JP6115501B2 - Current sensor - Google Patents
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Description
本発明は、磁気抵抗効果素子と、磁気抵抗効果素子にバイアス磁界を透過させるバイアス磁石と、磁気抵抗効果素子から出力される電気信号に基づいて被測定電流を算出する算出部と、を有する電流センサに関するものである。 The present invention includes a magnetoresistive effect element, a bias magnet that transmits a bias magnetic field to the magnetoresistive effect element, and a calculation unit that calculates a current to be measured based on an electric signal output from the magnetoresistive effect element. It relates to sensors.
特許文献1に示されるように、センサ基板に磁電変換素子が形成され、センサ基板の周囲が磁気シールドによって囲まれた電流センサが従来技術として知られている。磁気シールド内には、磁電変換素子にバイアス磁界を印加するバイアス磁石、および、磁電変換素子の出力信号を処理する回路基板が設けられている。センサ基板、バイアス磁石、および、回路基板それぞれが非磁性材料から成る支持基板に固定されている。 As shown in Patent Document 1, a current sensor in which a magnetoelectric conversion element is formed on a sensor substrate and the sensor substrate is surrounded by a magnetic shield is known as a prior art. In the magnetic shield, a bias magnet for applying a bias magnetic field to the magnetoelectric conversion element and a circuit board for processing an output signal of the magnetoelectric conversion element are provided. Each of the sensor substrate, the bias magnet, and the circuit substrate is fixed to a support substrate made of a nonmagnetic material.
上記したように特許文献1に示される電流センサでは、センサ基板、バイアス磁石、および、回路基板それぞれが支持基板に固定されている。そのため回路基板にて生じた熱は支持基板を介してセンサ基板とバイアス磁石それぞれに伝熱される。バイアス磁界は温度特性を有するので、バイアス磁石の温度に応じてバイアス磁界を算出する必要がある。このようにバイアス磁界を算出するにはバイアス磁石の温度を検出しなくてはならないが、バイアス磁石は温度を検出する機能を有さないので、検温素子によってバイアス磁石の温度を検出することとなる。しかしながら検温素子に回路基板から伝熱される熱量、および、バイアス磁石に回路基板から伝熱される熱量それぞれが異なる場合、バイアス磁石の温度を精度よく検出することができず、その結果バイアス磁界の算出精度が低下する虞がある。 As described above, in the current sensor disclosed in Patent Document 1, the sensor substrate, the bias magnet, and the circuit substrate are each fixed to a support substrate. Therefore, the heat generated in the circuit board is transferred to the sensor board and the bias magnet through the support board. Since the bias magnetic field has temperature characteristics, it is necessary to calculate the bias magnetic field according to the temperature of the bias magnet. In order to calculate the bias magnetic field in this way, the temperature of the bias magnet must be detected. However, since the bias magnet does not have a function of detecting the temperature, the temperature of the bias magnet is detected by the temperature measuring element. . However, if the amount of heat transferred from the circuit board to the thermometer and the amount of heat transferred from the circuit board to the bias magnet are different, the temperature of the bias magnet cannot be detected accurately, and as a result, the calculation accuracy of the bias magnetic field cannot be detected. May decrease.
そこで本発明は上記問題点に鑑み、バイアス磁界の算出精度の低下が抑制された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 current sensor in which a decrease in accuracy of calculating a bias magnetic field is suppressed.
上記した目的を達成するために本発明は、被測定電流の流動によって生じる被測定磁界が透過する磁気抵抗効果素子(10)と、磁気抵抗効果素子にバイアス磁界を透過させるバイアス磁石(20)と、磁気抵抗効果素子から出力される電気信号に基づいて被測定電流を算出する算出部(30)と、を有する電流センサであって、磁気抵抗効果素子は、磁化方向の固定されたピン層と、磁化方向が透過磁界に応じて変化する自由層と、ピン層と自由層との間に設けられた非磁性の中間層と、を有し、ピン層と自由層それぞれの磁化方向の成す角度に応じて抵抗値が変動するものであり、磁気抵抗効果素子として、第1磁気抵抗効果素子(11)と、第1磁気抵抗効果素子とはピン層の磁化方向が90°異なる第2磁気抵抗効果素子(12)と、を同数有し、第1磁気抵抗効果素子と第2磁気抵抗効果素子とによってブリッジ回路(13,14,15)が組まれ、その中点電位が被測定磁界を検出するための電気信号であり、ブリッジ回路と算出部との相対距離、および、バイアス磁石と算出部との相対距離それぞれが等しく、算出部からブリッジ回路へと伝熱される熱量と、算出部からバイアス磁石へと伝熱される熱量とが等しくなっており、算出部は、ブリッジ回路を組む第1磁気抵抗効果素子と第2磁気抵抗効果素子の合成抵抗の第1温度特性、および、バイアス磁石のバイアス磁界の第2温度特性を有し、第1温度特性に基づいてバイアス磁石の温度を算出し、算出した温度、および、第2温度特性に基づいてバイアス磁界を算出することを特徴とする。 In order to achieve the above object, the present invention includes a magnetoresistive element (10) that transmits a magnetic field to be measured generated by the flow of a current to be measured, and a bias magnet (20) that transmits a bias magnetic field to the magnetoresistive element. A current sensor that calculates a current to be measured based on an electrical signal output from the magnetoresistive element, the magnetoresistive element having a pinned layer with a fixed magnetization direction, An angle formed by the magnetization directions of the pinned layer and the free layer, each of which includes a free layer whose magnetization direction changes according to the transmitted magnetic field, and a nonmagnetic intermediate layer provided between the pinned layer and the free layer. As the magnetoresistive effect element, the first magnetoresistive effect element (11) and the first magnetoresistive effect element differ in the magnetization direction of the pinned layer by 90 ° as the magnetoresistive effect element. Effect element (12) and The bridge circuit (13, 14, 15) is assembled by the first magnetoresistive element and the second magnetoresistive element, and the midpoint potential is an electric signal for detecting the magnetic field to be measured. , The relative distance between the bridge circuit and the calculation unit, and the relative distance between the bias magnet and the calculation unit are equal, the amount of heat transferred from the calculation unit to the bridge circuit, and the amount of heat transferred from the calculation unit to the bias magnet And the calculation unit calculates the first temperature characteristic of the combined resistance of the first magnetoresistive effect element and the second magnetoresistive effect element forming the bridge circuit, and the second temperature characteristic of the bias magnetic field of the bias magnet. And a bias magnet temperature is calculated based on the first temperature characteristic, and a bias magnetic field is calculated based on the calculated temperature and the second temperature characteristic.
このように本発明によれば磁気抵抗効果素子(10)はピン層と自由層それぞれの磁化方向の成す角度によって抵抗値が変動する。したがって磁気抵抗効果素子(10)を被測定磁界やバイアス磁界それぞれが透過すると温度に依らずに抵抗値が変動する。しかしながら第1磁気抵抗効果素子(11)と第2磁気抵抗効果素子(12)とはピン層の磁化方向が90°異なっている。そのために、2つの磁気抵抗効果素子(10)の一方の抵抗値が減少した場合、他方の抵抗値はそれと同等分だけ増大する。したがってこれら2つの磁気抵抗効果素子(10)によって組まれたブリッジ回路(13,14,15)の総抵抗(合成抵抗)は磁界に対して不変となっている。これにより合成抵抗の温度特性に基づくことでブリッジ回路(13,14,15)の温度を算出することができる。 Thus, according to the present invention, the resistance value of the magnetoresistive element (10) varies depending on the angle formed by the magnetization directions of the pinned layer and the free layer. Therefore, when each of the magnetic field to be measured and the bias magnetic field is transmitted through the magnetoresistive element (10), the resistance value varies regardless of the temperature. However, the magnetization direction of the pinned layer differs by 90 ° between the first magnetoresistive element (11) and the second magnetoresistive element (12). Therefore, when the resistance value of one of the two magnetoresistive effect elements (10) decreases, the resistance value of the other increases by the same amount. Therefore, the total resistance (synthetic resistance) of the bridge circuit (13, 14, 15) assembled by these two magnetoresistance effect elements (10) is invariant to the magnetic field. Thus, the temperature of the bridge circuit (13, 14, 15) can be calculated based on the temperature characteristic of the combined resistance.
また本発明では算出部(30)からブリッジ回路(13,14,15)へと伝熱される熱量と、算出部(30)からバイアス磁石(20)へと伝熱される熱量とが等しくなっている。そのため、算出部からブリッジ回路へと伝熱される熱量と、算出部からバイアス磁石へと伝熱される熱量とが異なる構成と比べて、ブリッジ回路(13,14,15)の温度とバイアス磁石(20)の温度それぞれの値が近い。これに対して算出部(30)はブリッジ回路(13,14,15)の合成抵抗の第1温度特性に基づいてバイアス磁石(20)の温度を算出するため、その算出温度の精度の低下が抑制される。以上により、算出したバイアス磁石(20)の温度、および、バイアス磁界の第2温度特性に基づくことで、バイアス磁界の算出精度の低下が抑制される。更に言えば、バイアス磁石(20)の温度を検出するための検温素子を有する構成とは異なり、磁気抵抗効果素子(10)がその機能を担うので、電流センサの体格の増大が抑制される。 In the present invention, the amount of heat transferred from the calculation unit (30) to the bridge circuit (13, 14, 15) is equal to the amount of heat transferred from the calculation unit (30) to the bias magnet (20). . Therefore, the temperature of the bridge circuit (13, 14, 15) and the bias magnet (20) are compared with a configuration in which the amount of heat transferred from the calculation unit to the bridge circuit is different from the amount of heat transferred from the calculation unit to the bias magnet. ) Temperature values are close. On the other hand, since the calculation unit (30) calculates the temperature of the bias magnet (20) based on the first temperature characteristic of the combined resistance of the bridge circuit (13, 14, 15), the accuracy of the calculated temperature is reduced. It is suppressed. As described above, based on the calculated temperature of the bias magnet (20) and the second temperature characteristic of the bias magnetic field, a decrease in the accuracy of calculating the bias magnetic field is suppressed. Furthermore, unlike the configuration having a temperature sensing element for detecting the temperature of the bias magnet (20), the magnetoresistive effect element (10) assumes its function, and thus the increase in the size of the current sensor is suppressed.
ブリッジ回路、バイアス磁石、および、算出部それぞれを一面(40a)に搭載する搭載部(40)を有し、搭載部の一面におけるブリッジ回路と算出部との相対距離、および、バイアス磁石と算出部との相対距離それぞれが等しくなっている。 A bridge circuit, a bias magnet, and a mounting unit (40) for mounting each of the calculation units on one surface (40a), a relative distance between the bridge circuit and the calculation unit on one surface of the mounting unit, and a bias magnet and a calculation unit The relative distances from each other are equal.
これによれば、算出部(30)からブリッジ回路(13,14,15)、および、算出部(30)からバイアス磁石(20)それぞれへと同一の搭載部(40)を介して算出部(30)の熱が伝熱される。したがって算出部からブリッジ回路、および、算出部からバイアス磁石それぞれへと異なる部材を介してブリッジ回路およびバイアス磁石それぞれへ算出部の熱が伝熱される構成と比べて、ブリッジ回路(13,14,15)およびバイアス磁石(20)それぞれに伝熱される熱量が異なることが抑制される。 According to this, from the calculation unit (30) to the bridge circuit (13, 14, 15) and from the calculation unit (30) to the bias magnet (20) through the same mounting unit (40), the calculation unit ( 30) heat is transferred. Therefore, the bridge circuit (13, 14, 15) is compared with the configuration in which the heat of the calculation unit is transferred to the bridge circuit and the bias magnet through different members from the calculation unit to the bridge circuit and from the calculation unit to the bias magnet. ) And the bias magnet (20) are prevented from being different in heat quantity.
算出部の一面(30a)にブリッジ回路が搭載され、算出部の一面の裏面(30b)にバイアス磁石が搭載されている。 A bridge circuit is mounted on one surface (30a) of the calculation unit, and a bias magnet is mounted on the back surface (30b) of the one surface of the calculation unit.
これによれば、算出部(30)とブリッジ回路(13,14,15)との間、および、算出部(30)とバイアス磁石(20)との間に算出部(30)とは異なる部材が介在されないので、その介在された部材の組成比などの品質ばらつきのためにブリッジ回路(13,14,15)およびバイアス磁石(20)それぞれに伝熱される熱量が異なることが抑制される。 According to this, a member different from the calculation unit (30) between the calculation unit (30) and the bridge circuit (13, 14, 15) and between the calculation unit (30) and the bias magnet (20). Therefore, the amount of heat transferred to the bridge circuit (13, 14, 15) and the bias magnet (20) is suppressed from being different due to quality variations such as the composition ratio of the interposed members.
なお、特許請求の範囲に記載の請求項、および、課題を解決するための手段それぞれに記載の要素に括弧付きで符号をつけているが、この括弧付きの符号は実施形態に記載の各構成要素との対応関係を簡易的に示すためのものであり、実施形態に記載の要素そのものを必ずしも示しているわけではない。括弧付きの符号の記載は、いたずらに特許請求の範囲を狭めるものではない。 In addition, although the elements described in the claims and the means for solving the problems are attached with parentheses, the parentheses are attached to each component described in the embodiment. This is to simply show the correspondence with the elements, and does not necessarily indicate the elements themselves described in the embodiments. The description of the reference numerals with parentheses does not unnecessarily narrow the scope of the claims.
以下、本発明の実施形態を図に基づいて説明する。
(第1実施形態)
図1〜図4に基づいて、本実施形態に係る電流センサを説明する。以下においては互いに直交の関係にある3方向を、x方向、y方向、z方向と示す。またz方向に直交する平面を検出平面と示す。y方向が特許請求の範囲に記載の流動方向に相当し、z方向が特許請求の範囲に記載の高さ方向に相当する。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
(First embodiment)
The current sensor according to the present embodiment will be described with reference to FIGS. Hereinafter, the three directions orthogonal to each other are referred to as an x direction, a y direction, and a z direction. A plane orthogonal to the z direction is referred to as a detection plane. The y direction corresponds to the flow direction described in the claims, and the z direction corresponds to the height direction described in the claims.
電流センサ100は、磁気抵抗効果素子10、バイアス磁石20、および、算出部30を有し、被測定導体90を流れる被測定電流を検出するものである。磁気抵抗効果素子10にはバイアス磁石20から発生するバイアス磁界、および、被測定電流の流動によって生じる被測定磁界それぞれが透過する。したがって磁気抵抗効果素子10はこれらバイアス磁界および被測定磁界から成る合成磁界に応じた電気信号を生成する。算出部30は磁気抵抗効果素子10から出力される電気信号に基づいて被測定電流を算出する。
The
本実施形態に係る電流センサ100は上記した構成要素の他に、搭載部40、磁気シールド50、および、固定部60を有する。搭載部40は磁気抵抗効果素子10、バイアス磁石20、および、算出部30それぞれを搭載する。そして磁気シールド50は被測定磁界およびバイアス磁界それぞれとは異なる外部磁界が磁気抵抗効果素子10を透過することを抑制する。固定部60は、磁気抵抗効果素子10、バイアス磁石20、および、算出部30が搭載された搭載部40、および、磁気シールド50それぞれを被測定導体90に固定する。
The
磁気抵抗効果素子10は自身を透過する磁界(透過磁界)に応じて抵抗値が変動するものである。図1に示すように被測定電流はy方向に流動するため、被測定磁界はその周りに発生する。またバイアス磁石20はx方向の周りにバイアス磁界を形成している。したがって図2に示すように、被測定磁界におけるx方向に沿う磁界成分、および、バイアス磁石20におけるy方向に沿う磁界成分それぞれが磁気抵抗効果素子10を透過する。上記したように合成磁界はバイアス磁界と被測定磁界から成るので、被測定磁界がゼロの場合、合成磁界はバイアス磁界と等しくなる。したがってz方向に直交する検出平面にて合成磁界とバイアス磁界との成す角度θは被測定磁界がゼロの場合はゼロとなるが、被測定磁界が有限の場合、角度θもまた有限と成る。このように角度θは被測定磁界の強さによってその値が変動する。
The
磁気抵抗効果素子10は検出平面に沿う磁界のみを検出する。図示しないが、磁気抵抗効果素子10は、磁化方向の固定されたピン層、磁化方向が透過磁界に応じて変化する自由層、および、両者の間に設けられた非磁性の中間層を有する。中間層が非導電性を有する場合、磁気抵抗効果素子10は巨大磁気抵抗効果素子であり、中間層が導電性を有する場合、磁気抵抗効果素子10はトンネル磁気抵抗効果素子である。
The
磁気抵抗効果素子10はピン層と自由層それぞれの磁化方向の成す角度によって抵抗値が変動する。ピン層の磁化方向は検出平面に沿っており、自由層の磁化方向は検出平面に沿う透過磁界によって定まる。上記したように磁気抵抗効果素子10には合成磁界が透過する。したがって自由層の磁化方向は合成磁界の方向(角度θ)によって定まり、それによって磁気抵抗効果素子10の抵抗値も定まる。その抵抗値は、自由層と固定層それぞれの磁化方向が平行の場合に最も小さくなり、反平行の場合に最も大きくなる。
The resistance value of the
上記した磁気抵抗効果素子10として、第1磁気抵抗効果素子11と、第1磁気抵抗効果素子11とはピン層の磁化方向が90°異なる第2磁気抵抗効果素子12と、を同数有する。このようにピン層の磁化方向が90°異なるので、磁気抵抗効果素子11,12の抵抗値の変動は逆転している。すなわち2つの磁気抵抗効果素子11,12の一方の抵抗値が減少した場合、他方の抵抗値はそれと同等分だけ増大する。
As the
本実施形態では図3に示すように磁気抵抗効果素子10として磁気抵抗効果素子11,12を2つずつ有する。電源からグランドに向かって第1磁気抵抗効果素子11と第2磁気抵抗効果素子12が順に直列接続されることで第1ハーフブリッジ回路13が構成され、電源からグランドに向かって第2磁気抵抗効果素子12と第1磁気抵抗効果素子11が順に直列接続されることで第2ハーフブリッジ回路14が構成されている。このように2つのハーフブリッジ回路13,14では磁気抵抗効果素子11,12の並びが逆転している。したがって2つのハーフブリッジ回路13,14それぞれの中点電位は、一方の電位が下がれば他方の電位が上がる。本実施形態ではこれら2つのハーフブリッジ回路13,14が組み合わさることでフルブリッジ回路15が構成されており、上記した2つの中点電位の差分値V1が被測定電流を検出するための電気信号として算出部30に出力される。
In this embodiment, as shown in FIG. 3, the
また図3に示すようにハーフブリッジ回路13,14のローサイド側の磁気抵抗効果素子11,12とグランドとの間に抵抗16が設けられている。上記したように磁気抵抗効果素子11,12の抵抗値の変動は逆転しているので、これら2つの磁気抵抗効果素子11,12によって組まれたハーフブリッジ回路13,14それぞれの総抵抗(合成抵抗)は磁界に対して不変となっている。そして抵抗16は磁界に対して不変の性質を有し、磁気抵抗効果素子11,12および抵抗16それぞれは温度に依存する性質を有している。以上により上記した合成抵抗と抵抗16との間の中点電位V2がフルブリッジ回路15の温度を検出するための電気信号として算出部30に出力される。
Further, as shown in FIG. 3, a
バイアス磁石20は磁気抵抗効果素子10にバイアス磁界を透過させるものである。バイアス磁界は温度特性を有しており、その強度は温度に対して反比例する性質を有する。算出部30からフルブリッジ回路15へと伝熱される熱量と、算出部30からバイアス磁石20へと伝熱される熱量とが等しくなっている。そのため、フルブリッジ回路15とバイアス磁石20とは互いに温度が近くなっている。
The
算出部30は上記した差分値V1に基づいて被測定電流を算出し、中点電位V2に基づいてフルブリッジ回路15の温度を算出する。また算出部30は、上記したように算出部30からフルブリッジ回路15とバイアス磁石20それぞれへ伝熱される熱量が等しくなっているので、算出したフルブリッジ回路15の温度をバイアス磁石20の温度とみなして、バイアス磁界を算出する。
The
上記したように差分値V1は磁気抵抗効果素子11,12それぞれの抵抗値によって定まり、その抵抗値は合成磁界の方向(角度θ)によって定まる。これに対して算出部30は差分値V1と角度θとの相関関係、および、角度θと被測定磁界(被測定電流)との相関関係を記憶している。算出部30はその相関関係および差分値V1に基づいて、被測定電流を算出する。
As described above, the difference value V1 is determined by the resistance values of the
これも上記したように中点電位V2はハーフブリッジ回路13,14を組む磁気抵抗効果素子11,12の合成抵抗に依存し、その合成抵抗はフルブリッジ回路15の温度によって定まる。これに対して算出部30は合成抵抗の第1温度特性、および、バイアス磁界の第2温度特性を有する。算出部30は第1温度特性に基づいてバイアス磁石20の温度を算出し、算出した温度、および、第2温度特性に基づいてバイアス磁界を算出する。
As described above, the midpoint potential V 2 depends on the combined resistance of the
なお、厳密に言えば中点電位V2は上記した合成抵抗と抵抗16それぞれに依存する。したがって算出部30は上記した第1温度特性として、合成抵抗と抵抗16の温度特性を有している。ただし抵抗16は合成抵抗の温度を検出するために便宜的に一例として図示したに過ぎず、この検出用の抵抗を算出部30が保有していても良い。本発明にて重要な技術は磁気抵抗効果素子11,12それぞれの抵抗値が磁界に依存するにも関わらず、これらの合成抵抗は磁界に依存しないので、この合成抵抗の抵抗値に基づいてフルブリッジ回路15の温度の算出に活用することである。このように抵抗16の温度特性は発明の本質にかかわる事項ではないので、本文では厳密に記していない。
Strictly speaking, the midpoint potential V2 depends on the combined resistance and the
搭載部40は、磁気抵抗効果素子10(フルブリッジ回路15)、バイアス磁石20、および、算出部30それぞれを一面40aに搭載するものである。搭載部40は、絶縁基板に配線パターンが形成された配線基板である。したがって搭載部40はフルブリッジ回路15、バイアス磁石20、および、算出部30を搭載するだけではなくそれぞれを電気的に接続する機能も果たしている。搭載部40は裏面40bが被測定導体90に接触している。また図4に両端矢印で示すように、一面40aにおけるフルブリッジ回路15と算出部30との相対距離、および、バイアス磁石20と算出部30との相対距離それぞれは等しくなっている。したがって算出部30からフルブリッジ回路15へと伝熱される熱量と、算出30部からバイアス磁石20へと伝熱される熱量とが等しくなっている。
The mounting
磁気シールド50は外部磁界が磁気抵抗効果素子10を透過することを抑制するものである。磁気シールド50は磁性材料から成るシールド51,52を有する。シールド51,52それぞれは面積の最も大きい主面がz方向に直交する平板形状を成している。そしてシールド51,52それぞれがz方向に並び、その間の空間に磁気抵抗効果素子10と、バイアス磁石20と、算出部30とが搭載された搭載部40、および、被測定導体90が設けられている。
The
固定部60は搭載部40および磁気シールド50それぞれを被測定導体90に固定するものである。固定部60は非磁性であり、非導電性の樹脂材料から成る。
The fixing
次に、本実施形態に係る電流センサ100の作用効果を説明する。上記したように磁気抵抗効果素子11,12によって組まれたブリッジ回路13〜15それぞれの合成抵抗は磁界に対して不変となっている。これにより合成抵抗の第1温度特性に基づくことでブリッジ回路13〜15の温度を算出することができる。
Next, the function and effect of the
また算出部30からフルブリッジ回路15へと伝熱される熱量と、算出30部からバイアス磁石20へと伝熱される熱量とが等しくなっている。そのため、算出部からブリッジ回路へと伝熱される熱量と、算出部からバイアス磁石へと伝熱される熱量とが異なる構成と比べて、フルブリッジ回路15の温度とバイアス磁石20の温度それぞれの値が近くなっている。これに対して算出部30は磁気抵抗効果素子11,12の合成抵抗の第1温度特性に基づいてバイアス磁石20の温度を算出するため、その算出温度の精度の低下が抑制される。以上により、算出したバイアス磁石20の温度、および、バイアス磁界の第2温度特性に基づくことで、バイアス磁界の算出精度の低下が抑制される。更に言えば、バイアス磁石の温度を検出するための検温素子を有する構成とは異なり、磁気抵抗効果素子11,12がその機能を担うので、電流センサ100の体格の増大が抑制される。
Further, the amount of heat transferred from the
搭載部40の一面40aにおけるフルブリッジ回路15と算出部30との相対距離、および、バイアス磁石20と算出部30との相対距離それぞれが等しくなっている。これによれば、算出部30からフルブリッジ回路15、および、算出部30からバイアス磁石20それぞれへと同一の搭載部40を介して算出部30の熱が伝熱される。したがって算出部からフルブリッジ回路、および、算出部からバイアス磁石それぞれへと異なる部材を介してブリッジ回路およびバイアス磁石それぞれへ算出部の熱が伝熱される構成と比べて、フルブリッジ回路15およびバイアス磁石20それぞれに伝熱される熱量が異なることが抑制される。
The relative distance between the
磁気シールド50によって、外部磁界の磁気抵抗効果素子10の透過が抑制されている。これによれば、外部磁界によって被測定磁界の検出精度が低下することが抑制される。
The
主面がz方向に直交する平板形状のシールド51,52それぞれがz方向に並び、その間の空間に磁気抵抗効果素子10と、バイアス磁石20と、算出部30とが搭載された搭載部40、および、被測定導体90が設けられている。また磁気抵抗効果素子10はz方向に直交する検出平面に沿う磁界のみを検出する。
Plate-shaped
この構成の場合、図1に白抜き矢印で示すようにz方向に直交する外部磁界が電流センサ100を透過しようとした際、その外部磁界はシールド51,52のために曲げられ、磁気抵抗効果素子10を透過することが抑制される。しかしながら外部磁界がz方向に沿う場合、外部磁界はシールド51,52によって曲げられずに透過するため、磁気抵抗効果素子10を透過することとなる。これに対して上記したように磁気抵抗効果素子10はz方向に直交する検出平面に沿う磁界のみを検出する。したがってz方向に沿う外部磁界がシールド51,52を介して磁気抵抗効果素子10を透過したとしても、それによって被測定磁界の検出精度が低下することが抑制される。なお、上記したようにシールド51,52の形状として単純な平板形状を採用するため、シールド51,52の製造が容易となる。
In the case of this configuration, when an external magnetic field orthogonal to the z direction attempts to pass through the
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は上記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.
本実施形態に係る電流センサ100は、搭載部40、磁気シールド50、および、固定部60を有する例を示した。しかしながら電流センサ100はこれらの内の少なくとも1つを有していてもよいし、1つも有していなくともよい。
An example in which the
磁気抵抗効果素子10は検出平面に沿う磁界のみを検出する例を示した。しかしながら磁気シールド50が検出方向だけではなく、それに直交するz方向の外部磁界も遮蔽するのであれば、磁気抵抗効果素子10は検出方向だけではなくz方向の磁界を検出してもよい。
The
本実施形態では2つのハーフブリッジ回路13,14が組み合わさることでフルブリッジ回路15が構成された例を示した。しかしながら2つのハーフブリッジ回路13,14の一方のみが構成されていてもよい。例えば第1ハーフブリッジ回路13のみが構成された場合、その中点電位が被測定電流を検出するための電気信号として算出部30に出力される。また第1ハーフブリッジ回路13を構成する磁気抵抗効果素子11,12の合成抵抗と抵抗16との間の中点電位がフルブリッジ回路15の温度を検出するための電気信号として算出部30に出力される。
In the present embodiment, an example in which the
本実施形態では算出部30が差分値V1と角度θとの相関関係、および、角度θと被測定磁界(被測定電流)との相関関係を記憶している例を示した。しかしながら算出部30は差分値V1と被測定磁界(被測定電流)の関係を記憶していてもよい。ようするに算出部30は差分値V1に基づいて被測定電流を算出するのに必要なデータを有してればよい。
In the present embodiment, an example is shown in which the
本実施形態ではフルブリッジ回路15の合成抵抗の温度変化を検出するために抵抗16がフルブリッジ回路15に設けられた例を示した。しかしながら上記した温度変化を電気信号として検出することができる他の構成(素子)があれば、抵抗16はなくともよい。このような電気信号の取り出しは当業者であれば容易であるので、その例示を省略する。
In the present embodiment, an example in which the
本実施形態では搭載部40の一面40aに磁気抵抗効果素子10(フルブリッジ回路15)、バイアス磁石20、および、算出部30それぞれが搭載された例を示した。しかしながら図5に示すように一面40aにバイアス磁石20が直接搭載され、バイアス磁石20を介して一面40aに算出部30が搭載され、バイアス磁石20と算出部30を介して一面40aにフルブリッジ回路15が搭載された構成を採用することもできる。すなわち、一面40a上にバイアス磁石20が搭載され、バイアス磁石20の上に算出部30が搭載され、算出部30の上にフルブリッジ回路15が搭載された構成を採用することもできる。更に換言すれば、算出部30の一面30aにフルブリッジ回路15が搭載され、算出部30の裏面30bにバイアス磁石20が搭載された構成を採用することもできる。これによれば、算出部30とブリッジ回路15との間、および、算出部30とバイアス磁石20との間に算出部30とは異なる部材が介在されない。そのためその介在された部材の組成比などの品質ばらつきのためにブリッジ回路15およびバイアス磁石20それぞれに算出部30から伝熱される熱量が異なることが抑制される。
In the present embodiment, an example in which the magnetoresistive effect element 10 (full bridge circuit 15), the
なお、本実施形態では磁気抵抗効果素子11,12によって構成されるブリッジ回路13〜15から出力される電気信号に基づいてバイアス磁石20の温度を検出する例を示した。しかしながら図6に示すように、バイアス磁石20の温度を検出するための検温素子70を電流センサ100が有してもよい。図6に示すように、磁気抵抗効果素子10(フルブリッジ回路15)、バイアス磁石20、算出部30、および、検温素子70それぞれが一面40aに搭載されている。そして図6に両端矢印で示すように、一面40aにおける検温素子70と算出部30との相対距離、および、バイアス磁石20と算出部30との相対距離それぞれが等しくなっている。したがって算出部30から検温素子70へと伝熱される熱量と、算出30部からバイアス磁石20へと伝熱される熱量とが等しくなっている。この変形例において算出部30は検温素子70の検出信号に基づいてバイアス磁石20の温度を検出し、その検出した温度と第2温度特性とに基づいてバイアス磁界を算出する。
In the present embodiment, an example in which the temperature of the
なお、図6ではフルブリッジ回路15と算出部30との相対距離、および、バイアス磁石20と算出部30との相対距離も等しくなっており、算出部30からフルブリッジ回路15へと伝熱される熱量と、算出部30からバイアス磁石20へと伝熱される熱量も等しくなっている。したがって算出部30は検温素子70の検出信号およびフルブリッジ回路15の中点電位V2それぞれに基づいてバイアス磁石20の温度を検出してもよい。これによれば、検温素子の検出信号およびフルブリッジ回路の中点電位のいずれか一方に基づいてバイアス磁石の温度を検出する構成と比べて、バイアス磁石20の温度を精度よく検出することができる。したがってバイアス磁界の算出精度の低下が抑制される。
In FIG. 6, the relative distance between the
本実施形態では搭載部40の裏面40bが被測定導体90に接触している例を示した。しかしながら搭載部40は被測定導体90と接触していなくともよい。
In this embodiment, the
シールド51,52それぞれは主面がz方向に直交する平板形状を成している例を示した。しかしながらシールド51,52の形状としては上記例に限定されない。シールド51,52の形状としては、被測定磁界の検出に邪魔となる外部磁界の磁気抵抗効果素子10の透過を抑制する形状であればよい。
Each of the
10・・・磁気抵抗効果素子
11・・・第1磁気抵抗効果素子
12・・・第2磁気抵抗効果素子
13・・・第1ハーフブリッジ回路
14・・・第2ハーフブリッジ回路
15・・・フルブリッジ回路
20・・・バイアス磁石
30・・・算出部
100・・・電流センサ
DESCRIPTION OF
Claims (7)
前記磁気抵抗効果素子にバイアス磁界を透過させるバイアス磁石(20)と、
前記磁気抵抗効果素子から出力される電気信号に基づいて前記被測定電流を算出する算出部(30)と、を有する電流センサであって、
前記磁気抵抗効果素子は、磁化方向の固定されたピン層と、磁化方向が透過磁界に応じて変化する自由層と、前記ピン層と前記自由層との間に設けられた非磁性の中間層と、を有し、前記ピン層と前記自由層それぞれの磁化方向の成す角度に応じて抵抗値が変動するものであり、
前記磁気抵抗効果素子として、第1磁気抵抗効果素子(11)と、前記第1磁気抵抗効果素子とは前記ピン層の磁化方向が90°異なる第2磁気抵抗効果素子(12)と、を同数有し、
前記第1磁気抵抗効果素子と前記第2磁気抵抗効果素子とによってブリッジ回路(13,14,15)が組まれ、その中点電位が前記被測定磁界を検出するための電気信号であり、
前記ブリッジ回路と前記算出部との相対距離、および、前記バイアス磁石と前記算出部との相対距離それぞれが等しく、前記算出部から前記ブリッジ回路へと伝熱される熱量と、前記算出部から前記バイアス磁石へと伝熱される熱量とが等しくなっており、
前記算出部は、前記ブリッジ回路を組む前記第1磁気抵抗効果素子と前記第2磁気抵抗効果素子の合成抵抗の第1温度特性、および、前記バイアス磁石のバイアス磁界の第2温度特性を有し、前記第1温度特性に基づいて前記バイアス磁石の温度を算出し、算出した温度、および、前記第2温度特性に基づいて前記バイアス磁界を算出することを特徴とする電流センサ。 A magnetoresistive element (10) through which a magnetic field to be measured generated by the flow of the current to be measured passes;
A bias magnet (20) that transmits a bias magnetic field to the magnetoresistive element;
A calculation unit (30) for calculating the current to be measured based on an electrical signal output from the magnetoresistive element,
The magnetoresistive element includes a pinned layer having a fixed magnetization direction, a free layer whose magnetization direction changes according to a transmitted magnetic field, and a nonmagnetic intermediate layer provided between the pinned layer and the free layer And the resistance value varies according to the angle formed by the magnetization directions of the pinned layer and the free layer,
As the magnetoresistive effect element, the same number of first magnetoresistive effect elements (11) and the same number of second magnetoresistive effect elements (12) in which the magnetization directions of the pinned layers differ from each other by 90 °. Have
A bridge circuit (13, 14, 15) is assembled by the first magnetoresistive element and the second magnetoresistive element, and a midpoint potential thereof is an electric signal for detecting the measured magnetic field,
The relative distance between the bridge circuit and the calculation unit, and the relative distance between the bias magnet and the calculation unit are equal, the amount of heat transferred from the calculation unit to the bridge circuit, and the bias from the calculation unit The amount of heat transferred to the magnet is equal,
The calculation unit has a first temperature characteristic of a combined resistance of the first magnetoresistive effect element and the second magnetoresistive effect element forming the bridge circuit, and a second temperature characteristic of a bias magnetic field of the bias magnet. A current sensor that calculates a temperature of the bias magnet based on the first temperature characteristic and calculates the bias magnetic field based on the calculated temperature and the second temperature characteristic.
前記搭載部の一面における前記ブリッジ回路と前記算出部との相対距離、および、前記バイアス磁石と前記算出部との相対距離それぞれが等しくなっていることを特徴とする請求項1に記載の電流センサ。 The bridge circuit, the bias magnet, and the calculation unit each having a mounting portion (40) for mounting on one surface (40a),
2. The current sensor according to claim 1, wherein a relative distance between the bridge circuit and the calculation unit on one surface of the mounting unit and a relative distance between the bias magnet and the calculation unit are equal to each other. .
2つの前記シールドそれぞれが前記高さ方向に並び、その間の空間に前記バイアス磁石、前記磁気抵抗効果素子、および、前記被測定電流の流動する被測定導体(90)が設けられており、
前記磁気抵抗効果素子は、前記高さ方向に直交する検出平面に沿う磁界のみを検出することを特徴とする請求項4に記載の電流センサ。 The magnetic shield has two plate-shaped shields (51, 25) whose principal surfaces are orthogonal to the height direction orthogonal to the flow direction of the current to be measured,
Each of the two shields is arranged in the height direction, and in the space between them, the bias magnet, the magnetoresistive effect element, and the measured conductor (90) through which the measured current flows are provided,
The current sensor according to claim 4, wherein the magnetoresistive effect element detects only a magnetic field along a detection plane orthogonal to the height direction.
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