JP2514346B2 - 電流検出器 - Google Patents

電流検出器

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JP2514346B2
JP2514346B2 JP62013257A JP1325787A JP2514346B2 JP 2514346 B2 JP2514346 B2 JP 2514346B2 JP 62013257 A JP62013257 A JP 62013257A JP 1325787 A JP1325787 A JP 1325787A JP 2514346 B2 JP2514346 B2 JP 2514346B2
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magnetoresistive
gap
yoke
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道夫 根本
憲太郎 堀内
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Tokin Corp
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Description

【発明の詳細な説明】 <産業上の利用分野> 本発明は電流検出器に関し,特に,インバーター駆動
回路,プリンターハンマー駆動回路及び電話回線内等に
おいて,回路に流れる直流電流の大きさ及びその極性を
判別する電流検出器に関する。
<従来の技術> まず,第12図に従来の電流検出器の一例を示す。第12
図を参照して,空隙(磁気ギャップ)を備える磁性体コ
ア5に巻線(コイル)6を施す一方この空隙内にホール
素子等の感磁素子7を配置させて,電流検出器が構成さ
れる。コイル6に直流電流が流れると,空隙内に磁場が
発生し,空隙内磁場がホール素子7の素子平面に対して
垂直方向に印加され,その結果,ホール電圧が発生す
る。このホール素子としては,一般にホール電圧対磁場
特性が直線性にすぐれたGaAs系のホール素子が用いられ
る。第13図にコイルアンペアターン対ホール電圧の関係
を示す。GaAs系のホール素子では正及び負のアンペアタ
ーンに対して,第13図に示すようにほぼ直線的な出力特
性が得られる。ここで出力としてのホール電圧に対し
て,閾値電圧を例えばVA,VBとして,ホール電圧を閾値
電圧と比較することにより正方向及び負方向のアンペア
ターンを検出し,さらに巻線数(n)の関係からコイル
に流れる電流値を検出している。
<発明が解決しようとする問題点> ところで,磁性体コアは通常センダスト,あるいはフ
ェライト等のブロックから切削加工,研摩加工等によっ
て形成されるため,加工コストが高いという問題点があ
る。一方,空隙の大きさは少なくともホール素子の厚み
以上が必要であり,この厚みは通常1.0mm〜1.5mmある。
従って,所要のホール出力電圧VA及びVBを得るためには
必要とするアンペアターンが大となる。特に,巻線のイ
ンピーダンスを低くする必要のある場合,コイルの巻数
に上限があり(アンペアターンに上限あり),従って所
定値以下の電流検出が不可能となる。従来の場合,最小
電流検出値は数100mA程度であり,100mA以下の電流につ
いては検出が不可能であるという問題点がある。
本発明の目的は,微少電流の検出が可能であり,コス
トの安い電流検出器を提供することにある。
<問題点を解決するための手段> 本発明によれば,板状の強磁性体を折り曲げ加工し,
磁路の一部に空隙が形成されたヨーク及び該ヨークに巻
回されたコイルを備える磁気ヘッドと,該空隙の近傍に
配置された感磁素子とを有し,基板の一主面上に第1〜
第4の磁気抵抗素子がブリッジ接続されて配設され,前
記第1及び第2の磁気抵抗素子が前記空隙の幅方向に平
行に配設され,前記第3及び第4の磁気抵抗素子が前記
空隙の長さ方向に平行に配設されており,前記基板の一
主面上には前記空隙の幅方向において前記第1及び第2
の磁気抵抗素子の外側にそれぞれヨークパターンが配設
され,さらに前記基板の他の主面にはバイアス磁界印加
用の永久磁石が配置されて前記感磁素子が構成され,前
記感磁素子の出力で前記コイルに流れる電流を検知する
ようにしたことを特徴とする電流検出器が得られる。
さらに,本発明によれば,板状の強磁性体を折り曲げ
加工し,磁路の一部に空隙が形成されたヨーク及び該ヨ
ークに巻回されたコイルを備える磁気ヘッドと,該空隙
の近傍に配置された感磁素子とを有し,基板の一主面上
に第1〜第4の磁気抵抗素子が前記空隙の幅方向に互い
に平行にブリッジ接続されて配設され,前記第1及び第
2の磁気抵抗素子の間隔が前記空隙長よりも小さく,前
記第3及び第4の磁気抵抗素子の間隔は前記第1及び第
2の磁気抵抗素子の間隔より大きく,前記第3及び第4
の磁気抵抗素子はそれぞれ前記第1及び第2の磁気抵抗
素子の外側に配置され,前記第1の磁気抵抗素子と前記
第3の磁気抵抗素子との間及び前記第2の磁気抵抗素子
と前記第4の磁気抵抗素子との間にはそれぞれヨークパ
ターンが形成されており,さらに前記基板の他主面には
バイアス磁界印加用の永久磁石が配置されて,前記感磁
素子が構成され,前記感磁素子の出力で前記コイルに流
れる電流を検知するようにしたことを特徴とする電流検
出器が得られる。
<実施例> 以下本発明について実施例によって説明する。
第1図及び第2図を参照して,板状の強磁性体が折り
曲げられて,ヨーク11が形成され,ヨーク11の先端部に
よって空隙(磁気ギャップ)12が形成されている。ヨー
ク11の先端部外面は先端に近づくにつれて厚みが薄くな
るように斜め加工が施してある。そしてヨーク11にコイ
ル2が巻回されて磁気ヘッド1が構成される。ヨーク11
の先端から所定の間隔をおいて板状の強磁性体磁気抵抗
体3が配置されており,磁気抵抗体3の主面は第1図に
示すX−Y−Z座標軸でX−Z平面に対応している。即
ち,磁気ヘッド1の先端と磁気抵抗体3は平行である。
この磁気抵抗体3は後述するように空隙12からの漏れ磁
束のうちZ方向の漏れ磁束成分を検出する。また,この
磁気抵抗体3の一主面(第2図において右側の主面)に
はバイアス磁界印加用の永久磁石4が接着されている。
ここで,第3図に強磁性体磁気抵抗体3のパターンの
一例を示す。
第3図を参照して,強磁性体磁気抵抗体3はガラス等
の板状基板301の主面上に蒸着等によってFe−Ni,あるい
はCo−Ni等の材質の強磁性体磁気抵抗エレメント31,32,
33,及び34(各抵抗値をそれぞれR1,R2,R3,及びR4とす
る)を形成することによって構成されている。磁気抵抗
エレメント31及び32は互に近接してしかも平行に形成さ
れており,磁気抵抗エレメント33及び34は磁気抵抗エレ
メント33及び34に対して直角方向となっている。磁気抵
抗エレメント31,32,33及び34は互いにブリッジ接続され
て各接続点が外部端子〜へ接続され,端子から定
電圧が印加され,端子は接地(GND)されている。ま
た端子,から出力が得られる。この強磁性体磁気抵
抗体3の等価回路は第4図のとおりである。
基板301上において磁気抵抗エレメント31及び32の外
側には,パーマロイFe−Ni等によって形成されたヨーク
部(ヨークパターン)35及び36が配置されており,ヨー
ク部35と36との間隔l1は磁気ヘッドの空隙長lgより小さ
くなるよう設定される。第1図及び第2図に示すように
磁気抵抗体3は基板面をX−Z面に合わせ,さらに磁気
抵抗エレメント31及び32がその長さ方向を空隙12の幅方
向と一致するようにする。一方,バイアス永久磁石4は
第3図に破線で示すようにその一部がヨーク部35及び36
と基板301を介して重り合うように配置され,磁気抵抗
エレメント31及び32に対してその長さ方向と直角な方向
にバイアス磁場HBが印加される。なお,バイアス磁場HB
は通常50〜100ガウス程度に選ばれる。
第5図に磁気抵抗体の外部磁界対出力電圧の特性を示
す。第5図において破線はバイアス磁場HBがない場合を
示し,実線はバイアス磁場HBが存在する場合を示す。本
発明では後述のようにこの特性曲線上のa−b区間を利
用して正,負両極性の磁界を判別している。ところで,
外部磁場を検知する磁気抵抗エレメントは磁界に対して
その長さ方向が直角である磁気抵抗エレメント31及び32
であり,磁気抵抗エレメント33及び34はその長さ方向が
磁界の方向と一致しているため磁界を検出しない。
第6図に磁気ヘッド1の空隙からのもれ磁束と,コイ
ルアンペアターンとの関係を示す。ところで少なくとも
負方向のアンペアターンに対する飽和もれ磁束強度はバ
イアス磁界HB以下におさえることが必要である。従って
前述のようにヨーク11の先端部にテーパ状に斜め加工を
施して,先端部でのもれ磁束の飽和状態を低アンペアタ
ーンで実現している。即ち,第6図に示すように飽和磁
界をバイアス磁界HBよりわずかに小さい磁界で得てい
る。
第7図に第1図に示す電流検出器において,磁気抵抗
体の出力電圧(〜間)と磁気ヘッドのコイルアンペ
アターンとの関係を示す。第7図に示すようにコイルア
ンペアターンの正,負両方向にまたがって直線的な特性
が得られる。
第8図(a)及び(b)に示すように磁気抵抗体のZ
方向の位置ズレΔlに対して磁気ヘッド1のヨーク11か
らのもれ磁束が磁気抵抗体3のヨーク部35及び36を通じ
て磁気抵抗エレメント31及び32加わるため,Z方向に位置
ズレを超しても磁気抵抗エレメント31及び32に加わる磁
界の変動は少なく,従って,電流検出器の組立ての際位
置精度のマージンがかなり改善される。例えば,ヨーク
部35,36の存在しない場合,Z方向ずれは±100μm以下の
精度が要求されるのに対して,ヨーク部35,36のパター
ンの存在によりZ方向のずれは±300〜400μm程度まで
許容される。
ここで,第9図に本発明による電流検出器のブロック
図を示し,第10図に第9図に示す増幅器の出力電圧と磁
気ヘッドの電流値との関係を示す。
第9図に示すように,定電圧装置8からの出力は磁気
抵抗体の端子,端子に印加され,また,コンパレー
タ10及び11に入力される。磁気抵抗体の端子,端子
の出力は増幅器(AMP)9に入力され,AMP9の出力はそれ
ぞれコンパレータ10及び11に入力される。コンパレータ
10及び11の閾値電圧としてそれぞれ電圧Vx及びVyを選択
すれば,第10図に示すようにコンパレータ10及び11の出
力に基づいて,それぞれプラス側の電流値+I3,マイナ
ス側の電流値−I4が検出される。
第11図に本発明の他の実施例を示す。
第11図を参照して,ガラス板301の一主面(磁気ヘッ
ドと対向する面)上に4つの強磁性体磁気抵抗素子31,3
2,33,及び34が第1図に示す磁気ヘッドの空隙の幅方向
に所定の間隔をおいて配設され,ブリッジ接続されてい
る。強磁性体磁気抵抗素子31と32との間隔は磁気ヘッド
の空隙長(lg)より小さく,強磁性体磁気抵抗素子33と
34との間隔は磁気ヘッド先端部の厚さ(強磁性体磁気抵
抗素子31と32との間隔+l3+l4)よりも大きくとってあ
る。強磁性体磁気抵抗素子32と34との間にはヨークパタ
ーン35が形成されており,一方,強磁性体磁気抵抗素子
31と33との間にはヨークパターン36が形成されている。
そして,ヨーケパターン35と36との間隔(l1′)は磁気
ヘッドの空隙長(lg)よりも小さくされる。即ちl1′<
lgとされる。また,ガラス板301の他主面には第1の実
施例と同様に永久磁石4が配設されている。上述の強磁
性磁気抵抗体では強磁性体磁気抵抗素子34及び34には磁
気ヘッドからのもれ磁束がほとんど加わらないから等価
回路は第4図と同様となる。さらに第1図に示すZ方向
のズレに対するマージンがよい。
本発明に用いる磁気ヘッドは板状の強磁性体をプレス
によって打ぬき,コイルを装着した後,折り曲げ加工し
て成形される。従って従来の磁気ヘッドに比べて材料コ
スト及び加工コストが安くなる。また,磁気ヘッドの空
隙長を従来より小さくすることができ(100〜200μm程
度),さらに,強磁性体磁気抵抗素子をブリッジ接続し
ているから従来のようにホール素子を用いた場合に比べ
て,電流検出感度が改善され,数10mA程度の直流電流の
検出を行うことができる。
<発明の効果> 以上説明したように,本発明の電流検出器によれば,
高感度であり,微少電流が検出できる。しかも組立ての
際のバラツキを許容でき,コストが安いという利点があ
る。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明による電流検出器の一実施例を示す斜視
図,第2図は本発明による電流検出器の一実施例を示す
側面図,第3図は本発明に用いられる磁気抵抗体のパタ
ーン構成図,第4図は第3図の等価回路を示す図,第5
図は磁気抵抗体の出力電圧対外部磁界特性を示す図,第
6図は磁気ヘッドのもれ磁束対アンペアターン特性を示
す図,第7図は第1図において磁気抵抗体の出力電圧対
磁気ヘッドのコイルアンペアターン特性を示す図,第8
図(a)及び(b)は磁気抵抗体と磁気ヘッドとの相対
位置関係を示す図,第9図は本発明に用いられる検出回
路を示すブロック図,第10図は第9図に示す増幅器の出
力対電流特性を示す図,第11図は本発明の他の実施例に
用いられる磁気抵抗体のパターンを示す図,第12図は従
来の電流検出器を示す図,第13図はホール電圧対コイル
アンペアターン特性を示す図である。 1……磁気ヘッド,2……コイル,3……磁気抵抗体,4……
永久磁石,5……磁性体コア,6……コイル,7……ホール素
子,8……定電圧装置,9……増幅器(アンプ),10,11……
コンパレータ。

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】板状の強磁性体を折り曲げ加工し,磁路の
    一部に空隙が形成されたヨーク及び該ヨークに巻回され
    たコイルを備える磁気ヘッドと,該空隙の近傍に配置さ
    れた感磁素子とを有し,基板の一主面上に第1〜第4の
    磁気抵抗素子がブリッジ接続されて配設され,前記第1
    及び第2の磁気抵抗素子が前記空隙の幅方向に平行に配
    設され,前記第3及び第4の磁気抵抗素子が前記空隙の
    長さ方向に平行に配設されており,前記基板の一主面上
    には前記空隙の幅方向において前記第1及び第2の磁気
    抵抗素子の外側にはそれぞれヨークパターンが配設さ
    れ,さらに前記基板の他の主面にはバイアス磁界印加用
    の永久磁石が配置されて前記感磁素子が構成され,前記
    感磁素子の出力で前記コイルに流れる電流を検知するよ
    うにしたことを特徴とする電流検出器。
  2. 【請求項2】板状の強磁性体を折り曲げ加工し,磁路の
    一部に空隙が形成されたヨーク及び該ヨークに巻回され
    たコイルを備える磁気ヘッドと,該空隙の近傍に配置さ
    れた感磁素子とを有し,基板の一主面上に第1〜第4の
    磁気抵抗素子が前記空隙の幅方向に互いに平行にブリッ
    ジ接続されて配設され,前記第1及び第2の磁気抵抗素
    子の間隔が前記空隙長よりも小さく,前記第3及び第4
    の磁気抵抗素子の間隔は前記第1及び第2の磁気抵抗素
    子の間隔より大きく,前記第3及び第4の磁気抵抗素子
    はそれぞれ前記第1及び第2の磁気抵抗素子の外側に配
    置され,前記第1の磁気抵抗素子と前記第3の磁気抵抗
    素子との間及び前記第2の磁気抵抗素子と前記第4の磁
    気抵抗素子との間にはそれぞれヨークパターンが形成さ
    れており,さらに前記基板の他主面にはバイアス磁界印
    加用の永久磁石が配置されて,前記感磁素子が構成さ
    れ,前記感磁素子の出力で前記コイルに流れる電流を検
    知するようにしたことを特徴とする電流検出器。
  3. 【請求項3】特許請求の範囲第1項または第2項におい
    て,前記磁気ヘッドの前記感磁素子と対向する先端部は
    テーパ状に形成されていることを特徴とする電流検出
    器。
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