JP2004061329A

JP2004061329A - Magnetic flux detection method, magnetic flux detection apparatus, magnetic flux sensor and current detection method, current detection apparatus

Info

Publication number: JP2004061329A
Application number: JP2002220617A
Authority: JP
Inventors: Kiyoshi Tsuboi; 坪井　浄; Hajime Yuasa; 湯浅　肇; Tsuneo Sugawara; 菅原　庸夫; Masatoshi Utaka; 右高　正俊
Original assignee: KEISOKU KENKYUSHO KK; ROYAL KIKI KK
Current assignee: KEISOKU KENKYUSHO KK; ROYAL KIKI KK
Priority date: 2002-07-30
Filing date: 2002-07-30
Publication date: 2004-02-26
Anticipated expiration: 2022-07-30
Also published as: JP4135882B2

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method and an apparatus for well-linearly detecting a magnetic flux and a current regardless of a characteristic of a magnetic flux detection element although the detected magnetic flux is relatively large. <P>SOLUTION: A signal corresponding to the detected magnetic flux is obtained by using the magnetic flux detection element for obtaining a signal corresponding to an interlinkage magnetic flux. A DC magnetic field generation means is provided and applies a DC magnetic field not interlinking a part of the detected magnetic flux with the magnetic flux detection element to a vicinity of the magnetic flux detection element. The DC magnetic field generation means comprises a permanent magnet or an electromagnet. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、磁束検出方法、磁束検出装置および磁束センサに関する。また、この磁束検出方法、磁束検出装置、磁束センサを用いて、例えば、電灯線などの電線を流れる電流により発生する磁束を検出することにより、電線を流れる電流を正確に検出する電流検出方法および電流検出装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電線を流れる電流を検出する方法の一例として、図２８に示すように、当該電線を電流ｉが流れることにより、この電流ｉの流れる位置を中心とした同心円を描くように発生する磁束Ｂを検出する方法が知られている。これは、原理的には発生する磁束Ｂが電流ｉに正確に対応するため、磁束Ｂを正確に検出することにより、電線を流れる電流ｉを正確に検出することができるからである。
【０００３】
図２９は、従来のこの種の電流検出方法の一例を説明するための図である。この図２９の例では、電流ｉに対応する磁束を検出するための磁束センサとして、漏れをなくすために閉磁路を形成するようにリング状にしたコア（巻き芯）にコイルを巻回した、いわゆるトロイダルコイルを用いている。
【０００４】
なお、トロイダルコイルを磁束センサとして用いる方法によれば、電流ｉが流れることにより発生する磁束Ｂのすべてを、トロイダルコイルのリング状コアに集めることができるので、電線を流れる電流ｉの波形を正確に検出することができる。
【０００５】
この図２９において、１は電線であり、通常は絶縁被覆２により覆われた被覆線３の構造とされている。そして、例えばフェライトなどの磁性材からなるリング状のコア（磁性体コア）４を巻き芯として、そのリング状コア４の全周に渡ってコイル５を巻回したトロイダルコイル６の中空部内に被覆線３を挿通するようにして、トロイダルコイル６を、被覆線３に対して取り付ける。
【０００６】
すると、電線１を電流ｉが流れることにより発生する磁束Ｂは、図３０に示すように、トロイダルコイル６内にのみ存在し、トロイダルコイル６の外には存在しなくなる。このため、コイル５から得られる磁束に応じた誘導電流は、電線１を流れる電流ｉに正確に対応するものとなる。
【０００７】
したがって、コイル５から得られる電流ｉを、例えば利得一定のアンプ７で増幅することにより、電線１を流れる電流ｉに一意に対応する電流検出出力信号を得ることができる。この場合、電流ｉが交流の場合には、通常、その検出電流波形から、実効値（２乗平均平方根値）が求められて、電流値とされる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
以上のように、磁性体コアにコイルを巻回して形成して構成した磁束センサを、検出対象の磁束路がコイル内を通る、つまり、磁性体コア内を通るように配置することにより、検出対象の磁束を検出することができる。この場合に、コイルから出力される磁束センサの検出出力としては、検出対象の磁束に正確に対応するように直線性の良い特性を有することが望まれる。
【０００９】
ところで、磁性体コアにコイルが巻回されて構成される磁束センサにおいて、そのコア中の磁束密度Ｂとコアの磁化力Ｈとの関係（Ｂ−Ｈ特性）は、例えば図３１に示すようなヒステリシス特性となる。この図３１の特性においては、コア中を通る磁束密度Ｂに直線性良く起磁力が得られる範囲は、コアの磁気飽和のために、限定された範囲となっており、このため、起磁力に対応して得られる磁束センサの検出出力は、電線１を流れる電流ｉに、直線性良く対応するものとはならない問題がある。
【００１０】
すなわち、図３１の特性において、直線性良く起磁力が得られる範囲を超えるような大きな磁束の場合には、磁束センサのコアは磁気的に飽和状態となるため、当該磁束に正確に対応した検出出力が磁束センサから得られなくなるものである。
【００１１】
このため、例えば、電線１に、図３２の上側に示すような正弦波電流が流れたときに、コイル５から得られる検出電流波形は、対応した正弦波電流波形は得られずに、図３２の下側に示すように歪んだ検出電流波形となってしまう。この現象は、トロイダルコイルであっても、コアの大きさやコアに用いられる磁性材料などに起因して生じる。
【００１２】
従来は、この問題を解決するために、コイルの大きさを大きくしたり、高透磁率の磁性体をコアとして用いたりするなどして、直線性の良い磁束センサを設計するように工夫している。
【００１３】
しかし、例えば前述のトロイダルコイルの場合など、コアの大きさを大きくすると全体の形状が大きくなる。このため、磁束センサを取り付ける場合に、比較的大きな取り付けスペースが必要となり、磁束センサの取り付け部位が限られてしまうという問題がある。
【００１４】
さらには、検出電流の大きさが大きく変動する場合など、どの程度の起磁力が必要かを予測することが困難な場合を考慮すると、磁束センサとして、常に適正な性能を有するようなコアの大きさやコア材を選定することは、非常に困難であった。つまり、適切な特性を有する磁束センサを設計するようにすることは非常に困難であった。
【００１５】
磁束検出素子として、コアに巻回されたコイルを用いない場合においても、磁束検出素子が検出可能な鎖交磁束量には、一般に限界があり、飽和するような鎖交磁束量となると、上述と同様に、検出しようとする磁束にリニアに対応する検出出力が得られなく問題がある。
【００１６】
この発明は、以上の問題点にかんがみ、磁束検出素子の特性に関係なく、検出対象の磁束が比較的大きくても、直線性良く磁束さらには電流を検出することできる方法および装置を提供することを目的とする。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、請求項１の発明による磁束検出方法は、
鎖交する磁束に対応する信号を得る磁束検出素子を用いて、検出対象の磁束に対応する信号を得るようにする方法であって、
前記検出対象の磁束のうちの一部を、前記磁束検出素子に鎖交させないように、前記磁束検出素子の近傍に、直流磁界を印加するようにする
ことを特徴とする。
【００１８】
また、請求項２の発明による磁束検出装置は、
鎖交する磁束に対応する信号を得る磁束検出素子と、
検出対象の磁束のうちの一部を前記磁束検出素子に鎖交させないようにするための直流磁界を、前記磁束検出素子の近傍に印加する直流磁界発生手段と、
を備えることを特徴とする。
【００１９】
【作用】
上述の構成の請求項１および請求項２の発明においては、直流磁界により、検出対象の磁束のうちの一部は、磁束検出素子に鎖交しないようにされる。このため、磁束検出素子に鎖交する磁束は少なくなるので、磁束検出素子が磁気的な飽和状態とならないようにすることができ、磁束検出素子からは、検出対象の磁束に直線性良く対応した検出出力が得られる。
【００２０】
この場合に、磁束検出素子からの検出出力は、レベル的には小さくなるが、変化分としての検出出力波形に関しては正確な値が得られるようになる。
【００２１】
これは、定性的には、検出対象の磁束の一部が、直流磁界の発生手段側に吸引され、あるいは排斥されて、磁束検出素子に鎖交する磁束は、磁束検出素子で磁気的な飽和が生じない程度に少なくなり、直線性の良い磁束対起磁力の範囲内の磁束量になるからである。
【００２２】
したがって、この発明によれば、磁束検出素子の特性に関係なく、直線性良く磁束さらには電流を検出することできる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下に、この発明の実施形態を、図を参照しながら説明する。以下の実施形態の説明は、電線を流れる電流が発生する磁束を検出し、その検出出力に基づいて、電線を流れる電流の値を検出する場合である。まず、磁束センサの実施形態の構造およびその製法、次に、この磁束センサを用いる電流検出方法および電流検出装置の実施形態の順に説明する。
【００２４】
［この発明の実施形態に用いる磁束センサの例］
［磁束センサの構造］
この実施形態の磁束センサは、基本的には、極く薄い、所定の寸法の可撓性のシート状磁性体に、このシート状磁性体を巻き芯とするようにコイル導体が形成されたものである。この例では、シート状磁性体の磁性材としては、フェライトやアモルファス金属などを用いた透磁率が空気の透磁率（＝１）に対して十分に高く、かつ、鉄損が少ないものを用いる。
【００２５】
図１は、この例の磁束センサ１０の構造の一例を示すものであり、また、図２は、その一部の拡大図を示すものである。図１（Ａ）は、この磁束センサ１０の平面図であり、シート面（厚さ方向に直交する面）に直交する方向から見た図である。また、図１（Ｂ）は、この磁束センサ１０の断面図を示すものである。また、図２（Ａ）は、磁束センサ１０のコイル部分の説明のための図であり、図２（Ｂ）は、磁束センサ１０のコイル部分における断面図である。
【００２６】
シート状磁性体１１の磁性材料としては、この例では、例えば日立金属株式会社製の商品名「ファインメット（登録商標）」が用いられる。これは、アモルファス金属からなるもので、透磁率が２００００と高く、厚さが２０μｍと薄く、軽量で可撓性があるシート状磁性体である。そして、この例では、このシート状磁性体１１は、矩形形状とされ、長さＬが、この例ではＬ＝２５（ミリメートル）とされ、幅Ｗは、Ｗ＝７（ミリメートル）と規定されている。
【００２７】
このシート磁性体１１を用いることにより、磁束センサとして直線性の優れたものを実現できるが、このシート状磁性体１１は、非常にもろく、加工ひずみを受けやすい極めて薄い磁性薄膜である。そこで、この実施形態においては、シート状磁性体１１を、強度と耐熱性のある薄い樹脂などの薄膜で両側から挟み、シート状磁性体１１にひずみや損傷を与えることなく、全体を曲げられるように、伸縮性に富んだ構造とすることができるようにしている。
【００２８】
すなわち、このシート状磁性体１１のシート面の一面およびその反対側の面上には、絶縁層１２，１３が形成され、シート状磁性体１１がこれら絶縁層１２，１３により両側から挟まれるように構成されている。
【００２９】
そして、これら絶縁層１２，１３上の、シート状磁性体１１の長さ方向のほぼ中央部分の所定の範囲、例えば６〜１５ミリメートルの部分において、複数の線状の導電体からなるコイル１４が形成されている。コイル１４のターン数は、例えば１０〜１００ターンとされる。
【００３０】
このコイル１４は、絶縁層１２上に形成された複数の線状の導電体１４ａと、絶縁層１３上に形成された複数の線状の導電体１４ｂとが、図２（Ａ）に示すように、シート状磁性体１１の幅方向の両端において、後述するようにスルーホール２０ｄ内に電気メッキにより形成された導体を通じて電気的に接続されて形成されているものである。
【００３１】
そして、コイル１４および絶縁層１２，１３上を覆うように絶縁層１５，１６が形成されている。そして、絶縁層１５の上には、銅薄膜からなる電界シールド層１７が被着形成され、この電界シールド層１７の上に磁気シールド層１９が被着形成されている。電界シールド層１７と、導電体１４ａの右端の線状の導電体１４ａＲの端部との間は、図２（Ａ）に示すように、スルーホール２０ｕ内に、例えば電気メッキにより形成された導体を通じて電気的に接続されている。
【００３２】
電界シールド層１７の存在により、電気的な飛び込みノイズを除去するようにすることができる。すなわち、電界シールド層１７に電気的に接続されている電極２６が接地されることにより、ノイズを接地（グラウンド）に流すことができ、コイル１４の検出出力への電気的ノイズの混入を防止することができる。
【００３３】
また、磁気シールド層１９の存在により、シート面に直交する方向からの磁束は反射されて、シート状磁性体１１には、シート面に平行な方向からのみ、つまり、厚み部分にのみ磁束が通るようにされている。これにより、シート面に直交する方向からの磁気的な飛び込みノイズの混入を防止することができる。
【００３４】
また、絶縁層１６の上には、厚さ方向に着磁されたシート状の永久磁石１８が被着形成される。この永久磁石１８は、例えば０．４ｍｍ〜１．５ｍｍ程度の厚さの可撓性のシート状永久磁石である。この永久磁石１８の着磁パターンとしては、図２（Ｃ）に示すように、シート状の永久磁石１８のシート面に沿う方向に一様に着磁する方法と、図２（Ｄ）に示すように、シート状の永久磁石１８の長手方向を、複数個の短冊状の領域に分け、各短冊状の領域において、隣接する短冊状の領域とは逆極性に厚さ方向に着磁する方法との、いずれを用いても良い。図２（Ｃ）の方法は、永久磁石１８の厚さが比較的厚い場合に有効であり、また、図２（Ｄ）の方法は、永久磁石１８の厚さが比較的薄い場合に有効である。
【００３５】
また、この発明の直流磁界発生手段としては、検出対象の磁束のうちの一部を磁束検出素子としてのコイルに鎖交させるようにすることができればよいため、コイル１４の巻回面に対して直交する方向の成分を有するものであればよい。このため、永久磁石１８は、図２（Ｅ）に示すように、あえて厚さ方向に着磁したものでなく、長手方向にのみ着磁されたものであっても用いることができる。
【００３６】
永久磁石１８の上には、接着性を持つ層（以下、接着層という）２１が形成され、さらに、この接着層２１の上に基板層２２が形成されている。永久磁石１８により発生させる磁界の強さは、検出対象の磁束の強さに応じて、シート状磁性体１１を通る磁束により、シート状磁性体１１が磁気的に飽和しないような値に選定される。この例では、６０〜３００ガウス程度とされている。
【００３７】
なお、シート状磁性体１１が絶縁物からなるものであれば、絶縁層１３および絶縁層１２は、設けなくともよい。ただし、強度を得るためには、これらの絶縁層１３，１２を設けた方が良い。
【００３８】
基板層２２は、接着層２１を磁束センサ１０側に残して、剥離可能とされている。後述するように、この例の磁束センサ１０は、基板層２２が剥離されることにより露呈される接着層２１により、電線や被覆部分に接着されて装着することができるようにされている。
【００３９】
なお、図１に示すように、シート状磁性体１１の長手方向の一方の端部の磁気シールド層１９が形成される側と、他方の端部の基板層２２が形成される側とでは、絶縁層１２、１５、電界シールド層１７、シールド層１９、また、絶縁層１３，１６、永久磁石１８、接着層２１は形成されない部分２３，２４とされている。したがって、これらの部分２３，２４は、シート状磁性体１１の表面が露呈するようにされている。この例では、これらの部分２３，２４は、それぞれ例えば２．５ミリメートル程度とされている。
【００４０】
これらの部分２３，２４は、シート状磁性体１１をリング状にしたときに、閉磁路を形成することができるようにするためである。このようにするのは、磁束センサ１０を校正する際には、閉磁路として校正した方が、校正が容易であるからである。この校正は、製造された磁束センサ１０のロット間のばらつきを考慮して行われるものである。なお、シート状磁性体１１は、透磁率が非常に高いので、部分２３と、部分２４との両方でシート状磁性体を露呈させる必要はなく、部分２３と、部分２４とのどちらか一方のみを設けるようにしてもよい。
【００４１】
また、シート状磁性体１１上の絶縁物の一部に透磁率が大きいものを用いるときは、これらの部分２３，２４を設けなくても良い。
【００４２】
なお、磁束センサ１０の大きさは、図１に示したように、シート状磁性体１１よりも若干大きなものとされて、前記部分２３や２４を除き、シート状磁性体１１が完全に樹脂などの絶縁層により覆われている構成とされている。
【００４３】
そして、この例では、図１に示すように、コイル１４の一端および他端となる導電体１４ａの部分から、シート状磁性体１１部分を避けた位置に、電極２５，２６が形成されている。この電極２５，２６の部分は、この例では、絶縁層１５、電界シールド層１７およびシールド層１９は除去されて露呈するようにされている。この電極２５，２６にリード線が接続される。
【００４４】
リード線の接続方法としては、半田付けによる方法でも良いが、電極２５，２６に対応するような突型電極が形成され、その突型電極にリード線が接続されているクリップ型のコネクタを用いることもできる。すなわち、クリップ型のコネクタの電極２５，２６に対応する突型電極が、電極２５，２６に衝合するようにして、クリップ型コネクタにより、磁束センサ１０を挟持するように取り付けることで、リード線の接続が可能である。
【００４５】
なお、上述のように電極２５，２６を露呈しなくても、リード線に対して針電極を取り付け、この針電極を、例えば磁気シールド層１９側から突き刺して、電極２５，２６に電気的に接続させるようにすることもできる。
【００４６】
なお、シート状磁性体１１の材料としては、フェライトやアモルファス金属を例として挙げたが、これらに限られるものではなく、透磁率が高く、鉄損が小さいものであれば好適である。
【００４７】
［磁束センサ１０の製法］
次に、上述のような構造を有するこの例の磁束センサ１０の製造方法について、図３および図４、図５を参照しながら説明する。なお、図４、図５は、磁束センサ１０の１素子当たりの主要部分を拡大した図であるが、この例の磁束センサ１０の製造方法においては、図６に示すように、多数の磁束センサ１０を同時に形成し、図６において、一点鎖線で示す縦、横の切断線２７に沿って切断することにより、個々の磁束センサ１０を得るものである。
【００４８】
図３（Ａ）および図４（Ａ）に示すように、最初に、やや厚く硬い基板２２を用意し、その上に接着性絶縁物からなる接着剤層２１を、例えばスプレイ付着して形成する。次に、その絶縁性の接着剤層２１の上に、厚さ方向に着磁されたシート状の永久磁石１８を被着する。そして、永久磁石１８の上に、この例では、接着性絶縁物からなる絶縁層１６を積層する。
【００４９】
次に、図４（Ｂ）に示すように、絶縁層１６の上に、導電層２８を被着形成する。すなわち、絶縁層１６の上に、銅薄膜を導電層２８として例えば接着剤により貼る。次に、この導電層２８について、リソグラフィによって形状を決め、化学エッチングによって、図３（Ｂ）および図４（Ｃ）に示すように、複数本の線状の導電体１４ｂを形成するように加工する。すなわち、複数本の線状の導電体１４ｂを、基板２２の一辺２２ａから、この一辺２２ａに対向する辺２２ｂにまで渡って、互いに分離した状態で平行に形成する。
【００５０】
次に、図４（Ｄ）に示すように、複数本の線状の導電体１４ｂの隙間に絶縁物２９を充填させる。この絶縁物１９の部分は、絶縁性接着剤層１６の一部となる。次に、図３（Ｃ）および図４（Ｅ）に示すように、この線状の導電体１４ｂおよび絶縁性接着剤層１６の上に、絶縁層１３を積層し、その上にシート状磁性体１１の層を接着する。
【００５１】
そして、シート状磁性体１１について、リソグラフィによって位置と形状を決め、例えば化学エッチングによって、図３（Ｄ）および図４（Ｅ）に示すように、幅Ｗ＝７ミリメートル、長さＬ＝２５ミリメートルの帯状に加工する。
【００５２】
次に、図４（Ｆ）に示すように、エッチングしたシート状磁性体１１の隙間に接着性絶縁物３１を充填する。次に、図３（Ｄ）および図５（Ａ）に示すように、シート状磁性体１１の層の上に、絶縁層１２を積層する。その後、図５（Ａ）に示すように、線状の導電体１４ｂの、基板２２の一辺２２ａ側および他辺２２ｂ側の近傍において、下層の線状の導電体１４ｂのそれぞれの表面まで貫通するスルーホール２０ｄを設ける。
【００５３】
このスルーホール２０ｄの形成に際しては、下側の複数個の導電体１４ｂのそれぞれの端部の位置に対応するように、スルーホール２０ｄの位置決めを行うものである。そして、例えば電気メッキにより、スルーホール２０ｄ内に結線導体３２（図５（Ｃ）参照）を形成する。
【００５４】
次に、図３（Ｅ）に示すように、絶縁層１２の上に例えば銅薄膜からなる導電層３３を導電性接着剤で接着する。そして、リソグラフィによって、下側の複数個の線状の導電体１４ｂと共にコイル１４を形成させるように対応させるべく、位置と形状を決め、例えば化学エッチングによって、導電層３３を加工して、図３（Ｆ）および図５（Ｂ）に示すように、複数個の線状の導電体１４ａを形成する。この場合に、複数個の線状の導電体１４ａの端部は、スルーホール２０ｄの結合導体３２に接続される状態となるように、リソグラフィの形状が決められる。
【００５５】
このとき、図２（Ａ）に示すように、この例では、絶縁層１２の上には、電極２５および２６が形成されると共に、導電体１４ａの左端において、下側の導電体１４ｂとスルーホール２０ｄを通じて接続される導電体１４ａＬから電極２５までのリード導体が形成され、また、導電体１４ａの右端の線状の導体１４ａＲの端部から電極２６までのリード導体が形成される。絶縁層１２上の銅薄膜についてのリソグラフィの形状は、複数個の線状の導電体１４ａのみでなく、電極２５，２６や前記リード導体をも含めた形状となるように決められるものである。
【００５６】
これにより、図５（Ｃ）に示すように、上側の導電体１４ａと、下側の導電体１４ｂとは、スルーホール２０ｄ内の結合導体３２により、互いの端部において、電気的に接続されて、コイル１４が形成される。
【００５７】
次に、エッチングにより形成した複数本の線状の導電体１４ａの隙間に接着性絶縁物３４を充填する。次に、図５（Ｄ）および図３（Ｇ）に示すように、導電体１４ａおよび絶縁物３４の上に、薄い保護用の絶縁層１５を接着する。
【００５８】
さらに、その絶縁層１５の上に、図３（Ｇ）および図５（Ｅ）に示すように、銅薄膜からなる電界シールド層１７が導電性接着剤により接着されて積層される。なお、図示は省略したが、電界シールド層１７と、複数の線状の導電体の右端の導電体１４ａＲとは、電気メッキによりスルーホール２０ｕ内に形成される導電体を通じて電気的に接続されている。そして、この電界シールド層１７の上に磁気シールド層１９を接着する。
【００５９】
そして、各コイル装置素子のコイル１４の端部から前述したようにして導出されている電極２５，２６を露呈するように、当該電極２５，２６近傍部分のシールド層１９、電界シールド層１７および絶縁層１５を除去する。
【００６０】
以上にようにして形成されたシート状の中間品を、図６および図３（Ｇ）において、一点鎖線２７で示すような位置において基板２２と共に切断して、それぞれコイル１４を備える磁束センサ素子を分離する。その後、外部リード線を接着して、個々の磁束センサ１０を完成させる。
【００６１】
なお、磁束センサ１０のシート状磁性体１１の材料の例としては、アモルファス金属やフェライトなどに限らず、透磁率が高く、損失（鉄損）が少ないものであれば用いることができるものである。
【００６２】
また、磁束センサ１０の寸法は、一例であって、長さＬおよび幅Ｗは、これに限られるものではない。なお、幅Ｗが大きくなれば、シート状磁性体１１に取り込まれる磁束が多くなるので、感度が上がるものである。
【００６３】
以上説明したような磁束センサ１０およびその製法は、以下のような効果を奏するものである。
【００６４】
集積回路に用いられているリソグラフィ技術を用いて、安価で特性の揃った磁束センサを得るためには、位置合わせと取り扱いを容易にするために、必要な厚さと、機械的安定さを持つ基板が必要であるが、上述の実施形態では、磁束センサ１０を製作後、基板２２を剥離可能な構成としたことにより、磁束センサ１０の製造工程における要求を満足しながら、使用状態においては、基板２２が剥離されて、磁束センサ１０に柔軟な曲げ性を持たせるようにすることができる。
【００６５】
また、非常にもろく、加工ひずみを受けやすい極めて薄い磁性薄膜であるシート状磁性体１１は、強度と耐熱性のある薄い樹脂などの絶縁薄膜で両側から挟み込まれ、シート状磁性体１１にひずみや損傷を与えることなく、磁束センサ１０の全体が曲げられるようになる。
【００６６】
さらに、絶縁膜でサンドイッチした構造となっているので、機械的に弱いシート状磁性体を補強することができると共に、磁性体や導電体などの重要な部分が絶縁層などにより覆われるものとなるので、特性が良く安定で、かつ、特性の揃った磁束センサが得られるものである。
【００６７】
そして、このシート状の磁束センサ１０は、従来例で示したトロイダルコイルとは異なり、狭いところにある、小さな物体から発生する磁気をも、容易かつ正確に測定することができるようになる。
【００６８】
一般に、電流などから発生する磁気を測定するには、棒状の物体から発生する環状の磁気を、当該物体にできる限り接近して配置した磁束センサで検出することが重要であるが、上述したこの実施形態の磁束センサ１０は、容易に、磁気を測定しようとする物体に近接して装着することが可能である。
【００６９】
しかも、トロイダルコイルのような無端リングではなく、電線などにシート状磁束センサ１０を巻き付けるように取り付けることができるという特徴を有するものである。
【００７０】
［磁束センサ１０を用いた磁束検出の原理説明］
この実施形態の磁束センサ１０は、コイル１４の巻回面に直交する方向に直流磁界を発生する直流磁界発生手段として、永久磁石１８が設けられたことにより、コア材やコアの大きさなどによる特性調整を必要とせずに、検出磁束が比較的大きくても、直線性の良い磁束検出出力が、磁束センサ１０からは得られるようになる。
【００７１】
以下、前述したような直線電流により発生するリング状の磁束を検出する場合を例にとって、図７および図８を参照して、この実施形態の磁束センサ１０による磁束検出動作について説明する。
【００７２】
図７および図８に示すように、磁束センサ１０は、リング状の磁束Ｂに沿って、例えば電線に貼り付ける等により取り付けた状態を示している。そして、図７は、シート状の永久磁石１８を備えない磁束センサ１０´の場合を示しており、また、図８は、シート状の永久磁石１８を備える磁束センサ１０の場合を示している。
【００７３】
なお、図７および図８においては、図を簡単にするために、シールド層１７，１９、接着層２１、基板層２２などは省略した。
【００７４】
図７の磁束センサ１０´の場合には、シート状磁性体１１の透磁率が大きいために、磁束Ｂの殆どがこのシート状磁性体１１内を通るようになる。このため、磁束センサ１０´の特性は、前述した図３１に示したような特性となり、磁束Ｂが大きくなると、シート状磁性体１１が磁気的に飽和して、図３２に示したように検出出力が歪んだものとなってしまう。
【００７５】
これに対して、図８の磁束センサ１０の場合には、永久磁石１８が存在するために、図７においてはシート状磁性体１１を全て通っていた磁束Ｂの一部は、この永久磁石１８側に吸引され、あるいは排斥されて、シート状磁性体１１外を通るようになる。図８では、永久磁石１８側に、磁束Ｂの一部が吸引されている状態を示している。
【００７６】
このように、この実施形態の磁束センサ１０によれば、永久磁石１８により、磁束センサ１０のコイル１４内のコアとしてのシート状磁性体１１を通る磁束の量を、常に、磁束センサ１０としての直線性の良い範囲内の値にさせるようにすることができる。
【００７７】
したがって、磁束センサ１０は、検出対象の磁束に対する検出出力の特性は、図９のような直線性の良い特性を有するものとなり、例えば、図１０の上方に示すような正弦波電流が電線に流れたときの、磁束センサ１０の電極２５，２６から得られる検出出力は、図１０の下方に示すような直線性の良いものとなる。
【００７８】
このとき、磁束センサ１０の検出出力レベルは、コイル１４に鎖交する磁束が少なくなる分だけ小さくなるが、検出対象の磁束変化には、直線性良く対応した出力となるものである。
【００７９】
［磁束センサ１０の他の例］
上述の実施形態では、シート状の永久磁石１８は、シート状磁性体１１と、基板層２２との間に設けたが、シート状磁性体１１と、磁気シールド層１９との間に設けても良い。このとき、永久磁石は、シート状磁性体１１と電界シールド層１７との間（絶縁層１５の上に設ける）でも良いし、電界シールド層１７と磁気シールド層１９との間に設けるようにしても良い。
【００８０】
また、上述の実施形態では、シート状の永久磁石は、シート状磁性体１１と、基板層２２との間と、シート状磁性体１１と、磁気シールド層１９との間との、両側に設けるようにしても良い。
【００８１】
また、永久磁石の代わりに電磁石コイルを設け、この電磁石コイルに直流電流を供給するようにすることもできる。図１１は、電磁石コイルを用いる磁束センサ１０の例を説明するための図である。
【００８２】
この例においては、シート状磁性体１１と基板層２２との間には、永久磁石１８は設けられず、その代わりに、絶縁層１５の上に、図１１（Ｃ）に示すように、電磁石コイル３５を形成する。
【００８３】
この電磁石コイル３５は、絶縁層１５の上に銅薄膜を被着し、その銅薄膜について、リソグラフィによりコイル形状を決め、例えば化学エッチングによって、図１１（Ｃ）に示すような電磁石コイル３５を形成する。そして、その上に絶縁層３６を形成する。さらに、絶縁層３６の上に電界シールド層１７を形成し、電界シールド層１７の上に磁気シールド層１９を形成する。
【００８４】
そして、この例においては、銅薄膜３３をリソグラフィおよびエッチングにより導電体１４ａおよび電極２５，２６を形成する際に、電極３７およびこの電極３７に接続される導体３８を同時に形成しておく。
【００８５】
そして、電磁石コイル３５の一方の端部３５ａは、絶縁層１５を貫通するスルーホール内の結合導体（例えば電気メッキにより形成）を介して、導体３８に電気的に接続させるようにする。したがって、電極３７は、電磁石コイル３５の一方の端部３５ａが接続されることになる。
【００８６】
一方、電磁石コイル３５の他方の端部３５ｂは、絶縁層１５を貫通するスルーホール内の結合導体（例えば電気メッキにより形成）を介して、電界シールド層１７に電気的に接続させる。したがって、電極２６には、電磁石コイル層３５の他方の端部３５ｂも接続されることになる。
【００８７】
そして、この例の場合には、電極３７と電極２６との間に所定の直流電圧を印加して、電磁石コイル３５に直流電流を流し、所定の直流磁界を発生させるようにする。そして、電極２５と電極２６との間から、検出対象の磁束に応じてコイル１４に誘起される検出出力を得るようにする。
【００８８】
この図１１の例の場合も、前述の実施形態と同様の作用効果が得られ、検出対象の磁束にリニアに対応する検出出力が電極２５と電極２６との間から得られる。そして、特に、この例の場合には、電磁石コイル３５に供給する直流電流を調整することにより、磁束センサの特性の直線性を確保しながら、コイル１４からの検出出力レベルを適当な大きさにすることができる。
【００８９】
なお、この図１１の例の電磁石コイルを用いる磁束センサの場合も、電磁石コイルは、シート状磁性体１１と基板層２２との間に設けても良いし、また、シート状磁性体１１を挟む両側に、２個、設けるようにしても良い。
【００９０】
また、上述の例では、電界シールド層１７を利用して、電磁石コイル３５と磁束検出用コイル１４との一端は、共通にして、電極は３個としたが、電磁石コイル３５と、磁束検出用コイル１４とは、それぞれ別々の電極として、４個の電極を設けるようにしても良い。
【００９１】
［磁束センサ１０を用いた電流検出方法の第１の実施形態の説明］
この第１の実施形態は、特定の径の電線または被覆部分に、上述した永久磁石１８を備える例の磁束センサ１０を取り付けて、電線を流れる電流値を検出する場合である。
【００９２】
この実施形態においては、上述のようにして製造した磁束センサ１０は、その基板層２２を剥離して接着層２１を露呈させて、その露呈した接着層２１によって図１２に示すように、例えば、電線４１が絶縁被覆４２により覆われた被覆線４３の、絶縁被覆４２の部分に巻き付けるようにして取り付ける。なお、絶縁被覆が剥がされた電線４１の部分に巻き付けるようにして、磁束センサ１０を取り付けるようにしても勿論よい。
【００９３】
この場合に、磁束センサ１０は、被覆線４３に対して、シート状磁性体１１の長手方向、つまりコイル１４の巻き軸方向が、電線４１を流れる電流によって生じる磁束路に沿う方向となるように、磁束センサ１０のシート状磁性体１１を、電線４１の被覆部分４２に巻き付けるようにして、取り付ける。なお、磁束センサ１０は、被覆線４３に対して、接着層２１により接着されることにより、シート状磁性体１１のシート面が、検出対象の電流の流れる方向にほぼ平行になる。
【００９４】
そして、磁束センサ１０のコイル１４の両端が接続される電極２５，２６から導出される外部リード線は、距離補正用増幅回路５１の入力端子に接続する。そして、電極２６は、また、接地する。これにより、電界シールド層１７は、電気的に接地され、電界シールド効果が得られる。
【００９５】
距離補正用増幅回路５１は、電線４１を流れる電流の位置（電線４１の断面の中心位置に相当）と、磁束センサ１０との間の距離（電線４１の被覆４２を含めた径に相当）の２乗に反比例して、磁束センサ１０で検出される磁束の強さが変わってしまうことを補正して、前記距離に関係なく、電線４１に流れる電流値に一意に対応した出力信号が得られるようにするためのものである。
【００９６】
距離補正用増幅回路５１の増幅利得（ゲイン）は、次のようにして決められる。
【００９７】
前述したように、トロイダルコイルのように、閉磁路を形成する場合には、電線４１を流れる電流の位置と、磁束センサ１０との間の距離（以下、センサ距離という）に関係なく、電流により発生する磁束の全てはトロイダルコイル内に閉じ込められるので、距離補正用増幅回路５１のゲインは、センサ距離に関係なく一定でよい。つまり、センサ距離に応じた補正は不要である。
【００９８】
しかし、この実施形態における磁束センサ１０は、閉磁路を常に形成するように、被覆線に対して取り付けられるわけではない。このため、センサ距離の２乗に応じた増幅利得で、磁束センサ１０のコイル１４から得られる信号を増幅する必要がある。
【００９９】
この場合に、磁束センサ１０のコイル１４から得られる信号出力（コイル出力電流）と、センサ距離との関係は、検出対象の電流ｉが流れる位置を中心Ｏｉとしてこの中心Ｏｉから、磁束センサ１０のシート状磁性体１１の長手方向（磁束路に沿う方向）の長さ分を見たときの開き角θ（図１３参照）に応じて定まるものとなることを、この発明の発明者は確認した。
【０１００】
図１４は、磁束センサ１０のコイル１４の出力電流と、センサ距離との関係を示す特性曲線である。この図１４に示されるように、センサ距離の２乗に反比例して、コイル１４の出力電流が減少する特性となるが、その減少の傾きが開き角θが大きいほど小さく、開き角θが小さいほど大きくなる。
【０１０１】
すなわち、開き角θが大きく、３６０度に近いときには、トロイダルコイルと同様に、透磁率の高いシート状磁性体１１を備える磁束センサ１０のコイル１４内に殆どの磁束を通すようにすることができることから、図１４において曲線６１に示すように、センサ距離が大きくなっても、コイル１４の出力電流は減少が少ない。
【０１０２】
これに対して、開き角θが小さくなってゆくと、磁束センサ１０のコイル１４内を通る磁束が少なくなってゆくため、図１４において、曲線６２，６３，６４に示すように、開き角θが小さいほど、コイル１４の出力電流の減少カーブが急な傾斜となる特性となる。
【０１０３】
この図１４の特性から、距離補正用増幅回路５１においては、開き角に応じたゲイン特性とすることにより、磁束センサ１０のコイル１４を増幅補正して、常に、電線４１を流れる電流の値に一意に対応するセンサ出力が得られる。
【０１０４】
すなわち、図１５は、距離補正用増幅回路５１のセンサ距離に対するゲイン特性を示すもので、センサ距離に対して指数関数的にゲインを上昇させる特性とするが、その上昇カーブの傾きが、開き角θが大きいほど緩やかで、開き角が小さいほど急峻になるような特性とする。
【０１０５】
すなわち、開き角θが大きく、コイルの出力電流対センサ距離の特性が曲線６１となるような場合に対しては、センサ距離に対するゲインの上昇カーブが緩やかな図１５の曲線７１となるような特性とする。そして、開き角θが小さくなって、曲線６２，６３，６４となるような場合に対しては、それらの特性曲線に対応させて、図１５において曲線７２，７３，７４で示すように、上昇カーブが開き角θが小さいほど急峻になるような特性とする。
【０１０６】
以上のことから、磁束センサ１０を電線あるいは被覆部分に取り付けたときの開き角θが既知となれば、距離補正用増幅回路５１では、図１５に示したようにして、ゲイン対センサ距離の特性曲線が決まる。そして、電線を流れる電流の位置から磁束センサまでの距離であるセンサ距離が判ると、距離補正用増幅回路５１で必要となるゲインが定まる。距離補正用増幅回路５１は、この定められたゲインを有するように設計する。
【０１０７】
例えば、開き角θに対応するゲイン対センサ距離の特性曲線は、曲線７４であり、センサ距離、つまり、電線あるいは被覆線の径がＲａであった場合に必要となる距離補正用増幅回路５１のゲインはＧａとなる。
【０１０８】
ところで、この例の磁束センサ１０のシート状磁性体１１の長手方向の長さＬは、前述したように、一定のものとして定められているので、図１６に示すように、半径がそれぞれｒ１、ｒ２、ｒ３というように異なる被覆線に磁束センサ１０が装着された場合には、被覆線の半径ｒ１、ｒ２、ｒ３、つまり、センサ距離に応じて、磁束センサ１０の長手方向の長さ分を、電線３１を流れる電流の位置から見たときの開き角が、θ１、θ２、θ３というように変化するものとなる。
【０１０９】
このように、この実施形態では、磁束センサ１０のシート状磁性体１１の長手方向の長さＬは、定められたものとされているので、開き角θ１、θ２、θ３が算出されたときには、センサ距離は、ｒ１、ｒ２、ｒ３として開き角に対して一義的に定まることとなる。
【０１１０】
したがって、この実施形態では、開き角θが算出されると、その開き角θに対応する図１５に示したようなゲイン対センサ距離の特性曲線が求まり、また、センサ距離も定まることから、求まった特性曲線から距離補正用増幅回路５１で必要とするゲインが求まる。すなわち、開き角θが算出されると、その開き角θから、距離補正用増幅回路５１のゲインが一元的に決定されるものである。
【０１１１】
なお、磁束センサ１０のシート状磁性体１１の長手方向の長さは、上述のように一定のものとして定めなくても、上述したことから明らかなように、開き角と、センサ距離が既知であれば、距離補正用増幅回路５１のゲインは、決定できることは言うまでもない。しかし、この例のように、シート状磁性体１１の長手方向の長さを一定の規定値にしたときには、センサ距離は考えずに、開き角のみをパラメータとして考えればよいというメリットがある。
【０１１２】
以上のようにして、センサ距離に関係なく、電線４１に流れる電流の値に一意に対応する出力信号が、距離補正用増幅回路５１から得られる。この距離補正用増幅回路５１の出力信号は、周波数補正用増幅回路５２に供給される。
【０１１３】
この周波数補正用増幅回路５２は、電線４１を流れる電流が交流電流の場合に、電流検出出力信号が、その交流電流の周波数に依存しないように補正するためのものである。したがって、電線４１を流れる電流が直流電流である場合には、この周波数補正用増幅回路５２は、省略することができる。
【０１１４】
前述もしたが、図１７に示すように、交流電流による磁束の強さは、その交流電流の周波数に反比例する。そこで、この周波数依存をなくすため、周波数補正用増幅回路５２は、図１８に示すように、ゲインが周波数に比例する特性のものを用いる。これは、いわゆる積分増幅回路の構成により実現できる。
【０１１５】
図１８に示すようなゲイン対周波数特性の増幅回路を、周波数補正用増幅回路５２として用いれば、図１７のように、磁束センサ１０のコイル１４から得られる交流電流の周波数に反比例する出力電流の周波数特性は、図１８のゲイン特性によりキャンセルされる。したがって、周波数補正用増幅回路５２からは、交流電流の周波数に関係なく、電線４１に流れる電流値に一意に対応した出力信号が得られる。
【０１１６】
この周波数補正用増幅回路５２の出力は、電流値算出回路５３に供給される。この電流値算出回路５３では、磁束センサ１０に使用されている永久磁石１８の磁力の大きさに応じた補正がなされる。すなわち、この例の場合、検出対象の磁束のうち、永久磁石１８の磁力に応じた量の磁束が、シート状磁性体１１を通る。例えば、永久磁石１８の磁力が大きければ、検出対象の磁束のうち、シート状磁性体１１を通る磁束の量が小さくなる。
【０１１７】
このため、正しい電流値を求めるためには、永久磁石１８の磁力による影響分を考慮した補正をする必要がある。電流値算出回路５３では、磁束センサ１０に使用されている永久磁石１８の磁力の大きさを考慮して、実際の電流値を算出するようにする。
【０１１８】
なお、磁束センサ１０として、磁力の大きさが異なる永久磁石を備える複数種を予め用意し、使用者が、検出しようとする磁束量に対して、シート状磁性体１１が磁気飽和しないようにできる永久磁石１８を備えるものを選定するようにすることもできる。
【０１１９】
その場合には、電流値算出回路５３には、それら複数種の磁束センサ１０のそれぞれに対応する補正値を予め用意しておく。そして、いずれの磁力の大きさの永久磁石を備える磁束センサを用いたかを、電流値算出回路５３に指示入力する。電流値算出回路５３は、その指示入力から、どのような磁力の大きさの永久磁石が用いられている磁束センサかを検出し、それに対応する補正値を用いて、正確な電流値を算出するものである。
【０１２０】
したがって、電流値算出回路５３の出力信号を、例えばドライブ回路を通じてメータの指針駆動回路に供給するようにすれば、メータの指針は、正確な検出電流値を指示するものとなる。
【０１２１】
なお、距離補正用増幅回路５１と周波数補正用増幅回路５２では、それぞれ予め定めた特定の開き角のとき、また、特定の周波数のときに、出力信号がある特定の値を示すように、校正しておくようにするものである。
【０１２２】
なお、上述した距離補正用増幅回路５１、周波数補正用増幅回路５２、電流値検出回路５３とからなる回路部分は、特定の径の電線や被覆線に、特定の永久磁石１８を備える磁束センサ１０を装着して、当該電線に流れる電流を検出する目的に特定するのであれば、ゲイン特性や補正値は、それぞれ予めその特定目的のために定めることができるので、固定的にＩＣ（Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ　Ｃｉｒｃｕｉｔ；集積回路）で構成することができる。
【０１２３】
なお、図１２では、距離補正用増幅回路５１と周波数補正用増幅回路５２とはそれぞれ別個に設けるようにしたが、距離補正用増幅回路５１と周波数補正用増幅回路５２との機能を備える回路部分を、一つの増幅回路の構成として設計することもできる。その一つの増幅回路をＩＣによって構成することも勿論できる。
【０１２４】
また、磁束センサ１０のコイル１４の出力電流を電圧変換した後、デジタル信号に変換し、そのデジタル信号をマイクロプロセッサに供給して、上述の補正のための増幅動作と等価な処理を行うようにすることもできる。その場合には、当該マイクロプロセッサには、開き角θの情報が入力されると共に、交流電流の場合にはその周波数の情報が入力され、さらには、永久磁石１８の磁力の情報が入力され、マイクロプロセッサは、それらの情報を元に必要なゲインや補正値を計算や記憶値から求め、その求めたゲイン分の増幅動作や補正値による補正動作と等価な処理を行うようにすればよい。
【０１２５】
［電流検出方法の第２の実施形態］
距離補正用増幅回路５１は、上述の第１の実施形態では、磁束センサ１０を装着する電線の径から、磁束センサ１０の開き角θを求め、その開き角θから必要なゲインを決定して、そのゲインを有するように設計する。しかし、それでは、径の異なる電線部分や被覆部分に装着するごとに、距離補正用増幅回路５１の設計をやり直さなければならず、余りにも汎用性に欠ける。
【０１２６】
そこで、この第２の実施形態では、距離補正用増幅回路５１として、図１５に示した曲線７１，７２，７３，７４のような幾つかの開き角に対応したゲインに切り替え可能とし、算出した開き角に応じて、ゲインを切り替えるようにする。
【０１２７】
このとき、距離補正用増幅回路５１においては、多数個の開き角に応じた多数個のゲインを用意しておく必要は無く、例えば４種類程度の開き角に対応したゲインを備えるようにするだけで、十分である。
【０１２８】
なぜなら、この実施形態の磁束センサ１０のシート状磁性体１１の透磁率は、前述したように、２００００というように、非常に高い値であるため、例えば図１９に示すように、４種類程度の開き角であっても、それぞれの開き角に対応するセンサ距離の位置に配置された磁束センサ１０では、その配置位置の前後のセンサ距離に存在するであろう磁束をも、そのシート状磁性体１１内に取り込むように働くと考えられるからである。
【０１２９】
例えば、図１９の例であれば、半径ｒ１とｒ２との間では、ｒ１から、（ｒ１＋ｒ２）／２の範囲の磁束は、半径ｒ１に配置された磁束センサ１０のシート状磁性体１１内を通るようになり、また、（ｒ１＋ｒ２）／２からｒ２の範囲の磁束は、半径ｒ２に配置された磁束センサ１０のシート状磁性体１１内を通ると考えられるからである。
【０１３０】
したがって、半径ｒ１から半径ｒ２の間のセンサ距離に磁束センサ１０を配置することは不要であり、そのセンサ位置に対応する開き角を想定する必要がないのである。
【０１３１】
この第２の実施形態では、このように利得特性が切り替え可能とされた距離補正用増幅回路５１において、算出した開き角に応じてゲイン切り替えを行うようにすることにより、装着する電線あるいは被覆線の径に応じて、距離補正用増幅回路５１のゲインを切り替えることが可能である。
【０１３２】
例えば、開き角θ１〜θ２、θ２〜θ３、θ３〜θ４、θ４〜θ５のように、開き角の範囲として幾つか用意し、そのいずれの範囲に装着しようとする電線あるいは被覆線に対する磁束センサ１０の開き角が存在するかを、例えば開き角選択つまみなどを通じて入力することにより、距離補正用増幅回路５１のゲインが切り替えられる構成とすることができる。
【０１３３】
［電流検出方法の第３の実施形態］
上述の２つの実施形態では、使用者が装着しようとする電線あるいは被覆線に対する磁束センサ１０の開き角を求めて、距離補正用増幅回路５１のゲインの切り替えを行う必要があったが、この第３の実施形態は、磁束センサ１０を電線あるいは被覆線に対して装着するだけで、自動的に距離補正用増幅回路５１のゲインが決定される例である。この例は、特に検出対象が交流電流の場合に適用される。
【０１３４】
なお、周波数補正用増幅回路５２は、前述もしたように、特定の周波数のときに、特定の値が出力されるようにゲインの校正を行っておけば、特に調整や切り替えが不要であることは上述の例と同様である。
【０１３５】
この第３の実施形態は、この発明の発明者の研究結果に基づくものである。すなわち、この発明の発明者は、商用電源の電源線に対して磁束センサ１０を前述のように装着して、そのコイル１４から得られる信号を精査したところ、前述したように、この信号中には、電線を流れる電流の位置と磁束センサ１０との間の距離（つまり磁束の強さ）と、磁束センサ１０のシート状磁性体の寸法（長さ、幅、厚さ）とに応じた周波数の成分が含まれることを確認した。
【０１３６】
図２０は、５０Ｈｚの商用電源線に流れる交流電流を、磁束センサ１０を用いて検出したときの検出波形を示す図である。この図２０において、振幅の大きい波形は電圧波形であり、振幅の小さい波形が電流成分である。この図２０から、５０Ｈｚの電流成分に高周波の周波数成分が重畳されていることが判る。
【０１３７】
前述したように、この周波数成分は、シート状磁性体１１の材料と寸法および磁束の強さとによってシート状磁性体１１に発生する振動成分である。上述したように、この例の磁束センサ１０のシート状磁性体１１の寸法は、定まっているので、この実施形態においては、磁束センサ１０を電線あるいは被覆部分に装着したときの開き角は、電線を流れる電流の位置と磁束センサ１０との間の距離（つまり磁束の強さ）に対応したものとなり、この開き角の大きさに対応して、前記振動成分の周波数が変化するものとなる。発明者は、このことを確認した。つまり、開き角と、前記振動成分の周波数とは１対１に対応するものである。
【０１３８】
図２１、図２２、図２３は、径の異なる電線に磁束センサ１０を装着した状態で、磁束センサ１０の出力信号に含まれる、この高周波数成分を、１０２．３ｋＨｚまでについてスペクトラム分析したものである。図２１は、直径が約５．３ミリメートルの電線、図２２は、直径が約６．３ミリメートルの電線、図２３は、直径が約６．６ミリメートルの電線のそれぞれに磁束センサ１０を装着した場合の周波数スペクトル図である。したがって、開き角の大きさは、図２１の場合が最も大きく約２７０度、図２２の場合は２２７度、図２３の場合は２１７度となる。
【０１３９】
これら図２１〜図２３においては、主として３つのスペクトルのピークが立つことが観察されるが、これらのスペクトルが立つ周波数は、低い方から順に磁束センサ１０の長さ方向、幅方向、厚さ方向の振動成分に対応したものとなる。
【０１４０】
図２１におけるそれぞれのスペクトルが立つ周波数は、
長さ方向に対応；２０．６ｋＨｚ、
幅方向に対応；４９．４ｋＨｚ
厚さ方向に対応；９８．７ｋＨｚ
であった。
【０１４１】
また、図２２におけるそれぞれのスペクトルが立つ周波数は、
長さ方向に対応；２２．０ｋＨｚ、
幅方向に対応；４９．６ｋＨｚ
厚さ方向に対応；９９．９ｋＨｚ
であった。
【０１４２】
また、図２３におけるそれぞれのスペクトルが立つ周波数は、
長さ方向に対応；２３．５ｋＨｚ、
幅方向に対応；５０．２ｋＨｚ
厚さ方向に対応；１００．５ｋＨｚ
であった。
【０１４３】
これにより、磁束センサ１０のコイル１４からの出力信号には、磁束センサ１０が電線あるいは被覆部分に装着されたときの開き角の大きさに応じた振動成分（高周波信号成分）が重畳されていることが判る。
【０１４４】
そこで、この第３の実施形態においては、この磁束センサ１０のコイル１４からの出力信号に含まれる前記振動成分を抽出して、その周波数を検出し、その検出した周波数に応じて、自動的に距離補正用増幅回路５１のゲインを決定するようにする。すなわち、検出した振動成分の周波数は、電線を流れる電流の位置と磁束センサ１０との間の距離に対応しているので、当該距離に応じたゲインとなるように、距離補正用増幅回路５１のゲインを決定するものである。
【０１４５】
この場合、前記の長さ、幅、厚さの３つ方向の振動成分の周波数を全て検出する必要はなく、そのいずれか一つの方向の振動成分、例えば長さ方向の振動成分の周波数を検出することにより、距離補正用増幅回路５１のゲインを決定することができるものである。
【０１４６】
すなわち、前述の３種の径の電線の場合であれば、長さ方向の振動成分に対応するスペクトルは、図２４の拡大図に示すように観測することができる。この図２４のスペクトルは、径の異なる３種の電線に磁束センサ１０を装着した場合において、磁束センサ１０のシート状磁性体１１の長さ方向の振動成分を、前記径の異なる３種の電線について比較可能なように示した場合であり、１０１のスペクトルは、３種の径のうちの、最小の径に対応するもの、１０２のスペクトルは、中間の径に対応するもの、１０３のスペクトルは最大の径に対応するものである。
【０１４７】
図２５は、この第３の実施形態における磁束センサ１０の出力に対する補正増幅回路の構成例を示すブロック図である。
【０１４８】
すなわち、この第３の実施形態においては、前述した第１および第２の実施形態と同様に、磁束センサ１０のコイル１４からの信号は、距離補正用増幅回路５１と、周波数補正用増幅回路５２とを通じて補正する。そして、周波数補正用増幅回路５２の出力は、電流値算出回路５３に供給されて、この電流値算出回路５３から正確な電流値の算出出力を得るようにする。
【０１４９】
この場合に、距離補正用増幅回路５１としては、前述の第２の実施形態と同様に、複数個の開き角θに対応したゲインに切り替え可能なものを用いる。そして、この第３の実施形態の距離補正用増幅回路５１においては、ゲイン切り替え制御端子５１ｃを備え、このゲイン切り替え制御端子５１ｃに入力される利得制御信号により、ゲイン切り替えが行われる構成を備える。
【０１５０】
また、この第３の実施形態においては、コイル１４からの信号は、ローパスフィルタ８１に供給されて、前述した例えば１０２．３ｋＨｚ以下の振動成分（高周波数成分）が抽出される。抽出された振動成分は、例えばＦＦＴ（Ｆａｓｔ　Ｆｏｕｒｉｅｒ　Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ；高速フーリエ変換）処理を行うスペクトル分析回路８２に供給される。そして、このスペクトル分析回路８２の出力が利得制御回路８３に供給される。
【０１５１】
この利得制御回路８３は、例えばＤＳＰ（Ｄｉｇｉｔａｌ　Ｓｉｇｎａｌ　Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）により構成される。この利得制御回路８３では、ピークが立つスペクトル成分を、最もレベルの大きいものから３個抽出する。抽出した３個のスペクトル成分は、磁束センサ１０のシート状磁性体１１の長さ、幅、厚さに対応する振動成分である。
【０１５２】
利得制御回路８３は、これら３個のスペクトル成分のうち、この例では、最も低い周波数成分であるシート状磁性体１１の長さ方向の振動成分を選択して、その周波数を検出する。
【０１５３】
そして、その検出した周波数が、複数個の開き角の範囲の内の、どの開き角の範囲に属するかを判別し、その判別結果に応じた利得制御信号を生成する。そして、利得制御回路８３は、その生成した利得制御信号を距離補正用増幅回路５１に供給する。
【０１５４】
距離補正用増幅回路５１では、利得制御回路８３からの利得制御信号に対応するゲインとなるようにゲインを切り替える。そして、距離補正用増幅回路５１は、その出力を周波数補正用増幅回路５２に供給する。
【０１５５】
以上のようにして、この第３の実施形態によれば、距離補正用増幅回路５１のゲインは、磁束センサ１０が電線あるいは被覆線部分に装着されたときの開き角θに応じたものに自動的に設定される。したがって、単に、磁束センサ１０を電線あるいは被覆線部分に装着すれば、その電線や被覆線部分の径に関係なく、その電線に流れる電流の値に一意に対応する出力信号を、周波数補正用増幅回路５２から得ることができる。
【０１５６】
なお、この第３の実施形態では、各回路に供給する電源電圧も、磁束センサ１０のコイル１４からの電流により生成して、各回路に供給するように構成している。すなわち、この第３の実施形態においては、コイル１４からの電流は、電源電圧生成回路８４に供給される。この電源電圧生成回路８４では、コイル１４からの電流を整流すると共に、各回路に必要な電圧の直流電源電圧を生成する。そして、その生成した直流電源電圧を、各回路の電源ラインに供給する。
【０１５７】
したがって、この第３の実施形態においては、距離補正用増幅回路５１、周波数補正用増幅回路５２、電流値算出回路５３、バンドパスフィルタ８１、スペクトル分析回路８２、利得制御回路８３のそれぞれの電源を供給する回路を別途必要としない。
【０１５８】
なお、前述の実施形態と同様に、図２５の第３の実施形態の回路も、ＩＣにより構成することができる。また、電源電圧生成回路８４とバンドパスフィルタ８１の部分を除く部分を、マイクロプロセッサで構成し、そのマイクロプロセッサに、バンドパスフィルタ８１からの信号をデジタル信号に変換したものを供給するようにして、上述した距離補正用増幅回路５１、周波数補正用増幅回路５２、電流値算出回路５３、スペクトル分析回路８２、利得制御回路８３のそれぞれにおける処理をデジタル処理として実行するように構成してもよい。
【０１５９】
また、上述の例では、利得制御回路８３では、磁束センサ１０のシート状磁性体１１の厚さ方向に対応する振動成分の周波数を検出するようにしたが、利得制御回路８３では、レベルの大きい３個のスペクトルのうちの、最大レベルのものに着目し、それが、磁束センサ１０のシート状磁性体１１の長さ、幅、厚さのいずれの方向の振動成分であるかを認識すると共に、その周波数を検出し、その検出した周波数が、複数個の開き角の範囲の内の、どの開き角の範囲に属するかを判別し、その判別結果に応じた利得制御信号を生成するようにしてもよい。
【０１６０】
［第３の実施形態の電流検出装置の実装例］
以上のように、この発明の実施形態に用いる磁束センサは、薄いシート状のものであり、接着層２１により、狭いスペースにも、簡単に電線や被覆部分に装着することができる。
【０１６１】
図２６の例は、例えば家電製品などの負荷９０に接続された電源コード９２の先端に取り付けられるＡＣプラグ９１内に磁束センサ１０が取り付けられる場合である。この図２６の例では、このＡＣプラグ９１の筐体に設けられた表示画面に電流値や電力量を表示することができるように構成されている。
【０１６２】
図２６は、ＡＣプラグ９１の筐体を下側ハーフ９１ａと、上側ハーフ９１ｂとに分けた状態の図である。９３および９４はプラグ導体であり、ＡＣプラグ９１の筐体の下側ハーフ９１ａと上側ハーフ９１ｂとにより挟持されて固定される。プラグ導体９３と９４とは、それぞれ電源コード９２の正側の電線９２ａと負側の電線９２ｂとにそれぞれ接続されている。
【０１６３】
そして、この例では、磁束センサ１０は、電源コード９２の正側の電線９２ａの被覆部分に、図１２に示したような態様で被着されている。そして、磁束センサ１０のコイル１４からの出力信号は、ＩＣ９５に供給される。
【０１６４】
ＩＣ９５は、図２５に示した補正増幅回路の全ての構成を備えると共に、上側ハーフ８１ｂ側に設けられるＬＣＤ（Ｌｉｑｕｉｄ　Ｃｒｙｓｔａｌ　Ｄｉｓｐｌａｙ）９６，９７のドライブ回路と、電流値算出回路５３からの出力信号から電流値および電力値を数値としてＬＣＤ９６，９７に表示するための回路とを含んでいる。なお、ＩＣ９５と、ＬＣＤ９６，９７との間の接続線は、図２６では省略してある。
【０１６５】
この図２６の例によれば、家電製品毎の負荷電流および電力値を簡単に知ることができ、非常に便利である。この場合に、磁束センサ１０の装着スペースは殆ど無視できるほど小さいので、ＡＣプラグ９１の形状を大きくする必要はなく、小形のもののままでよいというメリットがある。
【０１６６】
［磁束センサ１０を用いた電流検出方法の第４の実施形態の説明］
この第４の実施形態は、図１１に示した電磁石コイル３５を備える例の磁束センサ１０を、特定の径の電線または被覆部分に取り付けて、電線を流れる電流値を検出する場合である。図２７は、図１１に示した電磁石コイル３５を備える例の磁束センサ１０を、第３の実施形態に適用した場合のブロック図である。
【０１６７】
この例においては、電極２６を接地すると共に、コイル１４の一端が接続される電極２５が距離補正用増幅回路５１の入力端に接続される。また、電磁石コイル３５の一端が接続される電極３７は、直流電流供給回路５４の出力端に接続される。
【０１６８】
直流電流供給回路５４は、直流磁界設定回路５５からの直流磁界設定信号により定まる直流電流を電磁石コイル３５に供給する。直流磁界設定回路５５は、図示を省略した設定用つまみを使用者が調整して、直流磁界を設定すると、その設定値に応じた直流電流を、直流電流供給回路５４から出力するようにする直流磁界設定信号を発生する。
【０１６９】
また、直流磁界設定回路５５は、設定された直流電流の値を示す信号を電流値算出回路５３に供給する。電流値算出回路５３は、この直流磁界設定回路５５からの信号に応じて、磁束センサ１０において、電磁石コイル３５により発生する直流磁界に応じて実際の電流値を算出する際の補正値を決定し、その補正値を用いて、周波数補正用増幅回路５２からの信号に基づいて電流値を算出する。
【０１７０】
この第４の実施形態によれば、電磁石コイル３５に供給する直流電流に応じて、つまり、電磁石コイル３５から発生する直流磁界に応じて、電流値算出回路５３で用いる補正値が自動的に決定され、正確な電流値が算出される。
【０１７１】
なお、この電流検出方法の第４の実施形態は、前述した電流検出方法の第１の実施形態や第２の実施形態と組み合わせても実現できることは言うまでもない。
【０１７２】
なお、以上の電流検出方法の各実施形態では、電線や被覆線は、円形であることを前提に説明したが、実際には、扁平な楕円形状の被覆線なども存在する。その場合にもできるだけ、円形を維持するように磁束センサを配置した方が良いが、扁平の被覆線に沿って磁束センサのシート状磁性体を巻き付けるように配置しても、透磁率が非常に高いので、検出電流値に対する誤差は少ない。
【０１７３】
［磁束センサの他の例］
上述の磁束センサの実施形態では、シート状磁性体に導体を接着してコイルを形成するようにしたが、シート状磁性体に細い導線を巻回することにより、シート状磁性体にコイルを形成するようにしても良いことは言うまでもない。
【０１７４】
また、この発明の磁束センサとしては、シート状磁性体にコイルを巻回したものに限られるものではなく、また、直流磁界を発生する手段としての永久磁石や電磁石コイルは、上述のシート状の磁束センサのように、磁束のセンサ部と物理的に一体となっていなくてもよい。
【０１７５】
例えばトロイダルコイルの近傍に永久磁石や電磁石コイルを装着するようにして磁束検出装置を構成するようにしてもよい。
【０１７６】
また、磁束を検出する素子としてコイルを用いるのではなく、他の磁束検出素子に鎖交する磁束を検出する装置、例えばホール素子に鎖交する磁束を検出する磁束検出装置においても、この発明は適用可能である。
【０１７７】
その場合には、検出対象の磁束のうちの一部の磁束を、永久磁石や電磁石コイルにより構成される直流磁界発生手段で発生させた直流磁界により、ホール素子などの磁束検出素子に鎖交させないように制御する構成とするものである。
【０１７８】
【発明の効果】
以上説明したように、上述の構成のこの発明によれば、検出対象の磁束の一部は、直流磁界の発生手段側に吸引され、あるいは排斥されて、磁束検出素子に鎖交する磁束は、磁束検出素子で磁気的な飽和が生じない程度に少なくなり、直線性のより磁束対起磁力の範囲内の磁束量になる。したがって、磁束検出素子からの検出出力は、レベル的には小さくなるが、変化分としての検出出力波形に関しては正確な値が得られるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明による磁束センサの実施形態の構造を説明するための図である。
【図２】この発明による磁束センサの実施形態の構造を説明するための図である。
【図３】この発明による磁束センサの実施形態の製造方法を説明するための図である。
【図４】この発明による磁束センサの実施形態の製造方法を説明するための図である。
【図５】この発明による磁束センサの実施形態の製造方法を説明するための図である。
【図６】この発明による磁束センサの実施形態の製造方法を説明するための図である。
【図７】この発明による磁束センサの実施形態による磁束検出方法を説明するために用いる図である。
【図８】この発明による磁束センサの実施形態による磁束検出方法を説明するための図である。
【図９】この発明による磁束センサの実施形態の特性図を示す図である。
【図１０】この発明による磁束センサの実施形態の磁束検出出力波形を説明するための図である。
【図１１】この発明による磁束センサの他の実施形態を示す図である。
【図１２】この発明による電流検出装置の実施形態を説明するための図である。
【図１３】この発明による電流検出方法の実施形態の検出原理を説明するための図である。
【図１４】この発明による電流検出方法の実施形態の検出原理を説明するための図である。
【図１５】この発明による電流検出方法の実施形態の検出原理を説明するための図である。
【図１６】この発明による電流検出方法の実施形態の検出原理を説明するための図である。
【図１７】この発明による電流検出方法の実施形態の検出原理を説明するための図である。
【図１８】この発明による電流検出方法の実施形態の検出原理を説明するための図である。
【図１９】この発明による電流検出方法の実施形態の検出原理を説明するための図である。
【図２０】この発明による電流検出方法の実施形態における磁束センサの出力波形の例を示す図である。
【図２１】この発明による電流検出方法の実施形態における磁束センサの出力信号のスペクトル図である。
【図２２】この発明による電流検出方法の実施形態における磁束センサの出力信号のスペクトル図である。
【図２３】この発明による電流検出方法の実施形態における磁束センサの出力信号のスペクトル図である。
【図２４】この発明による電流検出方法の実施形態における磁束センサの出力信号を説明するためのスペクトル図である。
【図２５】この発明による電流検出装置の実施形態を示すブロック図である。
【図２６】この発明による電流検出装置の実施形態の適用例を示す図である。
【図２７】この発明による電流検出装置の他の実施形態を説明するための図である。
【図２８】電流値の検出原理を説明するための図である。
【図２９】従来の電流値の検出方法を説明するための図である。
【図３０】従来の電流値の検出方法を説明するための図である。
【図３１】一般的な磁束センサの特性を示す図である。
【図３２】従来の磁束センサの出力波形を説明するための図である。
【符号の説明】
１０　磁束センサ
１１　シート状磁性体
１４　コイル
１５，１６　絶縁層
１７　電界シールド層
１８　永久磁石
１９　磁気シールド層
２１　接着層
２２　基板層
３５　電磁石コイル
５１　距離補正用増幅回路
５２　周波数補正用増幅回路
５３　電流値算出回路[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a magnetic flux detection method, a magnetic flux detection device, and a magnetic flux sensor. Further, using this magnetic flux detection method, a magnetic flux detection device, a magnetic flux sensor, for example, by detecting a magnetic flux generated by a current flowing through an electric wire such as an electric light line, a current detection method for accurately detecting a current flowing through the electric wire, and The present invention relates to a current detection device.
[0002]
[Prior art]
As an example of a method for detecting a current flowing through an electric wire, as shown in FIG. 28, a magnetic flux B generated when a current i flows through the electric wire so as to draw a concentric circle centered on the position where the current i flows is detected. There are known ways to do this. This is because, in principle, the generated magnetic flux B accurately corresponds to the current i, and thus, by accurately detecting the magnetic flux B, the current i flowing through the electric wire can be accurately detected.
[0003]
FIG. 29 is a diagram for explaining an example of this type of conventional current detection method. In the example of FIG. 29, as a magnetic flux sensor for detecting a magnetic flux corresponding to the current i, a coil is wound around a ring-shaped core (winding core) so as to form a closed magnetic path to eliminate leakage. A so-called toroidal coil is used.
[0004]
According to the method of using the toroidal coil as the magnetic flux sensor, all of the magnetic flux B generated when the current i flows can be collected in the ring-shaped core of the toroidal coil. Can be detected.
[0005]
In FIG. 29, reference numeral 1 denotes an electric wire, which is usually a structure of a covered wire 3 covered with an insulating coating 2. A ring-shaped core (magnetic core) 4 made of a magnetic material such as ferrite is used as a winding core, and the hollow portion of the toroidal coil 6 in which the coil 5 is wound around the entire circumference of the ring-shaped core 4 is covered. The toroidal coil 6 is attached to the covered wire 3 so that the wire 3 is inserted.
[0006]
Then, the magnetic flux B generated when the current i flows through the electric wire 1 exists only in the toroidal coil 6 and does not exist outside the toroidal coil 6 as shown in FIG. Therefore, the induced current corresponding to the magnetic flux obtained from the coil 5 accurately corresponds to the current i flowing through the electric wire 1.
[0007]
Therefore, by amplifying the current i obtained from the coil 5 by, for example, the amplifier 7 having a constant gain, a current detection output signal uniquely corresponding to the current i flowing through the electric wire 1 can be obtained. In this case, when the current i is an alternating current, an effective value (root mean square value) is usually obtained from the detected current waveform, and is used as the current value.
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
As described above, the magnetic flux sensor formed by winding the coil around the magnetic core is arranged so that the magnetic flux path to be detected passes through the coil, that is, passes through the magnetic core, thereby detecting the magnetic flux. The target magnetic flux can be detected. In this case, it is desired that the detection output of the magnetic flux sensor output from the coil has a characteristic with good linearity so as to accurately correspond to the magnetic flux to be detected.
[0009]
Incidentally, in a magnetic flux sensor configured by winding a coil around a magnetic core, the relationship (BH characteristic) between the magnetic flux density B in the core and the magnetizing force H of the core is, for example, as shown in FIG. It becomes a hysteresis characteristic. In the characteristics of FIG. 31, the range in which the magnetomotive force can be obtained with high linearity in the magnetic flux density B passing through the core is a limited range due to the magnetic saturation of the core. There is a problem that the detection output of the magnetic flux sensor obtained correspondingly does not correspond to the current i flowing through the electric wire 1 with good linearity.
[0010]
That is, in the case of a large magnetic flux exceeding the range in which the magnetomotive force can be obtained with good linearity in the characteristics shown in FIG. 31, the core of the magnetic flux sensor is magnetically saturated, so that the detection accurately corresponding to the magnetic flux is performed. The output cannot be obtained from the magnetic flux sensor.
[0011]
For this reason, for example, when a sine-wave current as shown in the upper part of FIG. 32 flows through the electric wire 1, the detected current waveform obtained from the coil 5 does not have a corresponding sine-wave current waveform, and FIG. As shown on the lower side, the detection current waveform becomes distorted. This phenomenon occurs even in a toroidal coil due to the size of the core, the magnetic material used for the core, and the like.
[0012]
Conventionally, in order to solve this problem, the size of the coil is increased, or a magnetic material with high magnetic permeability is used as the core, etc., to design a magnetic flux sensor with good linearity. I have.
[0013]
However, when the size of the core is increased, for example, in the case of the above-mentioned toroidal coil, the overall shape is increased. For this reason, when mounting the magnetic flux sensor, a relatively large mounting space is required, and there is a problem that the mounting portion of the magnetic flux sensor is limited.
[0014]
Furthermore, considering the case where it is difficult to predict how much magnetomotive force is required, such as when the magnitude of the detection current fluctuates greatly, the size of the core that always has appropriate performance as a magnetic flux sensor is considered. It was very difficult to select a pod core material. That is, it has been very difficult to design a magnetic flux sensor having appropriate characteristics.
[0015]
Even when a coil wound around a core is not used as a magnetic flux detecting element, the amount of interlinkage magnetic flux that can be detected by the magnetic flux detecting element generally has a limit. Similarly to the above, there is a problem that a detection output linearly corresponding to the magnetic flux to be detected cannot be obtained.
[0016]
The present invention has been made in view of the above problems, and provides a method and apparatus capable of detecting a magnetic flux and a current with good linearity even if the magnetic flux to be detected is relatively large, regardless of the characteristics of the magnetic flux detecting element. With the goal.
[0017]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above problems, a magnetic flux detection method according to the invention of claim 1 is
A method for obtaining a signal corresponding to a magnetic flux to be detected by using a magnetic flux detection element that obtains a signal corresponding to a magnetic flux linking,
A DC magnetic field is applied near the magnetic flux detecting element so that a part of the magnetic flux to be detected is not linked to the magnetic flux detecting element.
It is characterized by the following.
[0018]
Further, the magnetic flux detection device according to the invention of claim 2 is:
A magnetic flux detecting element for obtaining a signal corresponding to the interlinking magnetic flux,
DC magnetic field generating means for applying a DC magnetic field for preventing a part of the magnetic flux to be detected from interlinking with the magnetic flux detecting element, in the vicinity of the magnetic flux detecting element,
It is characterized by having.
[0019]
[Action]
In the first and second aspects of the present invention, the DC magnetic field prevents a part of the magnetic flux to be detected from interlinking with the magnetic flux detecting element. For this reason, since the magnetic flux linked to the magnetic flux detecting element is reduced, the magnetic flux detecting element can be prevented from being in a magnetically saturated state, and the magnetic flux detecting element responds to the magnetic flux to be detected with good linearity. A detection output is obtained.
[0020]
In this case, although the detection output from the magnetic flux detection element decreases in terms of level, an accurate value can be obtained for the detection output waveform as a change.
[0021]
Qualitatively, a part of the magnetic flux to be detected is attracted or rejected to the DC magnetic field generating means side, and the magnetic flux linked to the magnetic flux detecting element is magnetically saturated by the magnetic flux detecting element. This is because the amount of magnetic flux is within a range of good linearity and magnetomotive force.
[0022]
Therefore, according to the present invention, regardless of the characteristics of the magnetic flux detecting element, the magnetic flux and the current can be detected with good linearity.
[0023]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. The following description of the embodiment is directed to a case where a magnetic flux generated by a current flowing through an electric wire is detected, and a value of the current flowing through the electric wire is detected based on the detection output. First, the structure of the embodiment of the magnetic flux sensor and its manufacturing method will be described, and then the embodiment of the current detecting method and the current detecting device using this magnetic flux sensor will be described.
[0024]
[Example of magnetic flux sensor used in the embodiment of the present invention]
[Structure of magnetic flux sensor]
The magnetic flux sensor according to this embodiment is basically formed by forming a coil conductor on a very thin, flexible sheet-shaped magnetic body having a predetermined size and using the sheet-shaped magnetic body as a winding core. It is. In this example, as the magnetic material of the sheet-like magnetic material, a magnetic material using ferrite, amorphous metal, or the like, which is sufficiently higher than the magnetic permeability of air (= 1) and has small iron loss is used.
[0025]
FIG. 1 shows an example of the structure of the magnetic flux sensor 10 of this example, and FIG. 2 shows an enlarged view of a part thereof. FIG. 1A is a plan view of the magnetic flux sensor 10 as viewed from a direction perpendicular to a sheet surface (a surface perpendicular to the thickness direction). FIG. 1B is a sectional view of the magnetic flux sensor 10. FIG. 2A is a diagram for explaining a coil portion of the magnetic flux sensor 10, and FIG. 2B is a cross-sectional view of the coil portion of the magnetic flux sensor 10.
[0026]
In this example, as a magnetic material of the sheet-shaped magnetic body 11, for example, "Finemet (registered trademark)" manufactured by Hitachi Metals, Ltd. is used. This is a sheet-like magnetic material which is made of an amorphous metal, has a high magnetic permeability of 20,000, a thin thickness of 20 μm, is lightweight and flexible. In this example, the sheet-shaped magnetic body 11 has a rectangular shape, the length L is defined as L = 25 (millimeter) in this example, and the width W is defined as W = 7 (millimeter). I have.
[0027]
By using this sheet magnetic body 11, a magnetic flux sensor having excellent linearity can be realized. However, this sheet-like magnetic body 11 is a very thin magnetic thin film that is very fragile and is susceptible to processing strain. Therefore, in this embodiment, the sheet-shaped magnetic body 11 is sandwiched between both sides by a thin film such as a thin resin having strength and heat resistance so that the entire sheet-shaped magnetic body 11 can be bent without giving any distortion or damage. In addition, a structure with high elasticity can be obtained.
[0028]
That is, the insulating layers 12 and 13 are formed on one surface of the sheet surface of the sheet-shaped magnetic body 11 and the surface on the opposite side, and the sheet-shaped magnetic body 11 is sandwiched between the insulating layers 12 and 13 from both sides. Is configured.
[0029]
Then, a coil 14 made of a plurality of linear conductors is formed in a predetermined range, for example, a portion of 6 to 15 millimeters substantially in the longitudinal direction of the sheet-like magnetic body 11 on the insulating layers 12 and 13. Is formed. The number of turns of the coil 14 is, for example, 10 to 100 turns.
[0030]
As shown in FIG. 2A, the coil 14 includes a plurality of linear conductors 14a formed on the insulating layer 12 and a plurality of linear conductors 14b formed on the insulating layer 13. Further, the sheet-shaped magnetic body 11 is formed at both ends in the width direction by being electrically connected through a conductor formed by electroplating in the through hole 20d as described later.
[0031]
Then, insulating layers 15 and 16 are formed so as to cover the coil 14 and the insulating layers 12 and 13. An electric field shield layer 17 made of a copper thin film is formed on the insulating layer 15, and a magnetic shield layer 19 is formed on the electric field shield layer 17. As shown in FIG. 2A, between the electric field shield layer 17 and the end of the linear conductor 14aR at the right end of the conductor 14a, a conductor formed by, for example, electroplating in a through hole 20u. Are electrically connected to each other.
[0032]
The presence of the electric field shield layer 17 can eliminate electrical jump noise. That is, since the electrode 26 electrically connected to the electric field shield layer 17 is grounded, noise can flow to the ground (ground), thereby preventing the electric noise from being mixed into the detection output of the coil 14. be able to.
[0033]
Further, due to the presence of the magnetic shield layer 19, the magnetic flux from the direction perpendicular to the sheet surface is reflected, and the magnetic flux passes through the sheet-shaped magnetic body 11 only from the direction parallel to the sheet surface, that is, only through the thickness portion. It has been like that. As a result, it is possible to prevent the entry of magnetic jump noise from a direction perpendicular to the sheet surface.
[0034]
Further, a sheet-like permanent magnet 18 magnetized in the thickness direction is formed on the insulating layer 16. The permanent magnet 18 is, for example, a flexible sheet-like permanent magnet having a thickness of about 0.4 mm to 1.5 mm. As shown in FIG. 2C, the magnetization pattern of the permanent magnet 18 is a method of uniformly magnetizing the sheet-like permanent magnet 18 in a direction along the sheet surface, and FIG. In this manner, the longitudinal direction of the sheet-shaped permanent magnet 18 is divided into a plurality of strip-shaped areas, and in each of the strip-shaped areas, the magnet is magnetized in the thickness direction with a polarity opposite to that of the adjacent strip-shaped area. Any of these may be used. The method of FIG. 2C is effective when the thickness of the permanent magnet 18 is relatively large, and the method of FIG. 2D is effective when the thickness of the permanent magnet 18 is relatively small. is there.
[0035]
Further, as the DC magnetic field generating means of the present invention, any part of the magnetic flux to be detected may be linked to the coil as the magnetic flux detecting element. What is necessary is just to have a component of an orthogonal direction. Therefore, as shown in FIG. 2E, the permanent magnet 18 can be used not only in the thickness direction but also in the longitudinal direction.
[0036]
An adhesive layer (hereinafter, referred to as an adhesive layer) 21 is formed on the permanent magnet 18, and a substrate layer 22 is formed on the adhesive layer 21. The strength of the magnetic field generated by the permanent magnet 18 is selected according to the strength of the magnetic flux to be detected such that the magnetic flux passing through the magnetic sheet 11 does not magnetically saturate the magnetic sheet 11. You. In this example, it is about 60 to 300 Gauss.
[0037]
If the sheet-shaped magnetic body 11 is made of an insulating material, the insulating layers 13 and 12 need not be provided. However, in order to obtain strength, it is better to provide these insulating layers 13 and 12.
[0038]
The substrate layer 22 is peelable, leaving the adhesive layer 21 on the magnetic flux sensor 10 side. As will be described later, the magnetic flux sensor 10 of this example can be attached to an electric wire or a covered portion by an adhesive layer 21 that is exposed when the substrate layer 22 is peeled off.
[0039]
As shown in FIG. 1, one end of the sheet-like magnetic body 11 in the longitudinal direction on the side where the magnetic shield layer 19 is formed and the other end where the substrate layer 22 is formed are: The insulating layers 12 and 15, the electric field shield layer 17 and the shield layer 19, and the insulating layers 13 and 16, the permanent magnet 18, and the portions 23 and 24 where the adhesive layer 21 is not formed. Therefore, these portions 23 and 24 are configured such that the surface of the sheet-shaped magnetic body 11 is exposed. In this example, these portions 23 and 24 are each, for example, about 2.5 mm.
[0040]
These portions 23 and 24 are provided so that a closed magnetic path can be formed when the sheet-shaped magnetic body 11 is formed into a ring shape. The reason for this is that when the magnetic flux sensor 10 is calibrated, it is easier to calibrate the magnetic flux sensor 10 if it is calibrated as a closed magnetic circuit. This calibration is performed in consideration of the variation between the lots of the manufactured magnetic flux sensors 10. Since the magnetic permeability of the sheet-shaped magnetic body 11 is very high, it is not necessary to expose the sheet-shaped magnetic body at both the part 23 and the part 24, and only one of the part 23 and the part 24 is required. May be provided.
[0041]
When a part of the insulator on the sheet-shaped magnetic body 11 having a high magnetic permeability is used, these parts 23 and 24 need not be provided.
[0042]
The size of the magnetic flux sensor 10 is slightly larger than that of the sheet-like magnetic body 11 as shown in FIG. 1, and the sheet-like magnetic body 11 is completely made of resin or the like except for the portions 23 and 24. Is covered with an insulating layer.
[0043]
In this example, as shown in FIG. 1, electrodes 25 and 26 are formed at positions avoiding the sheet-shaped magnetic body 11 from the conductor 14 a serving as one end and the other end of the coil 14. . In this example, the portions of the electrodes 25 and 26 are exposed by removing the insulating layer 15, the electric field shield layer 17 and the shield layer 19. Lead wires are connected to the electrodes 25 and 26.
[0044]
As a method of connecting the lead wires, a method of soldering may be used, but a clip type connector in which a protruding electrode corresponding to the electrodes 25 and 26 is formed and the lead wire is connected to the protruding electrode is used. You can also. That is, the lead wires are attached so that the projecting electrodes corresponding to the electrodes 25 and 26 of the clip-type connector abut against the electrodes 25 and 26, and the magnetic flux sensor 10 is clamped by the clip-type connector. Connection is possible.
[0045]
Even if the electrodes 25 and 26 are not exposed as described above, a needle electrode is attached to the lead wire, and this needle electrode is pierced from, for example, the magnetic shield layer 19 side to electrically connect the electrodes 25 and 26 to the electrodes. It can also be connected.
[0046]
In addition, as a material of the sheet-shaped magnetic body 11, ferrite or an amorphous metal has been described as an example. However, the material is not limited thereto, and any material having a high magnetic permeability and a small iron loss is preferable.
[0047]
[Manufacturing method of magnetic flux sensor 10]
Next, a method for manufacturing the magnetic flux sensor 10 of this example having the above-described structure will be described with reference to FIG. 3, FIG. 4, and FIG. FIGS. 4 and 5 are enlarged views of a main part per element of the magnetic flux sensor 10. In the method of manufacturing the magnetic flux sensor 10 of this example, as shown in FIG. The individual magnetic flux sensors 10 are obtained by simultaneously forming the magnetic flux sensors 10 and cutting them along the vertical and horizontal cutting lines 27 shown by the dashed line in FIG.
[0048]
As shown in FIGS. 3A and 4A, first, a slightly thick and hard substrate 22 is prepared, and an adhesive layer 21 made of an adhesive insulating material is formed thereon by spraying, for example. . Next, a sheet-like permanent magnet 18 magnetized in the thickness direction is attached on the insulating adhesive layer 21. Then, an insulating layer 16 made of an adhesive insulating material is laminated on the permanent magnet 18 in this example.
[0049]
Next, as shown in FIG. 4B, a conductive layer 28 is formed over the insulating layer 16. That is, a copper thin film is adhered as a conductive layer 28 on the insulating layer 16 by, for example, an adhesive. Next, the shape of the conductive layer 28 is determined by lithography, and processing is performed by chemical etching to form a plurality of linear conductors 14b as shown in FIGS. 3B and 4C. I do. That is, a plurality of linear conductors 14b are formed in parallel with each other while being separated from one side 22a of the substrate 22 to a side 22b opposed to the one side 22a.
[0050]
Next, as shown in FIG. 4D, a gap between the plurality of linear conductors 14b is filled with an insulator 29. This part of the insulator 19 becomes a part of the insulating adhesive layer 16. Next, as shown in FIG. 3 (C) and FIG. 4 (E), an insulating layer 13 is laminated on the linear conductor 14b and the insulating adhesive layer 16, and a sheet-shaped magnetic layer is formed thereon. The layers of the body 11 are glued.
[0051]
Then, the position and the shape of the sheet-shaped magnetic body 11 are determined by lithography, and the width W = 7 mm and the length L = 25 mm as shown in FIGS. 3D and 4E by, for example, chemical etching. Process into a strip shape.
[0052]
Next, as shown in FIG. 4F, a gap between the etched sheet-shaped magnetic bodies 11 is filled with an adhesive insulator 31. Next, as shown in FIG. 3D and FIG. 5A, an insulating layer 12 is laminated on the layer of the sheet-like magnetic body 11. Thereafter, as shown in FIG. 5 (A), in the vicinity of one side 22a side and the other side 22b side of the substrate 22 of the linear conductor 14b, the linear conductor 14b penetrates to the respective surfaces of the underlying linear conductor 14b. A through hole 20d is provided.
[0053]
When forming the through hole 20d, the through hole 20d is positioned so as to correspond to the position of each end of the plurality of lower conductors 14b. Then, the connection conductor 32 (see FIG. 5C) is formed in the through hole 20d by, for example, electroplating.
[0054]
Next, as shown in FIG. 3E, a conductive layer 33 made of, for example, a copper thin film is bonded on the insulating layer 12 with a conductive adhesive. Then, a position and a shape are determined by lithography so as to correspond to the formation of the coil 14 together with the plurality of lower linear conductors 14b, and the conductive layer 33 is processed by, for example, chemical etching to obtain a structure shown in FIG. As shown in FIG. 5F and FIG. 5B, a plurality of linear conductors 14a are formed. In this case, the lithography shape is determined so that the ends of the plurality of linear conductors 14a are connected to the coupling conductor 32 of the through hole 20d.
[0055]
At this time, as shown in FIG. 2A, in this example, the electrodes 25 and 26 are formed on the insulating layer 12, and at the left end of the conductor 14a, the lower conductor 14b and the lower conductor 14b are formed. A lead conductor from the conductor 14aL connected through the hole 20d to the electrode 25 is formed, and a lead conductor from the end of the linear conductor 14aR on the right end of the conductor 14a to the electrode 26 is formed. The lithography shape of the copper thin film on the insulating layer 12 is determined so as to include not only the plurality of linear conductors 14a but also the electrodes 25 and 26 and the lead conductor.
[0056]
Thereby, as shown in FIG. 5C, the upper conductor 14a and the lower conductor 14b are electrically connected to each other at the ends by the coupling conductor 32 in the through hole 20d. Thus, the coil 14 is formed.
[0057]
Next, the gap between the plurality of linear conductors 14a formed by etching is filled with the adhesive insulator. Next, as shown in FIGS. 5D and 3G, a thin protective insulating layer 15 is bonded onto the conductor 14a and the insulator.
[0058]
Further, as shown in FIGS. 3G and 5E, an electric field shield layer 17 made of a copper thin film is bonded and laminated on the insulating layer 15 with a conductive adhesive. Although not shown, the electric field shield layer 17 and the conductor 14aR at the right end of the plurality of linear conductors are electrically connected to each other through a conductor formed in the through hole 20u by electroplating. I have. Then, the magnetic shield layer 19 is bonded on the electric field shield layer 17.
[0059]
Then, the shield layer 19, the electric field shield layer 17, and the insulating layer 17 near the electrodes 25 and 26 are exposed so as to expose the electrodes 25 and 26 extending from the end of the coil 14 of each coil device element as described above. Layer 15 is removed.
[0060]
6 and 3 (G), the sheet-like intermediate product is cut together with the substrate 22 at a position indicated by a dashed line 27 in FIG. 6 and FIG. To separate. Thereafter, the external magnetic flux sensors 10 are completed by bonding the external lead wires.
[0061]
In addition, examples of the material of the sheet-shaped magnetic body 11 of the magnetic flux sensor 10 are not limited to amorphous metal and ferrite, but may be any material having a high magnetic permeability and a small loss (iron loss). .
[0062]
Further, the dimensions of the magnetic flux sensor 10 are merely examples, and the length L and the width W are not limited thereto. When the width W is increased, the magnetic flux taken into the sheet-shaped magnetic body 11 is increased, so that the sensitivity is increased.
[0063]
The magnetic flux sensor 10 and the manufacturing method thereof described above have the following effects.
[0064]
In order to obtain an inexpensive and uniform magnetic flux sensor using the lithography technology used for integrated circuits, a substrate with the necessary thickness and mechanical stability to facilitate alignment and handling However, in the above-described embodiment, since the substrate 22 is configured to be peelable after the magnetic flux sensor 10 is manufactured, the requirements in the manufacturing process of the magnetic flux sensor 10 are satisfied, 22 can be peeled off, and the magnetic flux sensor 10 can be given a flexible bending property.
[0065]
Further, the sheet-like magnetic body 11 which is a very thin magnetic thin film which is very fragile and easily subject to processing strain is sandwiched from both sides by an insulating thin film such as a thin resin having strength and heat resistance. The entire magnetic flux sensor 10 can be bent without causing damage.
[0066]
Furthermore, since the structure is sandwiched by an insulating film, it is possible to reinforce a mechanically weak magnetic sheet, and to cover important parts such as a magnetic material and a conductor with an insulating layer. Therefore, a magnetic flux sensor having good characteristics, stable characteristics, and uniform characteristics can be obtained.
[0067]
Unlike the toroidal coil shown in the conventional example, the sheet-shaped magnetic flux sensor 10 can easily and accurately measure magnetism generated from a small object in a narrow place.
[0068]
Generally, in order to measure the magnetism generated from an electric current or the like, it is important to detect the annular magnetism generated from a rod-shaped object by a magnetic flux sensor arranged as close as possible to the object. The magnetic flux sensor 10 of the embodiment can be easily mounted close to an object whose magnetism is to be measured.
[0069]
Moreover, the sheet-shaped magnetic flux sensor 10 can be attached so as to be wound around an electric wire or the like instead of an endless ring such as a toroidal coil.
[0070]
[Principle of magnetic flux detection using magnetic flux sensor 10]
The magnetic flux sensor 10 of this embodiment is provided with the permanent magnet 18 as a DC magnetic field generating means for generating a DC magnetic field in a direction orthogonal to the winding surface of the coil 14, so that the size of the core material and the core is different. Even if the detected magnetic flux is relatively large without the need for characteristic adjustment, a magnetic flux detection output with good linearity can be obtained from the magnetic flux sensor 10.
[0071]
Hereinafter, an example of detecting a ring-shaped magnetic flux generated by the above-described linear current will be described with reference to FIGS. 7 and 8, with reference to FIGS. 7 and 8.
[0072]
As shown in FIGS. 7 and 8, the magnetic flux sensor 10 is attached along a ring-shaped magnetic flux B by, for example, attaching it to an electric wire. FIG. 7 shows the case of the magnetic flux sensor 10 ′ without the sheet-like permanent magnet 18, and FIG. 8 shows the case of the magnetic flux sensor 10 with the sheet-like permanent magnet 18.
[0073]
7 and 8, the shield layers 17, 19, the adhesive layer 21, the substrate layer 22, and the like are omitted for the sake of simplicity.
[0074]
In the case of the magnetic flux sensor 10 ′ shown in FIG. 7, since the magnetic permeability of the sheet-shaped magnetic body 11 is large, most of the magnetic flux B passes through the sheet-shaped magnetic body 11. For this reason, the characteristics of the magnetic flux sensor 10 ′ have the characteristics shown in FIG. 31 described above, and when the magnetic flux B increases, the sheet-shaped magnetic body 11 is magnetically saturated, and the magnetic flux sensor 10 ′ detects the magnetic flux as shown in FIG. The output will be distorted.
[0075]
On the other hand, in the case of the magnetic flux sensor 10 of FIG. 8, since the permanent magnet 18 is present, a part of the magnetic flux B passing through the entire sheet-like magnetic body 11 in FIG. It is sucked or rejected to the side and passes outside the sheet-like magnetic body 11. FIG. 8 shows a state where a part of the magnetic flux B is attracted to the permanent magnet 18 side.
[0076]
As described above, according to the magnetic flux sensor 10 of this embodiment, the amount of magnetic flux passing through the sheet-like magnetic body 11 as the core in the coil 14 of the magnetic flux sensor 10 is always determined by the permanent magnet 18. The value can be set to a value within a good linearity range.
[0077]
Therefore, the magnetic flux sensor 10 has a characteristic of a good linearity as shown in FIG. 9 with respect to the magnetic flux to be detected. For example, a sine wave current shown in the upper part of FIG. In this case, the detection outputs obtained from the electrodes 25 and 26 of the magnetic flux sensor 10 have good linearity as shown in the lower part of FIG.
[0078]
At this time, the detection output level of the magnetic flux sensor 10 decreases as the magnetic flux linked to the coil 14 decreases, but the output corresponds to the change in the magnetic flux to be detected with good linearity.
[0079]
[Another Example of Magnetic Flux Sensor 10]
In the above-described embodiment, the sheet-shaped permanent magnet 18 is provided between the sheet-shaped magnetic body 11 and the substrate layer 22, but may be provided between the sheet-shaped magnetic body 11 and the magnetic shield layer 19. good. At this time, the permanent magnet may be provided between the sheet-shaped magnetic body 11 and the electric field shield layer 17 (provided on the insulating layer 15), or may be provided between the electric field shield layer 17 and the magnetic shield layer 19. Is also good.
[0080]
In the above-described embodiment, the sheet-shaped permanent magnets are provided on both sides between the sheet-shaped magnetic body 11 and the substrate layer 22 and between the sheet-shaped magnetic body 11 and the magnetic shield layer 19. You may do it.
[0081]
Further, an electromagnet coil may be provided instead of the permanent magnet, and a direct current may be supplied to the electromagnet coil. FIG. 11 is a diagram for explaining an example of the magnetic flux sensor 10 using an electromagnet coil.
[0082]
In this example, the permanent magnet 18 is not provided between the sheet-like magnetic body 11 and the substrate layer 22. Instead, the electromagnet is placed on the insulating layer 15 as shown in FIG. The coil 35 is formed.
[0083]
In the electromagnet coil 35, a copper thin film is applied on the insulating layer 15, the coil shape of the copper thin film is determined by lithography, and the electromagnet coil 35 as shown in FIG. I do. Then, an insulating layer 36 is formed thereon. Further, the electric field shield layer 17 is formed on the insulating layer 36, and the magnetic shield layer 19 is formed on the electric field shield layer 17.
[0084]
In this example, when the conductor 14a and the electrodes 25 and 26 are formed by lithography and etching of the copper thin film 33, the electrode 37 and the conductor 38 connected to the electrode 37 are formed at the same time.
[0085]
One end 35a of the electromagnet coil 35 is electrically connected to the conductor 38 via a coupling conductor (formed by, for example, electroplating) in a through hole penetrating the insulating layer 15. Therefore, the electrode 37 is connected to one end 35a of the electromagnet coil 35.
[0086]
On the other hand, the other end 35b of the electromagnet coil 35 is electrically connected to the electric field shield layer 17 via a coupling conductor (formed by, for example, electroplating) in a through hole penetrating the insulating layer 15. Therefore, the other end 35b of the electromagnet coil layer 35 is also connected to the electrode 26.
[0087]
In the case of this example, a predetermined DC voltage is applied between the electrode 37 and the electrode 26, and a DC current flows through the electromagnet coil 35 to generate a predetermined DC magnetic field. Then, a detection output induced in the coil 14 according to the magnetic flux to be detected is obtained from between the electrode 25 and the electrode 26.
[0088]
Also in the case of the example of FIG. 11, the same operation and effect as those of the above-described embodiment are obtained, and a detection output linearly corresponding to the magnetic flux to be detected is obtained between the electrodes 25 and 26. In particular, in the case of this example, by adjusting the DC current supplied to the electromagnet coil 35, the detection output level from the coil 14 is adjusted to an appropriate level while ensuring the linearity of the characteristics of the magnetic flux sensor. can do.
[0089]
In the case of the magnetic flux sensor using the electromagnet coil shown in FIG. 11, the electromagnet coil may be provided between the sheet-like magnetic body 11 and the substrate layer 22 or may sandwich the sheet-like magnetic body 11. Two pieces may be provided on both sides.
[0090]
In the above-described example, the one end of the electromagnet coil 35 and the coil 14 for magnetic flux detection are shared and three electrodes are used by using the electric field shield layer 17. The coil 14 may be provided with four electrodes as separate electrodes.
[0091]
[Description of First Embodiment of Current Detection Method Using Magnetic Flux Sensor 10]
In the first embodiment, the magnetic flux sensor 10 including the above-described permanent magnet 18 is attached to an electric wire or a covering portion having a specific diameter, and a current value flowing through the electric wire is detected.
[0092]
In this embodiment, the magnetic flux sensor 10 manufactured as described above peels off the substrate layer 22 to expose the adhesive layer 21, and the exposed adhesive layer 21, as shown in FIG. The electric wire 41 is attached so as to be wound around the portion of the insulating coating 42 of the covered wire 43 covered by the insulating coating 42. It is needless to say that the magnetic flux sensor 10 may be attached so as to be wound around the portion of the electric wire 41 from which the insulating coating has been removed.
[0093]
In this case, the magnetic flux sensor 10 causes the longitudinal direction of the sheet-shaped magnetic body 11, that is, the winding axis direction of the coil 14 to be in a direction along the magnetic flux path generated by the current flowing through the electric wire 41 with respect to the covered wire 43. Then, the sheet-shaped magnetic body 11 of the magnetic flux sensor 10 is attached so as to be wound around the covering portion 42 of the electric wire 41. In the magnetic flux sensor 10, the sheet surface of the sheet-shaped magnetic body 11 is substantially parallel to the direction in which the current to be detected flows by being bonded to the covered wire 43 by the adhesive layer 21.
[0094]
Then, external lead wires derived from the electrodes 25 and 26 to which both ends of the coil 14 of the magnetic flux sensor 10 are connected are connected to the input terminals of the distance correction amplifier circuit 51. Then, the electrode 26 is grounded again. Thereby, the electric field shield layer 17 is electrically grounded, and an electric field shield effect is obtained.
[0095]
The distance correction amplification circuit 51 determines the position of the current flowing through the electric wire 41 (corresponding to the center position of the cross section of the electric wire 41) and the distance between the magnetic flux sensor 10 (corresponding to the diameter of the electric wire 41 including the covering 42). By correcting that the intensity of the magnetic flux detected by the magnetic flux sensor 10 changes in inverse proportion to the square, an output signal uniquely corresponding to the current value flowing through the electric wire 41 can be obtained regardless of the distance. That's what we do.
[0096]
The amplification gain (gain) of the distance correction amplification circuit 51 is determined as follows.
[0097]
As described above, when a closed magnetic circuit is formed as in the case of a toroidal coil, regardless of the position of the current flowing through the electric wire 41 and the distance between the magnetic flux sensor 10 (hereinafter referred to as the sensor distance), Since all of the generated magnetic flux is confined in the toroidal coil, the gain of the distance correction amplifier circuit 51 may be constant regardless of the sensor distance. That is, correction according to the sensor distance is unnecessary.
[0098]
However, the magnetic flux sensor 10 in this embodiment is not necessarily attached to a covered wire so as to always form a closed magnetic circuit. For this reason, it is necessary to amplify the signal obtained from the coil 14 of the magnetic flux sensor 10 with an amplification gain corresponding to the square of the sensor distance.
[0099]
In this case, the relationship between the signal output (coil output current) obtained from the coil 14 of the magnetic flux sensor 10 and the sensor distance is such that the position where the current i to be detected flows is the center Oi, The inventor of the present invention has confirmed that the length is determined in accordance with the opening angle θ (see FIG. 13) when the length of the sheet-shaped magnetic body 11 in the longitudinal direction (the direction along the magnetic flux path) is viewed. .
[0100]
FIG. 14 is a characteristic curve showing the relationship between the output current of the coil 14 of the magnetic flux sensor 10 and the sensor distance. As shown in FIG. 14, the output current of the coil 14 has a characteristic of decreasing in inverse proportion to the square of the sensor distance. However, the decreasing gradient decreases as the opening angle θ increases, and the opening angle θ decreases. It becomes bigger.
[0101]
That is, when the opening angle θ is large and close to 360 degrees, almost all magnetic flux can be passed through the coil 14 of the magnetic flux sensor 10 including the sheet-like magnetic body 11 having high magnetic permeability, like the toroidal coil. Therefore, as shown by the curve 61 in FIG. 14, the output current of the coil 14 decreases little even when the sensor distance increases.
[0102]
On the other hand, as the opening angle θ decreases, the magnetic flux passing through the coil 14 of the magnetic flux sensor 10 decreases, and as shown in curves 62, 63, and 64 in FIG. Is smaller, the decrease curve of the output current of the coil 14 becomes steeper.
[0103]
From the characteristics shown in FIG. 14, in the distance correction amplifier circuit 51, the gain of the coil 14 of the magnetic flux sensor 10 is amplified and corrected by setting the gain characteristic according to the opening angle, so that the value of the current flowing through the electric wire 41 is always adjusted. A uniquely corresponding sensor output is obtained.
[0104]
That is, FIG. 15 shows the gain characteristic of the distance correction amplifier circuit 51 with respect to the sensor distance, which is a characteristic in which the gain increases exponentially with respect to the sensor distance. The characteristic is such that the larger the θ, the gentler the smaller the opening angle, and the steeper the smaller the opening angle.
[0105]
That is, in the case where the opening angle θ is large and the characteristic of the output current of the coil versus the sensor distance is a curve 61, the characteristic is such that the gain increase curve with respect to the sensor distance becomes a gentle curve 71 in FIG. And Then, in the case where the opening angle θ decreases and becomes curves 62, 63, and 64, as shown by curves 72, 73, and 74 in FIG. The characteristic is such that the curve becomes steeper as the opening angle θ is smaller.
[0106]
From the above, if the opening angle θ when the magnetic flux sensor 10 is attached to the electric wire or the covering portion is known, the distance-correction amplifier circuit 51 has the characteristic of the gain versus the sensor distance as shown in FIG. The curve is determined. Then, when the sensor distance, which is the distance from the position of the current flowing through the electric wire to the magnetic flux sensor, is known, the gain required by the distance correction amplifier circuit 51 is determined. The distance correction amplification circuit 51 is designed to have the determined gain.
[0107]
For example, the characteristic curve of the gain versus the sensor distance corresponding to the opening angle θ is a curve 74, and the sensor distance, that is, the distance correction amplifier circuit 51 required when the diameter of the electric wire or the covered wire is Ra. The gain is Ga.
[0108]
By the way, since the length L in the longitudinal direction of the sheet-like magnetic body 11 of the magnetic flux sensor 10 of this example is fixed as described above, the radii are r1 and r1, respectively, as shown in FIG. When the magnetic flux sensor 10 is attached to different covered wires such as r2 and r3, the longitudinal length of the magnetic flux sensor 10 is determined according to the radius r1, r2, and r3 of the covered wire, that is, the sensor distance. The opening angle as viewed from the position of the current flowing through the electric wire 31 changes as θ1, θ2, θ3.
[0109]
Thus, in this embodiment, since the length L in the longitudinal direction of the sheet-shaped magnetic body 11 of the magnetic flux sensor 10 is determined, when the opening angles θ1, θ2, and θ3 are calculated, The sensor distance is uniquely determined as r1, r2, and r3 with respect to the opening angle.
[0110]
Accordingly, in this embodiment, when the opening angle θ is calculated, a characteristic curve of the gain versus the sensor distance corresponding to the opening angle θ as shown in FIG. 15 is obtained, and the sensor distance is also determined. The gain required by the distance correction amplifier circuit 51 is obtained from the characteristic curve thus obtained. That is, when the opening angle θ is calculated, the gain of the distance correction amplification circuit 51 is determined centrally from the opening angle θ.
[0111]
The length of the sheet-like magnetic body 11 in the longitudinal direction of the magnetic flux sensor 10 does not need to be fixed as described above, but the opening angle and the sensor distance are known as described above. If so, it goes without saying that the gain of the distance correction amplifier circuit 51 can be determined. However, when the length in the longitudinal direction of the sheet-shaped magnetic body 11 is set to a predetermined value as in this example, there is an advantage that only the opening angle may be considered as a parameter without considering the sensor distance.
[0112]
As described above, the output signal uniquely corresponding to the value of the current flowing through the electric wire 41 is obtained from the distance correction amplifier circuit 51 regardless of the sensor distance. The output signal of the distance correction amplifier circuit 51 is supplied to the frequency correction amplifier circuit 52.
[0113]
When the current flowing through the electric wire 41 is an alternating current, the frequency correcting amplifier circuit 52 corrects the current detection output signal so as not to depend on the frequency of the alternating current. Therefore, when the current flowing through the electric wire 41 is a DC current, the frequency correction amplification circuit 52 can be omitted.
[0114]
As described above, as shown in FIG. 17, the strength of the magnetic flux due to the AC current is inversely proportional to the frequency of the AC current. Therefore, in order to eliminate the frequency dependence, as shown in FIG. 18, the frequency correction amplifier circuit 52 has a characteristic whose gain is proportional to the frequency. This can be realized by the configuration of a so-called integrating amplifier circuit.
[0115]
If an amplifier circuit having a gain versus frequency characteristic as shown in FIG. 18 is used as the amplifier circuit 52 for frequency correction, as shown in FIG. 17, the output current of the AC current obtained from the coil 14 of the magnetic flux sensor 10 is inversely proportional to the frequency of the AC current. The frequency characteristic is canceled by the gain characteristic of FIG. Therefore, an output signal uniquely corresponding to the value of the current flowing through the electric wire 41 is obtained from the frequency correction amplification circuit 52 regardless of the frequency of the AC current.
[0116]
The output of the frequency correction amplification circuit 52 is supplied to a current value calculation circuit 53. In the current value calculation circuit 53, a correction is made according to the magnitude of the magnetic force of the permanent magnet 18 used in the magnetic flux sensor 10. That is, in the case of this example, of the magnetic flux to be detected, a magnetic flux of an amount corresponding to the magnetic force of the permanent magnet 18 passes through the sheet-shaped magnetic body 11. For example, if the magnetic force of the permanent magnet 18 is large, the amount of magnetic flux passing through the sheet-shaped magnetic body 11 among the magnetic fluxes to be detected becomes small.
[0117]
Therefore, in order to obtain a correct current value, it is necessary to perform correction in consideration of the influence of the magnetic force of the permanent magnet 18. The current value calculation circuit 53 calculates an actual current value in consideration of the magnitude of the magnetic force of the permanent magnet 18 used in the magnetic flux sensor 10.
[0118]
A plurality of types of permanent magnets having different magnitudes of magnetic force are prepared in advance as the magnetic flux sensor 10 so that the user can prevent the sheet-like magnetic body 11 from being magnetically saturated with respect to the amount of magnetic flux to be detected. It is also possible to select one having the permanent magnet 18.
[0119]
In this case, the current value calculation circuit 53 prepares correction values corresponding to each of the plural types of magnetic flux sensors 10 in advance. Then, an instruction is input to the current value calculation circuit 53 to indicate which magnetic force the magnetic flux sensor having the permanent magnet is used. The current value calculation circuit 53 detects the magnitude of the magnetic force of the magnetic flux sensor using the permanent magnet from the instruction input, and calculates an accurate current value using the correction value corresponding thereto. Things.
[0120]
Therefore, if the output signal of the current value calculation circuit 53 is supplied to, for example, a meter driving circuit through a drive circuit, the meter pointer indicates an accurate detected current value.
[0121]
Note that the distance correction amplifier circuit 51 and the frequency correction amplifier circuit 52 are calibrated so that the output signal shows a specific value at a predetermined specific opening angle and at a specific frequency, respectively. It is something to keep.
[0122]
A circuit portion including the above-described distance correction amplification circuit 51, frequency correction amplification circuit 52, and current value detection circuit 53 is a magnetic flux sensor 10 provided with a specific permanent magnet 18 on an electric wire or covered wire of a specific diameter. Is attached, and if it is specified for the purpose of detecting the current flowing through the wire, the gain characteristic and the correction value can be respectively set in advance for the specific purpose, so that the IC (Integrated Circuit; (Integrated circuit).
[0123]
In FIG. 12, the distance correction amplifier circuit 51 and the frequency correction amplifier circuit 52 are provided separately from each other, but a circuit portion having the functions of the distance correction amplifier circuit 51 and the frequency correction amplifier circuit 52 is provided. Can be designed as a configuration of one amplifier circuit. Of course, one such amplifying circuit can be constituted by an IC.
[0124]
Further, after converting the output current of the coil 14 of the magnetic flux sensor 10 into a voltage, the output current is converted into a digital signal, and the digital signal is supplied to a microprocessor so that processing equivalent to the above-described amplification operation for correction is performed. You can also. In this case, information of the opening angle θ is input to the microprocessor, information of the frequency is input in the case of an alternating current, and information of the magnetic force of the permanent magnet 18 is input to the microprocessor. The microprocessor may obtain a necessary gain or correction value from the calculated or stored value based on the information, and perform processing equivalent to an amplification operation for the obtained gain or a correction operation using the correction value.
[0125]
[Second embodiment of current detection method]
In the above-described first embodiment, the distance correction amplification circuit 51 determines the opening angle θ of the magnetic flux sensor 10 from the diameter of the electric wire on which the magnetic flux sensor 10 is mounted, and determines a necessary gain from the opening angle θ. , With the gain. However, in that case, the design of the distance correction amplifier circuit 51 must be re-designed every time it is attached to the electric wire portion or the covering portion having a different diameter, which is too versatile.
[0126]
Therefore, in the second embodiment, the distance correction amplifier circuit 51 is calculated so as to be switchable to gains corresponding to several opening angles such as curves 71, 72, 73, and 74 shown in FIG. The gain is switched according to the opening angle.
[0127]
At this time, it is not necessary to prepare a large number of gains corresponding to a large number of opening angles in the distance correction amplifier circuit 51. For example, only gains corresponding to about four types of opening angles are provided. Is enough.
[0128]
This is because the magnetic permeability of the sheet-shaped magnetic body 11 of the magnetic flux sensor 10 of this embodiment is a very high value, such as 20,000, as described above, and for example, as shown in FIG. Even with the opening angle, the magnetic flux sensor 10 arranged at the position of the sensor distance corresponding to each opening angle, the magnetic flux that would be present at the sensor distance before and after the arrangement position also receives the sheet-like magnetic material. This is because it is thought that it works so as to take in the inside.
[0129]
For example, in the example of FIG. 19, between the radii r1 and r2, the magnetic flux in the range from (r1) to (r1 + r2) / 2 flows through the sheet-like magnetic body 11 of the magnetic flux sensor 10 disposed at the radius r1. This is because the magnetic flux in the range of (r1 + r2) / 2 to r2 is considered to pass through the sheet-like magnetic body 11 of the magnetic flux sensor 10 arranged at the radius r2.
[0130]
Therefore, it is unnecessary to dispose the magnetic flux sensor 10 at a sensor distance between the radius r1 and the radius r2, and it is not necessary to assume an opening angle corresponding to the sensor position.
[0131]
In the second embodiment, in the distance correction amplifier circuit 51 whose gain characteristic is switchable, the gain is switched in accordance with the calculated opening angle, so that the electric wire or the coated wire to be attached is mounted. It is possible to switch the gain of the distance correction amplification circuit 51 in accordance with the diameter of the distance.
[0132]
For example, several magnetic flux sensors 10 are prepared as ranges of the opening angles, such as the opening angles θ1 to θ2, θ2 to θ3, θ3 to θ4, and θ4 to θ5, and the magnetic flux sensor 10 for the electric wire or the covered wire to be mounted in any of the ranges. By inputting, for example, through an opening angle selection knob or the like, whether or not the opening angle exists, the gain of the distance correction amplifier circuit 51 can be switched.
[0133]
[Third Embodiment of Current Detection Method]
In the above two embodiments, it is necessary to determine the opening angle of the magnetic flux sensor 10 with respect to the electric wire or the covering wire to be worn by the user and to switch the gain of the distance correction amplifier circuit 51. The third embodiment is an example in which the gain of the distance correction amplifier circuit 51 is automatically determined simply by attaching the magnetic flux sensor 10 to an electric wire or a covered wire. This example is applied particularly when the detection target is an alternating current.
[0134]
As described above, if the gain of the frequency correction amplifier circuit 52 is calibrated so that a specific value is output at a specific frequency, no particular adjustment or switching is required. Is similar to the above example.
[0135]
The third embodiment is based on the research results of the inventor of the present invention. That is, the inventor of the present invention attached the magnetic flux sensor 10 to the power supply line of the commercial power supply as described above, and examined the signal obtained from the coil 14 as described above. Is the frequency according to the distance between the position of the current flowing through the electric wire and the magnetic flux sensor 10 (that is, the strength of the magnetic flux) and the dimensions (length, width, and thickness) of the sheet-like magnetic material of the magnetic flux sensor 10. Was confirmed to be contained.
[0136]
FIG. 20 is a diagram showing a detection waveform when an alternating current flowing through a 50 Hz commercial power supply line is detected using the magnetic flux sensor 10. In FIG. 20, a waveform having a large amplitude is a voltage waveform, and a waveform having a small amplitude is a current component. From FIG. 20, it can be seen that a high frequency component is superimposed on the 50 Hz current component.
[0137]
As described above, this frequency component is a vibration component generated in the sheet-shaped magnetic body 11 due to the material and size of the sheet-shaped magnetic body 11 and the strength of the magnetic flux. As described above, since the dimensions of the sheet-shaped magnetic body 11 of the magnetic flux sensor 10 of this example are determined, in this embodiment, the opening angle when the magnetic flux sensor 10 is mounted on the electric wire or the covering portion is determined by the electric wire. Corresponding to the distance between the position of the current flowing through the magnetic flux sensor 10 and the magnetic flux sensor 10 (that is, the strength of the magnetic flux), and the frequency of the vibration component changes in accordance with the magnitude of the opening angle. The inventors have confirmed this. That is, the opening angle and the frequency of the vibration component correspond one to one.
[0138]
FIGS. 21, 22, and 23 show a spectrum analysis of the high-frequency components included in the output signal of the magnetic flux sensor 10 up to 102.3 kHz in a state where the magnetic flux sensor 10 is attached to electric wires having different diameters. is there. FIG. 21 shows an electric wire having a diameter of about 5.3 mm, FIG. 22 shows an electric wire having a diameter of about 6.3 mm, and FIG. 23 shows an electric wire having a diameter of about 6.6 mm. It is a frequency spectrum figure in the case. Therefore, the magnitude of the opening angle is the largest in the case of FIG. 21, about 270 degrees, in the case of FIG. 22, 227 degrees, and in the case of FIG. 23, 217 degrees.
[0139]
In FIGS. 21 to 23, it is observed that peaks of three spectra mainly occur, but the frequencies at which these spectra occur increase in the length direction, width direction, and thickness direction of the magnetic flux sensor 10 in ascending order. Of the vibration component.
[0140]
The frequency at which each spectrum stands in FIG.
20.6kHz, corresponding to the length direction
49.4kHz in width direction
98.7kHz in thickness direction
Met.
[0141]
Further, the frequency at which each spectrum stands in FIG.
22.0kHz, corresponding to the length direction
49.6 kHz in the width direction
99.9kHz in thickness direction
Met.
[0142]
Further, the frequency at which each spectrum stands in FIG.
23.5 kHz, corresponding to the length direction
50.2kHz in width direction
Corresponding to thickness direction; 100.5kHz
Met.
[0143]
As a result, on the output signal from the coil 14 of the magnetic flux sensor 10, a vibration component (high-frequency signal component) corresponding to the magnitude of the opening angle when the magnetic flux sensor 10 is mounted on the electric wire or the covering portion is superimposed. You can see that.
[0144]
Therefore, in the third embodiment, the vibration component included in the output signal from the coil 14 of the magnetic flux sensor 10 is extracted, its frequency is detected, and the frequency is automatically detected in accordance with the detected frequency. The gain of the distance correction amplifier circuit 51 is determined. That is, since the frequency of the detected vibration component corresponds to the distance between the position of the current flowing through the electric wire and the magnetic flux sensor 10, the gain of the distance correction amplification circuit 51 is adjusted so as to have a gain corresponding to the distance. This is for determining the gain.
[0145]
In this case, it is not necessary to detect all the frequencies of the vibration components in the three directions of the length, width, and thickness, and the vibration components in any one of the three directions, for example, the frequency of the vibration component in the length direction are detected. By doing so, the gain of the distance correction amplification circuit 51 can be determined.
[0146]
That is, in the case of the above-described three types of wires, the spectrum corresponding to the vibration component in the length direction can be observed as shown in the enlarged view of FIG. The spectrum of FIG. 24 shows that, when the magnetic flux sensor 10 is mounted on three types of electric wires having different diameters, the vibration component in the length direction of the sheet-like magnetic body 11 of the magnetic flux sensor 10 is converted into the three types of electric wires having different diameters. The spectrum of 101 corresponds to the smallest diameter of the three diameters, the spectrum of 102 corresponds to the intermediate diameter, and the spectrum of 103 corresponds to It corresponds to the largest diameter.
[0147]
FIG. 25 is a block diagram showing a configuration example of a correction amplifier circuit for the output of the magnetic flux sensor 10 according to the third embodiment.
[0148]
That is, in the third embodiment, similarly to the first and second embodiments described above, the signal from the coil 14 of the magnetic flux sensor 10 is supplied to the distance correction amplifier circuit 51 and the frequency correction amplifier circuit 52. And through the correction. Then, the output of the frequency correction amplification circuit 52 is supplied to a current value calculation circuit 53 so that an accurate current value calculation output is obtained from the current value calculation circuit 53.
[0149]
In this case, as the distance correction amplifying circuit 51, a circuit that can be switched to a gain corresponding to a plurality of opening angles θ is used as in the second embodiment. The distance correction amplifier circuit 51 of the third embodiment includes a gain switching control terminal 51c, and has a configuration in which gain switching is performed by a gain control signal input to the gain switching control terminal 51c.
[0150]
In the third embodiment, the signal from the coil 14 is supplied to the low-pass filter 81 to extract the above-described vibration component (high-frequency component) of, for example, 102.3 kHz or less. The extracted vibration component is supplied to a spectrum analysis circuit 82 that performs, for example, FFT (Fast Fourier Transform) processing. The output of the spectrum analysis circuit 82 is supplied to a gain control circuit 83.
[0151]
The gain control circuit 83 is constituted by, for example, a DSP (Digital Signal Processor). The gain control circuit 83 extracts three spectral components having the highest peaks, starting from the highest level. The extracted three spectral components are vibration components corresponding to the length, width, and thickness of the sheet-shaped magnetic body 11 of the magnetic flux sensor 10.
[0152]
The gain control circuit 83 selects a vibration component in the length direction of the sheet-shaped magnetic body 11 which is the lowest frequency component in this example among these three spectral components, and detects the frequency.
[0153]
Then, it determines which open angle range the detected frequency belongs to among the plurality of open angle ranges, and generates a gain control signal according to the result of the determination. Then, the gain control circuit 83 supplies the generated gain control signal to the distance correction amplification circuit 51.
[0154]
In the distance correction amplification circuit 51, the gain is switched so as to be a gain corresponding to the gain control signal from the gain control circuit 83. Then, the distance correction amplification circuit 51 supplies the output to the frequency correction amplification circuit 52.
[0155]
As described above, according to the third embodiment, the gain of the distance correction amplifier circuit 51 is automatically set to a value corresponding to the opening angle θ when the magnetic flux sensor 10 is mounted on the electric wire or the covered wire portion. Is set. Therefore, if the magnetic flux sensor 10 is simply attached to an electric wire or a covered wire portion, an output signal uniquely corresponding to the value of the current flowing through the electric wire will be amplified regardless of the diameter of the electric wire or the covered wire portion. It can be obtained from the circuit 52.
[0156]
In the third embodiment, the power supply voltage to be supplied to each circuit is also generated by the current from the coil 14 of the magnetic flux sensor 10 and supplied to each circuit. That is, in the third embodiment, the current from the coil 14 is supplied to the power supply voltage generation circuit 84. The power supply voltage generation circuit 84 rectifies the current from the coil 14 and generates a DC power supply voltage required for each circuit. Then, the generated DC power supply voltage is supplied to the power supply line of each circuit.
[0157]
Therefore, in the third embodiment, the respective power supplies of the distance correction amplifier circuit 51, the frequency correction amplifier circuit 52, the current value calculation circuit 53, the band pass filter 81, the spectrum analysis circuit 82, and the gain control circuit 83 are used. No additional circuit is required.
[0158]
Note that, similarly to the above-described embodiment, the circuit of the third embodiment in FIG. 25 can also be configured by an IC. Further, a part except for the power supply voltage generation circuit 84 and the band-pass filter 81 is constituted by a microprocessor, and a signal obtained by converting a signal from the band-pass filter 81 into a digital signal is supplied to the microprocessor. The processing in each of the above-described distance correction amplification circuit 51, frequency correction amplification circuit 52, current value calculation circuit 53, spectrum analysis circuit 82, and gain control circuit 83 may be executed as digital processing.
[0159]
In the above-described example, the gain control circuit 83 detects the frequency of the vibration component corresponding to the thickness direction of the sheet-like magnetic body 11 of the magnetic flux sensor 10, but the gain control circuit 83 has a large level. Attention is paid to the maximum level of the three spectra, and it is recognized whether the vibration component is in any of the length, width and thickness directions of the sheet-like magnetic body 11 of the magnetic flux sensor 10. Detecting the frequency, determining which open angle range the detected frequency belongs to among a plurality of open angle ranges, and generating a gain control signal according to the determination result. You may.
[0160]
[Implementation Example of Current Detection Device of Third Embodiment]
As described above, the magnetic flux sensor used in the embodiment of the present invention is in the form of a thin sheet, and can be easily attached to the electric wire or the covering portion even in a narrow space by the adhesive layer 21.
[0161]
The example of FIG. 26 is a case where the magnetic flux sensor 10 is attached to an AC plug 91 attached to the tip of a power cord 92 connected to a load 90 such as a home appliance. In the example of FIG. 26, the current value and the electric energy can be displayed on the display screen provided on the housing of the AC plug 91.
[0162]
FIG. 26 is a diagram showing a state where the housing of the AC plug 91 is divided into a lower half 91a and an upper half 91b. Reference numerals 93 and 94 denote plug conductors, which are sandwiched and fixed between the lower half 91a and the upper half 91b of the housing of the AC plug 91. The plug conductors 93 and 94 are connected to a positive electric wire 92a and a negative electric wire 92b of the power cord 92, respectively.
[0163]
In this example, the magnetic flux sensor 10 is attached to the covering portion of the electric wire 92a on the positive side of the power cord 92 in a manner as shown in FIG. The output signal from the coil 14 of the magnetic flux sensor 10 is supplied to the IC 95.
[0164]
The IC 95 has all the components of the correction amplifier circuit shown in FIG. 25, and also includes a drive circuit for LCDs (Liquid Crystal Display) 96 and 97 provided on the upper half 81b side, and an output signal from the current value calculation circuit 53. And a circuit for displaying the current value and the power value as numerical values on the LCDs 96 and 97. Note that connection lines between the IC 95 and the LCDs 96 and 97 are omitted in FIG.
[0165]
According to the example of FIG. 26, the load current and the electric power value for each home electric appliance can be easily known, which is very convenient. In this case, since the mounting space for the magnetic flux sensor 10 is so small that it can be ignored, there is an advantage that the shape of the AC plug 91 does not need to be large and a small one can be used.
[0166]
[Description of Fourth Embodiment of Current Detection Method Using Magnetic Flux Sensor 10]
In the fourth embodiment, the magnetic flux sensor 10 including the electromagnet coil 35 shown in FIG. 11 is attached to an electric wire or a coating having a specific diameter to detect a current flowing through the electric wire. FIG. 27 is a block diagram in a case where the magnetic flux sensor 10 including the electromagnet coil 35 illustrated in FIG. 11 is applied to the third embodiment.
[0167]
In this example, the electrode 26 is grounded, and the electrode 25 to which one end of the coil 14 is connected is connected to the input terminal of the amplifier circuit 51 for distance correction. The electrode 37 to which one end of the electromagnet coil 35 is connected is connected to the output terminal of the DC current supply circuit 54.
[0168]
The DC current supply circuit 54 supplies a DC current determined by a DC magnetic field setting signal from the DC magnetic field setting circuit 55 to the electromagnet coil 35. When the user adjusts a setting knob (not shown) and sets a DC magnetic field, the DC magnetic field setting circuit 55 outputs a DC current corresponding to the set value from the DC current supply circuit 54. Generate a magnetic field setting signal.
[0169]
The DC magnetic field setting circuit 55 supplies a signal indicating the value of the set DC current to the current value calculation circuit 53. The current value calculation circuit 53 determines a correction value for calculating an actual current value in the magnetic flux sensor 10 according to the DC magnetic field generated by the electromagnet coil 35 in accordance with the signal from the DC magnetic field setting circuit 55. Using the correction value, a current value is calculated based on a signal from the frequency correction amplification circuit 52.
[0170]
According to the fourth embodiment, the correction value used in the current value calculation circuit 53 is automatically determined according to the DC current supplied to the electromagnet coil 35, that is, according to the DC magnetic field generated from the electromagnet coil 35. Thus, an accurate current value is calculated.
[0171]
It is needless to say that the fourth embodiment of the current detection method can be realized even in combination with the first and second embodiments of the current detection method described above.
[0172]
In each of the above-described embodiments of the current detection method, the description has been made on the assumption that the electric wires and the covered wires are circular. However, there are actually flat elliptical covered wires and the like. Even in this case, it is better to arrange the magnetic flux sensor so as to maintain a circular shape as much as possible.However, even if the magnetic flux sensor is arranged so as to be wound along a flat covering wire, the magnetic permeability is very high. Since it is high, the error with respect to the detected current value is small.
[0173]
[Other examples of magnetic flux sensor]
In the above-described embodiment of the magnetic flux sensor, a coil is formed by bonding a conductor to the sheet-shaped magnetic body, but a coil is formed on the sheet-shaped magnetic body by winding a thin conductive wire around the sheet-shaped magnetic body. Needless to say, it may be done.
[0174]
Further, the magnetic flux sensor of the present invention is not limited to a sheet-shaped magnetic body having a coil wound thereon, and a permanent magnet or an electromagnet coil as a means for generating a DC magnetic field is formed of the above-described sheet-shaped magnetic body. Unlike a magnetic flux sensor, it does not have to be physically integrated with a magnetic flux sensor.
[0175]
For example, the magnetic flux detection device may be configured such that a permanent magnet or an electromagnet coil is mounted near the toroidal coil.
[0176]
In addition, the present invention is also applied to a device for detecting a magnetic flux linked to another magnetic flux detecting element, for example, a magnetic flux detecting device for detecting a magnetic flux linked to a Hall element, instead of using a coil as an element for detecting a magnetic flux. Applicable.
[0177]
In this case, a part of the magnetic flux to be detected is not linked to a magnetic flux detecting element such as a Hall element by a DC magnetic field generated by a DC magnetic field generating means constituted by a permanent magnet or an electromagnet coil. The control is performed as described above.
[0178]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention having the above-described configuration, a part of the magnetic flux to be detected is attracted or rejected to the DC magnetic field generation unit, and the magnetic flux linked to the magnetic flux detection element is The magnetic flux is reduced to the extent that magnetic saturation does not occur in the magnetic flux detecting element, and the amount of magnetic flux falls within the range of magnetic flux to magnetomotive force due to linearity. Accordingly, although the detection output from the magnetic flux detection element is small in terms of level, an accurate value can be obtained for the detection output waveform as a change.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram for explaining a structure of an embodiment of a magnetic flux sensor according to the present invention.
FIG. 2 is a diagram for explaining a structure of an embodiment of a magnetic flux sensor according to the present invention.
FIG. 3 is a diagram for explaining a manufacturing method of the embodiment of the magnetic flux sensor according to the present invention.
FIG. 4 is a diagram for explaining a method of manufacturing the embodiment of the magnetic flux sensor according to the present invention.
FIG. 5 is a diagram for explaining a manufacturing method of the embodiment of the magnetic flux sensor according to the present invention.
FIG. 6 is a diagram for explaining a manufacturing method of the embodiment of the magnetic flux sensor according to the present invention.
FIG. 7 is a diagram used to explain a magnetic flux detection method according to an embodiment of the magnetic flux sensor according to the present invention.
FIG. 8 is a diagram for explaining a magnetic flux detection method according to an embodiment of the magnetic flux sensor according to the present invention.
FIG. 9 is a diagram showing a characteristic diagram of the embodiment of the magnetic flux sensor according to the present invention.
FIG. 10 is a diagram for explaining a magnetic flux detection output waveform of the embodiment of the magnetic flux sensor according to the present invention.
FIG. 11 is a diagram showing another embodiment of the magnetic flux sensor according to the present invention.
FIG. 12 is a diagram for describing an embodiment of a current detection device according to the present invention.
FIG. 13 is a diagram for explaining a detection principle of an embodiment of a current detection method according to the present invention.
FIG. 14 is a diagram for explaining a detection principle of an embodiment of a current detection method according to the present invention.
FIG. 15 is a diagram for explaining a detection principle of an embodiment of a current detection method according to the present invention.
FIG. 16 is a diagram for explaining a detection principle of an embodiment of a current detection method according to the present invention.
FIG. 17 is a diagram for explaining a detection principle of an embodiment of a current detection method according to the present invention.
FIG. 18 is a diagram for explaining a detection principle of an embodiment of a current detection method according to the present invention.
FIG. 19 is a diagram for explaining a detection principle of an embodiment of a current detection method according to the present invention.
FIG. 20 is a diagram showing an example of an output waveform of the magnetic flux sensor in the embodiment of the current detection method according to the present invention.
FIG. 21 is a spectrum diagram of an output signal of a magnetic flux sensor in a current detection method according to an embodiment of the present invention.
FIG. 22 is a spectrum diagram of an output signal of the magnetic flux sensor in the embodiment of the current detection method according to the present invention.
FIG. 23 is a spectrum diagram of an output signal of the magnetic flux sensor in the embodiment of the current detection method according to the present invention.
FIG. 24 is a spectrum diagram for explaining an output signal of the magnetic flux sensor in the embodiment of the current detection method according to the present invention.
FIG. 25 is a block diagram showing an embodiment of a current detection device according to the present invention.
FIG. 26 is a diagram illustrating an application example of an embodiment of a current detection device according to the present invention.
FIG. 27 is a diagram for explaining another embodiment of the current detection device according to the present invention.
FIG. 28 is a diagram for explaining the principle of detecting a current value.
FIG. 29 is a diagram for explaining a conventional method of detecting a current value.
FIG. 30 is a view for explaining a conventional method for detecting a current value.
FIG. 31 is a diagram showing characteristics of a general magnetic flux sensor.
FIG. 32 is a diagram for explaining an output waveform of a conventional magnetic flux sensor.
[Explanation of symbols]
10 Magnetic flux sensor
11 sheet magnetic material
14 coils
15, 16 insulation layer
17 Electric field shield layer
18 permanent magnet
19 Magnetic shield layer
21 Adhesive layer
22 Substrate layer
35 Electromagnetic coil
51 Distance correction amplifier circuit
52 Amplification circuit for frequency correction
53 Current value calculation circuit

Claims

A method for obtaining a signal corresponding to a magnetic flux to be detected by using a magnetic flux detection element that obtains a signal corresponding to a magnetic flux linking,
A magnetic flux detecting method, wherein a DC magnetic field for preventing a part of the magnetic flux to be detected from interlinking with the magnetic flux detecting element is applied near the magnetic flux detecting element.

A magnetic flux detecting element for obtaining a signal corresponding to the interlinking magnetic flux,
DC magnetic field generating means for applying a DC magnetic field for preventing a part of the magnetic flux to be detected from interlinking with the magnetic flux detecting element, in the vicinity of the magnetic flux detecting element,
A magnetic flux detection device comprising:

The magnetic flux detection device according to claim 2,
The magnetic flux detector according to claim 1, wherein the DC magnetic field generating means comprises a permanent magnet.

The magnetic flux detection device according to claim 2,
The magnetic flux detector according to claim 1, wherein the DC magnetic field generating means comprises an electromagnet coil.

A method of arranging a magnetic flux sensor including a coil in such a manner that a magnetic flux to be detected passes through the coil, and obtaining a signal corresponding to the magnetic flux to be detected from the coil of the magnetic flux sensor, ,
A magnetic flux detection method comprising applying a DC magnetic field having a component in a direction orthogonal to a winding surface of the coil.

The magnetic flux detection method according to claim 5,
The method according to claim 1, wherein the DC magnetic field is generated by a permanent magnet.

The magnetic flux detection method according to claim 5,
The method according to claim 1, wherein the DC magnetic field is generated by an electromagnet.

A magnetic flux sensor having a coil is arranged in such a manner that a magnetic flux path generated around a position where a current to be detected flows is passed through the coil, and from the coil of the magnetic flux sensor, according to the current to be detected. A current detection method for obtaining a
A current detection method comprising applying a DC magnetic field having a component in a direction orthogonal to a winding surface of the coil.

The current detection method according to claim 8,
The magnetic flux sensor is a magnetic flux sensor in which a coil is formed such that a magnetic permeability is sufficiently high with respect to the magnetic permeability of air, and a flexible sheet-shaped magnetic material is used as a winding core.
In a state in which the sheet surface of the magnetic flux sensor is substantially parallel to the direction in which the current to be detected flows, and the magnetic flux path generated around the position where the current to be detected flows flows through the coil, A current detection method, comprising: arranging the magnetic flux sensor along at least a part of a magnetic flux path.

A coil wound around the magnetic core,
DC magnetic field generating means for applying a DC magnetic field having a component in a direction orthogonal to the winding surface of the coil,
And a magnetic flux detection device is provided, wherein the magnetic flux to be detected passes through the coil.

The magnetic flux detection device according to claim 10,
The magnetic flux detector according to claim 1, wherein the DC magnetic field generating means comprises a permanent magnet.

The magnetic flux detection device according to claim 10,
The magnetic flux detector according to claim 1, wherein said DC magnetic field generating means comprises an electromagnet.

A sheet-shaped magnetic body whose permeability is sufficiently higher than the permeability of air;
A coil wound around the sheet-shaped magnetic body as a core,
A sheet-like permanent magnet that is magnetized in the thickness direction and is provided so as to be laminated on the sheet-like magnetic body so as to apply a DC magnetic field in a direction perpendicular to the winding surface of the coil. When,
A magnetic flux sensor comprising:

A sheet-shaped magnetic body whose permeability is sufficiently higher than the permeability of air;
A first coil wound around the sheet-shaped magnetic body as a core,
A second coil that is wound in a planar shape and is arranged to be stacked on the sheet-shaped magnetic body so as to apply a DC magnetic field in a direction orthogonal to a winding surface of the first coil; Coils and
A magnetic flux sensor comprising:

A sheet-shaped magnetic material,
On one surface of the sheet-shaped magnetic body, a first plurality of linear wires are formed so as to be separated from each other from one side opposite to the other side of the sheet-shaped magnetic body. A conductor;
On the surface opposite to the one surface of the sheet-shaped magnetic body, from the one side facing the sheet-shaped magnetic body to the other side, formed in a state separated from each other, and Each of the first plurality of linear conductors is electrically connected in the vicinity of the one side and the other side to form a coil having the sheet-shaped magnetic body as a winding core. A second plurality of linear conductors;
A first insulating film provided on one surface side of the sheet-shaped magnetic body so as to cover the first plurality of linear conductors;
A second insulating film provided on a surface of the sheet-shaped magnetic body opposite to the one surface so as to cover the second plurality of linear conductors;
One of the first insulating film or the second insulating film or the like, so as to be magnetized in the thickness direction and apply a DC magnetic field having a component in a direction perpendicular to the winding surface of the coil. A sheet-like permanent magnet laminated on both,
A magnetic flux sensor comprising:

A sheet-shaped magnetic material,
On one surface of the sheet-shaped magnetic body, a first plurality of linear wires are formed so as to be separated from each other from one side opposite to the other side of the sheet-shaped magnetic body. A conductor;
On the surface opposite to the one surface of the sheet-shaped magnetic body, from the one side facing the sheet-shaped magnetic body to the other side, formed in a state separated from each other, and Each of the first plurality of linear conductors is electrically connected in the vicinity of the one side and the other side to form a first coil having the sheet-shaped magnetic body as a core. A second plurality of linear conductors,
A first insulating film provided on one surface side of the sheet-shaped magnetic body so as to cover the first plurality of linear conductors;
A second insulating film provided on a surface of the sheet-shaped magnetic body opposite to the one surface so as to cover the second plurality of linear conductors;
Either the first insulating film or the second insulating film to apply a DC magnetic field wound in a planar shape and having a component in a direction orthogonal to the winding surface of the first coil. Or a second coil arranged to be stacked on both;
A magnetic flux sensor comprising:

A coil wound around the magnetic core,
DC magnetic field generating means for applying a DC magnetic field in a direction orthogonal to the winding surface of the coil,
A current value calculation circuit that calculates a value of the current to be detected based on a signal obtained from the coil;
With
A magnetic flux path generated around the position where the current to be detected flows is arranged in such a manner as to pass through the coil,
The current detection device, wherein the current value calculation circuit corrects an output signal from the coil and calculates a current value in accordance with the strength of a magnetic field generated by the DC magnetic field generation means.

The current detection device according to claim 17,
The coil is wound with a flexible sheet-shaped magnetic material as the magnetic material core, whose magnetic permeability is sufficiently high with respect to the magnetic permeability of air,
In a state in which the sheet surface of the sheet-shaped magnetic body is substantially parallel to the direction in which the current to be detected flows, and a magnetic flux path generated around the position where the current to be detected flows is passed through the coil. And a current detecting device arranged along at least a part of the magnetic flux path.