JP2012052980A - 電流センサ - Google Patents

Abstract

【課題】広範囲の被測定電流を測定でき、小型化・薄型化可能な電流センサを提供すること。
【解決手段】本発明の電流センサ１は、被測定電流からの誘導磁界Ｈにより出力信号を出力する第一の磁気センサ１４ａ及び第二の磁気センサ１４ｂと、第一の磁気センサ１４ａの出力信号と第二の磁気センサ１４ｂの出力信号とを制御する制御部２１と、を具備し、第一の磁気センサ１４ａ及び第二の磁気センサ１４ｂは、感度軸方向Ｄ１、Ｄ２からの誘導磁界Ｈに対して略同一の検出感度を有すると共に、感度軸方向Ｄ１、Ｄ２が、被測定電流からの誘導磁界Ｈの印加方向に対して互いに異なる角度θ１、θ２をなすように固定されることを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、電流の大きさを測定する電流センサに関し、特に、導体を流れる電流を、磁電変換素子を介して検出する電流センサに関する。

近年、電気自動車やソーラー電池などの分野では、電気自動車やソーラー電池装置の大出力化・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、直流大電流を非接触で測定する電流センサが広く用いられている。このような電流センサとしては、検出対象となる導体に流れる電流を、導体周囲の磁界の変化を介して検出する磁電変換素子を備えたものが提案されている。また、電流センサとして、広い測定レンジを持つ電流センサが開発されている。

広い測定レンジを持つ電流センサとしては、導体からの距離を変えた位置に２つの磁気センサを配置した電流センサが提案されている（例えば、特許文献１参照）。かかる電流センサにおいては、導体を通流する被測定電流からの誘導磁界の磁界強度の異なる場所に２つの磁気センサを配置し、この２つの磁気センサの出力信号により被測定電流を測定する。

特開２００４−１３２７９０号公報

ところで、電流センサにおいては、製造コスト等の面から広範囲な測定レンジを有すると共に、小型の電流センサが望まれている。しかしながら、特許文献１記載の電流センサにおいては、広範囲な測定レンジにするために、導体と磁気センサとの間の距離を広げる必要があるため、必要スペースが大きくなる。このため、従来の電流センサでは、電流センサの小型化及び被測定電流の測定レンジの拡大を共に実現することは困難であった。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、広範囲の被測定電流を測定でき、小型化可能な電流センサを提供することを目的とする。

本発明の電流センサは、被測定電流からの誘導磁界により出力信号を出力する第一の磁気センサ及び第二の磁気センサと、前記第一の磁気センサの出力信号と前記第二の磁気センサの出力信号とを制御する制御手段と、を具備し、前記第一の磁気センサ及び第二の磁気センサは、感度軸方向からの誘導磁界に対して略同一の検出感度を有すると共に、感度軸方向が、前記被測定電流からの誘導磁界の印加方向に対して互いに異なる角度をなすように固定されることを特徴とする。

この構成によれば、第一の磁気センサの感度軸方向と被測定電流からの誘導磁界の印加方向とがなす角度、及び第二の磁気センサの感度軸方向と被測定電流からの誘導磁界の印加方向とがなす角度が異なる角度となる。このため、第一の磁気センサに作用する誘導磁界の磁気ベクトルと、第二の磁気センサに作用する誘導磁界の磁気ベクトルとが異なる大きさとなるので、第一の磁気センサに対して第一の磁気センサから出力される出力信号と、第二の磁気センサから出力される出力信号とが異なる強度となる。したがって、第一の磁気センサ又は第二の磁気センサのいずれか一方が検出下限以下となる条件、及び第一の磁気センサ又は第二の磁気センサのいずれか一方が磁気飽和する条件においても、第二の磁気センサ又は第一の磁気センサにより被測定電流を検出することが可能となる。また、被測定電流を通流する導電部材と第一の磁気センサ及び第二の磁気センサとの間の距離を変えることなく第一の磁気センサ及び第二の磁気センサから出力される出力信号が異なる強度となるので、電流センサの小型化・薄型化が可能となる。したがって、広範囲の被測定電流を測定でき、小型化・薄型化可能な電流センサを実現できる。

本発明の電流センサにおいては、前記第一の磁気センサ又は前記第二の磁気センサの感度軸方向が、前記被測定電流からの誘導磁界の印加方向に対して略同一方向となるように固定されることが好ましい。

この構成によれば、感度軸方向が誘導磁界の印加方向に対して略同一方向に固定された第一の磁気センサ又は第二の磁気センサの検出感度が増大するので、電流センサの検出下限を拡大することが可能となる。

本発明の電流センサは、被測定電流からの誘導磁界により出力信号を出力する一対の第一の磁気センサ及び第二の磁気センサと、前記第一の磁気センサ及び第二の磁気センサとの間で前記被測定電流を通流する導電部材を挟んで配置され、前記被測定電流からの誘導磁界により前記第一の磁気センサ及び前記第二の磁気センサと略逆相の出力信号を出力する一対の第三の磁気センサ及び第四の磁気センサと、前記第一の磁気センサ及び第二の磁気センサの出力信号と前記第三の磁気センサ及び第四の磁気センサの出力信号とを差動演算する制御手段と、を具備し、前記第一の磁気センサから前記第四の磁気センサは、感度軸方向からの誘導磁界に対して略同一の検出感度を有し、前記第一の磁気センサ及び第二の磁気センサの感度軸方向が、前記被測定電流からの誘導磁界の印加方向に対して互いに異なる角度をなすように固定されると共に、前記第三の磁気センサ及び第四の磁気センサの感度軸方向が、前記被測定電流からの誘導磁界の印加方向に対して互いに異なる角度をなすように固定されることを特徴とする。

この構成によれば、被測定電流からの誘導磁界に対して第一の磁気センサから出力される出力信号と第二の磁気センサから出力される出力信号とが異なる強度となると共に、第三の磁気センサから出力される出力信号と第四の磁気センサから出力される出力信号とが異なる強度となる。したがって、第一の磁気センサから第四の磁気センサのいずれかが検出下限以下となる条件、及び第一の磁気センサから第四の磁気センサのいずれかが磁気飽和する条件においても、検出下限以下又は磁気飽和しない第一の磁気センサから第四の磁気センサにより被測定電流を検出することが可能となる。また、被測定電流を通流する導電部材と第一の磁気センサから第四の磁気センサとの間の距離を変えることなく第一の磁気センサから第四の磁気センサから出力される出力信号が異なる強度となるので、電流センサの小型化・薄型化が可能となる。したがって、広範囲の被測定電流を測定でき、小型化・薄型化可能な電流センサを実現できる。さらに、第一の磁気センサ及び第二の磁気センサの出力信号と、第三の磁気センサ及び第四の磁気センサの出力信号とを差動演算するので、第一の磁気センサ及び第二の磁気センサの出力信号に含まれる外乱磁気からのノイズ成分と、第三の磁気センサ及び第四の磁気センサの出力信号に含まれる外乱磁気からのノイズ成分とが相殺され、被測定電流の測定精度を向上することができる。

本発明の電流センサにおいては、前記第一の磁気センサ又は前記第二の磁気センサの感度軸方向が、前記被測定電流からの誘導磁界の印加方向に対して略同一方向となるように固定されると共に、前記第三の磁気センサ又は前記第四の磁気センサの感度軸方向が、前記被測定電流からの誘導磁界の印加方向に対して略同一方向となるように固定されることが好ましい。

この構成によれば、感度軸方向が誘導磁界の印加方向に対して略同一方向に固定された第一の磁気センサ又は第二の磁気センサ及び第三の磁気センサ又は第四の磁気センサの検出感度が増大するので、電流センサの検出下限を拡大することが可能となる

本発明の電流センサにおいては、前記第一の磁気センサ及び第二の磁気センサが、ＧＭＲ素子であることが好ましい。

本発明によれば、広範囲の被測定電流を測定でき、小型化・薄型化可能な電流センサを提供することができる。

本発明の第１の実施の形態に係る電流センサの平面模式図である。 本発明の第１の実施の形態に係る電流センサの断面模式図である。 本発明の第１の実施の形態に係る電流センサの被測定電流測定時における誘導磁界の説明図である。 本発明の第１の実施の形態に係る電流センサの被測定電流測定時における誘導磁界の印加方向の説明図である。 本発明の第１の実施の形態に係る電流センサを示す機能ブロック図である。 本発明の第１の実施の形態に係る電流センサの磁気センサの検出感度と角度θとの相関を示す図である。 本発明の第２の実施の形態に係る電流センサの断面模式図である。 本発明の第２の実施の形態に係る電流センサの被測定電流測定時における誘導磁界の説明図である。 本発明の第２の実施の形態に係る電流センサを示す機能ブロック図である。

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。

（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電流センサの平面模式図であり、図２は、本発明の第１の実施の形態に係る電流センサ１の断面模式図である。図２においては、図１のＡ−Ａ線矢視断面図を示している。図１及び図２に示すように、本実施の形態に係る電流センサ１は、内部に空間を有するケース１１と、このケース１１内に一部が配置され、一方向に延在する導電部材１２とを備える。ケース１１内の導電部材１２上には、基板１３を介して被測定電流Ｉからの誘導磁界Ｈ（図３及び図４参照）により出力信号を出力する第一及び第二の磁気センサ１４ａ、１４ｂが配置される。本実施の形態に係る電流センサ１においては、第一及び第二の磁気センサ１４ａ、１４ｂの感度軸方向Ｄ１、Ｄ２が互いに異なる方向に固定されており、この第一及び第二の磁気センサ１４ａ、１４ｂの出力信号により、導電部材１２を通流する被測定電流Ｉを測定する。

ケース１１は、例えば、珪素鋼、パーマロイなどの透磁率が高い材料で構成され、ケース１１内への外乱磁気を遮蔽するように構成されている。ケース１１は、断面視にて矩形枠状をなしており、このケース１１内を貫通するように導電部材１２が配置される。導電部材１２は、断面視にて矩形形状をなしており、短軸方向Ａ１の両端の一対の主面１２ａ、１２ｂと、長軸方向Ａ２の両端の一対の端面１２ｃ、１２ｄとを有する。導電部材１２は、被測定電流Ｉを一方向に向けて通流する。

基板１３は、平面視にて略矩形形状を有しており、導電部材１２の短軸方向Ａ１における一方の主面１２ａとケース１１の天板１１ａとの間に図示されない支持部材によって支持される。また、基板１３は、基板１３の平面方向と長軸方向Ａ２とが略平行になるように、導電部材１２の一方の主面１２ａ側に並設される。なお、基板１３は、幅方向における中央の位置（点Ｐ１）が、導電部材１２の長軸方向Ａ２（幅方向）における中央の位置（点Ｐ２）と略同一の位置になるように配置され、基板面に対する垂直方向において、点Ｐ１と点Ｐ２とが揃うように配置される（Ｆ１参照）。

基板１３上には、第一及び第二の磁気センサ１４ａ、１４ｂと、第一及び第二の磁気センサ１４ａ、１４ｂの出力信号を制御する制御部２１と（図５参照）が設けられる。第一及び第二の磁気センサ１４ａ、１４ｂは、断面視において、共に基板１３の中央部（点Ｐ１の近傍）に配置され、平面視において第一の磁気センサ１４ａが基板１３上部に配置され、第二の磁気センサ１４ｂが基板１３下部に配置される。本実施の形態に係る電流センサ１においては、第一及び第二の磁気センサ１４ａ、１４ｂは、感度軸方向Ｄ１、Ｄ２からの誘導磁界Ｈに対して略同一の出力信号を出力するように構成されると共に、第一の磁気センサ１４ａの感度軸方向Ｄ１、Ｄ２が互いに異なる方向に固定される。第一の磁気センサ１４ａの感度軸方向Ｄ１は、導電部材１２の長軸方向Ａ２と略同一方向に固定され、第二の磁気センサ１４ｂの感度軸方向Ｄ２は、導電部材１２の長軸方向Ａ２に対して所定の角度θ２（図４参照）をなすように固定される。

次に、図３を参照して本実施の形態に係る電流センサ１の被測定電流Ｉ測定時における誘導磁界Ｈについて説明する。図３は、本実施の形態に係る電流センサ１における被測定電流測定時における誘導磁界の説明図である。なお、図３においては、電流センサ１の断面模式図を示し、説明の便宜上、ケース１１を省略して示している。

図３に示すように、被測定電流Ｉが導電部材１２を通流すると、導電部材１２を中心として導電部材１２の外周縁から一定の範囲に誘導磁界Ｈが生じる。この誘導磁界Ｈは、被測定電流Ｉの通流方向（図３においては、紙面手前−奥側方向）に対して、断面視において右回りの方向となる。このため、導電部材１２の一方の主面１２ａの中央部近傍においては、誘導磁界Ｈの方向は右方向となり、導電部材１２の他方の主面１２ｂの中央部近傍においては、誘導磁界Ｈの方向は左方向となる。また、導電部材１２の端面１２ｃ、１２ｄの近傍においては、端面１２ｃ、１２ｄの一端側から他端側に向けて誘導磁界Ｈの方向が、断面視にて曲線状に変化する。このため、導電部材１２の主面１２ａの中央部近傍に配置される第一及び第二の磁気センサ１４ａに対しては、導電部材の長軸方向Ａ２に対して略平行に誘導磁界Ｈが印加される。

次に、図４を参照して第一及び第二の磁気センサ１４ａ、１４ｂに対する誘導磁界Ｈの印加方向について詳細に説明する。図４は、本実施の形態に係る電流センサ１の被測定電流測定時における誘導磁界の印加方向の説明図である。図４に示すように、誘導磁界Ｈは、導電部材１２の中央部では、第一の及び第二の磁気センサ１４ａ、１４ｂに対して導電部材１２の長軸方向Ａ２に対して略平行に印加される。このため、長軸方向Ａ２に対して略平行に感度軸方向Ｄ１が固定された第一の磁気センサ１４ａに対しては、感度軸方向Ｄ１と略同一方向から誘導磁界Ｈが印加される。したがって、第一の磁気センサ１４ａの感度軸方向Ｄ１と誘導磁界Ｈの印加方向とがなす角度θ１は微小値となる（θ１は０を含む）。一方、導電部材１２の長軸方向Ａ２に対して所定の角度θ２をなすように感度軸方向Ｄ２が固定された第二の磁気センサ１４ｂに対しては、感度軸方向Ｄ２に対して所定の角度θ２をなす方向から誘導磁界Ｈが印加される。したがって、第二の磁気センサ１４ｂの感度軸方向Ｄ２と誘導磁界Ｈの印加方向とがなす角度θ２は、第一の磁気センサ１４ａの感度軸方向Ｄ１と誘導磁界Ｈの印加方向とがなす角度θ１より相対的に大きくなる。

誘導磁界Ｈは、第一の磁気センサ１４ａの中心点Ｐ３に対して感度軸方向Ｄ１の磁気ベクトルＭ１として作用する。ここで、第一の磁気センサ１４ａに対しては、感度軸方向Ｄ１と略同一方向から誘導磁界Ｈが印加されるので、誘導磁界Ｈと感度軸方向Ｄ１とがなす角度θ１は微小値となり、誘導磁界Ｈの大きさと第一の磁気センサ１４ａに作用する磁気ベクトルＭ１の大きさが略同一となる。したがって、第一の磁気センサ１４ａからは、誘導磁界Ｈの大きさに応じた出力信号が出力される。一方、第二の磁気センサ１４ｂの中心点Ｐ４に対して作用する誘導磁界Ｈは、平面視において、感度軸方向Ｄ２の磁気ベクトルＭ２と、基板１３面内において磁気ベクトルＭ２と直交する磁気ベクトルＭ３とにベクトル分解される。このため、第二の磁気センサ１４ｂからは、誘導磁界Ｈの磁気ベクトルＭ１がベクトル分解された磁気ベクトルＭ２の大きさに応じた出力信号が出力される。

このように、本実施の形態に係る電流センサ１においては、第一及び第二の磁気センサ１４ａ、１４ｂの感度軸方向Ｄ１、Ｄ２が、互いに誘導磁界Ｈの印加方向に対して異なる角度θ１、θ２をなすように配置される。この構成により、被測定電流Ｉからの誘導磁界Ｈが、第一及び第二の磁気センサ１４ａ、１４ｂに対して、互いに異なる大きさの磁気ベクトルＭ１、Ｍ２として作用する。このため、第一の磁気センサ１４ａに対しては、誘導磁界Ｈに応じた磁気ベクトルＭ１が作用し、第二の磁気センサ１４ｂに対しては、誘導磁界Ｈがベクトル分解された磁気ベクトルＭ２が作用するので、被測定電流Ｉが大電流の場合においても、第二の磁気センサ１４ｂの磁気飽和を抑制することが可能となる。これにより、被測定電流Ｉの測定範囲を拡大することが可能となる。

図５は、本発明の実施の形態に係る電流センサ１を示す機能ブロック図である。図５に示すように、第一及び第二の磁気センサ１４ａ、１４ｂは、第一及び第二の磁気センサ１４ａ、１４ｂの出力信号を制御する制御部２１とそれぞれ電気的に接続される。

第一及び第二の磁気センサ１４ａ、１４ｂは、例えば、被測定電流Ｉからの誘導磁界Ｈを打ち消す方向の磁界（以下、「キャンセル磁界」という）を発生するフィードバックコイルと（不図示）、磁気検出素子である２つの磁気抵抗効果素子及び２つの固定抵抗素子からなるブリッジ回路（不図示）を備えた磁気平衡式センサにより構成される。なお、ブリッジ回路の磁気抵抗効果素子としては、ＧＭＲ（Ｇｉａｎｔ Ｍａｇｎｅｔｏ Ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ）素子やＴＭＲ（Ｔｕｎｎｅｌ Ｍａｇｎｅｔｏ Ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ）素子などを挙げることができる。

制御部２１は、第一及び第二の磁気センサ１４ａ、１４ｂのブリッジ回路からの出力信号に応じたフィードバック電流を、第一及び第二の磁気センサ１４ａ、１４ｂのフィードバックコイルにそれぞれ供給する。そして、フィードバックコイルから生じたキャンセル磁界と誘導磁界Ｈとが相殺され、平衡状態となったときのフィードバック電流を電圧に変換してセンサ出力として出力する。このように、本実施の形態に係る電流センサ１においては、第一及び第二の磁気センサ１４ａ、１４ｂの出力信号がそれぞれ制御部２１に入力され、それぞれの第一及び第二の磁気センサ１４ａ、１４ｂの出力信号によりセンサ出力が出力されるので、電流センサの測定レンジを拡大することが可能となる。

次に、図６を参照して、上記電流センサ１に用いられる磁気センサの検出感度と、感度軸方向と誘導磁界Ｈの印加方向とのなす角度θ（以下、単に「角度θ」ともいう）との相関について説明する。図６は、磁気センサの検出感度と角度θとの相関を示す図である。図６においては、縦軸に磁気センサの検出感度を示し、横軸に角度θを示している。

図６に示すように、角度θが０度の場合を感度１００％とした場合、角度θが１５度の場合においては、磁気センサの検出感度は約９７％となり、角度θが３０度の場合には、磁気センサの検出感度は約９２％となる。このように、角度θが増大するにつれて検出感度が低下することが分かる。したがって、電流センサ１においては、第一及び第二の磁気センサ１４ａ、１４ｂの感度軸方向Ｄ１、Ｄ２を互いに異ならせて配置することにより、第一の磁気センサ１４ａの検出感度に対して第二の磁気センサ１４ｂの検出感度が低下するので、第二の磁気センサ１４ｂの磁気飽和を抑制することができ、電流センサ１の測定レンジを拡大することができる。

このように、本実施の形態に係る電流センサ１においては、第一及び第二の磁気センサ１４ａ、１４ｂは、感度軸方向Ｄ１、Ｄ２からの誘導磁界Ｈにより略同一の出力信号が出力されるように構成されると共に、感度軸方向Ｄ１、Ｄ２が互いに誘導磁界Ｈの印加方向に対して異なる角度θ１、θ２をなすように配置される。この構成により、被測定電流Ｉからの誘導磁界Ｈが、第一及び第二の磁気センサ１４ａ、１４ｂに対して、互いに異なる大きさの磁気ベクトルＭ１、Ｍ２として作用するので、誘導磁界Ｈにより第一の磁気センサ１４ａから出力される出力信号が、第二の磁気センサ１４ｂから出力される出力信号に対して相対的に大きくなる。これにより、被測定電流Ｉが小電流の場合には、相対的に検出感度が高い第一の磁気センサ１４ａによって被測定電流Ｉを測定することが可能となる。また、被測定電流Ｉが大電流の場合においても、第二の磁気センサ１４ｂの磁気飽和を抑制することが可能となる。したがって、被測定電流Ｉの測定範囲を拡大することが可能となる。特に、第一の磁気センサ１４ａの感度軸方向Ｄ１と誘導磁界Ｈの印加方向が略同一方向に固定され、感度軸方向Ｄ１と誘導磁界Ｈの印加方向とのなす角度θ１が零となる場合においては、誘導磁界Ｈに対する第一の磁気センサ１４ａの検出感度が最大となるので、被測定電流が微小電流の場合においても第一の磁気センサ１４ａによって被測定電流を測定することが可能となる。このため、第一の磁気センサ１４ａの感度軸方向Ｄ１と誘導磁界Ｈの印加方向とのなす角度θ１を零とし、第二の磁気センサ１４ｂの感度軸方向Ｄ１と誘導磁界Ｈの印加方向とのなす角度θ２を大きくすることにより、電流センサ１の測定レンジを拡大することが可能となる。

また、第一及び第二の磁気センサ１４ａ、１４ｂと導電部材１２との間の距離を同一にした場合においても、第一の磁気センサ１４ａに対して第二の磁気センサ１４ｂの磁気飽和を効果的に抑制できるので、電流センサ１の小型化が実現できる。

さらに、本実施の形態に係る電流センサ１においては、導電部材１２上に基板１３を介して一対の第一及び第二の磁気センサ１４ａ、１４ｂを配置し、基板１３の平面方向と導電部材１２の長軸方向Ａ２とを略一致して配置するので、電流センサ１の小型化が可能となる。また、一枚の基板１３上に第一及び第二の磁気センサ１４ａ、１４ｂを配置するので、電流センサ１を簡易に製造することができ、製造コストを低減することが可能となる。

（第２の実施の形態）
次に、図７、図８を参照して本発明の第２の実施の形態に係る電流センサ２について説明する。本実施の形態に係る電流センサ２は、第１の実施の形態に係る電流センサ１の構成に加え、第三及び第四の磁気センサ１４ｃ、１４ｄを有する。以下の説明においては、電流センサ１との相違点を中心に説明し、電流センサ１と同一の構成要素には、同一の符号を付して説明の重複を避ける。

図７は、本発明の第２の実施の形態に係る電流センサ２の断面模式図である。図７に示すように、電流センサ２は、導電部材１２の一方の主面１２ａとケース１１の天板１１ａとの間に配置される第一の基板１５ａと、第一の基板１５ａとの間で導電部材１２を挟んで導電部材１２の他方の主面１２ｂとケース１１の底板１１ｂとの間に配置される第二の基板１５ｂとを備える。第一の基板１５ａの上面には、第一及び第二の磁気センサ１４ａ、１４ｂが配置され、第二の基板１５ｂの下面には、第三及び第四の磁気センサ１４ｃ、１４ｄが配置される。第一の磁気センサから第四の磁気センサ１４ａ〜１４ｄは、感度軸方向からの誘導磁界に対して、略同一の検出感度を有するように構成されている。電流センサ２においては、導電部材１２を挟んで対向配置された第一及び第二の磁気センサ１４ａ、１４ｂの出力信号と、第三及び第四の磁気センサ１４ｃ、１４ｄの出力信号とを差動演算することにより被測定電流を測定する。

電流センサ２においては、平面視において、第一の磁気センサ１４ａと第三の磁気センサ１４ｃとが重畳して配置されると共に、第二の磁気センサ１４ｂと第四の磁気センサ１４ｄとが重畳して配置される。また、第一の磁気センサ１４ａの感度軸方向Ｄ１と第三の磁気センサ１４ｃの感度軸方向Ｄ３とが平面視において略同一方向に固定され、第二の磁気センサ１４ｂの感度軸方向Ｄ２と第四の磁気センサ１４ｄの感度軸方向Ｄ４とが平面視において略同一方向に固定される。

次に、図８を参照して、電流センサ２における被測定電流の検出原理について説明する。図８に示すように、導電部材１２に被測定電流が通流されると、断面視において、誘導磁界Ｈの向きは、導電部材１２の一方の主面１２ａの中央部では右方向となり、他方の主面１２ｂの中央部では左方向となる。また、上述したように、第一の磁気センサ１４ａの感度軸方向Ｄ１と第三の磁気センサ１４ｃの感度軸方向Ｄ３とは略同一方向に固定され、第二の磁気センサ１４ｂの感度軸方向Ｄ２と第四の磁気センサ１４ｄの感度軸方向Ｄ４とは、略同一方向に固定されているので、第一及び第二の磁気センサ１４ａ、１４ｂから出力される出力信号と、第三及び第四の磁気センサ１４ｃ、１４ｄから出力される出力信号とは、互いに略逆相となる。また、外乱磁気Ｈｃは、第一の磁気センサ１４ａ〜第四の磁気センサ１４ｄに対して略同一方向から作用するので、外乱磁気Ｈｃからのノイズ成分は、第一の磁気センサ１４ａ〜第四の磁気センサ１４ｄで順相となる。したがって、第一及び第二の磁気センサ１４ａ、１４ｂの出力信号と、第三及び第四の磁気センサ１４ｃ、１４ｄの出力信号とを差動演算することにより、被測定電流からの誘導磁界Ｈによる出力信号は加算され、外乱磁気Ｈｃからのノイズ成分は相殺される。これにより、電流センサ２の検出感度を増大できると共に、測定精度を向上させることができる。

次に、図９は、本発明の実施の形態に係る電流センサ２を示す機能ブロック図である。図９に示すように、電流センサ２においては、第一及び第二の磁気センサ１４ａ、１４が制御部２１と電気的に接続されると共に、第三及び第四の磁気センサ１４ｃ、１４ｄが制御部２１と電気的に接続される。制御部２１は、第一及び第二の磁気センサ１４ａ、１４ｂの出力信号と、第三及び第四の磁気センサ１４ｃ、１４ｄの出力信号と、とを差動で増幅する差動アンプ２２を備える。第一の磁気センサ１４ａ〜第四の磁気センサ１４ｄの構成に関しては、電流センサ１の第一及び第二の磁気センサ１４ａ、１４ｂと同一であるため、説明を省略する。

差動アンプ２２は、第一及び第二の磁気センサ１４ａ、１４ｂの出力信号と、第三及び第四の磁気センサ１４ｃ、１４ｄの出力信号と、の差動値をセンサ出力として処理する。このような処理を行うことにより、第一の磁気センサ１４ａ〜第四の磁気センサ１４ｄに作用する誘導磁界Ｈによる出力信号が加算されると共に、地磁気などの外部磁場の影響はキャンセルされるので、より高精度に電流を測定できる。

このように、本実施の形態に係る電流センサ２においては、導電部材１２を介して第一及び第二の磁気センサ１４ａ、１４ｂと第三及び第四の磁気センサ１４ｃ、１４ｄとを対向配置する。そして、第一の磁気センサ１４ａ及び第三の磁気センサ１４ｃの感度軸方向Ｄ１、Ｄ３を略同一方向に固定すると共に、第二の磁気センサ１４ｂ及び第四の磁気センサ１４ｄの感度軸方向Ｄ２、Ｄ４を略同一方向に固定する。さらに、第一及び第二の磁気センサ１４ａ、１４ｂの出力信号と、第三及び第四の磁気センサ１４ｃ、１４ｄの出力信号とを差動演算する。これらの構成により、被測定電流からの誘導磁界Ｈにより第一の磁気センサ１４ａ〜第四の磁気センサ１４ｄから出力される出力信号が加算され、外乱磁気Ｈｃによるノイズ成分が相殺されるので、被検出電流の測定精度を増大させることが可能となる。また、導電部材１２と第一の磁気センサ１４ａ〜第四の磁気センサ１４ｄとの間の距離を変えずに測定レンジを拡大できるので、電流センサの小型化を実現することができる。さらに、複数の第一の磁気センサ１４ａ〜第四の磁気センサ１４ｄを用いることにより、電流センサ２の分解能と測定レンジの拡大が可能となる。

本発明は上記実施の形態に限定されず、種々変更して実施することができる。例えば、上記実施の形態における各素子の接続関係、大きさ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、本発明の効果が得られる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。

例えば、上記実施の形態に係る電流センサ１においては、第一及び第二の磁気センサ１４ａ、１４ｂは、感度軸方向Ｄ１、Ｄ２が互いに誘導磁界Ｈの印加方向に対して異なる角度θ１、θ２をなすように配置する構成であれば適時変更可能である。例えば、図１に示したように、同一のセンサ形状、及び感度軸方向が同一方向に固定されたセンサ素子を用いて第一及び第二の磁気センサ１４ａ、１４ｂを構成し、第一の磁気センサ１４ａに対して第二の磁気センサ１４ｂのセンサ素子を互いに向きを変えて配置してもよい。また、同一のセンサ形状を有し、感度軸方向が異なる方向に固定された２つのセンサ素子により第一及び第二の磁気センサ１４ａ、１４ｂを構成し、第一及び第二の磁気センサ１４ａ、１４ｂのセンサ素子を互いに同一方向に向けて配置してもよい。

また、上記実施の形態に係る電流センサ１においては、断面視にて矩形形状を有する導電部材１２を用いる構成について説明したが、導電部材１２の形状は、この構成に限定されず適時変更可能である。導電部材１２の形状としては、例えば、断面視にて略矩形形状、略楕円形状、扁平形状等、本発明の効果が得られる範囲であれば適時変更可能である。

さらに、基板１３は、上記配置構成に限定されず、適時変更可能である。例えば、基板１３が、導電部材１２の長軸方向Ａ２に対して所定の角度、傾斜して配置されていてもよい。

また、上記本実施の形態では、第一の磁気センサ、第二の磁気センサとして、磁気平衡式センサを使用する構成としたが、この構成に限定されるものではない。磁気センサとしては、電流線を通る被測定電流Ｉからの誘導磁界により互いに出力信号を出力するものであればよく、例えば、磁気比例式センサ、ホール素子やその他の磁気検出素子を使用してもよい。磁気比例式センサを使用することで、磁気平衡式センサを使用する構成と比較して消費電力を低減することが可能である。

本発明は、広範囲の被測定電流を測定でき、小型化・薄型化可能であるという効果を有し、特に、電気自動車やハイブリッドカー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好適に用いることが可能である。

１、２ 電流センサ
１１ ケース
１２ 導電部材
１２ａ、１２ｂ 主面
１２ｃ、１２ｄ 端面
１３ 基板
１４ａ 第一の磁気センサ
１４ｂ 第二の磁気センサ
１４ｃ 第三の磁気センサ
１４ｄ 第四の磁気センサ
１５ａ 第一の基板
１５ｂ 第二の基板
２１ 制御部
２２ 差動アンプ

Claims (5)

1. 被測定電流からの誘導磁界により出力信号を出力する第一の磁気センサ及び第二の磁気センサと、前記第一の磁気センサの出力信号と前記第二の磁気センサの出力信号とを制御する制御手段と、を具備し、前記第一の磁気センサ及び第二の磁気センサは、感度軸方向からの誘導磁界に対して略同一の検出感度を有すると共に、感度軸方向が、前記被測定電流からの誘導磁界の印加方向に対して互いに異なる角度をなすように固定されることを特徴とする電流センサ。
2. 前記第一の磁気センサ又は前記第二の磁気センサの感度軸方向が、前記被測定電流からの誘導磁界の印加方向に対して略同一方向となるように固定されることを特徴とする請求項１記載の電流センサ。
3. 被測定電流からの誘導磁界により出力信号を出力する一対の第一の磁気センサ及び第二の磁気センサと、前記第一の磁気センサ及び第二の磁気センサとの間で前記被測定電流を通流する導電部材を挟んで配置され、前記被測定電流からの誘導磁界により前記第一の磁気センサ及び前記第二の磁気センサと略逆相の出力信号を出力する一対の第三の磁気センサ及び第四の磁気センサと、前記第一の磁気センサ及び第二の磁気センサの出力信号と前記第三の磁気センサ及び第四の磁気センサの出力信号とを差動演算する制御手段と、を具備し、前記第一の磁気センサから前記第四の磁気センサは、感度軸方向からの誘導磁界に対して略同一の検出感度を有し、前記第一の磁気センサ及び第二の磁気センサの感度軸方向が、前記被測定電流からの誘導磁界の印加方向に対して互いに異なる角度をなすように固定されると共に、前記第三の磁気センサ及び第四の磁気センサの感度軸方向が、前記被測定電流からの誘導磁界の印加方向に対して互いに異なる角度をなすように固定されることを特徴とする電流センサ。
4. 前記第一の磁気センサ又は前記第二の磁気センサの感度軸方向が、前記被測定電流からの誘導磁界の印加方向に対して略同一方向となるように固定されると共に、前記第三の磁気センサ又は前記第四の磁気センサの感度軸方向が、前記被測定電流からの誘導磁界の印加方向に対して略同一方向となるように固定されることを特徴とする請求項３記載の電流センサ。
5. 前記磁気センサが、ＧＭＲ素子であることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載の電流センサ。

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