JP2011043338A

JP2011043338A - 電流センサ

Info

Publication number: JP2011043338A
Application number: JP2009189768A
Authority: JP
Inventors: Kazuhiro Onaka; 和弘尾中; Masataka Tagawa; 正孝田川; Shusuke Uematsu; 秀典植松
Original assignee: Panasonic Corp
Current assignee: Panasonic Corp
Priority date: 2009-08-19
Filing date: 2009-08-19
Publication date: 2011-03-03

Abstract

【課題】本発明は、より正確な電流値検出ができる電流センサを提供することを目的とするものである。
【解決手段】本発明の電流センサは、延伸方向が直交しかつ端部で互いに接続された第１、第２の磁気抵抗素子１４ａ、１４ｂを有する第１の検出部１１と、延伸方向が直交しかつ端部で互いに接続された第３、第４の磁気抵抗素子１４ｃ、１４ｄを有する第２の検出部１３とを備え、前記第１の検出部１１を導体１２に近接させるとともに、前記第２の検出部１３を前記導体１２からの距離が前記第１の検出部１１より大きくなるように配置し、かつ前記第１、第２の検出部１１，１３における前記第１〜第４の磁気抵抗素子１４ａ〜１４ｄが設けられた面を信号磁界の接線と略並行にしたものである。
【選択図】図１

Description

本発明は各種電子機器の導体に流れる電流を検出するための電流センサに関するものである。

従来のこの種の電流センサは、図５に示すように、それぞれ磁気抵抗素子を備えた第１の検出部１と第２の検出部２を互いに導体３の反対側に位置させるようにしていた。

そして、第１の検出部１で得られる出力と第２の検出部２で得られる出力を差動処理して、外部磁界Ｂ０対策を講じるようにしていた。

なお、この出願の発明に関する先行技術文献情報としては、例えば、特許文献１が知られている。

特表２００５−５１７９３７号公報

上記した従来の電流センサにおいては、第１の検出部１の位置と第２の検出部２の位置を導体３に対して対称となるように正確に取り付けるということは困難であり、対称となる位置からずれてしまう場合があった。そして、わずかでも対称となる位置からずれてしまえば、第１の検出部１、第２の検出部２は外部磁界Ｂ０からそれぞれ異なる影響を受けるため、より正確な電流値検出ができないという課題を有していた。

本発明は上記従来の課題を解決するもので、より正確な電流値検出ができる電流センサを提供することを目的とするものである。

上記目的を達成するために、本発明は以下の構成を有するものである。

本発明の請求項１に記載の発明は、導体を流れる電流から発生する信号磁界を検出して導体に流れる電流を検出するための電流センサにおいて、延伸方向が直交しかつ端部で互いに接続された第１の磁気抵抗素子と第２の磁気抵抗素子とを有する第１の検出部と、延伸方向が直交しかつ端部で互いに接続された第３の磁気抵抗素子と第４の磁気抵抗素子とを有する第２の検出部とを備え、前記第１の検出部を前記導体に近接させるとともに、前記第２の検出部を前記導体からの距離が前記第１の検出部より大きくなるように配置し、かつ前記第１、第２の検出部における前記第１〜第４の磁気抵抗素子が設けられた面を信号磁界の接線と略並行にし、前記第１の検出部で得られた信号と第２の検出部で得られた信号の差分を検知することにより、外部磁界の影響を排除して前記導体に流れる電流を検出するようにしたもので、この構成によれば、第２の検出部では外部磁界のみの磁界を検出することになり、一方、第１の検出部では外部磁界と信号磁界の両方の磁界の合成磁界を検出することになるため、第１の検出部で得られた信号と第２の検出部で得られた信号を差動処理することによって、信号磁界のみによる出力を得ることができ、その結果、第１〜第４の磁気抵抗素子が設けられた面を信号磁界の接線と略並行にし、かつ導体に対する第１、第２の検出部の距離を規定するだけで外部磁界の影響を排除できるため、より正確な電流値検出ができるという作用効果が得られるものである。

本発明の請求項２に記載の発明は、導体を流れる電流から発生する信号磁界を検出して導体に流れる電流を検出するための電流センサにおいて、延伸方向が直交しかつ端部で互いに接続された第１の磁気抵抗素子と第２の磁気抵抗素子とを有する第１の検出部と、延伸方向が直交しかつ端部で互いに接続された第３の磁気抵抗素子と第４の磁気抵抗素子とを有する第２の検出部とを備え、前記第１の検出部における第１、第２の磁気抵抗素子が設けられた面を信号磁界の接線と略並行にするとともに、前記第２の検出部における第３、第４の磁気抵抗素子が設けられた面を信号磁界の接線と略垂直にし、かつ前記第１の検出部で得られた信号と第２の検出部で得られた信号の差分を検知することにより、外部磁界の影響を排除して前記導体に流れる電流を検出するようにしたもので、この構成によれば、第２の検出部では信号磁界からの影響を受けることがなくなるため、外部磁界のみの磁界を検出することになり、また、第１の検出部では外部磁界と信号磁界の両方の磁界の合成磁界を検出することになるため、第１の検出部で得られた信号と第２の検出部で得られた信号を差動処理することによって、信号磁界のみによる出力を得ることができ、その結果、第１〜第４の磁気抵抗素子が設けられた面を信号磁界の接線と略並行にし、かつ信号磁界の接線に対する第１、第２の検出部の角度を規定するだけで外部磁界の影響を排除できるため、より正確な電流値検出ができるという作用効果が得られるものである。

以上のように本発明の電流センサは、第１の検出部を導体に近接させるとともに、第２の検出部を前記導体からの距離が前記第１の検出部より大きくなるように配置し、かつ前記第１、第２の検出部における第１〜第４の磁気抵抗素子が設けられた面を信号磁界の接線と略並行にし、前記第１の検出部で得られた信号と第２の検出部で得られた信号の差分を検知することにより、外部磁界の影響を排除して前記導体に流れる電流を検出するようにしているため、第２の検出部では外部磁界のみの磁界を検出することになり、一方、第１の検出部では外部磁界と信号磁界の両方の磁界の合成磁界を検出することになり、これにより、第１の検出部で得られた信号と第２の検出部で得られた信号を差動処理することによって、信号磁界のみによる出力を得ることができるため、第１〜第４の磁気抵抗素子が設けられた面を信号磁界の接線と略並行になるようにし、かつ導体に対する第１、第２の検出部の距離を規定するだけで外部磁界の影響を排除でき、これにより、より正確な電流値検出ができるという優れた効果を奏するものである。

本発明の実施の形態１における電流センサを側面から見たときの模式図同電流センサの第１の検出部を導体から見たときの平面図同電流センサの第２の検出部を導体から見たときの平面図本発明の実施の形態２における電流センサを側面から見たときの模式図従来の電流センサを側面から見たときの模式図

（実施の形態１）
以下、実施の形態１を用いて、本発明の特に請求項１に記載の発明について説明する。

図１は本発明の実施の形態１における電流センサを側面から見たときの模式図、図２は同電流センサの第１の検出部を導体から見たときの平面図、図３は同電流センサの第２の検出部を導体から見たときの平面図である。

本発明の実施の形態１における電流センサは、図１〜図３に示すように、第１の検出部１１を導体１２に近接させるとともに、第２の検出部１３を導体１２に対して第１の検出部１１より遠くなるように配置し、そして、前記第１、第２の検出部１１，１３における第１〜第４の磁気抵抗素子１４ａ〜１４ｄが設けられた面を信号磁界Ｂの接線と略並行にしている。なお、第１の検出部１１と第２の検出部１３は、図示されていないが、ホルダー内に一体的に形成されている。また、図１、図３において導体１２を流れる電流は、紙面の裏側から表側へ向かう方向に流れている。

前記第１の検出部１１には、アルミナ等で構成された絶縁性の基板１５ａの上面に設けた第１、第２の磁気抵抗素子１４ａ，１４ｂが備えられている。そして、図２に示すように、第１、第２の磁気抵抗素子１４ａ，１４ｂは延伸方向が互いに直交するように接続して構成され、そして、この第１、第２の磁気抵抗素子１４ａ，１４ｂの接続部１６に第１の出力部１７が形成されている。

また、前記第２の検出部１３にも、アルミナ等で構成された絶縁性の基板１５ｂの上面に設けた第３、第４の磁気抵抗素子１４ｃ，１４ｄが備えられている。そして、図３に示すように、第３、第４の磁気抵抗素子１４ｃ，１４ｄは延伸方向が互いに直交するように接続して構成され、そして、この第３、第４の磁気抵抗素子１４ｃ，１４ｄの接続部１８に第２の出力部１９が形成されている。

このとき、第１〜第４の磁気抵抗素子１４ａ〜１４ｄにおいて接続部１６，１８に接続されていない端部について、第１、第３の磁気抵抗素子１４ａ，１４ｃに電圧端子を接続するとともに、第２、第４の磁気抵抗素子１４ｂ，１４ｄをグランドに接続する。

なお、前記第１〜第４の磁気抵抗素子１４ａ〜１４ｄは、基板１５ａ，１５ｂ上に蒸着などの方法で形成され、かつその形状は、図２、図３では矩形状に示されているが、実際は長手方向の辺で折り返すように蛇行状に構成されている。そして、磁界が印加されていないとき、第１〜第４の磁気抵抗素子１４ａ〜１４ｄのそれぞれの抵抗値は略同一である。さらに、第１〜第４の磁気抵抗素子１４ａ〜１４ｄは保護膜（図示せず）により保護されている。

また、第１の検出部１１における第１、第２の磁気抵抗素子１４ａ，１４ｂ、出力部１７等のパターンや位置関係と、第２の検出部１３における第３、第４の磁気抵抗素子１４ｃ，１４ｄ、出力部１９等のパターンや位置関係とを略同一にすれば、生産性を向上させることができる。

そして、前記第２の検出部１３は、導体１２に対して第１の検出部１１より遠い位置に配置し、かつ第３、第４の磁気抵抗素子１４ｃ，１４ｄが設けられた面を信号磁界Ｂの接線、第１の検出部１１における第１、第２の磁気抵抗素子１４ａ、１４ｂが設けられた面と略並行にする。このとき、磁気抵抗素子は、磁気抵抗素子に流れる電流と磁界が直交する場合にその抵抗値が変化するため、信号磁界Ｂによって第１〜第４の磁気抵抗素子１４ａ〜１４ｄの抵抗値を変化させることができ、これにより、第１、第２の出力部１７，１９から信号が出力される。

さらに、第２の検出部１３は、信号磁界Ｂによる出力が発生しないようにして外部磁界のみの磁界を検出するようにする必要がある。そのためには、導体１２から遠くに配置しなければならないが、この距離は、導体１２を流れる電流や求められる検知精度等により適宜決定し、例えば５０ｍｍとすることができる。

このように配置することにより、第１の検出部１１、第２の検出部１３の両方が受ける外部磁界（外乱磁界）による影響を同一にすることができる。このとき、第１〜第４の磁気抵抗素子１４ａ〜１４ｄにおいて電圧端子とグランド間に電圧を印加し、第１の出力部１７から得られる出力（電圧Ｖ０１）と第２の出力部１９から得られる出力（電圧Ｖ０２）を差動処理して得られた出力によって、外部磁界の影響を相殺できるため、信号磁界Ｂのみを検出することができる。そして、この信号磁界Ｂから導体１２を流れる電流値を算出する。

上記した本発明の実施の形態１における電流センサにおいては、第１〜第４の磁気抵抗素子１４ａ〜１４ｄが設けられた面を信号磁界Ｂの接線と略並行にし、かつ導体１２に対する第１、第２の検出部１１，１３の距離を規定するだけで外部磁界の影響を排除できるため、より正確な電流値検出ができるという効果が得られるものである。

そして、第１の検出部１１を導体１２に近接させるとともに、第２の検出部１３を前記導体１２からの距離が前記第１の検出部１１より大きくなるように配置し、かつ前記第１、第２の検出部１１，１３における第１〜第４の磁気抵抗素子１４ａ〜１４ｄが設けられた面を信号磁界Ｂの接線と略並行にし、前記第１の検出部１１で得られた信号と第２の検出部１３で得られた信号の差分を検知することにより、外部磁界の影響を排除して前記導体１２に流れる電流を検出するようにしている。これにより、第２の検出部１３では外部磁界のみの磁界を検出することになり、一方、第１の検出部１１では外部磁界と信号磁界Ｂの両方の磁界の合成磁界を検出することになるため、第１の検出部１１で得られた信号と第２の検出部１３で得られた信号を差動処理することによって、信号磁界のみによる出力を得ることができる。

すなわち、第１の検出部１１には外部磁界と信号磁界Ｂの両方の磁界が入射されるが、導体１２を流れる電流値を検知するには導体１２で発生する信号磁界Ｂのみからの出力を必要としているため、外部磁界による出力の影響を知る必要がある。このため、信号磁界Ｂによる影響を受けない遠い位置にある第２の検出部１３によって外部磁界のみによる出力を得ることができれば、これらの差分を取ることによって信号磁界Ｂのみにより出力を得ることができる。

そしてまた、第１の検出部１１の位置と第２の検出部１３の位置を導体１２に対して対称となるように正確に取り付ける必要はなく、第１の検出部１１、第２の検出部１３のそれぞれについて、これらを所定の箇所に設けるだけでよく、しかも導体１２に対して一方向に形成すればよいため、高い取り付け精度は不要となり、これにより、取り付けによる外部磁界の影響は小さくなる。

さらに、第１の検出部１１と第２の検出部１３とをホルダー内に一体的に形成すれば、第１の検出部１１、第２の検出部１３を容易に所定箇所に位置させることができる。

また、複数の導体１２についてそれぞれの信号磁界を検出する場合でも、外部磁界検出用の検出部は１つで済むため、導体１２の数と同数の第１の検出部１１と１つの第２の検出部１３があればよく、これにより、検出部の数を減らすことができる。

そしてまた、従来と異なり外部磁界自体が第２の検出部１３によって検出されるため、その後の処理が容易になるものである。

（実施の形態２）
以下、実施の形態２を用いて、本発明の特に請求項２に記載の発明について説明する。

図４は本発明の実施の形態２における電流センサを側面から見たときの模式図である。なお、この本発明の実施の形態２においては、上記した本発明の実施の形態１と同様の構成を有するものについては、同一符号を付しており、その説明は省略する。

本発明の実施の形態２が上記した本発明の実施の形態１と相違する点は、図４に示すように、第２の検出部１３における第３、第４の磁気抵抗素子１４ｃ、１４ｄが設けられた面を、信号磁界Ｂの接線と略並行にするのではなく信号磁界Ｂの接線と略垂直にした点である。

このとき、第３、第４の磁気抵抗素子１４ｃ，１４ｄは第１の検出部１１における第１、第２の磁気抵抗素子１４ａ、１４ｂと略並行にする必要がある。

このような構成とすることによって、第２の検出部１３では第３、第４の磁気抵抗素子１４ｃ、１４ｄに対して、その膜厚方向に信号磁界Ｂがかかっているため、第３、第４の磁気抵抗素子１４ｃ、１４ｄは抵抗値が変化せず、外部磁界のみの磁界を検出することになり、また、第１の検出部１１では外部磁界と信号磁界Ｂの両方の磁界の合成磁界を検出することになるため、第１の検出部１１で得られた信号と第２の検出部１３で得られた信号を差動処理することによって、信号磁界のみによる出力を得ることができるという効果が得られるものである。

また、上記した本発明の実施の形態１では、第２の検出部１３の位置（導体１２からの距離）によっては信号磁界Ｂの影響を無くすことは難しいが、本発明の実施の形態２においては、導体１２からの距離に関係なく信号磁界Ｂの影響をより確実に無くすことができる。

なお、上記した本発明の実施の形態１、２における電流センサにおいては、第１、第２の検出部１１，１３のそれぞれを構成する磁気抵抗素子をハーフブリッジ回路に構成したものについて説明したが、フルブリッジ回路に構成してもよい。

また、検出された出力が直線性を有するために、基板１５ａ、１５ｂの下面にＢａＦｅ、ＳｒＦｅ等からなる磁石を設けて第１の検出部１１、第２の検出部１３にバイアス磁界を印加してもよい。

本発明に係る電流センサは、より正確な電流値検出ができるという効果を有するものであり、特に各種電子機器の導体に流れる電流を検出するための電流センサ等に適用することにより有用となるものである。

１１第１の検出部
１２導体
１３第２の検出部
１４ａ〜１４ｄ第１〜第４の磁気抵抗素子

Claims

導体を流れる電流から発生する信号磁界を検出して導体に流れる電流を検出するための電流センサにおいて、延伸方向が直交しかつ端部で互いに接続された第１の磁気抵抗素子と第２の磁気抵抗素子とを有する第１の検出部と、延伸方向が直交しかつ端部で互いに接続された第３の磁気抵抗素子と第４の磁気抵抗素子とを有する第２の検出部とを備え、前記第１の検出部を前記導体に近接させるとともに、前記第２の検出部を前記導体からの距離が前記第１の検出部より大きくなるように配置し、かつ前記第１、第２の検出部における前記第１〜第４の磁気抵抗素子が設けられた面を信号磁界の接線と略並行にし、前記第１の検出部で得られた信号と第２の検出部で得られた信号の差分を検知することにより、外部磁界の影響を排除して前記導体に流れる電流を検出するようにした電流センサ。
導体を流れる電流から発生する信号磁界を検出して導体に流れる電流を検出するための電流センサにおいて、延伸方向が直交しかつ端部で互いに接続された第１の磁気抵抗素子と第２の磁気抵抗素子とを有する第１の検出部と、延伸方向が直交しかつ端部で互いに接続された第３の磁気抵抗素子と第４の磁気抵抗素子とを有する第２の検出部とを備え、前記第１の検出部における第１、第２の磁気抵抗素子が設けられた面を信号磁界の接線と略並行にするとともに、前記第２の検出部における第３、第４の磁気抵抗素子が設けられた面を信号磁界の接線と略垂直にし、かつ前記第１の検出部で得られた信号と第２の検出部で得られた信号の差分を検知することにより、外部磁界の影響を排除して前記導体に流れる電流を検出するようにした電流センサ。