JP2006047004A - 温度センサおよび磁気抵抗素子を用いたセンサ - Google Patents

Abstract

【課題】磁気ベクトルが変化する環境下にあっても、磁気ベクトルの大きさにかかわらず、磁気抵抗素子の温度特性を利用しての温度検出を可能とする温度センサおよび磁気抵抗素子を用いたセンサを提供する。
【解決手段】温度センサは、磁気抵抗素子として、互いに同一の形状および同一の材料（例えばニッケルコバルトなど）とされるとともに、磁気ベクトルが変化する平面上に互いに９０度傾いて配置される第１および第２の磁気抵抗素子ＭＲＥ１１ａ、ＭＲＥ１１ｂを備える。このような構成では、磁気ベクトルの変化に伴う第１および第２の磁気抵抗素子ＭＲＥ１１ａ、ＭＲＥ１１ｂの各抵抗値の加算値はほぼ温度にのみ依存して変化するようになる。このため、磁気ベクトルが変化する環境下であれ、この加算値の変化を検出するようにすることで、磁気抵抗素子（ニッケルコバルト）の温度特性を利用して温度を検出することができるようになる。
【選択図】 図３

Description

本発明は、磁気抵抗素子の温度特性を利用して、温度変化を磁気抵抗素子の抵抗値変化として感知することにより温度を検出する温度センサ、および、磁気抵抗素子を用いたセンサとして特に温度検出機能を有するセンサに関する。

周知のように、磁気抵抗素子の抵抗値は温度に依存して変化する。例えば、ニッケルコバルトなどの強磁性体からなる磁気抵抗素子の場合、その抵抗値は温度の上昇に伴ってほぼ直線的に増加する。したがって、こうした磁気抵抗素子の温度特性を利用することにより温度を検出する温度センサも考えられる。しかし、磁気抵抗素子は通常、磁場の変化、すなわち付与される磁気ベクトルの角度変化によってもその抵抗値が変化するため、磁気ベクトルが変化するような環境下にあっては、磁気抵抗素子の温度特性を利用することが困難となる。

そこで従来は、このような磁気抵抗素子を用いた温度センサとして、例えば特許文献１に見られるような温度センサが提案されている。この温度センサは、線幅が６μｍに形成された磁気抵抗素子の温度特性を利用することにより温度を検出するようにしている。

すなわち、図８に、磁気ベクトルの角度変化に伴う磁気抵抗素子の抵抗値変化率Ｐを示すように、この抵抗値変化率Ｐは、例えば２５ガウス程度の磁気ベクトルが印加される環境下では、磁気抵抗素子の線幅が６μｍ以下となるとき極めて小さくなる。一方、温度変化に伴う磁気抵抗素子の抵抗値変化率は、こうした磁気抵抗素子の線幅に依存しないため、線幅が６μｍに形成された磁気抵抗素子の抵抗値はほぼ温度にのみ依存して変化するようになる。したがって、このような温度センサであれば、磁気ベクトルが角度変化する環境下であっても、磁気抵抗素子の温度特性を利用して温度を検出することができるようになる。
特開平５−２４９２１１号公報

このように、上記従来の温度センサでは、磁気抵抗素子の温度特性を利用して温度を検出することは確かにできる。しかし、先の図８からも明らかなように、磁気抵抗素子に付与される磁気ベクトルの大きさが大きい場合（例えば５０〜１００ガウス）には、その線幅がたとえ６μｍ以下に形成されているとしても、同磁気抵抗素子の上記磁気ベクトルの角度変化に伴う抵抗値の変化は避けられない。すなわち、上記従来の温度センサでは、磁界強度の大きい磁気ベクトルが角度変化する環境下となると、上述した磁気抵抗素子の温度特性を利用しての温度検出が未だ困難なものとなっている。

本発明は、こうした実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、磁気ベクトルが変化する環境下にあっても、磁気ベクトルの大きさにかかわらず、磁気抵抗素子の温度特性を利用しての温度検出を可能とする温度センサおよび磁気抵抗素子を用いたセンサを提供することにある。

こうした目的を達成するため、請求項１に記載の温度センサでは、磁気抵抗素子の温度特性を利用し、温度変化を同磁気抵抗素子の抵抗値の変化として感知することにより温度を検出する温度センサにあって、前記磁気抵抗素子として、付与される磁気ベクトルの一方向への角度変化に対し、抵抗値が大きくなる角度をもって配置される第１の磁気抵抗素子と抵抗値が小さくなる角度をもって配置される第２の磁気抵抗素子とを備え、これら第１および第２の磁気抵抗素子の各抵抗値の加算値の変化として前記温度変化を感知することとした。

前述のように、磁気抵抗素子は、温度変化および磁気ベクトルの角度変化のいずれによってもその抵抗値が変化するため、磁気ベクトルが角度変化する環境下では、磁気抵抗素子の温度特性を利用して温度を検出することが困難である。この点、上記構成では、磁気抵抗素子として、付与される磁気ベクトルの一方向への角度変化に対し、抵抗値が大きくなる角度をもって配置される第１の磁気抵抗素子と抵抗値が小さくなる角度をもって配置される第２の磁気抵抗素子とを備えるようにしている。このような構成では、上記磁気ベクトルの角度変化に伴う第１および第２の磁気抵抗素子の各抵抗値の加算値の変化分が抑制されるようになるため、それら各抵抗値の加算値の変化を温度変化として感知するようにすることで、磁気ベクトルが角度変化する環境下であっても、同磁気ベクトルの大きさにかかわらず、温度を的確に検出することができるようになる。

また、この場合には特に、請求項２に記載の発明によるように、前記第１および第２の磁気抵抗素子として、前記磁気ベクトルの一方向への角度変化に伴うそれぞれの抵抗値の変化分がそれら各抵抗値の加算を通じて互いに相殺される角度関係をもつようにこれらを配置するようにすることが実用上より望ましい。このような構成では、より高い精度のもとで温度を検出することができるようになる。

また、請求項２に記載の発明において、請求項３に記載の発明によるように、前記第１および第２の磁気抵抗素子を、互いに同一の形状および同一の材料とするとともに、前記磁気ベクトルが変化する平面上に互いに９０度傾いて配置するようにすれば、上記磁気ベクトルの一方向への角度変化に伴う上記第１および第２の磁気抵抗素子の各抵抗値の変化分がそれら各抵抗値の加算を通じて相殺される上述の角度関係も含めて、これら第１および第２の磁気抵抗素子のこのような相対的な関係を容易に設定することができるようになる。

また、請求項１〜３のいずれか一項に記載の発明において、請求項４に記載の発明によるように、前記第１および第２の磁気抵抗素子を、電気的に直列接続するようにすれば、上記各抵抗値の加算値が、直列接続された第１および第２の磁気抵抗素子の合成抵抗となり、こうした加算値の変化を検出することも容易になる。

一方、請求項５に記載の磁気抵抗素子を用いたセンサでは、温度検出用の磁気抵抗素子を備え、温度変化を該磁気抵抗素子の抵抗値の変化として感知することにより温度を検出する機能を有する磁気抵抗素子を用いたセンサにあって、前記温度検出用の磁気抵抗素子として、付与される磁気ベクトルの一方向への角度変化に対し、抵抗値が大きくなる角度をもって配置される第１の磁気抵抗素子と抵抗値が小さくなる角度をもって配置される第２の磁気抵抗素子とを備え、これら第１および第２の磁気抵抗素子の各抵抗値の加算値の変化として前記温度変化を感知することとした。

上述の通り、このような構成では、磁気ベクトルの角度変化に伴って上記第１および第２の磁気抵抗素子の各抵抗値自体が変化することに変わりはないものの、これら第１および第２の磁気抵抗素子の各抵抗値の加算値としては、上記磁気ベクトルの角度変化に伴う変化分が抑制されるようになる。このため、磁気ベクトルが角度変化する環境下であっても、同磁気ベクトルの大きさにかかわらず、こうした第１および第２の磁気抵抗素子の温度特性を利用することにより温度を検出することができるようになる。

また、この場合には特に、請求項６に記載の発明によるように、前記第１および第２の磁気抵抗素子として、前記磁気ベクトルの一方向への角度変化に伴うそれぞれの抵抗値の変化分がそれら各抵抗値の加算を通じて互いに相殺される角度関係をもつようにこれらを配置するようにすることが実用上より望ましい。このような構成では、より高い精度のもとで温度を検出することができるようになる。

また、請求項６に記載の発明において、請求項７に記載の発明によるように、前記第１および第２の磁気抵抗素子を、互いに同一の形状および同一の材料とするとともに、前記磁気ベクトルが変化する平面上に互いに９０度傾いて配置するようにすれば、上記磁気ベクトルの一方向への角度変化に伴う上記第１および第２の磁気抵抗素子の各抵抗値の変化分がそれら各抵抗値の加算を通じて相殺される上述の角度関係も含めて、これら第１および第２の磁気抵抗素子のこのような相対的な関係を容易に設定することができるようになる。

また、請求項５〜７のいずれか一項に記載の発明において、請求項８に記載の発明によるように、前記第１および第２の磁気抵抗素子を、電気的に直列接続するようにすれば、上記各抵抗値の加算値が、直列接続された第１および第２の磁気抵抗素子の合成抵抗となり、こうした加算値の変化を検出することも容易になる。

また、請求項５〜８のいずれか一項に記載の発明において、請求項９に記載の磁気抵抗素子を用いたセンサでは、磁気検出用の磁気抵抗素子をさらに備え、付与される磁気ベクトルの角度変化および前記温度変化に伴う同磁気検出用の磁気抵抗素子の抵抗値の変化と前記温度変化に伴う前記温度検出用の磁気抵抗素子の抵抗値の変化とに基づき、温度補正を施しつつ前記磁気ベクトルの角度変化を検出することとした。

上記構成では、磁気抵抗素子を用いたセンサとして、磁気検出用の磁気抵抗素子と異なる抵抗材料からなる温度検出用素子（例えばサーミスタなど）を用いることなく、温度補正を施しつつ磁気ベクトルの角度変化を検出することができるようになる。しかも、磁気検出用の磁気抵抗素子と温度検出用の磁気抵抗素子とを同じ製造工程にて形成することも可能となり、温度検出を行う磁気抵抗素子を用いたセンサとして、その製造コストの低減を図ることも容易となる。

また、この場合には特に、請求項１０に記載の発明によるように、前記温度検出用の磁気抵抗素子と前記磁気検出用の磁気抵抗素子とを同じ線幅にて形成するようにすれば、温度補正をより的確に施しつつ前記磁気ベクトルの角度変化を検出することができるようになる。

すなわち、温度検出用の磁気抵抗素子および磁気検出用の磁気抵抗素子の温度は通常、これら磁気抵抗素子の周辺に配置される例えばパワー素子などの発熱素子に生ずる熱や、電流路のジュール熱等による影響を受ける。ただしこの場合、これら磁気抵抗素子の間に温度差が生じかねず、ひいては上記温度補正の精度の低下を招くことにもなる。この点、上記構成によれば、前記従来の磁気抵抗素子を用いたセンサと異なり、温度検出用の磁気抵抗素子と磁気検出用の磁気抵抗素子とが同じ線幅に形成されるため、こうした温度検出用の磁気抵抗素子と磁気検出用の磁気抵抗素子との間に温度差が生ずることも抑制されるようになる。

なお、上記磁気検出用の磁気抵抗素子の抵抗値の変化の検出に関しては、例えば、同磁気検出用の磁気抵抗素子を定電圧駆動、または定電流駆動することが考えられる。ただし、磁気抵抗素子の温度変化に伴う抵抗値の変化量は、同磁気抵抗素子が定電流駆動される場合により抑制されることがわかっている。このため、請求項１１に記載の発明によるように、付与される磁気ベクトルの角度変化を検出する上では、温度検出用の磁気抵抗素子と磁気検出用の磁気抵抗素子とを定電流駆動するようにすることが実用上より望ましい。

はじめに、図１および図２を参照して、この発明の原理について説明する。
前述のように、磁気抵抗素子の抵抗値は温度に依存して変化するため、こうした磁気抵抗素子の温度特性を利用して温度を検出することも考えられる。ただし、図１に例示するように、磁気ベクトルが角度変化する環境下に磁気抵抗素子ＭＲＥがおかれる場合、同磁気抵抗素子ＭＲＥの抵抗値Ｒは、

Ｒ＝Ｒ_⊥ｓｉｎ^２θ＋Ｒ_‖ｃｏｓ^２θ ・・・（１）
ただし、
θ：磁気抵抗素子ＭＲＥに流れる電流Ｉの方向と同磁気抵抗素子ＭＲＥに作用する磁気ベクトルとのなす角度
Ｒ_⊥：「θ＝９０度」のときの磁気抵抗素子ＭＲＥの抵抗値
Ｒ_‖：「θ＝０度」のときの磁気抵抗素子ＭＲＥの抵抗値

といった関係式にて表わされる。すなわち、磁気抵抗素子ＭＲＥの抵抗値Ｒは、磁気ベクトルの角度変化によっても変化する。

しかし、このような場合であれ、図２に例示するように、磁気抵抗素子として第１の磁気抵抗素子ＭＲＥ１ａと第２の磁気抵抗素子ＭＲＥ１ｂとを設けるようにすることで、磁気ベクトルが角度変化する環境下であっても、これら磁気抵抗素子ＭＲＥ１ａおよびＭＲＥ１ｂの温度特性を利用して温度を検出することができるようになる。

すなわち、この図２に例示される構成では、上記第１および第２の磁気抵抗素子ＭＲＥ１ａ、ＭＲＥ１ｂが、互いに同一の形状および同一の材料とされるとともに、磁気ベクトルＭＶが変化する平面上に互いに９０度傾いて配置されている。したがって、第１および第２の磁気抵抗素子ＭＲＥ１ａ、ＭＲＥ１ｂの抵抗値Ｒａ、Ｒｂはそれぞれ、

Ｒａ＝Ｒ_⊥ｓｉｎ^２θ＋Ｒ_‖ｃｏｓ^２θ ・・・（２）
Ｒｂ＝Ｒ_⊥ｃｏｓ^２θ＋Ｒ_‖ｓｉｎ^２θ ・・・（３）
ただし、
θ：第１の磁気抵抗素子ＭＲＥ１ａに流れる電流の方向と同第１の磁気抵抗素子ＭＲＥ１ａに作用する磁気ベクトルＭＶとのなす角度

といった関係式にて表わされるようになる。すなわち、上記各抵抗値Ｒａ、Ｒｂの加算値Ｒ１が算出される以下の式（４）から明らかなように、上記各抵抗値Ｒａ、Ｒｂは、磁気ベクトルＭＶの角度変化に伴うそれぞれの変化分がそれらの加算を通じて互いに相殺されるように変化するようになる。このため、第１および第２の磁気抵抗素子ＭＲＥ１ａ、ＭＲＥ１ｂの各抵抗値の加算値Ｒ１の変化を温度変化として感知するようにすれば、磁気抵抗素子の温度特性を利用して温度を検出することもできるようになる。

なお、上記各抵抗値Ｒａ、Ｒｂを加算して上記加算値Ｒ１を算出すると、同加算値Ｒ１について、

Ｒ１＝Ｒａ＋Ｒｂ
＝（Ｒ_⊥ｓｉｎ^２θ＋Ｒ_‖ｃｏｓ^２θ）＋（Ｒ_⊥ｃｏｓ^２θ＋Ｒ_‖ｓｉｎ^２θ）
＝Ｒ_⊥（ｓｉｎ^２θ＋ｃｏｓ^２θ）＋Ｒ_‖（ｓｉｎ^２θ＋ｃｏｓ^２θ）
＝Ｒ_⊥＋Ｒ_‖ ・・・（４）

といった関係式が得られる。

（第１の実施の形態）
図３に、こうした原理に基づいて構成したこの発明にかかる磁気抵抗素子を用いたセンサの第１の実施の形態を示す。この実施の形態の磁気抵抗素子を用いたセンサは、磁気抵抗素子の温度特性を利用して温度を検出する温度センサに特化したセンサを想定している。

同図３に示されるように、この温度センサは、先の図２における第１および第２の磁気抵抗素子ＭＲＥ１ａ、ＭＲＥ１ｂとほぼ同様の第１および第２の磁気抵抗素子ＭＲＥ１１ａ、ＭＲＥ１１ｂを備えている。すなわち、これら第１および第２の磁気抵抗素子ＭＲＥ１ａ、ＭＲＥ１ｂも、互いに同一の形状および同一の材料（例えばニッケルコバルトなど）とされるとともに、磁気ベクトルが変化する平面上に互いに９０度傾いて配置されている。

このような構成では、上述の原理により、磁気ベクトルの変化に伴う第１および第２の磁気抵抗素子ＭＲＥ１１ａ、ＭＲＥ１１ｂの各抵抗値の加算値はほぼ温度にのみ依存して変化するようになる。このため、磁気ベクトルが変化する環境下であれ、この加算値の変化を検出するようにすることで、ニッケルコバルトの温度特性を利用して温度を検出することができるようになる。

しかも、この実施の形態では、第１および第２の磁気抵抗素子ＭＲＥ１１ａ、ＭＲＥ１１ｂを、電気的に直列接続するようにしている。このため、上記各抵抗値の加算値が、直列接続された第１および第２の磁気抵抗素子ＭＲＥ１１ａ、ＭＲＥ１１ｂの合成抵抗となり、こうした加算値の変化を検出することも容易になる。

また、上記各抵抗値の加算値（合成抵抗）の変化の検出に関しては、上記第１および第２の磁気抵抗素子ＭＲＥ１１ａ、ＭＲＥ１１ｂの定電流ＩＡによる定電流駆動を通じて行われる構成となっている。このため、上記各抵抗値の加算値の変化についてはこれを、直列接続された第１および第２の磁気抵抗素子ＭＲＥ１１ａ、ＭＲＥ１１ｂの両端に設けられる端子Ｔ１１、Ｔ１２間の電圧値の変化として取り出すことができるようになる。なお、この端子Ｔ１１、Ｔ１２間の電圧値の変化は通常、該電圧値の変化を温度変化に変換処理する処理回路（図示略）に取り込まれる。そして、同処理回路によるこうした処理を通じて温度検出が行われることとなる。

なお、この実施の形態では、第１および第２の磁気抵抗素子ＭＲＥ１１ａ、ＭＲＥ１１ｂの配線態様として、図３に例示されるように、配線リソースの向上が図られる配線態様が採用されている。

以上説明したように、この実施の形態にかかる温度センサによれば、以下に記載するような優れた効果が得られるようになる。
（１）第１および第２の磁気抵抗素子ＭＲＥ１ａ、ＭＲＥ１ｂを、互いに同一の形状および同一の材料（例えばニッケルコバルトなど）とするとともに、磁気ベクトルが変化する平面上に互いに９０度傾いて配置することとした。このため、磁気ベクトルが変化する環境下にあっても、磁気ベクトルの大きさにかかわらず、磁気抵抗素子（ニッケルコバルト）の温度特性を利用しての温度検出が可能となる。

（２）第１および第２の磁気抵抗素子ＭＲＥ１１ａ、ＭＲＥ１１ｂを、電気的に直列接続するようにしたため、これら各抵抗値の加算値の変化を検出することも容易になる。
（第２の実施の形態）
次に、この発明にかかる磁気抵抗素子を用いたセンサの第２の実施の形態について、図４〜図７を参照して詳細に説明する。この実施の形態の磁気抵抗素子を用いたセンサは、電流検出の対象となる被検出電流路に流れる電流の電流量の変化によって発生する磁気ベクトルの角度変化を感知して同被検出電流路に流れる電流の電流量を検出する電流センサとして、特に温度補正を施しつつ上記磁気ベクトルの角度変化を感知する電流センサを想定している。

はじめに、図４を参照して、磁気検出用の磁気抵抗素子を用いて被検出電流路に流れる電流の電流量を検出する原理について説明する。
いま、被検出電流路ＩＳ１に同図４に示される白抜き矢印の方向に電流が流れているとすると、この被検出電流路ＩＳ１上にはベクトルＭＶ２１ａ、ＭＶ２１ｂ等の方向に作用する第１の磁気ベクトルが発生する。そして、こうした第１の磁気ベクトルに対して直交する角度、すなわちベクトルＢＶ２１の方向に、例えばバイアス磁石等を用いて第２の磁気ベクトルを作用させたとする。

このような場合、第１の磁気ベクトルは、被検出電流路ＩＳ１に流れる電流の電流量に比例して例えばベクトルＭＶ２１ａ、ＭＶ２１ｂ等のようにその大きさが変化する。一方、バイアス磁石等による第２の磁気ベクトルは、被検出電流路ＩＳ１に流れる電流の電流量に依存せずベクトルＢＶ２１の大きさで一定であるため、これら第１の磁気ベクトルと第２の磁気ベクトルとの合成ベクトルは、上記被検出電流路ＩＳ１に流れる電流の電流量の変化に伴って角度変化するようになる。

例えば、同図４に示すように、被検出電流路ＩＳ１に電流が流れない場合、上記第１の磁気ベクトルは発生しないため、合成ベクトルは、上記第２の磁気ベクトルそのものとなりベクトルＢＶ２１の方向に作用する。一方、被検出電流路ＩＳ１に電流が流れ始め、この電流によって上記第１の磁気ベクトルがベクトルＭＶ２１ａの大きさになると、合成ベクトルは、先のベクトルＢＶ２１からベクトルＳＶ２１ａに角度変化するようになる。また、被検出電流路ＩＳ１に流れる電流の電流量がさらに増大して第１の磁気ベクトルがベクトルＭＶ２１ｂの大きさになると、合成ベクトルはベクトルＳＶ２１ｂまで角度変化するようになる。

そこで、上記合成ベクトルのこのような角度変化を磁気検出用の磁気抵抗素子の抵抗値変化として感知するようにすれば、被検出電流路に流れる電流の電流量を検出することができるようになる。

具体的には、磁気検出用の磁気抵抗素子として、第１および第２の磁気検出用の磁気抵抗素子ＭＲＥ２１ａ、ＭＲＥ２１ｂの２種の磁気抵抗素子を備え、これら磁気検出用の磁気抵抗素子ＭＲＥ２１ａ、ＭＲＥ２１ｂを、互いに同一の形状および同一の材料とするとともに、上記合成ベクトルが変化する平面上に互いに９０度傾けて配置するようにする。また、これら磁気抵抗素子ＭＲＥ２１ａ、ＭＲＥ２１ｂを電気的にはハーフブリッジ回路として設け、該ハーフブリッジ回路が端子Ｔ２１およびＴ２２間に接続されるとき、端子Ｔ２１側から同ハーフブリッジ回路に定電流ＩＢを供給してこれを定電流駆動するようにする。

このような構成によれば、上記合成ベクトルの角度変化は、上記ハーフブリッジ回路の中点電位Ｖｍの変化として取り出されるようになる。したがって、この中点電位Ｖｍの変化の感知を通じて被検出電流路ＩＳ１に流れる電流の電流量を検出することができるようになる。

次に、こうした原理に基づいて電流検出を行うこの実施の形態にかかる電流センサを図５〜図７に示す。
この電流センサ２１は、図５に示されるように、上記２種の磁気抵抗素子から構成される磁気検出用の磁気抵抗素子ＭＲＥ２２を有する磁気センサ２２と、同磁気抵抗素子ＭＲＥ２２に第２の磁気ベクトルを付与するバイアス磁石２３とを基板２４上に備えている。そして、この基板２４が、樹脂などからなるモールド材（便宜上、図示略）によりモールドされた状態で当該電流センサ２１の電流検出の対象となるバスバーＢＳ上に設置される構造となっている。なお、この実施の形態にかかるバスバーＢＳには、車載バッテリからの出力電流や同車載バッテリへの充電電流となる電流Ｉｂ（−数百Ａ〜＋数百Ａ）、すなわち広いダイナミックレンジの電流が流れるようになっている。

このような構成では、上述のように、バスバーＢＳの電流Ｉｂによって発生する第１の磁気ベクトルとバイアス磁石２３による第２の磁気ベクトルとの合成ベクトルが、上記電流Ｉｂの変化に伴って角度変化するようになる。そこで、電流センサ２１は、上述の原理に基づき、こうした合成ベクトルの角度変化を感知してバスバーＢＳに流れる電流の電流量を検出する。

ただし、磁気検出用の磁気抵抗素子ＭＲＥ２２の抵抗値は、上記合成ベクトル（磁気ベクトル）の角度変化のみならず、温度にも依存して変化するため、同磁気抵抗素子ＭＲＥ２２の抵抗値の変化の感知のみを通じて上記バスバーＢＳに流れる電流の電流量を検出することは困難である。しかも、この実施の形態では、上記バスバーＢＳに例えば＋数百Ａの大電流が流れることもあり、磁気検出用の磁気抵抗素子ＭＲＥ２２に対する同バスバーＢＳに流れる電流のジュール熱による熱的な影響は大きいと考えられる。

そこで、この電流センサ２１では、先の図３に例示されるかたちで形成された、温度変化にのみ依存して抵抗値が変化する温度検出用の磁気抵抗素子ＭＲＥ２５からなる温度センサ２５を基板２４上にさらに備えることとしている。また、バスバーＢＳに流れる電流の電流量を検出するにあたって、磁気検出用の磁気抵抗素子ＭＲＥ２２、および温度検出用の磁気抵抗素子ＭＲＥ２５の各抵抗値の変化を各々取り込んでこれら各抵抗値の変化に基づいて温度補正を行う温度補正回路２６をさらに備えることとしている。これにより、温度補正回路２６にて温度補正を施しつつ上記合成ベクトルの角度変化、ひいては上記バスバーＢＳに流れる電流の電流量を検出することができるようになる。

ここで、磁気検出用の磁気抵抗素子ＭＲＥ２２、および温度検出用の磁気抵抗素子ＭＲＥ２５の各抵抗値の変化が、磁気センサ２２および温度センサ２５から各々取り出されて温度補正回路２６内にてこれらが処理されるまでの一連の作用について説明する。図６（ａ）および（ｂ）は、磁気センサ２２および温度センサ２５の各内部回路を模式的に示している。

図６（ａ）に示されるように、磁気検出用の磁気抵抗素子ＭＲＥ２２は、上述の通り、第１および第２の磁気検出用の磁気抵抗素子ＭＲＥ２２ａ、ＭＲＥ２２ｂの２種の磁気抵抗素子を備えている。なお、これら磁気抵抗素子ＭＲＥ２２ａおよびＭＲＥ２２ｂが、互いに同一の形状および同一の材料とされるとともに、上記合成ベクトルが変化する平面上に互いに９０度傾いて配置される点、等々は上述した通りである。そして、これら２種の磁気抵抗素子ＭＲＥ２２ａおよびＭＲＥ２２ｂは、電気的には定電流駆動されたハーフブリッジ回路を構成しており、同回路においてこれら磁気抵抗素子ＭＲＥ２２ａ、ＭＲＥ２２ｂの中点電位が、磁気検出用の磁気抵抗素子ＭＲＥ２２の抵抗値の変化を示す検出信号ＭＴＳとして磁気センサ２２から取り出される。

これに対して、図６（ｂ）に示されるように、温度検出用の磁気抵抗素子ＭＲＥ２５は、これも前述した通り、第１および第２の温度検出用の磁気抵抗素子ＭＲＥ２５ａ、ＭＲＥ２５ｂの２種の磁気抵抗素子を備えている。また、これら磁気抵抗素子ＭＲＥ２５ａおよびＭＲＥ２５ｂが、互いに同一の形状および同一の材料とされるとともに、上記合成ベクトルが変化する平面上に互いに９０度傾いて配置される点、等々も前述した通りである。ただし、この実施の形態では、温度検出用の磁気抵抗素子ＭＲＥ２５を構成する磁気抵抗素子ＭＲＥ２５ａおよびＭＲＥ２５ｂを、上記磁気検出用の磁気抵抗素子ＭＲＥ２２を構成する磁気抵抗素子ＭＲＥ２２ａおよびＭＲＥ２２ｂと同じ線幅にて形成するようにしている。

すなわち、温度検出用の磁気抵抗素子ＭＲＥ２５および磁気検出用の磁気抵抗素子ＭＲＥ２２の温度は通常、バスバーＢＳのジュール熱等による影響を受けるため、これら磁気抵抗素子の間に温度差が生じかねず、ひいては上記温度補正の精度の低下を招くことにもなりかねない。この点、上記磁気抵抗素子ＭＲＥ２５ａおよびＭＲＥ２５ｂが、上記磁気抵抗素子ＭＲＥ２２ａおよびＭＲＥ２２ｂと同じ線幅にて形成される上記構成によれば、こうした温度検出用の磁気抵抗素子ＭＲＥ２５と磁気検出用の磁気抵抗素子ＭＲＥ２２との間に温度差が生ずることも抑制されるようになる。

また、この温度センサ２５において、これら２種の磁気抵抗素子ＭＲＥ２５ａおよびＭＲＥ２５ｂは、電気的には定電流駆動されたハーフブリッジ回路を構成している。そして、これら磁気抵抗素子ＭＲＥ２５ａ、ＭＲＥ２５ｂの全体にかかる電圧の変化が、温度検出用の磁気抵抗素子ＭＲＥ２５の抵抗値の変化を示す検出信号ＴＳとして温度センサ２５から取り出される。そして、こうして各センサ２２、２５から取り出される検出信号ＭＴＳ、ＴＳが温度補正回路２６に取り込まれて処理されることとなる。

図７に、磁気センサ２２、温度センサ２５との電気的な関係も含めて、この温度補正回路２６の内部構成をブロック図として示す。同図７に示されるように、温度補正回路２６は、四則演算や論理演算など算術的な処理を行う演算部（ＡＬＵ）２６ａを中心として構成されている。

すなわち、この演算部２６ａには、上記磁気センサ２２や温度センサ２５からの信号のやり取りを仲介するインターフェース２６ｂおよびアナログ／デジタル変換を行うＡ／Ｄ変換器２６ｃを介して、まず、温度センサ２５による検出信号（温度情報）ＴＳが取り込まれる。なお、こうした検出信号ＴＳの取り込みは例えば所定時間ごとに実行され、取り込まれる最新の検出信号ＴＳがレジスタ２６ｅに格納される。そして次に、同じくインターフェース２６ｂおよびＡ／Ｄ変換器２６ｃを介して上記磁気センサ２２による検出信号ＭＴＳが取り込まれ、次いで、データを記憶するメモリ（ＲＯＭ）２６ｄから温度補正プログラムが読み出されてこの温度補正プログラムが実行される。なお、この温度補正プログラムの実行には、上記レジスタ２６ｅに格納されている検出信号（温度情報）ＴＳが参照され、該参照される検出信号ＴＳに基づいて上記検出信号ＭＴＳの温度補正が施されることとなる。そして、先の図５と併せて示すように、この温度補正が施された検出信号ＭＴＳは、バスバーＢＳに流れる電流の電流量を示す検出信号ＳＳとなって、デジタル／アナログ変換を行うＤ／Ａ変換器２６ｆを介して温度補正回路２６から取り出される。

以上より、この第２の実施の形態にかかる電流センサによっても、基本的には先の第１の実施の形態の前記（１）および（２）の効果と同様、あるいはそれに準じた効果を得ることができることに加え、以下に記載するような優れた効果も得られるようになる。

（３）磁気検出用の磁気抵抗素子ＭＲＥ２２を有する磁気センサ２２と、温度変化にのみ依存して抵抗値が変化する温度検出用の磁気抵抗素子ＭＲＥ２５からなる温度センサ２５とを基板２４上に備えることとした。これにより、合成ベクトルの角度変化および温度変化に伴う上記磁気検出用の磁気抵抗素子ＭＲＥ２２の抵抗値の変化と、温度変化に伴う上記温度検出用の磁気抵抗素子ＭＲＥ２５の抵抗値の変化とに基づき、温度補正を施しつつ上記合成ベクトルの角度変化、ひいてはバスバーＢＳに流れる電流の電流量を的確に検出することができるようになる。

しかも、このような構成では、磁気検出用の磁気抵抗素子ＭＲＥ２２と異なる抵抗材料の素子（例えばサーミスタなど）を用いることなく温度補正を行うことができるようになり、また磁気検出用の磁気抵抗素子ＭＲＥ２２と温度検出用の磁気抵抗素子ＭＲＥ２５とを同じ製造工程にて形成することも可能となる。このため、温度検出を行う磁気抵抗素子を用いたセンサとして、その製造コストの低減を図ることも容易となる。

（４）温度検出用の磁気抵抗素子ＭＲＥ２５を構成する磁気抵抗素子ＭＲＥ２５ａおよびＭＲＥ２５ｂを、上記磁気検出用の磁気抵抗素子ＭＲＥ２２を構成する磁気抵抗素子ＭＲＥ２２ａおよびＭＲＥ２２ｂと同じ線幅にて形成することとした。このため、温度検出用の磁気抵抗素子ＭＲＥ２５と磁気検出用の磁気抵抗素子ＭＲＥ２２との間に温度差が生ずることも抑制されるようになり、上記温度補正回路２６による温度補正がより的確に行われるようになる。

（５）温度検出用の磁気抵抗素子ＭＲＥ２５および磁気検出用の磁気抵抗素子ＭＲＥ２２を定電流駆動することとした。このため、磁気抵抗素子の温度変化に伴う抵抗値の変化量をより抑制することができるようになる。

（他の実施の形態）
なお、上記各実施の形態は、以下のように変更して実施することもできる。
・磁気検出用の磁気抵抗素子や温度検出用の磁気抵抗素子の抵抗値の変化の検出に関しては、これら磁気検出用の磁気抵抗素子および温度検出用の磁気抵抗素子を定電流、定電圧のいずれによって駆動してもよい。

・磁気検出用の磁気抵抗素子と温度検出用の磁気抵抗素子との線幅を必ずしも同一にしなくてもよい。
・温度センサとして、温度検出用の磁気抵抗素子を構成する第１および第２の磁気抵抗素子を必ずしも電気的に直列接続しなくてもよい。例えば、第１および第２の磁気抵抗素子の抵抗値変化を各別に検出し、それら各抵抗値を加算することによっても温度検出することはできる。

・温度検出用の磁気抵抗素子を構成する第１および第２の磁気抵抗素子の配置態様としては、磁気ベクトルの角度変化に伴う第１および第２の磁気抵抗素子の各抵抗値の加算値の変化分が抑制されるような態様であれば、該態様を採用して温度を検出することはできる。

・温度検出用の磁気抵抗素子としては、例えばニッケルコバルト、パーマロイなどの強磁性体金属のほか、例えばインジウムアンチモン、ガリウム砒素などの化合物半導体を用いることもできる。すなわち、温度変化に対し、抵抗値がたとえ線形的に変化しないような磁気抵抗素子であっても、磁気抵抗素子の温度特性さえ明らかであれば、その温度特性を利用して温度を検出することはできる。

磁気ベクトルの角度変化に対する磁気抵抗素子の一般的な抵抗特性を説明するための平面図。 この発明の原理を説明する平面図。 この発明にかかる磁気抵抗素子を用いたセンサの第１の実施の形態についてその平面構造を示す平面図。 磁気抵抗素子を用いて電流を検出する原理を説明する平面図。 この発明にかかる磁気抵抗素子を用いたセンサの第２の実施の形態についてその全体構造を示す平面図およびブロック図。 （ａ）は、磁気センサの内部回路。（ｂ）は、温度センサの内部回路。 磁気センサおよび温度センサとの電気的な関係も含めて、温度補正回路の内部構成を示すブロック図。 従来のセンサに用いられる磁気抵抗素子の抵抗値変化率を示すグラフ。

符号の説明

ＭＲＥ１１ａ…第１の磁気抵抗素子、ＭＲＥ１１ｂ…第２の磁気抵抗素子、ＭＲＥ２２…磁気検出用の磁気抵抗素子、ＭＲＥ２２ａ…第１の磁気検出用の磁気抵抗素子、ＭＲＥ２２ｂ…磁気検出用の第２の磁気抵抗素子、ＭＲＥ２５…温度検出用の磁気抵抗素子、ＭＲＥ２５ａ…第１の温度検出用の磁気抵抗素子、ＭＲＥ２５ｂ…温度検出用の第２の磁気抵抗素子、２１…電流センサ、２２…磁気センサ、２３…バイアス磁石、２４…基板、２５…温度センサ、２６…温度補正回路、２６ａ…演算部、２６ｂ…インターフェース、２６ｃ…Ａ／Ｄ変換器、２６ｄ…メモリ、２６ｅ…レジスタ、２６ｆ…Ｄ／Ａ変換器。

Claims (11)

1. 磁気抵抗素子の温度特性を利用し、温度変化を同磁気抵抗素子の抵抗値の変化として感知することにより温度を検出する温度センサにおいて、
   前記磁気抵抗素子として、付与される磁気ベクトルの一方向への角度変化に対し、抵抗値が大きくなる角度をもって配置される第１の磁気抵抗素子と抵抗値が小さくなる角度をもって配置される第２の磁気抵抗素子とを備え、これら第１および第２の磁気抵抗素子の各抵抗値の加算値の変化として前記温度変化を感知する
   ことを特徴とする温度センサ。
2. 前記第１および第２の磁気抵抗素子は、前記磁気ベクトルの一方向への角度変化に伴うそれぞれの抵抗値の変化分がそれら各抵抗値の加算を通じて互いに相殺される角度関係をもって配置されてなる
   請求項１に記載の温度センサ。
3. 前記第１および第２の磁気抵抗素子は、互いに同一の形状および同一の材料からなり、且つ、前記磁気ベクトルが変化する平面上に互いに９０度傾いて配置されてなる
   請求項２に記載の温度センサ。
4. 前記第１および第２の磁気抵抗素子が、電気的に直列接続されてなる
   請求項１〜３のいずれか一項に記載の温度センサ。
5. 温度検出用の磁気抵抗素子を備え、温度変化を該磁気抵抗素子の抵抗値の変化として感知することにより温度を検出する機能を有する磁気抵抗素子を用いたセンサにおいて、
   前記温度検出用の磁気抵抗素子として、付与される磁気ベクトルの一方向への角度変化に対し、抵抗値が大きくなる角度をもって配置される第１の磁気抵抗素子と抵抗値が小さくなる角度をもって配置される第２の磁気抵抗素子とを備え、これら第１および第２の磁気抵抗素子の各抵抗値の加算値の変化として前記温度変化を感知する
   ことを特徴とする磁気抵抗素子を用いたセンサ。
6. 前記第１および第２の磁気抵抗素子は、前記磁気ベクトルの一方向への角度変化に伴うそれぞれの抵抗値の変化分がそれら各抵抗値の加算を通じて互いに相殺される角度関係をもって配置されてなる
   請求項５に記載の磁気抵抗素子を用いたセンサ。
7. 前記第１および第２の磁気抵抗素子は、互いに同一の形状および同一の材料からなり、且つ、前記磁気ベクトルが変化する平面上に互いに９０度傾いて配置されてなる
   請求項６に記載の磁気抵抗素子を用いたセンサ。
8. 前記第１および第２の磁気抵抗素子が、電気的に直列接続されてなる
   請求項５〜７のいずれか一項に記載の磁気抵抗素子を用いたセンサ。
9. 請求項５〜８のいずれか一項に記載の磁気抵抗素子を用いたセンサにおいて、
   磁気検出用の磁気抵抗素子をさらに備え、付与される磁気ベクトルの角度変化および前記温度変化に伴う同磁気検出用の磁気抵抗素子の抵抗値の変化と前記温度変化に伴う前記温度検出用の磁気抵抗素子の抵抗値の変化とに基づき、温度補正を施しつつ前記磁気ベクトルの角度変化を検出する
   ことを特徴とする磁気抵抗素子を用いたセンサ。
10. 前記温度検出用の磁気抵抗素子と前記磁気検出用の磁気抵抗素子とが同じ線幅にて形成されてなる
    請求項９に記載の磁気抵抗素子を用いたセンサ。
11. 前記温度検出用の磁気抵抗素子と前記磁気検出用の磁気抵抗素子とがそれぞれ定電流駆動される
    請求項５〜１０のいずれか一項に記載の磁気抵抗素子を用いたセンサ。

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