JP2007187530A

JP2007187530A - 電流センサおよびその設置方法

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Publication number: JP2007187530A
Application number: JP2006005351A
Authority: JP
Inventors: Akira Okada; 章岡田; Junji Miyamoto; 準二宮本
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp; Kohshin Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp; Kohshin Electric Corp
Priority date: 2006-01-12
Filing date: 2006-01-12
Publication date: 2007-07-26
Anticipated expiration: 2026-01-12
Also published as: JP4394076B2; US7355382B2; US20070159159A1; DE102007001847A1

Abstract

【課題】温度等による等方性の伸びまたは歪による測定誤差を低減する電流センサを得る。
【解決手段】設置基板２の中心線３に対して分けられた一方の領域にハーフブリッジ回路７ａが配置されると共に、他方の領域にハーフブリッジ回路７ｂが配置され、ハーフブリッジ回路７ａ，７ｂは、その設置基板２の中心点４に対して、相互に点対称に等しく構成され、配置されるようにする。温度等により、磁気抵抗効果素子５ａ〜５ｃの設置基板２に等方性に伸びまたは歪が発生しても、ブリッジ回路８としては、ハーフブリッジ回路７ａとハーフブリッジ回路７ｂとで均等に伸びまたは歪の影響を受けるので、それら影響を相殺することができ、温度等による等方性の伸びまたは歪による測定誤差を低減することができる。
【選択図】図１

Description

この発明は、被測定電流線に流れる電流を測定する電流センサおよびその設置方法に関するものである。

従来の電流センサとして、４つの磁気抵抗効果素子からなるブリッジ回路を鏡対称的に配置したものがある（例えば、特許文献１参照）。

特開平８−２１１１３８号公報

従来の電流センサは以上のように構成されているので、温度等により、４つの磁気抵抗効果素子を配置した設置基板に等方性に伸びまたは歪が発生した場合に、鏡対称的に配置したブリッジ回路の左右の平衡（バランス）が崩れ、測定誤差が発生するという問題点があった。
また、大電流測定が困難であるという問題点もあった。
さらに、外部電界対策がなされていないため、近接してノイズ源がある場合に、測定精度が低下するという問題点があった。

この発明は上記のような課題を解決するためになされたもので、温度等による等方性の伸びまたは歪による測定誤差を低減する電流センサおよびその設置方法を得ることを目的とする。

この発明に係る電流センサは、設置基板の中心線に対して分けられた一方の領域に第１のハーフブリッジ回路が配置されると共に、他方の領域に第２のハーフブリッジ回路が配置され、第１および第２のハーフブリッジ回路は、その設置基板の中心点に対して、相互に点対称に等しく構成され、配置されるようにしたものである。

以上のように、この発明によれば、温度等により、磁気抵抗効果素子の設置基板に等方性に伸びまたは歪が発生しても、ブリッジ回路としては、第１のハーフブリッジ回路と第２のハーフブリッジ回路とで均等に伸びまたは歪の影響を受けるので、それら影響を相殺することができ、温度等による等方性の伸びまたは歪による測定誤差を低減することができる効果がある。

実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１による電流センサの被測定電流検出部を示す平面図であり、図において、被測定電流検出部１は、設置基板２の中心線３上の中心点４に対して、設置基板２上に各回路部品が相互に点対称に等しく構成され、配置されたものからなる。
４つの磁気抵抗効果素子（第１から第４の磁気抵抗効果素子）５ａ〜５ｄは、設置基板２の中心線３に対して相互に平行方向に配置され、磁気抵抗効果素子５ａ，５ｄは、互いに逆方向の磁界の増加に応じて抵抗値が共に増加する磁気抵抗効果特性を有するように、また、磁気抵抗効果素子５ｂ，５ｃは、互いに逆方向の磁界の増加に応じて抵抗値が共に減少する磁気抵抗効果特性を有するように、バーバーポール電極構造が形成されている。なお、４つの磁気抵抗効果素子５ａ〜５ｄでは、それぞれ３本の磁気抵抗効果素子をクランク形状に形成し、磁界を受ける線路長を長くすることで、磁界の変化を検知しやすくしている。

接続電流線６は、４つの磁気抵抗効果素子５ａ〜５ｄ間を接続することにより、ブリッジ回路を構成するものである。
図２はこの発明の実施の形態１による電流センサの被測定電流検出部を示す構成概略図であり、図において、４つの磁気抵抗効果素子５ａ〜５ｄ間を接続することにより、磁気抵抗効果素子５ａ，５ｂの直列接続からなるハーフブリッジ回路（第１のハーフブリッジ回路）７ａ、および磁気抵抗効果素子５ｃ，５ｄの直列接続からなるハーフブリッジ回路（第２のハーフブリッジ回路）７ｂの並列接続からなるブリッジ回路８を構成するものである。
接続エリア（第１の接続エリア）９ａは、ブリッジ回路８の磁気抵抗効果素子５ａ，５ｃ間の接続電流線６に接続され、接続エリア（第２の接続エリア）９ｂは、ブリッジ回路８の磁気抵抗効果素子５ｂ，５ｄ間の接続電流線６に接続され、接続エリア９ａ，９ｂからブリッジ回路８に電圧が供給されるものである。接続エリア（第３の接続エリア）９ｃは、ブリッジ回路８の磁気抵抗効果素子５ａ，５ｂ間の接続電流線６に接続され、接続エリア（第４の接続エリア）９ｄは、ブリッジ回路８の磁気抵抗効果素子５ｃ，５ｄ間の接続電流線６に接続され、接続エリア９ｃ，９ｄからブリッジ回路８からの電圧が検出されるものである。

なお、図１および図２では示していないが、設置基板２上の４つの磁気抵抗効果素子５ａ〜５ｄの上方、または下方、または両方に絶縁層を介して補償導電線が配置されている。接続エリア（第５の接続エリア）９ｅは、その補償導電線の一端に接続され、接続エリア（第６の接続エリア）９ｆは、補償導電線の他端に接続されるものである。
さらに、後述する制御回路部は、接続エリア９ａ，９ｂに電圧を供給すると共に、接続エリア９ｃ，９ｄから検出されるブリッジ回路８の電圧に基づいて、接続エリア９ｅ，９ｆに４つの磁気抵抗効果素子５ａ〜５ｄ近傍に発生する磁界を打ち消すような制御電流を供給するものである。
磁気抵抗効果素子部１０ａは、磁気抵抗効果素子５ａ，５ｃ間の接続エリア９ａとの接続電流線６の接続部に設けられ、磁気抵抗効果素子５ａ，５ｃの抵抗値を調整可能にし、磁気抵抗効果素子部１０ｂは、磁気抵抗効果素子５ｂ，５ｄ間の接続エリア９ｂとの接続電流線６の接続部に設けられ、磁気抵抗効果素子５ａ，５ｃの抵抗値を調整可能にするものである。

以上、図１で示した構成は上述したように、設置基板２の中心点４に対して、設置基板２上に各回路部品が相互に点対称に等しく構成され、配置されたものである。
すなわち、ブリッジ回路８を構成する４つの磁気抵抗効果素子５ａ〜５ｄおよび接続電流線６からなるハーフブリッジ回路７ａ，７ｂが中心点４に対して点対称に配置され、接続エリア９ａ，９ｂが中心点４に対して点対称に配置され、接続エリア９ｃ，９ｄが中心点４に対して点対称に配置され、接続エリア９ｅ，９ｆが中心点４に対して点対称に配置され、磁気抵抗効果素子部１０ａ，１０ｂが中心点４に対して点対称に配置され、さらに、接続エリア９ｃおよび磁気抵抗効果素子５ａ，５ｂ間を接続する接続電流線６と、接続エリア９ｄおよび磁気抵抗効果素子５ｃ，５ｄ間を接続する接続電流線６とが中心点４に対して点対称に配置されたものである。

次に動作について説明する。
まず、磁気抵抗効果素子の基本的な作用について説明する。
磁気抵抗効果素子は、強磁性体の磁化の向きと、この強磁性体に流れる電流の向きとの間の角度によって強磁性体の抵抗値が変化することを利用したものである。
図３（ａ）は外部磁界無しの場合における強磁性体内の磁化の向きと強磁性体に流れる電流の向きを示す説明図、図３（ｂ）は外部磁界を印加した場合における強磁性体内の磁化の向きと強磁性体に流れる電流の向きを示す説明図、図４は磁化の向きと電流の向きとがなす角度θに対する強磁性体の抵抗値の変化を示す特性図である。
図３（ａ）（ｂ）から分かるように、強磁性体内の磁化の向きは外部磁界の強さや向きによって影響を受ける。したがって、強磁性体の抵抗値から外部磁界を求めることが可能となる。

また、図４から分かるように、磁化の向きの変化に対して抵抗値が最も変化するのは、角度θが４５（ｄｅｇ）の時である。さらに、角度θが４５（ｄｅｇ）の時に、角度θの変化に対して抵抗値が最も直線的に変化する。したがって、磁気抵抗効果素子を用いて磁界を検出する場合には、外部磁界が０の時に角度θが４５（ｄｅｇ）になるように工夫される。この方法には、バーバーポール電極構造を用いる方法がある。
図５はバーバーポール電極構造を示す説明図であり、図において、アルミ電極１１は、磁気抵抗効果素子の軸方向に対して４５（ｄｅｇ）傾けて設けられたものである。
図５から分かるように、バーバーポール電極は、磁気抵抗効果素子の表面を流れる電流の向きを４５（ｄｅｇ）傾けるために設けられたものである。各々のアルミ電極１１内では電位が等しく、電流はアルミ電極１１に垂直に流れる。強磁性体を軸方向に磁化すると、外部磁界が０の時に磁化の向きと電流の向きとがなす角度θを４５（ｄｅｇ）にすることができる。

図１に示した被測定電流検出部１では、３本の磁気抵抗効果素子５ａにアルミ電極１１を電流の向きに対して−４５（ｄｅｇ）傾けて設け、また、同様に３本の磁気抵抗効果素子５ｃにアルミ電極１１を電流の向きに対して−４５（ｄｅｇ）傾けて設け、さらに、３本の磁気抵抗効果素子５ｂにアルミ電極１１を電流の向きに対して＋４５（ｄｅｇ）傾けて設け、さらに、同様に３本の磁気抵抗効果素子５ｄにアルミ電極１１を電流の向きに対して＋４５（ｄｅｇ）傾けて設けたものである。
このように、バーバーポール電極構造を形成することにより、例えば、図１において、磁気抵抗効果素子５ａ，５ｂには、紙面左側より中心線３の向きに外部磁界が加わり、また、磁気抵抗効果素子５ｃ，５ｄには、紙面右側より中心線３の向きに外部磁界が加わった場合に、磁気抵抗効果素子５ａ，５ｄでは、共に外部磁界の増加に応じて抵抗値が増加すると共に、外部磁界の減少に応じて抵抗値が減少する磁気抵抗効果特性を有するように、また、磁気抵抗効果素子５ｂ，５ｃでは、逆に外部磁界の増加に応じて抵抗値が減少すると共に、外部磁界の減少に応じて抵抗値が増加する磁気抵抗効果特性を有するように構成することができる。ここではアルミを電極として用いているが、他の抵抗率の低い金属材料を用いてもよい。

次に、電流センサの設置方法について説明する。
図６はこの発明の実施の形態１による電流センサの設置方法を示す構成概略図、図７は図６におけるＡＡ矢視断面を示す断面図であり、図において、絶縁性の基台１２上に、図１に示した被測定電流検出部１を配置する。この時、被測定電流検出部１を、その中心点４の近傍の１個所の接着部１４にて基台１２に固定する。また、基台１２上に制御回路部１３を配置する。制御回路部１３は、上述したように、被測定電流検出部１の接続エリア９ａ，９ｂにブリッジ回路８の電圧を供給すると共に、接続エリア９ｃ，９ｄから検出されるブリッジ回路８の電圧に基づいて、被測定電流検出部１の接続エリア９ｅ，９ｆに４つの磁気抵抗効果素子５ａ〜５ｄ近傍に発生する磁界を打ち消すような制御電流を供給するものである。
さらに、被測定電流線１５上に基台１２を設置する。ここでは、被測定電流線１５はＵ字型構造を有するものとする。この時、Ｕ字型の被測定電流線１５における２本の被測定電流線１５が、被測定電流検出部１の中心線３に対して対称となり、且つ２本の被測定電流線１５の軸方向と中心線３が略平行になるように設置する。

次に、電流センサの電流測定方法について説明する。
図６に示したように、Ｕ字型の被測定電流線１５上に基台１２を設置し、その被測定電流線１５に電流が流れていない状態で、制御回路部１３から図１に示した被測定電流検出部１の接続エリア９ａ，９ｂ間に規定電圧を印加する。この時、被測定電流検出部１の接続エリア９ｃ，９ｄ間から制御回路部１３により検出される電圧が０になるように、可変磁気抵抗効果素子部１０ａ，１０ｂをレーザ等でカットすることで、４つの磁気抵抗効果素子５ａ〜５ｄの抵抗値を微調整し、ブリッジ回路８を平衡させる。なお、この可変磁気抵抗効果素子部１０ａ，１０ｂによるブリッジ回路８を平衡処理は、電流センサの出荷前に行うようにしても良い。

次に、Ｕ字型の被測定電流線１５に電流を流す。Ｕ字型の被測定電流線１５に電流が流れれば、２本の被測定電流線１５には、共に電流の方向に対して右回転の磁界がその電流の大きさに応じて発生するので、被測定電流検出部１には、例えば、図１において、磁気抵抗効果素子５ａ，５ｂには、紙面左側より中心線３の向きに外部磁界が加わり、また、磁気抵抗効果素子５ｃ，５ｄには、紙面右側より中心線３の向きに外部磁界が加わる。
上述したように、磁気抵抗効果素子５ａ，５ｄでは、共に外部磁界の増加に応じて抵抗値が増加すると共に、外部磁界の減少に応じて抵抗値が減少する磁気抵抗効果特性を有するように、また、磁気抵抗効果素子５ｂ，５ｃでは、逆に外部磁界の増加に応じて抵抗値が減少すると共に、外部磁界の減少に応じて抵抗値が増加する磁気抵抗効果特性を有するように構成されている。
よって、Ｕ字型の被測定電流線１５に流れる電流の増加に応じて磁気抵抗効果素子５ａ，５ｄの抵抗値が増加すると共に、磁気抵抗効果素子５ｂ，５ｃの抵抗値が減少し、Ｕ字型の被測定電流線１５に流れる電流の減少に応じて磁気抵抗効果素子５ａ，５ｄの抵抗値が減少すると共に、磁気抵抗効果素子５ｂ，５ｃの抵抗値が増加する。

このように、Ｕ字型の被測定電流線１５に流れる電流の大きさに応じてブリッジ回路８の平衡が崩れる。この時、制御回路部１３では、被測定電流検出部１の接続エリア９ｃ，９ｄ間から検出される電圧に基づいて、被測定電流検出部１の接続エリア９ｅ，９ｆに４つの磁気抵抗効果素子５ａ〜５ｄ近傍に発生する磁界を打ち消すような制御電流を供給する。具体的には接続エリア９ｃ，９ｄ間から検出される電圧が０になるように、制御電流の大きさを調整する。接続エリア９ｅ，９ｆに接続された補償導電線は、その制御電流の大きさに応じて４つの磁気抵抗効果素子５ａ〜５ｄ近傍に発生する磁界、すなわち、Ｕ字型の被測定電流線１５に流れる電流の大きさに応じた磁界を相殺するような磁界を発生する。
したがって、Ｕ字型の被測定電流線１５に流れる電流の大きさに応じたブリッジ回路８の平衡の崩れを、制御回路部１３から供給される制御電流（フィードバック）により修復することができる。
ゆえに、この制御回路部１３から接続エリア９ｅ，９ｆに供給した制御電流の大きさが、Ｕ字型の被測定電流線１５に流れる電流の大きさ、またはＵ字型の被測定電流線１５に流れる電流の大きさに相関のある値として検出することができる。
なお、Ｕ字型の被測定電流線１５以外において発生される外乱磁界は、各ハーフブリッジ回路７ａ，７ｂに同相の影響となるため、相殺され、測定精度に影響を与えない。

このような構成において、図１で示したように、ブリッジ回路８を構成する４つの磁気抵抗効果素子５ａ〜５ｄおよび接続電流線６からなるハーフブリッジ回路７ａ，７ｂが中心点４に対して点対称に配置され、接続エリア９ａ，９ｂが中心点４に対して点対称に配置され、接続エリア９ｃ，９ｄが中心点４に対して点対称に配置され、接続エリア９ｅ，９ｆが中心点４に対して点対称に配置され、磁気抵抗効果素子部１０ａ，１０ｂが中心点４に対して点対称に配置され、さらに、接続エリア９ｃおよび磁気抵抗効果素子５ａ，５ｂ間を接続する接続電流線６と、接続エリア９ｄおよび磁気抵抗効果素子５ｃ，５ｄ間を接続する接続電流線６とが中心点４に対して点対称に配置されたものである。
また、図７に示したように、被測定電流検出部１を、その中心点４の近傍の１個所の接着部１４にて基台１２に固定するように電流センサを設置したものである。
したがって、温度等により、磁気抵抗効果素子５ａ〜５ｄの設置基板２に等方性に伸びまたは歪が発生しても、ブリッジ回路８としては、ハーフブリッジ回路７ａとハーフブリッジ回路７ｂとで均等に伸びまたは歪の影響を受けるので、それら影響を相殺することができ、温度等による等方性の伸びまたは歪による測定誤差を低減することができる。

なお、上記実施の形態１では、４つの磁気抵抗効果素子５ａ〜５ｄが、それぞれ３本の磁気抵抗効果素子をクランク形状に形成されたものについて示したが、３本の磁気抵抗効果素子に限定されることなく、１本でも３本以外の複数の磁気抵抗効果素子を用いても良く、また、クランク形状に限定されることなく、設置基板２の中心線３に対して垂直方向の磁界の変化を検知しやすくする上で、磁界を受ける線路長が長くなる形状であれば、どのような形状であっても同様な効果を奏することができる。
また、上記実施の形態１では、６つの接続エリア９ａ〜９ｆが磁気抵抗効果素子５ａ〜５ｄの上下に配置されたものについて示したが、上下に限定されることなく、磁気抵抗効果素子５ａ〜５ｄの左右、中心部等のいずれの個所に配置されたものであっても、中心点４に対して点対称に配置されたものであれば、同様な効果を奏することができる。
さらに、上記実施の形態１では、Ｕ字型の被測定電流線１５に流れる電流の大きさを測定する方法について示したが、Ｕ字型の被測定電流線１５に限定されることなく、平行に配置され、且つ互いに逆方向に同じ大きさの電流が流れる２本の被測定電流線であれば、適用でき、同様な効果を奏することができる。

以上のように、この実施の形態１によれば、設置基板２の中心線３に対して分けられた一方の領域にハーフブリッジ回路７ａが配置されると共に、他方の領域にハーフブリッジ回路７ｂが配置され、ハーフブリッジ回路７ａ，７ｂは、設置基板２の中心点４に対して、相互に点対称に等しく構成され、配置されるように構成したので、温度等により、磁気抵抗効果素子５ａ〜５ｄの設置基板２に等方性に伸びまたは歪が発生しても、ブリッジ回路８としては、ハーフブリッジ回路７ａとハーフブリッジ回路７ｂとで均等に伸びまたは歪の影響を受けるので、それら影響を相殺することができ、温度等による等方性の伸びまたは歪による測定誤差を低減することができる。

また、磁気抵抗効果素子５ａ〜５ｄの上方、または下方、または両方に絶縁層を介して補償導電線が配置され、接続エリア９ｃ，９ｄから検出されるブリッジ回路８の電圧に基づいて、制御回路部１３から接続エリア９ｅ，９ｆに磁気抵抗効果素子５ａ〜５ｄ近傍に発生する磁界を打ち消すような制御電流を供給するように構成したので、平衡型の構成となるため、測定精度を向上させることができる。

さらに、接続エリア９ａ，９ｂは、設置基板２の中心点４に対して、相互に点対称に等しく構成され、配置され、接続エリア９ｃ，９ｄは、設置基板２の中心点４に対して、相互に点対称に等しく構成され、配置され、接続エリア９ｅ，９ｆは、設置基板２の中心点４に対して、相互に点対称に等しく構成され、配置されるように構成したので、温度等により、設置基板２に等方性に伸びまたは歪が発生しても、接続エリア９ａと接続エリア９ｂとで均等に伸びまたは歪の影響を受けると共に、接続エリア９ｃと接続エリア９ｄとで均等に伸びまたは歪の影響を受け、さらに、接続エリア９ｅと接続エリア９ｆとで均等に伸びまたは歪の影響を受けるので、温度等による等方性の伸びまたは歪による測定誤差をさらに低減することができる。

さらに、磁気抵抗効果素子５ａ〜５ｄは、設置基板２の中心線３に対して相互に平行方向に配置されるように構成したので、Ｕ字型の被測定電流線１５の電流測定に適用することができる。

さらに、ハーフブリッジ回路７ａとハーフブリッジ回路７ｂとの２個所の接続部に抵抗値が調整可能な磁気抵抗効果素子部１０ａ，１０ｂを設けるように構成したので、磁気抵抗効果素子５ａ〜５ｄの抵抗値を予め微調整することが可能となり、測定精度を向上させることができる。

さらに、Ｕ字型の被測定電流線１５における２本の被測定電流線１５が、電流センサの設置基板２の中心線３に対して対称となり、且つ２本の被測定電流線１５の軸方向と設置基板２の中心線３が略平行になるように、電流センサを設置基板２の中心点４で固定するように構成したので、温度等による等方性の伸びまたは歪による測定誤差を低減することができると共に、Ｕ字型の被測定電流線１５における被測定電流線１５に流れる電流の測定精度を向上させることができる。

実施の形態２．
図８はこの発明の実施の形態２による電流センサの被測定電流検出部を示す平面図であり、図において、４つの磁気抵抗効果素子（第１から第４の磁気抵抗効果素子）２５ａ〜２５ｄは、設置基板２の中心線３に対して相互に垂直方向に配置され、磁気抵抗効果素子２５ａ，２５ｄは、互いに逆方向の磁界の増加に応じて抵抗値が共に増加する磁気抵抗効果特性を有するように、また、磁気抵抗効果素子２５ｂ，２５ｃは、互いに逆方向の磁界の増加に応じて抵抗値が共に減少する磁気抵抗効果特性を有する磁気抵抗効果特性を有するように、バーバーポール電極構造が形成されている。
接続電流線２６は、４つの磁気抵抗効果素子２５ａ〜２５ｄ間を接続することにより、ブリッジ回路を構成するものである。

なお、図８で示した構成においても、設置基板２の中心点４に対して、設置基板２上に各回路部品が相互に点対称に等しく構成され、配置されたものである。
すなわち、ブリッジ回路８を構成する４つの磁気抵抗効果素子２５ａ〜２５ｄおよび接続電流線２６からなるハーフブリッジ回路７ａ，７ｂが中心点４に対して点対称に配置され、接続エリア９ａ，９ｂが中心点４に対して点対称に配置され、接続エリア９ｃ，９ｄが中心点４に対して点対称に配置され、接続エリア９ｅ，９ｆが中心点４に対して点対称に配置され、磁気抵抗効果素子部１０ａ，１０ｂが中心点４に対して点対称に配置され、さらに、接続エリア９ｃおよび磁気抵抗効果素子２５ａ，２５ｂ間を接続する接続電流線２６と、接続エリア９ｄおよび磁気抵抗効果素子２５ｃ，２５ｄ間を接続する接続電流線２６とが中心点４に対して点対称に配置されたものである。
その他の構成については、図１と同一であるので重複する説明を省略する。

次に動作について説明する。
上記実施の形態１では、図１に示したように、設置基板２の中心線３に対して相互に平行方向に４つの磁気抵抗効果素子５ａ〜５ｄを配置したものについて説明した。このような配置では、中心線３に平行な磁界に対して磁気抵抗効果素子５ａ〜５ｄは感度を持たない。
中心線３に平行な磁界に対して感度を持たせるためには、図８に示したように、設置基板２の中心線３に対して相互に垂直方向に４つの磁気抵抗効果素子２５ａ〜２５ｄを配置したものにする。

次に、電流センサの設置方法について説明する。
図９はこの発明の実施の形態２による電流センサの設置方法を示す構成概略図である。図６および図７で説明したように、絶縁性の基台１２上に、図８に示した被測定電流検出部１を配置する。この時、被測定電流検出部１を、その中心点４の近傍の１個所の接着部１４にて基台１２に固定する。また、基台１２上に制御回路部１３を配置する。
図９は被測定電流線２７が非対称的な分流部２８を有し、その分流型の被測定電流線２７におけるその分流部２８を構成する中空部２９の磁気が０となる個所に、図８に示した被測定電流検出部１を、その中心線３と磁気が０となる個所とが一致し、且つその被測定電流線２７の軸方向とその設置基板２の中心線３が略垂直になるように設置するものである。

このように、非対称的な分流部２８を有する被測定電流線２７の電流測定においては、被測定電流線２７および分流部２８により形成される中空部２９に、被測定電流線２７および分流部２８に流れる電流により発生される磁界が相殺され、０となる個所があるため、その磁気が０となる個所に中心線３が一致するように被測定電流検出部１を設置すれば、分流型の被測定電流線２７に流れる電流の測定精度を向上させることができる。
また、非対称的な分流部２８を有する分流型の被測定電流線２７に被測定電流検出部１を設置するようにしたので、被測定電流線２７と分流部２８とに流れる電流の分流比が、例えば９：１の場合には、直接に被測定電流線２７に流れる電流を測定する場合に比べて、１／１０の電流を測定するだけで済む。このことから、制御回路部１３の容量等を小型化することができる。換言すれば、小型の電流センサで大きな電流を測定することができる。

このような構成において、図８で示したように、ブリッジ回路８を構成する４つの磁気抵抗効果素子２５ａ〜２５ｄおよび接続電流線２６からなるハーフブリッジ回路７ａ，７ｂが中心点４に対して点対称に配置され、接続エリア９ａ，９ｂが中心点４に対して点対称に配置され、接続エリア９ｃ，９ｄが中心点４に対して点対称に配置され、接続エリア９ｅ，９ｆが中心点４に対して点対称に配置され、磁気抵抗効果素子部１０ａ，１０ｂが中心点４に対して点対称に配置され、さらに、接続エリア９ｃおよび磁気抵抗効果素子５ａ，５ｂ間を接続する接続電流線２６と、接続エリア９ｄおよび磁気抵抗効果素子５ｃ，５ｄ間を接続する接続電流線２６とが中心点４に対して点対称に配置されたものである。
また、図７に示したように、被測定電流検出部１を、その中心点４の近傍の１個所の接着部１４にて基台１２に固定するように電流センサを設置したものである。
したがって、温度等により、磁気抵抗効果素子２５ａ〜２５ｄの設置基板２に等方性に伸びまたは歪が発生しても、ブリッジ回路８としては、ハーフブリッジ回路７ａとハーフブリッジ回路７ｂとで均等に伸びまたは歪の影響を受けるので、それら影響を相殺することができ、温度等による等方性の伸びまたは歪による測定誤差を低減することができる。

以上のように、この実施の形態２によれば、上記実施の形態１の効果に加えて、磁気抵抗効果素子２５ａ〜２５ｄは、設置基板２の中心線３に対して相互に垂直方向に配置されるように構成したので、分流型の被測定電流線２７の電流測定に適用することができる。

さらに、分流型の被測定電流線２７における分流部２８を構成する中空部２９の磁気が０となる個所に、被測定電流検出部１の設置基板２の中心線３が一致し、且つ被測定電流線２７の軸方向と設置基板２の中心線３が略垂直になるように、電流センサを設置基板２の中心点４で固定するように構成したので、温度等による等方性の伸びまたは歪による測定誤差を低減することができると共に、分流型の被測定電流線２７における被測定電流線２７に流れる電流の測定精度を向上させ、大電流測定を容易にすることができる。

実施の形態３．
図１０はこの発明の実施の形態３による電流センサを示す断面図であり、図において、電界シールド層（電界シールドカバー）３１は、被測定電流検出部１を絶縁層３２を介して覆ったものである。その他の構成については、図７と同一であるので重複する説明を省略する。

次に動作について説明する。
図１０に示したように、被測定電流検出部１を外乱電界からシールドするために、絶縁層３２を介して電界シールド層３１で覆う。
この電界シールド層３１は、電気伝導性を有する非磁性体で、図１０には示していないが接地されている。この実施の形態３では、被測定電流検出部１のみを覆う形態であるが、基台１２を含めて全体を覆うケース状の電界シールドカバーであっても良い。このように電界シールド層３１を設けることにより、設置場所における電気的なノイズの影響を受けず、外乱電界をシールドすることが可能となり電流検出精度がより向上する。
なお、この実施の形態３では、上記実施の形態１に示した被測定電流検出部１を電界シールド層３１で覆ったものについて示したが、上記実施の形態２に示した被測定電流検出部１を電界シールド層３１で覆っても良く、同様な効果を奏することができる。

以上のように、この実施の形態３によれば、電界シールド層３１を設けるように構成したので、外乱電界を除去し、測定精度を向上させることができる。

この発明の実施の形態１による電流センサの被測定電流検出部を示す平面図である。この発明の実施の形態１による電流センサの被測定電流検出部を示す構成概略図である。外部磁界無しの場合と外部磁界を印加した場合における強磁性体内の磁化の向きと強磁性体に流れる電流の向きを示す説明図である。磁化の向きと電流の向きとがなす角度θに対する強磁性体の抵抗値の変化を示す特性図である。バーバーポール電極構造を示す説明図である。この発明の実施の形態１による電流センサの設置方法を示す構成概略図である。図６におけるＡＡ矢視断面を示す断面図である。この発明の実施の形態２による電流センサの被測定電流検出部を示す平面図である。この発明の実施の形態２による電流センサの設置方法を示す構成概略図である。この発明の実施の形態３による電流センサを示す断面図である。

符号の説明

１被測定電流検出部、２設置基板、３中心線、４中心点、５ａ〜５ｄ，２５ａ〜２５ｄ磁気抵抗効果素子（第１から第４の磁気抵抗効果素子）、６，２６接続電流線、７ａハーフブリッジ回路（第１のハーフブリッジ回路）、７ｂハーフブリッジ回路（第２のハーフブリッジ回路）、８ブリッジ回路、９ａ接続エリア（第１の接続エリア）、９ｂ接続エリア（第２の接続エリア）、９ｃ接続エリア（第３の接続エリア）、９ｄ接続エリア（第４の接続エリア）、９ｅ接続エリア（第５の接続エリア）、９ｆ接続エリア（第６の接続エリア）、１０ａ，１０ｂ磁気抵抗効果素子部、１１アルミ電極、１２基台、１３制御回路部、１４接着部、１５，２７被測定電流線、２８分流部、２９中空部、３１電界シールド層（電界シールドカバー）、３２絶縁層。

Claims

設置基板上に配置され、互いに逆方向の磁界の増加に応じて抵抗値が共に増加する磁気抵抗効果特性を有する第１および第４の磁気抵抗効果素子と、
上記設置基板上に配置され、互いに逆方向の上記磁界の増加に応じて抵抗値が共に減少する磁気抵抗効果特性を有する第２および第３の磁気抵抗効果素子と、
上記設置基板上に配置され、上記第１から第４の磁気抵抗効果素子を接続することにより、上記第１および第２の磁気抵抗効果素子による第１のハーフブリッジ回路、および上記第３および第４の磁気抵抗効果素子による第２のハーフブリッジ回路からなるブリッジ回路を構成する接続電流線とを備え、
上記設置基板の中心線に対して分けられた一方の領域に上記第１のハーフブリッジ回路が配置されると共に、他方の領域に上記第２のハーフブリッジ回路が配置され、それら第１および第２のハーフブリッジ回路は、その設置基板の中心点に対して、相互に点対称に等しく構成され、配置されたことを特徴とする電流センサ。
設置基板上に配置され、ブリッジ回路の第１および第３の磁気抵抗効果素子間に接続された第１の接続エリアと、
上記設置基板上に配置され、上記ブリッジ回路の第２および第４の磁気抵抗効果素子間に接続され、上記第１の接続エリアと共にそのブリッジ回路に電圧が供給される第２の接続エリアと、
上記設置基板上に配置され、上記ブリッジ回路の上記第１および第２の磁気抵抗効果素子間に接続された第３の接続エリアと、
上記設置基板上に配置され、上記ブリッジ回路の上記第３および第４の磁気抵抗効果素子間に接続され、上記第３の接続エリアと共にそのブリッジ回路からの電圧が検出される第４の接続エリアとを備え、
上記第１および第２の接続エリアは、
上記設置基板の中心点に対して、相互に点対称に等しく構成され、配置され、
上記第３および第４の接続エリアは、
上記設置基板の中心点に対して、相互に点対称に等しく構成され、配置されことを特徴とする請求項１記載の電流センサ。
設置基板上の第１から第４の磁気抵抗効果素子の上方、または下方、または両方に絶縁層を介して配置された補償導電線と、
上記設置基板上に配置され、上記補償導電線の一端に接続された第５の接続エリアと、
上記設置基板上に配置され、上記補償導電線の他端に接続された第６の接続エリアと、
第１および第２の接続エリアに電圧を供給すると共に、第３および第４の接続エリアから検出される電圧に基づいて、上記第５および第６の接続エリアに上記第１から第４の磁気抵抗効果素子近傍に発生する磁界を打ち消すような制御電流を供給する制御回路部とを備え、
上記第５および第６の接続エリアは、
上記設置基板の中心点に対して、相互に点対称に等しく構成され、配置されたことを特徴とする請求項２記載の電流センサ。
外乱電界を除去する電界シールドカバーを備えたことを特徴とする請求項１から請求項３のうちのいずれか１項記載の電流センサ。
第１から第４の磁気抵抗効果素子は、
設置基板の中心線に対して相互に平行方向に配置されたことを特徴とする請求項１から請求項４のうちのいずれか１項記載の電流センサ。
第１から第４の磁気抵抗効果素子は、
設置基板の中心線に対して相互に垂直方向に配置されたことを特徴とする請求項１から請求項４のうちのいずれか１項記載の電流センサ。
第１のハーフブリッジ回路と第２のハーフブリッジ回路との２個所の接続部に抵抗値が調整可能な磁気抵抗効果素子部を備えたことを特徴とする請求項１から請求項６のうちのいずれか１項記載の電流センサ。
平行に配置され、且つ互いに逆方向に同じ大きさの電流が流れる２本の被測定電流線が、請求項５記載の電流センサの設置基板の中心線に対して対称となり、且つそれら２本の被測定電流線の軸方向とその設置基板の中心線が略平行になるように、その電流センサをその設置基板の中心点で固定することを特徴とする電流センサの設置方法。
被測定電流線が非対称的な分流部を有し、それら被測定電流線および分流部により形成される中空部の磁気が０となる個所に、請求項６記載の電流センサの設置基板の中心線が一致し、且つその被測定電流線の軸方向とその設置基板の中心線が略垂直になるように、その電流センサをその設置基板の中心点で固定することを特徴とする電流センサの設置方法。