WO2018116852A1 - 電流センサ - Google Patents
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- G01R15/14—Adaptations providing voltage or current isolation, e.g. for high-voltage or high-current networks
- G01R15/20—Adaptations providing voltage or current isolation, e.g. for high-voltage or high-current networks using galvano-magnetic devices, e.g. Hall-effect devices, i.e. measuring a magnetic field via the interaction between a current and a magnetic field, e.g. magneto resistive or Hall effect devices
Definitions
- the present invention relates to a current sensor that detects a current flowing in a current path to be measured, and more particularly to a current sensor that detects a current flowing in a current path to be measured using a magnetoelectric conversion element.
- a current sensor that is attached to a measured current path and detects a current flowing through the measured current path is well known.
- a current sensor using a magnetoelectric conversion element such as a Hall element or a magnetoresistive element is known.
- a plurality of magnetoelectric conversion elements are used.
- a conversion element may be used.
- a plurality of magnetoelectric conversion elements are arranged on a virtual circle around the current path to be measured in accordance with the direction of the magnetic field generated around the current path to be measured.
- the current sensor disclosed in Patent Document 1 has a virtual ellipse centered on the position of the current path to be measured and having a short axis in the direction connecting the current path to be measured and the neighboring current path.
- a plurality of magnetoelectric conversion elements are provided.
- a plurality of magnetoelectric transducers are disposed on a virtual rectangle, or a virtual ellipse and a virtual rectangle. According to the current sensor, stable current detection can be performed without being greatly affected by the external magnetic field in the neighboring current path, and the size can be reduced.
- the present invention has been made in view of such circumstances, and an object thereof is to provide a current sensor that can be further reduced in size and can stably detect a current without being greatly affected by an external magnetic field in a neighboring current path. It is in.
- a current sensor according to the present invention is provided with a wiring board and magnetism generated by a current flowing through a current path to be measured, provided on the wiring board.
- a plurality of magnetoelectric conversion elements to be detected, and the wiring board is formed with a notch for positioning the current path to be measured at the center of the virtual rectangle.
- first magnetoelectric transducers located at two vertices and at least four second magnetoelectric transducers in point symmetry with respect to the center of the virtual rectangle, and the first magnetoelectric transducer
- the direction of the sensitivity axis of the element is orthogonal to the attaching / detaching direction of the measured current path along the notch, and the direction of the sensitivity axis of the second magnetoelectric transducer is parallel to the attaching / detaching direction, Point pair with respect to the center of the virtual rectangle
- the first electromagnetic element and between the orientation of the sensitivity axis between the second magneto-electric conversion element in position are parallel, the second of the electromagnetic element is positioned inside the imaginary rectangle.
- the first magnetoelectric conversion element and the second magnetoelectric conversion are aligned on a straight line by arranging the second magnetoelectric conversion element inside the virtual rectangle where the first magnetoelectric conversion element is located at the apex.
- the magnetic field in the neighboring current path generated in the first magnetoelectric conversion element far from the neighboring current path can be made stronger than that in the second magnetoelectric conversion element.
- the absolute values of the sum of the + component and the sum of the ⁇ component according to the magnetic field of the neighboring current path are made to coincide with each other and can be canceled with high accuracy.
- a plurality of the second magnetoelectric transducers on one side and a plurality of the second magnetoelectric transducers on the other side with respect to a center line passing through the center and parallel to the attachment / detachment direction are: Are arranged on virtual straight lines parallel to the center line.
- the plurality of second magnetoelectric transducers on the one side and the plurality of second magnetoelectric transducers on the other side are arranged symmetrically with respect to the center line.
- the second magnetoelectric conversion element is arranged symmetrically with respect to the center line, symmetry is maintained and a uniform external magnetic field such as geomagnetism can be canceled with high accuracy.
- the long side of the virtual rectangle is parallel to the center line, and the short side is orthogonal to the center line.
- the plurality of second magnetoelectric transducers are arranged on a virtual ellipse centered on the center of the virtual rectangle.
- the first magnetoelectric conversion element and the second magnetoelectric conversion element are arranged such that sensitivity axes of the first magnetoelectric conversion element are directed in one direction along a closed path surrounding the center of the virtual rectangle.
- the second magnetoelectric transducer is disposed.
- the direction of the sensitivity axis of the magnetoelectric transducer and the magnetic field of the current path to be measured can be matched, the magnetic field of the current path to be measured can be detected efficiently, and the measurement accuracy can be improved.
- the first magnetoelectric conversion element and the second magnetoelectric conversion element have the same characteristics.
- a current sensor that can be further miniaturized and can stably detect a current without being greatly affected by an external magnetic field in a neighboring current path.
- FIG. 5 is a diagram for explaining the influence of a magnetic field from a neighboring current path CN1 shown in FIG. 4 in the current sensor shown in FIG.
- FIG. 1 is an exploded perspective view showing a current sensor 101 according to an embodiment of the present invention.
- FIG. 2 is a perspective view showing the current sensor 101 according to the embodiment of the present invention.
- FIG. 3 is a view for explaining the current sensor 101 according to the embodiment of the present invention, and is a top view of the wiring board 16 viewed from the Z1 side to the Z2 side shown in FIG.
- the current sensor 101 includes a plurality of magnetoelectric transducers 15 that detect magnetism generated when a current flows through the current path CB to be measured, and a plurality of magnetoelectric transducers 15. And a wiring board 16 on which the magnetoelectric conversion element 15 is arranged.
- the current sensor 101 includes a housing 11 having a housing portion 11s for housing the wiring board 16, a connector 13 having a takeout terminal 13t for taking out an electric signal from the magnetoelectric conversion element 15, and a current path CB to be measured. And holding member 14 for fixing and holding.
- the housing 11 is made of a synthetic resin material.
- the housing 11 includes a box-shaped case 31 having an upper opening and a plate-like cover 41 that closes the opening of the case 31, and a housing unit that houses the wiring board 16 in the case 31. 11s is formed.
- the case 31 is formed with a recess (concave groove) 32 cut out from one side thereof toward the center of the case 31, and the current path CB to be measured is introduced and held in the recess 32. It is configured.
- the back wall 32a of the recess 32 is formed in a shape complementary to the outer peripheral surface of the current path CB to be measured.
- the back wall 32a of the recess 32 is formed to be curved in an arc shape so as to correspond to the outer peripheral surface of the cylindrical current path CB.
- notches 32c that lock the free end side of the clip spring 14K are formed in opposing positions on the inner wall 32b facing the case 31 that is continuous with the inner wall 32a.
- the notch 32c is notched downward from the upper end side of the inner wall 32b, and the end surface on the entrance side is formed to be inclined outward.
- the measured current path CB is sandwiched by the clip spring 14K protruding from the notch 32c into the recess 32 with the back side of the outer peripheral surface thereof in contact with the back wall 32a of the recess 32, It is held with respect to the housing 11.
- the position sandwiched between the back wall 32a of the recess 32 and the clip spring 14K is the center PP of the measured current path CB with respect to the housing 11.
- the center PP is the center PP of a virtual rectangle L described later.
- an opening 42 having the same shape is formed on one side so as to correspond to the recess 32 of the case 31, and the connector 13 is formed on a side opposite to the side where the opening 42 is formed.
- An opening 43 is formed for exposing the upper end of the housing 11 to the outside of the housing 11.
- the holding member 14 is a member for fixing and holding the measured current path CB.
- the clip spring 14K that sandwiches and holds the outer edge of the measured current path CB and the measured current path CB are disposed at the center PP.
- a pressing member 14H for pressing the clip spring 14K.
- the pressing member 14 ⁇ / b> H is formed in a substantially rectangular parallelepiped shape, and is manufactured in a size that can be strongly fitted in the recess 32 formed in the case 31.
- the pressing member 14H is held in the recess 32 of the case 31 with the clip spring 14K being pressed.
- the wiring substrate 16 is a multilayer printed wiring board (PCB), and a wiring pattern is formed by patterning a metal foil such as copper (Cu) provided on the wiring board.
- the wiring board 16 is formed in a size that can be stored in the storage portion 11s of the case 31, and a cutout 19 is formed on one side of the wiring substrate 16 through which the measured current path CB is inserted. That is, the wiring board 16 is formed in a shape similar to the bottom surface portion of the housing portion 11 s, and the recess portion 32 of the case 31 and the cutout portion 17 having a complementary shape are formed.
- a plurality (ten) of magnetoelectric transducers 15 are arranged in the vicinity of the notch 19 of the wiring board 16, and in the vicinity of the side facing the side where the notch 19 is formed. Is provided with a connector 13. The detailed arrangement position of the magnetoelectric conversion element 15 will be described later.
- the connector 13 includes a plurality of terminals that are electrically connected to a mating connector (not shown). Among these terminals, there is an extraction terminal 13t for taking out an electric signal from the magnetoelectric transducer 15. ing.
- the connector 13 includes an insulating base 13K for fitting with a mating connector (not shown).
- the insulating base 13K is formed in a box shape having an open top, and a plurality of terminals including the extraction terminals 13t are held and accommodated in a state where the terminals are insulated from each other.
- the connector 13 is used to take out an electrical signal from the magnetoelectric conversion element 15, but not limited to the connector 13, for example, a flexible printed circuit board (FPC: Flexible Printed Circuits) or the like may be used. good.
- FPC Flexible Printed Circuits
- the magnetoelectric conversion element 15 is a current sensor element that detects magnetism generated when a current flows through the measured current path CB.
- the magnetoelectric conversion element 15 uses a giant magnetoresistive effect (GMR (Giant Magneto Resistive)). Element).
- GMR giant Magnetoresistive effect
- the detailed illustration of the magnetoelectric conversion element 15 is omitted for ease of explanation, after the GMR element is fabricated on a silicon substrate, the cut chip is packaged with a thermosetting synthetic resin, and the signal A lead terminal for taking out is configured to be electrically connected to the GMR element. The lead terminals are soldered to the wiring board 16.
- first magnetoelectric transducers 15a, 15b, 15c, 15d and six second magnetoelectric transducers are disposed around the center PP of the current path CB to be measured.
- Elements 17a, 17b, 17c, 17d, 17e, and 17f are arranged.
- the first magnetoelectric conversion elements 15a, 15b, 15c, and 15d and the six second magnetoelectric conversion elements 17a, 17b, 17c, 17d, 17e, and 17f have the same magnetoelectric conversion characteristics. Thereby, the design for improving the measurement accuracy of the current sensor 101 is facilitated.
- the center PP of the virtual rectangle L1 is the center of the transverse section (X, Y section) of the measured current path CB.
- the notch 19 has a shape that allows the center of the measured current path CB to be positioned at the center PP of the virtual rectangle L1 when the current sensor 101 is positioned with respect to the measured current path CB.
- the first magnetoelectric conversion elements 15a and 15b and the second magnetoelectric conversion elements 17a and 17b are formed on the surface of the wiring board 16 on the left side (X2 direction side) of the notch 19 with respect to the center line L2. , 17c.
- first magnetoelectric conversion elements 15c and 15d and second magnetoelectric conversion elements 17d, 17e and 17f are arranged on the surface of the wiring board 16 on the right side (X1 direction side) of the notch 19 when viewed from the Y1 direction. ing.
- the first magnetoelectric transducers 15a to 15d are located at the four vertices of the virtual rectangle L1.
- a center line L2 passing through the center PP and parallel to the attaching / detaching direction (Y1-Y2 direction) along the notch 32c of the measured current path CB is defined,
- the long side of L1 is parallel to the center line L2, and the short side is orthogonal to the center line L2.
- the second magnetoelectric transducers 17a to 17f are located inside the virtual rectangle L1, and are point-symmetrical with respect to the center PP that is the center of the virtual rectangle L1. Specifically, as shown in FIG. 3, the second magnetoelectric conversion elements 17a to 17c are located on the X2 side with respect to the center line L2, and the second magnetoelectric conversion elements 17d to 17f are located on the X1 side. . In the example shown in FIG. 3, the second magnetoelectric conversion elements 17a to 17c are located on a virtual straight line L3 parallel to the Y1-Y2 direction, and the second magnetoelectric conversion elements 17d to 17f are virtual parallel to the Y1-Y2 direction. It is located on the straight line L4. The virtual straight lines L3 and L4 are line symmetric with respect to the center line L2.
- the first magnetoelectric conversion element 15a, the second magnetoelectric conversion elements 17a, 17b, and 17c, and the first magnetoelectric conversion element 15b are respectively arranged with respect to the center PP of the first rectangle L1, the first magnetoelectric conversion element 15c, The second magnetoelectric conversion elements 17d, 17e, 17f and the first magnetoelectric conversion element 15d are arranged point-symmetrically.
- the magnetoelectric conversion elements 15a to 15d and the second magnetoelectric conversion elements 17a to 17f are arranged in this way, the magnetoelectric conversion elements are arranged at equal intervals on the circumference (comparative example). As compared with the arrangement, the arrangement space of the magnetoelectric conversion element can be reduced while the arrangement of the magnetoelectric conversion element is inserted and arranged through the measured current path CB.
- the magnetoelectric conversion elements are equally arranged at equal intervals in the circumferential direction with the arrangement position of the measured current path CB as the center. Therefore, when introducing the measured current path CB from between the magnetoelectric conversion elements and disposing the measured current path CB at the arrangement position, it is necessary to secure at least an interval through which the measured current path CB can pass as the element interval between the magnetoelectric conversion elements. Therefore, the arrangement area of all the magnetoelectric conversion elements becomes large, and accordingly, the wiring board becomes large.
- the magnetoelectric conversion element 15 in the case of the arrangement of the magnetoelectric conversion element 15 according to the present embodiment, three second magnetoelectric conversion elements 17a, 17b, and 17c are arranged on the long side L31 of the second rectangle L3, and three pieces are provided.
- the second magnetoelectric transducers 17f, 17e, 17d are disposed on the long side L32 of the second rectangle L3. Therefore, the distance in the X1-X2 direction (X direction) necessary for the arrangement of the second magnetoelectric conversion elements 17a, 17b, 17c and the second magnetoelectric conversion elements 17f, 17e, 17d can be shortened. That is, the distance between the measured current path CB and the adjacent current paths CN1 and CN2 can be reduced.
- the wiring board 16 can be downsized, that is, the current sensor 101 can be downsized. It is. Particularly in applications where a plurality of current paths are to be provided at as narrow intervals as possible, such as a switchboard, it is important that the width of the left and right arm portions 18 of the notch 19 can be reduced.
- the direction SJ of the sensitivity axis (magnetic sensing direction) of the first magnetoelectric transducers 15a to 15d is parallel to the short side of the virtual rectangle L1, that is, the attaching / detaching direction Y1-Y2 of the measured current path CB to the notch 32c. Is orthogonal. Thereby, the design which raises the measurement accuracy of the current sensor 101 becomes easy.
- the sensitivity axis direction SJ of the first magnetoelectric conversion elements 15a and 15c is the X1 direction
- the sensitivity axis direction SJ of the first magnetoelectric conversion elements 15d and 15a is the X2 direction.
- the sensitivity axis direction SJ of the second magnetoelectric conversion elements 17a, 17b, and 17c is the Y1 direction
- the sensitivity axis direction SJ of the second magnetoelectric conversion elements 17d, 17e, and 17f is the Y2 direction.
- the first magnetoelectric conversion elements 15a to 15d and the second magnetoelectric conversion elements 17a to 17f have a sensitivity axis direction SJ on a closed path that surrounds the center PP of the virtual rectangle L1 that is the center of the current path CB to be measured. It is arranged so as to face in one direction (clockwise direction in the present embodiment).
- the second magnetoelectric conversion elements 17a, 17b, and 17 have the sensitivity axis direction SJ opposite to that of the second magnetoelectric conversion elements 17d, 17e, and 17f that are in point symmetry with respect to the center PP.
- the component corresponding to the magnetic field of the measured current path CB is accumulated. To cancel the component corresponding to the magnetic field of the neighboring current path CN.
- FIG. 4 is a diagram for explaining a neighboring current path of current sensor 101 shown in FIG.
- FIG. 5 is a diagram for explaining the influence of the magnetic field from the neighboring current path CN1 shown in FIG. 4 in the current sensor 101 shown in FIG.
- the positions of the second magnetoelectric transducers 17d, 17e, and 17f are close to the neighboring current path CN1 on the X1 side, and the magnetic field from the magnetic field B1 from the neighboring current path CN1 is strong.
- the direction of the sensitivity axis of the second magnetoelectric transducers 17d, 17e, 17f and the direction of the magnetic field B1 from the neighboring current path CN1 are nearly parallel.
- the direction of the sensitivity axis of the second magnetoelectric transducers 17d, 17e, and 17f and the direction of the magnetic field B1 from the neighboring current path CN1 are substantially opposite to each other. That is, the sensitivity axis direction component of the magnetic field B1 from the neighboring current path CN1 is opposite to the sensitivity axis direction.
- the magnetic field B1 from the neighboring current path CN1 is measured with a large absolute value with a negative sign.
- the position of the second magnetoelectric transducers 17a, 17b, 17c on the X2 side is far from the neighboring current path CN1 on the X1 side, and the magnetic field from the magnetic field B1 from the neighboring current path CN1 is weak.
- the direction of the sensitivity axis of the second magnetoelectric transducers 17a, 17b, and 17c and the direction of the magnetic field B1 from the neighboring current path CN1 are nearly parallel.
- the directions of the sensitivity axes of the second magnetoelectric transducers 17a, 17b, and 17c and the direction of the magnetic field B1 from the neighboring current path CN1 are substantially the same direction.
- the magnetic field B1 from the neighboring current path CN1 is measured with a small absolute value with a positive sign.
- the positions of the first magnetoelectric transducers 15a and 15b on the X2 side are far from the neighboring current path CN1 on the X1 side, and the magnetic field from the magnetic field B1 from the neighboring current path CN1 is weak.
- the direction of the sensitivity axis of the first magnetoelectric transducers 15a and 15b and the direction of the magnetic field B1 from the neighboring current path CN1 are close to orthogonal.
- the sensitivity axis direction component of the magnetic field B1 from the neighboring current path CN1 is the same as the sensitivity axis direction.
- the magnetic field B1 from the neighboring current path CN1 is measured with a very small absolute value having a positive sign.
- the positions of the first magnetoelectric transducers 15c and 15d on the X1 side are slightly close to the neighboring current path CN1 on the X1 side, and the magnetic field from the magnetic field B1 from the neighboring current path CN1 is slightly strong.
- the directions of the sensitivity axes of the first magnetoelectric transducers 15a and 15b and the direction of the magnetic field B1 from the neighboring current path CN1 are not parallel and not orthogonal. However, the sensitivity axis direction component of the magnetic field B1 from the neighboring current path CN1 is the same as the sensitivity axis direction.
- the magnetic field B1 from the neighboring current path CN1 is measured with a slightly larger absolute value with a positive sign.
- the “X1 side first magnetoelectric transducers 15c and 15d” are arranged close to the neighboring current path CN1 side (X1 side), thereby increasing the measured value.
- the magnetic field B1 from the neighboring current path CN1 is measured with a negative sign by the total of the second magnetoelectric conversion elements 17d, 17e, and 17f.
- the magnetic field B1 from the neighboring current path CN1 is measured with a positive sign by the seven first magnetoelectric conversion elements 15a, 15b, 15c, 15d and the second magnetoelectric conversion elements 17a, 17b, 17c in total.
- the magnetic field B1 from the neighboring current path CN1 is greatly measured by the second magnetoelectric transducers 17d, 17e, and 17f.
- the magnetic field B1 from the neighboring current path CN1 is measured small by the second magnetoelectric transducers 17a, 17b, and 17c.
- the first magnetoelectric transducers 15a and 15b measure the magnetic field B1 from the neighboring current path CN1 very small.
- the magnetic field B1 from the neighboring current path CN1 is measured slightly larger by the first magnetoelectric conversion elements 15c and 15d.
- the total of the magnetic field B1 from the neighboring current path CN1 measured by the elements 15a, 15b, 15c, 15d and the second magnetoelectric conversion elements 17a, 17b, 17c (signs are positive) generally agrees.
- all the magnetoelectric conversion elements are obtained by bringing the positions of the first magnetoelectric conversion elements 15c, 15d closer to the neighboring current path CN1.
- the total of the magnetic field B1 from the neighboring current path CN1 measured by the conversion elements 17a, 17b, 17c, 17d, 17e, and 17f) can be brought close to 0 with high accuracy.
- the first magnetoelectric conversion elements 15a and 15b are in positions symmetrical with respect to the first magnetoelectric conversion elements 15c and 15d and the center line L2. Therefore, when the first magnetoelectric conversion elements 15c and 15d are brought closer to the neighboring current path CN1, the first magnetoelectric conversion elements 15a and 15b are moved away from the neighboring current path CN1. For this reason, when the magnetic field B1 from the neighboring current path CN1 measured by the first magnetoelectric conversion elements 15c and 15d is increased, the magnetic field B1 from the neighboring current path CN1 measured by the first magnetoelectric conversion elements 15a and 15b is Get smaller.
- the magnitude of the magnetic field B1 from the neighboring current path CN1 measured by the first magnetoelectric transducers 15a and 15b is very small. For this reason, “change in magnitude of the magnetic field B1 from the neighboring current path CN1 measured by the first magnetoelectric conversion elements 15c and 15d” and “neighboring current path measured by the first magnetoelectric conversion elements 15a and 15b”. The change in the magnitude of the magnetic field B1 from CN1 ”is not completely canceled out.
- all the magnetoelectric conversion elements (first The total of the magnetic field B1 from the neighboring current path CN1 measured by the magnetoelectric conversion elements 15a, 15b, 15c, 15d and the second magnetoelectric conversion elements 17a, 17b, 17c, 17d, 17e, 17f) can be made substantially zero. .
- the influence of the magnetic field from the neighboring current path CN1 can be canceled with high accuracy, and the current in the measured current path CB can be detected accurately. Thereby, further downsizing can be achieved without reducing the detection accuracy of the current sensor 101.
- the first magnetoelectric conversion elements 15a to 15d and the second magnetoelectric conversion elements 17a to 17f are arranged as shown in FIG.
- the width can be minimized, and the distance between the measured current path CB and the neighboring current paths CN1 and CN2 can be reduced.
- the wiring board 16 can be downsized, that is, the current sensor 101 can be downsized.
- the width of the left and right arm portions 18 of the notch 19 can be reduced.
- each magnetoelectric conversion element can be easily mounted on the wiring board 16, and The positional relationship between the first magnetoelectric conversion elements 15a to 15d and the second magnetoelectric conversion elements 17a to 17f can be easily designed. Accordingly, the accuracy of the mounting angle and mounting position of the current path CB to be measured can be increased, so that the measurement accuracy can be improved.
- the second magnetoelectric transducers 17a to 17f are arranged on the two virtual straight lines L3 and L4 on both sides of the notch 19, and the first magnetoelectric transducer 15a is formed at four vertices of the virtual rectangle L. It is sufficient to adjust the position of ⁇ 15d, and the design for improving the measurement accuracy becomes easy.
- FIG. 6 is a view for explaining a first modification of the arrangement of the magnetoelectric conversion elements of the current sensor according to the embodiment of the present invention, and is a top view of the wiring board viewed from the Z1 side shown in FIG. .
- the direction SJ of the sensitivity axis of the first magnetoelectric conversion element 15d is set to the X1 direction opposite to that of the first magnetoelectric conversion element 15a, and the direction of the sensitivity axis of the first magnetoelectric conversion element 15c.
- SJ is the X2 direction opposite to the first magnetoelectric conversion element 15b, and the sensitivity axis direction SJ of the second magnetoelectric conversion elements 17d, 17e, 17f is the same Y1 direction as the second magnetoelectric conversion elements 17a, 17b, 17c. It is good.
- the first magnetoelectric conversion elements 15c and 15d and the second magnetoelectric conversion are output from the outputs of the first magnetoelectric conversion elements 15a and 15b and the second magnetoelectric conversion elements 17a, 17b and 17c.
- the component corresponding to the magnetic field of the measured current path CB is accumulated and validated, and the component corresponding to the magnetic field of the neighboring current path CN is canceled.
- FIG. 7 is a view for explaining a second modification of the arrangement of the magnetoelectric conversion elements of the current sensor according to the embodiment of the present invention, and is a top view of the wiring board viewed from the Z1 side shown in FIG. .
- the first magnetoelectric transducers 15a to 15d are located at the four vertices of the virtual rectangle L1.
- the second magnetoelectric transducers 17a to 17f are located inside the virtual rectangle L1, and are point-symmetrical with respect to the center PP that is the center of the virtual rectangle L1.
- the second magnetoelectric conversion elements 17a to 17f are positioned on the virtual ellipse L5 as shown in FIG. 6, and the second magnetoelectric conversion elements 17a to 17c are positioned on the X2 side with respect to the center line L2.
- the second magnetoelectric transducers 17d to 17f are located on the X1 side.
- the second magnetoelectric conversion elements 17a to 17c and the second magnetoelectric conversion elements 17d to 17f are positioned symmetrically with respect to the center line L2. Also with the configuration of FIG. 7, the component corresponding to the magnetic field of the neighboring current path CN can be canceled with high accuracy.
- the second magnetoelectric transducers 17b and 17e partially protrude from the virtual rectangle L1.
- the position of the magnetoelectric conversion element in the present invention means the position of the center of the magnetoelectric conversion element. Therefore, even if a part of the package of the second magnetoelectric conversion elements 17a to 17f protrudes from the virtual rectangle L1 connecting the centers of the first magnetoelectric conversion elements 15a to 15d, it is included in the present invention.
- the case where all of the first magnetoelectric conversion elements 15a to 15d and the second magnetoelectric conversion elements 17a to 17f are arranged on one surface of the wiring board 16 is illustrated. All the magnetoelectric transducers may be arranged on the other surface.
- the number of the magnetoelectric conversion elements is not particularly limited as long as the number of the first magnetoelectric conversion elements is four and the number of the second magnetoelectric conversion elements is four or more.
- the distance between the magnetoelectric transducers is not particularly limited.
- the GMR element is preferably used as the magnetoelectric conversion element.
- any magnetic detection element capable of detecting the direction of magnetism may be used.
- a TMR (Tunnel Magneto Resistive) element, a Hall element, or the like may be used.
- a Hall element or the like since it differs from the sensitivity axis of the GMR element or MR element, it is necessary to devise mounting in accordance with the sensitivity axis of the Hall element to be used.
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Abstract
被測定電流路CBの中心PPの周囲の仮想矩形L1上に4個の第1の磁電変換素子15a,15b,15c,15dが配設され、その内側に6個の第2の磁電変換素子17a,17b,17c,17d,17e,17fが配設さている。第2の磁電変換素子17a~17cは仮想直線L3上に位置し、第2の磁電変換素子17d~17fは直線L4上に位置している。仮想直線L3とL4とは、中心線L2に対して線対称である。
Description
本発明は、被測定電流路に流れる電流を検出する電流センサに関し、特に、磁電変換素子を用いて被測定電流路に流れる電流を検出する電流センサに関する。
各種電子機器の制御や監視のために、被測定電流路に取り付けて被測定電流路に流れる電流を検出する電流センサが良く知られている。この種の電流センサとしては、ホール素子や磁気抵抗素子等の磁電変換素子を用いた電流センサが知られており、磁電変換素子の感度向上や外部磁場からの影響低減等のため、複数の磁電変換素子を用いられることがある。
このように複数の磁電変換素子を用いた電流センサでは、被測定電流路の周囲に発生する磁界の向きに合わせて、被測定電流路の周囲の仮想円上に複数の磁電変換素子を配設していた。
このように複数の磁電変換素子を用いた電流センサでは、被測定電流路の周囲に発生する磁界の向きに合わせて、被測定電流路の周囲の仮想円上に複数の磁電変換素子を配設していた。
しかしながら、上述したように仮想円上に磁電変換素子を配設すると、電流センサが大型化し、被測定電流路と近隣電流路との距離が短い場合に、電流センサを設置できないという問題がある。
このような問題を解決するために、特許文献1の電流センサでは、被測定電流路の位置を中心とし、当該被測定電流路と近隣電流路とを結ぶ方向を短軸とする仮想楕円上に複数の磁電変換素子を配設している。また、特許文献2の電流センサでは、仮想長方形、又は仮想楕円及び仮想長方形の上に複数の磁電変換素子を配設している。
当該電流センサによれば、近隣電流路の外来磁場の影響を大きく受けずに安定した電流検出ができると共に、小型化が図れる。
当該電流センサによれば、近隣電流路の外来磁場の影響を大きく受けずに安定した電流検出ができると共に、小型化が図れる。
ところで、近年、電盤やインバーターの小型化によって、隣り合う電線の間隔が更に狭くなった。
このような背景から、電流センサには、被測定電流路と近隣電流路との距離がさらに短い場合においても設置可能であり、近隣電流路の外来磁場の影響を大きく受けずに安定した電流検出したいという要請がある。
このような背景から、電流センサには、被測定電流路と近隣電流路との距離がさらに短い場合においても設置可能であり、近隣電流路の外来磁場の影響を大きく受けずに安定した電流検出したいという要請がある。
本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、さらなる小型化が図れると共に、近隣電流路の外来磁場の影響を大きく受けずに安定した電流検出ができる電流センサを提供することにある。
上述した従来技術の問題点を解決し、上述した目的を達成するために、本発明の電流センサは、配線基板と、前記配線基板に設けられ、被測定電流路を流れる電流によって発生する磁気を検出する複数の磁電変換素子とを備え、前記配線基板には、仮想矩形の中心に前記被測定電流路を位置させるための切欠が形成され、前記複数の磁電変換素子は、前記仮想矩形の4つの頂点に位置する4つの第1の前記磁電変換素子と、前記仮想矩形の中心に対して点対称位置にある少なくとも4つの第2の前記磁電変換素子とを有し、前記第1の磁電変換素子の感度軸の向きは、前記切欠に沿った前記被測定電流路の着脱方向と直交しており、前記第2の磁電変換素子の感度軸の向きは、前記着脱方向と平行であり、前記仮想矩形の中心に対して点対称位置にある前記第1の磁電変換素子同士及び前記第2の磁電変換素子同士の感度軸の向きは平行であり、第2の前記磁電変換素子が、前記仮想矩形の内側に位置している。
この構成によれば、第1の磁電変換素子が頂点に位置する仮想矩形の内側に、第2の磁電変換素子を配置したことで、一直線上に第1の磁電変換素子及び第2の磁電変換素子を配置した場合に比べて、第2の磁電変換素子よりも近隣電流路からの離れた第1の磁電変換素子に生じる近隣電流路の磁界を強くできる。これにより、近隣電流路の磁界に応じた+成分の合計と-成分の合計との絶対値を一致させ、高い精度で相殺できる。
好適には、前記中心を通り前記着脱方向に平行な中心線に対して、一方側にある複数の前記第2の磁電変換素子と、他方側にある複数の前記第2の磁電変換素子とは、それぞれ前記中心線に平行な仮想直線上に配設されている。
この構成によれば、仮想直線上で第2の磁電変換素子の位置を調整すればよく、測定精度を高める設計が容易になる。
好適には、前記一方側にある複数の第2の磁電変換素子と、前記他方側にある複数の第2の磁電変換素子とは、前記中心線に対して線対称に配設されている。
この構成によれば、中心線に対して線対称に第2の磁電変換素子が配置されるので、対称性が保たれ、地磁気のような一様な外来磁場を高い精度で相殺できる。
好適には、前記仮想矩形の長辺は前記中心線に平行であり、その短辺は前記中心線に直交している。
この構成によれば、第1の磁電変換素子が頂点に配置される仮想矩形の短辺を中心軸に直交するようにしたことで、磁電変換素子を配設する中心軸に直交する方向における必要な距離を短くできる。すなわち、被測定電流路と近隣電流路との距離を狭くできる。
好適には、前記複数の第2の磁電変換素子は、前記仮想矩形の前記中心を中心とする仮想楕円上に配設されている。
この構成によれば、仮想矩形の中心を中心とする仮想楕円上に第2の磁電変換素子を位置調整をすればよく、測定精度を高める設計が容易になる。また、被測定電流路と近隣電流路との距離を狭くできる。
好適には、前記第1の磁電変換素子及び前記第2の磁電変換素子の感度軸が、前記仮想矩形の中心を囲む閉径路に沿って一方向を向くように、前記第1の磁電変換素子及び前記第2の磁電変換素子が配設されている。
この構成によれば、磁電変換素子の感度軸と被測定電流路の磁界との方向を合わせることができ、被測定電流路の磁界を効率的に検出でき、測定精度を高めることができる。
好適には、前記第1の磁電変換素子及び前記第2の磁電変換素子は、同一特性である。
本発明によれば、さらなる小型化が図れると共に、近隣電流路の外来磁場の影響を大きく受けずに安定した電流検出ができる電流センサを提供することができる。
図1は、本発明の実施形態に係る電流センサ101を示す分解斜視図である。図2は、本発明の実施形態に係る電流センサ101を示す斜視図である。図3は、本発明の実施形態に係る電流センサ101を説明するための図であって、図1に示すZ1側からZ2側に見た配線基板16の上面図である。
図1及び図2に示すように、本発明の実施形態に係る電流センサ101は、被測定電流路CBに電流が流れたときに発生する磁気を検出する複数の磁電変換素子15と、複数の磁電変換素子15が配置された配線基板16とを備えて構成されている。また、電流センサ101は、配線基板16を収納する収納部11sを有する筐体11と、磁電変換素子15からの電気信号を取り出すための取出し端子13tを有したコネクタ13と、被測定電流路CBを固定し保持するための保持部材14と、を備えている。
筐体11は、合成樹脂材料で形成されている。この筐体11は、上方が開口した箱状のケース31と、ケース31の開口部を塞ぐような板状のカバー41と、から構成され、ケース31内部に、配線基板16を収納する収納部11sが形成されている。
ケース31には、その一辺側からケース31の中心側に向かって切り欠かれた凹部(凹溝)32が形成され、この凹部32内に被測定電流路CBが導入されて保持されるように構成されている。凹部32の奥壁32aは、被測定電流路CBの外周面と相補形状に形成されている。
本実施形態では、凹部32の奥壁32aは、円筒形状の被測定電流路CBの外周面に対応するように円弧状に湾曲して形成されている。また、奥壁32aに連なるケース31の対向する内側壁32bには、クリップバネ14Kの自由端部側を係止する切欠32cが、それぞれ対峙する位置に形成されている。
切欠32cは、内側壁32bの上端部側から下方に向かって切り欠かれ、入り口側の端面が、外方に向かって傾斜するように形成されている。被測定電流路CBは、その外周面の奥側を凹部32の奥壁32aに当接させた状態で、手前側を切欠32cから凹部32内に突出するクリップバネ14Kによって挟持されることで、筐体11に対して保持される。この凹部32の奥壁32aとクリップバネ14Kとで挟持される位置が、筐体11に対する被測定電流路CBの中心PPとなる。本実施形態では、中心PPが、後述する仮想矩形Lの中心PPとなる。
カバー41は、一方の辺部に、ケース31の凹部32と対応するように同一形状の開口部42が形成され、この開口部42の形成された辺部と反対側の辺部に、コネクタ13の上端部を筐体11外部に露出させるための開口部43が形成されている。
保持部材14は、被測定電流路CBを固定し保持するための部材であり、被測定電流路CBの外縁を挟み込んで保持するクリップバネ14Kと、被測定電流路CBが中心PPに配設された後にクリップバネ14Kを押さえる押し部材14Hとを備えている。
押し部材14Hは、略直方体形状で形成されており、ケース31に形成された凹部32に強く嵌合されるサイズで作製されている。この押し部材14Hは、クリップバネ14Kを押さえた状態で、ケース31の凹部32内に保持される。
配線基板16は、多層のプリント配線板(PCB)を用いられ、配線板上に設けられた銅(Cu)等の金属箔をパターニングして、配線パターンが形成されている。配線基板16は、ケース31の収納部11sに収納可能な大きさで形成されており、その一辺部に、被測定電流路CBが挿通されて且つ配設される切欠19が形成されている。すなわち、配線基板16は、収納部11sの底面部と相似形状に形成されており、ケース31の凹部32と相補形状の切欠部17が形成されている。
図1及び図3に示すように、配線基板16の切欠19の近傍には、複数(10個)の磁電変換素子15が配置され、切欠19が形成される辺部と対向する辺部近傍にはコネクタ13が配設されている。なお、磁電変換素子15の詳細な配置位置については後述する。
コネクタ13は、相手側コネクタ(図示省略)と電気的に接続する複数の端子を備えており、これら複数の端子の中に、磁電変換素子15からの電気信号を取り出すため取出し端子13tを有している。また、コネクタ13は、相手側コネクタ(図示省略)と嵌合するための絶縁基体13Kを備えている。絶縁基体13Kは、上方が開口した箱状に形成され、その内部に、取出し端子13tを含む複数の端子が、各端子間を絶縁した状態で保持され収納されている。なお、本実施形態では、磁電変換素子15からの電気信号を取り出すためにコネクタ13を用いたが、コネクタ13に限らず、例えば、フレキシブルプリント配線板(FPC:Flexible Printed Circuits)等を用いても良い。
磁電変換素子15は、被測定電流路CBに電流が流れたときに発生する磁気を検出する電流センサ素子であって、例えば、巨大磁気抵抗効果を用いた磁気検出素子(GMR(Giant Magneto Resistive)素子という)を用いることが可能である。この磁電変換素子15は、説明を容易にするため詳細な図示は省略したが、GMR素子をシリコン基板上に作製した後、切り出されたチップを熱硬化性の合成樹脂でパッケージングし、信号の取り出しのためのリード端子がGMR素子と電気的に接続されて構成されている。そして、このリード端子により、配線基板16にはんだ付けがされている。
図3に示すように、電流センサ101では、被測定電流路CBの中心PPの周囲に、4個の第1の磁電変換素子15a,15b,15c,15dと、6個の第2の磁電変換素子17a,17b,17c,17d,17e,17fとが配設さている。
第1の磁電変換素子15a,15b,15c,15dと、6個の第2の磁電変換素子17a,17b,17c,17d,17e,17fは、同一の磁電変換特性を有している。これにより、電流センサ101の測定精度を高めるための設計が容易になる。
第1の磁電変換素子15a,15b,15c,15dと、6個の第2の磁電変換素子17a,17b,17c,17d,17e,17fは、同一の磁電変換特性を有している。これにより、電流センサ101の測定精度を高めるための設計が容易になる。
仮想矩形L1の中心PPは、前述したように、被測定電流路CBの横断面(X,Y断面)の中心となる。切欠19は、被測定電流路CBに対して電流センサ101を位置決めした際に、仮想矩形L1の中心PPに被測定電流路CBの中心を位置させることが可能な形状を有している。
図3に示すように、中心線L2に対して切欠19の左側(X2方向側)の配線基板16の表面には、第1の磁電変換素子15a,15bと第2の磁電変換素子17a,17b,17cが配設されている。また、Y1方向から見て切欠19の右側(X1方向側)の配線基板16の表面には、第1の磁電変換素子15c,15dと第2の磁電変換素子17d,17e,17fが配設されている。
図3に示すように、中心線L2に対して切欠19の左側(X2方向側)の配線基板16の表面には、第1の磁電変換素子15a,15bと第2の磁電変換素子17a,17b,17cが配設されている。また、Y1方向から見て切欠19の右側(X1方向側)の配線基板16の表面には、第1の磁電変換素子15c,15dと第2の磁電変換素子17d,17e,17fが配設されている。
図3に示すように、中心PPを中心とする仮想矩形L1を規定した場合に、第1の磁電変換素子15a~15dは、仮想矩形L1の4つの頂点に位置する。
具体的には、図3に示すように、中心PPを通り、被測定電流路CBの切欠32cに沿った着脱方向(Y1-Y2方向)に平行な中心線L2を規定した場合に、仮想矩形L1の長辺は中心線L2に平行であり、その短辺は中心線L2に直交している。
具体的には、図3に示すように、中心PPを通り、被測定電流路CBの切欠32cに沿った着脱方向(Y1-Y2方向)に平行な中心線L2を規定した場合に、仮想矩形L1の長辺は中心線L2に平行であり、その短辺は中心線L2に直交している。
また、第2の磁電変換素子17a~17fは、仮想矩形L1の内側に位置し、仮想矩形L1の中心である中心PPに点対称位置にある。
具体的には、図3に示すように中心線L2に対してX2側に第2の磁電変換素子17a~17cが位置し、X1側に第2の磁電変換素子17d~17fが位置している。
図3に示す例では、第2の磁電変換素子17a~17cはY1-Y2方向に平行な仮想直線L3上に位置し、第2の磁電変換素子17d~17fはY1-Y2方向に平行な仮想直線L4上に位置している。仮想直線L3とL4とは、中心線L2に対して線対称である。
具体的には、図3に示すように中心線L2に対してX2側に第2の磁電変換素子17a~17cが位置し、X1側に第2の磁電変換素子17d~17fが位置している。
図3に示す例では、第2の磁電変換素子17a~17cはY1-Y2方向に平行な仮想直線L3上に位置し、第2の磁電変換素子17d~17fはY1-Y2方向に平行な仮想直線L4上に位置している。仮想直線L3とL4とは、中心線L2に対して線対称である。
第1の磁電変換素子15a、第2の磁電変換素子17a,17b,17c及び第1の磁電変換素子15bは、第1の長方形L1の中心PPに対して、それぞれ第1の磁電変換素子15c、第2の磁電変換素子17d,17e,17f及び第1の磁電変換素子15dとそれぞれ点対称に配設されている。
このように第1の磁電変換素子15a~15d及び第2の磁電変換素子17a~17fを配設することで、磁電変換素子が円周上に等間隔で配設されている場合(比較例)と比較して、被測定電流路CBが挿通されて且つ配設される磁電変換素子の配置でありながら、磁電変換素子の配設スペースを小さくできる。
すなわち、比較例に係る磁電変換素子の場合には、被測定電流路CBの配設位置を中心として周方向に等間隔で磁電変換素子が均等配置されている。そのため、磁電変換素子間から被測定電流路CBを導入して配設位置に配設する場合、磁電変換素子同士の素子間隔として、少なくとも被測定電流路CBが通過可能な間隔を確保する必要があるので、全ての磁電変換素子の配設領域が大きくなり、これに伴い配線基板が大型化してしまうことになる。
一方、本実施形態に係る磁電変換素子15の配置の場合には、3個の第2の磁電変換素子17a,17b,17cが第2の長方形L3の長辺L31上に配設され、3個の第2の磁電変換素子17f,17e,17dが第2の長方形L3の長辺L32上に配設されている。
そのため、第2の磁電変換素子17a,17b,17cと第2の磁電変換素子17f,17e,17dとの配置に必要なX1-X2方向(X方向)の距離を短くできる。すなわち、被測定電流路CBと隣接する近隣電流路CN1,CN2との距離を狭くできる。
その結果、特に切欠19の形成方向と直交する方向(X1-X2方向)における磁電変換素子の配設領域を小さくすることができ、配線基板16の小型化、つまり電流センサ101の小型化が可能である。特に配電盤のように複数の電流路を、できるだけ狭い間隔で設けたい用途では、切欠19の左右の腕部18の幅を狭くできることが重要となる。
そのため、第2の磁電変換素子17a,17b,17cと第2の磁電変換素子17f,17e,17dとの配置に必要なX1-X2方向(X方向)の距離を短くできる。すなわち、被測定電流路CBと隣接する近隣電流路CN1,CN2との距離を狭くできる。
その結果、特に切欠19の形成方向と直交する方向(X1-X2方向)における磁電変換素子の配設領域を小さくすることができ、配線基板16の小型化、つまり電流センサ101の小型化が可能である。特に配電盤のように複数の電流路を、できるだけ狭い間隔で設けたい用途では、切欠19の左右の腕部18の幅を狭くできることが重要となる。
第1の磁電変換素子15a~15dの感度軸(磁気を感知する方向)の向きSJは、仮想矩形L1の短辺に平行、すなわち、切欠32cへの被測定電流路CBの着脱方向Y1-Y2と直交している。これにより、電流センサ101の測定精度を高める設計が容易になる。
具体的には、第1の磁電変換素子15a,15cの感度軸の向きSJはX1方向であり、第1の磁電変換素子15d,15aの感度軸の向きSJはX2方向である。
また、第2の磁電変換素子17a,17b,17cの感度軸の向きSJはY1方向であり、第2の磁電変換素子17d,17e,17fの感度軸の向きSJはY2方向である。
第1の磁電変換素子15a~15d及び第2の磁電変換素子17a~17fは、それらの感度軸の向きSJが、被測定電流路CBの中心である仮想矩形L1の中心PPを囲む閉径路に沿って一方向(本実施形態では時計回り方向)を向くように配設されている。
具体的には、第1の磁電変換素子15a,15cの感度軸の向きSJはX1方向であり、第1の磁電変換素子15d,15aの感度軸の向きSJはX2方向である。
また、第2の磁電変換素子17a,17b,17cの感度軸の向きSJはY1方向であり、第2の磁電変換素子17d,17e,17fの感度軸の向きSJはY2方向である。
第1の磁電変換素子15a~15d及び第2の磁電変換素子17a~17fは、それらの感度軸の向きSJが、被測定電流路CBの中心である仮想矩形L1の中心PPを囲む閉径路に沿って一方向(本実施形態では時計回り方向)を向くように配設されている。
これにより、第2の磁電変換素子17a,17b,17は、中心PPを中心に点対称位置にある第2の磁電変換素子17d,17e,17fと感度軸の向きSJが逆になる。
後段の演算回路では、第1の磁電変換素子15a~15dの出力と第2の磁電変換素子17a~17fの出力とを加算することで、被測定電流路CBの磁界に応じた成分を累積して有効化し、近隣電流路CNの磁界に応じた成分をキャンセルする。
後段の演算回路では、第1の磁電変換素子15a~15dの出力と第2の磁電変換素子17a~17fの出力とを加算することで、被測定電流路CBの磁界に応じた成分を累積して有効化し、近隣電流路CNの磁界に応じた成分をキャンセルする。
図4は、図3に示す電流センサ101の近隣電流路を説明するための図である。
図5は、図3に示す電流センサ101において、図4に示す近隣電流路CN1からの磁界の影響を説明するための図である。
図5に示すように、第2の磁電変換素子17d,17e,17fの位置は、X1側の近隣電流路CN1に近く、近隣電流路CN1からの磁界B1からの磁界が強い。しかも、第2の磁電変換素子17d,17e,17fの感度軸の向きと、近隣電流路CN1からの磁界B1の向きが平行に近い。但し、第2の磁電変換素子17d,17e,17fの感度軸の向きと、近隣電流路CN1からの磁界B1の向きは、ほぼ逆方向である。つまり、近隣電流路CN1からの磁界B1の感度軸方向成分は、感度軸方向と逆である。以上より、第2の磁電変換素子17d,17e,17fでは、近隣電流路CN1からの磁界B1が、負の符号の大きな絶対値で計測される。
図5は、図3に示す電流センサ101において、図4に示す近隣電流路CN1からの磁界の影響を説明するための図である。
図5に示すように、第2の磁電変換素子17d,17e,17fの位置は、X1側の近隣電流路CN1に近く、近隣電流路CN1からの磁界B1からの磁界が強い。しかも、第2の磁電変換素子17d,17e,17fの感度軸の向きと、近隣電流路CN1からの磁界B1の向きが平行に近い。但し、第2の磁電変換素子17d,17e,17fの感度軸の向きと、近隣電流路CN1からの磁界B1の向きは、ほぼ逆方向である。つまり、近隣電流路CN1からの磁界B1の感度軸方向成分は、感度軸方向と逆である。以上より、第2の磁電変換素子17d,17e,17fでは、近隣電流路CN1からの磁界B1が、負の符号の大きな絶対値で計測される。
X2側の第2の磁電変換素子17a,17b,17cの位置は、X1側の近隣電流路CN1から遠く、近隣電流路CN1からの磁界B1からの磁界が弱い。第2の磁電変換素子17a,17b,17cの感度軸の向きと、近隣電流路CN1からの磁界B1の向きが平行に近い。第2の磁電変換素子17a,17b,17cの感度軸の向きと、近隣電流路CN1からの磁界B1の向きは、ほぼ同一方向である。以上より、第2の磁電変換素子17a,17b,17cでは、近隣電流路CN1からの磁界B1が、正の符号の小さな絶対値で計測される。
X2側の第1の磁電変換素子15a,15bの位置は、X1側の近隣電流路CN1から遠く、近隣電流路CN1からの磁界B1からの磁界が弱い。第1の磁電変換素子15a,15bの感度軸の向きと、近隣電流路CN1からの磁界B1の向きは直交に近い。但し、近隣電流路CN1からの磁界B1の感度軸方向成分は、感度軸方向と同じである。以上より、第1の磁電変換素子15a,15bでは、近隣電流路CN1からの磁界B1が、正の符号の非常に小さな絶対値で計測される。
X1側の第1の磁電変換素子15c,15dの位置は、X1側の近隣電流路CN1からやや近く、近隣電流路CN1からの磁界B1からの磁界がやや強い。第1の磁電変換素子15a,15bの感度軸の向きと、近隣電流路CN1からの磁界B1の向きは、平行ではなく、直交もしていない。但し、近隣電流路CN1からの磁界B1の感度軸方向成分は、感度軸方向と同じである。以上より、第1の磁電変換素子15c,15dでは、近隣電流路CN1からの磁界B1が、正の符号のやや大きな絶対値で計測される。しかも、本発明では、「X1側の第1の磁電変換素子15c,15d」を、近隣電流路CN1側(X1側)に近づけて配置することで、計測される値を大きくしている。
以上説明したとおり、合計3つの第2の磁電変換素子17d,17e,17fによって、近隣電流路CN1からの磁界B1が、負の符号で計測される。一方、合計7つの第1の磁電変換素子15a,15b,15c,15d,第2の磁電変換素子17a,17b,17cによって、近隣電流路CN1からの磁界B1が、正の符号で計測される。
上述したとおり、第2の磁電変換素子17d,17e,17fによって、近隣電流路CN1からの磁界B1が大きく計測される。第2の磁電変換素子17a,17b,17cによって、近隣電流路CN1からの磁界B1が、小さく計測される。第1の磁電変換素子15a,15bによって、近隣電流路CN1からの磁界B1が、非常に小さく計測される。第1の磁電変換素子15c,15dによって、近隣電流路CN1からの磁界B1が、やや大きく計測される。
上述したとおり、第2の磁電変換素子17d,17e,17fによって、近隣電流路CN1からの磁界B1が大きく計測される。第2の磁電変換素子17a,17b,17cによって、近隣電流路CN1からの磁界B1が、小さく計測される。第1の磁電変換素子15a,15bによって、近隣電流路CN1からの磁界B1が、非常に小さく計測される。第1の磁電変換素子15c,15dによって、近隣電流路CN1からの磁界B1が、やや大きく計測される。
従って、「合計3つの第2の磁電変換素子17d,17e,17fによって計測される近隣電流路CN1からの磁界B1の合計(符号は負になる)」と、「合計7つの第1の磁電変換素子15a,15b,15c,15d,第2の磁電変換素子17a,17b,17cによって計測される近隣電流路CN1からの磁界B1の合計(符号は正になる)」とが概ね一致する。本実施形態では、第1の磁電変換素子15c,15dの位置を近隣電流路CN1に近づけることによって、全ての磁電変換素子(第1の磁電変換素子15a,15b,15c,15d,第2の磁電変換素子17a,17b,17c,17d,17e,17f)で計測される近隣電流路CN1からの磁界B1の合計を、精度良く0に近づけることができる。
なお、第1の磁電変換素子15aと15bは、第1の磁電変換素子15c,15dと、中心線L2に対して、線対称な位置である。このため、第1の磁電変換素子15c,15dを近隣電流路CN1に近づけると、第1の磁電変換素子15a,15bは、近隣電流路CN1から遠ざかる。このため、第1の磁電変換素子15cと15dによって計測される近隣電流路CN1からの磁界B1を大きくすると、第1の磁電変換素子15aと15bによって計測される近隣電流路CN1からの磁界B1は小さくなる。つまり、変化の大小方向だけで考えると、第1の磁電変換素子15a~15dの中心線L2からの距離を変えたことによる「第1の磁電変換素子15cと15dによって計測される近隣電流路CN1からの磁界B1の大きさの変化」と、「第1の磁電変換素子15aと15bによって計測される近隣電流路CN1からの磁界B1の大きさの変化」とは、相殺する。
しかし、上述したとおり、「第1の磁電変換素子15aと15bによって計測される近隣電流路CN1からの磁界B1の大きさ」は、非常に小さい。このため、「第1の磁電変換素子15cと15dによって計測される近隣電流路CN1からの磁界B1の大きさの変化』と、『第1の磁電変換素子15aと15bによって計測される近隣電流路CN1からの磁界B1の大きさの変化』とは、完全には相殺されない。よって、第1の磁電変換素子15a~15dの中心線からの距離を変えることで、全ての磁電変換素子(第1の磁電変換素子15a,15b,15c,15d,第2の磁電変換素子17a,17b,17c,17d,17e,17f)で計測される近隣電流路CN1からの磁界B1の合計を、ほぼ0にできる。
以上説明したように、電流センサ101によれば、近隣電流路CN1からの磁界の影響を精度良くキャンセルして、被測定電流路CBの電流を正確に検出できる。これにより、電流センサ101の検出精度を落とすことなく、さらなる小型化が図れる。
図4のように電流センサ101が、2つの近隣電流路CN1、近隣電流路CN2に挟まれた場合、重ね合わせの理が成立する。このため、電流路CN1、CN、CN2が等間隔で配置されていれば、2つの近隣電流路CN1、近隣電流路CN2の磁界の影響を共に精度良く相殺できる。
また、電流センサ101によれば、図3に示すように第1の磁電変換素子15a~15d及び第2の磁電変換素子17a~17fを配置したことで、磁電変換素子の配置エリアのX方向の幅を最小限にでき、被測定電流路CBと近隣電流路CN1,CN2との距離を狭くできる。これにより、配線基板16の小型化、つまり電流センサ101の小型化が可能である。特に、切欠19の左右の腕部18の幅が狭くできる。
また、電流センサ101によれば、図3に示すように第1の磁電変換素子15a~15d及び第2の磁電変換素子17a~17fの感度軸の方向SJを規定したことで、磁電変換素子が円周上に等間隔で配設されている場合(比較例)と比較して、各磁電変換素子を配線基板16に実装する際に、容易に実装することができると共に、配線基板16と第1の磁電変換素子15a~15d及び第2の磁電変換素子17a~17fとの位置関係を容易に設計することができる。従って、被測定電流路CBの取付け角度や取付け位置等の精度を高めることができるので、測定精度を向上させることができる。
電流センサ101では、切欠19の両側の2列の仮想直線L3,L4上に第2の磁電変換素子17a~17fを配置すると共にでき仮想の長方形Lの4つの頂点に第1の磁電変換素子15a~15dを位置調整をすればよく、測定精度を高める設計が容易になる。
本発明は上述した実施形態には限定されない。
すなわち、当業者は、本発明の技術的範囲またはその均等の範囲内において、上述した実施形態の構成要素に関し、様々な変更、コンビネーション、サブコンビネーション、並びに代替を行ってもよい。
すなわち、当業者は、本発明の技術的範囲またはその均等の範囲内において、上述した実施形態の構成要素に関し、様々な変更、コンビネーション、サブコンビネーション、並びに代替を行ってもよい。
図6は、本発明の実施形態に係る電流センサの磁電変換素子の配置の第1変形例を説明するための図であって、図1に示すZ1側から見た配線基板の上面図である。
なお、図6に示すように、第1の磁電変換素子15dの感度軸の向きSJを第1の磁電変換素子15aとは逆のX1方向とし、第1の磁電変換素子15cの感度軸の向きSJを第1の磁電変換素子15bとは逆のX2方向とし、第2の磁電変換素子17d,17e,17fの感度軸の向きSJを第2の磁電変換素子17a,17b,17cと同じY1方向としてもよい。
なお、図6に示すように、第1の磁電変換素子15dの感度軸の向きSJを第1の磁電変換素子15aとは逆のX1方向とし、第1の磁電変換素子15cの感度軸の向きSJを第1の磁電変換素子15bとは逆のX2方向とし、第2の磁電変換素子17d,17e,17fの感度軸の向きSJを第2の磁電変換素子17a,17b,17cと同じY1方向としてもよい。
この場合は、後段の演算回路では、第1の磁電変換素子15a,15b及び第2の磁電変換素子17a,17b,17cの出力から、第1の磁電変換素子15c,15d及び第2の磁電変換素子17d,17e,17fの出力を減算することで、被測定電流路CBの磁界に応じた成分を累積して有効化し、近隣電流路CNの磁界に応じた成分をキャンセルする。
図7は、本発明の実施形態に係る電流センサの磁電変換素子の配置の第2変形例を説明するための図であって、図1に示すZ1側から見た配線基板の上面図である。
図7に示すように、中心PPを中心とする仮想矩形L1を規定した場合に、第1の磁電変換素子15a~15dは、仮想矩形L1の4つの頂点に位置する。
また、第2の磁電変換素子17a~17fは、仮想矩形L1の内側に位置し、仮想矩形L1の中心である中心PPに点対称位置にある。
図7に示すように、中心PPを中心とする仮想矩形L1を規定した場合に、第1の磁電変換素子15a~15dは、仮想矩形L1の4つの頂点に位置する。
また、第2の磁電変換素子17a~17fは、仮想矩形L1の内側に位置し、仮想矩形L1の中心である中心PPに点対称位置にある。
具体的には、第2の磁電変換素子17a~17fは、図6に示すように仮想楕円L5上に位置し、中心線L2に対してX2側に第2の磁電変換素子17a~17cが位置し、X1側に第2の磁電変換素子17d~17fが位置している。
第2の磁電変換素子17a~17cと第2の磁電変換素子17d~17fとはそれぞれ中心線L2に対して線対称に位置している。
図7の構成によっても、近隣電流路CNの磁界に応じた成分を精度良くキャンセルできる。
第2の磁電変換素子17a~17cと第2の磁電変換素子17d~17fとはそれぞれ中心線L2に対して線対称に位置している。
図7の構成によっても、近隣電流路CNの磁界に応じた成分を精度良くキャンセルできる。
なお、図7では、第2の磁電変換素子17b、17eが部分的に仮想矩形L1からはみ出ている。しかし、本発明における、磁電変換素子の位置は、磁電変換素子の中心の位置を意味する。このため、第2の磁電変換素子17a~17fのパッケージの一部が、第1の磁電変換素子15a~15dの中心を結ぶ仮想矩形L1からはみ出ていても、本発明に含まれる。
また、上述した実施形態では、第1の磁電変換素子15a~15d及び第2の磁電変換素子17a~17fの全てを配線基板16の一方の面に配設した場合を例示したが、一部あるいは全部の磁電変換素子を他方の面に配設してもよい。
また、上述した実施形態において、磁電変換素子の数は、第1の磁電変換素子が4つ、第2の磁電変換素子が4つ以上であれば、特に限定されない。
また、磁電変換素子間の距離についても特に限定されない。
また、上述した実施形態では、磁電変換素子としてGMR素子を好適に用いたが、磁気の方向を検知できる磁気検出素子であれば良く、MR(Magneto Resistive)素子、AMR(Anisotropic Magneto Resistive)素子、TMR(Tunnel Magneto Resistive)素子、ホール素子等であっても良い。但し、ホール素子等の場合は、GMR素子やMR素子の感度軸と異なるので、使用するホール素子の感度軸に合わせて、実装に工夫が必要である。
101…電流センサ
11…筐体
13…コネクタ
15a~15d…第1の磁電変換素子
16…配線基板
17a~17f…第2の磁電変換素子
31…ケース
BB…中心
CB…被測定電流路
CN1,CN2…近隣電流路
L1…仮想矩形
L2…中心線
L3、L4…仮想直線
L5…仮想楕円
11…筐体
13…コネクタ
15a~15d…第1の磁電変換素子
16…配線基板
17a~17f…第2の磁電変換素子
31…ケース
BB…中心
CB…被測定電流路
CN1,CN2…近隣電流路
L1…仮想矩形
L2…中心線
L3、L4…仮想直線
L5…仮想楕円
Claims (8)
- 配線基板と、
前記配線基板に設けられ、被測定電流路を流れる電流によって発生する磁気を検出する複数の磁電変換素子と
を備え、
前記配線基板には、仮想矩形の中心に前記被測定電流路を位置させるための切欠が形成され、
前記複数の磁電変換素子は、
前記仮想矩形の4つの頂点に位置する4つの第1の前記磁電変換素子と、
前記仮想矩形の中心に対して点対称位置にある少なくとも4つの第2の前記磁電変換素子と
を有し、
前記第1の磁電変換素子の感度軸の向きは、前記切欠に沿った前記被測定電流路の着脱方向と直交しており、
前記第2の磁電変換素子の感度軸の向きは、前記着脱方向と平行であり、
前記仮想矩形の中心に対して点対称位置にある前記第1の磁電変換素子同士及び前記第2の磁電変換素子同士の感度軸の向きは平行であり、
第2の前記磁電変換素子が、前記仮想矩形の内側に位置していることを特徴とする
電流センサ。 - 前記一方側にある複数の第2の磁電変換素子と、前記他方側にある複数の第2の磁電変換素子とは、前記中心線に対して線対称に配設されている
請求項1に記載の電流センサ。 - 前記中心を通り前記着脱方向に平行な中心線に対して、一方側にある複数の前記第2の磁電変換素子と、他方側にある複数の前記第2の磁電変換素子とは、それぞれ前記中心線に平行な仮想直線上に配設されている
請求項2に記載の電流センサ。 - 前記仮想矩形の長辺は前記中心線に平行であり、その短辺は前記中心線に直交している
請求項2に記載の電流センサ。 - 前記被測定電流路及び、複数の近隣電流路とが、等間隔で一直線上に配置されていることを特徴とする請求項1~4の何れかに記載の電流センサ。
- 前記複数の第2の磁電変換素子は、前記仮想矩形の前記中心を中心とする仮想楕円上に配設されている
請求項2に記載の電流センサ。 - 前記第1の磁電変換素子及び前記第2の磁電変換素子の感度軸が、前記仮想矩形の中心を囲む閉径路に沿って一方向を向くように、前記第1の磁電変換素子及び前記第2の磁電変換素子が配設されている
請求項1~6のいずれかに記載の電流センサ。 - 前記第1の磁電変換素子及び前記第2の磁電変換素子は、同一特性である
請求項1~7のいずれかに記載の電流センサ。
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