JP2013148473A - 電流センサ - Google Patents

Abstract

【課題】磁電変換素子の出力を高精度に補正することができる電流センサを提供する。
【解決手段】磁石４０は、リードスイッチ３０に磁界を加えてバスバー６０に電流が流れないときにおいてリードスイッチ３０の接点が閉じる状態にする。マイコン５０は、リードスイッチ３０の接点の開閉動作を検知してバスバー６０に電流が流れてリードスイッチ３０の接点が開いた時のホールＩＣ２０の出力に基づいてホールＩＣ２０におけるバスバー６０に流れる被測定電流の大きさに応じた信号の出力の補正を行う。
【選択図】図３

Description

本発明は、電流センサに関するものである。

電流センサにおいて出力補正することが行われている（特許文献１等）。

特開平１０−３１９０５４号公報

ところで、通常、電流ゼロでの磁電変換素子の出力に基づいて補正を行っており、センサを使用する毎に電流ゼロにして補正している。これに対し、電流が流れた状態を基準として磁電変換素子の出力を補正することで高精度に補正することができるようにしたいというニーズがある。

本発明の目的は、磁電変換素子の出力を高精度に補正することができる電流センサを提供することにある。

請求項１に記載の発明では、磁電変換素子と、リードスイッチと、前記リードスイッチに磁界を加えて被測定対象物に電流が流れないときにおいて前記リードスイッチの接点が閉じる状態にする磁石と、前記リードスイッチの接点の開閉動作を検知して前記被測定対象物に電流が流れて前記リードスイッチの接点が開いた時の前記磁電変換素子の出力に基づいて前記磁電変換素子における前記被測定対象物に流れる被測定電流の大きさに応じた信号の出力の補正を行う補正手段と、を備えたことを要旨とする。

請求項１に記載の発明によれば、磁石により、リードスイッチに磁界が加えられて、被測定対象物に電流が流れないときにおいてリードスイッチの接点が閉じる状態にされる。補正手段により、リードスイッチの接点の開閉動作が検知されて被測定対象物に電流が流れてリードスイッチの接点が開いた時の磁電変換素子の出力に基づいて磁電変換素子における被測定対象物に流れる被測定電流の大きさに応じた信号の出力の補正が行われる。

よって、被測定対象物に電流が流れた状態を基準として磁電変換素子の出力を高精度に補正することができる。
請求項２に記載の発明では、請求項１に記載の電流センサにおいて、前記リードスイッチの接点の開閉状態を検知して前記被測定対象物に電流が流れないときにおいて前記リードスイッチの接点が閉じた状態ならば、前記磁電変換素子の駆動のための通電を停止する停止手段と、前記リードスイッチの接点の開閉動作を検知して前記被測定対象物に電流が流れない状態から前記リードスイッチの接点が開くと前記磁電変換素子の通電を開始して駆動を開始させる通電開始手段と、を更に備えたことを要旨とする。

請求項２に記載の発明によれば、停止手段により、リードスイッチの接点の開閉状態が検知されて、被測定対象物に電流が流れないときにおいてリードスイッチの接点が閉じた状態ならば、磁電変換素子の駆動のための通電が停止される。通電開始手段により、リードスイッチの接点の開閉動作が検知されて、被測定対象物に電流が流れない状態からリードスイッチの接点が開くと磁電変換素子の通電が開始されて駆動を開始させる。

これにより、消費電流を低減させることができる。
請求項３に記載のように、請求項１または２に記載の電流センサにおいて、前記被測定対象物は、バスバーであるとよい。

本発明によれば、磁電変換素子の出力を高精度に補正することができる電流センサを提供することができる。

（ａ）は実施形態における電流センサの平面図、（ｂ）は電流センサの右側面図、（ｃ）は（ａ）のＡ−Ａ線での縦断面図。 （ａ）はケースを除いた状態での電流センサの平面図、（ｂ）はケースを除いた状態での電流センサの右側面図、（ｃ）はケースを除いた状態での電流センサの正面図。 電流センサの電気的構成図。 バスバーとホールＩＣとリードスイッチと磁石を示す説明図。 通電電流、リードスイッチの動作、ホールＩＣの駆動状態、ホールＩＣの出力を示すタイムチャート。

以下、本発明を具体化した一実施形態を図面に従って説明する。
なお、図面において、水平面を、直交するＸ，Ｙ方向で規定するとともに、上下方向をＺ方向で規定している。

図１に示すように、電流センサ１０は、箱型のケース１１と、ホールＩＣ２０と、リードスイッチ３０と、磁石４０と、マイコン５０を備えている。被測定対象物としてのバスバー６０は断面が長方形をなす帯状の導電板であり、Ｙ方向に延設されると共に断面長方形の長辺がＸ方向となっている。

ケース１１は、樹脂製のケース本体部１２と、樹脂製の蓋部１３からなる。ケース本体部１２の一つの面には凹部１２ａが形成され、ケース本体部１２の凹部１２ａの開口部が蓋部１３により塞がれており、これによりケース１１が箱型に形成されている。

ケース１１におけるケース本体部１２の凹部１２ａの内部には収納室Ｒ１が形成され、収納室Ｒ１にプリント基板１４が収納されている。詳しくは、ケース本体部１２の凹部１２ａの底面には凹部１５が形成され、この凹部１５に図２に示すプリント基板１４が嵌合状態にて固定されている。プリント基板１４は立設状態で配置されている。

図２に示すように、プリント基板１４には、磁電変換素子としてのホールＩＣ２０が実装されている。ホールＩＣ２０はホール素子と周辺回路をワンチップ化したものである。つまり、ホールＩＣ２０はホール素子を形成したチップ内に周辺回路（駆動回路、ホール素子の出力電圧を増幅する回路等）を一体化したものである。

また、プリント基板１４におけるホールＩＣ２０の実装面においてリードスイッチ３０が実装されている。リードスイッチ３０はホールＩＣ２０の上方に接近して位置している。さらに、プリント基板１４にはマイコン５０が実装されている。

図１に示すように、ケース１１およびプリント基板１４には、被測定対象物としてのバスバー６０が貫通する状態で配置されている。このバスバー６０には電流が流れる。バスバー６０は図１（ｃ）に示すようにホールＩＣ２０の下方に接近して位置している。

さらに、図１，２に示すように、ケース本体部１２には磁石４０が埋設されている。この磁石４０は、図１（ｃ）に示すように、リードスイッチ３０の上方に接近して配置されている。磁石４０は、フェライト磁石である。

磁電変換素子としてのホールＩＣ２０は、バスバー６０に流れる被測定電流の大きさに応じた信号を出力する。つまり、ホールＩＣ２０を用いてバスバー６０に流れる被測定電流の大きさを磁界の強さとして測定することができる。

リードスイッチ３０は、図３，４に示すように、磁界が加わらない状態において一対の磁性体リード片３１，３２が機械的弾性により離間して接点３３，３４を開く。また、リードスイッチ３０は、磁界を加えることにより一対の磁性体リード片３１，３２が磁化されて接点部分にＮ極・Ｓ極の異極が生じて、磁気吸引力が一対の磁性体リード片３１，３２の機械的弾性よりも強いと接点３３，３４が閉じるようになっている。

磁石４０は、図４に示すようにリードスイッチ３０に磁界Ｂ１を加えてバスバー６０に電流が流れないときにおいてリードスイッチ３０の接点３３，３４が閉じる状態にする。詳しくは、磁石４０は、リードスイッチ３０に対しバスバー６０により加わる磁界Ｂ２とは逆向きの磁界Ｂ１を加えてバスバー６０に電流が流れないときにおいてリードスイッチ３０の接点３３，３４が閉じる状態にする。

図３に示すように、ホールＩＣ２０には開閉器７０を介して電源７１が接続されている。開閉器７０はマイコン５０により開閉され、開閉器７０を閉じることによりホールＩＣ２０に電圧を印加（電力を供給）することができるようになっている。

リードスイッチ３０の一端は電圧ラインＶ１と接続され、リードスイッチ３０の他端はマイコン５０と接続されている。マイコン５０はリードスイッチ３０の開閉状態を検知することができる。

次に、電流センサ１０の作用について説明する。
図４に示すように、磁石４０により、リードスイッチ３０に磁界Ｂ１（被測定電流により加わる磁界Ｂ２とは逆向きの磁界Ｂ１）が加えられてバスバー６０に電流が流れないときにおいてリードスイッチ３０の接点３３，３４が閉じる状態になる。図５においてｔ１のタイミング以前においては、バスバー６０に電流が流れておらず、リードスイッチ３０の接点３３，３４が閉じている。

停止手段としてのマイコン５０は、リードスイッチ３０の接点３３，３４の開閉状態を検知してバスバー６０に電流が流れないときにおいて、リードスイッチ３０の接点３３，３４が閉じた状態ならば、開閉器７０を開路状態にしてホールＩＣ２０の駆動のための通電を停止する。よって、電流を測定する必要がないときにはホールＩＣ２０は駆動していない。

このバスバー６０に電流が流れない状態からバスバー６０に電流が流れだすと（図５のｔ１のタイミング）、図４においてＢ２で示す磁界がリードスイッチ３０に加わる。バスバー６０に流れる電流が次第に大きくなり、磁界Ｂ２が強くなる。

このように、バスバー６０に電流が流れると、磁石４０の磁界Ｂ１とは逆向きの磁界Ｂ２が発生し、磁界がキャンセルされる。そして、図５のｔ２のタイミングで一定の電流（図５でＩ１で示す）が流れるとリードスイッチ３０がオフする（接点３３，３４が開く）。さらに電流が流れて図５においてＩ２で示す電流が流れると図５のｔ３のタイミングでリードスイッチ３０が再びオンする（接点３３，３４が閉じる）。

通電開始手段としてのマイコン５０は、リードスイッチ３０の接点３３，３４の開閉動作を検知してバスバー６０に電流が流れない状態から図５のｔ２のタイミングでリードスイッチ３０の接点３３，３４が開くと開閉器７０を閉じることによりホールＩＣ２０の通電を開始して駆動を開始させる。

その後、バスバー６０に更に大きな電流が流れることにより、ホールＩＣ２０には、電流の大きさに応じた強さの磁界Ｂ３が加わる。ホールＩＣ２０の出力レベルは磁界Ｂ３の強さに応じたものとなる。

また、補正手段としてのマイコン５０は、リードスイッチ３０の接点３３，３４の開閉動作を検知してバスバー６０に電流が流れてリードスイッチ３０の接点３３，３４が開いた時のホールＩＣ２０の出力（ホールＩＣの出力値Ｖｂ）に基づいてホールＩＣ２０におけるバスバー６０に流れる被測定電流の大きさに応じた信号の出力の補正を行う。

具体的には、図５において、Ｖｂ値と初期設定値Ｖａとの差ΔＶ、即ち、オフセット誤差を求めてメモリに記憶する。そして、バスバー６０の電流の測定時において、ホールＩＣ２０の出力に対し差分（ΔＶ）を加算する補正を行う。

例えば、図５においてｔ１０のタイミングでのホールＩＣ２０の出力値がＶ１０であった場合、
Ｖ１０＋ΔＶ
を補正後の値として出力する。これによりホールＩＣ２０のオフセットばらつきを補正することができる。なお、バスバー６０に流れる電流をホールＩＣ２０で測定するとき磁石４０による磁界成分が含まれるので磁石４０による磁界成分を除いたものを最終電流測定結果とする。

このようにして、磁石４０によりリードスイッチ３０がオン（接点３３，３４が閉じ）ており、このリードスイッチ３０がオンオフするときの磁界の強さの差を利用し、ホールＩＣ２０への通電を開始させる（起動させる）とともにホールＩＣ２０の出力を補正することで精度よく、かつ消費電流を低減することができる。

詳しくは、リードスイッチ３０と磁石４０を用いて、磁石４０によりバスバー６０に電流が流れないときにはリードスイッチ３０がオン（接点３３，３４が閉じる）するように磁界を加えておき、リードスイッチ３０がオフ、即ち、接点３３，３４が開いたときのホールＩＣ２０の出力からホールＩＣ２０の出力の補正（オフセット補正）を行うようにした。これにより、電流を流しながらオフセット誤差を低減することができる（オフセット補正を行うことができる）。

特に、従来、センサを使用する毎に電流ゼロにして補正する必要があったのに対し、本実施形態ではセンサを使用する毎に始動時に差ΔＶ、即ち、オフセット誤差を求めて補正することができる。

以上のごとく本実施形態によれば、以下のような効果を得ることができる。
（１）磁石４０により、リードスイッチ３０に磁界が加えられて、バスバー６０に電流が流れないときにおいてリードスイッチ３０の接点３３，３４が閉じる状態にされる。そして、マイコン５０により、リードスイッチ３０の接点３３，３４の開閉動作が検知されてリードスイッチ３０に電流が流れてリードスイッチ３０の接点３３，３４が開いた時のホールＩＣ２０の出力に基づいてホールＩＣ２０におけるバスバー６０に流れる被測定電流の大きさに応じた信号の出力の補正が行われる。よって、バスバー６０に電流が流れた状態を基準としてホールＩＣ２０の出力を高精度に補正することができる。その結果、ホールＩＣ２０の出力を高精度に補正することができる。

（２）電流を検出するために常時ホールＩＣ２０を通電（駆動）すると、電流を測定する必要がないときも駆動しているため電流を消費することになり浪費となる。本実施形態ではリードスイッチ３０を用いてバスバー６０に一定以上の電流が流れているときのみリードスイッチ３０が作動し電流を測定する。即ち、電流が流れ磁力（磁界）が発生したときのみリードスイッチ３０が作動（接点３３，３４が開閉動作）し、電流を検出することができるようにした。これにより、電流を検出する必要がないときや微小な電流のときはリードスイッチ３０が作動せずホールＩＣ２０へ電力が供給されず消費電流を低減することができる。

実施形態は前記に限定されるものではなく、例えば、次のように具体化してもよい。
・磁電変換素子としてホールＩＣ（ホール素子）を用いたが、これに代わり他の磁電変換素子、例えば磁気抵抗素子を用いてもよい。

・被測定対象物としてバスバー６０を用いたが、これに限定されない。例えば、丸棒であってもよい。
・磁石として電磁石を用いてもよく、要は、被測定対象物に電流が流れないときにおいてリードスイッチの接点が閉じる状態にできればよい。

・磁石４０はプリント基板１４に固定してもよい。
・補正の方法として、図５におけるｔ２のタイミング（リードスイッチのオフ動作時）でのホールＩＣの出力値とｔ３のタイミング（リードスイッチのオン動作時）でのホールＩＣの出力値とから、出力特性の傾きを求めて温度補正することも可能である。

・リードスイッチ３０のオフ（図５のｔ２のタイミング）にてホールＩＣ２０の駆動（通電）を開始したが、図５のｔ２のタイミング以前から、即ち、リードスイッチ３０の動作にかかわらずホールＩＣ２０を駆動（通電）してもよい。

１０…電流センサ、２０…ホールＩＣ、３０…リードスイッチ、３１…磁性体リード片、３２…磁性体リード片、３３…接点、３４…接点、４０…磁石、５０…マイコン。

Claims (3)

1. 磁電変換素子と、
   リードスイッチと、
   前記リードスイッチに磁界を加えて被測定対象物に電流が流れないときにおいて前記リードスイッチの接点が閉じる状態にする磁石と、
   前記リードスイッチの接点の開閉動作を検知して前記被測定対象物に電流が流れて前記リードスイッチの接点が開いた時の前記磁電変換素子の出力に基づいて前記磁電変換素子における前記被測定対象物に流れる被測定電流の大きさに応じた信号の出力の補正を行う補正手段と、
   を備えたことを特徴とする電流センサ。
2. 前記リードスイッチの接点の開閉状態を検知して前記被測定対象物に電流が流れないときにおいて前記リードスイッチの接点が閉じた状態ならば、前記磁電変換素子の駆動のための通電を停止する停止手段と、
   前記リードスイッチの接点の開閉動作を検知して前記被測定対象物に電流が流れない状態から前記リードスイッチの接点が開くと前記磁電変換素子の通電を開始して駆動を開始させる通電開始手段と、
   を更に備えたことを特徴とする請求項１に記載の電流センサ。
3. 前記被測定対象物は、バスバーであることを特徴とする請求項１または２に記載の電流センサ。