JP2010286415A

JP2010286415A - Current sensor unit

Info

Publication number: JP2010286415A
Application number: JP2009141703A
Authority: JP
Inventors: Hidekazu Kobayashi; 秀和小林; Masahiro Iizuka; 雅博飯塚; Masaji Saito; 正路斎藤; Akira Takahashi; 高橋　　彰; Hideji Matsuo; 秀治松尾; Yosuke Ide; 洋介井出; Yoshihiro Nishiyama; 義弘西山; Go Nojima; 剛野島; Naoki Sakazume; 直樹坂詰; Kenji Ichinohe; 健司一戸
Original assignee: Alps Green Devices Co Ltd
Current assignee: Alps Green Devices Co Ltd
Priority date: 2009-06-12
Filing date: 2009-06-12
Publication date: 2010-12-24

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a current sensor unit measuring the magnitude of a current with high measurement accuracy even in the presence of displacement of a conductor through which a current to be measured flows and the effects of external magnetic fields. <P>SOLUTION: The current sensor unit is equipped with: a substrate having a through-hole to make a conductor through which a current to be measured flows pass through; and at least four current sensors mounted onto the substrate in such a way as to be symmetric with respect to the conductor in a plan view for measuring the magnitude of the current on the basis of magnetic fields generated when the current to be measured flows through the conductor. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、電流の大きさを間接的に測定する電流センサを備えた電流センサユニットに関する。 The present invention relates to a current sensor unit including a current sensor that indirectly measures the magnitude of a current.

電気自動車においては、エンジンで発電した電気を用いてモータを駆動しており、このモータ駆動用の電流の大きさは、例えば電流センサにより検出される。この電流センサとしては、導体の周囲に、一部に切り欠き（コアギャップ）を有する磁性体コアを配置し、このコアギャップ内に磁気検出素子を配置してなるものである（特許文献１）。この電流センサにおいては、磁性体コアの中に生じた磁力線によりコアギャップに被測定電流に比例した磁界が通る。磁気検出素子がこの磁界を電圧信号に変換し、この磁気検出素子からの出力電圧を増幅回路にて増幅し、被測定電流に比例した出力電圧を発生する。 In an electric vehicle, a motor is driven using electricity generated by an engine, and the magnitude of the current for driving the motor is detected by, for example, a current sensor. As this current sensor, a magnetic core having a notch (core gap) in part is disposed around a conductor, and a magnetic detection element is disposed in the core gap (Patent Document 1). . In this current sensor, a magnetic field proportional to the current to be measured passes through the core gap due to the lines of magnetic force generated in the magnetic core. The magnetic detection element converts this magnetic field into a voltage signal, and an output voltage from the magnetic detection element is amplified by an amplifier circuit to generate an output voltage proportional to the current to be measured.

近年、電気自動車の大出力化・高性能化に伴って、取り扱う電流値が大きくなってきており、そのため大電流時の磁気飽和を回避する必要がある。磁気飽和を回避するためには磁性体コアを大きくする必要があるが、磁性体コアを大きくすると電流センサ自体が大型化するという問題がある。このような磁性体コアを用いた電流センサの課題を解決するために、磁性体コアを用いない電流センサが提案されている（特許文献２）。 In recent years, with the increase in output and performance of electric vehicles, the current value handled has increased, and therefore it is necessary to avoid magnetic saturation at the time of a large current. In order to avoid magnetic saturation, it is necessary to enlarge the magnetic core, but if the magnetic core is enlarged, there is a problem that the current sensor itself is enlarged. In order to solve the problem of such a current sensor using a magnetic core, a current sensor that does not use a magnetic core has been proposed (Patent Document 2).

特開２００７−２１２３０６号公報JP 2007-212306 A 特表２０００−５１６７１４号公報JP 2000-516714

しかしながら、磁性体コアを用いない構造においては、被測定電流が流れる導体の位置ずれや外部磁界の影響で測定精度が低下する問題がある。 However, in a structure that does not use a magnetic core, there is a problem in that the measurement accuracy decreases due to the positional deviation of the conductor through which the current to be measured flows and the influence of an external magnetic field.

本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、被測定電流が流れる導体の位置ずれや外部磁界の影響でも高い測定精度で電流の大きさを測定することができる電流センサユニットを提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above points, and provides a current sensor unit capable of measuring the magnitude of current with high measurement accuracy even under the influence of a positional deviation of a conductor through which a current to be measured flows and an external magnetic field. With the goal.

本発明の電流センサユニットは、被測定電流が流れる導体を挿通する挿通穴を有する基板と、平面視において前記基板上に対称に配置されるように実装され、前記導体に被測定電流が流れたときに発生する磁界により電流の大きさを測定する少なくとも４つの電流センサと、を具備することを特徴とする。 The current sensor unit of the present invention is mounted so as to be arranged symmetrically on the substrate in plan view, with a board having an insertion hole through which the conductor through which the current to be measured flows passes, and the current to be measured flows through the conductor. And at least four current sensors that measure the magnitude of the current using a magnetic field that is sometimes generated.

この構成によれば、電流センサが平面視において基板上に対称に配置されるように実装されている。このため、それぞれの電流センサの出力を平均化することにより、被測定電流が流れる導体の位置ずれの影響を小さく抑えることができ、対称配置された対の電流センサの出力の差分をとることにより、外部磁界の影響をキャンセルすることができる。その結果、高い測定精度で電流の大きさを測定することができる。 According to this configuration, the current sensors are mounted so as to be arranged symmetrically on the substrate in plan view. For this reason, by averaging the output of each current sensor, the influence of the positional deviation of the conductor through which the current to be measured flows can be kept small, and by taking the difference between the outputs of a pair of symmetrically arranged current sensors The influence of the external magnetic field can be canceled. As a result, the magnitude of the current can be measured with high measurement accuracy.

本発明の電流センサユニットにおいては、平面視において、前記少なくとも４つの電流センサが前記挿通穴の中心から略等距離に配置されたことが好ましい。 In the current sensor unit of the present invention, it is preferable that the at least four current sensors are arranged at substantially equal distances from the center of the insertion hole in plan view.

本発明の電流センサユニットにおいては、平面視において、前記少なくとも４つの電流センサが前記挿通穴の中心から異なる距離で並設されたことが好ましい。 In the current sensor unit of the present invention, it is preferable that the at least four current sensors are arranged in parallel at different distances from the center of the insertion hole in plan view.

本発明の電流センサユニットにおいては、平面視において、前記挿通穴に対して対称配置された２つの電流センサの出力の極性が異なることが好ましい。 In the current sensor unit of the present invention, it is preferable that the polarities of the outputs of the two current sensors arranged symmetrically with respect to the insertion hole are different in plan view.

本発明の電流センサユニットにおいては、前記挿通穴の面積が前記導体の断面積の１．８倍以下であることが好ましい。 In the current sensor unit of the present invention, it is preferable that the area of the insertion hole is 1.8 times or less of the cross-sectional area of the conductor.

本発明の電流センサユニットにおいては、前記挿通穴の半径が前記導体の半径の１．４倍以下であることが好ましい。 In the current sensor unit of the present invention, it is preferable that a radius of the insertion hole is 1.4 times or less of a radius of the conductor.

本発明の電流センサユニットにおいては、前記電流センサが磁気比例式電流センサであることが好ましい。 In the current sensor unit of the present invention, it is preferable that the current sensor is a magnetic proportional current sensor.

本発明の電流センサユニットにおいては、前記電流センサが、前記被測定電流からの誘導磁界を打ち消す磁界を印加するフィードバックコイルを備えた磁気平衡式電流センサであることが好ましい。 In the current sensor unit of the present invention, it is preferable that the current sensor is a magnetic balance type current sensor including a feedback coil that applies a magnetic field that cancels an induced magnetic field from the current to be measured.

本発明の電流センサユニットは、被測定電流が流れる導体を挿通する挿通穴を有する基板と、平面視において前記基板上に前記導体について対称に配置されるように実装され、前記導体に被測定電流が流れたときに発生する磁界により電流の大きさを測定する少なくとも４つの電流センサと、を具備するので、被測定電流が流れる導体の位置ずれや外部磁界の影響でも高い測定精度で電流の大きさを測定することができる。 The current sensor unit of the present invention is mounted so as to be arranged symmetrically with respect to the conductor on the substrate in a plan view, with a board having an insertion hole through which the conductor through which the current to be measured flows passes. And at least four current sensors that measure the magnitude of the current by the magnetic field generated when the current flows, so that the magnitude of the current can be measured with high measurement accuracy even under the influence of the positional deviation of the conductor through which the current to be measured flows and the external magnetic field. Can be measured.

本発明の実施の形態１に係る電流センサユニットを示す図である。It is a figure which shows the current sensor unit which concerns on Embodiment 1 of this invention. 図１に示す電流センサユニットにおける電流センサを示す図である。It is a figure which shows the current sensor in the current sensor unit shown in FIG. 図１に示す電流センサユニットの回路図である。FIG. 2 is a circuit diagram of the current sensor unit shown in FIG. 1. （ａ）は、実施例の電流センサユニットにおける位置関係を説明するための図であり、（ｂ）は、比較例の電流センサユニットにおける位置関係を説明するための図である。(A) is a figure for demonstrating the positional relationship in the current sensor unit of an Example, (b) is a figure for demonstrating the positional relationship in the current sensor unit of a comparative example. （ａ）〜（ｃ）は、導体の位置ずれによる検出磁界の変化量を示す図である。(A)-(c) is a figure which shows the variation | change_quantity of the detection magnetic field by the position shift of a conductor. （ａ），（ｂ）は、導体の位置ずれ許容量を示す図である。(A), (b) is a figure which shows the positional offset tolerance of a conductor. 本発明の実施の形態２に係る電流センサユニットを示す図である。It is a figure which shows the current sensor unit which concerns on Embodiment 2 of this invention. （ａ），（ｂ）は、図７に示す電流センサユニットの回路図である。(A), (b) is a circuit diagram of the current sensor unit shown in FIG.

以下、本発明の実施の形態について、添付図面を参照して詳細に説明する。
（実施の形態１）
本実施の形態においては、平面視において、少なくとも４つの電流センサがユニット基板の挿通穴の中心から略等距離に配置された構成を有する電流センサユニットについて説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
(Embodiment 1)
In the present embodiment, a current sensor unit having a configuration in which at least four current sensors are arranged at substantially equal distances from the center of the insertion hole of the unit board in plan view will be described.

図１は、本発明の実施の形態１に係る電流センサユニットを示す図である。図１においては、被測定電流Ｉが流れる導体２について対称配置された電流センサ３の位置関係を示している。この電流センサユニットは、導体挿通穴１ａを有するユニット基板１を備えている。この導体挿通穴１ａ内には、被測定電流Ｉが流れる導体２が挿通されている。ユニット基板１上には、導体２に被測定電流が流れたときに発生する磁界により電流の大きさを間接的に測定する少なくとも４つの電流センサ３が実装されている。この電流センサ３は、平面視においてユニット基板１上に導体２（導体２の中心）について対称に配置されるように実装されている。図１に示す電流センサユニットにおいては、平面視において、少なくとも４つの電流センサが導体挿通穴１ａの中心から略等距離に配置されている。 FIG. 1 is a diagram showing a current sensor unit according to Embodiment 1 of the present invention. In FIG. 1, the positional relationship of the current sensors 3 arranged symmetrically with respect to the conductor 2 through which the current I to be measured flows is shown. This current sensor unit includes a unit substrate 1 having a conductor insertion hole 1a. A conductor 2 through which the current I to be measured flows is inserted into the conductor insertion hole 1a. Mounted on the unit substrate 1 are at least four current sensors 3 that indirectly measure the magnitude of the current using a magnetic field generated when a current to be measured flows through the conductor 2. The current sensor 3 is mounted on the unit substrate 1 so as to be arranged symmetrically with respect to the conductor 2 (center of the conductor 2) in plan view. In the current sensor unit shown in FIG. 1, at least four current sensors are arranged at substantially equal distances from the center of the conductor insertion hole 1a in plan view.

電流センサユニットにおける電流センサ３の配置位置は、例えば、図１に示すように、導体挿通穴１ａの中心について対称に４つの電流センサＡ〜Ｄを配置した位置でも良く、前記配置位置に導体挿通穴１ａの中心について対称な２つの電流センサ（１つの電流センサ対）を加えて４つの電流センサＡ〜Ｄ＋電流センサ対（破線、網掛け）を配置した位置でも良く、前記配置位置に導体挿通穴１ａの中心について対称な４つの電流センサ（２つの電流センサ対）を加えて４つの電流センサＡ〜Ｄ＋電流センサ対（破線、網掛け）＋電流センサ対（破線）を配置した位置でも良い。すなわち、本実施の形態に係る電流センサユニットにおいては、複数の電流センサ３が、導体挿通穴１ａの中心について対称で略等距離に配置された２つの電流センサ（１つの電流センサ対）を組み合わせた形で配置されている。 The arrangement position of the current sensor 3 in the current sensor unit may be, for example, a position where four current sensors A to D are arranged symmetrically about the center of the conductor insertion hole 1a as shown in FIG. Two current sensors (one current sensor pair) symmetrical with respect to the center of the hole 1a may be added, and four current sensors A to D + current sensor pairs (broken lines, shaded) may be disposed. It may be a position where four current sensors A to D + current sensor pairs (broken line, shaded) + current sensor pair (broken line) are arranged by adding four current sensors (two current sensor pairs) symmetrical about the center of the hole 1a. . That is, in the current sensor unit according to the present embodiment, a plurality of current sensors 3 are combined with two current sensors (one current sensor pair) arranged symmetrically and approximately equidistant with respect to the center of the conductor insertion hole 1a. It is arranged in the form.

図２は、図１に示す電流センサユニットにおける電流センサを示す図である。本実施の形態においては、電流センサが磁気平衡式電流センサである場合について説明する。図２に示す電流センサは、図１に示す電流センサ３の一つについて示したものであり、被測定電流Ｉが流れる導体２の近傍に配設される。この電流センサは、導体２に流れる被測定電流Ｉによる誘導磁界を打ち消す磁界（キャンセル磁界）を生じさせるフィードバック回路３４を備えている。このフィードバック回路３４は、被測定電流Ｉによって発生する磁界を打ち消す方向に巻回されたフィードバックコイル３３と、磁気検出素子である磁気抵抗効果素子３１と、３つの固定抵抗素子３２とを有する。 FIG. 2 is a diagram showing a current sensor in the current sensor unit shown in FIG. In the present embodiment, a case where the current sensor is a magnetic balance type current sensor will be described. The current sensor shown in FIG. 2 is one of the current sensors 3 shown in FIG. 1 and is disposed in the vicinity of the conductor 2 through which the current I to be measured flows. This current sensor includes a feedback circuit 34 that generates a magnetic field (cancellation magnetic field) that cancels the induced magnetic field caused by the current I to be measured flowing through the conductor 2. The feedback circuit 34 includes a feedback coil 33 wound in a direction to cancel the magnetic field generated by the current I to be measured, a magnetoresistive effect element 31 that is a magnetic detection element, and three fixed resistance elements 32.

磁気平衡式電流センサにおいては、被測定電流Ｉが導体２に流れると、電流に応じた誘導磁界により磁気抵抗効果素子３１に出力電圧が生じ、この磁気抵抗効果素子３１から出力された電圧信号が電流（フィードバック電流）に変換されてフィードバックコイル３３にフィードバックされる。このフィードバックコイル３３により発生する磁界（キャンセル磁界）と被測定電流Ｉにより生じる誘導磁界とが打ち消しあって磁界が常に０になるように動作する。このとき、フィードバックコイル３３に流れるフィードバック電流をフィードバック電圧に変換させて出力として取り出す。なお、導体挿通穴１ａについて対称配置された２つの電流センサの出力の極性がそれぞれ異なるように設定する。 In the magnetic balance type current sensor, when the current I to be measured flows through the conductor 2, an output voltage is generated in the magnetoresistive effect element 31 by an induced magnetic field corresponding to the current, and a voltage signal output from the magnetoresistive effect element 31 is generated. It is converted into a current (feedback current) and fed back to the feedback coil 33. The magnetic field generated by the feedback coil 33 (cancellation magnetic field) and the induced magnetic field generated by the current I to be measured cancel each other so that the magnetic field is always zero. At this time, the feedback current flowing through the feedback coil 33 is converted into a feedback voltage and extracted as an output. The polarities of the outputs of the two current sensors arranged symmetrically with respect to the conductor insertion hole 1a are set differently.

この実施の形態における磁気抵抗効果素子３１としては、ＴＭＲ素子（トンネル型磁気抵抗効果素子）、ＧＭＲ素子（巨大磁気抵抗効果素子）などを用いることができる。例えば、ＧＭＲ素子として、反強磁性層、固定磁性層、非磁性中間層、フリー磁性層を有する多層膜で構成されるスピンバルブ型ＧＭＲ素子を用いることができる。このスピンバルブ型ＧＭＲ素子を電流センサに用いる場合においては、導体挿通穴１ａについて対称配置された２つの電流センサ（１つの電流センサ対）の出力の極性がそれぞれ異なるように設定する場合、電流センサ３の出力極性が異なるようにそれぞれ固定磁性層のＰｉｎ方向を設定する。 As the magnetoresistive effect element 31 in this embodiment, a TMR element (tunnel type magnetoresistive effect element), a GMR element (giant magnetoresistive effect element), or the like can be used. For example, as the GMR element, a spin valve type GMR element composed of a multilayer film having an antiferromagnetic layer, a pinned magnetic layer, a nonmagnetic intermediate layer, and a free magnetic layer can be used. When this spin-valve type GMR element is used for a current sensor, when the polarities of the outputs of two current sensors (one current sensor pair) arranged symmetrically with respect to the conductor insertion hole 1a are set to be different from each other, The pin direction of the pinned magnetic layer is set so that the output polarities of the three magnetic poles 3 are different.

本実施の形態に係る電流センサユニットの回路は、例えば図３に示すようなものが考えられる。図３に示す電流センサユニットにおいて、電流センサＡ，Ｃが導体挿通穴１ａについて対称配置された２つの電流センサ（１つの電流センサ対）であり、電流センサＢ，Ｄが導体挿通穴１ａについて対称配置された２つの電流センサ（１つの電流センサ対）である。電流センサＡ，Ｃの出力が増幅器４ａに出力され、電流センサＢ，Ｄの出力が増幅器４ｂに出力される。電流センサＡ，Ｃの出力の極性が異なっているので増幅器４ａでは、電流センサＡ，Ｃの出力の差分が得られる。また、電流センサＢ，Ｄの出力の極性が異なっているので増幅器４ｂでは、電流センサＢ，Ｄの出力の差分が得られる。増幅器４ａの出力は加算器５に出力され、増幅器４ｂの出力も加算器５に出力される。 For example, the circuit of the current sensor unit according to the present embodiment is as shown in FIG. In the current sensor unit shown in FIG. 3, the current sensors A and C are two current sensors (one current sensor pair) arranged symmetrically with respect to the conductor insertion hole 1a, and the current sensors B and D are symmetrical with respect to the conductor insertion hole 1a. Two current sensors are arranged (one current sensor pair). Outputs of the current sensors A and C are output to the amplifier 4a, and outputs of the current sensors B and D are output to the amplifier 4b. Since the polarities of the outputs of the current sensors A and C are different, the amplifier 4a can obtain the difference between the outputs of the current sensors A and C. Further, since the polarities of the outputs of the current sensors B and D are different, the amplifier 4b can obtain a difference between the outputs of the current sensors B and D. The output of the amplifier 4a is output to the adder 5, and the output of the amplifier 4b is also output to the adder 5.

図３に示す回路においては、電流センサＡ〜Ｄのそれぞれの出力を平均化するので、図１におけるＸ−Ｙ平面上における導体２の位置ずれなどによる電流センサの測定精度の低下を小さく抑えることができる。また、図３に示す回路においては、電流センサの出力の差分をとるので、図１に示すような一様な外部磁場（地磁気など）Ｈ（ｅｘ）による出力をキャンセルすることができる。 In the circuit shown in FIG. 3, since the outputs of the current sensors A to D are averaged, a decrease in measurement accuracy of the current sensor due to the positional deviation of the conductor 2 on the XY plane in FIG. Can do. Further, in the circuit shown in FIG. 3, since the difference of the output of the current sensor is taken, the output by a uniform external magnetic field (such as geomagnetism) H (ex) as shown in FIG. 1 can be canceled.

このように、本実施の形態に係る電流センサユニットにおいては、電流センサが平面視において基板上に対称に配置されるように実装されている。このため、それぞれの電流センサの出力を平均化することにより、被測定電流が流れる導体の位置ずれの影響を小さく抑えることができ、対称配置された対の電流センサの出力の差分をとることにより、外部磁界の影響をキャンセルすることができる。その結果、高い測定精度で電流の大きさを測定することができる。 Thus, in the current sensor unit according to the present embodiment, the current sensors are mounted so as to be arranged symmetrically on the substrate in plan view. For this reason, by averaging the output of each current sensor, the influence of the positional deviation of the conductor through which the current to be measured flows can be kept small, and by taking the difference between the outputs of a pair of symmetrically arranged current sensors The influence of the external magnetic field can be canceled. As a result, the magnitude of the current can be measured with high measurement accuracy.

次に、導体挿通穴における導通の位置ずれによる検出磁界の変化量及び導体の位置ずれ許容量について調べた。 Next, the change amount of the detected magnetic field due to the displacement of the conduction in the conductor insertion hole and the allowable displacement of the conductor were examined.

図４（ａ）に示すように配置（導体２について磁気検出素子が対称配置）された構成について導体２のＸ方向の位置ずれと、導体２のずれによる検出磁界の変化量との関係を調べた。その結果を図５（ａ）〜（ｃ）に示す。なお、導体２と磁気検出素子との間の距離Ｒを３０ｍｍとし、被測定電流Ｉを５００Ａとした。また、検出磁界は、２つの磁気検出素子の検出磁界の平均値とした。ここでは、磁気検出素子として、磁気抵抗効果素子３１を用いた。 As shown in FIG. 4 (a), the relationship between the displacement in the X direction of the conductor 2 and the amount of change in the detected magnetic field due to the displacement of the conductor 2 is examined for a configuration in which the magnetic detection elements are symmetrically disposed with respect to the conductor 2. It was. The results are shown in FIGS. The distance R between the conductor 2 and the magnetic detection element was 30 mm, and the measured current I was 500A. The detection magnetic field was the average value of the detection magnetic fields of the two magnetic detection elements. Here, the magnetoresistive effect element 31 was used as a magnetic detection element.

図５（ａ）は、導体２の半径ｒが１７ｍｍの場合を示し、図５（ｂ）は、導体２の半径ｒが１０ｍｍの場合を示し、図５（ｃ）は、導体２の半径ｒが５ｍｍの場合を示す。また、比較のために、図４（ｂ）に示すように配置（導体２に対して一つの磁気検出素子が配置）された構成について導体２のＸ方向の位置ずれと、導体２のずれによる検出磁界の変化量との関係を調べた。その結果を図５（ａ）〜（ｃ）に併記する。 5A shows the case where the radius r of the conductor 2 is 17 mm, FIG. 5B shows the case where the radius r of the conductor 2 is 10 mm, and FIG. 5C shows the radius r of the conductor 2. Shows the case of 5 mm. Further, for comparison, in the configuration in which the arrangement (as shown in FIG. 4B) (one magnetic detection element is arranged with respect to the conductor 2), the displacement of the conductor 2 in the X direction and the deviation of the conductor 2 are caused. The relationship with the amount of change in the detected magnetic field was investigated. The results are also shown in FIGS.

図５（ａ）〜（ｃ）において、磁気検出素子の検出磁界の変化量２％以下（電気自動車のモータ制御においてモータ回転のスムースさに不具合が生じない電流測定精度）を導体ずれの許容量としたとき、図５（ａ）（導体２の半径１７ｍｍ）に示す場合では、導体ずれ許容量が６ｍｍであり、図５（ｂ）（導体２の半径１０ｍｍ）に示す場合では、導体ずれ許容量が６ｍｍであり、図５（ｃ）（導体２の半径５ｍｍ）に示す場合では、導体ずれ許容量が５ｍｍであった。このような許容量とすると、図４（ｂ）に示すように配置の場合に比べて、導体２のずれによる検出磁界の変化量が非常に小さい。 5A to 5C, the amount of change in the detected magnetic field of the magnetic detection element is 2% or less (current measurement accuracy that does not cause a problem in the smoothness of motor rotation in motor control of an electric vehicle) and the allowable amount of conductor deviation. In the case shown in FIG. 5A (the radius of the conductor 2 is 17 mm), the conductor deviation allowable amount is 6 mm. In the case shown in FIG. 5B (the radius of the conductor 2 is 10 mm), the conductor deviation is allowed. In the case where the capacity is 6 mm and shown in FIG. 5C (the radius of the conductor 2 is 5 mm), the conductor deviation allowable amount is 5 mm. With such an allowable amount, the amount of change in the detected magnetic field due to the displacement of the conductor 2 is very small compared to the arrangement shown in FIG.

図５（ａ）〜（ｃ）での導体ずれ許容量の結果を導体半径に対する挿通穴半径の関係として図６（ａ）に示す。図６（ａ）の結果から、導体ずれに関しては、導体挿通穴１ａの半径が導体２の半径の１．４倍以下であることが好ましい。また、図５（ａ）〜（ｃ）での導体ずれ許容量の結果を用いて、導体面積に対する挿通穴面積の関係として図６（ｂ）に示す。図６（ｂ）の結果から、導体ずれに関しては、導体挿通穴１ａの面積が導体２の断面積の１．８倍以下であることが好ましい。 The result of the conductor deviation allowable amount in FIGS. 5A to 5C is shown in FIG. 6A as the relationship of the insertion hole radius with respect to the conductor radius. From the result of FIG. 6A, it is preferable that the radius of the conductor insertion hole 1a is 1.4 times or less than the radius of the conductor 2 with respect to the conductor deviation. Moreover, it shows in FIG.6 (b) as a relationship of the penetration hole area with respect to a conductor area using the result of the conductor deviation | shift amount in FIG.5 (a)-(c). From the result of FIG. 6B, it is preferable that the area of the conductor insertion hole 1 a is not more than 1.8 times the cross-sectional area of the conductor 2 with respect to the conductor deviation.

（実施の形態２）
本実施の形態においては、平面視において、少なくとも４つの電流センサが挿通穴の中心から異なる距離で並設された構成を有する電流センサユニットについて説明する。 (Embodiment 2)
In the present embodiment, a current sensor unit having a configuration in which at least four current sensors are arranged in parallel at different distances from the center of the insertion hole in plan view will be described.

図７は、本発明の実施の形態２に係る電流センサユニットを示す図である。図７においては、被測定電流Ｉが流れる導体２について対称配置された電流センサ３の位置関係を示している。この電流センサユニットは、導体挿通穴１ａを有するユニット基板１を備えている。この導体挿通穴１ａ内には、被測定電流Ｉが流れる導体２が挿通されている。ユニット基板１上には、導体２に被測定電流が流れたときに発生する磁界により電流の大きさを間接的に測定する少なくとも４つ（図７においては６つ）の電流センサ３が実装されている。この電流センサ３は、平面視においてユニット基板１上に導体２（導体２の中心）について対称に配置されるように実装されている。図１に示す電流センサユニットにおいては、平面視において、少なくとも４つの電流センサが挿通穴の中心から異なる距離で並設されている。 FIG. 7 is a diagram showing a current sensor unit according to Embodiment 2 of the present invention. In FIG. 7, the positional relationship of the current sensors 3 arranged symmetrically with respect to the conductor 2 through which the current I to be measured flows is shown. This current sensor unit includes a unit substrate 1 having a conductor insertion hole 1a. A conductor 2 through which the current I to be measured flows is inserted into the conductor insertion hole 1a. Mounted on the unit substrate 1 are at least four (six in FIG. 7) current sensors 3 for indirectly measuring the magnitude of the current by the magnetic field generated when the current to be measured flows through the conductor 2. ing. The current sensor 3 is mounted on the unit substrate 1 so as to be arranged symmetrically with respect to the conductor 2 (center of the conductor 2) in plan view. In the current sensor unit shown in FIG. 1, at least four current sensors are arranged in parallel at different distances from the center of the insertion hole in plan view.

すなわち、本実施の形態において、電流センサユニットにおける電流センサＡ，Ｂが導体挿通穴１ａの中心について対称であり、導体挿通穴１ａの中心からの距離が等しく、電流センサＣ，Ｄが導体挿通穴１ａの中心について対称であり、導体挿通穴１ａの中心からの距離が等しく、電流センサＥ，Ｆが導体挿通穴１ａの中心について対称であり、導体挿通穴１ａの中心からの距離が等しい。すなわち、本実施の形態に係る電流センサユニットにおいては、複数の電流センサ３は、導体挿通穴１ａの中心について対称で略等距離に配置された２つの電流センサ（１つの電流センサ対）を構成し、その電流センサ対の導体挿通穴１ａの中心からの距離がそれぞれ異なる形で配置されている。 That is, in the present embodiment, the current sensors A and B in the current sensor unit are symmetric with respect to the center of the conductor insertion hole 1a, the distance from the center of the conductor insertion hole 1a is equal, and the current sensors C and D are conductor insertion holes. 1a is symmetric with respect to the center of the conductor insertion hole 1a, the current sensors E and F are symmetrical with respect to the center of the conductor insertion hole 1a, and the distance from the center of the conductor insertion hole 1a is equal. In other words, in the current sensor unit according to the present embodiment, the plurality of current sensors 3 constitute two current sensors (one current sensor pair) that are symmetrical and arranged at substantially equal distances with respect to the center of the conductor insertion hole 1a. The distance from the center of the conductor insertion hole 1a of the current sensor pair is different.

電流センサユニットにおける個々の電流センサの構成については実施の形態１（図２）と同様であるので、詳細な説明は省略する。また、電流センサにおける磁気検出素子についても実施の形態１と同じであるので、詳細な説明は省略する。 Since the configuration of each current sensor in the current sensor unit is the same as that of the first embodiment (FIG. 2), detailed description thereof is omitted. Further, since the magnetic detection element in the current sensor is also the same as that in the first embodiment, detailed description thereof is omitted.

本実施の形態に係る電流センサユニットの回路は、例えば図８（ａ），（ｂ）に示すようなものが考えられる。図８（ａ）に示す回路においては、導体２の中心からの距離に応じて異なる検出抵抗Ｒ（電流センサ内）を使用し、増幅器４ａ，４ｂ，４ｃの前段（破線位置）で出力の大きさを全電流センサ対で同じにする。 As the circuit of the current sensor unit according to the present embodiment, for example, the circuit shown in FIGS. 8A and 8B can be considered. In the circuit shown in FIG. 8A, a different detection resistor R (in the current sensor) is used depending on the distance from the center of the conductor 2, and the output level is large at the previous stage (dashed line position) of the amplifiers 4a, 4b, 4c. Same for all current sensor pairs.

図７に示す電流センサユニットにおいて、電流センサＡ，Ｂが導体挿通穴１ａについて対称配置された２つの電流センサ（第１電流センサ対）であり、電流センサＣ，Ｄが導体挿通穴１ａについて対称配置された２つの電流センサ（第２電流センサ対）であり、電流センサＥ，Ｆが導体挿通穴１ａについて対称配置された２つの電流センサ（第３電流センサ対）である。第１〜第３電流センサ対は、それぞれ導体２の中心からの距離が異なるので、出力を同じくするように、電流センサ３内の検出抵抗Ｒを変える。すなわち、導体２の中心からの距離が大きくなるにしたがって検出抵抗値を大きくする。これにより、電流センサＡ〜Ｆの出力の絶対値が同じとなる。 In the current sensor unit shown in FIG. 7, the current sensors A and B are two current sensors (first current sensor pair) arranged symmetrically with respect to the conductor insertion hole 1a, and the current sensors C and D are symmetrical with respect to the conductor insertion hole 1a. Two current sensors (second current sensor pair) are arranged, and the current sensors E and F are two current sensors (third current sensor pair) arranged symmetrically with respect to the conductor insertion hole 1a. Since the first to third current sensor pairs have different distances from the center of the conductor 2, the detection resistance R in the current sensor 3 is changed so that the outputs are the same. That is, the detection resistance value is increased as the distance from the center of the conductor 2 is increased. Thereby, the absolute values of the outputs of the current sensors A to F are the same.

具体的には、以下の式にしたがって検出抵抗値を決定する。
Ｖ_Ａ＝Ｖ_Ｂ
Ｖ_Ａ＝Ｖ_Ｂ＝Ｉ_Ａ＊Ｒ_Ａ＝Ｉ_Ｂ＊Ｒ_Ｂ
また、Ｉ∝Ｈ∝１／Ｌ
（１／Ｌ_Ａ）＊Ｒ_Ａ＝（１／Ｌ_Ｂ）＊Ｒ_Ｂ
∴Ｒ_Ａ／Ｒ_Ｂ＝Ｌ_Ａ／Ｌ_Ｂ
ここで、Ｖ_Ａは電流センサＡの出力、Ｖ_Ｂは電流センサＢの出力、Ｉ_Ａは電流センサＡのフィードバック電流、Ｉ_Ｂは電流センサＢのフィードバック電流、Ｒ_Ａは電流センサＡの検出抵抗、Ｒ_Ｂは電流センサＢの検出抵抗、Ｌ_Ａは電流センサＡと導体間の距離、Ｌ_Ｂは電流センサＢと導体間の距離である。 Specifically, the detection resistance value is determined according to the following equation.
V _A = V _B
V _A = V _B = I _A * R _A = I _B * R _B
Also, I∝H∝1 / L
(1 / L _A ) * R _A = (1 / L _B ) * R _B
∴R _A / R _B = L _A / L _B
Here, _{V A} is the output of the current sensor A, _{V B} is the output of the current sensor B, _{I A} feedback current of the current sensor A, _{I B} is the feedback current of the current sensor B, _{R A} detection resistor of the current sensor A , R _B is the detection resistor of the current sensor B, L _a is a distance between the current sensor a and the conductor, L _B is the distance between the current sensor B and the conductor.

図８（ｂ）に示す回路においては、導体２の中心からの距離に応じて異なるゲインの増幅器を使用し、増幅器４ａ，４ｂ，４ｃの後段（破線位置）で出力の大きさを全電流センサ対で同じにする。 In the circuit shown in FIG. 8 (b), amplifiers having different gains are used according to the distance from the center of the conductor 2, and the output level is measured at the subsequent stage (dashed line position) of the amplifiers 4a, 4b, 4c. Make the same in pairs.

図７に示す電流センサユニットにおいて、電流センサＡ，Ｂが導体挿通穴１ａについて対称配置された２つの電流センサ（第１電流センサ対）であり、電流センサＣ，Ｄが導体挿通穴１ａについて対称配置された２つの電流センサ（第２電流センサ対）であり、電流センサＥ，Ｆが導体挿通穴１ａについて対称配置された２つの電流センサ（第３電流センサ対）である。第１〜第３電流センサ対は、それぞれ導体２の中心からの距離が異なるので、出力を同じくするように、増幅器４ａ〜４ｃのゲインを変える。すなわち、導体２の中心からの距離が大きくなるにしたがってゲインを大きくする。これにより、電流センサＡ〜Ｆの出力の絶対値が同じとなる。 In the current sensor unit shown in FIG. 7, the current sensors A and B are two current sensors (first current sensor pair) arranged symmetrically with respect to the conductor insertion hole 1a, and the current sensors C and D are symmetrical with respect to the conductor insertion hole 1a. Two current sensors (second current sensor pair) are arranged, and the current sensors E and F are two current sensors (third current sensor pair) arranged symmetrically with respect to the conductor insertion hole 1a. Since the first to third current sensor pairs have different distances from the center of the conductor 2, the gains of the amplifiers 4 a to 4 c are changed so that the outputs are the same. That is, the gain is increased as the distance from the center of the conductor 2 increases. Thereby, the absolute values of the outputs of the current sensors A to F are the same.

具体的には、以下の式にしたがって増幅器のゲインを決定する。
（２＊Ｖ_Ａ，Ｂ）＝ゲイン＊（２＊Ｖ_Ｃ，Ｄ）
（２＊Ｉ_Ａ，Ｂ＊Ｒ）＝ゲイン＊（２＊Ｉ_Ｃ，Ｄ＊Ｒ）
（２＊（１／Ｌ_Ａ，Ｂ）＊Ｒ）＝ゲイン＊（２＊（１／Ｌ_Ｃ，Ｄ）＊Ｒ）
∴ゲイン＝（Ｌ_Ｃ，Ｄ／Ｌ_Ａ，Ｂ）
ここで、Ｖ_Ａ，Ｂは電流センサＡ，Ｂの出力、Ｖ_Ｃ，Ｄは電流センサＣ，Ｄの出力、Ｉ_Ａ，Ｂは電流センサＡ，Ｂのフィードバック電流、Ｉ_Ｃ，Ｄは電流センサＣ，Ｄのフィードバック電流、Ｌ_Ａ，Ｂは電流センサＡ，Ｂと導体間の距離、Ｌ_Ｃ，Ｄは電流センサＣ，Ｄと導体間の距離である。 Specifically, the gain of the amplifier is determined according to the following equation.
(2 * V _{A, B} ) = Gain * (2 * V _{C, D} )
(2 * I _{A, B} * R) = Gain * (2 * I _{C, D} * R)
(2 * (1 / L _{A, B} ) * R) = Gain * (2 * (1 / L _{C, D} ) * R)
∴ Gain = (LC _{, D} / LA _{, B} )
Here, V _{A and B} are outputs of current sensors A and B, V _{C and D} are outputs of current sensors C and D, I _{A and B} are feedback currents of current sensors A and B, and I _{C and D} are current sensors. Feedback currents C and D, LA _{and B} are distances between the current sensors A and B and the conductors, and LC _{and D} are distances between the current sensors C and D and the conductors.

図８（ａ），（ｂ）に示す回路においては、電流センサＡ，Ｂの出力が増幅器４ａに出力され、電流センサＣ，Ｄの出力が増幅器４ｂに出力され、電流センサＥ，Ｆの出力が増幅器４ｃに出力される。実施の形態１と同様に、電流センサＡ，Ｂの出力の極性が異なっているので増幅器４ａでは、電流センサＡ，Ｂの出力の差分が得られる。また、電流センサＣ，Ｄの出力の極性が異なっているので増幅器４ｂでは、電流センサＣ，Ｄの出力の差分が得られる。また、電流センサＥ，Ｆの出力の極性が異なっているので増幅器４ｃでは、電流センサＥ，Ｆの出力の差分が得られる。増幅器４ａの出力、増幅器４ｂの出力及び増幅器４ｃの出力は加算器５に出力される。 In the circuits shown in FIGS. 8A and 8B, the outputs of the current sensors A and B are output to the amplifier 4a, the outputs of the current sensors C and D are output to the amplifier 4b, and the outputs of the current sensors E and F are output. Is output to the amplifier 4c. As in the first embodiment, since the polarities of the outputs of the current sensors A and B are different, the amplifier 4a can obtain the difference between the outputs of the current sensors A and B. Further, since the polarities of the outputs of the current sensors C and D are different, the amplifier 4b can obtain a difference between the outputs of the current sensors C and D. Further, since the polarities of the outputs of the current sensors E and F are different, the amplifier 4c can obtain a difference between the outputs of the current sensors E and F. The output of the amplifier 4a, the output of the amplifier 4b, and the output of the amplifier 4c are output to the adder 5.

図８（ａ），（ｂ）に示す回路においては、破線位置における、電流センサ対Ａ，Ｂ、電流センサ対Ｃ，Ｄ、電流センサ対Ｅ，Ｆの出力を平均化するので、図１におけるＸ−Ｙ平面上における導体２の位置ずれなどによる電流センサの測定精度の低下を小さく抑えることができる。また、図８（ａ），（ｂ）に示す回路においては、電流センサの出力の差分をとるので、図１に示すような一様な外部磁場（地磁気など）Ｈ（ｅｘ）による出力をキャンセルすることができる。 In the circuits shown in FIGS. 8A and 8B, the outputs of the current sensor pairs A and B, the current sensor pairs C and D, and the current sensor pairs E and F at the positions of the broken lines are averaged. A decrease in measurement accuracy of the current sensor due to a positional shift of the conductor 2 on the XY plane can be suppressed. Further, in the circuits shown in FIGS. 8A and 8B, since the difference in the output of the current sensor is taken, the output by the uniform external magnetic field (such as geomagnetism) H (ex) as shown in FIG. 1 is canceled. can do.

本発明は上記実施の形態１，２に限定されず、種々変更して実施することができる。例えば、上記実施の形態１，２においては、電流センサが磁気平衡式電流センサである場合について説明しているが、本発明はこれに限定されず、電流センサが磁気比例式電流センサである場合にも適用することができる。また、上記実施の形態１，２においては、磁気検出素子が磁気抵抗効果素子である場合について説明しているが、本発明はこれに限定されず、磁気検出素子がホール素子のような他の磁気検出素子である場合にも適用することができる。また、上記実施の形態１，２における材料、電流センサの配置位置、厚さ、大きさ、製法などは適宜変更して実施することが可能である。その他、本発明は、本発明の範囲を逸脱しないで適宜変更して実施することができる。 The present invention is not limited to the first and second embodiments, and can be implemented with various modifications. For example, in the first and second embodiments, the case where the current sensor is a magnetic balance type current sensor is described, but the present invention is not limited to this, and the current sensor is a magnetic proportional type current sensor. It can also be applied to. In the first and second embodiments, the case where the magnetic detection element is a magnetoresistive effect element is described. However, the present invention is not limited to this, and the magnetic detection element may be another element such as a Hall element. The present invention can also be applied to a magnetic detection element. In addition, the materials, the arrangement position of the current sensor, the thickness, the size, the manufacturing method, and the like in the first and second embodiments can be changed as appropriate. In addition, the present invention can be implemented with appropriate modifications without departing from the scope of the present invention.

本発明は、電気自動車のモータ駆動用の電流の大きさを検出する電流センサに適用することが可能である。 The present invention can be applied to a current sensor that detects the magnitude of a current for driving a motor of an electric vehicle.

１ユニット基板
１ａ導体挿通穴
２導体
３電流センサ
４ａ，４ｂ，４ｃ増幅器
５加算器
３１磁気抵抗効果素子
３２固定抵抗素子
３３フィードバックコイル
３４回路 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Unit board | substrate 1a Conductor insertion hole 2 Conductor 3 Current sensor 4a, 4b, 4c Amplifier 5 Adder 31 Magnetoresistive element 32 Fixed resistance element 33 Feedback coil 34 Circuit

Claims

A substrate having an insertion hole for inserting a conductor through which a current to be measured flows, and a magnetic field generated when the current to be measured flows through the conductor, being mounted so as to be symmetrically arranged on the substrate in plan view. A current sensor unit comprising: at least four current sensors for measuring the magnitude of the current according to claim 1;

2. The current sensor unit according to claim 1, wherein the at least four current sensors are arranged at substantially equal distances from a center of the insertion hole in a plan view.

2. The current sensor unit according to claim 1, wherein the at least four current sensors are arranged in parallel at different distances from a center of the insertion hole in a plan view.

4. The current sensor unit according to claim 1, wherein, in a plan view, polarities of outputs of two current sensors arranged symmetrically with respect to the insertion hole are different. 5.

The current sensor unit according to any one of claims 1 to 4, wherein an area of the insertion hole is 1.8 times or less of a cross-sectional area of the conductor.

The current sensor unit according to any one of claims 1 to 5, wherein a radius of the insertion hole is 1.4 times or less of a radius of the conductor.

The current sensor unit according to claim 1, wherein the current sensor is a magnetic proportional current sensor.

The current according to any one of claims 1 to 6, wherein the current sensor is a magnetic balance type current sensor including a feedback coil for applying a magnetic field that cancels an induced magnetic field from the current to be measured. Sensor unit.