WO2012120939A1 - 電流センサ - Google Patents
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Definitions
- the present invention relates to a current sensor that measures the magnitude of current.
- the present invention relates to a current sensor in which a decrease in measurement accuracy due to an induced magnetic field due to an adjacent current is suppressed.
- a current sensor capable of measuring a large current in a non-contact manner is required for such applications.
- a current sensor a system that detects a change in a magnetic field caused by a current to be measured by a magnetic sensor has been put into practical use.
- a current sensor using a magnetic sensor has a problem in that the measurement accuracy is deteriorated due to the influence of a disturbing magnetic field.
- a GMR element Gaant Magneto Resistance element, a Hall element, or the like can be used for the magnetic sensor used in the above-described current sensor.
- a GMR element or the like is used for a current sensor, the influence of a disturbance magnetic field may not be sufficiently suppressed even if the technique described in Patent Document 1 is applied.
- the current measurement accuracy may be significantly reduced due to the influence of the current flowing through the adjacent current line. is there.
- 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 reduces the influence of an induced magnetic field due to an adjacent current and suppresses a decrease in current measurement accuracy.
- the current sensor of the present invention is arranged around a current line through which a current to be measured flows, detects an induced magnetic field from the current flowing through the current line, and has a sub-sensitivity axis in a direction perpendicular to the main sensitivity axis.
- the first magnetic sensor and the second magnetic sensor each have a first magnetic sensor and a second magnetic sensor, and the first magnetic sensor has a main sensitivity axis direction passing through the current line.
- the direction of the induced magnetic field from the current flowing faces the direction opposite to the direction of the induced magnetic field from the current flowing through the current line, and the first magnetic sensor And the respective main sensitivity axis directions of the second magnetic sensor are directed in the same direction, and the sub sensitivity axis directions of the first magnetic sensor and the second magnetic sensor are adjacent currents adjacent to the current line.
- the first magnetism from the current flowing through the wire Characterized in that capacitors and the second magnetic sensor is arranged to be the same direction or opposite direction to the direction of the sub-sensitivity axis component of the induced magnetic field received respectively.
- the influence of the induced magnetic field from the adjacent current on the sub-sensitivity axes of the first magnetic sensor and the second magnetic sensor appears as an output having the same polarity.
- the influence of the induced magnetic field from the adjacent current appearing in the sub-sensitivity axis direction can be reduced. Thereby, the fall of the current measurement precision can be suppressed.
- the current sensor of the present invention may include an arithmetic device that takes a difference between the output of the first magnetic sensor and the output of the second magnetic sensor.
- the first magnetic sensor and the second magnetic sensor are arranged such that the sub-sensitivity axis directions of the first magnetic sensor and the second magnetic sensor are both in the same direction. May be.
- the influence of a disturbance magnetic field (such as geomagnetism) other than the induced magnetic field can be reduced by taking the difference between the output of the first magnetic sensor and the output of the second magnetic sensor. Can be further suppressed.
- a disturbance magnetic field such as geomagnetism
- the current sensor of the present invention is arranged around a current line through which a current to be measured flows, detects an induced magnetic field caused by a current flowing through the current line, and has a sub-sensitivity axis in a direction perpendicular to the main sensitivity axis.
- Both directions are directed to the direction of the induced magnetic field from the current flowing through the current line or the direction opposite to the direction of the induced magnetic field
- the respective main sensitivity axis directions of the first magnetic sensor and the second magnetic sensor are The direction of the sub-sensitivity axis component of the first magnetic sensor of the induced magnetic field from the current that flows in the opposite direction and the sub-sensitivity axis direction of the first magnetic sensor flows through the adjacent current line adjacent to the current line
- the sub-sensitivity axis direction Sa is arranged such that the direction opposite to the sub-sensitivity axis component of the second magnetic sensor of the induced magnetic field from current flowing through the adjacent current lines.
- an arithmetic device that calculates the sum of the output of the first magnetic sensor and the output of the second magnetic sensor may be provided.
- the first magnetic sensor and the second magnetic sensor are arranged so that the sub-sensitivity axis directions of the first magnetic sensor and the second magnetic sensor are opposite to each other. May be.
- the first magnetic sensor and the second magnetic sensor have a main sensitivity axis direction of the first magnetic sensor oriented in the direction of the adjacent current line or the direction opposite to the adjacent current line.
- the main magnetic sensitivity axis direction of the second magnetic sensor may be arranged so as to face the direction of the adjacent current line or the direction opposite to the adjacent current line.
- the main sensitivity axis component of the induced magnetic field from the adjacent current is reduced to an extent that does not affect the current measurement, so that the influence of the induced magnetic field from the adjacent current in the main sensitivity axis direction can be sufficiently reduced. Thereby, the fall of the current measurement accuracy can be further suppressed.
- the main sensitivity axis direction of each of the first magnetic sensor and the second magnetic sensor may face the direction in which the adjacent current line extends.
- the influence of the induced magnetic field due to the adjacent current is the main sensitivity. Does not appear in the axial direction. Thereby, it is possible to eliminate the influence of the induced magnetic field from the adjacent current in the main sensitivity axis direction and further suppress the decrease in the current measurement accuracy.
- the first magnetic sensor and the second magnetic sensor may be configured such that respective main sensitivity axis directions of the first magnetic sensor and the second magnetic sensor pass through the adjacent current line. You may arrange
- the influence of the induced magnetic field from the adjacent current on the main sensitivity axes of the first magnetic sensor and the second magnetic sensor appears as an output having the same polarity.
- the influence of the disturbance magnetic field including the induced magnetic field from the adjacent current appearing in the main sensitivity axis direction can be reduced. Thereby, the fall of the current measurement accuracy can be further suppressed.
- the first magnetic sensor and the second magnetic sensor may be configured such that a main sensitivity axis direction of the first magnetic sensor has an induced magnetic field generated from a current flowing through the adjacent current line.
- the direction of the main / sub-sensitivity axis component of the first magnetic sensor is the same as that of the second magnetic sensor, and the direction of the main sensitivity axis of the second magnetic sensor is the induced magnetic field from the current flowing through the adjacent current line. It may be arranged so as to be opposite to the direction of the main sensitivity axis component.
- the influence of the induced magnetic field from the adjacent current on the main sensitivity axes of the first magnetic sensor and the second magnetic sensor appears as an output of opposite polarity
- the output of the first magnetic sensor and the second magnetic sensor By taking the sum with the output of the magnetic sensor, the influence of the disturbance magnetic field including the induced magnetic field from the adjacent current appearing in the main sensitivity axis direction can be reduced. Thereby, the fall of the current measurement accuracy can be further suppressed.
- the first magnetic sensor and the second magnetic sensor are mounted, and the circuit board is disposed in a plane perpendicular to the direction in which the current line extends. You may do it.
- the first magnetic sensor and the second magnetic sensor may be magnetoresistive elements.
- the first magnetic sensor and the second magnetic sensor may be Hall elements each having a magnetic convergence plate.
- the present invention it is possible to provide a current sensor that reduces the influence of a disturbance magnetic field and suppresses a decrease in current measurement accuracy.
- FIG. 4 is a schematic diagram illustrating a configuration example of a current sensor according to Embodiment 1.
- FIG. FIG. 3 is a block diagram illustrating a circuit configuration example of the current sensor according to the first embodiment.
- 6 is a schematic diagram illustrating a modification of the current sensor according to Embodiment 1.
- FIG. It is a schematic diagram which shows the structural example of a current sensor. 6 is a schematic diagram illustrating a configuration example of a current sensor according to Embodiment 2.
- FIG. FIG. 10 is a schematic diagram showing a modification of the current sensor according to the second embodiment.
- FIG. 6 is a schematic diagram illustrating a configuration example of a current sensor according to Embodiment 3.
- FIG. 10 is a schematic diagram showing a modification of the current sensor according to the third embodiment. 6 is a schematic diagram illustrating a configuration example of a current sensor according to Embodiment 4.
- FIG. 10 is a schematic diagram showing a modification of the current sensor according to the fourth embodiment.
- FIG. 10 is a schematic diagram showing a structure of a GMR element according to a fifth embodiment.
- the present inventor has found that in a current sensor using a magnetic sensor including a GMR element or the like, the factor that cannot sufficiently suppress the influence of the induced magnetic field due to the adjacent current is that the sensitivity is in the direction orthogonal to the sensitivity axis.
- the sensitivity in the direction orthogonal to the sensitivity axis may be about several tens of percent of the sensitivity in the sensitivity axis direction.
- simply directing the direction of the sensitivity axis (hereinafter referred to as the main sensitivity axis direction) to the direction of the induced magnetic field can take a difference in output.
- the influence of the induced magnetic field from the adjacent current cannot be sufficiently removed. This is because the influence of the induced magnetic field from the adjacent current appearing in the direction orthogonal to the main sensitivity axis direction (hereinafter referred to as the secondary sensitivity axis direction) cannot be canceled only by the control in the main sensitivity axis direction.
- FIG. 1 is a model diagram for calculating the influence of the induced magnetic field from the adjacent current appearing in the sub-sensitivity axis direction on the measurement accuracy of the current sensor.
- FIG. 1 shows a current sensor having a configuration in which two magnetic sensors a and b are arranged around a current line 11 extending upward from the bottom of the drawing. Further, the adjacent current line 21 is disposed in the vicinity of the current sensor. The current I to be measured flows through the current line 11 from the bottom to the top of the page. The adjacent current I ′ flows through the adjacent current line 21 from the back side to the front side of the page.
- the main sensitivity axis direction is the direction perpendicular to the paper surface. Further, it is assumed that the sub-sensitivity axis direction of the magnetic sensor a is upward on the paper surface, and the sub-sensitivity axis direction of the magnetic sensor b is downward on the paper surface. Hereinafter, only the influence of the secondary sensitivity axis direction is considered.
- the adjacent current line 21 has an infinite length (that is, the length of the adjacent current I ′ is infinite).
- r / r ′ about 0.1 is assumed in consideration of arrangement restrictions.
- X 0.1, that is, 10%.
- the measurement error of the current sensor is required to be 5% or less, and in some cases 1% or less. Therefore, in the case described above, a measure for the secondary sensitivity axis is required.
- the present inventors cancel the influence of the disturbance magnetic field appearing in the sub-sensitivity axis direction, particularly the induced magnetic field due to the adjacent current, by controlling the direction of the sub-sensitivity axis of the two magnetic sensors.
- the gist of the present invention is a type of current sensor that eliminates the influence of a disturbance magnetic field by calculating (difference or sum) the outputs of the two magnetic sensors.
- One sub-sensitivity axis direction is the same as the direction of the sub-sensitivity axis component of the induced magnetic field from the current flowing through the adjacent current line
- the other sub-sensitivity axis direction of the two magnetic sensors is the adjacent current.
- Adopting a configuration (in the case of a sum) that is opposite to the direction of the sub-sensitivity axis component of the induced magnetic field from the current flowing through the wire reduces the influence of the induced magnetic field due to the adjacent current and improves the current measurement accuracy. To try to suppress the decline That.
- FIG. 2 is a schematic diagram showing the current sensor 1 of the present embodiment.
- FIG. 2A is a perspective view schematically showing the configuration of the current sensor 1 and its periphery
- FIG. 2B is a plan view of the current sensor 1 as viewed from above (upward) in FIG. 2A.
- the lower left direction of the paper is called the front
- the upper right direction of the paper is the rear
- the left direction of the paper is the left
- the right direction of the paper is the right
- the upper direction of the paper is the upper
- the lower direction of the paper is the upper, and the lower direction of the paper.
- solid arrows given to the current line 11 and the adjacent current line 21 indicate the direction of the current flowing through them. That is, in FIG. 2, the measured current I of the current line 11 and the adjacent current I ′ of the adjacent current line 21 flow in directions parallel to each other.
- the long solid arrows 14a and 14b and the short solid arrows 15a and 15b applied to the first magnetic sensor 12a and the second magnetic sensor 12b are the direction of the main sensitivity axis and the sub sensitivity, respectively. Indicates the direction of the axis.
- the “main sensitivity axis” refers to the axis that faces the direction in which the sensitivity of the magnetic sensor is maximized
- the “sub sensitivity axis” has the highest sensitivity in the direction orthogonal to the main sensitivity axis.
- the current sensor 1 includes a first magnetic sensor 12a and a second magnetic sensor 12b arranged around the current line 11 through which the current I to be measured flows.
- the first magnetic sensor 12a and the second magnetic sensor 12b are arranged so that the distance from the current line 11 is substantially equal.
- the current line 11 extends in a predetermined direction (vertical direction in FIG. 2A).
- the current line 11 may be in any form as long as it is a component capable of guiding the current I to be measured.
- the current line 11 includes a non-linear shape such as a plate-like conductive member or a thin-film conductive member (conductive pattern).
- the current line 11 is treated as not being a component of the current sensor 1.
- the current sensor 1 includes the first magnetic sensor 12a and the second magnetic sensor 12b, as well as the first magnetic sensor 12a and the second magnetic sensor 12b, and is perpendicular to the direction in which the current line 11 extends.
- the circuit board 13 is disposed in a single plane.
- the calculation apparatus 16 (FIG. 3) which calculates the output of the 1st magnetic sensor 12a and the output of the 2nd magnetic sensor 12b is included.
- the first magnetic sensor 12a and the second magnetic sensor 12b are not particularly limited as long as they can detect magnetism and have a secondary sensitivity axis in a direction orthogonal to the main sensitivity axis.
- a magnetic sensor using a magnetoresistive effect element such as a GMR (Giant Magneto Resistance) element or a TMR (Tunnel Magneto Resistance) element, a magnetic sensor using a Hall element having a magnetic converging plate, or the like can be applied.
- the magnetic focusing plate applied to the Hall element is made of a soft magnetic material.
- the magnetic field in the direction parallel to the plate surface (the main surface of the magnetic focusing plate) at the end is perpendicular to the plate surface. Converged.
- the Hall element provided with the magnetic focusing plate may have a sensitivity axis (sub-sensitivity axis) also in a direction perpendicular to the original sensitivity axis (main sensitivity axis) of the Hall element.
- the present invention is also useful when using a Hall element having such a magnetic flux concentrating plate.
- the first magnetic sensor 12 a and the second magnetic sensor 12 b can obtain substantially reverse phase outputs by the induced magnetic field A from the current I to be measured flowing through the current line 11.
- the current line 11 is sandwiched between the first magnetic sensor 12a and the second magnetic sensor 12b, and the direction of the main sensitivity axis of the first magnetic sensor 12a and the second magnetic sensor 12b. (Arrows 14a and 14b) are arranged so as to face a direction perpendicular to the direction in which the current line 11 extends.
- the main sensitivity axis direction (arrow 14a) of the first magnetic sensor 12a faces the direction of the induced magnetic field A from the measured current I flowing through the current line 11, and the second magnetic sensor 12b
- the direction of the main sensitivity axis (arrow 14b) faces in the opposite direction to the direction of the induced magnetic field A from the current I to be measured flowing through the current line 11, and each of the first magnetic sensor 12a and the second magnetic sensor 12b.
- the main sensitivity axis directions are arranged in the same direction. Further, in the relationship with the induced magnetic field B from the adjacent current I ′ flowing through the adjacent current line 21, the sub-sensitivity axis direction of the first magnetic sensor 12a (the arrow 15a (upward in FIG. 2B)) is the first.
- the direction of the sub-sensitivity axis component of the induced magnetic field Ba received by the magnetic sensor 12a is opposite to the direction of the secondary sensitivity axis of the second magnetic sensor 12b (arrow 15b (up in the drawing in FIG. 2B)).
- the sub-sensitivity axis component of the induced magnetic field Bb received by the second magnetic sensor 12b is disposed so as to be opposite to the direction (downward in FIG. 2B). That is, the sub-sensitivity axis directions (arrows 15a and 15b) of the first magnetic sensor 12a and the second magnetic sensor 12b are respectively changed from the adjacent current I ′ to the first magnetic sensor 12a and the second magnetic sensor 12b. It is arranged so as to be in a direction opposite to the direction of the auxiliary sensitivity axis component of the induced magnetic field B to be received.
- one main sensitivity axis direction of the first magnetic sensor 12a and the second magnetic sensor 12b faces the direction of the induced magnetic field A, and the other main sensitivity axis direction is the induced magnetic field A. Since it is directed in the opposite direction, the influence of the induced magnetic field A appears as an output signal having substantially opposite phases from the first magnetic sensor 12a and the second magnetic sensor 12b. In addition, since the main sensitivity axis directions of the first magnetic sensor 12a and the second magnetic sensor 12b are the same, the disturbance in the output of the first magnetic sensor 12a and the output of the second magnetic sensor 12b. The effect of the magnetic field appears equally.
- the sub-sensitivity axis direction of one magnetic sensor is opposite to the direction of the sub-sensitivity axis component of the induction magnetic field B
- the sub-sensitivity axis direction of the other magnetic sensor is also opposite to the direction of the sub-sensitivity axis component of the induction magnetic field B. Therefore, the influence of the induced magnetic field B due to the adjacent current I ′ appears in the same polarity in the output of the first magnetic sensor 12a and the output of the second magnetic sensor 12b. For this reason, by taking the difference between the output of the first magnetic sensor 12a and the output of the second magnetic sensor 12b, the influence of the disturbance magnetic field including the induced magnetic field B is reduced, and the decrease in the current measurement accuracy is suppressed. Can do.
- the substantially reverse phase output signal refers to an output signal having an inversion relationship excluding noise components and the like. However, since it is sufficient that the relationship is such that current measurement can be performed with a desired accuracy, it is not required that the value be strictly reversed. The same polarity means that the positive and negative outputs match.
- the main sensitivity axis direction (arrow 14a) of the first magnetic sensor 12a faces the direction of the adjacent current line 21, and the main sensitivity axis direction (arrow) of the second magnetic sensor 12b. 14 b) faces the direction of the adjacent current line 21.
- the main sensitivity axis component of the first magnetic sensor 12a and the main sensitivity axis component of the second magnetic sensor of the induced magnetic field B can be reduced to such an extent that the current measurement is not affected. For this reason, it is possible to sufficiently reduce the influence of the induced magnetic field B from the adjacent current I ′ in the main sensitivity axis direction, and to further suppress the decrease in current measurement accuracy.
- the first sub-sensitivity axis directions (arrows 15a and 15b) of the first magnetic sensor 12a and the second magnetic sensor 12b are both arranged in the same direction.
- the influence of disturbance magnetic fields (such as geomagnetism) other than the induced magnetic field B can be reduced by taking the difference between the output of the first magnetic sensor 12a and the output of the second magnetic sensor 12b, the current measurement accuracy decreases. Can be further suppressed.
- FIG. 3 is a block diagram according to the circuit configuration of the current sensor 1.
- the current sensor 1 includes an arithmetic device 16 connected to the output terminals of the first magnetic sensor 12 a and the second magnetic sensor 12 b.
- the arithmetic device 16 has a function of calculating a difference between the output of the first magnetic sensor 12a and the output of the second magnetic sensor 12b. For this reason, a current flows through the current line 11 and an induced magnetic field A is generated around the current line 11, and an output signal corresponding to the induced magnetic field A is output from the first magnetic sensor 12a and the second magnetic sensor 12b. Then, the arithmetic unit 16 that has received the output signal can calculate and output the difference between the two output signals. By taking the difference between the two output signals in this way, the influence of the disturbance magnetic field can be canceled and the current measurement accuracy can be improved.
- the function of the arithmetic device 16 may be realized by hardware or software.
- FIG. 4 is a schematic diagram showing a current sensor 1 according to a modification of the present embodiment.
- 4A is a perspective view schematically showing the configuration of the current sensor 1 and its periphery
- FIG. 4B is a plan view of the current sensor 1 as viewed from above (upper) in FIG. 4A.
- the basic configuration of the current sensor 1 shown in FIG. 4 is the same as that of the current sensor 1 shown in FIG. That is, the current sensor 1 shown in FIG. 4 includes a first magnetic sensor 12a, a second magnetic sensor 12b, a circuit board 13, an arithmetic device, and the like.
- the first magnetic sensor 12 a and the second magnetic sensor 12 b can obtain substantially in-phase outputs by the induced magnetic field A from the measured current I flowing through the current line 11.
- the current lines 11 are sandwiched between the first magnetic sensor 12a and the second magnetic sensor 12b, and the main sensitivity axis directions of the first magnetic sensor 12a and the second magnetic sensor 12b are used.
- Arrows 14a and 14b are arranged so as to face a direction perpendicular to the direction in which the current line 11 extends.
- the main sensitivity axis direction (arrow 14a) of the first magnetic sensor 12a faces the direction of the induced magnetic field A from the measured current I flowing through the current line 11, and the second magnetic sensor 12b
- the main sensitivity axis direction (arrow 14b) faces the direction of the induced magnetic field A from the current I to be measured flowing through the current line 11, and the respective main sensitivity axis directions of the first magnetic sensor 12a and the second magnetic sensor 12b.
- the sub-sensitivity axis direction of the first magnetic sensor 12a is the first.
- the direction of the sub-sensitivity axis component of the induced magnetic field Ba received by the magnetic sensor 12a (in FIG. 4B, downward in the drawing) is opposite to the direction of the secondary sensitivity axis of the second magnetic sensor 12b (arrow 15b (down in the drawing in FIG. 4B)).
- the sub-sensitivity axis component of the induction magnetic field Bb received by the second magnetic sensor 12b is arranged in the same direction (downward on the paper surface in FIG. 4B).
- the influence of the induced magnetic field A is It appears as a substantially in-phase output signal of the first magnetic sensor 12a and the second magnetic sensor 12b. Further, since the main sensitivity axis directions of the first magnetic sensor 12a and the second magnetic sensor 12b are opposite to each other, the output of the first magnetic sensor 12a and the output of the second magnetic sensor 12b. The influence of the disturbance magnetic field appears in reverse.
- the direction of the secondary sensitivity axis of one magnetic sensor is the same as the direction of the secondary sensitivity axis component of the induced magnetic field B, and the direction of the secondary sensitivity axis of the other magnetic sensor is opposite to the direction of the secondary sensitivity axis component of the induced magnetic field B. Therefore, in the output of the first magnetic sensor 12a and the output of the second magnetic sensor 12b, the influence of the induced magnetic field B due to the adjacent current I ′ appears in reverse polarity. For this reason, by taking the sum of the output of the first magnetic sensor 12a and the output of the second magnetic sensor 12b, the influence of the disturbance magnetic field including the induced magnetic field B is reduced, and the decrease in current measurement accuracy is suppressed. Can do.
- the substantially in-phase output signal means an equivalent output signal excluding noise components and the like. However, since it is sufficient if the relationship is such that current measurement can be performed with desired accuracy, it is not required that the values be exactly the same.
- the reverse polarity means that the output has a reverse relationship.
- the arithmetic device 16 has a function of calculating the sum of the output of the first magnetic sensor 12a and the output of the second magnetic sensor 12b.
- the main sensitivity axis direction (arrow 14a) of the first magnetic sensor 12a faces the direction of the adjacent current line 21, and the main sensitivity axis direction (arrow) of the second magnetic sensor 12b. 14 b) faces in the opposite direction to the adjacent current line 21.
- the main sensitivity axis component of the first magnetic sensor 12a and the main sensitivity axis component of the second magnetic sensor of the induced magnetic field B can be reduced to such an extent that the current measurement is not affected. For this reason, it is possible to sufficiently reduce the influence of the induced magnetic field B from the adjacent current I ′ in the main sensitivity axis direction, and to further suppress the decrease in current measurement accuracy.
- the sub-sensitivity axis directions (arrows 15a and 15b) of the first magnetic sensor 12a and the second magnetic sensor 12b are arranged so as to be opposite to each other. Yes.
- a disturbance magnetic field such as geomagnetism
- the current measurement accuracy decreases. Can be further suppressed.
- the current sensor 1 according to the present embodiment reduces the influence of the induced magnetic field B and suppresses the decrease in current measurement accuracy, for example, compared with the current sensor 2 shown in FIG. Can do.
- the first magnetic sensor 12a and the second magnetic sensor 12b are arranged so that the influence of the induced magnetic field B in the sub-sensitivity axis direction can be appropriately canceled.
- FIG. 5 is a schematic diagram showing the current sensor 2
- FIG. 5A is a perspective view schematically showing the configuration of the current sensor 2 and its periphery
- FIG. 5B shows the current sensor 2 in the direction of the paper in FIG. It is the top view seen from the upper direction.
- the current sensor 1 according to the present embodiment can reduce the influence of the induced magnetic field B, the distance between the current line 11 and the adjacent current line 21 can be reduced. For this reason, the size and space saving of the system including the current sensor 1 can be achieved.
- the main sensitivity axis direction of the first magnetic sensor 12 a faces the direction opposite to the direction of the induced magnetic field A
- the main sensitivity axis direction of the second magnetic sensor 12 b faces the direction of the induced magnetic field A.
- the secondary sensitivity axis direction of the first magnetic sensor 12a is the same as the secondary sensitivity axis component direction of the induced magnetic field Ba received by the first magnetic sensor 12a
- the secondary sensitivity axis direction of the second magnetic sensor 12b is the first.
- the direction of the auxiliary sensitivity axis component of the induced magnetic field Bb received by the second magnetic sensor 12b may be the same.
- the sub-sensitivity axis directions of the first magnetic sensor 12a and the second magnetic sensor 12b are the sub-sensitivity axes of the induced magnetic field B received by the first magnetic sensor 12a and the second magnetic sensor 12b from the adjacent current, respectively.
- the direction of the component may be the same.
- the main sensitivity axis directions of the first magnetic sensor 12a and the second magnetic sensor 12b may both be opposite to the direction of the induced magnetic field A.
- the secondary sensitivity axis direction of the first magnetic sensor 12a is the same as the secondary sensitivity axis component direction of the induced magnetic field Ba received by the first magnetic sensor 12a
- the secondary sensitivity axis direction of the second magnetic sensor 12b is the first.
- the direction of the auxiliary sensitivity axis component of the induced magnetic field Bb received by the second magnetic sensor 12b may be reversed.
- this embodiment can be implemented in appropriate combination with the structures shown in the other embodiments.
- FIG. 6 is a schematic diagram showing the current sensor 1 of the present embodiment.
- 6A is a perspective view schematically showing the configuration of the current sensor 1 and its periphery
- FIG. 6B is a plan view of the current sensor 1 as viewed from the lower left direction (front) of FIG. 6A.
- the current sensor 1 includes a first magnetic sensor 12a and a second magnetic sensor 12b arranged around the current line 11, and includes the first magnetic sensor 12a. And a circuit board 13 on which the second magnetic sensor 12b is disposed.
- the current sensor 1 includes an arithmetic device that calculates the output of the first magnetic sensor 12a and the output of the second magnetic sensor 12b.
- the current sensor 1 shown in FIG. 6 and the current sensor 1 shown in FIG. 2 are common.
- the first magnetic sensor 12 a and the second magnetic sensor 12 b can obtain substantially reverse phase outputs by the induced magnetic field A from the current I to be measured flowing through the current line 11.
- the main sensitivity axis direction (arrow 14a) of the first magnetic sensor 12a faces the direction of the induced magnetic field A from the measured current I flowing through the current line 11, and the main sensitivity axis direction of the second magnetic sensor 12b.
- the direction of the sensitivity axis (arrow 14b) faces in the direction opposite to the direction of the induced magnetic field A from the current I to be measured flowing through the current line 11, and the main axis of each of the first magnetic sensor 12a and the second magnetic sensor 12b.
- the sensitivity axis directions are arranged in the same direction. Further, in the relationship with the induced magnetic field B from the adjacent current I ′ flowing through the adjacent current line 21, the sub-sensitivity axis direction (arrow 15a (upward in FIG. 6B in FIG. 6B)) of the first magnetic sensor 12a is the first.
- the direction of the auxiliary sensitivity axis component of the induced magnetic field Ba received by the magnetic sensor 12a is the same as the direction of the secondary sensitivity axis of the second magnetic sensor 12b (arrow 15b (downward of the page in FIG. 6B)).
- the sub-sensitivity axis component of the induced magnetic field Bb received by the second magnetic sensor 12b is arranged in the same direction (downward in FIG. 6B).
- the sub-sensitivity axis directions (arrows 15a and 15b) of the first magnetic sensor 12a and the second magnetic sensor 12b are respectively changed from the adjacent current I ′ to the first magnetic sensor 12a and the second magnetic sensor 12b. It arrange
- one main sensitivity axis direction of the first magnetic sensor 12a and the second magnetic sensor 12b faces the direction of the induced magnetic field A, and the other main sensitivity axis direction is the induced magnetic field A. Since it is directed in the opposite direction, the influence of the induced magnetic field A appears as an output signal having substantially opposite phases from the first magnetic sensor 12a and the second magnetic sensor 12b. In addition, since the main sensitivity axis directions of the first magnetic sensor 12a and the second magnetic sensor 12b are the same, the disturbance in the output of the first magnetic sensor 12a and the output of the second magnetic sensor 12b. The effect of the magnetic field appears equally.
- the direction of the secondary sensitivity axis of one magnetic sensor is the same as the direction of the secondary sensitivity axis component of the induced magnetic field B, and the direction of the secondary sensitivity axis of the other magnetic sensor is also the same as the direction of the secondary sensitivity axis component of the induced magnetic field B. Therefore, the influence of the induced magnetic field B due to the adjacent current I ′ appears in the same polarity in the output of the first magnetic sensor 12a and the output of the second magnetic sensor 12b. For this reason, by taking the difference between the output of the first magnetic sensor 12a and the output of the second magnetic sensor 12b, the influence of the disturbance magnetic field including the induced magnetic field B is reduced, and the decrease in the current measurement accuracy is suppressed. Can do.
- the main sensitivity axis directions (arrows 14 a and 14 b) of the first magnetic sensor 12 a and the second magnetic sensor 12 b are directed to the extending direction of the adjacent current line 21. ing.
- the main sensitivity axis directions of the first magnetic sensor 12a and the second magnetic sensor 12b are orthogonal to the direction of the induced magnetic field B, the influence of the induced magnetic field B does not appear in the main sensitivity axis direction. Thereby, it is possible to eliminate the influence of the induced magnetic field B from the adjacent current I ′ in the main sensitivity axis direction and further suppress the decrease in the current measurement accuracy.
- FIG. 7 is a schematic diagram showing a current sensor 1 according to a modification of the present embodiment.
- 7A is a perspective view schematically showing the configuration of the current sensor 1 and its periphery
- FIG. 7B is a plan view of the current sensor 1 as viewed from the lower left direction (front) of FIG. 7A.
- the basic configuration of the current sensor 1 shown in FIG. 7 is the same as that of the current sensor 1 shown in FIG. That is, the current sensor 1 shown in FIG. 7 includes a first magnetic sensor 12a, a second magnetic sensor 12b, a circuit board 13, an arithmetic device, and the like.
- the first magnetic sensor 12 a and the second magnetic sensor 12 b can obtain substantially in-phase outputs by the induced magnetic field A from the measured current I flowing through the current line 11.
- the main sensitivity axis direction (arrow 14a) of the first magnetic sensor 12a faces the direction of the induced magnetic field A from the measured current I flowing through the current line 11, and the main sensitivity axis direction of the second magnetic sensor 12b.
- the sensitivity axis direction (arrow 14b) faces the direction of the induced magnetic field A from the current I to be measured flowing through the current line 11, and the main sensitivity axis direction of each of the first magnetic sensor 12a and the second magnetic sensor 12b is They are arranged to face in opposite directions.
- the sub-sensitivity axis direction of the first magnetic sensor 12a (the arrow 15a (upward in FIG. 7B)) is the first.
- the direction of the auxiliary sensitivity axis component of the induced magnetic field Ba received by the magnetic sensor 12a is the same as the direction of the auxiliary sensitivity axis of the second magnetic sensor 12b (arrow 15b (upward in the drawing in FIG. 7B)).
- the sub-sensitivity axis component of the induced magnetic field Bb received by the second magnetic sensor 12b is disposed so as to be opposite to the direction (downward in FIG. 7B).
- the influence of the induced magnetic field A is It appears as a substantially in-phase output signal of the first magnetic sensor 12a and the second magnetic sensor 12b. Further, since the main sensitivity axis directions of the first magnetic sensor 12a and the second magnetic sensor 12b are opposite to each other, the output of the first magnetic sensor 12a and the output of the second magnetic sensor 12b. The influence of the disturbance magnetic field appears in reverse.
- the direction of the secondary sensitivity axis of one magnetic sensor is the same as the direction of the secondary sensitivity axis component of the induced magnetic field B, and the direction of the secondary sensitivity axis of the other magnetic sensor is opposite to the direction of the secondary sensitivity axis component of the induced magnetic field B. Therefore, in the output of the first magnetic sensor 12a and the output of the second magnetic sensor 12b, the influence of the induced magnetic field B due to the adjacent current I ′ appears in reverse polarity. For this reason, by taking the sum of the output of the first magnetic sensor 12a and the output of the second magnetic sensor 12b, the influence of the disturbance magnetic field including the induced magnetic field B is reduced, and the decrease in current measurement accuracy is suppressed. Can do.
- the arithmetic device 16 has a function of calculating the sum of the output of the first magnetic sensor 12a and the output of the second magnetic sensor 12b.
- the respective main sensitivity axis directions (arrows 14 a and 14 b) of the first magnetic sensor 12 a and the second magnetic sensor 12 b face the extending direction of the adjacent current line 21. ing.
- the main sensitivity axis directions of the first magnetic sensor 12a and the second magnetic sensor 12b are orthogonal to the direction of the induced magnetic field B, the influence of the induced magnetic field B does not appear in the main sensitivity axis direction. Thereby, it is possible to eliminate the influence of the induced magnetic field B from the adjacent current I ′ in the main sensitivity axis direction and further suppress the decrease in the current measurement accuracy.
- the current sensor 1 according to the present embodiment can reduce the influence of the induced magnetic field B and suppress a decrease in current measurement accuracy. This is because in the current sensor 1 according to the present embodiment, the first magnetic sensor 12a and the second magnetic sensor 12b are arranged so that the influence of the induced magnetic field B in the sub-sensitivity axis direction can be appropriately canceled. It is. Moreover, since the current sensor 1 according to the present embodiment can reduce the influence of the induced magnetic field B, the distance between the current line 11 and the adjacent current line 21 can be reduced. For this reason, the size and space saving of the system including the current sensor 1 can be achieved.
- the main sensitivity axis direction of the first magnetic sensor 12 a faces the direction opposite to the direction of the induced magnetic field A
- the main sensitivity axis direction of the second magnetic sensor 12 b faces the direction of the induced magnetic field A. Also good.
- the sub-sensitivity axis direction of the first magnetic sensor 12a is opposite to the direction of the sub-sensitivity axis component of the induced magnetic field Ba received by the first magnetic sensor 12a
- the sub-sensitivity axis direction of the second magnetic sensor 12b is the first.
- the direction of the auxiliary sensitivity axis component of the induced magnetic field Bb received by the second magnetic sensor 12b may be reversed.
- the sub-sensitivity axis directions of the first magnetic sensor 12a and the second magnetic sensor 12b correspond to the sub-sensitivity of the induced magnetic field B received by the first magnetic sensor 12a and the second magnetic sensor 12b from the adjacent current I ′, respectively.
- the direction may be opposite to the direction of the sensitivity axis component.
- the main sensitivity axis directions of the first magnetic sensor 12a and the second magnetic sensor 12b may both be opposite to the direction of the induced magnetic field A.
- the sub-sensitivity axis direction of the first magnetic sensor 12a is opposite to the direction of the sub-sensitivity axis component of the induced magnetic field Ba received by the first magnetic sensor 12a, and the sub-sensitivity axis direction of the second magnetic sensor 12b is the first.
- the direction of the auxiliary sensitivity axis component of the induced magnetic field Bb received by the second magnetic sensor 12b may be the same.
- this embodiment can be implemented in appropriate combination with the structures shown in the other embodiments.
- FIG. 8 is a schematic diagram showing the current sensor 1 of the present embodiment.
- FIG. 8A is a perspective view schematically showing the configuration of the current sensor 1 and its periphery
- FIG. 8B is a plan view of the current sensor 1 as viewed from the lower left direction (front) of FIG. 8A.
- the current sensor 1 includes a first magnetic sensor 12a and a second magnetic sensor 12b arranged around the current line 11, and includes the first magnetic sensor 12a. And a circuit board 13 on which the second magnetic sensor 12b is disposed.
- the current sensor 1 includes an arithmetic device that calculates the output of the first magnetic sensor 12a and the output of the second magnetic sensor 12b.
- the current sensor 1 shown in FIG. 8 and the current sensor 1 shown in FIG. 2 are common.
- the first magnetic sensor 12 a and the second magnetic sensor 12 b can obtain substantially reverse phase outputs by the induced magnetic field A from the current I to be measured flowing through the current line 11.
- the main sensitivity axis direction (arrow 14a) of the first magnetic sensor 12a faces the direction of the induced magnetic field A from the measured current I flowing through the current line 11, and the main sensitivity axis direction of the second magnetic sensor 12b.
- the direction of the sensitivity axis (arrow 14b) faces in the direction opposite to the direction of the induced magnetic field A from the current I to be measured flowing through the current line 11, and the main axis of each of the first magnetic sensor 12a and the second magnetic sensor 12b.
- the sensitivity axis directions are arranged in the same direction. Further, in the relationship with the induced magnetic field B from the adjacent current I ′ flowing through the adjacent current line 21, the sub-sensitivity axis direction (arrow 15a (upward in FIG. 8B in FIG. 8B)) of the first magnetic sensor 12a is the first.
- the direction of the sub-sensitivity axis component of the induced magnetic field Ba received by the magnetic sensor 12a is opposite to the direction of the secondary sensitivity axis of the second magnetic sensor 12b (arrow 15b (up in the drawing in FIG. 8B)).
- the sub-sensitivity axis component of the induced magnetic field Bb received by the second magnetic sensor 12b is disposed so as to be opposite to the direction (downward in FIG. 8B). That is, the sub-sensitivity axis directions (arrows 15a and 15b) of the first magnetic sensor 12a and the second magnetic sensor 12b are respectively changed from the adjacent current I ′ to the first magnetic sensor 12a and the second magnetic sensor 12b. It is arranged so as to be in a direction opposite to the direction of the auxiliary sensitivity axis component of the induced magnetic field B to be received.
- the induced magnetic field B has only the secondary sensitivity axis component in the first magnetic sensor 12a and the second magnetic sensor 12b, and the secondary sensitivity axis component of the induced magnetic field Ba and the induced magnetic field Bb is the induced magnetic field Ba and the induced magnetic field. Magnetic field Bb itself.
- one main sensitivity axis direction of the first magnetic sensor 12a and the second magnetic sensor 12b faces the direction of the induced magnetic field A, and the other main sensitivity axis direction is the induced magnetic field A. Since it is directed in the opposite direction, the influence of the induced magnetic field A appears as an output signal having substantially opposite phases from the first magnetic sensor 12a and the second magnetic sensor 12b. In addition, since the main sensitivity axis directions of the first magnetic sensor 12a and the second magnetic sensor 12b are the same, the disturbance in the output of the first magnetic sensor 12a and the output of the second magnetic sensor 12b. The effect of the magnetic field appears equally.
- the sub-sensitivity axis direction of one magnetic sensor is opposite to the direction of the sub-sensitivity axis component of the induction magnetic field B
- the sub-sensitivity axis direction of the other magnetic sensor is also opposite to the direction of the sub-sensitivity axis component of the induction magnetic field B. Therefore, the influence of the induced magnetic field B due to the adjacent current I ′ appears in the same polarity in the output of the first magnetic sensor 12a and the output of the second magnetic sensor 12b. For this reason, by taking the difference between the output of the first magnetic sensor 12a and the output of the second magnetic sensor 12b, the influence of the disturbance magnetic field including the induced magnetic field B is reduced, and the decrease in the current measurement accuracy is suppressed. Can do.
- the main sensitivity axis directions (arrows 14a and 14b) of the first magnetic sensor 12a and the second magnetic sensor 12b are directed to the extending direction of the adjacent current line 21. ing.
- the main sensitivity axis directions of the first magnetic sensor 12a and the second magnetic sensor 12b are orthogonal to the direction of the induced magnetic field B, the influence of the induced magnetic field B does not appear in the main sensitivity axis direction. Thereby, it is possible to eliminate the influence of the induced magnetic field B from the adjacent current I ′ in the main sensitivity axis direction and further suppress the decrease in the current measurement accuracy.
- FIG. 9 is a schematic diagram showing a current sensor 1 according to a modification of the present embodiment.
- FIG. 9A is a perspective view schematically showing the configuration of the current sensor 1 and its periphery
- FIG. 9B is a plan view of the current sensor 1 as viewed from the lower left direction (front) of FIG. 9A.
- the basic configuration of the current sensor 1 shown in FIG. 9 is the same as that of the current sensor 1 shown in FIG. That is, the current sensor 1 shown in FIG. 9 includes a first magnetic sensor 12a, a second magnetic sensor 12b, a circuit board 13, an arithmetic device, and the like.
- the first magnetic sensor 12 a and the second magnetic sensor 12 b can obtain substantially in-phase outputs by the induced magnetic field A from the measured current I flowing through the current line 11.
- the main sensitivity axis direction (arrow 14a) of the first magnetic sensor 12a faces the direction of the induced magnetic field A from the measured current I flowing through the current line 11, and the main sensitivity axis direction of the second magnetic sensor 12b.
- the sensitivity axis direction (arrow 14b) faces the direction of the induced magnetic field A from the current I to be measured flowing through the current line 11, and the main sensitivity axis direction of each of the first magnetic sensor 12a and the second magnetic sensor 12b is They are arranged to face in opposite directions.
- the sub-sensitivity axis direction (arrow 15a (upward in FIG. 9B in FIG. 9B)) of the first magnetic sensor 12a is the first.
- the direction of the sub-sensitivity axis component of the induced magnetic field Ba received by the magnetic sensor 12a is opposite to the direction of the sub-sensitivity axis in FIG. 9B, and the direction of the sub-sensitivity axis of the second magnetic sensor 12b (the arrow 15b (downward in FIG. 9B)).
- the sub-sensitivity axis component of the induced magnetic field Bb received by the second magnetic sensor 12b is arranged in the same direction (downward in FIG. 9B).
- the induced magnetic field B has only the secondary sensitivity axis component in the first magnetic sensor 12a and the second magnetic sensor 12b, and the secondary sensitivity axis component of the induced magnetic field Ba and the induced magnetic field Bb is the induced magnetic field Ba and the induced magnetic field. Magnetic field Bb itself.
- the influence of the induced magnetic field A is It appears as a substantially in-phase output signal of the first magnetic sensor 12a and the second magnetic sensor 12b. Further, since the main sensitivity axis directions of the first magnetic sensor 12a and the second magnetic sensor 12b are opposite to each other, the output of the first magnetic sensor 12a and the output of the second magnetic sensor 12b. The influence of the disturbance magnetic field appears in reverse.
- the direction of the secondary sensitivity axis of one magnetic sensor is the same as the direction of the secondary sensitivity axis component of the induced magnetic field B, and the direction of the secondary sensitivity axis of the other magnetic sensor is opposite to the direction of the secondary sensitivity axis component of the induced magnetic field B. Therefore, in the output of the first magnetic sensor 12a and the output of the second magnetic sensor 12b, the influence of the induced magnetic field B due to the adjacent current I ′ appears in reverse polarity. For this reason, by taking the sum of the output of the first magnetic sensor 12a and the output of the second magnetic sensor 12b, the influence of the disturbance magnetic field including the induced magnetic field B is reduced, and the decrease in current measurement accuracy is suppressed. Can do.
- the arithmetic unit 16 has a function of calculating the sum of the output of the first magnetic sensor 12a and the output of the second magnetic sensor 12b.
- the respective main sensitivity axis directions (arrows 14 a and 14 b) of the first magnetic sensor 12 a and the second magnetic sensor 12 b face the extending direction of the adjacent current line 21. ing.
- the main sensitivity axis directions of the first magnetic sensor 12a and the second magnetic sensor 12b are orthogonal to the direction of the induced magnetic field B, the influence of the induced magnetic field B does not appear in the main sensitivity axis direction. Thereby, it is possible to eliminate the influence of the induced magnetic field B from the adjacent current I ′ in the main sensitivity axis direction and further suppress the decrease in the current measurement accuracy.
- the current sensor 1 according to the present embodiment can reduce the influence of the induced magnetic field B and suppress a decrease in current measurement accuracy. This is because in the current sensor 1 according to the present embodiment, the first magnetic sensor 12a and the second magnetic sensor 12b are arranged so that the influence of the induced magnetic field B in the sub-sensitivity axis direction can be appropriately canceled. It is. Moreover, since the current sensor 1 according to the present embodiment can reduce the influence of the induced magnetic field B, the distance between the current line 11 and the adjacent current line 21 can be reduced. For this reason, the size and space saving of the system including the current sensor 1 can be achieved.
- the main sensitivity axis direction of the first magnetic sensor 12 a faces the direction opposite to the direction of the induced magnetic field A
- the main sensitivity axis direction of the second magnetic sensor 12 b faces the direction of the induced magnetic field A.
- the secondary sensitivity axis direction of the first magnetic sensor 12a is the same as the secondary sensitivity axis component direction of the induced magnetic field Ba received by the first magnetic sensor 12a
- the secondary sensitivity axis direction of the second magnetic sensor 12b is the first.
- the direction of the auxiliary sensitivity axis component of the induced magnetic field Bb received by the second magnetic sensor 12b may be the same.
- the sub-sensitivity axis directions of the first magnetic sensor 12a and the second magnetic sensor 12b correspond to the sub-sensitivity of the induced magnetic field B received by the first magnetic sensor 12a and the second magnetic sensor 12b from the adjacent current I ′, respectively. It may be the same as the direction of the sensitivity axis component.
- the main sensitivity axis directions of the first magnetic sensor 12a and the second magnetic sensor 12b may both be opposite to the direction of the induced magnetic field A.
- the secondary sensitivity axis direction of the first magnetic sensor 12a is the same as the secondary sensitivity axis component direction of the induced magnetic field Ba received by the first magnetic sensor 12a
- the secondary sensitivity axis direction of the second magnetic sensor 12b is the first.
- the direction of the auxiliary sensitivity axis component of the induced magnetic field Bb received by the second magnetic sensor 12b may be reversed.
- this embodiment can be implemented in appropriate combination with the structures shown in the other embodiments.
- FIG. 10 is a schematic diagram showing the current sensor 1 of the present embodiment.
- FIG. 10A is a perspective view schematically showing the configuration of the current sensor 1 and its periphery
- FIG. 10B is a plan view of the current sensor 1 as viewed from the right side in FIG. 10A.
- the current sensor 1 includes a first magnetic sensor 12a and a second magnetic sensor 12b arranged around the current line 11, and includes the first magnetic sensor 12a. And a circuit board 13 on which the second magnetic sensor 12b is disposed.
- the current sensor 1 includes an arithmetic device that calculates the output of the first magnetic sensor 12a and the output of the second magnetic sensor 12b.
- the current sensor 1 shown in FIG. 10 and the current sensor 1 shown in FIG. 2 are common.
- the first magnetic sensor 12 a and the second magnetic sensor 12 b can obtain substantially reversed phase outputs by the induced magnetic field A from the current I to be measured flowing through the current line 11.
- the main sensitivity axis direction (arrow 14a) of the first magnetic sensor 12a faces the direction of the induced magnetic field A from the measured current I flowing through the current line 11, and the main sensitivity axis direction of the second magnetic sensor 12b.
- the direction of the sensitivity axis (arrow 14b) faces in the direction opposite to the direction of the induced magnetic field A from the current I to be measured flowing through the current line 11, and the main axis of each of the first magnetic sensor 12a and the second magnetic sensor 12b.
- the sensitivity axis directions are arranged in the same direction. Further, in the relationship with the induced magnetic field B from the adjacent current I ′ flowing through the adjacent current line 21, the sub-sensitivity axis direction (arrow 15a (upward in FIG. 10B in FIG. 10B)) of the first magnetic sensor 12a is the first. The direction of the sub-sensitivity axis component of the induced magnetic field Ba received by the magnetic sensor 12a (in FIG. 10B, downward on the paper surface) is reversed, and the sub-sensitivity axis direction of the second magnetic sensor 12b (arrow 15b (upward on the paper surface in FIG. 10B)).
- the sub-sensitivity axis component of the induced magnetic field Bb received by the second magnetic sensor 12b is disposed so as to be opposite to the direction (downward in FIG. 10B). That is, the sub-sensitivity axis directions (arrows 15a and 15b) of the first magnetic sensor 12a and the second magnetic sensor 12b are changed from the current flowing through the adjacent current I ′ to the first magnetic sensor 12a and the second magnetic sensor 12b. It arrange
- one main sensitivity axis direction of the first magnetic sensor 12a and the second magnetic sensor 12b faces the direction of the induced magnetic field A, and the other main sensitivity axis direction is the induced magnetic field A. Since it is directed in the opposite direction, the influence of the induced magnetic field A appears as an output signal having substantially opposite phases from the first magnetic sensor 12a and the second magnetic sensor 12b. In addition, since the main sensitivity axis directions of the first magnetic sensor 12a and the second magnetic sensor 12b are the same, the disturbance in the output of the first magnetic sensor 12a and the output of the second magnetic sensor 12b. The effect of the magnetic field appears equally.
- the sub-sensitivity axis direction of one magnetic sensor is opposite to the direction of the sub-sensitivity axis component of the induction magnetic field B
- the sub-sensitivity axis direction of the other magnetic sensor is also opposite to the direction of the sub-sensitivity axis component of the induction magnetic field B. Therefore, the influence of the induced magnetic field B due to the adjacent current I ′ appears in the same polarity in the output of the first magnetic sensor 12a and the output of the second magnetic sensor 12b. For this reason, by taking the difference between the output of the first magnetic sensor 12a and the output of the second magnetic sensor 12b, the influence of the disturbance magnetic field including the induced magnetic field B is reduced, and the decrease in the current measurement accuracy is suppressed. Can do.
- the main sensitivity axis direction of the induced magnetic field Ba received by the first magnetic sensor 12a is the main sensitivity axis direction of the first magnetic sensor 12a (arrow 14a (rightward in FIG. 10B)).
- the direction of the component (leftward in FIG. 10B) is opposite, and the main sensitivity axis direction (arrow 14b (rightward in FIG. 10B)) of the second magnetic sensor 12b is the direction of the induced magnetic field Bb received by the second magnetic sensor 12b.
- They are arranged so as to be opposite to the direction of the sub-sensitivity axis component (leftward in FIG. 10B).
- the main sensitivity axis directions (arrows 14a and 14b) of the first magnetic sensor 12a and the second magnetic sensor 12b indicate that the first magnetic sensor 12a and the second magnetic sensor 12b are from the adjacent current I ′, respectively.
- the influence of the induced magnetic field B received by the main sensitivity axis of the first magnetic sensor 12a and the influence of the induced magnetic field B received by the main sensitivity axis of the second magnetic sensor 12b have the same polarity.
- the main sensitivity axis directions (arrows 14a and 14b) of the first magnetic sensor 12a and the second magnetic sensor 12b indicate that the first magnetic sensor 12a and the second magnetic sensor 12b are from the adjacent current I ′, respectively.
- the same effect can be obtained even in the same direction as the direction of the main sensitivity axis component of the induced magnetic field B received.
- FIG. 11 is a schematic diagram showing a current sensor 1 according to a modification of the present embodiment.
- FIG. 11A is a perspective view schematically showing the configuration of the current sensor 1 and its surroundings
- FIG. 11B is a plan view of the current sensor 1 as viewed from the right side of FIG. 11A.
- the basic configuration of the current sensor 1 shown in FIG. 11 is the same as that of the current sensor 1 shown in FIG. That is, the current sensor 1 shown in FIG. 11 includes a first magnetic sensor 12a, a second magnetic sensor 12b, a circuit board 13, an arithmetic device, and the like.
- the first magnetic sensor 12 a and the second magnetic sensor 12 b can obtain substantially in-phase outputs by the induced magnetic field A from the measured current I flowing through the current line 11.
- the main sensitivity axis direction (arrow 14a) of the first magnetic sensor 12a faces the direction of the induced magnetic field A from the measured current I flowing through the current line 11, and the main sensitivity axis direction of the second magnetic sensor 12b.
- the sensitivity axis direction (arrow 14b) faces the direction of the induced magnetic field A from the current I to be measured flowing through the current line 11, and the main sensitivity axis direction of each of the first magnetic sensor 12a and the second magnetic sensor 12b is They are arranged to face in opposite directions.
- the sub-sensitivity axis direction of the first magnetic sensor 12a (the arrow 15a (upward in FIG. 11B)) is the first.
- the direction of the sub-sensitivity axis component of the induced magnetic field Ba received by the magnetic sensor 12a (in FIG. 11B, downward on the paper surface) is opposite, and the sub-sensitivity axis direction of the second magnetic sensor 12b (arrow 15b (downward on the paper surface in FIG. 11B)).
- the sub-sensitivity axis component of the induced magnetic field Bb received by the second magnetic sensor 12b is arranged in the same direction (downward on the paper surface in FIG. 11B).
- the influence of the induced magnetic field A is It appears as a substantially in-phase output signal of the first magnetic sensor 12a and the second magnetic sensor 12b. Further, since the main sensitivity axis directions of the first magnetic sensor 12a and the second magnetic sensor 12b are opposite to each other, the output of the first magnetic sensor 12a and the output of the second magnetic sensor 12b. The influence of the disturbance magnetic field appears in reverse.
- the direction of the secondary sensitivity axis of one magnetic sensor is the same as the direction of the secondary sensitivity axis component of the induced magnetic field B, and the direction of the secondary sensitivity axis of the other magnetic sensor is opposite to the direction of the secondary sensitivity axis component of the induced magnetic field B. Therefore, in the output of the first magnetic sensor 12a and the output of the second magnetic sensor 12b, the influence of the induced magnetic field B due to the adjacent current I ′ appears in reverse polarity. For this reason, by taking the sum of the output of the first magnetic sensor 12a and the output of the second magnetic sensor 12b, the influence of the disturbance magnetic field including the induced magnetic field B is reduced, and the decrease in current measurement accuracy is suppressed. Can do.
- the arithmetic device 16 has a function of calculating the sum of the output of the first magnetic sensor 12a and the output of the second magnetic sensor 12b.
- the main sensitivity axis direction of the induced magnetic field Ba received by the first magnetic sensor 12a is the main sensitivity axis direction of the first magnetic sensor 12a (the arrow 14a (rightward in FIG. 11B)).
- the direction of the component (leftward in FIG. 11B) is opposite to the direction of the main sensitivity axis of the second magnetic sensor 12b (arrow 14b (leftward in FIG. 11B)) of the induced magnetic field Bb received by the second magnetic sensor 12b.
- They are arranged so as to be in the same direction as the sub-sensitivity axis component (leftward in FIG. 11B).
- the direction of the main sensitivity axis of one magnetic sensor is the same as the direction of the main sensitivity axis component of the induced magnetic field B, and the direction of the auxiliary sensitivity axis of the other magnetic sensor is opposite to the direction of the auxiliary sensitivity axis component of the induced magnetic field B. It is arranged to be.
- the influence of the induced magnetic field B received by the main sensitivity axis of the first magnetic sensor 12a is opposite to the influence of the induced magnetic field B received by the main sensitivity axis of the second magnetic sensor 12b.
- the direction of the main sensitivity axis of the first magnetic sensor 12a is the same as the direction of the main sensitivity axis component of the induced magnetic field Ba received by the first magnetic sensor 12a, and the direction of the main sensitivity axis of the second magnetic sensor 12b is the first. Similar effects can be obtained even if the direction of the auxiliary sensitivity axis component of the induced magnetic field Bb received by the second magnetic sensor 12b is opposite.
- the current sensor 1 according to the present embodiment can reduce the influence of the induced magnetic field B and suppress a decrease in current measurement accuracy. This is because in the current sensor 1 according to the present embodiment, the first magnetic sensor 12a and the second magnetic sensor 12b are arranged so that the influence of the induced magnetic field B in the sub-sensitivity axis direction can be appropriately canceled. It is. Moreover, since the current sensor 1 according to the present embodiment can reduce the influence of the induced magnetic field B, the distance between the current line 11 and the adjacent current line 21 can be reduced. For this reason, the size and space saving of the system including the current sensor 1 can be achieved.
- the main sensitivity axis direction of the first magnetic sensor 12a faces in the direction opposite to the direction of the induced magnetic field A
- the main sensitivity axis direction of the second magnetic sensor 12b faces in the direction of the induced magnetic field A.
- the secondary sensitivity axis direction of the first magnetic sensor 12a is the same as the secondary sensitivity axis component direction of the induced magnetic field Ba received by the first magnetic sensor 12a
- the secondary sensitivity axis direction of the second magnetic sensor 12b is the first.
- the direction of the auxiliary sensitivity axis component of the induced magnetic field Bb received by the second magnetic sensor 12b may be the same.
- the sub-sensitivity axis directions of the first magnetic sensor 12a and the second magnetic sensor 12b correspond to the sub-sensitivity of the induced magnetic field B received by the first magnetic sensor 12a and the second magnetic sensor 12b from the adjacent current I ′, respectively. It may be the same as the direction of the sensitivity axis component.
- the main sensitivity axis directions of the first magnetic sensor 12a and the second magnetic sensor 12b may both be opposite to the direction of the induced magnetic field A.
- the secondary sensitivity axis direction of the first magnetic sensor 12a is the same as the secondary sensitivity axis component direction of the induced magnetic field Ba received by the first magnetic sensor 12a
- the secondary sensitivity axis direction of the second magnetic sensor 12b is the first.
- the direction of the auxiliary sensitivity axis component of the induced magnetic field Bb received by the second magnetic sensor 12b may be reversed.
- this embodiment can be implemented in appropriate combination with the structures shown in the other embodiments.
- the current sensor 1 according to the present embodiment is the same as the current sensor 1 described in the first to fourth embodiments, except that the first magnetic sensor 12a and the second magnetic sensor 12b are magnetoresistive elements. Is equivalent to the one applied.
- the first magnetic sensor 12a and the second magnetic sensor 12b are a magnetic proportional sensor or a magnetic balanced sensor.
- the magnetic proportional sensor is configured to include, for example, a bridge circuit including two magnetoresistive elements and two fixed resistance elements that are magnetic sensor elements.
- the magnetic balance type sensor is, for example, a bridge circuit composed of two magnetoresistive effect elements and two fixed resistance elements, which are magnetic sensor elements, and a magnetic field in a direction that cancels the magnetic field generated by the current to be measured. And a feedback coil.
- the configuration relating to the feedback coil and the control thereof, such as the magnetic balance sensor is not required, so that the configuration can be simplified and the current sensor can be reduced in size.
- a magnetic balance sensor when a magnetic balance sensor is employed, a current sensor having a high response speed and a small temperature dependence can be easily realized.
- the magnetoresistive effect element used for the first magnetic sensor 12a and the second magnetic sensor 12b includes a GMR (Giant Magneto Resistance) element and a TMR (Tunnel Magneto Resistance) element.
- the magnetoresistive effect element is orthogonal to the sensitivity axis.
- a GMR element having sensitivity also in the direction to be used is used.
- a magnetoresistive effect element such as a GMR element has a property that the resistance value is changed by applying an induced magnetic field from a current to be measured, and this is used for the first magnetic sensor 12a and the second magnetic sensor 12b. Thus, the magnitude of the induced magnetic field can be detected.
- the first magnetic sensor 12a and the second magnetic sensor 12b include elements having the same structure manufactured using the same wafer.
- the sensitivity of the main sensitivity axis and the sub-sensitivity axis can be made equal, so that the influence of the disturbance magnetic field can be canceled and a decrease in current measurement accuracy can be suppressed.
- FIG. 12 is a schematic diagram showing the structure of the GMR element used in the first magnetic sensor 12a and the second magnetic sensor 12b.
- FIG. 12A shows a cross-sectional structure
- FIG. 12B shows a planar structure.
- the GMR element has a laminated structure of a plurality of films provided on the substrate 101 as shown in FIG. 12A. That is, the GMR element includes a seed layer 102, a first ferromagnetic film 103, an antiparallel coupling film 104, a second ferromagnetic film 105, a nonmagnetic intermediate layer 106, a soft magnetic free layer (free magnetic layer) 107, and A protective layer 108 is included. Also, as shown in FIG. 12B, it has a shape (a meander shape) formed by folding a plurality of strip-like long patterns (stripes) arranged so that their longitudinal directions are parallel to each other.
- the first ferromagnetic film 103 and the second ferromagnetic film 105 are antiferromagnetically coupled via the antiparallel coupling film 104, and a so-called self-pinned type ferromagnetic fixed layer.
- SFP layer Synthetic Ferri Pinned layer
- the GMR element shown in FIG. 12 is a spin valve type element using the ferromagnetic pinned layer, the nonmagnetic intermediate layer 106 and the soft magnetic free layer 107.
- the base layer other than the GMR element is omitted, but, for example, between the substrate 101 and the seed layer 102, for example, Ta, Hf, Nb, Zr, Ti, An underlayer composed of a nonmagnetic material containing at least one element of Mo, W, or the like may be provided.
- the seed layer 102 is made of NiFeCr or Cr.
- the first ferromagnetic film 103 is preferably made of a CoFe alloy containing 40 atomic% to 80 atomic% of Fe. This is because the CoFe alloy having this composition range has a large coercive force and can stably maintain the magnetization against an external magnetic field. Note that a magnetic field is applied to the first ferromagnetic film 103 in the direction perpendicular to the longitudinal direction of the meander shape (the direction from the back to the front in FIG. 12A and the direction from the top to the bottom in FIG. 12B) during the film formation. Thus, induced magnetic anisotropy is imparted.
- the antiparallel coupling film 104 is made of Ru or the like.
- the second ferromagnetic film 105 is preferably made of a CoFe alloy containing 0 atomic% to 40 atomic% of Fe. This is because a CoFe alloy having this composition range has a small coercive force, and is easily magnetized in an antiparallel direction (a direction different by 180 °) with respect to the direction in which the first ferromagnetic film 103 is preferentially magnetized. is there.
- the second ferromagnetic film 105 is applied with a magnetic field (magnetic field perpendicular to the longitudinal direction of the meander shape) applied during the film formation, similar to that during the film formation of the first ferromagnetic film 103. Induced magnetic anisotropy is imparted.
- the first ferromagnetic film 103 is preferentially magnetized in the direction of the applied magnetic field (hereinafter referred to as Pin1 direction), and the second ferromagnetic film 105 is Magnetization is performed in an antiparallel direction (a direction different by 180 °, hereinafter referred to as Pin2 direction) from the magnetization direction of the ferromagnetic film 103.
- the nonmagnetic intermediate layer 106 is made of Cu or the like.
- the soft magnetic free layer (free layer) 107 is made of a magnetic material such as a CoFe alloy, a NiFe alloy, or a CoFeNi alloy.
- a meander-shaped magnetic field in the longitudinal direction (the direction perpendicular to the Pin 2 direction, the X-axis direction) is applied, and induced magnetic anisotropy is applied to the soft magnetic free layer 107 after the film formation. It is preferable that the property is imparted. Thereby, it is possible to obtain a GMR element in which resistance is linearly changed with respect to the external magnetic field in the X-axis direction and the hysteresis is small.
- the protective layer 108 is made of Ta, Ru, or the like.
- the main sensitivity axis direction is the Pin2 direction.
- the sub-sensitivity axis direction is a direction perpendicular to Pin2. There is no substantial sensitivity in the direction perpendicular to the planar direction of the substrate or film.
- the GMR element has a hard bias layer 109 and a constant magnetic field is applied from the hard bias layer 109 to the soft magnetic free layer (free layer) 107.
- the direction of the magnetic field (hereinafter, hard bias (HB)) by the hard bias layer 109 is the meander-shaped longitudinal direction (direction perpendicular to the Pin2 direction, X-axis direction).
- hard bias layer 109 can increase the sensitivity of the GMR element.
- the hard bias layer 109 causes the main sensitivity axis direction of the GMR element to face the direction (Pin 2 direction) perpendicular to the hard bias direction, and the sub sensitivity axis direction points to the hard bias direction (direction perpendicular to Pin 2). It can be controlled to face. For this reason, by aligning the direction of the hard bias of the GMR element used in the current sensor, it is possible to realize a configuration capable of appropriately canceling the influence of the disturbance magnetic field appearing in the main sensitivity axis direction and the sub sensitivity axis direction. Thereby, it is possible to reduce the influence of the disturbance magnetic field in the sub-sensitivity axis direction and suppress the decrease in the current measurement accuracy.
- This embodiment can be implemented in combination with any of the structures described in the other embodiments as appropriate.
- the current sensor 1 of the present invention can cancel the disturbance magnetic field, particularly the induced magnetic field caused by the adjacent current, by controlling the sub-sensitivity axis direction in addition to the main sensitivity axis direction. Thereby, the fall of the current measurement precision can be suppressed. This also makes it possible to reduce the size and space of the system including the current sensor.
- the present invention is not limited to the above embodiment, and can be implemented with various modifications.
- the arrangement and size of each component in the above embodiment can be changed as appropriate.
- the direction of the current I to be measured flowing through the current line 11 can be reversed.
- the structures described in Embodiments 1 to 5 can be implemented in appropriate combination.
- the present invention can be implemented with appropriate modifications without departing from the scope of the present invention.
- the current sensor of the present invention can be used, for example, to detect the magnitude of a current for driving a motor of an electric vehicle or a hybrid car.
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Abstract
隣接電流による誘導磁界の影響を低減し、電流測定精度の低下を抑制した電流センサを提供すること。第1の磁気センサ(12a)及び第2の磁気センサ(12b)は、第1の磁気センサ(12a)の主感度軸方向が電流線(11)を通流する電流からの誘導磁界の方向を向き、第2の磁気センサ(12b)の主感度軸方向が電流線(11)を通流する電流からの誘導磁界の方向と逆の方向を向き、第1の磁気センサ(12a)及び第2の磁気センサ(12b)のそれぞれの主感度軸方向が同じ方向を向き、第1の磁気センサ(12a)及び第2の磁気センサ(12b)のそれぞれの副感度軸方向が、電流線(11)に隣接する隣接電流線(21)を通流する電流から第1の磁気センサ(12a)及び第2の磁気センサ(12b)がそれぞれ受ける誘導磁界の副感度軸成分の方向と同じ方向又は逆の方向になるように配置されたことを特徴とする。
Description
本発明は、電流の大きさを測定する電流センサに関する。特に、隣接電流による誘導磁界に起因する測定精度の低下が抑制された電流センサに関する。
電気自動車やハイブリッドカーにおけるモータ駆動技術などの分野では、比較的大きな電流が取り扱われるため、このような用途向けに、大電流を非接触で測定することが可能な電流センサが求められている。そして、このような電流センサとして、被測定電流によって生じる磁界の変化を磁気センサによって検出する方式のものが実用化されている。磁気センサを用いる電流センサは、外乱磁界の影響による測定精度の低下が問題となるため、これを抑制する方式が提案されている。
外乱磁界の影響による測定精度の低下を抑制する方式としては、例えば、被検出電流によって発生する磁界に対してMI(Magneto Impedance)素子を逆方向に設けることにより外乱磁界の影響を打ち消す方法が提案されている(特許文献1参照)。
ところで、上述の電流センサに用いられる磁気センサには、MI素子の他に、GMR(Giant Magneto Resistance)素子やホール素子などが用いられ得る。GMR素子などを電流センサに用いる場合、特許文献1に記載の技術を適用しても外乱磁界の影響を十分に抑制できないことがある。特に、被測定電流が通流する電流線とは別の電流線が電流センサに隣接して存在する場合、その隣接する電流線を通流する電流の影響により電流測定精度が著しく低下することがある。
本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、隣接電流による誘導磁界の影響を低減し、電流測定精度の低下を抑制した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、被測定電流が通流する電流線の周囲に配置され、前記電流線を通流する電流からの誘導磁界を検出する、主感度軸と直交する方向に副感度軸をそれぞれ有する第1の磁気センサ及び第2の磁気センサを具備し、前記第1の磁気センサ及び前記第2の磁気センサは、前記第1の磁気センサの主感度軸方向が前記電流線を通流する電流からの誘導磁界の方向を向き、前記第2の磁気センサの主感度軸方向が前記電流線を通流する電流からの誘導磁界の方向と逆の方向を向き、前記第1の磁気センサ及び前記第2の磁気センサのそれぞれの主感度軸方向が同じ方向を向き、前記第1の磁気センサ及び前記第2の磁気センサのそれぞれの副感度軸方向が、前記電流線に隣接する隣接電流線を通流する電流から前記第1の磁気センサ及び前記第2の磁気センサがそれぞれ受ける誘導磁界の副感度軸成分の方向と同じ方向又は逆の方向になるように配置されたことを特徴とする。
この構成によれば、隣接電流からの誘導磁界の第1の磁気センサ及び第2の磁気センサの副感度軸への影響が同極性の出力として現れるため、第1の磁気センサの出力と第2の磁気センサの出力との差をとることで、副感度軸方向に現れる隣接電流からの誘導磁界の影響を低減できる。これにより、電流測定精度の低下を抑制することができる。
本発明の電流センサにおいて、前記第1の磁気センサの出力と前記第2の磁気センサの出力との差をとる演算装置を具備しても良い。
本発明の電流センサにおいて、前記第1の磁気センサ及び前記第2の磁気センサは、第1の磁気センサ及び第2の磁気センサのそれぞれの副感度軸方向が共に同じ方向を向くように配置されても良い。
この構成によれば、第1の磁気センサの出力と第2の磁気センサの出力との差をとることで誘導磁界以外の外乱磁界(地磁気など)の影響を低減できるため、電流測定精度の低下をさらに抑制することができる。
本発明の電流センサは、被測定電流が通流する電流線の周囲に配置され、前記電流線を通流する電流による誘導磁界を検出する、主感度軸と直交する方向に副感度軸をそれぞれ有する第1の磁気センサ及び第2の磁気センサを具備し、前記第1の磁気センサ及び前記第2の磁気センサは、前記第1の磁気センサ及び前記第2の磁気センサのそれぞれの主感度軸方向が共に前記電流線を通流する電流からの誘導磁界の方向又は誘導磁界の方向と逆の方向を向き、前記第1の磁気センサ及び前記第2の磁気センサのそれぞれの主感度軸方向が逆の方向を向き、前記第1の磁気センサの副感度軸方向が前記電流線に隣接する隣接電流線を通流する電流からの誘導磁界の前記第1の磁気センサの副感度軸成分の方向と同じになり、前記第2の磁気センサの副感度軸方向が前記隣接電流線を通流する電流からの誘導磁界の前記第2の磁気センサの副感度軸成分の方向と逆になるように配置されたことを特徴とする。
この構成によれば、隣接電流からの誘導磁界の第1の磁気センサ及び第2の磁気センサの副感度軸への影響が逆極性の出力として現れるため、第1の磁気センサの出力と第2の磁気センサの出力との和をとることで、副感度軸方向に現れる隣接電流からの誘導磁界の影響を低減できる。これにより、電流測定精度の低下を抑制することができる。
本発明の電流センサにおいて、前記第1の磁気センサの出力と前記第2の磁気センサの出力との和をとる演算装置を具備しても良い。
本発明の電流センサにおいて、前記第1の磁気センサ及び前記第2の磁気センサは、第1の磁気センサ及び第2の磁気センサのそれぞれの副感度軸方向が互いに逆の方向を向くように配置されても良い。
この構成によれば、第1の磁気センサの出力と第2の磁気センサの出力との和をとることで誘導磁界以外の外乱磁界(地磁気など)の影響を低減できるため、電流測定精度の低下をさらに抑制することができる。
本発明の電流センサにおいて、前記第1の磁気センサ及び前記第2の磁気センサは、前記第1の磁気センサの主感度軸方向が前記隣接電流線の方向又は隣接電流線と逆の方向を向き、前記第2の磁気センサの主感度軸方向が前記隣接電流線の方向又は隣接電流線と逆の方向を向くように配置されても良い。
この構成によれば、隣接電流からの誘導磁界の主感度軸成分が電流測定に影響を与えない程度に小さくなるため、主感度軸方向における隣接電流からの誘導磁界の影響を十分に低減できる。これにより、電流測定精度の低下をさらに抑制することができる。
本発明の電流センサにおいて、前記第1の磁気センサ及び前記第2の磁気センサのそれぞれの主感度軸方向が、前記隣接電流線が延在する方向を向いても良い。
この構成によれば、第1の磁気センサ及び第2の磁気センサのそれぞれの主感度軸方向が隣接電流による誘導磁界の方向と直交することになるため、隣接電流による誘導磁界の影響は主感度軸方向に現れない。これにより、主感度軸方向における隣接電流からの誘導磁界の影響を排除し、電流測定精度の低下をさらに抑制することができる。
本発明の電流センサにおいて、前記第1の磁気センサ及び前記第2の磁気センサは、前記第1の磁気センサ及び前記第2の磁気センサのそれぞれの主感度軸方向が、前記隣接電流線を通流する電流から前記第1の磁気センサ及び前記第2の磁気センサがそれぞれ受ける誘導磁界の主感度軸成分の方向と同じ方向又は逆の方向になるように配置されても良い。
この構成によれば、隣接電流からの誘導磁界の第1の磁気センサ及び第2の磁気センサの主感度軸への影響が同極性の出力として現れるため、第1の磁気センサの出力と第2の磁気センサの出力との差をとることで、主感度軸方向に現れる隣接電流からの誘導磁界を含む外乱磁界の影響を低減できる。これにより、電流測定精度の低下をさらに抑制することができる。
本発明の電流センサにおいて、前記第1の磁気センサ及び前記第2の磁気センサは、前記第1の磁気センサの主感度軸方向が前記隣接電流線を通流する電流からの誘導磁界の前記第1の磁気センサの主副感度軸成分の方向と同じになり、前記第2の磁気センサの主感度軸方向が前記隣接電流線を通流する電流からの誘導磁界の前記第2の磁気センサの主感度軸成分の方向と逆になるように配置されても良い。
この構成によれば、隣接電流からの誘導磁界の第1の磁気センサ及び第2の磁気センサの主感度軸への影響が逆極性の出力として現れるため、第1の磁気センサの出力と第2の磁気センサの出力との和をとることで、主感度軸方向に現れる隣接電流からの誘導磁界を含む外乱磁界の影響を低減できる。これにより、電流測定精度の低下をさらに抑制することができる。
本発明の電流センサにおいて、前記第1の磁気センサ及び前記第2の磁気センサが実装されると共に、前記電流線が延在する方向に対して垂直な一平面内に配置される回路基板を具備しても良い。
本発明の電流センサにおいて、前記第1の磁気センサ及び前記第2の磁気センサは、磁気抵抗効果素子であっても良い。
本発明の電流センサにおいて、前記第1の磁気センサ及び前記第2の磁気センサは、磁気収束板を備えたホール素子であっても良い。
本発明により、外乱磁界の影響を低減し、電流測定精度の低下を抑制した電流センサを提供することができる。
本発明者は、GMR素子などを含む磁気センサを用いる電流センサにおいて、隣接電流による誘導磁界の影響を十分に抑制できない要因が、感度軸と直交する方向に感度を有する点にあることを見出した。例えば、GMR素子を用いる磁気センサでは、感度軸と直交する方向の感度は、感度軸方向における感度の数十%程度になることもある。このように、感度軸と直交する方向にも感度を有する磁気センサを用いる場合、単純に感度軸の方向(以下、主感度軸方向)を誘導磁界の方向に向けるだけでは、出力の差をとっても隣接電流からの誘導磁界の影響を十分に除去できない。これは、主感度軸方向の制御だけでは、主感度軸方向に直交する方向(以下、副感度軸方向)に現れる隣接電流からの誘導磁界の影響をキャンセルすることができないためである。
ここで、図1を参照して、隣接電流からの誘導磁界が電流センサの測定精度に与える影響について考察する。図1は、副感度軸方向に現れる隣接電流からの誘導磁界が電流センサの測定精度に与える影響を算出するためのモデル図である。図1には、紙面下方から上方に向かって延在する電流線11の周囲に2つの磁気センサa、bが配置された構成の電流センサが示されている。また、隣接電流線21が電流センサに近接して配置されている。被測定電流Iは紙面下方から上方に向かって電流線11を通流する。隣接電流I´は紙面奥側から紙面手前側に向かって隣接電流線21を通流する。
上記電流センサにおいて、主感度軸方向は紙面に垂直な方向とする。また、磁気センサaの副感度軸方向は紙面上向きであり、磁気センサbの副感度軸方向は紙面下向きであるとする。以下、副感度軸方向の影響についてのみ考慮する。
隣接電流線21の中心軸と磁気センサa、bの中心との距離をr´とし、隣接電流線21が無限の長さを有する(すなわち、隣接電流I´の長さが無限)と仮定すると、磁気センサa、bの位置での隣接電流I´による磁場H´は、H´=I´/2πr´で表される。副感度軸方向と隣接電流Iによる磁場H´とのなす角度をθとすると、磁場H´の副感度軸方向成分H´Sは、H´S=H´cosθとなる。電流線11の中心軸と磁気センサa、bの中心との距離をrとするとcosθ=r/r´であるから、H´S=H´cosθ=I´r/2πr´2となる。
磁気センサa、bの位置での被測定電流Iによる磁場Hは同様にH=I/2πrであるから、主感度軸の感度に対して副感度軸の感度が10%とすると、センサ出力における隣接電流I´の影響Xは、X=0.1×H´S/H=0.1×(I´r/2πr´2)/(I/2πr)=0.1×(I´/I)(r/r´)2となる。例えば、被測定電流Iが隣接電流I´と比較して小さい状況を想定し、I´/I=100程度とする。また、配置上の制約などを想定し、r/r´=0.1程度とする。この場合、X=0.1、つまり、10%である。通常、電流センサの測定誤差は、5%以下、場合によっては1%以下であることが求められるため、上述したような場合は副感度軸に関する対策が必要になる。
このような知見に基づき、本発明者らは、2つの磁気センサの副感度軸の方向を制御することで、副感度軸方向に現れる外乱磁界、特に隣接電流による誘導磁界の影響をキャンセルするという着想を得た。すなわち、本発明の骨子は、2つの磁気センサの出力を演算(差又は和)することで外乱磁界の影響を除去するタイプの電流センサにおいて、2つの磁気センサのそれぞれの副感度軸方向が、隣接電流線を通流する電流から2つの磁気センサがそれぞれ受ける誘導磁界の副感度軸成分の方向と同じ方向又は逆の方向を向くような構成(差の場合)、又は、2つの磁気センサの内の一方の副感度軸方向が隣接電流線を通流する電流からの誘導磁界の副感度軸成分の方向と同じ方向を向き、2つの磁気センサの内の他方の副感度軸方向が隣接電流線を通流する電流からの誘導磁界の副感度軸成分の方向と逆を向くような構成(和の場合)を採用することで、隣接電流による誘導磁界の影響を低減し、電流測定精度の低下を抑制しようとするものである。以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
(実施の形態1)
図2は、本実施の形態の電流センサ1を示す模式図である。図2Aは電流センサ1及びその周辺の構成を模式的に示す斜視図であり、図2Bは電流センサ1を図2Aの紙面上方向(上方)から見た平面図である。以下、斜視図においては、紙面左下方向を前、紙面右上方向を後、紙面左方向を左、紙面右方向を右、紙面上方向を上、紙面下方向を下、と呼ぶ。
図2は、本実施の形態の電流センサ1を示す模式図である。図2Aは電流センサ1及びその周辺の構成を模式的に示す斜視図であり、図2Bは電流センサ1を図2Aの紙面上方向(上方)から見た平面図である。以下、斜視図においては、紙面左下方向を前、紙面右上方向を後、紙面左方向を左、紙面右方向を右、紙面上方向を上、紙面下方向を下、と呼ぶ。
図2において、電流線11及び隣接電流線21に付与された実線の矢印は、これらを通流する電流の向きを示す。つまり、図2において、電流線11の被測定電流Iと隣接電流線21の隣接電流I´とは、互いに平行な方向に通流している。また、図2において、第1の磁気センサ12a及び第2の磁気センサ12bに付与された長い実線の矢印14a、14b及び短い実線の矢印15a、15bは、それぞれ、主感度軸の方向及び副感度軸の方向を示す。ここで、「主感度軸」とは、磁気センサの感度が最大となる方向を向いた軸をいい、「副感度軸」とは、主感度軸に直交する方向の内、最も高い感度を有する方向を向いた軸をいう。
図2に示されるように、電流センサ1は、被測定電流Iが通流する電流線11の周囲に配置された第1の磁気センサ12a及び第2の磁気センサ12bを含む。第1の磁気センサ12a及び第2の磁気センサ12bは、電流線11からの距離が略等しくなるように配置される。電流線11は所定の方向(図2Aでは、上下方向)に延在している。電流線11は、被測定電流Iを導くことが可能な構成要素であればどのような態様であっても良い。例えば、電流線11には、板状の導電部材や、薄膜状の導電部材(導電パターン)など、形状が線状ではないものが含まれる。なお、電流線11は電流センサ1の構成要素ではないものとして扱う。
電流センサ1は、第1の磁気センサ12a及び第2の磁気センサ12bの他、第1の磁気センサ12a及び第2の磁気センサ12bが実装され、電流線11が延在する方向に対して垂直な一平面内に配置される回路基板13を含む。また、第1の磁気センサ12aの出力及び第2の磁気センサ12bの出力を演算する演算装置16(図3)を含む。
第1の磁気センサ12a及び第2の磁気センサ12bは、磁気検出が可能であり、主感度軸と直交する方向に副感度軸を有する磁気センサであれば特に限定されない。例えば、GMR(Giant Magneto Resistance)素子やTMR(Tunnel Magneto Resistance)素子などの磁気抵抗効果素子を用いた磁気センサ、磁気収束板を備えたホール素子を用いた磁気センサなどを適用することができる。ホール素子に適用される磁気収束板は軟磁性材料で構成されており、例えば、その端部において、板面(磁気収束板の主面)に平行な方向の磁界は板面に垂直な方向に収束される。このため、磁気収束板の端部において板面に垂直な方向に感度軸を有するホール素子を配置すれば、板面に垂直な方向の磁界に加えて板面に平行な方向の磁界が検出される。つまり、磁気収束板を備えたホール素子は、ホール素子の本来の感度軸(主感度軸)に対して垂直な方向にも感度軸(副感度軸)を持つことがある。このような磁気収束板を備えたホール素子を用いる場合にも、本発明は有用である。
図2に示される電流センサ1において、第1の磁気センサ12a及び第2の磁気センサ12bは、電流線11を通流する被測定電流Iからの誘導磁界Aにより略逆相の出力が得られるように電流線11の周囲に配置されている。図2では、電流線11が第1の磁気センサ12aと第2の磁気センサ12bとの間に挟み込まれるように、かつ、第1の磁気センサ12a及び第2の磁気センサ12bの主感度軸方向(矢印14a、14b)が、電流線11が延在する方向に垂直な方向を向くように配置されている。より具体的には、第1の磁気センサ12aの主感度軸方向(矢印14a)が電流線11を通流する被測定電流Iからの誘導磁界Aの方向を向き、第2の磁気センサ12bの主感度軸方向(矢印14b)が電流線11を通流する被測定電流Iからの誘導磁界Aの方向と逆の方向を向き、第1の磁気センサ12a及び第2の磁気センサ12bのそれぞれの主感度軸方向が同じ方向を向くように配置されている。また、隣接電流線21を通流する隣接電流I´からの誘導磁界Bとの関係において、第1の磁気センサ12aの副感度軸方向(矢印15a(図2Bでは紙面上向き))が第1の磁気センサ12aの受ける誘導磁界Baの副感度軸成分の方向(図2Bでは紙面下向き)と逆になり、第2の磁気センサ12bの副感度軸方向(矢印15b(図2Bでは紙面上向き))が第2の磁気センサ12bの受ける誘導磁界Bbの副感度軸成分の方向(図2Bでは紙面下向き)と逆になるように配置されている。すなわち、第1の磁気センサ12a及び第2の磁気センサ12bのそれぞれの副感度軸方向(矢印15a、15b)が、隣接電流I´から第1の磁気センサ12a及び第2の磁気センサ12bがそれぞれ受ける誘導磁界Bの副感度軸成分の方向と逆の方向になるように配置されている。
図2に示される電流センサ1では、第1の磁気センサ12a及び第2の磁気センサ12bの一方の主感度軸方向が誘導磁界Aの方向を向き、他方の主感度軸方向が誘導磁界Aと逆の方向を向いているため、誘導磁界Aの影響が、第1の磁気センサ12a及び第2の磁気センサ12bの略逆相の出力信号として現れる。また、第1の磁気センサ12a及び第2の磁気センサ12bのそれぞれの主感度軸方向が同じ方向を向いているため、第1の磁気センサ12aの出力及び第2の磁気センサ12bの出力において外乱磁界の影響が等しく現れる。また、一方の磁気センサの副感度軸方向が誘導磁界Bの副感度軸成分の方向と逆であり、他方の磁気センサの副感度軸方向も誘導磁界Bの副感度軸成分の方向と逆であるため、第1の磁気センサ12aの出力及び第2の磁気センサ12bの出力において隣接電流I´による誘導磁界Bの影響が同極性で現れる。このため、第1の磁気センサ12aの出力と第2の磁気センサ12bの出力との差をとることで、誘導磁界Bを含む外乱磁界の影響を低減し、電流測定精度の低下を抑制することができる。なお、略逆相の出力信号とは、ノイズ成分などを除いて反転の関係にある出力信号のことをいう。ただし、所望の精度で電流測定を行うことができる程度の関係にあれば良いから、厳密に正負が反転した値となることは要求されない。また、同極性とは、出力の正負が一致していることをいう。
また、図2に示される電流センサ1では、第1の磁気センサ12aの主感度軸方向(矢印14a)が隣接電流線21の方向を向き、第2の磁気センサ12bの主感度軸方向(矢印14b)が隣接電流線21の方向を向いている。これにより、誘導磁界Bの第1の磁気センサ12aの主感度軸成分と第2の磁気センサの主感度軸成分とが電流測定に影響を与えない程度に小さくできる。このため、主感度軸方向における隣接電流I´からの誘導磁界Bの影響を十分に低減し、電流測定精度の低下をさらに抑制することができる。
また、図2に示される電流センサ1では、第1の磁気センサ12a及び第2の磁気センサ12bのそれぞれの副感度軸方向(矢印15a、15b)が共に同じ方向を向くように配置されている。この場合、第1の磁気センサ12aの出力と第2の磁気センサ12bの出力との差をとることで誘導磁界B以外の外乱磁界(地磁気など)の影響を低減できるため、電流測定精度の低下をさらに抑制することができる。
図3は、電流センサ1の回路構成にかかるブロック図である。図3に示されるように、電流センサ1は、第1の磁気センサ12a及び第2の磁気センサ12bの出力端子に接続された演算装置16を有する。ここで、演算装置16は、第1の磁気センサ12aの出力と第2の磁気センサ12bの出力との差を算出する機能を有している。このため、電流線11に電流が通流して電流線11の周囲に誘導磁界Aが発生し、第1の磁気センサ12a及び第2の磁気センサ12bから誘導磁界Aに対応した出力信号が出力されると、出力信号を受けた演算装置16は、当該2つの出力信号の差を計算して出力することができる。このように2つの出力信号の差をとることで、外乱磁界の影響をキャンセルし、電流の測定精度を高めることができる。なお、演算装置16の機能は、ハードウェアで実現しても良いし、ソフトウェアで実現しても良い。
図4は、本実施の形態の変形例に係る電流センサ1を示す模式図である。図4Aは電流センサ1及びその周辺の構成を模式的に示す斜視図であり、図4Bは電流センサ1を図4Aの紙面上方向(上方)から見た平面図である。
図4に示される電流センサ1の基本的な構成は、図2に示される電流センサ1と同様である。すなわち、図4に示される電流センサ1は、第1の磁気センサ12a、第2の磁気センサ12b、回路基板13、演算装置などを含む。
図4に示される電流センサ1において、第1の磁気センサ12a及び第2の磁気センサ12bは、電流線11を通流する被測定電流Iからの誘導磁界Aにより略同相の出力が得られるように電流線11の周囲に配置されている。図4では、電流線11が第1の磁気センサ12aと第2の磁気センサ12bとの間に挟み込まれるように、かつ、第1の磁気センサ12a及び第2の磁気センサ12bの主感度軸方向(矢印14a、14b)が、電流線11が延在する方向に垂直な方向を向くように配置されている。より具体的には、第1の磁気センサ12aの主感度軸方向(矢印14a)が電流線11を通流する被測定電流Iからの誘導磁界Aの方向を向き、第2の磁気センサ12bの主感度軸方向(矢印14b)が電流線11を通流する被測定電流Iからの誘導磁界Aの方向を向き、第1の磁気センサ12a及び第2の磁気センサ12bのそれぞれの主感度軸方向が互いに逆の方向を向くように配置されている。また、隣接電流線21を通流する隣接電流I´からの誘導磁界Bとの関係において、第1の磁気センサ12aの副感度軸方向(矢印15a(図4Bでは紙面上向き))が第1の磁気センサ12aの受ける誘導磁界Baの副感度軸成分の方向(図4Bでは紙面下向き)と逆になり、第2の磁気センサ12bの副感度軸方向(矢印15b(図4Bでは紙面下向き))が第2の磁気センサ12bの受ける誘導磁界Bbの副感度軸成分の方向(図4Bでは紙面下向き)と同じになるように配置されている。
図4に示される電流センサ1では、第1の磁気センサ12a及び第2の磁気センサ12bのそれぞれの主感度軸方向が共に誘導磁界Aの方向を向いているため、誘導磁界Aの影響が、第1の磁気センサ12a及び第2の磁気センサ12bの略同相の出力信号として現れる。また、第1の磁気センサ12a及び第2の磁気センサ12bのそれぞれの主感度軸方向が互いに逆の方向を向いているため、第1の磁気センサ12aの出力及び第2の磁気センサ12bの出力において外乱磁界の影響が逆に現れる。また、一方の磁気センサの副感度軸方向が誘導磁界Bの副感度軸成分の方向と同じであり、他方の磁気センサの副感度軸方向が誘導磁界Bの副感度軸成分の方向と逆であるため、第1の磁気センサ12aの出力及び第2の磁気センサ12bの出力において隣接電流I´による誘導磁界Bの影響が逆極性で現れる。このため、第1の磁気センサ12aの出力と第2の磁気センサ12bの出力との和をとることで、誘導磁界Bを含む外乱磁界の影響を低減し、電流測定精度の低下を抑制することができる。なお、略同相の出力信号とは、ノイズ成分などを除いて同等な出力信号のことをいう。ただし、所望の精度で電流測定を行うことができる程度の関係にあれば良いから、厳密に同じ値となることは要求されない。また、逆極性とは、出力の正負が逆の関係にあることをいう。また、図4に示される電流センサ1において、演算装置16は、第1の磁気センサ12aの出力と第2の磁気センサ12bの出力との和を算出する機能を有する。
また、図4に示される電流センサ1では、第1の磁気センサ12aの主感度軸方向(矢印14a)が隣接電流線21の方向を向き、第2の磁気センサ12bの主感度軸方向(矢印14b)が隣接電流線21と逆の方向を向いている。これにより、誘導磁界Bの第1の磁気センサ12aの主感度軸成分と第2の磁気センサの主感度軸成分とが電流測定に影響を与えない程度に小さくできる。このため、主感度軸方向における隣接電流I´からの誘導磁界Bの影響を十分に低減し、電流測定精度の低下をさらに抑制することができる。
また、図4に示される電流センサ1では、第1の磁気センサ12a及び第2の磁気センサ12bのそれぞれの副感度軸方向(矢印15a、15b)が互いに逆の方向を向くように配置されている。この場合、第1の磁気センサ12aの出力と第2の磁気センサ12bの出力との和をとることで誘導磁界B以外の外乱磁界(地磁気など)の影響を低減できるため、電流測定精度の低下をさらに抑制することができる。
以上のように、本実施の形態に係る電流センサ1は、例えば、図5に示される電流センサ2などと比較して、誘導磁界Bの影響を低減し、電流測定精度の低下を抑制することができる。これは、本実施の形態に係る電流センサ1では、副感度軸方向における誘導磁界Bの影響を適切にキャンセルできるように第1の磁気センサ12a及び第2の磁気センサ12bが配置されているためである。なお、図5は電流センサ2について示す模式図であり、図5Aは電流センサ2及びその周辺の構成を模式的に示す斜視図であり、図5Bは電流センサ2を図5Aの紙面上方向(上方)から見た平面図である。また、本実施の形態に係る電流センサ1は誘導磁界Bの影響を低減できるため、電流線11と隣接電流線21との間隔を狭めることが可能である。このため、電流センサ1を含むシステムの小型化・省スペース化を図ることができる。
なお、図2において、第1の磁気センサ12aの主感度軸方向が誘導磁界Aの方向と逆の方向を向き、第2の磁気センサ12bの主感度軸方向が誘導磁界Aの方向を向いても良い。また、第1の磁気センサ12aの副感度軸方向が第1の磁気センサ12aの受ける誘導磁界Baの副感度軸成分の方向と同じであり、第2の磁気センサ12bの副感度軸方向が第2の磁気センサ12bの受ける誘導磁界Bbの副感度軸成分の方向と同じであっても良い。すなわち、第1の磁気センサ12a及び第2の磁気センサ12bのそれぞれの副感度軸方向が、隣接電流から第1の磁気センサ12a及び第2の磁気センサ12bがそれぞれ受ける誘導磁界Bの副感度軸成分の方向と同じであっても良い。
また、図4において、第1の磁気センサ12a及び第2の磁気センサ12bの主感度軸方向が共に誘導磁界Aの方向と逆の方向を向いても良い。また、第1の磁気センサ12aの副感度軸方向が第1の磁気センサ12aの受ける誘導磁界Baの副感度軸成分の方向と同じであり、第2の磁気センサ12bの副感度軸方向が第2の磁気センサ12bの受ける誘導磁界Bbの副感度軸成分の方向と逆であっても良い。
その他、本実施の形態は、他の実施の形態に示される構成と適宜組み合わせて実施可能である。
(実施の形態2)
本実施の形態では、本発明の電流センサ1の別の構成例について説明する。図6は、本実施の形態の電流センサ1を示す模式図である。図6Aは電流センサ1及びその周辺の構成を模式的に示す斜視図であり、図6Bは電流センサ1を図6Aの紙面左下方向(前方)から見た平面図である。
本実施の形態では、本発明の電流センサ1の別の構成例について説明する。図6は、本実施の形態の電流センサ1を示す模式図である。図6Aは電流センサ1及びその周辺の構成を模式的に示す斜視図であり、図6Bは電流センサ1を図6Aの紙面左下方向(前方)から見た平面図である。
図6に示されるように、本実施の形態に係る電流センサ1は、電流線11の周囲に配置された第1の磁気センサ12a及び第2の磁気センサ12bを含み、第1の磁気センサ12a及び第2の磁気センサ12bが配置される回路基板13を含む。また、電流センサ1は、第1の磁気センサ12aの出力及び第2の磁気センサ12bの出力を演算する演算装置を含む。この点において、図6に示される電流センサ1と図2に示される電流センサ1とは共通している。
図6に示される電流センサ1において、第1の磁気センサ12a及び第2の磁気センサ12bは、電流線11を通流する被測定電流Iからの誘導磁界Aにより略逆相の出力が得られるように電流線11の周囲に配置されている。具体的には、第1の磁気センサ12aの主感度軸方向(矢印14a)が電流線11を通流する被測定電流Iからの誘導磁界Aの方向を向き、第2の磁気センサ12bの主感度軸方向(矢印14b)が電流線11を通流する被測定電流Iからの誘導磁界Aの方向と逆の方向を向き、第1の磁気センサ12a及び第2の磁気センサ12bのそれぞれの主感度軸方向が同じ方向を向くように配置されている。また、隣接電流線21を通流する隣接電流I´からの誘導磁界Bとの関係において、第1の磁気センサ12aの副感度軸方向(矢印15a(図6Bでは紙面上向き))が第1の磁気センサ12aの受ける誘導磁界Baの副感度軸成分の方向(図6Bでは紙面上向き)と同じになり、第2の磁気センサ12bの副感度軸方向(矢印15b(図6Bでは紙面下向き))が第2の磁気センサ12bの受ける誘導磁界Bbの副感度軸成分の方向(図6Bでは紙面下向き)と同じになるように配置されている。すなわち、第1の磁気センサ12a及び第2の磁気センサ12bのそれぞれの副感度軸方向(矢印15a、15b)が、隣接電流I´から第1の磁気センサ12a及び第2の磁気センサ12bがそれぞれ受ける誘導磁界Bの副感度軸成分の方向と同じ方向になるように配置されている。
図6に示される電流センサ1では、第1の磁気センサ12a及び第2の磁気センサ12bの一方の主感度軸方向が誘導磁界Aの方向を向き、他方の主感度軸方向が誘導磁界Aと逆の方向を向いているため、誘導磁界Aの影響が、第1の磁気センサ12a及び第2の磁気センサ12bの略逆相の出力信号として現れる。また、第1の磁気センサ12a及び第2の磁気センサ12bのそれぞれの主感度軸方向が同じ方向を向いているため、第1の磁気センサ12aの出力及び第2の磁気センサ12bの出力において外乱磁界の影響が等しく現れる。また、一方の磁気センサの副感度軸方向が誘導磁界Bの副感度軸成分の方向と同じであり、他方の磁気センサの副感度軸方向も誘導磁界Bの副感度軸成分の方向と同じであるため、第1の磁気センサ12aの出力及び第2の磁気センサ12bの出力において隣接電流I´による誘導磁界Bの影響が同極性で現れる。このため、第1の磁気センサ12aの出力と第2の磁気センサ12bの出力との差をとることで、誘導磁界Bを含む外乱磁界の影響を低減し、電流測定精度の低下を抑制することができる。
また、図6に示される電流センサ1では、第1の磁気センサ12a及び第2の磁気センサ12bのそれぞれの主感度軸方向(矢印14a、14b)が、隣接電流線21の延在方向を向いている。この場合、第1の磁気センサ12a及び第2の磁気センサ12bのそれぞれの主感度軸方向が誘導磁界Bの方向と直交することになるため誘導磁界Bの影響は主感度軸方向に現れない。これにより、主感度軸方向における隣接電流I´からの誘導磁界Bの影響を排除し、電流測定精度の低下をさらに抑制することができる。
図7は、本実施の形態の変形例に係る電流センサ1を示す模式図である。図7Aは電流センサ1及びその周辺の構成を模式的に示す斜視図であり、図7Bは電流センサ1を図7Aの紙面左下方向(前方)から見た平面図である。
図7に示される電流センサ1の基本的な構成は、図6に示される電流センサ1と同様である。すなわち、図7に示される電流センサ1は、第1の磁気センサ12a、第2の磁気センサ12b、回路基板13、演算装置などを含む。
図7に示される電流センサ1において、第1の磁気センサ12a及び第2の磁気センサ12bは、電流線11を通流する被測定電流Iからの誘導磁界Aにより略同相の出力が得られるように電流線11の周囲に配置されている。具体的には、第1の磁気センサ12aの主感度軸方向(矢印14a)が電流線11を通流する被測定電流Iからの誘導磁界Aの方向を向き、第2の磁気センサ12bの主感度軸方向(矢印14b)が電流線11を通流する被測定電流Iからの誘導磁界Aの方向を向き、第1の磁気センサ12a及び第2の磁気センサ12bのそれぞれの主感度軸方向が互いに逆の方向を向くように配置されている。また、隣接電流線21を通流する隣接電流I´からの誘導磁界Bとの関係において、第1の磁気センサ12aの副感度軸方向(矢印15a(図7Bでは紙面上向き))が第1の磁気センサ12aの受ける誘導磁界Baの副感度軸成分の方向(図7Bでは紙面上向き)と同じになり、第2の磁気センサ12bの副感度軸方向(矢印15b(図7Bでは紙面上向き))が第2の磁気センサ12bの受ける誘導磁界Bbの副感度軸成分の方向(図7Bでは紙面下向き)と逆になるように配置されている。
図7に示される電流センサ1では、第1の磁気センサ12a及び第2の磁気センサ12bのそれぞれの主感度軸方向が共に誘導磁界Aの方向を向いているため、誘導磁界Aの影響が、第1の磁気センサ12a及び第2の磁気センサ12bの略同相の出力信号として現れる。また、第1の磁気センサ12a及び第2の磁気センサ12bのそれぞれの主感度軸方向が互いに逆の方向を向いているため、第1の磁気センサ12aの出力及び第2の磁気センサ12bの出力において外乱磁界の影響が逆に現れる。また、一方の磁気センサの副感度軸方向が誘導磁界Bの副感度軸成分の方向と同じであり、他方の磁気センサの副感度軸方向が誘導磁界Bの副感度軸成分の方向と逆であるため、第1の磁気センサ12aの出力及び第2の磁気センサ12bの出力において隣接電流I´による誘導磁界Bの影響が逆極性で現れる。このため、第1の磁気センサ12aの出力と第2の磁気センサ12bの出力との和をとることで、誘導磁界Bを含む外乱磁界の影響を低減し、電流測定精度の低下を抑制することができる。ここで、図7に示される電流センサ1において、演算装置16は、第1の磁気センサ12aの出力と第2の磁気センサ12bの出力との和を算出する機能を有する。
また、図7に示される電流センサ1では、第1の磁気センサ12a及び第2の磁気センサ12bのそれぞれの主感度軸方向(矢印14a、14b)が、隣接電流線21の延在方向を向いている。この場合、第1の磁気センサ12a及び第2の磁気センサ12bのそれぞれの主感度軸方向が誘導磁界Bの方向と直交することになるため誘導磁界Bの影響は主感度軸方向に現れない。これにより、主感度軸方向における隣接電流I´からの誘導磁界Bの影響を排除し、電流測定精度の低下をさらに抑制することができる。
以上のように、本実施の形態に係る電流センサ1は、誘導磁界Bの影響を低減し、電流測定精度の低下を抑制することができる。これは、本実施の形態に係る電流センサ1では、副感度軸方向における誘導磁界Bの影響を適切にキャンセルできるように第1の磁気センサ12a及び第2の磁気センサ12bが配置されているためである。また、本実施の形態に係る電流センサ1は誘導磁界Bの影響を低減できるため、電流線11と隣接電流線21との間隔を狭めることが可能である。このため、電流センサ1を含むシステムの小型化・省スペース化を図ることができる。
なお、図6において、第1の磁気センサ12aの主感度軸方向が誘導磁界Aの方向と逆の方向を向き、第2の磁気センサ12bの主感度軸方向が誘導磁界Aの方向を向いても良い。また、第1の磁気センサ12aの副感度軸方向が第1の磁気センサ12aの受ける誘導磁界Baの副感度軸成分の方向と逆であり、第2の磁気センサ12bの副感度軸方向が第2の磁気センサ12bの受ける誘導磁界Bbの副感度軸成分の方向と逆であっても良い。すなわち、第1の磁気センサ12a及び第2の磁気センサ12bのそれぞれの副感度軸方向が、隣接電流I´から第1の磁気センサ12a及び第2の磁気センサ12bがそれぞれ受ける誘導磁界Bの副感度軸成分の方向と逆であっても良い。
また、図7において、第1の磁気センサ12a及び第2の磁気センサ12bの主感度軸方向が共に誘導磁界Aの方向と逆の方向を向いていても良い。また、第1の磁気センサ12aの副感度軸方向が第1の磁気センサ12aの受ける誘導磁界Baの副感度軸成分の方向と逆であり、第2の磁気センサ12bの副感度軸方向が第2の磁気センサ12bの受ける誘導磁界Bbの副感度軸成分の方向と同じであっても良い。
その他、本実施の形態は、他の実施の形態に示される構成と適宜組み合わせて実施可能である。
(実施の形態3)
本実施の形態では、本発明の電流センサ1の別の構成例について説明する。図8は、本実施の形態の電流センサ1を示す模式図である。図8Aは電流センサ1及びその周辺の構成を模式的に示す斜視図であり、図8Bは電流センサ1を図8Aの紙面左下方向(前方)から見た平面図である。
本実施の形態では、本発明の電流センサ1の別の構成例について説明する。図8は、本実施の形態の電流センサ1を示す模式図である。図8Aは電流センサ1及びその周辺の構成を模式的に示す斜視図であり、図8Bは電流センサ1を図8Aの紙面左下方向(前方)から見た平面図である。
図8に示されるように、本実施の形態に係る電流センサ1は、電流線11の周囲に配置された第1の磁気センサ12a及び第2の磁気センサ12bを含み、第1の磁気センサ12a及び第2の磁気センサ12bが配置される回路基板13を含む。また、電流センサ1は、第1の磁気センサ12aの出力及び第2の磁気センサ12bの出力を演算する演算装置を含む。この点において、図8に示される電流センサ1と図2に示される電流センサ1とは共通している。
図8に示される電流センサ1において、第1の磁気センサ12a及び第2の磁気センサ12bは、電流線11を通流する被測定電流Iからの誘導磁界Aにより略逆相の出力が得られるように電流線11の周囲に配置されている。具体的には、第1の磁気センサ12aの主感度軸方向(矢印14a)が電流線11を通流する被測定電流Iからの誘導磁界Aの方向を向き、第2の磁気センサ12bの主感度軸方向(矢印14b)が電流線11を通流する被測定電流Iからの誘導磁界Aの方向と逆の方向を向き、第1の磁気センサ12a及び第2の磁気センサ12bのそれぞれの主感度軸方向が同じ方向を向くように配置されている。また、隣接電流線21を通流する隣接電流I´からの誘導磁界Bとの関係において、第1の磁気センサ12aの副感度軸方向(矢印15a(図8Bでは紙面上向き))が第1の磁気センサ12aの受ける誘導磁界Baの副感度軸成分の方向(図8Bでは紙面下向き)と逆になり、第2の磁気センサ12bの副感度軸方向(矢印15b(図8Bでは紙面上向き))が第2の磁気センサ12bの受ける誘導磁界Bbの副感度軸成分の方向(図8Bでは紙面下向き)と逆になるように配置されている。すなわち、第1の磁気センサ12a及び第2の磁気センサ12bのそれぞれの副感度軸方向(矢印15a、15b)が、隣接電流I´から第1の磁気センサ12a及び第2の磁気センサ12bがそれぞれ受ける誘導磁界Bの副感度軸成分の方向と逆の方向になるように配置されている。なお、誘導磁界Bは、第1の磁気センサ12a及び第2の磁気センサ12bにおいて副感度軸成分のみを有しており、誘導磁界Ba及び誘導磁界Bbの副感度軸成分は誘導磁界Ba及び誘導磁界Bb自身である。
図8に示される電流センサ1では、第1の磁気センサ12a及び第2の磁気センサ12bの一方の主感度軸方向が誘導磁界Aの方向を向き、他方の主感度軸方向が誘導磁界Aと逆の方向を向いているため、誘導磁界Aの影響が、第1の磁気センサ12a及び第2の磁気センサ12bの略逆相の出力信号として現れる。また、第1の磁気センサ12a及び第2の磁気センサ12bのそれぞれの主感度軸方向が同じ方向を向いているため、第1の磁気センサ12aの出力及び第2の磁気センサ12bの出力において外乱磁界の影響が等しく現れる。また、一方の磁気センサの副感度軸方向が誘導磁界Bの副感度軸成分の方向と逆であり、他方の磁気センサの副感度軸方向も誘導磁界Bの副感度軸成分の方向と逆であるため、第1の磁気センサ12aの出力及び第2の磁気センサ12bの出力において隣接電流I´による誘導磁界Bの影響が同極性で現れる。このため、第1の磁気センサ12aの出力と第2の磁気センサ12bの出力との差をとることで、誘導磁界Bを含む外乱磁界の影響を低減し、電流測定精度の低下を抑制することができる。
また、図8に示される電流センサ1では、第1の磁気センサ12a及び第2の磁気センサ12bのそれぞれの主感度軸方向(矢印14a、14b)が、隣接電流線21の延在方向を向いている。この場合、第1の磁気センサ12a及び第2の磁気センサ12bのそれぞれの主感度軸方向が誘導磁界Bの方向と直交することになるため誘導磁界Bの影響は主感度軸方向に現れない。これにより、主感度軸方向における隣接電流I´からの誘導磁界Bの影響を排除し、電流測定精度の低下をさらに抑制することができる。
図9は、本実施の形態の変形例に係る電流センサ1を示す模式図である。図9Aは電流センサ1及びその周辺の構成を模式的に示す斜視図であり、図9Bは電流センサ1を図9Aの紙面左下方向(前方)から見た平面図である。
図9に示される電流センサ1の基本的な構成は、図8に示される電流センサ1と同様である。すなわち、図9に示される電流センサ1は、第1の磁気センサ12a、第2の磁気センサ12b、回路基板13、演算装置などを含む。
図9に示される電流センサ1において、第1の磁気センサ12a及び第2の磁気センサ12bは、電流線11を通流する被測定電流Iからの誘導磁界Aにより略同相の出力が得られるように電流線11の周囲に配置されている。具体的には、第1の磁気センサ12aの主感度軸方向(矢印14a)が電流線11を通流する被測定電流Iからの誘導磁界Aの方向を向き、第2の磁気センサ12bの主感度軸方向(矢印14b)が電流線11を通流する被測定電流Iからの誘導磁界Aの方向を向き、第1の磁気センサ12a及び第2の磁気センサ12bのそれぞれの主感度軸方向が互いに逆の方向を向くように配置されている。また、隣接電流線21を通流する隣接電流I´からの誘導磁界Bとの関係において、第1の磁気センサ12aの副感度軸方向(矢印15a(図9Bでは紙面上向き))が第1の磁気センサ12aの受ける誘導磁界Baの副感度軸成分の方向(図9Bでは紙面下向き)と逆になり、第2の磁気センサ12bの副感度軸方向(矢印15b(図9Bでは紙面下向き))が第2の磁気センサ12bの受ける誘導磁界Bbの副感度軸成分の方向(図9Bでは紙面下向き)と同じなるように配置されている。なお、誘導磁界Bは、第1の磁気センサ12a及び第2の磁気センサ12bにおいて副感度軸成分のみを有しており、誘導磁界Ba及び誘導磁界Bbの副感度軸成分は誘導磁界Ba及び誘導磁界Bb自身である。
図9に示される電流センサ1では、第1の磁気センサ12a及び第2の磁気センサ12bのそれぞれの主感度軸方向が共に誘導磁界Aの方向を向いているため、誘導磁界Aの影響が、第1の磁気センサ12a及び第2の磁気センサ12bの略同相の出力信号として現れる。また、第1の磁気センサ12a及び第2の磁気センサ12bのそれぞれの主感度軸方向が互いに逆の方向を向いているため、第1の磁気センサ12aの出力及び第2の磁気センサ12bの出力において外乱磁界の影響が逆に現れる。また、一方の磁気センサの副感度軸方向が誘導磁界Bの副感度軸成分の方向と同じであり、他方の磁気センサの副感度軸方向が誘導磁界Bの副感度軸成分の方向と逆であるため、第1の磁気センサ12aの出力及び第2の磁気センサ12bの出力において隣接電流I´による誘導磁界Bの影響が逆極性で現れる。このため、第1の磁気センサ12aの出力と第2の磁気センサ12bの出力との和をとることで、誘導磁界Bを含む外乱磁界の影響を低減し、電流測定精度の低下を抑制することができる。ここで、図9に示される電流センサ1において、演算装置16は、第1の磁気センサ12aの出力と第2の磁気センサ12bの出力との和を算出する機能を有する。
また、図9に示される電流センサ1では、第1の磁気センサ12a及び第2の磁気センサ12bのそれぞれの主感度軸方向(矢印14a、14b)が、隣接電流線21の延在方向を向いている。この場合、第1の磁気センサ12a及び第2の磁気センサ12bのそれぞれの主感度軸方向が誘導磁界Bの方向と直交することになるため誘導磁界Bの影響は主感度軸方向に現れない。これにより、主感度軸方向における隣接電流I´からの誘導磁界Bの影響を排除し、電流測定精度の低下をさらに抑制することができる。
以上のように、本実施の形態に係る電流センサ1は、誘導磁界Bの影響を低減し、電流測定精度の低下を抑制することができる。これは、本実施の形態に係る電流センサ1では、副感度軸方向における誘導磁界Bの影響を適切にキャンセルできるように第1の磁気センサ12a及び第2の磁気センサ12bが配置されているためである。また、本実施の形態に係る電流センサ1は誘導磁界Bの影響を低減できるため、電流線11と隣接電流線21との間隔を狭めることが可能である。このため、電流センサ1を含むシステムの小型化・省スペース化を図ることができる。
なお、図8において、第1の磁気センサ12aの主感度軸方向が誘導磁界Aの方向と逆の方向を向き、第2の磁気センサ12bの主感度軸方向が誘導磁界Aの方向を向いても良い。また、第1の磁気センサ12aの副感度軸方向が第1の磁気センサ12aの受ける誘導磁界Baの副感度軸成分の方向と同じであり、第2の磁気センサ12bの副感度軸方向が第2の磁気センサ12bの受ける誘導磁界Bbの副感度軸成分の方向と同じであっても良い。すなわち、第1の磁気センサ12a及び第2の磁気センサ12bのそれぞれの副感度軸方向が、隣接電流I´から第1の磁気センサ12a及び第2の磁気センサ12bがそれぞれ受ける誘導磁界Bの副感度軸成分の方向と同じであっても良い。
また、図9において、第1の磁気センサ12a及び第2の磁気センサ12bの主感度軸方向が共に誘導磁界Aの方向と逆の方向を向いていても良い。また、第1の磁気センサ12aの副感度軸方向が第1の磁気センサ12aの受ける誘導磁界Baの副感度軸成分の方向と同じであり、第2の磁気センサ12bの副感度軸方向が第2の磁気センサ12bの受ける誘導磁界Bbの副感度軸成分の方向と逆であっても良い。
その他、本実施の形態は、他の実施の形態に示される構成と適宜組み合わせて実施可能である。
(実施の形態4)
本実施の形態では、本発明の電流センサ1の別の構成例について説明する。図10は、本実施の形態の電流センサ1を示す模式図である。図10Aは電流センサ1及びその周辺の構成を模式的に示す斜視図であり、図10Bは電流センサ1を図10Aの紙面右方向から見た平面図である。
本実施の形態では、本発明の電流センサ1の別の構成例について説明する。図10は、本実施の形態の電流センサ1を示す模式図である。図10Aは電流センサ1及びその周辺の構成を模式的に示す斜視図であり、図10Bは電流センサ1を図10Aの紙面右方向から見た平面図である。
図10に示されるように、本実施の形態に係る電流センサ1は、電流線11の周囲に配置された第1の磁気センサ12a及び第2の磁気センサ12bを含み、第1の磁気センサ12a及び第2の磁気センサ12bが配置される回路基板13を含む。また、電流センサ1は、第1の磁気センサ12aの出力及び第2の磁気センサ12bの出力を演算する演算装置を含む。この点において、図10に示される電流センサ1と図2に示される電流センサ1とは共通している。
図10に示される電流センサ1において、第1の磁気センサ12a及び第2の磁気センサ12bは、電流線11を通流する被測定電流Iからの誘導磁界Aにより略逆相の出力が得られるように電流線11の周囲に配置されている。具体的には、第1の磁気センサ12aの主感度軸方向(矢印14a)が電流線11を通流する被測定電流Iからの誘導磁界Aの方向を向き、第2の磁気センサ12bの主感度軸方向(矢印14b)が電流線11を通流する被測定電流Iからの誘導磁界Aの方向と逆の方向を向き、第1の磁気センサ12a及び第2の磁気センサ12bのそれぞれの主感度軸方向が同じ方向を向くように配置されている。また、隣接電流線21を通流する隣接電流I´からの誘導磁界Bとの関係において、第1の磁気センサ12aの副感度軸方向(矢印15a(図10Bでは紙面上向き))が第1の磁気センサ12aの受ける誘導磁界Baの副感度軸成分の方向(図10Bでは紙面下向き)と逆になり、第2の磁気センサ12bの副感度軸方向(矢印15b(図10Bでは紙面上向き))が第2の磁気センサ12bの受ける誘導磁界Bbの副感度軸成分の方向(図10Bでは紙面下向き)と逆になるように配置されている。すなわち、第1の磁気センサ12a及び第2の磁気センサ12bのそれぞれの副感度軸方向(矢印15a、15b)が、隣接電流I´を通流する電流から第1の磁気センサ12a及び第2の磁気センサ12bがそれぞれ受ける誘導磁界Bの副感度軸成分の方向と逆の方向になるように配置されている。
図10に示される電流センサ1では、第1の磁気センサ12a及び第2の磁気センサ12bの一方の主感度軸方向が誘導磁界Aの方向を向き、他方の主感度軸方向が誘導磁界Aと逆の方向を向いているため、誘導磁界Aの影響が、第1の磁気センサ12a及び第2の磁気センサ12bの略逆相の出力信号として現れる。また、第1の磁気センサ12a及び第2の磁気センサ12bのそれぞれの主感度軸方向が同じ方向を向いているため、第1の磁気センサ12aの出力及び第2の磁気センサ12bの出力において外乱磁界の影響が等しく現れる。また、一方の磁気センサの副感度軸方向が誘導磁界Bの副感度軸成分の方向と逆であり、他方の磁気センサの副感度軸方向も誘導磁界Bの副感度軸成分の方向と逆であるため、第1の磁気センサ12aの出力及び第2の磁気センサ12bの出力において隣接電流I´による誘導磁界Bの影響が同極性で現れる。このため、第1の磁気センサ12aの出力と第2の磁気センサ12bの出力との差をとることで、誘導磁界Bを含む外乱磁界の影響を低減し、電流測定精度の低下を抑制することができる。
また、図10に示される電流センサ1では、第1の磁気センサ12aの主感度軸方向(矢印14a(図10Bでは紙面右向き))が第1の磁気センサ12aの受ける誘導磁界Baの主感度軸成分の方向(図10Bでは紙面左向き)と逆になり、第2の磁気センサ12bの主感度軸方向(矢印14b(図10Bでは紙面右向き))が第2の磁気センサ12bの受ける誘導磁界Bbの副感度軸成分の方向(図10Bでは紙面左向き)と逆になるように配置されている。すなわち、第1の磁気センサ12a及び第2の磁気センサ12bのそれぞれの主感度軸方向(矢印14a、14b)が、隣接電流I´から第1の磁気センサ12a及び第2の磁気センサ12bがそれぞれ受ける誘導磁界Bの主感度軸成分の方向と逆の方向になるように配置されている。この場合、第1の磁気センサ12aの主感度軸が受ける誘導磁界Bの影響と、第2の磁気センサ12bの主感度軸が受ける誘導磁界Bの影響とが同極性となる。このため、第1の磁気センサ12aの出力と第2の磁気センサ12bの出力との差をとることで、副感度軸方向に加え主感度軸方向に現れる誘導磁界Bの影響を低減できる。これにより、電流測定精度の低下をさらに抑制することができる。
なお、第1の磁気センサ12a及び第2の磁気センサ12bのそれぞれの主感度軸方向(矢印14a、14b)が、隣接電流I´から第1の磁気センサ12a及び第2の磁気センサ12bがそれぞれ受ける誘導磁界Bの主感度軸成分の方向と同じ方向であっても同様の効果を得ることができる。
図11は、本実施の形態の変形例に係る電流センサ1を示す模式図である。図11Aは電流センサ1及びその周辺の構成を模式的に示す斜視図であり、図11Bは電流センサ1を図11Aの紙面右方向から見た平面図である。
図11に示される電流センサ1の基本的な構成は、図10に示される電流センサ1と同様である。すなわち、図11に示される電流センサ1は、第1の磁気センサ12a、第2の磁気センサ12b、回路基板13、演算装置などを含む。
図11に示される電流センサ1において、第1の磁気センサ12a及び第2の磁気センサ12bは、電流線11を通流する被測定電流Iからの誘導磁界Aにより略同相の出力が得られるように電流線11の周囲に配置されている。具体的には、第1の磁気センサ12aの主感度軸方向(矢印14a)が電流線11を通流する被測定電流Iからの誘導磁界Aの方向を向き、第2の磁気センサ12bの主感度軸方向(矢印14b)が電流線11を通流する被測定電流Iからの誘導磁界Aの方向を向き、第1の磁気センサ12a及び第2の磁気センサ12bのそれぞれの主感度軸方向が互いに逆の方向を向くように配置されている。また、隣接電流線21を通流する隣接電流I´からの誘導磁界Bとの関係において、第1の磁気センサ12aの副感度軸方向(矢印15a(図11Bでは紙面上向き))が第1の磁気センサ12aの受ける誘導磁界Baの副感度軸成分の方向(図11Bでは紙面下向き)と逆になり、第2の磁気センサ12bの副感度軸方向(矢印15b(図11Bでは紙面下向き))が第2の磁気センサ12bの受ける誘導磁界Bbの副感度軸成分の方向(図11Bでは紙面下向き)と同じなるように配置されている。
図11に示される電流センサ1では、第1の磁気センサ12a及び第2の磁気センサ12bのそれぞれの主感度軸方向が共に誘導磁界Aの方向を向いているため、誘導磁界Aの影響が、第1の磁気センサ12a及び第2の磁気センサ12bの略同相の出力信号として現れる。また、第1の磁気センサ12a及び第2の磁気センサ12bのそれぞれの主感度軸方向が互いに逆の方向を向いているため、第1の磁気センサ12aの出力及び第2の磁気センサ12bの出力において外乱磁界の影響が逆に現れる。また、一方の磁気センサの副感度軸方向が誘導磁界Bの副感度軸成分の方向と同じであり、他方の磁気センサの副感度軸方向が誘導磁界Bの副感度軸成分の方向と逆であるため、第1の磁気センサ12aの出力及び第2の磁気センサ12bの出力において隣接電流I´による誘導磁界Bの影響が逆極性で現れる。このため、第1の磁気センサ12aの出力と第2の磁気センサ12bの出力との和をとることで、誘導磁界Bを含む外乱磁界の影響を低減し、電流測定精度の低下を抑制することができる。ここで、図11に示される電流センサ1において、演算装置16は、第1の磁気センサ12aの出力と第2の磁気センサ12bの出力との和を算出する機能を有する。
また、図11に示される電流センサ1では、第1の磁気センサ12aの主感度軸方向(矢印14a(図11Bでは紙面右向き))が第1の磁気センサ12aの受ける誘導磁界Baの主感度軸成分の方向(図11Bでは紙面左向き)と逆になり、第2の磁気センサ12bの主感度軸方向(矢印14b(図11Bでは紙面左向き))が第2の磁気センサ12bの受ける誘導磁界Bbの副感度軸成分の方向(図11Bでは紙面左向き)と同じになるように配置されている。すなわち、一方の磁気センサの主感度軸方向が誘導磁界Bの主感度軸成分の方向と同じになり、他方の磁気センサの副感度軸方向が誘導磁界Bの副感度軸成分の方向と逆になるように配置されている。この場合、第1の磁気センサ12aの主感度軸が受ける誘導磁界Bの影響と、第2の磁気センサ12bの主感度軸が受ける誘導磁界Bの影響とが逆極性となる。このため、第1の磁気センサ12aの出力と第2の磁気センサ12bの出力との和をとることで、副感度軸方向に加え主感度軸方向に現れる誘導磁界Bの影響を低減できる。これにより、電流測定精度の低下をさらに抑制することができる。
なお、第1の磁気センサ12aの主感度軸方向が第1の磁気センサ12aの受ける誘導磁界Baの主感度軸成分の方向と同じであり、第2の磁気センサ12bの主感度軸方向が第2の磁気センサ12bの受ける誘導磁界Bbの副感度軸成分の方向と逆であっても同様の効果を得ることができる。
以上のように、本実施の形態に係る電流センサ1は、誘導磁界Bの影響を低減し、電流測定精度の低下を抑制することができる。これは、本実施の形態に係る電流センサ1では、副感度軸方向における誘導磁界Bの影響を適切にキャンセルできるように第1の磁気センサ12a及び第2の磁気センサ12bが配置されているためである。また、本実施の形態に係る電流センサ1は誘導磁界Bの影響を低減できるため、電流線11と隣接電流線21との間隔を狭めることが可能である。このため、電流センサ1を含むシステムの小型化・省スペース化を図ることができる。
なお、図10において、第1の磁気センサ12aの主感度軸方向が誘導磁界Aの方向と逆の方向を向き、第2の磁気センサ12bの主感度軸方向が誘導磁界Aの方向を向いても良い。また、第1の磁気センサ12aの副感度軸方向が第1の磁気センサ12aの受ける誘導磁界Baの副感度軸成分の方向と同じであり、第2の磁気センサ12bの副感度軸方向が第2の磁気センサ12bの受ける誘導磁界Bbの副感度軸成分の方向と同じであっても良い。すなわち、第1の磁気センサ12a及び第2の磁気センサ12bのそれぞれの副感度軸方向が、隣接電流I´から第1の磁気センサ12a及び第2の磁気センサ12bがそれぞれ受ける誘導磁界Bの副感度軸成分の方向と同じであっても良い。
また、図11において、第1の磁気センサ12a及び第2の磁気センサ12bの主感度軸方向が共に誘導磁界Aの方向と逆の方向を向いていても良い。また、第1の磁気センサ12aの副感度軸方向が第1の磁気センサ12aの受ける誘導磁界Baの副感度軸成分の方向と同じであり、第2の磁気センサ12bの副感度軸方向が第2の磁気センサ12bの受ける誘導磁界Bbの副感度軸成分の方向と逆であっても良い。
その他、本実施の形態は、他の実施の形態に示される構成と適宜組み合わせて実施可能である。
(実施の形態5)
本実施の形態では、本発明の電流センサ1の別の一例について説明する。本実施の形態の電流センサ1は、実施の形態1~実施の形態4において説明した電流センサ1において、第1の磁気センサ12a及び第2の磁気センサ12bに磁気抵抗効果素子を用いた磁気センサを適用したものに相当する。
本実施の形態では、本発明の電流センサ1の別の一例について説明する。本実施の形態の電流センサ1は、実施の形態1~実施の形態4において説明した電流センサ1において、第1の磁気センサ12a及び第2の磁気センサ12bに磁気抵抗効果素子を用いた磁気センサを適用したものに相当する。
本実施の形態に係る第1の磁気センサ12a及び第2の磁気センサ12bは、磁気比例式センサ又は磁気平衡式センサである。磁気比例式センサは、例えば、磁気センサ素子である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を含むように構成される。また、磁気平衡式センサは、例えば、磁気センサ素子である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と、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と、を含むように構成される。磁気比例式センサを採用する場合には、磁気平衡式センサのようなフィードバックコイル及びその制御に関する構成が不要になるため、構成を簡略化し、電流センサの小型化を図れる。一方で、磁気平衡式センサを採用する場合には、応答速度が高く、温度依存の小さい電流センサを容易に実現できる。
第1の磁気センサ12a及び第2の磁気センサ12bに用いられる磁気抵抗効果素子には、GMR(Giant Magneto Resistance)素子やTMR(Tunnel Magneto Resistance)素子などがあるが、ここでは、感度軸と直交する方向にも感度を有するGMR素子を用いる。GMR素子などの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という性質を有しており、これを第1の磁気センサ12a及び第2の磁気センサ12bに用いることで、誘導磁界の大きさを検出することができる。
第1の磁気センサ12a及び第2の磁気センサ12bは、同一のウェハを用いて製造された同一の構造を有する素子を含むものであることが望ましい。このような磁気センサでは主感度軸や副感度軸の感度を等しくできるため、外乱磁界の影響をキャンセルし、電流測定精度の低下を抑制することができる。
図12は、第1の磁気センサ12a及び第2の磁気センサ12bに用いられるGMR素子の構造を示す模式図である。図12Aは断面構造を示しており、図12Bは平面構造を示している。GMR素子は、図12Aに示されるように、基板101に設けられた複数の膜の積層構造でなる。すなわち、GMR素子は、シード層102、第1の強磁性膜103、反平行結合膜104、第2の強磁性膜105、非磁性中間層106、軟磁性自由層(フリー磁性層)107、及び保護層108を含む。また、図12Bに示されるように、長手方向が互いに平行になるように配置された複数の帯状の長尺パターン(ストライプ)が折り返してなる形状(ミアンダ形状)を有する。
このGMR素子においては、反平行結合膜104を介して第1の強磁性膜103と第2の強磁性膜105とが反強磁性的に結合されており、いわゆるセルフピン止め型の強磁性固定層(SFP層:Synthetic Ferri Pinned層)が構成されている。このように、図12に示されるGMR素子は、強磁性固定層、非磁性中間層106及び軟磁性自由層107を用いたスピンバルブ型の素子である。なお、図12では説明の簡単のため、GMR素子以外の下地層などは省略して示しているが、基板101とシード層102との間に、例えば、Ta、Hf、Nb、Zr、Ti、Mo、Wなどのうち少なくとも一の元素を含む非磁性材料で構成される下地層が設けられていても良い。
シード層102は、NiFeCrあるいはCrなどで構成される。第1の強磁性膜103は、40原子%~80原子%のFeを含むCoFe合金で構成されていることが好ましい。これは、この組成範囲のCoFe合金が、大きな保磁力を有し、外部磁界に対して磁化を安定に維持できるからである。なお、第1の強磁性膜103は、その成膜中にミアンダ形状の長手方向と垂直な方向(図12Aの奥から手前、図12Bの上から下に向かう方向)に磁界が印加されることにより、誘導磁気異方性が付与される。反平行結合膜104は、Ruなどにより構成される。また、第2の強磁性膜105は、0原子%~40原子%のFeを含むCoFe合金で構成されていることが好ましい。これは、この組成範囲のCoFe合金が小さな保磁力を有し、第1の強磁性膜103が優先的に磁化する方向に対して反平行方向(180°異なる方向)に磁化し易くなるためである。なお、第2の強磁性膜105は、成膜中に、第1の強磁性膜103の成膜中と同様の磁界(ミアンダ形状の長手方向と垂直な方向の磁界)が印加されることにより、誘導磁気異方性が付与される。このような磁界を印加しながら成膜することで、第1の強磁性膜103が印加磁界の方向(以下、Pin1方向)に優先的に磁化し、第2の強磁性膜105は第1の強磁性膜103の磁化方向とは反平行方向(180°異なる方向、以下、Pin2方向)に磁化する。非磁性中間層106は、Cuなどにより構成される。
また、軟磁性自由層(フリー層)107は、CoFe合金、NiFe合金、CoFeNi合金などの磁性材料で構成される。なお、軟磁性自由層107の成膜中にはミアンダ形状の長手方向(Pin2方向に垂直な方向、X軸方向)の磁界が印加され、成膜後の軟磁性自由層107に誘導磁気異方性が付与されることが好ましい。これにより、X軸方向の外部磁界に対して線形的に抵抗変化し、ヒステリシスが小さいGMR素子を得ることができる。保護層108は、Ta、Ruなどで構成される。
このようなGMR素子、およびGMR素子を含む磁気センサにおいて、主感度軸方向はPin2方向である。また、副感度軸方向はPin2に垂直な方向である。基板や膜の平面方向に対して垂直な方向には実質的な感度を有しない。
GMR素子はハードバイアス層109を有し、ハードバイアス層109から軟磁性自由層(フリー層)107に一定の磁界が印加されることが好ましい。ハードバイアス層109による磁界(以下、ハードバイアス(HB))の向きは、ミアンダ形状の長手方向(Pin2方向に垂直な方向、X軸方向)である。このようなハードバイアス層109により、GMR素子の感度を高めることができる。
また、ハードバイアス層109によって、GMR素子の主感度軸方向はハードバイアスの方向に対して垂直な方向(Pin2方向)を向き、副感度軸方向はハードバイアスの方向(Pin2に垂直な方向)を向くよう制御することができる。このため、電流センサに用いられるGMR素子のハードバイアスの方向を揃えることで、主感度軸方向や副感度軸方向に現れる外乱磁界の影響を適切にキャンセル可能な構成を実現できる。これにより、副感度軸方向の外乱磁界の影響を低減し、電流測定精度の低下を抑制することができる。
本実施の形態は、他の実施の形態に示される構成と適宜組み合わせて実施可能である。
以上のように、本発明の電流センサ1は、主感度軸方向に加え副感度軸方向を制御することで、外乱磁界、特に隣接電流による誘導磁界をキャンセル可能にしている。これにより、電流測定精度の低下を抑制することができる。また、これにより、電流センサを含むシステムの小型化・省スペース化を図ることができる。
なお、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構成要素の配置、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、電流線11を通流する被測定電流Iの向きは逆向きにすることもできる。また、上記実施の形態1~実施の形態5に示す構成は、適宜組み合わせて実施することが可能である。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。
本発明の電流センサは、例えば、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知するために用いることが可能である。
本出願は、2011年3月7日出願の特願2011-048570に基づく。この内容は、全てここに含めておく。
Claims (13)
- 被測定電流が通流する電流線の周囲に配置され、前記電流線を通流する電流からの誘導磁界を検出する、主感度軸と直交する方向に副感度軸をそれぞれ有する第1の磁気センサ及び第2の磁気センサを具備し、
前記第1の磁気センサ及び前記第2の磁気センサは、前記第1の磁気センサの主感度軸方向が前記電流線を通流する電流からの誘導磁界の方向を向き、前記第2の磁気センサの主感度軸方向が前記電流線を通流する電流からの誘導磁界の方向と逆の方向を向き、前記第1の磁気センサ及び前記第2の磁気センサのそれぞれの主感度軸方向が同じ方向を向き、前記第1の磁気センサ及び前記第2の磁気センサのそれぞれの副感度軸方向が、前記電流線に隣接する隣接電流線を通流する電流から前記第1の磁気センサ及び前記第2の磁気センサがそれぞれ受ける誘導磁界の副感度軸成分の方向と同じ方向又は逆の方向になるように配置されたことを特徴とする電流センサ。 - 前記第1の磁気センサの出力と前記第2の磁気センサの出力との差をとる演算装置を具備したことを特徴とする請求項1に記載の電流センサ。
- 前記第1の磁気センサ及び前記第2の磁気センサは、第1の磁気センサ及び第2の磁気センサのそれぞれの副感度軸方向が共に同じ方向を向くように配置されたことを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の電流センサ。
- 被測定電流が通流する電流線の周囲に配置され、前記電流線を通流する電流による誘導磁界を検出する、主感度軸と直交する方向に副感度軸をそれぞれ有する第1の磁気センサ及び第2の磁気センサを具備し、
前記第1の磁気センサ及び前記第2の磁気センサは、前記第1の磁気センサ及び前記第2の磁気センサのそれぞれの主感度軸方向が共に前記電流線を通流する電流からの誘導磁界の方向又は誘導磁界の方向と逆の方向を向き、前記第1の磁気センサ及び前記第2の磁気センサのそれぞれの主感度軸方向が逆の方向を向き、前記第1の磁気センサの副感度軸方向が前記電流線に隣接する隣接電流線を通流する電流からの誘導磁界の前記第1の磁気センサの副感度軸成分の方向と同じになり、前記第2の磁気センサの副感度軸方向が前記隣接電流線を通流する電流からの誘導磁界の前記第2の磁気センサの副感度軸成分の方向と逆になるように配置されたことを特徴とする電流センサ。 - 前記第1の磁気センサの出力と前記第2の磁気センサの出力との和をとる演算装置を具備したことを特徴とする請求項4に記載の電流センサ。
- 前記第1の磁気センサ及び前記第2の磁気センサは、第1の磁気センサ及び第2の磁気センサのそれぞれの副感度軸方向が互いに逆の方向を向くように配置されたことを特徴とする請求項4又は請求項5に記載の電流センサ。
- 前記第1の磁気センサ及び前記第2の磁気センサは、前記第1の磁気センサの主感度軸方向が前記隣接電流線の方向又は隣接電流線と逆の方向を向き、前記第2の磁気センサの主感度軸方向が前記隣接電流線の方向又は隣接電流線と逆の方向を向くように配置されたことを特徴とする請求項1から請求項6のいずれかに記載の電流センサ。
- 前記第1の磁気センサ及び前記第2の磁気センサのそれぞれの主感度軸方向が、前記隣接電流線が延在する方向を向いたことを特徴とする請求項1から請求項6のいずれかに記載の電流センサ。
- 前記第1の磁気センサ及び前記第2の磁気センサは、前記第1の磁気センサ及び前記第2の磁気センサのそれぞれの主感度軸方向が、前記隣接電流線を通流する電流から前記第1の磁気センサ及び前記第2の磁気センサがそれぞれ受ける誘導磁界の主感度軸成分の方向と同じ方向又は逆の方向になるように配置されたことを特徴とする請求項1から請求項3のいずれかに記載の電流センサ。
- 前記第1の磁気センサ及び前記第2の磁気センサは、前記第1の磁気センサの主感度軸方向が前記隣接電流線を通流する電流からの誘導磁界の前記第1の磁気センサの主副感度軸成分の方向と同じになり、前記第2の磁気センサの主感度軸方向が前記隣接電流線を通流する電流からの誘導磁界の前記第2の磁気センサの主感度軸成分の方向と逆になるように配置されたことを特徴とする請求項4から請求項6のいずれかに記載の電流センサ。
- 前記第1の磁気センサ及び前記第2の磁気センサが実装されると共に、前記電流線が延在する方向に対して垂直な一平面内に配置される回路基板を具備したことを特徴とする請求項1から請求項10のいずれかに記載の電流センサ。
- 前記第1の磁気センサ及び前記第2の磁気センサは、磁気抵抗効果素子であることを特徴とする請求項1から請求項11のいずれかに記載の電流センサ。
- 前記第1の磁気センサ及び前記第2の磁気センサは、磁気収束板を備えたホール素子であることを特徴とする請求項1から請求項11のいずれかに記載の電流センサ。
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