(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
設置基板上に配置され、互いに逆方向の磁界の増加に応じて抵抗値が共に増加する磁気抵抗効果特性を有する第１および第４の磁気抵抗効果素子と、上記設置基板上に配置され、互いに逆方向の上記磁界の増加に応じて抵抗値が共に減少する磁気抵抗効果特性を有する第２および第３の磁気抵抗効果素子と、上記設置基板上に配置され、上記第１から第４の磁気抵抗効果素子を接続することにより、上記第１および第２の磁気抵抗効果素子による第１のハーフブリッジ回路、および上記第３および第４の磁気抵抗効果素子による第２のハーフブリッジ回路からなるブリッジ回路を構成する接続電流線を備え、さらに第１から第４の磁気抵抗効果素子の上方、または下方、または両方に絶縁層を介して磁気抵抗効果素子に対し一部磁気平衡動作を伴わないように配置された補償導電線とを備えたことを特徴とする電流センサ。
【請求項２】
一部磁気平衡動作を伴わないように配置された補償導電線は、設置基板の中心点に対して相互に線対称に等しく構成されたことを特徴とする請求項１記載の電流センサ。
【請求項３】
一部磁気平衡動作を伴わないように配置された補償導電線は、設置基板の中心点に対して相互に点対称に等しく構成されたことを特徴とする請求項１記載の電流センサ。
【請求項４】
外乱電界を除去する電界シールドカバーを備えたことを特徴とする請求項１から請求項３のうちのいずれか１項記載の電流センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】    この発明は、薄膜微細パターン等で形成され磁気平衡動作を伴う電流センサにおいて成膜時の応力やバイアス磁界を印加することによる磁歪現象等により発生する正負感度差を低減する電流センサの設置方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】  従来の電流センサは、磁気抵抗効果素子と絶縁層を介して上方、または下方、または両方に設置される補償導電線が、ブリッジ回路を構成する全ての磁気抵抗効果素子に均一な磁界を印加するように設置したものがある（例えば特開平８−２１１１３８、特開２００７−１８７５３０）。【０００３】
【特許文献１】  特開平８−２１１１３８
【特許文献２】  特開２００７−１８７５３０
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】  従来の電流センサは以上のように構成されており、成膜時の応力やバイアス磁界を印加することによる磁歪現象等によって発生する正負感度差は、補償導電線から磁気抵抗効果素子に印加される磁界がブリッジ回路を構成する全ての磁気抵抗素子に均一なために低減できないという問題点があった。
また、上記より発生する正負感度差は、測定する磁界すなわち測定する電流が大きくなると誤差が拡大する傾向にあり大電流測定が困難になるなどの問題点もあった。【０００５】  この発明は上記のような課題を解決するためになされたもので、成膜時の応力やバイアス磁界を印加することによる磁歪現象等により発生する正負感度差を低減する電流センサおよびその設置方法を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】  この発明に係わる電流センサは、補償導電線から発生する磁界がブリッジ回路を構成する全ての磁気抵抗素子に均一ではなく、一部の磁気抵抗効果素子に印加されないように補償導電線を設置したものである。
【発明の効果】
【０００７】  以上のように、この発明によれば、補償導電線から発生する磁界がブリッジ回路を構成する全ての磁気抵抗素子に均一ではなく、一部に印加されないように補償導電線を設置することで、成膜時の応力やバイアス磁界を印加することによる磁歪現象等により発生する正負感度差を補正し、誤差を低減することができる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】この発明の実施形態１による電流センサの被測定電流検出部を示す平面図である。
【図２】バーバーポール電極構造を示す説明図である。
【図３】この発明の実施形態１による電流センサの被測定電流検出部の正負感度差の補正度合いを示す図である。
【図４】この発明の実施形態１による電流センサの設置方法を示す構成概略図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１による電流センサの被測定電流検出部を示す平面図であり、図において、被測定電流検出部１は、設置基板２の中心線３上の中心点４に対して、設置基板２上に各回路部品が相互に点対称に等しく構成され、配置されたものからなる。４つの磁気抵抗効果素子（第１から第４の磁気抵抗効果素子）５ａ〜５ｄは、設置基板２の中心線３に対して相互に平行方向に配置され、磁気抵抗効果素子５ａ，５ｄは、互いに逆方向の磁界の増加に応じて抵抗値が共に増加する磁気抵抗効果特性を有するように、また、磁気抵抗効果素子５ｂ，５ｃは、互いに逆方向の磁界の増加に応じて抵抗値が共に減少する磁気抵抗効果特性を有するように、バーバーポール電極構造が形成されている。なお、４つの磁気抵抗効果素子５ａ〜５ｄでは、それぞれ３本の磁気抵抗効果素子をクランク形状に形成し、磁界を受ける線路長を長くすることで、磁界の変化を検知しやすくしている。
【００１０】  接続電流線６は、４つの磁気抵抗効果素子５ａ〜５ｄ間を接続することにより、ブリッジ回路を構成する。磁気抵抗効果素子５ａ，５ｂの直列接続からなるハーフブリッジ回路（第１のハーフブリッジ回路）、および磁気抵抗効果素子５ｃ，５ｄの直列接続からなるハーフブリッジ回路（第２のハーフブリッジ回路）の並列接続によってブリッジ回路を構成するものである。接続エリア（第１の接続エリア）８ａは、ブリッジ回路の磁気抵抗効果素子５ａ，５ｃ間の接続電流線６に接続され、接続エリア（第２の接続エリア）８ｂは、ブリッジ回路の磁気抵抗効果素子５ｂ，５ｄ間の接続電流線６に接続され、接続エリア８ａ，８ｂからブリッジ回路に電圧が供給されるものである。接続エリア（第３の接続エリア）８ｃは、ブリッジ回路の磁気抵抗効果素子５ａ，５ｂ間の接続電流線６に接続され、接続エリア（第４の接続エリア）８ｄは、ブリッジ回路の磁気抵抗効果素子５ｃ，５ｄ間の接続電流線６に接続され、接続エリア８ｃ，８ｄからブリッジ回路の出力電圧が検出される。
【００１１】  さらに、補償電流線７ａ，７ｂは４つの磁気抵抗効果素子５ａ〜５ｄと絶縁層を介して上方、または下方、または両方に設置され、被測定電流から４つの磁気抵抗効果素子（第１から第４の磁気抵抗効果素子）５ａ〜５ｄに受ける磁界に対して逆方向で同強度な磁界が発生するように電流を流すための電流線であり、被測定電流検出部１の外部の制御装置によって流す電流を制御され、接続エリア（第５の接続エリア）８ｅおよび接続エリア（第６の接続エリア）８ｆから供給されるものである。
【００１２】  また、図１で示した構成は、設置基板２の中心点４に対して、設置基板２上に各回路部品が相互に点対称に等しく構成され、温度等による等方性の伸びまたは歪みによる測定誤差を低減するように配置されたものである。
【００１３】  次に、強磁性体である磁気抵抗効果素子は磁化の向きの変化に対して抵抗値が最も変化する角度θが４５（ｄｅｇ）の時である。さらに、角度θが４５（ｄｅｇ）の時に、角度θの変化に対して抵抗値が最も直線的に変化する。したがって、磁気抵抗効果素子を用いて磁界を検出する場合には、外部磁界が０の時に角度θが４５（ｄｅｇ）になるように工夫される。この方法には、バーバーポール電極構造を用いる方法がある。
【００１４】  図２はバーバーポール電極構造を示す説明図であり、図において、アルミ電極１０は、磁気抵抗効果素子の軸方向に対して４５（ｄｅｇ）傾けて設けられたものである。バーバーポール電極は、磁気抵抗効果素子の表面を流れる電流の向きを４５（ｄｅｇ）傾けるために設けられている。各々のアルミ電極１０内では電位が等しく、電流はアルミ電極１０に垂直に流れる。強磁性体を軸方向に磁化すると、外部磁界が０の時に磁化の向きと電流の向きとがなす角度θを４５（ｄｅｇ）にすることができる。
【００１５】  図１に示した被測定電流検出部１では、磁気抵抗効果素子５ａと５ｃおよび５ｂと５ｄにアルミ電極１０を電流の向きに対してそれぞれ＋４５（ｄｅｇ）と−４５（ｄｅｇ）に傾けて設けたものである。
このように、バーバーポール電極構造を形成することにより、例えば、図１において、磁気抵抗効果素子５ａ，５ｂには、紙面左側より中心線３の向きに外部磁界が加わり、また、磁気抵抗効果素子５ｃ，５ｄには、紙面右側より中心線３の向きに外部磁界が加わった場合に、磁気抵抗効果素子５ａ，５ｄでは、共に外部磁界の増加に応じて抵抗値が増加すると共に、外部磁界の減少に応じて抵抗値が減少する磁気抵抗効果特性を有するように、また、磁気抵抗効果素子５ｂ，５ｃでは、逆に外部磁界の増加に応じて抵抗値が減少すると共に、外部磁界の減少に応じて抵抗値が増加する磁気抵抗効果特性を有するように構成することができる。ここではアルミを電極として用いているが、他の抵抗率の低い金属材料を用いてもよい。
【００１６】  また、図１における７ａおよび７ｂは磁気抵抗効果素子５ａ〜５ｄと絶縁層を介して上方、または下方、または両方に設置される補償導電線であり、４つの磁気抵抗効果素子５ａ〜５ｄ近傍に発生する磁界を打ち消すように制御電流を流すためのものである。補償電流線７ａ、７ｂから発生する磁界を一部は受けない磁気抵抗効果素子９ａおよび９ｂを設けている。
【００１７】  補償電流線７ａ、７ｂから発生する磁界を受けない磁気抵抗効果素子９ａおよび９ｂを設けることによる正負感度差の補正効果は、第１から第４の磁気抵抗効果素子５ａ〜５ｄで構成するブリッジの対向関係にある５ａと５ｄ、５ｂと５ｃの２つの組のいずれかに、前記補償電流線７ａ、７ｂから発生する磁界を受けない磁気抵抗効果素子９ａおよび９ｂを設けることで補正の極性が決定される。例えば、磁気抵抗効果素子５ａまたは５ｄのいずれか、または５ａおよび５ｄの両方に補償電流線７ａ、７ｂから発生する磁界を受けない磁気抵抗効果素子９ａおよび９ｂを設けると補正の極性は＋極性の補正となり、磁気抵抗効果素子５ｂまたは５ｃのいずれか、または５ｂおよび５ｃの両方に補償電流線７ａ、７ｂから発生する磁界を受けない磁気抵抗効果素子９ａおよび９ｂを設けると補正の極性は−極性の補正となる。また、図３に示すように、補正効果の度合いは、補償電流線７ａ、７ｂから発生する磁界を受けない磁気抵抗効果素子９ａおよび９ｂの長さに比例関係である。
【００１８】  次に電流センサの構成について説明する。
図４に示すように、Ｕ字型の被測定電流線１１上に絶縁性の基台１２を設置し、その基台上に被測定電流検出部１と、その被測定電流検出部１を制御する制御回路部１３を備える。このときＵ字型の被測定電流線１１および被測定電流検出部１は中心線１４に対して対称となり、且つＵ字型の被測定電流線１１の平行部分１５は中心線に略平行となるように設置する。
【００１９】  次に電流センサの電流測定方法について説明する。
図４の電流センサの構成において、被測定電流検出部１は図１の接続エリア８ａ，８ｂに制御回路部１３から電圧が供給されるものである。接続エリア（第３の接続エリア）８ｃは、ブリッジ回路の磁気抵抗効果素子５ａ，５ｂ間の接続電流線６に接続され、接続エリア（第４の接続エリア）８ｄは、ブリッジ回路の磁気抵抗効果素子５ｃ，５ｄ間の接続電流線６に接続され、Ｕ字型の被測定電流線１１に印加される電流から発生する磁界によってブリッジ回路の抵抗バランスが変化し、接続エリア８ｃ，８ｄからブリッジ回路の出力電圧として検出される。
また、制御回路部１３は、前述の出力電圧が常に０になるように、制御回路部１３によって接続エリア８ｅと８ｆから補償導電線７ａおよび７ｂに電流が印加される。これは、磁気抵抗効果素子５ａ〜５ｄが受けるＵ字型の被測定電流線１１からの磁界と、補償導電線７ａおよび７ｂ電流が印加されて発生する磁界とは逆方向で且つ同強度の磁界で磁気平衡状態とすることである。このときの補償導電線７ａおよび７ｂはＵ字型の被測定電流線１１に印加される電流と比例関係にあることから、電流センサの出力は補償導電線７ａおよび７ｂに流れる電流または、その電流を電圧変換したものとなる。
【符号の説明】
【００２０】１  被測定電流検出部
２  設置基板
３  中心線
４  中心点
５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄ  磁気抵抗効果素子（第１から第４の磁気抵抗効果素子）
６  接続電流線
７ａ、７ｂ  補償電流線
８ａ  接続エリア（第１の接続エリア）
８ｂ  接続エリア（第２の接続エリア）
８ｃ  接続エリア（第３の接続エリア）
８ｄ  接続エリア（第４の接続エリア）
８ｅ  接続エリア（第５の接続エリア）
８ｆ  接続エリア（第６の接続エリア）
９ａ、９ｂ  補償電流線から発生する磁界を受けない磁気抵抗効果素子
１０  アルミ電極
１１  Ｕ字型の被測定電流線
１２  基台
１３  制御回路部
１４  中心線
１５  被測定電流線の平行部分
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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