JP2015057582A - Current sensor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、被測定電流が流れる電流線の周囲に発生する磁界を検出することにより、被測定電流を測定する電流センサに関するものである。 The present invention relates to a current sensor that measures a current to be measured by detecting a magnetic field generated around a current line through which the current to be measured flows.
近年、ハイブリッドカー、EV車等のバッテリーの充放電電流や、電気モーターの駆動電流等の数十Aから数百Aレベルの大電流を高精度に計測するための電流センサが求められている。図8(a)は従来の電流センサの磁気検出素子を電流線上に載置した状態を示す斜視図である。また、図8(b)はこの磁気検出素子の断面図である。図8(a)(b)において、磁気検出素子1は、X軸方向の寸法(幅寸法)がY軸方向の寸法(厚さ寸法)の数倍以上である扁平な電流線2の上に載置されており、2つの磁束収束板3A、3Bと、2つのホール素子4A、4Bを含むセンサチップ5とからなる。前記磁束収束板3A、3Bは前記センサチップ5の表面上に所定の間隔をおいて配置され、前記ホール素子4A、4Bは前記磁束収束板3A、3Bによって磁束密度が高まる領域に配置されている。
In recent years, there has been a demand for a current sensor for accurately measuring a large current on the order of several tens of A to several hundred A, such as a charge / discharge current of a battery of a hybrid car, an EV car, or the like, or a drive current of an electric motor. FIG. 8A is a perspective view showing a state in which a magnetic detection element of a conventional current sensor is placed on a current line. FIG. 8B is a sectional view of the magnetic detection element. 8 (a) and 8 (b), the
被測定電流Iにより発生する磁束6は、一方の磁束収束板3Aから一方のホール素子4Aを介し、さらに、他方のホール素子4Bおよび他方の磁束収束板3Bを介して、磁気検出素子1内を通過する。そして、前記ホール素子4A、4Bは この磁束6の密度に比例する電気信号(ホール電圧)を発生する。磁気検出素子1は電流線2の表面に水平な方向の磁束密度に比例した電気信号を出力することにより、被測定電流Iを計測するものである。
The
また、前記磁束収束板3A、3Bと、2つのホール素子4A、4Bを含むセンサチップ5とからなる磁気検出素子に代えて、ブリッジをなすように接続した磁気抵抗素子と、バイアス磁石とからなる磁気検出素子を用いても同様にして、電流線2に流れる電流Iを測定することができる。
Further, instead of the magnetic detection element including the magnetic
なお、この出願の発明に関連する先行技術文献情報としては、例えば、特許文献1が知られている。
As prior art document information related to the invention of this application, for example,
図8(a)に示したような電流線2においては、電流線2に流れる直流電流IによりXZ面に平行な面2A、2B近傍に発生する磁束密度ベクトルはYZ面に平行な面2C、2Dの近傍以外では、X軸に水平で、その大きさは電流線2の表面からの距離に反比例し、XZ面内ではほぼ一定となる。また、上記のように磁気検出素子1はX軸方向の磁束密度に比例した電気信号を出力する。そのため、電流センサから出力される電気信号の大きさは、YZ面に平行な面2C、2Dの近傍以外では、電流線2の表面からの距離に反比例し、XZ面内ではほぼ一定となる。
In the
しかしながら、電流線2に流れる電流Iが非定常な時、特に電流の立上り時に、電流センサから出力される電気信号が電流の変化に追随せず、長時間が経過して後、最終値に達するという現象があることが分かった。
However, when the current I flowing through the
図9(a)は幅W=14mm、厚さt=1.6mm、長さ200mmの銅製の扁平な電流線2に電源Vを接続し、電流線2上の幅方向の中央に電流センサの磁気検出素子1の中心を載置した状態を示す模式図である。ここで、Rは終端抵抗である。図9(b)は電源Vから電流線2に注入される電流aと電流センサからの出力電圧bを時間的に重ねて表示したものである。実験によれば、電源Vから電流線に注入される電流aは100μsecで最終値30Aに到達しているのに対して、電流センサからの出力電圧bが最終値の90%に到達するまでには240μsecを要していた。すなわち、電源Vから電流線に注入される電流aが最終値に到達してから、電流センサからの出力電圧bが最終値の90%に到達するまでには240μsec−100μsec=140μsecの時間が必要であった。この後、電流センサからの出力電圧が最終値の90%に到達するまでの時間と電源Vから電流線に注入される電流aが最終値に到達するまでの時間の差を電流センサの立上り時間と呼び、電源Vから電流線に注入される電流aが最終値に到達した時点で、電流センサからの出力電圧が最終値の90%以上に到達していれば、立上り時間が0であると定義する。そして、この電流センサからの出力電圧bの、電源Vから電流線に注入される電流aに対する遅れは最終電流値の大きさに関わらずほぼ一定であることを確認した。また、電源Vから電流線に注入される電流が10μsecで最終値に到達するよう高速化しても、電流センサからの出力電圧bが最終値の90%に到達するまでに要する時間はほぼ一定であることも確認した。
In FIG. 9A, a power source V is connected to a flat copper
ハイブリッドカー、EV車等においては、電流線に流れる電流値を検出することによって、モーターの回転数、蓄電池の電流容量等の制御を行なっている。したがって、上記のように、測定電流値が最終値に到達するまでに長い時間遅れを要する場合には、このような制御を適正に行なうことができなくなり、走行可能距離が短くなったり、蓄電池の寿命が短くなったりする等の問題点があった。 In hybrid cars, EV cars, and the like, the number of rotations of the motor, the current capacity of the storage battery, and the like are controlled by detecting the value of the current flowing through the current line. Therefore, as described above, when a long time delay is required until the measured current value reaches the final value, such control cannot be performed properly, and the travelable distance is shortened. There were problems such as shortening the service life.
図10は電流センサの磁気検出素子1の中心を電流線2の中央から端部に向け移動させたときの立上り時間の変化を測定したものである。このデータより、電流センサを電流線の幅方向中央から端部に移動させるにつれ、立上り時間は減少して立上り時間が0になり電流センサをさらに電流線の端部に移動させると再び立上り時間が増加することが分かる。しかしながら、立上り時間が0になるのはたかだか1.5mmの狭い範囲に過ぎないため、電流センサを配置する位置に制限があり、使い勝手が悪いという問題点がある。
FIG. 10 shows changes in the rise time when the center of the
本発明は、上記従来の問題点を解決するもので、電流線に対して電流センサの磁気検出素子を配置する高さを適正化することにより、電流線に流れる電流に対する電流センサの応答を高速化できるとともに、電流センサを配置する電流線の幅方向位置の制限を大幅に緩和できる電流センサを提供することを目的とするものである。 The present invention solves the above-mentioned conventional problems, and by optimizing the height at which the magnetic detection element of the current sensor is disposed with respect to the current line, the response of the current sensor to the current flowing through the current line is increased. It is an object of the present invention to provide a current sensor that can reduce the restriction on the position in the width direction of the current line in which the current sensor is arranged.
本発明は上記課題を解決するために、扁平な形状の電流線を流れる電流により発生する磁界を検出する磁気検出素子を含み、前記磁気検出素子によって検出した磁界に基づいて前記電流を測定する電流測定装置であって、前記磁気検出素子の中心は、前記電流線の電流の流れに対して垂直な幅方向内であって、前記電流線表面から、前記電流線の幅Wに対して、0.43W以上離れた位置に設けるように構成したもので、この構成によれば、電源から電流線に注入される電流が最終値に到達した時、電流センサからの出力電圧が少なくとも最終値の90%に到達しているようにすることができ、実質的な立上り時間を0にすることができるとともに、電流線に対して電流センサを配置する位置の制限を大幅に緩和できる電流センサを提供できるという作用効果を有するものである。 In order to solve the above problems, the present invention includes a magnetic detection element that detects a magnetic field generated by a current flowing through a flat current line, and measures the current based on the magnetic field detected by the magnetic detection element In the measuring apparatus, the center of the magnetic detection element is within a width direction perpendicular to the current flow of the current line, and from the surface of the current line to the width W of the current line. In this configuration, when the current injected from the power source to the current line reaches the final value, the output voltage from the current sensor is at least 90% of the final value. %, The substantial rise time can be reduced to zero, and a current sensor that can greatly relax the restriction on the position of the current sensor with respect to the current line can be provided. And it has a effect that.
以上のように本発明は、扁平な形状の電流線を流れる電流により発生する磁界を検出する磁気検出素子を含み、前記磁気検出素子によって検出した磁界に基づいて前記電流を測定する電流測定装置であって、前記磁気検出素子の中心は、前記電流線の電流の流れに対して垂直な幅方向内であって、前記電流線表面から、前記電流線の幅Wに対して、0.43W以上離れた位置に設けるように構成したもので、電源から電流線に注入される電流が最終値に到達した時、電流センサからの出力電圧が少なくとも最終値の90%に到達しているようにすることができ、実質的な立上り時間を0にすることができるとともに、電流センサを配置する電流線の幅方向位置の制限を大幅に緩和できる電流センサを提供できるという優れた効果を奏するものである。 As described above, the present invention is a current measuring device that includes a magnetic detection element that detects a magnetic field generated by a current flowing through a flat current line, and that measures the current based on the magnetic field detected by the magnetic detection element. The center of the magnetic detection element is in the width direction perpendicular to the current flow of the current line, and from the surface of the current line, 0.43 W or more with respect to the width W of the current line. It is configured to be provided at a distant position so that when the current injected from the power source to the current line reaches the final value, the output voltage from the current sensor reaches at least 90% of the final value. It is possible to provide a current sensor capable of providing a current sensor that can substantially reduce the limit of the position in the width direction of the current line in which the current sensor is disposed, and can substantially reduce the rise time to zero. A.
最初に、図9に示したように、磁気検出素子1を電流線2の幅方向表面のほぼ中央に近接して配置した時、電流線2に流れる電流Iが非定常な時、特に電流の立上り時に、電流センサから出力される電気信号が電流の変化に追随せず、長時間が経過して後、最終値に達するという現象が発生する原因を図を用いて定性的に説明する。
First, as shown in FIG. 9, when the
図1(a)は幅寸法Wの電流線21に注入される電流Iの時間変化を示す模式図であり、図1(b)(c)(d)は所定の時間(t1、t2、t3)における電流線表面上の電流密度Jを示す模式図である。
FIG. 1A is a schematic diagram showing a time change of the current I injected into the
電流線21に電流が流れ始め(t=0)、電流線21に流れる電流が時間に対して一定の割合で増加すると(0<t<t1)、電磁誘導により電流線21内の各部分を流れる電流の周囲には誘導磁束が発生する。この誘導磁束は電流線21内の前記電流に鎖交して電流の変化を妨げる向きに逆起電力を発生する。電流線21の中心部の電流ほどこの鎖交磁束数が大きく逆起電力も大きいため電流密度は小さくなり、電流は導体の周辺部に集中して流れる。これにより、0<t≦t1においては、電流線21の表面、特に角部の電流密度が大きく、電流線21の中央部の電流密度が小さい状態が持続する。図1(b)はt=t1における電流線21の幅方向の電流密度を模式的に示したものである。
When current starts to flow through the current line 21 (t = 0) and the current flowing through the
電流線21に流れる電流が最終値に到達し、もはや電流が増加しなくなると(t1≦t)、電流線21の表面、角部の電流密度が低下するとともに、電流線21の中央部の電流密度が上昇して、電流線21各部の電流密度は一様化に向かうことになる。しかしながら、電流線21の表面、角部の電流密度が低下しようとすると、再び逆起電力が発生してこの変化を抑制するように働く。同様に、電流線21の中央部の電流密度が上昇しようとすると、再び逆起電力が発生してこの変化を抑制するように働く。その結果、電流線21内の電流密度が一様になるまでには一定の経過時間が必要となる。図1(c)は電流線21に流れる電流が最終値に到達してから後、t=t2における電流線21の幅方向の電流密度を模式的に示したものである。そして、十分な時間が経過した後には電流線21内の電流密度は一定となる。図1(d)は十分な時間が経過した後(t→∞)における電流線21の幅方向の電流密度を模式的に示したものである。
When the current flowing through the
電流線21に流れる電流が最終値に到達した時点では、図1(b)に示すように電流線21の幅方向表面の中央部分の電流密度が小さく、電流線21の幅方向表面の端部の電流密度が大きいため、電流線21表面に近接した位置で感知される磁束密度はその位置の直下の電流密度の影響を支配的に受け電流線21の中央部分では小さくなる。その結果、電流線21の幅方向表面のほぼ中央部分に磁気検出素子を配置した電流センサからの出力電圧は小さくなる。
When the current flowing through the
電流線21に流れる電流が一定となった直後より、図1(c)に示すように電流線21の幅方向表面の中央部分の電流密度が徐々に増加し、電流線21の幅方向表面の端部の電流密度が徐々に減少する。これに伴い、電流線21の幅方向表面のほぼ中央部分に磁気検出素子を配置した電流センサからの出力電圧は徐々に大きくなり最終値に漸近することになる。
Immediately after the current flowing in the
以上が磁気検出素子を電流線21の幅方向表面のほぼ中央に載置した時、電流線21に流れる電流Iが非定常な時、特に電流の立上り時に、電流センサから出力される電気信号が電流の変化に追随せず、長時間が経過して後、最終値に達するという現象が発生する原因である。
As described above, when the magnetic detection element is placed almost at the center of the surface in the width direction of the
我々は磁気検出素子を電流線21上に載置させるのではなく、電流線21表面から一定の距離をおいて配置すれば、この現象を回避できるのではないかと考えた。
We thought that this phenomenon could be avoided if the magnetic detection element was not placed on the
図2を用いてその理由を説明する。図2は図1(a)のt=t1の時点での、電流線21上の位置Aにおけるx方向磁束密度Bxの大きさを見積もるための模式図である。ここで位置Aは電流線21の幅方向表面上の中央部にあるものとする。また、電流線21表面上の電流密度の大小を+の数で表わしている。
The reason will be described with reference to FIG. FIG. 2 is a schematic diagram for estimating the magnitude of the x-direction magnetic flux density Bx at the position A on the
図2において、磁気検出素子を配置する位置Aと電流線21表面の中央部分との距離をr、電流線21の幅をW、位置AがX軸となす鋭角をθとし、簡単に説明するために電流線21表面に流れる電流は中央部分の電流i1、電流線21表面の端部の電流をi2のみであるとすると、電流線21表面の中央部分の電流i1によって位置Aに発生する磁束密度B0はkを比例定数として、アンペールの法則から、
In FIG. 2, the distance between the position A where the magnetic detection element is arranged and the central portion of the surface of the
と表わせる。また、電流線21表面の端部の電流をi2によって位置Aに発生する磁束密度B1、および磁束密度B1のx方向成分B1 xは
It can be expressed as Further, the magnetic flux density B 1 generated in the position A the current end of the
と表わせる。よって、電流線21によって位置Aに発生する磁束密度Bのx方向成分Bxは
It can be expressed as Therefore, the x-direction component Bx of the magnetic flux density B generated at the position A by the
となる。 It becomes.
位置Aが電流線21に近接している場合、すなわちrが十分小さい場合には、式4の第2項は0に漸近するため、Bxは第1項、すなわち電流線21表面の中央部分の電流i1によって決まることになる。
When the position A is close to the
一方、位置Aが電流線21から離れている場合、すなわちrがWに比べて十分に大きい場合には、電流線21に流れる全電流をiとすれば、式5は
On the other hand, when the position A is away from the
となり、全電流iが一定となった後では、電流線21によって位置Aに発生する磁束密度Bのx方向成分Bxは電流線21上の電流密度分布の影響を受けなくなることが理解できる。
Thus, after the total current i becomes constant, it can be understood that the x-direction component Bx of the magnetic flux density B generated at the position A by the
以上から、磁気検出素子を電流線21表面に近接させるのではなく、電流線21表面から一定の距離をおいて配置すれば、電流線21によって位置Aに発生する磁束密度Bのx方向成分Bxは電流線21表面の中央部分に流れる電流によって発生する磁束密度による寄与だけでなく、電流線21表面の端部に流れる電流によって発生する磁束密度による寄与が加わるため、ほぼ一定とできることが予想される。
From the above, if the magnetic detection element is not placed close to the surface of the
この予想を検証するため、図3(d)に示すシミュレーションを実施した。図3(a)は幅W=14mm、厚さt=1.6mm、長さ200mmの銅製の電流線21に50μsecで最終値30Aに到達するように電流を注入するという設定で、電流線21の幅方向表面の中央から所定の距離hだけ離れた位置における磁束密度のx方向成分Bxの時間に対する変化を計算したものである。
In order to verify this expectation, a simulation shown in FIG. FIG. 3A shows a setting in which a current is injected into a copper
図3(a)から以下のことが分かる。 The following can be seen from FIG.
(1)電流線21の幅方向表面の中央からの距離h=0mmの時、電流が最終値に到達した後、磁束密度Bのx方向成分Bxは最終値の90%である1.13mTに到達するまでには125μsecを要している。以後、磁束密度Bのx方向成分Bxが最終値の90%に到達するまでの時間と電流線21に注入される電流が最終値に到達するまでの時間の差を磁束密度Bのx方向成分Bxの立上り時間と呼ぶ。図9(b)に示した電流センサの実測立上り時間140μsecと磁束密度Bのx方向成分Bxの立上り時間の計算値125μsecとの一致は良好であると考えられる。
(1) When the distance h = 0 mm from the center of the width direction surface of the
(2)電流線21の幅方向表面の中央からの距離hが大きくなるほど、磁束密度Bのx方向成分Bxの立上り時間は小さくなるとともに、磁束密度Bのx方向成分Bxの最終値も小さくなる。このことは上記の予想と一致している。
(2) As the distance h from the center of the width direction surface of the
図3(b)はこの電流線21の幅方向表面の中央からの距離hと磁束密度Bのx方向成分Bxの立上り時間との関係のシミュレーション結果を示す図である。図3(b)より、電流線21の幅方向表面の中央からの距離hが5.2mm以上で磁束密度Bのx方向成分Bxの立上り時間は0、すなわち電流線21に注入される電流が最終値に到達した時点で磁束密度Bのx方向成分Bxは最終値の90%以上に到達していることが分かる。
FIG. 3B is a diagram showing a simulation result of the relationship between the distance h from the center of the surface in the width direction of the
図3(c)は電流線21の幅方向の中央にXY座標の原点を置いた時に、電流線21表面からY軸方向に5.2mm(h=5.2mm)、X軸方向に距離xだけ離れた位置Aにおける磁束密度のx方向成分Bxの立上り時間を計算したものである。図3(c)から、位置Aが電流線21の幅方向内にあれば、常に立上り時間が0となることが分かる。
In FIG. 3C, when the origin of the XY coordinates is placed at the center of the
図4(a)は幅W=14mm、厚さt=1.6mm、長さ200mmの銅製の扁平な電流線21の幅方向表面の中央からh=6mmの位置に電流センサの磁気検出素子22を配置した状態を示す断面模式図である。図4(b)は電源から電流線21に注入される電流波形aと電流センサからの出力電圧波形bを重ねて表示したものである。この実験結果から、電流線21に注入される電流aが最終値30Aに到達した100μsecの時点で、電流センサの出力電圧bは電流センサ出力の最終値の90%の値に到達している、すなわち電流センサの立上り時間が0となることを確認した。また、電流線21表面からの高さを6mmに固定すれば、電流線21の幅方向内では電流センサの立上り時間が0となることも確認できた。
FIG. 4A shows a
この実験で用いた電流センサの磁気検出素子を図5を用いて簡単に説明する。図5(a)は、磁気検出素子22の上面図であり、図5(b)は図5(a)の縦断面図である。ここで、磁気検出素子22のX軸、Y軸、Z軸方向の長さは各々約3mm、3mm、1mmである。
The magnetic detection element of the current sensor used in this experiment will be briefly described with reference to FIG. 5A is a top view of the
図5において、絶縁基板23上に印加電極24、第1の出力電極25、第2の出力電極26およびグランド電極27の4個の電極が形成されている。また印加電極24と第1の出力電極25との間には磁気抵抗体からなり蛇行形状の磁気抵抗素子28aが形成されている。同様に第1の出力電極25とグランド電極27との間、印加電極24と第2の出力電極26との間、第2の出力電極26とグランド電極27との間には各々蛇行形状の磁気抵抗素子28b、28c、28dが形成されている。このような電気的な接続を行なうことで、磁気抵抗素子28a、28b、28c、28dはブリッジ回路を構成する。磁気抵抗素子28a、28b、28c、28dはNi−Co等の強磁性体からなる厚さ約0.1μmの磁気抵抗薄膜である。また、図5において、磁気抵抗素子28aは、紙面で右斜め上に傾いた45°の方向に蛇行パターンの長手方向が位置しているが、これと隣接する磁気抵抗素子28bは、紙面で左斜め上に傾いた45°の方向に蛇行パターンの長手方向が位置しており、両者の角度は直角である。磁気抵抗素子28cと磁気抵抗素子28dとの位置関係も同様である。さらに、磁気抵抗素子28aと磁気抵抗素子28cとの位置関係も同様である。ここで、磁気抵抗素子28a、28b、28c、28dの感磁方向は各々の蛇行パターンの長手方向に直角な方向である。
In FIG. 5, four electrodes of an
絶縁層30は厚さが約1μmのSiO2薄膜からなり、磁気抵抗素子28a、28b、28c、28dを覆うことにより後述する薄膜磁石31との電気的絶縁を行うものである。薄膜磁石31は、厚さが約0.6μmのCoPt等からなり、絶縁層30の上に蒸着、スパッタ法等により形成した後、露光、エッチングによりパターニングして長手方向を有する複数の略長方体に分割されている。その発生する磁界の方向は、薄膜磁石31の長手方向の直角方向、図5における紙面左右方向である。また、薄膜磁石31は磁気抵抗素子28a、28b、28c、28dのパターンの長手方向に対し45°をなす方向に長手方向を有する複数の略長方体に分割されている。この方向は、磁気抵抗素子28a、28b、28c、28dの感磁方向に対しても45°をなす方向である。なお、薄膜磁石31が発生する磁界は、電流線21を流れる電流と同じ方向、すなわち、電流線21を流れる被測定電流による磁界の直角方向になるように配置される。32は厚さが約1μmのSiO2薄膜からなり、薄膜磁石31を覆う絶縁層である。
The insulating
以上のことから、所定の寸法を有する電流線21の幅方向表面の中央から所定の距離hだけ離れた位置における磁束密度のx方向成分Bxの時間に対する変化をシミュレーションすれば、この位置に電流センサの磁気検出素子22の中心を置いた場合に、電流センサの立上り時間を見積もることができることが分かった。なお、ここで言う「磁気検出素子22の中心」とは図5に示した磁気検出素子22の絶縁層32上で磁気抵抗素子28a、28b、28c、28dで囲まれた領域の幾何的中心である。
From the above, if a change with time of the x-direction component Bx of the magnetic flux density at a position away from the center of the surface in the width direction of the
図6(a)は幅W=20mm、厚さt=5mm、長さ200mmの銅製の電流線21に50μsecで最終値30Aに到達するように電流を注入するという設定で、電流線21の幅方向表面の中央から所定の距離hだけ離れた位置における磁束密度のx方向成分Bxの立上り時間をシミュレーションした結果を示す図である。図6(a)より、電流線21の幅方向表面の中央からの距離hが8.4mm以上で磁束密度Bのx方向成分Bxの立上り時間は0、すなわち電流線21に注入される電流が最終値に到達した時点で磁束密度Bのx方向成分Bxは最終値の90%以上に到達することが予想される。
FIG. 6A shows a setting in which a current is injected into a copper
実験結果によれば、電流線21の幅方向表面の中央から8.5mm以上の位置に電流センサの磁気検出素子22の中心を配置したとき、電流線21に注入される電流aが100μsecで最終値30Aに到達した時点で、電流センサの出力電圧bは電流センサ出力の最終値の90%の値に到達している、すなわち電流センサの立上り時間が0となることを確認した。また、電流センサの磁気検出素子22の中心の電流線21表面からの高さを8.5mm以上とすれば、電流線21の幅方向内では電流センサの立上り時間が0となることも確認できた。
According to the experimental results, when the center of the
同様にして、図6(b)は幅W=40mm、厚さt=2.5mm、長さ200mmの銅製の電流線21に50μsecで最終値30Aに到達するように電流を注入するという設定で、電流線21の幅方向表面の中央から所定の距離hだけ離れた位置における磁束密度のx方向成分Bxの立上り時間をシミュレーションした結果を示す図である。図6(b)より、電流線21の幅方向表面の中央からの距離hが16.4mm以上で磁束密度Bのx方向成分Bxの立上り時間は0、すなわち電流線21に注入される電流が最終値に到達した時点で磁束密度Bのx方向成分Bxは最終値の90%以上に到達することが予想される。
Similarly, FIG. 6B shows a setting in which a current is injected into a copper
実験結果によれば、電流線21の幅方向表面の中央から17mm以上の位置に電流センサの磁気検出素子22の中心を配置したとき、電流線21に注入される電流aが100μsecで最終値30Aに到達した時点で、電流センサの出力電圧bは電流センサ出力の最終値の90%の値に到達している、すなわち電流センサの立上り時間が0となることを確認した。また、電流センサの磁気検出素子22の中心の電流線21表面からの高さを17mm以上とすれば、電流線21の幅方向内では電流センサの立上り時間が0となることも確認できた。
According to the experimental results, when the center of the
図7は上記の幅と厚さの異なる3つの電流線、すなわち幅W=14mm、厚さt=1.6mm、長さ200mmの電流線、幅W=20mm、厚さt=5mm、長さ200mmの電流線、幅W=40mm、厚さt=2.5mm、長さ200mmの電流線の各々の幅Wに対して、hmin/Wの実測値とシミュレーション値をプロットした図である。ここで、hminは各々の電流線に対して、電流センサの立上り時間が0となるような、電流センサの磁気検出素子22の中心と電流線21との最小距離であり、hmin/Wは各々の電流線に対して、前記hminを電流線21の幅Wで規格化したものである。この図から、hmin/Wを0.43以上とする、すなわち磁気検出素子22の中心を電流線21の電流の流れに対して垂直な幅方向内であって、電流線21表面から、電流線21の幅Wに対して、0.43W以上離れた位置に設けることにより、電源から電流線に注入される電流が最終値に到達した時、電流センサからの出力電圧が少なくとも最終値の90%に到達しているようにすることができ、実質的な立上り時間を0にすることができるという効果が得られるものである。
FIG. 7 shows three current lines having different widths and thicknesses, that is, a width W = 14 mm, a thickness t = 1.6 mm, a current line with a length of 200 mm, a width W = 20 mm, a thickness t = 5 mm, and a length. It is the figure which plotted the measured value and simulation value of hmin / W with respect to each width W of the current line of 200 mm, width W = 40 mm, thickness t = 2.5 mm, and
本発明に係る電流センサは、電源から電流線に注入される電流が最終値に到達した時、電流センサからの出力電圧が少なくとも最終値の90%に到達するようにすることができるとともに、電流線に対して電流センサを配置する位置の制限を大幅に緩和できるという効果を有するものであり、特に、車両、産業機器等内における電流を検出する電流検出装置として有用なものである。 The current sensor according to the present invention enables the output voltage from the current sensor to reach at least 90% of the final value when the current injected from the power source to the current line reaches the final value. This has the effect that the restriction on the position where the current sensor is arranged with respect to the line can be greatly relaxed, and is particularly useful as a current detection device for detecting current in vehicles, industrial equipment, and the like.
21 電流線
22 磁気検出素子
21
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