JP2017120252A - 電流センサ - Google Patents
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Abstract
Description
これにより、前記電流路の周囲には、線対称な楕円状の磁界が形成される。
これにより、前記センサ部における前記第1方向の磁界成分が大きくなる。
これにより、前記第2方向の位置に応じた前記第1方向の磁界成分の変化が大きくなるため、電流の測定感度が高くなる。
これにより、電流の測定感度を高めつつ、前記磁性部材の前記長辺の長さが抑制される。
これにより、前記第1磁気センサと前記第2磁気センサとの距離が短くなるため、外来磁界の影響を受け難くなる。
また、上記の構成によれば、一方の前記ハーフブリッジ回路に属する前記磁電変換素子の前記感度方向と他方の前記ハーフブリッジ回路に属する前記磁電変換素子の前記感度方向とが逆方向とされている。これにより、2つの前記ハーフブリッジ回路における2つの接続中点に生じる信号の差は、各ハーフブリッジ回路における2つの前記磁電変換素子のそれぞれにおいて検出される磁界の差に応じた信号となる。当該2つの接続中点に生じる信号の差は、前記第1磁気センサが配置される場所における磁界と前記第2磁気センサが配置される場所における磁界との差に対して、感度が高くなる。従って、前記信号生成部において生成される信号は、前記電流路に流れる電流に対する感度が高くなる。
図1は、本発明の第1の実施形態に係る電流センサの一例を示す図である。
図1に示す電流センサは、測定対象の電流Iが流れる電流路10と、電流Iによる磁界(磁束密度)を検出する第1磁気センサ21及び第2磁気センサ22を含んだセンサ部20と、第1磁気センサ21及び第2磁気センサ22における磁界の向きを調節する磁性部材40とを有する。
電流Iの通流方向(Y方向)と垂直な仮想平面における電流路10の断面形状は、Z方向と平行な対称軸ALに対して線対称な形状であり、図1の例では、Z方向に平行な長辺とX方向に平行な短辺とを持つ長方形である。電流路10と磁性部材40は、対称軸AL上に並んで配置される。センサ部20は、電流路10と磁性部材40との間に位置する。
図3と図4を比較して分かるように、磁性部材40が存在する場合の磁性部材40と電流路10との隙間における誘導磁界MFは、磁性部材40が存在しない場合の誘導磁界MFaに比べて、Z方向の磁界成分が強調されて大きくなる。
更に、楕円状の誘導磁界MFにおいて、楕円の長軸と垂直な方向(X方向)の位置に応じた長軸と平行な磁界成分(Z方向の磁界成分)の変化は、長軸上において最も大きくなる。そのため、電流路10と磁性部材40とが楕円の長軸に沿った対称軸AL上に並んで配置され、その電流路10と磁性部材40との間にセンサ部20が位置することにより、X方向の位置に応じたZ方向の磁界成分の変化をより大きくすることができる。
従って、第1磁気センサ21において検出される磁界と第2磁気センサ22において検出される磁界との差を大きくできるため、電流の測定感度を高めることができる。
次に、本発明の第2の実施形態について説明する。
第2の実施形態に係る電流センサは、上述した第1の実施形態に係る電流センサにおけるセンサ部20の構成を変更したものであり、他の構成は概ね第1の実施形態に係る電流センサと同一である。
また、第1磁気センサ21Aに含まれる磁電変換素子212と第2磁気センサ22Aに含まれる磁電変換素子214とのペアによるハーフブリッジ回路HB2が形成されており、このペアをなす磁電変換素子212及び214の感度方向が互いに同一方向であるとともに、感度影響方向が互いに同一方向である。ペアをなす磁電変換素子212及び214に一様な外来磁界が加わった場合、感度影響方向が互いに同一方向(X2)であるため、磁電変換素子211及び213それぞれの感度の変化が同程度となる。従って、ハーフブリッジ回路HB2の接続中点に生じる電圧V4は、磁電変換素子212及び214のそれぞれにおいて検出される磁界の差に応じた電圧となり、感度影響方向の外来磁界による影響を受け難くなる。
従って、電圧V3と電圧V4との差(V3−V4)に基づいて生成される信号DATは、感度影響方向の外来磁界による影響を受け難くなるため、外来磁界による電流測定精度の誤差を抑えることができる。
次に、本発明の第3の実施形態について説明する。
第3の実施形態に係る電流センサは、上述した第1の実施形態に係る電流センサにおけるセンサ部20の構成を変更したものであり、他の構成は概ね第1の実施形態に係る電流センサと同一である。
また、磁電変換素子222及び224の一方において抵抗が小さくなり、かつ、感度が高くなると、磁電変換素子222及び224の他方において抵抗が大きくなり、かつ、感度が低くなる。この場合、磁電変換素子222及び224は、何れも、感度一定の状態に比べて抵抗が小さくなる(感度誤差成分により抵抗が減少する)。従って、電圧V5と電圧V6との差(V5−V6)においては、それぞれの感度誤差成分が打ち消し合い、トータルの感度誤差成分が微小になる。
図14に示す電流センサは、図1,図2に示す電流センサにおける磁性部材40を磁性部材40Dに置き換えたものである。電流Iの通流方向(Y方向)と垂直な仮想平面における磁性部材40Dの断面形状は、X方向に長い長方形を対称軸ALにおいて対称に折り曲げた形状を持つ。磁性部材40Dは、センサ部20を介して電流路10と対向する表面として、互いに傾斜した2つの平面41a及び41bを有する。平面41a及び41bは、対称軸ALと同じ角度で交わっており、互いの交わりによる交線が対称軸ALと垂直であり、電流Iの通流方向(Y方向)と垂直な仮想平面との交線の長さが互いに等しい。また、平面41a及び41bは、電流路10が位置する側における二面角が劣角となる姿勢で互いに傾斜している。すなわち、電流路10と対向する側において平面41aと平面41bとのなす角度は、180°より小さい。
図15に示す電流センサでは、図1,図2に示す電流センサにおけるセンサ部20をセンサ部20Eに置き換えたものである。センサ部20Eは、ホール素子を含んで構成された第1磁気センサ21E及び第2磁気センサ22Eを有する。第1磁気センサ21E及び第2磁気センサ22Eは、既に説明した第1磁気センサ21及び第2磁気センサ22と同様に、Z方向と平行な感度方向(S1,S2)を持つ。第1磁気センサ21E及び第2磁気センサ22Eを含むチップ部品であるセンサ部20Eは、配線基板5Eに配置される。ホール素子の感度方向(S1,S2)は、配線基板5Eの部品実装面に対して垂直であるため、配線基板5EはZ方向に対して部品実装面が垂直となる姿勢で配置される。磁性部材40は、センサ部20が配置される配線基板5Eの部品実装面に対して反対側の面に配置される。
Claims (16)
- 電流路と、
前記電流路に流れる電流による磁界ベクトルの第1方向の磁界成分が前記第1方向と直交する第2方向の位置に応じて変化する場所において、前記第2方向に並んで配置され、それぞれ前記第1方向と平行な感度方向を持つ第1磁気センサ及び第2磁気センサを含んだセンサ部と、
前記第1磁気センサにおいて検出される磁界と前記第2磁気センサにおいて検出される磁界との差に応じた信号を生成する信号生成部と、
前記センサ部に比べて前記電流路から前記第1方向へ離間した位置に、前記センサ部を挟んで前記電流路と対向する表面を持つ磁性部材と
を有する電流センサ。 - 前記電流路は、電流が流れる方向と垂直な仮想平面において線対称な楕円状の磁界を形成し、
前記線対称な楕円状の磁界における楕円の長軸に対応する対称軸が前記第1方向と平行であり、
前記電流路と前記磁性部材とが前記対称軸上に並んで配置され、
前記センサ部が前記電流路と前記磁性部材との間に位置する、
請求項1に記載の電流センサ。 - 前記第1磁気センサ及び前記第2磁気センサは、前記仮想平面において前記対称軸を挟んで配置される、
請求項2に記載の電流センサ。 - 前記磁性部材の前記表面は、前記対称軸と垂直に交わる平面を含む、
請求項3に記載の電流センサ。 - 前記磁性部材の前記平面は、前記第2方向における当該平面の中心の位置で前記対称軸と垂直に交わる、
請求項4に記載の電流センサ。 - 前記電流路は、前記仮想平面における断面形状が、前記第1方向に平行な長辺と前記第2方向に平行な短辺とを持つ長方形である、
請求項2乃至5の何れか一項に記載の電流センサ。 - 前記磁性部材は、前記仮想平面における断面形状が、前記第1方向に平行な短辺と前記第2方向に平行な長辺とを持つ長方形である、
請求項6に記載の電流センサ。 - 前記電流路は、前記仮想平面における断面形状が、前記第1方向に平行な長辺と前記第2方向に平行な短辺とを持つ長方形であり、
前記磁性部材は、前記仮想平面における断面形状が、前記第1方向に平行な短辺と前記第2方向に平行な長辺とを持つ長方形であり、
前記磁性部材の前記長辺の長さは、前記第1方向における前記電流路と前記磁性部材との隙間の長さ以上である、
請求項5に記載の電流センサ。 - 前記磁性部材の前記長辺の長さは、前記隙間の長さの2.5倍以下である、
請求項8に記載の電流センサ。 - 前記磁性部材の前記表面は、前記対称軸と同じ角度で交わり、互いの交わりによる交線が前記対称軸と垂直であり、前記電流路と対向する側における二面角が劣角となる姿勢で互いに傾斜し、前記仮想平面との交線の長さが等しい2つの平面を有する、
請求項3に記載の電流センサ。 - 前記第1磁気センサと前記第2磁気センサとが1つの集積回路チップ内に設けられている、
請求項1乃至10の何れか一項に記載の電流センサ。 - 前記第1磁気センサ及び前記第2磁気センサは、前記第1方向と平行な感度方向を持ち、当該感度方向と垂直な感度影響方向の磁界成分に応じて感度が変化する磁電変換素子をそれぞれ少なくとも1つ含み、
前記第1磁気センサに含まれる1つの前記磁電変換素子と前記第2磁気センサに含まれる1つの前記磁電変換素子とのペアが少なくとも1つ形成されており、
前記ペアをなす2つの前記磁電変換素子は、前記感度方向が互いに同一方向であるとともに、前記感度影響方向が互いに同一方向であり、
前記信号生成部は、前記ペアをなす2つの前記磁電変換素子のそれぞれにおいて検出される磁界の差に応じた信号を生成する、
請求項1乃至11の何れか一項に記載の電流センサ。 - 前記ペアをなす2つの前記磁電変換素子が直列接続されたハーフブリッジ回路が形成されており、
前記信号生成部は、前記ハーフブリッジ回路における2つの前記磁電変換素子の接続中点に生じる信号に基づいて、前記ハーフブリッジ回路における2つの前記磁電変換素子のそれぞれにおいて検出される磁界の差に応じた信号を生成する、
請求項12に記載の電流センサ。 - 2つの前記ハーフブリッジ回路が並列接続されたフルブリッジ回路が形成されており、
一方の前記ハーフブリッジ回路に属する前記磁電変換素子の前記感度方向と他方の前記ハーフブリッジ回路に属する前記磁電変換素子の前記感度方向とが逆方向であり、
前記信号生成部は、一方の前記ハーフブリッジ回路の前記接続中点に生じる信号と他方の前記ハーフブリッジ回路の前記接続中点に生じる信号との差に基づいて、各ハーフブリッジ回路における2つの前記磁電変換素子のそれぞれにおいて検出される磁界の差に応じた信号を生成する、
請求項13に記載の電流センサ。 - 一方の前記ハーフブリッジ回路に属する前記磁電変換素子の前記感度影響方向と他方の前記ハーフブリッジ回路に属する前記磁電変換素子の前記感度影響方向とが逆方向である、
請求項14に記載の電流センサ。 - 前記第1磁気センサ及び前記第2磁気センサは、2つの直列接続された磁電変換素子により形成されるハーフブリッジ回路をそれぞれ含み、
前記ハーフブリッジ回路における前記2つの磁電変換素子は、前記第1方向と平行かつ互いに逆向きの感度方向を持つとともに、当該感度方向と垂直かつ互いに同じ向きの感度影響方向を持ち、前記感度影響方向の磁界成分に応じてそれぞれ感度が変化し、
前記第1磁気センサの前記ハーフブリッジ回路と、前記第2磁気センサの前記ハーフブリッジ回路とが並列接続されたフルブリッジ回路が形成されており、
前記フルブリッジ回路における対角の2つの磁電変換素子が、互いに逆向きの前記感度方向を持つとともに、互いに逆向きの前記感度影響方向を持ち、
前記信号生成部が、前記フルブリッジ回路における一方の前記ハーフブリッジ回路の接続中点に生じる信号と他方の前記ハーフブリッジ回路の接続中点に生じる信号との差に基づいて、一方の前記ハーフブリッジ回路に属する前記磁電変換素子において検出される磁界と他方の前記ハーフブリッジ回路に属する前記磁電変換素子において検出される磁界との差に応じた信号を生成する、
請求項1乃至11の何れか一項に記載の電流センサ。
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