JP2000055997A

JP2000055997A - 磁気センサ装置および電流センサ装置

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Publication number: JP2000055997A
Application number: JP10222166A
Authority: JP
Inventors: Shiro Nakagawa; 士郎中川
Original assignee: TDK Corp
Current assignee: TDK Corp
Priority date: 1998-08-05
Filing date: 1998-08-05
Publication date: 2000-02-25

Abstract

(57)【要約】【課題】簡単な構成で、磁界と出力との直線性がよ
く、測定範囲の広い磁気センサ装置および電流センサ装
置を提供する。【解決手段】ＧＭＲ素子１１には、値が連続的に変化
するバイアス磁界や、３つ以上の値を含むバイアス磁界
や、２つの値を含むバイアス磁界が印加される。ＧＭＲ
素子１１は、定電流源１２より供給される定電流によっ
て駆動され、被測定磁界およびバイアス磁界に対応した
出力信号を発生する。ＧＭＲ素子１１の出力信号は、増
幅器１３によって増幅されて、出力端子１４より出力さ
れる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、磁界を測定する磁
気センサ装置、および電流によって発生する磁界を測定
することで電流を測定する電流センサ装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、産業界で広く利用されている磁気
応用製品等において、磁界を測定する磁気センサ装置が
広く用いられている。また、磁気センサ装置の応用とし
て、電流によって発生する磁界を測定することで電流を
非接触で測定する電流センサ装置も広く用いられてい
る。また、今後、電流センサ装置の用途としては、電気
自動車やソーラー電池のような直流大電流を扱う装置に
おいて直流大電流を非接触で測定するような用途も見込
まれる。なお、被測定電流が交流電流の場合には、トラ
ンスを用いて簡単に非接触で測定できる。しかし、被測
定電流が直流電流の場合には、電流を非接触で測定する
には、直流磁界で動作する磁気センサが必要となる。

【０００３】直流電流を測定するための電流センサ装置
に利用する磁気センサ（磁気検出素子）としては、ホー
ル素子、磁気抵抗効果素子、フラックスゲート型磁気セ
ンサ等がある。

【０００４】この中では、磁界とセンサ出力との直線性
の良さから、ホール素子が多く用いられている。しか
し、ホール素子には、出力が小さいという欠点がある。
ホール素子の代表的な例では、素子電流１ｍＡ、磁束密
度１０ｍＴにおいて、出力が１０ｍＶ程度である。従っ
て、ホール素子を用いた電流センサ装置では、ホール素
子の出力を直流増幅する必要がある。しかし、増幅技術
のうち、直流増幅技術は、ドリフトを考慮すると、技術
的に最も難しい部類に属する。そのため、ホール素子を
用いた電流センサ装置は高価なものとなっていた。ま
た、従来、ホール素子の駆動電流を交流として、直流増
幅技術を回避する方法も広く採用されているが、この場
合には、整流回路等が新たに必要になるため、やはり、
ホール素子を用いた電流センサ装置が高価なものとなっ
てしまう。

【０００５】フラックスゲート型磁気センサは、それ自
体の構造が複雑で扱いにくいため、電流センサ装置への
適用の例は少ない。また、フラックスゲート型磁気セン
サは、高感度ではあるが、直流出力を得るまでの信号処
理が複雑であるという欠点を有する。そのため、フラッ
クスゲート型磁気センサを用いた電流センサ装置は、や
はり、高価なものとなってしまう。

【０００６】磁気抵抗効果素子としては、異方性磁気抵
抗（以下、ＡＭＲ（Anisotropic Magneto Resistive ）
と記す。）効果を用いたＡＭＲ素子と、巨大磁気抵抗
（以下、ＧＭＲ（Giant Magneto Resistive ）と記
す。）効果を用いたＧＭＲ素子とがある。ＧＭＲ素子
は、ＡＭＲ素子に比べて出力が大きい。なお、一般に、
ＡＭＲ素子は、単にＭＲ素子とも呼ばれる。

【０００７】このような磁気抵抗効果素子は、出力が大
きいという利点を有する。特に、ＧＭＲ素子は、１０ｍ
Ｔ当たりの抵抗変化量が５％程度となるので、例えば差
動構成として、ＧＭＲ素子を１ｍＡで駆動し、磁界がゼ
ロのときのＧＭＲ素子の抵抗値を１０ｋΩとすると、磁
束密度１０ｍＴにおいて、出力は１Ｖとなり、ホール素
子の１００倍程度の出力が得られる。従って、磁気抵抗
効果素子を用いることにより、直流増幅の困難性を回避
することが可能となり、安価な電流センサ装置を実現で
きる可能性がある。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、ＧＭＲ
素子は、出力は大きいが、磁気抵抗効果が磁界の方向に
依存しないため、印加磁界の方向（電流センサ装置の場
合には電流の方向）を判別できないという問題点があ
る。さらに、ＧＭＲ素子は、印加磁界が小さい領域にお
いて、感度が低いと共に、磁界に対する抵抗値変化の非
線形性が強いという問題点がある。

【０００９】なお、このような問題点は、印加磁界がゼ
ロのときに出力が最大または最小となるように構成した
ＡＭＲ素子においても同様である。

【００１０】従来、上述のような磁気抵抗効果素子にお
ける問題点を回避するための一般的な方法としては、特
開昭６３−２７７９７７号公報に示されるように、磁気
抵抗効果素子の磁界−抵抗変化特性に基づいて、抵抗値
が比較的、直線的に変化する領域内の磁界をバイアス磁
界として選択し、このバイアス磁界を磁気抵抗効果素子
に印加して、バイアス磁界を中心とした磁界の領域内
で、被測定磁界を測定する方法が採られていた。

【００１１】しかしながら、この方法では、抵抗値が比
較的、直線的に変化する領域が狭いために、測定できる
磁界の範囲が非常に狭くなるという問題点がある。

【００１２】また、特開昭６２−２２０８８号公報に
は、磁気抵抗効果素子における非線形性の改善のため
に、磁気センサに出力を負帰還する方法が示されてい
る。この方法では、磁気センサに被測定磁界と逆位相の
磁界を帰還し、磁気センサ自体は、常に磁束密度がゼロ
の近傍で動作するようにする。

【００１３】しかしながら、この方法では、以下のよう
な問題点がある。すなわち、電気自動車用の電流センサ
装置のように、５００Ａもの大電流を測定する場合、被
測定磁界と逆位相の磁界を帰還するための帰還コイルの
巻数を、通常１巻きの検出コイルの１０００倍、すなわ
ち１０００巻きとしても、帰還電流は５００ｍＡとな
る。そのため、上述の方法は、帰還コイルの大型化や、
それに伴う高価格化や、帰還回路を設けることによる装
置の複雑化、消費電力の増大、発熱、価格上昇等のた
め、実際には採用しにくい技術である。

【００１４】このように、従来は、磁気抵抗効果素子を
用いて、磁界と出力との直線性のよい磁気センサ装置を
構成しようとすれば、測定できる磁界の範囲が非常に狭
くなるか、装置が複雑化、大型化し、高価格化するとい
う問題点があった。

【００１５】本発明はかかる問題点に鑑みてなされたも
ので、その目的は、簡単な構成で、磁界と出力との直線
性がよく、測定範囲の広い磁気センサ装置および電流セ
ンサ装置を提供することにある。

【００１６】

【課題を解決するための手段】本発明の磁気センサ装置
は、磁界に応じた信号を出力する磁気検出素子と、この
磁気検出素子に対して、複数の値を含むバイアス磁界を
印加するバイアス磁界印加手段とを備えたものである。

【００１７】本発明の電流センサ装置は、被測定電流に
よって発生する磁界を測定することによって被測定電流
を測定する電流センサ装置であって、被測定電流によっ
て発生する磁界に応じた信号を出力する磁気検出素子
と、この磁気検出素子に対して、複数の値を含むバイア
ス磁界を印加するバイアス磁界印加手段とを備えたもの
である。

【００１８】本発明の磁気センサ装置または電流センサ
装置では、バイアス磁界印加手段によって、磁気検出素
子に対して、複数の値を含むバイアス磁界が印加され、
磁気検出素子より、磁界に応じた信号が出力される。

【００１９】本発明の磁気センサ装置または電流センサ
装置において、磁気検出素子は、例えば磁気抵抗効果素
子である。

【００２０】また、本発明の磁気センサ装置または電流
センサ装置において、バイアス磁界印加手段は、例え
ば、値が連続的に変化するバイアス磁界を印加するもの
でもよいし、２つの値を含むバイアス磁界を印加するも
のでもよい。

【００２１】また、本発明の磁気センサ装置または電流
センサ装置は、バイアス磁界印加手段が、値が周期的に
変動するバイアス磁界を印加するものとし、更に、磁気
検出素子の出力信号を平均化して出力する平均化手段を
備えたものとしてもよい。この場合には、バイアス磁界
印加手段が、交互に２値のうちの一方となるように、値
が周期的に変動するバイアス磁界を印加するようにして
もよい。

【００２２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を参照して詳細に説明する。

【００２３】始めに、本発明の第１の実施の形態につい
て説明する。本実施の形態は、磁気検出素子としてのＧ
ＭＲ素子に対して、値が連続的に変化するバイアス磁界
または３つ以上の値を含むバイアス磁界を印加するよう
にしたものである。

【００２４】図１は、本実施の形態に係る磁気センサ装
置を含む電流センサ装置の構成を示す回路図である。本
実施の形態に係る磁気センサ装置は、一端が接地された
ＧＭＲ素子１１と、このＧＭＲ素子１１の他端に接続さ
れ、ＧＭＲ素子１１に定電流を供給する定電流源１２
と、入力端がＧＭＲ素子１１の他端に接続され、出力端
が磁気センサ装置の出力端子１４に接続された増幅器１
３とを備えている。本実施の形態に係る磁気センサ装置
は、更に、ＧＭＲ素子１１に対して、値が連続的に変化
するバイアス磁界または３つ以上の値を含むバイアス磁
界を印加する手段を備えているが、これについては、後
で詳しく説明する。

【００２５】この磁気センサ装置を含む本実施の形態に
係る電流センサ装置は、更に、被測定電流が通過する導
電部２１を囲うように設けられ、一部にギャップを有す
る磁気ヨーク２２を備えている。磁気ヨーク２２のギャ
ップに生じる磁界は、図１における左右方向となる。Ｇ
ＭＲ素子１１は、磁気ヨーク２２のギャップ内に、長手
方向が図１における左右方向を向くように配置されてい
る。

【００２６】次に、本実施の形態に係る磁気センサ装置
の動作について説明する。ＧＭＲ素子１１には、被測定
磁界が印加されると共にバイアス磁界が印加される。Ｇ
ＭＲ素子１１は、定電流源１２より供給される定電流に
よって駆動され、被測定磁界およびバイアス磁界に対応
した出力信号を発生する。この出力信号は、ＧＭＲ素子
１１の抵抗値に比例した電圧信号である。ＧＭＲ素子１
１の出力信号は、増幅器１３によって増幅されて、出力
端子１４より出力される。

【００２７】次に、本実施の形態に係る電流センサ装置
の動作について説明する。この電流センサ装置では、導
電部２１を紙面直交方向に流れる被測定電流によって磁
界が発生する。この磁界は、磁気ヨーク２２のギャップ
内に配置されたＧＭＲ素子１１に印加される。この磁界
の大きさは電流の大きさに応じて変化する。また、電流
の方向に応じて、磁界の方向も変化する。電流センサ装
置は、被測定電流によって発生した磁界を測定すること
で、間接的に被測定電流を測定する。この電流センサ装
置において、被測定電流によって発生した磁界を測定す
る動作は、上述の磁気センサ装置の動作と同様である。

【００２８】図２は、ＧＭＲ素子の磁界−抵抗変化特性
を示す特性図である。図２において、横軸は、磁界を表
し、縦軸は抵抗値を表している。なお、図２における縦
軸の抵抗値は、被測定磁界に応じて変化するＧＭＲ素子
の抵抗値の最小値を基準としたときの、その最小値から
の抵抗値の変化量で表している。図２に示したように、
ＧＭＲ素子における抵抗値の変化の特性は、磁界がゼロ
の位置を中心にして対称である。なお、磁界の値が正の
ときと負のときとでは、互いに磁界の方向が逆となる。
ＧＭＲ素子は、図２に示したような特性を有するので、
抵抗値だけでは磁界の方向を判別することができない。

【００２９】そこで従来は、一般に、例えば図２に示し
たようにバイアス磁界ＢをＧＭＲ素子に印加し、ＧＭＲ
素子の動作点を原点から離れたＰ点としてＧＭＲ素子を
動作させるようにしていた。この場合には、被測定磁界
の値が正のときにはＧＭＲ素子の抵抗値が増加し、被測
定磁界の値が負のときにはＧＭＲ素子の抵抗値が減少す
るので、ＧＭＲ素子の出力から、被測定磁界の大きさお
よび方向を検出することが可能となる。しかしながら、
図２に示したような磁界−抵抗変化特性において、動作
点Ｐの近傍では磁界に対する抵抗値の変化が略直線的で
あるが、このように直線的である範囲は狭い。なお、バ
イアス磁界は、通常、永久磁石によって与えられる。

【００３０】図３は、従来のＧＭＲ素子とバイアス磁界
用の磁石との配置の一例を示す側面図である。この例で
は、基板１１０の一方の面に、スパッタ技術等により、
強磁性薄膜を含むＧＭＲ素子１１１が形成され、基板１
１０の他方の面に、バイアス磁界用の磁石１１２が接合
されている。ＧＭＲ素子１１１は、強磁性体を含むこと
から、図３に示した配置では、ＧＭＲ素子１１１の内部
を通過する磁束は、ＧＭＲ素子１１１の図３における左
右の端面以外ではほとんど外に漏れず、ＧＭＲ素子１１
１の内部の磁界は均一である。従って、図２における点
Ｐは、原理的には一点である。

【００３１】図４は、本実施の形態におけるＧＭＲ素子
１１とバイアス磁界用の磁石との関係の一例を示す側面
図である。この例では、ガラス等の基板３０の一方の面
に、スパッタ技術等により、強磁性薄膜を含むＧＭＲ素
子１１が形成され、基板３０の他方の面に、くさび状の
保持部材３１を介して、バイアス磁界用の磁石３２が接
合されている。この磁石３２は、図４における左右方向
の両端部が両磁極となるように着磁されている。

【００３２】図４に示した例では、ＧＭＲ素子１１に対
して、磁石３２が所定の角度をもって斜めに配置されて
いるので、磁石３２の一方の磁極とＧＭＲ素子１１との
間の距離と、磁石３２の他方の磁極とＧＭＲ素子１１と
の間の距離が異なる。そのため、図４において破線で示
したように、ＧＭＲ素子１１の内部を通過する磁束は、
ＧＭＲ素子１１の図４における左右の端面以外の部分か
らも流出し、ＧＭＲ素子１１の内部のバイアス磁界は不
均一となる。この状態では、ＧＭＲ素子１１に対するバ
イアス磁界は、連続的に変化する複数の値を含むものと
なる。ここで、バイアス磁界が、図２におけるＢ１から
Ｂ２までの範囲に分布するものとすると、ＧＭＲ素子１
１の動作点は、図２におけるＰ１からＰ２までの範囲に
分散して存在することになる。このことは、ＧＭＲ素子
１１を、動作点がＰ１からＰ２までの範囲に分散して存
在する多数の小さなＧＭＲ素子の集合と考えてもよい。

【００３３】図５ないし図７は、本実施の形態における
ＧＭＲ素子１１とバイアス磁界用の磁石との関係の他の
例を示したものである。この例では、ＧＭＲ素子１１
は、図５に示したように、図における左右両端部で交互
に複数回折り返すように配置された線状の導電部１１ａ
を有している。この導電部１１ａは、強磁性薄膜を含む
磁気抵抗効果材料によって形成されている。導電部１１
ａの両端部には、端子１１ｂ，１１ｃが設けられてい
る。また、導電部１１ａは、絶縁材によって覆われてい
る。

【００３４】図６に示したように、ＧＭＲ素子１１は、
ガラス等の基板３０の一方の面に、スパッタ技術等によ
って形成されている。基板３０の他方の面には、バイア
ス磁界用の磁石４１が接合されている。この磁石４１
は、図７に示したように、図における左右方向の一方の
端部側は長手方向に対して垂直な面になっているが、他
方の端部側は長手方向に対して斜めの面になっている。
また、磁石４１は、図中の矢印で示したように、左右方
向の両端部が両磁極となるように着磁されている。

【００３５】図５ないし図７に示した例では、磁石４１
の長手方向の長さが連続的に変化しているので、ＧＭＲ
素子１１の内部のバイアス磁界は、場所によって異な
り、不均一となる。この状態では、ＧＭＲ素子１１に対
するバイアス磁界は、連続的に変化する複数の値を含む
ものとなる。

【００３６】次に、図８を参照して、本実施の形態にお
けるＧＭＲ素子１１とバイアス磁界用の磁石との関係の
更に他の例について説明する。この例では、図６および
図７における磁石４１の代わりに、図８に示した磁石４
２を用いる。なお、この例において、ＧＭＲ素子１１の
構造は図５に示した通りである。磁石４２は、図８中の
複数の矢印の両端部がそれぞれ両磁極となるように、場
所によって着磁状態が異なっている。なお、このよう
に、場所によって着磁状態を変えることは、ロータリエ
ンコーダにおける着磁等に使用される多点着磁用の着磁
装置を用いて、容易に実現することができる。この例で
は、ＧＭＲ素子１１の内部のバイアス磁界は、場所によ
って異なり、不均一となる。この状態では、ＧＭＲ素子
１１に対するバイアス磁界は、段階的に、あるいは連続
的に変化する複数の値を含むものとなる。

【００３７】なお、ＧＭＲ素子１１に対して複数の値を
含むバイアス磁界を印加する方法は、図４ないし図８に
示した例に限定されず、他にも種々の方法が考えられ
る。

【００３８】次に、図９および図１０を参照して、本実
施の形態において、ＧＭＲ素子１１の内部のバイアス磁
界を不均一としたことによる効果について説明する。

【００３９】図２に示した磁界−抵抗変化特性の点Ｐの
近傍の領域を拡大すると、その領域内の特性曲線は、Ｓ
字曲線となる。従って、このＳ字曲線を直線で近似し
て、磁界と磁気センサ装置の出力電圧との関係を決める
と、ある磁界に対して、直線近似による出力電圧と実際
の磁気センサ装置の出力電圧との間には、誤差が生じ
る。この誤差を残留誤差電圧と呼ぶことにする。磁界に
対する残留誤差電圧の変化、すなわち残留誤差電圧特性
の曲線は、やはりＳ字曲線となる。

【００４０】図９は、図２に示した磁界−抵抗変化特性
の点Ｐの近傍を直線で近似した場合において、残留誤差
電圧特性の一例を、簡単のために折れ線で表したもので
ある。図９において、縦軸は残留誤差電圧を表し、横軸
はバイアス点（Ｂ点）を原点にとって被測定磁界を表し
たものである。

【００４１】図９において、折れ線Ｌ１１は、所定の測
定磁界区間Ｈ１１〜Ｈ１２で、残留誤差電圧の最大値が
最小となるように磁界−抵抗変化特性を直線近似した場
合における残留誤差電圧特性を示している。このように
直線近似した場合には、被測定磁界の変化に伴い、残留
誤差電圧は折れ線Ｌ１１に沿って移動する。この例で
は、測定磁界区間Ｈ１１〜Ｈ１２内で、残留誤差電圧
は、−Ｄ〜Ｄの許容範囲内となる。

【００４２】ここで、残留誤差電圧の許容範囲を、−Ｄ
〜Ｄの半分、すなわち、−Ｄ／２〜Ｄ／２とする場合を
考える。この場合には、磁界−抵抗変化特性を直線近似
するための直線の傾きは、残留誤差電圧の許容範囲を−
Ｄ〜Ｄとする場合に比べて、図２に示した磁界−抵抗変
化特性の点Ｐにおける傾きにより近いものとなる。この
場合、残留誤差電圧特性は、折れ線Ｌ１２のようにな
り、残留誤差電圧が−Ｄ／２〜Ｄ／２の許容範囲内とな
る測定磁界区間は、例えば、Ｈ１１〜Ｈ１２の半分のＨ
２１〜Ｈ２２となる。

【００４３】図１０は、本実施の形態におけるＢ点近傍
の残留誤差電圧特性を示したものである。図１０におい
て、縦軸は残留誤差電圧を表し、横軸はＢ点を原点にと
って測定磁界を表したものである。

【００４４】バイアス磁界がＢ点である場合には、被測
定磁界の変化に伴い、残留誤差電圧は折れ線Ｌ１１に沿
って移動する。具体的には、被測定磁界が正の方向に増
加した場合には、被測定磁界がＨ１ときに残留誤差電圧
は極大値Ｄをとり、被測定磁界がＨ２ときに残留誤差電
圧はゼロとなり、被測定磁界がＨ３ときに残留誤差電圧
は−Ｄとなる。また、被測定磁界が負の方向に絶対値が
増加した場合には、被測定磁界が−Ｈ１ときに残留誤差
電圧は極小値−Ｄをとり、被測定磁界が−Ｈ２ときに残
留誤差電圧はゼロとなり、被測定磁界が−Ｈ３ときに残
留誤差電圧はＤとなる。ここでは、Ｈ２＝２×Ｈ１、Ｈ
３＝３×Ｈ１の関係となっているものとする。

【００４５】本実施の形態では、バイアス磁界がＢ点を
中心とする所定の範囲に分布する。ここで、図１０に示
したように、バイアス磁界が分布する幅をＷとし、Ｗ＝
２Ｈ１とする。この場合、ＧＭＲ素子１１に印加される
磁界は、バイアス磁界に被測定磁界を加えた値の範囲で
ある、幅Ｗの範囲４６に分布する。この範囲４６は、被
測定磁界の変化に伴い、幅Ｗの範囲を維持したまま変化
する。そのため、本実施の形態における残留誤差電圧
は、折れ線Ｌ１１上の幅Ｗの区間における平均値とな
る。このような本実施の形態における残留誤差電圧特性
を、図１０において、折れ線Ｌ１で示す。

【００４６】図１０から分かるように、本実施の形態に
おいて、残留誤差電圧が−Ｄ／２〜Ｄ／２の許容範囲内
となる測定磁界区間は、Ｈ３１〜Ｈ３２となり、これ
は、残留誤差電圧が−Ｄ〜Ｄの許容範囲内となる測定磁
界区間Ｈ１１〜Ｈ１２の５／６であり、また、残留誤差
電圧が−Ｄ／２〜Ｄ／２の許容範囲内となる従来の測定
磁界区間Ｈ２１〜Ｈ２２（図９参照）の５／３倍、すな
わち約１．７倍となる。

【００４７】また、逆に、測定磁界区間が同じ場合に
は、本実施の形態によれば、従来に比べて、残留誤差電
圧の最大値を小さくすることができる。例えば、測定磁
界区間をＨ３１〜Ｈ３２に固定して考えると、バイアス
磁界がＢ点である場合には、残留誤差電圧の最大値が最
小となるように磁界−抵抗変化特性を直線近似した場合
における残留誤差電圧特性は、図９における折れ線Ｌ１
３のようになる。この折れ線Ｌ１３と、図１０における
折れ線Ｌ１とを比較すると分かるように、本実施の形態
によれば、従来に比べて、残留誤差電圧の最大値を、３
／５、すなわち約１／１．７とすることができる。

【００４８】このように、本実施の形態によれば、残留
誤差電圧の許容範囲が同じ場合には、従来に比べて、測
定磁界区間を広く（例えば約１．７倍に）することがで
き、逆に、測定磁界区間が同じ場合には、従来に比べ
て、残留誤差電圧の最大値を小さく（例えば約１／１．
７に）することができる。

【００４９】従って、本実施の形態によれば、磁界と出
力との直線性がよく、測定範囲の広い磁気センサ装置ま
たは電流センサ装置を実現することができる。

【００５０】しかも、本実施の形態によれば、バイアス
磁界を印加する従来の構成に比べて、付加的な部材をほ
とんど必要としないため、構成が簡単である。従って、
本実施の形態によれば、価格、形状、大きさ、消費電力
等を、従来のものとほとんど同じにしながら、磁界と出
力との直線性や、測定範囲等の特性を向上できる。

【００５１】次に、本発明の第２の実施の形態について
説明する。本実施の形態は、磁気検出素子としてのＧＭ
Ｒ素子に対して、２つの値を含むバイアス磁界を印加す
るようにしたものである。

【００５２】図１１は、本実施の形態におけるＧＭＲ素
子とバイアス磁界用の磁石との関係の一例を示す側面図
である。この例では、特性の同じ２つＧＭＲ素子１１
Ａ，１１Ｂを設けている。ＧＭＲ素子１１Ａ，１１Ｂ
は、それぞれ、ガラス等の基板３０Ａ，３０Ｂの一方の
面に、スパッタ技術等によって形成されている。基板３
０Ａ，３０Ｂの他方の面には、それぞれ、バイアス磁界
用の磁石５１Ａ，５１Ｂが接合されている。これらの磁
石５１Ａ，５１Ｂは、共に、図１１における左右方向の
両端部が両磁極となるように着磁されている。ただし、
磁石５１Ａ，５１Ｂは、互いに磁化の大きさが異なり、
その結果、ＧＭＲ素子１１Ａ，１１Ｂに印加するバイア
ス磁界が異なるようになっている。ここでは、磁石５１
ＡがＧＭＲ素子１１Ａに印加するバイアス磁界は、図２
におけるＢ点の磁界にＨ１を加えた値になり、磁石５１
ＢがＧＭＲ素子１１Ｂに印加するバイアス磁界は、図２
におけるＢ点の磁界からＨ１を引いた値になるように設
定されているものとする。

【００５３】ＧＭＲ素子１１Ａの一端には端子５２Ａが
設けられ、他端はＧＭＲ素子１１Ｂの一端に接続されて
いる。ＧＭＲ素子１１Ｂの他端には、端子５２Ｂが設け
られている。

【００５４】本実施の形態では、第１の実施の形態にお
けるＧＭＲ素子１１、基板およびバイアス磁界用の磁石
の代わりに、図１１に示したＧＭＲ素子１１Ａ，１１
Ｂ、基板３０Ａ，３０Ｂおよび磁石５１Ａ，５１Ｂから
なる集合体を用いる。すなわち、図１１に示した集合体
が、図１における磁気ヨーク２２のギャップ内に配置さ
れ、例えば、端子５２Ａが接地され、端子５２Ｂが定電
流源１２および増幅器１３の入力端に接続される。

【００５５】なお、図１１に示したように、ＧＭＲ素子
１１Ａ，１１Ｂを、長手方向に沿って並べて配置する
と、集合体全体の長さが長くなるので、図１２に示した
ように、集合体を２つに折り曲げて使用してもよい。こ
れにより、集合体の収納空間を小さくすることが可能と
なり、磁気センサ装置や電流センサ装置の小型化も可能
となる。

【００５６】次に、図１３を参照して、本実施の形態に
おけるＧＭＲ素子とバイアス磁界用の磁石との関係の他
の例について説明する。この例では、図５に示した構造
のＧＭＲ素子１１を用いる。このＧＭＲ素子１１は、図
６に示したように、基板３０の一方の面に形成される。
この例では、基板３０の他方の面に、図１３に示したよ
うなバイアス磁界用の磁石６０が接合される。この磁石
６０は、２つの部分６０Ａ，６０Ｂを含んでいる。これ
らの２つの部分６０Ａ，６０Ｂは、互いに左右方向の両
端部が両磁極となるように着磁されている。ただし、２
つの部分６０Ａ，６０Ｂは、互いに磁化の大きさが異な
り、その結果、ＧＭＲ素子１１に印加するバイアス磁界
が異なるようになっている。ここでは、部分６０ＡがＧ
ＭＲ素子１１に印加するバイアス磁界は、図２における
Ｂ点の磁界にＨ１を加えた値になり、部分６０ＢがＧＭ
Ｒ素子１１に印加するバイアス磁界は、図２におけるＢ
点の磁界からＨ１を引いた値になるように設定されてい
るものとする。

【００５７】次に、図１４を参照して、本実施の形態に
おいて、ＧＭＲ素子１１に対して、２つの値を含むバイ
アス磁界を印加するようにしたことによる効果について
説明する。なお、以下の説明では、便宜上、図１１およ
び図１２に示した、直列に接続されたＧＭＲ素子１１
Ａ，１１Ｂも、ＧＭＲ素子１１と表す。

【００５８】図１４は、本実施の形態におけるＢ点近傍
の残留誤差電圧特性を示したものである。図１４におい
て、縦軸は残留誤差電圧を表し、横軸はＢ点を原点にと
って被測定磁界を表したものである。

【００５９】バイアス磁界がＢ点である場合には、被測
定磁界の変化に伴い、残留誤差電圧は折れ線Ｌ１１に沿
って移動する。本実施の形態では、バイアス磁界は、Ｂ
点の磁界にＨ１を加えた値と、Ｂ点の磁界からＨ１を引
いた値になる。この場合、ＧＭＲ素子１１に印加される
磁界は、２つのバイアス磁界にそれぞれ被測定磁界を加
えた２つの値となる。図１４において、符号６１Ａ，６
１Ｂは、ＧＭＲ素子１１に印加される２つの磁界を示し
ている。この２つの磁界の差は、Ｗ（＝２Ｈ１）であ
る。この２つの磁界は、被測定磁界の変化に伴い、両者
の差がＷのまま変化する。そのため、本実施の形態にお
ける残留誤差電圧は、折れ線Ｌ１１上において、磁界の
差がＷとなる２点における各残留誤差電圧の平均値とな
る。このような本実施の形態における残留誤差電圧特性
を、図１４において、折れ線Ｌ２で示す。

【００６０】図１４から分かるように、本実施の形態で
は、残留誤差電圧の許容範囲を−Ｄ〜Ｄとして、磁界−
抵抗変化特性を直線近似した場合、測定磁界区間はＨ１
１〜Ｈ１２となるが、そのうちの２／３の区間であるＨ
４１〜Ｈ４２において、理想的には残留誤差電圧がゼロ
となる。なお、実際には、区間Ｈ４１〜Ｈ４２において
残留誤差電圧がゼロにならない場合もあるが、従来に比
べると極めてゼロに近い値となる。従って、本実施の形
態によれば、測定磁界区間をＨ４１〜Ｈ４２に設定し、
残留誤差電圧を略ゼロとすることができる。この測定磁
界区間Ｈ４１〜Ｈ４２は、残留誤差電圧の許容範囲を−
Ｄ／２〜Ｄ／２とした場合における従来の測定磁界区間
Ｈ２１〜Ｈ２２（図９参照）よりも広い範囲となる。

【００６１】このように、本実施の形態によれば、第１
の実施の形態と同様の効果を得ることができる上に、所
定の磁界区間において、残留誤差電圧を略ゼロとするこ
とができ、極めて精度のよい磁気センサ装置または電流
センサ装置を実現することができる。

【００６２】なお、上記説明では、２つのバイアス磁界
の差を、Ｗ（＝２Ｈ１）とした場合について説明した
が、それ以外の場合であっても、残留誤差電圧が略ゼロ
となる区間が狭くなったり、残留誤差電圧が若干大きく
なることはあるが、バイアス磁界を１点とする場合に比
べると、磁界と出力との直線性を向上することが可能で
あり、測定磁界区間を広くしたり、残留誤差電圧を小さ
くすることが可能となる。本実施の形態におけるその他
の構成、動作および効果は、第１の実施の形態と同様で
ある。

【００６３】次に、本発明の第３の実施の形態について
説明する。本実施の形態は、磁気検出素子としてのＧＭ
Ｒ素子に対して、値が周期的に変動するバイアス磁界を
印加し、ＧＭＲ素子の出力信号を平均化して出力するよ
うにした例である。

【００６４】図１５は、本実施の形態に係る磁気センサ
装置を含む電流センサ装置の構成を示す回路図である。
本実施の形態に係る電流センサ装置は、図１に示した第
１の実施の形態における電流センサ装置の構成に加え
て、更に、磁気ヨーク２２の一部の周囲に設けられ、一
端が接地された交流磁界印加用のコイル７１と、このコ
イル７１の他端に接続され、コイル７１に交流電流を供
給する交流電源７２とを備えている。本実施の形態に係
る磁気センサ装置および電流センサ装置は、更に、増幅
器１３の出力信号を時間的に平均化して、出力端子１４
に出力する平均化手段としての積分器７３を備えてい
る。なお、本実施の形態では、ＧＭＲ素子１１に直流の
バイアス磁界を印加する磁石は、１つのバイアス磁界、
例えば図２におけるバイアス磁界Ｂを印加するようにな
っている。

【００６５】次に、本実施の形態に係る磁気センサ装置
および電流センサ装置の動作について説明する。ＧＭＲ
素子１１には、被測定磁界が印加されると共にバイアス
磁界が印加される。本実施の形態におけるバイアス磁界
は、磁石による直流バイアス磁界に、交流電源７２およ
びコイル７１によって発生される交流バイアス磁界を重
畳したものとなる。ＧＭＲ素子１１は、定電流源１２よ
り供給される定電流によって駆動され、被測定磁界およ
びバイアス磁界に対応した出力信号を発生する。ＧＭＲ
素子１１の出力信号は、増幅器１３によって増幅され、
積分器７３によって平均化されて、出力端子１４より出
力される。

【００６６】本実施の形態では、ＧＭＲ素子１１に対し
て、直流バイアス磁界に交流バイアス磁界を重畳したバ
イアス磁界が印加される。このように、本実施の形態に
おけるバイアス磁界は、時間と共に周期的に変動する。
従って、残留誤差電圧も周期的に変動する。そして、本
実施の形態では、ＧＭＲ素子１１の出力信号を、増幅器
１３によって増幅した後、積分器７３によって平均化す
るので、積分器７３の出力信号における残留誤差電圧も
平均化される。その結果、本実施の形態によれば、第１
の実施の形態と同様の効果を得ることができる。

【００６７】また、本実施の形態において、交流電源７
２よりコイル７１に供給する交流電流を矩形波とすれ
ば、ＧＭＲ素子１１に印加されるバイアス磁界は、交互
に２値のうちの一方となるように、値が周期的に変動す
るバイアス磁界となる。この場合には、積分器７３の出
力信号における残留誤差電圧は、２つのバイアス磁界に
対応する各残留誤差電圧の平均値となる。その結果、本
実施の形態によれば、第２の実施の形態と同様の効果を
得ることができる。

【００６８】本実施の形態におけるその他の構成、動作
および効果は、第１または第２の実施の形態と同様であ
る。

【００６９】なお、本発明は、上記各実施の形態に限定
されず、種々の変更が可能である。例えば、上記各実施
の形態では、磁気検出素子としてＧＭＲ素子を例にとっ
て説明したが、本発明は、磁気検出素子がＡＭＲ素子の
場合にも適用することができる。

【００７０】

【発明の効果】以上説明したように請求項１ないし６の
いずれかに記載の磁気センサ装置または請求項７ないし
１２のいずれかに記載の電流センサ装置によれば、磁気
検出素子に対して、複数の値を含むバイアス磁界を印加
するようにしたので、簡単な構成で、磁界と出力との直
線性を向上でき、測定範囲を広くすることが可能とな
る。

【００７１】また、請求項４記載の磁気センサ装置また
は請求項１０記載の電流センサ装置によれば、２つの値
を含むバイアス磁界を印加するようにしたので、更に、
精度を向上させることが可能となるという効果を奏す
る。

【００７２】また、請求項６記載の磁気センサ装置また
は請求項１２記載の電流センサ装置によれば、交互に２
値のうちの一方となるように、値が周期的に変動するバ
イアス磁界を印加し、磁気検出素子の出力信号を平均化
して出力するようにしたので、更に、精度を向上させる
ことが可能となるという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態に係る磁気センサ装
置を含む電流センサ装置の構成を示す回路図である。

【図２】ＧＭＲ素子の磁界−抵抗変化特性を示す特性図
である。

【図３】従来のＧＭＲ素子とバイアス磁界用の磁石との
配置の一例を示す側面図である。

【図４】本発明の第１の実施の形態におけるＧＭＲ素子
とバイアス磁界用の磁石との関係の一例を示す側面図で
ある。

【図５】本発明の第１の実施の形態におけるＧＭＲ素子
の構成の一例を示す平面図である。

【図６】本発明の第１の実施の形態におけるＧＭＲ素子
とバイアス磁界用の磁石との関係の他の例を示す側面図
である。

【図７】図６におけるバイアス磁界用の磁石を示す平面
図である。

【図８】本発明の第１の実施の形態におけるバイアス磁
界用の磁石の他の例を示す平面図である。

【図９】従来の残留誤差電圧特性を示す特性図である。

【図１０】本発明の第１の実施の形態における残留誤差
電圧特性を示す特性図である。

【図１１】本発明の第２の実施の形態におけるＧＭＲ素
子とバイアス磁界用の磁石を含む集合体を示す側面図で
ある。

【図１２】図１１に示した集合体の配置の仕方の一例を
示す側面図である。

【図１３】本発明の第２の実施の形態におけるバイアス
磁界用の磁石の他の例を示す平面図である。

【図１４】本発明の第２の実施の形態における残留誤差
電圧特性を示す特性図である。

【図１５】本発明の第３の実施の形態に係る磁気センサ
装置を含む電流センサ装置の構成を示す回路図である。

【符号の説明】

１１…ＧＭＲ素子、１２…定電流源、１３…増幅器、２
２…磁気ヨーク、３２…磁石。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】磁界に応じた信号を出力する磁気検出素
子と、この磁気検出素子に対して、複数の値を含むバイアス磁
界を印加するバイアス磁界印加手段とを備えたことを特
徴とする磁気センサ装置。
【請求項２】前記磁気検出素子は、磁気抵抗効果素子
であることを特徴とする請求項１記載の磁気センサ装
置。
【請求項３】前記バイアス磁界印加手段は、値が連続
的に変化するバイアス磁界を印加することを特徴とする
請求項１または２記載の磁気センサ装置。
【請求項４】前記バイアス磁界印加手段は、２つの値
を含むバイアス磁界を印加することを特徴とする請求項
１または２記載の磁気センサ装置。
【請求項５】前記バイアス磁界印加手段は、値が周期
的に変動するバイアス磁界を印加し、更に、前記磁気検出素子の出力信号を平均化して出力す
る平均化手段を備えたことを特徴とする請求項１記載の
または２記載の磁気センサ装置。
【請求項６】前記バイアス磁界印加手段は、交互に２
値のうちの一方となるように、値が周期的に変動するバ
イアス磁界を印加することを特徴とする請求項５記載の
磁気センサ装置。
【請求項７】被測定電流によって発生する磁界を測定
することによって被測定電流を測定する電流センサ装置
であって、被測定電流によって発生する磁界に応じた信号を出力す
る磁気検出素子と、この磁気検出素子に対して、複数の値を含むバイアス磁
界を印加するバイアス磁界印加手段とを備えたことを特
徴とする電流センサ装置。
【請求項８】前記磁気検出素子は、磁気抵抗効果素子
であることを特徴とする請求項７記載の電流センサ装
置。
【請求項９】前記バイアス磁界印加手段は、値が連続
的に変化するバイアス磁界を印加することを特徴とする
請求項７または８記載の電流センサ装置。
【請求項１０】前記バイアス磁界印加手段は、２つの
値を含むバイアス磁界を印加することを特徴とする請求
項７または８記載の電流センサ装置。
【請求項１１】前記バイアス磁界印加手段は、値が周
期的に変動するバイアス磁界を印加し、更に、前記磁気検出素子の出力信号を平均化して出力す
る平均化手段を備えたことを特徴とする請求項７記載の
または８記載の電流センサ装置。
【請求項１２】前記バイアス磁界印加手段は、交互に
２値のうちの一方となるように、値が周期的に変動する
バイアス磁界を印加することを特徴とする請求項１１記
載の電流センサ装置。