JP2000055999A - 磁気センサ装置および電流センサ装置 - Google Patents
磁気センサ装置および電流センサ装置Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 磁気検出素子の感度のばらつきや温度依存性
による出力変動を抑制することができるようにした磁気
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、被測定磁界が印加
されると共に、磁界に対する変化を線形化するために２
つの値のバイアス磁界が印加される。ＧＭＲ素子１１に
は、更に、交流電源２４およびコイル２３によって、微
小な基準磁界が印加される。ＧＭＲ素子１１の出力信号
は、増幅器１３、ＬＰＦ１４を経て、可変利得回路１５
によって大きさが制御されて、出力端子１６より出力さ
れる。また、増幅器１３の出力信号のうちの基準磁界に
対応した成分が、ＢＰＦ１７によって抽出され、増幅器
１８によって増幅されて、レベル比較器１９に入力され
る。レベル比較器１９は、増幅器１８の出力信号のレベ
ルと基準電圧Ｖref とを比較して、両者の差に応じた制
御信号を生成し、可変利得回路１５に与える。
による出力変動を抑制することができるようにした磁気
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、被測定磁界が印加
されると共に、磁界に対する変化を線形化するために２
つの値のバイアス磁界が印加される。ＧＭＲ素子１１に
は、更に、交流電源２４およびコイル２３によって、微
小な基準磁界が印加される。ＧＭＲ素子１１の出力信号
は、増幅器１３、ＬＰＦ１４を経て、可変利得回路１５
によって大きさが制御されて、出力端子１６より出力さ
れる。また、増幅器１３の出力信号のうちの基準磁界に
対応した成分が、ＢＰＦ１７によって抽出され、増幅器
１８によって増幅されて、レベル比較器１９に入力され
る。レベル比較器１９は、増幅器１８の出力信号のレベ
ルと基準電圧Ｖref とを比較して、両者の差に応じた制
御信号を生成し、可変利得回路１５に与える。
Description
【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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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、磁気抵
抗効果素子、特にＧＭＲ素子には、感度が高いだけに、
素子間の感度のばらつきによる出力のばらつきが大きい
という問題点や、温度により抵抗値が変化するという温
度依存性を有するという問題点がある。
抗効果素子、特にＧＭＲ素子には、感度が高いだけに、
素子間の感度のばらつきによる出力のばらつきが大きい
という問題点や、温度により抵抗値が変化するという温
度依存性を有するという問題点がある。
【０００９】従来より、例えば特開昭６２−２２０８８
号公報に示されるように、上述のような磁気センサの感
度のばらつきや温度依存性の改善のために、磁気センサ
に出力を負帰還する方法が知られている。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。
号公報に示されるように、上述のような磁気センサの感
度のばらつきや温度依存性の改善のために、磁気センサ
に出力を負帰還する方法が知られている。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。
【００１０】しかしながら、この方法では、磁気センサ
の感度のばらつきや温度依存性による出力変動を抑制す
ることができるが、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。
の感度のばらつきや温度依存性による出力変動を抑制す
ることができるが、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。
【００１１】また、例えば、特公平４−６０５５５号公
報には、被測定磁界に微小な交流の補助磁界を重畳し、
磁気センサの出力より補助磁界の成分を検出し、この成
分によって、磁気センサの変換係数を制御することによ
って、磁気センサの磁界に対する感度を常に一定にする
方法が示されている。
報には、被測定磁界に微小な交流の補助磁界を重畳し、
磁気センサの出力より補助磁界の成分を検出し、この成
分によって、磁気センサの変換係数を制御することによ
って、磁気センサの磁界に対する感度を常に一定にする
方法が示されている。
【００１２】しかしながら、この方法を採用できるため
には、磁気センサの磁界−出力特性が線形でなければな
らない。なぜならば、磁気センサの磁界−出力特性が非
線形で、例えば磁界が大きくなると出力が飽和するよう
な特性であると仮定すると、被測定磁界が大きいときに
は、補助磁界の成分が小さくなり、これを一定の値にな
るように系のゲインを増大すれば、被測定磁界に対応す
る出力は、正しい値よりも非常に大きな値になってしま
う。すなわち、非線形な磁界−出力特性の一部の傾斜の
みを用いて、磁界−出力特性の全体にわたる磁気センサ
の感度を表すことはできない。従って、この方法は、磁
気センサの磁界−出力特性の線形性が保証されていなけ
れば、利用することができないという問題点がある。
には、磁気センサの磁界−出力特性が線形でなければな
らない。なぜならば、磁気センサの磁界−出力特性が非
線形で、例えば磁界が大きくなると出力が飽和するよう
な特性であると仮定すると、被測定磁界が大きいときに
は、補助磁界の成分が小さくなり、これを一定の値にな
るように系のゲインを増大すれば、被測定磁界に対応す
る出力は、正しい値よりも非常に大きな値になってしま
う。すなわち、非線形な磁界−出力特性の一部の傾斜の
みを用いて、磁界−出力特性の全体にわたる磁気センサ
の感度を表すことはできない。従って、この方法は、磁
気センサの磁界−出力特性の線形性が保証されていなけ
れば、利用することができないという問題点がある。
【００１３】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、磁気検出素子の感度のばらつきや温
度依存性による出力変動を抑制することができるように
した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。
ので、その目的は、磁気検出素子の感度のばらつきや温
度依存性による出力変動を抑制することができるように
した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。
【００１４】
【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
磁気検出素子を用いて、磁界に対する変化がより線形化
された線形化信号を生成し出力する線形化信号生成手段
と、磁気検出素子に対して、磁界に対する線形化信号の
特性を制御するために用いられる基準磁界を印加する基
準磁界印加手段と、線形化信号生成手段の出力信号のう
ちの基準磁界に対応した成分を抽出する抽出手段と、こ
の抽出手段によって抽出された成分に基づいて、磁界に
対する線形化信号の特性を制御する制御手段とを備えた
ものである。
は、磁界に応じた信号を出力する磁気検出素子と、この
磁気検出素子を用いて、磁界に対する変化がより線形化
された線形化信号を生成し出力する線形化信号生成手段
と、磁気検出素子に対して、磁界に対する線形化信号の
特性を制御するために用いられる基準磁界を印加する基
準磁界印加手段と、線形化信号生成手段の出力信号のう
ちの基準磁界に対応した成分を抽出する抽出手段と、こ
の抽出手段によって抽出された成分に基づいて、磁界に
対する線形化信号の特性を制御する制御手段とを備えた
ものである。
【００１５】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、この磁気検出素子を用いて、磁界に対する変化がよ
り線形化された線形化信号を生成し出力する線形化信号
生成手段と、磁気検出素子に対して、磁界に対する線形
化信号の特性を制御するために用いられる基準磁界を印
加する基準磁界印加手段と、線形化信号生成手段の出力
信号のうちの基準磁界に対応した成分を抽出する抽出手
段と、この抽出手段によって抽出された成分に基づい
て、磁界に対する線形化信号の特性を制御する制御手段
とを備えたものである。
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、この磁気検出素子を用いて、磁界に対する変化がよ
り線形化された線形化信号を生成し出力する線形化信号
生成手段と、磁気検出素子に対して、磁界に対する線形
化信号の特性を制御するために用いられる基準磁界を印
加する基準磁界印加手段と、線形化信号生成手段の出力
信号のうちの基準磁界に対応した成分を抽出する抽出手
段と、この抽出手段によって抽出された成分に基づい
て、磁界に対する線形化信号の特性を制御する制御手段
とを備えたものである。
【００１６】これらの磁気センサ装置または電流センサ
装置では、線形化信号生成手段によって、磁気検出素子
を用いて、磁界に対する変化がより線形化された線形化
信号が生成され、出力される。また、基準磁界印加手段
によって、磁気検出素子に対して、磁界に対する線形化
信号の特性を制御するために用いられる基準磁界が印加
され、抽出手段によって、線形化信号生成手段の出力信
号のうちの基準磁界に対応した成分が抽出される。そし
て、この抽出された成分に基づいて、制御手段によっ
て、磁界に対する線形化信号の特性が制御される。
装置では、線形化信号生成手段によって、磁気検出素子
を用いて、磁界に対する変化がより線形化された線形化
信号が生成され、出力される。また、基準磁界印加手段
によって、磁気検出素子に対して、磁界に対する線形化
信号の特性を制御するために用いられる基準磁界が印加
され、抽出手段によって、線形化信号生成手段の出力信
号のうちの基準磁界に対応した成分が抽出される。そし
て、この抽出された成分に基づいて、制御手段によっ
て、磁界に対する線形化信号の特性が制御される。
【００１７】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。
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。
【００１８】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、基準磁界は、例えば、交流磁界で
ある。
センサ装置において、基準磁界は、例えば、交流磁界で
ある。
【００１９】また、本発明の磁気センサ装置または電流
センサ装置では、例えば、線形化信号生成手段が、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を有し、磁気検出素子の出力
信号が線形化信号となるようにしてもよい。この場合に
は、特に、バイアス磁界印加手段が、２つの値を含むバ
イアス磁界を印加することが好ましい。
センサ装置では、例えば、線形化信号生成手段が、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を有し、磁気検出素子の出力
信号が線形化信号となるようにしてもよい。この場合に
は、特に、バイアス磁界印加手段が、２つの値を含むバ
イアス磁界を印加することが好ましい。
【００２０】また、本発明の磁気センサ装置または電流
センサ装置では、例えば、線形化信号生成手段が、磁気
検出素子に対して、値が周期的に変動するバイアス磁界
を印加するバイアス磁界印加手段と、磁気検出素子の出
力信号を平均化して、線形化信号として出力する平均化
手段とを有するようにしてもよい。この場合には、特
に、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
加することが好ましい。また、バイアス磁界印加手段が
基準磁界印加手段を兼ねていてももよい。
センサ装置では、例えば、線形化信号生成手段が、磁気
検出素子に対して、値が周期的に変動するバイアス磁界
を印加するバイアス磁界印加手段と、磁気検出素子の出
力信号を平均化して、線形化信号として出力する平均化
手段とを有するようにしてもよい。この場合には、特
に、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
加することが好ましい。また、バイアス磁界印加手段が
基準磁界印加手段を兼ねていてももよい。
【００２１】また、本発明の磁気センサ装置または電流
センサ装置では、制御手段は、例えば、線形化信号の大
きさを変えるための可変利得回路を有する。
センサ装置では、制御手段は、例えば、線形化信号の大
きさを変えるための可変利得回路を有する。
【００２２】また、本発明の磁気センサ装置または電流
センサ装置では、例えば、制御手段が、抽出手段によっ
て抽出された成分と基準磁界印加手段によって印加され
る基準磁界の大きさおよび位相に対応した信号とを比較
して、線形化信号の大きさを制御するための制御信号を
生成する比較手段を有し、更に、比較手段より出力され
る制御信号に基づいて、抽出手段によって抽出された成
分の位相を判別する位相判別手段を備えたものとしても
よい。
センサ装置では、例えば、制御手段が、抽出手段によっ
て抽出された成分と基準磁界印加手段によって印加され
る基準磁界の大きさおよび位相に対応した信号とを比較
して、線形化信号の大きさを制御するための制御信号を
生成する比較手段を有し、更に、比較手段より出力され
る制御信号に基づいて、抽出手段によって抽出された成
分の位相を判別する位相判別手段を備えたものとしても
よい。
【００２３】本発明の他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
を用いて、磁界に対する変化がより線形化された線形化
信号を生成し出力する線形化信号生成手段と、磁気検出
素子に対して、磁界に対する線形化信号の特性を検出す
るために用いられる基準磁界を印加する基準磁界印加手
段と、磁界に対する線形化信号の特性を検出するため
に、線形化信号生成手段の出力信号のうちの基準磁界に
対応した成分を抽出する抽出手段とを備えたものであ
る。
じた信号を出力する磁気検出素子と、この磁気検出素子
を用いて、磁界に対する変化がより線形化された線形化
信号を生成し出力する線形化信号生成手段と、磁気検出
素子に対して、磁界に対する線形化信号の特性を検出す
るために用いられる基準磁界を印加する基準磁界印加手
段と、磁界に対する線形化信号の特性を検出するため
に、線形化信号生成手段の出力信号のうちの基準磁界に
対応した成分を抽出する抽出手段とを備えたものであ
る。
【００２４】本発明の他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、この磁気検出素子を用いて、磁界に対する変化が
より線形化された線形化信号を生成し出力する線形化信
号生成手段と、磁気検出素子に対して、磁界に対する線
形化信号の特性を検出するために用いられる基準磁界を
印加する基準磁界印加手段と、磁界に対する線形化信号
の特性を検出するために、線形化信号生成手段の出力信
号のうちの基準磁界に対応した成分を抽出する抽出手段
とを備えたものである。
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、この磁気検出素子を用いて、磁界に対する変化が
より線形化された線形化信号を生成し出力する線形化信
号生成手段と、磁気検出素子に対して、磁界に対する線
形化信号の特性を検出するために用いられる基準磁界を
印加する基準磁界印加手段と、磁界に対する線形化信号
の特性を検出するために、線形化信号生成手段の出力信
号のうちの基準磁界に対応した成分を抽出する抽出手段
とを備えたものである。
【００２５】これらの磁気センサ装置または電流センサ
装置では、線形化信号生成手段によって、磁気検出素子
を用いて、磁界に対する変化がより線形化された線形化
信号が生成され、出力される。また、基準磁界印加手段
によって、磁気検出素子に対して、磁界に対する線形化
信号の特性を検出するために用いられる基準磁界が印加
され、抽出手段によって、磁界に対する線形化信号の特
性を検出するために、線形化信号生成手段の出力信号の
うちの基準磁界に対応した成分が抽出される。
装置では、線形化信号生成手段によって、磁気検出素子
を用いて、磁界に対する変化がより線形化された線形化
信号が生成され、出力される。また、基準磁界印加手段
によって、磁気検出素子に対して、磁界に対する線形化
信号の特性を検出するために用いられる基準磁界が印加
され、抽出手段によって、磁界に対する線形化信号の特
性を検出するために、線形化信号生成手段の出力信号の
うちの基準磁界に対応した成分が抽出される。
【００２６】
【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。
て図面を参照して詳細に説明する。
【００２７】始めに、本発明の第１の実施の形態につい
て説明する。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。な
お、以下では電流センサ装置を中心に説明するが、以下
の説明は、磁気センサ装置の説明を兼ねている。
て説明する。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。な
お、以下では電流センサ装置を中心に説明するが、以下
の説明は、磁気センサ装置の説明を兼ねている。
【００２８】本実施の形態に係る電流センサ装置は、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
された増幅器１３とを備えている。電流センサ装置は、
更に、線形化信号生成手段として、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バイアス
磁界印加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。
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
された増幅器１３とを備えている。電流センサ装置は、
更に、線形化信号生成手段として、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バイアス
磁界印加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。
【００２９】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と、この磁気ヨーク２２の一
部の周囲に設けられ、一端が接地された基準磁界印加用
のコイル２３と、このコイル２３の他端に接続され、所
定の交流信号を発生して、コイル２３に微小な交流電流
を供給する交流電源２４とを備えている。磁気ヨーク２
２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。ＧＭＲ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。コイル２３および交流電源２４は、本発明
における基準磁界印加手段に対応する。なお、コイル２
３は、磁気ヨーク２２の一部の周囲ではなく、ＧＭＲ素
子１１の周囲に設けてもよい。
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と、この磁気ヨーク２２の一
部の周囲に設けられ、一端が接地された基準磁界印加用
のコイル２３と、このコイル２３の他端に接続され、所
定の交流信号を発生して、コイル２３に微小な交流電流
を供給する交流電源２４とを備えている。磁気ヨーク２
２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。ＧＭＲ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。コイル２３および交流電源２４は、本発明
における基準磁界印加手段に対応する。なお、コイル２
３は、磁気ヨーク２２の一部の周囲ではなく、ＧＭＲ素
子１１の周囲に設けてもよい。
【００３０】電流センサ装置は、更に、入力端が増幅器
１３の出力端に接続されたローパスフィルタ（以下、Ｌ
ＰＦと記す。）１４と、入力端がＬＰＦ１４の出力端に
接続され、出力端が電流センサ装置の出力端子１６に接
続された可変利得回路１５とを備えている。可変利得回
路１５は、制御信号に応じて、増幅率が変化するように
なっている。
１３の出力端に接続されたローパスフィルタ（以下、Ｌ
ＰＦと記す。）１４と、入力端がＬＰＦ１４の出力端に
接続され、出力端が電流センサ装置の出力端子１６に接
続された可変利得回路１５とを備えている。可変利得回
路１５は、制御信号に応じて、増幅率が変化するように
なっている。
【００３１】電流センサ装置は、更に、入力端が増幅器
１３の出力端に接続されたバンドパスフィルタ（以下、
ＢＰＦと記す。）１７と、入力端がＢＰＦ１７の出力端
に接続された増幅器１８と、この増幅器１８の出力信号
のレベルと所定の基準電圧Ｖref とを比較して、両者の
差に応じた制御信号を生成し、この制御信号を可変利得
回路１５に与えるレベル比較器１９とを備えている。
１３の出力端に接続されたバンドパスフィルタ（以下、
ＢＰＦと記す。）１７と、入力端がＢＰＦ１７の出力端
に接続された増幅器１８と、この増幅器１８の出力信号
のレベルと所定の基準電圧Ｖref とを比較して、両者の
差に応じた制御信号を生成し、この制御信号を可変利得
回路１５に与えるレベル比較器１９とを備えている。
【００３２】バンドパスフィルタ１８は、本発明におけ
る抽出手段に対応し、増幅器１３の出力信号のうちの基
準磁界に対応した成分を抽出する。可変利得回路１５、
増幅器１８およびレベル比較器１９は、本発明における
制御手段に対応する。
る抽出手段に対応し、増幅器１３の出力信号のうちの基
準磁界に対応した成分を抽出する。可変利得回路１５、
増幅器１８およびレベル比較器１９は、本発明における
制御手段に対応する。
【００３３】次に、図２ないし図４を参照して、本実施
の形態におけるバイアス磁界印加手段について説明す
る。本実施の形態において、ＧＭＲ素子１１は、図２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１１ａ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。
の形態におけるバイアス磁界印加手段について説明す
る。本実施の形態において、ＧＭＲ素子１１は、図２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１１ａ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３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３１が接合されている。この磁石３１
は、図８に示したように、２つの部分３１Ａ，３１Ｂを
含んでいる。これらの２つの部分３１Ａ，３１Ｂ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３１Ａ，３１Ｂ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。なお、図
４において、２つの部分３１Ａ，３１Ｂに付された矢印
の長さは、磁化の大きさを表している。このような磁石
３１を用いることにより、ＧＭＲ素子１１に印加される
磁界は、２つの値となる。
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３１が接合されている。この磁石３１
は、図８に示したように、２つの部分３１Ａ，３１Ｂを
含んでいる。これらの２つの部分３１Ａ，３１Ｂ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３１Ａ，３１Ｂ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。なお、図
４において、２つの部分３１Ａ，３１Ｂに付された矢印
の長さは、磁化の大きさを表している。このような磁石
３１を用いることにより、ＧＭＲ素子１１に印加される
磁界は、２つの値となる。
【００３５】次に、図５および図６を参照して、上述の
ようにＧＭＲ素子１１に対して２つの値のバイアス磁界
を印加することによる効果について説明する。
ようにＧＭＲ素子１１に対して２つの値のバイアス磁界
を印加することによる効果について説明する。
【００３６】図５は、ＧＭＲ素子の磁界−抵抗変化特性
を示す特性図である。図５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５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５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５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。
を示す特性図である。図５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５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５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５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。
【００３７】そこで従来は、一般に、例えば図５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５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。
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５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。
【００３８】図５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。
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。
【００３９】図６は、図５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６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。
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６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。
【００４０】図６において、折れ線Ｌ１１は、所定の測
定磁界区間で、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。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のとき
に残留誤差電圧は極大値をとり、被測定磁界がＨ２のと
きに残留誤差電圧はゼロとなり、被測定磁界がＨ２を越
えると残留誤差電圧は負の値をとり、且つ絶対値が増大
する。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のときに残留誤差電圧は
極小値をとり、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−Ｈ２を越えると残留誤差
電圧は正の値をとり、且つ絶対値が増大する。ここで
は、Ｈ２＝２×Ｈ１の関係となっているものとする。
定磁界区間で、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。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のとき
に残留誤差電圧は極大値をとり、被測定磁界がＨ２のと
きに残留誤差電圧はゼロとなり、被測定磁界がＨ２を越
えると残留誤差電圧は負の値をとり、且つ絶対値が増大
する。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のときに残留誤差電圧は
極小値をとり、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−Ｈ２を越えると残留誤差
電圧は正の値をとり、且つ絶対値が増大する。ここで
は、Ｈ２＝２×Ｈ１の関係となっているものとする。
【００４１】本実施の形態では、２つのバイアス磁界
は、図５におけるＢ点から負の方向にＨ１だけずれた点
Ｂ１に対応する値と、図５におけるＢ点から正の方向に
Ｈ１だけずれた点Ｂ２に対応する値になるように設定さ
れているものとする。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。例えば、図６において、被
測定磁界が−Ｈ２，０，Ｈ２のときにおいてＧＭＲ素子
１１に印加される磁界は、それぞれ、符号５１ａ，５１
ｂ，５１ｃで示した線分の両端の位置に対応した磁界と
なる。図６に示したように、ＧＭＲ素子１１に印加され
る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１にお
いて、折れ線Ｌ１で示す。
は、図５におけるＢ点から負の方向にＨ１だけずれた点
Ｂ１に対応する値と、図５におけるＢ点から正の方向に
Ｈ１だけずれた点Ｂ２に対応する値になるように設定さ
れているものとする。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。例えば、図６において、被
測定磁界が−Ｈ２，０，Ｈ２のときにおいてＧＭＲ素子
１１に印加される磁界は、それぞれ、符号５１ａ，５１
ｂ，５１ｃで示した線分の両端の位置に対応した磁界と
なる。図６に示したように、ＧＭＲ素子１１に印加され
る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１にお
いて、折れ線Ｌ１で示す。
【００４２】このようにＧＭＲ素子１１に対して２つの
値のバイアス磁界を印加することにより、図６において
符号５２で示した、被測定磁界が−Ｈ２からＨ２までの
区間において、理想的には残留誤差電圧がゼロとなる。
なお、実際には、被測定磁界が−Ｈ２からＨ２までの区
間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。このよ
うに、本実施の形態では、ＧＭＲ素子１１に対して２つ
の値のバイアス磁界を印加することによって、１つの値
のバイアス磁界を印加する場合に比べて、ＧＭＲ素子１
１の出力信号として、磁界に対する変化がより線形化さ
れた信号を得ることができる。
値のバイアス磁界を印加することにより、図６において
符号５２で示した、被測定磁界が−Ｈ２からＨ２までの
区間において、理想的には残留誤差電圧がゼロとなる。
なお、実際には、被測定磁界が−Ｈ２からＨ２までの区
間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。このよ
うに、本実施の形態では、ＧＭＲ素子１１に対して２つ
の値のバイアス磁界を印加することによって、１つの値
のバイアス磁界を印加する場合に比べて、ＧＭＲ素子１
１の出力信号として、磁界に対する変化がより線形化さ
れた信号を得ることができる。
【００４３】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。なお、図１に示し
た装置を、磁気センサ装置として使用する場合には、磁
気センサ装置は、ＧＭＲ素子１１に印加される被測定磁
界を直接測定する。なお、以下の説明では、被測定電流
によって発生した磁界も、被測定磁界と言う。
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。なお、図１に示し
た装置を、磁気センサ装置として使用する場合には、磁
気センサ装置は、ＧＭＲ素子１１に印加される被測定磁
界を直接測定する。なお、以下の説明では、被測定電流
によって発生した磁界も、被測定磁界と言う。
【００４４】ＧＭＲ素子１１には、被測定磁界が印加さ
れると共に、２つの値のバイアス磁界が印加される。Ｇ
ＭＲ素子１１には、更に、交流電源２４およびコイル２
３によって、微小な交流の基準磁界が印加される。ＧＭ
Ｒ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、バイアス磁界および基準磁
界に対応した出力信号を発生する。この出力信号は、Ｇ
ＭＲ素子１１の抵抗値に比例した電圧信号である。ＧＭ
Ｒ素子１１の出力信号は、増幅器１３によって増幅され
る。本実施の形態では、前述のように、ＧＭＲ素子１１
に対して２つの値のバイアス磁界を印加していることか
ら、増幅器１３の出力信号は、磁界に対する変化がより
線形化された線形化信号となっている。
れると共に、２つの値のバイアス磁界が印加される。Ｇ
ＭＲ素子１１には、更に、交流電源２４およびコイル２
３によって、微小な交流の基準磁界が印加される。ＧＭ
Ｒ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、バイアス磁界および基準磁
界に対応した出力信号を発生する。この出力信号は、Ｇ
ＭＲ素子１１の抵抗値に比例した電圧信号である。ＧＭ
Ｒ素子１１の出力信号は、増幅器１３によって増幅され
る。本実施の形態では、前述のように、ＧＭＲ素子１１
に対して２つの値のバイアス磁界を印加していることか
ら、増幅器１３の出力信号は、磁界に対する変化がより
線形化された線形化信号となっている。
【００４５】増幅器１３の出力信号は、ＬＰＦ１４によ
って基準磁界に対応した成分が除去され、可変利得回路
１５によって大きさが制御されて、出力端子１６より出
力される。
って基準磁界に対応した成分が除去され、可変利得回路
１５によって大きさが制御されて、出力端子１６より出
力される。
【００４６】また、増幅器１３の出力信号は、ＢＰＦ１
７にも入力される。ＢＰＦ１７は、増幅器１３の出力信
号のうちの基準磁界に対応した成分を抽出する。ＢＰＦ
１７の出力信号は、増幅器１８によって増幅されて、レ
ベル比較器１９に入力される。レベル比較器１９は、増
幅器１８の出力信号のレベルと所定の基準電圧Ｖｒｅｆ
とを比較して、両者の差に応じた制御信号を生成し、こ
の制御信号を可変利得回路１５に与える。より詳しく説
明すると、レベル比較器１９は、例えば、ピーク値検出
回路によって増幅器１８の出力信号のピーク値を検出す
ることにより、あるいは検波回路によって増幅器１８の
出力信号を検波することにより、増幅器１８の出力信号
のレベルに応じた信号を生成し、この信号と基準電圧Ｖ
ｒｅｆ との差に応じた制御信号を、差動増幅器によっ
て生成する。可変利得回路１５は、レベル比較器１９か
らの制御信号に応じて、増幅率を変化させる。なお、可
変利得回路１５における増幅率は、増幅器１３の出力信
号のうちの基準磁界に対応した成分を増幅して常に一定
の値とすることを想定したときに必要な増幅率となるよ
うに制御される。これにより、出力端子１６より出力さ
れる線形化信号の磁界に対する特性が常に一定になるよ
うに制御される。なお、レベル比較器１９より出力され
る制御信号は、磁界に対する線形化信号の特性の検出結
果を示す信号とも言える。
７にも入力される。ＢＰＦ１７は、増幅器１３の出力信
号のうちの基準磁界に対応した成分を抽出する。ＢＰＦ
１７の出力信号は、増幅器１８によって増幅されて、レ
ベル比較器１９に入力される。レベル比較器１９は、増
幅器１８の出力信号のレベルと所定の基準電圧Ｖｒｅｆ
とを比較して、両者の差に応じた制御信号を生成し、こ
の制御信号を可変利得回路１５に与える。より詳しく説
明すると、レベル比較器１９は、例えば、ピーク値検出
回路によって増幅器１８の出力信号のピーク値を検出す
ることにより、あるいは検波回路によって増幅器１８の
出力信号を検波することにより、増幅器１８の出力信号
のレベルに応じた信号を生成し、この信号と基準電圧Ｖ
ｒｅｆ との差に応じた制御信号を、差動増幅器によっ
て生成する。可変利得回路１５は、レベル比較器１９か
らの制御信号に応じて、増幅率を変化させる。なお、可
変利得回路１５における増幅率は、増幅器１３の出力信
号のうちの基準磁界に対応した成分を増幅して常に一定
の値とすることを想定したときに必要な増幅率となるよ
うに制御される。これにより、出力端子１６より出力さ
れる線形化信号の磁界に対する特性が常に一定になるよ
うに制御される。なお、レベル比較器１９より出力され
る制御信号は、磁界に対する線形化信号の特性の検出結
果を示す信号とも言える。
【００４７】ここで、本発明の概要について説明する。
磁気センサ装置は、検出対象が磁気であり、湿度センサ
等の他のセンサとは異なり、検出対象（磁界）を、電気
的に任意に発生させることが可能であるという特徴があ
る。従って、磁気センサ装置では、任意に発生させた検
出対象（磁界）による磁気センサ装置の出力を観察する
ことにより、磁気センサ装置の動作の特性を把握するこ
とが可能となる。このようなことは、他のセンサでは期
待できない。例えば、湿度センサの場合には、検出対象
である湿度を簡単な機構で発生させることはできない。
本実施の形態は、このような磁気センサ装置の特徴を利
用して、磁気検出素子の感度のばらつきや温度依存性に
よる出力変動を抑制するようにしたものである。すなわ
ち、磁界に対して磁気センサ装置の出力信号を線形化し
た上で、磁気検出素子に対して所定の基準磁界を印加
し、この基準磁界に対応する磁気センサ装置の出力成分
を常に一定にするように磁気センサ装置の特性を制御す
れば、磁気検出素子の感度のばらつきや温度依存性によ
らずに、磁気センサ装置の特性を一定にすることが可能
である。
磁気センサ装置は、検出対象が磁気であり、湿度センサ
等の他のセンサとは異なり、検出対象（磁界）を、電気
的に任意に発生させることが可能であるという特徴があ
る。従って、磁気センサ装置では、任意に発生させた検
出対象（磁界）による磁気センサ装置の出力を観察する
ことにより、磁気センサ装置の動作の特性を把握するこ
とが可能となる。このようなことは、他のセンサでは期
待できない。例えば、湿度センサの場合には、検出対象
である湿度を簡単な機構で発生させることはできない。
本実施の形態は、このような磁気センサ装置の特徴を利
用して、磁気検出素子の感度のばらつきや温度依存性に
よる出力変動を抑制するようにしたものである。すなわ
ち、磁界に対して磁気センサ装置の出力信号を線形化し
た上で、磁気検出素子に対して所定の基準磁界を印加
し、この基準磁界に対応する磁気センサ装置の出力成分
を常に一定にするように磁気センサ装置の特性を制御す
れば、磁気検出素子の感度のばらつきや温度依存性によ
らずに、磁気センサ装置の特性を一定にすることが可能
である。
【００４８】本実施の形態では、ＧＭＲ素子１１に対し
て２つの値のバイアス磁界を印加することによって、磁
界に対する変化がより線形化された線形化信号を生成
し、また、ＧＭＲ素子１１に対して基準磁界を印加し、
線形化信号のうちの基準磁界に対応した成分を抽出し、
この抽出された成分に基づいて、磁界に対する線形化信
号の特性を制御するようにしたので、ＧＭＲ素子１１の
感度のばらつきや温度依存性による出力変動を抑制する
ことができる。
て２つの値のバイアス磁界を印加することによって、磁
界に対する変化がより線形化された線形化信号を生成
し、また、ＧＭＲ素子１１に対して基準磁界を印加し、
線形化信号のうちの基準磁界に対応した成分を抽出し、
この抽出された成分に基づいて、磁界に対する線形化信
号の特性を制御するようにしたので、ＧＭＲ素子１１の
感度のばらつきや温度依存性による出力変動を抑制する
ことができる。
【００４９】本実施の形態における基準磁界は、被測定
磁界に比べて、ＳＮ比（信号対雑音比）が許す範囲内
で、十分小さく（例えば、１／１０００程度に）するこ
とができるので、基準磁界を与えるためのコイル２３
や、その駆動電流を十分小さくでき、磁気センサに出力
を負帰還する従来の方法のような欠点がない。
磁界に比べて、ＳＮ比（信号対雑音比）が許す範囲内
で、十分小さく（例えば、１／１０００程度に）するこ
とができるので、基準磁界を与えるためのコイル２３
や、その駆動電流を十分小さくでき、磁気センサに出力
を負帰還する従来の方法のような欠点がない。
【００５０】本実施の形態によれば、素子自体の感度の
ばらつきや温度依存性は大きいが、出力が大きいという
利点を有するＧＭＲ素子を用い、ＧＭＲ素子の感度のば
らつきや温度依存性による出力変動を抑制することで、
直流増幅の困難性を回避でき、ドリフトの影響が小さ
く、また、ばらつきが小さく、温度特性に優れた磁気セ
ンサ装置や電流センサ装置を、小型且つ安価に実現する
ことが可能となる。本実施の形態に係る電流センサ装置
は、例えば、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
ような用途に極めて有用である。
ばらつきや温度依存性は大きいが、出力が大きいという
利点を有するＧＭＲ素子を用い、ＧＭＲ素子の感度のば
らつきや温度依存性による出力変動を抑制することで、
直流増幅の困難性を回避でき、ドリフトの影響が小さ
く、また、ばらつきが小さく、温度特性に優れた磁気セ
ンサ装置や電流センサ装置を、小型且つ安価に実現する
ことが可能となる。本実施の形態に係る電流センサ装置
は、例えば、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
ような用途に極めて有用である。
【００５１】なお、本実施の形態において、線形化信号
生成手段は、ＧＭＲ素子１１に対して２つの値のバイア
ス磁界を印加する手段に限らず、ＧＭＲ素子１１に対し
て、連続的にあるいは不連続的に変化する３つ以上の値
のバイアス磁界を印加する手段であってもよい。このよ
うに、ＧＭＲ素子１１に対して３つ以上の値のバイアス
磁界を印加した場合にも、残留誤差電圧は、例えば図６
に示した折れ線Ｌ１１上の所定の幅の区間における平均
値となるため、ＧＭＲ素子１１の出力信号の磁界に対す
る変化をより線形化することができる。また、線形化信
号生成手段は、非線形増幅回路等の回路を用いて、ＧＭ
Ｒ素子１１の出力信号を磁界に対して線形化するもので
あってもよい。また、基準磁界は、交流磁界に限らず、
パルス状の磁界でもよい。
生成手段は、ＧＭＲ素子１１に対して２つの値のバイア
ス磁界を印加する手段に限らず、ＧＭＲ素子１１に対し
て、連続的にあるいは不連続的に変化する３つ以上の値
のバイアス磁界を印加する手段であってもよい。このよ
うに、ＧＭＲ素子１１に対して３つ以上の値のバイアス
磁界を印加した場合にも、残留誤差電圧は、例えば図６
に示した折れ線Ｌ１１上の所定の幅の区間における平均
値となるため、ＧＭＲ素子１１の出力信号の磁界に対す
る変化をより線形化することができる。また、線形化信
号生成手段は、非線形増幅回路等の回路を用いて、ＧＭ
Ｒ素子１１の出力信号を磁界に対して線形化するもので
あってもよい。また、基準磁界は、交流磁界に限らず、
パルス状の磁界でもよい。
【００５２】次に、本発明の第２の実施の形態について
説明する。図７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、以下で説明するよう
に、増幅器１３の後段の構成が、第１の実施の形態と異
なっている。すなわち、本実施の形態に係る電流センサ
装置は、入力端が増幅器１３の出力端に接続された可変
利得回路４１と、入力端が可変利得回路４１の出力端に
接続され、出力端が電流センサ装置の出力端子４３に接
続されたＬＰＦ４２と、入力端が可変利得回路４１の出
力端に接続されたＢＰＦ４４と、入力端がＢＰＦ４４の
出力端に接続された増幅器４５と、この増幅器４５の出
力信号のレベルと所定の基準電圧Ｖref とを比較して、
両者の差に応じた制御信号を生成し、この制御信号を可
変利得回路４１に与えるレベル比較器４６とを備えてい
る。可変利得回路４１は、制御信号に応じて、増幅率が
変化するようになっている。
説明する。図７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、以下で説明するよう
に、増幅器１３の後段の構成が、第１の実施の形態と異
なっている。すなわち、本実施の形態に係る電流センサ
装置は、入力端が増幅器１３の出力端に接続された可変
利得回路４１と、入力端が可変利得回路４１の出力端に
接続され、出力端が電流センサ装置の出力端子４３に接
続されたＬＰＦ４２と、入力端が可変利得回路４１の出
力端に接続されたＢＰＦ４４と、入力端がＢＰＦ４４の
出力端に接続された増幅器４５と、この増幅器４５の出
力信号のレベルと所定の基準電圧Ｖref とを比較して、
両者の差に応じた制御信号を生成し、この制御信号を可
変利得回路４１に与えるレベル比較器４６とを備えてい
る。可変利得回路４１は、制御信号に応じて、増幅率が
変化するようになっている。
【００５３】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。本実施の形態では、増幅器１
３の出力信号は、可変利得回路４１によって大きさが制
御され、ＬＰＦ４２によって基準磁界に対応した成分が
除去されて、出力端子４３より出力される。
の動作について説明する。本実施の形態では、増幅器１
３の出力信号は、可変利得回路４１によって大きさが制
御され、ＬＰＦ４２によって基準磁界に対応した成分が
除去されて、出力端子４３より出力される。
【００５４】また、可変利得回路４１の出力信号は、Ｂ
ＰＦ４４にも入力される。ＢＰＦ４４は、可変利得回路
４１の出力信号のうちの基準磁界に対応した成分を抽出
する。ＢＰＦ４４の出力信号は、増幅器４５によって増
幅されて、レベル比較器４６に入力される。レベル比較
器４６は、増幅器４５の出力信号のレベルと所定の基準
電圧Ｖref とを比較して、両者の差に応じた制御信号を
生成し、この制御信号を可変利得回路４１に与える。可
変利得回路４１は、レベル比較器４６からの制御信号に
応じて、増幅率を変化させる。なお、可変利得回路４６
における増幅率は、可変利得回路４１の出力信号のうち
の基準磁界に対応した成分が常に一定の値となるように
制御される。これにより、出力端子４３より出力される
線形化信号の磁界に対する特性が常に一定になるように
制御される。
ＰＦ４４にも入力される。ＢＰＦ４４は、可変利得回路
４１の出力信号のうちの基準磁界に対応した成分を抽出
する。ＢＰＦ４４の出力信号は、増幅器４５によって増
幅されて、レベル比較器４６に入力される。レベル比較
器４６は、増幅器４５の出力信号のレベルと所定の基準
電圧Ｖref とを比較して、両者の差に応じた制御信号を
生成し、この制御信号を可変利得回路４１に与える。可
変利得回路４１は、レベル比較器４６からの制御信号に
応じて、増幅率を変化させる。なお、可変利得回路４６
における増幅率は、可変利得回路４１の出力信号のうち
の基準磁界に対応した成分が常に一定の値となるように
制御される。これにより、出力端子４３より出力される
線形化信号の磁界に対する特性が常に一定になるように
制御される。
【００５５】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。
および効果は、第１の実施の形態と同様である。
【００５６】次に、本発明の第３の実施の形態について
説明する。図８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、以下の点で、第１の
実施の形態と異なっている。すなわち、本実施の形態で
は、レベル比較器１９に対して、基準電圧Ｖref の代わ
りに、交流電源２４からの交流信号が入力されるように
なっている。交流電源２４からの交流信号は、基準磁界
の大きさおよび位相に対応した信号である。本実施の形
態では、更に、レベル比較器１９より出力される制御信
号の電圧レベルが所定値を越えるか否かを判別し、越え
たときには、異常信号を、異常信号出力端子４９に出力
する電圧判別器４８を備えている。
説明する。図８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、以下の点で、第１の
実施の形態と異なっている。すなわち、本実施の形態で
は、レベル比較器１９に対して、基準電圧Ｖref の代わ
りに、交流電源２４からの交流信号が入力されるように
なっている。交流電源２４からの交流信号は、基準磁界
の大きさおよび位相に対応した信号である。本実施の形
態では、更に、レベル比較器１９より出力される制御信
号の電圧レベルが所定値を越えるか否かを判別し、越え
たときには、異常信号を、異常信号出力端子４９に出力
する電圧判別器４８を備えている。
【００５７】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。本実施の形態では、レベル比
較器１９は、増幅器１８の出力信号と交流電源２４から
の交流信号とを比較して、両者の差の絶対値に応じた制
御信号を生成し、この制御信号を可変利得回路１５に与
える。より詳しく説明すると、レベル比較器１９は、例
えば、差動増幅器によって、増幅器１８の出力信号と交
流電源２４からの交流信号との差に応じた信号を生成
し、この信号を整流回路によって整流することにより、
増幅器１８の出力信号と交流電源２４からの交流信号の
差の絶対値に応じた制御信号を生成する。
の動作について説明する。本実施の形態では、レベル比
較器１９は、増幅器１８の出力信号と交流電源２４から
の交流信号とを比較して、両者の差の絶対値に応じた制
御信号を生成し、この制御信号を可変利得回路１５に与
える。より詳しく説明すると、レベル比較器１９は、例
えば、差動増幅器によって、増幅器１８の出力信号と交
流電源２４からの交流信号との差に応じた信号を生成
し、この信号を整流回路によって整流することにより、
増幅器１８の出力信号と交流電源２４からの交流信号の
差の絶対値に応じた制御信号を生成する。
【００５８】また、本実施の形態では、レベル比較器１
９より出力される制御信号が電圧判別器４８にも入力さ
れる。電圧判別器４８は、レベル比較器１９より出力さ
れる制御信号の電圧レベルが所定値を越えるか否かを判
別し、越えたときには、異常信号を異常信号出力端子４
９に出力する。
９より出力される制御信号が電圧判別器４８にも入力さ
れる。電圧判別器４８は、レベル比較器１９より出力さ
れる制御信号の電圧レベルが所定値を越えるか否かを判
別し、越えたときには、異常信号を異常信号出力端子４
９に出力する。
【００５９】以下、本実施の形態における特徴について
説明する。一般に、例えば図５に示したような磁界−抵
抗変化特性上でバイアス点（Ｂ点）が負側である場合に
おいて、被測定磁界が正の値のときには、被測定磁界の
絶対値がバイアス磁界の絶対値を越えない範囲内では、
被測定磁界の絶対値が増加すればＧＭＲ素子の出力も増
加する。しかし、被測定磁界の絶対値がバイアス磁界の
絶対値を越えると、ＧＭＲ素子に印加される全体の磁界
が正の値となり、被測定磁界の絶対値が増加すればＧＭ
Ｒ素子の出力は逆に減少する。このようなセンサ装置
を、何らかの制御系に使用した場合には、大きな被測定
磁界が与えられたときや、大きな雑音磁界が生じたとき
に、制御系が暴走する可能性がある。
説明する。一般に、例えば図５に示したような磁界−抵
抗変化特性上でバイアス点（Ｂ点）が負側である場合に
おいて、被測定磁界が正の値のときには、被測定磁界の
絶対値がバイアス磁界の絶対値を越えない範囲内では、
被測定磁界の絶対値が増加すればＧＭＲ素子の出力も増
加する。しかし、被測定磁界の絶対値がバイアス磁界の
絶対値を越えると、ＧＭＲ素子に印加される全体の磁界
が正の値となり、被測定磁界の絶対値が増加すればＧＭ
Ｒ素子の出力は逆に減少する。このようなセンサ装置
を、何らかの制御系に使用した場合には、大きな被測定
磁界が与えられたときや、大きな雑音磁界が生じたとき
に、制御系が暴走する可能性がある。
【００６０】本実施の形態では、このような制御系の暴
走を未然に防止するために、被測定磁界の変化の方向に
対してＧＭＲ素子１１の出力の変化の方向が反転したと
きに、異常信号を出力できるようにしている。すなわ
ち、本実施の形態では、例えば図５に示したような磁界
−抵抗変化特性上でバイアス点が負側である場合におい
て、被測定磁界が正の値のときには、被測定磁界の絶対
値がバイアス磁界の絶対値を越えない範囲内では、ＧＭ
Ｒ素子１１の出力信号のうちの基準磁界に対応した成分
の位相は、交流電源２４からの交流信号の位相と同相と
なる。このときは、レベル比較器１９より出力される制
御信号の電圧レベルは比較的小さくなる。これに対し、
被測定磁界の絶対値がバイアス磁界の絶対値を越えたと
きには、ＧＭＲ素子１１の出力信号のうちの基準磁界に
対応した成分の位相は、交流電源２４からの交流信号の
位相と逆相となる。このときは、レベル比較器１９より
出力される制御信号の電圧レベルは、被測定磁界の絶対
値がバイアス磁界の絶対値を越えないときに比べて、極
めて大きな値となる。従って、電圧判別器４８によっ
て、レベル比較器１９より出力される制御信号の電圧レ
ベルが所定値を越えたときに異常信号を出力することに
より、被測定磁界の絶対値がバイアス磁界の絶対値を越
えたことを制御系に対して知らせることができ、制御系
の暴走を未然に防止することが可能となる。
走を未然に防止するために、被測定磁界の変化の方向に
対してＧＭＲ素子１１の出力の変化の方向が反転したと
きに、異常信号を出力できるようにしている。すなわ
ち、本実施の形態では、例えば図５に示したような磁界
−抵抗変化特性上でバイアス点が負側である場合におい
て、被測定磁界が正の値のときには、被測定磁界の絶対
値がバイアス磁界の絶対値を越えない範囲内では、ＧＭ
Ｒ素子１１の出力信号のうちの基準磁界に対応した成分
の位相は、交流電源２４からの交流信号の位相と同相と
なる。このときは、レベル比較器１９より出力される制
御信号の電圧レベルは比較的小さくなる。これに対し、
被測定磁界の絶対値がバイアス磁界の絶対値を越えたと
きには、ＧＭＲ素子１１の出力信号のうちの基準磁界に
対応した成分の位相は、交流電源２４からの交流信号の
位相と逆相となる。このときは、レベル比較器１９より
出力される制御信号の電圧レベルは、被測定磁界の絶対
値がバイアス磁界の絶対値を越えないときに比べて、極
めて大きな値となる。従って、電圧判別器４８によっ
て、レベル比較器１９より出力される制御信号の電圧レ
ベルが所定値を越えたときに異常信号を出力することに
より、被測定磁界の絶対値がバイアス磁界の絶対値を越
えたことを制御系に対して知らせることができ、制御系
の暴走を未然に防止することが可能となる。
【００６１】なお、本実施の形態におけるレベル比較器
１９は、本発明における比較手段に対応し、電圧判別器
４８は、ＧＭＲ素子１１の出力信号のうちの基準磁界に
対応した成分の位相を判別することになるので、本発明
における位相判別手段に対応する。
１９は、本発明における比較手段に対応し、電圧判別器
４８は、ＧＭＲ素子１１の出力信号のうちの基準磁界に
対応した成分の位相を判別することになるので、本発明
における位相判別手段に対応する。
【００６２】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。
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４の実施の形態について
説明する。本実施の形態は、ＧＭＲ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ことにより、線形化信号
を生成するようにした例である。
説明する。本実施の形態は、ＧＭＲ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ことにより、線形化信号
を生成するようにした例である。
【００６４】図９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、以下の点で、第１
の実施の形態と異なっている。まず、本実施の形態にお
けるバイアス磁界は、直流のバイアス磁界に交流のバイ
アス磁界を重畳したものとなっている。直流のバイアス
磁界は、１つの値の磁界であり、例えば図５におけるＢ
点の磁界とする。この直流のバイアス磁界は、例えば、
図３における磁石３１の代わりに、一様に磁化された磁
石を設けることによって、ＧＭＲ素子１１に与えること
ができる。
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、以下の点で、第１
の実施の形態と異なっている。まず、本実施の形態にお
けるバイアス磁界は、直流のバイアス磁界に交流のバイ
アス磁界を重畳したものとなっている。直流のバイアス
磁界は、１つの値の磁界であり、例えば図５におけるＢ
点の磁界とする。この直流のバイアス磁界は、例えば、
図３における磁石３１の代わりに、一様に磁化された磁
石を設けることによって、ＧＭＲ素子１１に与えること
ができる。
【００６５】交流のバイアス磁界は、コイル２３および
交流電源２４によって与えられる。従って、コイル２３
および交流電源２４は、本発明におけるバイアス磁界印
加手段に対応する。このように、本実施の形態では、バ
イアス磁界印加手段が、基準磁界印加手段を兼ねてい
る。また、本実施の形態では、交流のバイアス磁界は基
準磁界を兼ねている。
交流電源２４によって与えられる。従って、コイル２３
および交流電源２４は、本発明におけるバイアス磁界印
加手段に対応する。このように、本実施の形態では、バ
イアス磁界印加手段が、基準磁界印加手段を兼ねてい
る。また、本実施の形態では、交流のバイアス磁界は基
準磁界を兼ねている。
【００６６】また、本実の形態では、ＬＰＦ１４の代わ
りに、増幅器１３の出力信号を時間的に平均化して出力
する積分器５１が設けられている。
りに、増幅器１３の出力信号を時間的に平均化して出力
する積分器５１が設けられている。
【００６７】また、本実施の形態では、増幅器１３の出
力端とＢＰＦ１７の入力端との間に、増幅器１３の出力
信号を時間的に平均化して出力する平均化手段としての
積分器５２が設けられている。ここで、積分器５２は、
増幅器１３の出力信号を完全に平均化するのではなく、
ＧＭＲ素子１１の出力信号のうちの基準磁界に対応した
成分がわずかに残るように平均化するようになってい
る。
力端とＢＰＦ１７の入力端との間に、増幅器１３の出力
信号を時間的に平均化して出力する平均化手段としての
積分器５２が設けられている。ここで、積分器５２は、
増幅器１３の出力信号を完全に平均化するのではなく、
ＧＭＲ素子１１の出力信号のうちの基準磁界に対応した
成分がわずかに残るように平均化するようになってい
る。
【００６８】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２４およ
びコイル２３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。また、交流バイアス磁界は、基準磁
界を兼ねている。
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２４およ
びコイル２３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。また、交流バイアス磁界は、基準磁
界を兼ねている。
【００６９】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１
１の出力信号は、増幅器１３によって増幅される。増幅
器１３の出力信号は、積分器５１によって時間的に平均
化され、可変利得回路１５によって大きさが制御され
て、出力端子１６より出力される。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。この残留誤差電
圧は、積分器５１によって平均化される。従って、積分
器５１の出力信号は、磁界に対する変化がより線形化さ
れた線形化信号となる。また、本実施の形態において、
交流電源２４よりコイル２３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
５１の出力信号における残留誤差電圧は、バイアス磁界
の２つの値に対応する各残留誤差電圧の平均値となる。
その結果、第１の実施の形態において磁石によって２つ
の値を含むバイアス磁界を印加するのと同様の効果を得
ることができる。
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１
１の出力信号は、増幅器１３によって増幅される。増幅
器１３の出力信号は、積分器５１によって時間的に平均
化され、可変利得回路１５によって大きさが制御され
て、出力端子１６より出力される。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。この残留誤差電
圧は、積分器５１によって平均化される。従って、積分
器５１の出力信号は、磁界に対する変化がより線形化さ
れた線形化信号となる。また、本実施の形態において、
交流電源２４よりコイル２３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
５１の出力信号における残留誤差電圧は、バイアス磁界
の２つの値に対応する各残留誤差電圧の平均値となる。
その結果、第１の実施の形態において磁石によって２つ
の値を含むバイアス磁界を印加するのと同様の効果を得
ることができる。
【００７０】また、増幅器１３の出力信号は、積分器５
２にも入力される。積分器５２は、基準磁界に対応した
成分がわずかに残るように、増幅器１３の出力信号を時
間的に平均化して、ＢＰＦ１７に出力する。ＢＰＦ１７
は、積分器５２の出力信号のうちの基準磁界に対応した
成分を抽出する。ＢＰＦ１７の出力信号は、増幅器１８
によって増幅されて、レベル比較器１９に入力される。
レベル比較器１９は、増幅器１８の出力信号のレベルと
所定の基準電圧Ｖref とを比較して、両者の差に応じた
制御信号を生成し、この制御信号を可変利得回路１５に
与える。
２にも入力される。積分器５２は、基準磁界に対応した
成分がわずかに残るように、増幅器１３の出力信号を時
間的に平均化して、ＢＰＦ１７に出力する。ＢＰＦ１７
は、積分器５２の出力信号のうちの基準磁界に対応した
成分を抽出する。ＢＰＦ１７の出力信号は、増幅器１８
によって増幅されて、レベル比較器１９に入力される。
レベル比較器１９は、増幅器１８の出力信号のレベルと
所定の基準電圧Ｖref とを比較して、両者の差に応じた
制御信号を生成し、この制御信号を可変利得回路１５に
与える。
【００７１】ところで、交流バイアス磁界と基準磁界を
別個のものとしてＧＭＲ素子１１に印加することも可能
であるが、交流バイアス磁界が基準磁界を兼ねるように
すれば、交流バイアス磁界と基準磁界を別個のものとす
る場合に比べて、構成が非常に簡単になる。そこで、本
実施の形態では、交流バイアス磁界が基準磁界を兼ねる
ようにしている。
別個のものとしてＧＭＲ素子１１に印加することも可能
であるが、交流バイアス磁界が基準磁界を兼ねるように
すれば、交流バイアス磁界と基準磁界を別個のものとす
る場合に比べて、構成が非常に簡単になる。そこで、本
実施の形態では、交流バイアス磁界が基準磁界を兼ねる
ようにしている。
【００７２】以下、図１０および図１１を参照して、交
流バイアス磁界が基準磁界を兼ねることが可能であるこ
とについて説明する。なお、図１０、図１１は、それぞ
れ、図５、図６と同様の特性を表すと共に、バイアス磁
界を表したものである。
流バイアス磁界が基準磁界を兼ねることが可能であるこ
とについて説明する。なお、図１０、図１１は、それぞ
れ、図５、図６と同様の特性を表すと共に、バイアス磁
界を表したものである。
【００７３】まず、図１０に示したように、図５と同様
の磁界−抵抗変化特性を有するＧＭＲ素子１１に対し
て、図１０中の符号６１で示したような矩形波の交流バ
イアス磁界を印加する場合を考える。この場合、ＧＭＲ
素子１１に対するバイアス磁界の値は、交互に、点Ｂ１
に対応する値と点Ｂ２に対応する値とに変化する。この
場合、例えば被測定磁界がゼロのときには、ＧＭＲ素子
１１に印加される磁界は、図１１において、符号６２で
示したように変化する。また、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点間で、バイア
ス磁界の変化に応じて交互に変化する。従って、増幅器
１３の出力信号のうちの基準磁界（交流バイアス磁界）
に対応した成分は、磁界に対して非線形であり、誤差を
含むものとなる。
の磁界−抵抗変化特性を有するＧＭＲ素子１１に対し
て、図１０中の符号６１で示したような矩形波の交流バ
イアス磁界を印加する場合を考える。この場合、ＧＭＲ
素子１１に対するバイアス磁界の値は、交互に、点Ｂ１
に対応する値と点Ｂ２に対応する値とに変化する。この
場合、例えば被測定磁界がゼロのときには、ＧＭＲ素子
１１に印加される磁界は、図１１において、符号６２で
示したように変化する。また、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点間で、バイア
ス磁界の変化に応じて交互に変化する。従って、増幅器
１３の出力信号のうちの基準磁界（交流バイアス磁界）
に対応した成分は、磁界に対して非線形であり、誤差を
含むものとなる。
【００７４】基準磁界に対応した成分の誤差をゼロに近
づけるには、増幅器１３の出力信号を積分して、時間的
に平均化すればよい。しかし、交流バイアス磁界が基準
磁界を兼ねている場合には、増幅器１３の出力信号を完
全に平均化すると、基準磁界に対応した成分を検出する
ことができなくなってしまう。
づけるには、増幅器１３の出力信号を積分して、時間的
に平均化すればよい。しかし、交流バイアス磁界が基準
磁界を兼ねている場合には、増幅器１３の出力信号を完
全に平均化すると、基準磁界に対応した成分を検出する
ことができなくなってしまう。
【００７５】そこで、本実施の形態では、積分器５２に
おいて、あえて積分を不完全にし、基準磁界に対応した
成分がわずかに（例えば、初期値の数％）残るように、
増幅器１３の出力信号を時間的に平均化する。基準磁界
に対応した成分がゼロになるまで、増幅器１３の出力信
号を完全に平均化した場合には、残留誤差電圧は折れ線
Ｌ１で示した特性となるのであるから、基準磁界に対応
した成分が初期値の数％になるまで平均化した場合に
は、残された基準磁界に対応した成分における残留誤差
電圧は、ほとんど折れ線Ｌ１で示した特性となっている
と言える。この場合、ＧＭＲ素子１１の感度が一定で、
積分定数も一定であれば、積分（平均化）前の基準磁界
に対応した成分の振幅は一定で、積分（平均化）後の基
準磁界に対応した成分の振幅も一定になる。積分（平均
化）後の基準磁界に対応した成分の振幅は、ＧＭＲ素子
１１の感度に比例するので、積分（平均化）後の基準磁
界に対応した成分を増幅して常に一定の値とすることを
想定したときに必要な増幅率を、可変利得回路１５に設
定すれば、ＧＭＲ素子１１の感度のばらつきや温度依存
性による出力変動を抑制することができる。
おいて、あえて積分を不完全にし、基準磁界に対応した
成分がわずかに（例えば、初期値の数％）残るように、
増幅器１３の出力信号を時間的に平均化する。基準磁界
に対応した成分がゼロになるまで、増幅器１３の出力信
号を完全に平均化した場合には、残留誤差電圧は折れ線
Ｌ１で示した特性となるのであるから、基準磁界に対応
した成分が初期値の数％になるまで平均化した場合に
は、残された基準磁界に対応した成分における残留誤差
電圧は、ほとんど折れ線Ｌ１で示した特性となっている
と言える。この場合、ＧＭＲ素子１１の感度が一定で、
積分定数も一定であれば、積分（平均化）前の基準磁界
に対応した成分の振幅は一定で、積分（平均化）後の基
準磁界に対応した成分の振幅も一定になる。積分（平均
化）後の基準磁界に対応した成分の振幅は、ＧＭＲ素子
１１の感度に比例するので、積分（平均化）後の基準磁
界に対応した成分を増幅して常に一定の値とすることを
想定したときに必要な増幅率を、可変利得回路１５に設
定すれば、ＧＭＲ素子１１の感度のばらつきや温度依存
性による出力変動を抑制することができる。
【００７６】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。
および効果は、第１の実施の形態と同様である。
【００７７】なお、第４の実施の形態は、第１の実施の
形態において磁石によって複数の値を含むバイアス磁界
を印加する代わりに、値が周期的に変動するバイアス磁
界を印加し、ＧＭＲ素子１１の出力信号を平均化して出
力するようにした例であるが、同様に、第２の実施の形
態や第３の実施の形態において磁石によって複数の値を
含むバイアス磁界を印加する代わりに、値が周期的に変
動するバイアス磁界を印加し、ＧＭＲ素子１１の出力信
号を平均化して出力するようにしてもよい。
形態において磁石によって複数の値を含むバイアス磁界
を印加する代わりに、値が周期的に変動するバイアス磁
界を印加し、ＧＭＲ素子１１の出力信号を平均化して出
力するようにした例であるが、同様に、第２の実施の形
態や第３の実施の形態において磁石によって複数の値を
含むバイアス磁界を印加する代わりに、値が周期的に変
動するバイアス磁界を印加し、ＧＭＲ素子１１の出力信
号を平均化して出力するようにしてもよい。
【００７８】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、制御手段
は、各実施の形態のように可変利得回路を用いたものに
限らず、磁界に対する線形化信号の特性を制御できるも
のであればよい。例えば、制御手段は、定電流源１２が
供給する電流を制御するものでもよい。
されず、種々の変更が可能である。例えば、制御手段
は、各実施の形態のように可変利得回路を用いたものに
限らず、磁界に対する線形化信号の特性を制御できるも
のであればよい。例えば、制御手段は、定電流源１２が
供給する電流を制御するものでもよい。
【００７９】また、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、磁気検出素子が例えばＡＭＲ素子の場合にも適用す
ることができる。
子としてＧＭＲ素子を例にとって説明したが、本発明
は、磁気検出素子が例えばＡＭＲ素子の場合にも適用す
ることができる。
【００８０】
【発明の効果】以上説明したように請求項１ないし１０
のいずれかに記載の磁気センサ装置または請求項１１な
いし２０のいずれかに記載の電流センサ装置によれば、
線形化信号生成手段によって、磁気検出素子を用いて、
磁界に対する変化がより線形化された線形化信号を生成
し、基準磁界印加手段によって、磁気検出素子に対して
基準磁界を印加し、抽出手段によって、線形化信号生成
手段の出力信号のうちの基準磁界に対応した成分を抽出
し、この抽出された成分に基づいて、制御手段によっ
て、磁界に対する線形化信号の特性を制御するようにし
たので、磁気検出素子の感度のばらつきや温度依存性に
よる出力変動を抑制することが可能となるという効果を
奏する。
のいずれかに記載の磁気センサ装置または請求項１１な
いし２０のいずれかに記載の電流センサ装置によれば、
線形化信号生成手段によって、磁気検出素子を用いて、
磁界に対する変化がより線形化された線形化信号を生成
し、基準磁界印加手段によって、磁気検出素子に対して
基準磁界を印加し、抽出手段によって、線形化信号生成
手段の出力信号のうちの基準磁界に対応した成分を抽出
し、この抽出された成分に基づいて、制御手段によっ
て、磁界に対する線形化信号の特性を制御するようにし
たので、磁気検出素子の感度のばらつきや温度依存性に
よる出力変動を抑制することが可能となるという効果を
奏する。
【００８１】また、請求項２１記載の磁気センサ装置ま
たは請求項２２記載の電流センサ装置によれば、線形化
信号生成手段によって、磁気検出素子を用いて、磁界に
対する変化がより線形化された線形化信号を生成し、基
準磁界印加手段によって、磁気検出素子に対して基準磁
界を印加し、抽出手段によって、磁界に対する線形化信
号の特性を検出するために、線形化信号生成手段の出力
信号のうちの基準磁界に対応した成分を抽出するように
したので、磁界に対する線形化信号の特性を検出でき、
検出した特性に基づいて磁界に対する線形化信号の特性
を制御して、磁気検出素子の感度のばらつきや温度依存
性による出力変動を抑制することが可能となるという効
果を奏する。
たは請求項２２記載の電流センサ装置によれば、線形化
信号生成手段によって、磁気検出素子を用いて、磁界に
対する変化がより線形化された線形化信号を生成し、基
準磁界印加手段によって、磁気検出素子に対して基準磁
界を印加し、抽出手段によって、磁界に対する線形化信
号の特性を検出するために、線形化信号生成手段の出力
信号のうちの基準磁界に対応した成分を抽出するように
したので、磁界に対する線形化信号の特性を検出でき、
検出した特性に基づいて磁界に対する線形化信号の特性
を制御して、磁気検出素子の感度のばらつきや温度依存
性による出力変動を抑制することが可能となるという効
果を奏する。
【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。
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】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。
の構成の一例を示す平面図である。
【図３】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。
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４】図３におけるバイアス磁界用の磁石を示す平面
図である。
図である。
【図５】ＧＭＲ素子の磁界−抵抗変化特性を示す特性図
である。
である。
【図６】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。
圧特性を示す特性図である。
【図７】本発明の第２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。
置を含む電流センサ装置の構成を示す回路図である。
【図８】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。
置を含む電流センサ装置の構成を示す回路図である。
【図９】本発明の第４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。
置を含む電流センサ装置の構成を示す回路図である。
【図１０】本発明の第４の実施の形態におけるＧＭＲ素
子の磁界−抵抗変化特性とバイアス磁界を示す特性図で
ある。
子の磁界−抵抗変化特性とバイアス磁界を示す特性図で
ある。
【図１１】本発明の第４の実施の形態における残留誤差
電圧特性とバイアス磁界を示す特性図である。
電圧特性とバイアス磁界を示す特性図である。
１１…ＧＭＲ素子、１２…定電流源、１３…増幅器、１
４…ＬＰＦ、１５…可変利得回路、１７…ＢＰＦ、１８
…増幅器、１９…レベル比較器、２２…磁気ヨーク、２
３…コイル、２４…交流電源。
４…ＬＰＦ、１５…可変利得回路、１７…ＢＰＦ、１８
…増幅器、１９…レベル比較器、２２…磁気ヨーク、２
３…コイル、２４…交流電源。
Claims (22)
- 【請求項１】 磁界に応じた信号を出力する磁気検出素
子と、 この磁気検出素子を用いて、磁界に対する変化がより線
形化された線形化信号を生成し出力する線形化信号生成
手段と、 前記磁気検出素子に対して、磁界に対する前記線形化信
号の特性を制御するために用いられる基準磁界を印加す
る基準磁界印加手段と、 前記線形化信号生成手段の出力信号のうちの前記基準磁
界に対応した成分を抽出する抽出手段と、 この抽出手段によって抽出された成分に基づいて、磁界
に対する前記線形化信号の特性を制御する制御手段とを
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】 前記基準磁界は、交流磁界であることを
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】 前記線形化信号生成手段は、前記磁気検
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を有し、 前記磁気検出素子の出力信号が前記線形化信号となるこ
とを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の磁
気センサ装置。 - 【請求項５】 前記バイアス磁界印加手段は、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
４記載の磁気センサ装置。 - 【請求項６】 前記線形化信号生成手段は、前記磁気検
出素子に対して、値が周期的に変動するバイアス磁界を
印加するバイアス磁界印加手段と、前記磁気検出素子の
出力信号を平均化して、前記線形化信号として出力する
平均化手段とを有することを特徴とする請求項１ないし
３のいずれかに記載の磁気センサ装置。 - 【請求項７】 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６記載の
磁気センサ装置。 - 【請求項８】 前記バイアス磁界印加手段は、前記基準
磁界印加手段を兼ねていることを特徴とする請求項６ま
たは７記載の磁気センサ装置。 - 【請求項９】 前記制御手段は、前記線形化信号の大き
さを変えるための可変利得回路を有することを特徴とす
る請求項１ないし８のいずれかに記載の磁気センサ装
置。 - 【請求項１０】 前記制御手段は、前記抽出手段によっ
て抽出された成分と前記基準磁界印加手段によって印加
される基準磁界の大きさおよび位相に対応した信号とを
比較して、前記線形化信号の大きさを制御するための制
御信号を生成する比較手段を有し、 更に、前記比較手段より出力される制御信号に基づい
て、前記抽出手段によって抽出された成分の位相を判別
する位相判別手段を備えたことを特徴とする請求項１な
いし９のいずれかに記載の磁気センサ装置。 - 【請求項１１】 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、 この磁気検出素子を用いて、磁界に対する変化がより線
形化された線形化信号を生成し出力する線形化信号生成
手段と、 前記磁気検出素子に対して、磁界に対する前記線形化信
号の特性を制御するために用いられる基準磁界を印加す
る基準磁界印加手段と、 前記線形化信号生成手段の出力信号のうちの前記基準磁
界に対応した成分を抽出する抽出手段と、 この抽出手段によって抽出された成分に基づいて、磁界
に対する前記線形化信号の特性を制御する制御手段とを
備えたことを特徴とする電流センサ装置。 - 【請求項１２】 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１１記載の電流センサ
装置。 - 【請求項１３】 前記基準磁界は、交流磁界であること
を特徴とする請求項１１または１２記載の電流センサ装
置。 - 【請求項１４】 前記線形化信号生成手段は、前記磁気
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を有し、 前記磁気検出素子の出力信号が前記線形化信号となるこ
とを特徴とする請求項１１ないし１３のいずれかに記載
の電流センサ装置。 - 【請求項１５】 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１４記載の電流センサ装置。 - 【請求項１６】 前記線形化信号生成手段は、前記磁気
検出素子に対して、値が周期的に変動するバイアス磁界
を印加するバイアス磁界印加手段と、前記磁気検出素子
の出力信号を平均化して、前記線形化信号として出力す
る平均化手段とを有することを特徴とする請求項１１な
いし１３のいずれかに記載の電流センサ装置。 - 【請求項１７】 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１６記
載の電流センサ装置。 - 【請求項１８】 前記バイアス磁界印加手段は、前記基
準磁界印加手段を兼ねていることを特徴とする請求項１
６または１７記載の電流センサ装置。 - 【請求項１９】 前記制御手段は、前記線形化信号の大
きさを変えるための可変利得回路を有することを特徴と
する請求項１１ないし１８のいずれかに記載の電流セン
サ装置。 - 【請求項２０】 前記制御手段は、前記抽出手段によっ
て抽出された成分と前記基準磁界印加手段によって印加
される基準磁界の大きさおよび位相に対応した信号とを
比較して、前記線形化信号の大きさを制御するための制
御信号を生成する比較手段を有し、 更に、前記比較手段より出力される制御信号に基づい
て、前記抽出手段によって抽出された成分の位相を判別
する位相判別手段を備えたことを特徴とする請求項１１
ないし１９のいずれかに記載の電流センサ装置。 - 【請求項２１】 磁界に応じた信号を出力する磁気検出
素子と、 この磁気検出素子を用いて、磁界に対する変化がより線
形化された線形化信号を生成し出力する線形化信号生成
手段と、 前記磁気検出素子に対して、磁界に対する前記線形化信
号の特性を検出するために用いられる基準磁界を印加す
る基準磁界印加手段と、 磁界に対する前記線形化信号の特性を検出するために、
前記線形化信号生成手段の出力信号のうちの前記基準磁
界に対応した成分を抽出する抽出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２２】 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、 この磁気検出素子を用いて、磁界に対する変化がより線
形化された線形化信号を生成し出力する線形化信号生成
手段と、 前記磁気検出素子に対して、磁界に対する前記線形化信
号の特性を検出するために用いられる基準磁界を印加す
る基準磁界印加手段と、 磁界に対する前記線形化信号の特性を検出するために、
前記線形化信号生成手段の出力信号のうちの前記基準磁
界に対応した成分を抽出する抽出手段とを備えたことを
特徴とする電流センサ装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10227434A JP2000055999A (ja) | 1998-08-11 | 1998-08-11 | 磁気センサ装置および電流センサ装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10227434A JP2000055999A (ja) | 1998-08-11 | 1998-08-11 | 磁気センサ装置および電流センサ装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000055999A true JP2000055999A (ja) | 2000-02-25 |
Family
ID=16860810
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10227434A Withdrawn JP2000055999A (ja) | 1998-08-11 | 1998-08-11 | 磁気センサ装置および電流センサ装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2000055999A (ja) |
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1998
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