JP6520896B2 - 磁気センサ用インダクタンス素子及びこれを備える磁気センサ - Google Patents

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Description

本発明は磁気センサ用インダクタンス素子及びこれを備える磁気センサに関し、特に、フラックスゲート型の磁気センサ用インダクタンス素子及びこれを備える磁気センサに関する。
外部磁場を検出する磁気センサとして、フラックスゲート型の磁気センサが知られている。特許文献1及び2には、フラックスゲート型の磁気センサの例が示されている。
特許文献1及び2に記載されたフラックスゲート型の磁気センサは、基板上に形成されたフラックスゲートコアと、その周囲に巻回されたソレノイドコイルを備えている。このうち、特許文献1に記載されたフラックスゲート型の磁気センサでは、フラックスゲートコアが一方向に直線的に延在しており、これにより当該方向に生じている磁束を検出することができる。一方、特許文献2に記載されたフラックスゲート型の磁気センサでは、フラックスゲートコアがループ状であり、これにより閉磁路が構成されている。
国際公開第2010/134348号 特開2009−2818号公報
しかしながら、特許文献1に記載されたフラックスゲート型の磁気センサは、フラックスゲートコアが直線的な形状を有していることから、反磁場の影響を抑えるためには、フラックスゲートコアの長さを一方向に長くする必要が生じ、素子サイズが大型化するという問題があった。特許文献2に記載されたフラックスゲート型の磁気センサにおいても、検出感度を高めるためには、ループ状のフラックスゲートコアを大型化する必要が生じ、やはり素子サイズが大型化してしまう。
したがって、本発明は、小型で且つ検出感度の高いフラックスゲート型の磁気センサ用インダクタンス素子及びこれを備える磁気センサを提供することを目的とする。
本発明による磁気センサ用インダクタンス素子は、基体と、前記基体上に設けられた可飽和磁性薄板磁心と、前記可飽和磁性薄板磁心の周囲に巻回されたコイル導体とを備え、前記可飽和磁性薄板磁心は、第1の方向に直線的に延在する第1の区間とメアンダ状である第2の区間を含み、前記コイル導体は、前記可飽和磁性薄板磁心の前記第1の区間に巻回されていることを特徴とする。
また、本発明による磁気センサは、上記の磁気センサ用インダクタンス素子と、前記コイル導体に接続された検出回路とを備えることを特徴とする。
本発明によれば、可飽和磁性薄板磁心が直線的な第1の区間とメアンダ状である第2の区間を含んでいることから、物理長を拡大することなく、実効磁路長を拡大することができる。しかも、直線的な第1の区間にコイル導体を巻回していることから、コイル導体と可飽和磁性薄板磁心を効率よく磁気結合させることができる。これにより、小型で且つ検出感度の高いフラックスゲート型の磁気センサ用インダクタンス素子及びこれを備える磁気センサを提供することが可能となる。
本発明において、前記可飽和磁性薄板磁心は、メアンダ状である第3の区間をさらに含み、前記第1の区間の両端は、それぞれ前記第2及び第3の区間に接続されていても構わない。これによれば、メアンダ状の区間が複数設けられることから、素子サイズの大型化を抑制しつつ、実効磁路長をより拡大することができる。或いは、前記可飽和磁性薄板磁心は、前記第1の方向に直線的に延在する第4の区間をさらに含み、前記第2の区間の両端は、それぞれ前記第1及び第4の区間に接続されていても構わない。これによれば、直線状の区間が複数設けられることから、コイル導体のターン数を増大することができる。
本発明において、前記基体は、前記第1の方向と直交する第2の方向における幅が第1の幅である第1の搭載領域と、前記第2の方向における幅が前記第1の幅よりも広い第2の幅である第2の搭載領域と含む形状を有し、前記可飽和磁性薄板磁心の前記第1の区間は、前記基体の前記第1の搭載領域上に設けられ、前記可飽和磁性薄板磁心の前記第2の区間は、前記基体の前記第2の搭載領域上に設けられ、前記コイル導体は、前記基体の前記第1の搭載領域の周囲に巻回されていても構わない。これによれば、バルク状の基体を用いたシンプルな磁気センサ用インダクタンス素子を提供することが可能となる。
この場合、前記基体の前記第2の搭載領域に設けられ、前記コイル導体の端部に接続される端子電極をさらに備えることが好ましい。これによれば、表面実装型の磁気センサ用インダクタンス素子を提供することが可能となる。
また、本発明による磁気センサ用インダクタンス素子は、前記基体の前記第2の搭載領域に固定され、前記第2の方向に生じる磁束をバイパスさせる磁気シールドをさらに備えていても構わない。これによれば、第1の方向の磁束に対する選択性を高めることが可能となる。
本発明において、前記基体は、積層された複数の絶縁基板を含み、前記可飽和磁性薄板磁心は、前記複数の絶縁基板が有する第1の表面に形成され、前記コイル導体は、前記複数の絶縁基板が有する前記第1の表面とは異なる第2及び第3の表面にそれぞれ形成された第1及び第2の平面導体パターンと、前記複数の絶縁基板の少なくとも一つを貫通して設けられ、前記第1の平面導体パターンと前記第2の平面導体パターンを接続する第1のスルーホール導体とを含んでいても構わない。これによれば、積層プロセスを用いて磁気センサ用インダクタンス素子を作製することが可能となる。
この場合、前記複数の絶縁基板は、この順に積層された第1、第2、第3及び第4の絶縁基板を少なくとも含み、前記第1の表面は、前記第2の絶縁基板と前記第3の絶縁基板の間に位置し、前記第2の表面は、前記第1の絶縁基板と前記第2の絶縁基板の間に位置し、前記第3の表面は、前記第3の絶縁基板と前記第4の絶縁基板の間に位置することが好ましい。これによれば、第1乃至第3の表面が外部に露出しないことから、製品の信頼性を高めることが可能となる。
また、本発明による磁気センサ用インダクタンス素子は、前記複数の絶縁基板が有する前記第1乃至第3の表面とは異なる第4の表面に形成され、測定対象電流が流れるバスバー層をさらに備えていても構わない。これによれば、バスバー層に流れる測定対象電流によって生じる磁界を可飽和磁性薄板磁心に印加することが可能となる。
本発明において、前記可飽和磁性薄板磁心は、第1及び第2の可飽和磁性薄板磁心を含み、前記コイル導体は、第1及び第2のコイル導体を含み、前記第1のコイル導体は、前記第1の可飽和磁性薄板磁心の前記第1の区間に巻回され、前記第2のコイル導体は、前記第2の可飽和磁性薄板磁心の前記第1の区間に巻回され、前記複数の絶縁基板は、前記第1乃至第4の表面とは異なる第5乃至第7の表面をさらに有し、前記第1の可飽和磁性薄板磁心は、前記第1の表面に形成され、前記第1のコイル導体は、前記第2及び第3の表面にそれぞれ形成された前記第1及び第2の平面導体パターンと、前記第1のスルーホール導体とを含み、前記第2の可飽和磁性薄板磁心は、前記第5の表面に形成され、前記第2のコイル導体は、前記第6及び第7の表面にそれぞれ形成された第3及び第4の平面導体パターンと、前記複数の絶縁基板の少なくとも一つを貫通して設けられ、前記第3の平面導体パターンと前記第4の平面導体パターンを接続する第2のスルーホール導体とを含み、前記第4の表面は、前記第1乃至第3の表面と前記第5乃至第7の表面の間に位置していても構わない。本発明によれば、素子の平面サイズを抑制しつつ、バスバー層に流れる測定対象電流に基づいて差動信号を得ることが可能となる。
本発明において、前記可飽和磁性薄板磁心は、第1及び第2の可飽和磁性薄板磁心を含み、前記コイル導体は、第1及び第2のコイル導体を含み、前記第1のコイル導体は、前記第1の可飽和磁性薄板磁心の前記第1の区間に巻回され、前記第2のコイル導体は、前記第2の可飽和磁性薄板磁心の前記第1の区間に巻回され、前記第1及び第2の可飽和磁性薄板磁心は、いずれも前記第1の表面に形成され、前記第1のコイル導体は、前記第2及び第3の表面にそれぞれ形成された前記第1及び第2の平面導体パターンと、前記第1のスルーホール導体とを含み、前記第2のコイル導体は、前記第2及び第3の表面にそれぞれ形成された第3及び第4の平面導体パターンと、前記複数の絶縁基板の少なくとも一つを貫通して設けられ、前記第3の平面導体パターンと前記第4の平面導体パターンを接続する第2のスルーホール導体とを含み、前記バスバー層は、積層方向から見て前記第1の可飽和磁性薄板磁心と重なる第1のバスバーパターンと、積層方向から見て前記第2の可飽和磁性薄板磁心と重なる第2のバスバーパターンとを含み、前記第1及び第2のバスバーパターンには前記測定対象電流が互いに逆方向に流れるよう構成されていても構わない。本発明によれば、素子の高さを抑制しつつ、バスバー層に流れる測定対象電流に基づいて差動信号を得ることが可能となる。
本発明による磁気センサ用インダクタンス素子は、前記複数の絶縁基板が有する前記第1乃至第3の表面とは異なる第8の表面に形成され、前記第1の方向と直交する第2の方向に生じる磁束をバイパスさせる磁気シールドをさらに備えていても構わない。これによれば、第1の方向の磁束に対する選択性を高めることが可能となる。
この場合、前記磁気シールドは、前記第1の方向に生じる磁束に対して磁気抵抗となるギャップを備えることが好ましい。これによれば、検出対象となる磁束が磁気シールドを通過しにくくなることから、磁気シールドによる検出感度の低下を防止することが可能となる。
本発明において、前記コイル導体は、前記可飽和磁性薄板磁心の前記第1の区間に共通に巻回された検出コイル及び補償コイルを含んでいても構わない。これによれば、クローズドループ制御に適した磁気センサ用インダクタンス素子を提供することが可能となる。
本発明において、前記可飽和磁性薄板磁心は、アモルファス磁性金属からなることが好ましい。これによれば、低コストで感度の高い磁気センサ用インダクタンス素子を提供することが可能となる。
このように、本発明によれば、小型で且つ検出感度の高いフラックスゲート型の磁気センサ用インダクタンス素子及びこれを備える磁気センサを提供することが可能となる。
図1は、本発明の第1の実施形態による磁気センサ用インダクタンス素子100Aの外観を示す略斜視図である。 図2は、磁気センサ用インダクタンス素子100Aの分解斜視図である。 図3は、第2の絶縁基板120及びコイル導体140を外した状態における磁気センサ用インダクタンス素子100Aの上面図である。 図4は、磁気センサ用インダクタンス素子100Aの磁気特性を示すグラフである。 図5は、可飽和磁性薄板磁心130の比透磁率の分布を示す図である。 図6は、可飽和磁性薄板磁心130の指向性を説明するための図である。 図7は、コイル導体140の内径及び外径が磁気特性に与える影響を説明するためのグラフである。 図8は、コイル導体140の内径及び外径が磁気特性に与える影響を説明するためのグラフである。 図9は、コイル導体140の内径及び外径を説明するための模式図である。 図10は、本発明の第2の実施形態による磁気センサ用インダクタンス素子100Bの外観を示す図であり、(a)は略斜視図、(b)は分解斜視図である。 図11は、本発明の第3の実施形態による磁気センサ用インダクタンス素子100Cの外観を示す略斜視図である。 図12は、本発明の第4の実施形態による磁気センサ用インダクタンス素子100Dの外観を示す略斜視図である。 図13は、磁気センサ用インダクタンス素子100Dの分解斜視図である。 図14は、磁気センサ用インダクタンス素子100Dの磁気特性を示すグラフである。 図15は、可飽和磁性薄板磁心130の比透磁率の分布を示す図である。 図16は、本発明の第5の実施形態による磁気センサ用インダクタンス素子200Aの構成を示す略分解斜視図である。 図17は、絶縁基板212,213上のパターン構造を説明するための平面図である。 図18は、絶縁基板212上のパターン構造の変形例を説明するための平面図である。 図19は、磁気センサ用インダクタンス素子200Aを回路基板300に搭載した状態を示す略斜視図である。 図20は、磁気センサ用インダクタンス素子200Aを備えた磁気センサ320の回路図である。 図21は、本発明の第6の実施形態による磁気センサ用インダクタンス素子200Bの構成を示す略分解斜視図である。 図22は、絶縁基板253,254上のパターン構造を説明するための平面図である。 図23は、本発明の第7の実施形態による磁気センサ用インダクタンス素子200Cの構成を示す略分解斜視図である。 図24は、絶縁基板215上のパターン構造の変形例を説明するための平面図である。 図25は、本発明の第8の実施形態による磁気センサ用インダクタンス素子200Dの構成を示す略分解斜視図である。 図26は、磁気センサ用インダクタンス素子200Dを回路基板300に搭載した状態を示す略斜視図である。 図27は、本発明の第9の実施形態による磁気センサ用インダクタンス素子200Eの構成を示す略分解斜視図である。 図28は、磁気センサ用インダクタンス素子200Eを回路基板300に搭載した状態を示す略斜視図である。 図29は、磁気センサ用インダクタンス素子200Eを備えた磁気センサ330の回路図である。 図30は、本発明の第10の実施形態による磁気センサ用インダクタンス素子200Fの構成を示す略分解斜視図である。 図31は、バスバー層290に流れる測定対象電流Ipの方向と磁束の向きを説明するための模式図である。 図32は、本発明の第11の実施形態による磁気センサ用インダクタンス素子200Gの主要部の構成を示す平面図である。 図33は、磁気センサ用インダクタンス素子200Gの等価回路図である。 図34は、磁気センサ用インダクタンス素子200Gを備えた磁気センサ340の回路図である。
以下、添付図面を参照しながら、本発明のいくつかの実施形態について詳細に説明する。
<第1の実施形態>
図1は、本発明の第1の実施形態による磁気センサ用インダクタンス素子100Aの外観を示す略斜視図である。また、図2は、磁気センサ用インダクタンス素子100Aの分解斜視図である。
図1及び図2に示すように、本実施形態による磁気センサ用インダクタンス素子100Aは、平面視で(z方向から見て)略H型形状を有する第1及び第2の絶縁基板110,120と、第1の絶縁基板110と第2の絶縁基板120の間に挟まれた可飽和磁性薄板磁心130と、第1及び第2の絶縁基板110,120に巻回されたコイル導体140とを備える。尚、図2においては、コイル導体140は省略されている。
第1及び第2の絶縁基板110,120は、可飽和磁性薄板磁心130及びコイル導体140を支持するバルク状の基体であり、LTCC等のセラミック系絶縁材料や、アルミナ、酸化マグネシウム又はランタンアルミネート等の単結晶又は多結晶絶縁材料、或いは、ガラスエポキシ等の樹脂系絶縁材料などからなる。
図3は、第2の絶縁基板120及びコイル導体140を外した状態における磁気センサ用インダクタンス素子100Aの上面図である。
図3に示すように、第1の絶縁基板110は、x方向における中央部に位置する第1の搭載領域111と、第1の搭載領域111から見てx方向の両側に位置する第2及び第3の搭載領域112,113を有する。第2及び第3の搭載領域112,113のy方向における幅W2は、第1の搭載領域111のy方向における幅W1よりも広い。また、第2及び第3の搭載領域112,113は、第1の搭載領域111よりもz方向における厚みが大きい。第2の絶縁基板120の平面形状(xy形状)も第1の絶縁基板110の平面形状と同じであるが、本実施形態では第2の絶縁基板120のz方向における厚みは一定であり、且つ、第1の絶縁基板110のz方向における厚みよりも薄く設定されている。これにより、第1の絶縁基板110と第2の絶縁基板120を重ねると、全体としてボビン形状となる。
可飽和磁性薄板磁心130は、透磁率の高い軟磁性材料からなる薄板であり、その厚さは例えば10〜数百μm程度である。特に限定されるものではないが、可飽和磁性薄板磁心130の材料としては、Fe系/Co系のアモルファス磁性金属を用いることが好ましい。Fe系/Co系のアモルファス磁性金属は、フェライトなどの磁性材料と比べて透磁率が非常に高いことから、微弱な磁場を高感度に検出することができる。
可飽和磁性薄板磁心130は、あらかじめ所定の平面形状に成型したFe/Co系のアモルファス磁性薄板を第1の絶縁基板110に貼り付けても構わないし、第1の絶縁基板110の表面にFe/Co系のアモルファス磁性をスパッタリング等により形成した後、パターニングすることによって形成しても構わない。パターニング方法としては、コストが安価なウェットエッチングを用いることが好ましい。この場合、スピンコーティング法によってFe/Co系アモルファス磁性材料上にフォトレジストを塗布した後、露光装置を用いて露光を行う。この時、露光装置の露光部とフォトレジストとの間に、ネガパターンがプリントされたガラスマスクを介在させることで、非エッチング領域のみを露光する。そして、第1の絶縁基板110をエッチング液に入れて不要なFe/Co系アモルファス磁性材料を取り除き、さらに、フォトレジストを除去剤により取り除けば、所望の平面形状を有する可飽和磁性薄板磁心130を得ることができる。
図3に示すように、可飽和磁性薄板磁心130は、第1の搭載領域111上に設けられた第1の区間131と、第2の搭載領域112上に設けられた第2の区間132と、第3の搭載領域113上に設けられた第3の区間133とを有している。第1の区間131はx方向に直線的に延在し、その一端は第2の区間132の一端に接続され、他端は第3の区間133の一端に接続される。
第2及び第3の区間132,133はメアンダ状に蛇行している。つまり、y方向に延びる成分を有しており、これにより、可飽和磁性薄板磁心130のx方向における物理長よりも実効磁路長が拡大されている。第2及び第3の区間132,133の他端は、x方向に開放されている。尚、図2及び図3に示す例では、第2及び第3の区間132,133がy方向に折り返す部分をそれぞれ2箇所有しているが、本発明がこれに限定されるものではなく、より多くの折り返し部分を有していても構わない。また、折り返し部分の形状についても、直角に曲がる形状である必要はなく、曲線的に曲がる形状であっても構わない。
このような形状を有する可飽和磁性薄板磁心130は、第1の絶縁基板110と第2の絶縁基板120の間に挟み込まれ、これによって物理的に保護される。第1及び第2の絶縁基板110,120の表面は平坦であっても構わないが、一方又は両方の表面に可飽和磁性薄板磁心130を収容する凹部を設けておけば、可飽和磁性薄板磁心130に物理的なストレスがかかることがない。
コイル導体140は、第1の絶縁基板110と第2の絶縁基板120を重ねた状態で、第1の搭載領域111の周囲に巻回されている。これにより、可飽和磁性薄板磁心130のうち、第1の区間131の周囲にコイル導体140が巻回されることになる。ここで、第1の搭載領域111は、第2及び第3の搭載領域112,113よりもy方向における幅が狭いことから、コイル導体140の脱落が防止されるとともに、空芯部分が少なくなり可飽和磁性薄板磁心130と効率よく磁気結合することができる。また、第1の絶縁基板110は、第1の搭載領域111における厚みが薄く設定されていることから、磁気センサ用インダクタンス素子100Aを回路基板に搭載した場合に、コイル導体140と回路基板の干渉が防止される。
コイル導体140を構成するワイヤの本数については特に限定されないが、本実施形態においてはコイル導体140が2本のワイヤによって構成されている。そして、2本のワイヤの一端は、第1の絶縁基板110の第2の搭載領域112に設けられた端子電極151,152にそれぞれ接続され、2本のワイヤの他端は、第1の絶縁基板110の第3の搭載領域113に設けられた端子電極153,154にそれぞれ接続される。コイル導体140を構成する2本のワイヤは、一方を検出コイル、他方を補償コイルとして用いれば、いわゆるクローズドループ制御を行うことが可能となる。
図4は、本実施形態による磁気センサ用インダクタンス素子100Aの磁気特性を示すグラフである。図4において、実線は、本実施形態による磁気センサ用インダクタンス素子100Aの磁気特性を示し、破線は、比較例による磁気センサ用インダクタンス素子100Xの磁気特性を示している。比較例による磁気センサ用インダクタンス素子100Xは、x方向におけるサイズ(物理長)については本実施形態による磁気センサ用インダクタンス素子100Aと同じであるが、可飽和磁性薄板磁心130の全体が直線的であり、メアンダ状の区間を有していない。
図4に示すように、横軸を外部磁場の強度(Hext)、縦軸をコイル導体140の1ターンあたりのインダクタンス(AL−Value)とすると、本実施形態による磁気センサ用インダクタンス素子100Aでは、外部磁場の変化に応じてインダクタンスが急峻且つリニアに変化する特性が得られている。これに対し、比較例による磁気センサ用インダクタンス素子100Xでは、外部磁場の変化に応じてインダクタンスが複雑に変化するばかりでなく、インダクタンスがほとんど変化しない磁場領域が存在するため、磁場強度の正確な測定が困難である。磁気センサ用インダクタンス素子100Aと100Xにこのような差が生じるのは、物理長が同じであっても、本実施形態による磁気センサ用インダクタンス素子100Aの方が実効磁路長が長いため、反磁場の影響が小さくなるためである。
図5(a)〜(c)は、可飽和磁性薄板磁心130の比透磁率の分布を示す図であり、それぞれ図4に示す領域A〜Cにおける比透磁率の分布を示している。図5においては、明るさが明るいほど比透磁率が高く、暗いほど比透磁率が低い。
図5(a)に示すように、外部磁場が弱い領域Aにおいては、可飽和磁性薄板磁心130は飽和しておらず、したがって各部分とも比透磁率は十分に高い。そして、図5(b)に示すように、外部磁場が中程度である領域Bにおいては、可飽和磁性薄板磁心130の第1の区間131から飽和が始まり、外部磁場が強くなるほど飽和する部分が広がっていく。そして、図5(c)に示すように、外部磁場が強い領域Cにおいては、可飽和磁性薄板磁心130は完全に飽和し、磁場強度の変化に伴うインダクタンスの変化がほとんど無くなる。
図6は可飽和磁性薄板磁心130の指向性を説明するための図であり、(a)は外部磁場Hextの磁束方向がx方向である場合を示し、(b)は外部磁場Hextの磁束方向がy方向である場合を示している。
図6(a)に示すように、外部磁場Hextの磁束方向がx方向である場合、可飽和磁性薄板磁心130には磁束Φ1が生じる。この磁束Φ1は、メアンダ状の可飽和磁性薄板磁心130に沿って流れ、合成するとx方向の長さ分、可飽和磁性薄板磁心130の内部を流れることになり、この磁束によって磁気飽和が生じ、磁気抵抗が大きくなる。磁気抵抗は、インダクタンスに逆比例することから、インダクタンス値が減少する。これに対し、図6(b)に示すように外部磁場Hextの磁束方向がy方向である場合は、可飽和磁性薄板磁心130には磁束Φ2,Φ3が生じる。この磁束Φ2,Φ3は、x方向に延在する部分139において打ち消されることから、外部磁場Hextによって可飽和磁性薄板磁心130の内部を流れる磁束は合成すると小さくなる。そのため、磁気飽和が生じにくく、磁気抵抗の変化も小さいため、インダクタンス値の変化も小さい。このように、本実施形態においては、可飽和磁性薄板磁心130がy方向に蛇行しながらx方向に延在するメアンダ形状を有していることから、x方向の外部磁場に対する指向性が高められる。
図7及び図8は、コイル導体140の内径及び外径が磁気特性に与える影響を説明するためのグラフであり、図7は外部磁場の強度(Hext)とインダクタンス(AL−Value)との関係を示し、図8はコイル導体140に流れる電流(I)とインダクタンス(AL−Value)との関係を示している。
図7及び図8のいずれにおいても、符号Caはコイル導体140のyz断面が図9(a)に示すサイズを有している場合の特性を示しており、符号Cbはコイル導体140のyz断面が図9(b)に示すサイズを有している場合の特性を示している。図9(a)に示すコイル導体140は、内径が1.4mm×1.0mm、外径が2.6mm×2.2mmであるのに対し、図9(b)に示すコイル導体140は、内径が2.4mm×2.0mm、外径が3.6mm×3.2mmである。
図7に示すように、コイル導体140に電流を流すことによって外部磁場を発生させると、符号Caに示す特性ではインダクタンスが十分に低下するのに対し、符号Cbに示す特性では空芯作用が強くなるため、インダクタンスが十分に低下しない。また、図8に示すように、コイル導体140に電流を流すことによって所定のインダクタンスを得る場合、符号Caに示す特性に比べ、符号Cbに示す特性では、コイル導体140と可飽和磁性薄板磁心130の距離が離れているため、より多くの電流Iが必要となる。しかも、コイル導体140の内径及び外径が大きいとワイヤ長が長くなるため、抵抗成分が増大するだけでなく、重量やコストも増大してしまう。このような点を考慮すれば、コイル導体140はできるだけ可飽和磁性薄板磁心130の近傍に巻回することが好ましい。
そして、本実施形態による磁気センサ用インダクタンス素子100Aでは、第1の絶縁基板110の第1の搭載領域111がy方向にくびれており、全体としてH型形状を有していることから、コイル導体140を可飽和磁性薄板磁心130の第1の区間131に近づけて巻回することができ、良好な特性を得ることが可能となる。
以上説明したように、本実施形態による磁気センサ用インダクタンス素子100Aは、可飽和磁性薄板磁心130がメアンダ状の第2及び第3の区間132,133を有していることから、x方向における素子サイズを抑制しつつ、実効磁路長を拡大することが可能となる。しかも、コイル導体140は直線的な第1の区間131の周囲に巻回され、この部分において基体のyz断面が縮小されていることから、コイル導体140と可飽和磁性薄板磁心130の距離を短縮することもできる。これらにより、本実施形態による磁気センサ用インダクタンス素子100Aは、小型で且つ高い検出感度を得ることが可能となる。
<第2の実施形態>
図10は本発明の第2の実施形態による磁気センサ用インダクタンス素子100Bの外観を示す図であり、(a)は略斜視図、(b)は分解斜視図である。
図10(a),(b)に示すように、本実施形態による磁気センサ用インダクタンス素子100Bは、磁気シールド160を備えている点において、第1の実施形態による磁気センサ用インダクタンス素子100Aと相違している。また、磁気シールド160とコイル導体140との干渉を防止するため、第2の絶縁基板120のx方向における両端に位置する鍔状領域122,123のz方向における高さが中央領域121のz方向における高さよりも高く設定されている。その他の構成は、第1の実施形態による磁気センサ用インダクタンス素子100Aと同一であることから、同一の構成には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
磁気シールド160はパーマロイなどの軟磁性材料からなり、xy平面からなる天面161とxz平面を有する2つの側面162,163を有している。天面161は、第1及び第2の絶縁基板110,120からなる基体をz方向から覆い、2つの側面162,163は第1及び第2の絶縁基板110,120からなる基体をy方向から覆う。これに対し、基体のx方向における両側は磁気シールド160によって覆われておらず、開放されている。磁気シールド160は、コイル導体140と干渉しないよう、第1の絶縁基板110の第2及び第3の搭載領域112,113、或いは、第2の絶縁基板120の鍔状領域122,123に固定されている。
磁気シールド160は、ノイズとなる磁束をバイパスさせることにより、指向性を高める役割を果たす。本実施形態においてノイズとなる磁束はy方向の磁束であり、y方向の磁束が可飽和磁性薄板磁心130を通ることなく、磁気シールド160をバイパスすることによって、検出すべきx方向の磁束に対する指向性を高めることが可能となる。
<第3の実施形態>
図11は、本発明の第3の実施形態による磁気センサ用インダクタンス素子100Cの外観を示す略斜視図である。
図11に示すように、本実施形態による磁気センサ用インダクタンス素子100Cは、磁気シールド160にスリット164が設けられている点において、第2の実施形態による磁気センサ用インダクタンス素子100Bと相違している。その他の構成は、第2の実施形態による磁気センサ用インダクタンス素子100Bと同一であることから、同一の構成には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
スリット164は、磁気シールド160をx方向に分断するよう、天面161においてはy方向に延在し、側面162,163においてはz方向に延在している。磁気シールド160にこのようなスリット164を設ければ、このスリット164がx方向の磁束に対して磁気抵抗となるギャップとして機能することから、検出すべきx方向の磁束が磁気シールド160をバイパスすることによる検出感度の低下を防止することが可能となる。
<第4の実施形態>
図12は、本発明の第4の実施形態による磁気センサ用インダクタンス素子100Dの外観を示す略斜視図である。また、図13は、磁気センサ用インダクタンス素子100Dの分解斜視図である。尚、図13においては、コイル導体140は省略されている。
図12及び図13に示すように、本実施形態による磁気センサ用インダクタンス素子100Dは、第1及び第2の絶縁基板110,120の平面形状が略十字形である。つまり、第1の絶縁基板110は、x方向における中央部に位置する第2の搭載領域112と、第2の搭載領域112から見てx方向の両側に位置する第1及び第4の搭載領域111,114を有している。第2の搭載領域112は、第1及び第4の搭載領域111,114よりもy方向における幅が広く、且つ、z方向における厚みが大きい。第2の絶縁基板120の平面形状(xy形状)も第1の絶縁基板110の平面形状と同じである。
可飽和磁性薄板磁心130は、第1の搭載領域111上に設けられた第1の区間131と、第2の搭載領域112上に設けられた第2の区間132と、第4の搭載領域114上に設けられた第4の区間134とを有している。第1及び第4の区間131,134はx方向に直線的に延在する。そして、第2の区間132の一端は第1の区間131の一端に接続され、第2の区間132の他端は第4の区間134の一端に接続される。
コイル導体140は、第1の絶縁基板110と第2の絶縁基板120を重ねた状態で、第1及び第4の搭載領域111,114の周囲に巻回されている。これにより、可飽和磁性薄板磁心130のうち第1及び第4の区間131,134の周囲にコイル導体140が巻回されることになる。
本実施形態が例示するように、可飽和磁性薄板磁心130は、直線的な区間を複数備えていても構わないし、メアンダ状の区間が1つであっても構わない。
図14は、本実施形態による磁気センサ用インダクタンス素子100Dの磁気特性を示すグラフである。また、図15(a)〜(c)は、可飽和磁性薄板磁心130の比透磁率の分布を示す図であり、それぞれ図14に示す領域A〜Cにおける比透磁率の分布を示している。図15においては、明るさが明るいほど比透磁率が高く、暗いほど比透磁率が低い。
図15(a)に示すように、外部磁場が弱い領域Aにおいては、可飽和磁性薄板磁心130は飽和しておらず、したがって各部分とも比透磁率は十分に高い。そして、図15(b)に示すように、外部磁場が中程度である領域Bにおいては、可飽和磁性薄板磁心130の第2の区間132から飽和が始まり、外部磁場が強くなるほど飽和する部分が広がっていく。そして、図15(c)に示すように、外部磁場が強い領域Cにおいては、可飽和磁性薄板磁心130は完全に飽和し、磁場強度の変化に伴うインダクタンスの変化がほとんど無くなる。
本実施形態による磁気センサ用インダクタンス素子100Dにおいても、図10に示した磁気シールド160を用いても構わない。この場合、磁気シールド160によって第1及び第2の絶縁基板110,120からなる基体をy方向及びz方向から全体的に覆っても構わないし、基体のうちyz平面が拡大された中央部分、つまり、メアンダ状である第2の区間132を磁気シールド160が選択的に覆う構成であっても構わない。また、磁気シールド160にスリット164を設けても構わない。
<第5の実施形態>
図16は、本発明の第5の実施形態による磁気センサ用インダクタンス素子200Aの構成を示す略分解斜視図である。
図16に示すように、本実施形態による磁気センサ用インダクタンス素子200Aは、積層された複数の絶縁基板211〜214からなる基体と、基体のx方向における両端にそれぞれ設けられた端子電極201,202を備える。絶縁基板211〜214はxy平面を主面とする平板状の基板であり、z方向に積層されることによって基体を構成する。絶縁基板211〜214の材料としては、LTCC等のセラミック系絶縁材料や、アルミナ、酸化マグネシウム又はランタンアルミネート等の単結晶又は多結晶絶縁材料、ガラスエポキシ等の樹脂系絶縁材料などを用いることができる。
絶縁基板211〜214のx方向における一方の端部には、導体パターン221が形成されており、これらはスルーホール導体を介して互いに接続されるとともに、端子電極201に共通に接続される。同様に、絶縁基板211〜214のx方向における他方の端部には、導体パターン222が形成されており、これらはスルーホール導体を介して互いに接続されるとともに、端子電極202に共通に接続される。
図17は、絶縁基板212,213上のパターン構造を説明するための平面図である。図17には、絶縁基板212を上面212a側から見た平面図と、絶縁基板213を下面213b側から見た平面図が示されている。
図17に示すように、絶縁基板213の下面213bは第1の表面S1を構成し、可飽和磁性薄板磁心230が形成される。可飽和磁性薄板磁心230は、上述した可飽和磁性薄板磁心130と同様、Fe系/Co系などのアモルファス磁性金属を用いることが好ましい。可飽和磁性薄板磁心230は、x方向に直線的に延在する第1の区間231と、メアンダ状に蛇行する第2及び第3の区間232,233を有する。第1の区間231の一端は第2の区間232に接続され、第1の区間231の他端は第3の区間233に接続されている。第2及び第3の区間232,233の他端は、x方向に開放されている。図17に示す例では、第2及び第3の区間232,233がy方向に折り返す部分をそれぞれ5箇所有しているが、本発明がこれに限定されるものではない。
また、絶縁基板212の下面212b及び絶縁基板213の上面213aは、それぞれ第2及び第3の表面S2,S3を構成し、コイル導体240を構成する各導体パターンが形成される。まず、第3の表面S3を構成する絶縁基板213の上面213aには、平面視で(積層方向であるz方向から見て)可飽和磁性薄板磁心230の第1の区間231と重なるよう、y方向に延在する複数の平面導体パターン242が形成されている。また、第2の表面S2を構成する絶縁基板212の下面212bには、平面視で可飽和磁性薄板磁心230の第1の区間231と重なるよう、複数の平面導体パターン241が形成されている。各平面導体パターン241は、y方向における両端がそれぞれ第3の表面S3に形成された異なる平面導体パターン242の端部と平面視で重なるよう、両端がx方向に1ピッチずれている。
そして、平面視で重なる平面導体パターン241の端部と平面導体パターン242の端部は、絶縁基板212,213を貫通して設けられたスルーホール導体243を介して接続される。これにより、平面導体パターン241,242及びスルーホール導体243は、可飽和磁性薄板磁心230の第1の区間231の周囲に巻回されたコイルパターンを構成することになる。コイルパターンの両端は、それぞれ導体パターン221,222を介して端子電極201,202に接続される。
このように、本実施形態による磁気センサ用インダクタンス素子200Aは、積層された複数の絶縁基板211〜214を用い、絶縁基板211〜214に含まれる3つの表面S1〜S3に可飽和磁性薄板磁心230及びコイル導体240を形成している。コイル導体240は、可飽和磁性薄板磁心230の第1の区間231の周囲に巻回されることから、コイル導体240に電流を流せば可飽和磁性薄板磁心230の第1の区間231に外部磁場を与えることができる。そして、可飽和磁性薄板磁心230は、メアンダ状に蛇行する第2及び第3の区間232,233を有していることから、素子のx方向におけるサイズを抑えつつ、可飽和磁性薄板磁心230の実効磁路長を拡大することができる。尚、最下層に位置する絶縁基板211と最上層に位置する絶縁基板214には、可飽和磁性薄板磁心230及びコイル導体240を構成する要素は形成されないが、これらは第2及び第3の表面S2,S3を保護する役割を果たす。
尚、図17に示した例では、可飽和磁性薄板磁心230を絶縁基板213の下面213bに形成しているが、これに代えて、或いはこれに加えて、図18に示すように、可飽和磁性薄板磁心230を絶縁基板212の上面212aに形成しても構わない。絶縁基板212の上面212aに形成する可飽和磁性薄板磁心230は、絶縁基板213の下面213bに形成された可飽和磁性薄板磁心230と平面視で完全に重なるよう、位置及び形状を正確に設計する必要がある。このように、可飽和磁性薄板磁心230が形成される第1の表面S1は、絶縁基板212,213間に位置すればよく、いずれの絶縁基板側に形成されていても構わない。可飽和磁性薄板磁心230を絶縁基板213の下面213b及び絶縁基板212の上面212aの両方に形成すれば、可飽和磁性薄板磁心230の厚さを2倍とすることができる。
同様に、コイル導体240を構成する平面導体パターン241についても、絶縁基板212の下面212bの代わりに、絶縁基板211の上面211aに形成しても構わない。つまり、平面導体パターン241が形成される第2の表面S2は、絶縁基板211,212間に位置すればよく、いずれの絶縁基板側に形成されていても構わない。さらに、コイル導体240を構成する平面導体パターン242についても、絶縁基板213の上面213aの代わりに、絶縁基板214の下面214bに形成しても構わない。つまり、平面導体パターン242が形成される第3の表面S3は、絶縁基板213,214間に位置すればよく、いずれの絶縁基板側に形成されていても構わない。
図19は、本実施形態による磁気センサ用インダクタンス素子200Aを回路基板300に搭載した状態を示す略斜視図である。
図19に示す例では、y方向に延在する配線パターンLが回路基板300上に形成されており、配線パターンLを跨ぐように磁気センサ用インダクタンス素子200Aが搭載される。配線パターンLには、測定対象電流Ipが流れる。さらに、回路基板300には配線パターンD1,D2も形成されており、これらはハンダ310を介してそれぞれ磁気センサ用インダクタンス素子200Aの端子電極201,202に接続される。
かかる構成により、配線パターンLに測定対象電流Ipが流れると、これによって生じる磁場強度に応じて可飽和磁性薄板磁心230のインダクタンスが変化することから、コイル導体240を介してインダクタンスの変化を検出すれば、測定対象電流Ipの電流量を測定することが可能となる。
図20は、磁気センサ用インダクタンス素子200Aを備えた磁気センサ320の回路図である。
図20に示す磁気センサ320は、磁気センサ用インダクタンス素子200A及び検出回路321を含む。検出回路321は、スイッチSW1〜SW4からなるブリッジ回路を含み、これらスイッチSW1〜SW4を制御することによって、コイル導体240に検出電流Iを流す。スイッチSW1〜SW4は交互にオンオフされ、これにより、磁気センサ用インダクタンス素子200Aに磁気エネルギーを蓄積させる蓄積期間と、磁気センサ用インダクタンス素子200Aに蓄積された磁気エネルギーを放出させる放出期間が交互に繰り返される。
コイル導体240に流れる検出電流Iは外部磁場Hextの強度に依存する。検出電流Iは抵抗Rshによって検出電圧Vshに変換されるため、これを検出することによって外部磁場Hextの強度を知ることが可能となる。したがって、図19に示す例のように、配線パターンLを跨ぐように磁気センサ用インダクタンス素子200Aを搭載すれば、配線パターンLに流れる測定対象電流Ipの電流量を測定することが可能となる。
<第6の実施形態>
図21は、本発明の第6の実施形態による磁気センサ用インダクタンス素子200Bの構成を示す略分解斜視図である。
図21に示すように、本実施形態による磁気センサ用インダクタンス素子200Bは、積層された複数の絶縁基板251〜256からなる基体と、基体のx方向における両端にそれぞれ設けられた端子電極201,202を備える。絶縁基板251〜256のx方向における一方の端部には、導体パターン221が形成されており、これらはスルーホール導体を介して互いに接続されるとともに、端子電極201に共通に接続される。同様に、絶縁基板251〜256のx方向における他方の端部には、導体パターン222が形成されており、これらはスルーホール導体を介して互いに接続されるとともに、端子電極202に共通に接続される。このように、本実施形態においては基体が6層の絶縁基板251〜256によって構成されている。
絶縁基板252の下面252bには、コイル導体240の一部を構成する平面導体パターン244が形成されている。また、絶縁基板255の上面255aには、コイル導体240の一部を構成する平面導体パターン245が形成されている。
図22は、絶縁基板253,254上のパターン構造を説明するための平面図である。図22には、絶縁基板253を上面253a側から見た平面図と、絶縁基板254を下面254b側から見た平面図が示されている。
本実施形態における絶縁基板253,254は、上述した第5の実施形態による磁気センサ用インダクタンス素子200Aにおける絶縁基板212,213に対応する。したがって、絶縁基板254の下面254bは第1の表面S1を構成し、可飽和磁性薄板磁心230が形成される。また、絶縁基板253の下面253b及び絶縁基板254の上面254aは、それぞれ第2及び第3の表面S2,S3を構成し、コイル導体240の一部である平面導体パターン241,242が形成される。平面導体パターン241,242は、絶縁基板253,254を貫通して設けられたスルーホール導体243を介して接続される。
さらに、本実施形態においては、絶縁基板252の下面252bに平面導体パターン244が形成され、絶縁基板255の上面255aに平面導体パターン245が形成される。平面導体パターン244,245は、平面視で(積層方向であるz方向から見て)可飽和磁性薄板磁心230の第1の区間231と重なるよう配置されており、且つ、平面視で重なる平面導体パターン244の端部と平面導体パターン245の端部は、絶縁基板252〜255を貫通して設けられたスルーホール導体246を介して接続される。これにより、平面導体パターン244,245及びスルーホール導体246は、可飽和磁性薄板磁心230の第1の区間231の周囲に巻回された第2のコイルパターンを構成することになる。そして、平面導体パターン241,242及びスルーホール導体243からなる第1のコイルパターンと、平面導体パターン244,245及びスルーホール導体246からなる第2のコイルパターンは、導体パターン221,222を介して端子電極201,202に直列に接続される。
これにより、本実施形態による磁気センサ用インダクタンス素子200Bにおいては、可飽和磁性薄板磁心230の第1の区間231の周囲に巻回するコイル導体240のターン数を増やすことができる。その他の構成は、第5の実施形態による磁気センサ用インダクタンス素子200Aと同様である。
<第7の実施形態>
図23は、本発明の第7の実施形態による磁気センサ用インダクタンス素子200Cの構成を示す略分解斜視図である。
図23に示すように、本実施形態による磁気センサ用インダクタンス素子200Cは、絶縁基板213と絶縁基板214の間に設けられた別の絶縁基板215を有し、絶縁基板215の上面215aに磁気シールド260が設けられている点において、第5の実施形態による磁気センサ用インダクタンス素子200Aと相違している。絶縁基板215の上面215aは、第8の表面S8を構成する。その他の構成は、第5の実施形態による磁気センサ用インダクタンス素子200Aと同一であることから、同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
磁気シールド260は、可飽和磁性薄板磁心230を覆うように設けられており、これによりノイズとなる磁束をバイパスさせることができる。本実施形態においてもノイズとなる磁束はy方向の磁束であり、y方向の磁束が可飽和磁性薄板磁心230を通ることなく、磁気シールド260をバイパスすることによって、検出すべきx方向の磁束に対する指向性を高めることが可能となる。
また、図24に示すように、磁気シールド260にスリット261を設けることよって磁気シールド260をx方向に分断しても構わない。磁気シールド260にこのようなスリット261を設ければ、このスリット261がx方向の磁束に対して磁気抵抗となるギャップとして機能することから、検出すべきx方向の磁束が磁気シールド260をバイパスすることによる検出感度の低下を防止することが可能となる。
<第8の実施形態>
図25は、本発明の第8の実施形態による磁気センサ用インダクタンス素子200Dの構成を示す略分解斜視図である。
図25に示すように、本実施形態による磁気センサ用インダクタンス素子200Dは、絶縁基板211のさらに下方に設けられた別の絶縁基板216,217を有し、絶縁基板217の上面217aにバスバー層290が設けられている。絶縁基板217の上面217aは、第4の表面S4を構成する。バスバー層290は、測定対象電流Ipが流れる導体パターンであり、そのy方向における一端は端子電極203に接続され、y方向における他端は端子電極204に接続されている。バスバー層290と端子電極203,204との接続は、絶縁基板213,214の上面213a,214aに設けられた導体パターン223,224を介して行われる。導体パターン223とバスバー層290はスルーホール導体を介して互いに接続され、導体パターン224とバスバー層290もスルーホール導体を介して互いに接続される。
また、本実施形態においては、バスバー層290とコイル導体240との間に生じる容量成分を低減すべく、コイル導体240と端子電極201,202とを接続する導体パターンを絶縁基板213の上面213aに配置している。その他の構成は、第5の実施形態による磁気センサ用インダクタンス素子200Aと同一であることから、同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
バスバー層290は、平面視で可飽和磁性薄板磁心230と重なるように設けられている。図25には回路基板300に設けられる配線パターンL1,L2も図示されており、回路基板300に磁気センサ用インダクタンス素子200Dを実装すると、図26に示す構造が得られる。本実施形態においては、測定対象電流Ipが流れる回路基板300上の配線パターンがL1とL2に分断されており、配線パターンL1が端子電極203に接続され、配線パターンL2が端子電極204に接続されることによって、バスバー層290を介して測定対象電流Ipが流れることになる。
このように、本実施形態においては、測定対象電流Ipが流れるバスバー層290が基体の内部に設けられていることから、実装ばらつきに起因する測定誤差が生じないという利点を有する。しかも、バスバー層290と可飽和磁性薄板磁心230のz方向における距離を近接させることができることから、高い測定感度を得ることも可能となる。
本実施形態においても、絶縁基板216と絶縁基板217の間や、絶縁基板213と絶縁基板214の間に磁気シールドを設けても構わない。これによれば、よりノイズの影響を受けにくい磁気センサを構成することが可能となる。
<第9の実施形態>
図27は、本発明の第9の実施形態による磁気センサ用インダクタンス素子200Eの構成を示す略分解斜視図である。
図27に示すように、本実施形態による磁気センサ用インダクタンス素子200Eは、積層された複数の絶縁基板271〜278からなる基体と、基体のx方向における一端に設けられた端子電極201T,201Bと、基体のx方向における他端に設けられた端子電極202T,202Bと、基体のy方向における両側にそれぞれ設けられた端子電極203,204とを備える。
絶縁基板272,273の表面には、図17を用いて説明した可飽和磁性薄板磁心230及びコイル導体240が形成されており、これらによって第1のインダクタンス素子Tが構成される。第1のインダクタンス素子Tに含まれるコイル導体240の両端は、それぞれ端子電極201T,202Tに接続される。同様に、絶縁基板276,277の表面には、図17を用いて説明した可飽和磁性薄板磁心230及びコイル導体240が形成されており、これらによって第2のインダクタンス素子Bが構成される。第2のインダクタンス素子Bに含まれるコイル導体240の両端は、それぞれ端子電極201B,202Bに接続される。本実施形態による磁気センサ用インダクタンス素子200Eを回路基板300に搭載すると、図28に示すように、端子電極201T,201Bはそれぞれ配線パターンDT1,DB1に接続され、端子電極202T,202Bはそれぞれ配線パターンDT2,DB2に接続される。
そして、絶縁基板274の上面274aには、バスバー層290が形成されている。上述の通り、バスバー層290は測定対象電流Ipが流れる導体パターンであり、そのy方向における一端は端子電極203に接続され、y方向における他端は端子電極204に接続されている。
かかる構成により、第1のインダクタンス素子Tと第2のインダクタンス素子Bとの間にバスバー層290が積層方向(z方向)に挟まれることになる。その結果、バスバー層290に測定対象電流Ipがy方向に流れると、第1のインダクタンス素子Tと第2のインダクタンス素子Bには、互いに逆方向の磁束が与えられることになる。
図29は、磁気センサ用インダクタンス素子200Eを備えた磁気センサ330の回路図である。
図29に示す磁気センサ330は、磁気センサ用インダクタンス素子200Eと検出回路331を含む。検出回路331は、スイッチSW1〜SW4からなるブリッジ回路と、スイッチSW5〜SW8からなるブリッジ回路を含み、これらスイッチSW1〜SW8を制御することによって、第1のインダクタンス素子Tに含まれるコイル導体240に検出電流Is1を流すとともに、第2のインダクタンス素子Bに含まれるコイル導体240に検出電流Is2を流す。検出電流Is1は抵抗Rsh1によって検出電圧Vsh1に変換され、検出電流Is2は抵抗Rsh2によって検出電圧Vsh2に変換される。検出電圧Vsh1,Vsh2は、ローパスフィルタLPFを介し、オペアンプOP及び抵抗R1〜R4からなる差動アンプに入力される。かかる構成により、第1のインダクタンス素子Tの出力と第2のインダクタンス素子Tの出力の差分が出力電圧VOUTとなって現れることになる。
そして、図29に模式的に示すように、バスバー層290は、第1のインダクタンス素子Tと第2のインダクタンス素子Bの間に配置されていることから、バスバー層290に測定対象電流Ipが流れると外部磁場Hbusが発生し、これによって第1のインダクタンス素子Tと第2のインダクタンス素子Bのインダクタンスが変化する。ここで、第1のインダクタンス素子Tに与えられる磁束の向きは、第2のインダクタンス素子Bに与えられる磁束の向きと180°逆であることから、差動アンプの出力電圧VOUTのレベルは2倍となる。しかも、地磁気のように、第1及び第2のインダクタンス素子T,Bに対してコモンモードであるノイズ成分Hnoiseは、差動アンプにより除去される。
このように、本実施形態による磁気センサ用インダクタンス素子200Eを用いれば、地磁気などのノイズの影響を受けにくく、且つ、感度の高い磁気センサ(電流センサ)を構成することが可能となる。また、本実施形態においては、第1及び第2のインダクタンス素子T,Bを異なる層に形成していることから、基体を構成する絶縁基板の平面サイズが拡大することもない。
本実施形態においても、絶縁基板271と絶縁基板272の間や、絶縁基板277と絶縁基板278の間に磁気シールドを設けても構わない。これによれば、よりノイズの影響を受けにくい磁気センサを構成することが可能となる。
<第10の実施形態>
図30は、本発明の第10の実施形態による磁気センサ用インダクタンス素子200Fの構成を示す略分解斜視図である。
図30に示すように、本実施形態による磁気センサ用インダクタンス素子200Fは、積層された複数の絶縁基板281〜285からなる基体と、基体のx方向における一端に設けられた端子電極201T,201Bと、基体のx方向における他端に設けられた端子電極202T,202Bと、基体のy方向における一端に設けられた端子電極203,204とを備える。
絶縁基板283の表面には、図17を用いて説明した可飽和磁性薄板磁心230及びコイル導体240が2組形成されており、これらは第1及び第2のインダクタンス素子T,Bを構成する。第1のインダクタンス素子Tに含まれるコイル導体240の両端は、それぞれ端子電極201T,202Tに接続され、第2のインダクタンス素子Bに含まれるコイル導体240の両端は、それぞれ端子電極201B,202Bに接続される。
また、絶縁基板281の上面281aには、バスバー層290が形成されている。本実施形態においては、バスバー層290がy方向に折り返す平面形状を有しており、これにより第1のバスバーパターン291と第2のバスバーパターン292には、互いに180°異なる方向に測定対象電流Ipが流れる。そして、第1のバスバーパターン291は平面視で第1のインダクタンス素子Tと重なり、第2のバスバーパターン292は平面視で第2のインダクタンス素子Bと重なる位置に配置されている。
これにより、バスバー層290に測定対象電流Ipが流れると、図31に示すように、第1のインダクタンス素子Tと第2のインダクタンス素子Bに与えられる磁場Hbusは、磁束の向きが互いに逆方向となる。一方、ノイズ成分Hnoiseは、第1及び第2のインダクタンス素子T,Bに対してコモンモードである。これにより、第9の実施形態による磁気センサ用インダクタンス素子200Eと同様、地磁気などのノイズの影響を受けにくく、且つ、感度の高い磁気センサ(電流センサ)を構成することが可能となる。しかも、本実施形態においては、第1及び第2のインダクタンス素子T,Bを同一層に形成していることから、基体を構成する絶縁基板の層数を少なくすることも可能となる。
<第11の実施形態>
図32は、本発明の第11の実施形態による磁気センサ用インダクタンス素子200Gの主要部の構成を示す平面図である。
本実施形態による磁気センサ用インダクタンス素子200Gは、基体の層構造が図21及び図22に示した磁気センサ用インダクタンス素子200Bと類似しており、6層の絶縁基板251〜256を有している。図32には、絶縁基板253を上面253a側から見た平面図と、絶縁基板254を下面254b側から見た平面図が示されている。
図32に示すように、本実施形態においては、コイル導体240が検出コイル240Sと補償コイル240Cを含み、これらが可飽和磁性薄板磁心230の第1の区間231に共通に巻回されている。検出コイル240Sは、平面導体パターン241S,242S及びスルーホール導体243Sからなり、その一端は導体パターン221Sを介して端子電極201Sに接続され、他端は導体パターン222Sを介して端子電極202Sに接続される。また、補償コイル240Cは、平面導体パターン241C,242C及びスルーホール導体243Cからなり、その一端は導体パターン221Cを介して端子電極201Cに接続され、他端は導体パターン222Cを介して端子電極202Cに接続される。これにより、本実施形態による磁気センサ用インダクタンス素子200Gは、図33に示す回路を構成する。尚、図32に示す例では、補償コイル240Cの外周に検出コイル240Sを巻回しているが、逆に、検出コイル240Sの外周に補償コイル240Cを巻回しても構わない。
図34は、磁気センサ用インダクタンス素子200Gを備えた磁気センサ340の回路図である。
図34に示す磁気センサ340は、磁気センサ用インダクタンス素子200Gと検出回路341を含む。検出回路341は、スイッチSW1〜SW4からなるブリッジ回路を含み、これらスイッチSW1〜SW4を制御することによって、検出コイル240Sに検出電流Iを流す。検出電流Iは外部磁場Hextの強度に依存する。検出電流Iは抵抗Rshによって検出電圧Vshに変換され、制御部342に入力される。制御部342は、検出電圧Vshに基づいてドライバ343を制御することにより、端子電極202Cを所定の電位に駆動する。図34に示すように、端子電極201Cは抵抗ROUTを介して接地されていることから、端子電極202Cが所定の電位に駆動されると、補償コイル240Cには補償電流Iが流れる。制御部342は、外部磁場Hextが補償電流Iによって打ち消されるよう制御を行う。
このように、本実施形態による磁気センサ用インダクタンス素子200Gを用いれば、クローズドループ制御によって外部磁場Hextの強度を測定することが可能となる。
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、上記の実施形態に限定されることなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能であり、それらも本発明の範囲内に包含されるものであることはいうまでもない。
100A〜100D 磁気センサ用インダクタンス素子
110,120 絶縁基板
111〜114 搭載領域
121 中央領域
122,123 鍔状領域
130 可飽和磁性薄板磁心
131 第1の区間
132 第2の区間
133 第3の区間
134 第4の区間
140 コイル導体
151〜154 端子電極
160 磁気シールド
161 天面
162,163 側面
164 スリット
200A〜200G 磁気センサ用インダクタンス素子
201,201B,201C,201S,201T,202,202B,202C,202S,202T,203,204 端子電極
211〜214,251〜256,271〜278,281〜285 絶縁基板
221,221C,221S,222,222C,222S,223,224 導体パターン
230 可飽和磁性薄板磁心
231 第1の区間
232 第2の区間
233 第3の区間
240 コイル導体
240C 補償コイル
240S 検出コイル
241,241C,241S,242、242C,242S、244〜246 平面導体パターン
243,243C,243S,246 スルーホール導体
290 バスバー層
291 第1のバスバーパターン
292 第2のバスバーパターン
300 回路基板
310 ハンダ
320,330,340 磁気センサ
321,331,341 検出回路
342 制御部
343 ドライバ
B,T インダクタンス素子
D1,D2,DT1,DB1,DT2,DB2 配線パターン
L,L1,L2 配線パターン
S1 第1の表面
S2 第2の表面
S3 第3の表面

Claims (16)

  1. 基体と、
    前記基体上に設けられた可飽和磁性薄板磁心と、
    前記可飽和磁性薄板磁心の周囲に巻回されたコイル導体と、を備え、
    前記可飽和磁性薄板磁心は、第1の方向に直線的に延在する第1の区間とメアンダ状である第2の区間を含み、
    前記コイル導体は、前記可飽和磁性薄板磁心の前記第2の区間に巻回されることなく、前記可飽和磁性薄板磁心の前記第1の区間に巻回されていることを特徴とする磁気センサ用インダクタンス素子。
  2. 基体と、
    前記基体上に設けられた可飽和磁性薄板磁心と、
    前記可飽和磁性薄板磁心の周囲に巻回されたコイル導体と、を備え、
    前記可飽和磁性薄板磁心は、第1の方向に直線的に延在する第1の区間とメアンダ状である第2及び第3の区間を含み、
    前記第1の区間の両端は、それぞれ前記第2及び第3の区間に接続され、
    前記コイル導体は、前記可飽和磁性薄板磁心の前記第1の区間に巻回されていることを特徴とする磁気センサ用インダクタンス素子。
  3. 基体と、
    前記基体上に設けられた可飽和磁性薄板磁心と、
    前記可飽和磁性薄板磁心の周囲に巻回されたコイル導体と、を備え、
    前記可飽和磁性薄板磁心は、第1の方向に直線的に延在する第1及び第4の区間とメアンダ状である第2の区間を含み、
    前記第2の区間の両端は、それぞれ前記第1及び第4の区間に接続され、
    前記コイル導体は、前記可飽和磁性薄板磁心の前記第1の区間に巻回されていることを特徴とする磁気センサ用インダクタンス素子。
  4. 基体と、
    前記基体上に設けられた可飽和磁性薄板磁心と、
    前記可飽和磁性薄板磁心の周囲に巻回されたコイル導体と、を備え、
    前記可飽和磁性薄板磁心は、第1の方向に直線的に延在する第1の区間とメアンダ状である第2の区間を含み、
    前記コイル導体は、前記可飽和磁性薄板磁心の前記第1の区間に巻回され
    前記基体は、前記第1の方向と直交する第2の方向における幅が第1の幅である第1の搭載領域と、前記第2の方向における幅が前記第1の幅よりも広い第2の幅である第2の搭載領域と含む形状を有し、
    前記可飽和磁性薄板磁心の前記第1の区間は、前記基体の前記第1の搭載領域上に設けられ、
    前記可飽和磁性薄板磁心の前記第2の区間は、前記基体の前記第2の搭載領域上に設けられ、
    前記コイル導体は、前記基体の前記第1の搭載領域の周囲に巻回されていることを特徴とする磁気センサ用インダクタンス素子。
  5. 前記基体の前記第2の搭載領域に設けられ、前記コイル導体の端部に接続される端子電極をさらに備えることを特徴とする請求項4に記載の磁気センサ用インダクタンス素子。
  6. 前記基体の前記第2の搭載領域に固定され、前記第2の方向に生じる磁束をバイパスさせる磁気シールドをさらに備えることを特徴とする請求項4又は5に記載の磁気センサ用インダクタンス素子。
  7. 前記基体は、積層された複数の絶縁基板を含み、
    前記可飽和磁性薄板磁心は、前記複数の絶縁基板が有する第1の表面に形成され、
    前記コイル導体は、前記複数の絶縁基板が有する前記第1の表面とは異なる第2及び第3の表面にそれぞれ形成された第1及び第2の平面導体パターンと、前記複数の絶縁基板の少なくとも一つを貫通して設けられ、前記第1の平面導体パターンと前記第2の平面導体パターンを接続する第1のスルーホール導体とを含むことを特徴とする請求項1乃至3のいずれか一項に記載の磁気センサ用インダクタンス素子。
  8. 前記複数の絶縁基板は、この順に積層された第1、第2、第3及び第4の絶縁基板を少なくとも含み、
    前記第1の表面は、前記第2の絶縁基板と前記第3の絶縁基板の間に位置し、
    前記第2の表面は、前記第1の絶縁基板と前記第2の絶縁基板の間に位置し、
    前記第3の表面は、前記第3の絶縁基板と前記第4の絶縁基板の間に位置することを特徴とする請求項7に記載の磁気センサ用インダクタンス素子。
  9. 前記複数の絶縁基板が有する前記第1乃至第3の表面とは異なる第4の表面に形成され、測定対象電流が流れるバスバー層をさらに備えることを特徴とする請求項に記載の磁気センサ用インダクタンス素子。
  10. 前記可飽和磁性薄板磁心は、第1及び第2の可飽和磁性薄板磁心を含み、
    前記コイル導体は、第1及び第2のコイル導体を含み、
    前記第1のコイル導体は、前記第1の可飽和磁性薄板磁心の前記第1の区間に巻回され、
    前記第2のコイル導体は、前記第2の可飽和磁性薄板磁心の前記第1の区間に巻回され、
    前記複数の絶縁基板は、前記第1乃至第4の表面とは異なる第5乃至第7の表面をさらに有し、
    前記第1の可飽和磁性薄板磁心は、前記第1の表面に形成され、
    前記第1のコイル導体は、前記第2及び第3の表面にそれぞれ形成された前記第1及び第2の平面導体パターンと、前記第1のスルーホール導体とを含み、
    前記第2の可飽和磁性薄板磁心は、前記第5の表面に形成され、
    前記第2のコイル導体は、前記第6及び第7の表面にそれぞれ形成された第3及び第4の平面導体パターンと、前記複数の絶縁基板の少なくとも一つを貫通して設けられ、前記第3の平面導体パターンと前記第4の平面導体パターンを接続する第2のスルーホール導体とを含み、
    前記第4の表面は、前記第1乃至第3の表面と前記第5乃至第7の表面の間に位置することを特徴とする請求項9に記載の磁気センサ用インダクタンス素子。
  11. 前記可飽和磁性薄板磁心は、第1及び第2の可飽和磁性薄板磁心を含み、
    前記コイル導体は、第1及び第2のコイル導体を含み、
    前記第1のコイル導体は、前記第1の可飽和磁性薄板磁心の前記第1の区間に巻回され、
    前記第2のコイル導体は、前記第2の可飽和磁性薄板磁心の前記第1の区間に巻回され、
    前記第1及び第2の可飽和磁性薄板磁心は、いずれも前記第1の表面に形成され、
    前記第1のコイル導体は、前記第2及び第3の表面にそれぞれ形成された前記第1及び第2の平面導体パターンと、前記第1のスルーホール導体とを含み、
    前記第2のコイル導体は、前記第2及び第3の表面にそれぞれ形成された第3及び第4の平面導体パターンと、前記複数の絶縁基板の少なくとも一つを貫通して設けられ、前記第3の平面導体パターンと前記第4の平面導体パターンを接続する第2のスルーホール導体とを含み、
    前記バスバー層は、積層方向から見て前記第1の可飽和磁性薄板磁心と重なる第1のバスバーパターンと、積層方向から見て前記第2の可飽和磁性薄板磁心と重なる第2のバスバーパターンとを含み、前記第1及び第2のバスバーパターンには前記測定対象電流が互いに逆方向に流れることを特徴とする請求項9に記載の磁気センサ用インダクタンス素子。
  12. 前記複数の絶縁基板が有する前記第1乃至第3の表面とは異なる第8の表面に形成され、前記第1の方向と直交する第2の方向に生じる磁束をバイパスさせる磁気シールドをさらに備えることを特徴とする請求項7乃至11のいずれか一項に記載の磁気センサ用インダクタンス素子。
  13. 前記磁気シールドは、前記第1の方向に生じる磁束に対して磁気抵抗となるギャップを備えることを特徴とする請求項6又は12に記載の磁気センサ用インダクタンス素子。
  14. 前記コイル導体は、前記可飽和磁性薄板磁心の前記第1の区間に共通に巻回された検出コイル及び補償コイルを含むことを特徴とする請求項1乃至13のいずれか一項に記載の磁気センサ用インダクタンス素子。
  15. 前記可飽和磁性薄板磁心は、アモルファス磁性金属からなることを特徴とする請求項1乃至14のいずれか一項に記載の磁気センサ用インダクタンス素子。
  16. 請求項1乃至15のいずれか一項に記載の磁気センサ用インダクタンス素子と、
    前記コイル導体に接続された検出回路と、を備えることを特徴とする磁気センサ。
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