电流传感器的制造方法
【专利摘要】本发明提供一种即便是朝着与偏置磁场平行的方向施以外部磁场的情况也能抑制电流测量精度下降的电流传感器。具备对自流通于电流线(2)的被测量电流(I)引起的感应磁场(Ha、Hb)进行检测的第1磁传感器(11a)以及第2磁传感器(11b)，第1磁传感器(11a)以及第2磁传感器(11b)分别包括具备对自由磁性层施加偏置磁场的硬偏置层的磁阻效应元件，第1磁传感器(11a)的磁阻效应元件中的偏置磁场(Ba)、和第2磁传感器(11b)的磁阻效应元件中的偏置磁场(Bb)构成为彼此呈相反朝向。
【专利说明】电流传感器
【技术领域】
[0001]本发明涉及可非接触式地测量被测量电流的电流传感器。
【背景技术】
[0002]在电动汽车、太阳能电池等领域中，已知使用作为磁检测元件的GMR(GiantMagneto Resistance)元件来检测因被测量电流所产生的感应磁场这种方式的电流传感器(例如，参照专利文献I)。在专利文献I的电流传感器中，基于多个GMR元件的输出的差分来对检测对象的电流进行检测，由此来实现高灵敏度化。
[0003]GMR元件以反强磁性层、固定磁性层、非磁性层以及自由磁性层作为基本构成。固定磁性层被层叠在反强磁性层上，借助在与反强磁性层之间产生的交换稱合磁场而使得磁化方向被固定在一个方向。自由磁性层隔着非磁性层(非磁性中间层)而层叠在固定磁性层上，借助外部磁场而使得磁化方向发生变化。GMR元件构成为因外部磁场的施加而发生变化的自由磁性层的磁化方向、与固定磁性层的磁化方向之间的关系使得电阻值发生变动，由此可以检测外部磁场。
[0004]在这样的GMR元件中，为了提高电阻值与外部磁场的强度之间的线性，有时会设置对自由磁性层施加偏置磁场的硬偏置层。由此，自由磁性层的磁化方向被一致于同一方向，从而外部磁场的检测灵敏度得以提升。通过使用该GMR元件，从而可以实现检测灵敏度更卓越的电流传感器(例如，参照专利文献2)。
[0005]在先技术文献
[0006]专利文献
[0007]专利文献1:日本特开2006-105693号公报
[0008]专利文献2:日本特开2006-66821号公报
【发明内容】
[0009]发明要解决的课题
[0010]然而，由上述的硬偏置层来施加偏置磁场这种类型的GMR元件，由于通过偏置磁场而使自由磁性层的磁化方向相一致，因此如果朝着与偏置磁场平行的方向(与灵敏度方向垂直的方向)施以外部磁场，则检测灵敏度会发生变化。因而，在使用该GMR元件的电流传感器中，当存在与偏置磁场平行的方向的外部磁场的情况下，有可能导致电流测量精度下降。
[0011]本发明正是鉴于上述问题点而完成的，其目的在于提供一种即便是朝着与偏置磁场平行的方向施以外部磁场的情况也能抑制电流测量精度下降的电流传感器。
[0012]用于解决课题的手段
[0013]本发明的电流传感器，其特征在于，具备对自流通于电流路径的被测量电流引起的感应磁场进行测量的第I磁阻效应元件以及第2磁阻效应元件，所述第I磁阻效应元件以及所述第2磁阻效应元件分别具有对自由磁性层施加偏置磁场的硬偏置层，所述第I磁阻效应元件的偏置磁场和所述第2磁阻效应元件的偏置磁场为相反朝向，所述第I磁阻效应元件和所述第2磁阻效应元件被配置为自所述被测量电流引起的感应磁场朝着相反的朝向施加，所述第I磁阻效应元件的灵敏度轴的方向和所述第2磁阻效应元件的灵敏度轴的方向构成为同一方向。
[0014]根据该构成，由于第I磁阻效应元件的偏置磁场和第2磁阻效应元件的偏置磁场为相反朝向，因此即便施以与偏置磁场平行的方向的外部磁场，也能够利用两个磁传感器的输出来抵消灵敏度变化。由此，能够抑制因外部磁场所引起的电流测量精度的下降。
[0015]在本发明的电流传感器中，优选具备对所述第I磁阻效应元件的输出与所述第2磁阻效应元件的输出之差进行运算处理的运算部。
[0016]在本发明的电流传感器中，优选所述电流路径构成为包含:平行的第I部分以及第2部分；和与所述第I部分以及所述第2部分垂直、且连接所述第I部分和所述第2部分的第3部分，所述第I磁阻效应元件被配置为测量自流通于所述第I部分的被测量电流引起的感应磁场，所述第2磁阻效应元件被配置为测量自流通于所述第2部分的被测量电流引起的感应磁场，且被配置在所述电流路径的与所述第I磁阻效应元件同一面侧。根据该构成，因为能够在电流路径的同一面设置磁阻效应元件，因此制造变得容易。
[0017]在本发明的电流传感器中，优选所述电流路径构成为直线状，所述第I磁阻效应元件和所述第2磁阻效应元件夹着所述电流路径而配置。根据该构成，由于使用的是直线状的电流路径，因此能够抑制电流测量精度的下降。
[0018]本发明的电流传感器，其特征在于，具备对自流通于电流路径的被测量电流引起的感应磁场进行检测的第I至第4磁阻效应元件，所述第I至第4磁阻效应元件分别具有对自由磁性层施加偏置磁场的硬偏置层，所述第I磁阻效应元件的偏置磁场和所述第2磁阻效应元件的偏置磁场被配置为相反朝向、且所述第3磁阻效应元件的偏置磁场和所述第4磁阻效应元件的偏置磁场被配置为相反朝向、且所述第I磁阻效应元件的偏置磁场和所述第3磁阻效应元件的偏置磁场被配置为相同朝向、且所述第2磁阻效应元件的偏置磁场和所述第4磁阻效应元件的偏置磁场被配置为相同朝向，所述第I磁阻效应元件和所述第2磁阻效应元件被配置为自所述被测量电流引起的感应磁场朝着相同的朝向施加、且所述第3磁阻效应元件和所述第4磁阻效应元件被配置为自所述被测量电流引起的感应磁场朝着相同的朝向施加、且施加给所述第I磁阻效应元件和所述第2磁阻效应元件的自所述被测量电流引起的感应磁场的朝向、和施加给所述第3磁阻效应元件和所述第4磁阻效应元件的自所述被测量电流引起的感应磁场的朝向被配置为相反的朝向，所述第I磁阻效应元件的灵敏度轴的方向和所述第3磁阻效应元件的灵敏度轴的方向被配置为同一方向、且所述第2磁阻效应元件的灵敏度轴的方向和所述第4磁阻效应元件的灵敏度轴的方向被配置为同一方向、且所述第I至第4磁阻效应元件的灵敏度轴被配置为平行。
[0019]根据该构成，由于第I磁阻效应元件中的偏置磁场和第2磁阻效应元件中的偏置磁场彼此为相反朝向，第3磁阻效应元件中的偏置磁场和第4磁阻效应元件中的偏置磁场彼此为相反朝向，因此即便施以与偏置磁场平行的方向的外部磁场，也能够抵消各磁传感器的灵敏度变化。进而，即便施以灵敏度轴方向的外部磁场也能够抵消其影响。由此，能够抑制因外部磁场所引起的电流测量精度的下降。
[0020]在本发明的电流传感器中，优选所述第I至第4磁阻效应元件被配置成:所述第I磁阻效应元件的灵敏度轴至所述第4磁阻效应元件的灵敏度轴的方向为同一方向，具有对所述第I至第4磁阻效应元件的输出进行运算处理的运算部，所述运算部从作为所述第I磁阻效应元件的输出以及所述第2磁阻效应元件的输出之和的第I输出和当中减去作为所述第3磁阻效应元件的输出以及所述第4磁阻效应元件的输出之和的第2输出和。
[0021]在本发明的电流传感器中，优选所述第I至第4磁阻效应元件被配置成:所述第I磁阻效应元件的灵敏度轴的方向以及所述第3磁阻效应元件的灵敏度轴的方向、和所述第2磁阻效应元件的灵敏度轴的方向以及所述第4磁阻效应元件的灵敏度轴的方向为相反的方向，具有对所述第I至第4磁阻效应元件的输出进行运算处理的运算部，所述运算部从作为所述第I磁阻效应元件的输出与所述第2磁阻效应元件的输出之差的第I输出差当中减去作为所述第3磁阻效应元件的输出与所述第4磁阻效应元件的输出之差的第2输出差。
[0022]在本发明的电流传感器中，优选所述电流路径构成为包含:平行的第I部分以及第2部分；和与所述第I部分以及所述第2部分垂直、且连接所述第I部分和所述第2部分的第3部分，所述第I磁阻效应元件以及所述第2磁阻效应元件被配置为检测自流通于所述第I部分的被测量电流引起的感应磁场，所述第3磁阻效应元件以及所述第4磁阻效应元件被配置为检测自流通于所述电流路径的第2部分的被测量电流引起的感应磁场，且被配置在所述电流路径的同一面。根据该构成，由于能够在电流路径的同一面设置磁阻效应元件，因此制造变得容易。
[0023]在本发明的电流传感器中，优选所述电流路径构成为直线状，所述第I磁阻效应元件和所述第2磁阻效应元件被设置在所述电流路径的一个面，所述第3磁阻效应元件和所述第4磁阻效应元件被设置在所述电流路径的与所述一个面对置的面。根据该构成，由于使用的是直线状的电流路径，因此能够抑制电流测量精度的下降。
[0024]发明效果
[0025]根据本发明，可以提供一种即便是朝着与偏置磁场平行的方向施以外部磁场的情况也能抑制电流测量精度下降的电流传感器。
【专利附图】
【附图说明】
[0026]图1是表示实施方式I所涉及的电流传感器及其周边构成的配置例的俯视示意图。
[0027]图2是表示实施方式I所涉及的电流传感器的电路构成的框图。
[0028]图3是表示磁阻效应元件的构成例的俯视示意图。
[0029]图4是表示磁阻效应元件的构成例的剖视示意图。
[0030]图5是实施方式I所涉及的电流传感器中的各磁传感器的特性图。
[0031]图6是表示电流线的形状不同的情况下的电流传感器的配置例的示意图。
[0032]图7是表示实施方式2所涉及的电流传感器及其周边构成的配置例的俯视示意图。
[0033]图8是表示实施方式2所涉及的电流传感器的电路构成的框图。
[0034]图9是实施方式2所涉及的电流传感器中用到的各磁传感器的特性图。
[0035]图10是表示电流线的形状不同的情况下的电流传感器的配置例的示意图。
[0036]图11是表示实施方式3所涉及的电流传感器及其周边构成的配置例的俯视示意图。
[0037]图12是实施方式3所涉及的电流传感器中用到的各磁传感器的特性图。
[0038]图13是表示现有例所涉及的电流传感器的俯视示意图。
[0039]图14是现有例所涉及的电流传感器中的各磁传感器的特性图。
【具体实施方式】
[0040]本
【发明者】发现:在通过硬偏置层来施加偏置磁场这种类型的磁阻效应元件中，如果朝着与偏置磁场平行的方向施以外部磁场，则检测灵敏度会发生变化。这是由于:该类型的磁阻效应元件通过偏置磁场而使自由磁性层的磁化方向相一致。如果朝着与偏置磁场平行的方向施以外部磁场，则自由磁性层的磁化会发生变化。其结果，磁阻效应元件的检测灵敏度会发生变化。
[0041]本
【发明者】基于该见解而发现了:通过立足于与硬偏置层所引起的偏置磁场之间的关系来控制磁阻效应元件的配置，从而能够减少电流传感器中的灵敏度变化的影响。即，本发明以下述内容为主旨，即，在使用多个磁阻效应元件的电流传感器中，对应的两个磁阻效应元件的偏置磁场构成为呈相反朝向。以下，参照附图来说明本发明的电流传感器。
[0042](实施方式I)
[0043]图1是表示本实施方式所涉及的电流传感器及其周边构成的配置例的俯视示意图。图2是表示本实施方式所涉及的电流传感器的电路构成的框图。如图1以及图2所示，电流传感器Ia构成为包含:与被测量电流I流通的电流线2靠近地配置的大致长方体状的磁传感器IlaUlb ;和对磁传感器IlaUlb的输出进行运算处理的运算部13a。
[0044]如图1所示，电流传感器Ia的磁传感器IlaUlb与电流线2靠近地配置，使得能测量电流线2中流通的被测量电流I。电流线2包含:大致平行地延伸的臂部2a、2b ;和相对于这些臂部而大致垂直地延伸、且对臂部2a的一端部和臂部2b的一端部进行连接的连接部2c。即，电流线2的平面形状构成为大致U字状。另外，电流线2的臂部2a、2b以及连接部2c也可以分别由单独的个体来构成。
[0045]磁传感器Ila与电流线2的臂部2a靠近地配置，且能够检测因流通于臂部2a的被测量电流I引起的感应磁场Ha。磁传感器Ilb与电流线2的臂部2b靠近地配置，且能够检测因流通于臂部2b的被测量电流I引起的感应磁场Hb。另外，磁传感器IlaUlb被配置在未图示的基板。
[0046]磁传感器I Ia被配置为其灵敏度方向(灵敏度轴的方向)Sa成为图面右方向。此夕卜，在图1中，被测量电流I流通于电流线2的臂部2a以在磁传感器Ila的附近产生图面朝右的感应磁场Ha。也就是说，在图1的电流传感器Ia中，磁传感器Ila的灵敏度方向Sa和感应磁场Ha的朝向为相同(正向)。
[0047]另一方面，磁传感器Ilb被配置为其灵敏度方向(灵敏度轴的方向)Sb成为图面右方向。此外，在图1中，被测量电流I流通于电流线2的臂部2b以在磁传感器Ilb的附近产生图面朝左的感应磁场Hb。也就是说，在图1的电流传感器Ia中，磁传感器Ila的灵敏度方向Sb和感应磁场Hb的朝向为相反(反向)。
[0048]如上述，磁传感器I la、I Ib被配置为以各自的灵敏度方向Sa、Sb为基准而各自受到的感应磁场Ha、Hb的方向为相反。也就是说,一个磁传感器受到正向的感应磁场，而另一个磁传感器受到反向的感应磁场。由此，两个磁传感器相反地受到被测量电流I的影响，从而输出大致反极性的信号。另外，只要构成为一个磁传感器受到正向的感应磁场而另一个磁传感器受到反向的感应磁场即可，各构成的配置并不限于图1所示的配置。例如，流通于电流线2的被测量电流I的朝向也可以与图1相反。
[0049]磁传感器IlaUlb构成为分别包含具备后述的硬偏置层的磁阻效应元件。磁传感器Ila被配置为因磁阻效应元件的硬偏置层所引起的偏置磁场Ba成为图面朝上。此外，磁传感器Ilb被配置为因磁阻效应元件的硬偏置层所引起的偏置磁场Bb成为图面朝下。也就是说，在电流传感器Ia中，构成为磁传感器Ila所具备的磁阻效应元件的偏置磁场Ba的方向和磁传感器Ilb所具备的磁阻效应兀件的偏置磁场Bb的方向为相反(反向)。
[0050]由此，在被施加了具有与偏置磁场平行的成分的外部磁场的情况下，其影响在一个磁传感器中呈现于灵敏度增加的方向，在另一个磁传感器中呈现于灵敏度减少的方向。例如，在对磁传感器IlaUlb施加了图1所示那样的外部磁场He的情况下，其影响在磁传感器Ila中呈现于灵敏度增加的方向，在磁传感器Ilb中呈现于灵敏度减少的方向。另外，只要磁传感器IlaUlb中的偏置磁场的朝向为相反(反向)即可，并不限于图1所示的朝向。
[0051 ] 图3是表示磁传感器I la、I Ib中用到的磁阻效应元件(GMR元件)的构成例的俯视示意图。图3所示的磁阻效应元件构成为包含使多个长条图案31a?31g在与其纵长方向(X方向)正交的方向(Y方向)上排列而成的磁检测图案31。各长条图案配置为大致平行，各长条图案的端部与相邻的长条图案的端部相连接。由此，磁检测图案31具有蜿蜒形状。在图3中，元件的灵敏度方向(灵敏度轴的方向)S为与长条图案31a?31g的纵长方向正交的方向(Y方向)。在图3中，虽然示出包含7个长条图案31a?31g的磁检测图案31，但是构成磁检测图案31的长条图案的个数并不限定于此。
[0052]在磁检测图案31的两端外侧的位置，设有沿着与各长条图案的纵长方向正交的方向(Y方向)延伸的硬偏置层32a、32b。硬偏置层32a、32b构成为能够对构成磁检测图案31的自由磁性层施加与长条图案31a?31g的纵长方向平行的偏置磁场B。
[0053]图4是表示磁阻效应元件(GMR元件)的构成例的剖视示意图。本实施方式的电流传感器中用到的磁阻效应元件，如图4所示那样为设于基板101的层叠结构。具体而言，磁阻效应元件构成为包含:构成磁检测图案31的层叠结构、和硬偏置层32a、32b。磁检测图案31包含种子层102、第I强磁性层103、反平行耦合层104、第2强磁性层105、非磁性中间层106、自由磁性层(软磁性自由层)107、以及保护层108。第I强磁性层103和第2强磁性层105隔着反平行耦合层104而被反强磁性式地耦合，构成为所谓的自销止型的强磁性固定层(SFP 层:Synthetic Ferri Pinned 层)。
[0054]如图2所示,磁传感器lla、llb连接着运算部13a。运算部13a计算磁传感器Ila的输出与磁传感器Ilb的输出之差(输出差)。另外，只要运算部13a所算出的输出差对应于磁传感器Ila的输出与磁传感器Ilb的输出之差即可，也可以是被放大后的值。通过该运算处理，能够抵消在磁传感器Ila的输出以及磁传感器Ilb的输出中呈现的灵敏度变化，能够减少相对于偏置磁场而平行的方向的外部磁场(与灵敏度方向垂直的方向的磁场)Hc的影响。
[0055]图5是表示不受外部磁场He的影响的状态下的磁传感器Ila的输出以及磁传感器Ilb的输出、和受到了外部磁场He的影响的状态下的磁传感器Ila的输出以及磁传感器Ilb的输出的特性图。在图5中，横轴表不被测量电流I，纵轴表不各磁传感器的输出。
[0056]如上所述，在电流传感器Ia中，磁传感器Ila的灵敏度方向Sa和感应磁场Ha的朝向为相同(正向)。因而，在图5中如特性Al所示的那样，不受外部磁场He的影响的状态下的磁传感器Ila的输出，当被测量电流I增加而增加。此外，磁传感器Ilb的灵敏度方向Sb和感应磁场Hb的朝向为相反(反向)。因而，在图5中如特性BI所示的那样，不受外部磁场He的影响的状态下的磁传感器Ilb的输出，当被测量电流I增加而减少。另外，在此，假设磁传感器IlaUlb的灵敏度大致相等，磁场强度与磁传感器IlaUlb的输出之间的关系为大致线性，特性Al和特性BI的倾斜度的绝对值大致相等。此外，磁传感器Ila的输出和磁传感器Ilb的输出具有规定的偏移量。
[0057]在受到了外部磁场He的影响的状态下，当如特性A2所示那样磁传感器Ila的灵敏度增加的情况下，磁传感器Ilb的灵敏度减少而变为特性B2那样。这是由于，在两个磁传感器中偏置磁场的方向相反(反向)的缘故。在此，磁传感器Ila的输出Olla和磁传感器Ilb的输出Ollb用下述的式(I)以及⑵来表示。在式(I)以及⑵中，α为受到了外部磁场的影响的情况下的灵敏度变化的比例，β为偏移量，Oi为不受外部磁场的影响的情况下的被测量电流所对应的输出。
[0058](I)
[0059]Olla= (1+ a ) Oi+ β
[0060](2)
[0061 ] Ollb = - (1- α ) Oi+ β
[0062]如在式(I)以及⑵中所示的那样，如果在受到了外部磁场的影响的状态下将灵敏度变化的比例(α)设为一定，则如下述的式(3)所示的那样，在运算部13a中通过取磁传感器Ila的输出Olla与磁传感器Ilb的输出Ollb之差,从而能够抵消外部磁场的影响而提高电流测量精度。
[0063](3)
[0064]Olla-Ollb = 20?
[0065]作为现有例，对与本发明所涉及的电流传感器Ia不同的构成的电流传感器的输出特性进行说明。图13是表示现有例所涉及的电流传感器的构成的俯视示意图。图14是表示现有例所涉及的电流传感器中的磁传感器的 输出特性的特性图。
[0066]如图13所示，现有例所涉及的电流传感器3构成为包含:与被测量电流I流通的电流线2靠近地配置的磁传感器31a、31b ;和未图示的运算装置。在电流传感器3中，磁传感器31a所具备的磁阻效应元件的偏置磁场的方向和磁传感器31b所具备的磁阻效应元件的偏置磁场的方向构成为相同。即，本实施方式所涉及的电流传感器Ia与现有例所涉及的电流传感器3之间的差异点为磁传感器中的偏置磁场的方向。其他构成设为相同。
[0067]在该电流传感器3中，磁传感器31a所具备的磁阻效应元件的偏置磁场的方向和磁传感器31b所具备的磁阻效应元件的偏置磁场的方向相同。因而，如果磁传感器31a、31b受到外部磁场He的影响，则他们的灵敏度均增加。其结果，如图14所示，磁传感器31a的输出特性从特性al变化为特性a2，磁传感器31b的输出特性从特性bl变化为特性b2。在此，磁传感器31a的输出O31a和磁传感器31b的输出O31b,用下述的式⑷以及(5)来表不。[0068](4)
[0069]O31a = (1+α )0?+β
[0070](5)
[0071]O31b = -(1+α )0?+β
[0072]在此情况下，即便取磁传感器31a的输出O31a与磁传感器31b的输出O31b之差，如式(6)所示那样也会残存外部磁场的影响(α)。
[0073](6)
[0074]O31a-O31b = 2(1+a ) Oi
[0075]这样，在现有例所涉及的电流传感器3中，无法从电流传感器输出之中去除外部磁场的影响。相对于此，由于本实施方式所涉及的电流传感器Ia适当地控制偏置磁场的朝向，因此可以由两个磁传感器的输出之差来抵消灵敏度变化的影响从而抑制电流测量精度的下降。
[0076]另外，本实施方式所涉及的电流传感器Ia并不限定于上述的构成。例如，作为电流传感器Ia的磁传感器lla、llb，也可以应用使用了反馈线圈等的磁平衡式磁传感器。此外，电流传感器Ia作为其构成也可以不具备控制部以及运算部。例如，也可以构成为在电流传感器Ia外部设置控制装置、运算装置，由此来进行电流传感器Ia的控制以及传感器输出的运算处理。
[0077] 此外，电流线2的形状也可以为不是U字状。图6是表示电流线2的形状不同的情况下的电流传感器Ia的配置例的示意图。例如，如图6A所示，也可以将电流线2设为大致直线状(I字状)。在此情况下，磁传感器IlaUlb如图6B(相当于图6A的AA向视剖面)所示那样分别配置在电流线2的一侧(表面侧)和另一侧(背面侧)即可。另外，在将电流线2的形状设为U字状的情况下，磁传感器IlaUlb中被施加与由流通于连接部2c的被测量电流I而产生的偏置磁场平行的朝向的感应磁场。因而，在能够抑制该感应磁场的影响的方面，当使用U字状的电流线2的情况下本实施方式的构成尤为有效。
[0078]除此之外，本实施方式所涉及的构成能够与其他的实施方式所涉及的构成适宜组合来实施。
[0079](实施方式2)
[0080]在本实施方式中，对与上述的实施方式所涉及的电流传感器不同形态的电流传感器进行说明。图7是表示本实施方式所涉及的电流传感器及其周边构成的配置的俯视示意图。图8是表示本实施方式所涉及的电流传感器的电路构成的框图。如图7以及图8所示，本实施方式所涉及的电流传感器Ib构成为包含:与电流线2靠近地配置的组件10a、10b ；和对各组件的输出进行运算处理的运算部13b。组件IOa包含磁传感器llc、lld，组件IOb包含磁传感器lie、I If。
[0081]磁传感器IlcUld与电流线2的臂部2a靠近地配置，且构成为可以检测自流通于臂部2a的被测量电流I引起的感应磁场Ha。磁传感器IleUlf与电流线2的臂部2b靠近地配置，且构成为可以检测自流通于臂部2b的被测量电流I引起的感应磁场Hb。另外，磁传感器Ilc~Ilf被配置于未图不的基板。
[0082]构成组件IOa的磁传感器IlcUld被配置为其灵敏度方向(灵敏度轴的方向)Sc、Sd成为图面右方向。此外，在图7中，被测量电流I流通于电流线2的臂部2a以在磁传感器IlcUld的附近产生图面朝右的感应磁场Ha。也就是说，在图7的电流传感器Ib中，磁传感器IlcUld的灵敏度方向Sc、Sd和感应磁场Ha的朝向为相同(正向)。磁传感器11c、Ild以各自的灵敏度方向Sc、Sd为基准而各自受到的感应磁场Ha的方向成为相同。
[0083]另一方面，构成组件IOb的磁传感器IleUlf被配置为其灵敏度方向(灵敏度轴的方向)Se、Sf成为图面右方向。此外，在图7中，被测量电流I流通于电流线2的臂部2b以在磁传感器IleUlf的附近产生图面朝左的感应磁场Hb。也就是说，在图7的电流传感器Ib中，磁传感器IleUlf的灵敏度方向Se、Sf和感应磁场Hb的朝向为相反(反向)。磁传感器IleUlf以各自的灵敏度方向Se、Sf为基准而各自受到的感应磁场Hb的方向成为相反。
[0084]此外，磁传感器Ilc被配置为偏置磁场Be成为图面朝上。磁传感器Ild被配置为偏置磁场Bd成为图面朝下。也就是说，在电流传感器Ib的组件IOa中，构成为磁传感器11c所具备的磁阻效应元件的偏置磁场Be的方向和磁传感器11d所具备的磁阻效应元件的偏置磁场Bd的方向为相反(反向)。
[0085]同样地，磁传感器lie被配置为偏置磁场Be成为图面朝上。磁传感器Ilf被配置为偏置磁场Bf成为图面朝下。也就是说，在电流传感器Ib的组件IOb中，构成为磁传感器11e所具备的磁阻效应元件的偏置磁场Be的方向和磁传感器11f所具备的磁阻效应元件的偏置磁场Bf的方向成为相反(反向)。
[0086]各组件的电路构成与上述的实施方式中的电流传感器Ia相同(参照图2)。即，本实施方式所涉及的电流传感器Ib各自由相当于电流传感器Ia的磁传感器IlaUlb以及运算部13的两组的组件10a、10b而构成。其中，各组件的运算部(相当于运算部13a)构成为能够计算各组件的磁传感器输出之和(输出和)。也就是说，组件IOa的运算部能够计算磁传感器llc、lld的输出之和,组件IOb的运算部能够计算磁传感器lle、llf的输出之和。另外，只要这些运算部所计算的输出和对应于磁传感器输出之和即可，也可以是被放大后的值。
[0087]如图8所示，电流传感器Ib的各组件还连接着运算部13b。运算部13b构成为能够计算各组件的输出之差。也就是说，运算部13b计算来自组件IOa的运算部的输出与来自组件IOb的运算部的输出之差。
[0088]图9是表示本实施方式所涉及的电流传感器中的磁传感器的输出特性的特性图。如上所述，在组件IOa中，磁传感器Ilc所具备的磁阻效应元件的偏置磁场Be的方向和磁传感器Ild所具备的磁阻效应元件的偏置磁场Bd的方向为相反(反向)。因而，如果磁传感器IlcUld受到外部磁场He的影响，则磁传感器Ilc的灵敏度增加而从特性Cl变化为特性C2，磁传感器Ild的灵敏度减少而从特性Dl (=特性Cl)变化为特性D2。同样地，如果磁传感器lle、llf受到外部磁场He的影响，则磁传感器lie的灵敏度增加而从特性El变化为特性E2，磁传感器Ilf的灵敏度减少而从特性Fl (=特性El)变化为特性F2。
[0089]在此,磁传感器Ilc的输出O11。、磁传感器Ild的输出Olld、磁传感器Ile的输出Olle、磁传感器Ilf的输出Ollf,用下述的式(7)?(10)来表不。在式(7)?(10)中，α为受到了外部磁场的影响的情况下的灵敏度变化的比例，β为偏移量，Oi为不受外部磁场的影响的情况下的被测量电流所对应的输出。此外，如图7所示，在此假设:存在灵敏度方向的外部磁场Hd，存在起因于外部磁场Hd的磁传感器的输出变化On。[0090](7)
[0091]Ollc= (1+ α ) (0i+0n) + β
[0092](8)
[0093]Olld= (1-α ) (Oi+On) + β
[0094](9)
[0095]Olle= (1+ α ) (-Ο?+Οη) + β
[0096](10)
[0097]Ollf = (1-α) (-Ο?+Οη) + β
[0098]如果在受到了外部磁场He的影响的状态下将灵敏度变化的比例(α )设为一定，则如下述的式(11)所表示的那样，通过在组件IOa的运算部中取磁传感器Ilc的输出0η。与磁传感器Ild的输出Olld之和,从而能够抵消外部磁场He的影响。
[0099](11)
[0100]0llc+0lld = 2 (0i+0n) +2 β
[0101]此外，如下述的式(12)所表示的那样，通过在组件IOb的运算部中取磁传感器lie的输出Olle与磁传感器Ilf的 输出Ollf之和,从而能够抵消外部磁场He的影响。
[0102](12)
[0103]0lle+0llf = 2 (_0i+0n) +2 β
[0104]而且，在运算部13b中，进一步取组件IOa的输出与组件IOb的输出之差，从而如下述的式(13)所表示的那样能够抵消外部磁场Hd以及偏移量β的影响。
[0105](13)
[0106](0llc+0lld)-(0lle+0llf) = 40i
[0107]这样，由于本实施方式所涉及的电流传感器Ib适当地控制了偏置磁场的朝向，因此能够抵消磁传感器的灵敏度变化的影响。此外，由于使用了两组的组件，因此也能够充分地减少在灵敏度方向被施加的外部磁场Hd的影响。由此，可以进一步抑制电流测量精度的下降。
[0108]另外，本实施方式所涉及的电流传感器Ib并不限定于上述的构成。例如，在电流传感器Ib中，也可以通过一个运算部来实现各组件的运算部的功能(计算磁传感器元件之和的功能)、和运算部13b的功能(计算各组件的输出差的功能)。此外，运算部也可以是电流传感器Ib外部的构成。此外，电流线2的形状也可以不是U字状。例如，如图10A所示，也可以将电流线2设为大致直线状(I字状)。在此情况下，如图10B(相当于图10A的BB向视剖面)所示，只要磁传感器IlcUld(在图10B中未图示磁传感器lie)配置在电流线2的一侧(表面侧)，磁传感器IleUlf (磁传感器lie未图示)配置在电流线2的另一侧(背面侧)即可。
[0109]此外，在本实施方式所涉及的电流传感器Ib中，优选将构成组件单元IOa的磁传感器IlcUld收纳在一个封装件中，将构成组件单元IOb的磁传感器IleUlf收纳在一个封装件中。这样，通过用一个封装件来实现各组件单元，从而能够抑制因测量位置的差异所引起的测量误差，故此能够进一步提高电流测量精度。此外，即便在节省空间化、操作容易化等的观点上，也优选由一个封装件来实现各组件单元。
[0110]除此之外，本实施方式所涉及的构成能够与其他的实施方式所涉及的构成适宜组合来实施。
[0111](实施方式3)
[0112]在本实施方式中，对与上述的实施方式所涉及的电流传感器不同形态的电流传感器进行说明。图11是表示本实施方式所涉及的电流传感器及其周边构成的配置的俯视示意图。如图11所示，本实施方式所涉及的电流传感器Ic构成为包含与电流线2靠近地配置的组件10c、10d。组件IOc包含磁传感器llg、llh，组件IOd包含磁传感器ll1、llj。此夕卜，构成为各组件的输出通过未图示的运算部来运算处理。
[0113]磁传感器IlgUlh与电流线2的臂部2a靠近地配置，且构成为可以检测自流通于臂部2a的被测量电流I引起的感应磁场Ha。磁传感器IliUlj与电流线2的臂部2b靠近地配置，且构成为可以检测自流通于臂部2b的被测量电流I引起的感应磁场Hb。另外，磁传感器Ilg?Ilj被配置于未图不的基板。
[0114]构成组件IOc的磁传感器Ilg被配置为其灵敏度方向(灵敏度轴的方向)Sg成为图面右方向。另一方面，磁传感器Ilh被配置成其灵敏度方向(灵敏度轴的方向)Sh成为图面左方向。此外，在图11中，被测量电流I流通于电流线2的臂部2a以在磁传感器llg、Ilh的附近产生图面朝右的感应磁场Ha。也就是说，在图11的电流传感器Ic中，磁传感器Ilg的灵敏度方向Sg和感应磁场Ha的朝向成为相同(正向)。此外，磁传感器Ilh的灵敏度方向Sh和感应磁场Ha的朝向成为相反(反向)。磁传感器llg、llh以各自的灵敏度方向Sg、Sh为基准而受到的感应磁场Ha的方向成为相反。
[0115]构成组件IOd的磁传感器Ili被配置为其灵敏度方向(灵敏度轴的方向)Si成为图面右方向。另一方面，磁传感器Ilj被配置为其灵敏度方向(灵敏度轴的方向)Sj成为图面左方向。此外，在图11中，被测量电流I流通于电流线2的臂部2b以在磁传感器ll1、Ilj的附近产生图面朝左的感应磁场Hb。也就是说，在图11的电流传感器Ic中，磁传感器Ili的灵敏度方向Si和感应磁场Hb的朝向成为相反(反向)。此外，磁传感器Ilj的灵敏度方向Sj和感应磁场Hb的朝向成为相同(正向)。磁传感器IliUlj以各自的灵敏度方向S1、Sj为基准而各自受到的感应磁场Hb的方向成为相反。
[0116]此外，磁传感器Ilg被配置为偏置磁场Bg成为图面朝上。磁传感器Ilh被配置为偏置磁场Bh成为图面朝下。也就是说，在电流传感器Ic的组件IOc中，构成为磁传感器IIg所具备的磁阻效应元件的偏置磁场Bg的方向和磁传感器IIh所具备的磁阻效应元件的偏置磁场Bh的方向成为相反(反向)。
[0117]同样地，磁传感器Ili被配置为偏置磁场Bi成为图面朝上。磁传感器Ilj被配置为偏置磁场Bj成为图面朝下。也就是说，在电流传感器Ic的组件IOd中，构成为磁传感器Ili所具备的磁阻效应元件的偏置磁场Bi的方向和磁传感器Ilj所具备的磁阻效应元件的偏置磁场Bj的方向成为相反(反向)。
[0118]各组件的电路构成与上述的实施方式中的电流传感器Ia相同(参照图2)。SP，本实施方式所涉及的电流传感器各自由相当于电流传感器Ia的磁传感器IlaUlb以及运算部13的两组的组件10c、10d而构成。在本实施方式中，各组件的运算部(相当于运算部13a)构成为能够计算各组件的磁传感器输出之差(输出差)。
[0119]各组件与各组件的运算部之间的连接关系同上述的实施方式中的电流传感器Ib一样(参照图8)。即，组件10c、10d连接着构成为能够计算各组件的输出之差的运算部。[0120]图12是表示本实施方式所涉及的电流传感器中的磁传感器的输出特性的特性图。如上所述，在组件IOc中，构成为磁传感器IIg所具备的磁阻效应元件的偏置磁场Bg的方向和磁传感器Ilh所具备的磁阻效应元件的偏置磁场Bh的方向为相反(反向)。因而，如果磁传感器I lg、llh受到外部磁场He的影响，则磁传感器Ilg的灵敏度增加而从特性Gl变化为特性G2，磁传感器Ilh的灵敏度减少而从特性Hl变化为特性H2。同样地，如果磁传感器IliUlj受到外部磁场He的影响，则磁传感器Ili的灵敏度增加而从特性Il变化为特性12，磁传感器Ilj的灵敏度减少而从特性Jl变化为特性J2。
[0121]在此,磁传感器Ilg的输出Ollg、磁传感器Ilh的输出0llh、磁传感器Ili的输出Om、磁传感器Ilj的输出Ollj,用下述的式(14)~(17)来表不。在式(14)~(17)中，α为受到了外部磁场的影响的情况下的灵敏度变化的比例，β为偏移量，Oi为不受外部磁场的影响的情况下的被测量电流所对应的输出。此外，如图11所示，在此假设:存在灵敏度方向的外部磁场Hd，存在起因于外部磁场Hd的磁传感器的输出变化On。
[0122](14)
[0123]Ollg = (1+ a ) (0i+0n) + β
[0124](15)
[0125]Ollh = (I— α ) (-O1-On) + β
[0126](16)
[0127]Olli = (1+α) (—0?+0η) + β
[0128](17)
[0129]Ollj- = (1-α) (+O1-On) + β
[0130]如果在受到了外部磁场He的影响的状态下将灵敏度变化的比例(α )设为一定，则如下述的式(18)所表示的那样，通过在组件IOc的运算部中取磁传感器Ilg的输出Ollg与磁传感器Ilh的输出Ollh之和，从而能够抵消外部磁场He以及偏移量β的影响。
[0131](18)
[0132]Ollg-Ollh = 2 (0i+0n)
[0133]此外，如下述的式(19)所表示的那样，通过在组件IOd的运算部中取磁传感器Ili的输出Om与磁传感器Ilj的输出Ollj之差,从而能够抵消外部磁场He以及偏移量β的影响。
[0134](19)
[0135]Oll1-Onj = 2 (-0i+0n)
[0136]而且，在组件IOcUOd的后级的运算部中，进一步取组件IOc的输出与组件IOd的输出之差，从而如下述的式(20)所表示的那样能够抵消外部磁场Hd的影响。
[0137](20)
[0138](Ollg-Ollh)-(Oll1-Onj) = 40i
[0139]这样，由于本实施方式所涉及的电流传感器Ic适当地控制了偏置磁场的朝向，因此能够抵消磁传感器的灵敏度变化的影响。此外，由于使用了两组的组件，因此也能够充分地减少在灵敏度方 向被施加的外部磁场Hd的影响。由此，可以进一步抑制电流测量精度的下降。
[0140]另外，本实施方式所涉及的电流传感器Ic并不限定于上述的构成。例如，在电流传感器Ic中，也可以通过一个运算部来实现各组件的运算部的功能(计算磁传感器元件之差的功能)、和组件10c、10d的后级的运算部的功能(计算各组件的输出差的功能)。此外，运算部也可以是电流传感器Ic外部的构成。此外，电流线2的形状也可以不是U字状。例如，也可以将电流线2设为大致直线状(I字状)(参照图10)。
[0141]此外，在本实施方式所涉及的电流传感器Ic中，优选将构成组件单元IOc的磁传感器IlgUlh收纳在一个封装件中，将构成组件单元IOd的磁传感器IliUlj收纳在一个封装件中，这样，通过用一个封装件来实现各组件单元，从而能够抑制因测量位置的差异所引起的测量误差，故此能够进一步提高电流测量精度。此外，即便在节省空间化、操作容易化等的观点上，也优选由一个封装件来实现各组件单元。
[0142]除此之外，本实施方式所涉及的构成能够与其他的实施方式所涉及的构成适宜组合来实施。
[0143]如以上，由于本发明的电流传感器构成为对应的两个磁阻效应元件的偏置磁场成为相反朝向，因此即便是沿着与偏置磁场平行的方向施以外部磁场的情况也能抑制电流测量精度的下降。
[0144]另外，上述实施方式中的各元件的连接关系、大小等只要不变更发明主旨便可以变更。此外，上述实施方式所示的构成、方法等可以适宜组合来实施。除此之外，本发明可以在不超出本发明范围的情况下适宜变更并加以实施。
[0145]产业上的可利用性
[0146]本发明的电流传感器例如可以用于探测电动汽车、混合动力汽车等的发动机驱动用电流的大小。
[0147]本申请基于2011年12月28日提出申请的日本特愿2011-287536。该内容全部包含于此。
【权利要求】
1.一种电流传感器，其特征在于，具备对自流通于电流路径的被测量电流引起的感应磁场进行测量的第I磁阻效应元件以及第2磁阻效应元件， 所述第I磁阻效应元件以及所述第2磁阻效应元件分别具有对自由磁性层施加偏置磁场的硬偏置层， 所述第I磁阻效应元件的偏置磁场和所述第2磁阻效应元件的偏置磁场为相反朝向， 所述第I磁阻效应元件和所述第2磁阻效应元件被配置为自所述被测量电流引起的感应磁场朝着相反的朝向施加， 所述第I磁阻效应元件的灵敏度轴的方向和所述第2磁阻效应元件的灵敏度轴的方向构成为同一方向。
2.根据权利要求1所述的电流传感器，其特征在于， 所述电流传感器具备对所述第I磁阻效应元件的输出与所述第2磁阻效应元件的输出之差进行运算处理的运算部。
3.根据权利要求1或2所述的电流传感器，其特征在于， 所述电流路径构成为包含:平行的第I部分以及第2部分；和与所述第I部分以及所述第2部分垂直、且 连接所述第I部分和所述第2部分的第3部分， 所述第I磁阻效应元件被配置为测量自流通于所述第I部分的被测量电流引起的感应磁场，所述第2磁阻效应元件被配置为测量自流通于所述第2部分的被测量电流引起的感应磁场，且被配置在所述电流路径的与所述第I磁阻效应元件同一面侧。
4.根据权利要求1或2所述的电流传感器，其特征在于， 所述电流路径构成为直线状， 所述第I磁阻效应元件和所述第2磁阻效应元件夹着所述电流路径而配置。
5.一种电流传感器，其特征在于，具备对自流通于电流路径的被测量电流引起的感应磁场进行检测的第I至第4磁阻效应元件， 所述第I至第4磁阻效应元件分别具有对自由磁性层施加偏置磁场的硬偏置层， 所述第I磁阻效应元件的偏置磁场和所述第2磁阻效应元件的偏置磁场被配置为相反朝向、且所述第3磁阻效应元件的偏置磁场和所述第4磁阻效应元件的偏置磁场被配置为相反朝向、且所述第I磁阻效应元件的偏置磁场和所述第3磁阻效应元件的偏置磁场被配置为相同朝向、且所述第2磁阻效应元件的偏置磁场和所述第4磁阻效应元件的偏置磁场被配置为相同朝向， 所述第I磁阻效应元件和所述第2磁阻效应元件被配置为自所述被测量电流引起的感应磁场朝着相同的朝向施加、且所述第3磁阻效应元件和所述第4磁阻效应元件被配置为自所述被测量电流引起的感应磁场朝着相同的朝向施加、且施加给所述第I磁阻效应元件和所述第2磁阻效应元件的自所述被测量电流引起的感应磁场的朝向、和施加给所述第3磁阻效应元件和所述第4磁阻效应元件的自所述被测量电流引起的感应磁场的朝向被配置为相反的朝向， 所述第I磁阻效应元件的灵敏度轴的方向和所述第3磁阻效应元件的灵敏度轴的方向被配置为同一方向、且所述第2磁阻效应元件的灵敏度轴的方向和所述第4磁阻效应元件的灵敏度轴的方向被配置为同一方向、且所述第I至第4磁阻效应元件的灵敏度轴被配置为平行。
6.根据权利要求5所述的电流传感器，其特征在于， 所述第1至第4磁阻效应元件被配置成:所述第1磁阻效应元件的灵敏度轴至所述第4磁阻效应元件的灵敏度轴的方向为同一方向， 所述电流传感器具有对所述第1至第4磁阻效应元件的输出进行运算处理的运算部，所述运算部从作为所述第1磁阻效应元件的输出以及所述第2磁阻效应元件的输出之和的第1输出和中减去作为所述第3磁阻效应元件的输出以及所述第4磁阻效应元件的输出之和的第2输出和。
7.根据权利要求5所述的电流传感器，其特征在于， 所述第1至第4磁阻效应元件被配置成:所述第1磁阻效应元件的灵敏度轴的方向以及所述第3磁阻效应元件的灵敏度轴的方向、和所述第2磁阻效应元件的灵敏度轴的方向以及所述第4磁阻效应元件的灵敏度轴的方向为相反的方向， 所述电流传感器具有对所述第1至第4磁阻效应元件的输出进行运算处理的运算部，所述运算部从作为所述第1磁阻效应元件的输出与所述第2磁阻效应元件的输出之差的第1输出差当中减去作为所述第3磁阻效应元件的输出与所述第4磁阻效应元件的输出之差的第2输出差。
8.根据权利要求5至7中任一项所述的电流传感器，其特征在于， 所述电流路径构成为包含:平行的第1部分以及第2部分；和与所述第1部分以及所述第2部分垂直、且连接所述第I部分和所述第2部分的第3部分， 所述第1磁阻效应元件以及所述第2磁阻效应元件被配置为检测自流通于所述第1部分的被测量电流引起的感应磁场，所述第3磁阻效应元件以及所述第4磁阻效应元件被配置为检测自流通于所述电流路径的第2部分的被测量电流引起的感应磁场，且被配置在所述电流路径的同一面。
9.根据权利要求5至7中任一项所述的电流传感器，其特征在于， 所述电流路径构成为直线状， 所述第1磁阻效应元件和所述第2磁阻效应元件被设置在所述电流路径的一个面，所述第3磁阻效应元件和所述第4磁阻效应元件被设置在所述电流路径的与所述一个面对置的面。
【文档编号】G01R15/20GK104011550SQ201280065243
【公开日】2014年8月27日 申请日期:2012年11月28日 优先权日:2011年12月28日
【发明者】三谷真司 申请人:阿尔卑斯绿色器件株式会社