JP2004132790A - Current sensor - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電流センサ、例えば過電流を計測して電力機器を保護するための電流センサ、電力量計などの電力測定に必要な電流センサ等に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来、電流センサとしては、ホール素子や磁気抵抗素子が広く用いられているが、検出感度の点で満足できるものが少ない。そこで、この磁気抵抗素子に代わる高感度磁気検出素子として、例えば、Magneto−Impedance(MI)効果を利用した磁気インピーダンス素子(MI素子)を用いたものが報告されている(非特許文献1参照)。この素子は高感度の磁気検出特性を示す。磁気即ち電流信号計測のための回路は、MI素子に巻かれた直流バイアスコイル、負帰還用のコイル、及びMI素子の両端からの電流検出信号を増幅するためのアンプであって、アンプ出力を負帰還用コイルに接続した構成となっており、アンプ出力を電流計測出力としていた(特許文献1、特許文献2参照)。
【0003】
【特許文献1】
特開2001−33533号公報
【0004】
【特許文献2】
特開2001−264400号公報
【0005】
【非特許文献1】
比嘉、内山、沈、毛利、宇ノ木、菊池、「パルス電流励磁によるスパッタ薄膜マイクロMIセンサ」日本応用磁気学会誌、vol.21,No.4−2,1997年
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
図5に従来の電流センサの構造の一例を示す。
【0007】
図5に示すように、電流センサ1内のMI素子4は、被測定電流の流れる電線2から距離Loの位置に設置されている。樹脂モールド3は、MI素子4と、このMI素子4に巻いたバイアスコイル5および負帰還コイル6と、MI素子4の抵抗変化を検出するICチップからなる検出回路7とを有する。8は複数のリードであって、検出回路7への必要な電源供給のために、及び電流測定信号取り出し等のために用いられる。
【0008】
しかしながら、図5のような電流センサでは、電線2に大電流が流れるとMI素子4につながる検出回路7内のアンプ系が飽和してしまい、正確な電流検出が行えなくなってしまう。すなわち、従来の電流センサは、測定電流範囲が限定的であり、測定電流範囲を広げることは困難であった。
【0009】
したがって、この発明の課題は、測定電流範囲を広げることができる電流センサを提供することにある。
【0010】
【課題を解決するための手段】
このような課題を解決するため、本発明は、電流の流れる導電体から異なる距離になるように配置された2つのMI素子と、前記2つのMI素子に各々接続され、前記導電体から発生し前記2つのMI素子に加えられた磁界に応じた検出信号を各々出力する2つの検出回路と、前記2つの検出回路の検出出力のいずれかを選択してセンサ出力として出力する出力回路とを具えたことにする。
【0011】
また、本発明では、前記2つのMI素子のうち、前記導電体から遠い方のMI素子をシールドしたことも特徴とする。
【0012】
さらに、本発明では、前記2つのMI素子をシールドしたことも特徴とする。
【0013】
さらに、本発明では、前記検出回路は、前記MI素子に巻いた当該MI素子にバイアス磁界を印加するためのバイアス磁界用コイルを有することも特徴とする。
【0014】
さらに、本発明では、前記検出回路は、さらに前記MI素子に巻いた当該MI素子に負帰還磁界を印加するための負帰還用コイルを有することも特徴とする。
【0015】
【発明の実施の形態】
図1は本発明の第1の実施例を示す構造図であり、この実施例の電流センサ11は、樹脂モールド13内に、2つのMI素子4,14と、MI素子4に巻いたバイアスコイル5および負帰還コイル6と、MI素子14に巻いたバイアスコイル15および負帰還コイル16と、MI素子4,14に流れる電流を検出するICチップからなる検出回路17とを有する。18は複数のリードであって、検出回路17への必要な電源供給のために、及び検出出力取り出しなどのために用いられる。
【0016】
2つのMI素子4,14は、被検出電流の流れる電線2から異なった距離になるように、すなわち、電線2に対してMI素子4の方が、MI素子14よりも近くになるように配置されている。2つのMI素子4,14の間には、検出回路17が配置されている。
【0017】
このような構造によれば、MI素子14に対しては、電線2からの磁界は、MI素子4のそれに比べて弱くなる。このため、MI素子4の抵抗が大きく変化しそれにつながるアンプ系が飽和するような大電流が電線2に流れても、MI素子14につながるアンプ系は飽和しないことになる。したがって、電線2に流れる電流に関しては、検出回路17によって、MI素子4の抵抗が大きく変化せずそれにつながるアンプ系が飽和しないような電流範囲では、MI素子4を使用し、またMI素子4の抵抗が大きく変化しそれにつながるアンプ系が飽和するような、より大きな電流範囲では、MI素子14を使用し測定出力とすることによって、従来の1個のMI素子からなる電流センサに比べて、より広範囲な電流を正確に検出することが出来るようになる。
【0018】
図2は、検出回路17の回路図である。20は高周波(例えば4〜30MHz)信号を発生する発振器であって、2つのブリッジ回路34,35に高周波電流を供給する。2つのブリッジ回路34,35は、抵抗値が調整可能な2つの抵抗R2,R4と、2つのMI素子4,14及び抵抗R1,R3,R5,R6とによって構成される。その出力端には、信号出力を平滑にして直流出力に変換する平滑回路21,22および23,24が接続されている。平滑回路21,22および23,24の各出力は差動回路25および26に供給される。差動回路25および26の出力は、アンプ27および28で増幅され出力される。
【0019】
MI素子4,14には、バイアスコイル5,15および負帰還コイル6,16が巻かれており、バイアスコイル5,15には定電流源32,33からの定電流が供給され、負帰還コイル6,16には、アンプ27,28からの出力が供給される。このような構成において、電線2に電流を流さず磁界の影響がない状態で、2つのブリッジ回路の抵抗R1およびR3の抵抗値を調整することによって、これらのブリッジ回路を平衡状態にすることができる。したがって、この状態で、電線2に電流を流すとその電流に比例した磁界中にMI素子4,14が置かれ、MI素子4,14のインピーダンスが変化してブリッジ回路の平衡が崩れ、その変化に応じた電流出力がブリッジ回路の出力端から取り出され、アンプ27,28により増幅された後、測定電流信号として出力される。
【0020】
比較器29は次のようにして切替器30を制御する。すなわち、実測に際して、被検出電流の流れる電線2に対して、一方のMI素子4は近くに配置され、他方のMI素子14はMI素子4よりも遠くに配置されることになる。ここで、2つのMI素子4,14の間隔を調整すること、またはMI素子4および14の大きさ(長さ)等を調整すること等によって、電線からの磁界の増加によって一方のMI素子4につながるアンプ系が飽和する前に他方のMI素子14による検出を可能にすること、すなわち、一方のMI素子4に基づく検出上限付近と他方のMI素子14の検出下限付近とがオーバーラップし、且つ所定の磁界の値で2つのアンプ27,28の出力の値が一致するように調整することができる。これによって、比較器29は、2つのアンプ27,28からの検出出力値を比較して、電線2に流れる電流が小さいうちは、アンプ27からの検出出力を切替器30を介してアンプ31に供給し、さらに電線2に流れる電流が増加して、電線2からの磁界が、前記の所定の値になったときに、アンプ28からの検出出力を切替器30を介してアンプ31に供給するように切替器30を制御する。したがって、本電流センサによれば、被検出物である電線に流れる従来よりも広範囲の電流を正確に検出することができる。
【0021】
次に図3を参照して本発明の第2の実施例を説明する。
【0022】
この実施例では、電線2に対して遠距離側であるMI素子14の周囲の樹脂モールド13上に、高透磁率の材料からなる膜40を例えば蒸着などで成膜し、MI素子14を磁界からシールドする。これによって、2つのMI素子4,14間の間隔を実距離よりも広げたことと等価であるとみなすことができる。このため、一層の大電流領域を測定することができるようになる。
【0023】
次に図4を参照して、本発明の第3の実施例を説明する。
【0024】
この実施例では、樹脂モールド13の全体上に、高透磁率の材料からなる膜50を例えば蒸着などで成膜し、MI素子4および14を磁界からシールドする。これによって、シールドしない場合に比べて大電流を測定することができることは自明である。また、シールドはICチップの耐電磁ノイズ性を高めることができる。さらに、シールドの膜厚をコントロールすることによって、電流測定範囲を変更することができ、多種類の電流センサに対応できるようになる。
【0025】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、従来に比べて広範囲の電流を測定可能な電流センサを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施例を示す構造図である。
【図2】同実施例の検出回路の回路図である。
【図3】本発明の第2の実施例を示す構造図である。
【図4】本発明の第3の実施例を示す構造図である。
【図5】従来の電流センサの構造の一例を示す図である。
【符号の説明】
1,11 電流センサ
2 電線
3,13 樹脂モールド
4,14 MI素子
5,15 バイアスコイル
6,16 負帰還コイル
7,17 検出回路[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a current sensor, for example, a current sensor for protecting an electric appliance by measuring an overcurrent, a current sensor necessary for electric power measurement such as a watt hour meter, and the like.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, a Hall element or a magnetoresistive element has been widely used as a current sensor, but few sensors are satisfactory in terms of detection sensitivity. Thus, as a high-sensitivity magnetic detection element that replaces this magnetoresistance element, for example, a device using a magnetic impedance element (MI element) utilizing the Magneto-Impedance (MI) effect has been reported (see Non-Patent Document 1). . This element exhibits high sensitivity magnetic detection characteristics. The circuit for measuring the magnetic signal, that is, the current signal, is a DC bias coil wound around the MI element, a coil for negative feedback, and an amplifier for amplifying the current detection signal from both ends of the MI element. It is configured to be connected to a negative feedback coil, and the amplifier output is used as a current measurement output (see Patent Documents 1 and 2).
[0003]
[Patent Document 1]
Japanese Patent Application Laid-Open No. 2001-33533
[Patent Document 2]
JP 2001-264400 A
[Non-patent document 1]
Higa, Uchiyama, Shen, Mori, Unoki, Kikuchi, "Sputtered thin-film micro MI sensor by pulsed current excitation", Journal of the Japan Society of Applied Magnetics, vol. 21, No. 4-2, 1997 [0006]
[Problems to be solved by the invention]
FIG. 5 shows an example of the structure of a conventional current sensor.
[0007]
As shown in FIG. 5, the
[0008]
However, in the current sensor as shown in FIG. 5, when a large current flows through the
[0009]
Therefore, an object of the present invention is to provide a current sensor that can extend a measurement current range.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve such a problem, the present invention provides two MI elements arranged at different distances from a current-carrying conductor, and each of the two MI elements is connected to the two MI elements and generated from the conductor. A detection circuit that outputs a detection signal corresponding to a magnetic field applied to the two MI elements; and an output circuit that selects one of the detection outputs of the two detection circuits and outputs the selected signal as a sensor output. I will do it.
[0011]
Further, the present invention is characterized in that, of the two MI elements, an MI element farther from the conductor is shielded.
[0012]
Further, the present invention is characterized in that the two MI elements are shielded.
[0013]
Further, in the present invention, the detection circuit has a bias magnetic field coil for applying a bias magnetic field to the MI element wound around the MI element.
[0014]
Further, according to the present invention, the detection circuit further includes a negative feedback coil for applying a negative feedback magnetic field to the MI element wound around the MI element.
[0015]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
FIG. 1 is a structural view showing a first embodiment of the present invention. In a
[0016]
The two
[0017]
According to such a structure, the magnetic field from the
[0018]
FIG. 2 is a circuit diagram of the
[0019]
[0020]
The
[0021]
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
[0022]
In this embodiment, a
[0023]
Next, a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
[0024]
In this embodiment, a
[0025]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, it is possible to provide a current sensor capable of measuring a wide range of current as compared with the related art.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a structural diagram showing a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a circuit diagram of a detection circuit of the embodiment.
FIG. 3 is a structural diagram showing a second embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a structural diagram showing a third embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a diagram showing an example of the structure of a conventional current sensor.
[Explanation of symbols]
1,11
Claims (5)
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