JP4506641B2 - Current sensor device - Google Patents
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Description
本発明は、被検出電流の流れる被検出体と、被検出電流を検出する磁電変換部とを備える電流センサ装置に関する。 The present invention relates to a current sensor device including a detected body through which a detected current flows and a magnetoelectric conversion unit that detects the detected current.
従来、例えば特許文献1に示されるように、被検出電流の流れる被検出体と、被検出電流を検出する磁電変換部とを備える電流センサ装置が知られている。 2. Description of the Related Art Conventionally, as shown in Patent Document 1, for example, a current sensor device including a detected body through which a detected current flows and a magnetoelectric conversion unit that detects the detected current is known.
特許文献1に示される電流センサ装置は、磁気センサ(磁電変換部)の上面に、磁束を収束する軟磁性材料の磁気収束板を載置するととともに、上面の磁気収束板の両端部に対応する位置にホール素子(磁電変換素子)を配置してなるものである。 The current sensor device disclosed in Patent Document 1 mounts a magnetic focusing plate made of a soft magnetic material that converges magnetic flux on the upper surface of a magnetic sensor (magnetoelectric conversion unit) and corresponds to both ends of the magnetic focusing plate on the upper surface. A Hall element (magnetoelectric conversion element) is arranged at a position.
この構成において、測定用導体(被検出体)に電流(被検出電流)が流れると、電流により生じる磁界の磁束が磁気収束板により収束されて、磁気収束板の端部(すなわちホール素子の領域)では、電流による磁束の垂直方向成分が生じる。この垂直方向成分は、それぞれのホール素子の領域において逆向きであり、各素子からの出力の差分をとることにより、電流値に比例した電圧信号を得つつ、外乱磁界の影響をキャンセルするようにしている。
しかしながら、特許文献1に示される電流センサ装置の場合、磁気収束板の構成材料として、磁気ヒステリシスの少ないパーマロイ等の軟磁性材料を使用しなければならないため、コストが増加するという問題がある。 However, in the case of the current sensor device disclosed in Patent Document 1, since a soft magnetic material such as permalloy having a small magnetic hysteresis must be used as a constituent material of the magnetic focusing plate, there is a problem that the cost increases.
また、磁気ヒステリシスを完全にゼロにすることは困難であり、少ないヒステリシスであっても、低電流検出においては大きな誤差出力となる。 In addition, it is difficult to make the magnetic hysteresis completely zero, and even with a small amount of hysteresis, a large error output is obtained in low current detection.
本発明は上記問題点に鑑み、コストを低減でき、且つ、誤差出力を低減することができる電流センサ装置を提供することを目的とする。 In view of the above problems, an object of the present invention is to provide a current sensor device capable of reducing cost and reducing error output.
上記目的を達成する為に請求項1記載の発明は、被検出電流が流れる被検出体と、被検出電流を検出する磁電変換部とを備える電流センサ装置であって、磁電変換部は、少なくとも2つの磁電変換素子からなり、被検出体は、断面積が互いに異なる複数の領域によって区画された1本の板状の導電部材からなり、磁電変換素子は、被検出電流が流れることに起因して生じる同一方向の磁気ベクトルを、各素子ごとに異なる大きさで検出するように複数の領域の上方に各領域との対向距離が等しい位置であり、各領域における被検出体の幅方向の中央に位置決めされており、各磁電変換素子の出力の差分値に基づいて、被検出電流を検出することを特徴とする。 In order to achieve the above object, an invention according to claim 1 is a current sensor device including a detected object through which a detected current flows and a magnetoelectric converting unit that detects the detected current, wherein the magnetoelectric converting unit includes at least It consists of two magnetoelectric conversion elements, and the object to be detected is composed of one plate-like conductive member partitioned by a plurality of regions having different cross-sectional areas, and the magnetoelectric conversion element is caused by the flow of the detected current. In the same direction, the opposite direction of each region is located above the plurality of regions so that the magnetic vectors in the same direction are detected with different sizes for each element, and the center in the width direction of the detected object in each region The detected current is detected based on the difference value of the output of each magnetoelectric conversion element.
このように本発明によると、従来のように磁気収束板を必要としないので、コストを低減することができる。また、少なくとも2つの磁電変換素子の出力の差分をとることで、外乱磁場の影響をキャンセルすることができる。すなわち、誤差出力を従来よりも低減することができる。
また被検出体は、断面積が互いに異なる複数の領域に区画された1本の板状の導電部材であり、1つの磁電変換素子を1つの領域に対応付けて位置決めした構成である。これによって導電部材が1本で良いので電流センサ装置の構成を簡素化することができる。また複数の領域を断面積が互いに異なる構成とすることで、互いに電流密度が異なる構成とすることができる。
As described above, according to the present invention, since a magnetic converging plate is not required as in the prior art, the cost can be reduced. Moreover, the influence of a disturbance magnetic field can be canceled by taking the difference between the outputs of at least two magnetoelectric transducers. That is, the error output can be reduced as compared with the conventional case.
The detected object is a single plate-like conductive member partitioned into a plurality of regions having different cross-sectional areas, and has a configuration in which one magnetoelectric conversion element is positioned in association with one region. Thereby, since only one conductive member is required, the configuration of the current sensor device can be simplified. Further, by configuring the plurality of regions to have different cross-sectional areas, the current density can be different from each other.
請求項2に記載のように、磁電変換素子としては、ホール素子または磁気抵抗効果素子を採用することができる。また請求項3に記載のように、磁電変換素子が、同一の基板にそれぞれ形成された構成を採用しても良いし、請求項4に記載のように、同一の基板にそれぞれ実装された構成を採用しても良い。前者のほうが簡素な構成(部品点数が少ない)であり、電流センサ装置の体格を小型化しやすい。 As described in claim 2, a Hall element or a magnetoresistive effect element can be adopted as the magnetoelectric conversion element. Further , as described in claim 3 , a configuration in which the magnetoelectric conversion elements are respectively formed on the same substrate may be adopted, or a configuration in which the magnetoelectric conversion elements are respectively mounted on the same substrate as described in claim 4. May be adopted. The former has a simple configuration (the number of parts is small), and the size of the current sensor device can be easily reduced.
以下、本発明の実施の形態を図に基づいて説明する。
(第1の実施の形態)
図1は、本発明の第1の実施形態に係る電流センサユニットの概略構成を示す図であり、(a)は断面図、(b)は磁電変換素子側から見た平面図である。図1(b)においては、便宜上、基板を省略して図示している。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
(First embodiment)
1A and 1B are diagrams showing a schematic configuration of a current sensor unit according to a first embodiment of the present invention, in which FIG. 1A is a cross-sectional view and FIG. 1B is a plan view seen from the magnetoelectric conversion element side. In FIG. 1B, the substrate is omitted for convenience.
図1に示すように、電流センサユニット100は、導電部材110と電流センサ120を含む。尚、電流センサユニット100が特許請求の範囲に示す電流センサ装置に、導電部材110が特許請求の範囲に示す被検出体に、電流センサ120が特許請求の範囲に示す磁電変換部に相当する。
As shown in FIG. 1, the
導電部材110は、導電性材料からなり、被検出電流が流れる部材(例えば車両のバッテリに接続された電源供給用、或いは、アース接続用のバスバ)である。本実施形態に係る導電部材110は、図1(a)、(b)に示すように、電流密度によって複数の領域110a,110bに区画された1本の棒状(板状)部材として構成されている。また、図1(b)に示す符号110aに示す領域が、断面積の小さい(幅の狭い)領域であり、符号110bに示す領域が、領域110aよりも断面積の大きい(幅の広い)領域である。すなわち、被検出電流が流れた際の電流密度は、領域110aが領域110bよりも大きくなるように構成されている。
The
このように、1本の導電部材110において、電流密度の異なる複数の領域110a,110bを構成するには、導電部材110の構成材料を部分的に異なるものとすることによっても可能である。
Thus, in order to form the plurality of
電流センサ120は、導電部材110に流れる被検出電流によって生じる磁界の磁束を検出し、電流値に比例した信号を出力する磁電変換素子を少なくとも2つ含むものである。本実施形態においては、磁電変換素子として同一構成の2つのホール素子121,122を採用しており、各ホール素子121,122の形成されたチップが処理回路等の形成されたプリント基板123上に実装されて、電流センサ120が構成されている。
The
尚、磁電変換素子としては、ホール素子121,122に限定されるものではなく、それ以外にも例えば磁気抵抗効果素子を採用することができる。 In addition, as a magnetoelectric conversion element, it is not limited to Hall element 121,122, For example, a magnetoresistive effect element can be employ | adopted besides that.
そして、図1(a)に示すように、電流センサ120を構成するプリント基板123のホール素子実装面の裏面側に離間して、導電部材110を略平行に配置した状態で、図1(b)に示すように、一方のホール素子121が電流密度の大きい領域110aの上方に配置され、他方のホール素子122が電流密度の小さい領域110b上に配置されるように、各要素(導電部材110及び電流センサ120)が構成され、位置決め配置されている。尚、本実施形態においては、上記位置決め状態で、導電部材110の領域111とホール素子121との対向距離と、導電部材110の領域112とホール素子122との対向距離が、略等しい状態となっている。
Then, as shown in FIG. 1 (a), the
このように構成される電流センサユニット100において、導電部材110に被検出電流が例えば図1(a),(b)に一点鎖線で示す矢印方向に流れると、図1(b)に示すように、プリント基板123に平行で、且つ、同一方向の磁気ベクトル(図1(b)中の実線矢印)が各ホール素子121,122に付与される。各磁気ベクトルの大きさは、導電部材100の各領域110a,110bの断面積に応じて異なっており、各ホール素子121,122の出力電圧の差分をとる(減算する)ことにより、導電部材110に流れる被検出電流を検出することができる。
In the
このように本実施形態に係る電流センサユニット100によると、従来のように磁気収束板を必要としないので、コストを低減することができる。また、差分をとるので、各ホール素子121,122に作用する同一方向で同じ大きさを有する外乱磁界の影響がキャンセル(相殺)され、外乱磁界による誤差出力を従来よりも低減することができる。すなわち、導電部材110に被検出電流が流れることに起因した磁界成分を精度良く検出することができる。
As described above, according to the
また、被検出体としての導電部材110を1本のみ用いるので、構成を簡素化することができる。
In addition, since only one
尚、本実施形態においては、ホール素子121,122を有する各チップが、プリント基板123に実装される例を示した。しかしながら、図2に示すように、ホール素子121,122が、同一の半導体基板124に集積化された構成を採用することもできる。この場合、各チップをプリント基板123に実装してなる構成に比べて簡素である(部品点数が少ない)ので、ユニット100の体格を小型化しやすい。また、集積化した構成の場合、プリント基板123を有さない構成とすることもできる。
In the present embodiment, an example in which each chip having the
また、本実施形態においては、導電部材110がプリント基板123の裏面側に、離間して配置される例を示した。しかしながら、ホール素子実装面側に配置した構成を採用することもできる。また、プリント基板123の裏面に対して接触配置した構成を採用することもできる。ただし、接触配置させる場合には、プリント基板123に形成された回路部及び実装された電子部品と導電部材110との電気的な絶縁状態を確保する必要がある。
Further, in the present embodiment, the example in which the
また、プリント基板123上にホール素子121,122を実装(ホール素子121,122を有する半導体基板124を実装)する構成においては、図2に示すように、実装面の裏面に配線部125を形成し、この配線部125を導電部材110の少なくとも一部とした構成を採用することもできる。図2は、変形例を示す断面図である。
In the configuration in which the
(第2の実施形態)
次に、本発明の第2の実施形態を、図3に基づいて説明する。図3は、本実施形態に係る電流センサユニット100の概略構成を示す断面図である。
(Second Embodiment)
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 3 is a cross-sectional view illustrating a schematic configuration of the
第2の実施形態に係る電流センサユニット100は、第1の実施形態によるものと共通するところが多いので、以下、共通部分については詳しい説明は省略し、異なる部分を重点的に説明する。
Since the
本実施形態おいて、導電部材110は、第1の実施形態に示した態様のものとは異なり、電流密度に偏りがない構成となっている。そして、図3に示すように、ホール素子121,122と導電部材110との対向距離が、各素子121,122ごとに異なるように、導電部材110に対して各ホール素子121,122を位置決めした構成となっている。それ以外の構成については第1の実施形態と同様である。尚、図3に示すように、導電部材110をプリント基板123の裏面に接触配置させているが、この態様に限定されるものではない。
In the present embodiment, the
このように構成される電流センサユニット100において、導電部材110に被検出電流が例えば図3に示す方向(紙面奥から手前)に流れると、図3に示すように、プリント基板123に平行で、且つ、同一方向の磁気ベクトル(図3中の実線矢印)が各ホール素子121,122に付与される。このとき、各磁気ベクトルの大きさは、導電部材110との距離に応じて異なっているので、各ホール素子121,122の出力電圧の差分をとる(減算する)ことにより、導電部材110に流れる被検出電流を検出することができる。
In the
このように、本実施形態に係る電流センサユニット100によっても、磁気収束板を必要としないので、コストを低減することができる。また、差分をとるので、外乱磁界による誤差出力を従来よりも低減することができる。すなわち、導電部材110に被検出電流が流れることに起因した磁界成分を精度良く検出することができる。
As described above, the
また、被検出体としての導電部材110を1本のみ用い、第1の実施形態に示すように導電部材110に断面積の異なる領域110a,110bを設けなくとも良いので、構成をより簡素化することができる。
In addition, since only one
(第3の実施形態)
次に、本発明の第3の実施形態を、図4に基づいて説明する。図4は、本実施形態に係る電流センサユニット100の概略構成を示す断面図である。
(Third embodiment)
Next, a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 4 is a cross-sectional view showing a schematic configuration of the
第3の実施形態に係る電流センサユニット100は、第1,2の実施形態によるものと共通するところが多いので、以下、共通部分については詳しい説明は省略し、異なる部分を重点的に説明する。
Since the
本実施形態においては、複数本の導電部材を被検出体として採用し、磁電変換素子と導電部材との対向距離、及び、導電部材の電流密度のいずれか一方を調整することで、磁電変換素子が同一方向の磁気ベクトルを、異なる大きさで検出するよう構成した点を特徴とする。 In the present embodiment, a plurality of conductive members are employed as the detection target, and the magnetoelectric conversion element is adjusted by adjusting either the opposing distance between the magnetoelectric conversion element and the conductive member or the current density of the conductive member. Is characterized in that it is configured to detect magnetic vectors in the same direction with different magnitudes.
具体的には、図4に示すように、プリント基板123のホール素子実装面の裏面側に、同一の構成材料からなり、同一方向に被検出電流が流れる2本の導電部材111,112が位置決め配置されている。そして、この位置決め状態で、断面積の大きい導電部材111の上方に一方のホール素子121が配置され、導電部材111よりも断面積の小さい導電部材112の上方に他方のホール素子122が配置されており、導電部材111とホール素子121との対向距離と、導電部材112とホール素子122との対向距離が略等しい状態となっている。
Specifically, as shown in FIG. 4, two
このように構成される電流センサユニット100において、導電部材111,112に被検出電流が例えば図4に示す方向(紙面奥から手前)に流れると、図4に示すように、プリント基板123に平行で、且つ、同一方向の磁気ベクトル(図4中の実線矢印)が各ホール素子121,122に付与される。このとき、各磁気ベクトルの大きさは、導電部材111,112の断面積に応じて異なっているので、各ホール素子121,122の出力電圧の差分をとる(減算する)ことにより、導電部材111,112に流れる被検出電流を検出することができる。
In the
このように、本実施形態に係る電流センサユニット100によっても、磁気収束板を必要としないので、コストを低減することができる。また、差分をとるので、外乱磁界による誤差出力を従来よりも低減することができる。すなわち、導電部材111,112に被検出電流が流れることに起因した磁界成分を精度良く検出することができる。
As described above, the
尚、本実施形態においては、被検出体を構成する2本の導電部材111,112の断面積をそれぞれ異なるものとすることで、2つのホール素子121,122が、被検出電流が流れることに起因して生じる同一方向の磁気ベクトルを、異なる大きさで検出する構成となっている。しかしながら、それ以外にも2本の導電部材111,112の構成材料を異なるものとしても同様の効果を得ることができる。また、図5に示すように、2本の導電部材113,114と、対応するホール素子121,122との対向距離を異なるものとしても良い。図5は変形例を示す断面図である。尚、図5においては、同一の材料からなる同一形状の2本の導電部材113,114を採用している。さらには、2本の導電部材112,113の電流密度、及び、対応するホール素子121,122との対向距離の両方を調整した構成を採用しても良い。
In the present embodiment, the two
(第4の実施形態)
次に、本発明の第4の実施形態を、図6に基づいて説明する。図6は、本実施形態に係る電流センサユニット100の概略構成を示す断面図である。
(Fourth embodiment)
Next, a fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 6 is a cross-sectional view showing a schematic configuration of the
第4の実施形態に係る電流センサユニット100は、第3の実施形態によるものと共通するところが多いので、以下、共通部分については詳しい説明は省略し、異なる部分を重点的に説明する。
Since the
本実施形態においては、少なくとも1つの磁電変換素子を、2本の導電部材の間の対向領域に位置決め配置することで、各磁電変換素子が同一方向の磁気ベクトルを、異なる大きさで検出するよう構成した点を特徴とする。 In the present embodiment, at least one magnetoelectric conversion element is positioned and arranged in a facing region between two conductive members so that each magnetoelectric conversion element detects a magnetic vector in the same direction with a different magnitude. Characterized by constructed points.
具体的には、図6に示すように、被検出体として、同一の材料からなり、被検出電流が同一方向に流れる3本の導電部材115〜117を採用している。導電部材115,116の電流密度は略同一であり、ともにプリント基板123の裏面側に配置されている。また、導電部材117の電流密度は他よりも小さなものとなっており、プリント基板123のホール素子実装面側に配置されている。本実施形態において、各導電部材115〜117は断面積によって電流密度が調整されている。
Specifically, as shown in FIG. 6, three
そして、同一構成の2つのホール素子121,122のうち、一方のホール素子121が、プリント基板123を挟んで導電部材115の上方に配置され、他方のホール素子122が2本の導電部材116,117の間の対向領域に配置された状態となっている。尚、導電部材115とホール素子121との対向距離と、導電部材116とホール素子122との対向距離が略等しい状態となっている。
Of the two
このように構成される電流センサユニット100において、導電部材115〜117に被検出電流が例えば図6に示す方向(紙面奥から手前)に流れると、図6に示すように、プリント基板123に平行で、且つ、同一方向の磁気ベクトル(図6中の実線矢印)が各ホール素子121,122に付与される。ここで、ホール素子122には、導電部材116,117に流れる被検出電流に起因して生じる磁気ベクトル(図6中の二点鎖線矢印)の合成ベクトル(図6中の二点鎖線矢印間の実線矢印)が付与される。従って、各磁気ベクトル(図6中の実線矢印)の大きさは異なっているので、各ホール素子121,122の出力電圧の差分をとる(減算する)ことにより、導電部材111,112に流れる被検出電流を検出することができる。
In the
このように、本実施形態に係る電流センサユニット100によっても、磁気収束板を必要としないので、コストを低減することができる。また、差分をとるので、外乱磁界による誤差出力を従来よりも低減することができる。すなわち、導電部材115〜117に被検出電流が流れることに起因した磁界成分を精度良く検出することができる。
As described above, the
尚、本実施形態においては、同一方向に被検出電流が流れる2本の導電部材116,117の間の対向領域にホール素子122を配置する例を示した。しかしながら、図7に示すように、異なる(逆の)方向に被検出電流が流れる2本の導電部材116,118の間の対向領域にホール素子122を配置するようにしても、上記と同様の効果を得ることができる。尚、図7は変形例を示す断面図であり、導電部材118には紙面の手前から奥側に被検出電流が流れる。
In the present embodiment, an example is shown in which the
以上、本発明の実施形態を説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、要旨を逸脱しない範囲内で種々変更して実施することができる。 As mentioned above, although embodiment of this invention was described, this invention is not limited to the above-mentioned embodiment, It can implement in various changes within the range which does not deviate from a summary.
本実施形態においては、電流センサユニット100が、磁電変換素子として2つのホール素子121,122を含む例を示した。しかしながら、磁電変換素子の個数は上記例に限定されるものではない。必要に応じて3つ以上含んでも良い。
In the present embodiment, an example in which the
また、本実施形態においては、電流センサユニット100が、被検出体としての導電部材を1〜3本含む例を示した。しかしながら、導電部材の本数は上記例に限定されるものではない。必要に応じて4本以上含んでも良い。
In the present embodiment, the example in which the
100・・・電流センサユニット(電流センサ装置)
110〜118・・・導電部材(被検出体)
120・・・電流センサ(磁電変換部)
120,121・・・ホール素子(磁電変換素子)
123・・・プリント基板
100 ... Current sensor unit (current sensor device)
110-118 ... Conductive member (detected body)
120 ... Current sensor (magnetoelectric conversion part)
120, 121 ... Hall element (magnetoelectric conversion element)
123 ... Printed circuit board
Claims (4)
前記磁電変換部は、少なくとも2つの磁電変換素子からなり、
前記被検出体は、断面積が互いに異なる複数の領域によって区画された1本の板状の導電部材からなり、
前記磁電変換素子は、前記被検出電流が流れることに起因して生じる同一方向の磁気ベクトルを、各素子ごとに異なる大きさで検出するように複数の前記領域の上方に前記各領域との対向距離が等しい位置であり、前記各領域における前記被検出体の幅方向の中央に位置決めされており、
各前記磁電変換素子の出力の差分値に基づいて、前記被検出電流を検出することを特徴とする電流センサ装置。 A current sensor device comprising a detected body through which a detected current flows, and a magnetoelectric conversion unit that detects the detected current,
The magnetoelectric conversion unit is composed of at least two magnetoelectric conversion elements,
The detected object is composed of a single plate-like conductive member partitioned by a plurality of regions having different cross-sectional areas,
The magnetoelectric conversion element is opposed to each region above a plurality of regions so as to detect a magnetic vector in the same direction caused by the flow of the detected current with a different magnitude for each element. It is a position where the distance is equal, and is positioned at the center in the width direction of the detected object in each region ,
A current sensor device that detects the detected current based on a difference value between outputs of the magnetoelectric transducers.
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