを読み出し、当該角度ずれを用いて補正演算をしてこの演算結果をセンサ信号として出力する。以下に、磁気センサ２０とバイアス磁石３０との角度ずれおよび電流センサ１（磁気センサ２０）とバスバー７０との角度ずれを用いて補正演算する際の演算式について説明する。
【００８１】
図１０は、角度ずれを説明するための図である。図１０では、Ｂｂを磁気センサ２０に印加される理想バイアス磁界、Ｂｉを磁気センサ２０に印加される理想電流磁界、Ｂｓを理想バイアス磁界Ｂｂと理想電流磁界Ｂｉとにより構成される理想合成磁界、Ｂｂ´を磁気センサ２０に印加される実際のバイアス磁界、Ｂｉ´を磁気センサ２０に印加される実際の電流磁界、Ｂｓ´を実際のバイアス磁界Ｂｂ´と実際の電流磁界Ｂｉ´とにより構成される実際の合成磁界、αを磁気センサ２０とバイアス磁石３０との角度ずれ（理想バイアス磁界Ｂｂと実際のバイアス磁界Ｂｂ´との成す角度）、βを磁気センサ２０とバスバー７０との角度ずれ（理想電流磁界Ｂｉと実際の電流磁界Ｂｉ´との成す角度）、θを理想バイアス磁界Ｂｂと理想合成磁界Ｂｓとの成す角度、θ´を理想バイアス磁界Ｂｂと実際の合成磁界Ｂｓ´との成す角度をとして示している。
【００８２】
なお、理想バイアス磁界Ｂｂとは、第２検出部２２の磁化方向と平行となるバイアス磁界のことであり、言い換えると磁気センサ２０とバイアス磁石３０とに角度ずれがない場合に磁気センサ２０に印加されるバイアス磁界のことである。つまり、理想バイアス磁界Ｂｂと実際のバイアス磁界Ｂｂ´との成す角度αとは、言い換えると第２検出部２２の磁化方向と実際のバイアス磁界Ｂｂ´との成す角度のことである。また、理想電流磁界Ｂｉとは、第１検出部２１の磁化方向と平行となる電流磁界のことであり、言い換えると磁気センサ２０とバスバー７０とに角度ずれがない場合に磁気センサ２０に印加される電流磁界のことである。つまり、理想電流磁界Ｂｉと実際の電流磁界Ｂｉ´との成す角度βとは、言い換えると第１検出部２１の磁化方向と実際の電流磁界Ｂｉ´のことである。本実施形態では、理想電流磁界が本発明の理想第１磁界に相当し、理想バイアス磁界が本発明の理想第２磁界に相当している。
【００８３】
図１０に示されるように、理想バイアス磁界Ｂｂと実際のバイアス磁界Ｂｂ´との成す角度がαであり（以下では、単に角度ずれαという）、理想電流磁界Ｂｉと実際の電流磁界Ｂｉ´との成す角度βである（以下では、単に角度ずれβという）場合には、理想バイアス磁界Ｂｂと実際の合成磁界Ｂｓ´との成す角度がθ´になるため、演算回路４４にて信号Ｖａを信号Ｖｂで除算すると、ｔａｎθ´を演算することになり、次式となる。
【００８４】
【数６】
0005533826.tif 000007
なお、数式６におけるＢｂは理想バイアス磁界の大きさ、Ｂｓは理想合成磁界の大きさである。ここで、ｔａｎθ＝Ｂｓ／Ｂｂと示されるため、これを数式６に代入して変形すると、次式となる
【００８５】
【数７】
0005533826.tif 000008
このため、演算回路４４は、第１、第２差動増幅回路４２、４３から入力される信号Ｖａ、Ｖｂを除算して角度ずれを含む信号ｔａｎθ´を演算し、上記数式７にｔａｎθ´および角度ずれα、βを代入して演算することにより、角度ずれを補正した正接値（ｔａｎθ）を演算することができる。したがって、演算回路４４は、記憶部４８に記憶されている角度ずれα、βを読み出し、第１、第２差動増幅回路４２、４３から入力される信号Ｖａ、Ｖｂおよび角度ずれα、βを用い、上記数式７を演算してこの演算値をセンサ信号として出力する。
【００８６】
次に、記憶部４８に角度ずれα、βを書き込む工程について説明する。図１１は、角度ずれα、βを記憶部４８に書き込む工程を示すフローチャートであり、本実施形態では電流センサ１をバスバー７０に組み付けた後に行われる。なお、この状態で電流センサ１はリード５０を介して外部回路と電気的に接続されている。
【００８７】
まず、ステップ１００にて、バスバー７０に被検出電流を流さない状態で電流センサ１からの出力Ｖ１を計測する。このとき、角度ずれαがある場合、図１０に示されるように、理想バイアス磁界Ｂｂと実際のバイアス磁界Ｂｂ´とが非平行となる。つまり、第１検出部２１の磁化方向とバイアス磁界Ｂｂ´とが非垂直となり、第２検出部２２の磁化方向とバイアス磁界Ｂｂ´とが非平行となる。このため、バスバー７０に被検出電流を流さない場合であっても第１、第２検出部２１、２２から角度ずれαに応じた信号Ｖａ１、Ｖａ２、Ｖｂ１、Ｖｂ２が出力される。すなわち、電流センサ１から出力される信号Ｖ１は、ｔａｎαに対応するものであり、ｔａｎα＝Ｖ１となる。
【００８８】
したがって、ステップ１１０にて、外部回路でａｒｃｔａｎ（Ｖ１）を演算して角度ずれαを算出する。
【００８９】
続いて、ステップ１２０にて、バスバー７０に所定の被検出電流を流し、電流センサ１からの出力Ｖ２を計測する。このとき、角度ずれα、βがある場合、演算回路４４から出力される信号Ｖ２は、ｔａｎθ´に対応するものであり、ｔａｎθ´＝Ｖ２となる。
【００９０】
したがって、ステップ１３０にて、上記数式６に出力Ｖ２、角度ずれαを代入してβを算出する。なお、外部回路には、理想バイアス磁界Ｂｂの大きさ、バスバー７０に所定の被検出電流を流したときに構成される理想合成磁界Ｂｓの大きさが予め記憶されている。
【００９１】
その後、ステップ１４０にて、外部回路から端子４９を介して角度ずれα、βを記憶部４８に書き込む。このようにして、記憶部４８に角度ずれα、βが書き込まれ、記憶部４８は角度ずれα、βを記憶する。
【００９２】
以上説明したように、本実施形態の電流センサ１では、演算回路４４は、記憶部４８に記憶された角度ずれα、βを用い、上記数式７に角度ずれα、βを代入して演算し、演算した値をセンサ信号として出力するようにしている。このため、角度ずれα、βを補正することができ、検出精度が低下することを抑制することができる。
【００９３】
（第６実施形態）
本発明の第６実施形態について説明する。本実施形態は、第１実施形態に対して２つの磁気センサ２０と２つのバイアス磁石３０を備えたものであり、その他に関しては第１実施形態と同様であるためここでは説明を省略する。図１２は、電流センサ１の平面図である。
【００９４】
図１２に示されるように、本実施形態では、図示しない基板１０の一面１０ａ上に第１、第２バイアス磁石３０ａ、３０ｂが搭載されている。図１３（ａ）は第１バイアス磁石３０ａのバイアス磁界Ｂｂ１と電流磁界Ｂｉとで構成される第１合成磁界Ｂｓ１を示す図、図１３（ｂ）は第２バイアス磁石３０ｂのバイアス磁界Ｂｂ２と電流磁界Ｂｉとで構成される第２合成磁界Ｂｓ２を示す図である。図１３に示されるように、第１バイアス磁石３０ａは第２バイアス磁石３０ｂより強磁性体で構成されており、第１バイアス磁石３０ａで生成される第１バイアス磁界Ｂｂ１の大きさが第２バイアス磁石３０ｂで生成される第２バイアス磁界Ｂｂ２の大きさより大きくなるようにされている。
【００９５】
そして、図１２に示されるように、これら第１、第２バイアス磁石３０ａ、３０ｂ上にそれぞれ磁気センサ２０が搭載されている。各磁気センサ２０は、上記第１実施形態で説明したものと同様のものであり、それぞれ第１、第２検出部２１、２２を有して構成されている。
【００９６】
演算回路４４は、特に図示しないが、本実施形態では、２つの端子４７と接続されている。そして、第１バイアス磁石３０ａ上に搭載されている磁気センサ２０から入力された信号を演算して一方の端子４７から第１センサ信号を出力し、第２バイアス磁石３０ｂ上に搭載されている磁気センサ２０から入力された信号を演算して他方の端子４７から第２センサ信号を出力する。
【００９７】
このような電流センサ１では、バスバー７０に被検出電流が流れたとき、第１、第２バイアス磁石３０ａ、３０ｂのバイアス磁界Ｂｂ１、Ｂｂ２の大きさが互いに異なるため、図１３に示されるように、第１バイアス磁石３０ａ上に搭載されている磁気センサ２０に印加される合成磁界Ｂｓ１と、第２バイアス磁石３０ｂ上に搭載されている磁気センサ２０に印加される合成磁界Ｂｓ２とが異なる。具体的には、第１バイアス磁界Ｂｂ１が第２バイアス磁界Ｂｂ２より大きくされているため、バスバー７０に被検出電流が流れたとき、第１バイアス磁界Ｂｂ１と第１合成磁界Ｂｓ１の成す角度θ１より第２バイアス磁界Ｂｂ２と第２合成磁界Ｂｓ２の成す角度θ２の方が大きくなる。
【００９８】
このため、演算回路４４が第１、第２センサ信号を演算すると、これら第１、第２センサ信号は異なる信号となる。図１４は、バスバー７０に流れる被検出電流とセンサ信号との関係を示す図である。図１４に示されるように、演算回路４４から出力される第１センサ信号は、第２センサ信号より被検出電流に対して出力電圧の傾きが小さくなる。すなわち、第１センサ信号は広レンジ出力となり、第２センサ信号は高感度出力となる。
【００９９】
以上より、本実施形態の電流センサ１は、第１バイアス磁石３０ａ上に搭載されている磁気センサ２０を用いて広レンジの電流検出を行うことができ、第２バイアス磁石３０ｂ上に搭載されている磁気センサ２０を用いて高感度の電流検出を行うことができる。
【０１００】
（第７実施形態）
本発明の第７実施形態について説明する。本実施形態は、第６実施形態に対してバイアス磁石３０を一つにしたものであり、その他に関しては第６実施形態と同様であるため、ここでは説明を省略する。図１５は、本実施形態における電流センサ１の断面構成を示す図である。
【０１０１】
図１５に示されるように、本実施形態の電流センサ１では、基板１０の一面１０ａ上にバイアス磁石３０を介して磁気センサ２０が搭載され、基板１０の他面１０ｂ上に磁気センサ２０が直接搭載されている。すなわち、２つの磁気センサ２０は、バイアス磁石３０との距離が互いに異なるように基板１０に配置されている。詳述すると、本実施形態では、各磁気センサ２０は、基板１０の平面方向における同じ位置に搭載されており、バイアス磁石３０、基板１０を挟んで対向して搭載されている。つまり、他面１０ｂ側に搭載された磁気センサ２０の方が一面１０ａ側に搭載された磁気センサ２０よりも基板１０の厚さの分だけバイアス磁石３０からの距離が遠くなるように、各磁気センサ２０が搭載されている。そして、バイアス磁石３０上に搭載される磁気センサ２０に印加されるバイアス磁界Ｂｂが基板１０の他面１０ｂ上に搭載される磁気センサ２０に印加されるバイアス磁界Ｂｂより大きくなるようにされている。なお、各磁気センサ２０は、上記第６実施形態と同様に、同じものとされている。
【０１０２】
このように、バイアス磁石３０との距離を互いに異ならせるように２つの磁気センサ２０を基板１０に搭載し、各磁気センサ２０に印加されるバイアス磁界Ｂｂの大きさが互いに異なるようにしても上記第６実施形態と同様の効果を得ることができる。
【０１０３】
なお、ここでは、基板１０を挟んで２つの磁気センサ２０を搭載する例について説明したが、次のようにしてもよい。すなわち、基板１０の一面１０ａ上にバイアス磁石３０を搭載し、当該バイアス磁石３０の近傍に一方の磁気センサ２０を搭載すると共にこの磁気センサ２０を挟んでバイアス磁石３０と反対側に他方の磁気センサ２０を搭載するようにして各磁気センサ２０とバイアス磁石３０との距離が互いに異なるようにしてもよい。
【０１０４】
（第８実施形態）
本発明の第８実施形態について説明する。本実施形態は、上記第１実施形態に対して、磁気センサ２０に第１検出部２１のみを備えたものであり、その他に関しては第１実施形態と同様であるため、ここでは説明を省略する。図１６は、電流センサ１の回路構成を示す図である。
【０１０５】
図１６に示されるように、本実施形態では、磁気センサ２０は第１検出部２１のみを有しており、第２検出部２２を有していない。また、回路チップ４０には上記第５実施形態のように記憶部４８が備えられている。本実施形態の記憶部４８には、第１差動増幅回路４２の増幅率Ｇ、第１検出部２１に印加される電圧Ｖｃｃ、第１検出部２１の温度特性ｋ（ｔ）が記憶されている。
【０１０６】
演算回路４４は、第１差動増幅回路４２から上記数式４に示す信号Ｖａが入力されるため、記憶部４８に記憶されている増幅率Ｇ、電圧Ｖｃｃ、温度特性ｋ（ｔ）を用いて信号Ｖａからｓｉｎθを演算する。そして、ｃｏｓθ＝（１−ｓｉｎθ２）１／２であるため、ｓｉｎθからｃｏｓθを演算し、記憶部に記憶されている増幅率Ｇ、電圧Ｖｃｃ、温度特性ｋ（ｔ）を用いて次式に示す演算値Ｖｃを生成する。
【０１０７】
【数８】
0005533826.tif 000009
そして、演算回路４４は、信号Ｖａを演算値Ｖｃで除算して正接値を演算し、正接値に対応する信号をセンサ信号として出力する。
【０１０８】
このように、磁気センサ２０が第１検出部２１のみを有する場合であっても、演算回路４４でｃｏｓθを用いて演算値Ｖｃを演算し、ＶａをＶｃで除算して正接値を演算しても、上記第１実施形態と同様の効果を得ることができる。
【０１０９】
なお、ここでは磁気センサ２０が第１検出部２１のみを有する場合について説明したが、磁気センサ２０が第２検出部２２のみを有する場合についても同様である。この場合は、演算回路４４に上記数式５に示す信号Ｖｂが入力されるため、演算回路４４は、入力された信号Ｖｂからｓｉｎθを演算すると共にこのｓｉｎθを用いた演算値とＶｂとから正接値を演算するものとすればよい。
【０１１０】
（第９実施形態）
本発明の第９実施形態について説明する。本実施形態は、上記第１実施形態に対して、バイアス磁石３０をモールド樹脂６０の外側に配置したものであり、その他に関しては第１実施形態と同様であるため、ここでは説明を省略する。図１７は、本実施形態における電流センサ１の断面構成を示す図である。
【０１１１】
図１７に示されるように、本実施形態の電流センサ１では、基板１０、磁気センサ２０、回路チップ４０がモールド樹脂６０に封止されており、バイアス磁石３０がモールド樹脂６０の外側に配置されている。これによれば、モールド樹脂６０に封止されてなるモールドＩＣを小型化することができる。
【０１１２】
（第１０実施形態）
本発明の第１０実施形態について説明する。本実施形態は、第１実施形態に対して、磁気コアを備えたものであり、その他に関しては第１実施形態と同様であるため、ここでは説明を省略する。図１８は、本実施形態における電流センサをバスバー７０に取り付けたときの模式図である。
【０１１３】
図１８に示されるように、本実施形態の電流センサ１は、バスバー７０の外周を取り囲むと共に一部がギャップ８０ａとされており、電流磁界Ｂｉを集磁する磁気コア８０を備えている。この磁気コア８０は、鉄−ニッケル合金のパーマロイが成形、鍛造等によって形成されるものである。そして、図示しないケース等の筐体に備えられて保持されている。また、磁気コア８０のギャップ８０ａには、図示しない筐体の搭載部が配置されており、この搭載部に磁気センサ２０等がモールドされたモールドＩＣ９０が配置されている。
【０１１４】
これによれば、モールドＩＣ９０（磁気センサ２０）には、磁気コア８０で集磁された電流磁界Ｂｉが印加されるため、バスバー７０に流れる微小な電流も検出することができ、検出感度を向上させることができる。
【０１１５】
なお、図１８に示す電流センサ１では、モールドＩＣ９０に紙面左右方向に電流磁界Ｂｉが印加されるため、バイアス磁界Ｂｂが紙面上下方向となるようにバイアス磁石３０が配置されている。
【０１１６】
（第１１実施形態）
本発明の第１１実施形態について説明する。本実施形態は、第１実施形態に対して、磁気センサ２０に磁気コアを備えたものであり、その他に関しては第１実施形態と同様であるため、ここでは説明を省略する。図１９は、本実施形態における磁気センサ２０の平面図である。
【０１１７】
図１９に示されるように、本実施形態では、磁気センサ２０は、磁気抵抗素子２１ａ〜２２ｄが形成されている磁気抵抗素子形成領域２６と、軟磁性薄膜等によって構成される磁気コア２７とを有している。この磁気コアは、例えば、蒸着等によって形成されるものである。
【０１１８】
これによれば、上記第１０実施形態と同様に、磁気抵抗素子２１ａ〜２２ｄには、磁気コア２７で集磁された電流磁界Ｂｉが印加されるため、検出感度を向上させることができる。
【０１１９】
（第１２実施形態）
本発明の第１２実施形態について説明する。本実施形態は、第１実施形態に対して、磁界発生手段を変更したものであり、その他に関しては第１実施形態と同様であるため、ここでは説明を省略する。図２０は、本実施形態における磁気抵抗素子の断面構成を示す図である。
【０１２０】
図２０に示されるように、本実施形態では、フリー層２５上に、絶縁体等で構成される保護膜２８、フリー層２５にバイアス磁界Ｂｂを印加する強磁性膜２９が順に積層されて構成されている。つまり、本実施形態では、強磁性膜２９が本発明の磁界発生手段に相当している。これによれば、バイアス磁石３０等を備える必要がないため、基板１０の平面方向の大きさを小さくすることができる。
【０１２１】
なお、上記では、強磁性膜２９によってフリー層２５にバイアス磁界Ｂｂを印加する例を説明したが、強磁性膜２９を備えずに、ピン層２３の材料等を適宜選択してピン層２３によってフリー層２５にバイアス磁界Ｂｂが印加されるようにしてもよい。この場合は、ピン層２３が本発明の磁界発生手段に相当する。
【０１２２】
（他の実施形態）
上記第１〜第７実施形態では、第１検出部２１から正弦値を含む信号を出力すると共に第２検出部２２から余弦値を含む信号を出力するものを説明したが、磁気センサ２０とバイアス磁石３０との配置方法を変更して第１検出部２１から余弦値を含む信号を出力すると共に第２検出部２２から正弦値を含む信号を出力するようにしてもよい。
【０１２３】
また、上記第１〜第７実施形態では、第１、第２検出部２１、２２は磁気抵抗素子２１ａ〜２１ｄ、２２ａ〜２２ｄがブリッジ回路を構成するように形成されたものを説明したが、第１、第２検出部２１、２２は、例えば、１つの磁気抵抗素子２１ａ、２２ａのみで構成されていてもよい。同様に、上記第８実施形態においても、第１検出部２１を１つの磁気抵抗素子２１ａのみで構成してもよい。
【０１２４】
さらに、上記各実施形態では、磁気センサ２０と共に回路チップ４０をモールド樹脂６０にて封止してなるものを説明したが、次のようにしてもよい。すなわち、磁気センサ２０から出力される信号を処理する信号処理回路部を外部に備えてもよい。つまり、磁気センサ２０から出力される信号がリード５０を介して信号処理部に入力されるようにしてもよい。例えば、上記電流センサ１は、車両に取り付けられて用いられるため、車両ＥＣＵで磁気センサ２０から出力される信号に対して上記演算を行うようにしてもよい。この場合は、車両ＥＣＵが本発明の信号処理部に相当する。
【０１２５】
そして、上記第３、第４実施形態では、コイル３１、３２によってバイアス磁界Ｂｂを生成する例について説明したが、次のようにしてもよい。すなわち、磁気センサ２０内に薄膜コイルを形成することによってバイアス磁界Ｂｂが生成されるようにしてもよい。この場合、薄膜コイルは、磁気センサ２０内において、各磁気抵抗素子２１ａ〜２２ｄの内部に形成されていてもよいし、各磁気抵抗素子２１ａ〜２２ｄにおけるフリー層２５の上部に形成されていてもよいし、各磁気抵抗素子２１ａ〜２２ｄと異なる場所に形成されていてもよい。これによれば、上記第３、第４実施形態と比較して、モールドＩＣを小型化することができる。
【０１２６】
そして、上記第５実施形態では、角度ずれα、βを演算して算出する例について説明したが、例えば、角度ずれα、βを目視等によって計測するようにしてもよい。
【０１２７】
また、上記第５実施形態では、電流センサ１をバスバー７０に組み付けた後に角度ずれα、βを演算して記憶部４８に角度ずれα、βを書き込む方法について説明したが、次のようにしてもよい。すなわち、電流センサ１をバスバー７０に組み付ける前に角度ずれαを演算して当該角度ずれαを記憶部４８に書き込み、その後、電流センサ１をバスバー７０に組み付けて角度ずれβを演算し、当該角度ずれβを記憶部４８に書き込むようにしてもよい。
【０１２８】
さらに、上記第５実施形態では、角度ずれα、βを補正する方法について説明したが、いずれか一方の角度ずれのみを補正するようにしてもよい。すなわち、演算回路４４は、第１、第２差動増幅回路４２、４３から入力される信号Ｖａ、Ｖｂを除算して角度ずれを含む信号ｔａｎθ´を演算し、次式にｔａｎθ´および角度ずれαを代入して演算することにより、角度ずれαを補正した正接値（ｔａｎθ）を演算することができる。
【０１２９】
【数９】
0005533826.tif 000010
また、演算回路４４は、角度ずれを含む信号ｔａｎθ´を演算し、次式に角度ずれβを代入して演算することにより、角度ずれβを補正した正接値（ｔａｎθ）を演算することができる。
【０１３０】
【数１０】
0005533826.tif 000011
このように、演算回路４４にていずれか一方の角度ずれのみを補正するようにしてもよい。
【０１３１】
そして、上記第６、７実施形態では、演算回路４４から第１、第２センサ信号を出力するものを説明したが、いずれか一方のセンサ信号を出力するようにしてもよい。図２１は、他の実施形態における演算回路４４から出力されるセンサ信号を示す図である。例えば、図２１に示されるように、演算回路４４において、広レンジの検出を行う磁気センサ２０から入力された信号に対して所定のオフセットを付加して第１センサ信号を生成し、この第１センサ信号と第２センサ信号とを比較して第１、第２センサ信号のうちの絶対値の小さい方を出力するようにすることができる。
【０１３２】
また、演算回路４４からセンサ信号を次のように出力することもできる。図２２は、他の実施形態における演算回路４４から出力されるセンサ信号を示す図であり、（ａ）は車両エンジンがオフされているときのセンサ信号を示す図、（ｂ）は車両エンジンがオンされているときのセンサ信号を示す図である。すなわち、図２２は、電流センサ１が車両に搭載されているときのセンサ信号を示す図である。
【０１３３】
電流センサ１が車両に搭載されて車両バッテリの充放電電流を検出するのに用いられる場合には、車両エンジンがオフされているときには暗電流を検出するために高感度の検出が必要であり、車両エンジンがオンされているときは充放電電流を検出するために広レンジの検出が必要である。このため、図２２に示されるように、演算回路４４は、車両エンジンがオフされているときには高感度である第２センサ信号を出力するようにし、車両エンジンがオンされているときには広レンジである第１センサ信号を出力するようにしてもよい。
【０１３４】
さらに、上記第３、第４実施形態においても高感度の検出を行うことができると共に広レンジの検出を行うようにすることができる。すなわち、上記第３実施形態においてコアコイル３１に流す電流を所定時に変化させたり、上記第４実施形態においてコイル３２に流す電流を所定時に変化させることによって、高感度な検出を行うことができると共に広レンジの検出を行うことができるようにすることができる。例えば、上記のように車両エンジンのオン、オフによって検出感度や検出レンジを変更する場合には、車両エンジンのオン、オフによってコイル３１、３２に流す電流を変更することにより、車両エンジンがオンされているときには広レンジの検出を行うことができるようにし、車両エンジンがオフされているときには高感度の検出を行うことができるようにすることができる。なお、本発明の所定時とは、例えば、車両エンジンのオン、オフの切り替えのタイミングのことである。
【０１３５】
また、上記各実施形態を適宜組み合わせてもよい。例えば、上記第６、第７実施形態において、バイアス磁石３０を上記第２実施形態のようにコの字状としてもよいし、バイアス磁石３０を上記第３実施形態のようにコイル３１に変更してもよい。さらに、上記第８実施形態において、上記第２〜第４実施形態のようにバイアス磁石３０を変更してもよい。
【符号の説明】
【０１３６】
１０            基板
２０            磁気センサ
２１            第１検出部
２１ａ〜２１ｄ  磁気抵抗素子
２２            第２検出部
２２ａ〜２２ｄ  磁気抵抗素子
３０            バイアス磁石
４０            回路チップ
４４            演算回路
５０            リード
６０            モールド樹脂
【図１】
0005533826.tif 000015
【図２】
0005533826.tif 000016
【図３】
0005533826.tif 000017
【図４】
0005533826.tif 000018
【図５】
0005533826.tif 000019
【図６】
0005533826.tif 000020
【図７】
0005533826.tif 000021
【図８】
0005533826.tif 000022
【図９】
0005533826.tif 000023
【図１０】
0005533826.tif 000024
【図１１】
0005533826.tif 000025
【図１２】
0005533826.tif 000026
【図１３】
0005533826.tif 000027
【図１４】
0005533826.tif 000028
【図１５】
0005533826.tif 000029
【図１６】
0005533826.tif 000030
【図１７】
0005533826.tif 000031
【図１８】
0005533826.tif 000032
【図１９】
0005533826.tif 000033
【図２０】
0005533826.tif 000034
【図２１】
0005533826.tif 000035
【図２２】
0005533826.tif 000036