(57)【要約】【課題】従来のように、永久磁石を磁気インピーダンス（ＭＩ）素子上に直接配置すると、永久磁石の特性のバラツキや磁性膜と永久磁石との間の距離のバラツキから、動作磁界（バイアス磁界）が大きくばらつくので、このバラツキを解消できるようにする。【解決手段】ＭＩ素子３をパッケージ７としたものに、永久磁石５を一定距離保って配置することで、永久磁石５によるバイアス磁界変化の小さな領域に磁性膜１を配置できるようにし、永久磁石５とＭＩ素子３との距離の厳密な調整を要することなく、最適に保てるようにして調整コストを低減させる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁界の変化によりインピーダンスが変化する磁気インピーダンス素子と、この磁気インピーダンス素子をモールドしたパッケージと、前記磁気インピーダンス素子と所定の距離を保って前記パッケージに実装される永久磁石とからなることを特徴とする磁界・電流センサ。
【請求項２】
磁界の変化によりインピーダンスが変化する磁気インピーダンス素子と、永久磁石と、この永久磁石と磁気インピーダンス素子との間に配置されたプリント基板とからなることを特徴とする磁界・電流センサ。
【請求項３】
前記磁気インピーダンス素子に接続され磁界の変化に応じた検出信号を出力する検出回路と、この検出回路からの信号を処理する演算回路とを設けたことを特徴とする請求項１または２に記載の磁界・電流センサ。
【請求項４】
前記検出回路および演算回路を半導体ＩＣチップとして形成し、これに磁気インピーダンス素子をモールドしたことを特徴とする請求項３に記載の磁界・電流センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、磁界・電流センサに関する。以下、専ら電流センサについて説明するが、磁界センサにも全く同様にして適用できるものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、電流センサとしてはホール素子や磁気抵抗素子を用いるものが知られているが、最近は非特許文献１に示されるようなＭａｇｎｅｔｏ−Ｉｍｐｅｄａｎｃｅ（ＭＩ）効果を持つ、磁気インピーダンス素子（ＭＩ素子）を用いるものが出現している。
図６にこのようなＭＩ素子による電流計測システムを示す。
これは、測定対象となる電線４から所定の距離ｒ0だけ離れた位置に、ＭＩ素子３を配置したものである。ＭＩ素子３はガラス基板２と、ガラス基板２上に形成された磁性膜１とから構成される。また、磁性膜１と対向するガラス面には、永久磁石５が取り付けられている。
【０００３】
図７に、ＭＩ素子の磁界とインピーダンスとの関係を示す。横軸に磁界強度、縦軸にインピーダンスを示す。ＭＩ素子に印加される磁界が変化すると、ＭＩ素子の磁性膜のインピーダンスは図７のように変化する。一般に、ＭＩ素子のインピーダンスと磁界の関係は、「０」磁場付近では安定しないため、図７のようにバイアス磁界１１（Ｘ［Ａ／ｍ］）を印加し、これを基準（動作磁界１２）にしてＭＩ素子３に印加される外部磁界の変化を検出している。ここに、外部磁界とは例えば、電線に流れる電流によって発生する磁界に相当する。
【０００４】
バイアス磁界の印加方法としては、１）ＭＩ素子にバイアスコイルを巻き、バイアスコイルに所定の電流を流すことによって、バイアス磁界Ｘ［Ａ／ｍ］を印加する方法（ＡＣバイアス法）、２）永久磁石によりバイアス磁界Ｘ［Ａ／ｍ］を印加する方法（ＤＣバイアス法）とがある。
ＡＣバイアス法はコイルにバイアス磁界を発生させるべく所定の電流を流す必要があるため消費電力が大きくなるという問題があるが、ＤＣバイアス法はバイアス磁界を発生させるために電流を消費しないというメリットがある。このため、図６に示すような永久磁石５を用いるＤＣバイアス法が採用されることが多い。
【０００５】
また、図６の電線４に流れる電流にて発生する磁界により、バイアス磁界によってシフトされた動作磁界１２から変化する磁界相当のインピーダンス変化を、例えば図８のような周辺回路により、分圧電圧値として検出する。なお、その分圧電圧出力Ｓは、次の（１）式のように表わされる。なお、図８の２１は発振器、２２は整流回路である。
Ｓ＝α×（Ｉ／ｒ0）                                                    …（１）
ここで、αは係数、Ｉは電線４に流れる電流、ｒ0は電線４とＭＩ素子との距離を示す。
【０００６】
図９に、図６に示すＭＩ素子３と永久磁石５の断面図と、永久磁石５による磁界強度分布とを示す。同図の永久磁石５による磁界強度分布から、永久磁石５の近傍では、
１）磁界強度ムラが大きい。
２）Ｙ軸方向（紙面の上下方向）の位置の微小変化により、磁界強度が大きく変化する。
ということが分かる。
【０００７】
【非特許文献１】比嘉外５名「パルス電流励磁によるスパッタ薄膜マイクロＭＩセンサ」日本応用磁気学会誌，Ｖｏｌ．２１，Ｎｏ．４−２，１９９７
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
以上のことから、ＭＩ素子による電流検出バラツキを小さくするための、ＭＩ素子と永久磁石との位置調整が厳しくなり、調整コストが上昇すると言う問題が発生する。
したがって、この発明の課題はＭＩ素子と永久磁石との位置調整を容易にし、調整コストを低減することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
このような課題を解決するために、請求項１の発明では、磁界の変化によりインピーダンスが変化する磁気インピーダンス素子と、この磁気インピーダンス素子をモールドしたパッケージと、前記磁気インピーダンス素子と所定の距離を保って前記パッケージに実装される永久磁石とからなることを特徴とする。
【００１０】
また、請求項２の発明では、磁界の変化によりインピーダンスが変化する磁気インピーダンス素子と、永久磁石と、この永久磁石と磁気インピーダンス素子との間に配置されたプりント基板とからなることを特徴とする。
【００１１】
また、請求項１または２の発明においては、前記磁気インピーダンス素子に接続され磁界の変化に応じた検出信号を出力する検出回路と、この検出回路からの信号を処理する演算回路とを設けることができる（請求項３の発明）。この請求項３の発明においては、前記検出回路および演算回路を半導体ＩＣチップとして形成し、これに磁気インピーダンス素子をモールドすることができる（請求項４の発明）。
【発明の効果】
【００１２】
請求項１の発明によれば、パッケージにより適切な位置に永久磁石とＭＩ素子を配置するようにしたので、永久磁石とＭＩ素子の取り付けを厳密に調整する必要がなく、取り付け精度を低コストに実現することができる。
請求項２の発明によれば、ＭＩ素子後段の周辺回路の電子部品を搭載するプリント基板を利用して、結果的に永久磁石とＭＩ素子との位置調整ができるので、調整コストを低減することができる。
請求項３の発明によれば周辺回路を別途設ける必要がなくなり、また、請求項４の発明によれば、モールドによる小形化とさらなるコスト化を期待できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
図１はこの発明の第１の実施の形態を示す構成図である。
ＭＩ素子３は、ガラスやシリコンなどの基板２と、この基板上に配置された磁性膜１とから構成される。ＭＩ素子３はパッケージによってモールドされており、その片側（上方）に永久磁石５が配置されている。この永久磁石５の取り付け方法は、接着かまたはＭＩ素子３のパッケージとともにモールド成形される。
【００１４】
また、図２に示すようにＭＩ素子３は、永久磁石５から所定の距離Ｌだけ離れた位置に配置されているが、これはＭＩ素子上の磁性膜１を磁場がほぼ均一となる領域に位置付けられるようにするためである。こうすることで、永久磁石５とＭＩ素子３との距離に多少の位置バラツキがあっても、図７で説明した動作磁界１２の位置が大きく変化することはないので、ＭＩ素子３と永久磁石５との位置調整が容易となり、電流センサの低コスト化を図ることが可能となる。
【００１５】
図３はこの発明の第２の実施の形態を示す構成図である。
これは、図１のようなＭＩ素子３に、図８に示すような周辺回路をＩＣチップ３８にしたものと一緒にパッケージ３７にしたものである。これにより、周辺回路を別途設ける必要がなくなり、低コスト化を実現できる。
【００１６】
図４はこの発明の第３の実施の形態を示す構成図である。
同図（ａ）は斜視図、（ｂ）は断面図で、４１は磁性膜、４２はプリント基板、４３はＭＩ素子、４５は永久磁石をそれぞれ示す。
図示のように、プリント基板４２の片面にＭＩ素子４３を配置し、このＭＩ素子４３のプリント基板４２裏面位置に永久磁石４５を配置して構成されている。
【００１７】
こうすることで、ＭＩ素子４３の磁性膜４１を、図５に示すように、磁場がほぼ均一な領域に配置することができる。また、永久磁石４５とＭＩ素子４３との距離に多少の位置バラツキがあっても、図７で説明した動作磁界１２の位置が大きく変化することはないので、ＭＩ素子４３と永久磁石４５との位置調整が容易となり、電流センサの低コスト化を図ることが可能となる。このとき、スペーサ等の特別な部品ではなくＭＩ素子４３を配置するための基板がそのまま利用できるので、さらなる低コスト化が可能となる。なお、ＭＩ素子４３には図８のような周辺回路を付加しても良く、この周辺回路をＩＣチップにしたものと一緒にパッケージ可能なのも勿論である。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】この発明の第１の実施の形態を示す構成図
【図２】図１の場合の磁気分布説明図
【図３】この発明の第２の実施の形態を示す構成図
【図４】この発明の第３の実施の形態を示す構成図
【図５】図４の場合の磁気分布説明図
【図６】従来例の説明図
【図７】ＭＩ素子の磁気インピーダンス特性説明図
【図８】電流センサの周辺部の回路図
【図９】図６の周辺回路図
【符号の説明】
【００１９】
１，３１，４１…磁性膜、２，３２，４２…基板、３，３３，４３…磁気インピーダンス（ＭＩ）素子、４…電線、５，３５，４５…永久磁石、６，３６…電流センサ、７，３７…パッケージ、３８…ＩＣチップ。
【図１】
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【図２】
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【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】
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【図８】
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【図９】
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