JPWO2013176271A1 - Current sensor - Google Patents

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賢一 大森
賢一 大森
長洲 勝文
勝文 長洲
勇気 須藤
勇気 須藤
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    • 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

Abstract

電流路に流れる電流の値を測定する電流センサが、電流路の近傍に配されたフラックスゲート型磁気素子と、第1の磁性体板および第2の磁性体板と、を備え、前記第1の磁性体板および第2の磁性体板が、前記電流路および前記フラックスゲート型磁気素子との重なり方向において、前記電流路および前記フラックスゲート型磁気素子を挟むとともに、前記第1の磁性体板および前記第2の磁性体板の主面は、前記フラックスゲート型磁気素子の感磁方向および前記電流が流れる方向と平行である。A current sensor for measuring a value of a current flowing in a current path includes a flux gate type magnetic element disposed in the vicinity of the current path, a first magnetic plate, and a second magnetic plate, and the first sensor The magnetic plate and the second magnetic plate sandwich the current path and the fluxgate magnetic element in the overlapping direction with the current path and the fluxgate magnetic element, and the first magnetic plate The main surface of the second magnetic plate is parallel to the magnetic sensing direction of the fluxgate magnetic element and the direction in which the current flows.

Description

本発明は、フラックスゲート型磁気素子を用いた電流センサに係り、特に、phase−delay methodを動作原理とするフラックスゲート型磁気素子を利用した電流センサに用いて好適な技術に関する。
本願は、2012年05月24日に、日本に出願された特願特願2012−118967号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
The present invention relates to a current sensor using a flux gate type magnetic element, and more particularly to a technique suitable for use in a current sensor using a flux gate type magnetic element having a phase-delay method as an operating principle.
This application claims priority on May 24, 2012 based on Japanese Patent Application No. 2012-118967 for which it applied to Japan, and uses the content here.

近年、ハイブリッドカーや電気自動車に搭載された二次電池への充放電時の電流のモニタリングや、燃料電池などにより発電され供給される大電流を検出する電流センサとして、電流の作る磁界を磁気素子により測定することで電流値を測定する電流センサが普及している。   In recent years, magnetic elements generated by currents have been used as current sensors to monitor the current during charging / discharging of secondary batteries mounted on hybrid cars and electric vehicles, and to detect large currents generated and supplied by fuel cells, etc. Current sensors that measure the current value by measuring by the above are widely used.

従来、配線(バスバー)を流れる電流(被測定電流)を非接触で測定するための電流センサとして、ギャップを有するリング状コアのギャップ部にホール素子や特許文献3に示されるフラックスゲート型磁気素子などの磁電変換素子を配置し、バスバーがリング状コアの中心を貫通する構造とした磁気比例式の電流センサが知られている。(特許文献1、図10等) Conventionally, as a current sensor for non-contact measurement of a current (current to be measured) flowing through a wiring (bus bar), a Hall element or a flux gate type magnetic element disclosed in Patent Document 3 is provided in a gap portion of a ring-shaped core having a gap. 2. Description of the Related Art A magnetic proportional current sensor is known in which a magnetoelectric conversion element such as the above is arranged and a bus bar penetrates the center of a ring-shaped core. (Patent Document 1, FIG. 10, etc.)

一方、電流センサの小型化のため、リング状コアを用いないで、バスバーの周囲に磁電変換素子を配置して電流の作る磁界を検出するコアレス電流センサが提案されている(特許文献1,図12等)。リング状コアを備えていない電流センサにおいては、ホール素子や磁気抵抗効果(MR)素子、巨大磁気抵抗効果(GMR)素子やトンネル磁気抵抗効果素子、フラックスゲート型磁気素子、マグネトインピーダンス効果(MI)素子などの磁気素子が用いることができる。中でも、フラックスゲート型磁気素子は、素子の小型化が可能であるとともに高感度に磁界を検出することが可能であるため、電流センサへの適用が期待されている。   On the other hand, in order to reduce the size of the current sensor, there has been proposed a coreless current sensor that detects a magnetic field generated by current by arranging a magnetoelectric conversion element around a bus bar without using a ring-shaped core (Patent Document 1, FIG. 12 etc.). In a current sensor that does not have a ring-shaped core, a Hall element, a magnetoresistive effect (MR) element, a giant magnetoresistive effect (GMR) element, a tunnel magnetoresistive effect element, a fluxgate magnetic element, a magnetoimpedance effect (MI) Magnetic elements such as elements can be used. Among them, the fluxgate type magnetic element is expected to be applied to a current sensor because the element can be miniaturized and can detect a magnetic field with high sensitivity.

しかし、フラックスゲート型磁気素子は、その測定レンジが、磁気素子内部に形成された磁性体コアの磁気飽和特性に依存するため、広範囲の磁界強度に亘って測定することが困難である。特に大きな磁界が印加された場合には、磁界強度を検出することができないという問題点を持つ。   However, since the measurement range of the fluxgate magnetic element depends on the magnetic saturation characteristics of the magnetic core formed inside the magnetic element, it is difficult to measure over a wide range of magnetic field strength. In particular, when a large magnetic field is applied, the magnetic field strength cannot be detected.

磁気素子を用いた電流センサによってバッテリー等の電池に出入りする電流の測定を行う場合には、被測定対象バスバーに隣接するバスバーが存在するため、後者のバスバーに流れる電流が発生させる磁界が磁気素子に流入してしまい、被測定対象バスバーの電流測定の際にノイズとなる。このような磁気ノイズを軽減するためには、一般的に磁気素子とバスバーの周りに、外乱磁界(ノイズ磁界)の流入を遮蔽するための磁気シールドを設置する構造が挙げられる。このような例として特許文献1の磁気シールド体65、特許文献2のシールド24が挙げられる。   When a current sensor using a magnetic element is used to measure the current flowing into and out of a battery such as a battery, there is a bus bar adjacent to the bus bar to be measured, so the magnetic field generated by the current flowing through the latter bus bar is a magnetic element. And noise when measuring the current of the bus bar to be measured. In order to reduce such magnetic noise, there is generally a structure in which a magnetic shield for shielding inflow of a disturbance magnetic field (noise magnetic field) is provided around the magnetic element and the bus bar. Examples of this include the magnetic shield body 65 of Patent Document 1 and the shield 24 of Patent Document 2.

日本国特開2010−014477号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2010-014477 日本国特開2009−150654号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2009-150654 日本国特許第4774472号公報Japanese Patent No. 4774472

しかし、特許文献1,2のように、バスバー長手方向を除いた四面に磁気シールドを設けた場合には、外乱磁界を防止することはできるが、バスバーに流れる電流が発生させる磁界により、磁気シールド内の磁束密度が飽和してしまうというデメリットがある。その結果、シールド内の磁束密度分布が乱れ、バスバーに流れる電流と磁気センサ部の磁束密度の関係が線形にならない、すなわち、バスバーに流れる電流と電流センサの出力値の線形性が悪化してしまうという問題が生ずる。
さらに、特許文献1,2の例では、このようにバスバー長手方向を除いた四面に磁気シールドを設けるため小型化に不向きであるし、構造が複雑なため組立て加工も簡単ではない。
However, as in Patent Documents 1 and 2, when magnetic shields are provided on the four surfaces excluding the bus bar longitudinal direction, a disturbance magnetic field can be prevented, but the magnetic shield is generated by the magnetic field generated by the current flowing through the bus bar. There is a demerit that the magnetic flux density inside becomes saturated. As a result, the magnetic flux density distribution in the shield is disturbed, and the relationship between the current flowing through the bus bar and the magnetic flux density of the magnetic sensor unit is not linear, that is, the linearity of the current flowing through the bus bar and the output value of the current sensor is deteriorated. The problem arises.
Furthermore, in the examples of Patent Documents 1 and 2, magnetic shields are provided on the four surfaces excluding the bus bar longitudinal direction as described above, so that it is not suitable for miniaturization, and the assembly process is not easy because the structure is complicated.

また、特許文献3に示されるフラックスゲート型磁気素子のような磁性体コアを用いた磁気素子は、大電流をバスバーに流した際に発生する大きな磁界により磁気素子内部に形成された磁性体コアが磁気飽和すると測定できないという問題を有している。したがって、フラックスゲート型磁気素子は、大電流の測定には不向きである。これを解決するために、磁気素子に備えられている励磁コイルに通電する電流値を大きくしたり、フィードバックコイルを設けフィードバック電流を印可し磁性体コアにおける磁束密度を調整したりすることで、大きな磁界を測定可能とすることができる。しかし、これらの手法では、電流センサの消費電流が増加するという問題が生じてしまう。   In addition, a magnetic element using a magnetic core such as the fluxgate type magnetic element disclosed in Patent Document 3 is a magnetic core formed inside a magnetic element by a large magnetic field generated when a large current is passed through a bus bar. Has a problem that it cannot be measured when it is magnetically saturated. Therefore, the flux gate type magnetic element is not suitable for measuring a large current. In order to solve this problem, the current value to be applied to the exciting coil provided in the magnetic element is increased, or the feedback coil is provided to adjust the magnetic flux density in the magnetic core by applying a feedback current. The magnetic field can be measurable. However, these methods cause a problem that the current consumption of the current sensor increases.

本発明は上記課題に鑑み、フラックスゲート型磁気素子を用いた電流センサにおいて、大電流の測定が可能であるとともに、外乱磁界の影響を低減して測定誤差を小さくすることが可能な電流センサを提供することを目的とする。   In view of the above problems, the present invention provides a current sensor that can measure a large current in a current sensor using a fluxgate magnetic element, and that can reduce the influence of a disturbance magnetic field and reduce a measurement error. The purpose is to provide.

本発明の第1態様にかかる電流センサは、電流路に流れる電流の値を測定する電流センサであって、電流路の近傍に配されたフラックスゲート型磁気素子と、第1の磁性体板および第2の磁性体板と、を備え、前記第1の磁性体板および第2の磁性体板が、前記電流路および前記フラックスゲート型磁気素子との重なり方向において、前記電流路および前記フラックスゲート型磁気素子を挟むとともに、前記第1の磁性体板および前記第2の磁性体板の主面は、前記フラックスゲート型磁気素子の感磁方向および前記電流が流れる方向と平行である。   A current sensor according to a first aspect of the present invention is a current sensor that measures a value of a current flowing in a current path, and includes a flux gate type magnetic element disposed in the vicinity of the current path, a first magnetic plate, A second magnetic body plate, wherein the first magnetic body plate and the second magnetic body plate are in the direction of overlap with the current path and the flux gate type magnetic element. The main surfaces of the first magnetic plate and the second magnetic plate are parallel to the magnetic sensing direction of the fluxgate magnetic device and the current flow direction.

上記態様にかかる電流センサによれば、フラックスゲート型磁気素子が電流路を流れる電流の流れ方向に直交する感磁方向を有するとともに、前記第1の磁性体板および前記第2の磁性体板の法線方向視した前記電流路および前記フラックスゲート型磁気素子が重なる位置に配され、前記第1の磁性体板および前記第2の磁性体板が互いに平行に配置されているので、前記第1の磁性体板と第2の磁性体板の主面の面方向として規定された測定方向、電流路を流れる電流の作る磁界の方向とされる電流路の幅方向に印加される外乱磁界は、前記第1の磁性体板と第2の磁性体板へ誘引される。そのため、前記フラックスゲート型磁気素子へ流入することを低減することができる。
同時に、電流路の幅方向において電流路の両脇に磁気シールドを設けないことにより、電流路に流れる電流が発生させる磁界によって磁性体板内の磁束密度が飽和し、磁束密度分布が乱れて電流センサとしての線形性が乱れてしまうことを防止できる。
According to the current sensor according to the above aspect, the flux gate type magnetic element has a magnetic sensing direction orthogonal to the flow direction of the current flowing through the current path, and includes the first magnetic plate and the second magnetic plate. The current path viewed in the normal direction and the flux gate type magnetic element are arranged at positions where they overlap each other, and the first magnetic plate and the second magnetic plate are arranged in parallel to each other. The disturbance magnetic field applied in the width direction of the current path, which is the measurement direction defined as the plane direction of the main surface of the magnetic plate and the second magnetic plate, the direction of the magnetic field created by the current flowing through the current path, Attracted to the first magnetic plate and the second magnetic plate. Therefore, it is possible to reduce the flow into the flux gate type magnetic element.
At the same time, by not providing magnetic shields on both sides of the current path in the width direction of the current path, the magnetic flux density in the magnetic plate is saturated by the magnetic field generated by the current flowing in the current path, disturbing the magnetic flux density distribution and It is possible to prevent the linearity as a sensor from being disturbed.

前記第1の磁性体板と前記第2の磁性体板との離間距離が、前記感磁方向における前記第1の磁性体板と前記第2の磁性体板の幅よりも小さくてもよい。   A separation distance between the first magnetic plate and the second magnetic plate may be smaller than a width of the first magnetic plate and the second magnetic plate in the magnetosensitive direction.

上記態様にかかる電流センサによれば、フラックスゲート型磁気素子の感磁方向と平行な外乱磁界が、第1の磁性体板および第2の磁性体板の方へより効果的に誘引される。したがって、外乱磁界がフラックスゲート型磁気素子に流入することを、より効果的に抑制することができる。   According to the current sensor of the above aspect, the disturbance magnetic field parallel to the magnetic sensing direction of the fluxgate type magnetic element is more effectively attracted toward the first magnetic plate and the second magnetic plate. Therefore, it is possible to more effectively suppress the disturbance magnetic field from flowing into the fluxgate type magnetic element.

前記フラックスゲート型磁気素子には、第3の磁性体板が積層して形成されていてもよい。
前記第1の磁性体板および前記第2の磁性体板が、前記第3の磁性体板を覆うように配されていてもよい。
前記フラックスゲート型磁気素子は、前記第1の磁性体板および前記第2の磁性体板の重なり方向において、前記電流路と前記第3の磁性体板とによって挟まれる領域に配されていてもよい。
前記第3の磁性体板は前記電流路とは離れた位置、すなわち、前記第1の磁性体板側に配されていてもよい。
The fluxgate magnetic element may be formed by laminating a third magnetic plate.
The first magnetic plate and the second magnetic plate may be arranged so as to cover the third magnetic plate.
The fluxgate magnetic element may be disposed in a region sandwiched between the current path and the third magnetic plate in the overlapping direction of the first magnetic plate and the second magnetic plate. Good.
The third magnetic plate may be arranged at a position away from the current path, that is, on the first magnetic plate side.

本発明の電流センサによれば、大電流の測定が可能であるとともに、外乱磁界の影響を低減して測定誤差を小さくすることが可能な電流センサを提供することが可能となる。   According to the current sensor of the present invention, it is possible to provide a current sensor that can measure a large current and reduce the measurement error by reducing the influence of a disturbance magnetic field.

図1は、本発明に係る電流センサの第1実施形態を示す模式断面図である。FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing a first embodiment of a current sensor according to the present invention. 図2は、本発明に係る電流センサの第1実施形態におけるフラックスゲート型磁気素子を示す模式図である。FIG. 2 is a schematic diagram showing a fluxgate type magnetic element in the first embodiment of the current sensor according to the present invention. 図3は、本発明に係る電流センサの第1実施形態におけるフラックスゲート型磁気素子の動作原理を示すグラフである。FIG. 3 is a graph showing the operating principle of the fluxgate type magnetic element in the first embodiment of the current sensor according to the present invention. 図4は、本発明に係る電流センサの第1実施形態におけるフラックスゲート型磁気素子の磁性体コアの磁化状態の時間による変化を示すヒステリシス曲線である。FIG. 4 is a hysteresis curve showing a change with time of the magnetization state of the magnetic core of the fluxgate type magnetic element in the first embodiment of the current sensor according to the present invention. 図5は、本発明に係る電流センサの第1実施形態におけるフラックスゲート型磁気素子を概略的に示す上面図である。FIG. 5 is a top view schematically showing the fluxgate type magnetic element in the first embodiment of the current sensor according to the present invention. 図6は、図5におけるラインa−a’に沿って切った横断面図である。6 is a cross-sectional view taken along line a-a 'in FIG. 図7は、図5におけるラインb−b’に沿って切った断面図で、フラックスゲート型磁気素子を示す正断面図である。FIG. 7 is a cross-sectional view taken along line b-b ′ in FIG. 5 and is a front cross-sectional view showing a fluxgate type magnetic element. 図8は、本発明に係る電流センサの第1実施形態におけるフラックスゲート型磁気素子の他の例を示す上面図である。FIG. 8 is a top view showing another example of the fluxgate type magnetic element in the first embodiment of the current sensor according to the present invention. 図9は、本発明に係る電流センサの第1実施形態において電流路に実装した例を示す分解斜視図である。FIG. 9 is an exploded perspective view showing an example in which the current sensor according to the present invention is mounted on the current path in the first embodiment. 図10は、本発明に係る電流センサにおける磁界状態を示すシミュレーション結果である。FIG. 10 is a simulation result showing a magnetic field state in the current sensor according to the present invention. 図11は、サイドを有する磁気シールド内部の磁界状態を示すシミュレーション結果である。FIG. 11 is a simulation result showing a magnetic field state inside a magnetic shield having a side. 図12は、サイドを有する磁気シールド内部の磁界状態を示すシミュレーション結果である。FIG. 12 is a simulation result showing a magnetic field state inside a magnetic shield having a side. 図13Aは、磁気シールドでの飽和の有無による磁性体コア磁化状態の影響を示すヒステリシス曲線である。FIG. 13A is a hysteresis curve showing the influence of the magnetic core magnetization state depending on the presence or absence of saturation in the magnetic shield. 図13Bは、磁気シールドでの飽和の有無による磁性体コア磁化状態の影響を示すヒステリシス曲線である。FIG. 13B is a hysteresis curve showing the influence of the magnetic core magnetization state depending on the presence or absence of saturation in the magnetic shield. 図14は、本発明に係る電流センサの第1実施形態における他の例を示す断面図である。FIG. 14 is a cross-sectional view showing another example of the current sensor according to the first embodiment of the present invention. 図15は、本発明に係る電流センサの第1実施形態における他の例を示す断面図である。FIG. 15 is a cross-sectional view showing another example of the current sensor according to the first embodiment of the present invention. 図16は、本発明に係る電流センサの第1実施形態における他の例を示す断面図である。FIG. 16 is a cross-sectional view showing another example of the current sensor according to the first embodiment of the present invention. 図17は、本発明に係る電流センサの第2実施形態を示す模式断面図である。FIG. 17 is a schematic cross-sectional view showing a second embodiment of the current sensor according to the present invention. 図18は、本発明に係る電流センサの第3実施形態を示す模式断面図である。FIG. 18 is a schematic cross-sectional view showing a third embodiment of the current sensor according to the present invention. 図19は、本発明に係る電流センサの第3実施形態を示す上面図である。FIG. 19 is a top view showing a third embodiment of the current sensor according to the present invention. 図20は、本発明に係る電流センサの第4実施形態を示す模式断面図である。FIG. 20 is a schematic cross-sectional view showing a fourth embodiment of the current sensor according to the present invention. 図21は、本発明に係る電流センサの第5実施形態を示す模式断面図である。FIG. 21 is a schematic cross-sectional view showing a fifth embodiment of the current sensor according to the present invention. 図22は、本発明に係る電流センサの第6実施形態を示す模式断面図である。FIG. 22 is a schematic cross-sectional view showing a sixth embodiment of the current sensor according to the present invention. 図23は、本発明に係る電流センサの第7実施形態を示す模式断面図である。FIG. 23 is a schematic cross-sectional view showing a seventh embodiment of the current sensor according to the present invention. 図24は、本発明に係る電流センサの第7実施形態を示す上面図である。FIG. 24 is a top view showing a seventh embodiment of the current sensor according to the present invention. 図25は、本発明に係る電流センサの第7実施形態における磁気シールド内部の磁界状態を示すシミュレーション結果である。FIG. 25 is a simulation result showing the magnetic field state inside the magnetic shield in the seventh embodiment of the current sensor according to the present invention. 図26は、電流センサにおける磁気シールド内部の磁界状態を示すシミュレーション結果である。FIG. 26 is a simulation result showing a magnetic field state inside the magnetic shield in the current sensor. 図27は、本発明に係る電流センサの実施形態における他の例を示す断面図である。FIG. 27 is a cross-sectional view showing another example of the embodiment of the current sensor according to the present invention. 図28は、本発明に係る電流センサの実験例を示すグラフである。FIG. 28 is a graph showing an experimental example of the current sensor according to the present invention. 図29は、本発明に係る電流センサの実験例を示すグラフである。FIG. 29 is a graph showing an experimental example of the current sensor according to the present invention. 図30は、本発明に係る電流センサの実験例を示すグラフである。FIG. 30 is a graph showing an experimental example of the current sensor according to the present invention. 図31は、本発明に係る電流センサの実験例を示すグラフである。FIG. 31 is a graph showing an experimental example of the current sensor according to the present invention. 図32は、本発明に係る電流センサの実験例を示すグラフである。FIG. 32 is a graph showing an experimental example of the current sensor according to the present invention. 図33Aは、本発明に係る電流センサの第1実施形態における他の例を説明するための模式断面図である。FIG. 33A is a schematic cross-sectional view for explaining another example of the current sensor according to the first embodiment of the present invention. 図33Bは、本発明に係る電流センサの第1実施形態における他の例を説明するための模式断面図である。FIG. 33B is a schematic cross-sectional view for explaining another example of the current sensor according to the first embodiment of the present invention. 図34は、図33Aの電流センサにおいて、磁気シールドと磁気センサとのz方向距離の変化に対する磁気素子に流入する磁束密度として、第3の磁性体板有り、第3の磁性体板無し、および、減磁率を示したグラフである。FIG. 34 shows a magnetic flux density flowing into the magnetic element with respect to a change in the z-direction distance between the magnetic shield and the magnetic sensor in the current sensor of FIG. 33A, with a third magnetic plate, without a third magnetic plate, It is the graph which showed the demagnetizing factor. 図35は、図33A、図33Bの電流センサにおいてバスバーに電流を流した際と電流を遮断した際における残留磁界の状態を示す模式図である。FIG. 35 is a schematic diagram showing a state of a residual magnetic field when a current is passed through the bus bar and when the current is interrupted in the current sensor of FIGS. 33A and 33B. 図36は、図33A、図33Bの電流センサにおいてz方向で磁気シールドとバスバーとの中央に配置された第3の磁性体板に対して磁気素子配置を変化させた際の磁束密度を表したグラフである。FIG. 36 shows the magnetic flux density when the magnetic element arrangement is changed with respect to the third magnetic plate arranged in the center of the magnetic shield and the bus bar in the z direction in the current sensor of FIGS. 33A and 33B. It is a graph. 図37は、磁気素子の磁気シールドに対するz方向位置を変更した場合における第3の磁性体板中の磁束密度と残留磁界により磁気素子に流入する磁界強度を示すグラフである。FIG. 37 is a graph showing the magnetic field strength flowing into the magnetic element due to the magnetic flux density in the third magnetic plate and the residual magnetic field when the z-direction position of the magnetic element with respect to the magnetic shield is changed. 図38Aは、磁気素子に流入する磁束密度の変化を示すグラフで、z方向における磁気素子の設置位置に対する変化を示すグラフである。FIG. 38A is a graph showing a change in magnetic flux density flowing into the magnetic element, and a graph showing a change with respect to the installation position of the magnetic element in the z direction. 図38Bは、磁気素子に流入する磁束密度の変化を示すグラフで、CM方向における磁気素子の設置位置に対する変化を示すグラフである。FIG. 38B is a graph showing a change in magnetic flux density flowing into the magnetic element, and a graph showing a change with respect to the installation position of the magnetic element in the CM direction. 図39Aは、z方向の外乱磁界Hexdの影響を示す模式断面図で、第3の磁性体板無し傾斜無しの状態を示すものである。FIG. 39A is a schematic cross-sectional view showing the influence of the disturbance magnetic field Hexd in the z direction, and shows a state in which there is no third magnetic plate without inclination. 図39Bは、z方向の外乱磁界Hexdの影響を示す模式断面図で、第3の磁性体板無し傾斜有りの状態を示すものである。FIG. 39B is a schematic cross-sectional view showing the influence of the disturbance magnetic field Hexd in the z direction, and shows a state in which there is no third magnetic plate tilt. 図39Cは、z方向の外乱磁界Hexdの影響を示す模式断面図で、第3の磁性体板有り傾斜有りの状態を示すものである。FIG. 39C is a schematic cross-sectional view showing the influence of the disturbance magnetic field Hexd in the z direction, and shows a state in which there is a third magnetic body plate and an inclination. 図40は、本発明に係る電流センサの第8実施形態を示す模式断面図である。FIG. 40 is a schematic cross-sectional view showing an eighth embodiment of the current sensor according to the present invention. 図41は、本発明に係る電流センサの第8実施形態における積層順および組み付け配置を示す模式断面図である。FIG. 41 is a schematic cross-sectional view showing the stacking order and assembly arrangement in the eighth embodiment of the current sensor according to the present invention. 図42は電流センサにおける測定電流と出力誤差の関係を示したグラフである。FIG. 42 is a graph showing the relationship between the measured current and the output error in the current sensor. 図43は電流センサにおける測定電流と出力誤差の関係を示したグラフである。FIG. 43 is a graph showing the relationship between the measured current and the output error in the current sensor. 図44は、外乱磁界の方向と磁気センサにおける磁束密度のセンサ感磁方向成分の関係を示すグラフである。FIG. 44 is a graph showing the relationship between the direction of the disturbance magnetic field and the sensor magnetosensitive direction component of the magnetic flux density in the magnetic sensor. 図45は、外乱磁界の方向と磁気センサにおける磁束密度のセンサ感磁方向成分の関係を示すグラフである。FIG. 45 is a graph showing the relationship between the direction of the disturbance magnetic field and the sensor magnetosensitive direction component of the magnetic flux density in the magnetic sensor. 図46は、本発明に係る電流センサの実験例における磁気センサ内部配置を示す模式断面図である。FIG. 46 is a schematic cross-sectional view showing the internal arrangement of the magnetic sensor in the experimental example of the current sensor according to the present invention. 図47は、本発明に係る電流センサの実験例におけるサンプルの測定電流と出力電圧との関係を示すグラフである。FIG. 47 is a graph showing the relationship between the measured current of the sample and the output voltage in the experimental example of the current sensor according to the present invention. 図48は、本発明に係る電流センサの実験例におけるサンプルの測定電流と出力電圧との関係を最小二乗近似した近似直線と実測値の差を出力誤差として出力のフルスケール電圧に対するパーセンテージで示したグラフである。FIG. 48 shows, as an output error, a percentage of the output full-scale voltage as a difference between an approximate line obtained by least-square approximation of the relationship between the measured current of the sample and the output voltage in the experimental example of the current sensor according to the present invention and the measured value. It is a graph. 図49は、本発明に係る電流センサの実験例におけるサンプルの測定電流と出力電圧との関係を示すグラフである。FIG. 49 is a graph showing the relationship between the measured current of the sample and the output voltage in the experimental example of the current sensor according to the present invention. 図50は、本発明に係る電流センサの実験例におけるサンプルの測定電流と出力電圧との関係を最小二乗近似した近似直線と実測値の差を出力誤差として出力のフルスケール電圧に対するパーセンテージで示したグラフである。FIG. 50 shows, as an output error, a percentage of an output full-scale voltage as a difference between an approximate straight line obtained by least-square approximation of the relationship between a measured current of a sample and an output voltage in an experimental example of a current sensor according to the present invention. It is a graph. 図51は、本発明に係る電流センサの実験例におけるサンプルの測定電流と出力電圧との関係を示すグラフである。FIG. 51 is a graph showing the relationship between the measured current of the sample and the output voltage in the experimental example of the current sensor according to the present invention. 図52は、本発明に係る電流センサの実験例におけるサンプルの測定電流と出力電圧との関係を最小二乗近似した近似直線と実測値の差を出力誤差として出力のフルスケール電圧に対するパーセンテージで示したグラフである。FIG. 52 shows, as an output error, a percentage of the output full-scale voltage as a difference between an approximate straight line obtained by least-square approximation of the relationship between the measured current of the sample and the output voltage in the experimental example of the current sensor according to the present invention. It is a graph. 図53は、本発明に係る電流センサの実験例におけるサンプルの測定電流と出力電圧との関係を示すグラフである。FIG. 53 is a graph showing the relationship between the measured current of the sample and the output voltage in the experimental example of the current sensor according to the present invention. 図54は、本発明に係る電流センサの実験例におけるサンプルの測定電流と出力電圧との関係を最小二乗近似した近似直線と実測値の差を出力誤差として出力のフルスケール電圧に対するパーセンテージで示したグラフである。FIG. 54 shows, as an output error, a percentage of the output full-scale voltage as a difference between an approximate line obtained by least-square approximation of the relationship between the measured current of the sample and the output voltage in the experimental example of the current sensor according to the present invention and the measured value. It is a graph. 図55は、本発明に係る電流センサの実験例におけるサンプルの測定電流と出力電圧との関係を示すグラフである。FIG. 55 is a graph showing the relationship between the measured current of the sample and the output voltage in the experimental example of the current sensor according to the present invention. 図56は、本発明に係る電流センサの実験例におけるサンプルの測定電流と出力電圧との関係を最小二乗近似した近似直線と実測値の差を出力誤差として出力のフルスケール電圧に対するパーセンテージで示したグラフである。FIG. 56 shows, as an output error, a percentage of the output full-scale voltage as a difference between an approximate straight line obtained by least-square approximation of the relationship between the measured current of the sample and the output voltage in the experimental example of the current sensor according to the present invention. It is a graph.

以下、本発明に係る電流センサの第1実施形態を、図面に基づいて説明する。
図1は、本実施形態における電流センサを示す模式図であり、図において、符号CS10は電流センサを示している。
Hereinafter, a first embodiment of a current sensor according to the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a schematic diagram showing a current sensor according to the present embodiment. In the figure, reference numeral CS10 denotes a current sensor.

本実施形態の電流センサCS10は、電流路(以下、バスバーという)に流れる被測定電流を、この被測定電流が発生させる磁界をフラックスゲート型磁気素子(以下、単に磁気素子という)で検出することにより測定するものとされる。図1に示すように、バスバーBOの近傍に磁気素子M12が配されており、磁気素子M12はバスバーB0を流れる被測定電流Iが作る磁界に平行な感磁方向CMを有する。
そして、バスバーB0および磁気素子M12を間に挟むとともに、被測定電流Iの流れ方向(電流路が延びる方向)と磁気素子M12の感磁方向CMとに沿うように対向して設けられた平板状の磁性体からなる第1の磁性体板CM1および第2の磁性体板CM2と、を具備してなる。
The current sensor CS10 of the present embodiment detects a current to be measured flowing in a current path (hereinafter referred to as a bus bar) by a magnetic field generated by the current to be measured by a flux gate type magnetic element (hereinafter simply referred to as a magnetic element). It shall be measured by As shown in FIG. 1, a magnetic element M12 is arranged in the vicinity of the bus bar BO, and the magnetic element M12 has a magnetic sensing direction CM parallel to the magnetic field generated by the current I to be measured flowing through the bus bar B0.
Then, the bus bar B0 and the magnetic element M12 are sandwiched between them, and the flat plate shape is provided so as to face along the flow direction of the current I to be measured (direction in which the current path extends) and the magnetic sensing direction CM of the magnetic element M12. The first magnetic plate CM1 and the second magnetic plate CM2 made of the above magnetic bodies are provided.

バスバーB0は、電気自動車、家庭用電源等、数100A以上の大電流が流れるものとされ、矩形断面を有し、紙面垂直方向に直線状に延在するものとされている。   The bus bar B0 is such that a large current of several hundreds A or more flows through an electric vehicle, a household power source, etc., has a rectangular cross section, and extends linearly in a direction perpendicular to the paper surface.

第1の磁性体板CM1および第2の磁性体板CM2は、互いに平行な2枚の磁性体からなる板体とされ、いずれもバスバーB0と平行に配置されている。第1の磁性体板CM1および第2の磁性体板CM2は、パーマロイやフェライト等が用いられるが、好ましくは比透磁率が10000以上の材料から構成される。これにより、外乱磁界を充分に誘引して、被測定磁界を正確に測定することが可能となる。
第1の磁性体板CM1および第2の磁性体板CM2の幅方向の中央(センター)位置において、第1の磁性体板CM1とバスバーB0とで挟まれる空間に磁気素子M12が配置される。磁気素子M12は、第1の磁性体板CM1と第2の磁性体板CM2と重なる領域に配置されており、その感磁方向CMが、被測定電流Iの流れ方向と直交する方向となるように配置される。また、磁気素子M12の感磁方向CMは、第1の磁性体板CM1および第2の磁性体板CM2の各主面と平行となるように配置される。
以降の説明においては、第1の磁性体板CM1,第2磁性体板CM2を、磁気シールドCM1,磁気シールドCM2と呼ぶ。または、単に磁気シールドと呼ぶ。
The first magnetic plate CM1 and the second magnetic plate CM2 are plate bodies made of two magnetic bodies parallel to each other, and both are arranged in parallel with the bus bar B0. The first magnetic plate CM1 and the second magnetic plate CM2 are made of a material having a relative permeability of 10,000 or more, although permalloy, ferrite, or the like is used. As a result, the disturbance magnetic field can be sufficiently attracted to accurately measure the magnetic field to be measured.
The magnetic element M12 is disposed in a space sandwiched between the first magnetic plate CM1 and the bus bar B0 at the center (center) position in the width direction of the first magnetic plate CM1 and the second magnetic plate CM2. The magnetic element M12 is disposed in a region overlapping the first magnetic plate CM1 and the second magnetic plate CM2, and the magnetic sensitive direction CM is in a direction orthogonal to the flow direction of the current I to be measured. Placed in. Further, the magnetic sensing direction CM of the magnetic element M12 is arranged so as to be parallel to the main surfaces of the first magnetic plate CM1 and the second magnetic plate CM2.
In the following description, the first magnetic plate CM1 and the second magnetic plate CM2 are referred to as magnetic shield CM1 and magnetic shield CM2. Or, simply called a magnetic shield.

これら磁気シールドCM1,CM2は、測定対象であるバスバーB0以外に別の磁界発生源が存在するような場合でも、測定対象外のバスバーから発生する磁界のような外乱磁界を磁気シールドCM1,CM2へと誘引させ、磁気素子M12に到達する外乱磁界を低減するように形状・寸法・配置が設定される。   These magnetic shields CM1 and CM2 transmit a disturbance magnetic field such as a magnetic field generated from a bus bar not to be measured to the magnetic shields CM1 and CM2 even when another magnetic field generation source exists in addition to the bus bar B0 to be measured. The shape, size, and arrangement are set so as to reduce the disturbance magnetic field reaching the magnetic element M12.

図1に示すように、バスバーB0の幅寸法CMbc、磁気シールドCM1の幅寸法CM1c、磁気シールドCM2の幅寸法CM2cは互いにほぼ等しく設定されている。磁気シールドCM1の幅寸法CM1cと、磁気シールドCM1と磁気シールドCM2との離間距離CMbとの比(CM1c/CMb)は、大きいほど良い。すなわち、磁気シールドCM1と磁気シールドCM2の幅CM1cは、磁気シールドCM1と磁気シールドCM2との離間距離CMbよりも大きければ大きいほど、外乱磁界は磁気シールドCM1と磁気シールドCM2へ誘引され、外乱磁界が磁気素子M12へ流入するのを抑制することができる。このように、磁気シールドCM1と磁気シールドCM2との離間距離CMbを磁気シールドCM1および磁気シールドCM2の幅方向の寸法CM1cより十分小さくすることで、バスバーB0の両サイドに磁気シールドを設けない構造であっても感磁方向CM方向の外乱磁界が、磁気素子M12への流入するのを低減させることが可能となる。
本発明における磁気シールドCM1および磁気シールドCM2は、外乱磁界を誘引することによって磁気素子に加わる外乱磁界を低減するための部材である。先行技術文献で説明されている、外乱磁界を遮蔽するための磁気シールドとは、異なる機能を備えている。
As shown in FIG. 1, the width dimension CMbc of the bus bar B0, the width dimension CM1c of the magnetic shield CM1, and the width dimension CM2c of the magnetic shield CM2 are set substantially equal to each other. The larger the ratio (CM1c / CMb) between the width dimension CM1c of the magnetic shield CM1 and the separation distance CMb between the magnetic shield CM1 and the magnetic shield CM2, the better. That is, as the width CM1c of the magnetic shield CM1 and the magnetic shield CM2 is larger than the distance CMb between the magnetic shield CM1 and the magnetic shield CM2, the disturbance magnetic field is attracted to the magnetic shield CM1 and the magnetic shield CM2, and the disturbance magnetic field is generated. The flow into the magnetic element M12 can be suppressed. As described above, the separation distance CMb between the magnetic shield CM1 and the magnetic shield CM2 is sufficiently smaller than the dimension CM1c in the width direction of the magnetic shield CM1 and the magnetic shield CM2, so that the magnetic shield is not provided on both sides of the bus bar B0. Even if it exists, it becomes possible to reduce that the disturbance magnetic field of the magnetosensitive direction CM direction flows into the magnetic element M12.
The magnetic shield CM1 and the magnetic shield CM2 in the present invention are members for reducing the disturbance magnetic field applied to the magnetic element by attracting the disturbance magnetic field. The magnetic shield for shielding a disturbance magnetic field described in the prior art document has a different function.

磁気素子M12の幅寸法CMdは、図1に示すように、磁気シールドCM1と磁気シールドCM2の幅方向(感磁方向)の寸法CM1c、CM2cに対して、外乱磁界の影響を受けない程度に充分小さくなるよう設定される。好ましくは、CMd/CM1cが、0.01〜0.4程度に設定される。
磁気素子M12は、磁気シールドCM1,磁気シールドCM2の厚さ方向において、バスバーB0から見て磁気シールドCM1の側に配置される。バスバーB0から磁気シールドCM1に向かうにつれて、つまり、バスバーB0から離れるにつれて磁気素子M12に流入する被測定磁界(バスバーに流れる電流が作る磁界)が小さくなるため、磁気素子M12は、被測定磁界が適正な強度となるように、その位置を設定する。また、本発明においては、バスバーB0と磁気シールドCM1との離間距離(CMe)が、バスバーBOと磁気シールドCM2との離間距離(CMg)よりも大きくなるように構成されている。
As shown in FIG. 1, the width dimension CMd of the magnetic element M12 is sufficiently large so as not to be affected by the disturbance magnetic field with respect to the dimensions CM1c and CM2c in the width direction (magnetic sensing direction) of the magnetic shield CM1 and the magnetic shield CM2. Set to be smaller. Preferably, CMd / CM1c is set to about 0.01 to 0.4.
The magnetic element M12 is disposed on the magnetic shield CM1 side when viewed from the bus bar B0 in the thickness direction of the magnetic shield CM1 and the magnetic shield CM2. As the magnetic field to be measured flowing into the magnetic element M12 (the magnetic field generated by the current flowing through the bus bar) decreases from the bus bar B0 toward the magnetic shield CM1, that is, away from the bus bar B0, the magnetic element M12 has an appropriate magnetic field to be measured. The position is set so as to obtain a proper strength. In the present invention, the separation distance (CMe) between the bus bar B0 and the magnetic shield CM1 is configured to be larger than the separation distance (CMg) between the bus bar BO and the magnetic shield CM2.

磁気素子M12は、フラックスゲート型の磁気素子とされ、図2に示すように、軟磁性材料からなる磁性体コア1、励磁コイル9、検出コイル10を備えている。さらには、フィードバックコイル21を備えていてもよい。磁気素子M12は、制御用集積回路(信号処理回路)MT10に接続されている。制御用集積回路MT10は、磁気素子M12に駆動信号を供給する機能や、磁気素子M12からの出力信号を処理したりする機能を備えている。以下においては、磁気素子M12にフィードバックコイル21(図2ではFBコイルと表記)が備えられている場合について説明する。   The magnetic element M12 is a flux gate type magnetic element, and includes a magnetic core 1 made of a soft magnetic material, an excitation coil 9, and a detection coil 10, as shown in FIG. Furthermore, a feedback coil 21 may be provided. The magnetic element M12 is connected to a control integrated circuit (signal processing circuit) MT10. The control integrated circuit MT10 has a function of supplying a drive signal to the magnetic element M12 and a function of processing an output signal from the magnetic element M12. Below, the case where the magnetic element M12 is provided with the feedback coil 21 (it describes with FB coil in FIG. 2) is demonstrated.

制御用集積回路MT10は、励磁コイル9に三角波等の連続波形とされる励磁電流を供給して、検出コイル10からの出力信号によりフィードバックコイル21へのフィードバック電流を出力するとともに、測定磁界の強度を出力するものとされる。   The control integrated circuit MT10 supplies an excitation current having a continuous waveform such as a triangular wave to the excitation coil 9, outputs a feedback current to the feedback coil 21 by an output signal from the detection coil 10, and measures the strength of the measurement magnetic field. Is output.

本実施形態の電流センサCS10におけるフラックスゲート型磁気素子M12等の動作原理について説明する。
図3は、フラックスゲート型磁気素子の動作原理を示すグラフである。図3(a)は、励磁コイルに通電する三角波電流の時間変化を示すグラフである。図3(b)は、コアの磁化状態の時間変化を示すグラフである。図3(c)は、ピックアップコイルに生じる出力電圧の時間変化を示すグラフである。図4は、フラックスゲート型磁気素子M12の磁性体コアの磁化状態の時間による変化を示すヒステリシス曲線である。
An operation principle of the flux gate type magnetic element M12 and the like in the current sensor CS10 of the present embodiment will be described.
FIG. 3 is a graph showing the operating principle of the fluxgate magnetic element. FIG. 3A is a graph showing the change over time of the triangular wave current flowing through the exciting coil. FIG. 3B is a graph showing the time change of the magnetization state of the core. FIG. 3C is a graph showing the time change of the output voltage generated in the pickup coil. FIG. 4 is a hysteresis curve showing a change with time of the magnetization state of the magnetic core of the fluxgate type magnetic element M12.

励磁電流発生回路MT11から、励磁コイル9に図3(a)に示すような三角波電流を通電すると、励磁コイル9の作る磁界Hexcにより磁性体コア1が励磁され、磁性体コア1内部の磁束密度B、すなわち磁性体コア1の磁化状態は、図4に示すような飽和特性を有するため、図3(b)に示すような時間変化をする。ピックアップコイル(検出コイル)10には、磁性体コア1の磁束密度Bの時間微分すなわち時間変化dB/dtが存在する領域において、磁性体コア1の断面積S、ピックアップコイル10の巻き数Nに比例した出力電圧Vpu=NS×dB/dtが生じる。ピックアップコイル10の出力電圧Vpuは、図3(c)に示すような時間変化をする。磁性体コア1の磁束密度Bの時間変化dB/dtが大きいほど、ピックアップ電圧波の高値は高く、パルス幅は狭くなり、より急峻なパルス電圧が得られる。図3(c)における時間間隔t1は、外部磁界(被測定磁界)Hext、磁性体コア1の磁束密度Bが増加する時と減少する時との磁界の強さHのずれHc、励磁コイル9の作る磁界Hexc、三角波の周期T及びコイルのインダクタンスによる遅延時間Tdを用いて、式(1)のように表される。
When a triangular wave current as shown in FIG. 3A is applied to the exciting coil 9 from the exciting current generating circuit MT11, the magnetic core 1 is excited by the magnetic field Hexc formed by the exciting coil 9, and the magnetic flux density inside the magnetic core 1 is increased. B, that is, the magnetization state of the magnetic core 1 has a saturation characteristic as shown in FIG. 4, and therefore changes with time as shown in FIG. The pickup coil (detection coil) 10 has a cross-sectional area S of the magnetic core 1 and a number N of turns of the pickup coil 10 in the region where the time differentiation of the magnetic flux density B of the magnetic core 1, that is, the time change dB / dt exists. A proportional output voltage Vpu = NS × dB / dt is generated. The output voltage Vpu of the pickup coil 10 changes with time as shown in FIG. The higher the time change dB / dt of the magnetic flux density B of the magnetic core 1, the higher the high value of the pickup voltage wave, the narrower the pulse width, and the steeper pulse voltage. The time interval t1 in FIG. 3C includes an external magnetic field (magnetic field to be measured) Hext, a deviation Hc of the magnetic field strength H between when the magnetic flux density B of the magnetic core 1 increases and when it decreases, and the exciting coil 9 (1) using the magnetic field Hexc, the period T of the triangular wave, and the delay time Td due to the inductance of the coil.

同様に、図3(c)における時間間隔t2は、式(2)のように表される。
式(1)及び式(2)より、外部磁界に対する時間間隔の変化量t2−t1は、式(3)のように表される。
Similarly, the time interval t2 in FIG. 3C is expressed as shown in Equation (2).
From Expression (1) and Expression (2), the change t2-t1 of the time interval with respect to the external magnetic field is expressed as Expression (3).

式(3)より、外部磁界に対する時間間隔の変化t2−t1は、外部磁界Hextと励磁コイル9の作る磁界Hexcの比 Hext/Hexc および三角波の周期Tに依存することがわかる。外部磁界に対する感度S=d(t2−t1)/dHextは、励磁コイル9に通電する電流振幅Iexc、励磁コイル9に流れる単位電流当たりの発生磁界すなわち励磁効率α、及び三角波の周期Tを用いて、S=T/(2・Iexc×α)で表される。よって、励磁電流が大きいほど、磁気素子M12の感度Sは小さくなる。三角波の周期Tが大きいすなわち励磁周波数fexcが小さいほど、磁気素子の感度Sは大きくなる。   From equation (3), it can be seen that the change t2-t1 of the time interval with respect to the external magnetic field depends on the ratio Hext / Hexc between the external magnetic field Hext and the magnetic field Hexc formed by the exciting coil 9 and the period T of the triangular wave. The sensitivity S to the external magnetic field S = d (t2−t1) / dHext is obtained by using the current amplitude Iexc flowing through the exciting coil 9, the generated magnetic field per unit current flowing through the exciting coil 9, that is, the excitation efficiency α, and the period T of the triangular wave. , S = T / (2 · Iexc × α). Therefore, the sensitivity S of the magnetic element M12 decreases as the excitation current increases. The sensitivity S of the magnetic element increases as the period T of the triangular wave increases, that is, as the excitation frequency fexc decreases.

励磁効率αは、フラックスゲート磁気素子を構成する磁性体コア1とコイルの巻き数によって決定される値である。励磁効率αが大きいほど、同一感度、同一範囲を経ようとした場合には、少ない電流でフラックスゲート磁気素子を駆動することができる。また、式(3)において、Hext=Hexcとなるとき式(3)は0となり、このときのHextが測定磁界範囲の上限となる。Hexc=α×Iexcで表されることから、励磁効率αが大きいほど、同一の電流で駆動した場合に広い測定磁界レンジを有することとなる。
この励磁効率αは、励磁コイル9に電流を通電することにより、磁性体コア1に発生する磁束密度と、外部磁界により磁性体コア1に発生する磁束密度との比率を示すものである。励磁効率αは、磁性体コア1のヒステリシス曲線の非飽和領域における磁気密度Bの外部磁界Hextに対する傾きdB/dHextと、同じく磁性体コア1の磁束密度Bの励磁コイルに流れる電流Iexcに対する傾きdB/dIexcの比率により決まり、式(4)で表される。
The excitation efficiency α is a value determined by the number of turns of the magnetic core 1 and the coil constituting the fluxgate magnetic element. As the excitation efficiency α increases, the fluxgate magnetic element can be driven with a smaller current when the same sensitivity and the same range are to be passed. In Expression (3), Expression (3) becomes 0 when Hext = Hexc, and Hext at this time becomes the upper limit of the measurement magnetic field range. Since it is expressed by Hexc = α × Iexc, the larger the excitation efficiency α, the wider the measurement magnetic field range when driven by the same current.
The excitation efficiency α indicates the ratio between the magnetic flux density generated in the magnetic core 1 and the magnetic flux density generated in the magnetic core 1 due to an external magnetic field when a current is passed through the excitation coil 9. The excitation efficiency α is the slope dB / dHext of the magnetic density B in the non-saturated region of the hysteresis curve of the magnetic core 1 with respect to the external magnetic field Hext, and the slope dB of the current Iexc flowing through the excitation coil with the magnetic flux density B of the magnetic core 1. It is determined by the ratio of / dIexc and is represented by the formula (4).

この式(4)から、励磁効率を大きくするためには、この式(4)の分母を小さくするか、分子を大きくする。
式(4)の分子を大きくする、すなわち、励磁電流により磁性体コア1に発生する磁束密度を大きくするためには、コイルの巻き数を増やすことが有効であるが、特に薄膜構造とされるフラックスゲート型磁気素子の場合は、コイル巻き数を増やすためには配線ピッチを狭くして巻き数を稼ぐ必要があるが、配線の微細化の限界や、微細化によるコイル抵抗の増大などにより、コイル巻き数を必要な状態で確保することは難しい。また、コイルを多層構造として巻き回す方法も考えられるが、構造が非常に複雑になり、多層成膜によってセンサを製造する際の製造上の精度維持が必要になって、製造コストが高くなるため好ましくない。
From this equation (4), in order to increase the excitation efficiency, the denominator of this equation (4) is decreased or the numerator is increased.
In order to increase the numerator of formula (4), that is, to increase the magnetic flux density generated in the magnetic core 1 by the exciting current, it is effective to increase the number of turns of the coil. In the case of a fluxgate type magnetic element, in order to increase the number of coil turns, it is necessary to narrow the wiring pitch and increase the number of turns, but due to the limit of miniaturization of wiring, increase in coil resistance due to miniaturization, etc. It is difficult to secure the number of coil turns in a necessary state. Although a method of winding the coil as a multilayer structure is also conceivable, the structure becomes very complicated, and it is necessary to maintain manufacturing accuracy when manufacturing the sensor by multilayer film formation, which increases the manufacturing cost. It is not preferable.

また、このようなフラックスゲート型磁気素子では、励磁三角波の歪みや磁性体コア1のB−H曲線の非直線性に起因してリニアリティ誤差が生じる。フラックスゲート型磁気素子には、このリニアリティ誤差を補償するためにフィードバックコイルが設けられている。そして常に、磁性体コア1における磁化状態が外部磁界が印加されていない時と同じ状態となるよう、フィードバックコイルに電流を流す。このように、外部磁界の変化に対応して変化するフィードバック電流を出力することにより、リニアリティ誤差が低減されたフラックスゲート型磁気素子を実現される。   Further, in such a fluxgate type magnetic element, a linearity error occurs due to the distortion of the exciting triangular wave and the non-linearity of the BH curve of the magnetic core 1. The flux gate type magnetic element is provided with a feedback coil to compensate for this linearity error. Then, a current is passed through the feedback coil so that the magnetization state in the magnetic core 1 is always the same as when no external magnetic field is applied. Thus, by outputting a feedback current that changes in response to a change in the external magnetic field, a fluxgate type magnetic element with reduced linearity error can be realized.

これにより、フィードバックコイル21では外部磁界Hextをキャンセルするような向きで大きさのフィードバック磁界Hfbが発生して磁性体コア1内における磁界をキャンセルするとともに、このフィードバック磁界Hfbが外部磁界Hextの変動に対応して連続して変動する。   As a result, the feedback coil 21 generates a feedback magnetic field Hfb having a magnitude in such a direction as to cancel the external magnetic field Hext, thereby canceling the magnetic field in the magnetic core 1, and the feedback magnetic field Hfb changes in the external magnetic field Hext. Correspondingly continuously fluctuates.

なお、外部磁界Hextに応じてフィードバック電流を出力したが、このフィードバック電流は、フィードバックコイル21のみならず、励磁コイル9に流すこともできる。この場合、励磁交流電流や検出信号にフィードバック電流を重畳することで実現が可能である。
さらに、フィードバック電流を励磁コイル9に流した場合には、フィードバックコイル21を励磁コイル9や検出コイル10と兼用させて、図8に示すように、独立したコイル配線としないことも可能である。
In addition, although the feedback current was output according to the external magnetic field Hext, this feedback current can be sent not only to the feedback coil 21 but also to the exciting coil 9. In this case, it can be realized by superimposing a feedback current on the exciting AC current or the detection signal.
Furthermore, when a feedback current is passed through the exciting coil 9, the feedback coil 21 can also be used as the exciting coil 9 and the detection coil 10, and as shown in FIG.

次に、磁気素子M12について説明する。   Next, the magnetic element M12 will be described.

本実施形態の磁気素子M12は、例えば、phase-delay methodを動作原理とするフラックスゲート型の磁気素子である。磁気素子M12の磁性体コア1の長手方向は、磁気素子M12の感磁方向と一致している。   The magnetic element M12 of this embodiment is, for example, a flux gate type magnetic element whose operation principle is a phase-delay method. The longitudinal direction of the magnetic core 1 of the magnetic element M12 coincides with the magnetic sensitive direction of the magnetic element M12.

図5は、本実施形態に係るフラックスゲート型磁気素子を概略的に示す上面図である。図6は、図5におけるラインa−a’に沿って切った横断面図である。図7は、図5におけるラインb−b’に沿って切った正断面図である。   FIG. 5 is a top view schematically showing the fluxgate magnetic element according to this embodiment. 6 is a cross-sectional view taken along line a-a 'in FIG. FIG. 7 is a front sectional view taken along line b-b ′ in FIG. 5.

本実施形態に係るフラックスゲート型磁気素子M12は、図5〜図7に示すように、磁性体コア1と、磁性体コア1に巻き回された励磁コイル9、検出コイル10、フィードバックコイル21を構成する第1配線層4及び第2配線層7とを有している。各々のコイルは、ソレノイド状のコイルである。
励磁コイル9、検出コイル10,フィードバックコイル21は、それぞれの配線が略平行になるように、三重らせんとして巻回されている。
As shown in FIGS. 5 to 7, the flux gate type magnetic element M <b> 12 according to the present embodiment includes a magnetic core 1, an excitation coil 9, a detection coil 10, and a feedback coil 21 wound around the magnetic core 1. It has the 1st wiring layer 4 and the 2nd wiring layer 7 which comprise. Each coil is a solenoidal coil.
The excitation coil 9, the detection coil 10, and the feedback coil 21 are wound as a triple helix so that their wirings are substantially parallel.

フラックスゲート型磁気素子M12は、図5〜図7に示すように、非磁性の基板M13に、ソレノイドコイルの下側配線を形成するための第1配線層4と、第1配線層4の上に磁性体コア1とソレノイドコイルを絶縁するとともに第1配線層4と第2配線層7とが接続される部分に開口部8が設けられた第1絶縁層5と、第1絶縁層5の上に軟磁性体膜からなる磁性体コア1と、磁性体コア1の上に第1配線層4と第2配線層7の接続部に開口部8を設けて形成された第2絶縁層6と、第2絶縁層6の上に第1配線層4の隣接する配線どうしをその端部にて接続するように形成されたソレノイドコイルの上側配線となる第2配線層7と、が形成されてソレノイドコイルを形成している。配線は、2つおきに隣接する配線と接続されるため、断面におけるソレノイドコイルのループは閉じない。   As shown in FIGS. 5 to 7, the flux gate type magnetic element M <b> 12 includes a first wiring layer 4 for forming a lower wiring of the solenoid coil on the nonmagnetic substrate M <b> 13, and a top of the first wiring layer 4. A first insulating layer 5 that insulates the magnetic core 1 and the solenoid coil and has an opening 8 in a portion where the first wiring layer 4 and the second wiring layer 7 are connected to each other; A magnetic core 1 made of a soft magnetic film is formed thereon, and a second insulating layer 6 is formed on the magnetic core 1 by providing an opening 8 at a connection portion between the first wiring layer 4 and the second wiring layer 7. And a second wiring layer 7 serving as an upper wiring of a solenoid coil formed so as to connect adjacent wirings of the first wiring layer 4 at the end portion on the second insulating layer 6. The solenoid coil is formed. Since the wiring is connected to every two adjacent wirings, the loop of the solenoid coil in the cross section is not closed.

第1配線層4および第2配線層7により形成された励磁コイル9、検出コイル10、フィードバックコイル21は、いずれも磁性体コア1において、それぞれ独立に巻き回されている。検出コイル10の両端には、外部と接続するための電極パッド11が形成されている。励磁コイル9の両端には、外部と接続するための電極パッド12が形成されている。フィードバックコイル21の両端には、外部と接続するための電極パッド13が形成されている。電極パッド11はセンスアンプMT12への端子に接続され、電極パッド12は、励磁電流発生回路MT11への端子へ接続され、電極パッド13は電流アンプMT15への端子にそれぞれ接続されている。
ここで、励磁コイル9、検出コイル10及びフィードバックコイル21は、いずれも巻き数が同じであることができる。特に、フィードバックコイル21は、そのピッチが均一になるように、磁性体コア1の全長にわたって巻回されている。
なお、これらの図は模式的に示されており、各コイルに関し、一部が省略されている。また、磁気素子M12の細部形状は、図に示された形状に限定されるものではない。
The exciting coil 9, the detection coil 10, and the feedback coil 21 formed by the first wiring layer 4 and the second wiring layer 7 are all wound independently in the magnetic core 1. Electrode pads 11 for connection to the outside are formed at both ends of the detection coil 10. Electrode pads 12 for connecting to the outside are formed at both ends of the exciting coil 9. Electrode pads 13 for connecting to the outside are formed at both ends of the feedback coil 21. The electrode pad 11 is connected to a terminal to the sense amplifier MT12, the electrode pad 12 is connected to a terminal to the excitation current generating circuit MT11, and the electrode pad 13 is connected to a terminal to the current amplifier MT15.
Here, the excitation coil 9, the detection coil 10, and the feedback coil 21 can all have the same number of turns. In particular, the feedback coil 21 is wound over the entire length of the magnetic core 1 so that the pitch is uniform.
These drawings are schematically shown, and a part of each coil is omitted. The detailed shape of the magnetic element M12 is not limited to the shape shown in the figure.

磁性体コア1は、その周囲に巻き回された励磁コイル9に通電することにより励磁される。磁性体コア1が励磁されると、検出コイルには誘導電圧が発生する。励磁コイル9に対して、電極パッド12を介して時間的に変化する交流電流を外部より通電することにより磁性体コア1が交流励磁され、発生した磁束により検出コイル10に略パルス状の誘導電圧が発生する。この誘導電圧は検出コイル10から電極パッド11を通して制御用集積回路MT10に出力される。そして、上述したように、フィードバック電流が電極パッド13を介してフィードバックコイル21に印加される。   The magnetic core 1 is excited by energizing an exciting coil 9 wound around the magnetic core 1. When the magnetic core 1 is excited, an induction voltage is generated in the detection coil. The magnetic core 1 is AC-excited by energizing the exciting coil 9 through the electrode pad 12 from the outside, and the magnetic core 1 is AC-excited. Will occur. This induced voltage is output from the detection coil 10 through the electrode pad 11 to the control integrated circuit MT10. Then, as described above, a feedback current is applied to the feedback coil 21 via the electrode pad 13.

本実施形態に示したものは一例であり、磁性体コア1,励磁コイル9、検出コイル10及びフィードバックコイル21の配置は、上記の構成に限定されることなく、他の配置とすることができる。特に、励磁コイル9、検出コイル10,フィードバックコイル21は、三重らせん以外の配置も可能である。   What is shown in the present embodiment is an example, and the arrangement of the magnetic core 1, the excitation coil 9, the detection coil 10, and the feedback coil 21 is not limited to the above-described configuration, and may be other arrangements. . In particular, the excitation coil 9, the detection coil 10, and the feedback coil 21 can be arranged other than the triple helix.

本実施形態の電流センサCS10は、バスバーB0に流れる電流を測定するための電流センサに用いる構造の一例とすることができる。
電流センサCS10は、図9に示すように、磁気素子M12および制御用集積回路MT10が搭載された実装基板M10a、2枚の磁気シールドCM1,CM2と、バスバーB01(電流路)とからなり、これらが一体とされている。例えば、これらを絶縁樹脂によってモールドしたパッケージ体やモジュール体としてもよい。
The current sensor CS10 of this embodiment can be an example of a structure used for a current sensor for measuring a current flowing through the bus bar B0.
As shown in FIG. 9, the current sensor CS10 includes a mounting board M10a on which the magnetic element M12 and the control integrated circuit MT10 are mounted, two magnetic shields CM1 and CM2, and a bus bar B01 (current path). Is united. For example, a package body or a module body in which these are molded with an insulating resin may be used.

バスバーB01には、図9に示すように、その両端に結合穴B02が設けられ、この結合穴B02と対応するバスバーB00(電流路)に設けられた結合穴B03とを、ボルトナット等の結合手段B04,B05により結合することで、バスバーB01をも電流センサCM10に含むように一体に構成してもよい。この構成により各部品問の位置ずれを抑制することが可能となる。
実装基板M10aとしては、ガラスエポキシ基板などを採用することができる。
バスバーB0と磁気シールドCM2との間や、実装基板M10aや磁気シールドCM1との間は、接着剤などにより接合されており、さらに電流センサCS10の全体が樹脂成形品のキャップ等で覆われている。
As shown in FIG. 9, the bus bar B01 is provided with coupling holes B02 at both ends thereof, and the coupling hole B02 is coupled with a coupling hole B03 provided in the corresponding bus bar B00 (current path) with a bolt nut or the like. By coupling by means B04 and B05, the bus bar B01 may also be integrated so as to be included in the current sensor CM10. With this configuration, it is possible to suppress misalignment of each component.
A glass epoxy substrate or the like can be used as the mounting substrate M10a.
The bus bar B0 and the magnetic shield CM2, and the mounting substrate M10a and the magnetic shield CM1 are joined by an adhesive or the like, and the entire current sensor CS10 is covered with a cap or the like of a resin molded product. .

本実施形態の電流センサCS10においては、図10に示すように、磁気シールドCM1,CM2によって、バスバーB0および磁気素子M12が挟まれて配置されているのみであり、バスバーB0の両脇には磁気シールドが設けられていない。これにより、バスバーB0に流れる被測定電流Iが作る磁界に対して、磁気回路は一部開いた構造となるため、磁気抵抗は大きくなり、それに伴い、磁気シールド内に発生する磁束密度は小さくなるため、磁気シールドは磁気飽和しにくくなる。
一方、バスバーの両脇に磁性体板が配されている構造(例えば、特許文献1の磁気シールド体65、特許文献2のシールド24)では、磁気シールドCM3により、バスバーB0に流れる被測定電流Iが作る磁界に対して、磁気回路は閉じた構造となるため、図11に示すように、磁気抵抗は小さくなり、それに伴い、磁気シールド内に発生する磁束密度は大きくなるため、磁気シールドは磁気飽和しやすくなる。
In the current sensor CS10 of the present embodiment, as shown in FIG. 10, the bus bar B0 and the magnetic element M12 are only sandwiched between the magnetic shields CM1 and CM2, and there are magnetic fields on both sides of the bus bar B0. There is no shield. As a result, the magnetic circuit has a partially open structure with respect to the magnetic field generated by the current I to be measured flowing through the bus bar B0, so that the magnetic resistance increases, and accordingly, the magnetic flux density generated in the magnetic shield decreases. For this reason, the magnetic shield is less likely to be magnetically saturated.
On the other hand, in the structure in which the magnetic plates are arranged on both sides of the bus bar (for example, the magnetic shield body 65 of Patent Document 1 and the shield 24 of Patent Document 2), the measured current I flowing in the bus bar B0 by the magnetic shield CM3. Since the magnetic circuit has a closed structure with respect to the magnetic field generated by the magnetic shield, the magnetic resistance decreases as shown in FIG. 11, and the magnetic flux density generated in the magnetic shield increases accordingly. Saturates easily.

さらに、磁気シールドCM1と磁気シールドCM2とバスバーの両サイドの磁気シールドとを一体とした磁気シールドCM4とした場合には、図12に示すように、磁気シールドCM4の磁気飽和はより顕著となる。磁気シールドが磁気飽和してしまうと、磁気を誘引することができなくなる。
このように、磁気シールドが飽和する前後では、図13Bに示すように、磁気素子M10に流入する磁界が急峻に変化し、結果的に、ゼロ点から離れた領域では、バスバーに流れる電流値と磁気素子M10に流入する磁界が線形とならない、すなわち、バスバーに流れる電流値と磁気センサの出力値の線形性が乱れてしまう。
これに対し、図10に示すようにサイドが開いている磁気シールドCM1,CM2のみの場合には、図13Aに示すように、磁気素子M10は線形性を維持することができる。
Further, when the magnetic shield CM1, magnetic shield CM2, and magnetic shield CM4 on both sides of the bus bar are integrated, the magnetic saturation of the magnetic shield CM4 becomes more remarkable as shown in FIG. When the magnetic shield is magnetically saturated, it becomes impossible to attract magnetism.
Thus, before and after the magnetic shield is saturated, as shown in FIG. 13B, the magnetic field flowing into the magnetic element M10 changes sharply. As a result, in the region away from the zero point, the current value flowing through the bus bar The magnetic field flowing into the magnetic element M10 is not linear, that is, the linearity of the current value flowing through the bus bar and the output value of the magnetic sensor is disturbed.
On the other hand, when only the magnetic shields CM1 and CM2 whose sides are open as shown in FIG. 10, the magnetic element M10 can maintain linearity as shown in FIG. 13A.

また、本実施形態においては、磁気シールドCM1,CM2の間隔CMbを、磁気シールドCM1と磁気シールドCM2の幅よりも十分小さくすることで、外乱磁界の感磁方向成分を低減することができる。そのため、磁気素子M12に流入する外乱磁界Hexdを排除し、バスバーB0に流れる電流がつくる被測定磁界のみを精度良く検出することが可能となる。   In the present embodiment, the magnetic sensing direction component of the disturbance magnetic field can be reduced by making the distance CMb between the magnetic shields CM1 and CM2 sufficiently smaller than the width of the magnetic shield CM1 and the magnetic shield CM2. Therefore, the disturbance magnetic field Hexd flowing into the magnetic element M12 can be eliminated, and only the measured magnetic field generated by the current flowing through the bus bar B0 can be accurately detected.

本実施形態においては、磁気シールドCM1,CM2を設置することで、測定対象であるバスバーB0以外に別の磁界発生源が存在するような場合でも、有効である。具体的には、後述する図35に示すように、測定対象外のバスバーから発生する磁界を磁気シールドCM1,CM2へと誘引させ、磁気素子M12に到達する外乱磁界を低減する。これにより、磁気シールドCM1,CM2が無い場合に比べて測定誤差を大幅に低減できる。   In the present embodiment, the installation of the magnetic shields CM1 and CM2 is effective even when there is another magnetic field generation source other than the bus bar B0 to be measured. Specifically, as shown in FIG. 35 to be described later, the magnetic field generated from the bus bar that is not the measurement target is attracted to the magnetic shields CM1 and CM2, and the disturbance magnetic field reaching the magnetic element M12 is reduced. Thereby, a measurement error can be significantly reduced compared with the case where there is no magnetic shield CM1 and CM2.

さらに、本実施形態における電流センサは、磁気素子M12が第3の磁性体板(減磁体)M11を有するものとすることもできる。
図14、図15は、本実施形態における電流センサの他の例を示す正断面図であり、図において、符号M10および10’は磁気センサを示している。なお、図中では磁気シールドCM2は省略されている。また、上記の実施形態の構成に対応する構成には、同一の符号を付してその説明を省略する。
Furthermore, in the current sensor according to the present embodiment, the magnetic element M12 may include a third magnetic plate (demagnetizing body) M11.
14 and 15 are front sectional views showing other examples of the current sensor according to the present embodiment. In the figures, reference numerals M10 and 10 'denote magnetic sensors. In the figure, the magnetic shield CM2 is omitted. In addition, the same reference numerals are given to the components corresponding to the configuration of the above embodiment, and the description thereof is omitted.

本実施形態における電流センサは、磁気素子M12が磁気センサM10として設けられており、この磁気センサM10は、図14に示すように、非磁性基板M13上に薄膜を積層するプロセスにより形成された磁気素子M12と、非磁性基板M13と接合されたチップ状の軟磁性体からなる第3の磁性体板(減磁体)M11と、磁気素子M12とボンディングワイヤM15によって接続されたリードフレームM14と、それらを一体化するモールド体M10bから構成される。磁気素子M12は板状の減磁体(チップ状軟磁性体)M11の上に積層して形成されている。磁気センサM10の感磁方向は、非磁性基板M13の主面と平行である。   In the current sensor according to the present embodiment, the magnetic element M12 is provided as the magnetic sensor M10. As shown in FIG. 14, the magnetic sensor M10 is a magnetic element formed by a process of laminating a thin film on the nonmagnetic substrate M13. An element M12, a third magnetic plate (demagnetization body) M11 made of a chip-like soft magnetic material joined to the nonmagnetic substrate M13, a lead frame M14 connected to the magnetic element M12 by a bonding wire M15, and these Is formed from a mold body M10b. The magnetic element M12 is formed by laminating on a plate-like demagnetizing body (chip-shaped soft magnetic body) M11. The magnetic sensing direction of the magnetic sensor M10 is parallel to the main surface of the nonmagnetic substrate M13.

例えばシリコン等とされる非磁性基板M13のバスバーB0側(裏面側)には、図14に示すように、例えばNiFeなどの金属軟磁性体材料や、Co系アモルファス等、フェライト等からなるバルク状やシート状の軟磁性体チップとされる減磁体M11が磁気素子M12よりも広い領域を覆うように設けられる。
磁性体コア1と離間位置に設けられた減磁体M11へと、被測定磁界が誘引されることによって磁気素子M12に流入する外部磁界Hextを低減させるものである。減磁体M11による減磁効果により、磁気素子M12に印加される外部磁界Hextを小さくすることができる。
For example, on the bus bar B0 side (back side) of the nonmagnetic substrate M13 made of silicon or the like, as shown in FIG. 14, for example, a metallic soft magnetic material such as NiFe, a bulk material made of ferrite or the like such as Co-based amorphous material, etc. Further, a demagnetizing body M11 that is a sheet-like soft magnetic chip is provided so as to cover a wider area than the magnetic element M12.
The external magnetic field Hext flowing into the magnetic element M12 is reduced by attracting the magnetic field to be measured to the demagnetizing body M11 provided at a position separated from the magnetic core 1. Due to the demagnetizing effect of the demagnetizing body M11, the external magnetic field Hext applied to the magnetic element M12 can be reduced.

本例においては、図14中のz方向において、バスバーB0、減磁体M11、磁気素子M12(磁性体コア1)、磁気シールドCM1、の順になるよう配置されている。さらに、図15に示すように、減磁体M11が磁気シールドCM1側に位置した磁気センサM10’とすることが可能である。   In this example, the bus bar B0, the demagnetizer M11, the magnetic element M12 (magnetic core 1), and the magnetic shield CM1 are arranged in this order in the z direction in FIG. Furthermore, as shown in FIG. 15, the demagnetizing body M11 can be a magnetic sensor M10 'positioned on the magnetic shield CM1 side.

また、図16に示すように、磁気素子M12の磁気シールドCM1側にもスペーサM23を介して減磁体(第4の磁性体板)M21を設けてパッケージM20aによりパッケージし、磁気素子M12の上下方向両側に減磁体M11と減磁体M21を配置した磁気センサM10“とすることも可能である。   In addition, as shown in FIG. 16, a demagnetizing body (fourth magnetic plate) M21 is provided on the magnetic shield CM1 side of the magnetic element M12 via a spacer M23 and packaged by a package M20a. A magnetic sensor M10 "in which a demagnetizing body M11 and a demagnetizing body M21 are arranged on both sides may be used.

本発明の電流センサは、略平板状の2枚の磁気シールドで、バスバーおよび磁気素子を挟み込み、磁気シールド聞の間隔を磁気シールド幅方向の寸法より十分小さくする場合に、バスバー表面と平行な2面のみにて磁気シールドを形成した構造となっているが、この磁気シールド間隔を短くすることで、バスバー幅方向端部に位置しバスバー厚さ方向に延在する磁気シールド側壁や前記磁気シールドの電流方向端部に位置しバスバー厚さ方向に延在する磁気シールド側部を設けることなく、電流センサ出力の誤差要因である外乱磁界が磁気素子へ流入し、測定に影響を及ぼすことを抑制できる。   The current sensor according to the present invention includes two substantially flat magnetic shields that sandwich the bus bar and the magnetic element, and when the gap between the magnetic shields is sufficiently smaller than the dimension in the magnetic shield width direction, The magnetic shield is formed only on the surface, but by shortening the magnetic shield interval, the magnetic shield side wall extending at the end of the bus bar width direction and extending in the bus bar thickness direction or the magnetic shield is formed. Without providing a magnetic shield side that is located at the end of the current direction and extends in the bus bar thickness direction, it is possible to suppress the disturbance magnetic field that is an error factor of the current sensor output from flowing into the magnetic element and affecting the measurement. .

本発明の電流センサは、前記磁気素子M12が、フラックスゲート型磁気素子とされてなる場合に、設定された感磁方向からずれた角度の磁界成分に対しては、磁界素子感度が弱くなる。第1および第2の磁性体板の中央付近に磁気素子M12を配置することで、磁気素子に流入する外乱磁界を低減して感磁方向以外の成分だけが磁気素子M12に流入する。さらに、外乱磁界が磁気素子に到達したとしても、磁気素子においては、外乱磁界を検出しないこととすることができる。これにより、バスバーに流れる電流が作る被測定磁界のみを精度良く検出することが可能となる。   In the current sensor of the present invention, when the magnetic element M12 is a fluxgate type magnetic element, the magnetic field element sensitivity is weak for a magnetic field component having an angle deviated from the set magnetic sensitive direction. By disposing the magnetic element M12 in the vicinity of the center of the first and second magnetic plates, the disturbance magnetic field flowing into the magnetic element is reduced, and only components other than the magnetosensitive direction flow into the magnetic element M12. Furthermore, even if a disturbance magnetic field reaches the magnetic element, the magnetic field can be prevented from detecting the disturbance magnetic field. As a result, only the magnetic field to be measured generated by the current flowing through the bus bar can be accurately detected.

本発明は、前記磁気シールドのバスバー幅方向における寸法が、前記バスバー幅方向寸法と等しく設定されてなる場合に、外乱磁界の遮蔽と小型化を同時におこなうことができる。   In the present invention, when the dimension in the bus bar width direction of the magnetic shield is set equal to the dimension in the bus bar width direction, the disturbance magnetic field can be shielded and miniaturized at the same time.

本発明の電流センサによれば、磁気シールドが外乱磁界による測定誤差を抑制するとともに、小型化を図って測定精度を向上することができる。さらに磁気シールド等の配置形状などを調整することによりバスバーから発生するセンサ素子への磁界強度を調整することが可能である。これは通常、フラックスゲート型の磁気素子のような大きな磁界が印加された場合に、磁気コアが磁気飽和してしまうような磁性材料が磁気素子中に存在する場合において非常に効果的である。よって、磁気コアが磁気飽和することで測定範囲(測定レンジ)が制限されてしまうような磁気素子を用いた電流センサにとって効果的である。   According to the current sensor of the present invention, the magnetic shield can suppress the measurement error due to the disturbance magnetic field, and can be downsized to improve the measurement accuracy. Furthermore, it is possible to adjust the magnetic field strength to the sensor element generated from the bus bar by adjusting the arrangement shape of the magnetic shield and the like. This is usually very effective when there is a magnetic material in the magnetic element that causes magnetic saturation of the magnetic core when a large magnetic field such as a fluxgate type magnetic element is applied. Therefore, it is effective for a current sensor using a magnetic element in which the measurement range (measurement range) is limited due to magnetic saturation of the magnetic core.

次に、図33Aに示すように、z方向に、磁気シールドCM2、バスバーB0、磁気素子M12、減磁体M11、磁気シールドCM1、が順に配置されている構造について説明する。   Next, as shown in FIG. 33A, a structure in which the magnetic shield CM2, the bus bar B0, the magnetic element M12, the demagnetizer M11, and the magnetic shield CM1 are sequentially arranged in the z direction will be described.

先ず、減磁体M11による磁気素子M12へ流入する磁束の低減状態を図34に示す。図において、縦軸は磁気素子M12に流入する磁束密度、横軸は、図1で示した距離寸法CMaに対応しており、磁気シールドCM1と磁気素子M12の搭載された磁気センサM10’との離間距離である。図34中の中抜き四角が減磁体有り、黒菱形が減磁体無し、また黒三角がこれら減磁体有り/減減磁体無しの比で表される減磁率を示している。   First, FIG. 34 shows a reduced state of magnetic flux flowing into the magnetic element M12 by the demagnetizing body M11. In the figure, the vertical axis corresponds to the magnetic flux density flowing into the magnetic element M12, and the horizontal axis corresponds to the distance dimension CMa shown in FIG. 1, and the magnetic shield CM1 and the magnetic sensor M10 ′ on which the magnetic element M12 is mounted. The separation distance. In FIG. 34, a hollow square indicates a demagnetizing factor, a black rhombus indicates no demagnetizing member, and a black triangle indicates a demagnetizing factor represented by a ratio of these demagnetizing member / no demagnetizing member.

磁気センサM10’では、図34に示すように、減磁体M11を設けたことにより、磁気素子M12に流入する磁界強度が1/2〜1/4程度に低減される。これにより、磁気素子M12に流入する磁界強度を低減することができる。
同時に、減磁体M11がない場合にはバスバーB0から磁気シールドCM1にかけてz方向に磁界強度の分布に大きな勾配ができるが、第3の磁性体板M11によりこの勾配が緩和され、磁気センサM10’の搭載可能な位置範囲を大きくすることができる。
In the magnetic sensor M10 ′, as shown in FIG. 34, by providing the demagnetizing body M11, the magnetic field intensity flowing into the magnetic element M12 is reduced to about ½ to ¼. Thereby, the intensity of the magnetic field flowing into the magnetic element M12 can be reduced.
At the same time, when there is no demagnetizing body M11, a large gradient is generated in the magnetic field intensity distribution in the z direction from the bus bar B0 to the magnetic shield CM1, but this gradient is relaxed by the third magnetic plate M11, and the magnetic sensor M10 ' The position range that can be mounted can be increased.

減磁体M11と磁気素子M12との配置としては、図33Aに示すように、減磁体M11に対して磁気素子M12がバスバーB0側にある配置、つまり、磁気素子M12に対して減磁体M11が磁気シールドCM1側にある磁気センサM10’の配置が好ましい。この理由について以下に示す。   As shown in FIG. 33A, the demagnetizing body M11 and the magnetic element M12 are arranged such that the magnetic element M12 is on the bus bar B0 side with respect to the demagnetizing body M11, that is, the demagnetizing body M11 is magnetic with respect to the magnetic element M12. The arrangement of the magnetic sensor M10 ′ on the shield CM1 side is preferable. The reason for this will be described below.

図35は、減磁体を有する構造において、バスバーに電流を流した際と電流を遮断した際における残留磁界の状態を示す模式図である。図36は、減磁体が磁気シールドとバスバーから等距離の位置に配置された場合において、磁気素子M12の減磁体からの距離と、磁気素子M12に印加される磁束密度との関係を示したものである。図36において、(a)菱形で示すデータは、図33Aに示した、減磁体M11、磁気素子M12、バスバーB0の配置順のもの、(b)黒正方形で示すデータは、図33Bに示した、磁気素子M12、減磁体M11、バスバーB0の配置順のものである。
バスバーB0に紙面奥側から手前側の方向に流れる電流の場合、図35の左側に示すように、左回りの誘導磁界が発生した状態となる。
次いでこの電流を遮断すると、図35右側に示すように、磁気シールドCM1,減磁体M11では、いずれも同方向(右向き)となる残留磁界を生じ、磁気シールドCM2では逆方向(左向き) となる残留磁界を生じる。
図35右側に示すように、磁気シールドCM1と減磁体M11との間では残留磁界の影響が強め合う。これに比べて、バスバーB0と減磁体M11との間では残留磁界の影響はそれほど大きくない。
FIG. 35 is a schematic diagram showing a state of a residual magnetic field when a current is passed through the bus bar and when the current is interrupted in a structure having a demagnetizing body. FIG. 36 shows the relationship between the distance from the demagnetizing body of the magnetic element M12 and the magnetic flux density applied to the magnetic element M12 when the demagnetizing body is arranged at a position equidistant from the magnetic shield and the bus bar. It is. In FIG. 36, (a) data indicated by diamonds is in the order of arrangement of the demagnetizing body M11, magnetic element M12, and bus bar B0 shown in FIG. 33A, and (b) data indicated by black squares is shown in FIG. 33B. In this order, the magnetic element M12, the demagnetizing body M11, and the bus bar B0 are arranged.
In the case of a current flowing through the bus bar B0 from the back side to the front side of the paper, a counterclockwise induction magnetic field is generated as shown on the left side of FIG.
Next, when this current is cut off, as shown on the right side of FIG. 35, the magnetic shield CM1 and the demagnetizing body M11 generate a residual magnetic field in the same direction (rightward), and the magnetic shield CM2 has a residual direction in the reverse direction (leftward). Generates a magnetic field.
As shown on the right side of FIG. 35, the influence of the residual magnetic field is intensified between the magnetic shield CM1 and the demagnetizing body M11. Compared with this, the influence of the residual magnetic field is not so great between the bus bar B0 and the demagnetizing body M11.

図33Bに示すように、磁気シールドCM1と減磁体M11の間位置に磁気素子M12を配置した場合には、磁気シールドCM1および減磁体M11の残留磁界は磁気素子M12位置において互いに強めあう方向となる。このため、残留磁界によるヒステリシス誤差が大きく発生する。加えて、このセンサ配置では、磁気素子M12が磁気シールドCM1と減磁体M11とに挟まれた状態となっている。そのため、図36にデータ(b)として示すように、バスバーB0を流れる電流Iにより発生した磁界が磁気素子M12には流入しにくい。これにより、測定レンジを拡大する目的としての減磁効果は高くなるが、残留磁界による影響が顕著に出てしまう。 As shown in FIG. 33B, when the magnetic element M12 is disposed at a position between the magnetic shield CM1 and the demagnetizing body M11, the residual magnetic fields of the magnetic shield CM1 and the demagnetizing body M11 are in a direction of strengthening each other at the position of the magnetic element M12. . For this reason, a hysteresis error due to the residual magnetic field is greatly generated. In addition, in this sensor arrangement, the magnetic element M12 is sandwiched between the magnetic shield CM1 and the demagnetizing body M11. Therefore, as shown as data (b) in FIG. 36, the magnetic field generated by the current I flowing through the bus bar B0 is difficult to flow into the magnetic element M12. As a result, the demagnetization effect for the purpose of expanding the measurement range is enhanced, but the influence of the residual magnetic field is prominent.

一方、図33Aに示すように、バスバーB0と減磁体M11との間に磁気素子M12を搭載するセンサ配置とした場合には、減磁体M11および磁気シールドCM2の残留磁界は磁気素子M12位置において互いに打ち消しあう。これにより、残留磁界によるヒステリシス誤差は、図33Bに示した磁気素子M12の配置よりは小さくなる。また、この磁気素子M12の配置では、図36にデータ(a)として示すように、バスバー電流Iにより発生した磁界が磁気素子M12に流入しやすく、減磁効果としては図33Bに示したセンサ配置よりは小さくなるが、その分SN比が良好であり、残留磁界の影響は小さくなる。よって、減磁体M11と磁気素子M12との配置としては、図33Aに示すように、減磁体M11に対して磁気素子M12がバスバーB0側にある配置、つまり、磁気素子M12に対して減磁体M11が磁気シールドCM1側にある磁気センサM10’の配置が好ましい。   On the other hand, as shown in FIG. 33A, in the case of the sensor arrangement in which the magnetic element M12 is mounted between the bus bar B0 and the demagnetizing body M11, the residual magnetic fields of the demagnetizing body M11 and the magnetic shield CM2 are mutually at the magnetic element M12 position. Counteract each other. Thereby, the hysteresis error due to the residual magnetic field becomes smaller than the arrangement of the magnetic element M12 shown in FIG. 33B. In this arrangement of the magnetic element M12, as shown as data (a) in FIG. 36, the magnetic field generated by the bus bar current I tends to flow into the magnetic element M12, and the demagnetization effect is shown in the sensor arrangement shown in FIG. 33B. However, the S / N ratio is good, and the influence of the residual magnetic field is reduced accordingly. Therefore, as shown in FIG. 33A, the demagnetizing body M11 and the magnetic element M12 are arranged such that the magnetic element M12 is on the bus bar B0 side with respect to the demagnetizing body M11, that is, the demagnetizing body M11 with respect to the magnetic element M12. Is preferably arranged on the magnetic shield CM1 side.

しかし、図33Aに示すように、バスバーB0と減磁体M11の間位置に磁気素子M12を搭載するセンサ配置であっても、減磁体M11中の磁束密度が大きくなるような構成であるとヒステリシス誤差が大きくなってしまう。   However, as shown in FIG. 33A, even if the sensor arrangement is such that the magnetic element M12 is mounted between the bus bar B0 and the demagnetizing body M11, a hysteresis error occurs if the magnetic flux density in the demagnetizing body M11 is large. Will become bigger.

図37に減磁体M11と磁気素子M12との離間距離を固定した磁気センサM10’において、磁気シールドCM1と減磁体M11との離間距離を変更した場合における、減磁体M11中の磁束密度(左側の縦軸)と残留磁界により磁気センサに流入する残留磁界の強度(右側の縦軸)について示す。
この磁気センサM10’では、図37に示すように、センサ配置が磁気シールドCM1に近くなるほど、残留磁界の影響が小さくなる。なお、磁気シールドCM1に減磁体付磁気センサM10’を近づけることで、図34においても磁気センサCM10’へ流入する磁束密度を小さくすることが可能となることが解る。これらから、磁気センサM10’への磁束密度を低減させつつ、ヒステリシス誤差も抑制できる構成とすることが可能となる。
In FIG. 37, in the magnetic sensor M10 ′ in which the separation distance between the demagnetization body M11 and the magnetic element M12 is fixed, the magnetic flux density in the demagnetization body M11 (on the left side) when the separation distance between the magnetic shield CM1 and the demagnetization body M11 is changed. The vertical axis) and the intensity of the residual magnetic field flowing into the magnetic sensor due to the residual magnetic field (right vertical axis) are shown.
In this magnetic sensor M10 ′, as shown in FIG. 37, the closer the sensor arrangement is to the magnetic shield CM1, the smaller the influence of the residual magnetic field. It is understood that the magnetic flux density flowing into the magnetic sensor CM10 ′ can be reduced also in FIG. 34 by bringing the magnetic sensor M10 ′ with a demagnetizer close to the magnetic shield CM1. As a result, it is possible to reduce the magnetic flux density to the magnetic sensor M10 ′ and suppress the hysteresis error.

図38Aは、z方向における磁気素子M12の設置位置(横軸)に対して磁気素子M12に流入する磁束密度(縦軸)を示している。減磁体M11がない場合を実線で示し、減磁体M11を設けた場合を一点鎖線で示すグラフである。
この電流センサでは、図38Aに示すように、磁気センサM10’において減磁体M11を設けたことにより磁気素子M12に流入する磁界強度を磁気素子M12の動作良好範囲内となるように低減することができる。同様に、図38Bに示すように、減磁体M11を設けて磁気素子M12に流入する磁界強度範囲を低減して小さくすることにより、バスバーB0幅方向(CM方向)における設置マージンを確保することができる。
FIG. 38A shows the magnetic flux density (vertical axis) flowing into the magnetic element M12 with respect to the installation position (horizontal axis) of the magnetic element M12 in the z direction. It is a graph which shows the case where there is no demagnetization body M11 with a continuous line, and shows the case where the demagnetization body M11 is provided with a dashed-dotted line.
In this current sensor, as shown in FIG. 38A, by providing a demagnetizing body M11 in the magnetic sensor M10 ′, the magnetic field strength flowing into the magnetic element M12 can be reduced so as to be within the good operating range of the magnetic element M12. it can. Similarly, as shown in FIG. 38B, a demagnetizing body M11 is provided to reduce and reduce the magnetic field intensity range flowing into the magnetic element M12, thereby securing an installation margin in the bus bar B0 width direction (CM direction). it can.

具体的には、図38Bに示すように、CM方向における磁気素子M12の設置位置に対して磁気素子M12に流入する磁束密度の変化として、減磁体M11がない場合を実線で、示し、減磁体M11を設けた場合を一点鎖線で示す。このように、減磁体M11を設けなかった場合には、図38Aの実線に示すように、磁気シールドCM1,CM2の幅方向(CM方向)の中央付近に磁気素子M12を位置すれば磁気素子M12動作良好範囲となる磁束密度にすることができるが、磁気シールドCM1の端部付近に磁気素子M12を位置した場合には磁気素子M12動作良好範囲から外れてしまう場合がある。
これに対し、減磁体M11を設けた場合には、図38Bの一点鎖線に示すように、磁気素子M12の位置を、磁気シールドCM1,CM2の幅方向(CM方向)の中央付近から端部付近までで、磁気素子M12動作良好範囲となる磁束密度にすることができる。
このようなバスバーB0幅方向における磁気素子M12の設置位置に掛かる特性は、磁気シールドCM1,CM2のバスバーB0長さ方向、つまり、z方向とCM方向に直交する方向においても、同様の特性を有する。
Specifically, as shown in FIG. 38B, the change of the magnetic flux density flowing into the magnetic element M12 with respect to the installation position of the magnetic element M12 in the CM direction is indicated by a solid line, and the demagnetizing body A case where M11 is provided is indicated by a one-dot chain line. Thus, when the demagnetizing body M11 is not provided, as shown by the solid line in FIG. 38A, if the magnetic element M12 is positioned near the center in the width direction (CM direction) of the magnetic shields CM1 and CM2, the magnetic element M12. Although the magnetic flux density can be set to be in a good operating range, when the magnetic element M12 is positioned near the end of the magnetic shield CM1, the magnetic element M12 may be out of the good operating range.
On the other hand, when the demagnetizing body M11 is provided, the position of the magnetic element M12 is changed from the vicinity of the center in the width direction (CM direction) of the magnetic shields CM1 and CM2 as shown by the one-dot chain line in FIG. 38B. In this way, the magnetic flux density can be set to be within the good operation range of the magnetic element M12.
The characteristics applied to the installation position of the magnetic element M12 in the width direction of the bus bar B0 have the same characteristics in the bus bar B0 length direction of the magnetic shields CM1 and CM2, that is, in the direction orthogonal to the z direction and the CM direction. .

次に、磁気シールドCM1,CM2に直交する法線方向、つまり、z方向の外乱磁界Hexdの影響について述べる。
図39Aは、z方向の外乱磁界Hexdの影響を示す模式断面図で減磁体無し傾斜無しの状態を示すものである。図39Bは、z方向の外乱磁界Hexdの影響を示す模式断面図で減磁体無し傾斜有りの状態を示すものである。図39Cは、z方向の外乱磁界Hexdの影響を示す模式断面図で減磁体有り傾斜有りの状態を示すものである。
Next, the influence of the disturbance magnetic field Hexd in the normal direction orthogonal to the magnetic shields CM1 and CM2, that is, the z direction will be described.
FIG. 39A is a schematic cross-sectional view showing the influence of the disturbance magnetic field Hexd in the z direction and shows a state where there is no demagnetizing body and no inclination. FIG. 39B is a schematic cross-sectional view showing the influence of the disturbance magnetic field Hexd in the z direction and shows a state with no demagnetizing body and tilt. FIG. 39C is a schematic cross-sectional view showing the influence of the disturbance magnetic field Hexd in the z direction, and shows a state where there is a demagnetizing body and there is an inclination.

図39Aに示すように、磁気シールドCM1,CM2と磁気素子M12とが傾いていない場合、つまり、磁気素子M12の感磁方向が、磁気シールドCM1、CM2の主面で規定されるCM方向と平行な場合には、磁気シールドCM1、CM2の主面に直交する外乱磁界Hexdが流入した場合、この外乱磁界Hexdの方向が磁気素子M12の感磁方向と直交するため、磁気素子M12は外乱磁界Hexdを検知しない。   As shown in FIG. 39A, when the magnetic shields CM1 and CM2 and the magnetic element M12 are not inclined, that is, the magnetic sensitive direction of the magnetic element M12 is parallel to the CM direction defined by the main surfaces of the magnetic shields CM1 and CM2. In this case, when a disturbance magnetic field Hexd orthogonal to the main surfaces of the magnetic shields CM1 and CM2 flows, the direction of the disturbance magnetic field Hexd is orthogonal to the magnetic sensing direction of the magnetic element M12, so that the magnetic element M12 has a disturbance magnetic field Hexd. Is not detected.

これに対し、図39Bに示すように、磁気シールドCM1,CM2と磁気素子M12とが傾斜した場合、つまり、磁気素子M12の感磁方向が、磁気シールドCM1、CM2の主面で規定されるCM方向に対して角度θを有する場合には、磁気シールドCM1、CM2の主面に直交する外乱磁界Hexdが流入した場合、この外乱磁界Hexdの方向が磁気素子M12の感磁方向と直交しないため、磁気素子M12は外乱磁界Hexdの感磁方向成分Hexd−cを検知してしまう。   On the other hand, as shown in FIG. 39B, when the magnetic shields CM1 and CM2 and the magnetic element M12 are inclined, that is, the magnetic direction of the magnetic element M12 is defined by the main surface of the magnetic shields CM1 and CM2. In the case of having an angle θ with respect to the direction, when a disturbance magnetic field Hexd orthogonal to the main surfaces of the magnetic shields CM1 and CM2 flows, the direction of the disturbance magnetic field Hexd is not orthogonal to the magnetic sensing direction of the magnetic element M12. The magnetic element M12 detects the magnetosensitive direction component Hexd-c of the disturbance magnetic field Hexd.

ここで、角度θで傾斜した磁気素子M12に減磁体M11を設けた場合には、磁気素子M12とM11とが平行に設けられて磁気センサM10’とされているため、傾斜した磁気センサM10’に外乱磁界Hexdが流入した場合、図39Cに示すように、減磁体近傍では、外乱磁界Hexdの磁気ベクトルの向きが減磁体M11の平面方向に対して垂直に近い方向に曲げられるため、減磁体M11と磁気素子M12の感磁方向が平行であれば、磁気センサM10’に流入する外乱磁界Hexdの磁気ベクトルも磁気素子M12の感磁方向に対して垂直に近くなる。

これにより、電流センサの組立て時に磁気シールドCM1,CM2の幅方向と磁気素子M12の感磁方向が非平行となる場合であっても、減磁体M11があることで磁気素子M12角度と磁気シールドCM1,CM2の非平行に起因する誤差を低減させることが可能である。
Here, when the demagnetizing body M11 is provided in the magnetic element M12 inclined at the angle θ, the magnetic elements M12 and M11 are provided in parallel to form the magnetic sensor M10 ′, and therefore the inclined magnetic sensor M10 ′. When the disturbance magnetic field Hexd flows into the magnetic field, as shown in FIG. 39C, in the vicinity of the demagnetizing body, the direction of the magnetic vector of the disturbance magnetic field Hexd is bent in a direction nearly perpendicular to the plane direction of the demagnetizing body M11. If the magnetic sensing direction of M11 and the magnetic element M12 is parallel, the magnetic vector of the disturbance magnetic field Hexd flowing into the magnetic sensor M10 ′ is also close to perpendicular to the magnetic sensing direction of the magnetic element M12.

Thus, even when the width direction of the magnetic shields CM1 and CM2 and the magnetic sensing direction of the magnetic element M12 are not parallel when the current sensor is assembled, the magnetic element M12 angle and the magnetic shield CM1 are present due to the demagnetizing body M11. , CM2 non-parallel errors can be reduced.

本発明の電流センサは、前記減磁体が、比透磁率が10000以上の材料から構成されている場合に、外乱磁界や残留磁界を充分に誘引して、被測定磁界を正確に測定することが可能となる。   In the current sensor of the present invention, when the demagnetizing body is made of a material having a relative permeability of 10,000 or more, the magnetic field to be measured can be accurately measured by sufficiently attracting a disturbance magnetic field and a residual magnetic field. It becomes possible.

以下、本発明に係る電流センサの第2実施形態を、図面に基づいて説明する。   Hereinafter, 2nd Embodiment of the current sensor which concerns on this invention is described based on drawing.

図17は、本実施形態における電流センサを示す模式図であり、図において、符号CS10’は電流センサを示している。   FIG. 17 is a schematic diagram showing a current sensor according to the present embodiment. In the figure, reference numeral CS <b> 10 ′ indicates a current sensor.

本実施形態の電流センサCS10‘は、2枚の磁気シールドCM1,CM2の間において、z方向(厚さ方向)の中央に位置するバスバーB0から見て、それぞれの磁気シールドCM1の側とCM2側となる両側に1つずつの磁気素子M12、M12’を有する。
つまり、バスバーB0の磁気シールドCM1側に磁気素子M12が位置し、バスバーB0の磁気シールドCM2側に磁気素子M12’が位置している。
The current sensor CS10 ′ of the present embodiment has a magnetic sensor CM1 side and a CM2 side when viewed from the bus bar B0 located at the center in the z direction (thickness direction) between the two magnetic shields CM1 and CM2. One magnetic element M12, M12 ′ is provided on each side.
That is, the magnetic element M12 is located on the magnetic shield CM1 side of the bus bar B0, and the magnetic element M12 ′ is located on the magnetic shield CM2 side of the bus bar B0.

本実施形態においては、磁気素子M12と磁気シールドCM1、および、磁気素子M12’と磁気シールドCM2が、バスバーB0から見て対称な位置に配されており、バスバーB0に流れる電流Iの作る磁界は、磁気素子M12の位置と磁気素子M12’の位置とで大きさが等しく、向きが逆となっている。これらの磁気素子M12,M12’からの出力信号から両者の差を算出することで、外乱磁界Hexdの影響を排除して、被測定磁界Hextを正確に算出することができる、これにより、より一層測定精度を向上することが可能となる。
具体的には、後述する実験例で測定した測定誤差率を、1つの磁気素子の場合に比べて半分以下、4割程度以下に低減することが可能となる。
In the present embodiment, the magnetic element M12 and the magnetic shield CM1, and the magnetic element M12 ′ and the magnetic shield CM2 are arranged at symmetrical positions when viewed from the bus bar B0, and the magnetic field generated by the current I flowing through the bus bar B0 is The position of the magnetic element M12 and the position of the magnetic element M12 ′ are equal in size and reverse in direction. By calculating the difference between them from the output signals from these magnetic elements M12 and M12 ′, the influence of the disturbance magnetic field Hexd can be eliminated and the measured magnetic field Hext can be accurately calculated. Measurement accuracy can be improved.
Specifically, the measurement error rate measured in an experimental example to be described later can be reduced to about half or less and about 40% or less compared to the case of one magnetic element.

以下、本発明に係る電流センサの第3実施形態を、図面に基づいて説明する。   Hereinafter, 3rd Embodiment of the current sensor which concerns on this invention is described based on drawing.

図18は、本実施形態における電流センサCS20を示す模式断面図、図19は電流センサCS20を示す上面図であり、本実施形態において上述した実施形態における構成と対応する構成には同一の番号を付してその説明を省略する。   FIG. 18 is a schematic cross-sectional view showing the current sensor CS20 in the present embodiment, and FIG. 19 is a top view showing the current sensor CS20. In the present embodiment, the same reference numerals are given to the configurations corresponding to the configurations in the embodiments described above. A description thereof will be omitted.

本実施形態における電流センサCS20は、図18、図19に示すように、バスバーB01,磁気素子M12,制御用集積回路MT10、磁気シールドCM1,CM2を、一体となるようにモールド体CS20a内部に設けている。   As shown in FIGS. 18 and 19, the current sensor CS20 in the present embodiment includes a bus bar B01, a magnetic element M12, a control integrated circuit MT10, and magnetic shields CM1 and CM2 provided in the molded body CS20a so as to be integrated. ing.

本実施形態における電流センサCS20では、樹脂等により所定形状に形成されたモールド体CS20aの内部にバスバーB01が位置している。
モールド体CS20aには、あらかじめ、磁気シールドCM1や実装基板M10aを配置する凹部、磁気シールドCM2を配置する凹部、平面視してバスバーB01と重ならない部分に位置する凹部等が設けられ、これら凹部の形状が、図1に示した距離寸法CMa,CMb,CMe,CMgが所定の値に設定されるように制御される。
In the current sensor CS20 in the present embodiment, the bus bar B01 is positioned inside a mold body CS20a formed in a predetermined shape with resin or the like.
The mold body CS20a is provided in advance with a recess in which the magnetic shield CM1 and the mounting substrate M10a are disposed, a recess in which the magnetic shield CM2 is disposed, a recess positioned in a portion not overlapping the bus bar B01 in plan view, and the like. The shape is controlled so that the distance dimensions CMa, CMb, CMe, and CMg shown in FIG. 1 are set to predetermined values.

モールド体CS20aには、磁気素子M12および制御用集積回路MT10等が実装された実装基板M10a、実装基板M10aを外部に接続するための外部接続端子CS20e、磁気シールドCM1、上部カバーCM5、磁気シールドCM2および下部カバーCM6が固定されて、図19に示す電流センサCS20となっている。   The mold body CS20a includes a mounting substrate M10a on which the magnetic element M12 and the control integrated circuit MT10 are mounted, an external connection terminal CS20e for connecting the mounting substrate M10a to the outside, a magnetic shield CM1, an upper cover CM5, and a magnetic shield CM2. The lower cover CM6 is fixed to form a current sensor CS20 shown in FIG.

本実施形態によれば、樹脂製モールド体CS20aにより、図1に示した距離寸法CMa,CMb,CMe,CMgをあらかじめ所定の値に設定することができる。   According to the present embodiment, the distance dimensions CMa, CMb, CMe, and CMg shown in FIG. 1 can be set to predetermined values by the resin mold body CS20a.

以下、本発明に係る電流センサの第4実施形態を、図面に基づいて説明する。   Hereinafter, 4th Embodiment of the current sensor which concerns on this invention is described based on drawing.

図20は、本実施形態における電流センサを示す模式断面図であり、図において、符号CS30は電流センサを示している。本実施形態において上述した実施形態における構成と対応する構成には同一の番号を付してその説明を省略する。   FIG. 20 is a schematic cross-sectional view showing the current sensor in the present embodiment, and in the figure, reference numeral CS30 indicates the current sensor. In this embodiment, the same number is attached | subjected to the structure corresponding to the structure in embodiment mentioned above, and the description is abbreviate | omitted.

本実施形態における電流センサCS30は、図20に示すように、磁気素子M12がSIP(Single Inline Package)型の磁気センサMS30とされて、 実装基板M10aとは別にモールド体CS20aに設けた凹部CS30f内部に埋め込まれている。   As shown in FIG. 20, in the current sensor CS30 in the present embodiment, the magnetic element M12 is a SIP (Single Inline Package) type magnetic sensor MS30, and inside the recess CS30f provided in the mold body CS20a separately from the mounting substrate M10a. Embedded in.

本実施形態における電流センサCS30は、図20に示すように、モールドCS30aに、バスバーB01、磁気シールドCM1、磁気センサMS30、接続端子CS30e、外部接続端子CS20e、磁気シールドCM1、制御用集積回路MT10のマウントされた実装基板M10a、接続端子CS30f、上部カバーCM5、磁気シールドCM2、下部カバーCM6が固定されている。   As shown in FIG. 20, the current sensor CS30 in the present embodiment includes a bus bar B01, a magnetic shield CM1, a magnetic sensor MS30, a connection terminal CS30e, an external connection terminal CS20e, a magnetic shield CM1, and a control integrated circuit MT10 on a mold CS30a. The mounted mounting board M10a, connection terminal CS30f, upper cover CM5, magnetic shield CM2, and lower cover CM6 are fixed.

本実施形態によれば、樹脂製モールドCS30aにより、図1に示した距離寸法CMa,CMb,CMe,CMgをあらかじめ所定の値に設定することができる。   According to the present embodiment, the distance dimensions CMa, CMb, CMe, CMg shown in FIG. 1 can be set to predetermined values by the resin mold CS30a.

以下、本発明に係る電流センサの第5実施形態を、図面に基づいて説明する。   Hereinafter, 5th Embodiment of the current sensor which concerns on this invention is described based on drawing.

図21は、本実施形態における電流センサを示す模式断面図であり、図において、符号CS40は電流センサを示している。本実施形態において上述した実施形態における構成と対応する構成には同一の番号を付してその説明を省略する。   FIG. 21 is a schematic cross-sectional view showing the current sensor in the present embodiment, and in the figure, reference numeral CS40 denotes the current sensor. In this embodiment, the same number is attached | subjected to the structure corresponding to the structure in embodiment mentioned above, and the description is abbreviate | omitted.

本実施形態における電流センサCS40は、図21に示すように、磁気素子M12がSIP(Single Inline Package)型で制御用集積回路MT10と一体とされた磁気センサMS40とされてモールド体CS20aに設けた凹部内部に埋め込まれており、実装基板M10aは設けられていない。   As shown in FIG. 21, the current sensor CS40 in the present embodiment is a magnetic sensor MS40 in which the magnetic element M12 is a SIP (Single Inline Package) type and integrated with the control integrated circuit MT10, and is provided in the mold body CS20a. The mounting board M10a is not provided because it is embedded in the recess.

本実施形態における電流センサCS40は、モールドCS40aに、バスバーB01、磁気センサMS40、接続端子CS40e、磁気シールドCM1、上部カバーCM5、磁気シールドCM2、下部カバーCM6が固定された電流センサCS40となっている。   The current sensor CS40 in this embodiment is a current sensor CS40 in which a bus bar B01, a magnetic sensor MS40, a connection terminal CS40e, a magnetic shield CM1, an upper cover CM5, a magnetic shield CM2, and a lower cover CM6 are fixed to a mold CS40a. .

本実施形態によれば、樹脂製モールドCS40aにより、図1に示した距離寸法CMa,CMb,CMe,CMgをあらかじめ所定の値に設定することができる。   According to the present embodiment, the distance dimensions CMa, CMb, CMe, CMg shown in FIG. 1 can be set in advance to predetermined values by the resin mold CS40a.

以下、本発明に係る電流センサの第6実施形態を、図面に基づいて説明する。   Hereinafter, 6th Embodiment of the current sensor which concerns on this invention is described based on drawing.

図22は、本実施形態における電流センサを示す模式断面図であり、図において、符号CS50は電流センサを示している。本実施形態において上述した実施形態における構成と対応する構成には同一の番号を付してその説明を省略する。   FIG. 22 is a schematic cross-sectional view showing a current sensor in the present embodiment, and in the figure, reference numeral CS50 indicates a current sensor. In this embodiment, the same number is attached | subjected to the structure corresponding to the structure in embodiment mentioned above, and the description is abbreviate | omitted.

本実施形態における電流センサCS50は、図22に示すように、磁気素子M12がSIP(Single Inline Package)型で制御用集積回路MT10と一体とされた磁気センサMS50とされてモールド体CS20aに埋め込まれており、実装基板M10aは設けられていない。   As shown in FIG. 22, the current sensor CS50 in the present embodiment is a magnetic sensor MS50 in which the magnetic element M12 is a SIP (Single Inline Package) type and integrated with the control integrated circuit MT10, and is embedded in the mold body CS20a. The mounting board M10a is not provided.

本実施形態における電流センサCS50は、モールドCS50aに、バスバーB01および磁気センサMS50、接続端子CS40e、磁気シールドCM1、上部カバーCM5、
磁気シールドCM2、下部カバーCM6が固定されている。
The current sensor CS50 in this embodiment includes a mold CS50a, a bus bar B01 and a magnetic sensor MS50, a connection terminal CS40e, a magnetic shield CM1, an upper cover CM5,
The magnetic shield CM2 and the lower cover CM6 are fixed.

本実施形態によれば、樹脂製モールドCS50aにより、図1に示した距離寸法CMa,CMb,CMe,CMgをあらかじめ所定の値に設定することができる。   According to the present embodiment, the distance dimensions CMa, CMb, CMe, CMg shown in FIG. 1 can be set to predetermined values by the resin mold CS50a.

以下、本発明に係る電流センサの第7実施形態を、図面に基づいて説明する。   Hereinafter, a seventh embodiment of a current sensor according to the present invention will be described with reference to the drawings.

図23は、本実施形態における電流センサを示す断面図、図24は、本実施形態における電流センサのバスバーを示す上面図であり、図において、符号CS60は電流センサを示している。本実施形態において上述した実施形態における構成と対応する構成には同一の番号を付してその説明を省略する。   FIG. 23 is a cross-sectional view showing a current sensor in the present embodiment, FIG. 24 is a top view showing a bus bar of the current sensor in the present embodiment, and in the figure, reference numeral CS60 shows the current sensor. In this embodiment, the same number is attached | subjected to the structure corresponding to the structure in embodiment mentioned above, and the description is abbreviate | omitted.

本実施形態における電流センサCS60は、図23に示すように、バスバーB60(電流路)の中央部分にスリットB63が設けられており、被測定電流を分岐電流I1と分岐電流I2とに分流している。
このスリットB63は、図24に示すように、平面視して少なくとも磁気素子M12の一部と重なるように設けられ、望ましくは、平面視して磁気素子M12の全てが重なるようにすることが好ましい。
As shown in FIG. 23, the current sensor CS60 in the present embodiment is provided with a slit B63 in the center portion of the bus bar B60 (current path), and divides the current to be measured into the branch current I1 and the branch current I2. Yes.
As shown in FIG. 24, the slit B63 is provided so as to overlap at least a part of the magnetic element M12 in a plan view, and desirably, all of the magnetic elements M12 overlap in a plan view. .

本実施形態の電流センサCS60によれば、スリットB63によって、バスバーB60を流れる被測定電流Iが分岐されるので、スリットB63付近において、図23に実線で示す分岐電流I1の作る磁界Hext1と、図23に破線で示す分岐電流I2の作る磁界Hext2と、が打ち消しあう。これにより、測定する磁界強度が小さくなる。   According to the current sensor CS60 of the present embodiment, the current to be measured I flowing through the bus bar B60 is branched by the slit B63. Therefore, in the vicinity of the slit B63, the magnetic field Hext1 generated by the branch current I1 shown by the solid line in FIG. 23 cancels out the magnetic field Hext2 generated by the branch current I2 indicated by the broken line. Thereby, the magnetic field intensity to be measured is reduced.

この結果、図25にシミュレーション結果を示すように被測定電流Iの作る磁界が小さくなる減磁領域Mdを、スリットB63付近に形成することになる。減磁領域Mdは、図25に斜線で示すように、少なくともスリットB63中央付近を含み、測定電流I方向視した断面において、磁気シールドCM1,磁気シールドCM2にそれぞれの端部が接触するX字状の範囲となる。これは、図23で示したように、スリットB63によって分岐したバスバーB61およびバスバーB62のそれぞれに流れる分岐電流I1,分岐電流I2が作る磁界Hext1、磁界Hext2どうしが打ち消しあう領域に相当し、バスバーB61およびバスバーB62を中心としてその周囲に形成した閉塞線において、磁気シールドCM1,磁気シールドCM2内に位置する部分およびその近傍となっている。
この減磁領域Md内に磁気素子M12を配置することで、磁気素子M12が備えている磁気コアの磁気飽和を起こすことなく、測定精度を維持することと、より大きな電流に対応して測定をおこなうことができる。これは、図26に示すように、スリットのないバスバーB0における減磁領域Mdが磁気シールドCM1の近傍の狭い範囲にとどまっている状態と比較することで明らかとなる。これにより、磁気素子M12の設置における設置可能範囲を拡大することができる。
なお、スリットB63中央付近においては、バスバーB61に流れる分岐電流I1が作る磁界Hext1と、バスバーB62に流れる分岐電流I2が作る磁界Hext2とが打ち消し合っているので、この部分に磁気素子M12を設けることで、磁気素子M12に流入する磁界を極めて小さくすることができる。
As a result, as shown in the simulation result in FIG. 25, a demagnetization region Md in which the magnetic field generated by the current I to be measured is small is formed in the vicinity of the slit B63. The demagnetization region Md includes at least the vicinity of the center of the slit B63, as shown by hatching in FIG. 25, and has an X-shape in which the respective end portions are in contact with the magnetic shield CM1 and the magnetic shield CM2 in the cross section viewed in the measurement current I direction. It becomes the range. As shown in FIG. 23, this corresponds to a region where the magnetic field Hext1 and the magnetic field Hext2 generated by the branch current I1 and the branch current I2 flowing in the bus bar B61 and the bus bar B62 branched by the slit B63 cancel each other, and the bus bar B61. In the closing line formed around the bus bar B62 as a center, it is a portion located in the magnetic shield CM1 and the magnetic shield CM2 and its vicinity.
By disposing the magnetic element M12 in the demagnetization region Md, the measurement accuracy can be maintained without causing magnetic saturation of the magnetic core included in the magnetic element M12, and measurement can be performed in response to a larger current. Can be done. As shown in FIG. 26, this becomes clear by comparing with a state in which the demagnetization region Md in the bus bar B0 without a slit remains in a narrow range near the magnetic shield CM1. Thereby, the installation possible range in installation of the magnetic element M12 can be expanded.
In the vicinity of the center of the slit B63, the magnetic field Hext1 generated by the branch current I1 flowing through the bus bar B61 and the magnetic field Hext2 generated by the branch current I2 flowing through the bus bar B62 cancel each other, so the magnetic element M12 is provided at this portion. Thus, the magnetic field flowing into the magnetic element M12 can be made extremely small.

なお、上記の実施形態においては、図27に示すように、電流センサCS10がプリント配線基板などの実装基板M10aを有する場合、この実装基板M10aのバスバーB0側にGNDとなる領域Gndを設けておくことで、バスバーB0を介して伝播してくる高周波ノイズの影響を低減して、測定精度を高めることができる。
この場合、GNDとなる領域としては、実装基板M10aのバスバーB0側にこの実装基板M10aより大きなGNDプレーンGndを設けることもできる。この場合、GNDプレーンGndはSUS,Cu等磁気シールドに比べて導電率が高い材料からなるものとすることができる。この場合、磁気素子M12とバスバーB0との間にGNDプレーンGndが位置することが重要である。
In the above embodiment, as shown in FIG. 27, when the current sensor CS10 has a mounting board M10a such as a printed wiring board, a region Gnd to be GND is provided on the bus bar B0 side of the mounting board M10a. Thus, it is possible to reduce the influence of the high frequency noise propagating through the bus bar B0 and increase the measurement accuracy.
In this case, as a region to be GND, a GND plane Gnd larger than the mounting substrate M10a can be provided on the bus bar B0 side of the mounting substrate M10a. In this case, the GND plane Gnd can be made of a material having higher conductivity than a magnetic shield such as SUS or Cu. In this case, it is important that the GND plane Gnd is located between the magnetic element M12 and the bus bar B0.

本発明の電流センサにおいて、磁気シールドは外部磁界による測定誤差を抑制するだけでなく、2枚の磁気シールドどうしの配置位置や磁気素子の配置位置、磁気素子との積層方向に平面視した磁気シールド板の輪郭形状等を調整することによりバスバーから発生する磁気素子への磁界強度を調整することが可能である。これは通常、大電流が流れるバスバーから発生する大きな磁界により磁気飽和してしまうような磁性材料が磁気素子中に存在するフラックスゲート型素子には有意である。よって、磁気飽和にて測定対象の測定範囲が決まってしまうような磁気素子の測定範囲を広げることができる。   In the current sensor of the present invention, the magnetic shield not only suppresses measurement errors due to an external magnetic field, but also includes a magnetic shield viewed in plan in the arrangement position of two magnetic shields, the arrangement position of the magnetic elements, and the stacking direction with the magnetic elements. It is possible to adjust the magnetic field strength generated from the bus bar to the magnetic element by adjusting the contour shape of the plate. This is significant for a fluxgate type element in which a magnetic material that normally becomes magnetically saturated by a large magnetic field generated from a bus bar through which a large current flows is present in the magnetic element. Therefore, it is possible to widen the measurement range of the magnetic element such that the measurement range of the measurement target is determined by magnetic saturation.

また、フィードバックコイルに電流を流す場合にはフィードバックコイルに流す電流量を低減でき、消費電流を抑えることが可能である。
さらに、本発明では、磁気素子とバスバーと磁気シールド間の互いの間隔CMa,CMb,CMe,CMgを調整することにより、バスバーから発生する磁気素子への磁界強度を調整することが可能となる。
本発明の電流センサが備えている磁気素子は、は単純な積層構造であるため、組立てが容易であり、複数のセンサを同時に作成することが可能である。また、本発明の構造は積層方向に対して、従来のセンサと比較し、大幅な小型化が可能である。
In addition, when a current is passed through the feedback coil, the amount of current passed through the feedback coil can be reduced, and current consumption can be suppressed.
Furthermore, in the present invention, the magnetic field strength to the magnetic element generated from the bus bar can be adjusted by adjusting the distances CMa, CMb, CMe, and CMg between the magnetic element, the bus bar, and the magnetic shield.
Since the magnetic element provided in the current sensor of the present invention has a simple laminated structure, it is easy to assemble, and a plurality of sensors can be formed simultaneously. In addition, the structure of the present invention can be greatly reduced in size in the stacking direction as compared with a conventional sensor.

以下、本発明に係る電流センサの第8実施形態を、図面に基づいて説明する。   Hereinafter, 8th Embodiment of the current sensor which concerns on this invention is described based on drawing.

図40は、本実施形態における電流センサCS70を示す模式断面図、図41は電流センサCS70における減磁体M11の配置を示す正断面図であり、本実施形態において上述した実施形態における構成と対応する構成には同一の番号を付してその説明を省略する。   FIG. 40 is a schematic cross-sectional view showing the current sensor CS70 in the present embodiment, and FIG. 41 is a front cross-sectional view showing the arrangement of the demagnetizing bodies M11 in the current sensor CS70, which corresponds to the configuration in the above-described embodiment in the present embodiment. The same reference numerals are given to the components, and the description thereof is omitted.

本実施形態における電流センサCS70は、図40に示すように、バスバーB01,磁気素子M12,制御用集積回路MT10、磁気シールドCM1,CM2を、一体となるようにモールド体CS70a内部に設けている。   As shown in FIG. 40, in the current sensor CS70 in the present embodiment, a bus bar B01, a magnetic element M12, a control integrated circuit MT10, and magnetic shields CM1 and CM2 are provided in the mold body CS70a so as to be integrated.

本例の磁気素子M12は、図14に示した例に対してバスバーB01からの積層順が逆となる配置、つまり、図41に示すように、磁気素子M12のバスバーB01側に配置される図中のz方向において、バスバーB01、磁気素子M12(磁性体コア1)、減磁体M11、磁気シールドCM1、の順になるよう配置されている。   The magnetic element M12 of the present example is disposed in an arrangement in which the stacking order from the bus bar B01 is reversed with respect to the example illustrated in FIG. 14, that is, as illustrated in FIG. 41, disposed on the bus bar B01 side of the magnetic element M12. In the z direction, the bus bar B01, the magnetic element M12 (magnetic core 1), the demagnetizing body M11, and the magnetic shield CM1 are arranged in this order.

本実施形態における電流センサCS70は、モールド体CS70aに、バスバーB01、磁気シールドCM1、磁気シールドCM2、減磁体M11と磁気素子M12を積層したパッケージおよび制御用集積回路MT10等を実装して組み立た実装基板M10a、実装基板M10aを外部に接続するための外部接続端子CS20e、磁気シールドCM1、上部カバーCM5、下部カバーCM6が固定される。ここで、樹脂からなるハウジング部材(モールド体)CS70aには、実装基板M10aが配置される部分に凸部を設けて、この該基板に形成した孔部もしくは切欠き部に圧入することもできる。このように、基板とハウジング部材とに位置固定手段を設けて、実装基板M10a上に搭載した磁気素子M12とハウジング部材CS70a、および、磁気素子M12とハウジング部材CS70aに固定されたバスバーとの位置決めをおこない、これらの位置関係を精度良く位置決めすることが可能となる。また、コネクタのピンは、実装基板M10aを配置した後に実装基板M10aに設けたスルーホールに貫通させ、半田付けすることで、コネクタを一体化した電流センサとすることもできる。   The current sensor CS70 in the present embodiment is an assembly in which a bus bar B01, a magnetic shield CM1, a magnetic shield CM2, a package in which a demagnetizing body M11 and a magnetic element M12 are stacked, a control integrated circuit MT10, and the like are mounted on a mold body CS70a. The board M10a, the external connection terminal CS20e for connecting the mounting board M10a to the outside, the magnetic shield CM1, the upper cover CM5, and the lower cover CM6 are fixed. Here, the housing member (mold body) CS70a made of resin can be provided with a convex portion at a portion where the mounting substrate M10a is disposed, and can be press-fitted into a hole or a notch formed in the substrate. In this way, the substrate and the housing member are provided with position fixing means to position the magnetic element M12 and the housing member CS70a mounted on the mounting substrate M10a and the magnetic element M12 and the bus bar fixed to the housing member CS70a. This makes it possible to accurately position these positional relationships. Further, the connector pin can be formed into a current sensor integrated with the connector by passing through the through hole provided in the mounting substrate M10a after the mounting substrate M10a is disposed and soldering.

図40に示す本実施形態によれば、図33Bにタイプ(b)として示すように、減磁体M11の磁気シールドCM1とは反対側の位置に磁気素子M12を配置するので、図35右側に示す磁気シールドCM1と減磁体M11との間で残留磁界の影響が強め合うタイプに比べて残留磁界の影響を低減することができる。   According to the present embodiment shown in FIG. 40, as shown as type (b) in FIG. 33B, the magnetic element M12 is disposed at a position opposite to the magnetic shield CM1 of the demagnetizing body M11. The influence of the residual magnetic field can be reduced as compared with the type in which the influence of the residual magnetic field is strengthened between the magnetic shield CM1 and the demagnetizing body M11.

本実施形態によれば、バスバーB01と減磁体M11との間に磁気素子M12を搭載するセンサ配置、つまり、磁気素子M12に対して減磁体M11が磁気シールドCM1側にある配置として磁気センサM10を組み付けるので、減磁体M11および磁気シールドCM2の残留磁界は磁気素子M12位置において互いに打ち消しあう。これにより、残留磁界によるヒステリシス誤差を小さくすることが可能になる。また、この磁気素子M12の配置では、バスバー電流Iにより発生した磁界が磁気素子M12に流入しやすく、減磁効果としては小さくなるが、その分SN比が良好であり、残留磁界の影響は小さくすることができる。   According to the present embodiment, the magnetic sensor M10 is arranged as a sensor arrangement in which the magnetic element M12 is mounted between the bus bar B01 and the demagnetizing body M11, that is, an arrangement in which the demagnetizing body M11 is on the magnetic shield CM1 side with respect to the magnetic element M12. Since they are assembled, the residual magnetic fields of the demagnetizing body M11 and the magnetic shield CM2 cancel each other out at the position of the magnetic element M12. Thereby, the hysteresis error due to the residual magnetic field can be reduced. Also, with this arrangement of the magnetic element M12, the magnetic field generated by the bus bar current I tends to flow into the magnetic element M12, and the demagnetization effect is small, but the SN ratio is good and the influence of the residual magnetic field is small. can do.

なお、本実施形態では上記のように組み立てたが、組立の順番についてはこれに限ったものではなく、前後することも可能である。また、図45においては、コネクタの向きは実装基板M10a側からバスバーB01側を見た方向となっているが、これに限ったものではなく、用途に応じて種々の方向を向いていても良い。また、磁気素子M12および減磁体M11を含むパッケージと回路基板、バスバーB01と磁気シールドCM1、CM2の配置がこのようになっていれば、ハウジング樹脂の凸部や凹部、カバーの取り付け向きはここに示した限りではなく、機器側への組み付け方法等によって様々な形態が考えられる。   In the present embodiment, the assembly is performed as described above. However, the assembly order is not limited to this, and the assembly order may be changed. In FIG. 45, the direction of the connector is the direction as viewed from the mounting board M10a side to the bus bar B01 side. However, the direction is not limited to this and may be in various directions depending on the application. . Further, if the package and the circuit board including the magnetic element M12 and the demagnetizing body M11, the bus bar B01, and the magnetic shields CM1 and CM2 are arranged in this way, the housing resin protrusions and recesses, and the mounting direction of the cover are here. It is not limited to that shown, and various forms are conceivable depending on the assembling method on the device side.

また、本実施形態においては、リード付のパッケージを図示しているが、ノンリードタイプのパッケージ、たとえばQFN(Quad Flat Nonlead)やSON(Small Outline Nonlead)、CSP(Chip Size Package)などであってもよい。   In the present embodiment, a leaded package is illustrated, but a non-lead type package such as a QFN (Quad Flat Nonlead), SON (Small Outline Nonlead), CSP (Chip Size Package), etc. Also good.

図33Aにタイプ(a)として示したす減磁体M11とバスバーB0の間に磁気素子M12を配置した構造において、磁気シールドCM1にて発生する残留磁界は、図35の右側の図に示すような状態となる。磁気素子M12、および減磁体M11側の磁性体板(磁気シールド)CM1において発生する残留磁界は、減磁体M11に誘引されるため、磁気素子M12にはほとんど印加されず、磁気素子M12には、減磁体M11により発生する残留磁界と、バスバーB0と反対側に配置された磁性体板(磁気シールド)CM2により発生する残留磁界が印加される。これらの残留地場は方向が逆向きのため打消し合うことになるが、磁気素子M12と、バスバーB0と反対側に配置された磁性体板(磁気シールド)CM2との距離が、減磁体M11と磁気素子M12の距離と比べて十分に大きい場合には、磁性体板(磁気シールド)CM2からの残留磁界の影響は十分に小さくなり、減磁体M11による残留磁界の成分が支配的になる。   In the structure in which the magnetic element M12 is arranged between the demagnetizing body M11 and the bus bar B0 shown as type (a) in FIG. 33A, the residual magnetic field generated in the magnetic shield CM1 is as shown in the right diagram of FIG. It becomes a state. The residual magnetic field generated in the magnetic element M12 and the magnetic plate (magnetic shield) CM1 on the demagnetizing body M11 side is attracted to the demagnetizing body M11, and thus is hardly applied to the magnetic element M12. The residual magnetic field generated by the demagnetizing body M11 and the residual magnetic field generated by the magnetic plate (magnetic shield) CM2 disposed on the side opposite to the bus bar B0 are applied. These residual fields cancel each other because their directions are opposite, but the distance between the magnetic element M12 and the magnetic plate (magnetic shield) CM2 disposed on the opposite side of the bus bar B0 is the same as the demagnetizing body M11. When the distance is sufficiently larger than the distance of the magnetic element M12, the influence of the residual magnetic field from the magnetic plate (magnetic shield) CM2 becomes sufficiently small, and the residual magnetic field component by the demagnetizing body M11 becomes dominant.

したがって、減磁体M11を構成する磁性体に、保磁力が小さく、残留磁界の小さい軟磁性体を用いることで、ヒステリシスの小さい電流センサを実現することができる。このような軟磁性体としては、Niを77%以上含むパーマロイ(たとえばPCパーマロイ)やCo系アモルファス材料などが挙げられる。
このように、減磁体として保磁力および残留磁界の小さい軟磁性体を用いた場合、電流センサの出力に影響するヒステリシスは、前述のとおり、減磁体のヒステリシスが支配的になるため、シールド板には比較的ヒステリシスの大きい材料を用いたとしてもヒステリシスの小さい電流センサを実現することができる。そのため、安価な材料を使用することができ、コストを抑えることが可能である。このような材料としては、たとえば、電磁軟鉄や珪素鋼板などが挙げられる。
Therefore, a current sensor with a small hysteresis can be realized by using a soft magnetic material having a small coercive force and a small residual magnetic field as the magnetic material constituting the demagnetizing body M11. Examples of such a soft magnetic material include permalloy (for example, PC permalloy) containing 77% or more of Ni, a Co-based amorphous material, and the like.
As described above, when a soft magnetic material having a small coercive force and a residual magnetic field is used as the demagnetizing body, the hysteresis that affects the output of the current sensor is dominant as described above. Even if a material having a relatively large hysteresis is used, a current sensor having a small hysteresis can be realized. Therefore, an inexpensive material can be used, and the cost can be suppressed. Examples of such a material include electromagnetic soft iron and silicon steel plate.

以下、本発明の実験例について説明する。   Hereinafter, experimental examples of the present invention will be described.

<実験例A>
実験例1として、磁気素子位置での磁界強度の相対比を磁気シールドCM1,CM2の間隔CMbを変化させて測定した。シールド間隔CMbが4mmのときにおける磁気強度を基準として規格化した結果を図28に示す。
この結果から、シールド間隔が狭くなるほどセンサ部の磁界強度は小さくなる。
実験例2として、磁気シールドCM1,CM2の間隔CMbを6mmに固定し、バスバーまでの距離CMeを変化させて磁気素子位置での磁束密度を測定した。その結果を図29に示す。
<Experimental example A>
As Experimental Example 1, the relative ratio of the magnetic field strength at the magnetic element position was measured by changing the interval CMb between the magnetic shields CM1 and CM2. FIG. 28 shows the result of normalization based on the magnetic strength when the shield interval CMb is 4 mm.
From this result, the magnetic field strength of the sensor unit decreases as the shield interval decreases.
As Experimental Example 2, the magnetic flux density at the magnetic element position was measured by fixing the distance CMb between the magnetic shields CM1 and CM2 to 6 mm and changing the distance CMe to the bus bar. The result is shown in FIG.

この結果から、上部シールドに近づく程、磁界強度は小さくなる。
実験例3として、磁気素子位置での磁界強度の相対比を、バスバーの幅CMbcを変化させて測定した。このとき、磁気シールドCM1,CM2の幅CM1c、CM2cは25mmで固定した。バスバーの幅CMbcが10mmのときにおける磁気強度を基準として規格化した結果を図30に示す。
この結果から、バスバー幅が大きくなるほど、センサ部の磁界強度は小さくなる。
From this result, the closer to the upper shield, the smaller the magnetic field strength.
As Experimental Example 3, the relative ratio of the magnetic field strength at the magnetic element position was measured by changing the bus bar width CMbc. At this time, the widths CM1c and CM2c of the magnetic shields CM1 and CM2 were fixed at 25 mm. FIG. 30 shows the result of normalization based on the magnetic strength when the bus bar width CMbc is 10 mm.
From this result, the magnetic field strength of the sensor portion decreases as the bus bar width increases.

これらの結果から、磁気シールドCM1,CM2の幅CM1c、CM2cと、磁気素子の幅CMdに対して、
CM1c=CM2c≫CMd
の関係が成り立ち、バスバー幅CMbcと磁気素子の幅CMdに対して、
CMbc≫CMd
の関係が成り立っている場合に、磁気素子M12位置での磁界強度の設定には、図1に示すCMa、CMb、CMbcの設定が及ぼす影響が大きくなることがわかる。
From these results, for the widths CM1c and CM2c of the magnetic shields CM1 and CM2 and the width CMd of the magnetic element,
CM1c = CM2c >> CMd
With respect to the bus bar width CMbc and the magnetic element width CMd,
CMbc >> CMd
1 holds, the setting of the magnetic field intensity at the position of the magnetic element M12 has a great influence on the setting of CMa, CMb, and CMbc shown in FIG.

また、実験例4として、図31に示すように、測定対象であるバスバーB0に対して平行なバスバーを、磁気シールドCM1,CM2の面内方向となる位置に設け、被測定電流値の誤差率を測定した。この際、下部磁気シールドCM2を取り去り上部磁気シールドCM1のみの状態と、磁気シールドのない状態との比較もおこなった。この場合の各部の諸元を図31に、誤差率の測定結果を図32に示す。
これにより、測定対象外のバスバーから発生する磁界が磁気シールド中を通るために、磁気シールドが無い場合に比べて磁気シールドを設置することで測定誤差を大幅に低減できることが確認された。
Further, as Experimental Example 4, as shown in FIG. 31, a bus bar parallel to the measurement target bus bar B0 is provided at a position in the in-plane direction of the magnetic shields CM1 and CM2, and the error rate of the measured current value is measured. Was measured. At this time, the lower magnetic shield CM2 was removed, and the state of only the upper magnetic shield CM1 was compared with the state without the magnetic shield. FIG. 31 shows the specifications of each part in this case, and FIG. 32 shows the measurement result of the error rate.
As a result, it was confirmed that the measurement error can be greatly reduced by installing the magnetic shield compared to the case without the magnetic shield because the magnetic field generated from the bus bar not measured passes through the magnetic shield.

なお、図32の結果では、隣接バスバー電流と被測定電流の比が大きいほど(隣接バスバー電流が被測定電流に比べ大きいほど)、誤差は大きくなっているが、これは隣接バスバーから発生する磁界を完全には除去できていないためである。しかし、図32程度の誤差であれば、大電流が発生するようなバッテリー等へ接続する電源線のバスバーに適用する場合、誤差値は問題にならないレベルである。   In the result of FIG. 32, the error increases as the ratio of the adjacent bus bar current to the current to be measured increases (the adjacent bus bar current is larger than the current to be measured), but this indicates a magnetic field generated from the adjacent bus bar. This is because it has not been completely removed. However, if the error is about FIG. 32, the error value is at a level that does not cause a problem when applied to a bus bar of a power supply line connected to a battery or the like that generates a large current.

また、磁気シールドCM1と磁気シールドCM2との離間距離CMbとに対する比(CM1c/CMb)は、大きいほど磁気素子に流入する外乱磁界が低減できるため望ましい。   Further, it is desirable that the ratio (CM1c / CMb) of the magnetic shield CM1 and the magnetic shield CM2 with respect to the separation distance CMb is larger as the disturbance magnetic field flowing into the magnetic element can be reduced.

また、磁気シールドCM1,CM2の厚さが小さすぎる場合、バスバーB0から発生する磁界により磁気飽和し易いため、1mm以上の厚さであることが好ましい。加えて、バスバーB0の幅方向(CM方向)において、磁気シールドCM1,CM2の中央位置とバスバーB0の中央位置および磁気素子M12の中央位置がすべて一致していることが望ましい。また、組み立て時の位置調整の観点から、磁気シールドCM1,CM2の幅寸法CM1c,CM2cはバスバーB0の幅寸法CMbcと同程度とすることがより望ましい。   Further, when the thickness of the magnetic shields CM1 and CM2 is too small, the magnetic shield is likely to be saturated with the magnetic field generated from the bus bar B0, so that the thickness is preferably 1 mm or more. In addition, in the width direction (CM direction) of the bus bar B0, it is desirable that the center position of the magnetic shields CM1 and CM2, the center position of the bus bar B0, and the center position of the magnetic element M12 all coincide. Further, from the viewpoint of position adjustment at the time of assembly, it is more desirable that the width dimensions CM1c and CM2c of the magnetic shields CM1 and CM2 are approximately the same as the width dimension CMbc of the bus bar B0.

これらにより、本発明によれば、電流センサに印加される磁界強度を調整でき、高感度ではあるが磁界ダイナミックレンジが小さいような磁気センサも使用することが可能である。特に、フラックスゲート方式ではセンサに入る磁界が小さいほど、消費電流が小さくすることが可能となることから、シールド幅CM1c、CN2c・バスバー幅CMbc・シールド間隔CMbを小さくし、小型化をするような構成、すなわち、磁気素子位置での磁界が比較的大きくなる構成であっても、上部磁気シールドCM1と磁気素子距離CMaを調整することで磁気素子位置での磁界を低減できることがわかる。   Thus, according to the present invention, the intensity of the magnetic field applied to the current sensor can be adjusted, and a magnetic sensor having a high sensitivity but a small magnetic field dynamic range can be used. In particular, in the fluxgate method, the smaller the magnetic field entering the sensor, the smaller the current consumption. Therefore, the shield width CM1c, CN2c, bus bar width CMbc, and shield interval CMb are reduced to reduce the size. It can be seen that the magnetic field at the magnetic element position can be reduced by adjusting the upper magnetic shield CM1 and the magnetic element distance CMa, even if the magnetic field at the magnetic element position is relatively large.

<実験例B>
実験例Aと同様にして作製した電流センサの測定結果を図42に示す。
図42は、本実験例に関係して、電流センサにおける測定電流と出力誤差の関係を示したグラフである。
ここでは、電流センサとして、減磁体M11を含まないフラックスゲート型磁気素子M12を実装した実装基板M10aを、バスバーB0表面から1.4mmの距離に実装基板M10a表面が来るように配置し、磁気シールドCM1,CM2により挟み込んだ構造とされている。また、バスバーB0には、図24に示す構造と同様に、測定電流によって磁気素子部分に発生する磁界を抑制するために中央部にスリットB63が設けられており、その幅は7.5mmである。
<Experiment B>
FIG. 42 shows the measurement results of the current sensor manufactured in the same manner as in Experimental Example A.
FIG. 42 is a graph showing the relationship between the measured current and the output error in the current sensor in relation to this experimental example.
Here, as a current sensor, a mounting board M10a on which a fluxgate type magnetic element M12 not including a demagnetizing body M11 is mounted is arranged so that the surface of the mounting board M10a is at a distance of 1.4 mm from the surface of the bus bar B0. The structure is sandwiched between CM1 and CM2. Similarly to the structure shown in FIG. 24, the bus bar B0 is provided with a slit B63 at the center for suppressing the magnetic field generated in the magnetic element portion by the measurement current, and the width is 7.5 mm. .

一方、図43は、本実験例に関係して、電流センサにおける測定電流と出力誤差の関係を示したグラフである。
ここでは、電流センサとして、減磁体M11を積層したフラックゲート型磁気素子M12を実装した実装基板M10aを、バスバーB0表面から2.0mmの位置に実装基板M10a表面が来るように配置し、磁気シールドCM1,CM2により挟み込んだ構造としている。こちらも、同様に、バスバーB0には同様にして測定電流によって磁気素子M12に加わる磁界を抑制するために中央部にスリットB63を設けており、その幅は2.5mmである。
On the other hand, FIG. 43 is a graph showing the relationship between the measured current and the output error in the current sensor in relation to this experimental example.
Here, as a current sensor, a mounting board M10a on which a flux gate type magnetic element M12 laminated with a demagnetizing body M11 is mounted is disposed so that the surface of the mounting board M10a comes to a position 2.0 mm from the surface of the bus bar B0. The structure is sandwiched between CM1 and CM2. Similarly, the bus bar B0 is similarly provided with a slit B63 at the center for suppressing the magnetic field applied to the magnetic element M12 by the measurement current, and its width is 2.5 mm.

図42および図43に示したいずれの場合においても、バスバーB0の材質はCuで、その板厚は1.2mmとし、磁気シールドCM1,CM2等の磁気シールド材料は、PCパーマロイを用い、その板厚は1.6mmである。   42 and 43, the bus bar B0 is made of Cu and has a plate thickness of 1.2 mm. The magnetic shield material such as the magnetic shields CM1 and CM2 is made of PC permalloy, and the plate The thickness is 1.6 mm.

図42および図43に示したいずれの場合においても、磁気素子M12として測定に用いたフラックスゲート型磁気素子の測定可能な磁界レンジは±1mT程度であるため、電流により発生する磁界がこの範囲に入るように、スリットB63幅、および、磁気センサM10とバスバーB0との距離、つまり、実装基板M10aとバスバーB0との距離を調整する。   In any of the cases shown in FIGS. 42 and 43, the measurable magnetic field range of the fluxgate type magnetic element used for the measurement as the magnetic element M12 is about ± 1 mT, so that the magnetic field generated by the current falls within this range. The slit B63 width and the distance between the magnetic sensor M10 and the bus bar B0, that is, the distance between the mounting board M10a and the bus bar B0 are adjusted so as to enter.

このように、フラックスゲート型磁気素子を用いた場合、磁気素子の測定可能な磁界レンジに制限があるため、電流により発生する磁界を減少させるための構造が必要であり、そのための方法としては、磁気シールドを設けることや、バスバーにスリットを設けることで磁界を低減することが可能であるが、このような方法を用いた場合、磁気シールドによるヒステリシス誤差が大きくなるといった問題がある。一方で、同様の構成にした場合において、磁気素子に軟磁性体からなる減磁体を積層し、磁気シールド、バスバー、磁気素子、減磁体、磁気シールドの順に並ぶような構成にすることによって、磁気シールドによるヒステリシス誤差を低減することが可能になる。   Thus, when a fluxgate type magnetic element is used, since there is a limit to the measurable magnetic field range of the magnetic element, a structure for reducing the magnetic field generated by the current is required, and as a method therefor, Although it is possible to reduce the magnetic field by providing a magnetic shield or by providing a slit in the bus bar, there is a problem that a hysteresis error due to the magnetic shield increases when such a method is used. On the other hand, in the case of the same configuration, a magnetic demagnetization body made of a soft magnetic material is laminated on the magnetic element, and the magnetic shield, busbar, magnetic element, demagnetization body, and magnetic shield are arranged in this order, so that the magnetic Hysteresis error due to shielding can be reduced.

また、軟磁性体からなる減磁体と磁気素子の組み立ては、一般的な半導体の組み立てプロセスを用いて組立を行うことができる。そのため、磁気素子と減磁体の位置関係は、磁気素子を形成した基板の厚みとダイボンドの精度により決定されるが、これらの精度は一般的に数μm〜数10μm程度であり、高精度に位置決めすることが可能である。   Further, the demagnetizing body made of a soft magnetic material and the magnetic element can be assembled using a general semiconductor assembly process. For this reason, the positional relationship between the magnetic element and the demagnetizing body is determined by the thickness of the substrate on which the magnetic element is formed and the accuracy of die bonding, but these accuracy is generally about several μm to several tens of μm, and positioning is performed with high accuracy. Is possible.

一方、バスバーや磁気シールド体、ハウジングの寸法精度や組立精度は、一般的には50〜100μm程度であり、前者と比べて大きい。電流により発生する磁界を磁気シールド体やバスバーのスリット、及びこれらの組み付け位置により制御する場合、電流の作る磁界のシールド内の位置における勾配が大きく、位置ずれによる測定磁界すなわち感度のばらつきが大きくなるといった問題がある。しかし、本発明によれば、減磁体を設けることによって、高い組み立て精度により位置決めされた磁気素子と減磁体の組み合わせによって、電流により発生する磁界を制御することができることになるため、位置ずれによる感度のばらつきを小さくできるといった利点を有する。   On the other hand, the dimensional accuracy and assembly accuracy of the bus bar, magnetic shield body, and housing are generally about 50 to 100 μm, which is larger than the former. When the magnetic field generated by the current is controlled by the magnetic shield body, the bus bar slit, and the position where they are assembled, the gradient of the magnetic field generated by the current is large at the position in the shield, and the measurement magnetic field, that is, the sensitivity varies due to misalignment. There is a problem. However, according to the present invention, by providing the demagnetizing body, the magnetic field generated by the current can be controlled by the combination of the magnetic element positioned with high assembly accuracy and the demagnetizing body. There is an advantage that variation in the size can be reduced.

また、SOP(Small Outline Package)などのリード付パッケージを用いる場合には、ダイ(減磁体および磁気素子)を搭載するパッド(ダイパッド)の部分をほかのリード部よりも200μm程度下げたタブ下げと呼ばれる加工を施したリードフレームを用いることが可能である。これにより、減磁体および磁気素子の感磁部である磁性体コアをバスバーから遠ざけ、磁気シールドに近づけることができる。   When a package with leads such as SOP (Small Outline Package) is used, the tab (die pad) on which the die (demagnetizing body and magnetic element) is mounted is lowered by about 200 μm from the other leads. It is possible to use a lead frame that has been processed. Thereby, the magnetic core which is a demagnetization body and the magnetic sensing part of a magnetic element can be kept away from a bus bar, and can be brought close to a magnetic shield.

シールド間隔、つまり、磁気シールドCM1,CM2間の距離が狭いほど、外乱磁界に対する耐性は強くなる。同時に、磁気シールドCM1,CM2間の距離(シールド間隔)が狭いほど、磁気素子M12とバスバーB0との距離も近づくことになり、バスバーB0に電流が流れたときの磁気素子M12に印加される磁界も強くなる。このため、磁気素子M12の測定レンジを確保するためにはシールド間隔をある程度確保する必要がある。
しかしながら、上記のタブ下げ加工されたリードフレームを用いることで、バスバー表面から磁気素子および減磁体を遠ざけることが可能となる。磁気素子がバスバーから遠ざかり、シールドに近づくほど磁気素子に印加される磁界は弱くなるため、このようなタブ下げ加工を施したリードフレームを用いることにより、シールド間隔を狭めたまま測定レンジを確保することができるようになり、より外乱に強い電流センサを実現することが可能である。
The smaller the shield interval, that is, the distance between the magnetic shields CM1 and CM2, the stronger the resistance to the disturbance magnetic field. At the same time, the smaller the distance (shield interval) between the magnetic shields CM1 and CM2, the closer the distance between the magnetic element M12 and the bus bar B0, and the magnetic field applied to the magnetic element M12 when a current flows through the bus bar B0. Also become stronger. For this reason, in order to ensure the measurement range of the magnetic element M12, it is necessary to secure a certain shield interval.
However, by using the above-described tab-lowered lead frame, it becomes possible to keep the magnetic element and the demagnetization body away from the bus bar surface. As the magnetic element moves away from the bus bar and approaches the shield, the magnetic field applied to the magnetic element becomes weaker. Therefore, by using a lead frame with such a tab-lowering process, the measurement range is secured while the shield interval is narrowed. Thus, it is possible to realize a current sensor that is more resistant to disturbance.

上記の本実験例においては、磁気素子として、フラックスゲート型磁気素子を用いたが、本発明における磁気素子としてはこれに限ったものではなく、たとえば磁気抵抗効果素子やホール素子、磁気インピーダンス効果素子、トンネル磁気抵抗素子などを用いた磁気センサで、特に基板の面内方向に感磁方向を有する磁気センサ素子であれば同様に用いることができる。   In the above experimental example, the flux gate type magnetic element is used as the magnetic element. However, the magnetic element in the present invention is not limited to this. For example, the magnetoresistive effect element, the Hall element, and the magnetic impedance effect element. A magnetic sensor using a tunnel magnetoresistive element or the like, and particularly a magnetic sensor element having a magnetosensitive direction in the in-plane direction of the substrate can be used similarly.

例えば、図14の磁気センサM10に示される磁気素子として、たとえば磁気抵抗効果素子やホール素子、磁気インピーダンス効果素子などを用いた場合においても、減磁体M11の効果により、磁気素子M12に印加される磁界が小さくなるため、磁気素子M12の有する磁性体のヒステリシス特性に起因したヒステリシス誤差を小さくすることができる。また、磁気素子M12に、フィードバックコイルを集積化した磁気素子を用い、該フィードバックコイルに、検出磁界に応じたフィードバック電流を通電する場合においては、減磁体M11の効果により、フィードバック磁界(電流)を小さくすることができるため、消費電流を小さくすることができる。   For example, even when, for example, a magnetoresistive effect element, a Hall element, a magnetoimpedance effect element or the like is used as the magnetic element shown in the magnetic sensor M10 in FIG. 14, the magnetic element M12 is applied due to the effect of the demagnetizing body M11. Since the magnetic field is reduced, the hysteresis error due to the hysteresis characteristics of the magnetic material of the magnetic element M12 can be reduced. When a magnetic element in which a feedback coil is integrated is used as the magnetic element M12 and a feedback current corresponding to the detected magnetic field is supplied to the feedback coil, the feedback magnetic field (current) is generated by the effect of the demagnetizing body M11. Since current can be reduced, current consumption can be reduced.

また、本発明では、上記の実施形態に示したように、磁気素子に軟磁性体からなる減磁体を積層し、シールド、バスバー、磁気素子、減磁体、シールドの順に並ぶような構成にすることにより、図39A〜図39Cで磁気シールドCM1,CM2と磁気素子M12の状態として、それぞれ減磁体無し傾斜無し、減磁体無し傾斜有り、減磁体有り傾斜有りの状態を説明したとおり、電流センサの組み付け誤差により磁気素子が傾斜した場合においても、外乱磁界の影響を小さくすることができる。   In the present invention, as shown in the above embodiment, a demagnetizing body made of a soft magnetic material is stacked on the magnetic element, and the shield, the bus bar, the magnetic element, the demagnetizing body, and the shield are arranged in this order. As shown in FIGS. 39A to 39C, the states of the magnetic shields CM1, CM2 and the magnetic element M12 are as described above with respect to the states of no demagnetizing body inclination, no demagnetizing body inclination, and demagnetizing body inclination. Even when the magnetic element is tilted due to an error, the influence of the disturbance magnetic field can be reduced.

<実験例C>
実験例Aと同様にして作製した電流センサにおける磁気センサの傾斜と減磁体有無に対する測定結果を図48、図49に示す。
図44、図45は、外乱磁界の方向と磁気センサM10の感磁部である磁性体コア1における磁束密度のセンサ感磁方向成分の関係を示すグラフである。
<Experimental example C>
FIG. 48 and FIG. 49 show the measurement results for the inclination of the magnetic sensor and the presence or absence of the demagnetizer in the current sensor manufactured in the same manner as in Experimental Example A.
44 and 45 are graphs showing the relationship between the direction of the disturbance magnetic field and the sensor magnetic sensing direction component of the magnetic flux density in the magnetic core 1 which is the magnetic sensing part of the magnetic sensor M10.

これらの例では、図39A〜図39Cに示すように、磁気素子M12を包含する磁気センサM10としてのパッケージが実装基板等へ実装された状態において、バスバーB0と平行方向から傾斜した状態において、磁気素子の感磁方向をx軸、バスバーの平面に垂直な方向をz軸としたときにx−z方向に360°外乱磁界を印加したときの、磁気素子の感磁部における磁束密度を有限要素法により計算した結果である。図44には、図39Aの減磁体無し傾斜無し、および、比較検証のため減磁体有り傾斜無し、図45には、図39Bの減磁体無し傾斜有り、図39Cの減磁体有り傾斜有りの結果をそれぞれ示す。
ここで、0°方向は磁気素子の感磁方向、90°方向はバスバーの平面に垂直な方向とし、また図39Bに示す傾斜角度θ=2°とした。
In these examples, as shown in FIGS. 39A to 39C, in a state where a package as the magnetic sensor M10 including the magnetic element M12 is mounted on a mounting substrate or the like, the magnetic field is tilted from the direction parallel to the bus bar B0. The magnetic flux density in the magnetosensitive part of the magnetic element when a disturbance magnetic field of 360 ° is applied in the xz direction when the magnetosensitive direction of the element is the x-axis and the direction perpendicular to the plane of the bus bar is the z-axis is a finite element. It is the result calculated by the method. FIG. 44 shows the result of FIG. 39A with no demagnetizing body and no tilt with a demagnetizing body for comparison verification. FIG. 45 shows the result of FIG. 39B with the demagnetizing body without tilting and FIG. 39C with the demagnetizing body with tilt. Respectively.
Here, the 0 ° direction was the magnetic sensing direction of the magnetic element, the 90 ° direction was the direction perpendicular to the plane of the bus bar, and the inclination angle θ = 2 ° shown in FIG. 39B.

これらの結果から、電流センサが、2枚の平行な磁気シールド(シールド板)CM1,CM2を有するが減磁体M11持たない構成とされた場合、磁気シールドCM1,CM2に平行な外乱磁界を誘引する効果を有するものの、磁気シールドCM1,CM2に垂直な外乱磁界はそのまま印加されるため、その実装形態において組み付けなどにより磁気シールドCM1,CM2の水平方向に対して磁気素子M12が傾斜してしまった場合に、磁気シールドCM1,CM2の垂直方向に印加された外乱磁界の正弦成分が誤差として現れることになる。これは、図44の減磁体無し傾斜無しと、図45の減磁体無し傾斜有りとを比較することで明らかである。   From these results, when the current sensor is configured to have two parallel magnetic shields (shield plates) CM1 and CM2 but no demagnetizing body M11, a disturbance magnetic field parallel to the magnetic shields CM1 and CM2 is induced. Although there is an effect, a disturbance magnetic field perpendicular to the magnetic shields CM1 and CM2 is applied as it is. Therefore, when the magnetic element M12 is tilted with respect to the horizontal direction of the magnetic shields CM1 and CM2 in the mounting form. In addition, the sine component of the disturbance magnetic field applied in the vertical direction of the magnetic shields CM1 and CM2 appears as an error. This is apparent by comparing the no-demagnet without inclination in FIG. 44 with the no-demagnet-inclined inclination in FIG.

一方、図39Cに示すように減磁体M11がある場合、傾斜した減磁体M11に入射した外乱時磁界としての磁束は、感磁方向である減磁体M11表面に対して垂直に入射するように曲げられるため、傾斜した磁気素子M10に対しても垂直に入射する。
本発明において採用する磁気素子は薄膜を積層することにより形成されたものとされて膜面垂直方向に感度を持たないため、このように組み付け誤差等により磁気素子M12が傾斜した場合であっても、磁気素子M12および減磁体M11とが一体として傾斜することで、外乱磁界の影響を極めて小さくすることができる。
On the other hand, when there is a demagnetizing body M11 as shown in FIG. 39C, the magnetic flux as the disturbance magnetic field incident on the inclined demagnetizing body M11 is bent so as to be perpendicularly incident on the surface of the demagnetizing body M11 which is the direction of magnetic sensing. Therefore, it also enters perpendicularly to the tilted magnetic element M10.
Since the magnetic element employed in the present invention is formed by laminating thin films and has no sensitivity in the direction perpendicular to the film surface, even when the magnetic element M12 is inclined due to an assembly error or the like in this way. Since the magnetic element M12 and the demagnetizing body M11 are integrally tilted, the influence of the disturbance magnetic field can be extremely reduced.

また、上述した各実施形態で説明したような原因のみならず、磁気素子M12の磁気シールドCM1,CM2に対する傾斜は、ハウジングCS20a,CS30a,CS40a,CS50a,CS70aと回路基板M10aの組み付けや、回路基板M10aの反りなどによっても発生する可能性は考えられる。
ここで、磁気素子M12と減磁体M11の平行度は、磁気素子M12を形成したシリコン等の基板の平面と、減磁体M11を構成する薄板ないしチップ状の磁性体表面の平面によって決められる。
In addition to the causes described in the above-described embodiments, the inclination of the magnetic element M12 with respect to the magnetic shields CM1 and CM2 is caused by the assembly of the housing CS20a, CS30a, CS40a, CS50a, CS70a and the circuit board M10a, There is a possibility that it may occur due to warpage of M10a.
Here, the parallelism between the magnetic element M12 and the demagnetizing body M11 is determined by the plane of the substrate such as silicon on which the magnetic element M12 is formed and the plane of the surface of the thin plate or chip-like magnetic body that constitutes the demagnetizing body M11.

また、組立工程においてこれら磁気素子M12、減磁体M11を積層する場合、ダイボンド樹脂として、エポキシ、Agペースト、DAFなどの適用が可能であるが、一般にこれらを用いてダイボンダで積層した場合の厚み誤差は数μm以下であり、両者ともサイズが1mm〜2mm程度と小さく、この範囲で傾斜角度として取りうる角度は非常に小さい。
したがって、磁気素子M12と減磁体M11とを積層したパッケージの磁気センサM10を用いることで、組み付け誤差による傾斜に対しても外乱磁界の影響の小さい電流センサCS10,CS20,CS30,CS40,CS50,CS70を構成することができる。
Further, when laminating the magnetic element M12 and the demagnetizing body M11 in the assembling process, epoxy, Ag paste, DAF, etc. can be applied as the die bond resin, but generally the thickness error when laminating with these using a die bonder. Is a few μm or less, and both of the sizes are as small as about 1 mm to 2 mm, and an angle that can be taken as an inclination angle within this range is very small.
Therefore, by using the magnetic sensor M10 having a package in which the magnetic element M12 and the demagnetizing body M11 are stacked, the current sensors CS10, CS20, CS30, CS40, CS50, CS70 having a small influence of the disturbance magnetic field against inclination due to assembly errors. Can be configured.

<実験例D>
上述の実験例B(図42)では、測定に用いたフラックスゲート型磁気素子の測定可能なレンジは±1mT程度であるため、電流により発生する磁界がこの範囲に入るようにスリット幅およびセンサ−バスバー間(基板とバスバー間)距離を調整した例を示している。
しかし、バスバーの作る磁界はバスバー表面から離れるほど小さくなるため、磁気センサの測定レンジ内に所望の測定電流の作る磁界を合わせるためには、減磁体を用いない場合にはセンサ素子をシールドに近づける必要があるが、実際には、基板の厚みやセンサのパッケージ厚み、スタンドオフ高さなど、各部材の寸法や組立の制限により、実現が難しい場合がある。
<Experimental example D>
In the above experimental example B (FIG. 42), the measurable range of the fluxgate type magnetic element used for the measurement is about ± 1 mT, so that the slit width and the sensor are set so that the magnetic field generated by the current falls within this range. The example which adjusted the distance between bus bars (between a board | substrate and a bus bar) is shown.
However, since the magnetic field generated by the bus bar decreases as it moves away from the bus bar surface, in order to match the magnetic field generated by the desired measurement current within the measurement range of the magnetic sensor, the sensor element is moved closer to the shield when no demagnetizer is used. Although it is necessary, in reality, it may be difficult to realize due to the dimensions of each member, such as the thickness of the substrate, the thickness of the sensor package, and the standoff height, and restrictions on assembly.

そこで、この実験例においては、バスバー寸法、シールド寸法、シールド板間隔、センサパッケージサイズを等しくするとともに、断面視した各部材間の距離を同一としたサンプルを作成し、磁気シールドの有無、シールド材質、減磁体の有無について比較検討をおこなった。   Therefore, in this experimental example, a bus bar dimension, a shield dimension, a shield plate interval, and a sensor package size were made equal, and a sample with the same distance between each member viewed in cross section was created. A comparative study was conducted on the presence or absence of a demagnetizing body.

また、この実験例においては、電流センサのサンプルとしては図40に示す構成を採用し、磁気シールドCM1,CM2を設けたものと、この磁気シールドCM1,CM2がないものを用意した。
磁気シールドCM1,CM2がなしのものとしては、磁気シールドCM1,CM2の替りに非磁性の樹脂製のスペーサを用いて磁気素子M12とバスバーB01の距離が同一となるように固定した。
Further, in this experimental example, the configuration shown in FIG. 40 was adopted as a sample of the current sensor, and one with magnetic shields CM1 and CM2 and one without magnetic shields CM1 and CM2 were prepared.
In the case where the magnetic shields CM1 and CM2 are not provided, nonmagnetic resin spacers are used instead of the magnetic shields CM1 and CM2 so that the distance between the magnetic element M12 and the bus bar B01 is the same.

さらに、この実験例においては、磁気センサM10として、図41に示すものに対応し、図46に示すように、減磁体M11を有する構成(a)、および、減磁体M11を除いた構成(b)とした。ここで、図46に示すように、減磁体有りと減磁体無しとの両方で、フラックスゲートセンサ磁気素子M12の感磁部であるチップ表面に位置するボンディングワイヤM15のリードフレーム基材M16からの高さMM13が同一になるように設定した。
具体的には、減磁体無しの場合、例えばシリコン等の非磁性基板M13’の厚さを調整した。このように、リードフレーム基材M16の高さを設定することをタブ下げ加工と称する。
Further, in this experimental example, the magnetic sensor M10 corresponds to that shown in FIG. 41, and as shown in FIG. 46, the configuration (a) having the demagnetizing body M11 and the configuration (b) excluding the demagnetizing body M11. ). Here, as shown in FIG. 46, the bonding wire M15 located on the chip surface, which is the magnetically sensitive portion of the fluxgate sensor magnetic element M12, with and without the demagnetizing body from the lead frame base material M16. The height MM13 was set to be the same.
Specifically, in the case of no demagnetizer, the thickness of the nonmagnetic substrate M13 ′ such as silicon was adjusted. Thus, setting the height of the lead frame base material M16 is referred to as tab lowering.

本実験例のサンプルにおいては、磁気シールドCM1,CM2としてPCパーマロイと電磁軟鉄の2種類を用いた。減磁体M11としてはPCパーマロイを用いた。
測定は、駆動回路の出力電圧が同一スパンになるように測定電流を調整して測定電流範囲を求め、その測定電流範囲内での出力電圧のリニアリティについて評価を行った。また、フラックスゲートセンサ素子の感磁方向に、大きさ1mTの一様な外乱磁界を、ヘルムホルツコイルにより印加し、オフセット電圧の変化を観測した。この結果を表1に示す。
In the sample of this experimental example, two kinds of PC permalloy and electromagnetic soft iron were used as the magnetic shields CM1 and CM2. PC permalloy was used as the demagnetizing body M11.
In the measurement, the measurement current range was determined by adjusting the measurement current so that the output voltage of the drive circuit was in the same span, and the linearity of the output voltage within the measurement current range was evaluated. In addition, a uniform disturbance magnetic field having a magnitude of 1 mT was applied by a Helmholtz coil in the magnetic sensing direction of the fluxgate sensor element, and the change in the offset voltage was observed. The results are shown in Table 1.

表1には、シールド板、減磁体の有無による測定電流範囲とリニアリティ、外乱磁界誤差を示す。
また、図47〜図55には各サンプルの測定電流と出力電圧、並びに測定電流と出力電圧の関係を最小二乗近似した近似直線と実測値の差を出力誤差として出力のフルスケール電圧に対するパーセンテージで示したグラフをそれぞれ示す。
Table 1 shows the measurement current range, linearity, and disturbance magnetic field error depending on the presence or absence of the shield plate and the demagnetizer.
47 to 55 show the measured current and output voltage of each sample, and an approximate straight line obtained by least-square approximation of the relationship between the measured current and output voltage and the difference between the measured values as an output error as a percentage of the output full scale voltage. The graphs shown are respectively shown.

これらの結果から、図47〜図48に示すように、磁気シールド無しのサンプルでは、ヒステリシス誤差の原因となるシールド板が存在しないためリニアリティは良好であるが、外乱磁界による影響が大きく、そのままでは外乱磁界の存在下では使用できないことが判る。また、シールド板や、減磁体による減磁効果が小さいため、測定レンジが狭いことがわかる。   From these results, as shown in FIGS. 47 to 48, the sample without the magnetic shield has good linearity because there is no shield plate that causes a hysteresis error. It can be seen that it cannot be used in the presence of a disturbance magnetic field. It can also be seen that the measurement range is narrow because the demagnetizing effect of the shield plate and the demagnetizing body is small.

一方、図49〜図52に示すように、磁気シールドを配置して減磁体を用いない場合には、磁気シールドのシールド効果により、磁気シールドなしの場合と比較して、外乱磁界の影響が小さくなっていることが確認できる。一方、ヒステリシスの小さいPCパーマロイを用いた場合には、図49〜図50に示すように、リニアリティは良好であるが、ヒステリシスの大きい電磁軟鉄を用いた場合には、図51〜図52に示すように、電流センサの出力にもヒステリシスが発生しており、出力誤差が大きくなっていることが判る。したがってこのような構成で、出力誤差の小さい電流センサを実現しようとした場合には、ヒステリシスの小さい材料を用いる必要がある。   On the other hand, as shown in FIGS. 49 to 52, when the magnetic shield is arranged and the demagnetizing body is not used, the influence of the disturbance magnetic field is smaller than the case without the magnetic shield due to the shielding effect of the magnetic shield. It can be confirmed that On the other hand, when PC permalloy with a small hysteresis is used, the linearity is good as shown in FIGS. 49 to 50, but when electromagnetic soft iron with a large hysteresis is used, it is shown in FIGS. Thus, it can be seen that hysteresis also occurs in the output of the current sensor, and the output error is large. Therefore, in order to realize a current sensor with a small output error with such a configuration, it is necessary to use a material having a small hysteresis.

減磁体を用いた場合においては、図53〜図55に示すように、磁気シールドにPCパーマロイと電磁軟鉄を用いたそれぞれの場合において、リニアリティについては有意差は見られず、ほぼ同等の特性が得られていることが判る。また、ヒステリシスが比較的大きく、透磁率の低い電磁軟鉄を用いた場合においても、外乱磁界による誤差を小さくすることができ、高精度な電流センサを実現することができる。   In the case of using a demagnetizing body, as shown in FIGS. 53 to 55, in each case using PC permalloy and electromagnetic soft iron for the magnetic shield, there is no significant difference in linearity, and almost the same characteristics are obtained. It turns out that it is obtained. Further, even when electromagnetic soft iron having a relatively large hysteresis and low magnetic permeability is used, an error due to a disturbance magnetic field can be reduced, and a highly accurate current sensor can be realized.

シールド板ならびに減磁体に用いるヒステリシスの小さい材料としては、PCパーマロイ、PBパーマロイ、MnZnフェライト、センダスト(FeSiAl)などが挙げられる。一方、減磁体を用いた場合には、表1および図53〜図55に示したとおり、透磁率が低く、ヒステリシスの比較的大きい電磁軟鉄を用いた場合においても、PCパーマロイを用いた場合と同等の特性が得られていることから、高価な金属材料や、加工の難しい材料を用いることなく、入手容易な材料を用いることができる。
そのような材料としては、珪素鋼板(電磁鋼板)などのFeSi系材料や電磁軟鉄(SUY)などが挙げられる。
Examples of the material having a small hysteresis used for the shield plate and the demagnetizer include PC permalloy, PB permalloy, MnZn ferrite, Sendust (FeSiAl) and the like. On the other hand, when using a demagnetizing body, as shown in Table 1 and FIGS. 53 to 55, even when using electromagnetic soft iron with low permeability and relatively large hysteresis, Since equivalent characteristics are obtained, easily available materials can be used without using expensive metal materials or materials that are difficult to process.
Examples of such materials include FeSi-based materials such as silicon steel plates (electromagnetic steel plates) and electromagnetic soft iron (SUY).

本発明の電流センサにおいては、
1)測定電流を通電するためのバスバーと、リードフレーム基材上に、軟磁性体の減磁体(第三の磁性体)と磁気素子とを、積層した磁気センサパッケージを少なくとも実装した電子回路基板と、平行に配置された2枚の磁気シールド(シールド板)と、前記バスバー、電子回路基板、および2枚の磁気シールドを保持するためのハウジング部材からなる電流センサであって、前記磁気センサパッケージを実装した電子回路基板の、前記磁気素子の実装された面をバスバー側に向けて配置され、前記2枚の磁気シールドは、一方は前記電子回路基板の外側に配置され、もう一方は、バスバーに対して前記電子回路基板の配置された側の反対側に配置されていることを特徴とすることができる。
In the current sensor of the present invention,
1) An electronic circuit board on which at least a magnetic sensor package in which a soft magnetic demagnetization body (third magnetic body) and a magnetic element are stacked on a lead frame base material and a bus bar for supplying a measurement current is mounted. A current sensor comprising two magnetic shields (shield plates) arranged in parallel, the bus bar, the electronic circuit board, and a housing member for holding the two magnetic shields, wherein the magnetic sensor package Of the electronic circuit board on which the magnetic element is mounted facing the bus bar side, one of the two magnetic shields is arranged outside the electronic circuit board, and the other is the bus bar. In contrast, the electronic circuit board may be disposed on a side opposite to the side on which the electronic circuit board is disposed.

2)上記電流センサにおいて、第三の磁性体表面から磁気素子の感磁部の距離が、前記磁気素子とバスバーを介して反対側にある第二の磁性体板(シールド板)から磁気素子の感磁部の距離よりも短いことを特徴とすることができる。 2) In the current sensor, the distance from the surface of the third magnetic body to the magnetic sensing portion of the magnetic element is from the second magnetic body plate (shield plate) on the opposite side to the magnetic element via the bus bar. It can be characterized by being shorter than the distance of the magnetic sensing part.

3)前記第三の磁性体の保磁力が、前記第一および第二の磁性体(シールド板)の保磁力よりも小さいことを特徴とする電流センサ。 3) The current sensor characterized in that the coercive force of the third magnetic body is smaller than the coercive force of the first and second magnetic bodies (shield plates).

4)上記電流センサにおいて、前記リードフレーム基材が、ダイを搭載する部分にタブ下げ加工がされていることを特徴とすることができる。 4) In the current sensor, the lead frame base material is characterized in that a tab mounting process is performed on a portion where a die is mounted.

本発明は、例えば自動車内部のバッテリーに繋がる配線などに流れる電流値を測定する電流センサとして適用できる。   The present invention can be applied as, for example, a current sensor that measures the value of a current flowing in a wiring connected to a battery inside an automobile.

B0,B00,B01,B60,B61,B62…バスバー、CS10…電流センサ
CM1…第1の磁性体板(磁気シールド)
CM2…第2の磁性体板(磁気シールド)
M10,MS10…磁気センサ
MT10…制御用集積回路
M12…磁気素子
1…磁性体コア
9…励磁コイル
10…検出コイル
21…フィードバックコイル
MT11…励磁電流発生回路
B0, B00, B01, B60, B61, B62 ... bus bar, CS10 ... current sensor CM1 ... first magnetic plate (magnetic shield)
CM2 ... Second magnetic plate (magnetic shield)
M10, MS10 ... Magnetic sensor MT10 ... Control integrated circuit M12 ... Magnetic element 1 ... Magnetic core 9 ... Excitation coil 10 ... Detection coil 21 ... Feedback coil MT11 ... Excitation current generation circuit

Claims (6)

電流路に流れる電流の値を測定する電流センサであって、
電流路の近傍に配されたフラックスゲート型磁気素子と、
第1の磁性体板および第2の磁性体板と、を備え、
前記第1の磁性体板および第2の磁性体板が、前記電流路および前記フラックスゲート型磁気素子との重なり方向において、前記電流路および前記フラックスゲート型磁気素子を挟むとともに、
前記第1の磁性体板および前記第2の磁性体板の主面は、前記フラックスゲート型磁気素子の感磁方向および前記電流が流れる方向と平行であることを特徴とする電流センサ。
A current sensor for measuring a value of a current flowing in a current path,
A fluxgate magnetic element disposed in the vicinity of the current path;
A first magnetic plate and a second magnetic plate,
The first magnetic plate and the second magnetic plate sandwich the current path and the fluxgate magnetic element in the overlapping direction with the current path and the fluxgate magnetic element;
A main surface of the first magnetic plate and the second magnetic plate is parallel to a magnetic sensing direction of the fluxgate magnetic element and a direction in which the current flows.
請求項1に記載の電流センサにおいて、
前記第1の磁性体板と前記第2の磁性体板との離間距離が、前記感磁方向における前記第1の磁性体板と前記第2の磁性体板の幅よりも小さいことを特徴とする電流センサ。
The current sensor according to claim 1.
A separation distance between the first magnetic plate and the second magnetic plate is smaller than a width of the first magnetic plate and the second magnetic plate in the magnetosensitive direction. Current sensor.
請求項1または2に記載の電流センサにおいて、
前記フラックスゲート型磁気素子には、第3の磁性体板が積層して形成されていることを特徴とする電流センサ。
The current sensor according to claim 1 or 2,
A current sensor, wherein a third magnetic plate is laminated on the fluxgate magnetic element.
請求項3に記載の電流センサであって、前記第1の磁性体板および前記第2の磁性体板が、前記第3の磁性体板を覆うように配されていることを特徴とする電流センサ。   4. The current sensor according to claim 3, wherein the first magnetic plate and the second magnetic plate are arranged so as to cover the third magnetic plate. Sensor. 請求項4に記載の電流センサであって、前記フラックスゲート型磁気素子は、前記第1の磁性体板および前記第2の磁性体板の重なり方向において、前記電流路と前記第3の磁性体板とによって挟まれる領域に配されていることを特徴とする電流センサ。   5. The current sensor according to claim 4, wherein the fluxgate magnetic element includes the current path and the third magnetic body in an overlapping direction of the first magnetic plate and the second magnetic plate. A current sensor, characterized in that it is arranged in a region sandwiched between plates. 請求項5に記載の電流センサであって、前記第3の磁性体板は前記電流路とは離れた位置、すなわち、前記第1の磁性体板側に配されていることを特徴とする電流センサ。   6. The current sensor according to claim 5, wherein the third magnetic plate is disposed at a position away from the current path, that is, on the first magnetic plate side. Sensor.
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