JPH054037U - 電流検知センサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 コアやコイルの使用を排除して、簡易で小型
で実用的な電流検知センサを提供する。 【構成】永久磁石１９上に磁気抵抗素子２１と２２を平
行配置し、この真中に被検出電流が流れる導線２３が設
置される。被検出電流が導線２３に流されると、導線２
３の周囲に右ネジの法則に従って磁場が発生するので、
永久磁石１９から発せられた磁場が乱されることにな
る。この磁場の乱れは磁気抵抗素子２１及び２２の電気
抵抗の変化として検出できるため、磁気抵抗素子２１及
び２２の電気抵抗値を検出すれば、導線２３に流れる電
流の方向と大きさとが検出できる。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案は、被検出電流の方向と大きさを検出する電流検知センサの改良に関す るものである。

【０００２】

【従来の技術】

近年においては、電流磁気効果を応用して電流の大きさと方向を検出する電流 検知センサ、すなわち磁電変換素子を用いた電流検知センサが作成されてきてい る。磁電変換素子の一種であるホール素子を用いて作成された電流検知センサは この代表的なものであり、このようなホール素子を用いた電流検知センサの一例 が図５に示されている。

【０００３】 図５において、図５Ａの外観図に示されているように、この従来装置はコイル 部１１とコア１３と素子基板１５とから構成されており、素子基板１５にはホー ル素子部１７が設けられている。そして、ホール素子部１７には、図５Ｂに示さ れているように、ホール素子１９が設置されており、このホール素子１９から出 力されるホール電圧Ｖ_H を検出することによって、コイル１３から発せられる磁 界の強さが検出されるようになっている。

【０００４】 この従来装置においては、コイル部１１に設置されている端子１１ａと端子１ ２ａに被検出電流を供給する電極が接続される。そして、コイル部１１内におい ては、導線がコア１３に巻線されており、端子１１ａから１１ｂに流された被検 出電流は、このコイル部１１において電磁変換されてコア１３の周囲に磁界を形 成する。そして、このようにして発生した磁界は、素子基板１５上のホール素子 部１７のホール素子１９において磁電変換されてホール電圧Ｖ_H となるわけであ る。

【０００５】 ここで、ホール素子１９は入力電流端子１９ａと１９ｂとを有しており、この 入力電流端子１９ａと１９ｂに電源からホール電流Ｉ_H が供給される。一方、ホ ール素子１９には出力電圧端子１９ｃ及び１９ｄが設置されており、このホール 素子１９に磁界Ｂが加えられると、その磁界の大きさに追従した大きさのホール 電圧Ｖ_H が出力電圧端子１９ｃ〜１９ｄ間で検出されることになる。また、磁力 線の方向は、ホール電圧Ｖ_H の符号として検出できるので、これによりホール素 子１９、ひいてはホール素子部１７の周囲に形成されている磁場の強弱と磁極と が解析できるようになっている。

【０００６】 そして、このホール素子部１７の周囲に形成される磁界の状態は、コイル部１ ７に供給される被検出電流によって決定されるため、ホール素子１９から出力さ れるホール電圧Ｖ_H を検出すれば、コイル部に供給される被検出電流の大きさと 方向が検出できることになる。

【０００７】

【考案が解決しようとする課題】

しかしながら、このように形成された従来装置においては、コイルやコアを設 定しなければいけないために装置が大型化し実用に適さない、コアとして使用で きる素材の種類に限りがある、製造過程においてもコイルの設定やコアの設置が 設計上の問題となるために製造しにくい、また製造後においてもコアやコイルの ために強度や精度があまり良くない、などの問題があった。

【０００８】 本考案は以上のような課題を鑑みてなされたものであり、その目的はコイルや コアの使用を排除した小型で強度精度共に良い電流検知センサを提供することに ある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】

以上のような課題を解決するために、本考案に係る電流検知センサにおいては 、永久磁石の一方の磁極面側に平行配置される一対の磁気抵抗素子と、前記一対 の磁気抵抗素子の間にを通る平面上に配置された被検出電流が流される導体と、 を含み、前記一対の磁気抵抗素子の電気抵抗を検出することによって、前記導体 中を流れる被検出電流の方向と大きさを検出することを特徴とする。

【００１０】

【作用】

以上のように構成される本考案の電流検知センサにおいては、一対の磁気抵抗 素子には、前記永久磁石の一方の磁極面から常に一方向から磁界が加えられるこ ととなる。

【００１１】 ここで、前記導体に被検出電流が流されると、該導体の周囲に右ネジの法則に したがって磁界が発生する。そして、このようにして発生した磁界は、前記磁気 抵抗素子に対して常に一方向から加えられている磁界を乱すことになる。

【００１２】 そして、この磁界の乱れは前記導体中に流れる被検出電流の大きさと方向に応 じて発生するので、この磁界の乱れに応じて決定される磁気抵抗素子の電気抵抗 値をそれぞれ検出することによって、前記導体中に流れる被検出電流の大きさと 方向を検出することができる。

【００１３】 すなわち、前記一対の磁気抵抗素子の内で、電気抵抗が変化した磁気抵抗素子 を検出することによって、前記導体中を流れる被検出電流の流れの方向を検出す ることができ、一方、電気抵抗が変化した磁気抵抗素子の電気抵抗値を検出する ことによって、前記導体中を流れる被検出電流の大きさを検出することができる 。

【００１４】

【実施例】

以下、本考案の好適な一実施例に係る電流検知センサについて、図に基づいて 説明をしていく。

【００１５】 図１は、本実施例に係る電流検知センサの検出部の構成を示す外観図である。 この検出部には、永久磁石１９の上に磁気抵抗素子チップ２０が設置されてお り、この磁気抵抗素子チップ２０上には磁気抵抗素子２１と２２とが平行に配置 され、磁気抵抗素子２１には端子２１ａと２１ｂ、磁気抵抗素子２２には端子２ ２ａと２２ｂとがそれぞれ設置されている。そして、上述のように平行配置され た磁気抵抗素子２１と２２の間に、これらの対称軸に沿って導線２３が設置され ている。

【００１６】 ここで、磁気抵抗素子チップ２０は永久磁石１９上に接着剤等で固定されてお り、磁気抵抗素子チップ２０の表面は絶縁塗膜で覆われている。なお、磁気抵抗 素子チップ２０上の磁気抵抗素子２１及び２２は磁気抵抗素子チップ２０上にフ ォトエッチング等によってパターン形成されるものである。また、実施例におい ては、磁気抵抗素子２１及び２２が永久磁石１９から受ける磁界強度が０．１Ｔ 〜０．３Ｔとなるように、永久磁石１９の強さと、永久磁石１９から磁気抵抗素 子２１及び２２までの距離が設定されている。また、永久磁石１９の磁極面は磁 気抵抗素子チップ２０と同じかまたはそれよりも大きく設定されている。そして 、磁気抵抗素子２１及び２２の間に設置された導線２３は接着剤などで固定され ている。なお、この固定は磁気抵抗素子チップ２０に塗布されている絶縁塗膜で されても良い。

【００１７】 次に、本実施例に係る電流検知センサの検出部の動作を図２を基にして説明を していく。このうち、図２（Ａ）は導線２３に被検出電流が流される前の状態を 示したものであり、図２（Ｂ）は導線２３に被検出電流が流された時の状態を示 した動作説明図である。

【００１８】 本実施例においては、永久磁石１９のＮ極が磁気抵抗素子チップ２０側に向け て設置されているため、永久磁石１９から発せられる磁力線の向きは図２中の矢 印３１に示されているように上向きになる。ここで、導線２３に被検出電流が流 されると、図２（Ａ）に示されるように、右ネジの法則に従って導線２３の周囲 に、２点鎖線３３で表されるような磁界が形成されるようになる。

【００１９】 そして、導線２３に被検出電流が例えば紙面の手前から奥の方に流された場合 には、図２Ｂに示されるように、右ネジの法則に従って右回りの磁力線が発生し て永久磁石１９から発せられる磁力線３１を乱すことになる。このときにおいて は、導線２３の周囲に発生した磁界３５によって、磁気抵抗素子２２付近の磁界 の強度が弱められるとともに、磁気抵抗素子２１付近の磁界は強められることと なる。

【００２０】 ところで、本実施例において使用される磁気抵抗素子はインジウムアンチモン などの化合物半導体磁気抵抗素子であるので、外部の磁界が強くなればなるほど 電気抵抗が増加する。従って、上述のような例でいけば、導線２３に上述の例の ような方向で被検出電流が流された場合には、磁気抵抗素子２２の電気抵抗が小 さくなると共に磁気抵抗素子２１の電気抵抗が増加する。

【００２１】 これを逆にいえば、磁気抵抗素子２１の電気抵抗が増加すると共に磁気抵抗素 子２２の電気抵抗が減少した場合には、上述のように紙面の手前から奥に向って 被検出電流が流れていることになる。しかしながら、磁気抵抗素子２２の電気抵 抗が増加すると共に磁気抵抗素子２１の電気抵抗が減少した場合には、前述とは 逆方向、すなわち紙面の奥から手前に向って被検出電流が流れていることになる 。従って、本実施例においては、電気抵抗が減少した磁気抵抗素子の検出を行え ば、導線２３に流れる被検出電流の方向を検出することができる。このようにし て、永久磁石１９が、磁気抵抗素子２１及び２２の感度を高めるためのバイアス 用磁石の役割をしているのと同時に、これらの磁気抵抗素子に磁極の判別能力を もたせる役割も果しているわけである。

【００２２】 ところで、導線２３の周囲に発生する磁界３５の大きさは導線２３中を流れる 被検出電流の大きさに比例し、さらに永久磁石１９から発せられている磁界３１ の乱され度合は、導線２３の周囲に発生する磁界３５の大きさに追従するために 、磁界３１の乱れ度合を検出することによって導線２３を流れる被検出電流の大 きさが検出できることになる。そして、永久磁石１９から発せられる磁界３１の 乱れ度合は磁気抵抗素子２１及び２２の電気抵抗の変化として検出することがで きるので、磁気抵抗素子２１及び２２の電気抵抗を検出すれば、導線２３に流れ る被検出電流の大きさが検出できることとなる。すなわち、磁気抵抗素子２１ま たは２２の電気抵抗の変化が大きければ大きいほど導線２３に流れる被検出電流 の大きさが大きいこととなり、これとは逆に磁気抵抗素子２１または２２の電気 抵抗の変化が小さい場合には導線２３に流れる被検出電流の大きさが小さいとい うことになる。

【００２３】 ここで、図３は図１に示されているような検出部を有する電流検出センサの一 実施例の構成を示した図である。

【００２４】 本実施例に係る電流検知センサは、図１に示されている検出部が基板４０上に 載置され、導線３０は接点部４２及び４４において、基板４０に半田付け固定さ れている。なお、この場合においては、永久磁石１９の強度に応じて、基板４０ に永久磁石を埋める穴を作るなどして、永久磁石１９と磁気抵抗素子２１及び２ ２の距離を設定することもでき、従って、例えば磁気抵抗素子２１及び２２が永 久磁石１９から受ける磁界強度が０．１Ｔ〜０．３Ｔとなるように調整すること が可能である。

【００２５】 図４は、図３に示されているような電流検知センサを用いて電流検知を行う場 合の回路の機能構成を示すブロック図である。

【００２６】 この図４に示されているように、本実施例における電流検知センサは定電圧源 ４６に接続されており、さらには電圧計４８が設置されて磁気抵抗素子２２の前 後の電位差が検出できるようになっている。従って、導線２３に流れる被検出電 流Ｉの大きさに比例した電圧変化を電圧計４８で読み取ることができ、被検出電 流Ｉの方向を電圧計４８の±の方向で検出できるようになっている。

【００２７】 ところで、本実施例においては磁気抵抗素子２１の前後には端子２１ａと２１ ｂが、磁気抵抗素子２２の前後には端子２２ａと２２ｂがそれぞれ設置されてい るために、電圧による検出は磁気抵抗素子２２の前後で行うことも可能であり、 また磁気抵抗素子２１の前後で行うことも可能である。そしてまた、この他にも 磁気抵抗素子２１前後の電圧と磁気抵抗素子２２前後の電圧の差をとって処理な どすることも可能であり、これは本装置が設定される機器において自由に選択す ることが好適である。いずれにしても、４個の出力端子を有しているために、多 くの応用例を設定することが可能である。

【００２８】 なお、本実施例においては、化合物半導体磁気抵抗素子としてインジウムアン チモンを用いたが、使用される化合物半導体はこれに限られるものではなく、ニ ッケルアンチモン，インジウム砒素，ガリウム砒素などのあらゆる化合物半導体 磁気抵抗素子を用いることが可能である。

【００２９】

【考案の効果】

以上のように、本考案に係る電流検知センサにおいては、永久磁石上に磁気抵 抗素子を配し、その磁気抵抗素子上に被検出電流を流す導体を置くという簡単な 構成であるため、小型、軽量、かつ安価に製造できる、という利点がある。

【００３０】 また、永久磁石によるバイアス磁界のために、永久磁石上に平行配置された磁 気抵抗素子の抵抗変化は互いに差動的に変化するので、高感度検出ができるよう になっている。

【００３１】 さらに、被検出電流が流される導線を磁気抵抗素子が設置されるチップと同一 チップ上に設定できるので、より容易にセンサの組立を行うことができ、またよ り小型軽量安価なセンサを提供することができるようになっている。これととも に、被検出電流が流される導線と検出を行う磁気抵抗素子を極めて近くに設定す ることができるため、高感度の電流検知センサを提供することが可能となってい る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案の一実施例に係る電流検知センサの検出
部の構成を示した外観図である。

【図２】図１の検出部の動作を説明する動作説明図であ
る。

【図３】図１の検出部が設置された電流検知センサの構
成を示す図である。

【図４】本実施例に係る電流検知センサの回路構成を示
すブロック図である。

【図５】従来の電流検知センサ、すなわちホール素子を
用いた電流検知センサの構成を示した図である。

【符号の説明】

１９ 永久磁石 ２０ 磁気抵抗素子チップ ２１，２２ 磁気抵抗素子 ２３ 導線（導体）

Claims (1)

1. 【実用新案登録請求の範囲】 【請求項１】永久磁石の一方の磁極面側に平行配置され
   る一対の磁気抵抗素子と、 前記一対の磁気抵抗素子の間を通る平面上に配置された
   被検出電流が流される導体と、 を含み、 前記一対の磁気抵抗素子の電気抵抗を検出することによ
   って、前記導体中を流れる被検出電流の方向と大きさを
   検出することを特徴とする電流検知センサ。