JP2013142604A

JP2013142604A - 電流センサ

Info

Publication number: JP2013142604A
Application number: JP2012002789A
Authority: JP
Inventors: Hiroyuki Hebiguchi; 広行蛇口
Original assignee: Alps Green Devices Co Ltd
Current assignee: Alps Green Devices Co Ltd
Priority date: 2012-01-11
Filing date: 2012-01-11
Publication date: 2013-07-22

Abstract

【課題】近接して配置された導電路からの誘導磁界の影響を低減でき、しかもダイナミックレンジの悪化を抑制できる電流センサを提供すること。
【解決手段】本発明の電流センサ（１）は、被測定導電路（１１）と、被測定電流（Ｉ）からの誘導磁界に応じて出力信号を出力する第１及び第２の磁電変換素子（１２ａ，１２ｂ）と、近接導電路（２１）と、第１及び第２の磁電変換素子（１２ａ，１２ｂ）の出力信号から被測定電流の大きさを演算する演算回路（３１）と、を具備し、被測定導体（１１）は、第１及び第２の直線部（１１ａ，１１ｂ）と、第１の被測定部（１１ｃ）と、当該第１の被測定部（１１ｃ）と平行に設けられた第２の被測定部（１１ｄ）と、を有し、第１及び第２の磁電変換素子（１２ａ，１２ｂ）と近接導電路（２１）との間の距離が等しいことを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は電流センサに関し、特に、近接する複数の導電路を流れる電流を測定する電流センサに関する。

従来より、３相交流のＵ相、Ｖ相及びＷ相の各被測定電流を測定する電流センサが開発されている（例えば、特許文献１参照）。かかる電流センサは、平行に並設され、それぞれ略Ｓ字形状のクランク部を有する３つの導電路を備える。３つの導電路のクランク部は、特定方向に延びる第１の直線部と、一方の端部で第１の直線部と連接し、特定方向に直交する方向に延びる被測定部と、被測定部の他方の端部と一方の端部とが連接し、特定方向に延びる第２の直線部とをそれぞれ有する。３つの導電路のクランク部には、被測定部を特定方向において前後に挟むように、それぞれ一対の磁気センサが設けられる。

この電流センサにおいては、一対の磁気センサが設けられた導電路（以下、「被測定導電路」という）を流れる被測定電流からの誘導磁界が、一対の磁気センサに対して逆方向から印加され、一対の磁気センサから逆相の出力信号が出力される。また、外部磁界及び各導電路に近接して配置された導電路（以下、「近接導電路」という）を流れる被測定電流からの誘導磁界が、一対の磁気センサに対して同一方向から印加され、一対の磁気センサから同相の出力信号が出力される。したがって、一対の磁気センサの出力信号を差動演算することにより、被測定電流からの誘導磁界に基づく出力信号が加算され、外乱磁界及び近接導電路からの誘導磁界に基づく出力信号を減算される。

特開２０１０−２６６２９０号公報

しかしながら、特許文献１記載の電流センサにおいては、一対の磁気センサが被測定導電路の被測定部を前後に挟むように設けられるので、被測定導電路からの誘導磁界と近接導電路からの誘導磁界とが、一対の磁気センサの一方の磁気センサに対して同一方向から印加される。このため、例えば、近接導電路からの誘導磁界の磁界強度と被測定導電路からの誘導磁界の磁界強度とが等しい場合には、一方の磁気センサによる被測定電流の測定できる強さが半分となる。このように、特許文献１記載の電流センサにおいては、一対の磁気センサにより測定できる誘導磁界の磁界強度の最大値が、近接導電路からの誘導磁界の大きさにより制限され、ダイナミックレンジ（識別可能な信号の最小値と最大値との比率）が悪化する場合がある。

また、特許文献１に記載の電流センサにおいては、近接導電路からの誘導磁界による出力信号を低減するためには、近接導電路からの誘導磁界が被測定導電路に設けられた一対の磁気センサに対して均等に印加される必要がある。このため、一対の磁気センサが設けられた被測定導電路と近接導電路との間の位置精度を高い水準で保つ必要がある。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、近接導電路からの誘導磁界の影響を低減でき、しかもダイナミックレンジの悪化を抑制できる電流センサを提供することを目的とする。

本発明の電流センサは、被測定電流が流れる被測定導電路と、前記被測定電流からの誘導磁界に応じた出力信号を出力する第１の磁電変換素子及び第２の磁電変換素子と、前記被測定導電路の付近に配置された近接導電路と、前記１の磁電変換素子及び第２の磁電変換素子の前記出力信号から前記被測定電流の大きさを演算する演算回路と、を具備し、前記被測定導体は、第１の直線部と、第２の直線部と、一対の端部を有し前記第１の直線部と一端部で連接する第１の被測定部と、一対の端部を有し前記第２の直線部と一端部で連接する第２の被測定部とを有し、前記第２の直線部を流れる前記被測定電流の方向は、前記第１の直線部を流れる前記被測定電流の方向と平行であり、前記第１の被測定部を流れる前記被測定電流の方向は、前記第１の直線部を流れる前記被測定電流の方向と異なっており、前記第２の被測定部を流れる前記被測定電流の方向は、前記第１の直線部を流れる前記被測定電流の方向と異なっており、前記第１の被測定部の他端部と前記第２の被測定部の他端部とが接続されており、前記第１の磁電変換素子が前記第１の被測定部に設けられ、前記第２の磁電変換素子が前記第２の被測定部に設けられ、前記近接電流路を流れる電流の方向は、前記第１の直線部を流れる前記被測定電流の方向と平行であり、前記第１の磁電変換素子と前記近接導電路との間の距離と前記第２の磁電変換素子と前記近接導電路との間の距離とが等しいことを特徴とする。

この構成によれば、近接導電路から第１の磁気検知素子及び第２の磁気検知素子に対して印加される誘導磁界の磁界強度が等しくなるので、第１の磁気検知素子及び第２の磁気検知素子の出力信号を演算することにより、近接導電路からの誘導磁界に基づく出力信号を低減することができる。また、第１の磁気検知素子及び第２の磁気検知素子に印加される近接導電路からの誘導磁界の方向が、被測定導電路の第１の被測定部及び第２の被測定部からの誘導磁界の方向に対して異なる方向となる。これにより、近接導電路からの誘導磁界による第１の磁気検知素子及び第２の磁気検知素子の測定範囲への影響を低減できるので、ダイナミックレンジの悪化を低減できる。さらに、近接導電路と第１の磁気検知素子及び第２の磁気検知素子との間の距離が等しいので、被測定導電路と近接導電路との間の相対的な位置が変化した場合においても、測定精度の悪化を低減できる。

本発明の電流センサにおいては、前記第１の被測定部を流れる前記被測定電流の方向と前記第１の直線部を流れる前記被測定電流の方向とが直角をなし、前記第２の被測定部を流れる前記被測定電流の方向と前記第２の直線部を流れる前記被測定電流の方向とが直角をなし、前記第１の被測定部の他端部と前記第２の被測定部の他端部とを接続する接続部を有することが好ましい。この構成により、第１の直線部からの誘導磁界の方向と第１の被測定部からの誘導磁界の方向とが直交し、第２の直線部からの誘導磁界の方向と第２の被測定部からの誘導磁界の方向とが直交するので、第１の直線部及び第２の直線部からの誘導磁界に基づく測定精度の悪化を低減できる。

本発明の電流センサにおいては、前記第１の直線部及び前記第２の直線部が、同一直線上に配置されたことが好ましい。この構成により、第１の直線部及び第２の直線部が存在する方向に直交する幅方向における寸法を低減できる。

本発明の電流センサにおいては、前記第１の被測定部及び前記第２の被測定部の厚さは、前記第１の直線部及び前記第２の直線部の厚さよりも薄くなっており、前記第１の直線部及び前記第２の直線部の厚さの中央位置と前記第１の磁電変換素子及び前記第２の磁電変換素子の厚さの中央位置とが等しいことが好ましい。この構成により、第１の直線部、第２の直線部及び接続部からの誘導磁界の方向が、第１の被測定部及び第２の被測定部からの誘導磁界の方向と直交するので、第１の直線部及び第２の直線部からの誘導磁界に基づく測定精度の悪化を低減できる。

本発明の電流センサにおいては、前記第１の磁電変換素子の感度軸の方向が前記第１の被測定部を流れる被測定電流からの誘導磁界の方向に沿うように設けられると共に、前記第１の磁電変換素子の感度影響軸の方向が前記第１の被測定部を流れる電流の方向に沿うように設けられ、前記第２の磁電変換素子の感度軸の方向が前記第２の被測定部を流れる被測定電流からの誘導磁界の方向に沿うように設けられると共に、前記第２の磁電変換素子の感度影響軸の方向が前記第２の被測定部を流れる電流の方向沿うように設けられたことが好ましい。この構成により、第１の被測定部及び第２の被測定部からの誘導磁界の方向と感度影響軸の方向とが直交するので、感度影響軸に基づく測定精度の悪化を低減できる。

本発明の電流センサにおいては、前記感度影響軸が、副感度軸であることが好ましい。

本発明の電流センサにおいては、前記感度影響軸が、感度変化軸であることが好ましい。

本発明の電流センサにおいては、前記第１の磁電変換素子及び前記第２の磁電変換素子が、磁気抵抗効果素子であることが好ましい。この構成により、第１の磁電変換素子及び第２の磁電変換素子を容易に設けることができる。

本発明によれば、近接して配置された導電路からの誘導磁界の影響を低減でき、しかもダイナミックレンジの悪化を抑制できる電流センサを実現できる。

一実施の形態に係る電流センサの平面模式図である。一実施の形態に係る電流センサの断面模式図である。一実施の形態に係る電流センサのブロック図である。一実施の形態に係る電流センサの他の構成例を示す断面模式図である。一実施の形態に係る電流センサの部分拡大図である。一実施の形態に係る電流センサの接続部を有しない被測定導電路の構成の一例を示す図である。

本発明者は、複数の導電路と、複数の導電路にそれぞれ設けられた複数の磁電変換素子（磁気を電気変量（電圧、電気抵抗など）に変換する素子）と、を備えた電流センサにおいては、ダイナミックレンジを悪化させる要因が、近接して配置された導電路（以下、「近接導電路」という）を流れる電流からの誘導磁界にあることに着目した。そして、本発明者らは、一対の直線部と、当該一対の直線部に連接する一対の被測定部と、を有する被測定導電路を用いることにより、近接導電路を流れる電流からの誘導磁界の影響を低減でき、ダイナミックレンジの悪化を抑制できることを見出し、本発明を完成させるに至った。

以下、本発明の一実施の形態について、添付図面を参照して詳細に説明する。
図１は、本発明の一実施の形態に係る電流センサ１の平面模式図である。図１に示すように、本実施の形態に係る電流センサ１は、被測定電流Ｉが流れる長尺の被測定導電路１１と、この被測定導電路１１に対して平行に配置される長尺の近接導電路２１とを備える。被測定導電路１１及び近接導電路２１は、同一平面内に配置される。

被測定導電路１１は、長手方向（Ｙ軸方向）に沿って存在する第１の直線部１１ａ及び第２の直線部１１ｂを有する。第１の直線部１１ａ及び第２の直線部１１ｂは、離間して配置されると共に、平行に配置される。本実施の形態においては、第１の直線部１１ａ及び第２の直線部１１ｂは、同一直線上に配置される。第２の直線部１１ｂは、被測定電流Ｉが流れる方向が第１の直線部１１ａを流れる被測定電流Ｉの方向と平行となるように配置される。なお、第１の直線部１１ａ及び第２の直線部１１ｂが存在する方向は、被測定電流Ｉが流れる方向と同一方向である。

また、被測定導電路１１は、一対の端部を有し、第１の直線部１１ａと一端部で連接する第１の被測定部１１ｃと、一対の端部を有し、第２の直線部１１ｂと一端部で連接する第２の被測定部１１ｄと、を有する。第１の被測定部１１ｃは、第１の直線部１１ａの長手方向に交わる方向に沿って存在する。第２の被測定部１１ｄは、第２の直線部１１ｂの長手方向に交わる方向に沿って存在する。第１の被測定部１１ｃ及び第２の被測定部１１ｄは、平行に設けられている。本実施の形態においては、第１の被測定部１１ｃは、第１の直線部１１ａが存在する方向（Ｙ軸方向）の一方側の端部から直角に存在するように設けられ、第２の被測定部１１ｄは、第２の直線部１１ｂが存在する方向（Ｙ軸方向）の他方側の端部から直角に存在するように設けられている。

すなわち、本実施の形態においては、第１の被測定部１１ｃを流れる被測定電流Ｉの方向と第１の直線部１１ａを流れる被測定電流Ｉの方向とが直角をなし、第２の被測定部１１ｄを流れる被測定電流Ｉの方向とが直角をなすように配置される。なお、第１の被測定部１１ｃと第１の直線部１１ａとは必ずしも直角である必要はない。第１の被測定部１１ｃは、第１の被測定部１１ｃを流れる被測定電流Ｉの方向が、第１の直線部１１ａを流れる被測定電流Ｉの方向と異なる方向に配置されればよい。同様に、第２の被測定部１１ｄと第２の直線部１１ｂとは必ずしも直角である必要はない。第２の被測定部１１ｄは、第２の被測定部１１ｄを流れる被測定電流Ｉの方向が第１の直線部１１ａを流れる被測定電流Ｉの方向と異なる方向に配置されればよい。

第１の被測定部１１ｃの他端部と第２の被測定部１１ｄの他端部との間には、第１の被測定部１１ｃと第２の被測定部１１ｄを接続する接続部１１ｅが設けられている。本実施の形態においては、接続部１１ｅは、第１の被測定部１１ｃ及び第２の被測定部１１ｄの端部から直角に存在するように設けられている。なお、本明細書において、第１の被測定部１１ｃ、第２の被測定部１１ｄ及び接続部１１ｅが存在する方向は、被測定電流Ｉが流れる方向と同一方向である。

第１の被測定部１１ｃ上には、絶縁基板（不図示）を介して第１の磁電変換素子１２ａが設けられ、第２の被測定部１１ｄ上には、絶縁基板（不図示）を介して第２の磁電変換素子１２ｂが設けられる。第１の磁電変換素子１２ａ及び第２の磁電変換素子１２ｂは、感度軸Ｓ１の方向が同一方向（Ｙ軸方向）に揃えられている。第１の磁電変換素子１２ａは、第１の被測定部１１ｃを流れる被測定電流Ｉからの誘導磁界Ｈ１により出力信号を出力する。第２の磁電変換素子１２ｂは、第２の被測定部１１ｄを流れる被測定電流Ｉからの誘導磁界Ｈ１により出力信号を出力する。第１の磁電変換素子１２ａ及び第２の磁電変換素子１２ｂから出力された出力信号は、配線パターン（不図示）を介して演算回路３１（図３参照）に入力され、被測定電流Ｉの電流値が算出される。

すなわち、本実施の形態においては、被測定導電路１１は、第１の直線部１１ａがＹ軸方向に延び、第１の被測定部１１ｃとの連接部分で方向を変えてＹ軸方向に直交するＸ軸方向に延び、接続部１１ｅとの連接部分で方向を変えてＹ軸方向に延び、第２の被測定部１１ｄの連接部分で方向を変えてＸ軸方向に延び、第２の直線部１１ｂとの連接部分で方向を変えてＹ軸方向に延びる。そして、被測定導電路１１には、被測定電流Ｉが第１の直線部１１ａ、第１の被測定部１１ｃ、接続部１１ｅ、第２の被測定部１１ｄ及び第１の直線部１１ｂの順に通流される。この構成により、被測定電流Ｉが被測定導電路１１を通流した際に生じる第１の被測定部１１ｃ及び第２の被測定部１１ｄからの誘導磁界Ｈ１の方向が、第１の直線部１１ａ及び第２の直線部１１ｂからの誘導磁界Ｈ２の方向及び接続部１１ｅからの誘導磁界Ｈ３の方向に対して直交する。したがって、第１の磁電変換素子１２ａ及び第２の磁電変換素子１２ｂの感度軸Ｓ１を第１の被測定部１１ｃ及び第２の被測定部１１ｄからの誘導磁界Ｈ１の方向に揃えることにより、第１の直線部１１ａ及び第２の直線部１１ｂからの誘導磁界Ｈ２の方向及び接続部１１ｅからの誘導磁界Ｈ３に基づく出力信号を低減することができる。

近接導電路２１は、長手方向（Ｙ軸方向）に沿って存在する第１の直線部２１ａ及び第２の直線部２１ｂを有する。第１の直線部２１ａ及び第２の直線部２１ｂは、離間して配置されると共に、平行に配置される。第１の直線部２１ａ及び第２の直線部２１ｂは、同一直線上に配置される。第２の直線部１１ｂは、電流Ｉａが流れる方向が第１の直線部１１ａを流れる電流Ｉａの方向と平行となるように配置される。なお、第１の直線部２１ａ及び第２の直線部２１ｂが存在する方向は、電流Ｉａが流れる方向と同一方向である。

第１の直線部２１ａは、Ｙ軸方向における長さが被測定導電路１１の第１の直線部１１ａのＹ軸方向における長さより相対的に短くなるように設けられる。また、第２の直線部２１ｂは、Ｙ軸方向における長さが被測定導電路１１の第２の直線部１１ｂのＹ軸方向における長さより相対的に長くなるように配置される。第２の直線部１１ｂは、第１の磁電変換素子１２ａとの間の距離Ｄ１と第２の磁電変換素子１２ｂとの間の距離Ｄ２とが等しくなるように配置される。本実施の形態においては、第１の磁電変換素子１２ａ及び第２の磁電変換素子１２ｂがＹ軸方向において同一直線上に設けられている。このため、被測定導電路１１と近接導電路２１とを平行に配置することにより、第１の磁電変換素子１２ａとの間の距離Ｄ１と第２の磁電変換素子１２ｂとの間の距離Ｄ２とが等しくなる。

また、近接導電路２１は、一対の端部を有し、第１の直線部２１ａと一端部で連接する第１の被測定部２１ｃと、一対の端部を有し、第２の直線部２１ｂと一端部で連接する第２の被測定部２１ｄと、を有する。第１の被測定部２１ｃは、第１の直線部２１ａの長手方向に交わる方向に沿って存在する。第２の被測定部２１ｄは、第２の直線部２１ｂの長手方向に交わる方向に沿って存在する。第１の被測定部２１ｃ及び第２の被測定部２１ｄは、平行に設けられている。本実施の形態においては、第１の被測定部２１ｃは、第１の直線部２１ａが存在する方向（Ｙ軸方向）の一方側の端部から直角に存在するように設けられ、第２の被測定部２１ｄは、第２の直線部２１ｂが存在する方向（Ｙ軸方向）の他方側の端部から直角に存在するように設けられている。

すなわち、本実施の形態においては、第１の被測定部２１ｃを流れる電流ａＩの方向と第１の直線部２１ａを流れる電流Ｉａの方向とが直角をなし、第２の被測定部２１ｄを流れる電流Ｉａの方向とが直角をなすように配置される。なお、第１の被測定部２１ｃと第１の直線部２１ａとは必ずしも直角である必要はない。第１の被測定部２１ｃは、第１の被測定部２１ｃを流れる電流Ｉａの方向が、第１の直線部１１ａを流れる電流Ｉａの方向と異なる方向に配置されればよい。同様に、第２の被測定部２１ｄと第２の直線部２１ｂとは必ずしも直角である必要はない。第２の被測定部２１ｄは、第２の被測定部２１ｄを流れる電流Ｉａの方向が第１の直線部２１ａを流れる電流Ｉａの方向と異なる方向に配置されればよい。

第１の被測定部２１ｃの他端部と第２の被測定部２１ｄの他端部との間には、第１の被測定部２１ｃと第２の被測定部２１ｄを接続する接続部２１ｅが設けられている。本実施の形態においては、接続部２１ｅは、第１の被測定部２１ｃが延びる方向の端部及び第２の被測定部２１ｄが延びる方向の端部から直角に存在するように設けられている。なお、本明細書において、第１の被測定部２１ｃ、第２の被測定部２１ｄ及び接続部２１ｅが存在する方向は、電流Ｉａが流れる方向と同一方向である。

第１の被測定部２１ｃ上には、絶縁基板（不図示）を介して第１の磁電変換素子２２ａが設けられ、第２の被測定部２１ｄ上には、絶縁基板（不図示）を介して第２の磁電変換素子２２ｂが設けられる。第１の磁電変換素子２２ａ及び第２の磁電変換素子２２ｂは、感度軸Ｓ１の方向が同一方向（Ｙ軸方向）に揃うように設けられる。第１の磁電変換素子２２ａは、被測定部２１ｃを流れる電流Ｉａからの誘導磁界Ｈ５により出力信号を出力する。第２の磁電変換素子２２ｂは、被測定部２１ｄを流れる電流Ｉａからの誘導磁界にＨ２により出力信号を出力する。第１の磁電変換素子２２ａ及び第２の磁電変換素子２２ｂから出力された出力信号は、配線パターンを介して演算回路３１に入力される。

本実施の形態においては、感度軸Ｓ１が同一方向（Ｙ軸方向）に揃うように第１の磁電変換素子１２ａ及び第２の磁電変換素子１２ｂが設けられると共に、被測定導電路１１に設けられる第１の磁電変換素子１２ａ及び第２の磁電変換素子１２ｂとの間の距離Ｄ１，Ｄ２が等しくなるように近接導電路２１が配置される。これにより、電流Ｉａが近接導電路２１を通流した際に生じる第１の直線部２１ａ及び第２の直線部２１ｂからの誘導磁界Ｈ４が、第１の磁電変換素子１２ａ及び第２の磁電変換素子１２ｂに対して均等に印加される。したがって、第１の磁電変換素子１２ａ及び第２の磁電変換素子１２ｂの出力信号を差動演算することにより、誘導磁界Ｈ４に応じた出力信号を減算することが可能となる。このように、第１の磁電変換素子１２ａ及び第２の磁電変換素子１２ｂが受ける近接導電路２１からの誘導磁界Ｈ４の影響を低減できるので、ダイナミックレンジの悪化を低減できる。また、感度軸Ｓ１の方向を第１の被測定部１１ｃ及び第２の被測定部１１ｄが存在する方向と直交し、かつ第１の被測定部１１ｃ及び第２の被測定部１１ｄからの誘導磁界Ｈ１の方向と一致させることにより、第１の磁電変換素子１２ａ及び第２の磁電変換素子１２ｂの感度を最大にできる。

また、本実施の形態においては、近接導電路２１は、Ｙ軸方向における第１の被測定部２１ｃ及び第２の被測定部２１ｄの位置と被測定導電路１１の第１の被測定部１１ｃ及び第２の被測定部１１ｄ位置とが離間するように配置される。この構成により、電流が近接導電路２１を通流した際に生じる第１の被測定部２１ｃ及び第２の被測定部２１ｄからの誘導磁界Ｈ５並びに接続部２１ｅからの誘導磁界Ｈ６の影響を低減することができる。

図２は、本実施の形態に係る電流センサ１の断面模式図である。図２においては、図１のＩＩ−ＩＩ線における断面を模式的に示している。図２に示すように、第１の被測定部１１ｃ及び第２の被測定部１１ｄにおける被測定電流Ｉの通流方向は逆方向となるので、第１の被測定部１１ｃ及び第２の被測定部１１ｄの周囲に生じる被測定電流Ｉからの誘導磁界が逆方向となる。このため、第１の磁電変換素子１２ａ及び第２の磁電変換素子１２ｂは、第１の被測定部１１ｃ及び第２の被測定部１１ｄからの誘導磁界Ｈ１により、逆相の出力信号を出力する。

一方で、電流Ｉａが近接導電路２１を通流した際に生じる誘導磁界Ｈ４は、感度軸Ｓ１の方向（Ｙ軸方向）と直交する方向（Ｚ軸方向）となるため、第１の磁電変換素子１２ａ及び第２の磁電変換素子１２ｂは、近接導電路２１からの誘導磁界Ｈ４の影響を受けない。また、地磁気などの外部磁界Ｈｂは、第１の磁電変換素子１２ａ及び第２の磁電変換素子２２ｂに対して同一方向から同一の強さで印加される。このため、第１の磁電変換素子１２ａ及び第２の磁電変換素子１２ｂは、外部磁界Ｈｂにより、同相の出力信号を出力する。

図３は、本実施の形態に係る電流センサ１のブロック図である。図３に示すように、電流センサ１は、第１の磁電変換素子１２ａ及び第２の磁電変換素子１２ｂと、第１の磁電変換素子１２ａ及び第２の磁電変換素子１２ｂからの出力信号を信号処理（電流値を演算）する演算回路３１と、から構成されている。

演算回路３１は、第１の磁電変換素子１２ａ及び第２の磁電変換素子１２ｂの出力信号を差動演算する。ここで、第１の磁電変換素子１２ａ及び第２の磁電変換素子１２ｂの出力信号には、第１の被測定部１１ｃ及び第２の被測定部１１ｄからの誘導磁界Ｈ１に基づく逆相の出力信号と近接導電路２１からの誘導磁界Ｈ４及び外部磁界Ｈｂに基づく同相の出力信号が含まれている。したがって、第１の磁電変換素子１２ａ及び第２の磁電変換素子１２ｂの出力信号を差動演算することにより、被測定電流Ｉからの誘導磁界Ｈ１に基づく出力信号は加算され、近接導電路２１からの誘導磁界Ｈ４及び外部磁界Ｈｂに基づく出力信号が減算される。これにより、被測定電流Ｉの検出感度が向上すると共に、外乱ノイズ成分及び近接導電路２１からの誘導磁界Ｈ４に基づく電流センサ１の測定精度の低下を抑制できる。

なお、上記実施の形態に係る電流センサ１においては、被測定導電路１１の第１の直線部１１ａ、第２の直線部１１ｂ、第１の被測定部１１ｃ、第２の被測定部１１ｄ及び接続部１１ｅの断面形状が、同一である例について説明したが、被測定導電路１１の構成は適宜変更可能である。

図４Ａは、電流センサ１の他の構成例を示す図である。なお、図４Ａにおいては、図１のＩＶＡ−ＩＶＡ線における断面を模式的に示し、図４Ｂにおいては、図１のＩＶＢ−ＩＶＢ線における断面を模式的に示している。

図４Ａに示すように、第１の直線部１１ａ、第１の被測定部１１ｃ及び接続部１１ｅは、断面視にて矩形形状を有しており、その下面が面一となるように設けられる。第１の直線部１１ａ及び接続部１１ｅは、断面視における短手方向（Ｚ軸方向）の厚みが同一となるように設けられる。第１の被測定部１１ｃは、断面視における短手方向の厚みが第１の直線部１１ａ及び接続部１１ｅに対して相対的に薄くなるように設けられている。第１の被測定部１１ｃの上面には、第１の磁電変換素子１２ａが設けられる。接続部１１ｅ、第１の磁電変換素子１２ａ、及び第１の直線部１１ａは、断面視における短手方向のそれぞれの中央位置Ｐ１、Ｐ２及びＰ３が同一平面Ｘ内となるように設けられている。

図４Ｂに示すように、第２の直線部１１ｂ、第２の被測定部１１ｄ及び接続部１１ｅは、断面視にて矩形形状を有しており、その下面が面一となるように設けられる。第２の直線部１１ａ及び接続部１１ｅは、断面視における短手方向（Ｚ軸方向）の厚みが同一となるように設けられる。第２の被測定部１１ｄは、断面視における短手方向の厚みが第２の直線部１１ａ及び接続部１１ｅに対して相対的に薄くなるように設けられている。第２の被測定部１１ｄの上面には、第２の磁電変換素子１２ｂが設けられる。接続部１１ｅ、第２の磁電変換素子１２ｂ及び第２の直線部１１ｂは、断面視における短手方向のそれぞれの中央位置Ｐ１、Ｐ４及びＰ５が同一平面Ｘ内となるように設けられている。

このように、図４Ａ，図４Ｂに示す例では、第１の磁電変換素子１２ａ及び第２の磁電変換素子１２ｂの中央位置Ｐ２，Ｐ４と、第１の直線部１１ａ、第２の直線部１１ｂ及び接続部１１ｅの中央位置Ｐ３，Ｐ５，Ｐ１とが等しい位置（同一平面Ｘ内）に配置される。この構成により、第１の直線部１１ａ及び第２の直線部１１ｂからの誘導磁界Ｈ２及び接続部１１ｅからの誘導磁界Ｈ３の方向と、第１の被測定部１１ｃ及び第２の被測定部１１ｄからの誘導磁界Ｈ１の方向及び第１の磁電変換素子１２ａ及び第２の磁電変換素子１２ｂの感度軸Ｓ１の方向と直交する。これにより、第１の直線部１１ａ、第２の直線部１１ｂ及び接続部１１ｅからの誘導磁界Ｈ２，Ｈ３に基づく出力信号を低減することができるので、電流センサ１の測定精度を更に向上することが可能となる。なお、接続部１１ｅの中央位置Ｐ１は、必ずしも第１の磁電変換素子１２ａ及び第２の磁電変換素子１２ｂの中央位置Ｐ２，Ｐ４と等しい位置にする必要はない。

第１の磁電変換素子１２ａ及び第２の磁電変換素子１２ｂとしては、被測定電流Ｉからの誘導磁界Ｈ１の強さに応じて電気的変量が変わるものであれば特に制限はない。第１の磁電変換素子１２ａ及び第２の磁電変換素子１２ｂとしては、例えば、誘導磁界の強さに応じて電気抵抗値が変化するＧＭＲ（ＧｉａｎｔＭａｇｎｅｔｏＲｅｓｉｓｔａｎｃｅ）素子及びＴＭＲ（ＴｕｎｎｅｌＭａｇｎｅｔｏＲｅｓｉｓｔａｎｃｅ）素子などの磁気抵抗効果素子や、誘導磁界の強さに応じた電圧を出力するホール素子などを用いることができる。

第１の磁電変換素子１２ａ及び第２の磁電変換素子１２ｂとしては、ＧＭＲ素子を用いることが好ましい。特に、本実施の形態においては、第１の被測定部１１ｃ及び第２の被測定部１１ｄの上面に第１の磁電変換素子１２ａ及び第２の磁電変換素子１２ｂが絶縁基板を介して設けられる。このため、第１の磁電変換素子１２ａ及び第２の磁電変換素子１２ｂとしてＧＭＲ素子を用いることにより、第１の磁電変換素子１２ａ及び第２の磁電変換素子１２ｂを絶縁基板上に容易に実装することができる。

また、第１の磁電変換素子１２ａ及び第２の磁電変換素子１２ｂとしては、感度影響軸を有する磁電変換素子を用いてもよい。ここで、感度影響軸とは、感度軸Ｓ１の他に被測定電流Ｉの測定精度に影響を及ぼす軸である。感度影響軸としては、検出感度が高いＧＭＲ素子や磁気収束板を備えたホール素子が有する副感度軸や、ハードバイアス層を備えたＧＭＲ素子が有する感度変化軸が挙げられる。

副感度軸とは、被測定電流Ｉからの誘導磁界に応じて、感度軸Ｓ１に基づく出力信号に対して相対的に低い出力信号が生じる軸である。この副感度軸は、検出感度が高いＧＭＲ素子や磁気収束板を有するホール素子においては、感度軸Ｓ１に直交する方向に生じる。副感度軸を有する磁電変換素子では、副感度軸の方向の磁界も測定してしまうため、測定精度に影響を及ぼす場合がある。

感度変化軸とは、ＧＭＲ素子やＴＭＲ素子に対するハードバイアス層からのバイアス磁界の方向である。ＧＭＲ素子やＴＭＲ素子においては、ハードバイアス層からのバイアス磁界を印加することにより、強磁性固定層（ＰＩＮ層）の磁化方向に対して、磁化自由層の磁化方向を平行にさせることが容易となるので、被測定電流Ｉからの誘導磁界による出力信号が線形性を有する範囲を広げることができる。この場合、ハードバイアス層からのバイアス磁界の方向は、誘導磁界の方向に直交する方向であり、誘導磁界の方向に直交する方向が感度変化軸となる。感度変化軸を有する磁電変換素子では、感度変化軸方向に磁界が加わると、感度が変化してしまい測定精度に影響を及ぼす場合がある。

図５は、電流センサ１の他の構成例を示す図である。図５においては、感度軸Ｓ１に加えて感度影響軸Ｓ２を有する磁電変換素子を用いた電流センサ１の構成例を示している。図５に示すように、感度影響軸Ｓ２を有する場合、第１の磁電変換素子１２ａ及び第２の磁電変換素子１２ｂは、感度軸Ｓ１の方向が被測定電流Ｉからの誘導磁界Ｈ１の方向に沿うように設けられると共に、感度影響軸Ｓ２の方向が第１の被測定部１１ｃ及び第２の被測定部１１ｄが存在する方向（Ｘ軸方向）に沿うように設けられる。この構成により、被測定電流Ｉからの誘導磁界Ｈ１の方向（Ｙ軸方向）に対して感度影響軸Ｓ２の方向が直交する方向（Ｘ軸方向）となるので、感度影響軸Ｓ２に基づく出力信号を低減できる。したがって、感度影響軸Ｓ２に基づく電流センサ１の出力信号の線形性の低下や、ヒステリシスの増大などの測定精度への影響を低減することが可能となる。

以上説明したように、本実施の形態に係る電流センサ１によれば、近接導電路２１から第１の磁電変換素子１２ａ及び第２の磁電変換素子１２ｂに対して印加される誘導磁界Ｈ４の磁界強度が等しくなるので、第１の磁電変換素子１２ａ及び第２の磁電変換素子１２ｂの出力信号を差動演算することにより、近接導電路２１からの誘導磁界Ｈ４に基づく出力信号を低減することができる。また、第１の磁電変換素子１２ａ及び第２の磁電変換素子１２ｂに印加される近接導電路２１からの誘導磁界Ｈ４の方向が、被測定導電路１１の第１の被測定部１１ｃ及び第２の被測定部１１ｄからの誘導磁界Ｈ１の方向に対して異なる方向となる。すなわち、近接導電路２１からの誘導磁界Ｈ４の方向が、感度軸Ｓ１及び感度影響軸Ｓ２に対して直交する方向となるので、殆ど感度を持たない方向となる。これにより、近接導電路２１からの誘導磁界Ｈ４による第１の磁電変換素子１２ａ及び第２の磁電変換素子１２ｂの測定範囲への影響を低減できるので、ダイナミックレンジの悪化を低減できる。さらに、第１の磁電変換素子１２ａ及び第２の磁電変換素子１２ｂとの間の距離が等しいので、被測定導電路１１と近接導電路２１との間の相対的な位置が変化した場合においても、測定精度の悪化を低減できる。

また、近接導電路２１からの誘導磁界Ｈ４の方向は、第１の被測定部１１ｃ及び第２の被測定部１１ｄからの誘導磁界Ｈ１の方向と直交するので、誘導磁界Ｈ１に対する誘導磁界Ｈ４の影響を低減できる。さらに、第１の磁電変換素子１２ａの感度軸Ｓ１の方向を、第１の被測定部１１ｃからの誘導磁界Ｈ１の方向に揃えることにより、第１の磁電変換素子１２ａの検出感度を高めることができる。同様に、第２の磁電変換素子１２ｂの感度軸Ｓ１を、第２の被測定部１１ｄからの誘導磁界Ｈ１の方向に揃えることにより、第２の磁電変換素子１２ｂの検出感度を高めることができる。また、上記構成により、近接導電路２１からの誘導磁界Ｈ４の影響を低減でき、近接導電路２１を流れる電流による測定精度の悪化も防止できる。

なお、本発明は上記実施の形態に限定されず、種々変更して実施することが可能である。上記実施の形態において、添付図面に図示されている大きさや形状などについては、これに限定されず、本発明の効果を発揮する範囲内で適宜変更することが可能である。また、上記実施の形態において、「平行」、「同一」、「同相」、「逆相」、「等しい」、「直角」などの用語については、本発明の効果を奏する範囲で多少の誤差を含むものとする。その他、本発明の目的の範囲を逸脱しない限りにおいて適宜変更して実施することが可能である。

例えば、上述した実施の形態においては、被測定導電路１１が、第１の被測定部１１ｃの他端部と第２の被測定部１１ｄの他端部とを接続する接続部１１ｅを有する構成について説明したが、被測定導電路１１の構成は、第１の被測定部１１ｃと第２の被測定部１１ｄとを電気的に接続するものであれば適宜変更可能である。

図６は、接続部１１ｅを有しない被測定導電路１１の構成の一例を示す図である。以下においては、図１に示す電流センサ１の構成との相違点について主に説明し、説明の重複を避ける。なお、図６においては、図１に示す電流センサ１と同一の構成要素には同一の符号を付している。

図６に示す例においては、第１の被測定部１１ｃは、一端部が第１の直線部１１ａのＹ軸方向における一方側の端部に所定の角度（例えば、６０度）をなすように連接する。第２の被測定部１１ｄは、一端部が第２の直線部１１ｂのＹ軸方向における他方側の端部に所定の角度（例えば、６０度）をなすように連接する。第１の被測定部１１ｃの他端部及び第２の被測定部１１ｄの他端部は、接続されている。

第１の磁電変換素子１２ａ及び第２の磁電変換素子１２ｂは、その感度軸Ｓ１が同一方向（Ｙ軸方向）に揃えられている。また、第１の磁電変換素子１２ａは、第１の被測定部１１ｃからの誘導磁界Ｈ４の方向に対して感度軸Ｓ１が所定の角度θをなすように設けられる。第２の磁電変換素子１２ｂは、第２の被測定部１１ｄからの誘導磁界Ｈ１の方向に対して所定の角度θをなすように設けられる。この構成により、第１の磁電変換素子１２ａ及び第２の磁電変換素子１２ｂに印加される誘導磁界Ｈ１の大きさが、Ｈ１×ｃｏｓθとなるので、被測定電流Ｉが大電流の場合であっても、第１の磁電変換素子１２ａ及び第２の磁電変換素子１２ｂの磁化飽和を抑制することが可能となる。したがって、電流センサ１の測定レンジを拡大することができる。

近接導電路２１の第１の被測定部２１ｃ及び第２の被測定部２１ｄは、被測定導電路１１の第１の被測定部１１ｃ及び第２の被測定部１１ｄと同様に構成される。第１の被測定部２１ｃは、一端が第１の直線部２１ａのＹ軸方向の一方側の端部に所定の角度（例えば、６０度）をなすように連接する。第２の被測定部２１ｄは、一端が第２の直線部２１ｂのＹ軸方向における他方側の端部に所定の角度（例えば、６０度）をなすように連接する。第１の被測定部２１ｃの他端部及び第２の被測定部２１ｄの他端部は、接続されている。

第１の磁電変換素子２２ａ及び第２の磁電変換素子２２ｂは、その感度軸Ｓ１が同一方向（Ｙ軸方向）に揃えられている。また、第１の磁電変換素子２２ａは、第１の被測定部２１ｃからの誘導磁界Ｈ５の方向に対して感度軸Ｓ１が所定の角度θをなすように設けられる。第２の磁電変換素子２２ｂは、第２の被測定部２１ｄからの誘導磁界Ｈ５の方向に対して所定の角度θをなすように設けられる。近接導電路２１は、図１に示した例と同様に、被測定導電路１１の第１の磁電変換素子１２ａ及び第２の磁電変換素子１２ｂとの間の距離が等しくなるように配置される。ここで、第１の磁電変換素子１２ａ及び第２の磁電変換素子１２ｂは、感度軸Ｓ１が同一方向に揃えられているので、図１に示した例と同様に、演算処理により近接導電路２１からの影響を低減することが可能となる。

なお、上述した実施の形態においては、感度軸Ｓ１がＹ軸方向に揃うように、第１の磁電変換素子１２ａ及び第２の磁電変換素子１２ｂを設けた例について説明したが、この構成に限定されない。第１の磁電変換素子１２ａ及び第２の磁電変換素子１２ｂは、感度軸Ｓ１が同一方向又は逆方向に揃っていれよく、例えば、感度軸Ｓ１をＹ軸方向以外の方向に揃えて設けてもよい。感度軸Ｓ１がＹ軸方向以外の場合には、第１の磁電変換素子１２ａ及び第２の磁電変換素子１２ｂは、近接導電路２１からの誘導磁界Ｈ４に応じた出力信号を出力する。このとき、近接導電路２１の誘導磁界Ｈ４から第１の磁電変換素子１２ａ及び第２の磁電変換素子１２ｂに印加される誘導磁界Ｈ４の磁界強度が等しく、かつ、第１の磁電変換素子１２ａ及び第２の磁電変換素子１２ｂの感度軸Ｓ１の向きが揃っているので、演算によって、近接導電路２１からの誘導磁界Ｈ４に基づく出力信号を低減でき、近接導電路２１からの誘導磁界Ｈ４の影響を低減できる。

また、上述した実施の形態においては、第１の磁電変換素子１２ａ及び第２の磁電変換素子１２ｂの出力信号を差動演算する例について説明したが、演算処理は、この構成に限定されない。演算処理は、第１の磁電変換素子１２ａ及び第２の磁電変換素子１２ｂに含まれる地磁気などの外部磁界Ｈｂに基づく出力信号と、近接導電路２１からの誘導磁界Ｈ４に基づく出力信号とを相殺するものであればよい。例えば、上述した実施の形態のように、第１の磁電変換素子１２ａの感度軸Ｓ１と第２の磁電変換素子１２ｂの感度軸Ｓ１とが同一方向に揃っている場合は、差動演算をする。また、第１の磁電変換素子１２ａの感度軸Ｓ１と第２の磁電変換素子１２ｂの感度軸Ｓ１が逆方向の場合には、加算演算する。これにより、上述した実施の形態と同様の効果を得ることができる。

本発明は、近接して配置された導電路からの誘導磁界の影響を低減でき、しかもダイナミックレンジの悪化を抑制できるという効果を有し、特に、例えば、電気自動車やハイブリッドカーのモータ駆動用の電流の大きさを検知する電流センサとして好適に用いることが可能である。

１電流センサ
１１被測定導電路
１１ａ，２１ａ第１の直線部
１１ｂ，２１ｂ第２の直線部
１１ｃ，２１ｃ第１の被測定部
１１ｄ，２１ｄ第２の被測定部
１１ｅ，２１ｅ接続部
１２ａ，１２ｂ，２２ａ，２２ｂ磁電変換素子
３１演算回路
２１近接導電路
Ｓ１感度軸
Ｓ２感度影響軸

Claims

被測定電流が流れる被測定導電路と、前記被測定電流からの誘導磁界に応じた出力信号を出力する第１の磁電変換素子及び第２の磁電変換素子と、前記被測定導電路の付近に配置された近接導電路と、前記１の磁電変換素子及び第２の磁電変換素子の前記出力信号から前記被測定電流の大きさを演算する演算回路と、を具備し、
前記被測定導体は、第１の直線部と、第２の直線部と、一対の端部を有し前記第１の直線部と一端部で連接する第１の被測定部と、一対の端部を有し前記第２の直線部と一端部で連接する第２の被測定部とを有し、
前記第２の直線部を流れる前記被測定電流の方向は、前記第１の直線部を流れる前記被測定電流の方向と平行であり、
前記第１の被測定部を流れる前記被測定電流の方向は、前記第１の直線部を流れる前記被測定電流の方向と異なっており、
前記第２の被測定部を流れる前記被測定電流の方向は、前記第１の直線部を流れる前記被測定電流の方向と異なっており、
前記第１の被測定部の他端部と前記第２の被測定部の他端部とが接続されており、
前記第１の磁電変換素子が前記第１の被測定部に設けられ、前記第２の磁電変換素子が前記第２の被測定部に設けられ、
前記近接電流路を流れる電流の方向は、前記第１の直線部を流れる前記被測定電流の方向と平行であり、
前記第１の磁電変換素子と前記近接導電路との間の距離と前記第２の磁電変換素子と前記近接導電路との間の距離とが等しいことを特徴とする電流センサ。
前記第１の被測定部を流れる前記被測定電流の方向と前記第１の直線部を流れる前記被測定電流の方向とが直角をなし、前記第２の被測定部を流れる前記被測定電流の方向と前記第２の直線部を流れる前記被測定電流の方向とが直角をなし、前記第１の被測定部の他端部と前記第２の被測定部の他端部とを接続する接続部を有することを特徴とする請求項１記載の電流センサ。
前記第１の直線部及び前記第２の直線部が、同一直線上に配置されたことを特徴とする請求項１又は請求項２記載の電流センサ。
前記第１の被測定部及び前記第２の被測定部の厚さは、前記第１の直線部及び前記第２の直線部の厚さよりも薄くなっており、前記第１の直線部及び前記第２の直線部の厚さの中央位置と前記第１の磁電変換素子及び前記第２の磁電変換素子の厚さの中央位置とが等しいことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の電流センサ。
前記第１の磁電変換素子の感度軸の方向が前記第１の被測定部を流れる被測定電流からの誘導磁界の方向に沿うように設けられると共に、前記第１の磁電変換素子の感度影響軸の方向が前記第１の被測定部を流れる電流の方向に沿うように設けられ、
前記第２の磁電変換素子の感度軸の方向が前記第２の被測定部を流れる被測定電流からの誘導磁界の方向に沿うように設けられると共に、前記第２の磁電変換素子の感度影響軸の方向が前記第２の被測定部を流れる電流の方向沿うように設けられたことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の電流センサ。
前記感度影響軸が、副感度軸であることを特徴とする請求項５記載の電流センサ。
前記感度影響軸が、感度変化軸であることを特徴とする請求項５記載の電流センサ。
前記第１の磁電変換素子及び前記第２の磁電変換素子が、磁気抵抗効果素子であることを特徴とする請求項１から請求項７のいずれかに記載の電流センサ。