JPH0792199A - 電流センサ - Google Patents
電流センサInfo
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- JPH0792199A JPH0792199A JP6176844A JP17684494A JPH0792199A JP H0792199 A JPH0792199 A JP H0792199A JP 6176844 A JP6176844 A JP 6176844A JP 17684494 A JP17684494 A JP 17684494A JP H0792199 A JPH0792199 A JP H0792199A
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- current
- magnetic field
- sensor
- magnetoresistive element
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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】 電流を検出する電流センサにおいて、磁気抵
抗素子を用いてサーボ方式にすることで、出力直線性の
高い高感度の電流センサを提供することを目的とする。 【構成】 被測定電流線３に流れる被測定電流ＩLから
生じる磁界を受けた磁気抵抗素子センサ７による磁界の
強さに応じた差電圧が誤差検出部１７を経て補償電流制
御部１８を制御して補償電流ＩSを発生させて補償電流
線８を流れ、被測定電流ＩLによる発生磁界をキャンセ
ルするようにし、負荷抵抗１９の補償電流による電圧降
下で出力変換部２０で増幅して出力電圧を得る。
抗素子を用いてサーボ方式にすることで、出力直線性の
高い高感度の電流センサを提供することを目的とする。 【構成】 被測定電流線３に流れる被測定電流ＩLから
生じる磁界を受けた磁気抵抗素子センサ７による磁界の
強さに応じた差電圧が誤差検出部１７を経て補償電流制
御部１８を制御して補償電流ＩSを発生させて補償電流
線８を流れ、被測定電流ＩLによる発生磁界をキャンセ
ルするようにし、負荷抵抗１９の補償電流による電圧降
下で出力変換部２０で増幅して出力電圧を得る。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、大電流を検出する電流
センサに関するものである。
センサに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】近年、エレクトロニクス技術の発展はめ
ざましく、マイクロコンピュータの開発もさかんであ
る。
ざましく、マイクロコンピュータの開発もさかんであ
る。
【０００３】一方、コンピュータ技術の進展によって、
自動車、産業機器、民生機器においては、各機能の複雑
な制御をコンピュータに行わせることでシステムの省エ
ネルギー化、高機能化が可能となり、現在各分野であら
ゆる制御の電子化が実現している。
自動車、産業機器、民生機器においては、各機能の複雑
な制御をコンピュータに行わせることでシステムの省エ
ネルギー化、高機能化が可能となり、現在各分野であら
ゆる制御の電子化が実現している。
【０００４】特に最近では、制御の電子化に伴ってアク
チュエータ等のパワーモジュールを制御することが増加
しており、限られたエネルギーの中で、省エネルギー化
をも考慮して制御の緻密化、高度化を図るため、アクチ
ュエータあるいは制御機器への供給エネルギー量を知る
ことが必要になってきている。
チュエータ等のパワーモジュールを制御することが増加
しており、限られたエネルギーの中で、省エネルギー化
をも考慮して制御の緻密化、高度化を図るため、アクチ
ュエータあるいは制御機器への供給エネルギー量を知る
ことが必要になってきている。
【０００５】供給エネルギー量を知るには、制御情報と
して供給電流を測定することが必要不可欠であり、現在
これを得る手段として、従来よりホール素子とフェライ
トなどのコアを組合わせた方式の電流センサが実現され
ている。
して供給電流を測定することが必要不可欠であり、現在
これを得る手段として、従来よりホール素子とフェライ
トなどのコアを組合わせた方式の電流センサが実現され
ている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかし、従来のホール
素子応用の電流センサはホール素子の出力直線性は良い
ものの、測定したい電流の流れる電流線から発生する磁
界は元々微弱でありホール素子の感度が低いため、ホー
ル素子を効果的に機能させるためにフェライト等の高透
磁率材料でできたヨークを組合わせて発生した磁界を集
束させることが必要である。
素子応用の電流センサはホール素子の出力直線性は良い
ものの、測定したい電流の流れる電流線から発生する磁
界は元々微弱でありホール素子の感度が低いため、ホー
ル素子を効果的に機能させるためにフェライト等の高透
磁率材料でできたヨークを組合わせて発生した磁界を集
束させることが必要である。
【０００７】このようにヨークを用いた場合、形状的に
大きなものとなり、またヨークは電流線を取囲むように
配置しなければならない上、磁性材を使用するためにそ
の磁気特性にセンサとしての直線性やヒステリシス特性
といった磁気特性が悪くなってしまい、ホール素子の長
所である高い直線性を相殺することになり、センサとし
ての設計上あるいは取り付け上の制約が多い。
大きなものとなり、またヨークは電流線を取囲むように
配置しなければならない上、磁性材を使用するためにそ
の磁気特性にセンサとしての直線性やヒステリシス特性
といった磁気特性が悪くなってしまい、ホール素子の長
所である高い直線性を相殺することになり、センサとし
ての設計上あるいは取り付け上の制約が多い。
【０００８】また、これを解決する手段としては低磁界
においてホール素子よりも高い感度を有する強磁性磁気
抵抗素子などを用いた電流センサが考えられているが、
磁気抵抗素子は感度は高いものの磁界に対する出力の変
化が直線的でない。このため、使用に際しては、電流セ
ンサの出力変化の直線性を確保するために、バイアス磁
界を調整することにより特性変化にできるだけ直線性を
もたせて使用する必要がある。またこのような直線性の
みならず、温度や経時に伴う特性劣化といった特性上の
安定度については厳しいものがある。
においてホール素子よりも高い感度を有する強磁性磁気
抵抗素子などを用いた電流センサが考えられているが、
磁気抵抗素子は感度は高いものの磁界に対する出力の変
化が直線的でない。このため、使用に際しては、電流セ
ンサの出力変化の直線性を確保するために、バイアス磁
界を調整することにより特性変化にできるだけ直線性を
もたせて使用する必要がある。またこのような直線性の
みならず、温度や経時に伴う特性劣化といった特性上の
安定度については厳しいものがある。
【０００９】また、磁気抵抗素子を用いた電流センサ
は、外乱磁界の影響を受けやすく、実用にあたっては磁
性焼鈍などを施したパーマロイ等高透磁率材料でできた
シールドケースで磁気シールドを施さねばならなかっ
た。これらは、高透磁率ゆえにシールド効果は高いもの
の磁気的に飽和しやすく、また高価であるので、非常に
扱い難いものとなっていた。
は、外乱磁界の影響を受けやすく、実用にあたっては磁
性焼鈍などを施したパーマロイ等高透磁率材料でできた
シールドケースで磁気シールドを施さねばならなかっ
た。これらは、高透磁率ゆえにシールド効果は高いもの
の磁気的に飽和しやすく、また高価であるので、非常に
扱い難いものとなっていた。
【００１０】本発明は上記問題点に鑑みなされたもので
あり、本発明は従来の電流センサよりも小型で高感度で
直線性の良い電流センサを提供することを目的とする。
あり、本発明は従来の電流センサよりも小型で高感度で
直線性の良い電流センサを提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明の電流センサは、磁気抵抗効果を有する合金
薄帯をつづら折りに複数回折り返した２つのエレメント
を互いにその駆動電流が流れる方向が直交しかつブリッ
ジを構成するように接続して絶縁基板上に形成され外部
への引出し電極を設けた２つの磁気抵抗素子ブリッジ
と、前記エレメントの駆動電流方向に直交する磁界成分
に応じた差動出力を得る磁気抵抗素子センサと、前記磁
気抵抗素子の各エレメントの磁気検出方向に平行な磁界
成分を含むバイアス磁界を与えるよう磁気抵抗素子セン
サに近接させて設けた磁界発生手段と前記磁気抵抗素子
センサの磁気検出方向に平行な磁界成分を含む補償磁界
を与えるよう前記磁気抵抗素子センサに近接して配され
る補償電流線とから構成される検出部と、この検出部か
らの差動出力電圧を検出して制御電圧を発生する誤差検
出部と前記制御電圧に基づいて前記補償電流線に流れる
補償電流を制御し補償電流を供給する補償電流制御部と
前記補償電流制御部の制御量に基づいて回路出力に変換
増幅する回路部からなるものである。
に、本発明の電流センサは、磁気抵抗効果を有する合金
薄帯をつづら折りに複数回折り返した２つのエレメント
を互いにその駆動電流が流れる方向が直交しかつブリッ
ジを構成するように接続して絶縁基板上に形成され外部
への引出し電極を設けた２つの磁気抵抗素子ブリッジ
と、前記エレメントの駆動電流方向に直交する磁界成分
に応じた差動出力を得る磁気抵抗素子センサと、前記磁
気抵抗素子の各エレメントの磁気検出方向に平行な磁界
成分を含むバイアス磁界を与えるよう磁気抵抗素子セン
サに近接させて設けた磁界発生手段と前記磁気抵抗素子
センサの磁気検出方向に平行な磁界成分を含む補償磁界
を与えるよう前記磁気抵抗素子センサに近接して配され
る補償電流線とから構成される検出部と、この検出部か
らの差動出力電圧を検出して制御電圧を発生する誤差検
出部と前記制御電圧に基づいて前記補償電流線に流れる
補償電流を制御し補償電流を供給する補償電流制御部と
前記補償電流制御部の制御量に基づいて回路出力に変換
増幅する回路部からなるものである。
【００１２】
【作用】この構成により、高感度で出力直線性が良く、
温度や、経時に伴う特性劣化の少なく、外乱に対しても
安定性の高い小型の電流センサが得られる。
温度や、経時に伴う特性劣化の少なく、外乱に対しても
安定性の高い小型の電流センサが得られる。
【００１３】
【実施例】以下、本発明の一実施例を示す図１〜図２０
の図面を用いて説明する。
の図面を用いて説明する。
【００１４】図１は本発明の一実施例による電流センサ
の構成を示すものである。図１（ａ）は本実施例におけ
る電流センサの外観斜視図で、電流センサは外部との接
続コネクタ５を設けた樹脂等のケース１に収められケー
ス１のトンネル部分４に被測定電流線３を通した後、ケ
ース１ごとフランジ２で図示されないボディ等に取り付
け固定される。
の構成を示すものである。図１（ａ）は本実施例におけ
る電流センサの外観斜視図で、電流センサは外部との接
続コネクタ５を設けた樹脂等のケース１に収められケー
ス１のトンネル部分４に被測定電流線３を通した後、ケ
ース１ごとフランジ２で図示されないボディ等に取り付
け固定される。
【００１５】図１（ｂ）および図１（ｃ）は図１（ａ）
のａ−ａ′およびｂ−ｂ′間の断面図を示しており、補
償電流線８はコイル状に巻回され、磁気抵抗素子センサ
７と永久磁石６との所定の位置関係を保つように樹脂成
形によって形成されたホルダー９で固定されている。１
０は磁性薄膜などからなり電流から発生した磁束を集束
するための磁気ヨークである。また、１００は、回路を
構成する回路部品を搭載した回路基板である。
のａ−ａ′およびｂ−ｂ′間の断面図を示しており、補
償電流線８はコイル状に巻回され、磁気抵抗素子センサ
７と永久磁石６との所定の位置関係を保つように樹脂成
形によって形成されたホルダー９で固定されている。１
０は磁性薄膜などからなり電流から発生した磁束を集束
するための磁気ヨークである。また、１００は、回路を
構成する回路部品を搭載した回路基板である。
【００１６】図２（ａ）は本実施例における検出部の構
造を示す斜視図、図２（ｂ）は図２（ａ）のｃ−ｃ′間
の断面図である。
造を示す斜視図、図２（ｂ）は図２（ａ）のｃ−ｃ′間
の断面図である。
【００１７】この検出部は磁気抵抗素子１１が絶縁基板
１１′に形成されてなる磁気抵抗素子センサ７が最大の
感度を発揮するための適切なバイアス磁界を印加するよ
うに磁界発生手段である永久磁石６を磁気抵抗素子セン
サ７の近傍に配し、補償電流線８が磁気抵抗素子１１に
近接して配置されるよう構成されており、これらは図示
されないホルダー９にて位置決めし固定されている。
１１′に形成されてなる磁気抵抗素子センサ７が最大の
感度を発揮するための適切なバイアス磁界を印加するよ
うに磁界発生手段である永久磁石６を磁気抵抗素子セン
サ７の近傍に配し、補償電流線８が磁気抵抗素子１１に
近接して配置されるよう構成されており、これらは図示
されないホルダー９にて位置決めし固定されている。
【００１８】図３は検出部の断面を示し動作を説明する
もので、特に被測定電流と補償電流の流れる向きを示し
ている。
もので、特に被測定電流と補償電流の流れる向きを示し
ている。
【００１９】図４は磁気抵抗素子センサ７の構造と印加
される磁界の方向を示すものである。図４（ａ）に示す
磁気抵抗素子センサ７は絶縁基板１１′上に磁気抵抗素
子薄帯を図のようにつづら折りに複数回折り返して磁気
指向性を持たせた磁気抵抗素子１１のエレメント１２と
１３および１４と１５をそれぞれ図のように互いに電流
の流れる方向を直交させて配置し、ブリッジ構成となる
ように接続して外部への引出し電極Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄを設
けて構成され、通常の永久磁石６によって矢印Ｘ方向に
磁気バイアスされている。図４（ｂ）は磁気抵抗素子１
１のエレメント１２，１３，１４，１５と、永久磁石
６、被測定電流線３、および補償電流線８からそれぞれ
受ける有効磁界ベクトル ア，イおよびウと有効磁界ベ
クトル ア，イの合成磁界ベクトルＨ１の相対関係を示
したものである。
される磁界の方向を示すものである。図４（ａ）に示す
磁気抵抗素子センサ７は絶縁基板１１′上に磁気抵抗素
子薄帯を図のようにつづら折りに複数回折り返して磁気
指向性を持たせた磁気抵抗素子１１のエレメント１２と
１３および１４と１５をそれぞれ図のように互いに電流
の流れる方向を直交させて配置し、ブリッジ構成となる
ように接続して外部への引出し電極Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄを設
けて構成され、通常の永久磁石６によって矢印Ｘ方向に
磁気バイアスされている。図４（ｂ）は磁気抵抗素子１
１のエレメント１２，１３，１４，１５と、永久磁石
６、被測定電流線３、および補償電流線８からそれぞれ
受ける有効磁界ベクトル ア，イおよびウと有効磁界ベ
クトル ア，イの合成磁界ベクトルＨ１の相対関係を示
したものである。
【００２０】また、図４（ｃ）は磁気抵抗素子センサ７
の等価回路図である。図５はバイアス磁界印加角度、バ
イアス磁界の強さ及び磁気抵抗素子に対する印加磁界の
強さによる磁気抵抗素子センサ７の特性を示す。
の等価回路図である。図５はバイアス磁界印加角度、バ
イアス磁界の強さ及び磁気抵抗素子に対する印加磁界の
強さによる磁気抵抗素子センサ７の特性を示す。
【００２１】図６は磁気抵抗素子センサ７の動作を示
す。図７は本電流センサの動作を説明する回路図であ
る。
す。図７は本電流センサの動作を説明する回路図であ
る。
【００２２】図８は本電流センサを用いた電流測定装置
の回路構成図である。図９は本電流センサが動作してい
る時の回路の各部の状態変化を示す。
の回路構成図である。図９は本電流センサが動作してい
る時の回路の各部の状態変化を示す。
【００２３】図１０は本電流センサの被測定電流に対す
る出力電圧特性を示す。図１１は監視回路が動作した時
の様子を示す。
る出力電圧特性を示す。図１１は監視回路が動作した時
の様子を示す。
【００２４】図１２は初期回路が動作した時の様子を示
す。図１３は外乱磁界に対する同相キャンセル方法の原
理を説明する図で、同図（ａ）は２つの磁気抵抗素子１
１がそれぞれ磁界発生手段６と補償電流線８を伴ってそ
れぞれ被測定電流線３を挟むように対称に配置されてい
る。
す。図１３は外乱磁界に対する同相キャンセル方法の原
理を説明する図で、同図（ａ）は２つの磁気抵抗素子１
１がそれぞれ磁界発生手段６と補償電流線８を伴ってそ
れぞれ被測定電流線３を挟むように対称に配置されてい
る。
【００２５】また同図（ｂ）は２つの磁気抵抗素子１１
は磁界検出軸を同じくして配置され、これらのうち１つ
は磁界発生手段６と補償電流線８を伴って比較的被測定
電流線３の近くに配置され、もう１つの磁気抵抗素子は
磁界発生手段６を伴って比較的電流線から離れて配置さ
れる。
は磁界検出軸を同じくして配置され、これらのうち１つ
は磁界発生手段６と補償電流線８を伴って比較的被測定
電流線３の近くに配置され、もう１つの磁気抵抗素子は
磁界発生手段６を伴って比較的電流線から離れて配置さ
れる。
【００２６】図１４は図１３（ａ）の構成による動作を
示し、図１５は図１３（ｂ）の構成による動作を示す。
示し、図１５は図１３（ｂ）の構成による動作を示す。
【００２７】図１６は本発明による他の実施例における
電流センサの構成を示す図で、本図においてｃ−ｃ′線
における断面図を図１７に示す。本電流センサは、銅な
どの良導体からなる被測定電流線３の表面に回路配線板
２７を形成し、この回路配線板２７の上面に回路部品お
よび磁気抵抗素子、補償電流線などから構成される検出
部３０が実装され、磁気シールド２５，２６が回路配線
板２７を挟むように形成され構成されている。ここで、
５は外部への接続コネクタである。
電流センサの構成を示す図で、本図においてｃ−ｃ′線
における断面図を図１７に示す。本電流センサは、銅な
どの良導体からなる被測定電流線３の表面に回路配線板
２７を形成し、この回路配線板２７の上面に回路部品お
よび磁気抵抗素子、補償電流線などから構成される検出
部３０が実装され、磁気シールド２５，２６が回路配線
板２７を挟むように形成され構成されている。ここで、
５は外部への接続コネクタである。
【００２８】図１８は磁気シールドに設けられる空隙の
有無によるシールドの磁気的な動作を説明する図であ
り、図１９はシールドを２層にした時の機能を説明する
図である。また図２０（ａ）はシールドの空隙の有無に
よる電流−出力特性を示し、同図（ｂ）は空隙の有無に
よる外乱磁界による影響を示す図、同図（ｃ）はシール
ドの層数による外乱磁界による影響を示す図である。
有無によるシールドの磁気的な動作を説明する図であ
り、図１９はシールドを２層にした時の機能を説明する
図である。また図２０（ａ）はシールドの空隙の有無に
よる電流−出力特性を示し、同図（ｂ）は空隙の有無に
よる外乱磁界による影響を示す図、同図（ｃ）はシール
ドの層数による外乱磁界による影響を示す図である。
【００２９】次に、各図に基づいて動作を説明する。図
１３（ａ）において、被測定電流線３を挟んで対称に配
置されたＡ，Ｂ２つの磁気抵抗素子センサ１１は、被測
定電流による磁界３０を受けて互いに逆相の出力を発生
する。したがって、Ａ，Ｂ間の差動出力をとるようにす
れば、外乱磁界２４が加わっても素子センサＡ，Ｂの出
力は外乱磁界に対しては同相となるので差動出力に外乱
磁界２４の影響は現われない。したがって、図１４に示
すように、外乱磁界の影響を排除できる。
１３（ａ）において、被測定電流線３を挟んで対称に配
置されたＡ，Ｂ２つの磁気抵抗素子センサ１１は、被測
定電流による磁界３０を受けて互いに逆相の出力を発生
する。したがって、Ａ，Ｂ間の差動出力をとるようにす
れば、外乱磁界２４が加わっても素子センサＡ，Ｂの出
力は外乱磁界に対しては同相となるので差動出力に外乱
磁界２４の影響は現われない。したがって、図１４に示
すように、外乱磁界の影響を排除できる。
【００３０】また、この時磁気抵抗素子センサＡ，Ｂは
それぞれ補償電流線８を備えているので、素子の動作点
は常に固定され、安定した精度を維持できる。また、素
子Ａ，Ｂ間の距離を小さくするほど外乱磁界に対する性
能が向上する。
それぞれ補償電流線８を備えているので、素子の動作点
は常に固定され、安定した精度を維持できる。また、素
子Ａ，Ｂ間の距離を小さくするほど外乱磁界に対する性
能が向上する。
【００３１】図１３（ｂ）は、もう一つの同相キャンセ
ルの方法であり、被測定電流線に比較的近くに配置され
た磁気抵抗素子センサＡと、比較的離して配置された磁
気抵抗素子センサＢは被測定電流線３に流れる電流から
発生する磁界３０に対して同相で大きさの異なる出力を
得るように設定している。この時外乱磁界２４に対して
はＡ，Ｂの出力は同相、同じ大きさになるので、Ａ，Ｂ
間の差動出力を得るようにすれば、外乱磁界２４の影響
を排除した出力とすることができる。これらの様子を図
１５に示す。また、この時素子Ａのみ補償電流線を備え
ているので、素子の動作点は常にＢのそれに追従するよ
うに動作するので、素子Ｂの動作点が極端に変化しない
範囲で高い精度を維持することが可能である。この方法
は素子Ａ，Ｂ間の距離を近づけるにつれて外乱磁界に効
果があるものの、同時に被測定電流磁界の素子間の差も
小さくなる為、実現できる同相キャンセル効果としては
限界がある。しかし、補償電流線が１つで実現できるの
で、材料コスト的には有利である。
ルの方法であり、被測定電流線に比較的近くに配置され
た磁気抵抗素子センサＡと、比較的離して配置された磁
気抵抗素子センサＢは被測定電流線３に流れる電流から
発生する磁界３０に対して同相で大きさの異なる出力を
得るように設定している。この時外乱磁界２４に対して
はＡ，Ｂの出力は同相、同じ大きさになるので、Ａ，Ｂ
間の差動出力を得るようにすれば、外乱磁界２４の影響
を排除した出力とすることができる。これらの様子を図
１５に示す。また、この時素子Ａのみ補償電流線を備え
ているので、素子の動作点は常にＢのそれに追従するよ
うに動作するので、素子Ｂの動作点が極端に変化しない
範囲で高い精度を維持することが可能である。この方法
は素子Ａ，Ｂ間の距離を近づけるにつれて外乱磁界に効
果があるものの、同時に被測定電流磁界の素子間の差も
小さくなる為、実現できる同相キャンセル効果としては
限界がある。しかし、補償電流線が１つで実現できるの
で、材料コスト的には有利である。
【００３２】次に、図１６において、検出部、回路部お
よび、シールドはバスバーなどの金属製の強固な被測定
電流線を骨格として配備される。本図ｃ−ｃ′断面を図
１７に示す。
よび、シールドはバスバーなどの金属製の強固な被測定
電流線を骨格として配備される。本図ｃ−ｃ′断面を図
１７に示す。
【００３３】この構成により、高強度、高信頼性を実現
でき、また寸法変化も小さく抑えられるので、精度的に
も非常に有利である。また、表面を樹脂材料等でモール
ドすればケースや補強部材が不要であるので小型化＆低
コスト化が可能である。またバスバーには２ヵ所以上部
分的に断面積の異なる切り欠き部２８を設けてある為、
本センサが取り付けられてもバスバーにかかる機械的な
ストレスは殆ど切り欠き部２８で吸収される為、バスバ
ー全般がストレスによってたわんだり、捩れたりするこ
となく、実装される回路部品を保護する。磁気シールド
２５，２６は、図１７に示すように被測定電流線３と、
磁気抵抗素子センサ７および補償電流線８などから構成
される検出部を取囲むように配線板２７を挟んで配置固
定され、外乱磁界から磁気的に遮断する役目をする。
でき、また寸法変化も小さく抑えられるので、精度的に
も非常に有利である。また、表面を樹脂材料等でモール
ドすればケースや補強部材が不要であるので小型化＆低
コスト化が可能である。またバスバーには２ヵ所以上部
分的に断面積の異なる切り欠き部２８を設けてある為、
本センサが取り付けられてもバスバーにかかる機械的な
ストレスは殆ど切り欠き部２８で吸収される為、バスバ
ー全般がストレスによってたわんだり、捩れたりするこ
となく、実装される回路部品を保護する。磁気シールド
２５，２６は、図１７に示すように被測定電流線３と、
磁気抵抗素子センサ７および補償電流線８などから構成
される検出部を取囲むように配線板２７を挟んで配置固
定され、外乱磁界から磁気的に遮断する役目をする。
【００３４】この時、図１８（ａ），（ｂ）に示すよう
にシールドにギャップがある場合と無い場合では同図
（ｃ）に示すようにシールドを構成する磁性体内部の磁
束密度に大きな違いがあり、ギャップが無い場合、シー
ルドの磁束密度Ｂの変化は磁界Ｈに対して急峻で、被測
定電流が流れて磁界ＨLが発生している時、外乱磁界Ｈe
xが印加されるとシールドの動作点が直線性の悪い領域
まで持上げられて特性が悪くなるばかりでなく、印加さ
れる磁界によってはシールドが完全に磁気的に飽和して
しまい、シールドの機能が失われる。
にシールドにギャップがある場合と無い場合では同図
（ｃ）に示すようにシールドを構成する磁性体内部の磁
束密度に大きな違いがあり、ギャップが無い場合、シー
ルドの磁束密度Ｂの変化は磁界Ｈに対して急峻で、被測
定電流が流れて磁界ＨLが発生している時、外乱磁界Ｈe
xが印加されるとシールドの動作点が直線性の悪い領域
まで持上げられて特性が悪くなるばかりでなく、印加さ
れる磁界によってはシールドが完全に磁気的に飽和して
しまい、シールドの機能が失われる。
【００３５】一方、同図（ｂ）のように空隙２９がある
場合、シールドのＨ−Ｂ特性は同図（ｃ）に示すように
傾きが緩慢になり、印加される磁界Ｈに対する飽和まで
の余裕ができるばかりでなく、変化の直線部分も増加す
る為、特性は損なわれずに大きな磁界に対しても安定し
たシールド効果を発揮することができる。
場合、シールドのＨ−Ｂ特性は同図（ｃ）に示すように
傾きが緩慢になり、印加される磁界Ｈに対する飽和まで
の余裕ができるばかりでなく、変化の直線部分も増加す
る為、特性は損なわれずに大きな磁界に対しても安定し
たシールド効果を発揮することができる。
【００３６】また、空隙２９を設ける位置によっては、
発生する漏れ磁界３０、磁気抵抗素子センサ７に影響す
る。シールドに用いる材料がヒステリシスの大きい磁性
材料の場合、センサの出力にヒステリシスを発生させ、
精度を悪化させてしまう。
発生する漏れ磁界３０、磁気抵抗素子センサ７に影響す
る。シールドに用いる材料がヒステリシスの大きい磁性
材料の場合、センサの出力にヒステリシスを発生させ、
精度を悪化させてしまう。
【００３７】しかし、同図（ｂ）のように漏れ磁界３０
の主方向成分が磁気抵抗素子センサ７の非磁界検出方向
即ち素子面に垂直になるように空隙を設ければ、シール
ド材料のヒステリシスによる残留磁界の影響を受けない
ので、センサの特性が損なわれることは無い。本実施例
では、配線板２７の板厚を利用して空隙２９を作りなが
ら、シールドを強固に固定している。
の主方向成分が磁気抵抗素子センサ７の非磁界検出方向
即ち素子面に垂直になるように空隙を設ければ、シール
ド材料のヒステリシスによる残留磁界の影響を受けない
ので、センサの特性が損なわれることは無い。本実施例
では、配線板２７の板厚を利用して空隙２９を作りなが
ら、シールドを強固に固定している。
【００３８】また、図１９（ａ）に示すように複数のシ
ールドを空隙３１を確保しながら設けることによって、
外乱磁界Ｈexに対するシールド効果を更に向上させるこ
とができるばかりでなく、外側のシールド２６は主に外
乱磁界に働き、内側のシールド２５は主に被測定電流磁
界に働くという異なる役割を持たせることによって、同
図（ｂ）のようにそれぞれのシールドの動作点はより低
磁界側にシフトするので、かかる磁界の許容量が増加
し、より大きな被測定電流、外乱磁界に対しても精度の
良いセンサとすることができる。
ールドを空隙３１を確保しながら設けることによって、
外乱磁界Ｈexに対するシールド効果を更に向上させるこ
とができるばかりでなく、外側のシールド２６は主に外
乱磁界に働き、内側のシールド２５は主に被測定電流磁
界に働くという異なる役割を持たせることによって、同
図（ｂ）のようにそれぞれのシールドの動作点はより低
磁界側にシフトするので、かかる磁界の許容量が増加
し、より大きな被測定電流、外乱磁界に対しても精度の
良いセンサとすることができる。
【００３９】これら、一連の効果を図２０に示す。以上
のような構成にすれば、従来外乱磁界の影響を排除する
為にパーマロイやアモルファスといった高価な磁性材料
を用いなければならなかった磁気シールドが、非常に安
価な例えば珪素鋼板などの材料を用いることで、同等以
上のシールド効果を得て、高性能なセンサとすることが
できる。
のような構成にすれば、従来外乱磁界の影響を排除する
為にパーマロイやアモルファスといった高価な磁性材料
を用いなければならなかった磁気シールドが、非常に安
価な例えば珪素鋼板などの材料を用いることで、同等以
上のシールド効果を得て、高性能なセンサとすることが
できる。
【００４０】なお、電流センサとして使用される環境に
応じて同相キャンセル方式とシールドを併用しても良い
し、それぞれ単独で用いても良い。
応じて同相キャンセル方式とシールドを併用しても良い
し、それぞれ単独で用いても良い。
【００４１】次に各図に基づいて動作を説明する。磁気
抵抗素子１１のエレメント１２，１３，１４，１５はそ
れぞれ図５（ａ）に示すように磁界に対する抵抗変化を
持ち、バイアス磁界が無い場合の印加磁界に対する抵抗
変化は同図エのような特性になる。
抵抗素子１１のエレメント１２，１３，１４，１５はそ
れぞれ図５（ａ）に示すように磁界に対する抵抗変化を
持ち、バイアス磁界が無い場合の印加磁界に対する抵抗
変化は同図エのような特性になる。
【００４２】また素子に流れる電流の方向に直交するよ
うにバイアス磁界を印加して行くと、バイアス磁界強度
が大きくなるにつれて印加磁界に対する抵抗変化特性は
図５（ａ）のオ→カのように変化する。なお抵抗変化は
通常、ヒステリシス性を伴う。バイアス磁界は図４
（ａ）に矢印Ｘで示すように各磁気抵抗素子１１のエレ
メント１２，１３，１４，１５に均等かつ４５度方向に
印加するので、エレメント１２，１３，１４，１５の感
度は図５（ａ）においてバイアス磁界印加角度４５度に
おける特性にしたがう。
うにバイアス磁界を印加して行くと、バイアス磁界強度
が大きくなるにつれて印加磁界に対する抵抗変化特性は
図５（ａ）のオ→カのように変化する。なお抵抗変化は
通常、ヒステリシス性を伴う。バイアス磁界は図４
（ａ）に矢印Ｘで示すように各磁気抵抗素子１１のエレ
メント１２，１３，１４，１５に均等かつ４５度方向に
印加するので、エレメント１２，１３，１４，１５の感
度は図５（ａ）においてバイアス磁界印加角度４５度に
おける特性にしたがう。
【００４３】したがって磁気抵抗素子１１に対する印加
磁界を一定、例えば本電流センサのように動作中の印加
磁界は被測定電流線と補償電流線から受ける磁界が互い
に打消し合うように動作させて印加磁界をゼロとして一
定とした場合、バイアス磁界の大きさと感度の関係は図
５（ｂ）のようになる。
磁界を一定、例えば本電流センサのように動作中の印加
磁界は被測定電流線と補償電流線から受ける磁界が互い
に打消し合うように動作させて印加磁界をゼロとして一
定とした場合、バイアス磁界の大きさと感度の関係は図
５（ｂ）のようになる。
【００４４】この感度特性において磁気抵抗素子１１の
感度を最大にするバイアス磁界の値がＨBとなるように
磁気抵抗素子センサ７と永久磁石６の距離を設定する。
感度を最大にするバイアス磁界の値がＨBとなるように
磁気抵抗素子センサ７と永久磁石６の距離を設定する。
【００４５】このようにバイアス磁界が印加された状態
で図３に示す被測定電流線３に電流ＩLが流れた時、被
測定電流線３の回りには右ネジの法則にしたがう磁界が
発生し、この磁界は近傍に配置された磁気抵抗素子セン
サ７を貫く。
で図３に示す被測定電流線３に電流ＩLが流れた時、被
測定電流線３の回りには右ネジの法則にしたがう磁界が
発生し、この磁界は近傍に配置された磁気抵抗素子セン
サ７を貫く。
【００４６】この時、磁気抵抗素子センサ７を貫く磁界
イとバイアス磁界アは図４（ｂ）に示すように互いに直
交しており、実際は合成磁界Ｈ１となって各エレメント
１２，１３，１４および１５に働き、各エレメント１
２，１３，１４，１５の抵抗を変化させる。
イとバイアス磁界アは図４（ｂ）に示すように互いに直
交しており、実際は合成磁界Ｈ１となって各エレメント
１２，１３，１４および１５に働き、各エレメント１
２，１３，１４，１５の抵抗を変化させる。
【００４７】各エレメント１２，１３，１４，１５の結
線は図４（ｃ）のようになっており、被測定電流線３の
電流ＩLに対する抵抗変化と端子電圧は図６（ａ）〜
（ｃ）のようになり、Ｂ，Ｃ端子より被測定電流から受
ける磁界イに応じた差動電圧を得る。
線は図４（ｃ）のようになっており、被測定電流線３の
電流ＩLに対する抵抗変化と端子電圧は図６（ａ）〜
（ｃ）のようになり、Ｂ，Ｃ端子より被測定電流から受
ける磁界イに応じた差動電圧を得る。
【００４８】ところで、被測定電流がゼロの時は、磁気
抵抗素子センサ７からの差電圧は理想的にはゼロであ
る。しかし、現実は磁気抵抗素子ブリッジのエレメント
１２，１３，１４，１５の不揃い等によって若干のオフ
セット電圧が生じている。
抵抗素子センサ７からの差電圧は理想的にはゼロであ
る。しかし、現実は磁気抵抗素子ブリッジのエレメント
１２，１３，１４，１５の不揃い等によって若干のオフ
セット電圧が生じている。
【００４９】ここで、図７に示す誤差検出部１７で磁気
抵抗素子センサ７の差電圧のみを検出し、この差電圧を
元に補償電流制御部１８を制御して負荷抵抗１９を用い
て補償電流を発生させ、補償電流線１８′にこれを流す
ことにより図４に示すように補償磁界ウを発生させれ
ば、被測定電流から受ける磁界イと相殺され、磁気抵抗
素子ブリッジ間の差電圧をゼロに近づけるようにするこ
とができる。
抵抗素子センサ７の差電圧のみを検出し、この差電圧を
元に補償電流制御部１８を制御して負荷抵抗１９を用い
て補償電流を発生させ、補償電流線１８′にこれを流す
ことにより図４に示すように補償磁界ウを発生させれ
ば、被測定電流から受ける磁界イと相殺され、磁気抵抗
素子ブリッジ間の差電圧をゼロに近づけるようにするこ
とができる。
【００５０】この時、例えば負荷抵抗１９の両端に発生
する電圧をモニターし適度に増幅すれば、被測定電流Ｉ
Lに対する出力ＶOが得られる。
する電圧をモニターし適度に増幅すれば、被測定電流Ｉ
Lに対する出力ＶOが得られる。
【００５１】この一連の動作を行えば、磁気抵抗素子セ
ンサ７はその出力端子Ｂ，Ｃ間の電圧をモニターしても
差電圧は被測定電流が流れていない時のようにほぼゼロ
に近くまるで動作していないように見える。
ンサ７はその出力端子Ｂ，Ｃ間の電圧をモニターしても
差電圧は被測定電流が流れていない時のようにほぼゼロ
に近くまるで動作していないように見える。
【００５２】このことは、外部から磁界を受けても磁気
抵抗素子センサ７の特性が動作点Ｈ o（図５（ａ）参
照）から殆ど動いていないことを示しており、磁気抵抗
素子１１の持つ非線形な特性がセンサとしての特性に全
く関与せず、実際の被測定電流ＩLと出力電圧の関係を
図１０に示すようにほぼ線形にならしめたことを示す。
抵抗素子センサ７の特性が動作点Ｈ o（図５（ａ）参
照）から殆ど動いていないことを示しており、磁気抵抗
素子１１の持つ非線形な特性がセンサとしての特性に全
く関与せず、実際の被測定電流ＩLと出力電圧の関係を
図１０に示すようにほぼ線形にならしめたことを示す。
【００５３】つぎに被測定電流が流れてから、出力電圧
を得るまでの動作を図７に基づいて理論的に説明する。
を得るまでの動作を図７に基づいて理論的に説明する。
【００５４】まず、数式上の各変数について、以下のよ
うに定義する。 ＩL ：被測定電流（Ａ） αH(L) ：磁気抵抗素子センサが被測定電流から受け
る有効磁界の変換係数（Ｇａｕｓｓ／Ａ） ＩS ：補償電流（Ａ） αH(S) ：磁気抵抗素子センサが補償電流から受ける
有効磁界の変換係数（Ｇａｕｓｓ／Ａ） ＲH ：磁気抵抗素子の磁界抵抗変換係数（磁気抵
抗素子の感度） （１／Ｇａｕｓｓ） ΔＶ ：磁気抵抗素子センサのオフセット電圧
（Ｖ） ＶCC ：磁気抵抗素子センサへの供給電圧（Ｖ） Ｒ5 ：負荷抵抗（Ω） ＡV ：ＯＰアンプの開ループゲイン ＶOS ：ＯＰアンプ入力オフセット電圧（Ｖ） Ｇ ：出力変換部のゲイン Ｈex ：外乱磁界 ところで、磁気抵抗素子エレメント１２，１３，１４，
１５が被測定電流から受ける磁界ＢLと補償電流から受
ける磁界ＢSはそれぞれ、 ＢL＝αH(L)・ＩL ………（１） ＢS＝αH(S)・ＩS ………（２） これより、合成磁界Ｂは Ｂ＝ＢL−ＢS＋Ｈex ………（３） 一方、磁気抵抗素子センサ７から得られる差電圧は ＶB-C＝Ｂ・Ｒ(H)・１／２ＶCC−Ｂ・（−Ｒ(H)）・１／２ＶCC＋ΔＶ ………（４） （１），（２），（３）より（４）は、 ＶB-C＝Ｂ・Ｒ(H)・ＶCC＋ΔＶ＝｛αH(L)・ＩL−α
H(S)・ＩS＋Ｈex｝・Ｒ(H )・ＶCC＋ΔＶ よって負荷抵抗Ｒ5にかかる電圧ＶO′は ＶO′＝Ａv・（ＶB-C＋ＶOS）＋ＶB ＝Ａv・｛（αH(L)・ＩL−αH(S)・ＩS＋Ｈex）・Ｒ(H)
・ＶCC＋ΔＶ＋ＶOS｝＋ＶB（ＶB：磁気抵抗素子センサ
の中点バイアス電圧） ここでＩS＝ＶO′／Ｒ5だから ＶO′＝Ａv・｛（αH(L)・ＩL−αH(S)・ＶO′／Ｒ5＋
Ｈex）・Ｒ(H)・ＶCC＋ΔＶ＋ＶOS｝＋ＶB これよりＶO′についてまとめると（数１）となり
うに定義する。 ＩL ：被測定電流（Ａ） αH(L) ：磁気抵抗素子センサが被測定電流から受け
る有効磁界の変換係数（Ｇａｕｓｓ／Ａ） ＩS ：補償電流（Ａ） αH(S) ：磁気抵抗素子センサが補償電流から受ける
有効磁界の変換係数（Ｇａｕｓｓ／Ａ） ＲH ：磁気抵抗素子の磁界抵抗変換係数（磁気抵
抗素子の感度） （１／Ｇａｕｓｓ） ΔＶ ：磁気抵抗素子センサのオフセット電圧
（Ｖ） ＶCC ：磁気抵抗素子センサへの供給電圧（Ｖ） Ｒ5 ：負荷抵抗（Ω） ＡV ：ＯＰアンプの開ループゲイン ＶOS ：ＯＰアンプ入力オフセット電圧（Ｖ） Ｇ ：出力変換部のゲイン Ｈex ：外乱磁界 ところで、磁気抵抗素子エレメント１２，１３，１４，
１５が被測定電流から受ける磁界ＢLと補償電流から受
ける磁界ＢSはそれぞれ、 ＢL＝αH(L)・ＩL ………（１） ＢS＝αH(S)・ＩS ………（２） これより、合成磁界Ｂは Ｂ＝ＢL−ＢS＋Ｈex ………（３） 一方、磁気抵抗素子センサ７から得られる差電圧は ＶB-C＝Ｂ・Ｒ(H)・１／２ＶCC−Ｂ・（−Ｒ(H)）・１／２ＶCC＋ΔＶ ………（４） （１），（２），（３）より（４）は、 ＶB-C＝Ｂ・Ｒ(H)・ＶCC＋ΔＶ＝｛αH(L)・ＩL−α
H(S)・ＩS＋Ｈex｝・Ｒ(H )・ＶCC＋ΔＶ よって負荷抵抗Ｒ5にかかる電圧ＶO′は ＶO′＝Ａv・（ＶB-C＋ＶOS）＋ＶB ＝Ａv・｛（αH(L)・ＩL−αH(S)・ＩS＋Ｈex）・Ｒ(H)
・ＶCC＋ΔＶ＋ＶOS｝＋ＶB（ＶB：磁気抵抗素子センサ
の中点バイアス電圧） ここでＩS＝ＶO′／Ｒ5だから ＶO′＝Ａv・｛（αH(L)・ＩL−αH(S)・ＶO′／Ｒ5＋
Ｈex）・Ｒ(H)・ＶCC＋ΔＶ＋ＶOS｝＋ＶB これよりＶO′についてまとめると（数１）となり
【００５５】
【数１】
【００５６】よってＶO′は（数２）となり
【００５７】
【数２】
【００５８】したがって電流センサの出力は、ＶO＝Ｇ
・ＶO′より（数３）で与えられる。
・ＶO′より（数３）で与えられる。
【００５９】
【数３】
【００６０】この（数３）によれば、出力電圧ＶOはあ
たかもαH(L)／αH(S)倍された被測定電流ＩLが負荷抵
抗Ｒ5に流れて発生する電圧降下であるかのようにな
る。またオペアンプの大きなループゲインによってバイ
アス電圧等もほぼゼロに圧縮され、被測定電流ＩLに対
する出力はゼロボルトからの変化になることを示す。
たかもαH(L)／αH(S)倍された被測定電流ＩLが負荷抵
抗Ｒ5に流れて発生する電圧降下であるかのようにな
る。またオペアンプの大きなループゲインによってバイ
アス電圧等もほぼゼロに圧縮され、被測定電流ＩLに対
する出力はゼロボルトからの変化になることを示す。
【００６１】そして何より、出力電圧を決定する項に磁
気抵抗素子１１の特性が直接関与しないので、感度が多
少変化しようが特性が直線的でなかろうが、出力電圧に
は殆ど影響しないことを示している。
気抵抗素子１１の特性が直接関与しないので、感度が多
少変化しようが特性が直線的でなかろうが、出力電圧に
は殆ど影響しないことを示している。
【００６２】また、オフセットやドリフトに関する影響
については負荷抵抗Ｒ5を小さくし、αH(S)，ＲH，ＶCC
を大きくすれば、低く抑えられることを示している。特
にαH(S)は、例えば補償電流線８を磁気抵抗素子センサ
７に近づけるかあるいは、コイルのように形成してアン
ペアターンを稼ぐか、もしくは磁気ヨーク１０を用いて
磁界を集束すれば容易に大きくすることができる。
については負荷抵抗Ｒ5を小さくし、αH(S)，ＲH，ＶCC
を大きくすれば、低く抑えられることを示している。特
にαH(S)は、例えば補償電流線８を磁気抵抗素子センサ
７に近づけるかあるいは、コイルのように形成してアン
ペアターンを稼ぐか、もしくは磁気ヨーク１０を用いて
磁界を集束すれば容易に大きくすることができる。
【００６３】しかし、こうすると同時に本来の出力であ
る項の値も小さくなってしまう。そこで、αH(S)を大き
くすると同時にαH(L)も大きくしてαH(L)：αH(S)の比
を変化させなければ、オフセットやドリフト等の誤差分
のみ小さくでき、本来の電流測定出力とのＳ／Ｎ比を高
くすることができ、温度や経時変化に対して安定した動
作で特に大きな電流を精度良く検出できる。
る項の値も小さくなってしまう。そこで、αH(S)を大き
くすると同時にαH(L)も大きくしてαH(L)：αH(S)の比
を変化させなければ、オフセットやドリフト等の誤差分
のみ小さくでき、本来の電流測定出力とのＳ／Ｎ比を高
くすることができ、温度や経時変化に対して安定した動
作で特に大きな電流を精度良く検出できる。
【００６４】また補償電流ＩSと被測定電流ＩLの関係即
ちαH(S)とαH(L)の関係は補償電流線８の形状、被測定
電流線３の形状および両者の距離および磁気抵抗素子セ
ンサ７の位置で一義的に決定されるので、例えば大きな
被測定電流ＩLを小さな補償電流ＩSで制御したいなど、
使用目的に応じて形状や位置関係を設計すれば幅広い電
流測定に対応できる。
ちαH(S)とαH(L)の関係は補償電流線８の形状、被測定
電流線３の形状および両者の距離および磁気抵抗素子セ
ンサ７の位置で一義的に決定されるので、例えば大きな
被測定電流ＩLを小さな補償電流ＩSで制御したいなど、
使用目的に応じて形状や位置関係を設計すれば幅広い電
流測定に対応できる。
【００６５】なお、小電流も精度良く検出したい場合、
αH(L)を稼ぐ方法、例えば被測定電流線３をもっと磁気
抵抗素子センサ７に近づけるか、磁気ヨーク１０などで
被測定電流ＩLから発生する磁界を集束して磁気抵抗素
子センサ７へ導く等の方法を取れば可能である。
αH(L)を稼ぐ方法、例えば被測定電流線３をもっと磁気
抵抗素子センサ７に近づけるか、磁気ヨーク１０などで
被測定電流ＩLから発生する磁界を集束して磁気抵抗素
子センサ７へ導く等の方法を取れば可能である。
【００６６】また、負荷抵抗１９を、例えば両端に生じ
る電圧降下が小さくなるように値を小さくとり、出力変
換部で増幅するようにすれば、誤差検出部１７のオペア
ンプの周波数的な自由度が向上し、比較的高い周波数特
性を持った電流センサとすることもできる。
る電圧降下が小さくなるように値を小さくとり、出力変
換部で増幅するようにすれば、誤差検出部１７のオペア
ンプの周波数的な自由度が向上し、比較的高い周波数特
性を持った電流センサとすることもできる。
【００６７】また、小電流用の被測定電流線３と大電流
用の被測定電流線３を設け、回路で出力判別切換えを行
わせれば、小電流から大電流までレンジの広い電流セン
サを構成することが可能である。
用の被測定電流線３を設け、回路で出力判別切換えを行
わせれば、小電流から大電流までレンジの広い電流セン
サを構成することが可能である。
【００６８】なお、被測定電流による磁界αH(L)・ＩL
と外乱磁界Ｈexは（数３）からも明らかなように、これ
らは同義であり、センサとしての性能を向上する上で、
外乱磁界Ｈexを低減する必要がある。
と外乱磁界Ｈexは（数３）からも明らかなように、これ
らは同義であり、センサとしての性能を向上する上で、
外乱磁界Ｈexを低減する必要がある。
【００６９】つぎに本発明の一実施例における電流セン
サの回路構成を図８に示す。図８のＸ１〜Ｘ４はオペア
ンプ、Ｒ１〜Ｒ４は抵抗、Ｃ１はコンデンサを示してい
る。
サの回路構成を図８に示す。図８のＸ１〜Ｘ４はオペア
ンプ、Ｒ１〜Ｒ４は抵抗、Ｃ１はコンデンサを示してい
る。
【００７０】図８において被測定電流線３に流れる被測
定電流ＩLから生じる磁界を受けた磁気抵抗素子１１は
受ける磁界の強さに応じた差電圧を発生する。この差電
圧はＢ，Ｃ端より誤差検出部１７を経て補償電流制御部
１８を制御して補償電流ＩSを発生する。補償電流ＩSは
補償電流線８を流れ、被測定電流ＩLによる発生磁界を
キャンセルするように働く。
定電流ＩLから生じる磁界を受けた磁気抵抗素子１１は
受ける磁界の強さに応じた差電圧を発生する。この差電
圧はＢ，Ｃ端より誤差検出部１７を経て補償電流制御部
１８を制御して補償電流ＩSを発生する。補償電流ＩSは
補償電流線８を流れ、被測定電流ＩLによる発生磁界を
キャンセルするように働く。
【００７１】この時負荷抵抗１９には補償電流が流れる
ことによる電圧降下が発生し、この電圧降下を出力変換
部２０にて適宜増幅して出力電圧を得る。この時の各部
の動作の様子を図９（ａ）〜（ｅ）に示し、得られた被
測定電流に対する出力電圧の特性を図１０に示す。
ことによる電圧降下が発生し、この電圧降下を出力変換
部２０にて適宜増幅して出力電圧を得る。この時の各部
の動作の様子を図９（ａ）〜（ｅ）に示し、得られた被
測定電流に対する出力電圧の特性を図１０に示す。
【００７２】また図８の２２は監視回路部で、例えば磁
気抵抗素子センサ７の故障や断線等で誤差検出部１７の
出力が振切ってしまい、最悪時は補償電流線８に過電流
が流れ続けて部品等が損傷する可能性もあり、これを避
けるため、比較回路であるオペアンプＸ３は負荷抵抗１
９の発生電圧を監視し、電圧設定部である抵抗Ｒ８とＲ
９による設定電圧を越えた時、トランジスタＴｒ２をオ
ンして補償電流制御部１８のトランジスタＴｒ１をオフ
させる動作を行う。
気抵抗素子センサ７の故障や断線等で誤差検出部１７の
出力が振切ってしまい、最悪時は補償電流線８に過電流
が流れ続けて部品等が損傷する可能性もあり、これを避
けるため、比較回路であるオペアンプＸ３は負荷抵抗１
９の発生電圧を監視し、電圧設定部である抵抗Ｒ８とＲ
９による設定電圧を越えた時、トランジスタＴｒ２をオ
ンして補償電流制御部１８のトランジスタＴｒ１をオフ
させる動作を行う。
【００７３】これによって負荷抵抗１９の発生電圧が設
定電圧よりも小さくなった時点でトランジスタＴｒ１の
オフ動作を解除し、補償電流ＩSは再び流れ始めて抵抗
Ｒ９の発生電圧は上昇する。
定電圧よりも小さくなった時点でトランジスタＴｒ１の
オフ動作を解除し、補償電流ＩSは再び流れ始めて抵抗
Ｒ９の発生電圧は上昇する。
【００７４】以降、図１１のようにトランジスタＴｒ１
のオン／オフ動作を繰返して流れる電流（この電流を受
けてＲ５に発生する電圧を図１１（ａ）に示す）の制限
を行う一方、出力変換部２０を通じて出力に異常波形
（図１１（ｂ）に示す）を送る。このオン／オフの繰返
し周期は監視回路部２２と補償電流制御部１８とのルー
プを形成するオペアンプやトランジスタのカットオフ周
波数に相当し、これを例えばｆ−Ｖ変換するような外部
のユニットに接続することにより異常判定処理を行うこ
とができる。
のオン／オフ動作を繰返して流れる電流（この電流を受
けてＲ５に発生する電圧を図１１（ａ）に示す）の制限
を行う一方、出力変換部２０を通じて出力に異常波形
（図１１（ｂ）に示す）を送る。このオン／オフの繰返
し周期は監視回路部２２と補償電流制御部１８とのルー
プを形成するオペアンプやトランジスタのカットオフ周
波数に相当し、これを例えばｆ−Ｖ変換するような外部
のユニットに接続することにより異常判定処理を行うこ
とができる。
【００７５】また、図８の２３は初期化回路部である。
ここで、磁気抵抗素子１１のエレメント１２，１３，１
４，１５はその特性に図５（ａ）のキのようなヒステリ
シスがあり、磁気抵抗素子センサ７の特性としてばらつ
く可能性があり、これが電流センサ出力のばらつきとな
って表れる。
ここで、磁気抵抗素子１１のエレメント１２，１３，１
４，１５はその特性に図５（ａ）のキのようなヒステリ
シスがあり、磁気抵抗素子センサ７の特性としてばらつ
く可能性があり、これが電流センサ出力のばらつきとな
って表れる。
【００７６】したがって、図１２に示すように初期化回
路部２３によって電源９投入時から一定期間、補償電流
制御部１８を制御し、かつ監視回路部２２を付随して働
かせることにより補償電流線８に一定期間初期化電流を
流し、磁気抵抗素子センサ７の各エレメント１２，１
３，１４，１５に初期化磁界をかけることで、磁気抵抗
素子エレメント１２，１３，１４，１５の磁気的特性を
揃え動作点の初期化を行うことで、ヒステリシスの出力
電圧への影響を低減することができる。
路部２３によって電源９投入時から一定期間、補償電流
制御部１８を制御し、かつ監視回路部２２を付随して働
かせることにより補償電流線８に一定期間初期化電流を
流し、磁気抵抗素子センサ７の各エレメント１２，１
３，１４，１５に初期化磁界をかけることで、磁気抵抗
素子エレメント１２，１３，１４，１５の磁気的特性を
揃え動作点の初期化を行うことで、ヒステリシスの出力
電圧への影響を低減することができる。
【００７７】なお、磁気抵抗素子センサ７にバイアス磁
界を与えるには、永久磁石６に代わってコイルや電流径
路を設け、これに電流を流しても良い。
界を与えるには、永久磁石６に代わってコイルや電流径
路を設け、これに電流を流しても良い。
【００７８】
【発明の効果】以上説明したように、本発明は小型で高
感度で出力の直線性が良く、温度や経時に伴う特性劣化
の少ない電流センサを提供可能とするものである。
感度で出力の直線性が良く、温度や経時に伴う特性劣化
の少ない電流センサを提供可能とするものである。
【図１】（ａ）本発明の一実施例における電流センサの
斜視図 （ｂ），（ｃ）同断面図
斜視図 （ｂ），（ｃ）同断面図
【図２】（ａ）同要部である検出部の斜視図 （ｂ）同要部である検出部の断面図
【図３】同要部である検出部の断面図
【図４】（ａ）同要部である磁気抵抗素子センサの斜視
図 （ｂ）同要部である磁気抵抗素子センサの部分上面図 （ｃ）同要部である磁気抵抗素子センサの等価回路図
図 （ｂ）同要部である磁気抵抗素子センサの部分上面図 （ｃ）同要部である磁気抵抗素子センサの等価回路図
【図５】同要部である磁気抵抗素子センサの特性図
【図６】同要部である磁気抵抗素子センサの動作説明図
【図７】同電流センサの回路図
【図８】同電流測定装置の回路図
【図９】同動作説明図
【図１０】同出力電圧特性図
【図１１】同要部である監視回路の動作説明図
【図１２】同要部である初期回路の動作説明図
【図１３】同外乱磁界に対する同相キャンセルの原理を
説明する図
説明する図
【図１４】同同相キャンセルの動作を説明する図
【図１５】同同相キャンセルの動作を説明する図
【図１６】本発明の他の実施例における電流センサの上
面図
面図
【図１７】同断面図
【図１８】同シールドの効果を説明する図
【図１９】同シールドの効果を説明する図
【図２０】同シールドの効果を説明する図
３ 被測定電流線 ６ 永久磁石 ７ 磁気抵抗素子センサ ８ 補償電流線 １０ 磁気ヨーク １１ 磁気抵抗素子 １１′ 絶縁基板 １２〜１５ エレメント １７ 誤差検出部 １８ 補償電流制御部 １８′ 補償電流線 １９ 負荷抵抗 ２０ 出力変換部 ２２ 監視回路部 ２３ 初期化回路部 ２４ 外乱磁界 ２５，２６ シールド ２７ 配線板 ２８ 切り欠き部 ２９ 空隙 ３０ 漏洩磁界
Claims (10)
- 【請求項１】 磁気抵抗効果を有する合金薄帯をつづら
折りに複数回折り返した２つのエレメントを互いにその
駆動電流が流れる方向が直交しかつブリッジを構成する
ように接続して絶縁基板上に形成され外部への引出し電
極を設けた２つの磁気抵抗素子からなり前記エレメント
の駆動電流方向に直交する磁界成分に応じた差動出力を
得る磁気抵抗素子センサと、前記磁気抵抗素子の各エレ
メントの磁気検出方向に平行な磁界成分を含むバイアス
磁界を与えるように前記磁気抵抗素子センサに近接させ
て設けた磁界発生手段と、前記磁気抵抗素子センサの磁
気検出方向に平行な磁界成分を含む補償磁界を与えるよ
う前記磁気抵抗素子センサに近接して配置される補償電
流線とから構成される検出部と、この検出部からの差動
出力電圧を検出して制御電圧を発生する誤差検出部と、
前記制御電圧に基づいて前記補償電流線に流れる補償電
流を制御し補償電流を供給する補償電流制御部と、前記
補償電流制御部の制御量に基づいて回路出力に変換増幅
する回路部からなる電流センサ。 - 【請求項２】 磁気抵抗素子センサの磁界検出方向に平
行な磁界成分を含む磁界を与えるよう磁界抵抗素子セン
サの近くに被測定電流線を設けた請求項１記載の電流セ
ンサ。 - 【請求項３】 磁気抵抗素子センサが補償電流線から受
ける磁界を集束し、前記磁気抵抗素子センサに導く磁気
ヨークを備えた請求項１記載の電流センサ。 - 【請求項４】 電圧設定部と比較回路から構成され設定
電圧と補償電流制御部の信号を比較して補償電流制御部
の信号が設定電圧を越えた時優先的に補償電流制御部を
制御して補償電流線に過大な電流が流入するのを防止す
ると共に外部に異常を知らせる監視回路部を備えた請求
項１記載の電流センサ。 - 【請求項５】 磁界発生源が永久磁石、コイル又は電流
経路である請求項１記載の電流センサ。 - 【請求項６】 磁気抵抗素子センサの２つの磁気抵抗素
子は、磁界発生手段と補償電流線を有し、この補償電流
線から受けるそれぞれの磁界の向きが正反対でかつ大き
さが等しくなるように前記補償電流線を挟んで対称に配
置されるかもしくはコの字に折り返した前記補償電流線
の近傍に配置される請求項１記載の電流センサ。 - 【請求項７】 磁気抵抗素子センサの２つの磁気抵抗素
子は、磁界検出方向を同じくすると共に一方の前記磁気
抵抗素子は磁界発生手段と補償電流線を有して前記補償
電流線の近くに配置し他方の前記磁気抵抗素子は磁界発
生手段を有して前記補償電流線から離れて配置する請求
項１記載の電流センサ。 - 【請求項８】 被測定電流磁界に垂直な方向に切り欠き
漏れ磁界の主方向成分が磁気抵抗素子面に垂直な方向に
なるような１ヵ所以上の空隙を有し、前記空隙の１層以
上が互いに接触しないように配置され被測定電流線およ
び検出部が外部から磁気的に遮断されるように囲んで配
置されるシールドを備えた請求項１記載の電流センサ。 - 【請求項９】 被測定電流線は、平板状の良導体の上面
に検出部および回路部を実装し、絶縁層を介してシール
ドされる請求項２記載の電流センサ。 - 【請求項１０】 被測定電流線の２ヵ所以上に比較的断
面積の小さな切り欠きを有する請求項２記載の電流セン
サ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6176844A JPH0792199A (ja) | 1993-07-28 | 1994-07-28 | 電流センサ |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP18631393 | 1993-07-28 | ||
| JP5-186313 | 1993-07-28 | ||
| JP6176844A JPH0792199A (ja) | 1993-07-28 | 1994-07-28 | 電流センサ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0792199A true JPH0792199A (ja) | 1995-04-07 |
Family
ID=26497610
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6176844A Pending JPH0792199A (ja) | 1993-07-28 | 1994-07-28 | 電流センサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0792199A (ja) |
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