(57)【要約】【課題】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。【解決手段】電線２に対してＭＩ素子４の方を、ＭＩ素子１４よりも近くになるように配置する。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。ＭＩ素子４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。検出回路１７によって、ＭＩ素子４の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、ＭＩ素子４の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を使用して検出出力を得る。したがって。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。【選択図】　　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
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つの磁気インピーダンス素子と、前記２つの磁気インピーダンス素子に各々接続され、前記導電体から発生し前記２つの磁気インピーダンス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を特徴とする電流センサ。
【請求項２】
前記２つの磁気インピーダンス素子のうち、前記導電体から遠い方の磁気インピーダンス素子をシールドしたことを特徴とする請求項１に記載の電流センサ。
【請求項３】
前記２つの磁気インピーダンス素子をシールドしたことを特徴とする請求項１に記載の電流センサ。
【請求項４】
前記検出回路は、前記磁気インピーダンス素子に巻いた当該磁気インピーダンス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を特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の電流センサ。
【請求項５】
前記検出回路は、さらに前記磁気インピーダンス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を特徴とする請求項４に記載の電流センサ。
【発明の詳細な説明】
【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
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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