(57)【要約】      （修正有）【課題】従来の磁気検出手段を用いた電流測定装置では、外部磁場の影響を消去しようとすれば電流測定感度が低下し、微小な電流の変化が検出できなかった。【解決手段】磁気検出手段を用いた電流測定装置において、一定の間隔を持って電流線を挟持して配置された、第１、第２の磁気検出手段と、第１、第２の磁気検出手段により得られる出力電圧値の差分電圧値を得る差分検出手段と、差分電圧値に基づき前記電流線に流れる被測定電流値を得る電流値測定手段とを有する構成とした。【選択図】図１（ａ）
2006258447.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁気検出手段を用いた電流測定装置において、
一定の間隔を持って電流線を挟持して配置された、第１、第２の磁気検出手段と、
前記第１、第２の磁気検出手段により得られる出力電圧値の差分電圧値を得る差分検出手段と、
前記差分電圧値に基づき前記電流線に流れる被測定電流値を得る電流値測定手段と、
を有することを特徴とする電流測定装置。
【請求項２】
前記第１、第２の磁気検出手段は、ともに同じ構成の磁気検出素子により構成されていることを特徴とする請求項１に記載の電流測定装置。
【請求項３】
前記第１、第２の磁気検出手段は、フラックスゲート素子により構成されていることを特徴とする請求項２に記載の電流測定装置。
【請求項４】
前記第１、第２の磁気検出手段を、前記電流線に対して、ほぼ直交する方向に前記フラックスゲート素子のコア材を配置させたことを特徴とする請求項３に記載の電流測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被測定電流線から発生する磁界を検出して電流を測定する電流測定装置に関し、特に外部磁界による測定誤差を減じて微小な電流を計測するため電流測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電流の測定方法として、被測定電流線の近傍に発生する磁界を磁気センサによって検出する方法が知られている。この場合、被測定電流線以外に起因する磁界の存在によって測定値に誤差を生ずる問題が有った。このような課題の解決手段として磁気シールド部材を用いる構成が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
その構成と機能について図面に基づいて説明する。図３は、従来の技術における電流測定装置１００の構造を示す断面図である。
【０００４】
この従来技術における電流測定装置１００は、電流導体１０２と、この電流導体１０２に離間して近接して設けられた磁気検出素子１０１と、電流導体１０２に接続されたリードフレーム１０５ａと、磁気検出素子１０１に接続されたリードフレーム１０５ｂを有している。さらにこの装置は、磁気検出素子１０１の上部及び下部に磁気シールド部材１０３，１０４が配設され、モールド部材１０６で封止した構成となっている。
【０００５】
この従来の電流測定装置１００に流れる被測定電流は、リードフレーム１０５ａによって磁気検出素子１０１下方の電流導体１０２に導かれて、ここでは図示しない他のリードフレームを介して外部に導出される。このとき電流導体１０２周囲には図３の矢印で示したような被測定電流量に応じた強さの磁界が発生する。この磁界を磁気検出素子１０１で検出して、ワイヤー１０７を介してリードフレーム１０５ｂで装置外部に信号を導出することで目的の被測定電流量を知ることができる。
【０００６】
また、被測定電流以外の磁界は、磁気検出素子１０１の上方と下方に配した磁気シールド部材１０３，１０４によって装置外部からの外部磁界を遮蔽し、磁気検出素子１０１ではその影響をできるだけ排除して、他の要因にともなう誤差測定をできるだけ抑える構成としていた。
【０００７】
この従来の電流測定装置１００は、簡単な構成であるため、装置の小型化が容易であり、大量生産に適した構成といえる。
【０００８】
【特許文献１】特開２００３−３２９７４９号公報（第７頁、第１−２図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、従来の電流測定装置１００の構成で、磁気シールド効果を大きくしようとした場合、透磁率の高い磁性体からなる磁気シールド部材１０３，１０４を用いる必要がある。この様に構成すると、磁気検出素子１０１近傍の外部要因の磁束のみならず、被測定電流に起因する磁束も同様に磁気シールド部材１０３，１０４に収束されることとなる。
【００１０】
したがって、この外部磁場の影響を極力抑えた構成では、磁気検出素子１０１で検出される被測定電流に起因する磁束が減少してしまい、電流測定装置１００の電流検出感度が
低下してしまうこととなる。
この様に、従来の電流測定装置１００では、磁気シールド部材１０３，１０４に透磁率が大きなものを用いると、大きな電流変動は検出できるものの、微小な電流が計測できなくなってしまい、磁気シールド部材１０３，１０４に透磁率が小さなものを用いると、外部磁場の影響を受けやすくなり、これも大きな電流変動は検出できるものの、微小な電流が計測できなくなってしまうという欠点があった。
【００１１】
そこで、本発明は上記の課題を解決して、簡単な構成でありながら、微小な電流でも計測が可能な高精度の電流測定装置を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記課題を解決するために、本発明の電流測定装置は、基本的に下記記載の構成を採用するものである。
【００１３】
本発明の電流測定装置は、磁気検出手段を用いた電流測定装置において、一定の間隔を持って電流線を挟持して配置された第１、第２の磁気検出手段と、第１、第２の磁気検出手段により得られる出力電圧値の差分電圧値を得る差分検出手段と、差分電圧値に基づき電流線に流れる被測定電流値を得る電流値測定手段と、を有することを特徴とするものである。
【００１４】
また、本発明の電流測定装置は、前述した第１、第２の磁気検出手段がともに同じ構成の磁気検出素子により構成されていることを特徴とするものである。
【００１５】
また、本発明の電流測定装置は、前述した第１、第２の磁気検出素子に、フラックスゲート素子を用いたことを特徴とするものである。
【００１６】
また、本発明の電流測定装置は、前述した第１、第２の磁気検出素子を、電流線に対して、ほぼ直交する方向にコア材を配置させたことを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１７】
本発明の電流測定装置によれば、従来の電流測定装置では達成できなかった、微小な電流や電流変化の測定が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下図面を参照しながら本発明の最適な実施の形態における傾斜角センサの構造と傾斜角検出作用および傾斜角検出方法について詳細に説明する。
［実施の形態の構成]
まず、本発明における電流測定装置の構成について説明する。
図１（ａ）は、本発明の電流測定装置２０を上面から見た構造平面図であり、図１（ｂ）は図１（ａ）におけるＡ−Ａ断面図である。
【００１９】
図１（ａ），（ｂ）に示すように、本発明の電流測定装置２０は、絶縁基板１に基板内電流線３を設けて被測定電流線１２の電流を装置内に導くようになっている。さらに、この絶縁基板１の上面と下面には、絶縁膜２を介して基板内電流線３を挟むように磁気検出素子４ａ，４ｂを設けており、この検出回路素子６ａ，６ｂは、例えば磁気検出素子４ａ，４ｂから得られる磁気情報を含んだ電気的出力を、適度な増幅値の直流電圧に変換する機能を有する。
【００２０】
なお、この磁気検出素子４ａ，４ｂには、種々のフラックスゲート素子、ホール素子、磁気抵抗素子、または磁気インピーダンス素子等の磁気検出素子を用いることができる。
このなかで特に望ましいのは、原理的に磁界の極性すなわちＳとＮの判定が可能なフラックスゲート素子とホール素子である。さらに望ましくは、検出感度の高いフラックスゲート素子である。
【００２１】
前述のように、磁気検出素子４ａ，４ｂにフラックスゲート素子を用いる場合には、コア材に透磁率の高い軟磁性材料を用いることが望ましい。そして、棒状の形状を有するコア材を、その長手を基板内電流線３に対してほぼ直角になるように配置すれば、被測定電流によって発生する基板内電流線３に垂直な方向の磁束のみを効率よく収束することが可能となる。なお、この磁気検出素子４ａ，４ｂは、必ずしも前述した基板内電流線３に対してほぼ直角になるように配置される必要はなく、同じ方向を向いて同じ環境下において同じ出力値を出すことができれば、斜めに配置しても構わない。また、同じ環境下において同じ出力値を出すことができれば、異なる形態の磁気検出素子を組み合わせても構わない。
【００２２】
また、図１（ａ）、図１（ｂ）に示す様に、絶縁基板１上面と下面の磁気検出素子４ａ，４ｂは、素子駆動信号線５ａ，５ｂを介してそれぞれ検出回路素子６ａ，６ｂと電気的に接続されている。さらに、絶縁基板１上面の検出回路素子６ａは、検出信号線７ａを介して差分検出手段９に電気的に接続され、下面の検出回路素子６ｂは、検出信号線７ｂとスルーホール１１を介して差分検出手段９に電気的に接続されている。そのうえ、絶縁基板１には共通電源線８を設けて検出回路素子６ａに接続している。この差分検出手段９は、例えば検出回路素子６ａと検出回路素子６ｂとの間の直流電圧値の差分を出力する機能を有する。
【００２３】
さらに、この差分検出手段９には、出力信号線１０を介して電流値測定手段１３が電気的に接続され、この電流値測定手段１３には、外部出力端子１４が設けられている。
なお、この電流値測定手段１３は、例えば、差分検出手段９からの電圧出力を被測定電流値に読み替えるための演算回路のことを指す。
【００２４】
また、前述の磁気検出素子４ａ，４ｂと、検出回路素子６ａ，６ｂと、差分検出手段９と、電流値測定手段１３の駆動電源は、共通電源線８から供給する様にした。また、検出回路素子６ａ，６ｂと、差分検出手段９、並びに電流値測定手段１３は、１個の半導体集積回路チップとすることもできる。
【００２５】
［電流測定作用］
以下図面を参照しながら、本発明の電流測定装置２０における電流測定作用について説明する。図２（ａ）は本発明の電流測定装置２０を上面から見た構造平面図であり、図２（ｂ）は図２（ａ）におけるＢ−Ｂ断面図である。
【００２６】
図２（ａ）に示すように、基板内電流線３上の矢印は、被測定電流の流れる方向を表し、この被測定電流は、図の上方から下方に向かって流れているものとする。この場合、図２（ｂ）に示すように、基板内電流線３の周囲には基板内電流線３を中心軸とする右回りの磁界が発生する。したがって、絶縁基板１上面の磁気検出素子４ａと下面の磁気検出素子４ｂには逆方向の磁界が印可されることとなる。
【００２７】
そして、本発明の電流測定装置２０は、上述した様に磁界の極性が判定可能な磁気検出素子４ａ，４ｂと、磁気情報を含んだ電気的出力を直流電圧に変換する検出回路素子６ａ，６ｂと、検出回路素子６ａと検出回路素子６ｂ間の直流電圧値の差分を出力する差分検出手段９とを有している。したがって、検出回路素子６ａ，６ｂからは、絶対値が等しく、かつ符号のみが異なる直流電圧出力を得ることができる（｜Ｖ６ａout｜＝｜Ｖ６ｂout｜＝Ｖ６out）。ここで、検出回路素子６ａの出力電圧をＶ６ａout、検出回路素子６ｂの
出力電圧をＶ６ｂoutとすると、差分検出手段９からは次式（１）に示す出力電圧Ｖ９outを得ることができる。
Ｖ９out＝Ｖ６ａout−（−Ｖ６ｂout）＝２Ｖ６out      （１）
【００２８】
このように、上記式（１）に基づき、差分検出手段９からは、一個の磁気検出素子から得られる出力電圧の２倍の電圧が出力されることとなる。
【００２９】
この様に、前述の差分検出手段９で式（１）に基づき導出される出力電圧Ｖ９outは、被測定電流線１２に流れる電流値により得られる、被測定電流線１２近傍に生じた磁界の強さに比例して増幅させた値とすることが出来る。そして、例えば電流値測定手段１３に、予め本発明の電流測定装置２０に固有の比例常数を記憶させておき、差分検出手段９により出力電圧Ｖ９outに対する電流値を演算する簡単な演算処理を行うことにより、出力電圧Ｖ９outを目的の被測定電流値に読み替えて出力することができる。
【００３０】
さらに、本発明の電流測定装置２０の構成においては、磁気検出素子４ａ，４ｂに例えばフラックスゲート素子を採用し、透磁率の良好な軟磁性材料で棒状の形状を有するコア材を設ければ、このコア材の長手に対してほぼ平行な磁束のみを収束し、この方向の磁界にのみ感度を持つ磁気検出素子４ａ，４ｂとすることができる。このため、地磁気あるいは永久磁石等の存在により、発生する外部磁界Ｈｏが磁気検出素子４ａ，４ｂの棒状コアの長手に対して平行以外の方向から印可されても、差分検出手段９の出力電圧Ｖ９outに外部磁界Ｈｏの影響は出ない。
【００３１】
一方、図２（ｂ）に示したように、外部磁界Ｈｏなる被測定電流以外に起因する外部磁界が、磁気検出素子４ａ，４ｂの棒状コアの長手に対してほぼ平行方向から印可された場合は、検出回路素子６ａ，６ｂの出力電圧には、絶対値と符号の等しいオフセット電圧が加わることとなる。検出回路素子６ａの出力電圧をＶ６ａout、検出回路素子６ｂ出力電圧をＶ６ｂout、オフセット電圧をＶoffとすると、差分検出手段９からは次式のように出力電圧Ｖ９outを得る。
Ｖ９out＝Ｖ６ａout＋Ｖoff−（−Ｖ６ｂout＋Ｖoff）＝２Ｖ６out      （２）
【００３２】
上記式（２）から明らかな様に、被測定電流以外の原因により、磁気検出素子４ａ，４ｂの棒状コアの長手方向から印可される磁界の効果は消去されて、目的の被測定電流線１２に流れる被測定電流値のみを検出することが出来る。
【００３３】
また、上述した作用を受けるため、本発明の電流測定装置２０は、従来の構成の様にシールド部材を配置する必要がない。
【００３４】
以上の説明で明らかなように、本発明の電流測定装置２０によれば、被測定電流により発生する磁界以外の、あらゆる方向から装置に掛かる外部磁界Ｈｏの影響を消去して、目的の被測定電流のみを正確に測定することが可能となる。したがって、本発明の電流測定装置２０は、例え外部磁界の影響があったとしても、電流検出感度が低下することがなく、微小な電流測定が可能となる。
【産業上の利用可能性】
【００３５】
本発明の電流測定装置によれば、被測定電流を損失せしめることなく、かつ正確に電流を測定することが可能になる。したがって電流のモニターが必要とされる多くの機器、設備類に応用が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１（ａ）】本発明の電流測定装置の構造を示す平面図である。
【図１（ｂ）】本発明の電流測定装置の構造を示す断面図である。
【図２（ａ）】本発明の電流測定装置の作用を示す平面図である。
【図２（ｂ）】本発明の電流測定装置の電流測定作用を示す断面図である。
【図３】従来技術の電流測定装置の構造を示す断面図である。
【符号の説明】
【００３７】
１  絶縁基板
２  絶縁膜
３  基板内電流線
４ａ，４ｂ  磁気検出素子
５ａ，５ｂ  素子駆動信号線
６ａ，６ｂ  検出回路素子
７ａ，７ｂ  検出信号線
８  共通電源線
９  差分検出手段
１０  出力信号線
１１  スルーホール
１２  被測定電流線
１３  電流値測定手段
１４  外部出力端子
２０  電流測定装置
【図１（ａ）】
2006258447.tif 000003
【図１（ｂ）】
2006258447.tif 000004
【図２（ａ）】
2006258447.tif 000005
【図２（ｂ）】
2006258447.tif 000006
【図３】
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