JP5463851B2 - 電流センサ - Google Patents

Description

この発明は、磁気の変化によって抵抗値の変化するものを用いて電流を検出する電流センサに関する。

従来、この種の電流センサとして、２つのマグネットと、両マグネット間に配置された１つの磁気抵抗素子センサとを備えたものが知られている（特許文献１）。２つのマグネットは、バスバーの近傍に設けられており、磁気抵抗素子センサは、バスバーに流れる電流によって発生する磁場と、両マグネットによる磁場との合成磁場ベクトルのベクトル方向を検知する。そして、その検知したベクトル方向により、電流による磁場の磁場ベクトルの大きさを求め、電流の大きさを検出する。

特開２００７−１５５３９９号公報（第２２〜２５段落、図３）。

しかし、前述した従来のものは、外来磁界（電流検出のために用いる磁界以外の磁界）が磁気抵抗素子センサに作用すると、合成磁場ベクトルが変動するため、検出した電流の大きさに誤差が発生するという問題がある。

そこでこの発明は、上述の問題を解決するためになされたものであり、外来磁界が作用した場合であっても、検出した電流の大きさに誤差が発生することのない電流センサを実現することを目的とする。

上記の目的を達成するため、この発明の第１の特徴は、磁界を発生する第１の磁界発生部（３１）と、検出対象となる被検出電流が流れる電路（９０）と前記第１の磁界発生部との間に配置され、付与される磁気の変化に応じて抵抗値が変化する第１の磁気抵抗素子（２１）と、前記電路を挾んで前記第１の磁界発生部と反対側の位置に配置され、前記第１の磁界発生部の磁極と対向する磁極が同じ磁極となるように配置された第２の磁界発生部（３２）と、前記電路と前記第２の磁界発生部との間に配置され、付与される磁気の変化に応じて抵抗値が変化する第２の磁気抵抗素子（２２）と、を備えており、前記第１の磁界発生部から発生される磁界によって前記第１の磁気抵抗素子にて発生する磁気ベクトル（Ｂｍａｇ１）と、前記電路に流れる被検出電流によって前記第１の磁気抵抗素子にて発生する磁気ベクトル（Ｂｃｕｒ１）とを合成した磁気ベクトルを第１の合成磁気ベクトル（Ｂ１）とし、前記第２の磁界発生部から発生される磁界によって前記第２の磁気抵抗素子にて発生する磁気ベクトル（Ｂｍａｇ２）と、前記電路に流れる被検出電流によって前記第２の磁気抵抗素子にて発生する磁気ベクトル（Ｂｃｕｒ２）とを合成した磁気ベクトルを第２の合成磁気ベクトル（Ｂ２）とした場合に、前記第１の磁気抵抗素子は、前記第１の合成磁気ベクトルの大きさ（Ｖ）および位相（θ）の変化を、一定の振幅および周期を有する第１の検出信号（Ｖａ（θ））として出力するように構成されており、前記第２の磁気抵抗素子は、前記第２の合成磁気ベクトルの大きさ（Ｖ）および位相（θ）の変化を、前記第１の検出信号と同じ振幅を有し、かつ、位相（θ）が前記第１の検出信号と９０度異なる第２の検出信号（Ｖｂ（θ））として出力するように構成されており、前記第１および第２の検出信号の差分（Ｖａ（θ）−Ｖｂ（θ））を出力する出力部（５３）を備えた電流センサとしたことにある。

この発明の第２の特徴は、付与される磁気の変化に応じて抵抗値が変化する第１の磁気抵抗素子（２１）と、検出対象となる被検出電流が流れる電路（９０）と前記第１の磁気抵抗素子との間に配置され、磁界を発生する第１の磁界発生部（３１）と、前記電路を挾んで前記第１の磁気抵抗素子と反対側の位置に配置された第２の磁気抵抗素子（２２）と、前記電路と前記第２の磁気抵抗素子との間に配置され、前記第１の磁界発生部の磁極と対向する磁極が同じ磁極となるように配置された第２の磁界発生部（３２）と、を備えており、前記第１の磁界発生部から発生される磁界によって前記第１の磁気抵抗素子にて発生する磁気ベクトル（Ｂｍａｇ１）と、前記電路に流れる被検出電流（Ｉ）によって前記第１の磁気抵抗素子にて発生する磁気ベクトル（Ｂｃｕｒ１）とを合成した磁気ベクトルを第１の合成磁気ベクトル（Ｂ１）とし、前記第２の磁界発生部から発生される磁界によって前記第２の磁気抵抗素子にて発生する磁気ベクトル（Ｂｍａｇ２）と、前記電路に流れる被検出電流によって前記第２の磁気抵抗素子にて発生する磁気ベクトル（Ｂｃｕｒ２）とを合成した磁気ベクトルを第２の合成磁気ベクトル（Ｂ２）とした場合に、前記第１の磁気抵抗素子は、前記第１の合成磁気ベクトルの大きさ（Ｖ）および位相（θ）の変化を、振幅および周期を有する第１の検出信号（Ｖａ（θ））として出力するように構成されており、前記第２の磁気抵抗素子は、前記第２の合成磁気ベクトルの大きさ（Ｖ）および位相（θ）の変化を、前記第１の検出信号と同じ振幅を有し、かつ、位相が前記第１の検出信号と９０度異なる第２の検出信号（Ｖｂ（θ））として出力するように構成されており、前記第１および第２の検出信号の差分（Ｖａ（θ）−Ｖｂ（θ））を出力する出力部（５３）を備えた電流センサとしたことにある。

第１または第２の特徴において、第１の合成磁気ベクトル（Ｂ１）の大きさ（Ｖ）および位相（θ）は第１の検出信号（Ｖａ（θ））として出力され、第２の合成磁気ベクトル（Ｂ２）の大きさ（Ｖ）および位相（θ）は第２の検出信号（Ｖｂ（θ））として出力され、出力部（５３）は、その第１および第２の検出信号の差分を出力する。ここで、第１および第２の磁気抵抗素子（２１，２２）に外来磁界が作用し、第１の合成磁気ベクトル（Ｂ１）の位相（θ）がα度進み、第２の合成磁気ベクトル（Ｂ２）の位相（θ）がα度遅れたとする。

第１の合成磁気ベクトル（Ｂ１）の位相（θ）がα度進んだときの第１の合成磁気ベクトル（Ｂ１）の大きさ（Ｖ）の変化は、第１の検出信号（Ｖａ（θ））においてΔＶの増加になって現れる。また、第２の合成磁気ベクトル（Ｂ２）の位相（θ）がα度遅れたときの第２の合成磁気ベクトル（Ｂ２）の大きさ（Ｖ）の変化は、第２の検出信号（Ｖｂ（θ））においてΔＶの増加になって現れる。そして、出力部（５３）は、第１および第２の検出信号（Ｖａ（θ），Ｖｂ（θ））の差分を出力するため、両信号においてそれぞれ増加したΔＶは０になる。

つまり、外来磁界が作用して増加した増加分ΔＶが出力部（５３）から出力されないため、出力部（５３）の出力に基づいて検出する被検出電流に誤差が発生するおそれがない。なお、外来磁界が作用して第１の合成磁気ベクトル（Ｂ１）の位相（θ）がα度遅れ、第２の合成磁気ベクトル（Ｂ２）の位相（θ）がα度進んだ場合も、上記と同様に被検出電流に誤差が発生するおそれがない。
したがって、第１または第２の特徴によれば、第１および第２の磁気抵抗素子に外来磁界が作用した場合であっても、検出した電流の大きさに誤差が発生することのない電流センサを実現することができる。

この発明の第３の特徴は、前述した第１または第２の特徴において、前記第１および第２の磁気抵抗素子（２１，２２）は、複数の磁気抵抗（Ｒａ〜Ｒｄ）から成るブリッジ回路を構成しており、前記出力部（５３）は、前記ブリッジ回路の一方の中点（２１ａ）から出力される前記第１の検出信号（Ｖａ（θ１））と、他方の中点（２２ａ）から出力される前記第２の検出信号（Ｖｂ（θ２））とを入力し、その入力した第１および第２の検出信号を差動増幅する差動増幅回路であることにある。

第１および第２の磁気抵抗素子（２１，２２）は、複数の磁気抵抗（Ｒａ〜Ｒｄ）から成るブリッジ回路を構成しており、ブリッジ回路の一方の中点（２１ａ）から第１の検出信号（Ｖａ（θ１））を取出し、他方の中点（２２ａ）から第２の検出信号（Ｖｂ（θ２））を取出すため、ブリッジ回路の供給電圧（Ｖｃｃ）が変動しても、その変動は両磁気抵抗素子に均等に現れるので、検出した電流の大きさが供給電圧の変動によって誤差を生じるおそれがない。
したがって、第３の特徴によれば、精度良く電流を検出することができる。

この発明の第４の特徴は、前述した第１ないし第３の特徴のいずれか１つにおいて、前記第１および第２の磁気抵抗素子（２１，２２）が、前記第１および第２の合成磁気ベクトル（Ｂ１，Ｂ２）の和が略０となるように構成されたことにある。

上記の第４の特徴によれば、第１および第２の合成磁気ベクトル（Ｂ１，Ｂ２）の和が略０となるように第１および第２の磁気抵抗素子（２１，２２）が構成されているため、振幅が同じで位相が９０度異なる第１および第２の検出信号を生成することができる。
また、第１および第２の磁気抵抗素子（２１，２２）を同じ構成で作成し、第１および第２の合成磁気ベクトル（Ｂ１，Ｂ２）の和が略０となるように配置すれば良いため、第１および第２の磁気抵抗素子をそれぞれ異なる構成で作成する場合よりも製造工程を簡易にすることができる。

この発明の第５の特徴は、前述した第１ないし第４の特徴のいずれか１つにおいて、前記第１および第２の磁界発生部（３１，３２）と、前記第１および第２の磁気抵抗素子（２１，２２）とが、同一の基板（５１）に配置されていることにある。

上記の第５の特徴によれば、第１および第２の磁界発生部（３１，３２）と、第１および第２の磁気抵抗素子（２１，２２）とが、同一の基板（５１）に配置されているため、異なる基板に配置する場合よりも、各磁界発生部および磁気抵抗素子の位置決めを行い易い。また、製造効率を高めることができる。

この発明の第６の特徴は、前述した第５の特徴において、前記基板（５１）には、前記電路（９０）を挿通するための空間（５２）が貫通形成されており、その空間を挾んで前記第１の磁界発生部（３１）および第１の磁気抵抗素子（２１）からなる部分と、前記第２の磁界発生部（３２）および第２の磁気抵抗素子（２２）からなる部分とが対向して配置されていることにある。

上記の第６の特徴によれば、上記の構成を有するため、空間（５２）に電路（９０）が挿通されるように基板（５１）を配置すれば、第１の磁界発生部（３１）および第１の磁気抵抗素子（２１）からなる部分と、第２の磁界発生部（３２）および第２の磁気抵抗素子（２２）からなる部分とが対向して配置された状態を容易に作ることができる。つまり、各磁界発生部および磁気抵抗素子を容易に位置決めすることができる。

なお、上記各括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。

この発明の第１実施形態に係る電流センサの概略構成を示す説明図である。 図１に示すＭＲＥを構成する磁気抵抗の配置図である。 電流センサ５０の主な電気的構成を示す説明図である。 磁気抵抗に流れる電流の向きと、磁気抵抗に発生する磁界の向きとの関係を示す説明図であり、（ａ）は磁気抵抗が単一の場合の説明図、（ｂ）は２つの磁気抵抗が電流の方向が直交するように配置された場合の説明図である。 ＭＲＥに発生する合成磁気ベクトルと電流の向きとの関係を示す説明図であり、（ａ）はＭＲＥ２１の説明図、（ｂ）はＭＲＥ２２の説明図である。 ＭＲＥ２１，２２の各中点２１ａ，２２ａの出力波形を示す説明図である。 ＭＲＥ２１，２２の差動出力波形を示す説明図である。 外来磁界がＭＲＥに作用したときの合成磁気ベクトルの変化を説明する説明図である。 外来磁界がＭＲＥに作用したときの電位Ｖａ（θ），Ｖｂ（θ）の変化を説明する説明図である。 外来磁界がＭＲＥに作用したときの合成磁気ベクトルの変化を説明する説明図である。 外来磁界がＭＲＥに作用したときの合成磁気ベクトルの変化を説明する説明図である。 外来磁界がＭＲＥに作用したときの合成磁気ベクトルの変化を説明する説明図である。 他の実施形態における磁気抵抗の配置図である。 他の実施形態における磁気抵抗の配置図である。 他の実施形態における磁気抵抗の配置図である。

この発明に係る実施形態について図を参照して説明する。図１は、この実施形態に係る電流センサの概略構成を示す説明図であり、図２は、図１に示すＭＲＥを構成する磁気抵抗の配置図である。

（主要構成）
電流センサ５０は、基板５１を備えており、その基板には、基板の表裏面を貫通するスリット５２が形成されている。スリット５２には、被検出電流Ｉが流れるバスバー９０が挿通されている。バスバー９０は、たとえば、車両に搭載されたバッテリーと接続されており、そのバッテリーから供給される電源を所定の電気回路へ供給する。図１に示す例では、バスバー９０を流れる被検出電流Ｉの向きは、紙面の裏面から表面に垂直に貫通する方向である。

基板５１の表面５１ａには、バイアス磁界を発生するバイアス磁石３１が配置されており、そのバイアス磁石３１とバスバー９０との間には、ＭＲＥ（Magnetic Resistance Element：磁気抵抗素子)２１が配置されている。バスバー９０を挾んでバイアス磁石３１と反対側の位置には、バイアス磁石３２が配置されており、そのバイアス磁石３２とバスバー９０との間には、ＭＲＥ２２が配置されている。バイアス磁石３１，３２は、Ｎ極同士が対向するように配置されており、ＭＲＥ２１，２２は、相互に対向して配置されている。

図２に示すように、ＭＲＥ２１，２２は、それぞれ磁気抵抗Ｒａ〜Ｒｄを備えており、磁気抵抗Ｒａ，Ｒｂからなる直列回路は、磁気抵抗Ｒｃ，Ｒｄからなる直列回路と直交するように配置されている。また、各ＭＲＥの磁気抵抗は、バスバー９０を対称軸にして線対称に配置されている。ＭＲＥ２１，２２において磁気抵抗Ｒａ，Ｒｄはバスバー９０に近い方に配置されており、磁気抵抗Ｒｂ，Ｒｃはバイアス磁石に近い方に配置されている。
以上のように、電流センサ５０は、ＭＲＥ２１，２２と、バイアス磁石３１，３２と、基板５１とを備える。

ＭＲＥ２１は、バイアス磁石３１が発生するバイアス磁界が付与されることにより、被検出電流Ｉと直交する方向に磁気ベクトルＢｍａｇ１を発生する。また、ＭＲＥ２１は、バスバー９０を流れる被検出電流Ｉが作り出す磁界が付与されることにより、磁気ベクトルＢｍａｇ１から左方向に９０度回転した磁気ベクトルＢｃｕｒ１を発生する。そして、ＭＲＥ２１は、磁気ベクトルＢｍａｇ１およびＢｃｕｒ１の合成磁気ベクトルＢ１に対応する検出信号を出力する。合成磁気ベクトルＢ１は、磁気ベクトルＢｍａｇ１と角度θを成す。

ＭＲＥ２２は、バイアス磁石３２が発生するバイアス磁界が付与されることにより、被検出電流Ｉと直交する方向に磁気ベクトルＢｍａｇ２を発生する。また、ＭＲＥ２２は、バスバー９０を流れる被検出電流Ｉが作り出す磁界が付与されることにより、磁気ベクトルＢｍａｇ２から右方向に９０度回転した磁気ベクトルＢｃｕｒ２を発生する。そして、ＭＲＥ２２は、磁気ベクトルＢｍａｇ２およびＢｃｕｒ２の合成磁気ベクトルＢ２に対応する検出信号を出力する。合成磁気ベクトルＢ２は、磁気ベクトルＢｍａｇ２と角度θを成す。

ＭＲＥ２１，２２は、磁気ベクトルＢｍａｇ１，Ｂｍａｇ２の大きさが同一であり、かつ、磁気ベクトルＢｃｕｒ１，Ｂｃｕｒ２の大きさが同一となるように構成されている。このため、合成磁気ベクトルＢ１，Ｂ２は、大きさが同一で向きが１８０度異なるので、両合成磁気ベクトルの和は０になる。被検出電流Ｉが増加すると、磁気ベクトルＢｃｕｒ１，Ｂｃｕｒ２が増大するため、角度θが増加し、合成磁気ベクトルＢ１，Ｂ２が増大する。また、被検出電流Ｉが減少すると、磁気ベクトルＢｃｕｒ１，Ｂｃｕｒ２が減少するため、角度θが減少し、合成磁気ベクトルＢ１，Ｂ２が減少する。

（電気的構成）
次に、電流センサ５０の主な電気的構成について、それを示す図３を参照して説明する。

ＭＲＥ２１，２２は、磁気抵抗Ｒａ〜Ｒｄを直列接続したハーフブリッジ回路をそれぞれ有し、両ハーフブリッジ回路は並列接続され、全体としてブリッジ回路を構成している。ＭＲＥ２１のハーフブリッジ回路の中点２１ａおよびＭＲＥ２２のハーフブリッジ回路の中点２２ａは、差動増幅回路５３の入力に接続されている。差動増幅回路５３は、中点２１ａの電位Ｖａおよび中点２２ａの電位Ｖｂの差分を所定の利得で増幅し、その増幅信号を出力する。

（ＭＲＥの出力電圧の理論式）
ここで、ＭＲＥの出力電圧の理論式について図を参照して説明する。図４は、磁気抵抗に流れる電流の向きと、磁気抵抗に発生する磁界の向きとの関係を示す説明図であり、（ａ）は磁気抵抗が単一の場合の説明図、（ｂ）は２つの磁気抵抗が電流の方向が直交するように配置された場合の説明図である。

図４（ａ）に示すように、単一の磁気抵抗Ｒに電流が流れており、電流の向きに対して角度αで磁気抵抗Ｒに磁界が作用しているとする。このときの磁気抵抗Ｒの抵抗値Ｒ（α）は、次式（１）によって表されることが知られている。

Ｒ（α）＝Ｒｖｓｉｎ^２α＋Ｒｐｃｏｓ^２α ・・・（１）

なお、Ｒｖは、α＝９０°のときの磁気抵抗の抵抗値であり、Ｒｐは、α＝０°のときの抵抗値である。また、Ｒｖ＜Ｒｐである。

次に、図４（ｂ）に示すように、２つの磁気抵抗Ｒ１，Ｒ２が電流の方向が直交するように配置された場合の中点に発生する電圧Ｖ（α）を求める。
まず、磁気抵抗Ｒ１，Ｒ２の合計の抵抗値（Ｒ１＋Ｒ２）は、次式（２）によって求めることができる。

Ｒ１＋Ｒ２＝（Ｒｖｓｉｎ^２α＋Ｒｐｃｏｓ^２α）＋（Ｒｖｃｏｓ^２α＋Ｒｐｓｉｎ^２α）＝Ｒｖ＋Ｒｐ ・・・（２）

また、電圧Ｖ（α）は、次式（３）によって求めることができる。

Ｖ（α）＝｛Ｒ２／（Ｒ１＋Ｒ２）｝Ｖｃｃ ・・・（３）

ここで、Ｒ１＋Ｒ２＝２Ｒ（＝一定）とし、Ｒ２＝Ｒｖｃｏｓ^２α＋Ｒｐｓｉｎ^２αを式（３）に代入すると、次式（４）を得る。

Ｖ（α）＝｛（Ｒｖｃｏｓ^２α＋Ｒｐｓｉｎ^２α）／２Ｒ｝Ｖｃｃ ・・・（４）

ここで、式（２）より、Ｒｐを求めると、次式（５）を得る。

Ｒｐ＝Ｒ１＋Ｒ２−Ｒｖ ・・・（５）

ここで、Ｒｐ−Ｒｖ＝ΔＲとすると、Ｒｖ＝Ｒｐ−ΔＲとなるから、それを式（５）に代入すると、次式（６）を得る。

Ｒｐ＝Ｒ１＋Ｒ２−（Ｒｐ−ΔＲ） ・・・（６）

上記式（６）からＲｐを求めると、次式（７）を得る。

Ｒｐ＝（Ｒ１＋Ｒ２＋ΔＲ）／２ ・・・（７）

ここで、上記式（７）にＲ１＋Ｒ２＝２Ｒを代入すると、次式（８）を得る。

Ｒｐ＝（２Ｒ＋ΔＲ）／２ ・・・（８）

Ｒｐ同様にＲｖを求めると、次式（９）を得る。

Ｒｖ＝（２Ｒ−ΔＲ）／２ ・・・（９）

ここで、前記式（４）に式（８），（９）を代入すると、次式（１０）を得る。

Ｖ（α）＝［（１／２）｛（２Ｒ−ΔＲ）ｃｏｓ^２α＋（２Ｒ＋ΔＲ）ｓｉｎ^２α｝／２Ｒ］Ｖｃｃ＝｛（１／２）−（１／４）・（ΔＲ／Ｒ）・ｃｏｓ２α｝Ｖｃｃ ・・・（１０）

次に、ＭＲＥ２１，２２の各中点２１ａ，２２ａに発生する電圧Ｖａ（θ），Ｖｂ（θ）を求める。図５は、ＭＲＥに発生する合成磁気ベクトルと電流の向きとの関係を示す説明図であり、（ａ）はＭＲＥ２１の説明図、（ｂ）はＭＲＥ２２の説明図である。

図５（ａ）に示すように、被検出電流が０のとき（α＝０度）、ＭＲＥ２１の磁気抵抗Ｒ１，Ｒ２による合成磁気ベクトルは、電流の流れる向きとα＝４５°の角度を成す。これを基準とし、電流が流れたときの合成磁気ベクトルの振れ角をθとすると、α＝４５°＋θとなる。また、図５（ｂ）に示すように、被検出電流が０のとき（α＝０度）、ＭＲＥ２２の磁気抵抗Ｒ１，Ｒ２による合成磁気ベクトルは、電流の流れる向きとα＝４５°の角度を成す。これを基準とし、電流が流れたときの合成磁気ベクトルの振れ角をθとすると、α＝４５°−θとなる。

次に、（α＝４５°＋θ）を前記式（１０）に代入し、ＭＲＥ２１の中点２１ａに発生する電圧Ｖａ（θ）を求めると、次式（１１）を得る。

Ｖａ（θ）＝｛（１／２）−（１／４）・（ΔＲ／Ｒ）・ｃｏｓ２（４５°＋θ）｝Ｖｃｃ＝｛（１／２）＋（１／４）・（ΔＲ／Ｒ）・ｓｉｎ２θ｝Ｖｃｃ ・・・（１１）

また、（α＝４５°−θ）を前記式（１０）に代入し、ＭＲＥ２２の中点２２ａに発生する電圧Ｖｂ（θ）を求めると、次式（１２）を得る。

Ｖｂ（θ）＝｛（１／２）−（１／４）・（ΔＲ／Ｒ）・ｃｏｓ２（４５°−θ）｝Ｖｃｃ＝｛（１／２）−（１／４）・（ΔＲ／Ｒ）・ｓｉｎ２θ｝Ｖｃｃ ・・・（１２）

（外来磁界が作用していないときの差動出力波形）
次に、上記式（１１），（１２）を用い、外来磁界がＭＲＥに作用していないときの差動出力波形を求める。この実施形態では、（ΔＲ／Ｒ）＝３．０％、Ｖｃｃ＝３．０Ｖとする。図６は、ＭＲＥ２１，２２の各中点２１ａ，２２ａの出力波形を示す説明図であり、図７は、ＭＲＥ２１，２２の差動出力波形を示す説明図である。

図６に示すように、ＭＲＥ２１の中点２１ａに発生する電位Ｖａ（θ）の出力波形は、１周期が１８０°の正弦波となり、ＭＲＥ２２の中点２２ａに発生する電位Ｖｂ（θ）の出力波形は、Ｖａ（θ）と振幅が同じであるが位相が９０°異なる余弦波となる。Ｖａ（θ），Ｖｂ（θ）の最大値は、共に、１．５２２５Ｖであり、最小値は、共に、１．４７７５Ｖである。
したがって、Ｖａ（θ）およびＶｂ（θ）の差動出力波形（Ｖａ（θ）−Ｖｂ（θ））は、図７に示すように、最大電圧が４５ｍＶ、最小電圧が−４５ｍＶで１周期が１８０°の正弦波となる。

（外来磁界が作用したときの差動出力波形）
次に、外来磁界がＭＲＥに作用しているときの差動出力波形を求める。図８は、外来磁界がＭＲＥに作用したときの合成磁気ベクトルの変化を説明する説明図である。

図８において符号Ｂｘ，Ｂｙで示すベクトルは、ＭＲＥ２１，２２に対して作用した外来磁界の磁気ベクトルである。図示のように、ＭＲＥ２１の合成磁気ベクトルＢ１は、外来磁界の磁気ベクトルＢｘ，Ｂｙの作用によって、磁気ベクトルＢｍａｇ１がＢｙ分減少し、磁気ベクトルＢｃｕｒ１がＢｘ分増加しており、振れ角θは、α°位相が進んでいる。また、ＭＲＥ２２の合成磁気ベクトルＢ２は、外来磁界の磁気ベクトルＢｘ，Ｂｙの作用によって、磁気ベクトルＢｍａｇ２がＢｙ分増加し、磁気ベクトルＢｃｕｒ２がＢｘ分減少しており、振れ角θは、α°位相が遅れている。

つまり、外来磁界によって一方のＭＲＥにおいて減少した磁気ベクトルＢｍａｇの減少分と、他方のＭＲＥにおいて増加した磁気ベクトルＢｍａｇの増加分とが同一であり、かつ、一方のＭＲＥにおいて減少した磁気ベクトルＢｃｕｒの減少分と、他方のＭＲＥにおいて増加した磁気ベクトルＢｃｕｒの増加分とが同一であるため、両ＭＲＥにおける合成磁気ベクトルの変化の大きさは同じである。

ここで、外来磁界によって振れ角がα°変化した合成磁気ベクトルの変化分をΔＶとして、外来磁界がＭＲＥに作用したときの差動出力（Ｖａ（θ）−Ｖｂ（θ））を求めると、次式（１３）を得る。

Ｖａ（θ）−Ｖｂ（θ）＝Ｖａ（θ＋α）−Ｖｂ（θ−α）＝｛Ｖａ（θ）＋ΔＶ｝−｛Ｖｂ（θ）＋ΔＶ｝＝Ｖａ（θ）−Ｖｂ（θ） ・・・（１３）

上記の式（１３）から分かるように、外来磁界がＭＲＥに作用することによって発生した出力電圧の変動分ΔＶは、ＭＲＥ２１，２２の出力電圧の両方に発生するため、両者の出力電圧の差分を採るときに変動分ΔＶは消去される。図９は、外来磁界がＭＲＥに作用したときの電位Ｖａ（θ），Ｖｂ（θ）の変化を説明する説明図である。図示のように、外来磁界の作用によって電位Ｖａ（θ）の位相がα°進んで電位がΔＶ増加すると、これと同時に、電位Ｖｂ（θ）の位相はα°遅れて電位がΔＶ増加する。

したがって、ＭＲＥ２１，２２の出力電圧の増加分は、それぞれΔＶで同じであるため、電位Ｖａ（θ），Ｖｂ（θ）の差分を取ると、ΔＶが消去されるので、差動出力（Ｖａ（θ）−Ｖｂ（θ））は、外来磁界が作用しても変化しない。このため、差動出力波形は、図７に示した波形と同じ波形になる。
つまり、この実施形態の電流センサを用いれば、外来磁界が作用した場合であっても、検出した電流の大きさに誤差が発生することのない電流センサを実現することができる。

（その他の外来磁界）
図１０に示す例では、ＭＲＥ２１の合成磁気ベクトルＢ１は、外来磁界の磁気ベクトルＢｘ，Ｂｙの作用によって、磁気ベクトルＢｍａｇ１がＢｙ分増加し、磁気ベクトルＢｃｕｒ１がＢｘ分減少しており、振れ角θは、α°位相が遅れている。また、ＭＲＥ２２の合成磁気ベクトルＢ２は、外来磁界の磁気ベクトルＢｘ，Ｂｙの作用によって、磁気ベクトルＢｍａｇ２がＢｙ分減少し、磁気ベクトルＢｃｕｒ２がＢｘ分増加しており、振れ角θは、α°位相が進んでいる。

このときのＭＲＥ２１，２２の差動出力（Ｖａ（θ）−Ｖｂ（θ））を求めると、次式（１４）を得る。

Ｖａ（θ）−Ｖｂ（θ）＝Ｖａ（θ−α）−Ｖｂ（θ＋α）＝｛Ｖａ（θ）−ΔＶ｝−｛Ｖｂ（θ）−ΔＶ｝＝Ｖａ（θ）−Ｖｂ（θ） ・・・（１４）

上記の式（１４）から分かるように、外来磁界によって発生した出力電圧の変動分ΔＶは消去されるため、外来磁界がＭＲＥ２１，２２に作用しても両者の差動出力は変化しない。

図１１に示す例では、外来磁界の磁気ベクトルＢｘ，Ｂｙの作用によって、磁気ベクトルＢｍａｇ１がＢｙ分減少し、磁気ベクトルＢｃｕｒ１がＢｘ分減少しており、振れ角θは変化していない。また、ＭＲＥ２２の合成磁気ベクトルＢ２は、外来磁界の磁気ベクトルＢｘ，Ｂｙの作用によって、磁気ベクトルＢｍａｇ２がＢｙ分増加し、磁気ベクトルＢｃｕｒ２がＢｘ分増加しており、振れ角θは変化していない。この例に示す場合も、外来磁界によって発生した出力電圧の変動分ΔＶは消去されるため、外来磁界がＭＲＥ２１，２２に作用しても両者の差動出力は変化しない。

図１２に示す例では、外来磁界の磁気ベクトルＢｘ，Ｂｙの作用によって、磁気ベクトルＢｍａｇ１がＢｙ分増加し、磁気ベクトルＢｃｕｒ１がＢｘ分増加しており、振れ角θは変化していない。また、ＭＲＥ２２の合成磁気ベクトルＢ２は、外来磁界の磁気ベクトルＢｘ，Ｂｙの作用によって、磁気ベクトルＢｍａｇ２がＢｙ分減少し、磁気ベクトルＢｃｕｒ２がＢｘ分減少しており、振れ角θは変化していない。この例に示す場合も、外来磁界によって発生した出力電圧の変動分ΔＶは消去されるため、外来磁界がＭＲＥ２１，２２に作用しても両者の差動出力は変化しない。

（他の実施形態）
（１）図１３に示すように、ＭＲＥ２１，２２の磁気抵抗Ｒｂ，Ｒｃをバスバー９０に近い方に配置し、磁気抵抗Ｒａ，Ｒｄをバイアス磁石に近い方に配置することもできる。この構成の電流センサ５０も前述の実施形態の電流センサ５０と同様に、外来磁界が作用した場合であってもＭＲＥ２１，２２の差動出力は変化しない。

（２）図１４に示すように、ＭＲＥ２１，２２とバスバー９０との間にバイアス磁石３１，３２を配置することもできる。図示の例では、各バイアス磁石３１，３２は、Ｓ極同士が相対向するように配置されている。また、各磁気抵抗Ｒａ〜Ｒｄは、図２に示した電流センサ５０と同じ配置である。また、被検出電流Ｉの向きは、紙面の表面から裏面に垂直に貫通する方向である。磁気ベクトルＢｍａｇ１，Ｂｍａｇ２は、それぞれ図２に示した方向と１８０度異なる向きになる。この構成の電流センサ５０も外来磁界が作用した場合であってもＭＲＥ２１，２２の差動出力は変化しない。

（３）また、図１４に示す磁気抵抗の配置に代えて、図１５に示すように、磁気抵抗Ｒｂ，Ｒｃをバイアス磁石に近い方に配置し、磁気抵抗Ｒａ，Ｒｄをバイアス磁石から遠い方に配置することもできる。この構成の電流センサ５０も前述の実施形態の電流センサ５０と同様に、外来磁界が作用した場合であってもＭＲＥ２１，２２の差動出力は変化しない。

前述の実施形態では、この発明に係る電流センサを車両に適用した場合を説明したが、ロボット、航空機、鉄道車両、船舶、電気機器など、電路を有するものであれば、どんなものにも適用することができる。

２１，２２・・ＭＲＥ、２１ａ，２２ａ・・中点、３１，３２・・バイアス磁石、
５０・・電流センサ、５１・・基板、５２・・スリット、５３・・差動増幅回路、
９０・・バスバー、Ｂｃｕｒ１，Ｂｃｕｒ２・・磁気ベクトル、
Ｂｍａｇ１，Ｂｍａｇ２・・磁気ベクトル、Ｂ１，Ｂ２・・合成磁気ベクトル、
Ｒａ〜Ｒｄ・・磁気抵抗。

Claims (6)

1. 磁界を発生する第１の磁界発生部と、
   検出対象となる被検出電流が流れる電路と前記第１の磁界発生部との間に配置され、付与される磁気の変化に応じて抵抗値が変化する第１の磁気抵抗素子と、
   前記電路を挾んで前記第１の磁界発生部と反対側の位置に配置され、前記第１の磁界発生部の磁極と対向する磁極が同じ磁極となるように配置された第２の磁界発生部と、
   前記電路と前記第２の磁界発生部との間に配置され、付与される磁気の変化に応じて抵抗値が変化する第２の磁気抵抗素子と、を備えており、
   前記第１の磁界発生部から発生される磁界によって前記第１の磁気抵抗素子にて発生する磁気ベクトルと、前記電路に流れる被検出電流によって前記第１の磁気抵抗素子にて発生する磁気ベクトルとを合成した磁気ベクトルを第１の合成磁気ベクトルとし、前記第２の磁界発生部から発生される磁界によって前記第２の磁気抵抗素子にて発生する磁気ベクトルと、前記電路に流れる被検出電流によって前記第２の磁気抵抗素子にて発生する磁気ベクトルとを合成した磁気ベクトルを第２の合成磁気ベクトルとした場合に、
   前記第１の磁気抵抗素子は、前記第１の合成磁気ベクトルの大きさおよび位相の変化を、振幅および周期を有する第１の検出信号として出力するように構成されており、
   前記第２の磁気抵抗素子は、前記第２の合成磁気ベクトルの大きさおよび位相の変化を、前記第１の検出信号と同じ振幅を有し、かつ、位相が前記第１の検出信号と９０度異なる第２の検出信号として出力するように構成されており、
   前記第１および第２の検出信号の差分を出力する出力部を備えることを特徴とする電流センサ。
2. 付与される磁気の変化に応じて抵抗値が変化する第１の磁気抵抗素子と、
   検出対象となる被検出電流が流れる電路と前記第１の磁気抵抗素子との間に配置され、磁界を発生する第１の磁界発生部と、
   前記電路を挾んで前記第１の磁気抵抗素子と反対側の位置に配置された第２の磁気抵抗素子と、
   前記電路と前記第２の磁気抵抗素子との間に配置され、前記第１の磁界発生部の磁極と対向する磁極が同じ磁極となるように配置された第２の磁界発生部と、を備えており、
   前記第１の磁界発生部から発生される磁界によって前記第１の磁気抵抗素子にて発生する磁気ベクトルと、前記電路に流れる被検出電流によって前記第１の磁気抵抗素子にて発生する磁気ベクトルとを合成した磁気ベクトルを第１の合成磁気ベクトルとし、前記第２の磁界発生部から発生される磁界によって前記第２の磁気抵抗素子にて発生する磁気ベクトルと、前記電路に流れる被検出電流によって前記第２の磁気抵抗素子にて発生する磁気ベクトルとを合成した磁気ベクトルを第２の合成磁気ベクトルとした場合に、
   前記第１の磁気抵抗素子は、前記第１の合成磁気ベクトルの大きさおよび位相の変化を、振幅および周期を有する第１の検出信号として出力するように構成されており、
   前記第２の磁気抵抗素子は、前記第２の合成磁気ベクトルの大きさおよび位相の変化を、前記第１の検出信号と同じ振幅を有し、かつ、位相が前記第１の検出信号と９０度異なる第２の検出信号として出力するように構成されており、
   前記第１および第２の検出信号の差分を出力する出力部を備えることを特徴とする電流センサ。
3. 前記第１および第２の磁気抵抗素子は、複数の磁気抵抗から成るブリッジ回路を構成しており、
   前記出力部は、
   前記ブリッジ回路の一方の中点から出力される前記第１の検出信号と、他方の中点から出力される前記第２の検出信号とを入力し、その入力した第１および第２の検出信号を差動増幅する差動増幅回路であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の電流センサ。
4. 前記第１および第２の磁気抵抗素子が、前記第１および第２の合成磁気ベクトルの和が略０となるように構成されたことを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１つに記載の電流センサ。
5. 前記第１および第２の磁界発生部と、前記第１および第２の磁気抵抗素子とが、同一の基板に配置されていることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか１つに記載の電流センサ。
6. 前記基板には、前記電路を挿通するための空間が貫通形成されており、その空間を挾んで前記第１の磁界発生部および第１の磁気抵抗素子からなる部分と、前記第２の磁界発生部および第２の磁気抵抗素子からなる部分とが対向して配置されていることを特徴とする請求項５に記載の電流センサ。

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