JPH0943327A - 磁気抵抗効果電流センサ - Google Patents
磁気抵抗効果電流センサInfo
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- JPH0943327A JPH0943327A JP7198386A JP19838695A JPH0943327A JP H0943327 A JPH0943327 A JP H0943327A JP 7198386 A JP7198386 A JP 7198386A JP 19838695 A JP19838695 A JP 19838695A JP H0943327 A JPH0943327 A JP H0943327A
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- G01—MEASURING; TESTING
- G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
- G01R15/00—Details of measuring arrangements of the types provided for in groups G01R17/00 - G01R29/00, G01R33/00 - G01R33/26 or G01R35/00
- G01R15/14—Adaptations providing voltage or current isolation, e.g. for high-voltage or high-current networks
- G01R15/20—Adaptations 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
- G01R15/205—Adaptations 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】
【課題】 測定精度が良くかつ、２次電流を流すための
２次コイルを必要性をなくし、形状が小さくなるように
する。 【解決手段】 強磁性体磁気抵抗素子部１０と演算増幅
回路部２０が同一チップ上に形成され、強磁性体磁気抵
抗素子部１０は個々の磁気抵抗体１１〜１４をブリッジ
状に形成し、そのうち少なくとも一つは他の磁気抵抗体
の抵抗値と異なる抵抗値を有するようにしたものである
から、定常電流供給時に磁気平衡状態を自然に作り出す
ことができ、従来のようにホール素子を使用しないこと
から温度による変化が生じないことから測定精度が良
く、また磁気平衡のために従来必要であった２次電流を
流す２次コイルが必要なくなる。
２次コイルを必要性をなくし、形状が小さくなるように
する。 【解決手段】 強磁性体磁気抵抗素子部１０と演算増幅
回路部２０が同一チップ上に形成され、強磁性体磁気抵
抗素子部１０は個々の磁気抵抗体１１〜１４をブリッジ
状に形成し、そのうち少なくとも一つは他の磁気抵抗体
の抵抗値と異なる抵抗値を有するようにしたものである
から、定常電流供給時に磁気平衡状態を自然に作り出す
ことができ、従来のようにホール素子を使用しないこと
から温度による変化が生じないことから測定精度が良
く、また磁気平衡のために従来必要であった２次電流を
流す２次コイルが必要なくなる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、強磁性体磁気抵抗
素子と波形整形処理回路とを同一チップ上に集積化して
回路電流によって変化する磁界変化から電流を検出する
磁気抵抗効果電流センサに関するものである。
素子と波形整形処理回路とを同一チップ上に集積化して
回路電流によって変化する磁界変化から電流を検出する
磁気抵抗効果電流センサに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来この種の電流センサは、無停電電源
装置、押出器、圧延機、ＮＣ工作機械などのように、高
速・大容量の精密スイッチングを行う機器の電流計測用
に用いられている。例えば、メカトロブックスのＮｏ８
には計測電流に比例した磁気をホール素子で検出して増
幅出力する磁束計測式と、ホール素子の出力を増幅して
２次電流を２次コイルに流し、計測電流による磁束とは
逆方向の磁束を加えてホール素子は常にゼロ磁界の磁気
平衡状態とし、２次電流を出力する磁気平衡式のものが
開示されている。
装置、押出器、圧延機、ＮＣ工作機械などのように、高
速・大容量の精密スイッチングを行う機器の電流計測用
に用いられている。例えば、メカトロブックスのＮｏ８
には計測電流に比例した磁気をホール素子で検出して増
幅出力する磁束計測式と、ホール素子の出力を増幅して
２次電流を２次コイルに流し、計測電流による磁束とは
逆方向の磁束を加えてホール素子は常にゼロ磁界の磁気
平衡状態とし、２次電流を出力する磁気平衡式のものが
開示されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら磁束検出
にホール素子を用いると、温度特性が影響して計測精度
を向上させ難い。一方、磁気平衡式では、磁気平衡状態
を作り出す２次電流が必要なため、消費電流が増加する
ほか、２次電流を流す２次コイルが必要なため、形状が
大きくなると言う課題がある。
にホール素子を用いると、温度特性が影響して計測精度
を向上させ難い。一方、磁気平衡式では、磁気平衡状態
を作り出す２次電流が必要なため、消費電流が増加する
ほか、２次電流を流す２次コイルが必要なため、形状が
大きくなると言う課題がある。
【０００４】本発明はこのような状況に鑑みて成された
もので、測定精度が良くかつ、２次電流を流すための２
次コイルを必要性をなくし、形状が小さくなるようにし
たものである。
もので、測定精度が良くかつ、２次電流を流すための２
次コイルを必要性をなくし、形状が小さくなるようにし
たものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】このような課題を解決す
るために本発明は、強磁性体磁気抵抗素子部と演算増幅
部を備え強磁性体磁気抵抗素子部に計測電流に比例した
外部からの磁界が与えられると抵抗値が変化する磁気抵
抗効果電流センサについてのものである。このような目
的を達成するために、強磁性体磁気抵抗素子部と演算増
幅回路部が同一チップ上に形成され、強磁性体磁気抵抗
素子部はＮｉ−Ｆｅ−Ｃｏ合金またはＮｉ−Ｆｅ合金か
らなる薄膜の何れか一方を近接して平行に形成された複
数の線状パターンで磁気抵抗体を形成し、その磁気抵抗
体は隣接するもののパターン形成方向が相互に直角にな
るようにしてブリッジ状に形成して、そのうち少なくと
も一つは他の磁気抵抗体の抵抗値と異なる抵抗値を有す
るようにしたものである。また、強磁性体磁気抵抗素子
部は、Ｎｉ−Ｆｅ−Ｃｏ合金またはＮｉ−Ｆｅ合金に代
えてＣｏ／ＣｕまたはＦｅ／Ｃｒ超格子を用いている。
るために本発明は、強磁性体磁気抵抗素子部と演算増幅
部を備え強磁性体磁気抵抗素子部に計測電流に比例した
外部からの磁界が与えられると抵抗値が変化する磁気抵
抗効果電流センサについてのものである。このような目
的を達成するために、強磁性体磁気抵抗素子部と演算増
幅回路部が同一チップ上に形成され、強磁性体磁気抵抗
素子部はＮｉ−Ｆｅ−Ｃｏ合金またはＮｉ−Ｆｅ合金か
らなる薄膜の何れか一方を近接して平行に形成された複
数の線状パターンで磁気抵抗体を形成し、その磁気抵抗
体は隣接するもののパターン形成方向が相互に直角にな
るようにしてブリッジ状に形成して、そのうち少なくと
も一つは他の磁気抵抗体の抵抗値と異なる抵抗値を有す
るようにしたものである。また、強磁性体磁気抵抗素子
部は、Ｎｉ−Ｆｅ−Ｃｏ合金またはＮｉ−Ｆｅ合金に代
えてＣｏ／ＣｕまたはＦｅ／Ｃｒ超格子を用いている。
【０００６】
【発明の実施の形態】図１は本発明による磁気抵抗効果
電流センサの構成を示す等価回路であり、磁気抵抗効果
電流センサは、磁界が印加されるとその方向に応じて抵
抗値が変化する強磁性体磁気抵抗素子部１０と、その出
力を増幅する演算増幅回路部２０とが同一チップ上に形
成され、集積化が可能になるようにしている。なお、図
示していないが磁界は測定電流に対応した値が発生する
ようになっている。強磁性体抵抗素子部１０は図２に示
されているように、多数の強磁性体の磁気抵抗効果薄膜
を隣接させて平行に整列させて磁気抵抗体を形成し、そ
のパターン形成方向が隣接する磁気抵抗体について相互
に直角になるようにして磁気抵抗体１１〜１４を構成
し、それをブリッジ状に接続することによって、磁界の
方向を検出するようにしている。
電流センサの構成を示す等価回路であり、磁気抵抗効果
電流センサは、磁界が印加されるとその方向に応じて抵
抗値が変化する強磁性体磁気抵抗素子部１０と、その出
力を増幅する演算増幅回路部２０とが同一チップ上に形
成され、集積化が可能になるようにしている。なお、図
示していないが磁界は測定電流に対応した値が発生する
ようになっている。強磁性体抵抗素子部１０は図２に示
されているように、多数の強磁性体の磁気抵抗効果薄膜
を隣接させて平行に整列させて磁気抵抗体を形成し、そ
のパターン形成方向が隣接する磁気抵抗体について相互
に直角になるようにして磁気抵抗体１１〜１４を構成
し、それをブリッジ状に接続することによって、磁界の
方向を検出するようにしている。
【０００７】そして、図２の矢印Ａ方向の磁界が与えら
れるとその磁界と平衡に整列された磁気抵抗体１１およ
び１４の抵抗値は最大となり、その磁界と直角に整列さ
れた磁気抵抗体１２および１３の抵抗値は最小となる。
一方、矢印Ｂ方向の磁界が与えられると、その磁界と平
行に整列された磁気抵抗体１２および１３の抵抗値は最
大となり、その磁界と直角に整列された磁気抵抗体１１
および１４の抵抗値は最小となる。一般に抵抗値が最大
となる磁界の方向を磁化容易方向と称し、抵抗値が最小
となる磁界の方向を磁化困難方向と称する。
れるとその磁界と平衡に整列された磁気抵抗体１１およ
び１４の抵抗値は最大となり、その磁界と直角に整列さ
れた磁気抵抗体１２および１３の抵抗値は最小となる。
一方、矢印Ｂ方向の磁界が与えられると、その磁界と平
行に整列された磁気抵抗体１２および１３の抵抗値は最
大となり、その磁界と直角に整列された磁気抵抗体１１
および１４の抵抗値は最小となる。一般に抵抗値が最大
となる磁界の方向を磁化容易方向と称し、抵抗値が最小
となる磁界の方向を磁化困難方向と称する。
【０００８】各磁気抵抗効果素子は［Ｃｏ（１５Ａ）／
Ｃｕ（１０Ａ）Ａ）］50の超格子からなる強磁性体薄膜
が平行に複数配設されて形成されており、図３はその素
子の室温における特性であって、−１５ｋＯｅ≦Ｈ≦０
ｋＯｅ、０ｋＯｅ≦Ｈ≦１５ｋＯｅでリニアな関係が得
られている。また、磁気抵抗体１１の抵抗値を他の３つ
の磁気抵抗体１２〜１４より小さく調整して初期オフセ
ット電圧が発生するようにしている。
Ｃｕ（１０Ａ）Ａ）］50の超格子からなる強磁性体薄膜
が平行に複数配設されて形成されており、図３はその素
子の室温における特性であって、−１５ｋＯｅ≦Ｈ≦０
ｋＯｅ、０ｋＯｅ≦Ｈ≦１５ｋＯｅでリニアな関係が得
られている。また、磁気抵抗体１１の抵抗値を他の３つ
の磁気抵抗体１２〜１４より小さく調整して初期オフセ
ット電圧が発生するようにしている。
【０００９】これら４つの磁気抵抗体１１〜１４を備え
る強磁性体磁気抵抗素子部１０の図２に示す電源端子１
５が、図１に示す電源端子３１に接続され、図２に示す
グランド端子１６が、図１に示すグランド端子３３に接
続される。強磁性体磁気抵抗素子１０の図２に示す出力
端子１７が図１の演算増幅器２１の反転端子に接続さ
れ、図２に示す出力端子１８が図１の演算増幅器２１の
非反転端子に接続されている。
る強磁性体磁気抵抗素子部１０の図２に示す電源端子１
５が、図１に示す電源端子３１に接続され、図２に示す
グランド端子１６が、図１に示すグランド端子３３に接
続される。強磁性体磁気抵抗素子１０の図２に示す出力
端子１７が図１の演算増幅器２１の反転端子に接続さ
れ、図２に示す出力端子１８が図１の演算増幅器２１の
非反転端子に接続されている。
【００１０】次に動作について説明する。図１におい
て、各磁気抵抗体１１〜１４の抵抗値をそれぞれＲ１〜
Ｒ４とするとき、図２の記号Ａ方向となす角度をθとす
ると、飽和磁界中の抵抗値変化は、次のようになる。
て、各磁気抵抗体１１〜１４の抵抗値をそれぞれＲ１〜
Ｒ４とするとき、図２の記号Ａ方向となす角度をθとす
ると、飽和磁界中の抵抗値変化は、次のようになる。
【００１１】 Ｒ１（θ）＝Ｒ１min ｓｉｎ2θ＋Ｒ１max ｃｏｓ2θ Ｒ２（θ）＝Ｒ２min ｓｉｎ2（π／２−θ）＋Ｒ２max
ｃｏｓ2（π／２−θ） Ｒ３（θ）＝Ｒ３min ｓｉｎ2（π／２−θ）＋Ｒ３max
ｃｏｓ2（π／２−θ） Ｒ４（θ）＝Ｒ４min ｓｉｎ2θ＋Ｒ４max ｃｏｓ2θ ここで、Ｒn min（ｎ＝１〜４） は磁化困難方向に磁化
されたときの抵抗値、Ｒn max（ｎ＝１〜４） は設計値
である。
ｃｏｓ2（π／２−θ） Ｒ３（θ）＝Ｒ３min ｓｉｎ2（π／２−θ）＋Ｒ３max
ｃｏｓ2（π／２−θ） Ｒ４（θ）＝Ｒ４min ｓｉｎ2θ＋Ｒ４max ｃｏｓ2θ ここで、Ｒn min（ｎ＝１〜４） は磁化困難方向に磁化
されたときの抵抗値、Ｒn max（ｎ＝１〜４） は設計値
である。
【００１２】一方、演算増幅器２１の反転入力端子と非
反転入力端子へ供給される電圧Ｖｉｎ１およびＶｉｎ２
は次のようになる。 Ｖｉｎ１＝Ｖｃｃ＊Ｒ３／（Ｒ１＋Ｒ３） Ｖｉｎ２＝Ｖｃｃ＊Ｒ４／（Ｒ２＋Ｒ４） ここでＶｃｃは電源端子３１とグランド端子３３間の電
源電圧である。
反転入力端子へ供給される電圧Ｖｉｎ１およびＶｉｎ２
は次のようになる。 Ｖｉｎ１＝Ｖｃｃ＊Ｒ３／（Ｒ１＋Ｒ３） Ｖｉｎ２＝Ｖｃｃ＊Ｒ４／（Ｒ２＋Ｒ４） ここでＶｃｃは電源端子３１とグランド端子３３間の電
源電圧である。
【００１３】今、Ｒｎ ｍａｘ（ｎ＝１〜４）＝Ｒ０と
し、 測定電流に対応した値の磁界が印加されたとき、
磁気抵抗素子の最大変化量をΔＲとするとＶｉｎの最大
変化量ΔＶは次のようになる。 ΔＶ＝｜Ｖｉｎ（θ＝０）−Ｖｉｎ（θ＝π／２）｜≒
Ｖｃｃ＊ΔＲ／Ｒ０
し、 測定電流に対応した値の磁界が印加されたとき、
磁気抵抗素子の最大変化量をΔＲとするとＶｉｎの最大
変化量ΔＶは次のようになる。 ΔＶ＝｜Ｖｉｎ（θ＝０）−Ｖｉｎ（θ＝π／２）｜≒
Ｖｃｃ＊ΔＲ／Ｒ０
【００１４】図４は本発明による磁気抵抗効果電流セン
サの原理的な構造を示す図であり、実際のものはこの図
４の構成の真上に図２に示す磁気抵抗効果電流センサが
搭載されている。図４において図の矢印の方向に電流Ｉ
を供給すると記号Ａで示す磁化困難方向に計測電流Ｉに
比例した磁界が印加されるので、磁気抵抗体１２と１４
の抵抗値が印加磁界強度によって小さくなり演算増幅回
路部２０の出力が増加する。
サの原理的な構造を示す図であり、実際のものはこの図
４の構成の真上に図２に示す磁気抵抗効果電流センサが
搭載されている。図４において図の矢印の方向に電流Ｉ
を供給すると記号Ａで示す磁化困難方向に計測電流Ｉに
比例した磁界が印加されるので、磁気抵抗体１２と１４
の抵抗値が印加磁界強度によって小さくなり演算増幅回
路部２０の出力が増加する。
【００１５】以上の実施例において、強磁性体薄膜材料
として、低電流〜中電流にはＮｉ−Ｆｅ−Ｃｏ合金ある
いはＮｉ−Ｆｅ合金が、中電流以上にはＣｏ／Ｃｕ超格
子やＦｅ／Ｃｒ超格子を用いることが直線性確保の面か
ら好ましい。
として、低電流〜中電流にはＮｉ−Ｆｅ−Ｃｏ合金ある
いはＮｉ−Ｆｅ合金が、中電流以上にはＣｏ／Ｃｕ超格
子やＦｅ／Ｃｒ超格子を用いることが直線性確保の面か
ら好ましい。
【００１６】
【発明の効果】以上説明したように本発明は、強磁性体
磁気抵抗素子部と演算増幅回路部が同一チップ上に形成
され、強磁性体磁気抵抗素子部は磁気抵抗体をブリッジ
状に形成し、そのうち少なくとも一つは他の磁気抵抗体
の抵抗値と異なる抵抗値を有するようにしたものである
から、定常電流供給時に磁気平衡状態を自然に作り出す
ことができ、従来のようにホール素子を使用しないこと
から温度による変化が生じないこので測定精度が良く、
また磁気平衡のために従来必要であった２次電流を流す
２次コイルが必要なため、形状を小さくすることができ
るという効果を有する。
磁気抵抗素子部と演算増幅回路部が同一チップ上に形成
され、強磁性体磁気抵抗素子部は磁気抵抗体をブリッジ
状に形成し、そのうち少なくとも一つは他の磁気抵抗体
の抵抗値と異なる抵抗値を有するようにしたものである
から、定常電流供給時に磁気平衡状態を自然に作り出す
ことができ、従来のようにホール素子を使用しないこと
から温度による変化が生じないこので測定精度が良く、
また磁気平衡のために従来必要であった２次電流を流す
２次コイルが必要なため、形状を小さくすることができ
るという効果を有する。
【図１】 本発明の一実施例の構成を示す等価回路の回
路図である。
路図である。
【図２】 本発明による強磁性体磁気抵抗素子部の形状
の一例を示す図である。
の一例を示す図である。
【図３】 磁気抵抗曲線の一例を示すグラフである。
【図４】 本発明の磁気抵抗交換電流センサの回路を示
す回路図である。
す回路図である。
１０…強磁性体磁気抵抗素子部、１１〜１４…磁気抵抗
体、２０…演算増幅回路部、２１…演算増幅器。
体、２０…演算増幅回路部、２１…演算増幅器。
Claims (2)
- 【請求項１】 強磁性体磁気抵抗素子部と演算増幅部を
備え前記強磁性体磁気抵抗素子部に計測電流に比例した
外部からの磁界が与えられると抵抗値が変化する磁気抵
抗効果電流センサにおいて、 前記強磁性体磁気抵抗素子部と演算増幅回路部が同一チ
ップ上に形成され、前記強磁性体磁気抵抗素子部はＮｉ
−Ｆｅ−Ｃｏ合金またはＮｉ−Ｆｅ合金の何れか一方か
らなる薄膜を近接して平行に形成された複数の線状パタ
ーンで形成した磁気抵抗体からなり、その磁気抵抗体は
隣接する磁気抵抗体のパターン形成方向が相互に直角に
なるようにしたうえでブリッジ状に形成し、そのうち少
なくとも一つは他の磁気抵抗体の抵抗値と異なる抵抗値
を有していることを特徴とする磁気抵抗効果電流セン
サ。 - 【請求項２】 請求項１において、 強磁性体磁気抵抗素子部は、Ｎｉ−Ｆｅ−Ｃｏ合金また
はＮｉ−Ｆｅ合金に代えてＣｏ／ＣｕまたはＦｅ／Ｃｒ
超格子を用いることを特徴とする磁気抵抗効果電流セン
サ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7198386A JPH0943327A (ja) | 1995-08-03 | 1995-08-03 | 磁気抵抗効果電流センサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7198386A JPH0943327A (ja) | 1995-08-03 | 1995-08-03 | 磁気抵抗効果電流センサ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0943327A true JPH0943327A (ja) | 1997-02-14 |
Family
ID=16390270
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7198386A Pending JPH0943327A (ja) | 1995-08-03 | 1995-08-03 | 磁気抵抗効果電流センサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0943327A (ja) |
Cited By (10)
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-
1995
- 1995-08-03 JP JP7198386A patent/JPH0943327A/ja active Pending
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