JPH06130088A - 電流センサ - Google Patents

電流センサ

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JPH06130088A
JPH06130088A JP4277211A JP27721192A JPH06130088A JP H06130088 A JPH06130088 A JP H06130088A JP 4277211 A JP4277211 A JP 4277211A JP 27721192 A JP27721192 A JP 27721192A JP H06130088 A JPH06130088 A JP H06130088A
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JP
Japan
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magnetic field
pattern
magnetoresistive
magnetic
current sensor
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JP4277211A
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English (en)
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Michiko Endou
みち子 遠藤
Shinkichi Shimizu
信吉 清水
Shigemi Kurashima
茂美 倉島
Shigeo Tanji
成生 丹治
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Fujitsu Ltd
Original Assignee
Fujitsu Ltd
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Publication date
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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01RMEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R15/00Details of measuring arrangements of the types provided for in groups G01R17/00 - G01R29/00, G01R33/00 - G01R33/26 or G01R35/00
    • G01R15/14Adaptations providing voltage or current isolation, e.g. for high-voltage or high-current networks
    • G01R15/20Adaptations 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
    • G01R15/205Adaptations 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 using magneto-resistance devices, e.g. field plates

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Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明は電流センサに関し、コアのギャップ
と磁気抵抗素子との位置合わせに多少のずれがあっても
特性に影響のない電流センサを実現することを目的とす
る。 【構成】 電流により磁界を発生する磁界発生手段と、
磁界発生手段により発生した磁界を集束する磁界集束手
段と、強磁性膜よりなる磁気抵抗素子を用いた磁界検出
手段とを具備して成る電流センサにおいて、上記磁気抵
抗素子12には強磁性薄膜よりなる磁気抵抗パターン1
8と、その両脇に磁性体を配置することにより設けた集
磁部21,21′とからなるものを用い、磁界集束手段
には円環状の一部にギャップ13を有する磁性体のコア
11を用い、該磁界集束手段にコイル状に磁界発生手段
を配置し、且つ該磁界発生手段のギャップ13の両端を
前記磁気抵抗素子12の集磁部21,21′に接触、ま
たは近接して配設するように構成する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は強磁性薄膜の磁気抵抗効
果を利用して磁界の変化を検出する磁気センサを用いた
電流センサに関する。
【0002】磁気抵抗素子は、ホール素子、半導体型磁
気抵抗素子に比べ、微小磁界に対する感度が高く、分解
能に優れるため、位置センサ、角度センサ、ロータリー
エンコーダ等に利用されている。また導体に電流が流れ
るときに発生する磁界を検出できることから電流センサ
にも利用される。
【0003】
【従来の技術】近年センサデバイスも小型化、高性能化
が望まれ、簡易な構成で精度良く安定に動作する電流セ
ンサが望まれており、それを実現すべく図7に示すよう
な電流センサが提案されている。
【0004】これは図7(a)に示すように、電流によ
り磁界を発生する手段として一部をカットしてギャップ
2を設けた円環状の磁性体コア1にコイル状に導線3を
配置し、そのギャップ2に磁界を発生させ、その発生し
た磁界を磁気抵抗素子4で検出するという構成により、
電流を検出するようになっている。なお、前記の磁気抵
抗素子4は同図(b)に示すように、Si基板5上にバ
ーバーポール型磁気抵抗パターン6をフルブリッジ型に
接続配置したもので、そのパターン配列幅Wはコア1の
ギャップ2の幅Gとほぼ同等としている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】上記従来の電流センサ
では、コア1のギャップ2で非常に細長い磁気抵抗素子
パターンを挟んでおり、小さい電流を測定可能にするた
めには電流により発生する磁界を大きくする必要があ
る。そのためにはギャップ2の幅Gを狭くするのが有効
であるので、従来例ではギャップを磁気抵抗素子パター
ン幅と同等の70μmとしている。ギャップと磁気抵抗
素子との位置合わせは、特性に影響するので精度良く行
う必要がある。しかし、これは非常に小さい寸法なので
ギャップと磁気抵抗素子との正確な位置合わせは困難で
ある。
【0006】本発明は、コアのギャップと磁気抵抗素子
との位置合わせに多少のずれがあっても特性に影響のな
い電流センサを実現しようとする。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明の電流センサに於
いては、電流により磁界を発生する磁界発生手段と、磁
界発生手段により発生した磁界を集束する磁界集束手段
と、強磁性薄膜よりなる磁気抵抗素子を用いた磁界検出
手段とを具備して成る電流センサにおいて、上記磁気抵
抗素子12には強磁性薄膜よりなる磁気抵抗パターン1
8と、その両脇に磁性体を配置することにより設けた集
磁部21,21′とからなるものを用い、磁界集束手段
には円環状の一部にギャップ13を有する磁性体のコア
11を用い、該磁界集束手段にコイル状に磁界発生手段
を配置し、且つ該磁界集束手段のギャップ13の両端を
前記磁気抵抗素子12の集磁部21,21′に接触また
は近接するように配設したことを特徴とする。
【0008】また、それに加えて、上記磁気抵抗素子1
2の磁気抵抗パターン18は細長い矩形状の強磁性薄膜
パターン16の上に約45°傾斜した電極パターン17
を一定の間隔で縞状に形成したバーバーポール型であ
り、フルブリッジ接続したものであることを特徴とす
る。また、それに加えて、上記集磁部21,21′は磁
気抵抗素子12の磁気抵抗パターン18を構成する強磁
性薄膜と同一材料からなり、その膜厚も磁気抵抗パター
ン18とほぼ同一またはそれ以上の膜厚であることを特
徴とする。
【0009】また、それに加えて、上記磁気抵抗素子1
2の磁気抵抗パターン18にトリミング可能な抵抗値調
整用パターン23,23′を設け、該抵抗値調整用パタ
ーン23,23′をレーザトリミングすることにより、
電流0のときのブリッジ出力が零となるように調整可能
としたことを特徴とする。この構成を採ることにより、
コアのギャップと磁気抵抗素子との位置合わせに多少の
ずれがあっても特性に影響のない電流センサが得られ
る。
【0010】
【作用】本発明では図1に示すように、コア11のギャ
ップ部13に発生する磁界を集磁部21,21′が磁気
抵抗パターン18に導くことにより、より効率的かつ均
一な磁界を磁気抵抗パターン18に印加することがで
き、コイルに流れる電流が変化することで生じる磁界変
化を精度良く検出できるので高性能な電流センサが実現
できる。また、磁気抵抗素子側に集磁パターンがあるの
で、磁性体コア11のギャップ位置と磁気抵抗素子12
の位置合わせ精度は従来例のように厳しくなく、多少の
位置ずれがあっても特性の変動に影響はない。
【0011】
【実施例】図1は本発明の第1の実施例を示す図であ
り、(a)は全体斜視図、(b)は(a)図のb−b線
における拡大断面図である。本実施例は同図(a)に示
すように、磁界発生手段としての導体コイル10と、該
磁界発生手段により発生した磁界を集束する磁界集束手
段としてのコア11と、磁界検出手段としての磁気抵抗
素子12とを具備している。そしてコア11は磁性材で
環状に形成され、導体コイル10が巻回されている。ま
た、該コア11の一部にはギャップ13が設けられてお
り、該ギャップ13に当接して後述する磁気抵抗素子1
2が配置されている。
【0012】図2はバーバーポール型の磁気抵抗素子の
基本構造を説明するための図であり、同図(a)は素子
断面図である。この磁気抵抗素子はSi基板14の上に
SiO2 の絶縁層15を介してNi−Fe合金(パーマ
ロイ)からなる強磁性薄膜パターン16と、その上に形
成されたAuからなる斜め縞状の電極パターン17とよ
りなる磁気抵抗パターン18が設けられている。なお1
9は保護膜、20は磁気抵抗パターン18の出力安定化
を図るため素子の磁化容易軸方向にバイアス磁界を印加
するための磁石である。そして磁気抵抗パターン18が
同図(b)に示すように電極パターン17の傾斜方向に
よって同図(c)の特性図に示すように検出磁界Hex
に対する出力が変わる。
【0013】図3は本発明の実施例に用いる磁気抵抗素
子を示す図であり、(a)は斜視図、(b)は等価回路
図である。本実施例の磁気抵抗素子は、Si基板14上
に4本の直線状のバーバーポール型磁気抵抗パターン1
8が同図(b)に示す等価回路のフルブリッジの各抵抗
辺に対応して互いに平行に配置されている。そして端子
AC間に定電流を流しておき、磁界を検出したときは端
子B,Dから出力が得られるようになっている。また
(a)図の如く配列された磁気抵抗パターン18の両外
側には、強磁性薄膜からなる集磁部21,21′が設け
られている。
【0014】図4は更に本発明の実施例に用いる磁気抵
抗素子のパターンを詳細に示す図であり、(a)は平面
図、(b)は(a)図の部分拡大図である。図におい
て、磁気抵抗素子12は、酸化膜形成済のSi基板を用
い、その上に形成した、幅8μm、長さ1.5mm、膜厚
400Åの矩形状パーマロイの強磁性薄膜パターン16
の上に、約45°傾斜した電極パターン17を繰り返し
形成したバーバーポール型磁気抵抗パターン18をフル
ブリッジ接続している。そして、各パターン間の隙間は
いずれも4μmとしているので磁気抵抗パターンの全幅
は52μmとなる。また配列した磁気抵抗パターン18
の両外側に配置された集磁部21,21′は磁気抵抗パ
ターン18を構成する強磁性薄膜と同じ膜厚400Åの
パーマロイ膜で形成されている。このように構成された
磁気抵抗素子12は図1の如く集磁部21,21′がコ
ア11に当接又は近接し、且つ磁気抵抗パターン18が
ギャップ13に入るように配置される。なおギャップ1
3の幅Gは100μmとした。
【0015】このように構成された本実施例は、図1
(b)に示すようにコア11のギャップ13に生じた磁
界22が、磁気抵抗素子12の一方の集磁部21から磁
気抵抗パターン18を通り、さらに他方の集磁部21′
を通る。このためギャップ13の幅G(100μm)が
磁気抵抗パターンの全幅W(52μm)より大であって
も、従来に比して特性の低下はない。従ってギャップ1
3と磁気抵抗パターン18との位置合わせも容易とな
る。
【0016】図5は本発明の第2の実施例の要部を示す
断面図である。同図において、図1と同一部分は同一符
号を付して示した。本実施例は、基本的には第1の実施
例と同様であり、異なるところは、集磁部21,21′
の膜厚を厚くしたことである。すなわち、本実施例の集
磁部21,21′は膜厚1〜数μmのパーマロイ膜とし
た。
【0017】このように構成された本実施例はコア11
のギャップ13に発生する磁界22を、より磁気抵抗パ
ターン18に集中することができ、第1の実施例よりも
さらに効率よく磁気抵抗パターン18に磁界を印加する
ことができる。
【0018】図6は本発明の第3の実施例を示す図であ
る。本実施例は基本的には第1の実施例と同様であり、
異なるところは磁気抵抗素子12のパターンである。即
ち、本実施例の磁気抵抗素子12は同図に示すように、
磁気抵抗パターン18をフルブリッジに構成したとき、
その相隣れる2つの抵抗辺のリード部にそれぞれ抵抗値
調整用パターン23,23′を設けたことである。なお
21,21′は集磁部、24はボンディングパッドであ
る。
【0019】このように構成された本実施例は、抵抗値
調整用パターン23又は23′に点線で示すようにレー
ザを用いて切り込み25を入れることにより、ブリッジ
の抵抗値を調整することができ、測定電流が零のとき、
ブリッジ出力も零になるようにすることができる。その
他の効果は第1の実施例と同様である。
【0020】
【発明の効果】本発明に依れば、コアのギャップ部に発
生する磁界を集磁部が磁気抵抗パターンに導くことによ
り、より効率的かつ均一な磁界を磁気抵抗パターンに印
加することができ、コイルに流れる電流が変化すること
で生じる磁界変化を精度良く検出できるので高性能な電
流センサが実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施例を示す図で、(a)は全
体斜視図、(b)は(a)図のb−b線における拡大断
面図である。
【図2】バーバーポール型磁気抵抗素子の基本構造を説
明するための図で、(a)は素子断面図、(b)は磁気
抵抗パターンを示す平面図、(c)は特性図である。
【図3】本発明の第1の実施例に用いる磁気抵抗素子を
示す図で、(a)は斜視図、(b)は等価回路図であ
る。
【図4】本発明の第1の実施例に用いる磁気抵抗素子の
パターンを示す図で、(a)は平面図、(b)は(a)
図の部分拡大図である。
【図5】本発明の第2の実施例の要部を示す断面図であ
る。
【図6】本発明の第3の実施例の要部を示す平面図であ
る。
【図7】従来の電流センサの1例を示す図で、(a)は
全体斜視図、(b)は磁気抵抗素子を示す斜視図であ
る。
【符号の説明】
10…コイル 11…コア 12…磁気抵抗素子 13…ギャップ 14…Si基板 15…絶縁層 16…強磁性薄膜パターン 17…電極パターン 18…磁気抵抗パターン 19…保護膜 20…磁石 21,21′…集磁部 22…磁界 23,23′…抵抗値調整用パターン 24…ボンディング用パッド 25…切り込み
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 丹治 成生 神奈川県川崎市中原区上小田中1015番地 富士通株式会社内

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 電流により磁界を発生する磁界発生手段
    と、磁界発生手段により発生した磁界を集束する磁界集
    束手段と、強磁性薄膜よりなる磁気抵抗素子を用いた磁
    界検出手段とを具備して成る電流センサにおいて、 上記磁気抵抗素子(12)には強磁性薄膜よりなる磁気
    抵抗パターン(18)と、その両脇に磁性体を配置する
    ことにより設けた集磁部(21,21′)とからなるも
    のを用い、磁界集束手段には円環状の一部にギャップ
    (13)を有する磁性体のコア(11)を用い、該磁界
    集束手段にコイル状に磁界発生手段を配置し、且つ該磁
    界集束手段のギャップ(13)の両端を前記磁気抵抗素
    子(12)の集磁部(21,21′)に接触、または近
    接するように配設したことを特徴とする電流センサ。
  2. 【請求項2】 上記磁気抵抗素子(12)の磁気抵抗パ
    ターン(18)は細長い矩形状の強磁性薄膜パターン
    (16)の上に約45°傾斜した電極パターン(17)
    を一定の間隔で縞状に形成したバーバーポール型であ
    り、フルブリッジ接続したものであることを特徴とする
    請求項1の電流センサ。
  3. 【請求項3】 上記集磁部(21,21′)は磁気抵抗
    素子(12)の磁気抵抗パターン(18)を構成する強
    磁性薄膜と同一材料からなり、その膜厚も磁気抵抗パタ
    ーン(18)とほぼ同一またはそれ以上の膜厚であるこ
    とを特徴とする請求項1の電流センサ。
  4. 【請求項4】 上記磁気抵抗素子(12)の磁気抵抗パ
    ターン(18)にトリミング可能な抵抗値調整用パター
    ン(23,23′)を設け、該抵抗値調整用パターン
    (23,23′)をレーザトリミングすることにより、
    電流0のときのブリッジ出力が零となるように調整可能
    としたことを特徴とする請求項1の電流センサ。
JP4277211A 1992-10-15 1992-10-15 電流センサ Withdrawn JPH06130088A (ja)

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