JP6658676B2 - 電流センサ - Google Patents

Description

本発明は電流センサに関し、特に磁気平衡式電流センサに関する。

磁気抵抗効果素子とフィードバックコイルとを備えた磁気平衡式電流センサは、電流線を流れる電流から発生する磁場を検知することによって、当該電流線を流れる電流を検出する。具体的には、磁気抵抗効果素子に信号磁場が印加されると、磁気抵抗効果素子は信号磁場に応じた電圧信号を出力する。電圧信号はフィードバックコイルに入力され、フィードバックコイルが信号磁場をキャンセルするキャンセル磁場を発生させる。フィードバックコイルを流れるフィードバック電流は電圧に変換されて取り出される。

このような磁気平衡式電流センサでは、信号磁場が印加されているときにフィードバック電流が常に流れるため、消費電力を低減することが重要である。特許文献１には磁気抵抗効果素子と電流線との間に磁気シールドを設けた磁気平衡式電流センサが開示されている。磁気シールドは電流線から発生する磁場を吸収し、磁気抵抗効果素子に印加される信号磁場を減衰させる。また、磁気シールドはキャンセル磁場を強める。これらの効果により、フィードバック電流が低減され、消費電力を抑制することができる。

特許文献２には磁気抵抗効果素子の感磁方向における両側に磁気コアを設けた磁気平衡式電流センサが開示されている。フィードバックコイルが磁気コアの周囲を巻回している。磁気コアはフィードバックコイルが発生するキャンセル磁場だけでなく、磁気抵抗効果素子に印加される信号磁場を強める。このため、磁気平衡式電流センサの感度を高めることができる。

国際公開第２０１０／１４３７１８号 国際公開第２０１０／１４３６６６号

特許文献１に開示された電流センサでは、磁気抵抗効果素子に印加される信号磁場を減衰させる効果がキャンセル磁場を強める効果より大きい。このため、消費電力は抑制されるものの、磁気抵抗効果素子の感度の低下による電流の検出精度の低下が著しい。特許文献２に記載された電流センサでは、磁気抵抗効果素子に印加される信号磁場の増幅率がキャンセル磁場の増幅率より大きい。従って、電流センサの感度は向上するものの、フィードバック電流の増加による消費電力の増加が著しい。

本発明は、電流の検出精度が高くかつ消費電力が抑えられた電流センサを提供することを目的とする。

本発明の電流センサは、電流線の近傍に設置され、電流線を流れる電流により誘起される信号磁場が印加され、信号磁場の変化に応じて磁気抵抗変化を発生させる磁気抵抗効果素子と、磁気抵抗効果素子の近傍に設けられ、信号磁場をキャンセルするキャンセル磁場を発生させるキャンセル磁場発生手段と、磁気抵抗効果素子と電流線との間に設けられた第１の軟磁性体と、磁気抵抗効果素子の感磁方向に関し磁気抵抗効果素子の両側に設けられた一対の第２の軟磁性体と、基板と、を有する。基板には、磁気抵抗効果素子と、キャンセル磁場発生手段と、第１の軟磁性体と、一対の第２の軟磁性体とが設けられる。第１の軟磁性体は、基板と平行な方向に広がり磁気抵抗効果素子を電流線から遮蔽する第１の部分と、第１の部分の感磁方向における少なくとも一方の縁部から基板に近づく方向に延びる第２の部分と、を有する。

本発明によれば、第１の軟磁性体は磁気抵抗効果素子に印加される信号磁場を低減するとともに、磁気抵抗効果素子に印加されるキャンセル磁場を増加させる。第２の軟磁性体は磁気抵抗効果素子に印加される信号磁場とキャンセル磁場の強度を増加させる。すなわち、第１の軟磁性体によって減衰させられた信号磁場は第２の軟磁性体によって増加させられるため、磁気抵抗効果素子に印加される信号磁場が大きく減衰することが防止される。キャンセル磁場は第１の軟磁性体と第２の軟磁性体の両者によって増加させられるため、フィードバック電流が抑えられる。このようにして、本発明によれば、電流の検出精度が高くかつ消費電力が抑えられた電流センサを提供することができる。

電流センサの概略構成を示す回路図である。 第１の実施形態に係る電流センサの概略構成を示す図である。 磁気抵抗効果素子の概略構成を示す断面図である。 図２に示す電流センサの構成をより詳細に示す断面図である。 電流センサの実施例と比較例の概略図である。 フィードバック電流とキャンセル磁場の関係を示すグラフである。 外部磁場とフィードバック電流の関係を示すグラフである。 外部磁場と信号磁場の関係を示すグラフである。 第２の軟磁性体の感磁方向の幅と信号磁場増幅率及び磁場変換効率との関係を示すグラフである。 第２の実施形態に係る電流センサの概略構成を示す図である。 第３の実施形態に係る電流センサの概略構成を示す図である。

以下図面を参照して本発明のいくつかの実施形態に係る磁気平衡式電流センサ（以下、電流センサという）について説明する。以下の説明及び図面において、ｘ方向は信号磁場とキャンセル磁場の印加方向であり電流センサの感磁方向と一致する。ｙ方向は被検出電流の流れる方向ないし電流線の延びる方向である。ｚ方向はｘ方向及びｙ方向と直交し、且つ磁気抵抗効果素子の積層方向と平行な方向である。「外部磁場Ｂｏ」は電流線を流れる電流によって誘起される磁場を、「信号磁場Ｂｓ」は磁気抵抗効果素子に印加される磁場を意味する。換言すれば、「信号磁場Ｂｓ」は電流線を流れる電流によって誘起され、以下に述べる第１及び第２の軟磁性体によって増幅され、または減衰させられ、磁気抵抗効果素子に印加される「外部磁場Ｂｏ」である。

図１は電流センサ１の概略回路構成を示している。電流センサ１は４つの素子アレイ２〜５を有し、これらの素子アレイ２〜５はブリッジ回路（ホイートストンブリッジ）で相互に接続されている。４つの素子アレイ２〜５は２つの組２〜３、４〜５に分割され、それぞれの組の素子アレイ２〜３及び素子アレイ４〜５は直列接続されている。それぞれの素子アレイの組２〜３、４〜５の一端が電源電圧Ｖｃｃに接続され、他端が接地（ＧＮＤ）されている。それぞれの素子アレイの組２〜３、４〜５の中点電圧Ｖｏｕｔ１，Ｖｏｕｔ２の差分を検出することで、信号磁場Ｂｓを検出することができる。なお、中点電圧Ｖｏｕｔ１またはＶｏｕｔ２だけを使って信号磁場Ｂｓを検出することも可能である。

図２（ａ）は図１のＡ−Ａ線に沿った電流センサ１の概略断面図を示している。便宜上、電流線６は磁気抵抗効果素子のｚ方向直上に描かれているが、電流センサ１の感磁方向であるｘ方向の磁場成分が電流センサ１に印加される限り、電流センサ１と電流線６の相対位置関係は限定されない。図２（ｂ）は図２（ａ）のＢ−Ｂ線に沿った断面図である。電流線６の構成は限定されず、電流線６は例えば導電体からなるバスバーであってよい。電流センサ１は直列に接続された複数の磁気抵抗効果素子７を有している。磁気抵抗効果素子７は電流線６の近傍に設置され、印加される信号磁場Ｂｓの変化に応じて磁気抵抗変化を発生させる。図３は磁気抵抗効果素子７の概略断面図を示している。磁気抵抗効果素子７は、一般的なスピンバルブ型の膜構成を有している。具体的には、磁気抵抗効果素子７は、信号磁場Ｂｓに応じて磁化方向が変化するフリー層７１と、信号磁場Ｂｓに対して磁化方向が固定されたピンド層７３と、フリー層７１とピンド層７３との間に位置し、フリー層７１及びピンド層７３に接するスペーサ層７２と、スペーサ層７２の反対側でピンド層７３に隣接する反強磁性層７４と、を有している。反強磁性層７４は、ピンド層７３との交換結合によってピンド層７３の磁化方向を固定する。ピンド層７３は、非磁性中間層を挟んで２つの強磁性層が設けられたシンセティック構造を有していてもよい。スペーサ層７２は、Ｃｕなどの非磁性金属からなる非磁性導電層、またはＡｌ_２Ｏ_３などの非磁性絶縁体からなるトンネルバリア層である。スペーサ層７２が非磁性導電層である場合、磁気抵抗効果素子７は巨大磁気抵抗効果（ＧＭＲ）素子として機能し、スペーサ層７２がトンネルバリア層である場合、磁気抵抗効果素子７はトンネル磁気抵抗効果（ＴＭＲ）素子として機能する。ＭＲ変化率が大きく、ブリッジ回路の出力電圧を大きくすることができるという点で、磁気抵抗効果素子７はＴＭＲ素子であることがより好ましい。ＴＭＲ素子の感磁方向（ｘ方向）の長さ７Ｌ（図４参照）は０．１μｍ以上、１０μｍ以下であることが好ましく、電流線６と平行な方向の長さ、すなわち感磁方向と直交するｙ方向の長さは感磁方向の長さの２倍以上であることが好ましい。

電流センサ１は、磁気抵抗効果素子７の近傍に設けられたソレノイド型のフィードバックコイル８を有している。フィードバックコイル８は信号磁場Ｂｓをキャンセルするキャンセル磁場Ｂｃを発生させる。フィードバックコイル８は、磁気抵抗効果素子７と後述する第２の軟磁性体１０ａ，１０ｂの周りを螺旋状に巻回している。フィードバックコイル８の一巻分は下段部分８ａと、上段部分８ｂと、下段部分８ａと上段部分８ｂを接続する一対の側方部８ｃ，８ｄと、からなっている。ソレノイド型のフィードバックコイル８はキャンセル磁場発生手段の一例である。フィードバックコイル８は例えばＣｕから形成することができる。フィードバックコイル８は一つの連続したコイルであるが、２つのコイルが第２の軟磁性体１０ａと第２の軟磁性体１０ｂのそれぞれの周りを螺旋状に巻回していてもよい。つまり、フィードバックコイル８は磁気抵抗効果素子７の周りを巻回している必要はなく、少なくとも第２の軟磁性体１０ａ，１０ｂの周りを巻回していればよい。

電流センサ１は、第１の磁場強度調整手段である第１の軟磁性体９と、第２の磁場強度調整手段である一対の第２の軟磁性体１０ａ，１０ｂと、を有している。第１の軟磁性体９と第２の軟磁性体１０ａ，１０ｂはパーマロイ（ＮｉＦｅ）などの軟磁性体から形成されている。第１の軟磁性体９は磁気抵抗効果素子７と電流線６との間に設けられている。第１の軟磁性体９は第１の部分９ａと第２の部分９ｂとからなっている。第１の部分９ａは後述する基板１１と平行に広がって磁気抵抗効果素子７を覆っており、磁気抵抗効果素子７を電流線６から遮蔽している。第２の部分９ｂは、第１の部分９ａの感磁方向（ｘ方向）における少なくとも一方の縁部、好ましくは両側の縁部から感磁方向と垂直で且つ基板１１に近づく方向（ｚ方向）に延びている。なお、第２の部分９ｂの断面形状は、図４においては第１の部分９ａの端面に接続された長方形であるが、図５，９に示すように、第１の部分９ａの第２の軟磁性体１０ａ，１０ｂ側の端部と対向する部分が切り欠かれた長方形であってもよい。第２の部分９ｂは省略することも可能である。第２の軟磁性体１０ａ，１０ｂは磁気抵抗効果素子７の感磁方向（ｘ方向）に関し磁気抵抗効果素子７の両側に設けられている。

図４は電流センサ１のより詳細な断面を示している。基板１１上には絶縁層を介してフィードバックコイル８が設けられている。フィードバックコイル８の内側には上述した磁気抵抗効果素子７が形成されている。磁気抵抗効果素子７のｘ方向両側には、図示しない絶縁層を介して一対の第２の軟磁性体１０ａ，１０ｂが設けられている。磁気抵抗効果素子７と一対の第２の軟磁性体１０ａ，１０ｂは同一のｘ−ｙ平面上に形成されている。磁気抵抗効果素子７の下端には下部リード層１２が、上端には上部リード層１３が接続されている。下部リード層１２と上部リード層１３は磁気抵抗効果素子７にセンス電流を供給する電極として機能する。フィードバックコイル８の上段部分８ｂは絶縁層で覆われており、その上に第１の軟磁性体９が設けられている。フィードバックコイル８と第１の軟磁性体９との距離ｄ１を離すことで磁気抵抗効果素子７の感度や第１の軟磁性体９のもつヒステリシスの影響を低減することができる。一方、距離ｄ１を離しすぎると軟磁性体９が外部磁場Ｂｏを遮蔽する効果が弱まるため、消費電力が増加する。よって、距離ｄ１は０．１μｍ以上、３０μｍ以下であることが望ましい。フィードバックコイル８と第２の軟磁性体１０ａ，１０ｂとの距離ｄ２が小さいとキャンセル磁場Ｂｃが強められる。一方、距離ｄ２が小さすぎると磁気抵抗効果素子７とフィードバックコイル８間の絶縁耐性が悪くなる。よって、距離ｄ２は０．１μｍ以上、１０μｍ以下であることが望ましい。

以上説明した電流センサ１は以下のように作動する。図２（ａ）において紙面手前から奥側（ｙ方向）に、図２（ｂ）において左から右に、電流ｉが電流線６を流れている。この電流ｉによって、図２（ａ）において時計回りの外部磁場Ｂｏが誘起される。外部磁場Ｂｏは第１の軟磁性体９で減衰され、第２の軟磁性体１０ａ，１０ｂで増幅され、信号磁場Ｂｓとして磁気抵抗効果素子７に左向きに印加される。磁気抵抗効果素子７は信号磁場Ｂｓに相当する電圧信号を出力し、電圧信号がフィードバックコイル８に入力される。フィードバックコイル８にはフィードバック電流Ｆｉが流れ、フィードバック電流Ｆｉは信号磁場Ｂｓをキャンセルするキャンセル磁場Ｂｃを発生させる。信号磁場Ｂｓとキャンセル磁場Ｂｃは絶対値が同じで方向が逆向きであるため、信号磁場Ｂｓはキャンセル磁場Ｂｃと相殺され、磁気抵抗効果素子７に印加される磁場は実質的にゼロとなる。フィードバック電流Ｆｉは抵抗（図示せず）によって電圧に変換され、電圧値として出力される。電圧値はフィードバック電流Ｆｉ、キャンセル磁場Ｂｃ及び信号磁場Ｂｓに比例するため、電圧値から電流線６を流れる電流を得ることができる。

第１の軟磁性体９（第１の磁場強度調整手段）は外部磁場Ｂｏを減衰させる。従って、磁気抵抗効果素子７に印加される信号磁場Ｂｓは第１の軟磁性体９がない場合と比べて低減される。また、第１の軟磁性体９（第１の磁場強度調整手段）は磁気抵抗効果素子７に印加されるキャンセル磁場Ｂｃを増加させる。一方、第２の軟磁性体１０ａ，１０ｂ（第２の磁場強度調整手段）は、磁気抵抗効果素子７に印加される信号磁場Ｂｓとキャンセル磁場Ｂｃの双方を、第２の軟磁性体１０ａ，１０ｂがない場合と比べて増加させる。以上より、外部磁場Ｂｏは第１の軟磁性体９によって一旦減衰させられものの、第２の軟磁性体１０ａ，１０ｂによって増幅され、信号磁場Ｂｓとして磁気抵抗効果素子７に印加されることになる。また、キャンセル磁場Ｂｃは第１の軟磁性体９と第２の軟磁性体１０ａ，１０ｂの双方によって増幅されることになる。さらに、第２の軟磁性体１０ａ，１０ｂは磁気抵抗効果素子７のフリー層７１の側方に絶縁層を介して隣接しているため、磁束がフリー層７１に効率的に加えられる。これにより、フリー層７１の感度自体も高められる。

図５は実施例と比較例の概略構成を示している。図５（ａ）に示す実施例１の電流センサは上述の実施形態に対応しており、第１の軟磁性体９と第２の軟磁性体１０ａ，１０ｂとを備えている。第１の軟磁性体９は第１の部分９ａと第２の部分９ｂとを備えている。図５（ｂ）に示す実施例２の電流センサは、第１の軟磁性体９が第１の部分９ａだけを備えている（第２の部分９ｂが省略されている）ことを除き実施例１の電流センサと同一である。実施例２の電流センサの第１の部分９ａは、基板１１と平行に広がる平板状の形状を有している。図５（ｃ）に示す比較例１の電流センサは実施例１の第１の軟磁性体９を備えているが、第２の軟磁性体１０ａ，１０ｂが省略されている。図５（ｄ）に示す比較例２の電流センサは実施例２の第１の軟磁性体９を備えているが、第２の軟磁性体１０ａ，１０ｂが省略されている。図５（ｅ）に示す比較例３の電流センサは実施例１，２の第２の軟磁性体１０ａ，１０ｂを備えているが、第１の軟磁性体９が省略されている。図５（ｆ）に示す比較例４の電流センサは第１の軟磁性体９と第２の軟磁性体１０ａ，１０ｂのいずれも備えていない。

図６は実施例１，２、比較例１〜４におけるフィードバック電流Ｆｉとキャンセル磁場Ｂｃの関係を示している。実施例１，２は所望のキャンセル磁場Ｂｃをより小さなフィードバック電流Ｆｉで得ることができ、特に実施例１のフィードバック電流Ｆｉは最も小さくなっている。これは第１の軟磁性体９と第２の軟磁性体１０ａ，１０ｂがフィードバックコイル８で発生した磁場を強めるヨークとして機能しており、且つ第１の軟磁性体９の第２の部分９ｂが磁気抵抗効果素子７を取り囲むように配置されているため、キャンセル磁場Ｂｃがより増幅されるためである。従って、実施例１，２は消費電力の観点から比較例１〜４よりも有利であり、実施例１が最も有利となっている。

図７は実施例１，２、比較例１〜４における外部磁場Ｂｏとフィードバック電流Ｆｉの関係を示している。実施例１は外部磁場Ｂｏをキャンセルするために必要となるフィードバック電流Ｆｉが比較例１とともに最も小さくなっている。これに対し第１の軟磁性体９を備えていない比較例３，４は、外部磁場Ｂｏが減衰されず、大きな信号磁場Ｂｓが磁気抵抗効果素子７に印加されるため、外部磁場Ｂｏをキャンセルするためにより大きなフィードバック電流Ｆｉが必要となっている。実施例１では、第１の軟磁性体９によって外部磁場Ｂｏが減衰されるため、消費電力を大きく低減することができる。実施例２と比較例１は、実施例１及び比較例１よりフィードバック電流Ｆｉが大きいが、比較例３，４より小さい。従って、第１の軟磁性体９が第１の部分９ａだけを備える場合も、フィードバック電流Ｆｉを抑え、消費電力を低減することができる。

図８は実施例１，２、比較例１〜４における外部磁場Ｂｏと信号磁場Ｂｓの関係を示している。外部磁場Ｂｏに対する信号磁場Ｂｓの比率を信号磁場増幅率という。信号磁場増幅率は、第１及び第２の磁場強度調整手段（第１の軟磁性体９、第２の軟磁性体１０ａ，１０ｂ）がない場合に磁気抵抗効果素子７に印加される信号磁場Ｂｓに対する、磁気抵抗効果素子７に実際に印加される信号磁場Ｂｓの比率として定義される。信号磁場増幅率は図８のグラフの傾きに等しく、信号磁場増幅率が大きいほど磁気抵抗効果素子７の感度（以下、素子感度という）が高くなる。素子感度が高いほど電流の検出精度が向上する。比較例３は同じ外部磁場Ｂｏに対して最も大きな信号磁場Ｂｓが印加されており、比較した４つのケースの中で最も素子感度が高い。これは、比較例３では、外部磁場Ｂｏを減衰させる第１の軟磁性体９が設けられておらず、外部磁場Ｂｏを増幅させる第２の軟磁性体１０ａ，１０ｂが設けられているためである。

第１の軟磁性体９が設けられ第２の軟磁性体１０ａ，１０ｂが設けられていない比較例１，２は、比較例３とは逆に外部磁場Ｂｏが最も減衰するため、４つのケースの中では素子感度が最も低くなっている。素子感度が低下すると、温度によるオフセットドリフト（電流センサの出力であるＶｏｕｔ１とＶｏｕｔ２の差分が温度に依存してシフトする現象）も相対的に顕在化し、測定誤差がさらに大きくなる。実施例１，２は比較例３には劣るものの、比較例１，２，４より素子感度が高くなっている。これらの比較から、実施例１，２は消費電力が抑えられ、素子感度も良好であり、消費電力の抑制と電流の検出精度が両立されていることがわかる。

図９（ａ）〜（ｃ）は第２の軟磁性体１０ａ，１０ｂの感磁方向（ｘ方向）の幅Ｂのいくつかの例を示しており、図９（ｄ）は第２の軟磁性体１０ａ，１０ｂの幅Ｂと信号磁場増幅率との関係、及び第２の軟磁性体１０ａ，１０ｂの幅Ｂと磁場変換効率との関係を示している。図９（ａ）〜（ｃ）の各図において、第２の軟磁性体１０ａの幅と第２の軟磁性体１０ｂの幅は同じである。磁場変換効率はフィードバック電流Ｆｉに対するキャンセル磁場Ｂｃの比率であり、少ないフィードバック電流Ｆｉでどれだけ大きなキャンセル磁場Ｂｃを発生させることができるかを示す指標である。磁場変換効率は第２の軟磁性体１０ａ，１０ｂの幅Ｂによらずほぼ一定であり、約４．０ｍＴ／ｍＡと大きな値となっている。一方、信号磁場増幅率は第２の軟磁性体１０ａ，１０ｂの幅Ｂが大きくなるにつれ高くなる。図９に示す例の場合、第２の軟磁性体１０ａ，１０ｂの幅Ｂが２μｍ以上のときに、第１の軟磁性体９による信号磁場Ｂｓの減衰量より第２の軟磁性体１０ａ，１０ｂによる信号磁場Ｂｓの増加量が大きくなっており、電流線６で発生した外部磁場Ｂｏは減衰されることなく磁気抵抗効果素子７に印加されている。従って、第２の軟磁性体１０ａ，１０ｂの幅Ｂによらず磁場変換効率をほぼ一定に維持しつつ、第２の軟磁性体１０ａ，１０ｂの感磁方向の幅Ｂを調整することで、外部磁場Ｂｏの減衰量（信号磁場Ｂｓの強度）を調整することができる。

図１０（ａ）はキャンセル磁場発生手段の他の実施形態を示す図２（ａ）と同様の図である。図１０（ｂ）は図１０（ａ）のＣ方向から見上げた底面図である。本実施形態では、キャンセル磁場発生手段として、基板１１と平行な面内を巻回する平面渦巻き型のフィードバックコイル１０８ａ，１０８ｂが用いられている。フィードバックコイル１０８ａは磁気抵抗効果素子７と第１の軟磁性体９との間に設けられ、フィードバックコイル１０８ｂは磁気抵抗効果素子７に関し第１の軟磁性体９の反対側に設けられている。フィードバックコイル１０８ａ，１０８ｂはこれらのいずれか一方だけが設けられていてもよい。平面渦巻き型のフィードバックコイル１０８ａ，１０８ｂは複数の直線部を有し、互いに隣接する直線部が概ね直角に接続されている。上述のソレノイド型のコイル８と同様にキャンセル磁場Ｂｃを発生させるため、コイルの一巻きの部分のうち一つの辺が第２の軟磁性体１０ａ，１０ｂの近傍に位置するように配置されている。

図１１は本発明の他の実施形態を示す、図２（ａ）と同様の図である。本実施形態では、第１の軟磁性体９は磁気抵抗効果素子７に関し電流線６の反対側に位置している。第１の軟磁性体９は第１の部分９ａと第２の部分９ｂとからなっている。第２の部分９ｂは上述の実施形態と異なり、第１の部分９ａの電流線６側にあり、基板１１から遠ざかる方向に延びている。電流線６で発生した外部磁場Ｂｏは第１の軟磁性体９で吸収されるため、磁気抵抗効果素子７に印加される信号磁場Ｂｓもこれに応じて減少する。このため、本実施形態の第１の軟磁性体９は上述の実施形態の第１の軟磁性体９と同様の効果を奏する。

１ 電流センサ
６ 電流線
７ 磁気抵抗効果素子
７１ フリー層
７２ スペーサ層
７３ ピンド層
７４ 反強磁性層
８，１０８ａ，１０８ｂ フィードバックコイル（キャンセル磁場発生手段）
８ａ 下段部分
８ｂ 上段部分
８ｃ，８ｄ 側方部
９ 第１の軟磁性体
９ａ 第１の部分
９ｂ 第２の部分
１０ 第２の軟磁性体
１２ 下部リード層
１３ 上部リード層
Ｂｃ キャンセル磁場
Ｂｏ 外部磁場
Ｂｓ 信号磁場
Ｆｉ フィードバック電流
ｉ 電流線を流れる電流

Claims (11)

1. 電流線の近傍に設置され、前記電流線を流れる電流により誘起される信号磁場が印加され、前記信号磁場の変化に応じて磁気抵抗変化を発生させる磁気抵抗効果素子と、
   前記磁気抵抗効果素子の近傍に設けられ、前記信号磁場をキャンセルするキャンセル磁場を発生させるキャンセル磁場発生手段と、
   前記磁気抵抗効果素子と前記電流線との間に設けられた第１の軟磁性体と、
   前記磁気抵抗効果素子の感磁方向に関し前記磁気抵抗効果素子の両側に設けられた一対の第２の軟磁性体と、
   前記磁気抵抗効果素子と、前記キャンセル磁場発生手段と、前記第１の軟磁性体と、前記一対の第２の軟磁性体とが設けられる基板と、を有し、
   前記第１の軟磁性体は、前記基板と平行な方向に広がり前記磁気抵抗効果素子を前記電流線から遮蔽する第１の部分と、前記第１の部分の前記感磁方向における少なくとも一方の縁部から前記基板に近づく方向に延びる第２の部分と、を有する、電流センサ。
2. 前記第２の軟磁性体は、前記感磁方向に関し前記第１の軟磁性体の内側に位置している、請求項１に記載の電流センサ。
3. 電流線の近傍に設置され、前記電流線を流れる電流により誘起される信号磁場が印加され、前記信号磁場の変化に応じて磁気抵抗変化を発生させる磁気抵抗効果素子と、
   前記磁気抵抗効果素子の近傍に設けられ、前記信号磁場をキャンセルするキャンセル磁場を発生させるキャンセル磁場発生手段と、
   前記磁気抵抗効果素子と前記電流線との間に設けられた第１の軟磁性体と、
   前記磁気抵抗効果素子の感磁方向に関し前記磁気抵抗効果素子の両側に設けられた一対の第２の軟磁性体と、を有し、前記第２の軟磁性体は前記感磁方向に関し前記第１の軟磁性体の内側に位置している、電流センサ。
4. 前記磁気抵抗効果素子と、前記キャンセル磁場発生手段と、前記第１の軟磁性体と、前記一対の第２の軟磁性体とが設けられる基板を有する、請求項３に記載の電流センサ。
5. 前記キャンセル磁場発生手段は、前記第２の軟磁性体の周りを巻回するコイルである、請求項１から４のいずれか１項に記載の電流センサ。
6. 前記キャンセル磁場発生手段は、前記磁気抵抗効果素子と前記第１の軟磁性体との間と、前記磁気抵抗効果素子に関し前記第１の軟磁性体の反対側の少なくともいずれかに位置し、前記基板と平行な面内を巻回する少なくとも一つのコイルである、請求項１，２，４のいずれか１項に記載の電流センサ。
7. 電流線の近傍に設置され、前記電流線を流れる電流により誘起される信号磁場が印加され、前記信号磁場の変化に応じて磁気抵抗変化を発生させる磁気抵抗効果素子と、
   前記磁気抵抗効果素子の近傍に設けられ、前記信号磁場をキャンセルするキャンセル磁場を発生させるキャンセル磁場発生手段と、
   前記磁気抵抗効果素子に関し前記電流線の反対側に設けられた第１の軟磁性体と、
   前記磁気抵抗効果素子の感磁方向に関し前記磁気抵抗効果素子の両側に設けられた一対の第２の軟磁性体と、
   前記磁気抵抗効果素子と、前記キャンセル磁場発生手段と、前記第１の軟磁性体と、前記一対の第２の軟磁性体とが設けられる基板と、を有し、
   前記第１の軟磁性体は、前記基板と平行な方向に広がり前記磁気抵抗効果素子を前記電流線から遮蔽する第１の部分と、前記第１の部分の前記感磁方向における両側の縁部から前記基板から遠ざかる方向に延びる第２の部分と、を有する電流センサ。
8. 電流線の近傍に設置され、前記電流線を流れる電流により誘起される信号磁場が印加され、前記信号磁場の変化に応じて磁気抵抗変化を発生させる磁気抵抗効果素子と、
   前記磁気抵抗効果素子の近傍に設けられ、前記信号磁場をキャンセルするキャンセル磁場を発生させるキャンセル磁場発生手段と、
   前記磁気抵抗効果素子に関し前記電流線の反対側に設けられた第１の軟磁性体と、
   前記磁気抵抗効果素子の感磁方向に関し前記磁気抵抗効果素子の両側に設けられた一対の第２の軟磁性体と、を有し、前記第２の軟磁性体は、前記感磁方向に関し前記第１の軟磁性体の内側に位置している、電流センサ。
9. 前記キャンセル磁場発生手段と前記第１の軟磁性体との距離は０．１μｍ以上、３０μｍ以下であり、前記キャンセル磁場発生手段と前記第２の軟磁性体との距離は０．１μｍ以上、１０μｍ以下である、請求項１から８のいずれか１項に記載の電流センサ。
10. 前記磁気抵抗効果素子はＴＭＲ素子である、請求項１から９のいずれか１項に記載の電流センサ。
11. 前記ＴＭＲ素子の前記感磁方向の長さが０．１μｍ以上、１０μｍ以下であり、前記電流線と平行な方向の長さが前記感磁方向の長さの２倍以上である、請求項１０に記載の電流センサ。

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