JP2002333456A - 電流センサ - Google Patents

電流センサ

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JP2002333456A
JP2002333456A JP2001136921A JP2001136921A JP2002333456A JP 2002333456 A JP2002333456 A JP 2002333456A JP 2001136921 A JP2001136921 A JP 2001136921A JP 2001136921 A JP2001136921 A JP 2001136921A JP 2002333456 A JP2002333456 A JP 2002333456A
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JP
Japan
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current
sensor
magnetic
magnetic field
current sensor
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Application number
JP2001136921A
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English (en)
Inventor
Hidetaka Watanabe
秀隆 渡辺
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Mitsubishi Electric Corp
Original Assignee
Mitsubishi Electric Corp
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 大電流が流れる導体を切断することなく、ま
た、鉄心や磁束検出体を必要としない、小形で取付が容
易な電流センサを得る。 【解決手段】 電流により発生した磁界に対応してその
磁界の強度に比例した電気出力を発生する磁気センサ1
2と、磁気センサ12の電気出力を増幅する増幅回路1
3と、磁気センサ12に密接して設けられ増幅回路13
からの増幅負帰還電流が通電される励磁コイル14とを
備え、励磁コイル14に対する通電は電流により発生し
た磁界を打ち消す方向に通電励磁することにより磁気セ
ンサ12の均衡通電値を電気出力として得るようにし
た。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は、大電流が流れる
導体を切断することなく、導体に流れる大電流を間接的
に測定する電流センサに関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来、交流の大電流は電流変成器(以下
CTと略す)を用いて、大電流を小電流に変換し測定す
るのが一般的である。また、電気メッキや電気分解用の
電源を流れる電流のような大電流を計測する場合は、特
開平6−174753号公報に示されるように閉鎖鉄心
の一部にギャップを設けこのギャップに磁気センサであ
るホール素子を配置した計測装置が知られている。これ
らは、いずれも主回路導体であるブスバーを閉鎖鉄心の
中を貫通させる必要があり、予め組み込んでいなければ
使用できない不便さがある。この点を改良しようとし
て、CTの鉄心を分割したり、図6に示す特開平6−1
74753号公報のように閉鎖鉄心の代わりに磁性粉を
細長い袋に充填することにより、可撓性を持たせた磁束
検出体を使用する手段が公開されている。即ち、図5、
図6は特開平6−174753号公報にも示されたもの
であり、図において、1は被測定大電流が流れるブスバ
ー、2は鉄心、3はホール素子、4は磁性粉を細長い袋
に充填した磁束検出体、5は増幅表示部であり、いずれ
もブスバー1に流れる電流が発生する磁界を磁気センサ
であるホール素子3に誘導し、ホール素子3に誘起する
電圧を測定することにより電流の状態を検出するもので
ある。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】従来の磁気センサを用
いた電流センサは、以上のように構成されているので、
大きな鉄心や磁束検出体が必要で取付が容易ではなく、
ホール素子形式のものは出力電圧が小さいため、計測装
置までの距離が遠いと大電流によるノイズの影響を受け
易く、また、大電流によっては、ホール素子にとって過
負荷状態になり正しい変換出力が得られなくなるなどの
問題点があった。
【0004】この発明は、かかる問題点を解決するため
になされたもので、小形で取付容易であり、大きい出力
電圧が得られる電流センサを得ることを目的とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】この発明に係る電流セン
サは、電流により発生した磁界に対応してその磁界の強
度に比例した電気出力を発生する磁気センサと、この磁
気センサの電気出力を増幅する増幅回路と、磁気センサ
に密接して設けられ増幅回路からの増幅負帰還電流が通
電される励磁コイルとを備え、上記励磁コイルに対する
通電は上記電流により発生した磁界を打ち消す方向に通
電励磁することにより磁気センサの均衡通電値を電気出
力として得るようにしたものである。
【0006】また、磁気センサと、励磁コイル及び増幅
回路とを一体にプリント配線板上に配置すると共に、こ
のプリント配線板を被電流計測導体の表面に取付ける取
付手段を備えて簡単に使用できるようにしたものであ
る。
【0007】また、2組の磁気センサ及び増幅回路を一
体に、かつ、2組の磁気センサの感知面が互いに直角の
関係位置になるようにプリント配線板上に配置すると共
に、演算回路を設けて上記2組の増幅回路の出力をベク
トル合成することにより、ブスバ−に対する電流センサ
の取付け状態が変化しても、正確な変換出力が得られる
ようにしたものである。
【0008】さらに、一方の増幅回路の増幅度を調整可
能にして、より正確な変換出力が得られるようにしたも
のである。
【0009】
【発明の実施の形態】実施の形態1.発明の実施の形態
を実施例にもとづき図面を参照して説明する。図1は、
この発明の実施の形態1の電流センサの外観構成図、図
2は実施の形態1の電流センサの回路構成図である。図
において、1は被測定電流が流れるブスバー、10は本
発明による電流センサであり、次のような部品により構
成されている。即ち、11は電流センサ10のプリント
配線板、12はホール素子を用いた磁気センサであり、
プリント配線板11に実装されている。13は増幅回
路、14は磁気センサ12を構成するホール素子の素子
面に密接するように設置された励磁コイル、15はコネ
クタであり、磁気センサ12に対する制御電源端子、あ
るいは、磁気センサ12及び増幅回路13の出力端子な
どから構成されている。6は一対の非磁性材で形成され
た一対の挟持片からなるクリップであり、電流センサ1
0をブスバー1に取付けるために用いる。この場合、ブ
スバー1の電流により発生される磁界に、磁気センサ1
2のホール素子面が直交するようにクリップ6で挟持
し、使用しないときは取外しできるように構成されてい
る。
【0010】増幅回路13は磁気センサ12のホール素
子に流す電流を一定にする制限抵抗31、磁気センサ1
2のホール素子の出力を増幅する増幅器32、増幅器3
2の増幅率を設定する増幅抵抗33、出力抵抗34など
から構成される。プリント配線板11には配線パターン
が施されており、磁気センサ12、増幅回路13の回路
構成部品、励磁コイル14及びコネクタ15は一体的に
接続して構成されている。
【0011】次に動作を説明する。ブスバー周囲表面に
はブスバー1に流れる電流に比例した磁界Aが発生しホ
ール効果により磁気センサ12のホール素子にホール電
圧が誘起される。このホール電圧は増幅器32で増幅さ
れ、コネクタ15に出力される。ただし、増幅器32の
出力の一部は出力抵抗34を介して励磁コイル14を励
磁するように接続されている。この励磁は、励磁コイル
14が磁界Aによるホール電圧を打ち消す方向に、つま
り、磁界Aと反対方向の磁界を発生させる方向に通電す
るよう、増幅器32の負帰還によってなされる。双方の
磁界が均衡するところで励磁コイル14に流れる電流は
安定する。この励磁コイル14に流れる電流による出力
抵抗33での電圧降下を出力電圧として取り出す。この
出力電圧はブスバー1に流れる電流の大きさに比例した
ものであり、出力電圧をコネクタ15の出力端子を介し
て測ることでブスバー1に流れる電流を計測することが
できる。
【0012】なお、励磁コイル14は巻枠へ細線を巻線
したものが一般的に用いられるが、基板11を多層基板
にして各層に銅箔パターンの巻線を形成して直列接続し
て構成してもよい。また、ホール素子製造時に半導体中
に、励磁コイル14を一体的に同時形成して、更なる小
形化をはかることも可能である。
【0013】上記の電流センサは、小形であり鉄心等が
不要、そして取付容易な構造でブスバー1に流れる電流
に比例した電圧出力を得ることができる。また、大電流
の場合、ホール素子が過負荷状態になり正しい変換出力
が得られなくなるなどの問題点も解消される。
【0014】実施の形態2.上記実施の形態1の電流セ
ンサ10は小形で取付容易であるがために、ブスバー1
に取り付けた状態で、磁気センサ12のホール素子の素
子面がブスバー1の電流に誘起される磁界に対して厳密
に直角になるように設置することは困難である。また、
取り付けを変更する都度、ホール面の傾きが変化するの
で、電流計測の再現精度が低くなってしまう。この実施
の形態2の電流センサは上記の問題点を改良するもの
で、ブスバー1への取り付け位置、角度が粗雑になって
も計測精度を維持できるようにする。
【0015】図3は、この発明の実施の形態2の電流セ
ンサの外観斜視図、図4はその回路構成である。図にお
いて、20は実施の形態2による電流センサであり、次
のような部品により構成されている。即ち、1はブスバ
ー、12は磁気センサ、13は増幅回路、14は励磁コ
イル、15はコネクタ、31は制限抵抗、32は増幅
器、33は出力抵抗、34は出力抵抗であり、これらは
上記実施の形態1の説明と同様のものである。21は電
流センサ20を構成する各部品を保持するプリント配線
板であり、表面には配線パターンが設けられ、裏面には
ブスバー1の表面へ貼り付けによる取付手段として粘着
層が設けられている。取付手段としては前述の実施の形
態1で説明したクリップ6のような手段であってもよ
い。
【0016】22は第二の磁気センサ、23は第二の増
幅回路、24は磁気センサ22を構成する第二のホール
素子の素子面に密接するように設置された第二の励磁コ
イルであり、実施の形態1における励磁コイル14と同
様に第二の増幅回路23に接続されている。即ち、第二
の増幅器42の出力の一部は第二の出力抵抗44を介し
て第二の励磁コイル24を励磁するように接続されてい
る。40は増幅演算部であり、増幅回路13と、第二の
増幅回路23と、演算回路45とにより構成されてい
る。第二の増幅回路23は増幅回路13と同様の構成で
あり、第二の増幅回路23、第二の制限抵抗41、第二
の増幅器42、調整可能な第二の増幅抵抗43、第二の
出力抵抗44などで構成されている。演算回路45は増
幅回路13の出力(X)と第二の増幅回路23の出力
(Y)を合成するように後述の合成演算を行う。
【0017】磁気センサ12のホール素子及び第二の磁
気センサ22ホール素子の素子面は、プリント配線板2
1の表面に垂直に、そして互いの素子面(磁界感知面)
は直角の関係位置になるようにに配置されている。従っ
て、夫々の励磁コイル14、24の発生磁界も直角にな
る。この実施の形態2の電流センサ20はこれらの部品
がプリント配線板21に一体に実装され、同時に電気的
接続がなされて構成されている。
【0018】次に動作を説明する。磁気センサのホール
素子は、素子面(以下磁界感知面という)が磁界に対し
平行でない限り、磁界感知面を通過する磁束量によりホ
ール効果電圧が発生する。磁界感知面を通過する磁束量
は磁界方向と磁界感知面のsin角で定まる。磁気セン
サ12および第二の磁気センサ22の磁界感知面は互い
に直角に配置されているので、一方の磁界感知面が磁界
に対し平行なときは出力ゼロであるが、他方の磁界感知
面は磁界に対し直角となり、100%の出力となる。こ
の電流センサ20がブスバー1の表面へ任意に取り付け
られ、双方の磁界感知面を余弦の関係での磁束量が通過
するので、余弦定理から導かれるように磁気センサ12
及び22の両ホール素子のベクトル合成値Zが片方の1
00%出力と同値になる。このベクトル合成の、ベクト
ル合成値Z=√(X2 +Y2 )の演算が演算回路45で
実行される。
【0019】電流センサ20がブスバー1の表面へ取り
付けられ、例えば図3に示すように磁界に対して角度α
の傾きがあるとしても、互いの磁界感知面が直角に配置
された2つのホール素子出力をベクトル合成するので、
電流センサの設置角度αの傾きは無関係となり、電流セ
ンサ20の取り付け設置が簡単になる。
【0020】この場合、電流センサ12及び増幅器32
の組み合わせと、電流センサ22及び増幅器42との組
みあせたものが同一性能であることが望ましいが、通常
は製造時のバラツキがあり必ずしも同一性能ではない。
調整可能な第二の増幅抵抗43はこの点を補うもので、
同一強度の磁界に2組の電流センサ12及び22を同方
向に並べて、第二の増幅抵抗43を調整して双方の出力
がほぼ同一特性となるようにしたものを組み合わせる。
このように、第二の増幅抵抗43により2組のホール素
子をほぼ同一特性にすることで、電流センサ20の取り
付け方向によりいずれの電流センサ12及び22に磁界
が偏向しても取り付け方向による誤差を小さくすること
ができる。
【0021】
【発明の効果】この発明は、以上説明したように構成さ
れ、磁気センサ、励磁コイル及び増幅器とを一体化した
ため、小形で取付が容易な電流センサが得られる。ま
た、導体であるブスバーにこの電流センサを取り付ける
ことで被計測電流が交流であっても直流であっても計測
可能である。
【図面の簡単な説明】
【図1】 この発明の実施の形態1の電流センサの外観
構成図である。
【図2】 この発明の実施の形態1の電流センサの回路
構成図である。
【図3】 この発明の実施の形態2の電流センサの外観
斜視図である。
【図4】 この発明の実施の形態2の電流センサの回路
構成図である。
【図5】 従来の電流センサの構成図である。
【図6】 従来の別形式の電流センサの構成図である。
【符号の説明】
1 ブスバー、6 クリップ、10,20 電流セン
サ、11 プリント配線板、12,22 磁気センサ、
13,23 増幅回路、14,24 励磁コイル、21
プリント配線板、31,41 制限抵抗、32,42
増幅器、33,43 増幅抵抗、34,44 出力抵
抗、40 増幅演算部、45 演算回路。

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 電流により発生した磁界に対応してその
    磁界の強度に比例した電気出力を発生する磁気センサ
    と、上記磁気センサの電気出力を増幅する増幅回路と、
    上記磁気センサに密接して設けられ上記増幅回路からの
    増幅負帰還電流が通電される励磁コイルとを備え、上記
    励磁コイルに対する通電は上記電流により発生した磁界
    を打ち消す方向に通電励磁することにより上記磁気セン
    サの均衡通電値を電気出力として得ることを特徴とする
    電流センサ。
  2. 【請求項2】 磁気センサと、励磁コイル及び増幅回路
    とを一体にプリント配線板上に配置すると共に、このプ
    リント配線板を被電流計測導体の表面に取付ける取付手
    段を備えたものであることを特徴とする請求項1記載の
    電流センサ。
  3. 【請求項3】 2組の磁気センサ及び増幅回路を一体
    に、かつ、上記2組の磁気センサの感知面が互いに直角
    の関係位置になるようにプリント配線板上に配置すると
    共に、演算回路を設けて上記2組の増幅回路の出力をベ
    クトル合成するようにしたことを特徴とする請求項2記
    載の電流センサ。
  4. 【請求項4】 一方の増幅回路の増幅度を調整可能にし
    たことを特徴とする請求項3記載の電流センサ。
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