| 【発明の名称】 |
電流測定装置 |
| 【発明者】 |
【氏名】関 英男
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| 【要約】 |
【課題】
【解決手段】 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】 信号線に被測定電流が流れたときに発生する磁界が作用するように磁気抵抗素子を設け、作用する磁界の強さに応じた磁気抵抗素子の抵抗の変化を測定回路によって測定するようにしたことを特徴とする電流測定装置。
【請求項２】 磁気抵抗素子が直列に接続された測定回路に定常電流を流したときの磁気抵抗素子における電圧降下分によって電流測定をなすようにしたことを特徴とする請求項１の記載による電流測定装置。
【請求項３】 一つの枝路に磁気抵抗素子が設けられ、信号線に被測定電流が流れていないときに平衡状態となる抵抗ブリッジ回路を用いて、信号線に被測定電流が流れたときの抵抗ブリッジ回路の不平衡出力電流によって電流測定をなすようにしたことを特徴とする請求項１の記載による電流測定装置。
【請求項４】 信号線に被測定電流が流れたときに発生する磁束を磁気抵抗素子の部分に集中させる磁性部材を設けたことを特徴とする請求項１の記載による電流測定装置。
【請求項５】 信号線に被測定電流が流れたときに発生する磁界が作用するように磁気抵抗素子を設けるとともに、信号線に被測定電流が流れたときの発生磁界が磁気抵抗素子に作用する向きとは逆向きの磁界が発生するように、その磁気抵抗素子５を中心としてその周囲に巻回されたコイルを設けて、そのコイルに信号線に被測定電流が流れたときの発生磁界を相殺させる電流を流したときの電流値を測定するようにした電流測定装置。
【請求項６】 一つの枝路に磁気抵抗素子が設けられ、信号線に被測定電流が流れていないときに平衡状態となる抵抗ブリッジ回路を用いて、信号線に被測定電流が流れたときの抵抗ブリッジ回路の不平衡電流が零になるようにコイルに電流を流すようにしたことを特徴とする請求項５の記載による電流測定装置。
【請求項７】 信号線に被測定電流が流れたときの発生磁束およびコイルの発生磁束をそれぞれ磁気抵抗素子の部分に集中させる磁性部材を設けたことを特徴とする請求項５の記載による電流測定装置。
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【発明の詳細な説明】【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、信号線を流れる電流を測定する電流測定装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、例えば、電気自動車のモータに流れる比較的大きな駆動電流（直流）を測定してモータ駆動のフィードバック制御を行わせるような場合、モータの駆動回路に直接電流測定用の抵抗を設けてその電圧降下分によって電流測定を行わせるようにしているが、モータの駆動電圧の低下をきたしたり、測定用抵抗で発熱を生じたりしている。
【０００３】また、従来、モータ回路に直接測定用コイルを設けて、それに電流が流れたときの発生磁界によって電流測定を行わせるようにしているが、モータ駆動系のインピーダンスが大きくなって制御に悪影響を与えている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】解決しようとする問題点は、電気自動車のモータに流れる比較的大きな駆動電流を、その電流が流れる回路中に測定用の抵抗やコイルを直接に設けて測定するのでは、その電流が流れる回路系統に影響を及ぼしたり、発熱を生じたりしてしまうことである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明による電流測定装置は、電気自動車のモータに流れる比較的大きな駆動電流などを測定するに際して、電流が流れる回路系統に影響を及ぼしたり、発熱を生じたりすることがないようにするべく、信号線に被測定電流が流れたときに発生する磁界が作用するように磁気抵抗素子を信号線の近傍に設け、作用する磁界の強さに応じた磁気抵抗素子の抵抗の変化を測定回路によって測定するようにしている。
【０００６】また、本発明による電流測定装置は、被測定電流の回路系統に何ら影響を及ぼすことなくその回路に流れる電流を間接的に測定できるようにするべく、信号線に被測定電流が流れたときに発生する磁界が作用するように磁気抵抗素子を設けるとともに、信号線に被測定電流が流れたときの発生磁界が磁気抵抗素子に作用する向きとは逆向きの磁界が発生するように、その磁気抵抗素子５を中心としてその周囲に巻回されたコイルを設けて、そのコイルに信号線に被測定電流が流れたときの発生磁界を相殺させる電流を流したときの電流値を測定するようにしている。
【０００７】
【実施例】図１および図２は、本発明による電流測定装置における電流検出部の基本的な構成を示している。
【０００８】ここでは、半導体基板３上に配線された被測定電流Ｉが流れる信号線１上をまたぐように絶縁層４を介して磁気抵抗素子（ＭＲ素子またはＧＭＲ素子）５を薄膜形成することによってＩＣ製造技術によって微細加工化されている。そして、その磁気抵抗素子５の両端にはリード線２が接続されている。６は、磁気抵抗素子５の保護膜である。
【０００９】磁気抵抗素子５は、その面方向に磁力線が作用するように磁界をわずかに印加することによって抵抗値が大きく変化する特性をもっている。図４は、磁気抵抗素子５の印加磁界に対する抵抗変化率の特性を示している。そして、磁気抵抗素子５は熱に強く、その印加磁界による抵抗変化の特性は熱的影響を受けることがなく安定している。
【００１０】このように構成された電流検出部にあって、信号線１に被測定電流Ｉが流れると、信号線１のまわりに図３に示すような磁界Ｈが発生する。その発生磁界Ｈの強さはその被測定電流Ｉの大きさに比例し、その磁気抵抗素子５の面方向に作用する磁力線によってその抵抗値が比例的に変化することになる。
【００１１】したがって、信号線１に被測定電流Ｉが流れたときに作用する磁界の強さに応じた磁気抵抗素子５における抵抗の変化を検出することによって、被測定電流Ｉを間接的に測定することができるようになる。
【００１２】その際、信号線１に被測定電流Ｉを流したときの発生磁界Ｈの強さが信号線１からの距離に逆比例するので、ＩＣ製造技術による微細加工によって磁気抵抗素子５における磁電変換の感度を充分に高めることができるようになる。
【００１３】図５は、磁気抵抗素子５における抵抗の変化を検出して被測定電流Ｉを測定するための具体的な測定回路を示している。
【００１４】ここでは、一つの枝路に磁気抵抗素子５が、他の三つの枝路には基準抵抗Ｒｓ１，Ｒｓ２，Ｒｓ３がそれぞれ設けられ、信号線１に電流が流れていないときに平衡状態となる抵抗ブリッジ回路７を用いて、信号線１に被測定電流Ｉが流れて磁気抵抗素子５の抵抗値が変化したときの抵抗ブリッジ回路７の不平衡出力電流Ｉｄを増幅回路８によって増幅し、その増幅した電流を測定用コイル９に流したときに発生する磁界の強さによって電流測定をなすようにしている。具体的には、一般の電流計と同様に、測定用コイル９に流したときに発生する磁界によってメータの指針を振らせるようにすればよい。その際、抵抗ブリッジ回路７の不平衡出力電流Ｉｄを電流測定用の抵抗に流して、その電圧降下分によって電流測定を行わせるようにしてもよい。
【００１５】また、特に図示しないが、抵抗ブリッジ回路を用いるようなことなく、磁気抵抗素子５が直列に接続された測定回路に定常電流を流したときの磁気抵抗素子５における電圧降下分を検出することによって、被測定電流Ｉの測定を間接的になすようにすることも可能である。
【００１６】また、図６は、本発明による電流測定装置における電流検出部の他の構成例を示している。
【００１７】ここでは、特に、信号線１に被測定電流Ｉが流れたときに発生する磁界Ｈの磁束を磁気抵抗素子５の部分に集中させる透磁率の高い磁性部材１０を設けるようにしている。
【００１８】その磁性部材１０としては、所定距離ＬのギャップＧを介して両端をつき合せるようにしたループ状に形成して、そのギャップＧの部分に磁気抵抗素子５を磁気的に結合することによって磁気閉回路を形成するようにしている。そして、そのループ内を信号線１が通るように、その磁性部材１０を配設するようにしている。
【００１９】図７は、その磁性部材１０のギャップＧ部分における磁気抵抗素子５の結合状態の詳細を示している。ここでは、電気的に磁気抵抗素子５の抵抗変化分のみをとり出すことができるように、磁気抵抗素子５と磁性部材１０との間に微小な間隔（例えば０．１μｍ程度）によるＳｉＯ２などによる絶縁層１１を設けるようにしている。そして、絶縁層１１の部分における磁気抵抗分を極力抑えるべく、磁性部材１０に対する磁気抵抗素子５の沿面長ｌを長くとって、両者間に充分な磁束が通るようにしている。
【００２０】したがって、このような構成によれば、磁性部材１０によって信号線１に被測定電流Ｉが流れたときに発生する磁界Ｈの磁束が磁気抵抗素子５の部分に集中して、磁気抵抗素子５の部分以外で起磁力が消費されることが有効に抑制され、信号線１に流れる被測定電流Ｉの変化に高感度に応答できるようになる。
【００２１】また、磁性部材１０のギャップＧ部分に磁気抵抗素子５を磁気的に結合するに際して、磁気抵抗素子５の感度をより上げるために、図８に示すように、磁気抵抗素子５を複数回くり返して蛇行させるようにしている。この場合、磁気抵抗素子５におけるギャップＧをまたがる部分の幅Ｗ１が磁性部材１０にのり上げている部分の幅Ｗ２（磁性部材１０に対する沿面長ｌとなる）よりも狭くなるようにして、磁束が集中しているギャップＧにまたがる部分の磁気抵抗が大きくなるようにしている。
【００２２】また、図９は、本発明による電流測定装置の他の実施例を示している。
【００２３】ここでは、かつ信号線１に被測定電流Ｉが流れたときの発生磁界Ｈが磁気抵抗素子５に作用する向きとは逆向きの磁界が発生するように、その磁気抵抗素子５を中心としてその周囲に巻回されたコイル１２を設けて、そのコイル１２に信号線１に被測定電流Ｉが流れたときの発生磁界Ｈを相殺させる電流Ｉｓを流したときの電流値を測定することによって被測定電流Ｉを求めるようにしている。
【００２４】具体的には、例えば、図１０に示すように、一つの枝路に磁気抵抗素子５が、他の三つの枝路には基準抵抗Ｒｓ１，Ｒｓ２，Ｒｓ３がそれぞれ設けられ、信号線１に被測定電流Ｉが流れていないときに平衡状態となる抵抗ブリッジ回路７を用いて、信号線１に被測定電流Ｉが流れたときの抵抗ブリッジ回路７の不平衡電流が零になるように、すなわち検流計１３の指針が零になるように、コイル１２に電流Ｉｓを流すようにする。
【００２５】また、ここでは、図６の場合と同様に、信号線１に被測定電流Ｉが流れたときに発生する磁界Ｈの磁束を磁気抵抗素子５の部分に集中させる透磁率の高い磁性部材１０を設けるようにしたうえで、そのギャップＧの部分に磁気抵抗素子５が磁気的に結合されている一辺を巻回するようにコイル１２を配設するようにしている。
【００２６】しかして、ループ状の磁性部材１０内を通るように信号線１を配するとともに、そのギャップＧの部分に磁気抵抗素子５が磁気的に結合されている一辺を巻回するようにコイル１２を配設することによって、信号線１に被測定電流Ｉを流したときおよびコイル１２に電流を流したときの各発生磁界による磁束を磁気抵抗素子５の部分に集中させることができ、被測定電流Ｉの測定を精度良く行わせることができるようになる。
【００２７】図１１および図１２は、図９に示す電流測定装置を、複数の半導体基板３を用いて微細加工したときの具体的な構成例を示している。
【００２８】
【効果】以上、本発明による電流測定装置にあっては、信号線に被測定電流が流れたときに発生する磁界が作用するように磁気抵抗素子を信号線の近傍に設け、作用する磁界の強さに応じた磁気抵抗素子の抵抗の変化を測定回路によって測定するようにしたもので、被測定電流が流れる回路系統に何ら影響を与えることなく、その回路に流れる被測定電流を間接的に測定することができるという利点を有している。
【００２９】また、本発明による電流測定装置は、信号線に被測定電流が流れたときに発生する磁界が作用するように磁気抵抗素子を設けるとともに、信号線に被測定電流が流れたときの発生磁界が磁気抵抗素子に作用する向きとは逆向きの磁界が発生するように、その磁気抵抗素子５を中心としてその周囲に巻回されたコイルを設けて、そのコイルに信号線に被測定電流が流れたときの発生磁界を相殺させる電流を流したときの電流値を測定することによって被測定電流を求めるようにしたもので、被測定電流が流れる回路系統に何ら影響を与えることなく、その回路に流れる被測定電流を間接的に測定することができるという利点を有している。
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| 【出願人】 |
【識別番号】０００００５３２６
【氏名又は名称】本田技研工業株式会社
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| 【出願日】 |
平成１２年１月１３日（２０００．１．１３） |
| 【代理人】 |
【識別番号】１０００７７７４６
【弁理士】
【氏名又は名称】鳥井 清
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| 【公開番号】 |
特開２００１−１９４３９１（Ｐ２００１−１９４３９１Ａ） |
| 【公開日】 |
平成１３年７月１９日（２００１．７．１９） |
| 【出願番号】 |
特願２０００−４０２８４（Ｐ２０００−４０２８４） |
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