JP6897106B2 - 電流センサの信号補正方法、及び電流センサ - Google Patents

Description

本発明は、電流センサの信号補正方法、及び電流センサに関する。

従来、磁気検出素子の出力電圧を被測定磁界（空気中では磁界と磁束密度とは比例関係にあるので、以下では誤解を招かない限り、磁束密度と磁界は同じ意味として用いる）に対する直線性を高めるように補正する技術が知られている（例えば、特許文献１参照）。

特許文献１に記載されたような技術を用いれば、出力信号が被測定電流（または、非測定電流によって生じる磁界。以下ではこれを『被測定磁界』と呼ぶこととする）に対して非線形となるＧＭＲ（Giant Magneto Resistive）素子等を磁気検出素子として用いて大電流を計測する場合であっても、高い精度で電流を測定することができる。

また、従来、２つの磁気センサの出力信号の差動値をセンサ出力として処理する電流センサが知られている（例えば、特許文献２参照）。特許文献２によれば、２つの磁気センサの出力信号の差動値をセンサ出力として処理することにより、外部磁場の影響に起因するノイズをキャンセルし、高精度に電流を測定できるとされている。

国際公開第２０１６／０５６１３６号 特許第５５０４４８３号公報

本発明は、磁気検出素子の出力電圧を被測定電流（またはそれにより生じる被測定磁界）に対する直線性を高めるように補正する電流センサの信号補正方法であって、測定精度、測定範囲、及び磁気検出素子の設置自由度をより向上させることのできる電流センサの信号補正方法、並びにその信号補正方法による信号の補正を実施することのできる電流センサを提供することを目的とする。

本発明の一態様は、上記目的を達成するため、磁気検知部を有する電流センサの信号補正方法であって、電流によって生じる被測定磁界を検知した２つの前記磁気検知部から出力される第１の出力電圧と第２の出力電圧の差動をとることにより、差動出力電圧を取得するステップと、前記第１の出力電圧と前記第２の出力電圧の符号の組み合わせ、又は前記差動出力電圧が前記被測定磁界に対して単調増加しているか否かに基づいて、複数のフィッティング係数を含むフィッティング処理用の式を選択するステップと、前記差動出力電圧に対して、前記式を用いたフィッティング処理を実施し、前記複数のフィッティング係数を算出するステップと、算出された前記複数のフィッティング係数を用いて、新たに取得した前記差動出力電圧を前記被測定磁界に対して略線形となるように線形補正し、補正出力電圧を取得するステップと、を含む、電流センサの信号補正方法を提供する。

また、本発明の他の態様は、上記目的を達成するため、検知した被測定磁界に対応して第１の出力電圧を出力する第１の磁気検知部と、検知した被測定磁界に対応して第２の出力電圧を出力する第２の磁気検知部と、前記第１の出力電圧と前記第２の出力電圧の差動をとり、差動出力電圧を出力する差動出力部と、前記第１の出力電圧と前記第２の出力電圧の符号の組み合わせ、又は前記差動出力電圧が前記被測定磁界に対して単調増加しているか否かに基づいて、複数のフィッティング係数を含むフィッティング処理用の式を選択する式選択部と、前記差動出力電圧に対して、前記式を用いたフィッティング処理を実施し、前記複数のフィッティング係数を算出するフィッティング係数演算部と、算出された前記複数のフィッティング係数を用いて、新たに取得した前記差動出力電圧を前記被測定磁界に対して略線形となるように線形補正し、補正出力電圧を出力する信号補正部と、を有する電流センサを提供する。

本発明によれば、磁気検出素子の出力電圧を被測定磁界に対する直線性を高めるように補正する電流センサの信号補正方法であって、測定精度、測定範囲、及び磁気検出素子の設置自由度をより向上させることのできる電流センサの信号補正方法、並びにその信号補正方法による信号の補正を実施することのできる電流センサを提供することができる。

図１は、第１の実施の形態に係る電流センサの構成を概略的に示すブロック図である。 図２（ａ）は、第１の磁気検知部及び第２の磁気検知部に用いられるＧＭＲ素子の磁気検知原理を示す図である。図２（ｂ）は、第１の磁気検知部及び第２の磁気検知部の概略構造の一例を示す図である。 図３は、第１の実施の形態に係る電流センサの信号補正処理の流れを示すフローチャートである。 図４（ａ）〜（ｃ）は、差動出力電圧Ｖ_ｍと被測定磁界Ｂとの関係の一例を示すグラフである。 図５は、ＧＭＲ素子の固定層の磁化方向Ｍ_ｐ、バイアス磁界Ｂ_ｂ、被測定磁界Ｂ、及び合成磁界Ｂ_０との関係を示す図である。 図６（ａ）〜（ｃ）は、補正出力電圧Ｖ_Ｌと被測定磁界Ｂとの関係の一例を示すグラフである。 図７は、第２の実施の形態に係る電流センサの構成を概略的に示すブロック図である。 図８は、第２の実施の形態に係る電流センサの信号補正処理の流れを示すフローチャートである。

［第１の実施の形態］
（電流センサの構成）
図１は、第１の実施の形態に係る電流センサ１の構成を概略的に示すブロック図である。電流センサ１は、第１の磁気検知部１１、第２の磁気検知部１２、差動出力部１３、及び信号補正部１４を有する電流検出部１０と、電圧測定部２１、式選択部２２、フィッティング係数演算部２３、係数制御部２４、及び定電圧源２５を有する制御部２０と、を有する。

第１の磁気検知部１１及び第２の磁気検知部１２は、ＧＭＲ素子から構成され、被測定電流によって生じる磁界（被測定磁界）を検知する。

図２（ａ）は、第１の磁気検知部１１及び第２の磁気検知部１２に用いられるＧＭＲ素子４０の磁気検知原理を示す図である。ＧＭＲ素子４０は、磁化方向Ｍ_ｐの固定された固定層と、磁化方向Ｍ_ｐと略直交する方向に印加されたバイアス磁界Ｂ_ｂと被測定磁界Ｂによって磁化方向θの変化する自由層と、これら固定層と自由層を分離する非磁性層とが積層されて構成されている。被測定磁界Ｂは、被測定電流によって発生する磁界のことであり、θは固定層の磁化方向Ｍ_ｐを基準とした自由層の磁化方向の角度のことである。

ＧＭＲ素子４０においては、被測定磁界Ｂの印加方向が固定層の磁化方向Ｍ_ｐと同方向でほぼ平行で、かつ被測定磁界Ｂの大きさがバイアス磁界Ｂ_ｂの大きさに対して十分大きい場合、バイアス磁界Ｂ_ｂと被測定磁界Ｂの合成磁界Ｂ_０が固定層の磁化方向Ｍ_ｐと成す角度θが小さくなり、それに伴って固定層、非磁性層、自由層の積層方向の電流密度分布が広くなり抵抗値も低くなる。

逆に、被測定磁界Ｂの印加方向が固定層の磁化方向Ｍ_ｐと逆方向でほぼ平行で、かつ被測定磁界Ｂの大きさがバイアス磁界Ｂ_ｂの大きさに対して十分大きい場合、合成磁界Ｂ０が固定層の磁化方向Ｍ_ｐと成す角度θが大きくなり、それに伴って固定層、非磁性層、自由層の積層方向の電流密度分布が狭くなり抵抗値Ｒも高くなる。すなわち、バイアス磁界Ｂ_ｂと被測定磁界Ｂの合成磁界Ｂ_０の方向に従って自由層の磁化方向が回転し、自由層の磁化方向の回転量に応じてＧＭＲ素子４０の抵抗値が変化する。

バイアス磁界Ｂ_ｂには、ＧＭＲ素子４０のヒステリシスを抑制する働きがある。バイアス磁界Ｂ_ｂを強くすることによって感度を低下させ、結果として線形範囲を拡大させることもできる。

図２（ｂ）は、第１の磁気検知部１１及び第２の磁気検知部１２の概略構造の一例を示す図である。図２（ｂ）に示される例では、第１の磁気検知部１１及び第２の磁気検知部１２は、２つのＧＭＲ素子４０（ＧＭＲ素子４０ａ、４０ｂとする）を含むハーフブリッジ構造を有する。この構造においては、ＧＭＲ素子４０ａの固定層の磁化方向Ｍ_ｐとＧＭＲ素子４０ｂの固定層の磁化方向Ｍ_ｐが反対となるように、ＧＭＲ素子４０ａとＧＭＲ素子４０ｂが直列接続される。

この直列接続のＧＭＲ素子４０ａ側の電極には定電圧源２５から電源電圧＋Ｖｃｃ（例えば約５．０Ｖ）が印加され、ＧＭＲ素子４０ｂ側の電極は接地される。ここで、第１の磁気検知部１１におけるＧＭＲ素子４０ａとＧＭＲ素子４０ｂによる出力電圧を第１の出力電圧Ｖ_１とし、第２の磁気検知部１２におけるＧＭＲ素子４０ａとＧＭＲ素子４０ｂによる出力電圧を第２の出力電圧Ｖ_２とする。

第１の磁気検知部１１と第２の磁気検知部１２は、ともに被測定電流が流れる導体の近傍に設置されるが、第１の磁気検知部１１が検知する磁界の強さと第２の磁気検知部１２が検知する磁界の強さが異なるような位置にそれぞれ設置される。

なお、第１の磁気検知部１１と第２の磁気検知部１２とで１つのフルブリッジ回路を構成してもよい。この場合であっても、第１の磁気検知部１１と第２の磁気検知部１２は、第１の磁気検知部１１が検知する磁界の強さと第２の磁気検知部１２が検知する磁界の強さが異なるような位置にそれぞれ設置される。

差動出力部１３は、第１の磁気検知部１１の第１の出力電圧Ｖ_１と第２の磁気検知部１２の第２の出力電圧Ｖ_２の差動をとって差動出力電圧Ｖ_ｍを出力する。このように２つの磁気検知部の出力電圧の差動をとることにより、地磁気等の外乱磁界の影響をキャンセルし、計測誤差を低減することができる。

信号補正部１４は記憶部１５を有し、記憶部１５に記憶された信号補正フラグが『１』である場合に、差動出力電圧Ｖ_ｍを後述の式４で表される線形補正式及びフィッティング係数を用いて線形補正し、得られた補正出力電圧Ｖ_Ｌを出力する。この線形補正により、被測定磁界に対する出力電圧の直線性、すなわち被測定電流に対する出力電圧の直線性を向上させることができる。

上述のように、本実施の形態においては、２つの磁気検知部の出力電圧の差動をとって外乱磁界の影響をキャンセルした後に、その差動出力電圧に対して線形補正を施している。この手順を逆にすると、外乱を含んだ状態で線形補正することになるため、高精度の補正を行うことができない。

記憶部１５に記憶された信号補正フラグが『０』である場合には、信号補正部１４は差動出力電圧Ｖ_ｍを補正せずにそのまま電圧測定部２１に出力する。なお、係数制御部２４が『１』にセットするまでは、信号補正フラグは『０』である。

電圧測定部２１は、被測定磁界Ｂが増加するときの差動出力電圧Ｖ_ｍ、及び被測定磁界Ｂが減少するときの出力電圧Ｖ_ｍをそれぞれ計測し、それらの平均値を差動出力電圧Ｖ_ａとして式選択部２２及びフィッティング係数演算部２３に出力する。

式選択部２２は、差動出力電圧Ｖ_ａが被測定磁界Ｂに対して単調増加するか否かにより、フィッティング処理に用いる式を後述する式１と式２（式３）から選択して、その選択結果をフィッティング係数演算部２３に出力する。

フィッティング係数演算部２３は、電圧測定部２１から出力された差動出力電圧Ｖ_ａに対して、式選択部２２により選択されたフィッティング処理に用いる式によるフィッティング処理（演算処理）を実施し、フィッティング係数を算出する。

係数制御部２４は、フィッティング係数演算部２３から出力されたフィッティング係数を信号補正部１４の記憶部１５に書き込み、さらに、記憶部１５の信号補正フラグを『１』にセットする。

（電流センサによる信号補正処理）
図３は、第１の実施の形態に係る電流センサ１の信号補正処理の流れを示すフローチャートである。

まず、第１の磁気検知部１１及び第２の磁気検知部１２により、被測定電流によって生じる被測定磁界Ｂを検知し、それぞれ第１の出力電圧Ｖ_１と第２の第１の出力電圧Ｖ_２を出力する（ステップＳ１）。

このとき、第１の磁気検知部１１及び第２の磁気検知部１２は、第１の磁気検知部１１及び第２の磁気検知部１２のＧＭＲ素子４０ａ、４０ｂの固定層の磁化方向Ｍ_ｐが被測定磁界Ｂの方向に対して平行となるように設置される。また、ＧＭＲ素子４０ａ、４０ｂの固定層の磁化方向Ｍ_ｐと直交する同方向にバイアス磁界Ｂ_ｂが印加される。

例えば、フィッティング処理を行うための磁界（磁束密度）−出力電圧曲線を得るために、被測定電流を−１０００Ａから１０００Ａの範囲で変化させ、−４ｍＴから４ｍＴの範囲の被測定磁界Ｂを検知する。なお、この被測定電流範囲と被測定磁界範囲の関係は一例であり、電流センサの構造により変化するが、構造が一定であればその関係は一意に決まる。その換算係数はあらかじめ決めておく。

次に、差動出力部１３により、第１の磁気検知部１１の第１の出力電圧Ｖ_１と第２の磁気検知部１２の第２の出力電圧Ｖ_２の差動をとって差動出力電圧Ｖ_ｍを出力する（ステップＳ２）。

図４（ａ）〜（ｃ）は、差動出力電圧Ｖ_ｍと被測定磁界Ｂとの関係の一例を示すグラフである。差動出力電圧Ｖ_ｍは線形補正されていないため、図４（ａ）〜（ｃ）に示されるように、被測定磁界Ｂとの関係は非線形である。

図４（ａ）に示される曲線は、第１の出力電圧Ｖ_１と第２の出力電圧Ｖ_２が異符号（正と負）であった場合の出力電圧Ｖ_ｍと被測定磁界Ｂとの関係を示す。図４（ｂ）示される曲線は、第１の出力電圧Ｖ_１の絶対値と第２の出力電圧Ｖ_２の一方が他方に対して十分に小さかった場合、具体的には第１の出力電圧Ｖ_１の絶対値と第２の出力電圧Ｖ_２の絶対値の小さい方を大きい方で除した値が０．０１以下であった場合の出力電圧Ｖ_ｍと被測定磁界Ｂとの関係を示す。これらの曲線は、図４（ａ）、（ｂ）に示されるように、単調増加する。なお、「第１の出力電圧Ｖ_１と第２の出力電圧Ｖ_２が異符号であった場合」は、第１の出力電圧Ｖ_１の絶対値と第２の出力電圧Ｖ_２の絶対値の小さい方を大きい方で除した値が０．０１以下であった場合を除くものとする。

図４（ｃ）示される曲線は、第１の出力電圧Ｖ_１と第２の出力電圧Ｖ_２が同符号（正と正又は負と負）であった場合の差動出力電圧Ｖ_ｍと被測定磁界Ｂとの関係を示す。この曲線は、図４（ｃ）に示されるように、単調増加ではなく、最大、最小のピークを有する。なお、「第１の出力電圧Ｖ_１と第２の出力電圧Ｖ_２が同符号であった場合」は、第１の出力電圧Ｖ_１の絶対値と第２の出力電圧Ｖ_２の絶対値の小さい方を大きい方で除した値が０．０１以下であった場合を除くものとする。

次に、差動出力電圧Ｖ_ｍが信号補正部１４に入力され、記憶部１５に記憶された信号補正フラグが『０』か『１』かの判定が行われる（ステップＳ３）。

ステップＳ３において、記憶部１５に記憶された信号補正フラグが『０』であった場合は、信号補正部１４は差動出力電圧Ｖ_ｍをそのまま電圧測定部２１に出力する（ステップＳ４）。

次に、電圧測定部２１が、被測定磁界Ｂが増加するときの差動出力電圧Ｖ_ｍ、及び被測定磁界Ｂが減少するときの差動出力電圧Ｖ_ｍをそれぞれ計測し、それらの平均値を差動出力電圧Ｖ_ａとして式選択部２２及びフィッティング係数演算部２３に出力する（ステップＳ５）。

次に、式選択部２２が、差動出力電圧Ｖ_ａが被測定磁界Ｂに対して単調増加するか否かによって、フィッティング係数演算部２３に記憶されたフィッティング処理に用いる式を選択する（ステップＳ６）。

具体的には、差動出力電圧Ｖ_ａが被測定磁界Ｂに対して単調増加する場合、すなわち図４（ａ）、（ｂ）に示されるような曲線形状である場合には下記の式１を選択し、単調増加しない場合、すなわち図４（ｃ）に示されるような曲線形状である場合には下記の式２を選択する。

ここで、Ｖ_ｏｆｆ、Ｖ_ｓａｔ、Ｖ_ｅ、Ｂ_ｂ、φ、αを、それぞれ出力オフセット係数、飽和出力係数、実効飽和出力係数、バイアス磁界強度係数、被測定磁界方向の角度ずれ係数、バイアス磁界方向の角度ずれ係数と呼び、これらを総称してフィッティング係数と呼ぶ。

出力オフセット係数Ｖ_ｏｆｆは、図４（ａ）〜（ｃ）に示されるような非線形の差動出力電圧Ｖ_ｍがほぼ点対称となるような出力電圧値のことである。飽和出力係数Ｖ_ｓａｔは、図４（ａ）、（ｂ）に示されるような非線形の差動出力電圧Ｖ_ｍが上限値及び下限値を示す出力電圧値のことである。また、実効飽和出力係数Ｖ_ｅは、図４（ｃ）に示されるような非線形の差動出力電圧Ｖ_ｍが最大を示す出力電圧値の約２倍にほぼ等しい。

図５は、ＧＭＲ素子４０ａ、４０ｂの固定層の磁化方向Ｍ_ｐ、バイアス磁界Ｂ_ｂ、被測定磁界Ｂ、及び合成磁界Ｂ_０との関係を示す図である。

図５に示されるように、ＧＭＲ素子４０ａの固定層における磁化方向Ｍ_ｐ（Ｍ_ｐ１とする）は、図面上において上向きであり、ＧＭＲ素子４０ｂの固定層における磁化方向Ｍ_ｐ（Ｍ_ｐ２とする）は、図面上において下向きである。バイアス磁界Ｂ_ｂは、これらの磁化方向Ｍ_ｐ１、Ｍ_ｐ２に対して略直交し、図面上では右向きである。

バイアス磁界Ｂ_ｂは、バイアス磁界用の磁石やバイアス磁界発生用コイル（以下、単に『バイアスコイル』と呼ぶ）をＧＭＲ素子４０ａ、４０ｂの近傍に設けることによって発生させる。バイアス磁界強度係数Ｂ_ｂは、バイアス磁界Ｂ_ｂの磁束密度に相当する値である。

第１の磁気検知部１１及び第２の磁気検知部１２は、ＧＭＲ素子４０ａ、４０ｂの固定層の磁化方向Ｍ_ｐ１、Ｍ_ｐ２が被測定磁界Ｂに対して平行になるように設置されるが、設置誤差により角度ずれが生じる場合がある。このときの磁化方向Ｍ_ｐ１、Ｍ_ｐ２に対して被測定磁界Ｂが成す角度φを被測定磁界方向の角度ずれ係数φと定義する。なお、この角度ずれ係数φの値は、磁化方向Ｍ_ｐ１の方向を基準として反時計方向を正とする。

また、第１の磁気検知部１１及び第２の磁気検知部１２には、ＧＭＲ素子４０ａ、４０ｂの固定層の磁化方向Ｍ_ｐ１、Ｍ_ｐ２と略直交する方向にバイアス磁界Ｂ_ｂが印加されるが、バイアス磁界用磁石の設置誤差やバイアスコイルの製造誤差（個体差）により角度ずれが生じる場合がある。このときの磁化方向Ｍ_ｐ１、Ｍ_ｐ２に対する直交線に対してバイアス磁界Ｂ_ｂが成す角度αをバイアス磁界方向の角度ずれ係数αと定義する。なお、この角度ずれ係数αの値は、磁化方向Ｍ_ｐ１、Ｍ_ｐ２に垂直な方向を基準として反時計方向を正とする。

第１の磁気検知部１１及び第２の磁気検知部１２に含まれるＧＭＲ素子４０ａにおいて、被測定磁界Ｂとバイアス磁界Ｂ_ｂとを合成した合成磁界Ｂ_０は、磁化方向Ｍ_ｐ１に対して時計方向に角度θ_１ずれており、ＧＭＲ素子４０ｂにおいて、被測定磁界Ｂとバイアス磁界Ｂ_ｂとを合成した合成磁界Ｂ_０は、磁化方向Ｍ_ｐ２に対して反時計方向に角度θ_２ずれている。そして、ＧＭＲ素子４０ａ、４０ｂにおける合成磁界Ｂ_０の方向及び大きさは等しい。

なお、上記の式２の代わりに、下記の式３を用いてもよい。式３を用いた場合であっても、式２を用いた場合と比較して、フィッティング処理の精度に大きな差はない。

次に、フィッティング係数演算部２３は、電圧測定部２１から出力された差動出力電圧Ｖ_ａに、式選択部２２により選択された式１又は式２（式３）のＶ_ｆがフィットするように最小二乗法によりフィッティング処理を実施し、フィッティング係数を算出し、係数制御部２４に出力する（ステップＳ７）。

次に、係数制御部２４は、フィッティング係数演算部２３から出力されたフィッティング係数を信号補正部１４の記憶部１５に書き込み、さらに、記憶部１５の信号補正フラグを『１』にセットする（ステップＳ８）。その後、ステップ１へ戻る。

ステップＳ３において、記憶部１５に記憶された信号補正フラグが『１』であった場合は、信号補正部１４が、記憶部１５に記憶された下記の式４で表される線形補正式及びフィッティング係数を用いて、差動出力電圧Ｖ_ｍを線形補正し、得られた補正出力電圧Ｖ_Ｌを出力する（ステップＳ９）。

式４の係数ｍは０以外の任意の値であり、係数ｎは任意の値である。また、式４のＢ_Ｌは、上記の式１を用いてフィッティング処理を行っている場合は下記の式５及び式６で表され、上記の式２を用いてフィッティング処理を行っている場合は下記の式７及び式８で表される。

図６（ａ）〜（ｃ）は、補正出力電圧Ｖ_Ｌと被測定磁界Ｂとの関係の一例を示すグラフである。図６（ａ）、（ｂ）、（ｃ）の補正出力電圧Ｖ_Ｌは、それぞれ図４（ａ）、（ｂ）、（ｃ）の差動出力電圧Ｖ_ｍを線形補正したものである。

このことから、第１の出力電圧Ｖ_１と第２の出力電圧Ｖ_２が異符号であった場合、第１の出力電圧Ｖ_１の絶対値と第２の出力電圧Ｖ_２の一方が他方に対して十分に小さかった場合、第１の出力電圧Ｖ_１と第２の出力電圧Ｖ_２が同符号であった場合のいずれの場合であっても精度よく線形補正できることがわかる。すなわち、本実施の形態に係る電流センサ１においては、第１の磁気検知部１１及び第２の磁気検知部１２の設置位置の影響を大きく受けることなく、精度よく電流を測定することができる。

次に、補正出力電圧Ｖ_Ｌと被測定磁界Ｂが略線形の関係にあるか否かの判定が制御部２０により行われる（ステップＳ１０）。具体的には、例えば、式選択部２２が判定する。

例えば、被測定磁界Ｂが所定の範囲（例えば−２ｍＴ〜２ｍＴ）にあるときに略線形の関係にある場合には『ｙｅｓ』と判定し、そうでない場合は『ｎｏ』と判定する。

ステップＳ１０において、補正出力電圧Ｖ_Ｌと被測定磁界Ｂが略線形の関係にないと判定された場合は、フィッティング処理を再度行うために、フィッティング処理を施す被測定磁界Ｂの範囲を限定する（ステップＳ１１）。その後、ステップＳ７にリターンする。

例えば、ステップＳ７において、被測定磁界Ｂが−４ｍＴから４ｍＴである範囲についてフィッティング処理を行っていた場合は、−３ｍＴから３ｍＴの範囲に狭める。それから、ステップＳ７へ戻って再びフィッティング処理を行い、フィッティング係数を再度算出する。

このようにフィッティング処理における磁界の範囲を徐々に限定することによって、補正出力電圧Ｖ_Ｌの所定の範囲（例えば被測定磁界Ｂが−２ｍＴ〜２ｍＴである範囲）における直線性を向上させることができる。

なお、再フィッティング処理後において、ステップＳ１０の判定処理の結果が線形でない（ｎｏ）となった場合には、制御部２０は、線形とみなせる測定範囲を抽出し、抽出した測定範囲を電流センサ１の測定可能範囲として記憶部１５に書き込み、一連の信号補正処理を終了するようにしてもよい。

ステップＳ１０において、補正出力電圧Ｖ_Ｌが被測定磁界Ｂに対して略線形であると判定された場合は、略線形とみなせる被測定磁界Ｂの範囲を制御部２０が信号補正部１４の記憶部１５に書き込む（ステップＳ１２）。

続いて、略線形とみなせる範囲の補正出力電圧Ｖ_Ｌを信号補正部１４が外部に出力する（ステップＳ１３）。また、全範囲の補正出力電圧Ｖ_Ｌと補正出力電圧Ｖ_Ｌを略線形とみなせる被測定磁界Ｂの範囲とを出力してもよい。その後、一連の信号補正処理を終了する。

［第２の実施の形態］
第２の実施の形態は、フィッティング処理用の式を選択する手段において、第１の実施の形態と異なる。なお、第１の実施の形態と同様の点については、説明を省略又は簡略化する。

（電流センサの構成）
図７は、第２の実施の形態に係る電流センサ２の構成を概略的に示すブロック図である。電流センサ２の制御部３０は、電流センサ１の制御部２０と比較して、第１の電圧測定部３１と第２の電圧測定部３２をさらに有する点、及び式選択部２２の代わりに式選択部３３を有する点において異なる。

第１の電圧測定部３１は、被測定磁界Ｂが増加するときの第１の磁気検知部１１の第１の出力電圧Ｖ_１、及び被測定磁界Ｂが減少するときの第１の磁気検知部１１の第１の出力電圧Ｖ_１をそれぞれ計測し、それらの平均値を第１の出力電圧Ｖ_ａ１として式選択部３３に出力する。

第２の電圧測定部３２は、被測定磁界Ｂが増加するときの第２の磁気検知部１２の第２の出力電圧Ｖ_２、及び被測定磁界Ｂが減少するときの第２の磁気検知部１２の第２の出力電圧Ｖ_２をそれぞれ計測し、それらの平均値を第２の出力電圧Ｖ_ａ２として式選択部３３に出力する。

式選択部３３は、第１の出力電圧Ｖ_ａ１と第２の出力電圧Ｖ_ａ２の符号の組み合わせによってフィッティング処理に用いる式を上記の式１と式２（式３）から選択して、その選択結果をフィッティング係数演算部２３に出力する。

（電流センサによる信号補正処理）
図８は、第２の実施の形態に係る電流センサ２の信号補正処理の流れを示すフローチャートである。このフローチャートにおいては、図３に示される第１の実施の形態に係るフローチャートと同じ処理を示す部分は省略されている。また、第１の実施の形態と第２の実施の形態でステップの番号は共通であり、同じ番号のステップでは同じ処理を行う。

第２の実施の形態においては、ステップＳ２〜Ｓ５と並行して、ステップＳ１３〜Ｓ１５が実施される。また、ステップＳ１５においてフィッティング処理に用いる式が選択されるため、ステップＳ６は含まれない。

ステップＳ１３では、第１の電圧測定部３１が、被測定磁界Ｂが増加するときの第１の出力電圧Ｖ_１、及び被測定磁界Ｂが減少するときの第１の出力電圧Ｖ_１をそれぞれ計測し、それらの平均値を第１の出力電圧Ｖ_ａ１として式選択部３３に出力する。

ステップＳ１４では、第２の電圧測定部３２が、被測定磁界Ｂが増加するときの第２の出力電圧Ｖ_２、及び被測定磁界Ｂが減少するときの第２の出力電圧Ｖ_２をそれぞれ計測し、それらの平均値を第２の出力電圧Ｖ_ａ２として式選択部３３に出力する。

ステップＳ１５では、式選択部３３は、第１の出力電圧Ｖ_ａ１と第２の出力電圧Ｖ_ａ２の符号の組み合わせによってフィッティング処理に用いる式を上記の式１と式２（式３）から選択して、その選択結果をフィッティング係数演算部２３に出力する。

具体的には、第１の出力電圧Ｖ_ａ１と第２の出力電圧Ｖ_ａ２が異符号であった場合、及び第１の出力電圧Ｖ_１の絶対値と第２の出力電圧Ｖ_２の絶対値の小さい方を大きい方で除した値が０．０１以下であった場合は、上記の式１をフィッティング処理に用いる式として選択し、第１の出力電圧Ｖ_ａ１と第２の出力電圧Ｖ_ａ２が同符号であった場合は、上記の式２（式３）をフィッティング処理に用いる式として選択する。

その後、フィッティング処理を実施するステップＳ７へ進む。

（実施の形態の効果）
上記第１及び第２の実施の形態によれば、被測定電流により生じる磁界の差動検知（勾配検知）によって外乱の影響を抑制しつつ、かつ出力電圧の線形補正により大電流領域までの広範囲に渡り電流を高精度に計測することができる。さらに、磁気検出素子の設置位置の影響を大きく受けることなく、精度よく電流を測定することができるため、磁気検出素子の設置位置の自由度を高めることができる。

（実施の形態のまとめ）
次に、前述の実施の形態から把握される技術思想について、実施の形態における符号等を援用して記載する。ただし、以下の記載における各符号等は、特許請求の範囲における構成要素を実施の形態に具体的に示した部材等に限定するものではない。

［１］磁気検知部（１１、１２）を有する電流センサ（１、２）の信号補正方法であって、被測定磁界を検知した２つの磁気検知部（１１、１２）から出力される第１の出力電圧と第２の出力電圧の差動をとることにより、差動出力電圧を取得するステップと、前記第１の出力電圧と前記第２の出力電圧の符号の組み合わせ、又は前記差動出力電圧が前記被測定磁界に対して単調増加しているか否かに基づいて、複数のフィッティング係数を含むフィッティング処理用の式を選択するステップと、前記差動出力電圧に対して、前記式を用いたフィッティング処理を実施し、前記複数のフィッティング係数を算出するステップと、算出された前記複数のフィッティング係数を用いて、新たに取得した前記差動出力電圧を前記被測定磁界に対して略線形となるように線形補正し、補正出力電圧を取得するステップと、を含む、電流センサ（１、２）の信号補正方法。

［２］前記式が、下記の式１、式２、又は式３であり、前記複数のフィッティング係数が、前記式１、前記式２及び前記式３の出力オフセット係数Ｖ_ｏｆｆ、バイアス磁界強度係数Ｂ_ｂ、被測定磁界方向の角度ずれ係数φ、及びバイアス磁界方向の角度ずれ係数α、前記式１の飽和出力係数Ｖ_ｓａｔ、並びに前記式２及び前記式３の実効飽和出力係数Ｖ_ｅであり、前記第１の出力電圧と前記第２の出力電圧が異符号又は前記第１の出力電圧Ｖ_１の絶対値と前記第２の出力電圧Ｖ_２の絶対値の小さい方を大きい方で除した値が０．０１以下である場合に、前記式１が選択され、前記第１の出力電圧と前記第２の出力電圧が同符号である場合（前記第１の出力電圧Ｖ_１の絶対値と前記第２の出力電圧Ｖ_２の絶対値の小さい方を大きい方で除した値が０．０１以下である場合を除く）に、前記式２又は前記式３が選択され、前記式の出力電圧Ｖ_ｆを前記差動出力電圧にフィッティングさせて、前記複数のフィッティング係数を算出する、前記［１］に記載の電流センサ（２）の信号補正方法。

［３］前記式が、下記の式１、式２、又は式３であり、前記複数のフィッティング係数が、前記式１、前記式２及び前記式３の出力オフセット係数Ｖ_ｏｆｆ、バイアス磁界強度係数Ｂ_ｂ、被測定磁界方向の角度ずれ係数φ、及びバイアス磁界方向の角度ずれ係数α、前記式１の飽和出力係数Ｖ_ｓａｔ、並びに前記式２及び前記式３の実効飽和出力係数Ｖ_ｅであり、前記差動出力電圧が前記被測定磁界に対して単調増加する場合に、前記式１が選択され、前記差動出力電圧が前記被測定磁界に対して単調増加しない場合に、前記式２又は前記式３が選択され、前記式の出力電圧Ｖ_ｆを前記差動出力電圧にフィッティングさせて、前記複数のフィッティング係数を算出する、前記［１］に記載の電流センサ（１）の信号補正方法。

［４］前記式１が選択された場合、前記線形補正が、下記の式４、式５、及び式６と前記複数のフィッティング係数を用いて行われ、前記補正出力電圧であるＶ_Ｌが出力され、前記式４の係数ｍは０以外の任意の値であり、係数ｎは任意の値である、前記［２］又は［３］に記載の電流センサ（１、２）の信号補正方法。

［５］前記式２又は前記式３が選択された場合、前記線形補正が、下記の式４、式７、及び式８と前記複数のフィッティング係数を用いて行われ、前記補正出力電圧であるＶ_Ｌが出力され、前記式４の係数ｍは０以外の任意の値であり、係数ｎは任意の値である、前記［２］又は［３］に記載の電流センサ（１、２）の信号補正方法。

［６］検知した被測定磁界に対応して第１の出力電圧を出力する第１の磁気検知部（１１）と、検知した被測定磁界に対応して第２の出力電圧を出力する第２の磁気検知部（１２）と、前記第１の出力電圧と前記第２の出力電圧の差動をとり、差動出力電圧を出力する差動出力部（１３）と、前記第１の出力電圧と前記第２の出力電圧の符号の組み合わせ、又は前記差動出力電圧が前記被測定磁界に対して単調増加しているか否かに基づいて、複数のフィッティング係数を含むフィッティング処理用の式を選択する式選択部（２２、３３）と、前記差動出力電圧に対して、前記式を用いたフィッティング処理を実施し、前記複数のフィッティング係数を算出するフィッティング係数演算部（２３）と、算出された前記複数のフィッティング係数を用いて、新たに取得した前記差動出力電圧を前記被測定磁界に対して略線形となるように線形補正し、補正出力電圧を出力する信号補正部（１４）と、を有する電流センサ（１、２）。

［７］前記式が、下記の式１、式２、又は式３であり、前記複数のフィッティング係数が、前記式１、前記式２及び前記式３の出力オフセット係数Ｖ_ｏｆｆ、バイアス磁界強度係数Ｂ_ｂ、被測定磁界方向の角度ずれ係数φ、及びバイアス磁界方向の角度ずれ係数α、前記式１の飽和出力係数Ｖ_ｓａｔ、並びに前記式２及び前記式３の実効飽和出力係数Ｖ_ｅであり、前記第１の出力電圧と前記第２の出力電圧が異符号又は前記第１の出力電圧Ｖ_１の絶対値と前記第２の出力電圧Ｖ_２の絶対値の小さい方を大きい方で除した値が０．０１以下である場合に、前記式１が式選択部（２２、３３）において選択され、前記第１の出力電圧と前記第２の出力電圧が同符号である場合（前記第１の出力電圧Ｖ_１の絶対値と前記第２の出力電圧Ｖ_２の絶対値の小さい方を大きい方で除した値が０．０１以下である場合を除く）に、前記式２又は前記式３が式選択部（２２、３３）において選択され、前記フィッティング係数演算部（２３）が、前記式の出力電圧Ｖ_ｆを前記差動出力電圧にフィッティングさせて、前記複数のフィッティング係数を算出する、前記［６］に記載の電流センサ（２）。

［８］前記式が、下記の式１、式２、又は式３であり、前記複数のフィッティング係数が、前記式１、前記式２及び前記式３の出力オフセット係数Ｖ_ｏｆｆ、バイアス磁界強度係数Ｂ_ｂ、被測定磁界方向の角度ずれ係数φ、及びバイアス磁界方向の角度ずれ係数α、前記式１の飽和出力係数Ｖ_ｓａｔ、並びに前記式２及び前記式３の実効飽和出力係数Ｖ_ｅであり、前記差動出力電圧が前記被測定磁界に対して単調増加する場合に、前記式１が式選択部（２２、３３）において選択され、前記差動出力電圧が前記被測定磁界に対して単調増加しない場合に、前記式２又は前記式３が式選択部（２２、３３）において選択され、前記フィッティング係数演算部（２３）が、前記式の出力電圧Ｖ_ｆを前記差動出力電圧にフィッティングさせて、前記複数のフィッティング係数を算出する、前記［６］に記載の電流センサ（１）。

［９］前記式１が選択された場合、前記線形補正が、下記の式４、式５、及び式６と前記複数のフィッティング係数を用いて信号補正部（１４）において行われ、前記補正出力電圧であるＶ_Ｌが出力され、前記式４の係数ｍは０以外の任意の値であり、係数ｎは任意の値である、前記［７］又は［８］に記載の電流センサ（１、２）。

［１０］前記式２又は前記式３が選択された場合、前記線形補正が、下記の式４、式７、及び式８と前記複数のフィッティング係数を用いて信号補正部（１４）において行われ、前記補正出力電圧であるＶ_Ｌが出力され、前記式４の係数ｍは０以外の任意の値であり、係数ｎは任意の値である、前記［７］又は［８］に記載の電流センサ（１、２）。

以上、本発明の実施の形態を説明したが、本発明は、上記実施の形態に限定されず、発明の主旨を逸脱しない範囲内において種々変形実施が可能である。

また、上記に記載した実施の形態は特許請求の範囲に係る発明を限定するものではない。また、実施の形態の中で説明した特徴の組合せの全てが発明の課題を解決するための手段に必須であるとは限らない点に留意すべきである。

１、２…電流センサ
１０…電流検出部
１１…第１の磁気検知部
１２…第２の磁気検知部
１３…差動出力部
１４…信号補正部
２２、３３…式選択部
２３…フィッティング係数演算部

Claims (10)

1. 被測定電流が流れる導体の近傍に設置され、磁気検知部を有する電流センサの信号補正方法であって、
   前記被測定電流によって生じる被測定磁界を検知した２つの前記磁気検知部から出力される第１の出力電圧と第２の出力電圧の差動をとることにより、差動出力電圧を取得するステップと、
   前記第１の出力電圧と前記第２の出力電圧の符号の組み合わせ、又は前記導体に流す電流を所定の範囲内で増加させて取得した前記差動出力電圧が前記電流によって生じる前記被測定磁界に対して単調増加しているか否かに基づいて、複数のフィッティング係数を含むフィッティング処理用の式を選択するステップと、
   前記差動出力電圧に対して、前記式を用いたフィッティング処理を実施し、前記複数のフィッティング係数を算出するステップと、
   算出された前記複数のフィッティング係数を用いて、新たに取得した前記差動出力電圧を前記被測定磁界に対して略線形となるように線形補正し、補正出力電圧を取得するステップと、
   を含む、電流センサの信号補正方法。
   
2. 前記式が、下記の式１、式２、又は式３であり、
   前記複数のフィッティング係数が、前記式１、前記式２及び前記式３の出力オフセット係数Ｖ_ｏｆｆ、バイアス磁界強度係数Ｂ_ｂ、被測定磁界方向の角度ずれ係数φ、及びバイアス磁界方向の角度ずれ係数α、前記式１の飽和出力係数Ｖ_ｓａｔ、並びに前記式２及び前記式３の実効飽和出力係数Ｖ_ｅであり、
   前記第１の出力電圧と前記第２の出力電圧が異符号又は前記第１の出力電圧Ｖ_１の絶対値と前記第２の出力電圧Ｖ_２の絶対値の小さい方を大きい方で除した値が０．０１以下である場合に、前記式１が選択され、
   前記第１の出力電圧と前記第２の出力電圧が同符号である場合（前記第１の出力電圧Ｖ_１の絶対値と前記第２の出力電圧Ｖ_２の絶対値の小さい方を大きい方で除した値が０．０１以下である場合を除く）に、前記式２又は前記式３が選択され、
   前記式の出力電圧Ｖ_ｆを前記差動出力電圧にフィッティングさせて、前記複数のフィッティング係数を算出する、
   請求項１に記載の電流センサの信号補正方法。
   

   

   

   
3. 前記式が、下記の式１、式２、又は式３であり、
   前記複数のフィッティング係数が、前記式１、前記式２及び前記式３の出力オフセット係数Ｖ_ｏｆｆ、バイアス磁界強度係数Ｂ_ｂ、被測定磁界方向の角度ずれ係数φ、及びバイアス磁界方向の角度ずれ係数α、前記式１の飽和出力係数Ｖ_ｓａｔ、並びに前記式２及び前記式３の実効飽和出力係数Ｖ_ｅであり、
   前記差動出力電圧が前記被測定磁界に対して単調増加する場合に、前記式１が選択され、
   前記差動出力電圧が前記被測定磁界に対して単調増加しない場合に、前記式２又は前記式３が選択され、
   前記式の出力電圧Ｖ_ｆを前記差動出力電圧にフィッティングさせて、前記複数のフィッティング係数を算出する、
   請求項１に記載の電流センサの信号補正方法。
   

   

   

   
4. 前記式１が選択された場合、前記線形補正が、下記の式４、式５、及び式６と前記複数のフィッティング係数を用いて行われ、前記補正出力電圧であるＶ_Ｌが出力され、
   前記式４の係数ｍは０以外の任意の値であり、係数ｎは任意の値である、
   請求項２又は３に記載の電流センサの信号補正方法。
   

   

   

   
5. 前記式２又は前記式３が選択された場合、前記線形補正が、下記の式４、式７、及び式８と前記複数のフィッティング係数を用いて行われ、前記補正出力電圧であるＶ_Ｌが出力され、
   前記式４の係数ｍは０以外の任意の値であり、係数ｎは任意の値である、
   請求項２又は３に記載の電流センサの信号補正方法。
   

   

   

   
6. 被測定電流が流れる導体の近傍に設置され、前記被測定電流によって生じる被測定磁界に対応して第１の出力電圧を出力する第１の磁気検知部と、
   前記被測定電流が流れる前記導体の近傍に設置され、前記被測定電流によって生じる被測定磁界に対応して第２の出力電圧を出力する第２の磁気検知部と、
   前記第１の出力電圧と前記第２の出力電圧の差動をとり、差動出力電圧を出力する差動出力部と、
   前記第１の出力電圧と前記第２の出力電圧の符号の組み合わせ、又は前記導体に流す電流を所定の範囲内で増加させて取得した前記差動出力電圧が前記被測定磁界に対して単調増加しているか否かに基づいて、複数のフィッティング係数を含むフィッティング処理用の式を選択する式選択部と、
   前記差動出力電圧に対して、前記式を用いたフィッティング処理を実施し、前記複数のフィッティング係数を算出するフィッティング係数演算部と、
   算出された前記複数のフィッティング係数を用いて、新たに取得した前記差動出力電圧を前記被測定磁界に対して略線形となるように線形補正し、補正出力電圧を出力する信号補正部と、
   を有する電流センサ。
7. 前記式が、下記の式１、式２、又は式３であり、
   前記複数のフィッティング係数が、前記式１、前記式２及び前記式３の出力オフセット係数Ｖ_ｏｆｆ、バイアス磁界強度係数Ｂ_ｂ、被測定磁界方向の角度ずれ係数φ、及びバイアス磁界方向の角度ずれ係数α、前記式１の飽和出力係数Ｖ_ｓａｔ、並びに前記式２及び前記式３の実効飽和出力係数Ｖ_ｅであり、
   前記第１の出力電圧と前記第２の出力電圧が異符号又は前記第１の出力電圧Ｖ_１の絶対値と前記第２の出力電圧Ｖ_２の絶対値の小さい方を大きい方で除した値が０．０１以下である場合に、前記式１が前記式選択部において選択され、
   前記第１の出力電圧と前記第２の出力電圧が同符号である場合（前記第１の出力電圧Ｖ_１の絶対値と前記第２の出力電圧Ｖ_２の絶対値の小さい方を大きい方で除した値が０．０１以下である場合を除く）に、前記式２又は前記式３が前記式選択部において選択され、
   前記フィッティング係数演算部が、前記式の出力電圧Ｖ_ｆを前記差動出力電圧にフィッティングさせて、前記複数のフィッティング係数を算出する、
   請求項６に記載の電流センサ。
   

   

   

   
8. 前記式が、下記の式１、式２、又は式３であり、
   前記複数のフィッティング係数が、前記式１、前記式２及び前記式３の出力オフセット係数Ｖ_ｏｆｆ、バイアス磁界強度係数Ｂ_ｂ、被測定磁界方向の角度ずれ係数φ、及びバイアス磁界方向の角度ずれ係数α、前記式１の飽和出力係数Ｖ_ｓａｔ、並びに前記式２及び前記式３の実効飽和出力係数Ｖ_ｅであり、
   前記差動出力電圧が前記被測定磁界に対して単調増加する場合に、前記式１が前記式選択部において選択され、
   前記差動出力電圧が前記被測定磁界に対して単調増加しない場合に、前記式２又は前記式３が前記式選択部において選択され、
   前記フィッティング係数演算部が、前記式の出力電圧Ｖ_ｆを前記差動出力電圧にフィッティングさせて、前記複数のフィッティング係数を算出する、
   請求項６に記載の電流センサ。
   

   

   

   
9. 前記式１が選択された場合、前記線形補正が、下記の式４、式５、及び式６と前記複数のフィッティング係数を用いて前記信号補正部において行われ、前記補正出力電圧であるＶ_Ｌが出力され、
   前記式４の係数ｍは０以外の任意の値であり、係数ｎは任意の値である、
   請求項７又は８に記載の電流センサ。
   

   

   

   
10. 前記式２又は前記式３が選択された場合、前記線形補正が、下記の式４、式７、及び式８と前記複数のフィッティング係数を用いて前記信号補正部において行われ、前記補正出力電圧であるＶ_Ｌが出力され、
    前記式４の係数ｍは０以外の任意の値であり、係数ｎは任意の値である、
    請求項７又は８に記載の電流センサ。
    

    

    

    

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