JP2002071773A - 磁気センサ装置および電流センサ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 簡単な構成で、温度上昇に伴ってゲインが減
少する場合におけるゲインの補正を可能にする。 【解決手段】 帰還増幅器７は、磁気センサ部５より、
被測定磁界に応じた信号を入力し、基準電圧Ｖｐを基準
として被測定磁界に応じて変化する電圧を生成する。帰
還増幅器７の出力電圧と基準電圧Ｖｐとの差に応じて出
力電流が発生し、出力電流の一部は帰還電流として帰還
コイル６に供給される。差動増幅器１４は、帰還電流経
路に挿入された抵抗１１の両端間に発生した電圧を入力
し、参照電圧Ｖrefを基準として被測定磁界に応じて変
化する測定信号を出力する。帰還コイル６に対して並列
に設けられた分流回路２４は、出力電流の一部をサーミ
スタ２５を介して分流する。温度が上昇すると、分流回
路２４の抵抗値は減少し、抵抗１１を流れる出力電流は
増加し、抵抗１１の両端間の電圧が増加する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、比較的大きな磁界
を測定するための磁気センサ装置およびこれを利用して
大電流を非接触で測定するための電流センサ装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】近年、環境問題や資源エネルギー問題に
関する社会的要請から、電気ハイブリッド自動車、燃料
電池、太陽光発電等が実用化されてきている。これらの
技術は、直流大電流を取り扱うため、直流大電流を測定
するための電流センサ装置を必要とする点で共通してい
る。そのため、安価で信頼性の高い直流大電流センサ装
置の開発は社会的要請となっている。

【０００３】一般に、直流大電流を非接触で測定する方
法としては、電流が作る磁界を磁気センサ素子で検出す
る方法が採られる。従来、このための磁気センサ素子と
してはホール素子が多く用いられていた。

【０００４】また、本発明者等によって、安定性に優れ
るインダクタンス変化型の磁気センサ素子、すなわちフ
ラックスゲート素子を用いた磁気センサ装置や電流セン
サ装置も提案されている。ここで、フラックスゲート素
子を用いた磁界の検出の原理について簡単に説明する。
フラックスゲート素子は、磁芯入りコイルを有してい
る。磁芯入りコイルは、コイル電流がある値より大きく
なると磁芯が飽和するので、そのインダクタンスが減少
する。ここで、インダクタンスが例えば半減するような
バイアス電流をコイルに流しておき、磁芯に外部から磁
界を与えると、与えた磁界の方向および大きさに応じた
インダクタンス変化が生じる。そのため、このインダク
タンス変化から与えられた磁界を検出することができ
る。磁芯には、棒状磁芯またはドラム型磁芯が用いられ
ている。

【０００５】ところが、上記の磁芯入りコイルのインダ
クタンス変化は、外部磁界に対し直線性が悪い上に、か
なり急峻である。このことは、磁気センサ装置や電流セ
ンサ装置のリニアリティを悪くすると共に、測定範囲を
狭める。

【０００６】この欠点を避けるための技術としては負帰
還法がある。負帰還法は、被測定磁界と絶対値が等し
く、被測定磁界に対して逆極性となる帰還磁界を磁気セ
ンサ素子に加え、磁気センサ素子が常にゼロに近い磁界
の中で動作するようにしたものである。帰還磁界は、磁
界センサ素子の出力を電流に変換し、この電流を帰還磁
界発生コイルに帰還電流として印加することで簡単に得
ることができる。

【０００７】上記の帰還電流の経路中に挿入した抵抗の
両端間の電位差は帰還電流に比例している。帰還電流は
被測定磁界と絶対値が等しい磁界を発生するので、前記
電位差は被測定磁界に完全に比例している。従って、こ
の電位差を検出することによって、被測定磁界を検出す
ることができる。このようにしてリニアリティがよく、
ゲイン変動のない磁気センサ装置または電流センサ装置
を実現することができる。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、負帰還
法を、インダクタンス変化型磁気センサ素子を用いた磁
気センサ装置または電流センサ装置に適用する場合に
は、以下のような問題点がある。

【０００９】負帰還法が完全に成立するためには、帰還
磁界が完全に帰還電流に比例しなければならない。ここ
で、詳しい解析によると、被測定磁界ｈと帰還電流ｉに
は次の式（１）で表される関係がある。

【００１０】 ｈ＝−Ａｉ｛１＋Ｎｅ（μｓ−１）｝／｛１＋Ｎｃ（μｓ−1）｝ …（１）

【００１１】ただし、Ａは定数、Ｎｅは被測定磁界から
見たセンサ磁芯の反磁界係数、Ｎｃはセンサコイルから
見たセンサ磁芯の反磁界係数、μｓはセンサ磁芯の比透
磁率である。ここで、Ｎｅ＝Ｎｃの場合またはＮｅ（μ
ｓ−１）とＮｃ（μｓ−１）が１より十分大きい場合に
は、式（１）において、温度によって大きく変動する比
透磁率μｓの項は消去され、式（１）は、ｈ＝−Ａｉま
たはｈ＝−Ａ´ｉとなって被測定磁界ｈは帰還電流ｉに
比例する。ただし、Ａ´は、ほぼＮｅ／Ｎｃに等しく、
比透磁率μｓに依存しない定数である。

【００１２】しかし、Ｎｅ＝Ｎｃ、またはＮｅ（μｓ−
１）とＮｃ（μｓ−１）が１より十分大きいといった関
係がない場合には、温度によって比透磁率μｓが変動す
ると、被測定磁界ｈと帰還電流ｉとを関係づける比例定
数が変動する。ここで、ｉ／ｈは、磁気センサ装置のゲ
インに相当する。従って、温度によって比透磁率μｓが
変動すると、ゲインｉ／ｈが温度によって変動すること
になる。ゲインｉ／ｈが変動すると、磁気センサ装置ま
たは電流センサ装置の測定結果に誤差を生じる。このよ
うなゲインｉ／ｈの変動は、原理的なものであるため、
実際の磁気センサ装置または電流センサ装置では何らか
のゲインの補正が必要となる。

【００１３】ところで、式（１）において、比透磁率μ
ｓを１から無限大まで変化させると、ゲインｉ／ｈは−
１／Ａから−１／Ａ（Ｎｅ／Ｎｃ）まで変化する。Ｎｅ
＜Ｎｃであれば、ゲインは比透磁率μｓの増加に伴って
増加する。逆に、Ｎｅ＞Ｎｃであれば、ゲインは比透磁
率μｓの増加に伴って減少する。

【００１４】磁気センサ装置または電流センサ装置とし
ては、Ｎｅ＞Ｎｃの方が、小さい帰還電流で大きな被測
定磁界を測定することができ、その結果、電力消費が少
なくなるので、好都合である。この場合、ゲインは比透
磁率μｓの増加に伴って減少する。比透磁率μｓは、フ
ェライト磁芯の場合には温度上昇に伴って増加する。自
動車用のセンサ装置に要求される使用可能温度範囲は、
−４０〜＋１０５℃と広いので、比透磁率μｓの温度変
動によるゲイン変動は数％におよぶ場合もある。

【００１５】温度上昇に伴ってゲインが増加する場合に
おける対策としては、帰還電流経路に挿入された電流検
出抵抗と並列に負温度係数サーミスタ（以下、単にサー
ミスタと記す。）回路を接続すればよいので、対策は簡
単である。

【００１６】逆に、温度上昇に伴ってゲインが減少する
場合には、電流検出抵抗のところで温度補償を行おうと
すると、正温度係数の素子を用いなければならない。し
かし、正温度係数抵抗器は高価なばかりではなく温度係
数自体が小さいので、大幅な補正には不向きである。ま
た、正温度係数サーミスタは抵抗変化の非線形性が大き
いので、実際に使用することはできない。

【００１７】ここで、図６を参照して、温度上昇に伴っ
て減少するゲインを補償するようにした磁気センサ装置
の構成の一例について説明する。この磁気センサ装置
は、電源入力端１０１と、一端が電源入力端１０１に接
続された抵抗１０２と、カソードが抵抗１０２の他端に
接続され、アノードが接地されたツェナーダイオード１
０３と、非反転入力端が抵抗１０２とツェナーダイオー
ド１０３との接続点に接続されたオペアンプ１０４とを
備えている。オペアンプ１０４の反転入力端は出力端に
接続されている。電源入力端１０１には、電源電圧Ｖｄ
が印加されるようになっている。

【００１８】磁気センサ装置は、更に、基準電圧入力端
がオペアンプ１０４の出力端に接続された磁気センサ部
１０５と、一端がオペアンプ１０４の出力端に接続され
た帰還コイル１０６と、非反転入力端が磁気センサ部１
０５の出力端に接続されたオペアンプよりなる帰還増幅
器１０７と、一端がオペアンプ１０４の出力端に接続さ
れ、他端が帰還増幅器１０７の非反転入力端に接続され
た抵抗１０８と、一端がオペアンプ１０４の出力端に接
続され、他端が帰還増幅器１０７の反転入力端に接続さ
れた抵抗１０９と、一端が帰還増幅器１０７の反転入力
端に接続され、他端が帰還増幅器１０７の出力端に接続
された抵抗１１０と、一端が帰還増幅器１０７の出力端
に接続され、他端が帰還コイル１０６の他端に接続され
た電流検出抵抗１１１とを備えている。なお、磁気セン
サ部１０５は、磁気センサ素子と、この磁気センサ素子
を駆動する回路とを含んでいる。

【００１９】磁気センサ装置は、更に、一端が抵抗１１
１の一端に接続されたサーミスタ１２１と、一端がサー
ミスタ１２１の他端に接続された抵抗１１２と、一端が
抵抗１１１の他端に接続されたサーミスタ１２２と、一
端がサーミスタ１２２の他端に接続された抵抗１１３
と、反転入力端が抵抗１１２の他端に接続され、非反転
入力端が抵抗１１３の他端に接続されたオペアンプより
なる差動増幅器１１４と、一端が差動増幅器１１４の反
転入力端に接続され、他端が差動増幅器１１４の出力端
に接続された抵抗１１５と、差動増幅器１１４の出力端
に接続された測定信号出力端１１６とを備えている。

【００２０】磁気センサ装置は、更に、参照電圧入力端
１１７と、非反転入力端が参照電圧入力端１１７に接続
され、反転入力端が出力端に接続されたオペアンプ１１
８と、一端がオペアンプ１１８の出力端に接続され、他
端が差動増幅器１１４の非反転入力端に接続された抵抗
１１９とを備えている。

【００２１】オペアンプ１０４、帰還増幅器１０７、差
動増幅器１１４およびオペアンプ１１８の各電源入力端
は電源入力端１０１に接続され、各接地端は接地されて
いる。

【００２２】次に、図６に示した磁気センサ装置の作用
について説明する。この磁気センサ装置では、電源入力
端１０１に電源電圧Ｖｄが印加され、この電源電圧Ｖｄ
によって各回路部分が動作している。

【００２３】抵抗１０２とツェナーダイオード１０３
は、電源電圧Ｖｄを用いて、両者の接続点において基準
電圧Ｖｐを発生させる。オペアンプ１０４はボルテージ
フォロワを構成しており、オペアンプ１０４の出力端の
電位は基準電圧Ｖｐと等しい。基準電圧Ｖｐは、磁気セ
ンサ部１０５の基準電圧入力端と、帰還コイル１０６、
抵抗１０８，１０９の各一端に印加される。

【００２４】また、参照電圧入力端１１７には参照電圧
Ｖrefが印加される。オペアンプ１１８はボルテージフ
ォロワを構成しており、オペアンプ１１８の出力端の電
位は参照電圧Ｖrefと等しい。参照電圧Ｖrefは、抵抗１
１９を介して差動増幅器１１４の非反転入力端に印加さ
れる。

【００２５】磁気センサ部１０５は、その出力端より、
被測定磁界に応じた信号を、帰還増幅器１０７の非反転
入力端に対して出力する。帰還増幅器１０７は、基準電
圧Ｖｐを基準として被測定磁界に応じて変化する出力電
圧を生成する。被測定磁界がゼロのときには帰還増幅器
１０７の出力電圧は基準電圧Ｖｐと等しい。

【００２６】帰還増幅器１０７から抵抗１１１を経て帰
還コイル１０６に至るまで帰還電流経路が形成されてい
る。この帰還電流経路では、帰還増幅器１０７の出力電
圧と基準電圧Ｖｐとの差に応じて帰還電流が発生し、こ
の帰還電流が帰還コイル１０６に供給される。この帰還
電流は、帰還増幅器１０７の出力電圧が基準電圧Ｖｐよ
り大きいか小さいかに応じて正逆両方向に流れる。帰還
電流経路に挿入された抵抗１１１の両端間に発生した電
圧（電位差）は、コモンモード電圧としての基準電圧Ｖ
ｐに重畳されて、差動増幅器１１４に入力される。差動
増幅器１１４は、被測定磁界に対応すると共に、コモン
モード電圧Ｖｐが除去された信号を出力する。差動増幅
器１１４の非反転入力端には、抵抗１１９を介して参照
電圧Ｖrefが印加されている。従って、差動増幅器１１
４の出力信号、すなわち測定信号出力端１１６より出力
される測定信号は、参照電圧Ｖrefを基準として被測定
磁界に応じて変化する単極性の信号となる。

【００２７】図６に示した磁気センサ装置では、温度上
昇に伴って減少するゲインを補償するために、差動増幅
器１１４の入力抵抗１１２，１１３にサーミスタ１２
１，１２２を直列接続している。しかしながら、この方
法の場合には、サーミスタを差動増幅器１１４の非反転
入力側と反転入力側の両方に挿入しないと、差動増幅器
１１４の差動バランスを崩すので、サーミスタは２個必
要になる。また、サーミスタは一般に抵抗値の精度が悪
いので、上記の方法では、差動増幅器１１４の差動バラ
ンスを崩しやすいという問題点がある。差動バランスが
崩れるとコモンモード電圧が漏れ出てオフセット電圧を
発生させる。

【００２８】図７は、他の方法を用いて温度上昇に伴っ
て減少するゲインを補償するようにした磁気センサ装置
の要部を示す回路図である。この磁気センサ装置では、
差動増幅器１１４の入力側にはサーミスタは挿入されて
いない。その代りに、帰還電流経路に挿入された抵抗１
１１の両端間の電圧を取り出して出力電圧とする回路
を、２段の増幅器を用いて構成し、２段目の増幅器の増
幅度が温度上昇に伴って増加するように、２段の増幅器
の入力抵抗の少なくとも一部としてサーミスタを用いて
いる。具体的に説明すると、図７に示した磁気センサ装
置は、一端が差動増幅器１１４の出力端に接続されたサ
ーミスタ１３１と、一端がサーミスタ１３１の他端に接
続され、他端が接地された抵抗１３２と、非反転入力端
がサーミスタ１３１の他端に接続され、出力端が測定信
号出力端１１６に接続されたオペアンプ１３３とを備え
ている。オペアンプ１３３の反転入力端はオペアンプ１
３３の出力端に接続されている。しかしながら、図７に
示した方法では、増幅器が２個必要になるという問題点
がある。

【００２９】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、簡単な構成で、温度上昇に伴ってゲ
インが減少する場合におけるゲインの補正を可能にした
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。

【００３０】

【課題を解決するための手段】本発明の磁気センサ装置
は、被測定磁界の値に応じて変化する信号を出力する磁
気センサ部と、磁気センサ部の出力信号を出力電流に変
換する変換手段と、変換手段によって得られる出力電流
を用いて、被測定磁界と絶対値が等しく、被測定磁界に
対して逆極性となる帰還磁界を発生させる帰還手段と、
出力電流を電圧に変換し、測定信号として出力する測定
信号出力手段と、出力電流の電流経路における負荷に対
して並列に接続され、出力電流の一部をサーミスタを介
して分流する分流回路とを備えたものである。

【００３１】本発明の電流センサ装置は、被測定電流に
よって発生する被測定磁界の値に応じて変化する信号を
出力する磁気センサ部と、磁気センサ部の出力信号を出
力電流に変換する変換手段と、変換手段によって得られ
る出力電流を用いて、被測定磁界と絶対値が等しく、被
測定磁界に対して逆極性となる帰還磁界を発生させる帰
還手段と、出力電流を電圧に変換し、測定信号として出
力する測定信号出力手段と、出力電流の電流経路におけ
る負荷に対して並列に接続され、出力電流の一部をサー
ミスタを介して分流する分流回路とを備えたものであ
る。

【００３２】本発明の磁気センサ装置または電流センサ
装置では、磁気センサ部より、被測定磁界の値に応じて
変化する信号が出力される。この出力信号は、変換手段
によって出力電流に変換される。そして、帰還手段によ
って、出力電流を用いて帰還磁界が発生される。また、
測定信号出力手段によって、出力電流が電圧に変換さ
れ、測定信号として出力される。出力電流の一部は、分
流回路によって、サーミスタを介して分流される。これ
により、温度上昇に伴って分流回路の抵抗値が減少して
出力電流が増加し、温度上昇に伴って減少するゲインが
補償される。

【００３３】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、帰還手段は、出力電流を用いて帰還磁界
を発生させると共に、電流経路における負荷となる帰還
コイルを含んでいてもよい。

【００３４】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、磁気センサ部は、フラックスゲート素子
を含んでいてもよい。

【００３５】

【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。 ［第１の実施の形態］図１は、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。こ
の磁気センサ装置１は、電源入力端２と、参照電圧入力
端１７と、非反転入力端が参照電圧入力端１７に接続さ
れ、反転入力端が出力端に接続されたオペアンプ１８と
を備えている。電源入力端２には、電源電圧Ｖｄが印加
されるようになっている。参照電圧入力端１７には、外
部より参照電圧が与えられるようになっている。

【００３６】磁気センサ装置１は、更に、非反転入力端
がオペアンプ１８の出力端に接続されたオペアンプ２１
と、一端がオペアンプ２１の反転入力端に接続され、他
端が出力端に接続された抵抗２２と、一端がオペアンプ
２１の反転入力端に接続され、他端が接地された抵抗２
３とを備えている。オペアンプ２１は、基準電圧Ｖｐを
生成するようになっている。

【００３７】磁気センサ装置１は、更に、基準電圧入力
端がオペアンプ２１の出力端に接続された磁気センサ部
５と、この磁気センサ部５の近傍に配置されると共に、
一端がオペアンプ２１の出力端に接続された帰還コイル
６と、非反転入力端が磁気センサ部５の出力端に接続さ
れたオペアンプよりなる帰還増幅器７と、一端がオペア
ンプ２１の出力端に接続され、他端が帰還増幅器７の非
反転入力端に接続された抵抗８と、一端がオペアンプ２
１の出力端に接続され、他端が帰還増幅器７の反転入力
端に接続された抵抗９と、一端が帰還増幅器７の反転入
力端に接続され、他端が帰還増幅器７の出力端に接続さ
れた抵抗１０と、一端が帰還増幅器７の出力端に接続さ
れ、他端が帰還コイル６の他端に接続された電流検出抵
抗１１とを備えている。

【００３８】磁気センサ装置１は、更に、一端が抵抗１
１の一端に接続された抵抗１２と、一端が抵抗１１の他
端に接続された抵抗１３と、反転入力端が抵抗１２の他
端に接続され、非反転入力端が抵抗１３の他端に接続さ
れたオペアンプよりなる差動増幅器１４と、一端が差動
増幅器１４の反転入力端に接続され、他端が差動増幅器
１４の出力端に接続された抵抗１５と、一端がオペアン
プ１８の出力端に接続され、他端が差動増幅器１４の非
反転入力端に接続された抵抗１９と、差動増幅器１４の
出力端に接続された測定信号出力端１６とを備えてい
る。

【００３９】磁気センサ装置１は、更に、帰還コイル６
に対して並列に接続された分流回路２４を備えている。
分流回路２４は、直列に接続されたサーミスタ２５と抵
抗２６とを有している。この分流回路２４において、抵
抗２６は、温度変化に対する分流回路２４全体の抵抗変
化率を調整するために設けられる。サーミスタ２５と抵
抗２６の位置関係は、図１に示した状態と逆でもよい。

【００４０】なお、分流回路２４の構成は、図１に示し
たようにサーミスタ２５と抵抗２６を直列に接続した構
成に限らず、例えば、図２に示したように、サーミスタ
２５と抵抗２７を並列に接続した構成でもよいし、図３
に示したように、サーミスタ２５と抵抗２８を直列に接
続し、更にサーミスタ２５に対して抵抗２９を並列に接
続した構成でもよい。図２または図３における、抵抗２
７，２８，２９は、温度変化に対する分流回路２４全体
の抵抗変化率を調整するために設けられる。

【００４１】オペアンプ２１、帰還増幅器７、差動増幅
器１４およびオペアンプ１８の各電源入力端は電源入力
端２に接続され、各接地端は接地されている。

【００４２】磁気センサ装置１の測定信号出力端１６よ
り出力される測定信号は、この測定信号をアナログ−デ
ジタル変換（以下、Ａ／Ｄ変換と言う。）するＡ／Ｄ変
換器３１に入力されるようになっている。このＡ／Ｄ変
換器３１より出力されるデジタルの測定信号は、例え
ば、このデジタルの測定信号を処理するＣＰＵ（中央処
理装置）３３に入力されるようになっている。Ａ／Ｄ変
換器３１には、基準電圧源３２より、精度と安定度の高
い基準電圧が供給されるようになっている。なお、基準
電圧源３２は、Ａ／Ｄ変換器３１に内蔵されていてもよ
いし、Ａ／Ｄ変換器３１の外部に設けられていてもよ
い。基準電圧源３２としては、例えばバンドギャップ型
基準電圧発生回路が用いられる。

【００４３】磁気センサ装置１の参照電圧入力端１７に
は、参照電圧Ｖrefとして、基準電圧源３２より発生さ
れるＡ／Ｄ変換器３１用の基準電圧が印加されるように
なっている。

【００４４】本実施の形態において、帰還増幅器７は本
発明における変換手段に対応し、抵抗１１および帰還コ
イル６は本発明における帰還手段に対応し、抵抗１１お
よび差動増幅器１４は本発明における測定信号出力手段
に対応する。

【００４５】図４は、図１における磁気センサ部５の構
成の一例を示す回路図である。この例における磁気セン
サ部５は、磁気センサ素子として、インダクタンス変化
型の磁気センサ素子、すなわちフラックスゲート素子を
有している。このフラックスゲート素子は、磁芯５１
と、この磁芯５１に巻回されたセンサコイル５２とを含
んでいる。磁気センサ部５は、更に、一端がセンサコイ
ル５２の一端に接続されたコンデンサ５３と、コンデン
サ５３の他端に接続された励振回路５４と、一端がセン
サコイル５２の他端に接続され、他端が磁気センサ部５
の基準電圧入力端に接続されたインダクタンス素子５５
とを有している。インダクタンス素子５５は、センサコ
イル５２のインダクタンス値の変化を検出するためのも
のであり、例えばコイルよりなる。なお、図４では、励
振回路５４の電源および接地端子は図示していない。

【００４６】磁気センサ部５は、更に、一端がセンサコ
イル５２とインダクタンス素子５５との接続点に接続さ
れたコンデンサ５６と、一端がコンデンサ５６の他端に
接続され、他端が磁気センサ部５の基準電圧入力端に接
続された抵抗５７とを有している。コンデンサ５６と抵
抗５７は、インダクタンス素子５５の両端に発生する電
圧を微分する微分回路を構成している。

【００４７】磁気センサ部５は、更に、入力端がコンデ
ンサ５６と抵抗５７との接続点に接続された正ピークホ
ールド回路５８と、入力端がコンデンサ５６と抵抗５７
との接続点に接続された負ピークホールド回路５９と、
各入力端がそれぞれ正ピークホールド回路５８の出力端
と負ピークホールド回路５９の出力端に接続された加算
回路６０とを有している。正ピークホールド回路５８
は、微分回路の出力信号の正のピーク値をホールドし、
負ピークホールド回路５９は、微分回路の出力信号の負
のピーク値をホールドする。加算回路６０は、正ピーク
ホールド回路５８の出力信号と負ピークホールド回路５
９の出力信号とを加算して、磁気センサ部５の出力端よ
り出力する。

【００４８】図４に示した磁気センサ部５では、励振回
路５４によって、磁気センサ部５に印加される電源電圧
Ｖｄに基づいて励振電流が生成される。この励振電流
は、センサコイル５２およびインダクタンス素子５５を
流れる。励振電流は、ピーク時には磁芯５１が飽和領域
に入るような交流電流とする。なお、本出願において、
磁芯の飽和領域とは、磁界の絶対値が、磁芯の透磁率が
最大透磁率となるときの磁界の絶対値より大きい領域を
いう。励振電流のピーク値付近で磁芯５１が飽和領域に
達すると、センサコイル５２のインダクタンス値が急減
するため、励振電流は急増する。励振電流の波形を２回
微分すれば、急増した部分の電流波形に相似な逆位相の
出力を検出することができる。

【００４９】励振電流はインダクタンス素子５５および
微分回路で２回微分され、微分回路より、励振電流の正
負の各ピーク値を表す、互いに逆極性のスパイク状電圧
信号が出力される。この正負のスパイク状電圧信号の各
ピーク値は、正ピークホールド回路５８および負ピーク
ホールド回路５９によってホールドされ、加算回路６０
によって加算されて、被測定磁界に対応した出力信号と
して磁気センサ部５の出力端より出力される。

【００５０】次に、本実施の形態に係る磁気センサ装置
１の作用について説明する。この磁気センサ装置では、
電源入力端２に電源電圧Ｖｄが印加され、この電源電圧
Ｖｄによって各回路部分が動作している。すなわち、各
回路部分は単極性電源によって駆動されている。

【００５１】また、参照電圧入力端１７には、参照電圧
Ｖrefとして、基準電圧源３２より発生されるＡ／Ｄ変
換器３１用の基準電圧が印加される。オペアンプ１８は
ボルテージフォロワを構成しており、オペアンプ１８の
出力端の電位は参照電圧Ｖrefと等しい。オペアンプ１
８の出力端より出力される参照電圧Ｖrefは、抵抗１９
を介して差動増幅器１４の非反転入力端に印加されると
共に、オペアンプ２１の非反転入力端に印加される。

【００５２】オペアンプ２１は、参照電圧Ｖrefを所定
の増幅度Ｇで増幅して基準電圧Ｖｐを生成する。抵抗２
２の抵抗値をＲ1とし、抵抗２３の抵抗値をＲ2とする
と、オペアンプ２１の増幅度Ｇは、１＋Ｒ1／Ｒ2とな
る。オペアンプ２１の出力端より出力される基準電圧Ｖ
ｐは、磁気センサ部５の基準電圧入力端と、帰還コイル
６、抵抗８，９の各一端に印加される。

【００５３】磁気センサ部５は、その出力端より、被測
定磁界に応じた信号を、帰還増幅器７の非反転入力端に
対して出力する。帰還増幅器７は、基準電圧Ｖｐを基準
として被測定磁界に応じて変化する出力電圧を生成す
る。被測定磁界がゼロのときには帰還増幅器７の出力電
圧は基準電圧Ｖｐと等しい。

【００５４】帰還増幅器７から抵抗１１を経て帰還コイ
ル６に至るまで帰還電流経路が形成されている。この帰
還電流経路では、帰還増幅器７の出力電圧と基準電圧Ｖ
ｐとの差に応じて出力電流が発生する。従って、帰還増
幅器７は、磁気センサ部５の出力信号を出力電流に変換
していると言える。出力電流は、帰還増幅器７の出力電
圧が基準電圧Ｖｐより大きいか小さいかに応じて正逆両
方向に流れる。出力電流の一部は、帰還電流として帰還
コイル６に供給される。帰還コイル６は、帰還電流に応
じて、被測定磁界と絶対値が等しく、被測定磁界に対し
て逆極性となる帰還磁界を発生する。

【００５５】帰還電流経路に挿入された抵抗１１の両端
間に発生した電圧（電位差）は、コモンモード電圧とし
ての基準電圧Ｖｐに重畳されて、差動増幅器１４に入力
される。差動増幅器１４は、被測定磁界に対応すると共
に、コモンモード電圧Ｖｐが除去された信号を出力す
る。差動増幅器１４の非反転入力端には、抵抗１９を介
して参照電圧Ｖrefが印加されている。従って、差動増
幅器１４の出力信号、すなわち信号出力端１６より出力
される測定信号は、参照電圧Ｖrefを基準として被測定
磁界に応じて変化する単極性の信号となる。

【００５６】なお、本実施の形態に係る磁気センサ装置
１では、分流回路２４を除いた場合には、温度上昇に伴
ってゲインが減少するものとする。

【００５７】本実施の形態では、帰還磁界を発生させる
と共に帰還電流経路における負荷となる帰還コイル６に
対して並列に分流回路２４が設けられている。この分流
回路２４は、出力電流の一部をサーミスタ２５を介して
分流する。なお、分流回路２４によって出力電流の一部
を分流するためには、帰還コイル６の抵抗値がある程度
大きいことが必要であるが、帰還コイル６の抵抗値は、
通常、数十オームあるので十分である。

【００５８】本実施の形態では、温度が上昇すると、分
流回路２４の抵抗値は減少し、その結果、抵抗１１を流
れる出力電流は増加し、抵抗１１の両端間の電圧は増加
する。これにより、温度上昇に伴って減少するゲインが
補償される。

【００５９】また、本実施の形態では、オペアンプ２１
によって、電源電圧Ｖｄに依らずに、外部より与えられ
る参照電圧Ｖrefに基づいて基準電圧Ｖｐを生成してい
る。参照電圧Ｖrefには、基準電圧源３２より発生され
るＡ／Ｄ変換器３１用の基準電圧が用いられている。一
般に、Ａ／Ｄ変換器で用いられる基準電圧の精度と安定
度は非常に高い。従って、本実施の形態における参照電
圧Ｖrefは、磁気センサ装置１に供給される電源電圧Ｖ
ｄとは独立した、精度と安定度の高い電圧であり、電源
電圧Ｖｄの変動の影響を全く受けない。その結果、参照
電圧Ｖrefに基づいて生成される基準電圧Ｖｐも、電源
電圧Ｖｄの変動の影響を受けない、精度と安定度の高い
電圧となる。従って、本実施の形態では、差動増幅器１
４のコモンモード抑圧比を決定する抵抗１２，１３，１
５，１９の抵抗値のバランスが完全でなくとも、差動増
幅器１４より出力される測定信号が、電源電圧Ｖｄの変
動に伴って変動することはない。

【００６０】ところで、本実施の形態において、オペア
ンプ２１は、参照電圧Ｖrefと基準電圧Ｖｐとの比を１
以外の一定値にしてもよいし、基準電圧Ｖｐを参照電圧
Ｖrefと等しくしてもよい。

【００６１】なお、基準電圧Ｖｐは帰還増幅器７の動作
のゼロ点を決定する。一般に、参照電圧Ｖrefは２．５
Ｖのことが多く、電源電圧Ｖｄの最小値は８Ｖ程度のこ
とが多い。そのため、参照電圧Ｖrefを２．５Ｖ、電源
電圧Ｖｄを８Ｖとした場合には、基準電圧Ｖｐを参照電
圧Ｖrefと等しくすると、帰還増幅器７の動作のゼロ点
が２．５Ｖとなり、帰還増幅器７の低圧側の動作範囲が
減少する。従って、基準電圧Ｖｐは、電源電圧Ｖｄの１
／２程度、すなわち４Ｖ程度にしたほうがよい。本実施
の形態では、一例として、オペアンプ２１によって、
２．５Ｖの参照電圧Ｖrefを１．６倍に増幅して、４Ｖ
の基準電圧Ｖｐを生成する。この場合、図６に示した磁
気センサ装置に比べて、新たに増えるのは抵抗２２，２
３だけであり、磁気センサ装置１の価格の上昇はほとん
どない。

【００６２】基準電圧Ｖｐを参照電圧Ｖrefと等しくす
る場合には、Ｒ1＝０、Ｒ2＝∞とすればよいので、抵抗
２２，２３も不要となり、図６に示した磁気センサ装置
に比べて、磁気センサ装置１の価格の上昇は全くなくな
る。なお、この場合には、オペアンプ２１はボルテージ
フォロワを構成する。

【００６３】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１によれば、帰還コイル６に対して並列
に、出力電流の一部をサーミスタ２５を介して分流する
分流回路２４を設けたので、簡単な構成で、温度上昇に
伴ってゲインが減少する場合におけるゲインの補正を行
うことができる。すなわち、本実施の形態では、抵抗１
１の両端間の電圧を取り出して出力電圧とする回路を１
段の差動増幅器１４によって構成することができると共
に、使用するサーミスタ２５も１個でよい。従って、価
格の上昇を抑えながら、ゲインの補正を行うことができ
る。更に、本実施の形態では、サーミスタ２５の挿入に
よって差動増幅器１４の差動バランスを崩すこともな
い。

【００６４】また、本実施の形態に係る磁気センサ装置
１によれば、単極性の電源で動作して単極性の測定信号
を出力できると共に、簡単な構成で電源電圧の変動に伴
う測定信号の変動を抑制することができる。

【００６５】また、本実施の形態において、参照電圧Ｖ
refと基準電圧Ｖｐとの比を１以外の一定値にする場合
には、帰還増幅器７の動作のゼロ点を適当な電位に設定
することが可能になる。

【００６６】また、本実施の形態において、基準電圧Ｖ
ｐを参照電圧Ｖrefと等しくする場合には、磁気センサ
装置１の構成をより簡単にすることが可能になる。

【００６７】［第２の実施の形態］図５は、本発明の第
２の実施の形態に係る電流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電流センサ装置は、第１
の実施の形態に係る磁気センサ装置を用いて構成されて
いる。

【００６８】本実施の形態に係る電流センサ装置４１
は、被測定対象としての被測定電流が通過する導電部４
２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４３を備えている。そして、磁気ヨーク４３のギ
ャップ内に、第１の実施の形態に係る磁気センサ装置に
おける磁気センサ部５が配置されている。

【００６９】本実施の形態の電流センサ装置では、導電
部４２を図５における紙面に垂直な方向に流れる被測定
電流によって発生する磁束が、磁気ヨーク４３によって
収束され、磁気ヨーク４３を通過する。その結果、磁気
ヨーク４３のギャップ内に、被測定磁界が発生する。磁
気ヨーク４３のギャップ内に配置された磁気センサ部５
は、被測定電流によって発生する被測定磁界の値に応じ
て変化する信号を出力する。これにより、被測定電流が
非接触で測定される。

【００７０】本実施の形態におけるその他の構成、作用
および効果は、第１の実施の形態と同様である。

【００７１】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、磁気センサ
部は、フラックスゲート素子を含むものに限らず、ホー
ル素子等の他の磁気センサ素子を含むものであってもよ
い。

【００７２】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の磁気セン
サ装置または電流センサ装置によれば、出力電流の電流
経路における負荷に対して並列に、出力電流の一部をサ
ーミスタを介して分流する分流回路を設けたので、簡単
な構成で、温度上昇に伴ってゲインが減少する場合にお
けるゲインの補正を行うことができ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】図１における分流回路の他の構成の例を示す回
路図である。

【図３】図１における分流回路の更に他の構成の例を示
す回路図である。

【図４】図１における磁気センサ部の構成の一例を示す
回路図である。

【図５】本発明の第２の実施の形態に係る電流センサ装
置の構成を示す回路図である。

【図６】温度上昇に伴って減少するゲインを補償するよ
うにした磁気センサ装置の構成の一例を示す回路図であ
る。

【図７】他の方法を用いて温度上昇に伴って減少するゲ
インを補償するようにした磁気センサ装置の要部を示す
回路図である。

【符号の説明】

１…磁気センサ装置、２…電源入力端、５…磁気センサ
部、６…帰還コイル、７…帰還増幅器、１１…電流検出
抵抗、１４…差動増幅器、１６…測定信号出力端、１７
…参照電圧入力端、１８…オペアンプ、２１…オペアン
プ、２４…分流回路、２５…サーミスタ、２６…抵抗。

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 被測定磁界の値に応じて変化する信号を
   出力する磁気センサ部と、 前記磁気センサ部の出力信号を出力電流に変換する変換
   手段と、 前記変換手段によって得られる出力電流を用いて、被測
   定磁界と絶対値が等しく、被測定磁界に対して逆極性と
   なる帰還磁界を発生させる帰還手段と、 前記出力電流を電圧に変換し、測定信号として出力する
   測定信号出力手段と、 前記出力電流の電流経路における負荷に対して並列に接
   続され、前記出力電流の一部をサーミスタを介して分流
   する分流回路とを備えたことを特徴とする磁気センサ装
   置。
2. 【請求項２】 前記帰還手段は、前記出力電流を用いて
   前記帰還磁界を発生させると共に、前記電流経路におけ
   る負荷となる帰還コイル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。
3. 【請求項３】 前記磁気センサ部は、フラックスゲート
   素子を含む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。
4. 【請求項４】 被測定電流によって発生する被測定磁界
   の値に応じて変化する信号を出力する磁気センサ部と、 前記磁気センサ部の出力信号を出力電流に変換する変換
   手段と、 前記変換手段によって得られる出力電流を用いて、被測
   定磁界と絶対値が等しく、被測定磁界に対して逆極性と
   なる帰還磁界を発生させる帰還手段と、 前記出力電流を電圧に変換し、測定信号として出力する
   測定信号出力手段と、 前記出力電流の電流経路における負荷に対して並列に接
   続され、前記出力電流の一部をサーミスタを介して分流
   する分流回路とを備えたことを特徴とする電流センサ装
   置。
5. 【請求項５】 前記帰還手段は、前記出力電流を用いて
   前記帰還磁界を発生させると共に、前記電流経路におけ
   る負荷となる帰還コイルを含むことを特徴とする請求項
   ４記載の電流センサ装置。
6. 【請求項６】 前記磁気センサ部は、フラックスゲート
   素子を含むことを特徴とする請求項４または５記載の電
   流センサ装置。