(57)【要約】【課題】外乱磁場成分をキャンセルするクローズド型の磁気センサを提供する。【解決手段】第１のホール素子と、第２のホール素子と、被測定電流が流れ、被測定電流により生じた被測定磁場を、第１のホール素子および第２のホール素子に異極性で与える一次導体と、共通のフィードバック電流が流れ、共通のフィードバック電流により生じた基準磁場を、第１のホール素子および第２のホール素子に異極性で与える二次導体と、被測定磁場を基準磁場で打ち消すようにフィードバック電流を制御する制御部とを備える磁気センサを提供する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１のホール素子と、
第２のホール素子と、
被測定電流が流れ、前記被測定電流により生じた被測定磁場を、前記第１のホール素子および前記第２のホール素子に異極性で与える一次導体と、
共通のフィードバック電流が流れ、前記共通のフィードバック電流により生じた基準磁場を、前記第１のホール素子および前記第２のホール素子に異極性で与える二次導体と、
前記被測定磁場を前記基準磁場で打ち消すように前記フィードバック電流を制御する制御部と
を備える磁気センサ。
【請求項２】
前記二次導体は、
前記第１のホール素子に対応して設けられ、前記第１のホール素子に前記基準磁場を与える第１のコイル部と、
前記第２のホール素子に対応して設けられ、前記第２のホール素子に前記基準磁場を与える第２のコイル部と
を備える請求項１に記載の磁気センサ。
【請求項３】
前記第１のコイル部は、前記第２のコイル部と同一の方向に巻かれている
請求項２に記載の磁気センサ。
【請求項４】
前記第１のコイル部は、前記第２のコイル部と反対の方向に巻かれている
請求項２に記載の磁気センサ。
【請求項５】
前記制御部は、前記第１のコイル部と前記第２のコイル部に同一の大きさの前記フィードバック電流を与える
請求項２から４のいずれか一項に記載の磁気センサ。
【請求項６】
前記第１のコイル部は、前記第２のコイル部と電気的に接続され、
前記制御部は、前記第１のコイル部に前記フィードバック電流を流した後に、同一の前記フィードバック電流を前記第２のコイル部に流す
請求項２から４のいずれか一項に記載の磁気センサ。
【請求項７】
前記第１のホール素子の出力信号と前記第２のホール素子の出力信号との差分を出力する信号処理部をさらに備える
請求項１から６のいずれか一項に記載の磁気センサ。
【請求項８】
前記制御部は、前記第１のホール素子および前記第２のホール素子の出力信号の差分がゼロとなるように、前記フィードバック電流を制御する
請求項１から７のいずれか一項に記載の磁気センサ。
【請求項９】
第１のホール素子と、
被測定磁場が前記第１のホール素子と異極性で入力される第２のホール素子と、
前記第１のホール素子および前記第２のホール素子の出力信号の差分がゼロとなるように、前記第１のホール素子および前記第２のホール素子に共通に入力するフィードバック電流を制御する制御部と
を備える磁気センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁気センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ホール素子を有する磁気センサにおいて、ホール素子の出力に応じたフィードバック電流を２次コイルに流すクローズド型の磁気センサが知られている（例えば、特許文献１参照）。２つのホール素子を内蔵することにより、外乱磁場の影響を低減した磁気センサが知られている（例えば、特許文献２参照）。また、コイルを有さない一次導体内蔵型の磁気センサが知られている（例えば、特許文献３参照）。
特許文献１  特開平０２−２３６１７４号公報
特許文献２  国際公開第２０１５／１９８６０９号
特許文献３  特開平０５−０１０９７９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、従来、一次導体内蔵型のクローズド型の磁気センサにおいて外乱磁場の影響をキャンセルすることができなかった。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明の第１の態様においては、第１のホール素子と、第２のホール素子と、被測定電流が流れ、被測定電流により生じた被測定磁場を、第１のホール素子および第２のホール素子に異極性で与える一次導体と、共通のフィードバック電流が流れ、共通のフィードバック電流により生じた基準磁場を、第１のホール素子および第２のホール素子に異極性で与える二次導体と、被測定磁場を基準磁場で打ち消すようにフィードバック電流を制御する制御部とを備える磁気センサを提供する。
【０００５】
本発明の第２の態様においては、第１のホール素子と、被測定磁場が第１のホール素子と異極性で入力される第２のホール素子と、第１のホール素子および第２のホール素子の出力信号の差分がゼロとなるように、第１のホール素子および第２のホール素子に共通に入力するフィードバック電流を制御する制御部とを備える磁気センサを提供する。
【０００６】
なお、上記の発明の概要は、本発明の特徴の全てを列挙したものではない。また、これらの特徴群のサブコンビネーションもまた、発明となりうる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】磁気センサ１００の構成の概要を示す。
【図２】磁気センサ１００の具体的な構成の一例を示す。
【図３】磁気素子１０の具体的な構成の一例を示す。
【図４】磁気素子１０の具体的な構成の一例を示す。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、以下の実施形態は特許請求の範囲にかかる発明を限定するものではない。また、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。
【０００９】
図１は、磁気センサ１００の構成の概要を示す。本例の磁気センサ１００は、磁気素子１０、信号処理部２０および制御部３０を備える。磁気素子１０は、ホール素子１１およびホール素子１２を備える。ホール素子１１とホール素子１２との間には、一次導体１３が設けられている。本例の磁気センサ１００は、被測定電流Ｉｏを検出する電流センサとして機能する。
【００１０】
磁気素子１０は、磁場の変化を検出することにより被測定電流Ｉｏを検出する。より具体的には、磁気素子１０は、被測定電流Ｉｏが磁気素子１０の近傍を流れることにより生じた被測定磁場Ｂｉｎの変化により被測定電流Ｉｏを検出する。本例の磁気素子１０は、ホール素子を備える。磁気素子１０は、被測定電流Ｉｏに応じた被測定磁場Ｂｉｎの変化に基づいて出力信号Ｓｏを生成する。例えば、磁気素子１０がホール素子を有する場合、出力信号Ｓｏはホール素子のホール起電力信号に対応する。磁気素子１０がホール素子を有する場合の駆動方法は、定電流駆動であっても、定電圧駆動であってもよい。
【００１１】
ホール素子１１およびホール素子１２は、被測定磁場Ｂｉｎに応じたホール起電力信号をそれぞれ出力する。本例のホール素子１１およびホール素子１２は、ホール起電力信号として、出力信号Ｓｈ１，Ｓｈ２をそれぞれ出力する。一例において、ホール素子１１およびホール素子１２は、互いに並列に接続され、差動信号として出力信号Ｓｈ１，Ｓｈ２をそれぞれ出力する。即ち、磁気素子１０の出力信号Ｓｏには、出力信号Ｓｈ１，Ｓｈ２が含まれている。
【００１２】
一次導体１３は、被測定電流Ｉｏが流れ、被測定電流Ｉｏにより生じた被測定磁場Ｂｉｎを磁気素子１０に与える。本例の一次導体１３は、ホール素子１１およびホール素子１２に、被測定電流Ｉｏに応じた被測定磁場Ｂｉｎを異極性で与えるように設けられている。本明細書において、磁場を異極性で与えるとは、ホール素子１１に与える磁場の向きと逆向きの磁場をホール素子１２に与えることを指す。なお、ホール素子１１およびホール素子１２に与える磁場の大きさは同一であっても、異なっていてもよい。ホール素子１１，１２および一次導体１３の具体的な構造は、図３および図４を用いて説明する。
【００１３】
信号処理部２０は、磁気素子１０の出力信号Ｓｏに基づいて、外乱磁場の影響をキャンセルした処理信号Ｓｐを生成する。一例において、信号処理部２０は、出力信号Ｓｈ１，Ｓｈ２の差分を処理信号Ｓｐとして出力する。ここで、出力信号Ｓｈ１と出力信号Ｓｈ２には被測定磁場Ｂｉｎに応じた成分が異極性で入力され、外乱磁場に応じた成分が同極性で入力される。そのため、出力信号Ｓｈ１，Ｓｈ２の差分を取ることにより、外乱磁場に応じた成分をキャンセルできる。なお、本明細書において、外乱磁場とは、ホール素子１１と、ホール素子１２とに入力される同極性のオフセット磁場を指す。
【００１４】
制御部３０は、信号処理部２０からの処理信号Ｓｐに応じて、ホール素子１１およびホール素子１２に与える基準磁場Ｂｒｅｆを制御するフィードバック信号Ｓｆｂを生成する。一例において、制御部３０は、基準磁場Ｂｒｅｆで被測定磁場Ｂｉｎを打ち消すようにフィードバック信号Ｓｆｂを制御する。制御部３０は、いわゆるクローズド型のフィードバック部の一例である。本明細書において、制御されたフィードバック信号Ｓｆｂの変化に応じて被測定磁場Ｂｉｎを検出するタイプの磁気センサ１００をクローズド型と称する。
【００１５】
例えば、制御部３０は、出力信号Ｓｈ１，Ｓｈ２の差分がゼロとなるように、フィードバック信号Ｓｆｂを制御する。また、制御部３０は、外乱磁場の影響がキャンセルされた信号処理部２０からの処理信号Ｓｐに応じた共通のフィードバック信号Ｓｆｂでホール素子１１およびホール素子１２を制御するので、ホール素子１１およびホール素子１２の外乱磁場の影響を低減できる。制御部３０は、フィードバック信号Ｓｆｂの変化に基づいて、被測定磁場Ｂｉｎを検出する。
【００１６】
図２は、磁気センサ１００の具体的な構成の一例を示す。本例の制御部３０は、増幅部３１を備える。
【００１７】
増幅部３１は、信号処理部２０から入力された処理信号Ｓｐに応じたフィードバック電流Ｉｆｂを生成する。一例において、増幅部３１は、予め定められた基準電位ＡＧＮＤと処理信号Ｓｐとの差分を増幅して、フィードバック電流Ｉｆｂを生成する。フィードバック電流Ｉｆｂは、フィードバック信号Ｓｆｂの一例である。増幅部３１は、生成したフィードバック電流Ｉｆｂを磁気素子１０に入力する。
【００１８】
二次導体１４は、フィードバック電流Ｉｆｂが流れる。二次導体１４は、フィードバック電流Ｉｆｂが流れることにより生じた基準磁場Ｂｒｅｆを磁気素子１０に与える。本例の二次導体１４は、ホール素子１１およびホール素子１２に、基準磁場Ｂｒｅｆを異極性で与えるように設けられている。本例の二次導体１４は、共通のフィードバック電流Ｉｆｂが流れ、共通のフィードバック電流Ｉｆｂにより生じた基準磁場Ｂｒｅｆを、ホール素子１１およびホール素子１２に異極性で与える。
【００１９】
ここで、共通のフィードバック電流Ｉｆｂとは、ホール素子１１およびホール素子１２に与える基準磁場Ｂｒｅｆの絶対値の大きさが等しくなるように、大きさの等しいフィードバック電流Ｉｆｂを指す。一例において、ホール素子１１およびホール素子１２に共通の二次導体１４を用いる場合、制御部３０は、二次導体１４のホール素子１１に対応する領域にフィードバック電流Ｉｆｂを流した後に、同一のフィードバック電流Ｉｆｂを二次導体１４のホール素子１２に対応する領域に流す。本例の二次導体１４は、ホール素子１１およびホール素子１２に共通に設けられているが、ホール素子１１およびホール素子１２にそれぞれ別の二次導体１４を設けてよい。この場合、制御部３０は、カレントミラー回路を用いることによって、ホール素子１１およびホール素子１２に対応する二次導体１４にそれぞれ同一の大きさを有する別系統のフィードバック電流Ｉｆｂを与える。
【００２０】
本例の磁気センサ１００は、フィードバック電流Ｉｆｂを出力用抵抗Ｒｏｕｔを用いて出力用電圧Ｖに変換する。本例の出力用電圧Ｖは、Ｖ＝Ｉｆｂ×Ｒｏｕｔで示される。ここで、フィードバック電流Ｉｆｂは、被測定磁場Ｂｉｎを打ち消すように制御される。即ち、被測定磁場Ｂｉｎが大きくなるに従い、フィードバック電流Ｉｆｂが大きくなり、被測定磁場Ｂｉｎが小さくなるに従い、フィードバック電流Ｉｆｂが小さくなる。このように、磁気センサ１００は、フィードバック電流Ｉｆｂに応じた出力用電圧Ｖを検出することにより、被測定磁場Ｂｉｎを測定できる。
【００２１】
また、本例の磁気センサ１００は、クローズド型の磁気センサにおいて、共通のフィードバック電流Ｉｆｂを用いて、ホール素子１１およびホール素子１２に基準磁場Ｂｒｅｆを与える。即ち、磁気センサ１００は、ホール素子１１およびホール素子１２のフィードバック電流Ｉｆｂを検出するために検出抵抗Ｒｏｕｔおよび電圧測定部３２等からなる検出部を複数設ける必要がない。これにより、磁気センサ１００は、ホール素子１１およびホール素子１２のそれぞれに対してクローズド型のフィードバックを行う場合と比べて、簡易な構成で外乱磁場をキャンセルできる。
【００２２】
なお、２つのホール素子のそれぞれにクローズド型のフィードバックを行う制御部を設けた場合、２つのホール素子に流れるフィードバック電流が共通でなくなる。この場合、２つのホール素子に与えられる基準磁場が共通でなくなるので、信号処理部において２つのホール素子の出力信号の差分を取っても外乱磁場がキャンセルされない。そのため、単純に２つのホール素子を有する磁気センサにクローズド型の制御部を組み合わせても、本明細書に係る磁気センサ１００のように、少ない構成で外乱磁場をキャンセルすることができない。
【００２３】
一方、本例の磁気センサ１００は、クローズド型の磁気センサにおいて、共通のフィードバック電流Ｉｆｂを用いて、ホール素子１１およびホール素子１２に基準磁場Ｂｒｅｆを与える。これにより、磁気センサ１００は、少ない構成で外乱磁場をキャンセルできる。
【００２４】
図３は、磁気素子１０の具体的な構成の一例を示す。本例の二次導体１４は、ホール素子１１に対応したコイル部１５ａおよびホール素子１２に対応したコイル部１５ｂを有する。
【００２５】
コイル部１５ａは、ホール素子１１に対応して設けられる。コイル部１５ａがホール素子１１に対応して設けられるとは、ホール素子１１に基準磁場Ｂｒｅｆを与えるようにコイルが巻かれることを指す。本例のコイル部１５ａは、ＸＹ平面においてコイルが巻かれている。本例のコイル部１５ａは、Ｚ軸の正側方向から見た場合にコイルの中心から時計回りに巻かれている。また、コイル部１５ａは、ホール素子１１に対してＺ軸の正側方向に設けられている。制御部３０は、ホール素子１１にＺ軸の正側方向に基準磁場Ｂｒｅｆが与えられるように、コイル部１５ａにフィードバック電流Ｉｆｂを流す。
【００２６】
コイル部１５ｂは、ホール素子１２に対応して設けられる。コイル部１５ｂがホール素子１２に対応して設けられるとは、ホール素子１２に基準磁場Ｂｒｅｆを与えるようにコイルが巻かれることを指す。本例のコイル部１５ｂは、ＸＹ平面においてコイルが巻かれている。本例のコイル部１５ｂは、Ｚ軸の正側方向から見た場合にコイルの中心から時計回りに巻かれている。また、コイル部１５ｂは、ホール素子１２に対してＺ軸の正側方向に設けられている。制御部３０は、ホール素子１２にＺ軸の負側方向に基準磁場Ｂｒｅｆが与えられるように、コイル部１５ｂにフィードバック電流Ｉｆｂを流す。
【００２７】
つまり、本例のコイル部１５ａは、コイル部１５ｂと同一の方向に巻かれている。しかし、制御部３０は、コイル部１５ａおよびコイル部１５ｂがホール素子１１およびホール素子１２に異極性で基準磁場Ｂｒｅｆを与えるようにフィードバック電流Ｉｆｂを与える。このように、コイル部１５の巻き方および与えるフィードバック電流Ｉｆｂの向きを制御することにより、磁気センサ１００は、ホール素子１１およびホール素子１２に異極性の基準磁場Ｂｒｅｆを与える。
【００２８】
例えば、コイル部１５ａおよびコイル部１５ｂには、同一の大きさのフィードバック電流Ｉｆｂが与えられる。また、コイル部１５ａがコイル部１５ｂと電気的に接続されている場合、制御部３０は、コイル部１５ａにフィードバック電流Ｉｆｂを流した後に、同一のフィードバック電流Ｉｆｂをコイル部１５ｂに流してもよい。これにより、二次導体１４は、共通のフィードバック電流Ｉｆｂにより生じた基準磁場Ｂｒｅｆを、ホール素子１１およびホール素子１２に異極性で与える。
【００２９】
図４は、磁気素子１０の具体的な構成の一例を示す。本例の二次導体１４は、ホール素子１１およびホール素子１２に対応したコイル部１５ａおよびコイル部１５ｂをそれぞれ有する。基本的な構成は、図３に開示された磁気素子１０と同じである。本例では、図３と異なる点について特に説明する。
【００３０】
本例のコイル部１５ａは、Ｚ軸の正側方向から見た場合にコイルの中心から時計回りに巻かれている。また、コイル部１５ａは、ホール素子１１に対してＺ軸の正側方向に設けられている。制御部３０は、ホール素子１１にＺ軸の正側方向に基準磁場Ｂｒｅｆが与えられるように、コイル部１５ａにフィードバック電流Ｉｆｂを流す。
【００３１】
本例のコイル部１５ｂは、Ｚ軸の正側方向から見た場合にコイルの中心から反時計回りに巻かれている。また、コイル部１５ｂは、ホール素子１２に対してＺ軸の正側方向に設けられている。制御部３０は、ホール素子１２にＺ軸の負側方向に基準磁場Ｂｒｅｆが与えられるように、コイル部１５ｂにフィードバック電流Ｉｆｂを流す。
【００３２】
つまり、本例のコイル部１５ａは、コイル部１５ｂと反対の方向に巻かれている。また、制御部３０は、図３の場合と同様に、コイル部１５ａおよびコイル部１５ｂがホール素子１１およびホール素子１２に異極性で基準磁場Ｂｒｅｆを与えるようにフィードバック電流Ｉｆｂを与える。このように、コイル部１５の巻き方および与えるフィードバック電流Ｉｆｂの向きを制御することにより、磁気センサ１００は、ホール素子１１およびホール素子１２に異極性の基準磁場Ｂｒｅｆを与える。
【００３３】
以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更または改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。その様な変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。
【００３４】
特許請求の範囲、明細書、および図面中において示した装置、システム、プログラム、および方法における動作、手順、ステップ、および段階等の各処理の実行順序は、特段「より前に」、「先立って」等と明示しておらず、また、前の処理の出力を後の処理で用いるのでない限り、任意の順序で実現しうることに留意すべきである。特許請求の範囲、明細書、および図面中の動作フローに関して、便宜上「まず、」、「次に、」等を用いて説明したとしても、この順で実施することが必須であることを意味するものではない。
【符号の説明】
【００３５】
１０・・・磁気素子、１１・・・ホール素子、１２・・・ホール素子、１３・・・一次導体、１４・・・二次導体、１５・・・コイル部、２０・・・信号処理部、３０・・・制御部、３１・・・増幅部、３２・・・電圧測定部、１００・・・磁気センサ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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