特許 6690617 磁気センサ装置および電流センサ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6690617

(24)【登録日】2020年4月13日

(45)【発行日】2020年4月28日

(54)【発明の名称】磁気センサ装置および電流センサ

(51)【国際特許分類】

   G01R 15/20 20060101AFI20200421BHJP

   G01R 33/09 20060101ALI20200421BHJP

【ＦＩ】

   G01R15/20 B

   G01R33/09

【請求項の数】25

【全頁数】23

(21)【出願番号】特願2017-177331(P2017-177331)

(22)【出願日】2017年9月15日

(65)【公開番号】特開2019-52946(P2019-52946A)

(43)【公開日】2019年4月4日

【審査請求日】2019年1月18日

(73)【特許権者】

【識別番号】000003067

【氏名又は名称】ＴＤＫ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110002907

【氏名又は名称】特許業務法人イトーシン国際特許事務所

(74)【代理人】

【識別番号】100166257

【弁理士】

【氏名又は名称】城澤 達哉

(74)【代理人】

【識別番号】100076233

【弁理士】

【氏名又は名称】伊藤 進

(72)【発明者】

【氏名】▲高▼野 研一

(72)【発明者】

【氏名】齋藤 祐太

(72)【発明者】

【氏名】渡邉 克

【審査官】 田口 孝明

(56)【参考文献】

【文献】 国際公開第２０１３／１７６２７１（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開２０１３−０５３９０３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２０１２／０６３５８４（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 米国特許第０６４２９６４０（ＵＳ，Ｂ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

ＩＰＣ Ｇ０１Ｒ １５／００−１７／２２、

３３／００−３３／２６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

検出対象電流の値を検出する電流センサに用いられる磁気センサ装置であって、
磁気センサと、
第１の磁性層と、
前記第１の磁性層に接触していない第２の磁性層と、
基板とを備え、
前記磁気センサと前記第１の磁性層と前記第２の磁性層は、それらを、前記検出対象電流によって発生する磁束のうちの互いに異なる一部が通過するように、仮想の直線と交差しながら前記仮想の直線に平行な第１の方向にこの順で並ぶように配置され、
前記磁気センサ、前記第１の磁性層および前記第２の磁性層は、いずれも、前記基板の上に固定されていることを特徴とする磁気センサ装置。

【請求項2】

前記磁気センサは、磁気抵抗効果素子を含むことを特徴とする請求項１記載の磁気センサ装置。

【請求項3】

前記磁気センサは、前記第１の方向と直交する第２の方向の磁界を検出することを特徴とする請求項１または２記載の磁気センサ装置。

【請求項4】

前記第１の磁性層と前記第２の磁性層の各々は、前記第１の方向の第１の寸法と、前記第２の方向の第２の寸法とを有し、
前記第２の寸法は、前記第１の寸法よりも大きいことを特徴とする請求項３記載の磁気センサ装置。

【請求項5】

前記第１の磁性層は、前記第２の磁性層よりも、前記第２の寸法が小さいことを特徴とする請求項４記載の磁気センサ装置。

【請求項6】

前記第１の磁性層は、前記第２の磁性層よりも体積が小さいことを特徴とする請求項４記載の磁気センサ装置。

【請求項7】

前記第１の磁性層は、前記第２の磁性層よりも、前記第１の寸法と前記第２の寸法の少なくとも一方が小さいことを特徴とする請求項６記載の磁気センサ装置。

【請求項8】

前記第１の磁性層と前記第２の磁性層の各々は、前記第１の方向の第１の寸法と、前記第２の方向の第２の寸法と、前記第１および第２の方向に直交する第３の方向の第３の寸法とを有し、
前記第３の寸法は、前記第２の寸法よりも大きいことを特徴とする請求項３記載の磁気センサ装置。

【請求項9】

前記第１の磁性層の前記第３の寸法は、前記第２の磁性層の前記第３の寸法以下であることを特徴とする請求項８記載の磁気センサ装置。

【請求項10】

前記第１の磁性層は、前記第２の磁性層よりも保磁力が小さいことを特徴とする請求項１ないし９のいずれかに記載の磁気センサ装置。

【請求項11】

前記磁気センサ、前記第１の磁性層および前記第２の磁性層は、一体化され、且つ前記検出対象電流が流れる導体とは独立していることを特徴とする請求項１ないし１０のいずれかに記載の磁気センサ装置。

【請求項12】

前記第１の方向における前記第１の磁性層と前記第２の磁性層の間隔は、０．１〜１０μｍの範囲内であることを特徴とする請求項１ないし１１のいずれかに記載の磁気センサ装置。

【請求項13】

検出対象電流によって発生する第１の磁界を相殺する第２の磁界を発生するためのコイルと、
前記第１の磁界と前記第２の磁界の合成磁界を検出対象磁界として検出して、前記検出対象磁界の強度に応じた磁界検出値を生成する磁気センサと、
前記磁界検出値に応じて、前記第２の磁界を発生させるためのフィードバック電流を制御して前記コイルに流すフィードバック回路と、
前記フィードバック電流の検出値を生成する電流検出器と、
第１の磁性層と、
前記第１の磁性層に接触していない第２の磁性層と、
基板とを備え、
前記磁気センサと前記第１の磁性層と前記第２の磁性層は、それらを、前記検出対象電流によって発生する磁束のうちの互いに異なる一部が通過するように、仮想の直線と交差しながら前記仮想の直線に平行な第１の方向にこの順で並ぶように配置され、
前記コイル、前記磁気センサ、前記第１の磁性層および前記第２の磁性層は、いずれも、前記基板の上に固定されていることを特徴とする電流センサ。

【請求項14】

前記磁気センサは、磁気抵抗効果素子を含むことを特徴とする請求項１３記載の電流センサ。

【請求項15】

前記磁気センサは、前記第１の方向と直交する第２の方向の磁界を検出することを特徴とする請求項１３または１４記載の電流センサ。

【請求項16】

前記第１の磁性層と前記第２の磁性層の各々は、前記第１の方向の第１の寸法と、前記第２の方向の第２の寸法とを有し、
前記第２の寸法は、前記第１の寸法よりも大きいことを特徴とする請求項１５記載の電流センサ。

【請求項17】

前記第１の磁性層は、前記第２の磁性層よりも、前記第２の寸法が小さいことを特徴とする請求項１６記載の電流センサ。

【請求項18】

前記第１の磁性層は、前記第２の磁性層よりも体積が小さいことを特徴とする請求項１６記載の電流センサ。

【請求項19】

前記第１の磁性層は、前記第２の磁性層よりも、前記第１の寸法と前記第２の寸法の少なくとも一方が小さいことを特徴とする請求項１８記載の電流センサ。

【請求項20】

前記第１の磁性層と前記第２の磁性層の各々は、前記第１の方向の第１の寸法と、前記第２の方向の第２の寸法と、前記第１および第２の方向に直交する第３の方向の第３の寸法とを有し、
前記第３の寸法は、前記第２の寸法よりも大きいことを特徴とする請求項１５記載の電流センサ。

【請求項21】

前記第１の磁性層の前記第３の寸法は、前記第２の磁性層の前記第３の寸法以下であることを特徴とする請求項２０記載の電流センサ。

【請求項22】

前記第１の磁性層は、前記第２の磁性層よりも保磁力が小さいことを特徴とする請求項１３ないし２１のいずれかに記載の電流センサ。

【請求項23】

前記コイルは、前記第１の磁性層に対して、前記第２の磁性層とは反対側に配置されていることを特徴とする請求項１３ないし２２のいずれかに記載の電流センサ。

【請求項24】

前記コイル、前記磁気センサ、前記第１の磁性層および前記第２の磁性層は、一体化され、且つ前記検出対象電流が流れる導体とは独立していることを特徴とする請求項１３ないし２３のいずれかに記載の電流センサ。

【請求項25】

前記第１の方向における前記第１の磁性層と前記第２の磁性層の間隔は、０．１〜１０μｍの範囲内であることを特徴とする請求項１３ないし２４のいずれかに記載の電流センサ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、電流センサに用いられる磁気センサ装置および電流センサに関する。

【背景技術】

【0002】

導体を流れる検出対象電流の値を精度よく検出できる電流センサとしては、特許文献１に記載されているような磁気平衡式電流センサが知られている。一般的に、磁気平衡式電流センサは、導体を流れる検出対象電流によって発生する第１の磁界を相殺する第２の磁界を発生するためのフィードバックコイルと、第１の磁界と第２の磁界の合成磁界を検出対象磁界として検出して、検出対象磁界の強度に応じた磁界検出値を生成する磁気センサと、磁界検出値に応じて、第２の磁界を発生させるためのフィードバック電流を制御してフィードバックコイルに流すフィードバック回路と、フィードバック電流の検出値を生成する電流検出器とを備えている。電流検出器は、例えば、フィードバック電流の電流路に挿入された抵抗器である。この抵抗器の両端の電位差は、フィードバック電流の検出値に相当する。以下、電流検出器によって生成されるフィードバック電流の検出値を、電流検出値と言う。電流検出値は、検出対象電流の値と比例関係にある。従って、電流検出値は、検出対象電流の検出値に相当する。この磁気平衡式電流センサは、磁気センサの検出対象磁界がゼロに近づくように動作する。

【0003】

特許文献１に記載された磁気平衡式電流センサは、磁気シールドを備えている。この磁気シールドは、磁気シールドが無い場合に比べて、第１の磁界の絶対値を小さくする役割を有する。これにより、磁気シールドが無い場合に比べて、検出可能な検出対象電流の値の範囲を拡大することができる。

【0004】

特許文献２には、第１平面部を有する第１シールド体と、第１平面部に対向する第２平面部を有する第２シールド体と、一部が第１シールド体と第２シールド体の間に配置されたバスバーと、第１平面部とバスバーの間に配置された検出素子とを備え、第１シールド体が第１平面部の周囲を一周囲んだ壁部を有する電流センサが記載されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特許第５２５０１０９号公報

【特許文献2】特開２０１７−７８５７７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

電流センサにおいて、磁気シールドは、ヒステリシス特性を有する。そのため、磁気シールドが、印加される磁界によって一旦、磁化を有した後には、印加される磁界が無くなっても、磁気シールドには、印加された磁界によって磁化された方向に、ある大きさの磁化が残る。磁気シールドを備えた電流センサでは、磁気シールドのヒステリシス特性に起因して、電流検出値に誤差が生じるという問題点がある。

【0007】

特許文献２に記載された電流センサでは、バスバーの一部が第１シールド体と第２シールド体の間に配置される必要があるため、バスバーとは独立した電流センサを構成することができないという問題点がある。

【0008】

本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、電流センサに用いられる磁気センサ装置および電流センサであって、検出可能な検出対象電流の値の範囲を拡大でき、且つ電流検出値に生じる誤差を低減できるようにした磁気センサ装置および電流センサを提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0009】

本発明の磁気センサ装置は、検出対象電流の値を検出する電流センサに用いられるものである。本発明の磁気センサ装置は、磁気センサと、第１の磁性層と、第１の磁性層に接触していない第２の磁性層とを備えている。磁気センサと第１の磁性層と第２の磁性層は、それらを、検出対象電流によって発生する磁束のうちの互いに異なる一部が通過するように、仮想の直線と交差し、且つ仮想の直線に平行な第１の方向にこの順で並ぶように配置されている。

【0010】

本発明の電流センサは、検出対象電流によって発生する第１の磁界を相殺する第２の磁界を発生するためのコイルと、第１の磁界と第２の磁界の合成磁界を検出対象磁界として検出して、検出対象磁界の強度に応じた磁界検出値を生成する磁気センサと、磁界検出値に応じて、第２の磁界を発生させるためのフィードバック電流を制御してコイルに流すフィードバック回路と、フィードバック電流の検出値を生成する電流検出器と、第１の磁性層と、第１の磁性層に接触していない第２の磁性層とを備えている。磁気センサと第１の磁性層と第２の磁性層は、それらを、検出対象電流によって発生する磁束のうちの互いに異なる一部が通過するように、仮想の直線と交差し、且つ仮想の直線に平行な第１の方向にこの順で並ぶように配置されている。

【0011】

本発明の磁気センサ装置および電流センサにおいて、磁気センサは、磁気抵抗効果素子を含んでいてもよい。

【0012】

また、本発明の磁気センサ装置および電流センサにおいて、磁気センサは、第１の方向と直交する第２の方向の磁界を検出してもよい。第１の磁性層と第２の磁性層の各々は、第１の方向の第１の寸法と、第２の方向の第２の寸法とを有している。第２の寸法は、第１の寸法よりも大きくてもよい。また、第１の磁性層は、第２の磁性層よりも、第２の寸法が小さくてもよい。また、第１の磁性層は、第２の磁性層よりも体積が小さくてもよい。この場合、第１の磁性層は、第２の磁性層よりも、第１の寸法と第２の寸法の少なくとも一方が小さくてもよい。

【0013】

また、本発明の磁気センサ装置および電流センサにおいて、第１の磁性層と第２の磁性層の各々は、第１の方向の第１の寸法と、第２の方向の第２の寸法と、第１および第２の方向に直交する第３の方向の第３の寸法とを有していてもよく、第３の寸法は第２の寸法よりも大きくてもよい。また、第１の磁性層の第３の寸法は、第２の磁性層の第３の寸法以下であってもよい。

【0014】

また、本発明の磁気センサ装置および電流センサにおいて、第１の磁性層は、第２の磁性層よりも保磁力が小さくてもよい。

【0015】

また、本発明の磁気センサ装置において、磁気センサ、第１の磁性層および第２の磁性層は、一体化され、且つ検出対象電流が流れる導体とは独立していてもよい。

【0016】

また、本発明の電流センサにおいて、コイルは、第１の磁性層に対して、第２の磁性層とは反対側に配置されていてもよい。

【0017】

また、本発明の電流センサにおいて、コイル、磁気センサ、第１の磁性層および第２の磁性層は、一体化され、且つ検出対象電流が流れる導体とは独立していてもよい。

【発明の効果】

【0018】

本発明の磁気センサ装置および電流センサによれば、第１の磁性層と第２の磁性層を備えたことにより、検出対象電流によって発生して磁気センサに印加される磁界の絶対値を小さくすることができ、その結果、検出可能な検出対象電流の値の範囲を拡大することができるという効果を奏する。

【0019】

また、本発明の磁気センサ装置および電流センサによれば、磁気センサと第１の磁性層と第２の磁性層が、仮想の直線に平行な第１の方向にこの順で並ぶように配置されていることにより、電流検出値に生じる誤差を低減することができるという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【0020】

【図1】本発明の一実施の形態に係る電流センサを含むシステムの構成を示す斜視図である。

【図2】本発明の一実施の形態に係る電流センサの本体部を示す断面図である。

【図3】本発明の一実施の形態に係る電流センサの本体部を通過する磁束を説明するための説明図である。

【図4】本発明の一実施の形態に係る電流センサの構成を示すブロック図である。

【図5】本発明の一実施の形態に係る電流センサにおける磁気センサの一部であるホイートストンブリッジ回路を示す回路図である。

【図6】第２の比較例の電流センサの一部を示す説明図である。

【図7A】本発明の一実施の形態に係る電流センサの特性に影響する複数の構造上のパラメータを説明するための説明図である。

【図7B】本発明の一実施の形態に係る電流センサの特性に影響する複数の構造上のパラメータを説明するための説明図である。

【図8】第１のシミュレーションの結果を示す特性図である。

【図9】図８の一部を拡大して示す特性図である。

【図10】第２のシミュレーションの結果を示す特性図である。

【図11】図１０の一部を拡大して示す特性図である。

【図12】第３のシミュレーションによって得られた第２の比較例の磁性層の特性を示す特性図である。

【図13】第３のシミュレーションによって得られた第１の実施例の第１および第２の磁性層の特性を示す特性図である。

【図14】第３のシミュレーションによって得られた第２の実施例の第１および第２の磁性層の特性を示す特性図である。

【図15】第４のシミュレーションによって得られたシールド係数の特性を示す特性図である。

【図16】第４のシミュレーションによって得られたヒステリシスパラメータの特性を示す特性図である。

【図17】第４のシミュレーションによって得られたシールド係数とヒステリシスパラメータとの関係を示す特性図である。

【図18】第５のシミュレーションによって得られたシールド係数の特性を示す特性図である。

【図19】第５のシミュレーションによって得られたヒステリシスパラメータの特性を示す特性図である。

【図20】第６のシミュレーションによって得られたシールド係数の特性を示す特性図である。

【図21】第６のシミュレーションによって得られたヒステリシスパラメータの特性を示す特性図である。

【図22】第７のシミュレーションによって得られたシールド係数の特性を示す特性図である。

【図23】第７のシミュレーションによって得られたヒステリシスパラメータの特性を示す特性図である。

【発明を実施するための形態】

【0021】

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。始めに、図１を参照して、本発明の一実施の形態に係る電流センサを含むシステムの構成について説明する。本実施の形態に係る電流センサ１は、導体を流れる検出対象電流の値を検出するものである。図１には、検出対象電流が流れる導体がバスバー２である例を示している。電流センサ１は、バスバー２の近傍に配置される。以下、検出対象電流を、対象電流Ｉｔｇと記す。バスバー２の周囲には、対象電流Ｉｔｇによって磁界３が発生する。電流センサ１は、磁界３が印加される位置に配置されている。

【0022】

次に、電流センサ１の構成について説明する。始めに、電流センサ１の本体部１０について説明する。図２は、電流センサ１の本体部１０を示す断面図である。電流センサ１は、磁気平衡式電流センサである。図２に示したように、電流センサ１は、コイル１１と、磁気センサ１２と、第１の磁性層５１と、第２の磁性層５２とを備えている。コイル１１、磁気センサ１２、第１の磁性層５１および第２の磁性層５２は、後述する複数の非磁性層によって一体化され、電流センサ１の本体部１０を構成する。また、第１の磁性層５１と第２の磁性層５２は、非磁性層によって互いに分離されている。電流センサ１の本体部１０は、バスバー２とは独立している。

【0023】

本実施の形態に係る磁気センサ装置は、磁気センサ１２と、第１の磁性層５１と、第２の磁性層５２とを備えている。電流センサ１の本体部１０は、本実施の形態に係る磁気センサ装置を含んでいる。

【0024】

ここで、図１および図２に示したように、Ｘ方向、Ｙ方向、Ｚ方向を定義する。Ｘ方向、Ｙ方向、Ｚ方向は、互いに直交する。本実施の形態では、図１に示した対象電流Ｉｔｇが流れる方向をＹ方向とする。また、Ｘ方向とは反対の方向を−Ｘ方向とし、Ｙ方向とは反対の方向を−Ｙ方向とし、Ｚ方向とは反対の方向を−Ｚ方向とする。また、以下、基準の位置に対してＺ方向の先にある位置を「上方」と言い、基準の位置に対して「上方」とは反対側にある位置を「下方」と言う。

【0025】

電流センサ１の本体部１０は、バスバー２の上方または下方に配置される。以下、本体部１０がバスバー２の上方に配置された例を示す。

【0026】

ここで、図２に示したように、Ｚ方向に平行な仮想の直線Ｌを想定する。磁気センサ１２と第１の磁性層５１と第２の磁性層５２は、仮想の直線Ｌと交差し、且つＺ方向に平行な方向にこの順で並ぶように配置されている。Ｚ方向に平行な方向は、仮想の直線Ｌに平行な方向でもあり、本発明における第１の方向に対応する。コイル１１は、第１の磁性層５１に対して、第２の磁性層５２とは反対側に配置されている。本実施の形態では、第２の磁性層５２は、第１の磁性層５１の上方に位置し、コイル１１および磁気センサ１２は、第１の磁性層５１の下方に位置している。

【0027】

磁気センサ１２と第１の磁性層５１と第２の磁性層５２は、それらを、対象電流Ｉｔｇによって発生する磁束のうちの互いに異なる一部が通過するように、上記の位置関係で配置されている。図３は、電流センサ１の本体部１０を通過する磁束を説明するための説明図である。図３において、符号ＭＦｓを付した矢印は磁気センサ１２を通過する磁束を表し、符号ＭＦ１を付した矢印は第１の磁性層５１を通過する磁束を表し、符号ＭＦ２を付した矢印は第２の磁性層５２を通過する磁束を表している。磁束ＭＦｓ，ＭＦ１，ＭＦ２は、いずれも、対象電流Ｉｔｇによって発生する磁束の一部である。

【0028】

また、対象電流Ｉｔｇによって発生する磁界３のうち、磁気センサ１２によって検出可能な磁界を第１の磁界Ｈ１と言う。第１および第２の磁性層５１，５２は、対象電流Ｉｔｇによって発生する磁束の一部を取り込んで、第１および第２の磁性層５１，５２が無い場合に比べて、第１の磁界Ｈ１の絶対値を小さくする機能を有している。

【0029】

コイル１１は、第１の磁界Ｈ１を相殺する第２の磁界Ｈ２を発生するためのものである。磁気センサ１２は、第１の磁界Ｈ１と第２の磁界Ｈ２の合成磁界を検出対象磁界として検出して、検出対象磁界の強度に応じた磁界検出値Ｓを生成する。以下、検出対象磁界を、対象磁界と記す。第１の磁界Ｈ１と第２の磁界Ｈ２は、後で説明する図４に示されている。

【0030】

本実施の形態では、第１の磁界Ｈ１の方向と、第２の磁界Ｈ２の方向と、対象磁界の方向は、Ｘ方向に平行な方向である。Ｘ方向に平行な方向は、本発明における第２の方向に対応する。磁気センサ１２の構成については、後で詳しく説明する。

【0031】

図２に示したように、電流センサ１は、更に、基板６１と、絶縁層６２，６３，６４と、非磁性層６５，６６，６７とを備えている。非磁性層６５，６６，６７は、絶縁体でも導電体でもよい。絶縁層６２は、基板６１の上に配置されている。磁気センサ１２は、絶縁層６２の上に配置されている。絶縁層６３は、磁気センサ１２および絶縁層６２を覆うように配置されている。絶縁層６４は、絶縁層６３の上に配置されている。コイル１１は、基板６１に接触しないように、絶縁層６２〜６４に埋め込まれている。

【0032】

第１の磁性層５１は、絶縁層６４の上に配置されている。非磁性層６５は、絶縁層６４の上において第１の磁性層５１の周囲に配置されている。非磁性層６６は、第１の磁性層５１および非磁性層６５を覆うように配置されている。第２の磁性層５２は、非磁性層６６の上に配置されている。非磁性層６７は、非磁性層６６の上において第２の磁性層５２の周囲に配置されている。

【0033】

図２に示したように、第１の磁性層５１と第２の磁性層５２の間には、これらを互いに分離する非磁性層６６が介在している。従って、第２の磁性層５２は、第１の磁性層５１に接触していない。なお、第１の磁性層５１と第２の磁性層５２の形状については、後で詳しく説明する。

【0034】

次に、図４を参照して、電流センサ１の、本体部１０以外の部分について説明する。図４は、電流センサ１の構成を示すブロック図である。図４に示したように、電流センサ１は、更に、フィードバック回路３０と、電流検出器４０とを備えている。フィードバック回路３０は、磁界検出値Ｓに応じて、第２の磁界Ｈ２を発生させるためのフィードバック電流を制御してコイル１１に流す。電流検出器４０は、コイル１１に流れるフィードバック電流の検出値を生成する。電流検出器４０は、例えば、フィードバック電流の電流路に挿入された抵抗器である。この抵抗器の両端の電位差は、フィードバック電流の検出値に相当する。以下、電流検出器４０によって生成されるフィードバック電流の検出値を、電流検出値と言う。電流検出値は、対象電流Ｉｔｇの値と比例関係にある。従って、電流検出値は、対象電流Ｉｔｇの検出値に相当する。

【0035】

フィードバック回路３０は、フィードバック制御回路３１を含んでいる。フィードバック制御回路３１は、磁界検出値Ｓに応じて制御されたフィードバック電流を発生してコイル１１に供給する。

【0036】

次に、磁気センサ１２の構成について詳しく説明する。磁気センサ１２は、少なくとも１つの磁気抵抗効果素子を含んでいてもよい。磁気抵抗効果素子は、スピンバルブ型の磁気抵抗効果素子でもよいし、ＡＭＲ（異方性磁気抵抗効果）素子でもよい。スピンバルブ型の磁気抵抗効果素子は、ＴＭＲ（トンネル磁気抵抗効果）素子でもよいし、ＧＭＲ（巨大磁気抵抗効果）素子でもよい。スピンバルブ型の磁気抵抗効果素子は、磁化方向が固定された磁化固定層と、印加される磁界の方向および強度に応じて磁化の方向が変化する磁性層である自由層と、磁化固定層と自由層の間に配置された非磁性層と、反強磁性層とを含んでいる。磁化固定層は、反強磁性層と非磁性層の間に配置されている。反強磁性層は、反強磁性材料よりなり、磁化固定層との間で交換結合を生じさせて、磁化固定層の磁化の方向を固定する。ＴＭＲ素子では、非磁性層はトンネルバリア層である。ＧＭＲ素子では、非磁性層は非磁性導電層である。

【0037】

ここで、磁気センサ１２の構成の一例について説明する。この例では、磁気センサ１２は、ホイートストンブリッジ回路１３を有している。

【0038】

図５は、ホイートストンブリッジ回路１３を示す回路図である。ホイートストンブリッジ回路１３は、電源ポート２１と、グランドポート２２と、第１の出力ポート２３と、第２の出力ポート２４と、４つの抵抗部Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４を有している。

【0039】

抵抗部Ｒ１は、電源ポート２１と第１の出力ポート２３との間に設けられている。抵抗部Ｒ２は、第１の出力ポート２３とグランドポート２２との間に設けられている。抵抗部Ｒ３は、電源ポート２１と第２の出力ポート２４との間に設けられている。抵抗部Ｒ４は、第２の出力ポート２４とグランドポート２２との間に設けられている。電源ポート２１には、所定の大きさの電源電圧が印加される。グランドポート２２はグランドに接続される。

【0040】

抵抗部Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４の各々は、スピンバルブ型の磁気抵抗効果素子を含んでいる。抵抗部Ｒ１，Ｒ４の各々における磁気抵抗効果素子の磁化固定層の磁化の方向は第１の磁化方向である。抵抗部Ｒ２，Ｒ３の各々における磁気抵抗効果素子の磁化固定層の磁化の方向は、第１の磁化方向とは反対方向である第２の磁化方向である。ここで、第１の磁化方向および第２の磁化方向に平行な方向を感磁方向と言う。磁気抵抗効果素子の自由層は、感磁方向に直交する方向を容易軸とする形状磁気異方性を有することが好ましい。

【0041】

ホイートストンブリッジ回路１３には、対象電流Ｉｔｇによって発生する磁界３とコイル１１が発生する磁界が印加される。ホイートストンブリッジ回路１３は、印加される上記の２つの磁界の方向が互いに反対方向またはほぼ反対方向になる位置に配置され、且つ上記感磁方向が、印加される上記の２つの磁界の方向に対して平行またはほぼ平行になる姿勢で配置されている。

【0042】

この例では、対象電流Ｉｔｇによって発生してホイートストンブリッジ回路１３に印加される磁界における上記感磁方向の成分が第１の磁界Ｈ１である。また、コイル１１が発生してホイートストンブリッジ回路１３に印加される磁界における上記感磁方向の成分が第２の磁界Ｈ２である。

【0043】

ホイートストンブリッジ回路１３では、対象磁界の強度に応じて、出力ポート２３，２４間の電位差が変化する。磁気センサ１２は、ホイートストンブリッジ回路１３の出力ポート２３，２４間の電位差に対応する磁界検出値Ｓを出力する。なお、第１の磁界Ｈ１と第２の磁界Ｈ２の大小関係に応じて、対象磁界の強度、出力ポート２３，２４間の電位差、ならびに磁界検出値Ｓは、正の値または負の値となり得る。

【0044】

次に、図２を参照して、第１の磁性層５１と第２の磁性層５２の形状について詳しく説明する。第１の磁性層５１と第２の磁性層５２の各々は、第１の方向の第１の寸法すなわちＺ方向の寸法と、第２の方向の第２の寸法すなわちＸ方向の寸法とを有している。図２に示したように、第１の磁性層５１と第２の磁性層５２のいずれにおいても、Ｘ方向の寸法は、Ｚ方向の寸法よりも大きい。第１の磁性層５１は、第２の磁性層５２よりも、Ｘ方向の寸法が小さいことが好ましい。

【0045】

また、第１および第２の方向に直交する方向を、第３の方向という。本実施の形態では、第３の方向は、Ｙ方向に平行な方向である。第１の磁性層５１と第２の磁性層５２の各々は、更に、第３の方向の第３の寸法すなわちＹ方向の寸法を有している。なお、第１の磁性層５１と第２の磁性層５２の各々のＹ方向の寸法は、後で説明する図７Ｂに示されている。第１の磁性層５１と第２の磁性層５２のいずれにおいても、Ｙ方向の寸法は、Ｘ方向の寸法よりも大きい。第１の磁性層５１のＹ方向の寸法は、第２の磁性層５２のＹ方向の寸法以下であることが好ましい。

【0046】

また、第１の磁性層５１は、第２の磁性層５２よりも体積が小さいことが好ましい。これを実現するために、第１の磁性層５１は、第２の磁性層５２よりも、Ｚ方向の寸法とＸ方向の寸法の少なくとも一方が小さいことが好ましい。図２には、第１の磁性層５１のＺ方向の寸法とＸ方向の寸法の両方が、第２の磁性層５２よりも小さい例を示している。

【0047】

なお、第１の磁性層５１のＺ方向の寸法とＸ方向の寸法の一方が第２の磁性層５２よりも大きくても、他方が第２の磁性層５２よりも小さい場合には、第１の磁性層５１の体積は第２の磁性層５２よりも小さくなり得る。第１の磁性層５１の形状には、このような形状も含まれる。

【0048】

上方から見た第１および第２の磁性層５１，５２の各々の形状は、例えば矩形である。第１および第２の磁性層５１，５２は、上方から見たときに、磁気センサ１２の全体に重なるような大きさおよび配置であることが好ましい。磁気センサ１２のＸ方向の寸法は、例えば、０．３〜５０μｍの範囲内であり、第１および第２の磁性層５１，５２の各々のＸ方向の寸法は、例えば、数〜数百μｍの範囲内である。なお、図示しないが、磁気センサ１２のＹ方向の寸法は、例えば、１〜２００μｍの範囲内であり、第１および第２の磁性層５１，５２の各々のＹ方向の寸法は、例えば、数〜数百μｍの範囲内である。第１および第２の磁性層５１，５２の各々のＺ方向の寸法は、例えば、０．５〜数十μｍの範囲内である。

【0049】

なお、第１の磁性層５１は、第２の磁性層５２の保磁力よりも小さくてもよい。その理由については、後で説明する。

【0050】

次に、複数のシミュレーションの結果を参照して、本実施の形態に係る電流センサ１および磁気センサ装置の効果について説明する。始めに、複数のシミュレーションで用いた第１および第２の比較例の電流センサと、第１および第２の実施例の電流センサ１について説明する。

【0051】

第１の比較例の電流センサの構成は、第１および第２の磁性層５１，５２が設けられていない点を除いて、本実施の形態に係る電流センサ１の構成と同じである。

【0052】

図６は、第２の比較例の電流センサ１０１の一部を示す説明図である。第２の比較例の電流センサ１０１は、第１および第２の磁性層５１，５２の代わりに、１つの磁性層１５１を備えている。磁性層１５１は、磁気センサ１２の上方に配置されている。第２の比較例の電流センサ１０１のその他の構成は、本実施の形態に係る電流センサ１と同じである。

【0053】

磁性層１５１のＺ方向の寸法は７μｍであり、磁性層１５１のＸ方向の寸法は４０μｍであり、磁性層１５１のＹ方向の寸法は１００μｍである。また、図６に示したように、磁気センサ１２のＺ方向の中心から磁性層１５１までの距離を記号ｄ１で表す。ｄ１の値については、後で説明する。

【0054】

第１および第２の実施例の電流センサ１は、本実施の形態に係る電流センサ１に対応する。図７Ａおよび図７Ｂは、本実施の形態に係る電流センサ１の特性に影響する複数の構造上のパラメータを説明するための説明図である。図７Ａおよび図７Ｂに示したように、第１の磁性層５１のＸ方向の寸法を記号ｗ１で表し、第２の磁性層５２のＸ方向の寸法を記号ｗ３で表す。第１の実施例では、第１の磁性層５１のＸ方向の寸法ｗ１は、第２の磁性層５２のＸ方向の寸法ｗ３と等しい。第２の実施例では、第１の磁性層５１のＸ方向の寸法ｗ１は、第２の磁性層５２のＸ方向の寸法ｗ３よりも小さい。

【0055】

第２の磁性層５２のＸ方向の寸法ｗ３と、第１の実施例における第１の磁性層５１のＸ方向の寸法ｗ１は、４０μｍである。また、図７Ａおよび図７Ｂに示したように、第１の磁性層５１のＺ方向の寸法を記号ｔ１で表し、第２の磁性層５２のＺ方向の寸法を記号ｔ２で表し、第１の磁性層５１のＹ方向の寸法を記号ｗ２で表し、第２の磁性層５２のＹ方向の寸法を記号ｗ４で表し、磁気センサ１２のＺ方向の中心から第１の磁性層５１までの距離を記号ｄ２で表し、第１の磁性層５１と第２の磁性層５２の間隔を記号ｇで表す。第１および第２の実施例において、寸法ｗ２，ｗ４はいずれも１００μｍである。ｔ１，ｔ２，ｄ２，ｇの値と、第２の実施例におけるｗ１の値については、後で説明する。

【0056】

次に、第１のシミュレーションの結果について説明する。第１のシミュレーションでは、電流センサの特性に与える磁性層の影響について調べた。第１のシミュレーションでは、第１の比較例の電流センサと第２の比較例の電流センサ１０１に対して、Ｘ方向に平行な方向の外部磁界Ｈを印加し、外部磁界Ｈから求まる、外部磁界Ｈに対応する磁束密度Ｂと、磁界検出値Ｓとの関係を調べた。外部磁界Ｈの大きさは、正の値と負の値を含む所定の範囲内で増減させた。第１のシミュレーションでは、距離ｄ１を２．５μｍとした。

【0057】

図８は、第１のシミュレーションによって得られた第１の比較例の電流センサと第２の比較例の電流センサ１０１の特性を示している。図８において、横軸は磁束密度Ｂを示し、縦軸は磁界検出値Ｓを示している。また、図８において、符号２０１を付した破線の曲線は第１の比較例の電流センサの特性を示し、符号２０２を付した実線の曲線は第２の比較例の電流センサ１０１の特性を示している。

【0058】

図８に示したように、第２の比較例（符号２０２参照）では、第１の比較例（符号２０１参照）に比べて、磁束密度Ｂの変化に対する磁界検出値Ｓの変化の勾配が小さい。これは、磁性層１５１の機能によるものである。すなわち、磁性層１５１は、外部磁界Ｈによる磁束の一部を取り込んで、磁性層１５１が無い場合に比べて、第１の磁界Ｈ１の絶対値を小さくする機能を有している。また、磁界検出値Ｓの値は、第１の磁界Ｈ１の値に依存して変化する。これにより、第２の比較例では、第１の比較例に比べて、磁束密度Ｂの変化に対する磁界検出値Ｓの変化の勾配が小さくなる。

【0059】

ところで、第１の比較例では、対象磁界の絶対値が所定の大きさ以上になると、電流センサの出力特性の線形性、すなわち対象磁界に対する磁界検出値Ｓの線形性が悪化する。これに対し、第２の比較例では、磁性層１５１の前述の機能によって、第１の磁界Ｈ１の絶対値の範囲が小さくなり、その結果、対象磁界の絶対値の範囲も小さくなる。対象磁界の絶対値の範囲が小さくなるほど、対象磁界に対する磁界検出値Ｓの線形性がよい範囲を用いて検出可能な対象電流Ｉｔｇの絶対値が大きくなる。

【0060】

図９は、図８に示した特性の一部を拡大して示している。図９に示したように、第２の比較例（符号２０２参照）では、磁界検出値Ｓにオフセットが生じている。磁界検出値Ｓのオフセットは、磁束密度Ｂの値が０のときにおける磁界検出値Ｓの、所定の基準値、例えば０ｍＶからのずれである。磁界検出値Ｓのオフセットは、電流検出値に誤差を生じさせる。

【0061】

磁性層１５１は、ヒステリシス特性を有する。そのため、第１のシミュレーションのように、外部磁界Ｈの大きさを所定の範囲内で増減させた場合、外部磁界Ｈが無くなっても、磁性層１５１には、印加された磁界の方向に、ある大きさの磁化が残る。そのため、第２の比較例では、磁束密度Ｂの値を０にすると、磁気センサ１２には、磁性層１５１に残った磁化によって、磁界が印加される。以下、外部磁界Ｈが無い状態において磁性層１５１に残る磁化を残留磁化と言う。これにより、磁界検出値Ｓにオフセットが生じる。

【0062】

ここで、磁界検出値Ｓが０となるときの２つの磁束密度Ｂの値の差の絶対値を、ヒステリシスパラメータと言う。ヒステリシスに起因した電流検出値の誤差は、ヒステリシスパラメータの値が大きくなるに従って大きくなる。

【0063】

次に、第２のシミュレーションの結果について説明する。第２のシミュレーションでは、磁性層１５１や第１および第２の磁性層５１，５２が電流センサ１の特性に与える影響について調べた。第２のシミュレーションでは、第２の比較例の電流センサ１０１と第１の実施例の電流センサ１と第２の実施例の電流センサ１に対して、Ｘ方向に平行な方向の外部磁界Ｈを印加し、磁束密度Ｂと磁界検出値Ｓとの関係を調べた。外部磁界Ｈの大きさは、正の値と負の値を含む所定の範囲内で増減させた。第２のシミュレーションでは、図７Ａおよび図７Ｂに示した複数の構造上のパラメータを、以下のように定めた。すなわち、寸法ｔ１は２μｍであり、寸法ｔ２は５μｍであり、距離ｄ１，ｄ２は２．５μｍであり、間隔ｇは０．２μｍである。また、第２の実施例における寸法ｗ１は３０μｍである。

【0064】

図１０は、第２のシミュレーションによって得られた第２の比較例の電流センサ１０１と第１の実施例の電流センサ１と第２の実施例の電流センサ１の特性を示している。図１０において、横軸は磁束密度Ｂを示し、縦軸は磁界検出値Ｓを示している。また、図１０において、符号２０２を付した破線の曲線は第２の比較例の電流センサ１０１の特性を示し、符号２１１を付した一点鎖線の曲線は第１の実施例の電流センサ１の特性を示し、符号２１２を付した実線の曲線は第２の実施例の電流センサ１の特性を示している。なお、図１０では、曲線２１１，２１２はほとんど重なっている。

【0065】

図１０に示したように、第１および第２の実施例（符号２１１，２１２参照）では、磁束密度Ｂの変化に対する磁界検出値Ｓの変化の勾配が、第２の比較例（符号２０２参照）とほぼ等しい。これは、磁性層１５１と同様の、第１および第２の磁性層５１，５２の機能によるものである。すなわち、第１および第２の磁性層５１，５２は、第１および第２の磁性層５１，５２が無い場合に比べて、第１の磁界Ｈ１の絶対値を小さくする機能を有している。これにより、第１および第２の実施例では、図８に示した第１の比較例（符号２０１参照）に比べて、磁束密度Ｂの変化に対する磁界検出値Ｓの変化の勾配が小さくなる。

【0066】

図１１は、図１０に示した特性の一部を拡大して示している。図１１に示したように、第１および第２の実施例（符号２１１，２１２参照）におけるヒステリシスパラメータの値は、第２の比較例（符号２０２参照）に比べて小さい。また、第２の実施例（符号２１２参照）におけるヒステリシスパラメータの値は、第１の実施例（符号２１１参照）に比べて小さい。ヒステリシスパラメータの値が小さくなる理由については、後で説明する。

【0067】

ここで、電流センサの性能を表す複数の性能パラメータとして、検出感度、オフセットパラメータ、前記ヒステリシスパラメータおよびシールド係数を考える。検出感度は、対象磁界に対する磁界検出値Ｓの線形性がよい範囲内における、磁束密度Ｂの変化量に対する磁界検出値Ｓの変化量の比率である。オフセットパラメータは、磁束密度Ｂの値が０となるときの２つの磁界検出値Ｓの値の差の絶対値である。シールド係数は、磁性層５１，５２，１５１が無い場合の検出感度すなわち第１の比較例における検出感度に対する第２の比較例ならびに第１および第２の実施例における検出感度の比率を百分率で表したものである。下記の表１に、第１および第２の比較例ならびに第１および第２の実施例について、第１および第２のシミュレーションによって得られた複数の性能パラメータの値を示す。なお、第１の比較例におけるシールド係数は１００％とした。

【0068】

【表1】

【0069】

表１に示したように、第１および第２の実施例では、第１の比較例よりも検出感度の値が小さい。検出感度の値が小さいほど、検出可能な対象電流Ｉｔｇの値の範囲を拡大することができる。従って、本実施の形態によれば、第１の磁性層５１と第２の磁性層５２を備えたことにより、第１の比較例のように磁性層が設けられていない場合に比べて、検出可能な対象電流Ｉｔｇの値の範囲を拡大することができる。

【0070】

また、表１に示したように、第１および第２の実施例では、第２の比較例よりもヒステリシスパラメータの値が小さい。ヒステリシスパラメータの値が小さいほど、磁性層のヒステリシスに起因した電流検出値の誤差を低減することができる。従って、本実施の形態によれば、第１の磁性層５１と第２の磁性層５２を備えたことにより、第２の比較例のように１つの磁性層１５１のみを備えた場合に比べて、電流検出値の誤差を小さくすることができる。

【0071】

第２の実施例では、第１の実施例よりもヒステリシスパラメータの値が小さい。このことから理解されるように、本実施の形態によれば、第２の実施例のように、第２の磁性層５２のＸ方向の寸法ｗ３よりも、第１の磁性層５１のＸ方向の寸法ｗ１を小さくすることにより、ヒステリシスパラメータの値を小さくすることができ、その結果、電流検出値の誤差をより小さくすることができる。

【0072】

また、表１に示したように、第１および第２の実施例では、第２の比較例よりもオフセットパラメータの値が小さい。ヒステリシスパラメータと同様に、オフセットパラメータの値が小さいほど、磁性層のヒステリシスに起因した電流検出値の誤差を低減することができる。

【0073】

シールド係数が小さいほど、第１の比較例に比べて、第１の磁界Ｈ１の絶対値を小さくすることができる。表１に示したように、第１の実施例と第２の実施例のシールド係数の値はほぼ等しい。

【0074】

次に、第３のシミュレーションの結果について説明する。第３のシミュレーションでは、第２の比較例の電流センサ１０１と第１の実施例の電流センサ１と第２の実施例の電流センサ１に対して、Ｘ方向に平行な方向の外部磁界Ｈを印加し、磁性層５１，５２，１５１の磁化Ｍｘを求めた。外部磁界Ｈの大きさは、正の値と負の値を含む所定の範囲内で増減させた。なお、磁化Ｍｘの値は、磁化のＸ方向に平行な方向の成分の平均値とした。また、以下で説明する図１２ないし図１４における各磁性層の磁化Ｍｘの値は、所定の単位における各磁性層の磁化Ｍｘの値を、所定の単位における各磁性層自身の飽和磁化の値で割って規格化した値とした。第３のシミュレーションにおける磁性層５１，５２，１５１の形状および配置は、第２のシミュレーションと同じである。

【0075】

図１２は、第３のシミュレーションによって得られた第２の比較例の磁性層１５１の特性を示している。図１３は、第３のシミュレーションによって得られた第１の実施例の第１および第２の磁性層５１，５２の特性を示している。図１４は、第３のシミュレーションによって得られた第２の実施例の第１および第２の磁性層５１，５２の特性を示している。図１２ないし図１４において、横軸は磁束密度Ｂを示し、縦軸は磁化Ｍｘを示している。また、図１３において、符号２２１を付した実線の曲線は第１の磁性層５１の特性を示し、符号２２２を付した破線の曲線は第２の磁性層５２の特性を示している。また、図１４において、符号２２３を付した実線の曲線は第１の磁性層５１の特性を示し、符号２２４を付した破線の曲線は第２の磁性層５２の特性を示している。

【0076】

以下、磁束密度Ｂの変化に対する磁化Ｍｘの変化の勾配を、磁化変化率と言う。図１２ないし図１４に示したように、第２の比較例の磁性層１５１の磁化変化率と、第１の実施例の第１の磁性層５１の磁化変化率（符号２２１参照）と、第１の実施例の第２の磁性層５２の磁化変化率（符号２２２参照）と、第２の実施例の第２の磁性層５２の磁化変化率（符号２２４参照）は、ほぼ等しい。また、第２の実施例の第１の磁性層５１の磁化変化率（符号２２３参照）は、第２の実施例の第１の磁性層５１以外の磁性層の磁化変化率よりも小さい。これは、第２の実施例の第１の磁性層５１のＸ方向の寸法ｗ１が、第２の実施例の第１の磁性層５１以外の磁性層のＸ方向の寸法よりも小さいことによるものである。

【0077】

ここで、第２のシミュレーションにおいて、第２の実施例におけるヒステリシスパラメータの値が、第１の実施例に比べて小さくなる理由について考察する。

【0078】

第１の磁性層５１では、感磁方向であるＸ方向の寸法ｗ１が小さいほど、磁化変化率が小さくなり、外部磁界Ｈが無い状態において第１の磁性層５１に残るＸ方向の残留磁化も小さくなり、その結果、ヒステリシスパラメータの値が小さくなる。

【0079】

また、第１の磁性層５１の体積が小さいほど、上記のＸ方向の残留磁化が小さくなり、その結果、ヒステリシスパラメータの値が小さくなる。

【0080】

第２の実施例の第１の磁性層５１は、第１の実施例の第１の磁性層５１に比べて、Ｘ方向の寸法ｗ１と体積の両方が小さい。これにより、第２の実施例におけるヒステリシスパラメータの値は、第１の実施例に比べて小さくなる。

【0081】

残留磁化に影響する、寸法以外のパラメータとしては、保磁力がある。もし、第２の磁性層５２の保磁力を一定の値として、第１の磁性層５１の保磁力を第２の磁性層５２の保磁力よりも小さくすると、第１の磁性層５１の保磁力が第２の磁性層５２の保磁力と等しい場合に比べて、上記のＸ方向の残留磁化が小さくなり、その結果、ヒステリシスパラメータの値が小さくなる。

【0082】

次に、第４のシミュレーションの結果について説明する。第４のシミュレーションでは、磁気センサ１２に最も近い磁性層の配置が電流センサ１の特性に与える影響について調べた。第４のシミュレーションでは、第２の比較例の電流センサ１０１と第２の実施例の電流センサ１について、距離ｄ１，ｄ２とシールド係数およびヒステリシスパラメータとの関係を調べた。第４のシミュレーションでは、図６、図７Ａおよび図７Ｂに示した複数の構造上のパラメータを、以下のように定めた。すなわち、寸法ｔ１は３μｍであり、寸法ｔ２は４μｍであり、寸法ｗ１は３０μｍであり、間隔ｇは０．５μｍである。距離ｄ１，ｄ２は、２〜５μｍの範囲内で変化させた。

【0083】

第４のシミュレーションでは、第１および第２のシミュレーションのように、電流センサ１，１０１に対して、Ｘ方向に平行な方向の外部磁界Ｈを、正の値と負の値を含む所定の範囲内で増減させながら印加して、磁束密度Ｂと磁界検出値Ｓとの関係を求めた。そして、この関係に基づいて、検出感度とヒステリシスパラメータを求めた。また、求めた検出感度と第１の比較例の検出感度（表１参照）を用いて、シールド係数を求めた。なお、後述する第５ないし第７のシミュレーションにおいても、第４のシミュレーションと同様の方法によって、シールド係数とヒステリシスパラメータを求めた。

【0084】

図１５は、第４のシミュレーションによって得られたシールド係数を示す特性図である。図１６は、第４のシミュレーションによって得られたヒステリシスパラメータを示す特性図である。図１７は、第４のシミュレーションによって得られたシールド係数とヒステリシスパラメータとの関係を示す特性図である。図１５において、横軸は距離ｄ１，ｄ２を示し、縦軸はシールド係数を示している。図１６において、横軸は距離ｄ１，ｄ２を示し、縦軸はヒステリシスパラメータを示している。図１７において、横軸はシールド係数を示し、縦軸はヒステリシスパラメータを示している。また、図１５ないし図１７において、符号２３１を付した実線で結んだ複数の点は、第２の実施例の特性を表し、符号２３２を付した破線で結んだ複数の点は、第２の比較例の特性を表している。

【0085】

図１５および図１６から理解されるように、距離ｄ１，ｄ２が大きくなるに従って、ヒステリシスパラメータの値は小さくなるが、シールド係数は大きくなる。また、図１７に示したように、シールド係数の値を同じにして比較すると、第２の実施例（符号２３１参照）は、第２の比較例（符号２３２参照）よりもヒステリシスパラメータの値が小さくなる。従って、本実施の形態によれば、第１の磁界Ｈ１の絶対値が大きくなることを防止しながら、ヒステリシスパラメータの値を小さくして、電流検出値の誤差を小さくすることができる。

【0086】

次に、第５のシミュレーションの結果について説明する。第５のシミュレーションでは、第１の磁性層５１のＸ方向の寸法ｗ１が電流センサ１の特性に与える影響について調べた。第５のシミュレーションでは、第２の実施例の電流センサ１について、寸法ｗ１とシールド係数およびヒステリシスパラメータとの関係を調べた。第５のシミュレーションでは、図７Ａおよび図７Ｂに示した複数の構造上のパラメータを、以下のように定めた。すなわち、寸法ｔ１は３μｍであり、寸法ｔ２は４μｍであり、距離ｄ２は２．５μｍであり、間隔ｇは０．２μｍである。寸法ｗ１は、１０〜４５μｍの範囲内で変化させた。

【0087】

図１８は、第５のシミュレーションによって得られたシールド係数を示す特性図である。図１９は、第５のシミュレーションによって得られたヒステリシスパラメータを示す特性図である。図１８において、横軸は寸法ｗ１を示し、縦軸はシールド係数を示している。図１９において、横軸は寸法ｗ１を示し、縦軸はヒステリシスパラメータを示している。

【0088】

シールド係数の値は、２２％以下であることが好ましい。図１８に示した寸法ｗ１の範囲では、シールド係数に関する上記の要件を満たす。また、ヒステリシスパラメータの値は、寸法ｗ１が第２の磁性層５２のＸ方向の寸法ｗ３と等しい場合のヒステリシスパラメータの値である０．２２ｍＴ以下であることが好ましい。図１９に示したように、寸法ｗ１が３６μｍ以下の場合に、ヒステリシスパラメータに関する上記の要件を満たす。これらのことから、寸法ｗ１は、１０〜３６μｍの範囲内であることが好ましい。また、寸法ｗ３は４０μｍである。従って、寸法ｗ３に対する寸法ｗ１の比率は、２５〜９０％の範囲内であることが好ましい。

【0089】

次に、第６のシミュレーションの結果について説明する。第６のシミュレーションでは、第１の磁性層５１のＺ方向の寸法ｔ１が電流センサ１の特性に与える影響について調べた。第６のシミュレーションでは、第２の実施例の電流センサ１について、寸法ｔ１とシールド係数およびヒステリシスパラメータとの関係を調べた。第６のシミュレーションでは、図７Ａおよび図７Ｂに示した複数の構造上のパラメータを、以下のように定めた。すなわち、寸法ｔ２は４μｍであり、寸法ｗ１は３０μｍであり、距離ｄ２は２．５μｍであり、間隔ｇは０．２μｍである。寸法ｔ１は、０．５〜６μｍの範囲内で変化させた。

【0090】

図２０は、第６のシミュレーションによって得られたシールド係数を示す特性図である。図２１は、第６のシミュレーションによって得られたヒステリシスパラメータを示す特性図である。図２０において、横軸は寸法ｔ１を示し、縦軸はシールド係数を示している。図２１において、横軸は寸法ｔ１を示し、縦軸はヒステリシスパラメータを示している。

【0091】

前述のように、シールド係数の値は、２２％以下であることが好ましい。図２０に示した寸法ｔ１の範囲では、シールド係数に関する上記の要件を満たす。また、前述のように、ヒステリシスパラメータの値は、０．２２ｍＴ以下であることが好ましい。図２１に示したように、寸法ｔ１が５μｍ以下の場合に、ヒステリシスパラメータに関する上記の要件を満たす。これらのことから、寸法ｔ１は、０．５〜５μｍの範囲内であることが好ましい。また、第２の磁性層５２のＺ方向の寸法ｔ２は４μｍである。従って、第２の磁性層５２のＺ方向の寸法ｔ２に対する第１の磁性層５１のＺ方向の寸法ｔ１の比率は、１２．５〜１２５％の範囲内であることが好ましい。

【0092】

ところで、磁性層のＺ方向の寸法が小さくなると、磁性層において磁気飽和が生じやすくなり、その結果、第１の磁界Ｈ１の絶対値を小さくするという磁性層の機能が損なわれるおそれがある。これに対し、本実施の形態では、第１の磁性層５１と同じ機能を有する第２の磁性層５２が設けられているため、第１の磁性層５１のＺ方向の寸法ｔ１を十分に小さくすることが可能である。

【0093】

なお、図２１に示したように、寸法ｔ１が２μｍ以下の範囲内では、寸法ｔ１が小さくなるに従ってヒステリシスパラメータの値が大きくなる。これは、第２の磁性層５２によるものと考えられる。

【0094】

次に、第７のシミュレーションの結果について説明する。第７のシミュレーションでは、第１の磁性層５１と第２の磁性層５２の間隔ｇが電流センサ１の特性に与える影響について調べた。第７のシミュレーションでは、第２の実施例の電流センサ１について、間隔ｇとシールド係数およびヒステリシスパラメータとの関係を調べた。第７のシミュレーションでは、図７Ａおよび図７Ｂに示した複数の構造上のパラメータを、以下のように定めた。すなわち、寸法ｔ１は３μｍであり、寸法ｔ２は４μｍであり、寸法ｗ１は３０μｍであり、距離ｄ２は２．５μｍである。間隔ｇは、０．１〜１０μｍの範囲内で変化させた。

【0095】

また、第７のシミュレーションでは、間隔ｇを０μｍとして、第１の磁性層５１と第２の磁性層５２を接触させた第３の比較例の電流センサについても、第２の実施例の電流センサ１と同様に、シールド係数およびヒステリシスパラメータを調べた。第３の比較例の電流センサのその他の構成は、第２の実施例の電流センサ１と同じである。

【0096】

図２２は、第７のシミュレーションによって得られたシールド係数を示す特性図である。図２３は、第７のシミュレーションによって得られたヒステリシスパラメータを示す特性図である。図２２において、横軸は間隔ｇを示し、縦軸はシールド係数を示している。図２３において、横軸は間隔ｇを示し、縦軸はヒステリシスパラメータを示している。図２２および図２３において、符号２４１を付した実線で結んだ複数の点は、第２の実施例の特性を表し、符号２４２を付した点は、第３の比較例の特性を表している。

【0097】

前述のように、シールド係数の値は、２２％以下であることが好ましい。図２２に示した間隔ｇの範囲では、シールド係数に関する上記の要件を満たす。また、前述のように、ヒステリシスパラメータの値は、０．２２ｍＴ以下であることが好ましい。図２３に示した間隔ｇの範囲では、ヒステリシスパラメータに関する上記の要件を満たす。これらのことから、間隔ｇは、０．１〜１０μｍの範囲内であることが好ましい。０．１μｍという値は、第１の磁性層５１と第２の磁性層５２の間に介在する非磁性層６６の、安定して形成可能なＺ方向の寸法の下限に相当する。

【0098】

なお、図２３に示したように、第３の比較例（符号２４２参照）は、第２の実施例（符号２４１参照）よりもヒステリシスパラメータの値が大きくなる。これは、第１の磁性層５１と第２の磁性層５２を接触させると、実質的に１つの磁性層になり、２つの磁性層５１，５２を備えたことによるヒステリシスパラメータの値を低減する効果が得られないためである。

【0099】

以下、本実施の形態におけるその他の効果について説明する。本実施の形態では、コイル１１、磁気センサ１２、第１の磁性層５１および第２の磁性層５２は、一体化され、バスバー２とは独立している。これにより、本実施の形態によれば、バスバー２とは独立した電流センサ１および磁気センサ装置を構成することができる。

【0100】

なお、本発明は、上記実施の形態に限定されず、種々の変更が可能である。例えば、磁気センサ１２は、磁気抵抗効果素子の代わりに、ホール素子等の磁気抵抗効果素子以外の磁界を検出する素子を含んでいてもよい。

【0101】

また、磁気センサ１２と第１の磁性層５１と第２の磁性層５２は、−Ｚ方向にこの順で並ぶように配置されていてもよい。この場合、第２の磁性層５２は、第１の磁性層５１と基板６１の間に位置する。コイル１１および磁気センサ１２は、第１の磁性層５１の上方に位置する。

【0102】

また、電流センサ１は、コイル１１および磁気センサ１２の上方に配置された第１の対の第１および第２の磁性層５１，５２と、コイル１１および磁気センサ１２の下方に配置された第２の対の第１および第２の磁性層５１，５２を備えていてもよい。第１の対の第１および第２の磁性層５１，５２は、実施の形態における第１および第２の磁性層５１，５２に対応する。第２の対における第１の磁性層５１は、第２の対における第２の磁性層５２よりも、磁気センサ１２により近い位置にある。

【符号の説明】

【0103】

１…電流センサ、１１…コイル、１２…磁気センサ、３０…フィードバック回路、３１…フィードバック制御回路、４０…電流検出器、５１…第１の磁性層、５２…第２の磁性層、６１…基板、６２〜６４…絶縁層、６５〜６７…非磁性層。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7A】

【図7B】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】

【図19】

【図20】

【図21】

【図22】

【図23】