JP5556468B2 - 電流センサ - Google Patents
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Description
本発明の第1実施形態に係る電流センサの構成を図1に示す。本電流センサは、導体としてのバスバー10より発生する電流磁界を検出してバスバー10に流れる被測定電流を測定するものである。本電流センサは、第1の磁電変換素子21、第2の磁電変換素子22、第3の磁電変換素子23、第4の磁電変換素子24、永久磁石31、32を備えている。
(数1)
Va1=Sa1×I+ma1×Ba1
また、第2の磁電変換素子22の電流磁界感度をSa2とし、第1の磁電変換素子22の外乱磁界感度をma2とし、第2の磁電変換素子22の外乱磁界強度をBa2とすると、第2の磁電変換素子22を構成しているAMR素子22aおよびAMR素子22bの中点の電圧Va2は、次式で表される。
(数2)
Va2=Sa2×I+ma2×Ba2
また、第3の磁電変換素子23の電流磁界感度をSb1とし、第3の磁電変換素子23の外乱磁界感度をmb1とし、第3の磁電変換素子23の外乱磁界強度をBb1とすると、第3の磁電変換素子23を構成しているAMR素子23aおよびAMR素子23bの中点の電圧Vb1は、次式で表される。
(数3)
Vb1=Sb1×I+mb1×Bb1
また、第4の磁電変換素子24の電流磁界感度をSb2とし、第4の磁電変換素子24の外乱磁界感度をmb2とし、第4の磁電変換素子24の外乱磁界強度をBb2とすると、第4の磁電変換素子24を構成しているAMR素子24aおよびAMR素子24bの中点の電圧Vb2は、次式で表される。
(数4)
Vb2=Sb2×I+mb2×Bb2
ここで、上記したように、第1の磁電変換素子21と第2の磁電変換素子22の電流磁界感度は互いに逆極性となっているので、次式に示す関係が成り立つ。
(数5)
Sa2=−Sa1
また、第3の磁電変換素子23と第4の磁電変換素子24の電流磁界感度も互いに逆極性となっているので、次式に示す関係が成り立つ。
(数6)
Sb2=−Sb1
また、本実施形態における第1の差動増幅回路41の増幅率Aaと第2の差動増幅回路42の増幅率Abは、次式に示す関係となっている。
(数7)
Ab=(Δya/Δyb)×Aa
また、第1〜第4の磁電変換素子21〜24の各外乱磁界感度は、電流磁界感度と異なり同一極性となるため、次式に示す関係が成立する。
(数8)
ma1=ma2=mb1=mb2
同一基板上に配置された電磁リレー等の外乱磁界の発生源により発生する外乱磁界の強度は、外乱磁界の発生源からある程度離れた位置では距離に対する減衰を線形的に近似できる。すなわち、外乱磁界の発生源からある程度離れた位置では、複数の磁電変換素子が受ける外乱磁界の強度が一定の割合で変化する。したがって、次式が成立する。
(数9)
Bb2−Bb1≒(Δyb/Δya)×(Ba2−Ba1)
第1の差動増幅回路41の増幅率をAaとすると、数式1、2、5により、第1の差動増幅回路41の出力電圧Vaは、次式で表される。
(数10)
Va=Aa×(Va2−Va1)
=Aa×(2Sa1×I+2ma1×(Ba2−Ba1))
=Aa×2Sa1×I+Aa×2ma1×(Ba2−Ba1)
また、第2の差動増幅回路42の増幅率をAbとすると、数式3、4、6〜9により、第2の差動増幅回路42の出力電圧Vbは、次式で表される。
(数11)
Vb=Ab×(Vb2−Vb1)
=Ab×(2Sb1×I+2mb1×(Ba2−Ba1)
=(Δya/Δyb)×Aa×(2Sb1×I+Aa×2ma1×(Ba2−Ba1)
=(Δya/Δyb)×Aa×2Sb1×I+Aa×2ma1×(Ba2−Ba1)
また、第3の差動増幅回路43の出力電圧Voutは、数式10、11より、次式で表される。
Vout=A×(Va−Vb)
=2×A×Aa×(Sa1−(Δya/Δyb)×Sb1)×I
この数12に示されるように、第3の差動増幅回路43の出力電圧Voutには、外乱磁界強度Ba1、Ba2、Bb1、Bb2および外乱磁界感度ma1、ma2、mb1、mb2が含まれなくなる。すなわち、第3の差動増幅回路43の出力電圧Voutは、外乱磁界による影響が相殺されたものとなる。
本発明の第2実施形態に係る電流センサの構成を図4に示す。本電流センサは、バスバー10、第1の磁電変換素子21、第2の磁電変換素子22、第3の磁電変換素子23、第4の磁電変換素子24、永久磁石33を備えている。なお、上記第1実施形態と同一部分については同一符号を付して説明を省略し、異なる点を中心に説明する。
上記実施形態では、第1〜第4磁電変換素子21〜24として、GMR、TMR等の各種MR素子(磁気抵抗効果素子)のうちの1つであるAMR素子を用いて構成したが、GMR、TMR、AMRの1つであるBBP(Barber Pole)等その他のMR素子や、ホール素子等を用いて構成することができる。ホール素子を用いた場合、永久磁石は不要となる。
21 第1の磁電変換素子
22 第2の磁電変換素子
23 第3の磁電変換素子
24 第4の磁電変換素子
21a、21b AMR素子
22a、22b AMR素子
23a、23b AMR素子
24a、24b AMR素子
31、32、33 永久磁石
41、42、43 差動増幅回路
Claims (3)
- 導体(10)より発生する電流磁界を検出して前記導体(10)に流れる被測定電流を測定する電流センサであって、
互いに第1の距離(Δya)を隔てて配置された第1、第2の磁電変換素子(21、22)と、
前記第1、第2の磁電変換素子(21、22)を両側から挟むように互いに第2の距離(Δyb)を隔てて配置された第3、第4の磁電変換素子(23、24)と、を備え、
前記第1〜第4の磁電変換素子(21〜24)は一直線上に配置されており、
前記導体(10)より発生する電流磁界に応じて、前記第1の磁電変換素子(21)より出力される電圧と前記第2の磁電変換素子(22)より出力される電圧との差分を第1の増幅率(Aa)で増幅した電圧(Va)を出力する第1の差動増幅回路(41)と、
前記導体(10)より発生する電流磁界に応じて、前記第3の磁電変換素子(23)より出力される電圧と前記第4の磁電変換素子(24)より出力される電圧との差分を前記第2の距離に対する前記第1の距離の比(Δya/Δyb)を前記第1の増幅率(Aa)に乗じた第2の増幅率(Ab)で増幅した電圧(Vb)を出力する第2の差動増幅回路(42)と、
前記第1の差動増幅回路(41)より出力される電圧(Va)と前記第2の差動増幅回路(42)より出力される電圧(Vb)との差分に応じた信号を出力する第3の差動増幅回路(43)と、を備えたことを特徴とする電流センサ。 - 前記第1の磁電変換素子(21)と前記第2の磁電変換素子(22)との間に前記導体(10)が配置される構成となっていることを特徴とする請求項1に記載の電流センサ。
- 前記第1〜第4の磁電変換素子(21〜24)の延長線上に前記導体(10)が配置される構成となっていることを特徴とする請求項1に記載の電流センサ。
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