JP2002243766A - 電流センサ - Google Patents
電流センサInfo
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- JP2002243766A JP2002243766A JP2001040262A JP2001040262A JP2002243766A JP 2002243766 A JP2002243766 A JP 2002243766A JP 2001040262 A JP2001040262 A JP 2001040262A JP 2001040262 A JP2001040262 A JP 2001040262A JP 2002243766 A JP2002243766 A JP 2002243766A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 電流検知範囲の広い、耐ノイズ性に優れた電
流センサを提供する。 【解決手段】 配線２を流れる電流によって生じる磁束
Ｈを、磁気インピーダンス効果を有する磁気センサで検
出するに際し、検知電流に対する出力の絶対値が等し
く、かつ出力の極性が逆となるように２つの磁気センサ
１ａ，１ｂを基板３上に配置し、両者の差を検出回路５
により検出して外来ノイズをキャンセルすることで、掲
記課題の解決を図る。
流センサを提供する。 【解決手段】 配線２を流れる電流によって生じる磁束
Ｈを、磁気インピーダンス効果を有する磁気センサで検
出するに際し、検知電流に対する出力の絶対値が等し
く、かつ出力の極性が逆となるように２つの磁気センサ
１ａ，１ｂを基板３上に配置し、両者の差を検出回路５
により検出して外来ノイズをキャンセルすることで、掲
記課題の解決を図る。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、磁気インピーダ
ンス効果を利用した磁気検出素子からなる電流センサ、
特に受配電機器用の電流センサに関する。
ンス効果を利用した磁気検出素子からなる電流センサ、
特に受配電機器用の電流センサに関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、受配電機器用の電流センサとして
は、例えば図８の斜視図で示されるようなカレントトラ
ンス（ＣＴとも略記する）が広く用いられている。な
お、図８の符号１５ａは１次巻線、１５ｂは２次巻線、
１５ｃは鉄心、１５ｄはボビンを示す。
は、例えば図８の斜視図で示されるようなカレントトラ
ンス（ＣＴとも略記する）が広く用いられている。な
お、図８の符号１５ａは１次巻線、１５ｂは２次巻線、
１５ｃは鉄心、１５ｄはボビンを示す。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかし、図８に示すよ
うなＣＴは、渦電流損を低減するために積層鉄心１５ｃ
が必要であり、また、磁気飽和が発生するため電流検知
範囲を広く取れないという問題がある。この場合、高感
度な磁気検出センサである巨大磁気抵抗素子、または磁
気インピーダンス素子を電流センサとして用いれば、電
流検知範囲を拡大することが可能である。ただし、受配
電機器用として用いる場合は、外部ノイズや他相の不平
衡電流の影響が大きく、また高感度な磁気センサを用い
ると逆にノイズの影響を大きく受けるので、受配電機器
用への適用が難しいという問題が生じる。したがって、
この発明の課題は、低コストでノイズの影響を受け難
く、しかも測定レンジの広い電流センサを提供すること
にある。
うなＣＴは、渦電流損を低減するために積層鉄心１５ｃ
が必要であり、また、磁気飽和が発生するため電流検知
範囲を広く取れないという問題がある。この場合、高感
度な磁気検出センサである巨大磁気抵抗素子、または磁
気インピーダンス素子を電流センサとして用いれば、電
流検知範囲を拡大することが可能である。ただし、受配
電機器用として用いる場合は、外部ノイズや他相の不平
衡電流の影響が大きく、また高感度な磁気センサを用い
ると逆にノイズの影響を大きく受けるので、受配電機器
用への適用が難しいという問題が生じる。したがって、
この発明の課題は、低コストでノイズの影響を受け難
く、しかも測定レンジの広い電流センサを提供すること
にある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】かかる課題を解決するた
め、請求項１の発明では、電流により生じる磁束を、磁
気インピーダンス効果を有する磁気センサで検出する電
流センサにおいて、前記電流により生じる磁束に対し、
前記磁気センサ出力の絶対値が等しく、かつ前記磁気セ
ンサ出力の極性が逆となるような位置に２つの磁気セン
サを配置し、この２つの磁気センサの出力の差を検出す
ることを特徴とする。
め、請求項１の発明では、電流により生じる磁束を、磁
気インピーダンス効果を有する磁気センサで検出する電
流センサにおいて、前記電流により生じる磁束に対し、
前記磁気センサ出力の絶対値が等しく、かつ前記磁気セ
ンサ出力の極性が逆となるような位置に２つの磁気セン
サを配置し、この２つの磁気センサの出力の差を検出す
ることを特徴とする。
【０００５】請求項２の発明では、電流により生じる磁
束を、磁気インピーダンス効果を有する磁気センサで検
出する電流センサにおいて、前記電流により生じる磁束
に対し、前記磁気センサ出力の絶対値が等しく、かつ前
記磁気センサ出力の極性が同じになるような位置に２つ
の磁気センサを配置し、この２つの磁気センサの出力の
和を検出することを特徴とする。
束を、磁気インピーダンス効果を有する磁気センサで検
出する電流センサにおいて、前記電流により生じる磁束
に対し、前記磁気センサ出力の絶対値が等しく、かつ前
記磁気センサ出力の極性が同じになるような位置に２つ
の磁気センサを配置し、この２つの磁気センサの出力の
和を検出することを特徴とする。
【０００６】上記請求項１または２の発明においては、
前記電流を導く配線と、前記２つの磁気センサについ
て、外部磁界を遮断するためのシールドを設けることが
できる（請求項３の発明）。上記請求項１ないし３の発
明においては、前記２つの磁気センサを同一基板上に配
置することができる（請求項４の発明）。
前記電流を導く配線と、前記２つの磁気センサについ
て、外部磁界を遮断するためのシールドを設けることが
できる（請求項３の発明）。上記請求項１ないし３の発
明においては、前記２つの磁気センサを同一基板上に配
置することができる（請求項４の発明）。
【０００７】
【発明の実施の形態】図１はこの発明の第１の実施の形
態を示す構成図で、１ａ，１ｂは磁気検出素子としての
磁気インピーダンス素子（ＭＩ素子ともいう）、２は電
流を導くための配線、３は配線２およびＭＩ素子１ａ，
１ｂを固定する基板、５は検出回路を示す。ＭＩ素子１
ａ，１ｂは例えば特開平６−２８１７１２号公報に開示
されているアモルファスワイヤによるものや、特開平８
−３３０６４５号公報に開示されている薄膜状のものの
いずれをも用いることができる。
態を示す構成図で、１ａ，１ｂは磁気検出素子としての
磁気インピーダンス素子（ＭＩ素子ともいう）、２は電
流を導くための配線、３は配線２およびＭＩ素子１ａ，
１ｂを固定する基板、５は検出回路を示す。ＭＩ素子１
ａ，１ｂは例えば特開平６−２８１７１２号公報に開示
されているアモルファスワイヤによるものや、特開平８
−３３０６４５号公報に開示されている薄膜状のものの
いずれをも用いることができる。
【０００８】図２に、その原理を示す。図２で電流Ｉ１
により磁束φ１が生じる場合、この磁束φ１によりＭＩ
素子１ａに現れる出力をＳ１とすると、ＭＩ素子１ｂに
現れる出力はＳ１に対して大きさが等しく、符号が逆の
−Ｓ１という出力が現れるので、１ａ，１ｂの差を取る
ことにより、２Ｓ１という電流に比例する出力が得られ
る。すなわち、素子１ａ，１ｂに一様な磁界がノイズと
して加わった場合は、２つの素子１ａ，１ｂには大きさ
および符号の等しい出力が現れるので、これをＮ１とし
て２つのＭＩ素子の出力の差をとった後の差動出力は、 差動出力＝１ａの出力−１ｂの出力＝Ｓ１＋Ｎ１−（−Ｓ１＋Ｎ１）＝２Ｓ１ …（１） となるので、一様な外部磁界の影響を受けずに電流の検
知が可能となる。
により磁束φ１が生じる場合、この磁束φ１によりＭＩ
素子１ａに現れる出力をＳ１とすると、ＭＩ素子１ｂに
現れる出力はＳ１に対して大きさが等しく、符号が逆の
−Ｓ１という出力が現れるので、１ａ，１ｂの差を取る
ことにより、２Ｓ１という電流に比例する出力が得られ
る。すなわち、素子１ａ，１ｂに一様な磁界がノイズと
して加わった場合は、２つの素子１ａ，１ｂには大きさ
および符号の等しい出力が現れるので、これをＮ１とし
て２つのＭＩ素子の出力の差をとった後の差動出力は、 差動出力＝１ａの出力−１ｂの出力＝Ｓ１＋Ｎ１−（−Ｓ１＋Ｎ１）＝２Ｓ１ …（１） となるので、一様な外部磁界の影響を受けずに電流の検
知が可能となる。
【０００９】図３に、電流Ｉ１と隣接する位置に、別の
電流Ｉ２が流れている場合の例を示す。同図において、
電流Ｉ１，Ｉ２により生じる磁束をそれぞれφ１，φ２
とし、これらφ１，φ２により２つのＭＩ素子１ａ，１
ｂに現れる出力の大きさをそれぞれＳ１，Ｎ２とする
と、２つのＭＩ素子１ａ，１ｂの差の出力は、 差動出力＝１ａの出力−１ｂの出力＝Ｓ１＋Ｎ２−（−Ｓ１−Ｎ２）＝２Ｓ１ ＋２Ｎ２ …（２） となり、隣接配線電流の影響を受けてしまう。以上よ
り、第１の例では、一様な外部磁界の影響はキャンセル
できるが、隣接配線電流の影響を受けるという問題があ
る。
電流Ｉ２が流れている場合の例を示す。同図において、
電流Ｉ１，Ｉ２により生じる磁束をそれぞれφ１，φ２
とし、これらφ１，φ２により２つのＭＩ素子１ａ，１
ｂに現れる出力の大きさをそれぞれＳ１，Ｎ２とする
と、２つのＭＩ素子１ａ，１ｂの差の出力は、 差動出力＝１ａの出力−１ｂの出力＝Ｓ１＋Ｎ２−（−Ｓ１−Ｎ２）＝２Ｓ１ ＋２Ｎ２ …（２） となり、隣接配線電流の影響を受けてしまう。以上よ
り、第１の例では、一様な外部磁界の影響はキャンセル
できるが、隣接配線電流の影響を受けるという問題があ
る。
【００１０】図４はこの発明の第２の実施の形態を示す
構成図、図５はその原理説明図である。図４からも明ら
かなように、これは図１に示すものに対しＭＩ素子１
ａ，１ｂを並設した点が特徴である。その作用につい
て、図５も参照して説明する。図５は電流Ｉ１と隣接す
る位置に別の電流Ｉ２が流れている場合を示し、この場
合の電流Ｉ１，Ｉ２により生じる磁束をそれぞれφ１，
φ２とし、これらの磁束φ１，φ２により２つのＭＩ素
子１ａ，１ｂに現れる出力の大きさをそれぞれＳ２，Ｎ
３とすると、２つのＭＩ素子１ａ，１ｂの差の出力は、 差動出力＝１ａの出力−１ｂの出力＝Ｓ２＋Ｎ３−（−Ｓ２＋Ｎ３）＝２Ｓ２ …（３） となり、隣接配線電流Ｉ２の影響を受けずに、電流Ｉ１
の検知が可能となる。また、一様な外部磁界がノイズと
して加わった場合も、２つのＭＩ素子１ａ，１ｂに大き
さおよび符号の等しい出力が現れるので、２つのＭＩ素
子の出力の差をとることにより、隣接配線の場合と同様
に、外部磁界ノイズの影響をキャンセルすることができ
る。
構成図、図５はその原理説明図である。図４からも明ら
かなように、これは図１に示すものに対しＭＩ素子１
ａ，１ｂを並設した点が特徴である。その作用につい
て、図５も参照して説明する。図５は電流Ｉ１と隣接す
る位置に別の電流Ｉ２が流れている場合を示し、この場
合の電流Ｉ１，Ｉ２により生じる磁束をそれぞれφ１，
φ２とし、これらの磁束φ１，φ２により２つのＭＩ素
子１ａ，１ｂに現れる出力の大きさをそれぞれＳ２，Ｎ
３とすると、２つのＭＩ素子１ａ，１ｂの差の出力は、 差動出力＝１ａの出力−１ｂの出力＝Ｓ２＋Ｎ３−（−Ｓ２＋Ｎ３）＝２Ｓ２ …（３） となり、隣接配線電流Ｉ２の影響を受けずに、電流Ｉ１
の検知が可能となる。また、一様な外部磁界がノイズと
して加わった場合も、２つのＭＩ素子１ａ，１ｂに大き
さおよび符号の等しい出力が現れるので、２つのＭＩ素
子の出力の差をとることにより、隣接配線の場合と同様
に、外部磁界ノイズの影響をキャンセルすることができ
る。
【００１１】図６にこの発明の第３の実施の形態を示
す。同（ａ）は、図１に示すものにパーマロイ等による
磁気シールド６を施したもので、このシールドにより隣
接配線の影響を除去するものである。同（ｂ）は、図４
に示すものにパーマロイ等による磁気シールド７を施し
たものである。図４に示すものは理論上は隣接配線電流
による影響をキャンセルできるが、２つのＭＩ素子感度
のばらつき、位置ずれの影響等により外部磁界ノイズを
完全にはキャンセルできないので、磁気シールド７によ
りこれらの影響を低減するものである。この例で、例え
ば隣接する配線に主電流の２倍の電流が流れたときの測
定ずれは実測値で１．２％程度であり、外乱ノイズの影
響を低減できることを確認している。
す。同（ａ）は、図１に示すものにパーマロイ等による
磁気シールド６を施したもので、このシールドにより隣
接配線の影響を除去するものである。同（ｂ）は、図４
に示すものにパーマロイ等による磁気シールド７を施し
たものである。図４に示すものは理論上は隣接配線電流
による影響をキャンセルできるが、２つのＭＩ素子感度
のばらつき、位置ずれの影響等により外部磁界ノイズを
完全にはキャンセルできないので、磁気シールド７によ
りこれらの影響を低減するものである。この例で、例え
ば隣接する配線に主電流の２倍の電流が流れたときの測
定ずれは実測値で１．２％程度であり、外乱ノイズの影
響を低減できることを確認している。
【００１２】図７に検出回路の１例を示す。この検出回
路５は、発振回路５１と分圧抵抗Ｒ１，Ｒ２により、Ｍ
Ｉ素子１ａ，１ｂに高周波電流を印加し、ＭＩ素子１
ａ，１ｂの磁界によるインピーダンスの変化を検波回路
５２ａ，５２ｂで電圧の変化として検出し、差動回路５
３でＭＩ素子１ａ，１ｂの差に比例した出力を発生さ
せ、増幅回路５４で増幅して取り出すようにしたもので
ある。上記差動回路５３を加算回路に変更し、ＭＩ素子
１ａ，１ｂの差に比例した出力の代わりに、１ａ，１ｂ
の和に比例した出力を発生させることもできる。
路５は、発振回路５１と分圧抵抗Ｒ１，Ｒ２により、Ｍ
Ｉ素子１ａ，１ｂに高周波電流を印加し、ＭＩ素子１
ａ，１ｂの磁界によるインピーダンスの変化を検波回路
５２ａ，５２ｂで電圧の変化として検出し、差動回路５
３でＭＩ素子１ａ，１ｂの差に比例した出力を発生さ
せ、増幅回路５４で増幅して取り出すようにしたもので
ある。上記差動回路５３を加算回路に変更し、ＭＩ素子
１ａ，１ｂの差に比例した出力の代わりに、１ａ，１ｂ
の和に比例した出力を発生させることもできる。
【００１３】なお、以上では２つのＭＩ素子の磁界検知
方向を同じにしたが、磁界検知方向を逆にして２つのＭ
Ｉ素子の出力の和をとることで、上記と同様に外乱ノイ
ズの影響を受けずに電流の検知が可能となることは言う
までもない。また、上記いずれの場合も２つのＭＩ素子
は同一チップ（基板）上に配置されており、これにより
１チップ化が可能となり低コストにすることが可能とな
る。
方向を同じにしたが、磁界検知方向を逆にして２つのＭ
Ｉ素子の出力の和をとることで、上記と同様に外乱ノイ
ズの影響を受けずに電流の検知が可能となることは言う
までもない。また、上記いずれの場合も２つのＭＩ素子
は同一チップ（基板）上に配置されており、これにより
１チップ化が可能となり低コストにすることが可能とな
る。
【００１４】
【発明の効果】この発明によれば、電流により生じる磁
束を、磁気インピーダンス効果を有する磁気センサで検
出するようにしたので、現在広く用いられているカレン
トトランスの問題である鉄心による磁気飽和が発生せ
ず、電流検知範囲の広い（ワイドレンジな）電流センサ
を提供できる。この発明の電流センサは、電流により生
じる磁束に対して、磁気センサ出力の絶対値が等しく、
かつ磁気センサ出力の極性が逆となるような位置に２つ
配置しセンサ出力の差を検出するので、外部磁界および
隣接配線電流による磁界の影響を受けずに、電流の検知
が可能となる。従って、ノイズの影響を受けにくい、耐
環境性に優れた電流センサを提供できる。
束を、磁気インピーダンス効果を有する磁気センサで検
出するようにしたので、現在広く用いられているカレン
トトランスの問題である鉄心による磁気飽和が発生せ
ず、電流検知範囲の広い（ワイドレンジな）電流センサ
を提供できる。この発明の電流センサは、電流により生
じる磁束に対して、磁気センサ出力の絶対値が等しく、
かつ磁気センサ出力の極性が逆となるような位置に２つ
配置しセンサ出力の差を検出するので、外部磁界および
隣接配線電流による磁界の影響を受けずに、電流の検知
が可能となる。従って、ノイズの影響を受けにくい、耐
環境性に優れた電流センサを提供できる。
【００１５】また、この発明の電流センサは、外部磁界
を遮断するための磁気シールドを施すことにより、磁気
センサの感度ばらつき、位置ずれの影響等があっても、
ノイズの影響を受けにくい、耐環境性に優れた電流セン
サを提供できる。また、この発明の電流センサは、２つ
の磁気センサを同一チップ（基板）上に配置すること
で、１チップ化が可能となり低コストな電流センサを提
供することができる。
を遮断するための磁気シールドを施すことにより、磁気
センサの感度ばらつき、位置ずれの影響等があっても、
ノイズの影響を受けにくい、耐環境性に優れた電流セン
サを提供できる。また、この発明の電流センサは、２つ
の磁気センサを同一チップ（基板）上に配置すること
で、１チップ化が可能となり低コストな電流センサを提
供することができる。
【図１】この発明の第１の実施の形態を示す構成図であ
る。
る。
【図２】第１の実施の形態の原理を説明するための説明
図である。
図である。
【図３】第１の実施の形態における隣接配線電流の影響
を説明する説明図である。
を説明する説明図である。
【図４】この発明の第２の実施の形態を示す構成図であ
る。
る。
【図５】第２の実施の形態の原理を説明するための説明
図である。
図である。
【図６】この発明の第３の実施の形態を示す構成図であ
る。
る。
【図７】検出回路の１例を示すブロック図である。
【図８】カレントトランス（ＣＴ）の従来例を示す斜視
図である。
図である。
１ａ，１ｂ…磁気検出素子（ＭＩ素子）、２，４…配
線、３…基板、５…検出回路、６，７…シールド板、５
１…発振回路、５２ａ，５２ｂ…検波回路、５３…差動
回路、５４…増幅回路、Ｒ１，Ｒ２…抵抗。
線、３…基板、５…検出回路、６，７…シールド板、５
１…発振回路、５２ａ，５２ｂ…検波回路、５３…差動
回路、５４…増幅回路、Ｒ１，Ｒ２…抵抗。
Claims (4)
- 【請求項１】 電流により生じる磁束を、磁気インピー
ダンス効果を有する磁気センサで検出する電流センサに
おいて、 前記電流により生じる磁束に対し、前記磁気センサ出力
の絶対値が等しく、かつ前記磁気センサ出力の極性が逆
となるような位置に２つの磁気センサを配置し、この２
つの磁気センサの出力の差を検出することを特徴とする
電流センサ。 - 【請求項２】 電流により生じる磁束を、磁気インピー
ダンス効果を有する磁気センサで検出する電流センサに
おいて、 前記電流により生じる磁束に対し、前記磁気センサ出力
の絶対値が等しく、かつ前記磁気センサ出力の極性が同
じになるような位置に２つの磁気センサを配置し、この
２つの磁気センサの出力の和を検出することを特徴とす
る電流センサ。 - 【請求項３】 前記電流を導く配線と、前記２つの磁気
センサについて、外部磁界を遮断するためのシールドを
設けることを特徴とする請求項１または２に記載の電流
センサ。 - 【請求項４】 前記２つの磁気センサを同一基板上に配
置することを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに
記載の電流センサ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001040262A JP2002243766A (ja) | 2001-02-16 | 2001-02-16 | 電流センサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001040262A JP2002243766A (ja) | 2001-02-16 | 2001-02-16 | 電流センサ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002243766A true JP2002243766A (ja) | 2002-08-28 |
Family
ID=18902904
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001040262A Pending JP2002243766A (ja) | 2001-02-16 | 2001-02-16 | 電流センサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2002243766A (ja) |
Cited By (31)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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