JP2001264361A - Current sensor - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明が属する技術分野】本発明は、電流センサに関す
るもので、特に高感度でホ−ル素子同様に広範囲に渡っ
て出力を検出できるMI素子の制御装置に関するもので
ある。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a current sensor and, more particularly, to a control device for an MI device capable of detecting output over a wide range similarly to a Hall device with high sensitivity.
【0002】[0002]
【従来の技術】近年小型・低コストで高感度・高速応答
の磁気センサの要求がますます大きくなっている。それ
にともない、微弱な外部磁界を感度良く検出できるMI
素子が必要となってきている。また、非破壊検査や紙幣
検査に用いることができる高感度センサの需要も大きく
なっている。更に、自動車用の電流センサとして高感度
でかつ広範囲の検出磁界に渡って感知できる電流センサ
の需要が多くなっている。2. Description of the Related Art In recent years, there has been an increasing demand for a magnetic sensor having a small size, a low cost, a high sensitivity and a high speed response. Accordingly, MI that can detect a weak external magnetic field with high sensitivity
Devices are becoming necessary. In addition, demand for high-sensitivity sensors that can be used for nondestructive inspection and banknote inspection has been increasing. Further, there is an increasing demand for a current sensor having high sensitivity and capable of sensing over a wide range of a detected magnetic field as a current sensor for an automobile.
【0003】ここで、簡単にMI効果について説明す
る。MI効果とは、高透磁性磁性体に表皮効果を生じさ
せるような数MHzの高周波電流または、パルス電流を
通電すると、そのインピ−ダンスの大きさが外部磁界に
よって大きく変化する電磁気現象である。この現象を利
用した高感度のMI素子は、1993年に名古屋大学の
毛利教授により提案されている。このMI効果を利用し
たMI素子は、下記に示すアモルファス磁性ワイヤ型で
あり、FeCoSiBのアモルファス磁性ワイヤに、M
Hzオ−ダ−の高周波電流を通電した場合、誘起電圧の
振幅だけでなくワイヤ両端間の振幅がワイヤ長さ方向の
外部磁界Hexによって著しい変化を示す。これは、H
exによってワイヤ内部のインダクタンスの他に表皮効
果によるオ−ミック抵抗も同時に変化するためである。
このMI効果も零磁歪または負磁歪のアモルファスワイ
ヤを用いると数十μm径、1〜2mm長の微少寸法の試
料でも顕著に現われ、しかも励磁用や検出用のコイル
は、全く不要である。また、MI効果ではオ−ミック電
圧を相殺するための回路を必要としない為センサ構成が
簡素化でき、励磁周波数も数百MHzまで可能であるた
め高周波デバイスが構成できる。Here, the MI effect will be briefly described. The MI effect is an electromagnetic phenomenon in which when a high-frequency current or a pulse current of several MHz that causes a skin effect on a highly permeable magnetic material is applied, the magnitude of the impedance changes greatly due to an external magnetic field. A highly sensitive MI device utilizing this phenomenon was proposed in 1993 by Professor Mori of Nagoya University. The MI element utilizing the MI effect is an amorphous magnetic wire type shown below.
When a high-frequency current of the order of Hz is applied, not only the amplitude of the induced voltage but also the amplitude between both ends of the wire significantly changes due to the external magnetic field Hex in the wire length direction. This is H
The reason for this is that, in addition to the inductance inside the wire, the ohmic resistance due to the skin effect also changes at the same time.
The use of the zero magnetostrictive or negative magnetostrictive amorphous wire also makes the MI effect remarkable even in a sample having a small size of several tens of μm and a length of 1 to 2 mm, and no coil for excitation or detection is required at all. Further, the MI effect does not require a circuit for canceling the ohmic voltage, so that the sensor configuration can be simplified, and the excitation frequency can be up to several hundred MHz, so that a high-frequency device can be configured.
【0004】その特徴として 通電により円周方向(閉磁路)磁束変化を用いるの
で励磁による反磁界がなく、ヘッドがマイクロ寸法とな
るばかりでなく、励磁による磁束を外部に発生させるこ
とがない。 励磁および検出のためのコイルが不要であり、高周
波励磁における浮遊容量の問題がない。 磁性線の温度変化による特性変化を抑制することが
できる。 などの利点があり、検出感度が高いので、磁気ヘッドあ
るいはHDDやFDDのスピンドルモ−タ−のロ−タリ
エンコ−ダ−用高精度磁気ヘッドへの応用が期待されて
いる。As a feature, since a change in magnetic flux in the circumferential direction (closed magnetic path) is used due to energization, there is no demagnetizing field due to excitation, not only the head becomes micro-sized, but also no magnetic flux due to excitation is generated outside. No coil is required for excitation and detection, and there is no problem of stray capacitance in high-frequency excitation. It is possible to suppress a characteristic change due to a temperature change of the magnetic wire. Since the detection sensitivity is high, it is expected to be applied to a magnetic head or a high-precision magnetic head for a rotary encoder of an HDD or FDD spindle motor.
【0005】また、MI素子の小型化、軽量化のために
薄膜化の磁性体薄膜によるMI素子が提案されている。
このMI素子で磁界センサを構成するためには、MI効
果が外部磁界の正負に対して対称であるため、コイルや
永久磁石による直流バイアス磁界を使って特性を非対称
にする必要があった。特に磁性体薄膜MI素子は、一般
的にアモルファスワイヤに比べて磁界検出感度が1/3
〜1/4と低いため直流バイアス磁界をコイル電流で発
生させる場合は消費電力が増大してしまう。更にコイル
を巻いたり、永久磁石を配置することで素子が大きくな
る問題があった。更に、前記のMI素子を改良したCo
FeB膜等の軟磁性体薄膜を二層積層した積層タイプの
交差型磁気異方性膜MI素子も提案されている。[0005] In order to reduce the size and weight of the MI element, an MI element using a thin magnetic thin film has been proposed.
In order to configure a magnetic field sensor with this MI element, since the MI effect is symmetric with respect to the positive and negative of the external magnetic field, it is necessary to make the characteristics asymmetric using a DC bias magnetic field generated by a coil or a permanent magnet. In particular, the magnetic thin film MI element generally has a magnetic field detection sensitivity of 1/3 of that of an amorphous wire.
Since the DC bias magnetic field is generated by the coil current, the power consumption is increased because the current is as low as 1 /. Further, there is a problem that the element becomes large by winding a coil or disposing a permanent magnet. Further, the above-mentioned MI element is improved by using Co
A laminated crossed magnetic anisotropic film MI element in which two soft magnetic thin films such as FeB films are laminated has also been proposed.
【0006】後者の交差型磁性体薄膜MI素子は、軟磁
性体薄膜の磁化容易軸を利用して、交差するような磁気
異方性をもたせた交差型磁気異方性膜MI素子であり、
外部磁界の正負に対して非対称なMI効果を得ることが
出来きた。これにより直流バイアス磁界を全く使わない
で磁界センサを構成できるようになった。直流バイアス
磁界を発生させるコイルが必要ないことで低消費電力
化、超小型化が可能となった。また、インピ−ダンスの
大きさが最大となる磁界の大きさが磁性体薄膜MI素子
に比べて1/5になった為、より高感度なセンサを作製
することが期待できる。[0006] The latter cross-type magnetic thin film MI element is a cross-type magnetic anisotropic film MI element having a magnetic anisotropy that crosses using the easy axis of magnetization of the soft magnetic thin film.
The MI effect that is asymmetric with respect to the sign of the external magnetic field can be obtained. This makes it possible to construct a magnetic field sensor without using a DC bias magnetic field at all. Since a coil for generating a DC bias magnetic field is not required, low power consumption and ultra-miniaturization have become possible. Further, since the magnitude of the magnetic field at which the magnitude of the impedance is maximum is 1/5 of that of the magnetic thin film MI element, it is expected that a sensor with higher sensitivity can be manufactured.
【0007】しかしながら、前述したMI素子は高感度
であるが広範囲の検出磁界に渡って、リニアリティを得
ることが出来ずその制御装置を改良する必要があった。
図17に従来のMI素子31の制御装置30をブロック
図で示す。DCバイアスコイル32によりバイアス磁界
を印加し、検波回路34を介して増幅器35により増幅
し負帰還抵抗37、巻線した負帰還バイアスコイル33
を介して負帰還をかけて出力36を得ている。その外部
磁界Hex[Oe]−出力電圧EOUT[V]は、図18に示す
ようなリニアリティを得ている。However, although the above-described MI element has high sensitivity, linearity cannot be obtained over a wide range of the detected magnetic field, and thus the control device has to be improved.
FIG. 17 is a block diagram showing a conventional control device 30 for the MI element 31. A bias magnetic field is applied by a DC bias coil 32, amplified by an amplifier 35 through a detection circuit 34, a negative feedback resistor 37, and a wound negative feedback bias coil 33
The output 36 is obtained by applying a negative feedback via. The external magnetic field H ex [Oe] −the output voltage E OUT [V] has obtained linearity as shown in FIG.
【0008】このように電流センサにおいて従来のMI
素子の制御装置30をもってしても図18に示すような
±3[Oe]の範囲でしかリニアリティを得ることが出来
なかった。MI素子は、高感度であるが外部磁界Hex−
インピ-ダンスの変化率[%]といったMI特性をみて
もそのインピ−ダンス変化率[%]のピ−クが±数[O
e]であり特性が対称となっているためバイアス磁界Hb
を印加することで特性をシフトさせ非対称として非対称
とした線形領域でしか出力検出をすることができなかっ
た。例えば、図18に示されるように、±3[Oe]の範
囲でしか線形領域を得ることが出来なかった。±4[O
e]、±5[Oe]では、出力飽和領域であり出力検出が
不可能であった。As described above, in the current sensor, the conventional MI
Even with the element controller 30, linearity could be obtained only in the range of ± 3 [Oe] as shown in FIG. The MI element has high sensitivity but an external magnetic field Hex-
Looking at the MI characteristics such as the impedance change rate [%], the peak of the impedance change rate [%] is ± several [O].
e] and the characteristics are symmetric, so that the bias magnetic field H b
The output could be detected only in the linear region where the characteristics were shifted and asymmetric as a result of applying. For example, as shown in FIG. 18, a linear region could be obtained only in the range of ± 3 [Oe]. ± 4 [O
e] and ± 5 [Oe], the output was in the saturation region, and the output could not be detected.
【0009】MI素子31は、ホ−ル素子より高感度で
あるがホ−ル素子を使った電流センサは、広範囲に渡っ
て電流検出が可能であるといった利点があり従来は、ホ
−ル素子を使った電流センサが主流であった。図19
は、従来のホ−ル素子を使った電流センサを簡略化して
示す図である。このような、ホ−ル素子を使った電流セ
ンサでは、フェライト等の部材を使用した磁気コアを使
用し被検出電流用の導電性基板に流れる電流を測定する
といった方式であり、磁気コアは、コストが高いばかり
か、電流センサの小型化には適していない。The MI element 31 has higher sensitivity than the ball element, but the current sensor using the ball element has an advantage that the current can be detected over a wide range. The mainstream is a current sensor using a. FIG.
FIG. 2 is a simplified view of a conventional current sensor using a ball element. In such a current sensor using a ball element, a method is used in which a magnetic core using a member such as ferrite is used to measure a current flowing in a conductive substrate for a current to be detected. Not only is the cost high, but it is not suitable for downsizing the current sensor.
【0010】本出願人は、電流センサにおいて、新たな
MI素子の制御装置を用いることでどのようなMI特性
をもつMI素子であってもその出力が飽和することがな
く高感度でホ−ル素子同様に広範囲(無限)に渡って磁
界が検出できるMI素子の制御装置を利用し、磁気コア
を用いないでも図19同様に被検出電流用の導電性基板
に流れる電流を検出できる小型で低コストの電流センサ
を提供することを可能とした。The applicant of the present invention has proposed that, in a current sensor, the output of a MI element having any MI characteristics is not saturated and a hole can be obtained with high sensitivity by using a new MI element control device. Using a control device of the MI element capable of detecting a magnetic field over a wide range (infinitely) like the element, a small and low-sized device capable of detecting the current flowing through the conductive substrate for the current to be detected similarly to FIG. 19 without using a magnetic core. This makes it possible to provide a cost-effective current sensor.
【0011】[0011]
【発明が解決しようとする課題】本発明は、電流センサ
において、上記の問題点を解決したMI素子の制御装置
を用い、どのような特性をもつMI素子においても、高
感度の出力検出が可能であり狭い範囲の磁界検出でしか
応用できなかったMI素子でも広範囲の磁界に渡ってリ
ニアな出力検出が可能なMI素子の制御装置を用いた電
流センサを提供するものである。また、DCバイアスコ
イルを必要としないでも同様な効果を得る制御装置を用
いた電流センサをも提供するものである。これにより、
磁気コアを使用しない超小型で低コストの電流センサを
提供し上記課題を解決するものである。SUMMARY OF THE INVENTION According to the present invention, a current sensor using a control device for an MI element which has solved the above-mentioned problems enables high-sensitivity output detection for any MI element having any characteristic. An object of the present invention is to provide a current sensor using a control device for an MI element capable of linear output detection over a wide range of magnetic field even with an MI element which can be applied only for detecting a magnetic field in a narrow range. It is another object of the present invention to provide a current sensor using a control device that achieves the same effect without requiring a DC bias coil. This allows
An object of the present invention is to provide an ultra-compact and low-cost current sensor that does not use a magnetic core and solve the above-mentioned problem.
【0012】[0012]
【課題を解決するための手段】請求項1では、電流セン
サにおいて、被検出電流用の導電性基板に磁気インピ−
ダンス素子(MI素子)を設け、該MI素子に磁束キャ
ンセル用のDCバイアスコイルと負帰還バイアスコイル
を巻線し、該MI素子の両端から検波回路を介して、該
負帰還バイアスコイルに接続し、その終端を出力検出用
素子の一端に接続し、該出力検出用素子の両端で出力を
検出することを特徴とする電流センサであり請求項2で
は、電流センサにおいて、被検出電流用の導電性基板に
磁気インピ−ダンス素子(MI素子)を設け、該MI素
子の両端から検波回路、イニシャルオフセット回路を介
し、該MI素子に巻かれた負帰還バイアスコイルに接続
し、該負帰還バイアスコイルの終端を出力検出用素子の
一端に接続し、該出力検出用素子の両端で出力を検出す
ることを特徴とする電流センサである。請求項3では、
電流センサにおいて、被検出電流用の導電性基板にMI
素子を設け、該MI素子の両端から検波回路を介し、該
MI素子に巻線した負帰還バイアスコイルに接続し、該
負帰還バイアスコイルの終端を出力検出用素子の一端に
接続し、出力検出用素子の両端で出力を検出することを
特徴とする電流センサを提供することで上記課題を解決
している。According to a first aspect of the present invention, in a current sensor, a magnetic impedance is provided on a conductive substrate for a current to be detected.
A dance element (MI element) is provided, a DC bias coil for magnetic flux cancellation and a negative feedback bias coil are wound around the MI element, and both ends of the MI element are connected to the negative feedback bias coil via a detection circuit. 3. The current sensor according to claim 2, wherein the terminal is connected to one end of an output detection element, and an output is detected at both ends of the output detection element. A magnetic impedance element (MI element) is provided on a conductive substrate, and both ends of the MI element are connected to a negative feedback bias coil wound around the MI element via a detection circuit and an initial offset circuit. Is connected to one end of an output detection element, and an output is detected at both ends of the output detection element. In claim 3,
In the current sensor, the conductive substrate for the current to be detected
A negative feedback bias coil wound around the MI element from both ends of the MI element via a detection circuit, and a terminating end of the negative feedback bias coil is connected to one end of an output detection element to detect output. The above-mentioned problem is solved by providing a current sensor characterized in that outputs are detected at both ends of a device.
【0013】また、請求項4では、前記MI素子は、外
部磁界によって変化するMI素子両端の電圧を前記検波
回路で読み取り電流を発生させ前記負帰還バイアスコイ
ルに供給し、ト−タル磁界がゼロとなる磁界を発生させ
該電流を平衡させることを特徴とする請求項1〜3記載
の電流センサを提供することで課題を解決している。請
求項5では、前記MI素子は、前記被検出電流用の導電
性基板に該導電性基板の電流が通電する磁界によって発
生する磁界と、該MI素子の磁界感度が最高の方向と一
致するように配置することを特徴とする請求項1〜4記
載の電流センサを提供することで上記課題を解決してい
る。また、請求項6では、前記MI素子は、MI特性が
対称であることを特徴とする請求項1、2記載の電流セ
ンサであり、請求項7では、前記MI素子は、MI特性
が非対称であることを特徴とする請求項3記載の電流セ
ンサを提供することで課題を解決するものとしている。According to a fourth aspect of the present invention, in the MI element, a voltage across the MI element, which is changed by an external magnetic field, is read by the detection circuit to generate a current, and the current is supplied to the negative feedback bias coil. The problem is solved by providing a current sensor according to any one of claims 1 to 3, wherein a magnetic field is generated to balance the current. According to claim 5, the MI element is configured such that a magnetic field generated by a magnetic field through which a current of the conductive substrate flows through the conductive substrate for the current to be detected coincides with the highest direction of the magnetic field sensitivity of the MI element. The above problem is solved by providing a current sensor according to claims 1 to 4, wherein According to a sixth aspect of the present invention, in the current sensor according to the first or second aspect, the MI element has a symmetric MI characteristic. In the seventh aspect, the MI element has an asymmetric MI characteristic. The problem is solved by providing a current sensor according to claim 3.
【0014】[0014]
【発明の実施の形態】ここでは、本発明の電流センサに
ついて、磁性体薄膜を使用したMI素子で実施形態を説
明するが、どのようなMI素子においても同様な効果が
得られる。本発明の各実施形態を図面にて説明する。第
一の実施形態として図1は、本発明に係る磁性体薄膜M
I素子1の構成を示した図である。図2aは、プラス側
から外部磁界Hex[Oe]を印加したとき及びマイナス側か
ら外部磁界Hex[Oe]を印加したときのMI素子のMI特
性を示す図である。図2bは、それぞれ異なるMI特性
をもつMI素子のMI特性を示す図である。図2bで
は、説明を簡単にするためにプラス側から外部磁界Hex
[Oe]を印加したときのインピ−ダンス変化率だけでMI
特性を表している。図3は、バイアス磁界Hbを印加し
たときの磁性体薄膜MI素子の構成図を示す。図4a
は、バイアス磁界Hbを印加したときの薄膜MI素子の
特性図である。図4bは、それぞれ異なるMI特性をも
つMI素子にバイアス磁界Hbを印加したときの薄膜M
I素子の特性図である。図5は、本発明に係わる第一の
実施形態としてMI素子の制御装置10を応用した電流
センサを模式的に示した図である。図6a、図6bは、
本発明に係わる電流センサの電子回路をブロックで模式
化した一例を示す図である。図7aは、本発明に係わる
第一の実施形態としてMI素子1の制御装置を応用した
電流センサの外部磁界Hex[Oe]−出力電圧EOUT[V]
の関係を示すグラフである。図7bは、本発明に係わる
第一の実施形態としてMI素子の制御装置を応用した電
流センサの被検出電流値Iex[A]−出力電圧E
OUT[V]の関係を示すグラフである。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Here, an embodiment of the current sensor of the present invention will be described using an MI element using a magnetic thin film, but the same effect can be obtained with any MI element. Each embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 shows a magnetic thin film M according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a diagram showing a configuration of an I element 1. FIG. 2A is a diagram showing MI characteristics of the MI element when an external magnetic field Hex [Oe] is applied from the plus side and when an external magnetic field Hex [Oe] is applied from the minus side. FIG. 2B is a diagram showing MI characteristics of MI elements having different MI characteristics. In FIG. 2b, for the sake of simplicity, the external magnetic field Hex is applied from the plus side.
MI is obtained only by the impedance change rate when [Oe] is applied.
Represents the characteristics. FIG. 3 shows a configuration diagram of the magnetic thin film MI element when the bias magnetic field Hb is applied. FIG. 4a
6 is a characteristic diagram of the thin-film MI element when a bias magnetic field Hb is applied. FIG. 4B shows a thin film M when a bias magnetic field Hb is applied to MI elements having different MI characteristics.
It is a characteristic view of an I element. FIG. 5 is a diagram schematically showing a current sensor to which the control device 10 of the MI element is applied as a first embodiment according to the present invention. 6a and 6b
It is a figure showing an example which modeled an electronic circuit of a current sensor concerning the present invention with a block. FIG. 7A shows an external magnetic field H ex [Oe] -output voltage E OUT [V] of a current sensor to which the control device of the MI element 1 is applied as a first embodiment according to the present invention.
6 is a graph showing the relationship of. FIG. 7B shows a detected current value I ex [A] -output voltage E of the current sensor to which the control device of the MI element is applied as the first embodiment according to the present invention.
7 is a graph showing the relationship of OUT [V].
【0015】図1において薄膜MI素子1が記されてお
り、図では、基板を省略している。薄膜MI素子1は、
Al203 セラミックウェハ、Siウェーハ、ガラスウェ
ーハ等の表面平滑性を高めた非磁性基板上に軟磁性体薄
膜であるCoFeNi,NiFe等のめっき膜、あるい
はFeCoSiB、CoZrNb、FeSiB、CoSi
B等のアモルファススパッタ膜、NiFeスパッタ膜な
どの軟磁性体薄膜を成膜し、その後、回転磁場中、およ
び静止磁場中で熱処理を行うと磁気特性の向上がはかれ
る。また、表面平滑性を高めていなくとも非磁性基板で
あればよい。FIG. 1 shows a thin-film MI element 1, and the substrate is omitted in the figure. The thin-film MI element 1
Al 2 0 3 ceramic wafer, Si wafer, on a non-magnetic substrate having enhanced surface smoothness such as glass wafer is soft magnetic thin film CoFeNi, a plating film such as NiFe or FeCoSiB,, CoZrNb, FeSiB, CoSi
When a soft magnetic thin film such as an amorphous sputtered film such as B or a NiFe sputtered film is formed, and then heat-treated in a rotating magnetic field or a static magnetic field, the magnetic properties can be improved. Further, a non-magnetic substrate may be used without increasing the surface smoothness.
【0016】時間的に変化する電流を印加し表皮効果を
得る薄膜MI素子1の両端にアルミのワイヤボンディン
グ、Auワイヤ等からなる電極又は直接半田によりリ−
ド線に接続し、数十[MHz](10〜40[MH
z])の高周波電流を両端に通電している。この時の、
外部磁界Hex[Oe]とインピ−ダンス変化率(%)の関
係(MI特性)を図2aに示している。図3では、DC
バイアスコイル2をN回巻き最大感度となる動作点をシ
フトさせるためにバイアス磁界Hb[Oe]を印加してい
る。このときのMI特性を図4aに示す。図5にそって
説明するとこのとき、薄膜MI素子1に巻いたDCバイ
アスコイル2の上に絶縁被覆するか、コイルの外周部を
絶縁被覆し、負帰還バイアスコイル3をDCバイアスコ
イルと同じだけN回巻いている。次に、銅板等の導電体
からなる電流被検出用の導電性基板(以下被検出電流バ
−)8に流れる電流をIexとすると、それによって外部
磁界が発生する。その外部磁界をHex[Oe]とすると、H
ex[Oe]によって薄膜MI素子1の電圧が変化する。前記
したMI素子1の両端から検波回路4により変化した電
圧Vを読み取り、I1となる電流を発生させ、薄膜MI
素子1に巻いた負帰還バイアスコイル3に供給し、ト−
タル磁界がゼロとなるH1を発生させ、I1を常に平衡
させる。このH1を検出用素子5(抵抗R1)を介して
出力を測定する。DCバイアスコイル2、負帰還バイア
スコイル3は、この図のMI素子1の要部で開示してい
る。また、このときの電子回路の一例を図6a、図6bに
ブロックで模式化して示している。An electrode made of aluminum wire bonding, Au wire or the like or a lead is directly soldered to both ends of the thin-film MI element 1 for obtaining a skin effect by applying a time-varying current.
Tens [MHz] (10 to 40 [MH]
z]) is applied to both ends. At this time,
FIG. 2A shows the relationship (MI characteristic) between the external magnetic field Hex [Oe] and the impedance change rate (%). In FIG. 3, DC
A bias magnetic field H b [Oe] is applied to shift the operating point where the maximum sensitivity is obtained by winding the bias coil 2 N times. FIG. 4A shows the MI characteristics at this time. In this case, the DC bias coil 2 wound around the thin-film MI element 1 is coated with insulation or the outer periphery of the coil is coated with insulation, and the negative feedback bias coil 3 is replaced by the same amount as the DC bias coil. It is wound N times. Next, assuming that a current flowing through a conductive substrate (hereinafter referred to as a detected current bar) 8 made of a conductive material such as a copper plate is Iex , an external magnetic field is generated. Assuming that the external magnetic field is H ex [Oe], H
ex [Oe] changes the voltage of the thin-film MI element 1. Read the voltage V has changed by the detection circuit 4 from both ends of the MI element 1 described above, to generate a current to be I 1, a thin film MI
The negative feedback bias coil 3 wound around the element 1 is supplied to the
To generate H 1 which barrel magnetic field is zero at all times to balance the I 1. The H 1 via the detection element 5 (resistance R 1) to measure the output. The DC bias coil 2 and the negative feedback bias coil 3 are disclosed in the main part of the MI element 1 in FIG. An example of the electronic circuit at this time is schematically shown in blocks in FIGS. 6A and 6B.
【0017】被検出電流バ−8に流れる電流Iexによっ
て発生する外部磁界HexとH1のト−タル磁界がゼロ
となることで薄膜MI素子1の外部磁界Hexに対する
電圧変化が飽和する領域の磁界でもリニアに検出でき
る。従って、従来は図4aに示すような±数[Oe]の狭い
磁界の範囲でしか検出が出来なかったが、図7aに示す
ように広範囲(物理的には無限大)の外部磁界Hexに
渡ってリニアな出力を得る磁界平衡型の制御装置10を
得ることができる。また、これにより図7bに示すよう
な出力電圧[V]−被検出電流値[A]の関係を得るこ
とが可能になった。次に、図2bに示される異なるMI
特性a、MI特性bをもつ、MI素子で制御装置及びそ
れを用いる電流センサを検証してみた。MI素子のMI
特性は素子によって多少バラついているためあえてこの
ように異なる特性をもつMI素子を使用し実験した。図
4bは、図2bのそれぞれのMI特性a、bにバイアス
磁界Hb[Oe]を印加し、シフトさせた図である。詳細な
説明は前述したので述べないが、実線で示すMI特性
a、点線で示すMI特性bともに図7aに示すように全
く同様な広範囲(物理的には無限大)の外部磁界Hex
に渡ってリニアな出力を得る磁界平衡型の制御装置10
であることが検証された。図7bにおいても同様であっ
た。このように、広範囲(物理的に無限大)の電流測定
に渡ってリニアな出力を検出できる磁界平衡型のMI素
子の制御装置を応用した電流センサであることが検証さ
れた。また、図5に示すように電流センサを構成するに
あたり、MI素子1は、被検出電流バ−8の通電によっ
て発生する磁界とMI素子1の感度が最も良い外部磁界
が一致するように配置されているほうが好ましい。何故
なら、通電電流によって発生する磁界がMI素子1の外
部磁界となるため、感度がより良好であるためである。
更に、図ではMI素子1は、被検出電流バ−8の上方に
設けられているが、下方でもよく、必ずしも上方又は下
方に設けられていなくとも被検出電流バ−8によって発
生する磁界を検出できる範囲の位置におかれていればよ
い。Since the external magnetic field H ex and the total magnetic field of H 1 generated by the current I ex flowing through the detected current bar 8 become zero, the voltage change of the thin film MI element 1 with respect to the external magnetic field H ex is saturated. Even a magnetic field in the region can be detected linearly. Therefore, conventionally, detection was possible only in a narrow magnetic field range of ± several [Oe] as shown in FIG. 4A. However, as shown in FIG. 7A, a wide range (physically infinite) of the external magnetic field Hex was detected. The control device 10 of the magnetic field equilibrium type that obtains a linear output over the entirety can be obtained. This makes it possible to obtain the relationship between the output voltage [V] and the detected current value [A] as shown in FIG. 7B. Next, the different MIs shown in FIG.
The control device having the characteristic a and the MI characteristic b and the current sensor using the control device using the MI device were examined. MI of MI element
Since characteristics varied somewhat depending on the device, an experiment was conducted using MI devices having such different characteristics. FIG. 4B is a diagram in which a bias magnetic field H b [Oe] is applied to each of the MI characteristics a and b in FIG. 2B and shifted. Although not described in detail because it has been described above, both the MI characteristic a shown by a solid line and the MI characteristic b shown by a dotted line have a completely similar (physically infinite) external magnetic field H ex as shown in FIG. 7A.
Field-balanced control device 10 that obtains a linear output over a
Has been verified. The same applies to FIG. 7b. As described above, it has been verified that the current sensor is a magnetic field balanced type MI element control device that can detect a linear output over a wide range (physical infinity) of current measurement. In configuring the current sensor as shown in FIG. 5, the MI element 1 is arranged so that the magnetic field generated by the current bar 8 to be detected and the external magnetic field having the highest sensitivity of the MI element 1 match. Is preferred. This is because the magnetic field generated by the energizing current becomes an external magnetic field of the MI element 1, and therefore, the sensitivity is better.
Further, in the figure, the MI element 1 is provided above the current bar 8 to be detected, but may be below the current bar 8, and may not necessarily be provided above or below the current bar 8 to detect the magnetic field generated by the current bar 8 to be detected. What is necessary is just to be in the position of the range which can be performed.
【0018】次に本発明に係わる第二の実施形態とし
て、薄膜MI素子の制御装置を応用した電流センサを示
した図にて説明する。図8は、本発明に係るMI効果を
用いた薄膜MI素子の構成を示した図である。図9a
は、プラス側から外部磁界Hex[Oe]を印加したとき及び
マイナス側から外部磁界Hex[Oe]を印加したときのMI
素子のMI特性を示す図である。図9bは、それぞれ異
なるMI特性をもつMI素子のMI特性c、dを示す図
である。図9bでは、説明を簡単にするためにプラス側
から外部磁界Hex[Oe]を印加したときのインピ−ダンス
変化率だけでMI特性をあらわしている。図10aは、
イニシャルオフセット回路7にてあらかじめ負帰還バイ
アスコイル3に電流を流してΔH[Oe]シフトさせMI特
性を非対称にした特性図を示す。図10bは、それぞれ
異なるMI特性c、dをもつMI素子にイニシャルオフ
セット回路7にてあらかじめ負帰還バイアスコイル3に
電流を流してMI特性を非対称にした特性図を示す。図
11は、本発明に係わる、その薄膜MI素子の制御装置
10を応用した電流センサを模式的に示した図である。
図12a、図12bは、本発明に係わる電流センサにお
いて、その電子回路の一例をブロックで模式化した図で
ある。また、本発明に係わるMI素子1の制御装置10
を応用した電流センサの外部磁界Hex[Oe]−出力電圧E
OUT[V]の関係及び被検出電流値Iex[A]−出力電
圧EOUT[V]の関係を示すグラフは、第一の実施形態
と同様であったので、図7a及び図7bのグラフをつか
って説明する。Next, as a second embodiment according to the present invention, a current sensor to which a control device for a thin film MI element is applied will be described with reference to the drawings. FIG. 8 is a diagram showing a configuration of a thin-film MI device using the MI effect according to the present invention. FIG. 9a
Is the MI when the external magnetic field Hex [Oe] is applied from the plus side and when the external magnetic field Hex [Oe] is applied from the minus side.
FIG. 3 is a diagram showing MI characteristics of the element. FIG. 9B is a diagram showing MI characteristics c and d of MI elements having different MI characteristics. In FIG. 9B, for simplicity of description, the MI characteristic is expressed only by the impedance change rate when the external magnetic field Hex [Oe] is applied from the plus side. FIG.
A characteristic diagram is shown in which an initial offset circuit 7 causes a current to flow through the negative feedback bias coil 3 in advance and shifts ΔH [Oe] to make the MI characteristic asymmetric. FIG. 10B is a characteristic diagram in which a current is previously passed through the negative feedback bias coil 3 by the initial offset circuit 7 to MI elements having different MI characteristics c and d, and the MI characteristics are asymmetric. FIG. 11 is a diagram schematically showing a current sensor to which the thin-film MI element control device 10 according to the present invention is applied.
12A and 12B are diagrams schematically illustrating an example of an electronic circuit of the current sensor according to the present invention by using blocks. Further, the control device 10 for the MI element 1 according to the present invention
Magnetic field H ex [Oe] -output voltage E of current sensor applying
Since the graph showing the relationship between OUT [V] and the relationship between the detected current value I ex [A] and the output voltage E OUT [V] is the same as that of the first embodiment, the graphs of FIGS. 7A and 7B are used. I will explain using.
【0019】図11は、本発明に係る第二の実施形態に
おいて、時間的に変化する電流を印加し表皮効果を得る
MI素子1を用いた薄膜MI素子1の制御装置10を応
用した電流センサの構造を模式的に示した図であり、詳
細にはMI素子による電流検出の原理図である。図9a
に示すように磁界の向きに対して対称的に電圧が変化す
るMI素子1を利用する場合はイニシャルオフセット回
路7にて発生させた電流をあらかじめ負帰還バイアスコ
イルに流して図10aのようにMI特性をΔH[Oe]だ
けシフトさせ非対称にしておく。被検出電流バ−18に
流れる電流Iex[A]によって発生する外部磁界をH
ex[Oe]とすると、Hex[Oe]によってMI素子1の電
圧が変化する。前記したMI素子1の両端から検波回路
4により変化した電圧Vを読み取り、I1となる電流を
発生させ、MI素子1に巻いた負帰還バイアスコイル3
に供給し、ト−タル磁界がゼロとなるH1を発生させ、
I1を常に平衡とさせる。このI1を出力検出用素子5
(抵抗R1)を介して出力を測定する。また、このとき
の電子回路の一例をブロックで模式化して示したのが図
12a、図12bである。FIG. 11 shows a current sensor to which a control device 10 for a thin-film MI element 1 using an MI element 1 for obtaining a skin effect by applying a time-varying current in a second embodiment according to the present invention. FIG. 2 is a diagram schematically showing the structure of FIG. 1, and more specifically, a principle diagram of current detection by an MI element. FIG. 9a
When using the MI element 1 in which the voltage changes symmetrically with respect to the direction of the magnetic field as shown in FIG. 10A, the current generated by the initial offset circuit 7 is passed through a negative feedback bias coil in advance, and as shown in FIG. The characteristic is shifted by ΔH [Oe] to be asymmetric. The external magnetic field generated by the current I ex [A] flowing through the detected current bar 18 is represented by H
ex [Oe], the voltage of the MI element 1 changes according to Hex [Oe]. Read the voltage V has changed by the detection circuit 4 from both ends of the MI element 1 described above, to generate a current to be I 1, a negative feedback bias coil 3 wound on the MI element 1
Supplied to, bets - to generate H 1 which barrel magnetic field is zero,
Let I 1 always be in equilibrium. This I 1 is used as an output detecting element 5
The output is measured via (resistance R 1 ). FIGS. 12A and 12B schematically show an example of an electronic circuit at this time by using blocks.
【0020】従って、従来は図9aに示すような±数[O
e]の狭い磁界の範囲でしか磁界検出が出来なかったが、
図7aに示すように広範囲の外部磁界Hex[Oe]に渡っ
てリニアな出力電圧を得る磁界平衡型の制御装置10を
得ることができた。これによって図7bに示すように被
検出電流値Iex[A]−出力電圧EOUT[V]のように
ホ−ル素子より高感度で、ホ−ル素子同様に広範囲(物
理的に無限大)の出力を検出でき、更に磁気コアを使用
しないことで低コストで且つ超小型な電流センサを得る
ことができた。また、DCバイアスコイルを必要としな
いで図10aに示すような非対称な特性を得ることがで
き、負帰還バイアスコイル3のみで薄膜MI素子1の両
端から検波回路4により変化した電圧Vを読み取り、I
1となる電流を発生させ、薄膜MI素子1に巻いた負帰
還バイアスコイル3に供給し、ト−タル磁界がゼロとな
るH1を発生させ、I1を常に平衡とさせているのでコス
トを低減させ、工程の煩雑化を招くこともない。次に、
図9bに示される異なるMI特性c、dをもつMI素子
で制御装置10を検証してみた。詳細な説明は前述した
ので述べないが、実線で示すMI特性c、点線で示すM
I特性dともにあらかじめイニシャルオフセット回路7
にて電流を流し図10bに示すようにΔH[Oe]だけシフ
トさせ非対称な特性としている。異なるMI特性c、d
においても電流センサに用いるMI素子1の制御装置1
0の外部磁界Hex[Oe]−出力電圧EOUT[V]の関係及
び被検出電流値Iex[A]−出力電圧EOUT[V]の関
係を示すグラフは、第一の実施形態と同様であることが
検証された。また、図11に示すように電流センサを構
成するにあたり、MI素子1は、被検出電流バ−18の
通電電流Iexによって発生する磁界と、MI素子1の最
良の感度の磁界方向を一致させて配置するほうが好まし
い。何故なら、通電電流によって発生する磁界がMI素
子1の外部磁界であるため、感度がより良好となるから
である。更に、MI素子1は図において、被検出電流バ
−18の上方に設けられているが、下方でも良く、必ず
しも上方又は下方に設けなくとも被検出電流バ−18に
よって発生する磁界を検出できる範囲に設けられていれ
ばよい。Therefore, conventionally, ± number [O] as shown in FIG.
e] could be detected only in the narrow magnetic field range,
As shown in FIG. 7A, it was possible to obtain the magnetic field balanced control device 10 that obtains a linear output voltage over a wide range of the external magnetic field H ex [Oe]. As a result, as shown in FIG. 7B, the sensitivity is higher than that of the ball element, such as the detected current value Iex [A] -output voltage E OUT [V]. 2), and a low-cost and ultra-compact current sensor can be obtained by not using a magnetic core. Further, an asymmetric characteristic as shown in FIG. 10A can be obtained without the need for a DC bias coil, and the voltage V changed by the detection circuit 4 from both ends of the thin-film MI element 1 is read only by the negative feedback bias coil 3. I
To generate a current of 1, and supplied to the negative feedback bias coil 3 wound in the thin film MI elements 1, bets - to generate H 1 which barrel magnetic field becomes zero, the cost since always set to balance the I 1 It does not reduce the number of steps and does not complicate the process. next,
The control device 10 was verified with MI elements having different MI characteristics c and d shown in FIG. 9B. Although not described in detail because it has been described above, the MI characteristic c shown by a solid line and the M characteristic shown by a dotted line
Initial offset circuit 7 for both I characteristic d
A current is caused to flow through and shift by ΔH [Oe] as shown in FIG. Different MI characteristics c, d
Control device 1 for MI element 1 used for current sensor
The graph showing the relationship between the external magnetic field H ex [Oe] and the output voltage E OUT [V] and the relationship between the detected current value I ex [A] and the output voltage E OUT [V] are the same as those of the first embodiment. The same was verified. In constituting the current sensor, as shown in FIG. 11, the MI element 1, a magnetic field generated by the applied current I ex of the current to be detected bar -18, to match the magnetic field direction of the best sensitivity MI element 1 It is more preferable to arrange them. This is because the magnetic field generated by the energizing current is the external magnetic field of the MI element 1, and the sensitivity is further improved. Further, although the MI element 1 is provided above the current bar 18 to be detected in the drawing, it may be provided below, and it is not always necessary to provide it above or below the range where the magnetic field generated by the current bar 18 can be detected. It is sufficient if it is provided in.
【0021】次に本発明に係わる第三の実施形態を図に
て説明する。図13は、本発明に係る軟磁性体薄膜の磁
気異方性の方向を交差するよう積層した交差型磁気異方
性薄膜MI素子21の構成を示した図である。図14a
は、プラス側から外部磁界Hex[Oe]を印加したとき及び
マイナス側から外部磁界Hex[Oe]を印加したときの交差
型磁気異方性薄膜MI素子21のMI特性を示す図であ
る。図14bは、あえてばらつきの異なる交差型磁気異
方性薄膜MI素子のMI特性e、fを示している。図1
4bは、説明を簡単にするためプラス側から外部磁界H
ex[Oe]を印加したときのMI特性を示す図である。図
15は、交差型磁気異方性薄膜MI素子21の制御装置
20を応用した電流センサの構造を模式的に示した図で
ある。図16a、図16bは、本発明に係わる交差型磁
気異方性薄膜MI素子21の制御装置20を応用した電
流センサの電子回路の一例をブロックで模式化して示し
た図である。また、本発明に係わる電流センサに用いる
交差型磁気異方性薄膜MI素子21の制御装置20の外
部磁界Hex[Oe]−出力電圧EOUT[V]の関係及び被検
出電流値Iex[A]−出力電圧EOUT[V]の関係を示
すグラフは、第一の実施形態と同様であったので、図7
a及び図7bのグラフをつかって説明する。Next, a third embodiment according to the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 13 is a diagram showing a configuration of a cross-type magnetic anisotropic thin film MI element 21 according to the present invention, which is stacked so as to cross the direction of magnetic anisotropy of the soft magnetic thin film. FIG.
FIG. 4 is a diagram showing MI characteristics of the cross-type magnetic anisotropic thin-film MI element 21 when an external magnetic field Hex [Oe] is applied from the plus side and when an external magnetic field Hex [Oe] is applied from the minus side. FIG. 14B shows the MI characteristics e and f of the crossed magnetic anisotropic thin film MI elements having different variations. FIG.
4b is an external magnetic field H from the plus side for simplicity of explanation.
FIG. 7 is a diagram showing MI characteristics when ex [Oe] is applied. FIG. 15 is a diagram schematically showing the structure of a current sensor to which the control device 20 for the cross-type magnetic anisotropic thin-film MI element 21 is applied. FIGS. 16A and 16B are diagrams schematically illustrating an example of an electronic circuit of a current sensor to which the control device 20 of the cross-type magnetic anisotropic thin-film MI element 21 according to the present invention is applied. Further, the relationship between the external magnetic field H ex [Oe] —the output voltage E OUT [V] of the control device 20 of the cross-type magnetic anisotropic thin film MI element 21 used in the current sensor according to the present invention, and the detected current value I ex [ Since the graph showing the relationship between A] and the output voltage E OUT [V] was the same as that of the first embodiment, FIG.
This will be described with reference to FIG.
【0022】図13に示すように軟磁性体薄膜の磁気異
方性の方向を交差させる構造の薄膜MI素子21は、特
に図示しないがAl203 セラミックウェハ、Siウェー
ハ、ガラスウェーハ等の基板上に軟磁性体薄膜であるC
oFeNi,NiFe等のめっき膜、あるいはFeCoS
iB、CoZrNb、FeSiB、CoSiB等のアモ
ルファススパッタ膜、NiFeスパッタ膜などの軟磁性
体薄膜の磁気異方性の方向を交差させるように積層して
いる。The thin film MI elements 21 of the structure to cross direction of the magnetic anisotropy of the soft magnetic thin film as shown in FIG. 13, not specifically shown but Al 2 0 3 ceramic wafer, Si wafer, a substrate such as a glass wafer On top of the soft magnetic thin film C
oFeNi, NiFe, etc. plating film or FeCoS
The films are laminated so that the directions of the magnetic anisotropy of soft magnetic thin films such as amorphous sputtered films such as iB, CoZrNb, FeSiB and CoSiB, and NiFe sputtered films are crossed.
【0023】時間的に変化する電流を印加し表皮効果を
得る交差型の薄膜MI素子21では、図14aに示すよ
うにそのMI特性が非対称となっているためDCバイア
スやイニシャルオフセット回路を使用する必要がないと
言う利点があるばかりでなくその検出感度が非常によ
い。図15は、本発明に係る交差型磁気異方性薄膜MI
素子21の制御装置20を応用した電流センサの構造を
模式的に示した図であり詳細には交差型磁気異方性薄膜
MI素子21による電流検出の原理図である。In the cross-type thin-film MI element 21 which obtains a skin effect by applying a time-varying current, since the MI characteristic is asymmetric as shown in FIG. 14A, a DC bias or an initial offset circuit is used. Not only does it have the advantage of not being necessary, but its detection sensitivity is very good. FIG. 15 shows a cross type magnetic anisotropic thin film MI according to the present invention.
FIG. 2 is a diagram schematically showing a structure of a current sensor to which a control device 20 of an element 21 is applied, and more specifically, a principle diagram of current detection by a cross-type magnetic anisotropic thin film MI element 21.
【0024】FeCoSiB、CoZrNb、FeSi
B、CoSiB等のアモルファススパッタ膜、NiFe
スパッタ膜等からなる軟磁性体薄膜の磁化容易軸を利用
した交差型MI素子21は、特に図示しないが、両端に
アルミのワイヤボンディング、Auワイヤ等からなる電
極又は直接半田によりリ−ド線に接続し、数十[MH
z]以上で好ましくは、10〜40[MHz]の高周波
電流を両端に通電している。このときの外部磁界Hex[O
e]とインピ−ダンス変化率[%]の関係を図14aに示
している。図14aに示すように磁界の向きに対して非
対称的に電圧が変化する交差型磁気異方性薄膜MI素子
21を利用する場合は、DCバイアスやイニシャルオフ
セット回路にてMI特性を非対称にしておく必要がな
い。FeCoSiB, CoZrNb, FeSi
B, CoSiB or other amorphous sputtered film, NiFe
Although not shown, the cross-type MI element 21 utilizing the easy axis of the soft magnetic thin film made of a sputtered film or the like is connected to an electrode made of aluminum wire bonding at both ends, an Au wire or the like, or to a lead wire by direct soldering. Connect and dozens [MH
z] or more, and preferably a high-frequency current of 10 to 40 [MHz] is applied to both ends. The external magnetic field Hex [O
FIG. 14A shows the relationship between [e] and the impedance change rate [%]. As shown in FIG. 14A, when using a cross-type magnetically anisotropic thin-film MI element 21 in which the voltage changes asymmetrically with respect to the direction of the magnetic field, the MI characteristics are made asymmetric by a DC bias or an initial offset circuit. No need.
【0025】図15に沿って説明すると被検出電流バ−
28に流れる電流Iexによって発生する外部磁界をH
ex[Oe]とすると、Hex[Oe]によって交差型磁気異方
性薄膜MI素子21の電圧が変化する。前記したMI素
子1の両端から検波回路24により変化した電圧Vを読
み取り、I1となる電流を発生させ、交差型磁気異方性
薄膜MI素子21に巻いた負帰還バイアスコイル23に
供給し、ト−タル磁界がゼロとなるH1を発生させ、I1
を常に平衡とさせる。このI1を出力検出用素子25
(抵抗R1)を介して出力として測定する。被検出電流
バ−28に流れる電流によって発生する外部磁界Hex
とH1のト−タル磁界がゼロとなることで交差型磁気異
方性薄膜MI素子21の磁界に対する電圧変化が飽和す
る領域の磁界でもリニアに検出できる。また、このとき
の電子回路の一例をブロックで模式化して示したのが図
16a、図16bである。Referring to FIG. 15, the detected current bar
The external magnetic field generated by the current Iex flowing through
Assuming ex [Oe], the voltage of the cross-type magnetic anisotropic thin-film MI element 21 changes depending on Hex [Oe]. The voltage V changed by the detection circuit 24 is read from both ends of the MI element 1 to generate a current I 1 , which is supplied to the negative feedback bias coil 23 wound around the cross-type magnetic anisotropic thin film MI element 21, DOO - to generate H 1 which barrel magnetic field becomes zero, I 1
Is always balanced. This I 1 is used as an output detecting element 25.
It is measured as output via (resistance R 1 ). The external magnetic field H ex generated by the current flowing through the detected current bar 28
And H 1 bets - barrel magnetic fields can be detected linearly in the magnetic field in the region where the voltage change to the magnetic field in the cross-type magnetic anisotropic thin film MI elements 21 is saturated by zero. FIGS. 16A and 16B schematically show an example of an electronic circuit at this time by using blocks.
【0026】従って、図14aに示すような±数[Oe]の
狭い磁界の範囲でしか磁界検出が出来なかったが、図7
aに示すように被検出電流バ−に流れる電流Iexによっ
て発生する外部磁界Hexを広範囲の検出磁界Hexに渡っ
てリニアな出力電圧を得る磁界平衡型の制御装置を得る
ことができ電流センサ20として応用できた。また、D
Cバイアスコイル、イニシャルオフセット回路を必要と
しないで図14aに示すような非対称な特性を得ること
ができ、負帰還バイアスコイル23のみで交差型磁気異
方性薄膜MI素子21の両端から検波回路24により変
化した電圧Vを読み取り、I1となる電流を発生させ、
MI素子21に巻いた負帰還バイアスコイル23に供給
し、ト−タル磁界がゼロとなるH1を発生させ、I1を常
に平衡とさせているのでコストを低減させ、工程の煩雑
化を招くこともない。次に、図14bに示されるそれぞ
れ異なるMI特性e、fをもつ交差型磁気異方性薄膜M
I素子でMI素子の制御装置20を電流センサとして応
用して検証してみた。詳細な説明は前述したので述べな
いが、実線で示すMI特性e、点線で示すMI特性fと
も非対称な特性となっている。この場合でも、図7a、
図7bに示すように、異なるMI特性e、fにおいても
電流センサに用いるMI素子21の制御装置20の外部
磁界Hex[Oe]−出力電圧EOUT[V]の関係及び被検出
電流値Iex[A]−出力電圧EOUT[V]の関係を示す
グラフは、第一の実施形態と全く同様に広範囲(物理的
には無限大)の外部磁界Hexに渡ってリニアな出力を
得る磁界平衡型の制御装置でり、電流センサ20に応用
しても被検出電流値Iex[A]−出力電圧EOUT[V]
も同様であることが検証できたた。また、図15に示す
ように電流センサを構成するにあたり、MI素子21
は、被検出電流バ−28の通電電流によって発生する磁
界方向とMI素子21の最大感度の磁界方向が一致する
ように配置されるほうが好ましい。何故なら、通電電流
によって発生する磁界がMI素子21の外部磁界となる
ため、感度がより良好であるためである。更に、MI素
子21は、図では被検出電流バ−28の上方に設けられ
ているが、下方でもよく、必ずしも上方又は下方に設け
なくとも被検出電流バ−28によって発生する磁界を検
出できる範囲に設けられていればよい。コイルは絶縁被
覆されているものを使うか、素子を絶縁被覆してコイル
を巻いていることは自明の理である。特に図示しない
が、交差型磁気異方性薄膜MI素子21にイニシャルオ
フセット回路を用いて特性を安定させることも本出願に
含まれる。この場合、イニシャルオフセットによって予
め電流を流し最大感度の位置までシフトさせておくのが
好ましい。Accordingly, the magnetic field can be detected only in a narrow magnetic field range of ± several [Oe] as shown in FIG.
the current to be detected bar as shown in a - generated by the current I ex flowing through the external magnetic field H ex can be obtained a magnetic equilibrium type control device to obtain a linear output voltage over a wide range of detection magnetic field H ex current It could be applied as the sensor 20. Also, D
14A can be obtained without the need for the C bias coil and the initial offset circuit, and the detection circuit 24 can be obtained from both ends of the cross-type magnetic anisotropic thin-film MI element 21 using only the negative feedback bias coil 23. To read the voltage V changed, and generate a current that becomes I 1 ,
Supplying a negative feedback bias coil 23 wound on MI element 21, bets - to generate H 1 which barrel magnetic field becomes zero, since all times is an equilibrium I 1 reduces the cost, leading to complicated process Not even. Next, a crossed magnetic anisotropic thin film M having different MI characteristics e and f shown in FIG.
The verification was performed by applying the control device 20 for the I element and the MI element as a current sensor. Although not described in detail because it has been described above, the MI characteristic e shown by a solid line and the MI characteristic f shown by a dotted line are also asymmetrical characteristics. Even in this case, FIG.
As shown in FIG. 7B, the relationship between the external magnetic field H ex [Oe] and the output voltage E OUT [V] of the control device 20 of the MI element 21 used for the current sensor and the detected current value I are also obtained for different MI characteristics e and f. The graph showing the relationship between ex [A] and output voltage E OUT [V] shows that a linear output is obtained over a wide range (physically infinite) of the external magnetic field Hex just like the first embodiment. This is a magnetic field balance type control device. Even when applied to the current sensor 20, the detected current value I ex [A] −the output voltage E OUT [V]
Could be verified to be the same. In configuring the current sensor as shown in FIG.
It is preferable that the direction of the magnetic field generated by the current flowing through the detected current bar 28 and the direction of the magnetic field having the maximum sensitivity of the MI element 21 be aligned. This is because the magnetic field generated by the energizing current becomes an external magnetic field of the MI element 21 and the sensitivity is better. Further, although the MI element 21 is provided above the detected current bar 28 in the drawing, it may be provided below, or may be provided not necessarily above or below the range in which the magnetic field generated by the detected current bar 28 can be detected. It is sufficient if it is provided in. It is self-evident that the coil is used with an insulative coating or the element is insulated and the coil is wound. Although not specifically shown, stabilizing the characteristics by using an initial offset circuit for the cross-type magnetic anisotropic thin-film MI element 21 is also included in the present application. In this case, it is preferable to supply a current in advance by the initial offset and shift the current to the position of the maximum sensitivity.
【0027】従って、以上のMI素子とそのMI特性に
ついて、検証してきたが本発明における電流センサに用
いるMI素子の制御装置は常にト−タル磁界をゼロとな
る磁界を発生させることで、被検出電流バ−によって発
生する外部磁界Hexに対する電圧変化が飽和する領域
の磁界でもリニアに検出できる。それによってホ−ル素
子よりも超高感度でホ−ル素子同様に広範囲の検出磁界
(物理的に無限大)に渡ってリニアリティをえることが
できる電流センサであり、またバイアス磁界を印加しな
くても達成できる。更に、MI素子のMI特性のばらつ
きに左右されないで出力検出が可能である。Therefore, the above-described MI element and its MI characteristics have been verified. However, the MI element control device used in the current sensor according to the present invention always generates a magnetic field that makes the total magnetic field zero, thereby detecting the MI element. Even a magnetic field in a region where the voltage change with respect to the external magnetic field Hex generated by the current bar is saturated can be detected linearly. This is a current sensor that can obtain linearity over a wide range of detection magnetic fields (physically infinite) as in the case of the ball element with ultra-high sensitivity compared to the ball element, and without applying a bias magnetic field. Can also be achieved. Further, output detection can be performed without being affected by variations in MI characteristics of the MI element.
【0028】[0028]
【発明の効果】このように本発明では、電流センサにお
いてどのようなMI特性をもったMI素子でもその制御
装置を利用することによって常にト−タル磁界がゼロと
なる磁界を発生させており、常に平衡状態を保つことで
超高感度でホ−ル素子と同様に広範囲の検出磁界(物理
的に無限大)に渡ってリニアリティをえることができ
る。更に、バイアス磁界を印加しなくても同様な効果を
達成できるものである。また、磁気コアを使わないので
ホ−ル素子を利用した電流センサに比べ超小型で低コス
トな電流センサを得ることができる。As described above, according to the present invention, a magnetic field in which the total magnetic field is always zero is generated by using the control device of any MI element having any MI characteristics in the current sensor. By maintaining the equilibrium state at all times, linearity can be obtained over a wide range of the detected magnetic field (physically infinite) as in the case of the Hall element with ultra-high sensitivity. Further, similar effects can be achieved without applying a bias magnetic field. Further, since a magnetic core is not used, a current sensor that is ultra-compact and low-cost can be obtained as compared with a current sensor using a ball element.
【図1】本発明に係わる電流センサの第一の実施形態に
おけるMI効果を用いた磁性体薄膜MI素子の構成を示
した図である。FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a magnetic thin film MI element using an MI effect in a first embodiment of a current sensor according to the present invention.
【図2a】本発明に係わる電流センサの第一の実施形態
における磁性体薄膜MI素子にプラス側から外部磁界を
印加したとき及びマイナス側から外部磁界を印加したと
きのMI特性を示す図である。FIG. 2A is a view showing MI characteristics when an external magnetic field is applied from the plus side and when an external magnetic field is applied from the minus side to the magnetic thin film MI element in the first embodiment of the current sensor according to the present invention. .
【図2b】本発明に係わる電流センサの第一の実施形態
における夫々異なる特性をもつ磁性体薄膜MI素子にプ
ラス側から外部磁界を印加したときのMI特性を示す図
である。FIG. 2B is a diagram showing MI characteristics when a magnetic thin film MI element having different characteristics in the first embodiment of the current sensor according to the present invention is applied with an external magnetic field from the plus side.
【図3】本発明に係わる電流センサの第一の実施形態に
おけるバイアス磁界Hbを印加したときの磁性体薄膜M
I素子の構成図を示す。FIG. 3 shows a magnetic thin film M when a bias magnetic field Hb is applied in the first embodiment of the current sensor according to the present invention.
1 shows a configuration diagram of an I element.
【図4a】本発明に係わる電流センサの第一の実施形態
における磁性体薄膜MI素子にバイアス磁界Hbを印加
したときの磁性体薄膜MI素子の特性図である。FIG. 4a is a characteristic diagram of the magnetic thin film MI element when a bias magnetic field Hb is applied to the magnetic thin film MI element in the first embodiment of the current sensor according to the present invention.
【図4b】本発明に係わる電流センサの第一の実施形態
における夫々異なるMI特性をもつ磁性体薄膜MI素子
にバイアス磁界Hbを印加したときの磁性体薄膜MI素
子の特性図である。FIG. 4b is a characteristic diagram of the magnetic thin film MI element when a bias magnetic field Hb is applied to the magnetic thin film MI elements having different MI characteristics in the first embodiment of the current sensor according to the present invention.
【図5】本発明に係わる電流センサの第一の実施形態と
して軟磁性体薄膜を利用した磁性体薄膜MI素子の制御
装置を応用した電流センサを模式化して示した図であ
る。FIG. 5 is a diagram schematically illustrating a current sensor to which a control device for a magnetic thin film MI element using a soft magnetic thin film is applied as a first embodiment of the current sensor according to the present invention.
【図6a】本発明に係わる電流センサの第一の実施形態
として軟磁性体薄膜を利用した磁性体薄膜MI素子の制
御装置を応用した電流センサの電子回路の一例をブロッ
クで模式化して示した図である。FIG. 6a is a block diagram schematically illustrating an example of an electronic circuit of a current sensor to which a control device for a magnetic thin film MI element using a soft magnetic thin film is applied as a first embodiment of the current sensor according to the present invention; FIG.
【図6b】本発明に係わる電流センサの第一の実施形態
として軟磁性体薄膜を利用した磁性体薄膜MI素子の制
御装置を応用した電流センサの電子回路の一例をブロッ
クで模式化して示した図である。FIG. 6b is a block diagram schematically illustrating an example of an electronic circuit of a current sensor to which a control device for a magnetic thin film MI element using a soft magnetic thin film is applied as a first embodiment of the current sensor according to the present invention. FIG.
【図7a】本発明に係わる電流センサにおけるMI素子
の制御装置の外部磁界Hex[Oe]−出力電圧EOUT[V]
の関係を示すグラフである。FIG. 7a shows an external magnetic field H ex [Oe] -output voltage E OUT [V] of the control device of the MI element in the current sensor according to the present invention.
6 is a graph showing the relationship of.
【図7b】本発明に係わる電流センサにおけるMI素子
の制御装置の被検出電流値Iex[A]−出力電圧EOUT
[V]の関係を示すグラフである。FIG. 7B is a diagram showing a detected current value I ex [A] -output voltage E OUT of the control device for the MI element in the current sensor according to the present invention;
It is a graph which shows the relationship of [V].
【図8】本発明に係わる電流センサの第二の実施形態に
おけるMI効果を用いた磁性体薄膜MI素子の構成を示
した図である。FIG. 8 is a diagram showing a configuration of a magnetic thin film MI element using the MI effect in a second embodiment of the current sensor according to the present invention.
【図9a】本発明に係わる電流センサの第二の実施形態
における磁性体薄膜MI素子にプラス側から外部磁界印
加したとき及びマイナス側から外部磁界を印加したとき
のMI特性を示す図である。FIG. 9a is a diagram showing MI characteristics when a magnetic thin film MI element according to a second embodiment of the present invention is applied with an external magnetic field from the plus side and when an external magnetic field is applied from the minus side.
【図9b】本発明にに係わる電流センサの第二の実施形
態における夫々異なる特性をもつ磁性体薄膜MI素子の
MI特性を示す図である。FIG. 9b is a diagram showing MI characteristics of magnetic thin film MI elements having different characteristics in the second embodiment of the current sensor according to the present invention.
【図10a】本発明に係わる電流センサの第二の実施形
態における磁性体薄膜MI素子にイニシャルオフセット
回路にてバイアス磁界HΔを印加したときの薄膜MI素
子の特性図である。FIG. 10a is a characteristic diagram of the thin film MI element when a bias magnetic field HΔ is applied to the magnetic thin film MI element in the second embodiment of the current sensor according to the present invention by an initial offset circuit.
【図10b】本発明に係わる電流センサの第二の実施形
態における夫々異なるMI特性をもつ磁性体薄膜MI素
子にイニシャルオフセットにてバイアス磁界HΔを印加
したときの薄膜MI素子の特性図である。FIG. 10b is a characteristic diagram of a thin film MI element according to a second embodiment of the current sensor according to the present invention when a bias magnetic field HΔ is applied to magnetic thin film MI elements having different MI characteristics at an initial offset. .
【図11】本発明に係わる電流センサの第二の実施形態
における軟磁性体薄膜を利用した磁性体薄膜MI素子の
制御装置を応用した電流センサを模式化して示した図で
ある。FIG. 11 is a diagram schematically showing a current sensor to which a control device for a magnetic thin film MI element using a soft magnetic thin film in a second embodiment of the current sensor according to the present invention is applied.
【図12a】本発明に係わる電流センサの第二の実施形
態における軟磁性体薄膜を利用した磁性体薄膜MI素子
の制御装置を応用した電流センサの電子回路の一例を示
した図である。FIG. 12a is a diagram showing an example of an electronic circuit of a current sensor to which a control device for a magnetic thin film MI element using a soft magnetic thin film in a second embodiment of the current sensor according to the present invention is applied.
【図12b】本発明に係わる電流センサの第二の実施形
態における軟磁性体薄膜を利用した磁性体薄膜MI素子
の制御装置を応用した電流センサの電子回路の一例を示
した図である。FIG. 12b is a diagram showing an example of an electronic circuit of a current sensor to which a control device for a magnetic thin film MI element using a soft magnetic thin film in a second embodiment of the current sensor according to the present invention is applied.
【図13】本発明に係わる電流センサの第三の実施形態
における軟磁性体薄膜の磁気異方性の方向を交差するよ
うに積層した交差型磁性体薄膜MI素子の構成を示す図
である。FIG. 13 is a diagram showing a configuration of a cross-type magnetic thin film MI element stacked so as to cross the direction of magnetic anisotropy of a soft magnetic thin film in a third embodiment of the current sensor according to the present invention.
【図14a】本発明に係わる電流センサの第三の実施形
態における軟磁性体薄膜の磁気異方性の方向を交差する
ように積層した交差型磁性体薄膜MI素子にプラス側か
ら外部磁界を印加したとき及びマイナス側から外部磁界
を印加したときのMI特性を示す図である。FIG. 14A is a diagram showing a third embodiment of the current sensor according to the present invention in which an external magnetic field is applied from the plus side to a cross-type magnetic thin film MI element stacked so as to cross the direction of magnetic anisotropy of a soft magnetic thin film. FIG. 9 is a diagram illustrating MI characteristics when the external magnetic field is applied from the minus side and when an external magnetic field is applied from the minus side.
【図14b】本発明に係わる電流センサの第三の実施形
態における夫々異なるMI特性を持つ交差型磁性体薄膜
MI素子にプラス側から外部磁界を印加したときの特性
を示す図である。FIG. 14b is a diagram showing characteristics of a current sensor according to a third embodiment of the present invention when an external magnetic field is applied from the plus side to crossed magnetic thin film MI elements having different MI characteristics.
【図15】本発明に係わる電流センサの第三の実施形態
における軟磁性体薄膜の磁気異方性を交差して積層した
交差型磁性体薄膜MI素子の制御装置を応用した電流セ
ンサを模式化した図である。FIG. 15 schematically illustrates a current sensor to which a control device of a cross-type magnetic thin film MI element which is stacked so as to cross the magnetic anisotropy of a soft magnetic thin film in a third embodiment of the current sensor according to the present invention is applied. FIG.
【図16a】本発明に係わる電流センサの第三の実施形
態における交差型磁性体薄膜MI素子の制御装置を応用
した電流センサの電子回路をブロックで模式化して示し
た図の一例である。FIG. 16a is an example of a diagram schematically showing, in a block diagram, an electronic circuit of a current sensor to which a control device for a cross-type magnetic thin film MI element in a third embodiment of the current sensor according to the present invention is applied.
【図16b】本発明に係わる電流センサの第三の実施形
態における交差型磁性体薄膜MI素子の制御装置を応用
した電流センサの電子回路をブロックで模式化して示し
た図の一例である。FIG. 16b is an example of a diagram schematically showing a block diagram of an electronic circuit of a current sensor to which a control device for a cross-type magnetic thin film MI element according to a third embodiment of the present invention is applied.
【図17】従来のMI素子の制御装置の電子回路をブロ
ックで示した図である。FIG. 17 is a block diagram showing an electronic circuit of a conventional MI element control device.
【図18】従来のMI素子の制御装置による外部磁界H
ex−出力(電圧)EOUT特性を示す図である。FIG. 18 shows an external magnetic field H generated by a conventional MI element controller.
FIG. 9 is a diagram showing ex -output (voltage) E OUT characteristics.
【図19】従来のホ−ル素子を使った電流センサの構造
を簡略化して示した図である。FIG. 19 is a diagram showing a simplified structure of a current sensor using a conventional ball element.
1、21、31…MI素子 2、32…DCバイアスコイル 3、23、33…負帰還バイアスコイル 4、24、34…検波回路 5、25…出力検出用素子(抵抗R1) 6、26、36…出力 7、…イニシャルオフセット回路 8、18、28・・・被検出電流用の導電性基板(被検出
電流バ−) 35…増幅器 37…負帰還抵抗 10、20、30…MI素子の制御装置 Hb…バイアス磁界 Hex…外部磁界 I1…負帰還電流(平衡電流) Iex・・・被検出電流バ−の通電電流 H1…外部磁界とのト−タル磁界がゼロとなる平衡磁界
(負帰還磁界)1, 21, 31 ... MI element 2, 32 ... DC biasing coil 3,23,33 ... negative feedback bias coil 4,24,34 ... detection circuit 5,25 ... output detection element (resistor R 1) 6, 26, 36 output 7, initial offset circuit 8, 18, 28 conductive substrate for detected current (detected current bar) 35 amplifier 37 negative feedback resistor 10, 20, 30 control of MI element device H b ... bias field H ex ... external magnetic field I 1 ... negative feedback current (balanced current) I ex · · · the current to be detected bar - applied current H 1 ... capital of an external magnetic field of - equilibrium barrel magnetic field is zero Magnetic field (negative feedback magnetic field)
【手続補正書】[Procedure amendment]
【提出日】平成13年3月14日(2001.3.1
4)[Submission date] March 14, 2001 (2001.3.1.
4)
【手続補正1】[Procedure amendment 1]
【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement
【補正対象項目名】特許請求の範囲[Correction target item name] Claims
【補正方法】変更[Correction method] Change
【補正内容】[Correction contents]
【特許請求の範囲】[Claims]
【手続補正2】[Procedure amendment 2]
【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement
【補正対象項目名】発明の詳細な説明[Correction target item name] Detailed description of the invention
【補正方法】変更[Correction method] Change
【補正内容】[Correction contents]
【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
【0012】[0012]
【課題を解決するための手段】請求項1では、電流セン
サにおいて、被検出電流用の導電性基板に磁気インピ−
ダンス素子(MI素子)を設け、該MI素子に磁束キャ
ンセル用の負帰還バイアスコイルとDCバイアスコイル
とを巻線し、該MI素子の両端から検波回路を介して、
該負帰還バイアスコイルに接続し、その終端を出力検出
用素子の一端に接続し、該出力検出用素子の両端で出力
を検出することを特徴とする電流センサであり請求項2
では、電流センサにおいて、被検出電流用の導電性基板
に磁気インピ−ダンス素子(MI素子)を設け、該MI
素子の両端から検波回路、イニシャルオフセット回路を
介し、該MI素子に巻かれた負帰還バイアスコイルに接
続し、該負帰還バイアスコイルの終端を出力検出用素子
の一端に接続し、該出力検出用素子の両端で出力を検出
することを特徴とする電流センサである。請求項3で
は、電流センサにおいて、被検出電流用の導電性基板に
MI素子を設け、該MI素子の両端から検波回路を介
し、該MI素子に巻線した負帰還バイアスコイルに接続
し、該負帰還バイアスコイルの終端を出力検出用素子の
一端に接続し、出力検出用素子の両端で出力を検出する
ことを特徴とする電流センサを提供することで上記課題
を解決している。According to a first aspect of the present invention, in a current sensor, a magnetic impedance is provided on a conductive substrate for a current to be detected.
A dance element (MI element) is provided, a negative feedback bias coil for magnetic flux cancellation and a DC bias coil are wound around the MI element, and both ends of the MI element are passed through a detection circuit.
3. The current sensor according to claim 2, wherein said negative feedback bias coil is connected, a terminal thereof is connected to one end of an output detection element, and an output is detected at both ends of said output detection element.
In the current sensor, a magnetic impedance element (MI element) is provided on a conductive substrate for a current to be detected.
From both ends of the element, through a detection circuit and an initial offset circuit, connect to a negative feedback bias coil wound around the MI element, connect the end of the negative feedback bias coil to one end of an output detection element, This is a current sensor characterized by detecting an output at both ends of the element. According to a third aspect of the present invention, in the current sensor, the MI element is provided on the conductive substrate for the current to be detected, and both ends of the MI element are connected to a negative feedback bias coil wound around the MI element via a detection circuit. The above-mentioned problem is solved by providing a current sensor characterized in that a terminal of a negative feedback bias coil is connected to one end of an output detection element and an output is detected at both ends of the output detection element.
【0013】また、請求項4では、前記MI素子は、外
部磁界によって変化するMI素子両端の電圧を前記検波
回路で読み取り電流を発生させ前記負帰還バイアスコイ
ルに供給し、ト−タル磁界がゼロとなる磁界を発生させ
該電流を平衡させることを特徴とする請求項1〜3記載
の電流センサを提供することで課題を解決している。請
求項5では、前記MI素子は、前記被検出電流用の導電
性基板に該導電性基板の電流が通電する磁界によって発
生する磁界と、該MI素子の磁界感度が最高の方向と一
致するように配置することを特徴とする請求項1〜4記
載の電流センサを提供することで上記課題を解決してい
る。また、請求項6では、前記MI素子は、MI特性が
対称であることを特徴とする請求項1、2記載の電流セ
ンサであり、請求項7では、前記MI素子は、MI特性
が非対称であることを特徴とする請求項3記載の電流セ
ンサを提供することで課題を解決するものとしている。According to a fourth aspect of the present invention, in the MI element, a voltage across the MI element, which is changed by an external magnetic field, is read by the detection circuit to generate a current, and the current is supplied to the negative feedback bias coil. The problem is solved by providing a current sensor according to any one of claims 1 to 3, wherein a magnetic field is generated to balance the current. According to claim 5, the MI element is configured such that a magnetic field generated by a magnetic field through which a current of the conductive substrate flows through the conductive substrate for the current to be detected coincides with the highest direction of the magnetic field sensitivity of the MI element. The above problem is solved by providing a current sensor according to claims 1 to 4, wherein According to a sixth aspect of the present invention, in the current sensor according to the first or second aspect, the MI element has a symmetric MI characteristic. In the seventh aspect, the MI element has an asymmetric MI characteristic. The problem is solved by providing a current sensor according to claim 3.
【手続補正書】[Procedure amendment]
【提出日】平成13年4月25日(2001.4.2
5)[Submission date] April 25, 2001 (2001.4.2
5)
【手続補正2】[Procedure amendment 2]
【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement
【補正対象項目名】発明の詳細な説明[Correction target item name] Detailed description of the invention
【補正方法】変更[Correction method] Change
【補正内容】[Correction contents]
【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
【0001】[0001]
【発明が属する技術分野】本発明は、電流センサに関す
るもので、特に高感度でホ−ル素子同様に広範囲に渡っ
て出力を検出できるMI素子の制御装置に関するもので
ある。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a current sensor and, more particularly, to a control device for an MI device capable of detecting output over a wide range similarly to a Hall device with high sensitivity.
【0002】[0002]
【従来の技術】近年小型・低コストで高感度・高速応答
の磁気センサの要求がますます大きくなっている。それ
にともない、微弱な外部磁界を感度良く検出できるMI
素子が必要となってきている。また、非破壊検査や紙幣
検査に用いることができる高感度センサの需要も大きく
なっている。更に、自動車用の電流センサとして高感度
でかつ広範囲の検出磁界に渡って感知できる電流センサ
の需要が多くなっている。2. Description of the Related Art In recent years, there has been an increasing demand for a magnetic sensor having a small size, a low cost, a high sensitivity and a high speed response. Accordingly, MI that can detect a weak external magnetic field with high sensitivity
Devices are becoming necessary. In addition, demand for high-sensitivity sensors that can be used for nondestructive inspection and banknote inspection has been increasing. Further, there is an increasing demand for a current sensor having high sensitivity and capable of sensing over a wide range of a detected magnetic field as a current sensor for an automobile.
【0003】ここで、簡単にMI効果について説明す
る。MI効果とは、高透磁性磁性体に表皮効果を生じさ
せるような数MHzの高周波電流または、パルス電流を
通電すると、そのインピ−ダンスの大きさが外部磁界に
よって大きく変化する電磁気現象である。この現象を利
用した高感度のMI素子は、1993年に名古屋大学の
毛利教授により提案されている。このMI効果を利用し
たMI素子は、下記に示すアモルファス磁性ワイヤ型で
あり、FeCoSiBのアモルファス磁性ワイヤに、M
Hzオ−ダ−の高周波電流を通電した場合、誘起電圧の
振幅だけでなくワイヤ両端間の振幅がワイヤ長さ方向の
外部磁界Hexによって著しい変化を示す。これは、H
exによってワイヤ内部のインダクタンスの他に表皮効
果によるオ−ミック抵抗も同時に変化するためである。
このMI効果も零磁歪または負磁歪のアモルファスワイ
ヤを用いると数十μm径、1〜2mm長の微少寸法の試
料でも顕著に現われ、しかも励磁用や検出用のコイル
は、全く不要である。また、MI効果ではオ−ミック電
圧を相殺するための回路を必要としない為センサ構成が
簡素化でき、励磁周波数も数百MHzまで可能であるた
め高周波デバイスが構成できる。Here, the MI effect will be briefly described. The MI effect is an electromagnetic phenomenon in which when a high-frequency current or a pulse current of several MHz that causes a skin effect on a highly permeable magnetic material is applied, the magnitude of the impedance changes greatly due to an external magnetic field. A highly sensitive MI device utilizing this phenomenon was proposed in 1993 by Professor Mori of Nagoya University. The MI element utilizing the MI effect is an amorphous magnetic wire type shown below.
When a high-frequency current of the order of Hz is applied, not only the amplitude of the induced voltage but also the amplitude between both ends of the wire significantly changes due to the external magnetic field Hex in the wire length direction. This is H
The reason for this is that, in addition to the inductance inside the wire, the ohmic resistance due to the skin effect also changes at the same time.
The use of the zero magnetostrictive or negative magnetostrictive amorphous wire also makes the MI effect remarkable even in a sample having a small size of several tens of μm and a length of 1 to 2 mm, and no coil for excitation or detection is required at all. Further, the MI effect does not require a circuit for canceling the ohmic voltage, so that the sensor configuration can be simplified, and the excitation frequency can be up to several hundred MHz, so that a high-frequency device can be configured.
【0004】その特徴として 通電により円周方向(閉磁路)磁束変化を用いるの
で励磁による反磁界がなく、ヘッドがマイクロ寸法とな
るばかりでなく、励磁による磁束を外部に発生させるこ
とがない。 励磁および検出のためのコイルが不要であり、高周
波励磁における浮遊容量の問題がない。 磁性線の温度変化による特性変化を抑制することが
できる。 などの利点があり、検出感度が高いので、磁気ヘッドあ
るいはHDDやFDDのスピンドルモ−タ−のロ−タリ
エンコ−ダ−用高精度磁気ヘッドへの応用が期待されて
いる。As a feature, since a change in magnetic flux in the circumferential direction (closed magnetic path) is used due to energization, there is no demagnetizing field due to excitation, not only the head becomes micro-sized, but also no magnetic flux due to excitation is generated outside. No coil is required for excitation and detection, and there is no problem of stray capacitance in high-frequency excitation. It is possible to suppress a characteristic change due to a temperature change of the magnetic wire. Since the detection sensitivity is high, it is expected to be applied to a magnetic head or a high-precision magnetic head for a rotary encoder of an HDD or FDD spindle motor.
【0005】また、MI素子の小型化、軽量化のために
薄膜化の磁性体薄膜によるMI素子が提案されている。
このMI素子で磁界センサを構成するためには、MI効
果が外部磁界の正負に対して対称であるため、コイルや
永久磁石による直流バイアス磁界を使って特性を非対称
にする必要があった。特に磁性体薄膜MI素子は、一般
的にアモルファスワイヤに比べて磁界検出感度が1/3
〜1/4と低いため直流バイアス磁界をコイル電流で発
生させる場合は消費電力が増大してしまう。更にコイル
を巻いたり、永久磁石を配置することで素子が大きくな
る問題があった。更に、前記のMI素子を改良したCo
FeB膜等の軟磁性体薄膜を二層積層した積層タイプの
交差型磁気異方性膜MI素子も提案されている。[0005] In order to reduce the size and weight of the MI element, an MI element using a thin magnetic thin film has been proposed.
In order to configure a magnetic field sensor with this MI element, since the MI effect is symmetric with respect to the positive and negative of the external magnetic field, it is necessary to make the characteristics asymmetric using a DC bias magnetic field generated by a coil or a permanent magnet. In particular, the magnetic thin film MI element generally has a magnetic field detection sensitivity of 1/3 of that of an amorphous wire.
Since the DC bias magnetic field is generated by the coil current, the power consumption is increased because the current is as low as 1 /. Further, there is a problem that the element becomes large by winding a coil or disposing a permanent magnet. Further, the above-mentioned MI element is improved by using Co
A laminated crossed magnetic anisotropic film MI element in which two soft magnetic thin films such as FeB films are laminated has also been proposed.
【0006】後者の交差型磁性体薄膜MI素子は、軟磁
性体薄膜の磁化容易軸を利用して、交差するような磁気
異方性をもたせた交差型磁気異方性膜MI素子であり、
外部磁界の正負に対して非対称なMI効果を得ることが
出来きた。これにより直流バイアス磁界を全く使わない
で磁界センサを構成できるようになった。直流バイアス
磁界を発生させるコイルが必要ないことで低消費電力
化、超小型化が可能となった。また、インピ−ダンスの
大きさが最大となる磁界の大きさが磁性体薄膜MI素子
に比べて1/5になった為、より高感度なセンサを作製
することが期待できる。[0006] The latter cross-type magnetic thin film MI element is a cross-type magnetic anisotropic film MI element having a magnetic anisotropy that crosses using the easy axis of magnetization of the soft magnetic thin film.
The MI effect that is asymmetric with respect to the sign of the external magnetic field can be obtained. This makes it possible to construct a magnetic field sensor without using a DC bias magnetic field at all. Since a coil for generating a DC bias magnetic field is not required, low power consumption and ultra-miniaturization have become possible. Further, since the magnitude of the magnetic field at which the magnitude of the impedance is maximum is 1/5 of that of the magnetic thin film MI element, it is expected that a sensor with higher sensitivity can be manufactured.
【0007】しかしながら、前述したMI素子は高感度
であるが広範囲の検出磁界に渡って、リニアリティを得
ることが出来ずその制御装置を改良する必要があった。
図17に従来のMI素子31の制御装置30をブロック
図で示す。DCバイアスコイル32によりバイアス磁界
を印加し、検波回路34を介して増幅器35により増幅
し負帰還抵抗37、巻線した負帰還バイアスコイル33
を介して負帰還をかけて出力36を得ている。その外部
磁界Hex[Oe]−出力電圧EOUT[V]は、図18に示す
ようなリニアリティを得ている。However, although the above-described MI element has high sensitivity, linearity cannot be obtained over a wide range of the detected magnetic field, and thus the control device has to be improved.
FIG. 17 is a block diagram showing a conventional control device 30 for the MI element 31. A bias magnetic field is applied by a DC bias coil 32, amplified by an amplifier 35 through a detection circuit 34, a negative feedback resistor 37, and a wound negative feedback bias coil 33
The output 36 is obtained by applying a negative feedback via. The external magnetic field H ex [Oe] −the output voltage E OUT [V] has obtained linearity as shown in FIG.
【0008】このように電流センサにおいて従来のMI
素子の制御装置30をもってしても図18に示すような
±3[Oe]の範囲でしかリニアリティを得ることが出来
なかった。MI素子は、高感度であるが外部磁界Hex−
インピ-ダンスの変化率[%]といったMI特性をみて
もそのインピ−ダンス変化率[%]のピ−クが±数[O
e]であり特性が対称となっているためバイアス磁界Hb
を印加することで特性をシフトさせ非対称として非対称
とした線形領域でしか出力検出をすることができなかっ
た。例えば、図18に示されるように、±3[Oe]の範
囲でしか線形領域を得ることが出来なかった。±4[O
e]、±5[Oe]では、出力飽和領域であり出力検出が
不可能であった。As described above, in the current sensor, the conventional MI
Even with the element controller 30, linearity could be obtained only in the range of ± 3 [Oe] as shown in FIG. The MI element has high sensitivity but an external magnetic field Hex-
Looking at the MI characteristics such as the impedance change rate [%], the peak of the impedance change rate [%] is ± several [O].
e] and the characteristics are symmetric, so that the bias magnetic field H b
The output could be detected only in the linear region where the characteristics were shifted and asymmetric as a result of applying. For example, as shown in FIG. 18, a linear region could be obtained only in the range of ± 3 [Oe]. ± 4 [O
e] and ± 5 [Oe], the output was in the saturation region, and the output could not be detected.
【0009】MI素子31は、ホ−ル素子より高感度で
あるがホ−ル素子を使った電流センサは、広範囲に渡っ
て電流検出が可能であるといった利点があり従来は、ホ
−ル素子を使った電流センサが主流であった。図19
は、従来のホ−ル素子を使った電流センサを簡略化して
示す図である。このような、ホ−ル素子を使った電流セ
ンサでは、フェライト等の部材を使用した磁気コアを使
用し被検出電流用の導電性基板に流れる電流を測定する
といった方式であり、磁気コアは、コストが高いばかり
か、電流センサの小型化には適していない。The MI element 31 has higher sensitivity than the ball element, but the current sensor using the ball element has an advantage that the current can be detected over a wide range. The mainstream is a current sensor using a. FIG.
FIG. 2 is a simplified view of a conventional current sensor using a ball element. In such a current sensor using a ball element, a method is used in which a magnetic core using a member such as ferrite is used to measure a current flowing in a conductive substrate for a current to be detected. Not only is the cost high, but it is not suitable for downsizing the current sensor.
【0010】本出願人は、電流センサにおいて、新たな
MI素子の制御装置を用いることでどのようなMI特性
をもつMI素子であってもその出力が飽和することがな
く高感度でホ−ル素子同様に広範囲(無限)に渡って磁
界が検出できるMI素子の制御装置を利用し、磁気コア
を用いないでも図19同様に被検出電流用の導電性基板
に流れる電流を検出できる小型で低コストの電流センサ
を提供することを可能とした。The applicant of the present invention has proposed that, in a current sensor, the output of a MI element having any MI characteristics is not saturated and a hole can be obtained with high sensitivity by using a new MI element control device. Using a control device of the MI element capable of detecting a magnetic field over a wide range (infinitely) like the element, a small and low-sized device capable of detecting the current flowing through the conductive substrate for the current to be detected similarly to FIG. 19 without using a magnetic core. This makes it possible to provide a cost-effective current sensor.
【0011】[0011]
【発明が解決しようとする課題】本発明は、電流センサ
において、上記の問題点を解決したMI素子の制御装置
を用い、どのような特性をもつMI素子においても、高
感度の出力検出が可能であり狭い範囲の磁界検出でしか
応用できなかったMI素子でも広範囲の磁界に渡ってリ
ニアな出力検出が可能なMI素子の制御装置を用いた電
流センサを提供するものである。また、DCバイアスコ
イルを必要としないでも同様な効果を得る制御装置を用
いた電流センサをも提供するものである。これにより、
磁気コアを使用しない超小型で低コストの電流センサを
提供し上記課題を解決するものである。SUMMARY OF THE INVENTION According to the present invention, a current sensor using a control device for an MI element which has solved the above-mentioned problems enables high-sensitivity output detection for any MI element having any characteristic. An object of the present invention is to provide a current sensor using a control device for an MI element capable of linear output detection over a wide range of magnetic field even with an MI element which can be applied only for detecting a magnetic field in a narrow range. It is another object of the present invention to provide a current sensor using a control device that achieves the same effect without requiring a DC bias coil. This allows
An object of the present invention is to provide an ultra-compact and low-cost current sensor that does not use a magnetic core and solve the above-mentioned problem.
【0012】[0012]
【課題を解決するための手段】請求項1では、電流セン
サにおいて、被検出電流用の導電性基板に磁気インピ−
ダンス素子(MI素子)を設け、該MI素子に磁束キャ
ンセル用の負帰還バイアスコイルとDCバイアスコイル
を巻線し、該MI素子の両端から検波回路を介して、該
負帰還バイアスコイルに接続し、その終端を出力検出用
素子の一端に接続し、該出力検出用素子の両端で出力を
検出することを特徴とする電流センサであり請求項2で
は、電流センサにおいて、被検出電流用の導電性基板に
磁気インピ−ダンス素子(MI素子)を設け、該MI素
子の両端から検波回路、イニシャルオフセット回路を介
し、該MI素子に巻かれた負帰還バイアスコイルに接続
し、該負帰還バイアスコイルの終端を出力検出用素子の
一端に接続し、該出力検出用素子の両端で出力を検出す
ることを特徴とする電流センサである。請求項3では、
電流センサにおいて、被検出電流用の導電性基板にMI
素子を設け、該MI素子の両端から検波回路を介し、該
MI素子に巻線した負帰還バイアスコイルに接続し、該
負帰還バイアスコイルの終端を出力検出用素子の一端に
接続し、出力検出用素子の両端で出力を検出することを
特徴とする電流センサを提供することで上記課題を解決
している。According to a first aspect of the present invention, in a current sensor, a magnetic impedance is provided on a conductive substrate for a current to be detected.
A dance element (MI element) is provided, a negative feedback bias coil and a DC bias coil for magnetic flux cancellation are wound around the MI element, and both ends of the MI element are connected to the negative feedback bias coil via a detection circuit. 3. The current sensor according to claim 2, wherein the terminal is connected to one end of an output detection element, and an output is detected at both ends of the output detection element. A magnetic impedance element (MI element) is provided on a conductive substrate, and both ends of the MI element are connected to a negative feedback bias coil wound around the MI element via a detection circuit and an initial offset circuit. Is connected to one end of an output detection element, and an output is detected at both ends of the output detection element. In claim 3,
In the current sensor, the conductive substrate for the current to be detected
A negative feedback bias coil wound around the MI element from both ends of the MI element via a detection circuit, and a terminating end of the negative feedback bias coil is connected to one end of an output detection element to detect output. The above-mentioned problem is solved by providing a current sensor characterized in that outputs are detected at both ends of a device.
【0013】また、請求項4では、前記MI素子は、外
部磁界によって変化するMI素子両端の電圧を前記検波
回路で読み取り電流を発生させ前記負帰還バイアスコイ
ルに供給し、ト−タル磁界がゼロとなる磁界を発生させ
該電流を平衡させることを特徴とする請求項1〜3記載
の電流センサを提供することで課題を解決している。請
求項5では、前記MI素子は、前記被検出電流用の導電
性基板に該導電性基板の電流が通電する磁界によって発
生する磁界と、該MI素子の磁界感度が最高の方向と一
致するように配置することを特徴とする請求項1〜4記
載の電流センサを提供することで上記課題を解決してい
る。また、請求項6では、前記MI素子は、MI特性が
対称であることを特徴とする請求項1、2記載の電流セ
ンサであり、請求項7では、前記MI素子は、MI特性
が非対称であることを特徴とする請求項3記載の電流セ
ンサを提供することで課題を解決するものとしている。According to a fourth aspect of the present invention, in the MI element, a voltage across the MI element, which is changed by an external magnetic field, is read by the detection circuit to generate a current, and the current is supplied to the negative feedback bias coil. The problem is solved by providing a current sensor according to any one of claims 1 to 3, wherein a magnetic field is generated to balance the current. According to claim 5, the MI element is configured such that a magnetic field generated by a magnetic field through which a current of the conductive substrate flows through the conductive substrate for the current to be detected coincides with the highest direction of the magnetic field sensitivity of the MI element. The above problem is solved by providing a current sensor according to claims 1 to 4, wherein According to a sixth aspect of the present invention, in the current sensor according to the first or second aspect, the MI element has a symmetric MI characteristic. In the seventh aspect, the MI element has an asymmetric MI characteristic. The problem is solved by providing a current sensor according to claim 3.
【0014】[0014]
【発明の実施の形態】ここでは、本発明の電流センサに
ついて、磁性体薄膜を使用したMI素子で実施形態を説
明するが、どのようなMI素子においても同様な効果が
得られる。本発明の各実施形態を図面にて説明する。第
一の実施形態として図1は、本発明に係る磁性体薄膜M
I素子1の構成を示した図である。図2aは、プラス側
から外部磁界Hex[Oe]を印加したとき及びマイナス側か
ら外部磁界Hex[Oe]を印加したときのMI素子のMI特
性を示す図である。図2bは、それぞれ異なるMI特性
をもつMI素子のMI特性を示す図である。図2bで
は、説明を簡単にするためにプラス側から外部磁界Hex
[Oe]を印加したときのインピ−ダンス変化率だけでMI
特性を表している。図3は、バイアス磁界Hbを印加し
たときの磁性体薄膜MI素子の構成図を示す。図4a
は、バイアス磁界Hbを印加したときの薄膜MI素子の
特性図である。図4bは、それぞれ異なるMI特性をも
つMI素子にバイアス磁界Hbを印加したときの薄膜M
I素子の特性図である。図5は、本発明に係わる第一の
実施形態としてMI素子の制御装置10を応用した電流
センサを模式的に示した図である。図6a、図6bは、
本発明に係わる電流センサの電子回路をブロックで模式
化した一例を示す図である。図7aは、本発明に係わる
第一の実施形態としてMI素子1の制御装置を応用した
電流センサの外部磁界Hex[Oe]−出力電圧EOUT[V]
の関係を示すグラフである。図7bは、本発明に係わる
第一の実施形態としてMI素子の制御装置を応用した電
流センサの被検出電流値Iex[A]−出力電圧E
OUT[V]の関係を示すグラフである。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Here, an embodiment of the current sensor of the present invention will be described using an MI element using a magnetic thin film, but the same effect can be obtained with any MI element. Each embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 shows a magnetic thin film M according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a diagram showing a configuration of an I element 1. FIG. 2A is a diagram showing MI characteristics of the MI element when an external magnetic field Hex [Oe] is applied from the plus side and when an external magnetic field Hex [Oe] is applied from the minus side. FIG. 2B is a diagram showing MI characteristics of MI elements having different MI characteristics. In FIG. 2b, for the sake of simplicity, the external magnetic field Hex is applied from the plus side.
MI is obtained only by the impedance change rate when [Oe] is applied.
Represents the characteristics. FIG. 3 shows a configuration diagram of the magnetic thin film MI element when the bias magnetic field Hb is applied. FIG. 4a
6 is a characteristic diagram of the thin-film MI element when a bias magnetic field Hb is applied. FIG. 4B shows a thin film M when a bias magnetic field Hb is applied to MI elements having different MI characteristics.
It is a characteristic view of an I element. FIG. 5 is a diagram schematically showing a current sensor to which the control device 10 of the MI element is applied as a first embodiment according to the present invention. 6a and 6b
It is a figure showing an example which modeled an electronic circuit of a current sensor concerning the present invention with a block. FIG. 7A shows an external magnetic field H ex [Oe] -output voltage E OUT [V] of a current sensor to which the control device of the MI element 1 is applied as a first embodiment according to the present invention.
6 is a graph showing the relationship of. FIG. 7B shows a detected current value I ex [A] -output voltage E of the current sensor to which the control device of the MI element is applied as the first embodiment according to the present invention.
7 is a graph showing the relationship of OUT [V].
【0015】図1において薄膜MI素子1が記されてお
り、図では、基板を省略している。薄膜MI素子1は、
Al203 セラミックウェハ、Siウェーハ、ガラスウェ
ーハ等の表面平滑性を高めた非磁性基板上に軟磁性体薄
膜であるCoFeNi,NiFe等のめっき膜、あるい
はFeCoSiB、CoZrNb、FeSiB、CoSi
B等のアモルファススパッタ膜、NiFeスパッタ膜な
どの軟磁性体薄膜を成膜し、その後、回転磁場中、およ
び静止磁場中で熱処理を行うと磁気特性の向上がはかれ
る。また、表面平滑性を高めていなくとも非磁性基板で
あればよい。FIG. 1 shows a thin-film MI element 1, and the substrate is omitted in the figure. The thin-film MI element 1
Al 2 0 3 ceramic wafer, Si wafer, on a non-magnetic substrate having enhanced surface smoothness such as glass wafer is soft magnetic thin film CoFeNi, a plating film such as NiFe or FeCoSiB,, CoZrNb, FeSiB, CoSi
When a soft magnetic thin film such as an amorphous sputtered film such as B or a NiFe sputtered film is formed, and then heat-treated in a rotating magnetic field or a static magnetic field, the magnetic properties can be improved. Further, a non-magnetic substrate may be used without increasing the surface smoothness.
【0016】時間的に変化する電流を印加し表皮効果を
得る薄膜MI素子1の両端にアルミのワイヤボンディン
グ、Auワイヤ等からなる電極又は直接半田によりリ−
ド線に接続し、数十[MHz](10〜40[MH
z])の高周波電流を両端に通電している。この時の、
外部磁界Hex[Oe]とインピ−ダンス変化率(%)の関
係(MI特性)を図2aに示している。図3では、DC
バイアスコイル2をN回巻き最大感度となる動作点をシ
フトさせるためにバイアス磁界Hb[Oe]を印加してい
る。このときのMI特性を図4aに示す。図5にそって
説明するとこのとき、薄膜MI素子1に巻いたDCバイ
アスコイル2の上に絶縁被覆するか、コイルの外周部を
絶縁被覆し、負帰還バイアスコイル3をDCバイアスコ
イルと同じだけN回巻いている。次に、銅板等の導電体
からなる電流被検出用の導電性基板(以下被検出電流バ
−)8に流れる電流をIexとすると、それによって外部
磁界が発生する。その外部磁界をHex[Oe]とすると、H
ex[Oe]によって薄膜MI素子1の電圧が変化する。前記
したMI素子1の両端から検波回路4により変化した電
圧Vを読み取り、I1となる電流を発生させ、薄膜MI
素子1に巻いた負帰還バイアスコイル3に供給し、ト−
タル磁界がゼロとなるH1を発生させ、I1を常に平衡
させる。このH1を検出用素子5(抵抗R1)を介して
出力を測定する。DCバイアスコイル2、負帰還バイア
スコイル3は、この図のMI素子1の要部で開示してい
る。また、このときの電子回路の一例を図6a、図6bに
ブロックで模式化して示している。An electrode made of aluminum wire bonding, Au wire or the like or a lead is directly soldered to both ends of the thin-film MI element 1 for obtaining a skin effect by applying a time-varying current.
Tens [MHz] (10 to 40 [MH]
z]) is applied to both ends. At this time,
FIG. 2A shows the relationship (MI characteristic) between the external magnetic field Hex [Oe] and the impedance change rate (%). In FIG. 3, DC
A bias magnetic field H b [Oe] is applied to shift the operating point where the maximum sensitivity is obtained by winding the bias coil 2 N times. FIG. 4A shows the MI characteristics at this time. In this case, the DC bias coil 2 wound around the thin-film MI element 1 is coated with insulation or the outer periphery of the coil is coated with insulation, and the negative feedback bias coil 3 is replaced by the same amount as the DC bias coil. It is wound N times. Next, assuming that a current flowing through a conductive substrate (hereinafter referred to as a detected current bar) 8 made of a conductive material such as a copper plate is Iex , an external magnetic field is generated. Assuming that the external magnetic field is H ex [Oe], H
ex [Oe] changes the voltage of the thin-film MI element 1. Read the voltage V has changed by the detection circuit 4 from both ends of the MI element 1 described above, to generate a current to be I 1, a thin film MI
The negative feedback bias coil 3 wound around the element 1 is supplied to the
To generate H 1 which barrel magnetic field is zero at all times to balance the I 1. The H 1 via the detection element 5 (resistance R 1) to measure the output. The DC bias coil 2 and the negative feedback bias coil 3 are disclosed in the main part of the MI element 1 in FIG. An example of the electronic circuit at this time is schematically shown in blocks in FIGS. 6A and 6B.
【0017】被検出電流バ−8に流れる電流Iexによっ
て発生する外部磁界HexとH1のト−タル磁界がゼロ
となることで薄膜MI素子1の外部磁界Hexに対する
電圧変化が飽和する領域の磁界でもリニアに検出でき
る。従って、従来は図4aに示すような±数[Oe]の狭い
磁界の範囲でしか検出が出来なかったが、図7aに示す
ように広範囲(物理的には無限大)の外部磁界Hexに
渡ってリニアな出力を得る磁界平衡型の制御装置10を
得ることができる。また、これにより図7bに示すよう
な出力電圧[V]−被検出電流値[A]の関係を得るこ
とが可能になった。次に、図2bに示される異なるMI
特性a、MI特性bをもつ、MI素子で制御装置及びそ
れを用いる電流センサを検証してみた。MI素子のMI
特性は素子によって多少バラついているためあえてこの
ように異なる特性をもつMI素子を使用し実験した。図
4bは、図2bのそれぞれのMI特性a、bにバイアス
磁界Hb[Oe]を印加し、シフトさせた図である。詳細な
説明は前述したので述べないが、実線で示すMI特性
a、点線で示すMI特性bともに図7aに示すように全
く同様な広範囲(物理的には無限大)の外部磁界Hex
に渡ってリニアな出力を得る磁界平衡型の制御装置10
であることが検証された。図7bにおいても同様であっ
た。このように、広範囲(物理的に無限大)の電流測定
に渡ってリニアな出力を検出できる磁界平衡型のMI素
子の制御装置を応用した電流センサであることが検証さ
れた。また、図5に示すように電流センサを構成するに
あたり、MI素子1は、被検出電流バ−8の通電によっ
て発生する磁界とMI素子1の感度が最も良い外部磁界
が一致するように配置されているほうが好ましい。何故
なら、通電電流によって発生する磁界がMI素子1の外
部磁界となるため、感度がより良好であるためである。
更に、図ではMI素子1は、被検出電流バ−8の上方に
設けられているが、下方でもよく、必ずしも上方又は下
方に設けられていなくとも被検出電流バ−8によって発
生する磁界を検出できる範囲の位置におかれていればよ
い。Since the external magnetic field H ex and the total magnetic field of H 1 generated by the current I ex flowing through the detected current bar 8 become zero, the voltage change of the thin film MI element 1 with respect to the external magnetic field H ex is saturated. Even a magnetic field in the region can be detected linearly. Therefore, conventionally, detection was possible only in a narrow magnetic field range of ± several [Oe] as shown in FIG. 4A. However, as shown in FIG. 7A, a wide range (physically infinite) of the external magnetic field Hex was detected. The control device 10 of the magnetic field equilibrium type that obtains a linear output over the entirety can be obtained. This makes it possible to obtain the relationship between the output voltage [V] and the detected current value [A] as shown in FIG. 7B. Next, the different MIs shown in FIG.
The control device having the characteristic a and the MI characteristic b and the current sensor using the control device using the MI device were examined. MI of MI element
Since characteristics varied somewhat depending on the device, an experiment was conducted using MI devices having such different characteristics. FIG. 4B is a diagram in which a bias magnetic field H b [Oe] is applied to each of the MI characteristics a and b in FIG. 2B and shifted. Although not described in detail because it has been described above, both the MI characteristic a shown by a solid line and the MI characteristic b shown by a dotted line have a completely similar (physically infinite) external magnetic field H ex as shown in FIG. 7A.
Field-balanced control device 10 that obtains a linear output over a
Has been verified. The same applies to FIG. 7b. As described above, it has been verified that the current sensor is a magnetic field balanced type MI element control device that can detect a linear output over a wide range (physical infinity) of current measurement. In configuring the current sensor as shown in FIG. 5, the MI element 1 is arranged so that the magnetic field generated by the current bar 8 to be detected and the external magnetic field having the highest sensitivity of the MI element 1 match. Is preferred. This is because the magnetic field generated by the energizing current becomes an external magnetic field of the MI element 1, and therefore, the sensitivity is better.
Further, in the figure, the MI element 1 is provided above the current bar 8 to be detected, but may be below the current bar 8, and may not necessarily be provided above or below the current bar 8 to detect the magnetic field generated by the current bar 8 to be detected. What is necessary is just to be in the position of the range which can be performed.
【0018】次に本発明に係わる第二の実施形態とし
て、薄膜MI素子の制御装置を応用した電流センサを示
した図にて説明する。図8は、本発明に係るMI効果を
用いた薄膜MI素子の構成を示した図である。図9a
は、プラス側から外部磁界Hex[Oe]を印加したとき及び
マイナス側から外部磁界Hex[Oe]を印加したときのMI
素子のMI特性を示す図である。図9bは、それぞれ異
なるMI特性をもつMI素子のMI特性c、dを示す図
である。図9bでは、説明を簡単にするためにプラス側
から外部磁界Hex[Oe]を印加したときのインピ−ダンス
変化率だけでMI特性をあらわしている。図10aは、
イニシャルオフセット回路7にてあらかじめ負帰還バイ
アスコイル3に電流を流してΔH[Oe]シフトさせMI特
性を非対称にした特性図を示す。図10bは、それぞれ
異なるMI特性c、dをもつMI素子にイニシャルオフ
セット回路7にてあらかじめ負帰還バイアスコイル3に
電流を流してMI特性を非対称にした特性図を示す。図
11は、本発明に係わる、その薄膜MI素子の制御装置
10を応用した電流センサを模式的に示した図である。
図12a、図12bは、本発明に係わる電流センサにお
いて、その電子回路の一例をブロックで模式化した図で
ある。また、本発明に係わるMI素子1の制御装置10
を応用した電流センサの外部磁界Hex[Oe]−出力電圧E
OUT[V]の関係及び被検出電流値Iex[A]−出力電
圧EOUT[V]の関係を示すグラフは、第一の実施形態
と同様であったので、図7a及び図7bのグラフをつか
って説明する。Next, as a second embodiment according to the present invention, a current sensor to which a control device for a thin film MI element is applied will be described with reference to the drawings. FIG. 8 is a diagram showing a configuration of a thin-film MI device using the MI effect according to the present invention. FIG. 9a
Is the MI when the external magnetic field Hex [Oe] is applied from the plus side and when the external magnetic field Hex [Oe] is applied from the minus side.
FIG. 3 is a diagram showing MI characteristics of the element. FIG. 9B is a diagram showing MI characteristics c and d of MI elements having different MI characteristics. In FIG. 9B, for simplicity of description, the MI characteristic is expressed only by the impedance change rate when the external magnetic field Hex [Oe] is applied from the plus side. FIG.
A characteristic diagram is shown in which an initial offset circuit 7 causes a current to flow through the negative feedback bias coil 3 in advance and shifts ΔH [Oe] to make the MI characteristic asymmetric. FIG. 10B is a characteristic diagram in which a current is previously passed through the negative feedback bias coil 3 by the initial offset circuit 7 to MI elements having different MI characteristics c and d, and the MI characteristics are asymmetric. FIG. 11 is a diagram schematically showing a current sensor to which the thin-film MI element control device 10 according to the present invention is applied.
12A and 12B are diagrams schematically illustrating an example of an electronic circuit of the current sensor according to the present invention by using blocks. Further, the control device 10 for the MI element 1 according to the present invention
Magnetic field H ex [Oe] -output voltage E of current sensor applying
Since the graph showing the relationship between OUT [V] and the relationship between the detected current value I ex [A] and the output voltage E OUT [V] is the same as that of the first embodiment, the graphs of FIGS. 7A and 7B are used. I will explain using.
【0019】図11は、本発明に係る第二の実施形態に
おいて、時間的に変化する電流を印加し表皮効果を得る
MI素子1を用いた薄膜MI素子1の制御装置10を応
用した電流センサの構造を模式的に示した図であり、詳
細にはMI素子による電流検出の原理図である。図9a
に示すように磁界の向きに対して対称的に電圧が変化す
るMI素子1を利用する場合はイニシャルオフセット回
路7にて発生させた電流をあらかじめ負帰還バイアスコ
イルに流して図10aのようにMI特性をΔH[Oe]だ
けシフトさせ非対称にしておく。被検出電流バ−18に
流れる電流Iex[A]によって発生する外部磁界をH
ex[Oe]とすると、Hex[Oe]によってMI素子1の電
圧が変化する。前記したMI素子1の両端から検波回路
4により変化した電圧Vを読み取り、I1となる電流を
発生させ、MI素子1に巻いた負帰還バイアスコイル3
に供給し、ト−タル磁界がゼロとなるH1を発生させ、
I1を常に平衡とさせる。このI1を出力検出用素子5
(抵抗R1)を介して出力を測定する。また、このとき
の電子回路の一例をブロックで模式化して示したのが図
12a、図12bである。FIG. 11 shows a current sensor to which a control device 10 for a thin-film MI element 1 using an MI element 1 for obtaining a skin effect by applying a time-varying current in a second embodiment according to the present invention. FIG. 2 is a diagram schematically showing the structure of FIG. 1, and more specifically, a principle diagram of current detection by an MI element. FIG. 9a
When using the MI element 1 in which the voltage changes symmetrically with respect to the direction of the magnetic field as shown in FIG. 10A, the current generated by the initial offset circuit 7 is passed through a negative feedback bias coil in advance, and as shown in FIG. The characteristic is shifted by ΔH [Oe] to be asymmetric. The external magnetic field generated by the current I ex [A] flowing through the detected current bar 18 is represented by H
ex [Oe], the voltage of the MI element 1 changes according to Hex [Oe]. Read the voltage V has changed by the detection circuit 4 from both ends of the MI element 1 described above, to generate a current to be I 1, a negative feedback bias coil 3 wound on the MI element 1
Supplied to, bets - to generate H 1 which barrel magnetic field is zero,
Let I 1 always be in equilibrium. This I 1 is used as an output detecting element 5
The output is measured via (resistance R 1 ). FIGS. 12A and 12B schematically show an example of an electronic circuit at this time by using blocks.
【0020】従って、従来は図9aに示すような±数[O
e]の狭い磁界の範囲でしか磁界検出が出来なかったが、
図7aに示すように広範囲の外部磁界Hex[Oe]に渡っ
てリニアな出力電圧を得る磁界平衡型の制御装置10を
得ることができた。これによって図7bに示すように被
検出電流値Iex[A]−出力電圧EOUT[V]のように
ホ−ル素子より高感度で、ホ−ル素子同様に広範囲(物
理的に無限大)の出力を検出でき、更に磁気コアを使用
しないことで低コストで且つ超小型な電流センサを得る
ことができた。また、DCバイアスコイルを必要としな
いで図10aに示すような非対称な特性を得ることがで
き、負帰還バイアスコイル3のみで薄膜MI素子1の両
端から検波回路4により変化した電圧Vを読み取り、I
1となる電流を発生させ、薄膜MI素子1に巻いた負帰
還バイアスコイル3に供給し、ト−タル磁界がゼロとな
るH1を発生させ、I1を常に平衡とさせているのでコス
トを低減させ、工程の煩雑化を招くこともない。次に、
図9bに示される異なるMI特性c、dをもつMI素子
で制御装置10を検証してみた。詳細な説明は前述した
ので述べないが、実線で示すMI特性c、点線で示すM
I特性dともにあらかじめイニシャルオフセット回路7
にて電流を流し図10bに示すようにΔH[Oe]だけシフ
トさせ非対称な特性としている。異なるMI特性c、d
においても電流センサに用いるMI素子1の制御装置1
0の外部磁界Hex[Oe]−出力電圧EOUT[V]の関係及
び被検出電流値Iex[A]−出力電圧EOUT[V]の関
係を示すグラフは、第一の実施形態と同様であることが
検証された。また、図11に示すように電流センサを構
成するにあたり、MI素子1は、被検出電流バ−18の
通電電流Iexによって発生する磁界と、MI素子1の最
良の感度の磁界方向を一致させて配置するほうが好まし
い。何故なら、通電電流によって発生する磁界がMI素
子1の外部磁界であるため、感度がより良好となるから
である。更に、MI素子1は図において、被検出電流バ
−18の上方に設けられているが、下方でも良く、必ず
しも上方又は下方に設けなくとも被検出電流バ−18に
よって発生する磁界を検出できる範囲に設けられていれ
ばよい。Therefore, conventionally, ± number [O] as shown in FIG.
e] could be detected only in the narrow magnetic field range,
As shown in FIG. 7A, it was possible to obtain the magnetic field balanced control device 10 that obtains a linear output voltage over a wide range of the external magnetic field H ex [Oe]. As a result, as shown in FIG. 7B, the sensitivity is higher than that of the ball element, such as the detected current value Iex [A] -output voltage E OUT [V]. 2), and a low-cost and ultra-compact current sensor can be obtained by not using a magnetic core. Further, an asymmetric characteristic as shown in FIG. 10A can be obtained without the need for a DC bias coil, and the voltage V changed by the detection circuit 4 from both ends of the thin-film MI element 1 is read only by the negative feedback bias coil 3. I
To generate a current of 1, and supplied to the negative feedback bias coil 3 wound in the thin film MI elements 1, bets - to generate H 1 which barrel magnetic field becomes zero, the cost since always set to balance the I 1 It does not reduce the number of steps and does not complicate the process. next,
The control device 10 was verified with MI elements having different MI characteristics c and d shown in FIG. 9B. Although not described in detail because it has been described above, the MI characteristic c shown by a solid line and the M characteristic shown by a dotted line
Initial offset circuit 7 for both I characteristic d
A current is caused to flow through and shift by ΔH [Oe] as shown in FIG. Different MI characteristics c, d
Control device 1 for MI element 1 used for current sensor
The graph showing the relationship between the external magnetic field H ex [Oe] and the output voltage E OUT [V] and the relationship between the detected current value I ex [A] and the output voltage E OUT [V] are the same as those of the first embodiment. The same was verified. In constituting the current sensor, as shown in FIG. 11, the MI element 1, a magnetic field generated by the applied current I ex of the current to be detected bar -18, to match the magnetic field direction of the best sensitivity MI element 1 It is more preferable to arrange them. This is because the magnetic field generated by the energizing current is the external magnetic field of the MI element 1, and the sensitivity is further improved. Further, although the MI element 1 is provided above the current bar 18 to be detected in the drawing, it may be provided below, and it is not always necessary to provide it above or below the range where the magnetic field generated by the current bar 18 can be detected. It is sufficient if it is provided in.
【0021】次に本発明に係わる第三の実施形態を図に
て説明する。図13は、本発明に係る軟磁性体薄膜の磁
気異方性の方向を交差するよう積層した交差型磁気異方
性薄膜MI素子21の構成を示した図である。図14a
は、プラス側から外部磁界Hex[Oe]を印加したとき及び
マイナス側から外部磁界Hex[Oe]を印加したときの交差
型磁気異方性薄膜MI素子21のMI特性を示す図であ
る。図14bは、あえてばらつきの異なる交差型磁気異
方性薄膜MI素子のMI特性e、fを示している。図1
4bは、説明を簡単にするためプラス側から外部磁界H
ex[Oe]を印加したときのMI特性を示す図である。図
15は、交差型磁気異方性薄膜MI素子21の制御装置
20を応用した電流センサの構造を模式的に示した図で
ある。図16a、図16bは、本発明に係わる交差型磁
気異方性薄膜MI素子21の制御装置20を応用した電
流センサの電子回路の一例をブロックで模式化して示し
た図である。また、本発明に係わる電流センサに用いる
交差型磁気異方性薄膜MI素子21の制御装置20の外
部磁界Hex[Oe]−出力電圧EOUT[V]の関係及び被検
出電流値Iex[A]−出力電圧EOUT[V]の関係を示
すグラフは、第一の実施形態と同様であったので、図7
a及び図7bのグラフをつかって説明する。Next, a third embodiment according to the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 13 is a diagram showing a configuration of a cross-type magnetic anisotropic thin film MI element 21 according to the present invention, which is stacked so as to cross the direction of magnetic anisotropy of the soft magnetic thin film. FIG.
FIG. 4 is a diagram showing MI characteristics of the cross-type magnetic anisotropic thin-film MI element 21 when an external magnetic field Hex [Oe] is applied from the plus side and when an external magnetic field Hex [Oe] is applied from the minus side. FIG. 14B shows the MI characteristics e and f of the crossed magnetic anisotropic thin film MI elements having different variations. FIG.
4b is an external magnetic field H from the plus side for simplicity of explanation.
FIG. 7 is a diagram showing MI characteristics when ex [Oe] is applied. FIG. 15 is a diagram schematically showing the structure of a current sensor to which the control device 20 for the cross-type magnetic anisotropic thin-film MI element 21 is applied. FIGS. 16A and 16B are diagrams schematically illustrating an example of an electronic circuit of a current sensor to which the control device 20 of the cross-type magnetic anisotropic thin-film MI element 21 according to the present invention is applied. Further, the relationship between the external magnetic field H ex [Oe] —the output voltage E OUT [V] of the control device 20 of the cross-type magnetic anisotropic thin film MI element 21 used in the current sensor according to the present invention, and the detected current value I ex [ Since the graph showing the relationship between A] and the output voltage E OUT [V] was the same as that of the first embodiment, FIG.
This will be described with reference to FIG.
【0022】図13に示すように軟磁性体薄膜の磁気異
方性の方向を交差させる構造の薄膜MI素子21は、特
に図示しないがAl203 セラミックウェハ、Siウェー
ハ、ガラスウェーハ等の基板上に軟磁性体薄膜であるC
oFeNi,NiFe等のめっき膜、あるいはFeCoS
iB、CoZrNb、FeSiB、CoSiB等のアモ
ルファススパッタ膜、NiFeスパッタ膜などの軟磁性
体薄膜の磁気異方性の方向を交差させるように積層して
いる。The thin film MI elements 21 of the structure to cross direction of the magnetic anisotropy of the soft magnetic thin film as shown in FIG. 13, not specifically shown but Al 2 0 3 ceramic wafer, Si wafer, a substrate such as a glass wafer On top of the soft magnetic thin film C
oFeNi, NiFe, etc. plating film or FeCoS
The films are laminated so that the directions of the magnetic anisotropy of soft magnetic thin films such as amorphous sputtered films such as iB, CoZrNb, FeSiB and CoSiB, and NiFe sputtered films are crossed.
【0023】時間的に変化する電流を印加し表皮効果を
得る交差型の薄膜MI素子21では、図14aに示すよ
うにそのMI特性が非対称となっているためDCバイア
スやイニシャルオフセット回路を使用する必要がないと
言う利点があるばかりでなくその検出感度が非常によ
い。図15は、本発明に係る交差型磁気異方性薄膜MI
素子21の制御装置20を応用した電流センサの構造を
模式的に示した図であり詳細には交差型磁気異方性薄膜
MI素子21による電流検出の原理図である。In the cross-type thin-film MI element 21 which obtains a skin effect by applying a time-varying current, since the MI characteristic is asymmetric as shown in FIG. 14A, a DC bias or an initial offset circuit is used. Not only does it have the advantage of not being necessary, but its detection sensitivity is very good. FIG. 15 shows a cross type magnetic anisotropic thin film MI according to the present invention.
FIG. 2 is a diagram schematically showing a structure of a current sensor to which a control device 20 of an element 21 is applied, and more specifically, a principle diagram of current detection by a cross-type magnetic anisotropic thin film MI element 21.
【0024】FeCoSiB、CoZrNb、FeSi
B、CoSiB等のアモルファススパッタ膜、NiFe
スパッタ膜等からなる軟磁性体薄膜の磁化容易軸を利用
した交差型MI素子21は、特に図示しないが、両端に
アルミのワイヤボンディング、Auワイヤ等からなる電
極又は直接半田によりリ−ド線に接続し、数十[MH
z]以上で好ましくは、10〜40[MHz]の高周波
電流を両端に通電している。このときの外部磁界Hex[O
e]とインピ−ダンス変化率[%]の関係を図14aに示
している。図14aに示すように磁界の向きに対して非
対称的に電圧が変化する交差型磁気異方性薄膜MI素子
21を利用する場合は、DCバイアスやイニシャルオフ
セット回路にてMI特性を非対称にしておく必要がな
い。FeCoSiB, CoZrNb, FeSi
B, CoSiB or other amorphous sputtered film, NiFe
Although not shown, the cross-type MI element 21 utilizing the easy axis of the soft magnetic thin film made of a sputtered film or the like is connected to an electrode made of aluminum wire bonding at both ends, an Au wire or the like, or to a lead wire by direct soldering. Connect and dozens [MH
z] or more, and preferably a high-frequency current of 10 to 40 [MHz] is applied to both ends. The external magnetic field Hex [O
FIG. 14A shows the relationship between [e] and the impedance change rate [%]. As shown in FIG. 14A, when using a cross-type magnetically anisotropic thin-film MI element 21 in which the voltage changes asymmetrically with respect to the direction of the magnetic field, the MI characteristics are made asymmetric by a DC bias or an initial offset circuit. No need.
【0025】図15に沿って説明すると被検出電流バ−
28に流れる電流Iexによって発生する外部磁界をH
ex[Oe]とすると、Hex[Oe]によって交差型磁気異方
性薄膜MI素子21の電圧が変化する。前記したMI素
子1の両端から検波回路24により変化した電圧Vを読
み取り、I1となる電流を発生させ、交差型磁気異方性
薄膜MI素子21に巻いた負帰還バイアスコイル23に
供給し、ト−タル磁界がゼロとなるH1を発生させ、I1
を常に平衡とさせる。このI1を出力検出用素子25
(抵抗R1)を介して出力として測定する。被検出電流
バ−28に流れる電流によって発生する外部磁界Hex
とH1のト−タル磁界がゼロとなることで交差型磁気異
方性薄膜MI素子21の磁界に対する電圧変化が飽和す
る領域の磁界でもリニアに検出できる。また、このとき
の電子回路の一例をブロックで模式化して示したのが図
16a、図16bである。Referring to FIG. 15, the detected current bar
The external magnetic field generated by the current Iex flowing through
Assuming ex [Oe], the voltage of the cross-type magnetic anisotropic thin-film MI element 21 changes depending on Hex [Oe]. The voltage V changed by the detection circuit 24 is read from both ends of the MI element 1 to generate a current I 1 , which is supplied to the negative feedback bias coil 23 wound around the cross-type magnetic anisotropic thin film MI element 21, DOO - to generate H 1 which barrel magnetic field becomes zero, I 1
Is always balanced. This I 1 is used as an output detecting element 25.
It is measured as output via (resistance R 1 ). The external magnetic field H ex generated by the current flowing through the detected current bar 28
And H 1 bets - barrel magnetic fields can be detected linearly in the magnetic field in the region where the voltage change to the magnetic field in the cross-type magnetic anisotropic thin film MI elements 21 is saturated by zero. FIGS. 16A and 16B schematically show an example of an electronic circuit at this time by using blocks.
【0026】従って、図14aに示すような±数[Oe]の
狭い磁界の範囲でしか磁界検出が出来なかったが、図7
aに示すように被検出電流バ−に流れる電流Iexによっ
て発生する外部磁界Hexを広範囲の検出磁界Hexに渡っ
てリニアな出力電圧を得る磁界平衡型の制御装置を得る
ことができ電流センサ20として応用できた。また、D
Cバイアスコイル、イニシャルオフセット回路を必要と
しないで図14aに示すような非対称な特性を得ること
ができ、負帰還バイアスコイル23のみで交差型磁気異
方性薄膜MI素子21の両端から検波回路24により変
化した電圧Vを読み取り、I1となる電流を発生させ、
MI素子21に巻いた負帰還バイアスコイル23に供給
し、ト−タル磁界がゼロとなるH1を発生させ、I1を常
に平衡とさせているのでコストを低減させ、工程の煩雑
化を招くこともない。次に、図14bに示されるそれぞ
れ異なるMI特性e、fをもつ交差型磁気異方性薄膜M
I素子でMI素子の制御装置20を電流センサとして応
用して検証してみた。詳細な説明は前述したので述べな
いが、実線で示すMI特性e、点線で示すMI特性fと
も非対称な特性となっている。この場合でも、図7a、
図7bに示すように、異なるMI特性e、fにおいても
電流センサに用いるMI素子21の制御装置20の外部
磁界Hex[Oe]−出力電圧EOUT[V]の関係及び被検出
電流値Iex[A]−出力電圧EOUT[V]の関係を示す
グラフは、第一の実施形態と全く同様に広範囲(物理的
には無限大)の外部磁界Hexに渡ってリニアな出力を
得る磁界平衡型の制御装置でり、電流センサ20に応用
しても被検出電流値Iex[A]−出力電圧EOUT[V]
も同様であることが検証できたた。また、図15に示す
ように電流センサを構成するにあたり、MI素子21
は、被検出電流バ−28の通電電流によって発生する磁
界方向とMI素子21の最大感度の磁界方向が一致する
ように配置されるほうが好ましい。何故なら、通電電流
によって発生する磁界がMI素子21の外部磁界となる
ため、感度がより良好であるためである。更に、MI素
子21は、図では被検出電流バ−28の上方に設けられ
ているが、下方でもよく、必ずしも上方又は下方に設け
なくとも被検出電流バ−28によって発生する磁界を検
出できる範囲に設けられていればよい。コイルは絶縁被
覆されているものを使うか、素子を絶縁被覆してコイル
を巻いていることは自明の理である。特に図示しない
が、交差型磁気異方性薄膜MI素子21にイニシャルオ
フセット回路を用いて特性を安定させることも本出願に
含まれる。この場合、イニシャルオフセットによって予
め電流を流し最大感度の位置までシフトさせておくのが
好ましい。Accordingly, the magnetic field can be detected only in a narrow magnetic field range of ± several [Oe] as shown in FIG.
the current to be detected bar as shown in a - generated by the current I ex flowing through the external magnetic field H ex can be obtained a magnetic equilibrium type control device to obtain a linear output voltage over a wide range of detection magnetic field H ex current It could be applied as the sensor 20. Also, D
14A can be obtained without the need for the C bias coil and the initial offset circuit, and the detection circuit 24 can be obtained from both ends of the cross-type magnetic anisotropic thin-film MI element 21 using only the negative feedback bias coil 23. To read the voltage V changed, and generate a current that becomes I 1 ,
Supplying a negative feedback bias coil 23 wound on MI element 21, bets - to generate H 1 which barrel magnetic field becomes zero, since all times is an equilibrium I 1 reduces the cost, leading to complicated process Not even. Next, a crossed magnetic anisotropic thin film M having different MI characteristics e and f shown in FIG.
The verification was performed by applying the control device 20 for the I element and the MI element as a current sensor. Although not described in detail because it has been described above, the MI characteristic e shown by a solid line and the MI characteristic f shown by a dotted line are also asymmetrical characteristics. Even in this case, FIG.
As shown in FIG. 7B, the relationship between the external magnetic field H ex [Oe] and the output voltage E OUT [V] of the control device 20 of the MI element 21 used for the current sensor and the detected current value I are also obtained for different MI characteristics e and f. The graph showing the relationship between ex [A] and output voltage E OUT [V] shows that a linear output is obtained over a wide range (physically infinite) of the external magnetic field Hex just like the first embodiment. This is a magnetic field balance type control device. Even when applied to the current sensor 20, the detected current value I ex [A] −the output voltage E OUT [V]
Could be verified to be the same. In configuring the current sensor as shown in FIG.
It is preferable that the direction of the magnetic field generated by the current flowing through the detected current bar 28 and the direction of the magnetic field having the maximum sensitivity of the MI element 21 be aligned. This is because the magnetic field generated by the energizing current becomes an external magnetic field of the MI element 21 and the sensitivity is better. Further, although the MI element 21 is provided above the detected current bar 28 in the drawing, it may be provided below, or may be provided not necessarily above or below the range in which the magnetic field generated by the detected current bar 28 can be detected. It is sufficient if it is provided in. It is self-evident that the coil is used with an insulative coating or the element is insulated and the coil is wound. Although not specifically shown, stabilizing the characteristics by using an initial offset circuit for the cross-type magnetic anisotropic thin-film MI element 21 is also included in the present application. In this case, it is preferable to supply a current in advance by the initial offset and shift the current to the position of the maximum sensitivity.
【0027】従って、以上のMI素子とそのMI特性に
ついて、検証してきたが本発明における電流センサに用
いるMI素子の制御装置は常にト−タル磁界をゼロとな
る磁界を発生させることで、被検出電流バ−によって発
生する外部磁界Hexに対する電圧変化が飽和する領域
の磁界でもリニアに検出できる。それによってホ−ル素
子よりも超高感度でホ−ル素子同様に広範囲の検出磁界
(物理的に無限大)に渡ってリニアリティをえることが
できる電流センサであり、またバイアス磁界を印加しな
くても達成できる。更に、MI素子のMI特性のばらつ
きに左右されないで出力検出が可能である。Therefore, the above-described MI element and its MI characteristics have been verified. However, the MI element control device used in the current sensor according to the present invention always generates a magnetic field that makes the total magnetic field zero, thereby detecting the MI element. Even a magnetic field in a region where the voltage change with respect to the external magnetic field Hex generated by the current bar is saturated can be detected linearly. This is a current sensor that can obtain linearity over a wide range of detection magnetic fields (physically infinite) as in the case of the ball element with ultra-high sensitivity compared to the ball element, and without applying a bias magnetic field. Can also be achieved. Further, output detection can be performed without being affected by variations in MI characteristics of the MI element.
【0028】[0028]
【発明の効果】このように本発明では、電流センサにお
いてどのようなMI特性をもったMI素子でもその制御
装置を利用することによって常にト−タル磁界がゼロと
なる磁界を発生させており、常に平衡状態を保つことで
超高感度でホ−ル素子と同様に広範囲の検出磁界(物理
的に無限大)に渡ってリニアリティをえることができ
る。更に、バイアス磁界を印加しなくても同様な効果を
達成できるものである。また、磁気コアを使わないので
ホ−ル素子を利用した電流センサに比べ超小型で低コス
トな電流センサを得ることができる。As described above, according to the present invention, a magnetic field in which the total magnetic field is always zero is generated by using the control device of any MI element having any MI characteristics in the current sensor. By maintaining the equilibrium state at all times, linearity can be obtained over a wide range of the detected magnetic field (physically infinite) as in the case of the Hall element with ultra-high sensitivity. Further, similar effects can be achieved without applying a bias magnetic field. Further, since a magnetic core is not used, a current sensor that is ultra-compact and low-cost can be obtained as compared with a current sensor using a ball element.
【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]
【図1】本発明に係わる電流センサの第一の実施形態に
おけるMI効果を用いた磁性体薄膜MI素子の構成を示
した図である。FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a magnetic thin film MI element using an MI effect in a first embodiment of a current sensor according to the present invention.
【図2a】本発明に係わる電流センサの第一の実施形態
における磁性体薄膜MI素子にプラス側から外部磁界を
印加したとき及びマイナス側から外部磁界を印加したと
きのMI特性を示す図である。FIG. 2A is a view showing MI characteristics when an external magnetic field is applied from the plus side and when an external magnetic field is applied from the minus side to the magnetic thin film MI element in the first embodiment of the current sensor according to the present invention. .
【図2b】本発明に係わる電流センサの第一の実施形態
における夫々異なる特性をもつ磁性体薄膜MI素子にプ
ラス側から外部磁界を印加したときのMI特性を示す図
である。FIG. 2B is a diagram showing MI characteristics when a magnetic thin film MI element having different characteristics in the first embodiment of the current sensor according to the present invention is applied with an external magnetic field from the plus side.
【図3】本発明に係わる電流センサの第一の実施形態に
おけるバイアス磁界Hbを印加したときの磁性体薄膜M
I素子の構成図を示す。FIG. 3 shows a magnetic thin film M when a bias magnetic field Hb is applied in the first embodiment of the current sensor according to the present invention.
1 shows a configuration diagram of an I element.
【図4a】本発明に係わる電流センサの第一の実施形態
における磁性体薄膜MI素子にバイアス磁界Hbを印加
したときの磁性体薄膜MI素子の特性図である。FIG. 4a is a characteristic diagram of the magnetic thin film MI element when a bias magnetic field Hb is applied to the magnetic thin film MI element in the first embodiment of the current sensor according to the present invention.
【図4b】本発明に係わる電流センサの第一の実施形態
における夫々異なるMI特性をもつ磁性体薄膜MI素子
にバイアス磁界Hbを印加したときの磁性体薄膜MI素
子の特性図である。FIG. 4b is a characteristic diagram of the magnetic thin film MI element when a bias magnetic field Hb is applied to the magnetic thin film MI elements having different MI characteristics in the first embodiment of the current sensor according to the present invention.
【図5】本発明に係わる電流センサの第一の実施形態と
して軟磁性体薄膜を利用した磁性体薄膜MI素子の制御
装置を応用した電流センサを模式化して示した図であ
る。FIG. 5 is a diagram schematically illustrating a current sensor to which a control device for a magnetic thin film MI element using a soft magnetic thin film is applied as a first embodiment of the current sensor according to the present invention.
【図6a】本発明に係わる電流センサの第一の実施形態
として軟磁性体薄膜を利用した磁性体薄膜MI素子の制
御装置を応用した電流センサの電子回路の一例をブロッ
クで模式化して示した図である。FIG. 6a is a block diagram schematically illustrating an example of an electronic circuit of a current sensor to which a control device for a magnetic thin film MI element using a soft magnetic thin film is applied as a first embodiment of the current sensor according to the present invention; FIG.
【図6b】本発明に係わる電流センサの第一の実施形態
として軟磁性体薄膜を利用した磁性体薄膜MI素子の制
御装置を応用した電流センサの電子回路の一例をブロッ
クで模式化して示した図である。FIG. 6b is a block diagram schematically illustrating an example of an electronic circuit of a current sensor to which a control device for a magnetic thin film MI element using a soft magnetic thin film is applied as a first embodiment of the current sensor according to the present invention. FIG.
【図7a】本発明に係わる電流センサにおけるMI素子
の制御装置の外部磁界Hex[Oe]−出力電圧EOUT[V]
の関係を示すグラフである。FIG. 7a shows an external magnetic field H ex [Oe] -output voltage E OUT [V] of the control device of the MI element in the current sensor according to the present invention.
6 is a graph showing the relationship of.
【図7b】本発明に係わる電流センサにおけるMI素子
の制御装置の被検出電流値Iex[A]−出力電圧EOUT
[V]の関係を示すグラフである。FIG. 7B is a diagram showing a detected current value I ex [A] -output voltage E OUT of the control device for the MI element in the current sensor according to the present invention;
It is a graph which shows the relationship of [V].
【図8】本発明に係わる電流センサの第二の実施形態に
おけるMI効果を用いた磁性体薄膜MI素子の構成を示
した図である。FIG. 8 is a diagram showing a configuration of a magnetic thin film MI element using the MI effect in a second embodiment of the current sensor according to the present invention.
【図9a】本発明に係わる電流センサの第二の実施形態
における磁性体薄膜MI素子にプラス側から外部磁界印
加したとき及びマイナス側から外部磁界を印加したとき
のMI特性を示す図である。FIG. 9a is a diagram showing MI characteristics when a magnetic thin film MI element according to a second embodiment of the present invention is applied with an external magnetic field from the plus side and when an external magnetic field is applied from the minus side.
【図9b】本発明にに係わる電流センサの第二の実施形
態における夫々異なる特性をもつ磁性体薄膜MI素子の
MI特性を示す図である。FIG. 9b is a diagram showing MI characteristics of magnetic thin film MI elements having different characteristics in the second embodiment of the current sensor according to the present invention.
【図10a】本発明に係わる電流センサの第二の実施形
態における磁性体薄膜MI素子にイニシャルオフセット
回路にてバイアス磁界HΔを印加したときの薄膜MI素
子の特性図である。FIG. 10a is a characteristic diagram of the thin film MI element when a bias magnetic field HΔ is applied to the magnetic thin film MI element in the second embodiment of the current sensor according to the present invention by an initial offset circuit.
【図10b】本発明に係わる電流センサの第二の実施形
態における夫々異なるMI特性をもつ磁性体薄膜MI素
子にイニシャルオフセットにてバイアス磁界HΔを印加
したときの薄膜MI素子の特性図である。FIG. 10b is a characteristic diagram of a thin film MI element according to a second embodiment of the current sensor according to the present invention when a bias magnetic field HΔ is applied to magnetic thin film MI elements having different MI characteristics at an initial offset. .
【図11】本発明に係わる電流センサの第二の実施形態
における軟磁性体薄膜を利用した磁性体薄膜MI素子の
制御装置を応用した電流センサを模式化して示した図で
ある。FIG. 11 is a diagram schematically showing a current sensor to which a control device for a magnetic thin film MI element using a soft magnetic thin film in a second embodiment of the current sensor according to the present invention is applied.
【図12a】本発明に係わる電流センサの第二の実施形
態における軟磁性体薄膜を利用した磁性体薄膜MI素子
の制御装置を応用した電流センサの電子回路の一例を示
した図である。FIG. 12a is a diagram showing an example of an electronic circuit of a current sensor to which a control device for a magnetic thin film MI element using a soft magnetic thin film in a second embodiment of the current sensor according to the present invention is applied.
【図12b】本発明に係わる電流センサの第二の実施形
態における軟磁性体薄膜を利用した磁性体薄膜MI素子
の制御装置を応用した電流センサの電子回路の一例を示
した図である。FIG. 12b is a diagram showing an example of an electronic circuit of a current sensor to which a control device for a magnetic thin film MI element using a soft magnetic thin film in a second embodiment of the current sensor according to the present invention is applied.
【図13】本発明に係わる電流センサの第三の実施形態
における軟磁性体薄膜の磁気異方性の方向を交差するよ
うに積層した交差型磁性体薄膜MI素子の構成を示す図
である。FIG. 13 is a diagram showing a configuration of a cross-type magnetic thin film MI element stacked so as to cross the direction of magnetic anisotropy of a soft magnetic thin film in a third embodiment of the current sensor according to the present invention.
【図14a】本発明に係わる電流センサの第三の実施形
態における軟磁性体薄膜の磁気異方性の方向を交差する
ように積層した交差型磁性体薄膜MI素子にプラス側か
ら外部磁界を印加したとき及びマイナス側から外部磁界
を印加したときのMI特性を示す図である。FIG. 14A is a diagram showing a third embodiment of the current sensor according to the present invention in which an external magnetic field is applied from the plus side to a cross-type magnetic thin film MI element stacked so as to cross the direction of magnetic anisotropy of a soft magnetic thin film. FIG. 9 is a diagram illustrating MI characteristics when the external magnetic field is applied from the minus side and when an external magnetic field is applied from the minus side.
【図14b】本発明に係わる電流センサの第三の実施形
態における夫々異なるMI特性を持つ交差型磁性体薄膜
MI素子にプラス側から外部磁界を印加したときの特性
を示す図である。FIG. 14b is a diagram showing characteristics of a current sensor according to a third embodiment of the present invention when an external magnetic field is applied from the plus side to crossed magnetic thin film MI elements having different MI characteristics.
【図15】本発明に係わる電流センサの第三の実施形態
における軟磁性体薄膜の磁気異方性を交差して積層した
交差型磁性体薄膜MI素子の制御装置を応用した電流セ
ンサを模式化した図である。FIG. 15 schematically illustrates a current sensor to which a control device of a cross-type magnetic thin film MI element which is stacked so as to cross the magnetic anisotropy of a soft magnetic thin film in a third embodiment of the current sensor according to the present invention is applied. FIG.
【図16a】本発明に係わる電流センサの第三の実施形
態における交差型磁性体薄膜MI素子の制御装置を応用
した電流センサの電子回路をブロックで模式化して示し
た図の一例である。FIG. 16a is an example of a diagram schematically showing, in a block diagram, an electronic circuit of a current sensor to which a control device for a cross-type magnetic thin film MI element in a third embodiment of the current sensor according to the present invention is applied.
【図16b】本発明に係わる電流センサの第三の実施形
態における交差型磁性体薄膜MI素子の制御装置を応用
した電流センサの電子回路をブロックで模式化して示し
た図の一例である。FIG. 16b is an example of a diagram schematically showing a block diagram of an electronic circuit of a current sensor to which a control device for a cross-type magnetic thin film MI element according to a third embodiment of the present invention is applied.
【図17】従来のMI素子の制御装置の電子回路をブロ
ックで示した図である。FIG. 17 is a block diagram showing an electronic circuit of a conventional MI element control device.
【図18】従来のMI素子の制御装置による外部磁界H
ex−出力(電圧)EOUT特性を示す図である。FIG. 18 shows an external magnetic field H by a conventional MI element control device.
FIG. 6 is a diagram showing ex -output (voltage) E OUT characteristics.
【図19】従来のホ−ル素子を使った電流センサの構造
を簡略化して示した図である。FIG. 19 is a diagram showing a simplified structure of a current sensor using a conventional ball element.
【符号の説明】 1、21、31、 MI素子 2、32、 DCバイアスコイル 3、23、33 負帰還バイアスコイル 4、24、34 検波回路 5、25、 出力検出用素子(抵抗R1) 6、26、36、 出力 7、 イニシャルオフセット回路 8、18、28 被検出電流用の導電性基板(被
検出電流バ−) 35、 増幅器 37、 負帰還抵抗 10、20、30、 MI素子の制御装置 Hb、 バイアス磁界 Hex、 外部磁界 I1、 負帰還電流(平衡電流) Iex、 被検出電流バ−の通電電流 H1、 外部磁界とのト−タル磁界がゼロとなる
平衡磁界(負帰還磁界)[Description of Signs] 1, 21, 31, MI element 2, 32, DC bias coil 3, 23, 33 Negative feedback bias coil 4, 24, 34 Detection circuit 5, 25, Output detection element (resistance R 1 ) 6 , 26, 36, output 7, initial offset circuit 8, 18, 28 conductive substrate for detected current (detected current bar) 35, amplifier 37, negative feedback resistor 10, 20, 30, MI device control device H b , bias magnetic field H ex , external magnetic field I 1 , negative feedback current (balanced current) I ex , conduction current H 1 of the detected current bar, balanced magnetic field (negative) where the total magnetic field with the external magnetic field becomes zero Return magnetic field)
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 初見 正明 神奈川県横浜市青葉区荏田西1−3−1 スタンレー電気株式会社横浜技術センタ− 内 (72)発明者 船岡 千洋 神奈川県横浜市青葉区荏田西1−3−1 スタンレー電気株式会社技術研究所内 (72)発明者 塚田 桂 神奈川県横浜市青葉区荏田西1−3−1 スタンレー電気株式会社技術研究所内 (72)発明者 佐野 寛幸 神奈川県横浜市青葉区荏田西1−3−1 スタンレー電気株式会社技術研究所内 (72)発明者 横山 博夫 神奈川県横浜市青葉区荏田西1−3−1 スタンレー電気株式会社技術研究所内 (72)発明者 入戸野 公浩 神奈川県横浜市青葉区荏田西1−3−1 スタンレー電気株式会社技術研究所内 Fターム(参考) 2G017 AA01 AB07 AC09 AD51 BA01 BA05 2G025 AA16 AB01 AC01 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing on the front page (72) Inventor Masaaki Hatsumi 1-3-1 Edanishi, Aoba-ku, Yokohama-shi, Kanagawa Prefecture Inside Stanley Electric Co., Ltd. Yokohama Technical Center (72) Inventor Chihiro Funaoka Eda, Aoba-ku, Yokohama-shi, Kanagawa 1-3-1 Nishi, Stanley Electric Co., Ltd. Technical Research Institute (72) Inventor Katsura Tsukada 1-3-1 Edanishi, Aoba-ku, Yokohama-shi, Kanagawa Prefecture Stanley Electric Co., Ltd. Technical Research Institute (72) Inventor Hiroyuki Sano Yokohama, Kanagawa Prefecture 1-3-1 Eda Nishi, Aoba-ku, Tokyo Stanley Electric Co., Ltd. (72) Inventor Hiroo Yokoyama 1-3-1 Eda Nishi, Aoba-ku, Aoba-ku, Yokohama-shi, Kanagawa Pref. Stanley Electric Co., Ltd. (72) Inventor Iritono Kimihiro 1-33-1 Edanishi, Aoba-ku, Yokohama-shi, Kanagawa Prefecture Stanley Electric Co., Ltd. Technology Research house F-term (reference) 2G017 AA01 AB07 AC09 AD51 BA01 BA05 2G025 AA16 AB01 AC01
Claims (7)
性基板に、磁気インピ−ダンス素子(MI素子)を設
け、該MI素子に磁束キャンセル用のDCバイアスコイ
ルと負帰還バイアスコイルを巻線し、該MI素子の両端
から検波回路を介して、該負帰還バイアスコイルに接続
し、該負帰還バイアスコイルの終端を出力検出用素子の
一端に接続し、該出力検出用素子の両端で出力を検出す
ることを特徴とする電流センサ。In a current sensor, a magnetic impedance element (MI element) is provided on a conductive substrate for a current to be detected, and a DC bias coil for magnetic flux cancellation and a negative feedback bias coil are wound around the MI element. Then, both ends of the MI element are connected to the negative feedback bias coil via a detection circuit, the terminal of the negative feedback bias coil is connected to one end of an output detection element, and the output is output at both ends of the output detection element. A current sensor characterized by detecting the following.
性基板に、磁気インピ−ダンス素子(MI素子)を設
け、該MI素子の両端から検波回路、イニシャルオフセ
ット回路を介し、該MI素子に巻かれた負帰還バイアス
コイルに接続し、該負帰還バイアスコイルの終端を出力
検出用素子の一端に接続し、該出力検出用素子の両端で
出力を検出することを特徴とする電流センサ。In a current sensor, a magnetic impedance element (MI element) is provided on a conductive substrate for a current to be detected, and both ends of the MI element are connected to the MI element via a detection circuit and an initial offset circuit. A current sensor, wherein the current sensor is connected to a wound negative feedback bias coil, a terminal of the negative feedback bias coil is connected to one end of an output detection element, and an output is detected at both ends of the output detection element.
性基板に、磁気インピ−ダンス素子(MI素子)を設
け、該MI素子の両端から検波回路を介し、該MI素子
に巻線した負帰還バイアスコイルに接続し、該負帰還バ
イアスコイルの終端を出力検出用素子の一端に接続し、
該出力検出用素子の両端で出力を検出することを特徴と
する電流センサ3. A current sensor, wherein a magnetic impedance element (MI element) is provided on a conductive substrate for a current to be detected, and a negative electrode wound around the MI element from both ends of the MI element via a detection circuit. Connected to the feedback bias coil, the end of the negative feedback bias coil is connected to one end of the output detection element,
A current sensor for detecting an output at both ends of the output detecting element.
るMI素子両端の電圧を前記検波回路で読み取り電流を
発生させ前記負帰還バイアスコイルに供給し、ト−タル
磁界がゼロとなる磁界を発生させ該電流を平衡させるこ
とを特徴とする請求項1〜3記載の電流センサ4. The MI element reads a voltage across the MI element, which is varied by an external magnetic field, by using the detection circuit to generate a current and supplies the current to the negative feedback bias coil, thereby generating a magnetic field that reduces the total magnetic field to zero. 4. The current sensor according to claim 1, wherein the current is balanced.
性基板に該導電性基板の通電電流によって発生する磁界
と該MI素子における感度がよい磁気方向とが一致する
ように配置されていることを特徴とする請求項1〜4記
載の電流センサ。5. The MI element is disposed on the conductive substrate for the current to be detected such that a magnetic field generated by a current flowing through the conductive substrate coincides with a magnetic direction with good sensitivity in the MI element. The current sensor according to any one of claims 1 to 4, wherein
とを特徴とする請求項1、2記載の電流センサ。6. The current sensor according to claim 1, wherein the MI element has a symmetric MI characteristic.
ことを特徴とする請求項3記載の電流センサ。7. The current sensor according to claim 3, wherein the MI element has an asymmetric MI characteristic.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2000077388A JP2001264361A (en) | 2000-03-21 | 2000-03-21 | Current sensor |
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Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2003315376A (en) * | 2002-04-18 | 2003-11-06 | Aichi Micro Intelligent Corp | Current sensor |
WO2011118184A1 (en) | 2010-03-26 | 2011-09-29 | キヤノン電子株式会社 | Method for detecting magnetic field generated by a current to estimate the amount of current |
-
2000
- 2000-03-21 JP JP2000077388A patent/JP2001264361A/en active Pending
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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JP2003315376A (en) * | 2002-04-18 | 2003-11-06 | Aichi Micro Intelligent Corp | Current sensor |
WO2011118184A1 (en) | 2010-03-26 | 2011-09-29 | キヤノン電子株式会社 | Method for detecting magnetic field generated by a current to estimate the amount of current |
US9746497B2 (en) | 2010-03-26 | 2017-08-29 | Canon Denshi Kabushiki Kaisha | Method of detecting magnetic field generated from current and estimating current amount |
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