(57)【要約】【課題】簡素な構成にて高精度に電流測定を行うことができる電流センサを提供する。【解決手段】磁石３０の周囲にコイル３５が巻回されている。バスバー５０に電流が流れないときにおいて、マイコン４０はコイル３５により磁気抵抗素子２０での磁界印加状態を予め定められた第１の状態にしたときにおける磁気抵抗素子２０の出力から磁気抵抗素子２０のオフセット値を検知するとともに、第１の状態とは異なる第２の状態にしたときにおける磁気抵抗素子２０の出力から温度を検知する。マイコン４０は、検知したオフセット値と検知した温度に基づいてバスバー５０に電流が流れたときの磁気抵抗素子２０におけるバスバー５０に流れる被測定電流の大きさに応じた信号の出力の補正を行う。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁電変換素子と、
予め定められた強さの磁界が発生し、発生した磁界を前記磁電変換素子に加えることができる磁石と、
前記磁石による前記磁電変換素子への磁界の強さを調整可能な調整手段と、
被測定対象物に電流が流れないときにおいて前記調整手段により前記磁電変換素子での磁界印加状態を予め定められた第１の状態にしたときにおける前記磁電変換素子の出力から磁電変換素子のオフセット値を検知するオフセット値検知手段と、
被測定対象物に電流が流れないときにおいて前記調整手段により前記磁電変換素子での磁界印加状態を前記第１の状態とは異なる第２の状態にしたときにおける前記磁電変換素子の出力から温度を検知する温度検知手段と、
前記オフセット値検知手段により検知したオフセット値と前記温度検知手段により検知した温度に基づいて前記被測定対象物に電流が流れたときの前記磁電変換素子における前記被測定対象物に流れる被測定電流の大きさに応じた信号の出力の補正を行う補正手段と、
を備えたことを特徴とする電流センサ。
【請求項２】
前記調整手段は、通電電流値に応じた強さの磁界が発生するコイルである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】
前記磁石は永久磁石であり、当該永久磁石の周囲に前記コイルが巻回されていることを特徴とする請求項２に記載の電流センサ。
【請求項４】
前記オフセット値検知手段は、前記磁石で発生した磁界を前記調整手段で発生させた磁界により相殺した状態で前記磁電変換素子の出力から磁電変換素子のオフセット値を検知することを特徴とする請求項２または３に記載の電流センサ。
【請求項５】
前記被測定対象物は、バスバーであることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の電流センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電流センサに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
センサにおいて物理量を測定するだけでなく各種の補助機能が必要であり、具体的には特許文献１においては温度センサを用いて温度補正を行っている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平１１−１８３２７３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、電流センサにおいて被測定対象物に流れた電流により発生する磁界（磁力線）をそのまま磁電変換素子によりセンシングするだけでは高精度に電流を測定することが困難である。詳しくは、オフセットや温度特性により精度の悪化を招いてしまう。そのために磁電変換素子の出力に対する補正回路を設ける場合には専用のセンサを用いて回路を組むといったことが必要となり、構成が複雑になってしまう。
【０００５】
本発明の目的は、簡素な構成にて高精度に電流測定を行うことができる電流センサを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
請求項１に記載の発明は、磁電変換素子と、予め定められた強さの磁界が発生し、発生した磁界を前記磁電変換素子に加えることができる磁石と、前記磁石による前記磁電変換素子への磁界の強さを調整可能な調整手段と、被測定対象物に電流が流れないときにおいて前記調整手段により前記磁電変換素子での磁界印加状態を予め定められた第１の状態にしたときにおける前記磁電変換素子の出力から磁電変換素子のオフセット値を検知するオフセット値検知手段と、被測定対象物に電流が流れないときにおいて前記調整手段により前記磁電変換素子での磁界印加状態を前記第１の状態とは異なる第２の状態にしたときにおける前記磁電変換素子の出力から温度を検知する温度検知手段と、前記オフセット値検知手段により検知したオフセット値と前記温度検知手段により検知した温度に基づいて前記被測定対象物に電流が流れたときの前記磁電変換素子における前記被測定対象物に流れる被測定電流の大きさに応じた信号の出力の補正を行う補正手段と、を備えたことを要旨とする。
【０００７】
請求項１に記載の発明によれば、磁石において、予め定められた強さの磁界が発生し、発生した磁界を磁電変換素子に加えることができる。調整手段により、磁石による磁電変換素子への磁界の強さを調整可能となっている。オフセット値検知手段により、被測定対象物に電流が流れないときにおいて調整手段により磁電変換素子での磁界印加状態を予め定められた第１の状態にしたときにおける磁電変換素子の出力から磁電変換素子のオフセット値が検知される。温度検知手段により、被測定対象物に電流が流れないときにおいて調整手段により磁電変換素子での磁界印加状態を第１の状態とは異なる第２の状態にしたときにおける磁電変換素子の出力から温度が検知される。補正手段により、オフセット値検知手段により検知したオフセット値と温度検知手段により検知した温度に基づいて被測定対象物に電流が流れたときの磁電変換素子における被測定対象物に流れる被測定電流の大きさに応じた信号の出力の補正が行われる。
【０００８】
これにより、磁石と調整手段を用いて、オフセット補正と温度補正を行うことができる。その結果、専用のセンサを用いずに簡素な構成にて高精度に電流測定を行うことができる。
【０００９】
請求項２に記載のように、請求項１に記載の電流センサにおいて、前記調整手段は、通電電流値に応じた強さの磁界が発生するコイルであるとよい。
請求項３に記載のように、請求項２に記載の電流センサにおいて、前記磁石は永久磁石であり、当該永久磁石の周囲に前記コイルが巻回されているとよい。
【００１０】
請求項４に記載の発明は、請求項２または３に記載の電流センサにおいて、前記オフセット値検知手段は、前記磁石で発生した磁界を前記調整手段で発生させた磁界により相殺した状態で前記磁電変換素子の出力から磁電変換素子のオフセット値を検知することを要旨とする。
【００１１】
請求項４に記載の発明によれば、オフセット値検知手段により、磁石で発生した磁界を調整手段で発生させた磁界により相殺した状態で磁電変換素子の出力から磁電変換素子のオフセット値が検知される。これにより、磁石における磁界の強さについて温度の影響を受けることなく磁電変換素子のオフセット値を検知することができる。
【００１２】
請求項５に記載のように、請求項１〜４のいずれか１項に記載の電流センサにおいて、前記被測定対象物は、バスバーであるとよい。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、簡素な構成にて高精度に電流測定を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】（ａ）は実施形態における電流センサの平面図、（ｂ）は電流センサの右側面図、（ｃ）は（ａ）のＡ−Ａ線での縦断面図。
【図２】（ａ）はケースを除いた状態での電流センサの平面図、（ｂ）はケースを除いた状態での電流センサの右側面図、（ｃ）はケースを除いた状態での電流センサの正面図。
【図３】電流センサの電気的構成図。
【図４】温度と磁気抵抗素子の出力との関係を示す特性図。
【図５】温度と磁気抵抗素子の温度補正値との関係を示す図。
【図６】作用を説明するためのフローチャート。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明を具体化した一実施形態を図面に従って説明する。
なお、図面において、水平面を、直交するＸ，Ｙ方向で規定するとともに、上下方向をＺ方向で規定している。
【００１６】
図１に示すように、電流センサ１０は、箱型のケース１１と、磁気抵抗素子（ＧＭＲ）２０と、磁石３０と、コイル３５と、マイコン４０を備えている。被測定対象物としてのバスバー５０は断面が長方形をなす帯状の導電板であり、Ｙ方向に延設されると共に断面長方形の長辺がＸ方向となっている。
【００１７】
ケース１１は、樹脂製のケース本体部１２と、樹脂製の蓋部１３からなる。ケース本体部１２の一つの面には凹部１２ａが形成され、ケース本体部１２の凹部１２ａの開口部が蓋部１３により塞がれており、これによりケース１１が箱型に形成されている。
【００１８】
ケース１１におけるケース本体部１２の凹部１２ａの内部には収納室Ｒ１が形成され、収納室Ｒ１にプリント基板１４が収納されている。詳しくは、ケース本体部１２の凹部１２ａの底面には凹部１５が形成され、この凹部１５に図２に示すプリント基板１４が嵌合状態にて固定されている。プリント基板１４は立設状態で配置されている。
【００１９】
図２に示すように、プリント基板１４には、磁電変換素子としての磁気抵抗素子２０が実装されている。磁気抵抗素子２０はパッケージングされている。
また、プリント基板１４にはマイコン４０が実装されている。
【００２０】
図１に示すように、ケース１１およびプリント基板１４には、被測定対象物としてのバスバー５０が貫通する状態で配置されている。このバスバー５０には電流が流れる。バスバー５０は図１（ｃ）に示すように磁気抵抗素子２０の下方に接近して位置している。
【００２１】
さらに、図１，２に示すように、ケース本体部１２には磁石３０が埋設されている。この磁石３０は、図１（ｃ）に示すように、磁気抵抗素子２０の上方に接近して配置されている。磁石３０は、棒状のフェライト磁石である。即ち、磁石３０は、永久磁石である。  
【００２２】
磁石３０は、予め定められた強さの磁界Ｂ１が発生し、発生した磁界Ｂ１を磁気抵抗素子２０に加えることができる。詳しくは、磁石３０は、磁気抵抗素子２０に対し被測定電流Ｉにより加わる磁界Ｂ２とは逆向きの磁界Ｂ１を磁気抵抗素子２０に加えることができる。
【００２３】
さらに、棒状の磁石（フェライト磁石）３０の周囲には、調整手段としてのコイル３５が巻回されている。コイル３５は、通電電流値に応じた強さの磁界が発生する。つまり、コイル３５は、発生させる磁界の強さが調整可能である。そして、コイル３５により磁石３０による磁気抵抗素子２０への磁界の強さを調整可能となっている。
【００２４】
磁電変換素子としての磁気抵抗素子（ＧＭＲ）２０は、バスバー５０に流れる被測定電流の大きさに応じた信号を出力する。つまり、磁気抵抗素子２０を用いてバスバー５０に流れる被測定電流の大きさを磁界Ｂ２の強さとして測定することができる。
【００２５】
図３に示すように、マイコン４０には磁気抵抗素子２０が接続され、マイコン４０は磁気抵抗素子２０からの信号を入力する。また、コイル３５にはコイル電流調整器６０が接続され、コイル電流調整器６０によりコイル３５に流す電流を調整することができるようになっている。マイコン４０によりコイル電流調整器６０を制御することができるようになっている。また、コイル３５に流す電流を調整することにより磁石３０による磁界を調整することができる。
【００２６】
マイコン４０のメモリ４１には図４に示す磁気抵抗素子２０の温度特性、即ち、磁気抵抗素子２０の出力と温度との関係を示すデータが記憶されている。具体的には、磁気抵抗素子２０は負、即ち、温度が高いほど出力が低くなる温度特性を有している。このデータを用いてマイコン４０は磁気抵抗素子２０の出力から温度を検知することができるようになっている。
【００２７】
また、メモリ４１には図５に示す温度と磁気抵抗素子２０の温度補正値との関係を示すデータが記憶されている。このデータを用いてマイコン４０は温度から磁気抵抗素子２０の出力の補正値を算出することができるようになっている。
【００２８】
さらに、図３においてマイコン４０はバスバー状態信号を入力してマイコン４０はバスバー５０が活線状態（電流が流れる状態）にあるか断線状態（電流が流れない状態）にあるのか検知することができるようになっている。
【００２９】
また、マイコン４０は補正後の磁気抵抗素子２０の出力（電流測定結果）を送出する。
次に、電流センサ１０の作用を説明する。
磁石３０により、磁気抵抗素子２０に対し被測定電流により加わる磁界Ｂ２とは逆向きの磁界Ｂ１が磁気抵抗素子２０に加えられる。
【００３０】
図６に示すように、マイコン４０は、ステップ１００においてバスバー５０が活線状態（電流が流れる状態）にあるか断線状態（電流が流れない状態）を判定する。そして、マイコン４０は、断線状態（電流が流れない状態）であると、ステップ１０１に移行する。マイコン４０はステップ１０１において、コイル３５に流れる電流を調整して磁石３０による磁界をゼロ、即ち、磁石３０で発生した磁界をキャンセル（相殺）するようにする。これにより、磁気抵抗素子２０での磁界印加状態として、磁気抵抗素子２０に加わる磁界がゼロとなった状態（第１の状態）にされる。こうすることにより、磁石３０の温度特性の影響を受けない。
【００３１】
さらに、マイコン４０はステップ１０２において、この状態におけるその時の磁気抵抗素子２０の出力Ｖ１を取り込んでオフセット値α（出力Ｖ１のレベル）を算出する。
このようにして、ステップ１００，１０１，１０２の処理が実行される。この際、オフセット値検知手段としてのマイコン４０は、被測定対象物としてのバスバー５０に電流が流れないときにおいてコイル３５により磁気抵抗素子２０での磁界印加状態を予め定められた第１の状態にしたときにおける磁気抵抗素子２０の出力から磁気抵抗素子２０のオフセット値を検知する。詳しくは、マイコン４０は、磁石３０で発生した磁界をコイル３５で発生させた磁界により相殺した状態で磁気抵抗素子２０の出力から磁気抵抗素子２０のオフセット値を検知する。
【００３２】
引き続き、マイコン４０はステップ１０３において、コイル３５に流れる電流をオフセット値の算出のための電流の向きとは逆にするとともに通電電流を調整して磁石３０とコイル３５による磁界を予め定めた規定値（一定値）にする。即ち、コイル３５に対し一定電流を流して一定の磁界を発生させる。これにより、磁気抵抗素子２０での磁界印加状態として、磁気抵抗素子２０に所定（一定）の磁界が加わる状態となる。この状態は、オフセット値検知のための第１の状態とは異なる第２の状態である。
【００３３】
さらに、マイコン４０はステップ１０４において、この状態におけるその時の磁気抵抗素子２０の出力Ｖ２から図４の温度特性データを用いて温度Ｔ１を算出（検知）する。算出した温度Ｔ１はメモリ４１に記憶される。
【００３４】
このようにして、ステップ１００，１０３，１０４の処理が実行される。この際、温度検知手段としてのマイコン４０は、バスバー５０に電流が流れないときにおいてコイル３５により磁気抵抗素子２０での磁界印加状態を第１の状態とは異なる第２の状態にしたときにおける磁気抵抗素子２０の出力から温度を検知する。
【００３５】
引き続き、マイコン４０はステップ１０５においてバスバー５０が活線状態（電流が流れる状態）にあるか断線状態（電流が流れない状態）を判定して、活線状態（電流が流れる状態）にあると、ステップ１０６に移行する。マイコン４０はステップ１０６において、実測時における現時点での磁気抵抗素子２０の出力Ｖ３を取り込む。この実測時にマイコン４０はコイル３５に流れる電流を調整して磁石３０で発生した磁界をキャンセル（相殺）して磁気抵抗素子２０には磁石３０およびコイル３５から磁界が加わらないようにする。
【００３６】
また、ステップ１０６において、マイコン４０は、図５の温度特性データを用いてステップ１０４で算出した温度Ｔ１から補正値βを算出する。そして、マイコン４０は、取り込んだ磁気抵抗素子２０の出力Ｖ３に対し、ステップ１０２で算出したオフセット値αと、図５を用いて算出した温度補正値βを加算する。マイコン４０は、この補正後の磁気抵抗素子２０の出力（＝Ｖ３＋α＋β）を外部に送出する。
【００３７】
このようにして、ステップ１０５，１０６の処理が実行される。この際、補正手段としてマイコン４０は、検知したオフセット値と検知した温度に基づいてバスバー５０に電流が流れたときの磁気抵抗素子２０におけるバスバー５０に流れる被測定電流の大きさに応じた信号の出力の補正を行う。
【００３８】
つまり、磁石３０およびコイル３５を磁気抵抗素子２０の近傍に配置し、バスバー５０に流れる電流をセンシングする前にオフセット値および温度の測定を行い、バスバー５０に流れる電流をセンシングする際にオフセット値の補正および温度の補正を行う。これまでの電流センサにおいては、オフセット補正と温度補正を行うためには別途センサが必要であったが、専用のセンサを用いることなくオフセット補正および温度補正を行い、電流を測定することができる。詳しくは、オフセット値の算出は磁気抵抗素子２０での磁界（磁力）がゼロとなるようにコイル３５に電流を流して磁石３０の磁界をゼロとした状態で磁気抵抗素子２０の出力を検出して行う。また、温度の測定は、コイル３５の電流の向きを逆にし、磁気抵抗素子２０のリニアな温度特性を利用して磁気抵抗素子２０の出力から温度を求める。そして、電流が流れたときの測定値に対しオフセットおよび温度の補正を行う。
【００３９】
以上のごとく本実施形態によれば、以下のような効果を得ることができる。
（１）電流センサの構成として、磁電変換素子としての磁気抵抗素子２０と、磁石３０と、調整手段としてのコイル３５と、マイコン４０とを備えている。マイコン４０は、バスバー５０に電流が流れないときにおいてコイル３５により磁気抵抗素子２０での磁界印加状態を予め定められた第１の状態にしたときにおける磁気抵抗素子２０の出力から磁気抵抗素子２０のオフセット値を検知する。また、マイコン４０は、バスバー５０に電流が流れないときにおいてコイル３５により磁気抵抗素子２０での磁界印加状態を第１の状態とは異なる第２の状態にしたときにおける磁気抵抗素子２０の出力から温度を検知する。そして、マイコン４０は、検知したオフセット値と検知した温度に基づいてバスバー５０に電流が流れたときの磁気抵抗素子２０におけるバスバー５０に流れる被測定電流の大きさに応じた信号の出力の補正を行う。
【００４０】
これにより、磁石３０とコイル３５を用いて、オフセット補正と温度補正を行うことができる。その結果、専用のセンサを用いずに簡素な構成にて高精度に電流測定を行うことができる。
【００４１】
（２）調整手段は、通電電流値に応じた強さの磁界が発生するコイル３５である。これにより、磁界を発生させて磁石３０による磁気抵抗素子２０への磁界の強さを容易に調整可能となる。
【００４２】
（３）磁石３０は永久磁石であり、当該永久磁石３０の周囲にコイル３５が巻回されている。これにより、磁石３０で発生した磁界をコイル３５（調整手段）で発生させた磁界により容易に相殺することができる。
【００４３】
つまり、オフセット値検知手段としてのマイコン４０は、磁石３０で発生した磁界をコイル３５で発生させた磁界により相殺した状態で磁気抵抗素子２０の出力から磁気抵抗素子２０のオフセット値を検知する。これにより、磁石３０における磁界の強さについて温度の影響を受けることなく磁気抵抗素子２０のオフセット値を検知することができる。
【００４４】
実施形態は前記に限定されるものではなく、例えば、次のように具体化してもよい。
・オフセット値を求めるときに、磁界を「０」、即ち、磁石３０で発生した磁界をキャンセル（相殺）するようにしたが、これに限ることはなく磁界をゼロ以外の一定値としてもよい。なおこの場合、バスバー５０に流れる電流を磁気抵抗素子２０で測定するとき磁石３０による磁界成分が含まれる場合には磁石３０による磁界成分を除いたものを最終電流測定結果とする。
【００４５】
・図１では磁石３０は磁気抵抗素子２０に対し被測定電流Ｉにより加わる磁界Ｂ２とは逆向きの磁界Ｂ１を磁気抵抗素子２０に加えるようにした。これに代わり、磁石３０は、磁気抵抗素子２０に対し被測定電流Ｉにより加わる磁界Ｂ２と同一方向の磁界を磁気抵抗素子２０に加えるようにしてもよい。
【００４６】
・磁電変換素子として磁気抵抗素子を用いたが、これに代わり他の磁電変換素子、例えばホールＩＣ（ホール素子）を用いてもよい。
・被測定対象物としてバスバー５０を用いたが、これに限定されない。例えば、丸棒であってもよい。
【００４７】
・磁石として電磁石を用いてもよく、要は、予め定められた強さの磁界が発生するものであればよい。
【符号の説明】
【００４８】
１０…電流センサ、２０…磁気抵抗素子、３０…磁石、３５…コイル、４０…マイコン、５０…バスバー。
【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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【図６】
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