(57)【要約】  バイアス磁界に平行な方向に外部磁界が加わる場合であっても電流測定精度の低下を抑制可能な電流センサを提供すること。電流線（２）を通流する被測定電流（Ｉ）からの誘導磁界（Ｈａ、Ｈｂ）を検出する第１の磁気センサ（１１ａ）及び第２の磁気センサ（１１ｂ）を具備し、第１の磁気センサ（１１ａ）及び第２の磁気センサ（１１ｂ）は、それぞれ、フリー磁性層に対してバイアス磁界を印加するハードバイアス層を備えた磁気抵抗効果素子を有し、第１の磁気センサ（１１ａ）の磁気抵抗効果素子におけるバイアス磁界（Ｂａ）と、第２の磁気センサ（１１ｂ）の磁気抵抗効果素子におけるバイアス磁界（Ｂｂ）とが互いに逆向きになるように構成されている。
2013099504.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電流路を通流する被測定電流からの誘導磁界を測定する第１の磁気抵抗効果素子及び第２の磁気抵抗効果素子を具備し、
前記第１の磁気抵抗効果素子及び前記第２の磁気抵抗効果素子は、それぞれ、フリー磁性層に対してバイアス磁界を印加するハードバイアス層を有し、
前記第１の磁気抵抗効果素子のバイアス磁界と、前記第２の磁気抵抗効果素子のバイアス磁界とが逆向きであり、
前記第１の磁気抵抗効果素子と前記第２の磁気抵抗効果素子とは、前記被測定電流からの誘導磁界が逆の向きに印加されるよう配置され、
前記第１の磁気抵抗効果素子の感度軸の方向と前記第２の磁気抵抗効果素子の感度軸の方向とが同一方向になるように構成されていることを特徴とする電流センサ。
【請求項２】
前記第１の磁気抵抗効果素子の出力と前記第２の磁気抵抗効果素子の出力との差を演算処理する演算部を具備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】
前記電流路は、平行な第１の部分及び第２の部分と、前記第１の部分及び前記第２の部分に垂直な前記第１の部分と前記第２の部分とを接続する第３の部分と、を含んで構成されており、
前記第１の磁気抵抗効果素子は、前記第１の部分を通流する被測定電流からの誘導磁界を測定するように配置されており、前記第２の磁気抵抗効果素子は、前記第２の部分を通流する被測定電流からの誘導磁界を測定するように、前記電流路の前記第１の磁気抵抗効果素子と同一面側に配置されていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の電流センサ。
【請求項４】
前記電流路は、直線状に構成されており、
前記第１の磁気抵抗効果素子と前記第２の磁気抵抗効果素子とが、前記電流路を挟んで配置されることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の電流センサ。
【請求項５】
電流路を通流する被測定電流からの誘導磁界を検出する第１乃至第４の磁気抵抗効果素子を具備し、
前記第１乃至第４の磁気抵抗効果素子は、それぞれ、フリー磁性層に対してバイアス磁界を印加するハードバイアス層を有し、
前記第１の磁気抵抗効果素子のバイアス磁界と、前記第２の磁気抵抗効果素子のバイアス磁界とが逆向きになるように、かつ、前記第３の磁気抵抗効果素子のバイアス磁界と、前記第４の磁気抵抗効果素子のバイアス磁界とが逆向きになるように、かつ、前記第１の磁気抵抗効果素子のバイアス磁界と、前記第３の磁気抵抗効果素子のバイアス磁界とが同じ向きになるように、かつ、前記第２の磁気抵抗効果素子のバイアス磁界と、前記第４の磁気抵抗効果素子のバイアス磁界とが同じ向きになるように配置され、
前記第１の磁気抵抗効果素子と前記第２の磁気抵抗効果素子とは、前記被測定電流からの誘導磁界が同じ向きに印加され、かつ、前記第３の磁気抵抗効果素子と前記第４の磁気抵抗効果素子とは、前記被測定電流からの誘導磁界が同じ向きに印加され、かつ、前記第１の磁気抵抗効果素子と前記第２の磁気抵抗効果素子とに印加される前記被測定電流からの誘導磁界の向きと前記第３の磁気抵抗効果素子と前記第４の磁気抵抗効果素子とに印加される前記被測定電流からの誘導磁界の向きとが逆の向きになるように配置され、
前記第１の磁気抵抗効果素子の感度軸の方向と前記第３の磁気抵抗効果素子の感度軸の方向とが同一方向、かつ、前記第２の磁気抵抗効果素子の感度軸の方向と前記第４の磁気抵抗効果素子の感度軸の方向とが同一方向、かつ、前記第１乃至第４の磁気抵抗効果素子の感度軸が平行になるよう配置されていることを特徴とする電流センサ。
【請求項６】
前記第１乃至第４の磁気抵抗効果素子は、前記第１の磁気抵抗効果素子の感度軸乃至前記第４の磁気抵抗効果素子の感度軸の方向が同一方向になるよう配置され、
前記第１乃至第４の磁気抵抗効果素子の出力を演算処理する演算部を有し、
前記演算部は、前記第１の磁気抵抗効果素子の出力及び前記第２の磁気抵抗効果素子の出力の和である第１の出力和から、前記第３の磁気抵抗効果素子の出力及び前記第４の磁気抵抗効果素子の出力の和である第２の出力和を減算することを特徴とする請求項５に記載の電流センサ。
【請求項７】
前記第１乃至第４の磁気抵抗効果素子は、前記第１の磁気抵抗効果素子の感度軸の方向及び前記第３の磁気抵抗効果素子の感度軸の方向と、前記第２の磁気抵抗効果素子の感度軸の方向及び前記第４の磁気抵抗効果素子の感度軸の方向とが逆の方向になるよう配置され、
前記第１乃至第４の磁気抵抗効果素子の出力を演算処理する演算部を有し、
前記演算部は、前記第１の磁気抵抗効果素子の出力と前記第２の磁気抵抗効果素子の出力の差である第１の出力差から、前記第３の磁気抵抗効果素子の出力及び前記第４の磁気抵抗効果素子の出力の差である第２の出力差を減算することを特徴とする請求項５に記載の電流センサ。
【請求項８】
前記電流路は、平行な第１の部分及び第２の部分と、前記第１の部分及び前記第２の部分に垂直な前記第１の部分と前記第２の部分とを接続する第３の部分と、を含んで構成されており、
前記第１の磁気抵抗効果素子及び前記第２の磁気抵抗効果素子は、前記第１の部分を通流する被測定電流からの誘導磁界を検出するように配置されており、前記第３の磁気抵抗効果素子及び前記第４の磁気抵抗効果素子は、前記電流路の第２の部分を通流する被測定電流からの誘導磁界を検出するように、前記電流路の同一面に配置されていることを特徴とする請求項５から請求項７のいずれかに記載の電流センサ。
【請求項９】
前記電流路は、直線状に構成されており、
前記第１の磁気抵抗効果素子と前記第２の磁気抵抗効果素子とが、前記電流路の一方の面に設けられ、
前記第３の磁気抵抗効果素子と前記第４の磁気抵抗効果素子とが、前記電流路の前記一方の面と対向する面に設けられていることを特徴とする請求項５から請求項７のいずれかに記載の電流センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被測定電流を非接触で測定可能な電流センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
電気自動車や太陽電池などの分野では、磁気検出素子であるＧＭＲ（Ｇｉａｎｔ  Ｍａｇｎｅｔｏ  Ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ）素子を用いて被測定電流による誘導磁界を検出する方式の電流センサが知られている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１の電流センサでは、複数のＧＭＲ素子の出力の差分に基づいて検出対象の電流を検出することで、高感度化を実現している。【０００３】
ＧＭＲ素子は、反強磁性層、固定磁性層、非磁性層及びフリー磁性層を基本的な構成としている。固定磁性層は、反強磁性層上に積層されており、反強磁性層との間で生じる交換結合磁界により磁化方向が一方向に固定されている。フリー磁性層は、固定磁性層上に非磁性層（非磁性中間層）を介して積層されており、外部磁界により磁化方向が変化するようになっている。ＧＭＲ素子は、外部磁界の印加によって変化するフリー磁性層の磁化方向と、固定磁性層の磁化方向との関係で電気抵抗値が変動するように構成されており、これにより外部磁界を検出可能になっている。【０００４】
このようなＧＭＲ素子において、電気抵抗値と外部磁界の強さと間の線形性を高めるために、フリー磁性層にバイアス磁界を印加するハードバイアス層を設けることがある。これにより、フリー磁性層の磁化方向が同一方向に揃えられて外部磁界の検出感度が向上する。このＧＭＲ素子を用いることで、さらに検出感度に優れた電流センサが実現可能である（例えば、特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−１０５６９３号公報
【特許文献２】特開２００６−６６８２１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、上述したハードバイアス層によってバイアス磁界を印加するタイプのＧＭＲ素子は、バイアス磁界によってフリー磁性層の磁化方向を揃えているため、バイアス磁界に平行な方向（感度方向に垂直な方向）に外部磁界が加わると検出感度が変化してしまう。このため、このＧＭＲ素子を用いる電流センサにおいて、バイアス磁界に平行な方向の外部磁界が存在する場合には、電流測定精度が低下する恐れがある。【０００７】
本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、バイアス磁界に平行な方向に外部磁界が加わる場合であっても電流測定精度の低下を抑制可能な電流センサ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】
本発明の電流センサは、電流路を通流する被測定電流からの誘導磁界を検出する第１の磁気抵抗効果素子及び第２の磁気抵抗効果素子を具備し、前記第１の磁気抵抗効果素子及び前記第２の磁気抵抗効果素子は、それぞれ、フリー磁性層に対してバイアス磁界を印加するハードバイアス層を有し、前記第１の磁気抵抗効果素子のバイアス磁界と、前記第２の磁気抵抗効果素子のバイアス磁界とが逆向きであり、前記第１の磁気抵抗効果素子と前記第２の磁気抵抗効果素子とは、前記被測定電流からの誘導磁界が逆の向きに印加されるよう配置され、前記第１の磁気抵抗効果素子の感度軸の方向と前記第２の磁気抵抗効果素子の感度軸の方向とが同一方向になるように構成されていることを特徴とする。【０００９】
この構成によれば、第１の磁気抵抗効果素子のバイアス磁界と、第２の磁気抵抗効果素子のバイアス磁界とが逆向きであるため、バイアス磁界に平行な方向の外部磁界が加わっても、２個の磁気センサの出力を用いて感度変化を相殺できる。これにより、外部磁界による電流測定精度の低下を抑制可能である。【００１０】
本発明の電流センサにおいて、前記第１の磁気抵抗効果素子の出力と前記第２の磁気抵抗効果素子の出力との差を演算処理する演算部を具備することが好ましい。【００１１】
本発明の電流センサにおいて、前記電流路は、平行な第１の部分及び第２の部分と、前記第１の部分及び前記第２の部分に垂直な前記第１の部分と前記第２の部分とを接続する第３の部分と、を含んで構成されており、前記第１の磁気抵抗効果素子は、前記第１の部分を通流する被測定電流からの誘導磁界を検出するように配置されており、前記第２の磁気抵抗効果素子は、前記第２の部分を通流する被測定電流からの誘導磁界を検出するように、前記電流路の前記第１の磁気抵抗効果素子と同一面側に配置されていることが好ましい。この構成によれば、電流路の同一面に磁気抵抗効果素子を設けることができるので、製造が容易になる。【００１２】
本発明の電流センサにおいて、前記電流路は、直線状に構成されており、前記第１の磁気抵抗効果素子と前記第２の磁気抵抗効果素子とが、前記電流路を挟んで配置されることが好ましい。この構成によれば、直線状の電流路を用いるため、電流測定精度の低下を抑制できる。【００１３】
本発明の電流センサは、電流路を通流する被測定電流からの誘導磁界を検出する第１乃至第４の磁気抵抗効果素子を具備し、前記第１乃至第４の磁気抵抗効果素子は、それぞれ、フリー磁性層に対してバイアス磁界を印加するハードバイアス層を有し、前記第１の磁気抵抗効果素子のバイアス磁界と、前記第２の磁気抵抗効果素子のバイアス磁界とが逆向きになるように、かつ、前記第３の磁気抵抗効果素子のバイアス磁界と、前記第４の磁気抵抗効果素子のバイアス磁界とが逆向きになるように、かつ、前記第１の磁気抵抗効果素子のバイアス磁界と、前記第３の磁気抵抗効果素子のバイアス磁界とが同じ向きになるように、かつ、前記第２の磁気抵抗効果素子のバイアス磁界と、前記第４の磁気抵抗効果素子のバイアス磁界とが同じ向きになるように配置され、前記第１の磁気抵抗効果素子と前記第２の磁気抵抗効果素子とは、前記被測定電流からの誘導磁界が同じ向きに印加され、かつ、前記第３の磁気抵抗効果素子と前記第４の磁気抵抗効果素子とは、前記被測定電流からの誘導磁界が同じ向きに印加され、かつ、前記第１の磁気抵抗効果素子と前記第２の磁気抵抗効果素子とに印加される前記被測定電流からの誘導磁界の向きと前記第３の磁気抵抗効果素子と前記第４の磁気抵抗効果素子とに印加される前記被測定電流からの誘導磁界の向きとが逆の向きになるように配置され、前記第１の磁気抵抗効果素子の感度軸の方向と前記第３の磁気抵抗効果素子の感度軸の方向とが同一方向、かつ、前記第２の磁気抵抗効果素子の感度軸の方向と前記第４の磁気抵抗効果素子の感度軸の方向とが同一方向、かつ、前記第１乃至第４の磁気抵抗効果素子の感度軸が平行になるよう配置されていることを特徴とする。【００１４】
この構成によれば、第１の磁気抵抗効果素子におけるバイアス磁界と、第２の磁気抵抗効果素子におけるバイアス磁界とが互いに逆向きであり、第３の磁気抵抗効果素子におけるバイアス磁界と、第４の磁気抵抗効果素子におけるバイアス磁界とが互いに逆向きであるため、バイアス磁界に平行な方向の外部磁界が加わっても、各磁気センサの感度変化を相殺できる。さらに、感度軸方向の外部磁界が加わっても、その影響を相殺できる。これにより、外部磁界による電流測定精度の低下を抑制可能である。【００１５】
本発明の電流センサにおいて、前記第１乃至第４の磁気抵抗効果素子は、前記第１の磁気抵抗効果素子の感度軸乃至前記第４の磁気抵抗効果素子の感度軸の方向が同一方向になるよう配置され、前記第１乃至第４の磁気抵抗効果素子の出力を演算処理する演算部を有し、前記演算部は、前記第１の磁気抵抗効果素子の出力及び前記第２の磁気抵抗効果素子の出力の和である第１の出力和から、前記第３の磁気抵抗効果素子の出力及び前記第４の磁気抵抗効果素子の出力の和である第２の出力和を減算することが好ましい。【００１６】
本発明の電流センサにおいて、前記第１乃至第４の磁気抵抗効果素子は、前記第１の磁気抵抗効果素子の感度軸の方向及び前記第３の磁気抵抗効果素子の感度軸の方向と、前記第２の磁気抵抗効果素子の感度軸の方向及び前記第４の磁気抵抗効果素子の方向とが逆の方向になるよう配置され、前記第１乃至第４の磁気抵抗効果素子の出力を演算処理する演算部を有し、前記演算部は、前記第１の磁気抵抗効果素子の出力と前記第２の磁気抵抗効果素子の出力の差である第１の出力差から、前記第３の磁気抵抗効果素子の出力及び前記第４の磁気抵抗効果素子の出力の差である第２の出力差を減算することが好ましい。【００１７】
本発明の電流センサにおいて、前記電流路は、平行な第１の部分及び第２の部分と、前記第１の部分及び前記第２の部分に垂直な前記第１の部分と前記第２の部分とを接続する第３の部分と、を含んで構成されており、前記第１の磁気抵抗効果素子及び前記第２の磁気抵抗効果素子は、前記第１の部分を通流する被測定電流からの誘導磁界を検出するように配置されており、前記第３の磁気抵抗効果素子及び前記第４の磁気抵抗効果素子は、前記電流路の第２の部分を通流する被測定電流からの誘導磁界を検出するように、前記電流路の同一面に配置されていることが好ましい。この構成によれば、電流路の同一面に磁気抵抗効果素子を設けることができるので、製造が容易になる。【００１８】
本発明の電流センサにおいて、前記電流路は、直線状に構成されており、前記第１の磁気抵抗効果素子と前記第２の磁気抵抗効果素子とが、前記電流路の一方の面に設けられ、前記第３の磁気抵抗効果素子と前記第４の磁気抵抗効果素子とが、前記電流路の前記一方の面と対向する面に設けられていることが好ましい。この構成によれば、直線状の電流路を用いるため、電流測定精度の低下を抑制できる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明により、バイアス磁界に平行な方向に外部磁界が加わる場合であっても電流測定精度の低下を抑制可能な電流センサを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】実施の形態１に係る電流センサ及びその周辺構成の配置例を示す平面模式図である。
【図２】実施の形態１に係る電流センサの回路構成を示すブロック図である。
【図３】磁気抵抗効果素子の構成例を示す平面模式図である。
【図４】磁気抵抗効果素子の構成例を示す断面模式図である。
【図５】実施の形態１に係る電流センサにおける各磁気センサの特性図である。
【図６】電流線の形状が異なる場合の電流センサの配置例を示す模式図である。
【図７】実施の形態２に係る電流センサ及びその周辺構成の配置例を示す平面模式図である。
【図８】実施の形態２に係る電流センサの回路構成を示すブロック図である。
【図９】実施の形態２に係る電流センサに用いられる各磁気センサの特性図である。
【図１０】電流線の形状が異なる場合の電流センサの配置例を示す模式図である。
【図１１】実施の形態３に係る電流センサ及びその周辺構成の配置例を示す平面模式図である。
【図１２】実施の形態３に係る電流センサに用いられる各磁気センサの特性図である。
【図１３】従来例に係る電流センサを示す平面模式図である。
【図１４】従来例に係る電流センサにおける各磁気センサの特性図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
本発明者は、ハードバイアス層によってバイアス磁界を印加するタイプの磁気抵抗効果素子において、バイアス磁界に平行な方向に外部磁界が加わると検出感度が変化することを見出した。これは、このタイプの磁気抵抗効果素子が、バイアス磁界によってフリー磁性層の磁化方向を揃えていることに起因する。バイアス磁界に平行な方向に外部磁界が加わると、フリー磁性層の磁化が変化する。その結果、磁気抵抗効果素子の検出感度が変化してしまう。
【００２２】
本発明者は当該知見に基づき、磁気抵抗効果素子の配置を、ハードバイアス層によるバイアス磁界との関係において制御することで、電流センサにおける感度変化の影響を低減できることを見出した。すなわち、本発明は、複数の磁気抵抗効果素子を用いる電流センサにおいて、対応する２個の磁気抵抗効果素子のバイアス磁界が、逆向きになるように構成されていることを骨子とするものである。以下、本発明の電流センサについて添付図面を参照して説明する。
【００２３】
（実施の形態１）
図１は、本実施の形態に係る電流センサ及びその周辺構成の配置例を示す平面模式図である。図２は、本実施の形態に係る電流センサの回路構成を示すブロック図である。図１及び図２に示すように、電流センサ１ａは、被測定電流Ｉが通流する電流線２に近接して配置された略直方体状の磁気センサ１１ａ、１１ｂと、磁気センサ１１ａ、１１ｂの出力を演算処理する演算部１３ａとを含んで構成されている。
【００２４】
図１に示すように、電流センサ１ａの磁気センサ１１ａ、１１ｂは、電流線２に通流する被測定電流Ｉを測定できるように電流線２に近接して配置されている。電流線２は、略平行に延びる腕部２ａ、２ｂと、これらに対して略垂直に延び、腕部２ａの一端部と腕部２ｂの一端部とを接続する接続部２ｃとを含む。すなわち、電流線２は、平面形状が略Ｕ字状に構成されている。なお、電流線２の腕部２ａ、２ｂ及び接続部２ｃは、それぞれ別体で構成されていても良い。
【００２５】
磁気センサ１１ａは、電流線２の腕部２ａに近接して配置されており、腕部２ａを通流する被測定電流Ｉからの誘導磁界Ｈａを検出可能になっている。磁気センサ１１ｂは、電流線２の腕部２ｂに近接して配置されており、腕部２ｂを通流する被測定電流Ｉからの誘導磁界Ｈｂを検出可能になっている。なお、磁気センサ１１ａ、１１ｂは、不図示の基板に配置されている。
【００２６】
磁気センサ１１ａは、その感度方向（感度軸の方向）Ｓａが図面右方向になるように配置されている。また、図１において被測定電流Ｉは、磁気センサ１１ａの近傍において図面右向きの誘導磁界Ｈａを生じるように電流線２の腕部２ａを通流している。つまり、図１の電流センサ１ａにおいて、磁気センサ１１ａの感度方向Ｓａと誘導磁界Ｈａの向きとが同じ（順方向）になっている。
【００２７】
一方、磁気センサ１１ｂは、その感度方向（感度軸の方向）Ｓｂが図面右方向になるように配置されている。また、図１において被測定電流Ｉは、磁気センサ１１ｂの近傍において図面左向きの誘導磁界Ｈｂを生じるように電流線２の腕部２ｂを通流している。つまり、図１の電流センサ１ａにおいて、磁気センサ１１ａの感度方向Ｓｂと誘導磁界Ｈｂの向きとが逆（逆方向）になるように構成されている。
【００２８】
上述のように、磁気センサ１１ａ、１１ｂは、それぞれの感度方向Ｓａ、Ｓｂを基準にしてそれぞれが受ける誘導磁界Ｈａ、Ｈｂの方向が逆になるよう配置されている。つまり、一方の磁気センサは順方向の誘導磁界を受け、他方の磁気センサは逆方向の誘導磁界を受けるようになっている。これにより、２個の磁気センサは、被測定電流Ｉの影響を逆に受けて略逆極性の信号を出力する。なお、一方の磁気センサが順方向の誘導磁界を受け、他方の磁気センサが逆方向の誘導磁界を受けるように構成されていれば、各構成の配置は図１に示すものに限られない。例えば、電流線２を通流する被測定電流Ｉの向きは、図１と逆でも良い。
【００２９】
磁気センサ１１ａ、１１ｂは、後述するハードバイアス層を備えた磁気抵抗効果素子をそれぞれ含んで構成されている。磁気センサ１１ａは、磁気抵抗効果素子のハードバイアス層によるバイアス磁界Ｂａが図面上向きになるように配置されている。また、磁気センサ１１ｂは、磁気抵抗効果素子のハードバイアス層によるバイアス磁界Ｂｂが図面下向きになるように配置されている。つまり、電流センサ１ａにおいて、磁気センサ１１ａの備える磁気抵抗効果素子のバイアス磁界Ｂａの方向と磁気センサ１１ｂの備える磁気抵抗効果素子のバイアス磁界Ｂｂの方向とは、逆（逆方向）になるように構成されている。
【００３０】
これにより、バイアス磁界に平行な成分を有する外部磁界が印加された場合、その影響は、一方の磁気センサにおいて感度が増加する方向に現れ、他方の磁気センサにおいて感度が減少する方向に現れる。例えば、磁気センサ１１ａ、１１ｂに対して図１に示すような外部磁場Ｈｃが印加された場合、その影響は、磁気センサ１１ａにおいて感度が増加する方向に現れ、磁気センサ１１ｂにおいて感度が減少する方向に現れる。なお、磁気センサ１１ａ、１１ｂにおけるバイアス磁界の向きは、逆（逆方向）になっていれば図１に示す向きに限られない。
【００３１】
図３は、磁気センサ１１ａ、１１ｂに用いられる磁気抵抗効果素子（ＧＭＲ素子）の構成例を示す平面模式図である。図３に示す磁気抵抗効果素子は、複数の長尺パターン３１ａ〜３１ｇを、その長手方向（Ｘ方向）に直交する方向（Ｙ方向）に配列した磁気検出パターン３１を含んで構成されている。各長尺パターンは略平行に配置されており、各長尺パターンの端部は隣接する長尺パターンの端部と接続されている。これにより、磁気検出パターン３１はミアンダ形状を有している。図３において、素子の感度方向（感度軸の方向）Ｓは、長尺パターン３１ａ〜３１ｇの長手方向に直交する方向（Ｙ方向）である。図３では、７個の長尺パターン３１ａ〜３１ｇを含む磁気検出パターン３１を示しているが、磁気検出パターン３１を構成する長尺パターンの数はこれに限定されない。
【００３２】
磁気検出パターン３１の両端外側の位置には、各長尺パターンの長手方向に直交する方向（Ｙ方向）に延びるハードバイアス層３２ａ、３２ｂが設けられている。ハードバイアス層３２ａ、３２ｂは、磁気検出パターン３１を構成するフリー磁性層に対し、長尺パターン３１ａ〜３１ｇの長手方向に平行なバイアス磁界Ｂを印加できるように構成されている。
【００３３】
図４は、磁気抵抗効果素子（ＧＭＲ素子）の構成例を示す断面模式図である。本実施の形態の電流センサに用いられる磁気抵抗効果素子は、図４に示されるように、基板１０１に設けられた積層構造でなる。具体的には、磁気抵抗効果素子は、磁気検出パターン３１を構成する積層構造と、ハードバイアス層３２ａ、３２ｂとを含んで構成されている。磁気検出パターン３１は、シード層１０２、第１の強磁性層１０３、反平行結合層１０４、第２の強磁性層１０５、非磁性中間層１０６、フリー磁性層（軟磁性自由層）１０７、及び保護層１０８を含む。第１の強磁性層１０３と第２の強磁性層１０５とは反平行結合層１０４を介して反強磁性的に結合されており、いわゆるセルフピン止め型の強磁性固定層（ＳＦＰ層：Ｓｙｎｔｈｅｔｉｃ  Ｆｅｒｒｉ  Ｐｉｎｎｅｄ層）を構成している。
【００３４】
図２に示すように、磁気センサ１１ａ、１１ｂには、演算部１３ａが接続されている。演算部１３ａは、磁気センサ１１ａの出力と磁気センサ１１ｂの出力との差（出力差）を算出する。なお、演算部１３ａが算出する出力差は、磁気センサ１１ａの出力と磁気センサ１１ｂの出力との差に対応するものであれば、増幅されたものでも良い。この演算処理によって、磁気センサ１１ａの出力及び磁気センサ１１ｂの出力において現れる感度変化を相殺して、バイアス磁界に対して平行な方向の外部磁界（感度方向に垂直な方向の磁界）Ｈｃの影響を低減できる。
【００３５】
図５は、外部磁界Ｈｃの影響を受けない状態における磁気センサ１１ａの出力及び磁気センサ１１ｂの出力と、外部磁界Ｈｃの影響を受けた状態における磁気センサ１１ａの出力及び磁気センサ１１ｂの出力とを示す特性図である。図５において、横軸は被測定電流Ｉを示し、縦軸は各磁気センサの出力を示している。
【００３６】
上述したように、電流センサ１ａにおいて、磁気センサ１１ａの感度方向Ｓａと誘導磁界Ｈａの向きとは同じ（順方向）である。このため、図５において特性Ａ１で示すように、外部磁界Ｈｃの影響を受けない状態の磁気センサ１１ａの出力は、被測定電流Ｉが増加すると増加する。また、磁気センサ１１ｂの感度方向Ｓｂと誘導磁界Ｈｂの向きとは逆（逆方向）である。このため、図５において特性Ｂ１で示されるように、外部磁界Ｈｃの影響を受けない状態の磁気センサ１１ｂの出力は、被測定電流Ｉが増加すると減少する。なお、ここでは、磁気センサ１１ａ、１１ｂの感度は略等しく、磁界強度と磁気センサ１１ａ、１１ｂの出力との関係は略線形であり、特性Ａ１と特性Ｂ１の傾きの絶対値は略等しいとする。また、磁気センサ１１ａの出力と磁気センサ１１ｂの出力とは所定のオフセットを有している。
【００３７】
外部磁界Ｈｃの影響を受けた状態において、特性Ａ２で示すように磁気センサ１１ａの感度が増加する場合、磁気センサ１１ｂの感度は減少して特性Ｂ２のようになる。これは、２個の磁気センサにおいてバイアス磁界の方向が逆（逆方向）のためである。ここで、磁気センサ１１ａの出力Ｏ１１ａと磁気センサ１１ｂの出力Ｏ１１ｂとは、下記の式（１）及び（２）で表される。式（１）及び（２）において、αは、外部磁界の影響を受けた場合における感度変化の割合であり、βはオフセットであり、Ｏｉは、外部磁界の影響を受けない場合の被測定電流に対応した出力である。
（１）
Ｏ１１ａ＝（１＋α）Ｏｉ＋β
（２）
Ｏ１１ｂ＝−（１−α）Ｏｉ＋β
【００３８】
式（１）及び（２）において示すように、外部磁界の影響を受けた状態において感度変化の割合（α）を一定とすれば、下記式（３）で表されるように、演算部１３ａにおいて磁気センサ１１ａの出力Ｏ１１ａと磁気センサ１１ｂの出力Ｏ１１ｂとの差をとることで、外部磁界の影響を相殺して電流測定精度を高めることができる。
（３）
Ｏ１１ａ−Ｏ１１ｂ＝２Ｏｉ
【００３９】
従来例として、本発明に係る電流センサ１ａとは異なる構成の電流センサの出力特性について説明する。図１３は、従来例に係る電流センサの構成を示す平面模式図である。図１４は、従来例に係る電流センサにおける磁気センサの出力特性を示す特性図である。
【００４０】
図１３に示すように、従来例に係る電流センサ３は、被測定電流Ｉが通流する電流線２に近接して配置された磁気センサ３１ａ、３１ｂと、不図示の演算装置とを含んで構成されている。電流センサ３において、磁気センサ３１ａの備える磁気抵抗効果素子のバイアス磁界の方向と磁気センサ３１ｂの備える磁気抵抗効果素子のバイアス磁界の方向とは、同じになるように構成されている。すなわち、本実施の形態に係る電流センサ１ａと従来例に係る電流センサ３との相違点は、磁気センサにおけるバイアス磁界の方向である。他の構成は同様とする。
【００４１】
この電流センサ３において、磁気センサ３１ａの備える磁気抵抗効果素子のバイアス磁界の方向と磁気センサ３１ｂの備える磁気抵抗効果素子のバイアス磁界の方向とは同じである。このため、磁気センサ３１ａ、３１ｂが外部磁界Ｈｃの影響を受けると、これらの感度は共に増加する。その結果、図１４に示すように、磁気センサ３１ａの出力特性は特性ａ１から特性ａ２に変化し、磁気センサ３１ｂの出力特性は特性ｂ１から特性ｂ２に変化する。ここで、磁気センサ３１ａの出力Ｏ３１ａと磁気センサ３１ｂの出力Ｏ３１ｂとは、下記の式（４）及び（５）で表される。
（４）
Ｏ３１ａ＝（１＋α）Ｏｉ＋β
（５）
Ｏ３１ｂ＝−（１＋α）Ｏｉ＋β
【００４２】
この場合、磁気センサ３１ａの出力Ｏ３１ａと磁気センサ３１ｂの出力Ｏ３１ｂとの差をとっても、式（６）に示すように外部磁界の影響（α）は残ってしまう。
（６）
Ｏ３１ａ−Ｏ３１ｂ＝２（１＋α）Ｏｉ
【００４３】
このように、従来例に係る電流センサ３では電流センサ出力から外部磁界の影響を除去できない。これに対し、本実施の形態に係る電流センサ１ａは、バイアス磁界の向きを適切に制御しているため、２個の磁気センサの出力の差により感度変化の影響を相殺して電流測定精度の低下を抑制することが可能である。
【００４４】
なお、本実施の形態に係る電流センサ１ａは上述した構成に限定されない。例えば、電流センサ１ａの磁気センサ１１ａ、１１ｂとしてフィードバックコイル等を用いた磁気平衡式の磁気センサを適用しても良い。また、電流センサ１ａは、その構成として制御部及び演算部を備えていなくとも良い。例えば、電流センサ１ａ外に制御装置や演算装置を設け、これによって電流センサ１ａの制御及びセンサ出力の演算処理を行う構成としても良い。
【００４５】
また、電流線２の形状はＵ字状でなくても良い。図６は、電流線２の形状が異なる場合の電流センサ１ａの配置例を示す模式図である。例えば、図６Ａに示すように、電流線２を略直線状（Ｉ字状）としても良い。この場合、磁気センサ１１ａ、１１ｂは、図６Ｂ（図６ＡのＡＡ矢視断面に相当）に示すように、電流線２の一方側（表面側）と他方側（裏面側）にそれぞれ配置すればよい。なお、電流線２の形状をＵ字状とする場合、磁気センサ１１ａ、１１ｂには、接続部２ｃを通流する被測定電流Ｉによって生じるバイアス磁界に平行な向きの誘導磁界が印加される。このため、この誘導磁界の影響を抑制できるという点において、Ｕ字状の電流線２を用いる場合には本実施の形態の構成は特に有効である。
【００４６】
その他、本実施の形態に係る構成は、他の実施の形態に係る構成と適宜組み合わせて実施することができる。
【００４７】
（実施の形態２）
本実施の形態では、上述した実施の形態に係る電流センサとは異なる態様の電流センサについて説明する。図７は、本実施の形態に係る電流センサ及びその周辺構成の配置を示す平面模式図である。図８は、本実施の形態に係る電流センサの回路構成を示すブロック図である。図７及び図８に示すように、本実施の形態に係る電流センサ１ｂは、電流線２に近接して配置されたユニット１０ａ、１０ｂと、各ユニットの出力を演算処理する演算部１３ｂとを含んで構成されている。ユニット１０ａは磁気センサ１１ｃ、１１ｄを含み、ユニット１０ｂは磁気センサ１１ｅ、１１ｆを含む。
【００４８】
磁気センサ１１ｃ、１１ｄは、電流線２の腕部２ａに近接して配置されており、腕部２ａを通流する被測定電流Ｉからの誘導磁界Ｈａを検出可能に構成されている。磁気センサ１１ｅ、１１ｆは、電流線２の腕部２ｂに近接して配置されており、腕部２ｂを通流する被測定電流Ｉからの誘導磁界Ｈｂを検出可能に構成されている。なお、磁気センサ１１ｃ〜１１ｆは、不図示の基板に配置されている。
【００４９】
ユニット１０ａを構成する磁気センサ１１ｃ、１１ｄは、その感度方向（感度軸の方向）Ｓｃ、Ｓｄが図面右方向になるように配置されている。また、図７において被測定電流Ｉは、磁気センサ１１ｃ、１１ｄの近傍において図面右向きの誘導磁界Ｈａを生じるように電流線２の腕部２ａを通流している。つまり、図７の電流センサ１ｂにおいて、磁気センサ１１ｃ、１１ｄの感度方向Ｓｃ、Ｓｄと誘導磁界Ｈａの向きとが同じ（順方向）になっている。磁気センサ１１ｃ、１１ｄは、それぞれの感度方向Ｓｃ、Ｓｄを基準にしてそれぞれが受ける誘導磁界Ｈａの方向が同じになっている。
【００５０】
一方、ユニット１０ｂを構成する磁気センサ１１ｅ、１１ｆは、その感度方向（感度軸の方向）Ｓｅ、Ｓｆが図面右方向になるように配置されている。また、図７において被測定電流Ｉは、磁気センサ１１ｅ、１１ｆの近傍において図面左向きの誘導磁界Ｈｂを生じるように電流線２の腕部２ｂを通流している。つまり、図７の電流センサ１ｂにおいて、磁気センサ１１ｅ、１１ｆの感度方向Ｓｅ、Ｓｆと誘導磁界Ｈｂの向きとが逆（逆方向）になっている。磁気センサ１１ｅ、１１ｆは、それぞれの感度方向Ｓｅ、Ｓｆを基準にしてそれぞれが受ける誘導磁界Ｈｂの方向が逆になっている。
【００５１】
また、磁気センサ１１ｃは、バイアス磁界Ｂｃが図面上向きになるように配置されている。磁気センサ１１ｄは、バイアス磁界Ｂｄが図面下向きになるように配置されている。つまり、電流センサ１ｂのユニット１０ａにおいて、磁気センサ１１ｃの備える磁気抵抗効果素子のバイアス磁界Ｂｃの方向と磁気センサ１１ｄの備える磁気抵抗効果素子のバイアス磁界Ｂｄの方向とは、逆（逆方向）になるように構成されている。
【００５２】
同様に、磁気センサ１１ｅは、バイアス磁界Ｂｅが図面上向きになるように配置されている。磁気センサ１１ｆは、バイアス磁界Ｂｆが図面下向きになるように配置されている。つまり、電流センサ１ｂのユニット１０ｂにおいて、磁気センサ１１ｅの備える磁気抵抗効果素子のバイアス磁界Ｂｅの方向と磁気センサ１１ｆの備える磁気抵抗効果素子のバイアス磁界Ｂｆの方向とは、逆（逆方向）になるように構成されている。
【００５３】
各ユニットの回路構成は、上述した実施の形態における電流センサ１ａと同様である（図２参照）。すなわち、本実施の形態に係る電流センサ１ｂは、それぞれが電流センサ１ａの磁気センサ１１ａ、１１ｂ及び演算部１３に相当する２組のユニット１０ａ、１０ｂにより構成されている。ただし、各ユニットの演算部（演算部１３ａに相当）は、各ユニットの磁気センサ出力の和（出力和）を算出できるように構成されている。つまり、ユニット１０ａの演算部は磁気センサ１１ｃ、１１ｄの出力の和を算出できるようになっており、ユニット１０ｂの演算部は磁気センサ１１ｅ、１１ｆの出力の和を算出できるようになっている。なお、これらの演算部が算出する出力和は、磁気センサ出力の和に対応するものであれば、増幅されたものでも良い。
【００５４】
図８に示すように、電流センサ１ｂの各ユニットには、さらに演算部１３ｂが接続されている。演算部１３ｂは、各ユニットの出力の差を算出できるように構成されている。つまり、演算部１３ｂは、ユニット１０ａの演算部からの出力と、ユニット１０ｂの演算部からの出力との差を算出する。
【００５５】
図９は、本実施の形態に係る電流センサにおける磁気センサの出力特性を示す特性図である。上述したように、ユニット１０ａにおいて、磁気センサ１１ｃの備える磁気抵抗効果素子のバイアス磁界Ｂｃの方向と磁気センサ１１ｄの備える磁気抵抗効果素子のバイアス磁界Ｂｄの方向とは逆（逆方向）である。このため、磁気センサ１１ｃ、１１ｄが外部磁界Ｈｃの影響を受けると、磁気センサ１１ｃの感度は増加して特性Ｃ１から特性Ｃ２に変化し、磁気センサ１１ｄの感度は減少して特性Ｄ１（＝特性Ｃ１）から特性Ｄ２に変化する。同様に、磁気センサ１１ｅ、１１ｆが外部磁界Ｈｃの影響を受けると、磁気センサ１１ｅの感度は増加して特性Ｅ１から特性Ｅ２に変化し、磁気センサ１１ｆの感度は減少して特性Ｆ１（＝特性Ｅ１）から特性Ｆ２に変化する。
【００５６】
ここで、磁気センサ１１ｃの出力Ｏ１１ｃ、磁気センサ１１ｄの出力Ｏ１１ｄ、磁気センサ１１ｅの出力Ｏ１１ｅ、磁気センサ１１ｆの出力Ｏ１１ｆは、下記の式（７）〜（１０）で表される。式（７）〜（１０）において、αは、外部磁界の影響を受けた場合における感度変化の割合であり、βはオフセットであり、Ｏｉは、外部磁界の影響を受けない場合の被測定電流に対応した出力である。また、図７に示すように、ここでは、感度方向の外部磁界Ｈｄが存在し、外部磁界Ｈｄに起因する磁気センサの出力変化Ｏｎが存在するものとする。
（７）
Ｏ１１ｃ＝（１＋α）（Ｏｉ＋Ｏｎ）＋β
（８）
Ｏ１１ｄ＝（１−α）（Ｏｉ＋Ｏｎ）＋β
（９）
Ｏ１１ｅ＝（１＋α）（−Ｏｉ＋Ｏｎ）＋β
（１０）
Ｏ１１ｆ＝（１−α）（−Ｏｉ＋Ｏｎ）＋β
【００５７】
外部磁界Ｈｃの影響を受けた状態において感度変化の割合（α）を一定とすれば、下記式（１１）で表されるように、ユニット１０ａの演算部において磁気センサ１１ｃの出力Ｏ１１ｃと磁気センサ１１ｄの出力Ｏ１１ｄとの和をとることで、外部磁界Ｈｃの影響を相殺することができる。
（１１）
Ｏ１１ｃ＋Ｏ１１ｄ＝２（Ｏｉ＋Ｏｎ）＋２β
【００５８】
また、下記式（１２）で表されるように、ユニット１０ｂの演算部において磁気センサ１１ｅの出力Ｏ１１ｅと磁気センサ１１ｆの出力Ｏ１１ｆとの和をとることで、外部磁界Ｈｃの影響を相殺することができる。
（１２）
Ｏ１１ｅ＋Ｏ１１ｆ＝２（−Ｏｉ＋Ｏｎ）＋２β
【００５９】
そして、演算部１３ｂにおいて、さらにユニット１０ａの出力とユニット１０ｂの出力との差をとることで、下記式（１３）で表されるように、外部磁界Ｈｄ及びオフセットβの影響を相殺できる。
（１３）
（Ｏ１１ｃ＋Ｏ１１ｄ）−（Ｏ１１ｅ＋Ｏ１１ｆ）＝４Ｏｉ
【００６０】
このように、本実施の形態に係る電流センサ１ｂは、バイアス磁界の向きを適切に制御しているため、磁気センサの感度変化の影響を相殺することができる。また、２組のユニットを用いているため、感度方向に印加される外部磁界Ｈｄの影響も十分に低減することができる。これにより、電流測定精度の低下をさらに抑制することが可能である。
【００６１】
なお、本実施の形態に係る電流センサ１ｂは上述した構成に限定されない。例えば、電流センサ１ｂにおいて、各ユニットの演算部の機能（磁気センサ素子の和を算出する機能）と、演算部１３ｂの機能（各ユニットの出力差を算出する機能）とを一つの演算部で実現しても良い。また、演算部は、電流センサ１ｂ外の構成であっても良い。また、電流線２の形状はＵ字状でなくても良い。例えば、図１０Ａに示すように、電流線２を略直線状（Ｉ字状）としても良い。この場合、図１０Ｂ（図１０ＡのＢＢ矢視断面に相当）に示すように、磁気センサ１１ｃ、１１ｄ（図１０Ｂにおいて磁気センサ１１ｃは不図示）は電流線２の一方側（表面側）に配置し、磁気センサ１１ｅ、１１ｆ（磁気センサ１１ｅは不図示）は電流線２の他方側（裏面側）に配置すればよい。
【００６２】
また、本実施の形態に係る電流センサ１ｂにおいて、ユニットセル１０ａを構成する磁気センサ１１ｃ、１１ｄを一つのパッケージに収め、ユニットセル１０ｂを構成する磁気センサ１１ｅ、１１ｆを一つのパッケージに収めることが好ましい。このように、各ユニットセルを一つのパッケージで実現することにより、測定位置の相違による測定誤差を抑制できるため、電流測定精度をさらに高めることができる。また、省スペース化、取り扱いの容易化等の観点においても、各ユニットセルを一つのパッケージで実現することは好ましい。
【００６３】
その他、本実施の形態に係る構成は、他の実施の形態に係る構成と適宜組み合わせて実施することができる。
【００６４】
（実施の形態３）
本実施の形態では、上述した実施の形態に係る電流センサとは異なる態様の電流センサについて説明する。図１１は、本実施の形態に係る電流センサ及びその周辺構成の配置を示す平面模式図である。図１１に示すように、本実施の形態に係る電流センサ１ｃは、電流線２に近接して配置されたユニット１０ｃ、１０ｄを含んで構成されている。ユニット１０ｃは磁気センサ１１ｇ、１１ｈを含み、ユニット１０ｄは磁気センサ１１ｉ、１１ｊを含む。また、各ユニットの出力は、不図示の演算部によって演算処理されるように構成されている。
【００６５】
磁気センサ１１ｇ、１１ｈは、電流線２の腕部２ａに近接して配置されており、腕部２ａを通流する被測定電流Ｉからの誘導磁界Ｈａを検出可能に構成されている。磁気センサ１１ｉ、１１ｊは、電流線２の腕部２ｂに近接して配置されており、腕部２ｂを通流する被測定電流Ｉからの誘導磁界Ｈｂを検出可能に構成されている。なお、磁気センサ１１ｇ〜１１ｊは、不図示の基板に配置されている。
【００６６】
ユニット１０ｃを構成する磁気センサ１１ｇは、その感度方向（感度軸の方向）Ｓｇが図面右方向になるように配置されている。一方、磁気センサ１１ｈは、その感度方向（感度軸の方向）Ｓｈが図面左方向になるように配置されている。また、図１１において被測定電流Ｉは、磁気センサ１１ｇ、１１ｈの近傍において図面右向きの誘導磁界Ｈａを生じるように電流線２の腕部２ａを通流している。つまり、図１１の電流センサ１ｃにおいて、磁気センサ１１ｇの感度方向Ｓｇと誘導磁界Ｈａの向きとが同じ（順方向）になっている。また、磁気センサ１１ｈの感度方向Ｓｈと誘導磁界Ｈａの向きとが逆（逆方向）になっている。磁気センサ１１ｇ、１１ｈは、それぞれの感度方向Ｓｇ、Ｓｈを基準にしてそれぞれが受ける誘導磁界Ｈａの方向が逆になっている。
【００６７】
ユニット１０ｄを構成する磁気センサ１１ｉは、その感度方向（感度軸の方向）Ｓｉが図面右方向になるように配置されている。一方、磁気センサ１１ｊは、その感度方向（感度軸の方向）Ｓｊが図面左方向になるように配置されている。また、図１１において被測定電流Ｉは、磁気センサ１１ｉ、１１ｊの近傍において図面左向きの誘導磁界Ｈｂを生じるように電流線２の腕部２ｂを通流している。つまり、図１１の電流センサ１ｃにおいて、磁気センサ１１ｉの感度方向Ｓｉと誘導磁界Ｈｂの向きとが逆（逆方向）になっている。また、磁気センサ１１ｊの感度方向Ｓｊと誘導磁界Ｈｂの向きとが同じ（順方向）になっている。磁気センサ１１ｉ、１１ｊは、それぞれの感度方向Ｓｉ、Ｓｊを基準にしてそれぞれが受ける誘導磁界Ｈｂの方向が逆になっている。
【００６８】
また、磁気センサ１１ｇは、バイアス磁界Ｂｇが図面上向きになるように配置されている。磁気センサ１１ｈは、バイアス磁界Ｂｈが図面下向きになるように配置されている。つまり、電流センサ１ｃのユニット１０ｃにおいて、磁気センサ１１ｇの備える磁気抵抗効果素子のバイアス磁界Ｂｇの方向と磁気センサ１１ｈの備える磁気抵抗効果素子のバイアス磁界Ｂｈの方向とは、逆（逆方向）になるように構成されている。
【００６９】
同様に、磁気センサ１１ｉは、バイアス磁界Ｂｉが図面上向きになるように配置されている。磁気センサ１１ｊは、バイアス磁界Ｂｊが図面下向きになるように配置されている。つまり、電流センサ１ｃのユニット１０ｄにおいて、磁気センサ１１ｉの備える磁気抵抗効果素子のバイアス磁界Ｂｉの方向と磁気センサ１１ｊの備える磁気抵抗効果素子のバイアス磁界Ｂｊの方向とは、逆（逆方向）になるように構成されている。
【００７０】
各ユニットの回路構成は、上述した実施の形態における電流センサ１ａと同様である（図２参照）。すなわち、本実施の形態に係る電流センサは、それぞれが電流センサ１ａの磁気センサ１１ａ、１１ｂ及び演算部１３に相当する２組のユニット１０ｃ、１０ｄにより構成されている。本実施の形態では、各ユニットの演算部（演算部１３ａに相当）は、各ユニットの磁気センサ出力の差（出力差）を算出できるように構成されている。
【００７１】
各ユニットと、各ユニットの演算部との接続関係は、上述した実施の形態における電流センサ１ｂと同様である（図８参照）。すなわち、ユニット１０ｃ、１０ｄには、各ユニットの出力の差を算出できるように構成された演算部が接続されている。
【００７２】
図１２は、本実施の形態に係る電流センサにおける磁気センサの出力特性を示す特性図である。上述したように、ユニット１０ｃにおいて、磁気センサ１１ｇの備える磁気抵抗効果素子のバイアス磁界Ｂｇの方向と磁気センサ１１ｈの備える磁気抵抗効果素子のバイアス磁界Ｂｈの方向とは逆（逆方向）である。このため、磁気センサ１１ｇ、１１ｈが外部磁界Ｈｃの影響を受けると、磁気センサ１１ｇの感度は増加して特性Ｇ１から特性Ｇ２に変化し、磁気センサ１１ｈの感度は減少して特性Ｈ１から特性Ｈ２に変化する。同様に、磁気センサ１１ｉ、１１ｊが外部磁界Ｈｃの影響を受けると、磁気センサ１１ｉの感度は増加して特性Ｉ１から特性Ｉ２に変化し、磁気センサ１１ｊの感度は減少して特性Ｊ１から特性Ｊ２に変化する。
【００７３】
ここで、磁気センサ１１ｇの出力Ｏ１１ｇ、磁気センサ１１ｈの出力Ｏ１１ｈ、磁気センサ１１ｉの出力Ｏ１１ｉ、磁気センサ１１ｊの出力Ｏ１１ｊは、下記の式（１４）〜（１７）で表される。式（１４）〜（１７）において、αは、外部磁界の影響を受けた場合における感度変化の割合であり、βはオフセットであり、Ｏｉは、外部磁界の影響を受けない場合の被測定電流に対応した出力である。また、図１１に示すように、ここでは、感度方向の外部磁界Ｈｄが存在し、外部磁界Ｈｄに起因する磁気センサの出力変化Ｏｎが存在するものとする。
（１４）
Ｏ１１ｇ＝（１＋α）（Ｏｉ＋Ｏｎ）＋β
（１５）
Ｏ１１ｈ＝（１−α）（−Ｏｉ−Ｏｎ）＋β
（１６）
Ｏ１１ｉ＝（１＋α）（−Ｏｉ＋Ｏｎ）＋β
（１７）
Ｏ１１ｊ＝（１−α）（＋Ｏｉ−Ｏｎ）＋β
【００７４】
外部磁界Ｈｃの影響を受けた状態において感度変化の割合（α）を一定とすれば、下記式（１８）で表されるように、ユニット１０ｃの演算部において磁気センサ１１ｇの出力Ｏ１１ｇと磁気センサ１１ｈの出力Ｏ１１ｈとの差をとることで、外部磁界Ｈｃ及びオフセットβの影響を相殺することができる。
（１８）
Ｏ１１ｇ−Ｏ１１ｈ＝２（Ｏｉ＋Ｏｎ）
【００７５】
また、下記式（１９）で表されるように、ユニット１０ｄの演算部において磁気センサ１１ｉの出力Ｏ１１ｉと磁気センサ１１ｊの出力Ｏ１１ｊとの差をとることで、外部磁界Ｈｃ及びオフセットβの影響を相殺することができる。
（１９）
Ｏ１１ｉ−Ｏ１１ｊ＝２（−Ｏｉ＋Ｏｎ）
【００７６】
そして、ユニット１０ｃ、１０ｄの後段の演算部において、さらにユニット１０ｃの出力とユニット１０ｄの出力との差をとることで、下記式（２０）で表されるように、外部磁界Ｈｄの影響を相殺できる。
（２０）
（Ｏ１１ｇ−Ｏ１１ｈ）−（Ｏ１１ｉ−Ｏ１１ｊ）＝４Ｏｉ
【００７７】
このように、本実施の形態に係る電流センサ１ｃは、バイアス磁界の向きを適切に制御しているため、磁気センサの感度変化の影響を相殺することができる。また、２組のユニットを用いているため、感度方向に印加される外部磁界Ｈｄの影響も十分に低減することができる。これにより、電流測定精度の低下をさらに抑制することが可能である。
【００７８】
なお、本実施の形態に係る電流センサ１ｃは上述した構成に限定されない。例えば、電流センサ１ｃにおいて、各ユニットの演算部の機能（磁気センサ素子の差を算出する機能）と、ユニット１０ｃ、１０ｄの後段の演算部の機能（各ユニットの出力差を算出する機能）とを一つの演算部で実現しても良い。また、演算部は、電流センサ１ｃ外の構成であっても良い。また、電流線２の形状はＵ字状でなくても良い。例えば、電流線２を略直線状（Ｉ字状）としても良い（図１０参照）。
【００７９】
また、本実施の形態に係る電流センサ１ｃにおいて、ユニットセル１０ｃを構成する磁気センサ１１ｇ、１１ｈを一つのパッケージに収め、ユニットセル１０ｄを構成する磁気センサ１１ｉ、１１ｊを一つのパッケージに収めることが好ましい。このように、各ユニットセルを一つのパッケージで実現することにより、測定位置の相違による測定誤差を抑制できるため、電流測定精度をさらに高めることができる。また、省スペース化、取り扱いの容易化等の観点においても、各ユニットセルを一つのパッケージで実現することは好ましい。
【００８０】
その他、本実施の形態に係る構成は、他の実施の形態に係る構成と適宜組み合わせて実施することができる。
【００８１】
以上のように、本発明の電流センサは、対応する２個の磁気抵抗効果素子のバイアス磁界が逆向きになるように構成されているため、バイアス磁界に平行な方向に外部磁界が加わる場合であっても電流測定精度の低下を抑制することができる。
【００８２】
なお、上記実施の形態における各素子の接続関係、大きさなどは、発明の趣旨を変更しない限りにおいて変更可能である。また、上記実施の形態に示す構成、方法などは、適宜組み合わせて実施可能である。その他、本発明は、本発明の範囲を逸脱しないで適宜変更して実施できる。
【産業上の利用可能性】
【００８３】
本発明の電流センサは、例えば、電気自動車やハイブリッドカーなどのモータ駆動用電流の大きさを検知するために用いることが可能である。【００８４】
本出願は、２０１１年１２月２８日出願の特願２０１１−２８７５３６に基づく。この内容は、全てここに含めておく。
【図１】
2013099504.tif 000003
【図２】
2013099504.tif 000004
【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】
2013099504.tif 000009
【図８】
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【図９】
2013099504.tif 000011
【図１０】
2013099504.tif 000012
【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
2013099504.tif 000015
【図１４】
2013099504.tif 000016
【手続補正書】
【提出日】平成25年3月28日(2013.3.28)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
（削除）
【請求項２】
（削除）
【請求項３】
（削除）
【請求項４】
（削除）
【請求項５】
（削除）
【請求項６】
電流路を通流する被測定電流からの誘導磁界を検出する第１乃至第４の磁気抵抗効果素子を具備し、
前記第１乃至第４の磁気抵抗効果素子は、それぞれ、フリー磁性層に対してバイアス磁界を印加するハードバイアス層を有し、
前記第１の磁気抵抗効果素子のバイアス磁界と、前記第２の磁気抵抗効果素子のバイアス磁界とが逆向きになるように、かつ、前記第３の磁気抵抗効果素子のバイアス磁界と、前記第４の磁気抵抗効果素子のバイアス磁界とが逆向きになるように、かつ、前記第１の磁気抵抗効果素子のバイアス磁界と、前記第３の磁気抵抗効果素子のバイアス磁界とが同じ向きになるように、かつ、前記第２の磁気抵抗効果素子のバイアス磁界と、前記第４の磁気抵抗効果素子のバイアス磁界とが同じ向きになるように配置され、
前記第１の磁気抵抗効果素子と前記第２の磁気抵抗効果素子とは、前記被測定電流からの誘導磁界が同じ向きに印加され、かつ、前記第３の磁気抵抗効果素子と前記第４の磁気抵抗効果素子とは、前記被測定電流からの誘導磁界が同じ向きに印加され、かつ、前記第１の磁気抵抗効果素子と前記第２の磁気抵抗効果素子とに印加される前記被測定電流からの誘導磁界の向きと前記第３の磁気抵抗効果素子と前記第４の磁気抵抗効果素子とに印加される前記被測定電流からの誘導磁界の向きとが逆の向きになるように配置され、
前記第１の磁気抵抗効果素子の感度軸の方向と前記第３の磁気抵抗効果素子の感度軸の方向とが同一方向、かつ、前記第２の磁気抵抗効果素子の感度軸の方向と前記第４の磁気抵抗効果素子の感度軸の方向とが同一方向、かつ、前記第１乃至第４の磁気抵抗効果素子の感度軸が平行になるよう配置されている電流センサであって、
前記第１乃至第４の磁気抵抗効果素子は、前記第１の磁気抵抗効果素子の感度軸乃至前記第４の磁気抵抗効果素子の感度軸の方向が同一方向になるよう配置され、
前記第１乃至第４の磁気抵抗効果素子の出力を演算処理する演算部を有し、
前記演算部は、前記第１の磁気抵抗効果素子の出力及び前記第２の磁気抵抗効果素子の出力の和である第１の出力和から、前記第３の磁気抵抗効果素子の出力及び前記第４の磁気抵抗効果素子の出力の和である第２の出力和を減算することを特徴とする電流センサ。
【請求項７】
電流路を通流する被測定電流からの誘導磁界を検出する第１乃至第４の磁気抵抗効果素子を具備し、
前記第１乃至第４の磁気抵抗効果素子は、それぞれ、フリー磁性層に対してバイアス磁界を印加するハードバイアス層を有し、
前記第１の磁気抵抗効果素子のバイアス磁界と、前記第２の磁気抵抗効果素子のバイアス磁界とが逆向きになるように、かつ、前記第３の磁気抵抗効果素子のバイアス磁界と、前記第４の磁気抵抗効果素子のバイアス磁界とが逆向きになるように、かつ、前記第１の磁気抵抗効果素子のバイアス磁界と、前記第３の磁気抵抗効果素子のバイアス磁界とが同じ向きになるように、かつ、前記第２の磁気抵抗効果素子のバイアス磁界と、前記第４の磁気抵抗効果素子のバイアス磁界とが同じ向きになるように配置され、
前記第１の磁気抵抗効果素子と前記第２の磁気抵抗効果素子とは、前記被測定電流からの誘導磁界が同じ向きに印加され、かつ、前記第３の磁気抵抗効果素子と前記第４の磁気抵抗効果素子とは、前記被測定電流からの誘導磁界が同じ向きに印加され、かつ、前記第１の磁気抵抗効果素子と前記第２の磁気抵抗効果素子とに印加される前記被測定電流からの誘導磁界の向きと前記第３の磁気抵抗効果素子と前記第４の磁気抵抗効果素子とに印加される前記被測定電流からの誘導磁界の向きとが逆の向きになるように配置され、
前記第１の磁気抵抗効果素子の感度軸の方向と前記第３の磁気抵抗効果素子の感度軸の方向とが同一方向、かつ、前記第２の磁気抵抗効果素子の感度軸の方向と前記第４の磁気抵抗効果素子の感度軸の方向とが同一方向、かつ、前記第１乃至第４の磁気抵抗効果素子の感度軸が平行になるよう配置されている電流センサであって、
前記第１乃至第４の磁気抵抗効果素子は、前記第１の磁気抵抗効果素子の感度軸の方向及び前記第３の磁気抵抗効果素子の感度軸の方向と、前記第２の磁気抵抗効果素子の感度軸の方向及び前記第４の磁気抵抗効果素子の感度軸の方向とが逆の方向になるよう配置され、
前記第１乃至第４の磁気抵抗効果素子の出力を演算処理する演算部を有し、
前記演算部は、前記第１の磁気抵抗効果素子の出力と前記第２の磁気抵抗効果素子の出力の差である第１の出力差から、前記第３の磁気抵抗効果素子の出力及び前記第４の磁気抵抗効果素子の出力の差である第２の出力差を減算することを特徴とする電流センサ。
【請求項８】
前記電流路は、平行な第１の部分及び第２の部分と、前記第１の部分及び前記第２の部分に垂直な前記第１の部分と前記第２の部分とを接続する第３の部分と、を含んで構成されており、
前記第１の磁気抵抗効果素子及び前記第２の磁気抵抗効果素子は、前記第１の部分を通流する被測定電流からの誘導磁界を検出するように配置されており、前記第３の磁気抵抗効果素子及び前記第４の磁気抵抗効果素子は、前記電流路の第２の部分を通流する被測定電流からの誘導磁界を検出するように、前記電流路の同一面に配置されていることを特徴とする請求項７に記載の電流センサ。
【請求項９】
前記電流路は、直線状に構成されており、
前記第１の磁気抵抗効果素子と前記第２の磁気抵抗効果素子とが、前記電流路の一方の面に設けられ、
前記第３の磁気抵抗効果素子と前記第４の磁気抵抗効果素子とが、前記電流路の前記一方の面と対向する面に設けられていることを特徴とする請求項６に記載の電流センサ。
【手続補正書】
【提出日】平成26年6月26日(2014.6.26)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被測定電流を非接触で測定可能な電流センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
電気自動車や太陽電池などの分野では、磁気検出素子であるＧＭＲ（Ｇｉａｎｔ  Ｍａｇｎｅｔｏ  Ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ）素子を用いて被測定電流による誘導磁界を検出する方式の電流センサが知られている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１の電流センサでは、複数のＧＭＲ素子の出力の差分に基づいて検出対象の電流を検出することで、高感度化を実現している。
【０００３】
ＧＭＲ素子は、反強磁性層、固定磁性層、非磁性層及びフリー磁性層を基本的な構成としている。固定磁性層は、反強磁性層上に積層されており、反強磁性層との間で生じる交換結合磁界により磁化方向が一方向に固定されている。フリー磁性層は、固定磁性層上に非磁性層（非磁性中間層）を介して積層されており、外部磁界により磁化方向が変化するようになっている。ＧＭＲ素子は、外部磁界の印加によって変化するフリー磁性層の磁化方向と、固定磁性層の磁化方向との関係で電気抵抗値が変動するように構成されており、これにより外部磁界を検出可能になっている。
【０００４】
このようなＧＭＲ素子において、電気抵抗値と外部磁界の強さと間の線形性を高めるために、フリー磁性層にバイアス磁界を印加するハードバイアス層を設けることがある。これにより、フリー磁性層の磁化方向が同一方向に揃えられて外部磁界の検出感度が向上する。このＧＭＲ素子を用いることで、さらに検出感度に優れた電流センサが実現可能である（例えば、特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−１０５６９３号公報
【特許文献２】特開２００６−６６８２１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、上述したハードバイアス層によってバイアス磁界を印加するタイプのＧＭＲ素子は、バイアス磁界によってフリー磁性層の磁化方向を揃えているため、バイアス磁界に平行な方向（感度方向に垂直な方向）に外部磁界が加わると検出感度が変化してしまう。このため、このＧＭＲ素子を用いる電流センサにおいて、バイアス磁界に平行な方向の外部磁界が存在する場合には、電流測定精度が低下する恐れがある。
【０００７】
本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、バイアス磁界に平行な方向に外部磁界が加わる場合であっても電流測定精度の低下を抑制可能な電流センサ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】
本発明の電流センサは、電流路を通流する被測定電流からの誘導磁界を検出する第１の磁気抵抗効果素子及び第２の磁気抵抗効果素子を具備し、前記第１の磁気抵抗効果素子及び前記第２の磁気抵抗効果素子は、それぞれ、フリー磁性層に対してバイアス磁界を印加するハードバイアス層を有し、前記第１の磁気抵抗効果素子のバイアス磁界と、前記第２の磁気抵抗効果素子のバイアス磁界とが逆向きであり、前記第１の磁気抵抗効果素子と前記第２の磁気抵抗効果素子とは、前記被測定電流からの誘導磁界が逆の向きに印加されるよう配置され、前記第１の磁気抵抗効果素子の感度軸の方向と前記第２の磁気抵抗効果素子の感度軸の方向とが同一方向になるように構成されていることを特徴とする。
【０００９】
この構成によれば、第１の磁気抵抗効果素子のバイアス磁界と、第２の磁気抵抗効果素子のバイアス磁界とが逆向きであるため、バイアス磁界に平行な方向の外部磁界が加わっても、２個の磁気センサの出力を用いて感度変化を相殺できる。これにより、外部磁界による電流測定精度の低下を抑制可能である。
【００１０】
本発明の電流センサにおいて、前記第１の磁気抵抗効果素子の出力と前記第２の磁気抵抗効果素子の出力との差を演算処理する演算部を具備することが好ましい。
【００１１】
本発明の電流センサにおいて、前記電流路は、平行な第１の部分及び第２の部分と、前記第１の部分及び前記第２の部分に垂直な前記第１の部分と前記第２の部分とを接続する第３の部分と、を含んで構成されており、前記第１の磁気抵抗効果素子は、前記第１の部分を通流する被測定電流からの誘導磁界を検出するように配置されており、前記第２の磁気抵抗効果素子は、前記第２の部分を通流する被測定電流からの誘導磁界を検出するように、前記電流路の前記第１の磁気抵抗効果素子と同一面側に配置されていることが好ましい。この構成によれば、電流路の同一面に磁気抵抗効果素子を設けることができるので、製造が容易になる。
【００１２】
本発明の電流センサにおいて、前記電流路は、直線状に構成されており、前記第１の磁気抵抗効果素子と前記第２の磁気抵抗効果素子とが、前記電流路を挟んで配置されることが好ましい。この構成によれば、直線状の電流路を用いるため、電流測定精度の低下を抑制できる。
【００１３】
本発明の電流センサは、電流路を通流する被測定電流からの誘導磁界を検出する第１乃至第４の磁気抵抗効果素子を具備し、前記第１乃至第４の磁気抵抗効果素子は、それぞれ、フリー磁性層に対してバイアス磁界を印加するハードバイアス層を有し、前記第１の磁気抵抗効果素子のバイアス磁界と、前記第２の磁気抵抗効果素子のバイアス磁界とが逆向きになるように、かつ、前記第３の磁気抵抗効果素子のバイアス磁界と、前記第４の磁気抵抗効果素子のバイアス磁界とが逆向きになるように、かつ、前記第１の磁気抵抗効果素子のバイアス磁界と、前記第３の磁気抵抗効果素子のバイアス磁界とが同じ向きになるように、かつ、前記第２の磁気抵抗効果素子のバイアス磁界と、前記第４の磁気抵抗効果素子のバイアス磁界とが同じ向きになるように配置され、前記第１の磁気抵抗効果素子と前記第２の磁気抵抗効果素子とは、前記被測定電流からの誘導磁界が同じ向きに印加され、かつ、前記第３の磁気抵抗効果素子と前記第４の磁気抵抗効果素子とは、前記被測定電流からの誘導磁界が同じ向きに印加され、かつ、前記第１の磁気抵抗効果素子と前記第２の磁気抵抗効果素子とに印加される前記被測定電流からの誘導磁界の向きと前記第３の磁気抵抗効果素子と前記第４の磁気抵抗効果素子とに印加される前記被測定電流からの誘導磁界の向きとが逆の向きになるように配置され、前記第１の磁気抵抗効果素子の感度軸の方向と前記第３の磁気抵抗効果素子の感度軸の方向とが同一方向、かつ、前記第２の磁気抵抗効果素子の感度軸の方向と前記第４の磁気抵抗効果素子の感度軸の方向とが同一方向、かつ、前記第１乃至第４の磁気抵抗効果素子の感度軸が平行になるよう配置されていることを特徴とする。
【００１４】
この構成によれば、第１の磁気抵抗効果素子におけるバイアス磁界と、第２の磁気抵抗効果素子におけるバイアス磁界とが互いに逆向きであり、第３の磁気抵抗効果素子におけるバイアス磁界と、第４の磁気抵抗効果素子におけるバイアス磁界とが互いに逆向きであるため、バイアス磁界に平行な方向の外部磁界が加わっても、各磁気センサの感度変化を相殺できる。さらに、感度軸方向の外部磁界が加わっても、その影響を相殺できる。これにより、外部磁界による電流測定精度の低下を抑制可能である。
【００１５】
本発明の電流センサにおいて、前記第１乃至第４の磁気抵抗効果素子は、前記第１の磁気抵抗効果素子の感度軸乃至前記第４の磁気抵抗効果素子の感度軸の方向が同一方向になるよう配置され、前記第１乃至第４の磁気抵抗効果素子の出力を演算処理する演算部を有し、前記演算部は、前記第１の磁気抵抗効果素子の出力及び前記第２の磁気抵抗効果素子の出力の和である第１の出力和から、前記第３の磁気抵抗効果素子の出力及び前記第４の磁気抵抗効果素子の出力の和である第２の出力和を減算することが好ましい。
【００１６】
本発明の電流センサにおいて、前記第１乃至第４の磁気抵抗効果素子は、前記第１の磁気抵抗効果素子の感度軸の方向及び前記第３の磁気抵抗効果素子の感度軸の方向と、前記第２の磁気抵抗効果素子の感度軸の方向及び前記第４の磁気抵抗効果素子の方向とが逆の方向になるよう配置され、前記第１乃至第４の磁気抵抗効果素子の出力を演算処理する演算部を有し、前記演算部は、前記第１の磁気抵抗効果素子の出力と前記第２の磁気抵抗効果素子の出力の差である第１の出力差から、前記第３の磁気抵抗効果素子の出力及び前記第４の磁気抵抗効果素子の出力の差である第２の出力差を減算することが好ましい。
【００１７】
本発明の電流センサにおいて、前記電流路は、平行な第１の部分及び第２の部分と、前記第１の部分及び前記第２の部分に垂直な前記第１の部分と前記第２の部分とを接続する第３の部分と、を含んで構成されており、前記第１の磁気抵抗効果素子及び前記第２の磁気抵抗効果素子は、前記第１の部分を通流する被測定電流からの誘導磁界を検出するように配置されており、前記第３の磁気抵抗効果素子及び前記第４の磁気抵抗効果素子は、前記電流路の第２の部分を通流する被測定電流からの誘導磁界を検出するように、前記電流路の同一面に配置されていることが好ましい。この構成によれば、電流路の同一面に磁気抵抗効果素子を設けることができるので、製造が容易になる。
【００１８】
本発明の電流センサにおいて、前記電流路は、直線状に構成されており、前記第１の磁気抵抗効果素子と前記第２の磁気抵抗効果素子とが、前記電流路の一方の面に設けられ、前記第３の磁気抵抗効果素子と前記第４の磁気抵抗効果素子とが、前記電流路の前記一方の面と対向する面に設けられていることが好ましい。この構成によれば、直線状の電流路を用いるため、電流測定精度の低下を抑制できる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明により、バイアス磁界に平行な方向に外部磁界が加わる場合であっても電流測定精度の低下を抑制可能な電流センサを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】実施の形態１に係る電流センサ及びその周辺構成の配置例を示す平面模式図である。
【図２】実施の形態１に係る電流センサの回路構成を示すブロック図である。
【図３】磁気抵抗効果素子の構成例を示す平面模式図である。
【図４】磁気抵抗効果素子の構成例を示す断面模式図である。
【図５】実施の形態１に係る電流センサにおける各磁気センサの特性図である。
【図６】電流線の形状が異なる場合の電流センサの配置例を示す模式図である。
【図７】実施の形態２に係る電流センサ及びその周辺構成の配置例を示す平面模式図である。
【図８】実施の形態２に係る電流センサの回路構成を示すブロック図である。
【図９】実施の形態２に係る電流センサに用いられる各磁気センサの特性図である。
【図１０】電流線の形状が異なる場合の電流センサの配置例を示す模式図である。
【図１１】実施の形態３に係る電流センサ及びその周辺構成の配置例を示す平面模式図である。
【図１２】実施の形態３に係る電流センサに用いられる各磁気センサの特性図である。
【図１３】従来例に係る電流センサを示す平面模式図である。
【図１４】従来例に係る電流センサにおける各磁気センサの特性図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
本発明者は、ハードバイアス層によってバイアス磁界を印加するタイプの磁気抵抗効果素子において、バイアス磁界に平行な方向に外部磁界が加わると検出感度が変化することを見出した。これは、このタイプの磁気抵抗効果素子が、バイアス磁界によってフリー磁性層の磁化方向を揃えていることに起因する。バイアス磁界に平行な方向に外部磁界が加わると、フリー磁性層の磁化が変化する。その結果、磁気抵抗効果素子の検出感度が変化してしまう。
【００２２】
本発明者は当該知見に基づき、磁気抵抗効果素子の配置を、ハードバイアス層によるバイアス磁界との関係において制御することで、電流センサにおける感度変化の影響を低減できることを見出した。すなわち、本発明は、複数の磁気抵抗効果素子を用いる電流センサにおいて、対応する２個の磁気抵抗効果素子のバイアス磁界が、逆向きになるように構成されていることを骨子とするものである。以下、本発明の電流センサについて添付図面を参照して説明する。
【００２３】
（実施の形態１）
図１は、本実施の形態に係る電流センサ及びその周辺構成の配置例を示す平面模式図である。図２は、本実施の形態に係る電流センサの回路構成を示すブロック図である。図１及び図２に示すように、電流センサ１ａは、被測定電流Ｉが通流する電流線２に近接して配置された略直方体状の磁気センサ１１ａ、１１ｂと、磁気センサ１１ａ、１１ｂの出力を演算処理する演算部１３ａとを含んで構成されている。
【００２４】
図１に示すように、電流センサ１ａの磁気センサ１１ａ、１１ｂは、電流線２に通流する被測定電流Ｉを測定できるように電流線２に近接して配置されている。電流線２は、略平行に延びる腕部２ａ、２ｂと、これらに対して略垂直に延び、腕部２ａの一端部と腕部２ｂの一端部とを接続する接続部２ｃとを含む。すなわち、電流線２は、平面形状が略Ｕ字状に構成されている。なお、電流線２の腕部２ａ、２ｂ及び接続部２ｃは、それぞれ別体で構成されていても良い。
【００２５】
磁気センサ１１ａは、電流線２の腕部２ａに近接して配置されており、腕部２ａを通流する被測定電流Ｉからの誘導磁界Ｈａを検出可能になっている。磁気センサ１１ｂは、電流線２の腕部２ｂに近接して配置されており、腕部２ｂを通流する被測定電流Ｉからの誘導磁界Ｈｂを検出可能になっている。なお、磁気センサ１１ａ、１１ｂは、不図示の基板に配置されている。
【００２６】
磁気センサ１１ａは、その感度方向（感度軸の方向）Ｓａが図面右方向になるように配置されている。また、図１において被測定電流Ｉは、磁気センサ１１ａの近傍において図面右向きの誘導磁界Ｈａを生じるように電流線２の腕部２ａを通流している。つまり、図１の電流センサ１ａにおいて、磁気センサ１１ａの感度方向Ｓａと誘導磁界Ｈａの向きとが同じ（順方向）になっている。
【００２７】
一方、磁気センサ１１ｂは、その感度方向（感度軸の方向）Ｓｂが図面右方向になるように配置されている。また、図１において被測定電流Ｉは、磁気センサ１１ｂの近傍において図面左向きの誘導磁界Ｈｂを生じるように電流線２の腕部２ｂを通流している。つまり、図１の電流センサ１ａにおいて、磁気センサ１１ｂの感度方向Ｓｂと誘導磁界Ｈｂの向きとが逆（逆方向）になるように構成されている。
【００２８】
上述のように、磁気センサ１１ａ、１１ｂは、それぞれの感度方向Ｓａ、Ｓｂを基準にしてそれぞれが受ける誘導磁界Ｈａ、Ｈｂの方向が逆になるよう配置されている。つまり、一方の磁気センサは順方向の誘導磁界を受け、他方の磁気センサは逆方向の誘導磁界を受けるようになっている。これにより、２個の磁気センサは、被測定電流Ｉの影響を逆に受けて略逆極性の信号を出力する。なお、一方の磁気センサが順方向の誘導磁界を受け、他方の磁気センサが逆方向の誘導磁界を受けるように構成されていれば、各構成の配置は図１に示すものに限られない。例えば、電流線２を通流する被測定電流Ｉの向きは、図１と逆でも良い。
【００２９】
磁気センサ１１ａ、１１ｂは、後述するハードバイアス層を備えた磁気抵抗効果素子をそれぞれ含んで構成されている。磁気センサ１１ａは、磁気抵抗効果素子のハードバイアス層によるバイアス磁界Ｂａが図面上向きになるように配置されている。また、磁気センサ１１ｂは、磁気抵抗効果素子のハードバイアス層によるバイアス磁界Ｂｂが図面下向きになるように配置されている。つまり、電流センサ１ａにおいて、磁気センサ１１ａの備える磁気抵抗効果素子のバイアス磁界Ｂａの方向と磁気センサ１１ｂの備える磁気抵抗効果素子のバイアス磁界Ｂｂの方向とは、逆（逆方向）になるように構成されている。
【００３０】
これにより、バイアス磁界に平行な成分を有する外部磁界が印加された場合、その影響は、一方の磁気センサにおいて感度が増加する方向に現れ、他方の磁気センサにおいて感度が減少する方向に現れる。例えば、磁気センサ１１ａ、１１ｂに対して図１に示すような外部磁場Ｈｃが印加された場合、その影響は、磁気センサ１１ａにおいて感度が増加する方向に現れ、磁気センサ１１ｂにおいて感度が減少する方向に現れる。なお、磁気センサ１１ａ、１１ｂにおけるバイアス磁界の向きは、逆（逆方向）になっていれば図１に示す向きに限られない。
【００３１】
図３は、磁気センサ１１ａ、１１ｂに用いられる磁気抵抗効果素子（ＧＭＲ素子）の構成例を示す平面模式図である。図３に示す磁気抵抗効果素子は、複数の長尺パターン３１Ａ〜３１Ｇを、その長手方向（Ｘ方向）に直交する方向（Ｙ方向）に配列した磁気検出パターン３１を含んで構成されている。各長尺パターンは略平行に配置されており、各長尺パターンの端部は隣接する長尺パターンの端部と接続されている。これにより、磁気検出パターン３１はミアンダ形状を有している。図３において、素子の感度方向（感度軸の方向）Ｓは、長尺パターン３１Ａ〜３１Ｇの長手方向に直交する方向（Ｙ方向）である。図３では、７個の長尺パターン３１Ａ〜３１Ｇを含む磁気検出パターン３１を示しているが、磁気検出パターン３１を構成する長尺パターンの数はこれに限定されない。
【００３２】
磁気検出パターン３１の両端外側の位置には、各長尺パターンの長手方向に直交する方向（Ｙ方向）に延びるハードバイアス層３２ａ、３２ｂが設けられている。ハードバイアス層３２ａ、３２ｂは、磁気検出パターン３１を構成するフリー磁性層に対し、長尺パターン３１ａ〜３１ｇの長手方向に平行なバイアス磁界Ｂを印加できるように構成されている。
【００３３】
図４は、磁気抵抗効果素子（ＧＭＲ素子）の構成例を示す断面模式図である。本実施の形態の電流センサに用いられる磁気抵抗効果素子は、図４に示されるように、基板１０１に設けられた積層構造でなる。具体的には、磁気抵抗効果素子は、磁気検出パターン３１を構成する積層構造と、ハードバイアス層３２ａ、３２ｂとを含んで構成されている。磁気検出パターン３１は、シード層１０２、第１の強磁性層１０３、反平行結合層１０４、第２の強磁性層１０５、非磁性中間層１０６、フリー磁性層（軟磁性自由層）１０７、及び保護層１０８を含む。第１の強磁性層１０３と第２の強磁性層１０５とは反平行結合層１０４を介して反強磁性的に結合されており、いわゆるセルフピン止め型の強磁性固定層（ＳＦＰ層：Ｓｙｎｔｈｅｔｉｃ  Ｆｅｒｒｉ  Ｐｉｎｎｅｄ層）を構成している。
【００３４】
図２に示すように、磁気センサ１１ａ、１１ｂには、演算部１３ａが接続されている。演算部１３ａは、磁気センサ１１ａの出力と磁気センサ１１ｂの出力との差（出力差）を算出する。なお、演算部１３ａが算出する出力差は、磁気センサ１１ａの出力と磁気センサ１１ｂの出力との差に対応するものであれば、増幅されたものでも良い。この演算処理によって、磁気センサ１１ａの出力及び磁気センサ１１ｂの出力において現れる感度変化を相殺して、バイアス磁界に対して平行な方向の外部磁界（感度方向に垂直な方向の磁界）Ｈｃの影響を低減できる。
【００３５】
図５は、外部磁界Ｈｃの影響を受けない状態における磁気センサ１１ａの出力及び磁気センサ１１ｂの出力と、外部磁界Ｈｃの影響を受けた状態における磁気センサ１１ａの出力及び磁気センサ１１ｂの出力とを示す特性図である。図５において、横軸は被測定電流Ｉを示し、縦軸は各磁気センサの出力を示している。
【００３６】
上述したように、電流センサ１ａにおいて、磁気センサ１１ａの感度方向Ｓａと誘導磁界Ｈａの向きとは同じ（順方向）である。このため、図５において特性Ａ１で示すように、外部磁界Ｈｃの影響を受けない状態の磁気センサ１１ａの出力は、被測定電流Ｉが増加すると増加する。また、磁気センサ１１ｂの感度方向Ｓｂと誘導磁界Ｈｂの向きとは逆（逆方向）である。このため、図５において特性Ｂ１で示されるように、外部磁界Ｈｃの影響を受けない状態の磁気センサ１１ｂの出力は、被測定電流Ｉが増加すると減少する。なお、ここでは、磁気センサ１１ａ、１１ｂの感度は略等しく、磁界強度と磁気センサ１１ａ、１１ｂの出力との関係は略線形であり、特性Ａ１と特性Ｂ１の傾きの絶対値は略等しいとする。また、磁気センサ１１ａの出力と磁気センサ１１ｂの出力とは所定のオフセットを有している。
【００３７】
外部磁界Ｈｃの影響を受けた状態において、特性Ａ２で示すように磁気センサ１１ａの感度が増加する場合、磁気センサ１１ｂの感度は減少して特性Ｂ２のようになる。これは、２個の磁気センサにおいてバイアス磁界の方向が逆（逆方向）のためである。ここで、磁気センサ１１ａの出力Ｏ１１ａと磁気センサ１１ｂの出力Ｏ１１ｂとは、下記の式（１）及び（２）で表される。式（１）及び（２）において、αは、外部磁界の影響を受けた場合における感度変化の割合であり、βはオフセットであり、Ｏｉは、外部磁界の影響を受けない場合の被測定電流に対応した出力である。
（１）
Ｏ１１ａ＝（１＋α）Ｏｉ＋β
（２）
Ｏ１１ｂ＝−（１−α）Ｏｉ＋β
【００３８】
式（１）及び（２）において示すように、外部磁界の影響を受けた状態において感度変化の割合（α）を一定とすれば、下記式（３）で表されるように、演算部１３ａにおいて磁気センサ１１ａの出力Ｏ１１ａと磁気センサ１１ｂの出力Ｏ１１ｂとの差をとることで、外部磁界の影響を相殺して電流測定精度を高めることができる。
（３）
Ｏ１１ａ−Ｏ１１ｂ＝２Ｏｉ
【００３９】
従来例として、本発明に係る電流センサ１ａとは異なる構成の電流センサの出力特性について説明する。図１３は、従来例に係る電流センサの構成を示す平面模式図である。図１４は、従来例に係る電流センサにおける磁気センサの出力特性を示す特性図である。
【００４０】
図１３に示すように、従来例に係る電流センサ３は、被測定電流Ｉが通流する電流線２に近接して配置された磁気センサ３１ａ、３１ｂと、不図示の演算装置とを含んで構成されている。電流センサ３において、磁気センサ３１ａの備える磁気抵抗効果素子のバイアス磁界の方向と磁気センサ３１ｂの備える磁気抵抗効果素子のバイアス磁界の方向とは、同じになるように構成されている。すなわち、本実施の形態に係る電流センサ１ａと従来例に係る電流センサ３との相違点は、磁気センサにおけるバイアス磁界の方向である。他の構成は同様とする。
【００４１】
この電流センサ３において、磁気センサ３１ａの備える磁気抵抗効果素子のバイアス磁界の方向と磁気センサ３１ｂの備える磁気抵抗効果素子のバイアス磁界の方向とは同じである。このため、磁気センサ３１ａ、３１ｂが外部磁界Ｈｃの影響を受けると、これらの感度は共に増加する。その結果、図１４に示すように、磁気センサ３１ａの出力特性は特性ａ１から特性ａ２に変化し、磁気センサ３１ｂの出力特性は特性ｂ１から特性ｂ２に変化する。ここで、磁気センサ３１ａの出力Ｏ３１ａと磁気センサ３１ｂの出力Ｏ３１ｂとは、下記の式（４）及び（５）で表される。
（４）
Ｏ３１ａ＝（１＋α）Ｏｉ＋β
（５）
Ｏ３１ｂ＝−（１＋α）Ｏｉ＋β
【００４２】
この場合、磁気センサ３１ａの出力Ｏ３１ａと磁気センサ３１ｂの出力Ｏ３１ｂとの差をとっても、式（６）に示すように外部磁界の影響（α）は残ってしまう。
（６）
Ｏ３１ａ−Ｏ３１ｂ＝２（１＋α）Ｏｉ
【００４３】
このように、従来例に係る電流センサ３では電流センサ出力から外部磁界の影響を除去できない。これに対し、本実施の形態に係る電流センサ１ａは、バイアス磁界の向きを適切に制御しているため、２個の磁気センサの出力の差により感度変化の影響を相殺して電流測定精度の低下を抑制することが可能である。
【００４４】
なお、本実施の形態に係る電流センサ１ａは上述した構成に限定されない。例えば、電流センサ１ａの磁気センサ１１ａ、１１ｂとしてフィードバックコイル等を用いた磁気平衡式の磁気センサを適用しても良い。また、電流センサ１ａは、その構成として制御部及び演算部を備えていなくとも良い。例えば、電流センサ１ａ外に制御装置や演算装置を設け、これによって電流センサ１ａの制御及びセンサ出力の演算処理を行う構成としても良い。
【００４５】
また、電流線２の形状はＵ字状でなくても良い。図６は、電流線２の形状が異なる場合の電流センサ１ａの配置例を示す模式図である。例えば、図６Ａに示すように、電流線２を略直線状（Ｉ字状）としても良い。この場合、磁気センサ１１ａ、１１ｂは、図６Ｂ（図６ＡのＡＡ矢視断面に相当）に示すように、電流線２の一方側（表面側）と他方側（裏面側）にそれぞれ配置すればよい。なお、電流線２の形状をＵ字状とする場合、磁気センサ１１ａ、１１ｂには、接続部２ｃを通流する被測定電流Ｉによって生じるバイアス磁界に平行な向きの誘導磁界が印加される。このため、この誘導磁界の影響を抑制できるという点において、Ｕ字状の電流線２を用いる場合には本実施の形態の構成は特に有効である。
【００４６】
その他、本実施の形態に係る構成は、他の実施の形態に係る構成と適宜組み合わせて実施することができる。
【００４７】
（実施の形態２）
本実施の形態では、上述した実施の形態に係る電流センサとは異なる態様の電流センサについて説明する。図７は、本実施の形態に係る電流センサ及びその周辺構成の配置を示す平面模式図である。図８は、本実施の形態に係る電流センサの回路構成を示すブロック図である。図７及び図８に示すように、本実施の形態に係る電流センサ１ｂは、電流線２に近接して配置されたユニット１０ａ、１０ｂと、各ユニットの出力を演算処理する演算部１３ｂとを含んで構成されている。ユニット１０ａは磁気センサ１１ｃ、１１ｄを含み、ユニット１０ｂは磁気センサ１１ｅ、１１ｆを含む。
【００４８】
磁気センサ１１ｃ、１１ｄは、電流線２の腕部２ａに近接して配置されており、腕部２ａを通流する被測定電流Ｉからの誘導磁界Ｈａを検出可能に構成されている。磁気センサ１１ｅ、１１ｆは、電流線２の腕部２ｂに近接して配置されており、腕部２ｂを通流する被測定電流Ｉからの誘導磁界Ｈｂを検出可能に構成されている。なお、磁気センサ１１ｃ〜１１ｆは、不図示の基板に配置されている。
【００４９】
ユニット１０ａを構成する磁気センサ１１ｃ、１１ｄは、その感度方向（感度軸の方向）Ｓｃ、Ｓｄが図面右方向になるように配置されている。また、図７において被測定電流Ｉは、磁気センサ１１ｃ、１１ｄの近傍において図面右向きの誘導磁界Ｈａを生じるように電流線２の腕部２ａを通流している。つまり、図７の電流センサ１ｂにおいて、磁気センサ１１ｃ、１１ｄの感度方向Ｓｃ、Ｓｄと誘導磁界Ｈａの向きとが同じ（順方向）になっている。磁気センサ１１ｃ、１１ｄは、それぞれの感度方向Ｓｃ、Ｓｄを基準にしてそれぞれが受ける誘導磁界Ｈａの方向が同じになっている。
【００５０】
一方、ユニット１０ｂを構成する磁気センサ１１ｅ、１１ｆは、その感度方向（感度軸の方向）Ｓｅ、Ｓｆが図面右方向になるように配置されている。また、図７において被測定電流Ｉは、磁気センサ１１ｅ、１１ｆの近傍において図面左向きの誘導磁界Ｈｂを生じるように電流線２の腕部２ｂを通流している。つまり、図７の電流センサ１ｂにおいて、磁気センサ１１ｅ、１１ｆの感度方向Ｓｅ、Ｓｆと誘導磁界Ｈｂの向きとが逆（逆方向）になっている。磁気センサ１１ｅ、１１ｆは、それぞれの感度方向Ｓｅ、Ｓｆを基準にしてそれぞれが受ける誘導磁界Ｈｂの方向が逆になっている。
【００５１】
また、磁気センサ１１ｃは、バイアス磁界Ｂｃが図面上向きになるように配置されている。磁気センサ１１ｄは、バイアス磁界Ｂｄが図面下向きになるように配置されている。つまり、電流センサ１ｂのユニット１０ａにおいて、磁気センサ１１ｃの備える磁気抵抗効果素子のバイアス磁界Ｂｃの方向と磁気センサ１１ｄの備える磁気抵抗効果素子のバイアス磁界Ｂｄの方向とは、逆（逆方向）になるように構成されている。
【００５２】
同様に、磁気センサ１１ｅは、バイアス磁界Ｂｅが図面上向きになるように配置されている。磁気センサ１１ｆは、バイアス磁界Ｂｆが図面下向きになるように配置されている。つまり、電流センサ１ｂのユニット１０ｂにおいて、磁気センサ１１ｅの備える磁気抵抗効果素子のバイアス磁界Ｂｅの方向と磁気センサ１１ｆの備える磁気抵抗効果素子のバイアス磁界Ｂｆの方向とは、逆（逆方向）になるように構成されている。
【００５３】
各ユニットの回路構成は、上述した実施の形態における電流センサ１ａと同様である（図２参照）。すなわち、本実施の形態に係る電流センサ１ｂは、それぞれが電流センサ１ａの磁気センサ１１ａ、１１ｂ及び演算部１３ａに相当する２組のユニット１０ａ、１０ｂにより構成されている。ただし、各ユニットの演算部（演算部１３ａに相当）は、各ユニットの磁気センサ出力の和（出力和）を算出できるように構成されている。つまり、ユニット１０ａの演算部は磁気センサ１１ｃ、１１ｄの出力の和を算出できるようになっており、ユニット１０ｂの演算部は磁気センサ１１ｅ、１１ｆの出力の和を算出できるようになっている。なお、これらの演算部が算出する出力和は、磁気センサ出力の和に対応するものであれば、増幅されたものでも良い。
【００５４】
図８に示すように、電流センサ１ｂの各ユニットには、さらに演算部１３ｂが接続されている。演算部１３ｂは、各ユニットの出力の差を算出できるように構成されている。つまり、演算部１３ｂは、ユニット１０ａの演算部からの出力と、ユニット１０ｂの演算部からの出力との差を算出する。
【００５５】
図９は、本実施の形態に係る電流センサにおける磁気センサの出力特性を示す特性図である。上述したように、ユニット１０ａにおいて、磁気センサ１１ｃの備える磁気抵抗効果素子のバイアス磁界Ｂｃの方向と磁気センサ１１ｄの備える磁気抵抗効果素子のバイアス磁界Ｂｄの方向とは逆（逆方向）である。このため、磁気センサ１１ｃ、１１ｄが外部磁界Ｈｃの影響を受けると、磁気センサ１１ｃの感度は増加して特性Ｃ１から特性Ｃ２に変化し、磁気センサ１１ｄの感度は減少して特性Ｄ１（＝特性Ｃ１）から特性Ｄ２に変化する。同様に、磁気センサ１１ｅ、１１ｆが外部磁界Ｈｃの影響を受けると、磁気センサ１１ｅの感度は増加して特性Ｅ１から特性Ｅ２に変化し、磁気センサ１１ｆの感度は減少して特性Ｆ１（＝特性Ｅ１）から特性Ｆ２に変化する。
【００５６】
ここで、磁気センサ１１ｃの出力Ｏ１１ｃ、磁気センサ１１ｄの出力Ｏ１１ｄ、磁気センサ１１ｅの出力Ｏ１１ｅ、磁気センサ１１ｆの出力Ｏ１１ｆは、下記の式（７）〜（１０）で表される。式（７）〜（１０）において、αは、外部磁界の影響を受けた場合における感度変化の割合であり、βはオフセットであり、Ｏｉは、外部磁界の影響を受けない場合の被測定電流に対応した出力である。また、図７に示すように、ここでは、感度方向の外部磁界Ｈｄが存在し、外部磁界Ｈｄに起因する磁気センサの出力変化Ｏｎが存在するものとする。
（７）
Ｏ１１ｃ＝（１＋α）（Ｏｉ＋Ｏｎ）＋β
（８）
Ｏ１１ｄ＝（１−α）（Ｏｉ＋Ｏｎ）＋β
（９）
Ｏ１１ｅ＝（１＋α）（−Ｏｉ＋Ｏｎ）＋β
（１０）
Ｏ１１ｆ＝（１−α）（−Ｏｉ＋Ｏｎ）＋β
【００５７】
外部磁界Ｈｃの影響を受けた状態において感度変化の割合（α）を一定とすれば、下記式（１１）で表されるように、ユニット１０ａの演算部において磁気センサ１１ｃの出力Ｏ１１ｃと磁気センサ１１ｄの出力Ｏ１１ｄとの和をとることで、外部磁界Ｈｃの影響を相殺することができる。
（１１）
Ｏ１１ｃ＋Ｏ１１ｄ＝２（Ｏｉ＋Ｏｎ）＋２β
【００５８】
また、下記式（１２）で表されるように、ユニット１０ｂの演算部において磁気センサ１１ｅの出力Ｏ１１ｅと磁気センサ１１ｆの出力Ｏ１１ｆとの和をとることで、外部磁界Ｈｃの影響を相殺することができる。
（１２）
Ｏ１１ｅ＋Ｏ１１ｆ＝２（−Ｏｉ＋Ｏｎ）＋２β
【００５９】
そして、演算部１３ｂにおいて、さらにユニット１０ａの出力とユニット１０ｂの出力との差をとることで、下記式（１３）で表されるように、外部磁界Ｈｄ及びオフセットβの影響を相殺できる。
（１３）
（Ｏ１１ｃ＋Ｏ１１ｄ）−（Ｏ１１ｅ＋Ｏ１１ｆ）＝４Ｏｉ
【００６０】
このように、本実施の形態に係る電流センサ１ｂは、バイアス磁界の向きを適切に制御しているため、磁気センサの感度変化の影響を相殺することができる。また、２組のユニットを用いているため、感度方向に印加される外部磁界Ｈｄの影響も十分に低減することができる。これにより、電流測定精度の低下をさらに抑制することが可能である。
【００６１】
なお、本実施の形態に係る電流センサ１ｂは上述した構成に限定されない。例えば、電流センサ１ｂにおいて、各ユニットの演算部の機能（磁気センサ素子の和を算出する機能）と、演算部１３ｂの機能（各ユニットの出力差を算出する機能）とを一つの演算部で実現しても良い。また、演算部は、電流センサ１ｂ外の構成であっても良い。また、電流線２の形状はＵ字状でなくても良い。例えば、図１０Ａに示すように、電流線２を略直線状（Ｉ字状）としても良い。この場合、図１０Ｂ（図１０ＡのＢＢ矢視断面に相当）に示すように、磁気センサ１１ｃ、１１ｄ（図１０Ｂにおいて磁気センサ１１ｃは不図示）は電流線２の一方側（表面側）に配置し、磁気センサ１１ｅ、１１ｆ（磁気センサ１１ｅは不図示）は電流線２の他方側（裏面側）に配置すればよい。
【００６２】
また、本実施の形態に係る電流センサ１ｂにおいて、ユニットセル１０ａを構成する磁気センサ１１ｃ、１１ｄを一つのパッケージに収め、ユニットセル１０ｂを構成する磁気センサ１１ｅ、１１ｆを一つのパッケージに収めることが好ましい。このように、各ユニットセルを一つのパッケージで実現することにより、測定位置の相違による測定誤差を抑制できるため、電流測定精度をさらに高めることができる。また、省スペース化、取り扱いの容易化等の観点においても、各ユニットセルを一つのパッケージで実現することは好ましい。
【００６３】
その他、本実施の形態に係る構成は、他の実施の形態に係る構成と適宜組み合わせて実施することができる。
【００６４】
（実施の形態３）
本実施の形態では、上述した実施の形態に係る電流センサとは異なる態様の電流センサについて説明する。図１１は、本実施の形態に係る電流センサ及びその周辺構成の配置を示す平面模式図である。図１１に示すように、本実施の形態に係る電流センサ１ｃは、電流線２に近接して配置されたユニット１０ｃ、１０ｄを含んで構成されている。ユニット１０ｃは磁気センサ１１ｇ、１１ｈを含み、ユニット１０ｄは磁気センサ１１ｉ、１１ｊを含む。また、各ユニットの出力は、不図示の演算部によって演算処理されるように構成されている。
【００６５】
磁気センサ１１ｇ、１１ｈは、電流線２の腕部２ａに近接して配置されており、腕部２ａを通流する被測定電流Ｉからの誘導磁界Ｈａを検出可能に構成されている。磁気センサ１１ｉ、１１ｊは、電流線２の腕部２ｂに近接して配置されており、腕部２ｂを通流する被測定電流Ｉからの誘導磁界Ｈｂを検出可能に構成されている。なお、磁気センサ１１ｇ〜１１ｊは、不図示の基板に配置されている。
【００６６】
ユニット１０ｃを構成する磁気センサ１１ｇは、その感度方向（感度軸の方向）Ｓｇが図面右方向になるように配置されている。一方、磁気センサ１１ｈは、その感度方向（感度軸の方向）Ｓｈが図面左方向になるように配置されている。また、図１１において被測定電流Ｉは、磁気センサ１１ｇ、１１ｈの近傍において図面右向きの誘導磁界Ｈａを生じるように電流線２の腕部２ａを通流している。つまり、図１１の電流センサ１ｃにおいて、磁気センサ１１ｇの感度方向Ｓｇと誘導磁界Ｈａの向きとが同じ（順方向）になっている。また、磁気センサ１１ｈの感度方向Ｓｈと誘導磁界Ｈａの向きとが逆（逆方向）になっている。磁気センサ１１ｇ、１１ｈは、それぞれの感度方向Ｓｇ、Ｓｈを基準にしてそれぞれが受ける誘導磁界Ｈａの方向が逆になっている。
【００６７】
ユニット１０ｄを構成する磁気センサ１１ｉは、その感度方向（感度軸の方向）Ｓｉが図面右方向になるように配置されている。一方、磁気センサ１１ｊは、その感度方向（感度軸の方向）Ｓｊが図面左方向になるように配置されている。また、図１１において被測定電流Ｉは、磁気センサ１１ｉ、１１ｊの近傍において図面左向きの誘導磁界Ｈｂを生じるように電流線２の腕部２ｂを通流している。つまり、図１１の電流センサ１ｃにおいて、磁気センサ１１ｉの感度方向Ｓｉと誘導磁界Ｈｂの向きとが逆（逆方向）になっている。また、磁気センサ１１ｊの感度方向Ｓｊと誘導磁界Ｈｂの向きとが同じ（順方向）になっている。磁気センサ１１ｉ、１１ｊは、それぞれの感度方向Ｓｉ、Ｓｊを基準にしてそれぞれが受ける誘導磁界Ｈｂの方向が逆になっている。
【００６８】
また、磁気センサ１１ｇは、バイアス磁界Ｂｇが図面上向きになるように配置されている。磁気センサ１１ｈは、バイアス磁界Ｂｈが図面下向きになるように配置されている。つまり、電流センサ１ｃのユニット１０ｃにおいて、磁気センサ１１ｇの備える磁気抵抗効果素子のバイアス磁界Ｂｇの方向と磁気センサ１１ｈの備える磁気抵抗効果素子のバイアス磁界Ｂｈの方向とは、逆（逆方向）になるように構成されている。
【００６９】
同様に、磁気センサ１１ｉは、バイアス磁界Ｂｉが図面上向きになるように配置されている。磁気センサ１１ｊは、バイアス磁界Ｂｊが図面下向きになるように配置されている。つまり、電流センサ１ｃのユニット１０ｄにおいて、磁気センサ１１ｉの備える磁気抵抗効果素子のバイアス磁界Ｂｉの方向と磁気センサ１１ｊの備える磁気抵抗効果素子のバイアス磁界Ｂｊの方向とは、逆（逆方向）になるように構成されている。
【００７０】
各ユニットの回路構成は、上述した実施の形態における電流センサ１ａと同様である（図２参照）。すなわち、本実施の形態に係る電流センサは、それぞれが電流センサ１ａの磁気センサ１１ａ、１１ｂ及び演算部１３に相当する２組のユニット１０ｃ、１０ｄにより構成されている。本実施の形態では、各ユニットの演算部（演算部１３ａに相当）は、各ユニットの磁気センサ出力の差（出力差）を算出できるように構成されている。
【００７１】
各ユニットと、各ユニットの演算部との接続関係は、上述した実施の形態における電流センサ１ｂと同様である（図８参照）。すなわち、ユニット１０ｃ、１０ｄには、各ユニットの出力の差を算出できるように構成された演算部が接続されている。
【００７２】
図１２は、本実施の形態に係る電流センサにおける磁気センサの出力特性を示す特性図である。上述したように、ユニット１０ｃにおいて、磁気センサ１１ｇの備える磁気抵抗効果素子のバイアス磁界Ｂｇの方向と磁気センサ１１ｈの備える磁気抵抗効果素子のバイアス磁界Ｂｈの方向とは逆（逆方向）である。このため、磁気センサ１１ｇ、１１ｈが外部磁界Ｈｃの影響を受けると、磁気センサ１１ｇの感度は増加して特性Ｇ１から特性Ｇ２に変化し、磁気センサ１１ｈの感度は減少して特性Ｈ１から特性Ｈ２に変化する。同様に、磁気センサ１１ｉ、１１ｊが外部磁界Ｈｃの影響を受けると、磁気センサ１１ｉの感度は増加して特性Ｉ１から特性Ｉ２に変化し、磁気センサ１１ｊの感度は減少して特性Ｊ１から特性Ｊ２に変化する。
【００７３】
ここで、磁気センサ１１ｇの出力Ｏ１１ｇ、磁気センサ１１ｈの出力Ｏ１１ｈ、磁気センサ１１ｉの出力Ｏ１１ｉ、磁気センサ１１ｊの出力Ｏ１１ｊは、下記の式（１４）〜（１７）で表される。式（１４）〜（１７）において、αは、外部磁界の影響を受けた場合における感度変化の割合であり、βはオフセットであり、Ｏｉは、外部磁界の影響を受けない場合の被測定電流に対応した出力である。また、図１１に示すように、ここでは、感度方向の外部磁界Ｈｄが存在し、外部磁界Ｈｄに起因する磁気センサの出力変化Ｏｎが存在するものとする。
（１４）
Ｏ１１ｇ＝（１＋α）（Ｏｉ＋Ｏｎ）＋β
（１５）
Ｏ１１ｈ＝（１−α）（−Ｏｉ−Ｏｎ）＋β
（１６）
Ｏ１１ｉ＝（１＋α）（−Ｏｉ＋Ｏｎ）＋β
（１７）
Ｏ１１ｊ＝（１−α）（＋Ｏｉ−Ｏｎ）＋β
【００７４】
外部磁界Ｈｃの影響を受けた状態において感度変化の割合（α）を一定とすれば、下記式（１８）で表されるように、ユニット１０ｃの演算部において磁気センサ１１ｇの出力Ｏ１１ｇと磁気センサ１１ｈの出力Ｏ１１ｈとの差をとることで、外部磁界Ｈｃ及びオフセットβの影響を相殺することができる。
（１８）
Ｏ１１ｇ−Ｏ１１ｈ＝２（Ｏｉ＋Ｏｎ）
【００７５】
また、下記式（１９）で表されるように、ユニット１０ｄの演算部において磁気センサ１１ｉの出力Ｏ１１ｉと磁気センサ１１ｊの出力Ｏ１１ｊとの差をとることで、外部磁界Ｈｃ及びオフセットβの影響を相殺することができる。
（１９）
Ｏ１１ｉ−Ｏ１１ｊ＝２（−Ｏｉ＋Ｏｎ）
【００７６】
そして、ユニット１０ｃ、１０ｄの後段の演算部において、さらにユニット１０ｃの出力とユニット１０ｄの出力との差をとることで、下記式（２０）で表されるように、外部磁界Ｈｄの影響を相殺できる。
（２０）
（Ｏ１１ｇ−Ｏ１１ｈ）−（Ｏ１１ｉ−Ｏ１１ｊ）＝４Ｏｉ
【００７７】
このように、本実施の形態に係る電流センサ１ｃは、バイアス磁界の向きを適切に制御しているため、磁気センサの感度変化の影響を相殺することができる。また、２組のユニットを用いているため、感度方向に印加される外部磁界Ｈｄの影響も十分に低減することができる。これにより、電流測定精度の低下をさらに抑制することが可能である。
【００７８】
なお、本実施の形態に係る電流センサ１ｃは上述した構成に限定されない。例えば、電流センサ１ｃにおいて、各ユニットの演算部の機能（磁気センサ素子の差を算出する機能）と、ユニット１０ｃ、１０ｄの後段の演算部の機能（各ユニットの出力差を算出する機能）とを一つの演算部で実現しても良い。また、演算部は、電流センサ１ｃ外の構成であっても良い。また、電流線２の形状はＵ字状でなくても良い。例えば、電流線２を略直線状（Ｉ字状）としても良い（図１０参照）。
【００７９】
また、本実施の形態に係る電流センサ１ｃにおいて、ユニットセル１０ｃを構成する磁気センサ１１ｇ、１１ｈを一つのパッケージに収め、ユニットセル１０ｄを構成する磁気センサ１１ｉ、１１ｊを一つのパッケージに収めることが好ましい。このように、各ユニットセルを一つのパッケージで実現することにより、測定位置の相違による測定誤差を抑制できるため、電流測定精度をさらに高めることができる。また、省スペース化、取り扱いの容易化等の観点においても、各ユニットセルを一つのパッケージで実現することは好ましい。
【００８０】
その他、本実施の形態に係る構成は、他の実施の形態に係る構成と適宜組み合わせて実施することができる。
【００８１】
以上のように、本発明の電流センサは、対応する２個の磁気抵抗効果素子のバイアス磁界が逆向きになるように構成されているため、バイアス磁界に平行な方向に外部磁界が加わる場合であっても電流測定精度の低下を抑制することができる。
【００８２】
なお、上記実施の形態における各素子の接続関係、大きさなどは、発明の趣旨を変更しない限りにおいて変更可能である。また、上記実施の形態に示す構成、方法などは、適宜組み合わせて実施可能である。その他、本発明は、本発明の範囲を逸脱しないで適宜変更して実施できる。
【産業上の利用可能性】
【００８３】
本発明の電流センサは、例えば、電気自動車やハイブリッドカーなどのモータ駆動用電流の大きさを検知するために用いることが可能である。
【００８４】
本出願は、２０１１年１２月２８日出願の特願２０１１−２８７５３６に基づく。この内容は、全てここに含めておく。
【手続補正２】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図３】
2013099504.tif 000017
【手続補正３】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図５】
2013099504.tif 000018
【国際調査報告】
2013099504.tif 000019
2013099504.tif 000020
2013099504.tif 000021
2013099504.tif 000022