(57)【要約】【課題】感度を向上しつつ、被検出電流の値がゼロ付近においても被検出電流を精度良く検出することのできる磁気平衡式電流センサを提供する。【解決手段】センサチップ１２に形成され、バスバー１１に流れる被検出電流Ｉａが形成する被検出磁界Ｈａに応じて出力が変化するように設けられた磁気検出素子２１、相殺磁界Ｈｂを発生する電磁石１４、回路チップ１５に形成され、電磁石１４に相殺電流を供給する供給手段４０とともに、磁気検出素子２１に作用する被検出磁界Ｈａの向きと平行な磁界成分を有し、該磁界成分の向き及び大きさが一定のバイアス磁界Ｈｃを発生するバイアス磁石１３を備える。磁気検出素子２１は、磁性膜を有する磁気抵抗効果素子である。電磁石１４は、相殺磁界Ｈｂにより、被検出磁界Ｈａとバイアス磁界Ｈｃとの合成磁界Ｈｄを相殺する。【選択図】図１
2013047610.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
バスバー（１１）に流れる被検出電流（Ｉａ）が形成する被検出磁界（Ｈａ）に応じて出力が変化するように、前記バスバー（１１）の一面（１１ａ）上に設けられた磁気検出素子（２１，５０）と、
前記バスバー（１１）の一面（１１ａ）上に設けられ、前記磁気検出素子（２１，５０）に作用する被検出磁界（Ｈａ）を相殺するための相殺磁界（Ｈｂ）を発生する電磁石（１４）と、
前記相殺磁界（Ｈｂ）を形成するための相殺電流を前記電磁石（１４）に供給する供給手段（４０）と、を備え、
前記相殺電流に基づいて、前記バスバー（１１）に流れる被検出電流（Ｉａ）を検出する磁気平衡式電流センサであって、
前記磁気検出素子（２１，５０）は、磁性体金属を用いて形成された磁性膜を有する磁気抵抗効果素子であり、
前記バスバー（１１）の一面（１１ａ）上に設けられ、前記磁気検出素子（２１，５０）に作用する被検出磁界（Ｈａ）の向きと平行な磁界成分を有し、該磁界成分の向き及び大きさが一定のバイアス磁界（Ｈｃ）を発生するバイアス磁石（１３）を備え、
前記電磁石（１４）は、前記相殺磁界（Ｈｂ）として、前記被検出磁界（Ｈａ）と前記バイアス磁界（Ｈｃ）との合成磁界（Ｈｄ）を相殺する磁界を生じることを特徴とする磁気平衡式電流センサ。
【請求項２】
前記バイアス磁石（１３）は、前記合成磁界（Ｈｄ）がゼロとならず、且つ、同一極性内で変化するようなバイアス磁界（Ｈｃ）を発生することを特徴とする請求項１に記載の磁気平衡式電流センサ。
【請求項３】
前記被検出電流（Ｉａ）は、同一極性内で変化し、
前記磁気検出素子（２１，５０）に作用するバイアス磁界（Ｈｃ）の磁束密度の絶対値が、前記磁気検出素子（２１，５０）を構成する磁性膜の残留磁束密度の絶対値よりも大きいことを特徴とする請求項２に記載の磁気平衡式電流センサ。
【請求項４】
前記被検出電流（Ｉａ）の極性は、プラスとマイナスに変化し、
前記磁気検出素子（２１，５０）に作用するバイアス磁界（Ｈｃ）の磁束密度の絶対値が、前記磁気検出素子（２１，５０）を構成する磁性膜の残留磁束密度の絶対値と、前記被検出電流（Ｉａ）が取り得る下限値に相当する磁束密度の絶対値との和よりも大きいことを特徴とする請求項２に記載の磁気平衡式電流センサ。
【請求項５】
前記被検出電流（Ｉａ）の極性は、プラスとマイナスに変化し、
前記磁気検出素子（２１，５０）に作用するバイアス磁界（Ｈｃ）の磁束密度の絶対値が、前記磁気検出素子（２１，５０）を構成する磁性膜の残留磁束密度の絶対値よりも大きいことを特徴とする請求項１に記載の磁気平衡式電流センサ。
【請求項６】
前記磁気検出素子は、異方性磁気抵抗効果素子（２１）を有することを特徴とする請求項１〜５いずれか１項に記載の磁気平衡式電流センサ。
【請求項７】
前記磁気検出素子（２１）は、４つの異方性磁気抵抗効果素子（２１ａ〜２１ｄ）を有し、
前記４つの異方性磁気抵抗効果素子（２１ａ〜２１ｄ）のうち、第１異方性磁気抵抗効果素子（２１ａ）を高電位側、第２異方性磁気抵抗効果素子（２１ｂ）を低電位側として第１ハーフブリッジが形成され、第３異方性磁気抵抗効果素子（２１ｃ）を高電位側、第４異方性磁気抵抗効果素子（２１ｄ）を低電位側として第２ハーフブリッジが形成されて、これらハーフブリッジによりフルブリッジ回路が構成され、
前記４つの異方性磁気抵抗効果素子（２１ａ〜２１ｄ）のうち、前記第１異方性磁気抵抗効果素子（２１ａ）及び前記第４異方性磁気抵抗効果素子（２１ｄ）は、該素子（２１，２４）に流れる電流の方向が前記被検出磁界（Ｈａ）と平行となるように設けられ、前記第２異方性磁気抵抗効果素子（２１ｂ）及び前記第３異方性磁気抵抗効果素子（２１ｃ）は、該素子（２２，２３）に流れる電流の方向が前記被検出磁界（Ｈａ）と垂直となるように設けられ、
前記供給手段（４０）は、各ハーフブリッジの中点電位（Ｖ１，Ｖ２）の差分に基づく前記相殺電流を、前記電磁石（１４）に供給することを特徴とする請求項６に記載の磁気平衡式電流センサ。
【請求項８】
前記４つの異方性磁気抵抗効果素子（２１ａ〜２１ｄ）は、同一のチップ（１２）における同一面（１２ａ）上に形成されることを特徴とする請求項７に記載の磁気平衡式電流センサ。
【請求項９】
前記チップ（１２）は、前記異方性磁気抵抗効果素子（２１）の形成された一面（１２ａ）が、前記バスバー（１１）の一面（１１ａ）と平行となるように配置されることを特徴とする請求項８に記載の磁気平衡式電流センサ。
【請求項１０】
前記チップ（１２）は、前記異方性磁気抵抗効果素子（２１）の形成された一面（１２ａ）が、前記バスバー（１１）の一面（１１ａ）と垂直となり、且つ、前記被検出磁界（Ｈａ）と平行となるように配置されることを特徴とする請求項８に記載の磁気平衡式電流センサ。
【請求項１１】
前記磁気検出素子は、非磁性層（５３）を介して、磁化方向が固定された固定層（５２）の一面上に、前記合成磁界（Ｈｄ）に対して磁化方向が変動するフリー層（５４）が配置された、スピンバルブ型の巨大磁気抵抗効果、又は、トンネル磁気抵抗効果を奏する磁気抵抗効果素子（５０）を有することを特徴とする請求項１〜５いずれか１項に記載の磁気平衡式電流センサ。
【請求項１２】
前記磁気検出素子（５０）は、４つの磁気抵抗効果素子（５０ａ〜５０ｄ）を有し、
前記４つの磁気抵抗効果素子（５０ａ〜５０ｄ）のうち、第１磁気抵抗効果素子（５０ａ）を高電位側、第２磁気抵抗効果素子（５０ｂ）を低電位側として第１ハーフブリッジが形成され、第３磁気抵抗効果素子（５０ｃ）を高電位側、第４磁気抵抗効果素子（５０ｄ）を低電位側として第２ハーフブリッジが形成されて、これらハーフブリッジによりフルブリッジ回路が構成され、
前記４つの磁気抵抗効果素子（５０ａ〜５０ｄ）は、各固定層（５２）の磁化方向が前記被検出磁界（Ｈａ）と平行となり、且つ、前記第１磁気抵抗効果素子（５０ａ）及び前記第４磁気抵抗効果素子（５０ｄ）における固定層（５２）の磁化方向と、前記第２磁気抵抗効果素子（５０ｂ）及び前記第３磁気抵抗効果素子（５０ｃ）における固定層（５２）の磁化方向とが逆方向となるように設けられ、
前記供給手段（４０）は、各ハーフブリッジの中点電位（Ｖ１，Ｖ２）の差分に基づく前記相殺電流を、前記電磁石（１４）に供給することを特徴とする請求項１１に記載の磁気平衡式電流センサ。
【請求項１３】
前記バイアス磁石（１３）は筒状をなし、筒状内部に前記磁気検出素子（２１，５０）が配置されていることを特徴とする請求項１〜１２いずれか１項に記載の磁気平衡式電流センサ。
【請求項１４】
前記バイアス磁石（１３）は筒状をなし、筒状内部に前記電磁石（１４）が配置されていることを特徴とする請求項１〜１３いずれか１項に記載の磁気平衡式電流センサ。
【請求項１５】
前記電磁石（１４）はコイル（３０）を有し、
該コイル（３０）内に前記磁気検出素子（２１，５０）が配置されていることを特徴とする請求項１〜１２いずれか１項に記載の磁気平衡式電流センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁気平衡式電流センサに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、磁気平衡式の電流センサとして、特許文献１に示されるものが知られている。この電流センサは、バスバーと、バスバーに流れる電流（以下、被検出電流と示す）によって発生する第１の磁界（以下、被検出磁界と示す）が感磁面に印加されるようにバスバーに固定された磁気検出素子と、該磁気検出素子と近接するようにバスバーに対して固定され、磁気検出素子の感磁面に印加される被検出磁界を相殺する第２の磁界（以下、相殺磁界と示す）を発生するコイル（以下、電磁石と示す）と、を備える。そして、相殺磁界を発生するために電磁石に流れる電流（以下、相殺電流と示す）に基づいて、バスバーに流れる被検出電流を検出するようになっている。
【０００３】
このような磁気平衡式の電流センサは、他の一般的な電流センサ（シャント抵抗方式、カレントトランス方式、磁気比例方式）に較べて、被測定電流を精度良く検出することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−２１５９７０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、磁気平衡式の電流センサを構成する磁気検出素子としては、ホール素子と磁気抵抗効果素子が考えられるが、感度の点を考慮すると、磁気抵抗効果素子のほうが好ましい。また、磁気抵抗効果素子のうち、半導体磁気抵抗効果素子よりも、磁性体金属を用いて形成された磁性膜を有する磁気抵抗効果素子のほうが好ましい。
【０００６】
しかしながら、磁気検出素子として、磁性膜を有する磁気抵抗効果素子を用いると、感度は高いものの、残留磁化による磁気ヒステリシスが問題となる。具体的には、バスバーに被検出電流が流れて磁気検出素子に被検出磁界が作用し、その後、被検出電流がゼロとなることで被検出磁界（外部磁界）がゼロとなっても、磁気検出素子の磁性膜に磁化が残る。この残留磁化による磁気ヒステリシスは、磁気検出素子に作用する外部磁界がゼロから所定の範囲で発生し、外部磁界の大きさがゼロに近いほど大きい。
【０００７】
特許文献１の構成では、被検出電流がゼロとなると、被検出磁界、すなわち磁気検出素子に作用する外部磁界がゼロとなる。しかしながら、上記した磁性膜の残留磁化により、磁界が生じる。このため、残留磁化による磁界を相殺するために、電磁石に相殺電流が流れる。したがって、被検出電流の値がゼロ付近において誤差が生じ、被検出電流と相殺電流との比例関係がずれて、被検出電流の検出精度が低下する。
【０００８】
被検出電流は、測定環境下において、所定期間ゼロの値をとる。このため、外部磁界も所定期間ゼロとなり、相殺電流も所定期間誤差が生じることとなる。このように、相殺電流に所定期間誤差が生じるのは、外部磁界が連続的に変化して瞬間的にゼロの値をとり、これにより相殺電流に瞬間的な誤差が生じる場合に較べて、被検出電流の検出精度上、好ましいものではない。
【０００９】
本発明は上記問題点に鑑み、感度を向上しつつ、被検出電流の値がゼロ付近において被検出電流を精度良く検出することのできる磁気平衡式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】
【００１０】
上記目的を達成するために請求項１に記載の磁気平衡式電流センサは、
バスバー（１１）に流れる被検出電流（Ｉａ）が形成する被検出磁界（Ｈａ）に応じて出力が変化するように、バスバー（１１）の一面（１１ａ）上に設けられた磁気検出素子（２１，５０）と、
バスバー（１１）の一面（１１ａ）上に設けられ、磁気検出素子（２１，５０）に作用する被検出磁界（Ｈａ）を相殺するための相殺磁界（Ｈｂ）を発生する電磁石（１４）と、
相殺磁界（Ｈｂ）を形成するための相殺電流を電磁石（１４）に供給する供給手段（４０）と、を備え、
相殺電流に基づいて、バスバー（１１）に流れる被検出電流（Ｉａ）を検出するものである。
【００１１】
そして、磁気検出素子（２１，５０）は、磁性体金属を用いて形成された磁性膜を有する磁気抵抗効果素子であり、
バスバー（１１）の一面（１１ａ）上に設けられ、磁気検出素子（２１，５０）に作用する被検出磁界（Ｈａ）の向きと平行な磁界成分を有し、該磁界成分の向き及び大きさが一定のバイアス磁界（Ｈｃ）を発生するバイアス磁石（１３）を備え、
電磁石（１４）は、相殺磁界（Ｈｂ）として、被検出磁界（Ｈａ）とバイアス磁界（Ｈｃ）との合成磁界（Ｈｄ）を相殺する磁界を生じることを特徴とする。
【００１２】
本発明では、磁気検出素子（２１，５０）として、磁性膜を有する磁気抵抗効果素子を用いる。このため、ホール素子や半導体磁気抵抗効果素子を用いる構成に較べて、センサの感度を向上することができる。
【００１３】
また、電磁石（１４）とは別にバイアス磁石（１３）を備え、このバイアス磁石（１３）は、被検出磁界（Ｈａ）の向きと平行な磁界成分を有するバイアス磁界（Ｈｃ）を発生する。したがって、被検出電流（Ｉａ）の値がゼロとなり、これにともなって被検出磁界（Ｈａ）がゼロとなっても、磁気検出素子（２１，５０）に作用する外部磁界としての合成磁界（Ｈｄ）はゼロにならない。
【００１４】
このように、被検出電流（Ｉａ）の値がゼロのときに、合成磁界（Ｈｄ）としてバイアス磁界（Ｈｃ）が磁気検出素子（２１，５０）に作用するため、感度を向上しつつ、被検出電流（Ｉａ）の値がゼロ付近において、被検出電流（Ｉａ）を精度良く検出することができる。したがって、被検出電流（Ｉａ）がゼロでない値をとった後に、所定期間ゼロの値をとっても、被検出電流（Ｉａ）を精度良く検出することができる。
【００１５】
上記発明では、バイアス磁界（Ｈｃ）の分、被検出電流（Ｉａ）の値がゼロのときの合成磁界（Ｈｄ）をゼロからオフセットさせるため、オフセット方向によっては、被検出電流（Ｉａ）がゼロでない値のときに、合成磁界（Ｈｄ）がゼロとなることも考えられる。
【００１６】
そこで、請求項２に記載のように、
バイアス磁石（１３）は、合成磁界（Ｈｄ）がゼロとならず、且つ、同一極性内で変化するようなバイアス磁界（Ｈｃ）を発生することが好ましい。
【００１７】
これによれば、被検出電流（Ｉａ）の測定範囲において、合成磁界（Ｈｄ）がゼロとならない。したがって、被検出電流（Ｉａ）の値によらず、被検出電流（Ｉａ）を精度良く検出することができる。
【００１８】
被検出電流（Ｉａ）が同一極性内で変化する場合には、請求項３に記載のように、
磁気検出素子（２１，５０）に作用するバイアス磁界（Ｈｃ）の磁束密度の絶対値が、磁気検出素子（２１，５０）を構成する磁性膜の残留磁束密度の絶対値よりも大きい構成とすると良い。
【００１９】
上記したように、残留磁化による磁気ヒステリシスは、磁気検出素子（２１，５０）に作用する外部磁界が０から所定の範囲で発生し、外部磁界の大きさがゼロに近いほど大きくなる。これに対し、本発明では、上記構成とすることで、外部磁界である合成磁界（Ｈｄ）の変化範囲が、被検出電流（Ｉａ）によらず、残留磁化によるヒステリシスが生じない領域となる。したがって、被検出電流（Ｉａ）をより精度良く検出することができる。また、バイアス磁石（１３）によるオフセット量が、後述する請求項４よりも小さくてすむので、磁力の弱い安価なバイアス磁石（１３）を採用することができる。
【００２０】
また、被検出電流（Ｉａ）の極性が、プラスとマイナスに変化する場合には、請求項４に記載のように、
磁気検出素子（２１，５０）に作用するバイアス磁界（Ｈｃ）の磁束密度の絶対値が、磁気検出素子（２１，５０）を構成する磁性膜の残留磁束密度の絶対値と、被検出電流（Ｉａ）が取り得る下限値に相当する磁束密度の絶対値との和よりも大きい構成とすると良い。
【００２１】
これによれば、請求項３同様、外部磁界である合成磁界（Ｈｄ）の変化範囲が、被検出電流（Ｉａ）によらず、残留磁化によるヒステリシスが生じない領域となる。したがって、被検出電流（Ｉａ）をより精度良く検出することができる。
【００２２】
一方、被検出電流（Ｉａ）の極性が、プラスとマイナスに変化する場合には、請求項５に記載のように、
磁気検出素子（２１，５０）に作用するバイアス磁界（Ｈｃ）の磁束密度の絶対値が、磁気検出素子（２１，５０）を構成する磁性膜の残留磁束密度の絶対値よりも大きい構成としても良い。
【００２３】
これによれば、被検出電流（Ｉａ）が所定期間ゼロの値をとったとしても、残留磁化によるヒステリシスが生じないように、バイアス磁界（Ｈｃ）によって、外部磁界である合成磁界（Ｈｄ）がオフセットされるため、被検出電流（Ｉａ）を精度良く検出することができる。なお、被検出電流（Ｉａ）の値がゼロのときの合成磁界（Ｈｄ）をゼロからオフセットするため、被検出電流（Ｉａ）がゼロでない所定の値のときに、合成磁界（Ｈｄ）がゼロとなることも有り得る。しかしながら、被検出電流（Ｉａ）は、ゼロ以外の値において連続的に変化しており、合成磁界（Ｈｄ）がゼロとなっても瞬間的である。すなわち、被検出電流（Ｉａ）の値がゼロの所定期間に較べて、合成磁界（Ｈｄ）がゼロとなる期間のほうが短い。このため、残留磁化による相殺電流の誤差を、従来に較べて抑制することができる。
【００２４】
請求項６に記載のように、磁気検出素子が、異方性磁気抵抗効果素子（２１）を有する構成を採用することができる。
【００２５】
なかでも、請求項７に記載のように、
磁気検出素子（２１）は、４つの異方性磁気抵抗効果素子（２１ａ〜２１ｄ）を有し、
４つの異方性磁気抵抗効果素子（２１ａ〜２１ｄ）のうち、第１異方性磁気抵抗効果素子（２１ａ）を高電位側、第２異方性磁気抵抗効果素子（２１ｂ）を低電位側として第１ハーフブリッジが形成され、第３異方性磁気抵抗効果素子（２１ｃ）を高電位側、第４異方性磁気抵抗効果素子（２１ｄ）を低電位側として第２ハーフブリッジが形成されて、これらハーフブリッジによりフルブリッジ回路が構成され、
４つの異方性磁気抵抗効果素子（２１ａ〜２１ｄ）のうち、第１異方性磁気抵抗効果素子（２１ａ）及び第４異方性磁気抵抗効果素子（２１ｄ）は、該素子（２１，２１ｄ）に流れる電流の方向が被検出磁界（Ｈａ）と平行となるように設けられ、第２異方性磁気抵抗効果素子（２１ｂ）及び第３異方性磁気抵抗効果素子（２１ｃ）は、該素子（２１ｂ、２１ｃ）に流れる電流の方向が被検出磁界（Ｈａ）と垂直となるように設けられ、
供給手段（４０）は、各ハーフブリッジの中点電位（Ｖ１，Ｖ２）の差分に基づく相殺電流を、電磁石（１４）に供給する構成を採用することが好ましい。
【００２６】
これによれば、合成磁界（Ｈｄ）の作用により、第１ハーフブリッジと第２ハーフブリッジの各中点電位（Ｖ１，Ｖ２）は、逆に振れるため、各ハーフブリッジの中点電位（Ｖ１，Ｖ２）の差分、すなわち磁気検出素子（２１）の出力の変化量を大きくすることができる。これにより、磁気検出素子（２１）の出力の変化量が小さい構成に較べて、相殺電流の精度、すなわち被検出電流（Ｉａ）の検出精度を向上することができる。
【００２７】
請求項８に記載のように、４つの異方性磁気抵抗効果素子（２１ａ〜２１ｄ）は、同一のチップ（１２）における同一面（１２ａ）上に形成されると良い。これによれば、４つの異方性磁気抵抗効果素子（２１ａ〜２１ｄ）が受ける温度の影響が互いにほぼ等しくなるため、温特の影響をキャンセルすることができる。また、同一チップ（１２）に作りこむため、各異方性磁気抵抗効果素子（２１ａ〜２１ｄ）の製造ばらつきを抑制することができる。また、小型化することもできる。
【００２８】
チップ（１２）は、請求項９に記載のように、異方性磁気抵抗効果素子（２１）の形成された一面（１２ａ）が、バスバー（１１）の一面（１１ａ）と平行となるように配置されても良い。また、請求項１０に記載のように、異方性磁気抵抗効果素子（２１）の形成された一面（１２ａ）が、バスバー（１１）の一面（１１ａ）と垂直となり、且つ、被検出磁界（Ｈａ）と平行となるように配置されても良い。いずれの配置としても、第１異方性磁気抵抗効果素子（２１ａ）及び第４異方性磁気抵抗効果素子（２１ｄ）を、該素子（２１ａ，２１ｄ）に流れる電流の方向が被検出磁界（Ｈａ）と平行となるように設け、第２異方性磁気抵抗効果素子（２１ｂ）及び第３異方性磁気抵抗効果素子（２１ｃ）を、該素子（２１ｂ，２１ｃ）に流れる電流の方向が被検出磁界（Ｈａ）と垂直となるように設けることができる。
【００２９】
また、請求項１１に記載のように、
磁気検出素子は、非磁性層（５３）を介して、磁化方向が固定された固定層（５２）の一面上に、合成磁界（Ｈｄ）に対して磁化方向が変動するフリー層（５４）が配置された、スピンバルブ型の巨大磁気抵抗効果、又は、トンネル磁気抵抗効果を奏する磁気抵抗効果素子（５０）を有する構成を採用することもできる。なお、巨大磁気抵抗効果を奏する磁気抵抗効果素子（５０）の場合、非磁性層（５３）は導電性を有し、トンネル磁気抵抗効果を奏する磁気抵抗効果素子（５０）の場合、非磁性層（５３）は、電気絶縁性を有する。
【００３０】
この場合も、請求項１２に記載のように、
磁気検出素子（５０）は、４つの磁気抵抗効果素子（５０ａ〜５０ｄ）を有し、
４つの磁気抵抗効果素子（５０ａ〜５０ｄ）のうち、第１磁気抵抗効果素子（５０ａ）を高電位側、第２磁気抵抗効果素子（５０ｂ）を低電位側として第１ハーフブリッジが形成され、第３磁気抵抗効果素子（５０ｃ）を高電位側、第４磁気抵抗効果素子（５０ｄ）を低電位側として第２ハーフブリッジが形成されて、これらハーフブリッジによりフルブリッジ回路が構成され、
４つの磁気抵抗効果素子（５０ａ〜５０ｄ）は、各固定層（５２）の磁化方向が被検出磁界（Ｈａ）と平行となり、且つ、第１磁気抵抗効果素子（５０ａ）及び第４磁気抵抗効果素子（５０ｄ）における固定層（５２）の磁化方向と、第２磁気抵抗効果素子（５０ｂ）及び第３磁気抵抗効果素子（５０ｃ）における固定層（５２）の磁化方向とが逆方向となるように設けられ、
供給手段（４０）は、各ハーフブリッジの中点電位（Ｖ１，Ｖ２）の差分に基づく相殺電流を、電磁石（１４）に供給する構成を採用することが好ましい。
【００３１】
その作用効果は、請求項７に記載の発明の作用効果と同じであるので、その記載を省略する。
【００３２】
請求項１３に記載のように、バイアス磁石（１３）は筒状をなし、筒状内部に磁気検出素子（２１，５０）が配置された構成としても良い。また、請求項１４に記載のように、バイアス磁石（１３）は筒状をなし、筒状内部に電磁石（１４）が配置された構成としても良い。さらには、請求項１５に記載のように、電磁石（１４）はコイル（３０）を有し、該コイル（３０）内に磁気検出素子（２１，５０）が配置された構成としても良い。いずれにおいても、センサの体格を小型化することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】第１実施形態に係る磁気平衡式電流センサの概略構成を示す斜視図である。ケース内に位置するセンサチップなどを図示するため、便宜上、ケースを透過させて図示している。
【図２】図１のＩＩ−ＩＩ線に沿う断面図である。便宜上、ケースの図示を省略している。
【図３】センサチップに形成された磁気検出素子の概略構成を示す斜視図である。
【図４】磁気検出素子による外部磁界検出回路の概略構成を示す図である。
【図５】（ａ）は、第１実施形態に係る磁気検出素子において、磁界強度と抵抗値変化率との関係を示す図、（ｂ）は、残留磁化による磁気ヒステリシスを示す図である。
【図６】電流出力を得るための磁気平衡式電流センサの回路図である。
【図７】比較例として示す、従来の磁気平衡式電流センサにおける被検出電流、外部磁界としての被検出磁界、相殺磁界、相殺電流の関係を示す図である。（ａ）は、被検出電流（実線）及び相殺電流（破線）の電流値の経時変化を示しており、（ｂ）は、被検出磁界（実線）と相殺磁界（破線）の磁界強度の経時変化を示している。
【図８】第１実施形態に係る磁気平衡式電流センサにおいて、被検出電流、外部磁界としての合成磁界、相殺磁界、相殺電流の関係を示す図である。（ａ）は、被検出電流（実線）及び相殺電流（破線）の電流値の経時変化を示しており、（ｂ）は、合成磁界（実線）と相殺磁界（破線）の磁界強度の経時変化を示している。
【図９】電圧出力を得るための磁気平衡式電流センサの回路図である。
【図１０】（ａ）〜（ｃ）は、外部磁界検出回路の変形例を示す図である。
【図１１】第２実施形態に係る磁気平衡式電流センサの概略構成を示す断面図であり、図２に対応している。
【図１２】被検出電流がプラスとマイナスの値をとる場合の、従来の磁気平衡式電流センサにおける被検出電流、外部磁界としての被検出磁界、相殺磁界、相殺電流の関係を示す図である。（ａ）は、被検出電流（実線）及び相殺電流（破線）の電流値の経時変化を示しており、（ｂ）は、被検出磁界（実線）と相殺磁界（破線）の磁界強度の経時変化を示している。
【図１３】第３実施形態に係る磁気平衡式電流センサにおいて、被検出電流、外部磁界としての合成磁界、相殺磁界、相殺電流の関係を示す図である。（ａ）は、被検出電流（実線）及び相殺電流（破線）の電流値の経時変化を示しており、（ｂ）は、合成磁界（実線）と相殺磁界（破線）の磁界強度の経時変化を示している。
【図１４】第４実施形態に係る磁気平衡式電流センサにおいて、被検出電流、外部磁界としての合成磁界、相殺磁界、相殺電流の関係を示す図である。（ａ）は、被検出電流（実線）及び相殺電流（破線）の電流値の経時変化を示しており、（ｂ）は、合成磁界（実線）と相殺磁界（破線）の磁界強度の経時変化を示している。
【図１５】第５実施形態に係る磁気平衡式電流センサのうち、磁気検出素子周辺を拡大した断面図であり、図２に対応している。
【図１６】第５実施形態に係る磁気検出素子において、磁界強度と抵抗値変化率との関係を示す図である。
【図１７】磁気検出素子による外部磁界検出回路の概略構成を示す図である。
【図１８】（ａ），（ｂ）は、磁気平衡式電流センサの、その他変形例を示す断面図である。
【図１９】（ａ），（ｂ），（ｃ）は、磁気平衡式電流センサの、その他変形例を示す断面図である。
【図２０】（ａ），（ｂ）は、磁気平衡式電流センサの、その他変形例を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３４】
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。なお、以下に示す各実施形態において、共通乃至関連する要素には同一の符号を付与するものとする。また、バスバー１１の一面１１ａに沿い、且つ、被検出電流Ｉａに沿う方向をｘ方向、上記一面１１ａに沿い、且つ、ｘ方向に垂直な方向をｙ方向、ｘ方向及びｙ方向の両方向に垂直な方向をｚ方向と示す。以下の実施形態では、バスバー１１の長手方向がｘ方向、バスバー１１の幅方向がｙ方向、バスバー１１の厚み方向がｚ方向となっている。
【００３５】
（第１実施形態）
図１に示すように、本実施形態に係る磁気平衡式電流センサ１０（以下、単に電流センサ１０と示す）は、バスバー１１と、磁気検出素子が形成されたセンサチップ１２と、バイアス磁石１３と、フィードバック用の電磁石１４と、制御回路などが形成された回路チップ１５とを備えている。本実施形態では、バイアス磁石１３を備える点を主たる特徴とする。
【００３６】
センサチップ１２、バイアス磁石１３、電磁石１４、及び回路チップ１５は、合成樹脂などの電気絶縁材料からなるベース１６を介して、バスバー１１の一面１１ａに固定されている。本実施形態では、ＰＰＳからなる平板状のベース１６が、バスバー１１の一面１１ａに接着固定されている。そして、ベース１６における接着面と反対の面に、センサチップ１２、バイアス磁石１３、電磁石１４、及び回路チップ１５が、例えば接着固定されている。また、合成樹脂などの電気絶縁材料からなるケース１７が、ベース１６に組み付けられており、ベース１６及びケース１７により、センサチップ１２、バイアス磁石１３、電磁石１４、及び回路チップ１５が保護されている。
【００３７】
バスバー１１は、銅などの導電性に優れた金属材料を用いて形成されており、取り付け対象に取り付けられた状態で、被検出電流Ｉａの経路をなす部材である。本実施形態では、バスバー１１が平板状に形成されており、バスバー１１のｘｙ面に沿う平面形状が、ｘ方向に長い長方形となっている。バスバー１１の長手方向両端付近には、図示しない取り付け穴がそれぞれ形成されており、バスバー１１は、取り付け穴を介して取り付け対象に取り付けられた状態で、被検出電流Ｉａの経路をなす。このように、バスバー１１の長手方向、すなわちｘ方向に沿って被検出電流Ｉａが流れるようになっている。本実施形態では、ｘ方向のうち、図２に示すように、紙面奥から手前の方向にのみ、被検出電流Ｉａが流れる。このため、図２において、被検出磁界Ｈａは、バスバー１１周りを反時計方向に一周するように発生し、これによりセンサチップ１２の一面１２ａ、すなわち磁気検出素子には、紙面右から左に向かう被検出磁界Ｈａが印加される。
【００３８】
センサチップ１２は、バスバー１１に流れる被検出電流Ｉａを検出するための磁気検出素子を有する。本実施形態では、磁気検出素子として、異方性磁気抵抗効果素子２１（以下、ＡＭＲ素子２１と示す）を有している。また、ＡＭＲ素子２１として、図３に示すように、同一の基板２０の一面１２ａ（以下、センサチップ１２の一面１２ａと示す）上の同一面に形成された４つのＡＭＲ素子２１ａ〜２１ｄを有している。
【００３９】
本実施形態では、ＡＭＲ素子２１ａ〜２１ｄの形成された一面１２ａが、バスバー１１の一面１１ａと平行となるように、センサチップ１２がバスバー１１の一面１１ａ上に平置きされている。詳しくは、センサチップ１２における一面１２ａと反対の面が、ベース１６と対向するように、センサチップ１２がバスバー１１の一面１１ａ上に配置されている。これにより、図２に示すように、被検出電流Ｉａが形成する被検出磁界Ｈａは、センサチップ１２の一面１２ａに対して略平行に作用するようになっている。なお、センサチップ１２の一面１２ａに対して、被検出磁界Ｈａを略平行に作用させるには、図１及び図２に示すように、バスバー１１の幅方向略中央にセンサチップ１２を配置するのが好ましい。
【００４０】
本実施形態では、被検出磁界Ｈａだけでなく、後述する相殺磁界Ｈｂ及びバイアス磁界Ｈｃも、センサチップ１２の一面１２ａに沿って作用するように、電気絶縁性の材料からなるスペーサ（図中符号省略）により、センサチップ１２の、バスバー１１の一面１１ａに対するｚ方向の位置が調整されている。
【００４１】
上記ＡＭＲ素子２１ａ〜２１ｄは、Ｎｉ−Ｃｏ系やＮｉ−Ｆｅ系の強磁性材料を、スパッタリングや蒸着法にて基板２０上に堆積し、パターニングすることで形成されている。図３では、各ＡＭＲ素子２１ａ〜２１ｄの平面形状が、電流の流れる方向を長手方向とする矩形状となっているが、ミアンダ形状としてもよい。これらＡＭＲ素子２１ａ〜２１ｄは、構成材料、形状、大きさ、膜厚が、互いにほぼ同じとなっており、磁界が全く作用しない状態で、各抵抗値が略等しくなっている。
【００４２】
また、４つのＡＭＲ素子２１ａ〜２１ｄのうち、第１ＡＭＲ素子２１ａと第２ＡＭＲ素子２１ｂが直列に接続されて、第１ハーフブリッジが形成されている。この第１ハーフブリッジでは、第１ＡＭＲ素子２１ａが電源パッド２２ａ側、第２ＡＭＲ素子２１ｂがグランドパッド２２ｂ側となっている。一方、第３ＡＭＲ素子２１ｃと第４ＡＭＲ素子２１ｄが直列に接続されて、第２ハーフブリッジが形成されている。この第２ハーフブリッジでは、第３ＡＭＲ素子２１ｃが電源パッド２２ａ側、第４ＡＭＲ素子２１ｄがグランドパッド２２ｂ側となっている。そして、これら２つのハーフブリッジにより、フルブリッジ構成の外部磁界検出回路が構成されている。
【００４３】
なお、図３に示す符号２２ｃは、第１ＡＭＲ素子２１ａと第２ＡＭＲ素子２１ｂとの接続点に接続された出力パッドであり、符号２２ｄは、第３ＡＭＲ素子２１ｃと第４ＡＭＲ素子２１ｄとの接続点に接続された出力パッドである。図４に示すように、電源パッド２２ａとグランドパッド２２ｄとの間に所定電圧Ｖｃｃが印加された状態で、出力パッド２２ｃから、ＡＭＲ素子２１ａ，２１ｂの中点電位Ｖ１が取り出され、出力パッド２２ｄから、ＡＭＲ素子２１ｃ，２１ｄの中点電位Ｖ２が取り出される。本実施形態では、図１に示すように、各パッド２２ａ〜２２ｄにボンディングワイヤ１８が接続され、該ボンディングワイヤ１８を介して、センサチップ１２と回路チップ１５とが、電気的に接続されている。
【００４４】
第１ＡＭＲ素子２１ａ及び第４ＡＭＲ素子２１ｄは、その長手方向が互いに略平行となるように形成されている。すなわち、ＡＭＲ素子２１ａ，２１ｄに流れる電流の方向（図４中の破線矢印の方向）が、互いに略平行となるように形成されている。第２ＡＭＲ素子２１ｂ及び第３ＡＭＲ素子２１ｃも、その長手方向が互いに略平行となるように形成されている。すなわち、ＡＭＲ素子２１ｂ，２１ｃに流れる電流の方向（図４中の破線矢印の方向）が、互いに略平行となるように形成されている。さらに、第１ＡＭＲ素子２１ａ及び第４ＡＭＲ素子２１ｄに流れる電流の方向と、第２ＡＭＲ素子２１ｂ及び第３ＡＭＲ素子２１ｃに流れる電流の方向が、互いに略垂直となるように形成されている。
【００４５】
センサチップ１２は、図４に示すように、第１ＡＭＲ素子２１ａ及び第４ＡＭＲ素子２１ｄに流れる電流の方向が、ＡＭＲ素子２１ａ，２１ｄに作用する被検出磁界Ｈａの向きと略平行となるように、バスバー１１に対して配置される。換言すれば、第２ＡＭＲ素子２１ｂ及び第３ＡＭＲ素子２１ｃに流れる電流の方向が、ＡＭＲ素子２１ｂ，２１ｃに作用する被検出磁界Ｈａの向きと略垂直となるように、バスバー１１に対して配置される。具体的には、第１ＡＭＲ素子２１ａ及び第４ＡＭＲ素子２１ｄに流れる電流の方向が、ｙ方向と略平行となり、第２ＡＭＲ素子２１ｂ及び第３ＡＭＲ素子２１ｃに流れる電流の方向が、ｚ方向と略平行となるように、センサチップ１２がバスバー１１上に配置される。
【００４６】
なお、後述する合成磁界Ｈｄは、被検出磁界Ｈａと、バイアス磁界Ｈｃにおける被検出磁界Ｈａと平行な成分との合成磁界である。したがって、第１ＡＭＲ素子２１ａ及び第４ＡＭＲ素子２１ｄに流れる電流の方向が、合成磁界Ｈｄの向きと略平行となり、第２ＡＭＲ素子２１ｂ及び第３ＡＭＲ素子２１ｃに流れる電流の方向が、合成磁界Ｈｄの向きと略垂直となるように、センサチップ１２がバスバー１１に対して配置されるとも言える。
【００４７】
ここで、センサチップ１２の一面１２ａに対して、合成磁界Ｈｄが平行に作用する場合、ＡＭＲ素子２１に流れる電流の方向に対して合成磁界Ｈｄがなす角度と、ＡＭＲ素子２１の抵抗値との関係は、周知のようにサインカーブ状の特性を示す。そして、電流の方向と合成磁界Ｈｄとのなす角度が０度（１８０度）のとき、抵抗値は最大となり、なす角度が９０度（２７０度）のとき、抵抗値は最小となる。また、角度θが３０度（１５０度）付近で、抵抗値がゼロとなる。また、抵抗値変化率は、自身に流れる電流の向きと合成磁界Ｈｄの向きが平行の場合、図５（ａ）に示す実線のようになる。一方、自身に流れる電流の向きと合成磁界Ｈｄの向きが垂直の場合、図５（ａ）に示す破線のようになる。
【００４８】
本実施形態における第１ＡＭＲ素子２１ａ及び第４ＡＭＲ素子２１ｄは、図５（ａ）に実線で示すように、作用する合成磁界Ｈｄの強さ（磁界強度）に応じて抵抗値変化率が正の値の範囲（ゼロを含む）で変化する。特に、ゼロから所定の磁界強度（絶対値約２０ｍＴ）までは、その絶対値が、磁界強度の絶対値に比例して大きくなる。一方、第２ＡＭＲ素子２１ｂ及び第３ＡＭＲ素子２１ｃは、図５（ａ）に破線で示すように、作用する合成磁界Ｈｄの強さ（磁界強度）に応じて抵抗値変化率が負の値の範囲（ゼロを含む）で変化する。特に、ゼロから所定の磁界強度（絶対値約２０ｍＴ）までは、その絶対値が、磁界強度の絶対値に比例して大きくなる。なお、抵抗値変化率とは、合成磁界Ｈｄがゼロのときの抵抗値を基準とする抵抗値の変化率である。
【００４９】
このため、図４では、第１ＡＭＲ素子２１ａ及び第４ＡＭＲ素子２１ｄに、右上がりの矢印を付与している。一方、第２ＡＭＲ素子２１ｂ及び第３ＡＭＲ素子２１ｃに、右下がりの矢印を付与している。
【００５０】
バイアス磁石１３は、ＡＭＲ素子２１に作用する被検出磁界Ｈａの向きと平行な磁界成分を有し、向き及び大きさが一定のバイアス磁界Ｈｃを、被検出電流Ｉａの測定中において常時発生するものである。換言すれば、ＡＭＲ素子２１に作用する外部磁界を、被検出磁界Ｈａのみの場合に比べてオフセットさせるためのものである。本実施形態では、外部磁界（合成磁界Ｈｄ）がゼロとならないように、バイアス磁石１３を設定している。また、バイアス磁界Ｈｃの、ＡＭＲ素子２１に作用するｙ方向の磁界成分の磁束密度の絶対値が、ＡＭＲ素子２１を構成する磁性膜の残留磁束密度の絶対値よりも大きくなるように、バイアス磁石１３を設定している。
【００５１】
このようなバイアス磁石１３としては、永久磁石及び電磁石のいずれも採用することができる。本実施形態では、バイアス磁石１３として柱状の永久磁石を採用しており、磁極をなす両端面に対して垂直な側面の１つが、ベース１６に接着固定されている。また、バイアス磁石１３は、センサチップ１２の側面と対向する端面がＮ極、他方の端面がＳ極に着磁されている。また、ｚ軸方向において、バイアス磁石１３の端面（Ｎ極）の中心と、センサチップ１２におけるＡＭＲ素子２１の形成位置と略一致している。すなわち、図２に示すように、センサチップ１２の一面１２ａ上において、被検出磁界Ｈａ同様、紙面右から左に向かうバイアス磁界Ｈｃが、ＡＭＲ素子２１に印加される。このように、センサチップ１２（ＡＭＲ素子２１）には、外部磁界として、被検出磁界Ｈａと、バイアス磁界Ｈｃのうち、被検出磁界Ｈａと平行な磁界成分との合成磁界Ｈｄが作用する。
【００５２】
電磁石１４は、通電により、ＡＭＲ素子２１に作用する外部磁界を打ち消すための相殺磁界Ｈｂを発生するものであり、コイル３０を少なくとも有する。本実施形態では、外部磁界としての合成磁界Ｈｄを打ち消すための相殺磁界Ｈｂを発生する。
【００５３】
本実施形態では、コイル３０が、導線を巻き回してなる。また、電磁石１４が、コイル３０だけでなく、コイル３０が巻回された軟磁性のコア３１を有する。そして、コイル３０の軸方向が、バスバー１１の長手方向と略垂直、且つ、幅方向と略平行となるように、電磁石１４がバスバー１１に対して配置されている。すなわち、コイル３０の軸方向及びコア３１の延伸方向は、ｙ方向に略平行となっており、センサチップ１２の一面１２ａとも略平行となっている。また、ｚ方向及びｘ方向において、コイル３０の軸心が、バイアス磁石１３の端面（Ｎ極）の中心と略一致するとともに、ｚ方向において、センサチップ１２におけるＡＭＲ素子２１の形成位置と略一致している。すなわち、センサチップ１２は、バイアス磁石１３のＮ極側の端面と電磁石１４との対向領域内に位置している。
【００５４】
そして、図２に示すように、センサチップ１２の一面１２ａ、すなわちＡＭＲ素子２１に作用する合成磁界Ｈｄを相殺するように、合成磁界Ｈｄの向きと逆向き（紙面左から右向き）の相殺磁界Ｈｂが、センサチップ１２の一面１２ａ、すなわちＡＭＲ素子２１に印加される。この相殺磁界Ｈｂにより、ＡＭＲ素子２１に印加される磁界はゼロとなる。
【００５５】
このような電磁石１４において、コイル３０は、回路チップ１５と電気的に接続されている。すなわち、相殺磁界Ｈｂを生成するための相殺電流が、回路チップ１５から電磁石１４（コイル３０）に供給される。
【００５６】
回路チップ１５は、相殺磁界Ｈｂを生成するための相殺電流を供給する回路などを有している。本実施形態では、図６に示す、相殺電流を供給する供給手段としてのオペアンプ４０と、外部磁界検出回路に定電流を供給するための定電流源４１を有している。また、回路チップ１５は、図１に示すように、外部接続端子としてのリード１９と接続されており、電流センサ１０はリード１９を介して外部機器と電気的に接続されるようになっている。
【００５７】
ここで、電流センサ１０の回路構成について説明する。本実施形態では、図６に示すように、被検出電流Ｉａに比例する相殺電流を、電流値として検出する構成となっている。
【００５８】
図６に示すように、電源パッド２２ａとグランドパッド２２ｂとの間、すなわち、４つのＡＭＲ素子２１ａ〜２１ｄをフルブリッジ接続してなる外部磁界検出回路には、定電流源４１により、一定の電流が供給される。そして、各ＡＭＲ素子２１ａ〜２１ｄに電流が供給された状態で、出力パッド２２ｃから、第１ＡＭＲ素子２１ａ及び第２ＡＭＲ素子２１ｂの中点電位Ｖ１が取り出される、この中点電位Ｖ１は、電源パッド２２ａとグランドパッド２２ｂとの間の電源電圧をＶｃｃ、第１ＡＭＲ素子２１ａの抵抗値をＲ１、第２ＡＭＲ素子２１ｂの抵抗値をＲ２とすると、次式で示される。
【００５９】
（数１）Ｖ１＝Ｖｃｃ×Ｒ２／（Ｒ１＋Ｒ２）
同様に、出力パッド２２ｄから、第３ＡＭＲ素子２１ｃ及び第４ＡＭＲ素子２１ｄの中点電位Ｖ２が取り出される、この中点電位Ｖ２は、第３ＡＭＲ素子２１ｃの抵抗値をＲ３、第４ＡＭＲ素子２１ｄの抵抗値をＲ４とすると、次式で示される。
【００６０】
（数２）Ｖ２＝Ｖｃｃ×Ｒ４／（Ｒ３＋Ｒ４）
オペアンプ４０の反転入力端子（−）には、出力パッド２２ｃが接続され、非反転入力端子（＋）には、出力パッド２２ｄが接続されている。また、オペアンプ４０の出力端子には、電磁石１４を構成するコイル３０が接続されている。オペアンプ４０は、その出力端子から電流を吸い込む又は吐き出すことにより、出力パッド２２ｃ，２２ｄ間の電位差（Ｖ１−Ｖ２）が常にゼロとなるように、電磁石１４のコイル３０に相殺電流を供給する。すなわち、センサチップ１２の一面１２ａ上において、ＡＭＲ素子２１に作用する合成磁界Ｈｄを相殺磁界Ｈｂにて相殺するように、電磁石１４のコイル３０に相殺電流を供給する。このときコイル３０に供給される相殺電流は、リード１９を介して接続された外部の電流計１００によって検出することができる。バイアス磁界Ｈｃの向き及び大きさは常に一定であるので、相殺電流から、被検出電流Ｉａを検出することができる。なお、図６に示す一点鎖線は、磁気検出素子としてのＡＭＲ素子２１ａ〜２１ｄとコイル３０とが、磁気的に結合されることを示している。
【００６１】
次に、本実施形態に係る電流センサ１０の特徴部分の効果について説明する。
【００６２】
本実施形態では、磁気検出素子として、磁性膜を有するＡＭＲ素子２１を用いている。このＡＭＲ素子２１は、ホール素子や半導体磁気抵抗効果素子に比べて、高感度である。したがって、本実施形態によれば、従来のホール素子や半導体磁気抵抗効果素子を用いる構成に比べて、電流センサ１０の感度を向上することができる。
【００６３】
ところで、磁性膜を有するＡＭＲ素子２１を用いると、感度を高くできる反面、残留磁化による磁気ヒステリシスが問題となる。ＡＭＲ素子２１に外部磁界（≠ゼロ）が作用し、その後、外部磁界がゼロとなると、ＡＭＲ素子２１の磁性膜に磁化が残る。このため、図５（ｂ）に示すように、例えば磁界強度をゼロから正の所定値まで変化させる場合（図中実線）と、正の所定値からゼロまで変化させる場合（図中破線）とで、ヒステリシスが生じる。この残留磁化による磁気ヒステリシスは、図５（ｂ）に示すように、ＡＭＲ素子２１に作用する外部磁界がゼロから所定の範囲（図中の磁界強度ゼロからＡの範囲）で発生し、外部磁界の大きさがゼロに近いほど大きくなる。
【００６４】
ここで、本実施形態同様、被検出電流Ｉａが同一極性内のみで変化する、すなわち、被検出電流Ｉａの極性が変化しない場合について考える。図７（ａ）に示すように、バスバー１１に流れる被検出電流Ｉａが、０[Ａ]〜＋Ｘ[Ａ]の範囲で変化するものとする。
【００６５】
バイアス磁石１３を有さない従来の構成では、図７（ａ）に実線で示す被検出電流Ｉａが、例えば正の値からゼロとなると、図７（ｂ）に実線で示す、外部磁界としての被検出磁界Ｈａも、被検出電流Ｉａに応じてゼロとなる。しかしながら、ＡＭＲ素子２１には、上記した磁性膜の残留磁化による磁界が生じるため、ＡＭＲ素子２１にあたかも被検出磁界Ｈａが作用しているかのような状態となる。このため、図７（ｂ）に破線で示す相殺磁界Ｈｂは、残留磁化による磁界を相殺するためにゼロとはならず、電磁石１４のコイル３０に流れる相殺電流Ｉｂも、図７（ａ）に破線で示すようにゼロとならない。このように、残留磁化の影響があると、被検出電流Ｉａの値がゼロ付近において相殺電流Ｉｂに誤差が生じるため、被検出電流Ｉａと相殺電流Ｉｂとの比例関係がずれて、被検出電流Ｉａの検出精度が低下してしまう。
【００６６】
なお、図７（ａ）に示す時間ゼロでは、残留磁化の影響がないため、被検出電流Ｉａの値ゼロに対応する相殺電流Ｉｂの値はゼロである。一方、残留磁化の影響がある所定期間Ｔ１において、被検出電流Ｉａの値ゼロに対応する相殺電流Ｉｂの値はゼロではなく、正の値を示している。このように、被検出電流Ｉａの値が同じゼロでも、残留磁化の影響の有無により、相殺電流Ｉｂの値は異なるものとなり、この差が上記した相殺電流Ｉｂの誤差である。
【００６７】
被検出電流Ｉａは、測定環境下においてその値が連続的に変化するが、図７（ａ）に示すように、所定期間Ｔ１の間、ゼロの値をとる。このため、相殺電流Ｉｂも、所定期間Ｔ１の間、誤差が生じることとなる。このように、相殺電流Ｉｂに所定期間誤差が生じるのは、被検出電流Ｉａの検出精度上、好ましいものではない。なお、図７（ａ）においては、便宜上、被検出電流Ｉａが上限の＋Ｘ[Ａ]で所定期間一定であるかのように図示しているが、実際には、被検出電流Ｉａは、ゼロ以外の値において連続的に変化している。
【００６８】
一方、本実施形態では、電磁石１４とは別に、バイアス磁界Ｈｃを生じるバイアス磁石１３を設けている。このバイアス磁石１３は、被検出磁界Ｈａの向きと平行な磁界成分を有するバイアス磁界Ｈｃを、被検出電流Ｉａの測定中において常時発生する。このように、バイアス磁界Ｈｃの分、ＡＭＲ素子２１に作用する外部磁界がオフセットされる。したがって、図８（ａ）に実線で示す被検出電流Ｉａの値が、例えば正の値から変化して、所定期間Ｔ１の間、その値がゼロとなっても、図８（ｂ）に実線で示すように、外部磁界としてＡＭＲ素子２１に作用する合成磁界Ｈｄはゼロにならない。このように、本実施形態に係る電流センサ１０によれば、測定精度に影響の大きい被検出電流Ｉａの値がゼロとなる所定期間Ｔ１において、合成磁界Ｈｄがゼロとなるのを抑制することができ、被検出電流Ｉａの検出精度を従来よりも向上することができる。
【００６９】
ところで、バイアス磁界Ｈｃの分、被検出電流Ｉａの値がゼロのときの合成磁界Ｈｄをゼロからオフセットさせるため、オフセット方向によっては、被検出電流Ｉａがゼロでない値のときに、合成磁界Ｈｄがゼロとなることも考えられる。これに対し、本実施形態では、図８（ｂ）に示すように、上記した所定期間Ｔ１に限らず、外部磁界である合成磁界Ｈｄの値がゼロとならないように、バイアス磁石１３を設定している。詳しくは、被検出電流Ｉａが、０[Ａ]〜＋Ｘ[Ａ]の範囲で変化し、ＡＭＲ素子２１に作用する被検出磁界Ｈａの向きも一定であるため、ＡＭＲ素子２１に対し、被検出磁界Ｈａと同じ向きのバイアス磁界Ｈｃが作用するようにしている。このため、被検出電流Ｉａの測定範囲において、合成磁界Ｈｄはゼロとならない。したがって、被検出電流Ｉａの値によらず、被検出電流Ｉａを精度良く検出することができる。
【００７０】
上記したように、残留磁化による磁気ヒステリシスは、ＡＭＲ素子２１に作用する外部磁界が０から所定の範囲で発生し、外部磁界の大きさがゼロに近いほど大きくなる（図５（ｂ）参照）。これに対し、本実施形態では、ＡＭＲ素子２１上における、バイアス磁界Ｈｃのｙ方向の磁界成分の磁束密度の絶対値が、ＡＭＲ素子２１を構成する磁性膜の残留磁束密度の絶対値よりも大きくなるように、バイアス磁石１３を設定している。これにより、図８（ａ）に実線で示す被検出電流Ｉａが、例えば正の値から所定期間Ｔ１の間ゼロとなっても、図８（ｂ）に実線で示す、外部磁界としての合成磁界Ｈｄは、所定期間Ｔ１において、磁気ヒステリシスの影響が無い値をとる。このように、所定期間Ｔ１において、磁気ヒステリシスの影響がなくなるため、被検出電流Ｉａを精度良く検出することができる。なお、図８（ｂ）に示す一点鎖線は、磁気ヒステリシスを生じる磁界の上限値であり、一点鎖線から磁界がゼロまでの領域において、残留磁化による磁気ヒステリシスが生じる。
【００７１】
特に本実施形態の場合、被検出電流Ｉａが同一極性内のみで変化するため、外部磁界である合成磁界Ｈｄの値がゼロとならず、且つ、残留磁化による磁気ヒステリシスが生じる領域を使わないようにするための、バイアス磁界Ｈｃによるオフセット量が、小さくてすむ。したがって、磁力の弱い安価なバイアス磁石１３を採用することができる。
【００７２】
また、本実施形態では、上記したように、合成磁界Ｈｄの作用により、第１ハーフブリッジと第２ハーフブリッジの各中点電位Ｖ１，Ｖ２が逆に振れるように、４つのＡＭＲ素子２１ａ〜２１ｄにより、フルブリッジ構成の外部磁気検出回路を形成している。したがって、各ハーフブリッジの中点電位Ｖ１，Ｖ２の差分、すなわちＡＭＲ素子２１（外部磁気検出回路）の出力の変化量を大きくすることができる。これにより、ＡＭＲ素子２１の出力の変化量が小さい構成に較べて、相殺電流の精度、すなわち被検出電流Ｉａの検出精度を向上することができる。
【００７３】
また、本実施形態では、同一のセンサチップ１２における同一面１２ａ上に、外部磁気検出回路を構成する全てのＡＭＲ素子２１ａ〜２１ｄが形成されている。このため、４つのＡＭＲ素子２１ａ〜２１ｄが受ける温度の影響が互いにほぼ等しくなり、温特の影響をキャンセルすることができる。また、同一のセンサチップ１２に作りこむため、各ＡＭＲ素子２１ａ〜２１ｄの製造ばらつきを抑制することができる。また、小型化することもできる。
【００７４】
（変形例）
上記実施形態では、電流センサ１０として、電流出力型の回路構成を示した。しかしながら、電圧出力型の回路構成を採用することができる。図９に、電圧出力型の電流センサ１０の一例を示す。図６の電流出力型と異なる点は、電流計１００に替えて、検出抵抗４２及び差動増幅回路４３を設け、差動増幅回路４３の出力電圧をセンサ出力とする点である。これら検出抵抗４２及び差動増幅回路４３は、回路チップ１５に形成されており、差動増幅回路４３の出力電圧が、リード１９を介して外部に出力されるようになっている。
【００７５】
検出抵抗４２は、電磁石１４を構成するコイル３０への相殺電流を電圧に変換するための微小抵抗であり、その抵抗値は、差動増幅回路４３の入力インピーダンスよりも十分小さいものとする。差動増幅回路４３は、検出抵抗４２の両端の電圧を増幅して電圧を出力する。この差動増幅回路４３は、オペアンプ４４と、４つの固定抵抗４５〜４８と、定電圧源４９を有している。定電圧源４９の電圧は、例えば電源電圧Ｖｃｃの１／２となっている。各固定抵抗４５〜４８の抵抗値Ｒ１〜Ｒ４は、Ｒ１＝Ｒ３、Ｒ２＝Ｒ４でなっており、差動増幅回路４３の増幅度は、Ｒ２／Ｒ１である。増幅度は例えば１程度とする。
【００７６】
上記実施形態では、４つのＡＭＲ素子２１ａ〜２１ｄからなる外部磁気検出回路の例を示した。しかしながら、外部磁気検出回路の構成は、上記例に限定されるものではない。例えば図１０（ａ）では、上記実施形態同様、第１ＡＭＲ素子２１ａと第２ＡＭＲ素子２１ｂが直列に接続されて、第１ハーフブリッジが形成されている。一方、第２ハーフブリッジは、外部磁界により抵抗値が変化しない固定抵抗２３ａ，２３ｂにて構成されている。図１０（ａ）では、上記実施形態同様、第１ＡＭＲ素子２１ａが電源パッド２２ａ側、第２ＡＭＲ素子２１ｂがグランドパッド２２ｂ側となっている。また、第１ＡＭＲ素子２１ａに流れる電流の方向と、第２ＡＭＲ素子２１ｂに流れる電流の方向が、互いに略垂直となるように形成されている。この場合、ハーフブリッジの一方が固定抵抗２３ａ，２３ｂからなるため、外部磁気検出回路の出力の変化量は上記実施形態より小さくなるが、第１ＡＭＲ素子２１ａと第２ＡＭＲ素子２１ｂの温度の影響が互いにほぼ等しく、これにより温特の影響をキャンセルすることができる。
【００７７】
また、フルブリッジ回路を構成する４つの抵抗のうち、１つのみをＡＭＲ素子２１とし、残りを固定抵抗としても良い。例えば図１０（ｂ）では、ＡＭＲ素子２１として第１ＡＭＲ素子２１ａのみを用い、残りを固定抵抗２３ａ〜２３ｃとしている。第１ハーフブリッジにおいて、第１ＡＭＲ素子２１ａが電源パッド２２ａ側、固定抵抗２３ｃがグランドパッド２２ｂ側となっている。
【００７８】
また、外部磁界が作用しない状態での抵抗値が略等しく、自身に流れる電流の方向が同じＡＭＲ素子２１によってハーフブリッジ回路を構成し、一方のＡＭＲ素子２１を磁気シールドにて覆うようにしても良い。例えば図１０（ｃ）では、第１ハーフブリッジを構成する第１ＡＭＲ素子２１ａ及び第２ＡＭＲ素子２１ｂに流れる電流の方向が、ともに合成磁界Ｈｄの向きと略垂直となっている。また、第２ＡＭＲ素子２１ｂは、磁気シールド２４により覆われており、外部磁界が作用しないようになっている。これによれば、第１ＡＭＲ素子２１ａと第２ＡＭＲ素子２１ｂの温度の影響が互いにほぼ等しいため、図１０（ｂ）の構成に較べて、温特の影響をキャンセルすることができる。
【００７９】
（第２実施形態）
本実施形態において、上記実施形態に示した電流センサ１０と共通する部分についての説明は割愛する。第１実施形態では、センサチップ１２におけるＡＭＲ素子２１の形成された一面１２ａが、バスバー１１の一面１１ａと略平行となるように、センサチップ１２がバスバー１１に平置きされる例を示した。
【００８０】
これに対し、本実施形態では、図１１に示すように、センサチップ１２の一面１２ａ、すなわちＡＭＲ素子２１の形成面が、バスバー１１の一面１１ａに対して略垂直となり、且つ、被検出磁界Ｈａ（合成磁界Ｈｄ）と略平行となるように、センサチップ１２がバスバー１１に縦置きされる点を特徴とする。
【００８１】
このような配置としても、第１実施形態の図４に示したように、第１ＡＭＲ素子２１ａ及び第４ＡＭＲ素子２１ｄを、これらＡＭＲ素子２１ａ，２１ｄに流れる電流の方向が合成磁界Ｈｄと平行となるように設ける。そして、第２ＡＭＲ素子２１ｂ及び第３ＡＭＲ素子２１ｃを、これらＡＭＲ素子２１ｂ，２１ｃに流れる電流の方向が合成磁界Ｈｄと垂直となるように設けることができる。すなわち、ＡＭＲ素子２１（外部磁気検出回路）の出力の変化量を大きくして、相殺電流の精度、すなわち被検出電流Ｉａの検出精度を向上することができる。なお、第１実施形態の図１０（ａ）〜（ｃ）に示した構成とすることもできる。
【００８２】
なお、本実施形態においても、第１実施形態の変形例として図１０（ａ）〜（ｃ）に示した構成を採用することができる。
【００８３】
（第３実施形態）
本実施形態において、上記実施形態に示した電流センサ１０と共通する部分についての説明は割愛する。第１実施形態では、バスバー１１に流れる被検出電流Ｉａの測定範囲が、０［Ａ］〜＋Ｘ［Ａ］である場合において、バイアス磁石１３は、合成磁界Ｈｄがゼロとならず、且つ、同一極性内で変化するようなバイアス磁界Ｈｃを発生する例を示した。
【００８４】
これに対し、本実施形態では、被検出電流Ｉａの極性が、プラスとマイナスに変化する場合、すなわち被検出電流Ｉａの測定範囲が、−Ｙ［Ａ］〜＋Ｘ［Ａ］である場合において、バイアス磁石１３は、合成磁界Ｈｄがゼロとならず、且つ、同一極性内で変化するようなバイアス磁界Ｈｃを発生する点を特徴とする。このため、本実施形態に係る電流センサ１０は、例えばハイブリッドカーや電気自動車のバッテリー電流やモータ駆動電流を測定するのに好適である。
【００８５】
バイアス磁石１３を有さない従来の電流センサ１０では、被検出電流Ｉａの測定範囲を、−Ｙ［Ａ］〜＋Ｘ［Ａ］とした場合も、測定範囲を０［Ａ］〜＋Ｘ［Ａ］とする場合同様、残留磁化が問題となる。詳しくは、図１２（ａ）に実線で示す被検出電流Ｉａが、例えば正の値からゼロとなると、図１２（ｂ）に実線で示す被検出磁界Ｈａも、被検出電流Ｉａに応じてゼロとなる。しかしながら、ＡＭＲ素子２１には、上記した磁性膜の残留磁化による磁界が生じるため、ＡＭＲ素子２１にあたかも被検出磁界Ｈａが作用しているかのような状態となる。このため、図１２（ｂ）に破線で示す相殺磁界Ｈｂは、残留磁化による磁界を相殺するためにゼロとはならず、電磁石１４のコイル３０に流れる相殺電流Ｉｂも、図１２（ａ）に破線で示すようにゼロとならない。このように、残留磁化の影響があると、被検出電流Ｉａの値がゼロ付近において相殺電流Ｉｂに誤差が生じるため、被検出電流Ｉａと相殺電流Ｉｂとの比例関係がずれて、被検出電流Ｉａの検出精度が低下してしまう。
【００８６】
なお、図１２（ａ）においては、時間がゼロの時点で−Ｙ［Ａ］となっており、この−Ｙ［Ａ］から＋Ｘ［Ａ］に連続的に電流値が変化する過程と、図中の所定期間Ｔ１とにおいて、電流値が瞬間的にゼロの値をとる。電流値が連続的に変化する過程で、電流値が瞬間的にゼロとなり、被検出磁界Ｈａも瞬間的にゼロとなる場合、残留磁化の影響は殆ど生じない。しかしながら、図１２（ａ）に示すように、所定期間Ｔ１の間、ゼロの値をとると、相殺電流Ｉｂも、所定期間Ｔ１の間、誤差が生じることとなるため、被検出電流Ｉａの検出精度上、好ましいものではない。
【００８７】
これに対し、本実施形態では、第１実施形態同様、電磁石１４とは別に、バイアス磁界Ｈｃを生じるバイアス磁石１３を設けている。このバイアス磁石１３は、被検出磁界Ｈａの向きと平行な磁界成分を有するバイアス磁界Ｈｃを、被検出電流Ｉａの測定中において常時発生する。このように、バイアス磁界Ｈｃの分、ＡＭＲ素子２１に作用する外部磁界をオフセットさせる。したがって、図１３（ａ）に実線で示す被検出電流Ｉａの値が、例えば正の値から変化して、所定期間Ｔ１の間、その値がゼロとなっても、図１３（ｂ）に実線で示すように、外部磁界としてＡＭＲ素子２１に作用する合成磁界Ｈｄはゼロにならない。このように、本実施形態に係る電流センサ１０によれば、測定精度に影響の大きい被検出電流Ｉａの値がゼロとなる所定期間Ｔ１において、合成磁界Ｈｄがゼロとなるのを抑制することができ、被検出電流Ｉａの検出精度を従来よりも向上することができる。
【００８８】
また、本実施形態では、図１３（ｂ）に示すように、上記した所定期間Ｔ１に限らず、外部磁界である合成磁界Ｈｄの値がゼロとならないように、バイアス磁石１３を設定している。詳しくは、被検出電流Ｉａが、−Ｙ[Ａ]〜＋Ｘ[Ａ]の範囲で変化するため、ＡＭＲ素子２１に作用するバイアス磁界Ｈｃの磁束密度の絶対値が、被検出電流Ｉａが取り得る下限値（−Ｙ［Ａ］）に相当する磁束密度の絶対値よりも大きくなるように、バイアス磁石１３を設定している。このため、被検出電流Ｉａの測定範囲において、合成磁界Ｈｄがゼロとならず、一方の極性内のみで変化する。したがって、被検出電流Ｉａの値によらず、被検出電流Ｉａを精度良く検出することができる。
【００８９】
さらに、本実施形態では、ＡＭＲ素子２１上における、バイアス磁界Ｈｃのｙ方向の磁界成分の磁束密度の絶対値が、ＡＭＲ素子２１を構成する磁性膜の残留磁束密度の絶対値と、被検出電流Ｉａが取り得る下限値（−Ｙ［Ａ］）に相当する磁束密度の絶対値との和よりも大きくなるように、バイアス磁石１３を設定している。これにより、図１３（ａ）に実線で示す被検出電流Ｉａが、例えば正の値から所定期間Ｔ１の間ゼロとなっても、図１３（ｂ）に実線で示す、外部磁界としての合成磁界Ｈｄは、所定期間Ｔ１において、磁気ヒステリシスの影響が無い値をとる。このように、所定期間Ｔ１において、磁気ヒステリシスの影響がなくなるため、被検出電流Ｉａを精度良く検出することができる。なお、図１３（ｂ）に示す一点鎖線は、磁気ヒステリシスを生じる磁界の上限値であり、一点鎖線から磁界がゼロまでの領域において、残留磁化による磁気ヒステリシスが生じる。
【００９０】
（第４実施形態）
本実施形態において、上記実施形態に示した電流センサ１０と共通する部分についての説明は割愛する。第３実施形態では、被検出電流Ｉａの測定範囲が、−Ｙ［Ａ］〜＋Ｘ［Ａ］である場合において、バイアス磁石１３は、合成磁界Ｈｄがゼロとならず、且つ、同一極性内で変化するようなバイアス磁界Ｈｃを発生する例を示した。これに対し、本実施形態では、合成磁界Ｈｄが瞬間的にゼロの値をとるように、バイアス磁石１３が設定される。
【００９１】
上記したように、電磁石１４とは別にバイアス磁石１３を設けると、バイアス磁界Ｈｃの分、ＡＭＲ素子２１に作用する外部磁界がオフセットされる。したがって、測定精度に影響の大きい被検出電流Ｉａの値がゼロとなる所定期間Ｔ１において、合成磁界Ｈｄがゼロとなるのを抑制することができる。すなわち、被検出電流Ｉａの検出精度を従来よりも向上することができる。
【００９２】
また、本実施形態では、ＡＭＲ素子２１上における、バイアス磁界Ｈｃのｙ方向の磁界成分の磁束密度の絶対値が、ＡＭＲ素子２１を構成する磁性膜の残留磁束密度の絶対値よりも大きくなるように、バイアス磁石１３を設定している。これにより、図１４（ａ）に実線で示す被検出電流Ｉａが、例えば正の値から所定期間Ｔ１の間ゼロとなっても、図１４（ｂ）に実線で示す、外部磁界としての合成磁界Ｈｄは、所定期間Ｔ１において、磁気ヒステリシスの影響が無い値をとる。このように、所定期間Ｔ１において、磁気ヒステリシスの影響がなくなるため、被検出電流Ｉａを精度良く検出することができる。なお、図１４（ｂ）に示す一点鎖線は、磁気ヒステリシスを生じる磁界の上限値であり、一点鎖線から磁界がゼロまでの領域において、残留磁化による磁気ヒステリシスが生じる。
【００９３】
また、本実施形態では、第３実施形態に較べてバイアス磁石１３によるオフセット量が小さいため、図１４（ｂ）に示すように、合成磁界Ｈｄが瞬間的にゼロとなる。しかしながら、被検出電流Ｉａは、ゼロ以外の値において連続的に変化しており、合成磁界Ｈｄがゼロとなっても瞬間的である。すなわち、被検出電流Ｉａの値がゼロの所定期間に較べて、合成磁界（Ｈｄ）がゼロとなる期間のほうが短い。このため、残留磁化による相殺電流の誤差を、従来に較べて抑制することができる。
【００９４】
（第５実施形態）
本実施形態において、上記実施形態に示した電流センサ１０と共通する部分についての説明は割愛する。上記実施形態では、磁気検出素子として、ＡＭＲ素子２１を用いる例を示した。これに対し、本実施形態では、磁気検出素子として、スピンバルブ型の巨大磁気抵抗効果素子（以下、単にＧＭＲ素子と示す）、又は、トンネル磁気抵抗効果素子（以下、単にＴＭＲ素子と示す）を用いる点を特徴とする。
【００９５】
図１５は、電流センサ１０のうち、センサチップ１２周辺を拡大した断面図である。なお、センサチップ１２に形成された磁気検出素子が異なる以外は、第１実施形態（図１及び図２参照）と同じ構成となっている。
【００９６】
図１５に示す例では、センサチップ１２にＧＭＲ素子５０が設けられている。ＧＭＲ素子５０は、図１５に示すように、バスバー１１（ベース１６）側から、反強磁性層５１、固定層５２、非磁性層５３、フリー層５４、保護層５５の順に積層されてなる。
【００９７】
反強磁性層５１は、例えばＩｒＭｎを用いて形成されており、その結晶配向性を向上させるために、図示しない下地層上に形成されている。固定層５２（ピン層とも言う）は、例えばＣｏＦｅからなる固定磁性層間に、例えばＲｕからなる非磁性中間層を配置してなる積層フェリ構造を有している。非磁性層５３は、導電性を有する例えばＣｕを用いて形成され、フリー層５４は、例えばＣｏＦｅとＮｉＦｅの積層で形成されている。また、保護層５５は、Ｔａを用いて形成されている。なお、ＧＭＲ素子５０の構成としては、上記例に限定されるものではない。固定層５２、非磁性層５３、及びフリー層５４を有すれば良い。固定層５２も、積層フェリ構造に限定されるものではない。
【００９８】
なお、非磁性層５３が、Ａｌ２Ｏ３などの絶縁材料を用いて形成されると、ＴＭＲ素子となる。ＴＭＲ素子の場合は、電流を積層膜に対して垂直方向に流すように電極を形成する必要があるが、磁気抵抗効果素子としてはＧＭＲ素子５０と基本的に同じである。
【００９９】
周知の通り、固定層５２の磁化方向は、所定方向に固定されている。一方、フリー層５４の磁化方向は固定されておらず、外部磁界Ｈｄによって磁化変動可能となっている。そしてフリー層５４の磁化方向が、外部磁界Ｈｄに対して変動することで、固定層５２の磁化方向との関係で電気抵抗値が変動する。
【０１００】
固定層５２の磁化方向とフリー層５４の磁化方向が反平行となると、電気抵抗値が最大となる。一方、固定層５２の磁化方向とフリー層５４の磁化方向が平行となると、電気抵抗値が最小となる。図１６は、磁界強度と抵抗値変化率との関係を示す。なお、図中において、実線がＧＭＲ素子５０であり、破線がＴＭＲ素子を示している。ＧＭＲ素子５０，ＴＭＲ素子いずれも、固定層５２の磁化方向とフリー層５４の磁化方向が平行の場合、抵抗値変化率は正の値となり、固定層５２の磁化方向とフリー層５４の磁化方向が反平行の場合、抵抗値変化率は負の値となる。そして、図示しないが、第１実施形態に示すＡＭＲ素子２１同様、残留磁化による磁気ヒステリシスが生じる。
【０１０１】
本実施形態において、磁気検出素子としてのＧＭＲ素子５０は、図１７に示すように、４つのＧＭＲ素子５０ａ〜５０ｄを有している。これらＧＭＲ素子５０ａ〜５０ｄは、それぞれ別のセンサチップ１２に形成されても良いし、１チップに集積されても良い。
【０１０２】
４つのＧＭＲ素子５０ａ〜５０ｄのうち、第１ＧＭＲ素子５０ａを高電位側、第２ＧＭＲ素子５０ｂを低電位側として第１ハーフブリッジが形成されている。また、第３ＧＭＲ素子５０ｃを高電位側、第４ＧＭＲ素子５０ｄを低電位側として第２ハーフブリッジが形成されている。そして、これらハーフブリッジによりフルブリッジ構成の外部磁界検出回路が形成されている。
【０１０３】
４つのＧＭＲ素子５０ａ〜５０ｄは、各固定層５２の磁化方向が、被検出磁界Ｈａ（合成磁界Ｈｄ）と平行となり、且つ、第１ＧＭＲ素子５０ａ及び第４ＧＭＲ素子５０ｄにおける固定層５２の磁化方向と、第２ＧＭＲ素子５０ｂ及び第３ＧＭＲ素子５０ｃにおける固定層５２の磁化方向とが逆方向となるように設けられている。
【０１０４】
本実施形態では、図１７に示すように、全てのＧＭＲ素子５０ａ〜５０ｄは、ｘｙ面に沿う平面形状が長方形となっている。なお、長方形（矩形）以外にも、例えばミアンダ形状とすることもできる。そして、平面長方形のＧＭＲ素子５０ａ〜５０ｄは、その長手方向が互いに平行となるように形成されており、長手方向、すなわち自身の電流の流れ方向がｙ方向に略平行となるように、センサチップ１２がバスバー１１に配置されている。このため、センサチップ１２のＧＭＲ素子５０ａ〜５０ｄに作用する合成磁界Ｈｄは、固定層５２の磁化方向に対して平行、若しくは、反平行となる。
【０１０５】
第１ＧＭＲ素子５０ａと第４ＧＭＲ素子５０ｄの固定層５２の磁化方向とフリー層５４の磁化方向Ｆは反平行となり、抵抗値は最大となる。また、第２ＧＭＲ素子５０ｂと第３ＧＭＲ素子５０ｃの固定層５２の磁化方向とフリー層５４の磁化方向は平行となり、抵抗値は最小となる。その結果、図１７に示す外部磁界検出回路の中点電位Ｖ１，Ｖ２に差が生じる。したがって、第１実施形態に示した電流検出型の回路構成（図６参照）、電圧検出型の回路構成（図９参照）により、相殺電流、ひいては被検出電流Ｉａを検出することができる。
【０１０６】
このように本実施形態によっても、第１実施形態と同様の効果を奏することができる。また、第１実施形態の変形例、第３実施形態、第４実施形態に示した構成を適用することもできる。
【０１０７】
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は上述した実施形態になんら制限されることなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲において、種々変形して実施することが可能である。
【０１０８】
上記実施形態では、樹脂製のベース１６がバスバー１１に接着固定され、ベース１６に、バスバー１１以外の電流センサ１０の構成要素、具体的には、センサチップ１２、バイアス磁石１３、電磁石１４、回路チップ１５が接着固定される。そして、ケース１７により保護される例を示した。しかしながら、バスバー１１への、センサチップ１２、バイアス磁石１３、電磁石１４、回路チップ１５の配置は、上記例に限定されるものではない。例えば、図１８（ａ）に示す例では、ベース１６にセンサチップ１２、バイアス磁石１３、電磁石１４、回路チップ１５が接着固定された状態で、バスバー１１及びセンサチップ１２、バイアス磁石１３、電磁石１４、回路チップ１５が、モールド樹脂６０により被覆されている。一方、図１８（ｂ）に示す例では、ベース１６にセンサチップ１２、バイアス磁石１３、電磁石１４、回路チップ１５が接着固定された状態で、螺子６１を用いた締結により、ベース１６がバスバー１１に固定されている。
【０１０９】
上記実施形態では、電磁石１４が、導線を巻回してなるコイル３０と、軟磁性のコア３１を有する例を示した。しかしながら、コイル３０として、空芯コイルや薄膜コイルを採用しても良い。空芯コイルの場合、例えば図１９（ａ）に示すように、コイル３０内にセンサチップ１２が配置された構成としても良い。これにより、電流センサ１０の体格を小型化することができる。
【０１１０】
上記実施形態では、柱状のバイアス磁石１３の例を示した。しかしながら、筒状のバイアス磁石１３を採用することもできる。例えば図１９（ｂ）に示すように、バイアス磁石１３の筒状内部に、センサチップ１２が配置された構成としても良い。また、バイアス磁石１３の筒状内部に電磁石１４が配置された構成としても良い。いずれにおいても、電流センサ１０の体格を小型化することができる。
【０１１１】
上記実施形態では、センサチップ１２の一面１２ａ上において、被検出磁界Ｈａとバイアス磁界Ｈｃとが略平行となるように、柱状のバイアス磁石１３のうち、着磁された端面に対して垂直な側面の１つが、ベース１６に接着固定される例を示した。しかしながら、バイアス磁石１３の配置は上記例に限定されるものではない。バイアス磁界Ｈｃが、センサチップ１２の一面１２ａ上において、被検出磁界Ｈａと略平行（反平行も含む）な成分を有すれば良い。例えば図１９（ｃ）に示すように、バスバー１１の一面１１ａに対して斜めに配置されても良い。
【０１１２】
上記実施形態では、バイアス磁石１３を１つのみ有する例を示した。しかしながら、バイアス磁石１３の個数は特に限定されるものではない。例えば図２０（ａ）に示すように、センサチップ１２及び電磁石１４を挟むように、２つのバイアス磁石１３ａ，１３ｂを設けても良い。なお、図２０に示す例では、バイアス磁石１３ａのセンサチップ１２側の端面がＮ極に着磁され、バイアス磁石１３ｂのセンサチップ１２側の端面がＳ極に着磁されている。これにより、バイアス磁石１３の発生磁界（バイアス磁界）をより強くすることができる。
【０１１３】
また、電磁石１４（コイル３０）についても、その個数は１つに限定されない。例えば図２０（ｂ）に示すように、センサチップ１２を挟むように、２つの電磁石１４ａ，１４ｂを設けても良い。これにより、電磁石１４の発生磁界をより強くすることができる。なお、２つの電磁石１４ａ，１４ｂのコア３１を一直線上に配置すると、磁気検出素子に対して、実質的に垂直な相殺磁界を印加することができる。
【０１１４】
上記実施形態では、磁気検出素子を有するセンサチップ１２とは別に、回路チップ１５を有する例を示した。しかしながら、センサチップ１２に形成される磁気検出素子と、回路チップ１５の処理回路が、１チップに集積化されてもよい。
【０１１５】
上記実施形態では、センサチップ１２、バイアス磁石１３、電磁石１４、回路チップ１５が、バスバー１１に固定されており、バスバー１１を電流センサ１０の構成要素とする例を示した。しかしながら、電流センサ１０としては、センサチップ１２、バイアス磁石１３、電磁石１４、及び回路チップ１５を有せば良い。
【０１１６】
上記実施形態では、バスバー１１を平板状としたが、バスバー１１の形状は上記例に限定されるものではない。例えば、丸棒その他の形状としても良い。
【符号の説明】
【０１１７】
１０・・・電流センサ装置（磁気平衡式電流センサ）
１１・・・バスバー
１１ａ・・・一面
１２・・・センサチップ
１２ａ・・・素子形成面
１３，１３ａ，１３ｂ・・・バイアス磁石
１４，１４ａ，１４ｂ・・・電磁石
１５・・・回路チップ
１１６・・・ベース
１７・・・ケース
１８・・・ボンディングワイヤ
１９・・・リード
２０・・・基板
２１，２１ａ〜２１ｄ・・・ＡＭＲ素子（異方性磁気抵抗効果素子）
２２ａ・・・電源パッド
２２ｂ・・・グランドパッド
２２ｃ，２２ｄ・・・出力パッド
２３ａ〜２３ｃ・・・固定抵抗
２４・・・磁気シールド
３０・・・コイル
３１・・・ボビン
４０・・・オペアンプ（供給手段）
４１・・・定電流源
４２・・・検出抵抗
４３・・・差動増幅回路
４４・・・オペアンプ
４５〜４８・・・抵抗
４９・・・定電圧源
５０，５０ａ〜５０ｄ・・・磁気検出素子（スピンバルブ型ＧＭＲ素子、ＴＭＲ素子）
５１・・・反強磁性層
５２・・・固定層
５３・・・非磁性層
５４・・・フリー層
５５・・・保護層
６０・・・モールド樹脂
６１・・・螺子
１００・・・電流計
Ｉａ・・・被検出電流
Ｈａ・・・被検出磁界
Ｈｂ・・・相殺磁界
Ｈｃ・・・バイアス磁界
Ｈｄ・・・合成磁界
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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