JP5952652B2 - Current sensor - Google Patents
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Description
本発明は、シールドの構造に特徴のある電流センサに関する。 The present invention relates to a current sensor characterized by a shield structure.
自動車の車載バッテリと車両電装品とを接続する電流路(例えば、バスバー等)に流れる電流を検出する電流センサは知られている(特許文献1、特許文献2参照)。
A current sensor for detecting a current flowing in a current path (for example, a bus bar or the like) connecting an in-vehicle battery and a vehicle electrical component of an automobile is known (see
特許文献1の電流センサ100は、図6(a)及び図6(b)に示す通り、センサ本体200とセンサ本体200に固定されるシールド300とから構成され、センサ本体200とシールド300との間に電流路400を配置して、電流路400に流れる電流を検出している。電流は、センサ本体200に取り付けられた基板210に実装される磁気検出素子220により磁気強度を検出し、それに相当する電力を出力することにより測定される。シールド300は略「コ」字状を成し、電流路400の裏面を完全に包囲している(図6(b)参照)。この構成により、磁気歪み発生が無く信頼度の高い電流センサ100が実現できることが開示されている。尚、図6(b)は、特許文献1に開示されていないが、本発明の構成との相違を明確にするために作図したものである。
As shown in FIGS. 6A and 6B, the
また、特許文献2の電流センサには、磁気検出素子が電流の流れに対して垂直な幅方向の中央位置から幅方向に所定距離だけ離れた位置に設けられている。これにより、磁気検出素子の周波数特性の帯域を広げて周波数特性を向上させることができる。また、幅方向の磁界を検出することにより、電流路を流れる電流を測定できることが開示されている。
Further, in the current sensor of
特許文献1に記載される電流センサ100においては、シールド300が、電流センサ100の取り付け部分において、電流路400を裏面から完全に覆っている。このため、電流路400に流れる電流により生じる渦電流が発生し、磁気検出素子220で検出する磁界の位相が電流の位相より遅れる欠点がある。特に高い周波数の大電流では、シールドの磁気飽和が予想され、磁気検出素子400が検出した磁束密度と電流間の線形関係が崩れ誤差許容内の測定が困難となり、高速応答の信頼性に問題を生じていた。また、特許文献2に記載される電流センサにおいては、磁気検出素子を幅方向にずらしてはいるが、シールドを設けるのではなく、電流路に磁気検出素子を近接させて高い電流感度を得ているため、例えば、三相交流における隣接磁界や近接した電気部品等から発生する磁界の影響を受け易く、正確な電流値を測定し難いという問題があった。
In the
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、電流路に流れる電流により発生する磁界を検出する高速応答性を向上させ信頼性の高い電流センサを提供することにある。 The present invention has been made in view of the above-described circumstances, and an object of the present invention is to provide a highly reliable current sensor by improving high-speed response for detecting a magnetic field generated by a current flowing in a current path. .
前述した目的を達成するために、本発明に係る電流センサは、下記(1)を特徴としている。
(1) 電流が流れる電流路に設置される電流センサであって、
基板と、前記基板に実装される磁気検出素子と、を有するセンサ本体と、
第1シールドと第2シールドとによって対をなす一対のシールドと、
を備え、
前記第1シールドは、平板状の嵌合部と、前記嵌合部の上端部から前記嵌合部に対して略直角方向に延在する平板状の平坦部のみから成り、
前記第2シールドは、平板状の嵌合部のみから成り、
前記第1シールドの嵌合部と前記第2シールドの嵌合部は、前記センサ本体の幅方向の両側にて上下方向に沿って延在し且つ対向するようにそれぞれ固定され、
前記第1シールドの平坦部は、前記第1シールドの嵌合部の上端部から前記センサ本体の幅方向の中央に向かって延在しており、
前記第1シールドの平坦部の先端部と前記第2シールドの嵌合部の上端部は、離間して配置され、
前記磁気検出素子は、前記センサ本体の幅方向の中央に対して幅方向の前記第2シールド側、且つ、前記第1シールドの平坦部の先端部に対して幅方向の前記第2シールド側に配置されている、
ること。
In order to achieve the above-described object, the current sensor according to the present invention is characterized by the following (1).
(1) A current sensor installed in a current path through which current flows,
A sensor body having a substrate and a magnetic detection element mounted on the substrate;
A pair of shields paired by a first shield and a second shield;
With
The first shield is composed of only a flat plate-like fitting portion and a flat plate-like flat portion extending from the upper end portion of the fitting portion in a direction substantially perpendicular to the fitting portion,
The second shield is composed only of a flat fitting portion,
The fitting portion of the first shield and the fitting portion of the second shield are respectively fixed so as to extend along the vertical direction on both sides in the width direction of the sensor body and to face each other.
The flat portion of the first shield extends from the upper end of the fitting portion of the first shield toward the center in the width direction of the sensor body,
On the end portion of the fitting portion of the first and the second shield and the previous end of the flat portion of the shield is spaced apart,
The magnetic detection element is on the second shield side in the width direction with respect to the center in the width direction of the sensor body , and on the second shield side in the width direction with respect to the tip of the flat portion of the first shield. Arranged ,
That.
上記(1)の電流センサによれば、磁気検出素子での磁界位相が遅延せず、高速応答性を向上させることがき、且つ、磁気干渉からの影響を極力防止して、隣接する電流路から漏れる磁束が、垂直方向のみ磁気検出素子に印加されるため磁界位相誤差が軽減され、且つ磁気飽和が軽減される電流センサを提供できる。 According to the current sensor of (1) above, the magnetic field phase in the magnetic detection element is not delayed, the high-speed response can be improved, and the influence from magnetic interference is prevented as much as possible from the adjacent current path. Since the leakage magnetic flux is applied to the magnetic detection element only in the vertical direction, a current sensor can be provided in which the magnetic phase error is reduced and the magnetic saturation is reduced.
本発明によれば、磁気検出素子がシールドの中央位置よりも一方のシールドに寄った位置に配置されていることにより、磁気検出素子での磁界位相が遅延せず、応答性の向上を図り、特に高速応答性に優れた電流センサを提供できる。更に、シールドの形状をL字状としたことにより、磁気検出素子に向かう電磁ノイズによる影響を低減できる。更に、シールドを一対とし各端部を離間させたことにより、磁気飽和が軽減され、大電流であっても精度良く測定することができる。 According to the present invention, since the magnetic detection element is disposed at a position closer to one shield than the central position of the shield, the magnetic field phase in the magnetic detection element is not delayed, and the response is improved. In particular, a current sensor excellent in high-speed response can be provided. Furthermore, the influence of electromagnetic noise directed to the magnetic detection element can be reduced by making the shape of the shield L-shaped. In addition, since the shield is paired and the end portions are separated from each other, magnetic saturation is reduced, and even a large current can be measured with high accuracy.
以上、本発明について簡潔に説明した。更に、以下に説明される発明を実施するための形態(以下、「実施形態」という。)を添付の図面を参照して通読することにより、本発明の詳細は更に明確化されるであろう。 The present invention has been briefly described above. Further, the details of the present invention will be further clarified by reading through a mode for carrying out the invention described below (hereinafter referred to as “embodiment”) with reference to the accompanying drawings. .
以下、本発明に係る好適な実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。 DESCRIPTION OF EXEMPLARY EMBODIMENTS Hereinafter, preferred embodiments of the invention will be described in detail with reference to the drawings.
図1から図3に基づいて、本発明の一実施形態である電流センサを説明する。図1は電流センサの斜視図、図2は図1のA−A断面図、図3は図1のB−B断面図である。 A current sensor which is an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 is a perspective view of the current sensor, FIG. 2 is a cross-sectional view taken along the line AA in FIG. 1, and FIG. 3 is a cross-sectional view taken along the line BB in FIG.
電流センサ1は、センサ本体2とセンサ本体2に固定されるシールド3とから構成され、センサ本体2に取り付けられる電流路4に流れる電流を検出する。電流センサ1は、例えば、自動車の車載バッテリと車両電装品とを接続する電流路に取り付けられる。
The
センサ本体2は、絶縁性の合成樹脂等から成形された筺体に、回路等が実装される基板21が収容されている。基板21には、磁気検出素子22とが取り付けられている。磁気検出素子22は、電流路4で生じる磁界を測定する素子であり、例えば、磁場の中のキャリアが受けるローレンツ力による生じるホール効果を利用した半導体ホール素子やアモルファス磁性体による磁気インピーダンス効果を利用した磁気インピーダンス素子、等である。電流センサ1は、基板21に実装された増幅回路等を介して、磁気検出素子22で検出された磁界に比例した値の電圧値を出力する。
In the
シールド3は、例えば、パーマロイやケイ素鋼板などの高透磁率の材料からなり、薄板で形成されている。また、シールド3は、左右一対であり、センサ本体2の両側にそれぞれ固定されている。電流路4をセンサ本体2の下部に取り付け、シールド3をセンサ本体2の上部から取り付ける。
The
シールド3は、第1シールド3Sと第2シールド3Tとを備えている。第1シールド3Sは、センサ本体2の側部に形成された嵌合穴25に嵌合する平板状の嵌合部31Sと、嵌合部31Sに対して略直角方向に延在される平坦部32Sと、を備えている。直角方向とは、センサ本体2の側方から中央にある中心線Xに向かう方向である。一方、第2シールド3Tは、平板状の嵌合部31Tを備えている。そして、第1シールド3Sの平坦部32Sの端部33Sと、第2シールド3Tの嵌合部31Tとの端部33Tとは、対向してかつ離間してセンサ本体2の上部に配置固定される。従って、両シールド3S、3Tは、電流路4を完全に包囲しておらず、開口部分(スリット)を備えていると言える。
The
磁気検出素子22は、センサ本体2の中心線Xより左側(図面上で)に位置づけられている。即ち、第2シールド3Tに近い位置にくるよう基板21に実装されている。換言すれば、センサ本体2の中心線X方向に長さLで突出する平坦部32Sの端部33Sに対して、離れる方向の第2シールド3Tよりに磁気検出素子22が配置されている。尚、第2シールド3Tの端部33Tに平坦部が一部形成されていても良い。
The
電流路4は、交流電流等が流れる平板上に形成されたバスバーや導体などであり、センサ本体2下部に取り付けられる。
The
本発明の電流センサ1によれば、センサ本体2の中心線Xより左側(図面上で)に位置づけられていることによって、磁気検出素子22での磁界位相が遅延せず、特に高速な応答性を実現することができる。また、L字状の第1シールド3Sが電流路4の片側に設けられていることによって、周辺からの磁気干渉を抑制した電流センサ1を提供できる。また、電流路4の断面における均一な電流密度分布が得られ磁気検出素子22の応答性が向上し、残留磁界が抑制されオフセット誤差を低減できる。更に、隣接する相の電流路4から漏れる磁束が、垂直方向のみ磁気検出素子22に印加されるため磁界位相誤差が軽減される。
According to the
図4(a)は、従来技術の構成と本発明の実施形態による、電流が100A/μSで変動する時の90%―90%応答時間(μs)の比較グラフである。90%―90%応答時間とは、図4(b)に示す通り、電流路4に流れる電流(入力電流)出力90%に対して、それに対応する磁界に比例した電圧値(出力電圧90%)が磁気検出素子22で測定される応答時間のことである。図4(a)に基づく実測結果では、従来技術の応答時間50μsから本発明の応答時間6μs(応答時間6μsは、実測に用いた磁気検出素子の理論値。)に改善(約90%改善)され、シールド3の構成による効果が明らかに現れており、電流の変動が速くなっても磁気検出素子22の応答性が向上し、特に高速応答性を確保できている。
FIG. 4A is a comparative graph of 90% -90% response time (μs) when the current varies at 100 A / μS according to the configuration of the prior art and the embodiment of the present invention. As shown in FIG. 4B, the 90% -90% response time is a voltage value (
図5は、電流値と磁束密度における性能を示すグラフである。 FIG. 5 is a graph showing the performance in terms of current value and magnetic flux density.
嵌合部31と嵌合穴25との嵌合により、シールド3がセンサ本体2に確実に固定される。その結果、平坦部32の突出量(長さL)と磁気検出素子22との相対的位置関係が極めて安定する。特に、長さLの違いによりオフセット誤差の相違があるため、一定の長さLを保つことは重要である。耐震性に優れた固定であるため、最適なオフセット誤差値を維持することが極めて容易となる。
The
図5のグラフでは、縦軸にシールド板内部の磁束密度(mT)を取り、横軸に電流(A)を取っている。このグラフから理解されると通り、電流(A)が大きくなると磁気飽和が発生しやすくなる(曲線参照)が、本発明では、従来と比して、高い周波数の大電流が流れても磁気飽和の発生を抑え、線形性が維持される区間(線形区間)を拡張することができる。 In the graph of FIG. 5, the vertical axis represents the magnetic flux density (mT) inside the shield plate, and the horizontal axis represents the current (A). As understood from this graph, when the current (A) increases, magnetic saturation is likely to occur (see the curve). However, in the present invention, compared to the conventional case, magnetic saturation occurs even when a high-frequency large current flows. It is possible to extend the section where the linearity is maintained (linear section).
尚、本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、適宜、変形、改良、等が可能である。その他、上述した実施形態における各構成要素の材質、形状、寸法、数値、形態、数、配置箇所、等は本発明を達成できるものであれば任意であり、限定されない。 In addition, this invention is not limited to embodiment mentioned above, A deformation | transformation, improvement, etc. are possible suitably. In addition, the material, shape, dimension, numerical value, form, number, arrangement location, and the like of each component in the above-described embodiment are arbitrary and are not limited as long as the present invention can be achieved.
1 電流センサ
2 センサ本体
3 シールド(3S 第1シールド、3T 第2シールド)
4 電流路
21 基板
22 磁気検出素子
31 嵌合部
32 平坦部
33 端部
L 長さ
DESCRIPTION OF
4
Claims (1)
基板と、前記基板に実装される磁気検出素子と、を有するセンサ本体と、
第1シールドと第2シールドとによって対をなす一対のシールドと、
を備え、
前記第1シールドは、平板状の嵌合部と、前記嵌合部の上端部から前記嵌合部に対して略直角方向に延在する平板状の平坦部のみから成り、
前記第2シールドは、平板状の嵌合部のみから成り、
前記第1シールドの嵌合部と前記第2シールドの嵌合部は、前記センサ本体の幅方向の両側にて上下方向に沿って延在し且つ対向するようにそれぞれ固定され、
前記第1シールドの平坦部は、前記第1シールドの嵌合部の上端部から前記センサ本体の幅方向の中央に向かって延在しており、
前記第1シールドの平坦部の先端部と前記第2シールドの嵌合部の上端部は、離間して配置され、
前記磁気検出素子は、前記センサ本体の幅方向の中央に対して幅方向の前記第2シールド側、且つ、前記第1シールドの平坦部の先端部に対して幅方向の前記第2シールド側に配置されている、
ることを特徴とする電流センサ。 A current sensor installed in a current path through which current flows,
A sensor body having a substrate and a magnetic detection element mounted on the substrate;
A pair of shields paired by a first shield and a second shield;
With
The first shield is composed of only a flat plate-like fitting portion and a flat plate-like flat portion extending from the upper end portion of the fitting portion in a direction substantially perpendicular to the fitting portion,
The second shield is composed only of a flat fitting portion,
The fitting portion of the first shield and the fitting portion of the second shield are respectively fixed so as to extend along the vertical direction on both sides in the width direction of the sensor body and to face each other.
The flat portion of the first shield extends from the upper end of the fitting portion of the first shield toward the center in the width direction of the sensor body,
On the end portion of the fitting portion of the first and the second shield and the previous end of the flat portion of the shield is spaced apart,
The magnetic detection element is on the second shield side in the width direction with respect to the center in the width direction of the sensor body , and on the second shield side in the width direction with respect to the tip of the flat portion of the first shield. Arranged ,
A current sensor.
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