JP2012063285A - Current sensor - Google Patents
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Abstract
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、出力感度を向上させる電流センサに関する。 The present invention relates to a current sensor that measures the magnitude of a current, and more particularly to a current sensor that improves output sensitivity.
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、導体に流れる被測定電流を、導体周囲の磁界の変化を介して検出する磁気センサを備えたものが提案されている。また、電流センサとして、出力感度を向上させるものが開発されている。 In recent years, in the fields of electric vehicles and solar batteries, the current value handled has increased with the increase in output and performance of electric vehicles and solar battery devices. Sensors are widely used. As such a current sensor, a sensor having a magnetic sensor for detecting a current to be measured flowing through a conductor through a change in a magnetic field around the conductor has been proposed. Also, a current sensor that improves output sensitivity has been developed.
出力感度を向上させる電流センサとしては、例えば、一対の磁気センサの出力信号の差動をとるものが提案されている(特許文献1)。この特許文献1に記載の電流センサは、基板上において、基板に直交する電流線を挟んで対向する位置に一対の磁気センサを配置している。この一対の磁気センサは、感度軸方向が同一方向に向けられている。この電流センサにおいては、一対の磁気センサから互いに逆相の出力信号が出力されるため、差動演算により出力信号は加算処理されて出力感度が向上される。また、一対の磁気センサの出力信号以外のノイズ成分は同相であるため、差動演算により除去される。
As a current sensor for improving output sensitivity, for example, a sensor that takes a differential of output signals of a pair of magnetic sensors has been proposed (Patent Document 1). In the current sensor described in
しかしながら、上記した特許文献1に記載の電流センサにおいては、電流線に対する一対の磁気センサの取付位置がずれると、差動出力が大きく変化するという問題があった。また、一対の磁気センサは、電流線を挟んで対向して配置されるため、十分に近付けて配置することができなかった。このため、一対の磁気センサに対して外乱等のノイズが一様に加わらず、差動をとることが困難となっていた。
However, the current sensor described in
本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、センサの位置ズレ許容度を向上させると共に、出力感度を向上させることができる電流センサを提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of this point, and an object of the present invention is to provide a current sensor that can improve the positional deviation tolerance of the sensor and improve the output sensitivity.
本発明の電流センサは、被測定電流を一方向に通流する第一の導電路と、前記第一の導電路に所定の間隔を空けて隣接し、前記第一の導電路とは逆方向に前記被測定電流を通流する第二の導電路とを含む導電部材と、前記第一の導電路を通流する前記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、および前記第二の導電路を通流する前記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差動演算する差動部と、を具備し、前記第一の導電路と前記第二の導電路との間のギャップにより、前記第一の導電路と前記第二の導電路との間の磁場の傾きが設定されることを特徴とする。 The current sensor of the present invention is adjacent to the first conductive path that allows the current to be measured to flow in one direction, with a predetermined distance from the first conductive path, and in the opposite direction to the first conductive path. And a first magnetic sensor that outputs an output signal by an induced magnetic field from the current to be measured that flows through the first conductive path. And a second magnetic sensor that outputs an output signal by an induced magnetic field from the current to be measured flowing through the second conductive path, an output signal of the first magnetic sensor, and a second magnetic sensor A differential unit for performing a differential operation on an output signal, and the first conductive path and the second conductive path by a gap between the first conductive path and the second conductive path. The gradient of the magnetic field between and is set.
この構成によれば、第一の導電路と第二の導電路との間のギャップが狭められると、磁場の傾きが大きくなると共に、直線に近付けられる。したがって、第一の導電路と第二の導電路との間に、第一、第二の磁気センサが配置されることで、第一、第二の磁気センサの出力感度が向上されるため、第一、第二の磁気センサのセンサ間隔を狭めて配置することができる。このため、第一、第二の磁気センサに対して外乱等のノイズが一様に加わり易くなり、差動を容易に取り出すことが可能となる。また、磁場の傾きが直線に近付けられることで、第一、第二の磁気センサの位置ズレ許容度を向上させることが可能となる。なお、第一の導電路と第二の導電路との間のギャップとは、第一、第二の導体路間に空けられた隙間(空間)を示す。 According to this configuration, when the gap between the first conductive path and the second conductive path is narrowed, the gradient of the magnetic field is increased and the line is brought closer to a straight line. Therefore, since the first and second magnetic sensors are arranged between the first conductive path and the second conductive path, the output sensitivity of the first and second magnetic sensors is improved. The first and second magnetic sensors can be arranged with a narrower sensor interval. For this reason, noise such as disturbance is easily added to the first and second magnetic sensors, and the differential can be easily taken out. Further, since the gradient of the magnetic field is brought close to a straight line, it is possible to improve the positional deviation tolerance of the first and second magnetic sensors. Note that the gap between the first conductive path and the second conductive path indicates a gap (space) formed between the first and second conductive paths.
本発明の電流センサにおいては、前記第一の導電路と前記第二の導電路との間隔の内側に、前記第一の磁気センサ及び前記第二の磁気センサが配置されることが好ましい。この構成によれば、第一の導電路と第二の導電路との間は、磁場の傾きが大きく、磁場の傾きが直線に近くなっている。したがって、第一、第二の磁気センサの出力感度が向上されると共に、第一、第二の磁気センサの位置ズレ許容度を向上させることが可能となる。なお、第一の導電路と第二の導電路との間隔の内側とは、第一の導電路の幅方向の中間位置から第二の導電路の幅方向の中間位置までの範囲内を示している。 In the current sensor according to the aspect of the invention, it is preferable that the first magnetic sensor and the second magnetic sensor are disposed inside a distance between the first conductive path and the second conductive path. According to this configuration, the gradient of the magnetic field is large between the first conductive path and the second conductive path, and the gradient of the magnetic field is close to a straight line. Therefore, the output sensitivity of the first and second magnetic sensors can be improved, and the positional deviation tolerance of the first and second magnetic sensors can be improved. The inner side of the interval between the first conductive path and the second conductive path indicates the range from the intermediate position in the width direction of the first conductive path to the intermediate position in the width direction of the second conductive path. ing.
本発明の電流センサにおいては、前記第一の導電路及び前記第二の導電路の幅寸法により、誘導磁界の磁場強度が設定されることが好ましい。この構成によれば、第一、第二の導電路の幅寸法を狭くすることで、磁場を強くしてセンサ感度を向上させ、第一、第二の導電路の幅寸法を広くすることで、磁場を抑えてセンサの磁気飽和を防止することができる。 In the current sensor of the present invention, it is preferable that the magnetic field intensity of the induction magnetic field is set according to the width dimension of the first conductive path and the second conductive path. According to this configuration, by narrowing the width dimension of the first and second conductive paths, the magnetic field is strengthened to improve the sensor sensitivity, and the width dimension of the first and second conductive paths is increased. By suppressing the magnetic field, the magnetic saturation of the sensor can be prevented.
本発明の電流センサにおいては、前記導電部材は、平面視にて略U字状に形成され、前記第一の磁気センサおよび前記第二の磁気センサが同一平面状に実装されることが好ましい。この構成によれば、簡易な構成により、導電部材に被測定電流の通流方向が逆向きとなる第一、第二の導電路を設けることができる。 In the current sensor of the present invention, it is preferable that the conductive member is formed in a substantially U shape in a plan view, and the first magnetic sensor and the second magnetic sensor are mounted on the same plane. According to this configuration, the first and second conductive paths in which the direction of the current to be measured is reversed can be provided in the conductive member with a simple configuration.
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前記第二の磁気センサは、感度軸方向が互いに同一方向であることが好ましい。この構成によれば、第一、第二の導電路を互いに逆方向に流れる被測定電流からの誘導磁界により第一の磁気センサと第二の磁気センサとに逆相の出力が生じ、差動演算により出力を加算処理して感度を向上させることができる。また、第一の磁気センサ及び第二の磁気センサの出力以外のノイズ成分は同相となり、差動演算により除去することができる。 In the current sensor of the present invention, it is preferable that the first magnetic sensor and the second magnetic sensor have the same sensitivity axis direction. According to this configuration, the first magnetic sensor and the second magnetic sensor generate opposite-phase outputs due to the induced magnetic fields from the measured currents flowing in the first and second conductive paths in opposite directions, and the differential It is possible to improve the sensitivity by adding the output by calculation. Further, noise components other than the outputs of the first magnetic sensor and the second magnetic sensor are in phase and can be removed by differential calculation.
本発明の電流センサによれば、被測定電流を一方向に通流する第一の導電路と、前記一の導電路に所定の間隔を空けて隣接し、前記第一の導電路とは逆方向に前記被測定電流を通流する第二の導電路とを含む導電部材と、前記第一の導電路を通流する前記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、および前記第二の導電路を通流する前記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差動演算する差動部と、を具備し、前記第一の導電路と前記第二の導電路との間のギャップにより、前記第一の導電路と前記第二の導電路との間の磁場の傾きが設定される。このため、第一の導電路と第二の導電路との間のギャップが狭められると、磁場の傾きが大きくなると共に、直線に近付けられる。したがって、第一の導電路と第二の導電路との間に、第一、第二の磁気センサが配置されることで、第一、第二の磁気センサの出力感度が向上されるため、第一、第二の磁気センサのセンサ間隔を狭めて配置することができる。このため、第一、第二の磁気センサに対して外乱等のノイズが一様に加わり易くなり、差動を容易に取り出すことが可能となる。また、磁場の傾きが直線に近付けられることで、第一、第二の磁気センサの位置ズレ許容度を向上させることができる。 According to the current sensor of the present invention, the first conductive path through which the current to be measured flows in one direction is adjacent to the one conductive path with a predetermined interval, and is opposite to the first conductive path. A first magnetic member that outputs an output signal by a conductive member including a second conductive path that flows in the direction through the current to be measured and an induced magnetic field from the current to be measured that flows in the first conductive path. A sensor, a second magnetic sensor that outputs an output signal by an induced magnetic field from the current to be measured flowing through the second conductive path, an output signal of the first magnetic sensor, and the second magnetic sensor A differential unit for performing a differential operation on the output signal of the first conductive path and the second conductive path by a gap between the first conductive path and the second conductive path. The gradient of the magnetic field between the road is set. For this reason, when the gap between the first conductive path and the second conductive path is narrowed, the gradient of the magnetic field is increased and the line is brought closer to a straight line. Therefore, since the first and second magnetic sensors are arranged between the first conductive path and the second conductive path, the output sensitivity of the first and second magnetic sensors is improved. The first and second magnetic sensors can be arranged with a narrower sensor interval. For this reason, noise such as disturbance is easily added to the first and second magnetic sensors, and the differential can be easily taken out. Further, since the gradient of the magnetic field is brought close to a straight line, the positional deviation tolerance of the first and second magnetic sensors can be improved.
近年、電子機器の薄型化が求められており、導電部材と平行に基板を設け、この基板上に磁気センサを配置した電流センサが検討されている。この場合、図7(a)に示すように、導電部材32の幅方向の略中間位置に第一の磁気センサ34aを配置し、導電部材32の幅方向の一端側に第二の磁気センサ34bを配置する構成が考えられる。この導電部材32に被測定電流が通流されると、導電部材32の周囲に誘導磁界が形成される。図7(b)に示すように、被測定電流によって形成される磁場分布は、幅方向の中間位置で大きくなり、幅方向の両端に向かって小さくなっている。
In recent years, electronic devices have been required to be thin, and a current sensor in which a substrate is provided in parallel with a conductive member and a magnetic sensor is disposed on the substrate has been studied. In this case, as shown in FIG. 7A, the first
この電流センサは、第一の磁気センサ34aの出力と第二の磁気センサ34bの出力との差動演算により、感度のバラツキ等を除去して出力している。しかしながら、この電流センサは、導電部材32の上方にのみ磁気センサが配置されるため、各磁気センサ34a、34bから同相で出力され、導電部材32の上下に各磁気センサを配置して逆相の出力を得る構成と比較して、略半分の出力感度しか得られない。また、導電部材32の上下に磁気センサを設けた電流センサの場合には、薄型の電子機器に搭載することが困難となっている。
This current sensor removes sensitivity variations and the like by a differential operation between the output of the first
この問題を解決するため、図8(a)に示すように、導電部材42を上面視U字状に形成し、一端側の導電路42aから他端側の導電路42bに被測定電流を通流させる電流センサが考えられる。一端側の導電路42a及び他端側の導電路42bは、ギャップを有して平行に延在しており、この導電部材42の一端側と他端側に対応して、基板43上に第一、第二の磁気センサ44a、44bが配置される。そして、導電部材42の一端側の導電路42aに流れる被測定電流と他端側の導電路42bに流れる被測定電流とにより、導電路42a、42bの周囲に互いに逆向きの誘導磁界が生じる。
In order to solve this problem, as shown in FIG. 8A, the
また、第一、第二の磁気センサ44a、44bの感度軸方向が同一方向に向けられているため、一対の磁気センサから互いに逆相の出力が得られ、差動演算により出力が加算処理されて出力感度が向上される。また、第一、第二の磁気センサ44a、44bの出力以外のノイズ成分は同相であるため、差動演算により除去される。しかしながら、図8(b)に示すように、導電路42a、42bにより形成される磁場分布は、導電路42a、42b間の傾きが小さく十分な出力感度が得られない。また、導電路42a、42b間の傾きが段階的に変化するため、センサ間隔が同じ(L1=L2)でもセンサの取り付け位置によっては出力が異なる(T1≠T2)といった問題が生じる。また、第一、第二の磁気センサ44a、44bが離れて配置されるため、外乱等のノイズが一様に加わらず、差動をとることが困難となっていた。
Further, since the sensitivity axis directions of the first and second
そこで、本発明者らが、一端側の導電路42a及び他端側の導電路42bのギャップと磁場の傾きとの関係を調べた結果、一端側の導電路42aと他端側の導電路42bとの間のギャップを狭めることにより磁場の傾きが大きくなることを発見した。さらに、本発明者らは、一端側の導電路42aと他端側の導電路42bとの間のギャップを狭めることにより、磁場の傾きが直線に近づくことを発見した。
Therefore, as a result of examining the relationship between the gap between the
すなわち、本発明の骨子は、導電部材の第一、第二の導電路間のギャップを狭めて磁場の傾きを大きくすることにより、電流センサの出力感度を向上させると共に、磁場の傾きを直線に近付けて第一、第二の磁気センサの位置ズレ許容度を向上させることである。また、電流センサの出力感度の向上により、第一、第二の磁気センサのセンサ間隔を狭めても、十分な出力感度を得ようにすることである。第一、第二の磁気センサのセンサ間隔を狭めると、外乱等のノイズが一様に加わり易くなるため、差動を容易に取り出すことが可能となる。 That is, the gist of the present invention is to improve the output sensitivity of the current sensor by narrowing the gap between the first and second conductive paths of the conductive member to increase the magnetic field gradient, and to make the magnetic field gradient linear. The approach is to improve the positional deviation tolerance of the first and second magnetic sensors. Further, by improving the output sensitivity of the current sensor, sufficient output sensitivity can be obtained even if the sensor interval between the first and second magnetic sensors is narrowed. When the sensor interval between the first and second magnetic sensors is narrowed, noise such as disturbance is easily added, so that the differential can be easily taken out.
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。
図1は、本発明の実施の形態に係る電流センサ1の斜視図である。図1に示すように、本実施の形態に係る電流センサ1は、略直方体形状の遮蔽シールド(磁気シールド)11と、この遮蔽シールド11内部の収納空間に一部が収納された導電部材12とを備える。遮蔽シールド11内部の導電部材12の上面には、基板13を介して第一、第二の磁気センサ14a、14bが配置され、この第一、第二の磁気センサ14a、14bによって導電部材12を通流する被測定電流を測定する。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
FIG. 1 is a perspective view of a
遮蔽シールド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、遮蔽シールド11内部への外部磁気を遮蔽するように構成されている。なお、遮蔽シールド11は、遮蔽シールド11内部への外乱磁気を遮蔽する形状であれば、必ずしも直方体形状を有するものでなくともよい。また、遮蔽シールド11は、第一、第二の磁気センサ14a、14bへの外乱磁気を遮蔽できる形状であれば、第一、第二の磁気センサ14a、14bを完全に密閉する構造でなくともよく、一部に開口部を有する形状であってもよい。
The
導電部材12は、平面視にて略U字形状の平板形状をなしており、所定のギャップを空けて平行に延在する第一の導電路12a及び第二の導電路12bと、この一対の第一の導電路12a及び第二の導電路12bの一端側を接続する第三の導電路12cとを有する。導電部材12の一対の第一の導電路12a及び第二の導電路12bの一端側並びに第三の導電路12cは、遮蔽シールド11内部の収納空間内に収納され、第一の導電路12a及び第二の導電路12bの他端側が遮蔽シールド11外部に露出している。この遮蔽シールド11外部に露出した一対の第一の導電路12a及び第二の導電路12bの他端部には、被測定電流が通流される外部の電流線に導電部材12を電気的に接続する取付け孔15a、15bがそれぞれ設けられている。
The
遮蔽シールド11の収納空間内の導電部材12の上面には、基板13を介して第一の磁気センサ14a、第二の磁気センサ14b及び制御部21(図3参照)が設けられている。第一の磁気センサ14a及び第二の磁気センサ14bは、導電部材12を通流する被測定電流からの誘導磁界を検出し、出力信号として出力する。
A first
図2(a)は、本発明の実施の形態に係る電流センサを示す平面模式図であり、図2(b)は、図2(a)のA−A線矢視断面図である。なお、説明の便宜上、図2(a)、(b)においては、遮蔽シールド11を省略して示している。
FIG. 2A is a schematic plan view showing the current sensor according to the embodiment of the present invention, and FIG. 2B is a cross-sectional view taken along the line AA in FIG. For convenience of explanation, the shielding
図2(a)、(b)に示すように、第一、第二の磁気センサ14a、14bは、第一の導電路12a及び第二の導電路12bの間に配置される。第一の磁気センサ14aは、導電部材12の第一の導電路12a寄りに配置され、第一の導電路12aを通流する被測定電流からの誘導磁界により出力信号を出力する。第二の磁気センサ14bは、導電部材12の第二の導電路12b寄りに配置され、第二の導電路12bを通流する被測定電流からの誘導時間により出力信号を出力する。第一、第二の磁気センサ14a、14bは、感度軸方向D1が同一方向に向けられている。
As shown in FIGS. 2A and 2B, the first and second
すなわち、電流センサ1においては、被測定電流の通流経路R1が、導電部材12の第二の導電路12b、第三の導電路12c、第二の導電路12bの順となり、第一の導電路12aを通流する被測定電流の通流方向と、第二の導電路12bを通流する被測定電流の通流方向とが逆方向になるように構成されている。この構成により、一対の第一の導電路12a及び第二の導電路12bを通流する被測定電流により、一対の第一の導電路12a及び第二の導電路12bの周囲に互いに逆回りの誘導磁界Ha、Hbが生じる。このため、第一の磁気センサ14a及び第二の磁気センサ14bから互いに逆相の出力信号が出力される。
That is, in the
また、第一、第二の磁気センサ14a、14bは、遮蔽シールド11に覆われているものの、外乱の影響を受ける場合がある。この場合、第一、第二の磁気センサ14a、14bの出力信号には、外乱磁界の影響により互いに同相のノイズが乗る。そして、第一の磁気センサ14a及び第二の磁気センサ14bを差動動作させることにより、導電部材12を流れる被測定電流が形成する誘導磁界による出力信号が逆相で加算処理され、検出感度を向上させることができると共に、それ以外の外乱磁気によるノイズを同相で除去することができる。
Further, although the first and second
このとき、第一、第二の磁気センサ14a、14bは、第一、第二の導電路12a、12b間に並べて配置されている。詳細は後述するが、第一、第二の導体路12a、12b間のギャップや幅寸法を調整することで、第一、第二の導電路12a、12b間の磁場の傾きが大きくなると共に、直線に近付けられる。このため、第一、第二の導電路12a、12b間に第一、第二の磁気センサ14a、14bが配置されることで、出力感度が向上されると共に、位置ズレ許容度が向上される。
At this time, the first and second
図3は、本発明の実施の形態に係る電流センサを示すブロック図である。第一の磁気センサ14a及び第二の磁気センサ14bは、それぞれ磁気平衡式センサであり、被測定電流によって発生する磁界を打ち消す方向の磁界を発生可能に配置されたフィードバックコイル141と、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142とから構成されている。制御部21は、第一の磁気センサ14aのブリッジ回路142の差動出力を増幅し、フィードバックコイル141のフィードバック電流を制御する差動・電流アンプ211と、第一の磁気センサ14aのフィードバック電流を電圧に変換するI/Vアンプ212と、第二の磁気センサ14bのブリッジ回路142の差動出力を増幅し、フィードバックコイル141のフィードバック電流を制御する差動・電流アンプ213と、第二の磁気センサ14bのフィードバック電流を電圧に変換するI/Vアンプ214と、I/Vアンプ212、214の差動出力を増幅する差動アンプ222とを含む。
FIG. 3 is a block diagram showing the current sensor according to the embodiment of the present invention. Each of the first
フィードバックコイル141は、ブリッジ回路142の磁気抵抗効果素子の近傍に配置されており、被測定電流により発生する誘導磁界を相殺するキャンセル磁界を発生する。ブリッジ回路142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。磁気抵抗効果素子は、被測定電流からの誘導磁界の印加により抵抗値が変化する。2つの磁気抵抗効果素子と2つの固定抵抗素子によりブリッジ回路142を構成することにより、高感度の電流センサを実現することができる。また、磁気抵抗効果素子を用いることにより、電流センサを設置する基板面と平行な方向に感度軸を配置し易く、平面コイルを使用することが可能となる。
The
ブリッジ回路142は、被測定電流により生じた誘導磁界に応じた電圧差を生じる2つの出力を備える。ブリッジ回路142の2つの出力は差動・電流アンプ211、213で増幅され、増幅された出力がフィードバックコイル141に電流(フィードバック電流)として与えられる。このフィードバック電流は、誘導磁界に応じた電圧差に対応する。このとき、フィードバックコイル141には、誘導磁界を相殺するキャンセル磁界が発生する。そして、誘導磁界とキャンセル磁界とが相殺される平衡状態となったときのフィードバックコイル141に流れる電流がI/Vアンプ212、214で電圧に変換され、この電圧がセンサ出力となる。
The
なお、差動・電流アンプ211においては、電源電圧を、I/V変換の基準電圧+(フィードバックコイル抵抗の定格内最大値×フルスケール時フィードバックコイル電流)に近い値に設定することで、フィードバック電流が自動的に制限され、磁気抵抗効果素子やフィードバックコイルを保護する効果が得られる。また、ここではブリッジ回路142の二つの出力の差動を増幅してフィードバック電流に用いたが、ブリッジ回路からは中点電位のみを出力とし、所定の基準電位との電位差をもとにフィードバック電流としてもよい。
In the differential /
差動アンプ222は、I/Vアンプ212、214の出力信号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及び第二の磁気センサ14bの出力信号における外部磁場の影響はキャンセルされ、より高精度に電流を測定できる。なお、このように構成された電流センサ1は、第一、第二の導電路12a、12b間のギャップや幅寸法を変化させることで、さらに出力感度や位置ズレ許容度が向上されている。
The
以下、図4及び図5を参照して、第一、第二の導電路間のギャップと磁場分布との関係について説明する。図4において、実線が第一、第二の導電路間のギャップを2mm、一点鎖線が第一、第二の導電路間のギャップを4mm、二点鎖線が第一、第二の導電路間のギャップを6mm、破線が第一、第二の導電路間のギャップを8mm、点線が第一、第二の導電路間のギャップを10mmに設定した場合のそれぞれ磁場分布を示す。なお、ここでいう、第一、第二の導体路間のギャップとは、第一、第二の導体路間に空けられた隙間(空間)を示す。 Hereinafter, the relationship between the gap between the first and second conductive paths and the magnetic field distribution will be described with reference to FIGS. 4 and 5. In FIG. 4, the solid line is 2 mm between the first and second conductive paths, the alternate long and short dash line is 4 mm between the first and second conductive paths, and the two-dot chain line is between the first and second conductive paths. The magnetic field distribution when the gap is set to 6 mm, the broken line is set to 8 mm between the first and second conductive paths, and the dotted line is set to 10 mm between the first and second conductive paths. Here, the gap between the first and second conductor paths refers to a gap (space) formed between the first and second conductor paths.
図4に示すように、磁場の傾きは、第一、第二の導体路12a、12b間のギャップが小さくなるに伴い、大きくなっている。このため、第一、第二の磁気センサ14a、14bのセンサ間隔が同じであっても、第一、第二の導体路12a、12b間ギャップが小さくなるに伴い、センサ出力が増加する。例えば、第一、第二の磁気センサ14a、14bのセンサ間隔を5mmとし、第一、第二の導体路12a、12b間のギャップが2mmに設定されると、第一、第二の磁気センサ14a、14bの差動出力は0.013Tとなる。一方、第一、第二の磁気センサ14a、14bのセンサ間隔を5mmとし、第一、第二の導体路12a、12b間のギャップが10mmに設定されると、第一、第二の磁気センサ14a、14bの差動出力は0.004Tとなる。このように、本実施の形態に係る電流センサ1は、第一、第二の導体路12a、12b間のギャップの大きさを調整することで、出力感度を向上させることが可能となっている。
As shown in FIG. 4, the gradient of the magnetic field increases as the gap between the first and
また、第一、第二の導体路12a、12b間のギャップを狭めることで、出力感度が向上するため、第一、第二の磁気センサのセンサ間隔を狭めて配置しても十分な出力感度を得ることができる。このため、第一、第二の磁気センサに対して外乱等のノイズが一様に加わり易くなるため、差動を容易に取り出すことが可能となる。
Further, since the output sensitivity is improved by narrowing the gap between the first and
また、第一、第二の導体路12a、12b間の磁場の傾きは、第一、第二の導体路12a、12b間ギャップが小さくなるに伴い、直線に近づいている。このため、第一、第二の磁気センサ14a、14bの位置ズレ許容度が向上される。図5(a)の点線に示すように、第一、第二の導体路12a、12b間のギャップが10mmに設定されると、第一、第二の導体路12a、12b間の磁場の傾きが段階的に変化する。このため、同じセンサ間隔であっても、センサ位置がずれると出力が異なる。例えば、第一の磁気センサ14aがP1に配置され、第二の磁気センサ14bがP2に配置された場合には、差動出力が0.006Tとなる。一方、同じセンサ間隔であっても、第一の磁気センサ14aがP3に配置され、第二の磁気センサ14bがP4に配置された場合には、差動出力が0.004Tとなる。
In addition, the magnetic field gradient between the first and
図5(b)の実線に示すように、第一、第二の導体路12a、12b間のギャップが2mmに設定されると、第一、第二の導体路12a、12b間の磁場の傾きが直線となる。このため、同じセンサ間隔であれば、センサ位置がずれても出力が同じとなる。例えば、第一の磁気センサ14aがP1に配置され、第二の磁気センサ14bがP2に配置に配置された場合には、差動出力が0.006Tとなる。また、第一の磁気センサ14aがP3に配置され、第二の磁気センサ14bがP4に配置された場合にも、差動出力が0.006Tとなる。このように、本実施の形態に係る電流センサ1は、第一、第二の導体路12a、12b間のギャップの大きさを調整することで、位置ズレ許容度を向上させることが可能となっている。
As shown by the solid line in FIG. 5B, when the gap between the first and
次に、図6を参照して、第一、第二の導電路の幅寸法と磁場分布との関係について説明する。図6において、図示左側が導体路の幅寸法を10mm、図示右側が導体路の幅寸法を5mmに設定した場合のそれぞれの磁場分布を示す。また、図6において、実線が第一、第二の導電路間のギャップを2mm、一点鎖線が第一、第二の導電路間のギャップを4mm、二点鎖線が第一、第二の導電路間のギャップを6mm、破線が第一、第二の導電路間のギャップを8mm、点線が第一、第二の導電路間のギャップを10mmに設定した場合のそれぞれ磁場分布を示す。なお、ここでいう、第一、第二の導体路間のギャップとは、第一、第二の導体路間に空けられた隙間(空間)を示す。 Next, the relationship between the width dimension of the first and second conductive paths and the magnetic field distribution will be described with reference to FIG. In FIG. 6, the left side of the drawing shows the magnetic field distribution when the width dimension of the conductor path is set to 10 mm, and the right side of the figure shows the width dimension of the conductor path set to 5 mm. In FIG. 6, the solid line is the first and second conductive paths with a gap of 2 mm, the alternate long and short dash line is between the first and second conductive paths, and the two-dot chain line is the first and second conductive paths. The magnetic field distribution is shown when the gap between the paths is set to 6 mm, the broken line is set to 8 mm between the first and second conductive paths, and the dotted line is set to 10 mm between the first and second conductive paths. Here, the gap between the first and second conductor paths refers to a gap (space) formed between the first and second conductor paths.
図6に示すように、第一、第二の導体路12a、12bの幅寸法が変化すると、磁界強度が変化する。例えば、第一、第二の導体路12a、12b間のギャップが10mmに設定されると、第一、第二の導体路12a、12bの幅寸法が10mmの場合にピーク値が0.0095Tとなり、第一、第二の導体路12a、12bの幅寸法が5mmの場合にピーク値が0.013Tとなる。また、第一、第二の導体路12a、12b間のギャップが2mmに設定されると、第一、第二の導体路12a、12bの幅寸法が10mmの場合にピーク値が0.009Tとなり、第一、第二の導体路12a、12bの幅寸法が5mmの場合にピーク値が0.011Tとなる。
As shown in FIG. 6, when the width dimensions of the first and
このように、第一、第二の導体路12a、12b間のギャップに関わらず、導体路の幅寸法を小さくすることで磁場分布のピーク値を大きくし、導体路の幅寸法を大きくすることで磁場分布のピーク値を小さくすることができる。したがって、本実施の形態に係る電流センサ1は、導体路の幅寸法を小さくすることで磁場強度を高めてセンサ感度を向上させることができ、導体路の幅寸法を大きくすることで磁場強度を抑えて第一、第二の磁気センサ14a、14bの磁気飽和を防止することが可能となっている。
In this way, regardless of the gap between the first and
なお、本実施の形態では、第一、第二の磁気センサ14a、14b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。磁気センサは、電流線を通る被測定電流からの誘導磁界により互いに略逆相の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。
In the present embodiment, a magnetic balance type sensor is used as the first and second
また、被測定電流が通流される導電部材の形状は必ずしも断面矩形形状に限定されず、断面円形形状のものを用いてもよい。また、導電部材12は、少なくとも一対の第一、第二の導電路12a、12bを有するものであればよく、必ずしも平面視にてU字形状を有するものを用いなくともよい。さらに、第一、第二の導電路12a、12bは、互いに平行である構成に限定されるものではなく、第一、第二の導電路12a、12b間にギャップを形成するものであればよい。さらに、導電部材12としては、細長い棒状の金属部材で構成されたバスバを用いてもよい。
Further, the shape of the conductive member through which the current to be measured flows is not necessarily limited to a rectangular cross section, and a circular cross section may be used. The
このように、本実施の形態においては、第一、第二の導電路12a、12b間のギャップが狭められると、磁場の傾きが大きくなると共に、直線に近付けられる。したがって、第一の導電路12aと第二の導電路との間に、第一、第二の磁気センサが配置されることで、第一、第二の磁気センサ14a、14bの出力感度が向上されるため、第一、第二の磁気センサ14a、14bのセンサ間隔を狭めて配置することができる。このため、第一、第二の磁気センサ14a、14bに対して外乱等のノイズが一様に加わり易くなり、差動を容易に取り出すことが可能となる。また、磁場の傾きが直線に近付けられることで、第一、第二の磁気センサ14a、14bの位置ズレ許容度を向上させることが可能となる。さらに、第一、第二の導電路12a、12bの幅寸法を狭くすることで、磁場を強くしてセンサ感度を向上させ、第一、第二の導電路12a、12bの幅寸法を広くすることで、磁場を抑えてセンサの磁気飽和を防止することができる。
As described above, in the present embodiment, when the gap between the first and second
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。また、上記実施の形態においては、磁気平衡式電流センサに磁気抵抗効果素子を用いた場合について説明しているが、磁気平衡式電流センサにホール素子やその他の磁気検出素子を用いて構成してもよい。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 above embodiment, and can be implemented with various modifications. For example, the connection relationship, size, and the like of each element in the above embodiment can be changed as appropriate. Further, in the above embodiment, a case where a magnetoresistive effect element is used for the magnetic balance type current sensor has been described. However, a Hall element or other magnetic detection element is used for the magnetic balance type current sensor. Also good. 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 or a hybrid car.
1 電流センサ
11 遮蔽シールド
12 導電部材
12a 第一の導電路
12b 第二の導電路
12c 第三の導電路
13 基板
14a 第一の磁気センサ
14b 第二の磁気センサ
15a、15b 取付け孔
21 制御部
141 フィードバックコイル
142 ブリッジ回路
211、213 差動・電流アンプ
212、214 I/Vアンプ
222 差動アンプ
DESCRIPTION OF
Claims (5)
前記第一の導電路を通流する前記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、および前記第二の導電路を通流する前記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差動演算する差動部と、を具備し、
前記第一の導電路と前記第二の導電路との間のギャップにより、前記第一の導電路と前記第二の導電路との間の磁場の傾きが設定されることを特徴とする電流センサ。 A first conductive path through which the current to be measured flows in one direction is adjacent to the first conductive path with a predetermined interval, and the current to be measured is passed in a direction opposite to the first conductive path. A conductive member including a second conductive path flowing;
A first magnetic sensor that outputs an output signal by an induced magnetic field from the current to be measured flowing through the first conductive path; and an induced magnetic field from the current to be measured that flows through the second conductive path. A second magnetic sensor for outputting an output signal;
A differential unit for performing a differential operation on the output signal of the first magnetic sensor and the output signal of the second magnetic sensor;
A current between the first conductive path and the second conductive path sets a magnetic field gradient between the first conductive path and the second conductive path by the gap between the first conductive path and the second conductive path. Sensor.
前記第一の磁気センサおよび前記第二の磁気センサが同一平面状に実装されたことを特徴とする請求項1から請求項3のいずれかに記載の電流センサ。 The conductive member is formed in a substantially U shape in plan view,
The current sensor according to any one of claims 1 to 3, wherein the first magnetic sensor and the second magnetic sensor are mounted on the same plane.
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-
2010
- 2010-09-17 JP JP2010208772A patent/JP2012063285A/en active Pending
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