JP2000055998A

JP2000055998A - 磁気センサ装置および電流センサ装置

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Publication number: JP2000055998A
Application number: JP10222167A
Authority: JP
Inventors: Shiro Nakagawa; 士郎中川
Original assignee: TDK Corp
Current assignee: TDK Corp
Priority date: 1998-08-05
Filing date: 1998-08-05
Publication date: 2000-02-25

Abstract

(57)【要約】【課題】バイアス磁界用の永久磁石の使用に伴う動作
点や感度のばらつきおよび磁界の攪乱を防止でき、被測
定磁界または被測定電流が小さい領域における感度、お
よび磁界と出力との直線性がよく、更に、磁界または電
流の方向を判別することができるようにした磁気センサ
装置および電流センサ装置を提供する。【解決手段】ＧＭＲ素子１１には、被測定磁界Ｈが印
加されると共に、コイル１３および交流電源１４によっ
て交流磁界が印加される。ＧＭＲ素子１１の出力信号の
うちの交流成分は、プロダクト検波器１７の一方の入力
端に入力される。プロダクト検波器１７の他方の入力端
には、交流電源１４が発生する交流信号が入力される。
プロダクト検波器１７は、各入力端に入力される信号を
乗算して、ＧＭＲ素子１１の出力の磁界についての微分
係数に対応し、被測定磁界の大きさおよび方向の情報を
含む微分信号を検波する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、磁界を測定する磁
気センサ装置、および電流によって発生する磁界を測定
することで電流を測定する電流センサ装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、産業界で広く利用されている磁気
応用製品等において、磁界を測定する磁気センサ装置が
広く用いられている。また、磁気センサ装置の応用とし
て、電流によって発生する磁界を測定することで電流を
非接触で測定する電流センサ装置も広く用いられてい
る。また、今後、電流センサ装置の用途としては、電気
自動車やソーラー電池のような直流大電流を扱う装置に
おいて直流大電流を非接触で測定するような用途も見込
まれる。なお、被測定電流が交流電流の場合には、トラ
ンスを用いて簡単に非接触で測定できる。しかし、被測
定電流が直流電流の場合には、電流を非接触で測定する
には、直流磁界で動作する磁気センサが必要となる。

【０００３】直流電流を測定するための電流センサ装置
に利用する磁気センサ（磁気検出素子）としては、ホー
ル素子、磁気抵抗効果素子、フラックスゲート型磁気セ
ンサ等がある。

【０００４】この中では、磁界とセンサ出力との直線性
の良さから、ホール素子が多く用いられている。しか
し、ホール素子には、出力が小さいという欠点がある。
ホール素子の代表的な例では、素子電流１ｍＡ、磁束密
度１０ｍＴにおいて、出力が１０ｍＶ程度である。従っ
て、ホール素子を用いた電流センサ装置では、ホール素
子の出力を直流増幅する必要がある。しかし、増幅技術
のうち、直流増幅技術は、ドリフトを考慮すると、技術
的に最も難しい部類に属する。そのため、ホール素子を
用いた電流センサ装置は高価なものとなっていた。ま
た、従来、ホール素子の駆動電流を交流として、直流増
幅技術を回避する方法も広く採用されているが、この場
合には、整流回路等が新たに必要になるため、やはり、
ホール素子を用いた電流センサ装置が高価なものとなっ
てしまう。

【０００５】フラックスゲート型磁気センサは、それ自
体の構造が複雑で扱いにくいため、電流センサ装置への
適用の例は少ない。また、フラックスゲート型磁気セン
サは、高感度ではあるが、直流出力を得るまでの信号処
理が複雑であるという欠点を有する。そのため、フラッ
クスゲート型磁気センサを用いた電流センサ装置は、や
はり、高価なものとなってしまう。

【０００６】磁気抵抗効果素子としては、異方性磁気抵
抗（以下、ＡＭＲ（Anisotropic Magneto Resistive ）
と記す。）効果を用いたＡＭＲ素子と、巨大磁気抵抗
（以下、ＧＭＲ（Giant Magneto Resistive ）と記
す。）効果を用いたＧＭＲ素子とがある。ＧＭＲ素子
は、ＡＭＲ素子に比べて出力が大きい。なお、一般に、
ＡＭＲ素子は、単にＭＲ素子とも呼ばれる。

【０００７】このような磁気抵抗効果素子は、出力が大
きいという利点を有する。特に、ＧＭＲ素子は、１０ｍ
Ｔ当たりの抵抗変化量が５％程度となるので、例えば差
動構成として、ＧＭＲ素子を１ｍＡで駆動し、磁界がゼ
ロのときのＧＭＲ素子の抵抗値を１０ｋΩとすると、磁
束密度１０ｍＴにおいて、出力は１Ｖとなり、ホール素
子の１００倍程度の出力が得られる。従って、磁気抵抗
効果素子を用いることにより、直流増幅の困難性を回避
することが可能となり、安価な電流センサ装置を実現で
きる可能性がある。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、ＧＭＲ
素子は、出力は大きいが、磁気抵抗効果が磁界の方向に
依存しないため、印加磁界の方向（電流センサ装置の場
合には電流の方向）を判別できないという問題点があ
る。さらに、ＧＭＲ素子は、印加磁界が小さい領域にお
いて、感度が低いと共に非線形性が強いという問題点が
ある。

【０００９】なお、このような問題点は、印加磁界がゼ
ロのときに出力が最大または最小となるように構成した
ＡＭＲ素子においても同様である。

【００１０】従来、上述のような磁気抵抗効果素子にお
ける問題点を回避するための一般的な方法としては、特
開昭６３−２７７９７７号公報に示されるように、磁気
抵抗効果素子の磁界−抵抗変化特性に基づいて、抵抗値
が比較的大きく変化する領域内の磁界をバイアス磁界と
して選択し、このバイアス磁界を磁気抵抗効果素子に印
加して、バイアス磁界を中心とした磁界の領域内で、被
測定磁界を測定する方法が採られていた。

【００１１】しかしながら、バイアス磁界は、通常、永
久磁石で与えられることから、上述の方法では、以下の
ような問題点があった。すなわち、上述の方法では、磁
石の組み込みの際の位置のばらつきや磁石そのものの磁
化のばらつき等で、磁気抵抗効果素子の動作点や感度が
大きくばらつくため、調整工程に多大な費用がかかると
いう問題点がある。更に、必要なバイアス磁界は、通
常、４０００〜８０００Ａ／ｍと大きいので、被測定磁
界近傍に磁性体が存在するようなときに、バイアス磁界
による被測定磁界の攪乱が起こるという問題点もある。

【００１２】また、磁気抵抗効果素子、特にＧＭＲ素子
には、感度が高いだけに、素子間の動作点や感度のばら
つきが大きいという問題点や、温度により抵抗値が変化
するという温度依存性を有するという問題点がある。

【００１３】特開昭６２−２２０８８号公報には、磁気
抵抗効果素子における感度のばらつきや非線形性の改善
のために、磁気センサに出力を負帰還する方法が示され
ている。この方法では、磁気センサに被測定磁界と逆位
相の磁界を帰還し、磁気センサ自体は、常に磁束密度が
ゼロの近傍で動作するようにする。しかしながら、この
方法では、磁気抵抗効果素子の動作点のばらつきは改善
されず、バイアス磁界による被測定磁界の攪乱も防止す
ることができない。

【００１４】その他、上述の磁気抵抗効果素子における
種々の問題点を部分的に回避する方法として、以下のよ
うな２つの方法も提案されている。

【００１５】第１の方法は、特公昭６３−５７７４１号
公報に示されるように、被測定磁界に微小振幅の交流バ
イアス磁界を重畳し、被測定磁界を、交流バイアス磁界
を搬送波としたときの変調波として検出する方法であ
る。この方法によれば、被測定磁界の攪乱を防止するこ
とができる。しかしながら、この方法では、磁気抵抗効
果素子の出力信号を増幅した後、整流し、積分して、被
測定磁界の大きさに比例した出力を得るため、被測定磁
界の方向を検出することができない。更に、この方法で
は、感度のばらつきや温度依存性も改善することができ
ない。

【００１６】第２の方法は、特公平４−６０５５５号公
報に示されるように、被測定磁界に補助磁界を重畳し、
磁気センサの出力電圧より補助磁界の電圧成分を検出
し、この電圧成分によって、磁気センサの変換係数を制
御する方法である。この方法によれば、感度のばらつき
や温度依存性を改善することができる。しかしながら、
この方法では、被測定磁界の方向を検出することができ
ない。更に、この方法は、磁界とセンサ出力との直線性
を前提しており、この直線性が保証されていなければ実
用にならない。

【００１７】本発明はかかる問題点に鑑みてなされたも
ので、その第１の目的は、バイアス磁界用の永久磁石の
使用に伴う動作点や感度のばらつきおよび磁界の攪乱を
防止することができると共に、被測定磁界または被測定
電流が小さい領域における感度、および磁界と出力との
直線性がよく、更に、磁界または電流の方向を判別する
ことができるようにした磁気センサ装置および電流セン
サ装置を提供することにある。

【００１８】また、本発明の第２の目的は、上記目的に
加え、磁気検出素子自身が持つ動作点や感度のばらつき
および温度依存性を小さくすることができるようにした
磁気センサ装置および電流センサ装置を提供することに
ある。

【００１９】

【課題を解決するための手段】本発明の磁気センサ装置
は、被測定磁界に応じて出力が非線形に変化する磁気検
出素子と、この磁気検出素子を用いて、磁気検出素子の
出力の磁界についての微分係数に対応し、被測定磁界の
大きさおよび方向の情報を含む微分信号を生成する微分
信号生成手段とを備えたものである。

【００２０】この磁気センサ装置では、微分信号生成手
段によって、磁気検出素子の出力の磁界についての微分
係数に対応し、被測定磁界の大きさおよび方向の情報を
含む微分信号が生成される。

【００２１】本発明の電流センサ装置は、被測定電流に
よって発生する磁界を測定することによって電流を測定
する電流センサ装置であって、被測定電流によって発生
する磁界に応じて出力が非線形に変化する磁気検出素子
と、この磁気検出素子を用いて、磁気検出素子の出力の
磁界についての微分係数に対応し、被測定電流の大きさ
および方向の情報を含む微分信号を生成する微分信号生
成手段とを備えたものである。

【００２２】この電流センサ装置では、微分信号生成手
段によって、磁気検出素子の出力の磁界についての微分
係数に対応し、被測定電流の大きさおよび方向の情報を
含む微分信号が生成される。

【００２３】本発明の磁気センサ装置または電流センサ
装置において、磁気検出素子は、例えば磁気抵抗効果素
子である。

【００２４】また、本発明の磁気センサ装置または電流
センサ装置において、微分信号生成手段は、例えば、磁
気検出素子に対して所定の交流磁界を印加する交流磁界
印加手段と、磁気検出素子の出力と交流磁界に対応した
交流信号とを乗算して、微分信号として、磁気検出素子
の出力のうちの交流磁界に対応した成分の振幅および位
相の情報を含む信号を検波する検波手段とを有するもの
である。

【００２５】また、本発明の磁気センサ装置または電流
センサ装置において、微分信号生成手段は、例えば、磁
気検出素子としての磁気抵抗効果素子に対して所定の交
流磁界を印加する交流磁界印加手段と、磁気抵抗効果素
子に対して、交流磁界と相似な波形の駆動電流を供給す
る駆動電流供給手段と、微分信号として、磁気検出素子
の出力を検出する検出手段とを有するものである。

【００２６】また、本発明の磁気センサ装置または電流
センサ装置は、更に、磁気検出素子の出力の磁界につい
ての２階微分係数を、一定になるように制御する制御手
段を備えていてもよい。

【００２７】また、本発明の磁気センサ装置または電流
センサ装置は、更に、微分信号生成手段によって生成さ
れる微分信号を間欠的な信号とする手段を備えていても
よい。

【００２８】

【発明の実施の形態】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。

【００２９】始めに、図４ないし図６を参照して、本発
明の概要について説明する。図４は、被測定磁界に応じ
て出力が非線形に変化する磁気検出素子としてのＧＭＲ
素子の磁界−抵抗変化特性を示す特性図である。図４に
おいて、横軸は、磁界を表し、縦軸は抵抗値を表してい
る。なお、図４における縦軸の抵抗値は、被測定磁界に
応じて変化するＧＭＲ素子の抵抗値の最小値を基準とし
たときの、その最小値からの抵抗値の変化量で表してい
る。図４に示したように、ＧＭＲ素子における抵抗値の
変化の特性は、磁界がゼロの位置を中心にして対称であ
る。なお、磁界の値が正のときと負のときとでは、互い
に磁界の方向が逆となる。ＧＭＲ素子は、図４に示した
ような特性を有するので、抵抗値だけでは磁界の方向を
判別することができない。

【００３０】そこで従来は、一般に、例えば図４に示し
たようにバイアス磁界ＢをＧＭＲ素子に印加し、ＧＭＲ
素子の動作点を原点から離れたＰ点としてＧＭＲ素子を
動作させるようにしていた。この場合には、被測定磁界
の値が正のときにはＧＭＲ素子の抵抗値が増加し、被測
定磁界の値が負のときにはＧＭＲ素子の抵抗値が減少す
るので、ＧＭＲ素子の出力から、被測定磁界の大きさお
よび方向を検出することが可能となる。

【００３１】しかしながら、図４から分かるように、Ｇ
ＭＲ素子の磁界−抵抗変化特性は曲線となっているの
で、バイアス磁界Ｂが変動すると、Ｐ点における抵抗値
そのものが変化すると共に、Ｐ点における微分感度すな
わちＰ点における特性曲線の傾きが変化する。そのた
め、ＧＭＲ素子の特性が同一であっても、バイアス磁界
用の磁石の組み込みの際の位置のばらつきや磁石そのも
のの磁化のばらつき等によるバイアス磁界のばらつきに
より、動作点や感度のばらつきが発生することが分か
る。

【００３２】また、図４より、ＧＭＲ素子は、バイアス
磁界を印加しない場合には、被測定磁界がゼロ近傍の小
さい領域において、磁界の変化に対する抵抗値の変化す
なわち感度が小さいと共に、抵抗値の変化の非線形性が
きわめて強いことも分かる。従って、バイアス磁界を印
加しない場合には、被測定磁界が小さい領域において、
被測定磁界を精度よく測定することが難しい。

【００３３】本発明では、ＧＭＲ素子の出力の磁界につ
いての微分係数を利用することで、バイアス磁界を用い
ることなく磁界の方向も検出することができるようにす
ると共に、被測定磁界が小さい領域においても被測定磁
界を精度よく測定することができるようにしている。

【００３４】図５は、図４に示した磁界−抵抗変化特性
を磁界で微分して得られる特性、すなわち磁界−微分係
数特性を示したものである。図５に示したように、磁界
−微分係数特性は、磁界がゼロの位置を中心とした所定
の領域において直線性がよく、また、磁界がゼロ近傍の
小さい領域においても変化が急峻であり、更に、磁界の
方向に対応して微分係数も極性を持つことが分かる。従
って、ＧＭＲ素子の出力の磁界についての微分係数を利
用して被測定磁界を測定することで、磁石によるバイア
ス磁界を用いることなく、被測定磁界が小さい領域にお
いても被測定磁界を精度よく測定することができる。ま
た、バイアス磁界のばらつきによる動作点や感度のばら
つきも発生せず、被測定磁界を攪乱することもなくな
る。

【００３５】図６は、ＧＭＲ素子の磁界−抵抗変化特性
の測定結果とそれに基づく磁界−微分係数特性の一例を
示したものである。なお、図６において、符号１０１
は、磁界−抵抗変化特性を示し、符号１０２は、磁界−
微分係数特性を示している。なお、図６における縦軸
は、抵抗変化量を表している。この抵抗変化量は、ＧＭ
Ｒ素子の抵抗値の最小値を基準としたときの、その最小
値からの抵抗値の変化量を百分率で表したものである。

【００３６】また、本発明では、好ましくは、ＧＭＲ素
子自身が持つ動作点や感度のばらつきおよび温度依存性
を小さくするために、ＧＭＲ素子の出力の磁界について
の微分係数を、更に磁界で微分して得られる２階微分係
数を、一定になるように制御する。すなわち、図５に示
したように、磁界−微分係数特性は、磁界がゼロの位置
を中心とした所定の領域において略直線となるため、こ
の領域において２階微分係数は略一定値となる。この２
階微分係数は、ＧＭＲ素子の磁界に対する感度そのもの
に対応する。従って、２階微分係数を、一定になるよう
に制御すれば、ＧＭＲ素子自身が持つ動作点や感度のば
らつきおよび温度依存性を完全に除去することが可能と
なる。

【００３７】次に、図１ないし図３を参照して、本発明
の第１の実施の形態について説明する。本実施の形態
は、ＧＭＲ素子の出力の磁界についての微分係数に対応
する微分信号を生成するために、ＧＭＲ素子に対して微
小な交流磁界を印加すると共に、ＧＭＲ素子の出力と交
流磁界に対応した交流信号とを乗算して、微分信号とし
て、ＧＭＲ素子の出力のうちの交流磁界に対応した成分
の振幅および位相の情報を含む信号を検波するようにし
た例である。

【００３８】図１は、本実施の形態に係る磁気センサ装
置の構成を示す回路図である。本実施の形態に係る磁気
センサ装置は、一端が接地されたＧＭＲ素子１１と、こ
のＧＭＲ素子１１の他端に接続され、ＧＭＲ素子１１に
定電流を供給する定電流源１２と、ＧＭＲ素子１１の周
囲に設けられ、一端が接地された交流磁界印加用のコイ
ル１３と、このコイル１３の他端に接続され、所定の交
流信号を発生して、コイル１３に交流電流を供給する交
流電源１４とを備えている。

【００３９】磁気センサ装置は、更に、一端がＧＭＲ素
子１１の他端に接続されたコンデンサ１５と、入力端が
コンデンサ１５の他端に接続された増幅器１６と、一方
の入力端が増幅器１６の出力端に接続され、他方の入力
端が交流電源１４に接続されたプロダクト検波器１７
と、入力端がプロダクト検波器１７の出力端に接続され
たローパスフィルタ（以下、ＬＰＦと記す。）１８と、
入力端がＬＰＦ１８の出力端に接続され、出力端が磁気
センサ装置の出力端子２０に接続された増幅器１９とを
備えている。

【００４０】ＧＭＲ素子１１は、例えばパーマロイ（Ｎ
ｉ−Ｆｅ）膜を含む多層膜で構成され、大きさは、例え
ば幅１００μｍ、厚さ１０μｍ、長さ５ｍｍである。

【００４１】コイル１３は、例えば、長さ７ｍｍのボビ
ンに直径０．１ｍｍのウレタン被覆導線を２８０回巻い
て構成されている。このコイル１３は、電流１０ｍＡ当
たり４００Ａ／ｍの磁界を発生する。本実施の形態で
は、ＧＭＲ素子１１は、ボビンの中に挿通されている。
この場合、コイル１３が発生する交流磁界の方向は、Ｇ
ＭＲ素子１１の長手方向となる。交流電源１４が発生す
る交流信号の波形は、任意のものでよいが、例えば正弦
波が用いられる。

【００４２】なお、ＧＭＲ素子１１とコイル１３との位
置関係は、図１に示したものに限らず、ＧＭＲ素子１１
に対して所定の交流磁界を印加できるという条件を満た
すものであればよい。

【００４３】また、本実施の形態では、被測定磁界Ｈの
方向は、交流磁界の方向と平行であるものとするが、必
ずしも平行である必要はない。

【００４４】プロダクト検波器１７は、増幅器１６の出
力信号と交流電源１４が発生する交流信号とを乗算し
て、ＧＭＲ素子１１の出力のうちの交流磁界に対応した
成分の振幅および位相の情報を含む信号を検波する。な
お、プロダクト検波は、ホモダイン検波あるいは同期検
波とも呼ばれる。

【００４５】なお、プロダクト検波器１７に対する２つ
の入力信号の間には、信号経路の違いによる位相差が生
じるので、必要に応じて、２つの入力信号の少なくとも
一方に対して位相補償を行うようにしてもよい。また、
増幅器１９は、必要に応じて設けられる。

【００４６】図１に示した磁気センサ装置において、コ
イル１３、交流電源１４、コンデンサ１５、プロダクト
検波器１７およびＬＰＦ１８が、本発明における微分信
号生成手段に対応する。そのうち、コイル１３および交
流電源１４は、交流磁界印加手段に対応し、プロダクト
検波器１７は、検波手段に対応する。

【００４７】図２は、図１に示した磁気センサ装置を利
用した本実施の形態に係る電流センサ装置の要部を示し
たものである。この電流センサ装置は、被測定電流が通
過する導電部２１を囲うように設けられ、一部にギャッ
プを有する磁気ヨーク２２を備えている。磁気ヨーク２
２のギャップに生じる磁界は、図２における左右方向と
なる。ＧＭＲ素子１１は、磁気ヨーク２２のギャップ内
に、長手方向が図２における左右方向を向くように配置
されている。コイル１３は、ＧＭＲ素子１１の周囲に設
けられている。この電流センサ装置における他の部分の
構成は、図１に示した磁気センサ装置と同様である。な
お、図２に示した電流センサ装置では、コイル１３を、
ＧＭＲ素子１１の周囲ではなく、磁気ヨーク２２の一部
の周囲に設けてもよい。

【００４８】次に、図１に示した磁気センサ装置の動作
について説明する。ＧＭＲ素子１１には、被測定磁界Ｈ
が印加されると共に、コイル１３および交流電源１４に
よって交流磁界が印加される。ＧＭＲ素子１１は、定電
流源１２より供給される定電流によって駆動され、被測
定磁界Ｈおよび交流磁界に対応した出力信号を発生す
る。この出力信号は、ＧＭＲ素子１１の抵抗値に比例し
た電圧信号である。ＧＭＲ素子１１の出力信号のうち、
直流成分はコンデンサ１５によって遮断され、交流成分
のみがコンデンサ１５を通過し、増幅器１６によって増
幅され、プロダクト検波器１７の一方の入力端に入力さ
れる。プロダクト検波器１７の他方の入力端には、交流
電源１４が発生する交流信号が入力される。

【００４９】ここで、図４に示した磁界−抵抗変化特性
を参照すると、被測定磁界Ｈに重畳された交流磁界は、
ＧＭＲ素子１１の磁界−抵抗変化特性における被測定磁
界に対応する点の近傍での交流的な抵抗変化を引き起こ
す。被測定磁界Ｈに重畳された交流磁界の振幅は小さい
ので、この交流的な抵抗変化は、磁界−抵抗変化特性に
おける被測定磁界に対応する点での接線、すなわち微分
係数に対応する。従って、ＧＭＲ素子１１の出力信号の
うちの交流磁界に対応した成分の振幅および位相を検出
すれば、被測定磁界に対応する点での微分係数を検出で
きることになり、その結果、被測定磁界の大きさおよび
方向を検出できることになる。

【００５０】本実施の形態では、ＧＭＲ素子１１の出力
信号のうちの交流磁界に対応した成分の振幅および位相
を同時に検出するために、プロダクト検波器１７を用い
ている。

【００５１】プロダクト検波器１７は、増幅器１６の出
力信号と交流信号とを乗算して、検波信号を出力する。
ここで、交流信号の振幅と位相は一定であるから、検波
信号は、ＧＭＲ素子１１の出力信号のうちの交流磁界に
対応した成分の振幅および位相に応じた信号となる。Ｇ
ＭＲ素子１１の出力信号のうちの交流磁界に対応した成
分の振幅は、ＧＭＲ素子１１の磁界−微分係数特性にお
いて被測定磁界に対応する点での微分係数の絶対値に対
応し、ＧＭＲ素子１１の出力信号のうちの交流磁界に対
応した成分の位相は、この微分係数の極性に対応する。
従って、プロダクト検波器１７の検波信号より、被測定
磁界に対応した微分係数の大きさおよび極性が分かり、
ＧＭＲ素子１１の磁界−微分係数特性に基づいて、被測
定磁界の大きさおよび方向が分かる。

【００５２】プロダクト検波器１７の検波信号は、ＬＰ
Ｆ１８を経て、不要な交流成分が除去され、必要に応じ
て、増幅器１９によって増幅されて、被測定磁界の大き
さおよび方向の情報を含む出力信号として、出力端子２
０より出力される。

【００５３】次に、図２に示した電流センサ装置の動作
について説明する。この電流センサ装置では、導電部２
１を紙面直交方向に流れる被測定電流によって磁界が発
生する。この磁界は、磁気ヨーク２２のギャップ内に配
置されたＧＭＲ素子１１に印加される。この磁界の大き
さは電流の大きさに応じて変化する。また、電流の方向
に応じて、磁界の方向も変化する。電流センサ装置は、
被測定電流によって発生した磁界を測定することで、間
接的に被測定電流を測定する。この電流センサ装置にお
いて、被測定電流によって発生した磁界を測定する動作
は、上述の磁気センサ装置の動作と同様である。

【００５４】図３は、図１に示した磁気センサ装置にお
けるプロダクト検波器１７の構成の一例を示す回路図で
ある。この図に示したプロダクト検波器１７は、増幅器
１６の出力信号が入力される入力端３１と、交流電源１
４が発生する交流信号が入力される入力端３２と、検波
された信号を出力する出力端３３と、演算増幅器（以
下、オペアンプと記す。）３４とを備えている。オペア
ンプ３４の反転入力端は、抵抗器３５を介して入力端３
１に接続されている。オペアンプ３４の非反転入力端
は、抵抗器３６を介して入力端３１に接続されている。
オペアンプ３４の出力端は、抵抗器３７を介して反転入
力端に接続されている。また、プロダクト検波器１７
は、電界効果型トランジスタ３８を備えている。このト
ランジスタ３８のゲートは入力端３２に接続され、ドレ
インはオペアンプ３４の非反転入力端に接続され、ソー
スは接地されている。なお、抵抗器３５，３６，３７の
抵抗値は、全てＲとする。

【００５５】ここで、図３に示したプロダクト検波器１
７の動作について説明する。このプロダクト検波器１７
では、入力端３１に入力された信号が、抵抗器３５を介
してオペアンプ３４の反転入力端に逆相入力として入力
されると共に、抵抗器３６を介してオペアンプ３４の非
反転入力端に同相入力として入力される。図３に示した
回路では、逆相ゲインＧ_-は、Ｇ_-＝Ｒ／Ｒ＝１とな
る。一方、同相ゲインＧ₊は、トランジスタ３８のドレ
イン、ソース間インピーダンスをＲ_qとすると、Ｇ₊＝
（１＋Ｒ／Ｒ）×｛Ｒ_q／（Ｒ＋Ｒ_q）｝となる。従っ
て、Ｒ_q＝Ｒのときは、同相ゲインＧ₊が１となり、逆
相ゲインＧ_-と等しくなって、プロダクト検波器１７の
出力はゼロとなる。Ｒ_q＝０のときは、同相入力がなく
なるので、プロダクト検波器１７のゲインＧは−１とな
り、ゲイン１の逆相出力が得られる。また、Ｒ_q＝∞の
ときは、同相ゲインは２となり、プロダクト検波器１７
のゲインＧは、同相ゲインと逆相ゲインとの差、すなわ
ち１となり、ゲイン１の同相出力が得られる。

【００５６】このように、図３に示したプロダクト検波
器１７では、入力端子３１に入力される信号に対するゲ
インが、入力端子３２に入力される信号に応じて、−１
〜１の間で変化する。ここで、入力端子３１に入力され
る信号をＥ１、入力端子３２に入力される信号をＥ２と
し、プロダクト検波器１７のゲインＧを、Ｇ＝ＫＥ２
（Ｋは比例定数）となるようにすれば、入力端子３１に
入力される信号Ｅ１に対して、出力端３３より、Ｅ１×
ＫＥ２となる乗算出力が得られる。

【００５７】図３に示したプロダクト検波器１７におい
て、入力端子３１に入力される信号Ｅ１は、ＧＭＲ素子
１１の出力信号のうちの交流磁界に対応した成分であ
り、入力端子３２に入力される信号Ｅ２は、振幅と位相
が一定の交流信号である。従って、プロダクト検波器１
７の出力信号は、ＧＭＲ素子１１の出力信号のうちの交
流磁界に対応した成分に比例した信号（Ｅ１×ＫＥ２）
となる。ここで、信号Ｅ１，Ｅ２が同相ならば、プロダ
クト検波器１７の出力信号は正の値となり、信号Ｅ１，
Ｅ２が逆相ならば、プロダクト検波器１７の出力信号は
負の値となる。

【００５８】以上説明したように、本実施の形態に係る
磁気センサ装置または電流センサ装置によれば、磁石に
よるバイアス磁界を用いていないので、バイアス磁界用
の磁石の使用に伴う動作点や感度のばらつきおよび磁界
の攪乱を防止することができる。また、本実施の形態に
係る磁気センサ装置または電流センサ装置によれば、Ｇ
ＭＲ素子１１の出力の磁界についての微分係数を利用し
て被測定磁界または被測定電流を測定するようにしたの
で、被測定磁界または被測定電流が小さい領域における
感度および磁界と出力との直線性がよく、被測定磁界ま
たは被測定電流が小さい領域においても被測定磁界また
は被測定電流を精度よく測定することができると共に、
磁界または電流の方向を判別することができる。更に、
本実施の形態によれば、構成が簡単で、安価な磁気セン
サ装置および電流センサ装置を実現することができる。

【００５９】次に、本発明の第２の実施の形態について
説明する。本実施の形態は、ＧＭＲ素子の出力の磁界に
ついての微分係数に対応する微分信号を生成するため
に、ＧＭＲ素子に対して微小な交流磁界を印加すると共
に、ＧＭＲ素子に対して、交流磁界と相似な波形の駆動
電流を供給し、微分信号として、ＧＭＲ素子の出力を検
出するようにした例である。ＧＭＲ素子に印加する交流
磁界が微小な場合には、ＧＭＲ素子の出力信号のうちの
交流磁界に対応した成分は、交流磁界と駆動電流の積に
比例する。すなわち、ＧＭＲ素子自身が乗算機能を持つ
ことになる。本実施の形態は、このようなＧＭＲ素子の
特徴を積極的に利用して、ＧＭＲ素子に対して、交流磁
界と相似な波形の駆動電流を供給することで、ＧＭＲ素
子自身にプロダクト検波を行わせるようにしたものであ
る。

【００６０】図７は、本実施の形態に係る磁気センサ装
置の構成を示す回路図である。本実施の形態に係る磁気
センサ装置は、一端が接地されたＧＭＲ素子１１と、Ｇ
ＭＲ素子１１の周囲に設けられ、一端が接地された交流
磁界印加用のコイル１３と、このコイル１３の他端に接
続され、所定の交流信号を発生して、コイル１３に交流
電流を供給する交流電源１４とを備えている。本実施の
形態では、ＧＭＲ素子１１の他端には、抵抗器４１を介
して、交流電源１４に接続され、ＧＭＲ素子１１には、
交流磁界と相似な波形の交流の駆動電流が供給されるよ
うになっている。

【００６１】磁気センサ装置は、更に、入力端がＧＭＲ
素子１１の他端に接続された増幅器４２と、入力端が増
幅器４２の出力端に接続されたＬＰＦ４３と、入力端が
ＬＰＦ４３の出力端に接続され、出力端が磁気センサ装
置の出力端子４５に接続された増幅器４４とを備えてい
る。

【００６２】次に、本実施の形態に係る磁気センサ装置
の動作について説明する。ＧＭＲ素子１１には、被測定
磁界Ｈが印加されると共に、コイル１３および交流電源
１４によって交流磁界が印加される。また、ＧＭＲ素子
１１は、交流電源１４より供給される交流の駆動電流に
よって駆動される。これにより、ＧＭＲ素子１１は、被
測定磁界Ｈおよび交流磁界に対応した出力信号を発生す
る。前述のように、ＧＭＲ素子１１の出力信号のうちの
交流磁界に対応した成分は、交流磁界と、これに相似な
波形の交流の駆動電流の積に比例する。ここで、駆動電
流は、振幅と位相が一定であるから、ＧＭＲ素子１１の
出力信号のうちの交流磁界に対応した成分は、ＧＭＲ素
子１１自身のプロダクト検波機能により、ＧＭＲ素子１
１の磁界−微分係数特性において被測定磁界に対応する
点での微分係数に対応した値となる。従って、ＧＭＲ素
子１１の出力信号のうちの交流磁界に対応した成分よ
り、被測定磁界に対応した微分係数の大きさおよび極性
が分かり、ＧＭＲ素子１１の磁界−微分係数特性に基づ
いて、被測定磁界の大きさおよび方向が分かる。

【００６３】ＧＭＲ素子１１に交流磁界を印加しない場
合には、ＧＭＲ素子１１の出力信号は、駆動電流と同じ
位相で、原点を中心に対称な波形の交流信号となり、そ
の直流成分はゼロとなる。ＧＭＲ素子１１に交流磁界を
印加した場合には、ＧＭＲ素子１１の出力信号に直流成
分が生じ、且つその直流成分の大きさおよび方向は、被
測定磁界の大きさおよび方向に対応する。

【００６４】ＧＭＲ素子１１の出力信号は、増幅器４２
で増幅され、ＬＰＦ４３を経て、不要な交流成分が除去
され、必要に応じて、増幅器４４によって増幅されて、
出力端子４５より出力される。この出力端子４５より出
力される信号は、ＧＭＲ素子１１の出力信号の直流成分
であり、被測定磁界の大きさおよび方向の情報を含む信
号である。

【００６５】本実施の形態に係る電流センサ装置は、電
流センサ装置特有の部分の構成は図２と同様であり、他
の部分の構成は、図７に示した磁気センサ装置と同様で
ある。

【００６６】本実施の形態によれば、第１の実施の形態
に比べて回路構成を大幅に簡略化することができ、より
安価に、磁気センサ装置および電流センサ装置を実現す
ることができる。本実施の形態におけるその他の構成、
動作および効果は、第１の実施の形態と同様である。

【００６７】次に、本発明の第３の実施の形態について
説明する。本実施の形態は、第２の実施の形態と同様の
原理によって、ＧＭＲ素子の出力の磁界についての微分
係数に対応する微分信号を生成するものである。本実施
の形態では、更に、４つのＧＭＲ素子によってブリッジ
回路を構成することによって、不要な信号を除去するよ
うにしている。

【００６８】図８は、本実施の形態に係る磁気センサ装
置の構成を示す回路図である。本実施の形態に係る磁気
センサ装置は、同一の特性の４つのＧＭＲ素子５１〜５
４と、交流磁界印加用の２つのコイル５５，５６と、こ
れらのコイル５５，５６に交流電流を供給する交流電源
１４とを備えている。コイル５５，５６は、それぞれ、
例えば、ボビンに導線が巻かれて構成されていると共
に、導線の巻き方が互いに逆向きになっている。また、
コイル５５，５６は、それぞれの中心軸が被測定磁界Ｈ
と平行な方向に沿うように配置されている。コイル５５
のボビン内にはＧＭＲ素子５１，５３が配置され、コイ
ル５６のボビン内にはＧＭＲ素子５２，５４が配置され
ている。

【００６９】コイル５５，５６のそれぞれの一端は交流
電源１４に接続され、それぞれの他端は接地されてい
る。コイル５５，５６には、交流電源１４より交流電流
が供給され、コイル５５，５６は、互いに逆方向の交流
磁界を発生するようになっている。

【００７０】本実施の形態に係る磁気センサ装置は、オ
ペアンプ５７を備えている。ＧＭＲ素子５２の一端は交
流電源１４に接続され、他端はＧＭＲ素子５１の一端と
オペアンプ５７の反転入力端に接続されている。ＧＭＲ
素子５１の他端は、オペアンプ５７の出力端に接続され
ている。また、ＧＭＲ素子５３の一端は交流電源１４に
接続され、他端はＧＭＲ素子５４の一端とオペアンプ５
７の非反転入力端に接続されている。ＧＭＲ素子５４の
他端は接地されている。

【００７１】本実施の形態に係る磁気センサ装置は、更
に、入力端がオペアンプ５７の出力端に接続され、出力
端が磁気センサ装置の出力端子５９に接続されたＬＰＦ
５８を備えている。

【００７２】図９は、図８に示した本実施の形態に係る
磁気センサ装置の回路構成を、コイル５５，５６を省略
して分かりやすく表現した回路図である。

【００７３】次に、本実施の形態に係る磁気センサ装置
の動作について説明する。ＧＭＲ素子５１〜５４には、
被測定磁界Ｈが印加されると共に、コイル５５，５６お
よび交流電源１４によって交流磁界が印加される。ここ
で、コイル５５，５６は、互いに逆相の交流磁界を発生
する。従って、交流磁界の印加に伴うＧＭＲ素子５１，
５３の抵抗値の変化の方向とＧＭＲ素子５２，５４の抵
抗値の変化の方向は、互いに逆になる。

【００７４】ここで、図９に示したように、ＧＭＲ素子
５１〜５４の各抵抗値をＲ₁〜Ｒ₄とすると、オペアン
プ５７およびＧＭＲ素子５１〜５４からなる回路の逆相
ゲインＧ_-と同相ゲインＧ₊は、それぞれ以下のように
表される。

【００７５】Ｇ_-＝Ｒ₁／Ｒ₂ Ｇ₊＝｛Ｒ₄／（Ｒ₃＋Ｒ₄）｝×（１＋Ｒ₁／Ｒ₂）

【００７６】交流磁界を印加しないときにおけるＧＭＲ
素子５１〜５４の各抵抗値が全てＲであるとすると、上
記逆相ゲインＧ_-と同相ゲインＧ₊は共に１となり、オ
ペアンプ５７の出力はゼロとなる。

【００７７】ＧＭＲ素子５１〜５４に交流磁界を印加す
ると、ＧＭＲ素子５１，５３の抵抗値Ｒ₁，Ｒ₃と、Ｇ
ＭＲ素子５２，５４の抵抗値Ｒ₂，Ｒ₄は、互いに逆相
で変化する。そこで、変化後のＧＭＲ素子５１〜５４の
抵抗値Ｒ₁〜Ｒ₄を、以下のように表す。

【００７８】Ｒ₁＝Ｒ₃＝Ｒ−ΔＲＲ₂＝Ｒ₄＝Ｒ＋ΔＲ

【００７９】すると、逆相ゲインＧ_-は、以下のような
る。

【００８０】Ｇ_-＝（Ｒ−ΔＲ）／（Ｒ＋ΔＲ）＝（１−ΔＲ／Ｒ）／（１＋ΔＲ／Ｒ） ≒（１−ΔＲ／Ｒ）・（１−ΔＲ／Ｒ）（∵ΔＲ＜＜Ｒ） ≒１−２ΔＲ／Ｒ（∵ΔＲ＜＜Ｒ）

【００８１】一方、同相ゲインＧ₊は、以下のような
る。

【００８２】Ｇ₊＝｛（Ｒ＋ΔＲ）／２Ｒ｝・｛２Ｒ／（Ｒ＋ΔＲ）｝＝１

【００８３】従って、オペアンプ５７およびＧＭＲ素子
５１〜５４からなる回路のゲインＧは、Ｇ＝Ｇ₊−Ｇ_-
＝２ΔＲ／Ｒとなる。

【００８４】ここで、ΔＲは交流磁界に比例して周期的
に変化するが、ΔＲの変化の位相は、被測定磁界が正の
値のときと負の値のときとで逆になる。例えば、被測定
磁界が正の値のときに、ΔＲの変化が交流磁界と同相で
あるとすると、被測定磁界が負の値のときには、ΔＲの
変化は交流磁界と逆相になる。この場合には、被測定磁
界が正の値のときにはオペアンプ５７の出力信号は正の
値となり、被測定磁界が負の値のときにはオペアンプ５
７の出力信号は負の値となる。また、オペアンプ５７の
出力信号の絶対値は、ΔＲの振幅に比例するが、ΔＲの
振幅は、ＧＭＲ素子５１〜５４の出力の磁界についての
微分係数の絶対値に対応する。従って、オペアンプ５７
の出力信号は、ＧＭＲ素子５１〜５４の出力の磁界につ
いての微分係数に対応し、被測定磁界の大きさおよび方
向の情報を含む信号となる。

【００８５】オペアンプ５７の出力信号は、ＬＰＦ５８
を経て、不要な交流成分が除去されて、出力端子５９よ
り出力される。

【００８６】本実施の形態に係る電流センサ装置は、図
２におけるＧＭＲ素子１１およびコイル１３の代わり
に、図８におけるＧＭＲ素子５１〜５４およびコイル５
５，５６を配置し、他の部分の構成を図８に示した磁気
センサ装置と同様としたものとなる。

【００８７】本実施の形態によれば、ブリッジ回路構成
とすることにより、いわゆる搬送波抑圧型のプロダクト
検波を行うことができ、不要な信号を除去することがで
きる。また、本実施の形態によれば、よく知られている
ＧＭＲ素子のヒステリシスの影響も除去することができ
る。本実施の形態におけるその他の構成、動作および効
果は、第２の実施の形態と同様である。

【００８８】次に、本発明の第４の実施の形態について
説明する。本実施の形態に係る磁気センサ装置は、第１
の実施の形態に係る磁気センサ装置に対して、更に、Ｇ
ＭＲ素子の出力の磁界についての２階微分係数を、一定
になるように制御する制御手段を設けたものである。

【００８９】図１０は、本実施の形態に係る磁気センサ
装置の構成を示す回路図である。本実施の形態に係る磁
気センサ装置は、図１に示した第１の実施の形態に係る
磁気センサ装置に対して、以下のような構成を付加した
ものである。すなわち、本実施の形態に係る磁気センサ
装置は、交流電源１４の他に、交流電源７１を備えてい
る。磁気センサ装置は、更に、交流電源１４より供給さ
れる交流電流と交流電源７１より供給される交流電流と
を加算して、コイル１３に供給する加算器７２を備えて
いる。なお、交流電源１４より供給される交流電流の周
波数（以下、第１の周波数と言う。）と、交流電源７１
より供給される交流電流の周波数（以下、第２の周波数
と言う。）は、互いに異なっている。また、プロダクト
検波器１７には、第１の実施の形態と同様に、増幅器１
６の出力信号と交流電源１４が発生する交流信号とが入
力される。

【００９０】本実施の形態に係る磁気センサ装置は、更
に、プロダクト検波器１７の出力信号を入力し、この出
力信号より、第２の周波数の成分を抽出するバンドパス
フィルタ（以下、ＢＰＦと記す。）７３と、このＢＰＦ
７３の出力信号を整流する検波器７４と、この検波器７
４の出力信号を増幅する増幅器７５とを備えている。増
幅器７５の出力信号は、定電流源１２において電流を制
御するための制御入力端に印加されるようになってい
る。

【００９１】次に、本実施の形態に係る磁気センサ装置
の動作について説明する。本実施の形態では、交流電源
１４より供給される交流電流と交流電源７１より供給さ
れる交流電流とが加算器７２によって加算されて、コイ
ル１３に供給される。従って、コイル１３は、第１の周
波数の微小な交流磁界（以下、第１の交流磁界と言
う。）と第２の周波数の微小な交流磁界（以下、第２の
交流磁界と言う。）とを発生し、これらは被測定磁界に
重畳されて、ＧＭＲ素子１１に印加される。ＧＭＲ素子
１１は、定電流源１２より供給される定電流によって駆
動され、被測定磁界Ｈおよび第１および第２の交流磁界
に対応した出力信号を発生する。ＧＭＲ素子１１の出力
信号のうち、直流成分はコンデンサ１５によって遮断さ
れ、交流成分のみがコンデンサ１５を通過し、増幅器１
６によって増幅され、プロダクト検波器１７の一方の入
力端に入力される。プロダクト検波器１７の他方の入力
端には、交流電源１４が発生する交流信号が入力され
る。

【００９２】プロダクト検波器１７は、増幅器１６の出
力信号と交流信号とを乗算して、検波信号を出力する。
本実施の形態において、検波信号は、ＧＭＲ素子１１の
出力信号のうちの第１の交流磁界に対応した成分の振幅
および位相に応じた信号に、第２の交流磁界に対応した
成分が重畳された信号となる。プロダクト検波器１７の
検波信号は、ＬＰＦ１８を経て、不要な交流成分が除去
され、必要に応じて、増幅器１９によって増幅されて、
被測定磁界の大きさおよび方向の情報を含む出力信号と
して、出力端子２０より出力される。

【００９３】本実施の形態では、プロダクト検波器１７
の出力信号は、ＢＰＦ７３にも入力され、ここで、第２
の交流磁界に対応した第２の周波数の成分が抽出され
る。このＢＰＦ７３の出力信号の振幅は、ＧＭＲ素子１
１の出力の磁界についての２階微分係数に対応する。Ｂ
ＰＦ７３の出力信号は、検波器７４によって整流され、
増幅器７５によって増幅されて、上記２階微分係数に対
応する制御信号となって、定電流源１２の制御入力端に
印加される。定電流源１２は、制御入力端に印加される
制御信号に応じて、発生する電流の大きさを制御する。
すなわち、定電流源１２は、制御信号が基準値よりも小
さければ電流を増加させ、制御信号が基準値よりも大き
ければ電流を減少させて、制御信号が一定になるように
電流を制御する。これにより、ＧＭＲ素子１１の出力の
磁界についての２階微分係数が、一定になるように制御
される。

【００９４】本実施の形態に係る電流センサ装置は、電
流センサ装置特有の部分の構成は図２と同様であり、他
の部分の構成は、図１０に示した磁気センサ装置と同様
である。

【００９５】本実施の形態によれば、ＧＭＲ素子１１の
出力の磁界についての２階微分係数を、一定になるよう
に制御するようにしたので、ＧＭＲ素子１１自身が持つ
動作点や感度のばらつきおよび温度依存性を小さくする
ことができる。

【００９６】なお、本実施の形態において、交流電源１
４より供給される交流電流と交流電源７１より供給され
る交流電流とを加算する方法や、プロダクト検波器１７
の出力信号より第２の交流磁界に対応した成分を抽出す
る方法や、２階微分係数を一定になるように制御する方
法や、２階微分係数を一定とするための制御対象等は、
図１０に示した例に限定されず、通常の技術による他の
設計が可能である。

【００９７】本実施の形態におけるその他の構成、動作
および効果は、第１の実施の形態と同様である。

【００９８】次に、本発明の第５の実施の形態について
説明する。本実施の形態に係る磁気センサ装置は、第２
の実施の形態に係る磁気センサ装置に対して、更に、Ｇ
ＭＲ素子の出力の磁界についての２階微分係数を、一定
になるように制御する制御手段を設けたものである。

【００９９】図１１は、本実施の形態に係る磁気センサ
装置の構成を示す回路図である。本実施の形態に係る磁
気センサ装置は、図７に示した第２の実施の形態に係る
磁気センサ装置に対して、以下のような構成を付加した
ものである。すなわち、本実施の形態に係る磁気センサ
装置は、交流電源１４の他に、交流電源７１を備えてい
る。磁気センサ装置は、更に、交流電源１４より供給さ
れる第１の周波数の交流電流と交流電源７１より供給さ
れる第２の周波数の交流電流とを加算して、コイル１３
に供給する加算器７２を備えている。なお、ＧＭＲ素子
１１には、第２の実施の形態と同様に、抵抗器４１を介
して、交流電源１４からの交流電流のみが供給される。

【０１００】本実施の形態に係る磁気センサ装置は、更
に、増幅器４２の出力信号を入力し、この出力信号よ
り、第２の周波数の成分を抽出するＢＰＦ７３と、この
ＢＰＦ７３の出力信号を整流する検波器７４と、この検
波器７４の出力信号を増幅する増幅器７５とを備えてい
る。増幅器７５の出力信号は、交流電源１４において電
流を制御するための制御入力端に印加されるようになっ
ている。

【０１０１】次に、本実施の形態に係る磁気センサ装置
の動作について説明する。本実施の形態では、交流電源
１４より供給される交流電流と交流電源７１より供給さ
れる交流電流とが加算器７２によって加算されて、コイ
ル１３に供給される。従って、コイル１３は、第１の交
流磁界と第２の交流磁界とを発生し、これらは被測定磁
界に重畳されて、ＧＭＲ素子１１に印加される。また、
ＧＭＲ素子１１は、交流電源１４より供給される交流の
駆動電流によって駆動される。ＧＭＲ素子１１の出力信
号は、増幅器４２で増幅され、ＬＰＦ４３を経て、不要
な交流成分が除去され、必要に応じて、増幅器４４によ
って増幅されて、出力端子４５より出力される。

【０１０２】本実施の形態では、増幅器４２の出力信号
は、ＢＰＦ７３にも入力され、ここで、第２の交流磁界
に対応した第２の周波数の成分が抽出される。このＢＰ
Ｆ７３の出力信号の振幅は、ＧＭＲ素子１１の出力の磁
界についての２階微分係数に対応する。ＢＰＦ７３の出
力信号は、検波器７４によって整流され、増幅器７５に
よって増幅されて、上記２階微分係数に対応する制御信
号となって、交流電源１４の制御入力端に印加される。
交流電源１４は、制御入力端に印加される制御信号に応
じて、発生する電流の大きさを制御する。すなわち、交
流電源１４は、制御信号が基準値よりも小さければ電流
を増加させ、制御信号が基準値よりも大きければ電流を
減少させて、制御信号が一定になるように電流を制御す
る。これにより、ＧＭＲ素子１１の出力の磁界について
の２階微分係数が、一定になるように制御される。

【０１０３】本実施の形態に係る電流センサ装置は、電
流センサ装置特有の部分の構成は図２と同様であり、他
の部分の構成は、図１１に示した磁気センサ装置と同様
である。

【０１０４】本実施の形態におけるその他の構成、動作
および効果は、第２の実施の形態または第４の実施の形
態と同様である。

【０１０５】次に、本発明の第６の実施の形態について
説明する。本実施の形態に係る磁気センサ装置は、第２
の実施の形態に係る磁気センサ装置に対して、更に、微
分信号を間欠的な信号とする手段を設けたものである。
上記各実施の形態では、プロダクト検波後の微分信号
は、直流信号となるため、信号が小さい場合には、技術
的に難しい直流増幅が必要となる。本実施の形態では、
この直流増幅を避けるため、微分信号にゼロ基準区間を
設けて、微分信号を間欠的な信号とし、この信号を交流
信号として増幅した後、ゼロ基準区間のレベルを基準と
して直流を再生する。

【０１０６】図１２は、本実施の形態に係る磁気センサ
装置の構成を示す回路図である。本実施の形態に係る磁
気センサ装置は、図７に示した第２の実施の形態に係る
磁気センサ装置に対して、以下のような構成を付加した
ものである。すなわち、本実施の形態に係る磁気センサ
装置は、２つの固定接点と１つの可動接点とを有する切
り換えスイッチ８１を備えている。このスイッチ８１の
一方の固定接点は、交流電源１４に接続され、他方の固
定接点は接地され、可動接点はコイル１３および抵抗器
４１に接続されている。また、切り換えスイッチ８１
は、半導体スイッチであることが望ましい。

【０１０７】また、本実施の形態に係る磁気センサ装置
では、ＧＭＲ素子１１と増幅器４２の入力端との間に、
直流遮断用コンデンサ８２が設けられ、ＬＰＦ４３と増
幅器４４の入力端との間に直流再生用コンデンサ８３が
設けられている。本実施の形態において、増幅器４２は
交流増幅器とする。磁気センサ装置は、更に、一端がコ
ンデンサ８３と増幅器４４との接続点に接続され、他端
が接地された開閉用のスイッチ８４を備えている。な
お、本実施の形態において、増幅器４４は、高入力イン
ピーダンスのものとする。コンデンサ８３とスイッチ８
４は、直流再生回路を形成する。磁気センサ装置は、更
に、スイッチ８１，８４を同期して切り換えるための制
御信号を生成するパルス発生器（図では、ＰＧと記
す。）８５を備えている。

【０１０８】次に、本実施の形態に係る磁気センサ装置
の動作について説明する。スイッチ８１は、パルス発生
器８５からの制御信号に応じて、一定の周期で、可動接
点と接続される固定接点を切り換える。これにより、Ｇ
ＭＲ素子１１とコイル１３には、間欠的に電流が供給さ
れる。これにより、ＧＭＲ素子１１の出力信号は、間欠
的にゼロとなり、これを交流とみなすことができる。こ
のＧＭＲ素子１１の出力信号は、コンデンサ８２によっ
て直流成分が遮断されてオフセット等の影響が取り除か
れ、交流として増幅器４２によって増幅される。増幅器
４２の出力信号は、ＬＰＦ４３によって不要な交流成分
が除去された後、コンデンサ８３の一端に印加される。
スイッチ８１，８４は、パルス発生器８５からの制御信
号によって同期して、次のように切り換えられる。すな
わち、スイッチ８１の可動接点が接地側の固定接点に接
続されて、ＧＭＲ素子１１の出力信号がゼロのときに
は、スイッチ８４は閉じて、コンデンサ８３と増幅器４
４との接続点の電位をゼロにする。増幅器４４の入力イ
ンピーダンスは大きいので、このゼロ電位は保持され
る。スイッチ８１の可動接点が交流電源１４側の固定接
点に接続されて、ＧＭＲ素子１１の出力信号がある大き
さを持つときには、スイッチ８４は開く。このようにし
て、ＧＭＲ素子１１の間欠的な出力信号は、交流結合に
よって直流レベルの変動（ドリフト）の影響が除かれ
た、ゼロ電位を基準とした信号となる。

【０１０９】このように、本実施の形態によれば、交流
増幅器４２によって直流レベルを増幅でき、微分信号を
精度よく増幅することが可能となる。

【０１１０】本実施の形態に係る電流センサ装置は、電
流センサ装置特有の部分の構成は図２と同様であり、他
の部分の構成は、図１２に示した磁気センサ装置と同様
である。

【０１１１】本実施の形態におけるその他の構成、動作
および効果は、第２の実施の形態と同様である。

【０１１２】なお、上記第６の実施の形態では、第２の
実施の形態に係る磁気センサ装置に対して、微分信号を
間欠的な信号とする手段を設けたが、第１の実施の形態
に係る磁気センサ装置に対して、微分信号を間欠的な信
号とする手段を設けてもよい。この場合には、図１にお
ける交流電源１４とコイル１３との間にスイッチ８１を
設け、図１におけるＬＰＦ１８と増幅器１９との間に、
コンデンサ８３およびスイッチ８４からなる直流再生回
路を設ければよい。また、同様に、他の実施の形態に係
る磁気センサ装置に対して、微分信号を間欠的な信号と
する手段を設けてもよい。

【０１１３】なお、本発明は、上記各実施の形態に限定
されず、種々の変更が可能である。例えば、上記各実施
の形態では、被測定磁界に応じて出力が非線形に変化す
る磁気検出素子としてＧＭＲ素子を例にとって説明した
が、本発明は、磁気検出素子がＡＭＲ素子の場合にも適
用することができる。

【０１１４】また、本発明において、磁気センサ装置や
電流センサ装置の出力信号は、その極性が被測定磁界や
被測定電流の極性と一致している必要はなく、被測定磁
界や被測定電流の大きさおよび方向が分かるものであれ
ばよい。例えば、被測定磁界や被測定電流がゼロのとき
に、磁気センサ装置や電流センサ装置の出力信号が所定
値となり、被測定磁界や被測定電流が負のときは、その
絶対値に応じて出力信号が減少し、被測定磁界や被測定
電流が正のときは、その絶対値に応じて出力信号が増加
するようにしてもよい。

【０１１５】

【発明の効果】以上説明したように請求項１ないし６の
いずれかに記載の磁気センサ装置または請求項７ないし
１２のいずれかに記載の電流センサ装置によれば、微分
信号生成手段によって、磁気検出素子の出力の磁界につ
いての微分係数に対応し、被測定磁界または被測定電流
の大きさおよび方向の情報を含む微分信号を生成するよ
うにしたので、バイアス磁界用の永久磁石の使用に伴う
動作点や感度のばらつきおよび磁界の攪乱を防止するこ
とができると共に、被測定磁界または被測定電流が小さ
い領域における感度および磁界と出力との直線性がよ
く、更に、磁界または電流の方向を判別することができ
るという効果を奏する。

【０１１６】また、請求項５記載の磁気センサ装置また
は請求項１１記載の電流センサ装置によれば、磁気検出
素子の出力の磁界についての２階微分係数を、一定にな
るように制御する制御手段を備えたので、更に、磁気検
出素子自身が持つ動作点や感度のばらつきおよび温度依
存性を小さくすることができるという効果を奏する。

【０１１７】また、請求項６記載の磁気センサ装置また
は請求項１２記載の電流センサ装置によれば、微分信号
生成手段によって生成される微分信号を間欠的な信号と
する手段を備えたので、更に、微分信号を精度よく増幅
することが可能となるという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態に係る磁気センサ装
置の構成を示す回路図である。

【図２】本発明の第１の実施の形態に係る電流センサ装
置の要部を示す説明図である。

【図３】図１に示した磁気センサ装置におけるプロダク
ト検波器の構成の一例を示す回路図である。

【図４】ＧＭＲ素子の磁界−抵抗変化特性を示す特性図
である。

【図５】図４に示した磁界−抵抗変化特性を磁界で微分
して得られる磁界−微分係数特性を示す特性図である。

【図６】ＧＭＲ素子の磁界−抵抗変化特性の測定結果と
それに基づく磁界−微分係数特性の一例を示す特性図で
ある。

【図７】本発明の第２の実施の形態に係る磁気センサ装
置の構成を示す回路図である。

【図８】本発明の第３の実施の形態に係る磁気センサ装
置の構成を示す回路図である。

【図９】図８に示した磁気センサ装置の回路構成を表現
を変えて示す回路図である。

【図１０】本発明の第４の実施の形態に係る磁気センサ
装置の構成を示す回路図である。

【図１１】本発明の第５の実施の形態に係る磁気センサ
装置の構成を示す回路図である。

【図１２】本発明の第６の実施の形態に係る磁気センサ
装置の構成を示す回路図である。

【符号の説明】

１１…ＧＭＲ素子、１２…定電流源、１３…コイル、１
４…交流電源、１５…コンデンサ、１７…プロダクト検
波器、１８…ＬＰＦ。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】被測定磁界に応じて出力が非線形に変化
する磁気検出素子と、この磁気検出素子を用いて、磁気検出素子の出力の磁界
についての微分係数に対応し、被測定磁界の大きさおよ
び方向の情報を含む微分信号を生成する微分信号生成手
段とを備えたことを特徴とする磁気センサ装置。
【請求項２】前記磁気検出素子は、磁気抵抗効果素子
である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】前記微分信号生成手段は、前記磁気検出
素子に対して所定の交流磁界を印加する交流磁界印加手
段と、前記磁気検出素子の出力と前記交流磁界に対応し
た交流信号とを乗算して、前記微分信号として、前記磁
気検出素子の出力のうちの前記交流磁界に対応した成分
の振幅および位相の情報を含む信号を検波する検波手段
とを有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】前記微分信号生成手段は、前記磁気検出
素子としての前記磁気抵抗効果素子に対して所定の交流
磁界を印加する交流磁界印加手段と、前記磁気抵抗効果
素子に対して、前記交流磁界と相似な波形の駆動電流を
供給する駆動電流供給手段と、前記微分信号として、前
記磁気検出素子の出力を検出する検出手段とを有するこ
とを特徴とする請求項２記載の磁気センサ装置。
【請求項５】更に、前記磁気検出素子の出力の磁界に
ついての２階微分係数を、一定になるように制御する制
御手段を備えた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センサ装置。
【請求項６】更に、前記微分信号生成手段によって生
成される微分信号を間欠的な信号とする手段を備えたこ
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
気センサ装置。
【請求項７】被測定電流によって発生する磁界を測定
することによって被測定電流を測定する電流センサ装置
であって、被測定電流によって発生する磁界に応じて出力が非線形
に変化する磁気検出素子と、この磁気検出素子を用いて、磁気検出素子の出力の磁界
についての微分係数に対応し、被測定電流の大きさおよ
び方向の情報を含む微分信号を生成する微分信号生成手
段とを備えたことを特徴とする電流センサ装置。
【請求項８】前記磁気検出素子は、磁気抵抗効果素子
であることを特徴とする請求項７記載の電流センサ装
置。
【請求項９】前記微分信号生成手段は、前記磁気検出
素子に対して所定の交流磁界を印加する交流磁界印加手
段と、前記磁気検出素子の出力と前記交流磁界に対応し
た交流信号とを乗算して、前記微分信号として、前記磁
気検出素子の出力のうちの前記交流磁界に対応した成分
の振幅および位相の情報を含む信号を検波する検波手段
とを有することを特徴とする請求項７または８記載の電
流センサ装置。
【請求項１０】前記微分信号生成手段は、前記磁気検
出素子としての前記磁気抵抗効果素子に対して所定の交
流磁界を印加する交流磁界印加手段と、前記磁気抵抗効
果素子に対して、前記交流磁界と相似な波形の駆動電流
を供給する駆動電流供給手段と、前記微分信号として、
前記磁気検出素子の出力を検出する検出手段とを有する
ことを特徴とする請求項８記載の電流センサ装置。
【請求項１１】更に、前記磁気検出素子の出力の磁界
についての２階微分係数を、一定になるように制御する
制御手段を備えたことを特徴とする請求項７ないし１０
のいずれかに記載の電流センサ装置。
【請求項１２】更に、前記微分信号生成手段によって
生成される微分信号を間欠的な信号とする手段を備えた
ことを特徴とする請求項７ないし１０のいずれかに記載
の電流センサ装置。