JP2002365350A

JP2002365350A - 磁気検出装置

Info

Publication number: JP2002365350A
Application number: JP2001171078A
Authority: JP
Inventors: Takahiro Kudo; 高裕工藤; Yujiro Kitade; 雄二郎北出
Original assignee: Fuji Electric Co Ltd
Current assignee: Fuji Electric Co Ltd
Priority date: 2001-06-06
Filing date: 2001-06-06
Publication date: 2002-12-18
Also published as: CN100495044C; US6879153B2; EP1403648B1; KR20030031142A; KR100750439B1; WO2002101396A1; TWI266059B; DE60239334D1; CN1513119A; EP1403648A1; EP1403648A4; US20040207398A1

Abstract

(57)【要約】【課題】小型，低コスト，低消費電力の磁気検出装置
を提供する。【解決手段】磁気インピーダンス効果を持つ磁気イン
ピーダンス素子１に対して、バイアス用コイル４および
負帰還用コイル５を樹脂等により一体化して構成する構
造とすることにより、素子１とコイル４，５間の磁気抵
抗を低減させ、より少ない消費電力でバイアスおよび負
帰還磁界を印加できるようにする。２は端子、３はボビ
ン、６は樹脂製のケースを示す。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、磁気インピーダ
ンス効果を利用した磁気検出装置、特に、その構造を改
良した磁気検出装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、磁気検出装置としてはホール素子
や磁気抵抗素子が広く用いられているが、検出感度の点
で満足できるものが少ない。そこで、この磁気抵抗素子
に代わる高感度磁気検出素子として、例えば特開平６−
２８１７１２号公報に開示されているアモルファスワイ
ヤによる磁気インピーダンス素子や、特開平８−０７５
８３５号公報に開示されている薄膜形状のものが提案さ
れている。

【０００３】いずれの形状の磁気インピーダンス素子も
高感度の磁気検出特性を示すが、素子自身の磁気検出特
性は、図１４に示すアモルファスワイヤの磁気インピー
ダンス特性例のように非線形特性を有するので、例えば
特開平６−１７６９３０号公報，特開平６−３４７４８
９号公報の如く、バイアス磁界を加えることによりイン
ピーダンス変化の印加磁界依存性の直線性を改善した
り、磁気インピーダンス素子に負帰還コイルを巻き、磁
気インピーダンス素子の両端の電圧に比例した電流をコ
イルに通電し負帰還を施すことにより、直線性に優れた
磁気検出素子を提供するようにしている。

【０００４】バイアス磁界は磁気インピーダンス素子に
巻かれたコイルに通電する方法が一般的なので、バイア
ス用と帰還用の二種類のコイルを巻く必要があり、装置
が大型化する。装置が大型化すると、磁気インピーダン
ス素子とバイアス用および帰還用コイルとの磁気抵抗が
増えるので、巻線に通電する電流を増やす必要が生じ低
消費電力化の妨げとなる。

【０００５】その対策として、磁気インピーダンス素子
を可能な限り小型化することで磁気インピーダンス素子
と巻線間の磁気抵抗を低減できるが、アモルファスワイ
ヤの場合はワイヤの張力等の違い、すなわち磁歪効果の
違いにより出力がばらつく。歪みの影響は磁気感度が小
さい程、すなわち素子が小型化する程影響が大きくなる
ので、アモルファスワイヤを小型化すると磁気検出精度
が上がらない、温度等により歪みの影響が変わるので耐
環境性が悪い、などの問題がある。図１５に、アモルフ
ァスワイヤを用いた小型磁気検出装置の例を示す。Ｗは
アモルファスワイヤ、Ｃはコイルを示す。

【０００６】さらに、ワイヤ状，薄膜状のいずれの形状
の磁気インピーダンス素子を用いる場合でも、磁気イン
ピーダンス素子の製造時の材料（透磁率，抵抗率等）お
よび素子寸法（長さ，膜厚，膜幅等）のばらつきによ
り、素子感度がばらつくという問題がある。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】図１６に磁気インピー
ダンス素子の検出回路（磁気センサ）の従来例を示す。

【０００８】これは、磁気インピーダンス素子１に対
し、高周波電流発生器ＯＳＣから高周波電流を流したと
き得られる出力を、検波回路Ａおよび増幅回路Ｂを介し
て出力することで、例えば素子１のインピーダンスを求
めるものである。このとき、出力の調整は可変抵抗器Ｖ
Ｒにより行なう。

【０００９】しかし、図１６のような方式では、上記の
素子感度ばらつきを１つの可変抵抗器ＶＲでしか調整で
きないので、ばらつきの低減化が非常に困難であるとい
う問題がある。また、このような検出回路を用いて素子
感度ばらつきを低減するためには、１台ずつ調整や校正
を行なう必要があり、コストが大幅にアップする。仮
に、調整，校正が行なえたとしても、経時変化による出
力ドリフトの校正はできないので、補償精度が上がらな
いという問題もある。

【００１０】したがって、この発明の課題は、耐環境性
や経時変化による精度低下のない、高精度で低コストな
検出回路を提供することにある。

【００１１】

【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、請求項１の発明では、磁気インピーダンス効果
を有する磁気インピーダンス素子と、この磁気インピー
ダンス素子の両端に交流電流を印加する端子と、前記磁
気インピーダンス素子にバイアス磁界を印加するための
巻線および端子と、前記磁気インピーダンス素子に負帰
還磁界を印加するための巻線および端子とを設け、前記
磁気インピーダンス素子と、前記バイアス磁界を印加す
るための巻線および端子と、前記負帰還磁界を印加する
ための巻線および端子とを樹脂成型により一体化するこ
とを特徴とする。

【００１２】この請求項２の発明では、磁気インピーダ
ンス効果を有する１対の磁気インピーダンス素子と、こ
れら各磁気インピーダンス素子の両端に交流電流を印加
する端子と、前記各磁気インピーダンス素子にバイアス
磁界を印加するための巻線および端子と、前記各磁気イ
ンピーダンス素子に負帰還磁界を印加するための巻線お
よび端子とを設け、前記磁気インピーダンス素子と、前
記バイアス磁界を印加するための巻線および端子と、前
記負帰還磁界を印加するための巻線および端子とをそれ
ぞれ樹脂成型により一体化することを特徴とする。

【００１３】この請求項２の発明においては、前記負帰
還磁界を印加するための巻線は、前記対となる磁気イン
ピーダンス素子に対して同一方向の磁界を与えるよう１
つの巻線から構成することができる（請求項３の発
明）。

【００１４】請求項４の発明では、磁気インピーダンス
効果を有する少なくとも２つの磁気インピーダンス素子
と、これら各磁気インピーダンス素子の両端に交流電流
を印加する端子と、前記各磁気インピーダンス素子にバ
イアス磁界を印加するための磁石と、前記各磁気インピ
ーダンス素子に負帰還磁界を印加するための巻線および
端子とを設け、前記磁気インピーダンス素子と、磁石
と、前記負帰還磁界を印加するための巻線および端子と
をそれぞれ樹脂成型により一体化することを特徴とす
る。

【００１５】上記請求項１ないし４のいずれかの発明に
おいては、前記磁気インピーダンス素子に対し、その出
力に比例した信号を出力する回路部を一体化することが
できる（請求項５の発明）。

【００１６】上記請求項１ないし５のいずれかの発明に
おいては、前記磁気インピーダンス素子として薄膜型の
ものを用いることができる（請求項６の発明）。

【００１７】

【発明の実施の形態】図１はこの発明の第１の実施の形
態を示す構成図で、１は薄膜状の磁気インピーダンス素
子、３は磁気インピーダンス素子１の外側に形成された
樹脂製のボビンで、インサート成形等で製作する。４は
磁気インピーダンス素子１にバイアス磁界を印加するた
めのコイル、５は磁気インピーダンス素子１に負帰還磁
界を印加するためのコイル、６は磁気インピーダンス素
子１およびコイル４，５を環境から保護するための樹脂
製のケースで、インサート成形等で製作する。２は磁気
インピーダンス素子１の両端に高周波電流を印加するた
めの端子、およびコイル４，５に電流を印加するための
端子である。以上のように構成される磁気検出装置を、
符号１０で示す。

【００１８】図２に磁気検出装置の組み立てフローを示
す。

【００１９】まず、に示すリードフレーム２０の一組
の端子間に、磁気インピーダンス素子１をに示すよう
に接合する。この接合方法としては半田付け，接着，ボ
ンディング等がある。次に、のように、磁気インピー
ダンス素子１を接合したリードフレーム２０に、ボビン
３を樹脂成形する。次いでのようにリードフレームを
カットした後、バイアス用コイル４と負帰還用コイル５
を巻く。その上に、のようにケース６を樹脂成形し、
端子２を折り曲げ加工して完成となる。

【００２０】薄膜状の磁気インピーダンス素子は１ｍｍ
角程度に製作が可能なので、磁気検出装置１０の外形を
ほぼ５ｍｍ角にすることができ、磁気インピーダンス素
子１とコイル４，５との磁気抵抗を大幅に低減すること
ができる。

【００２１】図３に検出回路の例を示す。

【００２２】同図において、８０は磁気インピーダンス
素子１に高周波電流を印加する素子駆動部、８１はバイ
アス用コイル４を駆動するバイアス用駆動部、８２は検
波回路、８３，８４は保持回路、８５は差動増幅回路、
８６は負帰還用コイル５に出力を帰還するための、例え
ば抵抗からなる帰還素子、８７は差動増幅回路８５の出
力電圧をデジタル値に変換する電圧／デジタル変換器、
８８はマイクロコンピュータ等からなる補正演算器をそ
れぞれ示す。

【００２３】つまり、外部磁界によるインピーダンスの
変化を検波回路８２で検波後に、バイアス用コイル４に
印加する波形のタイミングに同期させ、保持回路８３で
検波波形の（＋）側を保持するとともに保持回路８４で
その（−）側を保持し、これらの差を差動増幅回路８５
で検出する。

【００２４】図４は磁気検出装置に交流バイアスを印加
した時の出力説明図である。

【００２５】これは一般的な磁気インピーダンス素子の
特性を示し、零磁界を基準に磁界の方向に関わらず任意
のセンサ出力が得られる様子を示す。

【００２６】図４において、（ａ），（ｂ）で示すケー
ス１は、外部磁界が零の状態で、磁気インピーダンス素
子の出力で見たプラス側の出力とマイナス側の出力が等
しいくなっているので、保持回路８３，８４のそれぞれ
の出力は等しくなり、差動増幅回路８５の出力は零とな
る。

【００２７】図４の（ｃ），（ｄ）で示すケース２は、
外部磁界が印加された状態で、磁気インピーダンス素子
の出力で見たプラス側の出力とマイナス側の出力差はΔ
Ｖとなるので、保持回路８３，８４のそれぞれの出力差
はΔＶとなり、差動増幅回路８５の出力はα×ΔＶ
（α：差動増幅回路のゲイン）となる。

【００２８】以上のように、任意の磁界が印加された状
態で既知の磁界をバイアス用コイルに印加し、そのとき
の出力を求めることにより、磁気検出装置の出力感度を
自動的に求めることができるので、以上に説明したよう
な磁気検出装置を用いることにより、環境特性や経時変
化にて磁気インピーダンス素子１の磁気感度が変化した
としても、図４で示したような方法により磁気インピー
ダンス素子１の感度を検出し、自動的に校正をすること
が可能となる。

【００２９】図５は磁気検出装置における磁界の発生方
向説明図である。

【００３０】ここでは、バイアス用コイル４の外側に帰
還用コイル５が巻かれているが、帰還用コイル５の外側
にバイアス用コイル４を巻くようにしても良い。磁気イ
ンピーダンス素子１の磁界検知方向に対して、負帰還用
コイル５による磁界方向を逆にすることにより、磁気イ
ンピーダンス素子１への印加磁界を低減できるので、よ
り広い範囲の磁界検知が可能となる。

【００３１】図６に負帰還素子（８６）を任意に選定し
た場合の、検知磁界に対する磁気検出装置の出力特性例
を示す。負帰還を施した場合の方が広範囲の磁界を検知
できることが分かる。

【００３２】図７に磁気検出装置により電流を検知する
場合の構成例を示す。同図（ａ）は斜視図、同（ｂ）は
上面図である。

【００３３】図（ａ）のように、電流を導く配線１２を
有する基板１１上に磁気検出装置を実装したもので、電
流１２０により発生する同（ｂ）の点線のような磁束に
対する磁気検出装置１０の配置により、磁気検出装置１
０の出力感度が決定されるので、磁気検出装置１０の配
置を考慮することにより、電流１２０の大きさに応じた
磁気検出装置１０の出力感度調整が可能となる。

【００３４】図８に磁気検出装置を用いて電流を検知す
る場合の磁気シールドの構成例を示す。これは、図７に
示すものに磁気シールド１３を付加したもので、その形
状は電流１２０の大きさに応じて適正化することが必要
である。

【００３５】図９にこの発明の第２の実施の形態を示
す。

【００３６】これは、図１に示すものに対し、２つの磁
気インピーダンス素子１ａ，１ｂを用いた点が特徴であ
る。こうすれば、２つの素子の出力差をとることがで
き、これにより外乱磁界の影響をキャンセルして磁界を
検知することが可能となり、より高精度な検知が可能と
なる。

【００３７】図１０は外乱磁界のキャンセル方法説明図
である。

【００３８】同図において、磁界Ｓに対する磁気インピ
ーダンス素子１ａ，１ｂの検知磁界をＳａ，Ｓｂとし、
一様な外乱磁界Ｎに対する磁気インピーダンス素子１
ａ，１ｂの検知磁界をＮとすると、磁気インピーダンス
素子１ａ，１ｂの出力差は、差動出力＝１ａの出力−１ｂの出力＝Ｓａ＋Ｎ−（Ｓｂ＋Ｎ）＝Ｓａ−Ｓｂ …（１）となり、一様な外乱磁界Ｎの影響を受けることなく磁界
の検知が可能なことが分かる。

【００３９】図１１にこの発明の第３の実施の形態を示
す。

【００４０】これは、図９のバイアス用コイルの代わり
に、（マイクロ）マグネット７を用いた点が特徴であ
る。マイクロマグネット７は磁気インピーダンス素子１
ａ，１ｂに直流バイアスを印加するもので、バイアス用
コイルを用いるものに比べてバイアス用コイルに通電す
る電流を低消費電力化できる。通常、バイアス用コイル
には約３０ｍＡ程度の電流が必要なので、５Ｖ駆動時に
約１５０ｍＷの低消費電力化が可能となる。

【００４１】図１２は、図１１のマイクロマグネットに
よる直流バイアス説明図である。同図の外部磁界に対す
るセンサの出力特性は、一般的な磁気インピーダンス素
子の特性を示しており、零磁界を基準に磁界の方向に関
わらず任意のセンサ出力が得られることを示す。図１２
（ａ），（ｂ），（ｃ）で示すケース１は、外部磁界が
零の状態で、磁気インピーダンス素子１ａ，１ｂの出力
が等しくなっているので、保持回路８３，８４の各出力
も等しくなり、差動増幅回路８５の出力は零となる。

【００４２】また、図１２（ｄ），（ｅ），（ｆ）で示
すケース２は、外部磁界ΔＨが印加された状態で、磁気
インピーダンス素子１ａ，１ｂの出力差がΔＶとなるの
で、保持回路８３，８４の出力差もΔＶとなり、差動増
幅回路８５の出力はＡ×ΔＶ（＝α×（ΔＨ−Δ
Ｈ’）、Ａ：差動増幅回路のゲイン）となる。

【００４３】図１３にこの発明の第４の実施の形態を示
す。

【００４４】これは、図１に示す磁気検出装置に対し、
図３に示すような検知回路部８を内蔵した点が特徴であ
る。このようにすることで、センサ信号の高Ｓ／Ｎ化が
可能となり、図４で説明したような自動校正時の各種補
正データを磁気インピーダンス素子毎に内蔵させること
で、より高精度化できる。このような検知回路部８は図
９，図１１に示す磁気検出装置に対しても適用できるの
は言うまでもない。

【００４５】

【発明の効果】この発明によれば、磁気インピーダンス
素子とバイアス巻線，負帰還巻線および端子を樹脂成形
により一体化したので、磁気抵抗が低減されバイアス電
流および負帰還電流を小さくすることができ、小型で低
消費電力の磁気検出装置を提供することができる。

【００４６】また、バイアス用コイルで既知の磁界を印
加できるので、その出力から磁気インピーダンス素子の
感度を自動的に検出することにより、耐環境性に優れた
高精度な磁気検出装置を提供できる。

【００４７】さらに、負帰還電流により検知磁界が低減
できるので、負帰還電流を大きくすることにより、検知
磁界に対する磁気検出装置の出力感度の調整が可能とな
る。したがって、検知磁界により磁気検出装置の出力が
飽和することがなく、磁気検知範囲の広い（ワイドレン
ジな）磁気検出装置を低消費電力で提供できる。

【００４８】また、２つの磁気インピーダンス素子の出
力の差を検出することで、外乱磁界の影響をキャンセル
することができ、低消費電力で高精度な磁気検出装置を
提供できる。

【００４９】磁気インピーダンス素子のバイアス磁界を
マイクロマグネットで印加することで、バイアスコイル
に印加する電流分を更に低減でき、より低消費電力化を
図ることができる。

【００５０】また、信号処理回路（検知回路部）を内蔵
させることで、センサ信号の高Ｓ／Ｎ化が可能となる。
特に、各種補正データを内蔵させて高機能化を図ること
で、耐環境性に優れ高精度で低消費電力の磁気検出装置
を提供できる。

【００５１】加えて、磁気インピーダンス素子に薄膜タ
イプのものを用いることにより、ワイヤタイプで問題と
なる歪みによる出力変化の影響が少なく、その結果、高
精度で低消費電力の磁気検出装置を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の第１の実施の形態を示す構成図であ
る。

【図２】この発明による磁気検出装置の製造過程説明図
である。

【図３】図１で用いられる検知回路例を示すブロック図
である。

【図４】磁気検出装置における交流バイアス説明図であ
る。

【図５】磁気インピーダンス素子における磁界発生方向
説明図である。

【図６】磁気検出装置の磁界検知特性説明図である。

【図７】磁気検出装置における磁界検知方向説明図であ
る。

【図８】磁気シールドの説明図である。

【図９】この発明の第２の実施の形態を示す構成図であ
る。

【図１０】外乱磁界のキャンセル方法説明図である。

【図１１】この発明の第３の実施の形態を示す構成図で
ある。

【図１２】磁気検出装置における直流バイアス説明図で
ある。

【図１３】この発明の第４の実施の形態を示す構成図で
ある。

【図１４】アモルファスワイヤの磁気インピーダンス特
性説明図である。

【図１５】アモルファスワイヤを用いた磁気検出装置例
を示す概要図である。

【図１６】検出回路の従来例を示す回路図である。

【符号の説明】

１，１ａ，１ｂ…磁気インピーダンス素子、２…端子、
３…ボビン、４…バイアス磁界印加用コイル、５…負帰
還磁界印加用コイル、６…樹脂製ケース、７…マイクロ
マグネット、８…検知回路部、１０…磁気検出装置、１
１…基板、１２…配線、１３…磁気シールド、２０…リ
ードフレーム、８０…素子駆動部、８１…バイアス用駆
動部、８２…検波回路、８３，８４…保持回路、８５…
差動増幅回路、８６…負帰還素子、８７…電圧／デジタ
ル変換器、８８…補正演算器。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】磁気インピーダンス効果を有する磁気イ
ンピーダンス素子と、この磁気インピーダンス素子の両
端に交流電流を印加する端子と、前記磁気インピーダン
ス素子にバイアス磁界を印加するための巻線および端子
と、前記磁気インピーダンス素子に負帰還磁界を印加す
るための巻線および端子とを設け、前記磁気インピーダ
ンス素子と、前記バイアス磁界を印加するための巻線お
よび端子と、前記負帰還磁界を印加するための巻線およ
び端子とを樹脂成型により一体化することを特徴とする
磁気検出装置。
【請求項２】磁気インピーダンス効果を有する１対の
磁気インピーダンス素子と、これら各磁気インピーダン
ス素子の両端に交流電流を印加する端子と、前記各磁気
インピーダンス素子にバイアス磁界を印加するための巻
線および端子と、前記各磁気インピーダンス素子に負帰
還磁界を印加するための巻線および端子とを設け、前記
磁気インピーダンス素子と、前記バイアス磁界を印加す
るための巻線および端子と、前記負帰還磁界を印加する
ための巻線および端子とをそれぞれ樹脂成型により一体
化することを特徴とする磁気検出装置。
【請求項３】前記負帰還磁界を印加するための巻線
は、前記対となる磁気インピーダンス素子に対して同一
方向の磁界を与えるよう１つの巻線からなることを特徴
とする請求項２に記載の磁気検出装置。
【請求項４】磁気インピーダンス効果を有する少なく
とも２つの磁気インピーダンス素子と、これら各磁気イ
ンピーダンス素子の両端に交流電流を印加する端子と、
前記各磁気インピーダンス素子にバイアス磁界を印加す
るための磁石と、前記各磁気インピーダンス素子に負帰
還磁界を印加するための巻線および端子とを設け、前記
磁気インピーダンス素子と、磁石と、前記負帰還磁界を
印加するための巻線および端子とをそれぞれ樹脂成型に
より一体化することを特徴とする磁気検出装置。
【請求項５】前記磁気インピーダンス素子に対し、そ
の出力に比例した信号を出力する回路部を一体化するこ
とを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の磁
気検出装置。
【請求項６】前記磁気インピーダンス素子として薄膜
型のものを用いることを特徴とする請求項１ないし５の
いずれかに記載の磁気検出装置。