JP6275941B2 - Current sensor - Google Patents
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Description
本発明は、シールドを備えた電流センサに関する。 The present invention relates to a current sensor provided with a shield.
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。この種の電流センサの一例を図7(a)及び図7(b)に示す(特許文献1参照)。 2. Description of the Related Art A current sensor that detects a current flowing in a current path (for example, a bus bar) that connects an in-vehicle battery and a vehicle electrical component is known. An example of this type of current sensor is shown in FIGS. 7A and 7B (see Patent Document 1).
図7(a)及び図7(b)は、従来の電流センサを示し、図7(a)は分解斜視図、図7(b)は要部の拡大縦断面図である。電流センサ100は、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、それに相当する電圧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7(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が実現できることが開示されている。
7 (a) and 7 (b) show a conventional current sensor, FIG. 7 (a) is an exploded perspective view, and FIG. 7 (b) is an enlarged vertical sectional view of a main part. The
特許文献1に記載される電流センサ100においては、特にシールド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それが顕著となり、高速応答性に対する要求に合致しない問題を生じていた。
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)及び(2)を特徴としている。
(1) 平板状の電流路を流れる電流を検出する電流センサであって、
基板と、前記基板に実装されると共に前記電流路の板面の近傍に配置される磁気検出素子と、前記磁気検出素子及び前記電流路を前記電流路の軸線周りに周回するように取り囲む一対のシールド板と、を備え、
前記一対のシールド板は、
前記電流路の板面に直交する直交方向において前記磁気検出素子よりも前記電流路から遠ざかる向きに離れた位置にある素子側スリットと、前記直交方向において前記電流路よりも前記磁気検出素子から遠ざかる向きに離れた位置にある電流路側スリットと、によって互いに隔離され、
前記一対のシールド板は、
前記直交方向に延びる平板状の一対の嵌合部、及び、前記一対の嵌合部の各々の前記電流路側スリット側の端部から前記電流路の板面に沿った方向において互いに近付く向きに延在する一対の平坦部、を有し、且つ、前記一対の平坦部が前記直交方向において前記電流路の一部と重なる位置に存在するように配置されると共に、前記一対の平坦部によって前記電流路側スリットを画成し、前記一対の嵌合部の前記素子側スリット側の端部によって前記素子側スリットを画成し、
前記基板の全体は、
前記直交方向において、前記一対の嵌合部が延在する範囲内に位置し、且つ、前記電流路の板面に沿う方向において、前記一対の嵌合部の間の範囲内に位置している、こと。
(2) 上記(1)の構成の電流センサであって、
前記一対のシールド板が、
前記平坦部の延在方向における長さが同じである、こと。
In order to achieve the above-described object, the current sensor according to the present invention is characterized by the following (1) and (2).
(1) A current sensor for detecting a current flowing through a flat current path,
A substrate, a magnetic detection element mounted on the substrate and disposed near the plate surface of the current path, and a pair of surrounding the magnetic detection element and the current path so as to circulate around an axis of the current path A shield plate,
The pair of shield plates is
An element-side slit located in a direction away from the current path in the orthogonal direction perpendicular to the plate surface of the current path, and a position farther from the magnetic detection element than the current path in the orthogonal direction. Are separated from each other by current path side slits at positions away from each other,
The pair of shield plates is
A pair of flat fitting portions extending in the orthogonal direction, and extending from the end on the current path side slit side of each of the pair of fitting portions toward each other in a direction along the plate surface of the current path. A pair of flat portions, and the pair of flat portions are disposed so as to overlap with a part of the current path in the orthogonal direction. A road-side slit is defined, and the element-side slit is defined by an end of the pair of fitting portions on the element-side slit side,
The entire substrate is
In the orthogonal direction, the pair of fitting portions are positioned within the extending range , and in the direction along the plate surface of the current path, are positioned within the range between the pair of fitting portions. , That.
(2) A current sensor configured as described in (1) above,
The pair of shield plates is
The length in the extending direction of the flat part is the same.
上記(1)の電流センサによれば、電流路に発生する渦電流を抑制して磁気検出素子が検出する磁界位相に発生する遅れが抑制される。これにより、特に、電流路への渦電流の発生が抑制され、磁気検出素子が検出する磁界位相の遅れを解消し得るため、高速応答性の良い電流センサを提供できる。更に、電流路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の応答性が向上する。
上記(2)の電流センサによれば、残留磁界が抑制されオフセット誤差を低減できる。
According to the current sensor of (1) above, the eddy current generated in the current path is suppressed and the delay generated in the magnetic field phase detected by the magnetic detection element is suppressed. Thereby, in particular, the generation of eddy currents in the current path is suppressed, and the delay of the magnetic field phase detected by the magnetic detection element can be eliminated, so that a current sensor with good high-speed response can be provided. Furthermore, a uniform current density distribution in the cross section of the current path is obtained, and the responsiveness of the magnetic detection element is improved.
According to the current sensor of (2) above, the residual magnetic field is suppressed and the offset error can be reduced.
本発明によれば、シールドを一対とし該シールドの各端部を離間させたことにより、従来技術で発生する渦電流を抑制して磁気検出素子の検出する磁界の位相遅れを解消し、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。 According to the present invention, the shield is paired and the ends of the shield are separated from each other, thereby suppressing the eddy current generated in the prior art and eliminating the phase lag of the magnetic field detected by the magnetic detection element. Thus, it is possible to provide a current sensor excellent in high-speed response.
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および図2を参照して、本発明の一実施形態である電流センサを説明する。 With reference to FIG. 1 and FIG. 2, the current sensor which is one Embodiment of this invention is demonstrated.
図1は電流センサ1の分解斜視図であり、図2は電流センサ1の横断面図である。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とシールド3との間に電流路4を配置して、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。
FIG. 1 is an exploded perspective view of the
センサ本体2は、絶縁性の合成樹脂等によって成形された筺体に、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が実装されている。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 sensor
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、略L字状の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。シールド3の組み付け手順は、電流路4をセンサ本体2の下部に取り付けた後、電流路4を取り囲むようにシールド3をセンサ本体2の下部に取り付けるものである。また、シールド3は、センサ本体2を形作る筐体の側部にそれぞれ嵌合する嵌合部31と、嵌合部31に対して略直角方向に延在する平坦部32と、を備えている。そして、シールド3の各平坦部32は、同一平面上に配置され、平坦部32の各端部33同士は、対向してかつ離間してセンサ本体2の下部(図2参照。)に配置固定される。従って、平坦部32により電流路4の一部を覆い隠している。換言すれば、シールド3は電流路4を裏面から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
電流路4は、交流電流等が流れる平板状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(図2参照。)に取り付けられる。
The
図3(a)は、電流センサ1の要部を拡大した縦断面図である。図3(b)は、平坦部32の長さLと位相差との関係を示したグラフである。図3(a)左側のシールド3を第1シールド3A、図面右側のシールド3を第2シールド3Bとして説明する。
FIG. 3A is an enlarged vertical cross-sectional view of a main part of the
第1シールド3Aの平坦部32Aの長さをLAとし、第2シールド3Bの平坦部32Bの長さをLBとする。また、第1シールド3Aの端面と第2シールド3Bの端面との距離をWとする。本実施形態では、LA=LBである。この平坦部32の長さL(LA、LB)を変更することにより位相差の最適状態を見いだすことができる。交流電流を流すと電流路4に渦電流が発生し、磁気検出素子22の検出する磁界の位相が、電流路4に流れる電流の位相より遅れるが、平坦部32の長さLを調整してこの位相の遅れを解消することが可能である。
The length of the
図3(b)に示されるグラフは、縦方向に位相差を取り、横方向に平坦部32の長さLを取り、長さLによる中心磁場位相の変化(曲線グラフ参照)の測定結果をグラフ化したものである。位相差の遅れがない点を0°(磁気検出素子22の応答性が良い)とし、曲線と位相差0°の直線との交点における平坦部32の長さLを最適値、曲線の最大値における平坦部32の長さLをMAXとしている。このグラフから、平坦部32の長さLを最適値からMAXまでの範囲とすることが適切(可能範囲)であることが理解される。またグラフから、平坦部32の長さLと応答性の改善効果との間には、強い相関関係が存在していると言える。従って、使用する周波数と最大ピーク電流に基づいて、長さLを調整すれば、最適な位相制御設計を行うことが可能である。
In the graph shown in FIG. 3B, the phase difference is taken in the vertical direction, the length L of the
図4(a)及び図4(b)は、本発明のシールド3により磁界がどのように変化しているかを示す説明図である。
4A and 4B are explanatory diagrams showing how the magnetic field is changed by the
電流路4に正弦交流の電流Aが矢印方向(図面手前から後方へ)に進行すると、時間に対する電流の大きさの変化率に応じた強さの磁界Mが発生し、磁界Mの周りに渦電流Qが発生する。磁界Mは、電流Aが交流の場合は時間と共に大きさと方向とが変化を繰り返す交番磁界となる。図4(a)に示されるように電流路4の周囲にシールド3が無いと残留磁界が発生し、磁気検出素子22の検出に遅れを生じる原因となる。一方、電流路4の周辺にシールド3A、3Bを設け(図4(b)参照)、シールド3A、3Bの平坦部32A、32Bを電流路4の中心方向に延在させると、平坦部32Aの端部33Aから他方の平坦部32Bの端部33Bに磁界Nが発生する。この磁界Nが電流路4を横切るとき、電流路4で発生した磁界Mとの間で磁界の打ち消し合いが生じる結果、残留磁界を抑制して渦電流の発生を防止することができる。また、電流路4の断面における電流密度分布も均一にすることが可能となり、磁気検出素子22の検出応答の遅延が解消される。尚、一方向のみの説明をしたが、交流の場合は、短時間に磁界の向きが交互に入れ替わる。
When a sinusoidal alternating current A travels in the direction of the arrow (from the front to the back of the drawing) in the
図5(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のスルーレートで変動する時の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5(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5(a)に基づく実測結果では、従来技術の応答時間60μs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. 5A is a comparative graph of 90% -90% response time (μs) when the current fluctuates at a slew rate of 100 A / μs according to the configuration of the prior art and the embodiment of the present invention. As shown in FIG. 5B, the 90% -90% response time is a voltage value (
図6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. 6 is a graph showing the performance in terms of current value and magnetic flux density.
図6のグラフでは、縦軸に磁束密度(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。図6における磁束密度(mT)と電流(A)の間で線形性が認められる区間は、図3(b)を参照して説明した平坦部32の長さLに左右される。平坦部32の長さがMAXに近づくほど、拡張された線形区間は0まで縮まる。このように、図6においても、本発明のシールド構成の効果が顕著であることがわかる。
In the graph of FIG. 6, the vertical axis represents magnetic flux density (mT) and the horizontal axis represents current (A). As understood from this graph, magnetic saturation is likely to occur when the current (A) increases (see the curve). However, in the present invention, the occurrence of magnetic saturation is suppressed even when a high-frequency large current flows, and linearity is achieved. It is possible to extend a section (linear section) in which is maintained. The section in which linearity is recognized between the magnetic flux density (mT) and the current (A) in FIG. 6 depends on the length L of the
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
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
DESCRIPTION OF
Claims (2)
基板と、前記基板に実装されると共に前記電流路の板面の近傍に配置される磁気検出素子と、前記磁気検出素子及び前記電流路を前記電流路の軸線周りに周回するように取り囲む一対のシールド板と、を備え、
前記一対のシールド板は、
前記電流路の板面に直交する直交方向において前記磁気検出素子よりも前記電流路から遠ざかる向きに離れた位置にある素子側スリットと、前記直交方向において前記電流路よりも前記磁気検出素子から遠ざかる向きに離れた位置にある電流路側スリットと、によって互いに隔離され、
前記一対のシールド板は、
前記直交方向に延びる平板状の一対の嵌合部、及び、前記一対の嵌合部の各々の前記電流路側スリット側の端部から前記電流路の板面に沿った方向において互いに近付く向きに延在する一対の平坦部、を有し、且つ、前記一対の平坦部が前記直交方向において前記電流路の一部と重なる位置に存在するように配置されると共に、前記一対の平坦部によって前記電流路側スリットを画成し、前記一対の嵌合部の前記素子側スリット側の端部によって前記素子側スリットを画成し、
前記基板の全体は、
前記直交方向において、前記一対の嵌合部が延在する範囲内に位置し、且つ、前記電流路の板面に沿う方向において、前記一対の嵌合部の間の範囲内に位置している、
電流センサ。 A current sensor for detecting a current flowing through a flat current path,
A substrate, a magnetic detection element mounted on the substrate and disposed near the plate surface of the current path, and a pair of surrounding the magnetic detection element and the current path so as to circulate around an axis of the current path A shield plate,
The pair of shield plates is
An element-side slit located in a direction away from the current path in the orthogonal direction perpendicular to the plate surface of the current path, and a position farther from the magnetic detection element than the current path in the orthogonal direction. Are separated from each other by current path side slits at positions away from each other,
The pair of shield plates is
A pair of flat fitting portions extending in the orthogonal direction, and extending from the end on the current path side slit side of each of the pair of fitting portions toward each other in a direction along the plate surface of the current path. A pair of flat portions, and the pair of flat portions are disposed so as to overlap with a part of the current path in the orthogonal direction. A road-side slit is defined, and the element-side slit is defined by an end of the pair of fitting portions on the element-side slit side,
The entire substrate is
In the orthogonal direction, the pair of fitting portions are positioned within the extending range , and in the direction along the plate surface of the current path, are positioned within the range between the pair of fitting portions. ,
Current sensor.
前記平坦部の延在方向における長さが同じである、
ことを特徴とする請求項1に記載した電流センサ。 The pair of shield plates is
The length in the extending direction of the flat portion is the same,
The current sensor according to claim 1.
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