JP2001305163A - Current sensor - Google Patents

Current sensor

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JP2001305163A
JP2001305163A JP2000116583A JP2000116583A JP2001305163A JP 2001305163 A JP2001305163 A JP 2001305163A JP 2000116583 A JP2000116583 A JP 2000116583A JP 2000116583 A JP2000116583 A JP 2000116583A JP 2001305163 A JP2001305163 A JP 2001305163A
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JP
Japan
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current
elements
magnetic field
detected
current sensor
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Application number
JP2000116583A
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Japanese (ja)
Inventor
Hiroyuki Hiramoto
廣幸 平本
Kazuhiko Ueno
一彦 上野
Toru Tanabe
徹 田辺
Masaaki Hatsumi
正明 初見
Chihiro Funaoka
千洋 船岡
Katsura Tsukada
桂 塚田
Hiroyuki Sano
寛幸 佐野
Hiroo Yokoyama
博夫 横山
Kimihiro Iritono
公浩 入戸野
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Stanley Electric Co Ltd
Original Assignee
Stanley Electric Co Ltd
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Publication date
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a small-sized, low-cost current sensor which is affected by neither a disturbing magnetic field due to a transient current, terrestrial magnetism, etc., nor temperature characteristics that an element originally has. SOLUTION: This current sensor is provided with a means for providing 1st and 2nd magnetic impedance elements 1 and P (MI element) so that one is in the opposite direction from the magnetic field produced with a current to be measured. The 1st and 2nd MI elements are wound with DC bias coils 2 and 2' and negative feedback coils 3 and 3' and both ends of the 1st and 2nd MI elements are connected to the negative feedback bias coils through detecting circuits 4 and 4'; and the ends of the negative feedback coils are connected to one-end sides of elements 5 and 5' for output detection and outputs are detected at both the ends of the elements for output detection and regarded as one current output.

Description

【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、特に高感度で且つ広範囲に渡って検出磁界を
感知できるMI素子を利用した電流センサに関するもの
で、特に地磁気などの外乱磁界の影響も受けず、MI素
子の温度特性も関係なくなる電流センサに関するもので
ある。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a current sensor, and more particularly to a current sensor using an MI element which has high sensitivity and can detect a detection magnetic field over a wide range, and more particularly to the influence of a disturbance magnetic field such as geomagnetism. The present invention relates to a current sensor which is not affected by the temperature characteristic and has no relation to the temperature characteristic of the MI element.

【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 causes the MI effect to be prominent even in a sample having a small size of several tens of μm in diameter 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素子の薄膜化が、スパッタリン
グ法等を用いて磁性薄膜を形成し、磁性体薄膜によるM
I特性を生じさせるMI素子が提案されている。このM
I素子は、磁場中アニールや磁場中成膜により膜の磁気
特性の制御が可能であり、積層化、パターン化により構
造面でのフレキシビリティが高くなり、オンチップデバ
イス化が可能となり装着性の点でワイヤ素子と比較して
有利となる。この薄膜型MI素子は磁性ワイヤ型に比べ
磁界検出感度がやや低い。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CoFeB膜等の軟磁性体薄膜を
二層積層した積層タイプの交差磁気異方性膜MI素子も
提案されている。
The MI element is made thinner by forming a magnetic thin film using a sputtering method or the like,
MI elements that produce I characteristics have been proposed. This M
The I element can control the magnetic properties of the film by annealing in a magnetic field or film formation in a magnetic field, and the flexibility in structure can be increased by lamination and patterning, and it can be used as an on-chip device, and This is advantageous in comparison with wire elements. This thin film type MI element has a slightly lower magnetic field detection sensitivity than the magnetic wire type. 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 lower magnetic field detection sensitivity of 1/3 to 1/4 as compared with an amorphous wire, so that power consumption increases when a DC bias magnetic field is generated by a coil current. Further, there is a problem that the element becomes large by winding a coil or disposing a permanent magnet. Further, a laminated type crossed magnetic anisotropic film MI element in which two soft magnetic thin films such as a CoFeB film improved from the above-mentioned MI element are laminated has 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
ることが困難であり、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40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VOUT[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, it is difficult to obtain linearity over a wide range of the detected magnetic field, and thus it is necessary to improve the control device. FIG. 17 is a block diagram showing a conventional control device 40 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, and subjected to negative feedback through a negative feedback resistor 37 and a wound negative feedback bias coil 33 to obtain an output 36. The external magnetic field H ex [Oe] −the output voltage V OUT [V] is represented by FIG.
The linearity as shown in is obtained.

【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40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[Oe]、±5[O
e]では、出力飽差領域であり出力検出が不可能であっ
た。また、従来のMI素子の制御装置で、車両用の電流
センサを考慮するにあたり、被検出電流による磁界の方
向に関して互いに逆方向のバイアス磁界を印加するよう
に第一及び第二のMI素子を配置しても車両用に使用す
る為には、過渡電流による磁界、地磁気による磁界など
の外乱磁界の影響、MI素子の温度特性を考慮する必要
があり、広範囲に渡って電流を検出しつつ外乱磁界及び
MI素子の温度特性の影響を受けない電流センサが必要
とされている。
As described above, in the current sensor, the conventional MI
Even with the element control device 40, 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 by applying. For example,
As shown in FIG. 18, a linear region could be obtained only within the range of ± 3 [Oe]. ± 4 [Oe], ± 5 [O
In [e], the output was in a saturation region and the output could not be detected. In addition, in the conventional MI element control device, the first and second MI elements are arranged so as to apply bias magnetic fields in directions opposite to each other with respect to the direction of the magnetic field due to the detected current when considering the current sensor for the vehicle. However, in order to use it for vehicles, it is necessary to consider the influence of disturbance magnetic fields such as magnetic fields due to transient currents and geomagnetism, and the temperature characteristics of MI elements. There is a need for a current sensor that is not affected by the temperature characteristics of the MI element.

【0009】現在、車両用の電流センサには、ホ−ル素
子を用いたものが使用されている。何故なら、ホ−ル素
子を使った電流センサは、外乱磁界や温度特性にあまり
左右されず広範囲に渡って電流検出が可能であるといっ
た利点があるためである。また、車両用の電流センサで
は、高感度の必要性よりも過渡電流、地磁気による外乱
磁界、温度特性が重要になっているためである。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。
At present, a current sensor using a ball element is used as a current sensor for a vehicle. This is because the current sensor using the ball element has an advantage that the current can be detected over a wide range without being affected by disturbance magnetic fields or temperature characteristics. Further, in a current sensor for a vehicle, a transient current, a disturbance magnetic field due to geomagnetism, and a temperature characteristic are more important than the necessity of high sensitivity. 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】[0010]

【発明が解決しようとする課題】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
が飽差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、更に車両用等にも適
するように過渡電流、地磁気等による外乱磁界の影響、
MI素子のもつ温度特性の影響等を受けることのなく且
つ、磁気コアを用いないでも被検出電流を広範囲に渡り
電流出力としつつ図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で且つ外乱
磁界の影響を受けない電流センサを提供することを可能
とした。
SUMMARY OF THE INVENTION The applicant of the present invention has found that in a current sensor, the output of the MI element having any MI characteristic may be saturated by using a new MI element control device. The magnetic field can be detected over a wide range (infinity) as well as the Hall element with high sensitivity, and the influence of the disturbance magnetic field due to transient current, geomagnetism, etc.
The current flowing through the conductive substrate for the current to be detected is detected in the same manner as in FIG. 19 while the current to be detected is output over a wide range without being affected by the temperature characteristics of the MI element and without using the magnetic core. It has become possible to provide a current sensor that is small, inexpensive, and not affected by a disturbance magnetic field.

【0011】[0011]

【課題を解決するための手段】本発明は、上記の問題点
を解決するための電流センサであり、請求項1では、被
検出電流による磁界の方向に関し一方が逆方向となるよ
うに互いに第一及び第二の磁気インピ−ダンス素子(以
下MI素子)を設ける手段、該第一及び第二のMI素子
に夫々のDCバイアスコイルと負帰還バイアスコイルを
巻線し、該第一及び第二のMI素子の両端から夫々検波
回路を介して、該夫々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夫々出力検出用素子の
一端に接続し、該出力検出用素子の両端で出力を検出
し、該夫々の検出出力を一つの電流出力とし、請求項2
は、被検出電流による磁界の方向に関し一方が逆方向と
なるように互いに第一及び第二の磁気インピ−ダンス素
子(以下MI素子)を設ける手段と、該第一及び第二の
MI素子に夫々磁束キャンセル用の負帰還バイアスコイ
ルを巻線し、該第一及び第二のMI素子の両端から夫々
の検波回路、イニシャルオフセット回路を介し、該第一
及び第二のMI素子に巻かれた夫々の負帰還バイアスコ
イルに接続し、該負帰還バイアスコイルの終端を夫々出
力検出用素子の一端に接続し、該出力検出用素子の両端
で出力を検出し、該夫々の検出出力を一つの電流出力と
し、請求項3は、被検出電流による磁界の方向に関し一
方が逆方向となるように互いに第一及び第二の磁気イン
ピ−ダンス素子(以下MI素子)を設ける手段と、該第
一及び第二のMI素子の両端から夫々の検波回路を介
し、該第一及び第二のMI素子に巻かれた夫々の負帰還
バイアスコイルに接続し、それぞれの該負帰還バイアス
の終端を夫々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し、該夫々の検出出力を一
つの電流出力としている電流センサであり、請求項4
は、前記一つの電流出力は、該夫々の出力検出用素子の
両端で検出された該夫々の検出出力の差をとることを特
徴とすることで課題を解決する電流センサを提供してい
る。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention is a current sensor for solving the above-mentioned problems. In the present invention, the first and second current sensors are arranged so that one of them is in the opposite direction with respect to the direction of the magnetic field due to the current to be detected. Means for providing first and second magnetic impedance elements (hereinafter referred to as MI elements); winding a DC bias coil and a negative feedback bias coil around the first and second MI elements; Respectively connected to the negative feedback bias coils from both ends of the MI element via detection circuits,
3. An end of each of the negative feedback bias coils is connected to one end of an output detecting element, an output is detected at both ends of the output detecting element, and each detected output is made one current output.
Means for providing first and second magnetic impedance elements (hereinafter, MI elements) so that one direction is opposite to the direction of the magnetic field due to the detected current; Negative feedback bias coils for magnetic flux cancellation are wound respectively, and are wound around the first and second MI elements from both ends of the first and second MI elements via respective detection circuits and initial offset circuits. Each of the negative feedback bias coils is connected, the terminal of the negative feedback bias coil is connected to one end of an output detection element, and the output is detected at both ends of the output detection element. Claim 3 provides means for providing first and second magnetic impedance elements (hereinafter referred to as MI elements) so that one side is opposite to the direction of the magnetic field due to the current to be detected. And the second MI Are connected to respective negative feedback bias coils wound around the first and second MI elements through respective detection circuits from both ends of the element, and the ends of the respective negative feedback biases are respectively connected to one end of an output detecting element. 5. A current sensor connected to the output detecting element to detect an output at both ends of the output detecting element, and to use each detected output as one current output.
Provides a current sensor that solves the problem by being characterized in that the one current output is the difference between the respective detection outputs detected at both ends of the respective output detection elements.

【0012】請求項5は、前記第一及び第二のMI素子
は、外部磁界によって変化する該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電流セン
サを提供している。請求項6は、前記被検出電流は、導
電性基板で形成される被検出電流用基板に流され、第一
及び第二のMI素子が、該被検出電流用の導電性基板の
両面に夫々設けられていることで課題を解決している。
According to a fifth aspect of the present invention, the first and second MI elements read a voltage between both ends of the MI element, which is changed by an external magnetic field, by the detection circuit to generate a current and supply the current to the negative feedback bias coil. Providing a current sensor characterized by generating a magnetic field in which a tall magnetic field becomes zero and balancing the current. According to a sixth aspect of the present invention, the detected current is supplied to a detected current substrate formed of a conductive substrate, and the first and second MI elements are respectively provided on both surfaces of the detected current conductive substrate. The problem is solved by being provided.

【0013】請求項7は、前記第一及び第二の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8は、前記第一及び
第二の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記載の電流センサであり、請求項9で
は、前記第一及び第二のMI素子を設ける手段は、絶縁
性の樹脂成形部材によってコの字型に成形されているこ
とを特徴とする請求項1〜3のいずれか記載の電流セン
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 seventh aspect of the present invention, the first and second MI elements have symmetric MI characteristics.
Claim 8 is the current sensor according to Claim 3, wherein the first and second MI elements have asymmetric MI characteristics. The current sensor according to any one of claims 1 to 3, wherein the means for providing the first and second MI elements is formed in a U shape by an insulating resin molding member. This will solve the problem.

【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。第一の実施形態として図1は、本発明に係る
第一及び第二のMI素子として磁性体薄膜MI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]を印加したときの第一及び第二の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特性をもつ第一及び第二の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[Oe]を印加したときの磁性体薄膜MI
素子1、1の構成図を示す。図4aは、バイアス磁界
b[Oe]を印加したときの磁性体薄膜MI素子の特性
図である。図4bは、それぞれ異なるMI特性をもつ第
一及び第二の磁性体薄膜MI素子にバイアス磁界Hb[O
e]を印加したときの磁性体薄膜MI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第一
及び第二の磁性体薄膜MI素子1、1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6
a、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第一及び第二の磁
性体薄膜MI素子1、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VOUT[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第一及び第二の磁性体薄膜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I
ex[A]−出力電圧VOUT[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. As a first embodiment, FIG. 1 shows a magnetic thin film MI element 1 as first and second MI elements according to the present invention,
FIG. 2 is a diagram showing a configuration of 1 . FIG. 2A is a diagram illustrating MI characteristics of the first and second MI elements 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 first and second MI elements having different MI characteristics. In FIG. 2B, in order to simplify the description, the impedance when the external magnetic field Hex [Oe] is applied from the plus side is shown.
The MI characteristic is represented only by the dance change rate. FIG. 3 shows a magnetic thin film MI when a bias magnetic field H b [Oe] is applied.
1 shows a configuration diagram of elements 1 and 1 . FIG. 4A is a characteristic diagram of the magnetic thin film MI element when the bias magnetic field H b [Oe] is applied. FIG. 4b shows a bias magnetic field H b [O applied to first and second magnetic thin film MI elements having different MI characteristics.
FIG. 7 is a characteristic diagram of the magnetic thin film MI element when [e] is applied. FIG. 5 shows a control device 10 for the first and second magnetic thin film MI elements 1, 1 ' as a first embodiment according to the present invention.
FIG. 1 is a diagram schematically showing a current sensor to which the present invention is applied. FIG.
FIGS. 6A and 6B are diagrams showing an example in which the electronic circuit of the current sensor according to the present invention is schematically represented by blocks. FIG.
As a first embodiment according to the present invention, the external magnetic field H ex [Oe] −the output voltage V OUT [V] of the current sensor to which the control device 10 of the first and second magnetic thin film MI elements 1 and 1 is applied. 6 is a graph showing the relationship of. FIG. 7B shows a detected current value I of a current sensor to which the first and second magnetic thin film MI element control devices are applied as a first embodiment according to the present invention.
5 is a graph showing a relationship between ex [A] and output voltage V OUT [V].

【0015】図1において磁性体薄膜MI素子(以下薄
膜MI素子1、1)が記されており、図では、基板を
省略しているが、薄膜MI素子1は、Al23 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CoF
eNi,NiFe等のめっき膜、あるいはFeCoSi
B、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。
FIG. 1 shows a magnetic thin film MI element (hereinafter referred to as thin film MI element 1 or 1 ), and the substrate is omitted in the figure, but the thin film MI element 1 is an Al 2 O 3 ceramic wafer. CoF which is a soft magnetic thin film on a non-magnetic substrate with enhanced surface smoothness such as Si wafer, glass wafer, etc.
plating film of eNi, NiFe, etc., or FeCoSi
When a soft magnetic thin film such as an amorphous sputtered film such as B, CoZrNb, FeSiB, or CoSiB, 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.

【0016】時間的に変化する電流を印加し表皮効果を
得る第一及び第二の薄膜MI素子1、1の両端に夫々
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[MHz]
以上(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
めに夫々バイアス磁界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に沿って説明する。
このとき、被検出電流によって発生する磁界(以下外部
磁界)に対して逆方向に設けられた薄膜MI素子1、1
に巻いたDCバイアスコイル2、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、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被検出電流用
の導電性基板(以下被検出電流バ−)8に流れる電流I
exを流すと、それによって外部磁界が発生する。その外
部磁界Hex[Oe]によって薄膜MI素子1、1の電圧が
変化する。それぞれの薄膜MI素子1、1は、印加さ
れるバイアス磁界Hb[Oe]が逆方向であり、地磁気、過
渡電流による外乱磁界が打ち消される。そして、その被
検出出力6を一つの電流値の差として出力しており車両
用などの電流センサとして好適である。
[0016] Both ends of the first and second thin-film MI elements 1 and 1 ' for obtaining a skin effect by applying a time-varying current are respectively connected to both ends by electrodes made of aluminum wire bonding, Au wire or the like, or by direct soldering. Several [MHz]
A high frequency current of the above (preferably 10 to 40 [MHz]) is applied to both ends. At this time, the external magnetic field Hex [Oe]
FIG. 2A shows the relationship (MI characteristic) between the impedance change rate (%) and the impedance change rate (%). In FIG. 3, the DC bias coil 2,
The bias magnetic field H b [Oe] is applied to shift the operating point at which the maximum sensitivity is obtained by winding 2 N times. FIG. 4A shows the MI characteristics at this time. This will be described with reference to FIG.
At this time, the thin-film MI elements 1 and 1 provided in opposite directions to a magnetic field (hereinafter, an external magnetic field) generated by the detected current.
The DC bias coils 2, 2 ' wound around the coil are insulated or the outer periphery of the coil is insulated, and the negative feedback bias coils 3, 3 ' are wound N times as much as the DC bias coil. Next, a current I flowing through a conductive substrate (hereinafter referred to as a detected current bar) 8 made of a conductor such as a copper plate for a detected current.
When ex flows, it generates an external magnetic field. The external magnetic field H ex [Oe] changes the voltage of the thin-film MI elements 1, 1 . The bias magnetic field H b [Oe] applied to each of the thin film MI elements 1 and 1 is in the opposite direction, and the disturbance magnetic field due to the geomagnetism and the transient current is canceled. The detected output 6 is output as a difference between one current value, which is suitable for a current sensor for a vehicle or the like.

【0017】前述した被検出電流によって発生する外部
磁界に対して互いに逆方向のバイアス磁界Hbが印加さ
れるように配置されたMI素子1、1の両端から夫々
の検波回路4、4により電圧V、V2を読み取り、
及びIとなる電流を発生させ、薄膜MI素子1、
に巻いた夫々の負帰還バイアスコイル3及び3
夫々供給し、夫々の薄膜MI素子1、1のト−タル磁
界がゼロとなるH及びHを発生させることで、夫々
及びIを常に平衡にさせる。(この夫々のト−タ
ル磁界をゼロにする原理は、以下に第一及び第二の薄膜
MI素子1、1 ごとに説明する。)夫々のH及びH
を夫々の検出用素子5、5(抵抗R 1、抵抗R
を介して一つの電流出力の差として出力している。夫々
のDCバイアスコイル2、2、夫々の負帰還バイアス
コイル3、3は、この図のMI素子1、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6
a、図6bにブロックで模式化して示している。
The external current generated by the above-mentioned detected current
Bias magnetic fields H in directions opposite to each other with respect to the magnetic fieldbIs applied
Elements 1, 1 arranged so that'From both ends of
Detection circuits 4, 4'Voltage V1, VTwoRead,
I1And I2And a thin film MI element 1,
1'Negative feedback bias coils 3 and 3 wound around'To
The respective thin-film MI elements 1, 1'Total magnetism
H where the world is zero1And H2By generating
I1And I2Always equilibrate. (This each player
The principle of zeroing the magnetic field is as follows:
MI element 1, 1 'Each will be described. ) Each H1And H
2To the respective detection elements 5, 5'(Resistance R 1, Resistance R2)
Is output as one current output difference. Respectively
DC bias coils 2, 2', Each negative feedback bias
Coil 3, 3'Are the MI elements 1 and 1 shown in FIG.'In the main part of
Has been disclosed. An example of the electronic circuit at this time is shown in FIG.
a and FIG. 6b schematically shows a block diagram.

【0018】夫々のト−タル磁界をゼロにする原理につ
いて、第一及び第二の薄膜MI素子1、1に分けて説
明する。発生する外部磁界Hex[Oe]が印加される方
向に対し逆方向に第一及び第二のMI素子1、1を設
けることで、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[Oe]とH[Oe]のト−タ
ル磁界が常にゼロとなることで薄膜MI素子1の外部磁
界Hex[Oe]に対する電圧変化が飽差する領域の磁界
でもリニアに検出でる。一方、被検出電流バ−8に流れ
る電流Iex[A]によって発生する外部磁界Hex[O
e]とH[Oe]のト−タル磁界が常にゼロとなること
で薄膜MI素子1の外部磁界Hex[Oe]に対する電
圧変化が飽差する領域の磁界でもリニアに検出できる。
この二つの検出された出力を一つの電流出力の差として
出力している。従って、従来は図18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[Oe]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VOUT[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2
bに示される異なるMI特性aをもつMI素子1、1
と、MI特性bをもつMI素子1、1で制御装置10
及びそれを用いる電流センサを検証してみた。MI素子
1、1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、1 は、被検出電
流バ−8の通電によって発生する磁界(外部磁界)と逆
方向に設けられるMI素子1、1は、夫々のMI素子
1、1の最も感度の良い方向と外部磁界とが一致する
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、1の外部磁
界となる為であり、より良好な感度が得られる。更に、
図ではMI素子1、1は、被検出電流バ−8の上方と
下方に設けられていたが、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。しかし、外乱磁界や温度特性の影響を受けないよう
に被検出電流バ−8から夫々同距離に設けられている方
が好ましい。このような、MI素子1、1と被検出電
流バ−8に流れる電流によって発生する外部磁界に対
し、第一及び第二のMI素子1、1を逆方向に設け、
更に被検出電流バ−8から同距離とする為に耐熱性且つ
絶縁性の樹脂成形部材やセラミックによって、一体的に
コの字型に設けられた部品を被検出電流バ−8に嵌め込
む形状とすることで、より工程を簡略化でき低コスト化
を図ることを可能としている。
The principle of making each total magnetic field zero is described below.
And the first and second thin-film MI elements 1, 1'Divided into theories
I will tell. External magnetic field H generatedex[Oe] is applied
The first and second MI elements 1, 1'Set
The current I flowing through the detected current bar 8exBy
External magnetic field Hex[Oe] and H1[Oe] Total
The external magnetic field of the thin-film MI element 1
World HexMagnetic field in the region where the voltage change with respect to [Oe] is saturated
But we can detect linearly. On the other hand, the current
Current IexExternal magnetic field H generated by [A]ex[O
e] and H2Total field of [Oe] is always zero
And thin film MI element 1'External magnetic field HexElectricity for [Oe]
Even a magnetic field in a region where the pressure change is saturated can be detected linearly.
The difference between these two detected outputs is one current output
Output. Therefore, in the past, ± numbers as shown in FIG.
Detection was possible only in the narrow magnetic field range of [Oe].
As shown in Fig. 7a, a wide range (physically infinite) of external magnetism
World HexMagnetic field balanced type that obtains a linear output over [Oe]
Can be obtained. This also
The output voltage V as shown in FIG.OUT[V] -current to be detected
It has become possible to obtain the relationship of the value [A]. Next, FIG.
b, MI elements 1 and 1 having different MI characteristics a shown in FIG.'
And MI elements 1 and 1 having MI characteristics b'Control device 10
And a current sensor using the same. MI element
1, 1'MI characteristics vary slightly depending on the element
For this reason, MI elements with different characteristics are used.
And experimented. FIG. 4b shows the respective MI characteristics of FIG. 2b.
a, b bias magnetic field Hb[Oe] was applied and shifted
FIG. The detailed explanation is not described because it has been described above, but the solid line
7A together with the MI characteristic a shown by the dotted line and the MI characteristic b shown by the dotted line.
As shown in the figure, a completely similar (physical infinity)
External magnetic field HexMagnetic field balanced type with linear output over
It was verified that it was the control device 10 of FIG. Figure 7b
The same was true. Thus, a wide range (physically infinite
Large) Magnetic field capable of detecting linear output over current measurement
This is a current sensor that uses a balanced MI element controller.
Was verified. Also, as shown in FIG.
In configuring the semiconductor device, the MI elements 1, 1 'Is the detected
Reverse magnetic field (external magnetic field) generated by energizing flow bar 8
Elements 1, 1 provided in the directions'Is each MI element
1, 1'The direction of the best sensitivity matches the external magnetic field
It is preferable that they are arranged as follows. Because the electricity
The magnetic field generated by the current is the MI element 1, 1'External magnet
This is because a better sensitivity can be obtained. Furthermore,
In the figure, MI elements 1, 1'Are above the detected current bar 8 and
Although provided below, it is generated by the detected current bar 8.
It only needs to be in a position where the generated magnetic field can be detected.
No. However, be careful not to be affected by disturbance magnetic fields or temperature characteristics.
Are located at the same distance from the detected current bar 8
Is preferred. Such an MI element 1, 1'And detected power
Against the external magnetic field generated by the current flowing through the flow bar 8.
And the first and second MI elements 1, 1'In the opposite direction,
Furthermore, in order to keep the same distance from the detected current bar 8, heat resistance and
Insulating resin moldings and ceramic
Insert a U-shaped part into the detected current bar 8
Shape can further simplify the process and reduce costs
It is possible to plan.

【0019】次に本発明に係わる第二の実施形態とし
て、第一及び第二の薄膜MI素子11、11の制御装
置20を応用した電流センサを説明する。図8は、本発
明に係るMI効果を用いた第一及び第二の薄膜MI素子
11、11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]を印加したときの第一及び第二
のMI素子11、11のMI特性を示す図である。図
9bは、それぞれ異なるMI特性をもつ第一及び第二の
MI素子11、11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17、17にてあらかじめ負帰
還バイアスコイル13、13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1
0bは、それぞれ異なるMI特性c、dをもつ第一及び
第二のMI素子11、11にイニシャルオフセット回
路17、17にてあらかじめ負帰還バイアスコイル1
3、13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11、11の制御装置20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11、11の制御装置20を応用した電流セ
ンサの外部磁界Hex[Oe]−出力電圧VOUT[V]の関係
及び被検出電流値Iex[A]−出力電圧VOUT[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 the control device 20 for the first and second thin-film MI elements 11, 11 ' is applied will be described. FIG. 8 is a diagram showing a configuration of the first and second thin film MI elements 11 and 11 using the MI effect according to the present invention. FIG. 9A is a diagram showing MI characteristics of the first and second MI elements 11 and 11 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. It is. FIG. 9B is a diagram showing MI characteristics c and d of the first and second MI elements 11 and 11 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. 10A shows that ΔH [Oe] is obtained by applying a current to the negative feedback bias coils 13 and 13 in advance by the initial offset circuits 17 and 17 .
FIG. 3 shows a characteristic diagram in which the MI characteristic is shifted to be asymmetric. FIG.
0b is set to the negative feedback bias coil 1 in advance by the initial offset circuits 17, 17 ' to the first and second MI elements 11, 11 ' having different MI characteristics c, d, respectively.
A characteristic diagram is shown in which the MI characteristic is made asymmetric by passing a current through 3, 13 ' . FIG. 11 is a diagram schematically showing a current sensor to which the control device 20 for the thin film MI elements 11, 11 '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 relationship between the external magnetic field H ex [Oe] -output voltage V OUT [V] and the detected current value I ex [A] − of the current sensor to which the control device 20 of the MI elements 11 and 11 ′ according to the present invention is applied. The graph showing the relationship of the output voltage V OUT [V] is the same as that of the first embodiment, and will be described with reference to the graphs of FIGS. 7A and 7B.

【0020】図11は、本発明に係る第二の実施形態に
おいて、被検出電流によって発生する磁界が互いに異な
る方向となるようにバイアス磁界ΔH[Oe]が印加された
薄膜MI素子11、11の制御装置20を応用した電
流センサであり、時間的に変化する電流を印加し表皮効
果を得るMI素子を用いた薄膜MI素子11、11
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。詳細には第一及び第二のMI素子11、
11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第一及
び第二のMI素子11、11を利用する場合は夫々の
イニシャルオフセット回路17、17にて発生させた
電流をあらかじめ夫々の負帰還バイアスコイル13、1
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]によって第一及び第二のMI素子11、11
の電圧が変化する。前記したMI素子11、11の両
端から検波回路14、14により夫々の電圧V1及び
2を読み取り、夫々I1及びIとなる電流を発生さ
せ、夫々第一及び第二のMI素子11、11に巻いた
負帰還バイアスコイル13、13に供給し、夫々の薄
膜MI素子11、11のト−タル磁界がゼロとなるH
及びHを発生させることで、夫々I及びIを常
に平衡にさせる。(この夫々のト−タル磁界をゼロにす
る原理は、第一の実施形態で第一及び第二の薄膜MI素
子1、1ごとに説明したので省略する。)夫々のH
及びHを夫々の検出用素子15、15(抵抗R1
抵抗R)を介して一つの電流出力の差として出力して
いる。夫々の負帰還バイアスコイル13、13は、こ
の図のMI素子11、11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12a、図12bにブ
ロックで模式化して示している。
FIG. 11 shows a thin-film MI element 11, 11 to which a bias magnetic field ΔH [Oe] is applied in the second embodiment according to the present invention so that magnetic fields generated by currents to be detected are in different directions. 'is a current sensor which applies a control device 20, wherein the thin film MI elements 11, 11 using the MI element to obtain the applied skin effect current time varying' the structure of the current sensor which applies a control device 20 It is the figure which showed typically. Specifically, the first and second MI elements 11,
It is a principle diagram of current detection by 11 ' . As shown in FIG. 9A, when using the first and second MI elements 11 and 11 whose voltage changes symmetrically with respect to the direction of the magnetic field, they are generated by the respective initial offset circuits 17 and 17 . The current is supplied to each of the negative feedback bias coils 13 and 1 in advance.
3 flowed to 'keep asymmetrically shifted the MI characteristic [Delta] H [Oe] only as shown in Figure 10a. 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 first and second MI elements 11 and 11
Voltage changes. The voltages V 1 and V 2 are read from both ends of the MI elements 11 and 11 ′ by the detection circuits 14 and 14 to generate currents I 1 and I 2 , respectively. H is supplied to the negative feedback bias coils 13, 13 ' wound around the elements 11, 11 ' so that the total magnetic field of each of the thin film MI elements 11, 11 ' becomes zero.
By generating the first and H 2, always be equilibrium respectively I 1 and I 2. (The respective bets -. The principle of the barrel magnetic field to zero is omitted because described in the first embodiment for each first and second thin film MI elements 1, 1 ') each of an H 1
And H 2 are respectively detected by the detection elements 15 and 15 (resistors R 1 ,
The current is output as a difference between one current output via the resistor R 2 ). Each negative feedback bias coil 13, 13 ' is disclosed in the main part of the MI element 11, 11 ' in this figure. Further, an example of the electronic circuit at this time is schematically shown by blocks in FIGS. 12A and 12B.

【0021】従って、従来は図18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20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VOUT[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、工程の煩雑化を招くこともない。また、夫々D
C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、夫々の負帰還バイア
スコイル13、13のみで薄膜MI素子11、11
の両端から検波回路14、14により変化した電圧V
1、V2を読み取り、I1、Iとなる電流を発生させ、
薄膜MI素子11、11に巻いた夫々の負帰還バイア
スコイル13、13に供給し、ト−タル磁界がゼロと
なるH1、Hを発生させ、I1、Iを常に平衡とさせ
ている。次に、図9bに示される異なるMI特性c、d
をもつMI素子11、11で制御装置20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MI特性dともにあらかじめイ
ニシャルオフセット回路17、17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
ンサに用いる第一及び第二のMI素子11、11の制
御装置20の外部磁界Hex[Oe]−出力電圧VOUT[V]
の関係及び被検出電流値Iex[A]−出力電圧V
OUT[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、第一及び第二のMI素
子11、11は、被検出電流バ−18の通電電流Iex
[A]によって発生する磁界を互いに逆方向となるよう
にバイアス磁界が印加されるMI素子11、11の最
良感度の方位と外部磁界方向と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
が第一及び第二のMI素子11、11の外部磁界であ
るためであり、より最良感度で検出できる為である。ま
た、図ではMI素子11、11は、被検出電流バ−1
8の上方と下方に設けられているが、被検出電流バ−1
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。しかし、外乱磁界や温度特性の影響を
受けないように被検出電流バ−18から夫々同距離に設
けられている方が好ましい。このような、MI素子1
1、11と被検出電流バ−18に流れる電流によって
発生する外部磁界に対し、第一及び第二のMI素子1
1、11を逆方向に設け、更に被検出電流バ−18か
ら同距離とする為に耐熱性且つ絶縁性の樹脂成形部材や
セラミックによって、一体的にコの字型に設けられた部
品を被検出電流バ−18に嵌め込む形状とすることで、
より工程を簡略化でき低コスト化を図ることを可能とし
ている。外部磁界をHex[Oe]とすることによって薄膜M
I素子11、11の電圧が変化する。それぞれの薄膜
MI素子11、11は、印加される外部磁界Hex[Oe]
が互いに逆方向であり、地磁気、過渡電流による外乱磁
界が打ち消される。また、その電流出力の差を一つの電
流出力として検出しており車両用などの電流センサとし
て好適である。
Therefore, conventionally, ± number [O
e] could be detected only in the narrow magnetic field range,
As shown in FIG. 7A, a magnetic field balanced control device 20 that obtains a linear output voltage over a wide range of external magnetic field H ex [Oe] was obtained. As a result, as shown in FIG. 7B, the sensitivity is higher than that of the Hall element, such as the detected current value Iex [A] -the output voltage V OUT [V]. ) Can be detected, a low-cost and ultra-small current sensor can be obtained without using a magnetic core, and the process is not complicated. In addition, D
Without requiring C bias coil could be obtained asymmetric characteristic as shown in FIG. 10a, a negative feedback bias coil 13, 13 of respective 'only a thin film MI elements 11, 11'
V changed by the detection circuits 14, 14 ' from both ends of the
Reads 1, V 2, to generate a current to be I 1, I 2,
Thin film MI elements 11 and 11 is supplied to the "negative feedback bias coil 13, 13 each wound in 'APPLICATION - Tal magnetic field to generate a H 1, H 2 becomes zero, and always balance the I 1, I 2 Let me. Next, the different MI characteristics c and d shown in FIG.
The control device 20 was verified with MI elements 11 and 11 having Although not described in detail because it has been described above, both the MI characteristic c shown by the solid line and the MI characteristic d shown by the dotted line are caused to flow in advance by the initial offset circuits 17 and 17 'in advance and shifted by ΔH [Oe] as shown in FIG. 10b. It has an asymmetric characteristic. The external magnetic field H ex [Oe] −the output voltage V OUT [V] of the control device 20 of the first and second MI elements 11 and 11 used for the current sensor even for different MI characteristics c and d.
And the detected current value I ex [A] −the output voltage V
It was verified that the graph showing the relationship of OUT [V] was the same as in the first embodiment. In constituting the current sensor, as shown in FIG. 11, the first and second MI elements 11, 11 ', energization current I ex of the current to be detected bar -18
It is preferable to arrange the MI elements 11, 11 ' to which the bias magnetic fields are applied in such a manner that the magnetic fields generated by [A] are opposite to each other so as to coincide with the direction of the best sensitivity of the MI elements 11 and 11 ' and the direction of the external magnetic field. This is because the magnetic field generated by the energizing current is the external magnetic field of the first and second MI elements 11 and 11 ' , and can be detected with the best sensitivity. Further, in the figure, the MI elements 11 and 11
8 are provided above and below the detected current bar -1.
It suffices if it is located at a position in a range where the magnetic field generated by 8 can be detected. However, it is preferable that they are provided at the same distance from the detected current bar 18 so as not to be affected by a disturbance magnetic field or temperature characteristics. Such an MI element 1
1, 11 ' and an external magnetic field generated by the current flowing through the detected current bar 18, the first and second MI elements 1
1, 11 ' are provided in opposite directions, and furthermore, in order to make the same distance from the current bar 18 to be detected, a heat-resistant and insulating resin molded member or ceramic is used to integrally form a U-shaped part. By making the shape fit into the detected current bar 18,
This makes it possible to further simplify the process and reduce the cost. By setting the external magnetic field to H ex [Oe], the thin film M
The voltages of the I elements 11, 11 ' change. Each of the thin film MI elements 11 and 11 has an applied external magnetic field H ex [Oe].
Are opposite to each other, and a disturbance magnetic field due to terrestrial magnetism and transient current is cancelled. Further, the difference between the current outputs is detected as one current output, and is suitable as a current sensor for vehicles and the like.

【0022】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、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、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21、21 のMI
特性e、fを示している。図14bは、説明を簡単にす
るためプラス側から外部磁界Hex[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、21の制御装置30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16
a、図16bは、本発明に係わる交差型磁気異方性薄膜
MI素子21、21の制御装置30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、21の制御装置30
の外部磁界Hex[Oe]−出力電圧VOUT[V]の関係及び
被検出電流値Iex[A]−出力電圧VOUT[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, a third embodiment according to the present invention will be described with reference to the drawings.
Will be explained. FIG. 13 shows the magnetic properties of the soft magnetic thin film according to the present invention.
Crossed magnetic anisotropy stacked to cross the direction of gas anisotropy
Thin film MI element 21, 21'FIG. 3 is a diagram showing the configuration of FIG.
FIG. 14A shows that 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
Cross-type magnetically anisotropic thin-film MI elements 21, 21'MI
It is a figure showing a characteristic. FIG. 14b shows the difference in variation.
Crossed magnetically anisotropic thin film MI elements 21 'MI
The characteristics e and f are shown. FIG. 14b simplifies the description.
When an external magnetic field Hex [Oe] is applied from the plus side
FIG. 6 is a diagram showing MI characteristics of FIG. FIG. 15 shows a crossed magnetic anisotropic
Thin film MI element 21, 21'Of the control device 30
FIG. 3 is a diagram schematically illustrating a structure of a current sensor. FIG.
a, FIG. 16b shows a crossed magnetic anisotropic thin film according to the present invention.
MI element 21, 21'Current control using the control device 30 of FIG.
Diagram showing an example of an electronic circuit of a sensor
It is. In addition, the crossing used in the current sensor according to the present invention.
-Type magnetic anisotropic thin-film MI element 21, 21'Control device 30
External magnetic field Hex[Oe] −Output voltage VOUT[V] relationship and
Detected current value Iex[A] -Output voltage VOUT[V] relation
Is the same as in the first embodiment,
This will be described with reference to the graphs of FIGS. 7A and 7B.

【0023】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、21
は、特に図示しないがAl23 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
どの軟磁性体薄膜の磁気異方性の方向を交差させるよう
に積層している。
As shown in FIG. 13, the thin-film MI elements 21 and 21 have a structure in which the directions of the magnetic anisotropy of the soft magnetic thin film are crossed.
' Indicates an Al 2 O 3 ceramic wafer (not shown),
Plating films of soft magnetic thin films such as CoFeNi and NiFe on substrates such as Si wafers and glass wafers, or FeCoSiB, CoZrNb, FeSiB, CoSi
A soft magnetic thin film such as an amorphous sputtered film such as B or a NiFe sputtered film is laminated so that the directions of magnetic anisotropy intersect.

【0024】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、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D
C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、21の制御装置30を応用した電流
センサの構造を模式的に示した電流検出の原理図であ
る。
FIG. 14A shows a cross-type thin-film MI element 21 or 21 that obtains a skin effect by applying a time-varying current.
As shown in FIG.
Not only there is an advantage that it is not necessary to use a C bias or an initial offset circuit, but also the detection sensitivity is very good. FIG. 15 is a principle diagram of current detection schematically showing the structure of a current sensor to which the control device 30 for the cross-type magnetic anisotropic thin film MI elements 21 and 21 ′ according to the present invention is applied.

【0025】軟磁性体薄膜の磁化容易軸を利用した交差
型MI素子21、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、10[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。
The cross-type MI elements 21 and 21 ' utilizing the easy axis of magnetization of the soft magnetic thin film are not shown in the figure, but are provided at both ends with electrodes made of aluminum wire bonding, Au wire or the like, or lead wires formed by direct soldering. To 10 [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.

【0026】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[A]によって発生する外部磁界
をHex[Oe]によって交差型磁気異方性薄膜MI素子2
1、21の電圧が変化する。前記したMI素子1、1
の両端から検波回路24、24によりそれぞれ電圧
1[V]、V2[V]を読み取り、夫々I1[A]、I
[A]となる電流を発生させ、交差型磁気異方性薄膜
MI素子21、21に巻いた負帰還バイアスコイル2
3、23に供給し、夫々のト−タル磁界がゼロとなる
1[Oe]、H[Oe]を発生させ、夫々I1[A]、I
[A]を常に平衡とさせる。このI1[A]、I
[A]を出力検出用素子25、25(抵抗R1、抵
抗R)を介して夫々の被検出出力を一つの電流値の差
として出力する。被検出電流バ−28によって発生する
磁界(以下外部磁界)に対して逆方向に設けられた交差
型磁気異方性薄膜MI素子21、21は、銅板等の導
電体からなる被検出電流バ−28に流れる電流I
ex[A]を流すと、それによって外部磁界が発生する。
その外部磁界Hex[Oe]によって交差型磁気異方性薄膜M
I素子21、21のそれぞれの電圧が変化する。それ
ぞれの交差型磁気異方性薄膜MI素子21、21は、
印加される外部磁界Hex[Oe]が逆方向であり、地磁気、
過渡電流による外乱磁界が打ち消される。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
An external magnetic field generated by a current I ex [A] flowing through the cross-type magnetic anisotropic thin-film MI element 2 is represented by H ex [Oe].
The voltage at 1, 21 ' changes. The above-described MI elements 1, 1
The voltages V 1 [V] and V 2 [V] are read from the both ends of ' 1 by the detection circuits 24 and 24 ' , respectively, and I 1 [A] and I 1 [A], respectively.
2 [A] is generated, and the negative feedback bias coil 2 wound around the cross-type magnetic anisotropic thin film MI element 21, 21
Is supplied to the 3 and 23 ', respectively bets - H 1 barrel magnetic field is zero [Oe], to generate H 2 [Oe], respectively I 1 [A], I
2 Always balance [A]. This I 1 [A], I
2 [A] is output via the output detecting elements 25 and 25 (resistors R 1 and R 2 ) as the difference between the respective detected outputs as one current value. The cross-type magnetic anisotropic thin-film MI elements 21 and 21 ' provided in a direction opposite to a magnetic field (hereinafter referred to as an external magnetic field) generated by the detected current bar 28 include a detected current bar made of a conductor such as a copper plate. Current I flowing through −28
When ex [A] is supplied, an external magnetic field is generated.
The cross-type magnetic anisotropic thin film M is generated by the external magnetic field H ex [Oe].
The respective voltages of the I elements 21 and 21 ' change. Each of the cross-type magnetic anisotropic thin-film MI elements 21 and 21
The applied external magnetic field H ex [Oe] is in the opposite direction,
The disturbance magnetic field due to the transient current is canceled. FIGS. 16A and 16B schematically show an example of an electronic circuit at this time by using blocks.

【0027】従って、従来品では、図18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7aに示すように被検出電流バ−に流れる電流
exによって発生する外部磁界Hexを広範囲の検出磁界
ex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30を得ることができ電流センサとして応用でき
た。また、DC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、23
のみで交差型磁気異方性薄膜MI素子21、21
両端から検波回路24、24によりそれぞれの電圧V
1[V]、V2[V]を読み取り、夫々I1[A]、I
[A]となる電流を発生させる。次にそれぞれのMI素
子21、21に巻いた負帰還バイアスコイル23、2
に夫々の電流が供給され、それぞれのト−タル磁界
がゼロとなるH1[Oe]、H[Oe]を発生さる。この
ように、夫々I1[A]、I[A]を流すことで常に
磁界を平衡とさせている磁界平衡型の電流センサとする
ことで磁界が飽差する領域でも出力が検出できる。更
に、DCバイアスコイル、イニシャルオフセット回路を
必要としないことで工程を削減できコストを低減でき
る。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MI素子でMI素子
の制御装置30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、21の制御装置30の外部磁界Hex
[Oe]−出力電圧VOUT[V]の関係及び被検出電流値I
ex[A]−出力電圧VOUT[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30でり、電流センサに応用しても
被検出電流値Iex[A]−出力電圧VOUT[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、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、21の最大感度の方向とを一
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、21
外部磁界となるため、感度がより良好であるためであ
る。また、図ではMI素子21、21は、被検出電流
バ−28の上方と下方に設けられているが、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の位置
におかれていればよい。しかし、外乱磁界や温度特性の
影響を受けないように被検出電流バ−28から夫々同距
離に設けられている方が好ましい。
Therefore, in the conventional product, the magnetic field can be detected only in a narrow magnetic field range of ± several [Oe] as shown in FIG. 18, but the current I flowing through the current bar to be detected as shown in FIG. An external magnetic field H ex generated by ex can be used as a current sensor by obtaining a magnetic field balanced control device 30 that obtains a linear output voltage over a wide range of the detection magnetic field H ex . Further, an asymmetric characteristic as shown in FIG. 14A can be obtained without the need for a DC bias coil and an initial offset circuit.
'Only crossover anisotropy thin film MI elements 21, 21' respectively of the voltage V from both ends by the detection circuit 24, 24 'of the
1 [V] and V 2 [V] are read, and I 1 [A] and I 2
A current that becomes [A] is generated. Next, the negative feedback bias coils 23, 2 wound around the respective MI elements 21, 21 '
3 'respective current is supplied to the respective bets - H 1 barrel magnetic field is zero [Oe], generating monkey the H 2 [Oe]. As described above, by using a magnetic field balanced type current sensor in which the magnetic field is always balanced by flowing I 1 [A] and I 2 [A], the output can be detected even in a region where the magnetic field is saturated. Furthermore, since a DC bias coil and an initial offset circuit are not required, the number of steps can be reduced and the cost can be reduced. Next, verification was performed by applying the MI device control device 30 as a current sensor to the crossed magnetic anisotropic thin film MI device having different MI characteristics e and f shown in FIG. 14B. 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, as shown in FIGS. 7A and 7B, the external magnetic field Hex of the control device 30 of the MI elements 21 and 21 ' used for the current sensor also has different MI characteristics e and f.
[Oe] -Output voltage V OUT [V] relationship and detected current value I
The graph showing the relationship between ex [A] and output voltage V OUT [V] shows that linear output is obtained over a wide range (physically infinite) of the external magnetic field Hex just like the first embodiment. It can be verified that the same is true for the detected current value Iex [A] -output voltage VOUT [V] even when the control device 30 is of the magnetic field equilibrium type and is applied to a current sensor. In configuring the current sensor as shown in FIG. 15, the MI elements 21 and 21
Is preferably arranged so that the direction of the magnetic field generated by the current flowing through the detected current bar 28 coincides with the direction of the maximum sensitivity of the MI elements 21 and 21 ' . This is because the magnetic field generated by the energizing current becomes the external magnetic field of the MI elements 21 and 21 , so that the sensitivity is better. Although the MI elements 21 and 21 are provided above and below the detected current bar 28 in the figure, the MI elements 21 and 21 may be located in a position where a magnetic field generated by the detected current bar 28 can be detected. I just need. However, it is preferable that they are provided at the same distance from the detected current bar 28 so as not to be affected by a disturbance magnetic field or temperature characteristics.

【0028】このような、MI素子21、21と被検
出電流バ−28に流れる電流によって発生する外部磁界
に対し、第一及び第二のMI素子21、21を逆方向
に設け、更に被検出電流バ−28から同距離とする為に
耐熱性且つ絶縁性の樹脂成形部材又はセラミックによっ
て、一体的にコの字型に設けられた部品を被検出電流バ
−28に嵌め込む形状とすることで、より工程を簡略化
でき低コスト化を図ることを可能としている。外部磁界
をHex[Oe]とすると、Hex[Oe]によって薄膜MI素子2
1、21の電圧が変化する。それぞれの薄膜MI素子
21、21は、印加される外部磁界Hex[Oe]が互いに
逆方向であり、地磁気、過渡電流による外乱磁界が打ち
消される。また、その電流出力の差を一つの電流出力と
して検出しており車両用などの電流センサとして最適で
ある。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、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。
The first and second MI elements 21 and 21 are provided in opposite directions with respect to such an external magnetic field generated by the current flowing through the MI elements 21 and 21 and the current bar 28 to be detected. In order to make the same distance from the detected current bar 28, a heat-resistant and insulating resin molded member or ceramic is used to fit a U-shaped part integrally into the detected current bar 28. By doing so, it is possible to further simplify the process and reduce the cost. Assuming that the external magnetic field is H ex [Oe], the thin film MI element 2 is formed by H ex [Oe].
The voltage at 1, 21 ' changes. The external magnetic field H ex [Oe] applied to each of the thin film MI elements 21 and 21 is in a direction opposite to each other, and a disturbance magnetic field due to terrestrial magnetism and a transient current is canceled. Further, the difference between the current outputs is detected as one current output, which is optimal as a current sensor for a vehicle or the like. 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 particularly shown, stabilizing the characteristics by using an initial offset circuit for the cross-type magnetic anisotropic thin film MI elements 21 and 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.

【0029】従って、以上の被検出電流によって発生す
る外部磁界が印加される方向と逆方向に第一及び第二の
MI素子を設けた制御装置を応用した電流センサについ
て、検証してきたが本発明における前述の電流センサに
用いる第一及び第二のMI素子の制御装置は、夫々常に
ト−タル磁界が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
電圧変化が飽差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
リニアリティを得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、M
I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。また、これらのMI素子を被検出電流に
よって発生する外部磁界が印加される方向と逆方向に夫
々第一及び第二のMI素子を設けることで地磁気、過渡
電流などによる外乱磁界及びMI素子の温度特性の影響
を受けず車両用に適した電流センサを提供できることが
可能となった。更にここで付け加えておくが被検出電流
バ−の上下に前述したような第一及び第二のMI素子を
設けるには、被検出電流バ−にコの字型で嵌め込める形
状が組立てに適しており、これにより第一及び第二のM
I素子が設けられている。例えば、耐熱性で且つ絶縁性
のプラスチックで一体成形したコの字型の成形品や、セ
ラミックなどの絶縁物を一体的に形成した成形品に第一
及び第二のMI素子を設けて被検出電流バ−に組み込む
ことで、工程の煩雑化を防ぎ一層の低コスト化を期待で
きる。
Accordingly, the present invention has been verified with respect to a current sensor to which a control device provided with first and second MI elements in a direction opposite to a direction in which an external magnetic field generated by the above-described detected current is applied is applied. The control devices for the first and second MI elements used in the above-described current sensor in the above-described method always generate a magnetic field in which the total magnetic field is zero, thereby controlling the external magnetic field Hex generated by the current bar to be detected. Even a magnetic field in a region where the voltage change is saturated can be detected linearly. This is a current sensor that can obtain linearity over a wide range of detected magnetic fields (physically infinite) in the same manner as the Hall element with ultra-high sensitivity compared to the Hall element, and without applying a bias magnetic field. Can also be achieved. Further, M
The output can be detected without being affected by variations in the MI characteristics of the I element. Further, by providing the first and second MI elements in a direction opposite to a direction in which an external magnetic field generated by the detected current is applied to these MI elements, a disturbance magnetic field due to terrestrial magnetism, a transient current, and the temperature of the MI element It has become possible to provide a current sensor suitable for vehicles without being affected by characteristics. It should be further noted that, in order to provide the above-described first and second MI elements above and below the detected current bar, a shape that can be fitted into the detected current bar in a U-shape is suitable for assembly. , So that the first and second M
An I element is provided. For example, the first and second MI elements are provided on a U-shaped molded article integrally formed of a heat-resistant and insulating plastic or a molded article integrally formed of an insulator such as ceramic to be detected. By incorporating it into the current bar, the process can be prevented from becoming complicated, and further cost reduction can be expected.

【0030】[0030]

【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被検出電流による磁界の方
向に対して逆方向の外部磁界が印加された第一及び第二
の磁気インピ−ダンス素子(以下MI素子)を設けて、
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, the external magnetic field in the direction opposite to the direction of the magnetic field due to the current to be detected can be obtained by using the control device for the MI element having any MI characteristics in the current sensor. Providing first and second applied magnetic impedance elements (hereinafter referred to as MI elements)
A magnetic field where the total magnetic field is always zero is generated,
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. Also,
Since a magnetic core is not used, an ultra-small and low-cost current sensor 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効果を用いた第一及び第二の磁性体薄膜MI
素子の構成を示した図である。
FIG. 1 shows first and second magnetic thin films MI using the MI effect in a first embodiment of a current sensor according to the present invention.
FIG. 3 is a diagram showing a configuration of an element.

【図2a】本発明に係わる電流センサの第一の実施形態
における第一及び第二の磁性体薄膜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 graph showing the MI when the external magnetic field is applied from the plus side and the MI when the external magnetic field is applied from the minus side to the first and second magnetic thin film MI elements in the first embodiment of the current sensor according to the present invention; It is a figure showing a characteristic.

【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第一及び第二の磁性体薄
膜MI素子にプラス側から外部磁界を印加したときのM
I特性を示す図である。
FIG. 2B is a diagram illustrating a current sensor according to the first embodiment of the present invention in which an external magnetic field is applied from the plus side to first and second magnetic thin film MI elements having different characteristics.
It is a figure showing an I characteristic.

【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Hを印加したときの第一及び第二
の磁性体薄膜MI素子の構成図を示す。
FIG. 3 shows a configuration diagram of first and second magnetic thin film MI elements when a bias magnetic field Hb is applied in the first embodiment of the current sensor according to the present invention.

【図4a】本発明に係わる電流センサの第一の実施形態
における第一及び第二の磁性体薄膜MI素子にバイアス
磁界H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 first and second magnetic thin film MI elements 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Hを印加したときの第一及び第二の磁
性体薄膜MI素子の特性図である。
FIG. 4B is a diagram illustrating a current sensor according to the first embodiment of the present invention in which a bias magnetic field Hb is applied to a magnetic thin film MI element having different MI characteristics; It is a characteristic diagram.

【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第一及び第二の磁性体薄膜
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 showing a current sensor to which a first and second magnetic thin film MI element control devices using a soft magnetic thin film are applied as a first embodiment of the current sensor according to the present invention. It is.

【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第一及び第二の磁性体薄
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 of an example of an electronic circuit of a current sensor to which a first and second magnetic thin film MI element control devices using a soft magnetic thin film are 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第一及び第二の磁性体薄
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 showing an example of an electronic circuit of a current sensor to which a first and second magnetic thin film MI element control devices using a soft magnetic thin film are 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第一及び
第二のMI素子の制御装置の外部磁界Hex[Oe]−出力電
圧VOUT[V]の関係を示すグラフである。
FIG. 7A is a graph showing a relationship between an external magnetic field H ex [Oe] and an output voltage V OUT [V] of a control device of the first and second MI elements in the current sensor according to the present invention.

【図7b】本発明に係わる電流センサにおける第一及び
第二のMI素子の制御装置の被検出電流値Iex[A]−
出力電圧VOUT[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] − of the control device of the first and second MI elements in the current sensor according to the present invention;
It is a graph which shows the relationship of output voltage V OUT [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効果を用いた第一及び第二の磁性体薄膜MI
素子の構成を示した図である。
FIG. 8 shows first and second magnetic thin films MI using the MI effect in the second embodiment of the current sensor according to the present invention.
FIG. 3 is a diagram showing a configuration of an element.

【図9a】本発明に係わる電流センサの第二の実施形態
における第一及び第二の磁性体薄膜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 shows MI characteristics of the current sensor according to the second embodiment of the present invention when an external magnetic field is applied to the first and second magnetic thin film MI elements from the plus side and when an external magnetic field is applied from the minus side. FIG.

【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第一及び第二の磁性体
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 first and second 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ΔH[Oe]を印加したときの第一
及び第二の薄膜MI素子の特性図である。
FIG. 10A is a diagram illustrating a current sensor according to a second embodiment of the present invention, in which a bias magnetic field ΔH [Oe] is applied to a magnetic thin film MI element by an initial offset circuit; It is a characteristic diagram.

【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ΔH[Oe]を
印加したときの第一及び第二の薄膜MI素子の特性図で
ある。
FIG. 10B is a diagram illustrating a current sensor according to a second embodiment of the present invention, in which a bias magnetic field ΔH [Oe] is applied at initial offset to a magnetic thin film MI element having different MI characteristics. FIG. 4 is a characteristic diagram of the thin film MI element of FIG.

【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第一及び第二の磁性体
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 first and second 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. It is.

【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第一及び第二の磁性
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 shows an example of an electronic circuit of a current sensor to which a control device for a first and second 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. FIG.

【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第一及び第二の磁性
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 shows an example of an electronic circuit of a current sensor to which the first and second magnetic thin film MI element control devices using the soft magnetic thin film in the second embodiment of the current sensor according to the present invention are applied. FIG.

【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
うに積層した第一及び第二の交差型磁性体薄膜MI素子
の構成を示す図である。
FIG. 13 shows the configuration of first and second crossed magnetic thin film MI elements stacked so as to intersect the direction of the magnetic anisotropy of the soft magnetic thin film in the third embodiment of the current sensor according to the present invention. FIG.

【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
ように積層した第一及び第二の交差型磁性体薄膜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 illustrating a current sensor according to a third embodiment of the present invention, which is added to the first and second crossed magnetic thin film MI elements stacked so as to intersect the direction of the magnetic anisotropy of the soft magnetic thin film. FIG. 7 is a diagram showing MI characteristics when an external magnetic field is applied from the 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特性を持つ第一及び第二の交
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 shows 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 first and second crossed magnetic thin film MI elements having different MI characteristics. FIG.

【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
第一及び第二の交差型磁性体薄膜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 shows a third embodiment of a current sensor according to the present invention, in which a control device for a first and second cross-type magnetic thin film MI element laminated so as to cross the magnetic anisotropy of a soft magnetic thin film is applied. FIG. 3 is a diagram schematically illustrating a current sensor that has been used.

【図16a】本発明に係わる電流センサの第三の実施形
態における第一及び第二の交差型磁性体薄膜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 a diagram schematically showing, in a block diagram, an electronic circuit of a current sensor to which a first and second cross-type magnetic thin film MI element control devices in a third embodiment of the current sensor according to the present invention are applied. This is an example.

【図16b】本発明に係わる電流センサの第三の実施形
態における第一及び第二の交差型磁性体薄膜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 a diagram schematically showing, in a block diagram, an electronic circuit of a current sensor to which a first and second cross-type magnetic thin film MI element control devices in a third embodiment of the current sensor according to the present invention are applied. This is an example.

【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)VOUT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) V 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】[Explanation of symbols]

1、11、21、…第一のMI素子 1、11、21、…第二のMI素子 2、2、…DCバイアスコイル 3、3、13、13、23、23…負帰還バイア
スコイル 4、4、14、14、24、24…検波回路 5、5、15、15、25、25…出力検出用素
子(抵抗R1、抵抗R) 6、6、16、16、26、26…出力 8、18、28・・・被検出電流用の導電性基板(被検出
電流バ−) 10、20、30…MI素子の制御装置 17、17…イニシャルオフセット回路 Hb…バイアス磁界 Hex…外部磁界 I1、I…負帰還電流(平衡電流) Iex・・・被検出電流バ−の通電電流 H1、H…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, 11, 21 ... first MI element 1 ' , 11 ' , 21 ' , ... second MI element 2, 2 ' , ... DC bias coil 3, 3 ' , 13, 13 ' , 23, 23 ' ... negative feedback bias coil 4, 4 ', 14, 14', 24, 24 '... detection circuits 5 and 5', 15, 15 ', 25, 25' ... output detection element (resistor R 1, resistor R 2) 6, 6 ' , 16, 16 ' , 26, 26 ' ... output 8, 18, 28 ... conductive substrate for detected current (detected current bar) 10, 20, 30 ... MI element control device 17, 17 '... initial offset circuit H b ... bias field H ex ... external magnetic field I 1, I 2 ... negative feedback current (balanced current) I ex · · · the current to be detected bar - applied current H 1 of, H 2 ... Equilibrium magnetic field where the total magnetic field with the external magnetic field becomes zero (negative feedback 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 AB01 AB02 AB05 AC02 AC04 AC09 AD51 AD53 AD65 BA02 BA03 BA05 2G025 AA05 AA09 AA11 AA13 AB01 ──────────────────────────────────────────────────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 AB01 AB02 AB05 AC02 AC04 AC09 AD51 AD53 AD65 BA02 BA03 BA05 2G025 AA05 AA09 AA11 AA13 AB01

Claims (9)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】被検出電流による磁界の方向に関して一方
が逆方向となるように互いに第一及び第二の磁気インピ
−ダンス素子(以下MI素子)を設ける手段と、該第一
及び第二のMI素子に夫々DCバイアスコイルと負帰還
バイアスコイルを巻線し、該第一及び第二のMI素子の
両端から夫々検波回路を介して、該夫々負帰還バイアス
コイルに接続し、該負帰還バイアスコイルの終端を夫々
の出力検出用素子の一端に接続し、該夫々の出力検出用
素子の両端で出力を検出し、該夫々の検出出力を一つの
電流出力とすることを特徴とする電流センサ。
A means for providing first and second magnetic impedance elements (hereinafter referred to as MI elements) such that one direction is opposite to the direction of a magnetic field due to a current to be detected; A DC bias coil and a negative feedback bias coil are respectively wound around the MI element, and both ends of the first and second MI elements are connected to the respective negative feedback bias coils via detection circuits, respectively. A current sensor, wherein a terminal of a coil is connected to one end of each output detection element, an output is detected at both ends of each output detection element, and each detection output is made into one current output. .
【請求項2】被検出電流による磁界の方向に関して一方
が逆方向となるように互いに第一及び第二の磁気インピ
−ダンス素子(以下MI素子)を設ける手段と、該第一
及び第二のMI素子に夫々負帰還バイアスコイルを巻線
し、該第一及び第二のMI素子の両端から夫々の検波回
路、イニシャルオフセット回路を介し、該第一及び第二
のMI素子に巻かれた夫々の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夫々出力検出用
素子の一端に接続し、該夫々の出力検出用素子の両端で
出力を検出し、該夫々の検出出力を一つの電流出力とす
ることを特徴とする電流センサ。
2. A means for providing first and second magnetic impedance elements (hereinafter referred to as MI elements) so that one direction is opposite to the direction of a magnetic field due to a current to be detected; A negative feedback bias coil is wound around each of the MI elements, and both ends of the first and second MI elements are respectively wound around the first and second MI elements via respective detection circuits and initial offset circuits. , The ends of the negative feedback bias coils are respectively connected to one ends of output detection elements, outputs are detected at both ends of each output detection element, and the respective detection outputs are connected to one end. A current sensor having two current outputs.
【請求項3】被検出電流による磁界の方向に関して一方
が逆方向となるように互いに第一及び第二の磁気インピ
−ダンス素子(以下MI素子)を設ける手段と、該第一
及び第二のMI素子の両端から夫々の検波回路を介し、
該第一及び第二のMI素子に巻かれた夫々の負帰還バイ
アスコイルに接続し、それぞれの該負帰還バイアスの終
端を夫々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し、該夫々の検出出力を一つの
電流出力とすることを特徴とする電流センサ。
3. Means for providing first and second magnetic impedance elements (hereinafter referred to as MI elements) so that one direction is opposite to the direction of a magnetic field due to a current to be detected; Through both detection circuits from both ends of the MI element,
Each of the negative feedback bias coils wound around the first and second MI elements is connected, and the terminal of each negative feedback bias is connected to one end of an output detection element, and both ends of the output detection element are connected. A current output, wherein each of the detected outputs is a current output.
【請求項4】前記一つの電流出力は、該夫々の出力検出
用素子の両端で検出された該夫々の検出出力の差をとる
ことを特徴とする請求項1〜3記載の電流センサ。
4. The current sensor according to claim 1, wherein said one current output is a difference between said respective detection outputs detected at both ends of said respective output detecting elements.
【請求項5】前記第一及び第二のMI素子は、外部磁界
によって変化する該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1〜4記載の電
流センサ。
5. The first and second MI elements read a voltage between both ends of the MI element, which is changed by an external magnetic field, by the detection circuit to generate a current, supply the current to the negative feedback bias coil, and supply a total magnetic field to the negative feedback bias coil. The current sensor according to claim 1, wherein a magnetic field in which is zero is generated to balance the current.
【請求項6】前記被検出電流は、導電体で形成される被
検出電流用基板に流され、第一及び第二のMI素子が、
該被検出電流用の導電性基板の両面に夫々設けられてい
ることを特徴とする請求項1〜5記載の電流センサ。
6. The detection current is passed through a detection current substrate formed of a conductor, and the first and second MI elements are
The current sensor according to claim 1, wherein the current sensor is provided on both surfaces of the conductive substrate for the current to be detected.
【請求項7】前記第一及び第二の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。
7. The current sensor according to claim 1, wherein the first and second MI elements have symmetric MI characteristics.
【請求項8】前記第一及び第二の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。
8. The current sensor according to claim 3, wherein the first and second MI elements have asymmetric MI characteristics.
【請求項9】前記第一及び第二のMI素子を設ける手段
は、絶縁性の樹脂成形部材によってコの字型に成形され
ていることを特徴とする請求項1〜5記載のいずれかの
電流センサ。
9. The method according to claim 1, wherein said means for providing said first and second MI elements is formed in a U-shape by an insulating resin molding member. Current sensor.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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