JP2007101252A - 磁気センサおよびその製造方法ならびに電流センサ - Google Patents
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Abstract
【解決手段】電流センサ10は、MR素子3A,3Bを有する素子基板5A,5Bと磁性基板6A,6Bとを貼り合わせて一体化したものを検出対象電流Imの流路となる導体2に沿って配置したものである。磁性基板6A,6BによってMR素子3A,3Bに対してバイアス磁界Hb1,Hb2をそれぞれ印加することができるので、外部からの不要な擾乱磁界の影響を十分に回避しつつ、検出対象電流Imに基づく電流磁界Hmを正確に、かつ安定して検知することができる。そのうえ、永久磁石やコイルをMR素子3A,3Bの両側に配置するなどした場合と比べ、スペースを有効に利用して、より小さく簡素な全体構成とすることができる。
【選択図】図1
Description
最初に、図1,図2を参照して、本発明における第1の実施の形態としての電流センサの構成について説明する。図1は、本実施の形態における電流センサ10の斜視構成を表す概略図であり、図2は、図1の電流センサ10における回路構成を表したものである。なお、図2における検出対象電流Im、補償電流Id、電流磁界Hm、補償電流磁界Hd、バイアス磁界Hb1,Hb2および電流I0のすべての矢印の方向は、第1および第2の磁気抵抗効果素子3A,3B(後出)との相対的な方向を示している。
V1=I0・R1
であり、第4の接続点P4における電位V2は、
V2=I0・R2
となる。よって、第3の接続点P3と第4の接続点P4との間の電位差は、
V0=V1−V2
=I0・R1−I0・R2
=I0・(R1−R2) …(1)
V0=V1−V2
=I0・(R1−R2)
=I0・{(R1+ΔR1)−(R2+ΔR2)} …(2)
となる。
R1=R2=R
かつ
ΔR1=−ΔR2=ΔR
であると仮定した場合、式(3)は、
V0=I0・(R1+ΔR1−R2−ΔR2)
=I0・(R+ΔR−R+ΔR)
=I0・(2ΔR) …(4)
となる。したがって、予め外部磁界と抵抗変化量との関係を把握したMR素子3A,3Bを用いるようにすれば、電流磁界Hmの大きさを測定することができ、その電流磁界Hmを発生する検出対象電流Imの大きさを推定することができる。この場合、2つのMR素子3A,3Bを用いてセンシングを行っているので、MR素子3AまたはMR素子3Bを単独で用いてセンシングを行う場合と比べて2倍の抵抗変化量を取り出すことができ、測定値の高精度化に有利となる。また、4つのMR素子を用いてブリッジ回路を構成してセンシングを行う場合と比べ、MR素子同士の特性のばらつきや接続抵抗のばらつき等を小さく抑えることができるので、感度が高いMR素子を用いた場合であってもバランス調整が容易である。また、MR素子自体の個数を減らすことができ、それに伴い端子の数も減るので、省スペース化に有利となる。
ここで、図9を参照して、本実施の形態の電流センサにおける変形例について説明する。
次に、本発明における第2の実施の形態としての電流センサについて説明する。上記第1の実施の形態では、V字状の平面形状をなす導体2を用いるようにした例について説明したが、本実施の形態では、直線状の導体21を採用した例について説明する。
続いて、図12を参照して、本実施の形態の電流センサにおける変形例について説明する。上記第2の実施の形態では、図11(A),(B)に示したように、外部磁界Hが零のとき、自由層13の磁化方向J13A,J13Bが固着層11の磁化方向J11A,J11Bと直交するように構成している。しかしながら、図12(A),(B)に示した変形例のように、外部磁界Hが零のとき、自由層13の磁化方向J13A0,J13B0と固着層11の磁化方向J11A,J11Bとが互いに平行をなすように構成してもよい。具体的には、図12(A)では、MR素子3Aの磁化方向J11Aおよび磁化方向J13A0が共に電流磁界Hmと直交する−x方向となっており、MR素子3Bの磁化方向J11Bおよび磁化方向J13B0が共に電流磁界Hmと直交する+x方向となっている。また、図12(B)では、MR素子3Aの磁化方向J11Aおよび磁化方向J13A0ならびにMR素子3Bの磁化方向J11Bおよび磁化方向J13B0の全てが+x方向となっている。ただし、これらの場合には、バイアス磁界Hb1,Hb2を磁化方向J11A,J11Bに対して斜め方向に印加することが望ましい。すなわち、磁化方向J11A,J11Bに平行な平行成分と、この平行成分に直交する直交成分とを有するバイアス磁界Hb1,Hb2を印加することが望ましい。こうすることにより、自由層13が、例えば、磁化方向J11A,J11Bに対して45°傾いた磁化方向J13A1,J13B1を発現するようになり、図10に示したバイアスポイントBP1,BP2を中心とする線形領域L1,L2において電流磁界Hmの変化を精度良く検出することができる。
次に、本発明における第3の実施の形態としての電流センサについて説明する。上記第1の実施の形態では、導体2の直線部分2A,2Bに対して2つのMR素子3A,3Bを配置するようにした例について説明した。これに対し本実施の形態では、1つの導体2に対して4つのMR素子3A〜3Dを配置するようにした。以下、図13を参照して説明する。なお、4つのMR素子3A〜3Dを配置するようにした点以外の部分については実質的に上記第1の実施の形態と同様であるので、適宜説明を省略する。
V=i1r3+i1r2=i2r4+i2r1
=i1(r3+r2)=i2(r4+r1) ……(5)
と表すことができる。
また、第4の接続点P4における電位V3および第3の接続点P3における電位V4は、それぞれ、
V3=V−i1r3
V4=V−i2r4
と表せる。よって、第4の接続点P4と第3の接続点P3との電位差V0は、
V0=V4−V3
=(V−i2r4)−(V−i1r3)
=i1r3−i2r4 ……(6)
ここで、(5)式から、
V0=r3/(r3+r2)・V−r4/(r4+r1)・V
={r3/(r3+r2)−r4/(r4+r1)}・V ……(7)
となる。このブリッジ回路では、外部磁界である電流磁界Hmが印加されたときに、上記の式(7)で表された第4の接続点P4と第3の接続点P3との電位差V0を測定することにより、抵抗変化量が得られる。ここで、電流磁界Hmが印加されたときに、抵抗値R1〜R4がそれぞれ変化量ΔR1〜ΔR4だけ変化したとすると、すなわち、電流磁界Hmを印加後の抵抗値R1〜R4が、それぞれ
R1=r1+ΔR1
R2=r2+ΔR2
R3=r3+ΔR3
R4=r4+ΔR4
であるとすると、電流磁界Hmの印加時における電位差V0は、式(7)より、
V0={(r3+ΔR3)/(r3+ΔR3+r2+ΔR2)−(r4+ΔR4)/(r4+ΔR4+r1+ΔR1)}・V ……(8)
となる。この電流センサでは、MR素子3A,3Cの抵抗値R1,R3と、MR素子3B,3Dの抵抗値R2,R4とは互いに逆方向の変化を示すように構成されているので、変化量ΔR4と変化量ΔR1とが打ち消し合うと共に、変化量ΔR3と変化量ΔR2とが打ち消し合うこととなる。このため、電流磁界Hmの印加前後を比較した場合、式(8)の各項における分母の増加はほとんど無い。一方、各項の分子については、変化量ΔR3と変化量ΔR1とが必ず反対の符号を有するので増減が現れることとなる。
V0={(R+ΔR)/(2・R)−(R−ΔR)/(2・R)}・V
=(ΔR/R)・V
となる。
Claims (14)
- 一定方向に固着された磁化方向を有する固着層と中間層と外部磁界に応じて磁化方向が変化する自由層とを順に含む磁気抵抗効果素子が支持基板上に設けられた素子基板と、
前記素子基板の一方の面と貼り合わされて前記磁気抵抗効果素子に対してバイアス磁界を印加する磁性基板と
を備えたことを特徴とする磁気センサ。 - 検出対象電流が供給されることにより電流磁界を発生する導体と、
前記電流磁界に応じて自らの抵抗値が変化するように前記導体に沿って配置された磁気抵抗効果素子を有する素子基板と、
前記素子基板の一方の面と貼り合わされて前記磁気抵抗効果素子に対してバイアス磁界を印加する磁性基板と
を備えたことを特徴とする電流センサ。 - 検出対象電流が供給されることにより電流磁界を発生する導体と、
磁気抵抗効果素子をそれぞれ含んで前記導体に沿って配置された一対の素子基板と、
前記素子基板における一方の面とそれぞれ貼り合わされて前記磁気抵抗効果素子に対してバイアス磁界をそれぞれ印加する一対の磁性基板と、
前記磁気抵抗効果素子の各々に対し、互いに等しい値の定電流を供給する一対の定電流源と、
前記定電流によって前記磁気抵抗効果素子の各々に生ずる電圧降下の差分を検出する差分検出器と
を備え、
前記素子基板における磁気抵抗効果素子は、前記電流磁界に応じて抵抗値が互いに逆向きの変化を示すものである
ことを特徴とする電流センサ。 - 検出対象電流が供給されることにより電流磁界を発生する導体と、
前記電流磁界に応じて自らの抵抗値が変化する磁気抵抗効果素子をそれぞれ含んで前記導体に沿って配置された第1から第4の素子基板と、
前記第1から第4の素子基板における一方の面とそれぞれ貼り合わされて前記磁気抵抗効果素子の各々に対してバイアス磁界を印加する第1から第4の磁性基板と
を備え、
前記第1および第2の素子基板における各磁気抵抗効果素子の一端同士が第1の接続点において接続され、前記第3および第4の素子基板における各磁気抵抗効果素子の一端同士が第2の接続点において接続され、前記第1の素子基板における磁気抵抗効果素子の他端と前記第4の素子基板における磁気抵抗効果素子の他端とが第3の接続点において接続され、前記第2の素子基板における磁気抵抗効果素子の他端と前記第3の素子基板における磁気抵抗効果素子の他端とが第4の接続点において接続されることによりブリッジ回路が形成されている
ことを特徴とする電流センサ。 - 前記第1の接続点と前記第2の接続点との間に電圧が印加されたときの前記第3の接続点と前記第4の接続点の間の電位差を検出する差分検出器をさらに備えた
ことを特徴とする請求項4に記載の電流センサ。 - 前記第1および第3の素子基板における各磁気抵抗効果素子の抵抗値は、前記電流磁界に応じて互いに同じ向きに変化し、
前記第2および第4の素子基板における各磁気抵抗効果素子の抵抗値は、いずれも、前記電流磁界に応じて前記第1および第3の素子基板における磁気抵抗効果素子とは反対向きに変化する
ことを特徴とする請求項4または請求項5に記載の電流センサ。 - 前記磁気抵抗効果素子は、一定方向に固着された磁化方向を有する固着層と、中間層と、外部磁界に応じて磁化方向が変化し、かつ、その外部磁界が零のときの磁化方向が前記検出対象電流の流れる方向と平行または逆平行となる自由層とを順に含んでいる
ことを特徴とする請求項2から請求項6のいずれか1項に記載の電流センサ。 - 前記固着層の磁化方向が、外部磁界が零のときの前記自由層の磁化方向と直交している
ことを特徴とする請求項7に記載の電流センサ。 - 前記磁性基板は、外部磁界が零のときの前記自由層の磁化方向に沿ったバイアス磁界を印加するものである
ことを特徴とする請求項8に記載の電流センサ。 - 前記固着層の磁化方向が、外部磁界が零のときの前記自由層の磁化方向と平行をなしている
ことを特徴とする請求項7に記載の電流センサ。 - 前記磁性基板は、前記固着層の磁化方向に平行な平行成分と、前記平行成分に直交する直交成分とを有するバイアス磁界を印加するものである
ことを特徴とする請求項10に記載の電流センサ。 - 支持基板の表面に磁気抵抗効果素子を複数形成したのち、前記支持基板の裏面に接着剤を塗布して磁性基板を貼り付けることにより積層体を形成する工程と、
前記磁性基板の磁化方向の設定を行う工程と、
前記積層体を前記磁気抵抗効果素子ごとに切り分ける工程と
を含むことを特徴とする磁気センサの製造方法。 - 前記磁気抵抗効果素子を複数形成したのち、前記磁性基板を貼り付ける前に所定の厚みとなるまで前記支持基板の裏面を研磨する工程をさらに含む
ことを特徴とする請求項12に記載の磁気センサの製造方法。 - 前記磁性基板を研磨することにより、前記磁気抵抗効果素子に及ぶ磁界強度を調整する工程をさらに含む
ことを特徴とする請求項12または請求項13に記載の磁気センサの製造方法。
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