JP5544501B2 - 電流センサ - Google Patents

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Description

本発明は、電流の大きさを測定する電流センサに関する。特に、外乱磁界に起因する測定精度の低下が抑制され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では、比較的大きな電流が取り扱われるため、このような用途向けに、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。そして、このような電流センサとして、被測定電流によって生じる磁界の変化を磁気センサによって検出する方式のものが実用化されている。磁気センサを用いる電流センサは、外乱磁界の影響による測定精度の低下が問題となるため、これを抑制する方式が提案されている。
外乱磁界の影響による測定精度の低下を抑制する方式としては、例えば、被検出電流によって発生する磁界に対してＭＩ（Ｍａｇｎｅｔｏ Ｉｍｐｅｄａｎｃｅ）素子を逆方向に設けることにより外乱磁界の影響を打ち消す方法が提案されている（特許文献１参照）。
特開２００１−３０５１６３号公報
ところで、上述の電流センサに用いられる磁気センサには、ＭＩ素子の他に、ＧＭＲ（Ｇｉａｎｔ Ｍａｇｎｅｔｏ Ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ）素子やホール素子などが用いられ得る。ＧＭＲ素子などを電流センサに用いる場合、特許文献１に記載の技術を適用しても外乱磁界の影響を十分に抑制できないことがある。
本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、外乱磁界の影響を低減し、電流測定精度の低下を抑制した電流センサを提供することを目的とする。
本発明の電流センサは、被測定電流が通流する電流線の周囲に配置され、前記電流線を通流する電流による誘導磁界を検出する、主感度軸と直交する方向に副感度軸をそれぞれ有する第１の磁気センサ及び第２の磁気センサを具備し、前記第１の磁気センサ及び前記第２の磁気センサは、前記電流線を挟んで配置され、前記第１の磁気センサの主感度軸方向が前記電流線を通流する電流からの誘導磁界の方向と直交しない方向を向き、前記第２の磁気センサの主感度軸方向が前記電流線を通流する電流からの誘導磁界の方向と直交しない方向を向くように配置され、前記第１の磁気センサ及び前記第２の磁気センサのそれぞれの主感度軸方向が同じ方向を向くと共に、前記第１の磁気センサ及び前記第２の磁気センサのそれぞれの副感度軸方向が同じ方向を向くように配置され、又は、前記第１の磁気センサ及び前記第２の磁気センサのそれぞれの主感度軸方向が逆方向を向くと共に、前記第１の磁気センサ及び前記第２の磁気センサのそれぞれの副感度軸方向が逆方向を向くように配置されたことを特徴とする。
この構成によれば、第１の磁気センサ及び第２の磁気センサのそれぞれの主感度軸方向が同じ方向を向き、第１の磁気センサ及び第２の磁気センサのそれぞれの副感度軸方向が同じ方向を向いているため、第１の磁気センサの出力と第２の磁気センサの出力とにおいて外乱磁界の影響が等しく現れる。このため、第１の磁気センサの出力と第２の磁気センサの出力との差をとることで、外乱磁界の影響を十分に低減し、電流測定精度の低下を抑制することができる。又は、第１の磁気センサ及び第２の磁気センサのそれぞれの主感度軸方向が逆の方向を向き、第１の磁気センサ及び第２の磁気センサのそれぞれの副感度軸方向が逆の方向を向いているため、第１の磁気センサの出力と第２の磁気センサの出力とにおいて外乱磁界の影響が逆に現れる。このため、第１の磁気センサの出力と第２の磁気センサの出力との和をとることで、外乱磁界の影響を十分に低減し、電流測定精度の低下を抑制することができる。
本発明の電流センサにおいて、前記第１の磁気センサ及び前記第２の磁気センサのそれぞれの主感度軸方向が同じ方向を向き、前記第１の磁気センサの出力と前記第２の磁気センサの出力との差をとる演算装置を具備しても良い。
本発明の電流センサにおいて、前記第１の磁気センサ及び前記第２の磁気センサのそれぞれの主感度軸方向が逆方向を向き、前記第１の磁気センサの出力と前記第２の磁気センサの出力との和をとる演算装置を具備しても良い。
本発明の電流センサにおいて、配置面に前記第１の磁気センサが配置された第１の回路基板と、配置面に前記第２の磁気センサが配置された第２の回路基板と、を具備し、前記第１の回路基板の前記配置面及び前記第２の回路基板の前記配置面が前記電流線を挟んで向かい合うように配置されても良い。
この構成によれば、電流線に対して第１の磁気センサ及び第２の磁気センサが対称に配置されるため、電流線と第１の磁気センサとの距離、及び電流線と第２の磁気センサとの距離を均一にし易い。このため、電流測定精度を十分に高めることが可能である。また、電流線と第１の磁気センサとの間、及び電流線と第２の磁気センサとの間に回路基板が存在しないため、電流線と第１の磁気センサとの距離、及び電流線と第２の磁気センサとの距離を小さくすることができる。このため、センサ出力を大きくし、電流測定精度を十分に高めることが可能である。
本発明の電流センサにおいて、配置面に前記第１の磁気センサが配置された第１の回路基板と、配置面に前記第２の磁気センサが配置された第２の回路基板と、を具備し、前記第１の回路基板の前記配置面と反対側の面及び前記第２の回路基板の前記配置面と反対側の面が前記電流線を挟んで向かい合うように配置されても良い。
この構成によれば、電流線に対して第１の磁気センサ及び第２の磁気センサが対称に配置されるため、電流線と第１の磁気センサとの距離、及び電流線と第２の磁気センサとの距離を均一にし易い。このため、電流測定精度を十分に高めることが可能である。
本発明の電流センサにおいて、前記第１の磁気センサの主感度軸方向及び副感度軸方向と前記第２の磁気センサの主感度軸方向及び副感度軸方向とは、鏡像関係を有しても良い。
本発明の電流センサにおいて、前記第１の磁気センサ及び前記第２の磁気センサを表面側から見た場合、前記第１の磁気センサの主感度軸方向に対して副感度軸方向がなす角と、前記第２の磁気センサの主感度軸方向に対して副感度軸方向がなす角とは等しくなっており、前記第１の磁気センサはその表面が前記第１の回路基板の配置面と向かい合うように前記第１の回路基板に配置され、前記第２の磁気センサはその裏面が前記第２の回路基板の配置面と向かい合うように前記第２の回路基板に配置されても良い。
この構成によれば、同じ構成の２つの磁気センサを用いることができるため、外乱磁界の影響を十分にキャンセルし、電流測定精度の低下を抑制することが可能である。
本発明の電流センサにおいて、配置面に第１の磁気センサが配置された第１の回路基板と、配置面に第２の磁気センサが配置された第２の回路基板と、を具備し、前記第１の回路基板の前記配置面及び前記第２の回路基板の前記配置面と反対側の面が前記電流線を挟んで向かい合うように配置されても良い。
この構成によれば、第１の回路基板に対する第１の磁気センサの実装パターンと第２の回路基板に対する第２の磁気センサの実装パターンとが同じになるため、同一の工程で磁気センサが実装された回路基板を用いて電流センサを構成することができる。このため、磁気センサ及び回路基板の特性を低コストに揃えることが可能となる。
本発明の電流センサにおいて、前記電流線と前記第１の磁気センサとの間、又は前記電流線と前記第１の回路基板との間にスペーサを配置することにより、前記電流線と前記第１の磁気センサとの距離及び前記電流線と前記第２の磁気センサとの距離を等しくしても良い。
この構成によれば、スペーサによって、電流線と第１の磁気センサとの距離、及び電流線と第２の磁気センサとの距離を均一にし易い。このため、電流測定精度を十分に高めることが可能である。
本発明の電流センサにおいて、前記第１の磁気センサ及び前記第２の磁気センサは、同一のウェハを用いて製造された同一の構造を有する素子であっても良い。
この構成によれば、主感度軸や副感度軸の感度が等しい２つの磁気センサを用いることができるため、外乱磁界の影響を十分にキャンセルし、電流測定精度の低下を抑制することが可能である。
本発明の電流センサにおいて、前記第１の磁気センサ及び前記第２の磁気センサは、磁気抵抗効果素子を用いた磁気センサであり、前記第１の磁気センサの副感度軸方向と前記第２の磁気センサの副感度軸方向とは、それぞれが有する磁気抵抗効果素子のハードバイアスの方向であっても良い。
この構成によれば、ハードバイアスの方向によって副感度軸方向が制御されるため、ＧＭＲ素子の副感度軸方向の感度特性が揃う。これにより、副感度軸方向に現れる外乱磁界の影響を精度よくキャンセルすることが可能である。
本発明の電流センサにおいて、前記第１の磁気センサ及び前記第２の磁気センサは、磁気収束板付きのホール素子を用いた磁気センサであっても良い。
本発明の電流センサにおいて、前記第１の磁気センサの主感度軸方向が前記電流線を通流する電流からの誘導磁界と平行な方向を向き、前記第２の磁気センサの主感度軸方向が前記電流線を通流する電流からの誘導磁界の方向と平行な方向を向いていても良い。
本発明の電流センサにおいて、前記第１の磁気センサの主感度軸方向が前記電流線を通流する電流からの誘導磁界と平行ではない方向を向き、前記第２の磁気センサの主感度軸方向が前記電流線を通流する電流からの誘導磁界の方向と平行ではない方向を向いていても良い。
本発明により、外乱磁界の影響を低減し、電流測定精度の低下を抑制した電流センサを提供することができる。
実施の形態１に係る電流センサの構成例を示す模式図である。 実施の形態１に係る電流センサの回路構成例を示すブロック図である。 実施の形態１に係る電流センサの製造方法の例を示す模式図である。 従来の電流センサの構成例を示す模式図である。 実施の形態２に係る電流センサの構成例を示す模式図である。 実施の形態２に係る電流センサの製造方法の例を示す模式図である。 実施の形態３に係る電流センサの構成例を示す模式図である。 実施の形態３に係る電流センサの製造方法の例を示す模式図である。 実施の形態４に係る電流センサの構成例を示す模式図である。 実施の形態４に係る電流センサの製造方法の例を示す模式図である。 実施の形態５に係る電流センサの構成例を示す模式図である。 実施の形態５に係る電流センサの製造方法の例を示す模式図である。 実施の形態５に係る電流センサの変形例を示す模式図である。 実施の形態６に係るＧＭＲ素子の構造を示す模式図である。 副感度軸方向に磁界を印加した場合のＧＭＲ素子の抵抗値を示すグラフである。 実施の形態７に係る電流センサの構成例を示す模式図である。 実施の形態７に係る電流センサの別の構成例を示す模式図である。
本発明者は、ＧＭＲ素子などを含む磁気センサを用いる電流センサにおいて、外乱磁界の影響を十分に抑制できない要因が、感度軸と直交する方向に感度を有する点にあることを見出した。例えば、ＧＭＲ素子を用いる磁気センサでは、感度軸と直交する方向の感度は、感度軸方向における感度の数十％程度になることもある。このように、感度軸と直交する方向にも感度を有する磁気センサを用いる場合、単純に感度軸の方向（以下、主感度軸方向）を誘導磁界の方向に向けるだけでは、出力の差をとっても外乱磁界の影響を十分に除去できない。これは、主感度軸方向の制御だけでは、主感度軸方向に直交する方向（以下、副感度軸方向）に現れる外乱磁界の影響をキャンセルすることができないためである。
このような知見に基づき、本発明者らは、２つの磁気センサの副感度軸の方向を制御することで、副感度軸方向に現れる外乱磁界の影響をキャンセルするという着想を得た。すなわち、本発明の骨子は、２つの磁気センサの出力を演算（差又は和を算出）することで外乱磁界の影響を除去するタイプの電流センサにおいて、２つの磁気センサを、それぞれの副感度軸方向が同じ方向を向くように、又は、それぞれの副感度軸方向が互いに逆の方向を向くように配置することによって外乱磁界の影響を低減し、電流測定精度の低下を抑制しようとするものである。以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
（実施の形態１）
本実施の形態では、本発明の電流センサ１の一例について説明する。図１は、本実施の形態の電流センサ１を示す模式図である。図１Ａは電流センサ１及びその周辺の構成を模式的に示す斜視図であり、図１Ｂは電流センサ１を図１Ａの紙面左下方向（前方）から見た平面図である。以下、斜視図においては、紙面左下方向を前、紙面右上方向を後、紙面左方向を左、紙面右方向を右、紙面上方向を上、紙面下方向を下、と呼ぶ。
図１において、電流線１１に付与された実線の矢印は、電流線１１を通流する電流の向きを示す。つまり、図１において、電流線１１を通流する被測定電流Ｉの向きは右向である。電流線１１の周りに付与された実線の矢印は、被測定電流Ｉによって生じる誘導磁界Ａの向きを示す。また、図１において、第１の磁気センサ１２ａや第２の磁気センサ１２ｂに付与された実線の矢印１４ａ、１４ｂは、それぞれの主感度軸方向を表し、破線の矢印１５ａ、１５ｂは、それぞれの副感度軸方向を表す。ここで、「主感度軸」とは、磁気センサの感度が最大となる方向を向いた軸をいい、「副感度軸」とは、主感度軸に直交する方向の内、最も高い感度を有する方向を向いた軸をいう。また、第１の磁気センサ１２ａ及び第２の磁気センサ１２ｂの表面には、表裏の識別を容易にするため丸印を付す。黒く塗りつぶされた丸印は表面が上を向いていることを示し、白抜きの丸印は表面が下を向いていることを示す。
図１に示されるように、電流センサ１は、被測定電流が通流する電流線１１の周囲に配置された第１の磁気センサ１２ａ及び第２の磁気センサ１２ｂを含む。ここで電流線１１は、電流を導くことが可能な構成要素であればどのような態様であっても良い。例えば、電流線１１には、板状の導電部材や、薄膜状の導電部材（導電パターン）など、形状が線状ではないものが含まれる。なお、電流線１１は電流センサ１の構成要素ではないものとして扱う。
電流センサ１は、第１の磁気センサ１２ａ及び第２の磁気センサ１２ｂの他、第１の磁気センサ１２ａが配置される第１の回路基板１３ａ及び第２の磁気センサ１２ｂが配置される第２の回路基板１３ｂを含む。また、第１の磁気センサ１２ａの出力及び第２の磁気センサ１２ｂの出力を演算する演算装置１６（図２）を含む。
第１の磁気センサ１２ａ及び第２の磁気センサ１２ｂは、磁気検出が可能であり、主感度軸と直交する方向に副感度軸を有する磁気センサであれば特に限定されない。例えば、ハードバイアスを用いて感度をなだらかにしているＧＭＲ（Ｇｉａｎｔ Ｍａｇｎｅｔｏ Ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ）素子やＴＭＲ（Ｔｕｎｎｅｌ Ｍａｇｎｅｔｏ Ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ）素子などの磁気抵抗効果素子を用いた磁気センサでは、副感度軸が存在する。また、ホール素子でも磁束集体を用いて素子面内に磁界感度軸を持たせた場合には、副感度軸が存在する。このため、第１の磁気センサ１２ａ及び第２の磁気センサ１２ｂには、ＧＭＲ素子、ＴＭＲ素子、磁気収束板付きのホール素子などを用いることができる。
図１に示される電流センサ１において、第１の磁気センサ１２ａ及び第２の磁気センサ１２ｂは、電流線１１を通流する被測定電流Ｉからの誘導磁界Ａにより略逆相の出力が得られるように電流線１１の周囲に配置されている。例えば、図１では、電流線１１が、第１の磁気センサ１２ａと第２の磁気センサ１２ｂとの間に挟み込まれるように、かつ、第１の磁気センサ１２ａ及び第２の磁気センサ１２ｂの主感度軸方向（矢印１４ａ、１４ｂ）が、電流線１１が延在する方向に垂直な方向を向くように配置されている。より具体的には、第１の磁気センサ１２ａの主感度軸方向（矢印１４ａ）が電流線１１を通流する被測定電流Ｉからの誘導磁界Ａの方向を向き、第２の磁気センサ１２ｂの主感度軸方向（矢印１４ｂ）が電流線１１を通流する被測定電流Ｉからの誘導磁界Ａの方向と逆の方向を向き、第１の磁気センサ１２ａ及び第２の磁気センサ１２ｂのそれぞれの主感度軸方向が同じ方向を向くように配置されている。また、第１の磁気センサ１２ａ及び第２の磁気センサ１２ｂのそれぞれの副感度軸方向（矢印１５ａ、１５ｂ）が同じ方向を向くように配置されている。また、第１の磁気センサ１２ａ及び第２の磁気センサ１２ｂは、その表面が電流線１１の方向を向くように配置されている。
図１に示される電流センサ１では、第１の磁気センサ１２ａ及び第２の磁気センサ１２ｂの一方の主感度軸方向が電流線１１を通流する被測定電流Ｉからの誘導磁界Ａの方向を向き、他方の主感度軸方向が電流線１１を通流する被測定電流Ｉからの誘導磁界Ａと逆の方向を向いているため、誘導磁界Ａの影響が、第１の磁気センサ１２ａ及び第２の磁気センサ１２ｂの略逆相の出力信号として現れる。また、第１の磁気センサ１２ａ及び第２の磁気センサ１２ｂのそれぞれの主感度軸方向が同じ方向を向き、第１の磁気センサ１２ａ及び第２の磁気センサ１２ｂのそれぞれの副感度軸方向が同じ方向を向いているため、第１の磁気センサ１２ａの出力及び第２の磁気センサ１２ｂの出力において外乱磁界の影響が等しく現れる。このため、第１の磁気センサ１２ａの出力と第２の磁気センサ１２ｂの出力との差をとることで、外乱磁界の影響を十分に低減し、電流測定精度の低下を抑制することができる。なお、略逆相の出力信号とは、ノイズ成分などを除いて反転の関係にある出力信号のことをいう。ただし、所望の精度で電流測定を行うことができる程度の関係にあれば良いから、厳密に正負が反転した値となることは要求されない。
また、図１に示される電流センサ１において、第１の磁気センサ１２ａの主感度軸方向及び副感度軸方向と、第２の磁気センサ１２ｂの主感度軸方向及び副感度軸方向とは、鏡像関係にある。つまり、第１の磁気センサ１２ａ及び第２の磁気センサ１２ａを表面側から見た場合、それぞれの主感度軸方向を基準として、第１の磁気センサ１２ａの副感度軸方向と第２の磁気センサ１２ａの副感度軸方向とは逆向きの関係にある。
図２は、電流センサ１の回路構成にかかるブロック図である。図２に示されるように、電流センサ１は、第１の磁気センサ１２ａ及び第２の磁気センサ１２ｂの出力端子に接続された演算装置１６を有する。ここで、演算装置１６は、第１の磁気センサ１２ａの出力と第２の磁気センサ１２ｂの出力との差を算出する機能を有している。このため、電流線１１に電流が通流して電流線１１の周囲に誘導磁界が発生し、第１の磁気センサ１２ａ及び第２の磁気センサ１２ｂから電流に対応した出力信号が出力されると、出力信号を受けた演算装置１６は、当該２つの出力信号の差を計算して出力することができる。このように２つの出力信号の差をとることで、外乱磁界の影響をキャンセルし、電流の測定精度を高めることができる。なお、演算装置１６の機能は、ハードウェアで実現しても良いし、ソフトウェアで実現しても良い。
図３は、上述した電流センサ１の製造方法の一例を示す模式図である。図３Ａに示されるように、まず、第１の磁気センサ１２ａ及び第２の磁気センサ１２ｂを用意する。図３Ａにおいて、第１の磁気センサ１２ａの主感度軸方向は前方を向いており、副感度軸方向は左向きである。また、第２の磁気センサ１２ｂの主感度軸方向は前方を向いており、副感度軸方向は右向きである。つまり、第１の磁気センサ１２ａの主感度軸方向及び副感度軸方向と、第２の磁気センサ１２ｂの主感度軸方向及び副感度軸方向とは、鏡像関係にある。ここでは、第１の磁気センサ１２ａ及び第２の磁気センサ１２ｂの上側（ＧＭＲ素子側）の主面を、それぞれ第１の磁気センサ１２ａ及び第２の磁気センサ１２ｂの表面とする。また、第１の磁気センサ１２ａ及び第２の磁気センサ１２ｂの下側（基板側）の主面を、それぞれ第１の磁気センサ１２ａ及び第２の磁気センサ１２ｂの裏面とする。なお、表裏の関係は逆でも良い。
次に、図３Ｂに示されるように、第１の磁気センサ１２ａを第１の回路基板１３ａの磁気センサ配置面（以下、配置面）に配置し、第２の磁気センサ１２ｂを第２の回路基板１３ｂの配置面に配置する。すなわち、第１の磁気センサ１２ａの裏面と第１の回路基板１３ａの配置面とが向かい合うように第１の磁気センサ１２ａを配置し、第２の磁気センサ１２ｂの裏面と第２の回路基板１３ｂの配置面とが向かい合うように第２の磁気センサ１２ｂを配置する。ここで、配置面（磁気センサ配置面）とは、第１の回路基板１３ａ又は第２の回路基板１３ｂが備える主表面であって、第１の磁気センサ１２ａ又は第２の磁気センサ１２ｂの配置される主表面をいう。これにより、図３Ｂに示されるように第１の回路基板１３ａの配置面と第２の回路基板１３ｂの配置面とが共に上を向き、第１の磁気センサ１２ａ及び第２の磁気センサ１２ｂのそれぞれの主感度軸方向（矢印１４ａ、１４ｂ）が同じ方向を向くようにすると、第１の磁気センサ１２ａ及び第２の磁気センサ１２ｂのそれぞれの副感度軸方向（矢印１５ａ、１５ｂ）が互いに逆の方向を向く。
その後、図３Ｃに示されるように、電流線１１を挟んで第１の回路基板１３ａの配置面と第２の回路基板１３ｂの配置面とが向かい合うように、電流線１１の周囲に第１の回路基板１３ａ及び第２の回路基板１３ｂを配置する。これにより、電流線１１を挟んで第１の磁気センサ１２ａの表面と第２の磁気センサ１２ｂの表面とが向かい合う。このような配置は、例えば、第１の磁気センサ１２ａ及び第１の回路基板１３ａのセットを、第２の磁気センサ１２ｂ及び第２の回路基板１３ｂのセットに対して回転させることで得ることができる。
図３に示される方法で得られる電流センサ１では、電流線１１に対して第１の磁気センサ１２ａ及び第２の磁気センサ１２ｂが対称に配置されるため、電流線１１と第１の磁気センサ１２ａとの距離、及び電流線１１と第２の磁気センサ１２ｂとの距離を均一にし易くなる。これにより、外乱磁界を適切にキャンセルできるため、電流測定精度を十分に高めることが可能である。また、電流線１１と第１の磁気センサ１２ａとの間、及び電流線１１と第２の磁気センサ１２ｂとの間に回路基板が存在しないため、電流線１１と第１の磁気センサ１２ａとの距離、及び電流線１１と第２の磁気センサ１２ｂとの距離を小さくすることができる。このため、センサ出力を大きくし、電流測定精度を十分に高めることが可能である。
以上のように、本実施の形態に係る電流センサ１は、例えば、図４に示される電流センサ２などと比較して、外乱磁界の影響を低減し、電流測定精度の低下を抑制することができる。これは、本実施の形態に係る電流センサ１では、副感度軸方向が外乱磁界を適切にキャンセルできる方向を向くように第１の磁気センサ１２ａ及び第２の磁気センサ１２ｂが配置されているためである。
なお、図１では、第１の磁気センサ１２ａの主感度軸方向が電流線１１を通流する電流からの誘導磁界の方向を向き、第２の磁気センサ１２ｂの主感度軸方向が電流線１１を通流する電流からの誘導磁界の方向と逆の方向を向いている場合を例に挙げたが、本実施の形態に係る電流センサ１の構成はこれに限られない。第１の磁気センサ１２ａの主感度軸方向が電流線１１を通流する電流からの誘導磁界の方向と逆の方向を向き、第２の磁気センサ１２ｂの主感度軸方向が電流線１１を通流する電流からの誘導磁界の方向を向いていても良い。
その他、本実施の形態は、他の実施の形態に示される構成と適宜組み合わせて実施可能である。
（実施の形態２）
本実施の形態では、本発明の電流センサ１の別の一例について説明する。図５は、本実施の形態の電流センサ１を示す模式図である。図５Ａは電流センサ１及びその周辺の構成を模式的に示す斜視図であり、図５Ｂは電流センサ１を図５Ａの紙面左下方向（前方）から見た平面図である。
図５に示されるように、本実施の形態に係る電流センサ１は、電流線１１の周囲に配置された第１の磁気センサ１２ａ及び第２の磁気センサ１２ｂを含み、第１の磁気センサ１２ａが配置される第１の回路基板１３ａ及び第２の磁気センサ１２ｂが配置される第２の回路基板１３ｂを含む。また、電流センサ１は、第１の磁気センサ１２ａの出力及び第２の磁気センサ１２ｂの出力を演算する演算装置を含む。この点において、図５に示される電流センサ１と図１に示される電流センサ１とは共通している。図５に示される電流センサ１と図１に示される電流センサ１の相違点は、第１の磁気センサ１２ａ及び第２の磁気センサ１２ｂの主感度軸方向及び副感度軸方向の向きにある。
図５に示される電流センサ１において、第１の磁気センサ１２ａ及び第２の磁気センサ１２ｂは、電流線１１を通流する被測定電流Ｉからの誘導磁界Ａにより略同相の出力が得られるように電流線１１の周囲に配置されている。より具体的には、第１の磁気センサ１２ａの主感度軸方向（矢印１４ａ）が電流線１１を通流する被測定電流Ｉからの誘導磁界Ａの方向を向き、第２の磁気センサ１２ｂの主感度軸方向（矢印１４ｂ）が電流線１１を通流する被測定電流Ｉからの誘導磁界Ａの方向を向き、第１の磁気センサ１２ａ及び第２の磁気センサ１２ｂのそれぞれの主感度軸方向が逆の方向を向くように配置されている。また、第１の磁気センサ１２ａ及び第２の磁気センサ１２ｂのそれぞれの副感度軸方向（矢印１５ａ、１５ｂ）が互いに逆の方向を向くように配置されている。また、第１の磁気センサ１２ａ及び第２の磁気センサ１２ｂは、その表面が電流線１１の方向を向くように配置されている。
図５に示される構成の電流センサ１では、第１の磁気センサ１２ａ及び第２の磁気センサ１２ｂのそれぞれの主感度軸方向が共に電流線１１を通流する被測定電流Ｉからの誘導磁界Ａの方向を向いているため、誘導磁界Ａの影響が、第１の磁気センサ１２ａ及び第２の磁気センサ１２ｂの略同相の出力信号として現れる。また、第１の磁気センサ１２ａ及び第２の磁気センサ１２ｂのそれぞれの主感度軸方向が互いに逆の方向を向き、第１の磁気センサ１２ａ及び第２の磁気センサ１２ｂのそれぞれの副感度軸方向が互いに逆の方向を向いているため、第１の磁気センサ１２ａの出力及び第２の磁気センサ１２ｂの出力において外乱磁界の影響が逆に現れる。このため、第１の磁気センサ１２ａの出力と第２の磁気センサ１２ｂの出力との和をとることで、外乱磁界の影響を十分に低減し、電流測定精度の低下を抑制することができる。なお、略同相の出力信号とは、ノイズ成分などを除いて同等な出力信号のことをいう。ただし、所望の精度で電流測定を行うことができる程度の関係にあれば良いから、厳密に同じ値となることは要求されない。また、図５に示される電流センサ１において、演算装置は、第１の磁気センサ１２ａの出力と第２の磁気センサ１２ｂの出力との和を算出する機能を有する。
また、図５に示される電流センサ１において、第１の磁気センサ１２ａの主感度軸方向及び副感度軸方向と、第２の磁気センサ１２ｂの主感度軸方向及び副感度軸方向とは、鏡像関係にある。つまり、第１の磁気センサ１２ａ及び第２の磁気センサ１２ａを表面側から見た場合、それぞれの主感度軸方向を基準として、第１の磁気センサ１２ａの副感度軸方向と第２の磁気センサ１２ａの副感度軸方向とは逆向きの関係にある。
図６は、本実施の形態に係る電流センサ１の製造方法の一例を示す模式図である。図６Ａに示されるように、まず、第１の磁気センサ１２ａ及び第２の磁気センサ１２ｂを用意する。図６Ａにおいて、第１の磁気センサ１２ａの主感度軸方向は前方を向いており、副感度軸方向は左向きである。また、第２の磁気センサ１２ｂの主感度軸方向は前方をむいており、副感度軸方向は右向きである。つまり、第１の磁気センサ１２ａの主感度軸方向及び副感度軸方向と、第２の磁気センサ１２ｂの主感度軸方向及び副感度軸方向とは、鏡像関係にある。ここでは、第１の磁気センサ１２ａ及び第２の磁気センサ１２ｂの上側（ＧＭＲ素子側）の主面を、それぞれ第１の磁気センサ１２ａ及び第２の磁気センサ１２ｂの表面とする。また、第１の磁気センサ１２ａ及び第２の磁気センサ１２ｂの下側（基板側）の主面を、それぞれ第１の磁気センサ１２ａ及び第２の磁気センサ１２ｂの裏面とする。なお、表裏の関係は逆でも良い。
次に、図６Ｂに示されるように、第１の磁気センサ１２ａを第１の回路基板１３ａの配置面に配置し、第２の磁気センサ１２ｂを第２の回路基板１３ｂの配置面に配置する。すなわち、第１の磁気センサ１２ａの裏面と第１の回路基板１３ａの配置面とが向かい合うように第１の磁気センサ１２ａを配置し、第２の磁気センサ１２ｂの裏面と第２の回路基板１３ｂの配置面とが向かい合うように第２の磁気センサ１２ｂを配置する。これにより、図６Ｂに示されるように第１の回路基板１３ａの配置面と第２の回路基板１３ｂの配置面とが共に上を向き、第１の磁気センサ１２ａ及び第２の磁気センサ１２ｂのそれぞれの主感度軸方向（矢印１４ａ、１４ｂ）が同じ方向を向くようにすると、第１の磁気センサ１２ａ及び第２の磁気センサ１２ｂのそれぞれの副感度軸方向（矢印１５ａ、１５ｂ）が互いに逆の方向を向く。なお、図６Ｂでは、第２の磁気センサ１２ｂと第２の回路基板１３ｂとを配置面内方向に１８０°回転して示している。
その後、図６Ｃに示されるように、電流線１１を挟んで第１の回路基板１３ａの配置面と第２の回路基板１３ｂの配置面とが向かい合うように、電流線１１の周囲に第１の回路基板１３ａ及び第２の回路基板１３ｂを配置する。これにより、電流線１１を挟んで第１の磁気センサ１２ａの表面と第２の磁気センサ１２ｂの表面とが向かい合う。このような配置は、例えば、第１の磁気センサ１２ａ及び第１の回路基板１３ａのセットを、第２の磁気センサ１２ｂ及び第２の回路基板１３ｂのセットに対して回転させることで得ることができる。
図６に示される方法で得られる電流センサ１では、電流線１１に対して第１の磁気センサ１２ａ及び第２の磁気センサ１２ｂが対称に配置されるため、電流線１１と第１の磁気センサ１２ａとの距離、及び電流線１１と第２の磁気センサ１２ｂとの距離を均一にし易くなる。これにより、外乱磁界を適切にキャンセルできるため、電流測定精度を十分に高めることが可能である。また、電流線１１と第１の磁気センサ１２ａとの間、及び電流線１１と第２の磁気センサ１２ｂとの間に回路基板が存在しないため、電流線１１と第１の磁気センサ１２ａとの距離、及び電流線１１と第２の磁気センサ１２ｂとの距離を小さくすることができる。このため、センサ出力を大きくし、電流測定精度を十分に高めることが可能である。
以上のように、本実施の形態に係る電流センサ１は、外乱磁界の影響を低減し、電流測定精度の低下を抑制することができる。これは、本実施の形態に係る電流センサ１では、副感度軸方向が外乱磁界を適切にキャンセルできる方向を向くように第１の磁気センサ１２ａ及び第２の磁気センサ１２ｂが配置されているためである。
なお、図５及び図６では、第１の磁気センサ１２ａ及び第２の磁気センサ１２ｂのそれぞれの主感度軸方向が、共に電流線１１を通流する被測定電流Ｉからの誘導磁界Ａの方向を向いている場合を例に挙げたが、本実施の形態に係る電流センサ１の構成はこれに限られない。第１の磁気センサ１２ａ及び第２の磁気センサ１２ｂのそれぞれの主感度軸方向が、共に電流線１１を通流する被測定電流Ｉからの誘導磁界Ａの方向と逆の方向を向いていても良い。
その他、本実施の形態は、他の実施の形態に示される構成と適宜組み合わせて実施可能である。
（実施の形態３）
本実施の形態では、本発明の電流センサ１の別の一例について説明する。図７は、本実施の形態の電流センサ１を示す模式図である。図７Ａは電流センサ１及びその周辺の構成を模式的に示す斜視図であり、図７Ｂは電流センサ１を図７Ａの紙面左下方向（前方）から見た平面図である。
図７に示されるように、本実施の形態に係る電流センサ１は、電流線１１の周囲に配置された第１の磁気センサ１２ａ及び第２の磁気センサ１２ｂを含み、第１の磁気センサ１２ａが配置される第１の回路基板１３ａ及び第２の磁気センサ１２ｂが配置される第２の回路基板１３ｂを含む。また、電流センサ１は、第１の磁気センサ１２ａの出力及び第２の磁気センサ１２ｂの出力を演算する演算装置を含む。この点において、図７に示される電流センサ１と図１に示される電流センサ１とは共通している。図７に示される電流センサ１と図１に示される電流センサ１の相違点は、第１の磁気センサ１２ａ及び第２の磁気センサ１２ｂと、第１の回路基板１３ａ及び第２の回路基板１３ｂとの位置関係にある。すなわち、本実施の形態に係る電流センサ１は、第１の回路基板１３ａの配置面と反対側の面と、第２の回路基板１３ｂの配置面と反対側の面とが、電流線１１を挟んで向かい合うように配置されており、第１の回路基板１３ａ及び第２の回路基板１３ｂが、第１の磁気センサ１２ａ及び第２の磁気センサ１２ｂより電流線側に配置されている。
図７に示される電流センサ１において、第１の磁気センサ１２ａ及び第２の磁気センサ１２ｂは、電流線１１を通流する電流からの誘導磁界により略逆相の出力が得られるように電流線１１の周囲に配置されている。より具体的には、第１の磁気センサ１２ａの主感度軸方向（矢印１４ａ）が電流線１１を通流する被測定電流Ｉからの誘導磁界Ａの方向を向き、第２の磁気センサ１２ｂの主感度軸方向（矢印１４ｂ）が電流線１１を通流する被測定電流Ｉからの誘導磁界Ａの方向と逆の方向を向き、第１の磁気センサ１２ａ及び第２の磁気センサ１２ｂのそれぞれの主感度軸方向が同じ方向を向くように配置されている。また、第１の磁気センサ１２ａ及び第２の磁気センサ１２ｂのそれぞれの副感度軸方向（矢印１５ａ、１５ｂ）が同じ方向を向くように配置されている。また、第１の磁気センサ１２ａ及び第２の磁気センサ１２ｂは、その裏面が電流線１１の方向を向くように配置されている。
図７に示される構成の電流センサ１では、第１の磁気センサ１２ａ及び第２の磁気センサ１２ｂの一方の主感度軸方向が電流線１１を通流する被測定電流Ｉからの誘導磁界Ａの方向を向き、他方の主感度軸方向が電流線１１を通流する被測定電流Ｉからの誘導磁界Ａと逆の方向を向いているため、誘導磁界Ａの影響が、第１の磁気センサ１２ａ及び第２の磁気センサ１２ｂの略逆相の出力信号として現れる。また、第１の磁気センサ１２ａ及び第２の磁気センサ１２ｂのそれぞれの主感度軸方向が同じ方向を向き、第１の磁気センサ１２ａ及び第２の磁気センサ１２ｂのそれぞれの副感度軸方向が同じ方向を向いているため、第１の磁気センサ１２ａの出力及び第２の磁気センサ１２ｂの出力において外乱磁界の影響が等しく現れる。このため、第１の磁気センサ１２ａの出力と第２の磁気センサ１２ｂの出力との差をとることで、外乱磁界の影響を十分に低減し、電流測定精度の低下を抑制することができる。
また、図７に示される電流センサ１において、第１の磁気センサ１２ａの主感度軸方向及び副感度軸方向と、第２の磁気センサ１２ｂの主感度軸方向及び副感度軸方向とは、鏡像関係にある。つまり、第１の磁気センサ１２ａ及び第２の磁気センサ１２ａを表面側から見た場合、それぞれの主感度軸方向を基準として、第１の磁気センサ１２ａの副感度軸方向と第２の磁気センサ１２ａの副感度軸方向とは逆向きの関係にある。
図８は、本実施の形態に係る電流センサ１の製造方法の一例を示す模式図である。図８Ａに示されるように、まず、第１の磁気センサ１２ａ及び第２の磁気センサ１２ｂを用意する。図８Ａにおいて、第１の磁気センサ１２ａの主感度軸方向は前方を向いており、副感度軸方向は右向きである。また、第２の磁気センサ１２ｂの主感度軸方向は前方を向いており、副感度軸方向は左向きである。つまり、第１の磁気センサ１２ａの主感度軸方向及び副感度軸方向と、第２の磁気センサ１２ｂの主感度軸方向及び副感度軸方向とは、鏡像関係にある。ここでは、第１の磁気センサ１２ａ及び第２の磁気センサ１２ｂの上側（ＧＭＲ素子側）の主面を、それぞれ第１の磁気センサ１２ａ及び第２の磁気センサ１２ｂの表面とする。また、第１の磁気センサ１２ａ及び第２の磁気センサ１２ｂの下側（基板側）の主面を、それぞれ第１の磁気センサ１２ａ及び第２の磁気センサ１２ｂの裏面とする。なお、表裏の関係は逆でも良い。
次に、図８Ｂに示されるように、第１の磁気センサ１２ａを第１の回路基板１３ａの配置面に配置し、第２の磁気センサ１２ｂを第２の回路基板１３ｂの配置面に配置する。すなわち、第１の磁気センサ１２ａの裏面と第１の回路基板１３ａの配置面とが向かい合うように第１の磁気センサ１２ａを配置し、第２の磁気センサ１２ｂの裏面と第２の回路基板１３ｂの配置面とが向かい合うように第２の磁気センサ１２ｂを配置する。これにより、図８Ｂに示されるように第１の回路基板１３ａの配置面と第２の回路基板１３ｂの配置面とが共に上を向き、第１の磁気センサ１２ａ及び第２の磁気センサ１２ｂのそれぞれの主感度軸方向（矢印１４ａ、１４ｂ）が同じ方向を向くようにすると、第１の磁気センサ１２ａ及び第２の磁気センサ１２ｂのそれぞれの副感度軸方向（矢印１５ａ、１５ｂ）が互いに逆の方向を向く。
その後、図８Ｃに示されるように、電流線１１を挟んで第１の回路基板１３ａの配置面と反対側の面と、第２の回路基板１３ｂの配置面と反対側の面とが向かい合うように、電流線１１の周囲に第１の回路基板１３ａ及び第２の回路基板１３ｂを配置する。つまり、第１の回路基板１３ａ及び第２の回路基板１３ｂが、第１の磁気センサ１２ａ及び第２の磁気センサ１２ｂより電流線側に配置されるようにする。このような配置は、例えば、第２の磁気センサ１２ｂ及び第２の回路基板１３ｂのセットを、第１の磁気センサ１２ａ及び第１の回路基板１３ａのセットに対して回転させることで得ることができる。
図８に示される方法で得られる電流センサ１では、電流線１１に対して第１の磁気センサ１２ａ及び第２の磁気センサ１２ｂが対称に配置されるため、電流線１１と第１の磁気センサ１２ａとの距離、及び電流線１１と第２の磁気センサ１２ｂとの距離を均一にし易くなる。これにより、外乱磁界を適切にキャンセルできるため、電流測定精度を十分に高めることが可能である。
以上のように、本実施の形態に係る電流センサ１は、外乱磁界の影響を低減し、電流測定精度の低下を抑制することができる。これは、本実施の形態に係る電流センサ１では、副感度軸方向が外乱磁界を適切にキャンセルできる方向を向くように第１の磁気センサ１２ａ及び第２の磁気センサ１２ｂが配置されているためである。
なお、図７及び図８では、第１の磁気センサ１２ａの主感度軸方向が電流線１１を通流する被測定電流Ｉからの誘導磁界Ａの方向を向き、第２の磁気センサ１２ｂの主感度軸方向が電流線１１を通流する被測定電流Ｉからの誘導磁界Ａの方向と逆の方向を向いている場合を例に挙げたが、本実施の形態に係る電流センサ１の構成はこれに限られない。第１の磁気センサ１２ａの主感度軸方向が電流線１１を通流する被測定電流Ｉからの誘導磁界Ａの方向と逆の方向を向き、第２の磁気センサ１２ｂの主感度軸方向が電流線１１を通流する被測定電流Ｉからの誘導磁界Ａの方向を向いていても良い。
また、図７及び図８では、出力の差をとることで外乱磁界をキャンセルする構成について説明したが、本実施の形態に係る電流センサ１の構成はこれに限られない。出力の和をとることで外乱磁界をキャンセルする構成としても良い。この場合、第１の磁気センサ１２ａ及び第２の磁気センサ１２ｂのそれぞれの主感度軸方向が共に電流線１１を通流する被測定電流Ｉからの誘導磁界Ａの方向又は誘導磁界Ａの方向と逆の方向を向き、第１の磁気センサ１２ａ及び第２の磁気センサ１２ｂのそれぞれの副感度軸方向が互いに逆の方向を向くようにすれば良い。
その他、本実施の形態は、他の実施の形態に示される構成と適宜組み合わせて実施可能である。
（実施の形態４）
本実施の形態では、本発明の電流センサ１の別の一例について説明する。図９は、本実施の形態の電流センサ１を示す模式図である。図９Ａは電流センサ１及びその周辺の構成を模式的に示す斜視図であり、図９Ｂは電流センサ１を図９Ａの紙面左下方向（前方）から見た平面図である。
図９に示されるように、本実施の形態に係る電流センサ１は、電流線１１の周囲に配置された第１の磁気センサ１２ａ及び第２の磁気センサ１２ｂを含み、第１の磁気センサ１２ａが配置される第１の回路基板１３ａ及び第２の磁気センサ１２ｂが配置される第２の回路基板１３ｂを含む。また、電流センサ１は、第１の磁気センサ１２ａの出力及び第２の磁気センサ１２ｂの出力を演算する演算装置を含む。この点において、図９に示される電流センサ１と図１に示される電流センサ１とは共通している。図９に示される電流センサ１と図１に示される電流センサ１の相違点は、第１の磁気センサ１２ａ及び第２の磁気センサ１２ｂと、第１の回路基板１３ａ及び第２の回路基板１３ｂとの位置関係にある。すなわち、本実施の形態に係る電流センサ１では、第１の磁気センサ１２ａの表面が第１の回路基板１３ａの配置面と向かい合うように配置されており、第２の磁気センサ１２ｂの裏面が第２の回路基板１３ｂの配置面と向かい合うように配置されている。また、第１の磁気センサ１２ａ及び第２の磁気センサ１２ｂとして同じ構成の磁気センサを用いている。このため、第１の磁気センサ１２ａ及び第２の磁気センサ１２ｂを表面側から見た場合、第１の磁気センサ１２ａの主感度軸方向に対して副感度軸方向がなす角と、第２の磁気センサ１２ｂの主感度軸方向に対して副感度軸方向がなす角とは略等しくなっている。ここで、第１の磁気センサ１２ａ及び第２の磁気センサ１２ｂは、同一のウェハを用いて製造された同一の構造を有する素子を含むことが望ましい。このような磁気センサでは主感度軸や副感度軸の感度を等しくできるため、外乱磁界の影響のキャンセルが容易になるためである。
図９に示される電流センサ１において、第１の磁気センサ１２ａ及び第２の磁気センサ１２ｂは、電流線１１を通流する被測定電流Ｉからの誘導磁界Ａにより略逆相の出力が得られるように電流線１１の周囲に配置されている。より具体的には、第１の磁気センサ１２ａの主感度軸方向（矢印１４ａ）が電流線１１を通流する被測定電流Ｉからの誘導磁界Ａの方向を向き、第２の磁気センサ１２ｂの主感度軸方向（矢印１４ｂ）が電流線１１を通流する被測定電流Ｉからの誘導磁界Ａの方向と逆の方向を向き、第１の磁気センサ１２ａ及び第２の磁気センサ１２ｂのそれぞれの主感度軸方向が同じ方向を向くように配置されている。また、第１の磁気センサ１２ａ及び第２の磁気センサ１２ｂのそれぞれの副感度軸方向（矢印１５ａ、１５ｂ）が同じ方向を向くように配置されている。また、第１の磁気センサ１２ａは、その裏面が電流線１１の方向を向くように配置されており、第２の磁気センサ１２ｂは、その表面が電流線１１の方向を向くように配置されている。
図９に示される構成の電流センサ１では、第１の磁気センサ１２ａ及び第２の磁気センサ１２ｂの一方の主感度軸方向が電流線１１を通流する被測定電流Ｉからの誘導磁界Ａの方向を向き、他方の主感度軸方向が電流線１１を通流する被測定電流Ｉからの誘導磁界Ａと逆の方向を向いているため、誘導磁界Ａの影響が、第１の磁気センサ１２ａ及び第２の磁気センサ１２ｂの略逆相の出力信号として現れる。また、第１の磁気センサ１２ａ及び第２の磁気センサ１２ｂのそれぞれの主感度軸方向が同じ方向を向き、第１の磁気センサ１２ａ及び第２の磁気センサ１２ｂのそれぞれの副感度軸方向が同じ方向を向いているため、第１の磁気センサ１２ａの出力及び第２の磁気センサ１２ｂの出力において外乱磁界の影響が等しく現れる。このため、第１の磁気センサ１２ａの出力と第２の磁気センサ１２ｂの出力との差をとることで、外乱磁界の影響を十分に低減し、電流測定精度の低下を抑制することができる。
図１０は、本実施の形態に係る電流センサ１の製造方法の一例を示す模式図である。図１０Ａに示されるように、まず、第１の磁気センサ１２ａ及び第２の磁気センサ１２ｂを用意する。図１０Ａにおいて、第１の磁気センサ１２ａの主感度軸方向は前方を向いており、副感度軸方向は右向きである。また、第２の磁気センサ１２ｂの主感度軸方向は前方を向いており、副感度軸方向は右向きである。つまり、第１の磁気センサ１２ａ及び第２の磁気センサ１２ｂは同等の構成を有しており、主感度軸方向と副感度軸方向とのなす角度の関係が一致している。ここでは、第１の磁気センサ１２ａ及び第２の磁気センサ１２ｂの上側（ＧＭＲ素子側）の主面を、それぞれ第１の磁気センサ１２ａ及び第２の磁気センサ１２ｂの表面とする。また、第１の磁気センサ１２ａ及び第２の磁気センサ１２ｂの下側（基板側）の主面を、それぞれ第１の磁気センサ１２ａ及び第２の磁気センサ１２ｂの裏面とする。なお、表裏の関係は逆でも良い。
次に、図１０Ｂに示されるように、第１の磁気センサ１２ａを第１の回路基板１３ａの配置面に配置し、第２の磁気センサ１２ｂを第２の回路基板１３ｂの配置面に配置する。本実施の形態では、第１の磁気センサ１２ａの表面と第１の回路基板１３ａの配置面とが向かい合うように第１の磁気センサ１２ａを配置し、第２の磁気センサ１２ｂの裏面と第２の回路基板１３ｂの配置面とが向かい合うように第２の磁気センサ１２ｂを配置する。これにより、図１０Ｂに示されるように第１の回路基板１３ａの配置面と第２の回路基板１３ｂの配置面とが共に上を向き、第１の磁気センサ１２ａ及び第２の磁気センサ１２ｂのそれぞれの主感度軸方向（矢印１４ａ、１４ｂ）が同じ方向を向くようにすると、第１の磁気センサ１２ａ及び第２の磁気センサ１２ｂのそれぞれの副感度軸方向（矢印１５ａ、１５ｂ）が互いに逆の方向を向く。
その後、図１０Ｃに示されるように、電流線１１を挟んで第１の回路基板１３ａの配置面と、第２の回路基板１３ｂの配置面とが向かい合うように、電流線１１の周囲に第１の回路基板１３ａ及び第２の回路基板１３ｂを配置する。このような配置は、例えば、第１の磁気センサ１２ａ及び第１の回路基板１３ａのセットを、第２の磁気センサ１２ｂ及び第２の回路基板１３ｂのセットに対して回転させることで得ることができる。
図１０に示される方法で得られる電流センサ１では、電流線１１に対して第１の磁気センサ１２ａ及び第２の磁気センサ１２ｂが対称に配置されるため、電流線１１と第１の磁気センサ１２ａとの距離、及び電流線１１と第２の磁気センサ１２ｂとの距離を均一にし易くなる。これにより、外乱磁界を適切にキャンセルできるため、電流測定精度を十分に高めることが可能である。また、電流線１１と第１の磁気センサ１２ａとの間、及び電流線１１と第２の磁気センサ１２ｂとの間に回路基板が存在しないため、電流線１１と第１の磁気センサ１２ａとの距離、及び電流線１１と第２の磁気センサ１２ｂとの距離を小さくすることができる。このため、センサ出力を大きくし、電流測定精度を十分に高めることが可能である。
また、第１の磁気センサ１２ａ及び第２の磁気センサ１２ｂとして同じ構成の磁気センサを用いることができるため、２つの磁気センサの特性を合わせることが容易になる。このため、外乱磁界の影響を精度よくキャンセルし、電流測定精度の低下を抑制可能である。
以上のように、本実施の形態に係る電流センサ１は、外乱磁界の影響を低減し、電流測定精度の低下を抑制することができる。これは、本実施の形態に係る電流センサ１では、副感度軸方向が外乱磁界を適切にキャンセルできる方向を向くように第１の磁気センサ１２ａ及び第２の磁気センサ１２ｂが配置されているためである。
なお、図９及び図１０では、第１の磁気センサ１２ａの主感度軸方向が電流線１１を通流する被測定電流Ｉからの誘導磁界Ａの方向を向き、第２の磁気センサ１２ｂの主感度軸方向が電流線１１を通流する被測定電流Ｉからの誘導磁界Ａの方向と逆の方向を向いている場合を例に挙げたが、本実施の形態に係る電流センサ１の構成はこれに限られない。第１の磁気センサ１２ａの主感度軸方向が電流線１１を通流する被測定電流Ｉからの誘導磁界Ａの方向と逆の方向を向き、第２の磁気センサ１２ｂの主感度軸方向が電流線１１を通流する被測定電流Ｉからの誘導磁界Ａの方向を向いていても良い。
また、図９及び図１０では、出力の差をとることで外乱磁界をキャンセルする構成について説明したが、本実施の形態に係る電流センサ１の構成はこれに限られない。出力の和をとることで外乱磁界をキャンセルする構成としても良い。この場合、第１の磁気センサ１２ａ及び第２の磁気センサ１２ｂのそれぞれの主感度軸方向が共に電流線１１を通流する被測定電流Ｉからの誘導磁界Ａの方向又は誘導磁界の方向と逆の方向を向き、第１の磁気センサ１２ａ及び第２の磁気センサ１２ｂのそれぞれの副感度軸方向が互いに逆の方向を向くようにすれば良い。
また、図９及び図１０では、電流線１１を挟んで第１の回路基板１３ａの配置面と、第２の回路基板１３ｂの配置面とが向かい合う構成の電流センサ１について説明したが、実施の形態に係る電流センサ１の構成はこれに限られない。電流線１１を挟んで第１の回路基板１３ａの配置面と反対側の面と、第２の回路基板１３ｂの配置面と反対側の面とが向かい合う構成としても良い。
その他、本実施の形態は、他の実施の形態に示される構成と適宜組み合わせて実施可能である。
（実施の形態５）
本実施の形態では、本発明の電流センサ１の別の一例について説明する。図１１は、本実施の形態の電流センサ１を示す模式図である。図１１Ａは電流センサ１及びその周辺の構成を模式的に示す斜視図であり、図１１Ｂは電流センサ１を図１１Ａの紙面左下方向（前方）から見た平面図である。
図１１に示されるように、本実施の形態に係る電流センサ１は、電流線１１の周囲に配置された第１の磁気センサ１２ａ及び第２の磁気センサ１２ｂを含み、第１の磁気センサ１２ａが配置される第１の回路基板１３ａ及び第２の磁気センサ１２ｂが配置される第２の回路基板１３ｂを含む。また、電流センサ１は、第１の磁気センサ１２ａの出力及び第２の磁気センサ１２ｂの出力を演算する演算装置を含む。この点において、図１１に示される電流センサ１と図１に示される電流センサ１とは共通している。図１１に示される電流センサ１と図１に示される電流センサ１の相違点は、第１の磁気センサ１２ａ及び第２の磁気センサ１２ｂと、第１の回路基板１３ａ及び第２の回路基板１３ｂとの位置関係にある。すなわち、本実施の形態に係る電流センサ１は、第１の回路基板１３ａの配置面と反対側の面と、第２の回路基板１３ｂの配置面とが、電流線１１を挟んで向かい合うように配置されている。また、第１の磁気センサ１２ａ及び第２の磁気センサ１２ｂとして同じ構成の磁気センサを用いている。このため、第１の磁気センサ１２ａ及び第２の磁気センサ１２ｂを表面側から見た場合、第１の磁気センサ１２ａの主感度軸方向に対して副感度軸方向がなす角と、第２の磁気センサ１２ｂの主感度軸方向に対して副感度軸方向がなす角とは略等しくなっている。ここで、第１の磁気センサ１２ａ及び第２の磁気センサ１２ｂは、同一のウェハを用いて製造された同一の構造を有する素子を含むことが望ましい。このような磁気センサでは主感度軸や副感度軸の感度を等しくできるため、外乱磁界の影響のキャンセルが容易になるためである。
図１１に示される電流センサ１において、第１の磁気センサ１２ａ及び第２の磁気センサ１２ｂは、電流線１１を通流する被測定電流Ｉからの誘導磁界Ａにより略逆相の出力が得られるように電流線１１の周囲に配置されている。より具体的には、第１の磁気センサ１２ａの主感度軸方向（矢印１４ａ）が電流線１１を通流する被測定電流Ｉからの誘導磁界Ａの方向を向き、第２の磁気センサ１２ｂの主感度軸方向（矢印１４ｂ）が電流線１１を通流する被測定電流Ｉからの誘導磁界Ａの方向と逆の方向を向き、第１の磁気センサ１２ａ及び第２の磁気センサ１２ｂのそれぞれの主感度軸方向が同じ方向を向くように配置されている。また、第１の磁気センサ１２ａ及び第２の磁気センサ１２ｂのそれぞれの副感度軸方向（矢印１５ａ、１５ｂ）が同じ方向を向くように配置されている。また、第１の磁気センサ１２ａは、その裏面が電流線１１の方向を向くように配置されており、第２の磁気センサ１２ｂは、その表面が電流線１１の方向を向くように配置されている。
図１１に示される構成の電流センサ１では、第１の磁気センサ１２ａ及び第２の磁気センサ１２ｂの一方の主感度軸方向が電流線１１を通流する被測定電流Ｉからの誘導磁界Ａの方向を向き、他方の主感度軸方向が電流線１１を通流する被測定電流Ｉからの誘導磁界Ａと逆の方向を向いているため、誘導磁界Ａの影響が、第１の磁気センサ１２ａ及び第２の磁気センサ１２ｂの略逆相の出力信号として現れる。また、第１の磁気センサ１２ａ及び第２の磁気センサ１２ｂのそれぞれの主感度軸方向が同じ方向を向き、第１の磁気センサ１２ａ及び第２の磁気センサ１２ｂのそれぞれの副感度軸方向が同じ方向を向いているため、第１の磁気センサ１２ａの出力及び第２の磁気センサ１２ｂの出力において外乱磁界の影響が等しく現れる。このため、第１の磁気センサ１２ａの出力と第２の磁気センサ１２ｂの出力との差をとることで、外乱磁界の影響を十分に低減し、電流測定精度の低下を抑制することができる。
図１２は、本実施の形態に係る電流センサ１の製造方法の一例を示す模式図である。図１２Ａに示されるように、まず、第１の磁気センサ１２ａ及び第２の磁気センサ１２ｂを用意する。図１２Ａにおいて、第１の磁気センサ１２ａの主感度軸方向は前方を向いており、副感度軸方向は右向きである。また、第２の磁気センサ１２ｂの主感度軸方向は前方を向いており、副感度軸方向は右向きである。つまり、第１の磁気センサ１２ａ及び第２の磁気センサ１２ｂは同等の構成を有しており、主感度軸方向と副感度軸方向とのなす角度の関係が一致している。ここでは、第１の磁気センサ１２ａ及び第２の磁気センサ１２ｂの上側（ＧＭＲ素子側）の主面を、それぞれ第１の磁気センサ１２ａ及び第２の磁気センサ１２ｂの表面とする。また、第１の磁気センサ１２ａ及び第２の磁気センサ１２ｂの下側（基板側）の主面を、それぞれ第１の磁気センサ１２ａ及び第２の磁気センサ１２ｂの裏面とする。なお、表裏の関係は逆でも良い。
次に、図１２Ｂに示されるように、第１の磁気センサ１２ａを第１の回路基板１３ａの配置面に配置し、第２の磁気センサ１２ｂを第２の回路基板１３ｂの配置面に配置する。本実施の形態では、第１の磁気センサ１２ａの裏面と第１の回路基板１３ａの配置面とが向かい合うように第１の磁気センサ１２ａを配置し、第２の磁気センサ１２ｂの裏面と第２の回路基板１３ｂの配置面とが向かい合うように第２の磁気センサ１２ｂを配置する。つまり、第１の磁気センサ１２ａ及び第１の回路基板１３ａのセットと、第２の磁気センサ１２ｂ及び第２の回路基板１３ｂのセットとは同等の構成を有する。このため、図１２Ｂに示されるように第１の回路基板１３ａの配置面と第２の回路基板１３ｂの配置面とが共に上を向き、第１の磁気センサ１２ａ及び第２の磁気センサ１２ｂのそれぞれの主感度軸方向（矢印１４ａ、１４ｂ）が同じ方向を向くようにすると、第１の磁気センサ１２ａ及び第２の磁気センサ１２ｂのそれぞれの副感度軸方向（矢印１５ａ、１５ｂ）も同じ方向を向く。
その後、図１２Ｃに示されるように、電流線１１を挟んで、第１の回路基板１３ａの配置面と反対側の面と、第２の回路基板１３ｂの配置面とが向かい合うように、電流線１１の周囲に第１の回路基板１３ａ及び第２の回路基板１３ｂを配置する。
図１２に示される方法で得られる電流センサ１では、第１の磁気センサ１２ａ及び第２の磁気センサ１２ｂとして同じ構成の磁気センサを用いることができるため、２つの磁気センサの特性を合わせることが容易になる。このため、外乱磁界の影響を精度よくキャンセルし、電流測定精度の低下を抑制可能である。また、第１の回路基板１３ａに対する第１の磁気センサ１２ａの実装パターンと、第２の回路基板１３ｂに対する第２の磁気センサ１２ｂの実装パターンとが同じになるため、同一の工程で磁気センサが実装された回路基板を用いて電流センサを構成することができる。このため、磁気センサ及び回路基板の特性を低コストに揃えることが可能となる。
図１３は、図１１に示される構成の電流センサ１の変形例を示す模式図である。図１３に示される電流センサ１の基本的な構成は、図１１に示される電流センサ１と共通である。図１３に示される電流センサ１と図１１に示される電流センサ１の相違点は、スペーサ１７の有無にある。つまり、図１３に示される電流センサ１では、電流線１１と第２の回路基板１３ｂとの間にスペーサ１７が配置されている。このようにスペーサ１７が配置されることによって、電流線１１と第１の磁気センサ１２ａとの距離、及び電流線１１と第２の磁気センサ１２ｂとの距離を均一にし易い。このため、電流測定精度を十分に高めることが可能である。
なお、図１３では電流線１１と第２の回路基板１３ｂとの間にスペーサ１７が配置された構成について示しているが、スペーサ１７は電流線１１と第２の磁気センサ１２ｂとの間に配置されても良い。また、電流線１１と第１の回路基板１３ａ（又は第１の磁気センサ１２ａ）との間に別のスペーサを配置しても良い。
以上のように、本実施の形態に係る電流センサ１は、外乱磁界の影響を低減し、電流測定精度の低下を抑制することができる。これは、本実施の形態に係る電流センサ１では、副感度軸方向が外乱磁界を適切にキャンセルできる方向を向くように第１の磁気センサ１２ａ及び第２の磁気センサ１２ｂが配置されているためである。
なお、図１１〜図１３では、第１の磁気センサ１２ａの主感度軸方向が電流線１１を通流する被測定電流Ｉからの誘導磁界Ａの方向を向き、第２の磁気センサ１２ｂの主感度軸方向が電流線１１を通流する被測定電流Ｉからの誘導磁界Ａの方向と逆の方向を向いている場合を例に挙げたが、本実施の形態に係る電流センサ１の構成はこれに限られない。第１の磁気センサ１２ａの主感度軸方向が電流線１１を通流する被測定電流Ｉからの誘導磁界Ａの方向と逆の方向を向き、第２の磁気センサ１２ｂの主感度軸方向が電流線１１を通流する被測定電流Ｉからの誘導磁界Ａの方向を向いていても良い。
また、図１１〜図１３では、出力の差をとることで外乱磁界をキャンセルする構成について説明したが、本実施の形態に係る電流センサ１の構成はこれに限られない。出力の和をとることで外乱磁界をキャンセルする構成としても良い。この場合、第１の磁気センサ１２ａ及び第２の磁気センサ１２ｂのそれぞれの主感度軸方向が共に電流線１１を通流する被測定電流Ｉからの誘導磁界Ａの方向又は誘導磁界Ａの方向と逆の方向を向き、第１の磁気センサ１２ａ及び第２の磁気センサ１２ｂのそれぞれの副感度軸方向が互いに逆の方向を向くようにすれば良い。
その他、本実施の形態は、他の実施の形態に示される構成と適宜組み合わせて実施可能である。
（実施の形態６）
本実施の形態では、本発明の電流センサ１の別の一例について説明する。本実施の形態の電流センサ１は、実施の形態１〜実施の形態５において説明した電流センサ１において、第１の磁気センサ１２ａ及び第２の磁気センサ１２ｂに磁気抵抗効果素子を用いた磁気センサを適用したものに相当する。
本実施の形態に係る第１の磁気センサ１２ａ及び第２の磁気センサ１２ｂは、磁気比例式センサ又は磁気平衡式センサである。磁気比例式センサは、例えば、磁気センサ素子である２つの磁気抵抗効果素子及び２つの固定抵抗素子からなるブリッジ回路を含むように構成される。また、磁気平衡式センサは、例えば、磁気センサ素子である２つの磁気抵抗効果素子及び２つの固定抵抗素子からなるブリッジ回路と、被測定電流によって発生する磁界を打ち消す方向の磁界を発生可能に配置されたフィードバックコイルと、を含むように構成される。磁気比例式センサを採用する場合には、磁気平衡式センサのようなフィードバックコイル及びその制御に関する構成が不要になるため、構成を簡略化し、電流センサの小型化を図れる。一方で、磁気平衡式センサを採用する場合には、応答速度が高く、温度依存の小さい電流センサを容易に実現できる。
第１の磁気センサ１２ａ及び第２の磁気センサ１２ｂに用いられる磁気抵抗効果素子には、ＧＭＲ（Ｇｉａｎｔ Ｍａｇｎｅｔｏ Ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ）素子やＴＭＲ（Ｔｕｎｎｅｌ Ｍａｇｎｅｔｏ Ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ）素子などがあるが、ここでは、感度軸と直交する方向にも感度を有するＧＭＲ素子を用いる。ＧＭＲ素子などの磁気抵抗効果素子は、被測定電流からの誘導磁界の印加により抵抗値が変化するという性質を有しており、これを第１の磁気センサ１２ａ及び第２の磁気センサ１２ｂに用いることで、誘導磁界の大きさを検出することができる。
第１の磁気センサ１２ａ及び第２の磁気センサ１２ｂは、同一のウェハを用いて製造された同一の構造を有する素子を含むものであることが望ましい。このような磁気センサでは主感度軸や副感度軸の感度を等しくできるため、外乱磁界の影響を十分にキャンセルし、電流測定精度の低下を抑制することができるためである。
図１４は、第１の磁気センサ１２ａ及び第２の磁気センサ１２ｂに用いられるＧＭＲ素子の構造を示す模式図である。図１４Ａは断面構造を示しており、図１４Ｂは平面構造を示している。ＧＭＲ素子は、図１４Ａに示されるように、基板１０１に設けられた複数の膜の積層構造でなる。すなわち、ＧＭＲ素子は、シード層１０２、第１の強磁性膜１０３、反平行結合膜１０４、第２の強磁性膜１０５、非磁性中間層１０６、軟磁性自由層（フリー磁性層）１０７、及び保護層１０８を含む。また、図１４Ｂに示されるように、長手方向が互いに平行になるように配置された複数の帯状の長尺パターン（ストライプ）が折り返してなる形状（ミアンダ形状）を有する。
このＧＭＲ素子においては、反平行結合膜１０４を介して第１の強磁性膜１０３と第２の強磁性膜１０５とが反強磁性的に結合されており、いわゆるセルフピン止め型の強磁性固定層（ＳＦＰ層：Ｓｙｎｔｈｅｔｉｃ Ｆｅｒｒｉ Ｐｉｎｎｅｄ層）が構成されている。このように、図１４に示されるＧＭＲ素子は、強磁性固定層、非磁性中間層１０６及び軟磁性自由層１０７を用いたスピンバルブ型の素子である。なお、図１４では説明の簡単のため、ＧＭＲ素子以外の下地層などは省略して示しているが、基板１０１とシード層１０２との間に、例えば、Ｔａ、Ｈｆ、Ｎｂ、Ｚｒ、Ｔｉ、Ｍｏ、Ｗなどのうち少なくとも一の元素を含む非磁性材料で構成される下地層が設けられていても良い。
シード層１０２は、ＮｉＦｅＣｒあるいはＣｒなどで構成される。第１の強磁性膜１０３は、４０原子％〜８０原子％のＦｅを含むＣｏＦｅ合金で構成されていることが好ましい。これは、この組成範囲のＣｏＦｅ合金が、大きな保磁力を有し、外部磁界に対して磁化を安定に維持できるからである。なお、第１の強磁性膜１０３は、その成膜中にミアンダ形状の長手方向と垂直な方向（図１４Ａの奥側から手前側、図１４Ｂの上側から下側に向かう方向）に磁界が印加されることにより、誘導磁気異方性が付与される。反平行結合膜１０４は、Ｒｕなどにより構成される。また、第２の強磁性膜１０５は、０原子％〜４０原子％のＦｅを含むＣｏＦｅ合金で構成されていることが好ましい。これは、この組成範囲のＣｏＦｅ合金が小さな保磁力を有し、第１の強磁性膜１０３が優先的に磁化する方向に対して反平行方向（１８０°異なる方向）に磁化し易くなるためである。なお、第２の強磁性膜１０５は、成膜中に、第１の強磁性膜１０３の成膜中と同様の磁界（ミアンダ形状の長手方向と垂直な方向の磁界）が印加されることにより、誘導磁気異方性が付与される。このような磁界を印加しながら成膜することで、第１の強磁性膜１０３が印加磁界の方向（以下、Ｐｉｎ１方向）に優先的に磁化し、第２の強磁性膜１０５は第１の強磁性膜１０３の磁化方向とは反平行方向（１８０°異なる方向、以下、Ｐｉｎ２方向）に磁化する。非磁性中間層１０６は、Ｃｕなどにより構成される。
また、軟磁性自由層（フリー層）１０７は、ＣｏＦｅ合金、ＮｉＦｅ合金、ＣｏＦｅＮｉ合金などの磁性材料で構成される。なお、軟磁性自由層１０７の成膜中にはミアンダ形状の長手方向（Ｐｉｎ２方向に垂直な方向、Ｘ軸方向）の磁界が印加され、成膜後の軟磁性自由層１０７に誘導磁気異方性が付与されることが好ましい。これにより、Ｘ軸方向の外部磁界に対して線形的に抵抗変化し、ヒステリシスが小さいＧＭＲ素子を得ることができる。保護層１０８は、Ｔａ、Ｒｕなどで構成される。
ＧＭＲ素子はハードバイアス層１０９を有し、ハードバイアス層１０９から軟磁性自由層（フリー層）１０７に一定の磁界が印加されることが好ましい。ハードバイアス層１０９による磁界（以下、ハードバイアス（ＨＢ））の向きは、ミアンダ形状の長手方向（Ｐｉｎ２方向に垂直な方向、Ｘ軸方向）である。このようなハードバイアス層１０９により、ＧＭＲ素子の感度を高めることができる。
また、ハードバイアス層１０９によって、ＧＭＲ素子の感度軸はハードバイアスの方向に対して垂直な方向を向き、副感度軸はハードバイアスの方向を向くよう制御される。このため、これを利用して、電流センサに用いられるＧＭＲ素子のハードバイアスの方向を揃え、副感度軸方向に現れる外乱磁界の影響を適切にキャンセル可能な構成を実現できる。具体的には、出力の差をとる電流センサでは、第１の磁気センサ１２ａの副感度軸と第２の磁気センサ１２ｂの副感度軸とが同じ方向を向くようにＧＭＲ素子のハードバイアスの向きを制御する。出力の和をとる電流センサでは、第１の磁気センサ１２ａの副感度軸と第２の磁気センサ１２ｂの副感度軸とが逆方向を向くようにハードバイアスの向きを制御する。これにより、外乱磁界の影響を低減し、電流測定精度の低下を抑制することができる。
上述したＧＭＲ素子、およびＧＭＲ素子を含む磁気センサにおいて、主感度軸方向はＰｉｎ２方向である。また、副感度軸方向はＰｉｎ２に垂直な方向である。膜に垂直な方向には実質的な感度を有しない。
図１５は、ＧＭＲ素子の副感度軸方向に磁界を印加した場合のＧＭＲ素子の抵抗値（つまり、ＧＭＲ素子の感度）を示すグラフである。図１５において、横軸は副感度軸方向（すなわちハードバイアス方向）の印加磁界の大きさを表している。印加磁界が負で表される場合、ハードバイアス方向の磁界が印加されたことを示し、印加磁界が正で表される場合、ハードバイアス方向と逆の方向の磁界が印加されたことを示す。縦軸は、ＧＭＲ素子の抵抗値を表している。また、実線は第１のＧＭＲ素子の特性を示しており、破線は第２のＧＭＲ素子の特性を示している。
図１５Ａはハードバイアスがごく弱い場合の特性を示し、図１５Ｂはハードバイアスが強い場合の特性を示し、図１５Ｃはハードバイアスがごく強い場合の特性を示している。図１５Ａに示されるようにハードバイアスが弱い場合、２つのＧＭＲ素子の副感度軸方向の感度特性は大きく異なることになる。第１のＧＭＲ素子は負方向の磁界印加で抵抗値が低下しているのに対して、第２のＧＭＲ素子は正方向の磁界印加で抵抗値が低下している。これは、副感度軸の向きが揃っていないことを意味する。この場合、副感度軸方向に表れる外乱磁界の影響を精度よくキャンセルすることは困難である。一方、図１５Ｂおよび図１５Ｃに示されるようにハードバイアスが強い場合、２つのＧＭＲ素子の副感度軸方向の感度特性は揃う。この場合、副感度軸方向に表れる外乱磁界の影響を精度よくキャンセルすることが可能である。
このように、第１の磁気センサ１２ａ及び第２の磁気センサ１２ｂに磁気抵抗効果素子を用いた磁気センサを適用する場合、ハードバイアスによって副感度軸方向の感度特性を制御することにより副感度軸方向に表れる外乱磁界の影響を精度よくキャンセルすることが可能になる。このため、電流測定精度の低下を抑制することができる。
本実施の形態は、他の実施の形態に示される構成と適宜組み合わせて実施可能である。
（実施の形態７）
本実施の形態では、本発明の電流センサ１の別の例について説明する。図１６は、本実施の形態の電流センサ１の一例を示す模式図である。図１６Ａは電流センサ１及びその周辺の構成を模式的に示す斜視図であり、図１６Ｂは電流センサ１を図１６Ａの上方から見た平面図であり、図１６Ｃは、磁気センサの主感度軸方向及び副感度軸方向と誘導磁界の方向との関係を示す模式図である。また、図１７は、本実施の形態の電流センサ１の別の一例を示す模式図である。図１７Ａは電流センサ１及びその周辺の構成を模式的に示す斜視図であり、図１７Ｂは電流センサ１を図１７Ａの上方から見た平面図であり、図１７Ｃは、磁気センサの主感度軸方向及び副感度軸方向と誘導磁界の方向との関係を示す模式図である。
図１６及び図１７に示すように、本実施の形態に係る電流センサ１の基本的な構成は、上記実施の形態１〜実施の形態６に係る電流センサ１の構成と共通している。一方、本実施の形態に係る電流センサ１は、主感度軸方向（矢印１４ａ、１４ｂ）が、誘導磁界Ａと平行な方向を向いていない点で上記実施の形態１〜実施の形態６に係る電流センサ１と相違している。
図１６に示す電流センサ１は、図１に示す電流センサの第１の磁気センサ１２ａ及び第２の磁気センサ１２ｂを、配置面に垂直な軸を回転軸として所定角度回転させた構成を有している（図１６Ａ、図１６Ｂ参照）。具体的には、図１６Ｃに示すように、電流センサ１は、第１の磁気センサ１２ａ及び第２の磁気センサ１２ｂの主感度軸方向が、誘導磁界Ａに対して角度θ１をなすように構成されている。言い換えれば、第１の磁気センサ１２ａの主感度軸方向（矢印１４ａ）は、電流線１１を通流する被測定電流Ｉからの誘導磁界Ａに対して平行ではない方向を向いており、第２の磁気センサ１２ｂの主感度軸方向（矢印１４ｂ）は、電流線１１を通流する被測定電流Ｉからの誘導磁界Ａの方向と平行ではない方向を向いている。ただし、実施の形態１〜実施の形態６と同様、電流センサ１が誘導磁界Ａに対して感度を有するように、主感度軸方向と誘導磁界Ａの方向とは直交しない。つまり、θ１≠９０°×ｎ（ｎは整数）を満たしている。
主感度軸方向と誘導磁界Ａとが所定の角度をなす本実施の形態の電流センサ１においては、誘導磁界Ａの主感度軸方向成分が検出される。主感度軸方向と誘導磁界Ａの方向とのなす角度がθ１で、誘導磁界Ａの強さがＨＡであれば、第１の磁気センサ１２ａ及び第２の磁気センサ１２ｂがそれぞれ受ける磁界の強さＨは、ＨＡｃｏｓθ１（＜ＨＡ）となる。つまり、主感度軸方向が、誘導磁界Ａの方向に対して角度θ１傾くように配置されているため、第１の磁気センサ１２ａ及び第２の磁気センサ１２ｂがそれぞれ受ける磁界の強さＨは、誘導磁界Ａの強さＨＡより小さくなる。このため、第１の磁気センサ１２ａ及び第２の磁気センサ１２ｂが受ける磁界の強さを角度θ１によって調節することで、電流センサ１の測定可能な範囲を調節できる。
なお、図１６に示される電流センサ１においては、第１の磁気センサ１２ａ及び第２の磁気センサ１２ｂのそれぞれの主感度軸方向が同じ方向を向き、第１の磁気センサ１２ａ及び第２の磁気センサ１２ｂのそれぞれの副感度軸方向が同じ方向を向いているため、第１の磁気センサ１２ａの出力及び第２の磁気センサ１２ｂの出力において外乱磁界の影響は等しく現れる。このため、第１の磁気センサ１２ａの出力と第２の磁気センサ１２ｂの出力との差をとることで、外乱磁界の影響を十分に低減し、電流測定精度の低下を抑制することができる。
図１７に示す電流センサ１は、図５に示す電流センサの第１の磁気センサ１２ａ及び第２の磁気センサ１２ｂを、第１の回路基板１３ａ及び第２の回路基板１３ｂの配置面において所定角度回転させた構成を有している（図１７Ａ、図１７Ｂ参照）。具体的には、図１７Ｃに示すように、電流センサ１は、第１の磁気センサ１２ａ及び第２の磁気センサ１２ｂの主感度軸方向が、誘導磁界Ａに対して角度θ２をなすように構成されている。言い換えれば、第１の磁気センサ１２ａの主感度軸方向（矢印１４ａ）は、電流線１１を通流する被測定電流Ｉからの誘導磁界Ａに対して平行ではない方向を向いており、第２の磁気センサ１２ｂの主感度軸方向（矢印１４ｂ）は、電流線１１を通流する被測定電流Ｉからの誘導磁界Ａの方向と平行ではない方向を向いている。ただし、実施の形態１〜実施の形態６と同様、電流センサ１が誘導磁界Ａに対して感度を有するように、主感度軸方向と誘導磁界Ａの方向とは直交しない。つまり、θ２≠９０°×ｎ（ｎは整数）を満たしている。この電流センサ１においても、第１の磁気センサ１２ａ及び第２の磁気センサ１２ｂが受ける磁界の強さを角度θ２によって調節することで、電流センサ１の測定可能な範囲を調節できる。
なお、図１７に示される電流センサ１においては、第１の磁気センサ１２ａ及び第２の磁気センサ１２ｂのそれぞれの主感度軸方向が逆の方向を向き、第１の磁気センサ１２ａ及び第２の磁気センサ１２ｂのそれぞれの副感度軸方向が逆の方向を向いているため、第１の磁気センサ１２ａの出力及び第２の磁気センサ１２ｂの出力において外乱磁界の影響は逆に現れる。このため、第１の磁気センサ１２ａの出力と第２の磁気センサ１２ｂの出力との和をとることで、外乱磁界の影響を十分に低減し、電流測定精度の低下を抑制することができる。
このように、本実施の形態に係る電流センサ１は、主感度軸方向と誘導磁界Ａとが所定の角度をなすように構成されているため、この角度を調節することで、電流センサ１の測定可能な範囲を調節できる。例えば、主感度軸方向が誘導磁界Ａの方向と平行な方向を向くように配置された実施の形態１〜実施の形態６の電流センサ１より感度を低くして、測定可能な範囲を広げることができる。
なお、本実施の形態では、誘導磁界Ａの方向と主感度軸方向とが所定の角度をなすように第１の磁気センサ１２ａ及び第２の磁気センサ１２ｂを回転させているが、第１の回路基板１３ａ及び第２の回路基板１３ｂを回転させるようにしても良い。また、副感度軸が誘導磁界Ａの影響を受けないように、第１の回路基板１３ａ及び第２の回路基板１３ｂ（又は、第１の磁気センサ１２ａ及び第２の磁気センサ１２ｂ）を回転させて、誘導磁界Ａに対する副感度軸方向を制御するようにしても良い。この場合、例えば、副感度軸方向を誘導磁界Ａに対して直交させるようにすることで、副感度軸における誘導磁界Ａの影響を抑制できる。
その他、本実施の形態は、他の実施の形態に示される構成と適宜組み合わせて実施可能である。
以上のように、本発明の電流センサ１は、主感度軸方向に加え副感度軸方向を制御することで、外乱磁界を十分にキャンセル可能にしている。これにより、電流測定精度の低下を抑制することができる。
なお、本発明は上記実施の形態に限定されず、種々変更して実施することができる。例えば、上記実施の形態における各構成要素の配置、大きさなどは適宜変更して実施することが可能である。また、電流線１１を通流する被測定電流Ｉの向きは逆向きにすることもできる。また、上記実施の形態１〜実施の形態７に示す構成は、適宜組み合わせて実施することが可能である。その他、本発明は、本発明の範囲を逸脱しないで適宜変更して実施することができる。
本発明の電流センサは、例えば、電気自動車やハイブリッドカーのモータ駆動用の電流の大きさを検知するために用いることが可能である。
本出願は、２０１１年３月２日出願の特願２０１１−０４５４７５に基づく。この内容は、全てここに含めておく。

Claims (19)

  1. 被測定電流が通流する電流線の周囲に配置され、前記電流線を通流する電流による誘導磁界を検出する、主感度軸と直交する方向に副感度軸をそれぞれ有する第１の磁気センサ及び第２の磁気センサを具備し、
    前記第１の磁気センサ及び前記第２の磁気センサは、前記電流線を挟んで配置され、
    前記第１の磁気センサの主感度軸方向が前記電流線を通流する電流からの誘導磁界の方向と直交しない方向を向き、前記第２の磁気センサの主感度軸方向が前記電流線を通流する電流からの誘導磁界の方向と直交しない方向を向くように配置され、
    前記第１の磁気センサ及び前記第２の磁気センサのそれぞれの主感度軸方向が同じ方向を向くと共に、前記第１の磁気センサ及び前記第２の磁気センサのそれぞれの副感度軸方向が同じ方向を向くように配置され、又は、前記第１の磁気センサ及び前記第２の磁気センサのそれぞれの主感度軸方向が逆方向を向くと共に、前記第１の磁気センサ及び前記第２の磁気センサのそれぞれの副感度軸方向が逆方向を向くように配置されたことを特徴とする電流センサ。
  2. 前記第１の磁気センサ及び前記第２の磁気センサのそれぞれの主感度軸方向が同じ方向を向き、
    前記第１の磁気センサの出力と前記第２の磁気センサの出力との差をとる演算装置を具備したことを特徴とする請求項１に記載の電流センサ。
  3. 前記第１の磁気センサ及び前記第２の磁気センサのそれぞれの主感度軸方向が逆方向を向き、
    前記第１の磁気センサの出力と前記第２の磁気センサの出力との和をとる演算装置を具備したことを特徴とする請求項１に記載の電流センサ。
  4. 配置面に前記第１の磁気センサが配置された第１の回路基板と、
    配置面に前記第２の磁気センサが配置された第２の回路基板と、を具備し、
    前記第１の回路基板の前記配置面及び前記第２の回路基板の前記配置面が前記電流線を挟んで向かい合うように配置されたことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の電流センサ。
  5. 配置面に前記第１の磁気センサが配置された第１の回路基板と、
    配置面に前記第２の磁気センサが配置された第２の回路基板と、を具備し、
    前記第１の回路基板の前記配置面と反対側の面及び前記第２の回路基板の前記配置面と反対側の面が前記電流線を挟んで向かい合うように配置されたことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の電流センサ。
  6. 前記第１の磁気センサの主感度軸方向及び副感度軸方向と前記第２の磁気センサの主感度軸方向及び副感度軸方向とは、鏡像関係を有することを特徴とする請求項４に記載の電流センサ。
  7. 前記第１の磁気センサの主感度軸方向及び副感度軸方向と前記第２の磁気センサの主感度軸方向及び副感度軸方向とは、鏡像関係を有することを特徴とする請求項５に記載の電流センサ。
  8. 前記第１の磁気センサ及び前記第２の磁気センサを表面側から見た場合、前記第１の磁気センサの主感度軸方向に対して副感度軸方向がなす角と、前記第２の磁気センサの主感度軸方向に対して副感度軸方向がなす角とは等しくなっており、
    前記第１の磁気センサはその表面が前記第１の回路基板の配置面と向かい合うように前記第１の回路基板に配置され、
    前記第２の磁気センサはその裏面が前記第２の回路基板の配置面と向かい合うように前記第２の回路基板に配置されたことを特徴とする請求項４に記載の電流センサ。
  9. 前記第１の磁気センサ及び前記第２の磁気センサを表面側から見た場合、前記第１の磁気センサの主感度軸方向に対して副感度軸方向がなす角と、前記第２の磁気センサの主感度軸方向に対して副感度軸方向がなす角とは等しくなっており、
    前記第１の磁気センサはその表面が前記第１の回路基板の配置面と向かい合うように前記第１の回路基板に配置され、
    前記第２の磁気センサはその裏面が前記第２の回路基板の配置面と向かい合うように前記第２の回路基板に配置されたことを特徴とする請求項５に記載の電流センサ。
  10. 配置面に第１の磁気センサが配置された第１の回路基板と、
    配置面に第２の磁気センサが配置された第２の回路基板と、を具備し、
    前記第１の回路基板の前記配置面及び前記第２の回路基板の前記配置面と反対側の面が前記電流線を挟んで向かい合うように配置されたことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の電流センサ。
  11. 前記電流線と前記第１の磁気センサとの間、又は前記電流線と前記第１の回路基板との間にスペーサを配置することにより、前記電流線と前記第１の磁気センサとの距離及び前記電流線と前記第２の磁気センサとの距離を等しくしたことを特徴とする請求項１０に記載の電流センサ。
  12. 前記第１の磁気センサ及び前記第２の磁気センサは、同一のウェハを用いて製造された同一の構造を有する素子であることを特徴とする請求項８に記載の電流センサ。
  13. 前記第１の磁気センサ及び前記第２の磁気センサは、同一のウェハを用いて製造された同一の構造を有する素子であることを特徴とする請求項９に記載の電流センサ。
  14. 前記第１の磁気センサ及び前記第２の磁気センサは、同一のウェハを用いて製造された同一の構造を有する素子であることを特徴とする請求項１０に記載の電流センサ。
  15. 前記第１の磁気センサ及び前記第２の磁気センサは、同一のウェハを用いて製造された同一の構造を有する素子であることを特徴とする請求項１１に記載の電流センサ。
  16. 前記第１の磁気センサ及び前記第２の磁気センサは、磁気抵抗効果素子を用いた磁気センサであり、
    前記第１の磁気センサの副感度軸方向と前記第２の磁気センサの副感度軸方向とは、それぞれが有する磁気抵抗効果素子のハードバイアスの方向であることを特徴とする請求項１から請求項１５のいずれかに記載の電流センサ。
  17. 前記第１の磁気センサ及び前記第２の磁気センサは、磁気収束板付きのホール素子を用いた磁気センサであることを特徴とする請求項１から請求項１１のいずれかに記載の電流センサ。
  18. 前記第１の磁気センサの主感度軸方向が前記電流線を通流する電流からの誘導磁界と平行な方向を向き、前記第２の磁気センサの主感度軸方向が前記電流線を通流する電流からの誘導磁界の方向と平行な方向を向くことを特徴とする請求項１から請求項１７のいずれかに記載の電流センサ。
  19. 前記第１の磁気センサの主感度軸方向が前記電流線を通流する電流からの誘導磁界と平行ではない方向を向き、前記第２の磁気センサの主感度軸方向が前記電流線を通流する電流からの誘導磁界の方向と平行ではない方向を向くことを特徴とする請求項１から請求項１７のいずれかに記載の電流センサ。
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