JP2015152390A - current sensor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、電流路(バスバー)を流れる電流を検出する電流センサに関する。 The present invention relates to a current sensor that detects a current flowing through a current path (bus bar).
バスバーに電流が流れたときに発生する磁界の磁束密度を磁気検出部(例えば、GMR:Giant Magneto Resistive effect)で検知して電気信号に変換する電流センサがある。
このような電流センサには、例えば、電流磁場の安定を優先し、シールド構造内の電流磁場強度が最小となる点にセンサを配置するものがある。
しかしながら、このような電流センサでは、微小な電流を検出する際は、それに対応する磁場が小さくなりすぎ、計測精度を確保することが難しくなってしまうという問題がある。
There is a current sensor that detects a magnetic flux density of a magnetic field generated when a current flows through a bus bar by a magnetic detection unit (for example, GMR: Giant Magneto Resistive effect) and converts it into an electric signal.
Such current sensors include, for example, one that prioritizes the stability of the current magnetic field and arranges the sensor at a point where the current magnetic field strength in the shield structure is minimized.
However, in such a current sensor, there is a problem that when a minute current is detected, the corresponding magnetic field becomes too small and it is difficult to ensure measurement accuracy.
ところで、少ない電流をより正確に測るためには、磁束密度を高める必要があるが、そのためにはバスバーを囲む磁界制御板のギャップ(幅)を狭くする必要がある。
しかしながら、磁気抵抗効果素子を用いた磁気検出部は、平面方向に感度により磁界を検知するため、平面方向に一定以上の大きさが必要となり、ギャップを短くするのが困難である。すなわち、ギャップ全体を短くすると、磁界制御板内に磁気検出部を基板と共に配置するスペースを確保できないという問題がある。
また、ギャップ全体を短くすると、磁界制御板が磁気飽和してバスバーの電流の大きさに対してのリニアリティが保てず、測定できる電流範囲が小さいという問題もある。
Incidentally, in order to measure a small amount of current more accurately, it is necessary to increase the magnetic flux density. For this purpose, it is necessary to narrow the gap (width) of the magnetic field control plate surrounding the bus bar.
However, since the magnetic detection unit using the magnetoresistive effect element detects a magnetic field by sensitivity in the plane direction, it needs a certain size or more in the plane direction, and it is difficult to shorten the gap. That is, if the entire gap is shortened, there is a problem in that a space for arranging the magnetic detection unit together with the substrate cannot be secured in the magnetic field control plate.
Further, if the entire gap is shortened, the magnetic field control plate is magnetically saturated, and the linearity with respect to the magnitude of the bus bar current cannot be maintained, and there is a problem that the current range that can be measured is small.
本発明は上述した従来技術の問題点に鑑みてなされ、広範囲の電流を、小規模且つ低コストで精度良く測定することができ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 the above-described problems of the prior art, and an object of the present invention is to provide a current sensor that can accurately measure a wide range of currents on a small scale and at low cost.
本発明の電流センサは、電流方向と直交する断面が仮想的な対称軸に対して線対称な形状を持つ電流路と、前記対称軸と直交し、前記電流路に面した対向面を持つ基板と、前記対向面に配置され、前記電流路に流れる電流によって発生する磁界を検出する磁気センサと、前記基板と前記電流路とを囲む一続きの内面を持ち、前記電流方向と直交する断面において前記内面に対応する輪郭線が前記対称軸に対して線対称な形状を持つ磁性材料からなる磁界制御手段とを有し、前記磁界制御手段の前記内面は、前記対向面の位置において前記対称軸を挟んで対向する一対の第1の内面領域と、前記対向面に面した前記電流路の位置において当該電流路を挟んで位置する一対の第2の内面領域とを含み、前記一対の第2の内面領域は、前記一対の第1の内面領域と比べて、前記対称軸と垂直な方向における離間距離が狭くなっている。 The current sensor according to the present invention includes a current path having a shape in which a cross section perpendicular to the current direction is line symmetric with respect to a virtual symmetry axis, and a substrate having a facing surface perpendicular to the symmetry axis and facing the current path. And a magnetic sensor that is disposed on the facing surface and detects a magnetic field generated by a current flowing in the current path, and a continuous inner surface that surrounds the substrate and the current path, and in a cross section orthogonal to the current direction. A magnetic field control means made of a magnetic material having a contour line corresponding to the inner surface and a shape symmetrical with respect to the symmetry axis, and the inner surface of the magnetic field control means has the symmetry axis at the position of the opposing surface. A pair of first inner surface regions opposed to each other and a pair of second inner surface regions located across the current path at the position of the current path facing the facing surface, the pair of second inner regions The inner surface area of the pair of first Compared with the inner surface area, the distance in the axis of symmetry perpendicular direction it is narrower.
本発明の電流センサでは、電流路に電流が流れると、当該電流路の回りに磁界が発生し、その磁界の強さに応じた磁束密度が生じる。
このとき、磁界制御手段内には、磁界制御手段の形状に応じた磁束密度が生じ、それを磁気センサが検出する。
In the current sensor of the present invention, when a current flows through the current path, a magnetic field is generated around the current path, and a magnetic flux density corresponding to the strength of the magnetic field is generated.
At this time, a magnetic flux density corresponding to the shape of the magnetic field control means is generated in the magnetic field control means, and this is detected by the magnetic sensor.
本発明の電流センサの磁界制御手段の内側では、一対の第2の内面領域で囲まれた領域の対称軸と直交する方向の幅は、一対の第1の内面領域で囲まれた領域の幅に比べて短い。
そのため、一対の第1の内面領域の間に基板を配置する十分な幅を持たせながら、第2の内面領域と電流路との距離を短くして磁界制御手段の内側の磁束密度を高めることができる。
また、本発明の電流センサは、ギャップ全体を短くした場合に比べて、磁界制御手段が磁気飽和してバスバーの電流の大きさに対してのリニアリティが保てなくなることを防止でき、広範囲の電流を検出できる。
Inside the magnetic field control means of the current sensor of the present invention, the width in the direction orthogonal to the symmetry axis of the region surrounded by the pair of second inner surface regions is the width of the region surrounded by the pair of first inner surface regions. Shorter than
Therefore, the magnetic flux density inside the magnetic field control means is increased by shortening the distance between the second inner surface region and the current path while providing a sufficient width for arranging the substrate between the pair of first inner surface regions. Can do.
In addition, the current sensor of the present invention can prevent the magnetic field control means from being magnetically saturated and unable to maintain linearity with respect to the current magnitude of the bus bar, compared with the case where the entire gap is shortened. Can be detected.
好適には、本発明の電流センサの前記磁界制御手段の前記第1の内面領域及び前記第2の内面領域は、前記対称軸と略平行である。
これにより、前記磁界制御手段内の磁束密度を高めることができる。
Preferably, the first inner surface region and the second inner surface region of the magnetic field control means of the current sensor of the present invention are substantially parallel to the symmetry axis.
Thereby, the magnetic flux density in the said magnetic field control means can be raised.
好適には、本発明の電流センサの前記磁界制御手段は、前記第1の内面領域と前記第2の内面領域との間に、前記対称軸と略直交する第3の内面領域を備えている。
この構成によれば、第3の内面領域が対称軸と直交するため、第1の内面領域及び第2の内面領域の対称軸方向の長さを長くできる。これにより、磁性制御手段による磁界制御特性を向上できる。
好適には、本発明の電流センサは、前記対称軸が延びる方向において前記第3の内面領域と近接して前記磁気センサが位置する。
この構成によれば、前記対称軸が延びる方向において前記第3の内面領域と近接した磁束密度が高い領域に前記磁気センサが配置される。
Preferably, the magnetic field control means of the current sensor of the present invention includes a third inner surface region that is substantially orthogonal to the axis of symmetry between the first inner surface region and the second inner surface region. .
According to this configuration, since the third inner surface region is orthogonal to the symmetry axis, the length of the first inner surface region and the second inner surface region in the direction of the symmetry axis can be increased. Thereby, the magnetic field control characteristic by a magnetic control means can be improved.
Preferably, in the current sensor according to the present invention, the magnetic sensor is positioned adjacent to the third inner surface region in a direction in which the axis of symmetry extends.
According to this configuration, the magnetic sensor is disposed in a region having a high magnetic flux density close to the third inner surface region in the direction in which the symmetry axis extends.
好適には、本発明の電流センサの前記磁界制御手段は、前記第1の内面領域と前記第2の内面領域との間に、前記第1の内面領域に近づくに従って前記対称軸からの距離を増加させる曲面である第3の内面領域を備えている。
この構成によれば、第3の内面領域が前記第1の内面領域に近づくに従って前記対称軸からの距離を増加させる曲面であるため、当該第3の内面領域あるいはその近傍に、基板を設置する十分な幅を有する領域と、当該領域より幅が短い高磁束密度の領域とを形成でき、当該高磁束密度の領域に磁気センサを配置することができる。
これにより、磁性制御手段による磁界制御特性を向上できる。
好適には、本発明の電流センサは、前記対称軸が延びる方向において、前記第3の内面領域と同じ位置に前記磁気センサが位置する。
この構成によれば、前記対称軸が延びる方向において前記第3の内面領域付近の磁束密度が高い領域に前記磁気センサが配置される。
Preferably, the magnetic field control means of the current sensor according to the present invention sets a distance from the symmetry axis between the first inner surface region and the second inner surface region as it approaches the first inner surface region. A third inner surface area which is a curved surface to be increased is provided.
According to this configuration, since the third inner surface region is a curved surface that increases the distance from the symmetry axis as it approaches the first inner surface region, the substrate is placed in or near the third inner surface region. A region having a sufficient width and a region having a high magnetic flux density shorter than the region can be formed, and a magnetic sensor can be disposed in the region having the high magnetic flux density.
Thereby, the magnetic field control characteristic by a magnetic control means can be improved.
Preferably, in the current sensor of the present invention, the magnetic sensor is located at the same position as the third inner surface region in the direction in which the axis of symmetry extends.
According to this configuration, the magnetic sensor is arranged in a region having a high magnetic flux density near the third inner surface region in the direction in which the symmetry axis extends.
本発明によれば、広範囲の電流を、小規模且つ低コストで精度良く測定することができ電流センサを提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a current sensor that can accurately measure a wide range of currents on a small scale and at low cost.
以下、本発明の実施形態に係る電流センサを説明する。
<第1実施形態>
図1は、本発明の第1実施形態に係る電流センサ1の斜視図である。
図2は、図1に示す電流センサ1のY方向から見た外観図である。
電流センサ1は、磁性材料で作られた磁界制御部の形状を工夫することにより、製品外形を変えることなく、磁界制御部内の磁場強度を調整する。
図1及び図2において、バスバー6が本発明の電流路の一例であり、基板17が本発明の基板の一例であり、磁気センサモジュール3が本発明の磁気センサの一例であり、第1の内面領域23a,25aが本発明の第1の内面領域の一例であり、第2の内面領域23e,25eが本発明の第2の内面領域の一例であり、第3の内面領域23c,25cが本発明の第3の内面領域の一例である。
Hereinafter, a current sensor according to an embodiment of the present invention will be described.
<First Embodiment>
FIG. 1 is a perspective view of a current sensor 1 according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is an external view of the current sensor 1 shown in FIG. 1 viewed from the Y direction.
The current sensor 1 adjusts the magnetic field strength in the magnetic field control unit without changing the product outer shape by devising the shape of the magnetic field control unit made of a magnetic material.
1 and 2, the bus bar 6 is an example of the current path of the present invention, the substrate 17 is an example of the substrate of the present invention, the magnetic sensor module 3 is an example of the magnetic sensor of the present invention, and the first The inner surface regions 23a and 25a are an example of the first inner surface region of the present invention, the second inner surface region 23e and 25e are an example of the second inner surface region of the present invention, and the third inner surface regions 23c and 25c are It is an example of the 3rd inner surface field of the present invention.
図1及び図2に示すように、電流センサ1は、バスバー6に流れる電流から発生する磁界を検出する。
電流センサ1は、磁気センサモジュール3と磁界制御部(ヨーク)5とを有する。
バスバー6のY方向経路6aは、電流方向(Y方向)と直交する断面が仮想的な対称軸11に対して線対称な形状(例えば、長方形)を有している。対称軸11は、バスバー6の電流方向(Y方向)と直交している。
As shown in FIGS. 1 and 2, the current sensor 1 detects a magnetic field generated from the current flowing through the bus bar 6.
The current sensor 1 includes a magnetic sensor module 3 and a magnetic field control unit (yoke) 5.
The Y-direction path 6a of the bus bar 6 has a shape (for example, a rectangle) in which the cross section perpendicular to the current direction (Y direction) is line-symmetric with respect to the virtual symmetry axis 11. The symmetry axis 11 is orthogonal to the current direction (Y direction) of the bus bar 6.
[磁気センサモジュール3]
磁気センサモジュール3は、磁界制御部5の内側に位置する。磁界制御部5は、例えば、GMR等の磁気抵抗効果素子であり、平面方向(X,Y平面)の感度により磁界を検知する。
[Magnetic sensor module 3]
The magnetic sensor module 3 is located inside the magnetic field controller 5. The magnetic field control unit 5 is a magnetoresistive effect element such as GMR, for example, and detects a magnetic field based on the sensitivity in the plane direction (X, Y plane).
磁気センサモジュール3は、対称軸11と直交したバスバー6の湾曲部のY方向経路6aの表面6a1と対向する基板17の対向面17aに固定されている。 The magnetic sensor module 3 is fixed to the facing surface 17a of the substrate 17 facing the surface 6a1 of the Y-direction path 6a of the curved portion of the bus bar 6 orthogonal to the symmetry axis 11.
[磁界制御部5]
図2に示すように、磁界制御部5は、バスバー6の電流方向(Y方向)と直交する横断面が、対称軸11に対して線対称となる形状を有している。
磁界制御部5は、磁性体である。
磁界制御部5は、中央磁界制御部21と、Z方向磁界制御部23、25とが一体的に形成されている。このように一体成形することで、1枚の磁性板から簡単に製造することができ、低価格化を図ることができる。
磁界制御部5は、基板17、磁気センサモジュール3及びバスバー6を囲む一続きの内面を持ち、上記横断面において上記内面に対応する輪郭線が対称軸11に対して線対称となっている。
Z方向磁界制御部23とZ方向磁界制御部25との間に開口部27が形成されている。
[Magnetic field controller 5]
As shown in FIG. 2, the magnetic field control unit 5 has a shape in which a cross section perpendicular to the current direction (Y direction) of the bus bar 6 is line symmetric with respect to the symmetry axis 11.
The magnetic field control unit 5 is a magnetic material.
In the magnetic field control unit 5, a central magnetic field control unit 21 and Z-direction magnetic field control units 23 and 25 are integrally formed. By integrally molding in this way, it can be easily manufactured from one magnetic plate, and the cost can be reduced.
The magnetic field control unit 5 has a continuous inner surface that surrounds the substrate 17, the magnetic sensor module 3, and the bus bar 6, and the contour line corresponding to the inner surface is symmetrical with respect to the symmetry axis 11 in the cross section.
An opening 27 is formed between the Z direction magnetic field control unit 23 and the Z direction magnetic field control unit 25.
中央磁界制御部21は、Z方向磁界制御部23、25の内面23a,25aと直交する平面21aを有している。
中央磁界制御部21の平面21aは、バスバー6の湾曲部のY方向経路6aの平面6a2と所定の距離を隔てて対向して位置する。
バスバー6は、断面がU字状に湾曲した湾曲部を有し、磁界制御部5の中央磁界制御部21に覆いかぶさるように位置している。中央部磁界制御部21は、バスバー6の湾曲部の窪んだ部分の内側に位置している。
The central magnetic field controller 21 has a flat surface 21a orthogonal to the inner surfaces 23a, 25a of the Z direction magnetic field controllers 23, 25.
The flat surface 21a of the central magnetic field control unit 21 is positioned to face the flat surface 6a2 of the Y-direction path 6a of the curved portion of the bus bar 6 with a predetermined distance therebetween.
The bus bar 6 has a curved portion with a U-shaped cross section, and is positioned so as to cover the central magnetic field control unit 21 of the magnetic field control unit 5. The central magnetic field control unit 21 is located inside the recessed portion of the curved portion of the bus bar 6.
Z方向磁界制御部23は、図2に示すように、開口部27から中央磁界制御部21に向けて順に、第1の内面領域23a、内面領域23b、第3の内面領域23c、内面領域23d及び第2の内面領域23eを有し、これらが一体成形されている。
第1の内面領域23aはY,Z平面に平行であり、内面領域23bは1/4円弧の曲面であり、第3の内面領域23cはX,Y平面に平行であり、内面領域23dは1/4円弧の曲面であり、第2の内面領域23eはY,Z平面に平行である。
第2の内面領域23eは、第1の内面領域23aに対して対称軸11側に位置している。
As shown in FIG. 2, the Z-direction magnetic field control unit 23 sequentially has a first inner surface region 23 a, an inner surface region 23 b, a third inner surface region 23 c, and an inner surface region 23 d from the opening 27 toward the central magnetic field control unit 21. And a second inner surface region 23e, which are integrally formed.
The first inner surface area 23a is parallel to the Y and Z planes, the inner surface area 23b is a curved surface having a ¼ arc, the third inner surface area 23c is parallel to the X and Y planes, and the inner surface area 23d is 1 / 4 arc surface, and the second inner surface region 23e is parallel to the Y and Z planes.
The second inner surface region 23e is located on the symmetry axis 11 side with respect to the first inner surface region 23a.
Z方向磁界制御部25は、Y方向と直交する横断面において、対称軸11に対してZ方向磁界制御部23と線対称である。
Z方向磁界制御部25は、図2に示すように、開口部27から中央磁界制御部21に向けて順に、第1の内面領域25a、内面領域25b、第3の内面領域25c、内面領域25d及び第2の内面領域25eを有し、これらが一体成形されている。
第1の内面領域25aはY,Z平面に平行であり、内面領域25bは1/4円弧の曲面であり、第3の内面領域25cはX,Y平面に平行であり、内面領域25dは1/4円弧の曲面であり、第2の内面領域25eはY,Z平面に平行である。
第2の内面領域25eは、第1の内面領域25aに対して対称軸11側に位置している。
The Z-direction magnetic field control unit 25 is line-symmetric with the Z-direction magnetic field control unit 23 with respect to the symmetry axis 11 in a cross section orthogonal to the Y direction.
As shown in FIG. 2, the Z-direction magnetic field control unit 25 is arranged in order from the opening 27 toward the central magnetic field control unit 21 in the first inner surface region 25a, the inner surface region 25b, the third inner surface region 25c, and the inner surface region 25d. And a second inner surface region 25e, which are integrally formed.
The first inner surface region 25a is parallel to the Y and Z planes, the inner surface region 25b is a curved surface having a ¼ arc, the third inner surface region 25c is parallel to the X and Y planes, and the inner surface region 25d is 1 The curved surface is a / 4 arc, and the second inner surface region 25e is parallel to the Y and Z planes.
The second inner surface region 25e is located on the symmetry axis 11 side with respect to the first inner surface region 25a.
図2に示すように、磁界制御部5の内側では、第2の内面領域23eと第2の内面領域25eとで囲まれた領域のX方向の幅は、第1の内面領域23aと第1の内面領域25aとで囲まれた領域のX方向の幅に比べて短い。
そして、図2に示すように、第1の内面領域23aと第1の内面領域25aとで囲まれた領域に基板17が位置している。そのため、基板17のスペースを十分に確保できる。第1の内面領域23aと第1の内面領域25aとのX方向の距離は、基板17のX方向の長さに応じて決められる。
As shown in FIG. 2, inside the magnetic field controller 5, the width in the X direction of the region surrounded by the second inner surface region 23 e and the second inner surface region 25 e is the same as that of the first inner surface region 23 a and the first inner region 23 e. This is shorter than the width in the X direction of the region surrounded by the inner surface region 25a.
As shown in FIG. 2, the substrate 17 is located in a region surrounded by the first inner surface region 23a and the first inner surface region 25a. Therefore, a sufficient space for the substrate 17 can be secured. The distance in the X direction between the first inner surface region 23a and the first inner surface region 25a is determined according to the length of the substrate 17 in the X direction.
磁気センサモジュール3は、基板17の対向面17aに固定され、Z方向において略第3の内面領域23c,25cの位置付近にある。当該位置は、磁束密度が比較的高い領域であり、磁気センサモジュール3の電流計測の感度特性を高めることができる。
また、第2の内面領域23eと第2の内面領域25eとで囲まれた領域にバスバー6のY方向経路6aが位置している。そのため、第2の内面領域23d,25dとバスバー6との距離を短くでき、磁界制御部5の内側の磁束密度を高めることができる。第2の内面領域23eと第2の内面領域25eとのX方向の距離は、バスバー6のY経路部6aのX方向の幅に応じて決められる。
The magnetic sensor module 3 is fixed to the facing surface 17a of the substrate 17 and is substantially in the vicinity of the positions of the third inner surface regions 23c and 25c in the Z direction. The position is a region where the magnetic flux density is relatively high, and the sensitivity characteristic of current measurement of the magnetic sensor module 3 can be enhanced.
Further, the Y-direction path 6a of the bus bar 6 is located in a region surrounded by the second inner surface region 23e and the second inner surface region 25e. Therefore, the distance between the second inner surface regions 23d and 25d and the bus bar 6 can be shortened, and the magnetic flux density inside the magnetic field controller 5 can be increased. The distance in the X direction between the second inner surface region 23e and the second inner surface region 25e is determined according to the width in the X direction of the Y path portion 6a of the bus bar 6.
磁気センサモジュール3では、第3の内面領域23c,25cがX,Y平面と平行であるため、Y,Z方向と平行な第1の内面領域23aと第1の内面領域25a、並びに第2の内面領域23eと第2の内面領域25eのZ方向の長さを長くできる。これにより、磁性制御部5による磁界制御特性を向上できる。 In the magnetic sensor module 3, since the third inner surface regions 23c and 25c are parallel to the X and Y planes, the first inner surface region 23a and the first inner surface region 25a parallel to the Y and Z directions, and the second The length in the Z direction of the inner surface area 23e and the second inner surface area 25e can be increased. Thereby, the magnetic field control characteristic by the magnetic control part 5 can be improved.
[バスバー6]
バスバー6は、断面がU字状に湾曲した湾曲部を有する。
磁界制御部5の第2の内面領域23eと第2の内面領域25eとで囲まれた領域において、バスバー6は、上記湾曲部の窪んだ部分の平面6a2(Y経路部6aの平面6a)を磁界制御部5の中央磁界制御部21の内面21aに向ける姿勢で配置されている。
すなわち、バスバー6は、磁界制御部5の中央磁界制御部21に覆いかぶさるように位置している。中央部磁界制御部21は、バスバー6の湾曲部の窪んだ部分の内側に位置している。
これにより、図1に示すバスバー6の両端に接続されるバスバーの位置を変える必要がなくなり、電流センサ1を最終製品の基板に容易に表面実装することが可能になる。
[Bus bar 6]
The bus bar 6 has a curved portion having a U-shaped cross section.
In a region surrounded by the second inner surface region 23e and the second inner surface region 25e of the magnetic field control unit 5, the bus bar 6 has a flat surface 6a2 (a flat surface 6a of the Y path portion 6a) of the depressed portion of the curved portion. It arrange | positions with the attitude | position which faces the inner surface 21a of the central magnetic field control part 21 of the magnetic field control part 5. FIG.
That is, the bus bar 6 is positioned so as to cover the central magnetic field control unit 21 of the magnetic field control unit 5. The central magnetic field control unit 21 is located inside the recessed portion of the curved portion of the bus bar 6.
Thereby, it is not necessary to change the position of the bus bar connected to both ends of the bus bar 6 shown in FIG. 1, and the current sensor 1 can be easily surface-mounted on the substrate of the final product.
以下、電流センサ1の作用を説明する。
バスバ−6に電流が流れると、そのバスバー6の回りに磁界が発生し、その磁界の強さに応じた磁束密度が生じる。
このとき、磁界制御部5の周辺には、磁界制御部5の形状に応じた図3に示す磁束密度が生じる。
そして、磁気センサモジュール3で検出した磁束に応じた検出信号が制御部に出力される。
制御部では、検出信号が増幅回路で増幅され、検出した磁界の強さに比例した値の電圧値を出力する。
このように磁気センサモジュール3からの出力に基づいて、バスバー6に流れる電流値の検出が行われる。
Hereinafter, the operation of the current sensor 1 will be described.
When a current flows through the bus bar 6, a magnetic field is generated around the bus bar 6, and a magnetic flux density corresponding to the strength of the magnetic field is generated.
At this time, a magnetic flux density shown in FIG. 3 corresponding to the shape of the magnetic field control unit 5 is generated around the magnetic field control unit 5.
And the detection signal according to the magnetic flux detected with the magnetic sensor module 3 is output to a control part.
In the control unit, the detection signal is amplified by the amplifier circuit, and a voltage value having a value proportional to the detected magnetic field strength is output.
Thus, based on the output from the magnetic sensor module 3, the value of the current flowing through the bus bar 6 is detected.
図3は、図1及び図2に示す電流センサ1において、バスバー6に電流を流した場合の磁界シミュレーションを行った結果を示す図である。
図3に示すように、磁界制御部5の内側、並びにその周辺の領域31,33,35の磁束密度は他の領域に比べて高くなっていることが分かる。
電流センサ1では、図2に示すように、図3に示す磁束密度が高い領域35に磁界制御部5を配置している。
FIG. 3 is a diagram illustrating a result of a magnetic field simulation performed when a current is passed through the bus bar 6 in the current sensor 1 illustrated in FIGS. 1 and 2.
As shown in FIG. 3, it can be seen that the magnetic flux density in the areas 31, 33, and 35 inside and around the magnetic field control unit 5 is higher than in other areas.
In the current sensor 1, as shown in FIG. 2, the magnetic field controller 5 is arranged in a region 35 having a high magnetic flux density shown in FIG. 3.
図4は、比較例の電流センサ101の斜視図である。
図4に示す電流センサ101の磁界制御部105は、断面U字型をしている。
図5は、図4に示す電流センサ101において、バスバー6に電流を流して磁界シミュレーションを行った結果を示す図である。
電流センサ101によれば、図5に示すように、磁界制御部105の内側、並びにその周辺の領域131,133,135の磁束密度は他の領域に比べて高くなる。
電流センサ101では、図4に示すように、図5に示す磁束密度が高い領域135に磁界制御部5を配置している。
なお、図6に示すように、電流センサ1の磁界制御部5が配置される領域35は、電流センサ101の磁界制御部105が配置される領域135に比べて磁束密度が高く、磁界制御部5が磁界制御部105に比べて内部の磁束密度を高めることができること分かる。
FIG. 4 is a perspective view of the current sensor 101 of the comparative example.
The magnetic field controller 105 of the current sensor 101 shown in FIG. 4 has a U-shaped cross section.
FIG. 5 is a diagram showing a result of performing a magnetic field simulation by passing a current through the bus bar 6 in the current sensor 101 shown in FIG.
According to the current sensor 101, as shown in FIG. 5, the magnetic flux density in the regions 131, 133, and 135 inside and around the magnetic field control unit 105 is higher than in other regions.
In the current sensor 101, as shown in FIG. 4, the magnetic field controller 5 is arranged in a region 135 having a high magnetic flux density shown in FIG.
As shown in FIG. 6, the region 35 where the magnetic field control unit 5 of the current sensor 1 is disposed has a higher magnetic flux density than the region 135 where the magnetic field control unit 105 of the current sensor 101 is disposed, and the magnetic field control unit 5 can increase the internal magnetic flux density as compared with the magnetic field controller 105.
以上説明したように、電流センサ1によれば、磁界制御部5の内側では、第2の内面領域23eと第2の内面領域25eとで囲まれた領域のX方向の幅は、第1の内面領域23aと第1の内面領域25aとで囲まれた領域のX方向の幅に比べて短い。
そのため、第1の内面領域23aと第1の内面領域25aとの間に基板17を配置する十分な幅を持たせながら、第2の内面領域23e,25eとバスバー6との距離を短くして磁界制御部5の内側の磁束密度を高めることができる。
また、磁界制御部5内の磁束密度が高い領域35に磁気センサモジュール3を配置することで、電流検出の感度を高め、小さな電流でも高精度に可能である。
As described above, according to the current sensor 1, the width in the X direction of the region surrounded by the second inner surface region 23e and the second inner surface region 25e is equal to the first inner side of the magnetic field control unit 5. The width is shorter than the width in the X direction of the region surrounded by the inner surface region 23a and the first inner surface region 25a.
Therefore, the distance between the second inner surface regions 23e and 25e and the bus bar 6 is shortened while providing a sufficient width for disposing the substrate 17 between the first inner surface region 23a and the first inner surface region 25a. The magnetic flux density inside the magnetic field controller 5 can be increased.
Further, by arranging the magnetic sensor module 3 in the region 35 having a high magnetic flux density in the magnetic field control unit 5, the sensitivity of current detection is increased, and a small current can be achieved with high accuracy.
また、電流センサ1は、ギャップ全体を短くした場合に比べて、磁界制御部5が磁気飽和してバスバーの電流の大きさに対してのリニアリティが保てなくなることを防止でき、広範囲の電流を検出できる。 In addition, the current sensor 1 can prevent the magnetic field control unit 5 from being magnetically saturated and unable to maintain linearity with respect to the magnitude of the current of the bus bar as compared with the case where the entire gap is shortened. It can be detected.
電流センサ1では、磁界制御部5は比較的簡単な加工で成形できるため、低価格で製造できる。
すなわち、電流センサ1では、精度良く広範囲の電流を、小規模且つ低コストで測定することができる。
In the current sensor 1, the magnetic field control unit 5 can be formed by relatively simple processing, and can be manufactured at a low price.
That is, the current sensor 1 can measure a wide range of currents with high accuracy at a small scale and at low cost.
<第2実施形態>
図7は、本発明の第2実施形態に係る電流センサ201の斜視図である。
図8は、図7に示す電流センサ201のY方向から見た外観図である。
Second Embodiment
FIG. 7 is a perspective view of a current sensor 201 according to the second embodiment of the present invention.
FIG. 8 is an external view of the current sensor 201 shown in FIG. 7 viewed from the Y direction.
図7及び図8に示すように、電流センサ201は、バスバー6に流れる電流から発生する磁界を検出する。
電流センサ201は、磁気センサモジュール3と磁界制御部205とを有する。
図7及び図8において、図1と同じ構成要素には、図1と同じ符号を付している。
すなわち、電流センサ201は、磁界制御部205が第1実施形態の磁界制御部5と異なる。
As shown in FIGS. 7 and 8, the current sensor 201 detects a magnetic field generated from the current flowing through the bus bar 6.
The current sensor 201 includes a magnetic sensor module 3 and a magnetic field control unit 205.
7 and 8, the same components as those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals as those in FIG.
That is, in the current sensor 201, the magnetic field control unit 205 is different from the magnetic field control unit 5 of the first embodiment.
以下、磁界制御部205を中心に説明する。
図7及び図8に示すように、磁界制御部205は、磁性体であり、バスバー6の電流方向(Y方向)と直交する横断面が、対称軸211に対して線対称となる形状を有している。
磁界制御部205は、中央磁界制御部221と、Z方向磁界制御223、225とが一体的に形成されている。
Hereinafter, the magnetic field control unit 205 will be mainly described.
As shown in FIGS. 7 and 8, the magnetic field control unit 205 is a magnetic body and has a shape in which a cross section perpendicular to the current direction (Y direction) of the bus bar 6 is line symmetric with respect to the symmetry axis 211. doing.
In the magnetic field control unit 205, a central magnetic field control unit 221 and Z-direction magnetic field controls 223 and 225 are integrally formed.
中央磁界制御部221は、Z方向磁界制御部223、225の内面223a,225aと直交する平面221aを有している。
中央磁界制御部221の平面221aは、バスバー6の湾曲部のY方向経路6aの平面6a2と所定の距離を隔てて対向して位置する。
The central magnetic field control unit 221 has a flat surface 221a orthogonal to the inner surfaces 223a and 225a of the Z-direction magnetic field control units 223 and 225.
The plane 221a of the central magnetic field controller 221 is positioned to face the plane 6a2 of the Y-direction path 6a of the curved portion of the bus bar 6 with a predetermined distance therebetween.
Z方向磁界制御部223は、図8に示すように、開口部227から中央磁界制御部221に向けて順に、第1の内面領域223aと、第3の内面領域223bと、第2の内面領域223cとが一体成形されている。
第1の内面領域223aはY,Z平面に平行であり、第3の内面領域223bは第1の内面領域223aに近づくに従って対称軸211からの距離を増加させる曲面であり、第2の内面領域223cはY,Z平面に平行である。
第2の内面領域223cは、第1の内面領域223aに対して対称軸211側に位置している。
As shown in FIG. 8, the Z-direction magnetic field control unit 223 includes a first inner surface region 223 a, a third inner surface region 223 b, and a second inner surface region in order from the opening 227 toward the central magnetic field control unit 221. 223c is integrally formed.
The first inner surface region 223a is parallel to the Y and Z planes, and the third inner surface region 223b is a curved surface that increases the distance from the symmetry axis 211 as it approaches the first inner surface region 223a. 223c is parallel to the Y and Z planes.
The second inner surface region 223c is located on the symmetry axis 211 side with respect to the first inner surface region 223a.
Z方向磁界制御225は、Y方向と直交する横断面において、対称軸211に対してZ方向磁界制御223と線対称である。
Z方向磁界制御部225は、図8に示すように、開口部227から中央磁界制御部221に向けて順に、第1の内面領域225aと、第3の内面領域225b,第2の内面領域225cとが一体成形されている。
第1の内面領域225aはY,Z平面に平行であり、第3の内面領域225bは第1の内面領域225aに近づくに従って対称軸211からの距離を増加させる曲面であり、第2の内面領域225cはY,Z平面に平行である。
第2の内面領域225cは、第1の内面領域225aに対して対称軸211側に位置している。
The Z-direction magnetic field control 225 is line-symmetric with the Z-direction magnetic field control 223 with respect to the symmetry axis 211 in a cross section orthogonal to the Y direction.
As shown in FIG. 8, the Z-direction magnetic field control unit 225 has a first inner surface region 225 a, a third inner surface region 225 b, and a second inner surface region 225 c in order from the opening 227 toward the central magnetic field control unit 221. And are integrally molded.
The first inner surface region 225a is parallel to the Y and Z planes, and the third inner surface region 225b is a curved surface that increases the distance from the symmetry axis 211 as it approaches the first inner surface region 225a. 225c is parallel to the Y and Z planes.
The second inner surface region 225c is located on the symmetry axis 211 side with respect to the first inner surface region 225a.
図8に示すように、磁界制御部205の内側では、第2の内面領域223cと第2の内面領域225cとで囲まれた領域のX方向の幅は、第1の内面領域223aと第1の内面領域225aとで囲まれた領域のX方向の幅に比べて短い。
そして、図7に示すように、第1の内面領域223aと第1の内面領域225aとで囲まれた領域に基板17が位置している。そのため、基板17のスペースを十分に確保できる。
As shown in FIG. 8, inside the magnetic field control unit 205, the width in the X direction of the region surrounded by the second inner surface region 223c and the second inner surface region 225c is the same as that of the first inner surface region 223a and the first inner region 223a. This is shorter than the width in the X direction of the region surrounded by the inner surface region 225a.
As shown in FIG. 7, the substrate 17 is located in a region surrounded by the first inner surface region 223a and the first inner surface region 225a. Therefore, a sufficient space for the substrate 17 can be secured.
磁気センサモジュール3は、基板17の対向面17aに固定され、Z方向において略第3の内面領域223bと225bで囲まれた位置にある。当該位置は、磁束密度が比較的高い領域であり、磁気センサモジュール3の電流計測の感度特性を高めることができる。
また、第2の内面領域223cと第2の内面領域225cとで囲まれた領域にバスバー6のY方向経路6aが位置している。そのため、第2の内面領域223c,225cとバスバー6との距離を短くでき、磁界制御部5の内側の磁束密度を高めることができる。
The magnetic sensor module 3 is fixed to the facing surface 17a of the substrate 17 and is in a position surrounded by substantially third inner surface regions 223b and 225b in the Z direction. The position is a region where the magnetic flux density is relatively high, and the sensitivity characteristic of current measurement of the magnetic sensor module 3 can be enhanced.
Further, the Y-direction path 6a of the bus bar 6 is located in a region surrounded by the second inner surface region 223c and the second inner surface region 225c. Therefore, the distance between the second inner surface regions 223c and 225c and the bus bar 6 can be shortened, and the magnetic flux density inside the magnetic field controller 5 can be increased.
図9は、図7及び図8に示す電流センサ201において、バスバー6に電流を流した場合の磁界シミュレーションを行った結果を示す図である。
電流センサ201によれば、図9に示すように、磁界制御部205の内側、並びにその周辺の領域231,233,235の磁束密度が他の領域に比べて高くなっていることが分かる。 電流センサ201では、図8に示すように、図9に示す磁束密度が高い領域235に磁界制御部5を配置している。
なお、図6に示すように、電流センサ201の磁界制御部205が配置される領域235は、電流センサ101の磁界制御部5が配置される領域135に比べて磁束密度が高く、磁界制御部205が磁界制御部105に比べて内部の磁束密度を高めることができること分かる。
FIG. 9 is a diagram illustrating a result of a magnetic field simulation performed when a current is passed through the bus bar 6 in the current sensor 201 illustrated in FIGS. 7 and 8.
According to the current sensor 201, as shown in FIG. 9, it can be seen that the magnetic flux density in the areas 231, 233 and 235 inside and around the magnetic field control unit 205 is higher than in other areas. In the current sensor 201, as shown in FIG. 8, the magnetic field controller 5 is arranged in a region 235 having a high magnetic flux density shown in FIG.
As shown in FIG. 6, the region 235 in which the magnetic field control unit 205 of the current sensor 201 is disposed has a higher magnetic flux density than the region 135 in which the magnetic field control unit 5 of the current sensor 101 is disposed, and the magnetic field control unit It can be seen that 205 can increase the internal magnetic flux density as compared with the magnetic field control unit 105.
以上説明したように、電流センサ201によっても、第1実施形態の電流センサ1と同様の効果が得られる。
電流センサ201によれば、磁性制御部205の第3の内面領域223b,225bが第1の内面領域223a,225aに近づくに従って対称軸211からの距離を増加させる曲面であるため、第3の内面領域223b,225bあるいはその近傍に、基板17を設置する十分な幅を有する領域と、当該領域より幅が短い高磁束密度の領域とを形成でき、当該高磁束密度の領域に磁気センサ3を配置することができる。
As described above, the current sensor 201 can provide the same effect as the current sensor 1 of the first embodiment.
According to the current sensor 201, the third inner surface region 223b, 225b of the magnetic control unit 205 is a curved surface that increases the distance from the symmetry axis 211 as it approaches the first inner surface region 223a, 225a. A region having a sufficient width for installing the substrate 17 and a region having a high magnetic flux density shorter than the region can be formed in or near the regions 223b and 225b, and the magnetic sensor 3 is disposed in the region having the high magnetic flux density. can do.
本発明は上述した実施形態には限定されない。
すなわち、当業者は、本発明の技術的範囲またはその均等の範囲内において、上述した実施形態の構成要素に関し、様々な変更、コンビネーション、サブコンビネーション、並びに代替を行ってもよい。
The present invention is not limited to the embodiment described above.
That is, those skilled in the art may make various modifications, combinations, subcombinations, and alternatives regarding the components of the above-described embodiments within the technical scope of the present invention or an equivalent scope thereof.
また、本実施形態で示した磁界制御部5,205の形状は一例であり、請求項に記載の範囲において改変可能である。 Moreover, the shape of the magnetic field control units 5 and 205 shown in the present embodiment is an example, and can be modified within the scope of the claims.
本発明は、例えば、磁気抵抗効果素子を用いて電流を検出する電流センサ等に適用可能である。 The present invention is applicable to, for example, a current sensor that detects current using a magnetoresistive effect element.
1,201…電流センサ、3…磁気センサモジュール、5…磁界制御部、6…バスバー、17…基板、21,221…中央磁界制御部、23,25,223,225…Z方向磁界制御部、23a,25a,223a,225a…第1の内面領域、23c,25c,223c,225c…第3の内面領域、23e,25e,223c,225c…第2の内面領域
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1,201 ... Current sensor, 3 ... Magnetic sensor module, 5 ... Magnetic field control part, 6 ... Busbar, 17 ... Board | substrate, 21,221 ... Central magnetic field control part, 23, 25, 223, 225 ... Z direction magnetic field control part, 23a, 25a, 223a, 225a ... first inner surface region, 23c, 25c, 223c, 225c ... third inner surface region, 23e, 25e, 223c, 225c ... second inner surface region
Claims (7)
前記対称軸と直交し、前記電流路に対向した対向面を持つ基板と、
前記対向面に配置され、前記電流路に流れる電流によって発生する磁界を検出する磁気センサと、
前記基板と前記電流路とを囲む一続きの内面を持ち、前記電流方向と直交する断面において前記内面に対応する輪郭線が前記対称軸に対して線対称な形状を持つ磁性材料からなる磁界制御手段と
を有し、
前記磁界制御手段の前記内面は、
前記対向面の位置において前記対称軸を挟んで対向する一対の第1の内面領域と、
前記対向面に面した前記電流路の位置において当該電流路を挟んで位置する一対の第2の内面領域と
を含み、
前記一対の第2の内面領域は、前記一対の第1の内面領域と比べて、前記対称軸と垂直な方向における離間距離が狭くなっている
ことを特徴とする電流センサ。 A current path in which a cross section perpendicular to the current direction has a line-symmetric shape with respect to a virtual symmetry axis;
A substrate orthogonal to the axis of symmetry and having a facing surface facing the current path;
A magnetic sensor that is disposed on the facing surface and detects a magnetic field generated by a current flowing in the current path;
Magnetic field control comprising a continuous inner surface surrounding the substrate and the current path, and a magnetic material made of a magnetic material in which a contour line corresponding to the inner surface is symmetrical with respect to the symmetry axis in a cross section orthogonal to the current direction Means and
The inner surface of the magnetic field control means is
A pair of first inner surface regions facing each other across the axis of symmetry at the position of the facing surface;
A pair of second inner surface regions located across the current path at the position of the current path facing the facing surface,
The pair of second inner surface regions have a smaller separation distance in a direction perpendicular to the symmetry axis than the pair of first inner surface regions.
請求項1に記載の電流センサ。 The current sensor according to claim 1, wherein the first inner surface region and the second inner surface region are substantially parallel to the symmetry axis.
請求項3に記載の電流センサ。 The current sensor according to claim 3, wherein the magnetic sensor is positioned adjacent to the third inner surface region in a direction in which the axis of symmetry extends.
請求項2に記載の電流センサ。 The magnetic field control means is a third inner surface region that is a curved surface that increases the distance from the symmetry axis as approaching the first inner surface region between the first inner surface region and the second inner surface region. The current sensor according to claim 2.
請求項5に記載の電流センサ。 The current sensor according to claim 5, wherein the magnetic sensor is located at the same position as the third inner surface region in a direction in which the axis of symmetry extends.
前記磁界制御手段の一部を構成し、第2の内面領域が両側に位置し、前記対称軸と交わる中央磁界制御部が、前記電流路の前記湾曲部の窪んだ部分の内側に位置する
ことを特徴とする請求項1〜6のいずれかに記載の電流センサ。 The current path has a curved portion with a U-shaped cross section,
The central magnetic field control unit that constitutes a part of the magnetic field control means, the second inner surface region is positioned on both sides, and intersects with the symmetry axis is positioned inside the recessed portion of the curved portion of the current path. The current sensor according to any one of claims 1 to 6.
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