JP2002107384A - Current sensor - Google Patents

Current sensor

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JP2002107384A
JP2002107384A JP2000300624A JP2000300624A JP2002107384A JP 2002107384 A JP2002107384 A JP 2002107384A JP 2000300624 A JP2000300624 A JP 2000300624A JP 2000300624 A JP2000300624 A JP 2000300624A JP 2002107384 A JP2002107384 A JP 2002107384A
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JP
Japan
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magnetic field
current
conductor
small
small window
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Pending
Application number
JP2000300624A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Hiroyuki Sano
寛幸 佐野
Kimihiro Iritono
公浩 入戸野
Yasuo Itatsu
康雄 板津
Kazuhiko Ueno
一彦 上野
Takuya Kazama
拓也 風間
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Stanley Electric Co Ltd
Original Assignee
Stanley Electric Co Ltd
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Publication date
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a current sensor using MI elements, capable of canceling disturbance noise in sensor detection sensitivity directions and making its size compact. SOLUTION: A magnetic sensor can accurately detect a very small magnetic field with an MI element 3 or 13 from very small magnetic field gradient in a small magnetic field region, by providing notches to a primary conductor 1 and a secondary conductor 1' with different resistance values, providing a small window in the middle of combined conductor, and utilizing generation of small magnetic field region in the small window 2, so as to contain the MI element 3 on a central line O in the small window 2 and the central line O and a magnetic field region G do not coincide.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、磁気インピーダンス素
子(以下MI素子)を用いた電流センサに関するもの
で、特に過電流が流れても大丈夫な車載用の電流検出に
おいて、特に高感度で広範囲に渡って検出磁界をえられ
るMI素子を用いた電流センサに関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a current sensor using a magneto-impedance element (hereinafter referred to as an MI element). The present invention relates to a current sensor using an MI element that can obtain a detection magnetic field over the same.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来のオートブレーカでは、主回路の通
電導体を一次導体としてここに鉄心に二次コイルを巻回
した通常の変流器を採用して電流検出を行っている。こ
れらの配線用しゃ断器,漏電しゃ断器などのオートブレ
ーカは、市場要求として小形、コンパクト化された製品
が求められており、この要望に沿って各種部品の小形
化、部品の配置などを改良するなどして外形寸法の縮小
化を進めているがこれには限界がある。
2. Description of the Related Art In a conventional auto breaker, current detection is performed by employing a normal current transformer in which a current carrying conductor of a main circuit is a primary conductor and a secondary coil is wound around an iron core. The market requirements for these circuit breakers, earth leakage circuit breakers, and other auto breakers require smaller and more compact products, and in line with this demand, improve the miniaturization of various components and improve the arrangement of components. As a result, the external dimensions have been reduced, but this has limitations.

【0003】一方、各種の磁気センサが開発され、その
応用例としてホール素子、磁気抵抗素子などを使用し、
一次導体に流れる電流をその電流に比例した磁界強度の
形で計測する磁気センサ式変流器なども知られている。
[0003] On the other hand, various magnetic sensors have been developed.
There is also known a magnetic sensor type current transformer which measures a current flowing through a primary conductor in the form of a magnetic field intensity proportional to the current.

【0004】しかも、これら磁気センサは通常の変流器
に比べて比較にならない程の超小形であり、この磁気セ
ンサ式変流器を通常の変流器に置き換えて採用すれば、
前記したオートブレーカの小形、コンパクト化を推進す
る上で大いに期待される。
Moreover, these magnetic sensors are so small that they cannot be compared with ordinary current transformers. If this magnetic sensor type current transformer is replaced with an ordinary current transformer,
It is greatly expected to promote the miniaturization and compactness of the auto breaker described above.

【0005】しかしながら、配線用しゃ断器,漏電しゃ
断器などのオートブレーカは、フレームによって定格電
流が最小5Aから最大6000A程度まで広範囲に系列
化されており、電子式オートブレーカでは定格電流を複
数段階に調整することが可能である。これに対して、前
記したホール素子、磁気抵抗素子などは、不平衡電圧な
どの影響により微小磁場の下では分解能が低下するとい
った特性面での固有の問題があり、定格電流の小さいフ
レームでは高精度な電流計測が難しい。
[0005] However, auto breakers such as wiring breakers and earth leakage breakers are categorized in a wide range from a minimum of 5 A to a maximum of 6000 A depending on the frame. It is possible to adjust. On the other hand, the Hall element and the magnetoresistive element described above have an inherent problem in that the resolution is reduced under a minute magnetic field due to the influence of an unbalanced voltage and the like. It is difficult to measure current accurately.

【0006】これに対して、微小磁界を高い精度で検出
可能な磁気センサとしてフラックスゲート素子、あるい
はMI素子などが知られている。とくに、フラックスゲ
ート素子、MI素子の動作範囲は高々10ガウス以下の
微小磁界であり、このままでは定格電流の大きなオート
ブレーカへの適用が困難である。そこで、微小磁界の検
出に高い精度を発揮するフラックスゲート素子、MI素
子など磁気センサを採用して一次導体に流れる電流を広
範囲で精度良く計測できる磁気センサ応用の変流器を提
供する手段が用いられている。
On the other hand, a flux gate element or an MI element is known as a magnetic sensor capable of detecting a minute magnetic field with high accuracy. In particular, the operation range of the flux gate element and the MI element is a very small magnetic field of 10 gauss or less at most, and it is difficult to apply the flux gate element and the MI element to an auto breaker having a large rated current. Therefore, a means is used to provide a current sensor applied to a magnetic sensor that can measure the current flowing through the primary conductor with high accuracy over a wide range by using a magnetic sensor such as a flux gate element or MI element that exhibits high accuracy in detecting a minute magnetic field. Have been.

【0007】それらの手段は、一次導体の中央部分に電
流通路を二分する小窓を開口し、該小窓の中心部位にフ
ラックスゲート素子、 あるいはMI素子の磁気センサ
を配置することにより達成される。なお、前記の一次導
体には平角導体を用いて実施するのがよい。周知のよう
に、導体に電流が流れると導体の周辺に磁界が発生し、
その磁界の方向、磁界強度はビオ・サバールの法則によ
って決まる。また、並行に配置した2本の導体に同じ向
きに同じ電流を流すと、導体相互間の中央では磁界強度
がゼロとなり、その両側で導体に近づくにつれて磁界強
度が大きくなる。
[0007] These means are achieved by opening a small window that bisects the current path at the center of the primary conductor, and arranging a magnetic sensor of a flux gate element or MI element at the center of the small window. . It is preferable to use a rectangular conductor as the primary conductor. As is well known, when a current flows through a conductor, a magnetic field is generated around the conductor,
The direction and strength of the magnetic field are determined by Biot-Savart's law. When the same current is applied to two conductors arranged in parallel in the same direction, the magnetic field intensity becomes zero at the center between the conductors, and the magnetic field intensity increases as the conductor approaches the conductor on both sides.

【0008】そこで、電流の流れる一次導体に平角導体
を採用し、この導体の中央部分を切欠して通電路を二分
するように小窓を開口すれば、この小窓を挟んだ両側の
導体部分が前記した2本の並行導体と同様な状態とな
り、小窓の空間における磁界強度はその中心でゼロ,両
サイド方向へ行くにしたがって磁界強度が高くなるよう
な分布を呈し、特に中心に近い部分に微小磁界領域が形
成される。
Therefore, if a rectangular conductor is adopted as a primary conductor through which a current flows, and a small window is opened so as to cut off a central portion of the conductor and divide the current path into two, conductor portions on both sides of the small window are sandwiched. Are in the same state as the two parallel conductors described above, and the magnetic field strength in the space of the small window is zero at the center, and the magnetic field strength increases as going to both side directions. Then, a minute magnetic field region is formed.

【0009】したがって、前記小窓内の中心部位に形成
される微小磁界領域に位置を合わせてフラックスゲート
素子、 あるいはMI素子を設置すれば、これら磁気セ
ンサにより一次導体に流れる電流を小電流から大電流ま
での広範囲で精度よく検出できる。
Therefore, if a flux gate element or an MI element is installed in such a manner as to be positioned in the small magnetic field region formed in the central portion of the small window, the current flowing through the primary conductor by these magnetic sensors can be changed from small current to large current. It can be detected accurately over a wide range up to the current.

【0010】しかも、この小窓を磁気センサの外形寸法
に対応しておけば、磁気センサの素子は小窓内に収まる
ので、磁気センサを設置するために余分なスペースが不
要となる。
In addition, if the small window corresponds to the external dimensions of the magnetic sensor, the elements of the magnetic sensor can be accommodated in the small window, so that no extra space is required for installing the magnetic sensor.

【0011】これらの実施例を図面に基づいてわかりや
すく説明する。図3において、31は配線用しゃ断器、
漏電しゃ断器などのオートブレーカに組み込まれた主回
路導体としての一次導体(平角導体)、32は一次導体
31の長手方向にそって通電路を二分するようにその中
央に切欠き開口した小窓、33は該小窓32の中の中央
部位に位置を合わせて配置したフラックスゲート素子、
あるいはMI素子の磁気センサ、34は、磁気センサ
33に接続した電流検出回路である。
These embodiments will be described with reference to the drawings. In FIG. 3, 31 is a circuit breaker for wiring,
A primary conductor (rectangular conductor) as a main circuit conductor incorporated in an auto breaker such as an earth leakage breaker, and 32 is a small window notched and opened at the center of the primary conductor 31 so as to bisect the current path along the longitudinal direction. , 33 are flux gate elements arranged in alignment with the central part in the small window 32,
Alternatively, the magnetic sensor 34 of the MI element is a current detection circuit connected to the magnetic sensor 33.

【0012】なお、図中では一次導体31の幅をA、厚
さをB、小窓の幅をC、長さをDとし、一次導体31の
長手方向(電流Iの通流方向)に沿った中心線をOで表
している。
In the figure, the width of the primary conductor 31 is A, the thickness is B, the width of the small window is C, and the length is D, and the primary conductor 31 extends in the longitudinal direction (current I direction). The center line is represented by O.

【0013】例えば、一次導体31の幅Aを20mm、厚
さBを3mm、小窓32の幅Cを5mm、長さDを10mmと
し、一次導体に100Aの電流を流した場合における小
窓72の内部の磁界強度を計算により求めたところ、そ
の磁界強度分布は図5のようになる。なお、磁界強度分
布は前記中心線Oに対して導体の幅方向に対称であり、
図5はその片側半分の磁界強度分布を示している。
For example, the width A of the primary conductor 31 is 20 mm, the thickness B is 3 mm, the width C of the small window 32 is 5 mm, the length D is 10 mm, and the small window 72 when a current of 100 A flows through the primary conductor. When the magnetic field strength inside of is calculated by calculation, the magnetic field strength distribution is as shown in FIG. The magnetic field intensity distribution is symmetrical in the width direction of the conductor with respect to the center line O,
FIG. 5 shows the magnetic field intensity distribution of one half of the magnetic field.

【0014】図5に表した磁界強度分布図から明らかな
ように、中心線Oに沿った小窓2内の中心点では磁界強
度がゼロであり、その周域には幅方向に約1mm幅の範囲
で磁界強度が5ガウス以下の微小磁界領域(斜め破線で
表す)が存在している。
As is apparent from the magnetic field strength distribution diagram shown in FIG. 5, the magnetic field strength is zero at the center point in the small window 2 along the center line O, and its peripheral region has a width of about 1 mm in the width direction. , There exists a minute magnetic field region (represented by an oblique broken line) with a magnetic field intensity of 5 Gauss or less.

【0015】したがって、この微小磁界領域に位置を合
わせて小窓内にフラックスゲート素子、あるいはMI素
子の磁気センサ33を配置することにより、一次導体3
1に流れる電流、つまりオートブレーカの主回路に流れ
る負荷電流を小電流から大電流まで広範囲に精度よく検
出することができる。
Therefore, by positioning the magnetic sensor 33 of the flux gate element or the MI element in the small window in a position aligned with the small magnetic field region, the primary conductor 3
The current flowing through the first circuit, that is, the load current flowing through the main circuit of the auto breaker can be accurately detected over a wide range from small current to large current.

【0016】このような構成にすることにより、一次導
体31の中央に小窓32を開口してその内方に微小磁界
領域を形成するとともに、この小窓内の中心部位に位置
を合わせてフラックスゲート素子、 あるいはMI素子
33のように微小磁界の検出精度が高い磁気センサを設
置したことにより、一次導体31に流れる電流を広範囲
で精度よく検出することができる。
With such a configuration, a small window 32 is opened at the center of the primary conductor 31 to form a minute magnetic field region inside the small window 32, and the flux is aligned with the center of the small window. By installing a magnetic sensor such as the gate element or the MI element 33 that has high detection accuracy for a minute magnetic field, the current flowing through the primary conductor 31 can be accurately detected over a wide range.

【0017】しかも、外形寸法が超小形である磁気セン
サは一次導体31に開口した小窓内に収まるように配置
することができることから、通常の変流器のように一次
導体31の周辺に変流器を設置するための特別スペース
を確保する必要がなく、したがって当該変流器を配線用
しゃ断器、漏電しゃ断器などのオートブレーカに採用す
ることで、オートブレーカの製品の小形,コンパクト化
が達成できる。
Moreover, since the magnetic sensor having an ultra-small external dimension can be arranged so as to fit within a small window opened in the primary conductor 31, the magnetic sensor is arranged around the primary conductor 31 like an ordinary current transformer. There is no need to secure a special space for installing a current breaker. Therefore, by adopting the current transformer in an auto breaker such as a circuit breaker for wiring or an earth leakage breaker, the size and size of the auto breaker product can be reduced. Can be achieved.

【0018】このように、従来の技術では、一次導体に
流れる電流を、この電流に比例する磁界強度の形で計測
する磁気センサ応用の変流器において、平角導体として
なる一次導体部の中央部分に電流通路を二分する小窓を
有し、該小窓の中央部に微小磁界を形成し、この微小磁
界領域に磁気センサを配置して一次導体に流れる電流を
計測している。
As described above, in the conventional technology, in a current transformer applied to a magnetic sensor for measuring a current flowing through a primary conductor in the form of a magnetic field intensity proportional to the current, a central portion of the primary conductor portion as a rectangular conductor is used. A small window that bisects the current path, a small magnetic field is formed at the center of the small window, and a magnetic sensor is arranged in this small magnetic field region to measure the current flowing through the primary conductor.

【0019】[0019]

【発明が解決するための課題】一次導体の中央部に小窓
を開口し、磁気センサを設置していた為、MI素子を中
心部に置くと中心部では磁界が、零であるためMI素子
の置く位置精度により磁場測定が正負にばらつき、測定
誤差が大きくなってしまいセンサ設置位置にかなりの高
精度を要してしまう。
A small window is opened at the center of the primary conductor and a magnetic sensor is installed. When the MI element is placed at the center, the magnetic field at the center is zero. Due to the positional accuracy of the magnetic field, the measurement of the magnetic field varies in the positive and negative directions, the measurement error increases, and the sensor installation position requires considerably high accuracy.

【0020】また、一次導体の中央部に小窓を開口し、
磁気センサを一個設置していた為、外乱ノイズと信号の
区別また、熱ドリフトをキャンセルする事ができず、測
定信頼性に欠ける。
Also, a small window is opened at the center of the primary conductor,
Since one magnetic sensor is installed, it is not possible to distinguish between disturbance noise and a signal and to cancel thermal drift, resulting in poor measurement reliability.

【0021】そこで本出願人は、一次導体と二次導体に
流れる電流を、該電流に比例する磁界強度の形で計測す
る電流センサにおいて、一次導体と二次導体の中央部に
切り欠きをいれて、該一次導体と二次導体を一体化する
ことで、電流通路を分岐する小窓を開口し、該小窓内に
検出感度方向が逆になる一対のMI素子を用いた磁気セ
ンサを設け、該MI素子を用いた磁気センサでのセンサ
値の差をとることで、磁界検出をすることで、センサ検
出感度方向の外乱ノイズをキャンセルする事ができ、コ
ンパクト化も可能なMI素子を用いた電流センサを提供
している。
Therefore, in the current sensor for measuring the current flowing through the primary conductor and the secondary conductor in the form of a magnetic field intensity proportional to the current, the present applicant has cut out a notch at the center of the primary conductor and the secondary conductor. Then, by integrating the primary conductor and the secondary conductor, a small window that branches the current path is opened, and a magnetic sensor using a pair of MI elements whose detection sensitivity directions are reversed in the small window is provided. By taking the difference between the sensor values of the magnetic sensors using the MI element, by detecting the magnetic field, it is possible to cancel the disturbance noise in the sensor detection sensitivity direction and use a MI element that can be made compact. Current sensor.

【0022】また、どのようなMI素子でも確かに高精
度の磁気検出が可能であるが、MI素子のMI特性のバ
ラツキや、インピーダンスの変化率のピークが±数[O
e]であり、バイアス磁界を印加したりしてシフトさせ
ることで非対称としており、非対称とした特性のピーク
の一方も+数[Oe]で、詳細には、+3[Oe]付近
であるため線形領域が、±3[Oe]と狭く従来のMI
素子の検出回路では、±3[Oe]の範囲でしかリニア
リティを得ることが出来なかった。また±4[Oe]、
±5[Oe]と出力が飽和する領域では、検出が不可能
である。
Although any type of MI element can certainly perform high-precision magnetic detection, the variation in MI characteristics of the MI element and the peak of the rate of change of impedance are ±± O [O
e], which is made asymmetric by shifting by applying a bias magnetic field or the like. One of the peaks of the asymmetric characteristic is also + number [Oe], and in detail, is near +3 [Oe]. The area is as narrow as ± 3 [Oe] and the conventional MI
In the element detection circuit, linearity could be obtained only in the range of ± 3 [Oe]. ± 4 [Oe],
In a region where the output is saturated as ± 5 [Oe], detection is impossible.

【0023】本発明においては、一次導体と二次導体に
流れる電流が大電流であっても小窓内に、発生する外部
磁界HB[Oe]を小さくすることができ、簡単な電流
検出回路で電流検出が可能になった。
In the present invention, the external magnetic field HB [Oe] generated in the small window can be reduced even if the current flowing through the primary conductor and the secondary conductor is a large current. Current detection is now possible.

【0024】更には、一次導体と二次導体を同一導電性
材料とすることで電流を1/2に分岐している。また、
一次導体と二次導体を異なる導電性材料とすることで導
電性材料の抵抗値が異なるので電流比をその抵抗値によ
って、分岐することができる。
Further, by using the same conductive material for the primary conductor and the secondary conductor, the current is halved. Also,
When the primary conductor and the secondary conductor are made of different conductive materials, the resistance values of the conductive materials are different, so that the current ratio can be branched depending on the resistance values.

【0025】[0025]

【課題を解決するための手段】請求項1は、一次導体と
二次導体に流れる電流を、該電流に比例する磁界強度の
形で計測する電流センサにおいて、一次導体と二次導体
の中央部に切り欠きをいれて、該一次導体と二次導体を
一体化することで、電流通路を分岐する小窓を開口し、
該小窓内にMI素子を用いた磁気センサを設け、該MI
素子を用いた磁気センサでの磁界検出をすることを特徴
とする電流センサであり請求項2は、請求項1におい
て、前記小窓内に微小磁場勾配を発生させ、該小窓内に
MI素子内蔵させることを特徴とする電流センサであ
る。
According to the present invention, there is provided a current sensor for measuring a current flowing through a primary conductor and a secondary conductor in the form of a magnetic field intensity proportional to the current. By opening a small window that branches the current path by integrating the primary conductor and the secondary conductor,
A magnetic sensor using an MI element is provided in the small window.
2. A current sensor for detecting a magnetic field by a magnetic sensor using an element. 2. The current sensor according to claim 1, wherein a small magnetic field gradient is generated in the small window, and an MI element is formed in the small window. It is a current sensor characterized by being incorporated.

【0026】請求項3では、前記MI素子は、MI特性
が対称であることを特徴とする請求項1、2記載の電流
センサであり、請求項4では、前記MI特性が非対称で
あることを特徴とする請求項1、2記載の電流センサで
ある。
According to a third aspect of the present invention, in the current sensor according to the first or second aspect, the MI element has a symmetric MI characteristic. In a fourth aspect, the MI element has an asymmetric MI characteristic. The current sensor according to claim 1 or 2, wherein:

【0027】請求項5は、前記一次導体と二次導体を異
なる導電性材料を用いることを特徴とする請求項1記載
の電流センサで、請求項6は、前記一次導体と二次導体
を同一導電性材料を用いることを特徴とする請求項1記
載の電流センサを提供している。
According to a fifth aspect of the present invention, in the current sensor according to the first aspect, the primary conductor and the secondary conductor are made of different conductive materials. The current sensor according to claim 1, wherein a conductive material is used.

【0028】[0028]

【発明の実施形態】以下、本発明の実施形態を図面に基
づいて説明する。ここでは、磁性体薄膜からなる薄膜磁
気インピーダンス素子(以下薄膜MI素子)で説明する
が、ワイヤータイプの磁気インピーダンス素子でも同様
である。図1において、1、1'は、磁界検出感度が逆
になる磁気インピーダンス素子からなる磁気センサを組
み込んだ主回路導体としての一次導体と二次導体を一体
化したした平角導体、2は、一次導体1、二次導体1'
の長手方向にそって通電路を分岐するようにその中央に
切欠きをいれ、一次導体と二次導体を一体化して設けた
小窓、3は、磁気インピーダンス素子(薄膜MI素子)
は、その小窓2の中に、磁気インピーダンス素子3(薄
膜MI素子)からなる検出磁界感度が逆方向になるよう
に薄膜MI素子3を夫々内蔵する。4は、薄膜MI素子
3からなる磁気センサに接続した電流検出回路である。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. Here, a thin-film magnetic impedance element (hereinafter, a thin-film MI element) formed of a magnetic thin film will be described, but the same applies to a wire-type magnetic impedance element. In FIG. 1, reference numerals 1 and 1 ′ denote rectangular conductors obtained by integrating a primary conductor and a secondary conductor as main circuit conductors in which a magnetic sensor including a magnetic impedance element whose magnetic field detection sensitivity is reversed is integrated. Conductor 1, secondary conductor 1 '
A notch is provided at the center of the current path so as to branch off along the longitudinal direction of the element, and a small window provided integrally with the primary conductor and the secondary conductor is provided with a magnetic impedance element (thin-film MI element).
Incorporates the thin-film MI elements 3 in the small windows 2 such that the detection magnetic field sensitivity of the magneto-impedance elements 3 (thin-film MI elements) is in the opposite direction. Reference numeral 4 denotes a current detection circuit connected to a magnetic sensor including the thin-film MI element 3.

【0029】なお、図中では一次導体1と二次導体1'
の長手方向(電流Iの通流方向)に沿った中心線をOで
表している。また、図2では、図1のA−A断面図を示
している。5は、その磁力線である。小窓2内では、そ
の磁界強度が微小磁場領域となっており、その磁力線5
も点線で示されている。
In the drawing, the primary conductor 1 and the secondary conductor 1 'are shown.
The center line along the longitudinal direction (the direction in which the current I flows) is denoted by O. FIG. 2 is a sectional view taken along the line AA of FIG. 5 is the line of magnetic force. In the small window 2, the magnetic field strength is a minute magnetic field region, and the magnetic field lines 5
Are also indicated by dotted lines.

【0030】また、一次導体1と二次導体1'が同一導
電性材料からなる場合は、磁界強度は前記中心線Oに対
して導体の幅方向に対称であるが、異なる導電性材料か
らなる場合は夫々の抵抗値が異なり、低抵抗の方に導体
に流れる電流の方が多くなるため電流密度にが高くな
り、磁界強度は、前記中心線Oに対して導体の幅方向に
対称にはならず、電流密度が高い低抵抗値の導体の磁界
強度が強くなるり、電流密度が低い高抵抗値が導体の磁
界強度の方が弱く、零磁界領域Gが高抵抗値をもつ導体
側に発生する。
When the primary conductor 1 and the secondary conductor 1 'are made of the same conductive material, the magnetic field strength is symmetric with respect to the center line O in the width direction of the conductor, but made of different conductive materials. In this case, the respective resistance values are different, and the current flowing through the conductor is higher in the lower resistance, so that the current density is higher, and the magnetic field strength is symmetrical in the width direction of the conductor with respect to the center line O. However, the magnetic field strength of a conductor with a high current density and a low resistance value becomes stronger, and the magnetic field strength of a conductor with a low current density and a high resistance value is weaker, and the zero magnetic field region G is closer to the conductor side with a higher resistance value. appear.

【0031】従って、中心線Oと微小磁界内の零磁界領
域Gが一致しない。その為、中心線Oに沿って、薄膜M
I素子3を一つ配置することができる。その時、従来の
ように位置制度を必要としない。また、微小磁場内で、
微小磁場勾配が発生し一つの薄膜MI素子でも簡単な電
流検出回路4で高精度に簡単なセンサ値を出力できる。
Therefore, the center line O does not coincide with the zero magnetic field region G in the minute magnetic field. Therefore, along the center line O, the thin film M
One I element 3 can be arranged. At that time, there is no need for a position system as in the past. In a small magnetic field,
A small magnetic field gradient is generated and a simple current detection circuit 4 can output a simple sensor value with high accuracy even with a single thin film MI element.

【0032】なお各薄膜MI素子3にて感知する磁界H
は、磁力線の半径をrとすると H=(I/2πr) で表れせられる磁界H[Oe]を形成する。この磁界は
薄膜MI素子に適した微小磁界領域となり微小磁場勾配
内が得られその中に薄膜MI素子3を設けることを設け
ることで微小磁場を検出している。
The magnetic field H sensed by each thin-film MI element 3
Forms a magnetic field H [Oe] represented by H = (I / 2πr) where r is the radius of the line of magnetic force. This magnetic field becomes a small magnetic field region suitable for the thin film MI element, and a small magnetic field gradient is obtained, and the minute magnetic field is detected by providing the thin film MI element 3 therein.

【0033】従って、薄膜MI素子3、に微小磁場内に
微小磁場勾配により、検出回路4が形成することができ
る為、薄膜MI素子3により微小磁場を検出して、その
磁気センサにより電流検出ができる。
Therefore, since the detection circuit 4 can be formed in the thin-film MI element 3 by a small magnetic field gradient in a small magnetic field, the small magnetic field is detected by the thin-film MI element 3 and the current is detected by the magnetic sensor. it can.

【0034】また、薄膜MI素子3は、インピーダンス
変化率―外部磁界Hexが、外部磁界の正負で、殆ど対
称となるためバイアス磁界ΔHex[Oe]を必要とす
る。そして、そのバイアス磁界を印加し特性を非対称と
している。
The thin-film MI element 3 requires a bias magnetic field ΔHex [Oe] because the rate of change in impedance—external magnetic field Hex is almost symmetrical with the external magnetic field being positive or negative. The bias magnetic field is applied to make the characteristics asymmetric.

【0035】前述した検出電流によって小窓内に発生す
る微小磁界内の微小磁場領域内に対して、バイアス磁界
ΔHbが印加さてれいるように配置されたMI素子素子
3の両端電圧電圧V1を読み取り、I1の電流を得ること
で簡単な構造の検出回路4を用いて微小磁場領域の出力
を得ることが出来る。
The voltage voltage V1 across the MI element element 3 arranged so that the bias magnetic field ΔHb is applied is read in the minute magnetic field region in the minute magnetic field generated in the small window by the detection current described above. , I1, the output of the small magnetic field region can be obtained using the detection circuit 4 having a simple structure.

【0036】尚、薄膜MI素子3では、前述のMI特性
があらかじめ対称となっているので、バイアス磁界ΔH
b[Oe]を印加し、MI特性をシフトさせ非対称とし
ている。交差型薄膜MI素子13では、MI特性が非対
称となっているのでその必要はない。薄膜MI素子3で
も、アモルファス薄膜を利用した積層型の軟磁性体薄膜
の磁化容易軸を利用した交差型薄膜MI素子13は、特
に図示しないが、両端にアルミのワイヤボンディング、
Auワイヤ等からなる電極又は直接半田によりリ−ド線
に接続し、高周波電流を両端に通電している。
In the thin film MI element 3, since the above-mentioned MI characteristics are previously symmetric, the bias magnetic field ΔH
By applying b [Oe], the MI characteristic is shifted to be asymmetric. This is not necessary in the cross-type thin-film MI element 13 because the MI characteristic is asymmetric. In the thin-film MI element 3 as well, a cross-type thin-film MI element 13 using an easy axis of magnetization of a laminated soft magnetic thin film using an amorphous thin film is not particularly shown, but aluminum wire bonding is performed at both ends.
An electrode made of Au wire or the like or a lead wire is directly connected to the lead wire, and a high-frequency current is applied to both ends.

【0037】従って、従来は±数[Oe]の狭い磁界の
範囲でしか検出が出来なかったが、一次導体1と二次電
流1'に切り欠きを入れ一体化した導体の中央部に小窓
2を設けることで大電流が流れても、小窓2内に発生す
る磁場は、微小磁場領域となり、その内部の零磁界領域
(中心線O)が一致しないことで、微小磁場領域内で微
笑磁場勾配を得、零磁界領域にもMI素子を夫々内蔵す
ることで、どの様な回路でもそれらの検出出力のセンサ
値を得て電流出力6が得られ、出力電圧VOUT[V]−
被検出電流値[A]の関係を得ることが可能になった。
Therefore, conventionally, detection was possible only in a narrow magnetic field range of ± several [Oe]. However, the primary conductor 1 and the secondary current 1 ′ are notched to form a small window at the center of the integrated conductor. 2, the magnetic field generated in the small window 2 becomes a small magnetic field region even when a large current flows, and the zero magnetic field region (center line O) inside the small window 2 does not coincide with the small magnetic field region. By obtaining the magnetic field gradient and incorporating the MI element in each of the zero magnetic field regions, any circuit can obtain the sensor value of the detection output to obtain the current output 6 and obtain the output voltage VOUT [V]-
It has become possible to obtain the relationship of the detected current value [A].

【0038】また特に図示しないが、一次導体1と二次
導体1'が同じ導電体材料で一体化されている時は、当
然上記の中央線Oと零磁界領域Gが一致する。その時
は、中央線O上にMI素子3を内蔵し、微小磁場領域内
の微小磁場勾配を利用して、中央線OよりずらしMI素
子3を配置することで、高精度な微小磁界を検出しセン
サ値として出力して、簡単な電流検出回路6で電流出力
を得ることができ、MI素子設置位置の高精度化も必要
としない。
Although not particularly shown, when the primary conductor 1 and the secondary conductor 1 'are integrated with the same conductive material, the center line O and the zero magnetic field region G naturally coincide with each other. At that time, the MI element 3 is built in on the center line O, and the MI element 3 is shifted from the center line O by utilizing the minute magnetic field gradient in the minute magnetic field region, thereby detecting a highly accurate minute magnetic field. Output as a sensor value, a current output can be obtained with a simple current detection circuit 6, and it is not necessary to increase the accuracy of the MI element installation position.

【0039】MI特性が薄膜MI素子同様対称となるF
eCoSiBの磁性線ワイヤを利用した磁性線のMI素
子は、特に図示しないが、本出願に含まれることは言う
までもない。
F, whose MI characteristics are symmetric like the thin-film MI element
The MI element of the magnetic wire using the eCoSiB magnetic wire is not particularly shown, but it goes without saying that it is included in the present application.

【0040】MI特性が非対称となる軟磁性体薄膜を利
用した積層型である交差型薄膜MI素子13の構造は、
特に図示しないが、従来のようにバイアス磁界ΔHex
[Oe]を印加する必要もなく、夫々異なる抵抗値をも
つ一次導体1、二次導体1'内に切り欠きを入れ一体化
し小窓2を設け、その小窓2内に交差型薄膜MI素子1
3を内蔵することで、検出回路4の出力のセンサ値をと
り電流出力6とすることも当然本出願に含まれる。
The structure of a cross-type thin film MI element 13 which is a stacked type using a soft magnetic thin film having an asymmetric MI characteristic has the following structure.
Although not particularly shown, the bias magnetic field ΔHex
There is no need to apply [Oe], and a cutout is formed in the primary conductor 1 and the secondary conductor 1 ′ having different resistance values to form a small window 2, and a cross-type thin film MI element is provided in the small window 2. 1
The present application naturally includes that the sensor value of the output of the detection circuit 4 is obtained as the current output 6 by incorporating the sensor circuit 3.

【0041】このように、夫々抵抗値の異なる一次導体
と二次導体に切り欠きをいれ一体化することで小窓を設
け、その小窓が、一体化した導体の中央部であっても小
窓内に微小磁場領域をを発生させ、そのMI素子を用い
た磁気センサ3を小窓2内に内蔵し、中央線Oと零磁界
領域Gを一致させず、微小磁場領域内に微小磁場勾配が
発生するので中央線O上に一つのMI素子3又は13を
小窓2内に内蔵することで配置位置に高精度化を必要と
せず、MI素子3又は13を内蔵し高精度な微小磁界を
検出しセンサ値を電流検出回路で電流出力6として出力
する。
As described above, a small window is provided by notching and integrating the primary conductor and the secondary conductor having different resistance values, and the small window is small even if it is the center of the integrated conductor. A small magnetic field region is generated in the window, and a magnetic sensor 3 using the MI element is built in the small window 2 so that the center line O does not match the zero magnetic field region G, and a small magnetic field gradient is generated in the small magnetic field region. Since one MI element 3 or 13 is built in the small window 2 on the center line O, it is not necessary to increase the accuracy of the arrangement position. And the sensor value is output as a current output 6 by the current detection circuit.

【0042】また、導体に流れる電流を広範囲で精度よ
く検出することができる。しかも、外形寸法が超小形で
ある磁気センサは、一体化した導体の小窓2内に内蔵す
るように配置するため、車両用等などの高電流が流れる
電流センサに最適である。また、一つのMI素子3又は
13を用いた電流センサであり、コンパクト化も実現で
き、特別なスペースを確保する必要がない。
Further, the current flowing through the conductor can be detected over a wide range with high accuracy. In addition, since the magnetic sensor having an ultra-small outer dimension is disposed so as to be built in the small window 2 of the integrated conductor, it is most suitable for a current sensor such as a vehicle for which a high current flows. In addition, since the current sensor uses one MI element 3 or 13, it can be made compact and does not require a special space.

【0043】MI特性が薄膜MI素子同様対称となるF
eCoSiBの磁性線ワイヤを利用した磁性線のMI素
子は、特に図示しないが、本出願に含まれることは言う
までもない。
The F characteristic in which the MI characteristics are symmetric as in the case of the thin film MI element
The MI element of the magnetic wire using the eCoSiB magnetic wire is not particularly shown, but it goes without saying that it is included in the present application.

【0044】MI特性が非対称となる軟磁性体薄膜を利
用した積層型である交差型薄膜MI素子13の構造は、
特に図示しないが、従来のようにバイアス磁界ΔHex
[Oe]を印加する必要もなく、小窓2に内蔵すること
で、電流検出回路4の出力をセンサ値として電流出力6
とすることも当然本出願に含まれる。
The structure of a cross-type thin film MI element 13 using a soft magnetic thin film having an asymmetric MI characteristic has the following structure.
Although not particularly shown, the bias magnetic field ΔHex
There is no need to apply [Oe], and by incorporating it in the small window 2, the output of the current detection circuit 4 is used as a sensor value and the current output 6
Is naturally included in the present application.

【0045】[0045]

【発明の効果】このように本発明では、一次導体と二次
導体に切り欠きを入れ一体化することで、小窓を設け小
窓内に微小磁場領域を発生させ、その小窓内の微小磁場
勾配を利用することで、抵抗値が異なる一次導体と二次
導体及び抵抗値が同じ一次導体と二次導体に流れる電流
によって発生する磁界強度により、MI素子でも微小磁
界を簡単な検出回路でセンサ値を出力し、簡単な電流検
出回路で電流検出をできる電流センサであり、小窓内で
の位置制度を従来のように高精度に合わせずとも簡単
に、安定な磁界検出をすることができる電流センサであ
る。また、バイアス磁界を印加しなくても同様な効果を
達成でき、更には、コンパクト化を達成でき車両用とし
ては余分なスペースを取る必要がなく大電流にも対応で
きる電流センサを達成できた。
As described above, according to the present invention, a small window is provided by forming a notch in the primary conductor and the secondary conductor to integrate the primary conductor and the secondary conductor, and a minute magnetic field region is generated in the small window. By using the magnetic field gradient, the magnetic field strength generated by the current flowing in the primary and secondary conductors with different resistance values and the primary and secondary conductors with the same resistance value allows the MI element to detect a small magnetic field with a simple detection circuit. This is a current sensor that outputs a sensor value and can detect current with a simple current detection circuit.It can easily and stably detect a magnetic field without having to adjust the position accuracy in a small window to high accuracy as before. It is a current sensor that can be used. In addition, a similar effect can be achieved without applying a bias magnetic field, and further, a compact sensor can be achieved, and a current sensor that can cope with a large current without requiring an extra space for a vehicle can be achieved.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明に関する実施形態にてMI素子を磁気セ
ンサとして設けた電流センサを示す上面図である。
FIG. 1 is a top view showing a current sensor provided with an MI element as a magnetic sensor in an embodiment according to the present invention.

【図2】本発明に関する図1のA−A断面図である。FIG. 2 is a sectional view taken along line AA of FIG. 1 according to the present invention.

【図3】従来の一次導体を使い小窓を開口した電流セン
サを示す図である。
FIG. 3 is a diagram showing a conventional current sensor in which a small window is opened using a primary conductor.

【図4】従来の一次導体の磁界を示す図である。FIG. 4 is a diagram showing a magnetic field of a conventional primary conductor.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1、・・・一次導体 1’、・・・二次導体 2、・・・小窓 3、・・・薄膜MI素子 4、・・・電流検出回路 5、・・・電流検出出力 13、・・・交差型薄膜MI素子 O・・・中心線 G・・・零磁界領域線 1, primary conductor 1 ', secondary conductor 2, small window 3, thin-film MI element 4, current detection circuit 5, current detection output 13, ..Cross-section thin-film MI element O: Center line G: Zero magnetic field region line

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 上野 一彦 東京都目黒区中目黒2丁目9番地13号 ス タンレー電気株式会社内 (72)発明者 風間 拓也 東京都目黒区中目黒2丁目9番地13号 ス タンレー電気株式会社内 Fターム(参考) 2G017 AA01 AB07 AD51 2G025 AA05 AB01  ────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Inventor Kazuhiko Ueno 2-9-13 Nakameguro, Meguro-ku, Tokyo Inside Stanley Electric Co., Ltd. (72) Inventor Takuya Kazama 2-9-13 Nakameguro, Meguro-ku, Tokyo No. Stanley Electric Co., Ltd. F-term (reference) 2G017 AA01 AB07 AD51 2G025 AA05 AB01

Claims (6)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】一次導体と二次導体に流れる電流を、該電
流に比例する磁界強度の形で計測する電流センサにおい
て、一次導体と二次導体の中央部に切り欠きをいれて、
該一次導体と二次導体を一体化することで、電流通路を
分岐する小窓を開口し、該小窓内にMI素子を用いた磁
気センサを設け、該MI素子を用いた磁気センサでの磁
界検出をすることを特徴とする電流センサ。
In a current sensor for measuring a current flowing through a primary conductor and a secondary conductor in the form of a magnetic field intensity proportional to the current, a notch is formed in a center portion of the primary conductor and the secondary conductor.
By integrating the primary conductor and the secondary conductor, a small window that branches the current path is opened, and a magnetic sensor using an MI element is provided in the small window, and a magnetic sensor using the MI element is used. A current sensor for detecting a magnetic field.
【請求項2】請求項1において、前記小窓内に微小磁場
勾配を発生させ、該小窓内にMI素子内蔵させることを
特徴とする電流センサ。
2. The current sensor according to claim 1, wherein a small magnetic field gradient is generated in the small window, and the MI element is built in the small window.
【請求項3】前記MI素子は、MI特性が対称であるこ
とを特徴とする請求項1、2記載の電流センサ。
3. The current sensor according to claim 1, wherein the MI element has a symmetric MI characteristic.
【請求項4】前記MI特性が非対称であることを特徴と
する請求項1、2記載の電流センサ。
4. The current sensor according to claim 1, wherein said MI characteristic is asymmetric.
【請求項5】前記一次導体と二次導体を異なる導電性材
料を用いることを特徴とする請求項1記載の電流セン
サ。
5. The current sensor according to claim 1, wherein the primary conductor and the secondary conductor are made of different conductive materials.
【請求項6】前記一次導体と二次導体を同一導電性材料
を用いることを特徴とする請求項1記載の電流センサ。
6. The current sensor according to claim 1, wherein the primary conductor and the secondary conductor are made of the same conductive material.
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