JP2010175276A - Magnetic proportion system current sensor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、例えばハイブリッドカーや電気自動車のバッテリー電流やモータ駆動電流を測定する電流センサに関し、特に、異常検出信号を出力する機能を有する磁気比例式電流センサに関する。 The present invention relates to a current sensor for measuring, for example, a battery current and a motor driving current of a hybrid car or an electric vehicle, and more particularly to a magnetic proportional current sensor having a function of outputting an abnormality detection signal.
ホール素子等の磁気検出素子を用いてバスバーに流れる電流(被測定電流)を非接触状態で検出する電流センサとして、磁気比例式のものが従来から知られている。磁気比例式電流センサは、図9に例示のように、ギャップGを有するリング状の磁気コア820(高透磁率で残留磁気が少ない珪素鋼板やパーマロイコア等)と、ギャップGに配置されたホール素子816(磁気検出素子の例示)とを有する。磁気コア820は、被測定電流Iinの流れるバスバー810が貫通する配置である。したがって、被測定電流IinによってギャップG内に磁界が発生し、これがホール素子816の感磁面に印加される。磁界の強さは被測定電流Iinに比例するので、ホール素子816の出力電圧から被測定電流Iinが求められる。 2. Description of the Related Art Conventionally, a magnetic proportional sensor is known as a current sensor that detects a current (current to be measured) flowing through a bus bar in a non-contact state using a magnetic detection element such as a Hall element. As illustrated in FIG. 9, the magnetic proportional current sensor includes a ring-shaped magnetic core 820 having a gap G (such as a silicon steel plate or a permalloy core with high permeability and low residual magnetism), and a hole disposed in the gap G. And an element 816 (an example of a magnetic detection element). The magnetic core 820 is arranged so that the bus bar 810 through which the measured current I in flows. Therefore, a magnetic field is generated in the gap G by the current I in to be measured, and this is applied to the magnetosensitive surface of the Hall element 816. Since the intensity of the magnetic field is proportional to the measured current I in, the measured current I in is determined from the output voltage of the Hall element 816.
ところで、ハイブリッドカーやEV(電気自動車)に用いられる電流センサにおいて故障が発生すると、例えば「インバータ電流モニタ用電流センサ」の場合、モータ制御が不安定となったり、スイッチング素子であるIGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)を最悪、破壊してしまうこともあり得る。このような問題から、電流センサの故障を適切に検出することは重要といえる。以下、電流センサの故障検出に関する公知文献について説明する。 By the way, when a failure occurs in a current sensor used in a hybrid car or an EV (electric vehicle), for example, in the case of an “inverter current monitoring current sensor”, motor control becomes unstable or an IGBT (Insulated Gate) which is a switching element. Bipolar Transistor) can be destroyed in the worst case. From such a problem, it can be said that it is important to appropriately detect a failure of the current sensor. Hereinafter, known literature relating to current sensor failure detection will be described.
下記特許文献1は、故障時に「異常信号」を出力して上位システムから故障判別を可能とすることでシステムのフェールセーフ性を向上させた電流検出器を開示している。この電流検出器は、磁性体コアのギャップに2つ以上の感磁素子を配置し、それぞれの感磁素子に対して独立した信号処理回路を備え、それら信号処理回路からの出力のずれが設定範囲を超えたときに電流検出器が故障したと判別するように構成されている。 The following Patent Document 1 discloses a current detector that improves the fail-safety of the system by outputting an “abnormal signal” at the time of failure and enabling failure determination from a host system. This current detector has two or more magnetosensitive elements arranged in the gap of the magnetic core, and has an independent signal processing circuit for each magnetosensitive element, and the deviation of the output from these signal processing circuits is set It is configured to determine that the current detector has failed when the range is exceeded.
下記特許文献2は、車両走行中にセンサ故障が発生しても運転快適性をできるだけ維持して走行させることができるインバータ装置の提供を課題とし、このインバータ装置で用いられる電流検知部は、例えばV相とW相の各電流を二重に検知するためにV相とW相の各々に2つの電流センサ(241A・241B,242A・242B)を含んでいる。そして、電流センサ241A,241Bの出力同士を比較し、かつ電流センサ242A,242Bの出力同士も比較し、センサに故障が発生していないかを監視している。
The following
下記特許文献3は、故障検出に関するものではないが、回周状コアをU字状コアと棒状コアとに分割することで製造工程を簡略化でき、コスト低減を図ることができるとしている。 Although the following Patent Document 3 is not related to failure detection, the manufacturing process can be simplified and the cost can be reduced by dividing the circular core into a U-shaped core and a rod-shaped core.
上記特許文献1及び2の技術はいずれも、1つの被測定電流に対してホール素子等の磁気検出素子を2つ以上設ける必要がありコスト高になりやすいという問題がある。上記特許文献3の技術は、そのような問題を解決できるものではない。
Both of the techniques of
本発明はこうした状況を認識してなされたものであり、その目的は、1つの被測定電流に対して磁気検出素子を2つ以上設けなくても故障時に異常検出信号を出力する機能を実現し、1つの被測定電流に対して磁気検出素子を2つ以上設ける場合と比較して低コスト化を図ることの可能な磁気比例式電流センサを提供することにある。 The present invention has been made in recognition of such a situation, and the object thereof is to realize a function of outputting an abnormality detection signal at the time of failure without providing two or more magnetic detection elements for one current to be measured. An object of the present invention is to provide a magnetic proportional current sensor capable of reducing the cost as compared with the case where two or more magnetic detection elements are provided for one current to be measured.
本発明のある態様は、磁気比例式電流センサである。この磁気比例式電流センサは、
被測定電流によって発生する磁界が印加される磁気検出素子を有する第1の電流検出部と、
前記被測定電流によって発生する磁界と交わって誘起電圧を発生するコイルを有する第2の電流検出部と、
前記第1の電流検出部の第1の出力電圧と前記第2の電流検出部の第2出力電圧とが入力され、前記第1及び第2の出力電圧の差が所定値以内にあるか否かで異なるレベルの異常検出信号を出力する異常検出回路とを備える。
One embodiment of the present invention is a magnetic proportional current sensor. This magnetic proportional current sensor
A first current detection unit having a magnetic detection element to which a magnetic field generated by a current to be measured is applied;
A second current detector having a coil that generates an induced voltage in crossing with a magnetic field generated by the current to be measured;
Whether the first output voltage of the first current detection unit and the second output voltage of the second current detection unit are input, and the difference between the first and second output voltages is within a predetermined value. And an abnormality detection circuit that outputs abnormality detection signals of different levels.
ある態様の磁気比例式電流センサにおいて、
前記被測定電流の経路を囲む、ギャップ部を有するリング状磁気コアをさらに備え、
前記リング状磁気コアの前記ギャップ部に前記磁気検出素子が位置してもよい。
In an aspect of the magnetic proportional current sensor,
A ring-shaped magnetic core having a gap portion surrounding the path of the current to be measured;
The magnetic detection element may be positioned in the gap portion of the ring-shaped magnetic core.
この場合、前記コイルは、前記リング状磁気コアの少なくとも一部が内側を貫くように、又は前記リング状磁気コアの前記ギャップ部が内側に存在するように配置されているとよい。 In this case, the coil may be arranged such that at least a part of the ring-shaped magnetic core passes through the inside, or the gap portion of the ring-shaped magnetic core exists inside.
また、前記リング状磁気コアの前記ギャップ部に挿入配置されたプリント基板をさらに備え、前記プリント基板のうち前記ギャップ部を通る部分に前記磁気検出素子が実装されているとよい。 The printed circuit board may further include a printed board inserted into the gap portion of the ring-shaped magnetic core, and the magnetic detection element may be mounted on a portion of the printed board passing through the gap portion.
さらに、前記プリント基板は前記ギャップ部を通る部分の少なくとも一部が開口となっていて、前記磁気検出素子は前記開口に落とし込んで実装されているとよい。 Further, it is preferable that at least a part of the printed board has an opening passing through the gap portion, and the magnetic detection element is mounted by being dropped into the opening.
さらに、前記コイルは前記リング状磁気コアの前記ギャップ部が内側に存在するように前記プリント基板に実装され、前記コイルの内側に板状ないし棒状コアが設けられているとよい。 Furthermore, the coil may be mounted on the printed circuit board so that the gap portion of the ring-shaped magnetic core exists inside, and a plate-like or rod-like core may be provided inside the coil.
あるいは、前記コイルはボビンに巻線を施したものであって前記リング状磁気コアの前記ギャップ部が内側に存在するように配置され、前記磁気検出素子は前記ボビンに一体形成され、前記コイルの巻線端末と前記磁気検出素子の端子とが前記ボビンの有するピンに電気的に接続され、前記ピンがプリント基板の貫通孔に挿通されているとよい。 Alternatively, the coil is obtained by winding a bobbin, and is arranged so that the gap portion of the ring-shaped magnetic core exists inside. The magnetic detection element is integrally formed on the bobbin, It is preferable that a winding terminal and a terminal of the magnetic detection element are electrically connected to a pin of the bobbin, and the pin is inserted into a through hole of the printed board.
ある態様の磁気比例式電流センサにおいて、前記コイルの発生する前記誘起電圧の低周波領域における周波数特性を補償する周波数特性補償手段をさらに備えるとよい。 The magnetic proportional current sensor according to an aspect may further include a frequency characteristic compensation unit that compensates a frequency characteristic in a low frequency region of the induced voltage generated by the coil.
この場合、前記周波数特性補償手段は前記誘起電圧を増幅して前記異常検出回路に出力する増幅器であり、この増幅器は前記低周波領域において周波数が低くなるほど利得が大きくなる特性であるとよい。 In this case, the frequency characteristic compensation means is an amplifier that amplifies the induced voltage and outputs the amplified voltage to the abnormality detection circuit, and this amplifier may have a characteristic that the gain increases as the frequency decreases in the low frequency region.
あるいは、前記周波数特性補償手段は前記低周波領域における前記第2の出力電圧の周波数特性を記憶したメモリを有し、前記低周波領域における前記異常検出回路の前記所定値を前記メモリを参照して調節するものであるとよい。 Alternatively, the frequency characteristic compensation means has a memory storing a frequency characteristic of the second output voltage in the low frequency region, and refers to the memory with the predetermined value of the abnormality detection circuit in the low frequency region. It is good to adjust.
なお、以上の構成要素の任意の組合せ、本発明の表現を方法やシステムなどの間で変換したものもまた、本発明の態様として有効である。 It should be noted that any combination of the above-described constituent elements, and those obtained by converting the expression of the present invention between methods and systems are also effective as aspects of the present invention.
本発明の磁気比例式電流センサによれば、被測定電流によって発生する磁界が印加される磁気検出素子を有する第1の電流検出部の第1の出力電圧と、前記被測定電流によって発生する磁界と交わって誘起電圧を発生するコイルを有する第2の電流検出部の第2の出力電圧との差が所定値以内にあるか否かで異なるレベルの異常検出信号を出力する異常検出回路を有するので、正常状態と異常状態とを異常検出信号のレベルによって区別して出力することができる。したがって、1つの被測定電流に対して磁気検出素子を2つ以上設けなくても故障時に異常検出信号を出力する機能を実現することができる。ここで、磁気検出素子と比較してコイルは一般に安価であるため、1つの被測定電流に対して磁気検出素子を2つ以上設ける場合と比較して低コスト化を図ることが可能となる。 According to the magnetic proportional current sensor of the present invention, the first output voltage of the first current detector having the magnetic detection element to which the magnetic field generated by the measured current is applied, and the magnetic field generated by the measured current. And an abnormality detection circuit that outputs an abnormality detection signal of a different level depending on whether or not the difference from the second output voltage of the second current detection unit having a coil that generates an induced voltage crossing with the second output voltage is within a predetermined value. Therefore, the normal state and the abnormal state can be distinguished and output according to the level of the abnormality detection signal. Therefore, it is possible to realize a function of outputting an abnormality detection signal at the time of failure without providing two or more magnetic detection elements for one current to be measured. Here, since the coil is generally cheaper than the magnetic detection element, the cost can be reduced as compared with the case where two or more magnetic detection elements are provided for one current to be measured.
以下、図面を参照しながら本発明の好適な実施の形態を詳述する。なお、各図面に示される同一または同等の構成要素、部材等には同一の符号を付し、適宜重複した説明は省略する。また、実施の形態は発明を限定するものではなく例示であり、実施の形態に記述されるすべての特徴やその組み合わせは必ずしも発明の本質的なものであるとは限らない。 Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the same or equivalent component, member, etc. which are shown by each drawing, and the overlapping description is abbreviate | omitted suitably. In addition, the embodiments do not limit the invention but are exemplifications, and all features and combinations thereof described in the embodiments are not necessarily essential to the invention.
(第1の実施の形態)
図1は、本発明の第1の実施の形態に係る磁気比例式電流センサ100の原理的構成を示す模式図である。
(First embodiment)
FIG. 1 is a schematic diagram showing the basic configuration of a magnetic proportional
磁気比例式電流センサ100は、被測定電流Iin(交流)の経路としてのバスバー12と、リング状磁路を成すリング状磁気コア15と、磁気検出素子としてのホール素子25と、増幅回路としての差動増幅回路27と、コイル35と、増幅器37と、異常検出回路50とを備える。ホール素子25と差動増幅回路27とが第1の電流検出部を成し、コイル35と増幅器37とが第2の電流検出部を成している。
The magnetic proportional
ギャップ部Gを有する例えば方形のリング状磁気コア15(高透磁率で残留磁気が少ない珪素鋼板やパーマロイコア、アモルファス等からなる)がバスバー12を囲むように配置され、ギャップ部Gにホール素子25が位置し(配置され)、ギャップ部Gが内側に存在するようにコイル35が配置されている。リング状磁気コア15とコイル35とがカレントトランスを成す。なお、コイル35は空芯であってもよいし、板状ないし棒状コアを内側に設けたものであってもよい。コイル35が空芯である場合は、リング状磁気コア15の少なくとも一部がコイル35の内側を貫く構成としてもよい。
For example, a rectangular ring-shaped
ホール素子25の出力電圧は、差動増幅回路27によって増幅されてセンサ出力VO(第1の出力電圧)となるとともに異常検出回路50に出力される。コイル35は被測定電流(交流)によって発生する磁界と交わって負荷抵抗RLの両端に誘起電圧VLを発生し、この誘起電圧VLは必要に応じて増幅器37によって増幅されて異常検出回路50に出力される(第2の出力電圧)。異常検出回路50は、差動増幅回路27から入力されたセンサ出力VO(第1の出力電圧)と、増幅器37から入力された誘起電圧(第2の出力電圧:カレントトランス出力VCU)とを比較して、両者の差が所定値以内にあるか否かで異なるレベル(ハイ又はロー)の異常検出信号E(det)を出力する。なお、異常検出回路50は例えばECU(Electric Control Unit)内に構成される。
The output voltage of the
すなわち、本実施の形態の磁気比例式電流センサ100は、ホール素子25を用いた磁気比例式の原理に基づく電流検出結果(センサ出力VO)と、リング状磁気コア15及びコイル35が成すカレントトランスによる電流検出結果(カレントトランス出力VCU)とを比較して、双方の電流検出結果の差が所定値以内にあるか否かで異なるレベルの異常検出信号E(det)を出力するものである。異常検出信号E(det)は例えば、両者の差が所定値以内にある場合はハイレベル、両者の差が所定値以内にない場合はローレベルとなる。そして上位システムでは異常検出信号E(det)がローレベルとなったときに異常が発生したものと判断すればよい。以下、図2を参照して本実施の形態の回路構成をより詳細に説明する。
That is, the magnetic proportional
図2は、図1に示される磁気比例式電流センサ100の回路図である。本図に示される回路において、ホール素子25は等価的に4つの抵抗のブリッジ接続で表され、端子b,d間に例えば定電流回路29によって一定のホール素子駆動電流を流しておくことにより出力端子c,e間に印加磁界に比例した(換言すれば被測定電流Iinに比例した)電圧VHを得る構成としている。ホール素子25の出力端子c,eは差動増幅回路27の入力端子にそれぞれ接続され、差動増幅回路27の出力端子は異常検出回路50の入力端子に接続される。コイル35の一方の端子fは基準電圧端子(電圧Vref)に接続され、他方の端子aは増幅器37の入力端子に接続され、コイル35の端子a,f間に負荷抵抗RLが接続される。増幅器37の出力端子は異常検出回路50の入力端子に接続される。なお、本実施の形態では例示的に電源電圧をVCC=5Vとし、差動増幅回路27及びコイル35の基準電圧をVref=2.5Vとしている。
FIG. 2 is a circuit diagram of the magnetic proportional
図3(A)は、被測定電流Iin(瞬時値)とセンサ出力VOとの関係を示す特性図である。被測定電流Iinの−300A〜+300Aのレンジにおいてセンサ出力VOは0.5V〜4.5Vの直線的な特性となっている。 FIG. 3A is a characteristic diagram showing the relationship between the measured current I in (instantaneous value) and the sensor output V O. The sensor output V O has a linear characteristic of 0.5 V to 4.5 V in the range of −300 A to +300 A of the measured current I in .
同図(B)は、被測定電流Iinの例示的な波形図である。本図においては、被測定電流Iin(peak to peak)が600A(ケース1)、300A(ケース2)及び0A(ケース3)の正弦波である場合をそれぞれ例示している。 FIG (B) is an exemplary waveform diagram of the current to be measured I in. In this figure, the cases where the measured current I in (peak to peak) is a sine wave of 600 A (case 1), 300 A (case 2), and 0 A (case 3) are illustrated.
同図(C)は、被測定電流Iin(瞬時値)とカレントトランス出力VCUとの関係を示す特性図である。センサ出力VOと同様に、被測定電流Iinの−300A〜+300Aのレンジにおいてカレントトランス出力VCUは0.5V〜4.5Vの直線的な特性となっている。 FIG. 6C is a characteristic diagram showing the relationship between the measured current I in (instantaneous value) and the current transformer output V CU . Similar to the sensor output V O , the current transformer output V CU has a linear characteristic of 0.5 V to 4.5 V in the range of −300 A to +300 A of the measured current I in .
同図(D)は、センサ出力VOの例示的な波形図である。同図(E)は、カレントトランス出力VCUの例示的な波形図である。これらの図に示されるケース1〜3は、同図(B)のケース1〜3と対応している。すなわち、被測定電流Iin(peak to peak)が600A、300A及び0Aのとき、センサ出力VO(peak to peak)及びレントトランス出力VCU(peak to peak)はそれぞれ4V、2V及び0Vとなる。 FIG. 4D is an exemplary waveform diagram of the sensor output V O. FIG. 5E is an exemplary waveform diagram of the current transformer output VCU . Cases 1 to 3 shown in these drawings correspond to cases 1 to 3 in FIG. That is, when the measured current I in (peak to peak) is 600 A, 300 A, and 0 A, the sensor output V O (peak to peak) and the rent transformer output V CU (peak to peak) are 4 V, 2 V, and 0 V, respectively. .
図2に示される回路において、ホール素子25の出力電圧VH(出力端子c,e間の電圧)は差動増幅回路27によって増幅される。差動増幅回路27は例えば抵抗R1ないしR4及びオペアンプ128によって構成される。差動増幅回路27の出力電圧(センサ出力VO)はセンサ出力端子110から出力されるとともに、異常検出回路50の一方の入力となる。被測定電流Iin(交流)によって発生する磁界と交わってコイル35の発生する誘起電圧VL(端子a,f間の電圧)は増幅器37で増幅される。増幅器37の出力電圧(カレントトランス出力VCU)は異常検出回路50の他方の入力となる。すなわち、異常検出回路50の一方の入力はホール素子25による電流検出出力(センサ出力VO)であり、他方の入力はリング状磁気コア15及びコイル35が成すカレントトランスによる電流検出出力(カレントトランス出力VCU)である。
In the circuit shown in FIG. 2, the output voltage V H (voltage between the output terminals c and e) of the
増幅器やコンパレータ等にて構成される異常検出回路50は、入力された2つの電流検出出力(センサ出力VO及びカレントトランス出力VCU)を比較して、例えば、両電圧の差が所定値以内にあればハイレベル、所定値以内になければローレベルの異常検出信号E(det)を上位システムに出力する。上位システムは、入力された異常検出信号E(det)がローレベルであるとき、例えば警告ランプの点灯やディスプレイ表示によって操作者(運転手等)に修理工場へ行くことを促す等してもよい。なお、異常状態(異常検出信号E(det)が例えばローレベル)の原因としては、ホール素子25の破壊やコイル35の短絡(ショート)又は断線等が挙げられる。
The
本実施の形態によれば、被測定電流Iin(交流)によって発生する磁界が印加されるホール素子25の出力電圧VHを増幅する差動増幅回路27の出力電圧(第1の出力電圧:センサ出力VO)と、被測定電流Iin(交流)によって発生する磁界と交わるコイル35の発生する誘起電圧VLを増幅する増幅器37の出力電圧(第2の出力電圧:カレントトランス出力VCU)との差が所定値以内にあるか否かで異なるレベルの異常検出信号E(det)を出力する異常検出回路50を有するので、正常状態と異常状態とを異常検出信号E(det)のレベル(ハイ又はロー)によって区別して出力することができる。したがって、1つの被測定電流に対してホール素子を2つ以上設けなくても故障時に異常検出信号を出力する機能を実現することができる。ここで、ホール素子と比較してコイルは一般に安価であるため、2つ以上のホール素子を設ける場合と比較して低コスト化を図ることが可能となる。
According to the present embodiment, the output voltage (first output voltage: first output voltage) of the
(第2の実施の形態)
本実施の形態では、図1に示される第1の実施の形態の磁気比例式電流センサ100におけるホール素子25及びコイル35の取付け構造の具体例(その1)を説明する。
(Second embodiment)
In the present embodiment, a specific example (part 1) of the mounting structure of the
図4(A)は、本発明の第2の実施の形態に係る磁気比例式電流センサ200の要部拡大断面図である。同図(B)は、同図(A)のB-B'矢視図である。なお、同図(B)においてボビン131及び板状コア135は仮想線で示される。
FIG. 4A is an enlarged cross-sectional view of a main part of a magnetic proportional current sensor 200 according to the second embodiment of the present invention. FIG. 5B is a BB ′ arrow view of FIG. In FIG. 5B, the
本実施の形態の磁気比例式電流センサ200は、第1の実施の形態の磁気比例式電流センサ100の構成に加え、例えば不図示のケースに保持されてリング状磁気コア15のギャップ部Gに挿入配置されたプリント基板17をさらに備える。そしてホール素子25(表面実装タイプ)がプリント基板17のうちギャップ部Gを通る部分に例えばマウンタにより表面実装(マウント)され、例えばボビン131(樹脂成形体)に巻線139を施してなるコイル35はギャップ部Gが内側に存在するようにプリント基板17に例えばマウンタにより表面実装(マウント)されている。コイル35の内側には板状(ないし棒状)コア135が設けられている。なお、好ましくはプリント基板17はギャップ部Gを通る部分の少なくとも一部が開口19となっていて、開口19にホール素子25が落とし込んで表面実装されているとよい。
In addition to the configuration of the magnetic proportional
本実施の形態によれば、第1の実施の形態の効果に加え、同一のプリント基板17にホール素子25及びコイル35を実装しているため、リング状磁気コア15に対するホール素子25及びコイル35の配置が容易となる。また、プリント基板17に開口19を設けて開口19にホール素子25が落とし込んで表面実装する場合、ホール素子25がプリント基板17上に出っぱる量を減らすことができ、ホール素子25及びコイル35を実装したプリント基板17をより長さの短いギャップ部Gに挿入配置することができる。このため、ギャップ部Gの長さを短くすることで感度及びノイズ耐性が向上し、高精度の電流検出が可能となる。
According to the present embodiment, in addition to the effects of the first embodiment, since the
(第3の実施の形態)
本実施の形態では、図1に示される第1の実施の形態の磁気比例式電流センサ100におけるホール素子25及びコイル35の取付け構造の具体例(その2)を説明する。
(Third embodiment)
In the present embodiment, a specific example (part 2) of the mounting structure of the
図5(A)は、本発明の第3の実施の形態に係る磁気比例式電流センサ300の要部拡大断面図である。同図(B)は、同図(A)のB-B'断面図である。なお、同図(B)においてボビン131は仮想線で示される。
FIG. 5A is an enlarged cross-sectional view of a main part of a magnetic proportional
本実施の形態の磁気比例式電流センサ300は、第1の実施の形態の磁気比例式電流センサ100の構成に加え、例えば不図示のケースに保持されてリング状磁気コア15のギャップ部Gの外側の所定位置に配置されたプリント基板17をさらに備える。コイル35はボビン131に巻線139を施してなり、ホール素子25(例えばベアチップ状態)はボビン131に一体に樹脂成形されてコイル35の内側に位置する。
In addition to the configuration of the magnetic proportional
コイル35の巻線139の両端末はそれぞれボビン131のピンa,f(図2の端子a,fと対応)に電気的に接続され、ホール素子25の4つの端子はボビン131のピンb〜e(図2の端子b〜eと対応)に電気的に接続される。電気的な接続は、例えば絡げて半田付けすることによって為される。ボビン131のピンa〜fはプリント基板17の貫通孔に挿通され、この状態でコイル35の内側にリング状磁気コア15のギャップ部Gが存在する。ホール素子25はギャップ部Gに位置する。
Both ends of the winding 139 of the
本実施の形態では、ホール素子25をコイル35のボビン131に一体成形してボビン131にピンa〜fをインサートし、それらを1つの部品として単純化し、巻線139を施している。したがって、第1の実施の形態の効果に加え、コイル35及びホール素子25をプリント基板17に実装する際の作業性が良くなる。また、ホール素子25がコイル35の巻軸方向の長さ範囲内に収まっているので、ホール素子25及びコイル35をより長さの短いギャップ部Gに挿入配置することができる。このため、ギャップ部Gの長さを短くすることで感度及びノイズ耐性が向上し、高精度の電流検出が可能となる。
In the present embodiment, the
(第4の実施の形態)
本実施の形態では、図2に示される第1の実施の形態におけるカレントトランスを成すコイル35が発生する誘起電圧VLの低周波領域における周波数特性を補償する周波数特性補償手段について説明する。
(Fourth embodiment)
In the present embodiment, frequency characteristic compensation means for compensating the frequency characteristic in the low frequency region of the induced voltage V L generated by the
図6は、被測定電流Iinの周波数と、図2の差動増幅回路27の出力電圧(センサ出力VO:ホール素子25による電流検出出力)及び増幅器37の出力電圧(カレントトランス出力VCU:コイル35による電流検出出力)の誤差との関係を示す周波数特性図である。本図に示されるように、ホール素子25による電流検出出力(センサ出力VO)は周波数によらず誤差がほとんどない特性となっている一方、カレントトランスを成すコイル35による電流検出出力(カレントトランス出力VCU)は100Hz以上の周波数では誤差がほとんどないものの100Hz以下の周波数では周波数が低下するほど誤差が増大している。なお、誤差が増大し始める周波数はコイルの構成によって異なり、上記の100Hzはあくまで例示である。
6 shows the frequency of the current I in to be measured, the output voltage of the
本実施の形態では、100Hz以下の低周波領域におけるカレントトランス出力VCUの周波数特性を補償する周波数特性補償手段を設け、前記低周波領域において異常検出回路50が故障を誤検出することを防止する。以下、周波数特性補償手段を2つ例示する。
In the present embodiment, a frequency characteristic compensation means for compensating the frequency characteristic of the current transformer output V CU in a low frequency region of 100 Hz or less is provided to prevent the
周波数特性補償手段の1つ目は、カレントトランスを成すコイル35の発生する誘起電圧VLを増幅する増幅器37として前記低周波領域において周波数が低くなるほど利得が大きくなる特性を有するものを用いることで実現される。すなわち、前記低周波領域におけるコイル35の誘起電圧VLの低下を増幅器37の利得の増大で相殺することで、周波数特性を補償する。
The first frequency characteristic compensation means uses an
周波数特性補償手段の2つ目は、図7にブロック図で示すように、カレントトランス出力VCU(カレントトランスを成すコイル35の発生する誘起電圧)の前記低周波領域における周波数特性(EX.誤差:理想値からのずれ)を予めメモリ57に記憶させておき、前記低周波領域における異常検出回路50の前記所定値(異常検出信号E(det)のレベルが切り替わる値)をメモリ57を参照して調節する(例えば周波数が低くなるほど大きくする)ことで実現される。すなわち、前記低周波領域におけるコイル35の誘起電圧VLの低下に併せて異常検出回路50の前記所定値を調節(増大)することで、周波数特性を補償する。なお、メモリ57は、差動増幅回路27の出力電圧(センサ出力VO:ホール素子25による電流検出出力)の前記低周波領域における周波数特性も必要に応じて記憶してもよい。
As shown in the block diagram of FIG. 7, the second frequency characteristic compensation means is a frequency characteristic (EX. Error in the low frequency region) of the current transformer output V CU (induced voltage generated by the
以上、実施の形態を例に本発明を説明したが、実施の形態の各構成要素には請求項に記載の範囲で種々の変形が可能であることは当業者に理解されるところである。以下、変形例について触れる。 The present invention has been described above by taking the embodiment as an example. However, it will be understood by those skilled in the art that various modifications can be made to each component of the embodiment within the scope of the claims. Hereinafter, modifications will be described.
実施の形態では磁気比例式電流センサがリング状磁気コア15を有する構成である場合を説明したが、変形例ではリング状磁気コア15を有さないコアレスタイプの磁気比例式電流センサとしてもよい。あるいは、図8に示すように、リング状磁気コア15に替えて直線状の磁気ヨーク28をホール素子25の前面及び背面(又はいずれか一方)に設けてもよい。この場合、コイル35は、巻線32を施したボビン26の内側に磁気ヨーク28が位置したものであってもよい。なお、コイル35は図8に示すようにホール素子25の前面及び背面の双方に設けられて直列接続されてもよく、あるいはホール素子25の前面又は背面のいずれかのみに設けられてもよい。図8に示す変形例は、被測定電流Iinの経路を成す平板形状(例えば銅板)のバスバー12の主面上にカレントトランスを成すコイル35を2つ配置して直列接続し、2つのコイル35の間にホール素子25を配置したバスバー一体型の構成である。
In the embodiment, the case where the magnetic proportional current sensor has a configuration including the ring-shaped
実施の形態ではコイル35の発生する誘起電圧VLを増幅器37で増幅してカレントトランス出力VCUとして異常検出回路50に入力する場合を説明したが、変形例では増幅器37を設けずに誘起電圧VLを異常検出回路50に直接カレントトランス出力VCUとして入力してもよい。すなわち増幅器37は、カレントトランス出力VCUのゲイン及びセンサ出力VOのゲインをマッチングさせたい場合に有効であるが、そのような必要がない場合は省略してもよい。
In the embodiment, the case where the induced voltage V L generated by the
実施の形態では被測定電流が1つである場合を説明したが、変形例では被測定電流を2つ以上としてもよい。被測定電流が三相交流電流である場合、実施の形態に示す構成の電流センサで例えばV相とW相の2相の電流をモニタし、U相電流値はV相とW相の測定値から算出してもよい。 Although the case where the number of measured currents is one has been described in the embodiment, in the modified example, the number of measured currents may be two or more. When the current to be measured is a three-phase alternating current, for example, the current of the V phase and the W phase is monitored by the current sensor having the configuration shown in the embodiment, and the U phase current value is a measured value of the V phase and the W phase It may be calculated from
実施の形態では磁気比例式電流センサを単電源駆動としたが、変形例では両電源駆動としてもよい。 In the embodiment, the magnetic proportional current sensor is driven by a single power source. However, in a modification, it may be driven by a dual power source.
12 バスバー
15 リング状磁気コア
25 ホール素子
27 差動増幅回路
29 定電流回路
35 コイル
37 増幅器
50 異常検出回路
100 磁気比例式電流センサ
110 センサ出力端子
131 ボビン
135 板状コア
139 巻線
12
Claims (10)
前記被測定電流によって発生する磁界と交わって誘起電圧を発生するコイルを有する第2の電流検出部と、
前記第1の電流検出部の第1の出力電圧と前記第2の電流検出部の第2出力電圧とが入力され、前記第1及び第2の出力電圧の差が所定値以内にあるか否かで異なるレベルの異常検出信号を出力する異常検出回路とを備える、磁気比例式電流センサ。 A first current detection unit having a magnetic detection element to which a magnetic field generated by a current to be measured is applied;
A second current detector having a coil that generates an induced voltage in crossing with a magnetic field generated by the current to be measured;
Whether the first output voltage of the first current detection unit and the second output voltage of the second current detection unit are input, and the difference between the first and second output voltages is within a predetermined value. A magnetic proportional current sensor comprising an abnormality detection circuit that outputs abnormality detection signals at different levels.
前記被測定電流の経路を囲む、ギャップ部を有するリング状磁気コアをさらに備え、
前記リング状磁気コアの前記ギャップ部に前記磁気検出素子が位置する、磁気比例式電流センサ。 The magnetic proportional current sensor according to claim 1,
A ring-shaped magnetic core having a gap portion surrounding the path of the current to be measured;
A magnetic proportional current sensor in which the magnetic detection element is located in the gap portion of the ring-shaped magnetic core.
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