JPH06289060A - 電流センサー - Google Patents
電流センサーInfo
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- JPH06289060A JPH06289060A JP5093854A JP9385493A JPH06289060A JP H06289060 A JPH06289060 A JP H06289060A JP 5093854 A JP5093854 A JP 5093854A JP 9385493 A JP9385493 A JP 9385493A JP H06289060 A JPH06289060 A JP H06289060A
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- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
- G01R15/00—Details of measuring arrangements of the types provided for in groups G01R17/00 - G01R29/00, G01R33/00 - G01R33/26 or G01R35/00
- G01R15/14—Adaptations providing voltage or current isolation, e.g. for high-voltage or high-current networks
- G01R15/20—Adaptations 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
- G01R15/205—Adaptations 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
Abstract
(57)【要約】
【目的】 単体でも広いダイナミックレンジを有し、か
つ電流測定に対する感度を高くする。 【構成】 高透磁率の磁性体にて形成され、かつ上部に
磁気ギャップ１を有する磁気コア２と、この磁気コア２
の磁気ギャップ１上に形成され、かつ長手方向に異方性
を有するＭＲ素子３と、このＭＲ素子３の両端電極４ａ
及び４ｂ間に接続され、ＭＲ素子３にセンス電流を流す
ためのセンス電流源５とを有し、上記磁気コア２の中空
部に、非磁性体６が充填され、この非磁性体６に被測定
電流が流れる導線７が挿通される貫通孔が形成された電
流センサーにおいて、磁気ギャップ１を、磁気コア２の
一方の端面からその長手方向中央部までが狭いギャップ
長Ｇ1 とされた第１の磁気ギャップと、磁気コア２の他
方の端面からその長手方向中央部までが広いギャップ長
Ｇ2 とされた第２の磁気ギャップとで構成する。
つ電流測定に対する感度を高くする。 【構成】 高透磁率の磁性体にて形成され、かつ上部に
磁気ギャップ１を有する磁気コア２と、この磁気コア２
の磁気ギャップ１上に形成され、かつ長手方向に異方性
を有するＭＲ素子３と、このＭＲ素子３の両端電極４ａ
及び４ｂ間に接続され、ＭＲ素子３にセンス電流を流す
ためのセンス電流源５とを有し、上記磁気コア２の中空
部に、非磁性体６が充填され、この非磁性体６に被測定
電流が流れる導線７が挿通される貫通孔が形成された電
流センサーにおいて、磁気ギャップ１を、磁気コア２の
一方の端面からその長手方向中央部までが狭いギャップ
長Ｇ1 とされた第１の磁気ギャップと、磁気コア２の他
方の端面からその長手方向中央部までが広いギャップ長
Ｇ2 とされた第２の磁気ギャップとで構成する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、磁気抵抗効果素子を用
いて、導体に流れる電流のレベルを検知する電流センサ
ーに関する。
いて、導体に流れる電流のレベルを検知する電流センサ
ーに関する。
【０００２】
【従来の技術】一般に、磁気抵抗効果素子（以下、単に
ＭＲ素子と記す）を用いた電流センサーは、例えば電源
回路の過電流防止のための電流制御用に使用されてい
る。従来のこの種の電流センサーは、図１１に示すよう
に、高透磁率の磁性体にて形成され、かつ上部に長手方
向に延びる中空部に連通した磁気ギャップ１０１を有す
る磁気コア１０２と、この磁気コア１０２の磁気ギャッ
プ１０１上に形成され、かつ長手方向に異方性を有する
ＭＲ素子１０３と、このＭＲ素子１０３の両端電極１０
４ａ及び１０４ｂ間に接続され、ＭＲ素子１０３にセン
ス電流を流すためのセンス電流源１０５とから構成され
ている（特公平２−８４６８号公報参照）。
ＭＲ素子と記す）を用いた電流センサーは、例えば電源
回路の過電流防止のための電流制御用に使用されてい
る。従来のこの種の電流センサーは、図１１に示すよう
に、高透磁率の磁性体にて形成され、かつ上部に長手方
向に延びる中空部に連通した磁気ギャップ１０１を有す
る磁気コア１０２と、この磁気コア１０２の磁気ギャッ
プ１０１上に形成され、かつ長手方向に異方性を有する
ＭＲ素子１０３と、このＭＲ素子１０３の両端電極１０
４ａ及び１０４ｂ間に接続され、ＭＲ素子１０３にセン
ス電流を流すためのセンス電流源１０５とから構成され
ている（特公平２−８４６８号公報参照）。
【０００３】上記磁気ギャップ１０１は、そのギャップ
長ＧがＭＲ素子１０３の長手方向全域にわたって一定と
されている。また、上記中空部には、非磁性体１０６が
充填され、この非磁性体１０６に被測定電流Ｉが流れる
導線１０７が挿通される貫通孔が形成されている。
長ＧがＭＲ素子１０３の長手方向全域にわたって一定と
されている。また、上記中空部には、非磁性体１０６が
充填され、この非磁性体１０６に被測定電流Ｉが流れる
導線１０７が挿通される貫通孔が形成されている。
【０００４】実際に電流センサーとして使用する場合
は、非磁性体１０６に形成された貫通孔に導線１０７を
挿通して使用される。即ち、導線１０７に流れる被測定
電流Ｉによって生じる磁束の量に応じてＭＲ素子１０３
の抵抗値が変化し、ＭＲ素子１０３の両端電極１０４ａ
及び１０４ｂ間の電圧（端子間電圧）Ｖがその抵抗変化
に応じて変化することになる。従って、この端子間電圧
Ｖを検出することにより、導線１０７に流れる電流のレ
ベルを知ることができる。
は、非磁性体１０６に形成された貫通孔に導線１０７を
挿通して使用される。即ち、導線１０７に流れる被測定
電流Ｉによって生じる磁束の量に応じてＭＲ素子１０３
の抵抗値が変化し、ＭＲ素子１０３の両端電極１０４ａ
及び１０４ｂ間の電圧（端子間電圧）Ｖがその抵抗変化
に応じて変化することになる。従って、この端子間電圧
Ｖを検出することにより、導線１０７に流れる電流のレ
ベルを知ることができる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
電流センサーにおいては、磁気ギャップ１０１のギャッ
プ長ＧがＭＲ素子１０３の長手方向全域にわたって一定
とされていることから、以下のような問題があった。
電流センサーにおいては、磁気ギャップ１０１のギャッ
プ長ＧがＭＲ素子１０３の長手方向全域にわたって一定
とされていることから、以下のような問題があった。
【０００６】即ち、磁気ギャップ１０１のギャップ長Ｇ
を狭くすると、電流測定に対する感度は向上するが、被
測定電流Ｉが小さい範囲において、被測定電流Ｉのレベ
ル変化に対して端子間電圧Ｖのレベル変化が非常に小さ
い領域（以下、単に不感帯と記す）と、被測定電流Ｉが
大きい範囲において、被測定電流Ｉのレベル変化に対し
て端子間電圧Ｖのレベル変化が全く無い領域（以下、単
に飽和領域と記す）との間の測定有効領域が非常に狭く
なり、電流測定に対するダイナミックレンジが狭くなる
という不都合が生じる。
を狭くすると、電流測定に対する感度は向上するが、被
測定電流Ｉが小さい範囲において、被測定電流Ｉのレベ
ル変化に対して端子間電圧Ｖのレベル変化が非常に小さ
い領域（以下、単に不感帯と記す）と、被測定電流Ｉが
大きい範囲において、被測定電流Ｉのレベル変化に対し
て端子間電圧Ｖのレベル変化が全く無い領域（以下、単
に飽和領域と記す）との間の測定有効領域が非常に狭く
なり、電流測定に対するダイナミックレンジが狭くなる
という不都合が生じる。
【０００７】一方、磁気ギャップ１０１のギャップ長Ｇ
を広くすると、被測定電流Ｉが小さい範囲における不感
帯の幅が広くなり、小さいレベルの電流を測定すること
ができず、しかも全体的に電流測定に対する感度が低下
するという不都合が生じる。
を広くすると、被測定電流Ｉが小さい範囲における不感
帯の幅が広くなり、小さいレベルの電流を測定すること
ができず、しかも全体的に電流測定に対する感度が低下
するという不都合が生じる。
【０００８】ここで、一つの実験例を示す。この実験例
は、磁気ギャップ１０１のギャップ長Ｇが１ｍｍの電流
センサー（サンプル１）と、ギャップ長Ｇが２．５ｍｍ
の電流センサー（サンプル２）を用意し、各電流センサ
ーに対して、図１１に示すように、被測定電流Ｉが流れ
る導線１０７の両端に、可変抵抗器１０８と電源１０９
を直列に接続し、導線１０７に流れる被測定電流Ｉのレ
ベルを可変抵抗器１０８にて０〜７０Ａまで可変したと
きの両端電圧Ｖのレベル変化を測定した。
は、磁気ギャップ１０１のギャップ長Ｇが１ｍｍの電流
センサー（サンプル１）と、ギャップ長Ｇが２．５ｍｍ
の電流センサー（サンプル２）を用意し、各電流センサ
ーに対して、図１１に示すように、被測定電流Ｉが流れ
る導線１０７の両端に、可変抵抗器１０８と電源１０９
を直列に接続し、導線１０７に流れる被測定電流Ｉのレ
ベルを可変抵抗器１０８にて０〜７０Ａまで可変したと
きの両端電圧Ｖのレベル変化を測定した。
【０００９】実験の結果、図１２に示すように、サンプ
ル１においては、特性曲線ａに示すように、被測定電流
Ｉのレベルが２０Ａで飽和状態となり、１Ａ以下で不感
帯に入り、そのダイナミックレンジは、１〜２０Ａであ
る。一方、サンプル２においては、特性曲線ｂに示すよ
うに、被測定電流Ｉのレベルが５０Ａで飽和状態とな
り、３Ａ以下で不感帯に入り、そのダイナミックレンジ
は、３〜５０Ａである。このように、サンプル２は、サ
ンプル１と比べてダイナミックレンジが上がっている
が、被測定電流Ｉの変化に対する端子電圧Ｖのレベル変
化が小さく、電流測定に対する感度が悪くなっている。
ル１においては、特性曲線ａに示すように、被測定電流
Ｉのレベルが２０Ａで飽和状態となり、１Ａ以下で不感
帯に入り、そのダイナミックレンジは、１〜２０Ａであ
る。一方、サンプル２においては、特性曲線ｂに示すよ
うに、被測定電流Ｉのレベルが５０Ａで飽和状態とな
り、３Ａ以下で不感帯に入り、そのダイナミックレンジ
は、３〜５０Ａである。このように、サンプル２は、サ
ンプル１と比べてダイナミックレンジが上がっている
が、被測定電流Ｉの変化に対する端子電圧Ｖのレベル変
化が小さく、電流測定に対する感度が悪くなっている。
【００１０】ところで、昨今の電子機器の電源回路に常
設されてある電流制御あるいは過電流防止に利用される
電流センサーは、広いダイナミックレンジ（１〜７０
Ａ）を必要とされるものがあり、しかも高感度を要求す
るものがある。
設されてある電流制御あるいは過電流防止に利用される
電流センサーは、広いダイナミックレンジ（１〜７０
Ａ）を必要とされるものがあり、しかも高感度を要求す
るものがある。
【００１１】これを従来の電流センサーで実現するに
は、それぞれダイナミックレンジの異なる複数個の電流
センサーを使用しなければならず、電子機器の組立工数
の増大化、製造コストの高価格化を招来させるという不
都合があった。
は、それぞれダイナミックレンジの異なる複数個の電流
センサーを使用しなければならず、電子機器の組立工数
の増大化、製造コストの高価格化を招来させるという不
都合があった。
【００１２】本発明は、上記の課題に鑑みてなされたも
ので、その目的とするところは、単体でも広いダイナミ
ックレンジを有し、しかも電流測定に対する感度が高い
電流センサーを提供することにある。
ので、その目的とするところは、単体でも広いダイナミ
ックレンジを有し、しかも電流測定に対する感度が高い
電流センサーを提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】本発明は、磁気ギャップ
１を有し、かつ被測定電流Ｉが流れる導線７を取り囲む
ように形成された磁気コア２の上記磁気ギャップ１上
に、短冊形状の磁気抵抗効果素子３が形成された電流セ
ンサーにおいて、磁気ギャップ１のギャップ長を、磁気
抵抗効果素子３の長手方向に沿って異なるように構成す
る。
１を有し、かつ被測定電流Ｉが流れる導線７を取り囲む
ように形成された磁気コア２の上記磁気ギャップ１上
に、短冊形状の磁気抵抗効果素子３が形成された電流セ
ンサーにおいて、磁気ギャップ１のギャップ長を、磁気
抵抗効果素子３の長手方向に沿って異なるように構成す
る。
【００１４】
【作用】本発明に係る電流センサーにおいて、具体的
に、例えばギャップ長が、磁気抵抗効果素子（以下、単
にＭＲ素子と記す）３の長手方向に沿って、２段階に変
化する場合を考えと、この場合、ＭＲ素子３の長手方向
に沿って狭いギャップ長Ｇ1 と、広いギャップ長Ｇ2 と
が存在することになる。
に、例えばギャップ長が、磁気抵抗効果素子（以下、単
にＭＲ素子と記す）３の長手方向に沿って、２段階に変
化する場合を考えと、この場合、ＭＲ素子３の長手方向
に沿って狭いギャップ長Ｇ1 と、広いギャップ長Ｇ2 と
が存在することになる。
【００１５】そして、上記ＭＲ素子３にセンス電流を流
して、導線７に流れる被測定電流ＩのレベルをＭＲ素子
３の抵抗変化として検出すると、その被測定電流Ｉのレ
ベル変化とそれに対応する抵抗変化の特性（被測定電流
−抵抗特性）は、図９の特性図に示すように、狭いギャ
ップ長Ｇ1 による被測定電流−抵抗特性曲線ａと広いギ
ャップ長Ｇ2 による被測定電流−抵抗特性曲線ｂとを合
成した特性曲線ｃとなる。
して、導線７に流れる被測定電流ＩのレベルをＭＲ素子
３の抵抗変化として検出すると、その被測定電流Ｉのレ
ベル変化とそれに対応する抵抗変化の特性（被測定電流
−抵抗特性）は、図９の特性図に示すように、狭いギャ
ップ長Ｇ1 による被測定電流−抵抗特性曲線ａと広いギ
ャップ長Ｇ2 による被測定電流−抵抗特性曲線ｂとを合
成した特性曲線ｃとなる。
【００１６】この合成による特性曲線ｃをみると、被測
定電流Ｉが小さい範囲においては、狭いギャップ長Ｇ1
による特性が支配的となる。その結果、被測定電流Ｉが
小さい範囲における不感帯の幅が狭くなり、小さいレベ
ルの被測定電流Ｉに対しても測定が可能となる。
定電流Ｉが小さい範囲においては、狭いギャップ長Ｇ1
による特性が支配的となる。その結果、被測定電流Ｉが
小さい範囲における不感帯の幅が狭くなり、小さいレベ
ルの被測定電流Ｉに対しても測定が可能となる。
【００１７】一方、被測定電流Ｉが大きい範囲において
は、広いギャップ長Ｇ2 による特性が支配的となる。そ
の結果、特性上の飽和状態がはじまる被測定電流Ｉのレ
ベルが比較的大きくなり、大きいレベルの被測定電流Ｉ
に対しても測定が可能となる。
は、広いギャップ長Ｇ2 による特性が支配的となる。そ
の結果、特性上の飽和状態がはじまる被測定電流Ｉのレ
ベルが比較的大きくなり、大きいレベルの被測定電流Ｉ
に対しても測定が可能となる。
【００１８】また、不感帯から飽和領域までの測定有効
領域における特性曲線は、広いギャップ長Ｇ2 によるな
だらかな特性曲線ｂに、狭いギャップ長Ｇ1 による比較
的急峻な特性曲線ａが合成された特性曲線となるため、
各特性曲線ａ及びｂの傾斜が合成された形となり、狭い
ギャップ長Ｇ1 による特性曲線ａよりも更に急峻な特性
曲線となる。従って、被測定電流Ｉの変化に対する抵抗
変化が大きく、電流測定に対する感度が向上する。
領域における特性曲線は、広いギャップ長Ｇ2 によるな
だらかな特性曲線ｂに、狭いギャップ長Ｇ1 による比較
的急峻な特性曲線ａが合成された特性曲線となるため、
各特性曲線ａ及びｂの傾斜が合成された形となり、狭い
ギャップ長Ｇ1 による特性曲線ａよりも更に急峻な特性
曲線となる。従って、被測定電流Ｉの変化に対する抵抗
変化が大きく、電流測定に対する感度が向上する。
【００１９】このように、本発明に係る電流センサーに
おいては、電流測定に対するダイナミックレンジが広く
なり、電流測定に対する感度が高いものとなる。従っ
て、電子機器の電源回路に常設されてある電流制御ある
いは過電流防止に、本発明に係る電流センサーを使用す
る場合、１個の電流センサーで済み、電子機器の組立工
数の低減化、製造コストの低廉化を達成させることがで
きる。
おいては、電流測定に対するダイナミックレンジが広く
なり、電流測定に対する感度が高いものとなる。従っ
て、電子機器の電源回路に常設されてある電流制御ある
いは過電流防止に、本発明に係る電流センサーを使用す
る場合、１個の電流センサーで済み、電子機器の組立工
数の低減化、製造コストの低廉化を達成させることがで
きる。
【００２０】
【実施例】以下、本発明に係る磁気抵抗効果素子（以
下、単にＭＲ素子と記す）を用いた電流センサーの実施
例を図１〜図１０を参照しながら説明する。
下、単にＭＲ素子と記す）を用いた電流センサーの実施
例を図１〜図１０を参照しながら説明する。
【００２１】この実施例に係る電流センサーは、図１に
示すように、高透磁率の磁性体にて形成され、かつ上部
に長手方向に延びる中空部に連通した磁気ギャップ１を
有する磁気コア２と、この磁気コア２の磁気ギャップ１
上に形成され、かつ長手方向に異方性を有する（即ち、
長手方向に磁化モーメントを有する）ＭＲ素子３と、こ
のＭＲ素子３の両端電極４ａ及び４ｂ間に接続され、Ｍ
Ｒ素子３にセンス電流を流すためのセンス電流源５とか
ら構成されている。
示すように、高透磁率の磁性体にて形成され、かつ上部
に長手方向に延びる中空部に連通した磁気ギャップ１を
有する磁気コア２と、この磁気コア２の磁気ギャップ１
上に形成され、かつ長手方向に異方性を有する（即ち、
長手方向に磁化モーメントを有する）ＭＲ素子３と、こ
のＭＲ素子３の両端電極４ａ及び４ｂ間に接続され、Ｍ
Ｒ素子３にセンス電流を流すためのセンス電流源５とか
ら構成されている。
【００２２】上記磁気コア２の中空部には、非磁性体６
が充填され、この非磁性体６に被測定電流が流れる導線
７が挿通される貫通孔が形成されている。
が充填され、この非磁性体６に被測定電流が流れる導線
７が挿通される貫通孔が形成されている。
【００２３】磁気ギャップ１は、２種類のギャップ長Ｇ
1 及びＧ2 を有し、磁気コア２の一方の端面からその長
手方向中央部までのギャップ長Ｇ1 は狭く、磁気コア２
の他方の端面からその長手方向中央部までのギャップ長
Ｇ2 は広くなっている。
1 及びＧ2 を有し、磁気コア２の一方の端面からその長
手方向中央部までのギャップ長Ｇ1 は狭く、磁気コア２
の他方の端面からその長手方向中央部までのギャップ長
Ｇ2 は広くなっている。
【００２４】ＭＲ素子３は、図２に示すように、全体的
に短冊状に形成され、その両端電極４ａ及び４ｂを含む
長辺の長さｍは磁気コア２の長手方向の長さとほぼ同じ
とされ、幅ｗは、磁気ギャップ１の狭いギャップ長Ｇ1
よりも小さいとされている。従って、このＭＲ素子３
は、磁気ギャップ１を通して露出する非磁性体６上に形
成されることになる。
に短冊状に形成され、その両端電極４ａ及び４ｂを含む
長辺の長さｍは磁気コア２の長手方向の長さとほぼ同じ
とされ、幅ｗは、磁気ギャップ１の狭いギャップ長Ｇ1
よりも小さいとされている。従って、このＭＲ素子３
は、磁気ギャップ１を通して露出する非磁性体６上に形
成されることになる。
【００２５】具体的には、ＦｅＮｉ系の強磁性体膜（抵
抗変化率３％）を、磁気コア２の磁気ギャップ１を含む
面に蒸着法等にて形成した後、フォトリソグラフィ等の
ドライプロセスによりパターニングを行って、磁気ギャ
ップ１を通して露出する非磁性体６上に短冊状のＭＲ素
子３を形成する。このＭＲ素子３の両端にはＣｕによる
電極導体４ａ及び４ｂが形成される。本実施例におい
て、ＭＲ素子３の感知部の長さｎは１６ｍｍ、幅ｗは１
５μｍ、厚さは５０ｎｍである。
抗変化率３％）を、磁気コア２の磁気ギャップ１を含む
面に蒸着法等にて形成した後、フォトリソグラフィ等の
ドライプロセスによりパターニングを行って、磁気ギャ
ップ１を通して露出する非磁性体６上に短冊状のＭＲ素
子３を形成する。このＭＲ素子３の両端にはＣｕによる
電極導体４ａ及び４ｂが形成される。本実施例におい
て、ＭＲ素子３の感知部の長さｎは１６ｍｍ、幅ｗは１
５μｍ、厚さは５０ｎｍである。
【００２６】実際に電流センサーとして使用する場合
は、非磁性体６に形成された貫通孔に導線７を挿通して
使用される。即ち、導線７に流れる被測定電流Ｉによっ
て生じる磁束の量に応じてＭＲ素子３の抵抗が変化し、
ＭＲ素子３の両端電極４ａ及び４ｂ間の電圧（端子間電
圧）Ｖがその抵抗変化に応じて変化することになる。従
って、この端子間電圧Ｖを検出することにより、導線７
に流れる被測定電流Ｉのレベルを知ることができる。
は、非磁性体６に形成された貫通孔に導線７を挿通して
使用される。即ち、導線７に流れる被測定電流Ｉによっ
て生じる磁束の量に応じてＭＲ素子３の抵抗が変化し、
ＭＲ素子３の両端電極４ａ及び４ｂ間の電圧（端子間電
圧）Ｖがその抵抗変化に応じて変化することになる。従
って、この端子間電圧Ｖを検出することにより、導線７
に流れる被測定電流Ｉのレベルを知ることができる。
【００２７】ここで、上記実施例に係る電流センサーの
動作を図２〜図９に基づいて説明する。
動作を図２〜図９に基づいて説明する。
【００２８】まず、図３に示すように、ＭＲ素子３に外
部磁界Ｈｅｘが印加されると、ＭＲ素子３の両端の抵抗
値Ｒは、以下の（１）式で表される。
部磁界Ｈｅｘが印加されると、ＭＲ素子３の両端の抵抗
値Ｒは、以下の（１）式で表される。
【００２９】
【数１】
【００３０】上記数１から、外部磁界Ｈｅｘ（又はθ）
の変化に対するＭＲ素子３の抵抗値Ｒの変化の関係、即
ちＲ−Ｈ（ρ−Ｈ）特性は、図４の特性図で示すことが
できる。
の変化に対するＭＲ素子３の抵抗値Ｒの変化の関係、即
ちＲ−Ｈ（ρ−Ｈ）特性は、図４の特性図で示すことが
できる。
【００３１】そして、導線７に被測定電流Ｉが流れてい
るとき、図５に示すように、狭いギャップ長Ｇ1 を有す
る第１の磁気ギャップ１ａと広いギャップ長Ｇ2 を有す
る第２の磁気ギャップ１ｂに発生するｘ方向の磁界（ギ
ャップ磁界）ＨｘG1（Ｉ）及びＨｘG2（Ｉ）は、以下の
（２）式で近似的に与えられる。
るとき、図５に示すように、狭いギャップ長Ｇ1 を有す
る第１の磁気ギャップ１ａと広いギャップ長Ｇ2 を有す
る第２の磁気ギャップ１ｂに発生するｘ方向の磁界（ギ
ャップ磁界）ＨｘG1（Ｉ）及びＨｘG2（Ｉ）は、以下の
（２）式で近似的に与えられる。
【００３２】
【数２】
【００３３】説明をし易くするために、Ｇ1 ＝Ｇ2 ／２
とすると、上記各ギャップ磁界ＨｘG1（Ｉ）及びＨｘG2
（Ｉ）は、以下の（３）式で示す関係になり、被測定電
流Ｉに対する各ギャップ磁界ＨｘG1（Ｉ）及びＨｘG
2（Ｉ）の変化（Ｉ−Ｈ特性）は、図７で示す特性を有
することになる。
とすると、上記各ギャップ磁界ＨｘG1（Ｉ）及びＨｘG2
（Ｉ）は、以下の（３）式で示す関係になり、被測定電
流Ｉに対する各ギャップ磁界ＨｘG1（Ｉ）及びＨｘG
2（Ｉ）の変化（Ｉ−Ｈ特性）は、図７で示す特性を有
することになる。
【００３４】 ＨｘG1（Ｉ）＝２×ＨｘG2（Ｉ） …………（３）
【００３５】そして、図６に示すように、第１の磁気ギ
ャップ１ａ及び第２の磁気ギャップ１ｂのそれぞれの長
手方向の長さをＬとした場合において、磁気ギャップ１
ａ及び１ｂを通して露出する非磁性体６上に長手方向の
長さが２ＬのＭＲ素子３を配したときのＲ−Ｈ特性上の
動作は、ＭＲ素子３中、第１の磁気ギャップ１ａに対応
する長さＬにおける部分の抵抗値Ｒ（＝ＲG1ｌ）と第２
の磁気ギャップ１ｂに対応する長さＬにおける部分の抵
抗値Ｒ（＝ＲG2ｌ）とを重畳したものとなる。
ャップ１ａ及び第２の磁気ギャップ１ｂのそれぞれの長
手方向の長さをＬとした場合において、磁気ギャップ１
ａ及び１ｂを通して露出する非磁性体６上に長手方向の
長さが２ＬのＭＲ素子３を配したときのＲ−Ｈ特性上の
動作は、ＭＲ素子３中、第１の磁気ギャップ１ａに対応
する長さＬにおける部分の抵抗値Ｒ（＝ＲG1ｌ）と第２
の磁気ギャップ１ｂに対応する長さＬにおける部分の抵
抗値Ｒ（＝ＲG2ｌ）とを重畳したものとなる。
【００３６】即ち、図７で示す被測定電流Ｉに対する各
ギャップ磁界ＨｘG1（Ｉ）及びＨｘG2（Ｉ）の変化（Ｉ
−Ｈ特性）から、第１の磁気ギャップ１ａに対応するＭ
Ｒ素子３のＲ−Ｈ特性と第２の磁気ギャップ１ｂに対応
するＭＲ素子３のＲ−Ｈ特性を求めると、それぞれ図８
Ａ及びＢに示すとおりになる。
ギャップ磁界ＨｘG1（Ｉ）及びＨｘG2（Ｉ）の変化（Ｉ
−Ｈ特性）から、第１の磁気ギャップ１ａに対応するＭ
Ｒ素子３のＲ−Ｈ特性と第２の磁気ギャップ１ｂに対応
するＭＲ素子３のＲ−Ｈ特性を求めると、それぞれ図８
Ａ及びＢに示すとおりになる。
【００３７】これら図７並びに図８Ａ及びＢから、被測
定電流Ｉに対する第１の磁気ギャップ１ａに対応したＭ
Ｒ素子３の抵抗変化及び被測定電流Ｉに対する第２磁気
ギャップ１ｂに対応したＭＲ素子３の抵抗変化を求める
と、図９で示すとおりになる。この図９において、特性
曲線ａが被測定電流Ｉに対する第１の磁気ギャップ１ａ
に対応したＭＲ素子３の抵抗変化（Ｉ−Ｒ特性）を示
し、特性曲線ｂが被測定電流Ｉに対する第２の磁気ギャ
ップ１ｂに対応したＭＲ素子３の抵抗変化（Ｉ−Ｒ特
性）を示す。
定電流Ｉに対する第１の磁気ギャップ１ａに対応したＭ
Ｒ素子３の抵抗変化及び被測定電流Ｉに対する第２磁気
ギャップ１ｂに対応したＭＲ素子３の抵抗変化を求める
と、図９で示すとおりになる。この図９において、特性
曲線ａが被測定電流Ｉに対する第１の磁気ギャップ１ａ
に対応したＭＲ素子３の抵抗変化（Ｉ−Ｒ特性）を示
し、特性曲線ｂが被測定電流Ｉに対する第２の磁気ギャ
ップ１ｂに対応したＭＲ素子３の抵抗変化（Ｉ−Ｒ特
性）を示す。
【００３８】そして、被測定電流Ｉに対するＭＲ素子３
全体の抵抗変化は、図９の特性曲線ｃに示すように、特
性曲線ａ及び特性曲線ｂを合成したものとなる。
全体の抵抗変化は、図９の特性曲線ｃに示すように、特
性曲線ａ及び特性曲線ｂを合成したものとなる。
【００３９】図９で示す各Ｉ−Ｒ特性曲線ａ及びｂか
ら、ＭＲ素子３中、狭いギャップ長Ｇ1 を有する第１の
磁気ギャップ１ａに対応した部分の電流測定に対する感
度は向上するが、被測定電流Ｉが小さい範囲において、
被測定電流Ｉのレベル変化に対する抵抗値の変化が非常
に小さい領域（以下、単に不感帯と記す）と、被測定電
流Ｉが大きい範囲において、被測定電流Ｉのレベル変化
に対する抵抗値の変化が全く無い領域（以下、単に飽和
領域と記す）との間の測定有効領域が非常に狭くなり、
電流測定に対するダイナミックレンジが狭くなる。
ら、ＭＲ素子３中、狭いギャップ長Ｇ1 を有する第１の
磁気ギャップ１ａに対応した部分の電流測定に対する感
度は向上するが、被測定電流Ｉが小さい範囲において、
被測定電流Ｉのレベル変化に対する抵抗値の変化が非常
に小さい領域（以下、単に不感帯と記す）と、被測定電
流Ｉが大きい範囲において、被測定電流Ｉのレベル変化
に対する抵抗値の変化が全く無い領域（以下、単に飽和
領域と記す）との間の測定有効領域が非常に狭くなり、
電流測定に対するダイナミックレンジが狭くなる。
【００４０】ＭＲ素子３中、広いギャップ長Ｇ2 を有す
る第２の磁気ギャップ１ｂに対応した部分においては、
被測定電流Ｉが小さい範囲における不感帯の幅が広くな
り、小さいレベルの電流を測定することができず、しか
も測定有効領域における曲線の傾きがなだらかで、電流
測定に対する感度が低下する。
る第２の磁気ギャップ１ｂに対応した部分においては、
被測定電流Ｉが小さい範囲における不感帯の幅が広くな
り、小さいレベルの電流を測定することができず、しか
も測定有効領域における曲線の傾きがなだらかで、電流
測定に対する感度が低下する。
【００４１】一方、被測定電流Ｉに対するＭＲ素子３全
体の抵抗変化を示す特性曲線ｃをみると、被測定電流Ｉ
が小さい範囲においては、狭いギャップ長Ｇ1 による特
性が支配的となる。その結果、被測定電流Ｉが小さい範
囲における不感帯の幅が狭くなり、小さいレベルの被測
定電流Ｉに対しても測定が可能となる。
体の抵抗変化を示す特性曲線ｃをみると、被測定電流Ｉ
が小さい範囲においては、狭いギャップ長Ｇ1 による特
性が支配的となる。その結果、被測定電流Ｉが小さい範
囲における不感帯の幅が狭くなり、小さいレベルの被測
定電流Ｉに対しても測定が可能となる。
【００４２】被測定電流Ｉが大きい範囲においては、広
いギャップ長Ｇ2 による特性が支配的となる。その結
果、特性上の飽和状態がはじまる被測定電流Ｉのレベル
が比較的大きくなり、大きいレベルの被測定電流Ｉに対
しても測定が可能となる。
いギャップ長Ｇ2 による特性が支配的となる。その結
果、特性上の飽和状態がはじまる被測定電流Ｉのレベル
が比較的大きくなり、大きいレベルの被測定電流Ｉに対
しても測定が可能となる。
【００４３】また、不感帯から飽和領域までの測定有効
領域における特性曲線は、広いギャップ長Ｇ2 によるな
だらかな特性曲線ｂに、狭いギャップ長Ｇ1 による比較
的急峻な特性曲線ａが合成された特性曲線となるため、
各特性曲線ａ及びｂの傾斜が合成された形となり、狭い
ギャップ長Ｇ1 による特性曲線ａよりも更に急峻な特性
曲線となる。従って、被測定電流Ｉの変化に対する抵抗
変化が大きく、電流測定に対する感度が向上する。
領域における特性曲線は、広いギャップ長Ｇ2 によるな
だらかな特性曲線ｂに、狭いギャップ長Ｇ1 による比較
的急峻な特性曲線ａが合成された特性曲線となるため、
各特性曲線ａ及びｂの傾斜が合成された形となり、狭い
ギャップ長Ｇ1 による特性曲線ａよりも更に急峻な特性
曲線となる。従って、被測定電流Ｉの変化に対する抵抗
変化が大きく、電流測定に対する感度が向上する。
【００４４】例えば、特性曲線ａの測定有効領域が１〜
２０Ａで、特性曲線ｂの測定有効領域が３〜５０Ａであ
る場合、特性曲線ｃの測定有効領域は１〜５０Ａなる。
２０Ａで、特性曲線ｂの測定有効領域が３〜５０Ａであ
る場合、特性曲線ｃの測定有効領域は１〜５０Ａなる。
【００４５】このように、本実施例に係る電流センサー
においては、電流測定に対するダイナミックレンジが広
くなり、電流測定に対する感度が高いものとなる。従っ
て、電子機器の電源回路に常設されてある電流制御ある
いは過電流防止に、本実施例に係る電流センサーを使用
する場合、１個の電流センサーで済み、電子機器の組立
工数の低減化、製造コストの低廉化を達成させることが
できる。
においては、電流測定に対するダイナミックレンジが広
くなり、電流測定に対する感度が高いものとなる。従っ
て、電子機器の電源回路に常設されてある電流制御ある
いは過電流防止に、本実施例に係る電流センサーを使用
する場合、１個の電流センサーで済み、電子機器の組立
工数の低減化、製造コストの低廉化を達成させることが
できる。
【００４６】上記実施例では、磁気コア２にそれぞれ長
手方向の長さが同一とされた２種類のギャップ長（狭い
ギャップ長Ｇ1 及び広いギャップ長Ｇ2 ）を有する磁気
ギャップ１を設けた例を示したが、その他、図１０Ａに
示すように、狭いギャップ長Ｇ1 の長手方向の長さを短
く、広いギャップ長Ｇ2 の長手方向の長さを長くするよ
うにしてもよいし、図１０Ｂに示すように、狭いギャッ
プ長Ｇ1 の長手方向の長さを長く、広いギャップ長Ｇ2
の長手方向の長さを短くするようにしてもよい。
手方向の長さが同一とされた２種類のギャップ長（狭い
ギャップ長Ｇ1 及び広いギャップ長Ｇ2 ）を有する磁気
ギャップ１を設けた例を示したが、その他、図１０Ａに
示すように、狭いギャップ長Ｇ1 の長手方向の長さを短
く、広いギャップ長Ｇ2 の長手方向の長さを長くするよ
うにしてもよいし、図１０Ｂに示すように、狭いギャッ
プ長Ｇ1 の長手方向の長さを長く、広いギャップ長Ｇ2
の長手方向の長さを短くするようにしてもよい。
【００４７】また、図１０Ｃに示すように、３種類以上
のギャップ長を有する磁気ギャップを設けるようにして
もよいし、図１０Ｄに示すように、磁気コア２の一方の
端面から他方の端面にかけてギャップ長が連続的に変化
する磁気ギャップを設けるようにしてもよい。
のギャップ長を有する磁気ギャップを設けるようにして
もよいし、図１０Ｄに示すように、磁気コア２の一方の
端面から他方の端面にかけてギャップ長が連続的に変化
する磁気ギャップを設けるようにしてもよい。
【００４８】いずれの場合も、電流測定に対するダイナ
ミックレンジが広くなり、電流測定に対する感度が高い
ものとなる。
ミックレンジが広くなり、電流測定に対する感度が高い
ものとなる。
【００４９】
【発明の効果】上述のように、本発明に係る電流センサ
ーによれば、磁気ギャップを有し、かつ被測定電流が流
れる導線を取り囲むように形成された磁気コアの上記磁
気ギャップ上に、短冊形状の磁気抵抗効果素子が形成さ
れた電流センサーにおいて、磁気ギャップのギャップ長
を、磁気抵抗効果素子の長手方向に沿って異なるように
したので、単体でも広いダイナミックレンジを有し、し
かも電流測定に対する感度も高いものとなる。
ーによれば、磁気ギャップを有し、かつ被測定電流が流
れる導線を取り囲むように形成された磁気コアの上記磁
気ギャップ上に、短冊形状の磁気抵抗効果素子が形成さ
れた電流センサーにおいて、磁気ギャップのギャップ長
を、磁気抵抗効果素子の長手方向に沿って異なるように
したので、単体でも広いダイナミックレンジを有し、し
かも電流測定に対する感度も高いものとなる。
【図１】本発明に係るＭＲ素子を用いた電流センサーの
実施例の構成を示す斜視図である。
実施例の構成を示す斜視図である。
【図２】本実施例に係る電流センサーに用いられるＭＲ
素子の形状を示す平面図である。
素子の形状を示す平面図である。
【図３】ＭＲ素子に外部磁界が印加されたときの抵抗変
化をベクトル解析して示す説明図である。
化をベクトル解析して示す説明図である。
【図４】外部磁界（又はθ）の変化に対するＭＲ素子の
抵抗値の変化（Ｒ−Ｈ（ρ−Ｈ）特性）を示す特性図で
ある。
抵抗値の変化（Ｒ−Ｈ（ρ−Ｈ）特性）を示す特性図で
ある。
【図５】導線に被測定電流が流れているときに、狭いギ
ャップ長を有する第１の磁気ギャップと広いギャップ長
を有する第２の磁気ギャップに発生するｘ方向の磁界
（ギャップ磁界）を示す説明図である。
ャップ長を有する第１の磁気ギャップと広いギャップ長
を有する第２の磁気ギャップに発生するｘ方向の磁界
（ギャップ磁界）を示す説明図である。
【図６】第１の磁気ギャップ及び第２の磁気ギャップの
それぞれの長手方向の長さをＬとした場合において、磁
気ギャップを通して露出する非磁性体上に長手方向の長
さが２ＬのＭＲ素子を配した状態を示す平面図である。
それぞれの長手方向の長さをＬとした場合において、磁
気ギャップを通して露出する非磁性体上に長手方向の長
さが２ＬのＭＲ素子を配した状態を示す平面図である。
【図７】被測定電流に対する各ギャップ磁界の変化（Ｉ
−Ｈ特性）を示す特性図である。
−Ｈ特性）を示す特性図である。
【図８】第１の磁気ギャップに対応するＭＲ素子のＲ−
Ｈ特性と第２の磁気ギャップに対応するＭＲ素子のＲ−
Ｈ特性を示す特性図である。
Ｈ特性と第２の磁気ギャップに対応するＭＲ素子のＲ−
Ｈ特性を示す特性図である。
【図９】被測定電流に対する第１の磁気ギャップに対応
したＭＲ素子の抵抗変化と、被測定電流に対する第２の
磁気ギャップに対応したＭＲ素子の抵抗変化と、被測定
電流に対するＭＲ素子全体の抵抗変化を示す特性図であ
る。
したＭＲ素子の抵抗変化と、被測定電流に対する第２の
磁気ギャップに対応したＭＲ素子の抵抗変化と、被測定
電流に対するＭＲ素子全体の抵抗変化を示す特性図であ
る。
【図１０】磁気コアに設けられる磁気ギャップの各種変
形例を示す平面図である。
形例を示す平面図である。
【図１１】従来例に係るＭＲ素子を用いた電流センサー
の構成を示す斜視図である。
の構成を示す斜視図である。
【図１２】磁気ギャップのギャップ長が１ｍｍの従来の
電流センサー（サンプル１）と、ギャップ長が２．５ｍ
ｍの従来の電流センサー（サンプル２）において、各サ
ンプルの被測定電流のレベル変化に対する両端電圧Ｖの
レベル変化を測定した測定結果を示す特性図である。
電流センサー（サンプル１）と、ギャップ長が２．５ｍ
ｍの従来の電流センサー（サンプル２）において、各サ
ンプルの被測定電流のレベル変化に対する両端電圧Ｖの
レベル変化を測定した測定結果を示す特性図である。
１ 磁気ギャップ １ａ 第１の磁気ギャップ（狭いギャップ長Ｇ1 ） １ｂ 第２の磁気ギャップ（広いギャップ長Ｇ2 ） ２ 磁気コア ３ ＭＲ素子 ４ａ及び４ｂ 両端電極 ５ センス電流源 ６ 非磁性体 ７ 導線
Claims (1)
- 【請求項１】 磁気ギャップを有し、かつ被測定電流が
流れる導線を取り囲むように形成された磁気コアの上記
磁気ギャップ上に、短冊形状の磁気抵抗効果素子が形成
された電流センサーにおいて、 上記磁気ギャップのギャップ長が、上記磁気抵抗効果素
子の長手方向に沿って異なることを特徴する電流センサ
ー。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5093854A JPH06289060A (ja) | 1993-03-30 | 1993-03-30 | 電流センサー |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5093854A JPH06289060A (ja) | 1993-03-30 | 1993-03-30 | 電流センサー |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06289060A true JPH06289060A (ja) | 1994-10-18 |
Family
ID=14094010
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5093854A Withdrawn JPH06289060A (ja) | 1993-03-30 | 1993-03-30 | 電流センサー |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH06289060A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7106047B2 (en) | 2003-07-18 | 2006-09-12 | Denso Corporation | Electric current detection apparatus |
| JP2013054031A (ja) * | 2011-08-31 | 2013-03-21 | General Electric Co <Ge> | 電気システムの調子をモニタするためのシステムおよび方法 |
-
1993
- 1993-03-30 JP JP5093854A patent/JPH06289060A/ja not_active Withdrawn
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7106047B2 (en) | 2003-07-18 | 2006-09-12 | Denso Corporation | Electric current detection apparatus |
| JP2013054031A (ja) * | 2011-08-31 | 2013-03-21 | General Electric Co <Ge> | 電気システムの調子をモニタするためのシステムおよび方法 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Application deemed to be withdrawn because no request for examination was validly filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20000530 |