JP2019138865A - 磁気センサおよび電流センサ - Google Patents

Abstract

【課題】数十ｍＴまたはそれ以上の磁場が磁気センサに印加されても磁気抵抗効果素子の測定精度が低下しにくい磁気シールドを備える磁気センサおよび当該磁気センサを用いてなる電流センサを提供する。【解決手段】磁気抵抗効果素子１１から磁気抵抗効果素子１４と、磁気抵抗効果素子１１から磁気抵抗効果素子１４と離間配置され、被測定磁界の強度を減衰させる磁気シールド１５と、を備えており、磁気シールド１５を基準として磁気抵抗効果素子１１から磁気抵抗効果素子１４とは反対側に、磁気シールド１５の残留磁化をリセットするリセットコイル２０を有している磁気センサ１。【選択図】図１

Description

本発明は、磁気センサおよび当該磁気センサを備えた電流センサに関する。

電気自動車やハイブリッドカーにおけるモータ駆動技術などの分野や、柱状トランスなどインフラ関連の分野では、比較的大きな電流が取り扱われるため、大電流を非接触で測定することが可能な電流センサが求められている。このような電流センサとしては、被測定電流からの誘導磁界を検出する磁気センサを用いたものが知られている。磁気センサ用の磁気検出素子として、例えば、ＧＭＲ（巨大磁気抵抗効果）素子などの磁気抵抗効果素子が挙げられる。

磁気抵抗効果素子は、検出感度が高いものの、線形性高く検出可能な磁界強度範囲が比較的狭いという特徴がある。このため、特許文献１の図３に示される電流センサのように、被測定電流と磁気抵抗効果素子との間に磁気シールドを配置して、磁気抵抗効果素子に実質的に印加される誘導磁界の強度を小さくして、被測定磁界の大きさを良好な検出特性を有する磁界強度範囲内とする方法が用いられる場合がある。

このように磁気シールドを用いることによって、磁気抵抗効果素子に実質的に印加される磁界の強度を低減させて、磁界強度の測定範囲を拡げることが実現されているが、磁気シールドが磁気的なヒステリシスの原因となる場合がある。特許文献２では、磁気シールド上にハードバイアス層を設けることによりこの磁気的なヒステリシスを抑制し、磁気抵抗効果素子の出力の線形性を向上させることが実現されている。

国際公開第２０１１／１１１４９３号 国際公開第２０１１／１５５２６１号

磁気シールドに印加される磁場が数十ｍＴ程度と強い場合には、磁気シールドが軟磁性材料から構成されていても、磁気シールドに残留磁化が生じやすくなってしまう。こうして生じた磁気シールドの残留磁化に基づく磁界が磁気抵抗効果素子に印加されると、磁気抵抗効果素子の測定精度に対して、磁気抵抗効果素子のゼロ磁場ヒステリシスがマイナス側に大きくなるなどの悪影響を与えてしまうおそれがある。

本発明は、かかる現状を鑑み、磁気シールドおよび磁気抵抗効果素子を備える磁気センサであって、磁気センサに印加される磁場が大きい場合であっても、磁気抵抗効果素子の測定精度が低下しにくい磁気センサを提供することを目的とする。本発明は、かかる磁気センサを備える電流センサを提供することをも目的とする。

上記の課題を解決するために提供される本発明は、一態様において、磁気抵抗効果素子と、前記磁気抵抗効果素子と離間配置され、前記磁気抵抗効果素子に印加される被測定磁界の強度を減衰させる磁気シールドと、を備えた磁気センサであって、前記磁気シールドを基準として前記磁気抵抗効果素子とは反対側に、前記磁気シールドの残留磁化をリセットするリセットコイルを有することを特徴とする磁気センサである。このような構成を備えることにより、磁気シールドに大きな磁場が印加された場合でも磁気シールドの残留磁化をリセットして、磁気抵抗効果素子のヒステリシスを少なくすることができる。

前記リセットコイルは前記磁気シールドに隣接していることが、磁気抵抗効果素子のヒステリシスを効率的に少なくする観点から好ましい。

平面視で、前記磁気抵抗効果素子の全体が前記磁気シールドに重なることが、磁気抵抗効果素子のヒステリシスを効率的に少なくする観点から好ましい。

上記の磁気センサは、磁気平衡用コイルをさらに備え、前記磁気平衡用コイルに流れる電流に基づき前記被測定磁界の強度を測定するものであってもよい。この場合において、前記磁気平衡用コイルはスパイラルコイルであって、前記磁気抵抗効果素子と前記磁気シールドとの間に前記磁気抵抗効果素子に隣接して位置することが好ましい場合がある。

本発明は、他の一態様として、上記の磁気センサを備え、前記磁気センサは被測定電流の誘導磁界を前記被測定磁界とする電流センサを提供する。

本発明によれば、印加磁場が大きく磁気シールドに残留磁化が生じる場合であっても、リセットコイルによって磁気シールドの残留磁化をリセットして、印加された磁場の影響を抑えることができる。このため、残留磁化に基づく還流磁界による磁気抵抗効果素子への影響を抑制できる。したがって、磁気抵抗効果素子の測定精度が低下しにくい磁気センサが提供される。また、かかる磁気センサを用いてなる電流センサも提供される。

本発明の一実施形態に係る磁気センサの構造を概念的に示す平面図である。 リセットコイルの形状を示す平面図である。 図１及び図２のＶ１−Ｖ１線による断面図である。 図１及び図２のＶ２−Ｖ２線による断面図である。 磁気抵抗効果素子が備える積層構造を模式的に示す断面図である。 本発明の他の一実施形態に係る磁気センサの構造を概念的に示す平面図である。 図６のＶ３−Ｖ３線による断面図である。 磁気シールドの残留磁化をリセットする前後におけるゼロ磁場ヒステリシスの測定結果を示すグラフである。

図１は、本発明の一実施形態に係る磁気センサの構造を概念的に示す平面図である。同図では、便宜上、リセットコイルの外形を実線で表し、４つの磁気抵抗効果素子とリセットコイルとの間にある磁気シールドの外形を破線で表している。図２はリセットコイルの構造の概要を示す平面図であり、図１と同様に磁気シールドを破線で表している。図３および図４は、図１のＶ１−Ｖ１線およびＶ２−Ｖ２線での断面図である。図５は、磁気抵抗効果素子が備える積層構造を模式的に示す断面図である。

図１に示されるように、本発明の一実施形態に係る磁気センサ１は、磁気抵抗効果素子１１から磁気抵抗効果素子１４（以下、適宜、これらをまとめて「４つの磁気抵抗効果素子」という。）、磁気シールド１５およびリセットコイル２０を備える。

磁気センサ１の４つの磁気抵抗効果素子のそれぞれは、ミアンダ形状（Ｘ１−Ｘ２方向に延在する複数の長尺パターンが折り返すようにつながって構成される形状）を有する巨大磁気抵抗効果素子（ＧＭＲ素子）を備える。４つの磁気抵抗効果素子それぞれの感度軸方向Ｐは図１において矢印にて表され、磁気抵抗効果素子１１および磁気抵抗効果素子１４の感度軸方向ＰはＹ１−Ｙ２方向Ｙ１側を向き、磁気抵抗効果素子１２および磁気抵抗効果素子１３の感度軸方向ＰはＹ１−Ｙ２方向Ｙ２側を向くように設定されている。

図５に示されるように、４つの磁気抵抗効果素子（磁気抵抗効果素子１１から磁気抵抗効果素子１４）はそれぞれ、固定磁性層３１と非磁性層３２とフリー磁性層３３とが積層された構成を備えている。その抵抗値は、感度軸方向Ｐに磁化方向が固定された固定磁性層３１と、磁化方向が外部磁場によって磁化方向が変化するフリー磁性層３３との磁化の向きの相対関係により変化する。この抵抗値の変化を検知することで外部磁場の向きと強さを検知できる。

軟磁性材料で形成されるフリー磁性層３３の内部で磁壁が移動すると、バルクハウゼンノイズが発生する。そこで、磁気センサ１の出力を安定化するため、反強磁性層３４との交換結合磁界を使用したエクスチェンジバイアス磁界が４つの磁気抵抗効果素子それぞれの感度軸方向Ｐと直交する方向に与えられる。フリー磁性層３３に印加されるエクスチェンジバイアス磁界により、４つの磁気抵抗効果素子のフリー磁性層３３の磁化方向Ｂ（図１参照）を揃えることができる。なお、交換結合磁界を用いたエクスチェンジバイアス磁界に代えて、永久磁石を用いてハードバイアス磁界をフリー磁性層３３に印加してもよい。

図１に示すように、入力端子５ａに接続される配線５は磁気抵抗効果素子１１の一端に接続され、磁気抵抗効果素子１１の他端と磁気抵抗効果素子１２の一端とが直列に接続されて、磁気抵抗効果素子１２の他端が配線６を介してグランド端子６ａに接続される。入力端子５ａに接続される配線５は途中で分岐して磁気抵抗効果素子１３の一端にも接続され、磁気抵抗効果素子１３の他端と磁気抵抗効果素子１４の一端とが直列に接続されて、磁気抵抗効果素子１４の他端が配線６を介してグランド端子６ａに接続される。第１の中点電位測定用端子７ａは磁気抵抗効果素子１１の他端と磁気抵抗効果素子１２の一端との間に配線７により接続され、第２の中点電位測定用端子８ａは磁気抵抗効果素子１３の他端と磁気抵抗効果素子１４の一端との間に配線８により接続される。第１の中点電位測定用端子７ａの電位と第２の中点電位測定用端子８ａの電位とを対比することにより、電流線４０を流れる被測定電流Ｉｏの誘導磁界（被測定磁界）の強度および向きを測定することができる。

図３は、図１及び図２のＶ１−Ｖ１線による断面図である。図３は磁気抵抗効果素子１１のミアンダ形状を構成する複数の長尺パターンの長軸方向（Ｘ１−Ｘ２方向）に沿った方向を法線とする面で磁気センサ１を切断して得られる断面図である。同図では、便宜上、ミアンダ形状を有する磁気抵抗効果素子１１を矩形で示している。この断面内方向の１つであるＹ１−Ｙ２方向が磁気抵抗効果素子１１の感度軸方向Ｐ（Ｙ１−Ｙ２方向Ｙ１側の向き）である。磁気抵抗効果素子１１は、基板２９上に形成され、絶縁材料（アルミナ、窒化ケイ素などが具体例として挙げられる。）からなる絶縁層ＩＭによって覆われている。
磁気シールド１５は、磁気抵抗効果素子１１の上（Ｚ１−Ｚ２方向Ｚ１側）に磁気抵抗効果素子１１から離間して配置される。磁気シールド１５と磁気抵抗効果素子１１との離間距離は、間に位置する絶縁層ＩＭの厚さによって調整される。

本発明の一実施形態に係る磁気センサ１では、磁気シールド１５は、４つの磁気抵抗効果素子に印加される被測定磁界の強度を減衰させるものである。図１および図２に示されるように、磁気シールド１５は、平面視で（Ｚ１−Ｚ２方向からみて）、感度軸方向Ｐ（Ｙ１−Ｙ２方向）に直交する方向（Ｘ１−Ｘ２方向）を長手とする矩形の形状を有し、磁気抵抗効果素子１１から１４はこの矩形内に重なるように配置されている。

磁気シールド１５は、例えば、図３に示すように、磁気シールド１５の下端（Ｚ１−Ｚ２方向Ｚ２側端部）に位置し軟磁性体からなる下地層１５１と、下地層１５１の上（Ｚ１−Ｚ２方向Ｚ１側）に形成された軟磁性層１５２とを有する構造を備えている。

磁気シールド１５は、Ｘ１−Ｘ２方向を長手とするため、短手であるＹ１−Ｙ２方向には、形状磁気異方性効果により長手方向であるＸ１−Ｘ２方向よりも磁化しにくい。しかし、外部磁場が強い場合には、Ｙ１−Ｙ２方向に残留磁化Ｍ０が生じる場合がある。図３には、一例として残留磁化Ｍ０がＹ１−Ｙ２方向Ｙ１向きに生じている場合が示されている。このように磁気シールド１５に残留磁化Ｍ０が生じると、残留磁化Ｍ０に基づく磁界（還流磁界ＲＭ０）が、残留磁化Ｍ０の向きとは反対向き（Ｙ１−Ｙ２方向Ｙ２向き）に磁気抵抗効果素子１１に印加される。この還流磁界ＲＭ０はオフセットの原因となり、磁気センサ１の測定精度を低下させる。このような場合であっても、リセットコイル２０に電流を流すことにより、磁気シールド１５の残留磁化Ｍ０をリセットする磁場を発生させて、強い外部磁場が加えられる前の状態に磁気シールド１５を戻すことができる。その結果、残留磁化Ｍ０に基づく還流磁界ＲＭ０が磁気抵抗効果素子１１に印加されることを防止または抑制することができる。それゆえ、磁気シールド１５の磁化状態をリセットするリセットコイル２０を有しない場合に比べて、磁気抵抗効果素子１１を備える磁気センサ１の測定精度が向上する。

図２に示されるように、リセットコイル２０は、いずれもスパイラル形状の平面コイル２０Ａと平面コイル２０Ｂとが両者の間に位置するＹ１−Ｙ２方向の直線Ｃに対して線対称に配置されて構成されている。スパイラル形状の平面コイル２０Ａの内側に位置する一端２０ＡＣは平面コイル２０Ａの中心に設けられた端子２１Ａに接続され、スパイラル形状の平面コイル２０Ｂの内側に位置する一端２０ＢＣは平面コイル２０Ｂの中心に設けられた端子２１Ｂに接続されている。平面コイル２０Ａの一端２０ＡＣは、平面視で、磁気シールド１５のＸ１−Ｘ２方向Ｘ２側の端部近傍に位置し、平面コイル２０Ｂの一端２０ＢＣは、平面視で、磁気シールド１５のＸ１−Ｘ２方向Ｘ１側の端部近傍に位置している。また、スパイラル形状の平面コイル２０Ａの外側に位置する他端２０ＡＥおよびスパイラル形状の平面コイル２０Ｂの外側に位置する他端２０ＢＥは、いずれも、平面視で、直線Ｃ上に位置する端子２２に接続されている。すなわち、いずれもスパイラル形状を有する平面コイル２０Ａと平面コイル２０Ｂとは、コイルの巻き方向が反対である。具体的には、平面コイル２０Ａでは、内側に位置する一端２０ＡＣから外側に位置する他端２０ＡＥへのコイルの巻き方向は時計回りであり、平面コイル２０Ｂでは、内側に位置する一端２０ＢＣから外側に位置する他端２０ＢＥへのコイルの巻き方向は反時計回りである。

上記のように配置されたリセットコイル２０において、図２に示されるように、平面コイル２０Ａの他端２０ＡＥから一端２０ＡＣに電流を流し、平面コイル２０Ｂの他端２０ＢＥから一端２０ＢＣに電流を流すと、磁気シールド１５の全体に対して同方向の磁界が印加される。この磁界によって、外部磁場による残留磁化の影響をリセットすることができる。具体的には、上記のように、平面コイル２０Ａと平面コイル２０Ｂとはコイルの巻き方向が反対向きであるため、リセットコイル２０における、平面視（Ｚ１−Ｚ２方向）で、Ｘ１−Ｘ２方向を長手とする矩形状の磁気シールド１５（図２では太い点線により示されている。）と重なる部分では、いずれのコイルもＹ１−Ｙ２方向Ｙ１側からＹ２側に電流が流れる。それゆえ、これらの電流の誘導磁界は、全体として、破線で示した白抜き矢印の方向（Ｘ１−Ｘ２方向Ｘ２向き）の磁界となって、磁気シールド１５に対して印加される（図２および図４参照）。

本発明の磁気センサ１は、強磁場が印加された後に磁気シールド１５に発生した特性変動をリセット（初期化）するためのリセットコイル２０が設けられている。このリセットコイル２０に一定時間毎に短時間の電流を印加して生じるリセット磁場によって、強い外部磁場により生じた残留磁化Ｍ０を磁気シールド１５から取り除くことができる。

図１に示されるように、強い外部磁場によるフリー磁性層３３（図５参照）の多磁区化を抑制するために、４つの磁気抵抗効果素子にはバイアス磁場Ｂが印加される。このバイアス磁場Ｂを大きくすると、フリー磁性層３３の多磁区化の抑制には有効であるが、第１の中点電位測定用端子７ａと第２の中点電位測定用端子８ａ（図１参照）との電位差として出力されるフルブリッジ出力が小さくなるから、応答速度が低下する。このため、磁気センサ１の感度を良好にする観点から、バイアス磁場Ｂを大きくすることは好ましくない。

本発明の磁気センサ１のリセットコイル２０は、磁気シールド１５のリセットを目的とするものである。このため、磁気シールド１５を基準として４つの磁気抵抗効果素子とは反対側にリセットコイル２０が設けられている。しかし、リセットコイル２０による磁界は、磁気シールド１５に加えて、平面視で（Ｚ１−Ｚ２方向からみて）磁気シールド１５に重なる４つの磁気抵抗効果素子のフリー磁性層３３に対して印加されてもよい。リセットコイル２０が所定の時間間隔で、フリー磁性層３３にも磁界を印加することにより、多磁区化抑制のためのバイアス磁場Ｂを弱くできるから、磁気センサ１の感度を良好にすることができる。また、磁気シールド１５の材料がパーマロイめっき膜からなる場合、適用できる組成範囲を拡げられるというメリットがある。

リセットコイル２０は、図３に示されるように、磁気シールド１５に隣接して位置することが好ましい。この構成により、磁気シールド１５の残留磁化Ｍ０をリセットする効果を高めることができる。したがって、磁気シールド１５の残留磁化Ｍ０に基づく磁界（還流磁界ＲＭ０）が磁気抵抗効果素子１１へ印加されることを防止または抑制できる。

上記のように、平面視で（Ｚ１−Ｚ２方向からみて）、４つの磁気抵抗効果素子の全体が磁気シールド１５に重なることが好ましい。この場合には、磁気シールド１５の残留磁化Ｍ０に基づく還流磁界ＲＭ０が４つの磁気抵抗効果素子に印加されることを、より安定的に防止または抑制できる。

下地層１５１および軟磁性層１５２はＦｅ，Ｃｏ，Ｎｉなど鉄族元素を含む軟磁性材料から構成される。下地層１５１の厚さは任意に設定される。軟磁性層１５２の厚さは、磁気シールド１５が所定の磁気遮蔽機能を有する範囲で任意に設定される。軟磁性層１５２の厚さの限定されない例として、１μｍ以上５０μｍ以下が挙げられ、軟磁性層１５２の厚さは、５μｍ以上３０μｍ以下が好ましい場合があり、１０μｍ以上２５μｍ以下がより好ましい場合がある。

磁気シールド１５のアスペクト比は、磁気シールド１５の長手方向（Ｘ１−Ｘ２方向）の長さの短手方向（Ｙ１−Ｙ２方向）の長さに対する比である。磁気シールド１５のアスペクト比を大きくすることにより、磁気シールド１５の異方性磁界Ｈｋが大きくなり、磁気センサ１の感度軸方向において、磁気シールド１５の磁化曲線の線形領域をより拡げることができる。その結果、磁気センサ１の出力の線形領域が拡くなって、磁気センサ１のダイナミックレンジをより拡げることが可能となる。

なお、図１に示される磁気シールド１５には、タンタル（Ｔａ）などからなる酸化保護層ＰＬが軟磁性層１５２の上（Ｚ１−Ｚ２方向Ｚ１側）にさらに形成されている。

磁気シールド１５の製造方法は任意である。限定されない一例として、スパッタリングなどのドライプロセス、無電解めっきなどのウェットプロセスによって下地層１５１を形成し、この下地層１５１の上に所定の形状にパターニングされたレジスト層を形成した後、露出する下地層１５１を導電層として軟磁性層１５２を電気めっきにより形成することが挙げられる。

図６は、本発明の他の一実施形態に係る磁気センサの構造を概念的に示す平面図である。図７は図６のＶ３−Ｖ３断面図である。図６および図７に示される磁気センサ１Ａは、図１に示される磁気センサ１と同様に磁気抵抗効果素子１１から磁気抵抗効果素子１４、磁気シールド１５およびリセットコイル２０を備え、さらに４つの磁気抵抗効果素子と磁気シールド１５との間にスパイラル形状を有する磁気平衡用コイル（スパイラルコイル）１６を備える。図６では、磁気平衡用コイル１６の外形が太い破線にて示されている。この破線で示される領域のＸ−Ｙ平面内を周回するようにコイル配線が配置される。図７では、磁気平衡用コイル１６における周回する複数のコイル配線の断面がＹ１−Ｙ２方向に並んで示されている。磁気平衡用コイル１６は、４つの磁気抵抗効果素子と磁気シールド１５との間に位置することにより、磁気シールド１５により減衰した状態で印加される外部磁場をキャンセルするような誘導磁界を比較的小電流により生じさせることが可能となる。このため、磁気平衡式の磁気センサを省電力で動作させることが可能である。

以上の実施形態では、磁気センサ１，１Ａが備える４つの磁気抵抗効果素子がＧＭＲ素子からなる場合を具体例としているが、これに限定されない。限定されない一例において、磁気抵抗効果素子は、異方性磁気抵抗効果素子（ＡＭＲ素子）、巨大磁気抵抗効果素子（ＧＭＲ素子）およびトンネル磁気抵抗効果素子（ＴＭＲ素子）からなる群から選ばれる１種以上の素子からなる。

なお、磁気センサ１が備える４つの磁気抵抗効果素子を構成するそれぞれのＧＭＲ素子の固定磁性層がセルフピン構造を有する場合には、固定磁性層の磁化は磁場中成膜によって行うことができ、成膜後に磁場中の加熱処理が必要とされない。このため、同一基板上に固定磁性層の磁化の向きが異なるＧＭＲ素子を配置でき、一基板上にフルブリッジ回路を構成することが可能となる。

本発明の一実施形態に係る磁気抵抗効果素子を備えた磁気センサ１，１Ａは、電流センサとして好適に使用されうる。

本発明の一実施形態に係る電流センサの具体例として、磁気比例式電流センサおよび磁気平衡式電流センサが挙げられる。

磁気比例式電流センサの具体例は、図１から図４に示される磁気センサ１を用いる場合であり、かかる電流センサ（磁気比例式電流センサ２）では、図３に示すリセットコイル２０の上方（Ｚ１−Ｚ２方向Ｚ１側）において、被測定電流Ｉｏが流れる電流線４０がＸ１−Ｘ２方向に延びるように位置する（図１参照）。被測定磁界となる被測定電流Ｉｏの誘導磁界は、磁気抵抗効果素子１１に対して感度軸方向Ｐ（Ｙ１−Ｙ２方向）に沿った方向に印加される。被測定磁界の一部はより透磁率の高い磁気シールド１５を通るため、磁気抵抗効果素子１１に実質的に印加される被測定磁界の強度を低減させることができる。それゆえ、磁気センサ１の測定範囲を拡げることが可能となる。しかも、磁気シールド１５を基準として磁気抵抗効果素子１１から磁気抵抗効果素子１４とは反対側（Ｚ１−Ｚ２方向Ｚ１側）に設けられたリセットコイル２０によって磁気シールド１５の残留磁化Ｍ０を抑制または取り除くことができる。したがって、リセットコイル２０により、残留磁化Ｍ０に基づく還流磁界ＲＭ０が４つの磁気抵抗効果素子に与える影響を抑えることができる。

好ましい一例において、磁気比例式電流センサ２は、４つの磁気抵抗効果素子を備え、被測定電流Ｉｏの誘導磁界からなる被測定磁界に応じた電位差を生じる２つの出力を備える磁界検出ブリッジ回路を有する（図１および図２参照）。このブリッジ回路を有する磁気比例式電流センサ２では、被測定磁界に応じて磁界検出ブリッジ回路から出力される電位差により、被測定電流Ｉｏが測定される。

磁気平衡式電流センサの具体例は、図６および図７に示される磁気センサ１Ａを用いる磁気平衡式電流センサ２Ａであり、かかる磁気平衡式電流センサ２Ａでは、図７に示すリセットコイル２０の上方（Ｚ１−Ｚ２方向Ｚ１側）において、被測定電流Ｉｏが流れる電流線４０がＸ１−Ｘ２方向に延びるように位置する（図６参照）。被測定磁界である被測定電流Ｉｏの誘導磁界は、磁気抵抗効果素子１１に対して感度軸方向Ｐ（Ｙ１−Ｙ２方向）に沿った方向に印加される。被測定磁界の一部はより透磁率の高い磁気シールド１５を通るため、磁気抵抗効果素子１１に実質的に印加される被測定磁界の強度を低減させることができる。それゆえ、磁気抵抗効果素子１１に実質的に印加される被測定電流Ｉｏによる磁界をキャンセルするような誘導磁界を発生させるべく磁気平衡用コイル１６に流される電流量を少なくすることができ、電流センサの省電力化が実現される。

好ましい一例において、磁気平衡式電流センサ２Ａは、４つの磁気抵抗効果素子を備え、被測定電流Ｉｏからの誘導磁界からなる被測定磁界およびこの被測定磁界をキャンセルするように印加された磁気平衡用コイル１６からの誘導磁界に応じた電位差を生じる２つの出力を備える磁界検出ブリッジ回路を有する磁気センサ１Ａを用いる（図６参照）。このブリッジ回路を有する磁気平衡式電流センサ２Ａでは、磁界検出ブリッジ回路から出力される電位差がゼロとなったときに磁気平衡用コイル１６に流れる電流に基づいて、被測定電流Ｉｏが測定される。

以上説明した実施形態は、本発明の理解を容易にするために記載されたものであって、本発明を限定するために記載されたものではない。したがって、上記実施形態に開示された各要素は、本発明の技術的範囲に属する全ての設計変更や均等物をも含む趣旨である。

以下、実施例等により本発明をさらに具体的に説明するが、本発明の範囲はこれらの実施例等に限定されるものではない。

（実施例）
図３および図４に示される断面構造と同様の構造を有する磁気比例式の磁気センサを作製した。磁気抵抗効果素子はＧＭＲ素子であった。磁気シールドは、平面形状が８００μｍ×１４０μｍであってＮｉＦｅからなり厚さ１００ｎｍの下地層をスパッタリングにより形成し、その上にＮｉＦｅからなり厚さ１６．５μｍの軟磁性層を電気めっきにより積層し、さらにＴａからなり厚さ１０ｎｍの酸化保護層をスパッタリングにより形成した。磁気シールドを基準として、磁気抵抗効果素子とは反対側に磁気シールドをリセットするためのリセットコイルが設けられた磁気センサを複数作製した。

（測定例）ゼロ磁場ヒステリシスの測定
実施例により作製した磁気センサについて、リセットコイルにより２０ｍＴのリセット磁場（Ｒｅｓｅｔ磁場）を印加する前後において、ゼロ磁場ヒステリシスＺＨ（単位：％／ＦＳ）を測定した。ゼロ磁場ヒステリシスＺＨは、印加する外部磁場の最大強度（最大印加磁場）を±１８ｍＴとして外部磁場を変化させながら測定したヒステリシスループから求めた。ゼロ磁場ヒステリシスＺＨは、フルブリッジ出力曲線における出力の最大値（正の最大磁場を印加したときの値−負の最大磁場を印加したときの値）に対するゼロ磁場における出力の大きさ（正の最大磁場の印加から印加磁場ゼロまで変化させたときの値−負の最大磁場の印加から印加磁場ゼロまで変化させたときの値）の割合（単位：％）である。測定結果を図８に示す。同図は１００個の磁気センサの測定結果の平均および標準偏差（３σ）を示している。

図８に示されるように、磁気センサのゼロ磁場ヒステリシスＺＨは、リセット磁場印加前において、平均値が−０．２３％、標準偏差（３σ）が０．２９％であり、リセット磁場印加後において、平均値が０．０２４％、標準偏差（３σ）が０．０３４であった。このように磁気シールドの外部磁場をリセットすることにより、磁気センサのゼロ磁場ヒステリシスが顕著に改善した。
これは、磁気シールドの残留磁化がリセットされたことにより、残留磁化による還流磁界の磁気抵抗効果素子に対する影響が低減されたことに起因している。

本発明の一実施形態に係る磁気抵抗効果素子を備えた磁気センサは、柱状トランスなどのインフラ設備の電流センサの構成要素や、電気自動車、ハイブリッドカーなどの電流センサの構成要素として好適に使用されうる。

１，１Ａ 磁気センサ
２ 磁気比例式電流センサ
２Ａ 磁気平衡式電流センサ
１１，１２，１３，１４ 磁気抵抗効果素子
５，６，７，８ 配線
５ａ 入力端子
６ａ グランド端子
７ａ 第１の中点電位測定用端子
８ａ 第２の中点電位測定用端子
４０ 電流線
Ｉｏ 被測定電流
ＩＭ 絶縁層
１５ 磁気シールド
１５１ 下地層
１５２ 軟磁性層
１６ 磁気平衡用コイル（スパイラルコイル）
２０，２０Ａ，２０Ｂ リセットコイル
２０ＡＣ，２０ＢＣ 一端
２０ＡＥ，２０ＢＥ 他端
２１Ａ，２１Ｂ，２２ 端子
Ｃ 直線
３１ 固定磁性層
３２ 非磁性層
３３ フリー磁性層
３４ 反強磁性層
Ｐ 感度軸方向
ＰＬ 酸化保護層
２９ 基板
Ｍ０ 残留磁化
ＲＭ０ 還流磁界

Claims (6)

1. 磁気抵抗効果素子と、前記磁気抵抗効果素子と離間配置され、前記磁気抵抗効果素子に印加される被測定磁界の強度を減衰させる磁気シールドと、を備えた磁気センサであって、
   前記磁気シールドを基準として前記磁気抵抗効果素子とは反対側に、前記磁気シールドの残留磁化をリセットするリセットコイルを有すること
   を特徴とする磁気センサ。
2. 前記リセットコイルが前記磁気シールドに隣接している、請求項１に記載の磁気センサ。
3. 平面視で、前記磁気抵抗効果素子の全体が前記磁気シールドに重なる、請求項１または請求項２に記載の磁気センサ。
4. 磁気平衡用コイルをさらに備え、前記磁気平衡用コイルに流れる電流に基づき前記被測定磁界の強度を測定する、請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の磁気センサ。
5. 前記磁気平衡用コイルはスパイラルコイルであって、前記磁気抵抗効果素子と前記磁気シールドとの間に前記磁気抵抗効果素子に隣接して位置する、請求項４に記載の磁気センサ。
6. 請求項１から請求項５のいずれか一項に記載される磁気センサを備え、前記磁気センサは被測定電流の誘導磁界を前記被測定磁界とする電流センサ。