JPH0534374A - 電流センサを使用した電流検出方法 - Google Patents

電流センサを使用した電流検出方法

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JPH0534374A
JPH0534374A JP3193796A JP19379691A JPH0534374A JP H0534374 A JPH0534374 A JP H0534374A JP 3193796 A JP3193796 A JP 3193796A JP 19379691 A JP19379691 A JP 19379691A JP H0534374 A JPH0534374 A JP H0534374A
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JP
Japan
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current
magnetoresistive element
magnetic field
conductor
operating voltage
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Withdrawn
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JP3193796A
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English (en)
Inventor
Shinkichi Shimizu
信吉 清水
Shigemi Kurashima
茂美 倉島
Shigeo Tanji
成生 丹治
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Fujitsu Ltd
Original Assignee
Fujitsu Ltd
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Publication date
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Publication of JPH0534374A publication Critical patent/JPH0534374A/ja
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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01RMEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R15/00Details of measuring arrangements of the types provided for in groups G01R17/00 - G01R29/00, G01R33/00 - G01R33/26 or G01R35/00
    • G01R15/14Adaptations providing voltage or current isolation, e.g. for high-voltage or high-current networks
    • G01R15/20Adaptations providing voltage or current isolation, e.g. for high-voltage or high-current networks using galvano-magnetic devices, e.g. Hall-effect devices, i.e. measuring a magnetic field via the interaction between a current and a magnetic field, e.g. magneto resistive or Hall effect devices
    • G01R15/205Adaptations providing voltage or current isolation, e.g. for high-voltage or high-current networks using galvano-magnetic devices, e.g. Hall-effect devices, i.e. measuring a magnetic field via the interaction between a current and a magnetic field, e.g. magneto resistive or Hall effect devices using magneto-resistance devices, e.g. field plates

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Abstract

(57)【要約】 【目的】 電流センサを使用した電流検出方法に関し、
電流検出精度の改善を目的とする。 【構成】 電流iを流すことによって電流磁界を発生さ
せる磁界発生導体3と該電流磁界を検出する磁気抵抗素
子2とを具えた電流センサにおいて、該電流磁界検出の
ため該磁気抵抗素子2に印加する作動電圧vが、15V
以上となるように構成する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は電流センサを使用した電
流検出方法、特に、検出電圧を流すことによって電流磁
界を発生させる磁界発生導体と、該電流磁界を検出する
磁気抵抗素子とを具えた電流センサを使用したとき、磁
気抵抗素子に印加する動作電圧に関する。
【0002】
【従来の技術】電流センサとして、その小型化および感
度向上等を目的とし、磁界発生導体に電流を流したとき
発生する電流磁界を磁気抵抗素子にて検出し、その検出
磁界の強さから磁界発生導体に流れる電流値を検出す
る、磁気抵抗効果利用型電流センサ(磁気検出装置)が
特開平1−299481号公報,特願平2−309204号に提案さ
れている。
【0003】図8(イ),(ロ) に基づき、前記特開平1−29
9481号公報に記載された従来の磁気抵抗効果型電流セン
サを説明する。図8(イ) は電流センサの基本構成図であ
り、電流センサ1は、パーマロイ等の磁性体の磁気抵抗
を利用した磁気抵抗素子2と、電流磁界Hを発生させる
導体3とを、磁気シールド容器4に収容する。磁気抵抗
素子2は、磁気抵抗素子2を駆動させると共に磁気抵抗
素子2の検出信号を処理する駆動演算回路5に接続され
る。
【0004】図8(ロ) は電流センサ主要部の構成を示す
斜視図であり、電流iを流して電流磁界Hを発生させる
導体3は、その所定部が磁気抵抗素子2の3方を囲うよ
うに対峙し、磁気抵抗素子2の一側には、磁気抵抗素子
2の初期磁化方向にバイアス磁界Hbを印加する永久磁
石6を配する。かかる磁気抵抗素子2,導体3,永久磁
石6は、外部磁界Hexに対し磁気シールド容器4によっ
て保護される。
【0005】図9に基づき、前記特願平2−309204号に
記載された従来の電流センサの特徴を説明する。同図に
おいて、磁気抵抗素子2に所定部3Aが対峙する導体3
は、両端の端子部3Bで幅が広く形成されている。所定
部3Aに電流を流して発生する電流磁界の強さは、電流
値および所定部3Aの断面積に依存する。そのため、同
一磁気抵抗素子2を使用して広い範囲の電流値を検出す
るには、所定部3Aの幅wまたは厚さtを選択的に設定
する。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】導体3に電流iを流し
たとき発生する電流磁界を磁気抵抗素子2で検出する従
来の磁気センサにおいて、従来、磁気抵抗素子2に印加
する作動電圧は5V程度であり、磁気抵抗素子2の抵抗
値は1kΩ程度である。
【0007】しかしながら、従来の磁気抵抗素子2を従
来方法(作動電圧)で使用し、特に、導体所定部3Aの
変化によって広範囲の電流値を検出するため、1枚の銅
板より形成した導体3に高速の被検電流iを流したと
き、導体3内に発生する渦電流等により、発生する電流
磁界に乱れを生じ、忠実な電流波形が計測できないとい
う問題点があった。
【0008】
【課題を解決するための手段】図1は本発明の基本構成
を説明するための図である。同図において電流センサ
は、電流磁界を発生させる磁界発生導体3と、導体3よ
り発生する電流磁界を検出する磁気抵抗素子2とを、磁
気シールド容器4に収容した構成であり、本発明方法で
は、導体3に電流iを流すことによって発生する電流磁
界を検出するため、磁気抵抗素子2に印加する作動電圧
vを15V以上とする。
【0009】
【作用】上記手段によれば、磁気抵抗素子に印加する作
動電圧を15V以上とすることによって、渦電流等によ
り電流磁界に乱れが発生しても、該磁気抵抗素子より検
出した出力波形は増幅器の同相ノイズ除去(CMRR)
効果により安定化し、電流センサによる電流計測精度が
向上する。
【0010】
【実施例】図2は作動電圧の影響調査に使用した電流セ
ンサの構成を示す断面図(イ) と電流磁界発生導体の斜視
図(ロ) 、図3は磁気抵抗素子に印加する作動電圧によっ
て異なる出力特性図である。
【0011】図2(イ) において、2はバーバーポール形
磁気抵抗素子、3は電流i流すことによって電流磁界を
発生させる導体、4は磁気シールド容器であり、磁気抵
抗素子2,導体3等を収容したシールド容器4内に支持
ボード7が支持されている。15Aの作動電圧を印加す
る磁気抵抗素子2の抵抗値は、磁気抵抗素子2の消費電
力を減少せしめるため2KΩ以上とする。
【0012】磁気抵抗素子2は、絶縁カバー8内に収容
され、支持ボード7を貫通するリード部2Aを介して支
持ボード7に支持されており、リード部2Aと外部リー
ド線9とが接続される。磁気抵抗素子2を囲う多数の磁
気遮蔽板10は、支持ボード7の溝内に挿入され支持ボ
ード7によって支持されており、内部点検等のため取外
し自在である。
【0013】図2(ロ) において、電流磁界発生導体3は
上から見たときコ字形であり、端部3Bより小断面の所
定部3Aが磁気抵抗素子2に対峙する。所定部3Aの幅
方向の中心線3aは、図2(イ) に示す如く、磁気抵抗素
子2の中心を通る垂線2aより一側(図は左側)にずれ
ている。
【0014】図3(イ) 〜(ヘ) において、上部の曲線は導
体所定部3Aに流した電流iを直接に電流測定器で測定
した出力特性、下部の曲線は導体所定部3Aに電流iを
流したとき発生した電流磁界を検知した磁気抵抗素子2
の出力特性である。
【0015】図3(イ) は導体所定部3Aに流した電流i
=100A,磁気抵抗素子2の作動電圧v=15Vであ
る。図3(ロ) は導体所定部3Aに流した電流i=100
A,磁気抵抗素子2の作動電圧v=7.5Vである。図3
(ハ) は導体所定部3Aに流した電流i=100A,磁気
抵抗素子2の作動電圧v=3.7Vである。図3(ニ) は導
体所定部3Aに流した電流i=200A,磁気抵抗素子
2の作動電圧v=15Vである。図3(ホ) は導体所定部
3Aに流した電流i=200A,磁気抵抗素子2の作動
電圧v=7.5Vである。図3(ヘ) は導体所定部3Aに流
した電流i=200A,磁気抵抗素子2の作動電圧v=
3.7Vである。
【0016】作動電圧vを7.5Vまたは3.7Vとした図
3(ロ),(ハ),(ホ),(ヘ) において、磁気抵抗素子2の出力特
性は立ち上がり部および立ち下がり部にノイズn-1また
はn -2が発生するのに対し、作動電圧vを15Vとした
図3(イ),(ロ) では、ノイズn -1が完全に解消し、ノイズ
-2が僅かに発生する程度になる。
【0017】図4は、バーバーポール形磁気抵抗素子2
の構成を示す平面略図である。同図において、四個の各
磁気抵抗素子部分2−1〜2−4は外部端子21〜24
を介してホイートストーンブリッジとして接続されてお
り、導体パターンの形成方向を除いて互いに同じ形状を
有する。この形式の磁気抵抗素子2は、特開昭64−2
2076号公報に記載されたものと同様な構成を有して
いる。各磁気抵抗素子部分2−1〜2−4は長い直線状
部25がつづら状に直列に接続されている。
【0018】図5はバーバーポール形磁気抵抗素子の一
般的な構造を示すための断面図である。なお、同図では
磁気抵抗素子2の磁性薄膜の初期磁化方向Mと同方向M
0 に、永久磁石201のバイアス磁界を与える例につい
て示してある。
【0019】同図において、この磁気抵抗素子2は、永
久磁石201上にSi基板202を設け、該Si基板上
に、SiO2 膜203,パーマロイの磁性薄膜204,
密着層205,導体層206を順次積層すると共に所定
のパターンに形成し、更にその上から保護層207によ
って全体が覆われる。
【0020】磁性薄膜204は、図示M方向に一軸磁気
異方性が与えられ、且つ初期磁化がなされている。永久
磁石として、フェライト磁石,Fe−Cr−Co磁石,
或いはアルニコ磁石等を用いることができる。
【0021】図6は上記バーバーポール形磁気抵抗素子
の直線状部25の基本構成を略図的に示す各磁気抵抗素
子部分2−1〜2−4の部分拡大平面図であり、同図
(イ)は四つの内二つの磁気抵抗素子部分2−1及び2
−3の直線状部25の構成を、同図(ロ)は別の二つの
磁気抵抗素子部分2−2及び2−4の直線状部25の構
成を、夫々示す。同図において、26は例えばパーマロ
イ(Ni−Fe)から成る磁性薄膜を、27,28は例
えば金(Au)から成る導体パターンを示し、導体パタ
ーンは両端の電極部27と中央の帯状導体層28とから
成る。
【0022】磁性薄膜26は図示M方向に一軸磁気異方
性を与えられると共に初期磁化されており、各導体パタ
ーン27,28は、この磁性膜26上に薄層として形成
され、左右両端の電極部分26を結ぶ線に対し45度で
傾斜して所定間隔で配列された多数の帯状導体層28と
でバーバーポール様のパターンに形成される。
【0023】図6(イ),(ロ)にて示したように磁気
抵抗素子部分2−1,2−3と磁気抵抗素子部分2−
2,2−4とは互いに90度異なる方向に帯状導体層2
8が配されており、いずれの帯状導体層の方向も初期磁
化の方向M及び電流磁界Hの方向と45度方向又は13
5度方向である。この構成に従い、各磁性薄膜26を流
れる電流方向mは図示した方向、即ち帯状導体層28の
長軸と直角方向である。
【0024】図7は各バーバーポール形磁気抵抗素子部
分における抵抗変化を示す作用説明図である。曲線
(a),(b)は夫々図6に示した磁気抵抗素子の直線
状部25の構成説明図の(イ),(ロ)と対応して示し
てある。
【0025】図7に示したように電流磁界Hの増加に伴
って、図6(イ)の直線状部25を有する磁気抵抗素子
部分2−1,2−3は抵抗値が増大し、図6(ロ)の直
線状部25を有する磁気抵抗素子部分2−2,2−4は
抵抗値が減少する。
【0026】更に、外部磁界が反転する場合には抵抗変
化は逆になり、通常の磁気抵抗素子が磁界の正負方向に
対して同じ抵抗変化を起こすのとは異なる。このため、
ホイートストーンブリッジ回路として構成した実施例の
電流センサの場合、検出電流の極性の判別も可能であ
る。
【0027】
【発明の効果】以上説明したように、磁気抵抗素子に印
加する作動電圧を15V以上とする本発明方法により、
従来観測されたノイズが消滅し、電流センサによる電流
計測精度が向上する。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の基本構成を説明するための図であ
る。
【図2】 作動電圧の影響調査に使用した電流センサの
主要構成図である。
【図3】 磁気抵抗素子に印加する作動電圧によって異
なる出力特性図である。
【図4】 バーバーポール形磁気抵抗素子の構成を示す
平面略図である。
【図5】 バーバーポール形磁気抵抗素子の構造を示す
断面図である。
【図6】 バーバーポール形磁気抵抗素子の直線状部構
成の説明図である。
【図7】 バーバーポール形磁気抵抗素子の作用説明図
である。
【図8】 従来の磁気抵抗型電流センサの説明図であ
る。
【図9】 従来の他の磁気抵抗型電流センサの特徴の説
明図である。
【符号の説明】
2は磁気抵抗素子 3は電流磁界を発生させる導体 iは電流磁界発生導体に流す電流 vは磁気抵抗素子に印加する作動電圧

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 【請求項1】 電流(i)を流すことによって電流磁界
    を発生させる磁界発生導体(3)と該電流磁界を検出す
    る磁気抵抗素子(2)とを具えた電流センサにおいて、 該電流磁界検出のため該磁気抵抗素子(2)に印加する
    作動電圧(v)を15V以上とすることを特徴とした電
    流検出方法。
JP3193796A 1991-08-02 1991-08-02 電流センサを使用した電流検出方法 Withdrawn JPH0534374A (ja)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001516459A (ja) * 1998-01-14 2001-09-25 ゼネラル・エレクトリック・カンパニイ 改良された電流感知装置を持つ遮断器
JP2008241678A (ja) * 2007-03-27 2008-10-09 Koshin Denki Kk 電流センサおよび電流検出装置
WO2012046547A1 (ja) * 2010-10-08 2012-04-12 アルプス・グリーンデバイス株式会社 電流センサ

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Effective date: 19981112