JP2003262650A - 電流センサ - Google Patents
電流センサInfo
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- JP2003262650A JP2003262650A JP2002064331A JP2002064331A JP2003262650A JP 2003262650 A JP2003262650 A JP 2003262650A JP 2002064331 A JP2002064331 A JP 2002064331A JP 2002064331 A JP2002064331 A JP 2002064331A JP 2003262650 A JP2003262650 A JP 2003262650A
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- magnetic flux
- sensor
- magnetic
- current
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 磁気センサと磁気収束板を備えた電流センサ
において、磁気収束板を容易かつ正確に配置できる小型
の電流センサを提供する。 【解決手段】 電流測定用導体３０上には磁気センサ３
１を配置し、さらにその上に磁気収束板３４を配置す
る。電流測定用導体３０の下側には補助磁気収束板３５
を配置する。磁気収束板３４および補助磁気収束板３５
は、図中では円盤状として描いてあるが、楕円板でも多
角形板でもよい。磁気センサ３１はシリコン基板により
構成されており、その上面には、磁気収束板３４の両端
部近傍にホール素子３２および３３を配置してある。図
中には示していないが、磁気センサ３１を構成するシリ
コン基板上には信号処理回路も配置されている。
において、磁気収束板を容易かつ正確に配置できる小型
の電流センサを提供する。 【解決手段】 電流測定用導体３０上には磁気センサ３
１を配置し、さらにその上に磁気収束板３４を配置す
る。電流測定用導体３０の下側には補助磁気収束板３５
を配置する。磁気収束板３４および補助磁気収束板３５
は、図中では円盤状として描いてあるが、楕円板でも多
角形板でもよい。磁気センサ３１はシリコン基板により
構成されており、その上面には、磁気収束板３４の両端
部近傍にホール素子３２および３３を配置してある。図
中には示していないが、磁気センサ３１を構成するシリ
コン基板上には信号処理回路も配置されている。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、導体に流れる電流
により生じる磁束を、半導体ホール素子で検知すること
により電流値を測定する電流センサに関する。
により生じる磁束を、半導体ホール素子で検知すること
により電流値を測定する電流センサに関する。
【０００２】
【従来の技術】従来から、非接触の電流センサとして、
電流導体に流れる電流により生じる磁束を磁気センサに
より検知し、その電流値を測定する電流センサが知られ
ている。
電流導体に流れる電流により生じる磁束を磁気センサに
より検知し、その電流値を測定する電流センサが知られ
ている。
【０００３】図５は、米国特許第５，９４２，８９５号
に記載されている電流センサを示す。本図では、電流導
体１４１に流れる電流により生じる磁束を磁気収束板１
０３，１０４，１４２により収束している。１２２は補
助磁気収束板であり、外部磁場を収束する機能を果た
す。磁気収束板１０３，１０４では水平方向に磁束が収
束されているが、これら磁気収束板の間には隙間がある
ため、この隙間部分では磁束が垂直方向に広がり、磁気
センサ１２３により磁束が電気信号に変換される。磁気
センサ１２３側に広がる磁束の垂直方向成分は、磁気収
束板１０３の下と磁気収束板１０４の下では磁束の向き
が逆であり、検出素子をそれぞれの下に配置し、それぞ
れの検出素子の出力信号の差分をとることにより、電流
導体１４１に流れる電流により生じる磁束密度に応じた
電気信号を得ることができる。
に記載されている電流センサを示す。本図では、電流導
体１４１に流れる電流により生じる磁束を磁気収束板１
０３，１０４，１４２により収束している。１２２は補
助磁気収束板であり、外部磁場を収束する機能を果た
す。磁気収束板１０３，１０４では水平方向に磁束が収
束されているが、これら磁気収束板の間には隙間がある
ため、この隙間部分では磁束が垂直方向に広がり、磁気
センサ１２３により磁束が電気信号に変換される。磁気
センサ１２３側に広がる磁束の垂直方向成分は、磁気収
束板１０３の下と磁気収束板１０４の下では磁束の向き
が逆であり、検出素子をそれぞれの下に配置し、それぞ
れの検出素子の出力信号の差分をとることにより、電流
導体１４１に流れる電流により生じる磁束密度に応じた
電気信号を得ることができる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、磁気収
束板１０３と１０４の間隔が変動すると、この領域で垂
直方向に拡がる磁束の分布が変動し、検出素子の出力信
号が変動することになる。従って、正確な電流値を測定
するためには、磁気収束板１０３と磁気収束板１０４の
間隔を正確に制御しなければならない。
束板１０３と１０４の間隔が変動すると、この領域で垂
直方向に拡がる磁束の分布が変動し、検出素子の出力信
号が変動することになる。従って、正確な電流値を測定
するためには、磁気収束板１０３と磁気収束板１０４の
間隔を正確に制御しなければならない。
【０００５】磁気センサ１２３上に磁気収束板１０３と
磁気収束板１０４を配置するには、予め所定の形状に
加工した磁気収束板を所定の間隔を空けて載せるか、
磁気センサ１２３上に磁性体薄板を載せて、これをフォ
トリソグラフィーとエッチングにより所定の形状に加工
する必要がある。
磁気収束板１０４を配置するには、予め所定の形状に
加工した磁気収束板を所定の間隔を空けて載せるか、
磁気センサ１２３上に磁性体薄板を載せて、これをフォ
トリソグラフィーとエッチングにより所定の形状に加工
する必要がある。
【０００６】磁気収束板の間隔を制御するにあたり、前
者の手法では、磁気センサに磁気収束板を載せる装置
の機械的精度に依存し、後者の手法では、エッチング
の精度に依存するという問題がある。特に、エッチング
を行う場合、磁気収束板の厚さに対して間隔が同程度あ
るいは狭くなると、精度の良いエッチングが困難とな
る。
者の手法では、磁気センサに磁気収束板を載せる装置
の機械的精度に依存し、後者の手法では、エッチング
の精度に依存するという問題がある。特に、エッチング
を行う場合、磁気収束板の厚さに対して間隔が同程度あ
るいは狭くなると、精度の良いエッチングが困難とな
る。
【０００７】このようなことから、磁気センサ上に磁気
収束板を容易に配置できる電流センサの出現が望まれて
いる現状である。
収束板を容易に配置できる電流センサの出現が望まれて
いる現状である。
【０００８】よって本発明の目的は、上述の点に鑑み、
磁気センサと磁気収束板を備えた電流センサにおいて、
磁気収束板を容易かつ正確に配置できる小型の電流セン
サを提供することにある。
磁気センサと磁気収束板を備えた電流センサにおいて、
磁気収束板を容易かつ正確に配置できる小型の電流セン
サを提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、請求項１に係る本発明は、測定電流を流す測定用導
体と、前記測定用導体に流れる測定電流によって発生す
る磁束を検出する磁気センサとを備えた電流センサであ
って、前記磁気センサの上面に、前記磁束を収束する軟
磁性材料の磁気収束板を載置すると共に、該磁気収束板
の両端部に対応する位置にそれぞれ半導体ホール素子を
配置したものである。
め、請求項１に係る本発明は、測定電流を流す測定用導
体と、前記測定用導体に流れる測定電流によって発生す
る磁束を検出する磁気センサとを備えた電流センサであ
って、前記磁気センサの上面に、前記磁束を収束する軟
磁性材料の磁気収束板を載置すると共に、該磁気収束板
の両端部に対応する位置にそれぞれ半導体ホール素子を
配置したものである。
【００１０】ここで、それぞれ半導体ホール素子の位置
関係は、前記磁気収束板の中心で対称であることが好ま
しい。
関係は、前記磁気収束板の中心で対称であることが好ま
しい。
【００１１】請求項２に係る本発明は、請求項１に記載
の電流センサにおいて、前記磁気収束板の両側に補助磁
気収束板を配置したものである。
の電流センサにおいて、前記磁気収束板の両側に補助磁
気収束板を配置したものである。
【００１２】請求項３に係る本発明は、請求項１または
２に記載の電流センサにおいて、前記測定用導体の第１
面には前記磁気センサを設け、前記第１面に対向する前
記測定用導体の第２面には補助磁気収束板を設ける。
２に記載の電流センサにおいて、前記測定用導体の第１
面には前記磁気センサを設け、前記第１面に対向する前
記測定用導体の第２面には補助磁気収束板を設ける。
【００１３】請求項４に係る本発明は、請求項１〜３の
いずれかに記載の電流センサにおいて、信号処理回路お
よび前記磁気センサを同一シリコン基板上に搭載し、該
シリコン基板を前記測定用導体上に配置する。
いずれかに記載の電流センサにおいて、信号処理回路お
よび前記磁気センサを同一シリコン基板上に搭載し、該
シリコン基板を前記測定用導体上に配置する。
【００１４】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照して、本発明の
実施の形態を詳細に説明する。
実施の形態を詳細に説明する。
【００１５】実施の形態１
図１は、本発明の第１の実施の形態における電流センサ
の断面構造を示す。図２は、図１に示した電流センサを
上方から見たときの模式図を示す。
の断面構造を示す。図２は、図１に示した電流センサを
上方から見たときの模式図を示す。
【００１６】本実施の形態において、電流測定用導体３
０上には磁気センサ３１を配置し、さらにその上に磁気
収束板３４を配置する。また電流測定用導体３０の下側
には補助磁気収束板３５を配置する。
０上には磁気センサ３１を配置し、さらにその上に磁気
収束板３４を配置する。また電流測定用導体３０の下側
には補助磁気収束板３５を配置する。
【００１７】磁気収束板３４および補助磁気収束板３５
は、図中では円盤状として描いてあるが、楕円板でも多
角形板でもよい。
は、図中では円盤状として描いてあるが、楕円板でも多
角形板でもよい。
【００１８】磁気センサ３１はシリコン基板により構成
されており、その上面には、磁気収束板３４の両端部近
傍にホール素子３２および３３を配置してある。なお、
図中には示していないが、磁気センサ３１を構成するシ
リコン基板上には信号処理回路も配置されている。ホー
ル素子３２，ホール素子３３および上記信号処理回路
は、ＬＳＩをシリコン基板上に形成する周知の技術によ
り同時に形成することができる。
されており、その上面には、磁気収束板３４の両端部近
傍にホール素子３２および３３を配置してある。なお、
図中には示していないが、磁気センサ３１を構成するシ
リコン基板上には信号処理回路も配置されている。ホー
ル素子３２，ホール素子３３および上記信号処理回路
は、ＬＳＩをシリコン基板上に形成する周知の技術によ
り同時に形成することができる。
【００１９】電流測定用導体３０，磁気センサ３１，磁
気収束板３４は、図では示していないが、それぞれ絶縁
層を介して接着されてる。また、電流測定用導体３０と
補助磁気収束板３５も絶縁層を介して接着されている。
気収束板３４は、図では示していないが、それぞれ絶縁
層を介して接着されてる。また、電流測定用導体３０と
補助磁気収束板３５も絶縁層を介して接着されている。
【００２０】次に、この電流センサの動作原理を説明す
る。
る。
【００２１】磁気収束板３４が無い状態では、電流測定
用導体３０に電流を流すと、磁束は電流測定用導体３０
を中心にほぼ同心円状に形成される。この場合、図１の
ホール素子３２とホール素子３３の位置では、磁束はシ
リコン基板面に対してほぼ平行に近い状態にある。ホー
ル素子は基板面に対して垂直方向の磁束しか検知できな
いため、電流により生じる磁束を検知することは困難で
ある。
用導体３０に電流を流すと、磁束は電流測定用導体３０
を中心にほぼ同心円状に形成される。この場合、図１の
ホール素子３２とホール素子３３の位置では、磁束はシ
リコン基板面に対してほぼ平行に近い状態にある。ホー
ル素子は基板面に対して垂直方向の磁束しか検知できな
いため、電流により生じる磁束を検知することは困難で
ある。
【００２２】磁気収束板３４を配置した状態では、磁束
が磁気収束板３４により収束される。このとき磁気収束
板３４の端部では、磁気収束板３４が磁束を収束するこ
とから、ホール素子３２とホール素子３３の領域では電
流による磁束の垂直方向成分が生じ、磁界の大きさを検
知することが可能となる。
が磁気収束板３４により収束される。このとき磁気収束
板３４の端部では、磁気収束板３４が磁束を収束するこ
とから、ホール素子３２とホール素子３３の領域では電
流による磁束の垂直方向成分が生じ、磁界の大きさを検
知することが可能となる。
【００２３】図１において、電流測定用導体３０に手前
から奥に電流が流れると、右回りの方向に磁束が生じ
る。この時、ホール素子３２の位置では磁束の向きは上
向きとなり、他方、ホール素子３３の位置では磁束の向
きは下向きとなる。ホール素子３２とホール素子３３が
同一形状であって、各ホール素子の電源端子と出力端子
が同じ配置の時の出力電圧をＶ３２とＶ３３とすると、
電流測定用導体３０に電流を流すことにより生じる磁束
によるホール素子の出力電圧は、Ｖ３２＝−Ｖ３３とい
う関係になる。従って、Ｖ３２とＶ３３の差分を採るこ
とにより、電流測定用導体３０に流れる電流値に比例し
た電圧信号を得ることができる。
から奥に電流が流れると、右回りの方向に磁束が生じ
る。この時、ホール素子３２の位置では磁束の向きは上
向きとなり、他方、ホール素子３３の位置では磁束の向
きは下向きとなる。ホール素子３２とホール素子３３が
同一形状であって、各ホール素子の電源端子と出力端子
が同じ配置の時の出力電圧をＶ３２とＶ３３とすると、
電流測定用導体３０に電流を流すことにより生じる磁束
によるホール素子の出力電圧は、Ｖ３２＝−Ｖ３３とい
う関係になる。従って、Ｖ３２とＶ３３の差分を採るこ
とにより、電流測定用導体３０に流れる電流値に比例し
た電圧信号を得ることができる。
【００２４】補助磁気収束板３５を配置することによ
り、ホール素子３２とホール素子３３の位置に生じる磁
束はさらに強められる。
り、ホール素子３２とホール素子３３の位置に生じる磁
束はさらに強められる。
【００２５】外部磁場が磁気センサ３１の基板面に対し
て垂直方向に存在する場合、この外部磁場による出力電
圧Ｖ３２とＶ３３は等しくなり、測定電流値はこれらの
差分を採るため、本電流センサは垂直方向の外部磁場の
影響は受けない。また、外部磁場が電流測定用導体３０
方向に存在する場合、ホール素子３２とホール素子３３
の位置では磁束は基板面に対して並行であり、測定電流
値への影響は生じない。さらに、外部磁場が図１の横方
向に存在する場合、磁気収束板３４より透磁率およびサ
イズが大きい補助磁気収束板３５を用いることにより、
外部磁場が補助磁気収束板３５に収束され易くなり、磁
気収束板３４に収束される外部磁場が低減される。
て垂直方向に存在する場合、この外部磁場による出力電
圧Ｖ３２とＶ３３は等しくなり、測定電流値はこれらの
差分を採るため、本電流センサは垂直方向の外部磁場の
影響は受けない。また、外部磁場が電流測定用導体３０
方向に存在する場合、ホール素子３２とホール素子３３
の位置では磁束は基板面に対して並行であり、測定電流
値への影響は生じない。さらに、外部磁場が図１の横方
向に存在する場合、磁気収束板３４より透磁率およびサ
イズが大きい補助磁気収束板３５を用いることにより、
外部磁場が補助磁気収束板３５に収束され易くなり、磁
気収束板３４に収束される外部磁場が低減される。
【００２６】実施の形態２
図３は、本発明の第２の実施の形態における電流センサ
の断面構造を示すものであり、図４はこの電流センサを
上から見た時の模式図を示す。これら図面に示す通り、
電流測定用導体３０上に磁気センサ３１を配置し、さら
にその上に磁気収束板３４を配置する。また、電流導体
の下側には補助磁気収束板３５を配置する。さらに、磁
気収束板３４の両側にも補助磁気収束板３６，３７を配
置する。
の断面構造を示すものであり、図４はこの電流センサを
上から見た時の模式図を示す。これら図面に示す通り、
電流測定用導体３０上に磁気センサ３１を配置し、さら
にその上に磁気収束板３４を配置する。また、電流導体
の下側には補助磁気収束板３５を配置する。さらに、磁
気収束板３４の両側にも補助磁気収束板３６，３７を配
置する。
【００２７】磁気収束板３４および補助磁気収束板３
５，３６，３７は図中では円盤状であるが、これは楕円
板でも多角形板でもよい。
５，３６，３７は図中では円盤状であるが、これは楕円
板でも多角形板でもよい。
【００２８】磁気センサ３１はシリコン基板により構成
されており、上面には磁気収束板３４の両端部近傍にホ
ール素子３２およびホール素子３３を配置する。ここで
図中には示していないが、磁気センサ３１を構成するシ
リコン基板上には信号処理回路も配置されている。ホー
ル素子３２，ホール素子３３および信号処理回路は、Ｌ
ＳＩをシリコン基板上に形成する周知の技術により同時
に形成することができる。
されており、上面には磁気収束板３４の両端部近傍にホ
ール素子３２およびホール素子３３を配置する。ここで
図中には示していないが、磁気センサ３１を構成するシ
リコン基板上には信号処理回路も配置されている。ホー
ル素子３２，ホール素子３３および信号処理回路は、Ｌ
ＳＩをシリコン基板上に形成する周知の技術により同時
に形成することができる。
【００２９】電流測定用導体３０、磁気センサ３１、磁
気収束板３４、補助磁気収束板３６，３７は図では示し
ていないが、それぞれ絶縁層を介して接着される。ま
た、電流測定用導体３０と補助磁気収束板３５も接着さ
れている。
気収束板３４、補助磁気収束板３６，３７は図では示し
ていないが、それぞれ絶縁層を介して接着される。ま
た、電流測定用導体３０と補助磁気収束板３５も接着さ
れている。
【００３０】この電流センサの動作原理は、第１の実施
の形態と同じである。しかし、本実施の形態では、補助
磁気収束板３６，３７を付加する構成としてあるので、
電流測定用導体を流れる電流によりホール素子３２とホ
ール素子３３の位置に生じる磁束がさらに強められ、よ
り高感度な電流測定を行うことができる。
の形態と同じである。しかし、本実施の形態では、補助
磁気収束板３６，３７を付加する構成としてあるので、
電流測定用導体を流れる電流によりホール素子３２とホ
ール素子３３の位置に生じる磁束がさらに強められ、よ
り高感度な電流測定を行うことができる。
【００３１】
【発明の効果】以上述べた通り、本発明によれば、磁気
収束板を容易かつ正確に磁気センサ上に配置でき、小型
の電流センサを実現することができる。
収束板を容易かつ正確に磁気センサ上に配置でき、小型
の電流センサを実現することができる。
【００３２】さらに、本発明によれば、信号処理回路も
搭載した小型の電流センサが実現できる。
搭載した小型の電流センサが実現できる。
【図１】第１の実施の形態による電流センサの断面構成
図である。
図である。
【図２】図１に示した電流センサの上面図である。
【図３】第２の実施の形態による電流センサの断面構成
図である。
図である。
【図４】図３に示した電流センサの上面図である。
【図５】従来から知られている電流センサの一例を示す
図である。
図である。
３０ 電流測定用導体
３１ 磁気センサ
３２，３３ ホール素子
３４ 磁気収束板
３５，３６，３７ 補助磁気収束板
１０３，１０４，１４２ 磁気収束板
１２２ 補助磁気収束板
１２３ 磁気センサ
１４１ 電流測定用導体
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(72)発明者 ラディフォーエ ポポビッチ
スイス シーエイチ−1025 サン シュル
ピース シェミン ド シャンパーニュ
21
(72)発明者 クリスチャン ショット
スイス シーエイチ−1110 モルジュ ア
ベニュー デュ デライ ４
Ｆターム(参考） 2G025 AA17 AB00 AB02 AC01 AC02
Claims (4)
- 【請求項１】 測定電流を流す測定用導体と、前記測定
用導体に流れる測定電流によって発生する磁束を検出す
る磁気センサとを備えた電流センサであって、 前記磁気センサの上面に、前記磁束を収束する軟磁性材
料の磁気収束板を載置すると共に、該磁気収束板の両端
部に対応する位置にそれぞれ半導体ホール素子を配置し
たことを特徴とする電流センサ。 - 【請求項２】 請求項１に記載の電流センサにおいて、 前記磁気収束板の両側に補助磁気収束板を配置したこと
を特徴とする電流センサ。 - 【請求項３】 請求項１または２に記載の電流センサに
おいて、 前記測定用導体の第１面には前記磁気センサを設け、前
記第１面に対向する前記測定用導体の第２面には補助磁
気収束板を設けたことを特徴とする電流センサ。 - 【請求項４】 請求項１〜３のいずれかに記載の電流セ
ンサにおいて、 信号処理回路および前記磁気センサを同一シリコン基板
上に搭載し、該シリコン基板を前記測定用導体上に配置
したことを特徴とする電流センサ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002064331A JP2003262650A (ja) | 2002-03-08 | 2002-03-08 | 電流センサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002064331A JP2003262650A (ja) | 2002-03-08 | 2002-03-08 | 電流センサ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003262650A true JP2003262650A (ja) | 2003-09-19 |
Family
ID=29197173
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2002064331A Withdrawn JP2003262650A (ja) | 2002-03-08 | 2002-03-08 | 電流センサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2003262650A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7253601B2 (en) | 2005-06-21 | 2007-08-07 | Denso Corporation | Current sensor having hall element |
| JP2013205387A (ja) * | 2012-03-29 | 2013-10-07 | Melexis Technologies Nv | 電流センサ |
| US9810721B2 (en) | 2015-12-23 | 2017-11-07 | Melexis Technologies Sa | Method of making a current sensor and current sensor |
| JP2018072026A (ja) * | 2016-10-25 | 2018-05-10 | Tdk株式会社 | 磁場検出装置 |
-
2002
- 2002-03-08 JP JP2002064331A patent/JP2003262650A/ja not_active Withdrawn
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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