JP2559474Y2 - 電流検出装置 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本考案は、強磁性薄膜磁気抵抗素
子を用いて電流の検出を行う電流検出装置の改良に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】磁気抵抗素子は、外部磁界の強弱によっ
て磁気抵抗素子内の内部抵抗が変化する現象を利用した
もので、ホール素子と同様磁電変換素子の一種である。
しかしながら、ホール素子に比べて扱い易く、アレイな
どの複合化が容易となっているため、広い分野で実用化
され、いずれも幅広く使われている。

【０００３】このような磁気抵抗素子には、半導体磁気
抵抗素子と強磁性薄膜磁気抵抗素子とがあり、半導体磁
気抵抗素子は正の磁気特性を有しており、一方強磁性薄
膜磁気抵抗素子は負の磁気特性を有している。すなわ
ち、半導体磁気抵抗素子は磁界を加えると素子の内部抵
抗は増加するのに対し、強磁性薄膜磁気抵抗素子におい
ては磁界をかけると素子の内部抵抗が減少する。

【０００４】ここで、半導体磁気抵抗素子に用いられる
代表的な素材としてはインジウムアンチモン（ＩｎＳ
ｂ）やインジウム砒素（ＩｎＡｓ）などがあり、強磁性
薄膜磁気抵抗素子に用いられる代表的な素材としてはパ
ーマロイ（Ｎｉ−Ｆｅ）やニッケルコバルト（Ｎｉ−Ｃ
ｏ）などがある。

【０００５】ところで、このような磁気抵抗素子は、外
部の磁界の変化に対して比較的忠実に素子の内部抵抗が
変化するために、電流を検出するための電流検出器にも
用いられている。すなわち、電流が導体中を流れるとそ
の電流の方向と垂直方向に磁界が発生し、しかもこの磁
界の強度は流れた電流の量に比例するので、電流が流れ
ることによって生じた磁界の強さを磁気抵抗素子の電気
抵抗値として検出することによって、導体に通じられた
電流の量を検出することが可能となる。

【０００６】ここで、図４には、磁気抵抗素子を用いて
電流の検出を行う従来からの電流検出器の構成が示され
ている。

【０００７】この従来装置は、電流が通じられる端子１
１Ａ及び１１Ｂと、端子１１Ａから１１Ｂに流される電
流量の検出情報の入出力などを行う端子１１Ｘ，１１
Ｙ，１１Ｚ，１１Ｗを有している。そして、端子１１Ａ
及び１１Ｂには導線１３が接続されており、この導線１
３はコイル部１５においてコイルを構成している。さら
に、このようにして構成されたコイル部１５にはコア１
７が貫通されており、このコア１７に設けられた開口部
には磁気抵抗素子１８が設置されている。そして、ＩＣ
増幅器１９の入出力端子は、端子１１Ｘ，１１Ｙ，１１
Ｚ，１１Ｗにそれぞれ接続されており、これらの端子か
らＩＣ増幅器１９において処理された信号を得ることが
できる。

【０００８】このような構成を有する従来装置において
は、端子１１Ａから１１Ｂに流された被検出電流がコイ
ル部１５とコア１７の作用によって電磁変換されて、該
被検出電流の大きさに追従した強さの磁界を形成する。
そして、コア１７の開口部に設けられている磁気抵抗素
子１８の電気抵抗は、コア１７の周囲に構成される磁界
の強さに追従して変化するので、磁気抵抗素子１８の電
気抵抗を検出すれば、端子１１Ａから１１Ｂに流された
電流の大きさが検出できるようになっている。このため
に、磁気抵抗素子１８には常に定電圧が印加されてお
り、磁気抵抗素子１８における電圧の大きさを検出して
電気抵抗の大きさを検出することによって、端子１１Ａ
から１１Ｂに流された被検出電流の大きさを検出するよ
うになっている。

【０００９】

【考案が解決しようとする課題】ここで、以上のような
従来装置においては、 (1)被検出電流によって発生する磁界を強めるため、コ
イル部１５においては数１００ターンもの巻線をしてコ
イルを作る必要があり、このためコイル，コア及び磁気
抵抗素子が主たる検出部を構成してしまい、装置全体が
大型化してしまうとともに高周波特性が劣化する (2)コイル，コア及び磁気抵抗素子それぞれの位置精度
及び加工精度及び固定方法が重要であるため、加工性及
び価格の点で難があることに加え、製造後においても振
動や衝撃に弱い (3)コアとして使用できる素材が限られているなどの問
題があった。

【００１０】本考案は以上の課題を鑑みてなされたもの
であり、コイルやコアを用いた構成を排除することによ
って、加工性及び精度及び強度の優れた実用的な電流検
出装置を提供することにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】以上のような課題を解決
するために、本考案に係る電流検出装置においては、表
面に所定の回路パターンが形成されたプリント回路基板
と、前記プリント回路基板上に形成され被検出電流が流
される平板状の電流経路と、前記平板状の電流経路上に
設置され強磁性薄膜磁気抵抗素子を内蔵している電流検
出素子と、を備え、前記強磁性薄膜磁気抵抗素子が、ブ
リッジ回路を構成すべく複数個設けられ、当該複数個の
強磁性薄膜磁気抵抗素子の感磁パターンが、前記ブリッ
ジ回路中で互いに対向する辺に属する素子同士は平行な
向きになり隣接する辺に属する素子同士は互いに直交す
る向きになるよう、かつ被検出電流の向きに対しいずれ
か一対の辺に係る素子の感磁パターンが平行になり他の
一対の辺に係る素子の感磁パターンが垂直になるよう、
配置されたことを特徴とする電流検出装置。

【００１２】

【作用】以上のような構成を有する本考案の電流検出装
置においては、平板状の電流経路に被検出電流が流され
ると、該電流経路の周囲に被検出電流の大きさに追従し
た強さの磁界が発生する。

【００１３】すると、電流検出素子内に設置されている
強磁性薄膜磁気抵抗素子の電気抵抗が、前記電流経路の
周囲に発生した磁界の強度に追従して変化するので、こ
の強磁性薄膜磁気抵抗素子の電気抵抗を検出することに
よって、該電流経路に流れる被検出電流の大きさを検出
することができる。特に、強磁性薄膜磁気抵抗素子の特
性のひとつである“垂直な磁場にあまり感応せず平行な
磁場には感応する”という性質を利用した配置と、ブリ
ッジ構成とにより素子バラツキによる誤差の制御、温度
補償、安定出力等が達成される。

【００１４】

【実施例】図１は、本考案に係る電流検出装置の一実施
例の構成を示した図である。このうち図１（ａ）は本実
施例の外観図であり、図１（ｂ）は本実施例における強
磁性薄膜磁気抵抗素子の配置を示した図である。

【００１５】本実施例において特徴的なことは、プリン
ト基板２２上に平板状の電流経路２３を有し、この平板
状の電流経路２３上に強磁性薄膜磁気抵抗素子部２５が
設置されていることである。

【００１６】すなわち本実施例に係る電流検出装置にお
いては、端子２１Ａ，２１Ｂ及び端子２１Ｘ，２１Ｙ，
２１Ｚ，２１Ｗがプリント基板２２上に設置されてお
り、端子２１Ａ及び２１Ｂが電流経路２３と接続されて
いる。そして、電流経路２３上には磁気抵抗素子部２５
が設置されており、磁気抵抗素子部２５からの情報は増
幅ＩＣ２７において増幅されるようになっている。ここ
で、図１に示されているように、電流経路２３は平板状
に構成されており、実施例においては、スクリン印刷、
エッチングによってプリント基板２２上にパターンとし
て形成されている。

【００１７】ところで、強磁性薄膜磁気抵抗素子は、設
定された方向と平行な磁場に対して大きく感応し、これ
と垂直な磁場に対してはあまり感応しない。従って、図
１（ｂ）に示されるように互いに直交するように強磁性
薄膜磁気抵抗素子が配置された場合には、電流経路２３
に電流が流される場合に電気抵抗が大きく変化する素子
と変化しない素子とが設定されることになる。

【００１８】すなわち、図１（ｂ）において電流経路２
３に被検出電流が流されると、電流経路２３と直交する
方向に磁場が発生するために、電流経路２３と平行方向
に感磁パターンが配置された強磁性薄膜磁気抵抗素子３
２及び３３は、感磁パターンと垂直の方向の磁場を受け
ることとなり、従って、電流経路２３に被検出電流が流
されると強磁性薄膜磁気抵抗素子３２及び３３の電気抵
抗は減少する。これに対して、電流経路２３に対し感磁
パターンが垂直方向に配置された強磁性薄膜磁気抵抗素
子３１及び３４は、電流経路２３に被検出電流が流され
ると、これにより感磁パターンと平行方向に磁場がかか
ることになるので、これらの電気抵抗は殆ど変化しな
い。

【００１９】ここで、図２は本実施例の電流検出装置の
機能構成を示すブロック図である。本実施例において
は、端子２１Ｘと端子２１Ｙは定電圧源に接続されてお
り、端子２１Ｚはアースされている。そして、強磁性薄
膜磁気抵抗素子３１，３２，３３，３４はブリッジを構
成しており、このブリッジの端子３０Ａ，３０Ｂ，３０
Ｃ，３０Ｄの内の端子３０Ｃが端子２１Ｚを介してアー
スされている。このため、±０Ｖを中心として＋方向と
−方向に増幅できるようになっている。そして、端子２
１Ｗからの電圧の出力を検出することによって、電流経
路２３に流される被検出電流の大きさが検出できるよう
になっている。

【００２０】なお、実施例において、端子２１Ｘは定電
圧安定化回路３５に接続され、また、上述のように強磁
性薄膜磁気抵抗素子３１，３２，３３，３４はブリッジ
を構成しているために、素子のバラツキなどによる誤差
の防止や温度補償が行われるようになっている。

【００２１】図２において、点線で示される磁気抵抗素
子部２５の中に収容されている強磁性薄膜磁気抵抗素子
３１，３２，３３，３４の内の３２と３３の電気抵抗
が、電流経路２３に電流が流されることによって減少す
る。そして、強磁性薄膜磁気抵抗素子３１と３２の間の
端子３０Ｂと強磁性薄膜磁気抵抗素子３３と３４の間の
端子３０Ｄが差動増幅器３７に接続されており、これら
両端子間の電位差の差動増幅が行われるようになってい
る。

【００２２】ここで、電流経路２３に被検出電流が流れ
ていない場合には、センサ部２５内の各強磁性薄膜磁気
抵抗素子の電気抵抗に変化は生じないため、端子３０Ｃ
〜端子３０Ｄ間と端子３０Ｃ〜３０Ｂ間の電位差は一定
である。しかしながら、電流経路２３に被検出電流が流
されると、強磁性薄膜磁気抵抗素子３２と３３の電気抵
抗が下がるため、端子３０Ｃ〜端子３０Ｄ間の電位差と
端子３０Ｃ〜３０Ｂ間の電位差に差が生じるようにな
る。そして、このようにして生じた電位差の大きさは電
流経路２３に通じられる電流の量に追従している。この
電位差の差動増幅値を端子２１Ｗにおいて検出すること
によって、電流経路２３に流された被検出電流の大きさ
が検出できるようになっている。

【００２３】このようにして構成された本実施例に係る
電流検出装置の特性は、図３に示される通りであり、電
流経路２３に流される被検出電流に対応して安定した情
報を端子２１Ｗから提供できていることがわかる。

【００２４】なお、本実施例においては、磁気抵抗素子
部２５は３ｍｍ角のものとし、電流経路はこの大きさに
合せて幅３ｍｍ、厚さ１０μｍのものとした。このよう
な本装置では、電流経路２３には１００ｍＡ〜２００ｍ
Ａもの電流を流すことが可能である。しかしながら、こ
のような装置は、上記のような大きさに限られることな
く、いかなる大きさのものを用いても可能であり、一般
的には１０μｍ程度の厚さで数ｍｍの幅があれば数Ａの
電流を流すことが可能である。

【００２５】また、プリント基板に用いられる素材はプ
ラスチック、セラミック、ガラスなどのあらゆる絶縁物
質を用いることが可能である。一方、本実施例において
は、電流経路２３は銅をプリント基板２２上にスクリー
ン印刷して、この上に半田コーティングを行うことによ
って電流経路２３を構成しているが、電流経路２３の素
材としてはアルミニウムや銅などを始めとしてあらゆる
導電性物質を用いることが可能である。

【００２６】

【考案の効果】以上のように構成された本考案の電流検
出装置においては、磁気抵抗素子に磁界を加える手段と
してプリント基板上に電流経路を形成してあるので、外
部磁界を印加するための手段が不要となり、小型で安価
な電流検出装置を提供できるようになる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案の一実施例に係る電流検出装置の構成を
示した図である。

【図２】図１に示される電流検出装置の機能構成を示し
たブロック図である。

【図３】本実施例に係る電流検出装置の出力電圧特性図
である。

【図４】従来の電流検出装置の構成を示した図である。

【符号の説明】

２３ 電流経路 ２５ 磁気抵抗素子部 ２２ プリント基板 ３１，３２，３３，３４ 強磁性薄膜磁気抵抗素子

Claims (1)

(57)【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】表面に所定の回路パターンが形成されたプ
   リント回路基板と、 前記プリント回路基板上に形成され、被検出電流が流さ
   れる平板状の電流経路と、 前記平板状の電流経路上に設置され、強磁性薄膜磁気抵
   抗素子を内蔵した電流検出素子と、を備え、 前記強磁性薄膜磁気抵抗素子が、ブリッジ回路を構成す
   べく複数個設けられ、当該複数個の強磁性薄膜磁気抵抗
   素子の感磁パターンが、前記ブリッジ回路中で互いに対
   向する辺に属する素子同士は平行な向きになり隣接する
   辺に属する素子同士は互いに直交する向きになるよう、
   かつ被検出電流の向きに対しいずれか一対の辺に係る素
   子の感磁パターンが平行になり他の一対の辺に係る素子
   の感磁パターンが垂直になるよう、配置されたことを特
   徴とする電流検出装置。