JP2002156390A - 電流センサ - Google Patents
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- G01R15/14—Adaptations providing voltage or current isolation, e.g. for high-voltage or high-current networks
- G01R15/20—Adaptations providing voltage or current isolation, e.g. for high-voltage or high-current networks using galvano-magnetic devices, e.g. Hall-effect devices, i.e. measuring a magnetic field via the interaction between a current and a magnetic field, e.g. magneto resistive or Hall effect devices
- G01R15/205—Adaptations providing voltage or current isolation, e.g. for high-voltage or high-current networks using galvano-magnetic devices, e.g. Hall-effect devices, i.e. measuring a magnetic field via the interaction between a current and a magnetic field, e.g. magneto resistive or Hall effect devices using magneto-resistance devices, e.g. field plates
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 電線を切断することなく電線に流れる電流を
高精度で検知が可能な電流センサを提供する。 【解決手段】 ２本の電線３０１，３１１に対してそれ
ぞれ２個の磁気抵抗素子３０２，３０３，３１２，３１
３が、それぞれの電線を中心とする同心円の接線方向に
最大感度を向け、互いに逆極性の出力を得るように対向
配置され、かつ、２本の電線を電流方向と直交する方向
に結んだ電線中心線Ｗ１に対して電線に対して対向配置
されている２個の磁気抵抗素子の中心を結ぶ素子間中心
線Ｗ２が、２０°〜４５゜の範囲の傾斜角度αを有する
ように配置する。
高精度で検知が可能な電流センサを提供する。 【解決手段】 ２本の電線３０１，３１１に対してそれ
ぞれ２個の磁気抵抗素子３０２，３０３，３１２，３１
３が、それぞれの電線を中心とする同心円の接線方向に
最大感度を向け、互いに逆極性の出力を得るように対向
配置され、かつ、２本の電線を電流方向と直交する方向
に結んだ電線中心線Ｗ１に対して電線に対して対向配置
されている２個の磁気抵抗素子の中心を結ぶ素子間中心
線Ｗ２が、２０°〜４５゜の範囲の傾斜角度αを有する
ように配置する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、電流センサに関
し、特に、主として電線を切らずに設置して、例えば電
気溶接機の電流測定のように数１００Ａまでの２線の独
立した直流電流（パルスを含む）の瞬時値を測定できる
電流センサに関する。
し、特に、主として電線を切らずに設置して、例えば電
気溶接機の電流測定のように数１００Ａまでの２線の独
立した直流電流（パルスを含む）の瞬時値を測定できる
電流センサに関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、電気溶接機の電流測定のように数
１００Ａまでの２線の直流電流（パルスを含む）を、電
流によって生ずる磁界を利用して測定する方法として
は、狭い間隙に磁束密度検知用のホール素子を組込んだ
２個のリング状の磁束通路を設けた構造の電流検出器が
あり、そのリングを貫通するように被測定電線をそれぞ
れ通し、各々の電線に流れる電流から生ずる磁束をリン
グ状の磁束通路によりホール素子に集束させ、磁束密度
を高めて検出するものであった。
１００Ａまでの２線の直流電流（パルスを含む）を、電
流によって生ずる磁界を利用して測定する方法として
は、狭い間隙に磁束密度検知用のホール素子を組込んだ
２個のリング状の磁束通路を設けた構造の電流検出器が
あり、そのリングを貫通するように被測定電線をそれぞ
れ通し、各々の電線に流れる電流から生ずる磁束をリン
グ状の磁束通路によりホール素子に集束させ、磁束密度
を高めて検出するものであった。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、ホール
素子は磁束密度に比例した出力電圧が得られる一般的な
磁気検知素子であるが、磁束密度に対する検知感度はそ
れほど大きくない。
素子は磁束密度に比例した出力電圧が得られる一般的な
磁気検知素子であるが、磁束密度に対する検知感度はそ
れほど大きくない。
【０００４】このため、電流検知にホール素子を用いる
場合には、必要な出力電圧を得るために磁気集束により
磁束密度を高める必要があった。磁気集束効率を高める
ためには、磁束通路の空隙の有無が著しく性能を左右す
る。
場合には、必要な出力電圧を得るために磁気集束により
磁束密度を高める必要があった。磁気集束効率を高める
ためには、磁束通路の空隙の有無が著しく性能を左右す
る。
【０００５】上記の理由により、磁束密度検知用のホー
ル素子以外に空隙を設けない構造が一般的で、電線は回
路を切ってからリング状の閉磁路に入れるしか方法がな
かった。
ル素子以外に空隙を設けない構造が一般的で、電線は回
路を切ってからリング状の閉磁路に入れるしか方法がな
かった。
【０００６】この様に、従来の電流センサでは、被測定
電流の流れる電線を切断して電流センサに通さなければ
ならないため、電流測定が面倒であった。
電流の流れる電線を切断して電流センサに通さなければ
ならないため、電流測定が面倒であった。
【０００７】本発明は、上記事情に鑑みてなされたもの
で、電線を切断することなく電線に流れる電流を高精度
で検知が可能な電流センサを提供することを目的とす
る。
で、電線を切断することなく電線に流れる電流を高精度
で検知が可能な電流センサを提供することを目的とす
る。
【０００８】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項１記載の電流センサは、電流を測定する２本
の電線を固定する電線固定部を備え、前記電線固定部に
固定された前記２本の電線のそれぞれに対して、一対の
磁気抵抗素子が、それぞれの電線を中心とする同心円の
接線方向に最大感度を向け、互いに逆極性の出力を得る
ように対向配置され、かつ、２本の電線を電流方向と直
交する方向に結んだ電線中心線に対し、前記電線に対し
て対向配置されている２個の磁気抵抗素子の中心を結ぶ
素子間中心線が、２０°〜４５゜の範囲の傾斜角度を有
するように配置されているという構成を採用している。
め、請求項１記載の電流センサは、電流を測定する２本
の電線を固定する電線固定部を備え、前記電線固定部に
固定された前記２本の電線のそれぞれに対して、一対の
磁気抵抗素子が、それぞれの電線を中心とする同心円の
接線方向に最大感度を向け、互いに逆極性の出力を得る
ように対向配置され、かつ、２本の電線を電流方向と直
交する方向に結んだ電線中心線に対し、前記電線に対し
て対向配置されている２個の磁気抵抗素子の中心を結ぶ
素子間中心線が、２０°〜４５゜の範囲の傾斜角度を有
するように配置されているという構成を採用している。
【０００９】また、請求項２記載の電流センサは、電流
を測定する２本の電線を固定する電線固定部を備え、前
記電線固定部に固定された前記２本の電線のそれぞれに
対して、一対の磁気抵抗素子が、それぞれの電線を中心
とする同心円の接線方向に最大感度を向け、互いに逆極
性の出力を得るように対向配置され、かつ、２本の電線
を電流方向と直交する方向に結んだ電線中心線に対し、
前記電線に対して対向配置されている２個の磁気抵抗素
子の中心を結ぶ素子間中心線が、前記２本の電線の中心
間距離及び電流を測定する被測定電線に対して対向配置
されている一対の磁気抵抗素子の中心間距離に対応し
て、前記被測定電線に隣接する電線の磁界に対して、前
記一対の磁気抵抗素子のそれぞれの最大感度方向の磁界
がほぼ等しくなる傾斜角度を有するように配置されてい
るという構成を採用している。
を測定する２本の電線を固定する電線固定部を備え、前
記電線固定部に固定された前記２本の電線のそれぞれに
対して、一対の磁気抵抗素子が、それぞれの電線を中心
とする同心円の接線方向に最大感度を向け、互いに逆極
性の出力を得るように対向配置され、かつ、２本の電線
を電流方向と直交する方向に結んだ電線中心線に対し、
前記電線に対して対向配置されている２個の磁気抵抗素
子の中心を結ぶ素子間中心線が、前記２本の電線の中心
間距離及び電流を測定する被測定電線に対して対向配置
されている一対の磁気抵抗素子の中心間距離に対応し
て、前記被測定電線に隣接する電線の磁界に対して、前
記一対の磁気抵抗素子のそれぞれの最大感度方向の磁界
がほぼ等しくなる傾斜角度を有するように配置されてい
るという構成を採用している。
【００１０】また、請求項３記載の電流センサは、請求
項１又は２記載の電流センサにおいて、前記磁気抵抗素
子が、基板面に互いに直交する強磁性薄膜抵抗パターン
が設けられ、これらの抵抗パターンのいずれにも４５゜
の角度に磁界が作用するようにバイアス磁石が固定され
た構造を有するという構成を採用している。
項１又は２記載の電流センサにおいて、前記磁気抵抗素
子が、基板面に互いに直交する強磁性薄膜抵抗パターン
が設けられ、これらの抵抗パターンのいずれにも４５゜
の角度に磁界が作用するようにバイアス磁石が固定され
た構造を有するという構成を採用している。
【００１１】即ち、本発明の電流センサは、電流が流れ
る電線の周囲に発生する環状の磁界を検出する磁気検出
素子として磁気抵抗素子（ＭＲ素子という場合もある）
を採用している。磁気抵抗素子は、弱磁界感度が高く、
適切な処理をすれば特有の欠点であるヒステリシスも殆
ど問題ないレベルに抑えることができるため、ホール素
子の場合に必要とするリング状の磁気集束手段を省略で
き、電線を切断しなくてもよい。
る電線の周囲に発生する環状の磁界を検出する磁気検出
素子として磁気抵抗素子（ＭＲ素子という場合もある）
を採用している。磁気抵抗素子は、弱磁界感度が高く、
適切な処理をすれば特有の欠点であるヒステリシスも殆
ど問題ないレベルに抑えることができるため、ホール素
子の場合に必要とするリング状の磁気集束手段を省略で
き、電線を切断しなくてもよい。
【００１２】また、２本の電線を正確な位置に固定し、
これらの電線に対して２個の磁気抵抗素子を、それぞれ
の電線を中心とする同心円の接線方向に最大感度を向
け、互いに逆極性の出力を得るように対向配置させてい
る。そのため、２個の磁気抵抗素子の出力の差を取るこ
とにより、磁気抵抗素子に対する外乱磁界の影響を著し
く小さくし、且つ感度を２倍にできる。
これらの電線に対して２個の磁気抵抗素子を、それぞれ
の電線を中心とする同心円の接線方向に最大感度を向
け、互いに逆極性の出力を得るように対向配置させてい
る。そのため、２個の磁気抵抗素子の出力の差を取るこ
とにより、磁気抵抗素子に対する外乱磁界の影響を著し
く小さくし、且つ感度を２倍にできる。
【００１３】更に、２本の電線を電流方向と直交する方
向に結んだ電線中心線に対して前記電線に対して対向配
置されている２個の磁気抵抗素子の中心を結ぶ素子間中
心線が、２０°〜４５゜の範囲の傾斜角度を有するよう
に配置されていることにより、２本の電線の中心間距離
及び前記電線に対して対向配置されている２個の磁気抵
抗素子の中心間距離に対応させて、２５°〜４５゜の範
囲の傾斜角度から適切な傾斜角度を選択することによっ
て、隣接する電線の電流から受ける外乱磁界をキャンセ
ルし、２本の電線のそれぞれの電流を正確に検知するこ
とができる。
向に結んだ電線中心線に対して前記電線に対して対向配
置されている２個の磁気抵抗素子の中心を結ぶ素子間中
心線が、２０°〜４５゜の範囲の傾斜角度を有するよう
に配置されていることにより、２本の電線の中心間距離
及び前記電線に対して対向配置されている２個の磁気抵
抗素子の中心間距離に対応させて、２５°〜４５゜の範
囲の傾斜角度から適切な傾斜角度を選択することによっ
て、隣接する電線の電流から受ける外乱磁界をキャンセ
ルし、２本の電線のそれぞれの電流を正確に検知するこ
とができる。
【００１４】また、磁気抵抗素子として、基板面に互い
に直交する強磁性薄膜抵抗パターンが設けられ、これら
の抵抗パターンのいずれにも４５゜の角度に磁界が作用
するように、バイアス磁石が固定された構造を有するも
のは、弱磁界領域での磁束密度に対する磁気抵抗変化が
ほぼリニアであり、測定精度が優れる。
に直交する強磁性薄膜抵抗パターンが設けられ、これら
の抵抗パターンのいずれにも４５゜の角度に磁界が作用
するように、バイアス磁石が固定された構造を有するも
のは、弱磁界領域での磁束密度に対する磁気抵抗変化が
ほぼリニアであり、測定精度が優れる。
【００１５】
【発明の実施の形態】以下、本発明の電流センサの実施
の形態について図面を参照しながら説明する。
の形態について図面を参照しながら説明する。
【００１６】図１は、本発明の電流センサの概要を示す
正面図である。この電流センサ１は、センサ本体３００
に、被測定電流を流す２本の第１電線３０１と第２電線
３１１を固定し、センサ本体３００に電流測定用の４個
の第１磁気抵抗素子３０２、第２磁気抵抗素子３０３、
第３磁気抵抗素子３１２、第４磁気抵抗素子３１３が組
み込まれている構造を有する。
正面図である。この電流センサ１は、センサ本体３００
に、被測定電流を流す２本の第１電線３０１と第２電線
３１１を固定し、センサ本体３００に電流測定用の４個
の第１磁気抵抗素子３０２、第２磁気抵抗素子３０３、
第３磁気抵抗素子３１２、第４磁気抵抗素子３１３が組
み込まれている構造を有する。
【００１７】センサ本体３００は、正面の形状が矩形の
上面の両端部を切り欠いて傾斜面を設けた形状を有し、
それぞれの傾斜面に、電線固定部として、この傾斜面と
垂直方向に意図した最大径の電線が装着可能なＵ字状の
第１Ｕ字状溝３０１１と第２Ｕ字状溝３０１２が設けら
れている。これらの溝３０１１、３０１２に装着された
第１電線３０１と第２電線３１１が動かないように、図
示しないホルダーが傾斜面に装着され、これらの電線３
０１、３１１を正確な位置に固定できるようになってい
る。
上面の両端部を切り欠いて傾斜面を設けた形状を有し、
それぞれの傾斜面に、電線固定部として、この傾斜面と
垂直方向に意図した最大径の電線が装着可能なＵ字状の
第１Ｕ字状溝３０１１と第２Ｕ字状溝３０１２が設けら
れている。これらの溝３０１１、３０１２に装着された
第１電線３０１と第２電線３１１が動かないように、図
示しないホルダーが傾斜面に装着され、これらの電線３
０１、３１１を正確な位置に固定できるようになってい
る。
【００１８】第１Ｕ字状溝３０１１内に固定された第１
電線３０１には、一対の第１磁気抵抗素子３０２、第２
磁気抵抗素子３０３が配置され、第２Ｕ字状溝３０１２
内に固定された第２電線３１１には、一対の第３磁気抵
抗素子３１２、第４磁気抵抗素子３１３が配置されてい
る。
電線３０１には、一対の第１磁気抵抗素子３０２、第２
磁気抵抗素子３０３が配置され、第２Ｕ字状溝３０１２
内に固定された第２電線３１１には、一対の第３磁気抵
抗素子３１２、第４磁気抵抗素子３１３が配置されてい
る。
【００１９】これらの磁気抵抗素子は、同一の構造を有
し、図示しないが、例えばガラス基板面にパーマロイ等
で構成される互いに直交する強磁性薄膜抵抗パターンが
設けられ、更に、これらの抵抗パターンのいずれにも４
５゜の角度に磁界が作用するように、抵抗パターンが形
成されている面、又は裏面に、バイアス磁石が固定され
た構造を有する。バイアス磁石を用いるのは、Ｓ／Ｎ比
を改善し、精度良く磁界を検知するためである。直交す
る磁気抵抗パターンの何れにも略４５°の角度にバイア
ス磁界を磁石で与えることにより、図２に示すように、
弱磁界領域での磁束密度に対する磁気抵抗変化をほぼリ
ニアに得ることができる。図３は、図２における磁束密
度が±２ｍＴの範囲を示す拡大図であり、良好な直線性
が得られることが認められる。なお、上記のように強磁
性薄膜抵抗パターンに対して４５°の角度で磁界を付与
できる限り、極性（着磁方向）は限定されるものではな
い。
し、図示しないが、例えばガラス基板面にパーマロイ等
で構成される互いに直交する強磁性薄膜抵抗パターンが
設けられ、更に、これらの抵抗パターンのいずれにも４
５゜の角度に磁界が作用するように、抵抗パターンが形
成されている面、又は裏面に、バイアス磁石が固定され
た構造を有する。バイアス磁石を用いるのは、Ｓ／Ｎ比
を改善し、精度良く磁界を検知するためである。直交す
る磁気抵抗パターンの何れにも略４５°の角度にバイア
ス磁界を磁石で与えることにより、図２に示すように、
弱磁界領域での磁束密度に対する磁気抵抗変化をほぼリ
ニアに得ることができる。図３は、図２における磁束密
度が±２ｍＴの範囲を示す拡大図であり、良好な直線性
が得られることが認められる。なお、上記のように強磁
性薄膜抵抗パターンに対して４５°の角度で磁界を付与
できる限り、極性（着磁方向）は限定されるものではな
い。
【００２０】一例として定格電流範囲を０〜１００Ａと
し、３００Ａまで検知できる電流センサとすると、図２
より３００Ａにおける直線性を−５％に設定すると、電
流による磁束密度は±４ｍＴに抑える必要がある。
し、３００Ａまで検知できる電流センサとすると、図２
より３００Ａにおける直線性を−５％に設定すると、電
流による磁束密度は±４ｍＴに抑える必要がある。
【００２１】ここで、０．１ｍＴはほぼ７９．６Ａ／ｍ
に相当するから４ｍＴ≒３１８４Ａ／ｍとなり、アンペ
アの法則［Ｈ＝Ｉ／（２πｒ）］より、ｒ＝Ｉ／（２π
Ｈ）＝３００Ａ／（２π×３１８４Ａ／ｍ）≒０．０１
５ｍとなるから、磁気抵抗素子の電線からの距離は０．
０１５ｍとする。
に相当するから４ｍＴ≒３１８４Ａ／ｍとなり、アンペ
アの法則［Ｈ＝Ｉ／（２πｒ）］より、ｒ＝Ｉ／（２π
Ｈ）＝３００Ａ／（２π×３１８４Ａ／ｍ）≒０．０１
５ｍとなるから、磁気抵抗素子の電線からの距離は０．
０１５ｍとする。
【００２２】因みに、Ｉ＝１００Ａ時の磁界の強さは、
Ｈ＝１００Ａ／（２π×０．０１５ｍ）≒１０６１Ａ／
ｍであり、磁束密度Ｂ＝１０６１Ａ／ｍ／７９．６Ａ／
ｍ×０．１ｍＴ≒１．３３ｍＴとなり、充分直線領域に
あるため、電流センサとして使用可能である。
Ｈ＝１００Ａ／（２π×０．０１５ｍ）≒１０６１Ａ／
ｍであり、磁束密度Ｂ＝１０６１Ａ／ｍ／７９．６Ａ／
ｍ×０．１ｍＴ≒１．３３ｍＴとなり、充分直線領域に
あるため、電流センサとして使用可能である。
【００２３】一対の第１磁気抵抗素子３０２と第２磁気
抵抗素子３０３は、第１電線３０１を中心とする同心円
の接線方向に最大感度を向け、互いに逆極性の出力を得
るように対向配置されている。一対の第３磁気抵抗素子
３１２と第４磁気抵抗素子３１３は、第２電線３１１に
対して同様に配置されている。以下では、主として第１
磁気抵抗素子３０２、第２磁気抵抗素子３０３及び第１
電線３０１について説明を行うが、第３磁気抵抗素子３
１２、第４磁気抵抗素子３１３及び第２電線３１１はこ
れに対して対称的に配置されているので、全く同様に適
用できる。
抵抗素子３０３は、第１電線３０１を中心とする同心円
の接線方向に最大感度を向け、互いに逆極性の出力を得
るように対向配置されている。一対の第３磁気抵抗素子
３１２と第４磁気抵抗素子３１３は、第２電線３１１に
対して同様に配置されている。以下では、主として第１
磁気抵抗素子３０２、第２磁気抵抗素子３０３及び第１
電線３０１について説明を行うが、第３磁気抵抗素子３
１２、第４磁気抵抗素子３１３及び第２電線３１１はこ
れに対して対称的に配置されているので、全く同様に適
用できる。
【００２４】第１磁気抵抗素子３０２と第２磁気抵抗素
子３０３の具体的な配置としては、第１電線３０１を中
心としてほぼ等距離で対向して配置されている。即ち、
第１磁気抵抗素子３０２と第２磁気抵抗素子３０３の中
心を結んだ線上の中点に第１電線３０１の中心が存在す
るように配置する。第１磁気抵抗素子３０２と第２磁気
抵抗素子３０３の向きは、電流により電線の周囲に発生
する環状の磁界を最も効率よく磁気抵抗素子出力として
出せるように、強磁性薄膜抵抗パターン面に沿う方向
で、且つバイアス磁界と直交する方向を、電流により生
ずる最大磁界方向となるようにする。但し、一対の磁気
抵抗素子の相互の向きは、かかる条件を満たす限り、例
えば、強磁性薄膜抵抗パターン面同士が対向するように
配置されていてもよいし、強磁性薄膜抵抗パターン面が
同じ方向に向くように配置されていてもよい。第１磁気
抵抗素子３０２と第２磁気抵抗素子３０３は、これらが
第１電線３０１を中心としてほぼ等距離でかつ平行に対
向配置されているため、第１電線３０１の周囲に発生す
る磁界に対して大きさが同じで、磁界が逆向きに作用
し、極性が逆の電圧を出力する。
子３０３の具体的な配置としては、第１電線３０１を中
心としてほぼ等距離で対向して配置されている。即ち、
第１磁気抵抗素子３０２と第２磁気抵抗素子３０３の中
心を結んだ線上の中点に第１電線３０１の中心が存在す
るように配置する。第１磁気抵抗素子３０２と第２磁気
抵抗素子３０３の向きは、電流により電線の周囲に発生
する環状の磁界を最も効率よく磁気抵抗素子出力として
出せるように、強磁性薄膜抵抗パターン面に沿う方向
で、且つバイアス磁界と直交する方向を、電流により生
ずる最大磁界方向となるようにする。但し、一対の磁気
抵抗素子の相互の向きは、かかる条件を満たす限り、例
えば、強磁性薄膜抵抗パターン面同士が対向するように
配置されていてもよいし、強磁性薄膜抵抗パターン面が
同じ方向に向くように配置されていてもよい。第１磁気
抵抗素子３０２と第２磁気抵抗素子３０３は、これらが
第１電線３０１を中心としてほぼ等距離でかつ平行に対
向配置されているため、第１電線３０１の周囲に発生す
る磁界に対して大きさが同じで、磁界が逆向きに作用
し、極性が逆の電圧を出力する。
【００２５】それぞれの磁気抵抗素子には、図示しない
磁気抵抗素子の出力信号を増幅する検出回路がそれぞれ
接続され、磁界に比例した電圧が得られる。そして、第
１磁気抵抗素子３０２と第２磁気抵抗素子３０３の検出
回路の出力電圧の差動出力をとることにより、感度を２
倍にできる。また、第１磁気抵抗素子３０２と第２磁気
抵抗素子３０３に任意の方向から平行で一様な大きさの
外部磁界が作用した場合、検出回路の出力電圧は同じ大
きさで同じ極性であるため、検出回路の出力電圧の差に
は表れない。そのため、外部磁界の影響をほぼキャンセ
ルすることができる。
磁気抵抗素子の出力信号を増幅する検出回路がそれぞれ
接続され、磁界に比例した電圧が得られる。そして、第
１磁気抵抗素子３０２と第２磁気抵抗素子３０３の検出
回路の出力電圧の差動出力をとることにより、感度を２
倍にできる。また、第１磁気抵抗素子３０２と第２磁気
抵抗素子３０３に任意の方向から平行で一様な大きさの
外部磁界が作用した場合、検出回路の出力電圧は同じ大
きさで同じ極性であるため、検出回路の出力電圧の差に
は表れない。そのため、外部磁界の影響をほぼキャンセ
ルすることができる。
【００２６】しかしながら、適切な対策を講じないと近
傍にある大電流が流れる電線からの磁界が大きな誤差要
因となる。例えば第１磁気抵抗素子３０２と第２磁気抵
抗素子３０３にとっては、第２電線３１１がこれに相当
する。
傍にある大電流が流れる電線からの磁界が大きな誤差要
因となる。例えば第１磁気抵抗素子３０２と第２磁気抵
抗素子３０３にとっては、第２電線３１１がこれに相当
する。
【００２７】以下に被測定電流を流す電線に隣接して配
置される電線からの磁界の影響を磁気抵抗素子がキャン
セルする方法について説明する。
置される電線からの磁界の影響を磁気抵抗素子がキャン
セルする方法について説明する。
【００２８】まず、図１における磁気抵抗素子と電線の
配置を説明する記号について説明する。
配置を説明する記号について説明する。
【００２９】Ｌ：電線間距離で、測定対象の第１電線３
０１と隣接する第２電線３１１の中心間距離 ｇ：磁気抵抗素子間距離で、第１磁気抵抗素子３０２と
第２磁気抵抗素子３０３の中心間距離 １／２ｇ：電線と磁気抵抗間距離で、第１電線３０１と
第１磁気抵抗素子３０２との中心間距離及び第１電線３
０１と第２磁気抵抗素子３０３との中心間距離 Ｗ１：第１磁気抵抗素子３０２と第２磁気抵抗素子３０
３の中心間を結ぶ線 Ｗ２：第１電線３０１と第２電線３１１を電流方向と直
交する方向に結んだ線 α：傾斜角度で、線Ｗ１と線Ｗ２とのなす角度
０１と隣接する第２電線３１１の中心間距離 ｇ：磁気抵抗素子間距離で、第１磁気抵抗素子３０２と
第２磁気抵抗素子３０３の中心間距離 １／２ｇ：電線と磁気抵抗間距離で、第１電線３０１と
第１磁気抵抗素子３０２との中心間距離及び第１電線３
０１と第２磁気抵抗素子３０３との中心間距離 Ｗ１：第１磁気抵抗素子３０２と第２磁気抵抗素子３０
３の中心間を結ぶ線 Ｗ２：第１電線３０１と第２電線３１１を電流方向と直
交する方向に結んだ線 α：傾斜角度で、線Ｗ１と線Ｗ２とのなす角度
【００３０】図４は、図１の第１電線３０１、第１磁気
抵抗素子３０２、第２磁気抵抗素子３０３、第２電線３
１１を抜き出した図面で、第１磁気抵抗素子３０２と第
２磁気抵抗素子３０３が隣接する第２電線３１１に流れ
る電流の影響をどのように受けるかを解析するものであ
る。
抵抗素子３０２、第２磁気抵抗素子３０３、第２電線３
１１を抜き出した図面で、第１磁気抵抗素子３０２と第
２磁気抵抗素子３０３が隣接する第２電線３１１に流れ
る電流の影響をどのように受けるかを解析するものであ
る。
【００３１】第１磁気抵抗素子３０２と第２磁気抵抗素
子３０３は、測定対象の第１電線３０１に流れる電流に
よる磁界を最も効率よく検知するために、第１電線３０
１を中心とした同心円の接線方向に、第１磁気抵抗素子
３０２と第２磁気抵抗素子３０３の差動出力が最大とな
る方向で配置される。
子３０３は、測定対象の第１電線３０１に流れる電流に
よる磁界を最も効率よく検知するために、第１電線３０
１を中心とした同心円の接線方向に、第１磁気抵抗素子
３０２と第２磁気抵抗素子３０３の差動出力が最大とな
る方向で配置される。
【００３２】図１で説明した記号以外の図４における記
号を下記に示す。
号を下記に示す。
【００３３】Ｈ１：隣接する第２電線３１１の電流Ｉに
より第１磁気抵抗素子３０２の中心位置に生ずる磁界 Ｈ１′：Ｈ１に対する第１磁気抵抗素子３０２の最大感
度方向成分磁界 θ１：Ｈ１とＨ１′との角度 ｒ１：第１磁気抵抗素子３０２と隣接する第２電線３１
１の中心間距離 φ１：Ｗ２を基準線としたとき、隣接する第２電線３１
１の中心から第１磁気抵抗素子３０２の中心を見込む角
度 ｘ：１／２ｇのｃｏｓα ｙ：１／２ｇのｓｉｎα Ｈ２：隣接する第２電線３１１の電流Ｉにより第２磁気
抵抗素子３０３の中心位置に生ずる磁界 Ｈ２′：Ｈ２に対する第２磁気抵抗素子３０３の最大感
度方向成分磁界 θ２：Ｈ２とＨ２′との角度 ｒ２：第２磁気抵抗素子３０３と隣接する第２電線３１
１の中心間距離 φ２：Ｗ２を基準線とした時、隣接する第２電線３１１
の中心から第２磁気抵抗素子３０３の中心を見込む角度
より第１磁気抵抗素子３０２の中心位置に生ずる磁界 Ｈ１′：Ｈ１に対する第１磁気抵抗素子３０２の最大感
度方向成分磁界 θ１：Ｈ１とＨ１′との角度 ｒ１：第１磁気抵抗素子３０２と隣接する第２電線３１
１の中心間距離 φ１：Ｗ２を基準線としたとき、隣接する第２電線３１
１の中心から第１磁気抵抗素子３０２の中心を見込む角
度 ｘ：１／２ｇのｃｏｓα ｙ：１／２ｇのｓｉｎα Ｈ２：隣接する第２電線３１１の電流Ｉにより第２磁気
抵抗素子３０３の中心位置に生ずる磁界 Ｈ２′：Ｈ２に対する第２磁気抵抗素子３０３の最大感
度方向成分磁界 θ２：Ｈ２とＨ２′との角度 ｒ２：第２磁気抵抗素子３０３と隣接する第２電線３１
１の中心間距離 φ２：Ｗ２を基準線とした時、隣接する第２電線３１１
の中心から第２磁気抵抗素子３０３の中心を見込む角度
【００３４】第１磁気抵抗素子３０２と第２磁気抵抗素
子３０３の差動出力が隣接する第２電線３１１に流れる
電流による磁界の影響を受けなくするためには、｜Ｈ
１′｜＝｜Ｈ２′｜で、しかも同位相であることが条件
となる。
子３０３の差動出力が隣接する第２電線３１１に流れる
電流による磁界の影響を受けなくするためには、｜Ｈ
１′｜＝｜Ｈ２′｜で、しかも同位相であることが条件
となる。
【００３５】例えば、α＝９０°では｜Ｈ１′｜＝｜Ｈ
２′｜となるが位相は１８０°ずれているため、隣接電
流による磁界に対する第１磁気抵抗素子３０２と第２磁
気抵抗素子３０３の差動出力はゼロにならず、この影響
を受けることになる。
２′｜となるが位相は１８０°ずれているため、隣接電
流による磁界に対する第１磁気抵抗素子３０２と第２磁
気抵抗素子３０３の差動出力はゼロにならず、この影響
を受けることになる。
【００３６】従って、隣接電流による磁界の影響をゼロ
とみなすには、同位相で｜Ｈ１′｜＝｜Ｈ２′｜となる
傾斜角度αの値を磁気抵抗素子間距離ｇと電線間距離Ｌ
について求める必要がある。
とみなすには、同位相で｜Ｈ１′｜＝｜Ｈ２′｜となる
傾斜角度αの値を磁気抵抗素子間距離ｇと電線間距離Ｌ
について求める必要がある。
【００３７】表１は磁気抵抗素子間距離ｇをｇ＝０．０
３ｍ、電線間距離ＬをＬ＝０．０５ｍ、電流を１００Ａ
に選定した時のαを９０°から５°毎に０°まで変化さ
せた場合にＨ１′とＨ２′の数値を算出したものであ
る。
３ｍ、電線間距離ＬをＬ＝０．０５ｍ、電流を１００Ａ
に選定した時のαを９０°から５°毎に０°まで変化さ
せた場合にＨ１′とＨ２′の数値を算出したものであ
る。
【００３８】
【表１】
【００３９】表１から、４０°〜４５°の間にＨ１′と
Ｈ２′が等しくなる傾斜角度αが存在する事を示してい
る。
Ｈ２′が等しくなる傾斜角度αが存在する事を示してい
る。
【００４０】図５は表１のＨ１′とＨ２′をαとの関係
で示したものであり、この例ではα≒４２．５°でＨ
１′とＨ２′が等しくなることが判る。
で示したものであり、この例ではα≒４２．５°でＨ
１′とＨ２′が等しくなることが判る。
【００４１】図６は、この様にして磁気抵抗素子間距離
ｇを０．０２ｍ〜０．０４ｍまで０．００５ｍ毎の
“Ｌ”対“Ｈ１′＝Ｈ２′となるα”の値をプロットし
たグラフである。
ｇを０．０２ｍ〜０．０４ｍまで０．００５ｍ毎の
“Ｌ”対“Ｈ１′＝Ｈ２′となるα”の値をプロットし
たグラフである。
【００４２】図６によれば、電線間距離Ｌが０．０２ｍ
〜０．１ｍの範囲、磁気抵抗素子間距離ｇが０．０２〜
０．０４ｍの範囲のとき、傾斜角度αを２０°〜４５゜
の範囲から選択することによって、隣接電線による磁界
の影響をキャンセルすることができる。電線間距離Ｌを
１０ｃｍ以上とすることができれば、隣接電線による磁
界の影響はほぼなくなる。
〜０．１ｍの範囲、磁気抵抗素子間距離ｇが０．０２〜
０．０４ｍの範囲のとき、傾斜角度αを２０°〜４５゜
の範囲から選択することによって、隣接電線による磁界
の影響をキャンセルすることができる。電線間距離Ｌを
１０ｃｍ以上とすることができれば、隣接電線による磁
界の影響はほぼなくなる。
【００４３】図６の使い方としてはセンサの大きさを決
定する際に、電線間距離Ｌと磁気抵抗素子間距離ｇを設
計上どうすべきかと言う指針を与えるもので、特に電線
間距離Ｌを小さくできる限界を知るのに都合が良い。
定する際に、電線間距離Ｌと磁気抵抗素子間距離ｇを設
計上どうすべきかと言う指針を与えるもので、特に電線
間距離Ｌを小さくできる限界を知るのに都合が良い。
【００４４】磁気抵抗素子間距離ｇは小さい方が取付け
位置の誤差に対して有利であるが、これは測定する電流
の大きさによって決められる。
位置の誤差に対して有利であるが、これは測定する電流
の大きさによって決められる。
【００４５】図６の曲線上にない磁気抵抗素子間距離ｇ
や電線間距離Ｌを選定した場合は、図６の斜線部分の範
囲においては近傍の曲線から判断して傾斜角度αを決定
できる。
や電線間距離Ｌを選定した場合は、図６の斜線部分の範
囲においては近傍の曲線から判断して傾斜角度αを決定
できる。
【００４６】図６のグラフから隣接する電線による磁界
の影響をキャンセルできる磁気抵抗素子間距離ｇ、電線
間距離Ｌ、傾斜角度αを選定した場合、これらの値その
ものが最も良いが、好ましくは±２０％の範囲、更に好
ましくは±１０％の範囲が許容される。
の影響をキャンセルできる磁気抵抗素子間距離ｇ、電線
間距離Ｌ、傾斜角度αを選定した場合、これらの値その
ものが最も良いが、好ましくは±２０％の範囲、更に好
ましくは±１０％の範囲が許容される。
【００４７】
【発明の効果】本発明の電流センサによれば、既存の電
線を切断することなく、２線の電線のそれぞれの電流を
高精度で検知することができる。
線を切断することなく、２線の電線のそれぞれの電流を
高精度で検知することができる。
【図１】本発明の電流センサの構造を示す正面図であ
る。
る。
【図２】バイアス磁石付磁気抵抗素子の磁束密度に対す
る出力電圧を示すグラフである。
る出力電圧を示すグラフである。
【図３】図２のグラフの±２ｍＴの範囲の磁束密度の範
囲の出力電圧を示すグラフである。
囲の出力電圧を示すグラフである。
【図４】電線と磁気抵抗素子の配置を説明する模式図で
ある。
ある。
【図５】磁気抵抗素子の中心間を結んだ線と、電線を電
流方向と直交する方向に結んだ線とのなす角度を変化さ
せたときのそれぞれの磁気抵抗素子の最大感度方向の磁
界の変化を示すグラフである。
流方向と直交する方向に結んだ線とのなす角度を変化さ
せたときのそれぞれの磁気抵抗素子の最大感度方向の磁
界の変化を示すグラフである。
【図６】電線間距離に対して、傾斜角度を変化させたと
きの一対の磁気抵抗素子のそれぞれの最大感度方向の磁
界が等しくなる点を磁気抵抗素子間距離に対応させてプ
ロットしたグラフである。
きの一対の磁気抵抗素子のそれぞれの最大感度方向の磁
界が等しくなる点を磁気抵抗素子間距離に対応させてプ
ロットしたグラフである。
１ 電流センサ ３０１ 第１電線 ３０２ 第１磁気抵抗素子 ３０３ 第２磁気抵抗素子 ３０１１ 第１Ｕ字状溝（電線固定部） ３１１ 第２電線 ３１２ 第３磁気抵抗素子 ３１３ 第４磁気抵抗素子 ３０１２ 第２Ｕ字状溝（電線固定部） Ｌ 電線間距離 ｇ 磁気抵抗素子間距離 Ｗ１ 第１磁気抵抗素子３０２と第２磁気抵抗
素子３０３の中心間を結んだ線 Ｗ２ 第１電線３０１と第２電線３１１を電流
方向と直交する方向に結んだ線 α 傾斜角度で、線Ｗ１と線Ｗ２とのなす角
度
素子３０３の中心間を結んだ線 Ｗ２ 第１電線３０１と第２電線３１１を電流
方向と直交する方向に結んだ線 α 傾斜角度で、線Ｗ１と線Ｗ２とのなす角
度
Claims (3)
- 【請求項１】 電流を測定する２本の電線を固定する電
線固定部を備え、前記電線固定部に固定された前記２本
の電線のそれぞれに対して、一対の磁気抵抗素子が、そ
れぞれの電線を中心とする同心円の接線方向に最大感度
を向け、互いに逆極性の出力を得るように対向配置さ
れ、かつ、２本の電線を電流方向と直交する方向に結ん
だ電線中心線に対し、前記電線に対して対向配置されて
いる２個の磁気抵抗素子の中心を結ぶ素子間中心線が、
２０°〜４５゜の範囲の傾斜角度を有するように配置さ
れていることを特徴とする電流センサ。 - 【請求項２】 電流を測定する２本の電線を固定する電
線固定部を備え、前記電線固定部に固定された前記２本
の電線のそれぞれに対して、一対の磁気抵抗素子が、そ
れぞれの電線を中心とする同心円の接線方向に最大感度
を向け、互いに逆極性の出力を得るように対向配置さ
れ、かつ、２本の電線を電流方向と直交する方向に結ん
だ電線中心線に対し、前記電線に対して対向配置されて
いる２個の磁気抵抗素子の中心を結ぶ素子間中心線が、
前記２本の電線の中心間距離及び電流を測定する被測定
電線に対して対向配置されている一対の磁気抵抗素子の
中心間距離に対応して、前記被測定電線に隣接する電線
の磁界に対して、前記一対の磁気抵抗素子のそれぞれの
最大感度方向の磁界がほぼ等しくなる傾斜角度を有する
ように配置されていることを特徴とする電流センサ。 - 【請求項３】 請求項１又は２記載の電流センサにおい
て、 前記磁気抵抗素子が、基板面に互いに直交する強磁性薄
膜抵抗パターンが設けられ、これらの抵抗パターンのい
ずれにも４５゜の角度に磁界が作用するようにバイアス
磁石が固定された構造を有することを特徴とする電流セ
ンサ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000354114A JP2002156390A (ja) | 2000-11-21 | 2000-11-21 | 電流センサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000354114A JP2002156390A (ja) | 2000-11-21 | 2000-11-21 | 電流センサ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002156390A true JP2002156390A (ja) | 2002-05-31 |
Family
ID=18826767
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000354114A Pending JP2002156390A (ja) | 2000-11-21 | 2000-11-21 | 電流センサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2002156390A (ja) |
Cited By (13)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2006090769A1 (ja) * | 2005-02-23 | 2006-08-31 | Asahi Kasei Emd Corporation | 電流測定装置 |
| JP2006285688A (ja) * | 2005-03-31 | 2006-10-19 | Yamaha Corp | 製造設備の故障診断方法および装置 |
| JP2010286295A (ja) * | 2009-06-10 | 2010-12-24 | Kyoritsu Denki Kk | 電流検出装置 |
| WO2012073732A1 (ja) | 2010-12-02 | 2012-06-07 | アルプス・グリーンデバイス株式会社 | 電流センサ |
| CN103809005A (zh) * | 2012-11-14 | 2014-05-21 | 阿尔卑斯绿色器件株式会社 | 电流传感器 |
| WO2014141609A1 (ja) * | 2013-03-11 | 2014-09-18 | アルプス・グリーンデバイス株式会社 | 電流センサ |
| JP2014185999A (ja) * | 2013-03-25 | 2014-10-02 | Omron Corp | 電流センサ及びこれを用いた電力センサ |
| JPWO2013011859A1 (ja) * | 2011-07-21 | 2015-02-23 | アルプス・グリーンデバイス株式会社 | 電流センサ |
| JP2015049053A (ja) * | 2013-08-29 | 2015-03-16 | アルプス・グリーンデバイス株式会社 | 電流検出装置 |
| US9041392B2 (en) | 2011-01-11 | 2015-05-26 | Alps Green Devices Co., Ltd. | Current sensor |
| JP2015212634A (ja) * | 2014-05-01 | 2015-11-26 | 日立金属株式会社 | 磁気センサ |
| JPWO2016056136A1 (ja) * | 2014-10-10 | 2017-07-20 | 日立金属株式会社 | 電流検出方法、電流検出装置、電流検出装置の信号補正方法、及び電流検出装置の信号補正装置 |
| JP2019100922A (ja) * | 2017-12-05 | 2019-06-24 | 日立金属株式会社 | 電流センサ |
-
2000
- 2000-11-21 JP JP2000354114A patent/JP2002156390A/ja active Pending
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|---|---|---|---|---|
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| WO2006090769A1 (ja) * | 2005-02-23 | 2006-08-31 | Asahi Kasei Emd Corporation | 電流測定装置 |
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| JP2019100922A (ja) * | 2017-12-05 | 2019-06-24 | 日立金属株式会社 | 電流センサ |
| JP7003608B2 (ja) | 2017-12-05 | 2022-01-20 | 日立金属株式会社 | 電流センサ |
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