JP6826015B2 - 電流センサ - Google Patents
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Description
(1)
主電流が流れる主電流路と、
前記主電流路から分岐すると共に前記主電流路より断面積が小さく、副電流が流れる副電流路と、
前記副電流路の一部である被検出部の周囲に配置され、磁界の強さを検出する磁気検出素子と、
前記被検出部及び前記磁気検出素子を囲うように配置された磁気シールド部材と、
を備え、前記磁気検出素子によって検出された磁界の強さに基づいて前記被検出部を流れる副電流の大きさを測定する電流センサであって、
前記主電流路の延在方向をy方向とするxyz直交座標系において、
前記被検出部は、前記主電流路から所定距離だけ前記z方向の一側に離れたxy平面内にてx方向に複数回往復しながらy方向に延びる部分であって、前記x方向に沿って延在し前記x方向の第1の向きに副電流が流れる第1部分と、前記第1部分より前記y方向の一側に位置し前記x方向に沿って延在し前記x方向の前記第1の向きと反対の第2の向きに副電流が流れる第2部分と、前記第2部分より前記y方向の一側に位置し前記x方向に沿って延在し前記x方向の前記第1の向きに副電流が流れる第3部分と、を含み、
前記磁気検出素子は、yz平面に沿う1方向である磁気検出方向のみの磁界の強さを検出し、
前記磁気検出素子として、前記磁気検出方向を有する2つの磁気検出素子を備え、
2つの前記磁気検出素子は、2つの前記磁気検出素子の出力値の和をとることで、それぞれの前記出力値に含まれる前記主電流に起因する磁界とは異なる外部磁界分が相殺されるような位置に配置され、
2つの前記磁気検出素子は、それぞれの前記磁気検出方向が前記y方向となるように、前記y方向における前記第1部分及び前記第3部分に対応する位置にそれぞれ配置された、
電流センサであること。
(2)
主電流が流れる主電流路と、
前記主電流路から分岐すると共に前記主電流路より断面積が小さく、副電流が流れる副電流路と、
前記副電流路の一部である被検出部の周囲に配置され、磁界の強さを検出する磁気検出素子と、
前記被検出部及び前記磁気検出素子を囲うように配置された磁気シールド部材と、
を備え、前記磁気検出素子によって検出された磁界の強さに基づいて前記被検出部を流れる副電流の大きさを測定する電流センサであって、
前記主電流路の延在方向をy方向とするxyz直交座標系において、
前記被検出部は、前記主電流路から所定距離だけ前記z方向の一側に離れたxy平面内にてx方向に複数回往復しながらy方向に延びる部分であって、前記x方向に沿って延在し前記x方向の第1の向きに副電流が流れる第1部分と、前記第1部分より前記y方向の一側に位置し前記x方向に沿って延在し前記x方向の前記第1の向きと反対の第2の向きに副電流が流れる第2部分と、前記第2部分より前記y方向の一側に位置し前記x方向に沿って延在し前記x方向の前記第1の向きに副電流が流れる第3部分と、を含み、
前記磁気検出素子は、yz平面に沿う1方向である磁気検出方向のみの磁界の強さを検出し、
前記磁気検出素子として、前記磁気検出方向を有する2つの磁気検出素子を備え、
2つの前記磁気検出素子は、2つの前記磁気検出素子の出力値の差をとることで、それぞれの前記出力値に含まれる前記主電流に起因する磁界とは異なる外部磁界分が相殺されるような位置に配置され、
2つの前記磁気検出素子は、それぞれの前記磁気検出方向が前記z方向となるように、前記y方向における、前記第1部分と前記第2部分との間の中央位置、及び、前記第2部分と前記第3部分との間の中央位置にそれぞれ配置された、
電流センサであること。
(3)
上記(1)又は上記(2)に記載の電流センサにおいて、
前記主電流路は、前記x方向の幅寸法が前記z方向の厚さ寸法より大きい平板状のバスバーで構成された、
電流センサであること。
(4)
上記(1)乃至上記(3)の何れか1つに記載の電流センサにおいて、
前記副電流路は、回路基板に形成されたリードフレームであり、前記回路基板に対して、前記磁気検出素子及び前記磁気シールド部材が固定配置された、
電流センサであること。
発生する磁気ヒステリシスが低減されるので、磁気ヒステリシスの存在に起因する電流センサの測定精度の低下も抑制され得る。
以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態に係る電流センサ(以下、「本電流センサ」とも呼ぶ)について説明する。
図1〜図4に示すように、本電流センサは、主電流路10と、主電流路10から分岐する副電流路20と、副電流路20の周囲に配置される磁気検出素子30と、副電流路20及び磁気検出素子30を囲うように配置された磁気シールド部材40と、を備える。なお、図1では、磁気検出素子30の記載が省略されている。実際には、これらの部材は、樹脂ケース(図示省略)等に配置され、所定の相対位置関係が維持されるように樹脂ケース等に固定されている。本電流センサは、副電流路20を流れる副電流の大きさを測定することで、主電流路10を流れる主電流の大きさを測定する電流センサである。
次に、磁気シールド部材40に囲われるように副電流路20の被検出部23の周囲に配置された2つの磁気検出素子30の配置について、図2〜図6を参照しながら説明する。以下、説明の便宜上、図2〜図4に示すように、被検出部23の第2部分25のx方向中央位置を原点Oとするx,y,z座標軸をとる。
<観点1>
磁気検出素子30が配置された箇所における、被検出部23を流れる副電流に起因する磁界の向きが、磁気検出素子30の磁気検出方向に近い(より好ましくは一致する)こと。
<観点2>
磁気検出素子30の出力値が、外乱として作用し得る「主電流路10を流れる主電流に起因する磁界」の影響を受けないこと。
<観点3>
磁気検出素子30の出力値が、外乱として作用し得る「主電流に起因する磁界とは異なる外部磁界」(以下、単に「外部磁界」と呼ぶ。)の影響を受けないこと。
副電流路20に副電流が流れると、図3に磁力線で示すように磁界が発生する。図3に示す磁力線は、副電流に起因する磁界のみによる磁力線を示す。図3から理解できるように、2つの磁気検出素子30が配置された箇所では、副電流に起因する磁界の向きは、y方向と一致している。即ち、副電流に起因する磁界の向きが、2つの磁気検出素子30それぞれの磁気検出方向に一致している。これにより、副電流に起因する磁界の向きが磁気検出素子30の磁気検出方向と交差する場合と比べて、磁気検出素子30の出力値の大きさが大きくなり、副電流の大きさを精度良く測定できる。
主電流路10に主電流が流れると、図4に磁力線で示すように磁界が発生する。図4に示す磁力線は、主電流に起因する磁界のみによる磁力線を示す。図4から理解できるように、2つの磁気検出素子30が配置された箇所では、主電流に起因する磁界の向きは、x方向と一致している。即ち、主電流に起因する磁界の向きが、2つの磁気検出素子30それぞれの磁気検出方向(=y方向)と直交している。従って、2つの磁気検出素子30のそれぞれの出力値は、外乱として作用し得る「主電流路10を流れる主電流に起因する磁界」の影響を受けない。これにより、「主電流路10を流れる主電流に起因する磁界」による副電流の大きさの測定精度の低下を防止できる。
図5は、副電流路20に副電流が流れる場合における、副電流に起因する磁界のみによる(x座標が0、且つ、z座標がz1である場合における)y方向の磁束密度Byのy座標に対する推移の一例を示す。図5から理解できるように、2つの磁気検出素子30が配置されている2箇所(y座標がy1とy2)では、共に、y方向の磁束密度Byの絶対値が最大となり、且つ、極性が一致している。
以上より、本電流センサによれば、磁気シールド部材40が囲う副電流路20は、主電流路10から分岐する主電流路10より断面積が小さい電流路である。従って、磁気シールド部材40が主電流路10を囲う態様と比べて、磁気シールド部材40を小型化できる。また、副電流路20には、主電流路10と副電流路20との断面積の比率分に相当する分だけ主電流より小さい副電流が流れる。従って、磁気検出素子30の出力値に基づいて副電流路20を流れる副電流の大きさを測定することで、測定された副電流の大きさと前記断面積の比率分とから、主電流路10を流れる主電流の大きさを測定することができる。
なお、本発明は上記各実施形態に限定されることはなく、本発明の範囲内において種々の変形例を採用できる。例えば、本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、適宜、変形、改良、等が可能である。その他、上述した実施形態における各構成要素の材質、形状、寸法、数、配置箇所、等は本発明を達成できるものであれば任意であり、限定されない。
副電流路20に副電流が流れると、図8に磁力線で示すように磁界が発生する。図8に示す磁力線は、副電流に起因する磁界のみによる磁力線を示す。図8から理解できるように、2つの磁気検出素子30が配置された箇所では、副電流に起因する磁界の向きは、z方向と一致している。即ち、副電流に起因する磁界の向きが、2つの磁気検出素子30それぞれの磁気検出方向に一致している。これにより、副電流に起因する磁界の向きが磁気検出素子30の磁気検出方向と交差する場合と比べて、磁気検出素子30の出力値の大きさが大きくなり、副電流の大きさを精度良く測定できる。
主電流路10に主電流が流れると、図4に磁力線で示すように磁界が発生する。図4に示す磁力線は、主電流に起因する磁界のみによる磁力線を示す。図4から理解できるように、2つの磁気検出素子30が配置された箇所では、主電流に起因する磁界の向きは、x方向と一致している。即ち、主電流に起因する磁界の向きが、2つの磁気検出素子30それぞれの磁気検出方向(=z方向)と直交している。従って、2つの磁気検出素子30のそれぞれの出力値は、外乱として作用し得る「主電流路10を流れる主電流に起因する磁界」の影響を受けない。これにより、「主電流路10を流れる主電流に起因する磁界」による副電流の大きさの測定精度の低下を防止できる。
図9は、副電流路20に副電流が流れる場合における、副電流に起因する磁界のみによる(x座標が0、且つ、z座標がz1である場合における)z方向の磁束密度Bzのy座標に対する推移の一例を示す。図9から理解できるように、2つの磁気検出素子30が配置されている2箇所(y座標がy3とy4)では、共に、z方向の磁束密度Bzの絶対値が最大となり、且つ、極性が逆になっている。
(1)
主電流が流れる主電流路(10)と、
前記主電流路(10)から分岐すると共に前記主電流路(10)より断面積が小さく、副電流が流れる副電流路(20)と、
前記副電流路(20)の一部である被検出部(23)の周囲に配置され、磁界の強さを検出する磁気検出素子(30)と、
前記被検出部(23)及び前記磁気検出素子(30)を囲うように配置された磁気シールド部材(40)と、
を備え、前記磁気検出素子(30)によって検出された磁界の強さに基づいて前記被検出部(23)を流れる副電流の大きさを測定する電流センサであって、
前記主電流路(10)の延在方向を第1方向とし、前記第1方向と直交し且つ前記主電流路(10)の周方向に沿う方向を第2方向とし、前記第1方向及び前記第2方向と直交する方向を第3方向としたとき、
前記被検出部(23)は、少なくとも前記第2方向の成分を有する方向に延在し、
前記磁気検出素子(30)は、前記第2方向と直交し且つ前記被検出部(23)の周方向に沿う1方向である磁気検出方向のみの磁界の強さを検出する、
電流センサ。
(2)
上記(1)に記載の電流センサにおいて、
前記被検出部(23)は、前記第2方向に沿って延在している、
電流センサ。
(3)
上記(1)又は上記(2)に記載の電流センサにおいて、
前記磁気検出素子として、前記磁気検出方向を有する複数の磁気検出素子(30)を備え、
複数の前記磁気検出素子(30)は、複数の前記磁気検出素子(30)の出力値の和又は差をとることで、それぞれの前記出力値に含まれる前記主電流に起因する磁界とは異なる外部磁界分が相殺されるような位置に配置された、
電流センサ。
(4)
上記(3)に記載の電流センサにおいて、
前記被検出部(23)は、前記第2方向に沿って延在し前記第2方向の第1の向きに副電流が流れる第1部分(24)と、前記第1部分(24)より前記第1方向の一側に位置し前記第2方向に沿って延在し前記第2方向の前記第1の向きと反対の第2の向きに副電流が流れる第2部分(25)と、前記第2部分(25)より前記第1方向の一側に位置し前記第2方向に沿って延在し前記第2方向の前記第1の向きに副電流が流れる第3部分(26)と、を含み、
2つの前記磁気検出素子(30)は、それぞれの前記磁気検出方向が前記第1方向となるように、前記第1方向における前記第1部分(24)及び前記第3部分(26)に対応する位置にそれぞれ配置された、
電流センサ。
(5)
上記(3)に記載の電流センサにおいて、
前記被検出部(23)は、前記第2方向に沿って延在し前記第2方向の第1の向きに副電流が流れる第1部分(24)と、前記第1部分(24)より前記第1方向の一側に位置し前記第2方向に沿って延在し前記第2方向の前記第1の向きと反対の第2の向きに副電流が流れる第2部分(25)と、前記第2部分(25)より前記第1方向の一側に位置し前記第2方向に沿って延在し前記第2方向の前記第1の向きに副電流が流れる第3部分(26)と、を含み、
2つの前記磁気検出素子(30)は、それぞれの前記磁気検出方向が前記第3方向となるように、前記第1方向における、前記第1部分(24)と前記第2部分(25)との間の中央位置、及び、前記第2部分(25)と前記第3部分(26)との間の中央位置にそれぞれ配置された、
電流センサ。
(6)
上記(1)乃至(5)の何れか1つに記載の電流センサにおいて、
前記主電流路(10)は、前記第2方向の幅寸法が前記第3方向の厚さ寸法より大きい平板状のバスバーで構成された、
電流センサ。
(7)
上記(1)乃至上記(6)の何れか1つに記載の電流センサにおいて、
前記副電流路(20)は、回路基板に形成されたリードフレームであり、前記回路基板に対して、前記磁気検出素子(30)及び前記磁気シールド部材(40)が固定配置された、
電流センサ。
20 副電流路
23 被検出部
24 第1部分
25 第2部分
26 第3部分
30 磁気検出素子
40 磁気シールド部材
Claims (4)
- 主電流が流れる主電流路と、
前記主電流路から分岐すると共に前記主電流路より断面積が小さく、副電流が流れる副電流路と、
前記副電流路の一部である被検出部の周囲に配置され、磁界の強さを検出する磁気検出素子と、
前記被検出部及び前記磁気検出素子を囲うように配置された磁気シールド部材と、
を備え、前記磁気検出素子によって検出された磁界の強さに基づいて前記被検出部を流れる副電流の大きさを測定する電流センサであって、
前記主電流路の延在方向をy方向とするxyz直交座標系において、
前記被検出部は、前記主電流路から所定距離だけ前記z方向の一側に離れたxy平面内にてx方向に複数回往復しながらy方向に延びる部分であって、前記x方向に沿って延在し前記x方向の第1の向きに副電流が流れる第1部分と、前記第1部分より前記y方向の一側に位置し前記x方向に沿って延在し前記x方向の前記第1の向きと反対の第2の向きに副電流が流れる第2部分と、前記第2部分より前記y方向の一側に位置し前記x方向に沿って延在し前記x方向の前記第1の向きに副電流が流れる第3部分と、を含み、
前記磁気検出素子は、yz平面に沿う1方向である磁気検出方向のみの磁界の強さを検出し、
前記磁気検出素子として、前記磁気検出方向を有する2つの磁気検出素子を備え、
2つの前記磁気検出素子は、2つの前記磁気検出素子の出力値の和をとることで、それぞれの前記出力値に含まれる前記主電流に起因する磁界とは異なる外部磁界分が相殺されるような位置に配置され、
2つの前記磁気検出素子は、それぞれの前記磁気検出方向が前記y方向となるように、前記y方向における前記第1部分及び前記第3部分に対応する位置にそれぞれ配置された、
電流センサ。 - 主電流が流れる主電流路と、
前記主電流路から分岐すると共に前記主電流路より断面積が小さく、副電流が流れる副電流路と、
前記副電流路の一部である被検出部の周囲に配置され、磁界の強さを検出する磁気検出素子と、
前記被検出部及び前記磁気検出素子を囲うように配置された磁気シールド部材と、
を備え、前記磁気検出素子によって検出された磁界の強さに基づいて前記被検出部を流れる副電流の大きさを測定する電流センサであって、
前記主電流路の延在方向をy方向とするxyz直交座標系において、
前記被検出部は、前記主電流路から所定距離だけ前記z方向の一側に離れたxy平面内にてx方向に複数回往復しながらy方向に延びる部分であって、前記x方向に沿って延在し前記x方向の第1の向きに副電流が流れる第1部分と、前記第1部分より前記y方向の一側に位置し前記x方向に沿って延在し前記x方向の前記第1の向きと反対の第2の向きに副電流が流れる第2部分と、前記第2部分より前記y方向の一側に位置し前記x方向に沿って延在し前記x方向の前記第1の向きに副電流が流れる第3部分と、を含み、
前記磁気検出素子は、yz平面に沿う1方向である磁気検出方向のみの磁界の強さを検出し、
前記磁気検出素子として、前記磁気検出方向を有する2つの磁気検出素子を備え、
2つの前記磁気検出素子は、2つの前記磁気検出素子の出力値の差をとることで、それぞれの前記出力値に含まれる前記主電流に起因する磁界とは異なる外部磁界分が相殺されるような位置に配置され、
2つの前記磁気検出素子は、それぞれの前記磁気検出方向が前記z方向となるように、前記y方向における、前記第1部分と前記第2部分との間の中央位置、及び、前記第2部分と前記第3部分との間の中央位置にそれぞれ配置された、
電流センサ。 - 請求項1又は請求項2に記載の電流センサにおいて、
前記主電流路は、前記x方向の幅寸法が前記z方向の厚さ寸法より大きい平板状のバスバーで構成された、
電流センサ。 - 請求項1乃至請求項3の何れか1つに記載の電流センサにおいて、
前記副電流路は、回路基板に形成されたリードフレームであり、前記回路基板に対して、前記磁気検出素子及び前記磁気シールド部材が固定配置された、
電流センサ。
Priority Applications (4)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
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