JP2011196698A - 電流検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、消費電流が小さく、かつ小形で、出力の直線性が良好な電流検出装置を提供することを目的とするものである。
【解決手段】本発明の電流検出装置は、磁気抵抗素子センサ２５における絶縁基板の法線方向を導体２３に流れる電流によって生ずる磁界の方向に対して傾斜させることにより、前記導体２３に流れる電流によって生ずる磁界の磁気抵抗素子に作用する成分を等価的に減少させ、前記導体２３に流れる電流を直線性よく低消費電流で測定するようにしたものである。
【選択図】図１

Description

本発明は、車両、産業機器等内において大電流を検出する電流検出装置に関するものである。

従来の電流検出装置としては図７〜図９に示すようなものが知られている（特許文献１参照）。図７（ａ）は従来の電流検出装置の外観斜視図を示したもので、この電流検出装置は樹脂製のケース１のトンネル部分２に導体３を通した後、ケース１ごとフランジ４で車両（図示せず）のボディ等に取り付け固定される。図７（ｂ）は図７（ａ）におけるＡ−Ａ線断面図を示したもので、補償電流線５と磁気抵抗素子部６および永久磁石７が所定の位置関係を保つように樹脂成形によって形成されたホルダー８で固定されている。９は前記導体３に流れる電流から発生した磁束を収束するための磁気ヨークで、磁性材などからなる。１０は回路を構成する回路部品を搭載した回路基板である。

図８（ａ）は磁気抵抗素子部の構造と印加される磁界の方向を示すものである。図８（ａ）に示す磁気抵抗素子部６は絶縁基板１１上に磁気抵抗薄膜をつづら折りに複数回折り返して磁気指向性を持たせた磁気抵抗素子６ａ，６ｂ，６ｃ，６ｄをそれぞれ図のように互いに電流の流れる方向を直交させて配置し、ブリッジ構成となるように接続して外部への引出し電極Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄを設けて構成されている。ベクトルαは永久磁石７により発生されるバイアス磁界を示し、磁気抵抗素子６ａ，６ｂ，６ｃ，６ｄの磁気−抵抗特性における動作点を決定している。ベクトルβ、γは各々導体３、補償電流線５に流れる電流により磁気抵抗素子６ａ，６ｂ，６ｃ，６ｄに印加される磁界を示したものである。また、図８（ｂ）は磁気抵抗素子部６の電気的等価回路図を示したものである。

図９は上記従来の電流検出装置の動作を説明するための回路図である。前記磁気抵抗素子部６における磁気抵抗素子６ａ，６ｂの結合点Ａと磁気抵抗素子６ｃ，６ｄの結合点Ｄ間には定電圧を印加する電源１２が接続されている。１３は磁気抵抗素子６ａ，６ｄの結合点Ｃと、磁気抵抗素子６ｂ，６ｃの結合点Ｂの電位差を検出する検出部で、この検出部１３の出力信号によって電流制御部１４が補償電流線５に流れる電流を制御している。１５は出力変換部で、この出力変換部１５は補償電流線５に流れる電流による負荷抵抗１６での電圧降下を増幅して出力端子１７に出力するものである。

導体３に流れる電流が零の時、図８（ａ）に示したバイアス磁界αのみが磁気抵抗素子６ａ，６ｂ，６ｃ，６ｄに対して一定の角度（４５度）をなすよう印加されるため、磁気抵抗素子６ａ，６ｂ，６ｃ，６ｄは実質的に同一の抵抗値となる。このため、磁気抵抗素子ブリッジは平衡し、磁気抵抗素子６ａ，６ｄの結合点Ｃと、磁気抵抗素子６ｂ，６ｃの結合点Ｂは同電位となり、検出部１３から信号は出力されない。これにより、補償電流線５と負荷抵抗１６に電流が流れないため、出力端子１７に出力電圧は現れないことになる。

一方、導体３に電流が流れると、図８（ａ）に示した磁界βが発生して磁気抵抗素子６ａ，６ｂ，６ｃ，６ｄに印加されるため、磁気抵抗素子６ａ，６ｃの抵抗は大きくなるとともに、磁気抵抗素子６ｂ，６ｄの抵抗は小さくなる。このため、磁気抵抗素子ブリッジの平衡が破れ、磁気抵抗素子６ａ，６ｄの結合点Ｃと、磁気抵抗素子６ｂ，６ｃの結合点Ｂとの間に電位差が発生する。この電位差は検出部１３で検出されて電流制御部１４に入力される。そして、この電流制御部１４はこの電位差に基づいて補償電流線５に電流を流して、図８（ａ）に示した磁界γを発生させ、導体３から受ける磁界βを相殺し、磁気抵抗素子６ａ，６ｂ，６ｃ，６ｄに印加される正味の磁界を永久磁石７により発生される磁界αのみとすることにより、磁気抵抗素子ブリッジの電位差を零にするように動作する。このようにして再び磁気抵抗素子ブリッジが平衡した時、負荷抵抗１６の両端に発生する電圧をモニターし適度に増幅すれば、導体３に流れる電流に対応した信号が出力端子１７に出力されることになる。

一般に磁気抵抗素子は磁気感度が高いという特徴を有する反面、磁気抵抗素子に印加される磁界の変化に対する磁気抵抗の変化が非直線的であるとともに、温度や経時等に伴い特性劣化が発生する場合があるという課題があった。これに対し、上記従来の電流検出装置においては、導体３に電流が流れている時であっても磁気抵抗素子６ａ，６ｂ，６ｃ，６ｄに印加される磁界は実質的に永久磁石７により発生される一定の磁界αのみとなるため、磁気抵抗素子の有する非直線的な磁気−抵抗特性および温度、経時等による特性劣化は電流検出装置としての特性にまったく関与せず、導体３に流れる電流と電流検出装置の出力信号との間の直線性が良好に保たれることになる。

なお、この出願の発明に関する先行技術文献情報としては、例えば、特許文献１が知られている。

特開平７−９２１９９号公報

しかしながら、上記図７〜図９に示した従来の電流検出装置においては、導体３に大電流が流れると、それに応じて補償電流線５に流すべき電流が大きくなるためセンサの消費電流が大きくなってしまうという問題点があった。図７（ｂ）を用いてこの問題点を説明する。一般に電流線路の周りに発生する磁界の強さＨは電流線路に流れる電流に比例し、電流線路からの距離に反比例する。よって、仮に図７（ｂ）において、１０Ａの電流が流れている導体３と磁気抵抗素子部６との実効的な距離が２０ｍｍであり、補償電流線５と磁気抵抗素子部６との距離が１ｍｍとすれば、補償電流線５には０．５Ａという大きな電流を流さなければならないことになる。導体３と磁気抵抗素子部６との実効的な距離を大きくすれば、補償電流線５に流す電流を小さくすることができるが、この場合はセンサ自体の形状寸法が大きくなってしまうことになる。

本発明は上記従来の問題点を解決するもので、消費電流が小さく、かつ小形で、出力の直線性が良好な電流検出装置を提供することを目的とするものである。

上記目的を達成するために、本発明は以下の構成を有するものである。

本発明の請求項１に記載の発明は、導体に流れる電流を検出する電流検出装置であって、絶縁基板と、前記絶縁基板上に配設され、かつ隣接する磁気抵抗素子の磁気検出方向が互いに直交する状態でブリッジ状に結合された４個の磁気抵抗素子と、前記磁気抵抗素子に近接して前記絶縁基板上に配設され、かつ前記磁気抵抗素子の磁気検出方向に対して略４５度をなす方向にバイアス磁界を与える磁界発生手段と、前記磁気抵抗素子に近接して前記絶縁基板上に配設された補償電流線とからなる磁気抵抗素子センサと、前記磁気抵抗素子の相対向する２つの結合部間に定電圧を印加する電源と、前記電源により定電圧が印加されている結合部間以外の相対向する結合部間の電位差を検出する検出手段と、前記検出手段からの出力信号に基づいて前記電位差を零にするように前記補償電流線に流れる電流を制御する電流制御手段と、前記補償電流線に流れる電流を変換して出力する回路部とを備え、前記バイアス磁界方向と前記導体に流れる電流の方向とを平行とし、かつ前記導体に流れる電流によって生ずる磁界の方向に対して前記絶縁基板の法線方向を傾斜させたもので、この構成によれば、前記導体に流れる電流によって生ずる磁界が磁気抵抗素子に対して傾斜して印加されるため、前記導体に流れる電流によって生ずる磁界の磁気抵抗素子に作用する成分を等価的に減少させることができ、これにより、検出装置の形状を大きくすることなく、被測定電流を直線性よく低消費電流で測定することができるという作用効果を有するものである。

本発明の請求項２に記載の発明は、導体に流れる電流を検出する電流検出装置であって、絶縁基板と、前記絶縁基板上に配設され、かつ隣接する磁気抵抗素子の磁気検出方向が互いに直交する状態でブリッジ状に結合された４個の磁気抵抗素子と、前記磁気抵抗素子に近接して前記絶縁基板上に配設され、かつ前記磁気抵抗素子の磁気検出方向に対して略４５度をなす方向にバイアス磁界を与える磁界発生手段と、前記磁気抵抗素子に近接して前記絶縁基板上に配設された補償電流線とからなる２個以上の磁気抵抗素子センサと、前記２個以上の磁気抵抗素子センサのうちから選択されたいずれかの磁気抵抗素子センサにおける磁気抵抗素子の相対向する２つの結合部間だけに定電圧を印加する電源と、前記選択された磁気抵抗素子センサにおける前記電源により定電圧が印加されている結合部間以外の相対向する結合部間の電位差を検出する検出手段と、前記選択された磁気抵抗素子センサにおける前記検出手段からの出力信号に基づいて前記電位差を零にするように前記補償電流線に流れる電流を制御する電流制御手段とを備え、前記磁気抵抗素子センサの１つは、前記バイアス磁界方向と前記導体に流れる電流の方向とを平行とし、かつ前記導体に流れる電流によって生ずる磁界の方向に対して前記磁気抵抗素子センサにおける絶縁基板の法線方向を直交させるとともに、他の磁気抵抗素子センサは、前記導体に流れる電流によって生ずる磁界の方向に対して前記磁気抵抗素子センサにおける絶縁基板の法線方向を傾斜させたもので、この構成によれば、前記導体に流れる電流が小さい時には、磁気抵抗素子の絶縁基板の法線方向と、導体に流れる電流によって生ずる磁界とが直交するように配置された磁気抵抗素子センサを選択し、一方、前記導体に流れる電流が大きい時には、磁気抵抗素子の絶縁基板の法線方向と、導体に流れる電流によって生ずる磁界が傾斜するように配置された磁気抵抗素子センサを選択することにより、検出装置の形状を大きくすることなく、広い範囲の被測定電流を直線性よく低消費電流で測定することができるという作用効果を有するものである。

本発明の請求項３に記載の発明は、特に、磁界発生手段として薄膜磁石を用いたもので、この構成によれば、薄膜磁石を磁気抵抗素子上にスパッタ等の手段で形成し、そして、フォトリソグラフィ技術を用いてパターニングして形成することにより、磁界発生手段と磁気抵抗素子とを一体的に互いにきわめて近接させて、かつ精度よく配置することができるため、被測定電流をさらに高精度で測定することができるという作用効果を有するものである。

本発明の請求項４に記載の発明は、特に、補償電流線として巻線コイルを用いたもので、この構成によれば、補償電流線に流れる電流により発生させる磁界を巻線のターン数倍だけ増大させることができるため、補償電流線に流す電流をさらに小さくでき、これにより、被測定電流を直線性よくさらに低消費電流で測定することができるという作用効果を有するものである。

以上のように本発明の物理量センサは、導体に流れる電流を検出する電流検出装置であって、絶縁基板と、前記絶縁基板上に配設され、かつ隣接する磁気抵抗素子の磁気検出方向が互いに直交する状態でブリッジ状に結合された４個の磁気抵抗素子と、前記磁気抵抗素子に近接して前記絶縁基板上に配設され、かつ前記磁気抵抗素子の磁気検出方向に対して略４５度をなす方向にバイアス磁界を与える磁界発生手段と、前記磁気抵抗素子に近接して前記絶縁基板上に配設された補償電流線とからなる磁気抵抗素子センサと、前記磁気抵抗素子の相対向する２つの結合部間に定電圧を印加する電源と、前記電源により定電圧が印加されている結合部間以外の相対向する結合部間の電位差を検出する検出手段と、前記検出手段からの出力信号に基づいて前記電位差を零にするように前記補償電流線に流れる電流を制御する電流制御手段と、前記補償電流線に流れる電流を変換して出力する回路部とを備え、前記バイアス磁界方向と前記導体に流れる電流の方向とを平行とし、かつ前記導体に流れる電流によって生ずる磁界の方向に対して前記絶縁基板の法線方向を傾斜させたもので、前記導体に流れる電流によって生ずる磁界が磁気抵抗素子に対して傾斜して印加されるため、前記導体に流れる電流によって生ずる磁界の磁気抵抗素子に作用する成分を等価的に減少させることができ、これにより、検出装置の形状を大きくすることなく、被測定電流を直線性よく低消費電流で測定することができるという優れた効果を奏するものである。

（ａ）本発明の実施の形態１における電流検出装置の斜視図、（ｂ）（ａ）におけるＢ−Ｂ線断面図 （ａ）同電流検出装置における磁気抵抗素子センサの上面図、（ｂ）（ａ）におけるＣ−Ｃ線断面図 同電流検出装置における磁気抵抗素子センサ近傍の拡大断面図 同電流検出装置の動作を説明するための回路図 （ａ）本発明の実施の形態２における電流検出装置の斜視図、（ｂ）（ａ）におけるＤ−Ｄ線断面図、（ｃ）（ｂ）におけるＡ部拡大図 （ａ）本発明の実施の形態３における電流検出装置の磁気抵抗素子センサを示す斜視図、（ｂ）（ａ）におけるＥ−Ｅ線断面図 （ａ）従来の電流検出装置の斜視図、（ｂ）（ａ）におけるＡ−Ａ線断面図 （ａ）同電流検出装置における磁気抵抗素子部の構造と印加される磁界の方向を示す図、（ｂ）同磁気抵抗素子部の電気的等価回路図 同電流検出装置の動作を説明するための回路図

（実施の形態１）
以下、実施の形態１を用いて、本発明の特に請求項１，３に記載の発明について説明する。図１（ａ）は本発明の実施の形態１における電流検出装置の斜視図を示したもので、この電流検出装置は樹脂製のケース２１のトンネル部分２２に導体２３を通した後、ケース２１ごとフランジ２４で車両（図示せず）のボディ等に取り付け固定される。図１（ｂ）は図１（ａ）におけるＢ−Ｂ線断面図を示したもので、磁気抵抗素子センサ２５が樹脂成形によって形成された台座２６の上に固定されている。２７は被測定電流から発生した磁束を収束するための磁気ヨークで、この磁気ヨーク２７は磁性薄膜などからなり、そして、前記磁気抵抗素子センサ２５はこの磁気ヨーク２７内に形成されたギャップ２８内に配置されている。また、２９は回路部品（図示せず）が搭載された回路基板である。そして、前記導体２３に被測定電流が流れると、導体２３の周囲に磁界が発生する。この磁界は磁気ヨーク２７内に閉じ込められ、ギャップ２８内に均一に放射される。また、前記磁気抵抗素子センサ２５はこうしてギャップ２８内に形成された磁界に対してその絶縁基板の法線方向を傾斜して配置されているものである。

図２（ａ）は前記磁気抵抗素子センサ２５の上面図、図２（ｂ）は図２（ａ）におけるＣ−Ｃ線断面図である。図２（ａ）（ｂ）において、３０ａ，３０ｂ，３０ｃ，３０ｄはセラミック等の絶縁基板３１上に形成された磁気抵抗素子であり、これらはＮｉ−Ｃｏ等の強磁性体からなる厚み約０．１μｍの磁気抵抗薄膜である。そして、前記磁気抵抗素子３０ａ，３０ｂおよび磁気抵抗素子３０ｃ，３０ｄは各々直列に接続され、磁気検出方向であるパターンの長手方向が互いに直交している。入力電極３２ａは絶縁基板３１上に形成されているもので、前記磁気抵抗素子３０ａおよび磁気抵抗素子３０ｄと電気的に接続されている。第１の出力電極３２ｂも絶縁基板３１上に形成されており、前記磁気抵抗素子３０ａおよび磁気抵抗素子３０ｂと電気的に接続されている。同様にしてグランド電極３２ｃ、第２の出力電極３２ｄも絶縁基板３１上に形成されており、各々前記磁気抵抗素子３０ｂおよび磁気抵抗素子３０ｃ、前記磁気抵抗素子３０ｃおよび磁気抵抗素子３０ｄと電気的に接続されている。

３３ａは第１の絶縁層で、この第１の絶縁層３３ａは厚みが約１μｍのＳｉＯ₂薄膜からなり、前記磁気抵抗素子３０ａ，３０ｂ，３０ｃ，３０ｄを覆うことにより後述する薄膜磁石３４からなるバイアス磁界発生手段との電気的絶縁を行うものである。

３４は薄膜磁石で、この薄膜磁石３４は厚みが約０．６μｍのＣｏＰｔ等からなり、前記第１の絶縁層３３ａの上に蒸着、スパッタ法等により形成した後、露光、エッチングによりパターニングすることにより、前記磁気抵抗素子３０ａ，３０ｂ，３０ｃ，３０ｄの磁気検出方向と４５度をなす方向に長手方向を有する複数の略長方体に分割されているものである。そして、この複数の略長方体形状の薄膜の幅方向にきわめて大きな磁界を印加することにより、略長方体形状の薄膜が幅方向に磁化されて、薄膜磁石３４を得ることができる。ＸＹＺ軸を図２（ａ）に示すように規定した時、薄膜磁石３４からはＹ軸方向の磁界が発生し、磁気抵抗素子３０ａ，３０ｂ，３０ｃ，３０ｄの磁気検出方向に対して４５度をなす方向にバイアス磁界が印加されることになる。

３３ｂは第２の絶縁層で、この第２の絶縁層３３ｂは厚みが約１μｍのＳｉＯ₂薄膜からなり、前記薄膜磁石３４を覆うことにより後述する補償電流線３５との電気的絶縁を行うものである。

３５は補償電流線で、この補償電流線３５は厚みが約０．６μｍの銅薄膜からなり、前記第２の絶縁層３３ｂの上に蒸着法等により形成した後、露光、エッチングによりパターニングすることにより形成している。

上記したような構成とすることにより、絶縁基板３１の上に磁気抵抗素子３０ａ，３０ｂ，３０ｃ，３０ｄ、薄膜磁石３４、補償電流線３５を一体的に互いにきわめて近接させて、かつ精度よく配置することができるものである。

図３は図１（ｂ）の磁気抵抗素子センサ２５の近傍を拡大して示したもので、この図３において、Ｈ_Iは導体２３に流れる電流により磁気ヨーク２７のギャップ２８内に発生した磁界を示し、前記磁気抵抗素子センサ２５はこの磁界Ｈ_Iに対して前記磁気抵抗素子センサにおける絶縁基板の法線方向を角度θだけ傾斜させている。磁気抵抗素子センサ２５に対してＸＹＺ軸を図２（ａ）と同様に規定すると、薄膜磁石３４から発生するバイアス磁界Ｈ_BはＹ軸方向に印加される。また、Ｈ_cは補償電流線３５に流れる電流により発生する磁界であり、Ｘ軸方向内にある。

図４は本発明の実施の形態１における電流検出装置の動作を説明するための回路図を示したもので、この図４に示すように、前記磁気抵抗素子センサ２５の入力電極３２ａとグランド電極３２ｃとの間には定電圧を印加する電源３６が接続されている。また、この図４において、３７は第１の出力電極３２ｂと第２の出力電極３２ｄの電位差を検出する検出部で、この検出部３７の出力信号によって電流制御部３８が補償電流線３５に流れる電流を制御している。３９は出力変換部で、この出力変換部３９は前記補償電流線３５に流れる電流による負荷抵抗４０での電圧降下を増幅して出力端子４１に出力するものである。

導体２３に流れる電流が零の時、図３に示したバイアス磁界Ｈ_Bのみが磁気抵抗素子３０ａ，３０ｂ，３０ｃ，３０ｄに対して一定の角度（４５度）をなすように印加されるため、磁気抵抗素子３０ａ，３０ｂ，３０ｃ，３０ｄは実質的に同一の抵抗値となる。このため、磁気抵抗素子ブリッジは平衡し、第１の出力電極３２ｂと第２の出力電極３２ｄは同電位となり、検出部３７から信号は出力されない。これにより、補償電流線３５と負荷抵抗４０に電流が流れないため、出力端子４１には出力電圧は現れないことになる。

導体２３に電流が流れると、図３に示した磁界Ｈ_Iが発生して磁気抵抗素子センサ２５に印加され、磁気抵抗素子３０ａ，３０ｃの抵抗が小さくなるとともに、磁気抵抗素子３０ｂ，３０ｄの抵抗が大きくなる。このため、磁気抵抗素子ブリッジの平衡が破れ、第１の出力電極３２ｂと第２の出力電極３２ｄとの間に電位差が発生する。この電位差は検出部３７で検出されて電流制御部３８に入力される。電流制御部３８はこの電位差に基づいて補償電流線３５に電流を流して、図３に示した磁界Ｈ_cを発生させ、磁気抵抗素子３０ａ，３０ｂ，３０ｃ，３０ｄに印加される正味の磁界を薄膜磁石３４から発生するバイアス磁界Ｈ_Bのみとすることにより、磁気抵抗素子ブリッジの電位差を零にするように動作する。こうして再び磁気抵抗素子ブリッジが平衡した時、負荷抵抗４０の両端に発生する電圧をモニターして適度に増幅すれば、導体２３に流れる電流に対応した信号が出力端子４１に出力されることになる。

このように、本発明の実施の形態１における電流検出装置においては、導体２３に電流が流れている時であっても磁気抵抗素子３０ａ，３０ｂ，３０ｃ，３０ｄに印加される磁界は実質的に薄膜磁石３４から発生する一定の磁界Ｈ_Bのみとなるため、磁気抵抗素子の有する非直線的な磁気−抵抗特性および温度、経時等による特性劣化が電流検出装置としての特性にまったく関与せず、導体２３に流れる電流と電流検出装置の出力信号との間の直線性が良好に保たれることになる。

この場合、上記したように前記磁気抵抗素子センサ２５は磁界Ｈ_Iに対して前記磁気抵抗素子センサにおける絶縁基板の法線方向を角度θだけ傾斜させているため、磁気抵抗素子３０ａ，３０ｂ，３０ｃ，３０ｄの磁気検出方向に印加される磁界の強さはＨ_IcosθとなりＨ_Iよりも小さくなる。そのため、この磁界の強さＨ_Icosθを相殺するために補償電流線３５に流すべき電流は小さくてすむことになる。これにより、検出装置の形状を大きくすることなく、被測定電流を直線性よく低消費電流で測定することができるものである。

（実施の形態２）
以下、実施の形態２を用いて、本発明の特に請求項２に記載の発明について説明する。図５（ａ）は本発明の実施の形態２における電流検出装置の斜視図、図５（ｂ）は図５（ａ）におけるＤ−Ｄ線断面図、図５（ｃ）は図５（ｂ）のＡ部拡大図である。なお、この本発明の実施の形態２においては、上記した本発明の実施の形態１の構成と同様の構成を有するものについては、同一符号を付しており、その説明は省略する。

図５（ａ）（ｂ）（ｃ）において、本発明の実施の形態２が上記した本発明の実施の形態１と相違する点は、磁気ヨーク２７内に形成されたギャップ２８内において、図２で示した構成を有する複数の磁気抵抗素子センサ４５，４６が樹脂成形によって形成された台座４７の上に配置され、そして前記磁気抵抗素子センサ４５は導体２３に流れる電流によって前記ギャップ２８内に発生する磁界Ｈ_Iに対して前記磁気抵抗素子センサ４５における絶縁基板の法線方向を角度θだけ傾斜させているとともに、前記磁気抵抗素子センサ４６は磁界Ｈ_Iに対して前記磁気抵抗素子センサ４６における絶縁基板の法線方向を直交させた点である。前記磁気抵抗素子センサ４５，４６における絶縁基板上に形成した薄膜磁石から発生するバイアス磁界Ｈ_B1，Ｈ_B2はともに紙面の垂直方向に印加されている。また、Ｈ_C1，Ｈ_C2は各々の磁気抵抗素子センサ４５，４６における絶縁基板上に形成した補償電流線に流れる電流により発生する磁界であり、各々の絶縁基板の表面に沿う方向に印加される。

導体２３に流れる電流が小さい時には、磁気抵抗素子センサ４６の入力電極とグランド電極との間のみに定電圧が印加されるとともに、検出部３７ｂの出力が電流制御部３８に接続される。電流制御部３８は磁気抵抗素子センサ４６に印加される正味の磁界がバイアス磁界Ｈ_B2のみとなるように補償電流線３５に流れる電流を制御する。この電流によって負荷抵抗４０の両端に発生する電圧をモニターして適度に増幅すれば、導体２３に流れる電流に対応した信号が出力端子４１に出力されることになる。被測定電流に流れる電流が大きくなると、磁気抵抗素子センサ４５の入力電極とグランド電極との間のみに定電圧が印加されるとともに、検出部３７ａの出力が電流制御部３８に接続される。電流制御部３８は磁気抵抗素子センサ４５に印加される正味の磁界がバイアス磁界Ｈ_B1のみとなるように補償電流線３５に流れる電流を制御する。この電流によって負荷抵抗４０の両端に発生する電圧をモニターして適度に増幅すれば、導体２３に流れる電流に対応した信号が出力端子４１に出力されることになる。このような構成とすることにより、検出装置の形状を大きくすることなく、広い範囲の被測定電流を直線性よく低消費電流で測定することができるという効果が得られるものである。

なお、本発明の実施の形態１，２において使用した磁気ヨーク２７を削除しても本発明の目的を達成することは可能であるが、磁気ヨーク２７を使用しない場合には導体２３から発生した磁界が外部に漏れないようにケース２１を覆う磁気シールドを設けることが望ましい。

（実施の形態３）
以下、実施の形態３を用いて、本発明の特に請求項４に記載の発明について説明する。図６（ａ）は本発明の実施の形態３における電流検出装置の磁気抵抗素子センサを示す斜視図、図６（ｂ）は図６（ａ）におけるＥ−Ｅ線断面図である。

図６(ａ)（ｂ）において、本発明の実施の形態３における電流検出装置の磁気抵抗素子センサが図２に示した本発明の実施の形態１，２における電流検出装置の磁気抵抗素子センサと相違する点は、巻線コイル５０を絶縁基板３１の周囲に巻回して補償電流線とした点である。このような構成とすることにより、補償電流線に流れる電流により発生する磁界を巻線のターン数倍だけ増大させることができるため、補償電流線に流す電流をさらに小さくでき、これにより、被測定電流を直線性よくさらに低消費電流で測定することができるという効果が得られるものである。

本発明の電流検出装置は、導体に流れる電流によって生ずる磁界の磁気抵抗素子に作用する成分を等価的に減少させることができ、これにより、検出装置の形状を大きくすることなく、被測定電流を直線性よく低消費電流で測定することができるという効果を有するものであり、特に、車両、産業機器等内における電流を検出する電流検出装置として有用なものである。

２３ 導体
２５ 磁気抵抗素子センサ
３０ａ，３０ｂ，３０ｃ，３０ｄ 磁気抵抗素子
３１ 絶縁基板
３４ 薄膜磁石
３５ 補償電流線
３６ 電源
４５，４６ 磁気抵抗素子センサ
５０ 巻線コイル

Claims (4)

1. 導体に流れる電流を検出する電流検出装置であって、絶縁基板と、前記絶縁基板上に配設され、かつ隣接する磁気抵抗素子の磁気検出方向が互いに直交する状態でブリッジ状に結合された４個の磁気抵抗素子と、前記磁気抵抗素子に近接して前記絶縁基板上に配設され、かつ前記磁気抵抗素子の磁気検出方向に対して略４５度をなす方向にバイアス磁界を与える磁界発生手段と、前記磁気抵抗素子に近接して前記絶縁基板上に配設された補償電流線とからなる磁気抵抗素子センサと、前記磁気抵抗素子の相対向する２つの結合部間に定電圧を印加する電源と、前記電源により定電圧が印加されている結合部間以外の相対向する結合部間の電位差を検出する検出手段と、前記検出手段からの出力信号に基づいて前記電位差を零にするように前記補償電流線に流れる電流を制御する電流制御手段と、前記補償電流線に流れる電流を変換して出力する回路部とを備え、前記バイアス磁界方向と前記導体に流れる電流の方向とを平行とし、かつ前記導体に流れる電流によって生ずる磁界の方向に対して前記絶縁基板の法線方向を傾斜させた電流検出装置。
2. 導体に流れる電流を検出する電流検出装置であって、絶縁基板と、前記絶縁基板上に配設され、かつ隣接する磁気抵抗素子の磁気検出方向が互いに直交する状態でブリッジ状に結合された４個の磁気抵抗素子と、前記磁気抵抗素子に近接して前記絶縁基板上に配設され、かつ前記磁気抵抗素子の磁気検出方向に対して略４５度をなす方向にバイアス磁界を与える磁界発生手段と、前記磁気抵抗素子に近接して前記絶縁基板上に配設された補償電流線とからなる２個以上の磁気抵抗素子センサと、前記２個以上の磁気抵抗素子センサのうちから選択されたいずれかの磁気抵抗素子センサにおける磁気抵抗素子の相対向する２つの結合部間だけに定電圧を印加する電源と、前記選択された磁気抵抗素子センサにおける前記電源により定電圧が印加されている結合部間以外の相対向する結合部間の電位差を検出する検出手段と、前記選択された磁気抵抗素子センサにおける前記検出手段からの出力信号に基づいて前記電位差を零にするように前記補償電流線に流れる電流を制御する電流制御手段とを備え、前記磁気抵抗素子センサの１つは、前記バイアス磁界方向と前記導体に流れる電流の方向とを平行とし、かつ前記導体に流れる電流によって生ずる磁界の方向に対して前記磁気抵抗素子センサにおける絶縁基板の法線方向を直交させるとともに、他の磁気抵抗素子センサは、前記導体に流れる電流によって生ずる磁界の方向に対して前記磁気抵抗素子センサにおける絶縁基板の法線方向を傾斜させた電流検出装置。
3. 磁界発生手段として薄膜磁石を用いた請求項１または２記載の電流検出装置。
4. 補償電流線として巻線コイルを用いた請求項１〜３のいずれかに記載の電流検出装置。

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