JP2011039021A - 電流センサ - Google Patents

Abstract

【課題】 磁気抵抗効果素子の一軸異方性を強め、かつ磁界検出動作の安定化に寄与するバイアス磁界を磁気抵抗効果素子に印加する手段を、磁気抵抗効果素子の近傍に配置した従来の電流センサでは、一次導体からの被測定磁界の影響により、安定したバイアス磁界を磁気抵抗効果素子に印加できないという問題点があった。
【解決手段】 被測定磁界を磁気抵抗効果素子に印加する一次導体のＵ字形成部は、段差部を介して各接続導体部に連結する構造としたため、バイアス磁界印加手段から磁気抵抗効果素子に印加されるバイアス磁界を、小型な一次導体においても安定的に確保でき、電流センサとして小型化、高精度化ならびに安定化が可能となる。
【選択図】図９

Description

この発明は、被測定電流が印加されるＵ字型一次導体の、Ｕ字型形状部の近傍において、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、非接触で被測定電流を計測する手法としては、一般的に、磁気コアを用いたものがある。磁気コアを利用した電流センサは、磁気コアを被測定電流の流れる導体を取り囲む様に設置し、磁気コアに設けたギャップ部とともに磁気回路を形成する。ギャップ部に設置した磁電変換素子を通じて、被測定電流により磁気回路に生じた磁束の大きさを測定することで、非接触で被測定電流の大きさを測定する。

一方、小型化や軽量化、あるいは高精度化等を目的とした、磁気コアを用いない電流センサが提案されている。従来の磁電変換素子を利用した、磁気コアを用いない電流センサとして、磁気抵抗効果素子の一軸異方性を強め、かつ磁界検出動作の安定化に寄与するバイアス磁界を磁気抵抗効果素子に印加するバイアス印加手段を、磁気抵抗効果素子の近傍に配置したものがある（例えば、特許文献１参照）。
また、従来の電流センサのＵ字形成部を有する一次導体として、平板を折り曲げて作製した、Ｕ字形成部構成面の面外方向に厚みを有する一次導体がある（例えば、特許文献２参照）。

特開２００７−２１８７００公報 特表平７−５０８３５１公報

発明が解決しようとする課題

前記特許文献１に開示されている電流センサは、Ｖ字形状を有する一次導体、Ｖ字形状を成す各直線部分上に設置された磁気抵抗効果素子、およびバイアス磁界印加手段としての磁性基板から構成され、バイアス磁界を印加することで磁気抵抗素子の一軸異方性をいっそう強め、高精度化ならびに安定化を図っている。しかしながら、一方の一次導体の直線部分において被測定電流により発生する被測定磁界の方向は、他方の直線部分上に設置されたバイアス磁界印加手段としての磁性基板の発生磁界の方向と略一致するため、特に大電流の測定において、安定したバイアス磁界を磁気抵抗効果素子に印加できないという問題点があった。上記特許文献１の請求項１０において、バイアス磁界の磁束密度を２０×１０^−４テスラ〜６０×１０^−４テスラと規定しているが、一次導体の断面形状や断面寸法によるものの、数１０アンペア程度の被測定電流値において前記磁束密度値は容易に得られる値であり、バイアス磁界が不安定となる可能性は非常に高いといえる。また、磁気抵抗効果素子および回路部と一次導体間に、シールド層が設置されておらず、主に一次導体から生じる電界ノイズを除去あるいは低減できないという問題点があった。さらにまた、スピンバルブ型ＧＭＲ素子を用いるため、高精度化のためには別個の基板に作製された２つの素子を設置しなければならず、製造工程が増加するという問題点があった。

前記特許文献２に開示されている電流を測定する磁界センサは、平板を折り曲げて作製した、Ｕ字形成部構成面の面外方向に厚みを有するＵ字形成部ならびに接続導体部にて構成された一次導体を提案し、磁電変換素子へ印加する被測定磁界の増加を図っている。しかしながら、前記特許文献２の一次導体形状をそのまま本発明への応用を想定した場合、接続導体部がバイアス磁界印加手段の設置位置に接近し、かつ接続導体部にて発生する磁界方向がバイアス磁界印加手段の発生磁界の方向と略一致することになり、安定したバイアス磁界を磁気抵抗効果素子に印加できないという問題点が生じることになる。なおＵ字形成部を伸長し、接続導体部から遠ざけて素子ならびに磁界印加手段を設置する方法も考えられるが、小型化に向かないという問題点があった。

この発明は上記のような課題を鑑み、解決するためになされたもので、一様な外部磁界を除去するとともに、バイアス磁界印加手段から磁気抵抗効果素子に印加されるバイアス磁界が安定的に確保され、かつ主に一次導体から生じる電界ノイズが除去あるいは低減された、小型化、高精度化、低コスト化した電流センサを得ることを目的とする。

課題を解決するための手段

この発明に係る電流センサは、設置基板上に４つの磁気抵抗効果素子で、設置基板の中心線に対して分けられた一方の領域に第１のハーフブリッジ回路が配置されると共に、他方の領域に第２のハーフブリッジ回路が配置された電流検知デバイスと、少なくとも１つのＵ字形成部を有する一次導体と、前記磁気抵抗効果素子に対してバイアス磁界を印加する少なくとも１つのバイアス磁界印加手段を有し、一次導体のＵ字形成部と一次導体の各接続導体部は段差を有して連結され、各接続導体部の磁界発生中心位置とバイアス磁界印加手段の位置が一次導体のＵ字形成面の面外方向に関して略一致する構造をとるものである。

また、この発明に係わる電流センサは、前記一次導体を構成する前記Ｕ字形成部と前記接続導体部が、それぞれ異なる断面形状を有した構造をとるものである。

また、この発明に係わる電流センサは、前記一次導体を構成する前記Ｕ字形成部の一部を同一平面外に構成した構造をとるものである。

また、この発明に係わる電流センサは、前記一次導体を構成する前記Ｕ字形成部の断面形状が、Ｕ字形成部構成面の面外方向に長軸を有する長方形、または面内方向に長軸を有する長方形の構造をとるものである。

また、この発明に係わる電流センサは、少なくとも一つの前記電流検知デバイスが、センサ回路部およびシールド層とともにセンサ基板に設置され、前記センサ基板は前記一次導体の前記Ｕ字形成部近傍の少なくとも一箇所に、前記センサ基板に設置された前記電流検知デバイスの中心線と前記Ｕ字形成部の対称軸が略一致するように設置された構造をとるものである。

また、この発明に係わる電流センサは、前記バイアス磁界印加手段は、少なくとも１つの永久磁石にて構成した構造をとるものである。

発明の効果

一つの設置基板上に四つの磁気抵抗効果素子にて、設置基板上の中心線に対して分けられた一方の領域に第一のハーフブリッジ回路が配置されるとともに、他方の領域に第二のブリッジ回路が配置され、それぞれのハーフブリッジ回路に逆方向の磁界が印加される構造のため、一様な外部磁界を除去する効果、および一つの基板に磁気抵抗効果素子が構成されるため、工程が簡略化できる効果がある。
また、バイアス磁界印加手段から磁気抵抗効果素子に印加されるバイアス磁界を、小型で製作容易な一次導体においても安定的に確保できるため、磁気抵抗素子の一軸異方性を強め、電流センサとして小型化、低コスト化、ならびに高精度化できる効果がある。

また、この発明の電流センサによると、電流検知デバイスを含むセンサ基板内層にシールド層を設置することで、主に一次導体から生じる電界ノイズを除去あるいは低減する効果がある。

この発明の実施形態１による電流センサの斜視図である。 この発明の実施形態１による電流センサの平面図である。 この発明の実施形態１による電流センサの断面図である。 この発明の実施形態１による電流センサの図３に示す電流検知デバイス部近傍の磁界ベクトルと分解ベクトルである。 この発明の実施形態１による電流センサの別の断面図である。 この発明の実施形態１による電流センサの電流検知デバイス部を示す平面図である。 この発明の実施形態１による電流センサの電流検知デバイス部を示す構成概略図である。 この発明の実施形態１による電流センサの補償導電線を配置した構成図である。 この発明の実施形態２による電流センサの斜視図である。 この発明の実施形態２による電流センサの断面図である。 この発明の実施形態２による電流センサの図１０に示す電流検知デバイス部近傍の磁界ベクトルと分解ベクトルである。 この発明の実施形態２による電流センサの別の断面図である。 この発明の実施形態３による電流センサの斜視図である。 この発明の実施形態３による電流センサの断面図である。

実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１による電流センサの斜視図を示すもので、図２は図１の平面図、図３は図１および図２におけるＡＡ’断面（ＸＺ面）の一部を示す断面図である。図において、電流センサ１は、電流検知デバイス部７、永久磁石８、センサ回路部９を有するセンサ基板２と、一次導体３により構成される。
本実施の形態１における一次導体３は、長手方向に向かって略垂直に曲げ加工が施されて形成された１つのＵ字形成部４と、略垂直に曲げ加工が施されそれぞれが逆方向に伸長する接続導体部６が段差部５を有して連結され、Ｕ字形成部４における一次導体３の断面形状は面外方向（Ｚ方向）に長軸を有する長方形である。センサ基板２は、段差部５を有した側のＵ字形成部４上に設置される。
まず、電流検知デバイス部７の構成について説明する。
図６は電流検知デバイス部７の平面図を示すもので、設置基板１７上において、設置基板１７の中心線１１によって２つの領域に分けられ、それぞれの領域に磁気抵抗効果素子１４ａ、１４ｂ、磁気抵抗効果素子１４ｃ、１４ｄが線対称に等しく配置される。ここで、磁気抵抗効果素子１４の感磁方向はＸ方向とし、長手方向はＹ方向とする。４つの磁気抵抗効果素子１４ａ〜１４ｄは、設置基板１７の中心線１１に対して相互に平行方向に配置され、磁気抵抗効果素子１４ａ、１４ｄは、互いに逆方向の磁界の増加に応じて抵抗値が共に増加する磁気抵抗効果特性を有するように、また、磁気抵抗効果素子１４ｂ、１４ｃは、互いに逆方向の磁界の増加に応じて抵抗値が共に減少する磁気抵抗効果特性を有するように、図には省略したが、磁気抵抗効果素子上にはバーバーポール電極構造が形成されている。なお、４つの磁気抵抗効果素子１４はそれぞれ１本で構成したが、クランク形状に複数の磁気抵抗効果素子を接続し、線路長を長く構成してもよい。また、中心線１１上の中心点に対して点対称に構成してもよい。接続電流線１５は、４つの磁気抵抗効果素子１４間を接続することにより、ブリッジ回路１８を構成するものであり、接続エリア１６は、外部とブリッジ回路１８の入出力用の端子部として用いる。

図７はこの発明の実施の形態１による電流センサ１の電流検知デバイス７を示す構成概略図であり、図７において、４つの磁気抵抗効果素子１４間を接続電流線１５で接続することにより、磁気抵抗効果素子１４ａ、１４ｂの直列接続からなるハーフブリッジ回路（第１のハーフブリッジ回路）１９ａ、磁気抵抗効果素子１４ｃ、１４ｄの直列接続からなるハーフブリッジ回路（第２のハーフブリッジ回路）１９ｂの並列接続からなるブリッジ回路１８を構成するものである。
接続エリア（第１の接続エリア）１６ａは、ブリッジ回路１８の磁気抵抗効果素子１４ａ、１４ｃ間の接続電流線１５に接続され、もう一方の接続エリア（第２の接続エリア）１６ｂは、ブリッジ回路１８の磁気抵抗効果素子１４ｂ、１４ｄ間の接続電流線１５に接続されており、接続エリア１６ａ、１６ｂからブリッジ回路１８に電圧が供給されるものである。接続エリア（第３の接続エリア）１６ｃは、ブリッジ回路１８の磁気抵抗効果素子１４ａ、１４ｂ間の接続電流線１５に接続され、もう一方の接続エリア（第４の接続エリア）１６ｄは、ブリッジ回路１８の磁気抵抗効果素子１４ｃ、１４ｄ間の接続電流線１５に接続されており、接続エリア１６ｃ、１６ｄからブリッジ回路１７の出力電圧が検出されるものである。

なお、図６および図７には示していないが、設置基板１７上の４つの磁気抵抗効果素子１４ａ〜１４ｄの上方、または下方、またはその両方に絶縁層を介して補償導電線２０を配置し、ブリッジ回路１８の出力電圧に基づいて、それらの補償導電線２０に４つの磁気抵抗効果素子１４の近傍に発生する磁界を打ち消すような電流を供給する磁気平衡型の構成としてもよい。

次に、電流センサ１の全体構成について説明する。
図１に示すように、被測定電流を印加する一次導体３の一部には、長手方向に向かって略垂直に曲げ加工が施され、Ｚ方向から見てＵ字の形状となるように１つのＵ字形成部４が形成される。なお本実施の形態１に示した図では、Ｕ字形状の底部の両脇部分が直角形状に構成されているが、電流検知デバイス部７にＵ字部の両側から安定して逆方向の磁界が印加される構造であれば丸みを帯びた形状などでもよく、これに限るものではないが、安定して逆方向の磁界を印加するためにはＵ字形状が少なくとも電流検知デバイス部７の近傍において左右対称であることが望ましい。
図２に示すように、一点鎖線で示したＵ字形状の一次導体３の対称軸、および電流検知デバイス部７の中心線１１が略一致するように、センサ基板２はＵ字形成部４の上方に設置する。バイアス磁界の安定度を考慮し、センサ基板２は本実施の形態に示すようにＵ字形成部５の上方に設置される。本実施の形態においては、電流検知デバイス７をセンサ基板２の上面側に設置した例を示したが、設置位置は上面に限るものではない。電流検知デバイス部７を含むセンサ基板２の設置位置（特にＺ方向）は、磁気抵抗効果素子１４に付与したい磁界、つまりは被測定電流の大きさに応じて決定するが、Ｚ方向における１次導体３の中央となる位置（図３ 破線Ｏ）では感磁方向の付与磁界が０となるため、中央からずらして設置するのがよい。その決定された位置に応じてセンサ基板２を設置する。また、一次導体３の断面積は、印加する被測定電流値に応じて決定される。このような一次導体３は、例えば銅などの金属板材からの打ち抜き加工と曲げ加工等の組合せ、もしくは鋳造等により作製される。なお本実施の形態では、一次導体３を構成するＵ字形成部４と接続導体部６の断面形状ならびに断面積を等しくしたが、これに限るものではない。例えば、磁気抵抗効果素子への付与磁界によりＵ字形成部は制限されるが、接続導体部については、電流印加時の発熱を低減するために、形状を可変し断面積を拡大してもよい。
図２にのみ示したが、センサ基板２上には、電流検知デバイス部７とともにバイアス磁界印加手段である永久磁石８、およびセンサ回路部９を配置する。センサ回路部９は、電流検知デバイス部７の接続エリア１６ａ、１６ｂにブリッジ回路１８の電圧を供給すると共に、ブリッジ回路１８の出力電圧を適度な増幅を施して出力するが、電流センサ１と外部の入出力端を電気的に接続するには、端子１０を利用する。
センサ基板２と１次導体３は、特に図示しないが接着剤や取付部材等を用いて固定する。取付部材は特に材料を限定しないが、非磁性で経時劣化の少ないものが望ましく、絶縁性や耐圧の効果を上げるために全体、あるいは一部を樹脂モールドしてもよい。
図３の断面図に示したように、センサ基板２の内層には導電性を有する電界シールド層１２を設置する。電界シールド層１２は、電流センサとしての性能を低下させるノイズとして、外部から磁気抵抗効果素子１４やセンサ回路部９へ印加される電界ノイズを、除去あるいは低減するためのもので、少なくとも磁気抵抗効果素子１４やセンサ回路部９と一次導体３の間に設置する必要があり、可能であれば磁気抵抗効果素子１４やセンサ回路部９を覆うように設置するのが望ましい。電界シールド層１２の材料は、導電性を有すればよく、例えば銅、アルミニウム等が考えられ、センサ基板２に設けた電気的なグランドと接続される。設置の形態としては、例えば多層基板の内層の少なくとも１層にグランド層を設けたものでもよい。

ここで、バイアス磁界印加手段である永久磁石８について詳細に説明する。永久磁石８は、例えばフェライトを材料とし、Ｙ方向を長手方向として伸長した直方体形状を有し、長手方向であるＹ方向に磁化されている。永久磁石８は、磁気抵抗効果素子１４の長手方向であるＹ方向にバイアス磁界を印加するものであり、外部磁界の状況にもよるが、印加するバイアス磁界の磁束密度は２０×１０^−４テスラ程度以上であることが望ましい。ここでは磁気抵抗効果素子１４に一様に安定してバイアス磁界を印加するために、電流検知デバイス部７の両側に各１個、電流検知デバイス部７よりも大きめのサイズの永久磁石８を設置したがこれに限るものではなく、例えばセンサ基板２の裏面側の電流検知デバイス部７の背面に１個設置する、あるいはセンサ基板２上の中心線１１に沿って電流検知デバイス部７の上方または下方または両方に設置する等他の設置方法でもよい。また永久磁石８の材料についても、バルク状のフェライトに限るものではなく、電流検知デバイス部７の裏面に磁性膜として配置してもよい。
永久磁石８から、磁気抵抗効果素子１４に一様に安定してバイアス磁界を印加するためには、外部磁界として磁気抵抗効果素子１４のＹ方向に付与される磁界の低減が有効となる。図５は、図２の中心線１１における断面（ＹＺ面）の一部を示す断面図である。一次導体３に被測定電流を印加すると、例えば接続導体部６には電流の方向に対して、図５の破線で示すように左方向の磁界が、印加される被測定電流線の大きさに応じて発生する。図には簡単のために、３本の磁束線によって発生磁界を示した。その結果、例えば特許文献２に示した従来例では、磁気抵抗効果素子１４については非感磁方向であるが、バイアス磁界方向に外部磁界として働く方向となる。しかし本実施の形態では、接続導体部６の磁界発生中心位置（接続導体ＹＺ断面の重心位置）とバイアス磁界印加手段である永久磁石８のＺ方向位置が略一致するように、つまり破線Ｏに一致するように構成している。そのため、永久磁石８ならびに磁気抵抗効果素子１４近傍において、接続導体部６にて発生した磁界はほぼ全てＺ方向となり、バイアス磁界方向であるＹ方向への影響は大幅に低減される。
本実施の形態においては、接続導体部６の磁界発生中心位置とバイアス磁界印加手段である永久磁石８のＺ方向位置が略一致するように構成したため、小型な一次導体３にて磁気抵抗効果素子１４に付与されるＹ方向の外部磁界は低減され、磁気抵抗効果素子１４に一様に安定したバイアス磁界を印加できる。

次に、電流センサ１の動作について、図３、図４、図６により説明する。
一次導体３に被測定電流を印加すると、例えば第１のＵ字形成部４ａには電流の方向に対して図３の破線に示すように左回転の磁界が、また第２のＵ字形成部４ｂには電流の方向に対して図３の破線に示すように右回転の磁界が、印加される被測定電流の大きさに応じて発生する。図には簡単のために各１次導体あたり２本の磁束線によって発生磁界を示した。その結果、電流検知デバイス部７を図３に示す位置に設置した場合、電流検知デバイス部７の左側に位置する磁気抵抗効果素子１４ａ、１４ｂには、図４に示す磁界ベクトル１３ａが印加され、右側に位置する磁気抵抗効果素子１４ｃ、１４ｄには、磁界ベクトル１３ｂが印加される。よって磁気抵抗効果素子１４ａ、１４ｂの感磁方向（Ｘ軸方向）には分解ベクトル１３ａｘが、磁気抵抗効果素子１４ｃ、１４ｄの感磁方向（Ｘ軸方向）には分解ベクトル１３ｂｘが加わることになる。つまり、電流検知デバイス部７のＸＹ面における、図６に示した磁気抵抗効果素子１４ａ、１４ｂには、中心線１１より紙面左側の向きに磁界が加わり、磁気抵抗効果素子１４ｃ、１４ｄには、中心線１１より紙面右側の向きに磁界が加わる。

なお、磁気抵抗効果素子１４ａ、１４ｄでは、共に磁界の増加に応じて抵抗値が増加すると共に、磁界の減少に応じて抵抗値が減少する磁気抵抗効果特性を有するように、また、磁気抵抗効果素子１４ｂ、１４ｃでは、逆に磁界の増加に応じて抵抗値が減少すると共に、磁界の減少に応じて抵抗値が増加する磁気抵抗効果特性を有するように構成されている。
よって、一次導体３に流れる電流の増加に応じて磁気抵抗効果素子１４ａ、１４ｄの抵抗値が増加すると共に、磁気抵抗効果素子１４ｂ、１４ｃの抵抗値が減少し、一次導体３に流れる電流の減少に応じて磁気抵抗効果素子１４ａ、１４ｄの抵抗値が減少すると共に、磁気抵抗効果素子１４ｂ、１４ｃの抵抗値が増加する。このように、一次導体３に印加される被測定電流の大きさに応じてブリッジ回路１８の平衡が崩れ、これが電流検知デバイス部７のブリッジ回路１８の出力となる。
また、本実施の形態においては、Ｕ字形成部４における一次導体３の断面形状は面外方向（Ｚ方向）に長軸を有する長方形としたことで、ｘ軸方向（感磁方向）へ分解した磁界ベクトル１３ｘとｚ方向へ分解した磁界ベクトル１３ｚの大きさは、１３ｘ＜１３ｚの関係が成立し、それぞれの磁気抵抗効果素子１４の感磁方向には低められた磁界が印加されることになる。そのため、被測定電流が大電流であっても磁気抵抗効果素子１４に印加される磁界が抑制され、出力の飽和などを気にすることなく、かつ電流センサとしての外形寸法を大型化することなく、大電流の計測が容易に行える。

さらに、電流センサ１の動作について、補償導電線２０を有する場合について説明する。補償導電線２０を配置した電流検知デバイス部７とセンサ回路部９の概略構成を図８に示す。
一次導体３に印加される被測定電流の大きさに応じてブリッジ回路１８の平衡が崩れる。このとき、センサ回路部９に設置された増幅回路部（例えばオペアンプ２１）では、電流検知デバイス部７の接続エリア１６ｃ、１６ｄから検出される出力電圧に基づいて、磁気抵抗効果素子１４ａ〜１４ｄ近傍に発生する磁界を打ち消すような電流（制御電流）を補償導電線２０に供給する。具体的には接続エリア１６ｃ、１６ｄの出力電圧が０になるように、制御電流の大きさを調整する。補償導電線２０は、その制御電流の大きさに応じて４つの磁気抵抗効果素子１４ａ〜１４ｄ近傍に発生する磁界、すなわち一次導体３に印加される被測定電流の大きさに応じた磁界を相殺するような磁界を発生する。
したがって、一次導体３に印加される被測定電流の大きさに応じたブリッジ回路１８の平衡の崩れを、センサ回路部９から供給される制御電流により修復することができる。ゆえに、センサ回路部９から供給した制御電流の大きさが、一次導体３に印加される被測定電流の大きさに相関のある値として検出することができる。
なお、一次導体３以外において発生した外部磁界（外乱磁界）は、磁気抵抗効果素子１４ａ、１４ｂと磁気抵抗効果素子１４ｃ、１４ｄ（ブリッジ回路１８の左右の各ハーフブリッジ回路１９）に同相の影響となるため相殺され、測定精度に影響を与えない。

以上のように、この実施の形態１によれば、設置基板上に４つの磁気抵抗効果素子で、設置基板の中心線に対して分けられた一方の領域に第１のハーフブリッジ回路が配置されると共に、他方の領域に第２のハーフブリッジ回路が配置され、それぞれのハーフブリッジ回路に逆方向の磁界が印加される構造のため、一様な外部磁界を除去することができ、１つの設置基板上に全ての磁気抵抗効果素子を構成したため、製造工程の簡略化ならびに低コスト化の効果がある。

また、バイアス磁界印加手段から磁気抵抗効果素子に印加されるバイアス磁界を、小型な一次導体においても安定的に確保できるため、磁気抵抗素子の一軸異方性を強め、電流センサとして小型化、高精度化ならびに安定化できる効果がある。

また、磁気抵抗効果素子の感磁方向への印加磁界を抑制する構成としたため、大電流の測定が容易に可能となり、一次導体を含めた電流センサの構造が小型となる効果がある。

また、センサ基板の内層面に導電性を有するシールド層を設置したため、一次導体や外部からの電界ノイズを除去あるいは低減でき、測定精度を向上する効果がある。

実施の形態２．
図９は、この発明の実施の形態２による電流センサの斜視図を示すもので、図１０は図９におけるＡＡ’断面（ＸＺ面）を示す断面図、図１１は電流検知デバイス部７近傍の磁界ベクトルと分解ベクトル、図１２は図１０における中心線１１の断面（ＹＺ面）を示す断面図である。図において、電流センサ１は、電流検知デバイス部７、永久磁石８、センサ回路部９を有するセンサ基板２と、一次導体３により構成されるが、各図には主たる構成のみを示す。
本実施の形態２における一次導体３は、板状に形成された１つのＵ字形成部４と、略垂直に曲げ加工が施されそれぞれが逆方向に伸長する接続導体部６によって構成され、Ｕ字形成部４における一次導体３の断面形状は面内方向（Ｘ方向）に長軸を有する長方形である。センサ基板２は、段差部５を有した側のＵ字形成部４上に設置される。
実施の形態２は、一次導体３におけるＵ字形成部４の長方形断面形状の長軸方向を変更した構成であり、その他の構成や動作で重複する部分は省略する。

一次導体３に被測定電流を印加すると、例えば第１のＵ字形成部４ａには電流の方向に対して図１０の破線に示すように左回転の磁界が、また第２のＵ字形成部４ｂには電流の方向に対して図１０の破線に示すように右回転の磁界が、印加される被測定電流の大きさに応じて発生する。図には簡単のために各１次導体あたり２本の磁束線によって発生磁界を示した。
本実施の形態においては、Ｕ字形成部４における一次導体３の断面形状は面内方向（Ｘ方向）に長軸を有する長方形としたことで、ｘ軸方向（感磁方向）へ分解した磁界ベクトル１３ｘとｚ方向へ分解した磁界ベクトル１３ｚの大きさは、１３ｘ＞１３ｚの関係が成立し、それぞれの磁気抵抗効果素子１４の感磁方向には実施の形態１と比較して強められた磁界が印加されることになる。そのため、被測定電流が小さい電流であっても磁気抵抗効果素子１４には効率よく磁界が印加され、小さい電流であっても精度を落とすことなく、計測が容易に行える。
また図１２に接続導体部６にて発生する磁束線３本を破線にて示したが、実施の形態１と同様に、接続導体部６の磁界発生中心位置とバイアス磁界印加手段である永久磁石８のＺ方向位置が略一致するように構成したため、永久磁石８ならびに磁気抵抗効果素子１４近傍において、接続導体部６にて発生した磁界はほぼ全てＺ方向となり、バイアス磁界方向であるＹ方向への影響は大幅に低減される。

以上のように、この実施の形態２によれば、Ｕ字形成部４における一次導体３の断面形状は面内方向（Ｘ方向）に長軸を有する長方形としたため、被測定電流が小さい場合も磁気抵抗効果素子１４には効率よく磁界が印加され、小さい電流であっても精度を落とすことなく、計測が容易に行える効果がある。

また、バイアス磁界印加手段から磁気抵抗効果素子に印加されるバイアス磁界を、小型な一次導体においても安定的に確保できるため、磁気抵抗素子の一軸異方性を強め、電流センサとして小型化、高精度化ならびに安定化できる効果がある。

また、一次導体３の高さ（Ｚ方向）を低減できるため、小型化の効果がある。

実施の形態３．
図１３は、この発明の実施の形態３による電流センサの斜視図を示すもので、図１４は図１３のＹＺ面を示す側面図である。図において、電流センサ１は、電流検知デバイス部７、永久磁石８、センサ回路部９を有するセンサ基板２と、一次導体３により構成されるが、各図には主たる構成のみを示す。
本実施の形態３における一次導体３は、板状に形成された１つのＵ字形成部４と、略垂直に曲げ加工が施されてそれぞれが逆方向に伸長する接続導体部６によって構成され、Ｕ字形成部４における一次導体３の断面形状は面内方向（Ｘ方向）に長軸を有する長方形である。また、Ｕ字形成部４のうちＵ字底部２２を略垂直に曲げ加工が施して構成したものである。センサ基板２は、段差部５を有した側のＵ字形成部４上に設置される。
実施の形態３は、実施の形態２の一次導体３におけるＵ字形成部４のうち、Ｕ字底部２２に略垂直に曲げ加工を施した構成であり、その他の構成で重複する部分は省略する。

既に実施の形態１にて述べたように、永久磁石８から磁気抵抗効果素子１４に一様に安定してバイアス磁界を印加するためには、外部磁界として磁気抵抗効果素子１４のＹ方向に付与される磁界の低減が有効となる。本実施の形態においては、Ｙ方向に付与する磁界の発生源として、接続導体部６に加えてＵ字底部２２の磁界発生中心位置とバイアス磁界印加手段である永久磁石８のＺ方向位置が略一致するような構成とする。図１４に接続導体部６にて発生する磁束線、およびＵ字底部２２にて発生する磁束線をそれぞれ３本の破線にて示したが、接続導体部６およびＵ字底部２２の磁界発生中心位置とバイアス磁界印加手段である永久磁石８の略Ｚ方向位置が一致するように構成したため、永久磁石８ならびに磁気抵抗効果素子１４近傍において、接続導体部６およびＵ字底部２２にて発生した磁界は逆方向、かつほぼ全てＺ方向となり、バイアス磁界方向であるＹ方向への影響はさらに大幅に低減される。
Ｕ字底部２２は、Ｕ字形成部４を板材にて形成した場合、接続導体部６の曲げ加工と共にプレス加工等にて作製される。本構成において、小型な一次導体３から磁気抵抗効果素子１４に付与されるＹ方向の外部磁界は低減され、磁気抵抗効果素子１４に一様に安定したバイアス磁界を印加できる。

以上のように、この実施の形態３によれば、バイアス磁界印加手段から磁気抵抗効果素子に印加されるバイアス磁界を、小型な一次導体においてもさらに安定的に確保できるため、磁気抵抗素子の一軸異方性を強め、電流センサとして小型化、高精度化ならびに安定化できる効果がある。

１ 電流センサ、２ センサ基板、３ 一次導体、４ Ｕ字形成部、５ 段差部、６ 接続導体部、７ 電流検知デバイス部、８ 永久磁石、９ センサ回路部、１０ 外部端子、１１ 中心線、１２ シールド層、１３ 磁界ベクトル、１４ 磁気抵抗効果素子、１５ 接続電流線、１６ 接続エリア、１７ 設置基板、１８ ブリッジ回路、１９ ハーフブリッジ回路、２０ 補償導電線、２１ オペアンプ、２２ Ｕ字底部

Claims (8)

1. 設置基板上に配置され、互いに逆方向の磁界の増加に応じて抵抗値が共に増加する磁気抵抗効果特性を有する第１および第４の磁気抵抗効果素子と、
   前記設置基板上に配置され、互いに逆方向の上記磁界の増加に応じて抵抗値が共に減少する磁気抵抗効果特性を有する第２および第３の磁気抵抗効果素子と、
   前記設置基板上に配置され、前記第１から第４の磁気抵抗効果素子を接続することにより、前記第１および第２の磁気抵抗効果素子による第１のハーフブリッジ回路、および前記第３および第４の磁気抵抗効果素子による第２のハーフブリッジ回路からなるブリッジ回路を構成する接続電流線とを備え、前記設置基板の中心線に対して分けられた一方の領域に前記第１のハーフブリッジ回路が配置されると共に、他方の領域に前記第２のハーフブリッジ回路が配置された電流検知デバイスと、少なくとも１つのＵ字形成部を有する一次導体と、前記磁気抵抗効果素子に対してバイアス磁界を印加する少なくとも１つのバイアス磁界印加手段とを備え、
   前記設置基板の中心線と前記Ｕ字形成部の対称軸が略一致するように少なくとも一つの前記電流検知デバイスが前記Ｕ字形成部近傍に配置されるとともに、
   一次導体の前記Ｕ字形成部と、一次導体の各接続導体部は段差を有して連結され、各接続導体部の磁界発生中心位置とバイアス磁界印加手段位置が一次導体のＵ字形成面の面外方向に関して略一致することを特徴とする電流センサ。
2. 前記一次導体を構成する前記Ｕ字形成部と前記接続導体部が、それぞれ異なる断面形状を有することを特徴とする請求項１に記載の電流センサ。
3. 前記一次導体を構成する前記Ｕ字形成部の一部が同一平面外に構成されることを特徴とする請求項１または２に記載の電流センサ。
4. 前記一次導体を構成する前記Ｕ字形成部の断面形状が、Ｕ字形成部構成面の面外方向に長軸を有する長方形であることを特徴とする請求項１〜３に記載の電流センサ。
5. 前記一次導体を構成する前記Ｕ字形成部の断面形状が、Ｕ字形成部構成面の面内方向に長軸を有する長方形であることを特徴とする請求項１〜３に記載の電流センサ。
6. 少なくとも一つの前記電流検知デバイスは、センサ回路部とともにセンサ基板に設置され、前記センサ基板は前記一次導体の前記Ｕ字形成部近傍の少なくとも一箇所に、前記センサ基板に設置された前記電流検知デバイスの中心線と前記Ｕ字形成部の対称軸が略一致するように設置されたことを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の電流センサ。
7. 前記センサ基板の内部に、導電性を有するシールド層を設置したことを特徴とする請求項６に記載の電流センサ。
8. 前記バイアス磁界印加手段は、少なくとも１つの永久磁石からなることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の電流センサ。

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