WO2012046547A1 - 電流センサ - Google Patents

電流センサ Download PDF

Info

Publication number
WO2012046547A1
WO2012046547A1 PCT/JP2011/070884 JP2011070884W WO2012046547A1 WO 2012046547 A1 WO2012046547 A1 WO 2012046547A1 JP 2011070884 W JP2011070884 W JP 2011070884W WO 2012046547 A1 WO2012046547 A1 WO 2012046547A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
current
sensor
magnetic sensor
conductive path
magnetic
Prior art date
Application number
PCT/JP2011/070884
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
真司 三ツ谷
Original Assignee
アルプス・グリーンデバイス株式会社
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by アルプス・グリーンデバイス株式会社 filed Critical アルプス・グリーンデバイス株式会社
Publication of WO2012046547A1 publication Critical patent/WO2012046547A1/ja

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R15/00—Details of measuring arrangements of the types provided for in groups G01R17/00 - G01R29/00, G01R33/00 - G01R33/26 or G01R35/00
    • G01R15/14—Adaptations providing voltage or current isolation, e.g. for high-voltage or high-current networks
    • G01R15/20—Adaptations providing voltage or current isolation, e.g. for high-voltage or high-current networks using galvano-magnetic devices, e.g. Hall-effect devices, i.e. measuring a magnetic field via the interaction between a current and a magnetic field, e.g. magneto resistive or Hall effect devices
    • G01R15/207—Constructional details independent of the type of device used
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R15/00—Details of measuring arrangements of the types provided for in groups G01R17/00 - G01R29/00, G01R33/00 - G01R33/26 or G01R35/00
    • G01R15/14—Adaptations providing voltage or current isolation, e.g. for high-voltage or high-current networks
    • G01R15/20—Adaptations providing voltage or current isolation, e.g. for high-voltage or high-current networks using galvano-magnetic devices, e.g. Hall-effect devices, i.e. measuring a magnetic field via the interaction between a current and a magnetic field, e.g. magneto resistive or Hall effect devices
    • G01R15/205—Adaptations providing voltage or current isolation, e.g. for high-voltage or high-current networks using galvano-magnetic devices, e.g. Hall-effect devices, i.e. measuring a magnetic field via the interaction between a current and a magnetic field, e.g. magneto resistive or Hall effect devices using magneto-resistance devices, e.g. field plates

Definitions

  • the present invention relates to a current sensor that measures the magnitude of a current, and more particularly, to a current sensor that can reduce noise from disturbance magnetism.
  • the current line is the Z axis
  • the one axis orthogonal to the current line is the X axis
  • the one axis orthogonal to the Z axis and the X axis is the Y axis, and is adjacent to the Y axis direction with the X axis in between.
  • a pair of magnetic sensors is arranged.
  • the pair of magnetic sensors are arranged so that the magnetic field detection direction is directed in the X-axis direction and the output signals of each other are in reverse phase.
  • disturbance magnetism is not equally applied to a pair of magnetic sensors, for example, when spherical disturbance magnetism is applied only to one of the pair of magnetic sensors.
  • spherical disturbance magnetism is applied only to one of the pair of magnetic sensors.
  • the magnitude of noise in the output signal output from each magnetic sensor is different, it is difficult to completely remove noise due to disturbance magnetism even if a pair of magnetic sensors are operated differentially.
  • disturbance magnetism can be reduced by providing a shield shield that shields disturbance magnetism around the pair of magnetic sensors.
  • the present invention has been made in view of such points, and an object of the present invention is to provide a current sensor that can suppress magnetic saturation of a shielding material even when the current to be measured is large and can improve the measurement accuracy of the current to be measured.
  • the current sensor of the present invention includes a first conductive path for passing a current to be measured in one direction, a second conductive path for passing the current to be measured in a direction opposite to the first conductive path, A conductive member having at least one magnetic field; at least one magnetic sensor that outputs an output signal by an induced magnetic field from the current to be measured that flows through the conductive member; and disturbance magnetism with respect to the magnetic sensor provided to cover the magnetic sensor And a shielding material for shielding.
  • the induced magnetic field due to the measured current flowing through the first conductive path of the conductive member cancels out the induced magnetic field due to the measured current flowing through the second conductive path. Even when the measurement current is large, the magnetic saturation of the shielding material can be suppressed. For this reason, disturbance magnetism can be shielded by the shielding material, and the measurement accuracy of the current to be measured can be improved.
  • the current sensor of the present invention includes a first conductive path for passing a measured current in one direction, a second conductive path for passing the measured current in a direction opposite to the first conductive path, A first magnetic sensor and a second magnetic sensor that output opposite phase output signals by the induced magnetic field from the current to be measured flowing through the conductive member, and the first magnetic sensor.
  • a differential unit that differentially calculates an output signal of the sensor and an output signal of the second magnetic sensor, and the first magnetic sensor provided so as to cover the first magnetic sensor and the second magnetic sensor And a shielding material for shielding disturbance magnetism with respect to the second magnetic sensor.
  • the induced magnetic field due to the measured current flowing through the first conductive path of the conductive member cancels out the induced magnetic field due to the measured current flowing through the second conductive path. Even when the measurement current is large, the magnetic saturation of the shielding material can be suppressed. For this reason, disturbance magnetism can be shielded by the shielding material, and the measurement accuracy of the current to be measured can be improved.
  • the first magnetic sensor and the second magnetic sensor output output signals having opposite phases to each other, the output signal can be increased by differential calculation.
  • the first magnetic sensor and the second magnetic sensor have the same sensitivity axis direction. According to this configuration, noise in the output signals of the first magnetic sensor and the second magnetic sensor can be canceled out, and the measurement accuracy can be improved.
  • the first magnetic sensor and the second magnetic sensor are disposed on one surface side of the conductive member, and the first magnetic sensor is the first magnetic sensor of the conductive member.
  • An output signal is output by an induced magnetic field from the current to be measured flowing through the conductive path, and the second magnetic sensor is induced from the current to be measured flowing through the second conductive path of the conductive member.
  • the output signal is preferably output by a magnetic field.
  • the first magnetic sensor and the second magnetic sensor are disposed to face each other across the first conductive path or the second conductive path of the current line.
  • the output signal may be output by an induced magnetic field from a current to be measured flowing through the conductive path or the second conductive path.
  • the conductive member is preferably U-shaped in plan view.
  • the present invention it is possible to provide a current sensor that can suppress the magnetic saturation of the shielding material even when the current to be measured is large and can improve the measurement accuracy of the current to be measured.
  • FIG. 1 is a perspective view of a current sensor according to a first embodiment of the present invention.
  • (A) is a schematic plan view showing the current sensor according to the first embodiment of the present invention, and
  • (b) is a cross-sectional view taken along line AA in (a).
  • It is a block diagram which shows the current sensor which concerns on the 1st Embodiment of this invention. It is explanatory drawing of the induction magnetic field in the shielding shield of the current sensor which concerns on the 1st Embodiment of this invention.
  • (A) is a figure which shows the measurement result of the magnetic flux density of the shielding shield of the current sensor which concerns on the 1st Embodiment of this invention
  • (b) is the magnetic flux density of the shielding shield of the current sensor which concerns on a comparative example. It is a figure which shows the measurement result.
  • (A) is a schematic plan view of a current sensor according to a second embodiment of the present invention, and (b) is a cross-sectional view taken along line BB in (a).
  • (A) is a plane schematic diagram which shows the other example of the current sensor which concerns on the 2nd Embodiment of this invention
  • (b) is CC sectional view taken on the line of (a).
  • FIG. 1 is a perspective view of a current sensor 1 according to a first embodiment of the present invention.
  • a current sensor 1 according to the present embodiment includes a substantially rectangular parallelepiped shielding shield (magnetic shield) 11, and a conductive member 12 partially housed in a housing space inside the shielding shield 11. Is provided.
  • a first magnetic sensor 14a and a second magnetic sensor 14b are disposed on the upper surface of the conductive member 12 in the shielding shield 11 via a substrate 13, and the first magnetic sensor 14a and the second magnetic sensor 14b are used. The current to be measured flowing through the conductive member 12 is measured.
  • the shielding shield 11 is made of a material having high magnetic permeability such as silicon steel and permalloy, and is configured to shield external magnetism into the shielding shield 11.
  • the shielding shield 11 does not necessarily have a rectangular parallelepiped shape as long as it has a shape that shields disturbance magnetism into the shielding shield 11.
  • the shielding shield 11 is a shape which can shield the disturbance magnetism to the 1st magnetic sensor 14a and the 2nd magnetic sensor 14b, the 1st magnetic sensor 14a and the 2nd magnetic sensor 14b will be sealed completely. It may not be a structure, and may have a shape having an opening in part.
  • the conductive member 12 has a U-shaped flat plate shape in plan view, a pair of first conductive paths 12a and second conductive paths 12b extending in parallel with one direction, and the pair.
  • the first conductive path 12a and the third conductive path 12c connecting the one end sides of the second conductive path 12b.
  • One end side of the pair of first conductive path 12a and second conductive path 12b and the conductive path 12c of the conductive member 12 are stored in a storage space inside the shield shield 11, and the other end side is exposed to the outside of the shield shield 11. ing.
  • the conductive member 12 is electrically connected to an external current line through which the current to be measured flows, at the other end of the pair of first conductive path 12a and second conductive path 12b exposed to the outside of the shield shield 11.
  • Mounting holes 15a and 15b are provided respectively.
  • the first magnetic sensor 14a, the second magnetic sensor 14b, and the control unit 21 are provided on the upper surface of the conductive member 12 in the storage space of the shielding shield 11 via the substrate 13.
  • the first magnetic sensor 14 a and the second magnetic sensor 14 b detect an induced magnetic field from the current to be measured flowing through the conductive member 12 and output it as an output signal.
  • FIG. 2 (a) is a schematic plan view showing a current sensor according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 2 (b) is a cross-sectional view taken along line AA in FIG. 2 (a).
  • the shielding shield 11 is omitted in FIGS. 2 (a) and 2 (b).
  • the first magnetic sensor 14 a is disposed at a position corresponding to the first conductive path 12 a of the conductive member 12 and the first conductive path of the conductive member 12.
  • An output signal is output by the induced magnetic field from the current to be measured flowing through 12a.
  • the second magnetic sensor 14b is disposed at a position corresponding to the second conductive path 12b of the conductive member 12, and is output by an induced magnetic field from a current to be measured flowing through the second conductive path 12b of the conductive member 12.
  • Output a signal is provided.
  • the sensitivity axis direction D1 of the first magnetic sensor 14a and the second magnetic sensor 14b is directed in the same direction. As used herein, the same direction includes the same direction having some errors within the range where the effects of the present invention are exhibited.
  • the current sensor 1 is configured such that the current path R1 of the current to be measured is in the order of the second conductive path 12b, the third conductive path 12c, and the second conductive path 12a of the conductive member 12,
  • the flow direction of the current to be measured flowing through the first conductive path 12a is opposite to the flow direction of the current to be measured flowing through the second conductive path 12b.
  • a current to be measured flowing through the pair of first conductive paths 12a and the second conductive paths 12b causes the pair of first conductive paths 12a and the second conductive paths 12b to be reversely rotated around each other. Since the induction magnetic fields Ha and Hb are generated, output signals having opposite phases are output from the first magnetic sensor 14a and the second magnetic sensor 14b.
  • the output signal due to the induction magnetic field formed by the current to be measured flowing through the conductive member 12 is added in reverse phase, and the detection sensitivity is increased.
  • noise due to other disturbance magnetism can be removed in phase.
  • substrate 13 is arrange
  • FIG. 3 is a block diagram showing a current sensor according to the embodiment of the present invention.
  • the first magnetic sensor 14a and the second magnetic sensor 14b are magnetic balance sensors, respectively, and feedback coils 141a and 141b arranged so as to be able to generate a magnetic field in a direction that cancels the magnetic field generated by the current to be measured. It is composed of two magnetoresistive effect elements as detection elements and bridge circuits 142a and 142b composed of two fixed resistance elements.
  • the control unit 21 amplifies the differential output of the bridge circuit 142a of the first magnetic sensor 14a and controls the feedback current of the feedback coil 141a and the differential / current amplifier 211 and the feedback current of the first magnetic sensor 14a.
  • a differential / current amplifier 213 that amplifies the differential output of the bridge circuit 142b of the second magnetic sensor 14b and controls the feedback current of the feedback coil 141b; It includes an I / V amplifier 214 that converts the feedback current of the sensor 14b into a voltage, and a differential amplifier 222 that amplifies the differential output of the I / V amplifiers 212 and 214.
  • the feedback coils 141a and 141b are arranged in the vicinity of the magnetoresistive effect elements of the bridge circuits 142a and 142b, and generate a canceling magnetic field that cancels the induced magnetic field generated by the current to be measured.
  • the magnetoresistive effect elements of the bridge circuits 142a and 142b include a GMR (Giant Magneto Resistance) element and a TMR (Tunnel Magneto Resistance) element.
  • the magnetoresistive element changes its resistance value by applying an induced magnetic field from a current to be measured.
  • the bridge circuits 142a and 142b have two outputs that generate a voltage difference according to the induced magnetic field generated by the current to be measured.
  • the two outputs of the bridge circuits 142a and 142b are amplified by the differential / current amplifiers 211 and 213, and the amplified outputs are supplied to the feedback coils 141a and 141b as currents (feedback currents).
  • This feedback current corresponds to a voltage difference according to the induced magnetic field.
  • a canceling magnetic field that cancels the induced magnetic field is generated in the feedback coils 141a and 141b.
  • the currents flowing through the feedback coils 141a and 141b when the induction magnetic field and the canceling magnetic field cancel each other are converted into voltages by the I / V amplifiers 212 and 214, and this voltage becomes the sensor output.
  • the power supply voltage is set to a value close to the reference voltage for I / V conversion + (maximum value within the rated value of feedback coil resistance ⁇ feedback coil current at full scale), thereby providing feedback.
  • the current is automatically limited, and the effect of protecting the magnetoresistive effect element and the feedback coil can be obtained.
  • the differential of the two outputs of the bridge circuits 142a and 142b is amplified and used as a feedback current. However, only the midpoint potential is output from the bridge circuit and based on the potential difference from a predetermined reference potential. It may be a feedback current.
  • the differential amplifier 222 processes the differential values of the output signals of the I / V amplifiers 212 and 214 as sensor outputs. By performing such processing, the influence of an external magnetic field such as geomagnetism on the output signals of the first magnetic sensor 14a and the second magnetic sensor 14b is canceled, and the current can be measured with higher accuracy.
  • FIG. 4 is an explanatory diagram of the induction magnetic field inside the shielding shield 11.
  • the flowing direction of the current to be measured flowing through the first conductive path 12a of the conductive member 12, and the side current flowing through the second conductive path 12b The direction of flow is the opposite direction.
  • the induction magnetic field Ha formed around the first conductive path 12a of the conductive member 12 and the induction magnetic field Hb formed around the second conductive path 12b are in opposite directions.
  • the induced magnetic field Ha and the induced magnetic field Hb are offset. The thus, since the intensity
  • Output signals from the first magnetic sensor 14 a and the second magnetic sensor 14 b are input to the differential amplifier 222 and subjected to differential calculation in the differential amplifier 222.
  • the output components based on the induced magnetic field of the current to be measured are added to each other because they are in opposite phases.
  • noise components based on the disturbance magnetism Hc are removed from the output signals of the first magnetic sensor 14a and the second magnetic sensor 14b because they are in phase with each other. For this reason, it is possible to reduce noise on the sensor output after the differential calculation, and to suppress a decrease in measurement accuracy.
  • FIG. 5A is a diagram illustrating a measurement result of the magnetic flux density of the shielding shield 11 of the current sensor 1 according to the present embodiment
  • FIG. 5B is a shielding shield 110 of the current sensor 100 according to the comparative example. It is a figure which shows the measurement result of magnetic flux density.
  • FIG. 5A shows a change in the magnetic flux density of the shield shield 11 when the current to be measured is passed through the current sensor 1 according to the present embodiment. Further, in FIG. 5B, the shield shield 110 when the current to be measured is passed only to one conductive member 120a of the current sensor 100 having the pair of conductive members 120a and 120b arranged in parallel. The change of the magnetic flux density is shown.
  • the induced magnetic field Ha from the current to be measured flowing through the first conductive path 12a of the conductive member 12 and the second conductive The induced magnetic field Hb from the current to be measured flowing through the path 12b is canceled out. Therefore, an increase in magnetic flux density of the shield shield 11 can be suppressed, and magnetic saturation of the shield shield 11 can be suppressed.
  • FIG. 5B in the current sensor 100 according to the comparative example, since the current to be measured flows only through the first conductive member 120a, an induced magnetic field is generated only from the first conductive member 120a. Arise.
  • the magnetic flux density of the shielding shield 110 is increased and magnetic saturation occurs.
  • the magnetic saturation of the shielding shield 11 is suppressed, disturbance magnetism can be shielded by the shielding shield 11 even when the current to be measured is large. .
  • the first conductive path 12a and the first conductive path 12a of the conductive member 12 having the pair of the first conductive path 12a and the second conductive path 12b.
  • an induced magnetic field from the current to be measured flowing through the first conductive path 12a and a target current flowing through the second conductive path 12b are obtained.
  • the induced magnetic field from the measurement current cancels out.
  • the raise of the magnetic flux density of the shielding shield 11 is suppressed, and magnetic saturation can be suppressed. Therefore, disturbance magnetism can be shielded by the shielding shield 11, and noise can be reduced even in an environment where non-uniform disturbance magnetism is applied.
  • the first magnetic sensor 14 a and the second magnetic sensor 14 b are not limited to the arrangement configuration described above, and are opposite in phase to each other by the induced magnetic field from the current to be measured flowing through the conductive member 12. Any arrangement that outputs an output signal may be used.
  • the term “reverse phase” as used herein includes a range that is shifted in phase so that a sufficient sensor output can be obtained after differential calculation.
  • the plan view It is not limited to the structure arrange
  • the reverse direction includes the reverse direction having some errors within the range where the effects of the present invention are exhibited.
  • the shape of the conductive member 12 through which the current to be measured flows is not necessarily limited to a rectangular cross section, and a circular cross section may be used. Furthermore, the conductive member 12 only needs to have at least a pair of the first conductive path 12a and the second conductive path 12b, and does not necessarily need to have a U shape in plan view. Further, as the conductive member 12, a bus bar made of an elongated rod-shaped metal member may be used.
  • FIG. 6A is a schematic plan view of the current sensor 2 according to the present embodiment
  • FIG. 6B is a cross-sectional view taken along line BB in FIG. 6A
  • the current sensor 2 according to the second embodiment of the present invention includes a rectangular frame-shaped shielding shield 31 having a rectangular opening 31a in plan view. And a rectangular substrate 32 disposed in the opening 31 a of the shielding shield 31.
  • the current sensor 2 includes a conductive member 33 that is arranged so that a flow direction of a current to be measured is substantially orthogonal to the main surface of the substrate 32, a first magnetic sensor 34 a that is arranged on the substrate 32, and a first sensor. And a second magnetic sensor 34b.
  • the shield shield 31 has a predetermined thickness in a height direction orthogonal to the main surface of the substrate 32, and shields disturbance magnetism from the side surfaces with respect to the first magnetic sensor 34a and the second magnetic sensor 34b. Be placed.
  • the conductive member 33 has a U shape in a side view, and a pair of first and second conductive paths 33 a and 33 b extending in the height direction of the shielding shield 31, and one end side of the substrate 32. And a third conductive path 33c that extends from the first end toward the other end side and connects one end side of the first conductive path 33a and the second conductive path 33b.
  • one end side of the pair of first conductive path 33 a and second conductive path 33 b connected by the third conductive path 33 c is arranged on the upper surface side of the substrate 32, and the other end side penetrates the substrate 32. Are disposed so as to protrude from the lower surface of the substrate 32.
  • the first magnetic sensor 34a and the second magnetic sensor 34b are disposed to face each other across the first conductive path 33a in the direction orthogonal to the extending direction of the third conductive path 33c in plan view. Further, the sensitivity axis direction D2 of the first magnetic sensor 34a and the second magnetic sensor 34b is directed in the same direction. That is, in the current sensor 2, the current to be measured flowing through the conductive member 33 passes from the other end side of the first conductive path 33 a on the lower surface side of the substrate 32 through the third conductive path 33 c on the upper surface side of the substrate 32.
  • the second conductive path 33b on the lower surface side of the substrate 32 is configured to flow to the other end side.
  • the induced magnetic field Ha from the measured current flowing through the first conductive path 33a of the conductive member 33 and the induced magnetic field Hb from the measured current flowing through the second conductive path 33b are offset. Therefore, the magnetic saturation of the shielding shield 31 can be reduced. Further, since the first magnetic sensor 34a and the second magnetic sensor 34b both obtain an output signal by induction magnetism from the current to be measured flowing through the first conductive path 33a, the current to be detected can be detected with higher accuracy. Can be measured.
  • FIGS. 7A and 7B show another configuration example of the current sensor 2.
  • FIG. 7B shows a cross-sectional view taken along the line CC of FIG. 7A.
  • the first magnetic sensor 34a and the second magnetic sensor 34b are arranged in parallel with one surface side of the conductive member 33 in the extending direction of the third conductive path 33c in plan view.
  • the first magnetic sensor 34a is disposed in the vicinity of the first conductive path 33a
  • the second magnetic sensor 34b is disposed in the vicinity of the second conductive path 33b.
  • the current sensor 2 shown in FIGS. 7A and 7B is provided through the substrate 32 and outputs the output signals of the first magnetic sensor 34a and the second magnetic sensor 34b to the outside.
  • a pin 35 is provided.
  • the sensor output pin 35 is electrically connected to the first magnetic sensor 34 a and the second magnetic sensor 34 b by a wiring pattern (not shown) provided on the substrate 32, and the first output via this wiring pattern.
  • the output signals of the magnetic sensor 34a and the second magnetic sensor 34b are output to the outside.
  • the sensor output pin 35 is provided such that the upper end protrudes upward from the upper surface of the substrate 32 and the lower end protrudes downward from the lower surface of the substrate 32.
  • the lower end of the sensor output pin 35 is arranged to be slightly shorter than the lower end of the first conductive path 33a and the lower end of the second conductive path 33b of the conductive member 33 in a side view.
  • the first conductive path 33a, the second conductive path 33b, and the sensor output pin 35 of the conductive member 33 are respectively provided from the lower surface of the substrate 32. Since it protrudes downward, it can be mounted directly on the circuit board.
  • the flow direction of the current to be measured is arranged so as to be substantially orthogonal to the main surface of the substrate 32, and the pair of first conductive elements
  • the induced magnetic field from the current to be measured flowing through the first conductive path 33a and the second conductive path 33b This cancels out the induced magnetic field from the current to be measured.
  • the raise of the magnetic flux density in the shielding shield 31 is suppressed, and magnetic saturation can be suppressed.
  • disturbance magnetism can be shielded by the shielding shield 31, and noise can be reduced even in an environment where non-uniform disturbance magnetism is applied. Further, even when the rectangular frame-shaped shielding shield 31 is used, disturbance magnetism can be shielded.
  • a magnetic balance type sensor is used as the first magnetic sensor and the second magnetic sensor.
  • the present invention is not limited to this configuration. Any magnetic sensor may be used as long as it outputs output signals having phases opposite to each other by an induced magnetic field from a current to be measured passing through the conductive member.
  • a magnetic proportional sensor may be used. By using a magnetic proportional sensor, it is possible to reduce power consumption as compared with a configuration using a magnetic balance sensor.
  • the present invention is not limited to the above embodiment, and can be implemented with various modifications.
  • the connection relationship, size, and the like of each element in the above embodiment can be changed as appropriate.
  • a magnetoresistive effect element is used for the magnetic balance type current sensor.
  • a Hall element or other magnetic detection element is used for the magnetic balance type current sensor. Also good.
  • the present invention can be implemented with appropriate modifications without departing from the scope of the present invention.
  • the present invention can be applied to a current sensor that detects the magnitude of a current for driving a motor of an electric vehicle or a hybrid car.

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Measuring Instrument Details And Bridges, And Automatic Balancing Devices (AREA)

Abstract

　被測定電流が大きい場合においても遮蔽材の磁気飽和を抑制でき、被測定電流の測定精度を向上できる電流センサを提供すること。本発明の電流センサ（１）は、被測定電流を一方向に通流する第一の導電路（１２ａ）と、第一の導電路（１２ａ）とは逆方向に前記被測定電流を通流する第二の導電路（１２ｂ）と、を含む導電部材（１２）と、導電部材（１２）を通流する被測定電流からの誘導磁界により、出力信号を出力する磁気センサ（１４ａ、１４ｂ）と、磁気センサ（１４ａ、１４ｂ）を覆うように設けられ磁気センサ（１４ａ、１４ｂ）に対する外乱磁気を遮蔽する遮蔽シールド（１１）と、を具備することを特徴とする。

Description

電流センサ
　本発明は、電流の大きさを測定する電流センサに関し、特に、外乱磁気からのノイズを低減可能な電流センサに関する。
　近年、電気自動車やソーラー電池などの分野では、電気自動車やソーラー電池装置の大出力化・高性能化に伴って、取り扱う電流値が大きくなってきており、直流大電流を非接触で測定する電流センサが広く用いられている。このような電流センサとしては、導体に流れる被測定電流を、導体周囲の磁界の変化を介して検出する磁気センサを備えたものが提案されている。また、電流センサとして、外乱磁気からのノイズを低減するものが開発されている。
　外乱磁気からのノイズを低減する電流センサとしては、同一基板上に配置された２つの磁気センサの出力信号の差動をとるものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１に記載の電流センサは、電流線をＺ軸、電流線に直交する一軸をＸ軸、Ｚ軸及びＸ軸に直交する一軸をＹ軸とし、Ｘ軸を挟んでＹ軸方向に隣接して一対の磁気センサを配置している。また、一対の磁気センサは、磁界検知方向がＸ軸方向に向けられており、互いの出力信号が逆相となるように配置されている。この構成により、一対の磁気センサを差動動作させることで、電流線を流れる被測定電流が形成する磁界のＸ成分が逆相で加算処理され、それ以外の外乱磁気によるノイズを同相で除去している。
特開２００２－２４３７６６号公報
　ところで、特許文献１記載の電流センサにおいては、例えば、球状の外乱磁気が一対の磁気センサの一方の磁気センサにのみ印加される場合など、一対の磁気センサに対して外乱磁気が均等に印加されない場合がある。この場合においては、各磁気センサから出力される出力信号中のノイズの大きさに差異が生じるため、一対の磁気センサを差動動作させても外乱磁気によるノイズを完全に除去することは困難となる。この場合には、一対の磁気センサに周囲に外乱磁気を遮蔽する遮蔽シールドを設けることにより外乱磁気を低減することが可能となる。
　しかしながら、特許文献１に記載の電流センサにおいて、一対の磁気センサの周囲に遮蔽シールドを設けた場合には、電流線を流れる被測定電流からの誘導磁界によって遮蔽シールドが磁気飽和する問題がある。特に、測定対象となる被測定電流が大きい場合には、遮蔽シールドが磁気飽和しやすく、このような場合においては、外乱磁気が遮蔽シールドを透過するため、必ずしも十分に外乱磁気によるノイズを除去できない問題があった。
　本発明は、かかる点に鑑みて為されたものであり、被測定電流が大きい場合においても遮蔽材の磁気飽和を抑制でき、被測定電流の測定精度を向上できる電流センサを提供することを目的とする。
　本発明の電流センサは、被測定電流を一方向に通流する第一の導電路と、前記第一の導電路とは逆方向に前記被測定電流を通流する第二の導電路と、を有する導電部材と、前記導電部材を通流する前記被測定電流からの誘導磁界により、出力信号を出力する少なくとも１つの磁気センサと、前記磁気センサを覆うように設けられ前記磁気センサに対する外乱磁気を遮蔽する遮蔽材と、を具備することを特徴とする。
　この構成によれば、導電部材の第一の導電路を通流する被測定電流による誘導磁界と、第二の導電路を通流する被測定電流による誘導磁界と、が相殺されるので、被測定電流が大きい場合においても、遮蔽材の磁気飽和を抑制できる。このため、遮蔽材により外乱磁気を遮蔽でき、被測定電流の測定精度を向上させることができる。
　本発明の電流センサは、一方向に被測定電流を通流する第一の導電路と、前記第一の導電路とは逆方向に前記被測定電流を通流する第二の導電路と、を有する導電部材と、前記導電部材を通流する前記被測定電流からの誘導磁界により、互いに逆相の出力信号を出力する第一の磁気センサ及び第二の磁気センサと、前記第一の磁気センサの出力信号と前記第二の磁気センサの出力信号とを差動演算する差動部と、前記第一の磁気センサ及び前記第二の磁気センサを覆うように設けられ前記第一の磁気センサ及び前記第二の磁気センサに対する外乱磁気を遮蔽する遮蔽材と、を具備することを特徴とする。
　この構成によれば、導電部材の第一の導電路を通流する被測定電流による誘導磁界と、第二の導電路を通流する被測定電流による誘導磁界と、が相殺されるので、被測定電流が大きい場合においても、遮蔽材の磁気飽和を抑制できる。このため、遮蔽材により外乱磁気を遮蔽でき、被測定電流の測定精度を向上させることができる。また、第一の磁気センサ及び第二の磁気センサが互いに逆相の出力信号を出力するため、差動演算により出力信号を増大させることができる。
　本発明の電流センサにおいては、前記第一の磁気センサ及び前記第二の磁気センサは、感度軸方向が互いに同一方向であることが好ましい。この構成によれば、第一の磁気センサ及び第二の磁気センサの出力信号中のノイズを相殺することができ、測定精度を向上させることができる。
　本発明の電流センサにおいては、前記第一の磁気センサ及び前記第二の磁気センサは、前記導電部材の一方の面側に配置され、前記第一の磁気センサは、前記導電部材の前記第一の導電路を通流する前記被測定電流からの誘導磁界により出力信号を出力し、前記第二の磁気センサは、前記導電部材の前記第二の導電路を通流する被測定電流からの誘導磁界により、出力信号を出力することが好ましい。この構成によれば、第一の磁気センサ及び第二の磁気センサを共に導電部材の一方の面側に配置するので、電流センサを小型化することができる。
　本発明の電流センサにおいては、前記第一の磁気センサ及び前記第二の磁気センサは、前記電流線の前記第一の導電路又は第二の導電路を挟んで対向配置され、前記第一の導電路又は第二の導電路を通流する被測定電流からの誘導磁界により出力信号を出力してもよい。
　本発明の電流センサにおいては、前記導電部材は、平面視にてＵ字形状であることが好ましい。
　本発明によれば、被測定電流が大きい場合においても遮蔽材の磁気飽和を抑制でき、被測定電流の測定精度を向上できる電流センサを提供することができる。
本発明の第１の実施の形態に係る電流センサの斜視図である。 （ａ）は、本発明の第１の実施の形態に係る電流センサを示す平面模式図であり、（ｂ）は、（ａ）のＡ－Ａ線矢視断面図である。 本発明の第１の実施の形態に係る電流センサを示すブロック図である。 本発明の第１の実施の形態に係る電流センサの遮蔽シールド内の誘導磁界の説明図である。 （ａ）は、本発明の第１の実施の形態に係る電流センサの遮蔽シールドの磁束密度の測定結果を示す図であり、（ｂ）は、比較例に係る電流センサの遮蔽シールドの磁束密度の測定結果を示す図である。 （ａ）は、本発明の第２の実施の形態に係る電流センサの平面模式図であり、（ｂ）は、（ａ）のＢ－Ｂ線矢視断面図である。 （ａ）は、本発明の第２の実施の形態に係る電流センサの他の例を示す平面模式図であり、（ｂ）は、（ａ）のＣ－Ｃ線矢視断面図である。
　以下、本発明の実施の形態について、添付図面を参照して詳細に説明する。
（第１の実施の形態）
　図１は、本発明の第１の実施の形態に係る電流センサ１の斜視図である。図１に示すように、本実施の形態に係る電流センサ１は、略直方体形状の遮蔽シールド（磁気シールド）１１と、この遮蔽シールド１１内部の収納空間に一部が収納された導電部材１２とを備える。遮蔽シールド１１内の導電部材１２の上面には、基板１３を介して第一の磁気センサ１４ａ及び第二の磁気センサ１４ｂが配置され、この第一の磁気センサ１４ａ及び第二の磁気センサ１４ｂによって導電部材１２を通流する被測定電流を測定する。
　遮蔽シールド１１は、例えば、珪素鋼、パーマロイなどの透磁率が高い材料で構成され、遮蔽シールド１１内への外部磁気を遮蔽するように構成されている。なお、遮蔽シールド１１は、遮蔽シールド１１内への外乱磁気を遮蔽する形状であれば、必ずしも直方体形状を有するものでなくともよい。また、遮蔽シールド１１は、第一の磁気センサ１４ａ及び第二の磁気センサ１４ｂへの外乱磁気を遮蔽できる形状であれば、第一の磁気センサ１４ａ及び第二の磁気センサ１４ｂを完全に密閉する構造でなくともよく、一部に開口部を有する形状であってもよい。
　導電部材１２は、平面視にてＵ字形状の平板形状をなしており、一方向に対して平行に延在する一対の第一の導電路１２ａ及び第第二の導電路１２ｂと、この一対の第一の導電路１２ａ及び第二の導電路１２ｂの一端側を接続する第三の導電路１２ｃとを有する。導電部材１２の一対の第一の導電路１２ａ及び第二の導電路１２ｂの一端側並びに導電路１２ｃは、遮蔽シールド１１内部の収納空間内に収納され、他端側が遮蔽シールド１１外部に露出している。この遮蔽シールド１１外部に露出した一対の第一の導電路１２ａ及び第二の導電路１２ｂの他端部には、被測定電流が通流される外部の電流線に導電部材１２を電気的に接続する取付け孔１５ａ、１５ｂがそれぞれ設けられている。
　遮蔽シールド１１の収納空間内の導電部材１２の上面には、基板１３を介して第一の磁気センサ１４ａ、第二の磁気センサ１４ｂ及び制御部２１（図３参照）が設けられている。第一の磁気センサ１４ａ及び第二の磁気センサ１４ｂは、導電部材１２を通流する被測定電流からの誘導磁界を検出し、出力信号として出力する。
　図２（ａ）は、本発明の実施の形態に係る電流センサを示す平面模式図であり、図２（ｂ）は、図２（ａ）のＡ－Ａ線矢視断面図である。なお、説明の便宜上、図２（ａ）、（ｂ）においては、遮蔽シールド１１を省略して示している。
　図２（ａ）、（ｂ）に示すように、第一の磁気センサ１４ａは、導電部材１２の第一の導電路１２ａ上に対応する位置に配置され、導電部材１２の第一の導電路１２ａを通流する被測定電流からの誘導磁界により出力信号を出力する。第二の磁気センサ１４ｂは、導電部材１２の第二の導電路１２ｂ上に対応する位置に配置され、導電部材１２の第二の導電路１２ｂを通流する被測定電流からの誘導磁界により出力信号を出力する。第一の磁気センサ１４ａ及び第二の磁気センサ１４ｂは、感度軸方向Ｄ１が同一方向に向けられている。ここでいう、同一方向とは、本発明の効果を奏する範囲で多少の誤差を有する同一方向を含むものである。
　すなわち、電流センサ１においては、被測定電流の通流経路Ｒ１が、導電部材１２の第二の導電路１２ｂ、第三の導電路１２ｃ、第二の導電路１２ａの順になるように構成され、第一の導電路１２ａを通流する被測定電流の通流方向と、第二の導電路１２ｂを通流する被測定電流の通流方向とが逆方向になるように構成されている。この構成により、一対の第一の導電路１２ａ及び第二の導電路１２ｂを通流する被測定電流により、一対の第一の導電路１２ａ及び第二の導電路１２ｂの周囲に互いに逆回りの誘導磁界Ｈａ、Ｈｂが生じるため、第一の磁気センサ１４ａ及び第二の磁気センサ１４ｂから互いに逆相の出力信号が出力される。したがって、第一の磁気センサ１４ａ及び第二の磁気センサ１４ｂを差動動作させることにより、導電部材１２を流れる被測定電流が形成する誘導磁界による出力信号が逆相で加算処理され、検出感度を向上させることができると共に、それ以外の外乱磁気によるノイズを同相で除去することができる。また、基板１３を導電部材１２に対して平行に配置すると共に、導電部材１２の一方の面側に第一の磁気センサ１４ａ及び第二の磁気センサ１４ｂを配置するので、電流センサ１を小型化することができる。
　図３は、本発明の実施の形態に係る電流センサを示すブロック図である。第一の磁気センサ１４ａ及び第二の磁気センサ１４ｂは、それぞれ磁気平衡式センサであり、被測定電流によって発生する磁界を打ち消す方向の磁界を発生可能に配置されたフィードバックコイル１４１ａ、１４１ｂと、磁気検出素子である２つの磁気抵抗効果素子及び２つの固定抵抗素子からなるブリッジ回路１４２ａ、１４２ｂとから構成されている。制御部２１は、第一の磁気センサ１４ａのブリッジ回路１４２ａの差動出力を増幅し、フィードバックコイル１４１ａのフィードバック電流を制御する差動・電流アンプ２１１と、第一の磁気センサ１４ａのフィードバック電流を電圧に変換するＩ／Ｖアンプ２１２と、第二の磁気センサ１４ｂのブリッジ回路１４２ｂの差動出力を増幅し、フィードバックコイル１４１ｂのフィードバック電流を制御する差動・電流アンプ２１３と、第二の磁気センサ１４ｂのフィードバック電流を電圧に変換するＩ／Ｖアンプ２１４と、Ｉ／Ｖアンプ２１２、２１４の差動出力を増幅する差動アンプ２２２とを含む。
　フィードバックコイル１４１ａ、１４１ｂは、ブリッジ回路１４２ａ、１４２ｂの磁気抵抗効果素子の近傍に配置されており、被測定電流により発生する誘導磁界を相殺するキャンセル磁界を発生する。ブリッジ回路１４２ａ、１４２ｂの磁気抵抗効果素子としては、ＧＭＲ（Ｇｉａｎｔ　Ｍａｇｎｅｔｏ　Ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ）素子やＴＭＲ（Ｔｕｎｎｅｌ　Ｍａｇｎｅｔｏ　Ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ）素子などを挙げることができる。磁気抵抗効果素子は、被測定電流からの誘導磁界の印加により抵抗値が変化する。２つの磁気抵抗効果素子と２つの固定抵抗素子によりブリッジ回路１４２ａ、１４２ｂを構成することにより、高感度の電流センサを実現することができる。また、磁気抵抗効果素子を用いることにより、電流センサを設置する基板面と平行な方向に感度軸を配置し易く、平面コイルを使用することが可能となる。
　ブリッジ回路１４２ａ、１４２ｂは、被測定電流により生じた誘導磁界に応じた電圧差を生じる２つの出力を備える。ブリッジ回路１４２ａ、１４２ｂの２つの出力は差動・電流アンプ２１１、２１３で増幅され、増幅された出力がフィードバックコイル１４１ａ、１４１ｂに電流（フィードバック電流）として与えられる。このフィードバック電流は、誘導磁界に応じた電圧差に対応する。このとき、フィードバックコイル１４１ａ、１４１ｂには、誘導磁界を相殺するキャンセル磁界が発生する。そして、誘導磁界とキャンセル磁界とが相殺される平衡状態となったときのフィードバックコイル１４１ａ、１４１ｂに流れる電流がＩ／Ｖアンプ２１２、２１４で電圧に変換され、この電圧がセンサ出力となる。
　なお、差動・電流アンプ２１１においては、電源電圧を、Ｉ／Ｖ変換の基準電圧＋（フィードバックコイル抵抗の定格内最大値×フルスケール時フィードバックコイル電流）に近い値に設定することで、フィードバック電流が自動的に制限され、磁気抵抗効果素子やフィードバックコイルを保護する効果が得られる。また、ここではブリッジ回路１４２ａ、１４２ｂの二つの出力の差動を増幅してフィードバック電流に用いたが、ブリッジ回路からは中点電位のみを出力とし、所定の基準電位との電位差をもとにフィードバック電流としてもよい。
　差動アンプ２２２は、Ｉ／Ｖアンプ２１２、２１４の出力信号の差動値をセンサ出力として処理する。このような処理を行うことにより、第一の磁気センサ１４ａ及び第二の磁気センサ１４ｂの出力信号における地磁気などの外部磁場の影響はキャンセルされ、より高精度に電流を測定できる。
　次に、図４を参照して被測定電流測定時における遮蔽シールド１１内部の誘導磁界について説明する。図４は、遮蔽シールド１１内部の誘導磁界の説明図である。図４に示すように、被測定電流測定時には、導電部材１２の第一の導電路１２ａを通流する被測定電流の通流方向と、第二の導電路１２ｂを通流する被側電電流の通流方向とが逆方向となる。このため、導電部材１２の第一の導電路１２ａの周囲に形成される誘導磁界Ｈａと、第二の導電路１２ｂの周囲に形成される誘導磁界Ｈｂとが逆方向となる。また、第一の導電路１２ａを通流する被測定電流の大きさと第二の導電路１２ｂを通流する被測定電流の大きさとは略等しいため、誘導磁界Ｈａと誘導磁界Ｈｂとが相殺される。このように、遮蔽シールド１１内部の誘導磁界の強度を低減することができるので、遮蔽シールド１１の磁気飽和を抑制することができる。
　第一の磁気センサ１４ａ及び第二の磁気センサ１４ｂからの出力信号は、差動アンプ２２２に入力され、差動アンプ２２２において差動演算される。この場合、第一の磁気センサ１４ａ及び第二の磁気センサ１４ｂの出力信号において、被測定電流の誘導磁界に基づく出力成分は、互いに逆相であるため加算処理される。一方、第一の磁気センサ１４ａ及び第二の磁気センサ１４ｂの出力信号において、外乱磁気Ｈｃに基づくノイズ成分は、互いに同相であるため除去される。このため、差動演算後のセンサ出力に乗るノイズを低減して、測定精度の低下を抑えることができる。
　ここで、図５（ａ）、（ｂ）を参照して、本実施の形態に係る電流センサの遮蔽シールド１１の磁束密度について説明する。ここでは、本実施の形態に係る電流センサ１における遮蔽シールド１１の磁束密度と比較例に係る電流センサ１００における遮蔽シールド１００の磁束密度とを比較しながら説明する。図５（ａ）は、本実施の形態に係る電流センサ１の遮蔽シールド１１の磁束密度の測定結果を示す図であり、図５（ｂ）は、比較例に係る電流センサ１００の遮蔽シールド１１０の磁束密度の測定結果を示す図である。なお、図５（ａ）においては、本実施の形態に係る電流センサ１に被測定電流を通流させた場合の遮蔽シールド１１の磁束密度の変化を示している。また、図５（ｂ）においては、平行に配列された一対の導電部材１２０ａ、１２０ｂを有する電流センサ１００の一方の導電部材１２０ａに対してのみ被測定電流を通流させた場合の遮蔽シールド１１０の磁束密度の変化を示している。
　図５（ａ）に示すように、本実施の形態に係る電流センサ１においては、導電部材１２の第一の導電路１２ａを通流する被測定電流からの誘導磁界Ｈａと、第二の導電路１２ｂを通流する被測定電流からの誘導磁界Ｈｂとが相殺される。したがって、遮蔽シールド１１の磁束密度の上昇を抑制でき、遮蔽シールド１１の磁気飽和を抑制できる。一方、図５（ｂ）に示すように、比較例に係る電流センサ１００においては、第一の導電部材１２０ａにのみ被測定電流が通流されるため、第一の導電部材１２０ａのみから誘導磁界が生じる。このため、比較例に係る電流センサ１００においては、遮蔽シールド１１０の磁束密度が上昇して磁気飽和する。このように、本実施の形態に係る電流センサ１においては、遮蔽シールド１１の磁気飽和が抑制されるため、被測定電流が大きい場合にも外乱磁気を遮蔽シールド１１によって遮蔽することが可能となる。
　このように、本実施の第１の実施の形態に係る電流センサ１においては、一対の第一の導電路１２ａ及び第二の導電路１２ｂを有する導電部材１２の第一の導電路１２ａ及び第二の導電路１２ｂに互いに逆方向に被測定電流を通流することにより、第一の導電路１２ａを通流する被測定電流からの誘導磁界と、第二の導電路１２ｂを通流する被測定電流からの誘導磁界とが相殺される。これにより、遮蔽シールド１１の磁束密度の上昇が抑制され、磁気飽和を抑制することができる。したがって、遮蔽シールド１１によって外乱磁気を遮蔽することができ、不均一な外乱磁気が印加される環境下においてもノイズを低減することができる。
　なお、電流センサ１において、第一の磁気センサ１４ａ及び第二の磁気センサ１４ｂは、上記配置構成に限定されず、導電部材１２を通流する被測定電流からの誘導磁界により、互いに逆相の出力信号を出力する配置であれば、どのように配置してもよい。ここでいう、逆相とは、差動演算後に十分なセンサ出力が得られる程度に位相ズレした範囲を含むものである。
　例えば、第一の磁気センサ１４ａ及び第二の磁気センサ１４ｂは、感度軸が同一方向であり、被測定電流が互いに逆方向に通流される導電部材上に配置される構成であれば、平面視にてＵ字形状の平板形状を有する導電部材１２上に配置される構成に限定されず、各種配置構成をとることができる。ここでいう、逆方向とは、本発明の効果を奏する範囲で多少の誤差を有する逆方向を含むものである。
　また、被測定電流が通流される導電部材１２の形状は必ずしも断面矩形形状に限定されず、断面円形形状のものを用いてもよい。さらに、導電部材１２は、少なくとも一対の第一の導電路１２ａ及び第二の導電路１２ｂを有するものであればよく、必ずしも平面視にてＵ字形状を有するものを用いなくともよい。また、導電部材１２としては、細長い棒状の金属部材で構成されたバスバを用いてもよい。
（第２の実施の形態）
　次に、本発明の第２の実施の形態について説明する。本実施の形態に係る電流センサ２は、以下の説明では、図１に示した電流センサ１との相違点を中心に説明し、説明の重複を避ける。
　図６（ａ）は、本実施の形態に係る電流センサ２の平面模式図であり、図６（ｂ）は、図６（ａ）のＢ－Ｂ線矢視断面図である。図６（ａ）、（ｂ）に示すように、本発明の第２の実施の形態に係る電流センサ２は、平面視にて矩形形状の開口部３１ａを有する矩形枠状の遮蔽シールド３１と、遮蔽シールド３１の開口部３１ａ内に配置される矩形形状の基板３２とを備える。また、電流センサ２は、基板３２主面に対して被測定電流の通流方向が略直交するように配置される導電部材３３と、基板３２上に配置される第一の磁気センサ３４ａ及び第二の磁気センサ３４ｂとを備える。
　遮蔽シールド３１は、基板３２の主面と直交する高さ方向に所定の厚みを有しており、第一の磁気センサ３４ａ及び第二の磁気センサ３４ｂに対する側面からの外乱磁気を遮蔽するように配置される。導電部材３３は、側面視にてＵ字形状をなしており、遮蔽シールド３１の高さ方向に延在する一対の第一の導電路３３ａ及び第二の導電路３３ｂと、基板３２の一端側から他端側に向けて延在し、第一の導電路３３ａ及び第二の導電路３３ｂの一端側を接続する第三の導電路３３ｃとを備える。導電部材３３は、第三の導電路３３ｃによって接続された一対の第一の導電路３３ａ及び第二の導電路３３ｂの一端側が基板３２の上面側に配置され、他端側が基板３２を貫通して基板３２下面から突出するように配置される。
　第一の磁気センサ３４ａ及び第二の磁気センサ３４ｂは、平面視における第三の導電路３３ｃの延在方向に直交する方向において、第一の導電路３３ａを前後に挟んで対向配置される。また、第一の磁気センサ３４ａ及び第二の磁気センサ３４ｂは、感度軸方向Ｄ２が同一方向に向けられている。すなわち、電流センサ２においては、導電部材３３を流れる被測定電流が、基板３２の下面側の第一の導電路３３ａの他端側から基板３２の上面側の第三の導電路３３ｃを介して基板３２の下面側の第二の導電路３３ｂの他端側に通流するように構成されている。この構成により、導電部材３３の第一の導電路３３ａを通流する被測定電流からの誘導磁界Ｈａと、第二の導電路３３ｂを通流する被測定電流からの誘導磁界Ｈｂとが相殺されるので、遮蔽シールド３１の磁気飽和を低減することができる。また、第一の磁気センサ３４ａ及び第二の磁気センサ３４ｂにより、共に第一の導電路３３ａを通流する被測定電流からの誘導磁気により出力信号が得られるので、より高精度に被検出電流を測定できる。
　なお、電流センサ２の構成としては、必ずしも第一の導電路３３ａを挟んで第一の磁気センサ３４ａと第二の磁気センサ３４ｂとを対向配置する必要はない。図７（ａ）、（ｂ）に電流センサ２の他の構成例を示す。なお、図７（ｂ）においては、図７（ａ）のＣ－Ｃ線矢視断面図を示している。図７に示す電流センサ２においては、第一の磁気センサ３４ａ及び第二の磁気センサ３４ｂは、平面視における第三の導電路３３ｃの延在方向において、導電部材３３の一方の面側に並設される。第一の磁気センサ３４ａは、第一の導電路３３ａの近傍に配置され、第二の磁気センサ３４ｂは、第二の導電路３３ｂの近傍に配置される。
　また、図７（ａ）、（ｂ）に示す電流センサ２は、基板３２を貫通して設けられ第一の磁気センサ３４ａ及び第二の磁気センサ３４ｂの出力信号を、外部に出力するセンサ出力ピン３５を備える。センサ出力ピン３５は、基板３２上に設けられた配線パターン（不図示）によって第一の磁気センサ３４ａ及び第二の磁気センサ３４ｂと電気的に接続されており、この配線パターンを介して第一の磁気センサ３４ａ及び第二の磁気センサ３４ｂの出力信号を外部に出力する。センサ出力ピン３５は、上端が基板３２の上面から上方に突出し、下端が基板３２の下面から下方に突出するように設けられている。また、センサ出力ピン３５の下端は、側面視にて導電部材３３の第一の導電路３３ａの下端及び第二の導電路３３ｂの下端より僅かに短くなるように配置される。このように、図７（ａ）、（ｂ）に示す電流センサ２においては、導電部材３３の第一の導電路３３ａ、第二の導電路３３ｂ及びセンサ出力ピン３５がそれぞれ基板３２の下面から下方に突出しているので、直接回路基板上に実装することが可能となる。
　このように、本発明の第２の実施の形態に係る電流センサ２においては、被測定電流の通流方向が基板３２主面に対して略直交するように配置し、一対の第一の導電路３３ａ及び第二の導電路３３ｂに互いに逆方向に被測定電流を通流することにより、第一の導電路３３ａを通流する被測定電流からの誘導磁界と、第二の導電路３３ｂを通流する被測定電流からの誘導磁界とが相殺される。これにより、遮蔽シールド３１内の磁束密度の上昇が抑制され、磁気飽和を抑制することができる。このため、遮蔽シールド３１によって外乱磁気を遮蔽することができ、不均一な外乱磁気が印加される環境下においてもノイズを低減することができる。また、矩形枠状の遮蔽シールド３１を用いた場合においても外乱磁気を遮蔽することができる。
　なお、上記実施の形態では、第一の磁気センサ及び第二の磁気センサとして、磁気平衡式センサを使用する構成としたが、この構成に限定されるものではない。磁気センサは、導電部材を通る被測定電流からの誘導磁界により互いに逆相の出力信号を出力するものであればよく、例えば、磁気比例式センサを使用してもよい。磁気比例式センサを使用することで、磁気平衡式センサを使用する構成と比較して消費電力を低減することが可能である。
　本発明は上記実施の形態に限定されず、種々変更して実施することができる。例えば、上記実施の形態における各素子の接続関係、大きさなどは適宜変更して実施することが可能である。また、上記実施の形態においては、磁気平衡式電流センサに磁気抵抗効果素子を用いた場合について説明しているが、磁気平衡式電流センサにホール素子やその他の磁気検出素子を用いて構成してもよい。その他、本発明は、本発明の範囲を逸脱しないで適宜変更して実施することができる。
　本発明は、電気自動車やハイブリッドカーのモータ駆動用の電流の大きさを検出する電流センサに適用することが可能である。
　本出願は、２０１０年１０月８日出願の特願２０１０－２２８４６３に基づく。この内容は、全てここに含めておく。

Claims (6)

  1. 　一方向に被測定電流を通流する第一の導電路と、前記第一の導電路とは逆方向に前記被測定電流を通流する第二の導電路と、を有する導電部材と、前記導電部材を通流する前記被測定電流からの誘導磁界により、出力信号を出力する少なくとも１つの磁気センサと、前記磁気センサを覆うように設けられ前記磁気センサに対する外乱磁気を遮蔽する遮蔽材と、を具備することを特徴とする電流センサ。
  2. 　被測定電流を一方向に通流する第一の導電路と、前記第一の導電路とは逆方向に前記被測定電流を通流する第二の導電路と、を有する導電部材と、前記導電部材を通流する前記被測定電流からの誘導磁界により、互いに逆相の出力信号を出力する第一の磁気センサ及び第二の磁気センサと、前記第一の磁気センサの出力信号と前記第二の磁気センサの出力信号とを差動演算する差動部と、前記第一の磁気センサ及び前記第二の磁気センサを覆うように設けられ前記第一の磁気センサ及び前記第二の磁気センサに対する外乱磁気を遮蔽する遮蔽材と、を具備することを特徴とする電流センサ。
  3. 　前記第一の磁気センサ及び前記第二の磁気センサは、感度軸方向が互いに同一方向であることを特徴とする請求項２記載の電流センサ。
  4. 　前記第一の磁気センサ及び前記第二の磁気センサは、前記導電部材の一方の面側に配置され、前記第一の磁気センサは、前記導電部材の前記第一の導電路を通流する前記被測定電流からの誘導磁界により出力信号を出力し、前記第二の磁気センサは、前記導電部材の前記第二の導電路を通流する被測定電流からの誘導磁界により、出力信号を出力することを特徴とする請求項２又は請求項３記載の電流センサ。
  5. 　前記第一の磁気センサ及び前記第二の磁気センサは、前記電流線の前記第一の導電路又は第二の導電路を挟んで対向配置され、前記第一の導電路又は第二の導電路を通流する被測定電流からの誘導磁界により出力信号を出力することを特徴とする請求項２又は請求項３記載の電流センサ。
  6. 　前記電流線は、平面視にてＵ字形状であることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれかに記載の電流センサ。
PCT/JP2011/070884 2010-10-08 2011-09-13 電流センサ WO2012046547A1 (ja)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2010228463 2010-10-08
JP2010-228463 2010-10-08

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2012046547A1 true WO2012046547A1 (ja) 2012-04-12

Family

ID=45927544

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/JP2011/070884 WO2012046547A1 (ja) 2010-10-08 2011-09-13 電流センサ

Country Status (1)

Country Link
WO (1) WO2012046547A1 (ja)

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2014202737A (ja) * 2013-04-03 2014-10-27 甲神電機株式会社 電流センサ
WO2015075623A1 (en) * 2013-11-19 2015-05-28 Danfoss Silicon Power Gmbh Power module comprising an integrated current measurement
WO2017089048A1 (en) * 2015-11-23 2017-06-01 Zf Friedrichshafen Ag Device for high voltage high and medium current measurement
CN107430156A (zh) * 2015-03-18 2017-12-01 丰田自动车株式会社 电流传感器
CN111936872A (zh) * 2018-03-20 2020-11-13 株式会社电装 电流传感器
WO2023056828A1 (zh) * 2021-10-08 2023-04-13 江苏多维科技有限公司 一种电流传感器

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0534374A (ja) * 1991-08-02 1993-02-09 Fujitsu Ltd 電流センサを使用した電流検出方法
JP2006112813A (ja) * 2004-10-12 2006-04-27 Canon Electronics Inc 電流センサ及びそれを用いた電流検知ユニット
JP2008268219A (ja) * 2007-04-23 2008-11-06 Magic Technologies Inc 磁気センサおよびその製造方法、並びに電流検出方法および電流検出装置

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0534374A (ja) * 1991-08-02 1993-02-09 Fujitsu Ltd 電流センサを使用した電流検出方法
JP2006112813A (ja) * 2004-10-12 2006-04-27 Canon Electronics Inc 電流センサ及びそれを用いた電流検知ユニット
JP2008268219A (ja) * 2007-04-23 2008-11-06 Magic Technologies Inc 磁気センサおよびその製造方法、並びに電流検出方法および電流検出装置

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2014202737A (ja) * 2013-04-03 2014-10-27 甲神電機株式会社 電流センサ
WO2015075623A1 (en) * 2013-11-19 2015-05-28 Danfoss Silicon Power Gmbh Power module comprising an integrated current measurement
CN107430156A (zh) * 2015-03-18 2017-12-01 丰田自动车株式会社 电流传感器
EP3273255A4 (en) * 2015-03-18 2018-05-02 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Electric current sensor
US10184960B2 (en) 2015-03-18 2019-01-22 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Current sensor
WO2017089048A1 (en) * 2015-11-23 2017-06-01 Zf Friedrichshafen Ag Device for high voltage high and medium current measurement
CN111936872A (zh) * 2018-03-20 2020-11-13 株式会社电装 电流传感器
WO2023056828A1 (zh) * 2021-10-08 2023-04-13 江苏多维科技有限公司 一种电流传感器

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5531215B2 (ja) 電流センサ
WO2013005459A1 (ja) 電流センサ
JP6651956B2 (ja) 電流センサ
JP5906488B2 (ja) 電流センサ
JP5648246B2 (ja) 電流センサ
JP5659389B2 (ja) 電流センサ
US10060953B2 (en) Current sensor
WO2012046547A1 (ja) 電流センサ
WO2015133621A1 (ja) 電流量検出器
WO2013099504A1 (ja) 電流センサ
JP5500956B2 (ja) 電流検出装置
WO2013005545A1 (ja) 電流センサ
WO2012053296A1 (ja) 電流センサ
JP6384677B2 (ja) 電流センサ
JP2012018024A (ja) 電流センサ
WO2013038867A1 (ja) 電流センサ
JP2015036636A (ja) 電流センサ
JP2013088370A (ja) 電流センサ
JP5487403B2 (ja) 電流センサ
JP2012052980A (ja) 電流センサ
JP2013113630A (ja) 電流検出装置
JP2012063285A (ja) 電流センサ
JP5504483B2 (ja) 電流センサ
JP2012242082A (ja) 電流センサ
JP5678285B2 (ja) 電流センサ

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 11830480

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 11830480

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: JP