(57)【要約】      （修正有）【課題】磁性体板縁部における素子出力の直線性悪化の改善を図り、測定精度を向上することができる電流センサを提供する。【解決手段】平面視した磁性体板Ｍ１１の中心部に比べて印加磁界と磁気素子Ｍ１２出力の直線性が悪化する磁性体板Ｍ１１の縁部の不均一領域Ｕｅよりも内側の中心領域Ｕｃに磁気素子Ｍ１２が配置される。【選択図】図２
2015064246.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電流路に流れる電流を測定する電流センサであって、
電流路と、
前記電流路と重なる位置に配された磁性体板と、
前記電流路および前記磁性体板と重なる位置に配され、前記磁性体板の主面と平行な軟磁性体薄膜を有する磁気素子と、を備えており、
前記磁性体板は、前記磁性体板の主面と平行な磁界が印加されたときに均一な磁束密度分布となる中心領域を有し、
前記磁性体板と前記磁気素子との重なり方向の平面視において、前記軟磁性体薄膜は、前記中心領域と重なる位置に配されており、前記中心領域を除く領域には配されていないことを特徴とする電流センサ。
【請求項２】
請求項１記載の電流センサにおいて、
前記磁性体板と前記磁気素子が積層する方向の平面視において、前記磁性体板の中心と前記軟磁性体薄膜との中心とが整合していることを特徴とする電流センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁気素子を利用した電流センサに係り、特に、phase-delay methodを動作原理とするフラックスゲート型磁気素子を利用した電流センサに用いて好適な技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ハイブリッドカーや電気自動車に搭載された二次電池への充放電時の電流のモニタリングや、燃料電池などにより発電され供給される大電流を検出する電流センサとして、磁気素子を用いて電流の作る磁界を測定することにより電流値を測定する電流センサが普及している。
【０００３】
従来、配線（バスバー）を流れる電流（被測定電流）を、非接触で測定するための電流センサとして、例えば、ギャップを有するリング状コアのギャップ部にホール素子や特許文献３に示されるフラックスゲート型磁気素子などの磁電変換素子を配置し、バスバーがコアを貫通する構造とした磁気比例式の電流センサが知られている。（特許文献１、図１０等）
【０００４】
一方、電流センサの小型化のため、バスバーの周囲にリング状コアを配置することなく、磁気素子のみを配置してなる電流センサが提案されている。この電流センサにおいては、測定対象のバスバーの周囲から流入する外乱磁界の影響を軽減するために、磁気遮蔽のためのシールド部材を磁気素子の周囲に配した構造が知られている（特許文献１，３）。これに使われる磁気素子としては、ホール素子や磁気抵抗効果（ＭＲ）素子、巨大磁気抵抗効果（ＧＭＲ）素子やトンネル磁気抵抗効果素子、フラックスゲート型磁気素子、マグネトインピーダンス効果（ＭＩ）素子などの磁気素子が挙げられる。中でも、フラックスゲート型磁気素子は、素子の小型化が可能であるとともに高感度に磁界を検出することが可能であるため、電流センサへの適用が期待されている。
【０００５】
しかし、フラックスゲート型磁気素子は、その測定レンジが、磁気素子に形成されている磁性体コアの磁気飽和特性に依存するため、広範囲の磁界強度に亘って測定することが困難である。特に大きな磁界が印加された場合には、磁界強度を検出することができないという問題点を持つ。
【０００６】
上記の問題点を解決するために、特許文献２のように、電流が作る磁界の方向に対して磁気素子の感磁方向を傾け、測定レンジを拡大しようとするものが知られていている。特許文献２のような手法によって、磁気素子に印加される実効的な磁界強度が低下するので、バスバーに大電流が流れた場合に作られる大きな磁界を、磁気素子によって検出することが可能となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１０−０１４４７７号公報
【特許文献２】特開２０１２−５２９８０号公報
【特許文献３】特開２００９−１５０６５４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかし、特許文献２の方法で磁気素子に流入する検出磁界を小さくした場合、外乱磁界が磁気素子に与える影響の大きさは変化しない。すなわち、磁気素子に流入する検出磁界が小さくなる一方で、外乱磁界はあらゆる方向から磁気素子へ流入してしまうので外乱磁界の大きさは変化しない。したがって、Ｓ／Ｎ比は低下して測定精度が悪化してしまう。
【０００９】
Ｓ／Ｎ比を向上させるためには、外乱磁界のみを効果的に軽減させる必要がある。外乱磁界を軽減するために、磁気素子を磁気遮蔽シールドで囲む手法が知られている。例えば、特許文献２の図２には、外乱磁界を遮蔽する高透磁率材料のケースを、バスバーおよび磁気素子を囲むように配置している。しかし、この場合には、バスバーに流れる電流が作る磁界が磁気遮蔽シールド内を通る際に、横部に配置された磁気遮蔽シールドにおける磁気抵抗が小さくなって磁気飽和しやすくなり、その結果、磁気遮蔽シールド内の磁束密度分布が乱れてしまい、線形性に悪影響がでてしまうという問題があった。
【００１０】
本発明は上記課題に鑑み、フラックスゲート型磁気素子を用いた電流センサにおいて、大電流の検出が可能であるとともに高精度な検出が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】
【００１１】
本発明の請求項１にかかる電流センサは、
電流路に流れる電流を測定する電流センサであって、
電流路と、
前記電流路と重なる位置に配された磁性体板と、
前記電流路および前記磁性体板と重なる位置に配され、前記磁性体板の主面と平行な軟磁性体薄膜を有する磁気素子と、を備えており、
前記磁性体板は、前記磁性体板の主面と平行な磁界が印加されたときに均一な磁束密度分布となる中心領域を有し、
前記磁性体板と前記磁気素子との重なり方向の平面視において、前記軟磁性体薄膜は、前記中心領域と重なる位置に配されており、前記中心領域を除く領域には配されていないことを特徴とする電流センサ。
【００１２】
本発明の請求項１にかかる電流センサによれば、軟磁性体薄膜が磁性体板の平面視においてその中心領域と重なる位置に配置されている。その中心領域では、磁性体板の周縁部における反磁界の影響を受けずに均一な磁束密度分布となるため、印加磁界と磁気素子の出力値との線形性が悪化する不具合を抑制することができる。
【００１３】
本発明の請求項２にかかる電流センサは、請求項1記載の電流センサにおいて、
前記磁性体板と前記磁気素子が積層する方向の平面視において、前記磁性体板の中心と前記軟磁性体薄膜との中心とが整合していることを特徴とする電流センサ。
【００１４】
本発明の請求項２にかかる電流センサによれば、前記軟磁性体薄膜の中心からその両端にかけての磁束密度分布が対称となるため、対称性に優れた電流センサを提供することができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の請求項１にかかる電流センサによれば、軟磁性体薄膜が磁性体板の平面視においてその中心領域と重なる位置に配置されている。その中心領域では、磁性体板の周縁部における反磁界の影響を受けずに均一な磁束密度分布となるため、印加磁界と磁気素子の出力値との線形性が悪化する不具合を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】図１は、本発明に係る電流センサの第１実施形態を示す模式断面図である。
【図２】図２は、本発明に係る電流センサの第１実施形態を示す上面図である。
【図３】図３は、本発明に係る電流センサの第１実施形態における磁気素子を示す模式図である。
【図４】図４は、本発明に係る電流センサの第１実施形態におけるフラックスゲート型の磁気素子の動作原理を示すグラフである。
【図５】図５は、本発明に係る電流センサの第１実施形態におけるフラックスゲート型磁気素子の磁性体コアの磁化状態の時間による変化を示すヒステリシス曲線である。
【図６】図６は、本発明に係る電流センサの第１実施形態におけるフラックスゲート型磁気素子を概略的に示す上面図である。
【図７】図７は、図６におけるラインａ−ａ’に沿って切った横断面図である。
【図８】図８は、図６におけるラインｂ−ｂ’に沿って切った断面図で、フラックスゲート型磁気素子を示す正断面図である。
【図９】図９は、本発明に係る電流センサの第１実施形態におけるフラックスゲート型磁気素子の他の例を示す上面図である。
【図１０】図１０は、本発明に係る電流センサの配置設定に関する原理説明をするための図である。
【図１１】図１１は、本発明に係る減磁体サイズに関するシミュレーション結果を示すグラフである。
【図１２】図１２は、本発明に係る電流センサの実験例を示すグラフである。
【図１３】図１３は、本発明に係る電流センサの実験例を示すグラフである。
【図１４】図１４は、本発明に係る電流センサの実験例を示すグラフである。
【図１５】図１５は、本発明に係る電流センサの実験例を示すグラフである。
【図１６】図１６は、本発明に係る電流センサにおける減磁体表面からの重なり方向距離に対する磁束密度のｘ軸方向成分を示すグラフである。
【図１７】図１７は、減磁体内のｚ方向中央部および減磁体表面における磁束密度のｘ軸方向成分の分布を示すグラフである。
【図１８】図１８は、磁束密度のｘ軸方向成分が減磁体中央部付近にて取る極小値と減磁体の端部付近で取る極大値とを減磁体表面からの距離に対して示すグラフである。
【図１９】図１９は、図１８における極小値と極大値との比率を示すグラフである。
【図２０】図２０は、不均一領域Ｕｅの幅寸法を示すグラフである。
【図２１】図２１は、本発明に係る電流センサの第２実施形態を示す上面図である。
【図２２】図２２は、本発明に係る電流センサの第２実施形態における他の例を示す上面図である。
【図２３】図２３は、本発明に係る電流センサの第２実施形態における他の例を示す上面図である。
【図２４】図２４は、本発明に係る電流センサの他の実施形態における例を示す上面図である。
【図２５】図２５は、本発明に係る電流センサの他の実施形態における例を示す上面図である。
【図２６】図２６は、本発明に係る電流センサの他の実施形態における例を示す上面図である。
【図２７】図２７は、本発明に係る電流センサの他の実施形態における例を示す上面図である。
【図２８】図２８は、本発明に係る電流センサの他の実施形態における例を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明に係る電流センサの第１実施形態を図面に基づいて説明する。
図１は、本実施形態における電流センサを示す正断面図、図２は、本実施形態における磁気素子の位置を示す平面図であり、符号Ｍ１０は電流センサを示している。
【００１８】
本実施形態の電流センサＭ１０は、図1に示すように、バスバー（電流路）Ｂ００に流れる被測定電流を、この被測定電流が発生させる誘導磁界を検出することにより測定するものである。
本実施形態の電流センサＭ１０は、バスバー（電流路）Ｂ００に流れる電流Ｉを測定する電流センサであって、バスバーＢ００と、バスバーＢ００と重なる位置に配された減磁体（磁性体板）Ｍ１１と、バスバーＢ００および減磁体Ｍ１１と重なる位置に配され、減磁体Ｍ１１の主面と平行な磁性体コア（軟磁性体薄膜）１を有する磁気素子Ｍ１２と、を備えており、減磁体Ｍ１１と磁気素子Ｍ１２との重なり方向の平面視において、磁性体コア１は、減磁体Ｍ１１の中心領域Ｕｃと重なる位置に配されており、中心領域Ｕｃを除く不均一領域Ｕｅには配されていないことを特徴とする。
本実施形態の電流センサＭ１０は、図２に示すように、減磁体Ｍ１１と磁気素子Ｍ１０が積層するｚ方向の平面視において、減磁体Ｍ１１の中心Ｍ１１ｃと磁性体コア１の中心１ｃとが整合している。なお、後述するように、磁束密度分布が一様な所定値で安定する中心領域Ｕｃを、磁束密度の最小値の１．５倍以内の領域と仮定することができ、この値は、１．０〜２．０の所定値に設定することができる。
【００１９】
本実施形態の電流センサＭ１０は、図１、図３に示すように、バスバーＢ００を流れる被測定電流Ｉが作る誘導磁界の方向Ｈｈに対して感磁方向ＣＭを設定されたフラックスゲート型磁気素子Ｍ１２と、パッケージＭ１０ａに内包された板状（チップ状）の軟磁性体からなる減磁体（磁性体板）Ｍ１１と、リードフレームＭ１４と、リードフレームＭ１４と磁気素子Ｍ１２とを電気的に接続するボンディングワイヤＭ１５とから構成される。フラックスゲート型磁気素子Ｍ１２は減磁体Ｍ１１の上に積層して配されている。
【００２０】
バスバーＢ００は、図1に示すように、幅広の導体板とされ、電気自動車、家庭用電源等、数１０Ａ以上の大電流が流れるものである。図示しないが充分な絶縁を施され、矩形断面を有し紙面垂直方向に延在するものである。これ以外にも、被測定電流Ｉが磁気素子Ｍ１２近傍で直線的に流れるもの線路であれば、断面円形の電線やケーブルであってもよい。
【００２１】
フラックスゲート型磁気素子Ｍ１２は、例えば半導体シリコン等の非磁性体からなる基板Ｍ１３上に形成されている。
フラックスゲート型磁気素子Ｍ１２は、非磁性基板Ｍ１３上に形成された長手方向を有する薄膜状の磁性体コア（軟磁性体薄膜）１を備えており、この長手方向が磁気素子Ｍ１２の感磁方向ＣＭである。つまり、磁気素子Ｍ１２は、感磁方向ＣＭと方向が一致する被測定磁界を検出することができる。
磁気素子Ｍ１２は、その感磁方向ＣＭが減磁体Ｍ１２の表面と平行な方向となるように配置される。また、磁気素子Ｍ１２は、その感磁方向が被測定磁界（被測定電流Ｉが作る誘導磁界）と平行となるように配置される。
【００２２】
図１に示すように、フラックスゲート型磁気素子Ｍ１２が形成された面の反対側には、板状の減磁体Ｍ１１が設けられている。減磁体Ｍ１１には、例えばＮｉＦｅなどの金属軟磁性体材料や、Ｃｏ系アモルファス等、フェライト等のバルク状の軟磁性体や、シート状の軟磁性体を用いることができる。
【００２３】
減磁体Ｍ１１は、磁気素子Ｍ１２の磁性体コア１に流入する被測定磁界（図３における外部磁界Ｈｅｘｔ）を低減させるものである。磁性体コア１と減磁体Ｍ１１との離間距離に応じて、磁性体コア１に流入する被測定磁界の大きさを制御することができる。磁性体コア１と減磁体Ｍ１１との離間距離は、非磁性基板Ｍ１３の厚さによって制御することができる。そのため、非磁性基板Ｍ１３の厚さは、後述する不均一領域Ｕｅへの対応や被測定磁界の制御等に応じて適宜設定される。
【００２４】
磁気素子Ｍ１２は、図２に示すように、感磁方向ＣＭにおいて、減磁体Ｍ１１の縁部からの距離が所定値Ｅｖ以上離間するように配置される。この最低離間距離Ｅｖは、均一な被測定磁界を磁気素子Ｍ１２に印加した際に、反磁界の影響で線形性の悪化する不均一領域Ｕｅの幅寸法よりも大きくなるように設定されている。磁気素子Ｍ１２は、磁性体コア１の中心１ｃが、図２に示すように、減磁体Ｍ１１と磁気素子Ｍ１０が積層するｚ方向の平面視において、減磁体Ｍ１１の中心Ｍ１１ｃと整合するように配置されている。つまり、磁性体コア１の両端において、減磁体Ｍ１１の縁部までの形状が等しい状態となるようにされて、磁気的に対称性を保つように配置されている。
これにより、減磁体Ｍ１１の縁部における反磁界の影響を排除できるとともに、被測定磁界Ｈｅｘｔの大部分は減磁体に誘引され、被測定磁界Ｈｅｘｔの成分のうちの一部のみが磁気素子Ｍ１２の磁性体コア１に流入することになる。
【００２５】
さらに、減磁体Ｍ１１を、平面視において、フラックスゲート型磁気素子Ｍ１２の磁性体コア１、さらにはフラックスゲート型磁気素子Ｍ１２よりも広い領域を覆うように形成することより、より多くの被測定磁界を減磁体Ｍ１１へ誘引することができ、フラックスゲート型磁気素子Ｍ１２に印加される被測定磁界を低減できる。ここでは、磁気素子Ｍ１２の感磁方向ＣＭ以外の方向の磁界も含んでいる。
【００２６】
磁気素子Ｍ１２は、図３に示すように、軟磁性材料からなる磁性体コア１に巻回された励磁コイル９、検出コイル１０、フィードバックコイル２１、を有し、制御用集積回路（信号処理回路）ＭＴ１０に接続されている。制御用集積回路ＭＴ１０は、磁気素子Ｍ１２とは別に設けられた素子であっても良いし、磁気素子Ｍ１２にその機能が内包されていてもよい。
【００２７】
制御用集積回路ＭＴ１０は、励磁コイル９に三角波等の連続波形とされる励磁電流を供給して、検出コイル１０からの出力信号によりフィードバック、被測定磁界Ｈｅｘｔの強度を出力する。
フラックスゲート型磁気素子Ｍ１２は、励磁電流発生回路ＭＴ１１から、図４（ａ）に示すような三角波電流を励磁コイル９に通電すると磁性体コア１が励磁され、磁性体コア１内部の磁束密度Ｂが、図４（ｂ）に示すような時間変化をする。ピックアップコイル（検出コイル）１０には、磁性体コア１の断面積Ｓ、ピックアップコイル１０の巻き数Ｎに比例した出力電圧Ｖｐｕ＝ＮＳ×ｄＢ／ｄｔが生じて、図４（ｃ）に示すような時間変化をする。図４（ｃ）における時間間隔ｔ１は、外部磁界（被測定磁界）Ｈｅｘｔ、磁性体コア１の磁束密度Ｂが増加する時と減少する時との磁場の強さＨのずれＨｃ、励磁コイル９の作る磁界Ｈｅｘｃ、三角波の周期Ｔ及びコイルのインダクタンスによる遅延時間Ｔｄを用いて、式（１）のように表される。
【数１】
2015064246.tif 000003
【００２８】
同様に、図４（ｃ）における時間間隔ｔ２は、式（２）のように表される。
【数２】
2015064246.tif 000004
式（１）及び式（２）より、外部磁界に対する時間間隔の変化量ｔ２−ｔ１は、式（３）のように表される。
【数３】
2015064246.tif 000005
【００２９】
外部磁界に対する感度Ｓ＝ｄ（ｔ２−ｔ１）／ｄＨｅｘｔは、励磁コイル９に通電する電流振幅Ｉｅｘｃ、励磁コイル９に流れる単位電流当たりの発生磁界すなわち励磁効率α、及び三角波の周期Ｔを用いて、Ｓ＝Ｔ／（２・Ｉｅｘｃ×α）で表される。
式（３）において、Ｈｅｘｔ＝Ｈｅｘｃとなるとき式（３）は０となり、このときのＨｅｘｔが測定磁界範囲の上限となる。
励磁効率αは、磁性体コア１のヒステリシス曲線の非飽和領域における磁気密度Ｂの外部磁界Ｈｅｘｔに対する傾きｄＢ／ｄＨｅｘｔと、同じく磁性体コア１の磁束密度Ｂの励磁コイルに流れる電流Ｉｅｘｃに対する傾きｄＢ／ｄＩｅｘｃの比率により決まり、式（４）で表される。
【数４】
2015064246.tif 000006
【００３０】
本実施形態の磁気素子ＭＳ１０においては、フィードバックコイル２１を磁性体コア１に巻回して式（４）の分母を小さくし、磁性体コア１に流入する外部磁界Ｈｅｘｔをほぼゼロとしたときのフィードバックコイル２１に供給するフィードバック電流の大きさを外部磁界の検出値として出力する。
すなわち、電流センサＣＳ１０は、制御用集積回路（信号処理回路）ＭＴ１０の励磁電流発生回路から連続する波形の励磁電流を供給して検出コイル１０から出力されたパルス信号の時間間隔Ｔ０が、被測定磁界Ｈｅｘｔの印加されていない場合と印加されている場合とで、この差異が最小となるようにフィードバックコイル２１に供給したフィードバック電流の電圧値そのものを、例えばゼロ点電圧値より大きな値である外部磁界強度出力信号として出力端子から連続的に出力する。
【００３１】
なお、外部磁界Ｈｅｘｔに応じてフィードバック電流を出力したが、このフィードバック電流は、フィードバックコイル２１のみならず、励磁コイル９や検出コイル１０に流すこともできる。この場合、励磁交流電流や検出信号にフィードバック電流を重畳することで実現が可能である。
さらに、フィードバック電流を励磁コイル９や検出コイル１０に流した場合には、フィードバックコイル２１を励磁コイル９や検出コイル１０と兼用させて、図９に示すように、独立したコイル配線としないことも可能である。
【００３２】
次に、磁気素子Ｍ１２について説明する。
【００３３】
本実施形態の磁気素子Ｍ１２は、例えば、phase-delay methodを用いたフラックスゲート型とされてなることができる。磁気素子Ｍ１２の磁性体コア１の長手方向は、フラックスゲート型の磁気素子Ｍ１２の感磁方向と一致している。
【００３４】
本実施形態に係るフラックスゲート型磁気素子Ｍ１２は、図６〜図８に示すように、磁性体コア１と、磁性体コア１に巻き回された励磁コイル（ソレノイドコイル）９、検出コイル（ソレノイドコイル）１０、フィードバックコイル（ソレノイドコイル）２１を構成する配線層４，７と、絶縁層５，６と、開口部８と、基板Ｍ１３とを有する。
【００３５】
励磁コイル９、検出コイル１０，フィードバックコイル２１は、それぞれの配線が略平行になるように、三重らせんとしていずれも独立に巻回され、発生する磁界方向が同一となるように接続されている。それぞれのソレノイドコイルの両端には、外部と接続するための電極パッド１２，１１、１３が形成されている。電極パッド１１はセンスアンプＭＴ１２への端子に接続され、電極パッド１２は、励磁電流発生回路ＭＴ１１への端子へ接続され、電極パッド１３は電流アンプＭＴ１５への端子にそれぞれ接続されている。なお、これらの図は模式的に示されており、一部が省略されている。また、磁気素子Ｍ１２の細部形状は、図に示された形状に限定されるものではない。
【００３６】
励磁コイル９に対して、電極パッド１２を介して時間的に変化する交流電流を外部より通電することにより磁性体コア１が交流励磁され、発生した磁束により検出コイル１０に略パルス状の誘導電圧が発生する。この誘導電圧は検出コイル１０および電極パッド１１を介して制御用集積回路ＭＴ１０に出力され、上述したように、フィードバック電流として電極パッド１３を介してフィードバックコイル２１に印加される。
【００３７】
本実施形態では、磁性体コア１において測定する磁界の状態は、外部から磁性体コア１に流入する外部磁界（被測定磁界）Ｈｅｘｔをキャンセルする状態、またはこれとほぼ等しい状態となるようにフィードバックコイル２１からフィードバック磁界Ｈｆｂを磁性体コア１に印加するので、そのままでは磁性体コア１が飽和してしまう程度に外部磁界Ｈｅｘｔが大きい場合や、外部磁界Ｈｅｘｔがゼロ点から離れた領域で磁性体コア１のＢ−Ｈ曲線の線形性が乱れている場合にも、これらの影響を排除して、極めて線形性の高い状態で外部磁界Ｈｅｘｔの測定をおこなうことができる。このため、磁気素子Ｍ１２の構造から設定される測定可能な外部磁界強度範囲に限定されることなく、広い測定範囲に対応した電流センサとすることが可能となる。同時に、フィードバック電流の値を決定する要素が、励磁電流の周期と励磁コイル９およびフィードバックコイル２１に流れる電流が発生する励磁磁界Ｈｅｘｔおよびフィードバック磁界Ｈｆｂのみであり、磁性体コア１の特性は殆ど寄与しないために、従来の磁気素子に比べ、素子自体の特性の影響を非常に小さくできる。本実施形態では、ほぼタイムラグなくアナログ値を連続して出力することが可能となる。
【００３８】
本実施形態の電流センサＭ１０の具体的な例としては、図２に示すように、磁気素子Ｍ１２と減磁体Ｍ１１の積層方向に平面視した際、磁気素子Ｍ１２の感磁方向ＣＭにおいて、減磁体Ｍ１１の縁部から、この減磁体Ｍ１１の不均一領域Ｕｅ以上とされる距離Ｅｖだけ離間して配置される。距離Ｅｖは、例えば０．５ｍｍ程度である。つまり、磁気素子Ｍ１２の磁性体コア１が減磁体Ｍ１１の平面視においてその中心領域Ｕｃと重なる位置に配置されて、その中心領域Ｕｃでは、減磁体Ｍ１１の周縁部における反磁界の影響を受けずに均一な磁束密度分布となるため、印加磁界と磁気素子Ｍ１１の出力値との線形性が悪化する不具合を抑制することができる。
【００３９】
本実施形態における電流センサＭ１０においては、減磁体Ｍ１１の縁部と磁気素子Ｍ１２との距離Ｅｖは、減磁体Ｍ１１の磁束密度の不均一性に起因する出力線形性の乱れを防止するために設定される。また、後述するように、減磁体Ｍ１１から磁気素子Ｍ１２に形成されている磁性体コア１までの離間距離によって、この距離Ｅｖは変化する。
【００４０】
従来の磁気素子Ｍ１２は、その測定可能な最大の磁界強度は１ｍＴ程度であるが、本実施形態においては、磁気素子Ｍ１２に近接した減磁体Ｍ１１が磁気素子Ｍ１２に入る磁束を吸い寄せる誘引シールドの役割を果たすため、磁気素子Ｍ１２に入る被測定磁界は減少し、結果として磁気素子Ｍ１２を備えた電流センサＭ１０の測定可能な磁界強度を数ｍＴ程度にまで向上させることが可能となる。
【００４１】
図１０は本発明に係る電流センサＭ１０の配置設定に関して説明するための模式図（ａ）、シミュレーション結果（ｂ）である。
磁気素子Ｍ１２が、図１０（ａ）に示すように、縦横２．０ｍｍ×２．０ｍｍ、厚さ０．２ｍｍとされる減磁体Ｍ１１に積層された状態を考える。このときに磁気素子Ｍ１２は、減磁体Ｍ１１の表面から０．１ｍｍ上方に離間した位置に感磁部分である磁性体コア１が配置されている。この状態で図１０（ａ）の左から右への矢印方向へ３ｍＴの均一な磁界を印加したときの、減磁体１１による磁束密度の変化を示すシミュレーション結果のグラフを図１０（ｂ）に示す。
図１０（ｂ）は、減磁体Ｍ１１の表面から０．１ｍｍ上側に離間した面で、減磁体Ｍ１１の紙面奥行き幅における中心線となる左右方向の直線に沿った位置上において、磁束密度を測定点毎にプロットしたシミュレーション結果を示すグラフである。
【００４２】
図１０（ｂ）のグラフに示されているとおり、減磁体Ｍ１１の左右両端となる部分、つまり、減磁体Ｍ１１の縁部において磁束密度分布が一様でない不均一領域Ｕｅが存在する。これは、減磁体Ｍ１１の縁部における反磁界により、縁部の局所領域において透磁率が低下するためであり、この付近では、磁束密度が急峻に変化している。この例においては、磁束密度が均一な領域は減磁体Ｍ１１の中央部の幅１ｍｍ程度の領域であり、両端から約０．５ｍｍの不均一領域Ｕｅでは、磁束密度が急峻に変化している。
このような磁束密度の不均一領域Ｕｅは、磁気素子Ｍ１２の磁性体コア１が含まれるように配置した場合、被測定磁界と電流センサＭ１０の出力の直線性が悪化してしまう。このため、不均一領域Ｕｅに磁性体コア１が含まれないような配置にする必要があることを本願発明者らは見いだした。
【００４３】
図１１は、減磁体Ｍ１１のサイズを変えてシミュレーションを行った結果であり、先の縦２．０ｍｍ×横２．０ｍｍのタイプに加え、２．５ｍｍ×２．５ｍｍ、１．５×１．５ｍｍ、１．０×１．０ｍｍのタイプにおける結果をそれぞれの中心位置を揃えて示したグラフである。ここで、測定位置は図１０と同様に、減磁体Ｍ１１表面から０．１ｍｍ上方の左右方向の直線上の各点である。
【００４４】
図１１に示すように、グラフ左右両端となる減磁体Ｍ１１の縁部において、磁束密度が不均一になっている不均一領域Ｕｅの幅は、減磁体Ｍ１１のサイズに依存しておらず、軟磁性体である減磁体Ｍ１１の縁部からほぼ一定の距離であることが判明した。このことから、減磁体Ｍ１１のサイズ（平面視における縦横のサイズ）を変えた場合においても、減磁体Ｍ１１の縁部と磁気素子Ｍ１２との距離、つまり、減磁体Ｍ１１の縁部と磁性体コア１との距離Ｅｖを一定以上に確保する必要があることがわかる。その距離Ｅｖは磁気素子Ｍ１２を減磁体Ｍ１１に搭載する際の位置ずれ等を考慮して、０．５ｍｍ程度するとよい。
【００４５】
本実施形態における電流センサＭ１０は、減磁体Ｍ１１の縁部における反磁界の影響を受けない中心領域Ｕｃに磁気素子Ｍ１２を配置したので、減磁体Ｍ１１における磁束密度の不均一が発生せず、直線性の良好な電流センサとすることができる。同時に、減磁体Ｍ１１による磁界の誘引効果により、磁気素子Ｍ１２に印加される被測定磁界Ｈｅｘｔが小さくなるので、測定レンジが狭く大きな磁界の測定が困難なフラックスゲート型磁気素子Ｍ１２であっても、大きな磁界を測定することができる。
【００４６】
このとき、磁気素子Ｍ１２に印加される被測定磁界Ｈｅｘｔをどれだけ小さくするのかは、減磁体Ｍ１１と磁気素子Ｍ１２との距離を変化させることにより調整することが可能である。これによって、バスバーＢ００と減磁体Ｍ１１とに対する磁気素子Ｍ１２の離間距離に加えて、前述したように被測定磁界Ｈｅｘｔと励磁磁界Ｈｅｘｃとの比を最適な状態にして磁気素子として適正な測定をおこなうことが可能となる。
【００４７】
図１に示した例では、磁性体コア１の面法線方向（ｚ方向）位置にこの磁性体コア１よりも大きな減磁体Ｍ１１を設け、いわば、磁性体コア１に対する部分的なシールド構造として減磁体Ｍ１１を形成している。これにより、減磁体Ｍ１１がない場合はすべて磁性体コア１に収束して流入していた外部磁界Ｈｅｘｔ成分の一部が、減磁体に吸い寄せられて減磁体Ｍ１１内部を流れる状態となり、磁性体コア１に実効的に印加される外部磁界Ｈｅｘｔは小さくなる。従って、磁性体コア１の実効的なＢ−Ｈ曲線（ヒステリシス曲線）の傾きが小さくなり、非飽和領域における磁気密度Ｂの外部磁界Ｈｅｘｔに対する傾きｄＢ／ｄＨｅｘｔが小さくなる。
また、磁気素子Ｍ１０は、そのパッケージ内に制御用集積回路ＭＴ１０を包含することができる。
【００４８】
次に、本実施形態の電流センサにおける距離Ｅｖの設定について説明する。
【００４９】
減磁体Ｍ１１は、２．０×２．０ｍｍのＰＣパーマロイであり、厚みは０．２ｍｍである。フラックスゲート型磁気素子Ｍ１２は長さ１．０ｍｍの磁性体コア１を有しており、減磁体Ｍ１１の中央に搭載されており、減磁体Ｍ１１の縁部からフラックスゲート型磁気素子Ｍ１２の磁性体コア１の縁部までの離間距離Ｅｖは、０．５ｍｍとした。
【００５０】
図１２は、磁気素子Ｍ１２の非磁性基板Ｍ１３の厚さにより減磁体Ｍ１１と磁性体コア１の離間距離を１００μｍに設定した電流センサにおいて、ヘルムホルツコイルにより±４ｍＴの被測定磁界を印加したときの電流センサＭ１０の出力から算出した出力誤差である。図に示すように、出力誤差の計算は、±４ｍＴ印加時の磁界−出力電圧特性の近似直線と実測値の差を、フルスケールの電圧値で割った値を％ＦＳとして表示した。±４ｍＴの範囲において、出力誤差は最大で０．１％ＦＳ以下であり、良好な直線性を有していることが判る。
【００５１】
一方、図１３は、磁気素子Ｍ１２の磁性体コア１の感磁方向の長さ寸法を１．５ｍｍとしたものについて同様の測定を行った結果である。２．０×２．０ｍｍの減磁体Ｍ１１の中央に磁気素子Ｍ１２を搭載しており、磁性体コア１の縁部から減磁体Ｍ１１の縁部までの離間距離Ｅｖは０．２５ｍｍである。出力誤差は最大で１％ＦＳ程度に悪化していることがわかる。
【００５２】
次に、図１３に示した例に対して、磁気素子Ｍ１２の配置を変化させた。
具体的には、図１４に示すように、長さが１．０ｍｍの磁性体コア１を有するフラックスゲート型磁気素子Ｍ１２とし、この磁気素子Ｍ１２の片端が減磁体Ｍ１１の片端と平面視して同じ位置となるよう揃えて搭載した。この状態で測定した結果を図１５に示す。このように、磁性体コア１の縁部を減磁体Ｍ１１の縁部と揃えて配置すると、磁性体コア１の縁部が減磁体Ｍ１１の磁束密度の変化が急峻な不均一領域Ｕｅに含まれてしまい、出力誤差が増大することがわかる。さらに、磁性体コア１の中心１ｃが、図１４に示すように、減磁体Ｍ１１と磁気素子Ｍ１０が積層するｚ方向の平面視において、減磁体Ｍ１１の中心Ｍ１１ｃと整合するように配置されていない状態、つまり、磁性体コア１の両端において、減磁体Ｍ１１の縁部までの形状が等しい状態でない場合には、磁気的な対称性を保つことができないため、出力誤差が増大する。
【００５３】
以上説明したように、本実施形態においては、減磁体Ｍ１１上にフラックスゲート型磁気素子Ｍ１２を搭載した電流センサＭ１０において、フラックスゲート型磁気素子Ｍ１２の磁性体コア１の両縁部が、それぞれ減磁体Ｍ１１の相対する両縁部よりも均等に０．５ｍｍより内側になるように配置することにより、電流センサＭ１０の出力誤差を低減され、直線性の良好な電流センサＭ１０を得ることができる。
【００５４】
次に、減磁体Ｍ１１と磁気素子Ｍ１２との離間距離ごとの、磁束密度の感磁方向ＣＭ（ｘ軸方向）成分を有限要素法により計算した結果を図１６に示す。
図１６は、図１０と同様に、左から右への矢印方向へ３ｍＴの均一な磁界を印加したときの、減磁体１１による磁束密度の変化を示すシミュレーション結果のグラフであるが、図１６では、印加した被測定磁界による空気中の磁束密度で規格化しており、グラフ縦軸の値が１に近いほど磁性体が存在しない時の空気中における磁束密度に近く、１より大きい場合は磁性体により集磁され、磁束密度が高くなっていることを示し、１より小さい場合には磁性体１１の誘引シールド効果により磁束密度が低減していることを示している。
【００５５】
この結果から、図に示すように、減磁体Ｍ１１の表面からのｚ方向距離を変化させた場合に、ｚ方向距離がいずれの場合においても、減磁体Ｍ１１の中央付近で磁束密度のｘ軸方向成分は極小となり、中央から両端側に向かって放物線状に磁束密度が上昇している。そして、減磁体Ｍ１１の縁部付近において急激に上昇している。特にｚ軸方向距離が２００μｍ以下の時において、この傾向が顕著であることがわかる。
【００５６】
図１７は、図１６に示す例において、減磁体Ｍ１１内部のｚ方向中央部および減磁体１１の表面における磁束密度のｘ軸方向成分の分布を示したものである。磁性体内部においては、中央部で極大となり、両縁部に向かって磁束密度のｘ軸方向成分は減少している。このように、減磁体１１においては、縁部における反磁界の影響から、両縁部で磁束密度が低く、中央部で磁束密度が高い状態となる。これを反映して、減磁体１１の周囲の空間においては図１６に示したように、両縁部付近で磁束密度が高く、中央付近で磁束密度が低い状態となる。
【００５７】
また、図１８は、図１６に示した有限要素法による解析結果から算出したグラフであり、磁束密度のｘ軸方向成分の、減磁体Ｍ１１の中央部付近における最小値と、減磁体Ｍ１１の縁部付近で取る最大値とを、減磁体Ｍ１１の表面からの距離ごとにプロットしたグラフである。また、図１９はこれらの比率（最大値÷最小値）をプロットしたグラフである。
【００５８】
図１８および図１９の結果から、減磁体Ｍ１１の表面から磁気素子Ｍ１２の磁性体コア１までの離間距離が０．２ｍｍ以下である場合、磁束密度の最大値と最小値の比率が大きくなり過ぎ、前述した減磁体Ｍ１１の縁部に磁束密度の変化が大きな不均一領域Ｕｅが発生してしまう。この不均一領域Ｕｅが発生することにより、電流センサＭ１０の出力誤差が大きくなる。したがって、減磁体Ｍ１１の表面から磁気素子Ｍ１２の磁性体コア１までの距離が０．２ｍｍ以下である場合は、減磁体Ｍ１１の縁部から磁気素子Ｍ１２の磁性体コア１の縁部までの離間距離Ｅｖを一定間隔以上離すことによる効果は大きくなる。
【００５９】
図２０は、図１６に示した計算結果において、磁束密度の均一領域（中心領域）Ｕｃを、磁束密度の最小値の１．５倍以内の領域と仮定したとき、上面視した減磁体Ｍ１１における不均一領域Ｕｅの幅寸法を示すグラフである。
【００６０】
図２０および図１６からわかるとおり、減磁体Ｍ１１の表面からが離れるほど、磁束密度の変化が小さくなる。このため、前述のように不均一領域Ｕｅを定義した場合には、不均一領域Ｕｅの幅寸法は狭くなる。一方、減磁体Ｍ１１に近づくほど磁束密度の変化が大きくなるため、不均一領域Ｕｅは広くなるが、その上限は０．５ｍｍ程度の重なり方向距離Ｅｖｈであることがわかる。ここで、磁束密度の均一領域（磁束密度分布が一様な所定値で安定する平面視中心領域）Ｕｃを、磁束密度の最小値の１．５倍以内の領域と仮定したが、この値は、１．０〜２．０の所定値に設定することができる。
【００６１】
本実施形態においては、以上のように、磁気素子Ｍ１２を不均一領域Ｕｅと重ならないように配置すればよいことがわかる。
すなわち、図１６に示すように、減磁体Ｍ１１と磁気素子Ｍ１２との重なり方向（ｚ方向距離）距離が変動した場合でも、減磁体Ｍ１１と磁気素子Ｍ１２との重なり方向の平面視において、磁性体コア１は、減磁体１１の中心領域Ｕｃと重なる位置に配されており、中心領域Ｕｃを除く不均一領域Ｕｅには配されていない、言い換えると、平面視して、減磁体Ｍ１１の縁部から磁気素子Ｍ１２の磁性体コア１の縁部までの距離を、減磁体Ｍ１１の表面からの離間距離と、減磁体Ｍ１１の縁部における磁束密度の付近一領域Ｕｅとの関係を示した図２０のグラフにおいて、直線Ｅｖ１よりも上側領域に位置するよう設定する。より好ましくは、減磁体Ｍ１１の表面から磁気素子Ｍ１２までの重なり方向距離がＥｖｈまでの範囲では、直線Ｅｖ２よりも上側に位置するよう設定することができる。より好ましくは、減磁体Ｍ１１の表面から磁気素子Ｍ１２までの重なり方向距離がＥｖｈまでの範囲では、一定値である直線Ｅｖ３よりも上側に位置するよう設定することができる。
【００６２】
これによれば、図２０に示すように、減磁体Ｍ１１と磁気素子Ｍ１２との重なり方向距離がゼロから増加する際に、重なり方向距離の変化量が所定の閾値Ｅｖｈより大きい場合には、減磁体Ｍ１１と磁気素子Ｍ１２との重なり方向距離の増加に対応して直線Ｅｖ１の傾きで示される所定値で減少する減磁体Ｍ１１の縁部から中心領域Ｕｃまでの幅寸法（不均一領域Ｕｅの幅寸法）に対応するとともに、重なり方向距離の変化量が閾値Ｅｖｈより小さい場合には、減磁体Ｍ１１と磁気素子Ｍ１２との重なり方向距離の増加に対応して前記所定値より小さな直線Ｅｖ２の傾きで示される所定値で減少する減磁体Ｍ１１の縁部から中心領域Ｕｃまでの幅寸法（不均一領域Ｕｅの幅寸法）に対応して、磁気素子Ｍ１２のうち磁性体コア１が重なり方向の平面視において中心領域Ｕｃ内に配置される。言い換えると、前記磁性体板に対する前記磁気素子の重なり方向距離位置の変化量が所定値Ｅｖｈまでは前記磁性体板の縁部からの幅寸法が直線Ｅｖ１で変化するが、重なり方向距離位置の変化量が所定値Ｅｖｈより小さい場合に、直線Ｅｖ２で示すように、より小さな変化量（傾き）で減少する前記不均一領域に対応してより近い磁気素子の重なり方向距離において、変動量の小さい不均一領域に対応して、印加磁界と素子出力の直線性が悪化することを回避できる。
【００６３】
本実施形態の減磁体Ｍ１１と磁気素子Ｍ１２の磁性体コア１とを、離間距離Ｅｖ以上とする配置を採用することにより、出力の安定した、測定レンジの広い、測定値の正確な電流センサを提供することが可能となる。
【００６４】
以下、本発明に係る電流センサの第２実施形態を、図面に基づいて説明する。
【００６５】
図２１は、本実施形態における磁気素子を示す模式図であり、図において、符号ＭＩ１２は磁気インピーダンス効果素子を示している。
【００６６】
本実施形態においては、上述の第１実施形態と異なるのは、軟磁性体薄膜からなる磁性体コアを用いた磁気素子として磁気インピーダンス効果素子ＭＩ１２を用いた点であり、これ以外の上述の第１実施形態の構成要素に対応する構成には、同一の符号を付してその説明を省略する。
【００６７】
上述した第１実施形態においては、磁気素子として薄膜フラックスゲート型磁気素子を用いたが、減磁体の縁部での反磁界に起因する現象は、軟磁性体薄膜からなる磁性体コアと軟磁性体からなる減磁体との位置関係によって起こる現象であるため、これに限ったものではない。したがって、本実施形態においては、軟磁性体薄膜（磁性体コア）を用いた磁気素子として他の例を示す。
【００６８】
本実施形態の磁気インピーダンス効果素子ＭＩ１２は、減磁体Ｍ１１上に配された非磁性基板上に形成された感磁部となる軟磁性体膜（磁性体コア）ＭＩ１１と、この軟磁性体膜ＭＩ１１と上下に重なる位置に絶縁層を介して配され、巻き方向（電流の流れる方向）が逆向きで電気的に直列に接続された２つの平面スパイラルコイルＭＩ１４ａ，ＭＩ１４ｂとを少なくとも備え、感磁部に電流を通電し、外部磁界の印加に対する感磁部またはコイルにおける電圧出力を検出するものである。
【００６９】
軟磁性体膜ＭＩ１１をその上に形成する非磁性基板は、シリコン（Ｓｉ）、ガラス、セラミックなどの非磁性材料から構成することができる。具体例としては、熱酸化シリコン基板が挙げられる。  軟磁性体膜ＭＩ１１の上に形成される絶縁層は、平面スパイラルコイルＭＩ１４ａ，ＭＩ１４ｂと、軟磁性体膜ＭＩ１１との間を電気的に絶縁するため、非磁性の絶縁体からなる。絶縁体としては、感光性ポリイミドなどの絶縁性樹脂のほか、ＳｉＯ２やＡｌ２Ｏ３等の金属酸化物、Ｓｉ３Ｎ４やＡｌＮ等の金属窒化物等が挙げられる。
【００７０】
軟磁性体膜ＭＩ１１は、２つの平面スパイラルコイルＭＩ１４ａ，ＭＩ１４ｂの渦巻き中心間を結ぶ直線に対し略平行となるように配置され、２つの平面スパイラルコイルＭＩ１４ａ，ＭＩ１４ｂの渦巻き中心間の同相磁界発生部にて電流を通電するよう電極ＭＩ１２ａ，ＭＩ１２ｂが形成されており、電極ＭＩ１２ａ，ＭＩ１２ｂ間における軟磁性体膜ＭＩ１１の通電部ＭＩ１１ｃは、その長手方向がコイルの電流方向と略直交して横切るように配されている。  この軟磁性体膜ＭＩ１１を構成する軟磁性体としては、一軸異方性を付与できるものであれば特に限定されないが、例えばＣｏ８５Ｎｂ１２Ｚｒ３、ＮｉＦｅ、ＦｅＳｉＡｌ、ＣｏＦｅＳｉＢなどが挙げられる。
【００７１】
２つの平面スパイラルコイルＭＩ１４ａ，ＭＩ１４ｂの同相磁界発生部とは、２つのスパイラルコイルＭＩ１４ａ，ＭＩ１４ｂのそれぞれの中心部ＭＩ１５ａ，ＭＩ１５ｂの間の領域、すなわち、一方のスパイラルコイルＭＩ１４ａの中心部ＭＩ１５ａと、他方のスパイラルコイル１４ｂの中心部ＭＩ１５ｂとの間の領域である。これに対して、それぞれの中心部ＭＩ１５ａ，ＭＩ１５ｂより外側の領域、図において、一方のスパイラルコイルＭＩ１４ａの中心部ＭＩ１５ａより左側の領域および他方のスパイラルコイルＭＩ１４ｂの中心部ＭＩ１５ｂより右側の領域は、逆相磁界発生部である。
【００７２】
電極ＭＩ１２ａ，ＭＩ１２ｂは、軟磁性体膜１１のうち同相磁界発生部に位置する部分が通電部ＭＩ１１ｃとなるようにスパイラルコイルＭＩ１４ａ，ＭＩ１４ｂの中心部ＭＩ１５ａ，ＭＩ１５ｂまたはその外側、つまり、同相磁界発生部の外側に設けられる。反磁界の影響を抑制するため、逆相磁界発生部よりも内側に電極ＭＩ１２ａ，ＭＩ１２ｂを配置することが望ましく、スパイラルコイルＭＩ１４ａ，ＭＩ１４ｂの中心部ＭＩ１５ａ，ＭＩ１５ｂ（コイル内周より内側の空隙部）またはその近傍に設けられる。
【００７３】
電極ＭＩ１２ａ，ＭＩ１２ｂを通じて軟磁性体膜ＭＩ１１の通電部ＭＩ１１ｃに電流を通電するため、電極ＭＩ１２ａ，ＭＩ１２ｂは、末端に外部接続用のパッドＭＩ１３ａ，ＭＩ１３ｂを備える配線ＭＩ１３ｃ，ＭＩ１３ｄに接続されている。電極ＭＩ１２ａ，ＭＩ１２ｂ、配線ＭＩ１３ｃ，ＭＩ１３ｄおよびパッドＭＩ１３ａ，ＭＩ１３ｂは、例えば銅（Ｃｕ）、アルミニウム（Ａｌ）等の良導体金属から構成することができる。
【００７４】
軟磁性体膜ＭＩ１１は、２つの平面スパイラルコイルＭＩ１４ａ，ＭＩ１４ｂの渦巻き中心間より外側の逆相磁界発生部に、通電部ＭＩ１１ｃの外側に同一平面内で連続した集磁部ＭＩ１１ａ，ＭＩ１１ｂを有し、集磁部ＭＩ１１ａ，ＭＩ１１ｂは、通電部ＭＩ１１ｃの幅よりも広くなったパターンを有する。
【００７５】
２つの平面スパイラルコイルＭＩ１４ａ，ＭＩ１４ｂは、絶縁層上に形成された１層の導体層から構成され、外周側の端部どうしで直列に接続されている。この導体層は、例えば銅（Ｃｕ）、アルミニウム（Ａｌ）等の良導体金属の薄膜から構成することができる。
【００７６】
２つのスパイラルコイルＭＩ１４ａ，ＭＩ１４ｂからなるコイル部ＭＩ１４は、電流を通じることでバイアス磁界を発生するバイアスコイル、もしくは外部磁界により出力電圧が誘起されるピックアップコイルとして用いることができる。スパイラルコイルＭＩ１４ａ，ＭＩ１４ｂに通電するため、もしくは出力電圧を取り出すため、各スパイラルコイルＭＩ１４ａ，ＭＩ１４ｂの内周側の端部ＭＩ１４ｃ，ＭＩ１４ｄは、末端に外部接続用のパッドＭＩ１６ａ，ＭＩ１６ｂを備える配線ＭＩ１６ｃ，ＭＩ１６ｄに接続されている。
【００７７】
コイル用の配線ＭＩ１６ｃ，ＭＩ１６ｄは、絶縁層の下側に形成されたアンダーパスとしても、コイル部ＭＩ１４の上に他の絶縁層を設けてその上に配されたオーバーパスとしても良い。アンダーパスの場合は、内周側の端部ＭＩ１４ｃ，ＭＩ１４ｄの位置において絶縁層に形成された開口部を通じて配線ＭＩ１６ｃ，ＭＩ１６ｄの一端をスパイラルコイルＭＩ１４ａ，ＭＩ１４ｂに導通し、配線ＭＩ１６ｃ，ＭＩ１６ｄの他端に設けられたパッドＭＩ１６ａ，ＭＩ１６ｂは、絶縁層に形成された他の開口部を通じて、外部接続用に露出される。
【００７８】
このような磁気インピーダンス効果素子ＭＩ１２は、図２１に示すように、減磁体Ｍ１１上における配置は、減磁体Ｍ１１の縁部の不均一領域Ｕｅを避けるようにされる。具体的には、軟磁性体膜ＭＩ１１の端部（集磁部）ＭＩ１１ａと減磁体Ｍ１１の端部との距離Ｅｖ、および、軟磁性体膜ＭＩ１１の端部（集磁部）ＭＩ１１ｂと減磁体Ｍ１１の端部との距離Ｅｖが、いずれも、不均一領域Ｕｅの幅寸法を超えるように設定される。不均一領域Ｕｅの幅は、軟磁性体膜ＭＩ１１の重なり方向距離によって変化するため、これに合わせて距離Ｅｖを適宜設定することになる。
【００７９】
磁気インピーダンス効果素子ＭＩ１２は、磁性体のインピーダンスが磁界に応じて変化するものであるが、この変化は、磁性体の非飽和領域における挙動であり、磁性体の飽和領域においては変化が非常小さくなるため、これらの磁気素子を用いた場合においても磁性体の飽和により出力が飽和してしまい好ましくなかったが、本実施形態のように減磁体Ｍ１１への配置を設定することにより、磁気インピーダンス効果素子ＭＩ１２における磁性体の飽和に伴う測定レンジの制限を広げることが可能となる。
【００８０】
以下、本発明に係る電流センサの第３実施形態を、図面に基づいて説明する。
【００８１】
図２２は、本実施形態における磁気素子を示す模式図であり、図において、符号ＭＧ１２は磁気抵抗効果型磁気素子を示している。
【００８２】
本実施形態においては、上述の第１，第２実施形態と異なるのは、軟磁性体薄膜からなる磁性体コアを用いた磁気素子として磁気抵抗効果型磁気素子ＭＧ１２を用いた点であり、これ以外の上述の第１，第２実施形態の構成要素に対応する構成には、同一の符号を付してその説明を省略する。
【００８３】
本実施形態の磁気抵抗効果型磁気素子ＭＧ１２は、減磁体Ｍ１１上に非磁性体膜を介して形成された感磁部となる軟磁性体膜からなる磁気抵抗線パターンＭＧ１３が、感磁方向ＣＭの磁界の増減に応じて抵抗値が変化する磁気抵抗効果特性を有するように設けられ、電極ＭＧ１３ａ、ＭＧ１３ｂに接続されている。
【００８４】
このような磁気抵抗効果型磁気素子ＭＧ１２は、図２２に示すように、減磁体Ｍ１１上における配置として、感磁部となる軟磁性体膜ＭＧ１３が、減磁体Ｍ１１の縁部の不均一領域Ｕｅを避けるようにされる。具体的には、軟磁性体膜ＭＧ１３の感磁方向外縁部と減磁体Ｍ１１の縁部との距離Ｅｖが、不均一領域Ｕｅの幅寸法を超えるように設定される。不均一領域Ｕｅの幅は、軟磁性体膜ＭＧ１３の減磁体Ｍ１１からの重なり方向距離位置によって変化するため、これに合わせて距離Ｅｖを適宜設定することになる。
【００８５】
本実施形態の磁気抵抗効果素子ＭＧ１２は、軟磁性体膜ＭＧ１３の抵抗値が磁界に応じて変化するものであるが、この変化は、磁性体の非飽和領域における挙動であり、磁性体の飽和領域においては変化が非常小さくなるため、この磁気素子を用いた場合においても磁性体の飽和により出力が飽和してしまい好ましくなかったが、本実施形態のように減磁体Ｍ１１に配置されることにより、磁気抵抗素子における磁性体の飽和に伴う測定レンジの制限を広げることが可能となる。
【００８６】
また、図２３に示すように、磁気抵抗効果素子ＭＧ１２’が、感磁部としてブリッジ回路を構成している場合には、磁気抵抗ブリッジを構成する軟磁性体膜ＭＧ１３ｄ，ＭＧ１３ｅ，ＭＧ１３ｆ，ＭＧ１３ｇ、および、電極ＭＧ１３ｈ，ＭＧ１３ｉ，ＭＧ１３ｊ，ＭＧ１３ｋ，ＭＧ１３ｍ，ＭＧ１３ｎの全てが、不均一領域Ｕｅを避けて配置されていることが必要である。
【００８７】
さらに、上記の各実施形態においては、矩形の外形を有する減磁体Ｍ１１と矩形の外形を有する磁気素子Ｍ１２，ＭＩ１２に対してそれぞれの配置をおこなったが、この外形に限定されるものではない。
【００８８】
具体的には、図２４に示すように、概略矩形であるが、その角部が丸まった形状の減磁体Ｍ１１、図２５に示すように、円形または楕円形とされた減磁体Ｍ１１、図２６に示すように、菱形とされた減磁体Ｍ１１、図２７に示すように６角形とされた減磁体Ｍ１１などを例示することができる。これらのすべてにおいて、磁気素子Ｍ１２の感磁部の端部となる部分が、不均一領域Ｕｅを避けるように、感磁方向ＣＭに沿って減磁体Ｍ１１縁部からの距離Ｅｖが不均一領域Ｕｅの幅寸法よりも大きくなるように配置されている。
【００８９】
さらに、本発明においては、上記の各実施形態における電流センサとして、磁気素子Ｍ１２と減磁体Ｍ１１とバスバーＢ００とが、２枚の平板とされる平行磁気シールドＣＭ１，ＣＭ２に挟まれた構造とすることもできる。
【００９０】
図２８に示すように、バスバーＢ０を流れる被測定電流Ｉが作る誘導磁界の方向に対して所定の角をなす方向に感磁方向ＣＭを設定された磁気素子Ｍ１２と、バスバーＢ０および磁気素子Ｍ１２を間に挟むとともに、被測定電流Ｉが作る誘導磁界と磁気素子Ｍ１２の感磁方向ＣＭとに沿うように表面が対向して設けられた略平板状の磁性体からなる２枚の磁気シールド（磁性体板）ＣＭ１，ＣＭ２と、を有する。
【００９１】
磁気シールドＣＭ１，ＣＭ２は、互いに平行な２枚の磁性体からなる板体とされ、平面視して矩形となるように形成されている。磁気シールドＣＭ１，ＣＭ２は、例えば、各辺が被測定電流Ｉ方向となるバスバーＢ０長手方向と、電流Ｉによる誘導磁界Ｈｈ方向となるバスバーＢ０の幅方向となるように配置される。磁気シールドＣＭ１，ＣＭ２は、図２８に示すように、いずれもバスバーＢ０と平行に配置されている。磁気シールドＣＭ１，ＣＭ２の材料には、パーマロイやフェライト等が用いられ、好ましくは比透磁率が１００００以上の材料から構成される。
【００９２】
磁気シールドＣＭ１とバスバーＢ０との間には、磁気シールドＣＭ１および第２の磁性体板ＣＭ２の幅方向の中央（センター）位置において磁気素子Ｍ１２が配置される。磁気素子Ｍ１２は、その感磁方向ＣＭが、磁気シールドＣＭ１の面内方向で、被測定電流Ｉが作る誘導磁界と交わる方向となるように配置される。
この２枚の磁気シールド板が配されることにより、２枚の磁気シールド板主面と平行な外乱磁界が２枚の磁性体板へと誘引されるので、２枚の磁性体板間に配された磁気素子へ流入する外乱磁界が低減される。
【００９３】
この構造においては、磁気シールドＣＭ１，ＣＭ２の間隔ＣＭｂを狭くし、フラックスゲート型磁気素子Ｍ１０とすることで、感磁方向を極めて狭く設定してその精度を向上し、感磁方向からずれた角度の磁界成分に対しては、素子感度を充分弱くすることができるため、磁気素子に流入する外乱磁界からの影響を排除して、外乱磁界Ｈｅｘｄの感磁方向成分が磁気素子Ｍ１２に影響することを防止して、バスバーＢ０からの被測定磁界のみを精度良く検出することが可能となる。
【００９４】
本実施形態においては、磁気シールドＣＭ１，ＣＭ２を設置することで、測定対象であるバスバーＢ０以外に平行した別のバスバーが存在するような場合でも、測定対象外のバスバーから発生する外乱磁界は磁気シールドＣＭ１，ＣＭ２に誘引される。その結果、磁気素子Ｍ１２に到達する外乱磁界が低減され、磁気シールドＣＭ１，ＣＭ２が無い場合に比べて測定誤差を大幅に低減できる。さらに、この磁気シールドＣＭ１と磁気シールドＣＭ２との間隔を小さくすることで、磁気素子に対する外乱磁界の影響を低減してＳ／Ｎ比が向上するので、電流センサとしての測定正確性を向上することができる。
【００９５】
本発明の電流センサにおける磁気素子は、基板上に成膜された第１の磁性体に、螺旋状の第１〜第３のソレノイドコイルが巻き回されて、前記第１〜第３のソレノイドコイルが励磁コイル、検出コイル、フィードバックコイルとされるフラックスゲート型の磁気素子と、
前記第１の磁性体の表面から離間した位置に設けられて該第１の磁性体に流入する外部磁界を低減する第２の磁性体と、
前記第１の磁性体に流入する外部磁界が前記第２の磁性体によって低減する分を制御するために、前記磁気素子と前記第２の磁性体との距離を設定する距離設定部と、
が設けられていることができる。
上記の磁気素子であって、
素子の感磁方向が第１の磁性体の長手方向とされ、
前記距離設定部が、前記磁気素子と前記第２の磁性体とに挟まれた板状体とされ、該板厚により積層された前記磁気素子と前記第２の磁性体との距離を設定可能とされることや、
前記磁気素子の一面側に前記第２の磁性体が設けられるか、または、前記磁気素子の表裏面を挟むように前記第２の磁性体がそれぞれ設けられることや、
前記第２の磁性体は、前記磁気素子と前記距離設定部と前記第２の磁性体との積層方向における輪郭が、少なくとも前記第１の磁性体より大きく形成されることや、
前記距離設定部が、前記前記磁気素子の基板と一体とされてなることができる。
【００９６】
また本実施形態においては、磁気素子Ｍ１２をフラックスゲート型磁気素子としてが、ホール素子、ＭＲ素子、ＧＭＲ素子、ＴＭＲ素子やＭＩ素子等にすることも可能である。
また本実施形態においては、磁気シールドＣＭ１，ＣＭ２を平行平板としたが、サイドからの磁界流入等に起因する磁化飽和の影響など、測定精度の低下を無視しうる形状であればこの形状に限るものではなく、他の形状とすることも可能である。
【産業上の利用可能性】
【００９７】
本発明の活用例として、次のようなものが適用できる。
上述したように自動車の駆動系や、蓄電池への入出力線など大電流に対する電流計など。
【符号の説明】
【００９８】
Ｂ０，Ｂ００…バスバー、Ｍ１０，ＣＳ１０…電流センサ、Ｍ１１…減磁体（磁性体板）、Ｍ１１ｃ…中心、Ｍ１２，ＭＩ１２，ＭＧ１２…磁気素子、１…磁性体コア（軟磁性体薄膜）、１ｃ…中心、Ｕｃ…中心領域（均一領域）、Ｕｅ…不均一領域、Ｅｖ…距離
【図１】
2015064246.tif 000007
【図２】
2015064246.tif 000008
【図３】
2015064246.tif 000009
【図４】
2015064246.tif 000010
【図５】
2015064246.tif 000011
【図６】
2015064246.tif 000012
【図７】
2015064246.tif 000013
【図８】
2015064246.tif 000014
【図９】
2015064246.tif 000015
【図１０】
2015064246.tif 000016
【図１１】
2015064246.tif 000017
【図１２】
2015064246.tif 000018
【図１３】
2015064246.tif 000019
【図１４】
2015064246.tif 000020
【図１５】
2015064246.tif 000021
【図１６】
2015064246.tif 000022
【図１７】
2015064246.tif 000023
【図１８】
2015064246.tif 000024
【図１９】
2015064246.tif 000025
【図２０】
2015064246.tif 000026
【図２１】
2015064246.tif 000027
【図２２】
2015064246.tif 000028
【図２３】
2015064246.tif 000029
【図２４】
2015064246.tif 000030
【図２５】
2015064246.tif 000031
【図２６】
2015064246.tif 000032
【図２７】
2015064246.tif 000033
【図２８】
2015064246.tif 000034