(57)【要約】【課題】電流の測定精度への影響を解消し、磁気センサの一方が故障したとしても、磁気センサの他方によって電流の測定が出来ること。【解決手段】被検出電流路１を環状に包囲するとともに、前記被検出電流路１を挟んで対称の位置に配置された２個のエア・ギャップにより２分割され対向配置された一対の磁気ヨーク壁２１、２２と、前記２個のエア・ギャップ２３、２４にそれぞれ配置され、前記エア・ギャップを介して対向する前記一対の磁気ヨーク壁の壁面に沿う方向が感磁方向であって、前記被検出電流路を流れる電流に応じて生じる磁場の大きさから前記被検出電流路１を流れる電流に対応する電圧信号として出力する２個の磁気センサ３１、３２とおよび前記２個の磁気センサから出力される電圧信号の和によって信号処理する信号処理回路６を備えている電流センサ。【選択図】図１
2011158337.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被検出電流路を流れる電流に応じて生じる磁場の大きさから前記被検出電流路を流れる電流に対応する電圧信号を出力する電流センサにおいて、
前記被検出電流路を環状に包囲するとともに、前記被検出電流路を挟んで対称の位置に配置された２個のエア・ギャップにより２分割され対向配置された一対の磁気ヨーク壁と、
前記２個のエア・ギャップにそれぞれ配置され、前記エア・ギャップを介して対向する前記一対の磁気ヨーク壁の壁面に沿う方向が感磁方向であって、前記被検出電流路を流れる電流に応じて生じる磁場の大きさから前記被検出電流路を流れる電流に対応する電圧信号として出力する２個の磁気センサとおよび
前記２個の磁気センサから出力される電圧信号の和によって、前記被検出電流路を流れる電流として信号処理する信号処理回路を
備えていることを特徴とする電流センサ。
【請求項２】
請求項１において、
前記一対の磁気ヨーク壁の外側において前記被検出電流路を環状に包囲して外部磁場を遮断する外側磁気ヨーク壁を
備えていることを特徴とする電流センサ。
【請求項３】
請求項２において、
前記信号処理回路が、予め前記被検出電流路に基準電流を流し、前記２個の磁気センサからの出力を検出して、それぞれのセンサ出力の補正係数を予め求め、求めたセンサ出力の補正係数を参照することにより、前記２個の磁気センサからの出力が一致するように信号処理されるように構成されている
ことを特徴とする電流センサ。
【請求項４】
請求項３において、
磁気センサが、前記被検出電流路を流れる電流により生じる磁場内の出力の線形関係が保持される位置に配設されたアモルファスワイヤからなり、周囲の磁場に対応して内部磁場が変化するアモルファス素子と、
該アモルファス素子に巻回されアモルファス素子の内部磁場変化を電磁誘導により電圧に変換することによりマグネト−インダクティブ磁気検出器を構成する検出コイルから成る
ことを特徴とする電流センサ。
【請求項５】
請求項４において、
前記外側磁気ヨーク壁と内側の一対の磁気ヨーク壁が、中空矩形の横断面形状を備えている
ことを特徴とする電流センサ。
【請求項６】
請求項５において、
前記外側磁気ヨーク壁と内側磁気ヨーク壁を備えるセンサ本体が、前記被検出電流路が配設される筐体の壁面に内蔵される
ことを特徴とする電流センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被検出電流路を流れる電流に応じて生じる磁場の大きさから前記被検出電流路を流れる電流に対応する電圧信号を出力する電流センサに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の電流センサは、図１９に示されるよう一部にギャップＧＰが形成された略Ｃ形状の横断面形状の鉄芯Ｆの中央に配置された被検出電線Ｗに貫通電流Ｉｏが流れると、流れた貫通電流Ｉｏに比例した磁束Ｂは前記鉄芯Ｆに収束され、前記ギャップＧＰに挿入されたホール素子Ｈを貫通するため、ホール効果によって前記ホール素子Ｈにはホール電圧Ｖｈが発生するため、かかるホール電圧Ｖｈを検出することにより、前記被検出電線Ｗに流れた貫通電流Ｉｏを検出するものであった。
【０００３】
上記従来の電流センサを改良する電流センサが提案されているが、その中の一つである従来の電流センサ装置は、図２０に示されるように一部に空隙部Ｇを有する磁気ヨークＹ内に電流経路Ｉが配設され、該電流経路Ｉと前記空隙部Ｇとの間に前記磁気ヨークＹを通らない磁束による磁界を遮断するための磁界遮断部Ｊが介挿されるとともに、前記空隙部Ｇ内に磁気センサ素子Ｓを配設して、前記空隙部Ｇ内の磁界を検出することにより、前記電流経路Ｉを流れる電流を測定するものであった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】ＷＯ００−４３７９５号公報（再公表公報）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記従来の電流センサ装置は、一部に空隙部Ｇを有する磁気ヨークＹ内に電流経路Ｉが配設され、該電流経路Ｉと前記空隙部Ｇとの間に前記磁気ヨークＹを通らない磁束による磁界を遮断するための磁界遮断部Ｊが介挿されるとともに、前記空隙部Ｇ内に磁気センサ素子Ｓを配設して、前記空隙部Ｇ内の磁界を検出することにより、前記電流経路Ｉを流れる電流を測定するものであるので、磁界遮断部Ｊを介挿する必要性から前記電流経路Ｉを理想的な位置に配置することが難しいため、磁気ヨークＹ内に配設される前記電流経路Ｉの位置精度および前記空隙部Ｇ内に配設される前記磁気センサ素子Ｓの位置精度によって、電流の測定精度に影響が出るとともに、前記磁気センサ素子Ｓが何らかの理由によって故障すると電流の測定が出来なくなるという問題があった。
【０００６】
そこで本発明者らは、被検出電流路を流れる電流に応じて生じる磁場の大きさから前記被検出電流路を流れる電流に対応する電圧信号を出力する電流センサにおいて、前記被検出電流路を環状に包囲するとともに、２分割され対向配置された一対の磁気ヨーク壁の前記被検出電流路を挟んで対称の位置に配置された２個のエア・ギャップに配置されるとともに、前記エア・ギャップを介して対向する前記一対の磁気ヨーク壁の壁面に沿う方向が感磁方向の前記２個の磁気センサによって、前記被検出電流路を流れる電流に応じて生じる磁場の大きさから前記被検出電流路を流れる電流に対応する電圧信号として出力され、かかる出力された電圧信号の和によって信号処理して、前記被検出電流路を流れる電流を検出するという本発明の技術的思想に着眼して、さらに研究開発を重ねた結果、前記被検出電流路の位置ズレがあっても前記被検出電流路の位置ズレの影響を打ち消すことが出来るため、電流の測定精度への影響を解消するとともに、前記磁気センサ素子の一方が何らかの理由によって故障したとしても、前記磁気センサ素子の他方によって電流の測定が出来るという目的を達成する本発明に到達した。
【０００７】
また本発明者らは、被検出電流路を流れる電流に応じて生じる磁場の大きさから前記被検出電流路を流れる電流に対応する電圧信号を出力する電流センサにおいて、前記被検出電流路を外側磁気ヨーク壁により環状に包囲して外部磁場を遮断するとともに、外側磁気ヨーク壁の内側において２分割され対向配置された一対の磁気ヨーク壁の前記被検出電流路を挟んで対称の位置に配置された２個のエア・ギャップに配置された前記エア・ギャップを介して対向する前記一対の磁気ヨーク壁の壁面に沿う方向が感磁方向の前記２個の磁気センサによって、前記被検出電流路を流れる電流に応じて生じる磁場の大きさから前記被検出電流路を流れる電流に対応する電圧信号として出力するとともに、前記信号処理回路によって、前記２個の磁気センサから出力される電圧信号の和によって信号処理して、前記被検出電流路を流れる電流を検出するという本発明の技術的思想に着眼して、さらに研究開発を重ねた結果、外部磁場による測定への影響を解消して、電流の測定精度への影響を抑制するとともに、前記磁気センサ素子の一方が何らかの理由によって故障したとしても、前記磁気センサ素子の他方によって電流の測定が出来るという目的を達成する本発明に到達した。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明（請求項１に記載の第１発明）の電流センサは、
被検出電流路を流れる電流に応じて生じる磁場の大きさから前記被検出電流路を流れる電流に対応する電圧信号を出力する電流センサにおいて、
前記被検出電流路を環状に包囲するとともに、前記被検出電流路を挟んで対称の位置に配置された２個のエア・ギャップにより２分割され対向配置された一対の磁気ヨーク壁と、
前記２個のエア・ギャップにそれぞれ配置され、前記エア・ギャップを介して対向する前記一対の磁気ヨーク壁の壁面に沿う方向が感磁方向であって、前記被検出電流路を流れる電流に応じて生じる磁場の大きさから前記被検出電流路を流れる電流に対応する電圧信号として出力する２個の磁気センサとおよび
前記２個の磁気センサから出力される電圧信号の和によって、前記被検出電流路を流れる電流として信号処理する信号処理回路を
備えているものである。
【０００９】
本発明（請求項２に記載の第２発明）の電流センサは、
前記第１発明において、
前記一対の磁気ヨーク壁の外側において前記被検出電流路を環状に包囲して外部磁場を遮断する外側磁気ヨーク壁を
備えているものである。
【００１０】
本発明（請求項３に記載の第３発明）の電流センサは、
前記第２発明において、
前記信号処理回路が、予め前記被検出電流路に基準電流を流し、前記２個の磁気センサからの出力を検出して、それぞれのセンサ出力の補正係数を予め求め、求めたセンサ出力の補正係数を参照することにより、前記２個の磁気センサからの出力が一致するように信号処理されるように構成されている
ものである。
【００１１】
本発明（請求項４に記載の第４発明）の電流センサは、
前記第３発明において、
磁気センサが、前記被検出電流路を流れる電流により生じる磁場内の出力の線形関係が保持される位置に配設されたアモルファスワイヤからなり、周囲の磁場に対応して内部磁場が変化するアモルファス素子と、
該アモルファス素子に巻回されアモルファス素子の内部磁場変化を電磁誘導により電圧に変換することによりマグネト−インダクティブ磁気検出器を構成する検出コイルから成る
ものである。
【００１２】
本発明（請求項５に記載の第５発明）の電流センサは、
前記第４発明において、
前記外側磁気ヨーク壁と内側の一対の磁気ヨーク壁が、中空矩形の横断面形状を備えている
ものである。
【００１３】
本発明（請求項６に記載の第６発明）の電流センサは、
前記第５発明において、
前記外側磁気ヨーク壁と内側磁気ヨーク壁を備えるセンサ本体が、前記被検出電流路が配設される筐体の壁面に内蔵される
ものである。
【発明の効果】
【００１４】
上記構成より成る第１発明の電流センサは、被検出電流路を流れる電流に応じて生じる磁場の大きさから前記被検出電流路を流れる電流に対応する電圧信号を出力する電流センサにおいて、前記被検出電流路を環状に包囲するとともに、２分割され対向配置された一対の磁気ヨーク壁の前記被検出電流路を挟んで対称の位置に配置された２個のエア・ギャップに配置されるとともに、前記エア・ギャップを介して対向する前記一対の磁気ヨーク壁の壁面に沿う方向が感磁方向の前記２個の磁気センサによって、前記被検出電流路を流れる電流に応じて生じる磁場の大きさから前記被検出電流路を流れる電流に対応する電圧信号として出力され、前記信号処理によってかかる出力された電圧信号の和によって信号処理して、前記被検出電流路を流れる電流として検出するので、前記被検出電流路の位置ズレがあっても前記被検出電流路の位置ズレの影響を打ち消すことが出来るため、前記被検出電流路を流れる電流の測定精度への影響を抑制するとともに、前記磁気センサの一方が何らかの理由によって故障したとしても、前記磁気センサの他方によって電流の測定が出来るという効果を奏する。
【００１５】
上記構成より成る本第２発明の電流センサは、前記第１発明において、前記一対の磁気ヨー６壁の外側において前記被検出電流路を環状に包囲する前記外側磁気ヨーク壁によって、外部磁場が遮断されるので、前記被検出電流路を流れる電流の測定精度を高めるという効果を奏する。
【００１６】
上記構成より成る本第３発明の電流センサは、前記第２発明において、前記信号処理回路が、予め前記被検出電流路に基準電流を流し、前記２個の磁気センサからの出力を検出して、それぞれのセンサ出力の補正係数を予め求め、求めたセンサ出力の補正係数を参照することにより、前記２個の磁気センサからの出力が一致するように信号処理されるので、前記被検出電流路を流れる電流の測定精度を高めるという効果を奏する。
【００１７】
上記構成より成る本第４発明の電流センサは、前記第３発明において、前記磁気センサを構成する前記被検出電流路を流れる電流により生じる磁場内の出力の線形関係が保持される位置に配設されたアモルファスワイヤからなる前記アモルファス素子が、周囲の磁場に対応して内部磁場が変化するので、該アモルファス素子に巻回されたマグネト−インダクティブ磁気検出器を構成する前記検出コイルによって、前記アモルファス素子の内部磁場変化を電磁誘導により電圧に変換するので、温度変化に対する安定度を改善して、例えば自動車のような大きな温度変化が生ずる環境の下における測定精度の悪化を防止して利用可能とし、コスト高を防止するという効果を奏する。
【００１８】
上記構成より成る本第５発明の電流センサは、前記第４発明において、前記外側磁気ヨーク壁と内側の一対の磁気ヨーク壁が、中空矩形の横断面形状を備えているので、センサの小型化を可能にするという効果を奏する。
【００１９】
上記構成より成る本第６発明の電流センサは、前記第５発明において、前記外側磁気ヨーク壁と内側磁気ヨーク壁を備えるセンサ本体が、前記被検出電流路が配設される筐体の壁面に内蔵されるので、センサ配置用のスペースの確保が不要になるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の第１実施例の電流センサを示す断面図である。
【図２】本第１実施例を構成する磁気センサの検出原理を説明するための斜視図である。
【図３】本第１実施例の磁気センサの検出原理を説明するための側面図である。
【図４】本第１実施例の磁気センサの電気回路を示す回路図である。
【図５】本第１実施例の磁気センサにおける磁場の大きさと出力との関係を示す線図である。
【図６】本第１実施例の磁気センサにおける電磁誘導を利用した磁気検出器の出力の温度特性を示す線図である。
【図７】本第１実施例を構成する一対のエア・ギャップに配設される磁気センサの検出原理を説明するための斜視図である。
【図８】本第１実施例の一対の磁気センサの検出原理を説明するための側面図である。
【図９】本発明の第２実施例の電流センサを示す断面図である。
【図１０】本第２実施例における磁気センサの各部寸法関係を説明するための説明図である。
【図１１】本第２実施例の電流センサを自動車用インバータユニットに配設した態様を示す断面図である。
【図１２】本第２実施例の電流センサを自動車用インバータユニットに配設した態様を示す図１１中Ａ−Ａ線に沿う断面図である。
【図１３】本第２実施例の１個の磁気センサを示す斜視図である。
【図１４】本第２実施例の磁気センサにおける位置ずれの影響を説明するための線図である。
【図１５】本第２実施例の磁気センサにおける直線性（０．２％・ＦＳ）およびヨーク設計による直線性を説明するための線図である。
【図１６】本第２実施例の磁気センサにおける温度補正の効果および異なる温度における外部磁場と出力電圧の関係を説明するための線図である。
【図１７】本第２実施例の磁気センサにおける他相の影響を説明するための線図である。
【図１８】本発明の変形例の電流センサを示す断面図である。
【図１９】従来の電流センサを示す斜視図である。
【図２０】従来の電流センサ装置を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明の最良の実施形態について、実施例に基づき図面を用いて説明する。
【実施例１】
【００２２】
本第１実施例の電流センサは、図１ないし図８に示されるように被検出電流路１を流れる電流に応じて生じる磁場の大きさから前記被検出電流路１を流れる電流に対応する電圧信号を出力する電流センサにおいて、前記被検出電流路１を環状に包囲するとともに、前記被検出電流路１を挟んで対称の位置に配置された２個のエア・ギャップ２３、２４により２分割され対向配置された一対の磁気ヨーク壁２１、２２と、前記２個のエア・ギャップ２３、２４にそれぞれ配置され、前記エア・ギャップを介して対向する前記一対の磁気ヨーク壁の壁面に沿う方向が感磁方向であって、前記被検出電流路を流れる電流に応じて生じる磁場の大きさから前記被検出電流路１を流れる電流に対応する電圧信号として出力する２個の磁気センサ３１、３２とおよび前記２個の磁気センサから出力される電圧信号の和によって、前記被検出電流路１を流れる電流として信号処理する信号処理回路６を備えているものである。
【００２３】
前記一対の磁気ヨーク壁は、コの字状の横断面のヨーク壁２１、２２を、２個のエア・ギャップ２３、２４を介してそれぞれ対向してセンサー本体１００に配置されることにより、中空矩形の横断面形状を構成するものである。
【００２４】
前記センサー本体１００は、前記一対の磁気ヨーク壁より大きな矩形形状の本体によって構成され、中央部に平行に前記被検出電流路１としてのバスバーを介挿するためのスリット状の開口部１０１が形成されている。
【００２５】
前記磁気センサ３１、３２が、図２に示されるように前記被検出電流路１を流れる電流により生じる磁場内の出力の線形関係が保持され所定の磁場の大きさの範囲内となる位置であって磁場の方向に平行に配設された直径３０μｍおよび長さ３ｍｍ以下のアモルファスワイヤからなり、被検出電流による周囲の磁場に対応して内部磁場が変化するアモルファス素子３０と、該アモルファス素子３に巻回されアモルファス素子の内部磁場変化を電磁誘導により電圧に変換することによりマグネト−インダクティブ磁気検出器２０を構成する検出コイル４とおよび前記検出コイルの電圧を前記被検出電線を流れる電流に対応した電圧信号に変換する信号変換回路５とから成るものである。
【００２６】
本第１実施例の電流センサ２は、図２に示されるように導体からなる前記被検出電線１０としての電流路１の上方に配設された前記検出コイル４を巻回したアモルファスワイヤ３０および前記検出コイル４に接続された前記信号変換回路５とから成り、前記検出コイル４によりアモルファス素子３の内部磁場変化を電磁誘導により電圧に変換するマグネト−インダクティブ磁気検出器２０を構成するものである。
【００２７】
図３に示されるように測定対象である前記被検出電線１０としての電流路を流れる電流によって生じる磁場Ｂ１は右ねじの法則により円形の磁場を生じ、その大きさは電流路からの距離Ｌに対して逆比例するが、前記アモルファスワイヤ３０が、前記被検出電線１０としての電流路の真上の距離Ｌだけ上方に配設されている。
【００２８】
前記マグネト−インダクティブ磁気検出器２０は、通常の磁気センサと同様に入力となる磁場の大きさが過剰になると、たとえば図５に示されるように出力電圧が飽和し入出力の線形関係がくずれる。このため本第１実施例においては、前記マグネト−インダクティブ磁気検出器２０における前記アモルファスワイヤ３０の飽和が生じることがない線形範囲内の磁場の大きさとなる所定の位置に配設されている。
【００２９】
図４は、本第１実施例の電流センサ２における電気回路２００を示したものであり、前記電流路１とマグネト−インダクティブ磁気検出器２０とから成っている。前記被検出電線１０としての電流路１は測定する電流を流すためのものであり、この電流により生じる磁場はアモルファスワイヤ３０に内部磁場変化を与える。
【００３０】
前記電気回路２００において、パルス発生器２１０は、アモルファスワイヤ３０、検波回路２２０のアナログスイッチＳ２２１および励磁回路２５０のアナログスイッチＳ２５１にそれぞれＰ１、Ｐ２、Ｐ３の同期したパルスを出力する。この三つのパルスは、Ｐ３が最も先行しており続いてＰ１、 Ｐ２の順で発生し、たとえば１ＭＨｚの周波数で繰り返すので、磁場の測定は１ＭＨｚの頻度で行われる。
【００３１】
パルスＰ３が発生すると励磁回路２５０のアナログスイッチＳ２５１が、瞬間的に閉となり、前記アモルファスワイヤ３０に巻回した前記検出コイル４に電源ＶＤから抵抗器Ｒ２５１を介して励磁電流が流れ、前記アモルファスワイヤ３０が一時的に励磁されるとともに初期化される。
【００３２】
該励磁電流の流れが終了し所定の時間後にパルスＰ１が発生しアモルファスワイヤ３０にパルス電流Ｐ1 が印加されると、アモルファスワイヤ３０にはパルス電流Ｐ１ならびにアモルファスワイヤが置かれている周辺磁場に対応して内部磁場変化が生じる。このとき電磁誘導作用により検出コイル４の端子には、該内部磁場変化に対応する電圧が発生する。
【００３３】
この電圧を、信号処理回路６を構成する前記信号変換回路５を構成する検波回路２２０の前記アナログスイッチＳ２２１が瞬間的に閉になることで、サンプルホールド回路のコンデンサＣ２２１がホールドする。オペレーショナルアンプからなる増幅器２３０は、前記検波回路２２０の電圧を増幅するとともに、測定するべき電流に対応する電圧信号を出力端子に出力する。
【００３４】
なお、ここで前記励磁回路２５０の役割について説明する。図５において前記測定電流による磁場よりも強大で前記アモルファスワイヤ３０が磁気飽和を起こすＮ１あるいはＳ１レベル以上のノイズとなる磁場が印加されると、アモルファスワイヤ３０のヒステリシス特性によりＮ極に飽和した場合とＳ極に飽和した場合とではそれらの磁場が取り払われた後の動作線がｎ１、ｓ１のごとくに異なり、わずかなオフセット誤差が生じる。そこで１ＭＨｚの周波数で繰り返される各測定の直前に前記励磁回路２５０により所定の励磁電流で初期化し、つねに動作線を同一（たとえば常にｓ１を利用する）にしてヒステリシス誤差を排除している。
【００３５】
以上説明したように本第１実施例の電流センサは、マグネト−インダクティブ磁気検出器２０から成るものであるから、図６に示されるように幅広い温度変化に対して出力特性に変化が無く、安定な計測ができるので、自動車のような厳しい温度環境にもおいても安定度が高く精度の良い電流計測が可能な電流センサを実現するという効果を奏する。
【００３６】
上述したように本第１実施例の電流センサにおいては、前記被検出電線１０としての前記電流路１を流れる電流によって生ずる磁場に対応して前記アモルファスワイヤ３０の内部に生ずる内部磁場変化を、前記アモルファスワイヤ３０に巻回した検出コイル４によって電磁誘導作用により電圧として検出し、前記検波回路２２０の前記アナログスイッチのオンオフにより、サンプルホールド回路としてのコンデンサＣ２２１にホールドするものである。
【００３７】
２つのマグネト−インダクティブ磁気検出器２０は、図１および図８に示されるように対向配置された一対の磁気ヨーク壁２１、２２と、前記２個のエア・ギャップ２３、２４にそれぞれ配置されるものであるので、前記電流路１の軸方向からの断面図のごとく電流による磁場Ｂ１は円形のため、アモルファスワイヤ３０の感度方向を矢印で示されるように同一としかつ、たとえば電流路１を挟んで互いに反対側の位置となるように前記電流路１を流れる測定電流による磁場の方向が逆となる位置に配設する。
【００３８】
前記信号処理回路６が、予め前記被検出電流路に測定範囲をカバーする複数の基準電流を流し、前記２個の磁気センサ３１、３２からの出力を検出して、それぞれのセンサ出力の補正係数を予め求め、求めたセンサ出力の補正係数を参照することにより、前記２個の磁気センサからの出力が一致するように信号処理されるように構成されているものである。
【００３９】
このとき前記信号処理回路６において、２つのマグネト−インダクティブ磁気検出器２０が測定する磁場信号は符号が正負に分かれる。一方ノイズとなる地磁気等の成分は同符号である。したがってこの２つのマグネト−インダクティブ磁気検出器の出力信号が差動増幅器６２によって差動演算されるため、該差動増幅器６２の出力端子６３の差を演算すれば測定する電流による磁場の信号は加算され和となり、そして地磁気などによるノイズは相殺されゼロとすることができる。
【００４０】
本第１実施例の電流センサは、図７に示されるようにマグネト−インダクティブ磁気検出器２０を２個用いて、互いの検出方向が同一で、かつ測定電流による磁場の方向が互いに逆方向となる前記電流路１に対して点対称の所定の位置に配設し、前記二つのマグネト−インダクティブ磁気検出器２０のそれぞれの出力信号の差を演算する差動増幅器６２とで構成し、混入する地磁気などのノイズ成分の影響を相殺排除して、高精度の電流計測を可能にするものである。
【００４１】
また本第１実施例の電流センサは、２つの出力信号が前記差動増幅器６３によって差動演算されるため、地磁気などによるノイズは相殺されゼロとすることができるので、ノイズの混入のない高精度の電流測定を可能にするという効果を奏する。
【００４２】
さらに本第１実施例においては、前記アモルファスワイヤ３０の内部に生ずる内部磁場変化を、前記アモルファスワイヤ３０に巻回した検出コイル４によって電磁誘導作用により電圧として検出するものであり、前記アモルファスワイヤ３０から成るアモルファス素子の内部磁場変化の磁気特性は、アモルファス構造が保たれるガラス化温度以下においては温度出力特性が非常に安定であるとともに、前記検出コイル４による電磁誘導作用も温度変化に対して安定している。それに対して従来の磁気インピーダンス素子の両端の電圧を直接検出する電流センサにおいては、磁気インピーダンス素子のインピーダンスの変化を両端の電圧として検出するものであるため、インピーダンスを構成するリアクタンスと抵抗はいずれも温度変化に対して出力が変化する温度特性を持っているため、温度変化によって磁気インピーダンス素子の両端の電圧が変化する。したがって本第１実施例の電流センサは、この点において従来に比べて温度変化に対して出力の安定性が優れている。
【００４３】
また本第１実施例においては、電磁誘導作用により前記検出コイル４によって検出した電圧を、前記検波回路２２０の前記アナログスイッチのオンオフにより、サンプルホールド回路としてのコンデンサＣ２２１にホールドするものであるので、検波回路として順方向電圧に温度特性を有しているダイオードを用いる従来のセンサに比べて、温度変化に対して出力の安定性が優れている。
【００４４】
さらに第１実施例の電流センサは、前記被検出電流路１を流れる電流に応じて生じる磁場の大きさから前記被検出電流路１を流れる電流に対応する電圧信号を出力する電流センサ３としての前記２個の磁気センサ３１、３２が、前記被検出電流路１を環状に包囲するとともに、２分割され対向配置された一対の磁気ヨーク壁２１、２２の前記被検出電流路を挟んで対称の位置に配置された２個のエア・ギャップに配置されるとともに、前記エア・ギャップを介して対向する前記一対の磁気ヨーク壁の壁面に沿う方向が感磁方向の前記２個の磁気センサ３１、３２によって、前記被検出電流路１を流れる電流に応じて生じる磁場の大きさから前記被検出電流路を流れる電流に対応する電圧信号として出力され、前記信号処理によってかかる出力された電圧信号の和によって信号処理して、前記被検出電流路を流れる電流として検出するものであるので、前記被検出電流路１の位置ズレがあっても前記被検出電流路１の位置ズレの影響を打ち消すことが出来るため、前記被検出電流路を流れる電流の測定精度への影響を抑制するとともに、前記磁気センサ３１、３２の一方が何らかの理由によって故障したとしても、前記磁気センサ素子の他方によって電流の測定が出来るという効果を奏する。
【００４５】
また第１実施例の電流センサは、前記内側の一対の磁気ヨーク壁２１、２２は、図１および図１０に示されるように１．５ｍｍｔ（厚さ）の無方向珪素鋼板によって構成され、全体として中空矩形の横断面形状を備えている、すなわちそれぞれはコの字状の横断面形状で構成され、取付け誤差（左右０．５ｍｍ、上下０．５ｍｍ）を補正し、吸収するという効果を奏する。
【実施例２】
【００４６】
本第２実施例の電流センサは、図９ないし図１３に示されるように上述の第１実施例における前記一対の磁気ヨーク壁２１、２２の外側において前記被検出電流路１を環状に包囲して外部磁場を遮断する外側磁気ヨーク壁２５を追加する点が、主たる相違点であるが、以下相違点を中心に説明する。
【００４７】
本第２実施例の電流センサは、一例として本発明を自動車用のインバータのバスバーを流れる０Ａから７００Ａの電流を検出するための電流センサに適用したものである。
【００４８】
前記外側磁気ヨーク壁２５は、図９に示されるように中空矩形の横断面形状を備えている、すなわち略ロの字状の横断面形状で、長辺側の長さが２３ｍｍ、短辺側の長さが１２（または１１．２）ｍｍであり、外部磁場を遮断するものである。
【００４９】
前記内側の一対の磁気ヨーク壁２１、２２は、図１０に示されるように１．５ｍｍｔ（厚さ）の無方向珪素鋼板によって構成され、全体として中空矩形の横断面形状を備えており、すなわちそれぞれは略コの字状の横断面形状で構成され、取付け誤差（左右０．５ｍｍ、上下０．５ｍｍ）を補正し、吸収するためのものである。
【００５０】
すなわち図１０に示されるように前記外側磁気ヨーク壁２５の内壁と内側の一対の磁気ヨーク壁２１、２２の外壁との間の間隔は、１ｍｍであり、内側の一対の磁気ヨーク壁２１、２２の内壁と前記被検出電流路１としてのバスバーを介挿するための中央部に平行に形成されたスリット状の開口部１０１との間の間隔は、１ｍｍであり、前記内側の一対の磁気ヨーク壁２１、２２の対向端２１１、２２１のギャップは、３ｍｍであり、前記外側磁気ヨーク壁２５の内壁と内側の一対の磁気ヨーク壁２１、２２の横断面形状は、前記被検出電流路１としてのバスバーの横断面形状に応じた形状になっている。
【００５１】
前記外側磁気ヨーク壁２５と内側磁気ヨーク壁２１、２２を備える例えば非磁性体の耐熱合成樹脂製のセンサ本体１００が、前記被検出電流路が配設される自動車用インバータユニットの筐体の壁面に内蔵されるものである。
【００５２】
すなわち図１２に示されるように自動車用インバータユニットの筐体の壁面の２３ｍｍピッチで垂直に並設された３本のバスバーの内左右のバスバー１０１、１０２については、本第２実施例における内外の磁気ヨーク壁２１、２２および２５を備えた図１３に示される電流センサ３の中央に設けられたスリット状の開口部１０１内に介挿される。
【００５３】
また図１２に示されるように壁面の中央のバスバー１０３については、上述の第１実施例で説明した内側の一対の磁気ヨーク壁２１、２２を備えた電流センサの中央に設けられた長辺１３ｍｍ短辺１．２ｍｍスリット状の開口部１０１内に介挿される。
【００５４】
上記構成より成る本第２実施例の電流センサは、前記被検出電流路１を流れる電流に応じて生じる磁場の大きさから前記被検出電流路１を流れる電流に対応する電圧信号を出力する電流センサ３としての前記２個の磁気センサ３１、３２が、前記被検出電流路１を環状に包囲するとともに、２分割され対向配置された一対の磁気ヨーク壁２１、２２の前記被検出電流路を挟んで対称の位置に配置された２個のエア・ギャップに配置されるとともに、前記エア・ギャップを介して対向する前記一対の磁気ヨーク壁の壁面に沿う方向が感磁方向の前記２個の磁気センサ３１、３２によって、前記被検出電流路１を流れる電流に応じて生じる磁場の大きさから前記被検出電流路を流れる電流に対応する電圧信号として出力され、前記信号処理回路６によってかかる出力された電圧信号の和によって信号処理して、前記被検出電流路を流れる電流として検出するものであるので、前記被検出電流路１の位置ズレがあっても前記被検出電流路１の位置ズレの影響を打ち消すことが出来るため、前記被検出電流路を流れる電流の測定精度への影響を抑制するとともに、前記磁気センサ３１、３２の一方が何らかの理由によって故障したとしても、前記磁気センサ素子の他方によって電流の測定が出来るという効果を奏する。
【００５５】
また第２実施例の電流センサは、前記一対の磁気ヨーク壁２１、２２の外側において前記被検出電流路を環状に包囲する前記外側磁気ヨーク壁２５によって、外部磁場が遮断されるので、前記被検出電流路１を流れる電流の測定精度を高めるという効果を奏する。
【００５６】
すなわち本第２実施例の電流センサにおいては、その出力直線性が、横軸に外部磁界をとって縦軸は出力直線性（０．２％・ＦＳ）をとって図１５（Ａ）に示されるように外部磁界が変化した時の磁気センサからの出力を表示すると、外部磁界が変化しても磁気センサからの出力の変化はごく僅かの０．２４％・ＦＳ（ｔｙｐ．）以内に抑制されているという効果を奏する。
【００５７】
本第２実施例の電流センサは、前記内側の一対の磁気ヨーク壁２１、２２が、図１０に示されるように１．５ｍｍｔ（厚さ）の無方向珪素鋼板によって構成され、全体として中空矩形の横断面形状を備えている、すなわちそれぞれはコの字状の横断面形状で構成され、磁気ヨーク壁２１、２２に対するスリット状の開口部１０１内に介挿される前記被検出電流路１の取付け誤差（左右０．５ｍｍ、上下０．５ｍｍ）を補正し、吸収するという効果を奏する。
【００５８】
すなわち本第２実施例の電流センサにおいては、磁気ヨーク壁２１、２２に対するスリット状の開口部１０１内に介挿される前記被検出電流路１が、上へ０．５ｍｍ、右に０．５ｍｍずれている場合における検出出力は、横軸に電流をとって縦軸にずれの影響（％）をとった図１４に示されるように検出する電流の大小にかかわらずほぼ零である。
【００５９】
さらに本第２実施例の電流センサは、前記信号処理回路６が、出荷前に予め前記被検出電流路１に基準電流を流し、前記２個の磁気センサ３１、３２からの出力を検出して、それぞれのセンサ出力の補正係数を予め求め、求めたセンサ出力の補正係数をメモリに格納しておき、格納した補正係数を参照することにより、前記２個の磁気センサからの出力が一致するように信号処理されるので、前記被検出電流路を流れる電流の測定精度を高めるという効果を奏する。
【００６０】
すなわち本第２実施例の電流センサは、上述の磁気ヨーク壁２１、２２のヨーク設計と上記補正係数の参照により、前記被検出電流路１に流れる電流が増加すると、前記被検出電流路１を流れる電流の増加に応じて発生する磁場も増加するため、図１５（Ｂ）に示されるように電流の増加に応じて検出される磁場の和Ｂｘ１＋Ｂｘ２（Ｇ）が直線的（Ｒ２＝０．９９９９）に増加するもので、ヨーク設計で直線性が確保され、ＭＩセンサ自体は良好である。
【００６１】
また第２実施例の電流センサは、前記磁気センサを構成する前記被検出電流路を流れる電流により生じる磁場内の出力の線形関係が保持される位置に配設されたアモルファスワイヤからなる前記アモルファス素子が、周囲の磁場に対応して内部磁場が変化するので、該アモルファス素子に巻回されたマグネト−インダクティブ磁気検出器２０を構成する前記検出コイル４によって、前記アモルファス素子３０の内部磁場変化を電磁誘導により電圧に変換するので、温度変化に対する安定度を改善して、例えば自動車のような大きな温度変化が生ずる環境の下における測定精度の悪化を防止して利用可能とし、コスト高を防止するという効果を奏する。
【００６２】
すなわち第２実施例の電流センサは、周囲温度が異なる状態において、外部磁場（Ｇ）が変化した時の前記２個の磁気センサ３１、３２の出力電圧を測定すると、例えば代表的な３０℃および１５０℃においては、図１６（Ｂ）に示されるように出力特性が変化するので、−２０℃ないし８５℃の温度範囲においては、出荷前にセンサの周囲温度を予め−２０℃ないし８５℃の範囲内の各温度に設定して前記２個の磁気センサ３１、３２の出力の変化を測定して、それぞれのセンサ出力の温度補正係数を予め求め、求めたセンサ出力の温度補正係数をメモリに格納しておき、格納した温度補正係数を参照することにより、前記２個の磁気センサからの出力から温度変化分だけ相殺することにより温度補正されるように信号処理されるので、Ｘ相、Ｙ相およびＺ相における前記電流センサからの出力は、図１６（Ａ）に示されるように温度が変化しても殆ど変化しないのである。
【００６３】
さらに第２実施例の電流センサは、前記外側磁気ヨーク壁２５と内側の一対の磁気ヨーク壁２１、２２が、中空矩形の横断面形状を備えているので、センサの小型化を可能にするという効果を奏する。
【００６４】
また第２実施例の電流センサは、前記外側磁気ヨーク壁２５と内側磁気ヨーク壁２１、２２を備えるセンサ本体が、前記被検出電流路が配設される筐体の壁面に内蔵されるので、センサ配置用のスペースの確保が不要となるという効果を奏する。
【００６５】
さらに第２実施例の電流センサは、図１２における隣接する３相のうちの＋６００Ａの電流が流れるバスバー１０１が介挿され前記外側磁気ヨーク壁２５によって包囲された１相において、隣り合うバスバー１０２または１０３の他相に−３００Ａの電流が流れている状態（隣相あり）と０Ａすなわち流れていない状態（隣相なし）において測定を行なうことにより、他相の影響を受けるかどうか検討したところ、図１７に示されるように外部のヨークにおける隣接電流の影響はほぼ０であり検出出力に差がないことが確認された。
【００６６】
上述の実施例においては、法の要請である容易実施の観点より例示したもので本発明としてはこれらに限定されるものではなく、特許請求の範囲、発明の詳細な説明および図面の記載に基づき、当業者が認識することが出来る本発明の技術的思想に反しない範囲において、変更および付加変更が可能である。
【００６７】
上述の実施例においては、前記被検出電流路が細長い矩形形状のバスバーであるとともに、自動車用インバータユニットの筐体の壁面に内蔵する観点より、前記外側磁気ヨーク壁２５と内側の一対の磁気ヨーク壁２１、２２が、細長い中空矩形の横断面形状を備える電流センサについて説明したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、縦横の寸法に差が少ない正方形状の電流センサに適用することが可能である。
【００６８】
また本発明は、前記被検出電流路１Ｃが直径の大小にかかわらず円形断面である場合には、図１８に示されるように前記外側磁気ヨーク壁２５Ｃと内側の一対の磁気ヨーク壁２１Ｃ、２２Ｃが、二重の中空円形の横断面形状を備え、前記内側の一対の磁気ヨーク壁２１Ｃ、２２Ｃの間のギャップ２３Ｃ、２４Ｃ内に２個の磁気センサ３１Ｃ、３２Ｃが介挿配置される電流センサに適用することが可能である。
【００６９】
さらに上記の実施例では前記被検出電流路としての電線配設位置をシールドとしてのヨーク内のほぼ中央部に配設し、また磁気シールドの断面形状を矩形とする図を示しているが、本発明ではこれらに限らず、測定する電流の大きさおよび電流センサとして要求される形状に応じて楕円形、長円形、波状他の凹凸外形を有する花びら形状、多角形その他の任意の断面形状に変更できるとともに、シールド内における被検出電線の配設位置も中央および中心に限らず必要に応じて中心から偏心した位置または周縁に近い位置に配置することも可能である。
【００７０】
さらに上述の実施例においては、厳しい温度環境の下において利用される用途の一例として自動車の用途について例示して説明したが、本発明としてはそれらに限定されるものでは無く、必要に応じて自動車以外の船舶、航空機、工場、オフィス、家庭その他の各種用途において適用可能である。
【００７１】
また本発明においては、前記被検出電流路として複数の電線を流れる各電流が、マグネト−インダクティブ磁気検出器に与える磁場の強さを所定の値とするために、前記複数の電線をホールダやスペーサにより、マグネト−インダクティブ磁気検出器から所定の距離離れた位置に安定に配設することを可能にするとともに、大電流になるにしたがってパッケージやヨーク内に収納されているマグネト−インダクティブ磁気検出器と電線の距離は大にする必要がある。
【００７２】
上述の実施例においては、前記外側磁気ヨーク壁２５と内側磁気ヨーク壁２１、２２を備える例えば非磁性体の耐熱合成樹脂製のセンサ本体１００が、前記被検出電流路が配設される自動車用インバータユニットの筐体の壁面に内蔵される例について例示したが、本発明としてはそれらに限定されるものではなく、前記外側磁気ヨーク壁２５と内側磁気ヨーク壁２１、２２を備えるセンサ本体１００は、非磁性体であれば耐熱合成樹脂製以外の例えばセラミック等の無機材料製のものも採用可能である。
【産業上の利用可能性】
【００７３】
被検出電流路を流れる電流に応じて生じる磁場の大きさから前記被検出電流路を流れる電流に対応する電圧信号を出力する電流センサにおいて、前記被検出電流路を環状に包囲して外部磁場を遮断する外側磁気ヨーク壁と、該外側磁気ヨーク壁２５の内側において前記被検出電流路を挟んで対称の位置に配置された２個のエア・ギャップにより２分割され対向配置された一対の磁気ヨーク壁と、前記２個のエア・ギャップにそれぞれ配置され、前記エア・ギャップを介して対向する前記一対の磁気ヨーク壁の壁面に沿う方向が感磁方向であって、前記被検出電流路を流れる電流に応じて生じる磁場の大きさから前記被検出電流路１を流れる電流に対応する電圧信号として出力する２個の磁気センサとおよび前記２個の磁気センサから出力される電圧信号の和によって、前記被検出電流路１を流れる電流として信号処理する信号処理回路を備え、電流の測定精度への影響を抑制するとともに、前記磁気センサ素子の一方が何らかの理由によって故障したとしても、前記磁気センサ素子の他方によって電流の測定が可能な用途に適用できる。
【符号の説明】
【００７４】
１  被検出電流路
２１、２２  磁気ヨーク壁
２５  外側磁気ヨーク壁
２３、２４  エア・ギャップ
３１、３２  磁気センサ
６  信号処理回路
【図１】
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【図２】
2011158337.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
2011158337.tif 000008
【図７】
2011158337.tif 000009
【図８】
2011158337.tif 000010
【図９】
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【図１０】
2011158337.tif 000012
【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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