JP2003315376A - 電流センサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 温度変化に対する安定度を改善し、大きな温
度変化が生ずる自動車における精度の悪化を防止し、コ
スト高を防止する。 【解決手段】 測定対象である被検出電線１を流れる電
流により生じる磁場内において、作用している磁場の大
きさから電流に対応する電圧信号を出力する電流センサ
２であって、前記磁場内の出力の線形関係が保持され所
定の磁場の大きさの範囲内となる位置であって磁場の方
向に平行に配設された直径３０μｍおよび長さ３ｍｍ以
下のアモルファスワイヤ３０からなり、電流による周囲
の磁場に対応する内部磁場が変化する磁気インピーダン
ス素子３と、該素子３に巻回され磁気インピーダンス素
子の内部磁場変化を電磁誘導により電圧に変換すること
によりマグネト−インダクティブ磁気検出器２０を構成
する検出コイル４および前記検出コイルの電圧を流れる
電流に対応した電圧信号に変換する信号変換回路５とか
ら成る電流センサ。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、測定対象である被
検出電線を流れる電流により生じる磁場内において、作
用している磁場の大きさから前記被検出電線を流れる電
流に対応する電圧信号を出力するマグネト−インダクテ
ィブ磁気検出器より成る電流センサに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の電流センサ（特開２０００−２５
８４６４）は、図３１に示されるように上下部材Ｕ、Ｄ
に分割され、上下部材Ｕ、Ｄの当接面に被検出電線Ｗが
載置される半円状の凹部Ｃが中央に形成された筐体部Ｋ
の一方の部材に、通電された被検出電線Ｗの周囲に生じ
る磁界の強さに応じて電圧を発生する磁気インピーダン
ス素子Ｍと、該磁気インピーダンス素子Ｍを駆動する駆
動回路ＤＣとを配設することにより、前記磁気インピー
ダンス素子Ｍの電圧に基づいて計測し被検出電線を流れ
る電流値を求めるものであった。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上記従来の電流センサ
は、前記筐体部Ｋの一方の部材Ｕに配設された前記磁気
インピーダンス素子Ｍの電圧に基づいて磁界の強さを求
める方法においては、一般的に温度変化に対する安定度
が悪いため、例えば自動車のような大きな温度変化が生
ずる環境の下では精度が悪化して利用できないという問
題があった。

【０００４】本発明者らが、磁気インピーダンス素子に
よる磁気計測を温度を変化させて行った結果によれば、
図３２に示されるように磁気インピーダンス素子の両端
の出力電圧が、温度変化に応じて変化するため、単独で
用いると温度安定性が悪いという問題があった。

【０００５】また温度補償をするために、従来の磁気イ
ンピーダンス素子を２個配設し、差動的に用いて温度変
動分を相殺するようにすると、コスト高になるという問
題があった。一方、磁気インピーダンス素子に巻回した
コイルで電磁誘導の原理により電圧に変換するマグネト
−インダクティブ磁気検出の方法によれば図１０のごと
く広い温度変化に対して優れた安定度が得られることを
示している。

【０００６】そこで本発明者は、測定対象である被検出
電線を流れる電流により生じる磁場内において、作用し
ている磁場の大きさから前記被検出電線を流れる電流に
対応する電圧信号を出力する電流センサであって、前記
被検出電線を流れる電流により生じる磁場内の出力の線
形関係が保持される位置に配設されたアモルファスワイ
ヤからなり、周囲の磁場に対応して内部磁場が変化する
アモルファス素子に検出コイルを巻回して、前記アモル
ファス素子の内部磁場変化を電磁誘導により電圧に変換
することによりマグネト−インダクティブ磁気検出器を
構成して、信号変換回路により前記検出コイルの電圧を
前記被検出電線を流れる電流に対応した電圧信号に変換
するという本発明の技術的思想に着眼し、更に研究開発
を重ねた結果、温度変化に対する安定度を改善し、例え
ば自動車のような大きな温度変化が生ずる環境の下にお
ける精度の悪化を防止して利用可能とし、コスト高を防
止するという目的を達成する本発明に到達した。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明（請求項１に記載
の第１発明）の電流センサは、測定対象である被検出電
線を流れる電流により生じる磁場内において、作用して
いる磁場の大きさから前記被検出電線を流れる電流に対
応する電圧信号を出力する電流センサであって、前記被
検出電線を流れる電流により生じる磁場内の出力の線形
関係が保持される位置に配設されたアモルファスワイヤ
からなり、周囲の磁場に対応して内部磁場が変化するア
モルファス素子と、該アモルファス素子に巻回されアモ
ルファス素子の内部磁場変化を電磁誘導により電圧に変
換することによりマグネト−インダクティブ磁気検出器
を構成する検出コイルおよび前記検出コイルの電圧を前
記被検出電線を流れる電流に対応した電圧信号に変換す
る信号変換回路とから成るものである。

【０００８】本発明（請求項２に記載の第２発明）の電
流センサは、前記第１発明において、前記検出コイルが
巻回されたアモルファス素子と前記信号変換回路が、平
坦面を備えたパッケージ内に収蔵され、前記被検出電線
が、前記パッケージの前記平坦面に当接する絶縁材料よ
り成るスペーサを挟んで当接するように構成されている
ものである。

【０００９】本発明（請求項３に記載の第３発明）の電
流センサは、前記第１発明において、前記アモルファス
素子が、流れる電流の方向が互いに逆である前記被検出
電線の２つの被検出電線部により生じる２つの磁場の和
または差が検出できる位置に配設されているものであ
る。

【００１０】本発明（請求項４に記載の第４発明）の電
流センサは、前記第１発明において、前記信号変換回路
が、前記検出コイルが出力する電圧の印加を制御するス
イッチ要素と該スイッチ要素がオンの時に印加された前
記検出コイルの電圧をホールドするコンデンサとから成
るサンプルホールド回路によって構成されているもので
ある。

【００１１】

【発明の作用および効果】上記構成より成る第１発明の
電流センサは、測定対象である被検出電線を流れる電流
により生じる磁場内において、作用している磁場の大き
さから前記被検出電線を流れる電流に対応する電圧信号
を出力する電流センサであって、前記被検出電線を流れ
る電流により生じる磁場内の出力の線形関係が保持され
る位置に配設されたアモルファスワイヤからなり、周囲
の磁場に対応して内部磁場が変化する前記アモルファス
素子に巻回されマグネト−インダクティブ磁気検出器を
構成する前記検出コイルによって、前記アモルファス素
子の内部磁場変化を電磁誘導により電圧に変換するとと
もに、信号変換回路により前記検出コイルの電圧を前記
被検出電線を流れる電流に対応した電圧信号に変換する
ので、温度変化に対する安定度を改善し、例えば自動車
のような大きな温度変化が生ずる環境の下における精度
の悪化を防止して利用可能とし、コスト高を防止すると
いう効果を奏する。

【００１２】上記構成より成る第２発明の電流センサ
は、前記第１発明において、前記検出コイルが巻回され
たアモルファス素子と前記信号変換回路が内部に収蔵さ
れた前記パッケージの前記平坦面に当接する絶縁材料よ
り成るスペーサを挟んで当接する前記被検出電線を流れ
る電流に対応した電圧信号を検出するので、前記アモル
ファス素子と前記被検出電線との距離が精度良く保持さ
れるため、安定且つ精度の高い電流測定を可能にすると
いう効果を奏する。

【００１３】上記構成より成る第３発明の電流センサ
は、前記第１発明において、前記アモルファス素子が、
流れる電流の方向が互いに逆である前記被検出電線の２
つの被検出電線部により生じる２つの磁場の和または差
が検出できる位置に配設されているので、前記アモルフ
ァス素子を前記被検出電線の２つの被検出電線部により
生じる２つの磁場の和を検出出来る位置に配設した場合
には、微弱な電流を高感度に検出することを可能にする
とともに、前記アモルファス素子を前記被検出電線の２
つの被検出電線部により生じる２つの磁場の差を検出出
来る位置に配設した場合には、大電流を飽和すること無
く検出することを可能にするという効果を奏する。

【００１４】上記構成より成る第４発明の電流センサ
は、前記第１発明において、前記信号変換回路を構成す
る前記サンプルホールド回路の前記スイッチ要素がオン
の時に前記スイッチ要素を介して印加された前記検出コ
イルの出力電圧を前記コンデンサによってホールドする
ものであるので、磁気インピーダンス素子に接続される
検波回路として順方向電圧に温度特性を有しているダイ
オードを用いる従来のセンサに比べて、温度変化に対し
て出力の安定性が優れているという効果を奏する。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下本発明の実施の形態につき、
図面を用いて説明する。

【００１６】（第１実施形態）本第１実施形態の電流セ
ンサは、図１ないし図３に示されるように測定対象であ
る被検出電線１を流れる電流により生じる磁場内におい
て、作用している磁場の大きさから前記被検出電線を流
れる電流に対応する電圧信号を出力する電流センサ２で
あって、前記被検出電線１を流れる電流により生じる磁
場内の出力の線形関係が保持され所定の磁場の大きさの
範囲内となる位置であって磁場の方向に平行に配設され
た直径３０μｍおよび長さ３ｍｍ以下のアモルファスワ
イヤ３０からなり、被検出電流による周囲の磁場に対応
して内部磁場が変化するアモルファス素子３と、該アモ
ルファス素子３に巻回されアモルファス素子の内部磁場
変化を電磁誘導により電圧に変換することによりマグネ
ト−インダクティブ磁気検出器２０を構成する検出コイ
ル４および前記検出コイルの電圧を前記被検出電線を流
れる電流に対応した電圧信号に変換する信号変換回路５
とから成るものである。

【００１７】本第１実施形態の電流センサ２は、図１に
示されるように導体からなる前記被検出電線１としての
電流路１０と、該電流路１０の上方に配設された前記検
出コイル４を巻回したアモルファスワイヤ３０および前
記検出コイル４に接続された前記信号変換回路５とから
成り、前記検出コイル４によりアモルファス素子３の内
部磁場変化を電磁誘導により電圧に変換するマグネト−
インダクティブ磁気検出器２０を構成するものである。

【００１８】図２に示されるように測定対象である前記
被検出電線１としての電流路を流れる電流によって生じ
る磁場Ｂ１は右ねじの法則により円形の磁場を生じ、そ
の大きさは電流路からの距離Ｌに対して逆比例するが、
前記アモルファスワイヤ３０が、前記被検出電線１とし
ての電流路の真上の距離Ｌだけ上方に配設されている。

【００１９】前記マグネト−インダクティブ磁気検出器
２０は、通常の磁気センサと同様に入力となる磁場の大
きさが過剰になると、たとえば図４に示されるように出
力電圧が飽和し入出力の線形関係がくずれる。このため
本第１実施形態においては、前記マグネト−インダクテ
ィブ磁気検出器２０における前記アモルファスワイヤ３
０を飽和が生じることがない線形範囲内の磁場の大きさ
となる所定の位置に配設されている。

【００２０】図３は、本第１実施形態の電流センサ２に
おける電気回路２００を示したものであり、前記電流路
１とマグネト−インダクティブ磁気検出器２０とから成
っている。前記被検出電線１としての電流路１０は測定
する電流を流すためのものであり、この電流により生じ
る磁場はアモルファスワイヤ３０に内部磁場変化を与え
る。

【００２１】前記電気回路２００において、パルス発生
器２１０は、アモルファスワイヤ３０、検波回路２２０
のアナログスイッチＳ２２１および励磁回路２５０のア
ナログスイッチＳ２５１にそれぞれＰ１、Ｐ２、Ｐ３の
同期したパルスを出力する。この三つのパルスは、Ｐ３
が最も先行しており続いてＰ１、 Ｐ２の順で発生し、た
とえば１ＭＨｚの周波数で繰り返すので磁場の測定は１
ＭＨｚの頻度である。

【００２２】パルスＰ３が発生すると励磁回路２５０の
アナログスイッチｓ２５１が、瞬間的に閉となり、前記
アモルファスワイヤ３０に巻回した前記検出コイル４に
電源VDD から抵抗器Ｒ２５１を介して励磁電流が流れ、
前記アモルファスワイヤ３０が一時的に励磁されるとと
もに初期化される。

【００２３】該励磁電流が終了し所定の時間後にパルス
Ｐ１が発生しアモルファスワイヤ３０にパルス電流Ｐ1
が印加されると、アモルファスワイヤ３０にはパルス電
流Ｐ１ならびにアモルファスワイヤが置かれている周辺
磁場に対応して内部磁場変化が生じる。このとき電磁誘
導作用により検出コイル４の端子には、該内部磁場変化
に対応する電圧が発生する。

【００２４】この電圧を、前記信号変換回路５を構成す
る検波回路２２０の前記アナログスイッチが瞬間的に閉
になることで、サンプルホールド回路のコンデンサＣ２
２１がホールドする。オペレーショナルアンプからなる
増幅器２３０は、前記検波回路２２０の電圧を増幅する
とともに、測定するべき電流に対応する電圧信号を出力
端子に出力する。

【００２５】なお、ここで前記励磁回路２５０の役割に
ついて説明する。図４において前記測定電流による磁場
よりも強大で前記アモルファスワイヤ３０が磁気飽和を
起こすＮ１あるいはＳ１レベル以上のノイズとなる磁場
が印加されると、アモルファスワイヤ３０のヒステリシ
ス特性によりＮ極に飽和した場合とＳ極に飽和した場合
とではそれらの磁場が取り払われた後の動作線がｎ１、
ｓ１のごとくに異なり、わずかなオフセット誤差が生じ
る。そこで１ＭＨｚの周波数で繰り返される各測定の直
前に前記励磁回路２５０により所定の励磁電流で初期化
し、つねに動作線を同一（たとえば常にｓ１を利用す
る）にしてヒステリシス誤差を排除している。

【００２６】以上説明したごとく本第１実施形態の電流
センサは、マグネト−インダクティブ磁気検出器２０か
ら成るものであるから、図５に示されるように幅広い温
度変化に対して出力特性に変化が無く、安定な計測がで
きるので、自動車のような厳しい温度環境にもおいても
安定度が高く精度の良い電流計測が可能な電流センサを
実現するという効果を奏する。

【００２７】上述したように本第１実施形態の電流セン
サにおいては、前記被検出電線１としての前記電流路１
０を流れる電流によって生ずる磁場に対応して前記アモ
ルファスワイヤ３０の内部に生ずる内部磁場変化を、前
記アモルファスワイヤ３０に巻回した検出コイル４によ
って電磁誘導作用により電圧として検出し、前記検波回
路２２０の前記アナログスイッチのオンオフにより、サ
ンプルホールド回路としてのコンデンサＣ２２１にホー
ルドするものである。

【００２８】すなわち本第１実施形態においては、前記
アモルファスワイヤ３０の内部に生ずる内部磁場変化
を、前記アモルファスワイヤ３０に巻回した検出コイル
４によって電磁誘導作用により電圧として検出するもの
であり、前記アモルファスワイヤ３０から成るアモルフ
ァス素子の内部磁場変化の磁気特性は、アモルファス構
造が保たれるガラス化温度以下においては温度出力特性
が非常に安定であるとともに、前記検出コイル４による
電磁誘導作用も温度変化に対して安定している。それに
対して従来の磁気インピーダンス素子の両端の電圧を直
接検出する電流センサにおいては、磁気インピーダンス
素子のインピーダンスの変化を両端の電圧として検出す
るものであるため、インピーダンスを構成するリアクタ
ンスと抵抗はいずれも温度変化に対して出力が変化する
温度特性を持っているため、温度変化によって磁気イン
ピーダンス素子の両端の電圧が変化する。したがって本
第１実施形態の電流センサは、この点において従来に比
べて温度変化に対して出力の安定性が優れている。

【００２９】また本第１実施形態においては、電磁誘導
作用により前記検出コイル４によって検出した電圧を、
前記検波回路２２０の前記アナログスイッチのオンオフ
により、サンプルホールド回路としてのコンデンサＣ２
２１にホールドするものであるので、検波回路として順
方向電圧に温度特性を有しているダイオードを用いる従
来のセンサに比べて、温度変化に対して出力の安定性が
優れている。

【００３０】（第２実施形態）本第２実施形態の電流セ
ンサは、図６および図７に示されるように上記第１実施
形態に対して電流路１０の下方に前記検出コイル４を巻
回したアモルファスワイヤ３０および前記検出コイル４
に接続された前記信号変換回路５を追設した点が相違点
であり、以下相違点を中心に説明する。

【００３１】本第２実施形態の電流センサは、マグネト
−インダクティブ磁気検出器２０を２個用いて、互いの
検出方向が同一で、かつ測定電流による磁場の方向が互
いに逆方向となる前記電流路１０に対して点対称の所定
の位置に配設し、前記二つのマグネト−インダクティブ
磁気検出器２０のそれぞれの出力信号の差を演算する差
動増幅器６２とで構成し、混入する地磁気などのノイズ
成分の影響を相殺排除して、高精度の電流計測を可能に
するものである。

【００３２】本第２実施形態においては、２つのマグネ
ト−インダクティブ磁気検出器２０は、図７に示される
ように前記電流路１０の軸方向からの断面図のごとく電
流による磁場Ｂ１は円形のため、アモルファスワイヤ３
０の感度方向を矢印で示されるように同一としかつ、た
とえば電流路１０を挟んで互いに反対側の位置となるよ
うに前記電流路１０を流れる測定電流による磁場の方向
が逆となる位置に配設する。

【００３３】このとき２つのマグネト−インダクティブ
磁気検出器２０が測定する磁場信号は符号が正負に分か
れる。一方ノイズとなる地磁気等の成分は同符号であ
る。したがってこの２つのマグネト−インダクティブ磁
気検出器の出力信号が差動増幅器６２によって差動演算
されるため、該差動増幅器６２の出力端子６３の差を演
算すれば測定する電流による磁場の信号は加算され和と
なり、そして地磁気などによるノイズは相殺されゼロと
することができる。

【００３４】本第２実施形態の電流センサは、２つの出
力信号が前記差動増幅器６３によって差動演算されるた
め、地磁気などによるノイズは相殺されゼロとすること
ができるので、ノイズの混入のない高精度の電流測定を
可能にするという効果を奏する。

【００３５】（第３実施形態）本第３実施形態の電流セ
ンサは、図８に示されるように２つのマグネト−インダ
クティブ磁気検出器２０を電流路１０に対して同じ側で
かつ一方のマグネト−インダクティブ磁気検出器２５を
前記電流路１０の法線方向に配設し、混入する地磁気な
どのノイズ成分の影響を相殺排除する点に特徴がある。

【００３６】本第３実施形態においては、図８に示され
るように電流路１０をその軸方向から見た図であり、破
線で描いた円は電流路１０の電流による代表的な磁場Ｂ
１を表している。すなわち一方のセンサは、電流による
磁場内に磁気検出器２０が配設された前記第１実施形態
と同様の電流センサによって構成され、他方の磁気検出
器２５は前記一方のセンサ２０と同じ感度軸方向でかつ
電流路１０の法線方向であって同一円上に配設されてい
る。

【００３７】これにより磁気検出器２５の感度方向と前
記測定するべき電流による磁場の方向が直交関係になる
ため、該磁気検出器２５は電流路１０の電流による磁場
は検出せずノイズとなる地磁気などの周辺磁場のみを検
出することになる。よって、前記磁気検出器２０と前記
磁気検出器２５の出力信号の差を差動増幅器６３で演算
することでノイズとなる地磁気などの周辺磁場成分のみ
を排除した精度の高い電流検出を可能にする効果を得る
ものである。

【００３８】また、前記磁気検出器２５は、前記磁気検
出器２０と同方向でかつ電流路１０の法線上に配設され
るので、本第３実施形態による電流センサの実装上の高
さは電流路１０と電流による磁場を検出するための磁気
検出器２０との距離Ｌと同一である。これは、前記第２
実施形態における電流センサの上下方向の高さ寸法を約
１／２にして、小型化を達成する効果を得るものであ
る。

【００３９】（第３実施形態の変形例）本第３実施形態
の変形例の電流センサは、図９に示されるように地磁気
などの周辺磁場のみを検出するためのマグネト−インダ
クティブ磁気検出器２５の検出方向を前記磁気検出器２
０と同じ方向を保ちつつ前記電流による磁場の検出量が
充分微少となる任意の位置に配設するもので、前記第３
実施形態と同様の高精度化するとともに実装上の高さ方
向寸法を小さくして狭いスペースに収容可能とした効果
を得ることができる。

【００４０】（第４実施形態）本第４実施形態の電流セ
ンサは、図１０ないし図１２に示されるようにマグネト
−インダクティブ磁気検出器２４をパッケージ４０に収
蔵し、該パッケージ４０の一つの平坦面と絶縁材料によ
るスペーサを挟んで電流路１４を当接する構造とし、該
電流路１４と前記磁気検出器２４とを所定の距離に安定
かつ精度良く設定するとともに、前記磁気検出器２４お
よび前記電流路１４の周囲を高透磁率材料で被覆して磁
気シールドを構成する点に特徴がある。

【００４１】アモルファスワイヤ３４が検出する測定電
流による磁場の大きさは、電流路とアモルファスワイヤ
との距離に逆比例する。すなわち電流路とアモルファス
ワイヤとの距離が変動すると電流センサ２としての感度
がばらつくことになる。

【００４２】本第４実施形態においては、磁気検出器２
４を収納した小型の立方体のパッケージ４０の１つの平
坦面Ｓ４０に対して絶縁体のスペーサ１４１を挟んで電
流路１４を当接するための該スペーサと一体構造をなす
ホールダ１４２により電流路１４とマグネト−インダク
ティブ磁気検出器２４とを所定の距離に容易に安定かつ
精度良く設定でき、かつ高透磁率材料で周囲を被覆する
ことにより磁気シールドを構成し、ノイズ混入のない高
精度な電流センサを安価な製品とするものである。

【００４３】すなわち本第４実施形態における磁気検出
器は、図１０に示されるように検出コイルを巻回したア
モルファスワイヤ３４と信号変換回路５４とをＩＣ化し
て複数のＩＣ用電極５５を備えた小型のパッケージ４０
内に収納したＩＣ型マグネト−インダクティブ磁気検出
器２４である。

【００４４】電流路１４と前記ＩＣ型マグネト−インダ
クティブ磁気検出器２４とに挟着されるスペーサ１４１
は電流路１４を把持するホールダ１４２と一体構造をな
し該スペーサ１４１の当接面Ｓ１４１を前記ＩＣ型磁気
検出器２４のひとつの面Ｓ４０に当接することで電流路
１４と前記ＩＣ型磁気検出器２４に内蔵されたアモルフ
ァスワイヤ３４との距離を容易に安定かつ精度良く設定
することを可能にする。

【００４５】さらに前記ＩＣ型磁気検出器２４および前
記ホールダ１４２をともに高透磁率材料からなる板１４
３で被覆して固定し、かつ高透磁率材料の作用により磁
気シールドするとともにノイズとなる地磁気などの磁場
を排除して高精度化するので、ノイズ混入のない高精度
な電流センサを実現している。

【００４６】なお図１１において、当接するべきスペー
サ１４１の当接面ｓ１４１を図示しやすくするためにパ
ッケージ４０の面Ｓ４０と分離して描いている。図１２
は、ＩＣ型マグネト−インダクティブ磁気検出器２４の
具体的な電気回路であり、回路は基本的には前記第１実
施形態と同様であるが、図１２においては前記第１実施
形態における前記アモルファスワイヤを初期化するため
の励磁回路２５０を省略したことと、増幅器２３０を単
極電源で動作させるために設けた抵抗器Ｒ２３１および
Ｒ２３２による基準電位発生回路を追加したところが異
なる。励磁回路を省略したのは前記のごとく、ＩＣ型磁
気検出器２４および前記ホールダ１４２をともに高透磁
率材料からなる板１４３で被覆して磁気シールドしたた
めノイズとなる磁場を排除できるからでコストダウンを
可能にするものである。

【００４７】また、前記抵抗器Ｒ２３１およびＲ２３２
による基準電位発生回路を追加したのは、本電流センサ
を自動車用として用いるため、単極の電源で動作出来る
ようにしたもので、自動車における利用を可能にするも
のである。

【００４８】以上によりＩＣ型マグネト−インダクティ
ブ磁気検出器２４を１個用いるのみで、ノイズ混入のな
い高精度かつ安定な電流センサを安価に製作することが
できる。

【００４９】（第５実施形態）本第５実施形態の電流セ
ンサは、図１３ないし図１５に示されるように前記第４
実施形態におけるプリント回路基板の一方の面の導体で
電流路を構成し該プリント回路基板のもう一方の導体面
にマグネト−インダクティブ磁気検出器を溶着固定する
とともにプリント回路基板の厚みで電流路とマグネト−
インダクティブ磁気検出器との距離を安定かつ容易に設
定できるようにした大量生産可能な高精度な電流センサ
を実現するところに特徴がある。

【００５０】本第５実施形態においては、図１３および
図１５に示されるように検出コイル４を巻回したアモル
ファスワイヤ５１と信号変換回路５２からなるＩＣ型マ
グネト−インダクティブ磁気検出器５０と絶縁材料から
なる板の表裏２面に導電体５３１、５３２が設けられて
いるプリント回路基板５３から構成される。

【００５１】図１４に示されるように該プリント回路基
板５３の一方の面５３１には図示を省略するが前記ＩＣ
型マグネト−インダクティブ磁気検出器５０が配線さ
れ、またもう一方の面５３２は計測する電流を流すため
の電流路が形成され、両端に電極５４１、５４２が装着
されている。

【００５２】また、プリント基板の幅すなわち電流路を
形成する導体５３２の幅方向の寸法Ｍはアモルファスワ
イヤ５１の長さｍの少なくとも２倍以上である。プリン
ト基板５３は、十分なる寸法精度で生産されておりまた
経年変化も十分小さいので、一方の面５３１に前記ＩＣ
型マグネト−インダクティブ磁気検出器５０を配線パタ
ーンの所定の位置にはんだ付けすることのみで導体５３
２からなる電流路との高さ方向の距離および幅方向の位
置を精確ならびに安定に設定することができる。

【００５３】なお、電流路を形成する導体５３２の幅方
向の寸法Ｍをアモルファスワイヤ５１の長さｍの少なく
とも２倍以上とすることにより、電流路の幅方向の位置
変動に対して測定電流による磁場の大きさがほとんど変
化しない領域を形成することができる。これによりＩＣ
型磁気検出器５０の取り付けにおいて前記電流路の幅方
向の位置決め誤差を大幅に許容できる効果をもたらす。
このため大量生産時の位置設定の不良率を小さくでき生
産効率を高めることができ安価な生産を可能にする。

【００５４】図１５は、ＩＣ型マグネト−インダクティ
ブ磁気検出器５０の信号変換回路５２の電気回路であ
り、基本的には図１２に示される回路と同じであるが、
磁場測定をさらに高精度化するために前記アモルファス
ワイヤ５１に新たに巻回した負帰還コイル４５を含むフ
ィードバック回路を追加したところが異なる。

【００５５】すなわち図１５に示されるように増幅器２
３０の出力端子に接続された抵抗器Ｒ５０１と前記負帰
還コイル４５からなるフィードバック回路は、いかなる
磁場が印加されても前記アモルファスワイヤ５１の内部
磁場がつねにゼロとなるように負帰還電流を流す。この
負帰還により前記アモルファスワイヤの動作点は変化し
ないからヒステリシスなどの非線形性が殆ど顕在化せず
非常に高精度な電流測定が可能になる。

【００５６】（第６実施形態）本第６実施形態の電流セ
ンサは、図１６および図１７に示されるように前記第１
実施形態における前記電流路が電流の流れる向きが逆方
向となり往復する往電流路１６１および復電流路１６２
より成る往復電流路１６であり、該往電流路１６１およ
び復電流路１６２に挟まれた空間に該往復電流路を含む
面と直角となる向きに感度方向を設定しかつ往と復との
二つの電流による磁場が和となる領域にマグネト−イン
ダクティブ磁気検出器２６のアモルファスワイヤ３６位
置を設定した高感度な電流センサを実現するものであ
る。

【００５７】本第６実施形態においては、図１６に示さ
れるように往電流路１６１および復電流路１６２からな
るＵ字状の往復電流路１６によって挟まれる空間にマグ
ネト−インダクティブ磁気検出器２６をその感度方向を
前記往復電流路１６を含む面に対して直角となるべく配
置する。すなわち図１７に示されるように前記アモルフ
ァスワイヤ３６を、往電流路１６１および復電流路１６
２の軸を結ぶ直線ｔに対して直交する方向に配設するも
のである。

【００５８】測定する電流が矢印のごとく往電流路１６
１を紙面の左から右方向へ流れ、さらに右端で折り返し
て復電流路１６２を右から左へ流れるとき、往電流路１
６１および復電流路１６２による右回りの磁場Ｂ１およ
び左回りの磁場Ｂ２が図１７に示されるように生ずる。

【００５９】このため前記マグネト−インダクティブ磁
気検出器２６のアモルファスワイヤ３６は、印加される
磁場Ｂ１およびＢ２が同じ方向成分であり両磁場の和を
検出することになり、電流の検出感度を高感度化すると
ともに、微弱な電流の検出を可能にするという効果を得
ることができる。

【００６０】なお図１８に示されるように往復電流路１
６Ｂをコイル状に巻回してアモルファスワイヤ３６Ｂに
およぶ磁場を増大させることで、さらに微弱な電流を検
出できる高感度電流センサを構築することができる。

【００６１】（第７実施形態）本第７実施形態の電流セ
ンサは、図１９および図２０に示されるように前記アモ
ルファスワイヤ３７を、往電流路１６１および復電流路
１６２の軸を結ぶ直線ｔに対して平行に配設する点が前
記第６実施形態との相違点であり、以下相違点を中心に
説明する。

【００６２】本第７実施形態は、前記電流路が電流の流
れる向きが往復する往電流路１６１および復電流路１６
２より成る往復電流路１６であり、該往復電流路１６に
挟まれた空間に往復電流路を含む面と平行となる向きに
感度方向を設定したマグネト−インダクティブ磁気検出
器２７とからなり、磁場の大きさが往と復との二つの電
流により生じる磁場の差となる領域において、この差の
磁場の大きさが前記磁気検出器２７が計測できる線形領
域内である所定の位置にアモルファスワイヤ３７を設定
することを特徴とする大電流が測定できる電流センサを
実現するものである。

【００６３】すなわち本第７実施形態における電流セン
サは、非常に大きな電流でも精度良く測定可能な電流セ
ンサを構成するものである。アモルファスワイヤを用い
るマグネト−インダクティブ磁気検出器は、本来非常に
高感度な磁気センサであるため、測定する磁場が大きす
ぎると図２１に示されるように入力対出力の関係が飽和
し線形関係が崩れ誤差が生じる。本第７実施形態におい
ては計測対象である大電流が流れても、前記マグネト−
インダクティブ磁気検出器に印加される磁場の大きさ
を、前記線形関係範囲内に設定するものである。

【００６４】本第７の実施形態においては、図１９に示
されるように前記第６実施形態と同じ往復電流路１６を
用い該往復電流路に挟まれた空間においてマグネト−イ
ンダクティブ磁気検出器２７の感度方向すなわちアモル
ファスワイヤ３７の軸方向を前記往復電流路１６を含む
面と平行となる方向に配設する。

【００６５】計測する電流が矢印のごとく電流路１６１
を紙面の左から右方向へ流れ、さらに右端で折り返して
電流路１６２を右から左へ流れるとき、図２０のごとく
電流路１６１、１６２による右回りの回転磁場Ｂ３およ
び左回りの回転磁場Ｂ４が生じる。同図は電流路１６の
紙面左側から見た断面図であり、Ｌ１、Ｌ２は各電流路
とアモルファスワイヤ３７の中心部との距離、ｈは電流
路を含む面とアモルファスワイヤ３７の中心との距離で
ある。

【００６６】前記電流路１６１、１６２による電流がア
モルファスワイヤ３７に与える磁場は互いに回転方向が
異なるため、該アモルファスワイヤ３７が検出する磁場
ベクトルは、両者の差に基づくものとなる。この磁場Ｂ
３、Ｂ４はそれぞれの電流路からの距離Ｌ１、Ｌ２に逆
比例し、また電流路１６を含む面からの距離ｈに逆比例
する。よってｈ、Ｌ１、Ｌ２を所定の値に設定すること
により前記マグネト−インダクティブ磁気検出器２６が
検出する磁場の大きさを誤差の生じない線形関係範囲内
に設定することができる。

【００６７】本第７実施形態は、これにより大電流によ
りいかなる大きな磁場が生じても前記マグネト−インダ
クティブ磁気検出器２６が線形領域から脱することがな
いため、大電流の計測を可能にする大電流センサを実現
することができる。

【００６８】（第８実施形態）本第８実施形態の電流セ
ンサは、図２２ないし図２４に示されるように前記第７
実施形態を改良したもので、二つの測定レンジを持つ薄
型で安価な電流センサを構成している。

【００６９】本第８実施形態においては、図２２に示さ
れるように両面に導体を設けたプリント基板の一方の面
に検出コイルを巻回したアモルファスワイヤ８１と信号
変換回路５８とを小型化しパッケージに収蔵したＩＣ型
マグネト−インダクティブ磁気検出器２８を配線パター
ン上に半田付けにより固定している。もう一方の面には
往復電流路を形成する導体が設けてあり、その形状は図
２３に示される。

【００７０】本第８実施形態における往復電流路は導体
１８０，１８１，１８２からなり大電流を計測するとき
は電流路として導体１８０および１８１を使用し、それ
より小さい電流を計測するときには導体１８０と１８２
を使う。

【００７１】すなわち図２４において前記ＩＣ型マグネ
ト−インダクティブ磁気検出器２８のアモルファスワイ
ヤ８１と導体１８０との距離Ｌ３および導体１８１との
距離Ｌ４さらに導体１８２との距離Ｌ５はそれぞれ計測
する電流の大きさに対応して前記ＩＣ型マグネト−イン
ダクティブ磁気検出器の線形関係範囲内の磁場の大きさ
となる所定の距離に選ばれている。

【００７２】本第８実施形態は、電流路を含む面とＩＣ
型マグネト−インダクティブ磁気検出器２８との距離ｈ
は主としてプリント基板の絶縁体の厚さで設定されるの
で、電流路とＩＣ型マグネト−インダクティブ磁気検出
器との距離はプリント回路基板に形成された電気回路の
寸法で設定されるので安定、安価、薄型でさらにレンジ
切り替えのできる電流センサを実現するものである。

【００７３】（第９実施形態）本第９実施形態の電流セ
ンサは、図２５および図２６に示されるように電流路が
電流の流れる向きが往復する往電流路１９１および復電
流路１９２が近接して配設された往復電流路１９であり
該往復電流路１９を含む面と直角となる向きに感度方向
を設定したマグネト−インダクティブ磁気検出器２９と
からなり、往復電流により生じる方向の異なる二つの磁
場の差が前記マグネト−インダクティブ磁気検出器２９
の線形領域内の大きさとなる所定の位置にアモルファス
ワイヤの位置を設定することを特徴とする大電流が測定
できる電流センサを実現するものである。

【００７４】本第９実施形態においては、図２５に示さ
れるように電流路１９１および１９２からなる往復電流
路１９は、上述した前記第６の実施形態と基本的に同じ
ものである。マグネト−インダクティブ磁気検出器２９
は、その感度方向すなわちアモルファスワイヤ３９の軸
方向は前記往復電流路１９を含む面と直角となる方向に
設定されている。

【００７５】計測する電流が矢印のごとく電流路１９１
を紙面の左から右方向へ流れ、さらに右端で折り返して
電流路１９２を右から左へ流れるとき、電流路１９１に
よる右回りの回転磁場Ｂ５および１９２による左回りの
回転磁場Ｂ６が、図２６のごとく生じる。同図は電流路
１９の紙面左側から見た断面図であり前記磁場Ｂ５およ
びＢ６が互いに方向が逆であるためアモルファスワイヤ
３９が検出する磁場ベクトルは両磁場の差とすることが
できる。

【００７６】またＬ７、Ｌ８は各電流路１９１、１９２
とアモルファスワイヤ３９の中心部との距離であり前記
磁場Ｂ５、Ｂ６の大きさはそれぞれの電流路からの距離
に逆比例するので、Ｌ７、Ｌ８を所定の値に設定するこ
とにより前記マグネト−インダクティブ磁気検出器２９
が検出する磁場の大きさを誤差の生じない線形範囲内に
設定することができる。これにより大電流によっていか
なる大きな磁場が生じても前記マグネト−インダクティ
ブ磁気検出器２９が線形領域から脱することがないため
大電流センサを実現することができる。

【００７７】（第１０実施形態）本第１０実施形態の電
流センサは、図２７および図２８に示されるように導体
層が３層のプリント基板１００とＩＣ型マグネト−イン
ダクティブ磁気検出器２００からなる大電流計測可能な
電流センサを実現するものである。

【００７８】３層プリント基板１００は、その最下面の
導体６０１と中央層の導体６０２は端部において電気的
に導通しており該導体６０１および６０２で往復電流路
を形成する。最上面の導体には前記ＩＣ型マグネト−イ
ンダクティブ磁気検出器２００を構成するアモルファス
ワイヤ３００および信号変換回路５１０が収納されたパ
ッケージの平坦面としての下面がはんだ付けにより配線
されている。

【００７９】本第１０実施形態においては、各電流路と
アモルファスワイヤ３００の中心部との距離Ｌ９、Ｌ１
０に相当するＬ９、Ｌ１０はプリント基板の二つの絶縁
層の厚みに基づいて設定することで、ＩＣ型マグネト−
インダクティブ磁気検出器２００のアモルファスワイヤ
３００が検出する磁場ベクトル成分を往と復との電流に
より生じる二つの磁場の差とすることができるので、大
電流の安定な測定を可能にするとともに、量産によるコ
ストダウンを可能にするものである。

【００８０】（第１１実施形態）本第１１実施形態の電
流センサは、図２９に示されるように信号変換回路が可
変増幅器と不揮発性メモリとを含む電子回路からなるこ
とを特徴とするものである。

【００８１】本第１１実施形態の電流センサは、図２９
に示されるように電流路１００１と信号変換回路１００
２とからなる電流センサ１０００の電気回路と本電流セ
ンサ１０００の電流感度とゼロ点を自動調整するための
自動調整システム１００５とを示す。

【００８２】前記信号変換回路１００２は、図１２に示
される前記第４の実施形態の電気回路と基本的に同じで
あるので、相違点のみ説明をする。変更箇所は図１２に
おける増幅器をゲインおよびゼロ点を電子的に変更でき
る可変増幅器１１００とし、これに不揮発性メモリ１１
０１を追加したところが異なる。

【００８３】すなわち可変増幅器は１１００は、前記検
波回路２２０の電圧を増幅して計測電流に対応する出力
電圧を出力するが、その増幅度および基準となるゼロ点
は不揮発性メモリ１１０１の記憶情報に基づいている。

【００８４】該不揮発性メモリ１１０１の記憶情報は、
外部のコントローラから与えられるが、一度記憶すると
記憶の書き換えをしない限りコントローラとの接続を断
ったり電源をオフにしても、記憶の変更は起こらない。

【００８５】したがって電流センサを製作した後で電流
路１００１にゼロ点と基準の電流とを流して出力信号電
圧が所定の値となるべく増幅器１１００の増幅度を変更
し、その増幅度情報を不揮発性メモリ１１０１に記憶さ
せることで精度の高いゼロ点および感度の調整が可能に
なる。

【００８６】次に本第１１実施形態の電流センサにおけ
る自動調整システムによる該電流センサのゼロ点および
感度の調整について、以下に説明する。自動調整システ
ム１００５は、コンピュータからなるコントローラ１１
２０と電流源１１２１とからなる。コントローラ１１２
０は、端子Ｑ１により電流源１１２１に電流のゼロおよ
び基準の電流を端子Ｔ１、Ｔ２から電流源１００１に供
給する。

【００８７】コントローラの端子Ｑ２は、不揮発性メモ
リ１１０１に、Ｑ３は電流センサの出力端子に接続され
ている。端子Ｑ３は、電流センサの出力電圧を監視する
もので、電流源１１２１の電流がゼロのときおよび基準
の電流を流すときコントローラ１１２０は、Ｑ３がゼロ
および所定の出力となるように、その都度不揮発性メモ
リの内容を書き込みその値を記憶させる。

【００８８】本第１１実施形態の電流センサは、以上に
より製作した電流センサの調整工程を自動化すること
で、品質のそろった高精度な製品を安価に提供できるよ
うになるとともに、電流センサの調整工程を自動化でき
る構成として高精度な電流センサを安価に大量生産可能
にする。

【００８９】上述の実施形態は、説明のために例示した
もので、本発明としてはそれらに限定されるものでは無
く、特許請求の範囲、発明の詳細な説明および図面の記
載から当業者が認識することができる本発明の技術的思
想に反しない限り、変更および付加が可能である。

【００９０】上述の第４実施形態においては、一例とし
て電流路１４をホールダ１４２とともに挟着する絶縁体
のスペーサ１４１に当接するための磁気検出器２０を収
納した小型の立方体のパッケージ４０の１つの平坦面Ｓ
４０全面を平坦面にした例について説明したが、本発明
としてはそれらに限定されるものでは無く、図３０に示
されるように一定間隔の溝４０Ｇが形成され、平坦部４
０Ｐが一定間隔で並設され全体として平坦面を構成する
ような変形例も採用可能である。

【００９１】上述の第１実施形態においては、厳しい温
度環境の下において利用される用途の一例として自動車
の用途について例示して説明したが、本発明としてはそ
れらに限定されるものでは無く、必要に応じて自動車以
外のあらゆる用途に適用可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施形態の電流センサを示す斜視
図である。

【図２】本第１実施形態の電流センサを示す側面図であ
る。

【図３】本第１実施形態の電流センサにおける電気回路
を示す回路図である。

【図４】本第１実施形態の電流センサにおける磁場の大
きさと出力との関係を示す線図である。

【図５】本第１実施形態の電流センサにおける電磁誘導
を利用した磁気検出器の出力の温度特性を示す線図であ
る。

【図６】本発明の第２実施形態の電流センサを示す斜視
図である。

【図７】本第２実施形態の電流センサを示す側面図であ
る。

【図８】本発明の第３実施形態の電流センサを示すブロ
ック図である。

【図９】本発明の第３実施形態の変形例の電流センサを
示すブロック図である。

【図１０】本発明の第４実施形態の電流センサにおける
磁気検出器がパッケージに収納された状態を示す平面図
である。

【図１１】本第４実施形態における磁気検出器が収納さ
れたパッケージと、ホールダとスペーサに挟着された電
流路との装着態様を説明するための説明図である。

【図１２】本第４実施形態の電流センサにおける電気回
路を示す回路図である。

【図１３】本発明の第５実施形態の電流センサを示す斜
視図である。

【図１４】本第５実施形態の電流センサを示す正面図で
ある。

【図１５】本第５実施形態の電流センサにおける電気回
路を示す回路図である。

【図１６】本発明の第６実施形態の電流センサを示す斜
視図である。

【図１７】本第６実施形態の電流センサを示す側面図で
ある。

【図１８】本発明の第６実施形態の変形例の電流センサ
を示す要部拡大図である。

【図１９】本発明の第７実施形態の電流センサを示す斜
視図である。

【図２０】本第７実施形態の電流センサを示す側面図で
ある。

【図２１】本第７実施形態における入力対出力の線形お
よび飽和特性を示す線図である。

【図２２】本発明の第８実施形態の電流センサを示す平
面図である。

【図２３】本第８実施形態の電流センサを示す底面図で
ある。

【図２４】本第８実施形態の電流センサを示す側面図で
ある。

【図２５】本発明の第９実施形態の電流センサを示す斜
視図である。

【図２６】本第９実施形態の電流センサを示す側面図で
ある。

【図２７】本発明の第１０実施形態の電流センサを示す
正面図である。

【図２８】本第１０実施形態の電流センサにおける磁気
検出器が収納されたパッケージを示す平面図である。

【図２９】本第１１実施形態の電流センサにおける電気
回路を示す回路図である。

【図３０】本発明の変形例を説明するための説明図であ
る。

【図３１】従来の電流センサを示す断面図である。

【図３２】従来の磁気インピーダンス素子における磁気
計測を行った場合の出力電圧の温度特性を示す線図であ
る。

【符号の説明】

１ 被検出電線 ２ 電流センサ ３ アモルファス素子 ４ 検出コイル ５ 信号変換回路 １０ 電流路 ２０ マグネト−インダクティブ磁気検出器 ３０ アモルファスワイヤ

フロントページの続き (72)発明者 本蔵 義信 愛知県東海市荒尾町ワノ割１番地 アイ チ・マイクロ・インテリジェント株式会社 内 (72)発明者 正木 竜二 愛知県東海市荒尾町ワノ割１番地 愛知製 鋼株式会社内 Ｆターム(参考） 2G017 AA01 AB02 AC02 AD51 BA05 2G025 AA11 AB01 AC04

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 測定対象である被検出電線を流れる電流
   により生じる磁場内において、作用している磁場の大き
   さから前記被検出電線を流れる電流に対応する電圧信号
   を出力する電流センサであって、 前記被検出電線を流れる電流により生じる磁場内の出力
   の線形関係が保持される位置に配設されたアモルファス
   ワイヤからなり、周囲の磁場に対応して内部磁場が変化
   するアモルファス素子と、 該アモルファス素子に巻回されアモルファス素子の内部
   磁場変化を電磁誘導により電圧に変換することによりマ
   グネト−インダクティブ磁気検出器を構成する検出コイ
   ルおよび前記検出コイルの電圧を前記被検出電線を流れ
   る電流に対応した電圧信号に変換する信号変換回路とか
   ら成ることを特徴とする電流センサ。
2. 【請求項２】 請求項１において、 前記検出コイルが巻回されたアモルファス素子と前記信
   号変換回路が、平坦面を備えたパッケージ内に収蔵さ
   れ、 前記被検出電線が、前記パッケージの前記平坦面に当接
   する絶縁材料より成るスペーサを挟んで当接するように
   構成されていることを特徴とする電流センサ。
3. 【請求項３】 請求項１において、 前記アモルファス素子が、流れる電流の方向が互いに逆
   である前記被検出電線の２つの被検出電線部により生じ
   る２つの磁場の和または差が検出できる位置に配設され
   ていることを特徴とする電流センサ。
4. 【請求項４】 請求項１において、 前記信号変換回路が、前記検出コイルが出力する電圧の
   印加を制御するスイッチ要素と該スイッチ要素がオンの
   時に印加された前記検出コイルの電圧をホールドするコ
   ンデンサとから成るサンプルホールド回路によって構成
   されていることを特徴とする電流センサ。