JP2013011469A - 電流センサ - Google Patents

Abstract

【課題】電流の検出精度の低下が抑制された電流センサを提供する。
【解決手段】センサ基板（１０）の一面（１０ａ）に形成された磁電変換素子（２０）、及び、センサ基板（１０）と被測定導体（９０）それぞれの周囲を囲む磁気シールド部（３０）を有する電流センサであって、磁電変換素子（２０）は、形成面（１０ａ）に沿う印加磁界によって出力信号が変動する性質を有し、形成面（１０ａ）は、ｘ−ｙ平面に平行し、ｚ方向に直交しており、形成面（１０ａ）を通るｘ−ｚ平面によって分断された磁気シールド部（３０）の内壁面の成す輪郭線が、ｘ方向に沿い、且つ形成面（１０ａ）を通る基準線（ＢＬ）を介して対称な構造を成し、磁気シールド部（３０）における、対称な構造を成す部位に空隙（３１）が形成され、ｚ方向における、空隙（３１）の高さ位置と、センサ基板（１０）の高さ位置とが同一である。
【選択図】図２

Description

本発明は、被測定電流から生じる磁界による磁気抵抗効果素子の抵抗値の変動に基づいて、被測定電流を測定する電流センサに関するものである。

従来、例えば特許文献１に示されるように、バスバーと、バスバーに流れる電流によって発生する磁界が感磁面に印加されるようにバスバーに対して固定配置された磁気検出素子と、磁気検出素子を磁気遮蔽する磁気シールド体と、を備える電流センサが提案されている。磁気シールド体は、バスバーと磁気検出素子とを内側に囲む環状囲み部を有し、環状囲み部には少なくとも１カ所の空隙が形成されている。そして、バスバーの長さ方向と垂直かつ磁気検出素子の存在位置を含む仮想平面上でバスバー及び磁気検出素子の位置同士を結ぶ方向を高さ方向としたとき、空隙の高さ方向の位置がバスバーの高さ方向の位置と同じ又は近傍となっている。

バスバーは、厚さ方向が上記した高さ方向に沿う平板形状を成しており、磁気検出素子の感磁面の感磁方向は、バスバーの幅方向となっている。したがって、高さ方向に沿う磁界に対して、磁気検出素子は感磁しない構成となっている。

特開２０１０−２２７７号公報

上記したように、特許文献１に示される電流センサは、空隙の高さ方向の位置がバスバーの高さ方向の位置と同じ又は近傍となっている。磁気シールド体内を流れる磁束は空隙にて放出され、外部に磁界を形成する。空隙にて生じる磁界（以下、空隙磁界と示す）は、磁気シールド部の形状によって変化する。特許文献１の図１に示される構成の場合、２つの空隙を結ぶ線（以下、基準線と示す）に対して磁気シールド体が対称形状を成すので、基準線に対して直交するように、空隙磁界が形成される。特許文献１では、空隙の高さ方向の位置とバスバーの高さ方向の位置とが同じ又は近傍となっているが、磁気検出素子の高さ位置は、空隙の高さ位置と一致していない。このため、磁気検出素子に空隙磁界が斜めに印加され、バスバーの幅方向に沿う空隙磁界が感磁面に印加されることとなる。この結果、空隙磁界によって磁気抵抗効果素子の抵抗値が変動し、電流の検出精度が低下する虞がある。

そこで、本発明は上記問題点に鑑み、電流の検出精度の低下が抑制された電流センサを提供することを目的とする。

上記した目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、センサ基板（１０）と、該センサ基板（１０）の一面（１０ａ）に形成され、印加磁界によって出力信号が変動する磁電変換素子（２０）と、センサ基板（１０）、及び、被測定電流が流れる被測定導体（９０）それぞれの周囲を囲むことで、外部と内部とを磁気的に遮蔽する磁気シールド部（３０）と、を有し、被測定電流から生じる磁界による磁電変換素子（２０）の出力信号の変動に基づいて、被測定電流を測定する電流センサであって、磁電変換素子（２０）は、センサ基板（１０）の形成面（１０ａ）に沿う印加磁界によって出力信号が変動する性質を有し、磁気シールド部（３０）には、磁気シールド部（３０）内の磁気飽和を抑制するための空隙（３１）が少なくとも１つ形成され、形成面（１０ａ）は、互いに直交の関係にあるｘ方向とｙ方向とによって規定されるｘ−ｙ平面に平行し、ｚ方向に直交しており、形成面（１０ａ）を通る、ｘ方向とｚ方向とによって規定されるｘ−ｚ平面によって分断された磁気シールド部（３０）の内壁面の成す輪郭線が、ｘ方向に沿い、且つ形成面（１０ａ）を通る基準線（ＢＬ）を介して対称な構造を成し、磁気シールド部（３０）における、対称な構造を成す部位に、空隙（３１）の少なくとも一部が形成され、ｚ方向における、空隙（３１）の高さ位置と、センサ基板（１０）の高さ位置とが同一であることを特徴とする。

磁気シールド部（３０）内を流れる磁束は空隙（３１）にて放出され、外部に磁界を形成する。空隙（３１）にて生じる磁界（以下、空隙磁界と示す）は、磁気シールド部（３０）の形状によって変化する。これに対して、本発明では、磁電変換素子（２０）の形成面（１０ａ）を通る、ｘ−ｚ平面によって分断された磁気シールド部（３０）の内壁面の成す輪郭線が、基準線（ＢＬ）を介して対称な構造を成している。そして、磁気シールド部（３０）における、対称な構造を成す部位に空隙（３１）が形成され、ｚ方向における、空隙（３１）の高さ位置と、センサ基板（１０）の高さ位置とが同一となっている。したがって、対称構造を成す部位によって囲まれた領域の空隙磁界は、基準線（ＢＬ）を介して対称となり、基準線（ＢＬ）での向きが、基準線（ＢＬ）に直交する向きとなる。そのため、空隙磁界は、磁電変換素子（２０）に対して垂直に印加されることとなる。本発明に係る磁電変換素子（２０）は、形成面（１０ａ）に沿う印加磁界によって抵抗値が変動する性質を有する。したがって、空隙磁界に対して、磁電変換素子（２０）の出力信号は変動し難い。以上、示したように、空隙磁界による磁電変換素子（２０）の出力信号の変動が抑制されるので、電流の検出精度の低下が抑制される。なお、請求項１に記載の高さ位置とは、ある基準（例えば、基準線（ＢＬ））を原点とする、ｚ方向の座標位置を意味している。

請求項２に記載のように、磁電変換素子（２０）は、形成面（１０ａ）に沿う印加磁界によって抵抗値が変動する磁気抵抗効果素子（２０）であり、磁気抵抗効果素子（２０）は、磁化方向が固定されたピン層と、形成面（１０ａ）に沿う印加磁界に応じて磁化方向が変化する自由層と、該自由層とピン層との間に設けられた非磁性の中間層と、を有し、磁気シールド部（３０）内に、自由層にバイアス磁界を印加するバイアス磁石（４０）が設けられた構成が好適である。

これによれば、自由層の磁化方向の初期値（ゼロ点）がバイアス磁界によって定まる。なお、磁気抵抗効果素子（２０）に印加される空隙磁界の印加方向を定めるために、磁気シールド部（３０）内に集磁コアを配置する構成が考えられる。しかしながら、この構成の場合、上記したバイアス磁界が集磁コア内を通ることとなるので、自由層の磁化方向のゼロ点を定めることができなくなる。したがって、請求項２に係る電流センサは、磁気シールド部内に集磁コアが設けられた電流センサとは根本的な構成が異なる。

ｚ方向における、空隙（３１）の一部の高さ位置と、センサ基板（１０）の高さ位置とが同一である構成の場合、センサ基板（１０）と高さ位置が異なる空隙（３１）からも、空隙磁界が形成される。この空隙磁界における基準線（ＢＬ）での向きは、基準線（ＢＬ）に直交する向きになるとは限らないので、磁電変換素子（２０）に対して、形成面（１０ａ）に沿う方向の空隙磁界が印加される虞がある。このような空隙磁界が印加されると、空隙磁界によって磁電変換素子（２０）の出力信号が変動し、電流の検出精度が低下する虞がある。したがって、請求項３に記載のように、ｚ方向における、空隙（３１）全ての高さ位置と、センサ基板（１０）の高さ位置とが同一である構成が好ましい。この場合、磁電変換素子（２０）に対して、形成面（１０ａ）に沿う方向の空隙磁界が印加されることが抑制され、電流の検出精度の低下が抑制される。

空隙磁界は、空隙（３１）の中心から、外に向って同心円状、楕円状に形成される。したがって、請求項４に記載のように、ｚ方向における、空隙（３１）の中心の高さ位置と、形成面（１０ａ）の高さ位置とが同一である構成が良い。これによれば、ｚ方向における、空隙の中心の高さ位置と、形成面の高さ位置とが異なる構成と比べて、空隙磁界における基準線（ＢＬ）での向きが、基準線（ＢＬ）に直交する向きにより近づく。これにより、磁電変換素子（２０）に対して、形成面（１０ａ）に沿う方向の空隙磁界が印加されることが抑制され、電流の検出精度の低下が抑制される。

請求項５に記載のように、センサ基板（１０）は、磁気シールド部（３０）における、対称構造を成す部位の中心に位置し、２つの空隙（３１）が、センサ基板（１０）を介して対向配置された構成が好ましい。被測定導体（９０）から生じた磁界は、磁気シールド部（３０）内に伝播した後、磁気シールド部（３０）に集磁され、磁気シールド部（３０）内を一方向に回転する。したがって、センサ基板（１０）を介して対向配置された空隙（３１）それぞれで発生する空隙磁界の向きが反転し、磁気シールド部（３０）の中心に位置するセンサ基板（１０）には、反対方向であり、強度が同一の空隙磁界が印加される。この結果、センサ基板（１０）では、空隙磁界がキャンセルされる。このように、磁電変換素子（２０）に対して、形成面（１０ａ）に沿う方向の空隙磁界が印加されることが抑制されるので、電流の検出精度の低下が抑制される。

請求項６に記載のように、磁気シールド部（３０）内に、磁電変換素子（２０）の出力信号を処理する回路が形成された回路基板（５０）が設けられた構成が良い。これによれば、磁気シールド部外に回路基板が設けられた構成と比べて、電流センサの体格の増大が抑制される。また、回路基板（５０）に外部磁界が印加されることが抑制される。

センサ基板（１０）、回路基板（５０）の固定構造としては、請求項７に記載のように、センサ基板（１０）、及び、回路基板（５０）は、非磁性材料から成る支持基板（６０）に固定された構成を採用することができる。

請求項８に記載のように、センサ基板（１０）、回路基板（５０）、及び、支持基板（６０）は、モールド樹脂（７０）によって被覆された構成が良い。これによれば、導電性を有する異物を介して、意図しない部位が電気的に接続されることが抑制される。また、センサ基板（１０）、回路基板（５０）、及び、支持基板（６０）の機械的な接続強度が向上される。

請求項９に記載のように、被測定導体（９０）、及び、モールド樹脂（７０）によって被覆されたセンサ基板（１０）、回路基板（５０）、支持基板（６０）は、非磁性材料からなるスペーサ（８０）を介して、磁気シールド部（３０）内に固定された構成が良い。これによれば、被測定導体とセンサ基板それぞれが独立して磁気シールド部に固定された構成と比べて、被測定導体（９０）とセンサ基板（１０）との相対位置の変動が抑制される。これにより、相対位置の変動による電流の検出精度の低下が抑制される。

請求項１０に記載のように、磁電変換素子（２０）は、形成面（１０ａ）に沿う印加磁界によって抵抗値が変動する磁気抵抗効果素子（２０）であり、複数の磁気抵抗効果素子（２０）を有し、２つの磁気抵抗効果素子（２０）によって、ハーフブリッジ回路が構成された構成が良い。これによれば、ハーフブリッジ回路の中点電位を測定することで、被測定電流を測定することができる。

請求項１１に記載のように、２つのハーフブリッジ回路によって、フルブリッジ回路が構成された構成が良い。これによれば、２つの中点電位の変化量に基づいて、被測定電流を測定することができるので、ハーフブリッジ回路と比べて、電流の検出精度が向上される。

第１実施形態に係る電流センサの概略構成を示す断面図である。 空隙磁界を説明するための断面図である。 磁気抵抗効果素子に印加される磁界を説明するための断面図である。 外部磁界による空隙磁界を説明するための断面図である。 磁気抵抗効果素子に印加される磁界を説明するための断面図である。

以下、本発明の実施の形態を図に基づいて説明する。
（第１実施形態）
図１は、第１実施形態に係る電流センサの概略構成を示す断面図である。図２は、空隙磁界を説明するための断面図である。図３は、磁気抵抗効果素子に印加される磁界を説明するための断面図である。図４は、外部磁界による空隙磁界を説明するための断面図である。図５は、磁気抵抗効果素子に印加される磁界を説明するための断面図である。なお、図２，４では、空隙磁界を明瞭とするために、電流センサ１００を簡略化している。以下においては、後述する形成面１０ａに沿い、互いに直交する方向をｘ方向、ｙ方向と示し、形成面１０ａに直交する方向をｚ方向と示す。

図１に示すように、電流センサ１００は、要部として、センサ基板１０と、該センサ基板１０に形成された磁気抵抗効果素子２０と、センサ基板１０及び被測定電流が流れる被測定導体９０それぞれの周囲を囲む磁気シールド部３０と、を有する。電流センサ１００は、被測定電流から生じる磁界（以下、被測定磁界と示す）による磁気抵抗効果素子２０の抵抗値の変動に基づいて、被測定電流を測定する。本実施形態に係る電流センサ１００は、上記した構成要素１０〜３０の他に、バイアス磁石４０、回路基板５０、支持基板６０、モールド樹脂７０、及び、スペーサ８０を有する。

センサ基板１０は、半導体基板であり、その一面１０ａに、磁気抵抗効果素子２０が形成されている（以下、一面１０ａを形成面１０ａと示す）。図１に示すように、センサ基板１０は、形成面１０ａの裏面を搭載面として支持基板６０に搭載されている。センサ基板１０は、ワイヤ１１を介して、回路基板５０と電気的に接続されており、このワイヤ１１を介して、磁気抵抗効果素子２０の抵抗値変動を含む電気信号が回路基板５０に出力される。

磁気抵抗効果素子２０は、形成面１０ａに沿う印加磁界のみによって抵抗値が変動する性質を有する。磁気抵抗効果素子２０は、図示しないが、形成面１０ａに沿う印加磁界に応じて磁化方向が変化する自由層と、非磁性の中間層と、磁化方向が固定されたピン層と、ピン層の磁化方向を固定する磁石層と、が順次積層されて成る。本実施形態に係る中間層は、絶縁性を有しており、磁気抵抗効果素子２０は、トンネル磁気抵抗効果素子である。自由層と固定層との間に電圧が印加されると、トンネル効果によって、自由層と固定層との間の中間層に電流（トンネル電流）が流れる。トンネル電流の流れ易さは、自由層と固定層の磁化方向に依存しており、自由層と固定層それぞれの磁化方向が平行の場合に最も流れ易く、反平行の場合に最も流れ難い。したがって、自由層と固定層それぞれの磁化方向が平行の場合に磁気抵抗効果素子２０の抵抗値が最も小さく変化し、反平行の場合に抵抗値が最も大きく変化する。

本実施形態では、２つの磁気抵抗効果素子２０によって、ハーフブリッジ回路が構成され、２つのハーフブリッジ回路によって、フルブリッジ回路が構成されている。ハーフブリッジ回路を構成する２つの磁気抵抗効果素子２０の固定層の磁化方向が反平行となっており、２つの磁気抵抗効果素子２０の抵抗値の変化は、反対方向になっている。すなわち、２つの磁気抵抗効果素子２０の内の一方の抵抗値が小さくなる場合、他方の抵抗値が大きくなるようになっている。フルブリッジ回路を構成する、２つのハーフブリッジ回路の中点電位の差分が、ワイヤ１１を介して回路基板５０に出力される。

磁気シールド部３０は、透磁率の高い材料から成り、筒状を成す。内部に、電流センサ１００の構成要素１０，２０，４０〜８０と、被測定導体９０とが配置され、内部と外部とを磁気的に遮蔽する機能を果たす。図２に実線で示すように、被測定導体９０から生じた被測定磁界は、磁気シールド部３０内を伝播した後、磁気シールド部３０内に集磁され、磁気シールド部３０内を一方向に回転する。また、図４に実線で示すように、磁気シールド部３０に集磁された外部磁界は、双方向に流動する。

磁気シールド部３０には、磁気シールド部３０内の磁気飽和を抑制するための空隙３１が形成されており、磁気シールド部３０内を流れる磁束は空隙３１にて放出される。図２及び図４に一点鎖線で示すように、空隙３１にて放出された磁束は、外部に磁界（以下、空隙磁界と示す）を形成する。本実施形態では、２つの空隙３１が磁気シールド部３０に形成されており、２つの空隙磁界が磁気抵抗効果素子２０に印加される構成となっている。

バイアス磁石４０は、永久磁石であり、自由層にバイアス磁界を印加する機能を果たす。バイアス磁界により、自由層の磁化方向の初期値（ゼロ点）が定まる。バイアス磁石４０は、支持基板６０を介してセンサ基板１０と対向している。

回路基板５０は、半導体基板に、磁気抵抗効果素子２０の出力信号を処理する回路が形成されたものである。回路基板５０は、磁気抵抗効果素子２０によって構成されたフルブリッジ回路の出力信号に基づいて、被測定電流の電流値を算出する機能を果たす。回路基板５０は、センサ基板１０と並んで、支持基板６０に搭載されている。

支持基板６０は、非磁性材料から成るものである。モールド樹脂７０は、センサ基板１０、バイアス磁石４０、回路基板５０、及び、支持基板６０を一体的に固定するとともに、被覆保護するものである。スペーサ８０は、被測定導体９０、及び、モールド樹脂７０によって被覆されたセンサ基板１０、バイアス磁石４０、回路基板５０、支持基板６０を磁気シールド部３０内に固定するものである。モールド樹脂７０及びスペーサ８０は、非磁性と絶縁性とを有する材料から成る。なお、図２に示すように、被測定電流は、ｙ方向に流れている。

次に、本実施形態に係る電流センサ１００の特徴点を説明する。図１及び図２に示すように、形成面１０ａ（磁気抵抗効果素子２０）を通る、ｘ方向とｚ方向とによって規定されるｘ−ｚ平面によって分断された磁気シールド部３０の内壁面の成す輪郭線、及び、断面形状は、ｘ方向に沿い、且つ形成面１０ａを通る基準線ＢＬ（図に示す破線）を介して対称な構造を成している。そして、磁気シールド部３０における対称な構造を成す部位に、空隙３１が形成され、ｚ方向における、空隙３１の高さ位置と、センサ基板１０の高さ位置とが同一となっている。

本実施形態では、空隙３１の全ての高さ位置と、センサ基板１０の高さ位置とが同一となっており、更に、空隙３１の中心の高さ位置と、形成面１０ａの高さ位置とが同一となっている。また、センサ基板１０は、磁気シールド部３０における対称構造を成す部位の中心に位置し、２つの空隙３１が、センサ基板１０を介して対向配置されている。

次に、本実施形態に係る電流センサ１００の作用効果を説明する。上記したように、被測定磁界は、磁気シールド部３０内を伝播した後、磁気シールド部３０内に集磁され、磁気シールド部３０内を一方向に回転する。そして、磁気シールド部３０内を流れる磁束は空隙３１にて放出され、外部に空隙磁界が形成される。空隙磁界は、磁気シールド部３０の形状によって変化するが、本発明では、磁気シールド部３０における基準線ＢＬを介して対称な構造を成す部位に空隙３１が形成されている。したがって、対称構造を成す部位によって囲まれた領域の空隙磁界は、基準線ＢＬを介して対称となり、基準線ＢＬでの向きが、基準線ＢＬに直交する向きとなる。

これに対して、本実施形態では、ｚ方向における、空隙３１の高さ位置と、センサ基板１０の高さ位置とが同一となっている。そのため、図３及び図５に示すように、空隙磁界は、磁気抵抗効果素子２０に対して垂直に印加されることとなる。上記したように、磁気抵抗効果素子２０は、形成面１０ａに沿う印加磁界によって抵抗値が変動する性質を有する。したがって、空隙磁界に対して、磁気抵抗効果素子２０の抵抗値は変動し難くなっている。以上により、空隙磁界による磁気抵抗効果素子２０の抵抗値の変動が抑制されるので、電流の検出精度の低下が抑制される。

ｚ方向における、空隙の一部の高さ位置と、センサ基板の高さ位置とが同一である構成の場合、センサ基板と高さ位置が異なる空隙からも、空隙磁界が形成される。この空隙磁界における基準線ＢＬでの向きは、基準線ＢＬに直交する向きになるとは限らないので、磁気抵抗効果素子２０に対して、形成面１０ａに沿う方向の空隙磁界が印加される虞がある。このような空隙磁界が印加されると、空隙磁界によって磁気抵抗効果素子２０の抵抗値が変動し、電流の検出精度が低下する虞がある。

これに対して、本実施形態では、ｚ方向における、空隙３１全ての高さ位置と、センサ基板１０の高さ位置とが同一となっている。この場合、磁気抵抗効果素子２０に対して、形成面１０ａに沿う方向の空隙磁界が印加されることが抑制され、電流の検出精度の低下が抑制される。

図２に示すように、空隙磁界は、空隙３１の中心から、外に向って同心円状、楕円状に形成される。これに対して、本実施形態では、ｚ方向における、空隙３１の中心の高さ位置と、形成面１０ａの高さ位置とが同一となっている。これによれば、ｚ方向における、空隙３１の中心の高さ位置と、形成面１０ａの高さ位置とが異なる構成と比べて、空隙磁界における基準線ＢＬでの向きが、基準線ＢＬに直交する向きにより近づく。これにより、磁気抵抗効果素子２０に対して、形成面１０ａに沿う方向の空隙磁界が印加されることが抑制され、電流の検出精度の低下が抑制される。

センサ基板１０は、磁気シールド部３０における対称構造を成す部位の中心に位置し、２つの空隙３１が、センサ基板１０を介して対向配置されている。上記したように、被測定磁界は、磁気シールド部３０内に伝播した後、磁気シールド部３０に集磁され、磁気シールド部３０内を一方向に回転する。したがって、図２及び図３に示すように、センサ基板１０を介して対向配置された空隙３１それぞれで発生する空隙磁界の向きが反転し、磁気シールド部３０の中心に位置するセンサ基板１０には、反対方向であり、強度が同一の空隙磁界が印加される。この結果、センサ基板１０では、空隙磁界がキャンセルされる。このように、磁気抵抗効果素子２０に対して、形成面１０ａに沿う方向の空隙磁界が印加されることが抑制されるので、電流の検出精度の低下が抑制される。

なお、図４に示すように、磁気シールド部３０に集磁された外部磁界は、磁気シールド部３０内の一方向だけではなく双方向に流動する。したがって、図５に示すように、センサ基板１０を介して対向配置された空隙３１それぞれで発生する、外部磁界に起因する空隙磁界の向きが同一と成り、磁気シールド部３０の中心に位置するセンサ基板１０には、同一方向であり、強度が同一の空隙磁界が印加されることとなる。しかしながら、上記したように、磁気抵抗効果素子２０は、形成面１０ａに沿う印加磁界によって抵抗値が変動する性質を有する。したがって、外部磁界に起因する空隙磁界に対して、磁気抵抗効果素子２０の抵抗値は変動し難く、磁気抵抗効果素子２０の抵抗値の変動が抑制されるので、電流の検出精度の低下が抑制される。

磁気シールド部３０内に、回路基板５０が設けられている。これによれば、磁気シールド部外に回路基板が設けられた構成と比べて、電流センサ１００の体格の増大が抑制される。また、回路基板５０に外部磁界が印加されることが抑制される。

センサ基板１０、バイアス磁石４０、回路基板５０、及び、支持基板６０がモールド樹脂７０によって一体的に固定され、被覆保護されている。これによれば、導電性を有する異物を介して、意図しない部位が電気的に接続されることが抑制される。また、センサ基板１０、バイアス磁石４０、回路基板５０、及び、支持基板６０の機械的な接続強度が向上される。

被測定導体９０、及び、モールド樹脂７０によって被覆されたセンサ基板１０、バイアス磁石４０、回路基板５０、支持基板６０は、スペーサ８０を介して、磁気シールド部３０内に固定されている。これによれば、被測定導体とセンサ基板それぞれが独立して磁気シールド部に固定された構成と比べて、被測定導体９０とセンサ基板１０との相対位置の変動が抑制される。これにより、相対位置の変動による電流の検出精度の低下が抑制される。

２つの磁気抵抗効果素子２０によって、ハーフブリッジ回路が構成され、２つのハーフブリッジ回路によって、フルブリッジ回路が構成されている。そして、フルブリッジ回路を構成する、２つのハーフブリッジ回路の中点電位の差分が、回路基板５０に出力される。これによれば、１つのハーフブリッジ回路の中点電位に基づいて電流を検出する構成と比べて、電流の検出精度が向上される。

本実施形態では、バイアス磁石４０から発せられるバイアス磁界を自由層に印加することで、自由層の磁化方向の初期値（ゼロ点）を定めた構成となっている。これに対して、磁気抵抗効果素子に印加される空隙磁界の印加方向を定めるために、磁気シールド部内に集磁コアを配置する構成も考えられる。しかしながら、この構成の場合、上記したバイアス磁界が集磁コア内を通ることとなるので、自由層の磁化方向のゼロ点を定めることができなくなる。したがって、本実施形態に係る電流センサ１００は、磁気シールド部内に集磁コアが設けられた電流センサとは根本的な構成が異なる。

以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は上記した実施形態になんら制限されることなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲において、種々変形して実施することが可能である。

本実施形態では、形成面１０ａ（磁気抵抗効果素子２０）を通るｘ−ｚ平面によって分断された磁気シールド部３０の断面形状が、基準線ＢＬを介して対称な構造を成している例を示した。したがって、形成面１０ａ（磁気抵抗効果素子２０）を通らないｘ−ｚ平面によって分断された磁気シールド部３０の断面形状は、基準線ＢＬを介して対称な構造となっていなくとも良い。すなわち、磁気シールド部３０の全てが、基準線ＢＬを介して対称な構造でなくとも良い。更に言えば、形成面１０ａ（磁気抵抗効果素子２０）を通るｘ−ｚ平面によって分断された磁気シールド部３０の外壁面の輪郭線が、基準線ＢＬを介して対称な構造でなくとも良い。これによっても、対称構造を成す部位によって囲まれた領域（形成面１０ａを通るｘ−ｚ平面によって分断された磁気シールド部３０の内壁面によって囲まれた領域）の空隙磁界は、基準線ＢＬを介して対称となり、基準線ＢＬでの向きが、基準線ＢＬに直交する向きとなる。そのため、空隙磁界は、磁気抵抗効果素子２０に対して垂直に印加される。

本実施形態では、空隙３１の全ての高さ位置と、センサ基板１０の高さ位置とが同一となっている例を示した。しかしながら、空隙３１の一部の高さ位置と、センサ基板１０の高さ位置とが同一の構成を採用することもできる。

本実施形態では、空隙３１の中心の高さ位置と、形成面１０ａの高さ位置とが同一となっている例を示した。しかしながら、空隙３１の中心の高さ位置と、形成面１０ａの高さ位置とが異なっていても良い。

本実施形態では、センサ基板１０は、磁気シールド部３０における対称構造を成す部位の中心に位置する例を示した。しかしながら、センサ基板１０は、中心に位置していなくとも良い。

本実施形態では、２つの空隙３１が、センサ基板１０を介して対向配置された例を示した。しかしながら、２つの空隙３１は、センサ基板１０を介して対向配置されていなくとも良い。

本実施形態では、センサ基板１０に磁気抵抗効果素子２０が形成された例を示した。しかしながら、センサ基板１０に形成される磁電変換素子としては、上記例に限定されない。たとえば、形成面１０ａに沿う印加磁界のみによって電圧値が変動するホール素子を採用することもできる。

本実施形態では、中間層が絶縁性を有し、磁気抵抗効果素子２０はトンネル磁気抵抗効果素子である例を示した。しかしながら、中間層が導電性を有し、磁気抵抗効果素子２０は巨大磁気抵抗効果素子（ＧＭＲ）でも良い。

本実施形態では、磁気抵抗効果素子２０によって、フルブリッジ回路が構成された例を示した。しかしながら、磁気抵抗効果素子２０によって、ハーフブリッジ回路が構成された構成を採用することもできる。

本実施形態では、バイアス磁石４０が永久磁石である例を示した。しかしながら、バイアス磁石４０はソレノイドでも良い。

本実施形態では、回路基板５０とセンサ基板１０とがワイヤ１１を介して電気的に接続され、回路基板５０とセンサ基板１０と並んで、支持基板６０に搭載された例を示した。しかしながら、回路基板５０にセンサ基板１０が積層され、電気的及び機械的に接続されたスタック構造を採用することもできる。

本実施形態では、２つの空隙３１が磁気シールド部３０に形成された例を示した。しかしながら、１つ、若しくは、３つ以上の空隙３１が磁気シールド部３０に形成された構成を採用することもできる。

１０・・・センサ基板
２０・・・磁気抵抗効果素子
３０・・・磁気シールド部
３１・・・空隙
４０・・・バイアス磁石
５０・・・回路基板
６０・・・支持基板
７０・・・モールド樹脂
８０・・・スペーサ
９０・・・被測定導体
１００・・・電流センサ

Claims (11)

1. センサ基板（１０）と、
   該センサ基板（１０）の一面（１０ａ）に形成され、印加磁界によって出力信号が変動する磁電変換素子（２０）と、
   前記センサ基板（１０）、及び、被測定電流が流れる被測定導体（９０）それぞれの周囲を囲むことで、外部と内部とを磁気的に遮蔽する磁気シールド部（３０）と、を有し、
   前記被測定電流から生じる磁界による前記磁電変換素子（２０）の出力信号の変動に基づいて、前記被測定電流を測定する電流センサであって、
   前記磁電変換素子（２０）は、前記センサ基板（１０）の形成面（１０ａ）に沿う印加磁界によって出力信号が変動する性質を有し、
   前記磁気シールド部（３０）には、前記磁気シールド部（３０）内の磁気飽和を抑制するための空隙（３１）が少なくとも１つ形成され、
   前記形成面（１０ａ）は、互いに直交の関係にあるｘ方向とｙ方向とによって規定されるｘ−ｙ平面に平行し、ｚ方向に直交しており、
   前記形成面（１０ａ）を通る、前記ｘ方向と前記ｚ方向とによって規定されるｘ−ｚ平面によって分断された前記磁気シールド部（３０）の内壁面の成す輪郭線が、前記ｘ方向に沿い、且つ前記形成面（１０ａ）を通る基準線（ＢＬ）を介して対称な構造を成し、
   前記磁気シールド部（３０）における、対称な構造を成す部位に、前記空隙（３１）の少なくとも一部が形成され、
   前記ｚ方向における、前記空隙（３１）の高さ位置と、前記センサ基板（１０）の高さ位置とが同一であることを特徴とする電流センサ。
2. 前記磁電変換素子（２０）は、前記形成面（１０ａ）に沿う印加磁界によって抵抗値が変動する磁気抵抗効果素子（２０）であり、
   前記磁気抵抗効果素子（２０）は、磁化方向が固定されたピン層と、前記形成面（１０ａ）に沿う印加磁界に応じて磁化方向が変化する自由層と、該自由層と前記ピン層との間に設けられた非磁性の中間層と、を有し、
   前記磁気シールド部（３０）内に、前記自由層にバイアス磁界を印加するバイアス磁石（４０）が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の電流センサ。
3. 前記ｚ方向における、前記空隙（３１）全ての高さ位置と、前記センサ基板（１０）の高さ位置とが同一であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の電流センサ。
4. 前記ｚ方向における、前記空隙（３１）の中心の高さ位置と、前記形成面（１０ａ）の高さ位置とが同一であることを特徴とする請求項１〜３いずれか１項に記載の電流センサ。
5. 前記センサ基板（１０）は、前記磁気シールド部（３０）における、対称構造を成す部位の中心に位置し、
   ２つの前記空隙（３１）が、前記センサ基板（１０）を介して対向配置されていることを特徴とする請求項１〜４いずれか１項に記載の電流センサ。
6. 前記磁気シールド部（３０）内に、前記磁電変換素子（２０）の出力信号を処理する回路が形成された回路基板（５０）が設けられていることを特徴とする請求項１〜５いずれか１項に記載の電流センサ。
7. 前記センサ基板（１０）、及び、前記回路基板（５０）は、非磁性材料から成る支持基板（６０）に固定されていることを特徴とする請求項６に記載の電流センサ。
8. 前記センサ基板（１０）、前記回路基板（５０）、及び、前記支持基板（６０）は、モールド樹脂（７０）によって被覆されていることを特徴とする請求項７に記載の電流センサ。
9. 前記被測定導体（９０）、及び、前記モールド樹脂（７０）によって被覆されたセンサ基板（１０）、回路基板（５０）、支持基板（６０）は、非磁性材料からなるスペーサ（８０）を介して、前記磁気シールド部（３０）内に固定されていることを特徴とする請求項８に記載の電流センサ。
10. 前記磁電変換素子（２０）は、前記形成面（１０ａ）に沿う印加磁界によって抵抗値が変動する磁気抵抗効果素子（２０）であり、
    複数の前記磁気抵抗効果素子（２０）を有し、
    ２つの前記磁気抵抗効果素子（２０）によって、ハーフブリッジ回路が構成されていることを特徴とする請求項１〜９いずれか１項に記載の電流センサ。
11. ２つの前記ハーフブリッジ回路によって、フルブリッジ回路が構成されていることを特徴とする請求項１０に記載の電流センサ。

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