JP2022014161A - Current sensor - Google Patents

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春生 吉永
Haruo Yoshinaga
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Abstract

To perform high-precision current measurement while securing a wide measurement range.SOLUTION: A current sensor for measuring current flowing through a conductor includes a detection element having a first end and a second end. The detection element includes: n+1 (n is a natural number ) magnetic materials; n connection parts; a first connection terminal connected to the first end; a second connection terminal connected to the second end; and a third connection terminal connected to one of the n connection parts. The n+1 magnetic materials extend in a second direction perpendicular to a first direction in which the current flows. The n+1 magnetic materials are arranged in a third direction perpendicular to the first direction and the second direction. The n connection parts connect ends of the adjacent magnetic materials of the n+1 magnetic materials so that the detection element are formed in a meander shape.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、電流センサに関する。 The present invention relates to a current sensor.

磁気インピーダンス(MI)素子は、磁気インピーダンス効果を用いた磁気センサである。特許文献1には、このMI素子を用いた電流センサが開示されている。 The magnetic impedance (MI) element is a magnetic sensor using the magnetic impedance effect. Patent Document 1 discloses a current sensor using this MI element.

特許文献1では、測定対象を流れる電流により発生する磁場を複数のMI素子により測定している。この複数のMI素子は測定対象からの距離が互いに異なるように配置されているため、複数のMI素子により測定される磁場の大きさは、互いに異なる。特許文献1では、この測定される磁場の大きさの違いを用いて、小電流から大電流までの広い計測範囲での電流計測を可能にしている。 In Patent Document 1, the magnetic field generated by the current flowing through the measurement target is measured by a plurality of MI elements. Since the plurality of MI elements are arranged so that the distances from the measurement target are different from each other, the magnitudes of the magnetic fields measured by the plurality of MI elements are different from each other. In Patent Document 1, the difference in the magnitude of the measured magnetic field is used to enable current measurement in a wide measurement range from a small current to a large current.

特許第4910290号公報Japanese Patent No. 4910290

しかしながら、特許文献1に開示された技術では、複数のMI素子を使用しているため、複数のMI素子の間の位置ずれ(距離、角度)が生じることがある。この位置ずれは、電流の測定精度が低下させてしまう。 However, in the technique disclosed in Patent Document 1, since a plurality of MI elements are used, a positional deviation (distance, angle) between the plurality of MI elements may occur. This misalignment reduces the accuracy of current measurement.

そこで、本発明は、広い計測範囲を確保しつつ、精度が高い電流測定を行うことを目的とする。 Therefore, an object of the present invention is to perform highly accurate current measurement while ensuring a wide measurement range.

上記課題を解決するため、本発明の電流センサは、導体を流れる電流を測定する電流センサであって、第1の端部と第2の端部を有する検出素子を有し、前記検出素子は、n+1(nは自然数)個の磁性体と、n個の接続部と、を有し、前記第1の端部に接続した第1の接続端子と、前記第2の端部に接続した第2の接続端子と、前記n個の接続部のうちの1つに接続した第3の接続端子と、を有し、前記n+1個の磁性体の各々は、前記電流が流れる第1の方向に垂直な第2の方向に延びており、前記n+1個の磁性体は、前記第1の方向および前記第2の方向に垂直な第3の方向に並べられており、前記n個の接続部は、前記検出素子がミアンダ形状になるように、前記n+1個の磁性体のうちの隣り合う前記磁性体の端部を接続している。 In order to solve the above problems, the current sensor of the present invention is a current sensor that measures a current flowing through a conductor, and has a detection element having a first end portion and a second end portion, and the detection element is , N + 1 (n is a natural number) magnetic material, n connection portions, and a first connection terminal connected to the first end portion and a second connection portion connected to the second end portion. It has two connection terminals and a third connection terminal connected to one of the n connection portions, and each of the n + 1 magnetic materials is in the first direction in which the current flows. Extending in a vertical second direction, the n + 1 magnetic bodies are arranged in the first direction and a third direction perpendicular to the second direction, and the n connections are arranged. The end portions of the adjacent magnetic bodies of the n + 1 magnetic bodies are connected so that the detection element has a meander shape.

前記電流センサは、前記第1の接続端子、前記第2の接続端子、および前記第3の接続端子に接続する制御部をさらに有し、前記制御部は、前記検出素子のうちの前記第1の接続端子と前記第3の接続端子の間の部分のインピーダンス、および前記検出素子のうちの前記第2の接続端子と前記第3の接続端子の間の部分のインピーダンスを測定し、当該測定されたインピーダンスに基づいて、前記電流の値を算出するようにしても良い。 The current sensor further includes a control unit connected to the first connection terminal, the second connection terminal, and the third connection terminal, and the control unit is the first of the detection elements. The impedance of the portion between the connection terminal and the third connection terminal, and the impedance of the portion of the detection element between the second connection terminal and the third connection terminal are measured and measured. The value of the current may be calculated based on the impedance.

nが、2以上の自然数であり、前記電流センサは、前記第3の端子が接続された接続部とは異なる接続部に接続された第4の接続端子をさらに有するようにしても良い。 n is a natural number of 2 or more, and the current sensor may further have a fourth connection terminal connected to a connection portion different from the connection portion to which the third terminal is connected.

前記電流センサは、前記検出素子を覆うバイアス磁場用バスバーをさらに有するようにしても良い。 The current sensor may further have a bus bar for a bias magnetic field covering the detection element.

本発明によれば、広い計測範囲を確保しつつ、精度が高い電流測定を行うことが可能になる。 According to the present invention, it is possible to perform highly accurate current measurement while ensuring a wide measurement range.

本発明の一実施形態に係る電流センサ100を示す図である。It is a figure which shows the current sensor 100 which concerns on one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態に係るMI素子110を示す図である。It is a figure which shows the MI element 110 which concerns on one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態に係るMI素子110の電流IBに対するインピーダンス特性を示す図である。It is a figure which shows the impedance characteristic with respect to the current IB of the MI element 110 which concerns on one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態に係るMI素子110を示す図である。It is a figure which shows the MI element 110 which concerns on one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態に係るMI素子110を示す図である。It is a figure which shows the MI element 110 which concerns on one Embodiment of this invention.

<電流センサ100>
図1は、本発明の一実施形態に係る電流センサ100を示す図である。図1(A)は、電流センサ100の斜視図であり、図1(B)は、電流センサ100を図1(A)の右側から見た図である。電流センサ100は、回路基板S上に実装された磁気インピーダンス(MI)素子110と制御部120とを有し、U字形状の形成されたバイアス磁場用バスバー130にMI素子110が挿入されるように構成される。電流センサ100は、MI素子110、制御部120、バイアス磁場用バスバー130を収容する筐体(不図示)を有するようにしても良い。
<Current sensor 100>
FIG. 1 is a diagram showing a current sensor 100 according to an embodiment of the present invention. 1 (A) is a perspective view of the current sensor 100, and FIG. 1 (B) is a view of the current sensor 100 as viewed from the right side of FIG. 1 (A). The current sensor 100 has a magnetic impedance (MI) element 110 mounted on the circuit board S and a control unit 120 so that the MI element 110 is inserted into the bias magnetic field bus bar 130 formed in a U shape. It is composed of. The current sensor 100 may have a housing (not shown) that houses the MI element 110, the control unit 120, and the bias magnetic field bus bar 130.

本実施形態に係る電流センサ100は、非接触で、測定対象を流れる電流を測定する。図1に示した例では、電流センサ100は、測定対象バスバーBBを流れる電流IBを測定する際に、この測定対象バスバーBBに接触しないように、この測定対象バスバーBBの近傍に配置される。 The current sensor 100 according to the present embodiment measures the current flowing through the measurement target in a non-contact manner. In the example shown in FIG. 1, the current sensor 100 is arranged in the vicinity of the measurement target bus bar BB so as not to come into contact with the measurement target bus bar BB when measuring the current IB flowing through the measurement target bus bar BB.

測定対象バスバーBBに電流IBが流れると、測定対象バスバーBBの周りに磁場HBが発生する。この磁場HBの大きさは、測定対象バスバーBBを流れる電流IBの値と測定対象バスバーBBからの距離に応じて変化する。一方、MI素子110のインピーダンスは、外部磁場の変化に応じて変化する。よって、MI素子110と測定対象バスバーBBとの間の距離を一定に保った場合、測定対象バスバーBBの近傍に配置された電流センサ100のMI素子110のインピーダンスは、測定対象バスバーBBを流れる電流IBの変化に応じて変化する。そこで、本実施形態では、制御部120は、MI素子110のインピーダンスを測定し、この測定されたインピーダンスに基づいて、測定対象バスバーBBを流れる電流IBの値を算出する。 When the current IB flows through the measurement target bus bar BB, a magnetic field HB is generated around the measurement target bus bar BB. The magnitude of this magnetic field HB changes according to the value of the current IB flowing through the measurement target bus bar BB and the distance from the measurement target bus bar BB. On the other hand, the impedance of the MI element 110 changes according to the change of the external magnetic field. Therefore, when the distance between the MI element 110 and the measurement target bus bar BB is kept constant, the impedance of the MI element 110 of the current sensor 100 arranged in the vicinity of the measurement target bus bar BB is the current flowing through the measurement target bus bar BB. It changes according to the change of IB. Therefore, in the present embodiment, the control unit 120 measures the impedance of the MI element 110 and calculates the value of the current IB flowing through the measurement target bus bar BB based on the measured impedance.

図2は、本実施形態に係るMI素子110を示す図である。図2(A)は、本実施形態に係るMI素子110の詳細を示す図であり、図2(B)は、本実施形態に係るMI素子110と測定対象バスバーBBとの位置関係を示す図である。 FIG. 2 is a diagram showing an MI element 110 according to the present embodiment. FIG. 2A is a diagram showing details of the MI element 110 according to the present embodiment, and FIG. 2B is a diagram showing a positional relationship between the MI element 110 according to the present embodiment and the measurement target bus bar BB. Is.

MI素子110は、ミアンダ形状を有しており、その両端に、第1の端部111と第2の端部112とを有している。 The MI element 110 has a meander shape, and has a first end portion 111 and a second end portion 112 at both ends thereof.

MI素子110は、4つの磁性体113(第1の磁性体1131、第2の磁性体1132、第3の磁性体1133、第4の磁性体1134)と、3つの接続部114(第1の接続部1141、第2の接続部1142、第3の接続部1143)と、3つの接続端子115(第1の接続端子1151、第2の接続端子1152、第3の接続端子1153)と、を有している。 The MI element 110 includes four magnetic bodies 113 (first magnetic body 1131, second magnetic body 1132, third magnetic body 1133, fourth magnetic body 1134) and three connecting portions 114 (first magnetic body 1134). Connection unit 1141, second connection unit 1142, third connection unit 1143) and three connection terminals 115 (first connection terminal 1151, second connection terminal 1152, third connection terminal 1153). Have.

4つの磁性体113の各々は、図2に示すように、測定対象バスバーBB内の電流IBが流れる第1の方向D1(測定対象バスバーBBが延びる方向)に垂直な第2の方向D2に延びており、その両端に端部を有している。図2に示すように、第1の端部111は、第1の磁性体1131の2つの端部の1つであり、第4の端部1134の2つの端部の1つである。 As shown in FIG. 2, each of the four magnetic bodies 113 extends in a second direction D2 perpendicular to the first direction D1 (direction in which the measurement target bus bar BB extends) through which the current IB in the measurement target bus bar BB flows. It has ends at both ends. As shown in FIG. 2, the first end 111 is one of the two ends of the first magnetic material 1131 and one of the two ends of the fourth end 1134.

4つの磁性体113は、図2に示すように、第1の方向D1および第2の方向D2に垂直な第3の方向D3に並んでいる。 As shown in FIG. 2, the four magnetic bodies 113 are arranged in a third direction D3 perpendicular to the first direction D1 and the second direction D2.

図2に示されているように、3つの接続部114により4つの磁性体113のうちの隣り合う磁性体の端部が接続されることで、MI素子110は、ミアンダ形状になっている。具体的には、第1の磁性体1131の2つの端部のうちの第1の端部111ではない方の端部と第2の磁性体1132の一端が第1の接続部1141により接続され、第2の磁性体1132の他端と第3の磁性体1133の一端が第2の接続部1142により接続され、第3の磁性体1133の他端と第4の磁性体1134の2つの端部のうちの第2の端部112ではない方の端部が第3の接続部1143により接続されている。 As shown in FIG. 2, the MI element 110 has a meander shape by connecting the ends of adjacent magnetic bodies among the four magnetic bodies 113 by the three connecting parts 114. Specifically, the end of the two ends of the first magnetic body 1131 that is not the first end 111 and one end of the second magnetic body 1132 are connected by the first connecting portion 1141. , The other end of the second magnetic body 1132 and one end of the third magnetic body 1133 are connected by the second connecting portion 1142, and the other end of the third magnetic body 1133 and the two ends of the fourth magnetic body 1134. The end of the portion that is not the second end 112 is connected by the third connecting portion 1143.

磁性体113は、透磁率が高い磁性材料である。このため、磁性体113のインピーダンスは、磁気インピーダンス効果により、外部磁場の変化に応じて変化する。 The magnetic material 113 is a magnetic material having a high magnetic permeability. Therefore, the impedance of the magnetic body 113 changes according to the change of the external magnetic field due to the magnetic impedance effect.

接続部114は、非磁性の良導体金属(銅や金)であることが望ましい。 It is desirable that the connecting portion 114 is a non-magnetic good conductor metal (copper or gold).

第1の接続端子1151は、第1の端部111に接続され、第2の接続端子1152は、第2の端部112に接続され、第3の接続端子1153は、第2の接続部1152に接続されている。 The first connection terminal 1151 is connected to the first end 111, the second connection terminal 1152 is connected to the second end 112, and the third connection terminal 1153 is the second connection 1152. It is connected to the.

本実施形態では、測定対象バスバーBB内の電流IBが流れる第1の方向D1に垂直な第2の方向D2に延びた4つの磁性体113が、第1の方向D1および第2の方向D2に垂直な第3の方向D3に並んでいる。このため、4つの磁性体113は、測定対象バスバーBBからの距離が互いに異なっている。図2に示した例では、第1の磁性体1131が、測定対象バスバーBBに一番近くに配置され、第4の磁性体1134が、測定対象バスバーBBから一番遠くに配置されている。 In the present embodiment, the four magnetic bodies 113 extending in the second direction D2 perpendicular to the first direction D1 through which the current IB in the measurement target bus bar BB flows are in the first direction D1 and the second direction D2. They are lined up in the vertical third direction D3. Therefore, the distances of the four magnetic materials 113 from the measurement target bus bar BB are different from each other. In the example shown in FIG. 2, the first magnetic body 1131 is arranged closest to the measurement target bus bar BB, and the fourth magnetic body 1134 is arranged farthest from the measurement target bus bar BB.

測定対象バスバーBBを流れる電流IBにより生じる磁場HBの大きさは、測定対象バスバーBBから離れるにつれ、小さくなっていく。このため、4つの磁性体113は、互いに異なる大きさの磁場HBに晒されることになる。図2に示した例では、測定対象バスバーBBに一番近くに配置された第1の磁性体1131が晒される磁場HBの大きさが一番大きく、測定対象バスバーBBから一番遠くに配置された磁性体1134が晒される磁場HBの大きさが一番小さくなる。このため、4つの磁性体113は、測定対象バスバーBBに流れる電流IBに対するインピーダンス特性が互いに異なる。 The magnitude of the magnetic field HB generated by the current IB flowing through the measurement target bus bar BB becomes smaller as the distance from the measurement target bus bar BB increases. Therefore, the four magnetic materials 113 are exposed to magnetic fields HB having different sizes from each other. In the example shown in FIG. 2, the magnitude of the magnetic field HB to which the first magnetic body 1131 arranged closest to the measurement target bus bar BB is exposed is the largest, and is arranged farthest from the measurement target bus bar BB. The magnitude of the magnetic field HB to which the magnetic material 1134 is exposed becomes the smallest. Therefore, the four magnetic materials 113 have different impedance characteristics with respect to the current IB flowing through the bus bar BB to be measured.

図3は、本実施形態に係るMI素子110の測定対象バスバーBBに流れる電流IBに対するインピーダンス特性を示す図である。図3の破線は、第1の接続端子1151と第3の接続端子1153の間のMI素子110の第1の部分(つまり、第1の磁性体1131、第2の磁性体1132、第1の接続部1141、第2の接続部1142により構成されたMI素子部分)のインピーダンス特性であり、一点鎖線は、第2の接続端子1152と第3の接続端子1153の間のMI素子110の第2の部分(つまり、第3の磁性体1133、第4の磁性体1134、第2の接続部1141、第3の接続部1142により構成されたMI素子部分)のインピーダンス特性である。図3の実線は、MI素子110の第1の部分と第2の部分の合成インピーダンスである。 FIG. 3 is a diagram showing impedance characteristics with respect to the current IB flowing through the measurement target bus bar BB of the MI element 110 according to the present embodiment. The broken line in FIG. 3 indicates the first portion of the MI element 110 between the first connection terminal 1151 and the third connection terminal 1153 (that is, the first magnetic body 1131, the second magnetic body 1132, and the first one. It is the impedance characteristic of the connection portion 1141 and the MI element portion composed of the second connection portion 1142), and the one-point chain wire is the second of the MI element 110 between the second connection terminal 1152 and the third connection terminal 1153. (That is, the MI element portion composed of the third magnetic body 1133, the fourth magnetic body 1134, the second connecting portion 1141, and the third connecting portion 1142). The solid line in FIG. 3 is the combined impedance of the first portion and the second portion of the MI element 110.

図3に示されているように、合成インピーダンス(実線)は、測定対象バスバーBBを流れる電流IBに対するインピーダンスの変化が安定しない不安定領域(図2の電流IBがゼロの付近)が、MI素子110の第1の部分のインピーダンス特性(破線)とほぼ同じであるにもかかわらず、測定対象バスバーBBに流れる電流IBの値が大きいところで、MI素子110の第1の部分のインピーダンス特性(破線)に比べ、インピーダンスの変化が大きい。 As shown in FIG. 3, the combined impedance (solid line) is the MI element in the unstable region (near zero current IB in FIG. 2) where the change in impedance with respect to the current IB flowing through the bus bar BB to be measured is not stable. Although it is almost the same as the impedance characteristic (broken line) of the first part of the 110, the impedance characteristic (broken line) of the first part of the MI element 110 is where the value of the current IB flowing through the measurement target bus bar BB is large. The change in impedance is large compared to.

このため、本実施形態では、第1の接続端子1153と第2の接続端子1152に制御部120を接続し、MI素子110のインピーダンスの測定することで、測定対象バスバーBBを流れる電流IBを広い範囲で測定することが可能になる。つまり、本実施形態では、測定対象バスバーBBを流れる電流IBが微小電流であっても、大電流であっても測定することが可能になる。 Therefore, in the present embodiment, the control unit 120 is connected to the first connection terminal 1153 and the second connection terminal 1152, and the impedance of the MI element 110 is measured to widen the current IB flowing through the bus bar BB to be measured. It becomes possible to measure in the range. That is, in the present embodiment, it is possible to measure whether the current IB flowing through the measurement target bus bar BB is a minute current or a large current.

また、図3に示されているように、MI素子110の第1の部分のインピーダンス特性(破線)は、測定対象バスバーBBに流れる電流IBの値が小さいところで、MI素子110の第2の部分のインピーダンス特性(一点鎖線)に比べ、インピーダンスの変化が大きい。一方、MI素子110の第2の部分のインピーダンス特性(一点鎖線)は、測定対象バスバーBBに流れる電流IBの値が大きいところで、MI素子110の第1の部分のインピーダンス特性(破線)に比べ、インピーダンスの変化が大きい。 Further, as shown in FIG. 3, the impedance characteristic (broken line) of the first portion of the MI element 110 is the second portion of the MI element 110 where the value of the current IB flowing through the measurement target bus bar BB is small. Compared to the impedance characteristic (dashed line) of, the change in impedance is large. On the other hand, the impedance characteristic (dashed line) of the second portion of the MI element 110 is higher than the impedance characteristic (broken line) of the first portion of the MI element 110 where the value of the current IB flowing through the measurement target bus bar BB is large. The change in impedance is large.

そこで、本実施形態では、制御部120を、第1の接続端子1153、第2の接続端子1152、第3の接続端子1153に接続し、制御部120が、MI素子110全体のインピーダンス、MI素子110の第1の部分のインピーダンス、MI素子110の第2の部分のインピーダンスを測定し、測定されたインピーダンスに基づいて、測定対象バスバーBBを流れる電流IBを測定する。 Therefore, in the present embodiment, the control unit 120 is connected to the first connection terminal 1153, the second connection terminal 1152, and the third connection terminal 1153, and the control unit 120 determines the impedance of the entire MI element 110 and the MI element. The impedance of the first portion of the 110 and the impedance of the second portion of the MI element 110 are measured, and the current IB flowing through the bus bar BB to be measured is measured based on the measured impedance.

このため、本実施形態では、MI素子110の第1の部分のインピーダンス成分とMI素子110の第2の部分のインピーダンス成分を合成すると、インピーダンスの変化が図3の実線で示されたような変化となり、測定対象バスバーBBを流れる電流IBを広い範囲で測定することが可能になる。 Therefore, in the present embodiment, when the impedance component of the first portion of the MI element 110 and the impedance component of the second portion of the MI element 110 are combined, the change in impedance is as shown by the solid line in FIG. Therefore, it becomes possible to measure the current IB flowing through the measurement target bus bar BB in a wide range.

また、制御部120は、例えば、電流センサ100からの出力を切り替える機能を有するようにすると良い。つまり、制御部120は、電流センサ100からの出力を、MI素子110全体に基づいた出力、MI素子110の第1の部分に基づいた出力、MI素子110の第2の部分に基づいた出力の間で、切り替える機能を有するようにすると良い。このようにすることで、本実施形態では、測定対象バスバーBBを流れる電流IBの大きさに応じて、電流センサ100の出力を切り替えることが可能になり、広い範囲で電流IBを感度良く測定をすることが可能になる。 Further, the control unit 120 may have a function of switching the output from the current sensor 100, for example. That is, the control unit 120 outputs the output from the current sensor 100 to the output based on the entire MI element 110, the output based on the first part of the MI element 110, and the output based on the second part of the MI element 110. It is good to have a function to switch between. By doing so, in the present embodiment, the output of the current sensor 100 can be switched according to the magnitude of the current IB flowing through the bus bar BB to be measured, and the current IB can be measured with high sensitivity in a wide range. It will be possible to do.

また、本実施形態では、特許文献1に開示された技術とは異なり、電流センサ100は、1つのMI素子110で構成されている。このため、特許文献1に開示された技術とは異なり、複数のMI素子の間の位置ずれ(距離、角度)によって電流IBの測定精度が低下するという問題が存在しない。よって、本実施形態では、広い計測範囲を確保しつつ、精度が高い電流測定を行うことが可能である。 Further, in the present embodiment, unlike the technique disclosed in Patent Document 1, the current sensor 100 is composed of one MI element 110. Therefore, unlike the technique disclosed in Patent Document 1, there is no problem that the measurement accuracy of the current IB is lowered due to the positional deviation (distance, angle) between the plurality of MI elements. Therefore, in the present embodiment, it is possible to perform highly accurate current measurement while ensuring a wide measurement range.

なお、第3の接続端子1153が接続する接続部は、第2の接続部1142に限定されない。例えば、第3の接続端子1153は、図4(A)に示すように、第1の接続部1141に接続されていても良い。また、第3の接続端子1153は、第3の接続部1143に接続されていても良い。 The connection portion to which the third connection terminal 1153 is connected is not limited to the second connection portion 1142. For example, the third connection terminal 1153 may be connected to the first connection portion 1141 as shown in FIG. 4 (A). Further, the third connection terminal 1153 may be connected to the third connection portion 1143.

また、接続部115の数は、3に限定されない。例えば、MI素子110は、第2の接続部1142に接続された第3の接続部1153の他に、図4(B)のように、第1の接続部1142に接続された第4の接続端子1154を有するようにしても良い。また、MI素子110は、第3の接続部1143に接続された別の接続端子を有するようにしても良い。このようにすることで、MI素子110をさらに細かく分割し、各部分のインピーダンスを測定することが可能になる。結果、測定対象バスバーBBを流れる電流IBに大きさにより適した測定を行うことが可能になる。 Further, the number of connecting portions 115 is not limited to three. For example, the MI element 110 has a fourth connection connected to the first connection portion 1142 as shown in FIG. 4B, in addition to the third connection portion 1153 connected to the second connection portion 1142. It may have a terminal 1154. Further, the MI element 110 may have another connection terminal connected to the third connection portion 1143. By doing so, it becomes possible to further divide the MI element 110 into smaller pieces and measure the impedance of each portion. As a result, it becomes possible to perform a measurement more suitable for the current IB flowing through the bus bar BB to be measured.

また、図2に示した例では、MI素子110は、4つの磁性体113と、3つの接続部114を有しているが、図5(A)に示すように、2つの磁性体113と、1つの接続部114を有するようにしても良いし、図5(B)に示すように、6つの磁性体113と、5つの接続部114を有するようにしても良い。つまり、MI素子110は、n+1(nは自然数)個の磁性体と、n個の接続部と、を有するようにすると良い。例えば、磁性体113の数を多くすることで、測定対象バスバーBBに一番近い磁性体113が晒される磁場HBの大きさと、測定対象バスバーBBに一番遠い磁性体113が晒される磁場HBの大きさと、の差が大きくなり、結果、より広い範囲で感度の良い電流測定が可能になる。 Further, in the example shown in FIG. 2, the MI element 110 has four magnetic bodies 113 and three connecting portions 114, but as shown in FIG. 5A, the MI element 110 has two magnetic bodies 113. It may have one connecting portion 114, or as shown in FIG. 5B, it may have six magnetic materials 113 and five connecting portions 114. That is, the MI element 110 may have n + 1 (n is a natural number) magnetic material and n connecting portions. For example, by increasing the number of magnetic materials 113, the magnitude of the magnetic field HB to which the magnetic material 113 closest to the measurement target bus bar BB is exposed and the magnetic field HB to which the magnetic material 113 farthest to the measurement target bus bar BB is exposed. The difference between the size and the size becomes large, and as a result, sensitive current measurement can be performed in a wider range.

<バイアス磁場用バスバー130>
バイアス磁場用バスバー130は、図1に示されているように、U字形状をしており、MI素子110を覆っている。つまり、本実施形態では、MI素子110は、U字形状のバイアス磁場用バスバー130のU字部分131に挟まれている。このバイアス磁場用バスバー130には、上記の不安定領域を回避するためのバイアス磁場を発生するために、MI素子110の磁性体113が延びる第2の方向D2にほぼ垂直な方向に電流が流される。
<Bias magnetic field bus bar 130>
As shown in FIG. 1, the bias magnetic field bus bar 130 has a U-shape and covers the MI element 110. That is, in the present embodiment, the MI element 110 is sandwiched between the U-shaped portions 131 of the U-shaped bias magnetic field bus bar 130. A current is passed through the bias magnetic field bus bar 130 in a direction substantially perpendicular to the second direction D2 in which the magnetic body 113 of the MI element 110 extends in order to generate a bias magnetic field for avoiding the unstable region. Is done.

バイアス磁場を発生するためにコイル(バイアスコイル)内にMI素子を配置した場合、MI素子と測定対象の間に、バイアスコイルが存在することになり、MI素子を測定対象に近付けることが困難になる。一方、本実施形態では、バイアス磁場用バスバー130がU字形状をしているため、MI素子110と測定対象バスバーBBの間に、バイアス磁場用バスバー130が存在しない。よって、本実施形態では、バイアスコイルを用いる電流センサに比べ、MI素子110を測定対象バスバーBBに近付けることが可能である。結果、バイアスコイルを用いる電流センサに比べ、より微小な電流の計測を行うことが可能になる。 When the MI element is placed in the coil (bias coil) to generate the bias magnetic field, the bias coil exists between the MI element and the measurement target, which makes it difficult to bring the MI element closer to the measurement target. Become. On the other hand, in the present embodiment, since the bias magnetic field bus bar 130 has a U-shape, the bias magnetic field bus bar 130 does not exist between the MI element 110 and the measurement target bus bar BB. Therefore, in the present embodiment, the MI element 110 can be brought closer to the measurement target bus bar BB than the current sensor using the bias coil. As a result, it becomes possible to measure a smaller current than a current sensor using a bias coil.

また、本実施形態では、MI素子110をU字形状のバイアス磁場用バスバー130のU字部分131に挿入するだけであり、本実施形態に係る電流センサ100の構成は、MI素子をバイアスコイル内に配置する構成に比べ、製造が容易な構成であり、結果、本実施形態では、バイアスコイルを用いる電流センサに比べ、製造コストを抑えることが可能である。 Further, in the present embodiment, the MI element 110 is simply inserted into the U-shaped portion 131 of the U-shaped bias magnetic field bus bar 130, and the configuration of the current sensor 100 according to the present embodiment is to insert the MI element into the bias coil. The configuration is easier to manufacture than the configuration arranged in the above, and as a result, in the present embodiment, it is possible to reduce the manufacturing cost as compared with the current sensor using the bias coil.

また、特許文献1に開示された技術のように、バイアス磁場を発生するために永久磁石を用いた場合、バイアス磁場の方向を変えることができず、測定対象を流れる電流の方向を判定することができない。一方、本実施形態では、バイアス磁場を発生するために、バスバー130を使用しており、バイアス磁場の方向を変えることができる。このため、測定対象を流れる電流の方向を判定することができる。本実施形態に係る電流センサ100は、畜電池に接続された回路などを流れる電流の測定にも用いることが可能である。 Further, when a permanent magnet is used to generate a bias magnetic field as in the technique disclosed in Patent Document 1, the direction of the bias magnetic field cannot be changed, and the direction of the current flowing through the measurement target is determined. I can't. On the other hand, in the present embodiment, the bus bar 130 is used to generate the bias magnetic field, and the direction of the bias magnetic field can be changed. Therefore, the direction of the current flowing through the measurement target can be determined. The current sensor 100 according to the present embodiment can also be used for measuring the current flowing through a circuit connected to a livestock battery or the like.

コイルに比べ、バスバーの抵抗は、数桁小さくすることが可能である。このため、本実施形態では、バイアスコイルを使用する電流センサに比べ、バイアス磁場を発生するために消費される電力を抑えることが可能である。 Compared to the coil, the resistance of the bus bar can be reduced by several orders of magnitude. Therefore, in the present embodiment, it is possible to suppress the power consumed for generating the bias magnetic field as compared with the current sensor using the bias coil.

本実施形態では、フリップチップボンディングなどを用いて、MI素子110の磁性体がバイアス磁場用バスバー130のU字部分131の中央に位置するように、MI素子110を形成すると良い。このようにすることで、素子保護材を使用する必要が無くなり、MI素子110の厚さを抑制することが可能になる。これにより、U字形状のバイアス磁場用バスバー130のU字部分131の幅Wを小さくすることが可能になり、大きなバイアス磁場を発生することが可能になる。 In the present embodiment, it is preferable to form the MI element 110 so that the magnetic material of the MI element 110 is located at the center of the U-shaped portion 131 of the bias magnetic field bus bar 130 by using flip chip bonding or the like. By doing so, it is not necessary to use the element protective material, and it becomes possible to suppress the thickness of the MI element 110. As a result, the width W of the U-shaped portion 131 of the U-shaped bias magnetic field bus bar 130 can be reduced, and a large bias magnetic field can be generated.

以上、本発明の好適な実施の形態により本発明を説明した。ここでは特定の具体例を示して本発明を説明したが、特許請求の範囲に記載した本発明の趣旨および範囲から逸脱することなく、これら具体例に様々な修正および変更が可能である。 The present invention has been described above according to a preferred embodiment of the present invention. Although the present invention has been described here with reference to specific examples, various modifications and modifications can be made to these specific examples without departing from the spirit and scope of the invention described in the claims.

100 電流センサ
110 MI素子
111 第1の端部
112 第2の端部
113 磁性体
1131 第1の磁性体
1132 第2の磁性体
1133 第3の磁性体
114 接続部
1141 第1の接続部
1142 第2の接続部
1143 第3の接続部
115 接続端子
1151 第1の接続端子
1152 第2の接続端子
1153 第3の接続端子
120 制御部
130 バイアス磁場用バスバー
131 バイアス磁場用バスバー130のU字部分
BB 測定対象バスバー
IB 測定対象バスバーBBを流れる電流
HB 電流IBにより生じる磁場
D1 第1の方向
D2 第2の方向
D3 第3の方向
100 Current sensor 110 MI element 111 First end 112 Second end 113 Magnetic material 1131 First magnetic material 1132 Second magnetic material 1133 Third magnetic material 114 Connection part 1141 First connection part 1142 Second 2 Connection 1143 3rd Connection 115 Connection Terminal 1151 1st Connection Terminal 1152 2nd Connection Terminal 1153 3rd Connection Terminal 120 Control Unit 130 Bias Magnetic Bus Bar 131 U-shaped Part BB of Bias Magnetic Bus Bar 130 Measurement target bus bar IB Current flowing through the measurement target bus bar BB HBB Current magnetic field generated by IB D1 First direction D2 Second direction D3 Third direction

Claims (4)

導体を流れる電流を測定する電流センサであって、
第1の端部と第2の端部を有する検出素子を有し、
前記検出素子は、
n+1(nは自然数)個の磁性体と、
n個の接続部と、を有し、
前記第1の端部に接続した第1の接続端子と、
前記第2の端部に接続した第2の接続端子と、
前記n個の接続部のうちの1つに接続した第3の接続端子と、を有し、
前記n+1個の磁性体の各々は、前記電流が流れる第1の方向に垂直な第2の方向に延びており、
前記n+1個の磁性体は、前記第1の方向および前記第2の方向に垂直な第3の方向に並べられており、
前記n個の接続部は、前記検出素子がミアンダ形状になるように、前記n+1個の磁性体のうちの隣り合う前記磁性体の端部を接続している、電流センサ。
A current sensor that measures the current flowing through a conductor.
It has a detection element with a first end and a second end,
The detection element is
n + 1 (n is a natural number) magnetic material and
It has n connections and
The first connection terminal connected to the first end and
The second connection terminal connected to the second end,
It has a third connection terminal connected to one of the n connection portions.
Each of the n + 1 magnetic materials extends in a second direction perpendicular to the first direction in which the current flows.
The n + 1 magnetic materials are arranged in the first direction and the third direction perpendicular to the second direction.
The n connection portions are current sensors that connect the ends of adjacent magnetic bodies among the n + 1 magnetic materials so that the detection element has a meander shape.
前記第1の接続端子、前記第2の接続端子、および前記第3の接続端子に接続する制御部をさらに有し、
前記制御部は、前記検出素子のうちの前記第1の接続端子と前記第3の接続端子の間の部分のインピーダンス、および前記検出素子のうちの前記第2の接続端子と前記第3の接続端子の間の部分のインピーダンスを測定し、当該測定されたインピーダンスに基づいて、前記電流の値を算出する、請求項1に記載の電流センサ。
Further having a control unit connected to the first connection terminal, the second connection terminal, and the third connection terminal.
The control unit includes the impedance of the portion of the detection element between the first connection terminal and the third connection terminal, and the second connection terminal of the detection element and the third connection. The current sensor according to claim 1, wherein the impedance of the portion between the terminals is measured, and the value of the current is calculated based on the measured impedance.
nが、2以上の自然数であり、
前記電流センサは、前記第3の端子が接続された接続部とは異なる接続部に接続された第4の接続端子をさらに有する、請求項1または2に記載の電流センサ。
n is a natural number of 2 or more,
The current sensor according to claim 1 or 2, further comprising a fourth connection terminal connected to a connection portion different from the connection portion to which the third terminal is connected.
前記検出素子を覆うバイアス磁場用バスバーをさらに有する、請求項1から3のいずれか一項に記載の電流センサ。 The current sensor according to any one of claims 1 to 3, further comprising a bus bar for a bias magnetic field covering the detection element.
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