JP2005049185A

JP2005049185A - 電流センサのシールド構造

Info

Publication number: JP2005049185A
Application number: JP2003280562A
Authority: JP
Inventors: Yuji Matsuzoe; 雄二松添
Original assignee: Fuji Electric Holdings Ltd
Current assignee: Fuji Electric Co Ltd
Priority date: 2003-07-28
Filing date: 2003-07-28
Publication date: 2005-02-24

Abstract

【課題】外部ノイズのシールドと隣相シールドとの双方を、低コストにて実現可能とする。
【解決手段】磁気インピーダンス素子，検出回路および演算回路からなり、プリント基板２５上に電線２２ａ，２２ｂ，２２ｃの数に対応して搭載される電流センサ１４ａ，１４ｂ，１４ｃを２枚の磁気シールド板３１，３２で挟み込むとともに、電線２２ａ，２２ｂ，２２ｃ側に配置される磁気シールド板３２には磁界検出用に穴３３ａ，３３ｂ，３３ｃを設けることにより、シールドのための部品点数を少なくし低コスト化を図る。
【選択図】図２

Description

この発明は電流センサ、特に機器を過電流から保護するために用いて好適な電流センサの、外部ノイズによる外部シールドや２相以上の電線間の相互干渉を防ぐ隣相シールドに関する。

従来、電流センサとしてはホール素子や磁気抵抗素子を用いたものが知られているが、最近はこれらよりも高感度なものとして例えば、比嘉外５名「パルス電流励磁によるスパッタ薄膜マイクロＭＩセンサ」日本応用磁気学会誌，Ｖｏｌ．２１，Ｎｏ．４−２，１９９７年に示されるようなＭａｇｎｅｔｏ−Ｉｍｐｅｄａｎｃｅ（ＭＩ：磁気インピーダンス）効果を利用した磁気インピーダンス素子（単にＭＩ素子ともいう）が出現している。

図４に従来のＭＩ素子を用いた電流計測例を示す。
図示のように、測定対象となる電線４から所定距離ｒ₀だけ離れた位置に、ＭＩ素子３を配置する。ＭＩ素子３はガラス基板２と、ガラス基板２上に搭載された磁性膜１とからなる。
図５にＭＩ素子の周辺回路例を示す。ＭＩ素子３に発振器１１から正弦波またはパルス波信号を印加すると、図４の電線４の電流によって発生する磁界により変化するインピーダンスに比例して、次の（１）式のような出力Ｓを得ることができる。なお、図５の符号１２は整流回路を示す。

Ｓ＝α×（Ｉ／ｒ₀） …（１）
ここに、αは定数、Ｉは電線４に流れる電流、ｒ₀は電線４とＭＩ素子３との距離を示す。

このようなＭＩ素子を用いた電流センサにより、例えばサーマルリレー等の３相間の電流測定をする場合は、図６のように電線２２ａ〜２２ｃの３本に対し、３つの電流センサ１４ａ〜１４ｃにより磁界を検出し、各相の電流を求めるようにしている。
ところで、上記のような電流センサは感度が非常に高いため、電流センサを搭載した機器（例えば、サーマルリレー等）の外部の大電流によって発生する磁界の影響、すなわち外部ノイズを除去するため、図示のように外部シールド２１を施すのが一般的である。

また、３相の電流が流れるため、電線２２ａ，２２ｂ，２２ｃ間から発生する磁界の影響を除去するため、図７のような隣相シールド２３ａ，２３ｂ，２３ｃが設けられ、これにより、例えば電線２２ａから発生する磁界は電流センサ１４ａのみの出力信号とし、電流センサ１４ｂや１４ｃには影響を与えないようにしている。
こうして、サーマルリレー等の外部で発生した磁界の影響は外部シールドで除去することが可能となり、一方、各電線間で発生する磁界の影響は隣相シールドで除去することが可能となる。なお、主として外部ノイズを除去するために特許文献１のように、２重シールド構成にするものもある。

特開２００１−２８１２７０号公報（第４頁、図２）

しかし、従来の隣相シールドは曲げ加工が各相毎に必要となる。また、外部シールドは隣相シールドおよび電流センサ（ＭＩ素子部）を覆い囲う必要があり、シールド構造によるコストアップという問題がある。
したがって、この発明の課題は、低コストに外部シールドおよび隣相シールドを実現することにある。

このような課題を解決するために、請求項１の発明では、導電線から導電線の垂直方向に所定の距離だけ離れた位置に配置される磁気インピーダンス素子と、この磁気インピーダンス素子に接続され前記導電線から発生する磁界に応じた検出信号を出力する検出回路と、この検出回路からの信号を処理する演算回路とを備えた少なくとも１つの電流センサに対し、この電流センサを挟むように第１，第２の磁気シールドを配置したことを特徴とする。

上記請求項１の発明においては、前記第１，第２の磁気シールドのうち、前記導電線側に配置される磁気シールドの導電線と対応する位置に穴を形成することができる（請求項２の発明）。また、この請求項２の発明においては、前記電流センサおよび穴は２つ以上とすることができ（請求項３の発明）、さらに、請求項２または３の発明においては、前記導電線側に配置される磁気シールドと対向するように、第３の磁気シールドを設けることができる（請求項４の発明）。

この発明によれば、電流検出用穴を設けた磁気シールド板と、もう１枚の磁気シールド板とにより、ＭＩ素子を用いた電流センサを挟み込む構造としたことで、外部シールドと隣相シールドの双方の影響を除去することができ、低コスト化を実現できる。

図１はこの発明の第１の実施の形態を示す構成図である。
すなわち、図１（ａ）のように、プリント基板２５に搭載され、電線２２ａ〜２２ｃに対応する電流センサ１４ａ〜１４ｃが、図１（ｂ）のように、磁気シールドである磁気シールド板３１，３２によって挟まれて構成されている。各電流センサ１４ａ〜１４ｃは、プリント基板２５上で互いにできるだけ離れた位置に配置することが望ましい。

磁気シールド板３１，３２のうち、測定対象となる電線２２ａ〜２２ｃ側にある磁気シールド板３２には、図２に示すように穴３３ａ，３３ｂ，３３ｃが形成され、この穴を通して電流または磁界が計測されるようになっている。なお、測定対象となる電線２２ａ〜２２ｃが磁気シールド板３１側にある場合は、磁気シールド板３１に穴が形成されることは言うまでも無い。このように、電流センサ１４ａ，１４ｂ，１４ｃはそれぞれに対応する穴３３ａ，３３ｂ，３３ｃからの磁界または電流のみを検出するため、各隣相間の影響を除去することが可能となる。また、外部ノイズの影響は、磁気シールド板３１，３２によって除去することができる。

図３に別の実施の形態を示す。
図１（図２）のシールド構造では、穴３３ａ，３３ｂ，３３ｃにより外部ノイズの影響が多少あることが考えられる。そこで、この影響を除去して高精度化するためには、図３のように磁気シールド板３２と新たな磁気シールド板３３により、電線２２ａ〜２２ｃを囲う構造とする。こうすることで、穴から入射する外部ノイズの影響を除去することが可能となる。

この発明の第１の実施の形態説明図図１をより詳細に説明するための構造図この発明の第２の実施の形態を示す構成図ＭＩ素子を用いた電流センサの従来例を示す構成図図４の電流センサ周辺回路図外部シールドの従来例の説明図従来の隣相シールドおよび外部シールドの説明図

符号の説明

１４ａ，１４ｂ，１４ｃ…電流センサ、２２ａ，２２ｂ，２２ｃ…電線、２５…プリント基板、３１，３２，３３…磁気シールド、３３ａ，３３ｂ，３３ｃ…穴。

Claims

導電線から導電線の垂直方向に所定の距離だけ離れた位置に配置される磁気インピーダンス素子と、この磁気インピーダンス素子に接続され前記導電線から発生する磁界に応じた検出信号を出力する検出回路と、この検出回路からの信号を処理する演算回路とを備えた少なくとも１つの電流センサに対し、この電流センサを挟むように第１，第２の磁気シールドを配置したことを特徴とする電流センサのシールド構造。
前記第１，第２の磁気シールドのうち、前記導電線側に配置される磁気シールドの導電線と対応する位置に穴を形成したことを特徴とする請求項１に記載の電流センサのシールド構造。
前記電流センサおよび穴は２つ以上であることを特徴とする請求項２に記載の電流センサのシールド構造。
前記導電線側に配置される磁気シールドと対向するように、第３の磁気シールドを設けたことを特徴とする請求項２または３に記載の電流センサのシールド構造。