WO2016021260A1 - 磁気センサーおよびその磁気センサーを備えた電流センサー - Google Patents

磁気センサーおよびその磁気センサーを備えた電流センサー Download PDF

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WO2016021260A1
WO2016021260A1 PCT/JP2015/063834 JP2015063834W WO2016021260A1 WO 2016021260 A1 WO2016021260 A1 WO 2016021260A1 JP 2015063834 W JP2015063834 W JP 2015063834W WO 2016021260 A1 WO2016021260 A1 WO 2016021260A1
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coil
magnetic
plane
magnetic field
magnetic sensor
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PCT/JP2015/063834
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English (en)
French (fr)
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英範 畑谷
Original Assignee
アルプス・グリーンデバイス株式会社
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R15/00—Details of measuring arrangements of the types provided for in groups G01R17/00 - G01R29/00, G01R33/00 - G01R33/26 or G01R35/00
    • G01R15/14—Adaptations providing voltage or current isolation, e.g. for high-voltage or high-current networks
    • G01R15/20—Adaptations providing voltage or current isolation, e.g. for high-voltage or high-current networks using galvano-magnetic devices, e.g. Hall-effect devices, i.e. measuring a magnetic field via the interaction between a current and a magnetic field, e.g. magneto resistive or Hall effect devices
    • G01R15/207—Constructional details independent of the type of device used
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R33/00—Arrangements or instruments for measuring magnetic variables
    • G01R33/02—Measuring direction or magnitude of magnetic fields or magnetic flux
    • G01R33/06—Measuring direction or magnitude of magnetic fields or magnetic flux using galvano-magnetic devices
    • G01R33/07—Hall effect devices
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R33/00—Arrangements or instruments for measuring magnetic variables
    • G01R33/02—Measuring direction or magnitude of magnetic fields or magnetic flux
    • G01R33/06—Measuring direction or magnitude of magnetic fields or magnetic flux using galvano-magnetic devices
    • G01R33/09—Magnetoresistive devices

Definitions

  • the present invention relates to a magnetic sensor and a current sensor including the magnetic sensor.
  • a magnetic sensor including a coil and a magnetic measurement element that measures an induced magnetic field due to a current flowing in the coil is widely used, and a detection unit of the current sensor can be given as an example.
  • Patent Document 1 includes a coil portion that detects a magnetic field change by a magnetosensitive element (magnetic measurement element), and the coil portion has a plane spiral conductor portion in which a conductor is spirally formed on a plane.
  • a magnetic sensor is disclosed in which the magnetosensitive element includes a pickup coil disposed in the vicinity of a plane spiral conductor portion of the coil portion and at a position substantially decentered with respect to the winding center. .
  • the coil can be connected through these through holes with a small number of through holes, and it is said that the productivity is excellent.
  • the magnetic measurement element is arranged at a position where the induced magnetic field due to the current flowing through the coil in which the conductor is arranged in a spiral shape can be detected.
  • the distance between the magnetic field sensitivity axis passing through the center of gravity of the magnetic detection unit and the coil disposed closest to the magnetic measurement element (also referred to as “nearest coil” in this specification) is usually about 3 ⁇ m or more.
  • Nearest coil is usually about 3 ⁇ m or more.
  • a magnetic sensor when a magnetic sensor is manufactured by combining a film forming process, it is necessary to form a layer serving as a spacer in order to separate the magnetic field sensitivity axis and the nearest coil by about 3 ⁇ m or more.
  • the process of forming the layer increases the manufacturing cost.
  • the induced magnetic field passing through the magnetic field sensitivity axis can be increased. It was necessary to increase the strength to some extent, and it was necessary to increase the amount of current flowing through the coil for this purpose. An increase in the amount of current flowing through the coil results in an increase in power consumption. Furthermore, the amount of Joule heat generated from the coil increases, and this heat may affect the measurement accuracy of the magnetic measuring element.
  • the present invention relates to a magnetic sensor including a coil and a magnetic measurement element, which can measure an induced magnetic field caused by a current flowing through the coil with high accuracy.
  • the magnetic measurement element is disposed proximal to the coil. It is an object of the present invention to provide a magnetic sensor capable of measuring an induced magnetic field caused by a current flowing through a coil with high accuracy. Another object of the present invention is to provide a current sensor provided with such a magnetic sensor.
  • the distance between the nearest coil and the magnetic field sensitivity axis of the magnetic measuring element is made closer than before.
  • the influence of the interaction of the induced magnetic field due to the current flowing through each of the conductors (referred to as “coil wires” in this specification) constituting the nearest coil.
  • the generated magnetic field changed periodically with the pitch of the coil wire as the spatial period. For this reason, unless the positional relationship between the magnetic field sensitivity axis of the magnetic measuring element and the individual coil wires constituting the nearest coil is not strictly controlled, the variation in the measured value of the magnetic measuring element becomes rather large.
  • the coils have a laminated structure, and the arrangement of these coils is adjusted in consideration of the relationship with the position of the magnetic sensitivity axis to flow through the individual coil wires.
  • One embodiment of the present invention provided on the basis of the above new knowledge includes a first coil, a second coil, and a magnetic measurement element, and induction based on currents flowing through the first coil and the second coil.
  • a magnetic sensor for measuring a magnetic field in the magnetic measurement element wherein the magnetic measurement element overlaps the first coil and the second coil in a plan view of the magnetic sensor, and the first coil and the first coil
  • the coil wire of the second coil is wound in a spiral shape, and the first coil is composed of a plurality of partial coil wires forming a part of the spiral coil wire and is positioned on the first plane.
  • the second coil includes a plurality of wire portions, and the second coil includes a plurality of partial coil wires forming a part of the spiral coil wire and is located on a second plane parallel to the first plane.
  • the magnetic detection unit of the magnetic measurement element is disposed so as to be positioned in the overlapping region in a plan view of the first plane, and the plurality of partial coil wires of the first plurality of line units are , At least in the overlapping region, arranged in a substantially parallel and substantially equal pitch with each other in the first plane, and the plurality of partial coil wires of the second plurality of wire portions at least in the overlapping region,
  • the plurality of partial coil wires of the first plurality of wire portions and the plurality of partial coil wires of the second plurality of wire portions are disposed at substantially the same pitch and substantially parallel to each other in the second plane, Substantially parallel to each other in the overlapping region
  • the pitch of the plurality of partial coil wires of the first plurality of wire portions is substantially equal to the pitch of the plurality of partial coil wires of the second plurality of wire portions, and the plurality of the plurality of first coil portions of the first plurality of wire portions.
  • the partial coil wires of the second plurality of wire portions and the plurality of partial coil wires of the second plurality of wire portions include a central axis of the individual partial coil wires provided in the plurality of partial coil wires of the first plurality of wire portions, and the second The plurality of partial coil wires of the plurality of partial coil wires are arranged so that the central axes of the individual partial coil wires do not overlap in a plan view on the first plane,
  • the magnetic field sensitivity axis passing through the center of gravity is a plane parallel to the first plane and located within the magnetic field sensitivity plane whose distance from the first plane is set to the first value d 1 (unit: ⁇ m).
  • d 1 unit: ⁇ m
  • the magnetic sensor may further include at least one of the following features.
  • the first coil and the second coil are, at the time of measurement, a current value flowing through the partial coil wire of the first plurality of wire portions and a current flowing through the partial coil wire of the second plurality of wire portions.
  • the value is set to be equal.
  • the first coil and the second coil are connected in series.
  • the magnetic field sensitivity surface is located between the first plane and the second plane.
  • the first plane is located between the magnetic field sensitivity surface and the second plane. -Arbitrary one of the plurality of partial coil wires of the first plurality of wire portions and a partial coil wire closest to the one of the plurality of partial coil wires of the second plurality of wire portions.
  • the distance a between the central axes in the plan view of the first plane (unit: ⁇ m) and the pitch value p of the first plurality of line portions satisfy the relationship represented by the following formula (2). . 0.2 ⁇ a / p ⁇ 0.5 (2)
  • the pitch value p of the first plurality of line portions satisfies the relationship represented by the following formula (3).
  • At least two of the magnetic measurement elements, and the at least two magnetic measurement elements are arranged such that the respective magnetic field sensitivity axes are parallel to each other within the magnetic field sensitivity plane,
  • the value of the separation distance of the magnetic field sensitivity axes is equal to the pitch value p of the first plurality of line portions.
  • the pitch value p of the first plurality of line portions, the first value d 1 , and the distance d 2 (unit: ⁇ m) between the magnetic field sensitivity surface and the second plane are as follows: Satisfies the relationship represented by Equation (4).
  • -Said 1st value d1 is 5 micrometers or less.
  • the said magnetic measurement element consists of 1 type, or 2 or more types chosen from the group which consists of a magnetoresistive effect element, a Hall element, a magnetoresistive element, and a magneto-impedance element.
  • Another embodiment of the present invention is a current sensor including the above magnetic sensor.
  • At least one of the first coil and the second coil included in the magnetic sensor may be one in which a current to be measured flows during measurement.
  • the current sensor may be a feedback coil in which at least one of the first coil and the second coil included in the magnetic sensor generates a canceling magnetic field that cancels an induced magnetic field due to the current to be measured.
  • a magnetic sensor capable of measuring an induced magnetic field caused by a current flowing through a coil with high accuracy, particularly, induction caused by a current flowing through the coil even when the magnetic measurement element is disposed proximal to the coil.
  • a magnetic sensor capable of measuring a magnetic field with high accuracy is provided.
  • a current sensor comprising such a magnetic sensor is also provided.
  • FIG. 1 is a plan view conceptually showing a magnetic sensor according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a diagram conceptually showing an XX section in FIG. 1.
  • FIG. 3 is a diagram conceptually showing a YY section in FIG. 2. It is a conceptual diagram for demonstrating the positional relationship of the partial coil wire with which the 1st multiple wire part with which the magnetic sensor shown by FIG. 1 is equipped, the partial coil wire with which a 2nd multiple wire part is provided, and a magnetic sensitivity surface is provided. It is a graph which shows the result of having simulated the magnetic field which generate
  • the magnetic sensor according to yet another embodiment of the present invention is a graph showing simulation results of d 1 / p dependence of the amplitude ratio of the magnetic field generated in the magnetic field sensitivity surface P3. It is a graph which shows the result of having simulated the a / p dependence of the amplitude ratio of the magnetic field which generate
  • the magnetic sensor which concerns on another one Embodiment of this invention Comprising:
  • the solid line is when s / p is 0.33, the thick broken line is when s / p is 0.5, and the thin broken line is when s / p is 0.67.
  • FIG. 1 is a plan view conceptually showing a magnetic sensor according to an embodiment of the present invention.
  • 2 is a diagram conceptually showing the XX section in FIG. 1
  • FIG. 3 is a diagram conceptually showing the YY section in FIG.
  • the magnetic sensor 10 includes a first coil 11, a second coil 12, and two magnetic measurement elements 131 and 132.
  • the magnetic sensor 10 measures an induced magnetic field based on currents flowing through the first coil 11 and the second coil 12 at the magnetic measurement elements 131 and 132.
  • the first coil 11 is disposed at a position proximal to the magnetic measurement elements 131 and 132
  • the second coil 12 is disposed at a more distal position. Is arranged.
  • the magnetic measurement elements 131 and 132 overlap the first coil 11 and the second coil 12 in a plan view of the magnetic sensor 10.
  • the coil wires of the first coil 11 and the second coil 12 are spirally wound.
  • the first coil 11 includes a plurality of partial coil wires that form part of a spiral coil wire, and includes a first plurality of wire portions that are positioned on the first plane P1.
  • the plurality of partial coil wires constituting the first plurality of wire portions are part of a spiral coil and are connected in series.
  • the first plane P ⁇ b> 1 is a plane related to a coil (nearest coil) closest to the magnetic measurement elements 131 and 132.
  • the first plurality of wire portions of the first coil includes three partial coil wires 111, 112, and 113.
  • the entire first coil 11 is formed on the first plane P ⁇ b> 1.
  • the second coil 12 includes a plurality of partial coil wires that form part of a spiral coil wire, and includes a second plurality of wire portions that are located on a second plane P2 parallel to the first plane P1. .
  • the plurality of partial coil wires constituting the second plurality of wire portions are part of a spiral coil and are connected in series.
  • the second multiple wire portion of the second coil includes three partial coil wires 121, 122, and 123.
  • the entire second coil 12 is formed on the second plane P2.
  • the region 11A in which the first plurality of line portions in the first plane P1 are formed and the region 12A in which the second plurality of line portions in the second plane P2 are formed are in a plan view of the first plane P1. It has overlapping areas that overlap.
  • the magnetic detection units of the two magnetic measurement elements 131 and 132 have the above-described regions 11 ⁇ / b> A and 12 ⁇ / b> A in plan view of the first plane P ⁇ b> 1. It is arrange
  • the position of the center of gravity of the magnetic detectors of the magnetic measurement elements 131 and 132 of the magnetic sensor 10 according to the present embodiment is the same as the position of the center of gravity of the magnetic measurement elements 131 and 132.
  • the plurality of partial coil wires 111, 112, and 113 included in the first plurality of wire portions are arranged at approximately the same pitch and substantially parallel to each other in the first plane P1 at least in the overlapping region.
  • the plurality of partial coil wires 121, 122, 123 provided in the second plurality of wire portions are arranged at substantially the same pitch and substantially parallel to each other in the second plane P2 at least in the overlapping region.
  • a plurality of partial coil wires 111, 112, 113 of the first plurality of wire portions provided in the first coil 11 and a plurality of partial coil wires 121, 122, 123 of the second plurality of wire portions provided in the second coil 12. Are arranged so as to be substantially parallel to each other at least in the overlapping region.
  • the pitch of the plurality of partial coil wires 111, 112, 113 of the first plurality of wire portions included in the first coil 11 is the plurality of partial coil wires 121 of the second plurality of wire portions included in the second coil 12.
  • 122, 123 are set to be substantially equal to the pitch.
  • the plurality of partial coil wires 111, 112, 113 of the first plurality of wire portions included in the first coil 11 and the plurality of partial coil wires 121, 122, 123 of the second plurality of wire portions included in the second coil 12 are: ,
  • the central axis of the individual partial coil wires of the plurality of partial coil wires 111, 112, 113 of the first plurality of wire portions and the individual portions of the plurality of partial coil wires 121, 122, 123 of the second plurality of wire portions It arrange
  • the induced magnetic field caused by the current flowing through the partial coil wires 111, 112, and 113 and the induced magnetic field caused by the current flowing through the partial coil wires 121, 122, 123 interact appropriately.
  • the amplitude of the periodic change of the generated magnetic field which is a factor that decreases the measurement accuracy of the magnetic measurement elements 131 and 132 disposed proximal to the first plane P1, can be reduced.
  • the magnetic field sensitivity axis passing through the center of gravity of the magnetic detectors of the magnetic measurement elements 131 and 132 of the magnetic sensor 10 is a plane parallel to the first plane P1 and the first.
  • the distance from the plane P1 is within the magnetic field sensitivity plane P3 set to the first value d 1 (unit: ⁇ m).
  • FIG. 4 is a conceptual diagram for explaining the positional relationship between the partial coil wire provided in the first plurality of wire portions in FIG. 1, the partial coil wire provided in the second plurality of wire portions, and the magnetic sensitivity surface.
  • the display of the magnetic measuring element and the like is omitted.
  • the magnetic sensor 10 includes a first value d 1 that is a distance between the first plane P1 and the magnetic field sensitivity plane P3, and a first value d 1 .
  • the pitch value p (unit: ⁇ m) of the partial coil wires 111, 112, 113 of the first plurality of wire portions included in the coil 11 satisfies the relationship represented by the following formula (1). d 1 /p ⁇ 1.5 (1)
  • the magnetic sensor 10 has the same structure as that of the magnetic sensor 10 according to the present embodiment. However, when the second coil 12 is not provided, that is, when only one planar spiral coil exists, the magnetic field sensitivity surface P3 is provided. The result of simulating the strength of the generated magnetic field is shown in FIG.
  • the simulation was performed using “Maxwell” manufactured by ANSYS.
  • the prerequisites for the simulation are as follows.
  • the plurality of partial coil wires constituting the plurality of wire portions included in the coil have a pitch value p of 3 ⁇ m in a plan view of the magnetic field sensitivity surface P3 (substantially equal to a plan view of the plane related to the coil).
  • the partial coil wires having a width of 1.5 ⁇ m are arranged with a separation distance of 1.5 ⁇ m.
  • the first value d 1 was set to 0.5 [mu] m. Therefore, d 1 / p was about 0.17. All of the coil wires constituting the coil are assumed to have a current of 10 mA flowing in the same direction (in any case where there are two coils).
  • the magnetic detection unit for the partial coil wire is specifically determined depending on which position in the magnetic field sensitivity plane P3 the magnetic field sensitivity axis of the magnetic detection unit of the magnetic measurement element is located. The measured value changes greatly depending on the relative position of the center of gravity.
  • the change in the position of the magnetic field sensitivity axis has a large effect on the deviation between the direction of the magnetic field lines of the generated magnetic field and the magnetic field sensitivity axis. End up. Therefore, in order to measure the induced magnetic field caused by the current flowing through the coil with high accuracy, it is necessary to strictly control the relative position between the magnetic detection unit of the magnetic measurement element and the coil. Therefore, an increase in manufacturing cost is inevitable in order to realize highly accurate measurement with the magnetic sensor having the above-described configuration.
  • the simulation results are shown in FIG.
  • the amplitude of the change in the generated magnetic field with the pitch of the partial coil wire as a period was sufficiently suppressed as compared with the case of FIG.
  • the amplitude of the generated magnetic field was about 0.3 mT, and the average value of the generated magnetic field was about 4 mT, so the amplitude ratio was 7%. If this amplitude ratio is compared with the case of FIG. 5, it is realized that the amplitude ratio is reduced to about 1/3.
  • the magnetic sensor 10 according to the present embodiment is based on the interaction of induced magnetic fields caused by the currents flowing through the individual partial coil wires even when the distance between the magnetic field sensitivity surface P3 and the nearest coil is close. The change of the generated magnetic field is suppressed, and it becomes easy to measure the induced magnetic field caused by the current flowing through the coil with high accuracy without strictly controlling the relative position between the magnetic detection unit of the magnetic measurement element and the coil.
  • the magnetic field sensitivity plane P3, and the first plane P1 are arranged in this order.
  • the value of the inter-surface distance between the magnetic field sensitivity surface P3 and the first value d 1 and the magnetic field sensitivity surface P3 and the second plane P2 is the value of the inter-surface distance between the first plane P1 d 2
  • FIG. 8 shows a simulation result in the case where both are 0.5 ⁇ m.
  • the amplitude of the change in the generated magnetic field with the pitch of the partial coil wire as a period was sufficiently suppressed as compared with the case of FIG.
  • the amplitude of the generated magnetic field was about 0.1 mT, and the average value of the generated magnetic field was about 4 mT, so the amplitude ratio was 2.5%. If this amplitude ratio is compared with the case of FIG. 5, it is realized that the rate of change is reduced to about 1/7.
  • the generated magnetic field based on the interaction of the induced magnetic fields due to the currents flowing through the individual coils.
  • the basic structure (pitch, etc.) is common, and there are two coils having a plurality of wire portions composed of partial coil wires parallel to each other.
  • a simulation was also performed when individual partial coil wires overlapped in a plan view of one plane P1.
  • FIGS. Simulation results are shown in FIGS.
  • the amplitude was about 0.5 mT. Since the average value of the generated magnetic field is about 4 mT, the amplitude ratio is about 13%.
  • the amplitude increased to about 0.75 mT. Since the average value of the generated magnetic field is about 4 mT, the amplitude ratio is 18%.
  • the magnetic field with respect to the partial coil line depends on where the magnetic field sensitivity axis of the magnetic detection unit of the magnetic measurement element is located.
  • the measured value varies greatly depending on the relative position of the center of gravity of the detection unit.
  • FIG. 11 shows the result of simulating how the amplitude ratio changes when d 1 / p is changed under the following conditions.
  • Basic structure structure shown in FIG. 7 p (pitch): 3 ⁇ m
  • Variable d 1
  • the relationship with the current value flowing through the partial coil wires 121, 122, 123 of the plurality of wire portions is not limited.
  • the calculation was performed by setting the current values of the two coils to be equal. As described above, since the current values of the two are equal, it may be advantageous in design (easily calculated) and manufactured (the same mask can be used).
  • the first coil 11 and the second coil 12 are connected in series.
  • the terminal 102A in FIG. 1 and the terminal 102B in FIG. 3 are electrically connected through a through hole (not shown), and the terminal 101 in FIG. 1 and the terminal 103 in FIG. It is an electrical end of the electrical element. In the case of such a configuration, it becomes easy to equalize the current flowing through the first coil 11 and the current flowing through the second coil 12.
  • the positional relationship among the first plane P1, the second plane P2, and the magnetic field sensitivity surface P3 as long as the first plane P1 is a surface related to the coil closest to the magnetic field sensitivity surface P3.
  • the first plane P1 may be located between the magnetic field sensitivity surface P3 and the second plane P2, or like the magnetic sensor 20 shown in FIG.
  • the magnetic field sensitivity surface P3 may be located between the first plane P1 and the second plane P2.
  • the magnetic sensor according to the present embodiment includes a plurality of partial coil wires of the first plurality of wire portions included in the first coil and a plurality of partial coils of the second plurality of wire portions included in the second coil.
  • the central axis of the individual partial coil wires provided in the plurality of partial coil wires of the first plurality of wire portions, and the central axis of the individual partial coil wires provided in the plurality of partial coil wires of the second plurality of wire portions is not limited.
  • the part of the second multiple line portion closest to the arbitrary one of the partial coil wires of the first multiple wire portion and the partial coil wire of the second multiple wire portion are expressed by the following formula (2). It is preferable to satisfy the relationship. 0.2 ⁇ a / p ⁇ 0.5 (2)
  • the upper limit of the value of a / p is 0.5.
  • the second coil is in the middle of the two nearest partial coil wires in the first plurality of wire portions included in the first coil.
  • the partial coil wire of the second multiple wire portion provided is located.
  • the induced magnetic field caused by the current flowing through the partial coil wire related to the first coil and the partial coil wire related to the second coil flow.
  • the interaction with the induced magnetic field due to the current tends to work so as to reduce the amplitude of the generated magnetic field in terms of magnetic field sensitivity.
  • the value of a / p is preferably 0.3 or more, and more preferably 0.35 or more.
  • the graph shown in FIG. 12 is a result of a simulation in which a / p is changed under the following conditions.
  • Basic structure structure shown in FIG. 7 p (pitch): 3 ⁇ m Partial coil wire width: 1.5 ⁇ m d 1 (first value): 0.5 ⁇ m d 2 (value of the inter-surface distance between the magnetic field sensitive surface P3 and the second plane P2): 0.5 ⁇ m Coil current: 10 mA
  • the magnetic sensor according to this embodiment may include two or more magnetic measurement elements.
  • these two or more magnetic measuring elements are arranged such that their magnetic field sensitivity axes are parallel to each other in the magnetic field sensitivity plane, and a distance between any two magnetic field sensitivity axes located at the nearest positions. Is preferably equal to the pitch value p of the first plurality of line portions.
  • the period of the change in the generated magnetic field caused by the interaction of the induced magnetic field due to the current flowing through the plurality of partial coil wires included in the plurality of coil portions of the coil is equal to the pitch of the plurality of wire portions, and thus is positioned at the nearest position
  • the distance between the magnetic field sensitivity axes of the two magnetic measurement elements is preferably equal to the above pitch from the viewpoint of reducing variation in the measurement values of two or more magnetic measurement elements.
  • a pair of partial coil wires positioned at the nearest position in the plan view of the second plane are s ′ / p ′ ⁇ 0. It is preferable that the relationship 6 is satisfied.
  • the separation distance s changes, the degree of interaction of the induced magnetic field by a pair of partial coil wires positioned at the nearest position also changes. Therefore, as shown in FIG. 13, when s / p decreases, the amplitude of the generated magnetic field decreases and the amplitude ratio also decreases.
  • the solid line is when s / p is 0.33
  • the thick broken line is when s / p is 0.5
  • the thin broken line is when s / p is 0.67.
  • FIG. 14 there is no large difference in the amplitude ratio between the case where s / p is 0.5 and the case where s / p is 0.33.
  • s / p is 0.6 or less. Further, if the separation distance s is excessively narrowed, the controllability of the separation distance s in the magnetic sensor manufacturing process is lowered, and the productivity of the magnetic sensor may be lowered. Therefore, s / p and s '/ p' are preferably 0.4 or more and 0.6 or less, and more preferably 0.4 or more and 0.5 or less.
  • the pitch value p of the plurality of coil portions of the coil, the first value d 1 that is the distance between the magnetic field sensitivity surface and the first plane, and the distance d between the magnetic field sensitivity surface and the second plane. 2 (unit: ⁇ m, see FIG. 4) preferably satisfies the relationship represented by the following formula (4). d 1 / p + d 2 / p ⁇ 5 (4)
  • the interaction of the induced magnetic field due to the current flowing through the partial coil wires of the plurality of wire portions included in the two coils reduces the amplitude of the change in the generated magnetic field on the magnetic field sensitivity surface. Makes it easier to work.
  • the value of d 1 / p + d 2 / p is preferably 4 or less, and more preferably 3 or less.
  • the specific size of the magnetic sensor according to the present embodiment is not limited. It is set as appropriate according to the type of magnetic measuring element provided in the magnetic sensor and the application of the magnetic sensor.
  • the first value d 1 is a face-to-face distance between the magnetic field sensitivity surface and the first plane is greater than or equal to 3 [mu] m, corresponding to the pitch of the plurality lines of coils positioned in a first plane Since the phenomenon in which the generated magnetic field changes periodically becomes difficult to manifest, from the viewpoint of enjoying the effects of the present invention more stably, the magnetic sensor has such a size that the first value d 1 is 5 ⁇ m or less.
  • the size is 3 ⁇ m or less, more preferably 2 ⁇ m or less.
  • the type of magnetic measurement element provided in the magnetic sensor according to the present embodiment is not limited.
  • Non-limiting examples of magnetic measuring elements include magnetoresistive elements, Hall elements, magnetoresistive elements, and magnetoimpedance elements.
  • the types of these magnetic measurement elements are preferably unified, but may be different.
  • the manufacturing method of the magnetic sensor according to this embodiment is not limited. It may be manufactured by microfabrication technology combining elemental technologies related to dry processes and wet processes such as sputtering, plating, etching, spin coating, etc., and individually manufactured elements (coils, magnetic measuring elements, etc.) You may manufacture by assembling
  • the magnetic measuring element can be manufactured by a dry process like a magnetoresistive element, manufacturing efficiency may be improved if a magnetic sensor is manufactured by further combining dry process elemental technologies.
  • a non-limiting example of such a manufacturing method is as follows. First, a magnetic measuring element made of a magnetoresistive element is manufactured on a substrate made of silicon with an oxide film, etc., and an insulating material (SiO 2 , Al 2 O 3, etc.) having a predetermined magnetic permeability so as to cover it. Are laminated. Using the surface made of this insulating material as a first plane, a conductive material (Cu, Al, etc.) is formed by sputtering, vapor deposition, plating, etc., and a first coil is formed on the surface. The thickness of the layer at this time forming the insulating material, the value d 1 of inter-surface distance between the magnetic field sensitivity surface and the first plane is determined.
  • an insulating material having a predetermined magnetic permeability is laminated so as to cover the first coil.
  • a second coil is formed on the surface using a film forming technique such as sputtering or vapor deposition. The thickness of the layer at this time forming the insulating material, the value d 2 of face-to-face distance between the magnetic field sensitivity surface and the second plane is determined.
  • through-hole processing is performed to electrically connect the first coil and the second coil.
  • a magnetic sensor having the laminated structure shown in FIG. 1 can be manufactured by laminating an appropriate insulating material for protecting the second coil.
  • the second coil is first formed on the substrate, and then the magnetic field sensitivity surface is defined by the lamination of the insulating material, and then the magnetic measurement is performed.
  • the element and the first coil may be formed sequentially as described above.
  • Current sensor Magnetic measurement of the magnetic sensor by grasping in advance the relationship between the current flowing through the coil of the magnetic sensor according to the present embodiment and the characteristic value (resistance, etc.) measured in the magnetic measurement element of the magnetic sensor.
  • a change in the coil current can be derived from the measurement result of the change in the characteristic value of the element.
  • the magnetic sensor which concerns on this embodiment can be functioned as a detection part of a current sensor by forming a circuit in which the coil current changes according to the change in the current to be measured.
  • a current to be measured may flow through the coil of the magnetic sensor according to the present embodiment. At this time, the current to be measured may flow through both of the coils of the magnetic sensor according to the present embodiment, or only one of them may flow through.
  • the coil of the magnetic sensor according to the present embodiment may be a feedback coil that generates a canceling magnetic field that cancels the induced magnetic field caused by the current to be measured.
  • the current to be measured is based on the value of the current flowing in the feedback coil when the magnetic field measured by the magnetic field sensitivity axis of the magnetic measurement element of the magnetic sensor according to the present embodiment is substantially zero. Will be derived.
  • the magnetic sensor included in the current sensor according to the present embodiment may be one or plural.
  • these magnetic sensors may be independent for the measurement of the current to be measured, or the current to be measured by a bridge circuit including the plurality of magnetic sensors. May be measured.
  • the magnetic proportional current sensor 20 includes a current line 21 through which a current to be measured flows, a bridge circuit 30 disposed at a position where an induced magnetic field by the current line 21 can be detected, and an operational amplifier 23 that receives a voltage output from the bridge circuit 30 as inputs. Is provided.
  • a part of the current line 21 constitutes a coil 22, and the coil 22 includes the first coil 11 and the second coil 12 of the magnetic sensor according to the embodiment of the present invention.
  • the bridge circuit 30 has four resistors, and one of the magnetic measurement elements 131 and the resistor 31 of the magnetic sensor according to the embodiment of the present invention is directly connected.
  • the other magnetic measurement element 132 and the resistor 32 of the magnetic sensor according to the embodiment of the present invention are directly connected.
  • the magnetic measurement element 131 and the resistor 32 are connected to the input terminal (Vdd), and the magnetic measurement element 132 and the resistor 31 are connected to the ground terminal (GND).
  • An output terminal (V 1) is connected between the magnetic measurement element 131 and the resistor 31, and an output terminal (V 2) is connected between the magnetic measurement element 132 and the resistor 32.
  • the operational amplifier 23 receives the voltages from the two outputs (V1, V2) from the bridge circuit 30 and outputs the difference between these voltages.
  • the voltage of the output with respect to the ground terminal (GND) becomes the output voltage Vout of the magnetic proportional current sensor 20.
  • the magnetic proportional current sensor 20 is a current sensor of a type that outputs the output Vout having a correlation with the current to be measured when the magnetic measuring elements 131 and 132 directly detect the induced magnetic field due to the current to be measured. is there.
  • the magnetic balance type current sensor 40 includes a current line 41 through which a current to be measured flows, a bridge circuit 30 and a bridge arranged at positions where an induced magnetic field due to a current flowing through the current line 41 and an induced magnetic field due to a current flowing through a feedback coil 42 can be detected
  • An operational amplifier 43 that receives the voltage output from the circuit 30 is provided.
  • the bridge circuit 30 and the current line can be used as long as the bridge circuit 30 can detect the induced magnetic field caused by the current flowing through the current line 41.
  • the positional relationship with 41 is not limited. It is preferable that the magnetic fields applied to the magnetic measurement elements 131 and 132 included in the bridge circuit 30 are equal.
  • the configuration of the bridge circuit 30 is the configuration shown in FIG.
  • the feedback coil 42 includes the first coil 11 and the second coil 12 of the magnetic sensor according to the embodiment of the present invention.
  • One end of the feedback coil 42 is connected to the output of the operational amplifier 43, and the current flowing through the feedback coil 42 is controlled by the operational amplifier 43.
  • the other end of the feedback coil 42 is grounded via a resistor 44, and the potential with respect to the ground terminal (GND) between the resistor 44 and the feedback coil 42 becomes the output voltage Vout.
  • the operational amplifier 43 receives the voltages from the two outputs (V1, V2) of the bridge circuit 30, and the induced magnetic field caused by the current flowing through the feedback coil 42 and the induced magnetic field caused by the current to be measured cancel each other.
  • the voltage output to the feedback coil 42 is controlled so that the voltages from the outputs (V1, V2) are equal.
  • the magnetic proportional current sensor 20 controls the current value of the feedback coil 42 that generates the induced magnetic field so as to cancel the induced magnetic field due to the current to be measured based on the detected values of the magnetic measuring elements 131 and 132.
  • this is a current sensor that outputs an output Vout having a correlation with the current to be measured.
  • the magnetic sensor of the present invention is suitable as a detection unit of a current sensor, and the current sensor including the magnetic sensor of the present invention is suitable as a device for measuring the current of a motor / generator used in a hybrid vehicle, an electric vehicle, or the like. .

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Abstract

　コイルと磁気測定素子とを備える磁気センサーであって、コイルを流れる電流による誘導磁界を高精度に測定しうる磁気センサー、およびかかる磁気センサーを備えた電流センサーとして、渦巻き状の第一のコイルおよび第二のコイルならびに磁気測定素子を備え、第一のコイルおよび第二のコイルを流れる電流に基づく誘導磁界を磁気測定素子において測定する磁気センサーであって、磁気測定素子は、磁気センサーの平面視で第一のコイルおよび第二のコイルと重なり、第一のコイルの一部をなす複数の部分コイル線と、第二のコイルの一部をなす複数の部分コイル線とは、少なくとも重複領域において相互に略平行かつ等ピッチであり、磁気測定素子の磁気検出部の重心を通る磁界感度軸は、第一のコイルがその上に位置する第一の平面に平行な平面であって第一の平面からの距離が第一の値ｄ１（単位：μｍ）に設定された磁界感度面内に位置し、第一の値ｄ１、および第一の複数線部のピッチの値ｐ（単位：μｍ）が、下記式（１）で示される関係を満たす磁気センサーが提供される。　ｄ１／ｐ≦１．５　（１）

Description

磁気センサーおよびその磁気センサーを備えた電流センサー
　本発明は、磁気センサーおよびその磁気センサーを備えた電流センサーに関する。
　コイルおよびコイルに流れる電流による誘導磁界を測定する磁気測定素子を備える磁気センサーは広く使用されており、一例として電流センサーの検出部が挙げられる。
　磁気センサーが備えるコイルと磁気測定素子との配置関係は、誘導磁界の測定精度や生産しやすさ（製造コスト）に関連するため、様々な検討が行われている。
　例えば、特許文献１には、感磁素子（磁気測定素子）による磁界変化を検出するコイル部を備え、該コイル部は、平面上に導体を渦巻き状に形成した平面渦巻き導体部分を有しており、前記感磁素子は、前記コイル部の平面渦巻き導体部分の近傍であって且つその巻回中心に対して実質的に偏心した位置に配置されるピックアップコイルを備える磁気センサーが開示されている。かかる磁気センサーでは、コイルが積層構造となった場合であっても、少ないスルーホール数でこれらのスルーホールを介してコイルを連結することができ、生産性に優れているとされている。
特開２００１－１９４１８１号公報
　ところで、特許文献１の図５などに示されるように、磁気測定素子は、導体が渦巻き状に配置されたコイルを流れる電流による誘導磁界を検出可能な位置に配置されるが、磁気測定素子の磁気検出部の重心を通る磁界感度軸と、磁気測定素子に最も近位に配置されるコイル（本明細書において「最近位コイル」ともいう。）との距離は、通常、３μｍ以上程度となるように配置されている。これは、上記の距離を３μｍ程度以上とすることにより、コイルを流れる電流による誘導磁界の磁力線の向きと磁界感度軸の向きとを揃えることが容易となり、磁気測定素子における測定値のばらつきが少なくなるためである。
　ところが、製膜プロセスを組み合わせることにより磁気センサーを製造する場合には、磁界感度軸と最近位コイルとの間を３μｍ程度以上離間させるためにスペーサーとなる層を形成する必要があり、このような層を形成するプロセスは製造コストの増大要因となる。また、最近位コイルから３μｍ程度以上離間した状態にある磁気測定素子の測定安定性を高める（具体的にはＳＮ比の改善が挙げられる。）ためには、磁界感度軸を通過する誘導磁界の強度をある程度高める必要があり、この目的でコイルを流れる電流量を増やす必要があった。コイルを流れる電流量が多くなることは消費電力の増加をもたらす。さらに、コイルから発生するジュール熱量が増加し、この熱が磁気測定素子の測定精度に影響を与える場合があった。
　このように、最近位コイルと磁界感度軸とを離間させることは、消費電力が増加するという問題を生じるだけでなく、磁気測定素子の測定精度を高めるという当初の目的の達成に対して阻害要因となる可能性がある。
　本発明は、コイルと磁気測定素子とを備える磁気センサーであって、コイルを流れる電流による誘導磁界を高精度に測定しうる磁気センサー、特に、コイルに対して磁気測定素子が近位に配置された場合であってもコイルを流れる電流による誘導磁界を高精度に測定しうる磁気センサーを提供することを目的とする。また、かかる磁気センサーを備えた電流センサーを提供することも目的とする。
　上記の問題の発生を本質的に解決する手段の一つとして、最近位コイルと磁気測定素子の磁界感度軸との距離を、従来よりも近接させることが考えられる。しかしながら、本発明者らが検討したところ、そのように近接させると、最近位コイルを構成する導体（本明細書において「コイル線」という。）のそれぞれを流れる電流による誘導磁界の相互作用の影響が顕在化して、コイル線のピッチを空間周期として発生磁界が周期的に変化することが明らかになった。このため、磁気測定素子の磁界感度軸と最近位コイルを構成する個々のコイル線との配置関係を厳密に制御しないと、磁気測定素子の測定値のばらつきがむしろ大きくなってしまう。
　この点を踏まえて本発明者らがさらに検討した結果、コイルを積層構造とし、これらのコイルの配置を、磁気感度軸の位置との関係も考慮しつつ調整して、個々のコイル線を流れる電流による誘導磁界の相互作用を適切に制御することにより、上記課題を解決しうるとの新たな知見を得た。
　以上の新たな知見に基づき提供される本発明の一態様は、第一のコイル、第二のコイルおよび磁気測定素子を備え、前記第一のコイルおよび前記第二のコイルを流れる電流に基づく誘導磁界を前記磁気測定素子において測定する磁気センサーであって、前記磁気測定素子は、前記磁気センサーの平面視で前記第一のコイルおよび前記第二のコイルと重なり、前記第一のコイルおよび前記第二のコイルのコイル線は渦巻き状に巻回され、前記第一のコイルは、前記渦巻き状のコイル線の一部をなす複数の部分コイル線からなり第一の平面上に位置する第一の複数線部を備え、前記第二のコイルは、前記渦巻き状のコイル線の一部をなす複数の部分コイル線からなり前記第一の平面に平行な第二の平面上に位置する第二の複数線部を備え、前記第一の平面における前記第一の複数線部が位置する領域と、前記第二の平面における前記第二の複数線部が位置する領域とは、前記第一の平面での平面視において重複する重複領域を有し、前記磁気測定素子の磁気検出部は、前記第一の平面の平面視で前記重複領域内に位置するように配置され、前記第一の複数線部の前記複数の部分コイル線は、少なくとも前記重複領域において、前記第一の平面内で相互に略平行かつ略等ピッチで配置され、前記第二の複数線部の前記複数の部分コイル線は、少なくとも前記重複領域において、前記第二の平面内で相互に略平行かつ略等ピッチで配置され、前記第一の複数線部の前記複数の部分コイル線と前記第二の複数線部の前記複数の部分コイル線とは、少なくとも前記重複領域において相互に略平行であり、前記第一の複数線部の前記複数の部分コイル線のピッチは、前記第二の複数線部の前記複数の部分コイル線のピッチに略等しく、前記第一の複数線部の前記複数の部分コイル線および前記第二の複数線部の前記複数の部分コイル線は、前記第一の複数線部の前記複数の部分コイル線が備える個別の部分コイル線の中心軸と、前記第二の複数線部の前記複数の部分コイル線が備える個別の部分コイル線の中心軸とが、前記第一の平面での平面視において重複しないように配置され、前記磁気測定素子の磁気検出部の重心を通る磁界感度軸は、前記第一の平面に平行な平面であって前記第一の平面からの距離が第一の値ｄ１（単位：μｍ）に設定された磁界感度面内に位置し、前記第一の値ｄ１、および前記第一の複数線部のピッチの値ｐ（単位：μｍ）が、下記式（１）で示される関係を満たす磁気センサーである。
　　　ｄ１／ｐ≦１．５　　　（１）
　上記の磁気センサーは、次の特徴の少なくとも一つをさらに備えていてもよい。
・前記第一のコイルと前記第二のコイルとは、測定時に、前記第一の複数線部の前記部分コイル線を流れる電流値と前記第二の複数線部の前記部分コイル線を流れる電流値とが等しくなるように設定されている。
・前記第一のコイルと前記第二のコイルとは直列に接続されている。
・前記磁界感度面は、前記第一の平面と前記第二の平面との間に位置する。
・前記第一の平面は、前記磁界感度面と前記第二の平面との間に位置する。
・前記第一の複数線部の前記複数の部分コイル線における任意の１つと、前記第二の複数線部の前記部分コイル線のうち当該任意の１つの部分コイル線に最近位な部分コイル線との、前記第一の平面の平面視における、中心軸間距離ａ（単位：μｍ）、および前記第一の複数線部のピッチの値ｐが、下記式（２）で示される関係を満たす。
　　　０．２≦ａ／ｐ≦０．５　　　（２）
・前記第一の複数線部の前記複数の部分コイル線のうち、最近位に位置する一組の部分コイル線の、前記第一の平面の平面視における離間距離ｓ（単位：μｍ）、および前記第一の複数線部のピッチの値ｐが、下記式（３）で示される関係を満たす。
　　　ｓ／ｐ≦０．６　　　（３）
・前記磁気測定素子を少なくとも２つ備え、前記少なくとも２つの磁気測定素子は、それぞれの前記磁界感度軸が前記磁界感度面内で平行になるように配置され、最近位に位置する任意の２つの前記磁界感度軸の離間距離の値は、前記第一の複数線部のピッチの値ｐに等しい。
・前記第一の複数線部のピッチの値ｐ、前記第一の値ｄ１、および前記磁界感度面と前記第二の平面との面間距離の値ｄ２（単位：μｍ）が、下記式（４）で示される関係を満たす。
　　　ｄ１／ｐ＋ｄ２／ｐ≦５　　　（４）
・前記第一の値ｄ１が５μｍ以下である。
・前記磁気測定素子は、磁気抵抗効果素子、ホール素子、磁気抵抗素子および磁気インピーダンス素子からなる群から選ばれる１種または２種以上からなる。
　本発明の他の一態様は、上記の磁気センサーを備える電流センサーである。
　上記の電流センサーは、前記磁気センサーが備える第一のコイルおよび第二のコイルの少なくとも一方が、測定時に被測定電流が流れるものであってもよい。
　上記の電流センサーは、前記磁気センサーが備える第一のコイルおよび第二のコイルの少なくとも一方が、被測定電流による誘導磁界を相殺するキャンセル磁界を発生するフィードバックコイルであってもよい。
　本発明によれば、コイルを流れる電流による誘導磁界を高精度に測定しうる磁気センサー、特に、コイルに対して磁気測定素子が近位に配置された場合であってもコイルを流れる電流による誘導磁界を高精度に測定しうる磁気センサーが提供される。また、かかる磁気センサーを備えた電流センサーも提供される。
本発明の一実施形態に係る磁気センサーを概念的に示す平面図である。 図１におけるＸ－Ｘ断面を概念的に示す図である。 図２におけるＹ－Ｙ断面を概念的に示す図である。 図１に示される磁気センサーが備える、第一の複数線部が備える部分コイル線、第二の複数線部が備える部分コイル線および磁気感度面の位置関係を説明するための概念図である。 コイルを１つ備える磁気センサーの磁界感度面Ｐ３に発生する磁界をシミュレーションした結果を示すグラフである。 本発明の一実施形態に係る磁気センサーの磁界感度面Ｐ３に発生する磁界をシミュレーションした結果を示すグラフである。 本発明の別の一実施形態に係る磁気センサーを概念的に示す断面図である。 本発明の別の一実施形態に係る磁気センサーの磁界感度面Ｐ３に発生する磁界をシミュレーションした結果を示すグラフである。 本発明の実施形態でない対比用の一例に係る磁気センサーの磁界感度面Ｐ３に発生する磁界をシミュレーションした結果を示すグラフである。 本発明の実施形態でない対比用の別の一例に係る磁気センサーの磁界感度面Ｐ３に発生する磁界をシミュレーションした結果を示すグラフである。 本発明のさらに別の一実施形態に係る磁気センサーについて、磁界感度面Ｐ３に発生する磁界の振幅比率のｄ１／ｐ依存性をシミュレーションした結果を示すグラフである。 本発明のさらにまた別の一実施形態に係る磁気センサーについて、磁界感度面Ｐ３に発生する磁界の振幅比率のａ／ｐ依存性をシミュレーションした結果を示すグラフである。 本発明の別の一実施形態に係る磁気センサーであって、最近位に位置する一組の部分コイル線の位置関係を変化させたものの磁界感度面Ｐ３に発生する磁界をシミュレーションした結果を示すグラフであり、実線はｓ／ｐが０．３３の場合であり、太い破線はｓ／ｐが０．５の場合であり、細い破線はｓ／ｐが０．６７の場合である。 本発明の別の一実施形態に係る磁気センサーについて、磁界感度面Ｐ３に発生する磁界の振幅比率のｓ／ｐ依存性をシミュレーションした結果を示すグラフである。 本発明の一実施形態に係る磁気比例式電流センサーの構成を示す回路図である。 本発明の一実施形態に係る電流センサーが備えるブリッジ回路の構成を示す図である。 本発明の一実施形態に係る磁気平衡式電流センサーの構成を示す回路図である。
　以下、本発明の実施形態について説明する。
１．磁気センサー
　図１は、本発明の一実施形態に係る磁気センサーを概念的に示す平面図である。図２は、図１におけるＸ－Ｘ断面を概念的に示す図であり、図３は、図２におけるＹ－Ｙ断面を概念的に示す図である。
　本発明の一実施形態に係る磁気センサー１０は、第一のコイル１１、第二のコイル１２および２つの磁気測定素子１３１，１３２を備える。磁気センサー１０は、第一のコイル１１および第二のコイル１２を流れる電流に基づく誘導磁界を磁気測定素子１３１，１３２において測定するものである。図２に示されるように、本実施形態に係る磁気センサー１０は、磁気測定素子１３１，１３２により近位な位置に第一のコイル１１が配置され、より遠位な位置に第二のコイル１２が配置されている。また、図１～３から理解されるように、磁気測定素子１３１，１３２は、磁気センサー１０の平面視で第一のコイル１１および第二のコイル１２と重なっている。
　第一のコイル１１および第二のコイル１２のコイル線は渦巻き状に巻回されている。第一のコイル１１は、渦巻き状のコイル線の一部をなす複数の部分コイル線からなり第一の平面Ｐ１上に位置する第一の複数線部を備える。第一の複数線部を構成する複数の部分コイル線は、渦巻き状のコイルの一部であるから、直列に接続されている。本明細書において、第一の平面Ｐ１は、磁気測定素子１３１，１３２に最も近位なコイル（最近位コイル）に係る平面である。図２，３に示される磁気センサー１０では、第一のコイルの第一の複数線部は３本の部分コイル線１１１，１１２，１１３を備える。図２，３に示されるように、本実施形態に係る磁気センサー１０では、第一のコイル１１全体が第一の平面Ｐ１上に形成されている。
　第二のコイル１２は、渦巻き状のコイル線の一部をなす複数の部分コイル線からなり、第一の平面Ｐ１に平行な第二の平面Ｐ２上に位置する第二の複数線部を備える。第二の複数線部を構成する複数の部分コイル線は、渦巻き状のコイルの一部であるから、直列に接続されている。図１，２に示されるように、本実施形態に係る磁気センサー１０では、第二のコイルの第二の複数線部は３本の部分コイル線１２１，１２２，１２３を備える。図１，２に示されるように、本実施形態に係る磁気センサー１０は、第二のコイル１２全体が第二の平面Ｐ２上に形成されている。
　第一の平面Ｐ１における第一の複数線部が形成された領域１１Ａと、第二の平面Ｐ２における第二の複数線部が形成された領域１２Ａとは、第一の平面Ｐ１の平面視で重複する重複領域を有する。そして、図２に示されるように、本実施形態に係る磁気センサー１０では、２つの磁気測定素子１３１，１３２の磁気検出部は、第一の平面Ｐ１の平面視で上記の領域１１Ａと領域１２Ａとの重複領域内に位置するように配置されている。なお、本明細書において、本実施形態に係る磁気センサー１０の磁気測定素子１３１，１３２の磁気検出部の重心の位置は、磁気測定素子１３１，１３２の重心の位置と同じである。
　第一の複数線部が備える複数の部分コイル線１１１，１１２，１１３は、少なくとも重複領域において、第一の平面Ｐ１内で相互に略平行かつ略等ピッチで配置されている。第二の複数線部が備える複数の部分コイル線１２１，１２２，１２３は、少なくとも重複領域において、第二の平面Ｐ２内で相互に略平行かつ略等ピッチで配置されている。第一のコイル１１が備える第一の複数線部の複数の部分コイル線１１１，１１２，１１３と、第二のコイル１２が備える第二の複数線部の複数の部分コイル線１２１，１２２，１２３とは、少なくとも重複領域において、相互に略平行となるように配置されている。
　また、第一のコイル１１が備える第一の複数線部の複数の部分コイル線１１１，１１２，１１３のピッチは、第二のコイル１２が備える第二の複数線部の複数の部分コイル線１２１，１２２，１２３のピッチに略等しくなるように設定されている。
　第一のコイル１１が備える第一の複数線部の複数の部分コイル線１１１，１１２，１１３および第二のコイル１２が備える第二の複数線部の複数の部分コイル線１２１，１２２，１２３は、第一の複数線部の複数の部分コイル線１１１，１１２，１１３の個別の部分コイル線の中心軸と、第二の複数線部の複数の部分コイル線１２１，１２２，１２３の個別の部分コイル線の中心軸とが、第一の平面Ｐ１での平面視において重複しないように配置されている。
　このような配置とすることにより、後述するように、部分コイル線１１１，１１２，１１３を流れる電流による誘導磁界および部分コイル線１２１，１２２，１２３を流れる電流による誘導磁界が適切に相互作用して、第一の平面Ｐ１に近位に配置された磁気測定素子１３１，１３２の測定精度を低下させる要因である、発生磁界の周期的な変化の振幅を低減させることができる。
　図２に示されるように、本実施形態に係る磁気センサー１０の磁気測定素子１３１，１３２の磁気検出部の重心を通る磁界感度軸は、第一の平面Ｐ１に平行な平面であって第一の平面Ｐ１からの距離が第一の値ｄ１（単位：μｍ）に設定された磁界感度面Ｐ３内に位置する。
　ここで、図４を参照しつつ、第一の複数線部の部分コイル線１１１，１１２，１１３と磁界感度面Ｐ３との位置関係を説明する。図４は、図１における第一の複数線部が備える部分コイル線、第二の複数線部が備える部分コイル線および磁気感度面の位置関係を説明するための概念図である。説明を容易にするために、磁気測定素子などの表示を割愛している。
　本発明の一実施形態に係る磁気センサー１０は、図４に示されるように、上記の第一の平面Ｐ１と磁界感度面Ｐ３との面間距離である第一の値ｄ１、および第一のコイル１１が備える第一の複数線部の部分コイル線１１１，１１２，１１３のピッチの値ｐ（単位：μｍ）は、下記式（１）で示される関係を満たす。
　　　ｄ１／ｐ≦１．５　　　（１）
　上記式（１）で示される関係を満たす場合には、第一のコイル１１が備える第一の複数線部の部分コイル線１１１，１１２，１１３を流れる電流による誘導磁界の相互作用の影響が、磁界感度面Ｐ３上で顕在化しやすい。
　この点に関し、磁界感度面Ｐ３に発生する磁界をシミュレーションした結果を以下に示す。
　まず、本実施形態に係る磁気センサー１０と同様の構造を有するが、第二のコイル１２を有しない場合、つまり、平面渦巻き型のコイルが１つだけ存在する場合に、磁界感度面Ｐ３上に発生する磁界の強度をシミュレーションした結果を図５に示す。
　なお、シミュレーションは、ＡＮＳＹＳ社製「Ｍａｘｗｅｌｌ」を用いて行われた。シミュレーションの前提条件は次のとおりである。コイルが備える複数線部を構成する複数の部分コイル線は、磁界感度面Ｐ３の平面視（コイルに係る平面の平面視に実質的に等しい。）で、ピッチの値ｐが３μｍとした。具体的には、１．５μｍ幅の部分コイル線が、１．５μｍの離間距離で配置されているとした。また、第一の値ｄ１は、０．５μｍとした。したがって、ｄ１／ｐは０．１７程度であった。コイルを構成するコイル線は全て（コイルが２つある場合にはいずれのコイルについても）同じ方向に１０ｍＡの電流が流れるものとした。
　図５に示されるように、部分コイル線のピッチを周期とする発生磁界の周期的な変化が確認された。発生磁界の振幅は０．４ｍＴ程度であり、発生磁界の平均値が２ｍＴ程度であるから、発生磁界の振幅の平均値に対する百分率（本明細書において「振幅比率」ともいう。）は２０％程度となった。このように発生磁界が変化していると、磁界感度面Ｐ３内のどの位置に磁気測定素子の磁気検出部の磁界感度軸が位置するかによって、具体的には、部分コイル線に対する磁気検出部の重心の相対位置によって、測定値が大きく変化することになる。換言すれば、コイルを流れる電流により発生した磁界の空間的な変動が著しいため、磁界感度軸の位置の変化が、発生磁界の磁力線の向きと磁界感度軸とのずれ量に大きな影響を与えてしまう。したがって、コイルを流れる電流による誘導磁界を高精度に測定しようとすれば、磁気測定素子の磁気検出部とコイルとの相対位置を厳密に制御することが必要となる。したがって、上記の構成の磁気センサーで高精度の測定を実現するためには、製造コストの上昇は避けられない。
　次に、図１から３に示される本実施形態に係る磁気センサー１０の構造を備える場合について、シミュレーションを行った。この場合には、第二の平面Ｐ２と磁界感度面Ｐ３との面間距離は１．０μｍとした。
　シミュレーション結果を図６に示す。図６に示されるように、部分コイル線のピッチを周期とする発生磁界の変化の振幅は、図５の場合に比べて十分に抑制された。発生磁界の振幅は０．３ｍＴ程度となり、発生磁界の平均値が４ｍＴ程度であるから、振幅比率は７％となった。この振幅比率を図５の場合と対比すれば、振幅比率を１／３程度に低減させることが実現されている。このように、本実施形態に係る磁気センサー１０は、磁界感度面Ｐ３と最近位コイルとの距離が近づいた場合であっても、個々の部分コイル線を流れる電流による誘導磁界の相互作用に基づく発生磁界の変化が抑制されており、磁気測定素子の磁気検出部とコイルとの相対位置を厳密に制御することなく、コイルを流れる電流による誘導磁界を高精度に測定することが容易となる。
　続いて、図７に示される磁気センサー２０のような断面構造を有する場合、すなわち、下層側から、第二の平面Ｐ２、磁界感度面Ｐ３、第一の平面Ｐ１の順番に配置される構造の場合であって、磁界感度面Ｐ３と第一の平面Ｐ１との面間距離の値である第一の値ｄ１および磁界感度面Ｐ３と第二の平面Ｐ２との面間距離の値ｄ２が、いずれも０．５μｍである場合のシミュレーション結果を図８に示す。
　図８に示されるように、部分コイル線のピッチを周期とする発生磁界の変化の振幅は、図５の場合に比べて十分に抑制された。発生磁界の振幅は０．１ｍＴ程度となり、発生磁界の平均値が４ｍＴ程度であるから、振幅比率は２．５％となった。この振幅比率を図５の場合と対比すれば、変化率を１／７程度に低減させることが実現されている。このように、本実施形態に係る磁気センサー１０は、磁界感度面Ｐ３と最近位コイルとの距離が近づいた場合であっても、個々のコイルを流れる電流による誘導磁界の相互作用に基づく発生磁界の変化が抑制されており、磁気測定素子の磁気検出部とコイルとの相対位置を厳密に制御することなく、コイルを流れる電流による誘導磁界を高精度に測定することが容易となる。
　対比のために、本実施形態に係る磁気センサー１０，２０のように、基本構造（ピッチなど）が共通し、互いに平行な部分コイル線からなる複数線部を有するコイルを２つ有するが、第一の平面Ｐ１の平面視で、個別の部分コイル線が重複する場合についても、シミュレーションを行った。
　シミュレーション結果を図９および１０に示す。磁界感度面Ｐ３、第一の平面Ｐ１、第二の平面Ｐ２の順番に配置される構造の場合には、図９に示されるように、部分コイル線のピッチを周期とする発生磁界の変化の振幅は０．５ｍＴ程度となった。発生磁界の平均値が４ｍＴ程度であるから、振幅比率は１３％程度となった。第二の平面Ｐ２、磁界感度面Ｐ３、第一の平面Ｐ１の順番に配置される構造の場合には、図１０に示されるように、部分コイル線のピッチを周期とする発生磁界の変化の振幅は０．７５ｍＴ程度にまで増大した。発生磁界の平均値が４ｍＴ程度であるから、振幅比率は１８％となった。
　このように発生磁界が大きく変化している場合には、磁気測定素子の磁気検出部の磁界感度軸が磁界感度面内のどの位置に位置するかによって、具体的には、部分コイル線に対する磁気検出部の重心の相対位置によって、測定値が大きく変化することになる。
　図１１は、次の条件で、ｄ１／ｐを変化させた場合の振幅比率がどのように変化するかをシミュレーションした結果である。
　基本構造：図７に示される構造
　ｐ（ピッチ）：３μｍ
　変数：ｄ１
　本実施形態に係る磁気センサー１０，２０における、第一のコイル１１が備える第一の複数線部の部分コイル線１１１，１１２，１１３を流れる電流値と、第二のコイル１２が備える第二の複数線部の部分コイル線１２１，１２２，１２３を流れる電流値との関係は限定されない。上記のシミュレーションでは、２つのコイルの電流値が等しくなるように設定して計算した。このように、両者の電流値が等しいことにより、設計上（計算が容易になる）、製造上（同一のマスクを利用できる）有利となる場合もある。
　限定されない一例として、図１から３に示される磁気センサー１０では、第一のコイル１１と第二のコイル１２とは直列に接続される。図１中の端子１０２Ａと図３中の端子１０２Ｂとは、図示されないスルーホールを介して電気的に接続され、図１中の端子１０１および図３中の端子１０３が２つのコイル１１，１２からなる電気素子の電気的端部となっている。このような構成の場合には、第一のコイル１１に流れる電流と第二のコイル１２に流れる電流とを等しくすることが容易となる。
　本実施形態に係る磁気センサーは、第一の平面Ｐ１が磁界感度面Ｐ３に最近位のコイルに係る面である限り、第一の平面Ｐ１、第二の平面Ｐ２および磁界感度面Ｐ３の位置関係は限定されない。図２に示される磁気センサー１０のように、第一の平面Ｐ１は、磁界感度面Ｐ３と第二の平面Ｐ２との間に位置してもよいし、図７に示される磁気センサー２０のように、磁界感度面Ｐ３は、第一の平面Ｐ１と第二の平面Ｐ２との間に位置してもよい。
　以下、本実施形態に係る磁気センサーの好ましい形態について説明する。以下の説明は、図２に示される磁気センサー１０および図７に示される磁気センサー２０の双方について該当するため、符号の記載を省略する。
　前述のように、本実施形態に係る磁気センサーは、第一のコイルが備える第一の複数線部の複数の部分コイル線および第二のコイルが備える第二の複数線部の複数の部分コイル線が、第一の複数線部の複数の部分コイル線が備える個別の部分コイル線の中心軸と、第二の複数線部の複数の部分コイル線が備える個別の部分コイル線の中心軸とが、第一の平面での平面視において重複しないように配置されるところ、これらの中心軸の第一の平面の平面視におけるずれの程度は限定されない。
　第一の複数線部の複数の部分コイル線における任意の１つと、第二の複数線部の部分コイル線のうちこの任意の１つの部分コイル線に最近位な第二の複数線部の部分コイル線との、第一の平面の平面視における、中心軸間距離ａ（単位：μｍ、図４参照）および第一の複数線部のピッチの値ｐが、下記式（２）で示される関係を満たすことが好ましい。
　　　０．２≦ａ／ｐ≦０．５　　　（２）
　上記のように定義すると、ａ／ｐの値は、０．５が上限となる。ａ／ｐの値が０．５のとき、第一平面の平面視において、第一のコイルが備える第一の複数線部における最近位の２本の部分コイル線の中間に第二のコイルが備える第二の複数線部の部分コイル線が位置することになる。図１２に示されるように、ａ／ｐの値が０．２以上の場合には、第一のコイルに係る部分コイル線を流れる電流による誘導磁界と第二のコイルに係る部分コイル線を流れる電流による誘導磁界との相互作用が、磁界感度面での発生磁界の振幅を低減させるように働きやすくなる。磁界感度面での発生磁界の振幅をより安定的に低減させる観点から、ａ／ｐの値は、０．３以上であることが好ましく、０．３５以上であることがより好ましい。なお、図１２に示されるグラフは、次の条件でａ／ｐを変化させるシミュレーションを行った結果である。
　基本構造：図７に示される構造
　ｐ（ピッチ）：３μｍ
　部分コイル線の幅：１．５μｍ
　ｄ１（第一の値）：０．５μｍ
　ｄ２（磁界感度面Ｐ３と第二の平面Ｐ２との面間距離の値）：０．５μｍ
　コイル電流：１０ｍＡ
　本実施形態に係る磁気センサーは磁気測定素子を２つ以上備えていてもよい。この場合において、これらの２つ以上の磁気測定素子は、それぞれの磁界感度軸が、磁界感度面内で平行になるように配置され、最近位に位置する任意の２つの磁界感度軸の離間距離の値は、第一の複数線部のピッチの値ｐに等しいことが好ましい。前述のように、コイルの複数線部が備える複数の部分コイル線を流れる電流による誘導磁界の相互作用により生じる発生磁界の変化の周期は、複数線部のピッチに等しいため、最近位に位置する２つの磁気測定素子の磁界感度軸の離間距離も上記のピッチに等しいことが、２つ以上の磁気測定素子の測定値のばらつきを低減させる観点から好ましい。
　第一の複数線部の複数の部分コイル線のうち、最近位に位置する一組の部分コイル線の、第一の平面の平面視における離間距離ｓ（単位：μｍ、図４参照）、および第一の複数線部のピッチの値ｐが、下記式（３）で示される関係を満たすことが好ましい。
　　　ｓ／ｐ≦０．６　　　（３）
　この関係は、部分コイル線の第一の平面の平面視における線幅ｗ（単位：μｍ）を用いると、ｗ／ｐ≧０．４となる。また、第二の複数線部の複数の部分コイル線のうち、最近位に位置する一組の部分コイル線の、第二の平面の平面視（第一の平面の平面視に等しい。）における離間距離ｓ’（単位：μｍ）、および第二の複数線部のピッチの値ｐ’（第一の複数線部のピッチの値ｐに等しい。）とが、ｓ’／ｐ’≦０．６の関係を満たすことが好ましい。
　上記式（３）に係る関係を確認するために、次の条件でｓ／ｐおよびｓ’／ｐ’を変化させるシミュレーションを行った結果である。
　基本構造：図７に示される構造
　ｐ（ピッチ）：３μｍ（したがって、ｐ’：３μｍ）
　部分コイル線の幅ｗ：１μｍ、１．５μｍ、２μｍ
　（したがって、離間距離ｓ：２μｍ、１．５μｍ、１μｍ）
　ｄ１（第一の値）：０．５μｍ
　ｄ２（磁界感度面Ｐ３と第二の平面Ｐ２との面間距離の値）：０．５μｍ
　コイル電流：１０ｍＡ
　ｓ’＝ｓ（したがって、ｓ’／ｐ’＝ｓ／ｐ）
　離間距離ｓの変化に伴って、最近位に位置する一組の部分コイル線による誘導磁界の相互作用の程度も変化する。それゆえ、図１３に示されるように、ｓ／ｐが小さくなると発生磁界の振幅が小さくなって、振幅比率も低くなる。図１３において、実線はｓ／ｐが０．３３の場合であり、太い破線はｓ／ｐが０．５の場合であり、細い破線はｓ／ｐが０．６７の場合である。ここで、図１４に示されるように、ｓ／ｐが０．５の場合とｓ／ｐが０．３３の場合とでは、振幅比率に大差はない。したがって、離間距離ｓを狭めることによりもたらされる振幅比率の低下という効果を享受する観点からは、ｓ／ｐを０．６以下とすれば十分である。また、離間距離ｓを過度に狭めようとすると、磁気センサーの製造過程における離間距離ｓの制御性が低下して、磁気センサーの生産性が低下する場合もある。したがって、ｓ／ｐおよびｓ’／ｐ’は０．４以上０．６以下とすることが好ましく、０．４以上０．５以下とすることがより好ましい。
　コイルの複数線部のピッチの値ｐ、磁界感度面と第一の平面との面間距離である第一の値ｄ１、および磁界感度面と第二の平面との面間距離の値ｄ２（単位：μｍ、図４参照）が、下記式（４）で示される関係を満たすことが好ましい。
　　　ｄ１／ｐ＋ｄ２／ｐ≦５　　　（４）
　このｄ１／ｐ＋ｄ２／ｐの値が小さいほど、２つのコイルが備える複数線部の部分コイル線を流れる電流による誘導磁界の相互作用が、磁界感度面での発生磁界の変化の振幅を低減させるように働きやすくなる。磁界感度面での発生磁界の変化の振幅をより安定的に低減させる観点から、ｄ１／ｐ＋ｄ２／ｐの値は、４以下であることが好ましく、３以下であることがより好ましい。
　本実施形態に係る磁気センサーの具体的な大きさは限定されない。磁気センサーが備える磁気測定素子の種類や、磁気センサーの用途に応じて適宜設定される。前述のように、磁界感度面と第一の平面との面間距離である第一の値ｄ１が３μｍ以上となると、第一の平面に位置するコイルの複数線部のピッチに対応して発生磁界が周期的に変化する現象が顕在化しにくくなるため、本発明の効果をより安定的に享受する観点から、磁気センサーは、第一の値ｄ１が、５μｍ以下となる大きさであることが好ましく、３μｍ以下となる大きさであることがより好ましく、２μｍ以下となる大きさであることが特に好ましい。
　本実施形態に係る磁気センサーが備える磁気測定素子の種類は限定されない。磁気測定素子の限定されない例示として、磁気抵抗効果素子、ホール素子、磁気抵抗素子および磁気インピーダンス素子が挙げられる。本実施形態に係る磁気センサーが複数の磁気測定素子を備える場合において、これらの磁気測定素子の種類は統一されていることが好ましいが、異なっていてもよい。
３．磁気センサーの製造方法
　本実施形態に係る磁気センサーの製造方法は限定されない。スパッタリング、めっき、エッチング、スピンコーティングなどのドライプロセスやウエットプロセスに係る要素技術を組み合わせた微細加工技術により製造してもよいし、個別に製造した要素（コイル、磁気測定素子など）を、はんだや接着剤などを用いて組み付けることにより製造してもよい。
　磁気測定素子が磁気抵抗効果素子のようにドライプロセスにより製造できる場合には、ドライプロセスの要素技術をさらに組み合わせて磁気センサーを製造すれば、製造効率が高まることがある。
　そのような製造方法の限定されない一例は次のとおりである。まず、酸化膜付きシリコンなどからなる基板上に、磁気抵抗効果素子からなる磁気測定素子を作製し、これを覆うように、所定の透磁率を有する絶縁材料（ＳｉＯ２，Ａｌ２Ｏ３など）を積層する。この絶縁材料からなる面を第一の平面として、スパッタ、蒸着、めっきなどにより導電材料（Ｃｕ，Ａｌなど）を製膜して、当該面上に第一のコイルを形成する。このとき形成した絶縁材料の層の厚さにより、磁界感度面と第一の平面との面間距離の値ｄ１が決定される。
　続いて、第一のコイルを覆うように、所定の透磁率を有する絶縁材料を積層する。この絶縁材料からなる面を第二の平面として、スパッタ、蒸着などの製膜技術を用いて、当該面上に第二のコイルを形成する。このとき形成した絶縁材料の層の厚さにより、磁界感度面と第二の平面との面間距離の値ｄ２が決定される。なお、第一のコイルおよび第二のコイルを形成する際に、または第二のコイルを形成した後に、スルーホール加工を行って、第一のコイルと第二のコイルとを電気的に接続する。最後に、第二のコイルを保護する適当な絶縁材料を積層することにより、図１に示される積層構造を有する磁気センサーを製造することができる。
　図７に示される積層構造を有する磁気センサーを製造する場合には、基板上に最初に第二のコイルを形成し、その後、絶縁材料の積層により磁界感度面を画成し、その後、磁気測定素子および第一のコイルを順次、上記のように形成すればよい。
４．電流センサー
　本実施形態に係る磁気センサーのコイルを流れる電流と、当該磁気センサーの磁気測定素子において測定される特性値（抵抗など）との関係をあらかじめ把握しておくことにより、磁気センサーの磁気測定素子の特性値の変化を測定結果からコイル電流の変化を導き出すことができる。そして、被測定電流の変化に応じてコイル電流が変化するような回路を形成することにより、本実施形態に係る磁気センサーを、電流センサーの検出部として機能させることができる。
　上記回路の具体的な構成は限定されない。本実施形態に係る磁気センサーのコイルを被測定電流が流れてもよい。このとき、本実施形態に係る磁気センサーのコイルの双方を被測定電流が流れてもよいし、一方のみを流れてもよい。本実施形態に係る磁気センサーのコイルが被測定電流による誘導磁界を相殺するキャンセル磁界を発生するフィードバックコイルであってもよい。フィードバックコイルである場合には、本実施形態に係る磁気センサーの磁気測定素子の磁界感度軸で測定される磁場が実質的にゼロになるときにフィードバックコイルに流れる電流値に基づいて、被測定電流の値が導出されることになる。
　本実施形態に係る電流センサーが備える磁気センサーは１つであってもよいし、複数であってもよい。本実施形態に係る電流センサーが複数の磁気センサーを備える場合には、これらの磁気センサーは、被測定電流の測定について独立していてもよいし、複数の磁気センサーを備えるブリッジ回路により被測定電流を測定してもよい。
　本発明の一実施形態に係る電流センサーの構成の一例として、図１５に示されるような磁気比例式電流センサーが挙げられる。磁気比例式電流センサー２０は、被測定電流が流れる電流線２１、電流線２１による誘導磁界を検知可能な位置に配置されたブリッジ回路３０およびブリッジ回路３０から出力される電圧を入力とするオペアンプ２３を備える。
　電流線２１の一部はコイル２２を構成し、このコイル２２は、本発明の一実施形態に係る磁気センサーの第一のコイル１１および第二のコイル１２からなる。
　図１６に示されるように、ブリッジ回路３０は、４つの抵抗を有し、それらのうち、本発明の一実施形態に係る磁気センサーの一方の磁気測定素子１３１と抵抗３１とは直接に接続され、本発明の一実施形態に係る磁気センサーの他方の磁気測定素子１３２と抵抗３２とは直接に接続されている。図１６に示されるように、磁気測定素子１３１と抵抗３２とは入力端子（Ｖｄｄ）に接続されており、磁気測定素子１３２と抵抗３１とはグランド端子（ＧＮＤ）に接続されている。そして、磁気測定素子１３１と抵抗３１との間に出力端子（Ｖ１）が接続され、磁気測定素子１３２と抵抗３２との間に出力端子（Ｖ２）が接続されている。
　オペアンプ２３は、ブリッジ回路３０からの２つの出力（Ｖ１，Ｖ２）からの電圧を入力として、これらの電圧の差を出力する。この出力のグランド端子（ＧＮＤ）に対する電圧が、磁気比例式電流センサー２０の出力電圧Ｖｏｕｔとなる。
　このように、磁気比例式電流センサー２０は、被測定電流による誘導磁界を磁気測定素子１３１，１３２が直接検出することにより、被測定電流に相関性を有する出力Ｖｏｕｔを出力する方式の電流センサーである。
　本発明の一実施形態に係る電流センサーの構成の他の一例として、図１７に示されるような磁気平衡式電流センサーが挙げられる。磁気平衡式電流センサー４０は、被測定電流が流れる電流線４１、電流線４１を流れる電流による誘導磁界およびフィードバックコイル４２を流れる電流による誘導磁界を検知可能な位置に配置されたブリッジ回路３０およびブリッジ回路３０から出力される電圧を入力とするオペアンプ４３を備える。
　磁気平衡式電流センサー４０では、電流線４１の一部は特にコイルを構成している必要はなく、電流線４１を流れる電流による誘導磁界をブリッジ回路３０が検出できる限り、ブリッジ回路３０と電流線４１との位置関係は限定されない。ブリッジ回路３０が備える磁気測定素子１３１，１３２に印加される磁界が等しくなるように配置されることが好ましい。
　ブリッジ回路３０の構成は、図１６に示される構成であるから説明を省略する。
　フィードバックコイル４２は、本発明の一実施形態に係る磁気センサーの第一のコイル１１および第二のコイル１２からなる。フィードバックコイル４２の一端はオペアンプ４３の出力に接続され、フィードバックコイル４２を流れる電流はオペアンプ４３により制御されている。フィードバックコイル４２の他端は抵抗４４を介して接地され、抵抗４４とフィードバックコイル４２との間のグランド端子（ＧＮＤ）に対する電位が出力電圧Ｖｏｕｔとなる。
　オペアンプ４３は、ブリッジ回路３０の２つの出力（Ｖ１，Ｖ２）からの電圧を入力として、フィードバックコイル４２を流れる電流による誘導磁界と被測定電流による誘導磁界とが相殺して、ブリッジ回路の２つの出力（Ｖ１，Ｖ２）からの電圧が等しくなるように、フィードバックコイル４２に対して出力する電圧を制御する。
　このように、磁気比例式電流センサー２０は、被測定電流による誘導磁界をキャンセルするように誘導磁界を生じさせるフィードバックコイル４２の電流値を、磁気測定素子１３１，１３２の検出値に基づいて制御することにより、被測定電流に相関性を有する出力Ｖｏｕｔを出力する方式の電流センサーである。
　本発明の磁気センサーは電流センサーの検出部として好適であり、本発明の磁気センサーを備える電流センサーは、ハイブリッド自動車、電気自動車などに用いられるモーター兼発電機の電流を計測する機器として好適である。
　１０…磁気センサー
　１１…第一のコイル
　Ｐ１…第一の平面
　１１１，１１２，１１３…第一の複数線部が備える部分コイル線
　１１Ａ…第一の平面Ｐ１における第一の複数線部が形成された領域
　１２…第二のコイル
　Ｐ２…第二の平面
　１２Ａ…第二の平面Ｐ２における第二の複数線部が形成された領域
　１２１，１２２，１２３…第二の複数線部が備える部分コイル線
　１３１，１３２…磁気測定素子
　Ｐ３…磁界感度面
　１０１，１０２Ａ，１０２Ｂ，１０３…コイルの端子
　２０…磁気比例式電流センサー
　２１…電流線
　２２…コイル
　２３…オペアンプ
　３０…ブリッジ回路
　３１，３２…抵抗
　４０…磁気平衡式電流センサー
　４１…電流線
　４２…コイル
　４３…オペアンプ
　４４…抵抗

Claims (14)

  1. 　第一のコイル、第二のコイルおよび磁気測定素子を備え、前記第一のコイルおよび前記第二のコイルを流れる電流に基づく誘導磁界を前記磁気測定素子において測定する磁気センサーであって、
    　前記磁気測定素子は、前記磁気センサーの平面視で前記第一のコイルおよび前記第二のコイルと重なり、
    　前記第一のコイルおよび前記第二のコイルのコイル線は渦巻き状に巻回され、
    　前記第一のコイルは、前記渦巻き状のコイル線の一部をなす複数の部分コイル線からなり第一の平面上に位置する第一の複数線部を備え、
    　前記第二のコイルは、前記渦巻き状のコイル線の一部をなす複数の部分コイル線からなり前記第一の平面に平行な第二の平面上に位置する第二の複数線部を備え、
    　前記第一の平面における前記第一の複数線部が位置する領域と、前記第二の平面における前記第二の複数線部が位置する領域とは、前記第一の平面での平面視において重複する重複領域を有し、
    　前記磁気測定素子の磁気検出部は、前記第一の平面の平面視で前記重複領域内に位置するように配置され、
    　前記第一の複数線部の前記複数の部分コイル線は、少なくとも前記重複領域において、前記第一の平面内で相互に略平行かつ略等ピッチで配置され、
    　前記第二の複数線部の前記複数の部分コイル線は、少なくとも前記重複領域において、前記第二の平面内で相互に略平行かつ略等ピッチで配置され、
    　前記第一の複数線部の前記複数の部分コイル線と前記第二の複数線部の前記複数の部分コイル線とは、少なくとも前記重複領域において相互に略平行であり、
    　前記第一の複数線部の前記複数の部分コイル線のピッチは、前記第二の複数線部の前記複数の部分コイル線のピッチに略等しく、
    　前記第一の複数線部の前記複数の部分コイル線および前記第二の複数線部の前記複数の部分コイル線は、前記第一の複数線部の前記複数の部分コイル線が備える個別の部分コイル線の中心軸と、前記第二の複数線部の前記複数の部分コイル線が備える個別の部分コイル線の中心軸とが、前記第一の平面での平面視において重複しないように配置され、
    　前記磁気測定素子の磁気検出部の重心を通る磁界感度軸は、前記第一の平面に平行な平面であって前記第一の平面からの距離が第一の値ｄ１（単位：μｍ）に設定された磁界感度面内に位置し、
    　前記第一の値ｄ１、および前記第一の複数線部のピッチの値ｐ（単位：μｍ）が、下記式（１）で示される関係を満たすことを特徴とする磁気センサー。
    　　　ｄ１／ｐ≦１．５　　　（１）
  2. 　前記第一のコイルと前記第二のコイルとは、測定時に、前記第一の複数線部の前記部分コイル線を流れる電流値と前記第二の複数線部の前記部分コイル線を流れる電流値とが等しくなるように設定されている、請求項１に記載の磁気センサー。
  3. 　前記第一のコイルと前記第二のコイルとは直列に接続されている、請求項１または２に記載の磁気センサー。
  4. 　前記磁界感度面は、前記第一の平面と前記第二の平面との間に位置する、請求項１から３のいずれか一項に記載の磁気センサー。
  5. 　前記第一の平面は、前記磁界感度面と前記第二の平面との間に位置する、請求項１から３のいずれか一項に記載の磁気センサー。
  6. 　前記第一の複数線部の前記複数の部分コイル線における任意の１つと、前記第二の複数線部の前記部分コイル線のうち当該任意の１つの部分コイル線に最近位な部分コイル線との、前記第一の平面の平面視における、中心軸間距離ａ（単位：μｍ）、および前記第一の複数線部のピッチの値ｐが、下記式（２）で示される関係を満たす、請求項１から５のいずれか一項に記載の磁気センサー。
    　　　０．２≦ａ／ｐ≦０．５　　　（２）
  7. 　前記第一の複数線部の前記複数の部分コイル線のうち、最近位に位置する一組の部分コイル線の、前記第一の平面の平面視における離間距離ｓ（単位：μｍ）、および前記第一の複数線部のピッチの値ｐが、下記式（３）で示される関係を満たす、請求項１から６のいずれか一項に記載の磁気センサー。
    　　　ｓ／ｐ≦０．６　　　（３）
  8. 　前記磁気測定素子を少なくとも２つ備え、
    　前記少なくとも２つの磁気測定素子は、それぞれの前記磁界感度軸が前記磁界感度面内で平行になるように配置され、
    　最近位に位置する任意の２つの前記磁界感度軸の離間距離の値は、前記第一の複数線部のピッチの値ｐに等しい、請求項１から７のいずれか一項に記載の磁気センサー。
  9. 　前記第一の複数線部のピッチの値ｐ、前記第一の値ｄ１、および前記磁界感度面と前記第二の平面との面間距離の値ｄ２（単位：μｍ）が、下記式（４）で示される関係を満たす、請求項１から８のいずれか一項に記載の磁気センサー。
    　　　ｄ１／ｐ＋ｄ２／ｐ≦５　　　（４）
  10. 　前記第一の値ｄ１が５μｍ以下である、請求項１から９のいずれか一項に記載の磁気センサー。
  11. 　前記磁気測定素子は、磁気抵抗効果素子、ホール素子、磁気抵抗素子および磁気インピーダンス素子からなる群から選ばれる１種または２種以上からなる、請求項１から１０のいずれか一項に記載の磁気センサー。
  12. 　請求項１から１１のいずれか一項に記載される磁気センサーを備える電流センサー。
  13. 　前記磁気センサーが備える第一のコイルおよび第二のコイルの少なくとも一方は、測定時に被測定電流が流れるものである、請求項１２に記載の電流センサー。
  14. 　前記磁気センサーが備える第一のコイルおよび第二のコイルの少なくとも一方は、被測定電流による誘導磁界を相殺するキャンセル磁界を発生するフィードバックコイルである、請求項１２または１３に記載の電流センサー。
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