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温度補償機能付センサ素子とそれを用いた磁気センサおよび電力測定装置 コモンズ

国内特許コード P170014300
掲載日 2017年6月26日
出願番号 特願2015-509914
出願日 平成26年4月1日(2014.4.1)
国際出願番号 JP2014001905
国際公開番号 WO2014162730
国際出願日 平成26年4月1日(2014.4.1)
国際公開日 平成26年10月9日(2014.10.9)
優先権データ
  • 特願2013-076469 (2013.4.1) JP
発明者
  • 辻本 浩章
出願人
  • 公立大学法人大阪市立大学
発明の名称 温度補償機能付センサ素子とそれを用いた磁気センサおよび電力測定装置 コモンズ
発明の概要 磁気抵抗効果型磁気センサにとっては、周囲の温度が上がることによって、磁性膜自身の磁気特性が低下するために、センサとしての感度が低下するという問題があった。
磁気抵抗効果を有する磁性膜と前記磁性膜に電流を流すための前記磁性膜を介して対向した一対の電極と、前記電極の対向方向に第1のバイアス磁界を発生させる縦バイアス磁界付加磁石と、前記縦バイアス磁界付加磁石に直角方向に第2のバイアス磁界を発生させる横バイアス磁界付加磁石を有し、前記縦バイアス磁界付加磁石の温度特性が前記横バイアス磁界付加磁石の温度特性より大きいことを特徴とするセンサ素子。
従来技術、競合技術の概要


小型の磁気センサの用途はますます拡大することが予想される。特に電力測定装置は、石化燃料から電気エネルギー利用を目指す上で、必須のデバイスと考えられる。特許文献1には、磁気センサとセンサ抵抗を直列に接続し、電気回路中の負荷と並列にしかも、電気回路の配線に隣接して設置することで、負荷における消費電力を計測することができる電力測定装置が開示されている。



このような電力測定装置は、ほとんど磁性薄膜の大きさで形成することができるため、素子全体が数mm四方程度の大きさで作製することができる。したがって、大規模なシステムの様々な箇所毎に設置することで、細かな消費電力の監視が可能になる。



一方、用途が広がれば、使用が予定される環境も苛酷な環境が想定される。特に温度は磁気特性を変化させることが知られており、センサ感度の精度向上のためにも、磁気センサにとって温度補償は不可欠な技術となる。



この課題に鑑みて、特許文献2には、温度の異なる環境での磁気抵抗効果が、印加される磁界に対して、所定の関係を有することで、一定の温度補償が可能になる技術が開示されている。



磁気を利用した磁気センサの中でも、磁気抵抗効果を利用する磁気センサを特に磁気抵抗効果型磁気センサと呼ぶ。この磁気抵抗効果型磁気センサは、電流を流す方向に対して直角方向に加えられた被測定磁界の大きさを検出するものである。そして、その検出のために被測定磁界と同じ方向に予め加えられる磁界をバイアス磁界と呼ぶ。



特許文献2は、バイアス磁界の大きさと磁気抵抗効果の関係について言及はしている。しかしながら、特許文献2でのバイアス磁界とは、測定対象物の回転子の凹部が接近したときは、磁気センサに加えられる磁界が小さくなり、凸部が接近したときには、磁気センサに加えられる磁界が大きくなる。つまり、特許文献2でいうところのバイアス磁界は、実質的に磁気センサに対する印加磁界(被測定磁界)のことであって、磁気センサの動作点を決めるためのバイアス磁界ではない。

産業上の利用分野


本発明は温度補償機能が付与されたセンサ素子と、それを用いた磁気センサおよび電力測定装置に関する。

特許請求の範囲 【請求項1】
磁気抵抗効果を有する磁性膜と
前記磁性膜に電流を流すための前記磁性膜を介して対向した一対の電極と、
前記電極の対向方向に第1のバイアス磁界を発生させる縦バイアス磁界付加磁石と、
前記縦バイアス磁界付加手段に直角方向に第2のバイアス磁界を発生させる横バイアス磁界付加磁石を有し、
前記縦バイアス磁界付加磁石の温度特性が前記横バイアス磁界付加磁石の温度特性より大きいことを特徴とするセンサ素子。

【請求項2】
前記横バイアス磁界付加磁石は前記磁性膜の表面に設けられた導電体により構成させることを特徴とする請求項1に記載されたセンサ素子。

【請求項3】
前記縦バイアス磁界付加磁石は温感磁性膜で構成されたことを特徴とする請求項1または2に記載されたセンサ素子。

【請求項4】
前記縦バイアス磁界付加磁石は、永久磁石のN極およびS極の両端に同じ温度特性を有する温感磁性膜を配置させ、前記磁性膜に隣接配置したことを特徴とする請求項1または2に記載されたセンサ素子。

【請求項5】
磁界を検出する磁気センサであって、
請求項1乃至4のいずれかのセンサ素子と、
前記センサ素子の両端電極間に電流を流す電流源と、
前記センサ素子の前記両端電極間の電圧を計測する電圧計を有することを特徴とする磁気センサ。

【請求項6】
磁気抵抗効果を有する磁性膜と
前記磁性膜に電流を流すための前記磁性膜を介して対向した一対の電極と、
前記磁性膜の縦方向に対して斜め方向のバイアス磁界を発生させる温度特性を有する斜めバイアス磁界付加磁石を有することを特徴とするセンサ素子。

【請求項7】
前記斜め方向のバイアス磁界に対して、前記磁性膜と逆方向に傾斜し、
それぞれが並列に接続されるように、前記一対の電極を共有する電極を有した第2の磁性膜を有することを特徴とする請求項6に記載されたセンサ素子。

【請求項8】
前記斜め方向のバイアス磁界に対して、前記磁性膜と前記斜め方向のバイアス磁界がなす角度と同じ角度であって、前記磁性膜と逆方向に傾斜することを特徴とする請求項6または7の何れかに記載されたセンサ素子。

【請求項9】
磁界を検出する磁気センサであって、
請求項7乃至8のいずれかのセンサ素子と、
前記センサ素子の両端電極間に電流を流す電流源と、
前記センサ素子の前記両端電極間の電圧を計測する電圧計を有することを特徴とする磁気センサ。

【請求項10】
電源と負荷が接続線によって接続された回路において前記負荷で消費される電力を計測する電力測定装置であって、
前記接続線に隣接配置される電源請求項1乃至8のいずれかのセンサ素子と、
前記センサ素子の両端電圧を計測する電圧計と、
前記センサ素子の一端に一端が接続されたセンサ抵抗と、
前記電源に対して前記負荷と並列に接続するために、前記センサ素子の他端に設けられた第1の接続端子と、前記センサ抵抗の他端に設けられた第2の接続端子を有することを特徴とする電力測定装置。
国際特許分類(IPC)
Fターム
画像

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JP2015509914thum.jpg
出願権利状態 公開


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