JP2013047610A - Magnetic balance type current sensor - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a magnetic balance type current sensor with improved sensitivity capable of accurately sensing a target current even if the value of the current is close to zero.SOLUTION: A magnetic balance type current sensor includes: a magnetic sensor element 21 formed in a sensor chip 12 and arranged such that the output thereof changes in proportion to a target magnetic field Ha induced by a target current Ia flowing through a bus bar 11; an electromagnet 14 which generates a counter magnetic field Hb; a supply means 40, formed in a circuit chip 15, for supplying a counter current to the electromagnet 14; and a bias magnet 13 which generates a bias magnetic field Hc having a magnetic field component of constant magnitude and direction that is in parallel with the direction of the target magnetic field Ha acting on the magnetic sensor element 21. The magnetic sensor element 21 is a magnetoresistive effect element having a magnetic film thereon. The electromagnet 14 cancels out a composite magnetic field Hd, comprising the target magnetic field Ha and the bias magnetic field Hc, with the counter magnetic field Hb.

Description

本発明は、磁気平衡式電流センサに関するものである。   The present invention relates to a magnetic balance type current sensor.

従来、磁気平衡式の電流センサとして、特許文献1に示されるものが知られている。この電流センサは、バスバーと、バスバーに流れる電流(以下、被検出電流と示す)によって発生する第1の磁界(以下、被検出磁界と示す)が感磁面に印加されるようにバスバーに固定された磁気検出素子と、該磁気検出素子と近接するようにバスバーに対して固定され、磁気検出素子の感磁面に印加される被検出磁界を相殺する第2の磁界(以下、相殺磁界と示す)を発生するコイル(以下、電磁石と示す)と、を備える。そして、相殺磁界を発生するために電磁石に流れる電流(以下、相殺電流と示す)に基づいて、バスバーに流れる被検出電流を検出するようになっている。   Conventionally, what is shown by patent document 1 is known as a magnetic balance type current sensor. This current sensor is fixed to the bus bar so that a first magnetic field (hereinafter referred to as a detected magnetic field) generated by the bus bar and a current flowing through the bus bar (hereinafter referred to as a detected current) is applied to the magnetic sensitive surface. And a second magnetic field (hereinafter referred to as a cancellation magnetic field) that is fixed to the bus bar so as to be close to the magnetic detection element and cancels the detected magnetic field applied to the magnetic sensing surface of the magnetic detection element. A coil (hereinafter referred to as an electromagnet). The detected current flowing in the bus bar is detected based on the current flowing in the electromagnet (hereinafter referred to as the canceling current) to generate the canceling magnetic field.

このような磁気平衡式の電流センサは、他の一般的な電流センサ(シャント抵抗方式、カレントトランス方式、磁気比例方式)に較べて、被測定電流を精度良く検出することができる。   Such a magnetic balance type current sensor can detect the current to be measured with higher accuracy than other general current sensors (shunt resistance method, current transformer method, magnetic proportional method).

特開2008−215970号公報JP 2008-215970 A

ところで、磁気平衡式の電流センサを構成する磁気検出素子としては、ホール素子と磁気抵抗効果素子が考えられるが、感度の点を考慮すると、磁気抵抗効果素子のほうが好ましい。また、磁気抵抗効果素子のうち、半導体磁気抵抗効果素子よりも、磁性体金属を用いて形成された磁性膜を有する磁気抵抗効果素子のほうが好ましい。   By the way, although a Hall element and a magnetoresistive effect element can be considered as the magnetic detection elements constituting the magnetic balance type current sensor, the magnetoresistive effect element is more preferable in consideration of sensitivity. Of the magnetoresistive effect elements, the magnetoresistive effect element having a magnetic film formed using a magnetic metal is more preferable than the semiconductor magnetoresistive effect element.

しかしながら、磁気検出素子として、磁性膜を有する磁気抵抗効果素子を用いると、感度は高いものの、残留磁化による磁気ヒステリシスが問題となる。具体的には、バスバーに被検出電流が流れて磁気検出素子に被検出磁界が作用し、その後、被検出電流がゼロとなることで被検出磁界(外部磁界)がゼロとなっても、磁気検出素子の磁性膜に磁化が残る。この残留磁化による磁気ヒステリシスは、磁気検出素子に作用する外部磁界がゼロから所定の範囲で発生し、外部磁界の大きさがゼロに近いほど大きい。   However, when a magnetoresistive effect element having a magnetic film is used as the magnetic detection element, although the sensitivity is high, magnetic hysteresis due to residual magnetization becomes a problem. Specifically, even if the current to be detected flows to the bus bar and the magnetic field to be detected acts on the magnetic sensing element, and then the current to be detected becomes zero, the magnetic field to be detected (external magnetic field) becomes zero. Magnetization remains in the magnetic film of the detection element. The magnetic hysteresis due to the residual magnetization is increased as the external magnetic field acting on the magnetic detection element is generated in a predetermined range from zero, and the magnitude of the external magnetic field is closer to zero.

特許文献1の構成では、被検出電流がゼロとなると、被検出磁界、すなわち磁気検出素子に作用する外部磁界がゼロとなる。しかしながら、上記した磁性膜の残留磁化により、磁界が生じる。このため、残留磁化による磁界を相殺するために、電磁石に相殺電流が流れる。したがって、被検出電流の値がゼロ付近において誤差が生じ、被検出電流と相殺電流との比例関係がずれて、被検出電流の検出精度が低下する。   In the configuration of Patent Document 1, when the detected current becomes zero, the detected magnetic field, that is, the external magnetic field acting on the magnetic detection element becomes zero. However, a magnetic field is generated due to the residual magnetization of the magnetic film. For this reason, in order to cancel the magnetic field due to residual magnetization, a canceling current flows through the electromagnet. Therefore, an error occurs when the value of the detected current is near zero, the proportional relationship between the detected current and the cancellation current is shifted, and the detection accuracy of the detected current is lowered.

被検出電流は、測定環境下において、所定期間ゼロの値をとる。このため、外部磁界も所定期間ゼロとなり、相殺電流も所定期間誤差が生じることとなる。このように、相殺電流に所定期間誤差が生じるのは、外部磁界が連続的に変化して瞬間的にゼロの値をとり、これにより相殺電流に瞬間的な誤差が生じる場合に較べて、被検出電流の検出精度上、好ましいものではない。   The detected current takes a value of zero for a predetermined period in the measurement environment. For this reason, the external magnetic field is also zero for a predetermined period, and the canceling current also has an error for a predetermined period. As described above, the error occurs in the cancellation current for a predetermined period as compared to the case where the external magnetic field continuously changes and takes an instantaneous value of zero, thereby causing an instantaneous error in the cancellation current. This is not preferable in terms of detection accuracy of the detection current.

本発明は上記問題点に鑑み、感度を向上しつつ、被検出電流の値がゼロ付近において被検出電流を精度良く検出することのできる磁気平衡式電流センサを提供することを目的とする。   In view of the above problems, an object of the present invention is to provide a magnetic balance type current sensor capable of detecting a detected current with high accuracy when the value of the detected current is near zero while improving sensitivity.

上記目的を達成するために請求項1に記載の磁気平衡式電流センサは、
バスバー(11)に流れる被検出電流(Ia)が形成する被検出磁界(Ha)に応じて出力が変化するように、バスバー(11)の一面(11a)上に設けられた磁気検出素子(21,50)と、
バスバー(11)の一面(11a)上に設けられ、磁気検出素子(21,50)に作用する被検出磁界(Ha)を相殺するための相殺磁界(Hb)を発生する電磁石(14)と、
相殺磁界(Hb)を形成するための相殺電流を電磁石(14)に供給する供給手段(40)と、を備え、
相殺電流に基づいて、バスバー(11)に流れる被検出電流(Ia)を検出するものである。
In order to achieve the above object, a magnetic balanced current sensor according to claim 1,
Magnetic detection elements (21) provided on one surface (11a) of the bus bar (11) so that the output changes according to the detected magnetic field (Ha) formed by the detected current (Ia) flowing through the bus bar (11). , 50) and
An electromagnet (14) which is provided on one surface (11a) of the bus bar (11) and generates a canceling magnetic field (Hb) for canceling the detected magnetic field (Ha) acting on the magnetic detection elements (21, 50);
Supply means (40) for supplying a canceling current for forming a canceling magnetic field (Hb) to the electromagnet (14),
The detected current (Ia) flowing through the bus bar (11) is detected based on the canceling current.

そして、磁気検出素子(21,50)は、磁性体金属を用いて形成された磁性膜を有する磁気抵抗効果素子であり、
バスバー(11)の一面(11a)上に設けられ、磁気検出素子(21,50)に作用する被検出磁界(Ha)の向きと平行な磁界成分を有し、該磁界成分の向き及び大きさが一定のバイアス磁界(Hc)を発生するバイアス磁石(13)を備え、
電磁石(14)は、相殺磁界(Hb)として、被検出磁界(Ha)とバイアス磁界(Hc)との合成磁界(Hd)を相殺する磁界を生じることを特徴とする。
The magnetic detection elements (21, 50) are magnetoresistive elements having a magnetic film formed using a magnetic metal,
There is a magnetic field component provided on one surface (11a) of the bus bar (11) and parallel to the direction of the detected magnetic field (Ha) acting on the magnetic detection elements (21, 50), and the direction and size of the magnetic field component. Comprises a bias magnet (13) that generates a constant bias magnetic field (Hc),
The electromagnet (14) generates a magnetic field that cancels a combined magnetic field (Hd) of a detected magnetic field (Ha) and a bias magnetic field (Hc) as a canceling magnetic field (Hb).

本発明では、磁気検出素子(21,50)として、磁性膜を有する磁気抵抗効果素子を用いる。このため、ホール素子や半導体磁気抵抗効果素子を用いる構成に較べて、センサの感度を向上することができる。   In the present invention, a magnetoresistive effect element having a magnetic film is used as the magnetic detection element (21, 50). For this reason, the sensitivity of the sensor can be improved as compared with a configuration using a Hall element or a semiconductor magnetoresistive effect element.

また、電磁石(14)とは別にバイアス磁石(13)を備え、このバイアス磁石(13)は、被検出磁界(Ha)の向きと平行な磁界成分を有するバイアス磁界(Hc)を発生する。したがって、被検出電流(Ia)の値がゼロとなり、これにともなって被検出磁界(Ha)がゼロとなっても、磁気検出素子(21,50)に作用する外部磁界としての合成磁界(Hd)はゼロにならない。   Further, a bias magnet (13) is provided separately from the electromagnet (14), and the bias magnet (13) generates a bias magnetic field (Hc) having a magnetic field component parallel to the direction of the detected magnetic field (Ha). Therefore, even if the value of the detected current (Ia) becomes zero and the detected magnetic field (Ha) becomes zero accordingly, the combined magnetic field (Hd) as an external magnetic field acting on the magnetic detection elements (21, 50). ) Is not zero.

このように、被検出電流(Ia)の値がゼロのときに、合成磁界(Hd)としてバイアス磁界(Hc)が磁気検出素子(21,50)に作用するため、感度を向上しつつ、被検出電流(Ia)の値がゼロ付近において、被検出電流(Ia)を精度良く検出することができる。したがって、被検出電流(Ia)がゼロでない値をとった後に、所定期間ゼロの値をとっても、被検出電流(Ia)を精度良く検出することができる。   Thus, when the value of the detected current (Ia) is zero, the bias magnetic field (Hc) acts on the magnetic detection elements (21, 50) as the combined magnetic field (Hd), so that the sensitivity is improved while improving the sensitivity. The detected current (Ia) can be accurately detected when the value of the detected current (Ia) is near zero. Therefore, even if the detected current (Ia) takes a non-zero value and then takes a value of zero for a predetermined period, the detected current (Ia) can be detected with high accuracy.

上記発明では、バイアス磁界(Hc)の分、被検出電流(Ia)の値がゼロのときの合成磁界(Hd)をゼロからオフセットさせるため、オフセット方向によっては、被検出電流(Ia)がゼロでない値のときに、合成磁界(Hd)がゼロとなることも考えられる。   In the above-described invention, the detected magnetic current (Ia) is zero because of the bias magnetic field (Hc), because the combined magnetic field (Hd) when the value of the detected current (Ia) is zero is offset from zero. It is also conceivable that the composite magnetic field (Hd) becomes zero when the value is not.

そこで、請求項2に記載のように、
バイアス磁石(13)は、合成磁界(Hd)がゼロとならず、且つ、同一極性内で変化するようなバイアス磁界(Hc)を発生することが好ましい。
Therefore, as described in claim 2,
The bias magnet (13) preferably generates a bias magnetic field (Hc) in which the combined magnetic field (Hd) does not become zero and changes within the same polarity.

これによれば、被検出電流(Ia)の測定範囲において、合成磁界(Hd)がゼロとならない。したがって、被検出電流(Ia)の値によらず、被検出電流(Ia)を精度良く検出することができる。   According to this, the combined magnetic field (Hd) does not become zero in the measurement range of the detected current (Ia). Therefore, the detected current (Ia) can be accurately detected regardless of the value of the detected current (Ia).

被検出電流(Ia)が同一極性内で変化する場合には、請求項3に記載のように、
磁気検出素子(21,50)に作用するバイアス磁界(Hc)の磁束密度の絶対値が、磁気検出素子(21,50)を構成する磁性膜の残留磁束密度の絶対値よりも大きい構成とすると良い。
When the detected current (Ia) varies within the same polarity, as described in claim 3,
When the absolute value of the magnetic flux density of the bias magnetic field (Hc) acting on the magnetic detection element (21, 50) is larger than the absolute value of the residual magnetic flux density of the magnetic film constituting the magnetic detection element (21, 50). good.

上記したように、残留磁化による磁気ヒステリシスは、磁気検出素子(21,50)に作用する外部磁界が0から所定の範囲で発生し、外部磁界の大きさがゼロに近いほど大きくなる。これに対し、本発明では、上記構成とすることで、外部磁界である合成磁界(Hd)の変化範囲が、被検出電流(Ia)によらず、残留磁化によるヒステリシスが生じない領域となる。したがって、被検出電流(Ia)をより精度良く検出することができる。また、バイアス磁石(13)によるオフセット量が、後述する請求項4よりも小さくてすむので、磁力の弱い安価なバイアス磁石(13)を採用することができる。   As described above, the magnetic hysteresis due to the remanent magnetization is increased when the external magnetic field acting on the magnetic detection elements (21, 50) is generated within a predetermined range from 0, and the magnitude of the external magnetic field is close to zero. On the other hand, in the present invention, with the above configuration, the range of change of the composite magnetic field (Hd), which is an external magnetic field, becomes a region where hysteresis due to residual magnetization does not occur regardless of the detected current (Ia). Therefore, the detected current (Ia) can be detected with higher accuracy. Further, since the offset amount by the bias magnet (13) can be smaller than that of claim 4 described later, an inexpensive bias magnet (13) having a weak magnetic force can be employed.

また、被検出電流(Ia)の極性が、プラスとマイナスに変化する場合には、請求項4に記載のように、
磁気検出素子(21,50)に作用するバイアス磁界(Hc)の磁束密度の絶対値が、磁気検出素子(21,50)を構成する磁性膜の残留磁束密度の絶対値と、被検出電流(Ia)が取り得る下限値に相当する磁束密度の絶対値との和よりも大きい構成とすると良い。
Further, when the polarity of the detected current (Ia) changes between plus and minus, as described in claim 4,
The absolute value of the magnetic flux density of the bias magnetic field (Hc) acting on the magnetic detection element (21, 50) is the absolute value of the residual magnetic flux density of the magnetic film constituting the magnetic detection element (21, 50) and the detected current ( It is preferable that the configuration be larger than the sum of the absolute value of the magnetic flux density corresponding to the lower limit that Ia) can take.

これによれば、請求項3同様、外部磁界である合成磁界(Hd)の変化範囲が、被検出電流(Ia)によらず、残留磁化によるヒステリシスが生じない領域となる。したがって、被検出電流(Ia)をより精度良く検出することができる。   According to this, as in the third aspect, the range of change of the composite magnetic field (Hd), which is an external magnetic field, is a region where hysteresis due to residual magnetization does not occur regardless of the detected current (Ia). Therefore, the detected current (Ia) can be detected with higher accuracy.

一方、被検出電流(Ia)の極性が、プラスとマイナスに変化する場合には、請求項5に記載のように、
磁気検出素子(21,50)に作用するバイアス磁界(Hc)の磁束密度の絶対値が、磁気検出素子(21,50)を構成する磁性膜の残留磁束密度の絶対値よりも大きい構成としても良い。
On the other hand, when the polarity of the detected current (Ia) changes between plus and minus, as described in claim 5,
Even if the absolute value of the magnetic flux density of the bias magnetic field (Hc) acting on the magnetic detection element (21, 50) is larger than the absolute value of the residual magnetic flux density of the magnetic film constituting the magnetic detection element (21, 50). good.

これによれば、被検出電流(Ia)が所定期間ゼロの値をとったとしても、残留磁化によるヒステリシスが生じないように、バイアス磁界(Hc)によって、外部磁界である合成磁界(Hd)がオフセットされるため、被検出電流(Ia)を精度良く検出することができる。なお、被検出電流(Ia)の値がゼロのときの合成磁界(Hd)をゼロからオフセットするため、被検出電流(Ia)がゼロでない所定の値のときに、合成磁界(Hd)がゼロとなることも有り得る。しかしながら、被検出電流(Ia)は、ゼロ以外の値において連続的に変化しており、合成磁界(Hd)がゼロとなっても瞬間的である。すなわち、被検出電流(Ia)の値がゼロの所定期間に較べて、合成磁界(Hd)がゼロとなる期間のほうが短い。このため、残留磁化による相殺電流の誤差を、従来に較べて抑制することができる。   According to this, even if the detected current (Ia) takes a value of zero for a predetermined period, the composite magnetic field (Hd), which is an external magnetic field, is generated by the bias magnetic field (Hc) so that hysteresis due to residual magnetization does not occur. Since it is offset, the detected current (Ia) can be detected with high accuracy. Note that since the combined magnetic field (Hd) when the value of the detected current (Ia) is zero is offset from zero, the combined magnetic field (Hd) is zero when the detected current (Ia) is a predetermined value that is not zero. It can be. However, the detected current (Ia) continuously changes at a value other than zero, and is instantaneous even when the combined magnetic field (Hd) becomes zero. That is, the period in which the combined magnetic field (Hd) is zero is shorter than the predetermined period in which the value of the detected current (Ia) is zero. For this reason, the error of the cancellation current due to the residual magnetization can be suppressed as compared with the conventional case.

請求項6に記載のように、磁気検出素子が、異方性磁気抵抗効果素子(21)を有する構成を採用することができる。   As described in claim 6, a configuration in which the magnetic detection element has an anisotropic magnetoresistive element (21) can be adopted.

なかでも、請求項7に記載のように、
磁気検出素子(21)は、4つの異方性磁気抵抗効果素子(21a〜21d)を有し、
4つの異方性磁気抵抗効果素子(21a〜21d)のうち、第1異方性磁気抵抗効果素子(21a)を高電位側、第2異方性磁気抵抗効果素子(21b)を低電位側として第1ハーフブリッジが形成され、第3異方性磁気抵抗効果素子(21c)を高電位側、第4異方性磁気抵抗効果素子(21d)を低電位側として第2ハーフブリッジが形成されて、これらハーフブリッジによりフルブリッジ回路が構成され、
4つの異方性磁気抵抗効果素子(21a〜21d)のうち、第1異方性磁気抵抗効果素子(21a)及び第4異方性磁気抵抗効果素子(21d)は、該素子(21,21d)に流れる電流の方向が被検出磁界(Ha)と平行となるように設けられ、第2異方性磁気抵抗効果素子(21b)及び第3異方性磁気抵抗効果素子(21c)は、該素子(21b、21c)に流れる電流の方向が被検出磁界(Ha)と垂直となるように設けられ、
供給手段(40)は、各ハーフブリッジの中点電位(V1,V2)の差分に基づく相殺電流を、電磁石(14)に供給する構成を採用することが好ましい。
Above all, as described in claim 7,
The magnetic detection element (21) has four anisotropic magnetoresistive elements (21a to 21d),
Of the four anisotropic magnetoresistive elements (21a to 21d), the first anisotropic magnetoresistive element (21a) is on the high potential side, and the second anisotropic magnetoresistive element (21b) is on the low potential side. The first half bridge is formed, and the second half bridge is formed with the third anisotropic magnetoresistive element (21c) on the high potential side and the fourth anisotropic magnetoresistive element (21d) on the low potential side. These half bridges form a full bridge circuit,
Of the four anisotropic magnetoresistive elements (21a to 21d), the first anisotropic magnetoresistive element (21a) and the fourth anisotropic magnetoresistive element (21d) are the elements (21, 21d). ) Is provided so that the direction of the current flowing in parallel to the detected magnetic field (Ha), the second anisotropic magnetoresistive element (21b) and the third anisotropic magnetoresistive element (21c) The direction of the current flowing through the element (21b, 21c) is provided to be perpendicular to the detected magnetic field (Ha),
The supply means (40) preferably employs a configuration for supplying a canceling current based on the difference between the midpoint potentials (V1, V2) of each half bridge to the electromagnet (14).

これによれば、合成磁界(Hd)の作用により、第1ハーフブリッジと第2ハーフブリッジの各中点電位(V1,V2)は、逆に振れるため、各ハーフブリッジの中点電位(V1,V2)の差分、すなわち磁気検出素子(21)の出力の変化量を大きくすることができる。これにより、磁気検出素子(21)の出力の変化量が小さい構成に較べて、相殺電流の精度、すなわち被検出電流(Ia)の検出精度を向上することができる。   According to this, since the midpoint potentials (V1, V2) of the first half bridge and the second half bridge swing in reverse due to the action of the combined magnetic field (Hd), the midpoint potentials (V1, V2) of the half bridges are reversed. The difference in V2), that is, the amount of change in the output of the magnetic detection element (21) can be increased. Thereby, the accuracy of the offset current, that is, the detection accuracy of the detected current (Ia) can be improved as compared with the configuration in which the amount of change in the output of the magnetic detection element (21) is small.

請求項8に記載のように、4つの異方性磁気抵抗効果素子(21a〜21d)は、同一のチップ(12)における同一面(12a)上に形成されると良い。これによれば、4つの異方性磁気抵抗効果素子(21a〜21d)が受ける温度の影響が互いにほぼ等しくなるため、温特の影響をキャンセルすることができる。また、同一チップ(12)に作りこむため、各異方性磁気抵抗効果素子(21a〜21d)の製造ばらつきを抑制することができる。また、小型化することもできる。   As described in claim 8, the four anisotropic magnetoresistive elements (21a to 21d) are preferably formed on the same surface (12a) of the same chip (12). According to this, since the influence of the temperature which four anisotropic magnetoresistive elements (21a-21d) receive becomes substantially equal mutually, the influence of a temperature characteristic can be canceled. Moreover, since it forms in the same chip | tip (12), the manufacturing dispersion | variation of each anisotropic magnetoresistive effect element (21a-21d) can be suppressed. Moreover, it can also be reduced in size.

チップ(12)は、請求項9に記載のように、異方性磁気抵抗効果素子(21)の形成された一面(12a)が、バスバー(11)の一面(11a)と平行となるように配置されても良い。また、請求項10に記載のように、異方性磁気抵抗効果素子(21)の形成された一面(12a)が、バスバー(11)の一面(11a)と垂直となり、且つ、被検出磁界(Ha)と平行となるように配置されても良い。いずれの配置としても、第1異方性磁気抵抗効果素子(21a)及び第4異方性磁気抵抗効果素子(21d)を、該素子(21a,21d)に流れる電流の方向が被検出磁界(Ha)と平行となるように設け、第2異方性磁気抵抗効果素子(21b)及び第3異方性磁気抵抗効果素子(21c)を、該素子(21b,21c)に流れる電流の方向が被検出磁界(Ha)と垂直となるように設けることができる。   As described in claim 9, the chip (12) has a surface (12a) on which the anisotropic magnetoresistive element (21) is formed in parallel with a surface (11a) of the bus bar (11). It may be arranged. In addition, as defined in claim 10, the surface (12a) on which the anisotropic magnetoresistive element (21) is formed is perpendicular to the surface (11a) of the bus bar (11), and the detected magnetic field ( You may arrange | position so that it may become parallel to Ha). In any arrangement, the direction of the current flowing through the first anisotropic magnetoresistive element (21a) and the fourth anisotropic magnetoresistive element (21d) depends on the detected magnetic field (21a, 21d). The second anisotropic magnetoresistive element (21b) and the third anisotropic magnetoresistive element (21c) are provided so as to be parallel to Ha), and the direction of the current flowing through the elements (21b, 21c) is It can be provided perpendicular to the detected magnetic field (Ha).

また、請求項11に記載のように、
磁気検出素子は、非磁性層(53)を介して、磁化方向が固定された固定層(52)の一面上に、合成磁界(Hd)に対して磁化方向が変動するフリー層(54)が配置された、スピンバルブ型の巨大磁気抵抗効果、又は、トンネル磁気抵抗効果を奏する磁気抵抗効果素子(50)を有する構成を採用することもできる。なお、巨大磁気抵抗効果を奏する磁気抵抗効果素子(50)の場合、非磁性層(53)は導電性を有し、トンネル磁気抵抗効果を奏する磁気抵抗効果素子(50)の場合、非磁性層(53)は、電気絶縁性を有する。
Further, as described in claim 11,
In the magnetic detection element, a free layer (54) whose magnetization direction varies with respect to the combined magnetic field (Hd) is provided on one surface of the fixed layer (52) whose magnetization direction is fixed via the nonmagnetic layer (53). It is also possible to employ a configuration having a magnetoresistive effect element (50) that exhibits a spin valve type giant magnetoresistive effect or tunnel magnetoresistive effect. In the case of the magnetoresistive effect element (50) exhibiting the giant magnetoresistive effect, the nonmagnetic layer (53) has conductivity, and in the case of the magnetoresistive effect element (50) exhibiting the tunnel magnetoresistive effect, the nonmagnetic layer. (53) has electrical insulation.

この場合も、請求項12に記載のように、
磁気検出素子(50)は、4つの磁気抵抗効果素子(50a〜50d)を有し、
4つの磁気抵抗効果素子(50a〜50d)のうち、第1磁気抵抗効果素子(50a)を高電位側、第2磁気抵抗効果素子(50b)を低電位側として第1ハーフブリッジが形成され、第3磁気抵抗効果素子(50c)を高電位側、第4磁気抵抗効果素子(50d)を低電位側として第2ハーフブリッジが形成されて、これらハーフブリッジによりフルブリッジ回路が構成され、
4つの磁気抵抗効果素子(50a〜50d)は、各固定層(52)の磁化方向が被検出磁界(Ha)と平行となり、且つ、第1磁気抵抗効果素子(50a)及び第4磁気抵抗効果素子(50d)における固定層(52)の磁化方向と、第2磁気抵抗効果素子(50b)及び第3磁気抵抗効果素子(50c)における固定層(52)の磁化方向とが逆方向となるように設けられ、
供給手段(40)は、各ハーフブリッジの中点電位(V1,V2)の差分に基づく相殺電流を、電磁石(14)に供給する構成を採用することが好ましい。
Again, as described in claim 12,
The magnetic detection element (50) includes four magnetoresistive elements (50a to 50d),
Of the four magnetoresistive elements (50a to 50d), the first half bridge is formed with the first magnetoresistive element (50a) as the high potential side and the second magnetoresistive element (50b) as the low potential side, A second half bridge is formed with the third magnetoresistive element (50c) on the high potential side and the fourth magnetoresistive element (50d) on the low potential side, and these half bridges form a full bridge circuit,
In the four magnetoresistive elements (50a to 50d), the magnetization direction of each fixed layer (52) is parallel to the detected magnetic field (Ha), and the first magnetoresistive element (50a) and the fourth magnetoresistive effect The magnetization direction of the fixed layer (52) in the element (50d) is opposite to the magnetization direction of the fixed layer (52) in the second magnetoresistive element (50b) and the third magnetoresistive element (50c). Provided in
The supply means (40) preferably employs a configuration for supplying a canceling current based on the difference between the midpoint potentials (V1, V2) of each half bridge to the electromagnet (14).

その作用効果は、請求項7に記載の発明の作用効果と同じであるので、その記載を省略する。   Since the function and effect are the same as the function and effect of the invention described in claim 7, the description is omitted.

請求項13に記載のように、バイアス磁石(13)は筒状をなし、筒状内部に磁気検出素子(21,50)が配置された構成としても良い。また、請求項14に記載のように、バイアス磁石(13)は筒状をなし、筒状内部に電磁石(14)が配置された構成としても良い。さらには、請求項15に記載のように、電磁石(14)はコイル(30)を有し、該コイル(30)内に磁気検出素子(21,50)が配置された構成としても良い。いずれにおいても、センサの体格を小型化することができる。   According to a thirteenth aspect of the present invention, the bias magnet (13) may have a cylindrical shape, and the magnetic detection elements (21, 50) may be disposed inside the cylindrical shape. Further, as described in claim 14, the bias magnet (13) may have a cylindrical shape, and the electromagnet (14) may be disposed inside the cylindrical shape. Furthermore, as described in claim 15, the electromagnet (14) may have a coil (30), and the magnetic detection elements (21, 50) may be arranged in the coil (30). In any case, the size of the sensor can be reduced.

第1実施形態に係る磁気平衡式電流センサの概略構成を示す斜視図である。ケース内に位置するセンサチップなどを図示するため、便宜上、ケースを透過させて図示している。It is a perspective view which shows schematic structure of the magnetic balance type current sensor which concerns on 1st Embodiment. In order to illustrate a sensor chip or the like located in the case, the case is shown through for convenience. 図1のII−II線に沿う断面図である。便宜上、ケースの図示を省略している。It is sectional drawing which follows the II-II line | wire of FIG. For convenience, the illustration of the case is omitted. センサチップに形成された磁気検出素子の概略構成を示す斜視図である。It is a perspective view which shows schematic structure of the magnetic detection element formed in the sensor chip. 磁気検出素子による外部磁界検出回路の概略構成を示す図である。It is a figure which shows schematic structure of the external magnetic field detection circuit by a magnetic detection element. (a)は、第1実施形態に係る磁気検出素子において、磁界強度と抵抗値変化率との関係を示す図、(b)は、残留磁化による磁気ヒステリシスを示す図である。(A) is a figure which shows the relationship between magnetic field intensity and resistance value change rate in the magnetic detection element based on 1st Embodiment, (b) is a figure which shows the magnetic hysteresis by residual magnetization. 電流出力を得るための磁気平衡式電流センサの回路図である。It is a circuit diagram of a magnetic balance type current sensor for obtaining a current output. 比較例として示す、従来の磁気平衡式電流センサにおける被検出電流、外部磁界としての被検出磁界、相殺磁界、相殺電流の関係を示す図である。(a)は、被検出電流(実線)及び相殺電流(破線)の電流値の経時変化を示しており、(b)は、被検出磁界(実線)と相殺磁界(破線)の磁界強度の経時変化を示している。It is a figure which shows the relationship of the to-be-detected current in the conventional magnetic balance type current sensor shown as a comparative example, the to-be-detected magnetic field as an external magnetic field, the cancellation magnetic field, and the cancellation current. (A) shows the change over time of the current values of the detected current (solid line) and the canceling current (broken line), and (b) shows the time lapse of the magnetic field strength of the detected magnetic field (solid line) and the canceling magnetic field (broken line). It shows a change. 第1実施形態に係る磁気平衡式電流センサにおいて、被検出電流、外部磁界としての合成磁界、相殺磁界、相殺電流の関係を示す図である。(a)は、被検出電流(実線)及び相殺電流(破線)の電流値の経時変化を示しており、(b)は、合成磁界(実線)と相殺磁界(破線)の磁界強度の経時変化を示している。In a magnetic balance type current sensor concerning a 1st embodiment, it is a figure showing relation between current to be detected, a synthetic magnetic field as an external magnetic field, a cancellation magnetic field, and a cancellation current. (A) shows the change over time of the current values of the detected current (solid line) and the cancellation current (dashed line), and (b) shows the change over time of the magnetic field strength of the combined magnetic field (solid line) and the cancellation magnetic field (dashed line). Is shown. 電圧出力を得るための磁気平衡式電流センサの回路図である。It is a circuit diagram of the magnetic balance type current sensor for obtaining a voltage output. (a)〜(c)は、外部磁界検出回路の変形例を示す図である。(A)-(c) is a figure which shows the modification of an external magnetic field detection circuit. 第2実施形態に係る磁気平衡式電流センサの概略構成を示す断面図であり、図2に対応している。It is sectional drawing which shows schematic structure of the magnetic balance type current sensor which concerns on 2nd Embodiment, and respond | corresponds to FIG. 被検出電流がプラスとマイナスの値をとる場合の、従来の磁気平衡式電流センサにおける被検出電流、外部磁界としての被検出磁界、相殺磁界、相殺電流の関係を示す図である。(a)は、被検出電流(実線)及び相殺電流(破線)の電流値の経時変化を示しており、(b)は、被検出磁界(実線)と相殺磁界(破線)の磁界強度の経時変化を示している。It is a figure which shows the relationship between the to-be-detected current, the to-be-detected magnetic field as an external magnetic field, the cancellation magnetic field, and the cancellation current in the conventional magnetic balance type current sensor when the to-be-detected current takes a positive and negative value. (A) shows the change over time of the current values of the detected current (solid line) and the canceling current (broken line), and (b) shows the time lapse of the magnetic field strength of the detected magnetic field (solid line) and the canceling magnetic field (broken line). It shows a change. 第3実施形態に係る磁気平衡式電流センサにおいて、被検出電流、外部磁界としての合成磁界、相殺磁界、相殺電流の関係を示す図である。(a)は、被検出電流(実線)及び相殺電流(破線)の電流値の経時変化を示しており、(b)は、合成磁界(実線)と相殺磁界(破線)の磁界強度の経時変化を示している。In a magnetic balance type current sensor concerning a 3rd embodiment, it is a figure showing the relation of detected current, synthetic magnetic field as an external magnetic field, cancellation magnetic field, and cancellation current. (A) shows the change over time of the current values of the detected current (solid line) and the cancellation current (dashed line), and (b) shows the change over time of the magnetic field strength of the combined magnetic field (solid line) and the cancellation magnetic field (dashed line). Is shown. 第4実施形態に係る磁気平衡式電流センサにおいて、被検出電流、外部磁界としての合成磁界、相殺磁界、相殺電流の関係を示す図である。(a)は、被検出電流(実線)及び相殺電流(破線)の電流値の経時変化を示しており、(b)は、合成磁界(実線)と相殺磁界(破線)の磁界強度の経時変化を示している。In a magnetic balance type current sensor concerning a 4th embodiment, it is a figure showing the relation of detected current, synthetic magnetic field as an external magnetic field, cancellation magnetic field, and cancellation current. (A) shows the change over time of the current values of the detected current (solid line) and the cancellation current (dashed line), and (b) shows the change over time of the magnetic field strength of the combined magnetic field (solid line) and the cancellation magnetic field (dashed line). Is shown. 第5実施形態に係る磁気平衡式電流センサのうち、磁気検出素子周辺を拡大した断面図であり、図2に対応している。It is sectional drawing to which the magnetic detection element periphery was expanded among the magnetic balance type current sensors which concern on 5th Embodiment, and respond | corresponds to FIG. 第5実施形態に係る磁気検出素子において、磁界強度と抵抗値変化率との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between magnetic field intensity and resistance value change rate in the magnetic detection element which concerns on 5th Embodiment. 磁気検出素子による外部磁界検出回路の概略構成を示す図である。It is a figure which shows schematic structure of the external magnetic field detection circuit by a magnetic detection element. (a),(b)は、磁気平衡式電流センサの、その他変形例を示す断面図である。(A), (b) is sectional drawing which shows the other modification of a magnetic balance type current sensor. (a),(b),(c)は、磁気平衡式電流センサの、その他変形例を示す断面図である。(A), (b), (c) is sectional drawing which shows the other modification of a magnetic balance type current sensor. (a),(b)は、磁気平衡式電流センサの、その他変形例を示す断面図である。(A), (b) is sectional drawing which shows the other modification of a magnetic balance type current sensor.

以下、本発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。なお、以下に示す各実施形態において、共通乃至関連する要素には同一の符号を付与するものとする。また、バスバー11の一面11aに沿い、且つ、被検出電流Iaに沿う方向をx方向、上記一面11aに沿い、且つ、x方向に垂直な方向をy方向、x方向及びy方向の両方向に垂直な方向をz方向と示す。以下の実施形態では、バスバー11の長手方向がx方向、バスバー11の幅方向がy方向、バスバー11の厚み方向がz方向となっている。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following embodiments, common or related elements are given the same reference numerals. The direction along the one surface 11a of the bus bar 11 and along the detected current Ia is in the x direction, the direction along the one surface 11a and perpendicular to the x direction is perpendicular to both the y direction, the x direction, and the y direction. This direction is indicated as the z direction. In the following embodiment, the longitudinal direction of the bus bar 11 is the x direction, the width direction of the bus bar 11 is the y direction, and the thickness direction of the bus bar 11 is the z direction.

(第1実施形態)
図1に示すように、本実施形態に係る磁気平衡式電流センサ10(以下、単に電流センサ10と示す)は、バスバー11と、磁気検出素子が形成されたセンサチップ12と、バイアス磁石13と、フィードバック用の電磁石14と、制御回路などが形成された回路チップ15とを備えている。本実施形態では、バイアス磁石13を備える点を主たる特徴とする。
(First embodiment)
As shown in FIG. 1, a magnetic balanced current sensor 10 (hereinafter simply referred to as a current sensor 10) according to this embodiment includes a bus bar 11, a sensor chip 12 on which a magnetic detection element is formed, a bias magnet 13, , A feedback electromagnet 14 and a circuit chip 15 formed with a control circuit and the like. The main feature of the present embodiment is that the bias magnet 13 is provided.

センサチップ12、バイアス磁石13、電磁石14、及び回路チップ15は、合成樹脂などの電気絶縁材料からなるベース16を介して、バスバー11の一面11aに固定されている。本実施形態では、PPSからなる平板状のベース16が、バスバー11の一面11aに接着固定されている。そして、ベース16における接着面と反対の面に、センサチップ12、バイアス磁石13、電磁石14、及び回路チップ15が、例えば接着固定されている。また、合成樹脂などの電気絶縁材料からなるケース17が、ベース16に組み付けられており、ベース16及びケース17により、センサチップ12、バイアス磁石13、電磁石14、及び回路チップ15が保護されている。   The sensor chip 12, the bias magnet 13, the electromagnet 14, and the circuit chip 15 are fixed to one surface 11a of the bus bar 11 through a base 16 made of an electrically insulating material such as a synthetic resin. In this embodiment, a flat base 16 made of PPS is bonded and fixed to one surface 11 a of the bus bar 11. The sensor chip 12, the bias magnet 13, the electromagnet 14, and the circuit chip 15 are bonded and fixed to the surface of the base 16 opposite to the bonding surface, for example. A case 17 made of an electrically insulating material such as synthetic resin is assembled to the base 16, and the sensor chip 12, the bias magnet 13, the electromagnet 14, and the circuit chip 15 are protected by the base 16 and the case 17. .

バスバー11は、銅などの導電性に優れた金属材料を用いて形成されており、取り付け対象に取り付けられた状態で、被検出電流Iaの経路をなす部材である。本実施形態では、バスバー11が平板状に形成されており、バスバー11のxy面に沿う平面形状が、x方向に長い長方形となっている。バスバー11の長手方向両端付近には、図示しない取り付け穴がそれぞれ形成されており、バスバー11は、取り付け穴を介して取り付け対象に取り付けられた状態で、被検出電流Iaの経路をなす。このように、バスバー11の長手方向、すなわちx方向に沿って被検出電流Iaが流れるようになっている。本実施形態では、x方向のうち、図2に示すように、紙面奥から手前の方向にのみ、被検出電流Iaが流れる。このため、図2において、被検出磁界Haは、バスバー11周りを反時計方向に一周するように発生し、これによりセンサチップ12の一面12a、すなわち磁気検出素子には、紙面右から左に向かう被検出磁界Haが印加される。   The bus bar 11 is formed using a metal material having excellent conductivity such as copper, and is a member that forms a path of the detected current Ia in a state of being attached to an attachment target. In this embodiment, the bus bar 11 is formed in a flat plate shape, and the planar shape along the xy plane of the bus bar 11 is a rectangle long in the x direction. Attachment holes (not shown) are formed in the vicinity of both ends in the longitudinal direction of the bus bar 11, and the bus bar 11 forms a path of the detected current Ia in a state of being attached to the attachment object via the attachment holes. Thus, the detected current Ia flows along the longitudinal direction of the bus bar 11, that is, the x direction. In the present embodiment, the detected current Ia flows only in the x direction, as shown in FIG. For this reason, in FIG. 2, the detected magnetic field Ha is generated so as to make a round in the counterclockwise direction around the bus bar 11. A detected magnetic field Ha is applied.

センサチップ12は、バスバー11に流れる被検出電流Iaを検出するための磁気検出素子を有する。本実施形態では、磁気検出素子として、異方性磁気抵抗効果素子21(以下、AMR素子21と示す)を有している。また、AMR素子21として、図3に示すように、同一の基板20の一面12a(以下、センサチップ12の一面12aと示す)上の同一面に形成された4つのAMR素子21a〜21dを有している。   The sensor chip 12 has a magnetic detection element for detecting the detected current Ia flowing through the bus bar 11. In the present embodiment, an anisotropic magnetoresistive element 21 (hereinafter referred to as an AMR element 21) is provided as a magnetic detection element. Further, as shown in FIG. 3, the AMR element 21 includes four AMR elements 21a to 21d formed on the same surface on one surface 12a of the same substrate 20 (hereinafter referred to as one surface 12a of the sensor chip 12). doing.

本実施形態では、AMR素子21a〜21dの形成された一面12aが、バスバー11の一面11aと平行となるように、センサチップ12がバスバー11の一面11a上に平置きされている。詳しくは、センサチップ12における一面12aと反対の面が、ベース16と対向するように、センサチップ12がバスバー11の一面11a上に配置されている。これにより、図2に示すように、被検出電流Iaが形成する被検出磁界Haは、センサチップ12の一面12aに対して略平行に作用するようになっている。なお、センサチップ12の一面12aに対して、被検出磁界Haを略平行に作用させるには、図1及び図2に示すように、バスバー11の幅方向略中央にセンサチップ12を配置するのが好ましい。   In the present embodiment, the sensor chip 12 is placed flat on the one surface 11 a of the bus bar 11 so that the one surface 12 a on which the AMR elements 21 a to 21 d are formed is parallel to the one surface 11 a of the bus bar 11. Specifically, the sensor chip 12 is arranged on the one surface 11 a of the bus bar 11 so that the surface opposite to the one surface 12 a of the sensor chip 12 faces the base 16. Thereby, as shown in FIG. 2, the detected magnetic field Ha formed by the detected current Ia acts substantially parallel to the one surface 12 a of the sensor chip 12. In order to cause the detected magnetic field Ha to act substantially parallel to the one surface 12a of the sensor chip 12, as shown in FIGS. 1 and 2, the sensor chip 12 is arranged at the approximate center in the width direction of the bus bar 11. Is preferred.

本実施形態では、被検出磁界Haだけでなく、後述する相殺磁界Hb及びバイアス磁界Hcも、センサチップ12の一面12aに沿って作用するように、電気絶縁性の材料からなるスペーサ(図中符号省略)により、センサチップ12の、バスバー11の一面11aに対するz方向の位置が調整されている。   In the present embodiment, not only the detected magnetic field Ha, but also a canceling magnetic field Hb and a bias magnetic field Hc, which will be described later, are made of spacers made of an electrically insulating material so as to act along the one surface 12a of the sensor chip 12 (reference numeral in the figure). The position of the sensor chip 12 in the z direction with respect to the one surface 11a of the bus bar 11 is adjusted.

上記AMR素子21a〜21dは、Ni−Co系やNi−Fe系の強磁性材料を、スパッタリングや蒸着法にて基板20上に堆積し、パターニングすることで形成されている。図3では、各AMR素子21a〜21dの平面形状が、電流の流れる方向を長手方向とする矩形状となっているが、ミアンダ形状としてもよい。これらAMR素子21a〜21dは、構成材料、形状、大きさ、膜厚が、互いにほぼ同じとなっており、磁界が全く作用しない状態で、各抵抗値が略等しくなっている。   The AMR elements 21a to 21d are formed by depositing Ni-Co-based or Ni-Fe-based ferromagnetic material on the substrate 20 by sputtering or vapor deposition and patterning. In FIG. 3, the planar shape of each of the AMR elements 21 a to 21 d is a rectangular shape whose longitudinal direction is the direction of current flow, but may be a meander shape. These AMR elements 21a to 21d have substantially the same material, shape, size, and film thickness, and have substantially the same resistance value when no magnetic field acts.

また、4つのAMR素子21a〜21dのうち、第1AMR素子21aと第2AMR素子21bが直列に接続されて、第1ハーフブリッジが形成されている。この第1ハーフブリッジでは、第1AMR素子21aが電源パッド22a側、第2AMR素子21bがグランドパッド22b側となっている。一方、第3AMR素子21cと第4AMR素子21dが直列に接続されて、第2ハーフブリッジが形成されている。この第2ハーフブリッジでは、第3AMR素子21cが電源パッド22a側、第4AMR素子21dがグランドパッド22b側となっている。そして、これら2つのハーフブリッジにより、フルブリッジ構成の外部磁界検出回路が構成されている。   Of the four AMR elements 21a to 21d, the first AMR element 21a and the second AMR element 21b are connected in series to form a first half bridge. In the first half bridge, the first AMR element 21a is on the power supply pad 22a side, and the second AMR element 21b is on the ground pad 22b side. On the other hand, the third AMR element 21c and the fourth AMR element 21d are connected in series to form a second half bridge. In the second half bridge, the third AMR element 21c is on the power supply pad 22a side, and the fourth AMR element 21d is on the ground pad 22b side. These two half bridges constitute an external magnetic field detection circuit having a full bridge configuration.

なお、図3に示す符号22cは、第1AMR素子21aと第2AMR素子21bとの接続点に接続された出力パッドであり、符号22dは、第3AMR素子21cと第4AMR素子21dとの接続点に接続された出力パッドである。図4に示すように、電源パッド22aとグランドパッド22dとの間に所定電圧Vccが印加された状態で、出力パッド22cから、AMR素子21a,21bの中点電位V1が取り出され、出力パッド22dから、AMR素子21c,21dの中点電位V2が取り出される。本実施形態では、図1に示すように、各パッド22a〜22dにボンディングワイヤ18が接続され、該ボンディングワイヤ18を介して、センサチップ12と回路チップ15とが、電気的に接続されている。   3 is an output pad connected to a connection point between the first AMR element 21a and the second AMR element 21b, and a reference numeral 22d is a connection point between the third AMR element 21c and the fourth AMR element 21d. Connected output pads. As shown in FIG. 4, with the predetermined voltage Vcc applied between the power supply pad 22a and the ground pad 22d, the midpoint potential V1 of the AMR elements 21a, 21b is taken out from the output pad 22c, and the output pad 22d Thus, the midpoint potential V2 of the AMR elements 21c and 21d is taken out. In the present embodiment, as shown in FIG. 1, bonding wires 18 are connected to the pads 22 a to 22 d, and the sensor chip 12 and the circuit chip 15 are electrically connected via the bonding wires 18. .

第1AMR素子21a及び第4AMR素子21dは、その長手方向が互いに略平行となるように形成されている。すなわち、AMR素子21a,21dに流れる電流の方向(図4中の破線矢印の方向)が、互いに略平行となるように形成されている。第2AMR素子21b及び第3AMR素子21cも、その長手方向が互いに略平行となるように形成されている。すなわち、AMR素子21b,21cに流れる電流の方向(図4中の破線矢印の方向)が、互いに略平行となるように形成されている。さらに、第1AMR素子21a及び第4AMR素子21dに流れる電流の方向と、第2AMR素子21b及び第3AMR素子21cに流れる電流の方向が、互いに略垂直となるように形成されている。   The first AMR element 21a and the fourth AMR element 21d are formed so that their longitudinal directions are substantially parallel to each other. That is, the direction of the current flowing through the AMR elements 21a and 21d (the direction of the broken line arrow in FIG. 4) is formed to be substantially parallel to each other. The second AMR element 21b and the third AMR element 21c are also formed so that their longitudinal directions are substantially parallel to each other. That is, the direction of the current flowing through the AMR elements 21b and 21c (the direction of the broken line arrow in FIG. 4) is formed to be substantially parallel to each other. Further, the direction of the current flowing through the first AMR element 21a and the fourth AMR element 21d and the direction of the current flowing through the second AMR element 21b and the third AMR element 21c are formed so as to be substantially perpendicular to each other.

センサチップ12は、図4に示すように、第1AMR素子21a及び第4AMR素子21dに流れる電流の方向が、AMR素子21a,21dに作用する被検出磁界Haの向きと略平行となるように、バスバー11に対して配置される。換言すれば、第2AMR素子21b及び第3AMR素子21cに流れる電流の方向が、AMR素子21b,21cに作用する被検出磁界Haの向きと略垂直となるように、バスバー11に対して配置される。具体的には、第1AMR素子21a及び第4AMR素子21dに流れる電流の方向が、y方向と略平行となり、第2AMR素子21b及び第3AMR素子21cに流れる電流の方向が、z方向と略平行となるように、センサチップ12がバスバー11上に配置される。   As shown in FIG. 4, the sensor chip 12 is configured so that the direction of the current flowing through the first AMR element 21a and the fourth AMR element 21d is substantially parallel to the direction of the detected magnetic field Ha acting on the AMR elements 21a and 21d. It is arranged with respect to the bus bar 11. In other words, the current flowing in the second AMR element 21b and the third AMR element 21c is arranged with respect to the bus bar 11 so that the direction of the detected magnetic field Ha acting on the AMR elements 21b and 21c is substantially perpendicular. . Specifically, the direction of current flowing through the first AMR element 21a and the fourth AMR element 21d is substantially parallel to the y direction, and the direction of current flowing through the second AMR element 21b and the third AMR element 21c is substantially parallel to the z direction. Thus, the sensor chip 12 is arranged on the bus bar 11.

なお、後述する合成磁界Hdは、被検出磁界Haと、バイアス磁界Hcにおける被検出磁界Haと平行な成分との合成磁界である。したがって、第1AMR素子21a及び第4AMR素子21dに流れる電流の方向が、合成磁界Hdの向きと略平行となり、第2AMR素子21b及び第3AMR素子21cに流れる電流の方向が、合成磁界Hdの向きと略垂直となるように、センサチップ12がバスバー11に対して配置されるとも言える。   A combined magnetic field Hd described later is a combined magnetic field of the detected magnetic field Ha and a component parallel to the detected magnetic field Ha in the bias magnetic field Hc. Therefore, the direction of the current flowing through the first AMR element 21a and the fourth AMR element 21d is substantially parallel to the direction of the combined magnetic field Hd, and the direction of the current flowing through the second AMR element 21b and the third AMR element 21c is the direction of the combined magnetic field Hd. It can be said that the sensor chip 12 is arranged with respect to the bus bar 11 so as to be substantially vertical.

ここで、センサチップ12の一面12aに対して、合成磁界Hdが平行に作用する場合、AMR素子21に流れる電流の方向に対して合成磁界Hdがなす角度と、AMR素子21の抵抗値との関係は、周知のようにサインカーブ状の特性を示す。そして、電流の方向と合成磁界Hdとのなす角度が0度(180度)のとき、抵抗値は最大となり、なす角度が90度(270度)のとき、抵抗値は最小となる。また、角度θが30度(150度)付近で、抵抗値がゼロとなる。また、抵抗値変化率は、自身に流れる電流の向きと合成磁界Hdの向きが平行の場合、図5(a)に示す実線のようになる。一方、自身に流れる電流の向きと合成磁界Hdの向きが垂直の場合、図5(a)に示す破線のようになる。   Here, when the combined magnetic field Hd acts parallel to the one surface 12 a of the sensor chip 12, the angle formed by the combined magnetic field Hd with respect to the direction of the current flowing through the AMR element 21 and the resistance value of the AMR element 21 are calculated. The relationship shows a sine curve characteristic as is well known. The resistance value is maximized when the angle formed between the current direction and the combined magnetic field Hd is 0 degrees (180 degrees), and the resistance value is minimized when the angle formed is 90 degrees (270 degrees). Also, the resistance value becomes zero when the angle θ is around 30 degrees (150 degrees). Further, the rate of change in resistance value is as shown by a solid line in FIG. 5A when the direction of current flowing through itself and the direction of the combined magnetic field Hd are parallel. On the other hand, when the direction of the current flowing through itself and the direction of the combined magnetic field Hd are perpendicular, the broken line shown in FIG.

本実施形態における第1AMR素子21a及び第4AMR素子21dは、図5(a)に実線で示すように、作用する合成磁界Hdの強さ(磁界強度)に応じて抵抗値変化率が正の値の範囲(ゼロを含む)で変化する。特に、ゼロから所定の磁界強度(絶対値約20mT)までは、その絶対値が、磁界強度の絶対値に比例して大きくなる。一方、第2AMR素子21b及び第3AMR素子21cは、図5(a)に破線で示すように、作用する合成磁界Hdの強さ(磁界強度)に応じて抵抗値変化率が負の値の範囲(ゼロを含む)で変化する。特に、ゼロから所定の磁界強度(絶対値約20mT)までは、その絶対値が、磁界強度の絶対値に比例して大きくなる。なお、抵抗値変化率とは、合成磁界Hdがゼロのときの抵抗値を基準とする抵抗値の変化率である。   As shown by the solid line in FIG. 5A, the first AMR element 21a and the fourth AMR element 21d in the present embodiment have a positive resistance value change rate according to the strength (magnetic field strength) of the acting combined magnetic field Hd. In the range (including zero). In particular, from zero to a predetermined magnetic field strength (absolute value of about 20 mT), the absolute value increases in proportion to the absolute value of the magnetic field strength. On the other hand, in the second AMR element 21b and the third AMR element 21c, as shown by a broken line in FIG. 5A, the resistance value change rate is in a negative value range according to the strength (magnetic field strength) of the acting combined magnetic field Hd. (Including zero). In particular, from zero to a predetermined magnetic field strength (absolute value of about 20 mT), the absolute value increases in proportion to the absolute value of the magnetic field strength. The resistance value change rate is a change rate of the resistance value based on the resistance value when the combined magnetic field Hd is zero.

このため、図4では、第1AMR素子21a及び第4AMR素子21dに、右上がりの矢印を付与している。一方、第2AMR素子21b及び第3AMR素子21cに、右下がりの矢印を付与している。   For this reason, in FIG. 4, the first AMR element 21a and the fourth AMR element 21d are given arrows pointing upward to the right. On the other hand, arrows pointing downward to the right are given to the second AMR element 21b and the third AMR element 21c.

バイアス磁石13は、AMR素子21に作用する被検出磁界Haの向きと平行な磁界成分を有し、向き及び大きさが一定のバイアス磁界Hcを、被検出電流Iaの測定中において常時発生するものである。換言すれば、AMR素子21に作用する外部磁界を、被検出磁界Haのみの場合に比べてオフセットさせるためのものである。本実施形態では、外部磁界(合成磁界Hd)がゼロとならないように、バイアス磁石13を設定している。また、バイアス磁界Hcの、AMR素子21に作用するy方向の磁界成分の磁束密度の絶対値が、AMR素子21を構成する磁性膜の残留磁束密度の絶対値よりも大きくなるように、バイアス磁石13を設定している。   The bias magnet 13 has a magnetic field component parallel to the direction of the detected magnetic field Ha acting on the AMR element 21, and constantly generates a bias magnetic field Hc having a constant direction and magnitude during measurement of the detected current Ia. It is. In other words, the external magnetic field acting on the AMR element 21 is offset as compared with the case of only the detected magnetic field Ha. In the present embodiment, the bias magnet 13 is set so that the external magnetic field (synthetic magnetic field Hd) does not become zero. In addition, the bias magnet is configured so that the absolute value of the magnetic flux density of the magnetic field component in the y direction acting on the AMR element 21 of the bias magnetic field Hc is larger than the absolute value of the residual magnetic flux density of the magnetic film constituting the AMR element 21. 13 is set.

このようなバイアス磁石13としては、永久磁石及び電磁石のいずれも採用することができる。本実施形態では、バイアス磁石13として柱状の永久磁石を採用しており、磁極をなす両端面に対して垂直な側面の1つが、ベース16に接着固定されている。また、バイアス磁石13は、センサチップ12の側面と対向する端面がN極、他方の端面がS極に着磁されている。また、z軸方向において、バイアス磁石13の端面(N極)の中心と、センサチップ12におけるAMR素子21の形成位置と略一致している。すなわち、図2に示すように、センサチップ12の一面12a上において、被検出磁界Ha同様、紙面右から左に向かうバイアス磁界Hcが、AMR素子21に印加される。このように、センサチップ12(AMR素子21)には、外部磁界として、被検出磁界Haと、バイアス磁界Hcのうち、被検出磁界Haと平行な磁界成分との合成磁界Hdが作用する。   As such a bias magnet 13, either a permanent magnet or an electromagnet can be employed. In this embodiment, a columnar permanent magnet is employed as the bias magnet 13, and one of the side surfaces perpendicular to both end surfaces forming the magnetic pole is bonded and fixed to the base 16. Further, the bias magnet 13 is magnetized with an N pole at the end surface facing the side surface of the sensor chip 12 and an S pole at the other end surface. Further, in the z-axis direction, the center of the end face (N pole) of the bias magnet 13 and the formation position of the AMR element 21 in the sensor chip 12 are substantially coincident. That is, as shown in FIG. 2, on the one surface 12a of the sensor chip 12, the bias magnetic field Hc from the right to the left in the drawing is applied to the AMR element 21 like the detected magnetic field Ha. Thus, the combined magnetic field Hd of the detected magnetic field Ha and the magnetic field component parallel to the detected magnetic field Ha out of the bias magnetic field Hc acts on the sensor chip 12 (AMR element 21) as an external magnetic field.

電磁石14は、通電により、AMR素子21に作用する外部磁界を打ち消すための相殺磁界Hbを発生するものであり、コイル30を少なくとも有する。本実施形態では、外部磁界としての合成磁界Hdを打ち消すための相殺磁界Hbを発生する。   The electromagnet 14 generates a canceling magnetic field Hb for canceling an external magnetic field acting on the AMR element 21 by energization, and has at least a coil 30. In the present embodiment, a canceling magnetic field Hb for canceling the combined magnetic field Hd as an external magnetic field is generated.

本実施形態では、コイル30が、導線を巻き回してなる。また、電磁石14が、コイル30だけでなく、コイル30が巻回された軟磁性のコア31を有する。そして、コイル30の軸方向が、バスバー11の長手方向と略垂直、且つ、幅方向と略平行となるように、電磁石14がバスバー11に対して配置されている。すなわち、コイル30の軸方向及びコア31の延伸方向は、y方向に略平行となっており、センサチップ12の一面12aとも略平行となっている。また、z方向及びx方向において、コイル30の軸心が、バイアス磁石13の端面(N極)の中心と略一致するとともに、z方向において、センサチップ12におけるAMR素子21の形成位置と略一致している。すなわち、センサチップ12は、バイアス磁石13のN極側の端面と電磁石14との対向領域内に位置している。   In the present embodiment, the coil 30 is formed by winding a conductive wire. The electromagnet 14 has not only the coil 30 but also a soft magnetic core 31 around which the coil 30 is wound. The electromagnet 14 is disposed with respect to the bus bar 11 so that the axial direction of the coil 30 is substantially perpendicular to the longitudinal direction of the bus bar 11 and substantially parallel to the width direction. That is, the axial direction of the coil 30 and the extending direction of the core 31 are substantially parallel to the y direction and are also substantially parallel to the one surface 12a of the sensor chip 12. Further, in the z direction and the x direction, the axial center of the coil 30 substantially coincides with the center of the end face (N pole) of the bias magnet 13, and substantially the same as the formation position of the AMR element 21 in the sensor chip 12 in the z direction. I'm doing it. That is, the sensor chip 12 is located in a region where the end face on the N pole side of the bias magnet 13 and the electromagnet 14 are opposed to each other.

そして、図2に示すように、センサチップ12の一面12a、すなわちAMR素子21に作用する合成磁界Hdを相殺するように、合成磁界Hdの向きと逆向き(紙面左から右向き)の相殺磁界Hbが、センサチップ12の一面12a、すなわちAMR素子21に印加される。この相殺磁界Hbにより、AMR素子21に印加される磁界はゼロとなる。   Then, as shown in FIG. 2, the canceling magnetic field Hb in the direction opposite to the direction of the combined magnetic field Hd (from the left to the right in the drawing) so as to cancel the combined magnetic field Hd acting on one surface 12 a of the sensor chip 12, that is, the AMR element 21. Is applied to one surface 12 a of the sensor chip 12, that is, the AMR element 21. Due to the canceling magnetic field Hb, the magnetic field applied to the AMR element 21 becomes zero.

このような電磁石14において、コイル30は、回路チップ15と電気的に接続されている。すなわち、相殺磁界Hbを生成するための相殺電流が、回路チップ15から電磁石14(コイル30)に供給される。   In such an electromagnet 14, the coil 30 is electrically connected to the circuit chip 15. That is, a canceling current for generating the canceling magnetic field Hb is supplied from the circuit chip 15 to the electromagnet 14 (coil 30).

回路チップ15は、相殺磁界Hbを生成するための相殺電流を供給する回路などを有している。本実施形態では、図6に示す、相殺電流を供給する供給手段としてのオペアンプ40と、外部磁界検出回路に定電流を供給するための定電流源41を有している。また、回路チップ15は、図1に示すように、外部接続端子としてのリード19と接続されており、電流センサ10はリード19を介して外部機器と電気的に接続されるようになっている。   The circuit chip 15 includes a circuit that supplies a canceling current for generating the canceling magnetic field Hb. This embodiment includes an operational amplifier 40 as supply means for supplying a cancellation current and a constant current source 41 for supplying a constant current to an external magnetic field detection circuit shown in FIG. Further, as shown in FIG. 1, the circuit chip 15 is connected to a lead 19 as an external connection terminal, and the current sensor 10 is electrically connected to an external device via the lead 19. .

ここで、電流センサ10の回路構成について説明する。本実施形態では、図6に示すように、被検出電流Iaに比例する相殺電流を、電流値として検出する構成となっている。   Here, the circuit configuration of the current sensor 10 will be described. In the present embodiment, as shown in FIG. 6, a canceling current proportional to the detected current Ia is detected as a current value.

図6に示すように、電源パッド22aとグランドパッド22bとの間、すなわち、4つのAMR素子21a〜21dをフルブリッジ接続してなる外部磁界検出回路には、定電流源41により、一定の電流が供給される。そして、各AMR素子21a〜21dに電流が供給された状態で、出力パッド22cから、第1AMR素子21a及び第2AMR素子21bの中点電位V1が取り出される、この中点電位V1は、電源パッド22aとグランドパッド22bとの間の電源電圧をVcc、第1AMR素子21aの抵抗値をR1、第2AMR素子21bの抵抗値をR2とすると、次式で示される。   As shown in FIG. 6, a constant current source 41 provides a constant current between the power supply pad 22a and the ground pad 22b, that is, in an external magnetic field detection circuit in which four AMR elements 21a to 21d are connected in a full bridge. Is supplied. Then, with the current supplied to each of the AMR elements 21a to 21d, the midpoint potential V1 of the first AMR element 21a and the second AMR element 21b is taken out from the output pad 22c. The midpoint potential V1 is the power supply pad 22a. When the power supply voltage between the first AMR element 21a and the ground pad 22b is Vcc, the resistance value of the first AMR element 21a is R1, and the resistance value of the second AMR element 21b is R2.

(数1)V1=Vcc×R2/(R1+R2)
同様に、出力パッド22dから、第3AMR素子21c及び第4AMR素子21dの中点電位V2が取り出される、この中点電位V2は、第3AMR素子21cの抵抗値をR3、第4AMR素子21dの抵抗値をR4とすると、次式で示される。
(Expression 1) V1 = Vcc × R2 / (R1 + R2)
Similarly, the midpoint potential V2 of the third AMR element 21c and the fourth AMR element 21d is taken out from the output pad 22d. The midpoint potential V2 is the resistance value of the third AMR element 21c as R3 and the resistance value of the fourth AMR element 21d. Is represented by the following equation.

(数2)V2=Vcc×R4/(R3+R4)
オペアンプ40の反転入力端子(−)には、出力パッド22cが接続され、非反転入力端子(+)には、出力パッド22dが接続されている。また、オペアンプ40の出力端子には、電磁石14を構成するコイル30が接続されている。オペアンプ40は、その出力端子から電流を吸い込む又は吐き出すことにより、出力パッド22c,22d間の電位差(V1−V2)が常にゼロとなるように、電磁石14のコイル30に相殺電流を供給する。すなわち、センサチップ12の一面12a上において、AMR素子21に作用する合成磁界Hdを相殺磁界Hbにて相殺するように、電磁石14のコイル30に相殺電流を供給する。このときコイル30に供給される相殺電流は、リード19を介して接続された外部の電流計100によって検出することができる。バイアス磁界Hcの向き及び大きさは常に一定であるので、相殺電流から、被検出電流Iaを検出することができる。なお、図6に示す一点鎖線は、磁気検出素子としてのAMR素子21a〜21dとコイル30とが、磁気的に結合されることを示している。
(Expression 2) V2 = Vcc × R4 / (R3 + R4)
An output pad 22c is connected to the inverting input terminal (−) of the operational amplifier 40, and an output pad 22d is connected to the non-inverting input terminal (+). The output terminal of the operational amplifier 40 is connected to the coil 30 constituting the electromagnet 14. The operational amplifier 40 supplies a canceling current to the coil 30 of the electromagnet 14 so that the potential difference (V1−V2) between the output pads 22c and 22d is always zero by sucking or discharging current from its output terminal. That is, on the one surface 12a of the sensor chip 12, a canceling current is supplied to the coil 30 of the electromagnet 14 so that the combined magnetic field Hd acting on the AMR element 21 is canceled by the canceling magnetic field Hb. At this time, the canceling current supplied to the coil 30 can be detected by an external ammeter 100 connected via the lead 19. Since the direction and magnitude of the bias magnetic field Hc are always constant, the detected current Ia can be detected from the canceling current. 6 indicates that the AMR elements 21a to 21d as the magnetic detection elements and the coil 30 are magnetically coupled.

次に、本実施形態に係る電流センサ10の特徴部分の効果について説明する。   Next, the effect of the characteristic part of the current sensor 10 according to the present embodiment will be described.

本実施形態では、磁気検出素子として、磁性膜を有するAMR素子21を用いている。このAMR素子21は、ホール素子や半導体磁気抵抗効果素子に比べて、高感度である。したがって、本実施形態によれば、従来のホール素子や半導体磁気抵抗効果素子を用いる構成に比べて、電流センサ10の感度を向上することができる。   In the present embodiment, an AMR element 21 having a magnetic film is used as the magnetic detection element. The AMR element 21 has higher sensitivity than a Hall element or a semiconductor magnetoresistive effect element. Therefore, according to the present embodiment, the sensitivity of the current sensor 10 can be improved as compared with a configuration using a conventional Hall element or semiconductor magnetoresistive element.

ところで、磁性膜を有するAMR素子21を用いると、感度を高くできる反面、残留磁化による磁気ヒステリシスが問題となる。AMR素子21に外部磁界(≠ゼロ)が作用し、その後、外部磁界がゼロとなると、AMR素子21の磁性膜に磁化が残る。このため、図5(b)に示すように、例えば磁界強度をゼロから正の所定値まで変化させる場合(図中実線)と、正の所定値からゼロまで変化させる場合(図中破線)とで、ヒステリシスが生じる。この残留磁化による磁気ヒステリシスは、図5(b)に示すように、AMR素子21に作用する外部磁界がゼロから所定の範囲(図中の磁界強度ゼロからAの範囲)で発生し、外部磁界の大きさがゼロに近いほど大きくなる。   By the way, when the AMR element 21 having a magnetic film is used, sensitivity can be increased, but magnetic hysteresis due to residual magnetization becomes a problem. When an external magnetic field (≠ zero) acts on the AMR element 21 and then the external magnetic field becomes zero, magnetization remains in the magnetic film of the AMR element 21. For this reason, as shown in FIG. 5B, for example, when the magnetic field strength is changed from zero to a predetermined positive value (solid line in the figure), and when changed from a positive predetermined value to zero (the broken line in the figure). Thus, hysteresis occurs. As shown in FIG. 5B, the magnetic hysteresis due to the remanent magnetization is generated when the external magnetic field acting on the AMR element 21 is zero to a predetermined range (the magnetic field strength is zero to A in the figure). The closer the size of is to zero, the larger.

ここで、本実施形態同様、被検出電流Iaが同一極性内のみで変化する、すなわち、被検出電流Iaの極性が変化しない場合について考える。図7(a)に示すように、バスバー11に流れる被検出電流Iaが、0[A]〜+X[A]の範囲で変化するものとする。   Here, as in the present embodiment, a case is considered where the detected current Ia changes only within the same polarity, that is, the polarity of the detected current Ia does not change. As shown in FIG. 7A, it is assumed that the detected current Ia flowing through the bus bar 11 changes in the range of 0 [A] to + X [A].

バイアス磁石13を有さない従来の構成では、図7(a)に実線で示す被検出電流Iaが、例えば正の値からゼロとなると、図7(b)に実線で示す、外部磁界としての被検出磁界Haも、被検出電流Iaに応じてゼロとなる。しかしながら、AMR素子21には、上記した磁性膜の残留磁化による磁界が生じるため、AMR素子21にあたかも被検出磁界Haが作用しているかのような状態となる。このため、図7(b)に破線で示す相殺磁界Hbは、残留磁化による磁界を相殺するためにゼロとはならず、電磁石14のコイル30に流れる相殺電流Ibも、図7(a)に破線で示すようにゼロとならない。このように、残留磁化の影響があると、被検出電流Iaの値がゼロ付近において相殺電流Ibに誤差が生じるため、被検出電流Iaと相殺電流Ibとの比例関係がずれて、被検出電流Iaの検出精度が低下してしまう。   In the conventional configuration that does not have the bias magnet 13, when the detected current Ia indicated by the solid line in FIG. 7A becomes zero from a positive value, for example, the external magnetic field indicated by the solid line in FIG. The detected magnetic field Ha also becomes zero according to the detected current Ia. However, since a magnetic field is generated in the AMR element 21 due to the residual magnetization of the magnetic film, the state is as if the detected magnetic field Ha is acting on the AMR element 21. For this reason, the canceling magnetic field Hb indicated by a broken line in FIG. 7B does not become zero in order to cancel the magnetic field due to the residual magnetization, and the canceling current Ib flowing through the coil 30 of the electromagnet 14 is also shown in FIG. It does not become zero as shown by the broken line. Thus, if there is an influence of residual magnetization, an error occurs in the canceling current Ib when the value of the detected current Ia is near zero, so that the proportional relationship between the detected current Ia and the canceling current Ib shifts, and the detected current The detection accuracy of Ia is lowered.

なお、図7(a)に示す時間ゼロでは、残留磁化の影響がないため、被検出電流Iaの値ゼロに対応する相殺電流Ibの値はゼロである。一方、残留磁化の影響がある所定期間T1において、被検出電流Iaの値ゼロに対応する相殺電流Ibの値はゼロではなく、正の値を示している。このように、被検出電流Iaの値が同じゼロでも、残留磁化の影響の有無により、相殺電流Ibの値は異なるものとなり、この差が上記した相殺電流Ibの誤差である。   Note that, at time zero shown in FIG. 7A, there is no influence of residual magnetization, so the value of the canceling current Ib corresponding to zero of the detected current Ia is zero. On the other hand, in the predetermined period T1 having the influence of the residual magnetization, the value of the canceling current Ib corresponding to the value zero of the detected current Ia is not zero but shows a positive value. Thus, even if the value of the detected current Ia is the same zero, the value of the canceling current Ib varies depending on whether there is an influence of residual magnetization, and this difference is the error of the canceling current Ib.

被検出電流Iaは、測定環境下においてその値が連続的に変化するが、図7(a)に示すように、所定期間T1の間、ゼロの値をとる。このため、相殺電流Ibも、所定期間T1の間、誤差が生じることとなる。このように、相殺電流Ibに所定期間誤差が生じるのは、被検出電流Iaの検出精度上、好ましいものではない。なお、図7(a)においては、便宜上、被検出電流Iaが上限の+X[A]で所定期間一定であるかのように図示しているが、実際には、被検出電流Iaは、ゼロ以外の値において連続的に変化している。   The detected current Ia continuously changes in the measurement environment, but takes a value of zero for a predetermined period T1, as shown in FIG. 7A. For this reason, the cancellation current Ib also has an error during the predetermined period T1. Thus, the occurrence of an error for a predetermined period in the canceling current Ib is not preferable in terms of the detection accuracy of the detected current Ia. In FIG. 7A, for the sake of convenience, the detected current Ia is shown as if it is constant for a predetermined period at the upper limit + X [A], but in actuality, the detected current Ia is zero. It is continuously changing at other values.

一方、本実施形態では、電磁石14とは別に、バイアス磁界Hcを生じるバイアス磁石13を設けている。このバイアス磁石13は、被検出磁界Haの向きと平行な磁界成分を有するバイアス磁界Hcを、被検出電流Iaの測定中において常時発生する。このように、バイアス磁界Hcの分、AMR素子21に作用する外部磁界がオフセットされる。したがって、図8(a)に実線で示す被検出電流Iaの値が、例えば正の値から変化して、所定期間T1の間、その値がゼロとなっても、図8(b)に実線で示すように、外部磁界としてAMR素子21に作用する合成磁界Hdはゼロにならない。このように、本実施形態に係る電流センサ10によれば、測定精度に影響の大きい被検出電流Iaの値がゼロとなる所定期間T1において、合成磁界Hdがゼロとなるのを抑制することができ、被検出電流Iaの検出精度を従来よりも向上することができる。   On the other hand, in this embodiment, a bias magnet 13 that generates a bias magnetic field Hc is provided separately from the electromagnet 14. The bias magnet 13 always generates a bias magnetic field Hc having a magnetic field component parallel to the direction of the detected magnetic field Ha during measurement of the detected current Ia. Thus, the external magnetic field acting on the AMR element 21 is offset by the bias magnetic field Hc. Therefore, even if the value of the detected current Ia indicated by the solid line in FIG. 8A changes from, for example, a positive value and becomes zero during the predetermined period T1, the solid line in FIG. 8B. As shown, the combined magnetic field Hd acting on the AMR element 21 as an external magnetic field does not become zero. As described above, according to the current sensor 10 according to the present embodiment, it is possible to suppress the composite magnetic field Hd from becoming zero in the predetermined period T1 in which the value of the detected current Ia that greatly affects the measurement accuracy is zero. In addition, the detection accuracy of the detected current Ia can be improved as compared with the conventional case.

ところで、バイアス磁界Hcの分、被検出電流Iaの値がゼロのときの合成磁界Hdをゼロからオフセットさせるため、オフセット方向によっては、被検出電流Iaがゼロでない値のときに、合成磁界Hdがゼロとなることも考えられる。これに対し、本実施形態では、図8(b)に示すように、上記した所定期間T1に限らず、外部磁界である合成磁界Hdの値がゼロとならないように、バイアス磁石13を設定している。詳しくは、被検出電流Iaが、0[A]〜+X[A]の範囲で変化し、AMR素子21に作用する被検出磁界Haの向きも一定であるため、AMR素子21に対し、被検出磁界Haと同じ向きのバイアス磁界Hcが作用するようにしている。このため、被検出電流Iaの測定範囲において、合成磁界Hdはゼロとならない。したがって、被検出電流Iaの値によらず、被検出電流Iaを精度良く検出することができる。   By the way, in order to offset the combined magnetic field Hd when the value of the detected current Ia is zero by the amount of the bias magnetic field Hc, depending on the offset direction, when the detected current Ia is a non-zero value, the combined magnetic field Hd is It may be zero. On the other hand, in the present embodiment, as shown in FIG. 8B, the bias magnet 13 is set so that the value of the composite magnetic field Hd, which is an external magnetic field, is not zero as well as the predetermined period T1. ing. Specifically, the detected current Ia changes in the range of 0 [A] to + X [A], and the direction of the detected magnetic field Ha acting on the AMR element 21 is also constant. A bias magnetic field Hc having the same direction as the magnetic field Ha acts. For this reason, the composite magnetic field Hd does not become zero in the measurement range of the detected current Ia. Therefore, the detected current Ia can be accurately detected regardless of the value of the detected current Ia.

上記したように、残留磁化による磁気ヒステリシスは、AMR素子21に作用する外部磁界が0から所定の範囲で発生し、外部磁界の大きさがゼロに近いほど大きくなる(図5(b)参照)。これに対し、本実施形態では、AMR素子21上における、バイアス磁界Hcのy方向の磁界成分の磁束密度の絶対値が、AMR素子21を構成する磁性膜の残留磁束密度の絶対値よりも大きくなるように、バイアス磁石13を設定している。これにより、図8(a)に実線で示す被検出電流Iaが、例えば正の値から所定期間T1の間ゼロとなっても、図8(b)に実線で示す、外部磁界としての合成磁界Hdは、所定期間T1において、磁気ヒステリシスの影響が無い値をとる。このように、所定期間T1において、磁気ヒステリシスの影響がなくなるため、被検出電流Iaを精度良く検出することができる。なお、図8(b)に示す一点鎖線は、磁気ヒステリシスを生じる磁界の上限値であり、一点鎖線から磁界がゼロまでの領域において、残留磁化による磁気ヒステリシスが生じる。   As described above, the magnetic hysteresis due to the remanent magnetization is increased when the external magnetic field acting on the AMR element 21 is generated within a predetermined range from 0 (see FIG. 5B). . On the other hand, in this embodiment, the absolute value of the magnetic flux density of the magnetic field component in the y direction of the bias magnetic field Hc on the AMR element 21 is larger than the absolute value of the residual magnetic flux density of the magnetic film constituting the AMR element 21. The bias magnet 13 is set so that it becomes. Thus, even if the detected current Ia indicated by the solid line in FIG. 8A becomes zero for a predetermined period T1, for example, from a positive value, the combined magnetic field as an external magnetic field indicated by the solid line in FIG. 8B Hd takes a value that is not affected by magnetic hysteresis in the predetermined period T1. Thus, since the influence of the magnetic hysteresis is eliminated during the predetermined period T1, the detected current Ia can be detected with high accuracy. Note that the alternate long and short dash line shown in FIG. 8B is the upper limit of the magnetic field that generates magnetic hysteresis, and magnetic hysteresis due to residual magnetization occurs in the region from the alternate long and short dash line to the magnetic field of zero.

特に本実施形態の場合、被検出電流Iaが同一極性内のみで変化するため、外部磁界である合成磁界Hdの値がゼロとならず、且つ、残留磁化による磁気ヒステリシスが生じる領域を使わないようにするための、バイアス磁界Hcによるオフセット量が、小さくてすむ。したがって、磁力の弱い安価なバイアス磁石13を採用することができる。   In particular, in the case of the present embodiment, since the detected current Ia changes only within the same polarity, the value of the combined magnetic field Hd that is an external magnetic field does not become zero, and a region in which magnetic hysteresis due to residual magnetization occurs is not used. Therefore, the offset amount by the bias magnetic field Hc can be small. Therefore, an inexpensive bias magnet 13 having a weak magnetic force can be employed.

また、本実施形態では、上記したように、合成磁界Hdの作用により、第1ハーフブリッジと第2ハーフブリッジの各中点電位V1,V2が逆に振れるように、4つのAMR素子21a〜21dにより、フルブリッジ構成の外部磁気検出回路を形成している。したがって、各ハーフブリッジの中点電位V1,V2の差分、すなわちAMR素子21(外部磁気検出回路)の出力の変化量を大きくすることができる。これにより、AMR素子21の出力の変化量が小さい構成に較べて、相殺電流の精度、すなわち被検出電流Iaの検出精度を向上することができる。   Further, in the present embodiment, as described above, the four AMR elements 21a to 21d are arranged so that the midpoint potentials V1 and V2 of the first half bridge and the second half bridge swing reversely by the action of the combined magnetic field Hd. Thus, an external magnetic detection circuit having a full bridge configuration is formed. Therefore, the difference between the midpoint potentials V1 and V2 of each half bridge, that is, the amount of change in the output of the AMR element 21 (external magnetic detection circuit) can be increased. Thereby, the accuracy of the cancellation current, that is, the detection accuracy of the detected current Ia can be improved as compared with the configuration in which the change amount of the output of the AMR element 21 is small.

また、本実施形態では、同一のセンサチップ12における同一面12a上に、外部磁気検出回路を構成する全てのAMR素子21a〜21dが形成されている。このため、4つのAMR素子21a〜21dが受ける温度の影響が互いにほぼ等しくなり、温特の影響をキャンセルすることができる。また、同一のセンサチップ12に作りこむため、各AMR素子21a〜21dの製造ばらつきを抑制することができる。また、小型化することもできる。   In the present embodiment, all the AMR elements 21a to 21d constituting the external magnetic detection circuit are formed on the same surface 12a of the same sensor chip 12. For this reason, the influences of the temperatures on the four AMR elements 21a to 21d are almost equal to each other, and the influence of the temperature characteristics can be canceled. Further, since the same sensor chip 12 is used, manufacturing variations of the AMR elements 21a to 21d can be suppressed. Moreover, it can also be reduced in size.

(変形例)
上記実施形態では、電流センサ10として、電流出力型の回路構成を示した。しかしながら、電圧出力型の回路構成を採用することができる。図9に、電圧出力型の電流センサ10の一例を示す。図6の電流出力型と異なる点は、電流計100に替えて、検出抵抗42及び差動増幅回路43を設け、差動増幅回路43の出力電圧をセンサ出力とする点である。これら検出抵抗42及び差動増幅回路43は、回路チップ15に形成されており、差動増幅回路43の出力電圧が、リード19を介して外部に出力されるようになっている。
(Modification)
In the above embodiment, a current output type circuit configuration is shown as the current sensor 10. However, a voltage output type circuit configuration can be adopted. FIG. 9 shows an example of the voltage output type current sensor 10. 6 differs from the current output type in FIG. 6 in that a detection resistor 42 and a differential amplifier circuit 43 are provided instead of the ammeter 100, and the output voltage of the differential amplifier circuit 43 is used as a sensor output. The detection resistor 42 and the differential amplifier circuit 43 are formed on the circuit chip 15, and the output voltage of the differential amplifier circuit 43 is output to the outside via the lead 19.

検出抵抗42は、電磁石14を構成するコイル30への相殺電流を電圧に変換するための微小抵抗であり、その抵抗値は、差動増幅回路43の入力インピーダンスよりも十分小さいものとする。差動増幅回路43は、検出抵抗42の両端の電圧を増幅して電圧を出力する。この差動増幅回路43は、オペアンプ44と、4つの固定抵抗45〜48と、定電圧源49を有している。定電圧源49の電圧は、例えば電源電圧Vccの1/2となっている。各固定抵抗45〜48の抵抗値R1〜R4は、R1=R3、R2=R4でなっており、差動増幅回路43の増幅度は、R2/R1である。増幅度は例えば1程度とする。   The detection resistor 42 is a very small resistance for converting a canceling current to the coil 30 constituting the electromagnet 14 into a voltage, and its resistance value is sufficiently smaller than the input impedance of the differential amplifier circuit 43. The differential amplifier circuit 43 amplifies the voltage across the detection resistor 42 and outputs the voltage. The differential amplifier circuit 43 includes an operational amplifier 44, four fixed resistors 45 to 48, and a constant voltage source 49. The voltage of the constant voltage source 49 is, for example, 1/2 of the power supply voltage Vcc. The resistance values R1 to R4 of the fixed resistors 45 to 48 are R1 = R3 and R2 = R4, and the amplification degree of the differential amplifier circuit 43 is R2 / R1. The amplification degree is about 1, for example.

上記実施形態では、4つのAMR素子21a〜21dからなる外部磁気検出回路の例を示した。しかしながら、外部磁気検出回路の構成は、上記例に限定されるものではない。例えば図10(a)では、上記実施形態同様、第1AMR素子21aと第2AMR素子21bが直列に接続されて、第1ハーフブリッジが形成されている。一方、第2ハーフブリッジは、外部磁界により抵抗値が変化しない固定抵抗23a,23bにて構成されている。図10(a)では、上記実施形態同様、第1AMR素子21aが電源パッド22a側、第2AMR素子21bがグランドパッド22b側となっている。また、第1AMR素子21aに流れる電流の方向と、第2AMR素子21bに流れる電流の方向が、互いに略垂直となるように形成されている。この場合、ハーフブリッジの一方が固定抵抗23a,23bからなるため、外部磁気検出回路の出力の変化量は上記実施形態より小さくなるが、第1AMR素子21aと第2AMR素子21bの温度の影響が互いにほぼ等しく、これにより温特の影響をキャンセルすることができる。   In the above embodiment, an example of the external magnetic detection circuit including the four AMR elements 21a to 21d has been described. However, the configuration of the external magnetic detection circuit is not limited to the above example. For example, in FIG. 10A, as in the above embodiment, the first AMR element 21a and the second AMR element 21b are connected in series to form a first half bridge. On the other hand, the second half bridge is composed of fixed resistors 23a and 23b whose resistance value is not changed by an external magnetic field. In FIG. 10A, the first AMR element 21a is on the power supply pad 22a side and the second AMR element 21b is on the ground pad 22b side, as in the above embodiment. Further, the direction of the current flowing through the first AMR element 21a and the direction of the current flowing through the second AMR element 21b are formed so as to be substantially perpendicular to each other. In this case, since one of the half bridges is composed of the fixed resistors 23a and 23b, the amount of change in the output of the external magnetic detection circuit is smaller than in the above embodiment, but the influence of the temperature of the first AMR element 21a and the second AMR element 21b is mutually It is almost equal, and the influence of temperature characteristics can be canceled.

また、フルブリッジ回路を構成する4つの抵抗のうち、1つのみをAMR素子21とし、残りを固定抵抗としても良い。例えば図10(b)では、AMR素子21として第1AMR素子21aのみを用い、残りを固定抵抗23a〜23cとしている。第1ハーフブリッジにおいて、第1AMR素子21aが電源パッド22a側、固定抵抗23cがグランドパッド22b側となっている。   Also, only one of the four resistors constituting the full bridge circuit may be the AMR element 21 and the remaining may be a fixed resistor. For example, in FIG. 10B, only the first AMR element 21a is used as the AMR element 21, and the rest are fixed resistors 23a to 23c. In the first half bridge, the first AMR element 21a is on the power supply pad 22a side, and the fixed resistor 23c is on the ground pad 22b side.

また、外部磁界が作用しない状態での抵抗値が略等しく、自身に流れる電流の方向が同じAMR素子21によってハーフブリッジ回路を構成し、一方のAMR素子21を磁気シールドにて覆うようにしても良い。例えば図10(c)では、第1ハーフブリッジを構成する第1AMR素子21a及び第2AMR素子21bに流れる電流の方向が、ともに合成磁界Hdの向きと略垂直となっている。また、第2AMR素子21bは、磁気シールド24により覆われており、外部磁界が作用しないようになっている。これによれば、第1AMR素子21aと第2AMR素子21bの温度の影響が互いにほぼ等しいため、図10(b)の構成に較べて、温特の影響をキャンセルすることができる。   Further, the AMR element 21 having substantially the same resistance value in the state where no external magnetic field acts and having the same direction of current flowing through itself forms a half bridge circuit, and one AMR element 21 is covered with a magnetic shield. good. For example, in FIG. 10C, the direction of the current flowing through the first AMR element 21a and the second AMR element 21b constituting the first half bridge is substantially perpendicular to the direction of the combined magnetic field Hd. The second AMR element 21b is covered with a magnetic shield 24 so that an external magnetic field does not act. According to this, since the influences of the temperatures of the first AMR element 21a and the second AMR element 21b are almost equal to each other, the influence of the temperature characteristic can be canceled compared to the configuration of FIG.

(第2実施形態)
本実施形態において、上記実施形態に示した電流センサ10と共通する部分についての説明は割愛する。第1実施形態では、センサチップ12におけるAMR素子21の形成された一面12aが、バスバー11の一面11aと略平行となるように、センサチップ12がバスバー11に平置きされる例を示した。
(Second Embodiment)
In the present embodiment, description of portions common to the current sensor 10 shown in the above embodiment is omitted. In the first embodiment, an example is shown in which the sensor chip 12 is placed flat on the bus bar 11 so that the one surface 12 a on which the AMR element 21 is formed in the sensor chip 12 is substantially parallel to the one surface 11 a of the bus bar 11.

これに対し、本実施形態では、図11に示すように、センサチップ12の一面12a、すなわちAMR素子21の形成面が、バスバー11の一面11aに対して略垂直となり、且つ、被検出磁界Ha(合成磁界Hd)と略平行となるように、センサチップ12がバスバー11に縦置きされる点を特徴とする。   In contrast, in the present embodiment, as shown in FIG. 11, one surface 12a of the sensor chip 12, that is, the surface on which the AMR element 21 is formed is substantially perpendicular to the one surface 11a of the bus bar 11, and the detected magnetic field Ha. The sensor chip 12 is vertically placed on the bus bar 11 so as to be substantially parallel to the (synthetic magnetic field Hd).

このような配置としても、第1実施形態の図4に示したように、第1AMR素子21a及び第4AMR素子21dを、これらAMR素子21a,21dに流れる電流の方向が合成磁界Hdと平行となるように設ける。そして、第2AMR素子21b及び第3AMR素子21cを、これらAMR素子21b,21cに流れる電流の方向が合成磁界Hdと垂直となるように設けることができる。すなわち、AMR素子21(外部磁気検出回路)の出力の変化量を大きくして、相殺電流の精度、すなわち被検出電流Iaの検出精度を向上することができる。なお、第1実施形態の図10(a)〜(c)に示した構成とすることもできる。   Even in such an arrangement, as shown in FIG. 4 of the first embodiment, the first AMR element 21a and the fourth AMR element 21d are arranged such that the direction of the current flowing through the AMR elements 21a and 21d is parallel to the combined magnetic field Hd. Provide as follows. The second AMR element 21b and the third AMR element 21c can be provided so that the direction of the current flowing through the AMR elements 21b and 21c is perpendicular to the combined magnetic field Hd. In other words, the amount of change in the output of the AMR element 21 (external magnetic detection circuit) can be increased to improve the accuracy of the cancellation current, that is, the detection accuracy of the detected current Ia. In addition, it can also be set as the structure shown to FIG. 10 (a)-(c) of 1st Embodiment.

なお、本実施形態においても、第1実施形態の変形例として図10(a)〜(c)に示した構成を採用することができる。   Also in this embodiment, the configuration shown in FIGS. 10A to 10C can be employed as a modification of the first embodiment.

(第3実施形態)
本実施形態において、上記実施形態に示した電流センサ10と共通する部分についての説明は割愛する。第1実施形態では、バスバー11に流れる被検出電流Iaの測定範囲が、0[A]〜+X[A]である場合において、バイアス磁石13は、合成磁界Hdがゼロとならず、且つ、同一極性内で変化するようなバイアス磁界Hcを発生する例を示した。
(Third embodiment)
In the present embodiment, description of portions common to the current sensor 10 shown in the above embodiment is omitted. In the first embodiment, when the measurement range of the detected current Ia flowing through the bus bar 11 is 0 [A] to + X [A], the bias magnet 13 does not have a combined magnetic field Hd of zero and is the same. An example of generating a bias magnetic field Hc that varies within the polarity has been shown.

これに対し、本実施形態では、被検出電流Iaの極性が、プラスとマイナスに変化する場合、すなわち被検出電流Iaの測定範囲が、−Y[A]〜+X[A]である場合において、バイアス磁石13は、合成磁界Hdがゼロとならず、且つ、同一極性内で変化するようなバイアス磁界Hcを発生する点を特徴とする。このため、本実施形態に係る電流センサ10は、例えばハイブリッドカーや電気自動車のバッテリー電流やモータ駆動電流を測定するのに好適である。   In contrast, in the present embodiment, when the polarity of the detected current Ia changes between plus and minus, that is, when the measurement range of the detected current Ia is -Y [A] to + X [A], The bias magnet 13 is characterized in that the combined magnetic field Hd does not become zero and generates a bias magnetic field Hc that varies within the same polarity. For this reason, the current sensor 10 according to the present embodiment is suitable for measuring, for example, a battery current and a motor driving current of a hybrid car or an electric vehicle.

バイアス磁石13を有さない従来の電流センサ10では、被検出電流Iaの測定範囲を、−Y[A]〜+X[A]とした場合も、測定範囲を0[A]〜+X[A]とする場合同様、残留磁化が問題となる。詳しくは、図12(a)に実線で示す被検出電流Iaが、例えば正の値からゼロとなると、図12(b)に実線で示す被検出磁界Haも、被検出電流Iaに応じてゼロとなる。しかしながら、AMR素子21には、上記した磁性膜の残留磁化による磁界が生じるため、AMR素子21にあたかも被検出磁界Haが作用しているかのような状態となる。このため、図12(b)に破線で示す相殺磁界Hbは、残留磁化による磁界を相殺するためにゼロとはならず、電磁石14のコイル30に流れる相殺電流Ibも、図12(a)に破線で示すようにゼロとならない。このように、残留磁化の影響があると、被検出電流Iaの値がゼロ付近において相殺電流Ibに誤差が生じるため、被検出電流Iaと相殺電流Ibとの比例関係がずれて、被検出電流Iaの検出精度が低下してしまう。   In the conventional current sensor 10 that does not have the bias magnet 13, the measurement range is 0 [A] to + X [A] even when the measurement range of the detected current Ia is −Y [A] to + X [A]. As in the case of, residual magnetization becomes a problem. Specifically, when the detected current Ia indicated by the solid line in FIG. 12A becomes zero from a positive value, for example, the detected magnetic field Ha indicated by the solid line in FIG. 12B is also zero according to the detected current Ia. It becomes. However, since a magnetic field is generated in the AMR element 21 due to the residual magnetization of the magnetic film, the state is as if the detected magnetic field Ha is acting on the AMR element 21. For this reason, the canceling magnetic field Hb indicated by the broken line in FIG. 12B does not become zero in order to cancel the magnetic field due to the residual magnetization, and the canceling current Ib flowing through the coil 30 of the electromagnet 14 is also shown in FIG. It does not become zero as shown by the broken line. Thus, if there is an influence of residual magnetization, an error occurs in the canceling current Ib when the value of the detected current Ia is near zero, so that the proportional relationship between the detected current Ia and the canceling current Ib shifts, and the detected current The detection accuracy of Ia is lowered.

なお、図12(a)においては、時間がゼロの時点で−Y[A]となっており、この−Y[A]から+X[A]に連続的に電流値が変化する過程と、図中の所定期間T1とにおいて、電流値が瞬間的にゼロの値をとる。電流値が連続的に変化する過程で、電流値が瞬間的にゼロとなり、被検出磁界Haも瞬間的にゼロとなる場合、残留磁化の影響は殆ど生じない。しかしながら、図12(a)に示すように、所定期間T1の間、ゼロの値をとると、相殺電流Ibも、所定期間T1の間、誤差が生じることとなるため、被検出電流Iaの検出精度上、好ましいものではない。   In FIG. 12A, when the time is zero, −Y [A] is obtained, and the current value continuously changes from −Y [A] to + X [A]. During the predetermined period T1, the current value instantaneously takes a value of zero. In the process of continuously changing the current value, when the current value instantaneously becomes zero and the detected magnetic field Ha also instantaneously becomes zero, the influence of the residual magnetization hardly occurs. However, as shown in FIG. 12A, if the value is zero during the predetermined period T1, an error also occurs in the canceling current Ib during the predetermined period T1, so that the detection of the detected current Ia is detected. This is not preferable in terms of accuracy.

これに対し、本実施形態では、第1実施形態同様、電磁石14とは別に、バイアス磁界Hcを生じるバイアス磁石13を設けている。このバイアス磁石13は、被検出磁界Haの向きと平行な磁界成分を有するバイアス磁界Hcを、被検出電流Iaの測定中において常時発生する。このように、バイアス磁界Hcの分、AMR素子21に作用する外部磁界をオフセットさせる。したがって、図13(a)に実線で示す被検出電流Iaの値が、例えば正の値から変化して、所定期間T1の間、その値がゼロとなっても、図13(b)に実線で示すように、外部磁界としてAMR素子21に作用する合成磁界Hdはゼロにならない。このように、本実施形態に係る電流センサ10によれば、測定精度に影響の大きい被検出電流Iaの値がゼロとなる所定期間T1において、合成磁界Hdがゼロとなるのを抑制することができ、被検出電流Iaの検出精度を従来よりも向上することができる。   In contrast, in the present embodiment, a bias magnet 13 that generates a bias magnetic field Hc is provided separately from the electromagnet 14 as in the first embodiment. The bias magnet 13 always generates a bias magnetic field Hc having a magnetic field component parallel to the direction of the detected magnetic field Ha during measurement of the detected current Ia. Thus, the external magnetic field acting on the AMR element 21 is offset by the amount of the bias magnetic field Hc. Therefore, even if the value of the detected current Ia indicated by the solid line in FIG. 13A changes from, for example, a positive value and becomes zero during the predetermined period T1, the solid line in FIG. As shown, the combined magnetic field Hd acting on the AMR element 21 as an external magnetic field does not become zero. As described above, according to the current sensor 10 according to the present embodiment, it is possible to suppress the composite magnetic field Hd from becoming zero in the predetermined period T1 in which the value of the detected current Ia that greatly affects the measurement accuracy is zero. In addition, the detection accuracy of the detected current Ia can be improved as compared with the conventional case.

また、本実施形態では、図13(b)に示すように、上記した所定期間T1に限らず、外部磁界である合成磁界Hdの値がゼロとならないように、バイアス磁石13を設定している。詳しくは、被検出電流Iaが、−Y[A]〜+X[A]の範囲で変化するため、AMR素子21に作用するバイアス磁界Hcの磁束密度の絶対値が、被検出電流Iaが取り得る下限値(−Y[A])に相当する磁束密度の絶対値よりも大きくなるように、バイアス磁石13を設定している。このため、被検出電流Iaの測定範囲において、合成磁界Hdがゼロとならず、一方の極性内のみで変化する。したがって、被検出電流Iaの値によらず、被検出電流Iaを精度良く検出することができる。   In the present embodiment, as shown in FIG. 13B, the bias magnet 13 is set so that the value of the combined magnetic field Hd, which is an external magnetic field, is not limited to the predetermined period T1, as described above. . Specifically, since the detected current Ia changes in the range of −Y [A] to + X [A], the detected current Ia can take the absolute value of the magnetic flux density of the bias magnetic field Hc acting on the AMR element 21. The bias magnet 13 is set so as to be larger than the absolute value of the magnetic flux density corresponding to the lower limit value (−Y [A]). For this reason, in the measurement range of the detected current Ia, the composite magnetic field Hd does not become zero but changes only within one polarity. Therefore, the detected current Ia can be accurately detected regardless of the value of the detected current Ia.

さらに、本実施形態では、AMR素子21上における、バイアス磁界Hcのy方向の磁界成分の磁束密度の絶対値が、AMR素子21を構成する磁性膜の残留磁束密度の絶対値と、被検出電流Iaが取り得る下限値(−Y[A])に相当する磁束密度の絶対値との和よりも大きくなるように、バイアス磁石13を設定している。これにより、図13(a)に実線で示す被検出電流Iaが、例えば正の値から所定期間T1の間ゼロとなっても、図13(b)に実線で示す、外部磁界としての合成磁界Hdは、所定期間T1において、磁気ヒステリシスの影響が無い値をとる。このように、所定期間T1において、磁気ヒステリシスの影響がなくなるため、被検出電流Iaを精度良く検出することができる。なお、図13(b)に示す一点鎖線は、磁気ヒステリシスを生じる磁界の上限値であり、一点鎖線から磁界がゼロまでの領域において、残留磁化による磁気ヒステリシスが生じる。   Further, in this embodiment, the absolute value of the magnetic flux density of the magnetic field component in the y direction of the bias magnetic field Hc on the AMR element 21 is the absolute value of the residual magnetic flux density of the magnetic film constituting the AMR element 21 and the detected current. The bias magnet 13 is set so as to be larger than the sum of the absolute value of the magnetic flux density corresponding to the lower limit value (−Y [A]) that Ia can take. Thereby, even if the detected current Ia indicated by the solid line in FIG. 13A becomes zero for a predetermined period T1, for example, from a positive value, the combined magnetic field as the external magnetic field indicated by the solid line in FIG. Hd takes a value that is not affected by magnetic hysteresis in the predetermined period T1. Thus, since the influence of the magnetic hysteresis is eliminated during the predetermined period T1, the detected current Ia can be detected with high accuracy. Note that the alternate long and short dash line shown in FIG. 13B is the upper limit of the magnetic field that generates magnetic hysteresis, and magnetic hysteresis due to residual magnetization occurs in the region from the alternate long and short dash line to the magnetic field of zero.

(第4実施形態)
本実施形態において、上記実施形態に示した電流センサ10と共通する部分についての説明は割愛する。第3実施形態では、被検出電流Iaの測定範囲が、−Y[A]〜+X[A]である場合において、バイアス磁石13は、合成磁界Hdがゼロとならず、且つ、同一極性内で変化するようなバイアス磁界Hcを発生する例を示した。これに対し、本実施形態では、合成磁界Hdが瞬間的にゼロの値をとるように、バイアス磁石13が設定される。
(Fourth embodiment)
In the present embodiment, description of portions common to the current sensor 10 shown in the above embodiment is omitted. In the third embodiment, when the measurement range of the detected current Ia is −Y [A] to + X [A], the bias magnet 13 does not have a composite magnetic field Hd of zero and is within the same polarity. An example of generating a bias magnetic field Hc that changes is shown. On the other hand, in the present embodiment, the bias magnet 13 is set so that the combined magnetic field Hd instantaneously takes a zero value.

上記したように、電磁石14とは別にバイアス磁石13を設けると、バイアス磁界Hcの分、AMR素子21に作用する外部磁界がオフセットされる。したがって、測定精度に影響の大きい被検出電流Iaの値がゼロとなる所定期間T1において、合成磁界Hdがゼロとなるのを抑制することができる。すなわち、被検出電流Iaの検出精度を従来よりも向上することができる。   As described above, when the bias magnet 13 is provided separately from the electromagnet 14, the external magnetic field acting on the AMR element 21 is offset by the bias magnetic field Hc. Therefore, it is possible to suppress the composite magnetic field Hd from becoming zero in the predetermined period T1 in which the value of the detected current Ia that greatly affects the measurement accuracy is zero. That is, the detection accuracy of the detected current Ia can be improved as compared with the conventional case.

また、本実施形態では、AMR素子21上における、バイアス磁界Hcのy方向の磁界成分の磁束密度の絶対値が、AMR素子21を構成する磁性膜の残留磁束密度の絶対値よりも大きくなるように、バイアス磁石13を設定している。これにより、図14(a)に実線で示す被検出電流Iaが、例えば正の値から所定期間T1の間ゼロとなっても、図14(b)に実線で示す、外部磁界としての合成磁界Hdは、所定期間T1において、磁気ヒステリシスの影響が無い値をとる。このように、所定期間T1において、磁気ヒステリシスの影響がなくなるため、被検出電流Iaを精度良く検出することができる。なお、図14(b)に示す一点鎖線は、磁気ヒステリシスを生じる磁界の上限値であり、一点鎖線から磁界がゼロまでの領域において、残留磁化による磁気ヒステリシスが生じる。   In the present embodiment, the absolute value of the magnetic flux density of the magnetic field component in the y direction of the bias magnetic field Hc on the AMR element 21 is made larger than the absolute value of the residual magnetic flux density of the magnetic film constituting the AMR element 21. In addition, a bias magnet 13 is set. Thereby, even if the detected current Ia indicated by the solid line in FIG. 14A becomes zero for a predetermined period T1, for example, from a positive value, the combined magnetic field as an external magnetic field indicated by the solid line in FIG. Hd takes a value that is not affected by magnetic hysteresis in the predetermined period T1. Thus, since the influence of the magnetic hysteresis is eliminated during the predetermined period T1, the detected current Ia can be detected with high accuracy. Note that the alternate long and short dash line shown in FIG. 14B is the upper limit of the magnetic field that generates magnetic hysteresis, and magnetic hysteresis due to residual magnetization occurs in the region from the alternate long and short dash line to the magnetic field of zero.

また、本実施形態では、第3実施形態に較べてバイアス磁石13によるオフセット量が小さいため、図14(b)に示すように、合成磁界Hdが瞬間的にゼロとなる。しかしながら、被検出電流Iaは、ゼロ以外の値において連続的に変化しており、合成磁界Hdがゼロとなっても瞬間的である。すなわち、被検出電流Iaの値がゼロの所定期間に較べて、合成磁界(Hd)がゼロとなる期間のほうが短い。このため、残留磁化による相殺電流の誤差を、従来に較べて抑制することができる。   Further, in this embodiment, since the offset amount by the bias magnet 13 is smaller than that in the third embodiment, the composite magnetic field Hd instantaneously becomes zero as shown in FIG. However, the detected current Ia continuously changes at a value other than zero, and is instantaneous even when the combined magnetic field Hd becomes zero. That is, the period in which the combined magnetic field (Hd) is zero is shorter than the predetermined period in which the value of the detected current Ia is zero. For this reason, the error of the cancellation current due to the residual magnetization can be suppressed as compared with the conventional case.

(第5実施形態)
本実施形態において、上記実施形態に示した電流センサ10と共通する部分についての説明は割愛する。上記実施形態では、磁気検出素子として、AMR素子21を用いる例を示した。これに対し、本実施形態では、磁気検出素子として、スピンバルブ型の巨大磁気抵抗効果素子(以下、単にGMR素子と示す)、又は、トンネル磁気抵抗効果素子(以下、単にTMR素子と示す)を用いる点を特徴とする。
(Fifth embodiment)
In the present embodiment, description of portions common to the current sensor 10 shown in the above embodiment is omitted. In the above embodiment, an example in which the AMR element 21 is used as the magnetic detection element has been described. In contrast, in the present embodiment, a spin valve type giant magnetoresistive element (hereinafter simply referred to as a GMR element) or a tunnel magnetoresistive element (hereinafter simply referred to as a TMR element) is used as the magnetic detection element. It is characterized in that it is used.

図15は、電流センサ10のうち、センサチップ12周辺を拡大した断面図である。なお、センサチップ12に形成された磁気検出素子が異なる以外は、第1実施形態(図1及び図2参照)と同じ構成となっている。   FIG. 15 is an enlarged cross-sectional view around the sensor chip 12 in the current sensor 10. The configuration is the same as that of the first embodiment (see FIGS. 1 and 2) except that the magnetic detection elements formed on the sensor chip 12 are different.

図15に示す例では、センサチップ12にGMR素子50が設けられている。GMR素子50は、図15に示すように、バスバー11(ベース16)側から、反強磁性層51、固定層52、非磁性層53、フリー層54、保護層55の順に積層されてなる。   In the example shown in FIG. 15, the GMR element 50 is provided on the sensor chip 12. As shown in FIG. 15, the GMR element 50 is formed by laminating an antiferromagnetic layer 51, a fixed layer 52, a nonmagnetic layer 53, a free layer 54, and a protective layer 55 in this order from the bus bar 11 (base 16) side.

反強磁性層51は、例えばIrMnを用いて形成されており、その結晶配向性を向上させるために、図示しない下地層上に形成されている。固定層52(ピン層とも言う)は、例えばCoFeからなる固定磁性層間に、例えばRuからなる非磁性中間層を配置してなる積層フェリ構造を有している。非磁性層53は、導電性を有する例えばCuを用いて形成され、フリー層54は、例えばCoFeとNiFeの積層で形成されている。また、保護層55は、Taを用いて形成されている。なお、GMR素子50の構成としては、上記例に限定されるものではない。固定層52、非磁性層53、及びフリー層54を有すれば良い。固定層52も、積層フェリ構造に限定されるものではない。   The antiferromagnetic layer 51 is formed using, for example, IrMn, and is formed on a base layer (not shown) in order to improve the crystal orientation. The fixed layer 52 (also referred to as a pinned layer) has a laminated ferrimagnetic structure in which a nonmagnetic intermediate layer made of, for example, Ru is disposed between fixed magnetic layers made of, for example, CoFe. The nonmagnetic layer 53 is formed using, for example, Cu having conductivity, and the free layer 54 is formed of, for example, a laminate of CoFe and NiFe. The protective layer 55 is formed using Ta. The configuration of the GMR element 50 is not limited to the above example. It is only necessary to have the fixed layer 52, the nonmagnetic layer 53, and the free layer 54. The fixed layer 52 is not limited to the laminated ferrimagnetic structure.

なお、非磁性層53が、Alなどの絶縁材料を用いて形成されると、TMR素子となる。TMR素子の場合は、電流を積層膜に対して垂直方向に流すように電極を形成する必要があるが、磁気抵抗効果素子としてはGMR素子50と基本的に同じである。 When the nonmagnetic layer 53 is formed using an insulating material such as Al 2 O 3 , a TMR element is obtained. In the case of a TMR element, it is necessary to form an electrode so that a current flows in a direction perpendicular to the laminated film, but the magnetoresistive element is basically the same as the GMR element 50.

周知の通り、固定層52の磁化方向は、所定方向に固定されている。一方、フリー層54の磁化方向は固定されておらず、外部磁界Hdによって磁化変動可能となっている。そしてフリー層54の磁化方向が、外部磁界Hdに対して変動することで、固定層52の磁化方向との関係で電気抵抗値が変動する。   As is well known, the magnetization direction of the fixed layer 52 is fixed in a predetermined direction. On the other hand, the magnetization direction of the free layer 54 is not fixed, and the magnetization can be changed by the external magnetic field Hd. As the magnetization direction of the free layer 54 varies with respect to the external magnetic field Hd, the electric resistance value varies with the magnetization direction of the fixed layer 52.

固定層52の磁化方向とフリー層54の磁化方向が反平行となると、電気抵抗値が最大となる。一方、固定層52の磁化方向とフリー層54の磁化方向が平行となると、電気抵抗値が最小となる。図16は、磁界強度と抵抗値変化率との関係を示す。なお、図中において、実線がGMR素子50であり、破線がTMR素子を示している。GMR素子50,TMR素子いずれも、固定層52の磁化方向とフリー層54の磁化方向が平行の場合、抵抗値変化率は正の値となり、固定層52の磁化方向とフリー層54の磁化方向が反平行の場合、抵抗値変化率は負の値となる。そして、図示しないが、第1実施形態に示すAMR素子21同様、残留磁化による磁気ヒステリシスが生じる。   When the magnetization direction of the fixed layer 52 and the magnetization direction of the free layer 54 are antiparallel, the electric resistance value is maximized. On the other hand, when the magnetization direction of the fixed layer 52 and the magnetization direction of the free layer 54 are parallel, the electric resistance value is minimized. FIG. 16 shows the relationship between the magnetic field strength and the resistance value change rate. In the figure, the solid line indicates the GMR element 50 and the broken line indicates the TMR element. In both the GMR element 50 and the TMR element, when the magnetization direction of the fixed layer 52 and the magnetization direction of the free layer 54 are parallel, the resistance value change rate becomes a positive value, and the magnetization direction of the fixed layer 52 and the magnetization direction of the free layer 54 Is antiparallel, the resistance value change rate is a negative value. Although not shown, magnetic hysteresis due to residual magnetization occurs as in the AMR element 21 shown in the first embodiment.

本実施形態において、磁気検出素子としてのGMR素子50は、図17に示すように、4つのGMR素子50a〜50dを有している。これらGMR素子50a〜50dは、それぞれ別のセンサチップ12に形成されても良いし、1チップに集積されても良い。   In the present embodiment, a GMR element 50 as a magnetic detection element has four GMR elements 50a to 50d as shown in FIG. These GMR elements 50a to 50d may be formed on separate sensor chips 12, or may be integrated on one chip.

4つのGMR素子50a〜50dのうち、第1GMR素子50aを高電位側、第2GMR素子50bを低電位側として第1ハーフブリッジが形成されている。また、第3GMR素子50cを高電位側、第4GMR素子50dを低電位側として第2ハーフブリッジが形成されている。そして、これらハーフブリッジによりフルブリッジ構成の外部磁界検出回路が形成されている。   Of the four GMR elements 50a to 50d, a first half bridge is formed with the first GMR element 50a on the high potential side and the second GMR element 50b on the low potential side. A second half bridge is formed with the third GMR element 50c as the high potential side and the fourth GMR element 50d as the low potential side. These half bridges form an external magnetic field detection circuit having a full bridge configuration.

4つのGMR素子50a〜50dは、各固定層52の磁化方向が、被検出磁界Ha(合成磁界Hd)と平行となり、且つ、第1GMR素子50a及び第4GMR素子50dにおける固定層52の磁化方向と、第2GMR素子50b及び第3GMR素子50cにおける固定層52の磁化方向とが逆方向となるように設けられている。   In the four GMR elements 50a to 50d, the magnetization direction of each fixed layer 52 is parallel to the detected magnetic field Ha (synthetic magnetic field Hd), and the magnetization direction of the fixed layer 52 in the first GMR element 50a and the fourth GMR element 50d In addition, the magnetization direction of the fixed layer 52 in the second GMR element 50b and the third GMR element 50c is provided in the opposite direction.

本実施形態では、図17に示すように、全てのGMR素子50a〜50dは、xy面に沿う平面形状が長方形となっている。なお、長方形(矩形)以外にも、例えばミアンダ形状とすることもできる。そして、平面長方形のGMR素子50a〜50dは、その長手方向が互いに平行となるように形成されており、長手方向、すなわち自身の電流の流れ方向がy方向に略平行となるように、センサチップ12がバスバー11に配置されている。このため、センサチップ12のGMR素子50a〜50dに作用する合成磁界Hdは、固定層52の磁化方向に対して平行、若しくは、反平行となる。   In the present embodiment, as shown in FIG. 17, all the GMR elements 50a to 50d have a rectangular planar shape along the xy plane. In addition to the rectangle (rectangle), for example, a meander shape may be used. The planar rectangular GMR elements 50a to 50d are formed so that their longitudinal directions are parallel to each other, and the longitudinal direction, that is, the current flow direction of the sensor chip is substantially parallel to the y direction. 12 is arranged on the bus bar 11. For this reason, the combined magnetic field Hd acting on the GMR elements 50 a to 50 d of the sensor chip 12 is parallel or antiparallel to the magnetization direction of the fixed layer 52.

第1GMR素子50aと第4GMR素子50dの固定層52の磁化方向とフリー層54の磁化方向Fは反平行となり、抵抗値は最大となる。また、第2GMR素子50bと第3GMR素子50cの固定層52の磁化方向とフリー層54の磁化方向は平行となり、抵抗値は最小となる。その結果、図17に示す外部磁界検出回路の中点電位V1,V2に差が生じる。したがって、第1実施形態に示した電流検出型の回路構成(図6参照)、電圧検出型の回路構成(図9参照)により、相殺電流、ひいては被検出電流Iaを検出することができる。   The magnetization direction of the fixed layer 52 and the magnetization direction F of the free layer 54 of the first GMR element 50a and the fourth GMR element 50d are antiparallel, and the resistance value is maximized. Further, the magnetization direction of the fixed layer 52 of the second GMR element 50b and the third GMR element 50c is parallel to the magnetization direction of the free layer 54, and the resistance value is minimized. As a result, a difference occurs in the midpoint potentials V1 and V2 of the external magnetic field detection circuit shown in FIG. Therefore, the canceling current and thus the detected current Ia can be detected by the current detection type circuit configuration (see FIG. 6) and the voltage detection type circuit configuration (see FIG. 9) shown in the first embodiment.

このように本実施形態によっても、第1実施形態と同様の効果を奏することができる。また、第1実施形態の変形例、第3実施形態、第4実施形態に示した構成を適用することもできる。   Thus, the present embodiment can achieve the same effects as those of the first embodiment. Moreover, the structure shown in the modification of 1st Embodiment, 3rd Embodiment, and 4th Embodiment is also applicable.

以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は上述した実施形態になんら制限されることなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲において、種々変形して実施することが可能である。   The preferred embodiments of the present invention have been described above. However, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention.

上記実施形態では、樹脂製のベース16がバスバー11に接着固定され、ベース16に、バスバー11以外の電流センサ10の構成要素、具体的には、センサチップ12、バイアス磁石13、電磁石14、回路チップ15が接着固定される。そして、ケース17により保護される例を示した。しかしながら、バスバー11への、センサチップ12、バイアス磁石13、電磁石14、回路チップ15の配置は、上記例に限定されるものではない。例えば、図18(a)に示す例では、ベース16にセンサチップ12、バイアス磁石13、電磁石14、回路チップ15が接着固定された状態で、バスバー11及びセンサチップ12、バイアス磁石13、電磁石14、回路チップ15が、モールド樹脂60により被覆されている。一方、図18(b)に示す例では、ベース16にセンサチップ12、バイアス磁石13、電磁石14、回路チップ15が接着固定された状態で、螺子61を用いた締結により、ベース16がバスバー11に固定されている。   In the above embodiment, the resin base 16 is bonded and fixed to the bus bar 11, and the components of the current sensor 10 other than the bus bar 11, specifically, the sensor chip 12, the bias magnet 13, the electromagnet 14, and the circuit are fixed to the base 16. The chip 15 is bonded and fixed. And the example protected by case 17 was shown. However, the arrangement of the sensor chip 12, the bias magnet 13, the electromagnet 14, and the circuit chip 15 on the bus bar 11 is not limited to the above example. For example, in the example shown in FIG. 18A, the bus bar 11, the sensor chip 12, the bias magnet 13, and the electromagnet 14 with the sensor chip 12, the bias magnet 13, the electromagnet 14, and the circuit chip 15 being bonded and fixed to the base 16. The circuit chip 15 is covered with the mold resin 60. On the other hand, in the example shown in FIG. 18B, the base 16 is connected to the bus bar 11 by fastening with the screw 61 in a state where the sensor chip 12, the bias magnet 13, the electromagnet 14, and the circuit chip 15 are bonded and fixed to the base 16. It is fixed to.

上記実施形態では、電磁石14が、導線を巻回してなるコイル30と、軟磁性のコア31を有する例を示した。しかしながら、コイル30として、空芯コイルや薄膜コイルを採用しても良い。空芯コイルの場合、例えば図19(a)に示すように、コイル30内にセンサチップ12が配置された構成としても良い。これにより、電流センサ10の体格を小型化することができる。   In the said embodiment, the electromagnet 14 showed the example which has the coil 30 formed by winding conducting wire, and the soft-magnetic core 31. FIG. However, an air core coil or a thin film coil may be adopted as the coil 30. In the case of an air-core coil, for example, as shown in FIG. 19A, the sensor chip 12 may be arranged in the coil 30. Thereby, the physique of the current sensor 10 can be reduced in size.

上記実施形態では、柱状のバイアス磁石13の例を示した。しかしながら、筒状のバイアス磁石13を採用することもできる。例えば図19(b)に示すように、バイアス磁石13の筒状内部に、センサチップ12が配置された構成としても良い。また、バイアス磁石13の筒状内部に電磁石14が配置された構成としても良い。いずれにおいても、電流センサ10の体格を小型化することができる。   In the above embodiment, an example of the columnar bias magnet 13 has been shown. However, a cylindrical bias magnet 13 can also be employed. For example, as shown in FIG. 19B, the sensor chip 12 may be arranged inside the cylindrical shape of the bias magnet 13. Further, the electromagnet 14 may be disposed inside the cylindrical shape of the bias magnet 13. In any case, the size of the current sensor 10 can be reduced.

上記実施形態では、センサチップ12の一面12a上において、被検出磁界Haとバイアス磁界Hcとが略平行となるように、柱状のバイアス磁石13のうち、着磁された端面に対して垂直な側面の1つが、ベース16に接着固定される例を示した。しかしながら、バイアス磁石13の配置は上記例に限定されるものではない。バイアス磁界Hcが、センサチップ12の一面12a上において、被検出磁界Haと略平行(反平行も含む)な成分を有すれば良い。例えば図19(c)に示すように、バスバー11の一面11aに対して斜めに配置されても良い。   In the above embodiment, the side surface perpendicular to the magnetized end surface of the columnar bias magnet 13 so that the detected magnetic field Ha and the bias magnetic field Hc are substantially parallel on the one surface 12a of the sensor chip 12. One of these is shown as an example of being bonded and fixed to the base 16. However, the arrangement of the bias magnet 13 is not limited to the above example. The bias magnetic field Hc only needs to have a component substantially parallel (including antiparallel) to the detected magnetic field Ha on the one surface 12a of the sensor chip 12. For example, as shown in FIG. 19C, the bus bar 11 may be disposed obliquely with respect to the one surface 11a.

上記実施形態では、バイアス磁石13を1つのみ有する例を示した。しかしながら、バイアス磁石13の個数は特に限定されるものではない。例えば図20(a)に示すように、センサチップ12及び電磁石14を挟むように、2つのバイアス磁石13a,13bを設けても良い。なお、図20に示す例では、バイアス磁石13aのセンサチップ12側の端面がN極に着磁され、バイアス磁石13bのセンサチップ12側の端面がS極に着磁されている。これにより、バイアス磁石13の発生磁界(バイアス磁界)をより強くすることができる。   In the above embodiment, an example in which only one bias magnet 13 is provided has been described. However, the number of bias magnets 13 is not particularly limited. For example, as shown in FIG. 20A, two bias magnets 13 a and 13 b may be provided so as to sandwich the sensor chip 12 and the electromagnet 14. In the example shown in FIG. 20, the end face on the sensor chip 12 side of the bias magnet 13a is magnetized to the N pole, and the end face on the sensor chip 12 side of the bias magnet 13b is magnetized to the S pole. Thereby, the magnetic field (bias magnetic field) generated by the bias magnet 13 can be made stronger.

また、電磁石14(コイル30)についても、その個数は1つに限定されない。例えば図20(b)に示すように、センサチップ12を挟むように、2つの電磁石14a,14bを設けても良い。これにより、電磁石14の発生磁界をより強くすることができる。なお、2つの電磁石14a,14bのコア31を一直線上に配置すると、磁気検出素子に対して、実質的に垂直な相殺磁界を印加することができる。   Further, the number of electromagnets 14 (coils 30) is not limited to one. For example, as shown in FIG. 20B, two electromagnets 14a and 14b may be provided so as to sandwich the sensor chip 12. Thereby, the magnetic field generated by the electromagnet 14 can be made stronger. When the cores 31 of the two electromagnets 14a and 14b are arranged on a straight line, a substantially perpendicular canceling magnetic field can be applied to the magnetic detection element.

上記実施形態では、磁気検出素子を有するセンサチップ12とは別に、回路チップ15を有する例を示した。しかしながら、センサチップ12に形成される磁気検出素子と、回路チップ15の処理回路が、1チップに集積化されてもよい。   In the above embodiment, an example in which the circuit chip 15 is provided separately from the sensor chip 12 having the magnetic detection element has been described. However, the magnetic detection element formed on the sensor chip 12 and the processing circuit of the circuit chip 15 may be integrated on one chip.

上記実施形態では、センサチップ12、バイアス磁石13、電磁石14、回路チップ15が、バスバー11に固定されており、バスバー11を電流センサ10の構成要素とする例を示した。しかしながら、電流センサ10としては、センサチップ12、バイアス磁石13、電磁石14、及び回路チップ15を有せば良い。   In the above embodiment, the sensor chip 12, the bias magnet 13, the electromagnet 14, and the circuit chip 15 are fixed to the bus bar 11, and the example in which the bus bar 11 is a constituent element of the current sensor 10 has been shown. However, the current sensor 10 may include the sensor chip 12, the bias magnet 13, the electromagnet 14, and the circuit chip 15.

上記実施形態では、バスバー11を平板状としたが、バスバー11の形状は上記例に限定されるものではない。例えば、丸棒その他の形状としても良い。   In the said embodiment, although the bus-bar 11 was made into flat form, the shape of the bus-bar 11 is not limited to the said example. For example, it may be a round bar or other shapes.

10・・・電流センサ装置(磁気平衡式電流センサ)
11・・・バスバー
11a・・・一面
12・・・センサチップ
12a・・・素子形成面
13,13a,13b・・・バイアス磁石
14,14a,14b・・・電磁石
15・・・回路チップ
116・・・ベース
17・・・ケース
18・・・ボンディングワイヤ
19・・・リード
20・・・基板
21,21a〜21d・・・AMR素子(異方性磁気抵抗効果素子)
22a・・・電源パッド
22b・・・グランドパッド
22c,22d・・・出力パッド
23a〜23c・・・固定抵抗
24・・・磁気シールド
30・・・コイル
31・・・ボビン
40・・・オペアンプ(供給手段)
41・・・定電流源
42・・・検出抵抗
43・・・差動増幅回路
44・・・オペアンプ
45〜48・・・抵抗
49・・・定電圧源
50,50a〜50d・・・磁気検出素子(スピンバルブ型GMR素子、TMR素子)
51・・・反強磁性層
52・・・固定層
53・・・非磁性層
54・・・フリー層
55・・・保護層
60・・・モールド樹脂
61・・・螺子
100・・・電流計
Ia・・・被検出電流
Ha・・・被検出磁界
Hb・・・相殺磁界
Hc・・・バイアス磁界
Hd・・・合成磁界
10 ... Current sensor device (magnetically balanced current sensor)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 ... Bus bar 11a ... One side 12 ... Sensor chip 12a ... Element formation surface 13, 13a, 13b ... Bias magnet 14, 14a, 14b ... Electromagnet 15 ... Circuit chip 116- .... Base 17 ... Case 18 ... Bonding wire 19 ... Lead 20 ... Substrate 21, 21a-21d ... AMR element (anisotropic magnetoresistive element)
22a ... power supply pad 22b ... ground pads 22c, 22d ... output pads 23a-23c ... fixed resistor 24 ... magnetic shield 30 ... coil 31 ... bobbin 40 ... operational amplifier ( Supply means)
41 ... constant current source 42 ... detection resistor 43 ... differential amplifier circuit 44 ... operational amplifier 45-48 ... resistor 49 ... constant voltage source 50, 50a-50d ... magnetic detection Element (spin valve type GMR element, TMR element)
51 ... Antiferromagnetic layer 52 ... Fixed layer 53 ... Nonmagnetic layer 54 ... Free layer 55 ... Protective layer 60 ... Mold resin 61 ... Screw 100 ... Ammeter Ia: Detected current Ha ... Detected magnetic field Hb ... Canceling magnetic field Hc ... Bias magnetic field Hd ... Synthetic magnetic field

Claims (15)

バスバー(11)に流れる被検出電流(Ia)が形成する被検出磁界(Ha)に応じて出力が変化するように、前記バスバー(11)の一面(11a)上に設けられた磁気検出素子(21,50)と、
前記バスバー(11)の一面(11a)上に設けられ、前記磁気検出素子(21,50)に作用する被検出磁界(Ha)を相殺するための相殺磁界(Hb)を発生する電磁石(14)と、
前記相殺磁界(Hb)を形成するための相殺電流を前記電磁石(14)に供給する供給手段(40)と、を備え、
前記相殺電流に基づいて、前記バスバー(11)に流れる被検出電流(Ia)を検出する磁気平衡式電流センサであって、
前記磁気検出素子(21,50)は、磁性体金属を用いて形成された磁性膜を有する磁気抵抗効果素子であり、
前記バスバー(11)の一面(11a)上に設けられ、前記磁気検出素子(21,50)に作用する被検出磁界(Ha)の向きと平行な磁界成分を有し、該磁界成分の向き及び大きさが一定のバイアス磁界(Hc)を発生するバイアス磁石(13)を備え、
前記電磁石(14)は、前記相殺磁界(Hb)として、前記被検出磁界(Ha)と前記バイアス磁界(Hc)との合成磁界(Hd)を相殺する磁界を生じることを特徴とする磁気平衡式電流センサ。
Magnetic detecting elements (on the one surface (11a) of the bus bar (11) so that the output changes according to the detected magnetic field (Ha) formed by the detected current (Ia) flowing through the bus bar (11). 21, 50)
An electromagnet (14) which is provided on one surface (11a) of the bus bar (11) and generates a canceling magnetic field (Hb) for canceling the detected magnetic field (Ha) acting on the magnetic detection elements (21, 50). When,
Supply means (40) for supplying a canceling current for forming the canceling magnetic field (Hb) to the electromagnet (14),
A magnetic balance type current sensor for detecting a detected current (Ia) flowing through the bus bar (11) based on the offset current;
The magnetic detection element (21, 50) is a magnetoresistive effect element having a magnetic film formed using a magnetic metal,
A magnetic field component provided on one surface (11a) of the bus bar (11) and parallel to the direction of the detected magnetic field (Ha) acting on the magnetic detection elements (21, 50); A bias magnet (13) for generating a bias magnetic field (Hc) having a constant magnitude;
The electromagnet (14) generates a magnetic field that cancels a combined magnetic field (Hd) of the detected magnetic field (Ha) and the bias magnetic field (Hc) as the canceling magnetic field (Hb). Current sensor.
前記バイアス磁石(13)は、前記合成磁界(Hd)がゼロとならず、且つ、同一極性内で変化するようなバイアス磁界(Hc)を発生することを特徴とする請求項1に記載の磁気平衡式電流センサ。   The magnetism according to claim 1, wherein the bias magnet (13) generates a bias magnetic field (Hc) in which the combined magnetic field (Hd) does not become zero and changes within the same polarity. Balanced current sensor. 前記被検出電流(Ia)は、同一極性内で変化し、
前記磁気検出素子(21,50)に作用するバイアス磁界(Hc)の磁束密度の絶対値が、前記磁気検出素子(21,50)を構成する磁性膜の残留磁束密度の絶対値よりも大きいことを特徴とする請求項2に記載の磁気平衡式電流センサ。
The detected current (Ia) varies within the same polarity,
The absolute value of the magnetic flux density of the bias magnetic field (Hc) acting on the magnetic detection element (21, 50) is larger than the absolute value of the residual magnetic flux density of the magnetic film constituting the magnetic detection element (21, 50). The magnetic balanced current sensor according to claim 2.
前記被検出電流(Ia)の極性は、プラスとマイナスに変化し、
前記磁気検出素子(21,50)に作用するバイアス磁界(Hc)の磁束密度の絶対値が、前記磁気検出素子(21,50)を構成する磁性膜の残留磁束密度の絶対値と、前記被検出電流(Ia)が取り得る下限値に相当する磁束密度の絶対値との和よりも大きいことを特徴とする請求項2に記載の磁気平衡式電流センサ。
The polarity of the detected current (Ia) changes between plus and minus,
The absolute value of the magnetic flux density of the bias magnetic field (Hc) acting on the magnetic detection element (21, 50) is the absolute value of the residual magnetic flux density of the magnetic film constituting the magnetic detection element (21, 50), The magnetic balance type current sensor according to claim 2, wherein the detected current (Ia) is larger than a sum of absolute values of magnetic flux densities corresponding to a lower limit value that can be taken.
前記被検出電流(Ia)の極性は、プラスとマイナスに変化し、
前記磁気検出素子(21,50)に作用するバイアス磁界(Hc)の磁束密度の絶対値が、前記磁気検出素子(21,50)を構成する磁性膜の残留磁束密度の絶対値よりも大きいことを特徴とする請求項1に記載の磁気平衡式電流センサ。
The polarity of the detected current (Ia) changes between plus and minus,
The absolute value of the magnetic flux density of the bias magnetic field (Hc) acting on the magnetic detection element (21, 50) is larger than the absolute value of the residual magnetic flux density of the magnetic film constituting the magnetic detection element (21, 50). The magnetic balanced current sensor according to claim 1.
前記磁気検出素子は、異方性磁気抵抗効果素子(21)を有することを特徴とする請求項1〜5いずれか1項に記載の磁気平衡式電流センサ。   The magnetic balance type current sensor according to claim 1, wherein the magnetic detection element includes an anisotropic magnetoresistive element (21). 前記磁気検出素子(21)は、4つの異方性磁気抵抗効果素子(21a〜21d)を有し、
前記4つの異方性磁気抵抗効果素子(21a〜21d)のうち、第1異方性磁気抵抗効果素子(21a)を高電位側、第2異方性磁気抵抗効果素子(21b)を低電位側として第1ハーフブリッジが形成され、第3異方性磁気抵抗効果素子(21c)を高電位側、第4異方性磁気抵抗効果素子(21d)を低電位側として第2ハーフブリッジが形成されて、これらハーフブリッジによりフルブリッジ回路が構成され、
前記4つの異方性磁気抵抗効果素子(21a〜21d)のうち、前記第1異方性磁気抵抗効果素子(21a)及び前記第4異方性磁気抵抗効果素子(21d)は、該素子(21,24)に流れる電流の方向が前記被検出磁界(Ha)と平行となるように設けられ、前記第2異方性磁気抵抗効果素子(21b)及び前記第3異方性磁気抵抗効果素子(21c)は、該素子(22,23)に流れる電流の方向が前記被検出磁界(Ha)と垂直となるように設けられ、
前記供給手段(40)は、各ハーフブリッジの中点電位(V1,V2)の差分に基づく前記相殺電流を、前記電磁石(14)に供給することを特徴とする請求項6に記載の磁気平衡式電流センサ。
The magnetic detection element (21) has four anisotropic magnetoresistive elements (21a to 21d),
Of the four anisotropic magnetoresistive elements (21a to 21d), the first anisotropic magnetoresistive element (21a) is on the high potential side and the second anisotropic magnetoresistive element (21b) is on the low potential side. A first half bridge is formed on the side, and a second half bridge is formed with the third anisotropic magnetoresistive element (21c) on the high potential side and the fourth anisotropic magnetoresistive element (21d) on the low potential side. Then, a full bridge circuit is configured by these half bridges,
Of the four anisotropic magnetoresistive elements (21a to 21d), the first anisotropic magnetoresistive element (21a) and the fourth anisotropic magnetoresistive element (21d) are the elements ( 21, 24) and the second anisotropic magnetoresistive effect element (21 b) and the third anisotropic magnetoresistive effect element are provided so that the direction of the current flowing through the detected magnetic field (Ha) is parallel to the detected magnetic field (Ha). (21c) is provided such that the direction of the current flowing through the element (22, 23) is perpendicular to the detected magnetic field (Ha),
The magnetic balance according to claim 6, wherein the supply means (40) supplies the canceling current based on a difference between the midpoint potentials (V1, V2) of the half bridges to the electromagnet (14). Current sensor.
前記4つの異方性磁気抵抗効果素子(21a〜21d)は、同一のチップ(12)における同一面(12a)上に形成されることを特徴とする請求項7に記載の磁気平衡式電流センサ。   The magnetic balanced current sensor according to claim 7, wherein the four anisotropic magnetoresistive elements (21a to 21d) are formed on the same surface (12a) of the same chip (12). . 前記チップ(12)は、前記異方性磁気抵抗効果素子(21)の形成された一面(12a)が、前記バスバー(11)の一面(11a)と平行となるように配置されることを特徴とする請求項8に記載の磁気平衡式電流センサ。   The chip (12) is arranged such that one surface (12a) on which the anisotropic magnetoresistive element (21) is formed is parallel to one surface (11a) of the bus bar (11). The magnetic balance type current sensor according to claim 8. 前記チップ(12)は、前記異方性磁気抵抗効果素子(21)の形成された一面(12a)が、前記バスバー(11)の一面(11a)と垂直となり、且つ、前記被検出磁界(Ha)と平行となるように配置されることを特徴とする請求項8に記載の磁気平衡式電流センサ。   In the chip (12), one surface (12a) on which the anisotropic magnetoresistive element (21) is formed is perpendicular to one surface (11a) of the bus bar (11), and the detected magnetic field (Ha) The magnetic balance type current sensor according to claim 8, wherein the magnetic balance type current sensor is arranged in parallel with the current sensor. 前記磁気検出素子は、非磁性層(53)を介して、磁化方向が固定された固定層(52)の一面上に、前記合成磁界(Hd)に対して磁化方向が変動するフリー層(54)が配置された、スピンバルブ型の巨大磁気抵抗効果、又は、トンネル磁気抵抗効果を奏する磁気抵抗効果素子(50)を有することを特徴とする請求項1〜5いずれか1項に記載の磁気平衡式電流センサ。   The magnetic detection element has a free layer (54) whose magnetization direction varies with respect to the combined magnetic field (Hd) on one surface of a fixed layer (52) whose magnetization direction is fixed via a nonmagnetic layer (53). 6) a magnetoresistive effect element (50) having a spin valve type giant magnetoresistive effect or a tunnel magnetoresistive effect disposed therein. Balanced current sensor. 前記磁気検出素子(50)は、4つの磁気抵抗効果素子(50a〜50d)を有し、
前記4つの磁気抵抗効果素子(50a〜50d)のうち、第1磁気抵抗効果素子(50a)を高電位側、第2磁気抵抗効果素子(50b)を低電位側として第1ハーフブリッジが形成され、第3磁気抵抗効果素子(50c)を高電位側、第4磁気抵抗効果素子(50d)を低電位側として第2ハーフブリッジが形成されて、これらハーフブリッジによりフルブリッジ回路が構成され、
前記4つの磁気抵抗効果素子(50a〜50d)は、各固定層(52)の磁化方向が前記被検出磁界(Ha)と平行となり、且つ、前記第1磁気抵抗効果素子(50a)及び前記第4磁気抵抗効果素子(50d)における固定層(52)の磁化方向と、前記第2磁気抵抗効果素子(50b)及び前記第3磁気抵抗効果素子(50c)における固定層(52)の磁化方向とが逆方向となるように設けられ、
前記供給手段(40)は、各ハーフブリッジの中点電位(V1,V2)の差分に基づく前記相殺電流を、前記電磁石(14)に供給することを特徴とする請求項11に記載の磁気平衡式電流センサ。
The magnetic detection element (50) has four magnetoresistive elements (50a to 50d),
Of the four magnetoresistive elements (50a to 50d), the first half bridge is formed with the first magnetoresistive element (50a) as the high potential side and the second magnetoresistive element (50b) as the low potential side. A second half bridge is formed with the third magnetoresistive element (50c) on the high potential side and the fourth magnetoresistive element (50d) on the low potential side, and these half bridges form a full bridge circuit,
In the four magnetoresistive elements (50a to 50d), the magnetization direction of each fixed layer (52) is parallel to the detected magnetic field (Ha), and the first magnetoresistive element (50a) and the first magnetoresistive element (50a) The magnetization direction of the fixed layer (52) in the four magnetoresistive effect element (50d), and the magnetization direction of the fixed layer (52) in the second magnetoresistive effect element (50b) and the third magnetoresistive effect element (50c) Is provided in the opposite direction,
The magnetic balance according to claim 11, wherein the supply means (40) supplies the electromagnet (14) with the canceling current based on a difference between the midpoint potentials (V1, V2) of the half bridges. Current sensor.
前記バイアス磁石(13)は筒状をなし、筒状内部に前記磁気検出素子(21,50)が配置されていることを特徴とする請求項1〜12いずれか1項に記載の磁気平衡式電流センサ。   The magnetic balance type according to any one of claims 1 to 12, wherein the bias magnet (13) has a cylindrical shape, and the magnetic detection element (21, 50) is disposed inside the cylindrical shape. Current sensor. 前記バイアス磁石(13)は筒状をなし、筒状内部に前記電磁石(14)が配置されていることを特徴とする請求項1〜13いずれか1項に記載の磁気平衡式電流センサ。   The magnetic balance type current sensor according to any one of claims 1 to 13, wherein the bias magnet (13) has a cylindrical shape, and the electromagnet (14) is disposed inside the cylindrical shape. 前記電磁石(14)はコイル(30)を有し、
該コイル(30)内に前記磁気検出素子(21,50)が配置されていることを特徴とする請求項1〜12いずれか1項に記載の磁気平衡式電流センサ。
The electromagnet (14) has a coil (30);
The magnetic balance type current sensor according to any one of claims 1 to 12, wherein the magnetic detection element (21, 50) is disposed in the coil (30).
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