(57)【要約】【課題】  磁気平衡動作を目的に磁気抵抗素子で構成されたブリッジ回路またはハーフブリッジ回路において、磁気抵抗素子の製造上のバラツキにより発生するオフセット電圧およびオフセット電圧の温度変化の影響を受けることなく、磁界強度および被測定電流を精度良く検出できる装置を提供すること。【解決手段】  バイアス磁界方向による磁気抵抗素子の出力極性と磁気平衡動作の磁界を発生する二次電流線の電流極性を連続的に切り替えることで、磁気抵抗素子の製造上のバラツキにより発生するオフセット電圧と磁気検出出力電圧の分離が可能となり、オフセット電圧およびオフセット電圧の温度変化に影響されない高精度な磁気検出装置および電流検出装置が実現できる。【選択図】図３
2012132889.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
薄膜微細パターンにより形成された磁気抵抗素子で構成されるブリッジ回路またはハーフブリッジ回路の磁電変換素子と、磁電変換素子に対する磁気平衡のために磁界を発生させる二次電流線と、極性を反転しうるバイアス磁界発生のための少なくとも一つ以上の電磁石と、前記磁電変換素子の検出信号を増幅する機能と、電磁石の極性と二次電流線の電流極性をそれぞれ切り替える機能を有した回路部とを備えていることを特徴とする磁気検出装置および電流検出装置
【請求項２】
薄膜微細パターンにより形成された磁気抵抗素子で構成されるブリッジ回路またはハーフブリッジ回路の磁電変換素子と、磁電変換素子に対する磁気平衡のために磁界を発生させる二次電流線と、極性を反転しうるバイアス磁界発生のための少なくとも一つ以上の電磁石と、前記磁電変換素子の検出信号を増幅する機能と、電磁石の極性と二次電流線の電流極性をそれぞれ切り替える機能を有した回路部とが同一平面上の基板に設置され、その反対面にＵ字形成された一次導体が設置されていることを特徴とする電流検出装置
【請求項３】
前記基板は、少なくとも１層の電界シールド層を設けた多層基板であることを特徴とする請求項２に記載の電流検出装置
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  この発明は、磁電変換素子として使用される磁気抵抗素子で構成されるブリッジ回路またはハーフブリッジ回路と、磁電変換素子に対する磁気平衡のためにバイアス磁界を発生させる事を目的とした二次電流線で構成された磁電変換部を備えた磁気検出装置および電流検出装置において、高精度な測定を目的として、ブリッジ回路またはハーフブリッジ回路およびその検出信号を増幅する増幅器の製造上発生するオフセット電圧とオフセット電圧の温度変化の影響とを低減する装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】  磁気検出装置および電流検出装置等は、一般に検出する磁界強度や被測定電流で発生する磁界に対し、比例した電圧または電流を出力する磁電変換部と、その磁電変換部より出力される電圧または電流を増幅する増幅器を備えており、磁界強度および被測定電流を精度良く得るためには、磁電変換素子と増幅器に含まれるオフセット電圧とオフセット電圧の温度変化の影響を抑制する必要がある。【０００３】  従来、磁気抵抗素子で構成されるブリッジ回路またはハーフブリッジ回路の磁電変換素子は出力の対称性を良好にするなどの高精度検出を目的に永久磁石を使ってバイアス磁界を印加していた。【０００４】  また、永久磁石として磁性膜を使ってバイアス磁界を印加するものもある。
（例えば、特許文献１参照）【０００５】
【特許文献１】  特開平０６−１４８３０１
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】  上記特許文献１による、極性が固定のバイアス磁石は、磁気抵抗素子で構成されるブリッジ回路またはハーフブリッジ回路の出力の対称性を良好にする効果は望めるが、磁気抵抗素子のブリッジ回路またはハーフブリッジ回路の製造上の抵抗バラツキで発生するオフセット電圧およびオフセット電圧の温度変化を低減する効果はなく高精度な検出に妨げとなっている。
また、製造上発生した磁気抵抗素子の抵抗バラツキによるオフセット電圧は磁気抵抗素子で構成されるブリッジ回路またはハーフブリッジ回路の抵抗バランスを外部接続される抵抗等で個別に調整しなければならず、製品となる磁気検出装置および電流検出装置等を構成する上でコストアップや生産性が劣るなどの問題点があった。【０００７】  さらに、ブリッジ回路またはハーフブリッジ回路を構成する磁気抵抗素子の製造上発生する抵抗温度係数バラツキは、オフセット電圧の温度変化に対しても製品となる磁気検出装置および電流検出装置等を構成する上で高精度化の妨げとなるなどの問題点があった。【０００８】  この発明は上記のような課題を鑑み、解決するためになされたもので、磁気抵抗素子にバイアス磁界を印加し、尚かつブリッジ回路またはハーフブリッジ回路を構成する磁気抵抗素子の抵抗バラツキにより発生する前記回路のオフセット電圧、およびオフセット電圧の温度変化から生ずる測定誤差を低減し、高精度な磁気検出装置および電流検出装置を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】  この発明に係わる磁気検出装置および電流検出装置は、磁気抵抗素子で構成されるブリッジ回路またはハーフブリッジ回路の磁電変換素子と、磁電変換素子に対する磁気平衡磁界を発生させるための二次電流線と、極性反転しうるバイアス磁界発生のための少なくとも一つ以上の電磁石とを備え、かつその電磁石は前記磁電変換素子の磁界検出方向に対し９０°方向のバイアス磁界を発生するように磁気抵抗素子と同一平面上に設置したものである。【００１０】  また、この発明に係わる磁気検出装置は、磁気抵抗素子で構成されたブリッジ回路またはハーフブリッジ回路の磁電変換素子の磁界検出方向に対し９０°方向にバイアス磁界が印加されるよう配置され、かつ極性反転しうるバイアス磁界発生のための少なくとも一つ以上の電磁石と、前記磁電変換素子に対する磁気平衡磁界を発生させるための二次電流線と、前記電磁石の極性および二次電流線の電流極性を切り替える機能を有したスイッチ回路とを備え、バイアス磁界の方向と二次電流線の電流極性を連続的かつ交互に反転させる機能を有したものである。【００１１】  さらにこの発明に係わる電流検出装置は、対向方向磁界の印加で検出感度が最大となるよう磁気抵抗素子で構成されたブリッジ回路またはハーフブリッジ回路の磁電変換素子と、その磁電変換素子に対向方向磁界を発生するＵ字形状の一次導体と、磁電変換素子の感磁方向に対し９０°方向にバイアス磁界を発生するよう配置された極性反転しうるバイアス磁界発生のための少なくとも一つ以上の電磁石と、前記磁電変換素子に対する磁気平衡磁界を発生させるための二次電流線と、前記電磁石の極性および二次電流線の電流極性を切り替える機能を有したスイッチ回路とを備え、バイアス磁界の方向と二次電流線の電流極性を連続的かつ交互に反転させる機能を有したものである。【００１２】  また、この発明に係わる電流検出装置は、内部に導電性を有するシールド層が設置された基板の同一平面上に前記磁電変換素子と、前記二次電流線と、前記電磁石と、電磁石の極性と二次電流線の電流極性を連続的、かつ交互に反転させるスイッチ回路とを備え、その反対面上にはＵ字形状の前記一次導体が設置されたもので、シールド層が一次導体から発生する電界ノイズを遮断する効果を有したものである。
【発明の効果】
【００１３】  以上のように、この発明によれば、磁気抵抗素子で構成されたブリッジ回路またはハーフブリッジ回路の磁電変換素子とその検出信号を増幅する増幅器のオフセット電圧、並びにオフセット電圧の温度変化は、前記電磁石が発生するバイアス磁界の方向と、前記磁電変換素子に対する磁気平衡磁界を発生させるための二次電流線の電流極性を連続的で、尚かつ交互に反転する機能によってオフセット電圧が正負交互に現れ、オフセット電圧の実効値は打ち消され低減することで磁界または電流を精度良く検出する効果がある。【００１４】  さらに磁電変換素子の検出信号を増幅する増幅器のオフセット電圧、並びにオフセット電圧の温度変化バラツキは、個別の調整を必要とせず装置を構築できるため、製造工程の簡略化ならびに低コスト化の効果がある。【００１５】  また、内部に導電性を有するシールド層を設置した基板に於いて、その片側同一面に、磁気抵抗素子のブリッジ回路またはハーフブリッジ回路で構成される該磁電変換素子と、その検出信号を増幅する増幅器等の電子回路を設置し、その反対面に前記磁電変換素子に対向方向磁界を発生するＵ字形成された一次導体を設置することにより、一次導体から発生する電界ノイズが前記シールド層で低減され、電流を精度良く検出する効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】この発明の実施形態１による磁気検出装置の構成を示す図である。
【図２】この発明の実施形態１および２の磁電変換部の構成を示す図である。
【図３】この発明の実施形態１および２の動作を説明する図である。
【図４】この発明の実施形態２による電流検出装置の構成を示す図である。
【図５】この発明の実施形態２による電流検出装置の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１による磁気検出装置１を示すもので、図２は磁気検出装置１を構成する磁電変換部３を示し、薄膜微細パターン等で形成されたものである。
磁気検出装置１は図２の磁気抵抗素子３ａで構成されるブリッジ回路またはハーフブリッジ回路の磁電変換素子３ｂと、その磁気平衡のために磁界を発生させるための二次電流線３ｃとで構成される磁電変換部３と、極性反転しうる少なくとも一つ以上の電磁石４と、磁気抵抗素子３ａで構成されるブリッジ回路またはハーフブリッジ回路の磁電変換素子３ｂの検出信号を増幅する機能並びに、電磁石４の極性と二次電流線３ｃの電流極性をそれぞれ切り替える機能とを有した回路部５を基板６の同一平面上に設置したものである。
【００１８】  まず、磁気検出装置１の構成について説明する。
図１に示すように、磁気検出装置１は、検出磁界方向３ａ１で最大感度となる図２に示すような磁気抵抗素子３ａで構成されたブリッジ回路またはハーフブリッジ回路の磁電変換素子３ｂおよび磁電変換素子３ｂと絶縁物を挟んで密接し、磁気平衡磁界を発生するための二次電流線３ｃからなる磁電変換部３と、前記磁電変換素子３ｂの検出磁界方向３ａ１と９０°方向のバイアス磁界４ａが発生するように配置された極性反転しうる少なくとも一つ以上電磁石４と、前記磁電変換素子３ｂの検出信号を増幅する増幅器ならびに電磁石４の極性と二次電流線３ｃの電流極性それぞれを連続的、かつ交互に反転するスイッチ機能を有した回路部５が基板６の同一平面上に実装された構成となっている。
また、磁電変換部３は薄膜微細パターン等で形成されることにより、磁電変換素子３ｂを構成する磁気抵抗素子３ａと前記二次電流線３ｃの距離を狭くすることができる。これにより磁電変換素子３ｂの磁気平衡に必要な磁界を得るための二次電流線３ｃの電流が小さくても必要磁界が得られ、集磁を目的とした磁性部品や発生磁界増加のための二次電流線３ｃの複数巻化などが無くとも、十分な磁気平衡動作が可能となり、部品の削減による装置の小型化、低コスト化を図ることができる。
【００１９】  つぎに、図３により実施の形態１の動作について説明する。
磁気抵抗素子３ａで構成されたブリッジ回路またはハーフブリッジ回路の中間点３ｂ１及び３ｂ２の電位差は、製造上発生する磁気抵抗素子３ａの抵抗値および温度係数のバラツキによりオフセット電圧およびオフセット電圧の温度変化が発生する。
磁界検出方向３ａ４または３ａ５の方向に感磁極性を有した磁電変換素子３ｂは、二次電流線３ｃの電流極性３ｃ１もしくは３ｃ２によって磁気平衡関係が成立している。
例えば図３の磁電変換素子３ｂが電磁石４により発生するバイアス磁界方向４ａ１のバイアス磁界を受けて磁界検出方向３ａ４の極性を有したとき、二次電流線３ｃは電流方向３ｃ１とする。次に第１の切り替えスイッチ８によって電磁石４の極性は、電圧源１１を逆接続することでバイアス磁界方向４ａ２に切り替わり、そのバイアス磁界を受けて磁電変換素子３ｂは磁界検出方向３ａ５となる。また、それに略一致するタイミングで第２の切り替えスイッチ９を切り替え、二次電流線３ｃは電流方向３ｃ２とする。このとき増幅器７の入出力接続は変えない状態とすると、増幅器７より出力される測定磁界に比例した電流は、電流−電圧変換器１０によって電圧変換され、その出力電圧は電磁石４の極性切り替えによって切り替えられたバイアス磁界の影響を受けない。すなわち、第１の切り替えスイッチ８によってバイアス磁界方向４ａ１からバイアス磁界方向４ａ２に切り替えられ、磁界検出方向３ａ４は３ａ５に反転するが、第２の切り替えスイッチ９によって二次電流線３ｃの電流方向３ｃ１も３ｃ２に反転し元に戻ることで、出力端子１２の出力電圧に影響はしない。
しかし、磁電変換素子３ｂおよび増幅器７で発生するオフセット電圧は、第１の切り替えスイッチ８によるバイアス磁界方向４ａ１または４ａ２への切り替えの影響は受けず、第２の切り替えスイッチ９による二次電流線の電流方向３ｃ１または３ｃ２への切り替えのみ行われるため、極性が反転して出力される。この動作を連続的、かつ交互に行うことで出力端子１２にはオフセット電圧が正負交互に現れ、出力端子１２の出力電圧実効値はオフセット電圧が低減された値となる。
また、オフセット電圧の温度変化に対しても同様の低減効果があり、装置出力の高精度化が可能となる。
【００２０】実施の形態２．
図４は、この発明の実施の形態２による電流検出装置２を示すもので、図２で示した磁気抵抗素子３ａで構成されるブリッジ回路またはハーフブリッジ回路の磁電変換素子３ｂとその磁気平衡のために磁界を発生させるための二次電流線３ｃとで構成される磁電変換部３と、極性反転しうる少なくとも一つ以上の電磁石４と、磁電変換素子３ｂの検出信号を増幅する機能と電磁石４の極性と二次電流線３ｃの電流極性それぞれの極性を連続的、かつ交互に反転するスイッチ機能を有した回路部５が基板６の同一平面上に設置されている。
また、基板６の反対面上にはＵ字形成された一次導体１３が設置されたものであり、さらには磁気抵抗素子３ａと二次電流線３ｃは、図２のような薄膜微細パターン等で形成されたものである。
【００２１】  この、電流検出装置２の構成について説明する。
図４に示す電流検出装置２の磁電変換部３は図２に示す通り、磁気抵抗素子３ａのブリッジ回路またはハーフブリッジ回路の磁電変換素子３ｂからなり、一方向からの外部磁界の影響を低減するため、対向方向の磁界検出方向３ａ２、３ａ３で検出感度が最大となるように構成され、磁電変換素子３ｂと絶縁物を挟んで密接し、磁気平衡磁界を発生するための二次電流線３ｃで構成され、前記磁気抵抗素子３ａの磁界検出方向３ａ２、３ａ３と９０°方向にバイアス磁界４ａ、４ｂが印加されるように配置された極性反転しうる少なくとも一つ以上の電磁石４と、磁電変換素子３ｂの検出信号を増幅する図３に示す増幅器７と、電磁石４の極性と二次電流線３ｃの電流極性を連続的、かつ交互に反転するスイッチ機能を有した回路部５が基板６の同一平面上に実装され、さらに基板６の反対面上には、磁電変換部３が位置する部分にＵ字形成された一次導体１３を設置したものとなっている。
また、基板６には図５に示す磁電変換部３および回路部５の設置面とＵ字形成された一次導体１３の設置面との間に導電性を有する電界シールド層１４を設置している。
【００２２】  つぎに、図５により実施の形態２の動作について説明する。
対向方向の磁界検出方向３ａ２、３ａ３で検出感度が最大となるように構成された磁電変換部３は、Ｕ字に形成された一次導体１３から発生する対抗方向の検出電流磁界１３ａ１、１３ａ２によって効率よく検出磁界が得られるが、外部からの一方向の磁界１５に対しては、検出感度は差動動作となることで低減される。
また、対向方向の磁界検出感度が最大となる磁電変換部３においても、製造上発生するバラツキによるオフセット電圧およびオフセット電圧の温度変化は、図３により実施の形態１の動作について説明した動作によって低減される。
さらにＵ字に形成された一次導体１３から発生する電界ノイズは、基板６に設置された導電性を有する電界シールド層１４により低減される。
尚、電界シールド層１４の設置の形態としては多層基板の少なくとも１層に設置されグランド接続されたもので、これらの効果を合わせ持つことでさらに装置出力を高精度化できる。
【００２３】  また、基板６に導電性を有する電界シールド層１４を設置することで、シールド板等のノイズ対策部品が不要となり、部品数の削減による装置の小型化、低コスト化となる効果がある。
【符号の説明】
【００２４】１  磁気検出装置
２  電流検出装置
３  磁電変換部
３ａ  磁気抵抗素子
３ｂ  磁電変換素子
３ａ１、３ａ２、３ａ３、３ａ４、３ａ５  磁界検出方向
３ｂ１、３ｂ２  ブリッジ回路の中間点
３ｃ  二次電流線
３ｃ１、３ｃ２  電流極性
４  電磁石
４ａ  バイアス磁界
４ａ１、４ａ２  バイアス磁界方向
５  回路部
６  基板
７  増幅器
８  第１の切り替えスイッチ
９  第２の切り替えスイッチ
１０  電流−電圧変換器
１１  電圧源
１２  出力端子
１３  一次導体
１３ａ１、１３ａ２  検出電流磁界
１４  電界シールド層
１５  外部からの一方向磁界
【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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