JP6035480B2 - 電流センサ - Google Patents
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Description
また、本発明は、磁電変換素子の感度影響軸に起因した検出精度の低下を抑制できる電流センサを提供することを目的とする。
本実施形態の電流センサは、被測定電流路の配設位置を中心に点対称位置にある磁電変換素子同士の前記感度影響軸の向きを、点対称位置にある磁電変換素子同士の感度軸の向きが同一方向の場合には同一方向となり、点対称位置にある磁電変換素子同士の感度軸の向きが反対方向の場合には反対方向になるように設置する。そのため、点対称位置にある磁電変換素子同士の検出値を、感度影響軸の方向から印加された誘導磁界による成分が相殺されるように処理することで、感度影響軸方向の磁場が測定精度に与える影響を抑制できる。 例えば、磁電変換素子として磁気抵抗効果素子を用いた電流センサでは、磁界の強さに応じて抵抗値を線形変化させるために、感度軸と直交する方向にハードバイアスと呼ばれる一定の磁力を加えている。この為、感度軸と直交する方向に磁界が加わると、磁気抵抗効果素子の感度が変化してしまう。本実施形態の電流センサは、このような場合にも感度影響軸に起因する測定精度悪化を防止できる。
なお、本実施形態において、感度影響軸は、例えば、磁電変換素子において、感度軸と略直交する方向の軸であって、磁場の影響で抵抗値が変化する(感度軸の検出感度を変化させる)方向の軸(「感度変化軸」、「副感度軸」ともいう)である。
図1は、本発明の第1実施形態に係る電流センサ101を示す分解斜視図である。図2は、本発明の第1実施形態に係る電流センサ101を示す斜視図である。図3は、本発明の第1実施形態に係る電流センサ101を説明するための図であって、図1に示すZ1側から見た配線基板16の上面図である。図14は、本発明の第1実施形態に係る電流センサ101と比較した比較例を説明するための図であって、図3の磁電変換素子15の配置と比較した比較例3に係る磁電変換素子の配置図である。
図3に示す例では、配置位置PPを中心に点対称位置にある磁電変換素子15a〜15h同士の間で、感度軸の向きは反対方向であり、且つ感度影響軸の向きも反対方向である。
感度影響軸の方向が図3に示すようになるように各磁電変換素子15a〜15hを配置し、点対称位置にある磁電変換素子15同士の検出値を、感度影響軸の方向から印加された誘導磁界による成分が相殺されるように処理することで、感度影響軸方向の磁場が測定精度に与える影響を抑制できる。よって、感度影響軸に起因する測定精度悪化を防止できる。
図8に示す例では、配置位置PPを中心に点対称位置にある磁電変換素子15a〜15h同士の間で、感度軸の向きは同一方向であり、且つ感度影響軸の向きも同一方向である。
図8に示す例において、磁電変換素子15a〜15hの感度影響軸の向きは、配置位置PP中心に点対称位置にある磁電変換素子15a〜15h同士の間で感度影響軸の向きが平行であれば図8に示すものには限定されない。
図8の例においても、各磁電変換素子15a〜15hの感度影響軸の方向を上記の通りとすることで、感度影響軸方向の磁場が測定精度に与える影響を抑制できる。
電変換素子15の距離を最大4.3mmとした。比較例3に係る磁電変換素子C35の配
置は、磁電変換素子C35の素子間隔を磁電変換素子15の群間隔DG1(7mm)に合わせて、正八角形の頂点に中心がくるような配置にした。なお、近隣電流路CN1の移動量の“0”は、被測定電流路CBの配設位置PPの中心と、隣り合う位置に配設された近隣電流路CN1の近隣配設位置NPの中心とが、第2の仮想線IL2に沿って設けられている場合を示している。そして、被測定電流路CBの配設位置PPの中心と近隣電流路CN1の近隣配設位置NPの中心との距離は、10mmにしている。
及び3.5mm(図中に示すE)とずらし、図6Bは、第2の仮想線IL2からの磁電変
換素子15の片側の距離を5.3mm(図中に示すF)及び3.3mm(図中に示すG)とずらしている。
図9は、本発明の第2実施形態に係る電流センサ102を示す分解斜視図である。図10は、本発明の第2実施形態に係る電流センサ102を示す図であって、図9に示すZ1側から見た配線基板16の上面図である。図15は、本発明の第2実施形態に係る電流センサ102と比較した比較例を説明するための図であって、図10の磁電変換素子25の配置と比較した比較例4に係る磁電変換素子の配置図である。また、第2実施形態に係る電流センサ102は、第1実施形態に対し、磁電変換素子25の配設位置が異なる。なお、第1実施形態と同一構成については、同一符号を付して詳細な説明は省略し、磁電変換素子25の配設位置に関わる事項について詳細に説明する。
図10に示す例では、配置位置PPを中心に点対称位置にある磁電変換素子25a〜25f同士の間で、感度軸の向きは反対方向であり、且つ感度影響軸の向きも反対方向である。
感度影響軸の方向が図10に示すようになるように各磁電変換素子25a〜25fを配置し、点対称位置にある磁電変換素子同士の検出値を、感度影響軸の方向から印加された誘導磁界による成分が相殺されるように処理することで、感度影響軸方向の磁場が測定精度に与える影響を抑制できる。よって、感度影響軸に起因する測定精度悪化を防止できる。
図16は、本発明の第1実施形態に係る電流センサ101の変形例1を説明する図であって、図16Aは、図4のモデル図と比較した変形例1のモデル図であり、図16Bは、モデルを元にビオ・サバールの法則を用いて計算した計算結果を示したグラフである。図16A中には、本発明の第1実施形態に係る電流センサ101の磁電変換素子15の楕円配置と、比較例3に係る磁電変換素子C35の正八角形配置と、変形例1の磁電変換素子M15の正六角形配置を重ねて示している。図16Bの横軸は、近隣電流路CN1がY1方向(図4に示す)にずれた移動量を示し、縦軸は、電流センサ101の磁電変換素子15、比較例3の磁電変換素子C35、及び変形例1の磁電変換素子M15から出力される出力値の真値との誤差を示している。また、変形例1の磁電変換素子M15の配置は、磁電変換素子M15の素子間隔を磁電変換素子15の群間隔DG1(7mm)に合わせて、正六角形の頂点に中心がくるような配置にした。
上記第1実施形態では、磁電変換素子15が仮想楕円IE1上に配設され、上記第2実施形態では、磁電変換素子25が仮想円IS2上に配設されるように構成したが、仮想楕円IE1や仮想円IS2に限らず、例えば、四角形状や、中央が窪んだ形状の仮想の軌道上に配設されるように構成しても良い。
上記実施形態では、磁電変換素子(15または25)としてGMR素子を好適に用いたが、磁気の方向を検知できる磁気検出素子であれば良く、MR(Magneto Resistive)素子、AMR(Anisotropic Magneto Resistive)素子、TMR(Tunnel Magneto Resistive)素子、ホール素子等であっても良い。但し、ホール素子等の場合は、GMR素子
やMR素子の感度軸と異なるので、使用するホール素子の感度軸に合わせて、実装に工夫が必要である。
A15、A25 第1の磁電変換素子群
B15、B25 第2の磁電変換素子群
16、 配線基板
17、 切欠
101、102 電流センサ
CB 被測定電流路
CN、CN1、CN2 近隣電流路
DA1、DA2 素子間隔
DG1、DG2 群間隔
IL1 第1の仮想線
IL2 第2の仮想線
IE1、IE2 仮想楕円
IE1a 半長軸
PP 配設位置
SJ 感度軸の向き
Claims (7)
- 配線基板に設けられ、被測定電流路を流れる電流によって発生する磁気を検出し、感度軸と、前記感度軸の検出感度に影響を及ぼし前記感度軸に対して直交する感度影響軸を有する複数の磁電変換素子と、を備え、
前記配線基板には、前記被測定電流路の幅以上の幅の切欠が形成され、
複数の前記磁電変換素子は、前記被測定電流路の配設位置を通るように前記切欠の形成方向に延びる第1の仮想線に対して線対称にそれぞれ配設され、
前記被測定電流路の配設位置で前記第1の仮想線と直交する第2の仮想線に対して、複数の磁電変換素子が線対称にそれぞれ配設され、
前記複数の磁電変換素子は、同一個数の磁電変換素子からなる第1の磁電変換素子群及び第2の磁電変換素子群を構成し、
前記第1の磁電変換素子群と、前記第2の磁電変換素子群とは、前記第1の仮想線を挟んで向かい合い、
前記第1及び第2の磁電変換素子群内において隣り合う磁電変換素子の素子間隔は、前記第1の磁電変換素子群と前記第2の磁電変換素子群との間で最も狭い間隔である群間隔よりも狭く、
前記第1及び第2の磁電変換素子群の端に位置する磁電変換素子の前記感度軸の向きは、前記第2の仮想線と平行であり、
前記第1及び第2の磁電変換素子群の端以外に位置する磁電変換素子の前記感度軸の向きは、前記第1の仮想線と平行であり、
前記被測定電流路の配設位置を中心に点対称位置にある前記磁電変換素子同士の前記感度軸の向きはそれぞれ平行であり、前記点対称位置にある前記磁電変換素子同士の前記感度軸の向きが同一方向の場合には、前記点対称位置にある前記磁電変換素子同士の前記感度影響軸の向きも同一方向であり、
前記点対称位置にある前記磁電変換素子同士の前記感度軸の向きが反対方向の場合には、前記点対称位置にある前記磁電変換素子同士の前記感度影響軸の向きも反対方向であることを特徴とする電流センサ。 - 前記感度軸及び前記感度影響軸は、前記配線基板と平行である
請求項1に記載の電流センサ。 - 前記第1の磁電変換素子群内の最端部に配設された前記磁電変換素子と前記第2の磁電変換素子群内の最端部に配設された前記磁電変換素子との間隔が、前記群間隔であるとともに、前記第1の磁電変換素子群内及び前記第2の磁電変換素子群内で、前記第2の仮想線に最も近い個所に配設された各前記磁電変換素子間の間隔が最も広いことを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の電流センサ。
- 前記磁電変換素子は、前記被測定電流路の前記配設位置を中心とする仮想楕円上に配設され、
前記仮想楕円の半長軸は、前記切欠上に設けられていることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の電流センサ。 - 前記磁電変換素子の数は、6個であることを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載の電流センサ。
- 前記磁電変換素子の数は、8個であることを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載の電流センサ。
- 前記被測定電流路と隣り合う位置に、近隣電流路が配設され、
前記被測定電流路の前記配設位置の中心及び前記近隣電流路が配設された近隣配設位置の中心が、前記第2の仮想線に沿って設けられてい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。
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