(57)【要約】【課題】電流が作る磁界の方向と磁気抵抗効果素子の磁界検知軸が一致していなくても、正確に求めた磁界の強度から真の電流値を得られ、高精度で実用的な磁気抵抗効果素子を用いた電流センサ及びその検出回路を提供する。【解決手段】電線に流れる電流Ｉにより発生する磁界の強度に応じて抵抗値が変化する磁気抵抗効果素子１ａ，１ｂを用いた電流センサ１０は、該電線の周囲の同一位置にその配置方向を互いに９０度ずらして配置された磁気抵抗効果素子１ａ，１ｂを用いて、上記磁界を２成分に分けて検出する。磁気抵抗効果素子１ａ，１ｂの出力をベクトル的に合成して真の電流値に換算する変換回路により電流値を検出する検出回路４とは、電線３ａ，３ｂにより接続される。磁気抵抗効果素子１ａ，１ｂに代えて又は併せて２軸の検知軸を有する磁気抵抗効果素子を用いてもよい。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電線に流れる電流により発生する磁界の強度に応じて抵抗値が変化する磁気抵抗効果素子を用いた電流センサにおいて、
前記電線の周囲の位置にその配置方向を互いに９０度ずらして配置された２つの前記磁気抵抗効果素子を用いて、前記電線に流れる電流により発生する磁界を２成分に分けて検出することを特徴とする電流センサ。
【請求項２】
電線に流れる電流により発生する磁界の強度に応じて抵抗値が変化する磁気抵抗効果素子を用いた電流センサにおいて、
２軸の検知軸を有する前記磁気抵抗効果素子を用いて、前記電線に流れる電流により発生する磁界を２成分に分けて検出することを特徴とする電流センサ。
【請求項３】
請求項１記載の２つの磁気抵抗効果素子と請求項２記載の磁気抵抗効果素子のどちらか一方を前記電線の周囲の同一円周上に２箇所以上配置、又は双方をそれぞれ前記電線の周囲の同一円周上に１箇所以上配置することを特徴とする電流センサ。
【請求項４】
請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の磁気抵抗効果素子の出力をベクトル的に合成して真の電流値に換算する変換回路により電流値を検出することを特徴とする検出回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁気抵抗効果素子を用いた電流センサおよびその検出回路に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、電線に流れる電流を測定するセンサとしては、計器用変流器等で代表されるカレントトランスやクランプメータと称される可搬型のセンサがある。これらは原理（ファラデーの法則）的に、及び精度を確保するために鉄心が主に使用されており、そのため、大電流では磁気飽和が生じて電流測定範囲を大きく取れない、鉄心が発熱して火災の原因になる等の問題がある。
【０００３】
そこで、これらに代わるものとして、磁気抵抗効果素子を用いたセンサが開示されている（例えば、特許文献１、特許文献２参照）。
【０００４】
磁気抵抗効果素子を用いた電流センサは、電流により生じる磁界の強度を換算して電流値を得る方法であることから、磁界の強度を正確に測定することが必要である。また、磁気抵抗効果素子には方向性があり、電流センサとして使用する場合には、電流が作る磁界の方向と磁気抵抗効果素子の磁界検知軸を一致させる必要がある。
【０００５】
図４は、電流が作る磁界の方向と磁気抵抗効果素子の磁界検知軸とが一致している場合を示し、図５は、電流が作る磁界の方向と磁気抵抗効果素子の磁界検知軸とが一致していない場合を示している。
【０００６】
電流が作る磁界の方向と磁気抵抗効果素子の磁界検知軸とが一致していない場合は、電流センサの測定値は磁気抵抗効果素子の磁界検知軸方向成分のみになることから、精度の高い測定にはこの軸合わせが極めて重要になる。
【０００７】
特許文献１、２のいずれにおいても、図５に示したような磁界の方向と磁気抵抗効果素子の検知軸がずれている場合は想定外、言い換えれば、図４に示したような磁界の方向と磁気抵抗効果素子の検知軸が一致した状態で使用することを前提としているものと言える。（電流センサに対して電線が斜め入る状態は考慮していない。）
【特許文献１】特開２００１−５０９８７号公報（段落〔００２３〕、図２）
【特許文献２】特開２００２−２４３７６６号公報（図１、図２）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、磁界の方向と磁気抵抗効果素子の検知軸を一致して使用しなければならないことは、電流センサとしての使用を大きく限定（制約）してしまうという問題がある。
【０００９】
従って、本発明の目的は、電流が作る磁界の方向と磁気抵抗効果素子の磁界検知軸が一致していなくても、正確に求めた磁界の強度から真の電流値を得られ、高精度で実用的な磁気抵抗効果素子を用いた電流センサおよびその検出回路を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
請求項１に係る本発明は、上記目的を達成するため、電線に流れる電流により発生する磁界の強度に応じて抵抗値が変化する磁気抵抗効果素子を用いた電流センサにおいて、前記電線の周囲の位置にその配置方向を互いに９０度ずらして配置された２つの前記磁気抵抗効果素子を用いて、前記電線に流れる電流により発生する磁界を２成分に分けて検出することを特徴とする電流センサを提供する。
【００１１】
また、請求項２に係る本発明は、上記目的を達成するため、電線に流れる電流により発生する磁界の強度に応じて抵抗値が変化する磁気抵抗効果素子を用いた電流センサにおいて、２軸の検知軸を有する前記磁気抵抗効果素子を用いて、前記電線に流れる電流により発生する磁界を２成分に分けて検出することを特徴とする電流センサを提供する。
【００１２】
また、請求項３に係る本発明は、上記目的を達成するため、請求項１記載の２つの磁気抵抗効果素子と請求項２記載の磁気抵抗効果素子のどちらか一方を前記電線の周囲の同一円周上に２箇所以上配置、又は双方をそれぞれ前記電線の周囲の同一円周上に１箇所以上配置することを特徴とする電流センサを提供する。
【００１３】
また、請求項４に係る本発明は、上記目的を達成するため、請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の磁気抵抗効果素子の出力をベクトル的に合成して真の電流値に換算する変換回路により電流値を検出することを特徴とする検出回路を提供する。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、電流が作る磁界の方向と磁気抵抗効果素子の磁界検知軸が一致していなくても、正確に求めた磁界の強度から真の電流値を得られ、高精度で実用的な磁気抵抗効果素子を用いた電流センサおよびその検出回路を提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
〔本発明の第１の実施の形態〕
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る電流センサおよびその検出回路の構成例を示す。
【００１６】
電流センサ１０の構成として、１ａ、１ｂは磁気抵抗効果素子、２は磁気抵抗効果素子を固定するためのコアであり、このコア２は電線を通過させるための空間を有し、ドーナツ状でも、それにスリットが入った形状でも良い。
【００１７】
磁気抵抗効果素子１ａ、１ｂは、コア２の空間を通過する電線の周囲の同一位置に配置方向を互いに９０度ずらして（直交して）配置される。配置位置は、略同一位置である場合のほか、コア２の直径方向にずれていてもよい。
【００１８】
ここで、磁気抵抗効果素子とは、電線に流れる電流により発生する磁界の強度に応じて抵抗値が変化する性質を有するものであり、例えば、巨大磁気抵抗効果素子（ＧＭＲ）や異方性磁気抵抗効果素子（ＡＭＲ）を用いることができる。
【００１９】
電流センサ１０は、コア２の空間を通過する電線に流れる電流Ｉにより発生する磁界を、２つの磁気抵抗効果素子１ａ、１ｂで２成分に分けて検出する。
【００２０】
また、３ａ、３ｂは電流センサの磁気抵抗効果素子１ａ、１ｂと検出回路４の間を電気的に接続するための電線、４は上記電流センサを構成する磁気抵抗効果素子１ａ、１ｂの出力をベクトル的に合成して真の電流値に換算する電子回路で演算処理して電流値に変換する検出回路である。演算処理方法については後述する。
【００２１】
〔本発明の第１の実施の形態の効果〕
上記の本実施の形態によれば、下記の効果を奏する。
電流が作る磁界の方向と磁気抵抗効果素子の磁界検知軸が一致していなくても、即ち、電線に対して電流センサが傾いて設置された場合においても、電流により発生する磁界を２成分に分けて検出することにより、電線と磁気抵抗効果素子の軸ずれによる誤差を補償（低減）でき（その傾きを自動で補正することが可能となり）、正確に求めた磁界の強度から真の電流値を得られ、高精度で実用的な電流センサおよびその検出回路を提供できる。
【００２２】
〔本発明の第２の実施の形態〕
図２は、本発明の第２の実施の形態に係る電流センサおよびその検出回路の構成例を示す。
【００２３】
電流センサ２０は、本発明の第１の実施の形態に係る電流センサ１０における磁気抵抗効果素子１ａ、１ｂとこれと同様の磁気抵抗効果素子１ｃ、１ｄとをコア２の空間を通過する電線の周囲の同一円周上に配置していることを特徴とする。ここでは、同一円周上の２箇所に配置した例を示したが、３箇所以上であってもよい。これらは、同一円周上に等間隔に設置することが望ましい。
【００２４】
３ｃ、３ｄは電流センサの磁気抵抗効果素子１ｃ、１ｄと検出回路４の間を電気的に接続するための電線であり、そのほかの構成は上記第１の実施の形態と同様である。
【００２５】
〔本発明の第２の実施の形態の効果〕
上記の本実施の形態によれば、第１の実施の形態の効果と同様の効果を奏する。また、同一円周上の２箇所に配置したことにより、コアの中心から電線が外れた場合においても、電線即ち電流の位置ずれによる誤差を補償（低減）でき、正確に求めた磁界の強度から真の電流値を得られ、高精度で実用的な電流センサおよびその検出回路を提供できる。
【００２６】
〔本発明の第３の実施の形態〕
本発明の第１、第２の実施の形態における磁気抵抗効果素子１ａ、１ｂ、及び／又は磁気抵抗効果素子１ｃ、１ｄに代えて、２軸の検知軸を有する磁気抵抗効果素子を用いることができる。
【００２７】
２軸の検知軸を有する磁気抵抗効果素子とは、Ｘ軸とＹ軸の２成分の磁界を測定する２つの磁気抵抗効果素子を１つのパッケージに組み込んだ２軸型の磁気抵抗効果素子を言う。例えば、ＩＣのパッケージに２軸の磁気抵抗効果素子が収納されたものがある。これにより、コア２の空間を通過する電線に流れる電流Ｉにより発生する磁界を２成分に分けて検出できる。
【００２８】
上記第２の実施の形態において記載したように、同一円周上の２箇所に配置する場合のほか、３箇所以上であってもよい。また、磁気抵抗効果素子１ａ、１ｂ、及び２軸の検知軸を有する磁気抵抗効果素子の双方をそれぞれ同一円周上に１箇所以上配置してもよい。これらは、同一円周上に等間隔に設置することが望ましい。
【００２９】
〔本発明の第３の実施の形態の効果〕
上記の本実施の形態によれば、第１の実施の形態の効果のほか、電流センサ全体の小型化を可能とする、という効果を奏する。
【００３０】
〔本発明のその他の実施の形態〕
本発明の第１〜第３の実施の形態は、単独で実施するほか、併せて実施しても良い。即ち、同一の電線に対して異なる箇所に第１〜第３の実施の形態に係る電流センサを設ける。これにより、総合的な精度のアップにつなげることができる。即ち、第１および第３の実施の形態は電流センサが電線に対し斜めに設置される場合の補正法で、第２の実施の形態は電線の芯がずれている（電線と各センサ間の距離が異なる）場合の補正法であり、センサを多数設置することでその誤差を少なくできる。
【００３１】
〔検出回路による演算処理〕
図３は、電線を流れる電流と磁気抵抗効果素子、及び磁界との関係を示したものである。以下に説明する演算処理は、磁気抵抗効果素子の出力を受けて、検出回路４（変換回路（電子回路））にて実施される。
【００３２】
磁気抵抗効果素子１ａは電流Ｉで作られる磁界Ｈの紙面水平成分Ｈａを検出し、磁気抵抗効果素子1ｂは磁界Ｈの紙面上下方向の成分Ｈｂを検出する。各々の磁気抵抗効果素子から得られる電圧信号ＶａとＶｂは、磁界ＨａとＨｂに比例し、更に磁気抵抗効果素子の固有の係数α（磁気抵抗変化率）を乗じることで求められる。
Ｈａ∝α×Ｖａ
【００３３】
また、Ｈａを生じさせる電流Ｉａは、Ｈａ及び電線中心から磁気抵抗効果素子までの距離ｒで求めることができる。即ち、
Ｉａ＝２πｒ×Ｈａ
【００３４】
他方のＩｂについても同様に求めることができ、Ｉａ及びＩｂをベクトル合成することで真の電流Ｉを求めることができる。
Ｉ＝(Ｉａ2＋Ｉｂ2)1/2
【００３５】
第１の実施の形態を例に説明したが、他の実施の形態においても同様に求めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る電流センサおよびその検出回路の構成例を示す。
【図２】本発明の第２の実施の形態に係る電流センサおよびその検出回路の構成例を示す。
【図３】電線を流れる電流と磁気抵抗効果素子、及び磁界との関係を示したものである。
【図４】電流により生じる磁界と磁気抵抗効果素子の配置関係で、電流が作る磁界の方向と磁気抵抗効果素子の磁界検知軸とが一致している場合を示す。
【図５】電流により生じる磁界と磁気抵抗効果素子の配置関係で、電流が作る磁界の方向と磁気抵抗効果素子の磁界検知軸とが一致しない場合を示す。
【符号の説明】
【００３７】
１，１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄ：磁気抵抗効果素子
２：コア
３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄ：電線
４：検出回路
１０，２０：電流センサ
【図１】
2007315756.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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