JP2010256316A

JP2010256316A - 電流センサ

Info

Publication number: JP2010256316A
Application number: JP2009125825A
Authority: JP
Inventors: Nobuyuki Shinchi; 信幸新地; Akira Okada; 章岡田
Original assignee: Kohshin Electric Corp
Current assignee: Kohshin Electric Corp
Priority date: 2009-04-27
Filing date: 2009-04-27
Publication date: 2010-11-11

Abstract

【課題】一次導体から磁気抵抗効果素子に印加する磁界の方向を調整する手段を設けずに、磁気抵抗効果素子の応答における不連続な誤差を低減でき、性能のばらつきを抑制した電流センサを提供すること。
【解決手段】一次導体の円弧形成部が、円弧形成部の面内方向に伸長する各非円弧形成部を介して各接続導体部に連結されるとともに、各非円弧形成部にスリットを設けている。
【選択図】図１

Description

この発明は、被測定電流が印加される円弧形成部を有した一次導体の、円弧形成部の近傍において、被測定電流を測定する電流センサに関するものである。

従来、非接触で被測定電流を計測する手法としては、一般的に、磁気コアを用いたものがある。磁気コアを利用した電流センサは、磁気コアを被測定電流の流れる導体を取り囲む様に設置し、磁気コアに設けたギャップ部とともに磁気回路を形成する。ギャップ部に設置した磁電変換素子を通じて、被測定電流により磁気回路に生じた磁束の大きさを測定することで、非接触で被測定電流の大きさを測定する。

一方、小型化や軽量化、あるいは高精度化等を目的とした、磁気コアを用いない電流センサが提案されている。従来の磁電変換素子を利用した、磁気コアを用いない電流センサとして、複数の磁気抵抗効果素子からなるブリッジ回路を、絶縁体を介して所定の間隔を離してＵ字型の一次導体に配置したものがある（例えば、特許文献１参照）。

特開平８−２１１１３８特開２０００−１９１９９

中村斉他：日本金属学会誌，Ｖｏｌ．５６，Ｎｏ．７（１９９２）８４９

上記特許文献１に開示されている電流センサまたは磁気センサの一次導体は、左右対称的なＵ字型構造で、磁気抵抗効果素子で構成するブリッジ回路の左右の各ハーフブリッジに逆方向磁界が印加され、一様な外部磁界を除去する利点がある。しかしながら、上記一次導体は左右対称的なＵ字型構造で、磁気抵抗効果素子の両側に位置する各一次導体は直線形状をとっており、各磁気抵抗効果素子の長手方向に対して、概ね直角となるある一方向からの磁界を印加する構成のため、バルクハウゼンノイズの影響から、磁気抵抗効果素子の応答、つまりは電流センサの出力に不連続な誤差が重畳する問題が生じる恐れがあった。この現象は、上記非特許文献１に開示されており、磁気抵抗効果素子の長軸方向、つまりは形状磁気異方性の方向に対する誘導磁気異方性の傾きをθとすると、磁気抵抗効果素子の応答の不連続変化の影響が最小となる磁界の方向が、θの増大とともに、直角方向から増加する。このようにθの値に応じて、不連続な誤差を低減する、ある磁界の方向が存在するものの、一次導体から印加する磁界の方向を調整する手段は設けられておらず、作製した電流センサによって不連続な誤差の程度が異なる現象が生じ、結果として電流センサの性能がばらつくという問題点があった。

上記特許文献２の図４に開示されている電流検出方法の電流通電路は、点対称な略円状をとっており、ホール素子を対象にしたものであるが、本構造を上記特許文献１に示したようなブリッジ構成を有した磁気抵抗効果素子に利用し、かつ円の内周に沿って電流が流れるならば、素子の面内に印加する逆方向磁界のそれぞれ方向は一方向に規定されず、磁界の指向性が緩和され、それに伴い不連続な誤差の程度も緩和され、電流センサのばらつきが減少する利点がある。しかしながら、電流は印加された導体内において、入出力間の最短距離を流れるため、上記特許文献２の図４に示された構造では円の内周に沿って電流が流れることはなく、電流の流れを可視化するならば、Ｕ字型構造の一次導体とほぼ同様のものとなり、上記利点は実現せず、電流センサの性能がばらつくという問題点があった。

この発明は上記のような課題を鑑み、解決するためになされたもので、一次導体から磁気抵抗効果素子に印加する磁界の方向を調整する手段を設けずに、磁気抵抗効果素子の応答における不連続な誤差を低減でき、性能のばらつきを抑制した電流センサを提供することを目的とする。

この発明に係る電流センサは、設置基板上に４つの磁気抵抗効果素子で、設置基板の中心線に対して分けられた一方の領域に第１のハーフブリッジ回路が配置されると共に、他方の領域に第２のハーフブリッジ回路が配置された電流検知デバイスと、線対称な円弧形成部を有した少なくとも１つの一次導体を有し、前記設置基板の中心線と前記円弧形成部の対称軸が略一致するように少なくとも一つの前記電流検知デバイスが前記円弧形成部近傍に配置する構造をとるものである。

また、この発明に係わる電流センサは、一次導体の前記円弧形成部が、前記円弧形成部の面内方向に伸長する各非円弧形成部を介して各接続導体部に連結されるとともに、各非円弧形成部にスリットを設ける構造をとるものである。

また、この発明に係わる電流センサは、一次導体の前記円弧形成部が、前記円弧形成部の面外方向に伸長する各非円弧形成部を介して各接続導体部に連結する構造をとるものである。

また、この発明に係わる電流センサは、一次導体の前記円弧形成部が、対称軸の直角方向にそれぞれ伸長する各非円弧形成部を介して各接続導体部に連結されるとともに、一次導体は絶縁部を介して交差する構造をとるものである。

また、この発明に係わる電流センサは、一次導体の前記円弧形成部が、絶縁体で構成された円弧形状の側面を有する、少なくとも一つのボビンに巻回した電流線により形成される構造をとるものである。

この発明の電流センサによると、一つの設置基板上に四つの磁気抵抗効果素子にて、設置基板上の中心線に対して分けられた一方の領域に第一のハーフブリッジ回路が配置されるとともに、他方の領域に第二のブリッジ回路が配置され、それぞれのハーフブリッジ回路に逆方向の磁界が印加される構造のため、一様な外部磁界を除去する効果がある。
また、磁気抵抗効果素子の面内に印加する磁界の方向は一方向に規定されず、磁界の指向性が緩和され、それに伴い磁気抵抗効果素子の応答における不連続な誤差の程度も緩和され、電流センサの出力ばらつき、出力誤差が減少する効果がある。

また、この発明の電流センサによると、一次導体から磁気抵抗効果素子に印加する磁界の方向を調整する手段を設けずに、磁気抵抗効果素子の応答における不連続な誤差を低減できるため、小型化、ならびに低コスト化の効果もある。
また、電流検知デバイスを含むセンサ基板内層にシールド層を設置することで、主に一次導体から生じる電界ノイズを除去あるいは低減する効果がある。

この発明の実施形態１による電流センサの斜視図である。この発明の実施形態１による電流センサの平面図である。この発明の実施形態１による電流センサの断面図である。この発明の実施形態１による電流センサの図３に示す電流検知デバイス部近傍の磁界ベクトルとその分解ベクトルである。この発明の実施形態１による電流センサの電流検知デバイス部を示す平面図である。この発明の実施形態１による電流センサの電流検知デバイス部を示す構成概略図である。従来の一次導体における電流線を示す平面図である。この発明の実施形態１による一次導体での電流線を示す平面図である。この発明の実施形態１による電流センサの、異なる一次導体を用いたときの電流検知デバイス部近傍の磁界ベクトルとその分解ベクトルである。この発明の実施形態１による電流センサの補償導電線を配置した構成図である。この発明の実施形態２による一次導体の斜視図である。この発明の実施形態２による別の一次導体の平面図である。この発明の実施形態２による別の一次導体の断面図である。この発明の実施形態３による電流センサの斜視図である。

実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１による電流センサの斜視図を示すもので、図２は図１の平面図、図３は図１および図２におけるＡＡ’断面（ＸＺ面）の一部を示す断面図である。図において、電流センサ１は、電流検知デバイス部７、センサ回路部９を有するセンサ基板２と、一次導体３により構成される。
本実施の形態１における一次導体３は、電気伝導性を有する金属板から作製され、略円形状にくり抜き加工された１つの円弧形成部４、スリット８を有する各非円弧形成部５、および面内方向に伸長する接続導体部６によって構成される。円弧形成部４における一次導体３の断面形状は、Ｘ方向に長軸を有する長方形であり、センサ基板２は、円弧形成部４上に設置される。
まず、電流検知デバイス部７の構成について説明する。
図５は電流検知デバイス部７の平面図を示すもので、設置基板１７上において、設置基板１７の中心線１１によって２つの領域に分けられ、それぞれの領域に磁気抵抗効果素子１４ａ、１４ｂ、磁気抵抗効果素子１４ｃ、１４ｄが線対称に等しく配置される。ここで、磁気抵抗効果素子１４の感磁方向はＸ方向とし、長手方向はＹ方向とする。４つの磁気抵抗効果素子１４ａ〜１４ｄは、設置基板１７の中心線１１に対して相互に平行方向に配置され、磁気抵抗効果素子１４ａ、１４ｄは、互いに逆方向の磁界の増加に応じて抵抗値が共に増加する磁気抵抗効果特性を有するように、また、磁気抵抗効果素子１４ｂ、１４ｃは、互いに逆方向の磁界の増加に応じて抵抗値が共に減少する磁気抵抗効果特性を有するように、図には省略したが、磁気抵抗効果素子上にはバーバーポール電極構造が形成されている。なお、４つの磁気抵抗効果素子１４はそれぞれ１本で構成したが、クランク形状に複数の磁気抵抗効果素子を接続し、線路長を長く構成してもよい。また、中心線１１上の中心点に対して点対称に構成してもよい。接続電流線１５は、４つの磁気抵抗効果素子１４間を接続することにより、ブリッジ回路１８を構成するものであり、接続エリア１６は、外部とブリッジ回路１８の入出力用の端子部として用いる。

図６はこの発明の実施の形態１による電流センサ１の電流検知デバイス７を示す構成概略図であり、図６において、４つの磁気抵抗効果素子１４間を接続電流線１５で接続することにより、磁気抵抗効果素子１４ａ、１４ｂの直列接続からなるハーフブリッジ回路（第１のハーフブリッジ回路）１９ａ、磁気抵抗効果素子１４ｃ、１４ｄの直列接続からなるハーフブリッジ回路（第２のハーフブリッジ回路）１９ｂの並列接続からなるブリッジ回路１８を構成するものである。
接続エリア（第１の接続エリア）１６ａは、ブリッジ回路１８の磁気抵抗効果素子１４ａ、１４ｃ間の接続電流線１５に接続され、もう一方の接続エリア（第２の接続エリア）１６ｂは、ブリッジ回路１８の磁気抵抗効果素子１４ｂ、１４ｄ間の接続電流線１５に接続されており、接続エリア１６ａ、１６ｂからブリッジ回路１８に電圧が供給されるものである。接続エリア（第３の接続エリア）１６ｃは、ブリッジ回路１８の磁気抵抗効果素子１４ａ、１４ｂ間の接続電流線１５に接続され、もう一方の接続エリア（第４の接続エリア）１６ｄは、ブリッジ回路１８の磁気抵抗効果素子１４ｃ、１４ｄ間の接続電流線１５に接続されており、接続エリア１６ｃ、１６ｄからブリッジ回路１８の出力電圧が検出されるものである。

なお、図５および図６には示していないが、設置基板１７上の４つの磁気抵抗効果素子１４ａ〜１４ｄの上方、または下方、またはその両方に絶縁層を介して補償導電線２０を配置し、ブリッジ回路１８の出力電圧に基づいて、それらの補償導電線２０に４つの磁気抵抗効果素子１４の近傍に発生する磁界を打ち消すような電流を供給する磁気平衡型の構成としてもよい。

次に、電流センサ１の全体構成について説明する。
図１および図２に示すように、被測定電流を印加する一次導体３には、略円形状にくり抜き加工が施され、Ｚ方向から見て円の形状となり、この円周に沿って被測定電流が流れるように１つの円弧形成部４が形成される。電流検知デバイス７に逆方向の磁界が印加されるように、電流検知デバイス７の両側に位置する一次導体３の各円弧形成部４には、逆方向の被測定電流が流れる構成となる。安定して逆方向の磁界を印加するためには、円弧形状は少なくとも電流検知デバイス部７の近傍において左右対称であることが望ましい。
図２に示すように、一点鎖線で示した円弧形状を有する一次導体３の対称軸、および電流検知デバイス部７の中心線１１が略一致するように、センサ基板２は円弧形成部４の上方に設置する。本実施の形態においては、電流検知デバイス７をセンサ基板２の上面側に設置した例を示しており、設置位置は上面に限るものではないが、後述するセンサ基板２の内層に設けた電界シールド層を有効利用するためには、上面に設置するのが望ましい。電流検知デバイス部７を含むセンサ基板２の設置位置（特にＺ方向）は、磁気抵抗効果素子１４に付与したい磁界、つまりは被測定電流の大きさに応じて決定するが、Ｚ方向における１次導体３の中央となる位置（図３破線Ｏ）では感磁方向の付与磁界が０となるため、中央からずらして設置するのがよい。また、一次導体３の断面積は、印加する被測定電流値に応じて決定される。このような一次導体３は、例えば電気伝導性の良好な銅などの金属板材からの打ち抜き加工により作製されるが、作製方法はこれに限るものではなく、例えば板厚を拡大する場合などは、鋳造等により作製してもよい。
図２にのみ示したが、センサ基板２上には、電流検知デバイス部７とともにセンサ回路部９を配置する。センサ回路部９は、電流検知デバイス部７の接続エリア１６ａ、１６ｂにブリッジ回路１８の電圧を供給すると共に、ブリッジ回路１８の出力電圧を適度な増幅を施して出力するが、電流センサ１と外部の入出力端を電気的に接続するには、端子１０を利用する。
センサ基板２と１次導体３は、特に図示しないが接着剤や取付部材等を用いて固定する。取付部材は特に材料を限定しないが、非磁性で経時劣化の少ないものが望ましく、絶縁性や耐圧の効果を上げるために全体、あるいは一部を樹脂モールドしてもよい。
図３の断面図に示したように、センサ基板２の内層には導電性を有する電界シールド層１２を設置する。電界シールド層１２は、電流センサとしての性能を低下させるノイズとして、外部から磁気抵抗効果素子１４やセンサ回路部９へ印加される電界ノイズを、除去あるいは低減するためのもので、少なくとも磁気抵抗効果素子１４やセンサ回路部９と一次導体３の間に設置する必要があり、可能であれば磁気抵抗効果素子１４やセンサ回路部９を覆うように設置するのが望ましい。電界シールド層１２の材料は、導電性を有すればよく、例えば銅、アルミニウム等が考えられ、センサ基板２に設けた電気的なグランドと接続される。設置の形態としては、例えば多層基板の内層の少なくとも１層にグランド層を設けたものでもよい。

ここで、被測定電流を印加する一次導体３について詳細に説明する。本実施の形態では、電気伝導性が良好である、例えば銅などの金属板材から一次導体３を作製する。まず円弧形成部４を形成するために、略円形状にくり抜き加工が施され、非Ｕ字形成部５と接続導体部６の被測定電流の入力側と出力側を分離するための切削加工、およびスリット８の切削加工が行われ、一次導体３となる。本実施の形態１では、円形状のくり抜きによる円弧形成部のみを示したが、これに限るものではなく、例えば楕円形状であっても構わない。
被測定電流を一次導体３に印加したとき、電流検知デバイス７に印加される逆方向のそれぞれ磁界において、磁界の方向が一方向に規定されず、磁界の指向性を緩和するためには、円弧形成部４の円周に沿って被測定電流が流れる必要がある。円弧形成部４の円周に沿って被測定電流を流すために、非Ｕ字形成部５にスリット８が設けられる。スリット８の効果を明確にするために、スリット８の有無における電流線の概略を、図７、図８に示す。図７のように、特許文献２の電流通電路のようなスリット８のない場合、一次導体３の下端から被測定電流の入出力を行ったとき、主たる電流線は図中の矢印で示すようになり、円弧形成部４を有していても特許文献１に示したＵ字型構造の一次導体と同様の結果を示す。つまり電流検知デバイス７の設置位置にもよるが、概ね印加磁界の方向は、Ｘ方向の一方向に規定される。図８のように、スリット８を設けた場合、一次導体３の下端から被測定電流の入出力を行ったとき、主たる電流線は図中の矢印で示すようになり、円弧形成部４の円周に沿ったものとなる。このようにスリット８を設けることで、容易に円弧形成部４の円周に沿って被測定電流が流すことが可能となる。
なお本実施の形態１に示した図では、円弧形成部４の外周部分は特に加工を施さず直角形状に構成されているが、被測定電流は一次導体３の内部において一次導体３の入出力端となる接続導体部６から最短距離で流れるため、外周部分は特に円弧形状である必要はなく、加工工数の低減、および被測定電流印加時の発熱の低減つまりは放熱作用のために、未加工であることがむしろ望ましい。
また、本実施の形態においては、円弧形成部４における一次導体３の断面形状はＸ方向に長軸を有する長方形としたが、円弧形成部４における一次導体３の断面形状を面外方向（Ｚ方向）に長軸を有する長方形としてもよい。その場合、図９に示すように、ｘ軸方向（感磁方向）へ分解した磁界ベクトル１３ｘとｚ方向へ分解した磁界ベクトル１３ｚの大きさは、１３ｘ＜１３ｚの関係が成立し、それぞれの磁気抵抗効果素子１４の感磁方向には低められた磁界が印加されることになる。一次導体３の断面形状は面外方向（Ｚ方向）に長軸を有する長方形にすると、被測定電流が大電流であっても磁気抵抗効果素子１４に印加される磁界が抑制され、出力の飽和などを気にすることなく、かつ電流センサとしての外形寸法を大型化することなく、大電流の計測が容易に行える。

次に、電流センサ１の動作について、図３、図４、図５により説明する。
一次導体３に被測定電流を印加すると、例えば第１の円弧形成部４ａには電流の方向に対して図３の破線に示すように左回転の磁界が、また第２の円弧形成部４ｂには電流の方向に対して図３の破線に示すように右回転の磁界が、印加される被測定電流の大きさに応じて発生する。図には簡単のために各１次導体あたり２本の磁束線によって発生磁界を示した。その結果、電流検知デバイス部７を図３に示す位置に設置した場合、電流検知デバイス部７の左側に位置する磁気抵抗効果素子１４ａ、１４ｂには、図４に示す磁界ベクトル１３ａが印加され、右側に位置する磁気抵抗効果素子１４ｃ、１４ｄには、磁界ベクトル１３ｂが印加される。よって磁気抵抗効果素子１４ａ、１４ｂの感磁方向（Ｘ軸方向）には分解ベクトル１３ａｘが、磁気抵抗効果素子１４ｃ、１４ｄの感磁方向（Ｘ軸方向）には分解ベクトル１３ｂｘが加わることになる。つまり、電流検知デバイス部７のＸＹ面における、図５に示した磁気抵抗効果素子１４ａ、１４ｂには、中心線１１より紙面左側の向きに磁界が加わり、磁気抵抗効果素子１４ｃ、１４ｄには、中心線１１より紙面右側の向きに磁界が加わる。

なお、磁気抵抗効果素子１４ａ、１４ｄでは、共に磁界の増加に応じて抵抗値が増加すると共に、磁界の減少に応じて抵抗値が減少する磁気抵抗効果特性を有するように、また、磁気抵抗効果素子１４ｂ、１４ｃでは、逆に磁界の増加に応じて抵抗値が減少すると共に、磁界の減少に応じて抵抗値が増加する磁気抵抗効果特性を有するように構成されている。
よって、一次導体３に流れる電流の増加に応じて磁気抵抗効果素子１４ａ、１４ｄの抵抗値が増加すると共に、磁気抵抗効果素子１４ｂ、１４ｃの抵抗値が減少し、一次導体３に流れる電流の減少に応じて磁気抵抗効果素子１４ａ、１４ｄの抵抗値が減少すると共に、磁気抵抗効果素子１４ｂ、１４ｃの抵抗値が増加する。このように、一次導体３に印加される被測定電流の大きさに応じてブリッジ回路１８の平衡が崩れ、これが電流検知デバイス部７のブリッジ回路１８の出力となる。

さらに、電流センサ１の動作について、補償導電線２０を有する場合について説明する。補償導電線２０を配置した電流検知デバイス部７とセンサ回路部９の概略構成を図１０に示す。
一次導体３に印加される被測定電流の大きさに応じてブリッジ回路１８の平衡が崩れる。このとき、センサ回路部９に設置された増幅回路部（例えばオペアンプ２１）では、電流検知デバイス部７の接続エリア１６ｃ、１６ｄから検出される出力電圧に基づいて、磁気抵抗効果素子１４ａ〜１４ｄ近傍に発生する磁界を打ち消すような電流（制御電流）を補償導電線２０に供給する。具体的には接続エリア１６ｃ、１６ｄの出力電圧が０になるように、制御電流の大きさを調整する。補償導電線２０は、その制御電流の大きさに応じて４つの磁気抵抗効果素子１４ａ〜１４ｄ近傍に発生する磁界、すなわち一次導体３に印加される被測定電流の大きさに応じた磁界を相殺するような磁界を発生する。
したがって、一次導体３に印加される被測定電流の大きさに応じたブリッジ回路１８の平衡の崩れを、センサ回路部９から供給される制御電流により修復することができる。ゆえに、センサ回路部９から供給した制御電流の大きさが、一次導体３に印加される被測定電流の大きさに相関のある値として検出することができる。
なお、一次導体３以外において発生した外部磁界（外乱磁界）は、磁気抵抗効果素子１４ａ、１４ｂと磁気抵抗効果素子１４ｃ、１４ｄ（ブリッジ回路１８の左右の各ハーフブリッジ回路１９）に同相の影響となるため相殺され、測定精度に影響を与えない。

以上のように、この実施の形態１によれば、設置基板上に４つの磁気抵抗効果素子で、設置基板の中心線に対して分けられた一方の領域に第１のハーフブリッジ回路が配置されると共に、他方の領域に第２のハーフブリッジ回路が配置され、それぞれのハーフブリッジ回路に逆方向の磁界が印加される構造のため、一様な外部磁界を除去することができる効果がある。

また、磁気抵抗効果素子の面内に印加する磁界の方向は一方向に規定されず、磁界の指向性が緩和され、それに伴い磁気抵抗効果素子の応答における不連続な誤差の程度も緩和され、電流センサの出力ばらつき、あるいは出力誤差が減少する効果がある。

また、一次導体から磁気抵抗効果素子に印加する磁界の方向を調整する手段を設けずに、磁気抵抗効果素子の応答における不連続な誤差を低減できるため、小型化、ならびに低コスト化の効果もある。

また、センサ基板の内層面に導電性を有するシールド層を設置したため、一次導体や外部からの電界ノイズを除去あるいは低減でき、測定精度を向上する効果がある。

実施の形態２．
図１１は、この発明の実施の形態２による一次導体の斜視図である。図において、一次導体３は、電気伝導性を有する金属にて作製され、略円形状のくり抜き部を有する円弧形成部４、円弧形成部４の面外方向（Ｚ方向）に伸長する各非円弧形成部５、およびＸＹ面内方向に伸長する接続導体部６によって構成される。電流センサを構成する場合、センサ基板２は円弧形成部４上に設置されるが、図には省略した。
実施の形態２は、実施の形態１に示した一次導体３の形状を変更した構成であり、実施の形態１に示した一次導体３に比べて、大きな被測定電流を一次導体３に印加した場合も、出力誤差が増加することがないようにしたものである。なお、その他の構成や動作で重複する部分は省略する。

円弧形成部の円周に沿って被測定電流を流すために、実施の形態１に示した一次導体にはスリットを設けている。そのため、スリット横のわずかな導体部分に被測定電流が集中し、その部分の電流密度が他の領域と比較して増大する。被測定電流が小さい場合、特に問題とならないものの、被測定電流が大きい場合は電流密度の増大により、発熱が生じる。この熱が伝搬してセンサ基板に設置された磁気抵抗効果素子に至ると、磁気抵抗効果素子の温度上昇が生じ、この温度変化により磁気抵抗効果素子の応答が変化する。よってこの変化が誤差となり、電流センサとしての出力に重畳される。
本実施の形態においては、一次導体３にスリットを設けずに、円弧形成部４の円周に沿って被測定電流を流す構造とした。円弧形成部４と非円弧形成部５の接続部分に被測定電流が集中する構造ではあるが、微小領域に集中するわけではないため、熱が発生しても、連続した導体部を拡散し、放熱される。そのため、過度な温度上昇は生じず、被測定電流が大きい場合も、誤差の重畳は抑制され、計測精度の劣化はない。

次に、この発明の実施の形態２による別の一次導体について説明する。図１２は、この発明の実施の形態２による別の一次導体の平面図を示すもので、図１３は図１２におけるＢ視のＡＡ’断面（ＹＺ面）を示す断面図である。図において、一次導体３は、ループ状の円弧形成部４と、交差部２２を介して逆方向に伸長する各非円弧形成部５、および接続導体部６によって構成され、交差部２２において交差する被測定電流の絶縁を確保するために、絶縁部２３が設置される。電流センサを構成する場合、センサ基板２は円弧形成部４上に設置されるが、図には省略した。
この実施の形態２による別の一次導体３は、大きな被測定電流を一次導体３に印加した場合も、出力誤差が増加することがないようにし、かつＺ方向に低背化したものである。絶縁部２３は、交差する被測定電流の絶縁確保に必要であり、電気伝導性のない樹脂等によって作製するスペーサである。Ｚ方向に電流センサ設置の制限があり、大きな被測定電流の計測が必要なとき、この実施の形態２による別の一次導体３を利用するのが望ましい。

以上のように、本実施の形態２によれば、一次導体３に大きな被測定電流を印加した場合も、電流密度が局所的に増大することのない一次導体構造としたため、発熱が抑制され、測定の精度が劣化しない効果がある。

実施の形態３．
図１４は、この発明の実施の形態３による電流センサの斜視図である。図において、電流センサ１は、電流検知デバイス部７、センサ回路部９を有するセンサ基板２と、一次導体３により構成される。簡単のために、図１４には、電流検知デバイス部７、およびセンサ回路部９は省略した。
本実施の形態３における一次導体３は、絶縁体で形成された円弧形状の側面を有する、つまりは円筒状のボビン２４、ボビン２４に巻回した導電線２５、および被測定電流の入出力用に使用する接続導体部６によって構成される。簡単のために、図１４には、巻回構造となる各導電線は省略した。
実施の形態３は、実施の形態１や実施の形態２に示した一次導体３の構造を変更した構成であり、実施の形態１に示した一次導体３に比べて、小さな被測定電流を一次導体３に印加した場合も、精度の良い電流センサ出力が確保できるようにしたものである。なお、その他の構成や動作で重複する部分は省略する。

実施の形態２に比べて、実施の形態１は小さい被測定電流の計測を想定した構成であった。しかしながら、さらに小さい被測定電流の測定においては、磁気抵抗効果素子の応答が非常に微小となり、ＳＮ比が確保されず、電流センサとしての出力精度が悪化した。
本実施の形態３においては、一次導体３は、絶縁体で形成された円筒状ボビン２４の側面に、導電線を複数回、巻回した構造としている。導電線に印加する被測定電流が微弱であっても、複数ターンとすることで、ターン数分、磁気抵抗効果素子に加わる磁界が増加する。そのため、磁気抵抗効果素子の応答が微小になることはなく、ＳＮ比は確保され、電流センサとしての出力精度も確保される。

以上のように、本実施の形態３によれば、一次導体３に微弱な被測定電流を印加する場合も、磁気抵抗効果素子に加わる磁界が確保される一次導体構造としたため、測定の精度が劣化しない効果がある。

１電流センサ、２センサ基板、３一次導体、４円弧形成部、５非円弧形成部、６接続導体部、７電流検知デバイス部、８スリット、９センサ回路部、１０外部端子、１１中心線、１２シールド層、１３磁界ベクトル、１４磁気抵抗効果素子、１５接続電流線、１６接続エリア、１７設置基板、１８ブリッジ回路、１９ハーフブリッジ回路、２０補償導電線、２１オペアンプ、２２交差部、２３絶縁部、２４ボビン、２５導電線

Claims

設置基板上に配置され、互いに逆方向の磁界の増加に応じて抵抗値が共に増加する磁気抵抗効果特性を有する第１および第４の磁気抵抗効果素子と、
前記設置基板上に配置され、互いに逆方向の上記磁界の増加に応じて抵抗値が共に減少する磁気抵抗効果特性を有する第２および第３の磁気抵抗効果素子と、
前記設置基板上に配置され、前記第１から第４の磁気抵抗効果素子を接続することにより、前記第１および第２の磁気抵抗効果素子による第１のハーフブリッジ回路、および前記第３および第４の磁気抵抗効果素子による第２のハーフブリッジ回路からなるブリッジ回路を構成する接続電流線とを備え、前記設置基板の中心線に対して分けられた一方の領域に前記第１のハーフブリッジ回路が配置されると共に、他方の領域に前記第２のハーフブリッジ回路が配置された電流検知デバイスと、少なくとも１つの線対称な円弧形成部を有する一次導体とを備え、
前記設置基板の中心線と前記円弧形成部の対称軸が略一致するように少なくとも一つの前記電流検知デバイスが前記円弧形成部近傍に配置されることを特徴とする電流センサ。
前記一次導体の前記円弧形成部は、前記円弧形成部の面内方向に伸長する各非円弧形成部を介して各接続導体部に連結されるとともに、各非円弧形成部にスリットを設けたことを特徴とする請求項１に記載の電流センサ。
前記一次導体の前記円弧形成部は、前記円弧形成部の面外方向に伸長する各非円弧形成部を介して各接続導体部に連結されることを特徴とする請求項１に記載の電流センサ。
前記一次導体の前記円弧形成部は、対称軸の直角方向にそれぞれ伸長する各非円弧形成部を介して各接続導体部に連結されるとともに、一次導体は絶縁部を介して交差することを特徴とする請求項１に記載の電流センサ。
前記一次導体の前記円弧形成部は、絶縁体で構成された円弧形状の側面を有する、少なくとも一つのボビンに巻回した導電線により形成されることを特徴とする請求項１に記載の電流センサ。
少なくとも一つの前記電流検知デバイスは、センサ回路部とともにセンサ基板に設置され、前記センサ基板は前記一次導体の前記円弧形成部近傍の少なくとも一箇所に、前記センサ基板に設置された前記電流検知デバイスの中心線と前記円弧形成部の対称軸が略一致するように設置されたことを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の電流センサ。
前記センサ基板の内部に、導電性を有するシールド層を設置したことを特徴とする請求項６に記載の電流センサ。