CN109870601A - 电流传感器 - Google Patents

Abstract

本发明提供能抑制因干扰的影响所致的检测精度的降低且能抑制在不是电流检测对象的母线流动的电流的影响的电流传感器，具备：形成为板状且在其板宽方向上分离地排列配置的两条母线(2)；和在母线(2)的板厚方向上与两条母线(2)分别对置配置并检测由在对应的母线(2)流动的电流产生的磁场的强度的两个磁检测元件(3)，两磁检测元件(3)是输出在两个磁敏位置(A、B)分别检测到的磁场强度的差值的梯度检测类型的磁检测元件，并配置为其检测轴方向成为与母线(2)的长度方向垂直的方向，并且相对于板厚方向倾斜。

Description

电流传感器

技术领域

本发明涉及电流传感器。

背景技术

现今，作为电流传感器，公知有具备检测由成为测定对象的电流产生的磁场的强度的磁检测元件的电流传感器(例如参照专利文献1)。通过利用磁检测元件来检测磁场的强度，能够基于该磁场的强度并利用运算来求解电流。

在专利文献1中，记载有使用两个磁检测元件分别检测在两条母线(导体)流动的电流的电流传感器。在该电流传感器中，记载如下：以使磁敏方向直线(沿检测轴方向的直线)朝向不是电流检测对象的母线的方式更优选为以与起因于在不是电流检测对象的母线流动的电流的磁场的方向正交的方式配置磁检测元件，从而抑制在不是电流检测对象的母线流动的电流的影响。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2016-200438号公报

发明内容

发明所要解决的问题

然而，磁检测元件所检测的磁场除了由在母线流动的电流产生的磁场之外，还存在从邻接设备产生的磁场、地磁等干扰。上述干扰能够通过设置磁屏蔽件来减少，但也考虑到有为了实现小型化、轻型化等而无法确保足够的屏蔽性能的情况等。在专利文献1所记载的电流传感器中，在无法忽略这样的干扰的影响的情况下，有难以确保足够的精度的课题。

因此，本发明的目的在于提供一种能够抑制因干扰的影响所致的检测精度的降低并且能够抑制在不是电流检测对象的母线流动的电流的影响的电流传感器。

用于解决问题的方案

本发明以解决上述课题作为目的，提供一种电流传感器，具备：两条母线，其形成为板状，并且在其板宽方向上分离地排列配置；和两个磁检测元件，其在上述母线的板厚方向上与上述两条母线分别对置配置，并检测由在对应的上述母线流动的电流产生的磁场的强度，上述两磁检测元件是输出在两个磁敏位置分别检测到的磁场强度的差值的梯度检测类型的磁检测元件，并配置为其检测轴方向成为与上述母线的长度方向垂直的方向，并且相对于上述板厚方向倾斜。

发明的效果如下。

根据本发明，提供一种能够抑制因干扰的影响所致的检测精度的降低并且能够抑制在不是电流检测对象的母线流动的电流的影响的电流传感器。

附图说明

图1是示出本发明的一个实施方式的电流传感器的图，(a)是示出与母线的长度方向垂直的截面的剖视图，(b)是其侧视图。

图2的(a)是示出当在第一母线流动直流电流时，由第一磁检测元件的两磁敏元件检测到的磁场强度根据角度φ而产生的变化的图表，(b)是当在第一母线流动直流电流时，由第二磁检测元件的两磁敏元件检测到的磁场强度根据角度φ而产生的变化的图表。

图3是示出当在第一母线流动直流电流时的第二磁检测元件的输出根据角度φ而产生的变化的图表。

符号的说明

1—电流传感器，2—母线，2a—第一母线，2b—第二母线，3—磁检测元件，3a—第一磁检测元件，3b—第二磁检测元件，A、B—磁敏位置，D—检测轴。

具体实施方式

[实施方式]

以下，根据附图对本发明的实施方式进行说明。

图1是示出本实施方式的电流传感器的图，(a)是示出与母线的长度方向垂直的截面的剖视图，(b)是其侧视图。如图1的(a)、(b)所示，电流传感器1具备两条母线2和两个磁检测元件3。

母线2是由铜、铝等良电导体构成的板状的导体，成为电流流动的电流路。在本实施方式中，在两条母线2导通有各自独立的单相的电流。两条母线2在其板宽方向上分离地排列配置，并沿其长度方向流动电流。两母线2的厚度例如为3mm。以下，将图1的(a)的左侧的母线2称作第一母线2a，并将图1的(a)的右侧的母线2称作第二母线2b。

磁检测元件3检测由在对应的母线2流动的电流产生的磁场的强度。磁检测元件3配置为：在母线2的板厚方向上与两条母线2a、2b分别对置配置，并且配置为沿上述板厚方向距对应的母线2的距离d1大致相等。以下，将图1的(a)的左右方向称为宽度方向，将上下方向称为厚度方向，并将纸面方向称为长度方向。长度方向与图示X轴方向对应，厚度方向与图示Y轴方向对应，宽度方向与图示Z轴方向对应。并且，母线2的板宽方向与宽度方向对应，板厚方向与厚度方向对应。这样，在电流传感器1中，两个磁检测元件3在宽度方向(Z方向)上排列配置。

此处，更详细而言，母线2与磁检测元件3的距离d1是从母线2的磁检测元件3侧的面至磁检测元件3的中心位置(宽度方向、长度方向、以及厚度方向上的中心位置)为止的距离。磁检测元件3配置为其中心位置与对应的母线2的宽度方向中心位置在厚度方向上对置。以下，将与第一母线2a在厚度方向上对置配置的磁检测元件3称作第一磁检测元件3a，将与第二母线2b在厚度方向上对置配置的磁检测元件3称作第二磁检测元件3b。此外，母线2b与磁检测元件3b的距离优选等于母线2a与磁检测元件3a的距离，但例如也可以因制造误差等理由而形成为0.99～1.01倍(大致相等的情况)。

在本实施方式的电流传感器1中，作为两磁检测元件3a、3b，使用具有两个磁敏位置A、B且输出在两磁敏位置分别检测到的磁场强度的差值的梯度检测类型的磁检测元件。作为磁检测元件3a、3b，例如能够使用梯度检测类型的GMR(Giant Magneto Resistiveeffect：巨磁阻效应)元件。

在梯度检测类型的磁检测元件3中，由于输出在磁敏位置A、B检测到的磁场强度的差值，所以消除相对于空间视为均匀的分布的干扰(来自配置于充分分离的位置的设备的磁场、地磁等)。也就是说，使用梯度检测类型的磁检测元件3，从而能够抑制干扰的影响所引起的检测精度的降低。

但是，在梯度检测类型的磁检测元件3中，由于两个磁敏位置A、B分离，所以对于磁场的产生位置接近且在磁检测元件3的位置磁场梯度较大的干扰，由于在磁敏位置A、B未检测到相同的磁场强度，所以成为检测误差的要因。因此，在不是电流检测对象的母线2(以下称作邻接母线2)中产生的磁场成为检测误差的要因。

因此，在本实施方式中，将两磁检测元件3配置为：其检测轴方向成为与长度方向垂直的方向，并且相对于厚度方向(母线2的板厚方向)倾斜。由此，能够将在磁检测元件3的两磁敏位置A、B检测到的来自邻接母线2的磁场调整至同等，能够抑制在邻接母线2中产生的磁场的影响。图1的(a)、(b)中，由符号D表示检测轴。

另外，在本实施方式中，使两磁检测元件3a、3b的检测轴方向相对于厚度方向的倾斜角度θ(绝对值)为大致相同的角度，并且使相对于厚度方向的倾斜方向为相反方向。在图1的(a)的例子中，示出配置于图示左侧的第一磁检测元件3a的检测轴方向朝逆时针方向倾斜、配置于图示右侧的第二磁检测元件3b的检测轴方向朝顺时针方向倾斜的情况。但是，并不限定于此，也可以使第一磁检测元件3a的检测轴方向朝顺时针方向倾斜，并且使第二磁检测元件3b的检测轴方向朝逆时针方向倾斜。

两磁检测元件3a、3b配置为相对于将宽度方向作为法线方向的面(与厚度方向以及长度方向平行的面，XY平面)对称。此外，此处所说的对称也包括两磁检测元件3a、3b的磁敏位置A、B对称地配置的情况。也就是说，两磁检测元件3a、3b配置为：磁敏位置A、B在与长度方向垂直的剖视时呈左右对称。通过对称配置两磁检测元件3a、3b，能够使由两磁检测元件3a、3b检测到的磁通密度的振幅同等，电流传感器1的操作(检测精度的管理等)变得容易。

(关于磁检测元件3a、3b的倾斜角度θ)

在使用磁敏位置A、B间的距离d是1.2mm的磁检测元件3的情况下，通过模拟求出使倾斜角度θ变化后的在两磁检测元件3a、3b的磁敏位置A、B检测到的磁场强度。模拟中，将母线2与磁检测元件3的距离d1设为10mm，将母线2以及磁检测元件3的宽度方向配置间距(母线2以及磁检测元件3的宽度方向中心位置彼此的间隔)d2设为20.5mm，将两母线2的宽度设为15mm，并将两母线2的厚度设为3mm。

图2的(a)示出：当在第一母线2a流动直流电流时，在第一磁检测元件3a的两磁敏位置A、B检测到的磁场强度(磁通密度)根据角度φ而产生的变化。并且，图2的(b)示出：当在第一母线2a流动直流电流时，在第二磁检测元件3b的两磁敏位置A、B检测到的磁场强度(磁通密度)根据角度φ而产生的变化。另外，图3示出当在第一母线2a流动直流电流时的第二磁检测元件3b的输出(磁敏位置A、B的磁通密度的差值)根据角度φ而产生的变化。此外，角度φ是垂直于检测轴方向的方向与厚度方向所成的角度，由φ＝90－θ表示(参照图1的(a))。

在图2的(a)、(b)中，纵轴的磁通密度以φ＝0度时的在第一磁检测元件3a的磁敏位置B检测到的磁通密度基准而标准化。并且，图3中，关于纵轴的磁通密度的差值，以绝对值为最大的值(角度φ约为120度时的磁通密度的差值)进行标准化。

如图2的(a)所示，当在对应的第一母线2a流动电流的情况下，若使第一磁检测元件3a的角度φ(倾斜角度θ)变化，则在两磁敏位置A、B检测到的磁通周期性地变化。此外，图2的(a)中，示出当在第一母线2a流动电流的情况下在第一磁检测元件3a的磁敏位置A、B检测到的磁通密度，当在第二母线2b流动电流的情况下在第二磁检测元件3b的磁敏位置A、B检测到的磁通密度也具有同样的特性。

另一方面，如图2的(b)所示，即使在不对应的第一母线2a流动电流的情况下，也在第二磁检测元件3b的磁敏位置A、B检测磁通密度。在该情况下，若使第二磁检测元件3b的角度φ(倾斜角度θ)变化，则与图2的(a)相同，在两磁敏位置A、B检测到的磁通周期性地变化。如图3所示，关于第二磁检测元件3b的输出、即在两磁敏位置A、B检测到的磁通密度的差值，若使第二磁检测元件3b的角度φ(倾斜角度θ)变化，则周期性地变化。此外，图2的(b)以及图3中示出当在第一母线2a流动电流的情况下在第二磁检测元件3b的磁敏位置A、B检测到的磁通密度及其差值，但当在第二母线2b流动电流的情况下在第一磁检测元件3a的磁敏位置A、B检测到的磁通密度及其差值也具有同样的特性。

此处，如图2的(b)以及图3中空心箭头所示，在该例子中，在角度φ约为70度以及170度(倾斜角度θ约为20度以及－80度)时，在两磁敏位置A、B检测到的磁通密度成为同等的值，输出(在两磁敏位置A、B检测到的磁通密度的差值)大致为零。也就是说，通过使角度φ约为70度或者170度，能够抑制来自邻接母线2的磁场的影响。

此外，在以检测轴方向与来自邻接母线2的磁场的方向正交的方式配置磁检测元件的现有技术中，如图2的(b)中涂黑箭头所示，将角度φ(倾斜角度θ)设定为检测到的磁场强度为0的角度。在该例子中，角度φ设定为约30度或者约210度。但是，如图3中涂黑箭头所示，在该角度，在两磁敏位置A、B检测到的磁通密度的差值不为零，无法抑制来自邻接母线2的磁场的影响。在该例子中，在根据现有技术设定了角度φ的情况下，第二磁检测元件3b的输出大致成为极大值，来自邻接母线2的磁场的影响变得非常大。

图2、图3所示的特性根据磁检测元件3的磁敏位置A、B间的距离d、母线2与磁检测元件3的距离d1、母线2以及磁检测元件3的宽度方向配置间距d2等而变化，与此相伴随地，最佳的倾斜角度θ(角度φ)也变化。因而，最好是考虑母线2和磁检测元件3的配置等，设定为来自邻接母线2的磁场的影响变得最小的倾斜角度θ(角度φ)。

由在不对应的母线2(邻接母线2)流动的电流而在两磁敏位置A、B检测到的磁场强度的差值Db相对于由在对应的母线2流动的电流而在两磁敏位置A、B检测到的磁场强度的差值Da的比率Db/Da×100优选设为0.5％以下，更优选设为0.1％以下。也就是说，倾斜角度θ设定为比率Db/Da×100为0.5％以下更优选为0.1％以下的角度。

(实施方式的作用以及效果)

如上所述，在本实施方式的电流传感器1中，两磁检测元件3a、3b是输出在两个磁敏位置A、B分别检测到的磁场强度的差值的梯度检测类型的磁检测元件，并配置为其检测轴方向成为与母线2的长度方向垂直的方向而且相对于母线2的板厚方向倾斜。

通过使用梯度检测类型的磁检测元件3a、3b，能够抑制相对于空间视为均匀的分布的干扰的影响。另外，通过将磁检测元件3a、3b配置为检测轴方向相对于厚度方向倾斜，能够使在邻接母线2中产生的磁场的影响在两磁敏位置A、B同等，从而能够消除上述影响。也就是说，根据本实施方式，能够实现能够抑制因干扰的影响所致的检测精度的降低、并且能够抑制在不是电流检测对象的母线2流动的电流的影响的电流传感器1，有助于电流传感器1的检测精度的提高。

并且，通过使磁检测元件3a、3b的检测轴方向相对于厚度方向倾斜，能够抑制磁检测元件3a、3b的磁敏位置A、B的检测灵敏度，因而能够在更接近母线2的位置配置磁检测元件3a、3b，有助于电流传感器1的小型化。

(变形例)

在上述实施方式中，对第一母线2a与第一磁检测元件3a的距离等于第二母线2b与第二磁检测元件3b的距离的情况进行了说明，但并不限定于此，上述距离也可以不同。在该情况下，也与上述实施方式相同，两磁检测元件3a、3b优选配置为比率Db/Da×100为0.5％以下，更优选配置为0.1％以下。也就是说，在该情况下，第一磁检测元件3a的倾斜角度成为与第二磁检测元件3b的倾斜角度不同的角度。此外，与上述实施方式相同，两磁检测元件3的相对于厚度方向的倾斜方向配置为相反方向。

并且，在上述实施方式中，对使用两条母线2和两个磁检测元件3的情况进行了说明，但并不限定于此，对于仅具有一条母线和一个磁检测元件3的情况也得到本发明的效果。也就是说，在磁场的产生源存在于磁检测元件3的附近的情况下，通过将梯度检测类型的磁检测元件3配置为相对于母线2的厚度方向倾斜，使来自上述磁场的产生源的影响在磁敏位置A、B处同等来进行消除，从而能够抑制来自上述磁场的产生源的影响。

并且，虽在上述实施方式中未言及，但为了更加抑制干扰的影响，也可以以从厚度方向夹持母线2和磁检测元件3的方式设置一对屏蔽板。并且，也可以利用模制树脂来覆盖母线2和磁检测元件3。

(实施方式的总结)

接下来，从以上说明的实施方式把握的技术思想引用实施方式中的符号等进行记载。但是，以下的记载中的各符号等并非将权利要求书中的构成要素限定为在实施方式中具体地示出的部件等。

[1]一种电流传感器1，具备：两条母线2，其形成为板状，并且在其板宽方向上分离地排列配置；和两个磁检测元件3，其在上述母线2的板厚方向上与上述两条母线2分别对置配置，并检测由在对应的上述母线2流动的电流产生的磁场的强度，上述两磁检测元件3是输出在两个磁敏位置A、B分别检测到的磁场强度的差值的梯度检测类型的磁检测元件，并配置为其检测轴方向成为与上述母线2的长度方向垂直的方向，并且相对于上述板厚方向倾斜。

[2]根据[1]所记载的电流传感器1，上述两磁检测元件3配置为，沿上述板厚方向距各自对应的上述母线2的距离大致相等。

[3]根据[1]或[2]所记载的电流传感器1，上述两磁检测元件3配置为相对于将上述板宽方向作为法线方向的面大致对称。

[4]根据[1]～[3]任一项中所记载的电流传感器1，上述两磁检测元件3的倾斜角度是由在对应的上述母线2流动的电流而在两磁敏位置A、B检测到的磁场强度的差值Db相对于由在不对应的上述母线流动的电流而在两磁敏位置处检测到的磁场强度的差值Da的比率Db/Da×100为0.5％以下的角度。

[5]一种电流传感器，具备：母线2，其形成为板状；和磁检测元件3，其在上述母线2的板厚方向上与上述母线2对置，并检测由在上述母线2流动的电流产生的磁场的强度，上述磁检测元件3是输出在两个磁敏位置A、B分别检测到的磁场强度的差值的梯度检测类型的磁检测元件，并配置为其检测轴方向成为与上述母线2的长度方向垂直的方向，并且相对于上述板厚方向倾斜。

以上，对本发明的实施方式进行了说明，但上述记载的实施方式并非对权利要求书的发明进行限定。并且，应留意的是，在实施方式中说明的所有的特征组合不限定为用于解决发明的课题的方案所必需的。并且，本发明在不脱离其主旨的范围内能够适当地变形来实施。

Claims (5)

1.一种电流传感器，其特征在于，具备：

两条母线，其形成为板状，并且在其板宽方向上分离地排列配置；和

两个磁检测元件，其在上述母线的板厚方向上与上述两条母线分别对置配置，并检测由在对应的上述母线流动的电流产生的磁场的强度，

上述两个磁检测元件是输出在两个磁敏位置分别检测到的磁场强度的差值的梯度检测类型的磁检测元件，并配置为其检测轴方向成为与上述母线的长度方向垂直的方向，并且相对于上述板厚方向倾斜。

2.根据权利要求1所述的电流传感器，其特征在于，

上述两个磁检测元件配置为，沿上述板厚方向距各自对应的上述母线的距离大致相等。

3.根据权利要求1或2所述的电流传感器，其特征在于，

上述两个磁检测元件配置为相对于将上述板宽方向作为法线方向的面大致对称。

4.根据权利要求1～3任一项中所述的电流传感器，其特征在于，

上述两个磁检测元件的倾斜角度是Db相对于Da的比率Db/Da×100为0.5％以下的角度，其中，Da是由在对应的上述母线流动的电流而在两个磁敏位置检测到的磁场强度的差值，Db是由在不对应的上述母线流动的电流而在两个磁敏位置检测到的磁场强度的差值。

5.一种电流传感器，其特征在于，具备：

母线，其形成为板状；和

磁检测元件，其在上述母线的板厚方向上与上述母线对置配置并检测由在上述母线流动的电流产生的磁场的强度，

上述磁检测元件是输出在两个磁敏位置分别检测到的磁场强度的差值的梯度检测类型的磁检测元件，并配置为其检测轴方向成为与上述母线的长度方向垂直的方向，并且相对于上述板厚方向倾斜。