JPH07151793A - 電流センサ - Google Patents

電流センサ

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JPH07151793A
JPH07151793A JP5296952A JP29695293A JPH07151793A JP H07151793 A JPH07151793 A JP H07151793A JP 5296952 A JP5296952 A JP 5296952A JP 29695293 A JP29695293 A JP 29695293A JP H07151793 A JPH07151793 A JP H07151793A
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JP
Japan
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magnetic core
current sensor
magnetic
current
alloy
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JP5296952A
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English (en)
Inventor
Katsuto Yoshizawa
克仁 吉沢
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Proterial Ltd
Original Assignee
Hitachi Metals Ltd
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Publication date
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01FMAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F41/00Apparatus or processes specially adapted for manufacturing or assembling magnets, inductances or transformers; Apparatus or processes specially adapted for manufacturing materials characterised by their magnetic properties
    • H01F41/02Apparatus or processes specially adapted for manufacturing or assembling magnets, inductances or transformers; Apparatus or processes specially adapted for manufacturing materials characterised by their magnetic properties for manufacturing cores, coils, or magnets
    • H01F41/0206Manufacturing of magnetic cores by mechanical means
    • H01F41/0213Manufacturing of magnetic circuits made from strip(s) or ribbon(s)
    • H01F41/0226Manufacturing of magnetic circuits made from strip(s) or ribbon(s) from amorphous ribbons
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
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    • H01F1/00Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties
    • H01F1/01Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties of inorganic materials
    • H01F1/03Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties of inorganic materials characterised by their coercivity
    • H01F1/12Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties of inorganic materials characterised by their coercivity of soft-magnetic materials
    • H01F1/14Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties of inorganic materials characterised by their coercivity of soft-magnetic materials metals or alloys
    • H01F1/147Alloys characterised by their composition
    • H01F1/153Amorphous metallic alloys, e.g. glassy metals
    • H01F1/15333Amorphous metallic alloys, e.g. glassy metals containing nanocrystallites, e.g. obtained by annealing

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Abstract

(57)【要約】 【目的】 ヒステリシスが小さく、直線性が良く、高電
流まで検出可能な電流センサの提供。 【構成】 粒径500オンク゛ストローム以下の微細なナノ結晶粒が
組織の少なくとも50%を占めるナノ結晶合金からなる磁
心の磁路の少なくとも1箇所にギャップが形成されてお
り、前記ギャップ部に磁界検出素子が配置されているこ
とを特徴とする電流センサ。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、直流から高周波まで使
用可能な磁気回路と磁界検出素子を一体化させた電流セ
ンサに関する。
【0002】
【従来の技術】電流センサにはカレントトランスを用い
たもの等多くの種類がある。これらの中でホ−ル素子等
の磁界検出素子と磁気回路を一体化させた電流センサは
素子に流す電流を一定にすることにより、主回路から絶
縁された状態で主回路に流れている電流を直流から交流
まで検出することができる特徴を有している。また、図
1(a)(b)に示すような貫通型の場合はインダクタ
ンスが小さいため応答速度が早い特徴も有している。図
2の様な巻線をほどこした構造のセンサは比較的小さい
電流検出用に使用される。これらの電流センサに用いら
れる磁心は磁路の少なくとも1箇所にギャップが形成さ
れており、このギャップ部分にホ−ル素子等の磁界検出
素子が配置されている。導線を流れる電流による発生磁
界により磁心が磁化され、これに伴いギャップ部に磁界
が発生する。この磁界によりホ−ル素子の抵抗値が変化
する。ホ−ル素子に電流を流し、この両端の電圧を検出
することにより、導線(導体)を流れる電流を検出するこ
とができる。ホ−ル素子としてはゲルマニュウムやガリ
ウム砒素製のもの等が用いられる。ギャップが狭い程実
効透磁率が高くなり検出感度は向上するが測定できる最
大電流は小さくなる。また、直線性も悪くなってくる。
【0003】ところで、これらのセンサの磁気回路に使
用される磁心材料には高透磁率の鉄心材料が使用され
る。従来、これらの磁心材料には珪素鋼、パ−マロイや
アモルファス合金等が用いられている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかし、珪素鋼を用い
た場合は、飽和磁束密度が大きく大電流の測定が可能で
あるが、B-Hル−プのヒステリシスが大きいため出力電
圧と電流の関係をみるとヒステリシスが大きい問題があ
る。また、高周波の電流を検出する場合には磁心損失が
大きいため、磁心の温度上昇が激しくなる問題がある。
本発明は上記問題点を解決するためになされたものであ
って、ヒステリシスが小さく、直線性が良く、高電流ま
で検出可能な電流センサを提供することを目的としてい
る。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明は、粒径500オンク゛ス
トローム以下の微細なナノ結晶粒が組織の少なくとも50%を
占めるナノ結晶合金からなる磁心の磁路の少なくとも1
箇所にギャップが形成されており、前記ギャップ部に磁
界検出素子が配置されていることを特徴とする電流セン
サである。
【0006】本発明に係わるナノ結晶合金は次のように
製造される。まず、単ロ−ル法、双ロ−ル法等の液体急
冷法によりアモルファス合金薄帯を作製後この合金薄帯
を巻回す、切断する、打ち抜く、エッチングする等の方
法を選択し磁心を作製する。次にこれを熱処理し結晶化
させることにより粒径500オンク゛ストローム以下の微細なナノ結
晶粒が組織の少なくとも50%を占める合金からなる磁心
を作製するがこの際磁心は樹脂で接着あるいはモ−ルド
する。
【0007】更にこの磁心の磁路の少なくとも一部にギ
ャップを形成するため切断等を行う。更にこのギャップ
部にホ−ル素子等の磁界検出素子を配置する。ホ−ル素
子等の磁界検出素子は一般的には磁心と固定され測定値
の精度を確保するため位置が変化しないようにする。ま
たセンサの片側あるいは両側にスペ−サを配置し、磁界
検出素子のギャップ部の位置精度を向上させる方法を行
っても良い。磁界検出素子としてはヒステリシスを小さ
くしたり、安定性の観点からホ−ル素子が特に適してい
る。磁心として前記ナノ結晶合金を使用することにより
珪素鋼やFe基アモルファス合金を使用した場合よりもヒ
ステリシスが小さく、直線性の良い特性を得ることがで
きる。また、磁心の飽和磁束密度が高いため80%Niパ−
マロイやCo基アモルファス合金のような高透磁率材料に
比べ同形状で高電流まで測定できる。また磁心はカット
コアとしても良い。
【0008】本発明電流センサは使用する場合に必要に
応じて磁心には電流を流す巻線が施される。巻線をせず
に貫通で使用する場合もある。高電流を計測する必要が
ある場合は巻線をせずに導体を貫通させて使用する場合
が多い。また、センサとして巻線が施されたものや、貫
通した導体と一体化し、電流を流す端子があるものも本
発明に含まれる。この場合は使用者は電流を検出する必
要があるラインに、本センサを取り付けて使用すること
になる。
【0009】本発明に係わる合金としてはFeを主体とし
Cu,Auから選ばれる少なくとも1種の元素及びTi,V,Zr,N
b,Mo,Hf,Ta,Wを必須成分として含むものが適している。
基本的には特公平4-4393等に記載の合金系であり、具体
的にはFe-A-M-Si-B系(A:Cu,Au、M:Ti,V,Zr,Nb,Mo,Hf,T
a,W)が挙げられる。Si,Bから選ばれた少なくとも一種の
元素は30at%以下含む。これらの元素は高周波特性を改
善したり結晶粒を微細化し、ヒステリシスを小さくする
効果を有する。この他に必要に応じて耐蝕性や磁気特性
等を改善する目的でCr,Mn,Co,Ni,Alを20%以下含んでも
良い。
【0010】本発明電流センサは導線を流れる電流によ
り発生する磁界により、磁心が磁化され、これに伴いギ
ャップ部に磁界が発生しホ−ル素子等の磁界検出素子の
抵抗値が変化し、素子に電流を流すとこの両端の電圧が
変化するためこれを検出することにより、導線(導体)を
流れる電流値を測定することができる。前記磁心および
磁界検出素子は通常はケ−ス内に入った状態、あるいは
周囲を樹脂モ−ルドした状態で使用する。このような構
造とすることにより信頼性が向上する。また、必要に応
じて検出出力の端子や測定する電流を流すための端子を
前記ケ−スに設けても良い。
【0011】
【実施例】以下本発明を実施例にしたがって説明するが
本発明はこれらに限定されるものではない。
【0012】(実施例1)単ロ−ル法により幅5mm厚さ1
8μmのFebal.Cu1Nb2.5Si14B9(at%)アモルファス合金薄
帯を作製した。次にこの合金薄帯をトロイダル状に巻回
しArガス雰囲気中550゜Cで1時間熱処理を行った。熱処理
後の合金は組織観察の結果、組織のほとんどが粒径12nm
の微細なナノ結晶粒が形成していた。次にこの磁心を含
浸し、図3に示す構造の本発明の電流センサを作製し、
電流と出力電圧の関係を測定した。得られた結果を図4
(a)に示す。比較のため珪素鋼板を用いた場合、Fe基
アモルファス合金を用いた場合、Co基アモルファス合金
を用いた場合も示す。
【0013】本発明電流センサは電流と出力電圧の関係
の直線性がFe基アモルファス合金を使用したセンサより
も優れている。また、Co基アモルファス合金を使用した
ものは電流と出力電圧の関係の直線性は良いが磁心が飽
和しやすく本発明センサよりも測定電流の上限は小さく
なる。図4(b)で定義されるヒステリシス幅は6mVで
あり、珪素鋼を使用したセンサの16mV、Fe基アモルファ
ス合金を使用したセンサの11mVよりも小さく優れている
ことが分かった。以上のように本発明によればヒステリ
シスが小さく、かつ直線性が良く高電流まで検出可能な
両特性ともに優れた従来にない高性能な電流センサを得
ることができる。
【0014】(実施例2)単ロ−ル法により幅200mm厚
さ20μmの表1に示す組成のアモルファス合金薄帯を作
製した。次にこの薄帯を一部はスリットし、一部は打ち
抜き磁心用に加工した。次に、スリットした薄帯はトロ
イダル状に巻回し、打ち抜いた合金薄帯はそのままの状
態でArガス雰囲気中570゜Cで1時間熱処理を行った。熱処
理後の合金は組織観察の結果、組織のほとんどが粒径50
0オンク゛ストローム以下の微細なナノ結晶粒が形成していた。次
に、トロイダル巻磁心は含浸し、打ち抜いたナノ結晶合
金薄帯は積層接着し磁心を作製した。次に、この磁心の
磁路の一箇所を外周スライサで切断し、ギャップを形成
し実施例1と同様な測定を行った。ヒステリシス幅、直
線性範囲(電流と出力電圧の関係がほぼ直線関係にある
範囲[1%以内])を表1に示す。
【0015】
【表1】
【0016】本発明の電流センサは従来の珪素鋼やFe基
アモルファスを磁心として用いた電流センサよりヒステ
リシスが小さく、直線性に優れている。また、Co基アモ
ルファス合金と比較しても高電流まで検出可能であり優
れた特性を有していることが確認された。
【0017】
【発明の効果】本発明によれば、ヒステリシスが小さ
く、直線性が良く、高電流まで検出可能な電流センサを
提供することができるためその効果は著しいものがあ
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係わる電流センサの構造の一例を示し
た図である。
【図2】本発明に係わる電流センサの構造の一例を示し
た図である。
【図3】本発明の電流センサの構造の一実施例を示した
図である。
【図4】本発明の電流センサおよび従来の電流センサの
電流と出力電圧の関係およびヒステリシス幅の定義を示
した図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 H01F 1/14 38/28 9469−5E H01F 40/06

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 粒径500オンク゛ストローム以下の微細なナノ結晶
    粒が組織の少なくとも50%を占めるナノ結晶合金からな
    る磁心の磁路の少なくとも1箇所にギャップが形成され
    ており、前記ギャップ部に磁界検出素子が配置されてい
    ることを特徴とする電流センサ。
  2. 【請求項2】 前記磁界検出素子がホ−ル素子であるこ
    とを特徴とする請求項1に記載の電流センサ。
  3. 【請求項3】 前記磁心に導線が巻かれているか、ある
    いは導線が貫通していることを特徴とする請求項1また
    は請求項2に記載の電流センサ。
  4. 【請求項4】 Feを主体としCu,Auから選ばれる少なく
    とも1種の元素及びTi,V,Zr,Nb,Mo,Hf,Ta,Wから選ばれる
    少なくともひとつを必須成分として含むナノ結晶合金の
    磁心から構成されていることを特徴とする請求項1乃至
    請求項3のいづれかに記載の電流センサ。
  5. 【請求項5】 Si,Bから選ばれた少なくとも一種の元素
    を30at%以下含むことを特徴とする請求項1乃至請求項
    4のいづれかに記載の電流センサ。
  6. 【請求項6】 Cr,Mn,Co,Ni,Alから選ばれる少なくとも
    一種の元素を20at%以下含むことを特徴とする請求項4
    乃至請求項5のいづれかに記載の電流センサ。
  7. 【請求項7】 前記磁心および磁界検出素子がケ−ス内
    に挿入されている、あるいは周囲を樹脂モ−ルドされて
    いることを特徴とする請求項1乃至請求項6のいづれか
    に記載の電流センサ。
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