JPH054036U - 電流検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 コイルやコアを排除することによって、小型
で加工性が良い安価な電流検出装置を提供する。 【構成】 プリント基板２２上に平板状の電流経路２３
を蒸着し、この電流経路２３の上に強磁性薄膜磁気抵抗
素子を含む磁気抵抗素子部２５を設置する。電流経路２
３に被検出電流が流されると、その被検出電流の大きさ
に追従して強磁性薄膜磁気抵抗素子の電気抵抗が変化す
るので、この電気抵抗値を検出することによって電流経
路２３に流される被検出電流の大きさが検出できる。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案は、強磁性薄膜磁気抵抗素子を用いて電流の検出を行う電流検出装置の 改良に関する。

【０００２】

【従来の技術】

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

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

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

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

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

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

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

【０００９】

【考案が解決しようとする課題】

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

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

【００１１】

【課題を解決するための手段】

以上のような課題を解決するために、本考案に係る電流検出装置においては、 表面に所定の回路パターンが形成されたプリント回路基板と、前記プリント回路 基板上に印刷されるとともに前記両端子間に接続され被検出電流が流される平板 状の電流経路と、前記平板状の電流経路上に設置され強磁性薄膜磁気抵抗素子を 内蔵している電流検出素子と、を含むことを特徴とする。

【００１２】

【作用】

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

【００１３】 すると、電流検出素子内に設置されている強磁性薄膜磁気抵抗素子の電気抵抗 が、前記電流経路の周囲に発生した磁界の強度に追従して変化するので、この強 磁性薄膜磁気抵抗素子の電気抵抗を検出することによって、該電流経路に流れる 被検出電流の大きさを検出することができる。

【００１４】

【実施例】

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

【００１５】 本実施例において特徴的なことは、プリント基板２２上に平板状の電流経路２ ３を有し、この平板状の電流経路２３上に強磁性薄膜磁気抵抗素子２３が設置さ れていることである。

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

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

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

【００１９】 ここで、図２は本実施例の電流検出装置の機能構成を示すブロック図である。 本実施例においては、端子２１Ｘと端子２１Ｙは定電圧源に接続されており、 端子２１Ｚはアースされている。そして、強磁性薄膜磁気抵抗素子３１，３２， ３３，３４はブリッジを構成しており、このブリッジの端子３０Ａ，３０Ｂ，３ ０Ｃ，３０Ｄの内の端子３０Ｃが端子２１Ｚを介してアースされている。このた め、±０Ｖを中心として＋方向と−方向に増幅できるようになっている。そして 、端子２１Ｗからの電圧の出力を検出することによって、電流経路２３に流され る被検出電流の大きさが検出できるようになっている。

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

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

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

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

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

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

【００２６】

【考案の効果】

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

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案の一実施例に係る電流検出装置の構成を
示した図である。

【図２】図１に示される電流検出装置の機能構成を示し
たブロック図である。

【図３】本実施例に係る電流検出装置の出力電圧特性図
である。

【図４】従来の電流検出装置の構成を示した図である。

【符号の説明】

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

Claims (1)

1. 【実用新案登録請求の範囲】 【請求項１】表面に所定の回路パターンが形成されたプ
   リント回路基板と、 前記プリント回路基板上に印刷されるとともに前記両端
   子間に接続され、被検出電流が流される平板状の電流経
   路と、 前記平板状の電流経路上に設置され、強磁性薄膜磁気抵
   抗素子を内蔵した電流検出素子と、を含むことを特徴と
   する電流検出装置。