WO2018116852A1 - 電流センサ - Google Patents

電流センサ Download PDF

Info

Publication number
WO2018116852A1
WO2018116852A1 PCT/JP2017/044056 JP2017044056W WO2018116852A1 WO 2018116852 A1 WO2018116852 A1 WO 2018116852A1 JP 2017044056 W JP2017044056 W JP 2017044056W WO 2018116852 A1 WO2018116852 A1 WO 2018116852A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
magnetoelectric
magnetoelectric conversion
current path
center
current sensor
Prior art date
Application number
PCT/JP2017/044056
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
洋文 福井
蛇口　広行
康夫 小寺
Original Assignee
アルプス電気株式会社
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by アルプス電気株式会社 filed Critical アルプス電気株式会社
Priority to JP2018557667A priority Critical patent/JP6827058B2/ja
Publication of WO2018116852A1 publication Critical patent/WO2018116852A1/ja

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R15/00—Details of measuring arrangements of the types provided for in groups G01R17/00 - G01R29/00, G01R33/00 - G01R33/26 or G01R35/00
    • G01R15/14—Adaptations providing voltage or current isolation, e.g. for high-voltage or high-current networks
    • G01R15/20—Adaptations providing voltage or current isolation, e.g. for high-voltage or high-current networks using galvano-magnetic devices, e.g. Hall-effect devices, i.e. measuring a magnetic field via the interaction between a current and a magnetic field, e.g. magneto resistive or Hall effect devices

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.

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Measuring Instrument Details And Bridges, And Automatic Balancing Devices (AREA)

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

電流センサ
　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。
　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。
国際公開ＷＯ２０１３／１２８９９３号 国際公開ＷＯ２０１５／１２２０６４号
　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。
　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。
本発明の実施形態に係る電流センサを示す分解斜視図である。 本発明の実施形態に係る電流センサを示す斜視図である。 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３に示す電流センサの近隣電流路を説明するための図である。 図３に示す電流センサにおいて、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。 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。 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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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
 

Claims (8)

  1. 　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。
  2. 　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。
  3. 　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。
  4. 　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。
  5. 　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。
  6. 　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。
  7. 　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。
  8. 　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。
PCT/JP2017/044056 2016-12-22 2017-12-07 電流センサ WO2018116852A1 (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2018557667A JP6827058B2 (ja) 2016-12-22 2017-12-07 電流センサ

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2016249418 2016-12-22
JP2016-249418 2016-12-22

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2018116852A1 true WO2018116852A1 (ja) 2018-06-28

Family

ID=62627615

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/JP2017/044056 WO2018116852A1 (ja) 2016-12-22 2017-12-07 電流センサ

Country Status (2)

Country Link
JP (1) JP6827058B2 (ja)
WO (1) WO2018116852A1 (ja)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2021047731A1 (de) 2019-09-11 2021-03-18 Schaeffler Technologies AG & Co. KG Stromsensor
WO2021139850A1 (de) 2020-01-09 2021-07-15 Schaeffler Technologies AG & Co. KG Stromsensor
DE102019132593B4 (de) 2019-12-02 2021-07-22 Schaeffler Technologies AG & Co. KG Stromsensor
WO2021166134A1 (ja) * 2020-02-19 2021-08-26 三菱電機株式会社 電流センサおよび回路遮断器の端子カバー

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2016142568A (ja) * 2015-01-30 2016-08-08 アルプス・グリーンデバイス株式会社 電流センサ及び電流計測システム

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2013088349A (ja) * 2011-10-20 2013-05-13 Alps Green Devices Co Ltd 電流センサ
EP2821798B1 (en) * 2012-02-28 2016-12-07 Alps Green Devices Co., Ltd. Current sensor
WO2015029736A1 (ja) * 2013-08-29 2015-03-05 アルプス・グリーンデバイス株式会社 電流センサ
EP3106884B1 (en) * 2014-02-13 2018-09-19 Alps Electric Co., Ltd. Current sensor

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2016142568A (ja) * 2015-01-30 2016-08-08 アルプス・グリーンデバイス株式会社 電流センサ及び電流計測システム

Cited By (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2021047731A1 (de) 2019-09-11 2021-03-18 Schaeffler Technologies AG & Co. KG Stromsensor
DE102019132593B4 (de) 2019-12-02 2021-07-22 Schaeffler Technologies AG & Co. KG Stromsensor
WO2021139850A1 (de) 2020-01-09 2021-07-15 Schaeffler Technologies AG & Co. KG Stromsensor
DE102020100297A1 (de) 2020-01-09 2021-07-15 Schaeffler Technologies AG & Co. KG Stromsensor
DE102020100297B4 (de) 2020-01-09 2023-01-19 Schaeffler Technologies AG & Co. KG Stromsensor und elektrisches System mit dem Stromsensor
WO2021166134A1 (ja) * 2020-02-19 2021-08-26 三菱電機株式会社 電流センサおよび回路遮断器の端子カバー
JPWO2021166635A1 (ja) * 2020-02-19 2021-08-26
WO2021166635A1 (ja) * 2020-02-19 2021-08-26 三菱電機株式会社 電流センサおよび回路遮断器の端子カバー
JP7224525B2 (ja) 2020-02-19 2023-02-17 三菱電機株式会社 電流センサおよび回路遮断器の端子カバー

Also Published As

Publication number Publication date
JPWO2018116852A1 (ja) 2019-06-24
JP6827058B2 (ja) 2021-02-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5531218B2 (ja) 電流センサ
CN107533089B (zh) 电流传感器
US10605835B2 (en) Current sensor
WO2018116852A1 (ja) 電流センサ
JP6035480B2 (ja) 電流センサ
US9714959B2 (en) Current sensor and electronic device incorporating the same
US10274523B2 (en) Current sensor including a first current sensor and a second current sensor unit
JP6384677B2 (ja) 電流センサ
WO2014050068A1 (ja) 電流センサ
US10267825B2 (en) Current sensor including a housing surrounded by bent portions of primary conductors
JP6232080B2 (ja) 電流センサ
JP6720295B2 (ja) 電流センサ
WO2017010210A1 (ja) 電流センサ
JP2014055791A (ja) 電流センサ
JP5704352B2 (ja) 電流センサ
JP2016003866A (ja) Ｚ軸用ｇｍｉ素子および超薄型３次元ｇｍｉセンサ
JP2014134491A (ja) 電流センサ
WO2016080135A1 (ja) 電流センサ
JP2012215488A (ja) 電流センサ
JP2014098634A (ja) 電流センサ
JP2615962B2 (ja) 電流検知ユニット
JPWO2014188669A1 (ja) 電流センサ
JP2017026573A (ja) 電流センサ

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 17883266

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2018557667

Country of ref document: JP

Kind code of ref document: A

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 17883266

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1