JPH06273449A

JPH06273449A - 電流センサ

Info

Publication number: JPH06273449A
Application number: JP5056981A
Authority: JP
Inventors: Shigemi Kurashima; 茂美倉島; Shinkichi Shimizu; 信吉清水; Hiroshi Kajitani; 浩梶谷; Shigeo Tanji; 成生丹治
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 1993-03-17
Filing date: 1993-03-17
Publication date: 1994-09-30

Abstract

(57)【要約】【目的】エネルギーの損失や信号の立上がり（立下が
り）特性の劣化を小さくし、より正確な電流測定を行な
うことが可能な電流センサを提供する。【構成】第１の発明は、入出力端子間に設けられた複
数の電流導体２と、複数の電流導体２のうちの一の電流
導体２(M) の近傍に配置され、電流導体２(M) を流れる
電流により発生した磁束を集磁する磁心３と、磁心３に
より集磁された磁束を検出し、電流量検出信号４として
出力する磁気検出素子５と、を備える。また、第２の発
明は、電流導体２(M) 以外の電流導体２のそれぞれの近
傍に磁性体を配置し、電流導体２(M) に発生するインダ
クタンス成分とほぼ同一のインダクタンス成分を対応す
る電流導体２に発生させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、電流センサに係り、特
に電流により発生する磁界を検出することによりその電
流量を検出する電流センサに関する。

【０００２】電流センサは、被測定系に影響を与えない
ように、より抵抗成分、インダクタンス成分が小さいも
のが望まれている。

【０００３】

【従来の技術】図６（ａ）に従来の電流センサの構成を
示す。電流センサ１０は、図示しない被測定系に接続さ
れ、その両端をそれぞれ入力端子Ａ、出力端子Ａ’とす
る導線１２を有し、この導線１２が巻回された磁性コア
１３により当該導線１２内を流れる電流により発生する
磁束を集め（以下、集磁という。）、この集磁された磁
気を駆動回路１５により駆動された磁気検出素子１４に
より検出して電流検出信号を出力する。この電流検出信
号は測定範囲内では電流量に比例しているので、これを
電流値に換算することにより電流測定を行なっていた。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記従来の電流センサ
においては、電流導体である導線を巻回した磁性コアを
用いて導線を流れる電流により発生した磁束を集磁して
いる。

【０００５】したがって、入出力端子からみた電流セン
サの等価回路は、図６（ｂ）に示すように、入力端子Ａ
と出力端子Ａ’の間に抵抗成分Ｒとインダクタンス成分
Ｌが生じる。

【０００６】この結果、抵抗成分Ｒによりエネルギーの
損失や、インダクタンス成分Ｌによる信号の立上がり
（立下がり）特性の劣化が生じてしまい、正確な測定が
行なえないという問題点があった。

【０００７】そこで、本発明の目的は、エネルギーの損
失や信号の立上がり（立下がり）特性の劣化を小さく
し、より正確な電流測定を行なうことが可能な電流セン
サを提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、第１の発明の電流センサ（１）は、被測定系に接続
可能に形成され、前記被測定系の電流量を検出する電流
センサにおいて、入出力端子間（Ａ，Ａ′）に設けられ
た複数の電流導体（２）と、前記複数の電流導体（２）
のうちの一の電流導体（２(M) ）の近傍に配置され、当
該電流導体（２(M) ）を流れる電流により発生した磁束
を集磁する磁心（３）と、前記磁心（３）により集磁さ
れた磁束を検出し、電流量検出信号（４）として出力す
る磁気検出素子（５）と、を備えて構成する。

【０００９】また、第２の発明は、第１の発明の電流セ
ンサにおいて、前記磁心が近傍に配置された電流導体以
外の電流導体（２）のそれぞれの近傍に磁性体（６）を
配置し、前記磁心（３）が近傍に配置された電流導体
（２(M) ）に発生するインダクタンス成分とほぼ同一の
インダクタンス成分を対応する電流導体（２(M) ）に発
生させる。

【００１０】

【作用】第１の発明によれば、磁心（３）は対応する電
流導体（２(M) ）を流れる電流により発生した磁束を集
磁し、磁気検出素子（５）は、集磁された磁束を検出
し、電流量検出信号（４）として出力する。

【００１１】この場合において、被測定系からみれば、
例えば、各電流導体の抵抗値を等しいとした場合、電流
導体の数に逆比例して抵抗値が低くなることとなる。し
たがって、エネルギー損失が減少するので、電流センサ
はより正確な電流測定を行なえる。

【００１２】また、第２の発明によれば、磁心が近傍に
配置された電流導体以外の電流導体のそれぞれの近傍に
磁性体を配置し、磁心が近傍に配置された電流導体に発
生するインダクタンス成分とほぼ同一のインダクタンス
成分を対応する電流導体に発生させるので、被測定系か
らみれば、電流導体の数に逆比例してインダクタンス成
分が小さくなることとなる。したがって、信号の立上が
り（立ち下がり）特性が向上し、瞬間的な電流変動を測
定することができる。

【００１３】

【実施例】次に、図面を参照して本発明の好適な実施例
を説明する。第１実施例図１に第１実施例の電流センサの概要構成図を、図５
（ａ）にその具体的な構成図を示す。

【００１４】電流センサ１は、被測定系に接続され、そ
の両端がそれぞれ入力端子Ａ、出力端子Ａ’として共通
接続されている複数の導線２と、この複数の導線２のう
ちの一の導線２(M) の近傍に配置され、当該導線２(M)
内を流れる電流により発生する磁束を集磁する円筒の一
部を切り欠いた（Ｃ字形状）磁性コア３と、磁性コア３
の切り欠き部分に設置され集磁された磁束を検出して電
流検出信号４を出力する磁気抵抗素子５と、を備えて構
成されている。

【００１５】磁性コア３としては、高飽和磁界、低損失
の厚さ０．２〜０．４ｍｍのケイ素（Ｓｉ）鋼板を貼り
合わせたもの用いている。次に、電流センサの動作につ
いて説明する。

【００１６】磁性コア３は、導線２(M) 内を流れる電流
Ｉ’により発生する磁束を集磁し、駆動回路（図５
（ａ）参照）により駆動されている磁気抵抗素子５は、
この集磁された磁束を検出して電流検出信号４を出力す
る。この電流検出信号４は、測定範囲内では電流Ｉ’に
比例しているので、これを電流値に換算することにより
電流測定を行なう。

【００１７】この場合において、各導線２の抵抗成分を
従来例と同じく（図６（ｂ）参照）Ｒとすれば、被測定
系からみた電流センサの抵抗成分Ｒ’は、Ｒ’＝Ｒ／ｎ（但、ｎは導線の本数）となり、抵抗成分が従来と比較して小さくなるので（Ｒ
＞Ｒ’）、電流センサ１によるエネルギー損失が小さく
なって、より高精度の測定を行なうことが可能となる。

【００１８】この場合において、電流を測定すべき導線
を流れる電流Ｉ’は、従来例における電流をＩとする
と、Ｉ’＝Ｉ／ｎとなるので、磁気抵抗素子５としては、高感度な磁気抵
抗素子を用いる必要がある。より具体的には、バイアス
磁界を印加した磁気抵抗素子や、パーマロイ膜上に金
（Au）等で斜めの電極パターンを形成した、いわゆるバ
ーバーポール（Barber Pole ）型の磁気抵抗素子等を用
いるのが好ましい。

【００１９】また、図２に示すように、磁気抵抗素子は
印加される磁界強度が小さい領域で用いる方が直線性
（Linearity ）が良い。したがって、磁気抵抗素子の出
力の直線性が良くなる領域、かつ、十分な感度が得られ
るような領域で磁気抵抗素子を用いるように、すなわ
ち、測定対象の導線２(M) 内を最適な電流が流れるよう
に導線の本数ｎを設定する必要がある。第２実施例図６（ｂ）に示した等価回路におけるインダクタンス成
分Ｌは、ＤＣ（直流）電流の測定を行なう場合には問題
とはならないが、図３（ａ）に示すように、過渡的な電
流変化（交流電流）を測定する場合には、信号の立上が
り（立ち下がり）特性が劣化し、瞬時には電流を検出す
べき導線に電流が流れず、他の導線を介して流れてしま
うため、図３（ｂ）に示すように、電流センサの応答特
性が劣化することとなる。

【００２０】そこで、この応答特性の劣化を低減するた
め、磁性コアが設けられていない他の導線のインダクタ
ンス成分を磁性コアが近傍に配置されている導線のイン
ダクタンス成分とほぼ等しくすることにより、全ての導
線を同じように電流が流れるようにすることが考えられ
る。

【００２１】これを実現するため、本第２実施例の電流
センサ１Ａにおいては、図４（ａ）に示すように、磁性
コア３が近傍に配置されている導線２(M) 以外の導線２
にも同等のインダクタンス成分（＝Ｌ）を発生させるた
め、近傍に磁性体６を配置している。

【００２２】この結果、等価回路は図４（ｂ）に示すよ
うになり、インダクタンス成分も１／ｎに減少して、よ
り安定に精度よく電流量を測定することが可能となる。
図５（ｂ）に本第２実施例のより具体的な例を示す。

【００２３】電流センサ１Ａは、図示しない被測定系に
接続され、その両端がそれぞれ入力端子Ａ、出力端子
Ａ’として共通接続されている２本の導線２、２(M)
と、この２本の導線のうちの一方の導線２(M) の近傍に
配置され、当該導線内を流れる電流により発生する磁束
を集磁する円筒の一部を切り欠いた（Ｃ字形状）磁性コ
アと、磁性コアの切り欠き部分に設置され集磁された磁
束を検出して磁気検出信号を出力する磁気抵抗素子と、
他方の導線の近傍に設けられたビーズ形状の磁性体と、
を備えて構成されている。

【００２４】上記のように構成した結果、両導線のイン
ダクタンス成分は、ほぼ等しくなるので、双方の導線
２，２(M) に同等に電流が流れることとなり、図３
（ｃ）に示すように、電流センサ１Ａに入力される入力
電流波形（図３（ａ）参照）にほぼ追従した出力波形が
得られることとなる。実施例の変形例上記各実施例において、磁気検出素子として磁気抵抗素
子等の高感度の素子をを用いた場合、地磁気等の外乱磁
界の影響を受けやすくなる。

【００２５】そこで、このような場合には、電流導体、
コア、磁気検出素子を含む電流センサ全体をパーマロイ
等の磁性体で形成されたシールドケースで覆うことによ
り、外乱磁界の影響を除去することができ、より正確な
電流測定を行なうことが可能となる。

【００２６】以上の説明のように、各実施例によれば、
電流センサを被測定系からみて、抵抗成分あるいはイン
ダンス成分を小さくしているので、エネルギー損失や信
号の立上がり（立下がり）特性の劣化を小さくでき、追
従性が高く、より正確で直線性の高い電流測定を行うこ
とができる。

【００２７】

【発明の効果】第１の発明によれば、複数の電流導体の
うちの一の電流導体の近傍に磁心を設けて、磁束を集磁
しこれを磁気検出素子により検出して、電流量検出信号
として出力するので、被測定系からみれば、電流導体の
数にほぼ逆比例して抵抗値が低くなることとなり、エネ
ルギー損失が減少するので、電流センサはより正確な電
流測定を行なえる。

【００２８】また、第２の発明によれば、磁心が近傍に
配置された電流導体以外の電流導体のそれぞれの近傍に
磁性体を配置し、磁心が近傍に配置された電流導体に発
生するインダクタンス成分とほぼ同一のインダクタンス
成分を対応する電流導体に発生させ、被測定系からみれ
ば、電流導体の数に逆比例してインダクタンス成分が小
さくなるようにしているので、信号の立上がり（立ち下
がり）特性が向上し、瞬間的な電流変動を測定すること
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１実施例の概要構成図である。

【図２】バーバーポール型磁気抵抗素子の特性図であ
る。

【図３】電流センサの入出力波形の説明図である。

【図４】第２実施例の概要構成図である。

【図５】具体的実施例の説明図である。

【図６】従来例の概要構成図である。

【符号の説明】

１…電流センサ１Ａ…電流センサ２、２(M）…導線３…磁性コア４…電流検出信号５…磁気抵抗素子６…磁性体

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者丹治成生神奈川県川崎市中原区上小田中1015番地富士通株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】被測定系に接続可能に形成され、前記被
測定系の電流量を検出する電流センサにおいて、入出力端子間に設けられた複数の電流導体と、前記複数の電流導体のうちの一の電流導体の近傍に配置
され、当該電流導体を流れる電流により発生した磁束を
集磁する磁心と、前記磁心により集磁された磁束を検出し、電流量検出信
号として出力する磁気検出素子と、を備えたことを特徴とする電流センサ。
【請求項２】請求項１記載の電流センサにおいて、前記磁心が近傍に配置された電流導体以外の電流導体の
それぞれの近傍に磁性体を配置し、前記磁心が近傍に配
置された電流導体に発生するインダクタンス成分とほぼ
同一のインダクタンス成分を対応する電流導体に発生さ
せることを特徴とする電流センサ。
【請求項３】請求項１または請求項２記載の電流セン
サにおいて、前記複数の電流導体、前記磁心及び前記磁気検出素子を
磁性体シールドケースで覆ったことを特徴とする電流セ
ンサ。