JP2012198085A - Current sensor - Google Patents
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Abstract
【課題】本発明は、大電流にも対応でき、小型で消費電力の小さい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】電流線11を流れる電流により生じる被測定磁界を検出する磁気検出素子13と、磁気検出素子13を囲むキャンセルコイル14と、このキャンセルコイル14を囲む筒状の磁性体コア15とを備え、電流線11を流れる電流により生じる被測定磁界の磁界方向に、筒状の磁性体コア15の開口部17がくるように配置した電流センサ。
【選択図】図2An object of the present invention is to provide a small-sized current sensor that can cope with a large current and has low power consumption.
A magnetic detection element 13 for detecting a magnetic field to be measured generated by a current flowing through a current line 11, a cancel coil 14 surrounding the magnetic detection element 13, and a cylindrical magnetic core 15 surrounding the cancel coil 14 are provided. And a current sensor arranged so that the opening 17 of the cylindrical magnetic core 15 comes in the magnetic field direction of the magnetic field to be measured generated by the current flowing through the current line 11.
[Selection] Figure 2
Description
本発明は、被測定電流が流れる電流線の周囲に発生する磁界により、被測定電流を検出する電流センサに関するものである。 The present invention relates to a current sensor that detects a current to be measured by a magnetic field generated around a current line through which the current to be measured flows.
近年ハイブリッドカー、EV車等のバッテリー電流や、電気モータの駆動電流等を検知するために電流センサが必要となってきている。これに対して、図6のように、電流線1を囲むギャップ付リング型磁心2にキャンセルコイル3を巻き、ギャップ部分にホール素子4を配置して、キャンセルコイル3に流す電流によって、電流線1に流れる電流を測定していた。
In recent years, a current sensor has become necessary to detect battery current of a hybrid car, EV car, etc., drive current of an electric motor, and the like. On the other hand, as shown in FIG. 6, a
なお、この出願の発明に関連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。 As prior art document information related to the invention of this application, for example, Patent Document 1 is known.
上記従来の構成によれば、電流線をギャップ付リング型磁心が囲む必要があり、形状が大きくなってしまう。また200A程度の大きな電流を流す電流線は、その断面積も大きくなっていき、磁気飽和を防ぐためにリング型磁心も大きくする必要がある。そのため電流センサの形状がさらに大きくなるとともに、この電流を検出しようとすると、キャンセルコイルに大きな電流を流す必要があり、消費電力が大きなものとなってしまっていた。 According to the conventional configuration, the current line needs to be surrounded by the ring-type magnetic core with a gap, and the shape becomes large. In addition, the current line through which a large current of about 200 A flows increases in cross-sectional area, and it is necessary to increase the ring type magnetic core in order to prevent magnetic saturation. For this reason, the shape of the current sensor is further increased, and when it is attempted to detect this current, it is necessary to pass a large current through the cancel coil, resulting in large power consumption.
本発明は、小型で消費電力の小さな電流センサを提供することを目的とする。 An object of the present invention is to provide a small current sensor with low power consumption.
本発明は上記課題を解決するために、電流線の一面上に配置され、電流線を流れる電流を検出する電流センサであって、この電流センサは、電流線を流れる電流により生じる被測定磁界を検出する磁気検出素子と、磁気検出素子を囲むキャンセルコイルと、このキャンセルコイルを囲む筒状の磁性体コアとを備え、電流線を流れる電流により生じる被測定磁界の磁界方向に、筒状の磁性体コアの開口部がくるように配置したものである。 In order to solve the above-described problems, the present invention is a current sensor that is disposed on one surface of a current line and detects a current flowing through the current line. The current sensor detects a magnetic field to be measured generated by a current flowing through the current line. A magnetic detection element for detection, a cancel coil surrounding the magnetic detection element, and a cylindrical magnetic core surrounding the cancel coil, and a cylindrical magnet in the direction of the magnetic field to be measured generated by the current flowing through the current line It is arranged so that the opening of the body core comes.
上記構成により、電流線を囲むリング型磁心を設ける必要が無く、電流線の一面上に配置するのみであるので、全体として小型化を達成することができるとともに、大電流が流れることにより電流線の周囲に大きな磁束が発生しても、多くの磁束は筒状の磁性体コアの方に吸収され、一部のみが磁気検出素子に到達するため、消費電流を低減することができる。さらにキャンセルコイルを筒状の磁性体コアが覆っているため、少ない電流でキャンセル磁場を発生させることができ、より消費電流の低減を図ることができる。さらに、電流線を流れる電流によって発生する磁界方向以外は筒状の磁性体コアで覆っているため、外乱による影響も受けにくくなる。 With the above configuration, there is no need to provide a ring-type magnetic core that surrounds the current line, and it is only arranged on one surface of the current line, so that it is possible to achieve downsizing as a whole, and a large current flows to the current line. Even if a large magnetic flux is generated around the magnetic field, much of the magnetic flux is absorbed by the cylindrical magnetic core and only a part of the magnetic core reaches the magnetic detection element, so that current consumption can be reduced. Further, since the cancel coil is covered with the cylindrical magnetic core, the cancel magnetic field can be generated with a small current, and the current consumption can be further reduced. Furthermore, since the magnetic field core other than the direction of the magnetic field generated by the current flowing through the current line is covered with the cylindrical magnetic core, it is less susceptible to disturbance.
以下、本発明の一実施の形態における電流センサについて、図面を参照しながら説明する。 Hereinafter, a current sensor according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
図1は、本発明の一実施の形態における電流センサの斜視図であり、電流Iが流れる電流線11の上に電流センサ12が設置されたものであり、図2はその断面図である。電流線11は銅からなり、その断面が20mm×5mmの矩形形状をしたものを用い、幅が広い方の面上に電流センサ12が配置されている。
FIG. 1 is a perspective view of a current sensor according to an embodiment of the present invention, in which a
電流センサ12は、磁気検出素子13と、この磁気検出素子13の周囲を囲んで周回させたキャンセルコイル14と、このキャンセルコイル14を囲む筒状の磁性体コア15と、から構成され、その平面形状が5mm×5mm、高さ3mmとなっている。キャンセルコイル14は絶縁被覆された銅線を非磁性体からなるボビン16に巻きつけたものであり、磁気検出素子13はボビン16の中心部に固定されている。筒状の磁性体コア15は鉄合金からなる角筒状の形状を有し、キャンセルコイル14を巻いたボビン16がその中に挿入されている。筒状の磁性体コア15の開口部17は、キャンセルコイル14の巻き軸方向にくるようになっている。電流センサ12は、筒状の磁性体コア15の開口部17が、電流線11を流れる電流Iにより生じる被測定磁界の磁界方向(すなわち電流Iが流れる方向と垂直な方向)にくるように設置されている。
The
図3は磁気検出素子13の断面図であり、図3(a)は、磁気検出素子13を水平に切った時の断面図であり、図3(b)は図3(a)のA−A線で切った時の断面図である。
3 is a cross-sectional view of the
図3に示すように、セラミック等の絶縁基板21上に形成された磁気抵抗素子20a、20b、20c、20dからなり、これらはNi−Co等の強磁性体からなる厚み約0.1μmの磁気抵抗薄膜である。そして、磁気抵抗素子20a、20bおよび磁気抵抗素子20c、20dは各々直列に接続され、パターンの長手方向が互いに直交している。入力電極22aは絶縁基板21上に形成されているもので、磁気抵抗素子20aおよび磁気抵抗素子20dと電気的に接続されている。第1の出力電極22bも絶縁基板21上に形成されており、磁気抵抗素子20aおよび磁気抵抗素子20bと電気的に接続されている。同様にしてグランド電極22c、第2の出力電極22dも絶縁基板21上に形成されており、各々磁気抵抗素子20bおよび磁気抵抗素子20c、磁気抵抗素子20cおよび磁気抵抗素子20dと電気的に接続されている。
As shown in FIG. 3, the
23は絶縁層で、この絶縁層23は厚みが約1μmのSiO2薄膜からなり、磁気抵抗素子20a、20b、20c、20dを覆うことにより後述する薄膜磁石24からなるバイアス磁界発生手段との電気的絶縁を行うものである。
24は薄膜磁石で、この薄膜磁石24は厚みが約0.6μmのCoPt等からなり、絶縁層23の上に蒸着、スパッタ法等により形成した後、露光、エッチングによりパターニングすることにより、磁気抵抗素子20a、20b、20c、20dの磁気検出方向と45度をなす方向に長手方向を有する複数の略長方体に分割されているものである。そして、この複数の略長方体形状の薄膜の幅方向にきわめて大きな磁界を印加することにより、略長方体形状の薄膜が幅方向に磁化されて、薄膜磁石24を得ることができ、磁気抵抗素子20a、20b、20c、20dの磁気検出方向に対して45度をなす方向にバイアス磁界HBが印加されることになる。この磁気検出素子13は、バイアス磁界HBの方向と電流Iの方向とがほぼ一致するように配置される。
図4は本発明の一実施の形態における電流センサ12の動作を説明するための回路図を示したもので、磁気検出素子13の入力電極22aとグランド電極22cとの間には定電圧を印加する電源26が接続されている。また、この図4において、27は第1の出力電極22bと第2の出力電極22dの電位差を検出する検出部で、この検出部27の出力信号によって電流制御部28がキャンセルコイル14に流れる電流を制御している。29は出力変換部で、この出力変換部29はキャンセルコイル14に流れる電流による負荷抵抗30での電圧降下を増幅して出力端子31に出力するものである。
FIG. 4 is a circuit diagram for explaining the operation of the
電流線11に流れる電流が零の時、バイアス磁界HBのみが磁気抵抗素子20a、20b、20c、20dに対して一定の角度(45度)をなすように印加されるため、磁気抵抗素子20a、20b、20c、20dは実質的に同一の抵抗値となる。このため、磁気抵抗素子ブリッジは平衡し、第1の出力電極22bと第2の出力電極22dは同電位となり、検出部27から信号は出力されない。これにより、キャンセルコイル14と負荷抵抗30に電流が流れないため、出力端子31には出力電圧は現れないことになる。
When the current flowing through the
電流線11に電流Iが流れると、この電流Iによる磁界HIが発生して磁界検出素子に印加され、磁気抵抗素子20a、20cの抵抗が小さくなるとともに、磁気抵抗素子20b、20dの抵抗が大きくなる。このため、磁気抵抗素子ブリッジの平衡が破れ、第1の出力電極22bと第2の出力電極22dとの間に電位差が発生する。この電位差は検出部27で検出されて電流制御部28に入力される。電流制御部28はこの電位差に基づいてキャンセルコイル14に電流を流して、この電流による磁界Hcを発生させ、磁気抵抗素子20a、20b、20c、20dに印加される正味の磁界を薄膜磁石24から発生するバイアス磁界HBのみとすることにより、磁気抵抗素子ブリッジの電位差を零にするように動作する。こうして再び磁気抵抗素子ブリッジが平衡した時、負荷抵抗30の両端に発生する電圧をモニターして適度に増幅すれば、電流線11に流れる電流に対応した信号が出力端子31に出力されることになる。
When the current I flows through the
以上のように構成することにより、電流線11に電流Iが流れた時に発生する磁界のうち電流センサ12に向かうものは、その多くが筒状の磁性体コア15の方に流れ、その一部がその開口部17の方に流れ、磁気検出素子13を通ることとなる。電流線11に大電流が流れすぎると、発生する磁界が強くなりすぎ、磁気検出素子13が飽和してしまうことがあるが、本実施の形態のように筒状の磁性体コア15の開口部17が磁界の方向になるように配置し、その中に磁気検出素子13を配置することにより、大電流に対しても十分に検出できるようにすることができる。
With the configuration described above, most of the magnetic field generated when the current I flows through the
さらに大電流が流れた場合、その磁界をキャンセルするために、キャンセルコイル14に大きな電流を流す必要があり、このことにより消費電力が大きくなるという課題があった。これに対し本実施の形態のように、キャンセルコイル14の周囲を、その巻き軸方向以外を筒状の磁性体コア15で覆うことにより、キャンセルコイル14のインダクタンス値を増大させることができ、結果としてキャンセルコイル14に流す電流を低減することができる。
Further, when a large current flows, it is necessary to flow a large current through the cancel
キャンセルコイル14に流す電流を低減するためには、キャンセルコイル14と筒状の磁性体コア15内壁とは、間に何も挟まずに、キャンセルコイル14がなるべく筒状の磁性体コア15の内壁に沿った状態になるようにすることが望ましい。このようにすることによりキャンセルコイル14のインダクタンス値を上げることができるため、消費電流をより低減することができる。
In order to reduce the current that flows through the cancel
さらに、電流線11を流れる電流Iによって発生する磁界方向以外は磁気検出素子13を筒状の磁性体コア15で覆っているため、外乱による影響も受けにくくなり、電流センサの検出精度を向上させることができる。
Further, since the
なお、上記実施の形態において筒状の磁性体コア15は、鉄合金からなる角筒状の形状のものを用いたが、例えば平板状の磁性体板を折り曲げることによって角筒状の形状にしたものでも良い。またフェライトのコアを用いても良い。さらに、筒状のコアの中にキャンセルコイルを巻いたボビンを挿入する代わりに、図5のように断面がコの字状の磁性体コア18をキャンセルコイル14にはめ込むことにより、実質的に筒状になるようにしても良い。このようにすることにより、磁性体コアの製造および電流センサの組み立てが容易なものとなる。通常コの字状の磁性体コアを組み合わせると、その突合せた面で磁気ギャップが生じるが、図5のように、キャンセルコイルの巻き軸方向には磁気ギャップが生じないため、影響を受けることはない。
In addition, in the said embodiment, although the cylindrical
また、本実施の形態においては電流線の一面上に電流センサを配置しているが、さらにその反対側の面にも同様の電流センサを配置しても良い。このようにすることにより、地磁気等の外乱の影響をキャンセルすることができ、さらに精度を向上させることができる。 In this embodiment, the current sensor is arranged on one surface of the current line, but a similar current sensor may be arranged on the opposite surface. By doing in this way, the influence of disturbances, such as geomagnetism, can be canceled, and a precision can be improved further.
なお、本実施の形態においては電流線をその断面が矩形形状のものを用いたが、断面が円形のものを用いても構わない。この場合、電流線の径方向に磁気検出素子を配置することにより、同様の効果を得ることができる。 In the present embodiment, the current line having a rectangular cross section is used, but a current section having a circular cross section may be used. In this case, the same effect can be obtained by arranging the magnetic detection element in the radial direction of the current line.
本発明に係る電流センサは、大電流にも対応でき、小型で消費電力の小さい電流センサを提供することができ、産業上有用である。 The current sensor according to the present invention can deal with a large current, can provide a small current sensor with low power consumption, and is industrially useful.
11 電流線
12 電流センサ
13 磁気検出素子
14 キャンセルコイル
15 筒状の磁性体コア
16 ボビン
17 開口部
18 磁性体コア
20a、20b、20c、20d 磁気抵抗素子
21 絶縁基板
22a 入力電極
22b 第1の出力電極
22c グランド電極
22d 第2の出力電極
23 絶縁層
24 薄膜磁石
26 電源
27 検出部
28 電流制御部
29 出力変換部
30 負荷抵抗
31 出力端子
DESCRIPTION OF
Claims (2)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2011061966A JP2012198085A (en) | 2011-03-22 | 2011-03-22 | Current sensor |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2011061966A JP2012198085A (en) | 2011-03-22 | 2011-03-22 | Current sensor |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2012198085A true JP2012198085A (en) | 2012-10-18 |
Family
ID=47180466
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2011061966A Withdrawn JP2012198085A (en) | 2011-03-22 | 2011-03-22 | Current sensor |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2012198085A (en) |
-
2011
- 2011-03-22 JP JP2011061966A patent/JP2012198085A/en not_active Withdrawn
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Legal Events
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A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
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