JP2009111294A - 磁気カプラ - Google Patents
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Abstract
【解決手段】第1の階層L1において巻回する薄膜コイル20と、第2の階層L2に配置され、薄膜コイル20を流れる信号電流Imによって生ずる誘導磁界Hmを検知する第1のMR素子31と、この第1のMR素子31の近傍に配置された軟磁性材料からなるヨーク41,42とを備える。第1のMR素子31は、第2の階層L2のうち、薄膜コイル20の直線領域R21と積層方向において対応する位置に配置される。ヨーク41,42は、第2の階層L2において第1のMR素子31を挟むように薄膜コイル20の巻回中心側および巻回外周側の双方に配置される。これにより、誘導磁界Hmの強度低下が抑制され、かつ、誘導磁界Hmがより平坦な強度分布となる。
【選択図】図2
Description
最初に、図1および図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磁気カプラの構成について説明する。図1は、本実施の形態の磁気カプラの構成を表す平面図である。図2(A)は、図1に示した磁気カプラの要部を拡大した平面図であり、図2(B)は、図2(A)のIIB−IIB線に沿った矢視方向の断面図である。なお、図1に示した信号電流Imおよび誘導磁界Hmの矢印の方向は、磁気抵抗効果素子31〜34(後出)との相対的な方向を示している。この磁気カプラは、ある電気回路からの信号を、電気的に非接触な状態で他の電気回路へ伝達するデバイスであり、必要な信号を伝達しつつノイズを遮断するのに有効な手段である。
V=i1×R2+i1×R3=i2×R4+i2×R1
=i1×(R2+R3)=i2×(R4+R1) ……(1)
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、
V2=V−i1×R2
V4=V−i2×R4
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−V2
=(V−i2×R4)−(V−i1×R2)
=i1×R2−i2×R4 ……(2)
となる。ここで、(1)式および(2)式から、
V0=R2/(R2+R3)×V−R4/(R4+R1)×V
={R2/(R2+R3)−R4/(R4+R1)}×V ……(3)
となる。このブリッジ回路では、外部磁界である誘導磁界Hmが印加されたときに、上記の式(3)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、誘導磁界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、誘導磁界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、誘導磁界Hmの印加時における電位差V0は、式(3)より、
V0={(R2+ΔR2)/(R2+ΔR2+R3+ΔR3)−(R4+ΔR4)/(R4+ΔR4+R1+ΔR1)}×V ……(4)
となる。この電流センサでは、第1および第2のMR素子31,32の抵抗値R1,R2と、第3および第4のMR素子33,34の抵抗値R3,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、誘導磁界Hmの印加前後を比較した場合、式(4)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ΔR2と変化量ΔR4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。
次に、図5および図6を参照して、本発明における第2の実施の形態としての磁気カプラについて説明する。図5(A)は、本実施の形態の磁気カプラの要部(第1のMR素子31の周辺)の平面構成を表しており、上記第1の実施の形態の図2(A)に対応するものである。また、図5(B)は、図5(A)のVB−VB線に沿った矢視方向の断面図であり、上記第1の実施の形態の図2(B)に対応するものである。
図7は、図1および図2に示した磁気カプラにおける、巻回方向と直交する断面(Y−Z平面)の誘導磁界Hmの強度分布を表した特性図である。図7において、横軸がY軸に対応し、縦軸がX軸に対応している。
そこで、ヨーク41,43の位置を、巻回外周側へ20μm移動させた場合の誘導磁界Hmの強度分布について調べた。図9および図10にその結果を示す。図9は図7の左側半分に対応するものであり、図10は図8に対応するものである。
41〜44…ヨーク、51〜54…永久磁石層、55…反強磁性層、61…固着層、62…中間層、63…自由層。
Claims (15)
- 第1の階層において巻回する薄膜コイルと、
前記第1の階層と異なる第2の階層に位置し、前記薄膜コイルを流れる電流によって生ずる誘導磁界を検知する磁気抵抗効果素子と、
前記薄膜コイルの径方向において前記磁気抵抗効果素子と隣り合うように配置されたヨークと
を備えたことを特徴とする磁気カプラ。 - 前記薄膜コイルは巻回方向において直線状に延在する複数の直線パターンが占める直線領域を含み、前記磁気抵抗効果素子が積層方向において前記直線領域と対応する位置に設けられている
ことを特徴とする請求項1に記載の磁気カプラ。 - 前記ヨークは、前記磁気抵抗効果素子を挟んで前記薄膜コイルの巻回中心側および巻回外周側の双方に配置されている
ことを特徴とする請求項1または請求項2に記載の磁気カプラ。 - 前記薄膜コイルの径方向において、前記薄膜コイルの巻回中心側の前記ヨークは、前記薄膜コイルの巻回外周側の前記ヨークよりも前記薄膜コイルの最内周端縁と最外周端縁との中心位置に近い
ことを特徴とする請求項3に記載の磁気カプラ。 - 前記薄膜コイルの径方向において、前記薄膜コイルの巻回中心側の前記ヨークは、前記薄膜コイルの最内周端縁よりも巻回外周側に位置する
ことを特徴とする請求項3または請求項4に記載の磁気カプラ。 - 前記薄膜コイルの径方向において、前記薄膜コイルの巻回外周側に位置する前記ヨークは、その巻回中心側の端縁が、前記薄膜コイルの最外周端縁よりも巻回中心側に位置する
ことを特徴とする請求項3から請求項5のいずれか1項に記載の磁気カプラ。 - 前記ヨークは、前記第2の階層に配置されていることを特徴とする請求項1から請求項6のいずれか1項に記載の磁気カプラ。
- 前記ヨークは、前記薄膜コイルの巻回方向に沿った向きの磁化容易軸を有することを特徴とする請求項1から請求項7のいずれか1項に記載の磁気カプラ。
- 前記ヨークは、その長手方向が前記薄膜コイルの巻回方向と一致するように延在していることを特徴とする請求項8に記載の磁気カプラ。
- 前記ヨークは、各々が前記薄膜コイルの巻回方向に沿って延在し、かつ、前記薄膜コイルの径方向において互いに隣在し合うように分割して配設された複数のヨークパターンからなることを特徴とする請求項1から請求項9のいずれか1項に記載の磁気カプラ。
- 前記ヨークは、積層方向において、軟磁性層と絶縁層とが交互に複数積層された積層構造を有することを特徴とする請求項1から請求項10のいずれか1項に記載の磁気カプラ。
- 前記ヨークの磁化容易軸に沿った向きの磁気モーメントを有する反強磁性層をさらに備えたことを特徴とする請求項1から請求項11のいずれか1項に記載の磁気カプラ。
- 前記ヨークに対し、その磁化容易軸に沿った向きのバイアス磁界を付与する強磁性層をさらに備えたことを特徴とする請求項1から請求項11のいずれか1項に記載の磁気カプラ。
- 前記磁気抵抗効果素子は、前記薄膜コイルの巻回方向に沿って、または前記薄膜コイルの径方向に延在する複数の帯状パターンを有しており、
前記複数の帯状パターンは直列に接続されている
ことを特徴とする請求項1から請求項13のいずれか1項に記載の磁気カプラ。 - 第1の階層において巻回する薄膜コイルと、
前記第1の階層と異なる第2の階層に各々位置し、前記薄膜コイルを流れる電流によって生ずる誘導磁界により各々の抵抗値が変化する第1から第4の磁気抵抗効果素子と、
前記薄膜コイルの径方向において前記第1から第4の磁気抵抗効果素子と隣り合うように配置されたヨークと
を備え、
前記誘導磁界の発生により、前記第1および第2の磁気抵抗効果素子の抵抗値は前記第3および第4の磁気抵抗効果素子の抵抗値の増減と反対向きに変化する
ことを特徴とする磁気カプラ。
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