JP2013238580A - 電流センサ - Google Patents

Abstract

【課題】磁気遮蔽用の磁性体のヒステリシスに起因するバスバー非通電時（０アンペア時）の測定誤差の発生を低減し、測定精度の向上を図る。
【解決手段】相互に対向する磁気遮蔽用の第１及び第２の磁性体３０Ａ，３０Ｂと、磁性体３０Ａ，３０Ｂ間に配置されるバスバー１０及びホールＩＣ２０とを備え、バスバー１０に電流が流れたときに、対向する磁性体３０Ａ，３０Ｂが互いに逆方向に磁化され、磁性体３０Ａが磁化されたことにより発生する磁界と、磁性体３０Ｂが磁化されたことにより発生する磁界とによって、ホールＩＣ２０に印加される磁界が弱まる位置にホールＩＣ２０を配置している。
【選択図】図１

Description

本発明は、例えばハイブリッドカーや電気自動車のバッテリー電流やモータ駆動電流を測定する電流センサに関し、特に、ホール素子等の感磁素子を用いてバスバーに流れる電流を測定する電流センサに関する。

ホール素子等の感磁素子を用いてバスバーに流れる電流（被測定電流）を非接触状態で検出する電流センサとして、空隙を有するリング状の磁気コアと、空隙に配置された感磁素子とを有する磁気比例式のものが従来から知られている。また、近年のハイブリッドカーや電気自動車用のモータは、位相がそれぞれ１２０度ずれた三相交流電流で駆動される。そのため、外部との電気的接続には三相交流電源（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）用の３本のバスバーが用いられる。装置の小型化の要求のため、バスバー間のピッチはさらに狭くすることが求められ、それに伴って電流センサも小型化が必要となっている。

特開２０１０−１２７８９６号公報

特許文献１のような、コアレス電流センサでは、外部からの磁界の影響を受けて電流検出精度が悪化しやすいため、磁気遮蔽のための磁性体を感磁素子及びバスバーを囲むように設けている。

図１５はこの種のコアレス電流センサの従来例（特許文献１に開示された構造に相当）であり、被測定電流が流れる導体であるバスバー１と、バスバー１の電流によって発生する磁界が感磁面に印加されるようにバスバー１に対し固定配置された感磁素子２と、感磁素子２を磁気遮蔽する断面コ字状磁性体３とを有している。この場合、断面コ字状磁性体３は感磁素子２及びこれが装着されたバスバー部分の底面及び両側面を囲むものである。

上記コアレス電流センサは、磁気遮蔽用の磁性体を具備し、その磁性体は少なからずヒステリシス特性を有しているため、感磁素子が検出する磁界は、磁性体のヒステリシス特性に起因する残留磁界も検出してしまう。すなわち、バスバーに被測定電流が流れた後、バスバーの電流が０アンペアになっても磁性体による残留磁界が残り、バスバー非通電時（０アンペア時）の測定精度が低下するという問題があった。また、従来例には磁気遮蔽用の磁性体のヒステリシスに起因する残留磁界の影響についての対策は述べられていなかった。

本発明はこうした状況を認識してなされたものであり、その目的は、バスバー非通電時（０アンペア時）の測定誤差の発生を低減し、測定精度の向上を図り得る電流センサを提供することにある。

本発明のある態様は、電流センサである。この電流センサは、相互に対向する磁気遮蔽用の第１及び第２の磁性体と、前記第１及び第２の磁性体間に配置されるバスバー及び感磁素子とを備え、
前記バスバーに電流が流れたときに、対向する前記第１及び第２の磁性体が互いに逆方向に磁化され、
前記第１の磁性体が磁化されたことにより発生する磁界と、前記第２の磁性体が磁化されたことにより発生する磁界とによって、前記感磁素子に印加される磁界が弱まる位置に前記感磁素子を配置したものである。

前記態様において、前記第１及び第２の磁性体の保磁力が互いに等しい又は近似するものであるとよい。

前記態様において、前記第１及び第２の磁性体の断面が同形状又は類似の形状であるとよい。

前記態様において、前記第１及び第２の磁性体の断面が非対称の形状であってもよい。

前記態様において、前記第１及び第２の磁性体の両端縁はそれぞれ空隙を介して対向し、かつ前記第１及び第２の磁性体は全体として前記バスバーと前記感磁素子とを内側に取り囲んでおり、
前記感磁素子が、前記第１の磁性体の両端縁を結ぶ第１の直線と、前記第２の磁性体の両端縁を結ぶ第２の直線との間に位置するか、あるいは前記第１又は第２の直線上に位置する構成であるとよい。

前記態様において、前記感磁素子の感磁面が、前記第１の直線と、前記第２の直線との間に位置するとよい。

前記態様において、前記感磁素子の感磁面が、前記第１及び第２の磁性体の両端縁における空隙長の中点を結んだ直線上又はその近傍に位置するとよい。

前記態様において、前記バスバーは幅広主面を有する平板形状であって前記幅広主面が前記直線に対して平行であり、前記感磁素子は前記幅広主面上に固定配置されているとよい。

前記態様において、前記第１及び第２の磁性体の両端縁の空隙を通過する平面に略垂直で前記感磁素子を通過する直線と、前記第１及び第２の磁性体との交点を包含する開口穴が、前記第１及び第２の磁性体にそれぞれ設けられているとよい。

前記態様において、前記空隙を介して対向している前記第１及び第２の磁性体の両端縁の中間部に切欠部がそれぞれ設けられているとよい。

前記態様において、前記第１及び第２の磁性体の両端縁はそれぞれ対向し、かつ前記第１及び第２の磁性体は全体として前記バスバーと前記感磁素子とを内側に取り囲んでおり、前記感磁素子が、前記第１の磁性体の両端縁と、前記第２の磁性体の両端縁との対向面を結ぶ直線上に位置する構成でもよい。この場合において、前記感磁素子の感磁面が、前記第１及び第２の磁性体の両端縁との対向面を結ぶ直線上又はその近傍に位置するとよい。また、前記バスバーは幅広主面を有する平板形状であって前記幅広主面が前記直線に対して平行であり、前記感磁素子は前記幅広主面上に固定配置されているとよい。また、前記第１及び第２の磁性体の両端縁の対向面を通過する平面に略垂直で前記感磁素子を通過する直線と、前記第１及び第２の磁性体との交点を包含する開口穴が、前記第１及び第２の磁性体にそれぞれ設けられているとよい。さらに、前記対向している前記第１及び第２の磁性体の両端縁の中間部に切欠部がそれぞれ設けられていてもよい。

前記態様において、各磁性体の形状が半角筒状、半長円筒状、半円筒状又は半楕円筒状であるとよい。

前記態様において、前記バスバーの電流による発生磁界を打ち消す磁界を発生するフィードバックコイルが設けられているとよい。

なお、以上の構成要素の任意の組合せ、本発明の表現を方法やシステムなどの間で変換したものもまた、本発明の態様として有効である。

本発明に係る電流センサによれば、感磁素子の磁気遮蔽に用いる磁性体のヒステリシス特性に起因する電流測定誤差を低減可能であり、バスバー非通電時若しくは０アンペア近傍での測定精度の向上を図ることができる。また、磁性材料特有の保磁力に関わらずヒステリシスに起因する残留磁界を低減できるため、廉価な磁性材料で優れた電流検出特性を実現可能であり、コスト低減も可能となる。

本発明に係る電流センサの第１の実施の形態であって、（Ａ）は感磁素子としてのホールＩＣの感磁面が、磁気遮蔽用の第１及び第２の磁性体の両端縁における空隙長の中点を結んだ直線上にある場合、（Ｂ）はホールＩＣが、第１の磁性体の両端縁を結ぶ第１の直線上に位置するときの上限位置、又は第２の磁性体の両端縁を結ぶ第２の直線上に位置するときの下限位置をそれぞれ示す正断面図、（Ｃ）は第１の実施の形態の斜視図である。 バスバーに通電したときの磁気遮蔽用の磁性体に生じる磁化及び残留磁界を説明するもので、（Ａ）は第１の実施の形態においてバスバー通電時の磁化を、（Ｂ）は第１の実施の形態においてバスバー通電停止時の残留磁界を、（Ｃ）は従来例の場合の残留磁界をそれぞれ示す説明図である。 図４のグラフを得るために、磁気遮蔽用の第１及び第２の磁性体内において、バスバー及びホールＩＣを下方から上方に移動させる場合を説明する説明図である。 前記第１及び第２の磁性体の両端縁における空隙長の中点を結んだ直線からホールＩＣの感磁面までのずれ（距離）（ｍｍ）と、ヒステリシスによる残留磁界（ｍＴ）との関係を示すグラフである。 本発明に係る電流センサの第２の実施の形態を示す平面図である。 本発明に係る電流センサの第３の実施の形態を示す側面図である。 各実施の形態において、第１及び第２の磁性体間の位置ずれの有無を示すものであり、（Ａ）は位置ずれ無しの場合、（Ｂ）は第１の磁性体が上方向へ位置ずれした場合、（Ｃ）は第１の磁性体が右方向へ位置ずれした場合、（Ｄ）は第１の磁性体が左方向へ位置ずれした場合をそれぞれ示す正断面図である。 各実施の形態において、感磁素子としてのホールＩＣの感磁面位置の発生磁界（ｍＴ）が位置ずれ有無により変化することを示すものであり、（Ａ）は第１の実施の形態の場合、（Ｂ）は第２の実施の形態の場合、（Ｃ）は第３の実施の形態の場合の説明図（表）である。 本発明に係る電流センサの第４の実施の形態を示す正断面図であって、（Ａ）は感磁素子としてのホールＩＣの感磁面が、磁気遮蔽用の第１及び第２の磁性体の両端縁における対向面を結んだ直線上にある場合、（Ｂ）はホールＩＣが、第１及び第２の磁性体の両端縁の対向面を結ぶ直線上に位置するときの上限位置、（Ｃ）は下限位置、をそれぞれ示す正断面図であり、（Ｄ）は、残留磁界が低減される好ましいホールＩＣ２０の配置範囲Ｗを示す正断面図である。 本発明に係る電流センサの第５の実施の形態であって、磁気平衡式の構成を示す斜視図である。 第５の実施の形態におけるフィードバックコイル付きＭＲ素子ブリッジの内部構造を示す概略平面図である。 図１１のａ−ａ’断面図である。 第５の実施の形態の回路図である。 磁気遮蔽用の磁性体及びバスバーの変形例であって、（Ａ）は各磁性体が半長円筒状、（Ｂ）は各磁性体が半円筒状、（Ｃ）は各磁性体が半楕円筒状、（Ｄ）は各磁性体の断面が異なる場合、（Ｅ）はバスバーが略半円柱状である場合の説明図（正断面図）である。 従来例の正断面図である。

以下、図面を参照しながら本発明の好適な実施の形態を詳述する。なお、各図面に示される同一又は同等の構成要素、部材、処理等には同一の符号を付し、適宜重複した説明は省略する。また、実施の形態は発明を限定するものではなく例示であり、実施の形態に記述されるすべての特徴やその組み合わせは必ずしも発明の本質的なものであるとは限らない。

図１は本発明に係る電流センサの第１の実施の形態であり、被測定電流が流れる導体であるバスバー１０と、絶縁基板４０を介してバスバー（電流導通部）１０に対して固定配置された感磁素子としてのホールＩＣ２０と、ホールＩＣ２０を磁気遮蔽する対をなす第１及び第２の断面コ字状磁性体３０Ａ,３０Ｂとを有している。対をなす第１及び第２の断面コ字状磁性体３０Ａ,３０Ｂの両端縁は空隙Ｇを隔てて対向している。なお、図１において、高さ方向と幅方向を矢印で定義する。

バスバー１０は平板形状（例えば銅板）であり、ホールＩＣ２０は、バスバー１０に流れる電流によって発生する磁界（バスバーを周回する磁界）が感磁面Ｐ（ホールＩＣ２０に内蔵のホール素子の感磁面）に印加されるように、バスバー１０の幅広主面上に絶縁基板４０を介して固定配置される。ホールＩＣ２０は絶縁基板４０上に搭載、固定されている。ホールＩＣ２０はバスバー１０の幅方向の中間に位置し、その感磁面Ｐは好ましくはバスバー幅方向の略中央に位置して幅方向と略垂直（感磁方向はバスバー１０の幅方向）である。この場合、バスバー電流によって発生する磁界とホールＩＣ２０の感磁面は略垂直となる。

磁気遮蔽用の断面コ字状磁性体３０Ａ,３０Ｂは、四角筒の２側面に長手方向の空隙Ｇを形成して２分割した形状、つまり個々の磁性体３０Ａ，３０Ｂは半角筒形状となっている。磁性体３０Ａ,３０Ｂは、高透磁率磁性材（例えば珪素鋼板）を断面コ字状に折曲げ加工したもので、同一外形で所定の空隙長（空隙Ｇの高さ方向の長さ）で対向している。そして、一対の断面コ字状磁性体３０Ａ,３０Ｂは、全体としてホールＩＣ２０とこれが配置されているバスバー部分とを内側に取り囲んで、外部磁界から磁気遮蔽するものである。

バスバー１０が通電されると、バスバー１０を周回する磁束が発生し、その一部は磁気遮蔽用の磁性体３０Ａ，３０Ｂにも流れ、図２（Ａ）の矢印の方向に磁化される。バスバー１０が非通電状態になってもヒステリシス特性により磁性体３０Ａ，３０Ｂに残留磁化が残り、これにより磁性体３０Ａ，３０Ｂで囲まれた空間内に図２（Ｂ）のように残留磁界が生じてしまう。図２（Ｂ）中に磁性体３０Ａの残留磁化に起因する磁束の向き（磁力線）と、磁性体３０Ｂの残留磁化に起因する磁束の向き（磁力線）を示す。

本実施の形態では、その磁性体３０Ａ，３０Ｂによる残留磁界の影響を排除若しくは低減するために、図１（Ａ）のように、ホールＩＣ２０の感磁面Ｐの位置が、磁性体３０Ａ，３０Ｂの両端縁における空隙長の中点を結んだ直線Ｌ上に存在するように設定する。なお、磁性体３０Ａ，３０Ｂの幅方向に関してのバスバー１０及びホールＩＣ２０の感磁面Ｐの位置は、それらが磁性体３０Ａ，３０Ｂの幅方向中心上若しくはその近傍に位置するように設定する。図１（Ａ）の配置は、図２（Ｂ）からわかるように磁性体３０Ａが磁化されたことにより発生する磁界と、磁性体３０Ｂが磁化されたことにより発生する磁界とが互いに相殺される位置となっており、図３及び図４でも後述するが、最も残留磁界の影響を受けにくいことが分かった。また、図１（Ａ）の配置の近傍であっても残留磁界の影響を充分低減できることは明らかである。なお、図１（Ｃ）のように高さ方向、奥行き方向、幅方向を定義した場合、磁性体３０Ａ及び、磁性体３０Ｂの奥行き寸法を等しくし、磁性体３０Ａ及び、磁性体３０Ｂの厚み寸法も等しくしたときに、より残留磁界の影響の低減が可能となる。

なお、ホールＩＣ２０の感磁面Ｐの位置は、ホールＩＣ２０の外形から正確に推定することが困難な場合であっても、おおよそホールＩＣ２０の厚み寸法の１／２の高さ位置にあると推定して配置すれば、同様の効果が得られる。ホールＩＣ２０の感磁面の大きさは、空隙Ｇの高さ方向長さに比較して充分小さいため、感磁面の大きさについては無視して１点Ｐとして考察可能である。

図１（Ｂ）は図１（Ａ）に準ずる実施の形態の配置であって、残留磁界の影響を充分抑制可能なバスバー１０及びホールＩＣ２０の配置範囲を示すものである。この場合、ホールＩＣ２０（外形）が、磁性体３０Ａの両端縁を結ぶ第１の直線Ｌ１と、磁性体３０Ｂの両端縁を結ぶ第２の直線Ｌ２との間に位置するか、あるいは第１又は第２の直線Ｌ１，Ｌ２上に位置する（外形線Ｊ，Ｋのように直線Ｌ１，Ｌ２上にホールＩＣ２０の外形線がある場合も含む）ものである。図１（Ｂ）に示すホールＩＣ２０の配置範囲であっても図２（Ｂ）からわかるように磁性体３０Ａが磁化されたことにより発生する磁界と、磁性体３０Ｂが磁化されたことにより発生する磁界とが互いに打ち消し合う方向となっているため、残留磁界が低減されている範囲にホールＩＣ２０が配置されることとなる。

また、ホールＩＣ２０の感磁面Ｐの位置が、第１の直線Ｌ１と、第２の直線Ｌ２の間に位置すれば、更に好ましい。

なお、従来例の場合には、図２（Ｃ）のように磁性体３に起因する一方向の残留磁界を感磁素子２が検出してしまう。

図３は、第１の実施の形態における残留磁界を示す図４のグラフの数値を得るために、磁気遮蔽用の第１及び第２の磁性体３０Ａ，３０Ｂ内において、バスバー１０及びホールＩＣ２０を下方から上方に移動させる場合を説明している。なお、磁性体３０Ａ，３０Ｂの幅方向に関してのバスバー１０及びホールＩＣ２０の感磁面Ｐの位置は、それらが磁性体３０Ａ，３０Ｂの幅方向中心上にあるものとした。図３において、空隙長（空隙Ｇの高さ方向の長さ）の中点同士を通過する直線Ｌを基準とし、ホールＩＣ２０の感磁面Ｐの位置（ここではホールＩＣ２０の外形高さの１／２の高さ位置とした）を−１０ｍｍ〜＋１０ｍｍまで移動させた場合であって、各ずれ量においてバスバー１０に３００アンペア通電後、バスバーを非通電状態としたときの残留磁界を測定した結果が図４のグラフである。

図４のグラフから、最も残留磁界の低いのは図１（Ａ）の配置のように空隙長の中点同士を通過する直線Ｌ上に感磁面Ｐが位置するときであり、図１（Ｂ）の配置範囲（直線Ｌに対して感磁面Ｐの位置が±１．５ｍｍ以内）であっても、残留磁界に対して配慮の無い配置に比較して５０％以上の低減効果が得られる。

本実施の形態によれば、下記の効果を奏することができる。

(1) バスバー１０の通電時に磁気遮蔽用の第１及び第２の磁性体３０Ａ，３０Ｂが磁化されたことに起因する残留磁界の影響を排除若しくは低減可能であり、電流センサの検出出力のヒステリシスを原理的にゼロ（若しくはゼロ近傍）にすることが可能である。すなわち、電流センサのゼロアンペア測定精度の向上を図ることができる。

(2) 磁気遮蔽用の第１及び第２の磁性体３０Ａ，３０Ｂに用いる磁性材料特有の保磁力（ヒステリシス特性）に関わらず、電流センサの検出出力のヒステリシスを低減することが可能なため、廉価な磁性材料で優れた電流センサの検出出力特性を実現でき、コストダウンが可能となる。

(3) 第１及び第２の磁性体３０Ａ，３０Ｂを対面させる構造であるため、従来例のように１個の磁気遮蔽用の磁性体を用いる構造に比べて、感磁素子へ流れ込む磁束、つまり感磁素子に印加される磁界が少なくなるため、より広範囲の電流測定が可能である。

(4) 従来例のような１個の磁気遮蔽用の磁性体を用いる構造では、広範囲の電流を測定するためには、感磁素子へ流れ込む磁束を少なくするため、磁気遮蔽用の磁性体の幅方向寸法を大きくしなければならないが、本実施の形態では、第１及び第２の磁性体３０Ａ，３０Ｂを対面させることにより、感磁素子に流れ込む磁束を抑制可能なため、大電流を測定する際にも、磁気遮蔽用の各磁性体の幅方向寸法は小さくて済み、電流センサの小型化が可能である。

図５は本発明の第２の実施の形態を示す。この場合、バスバー１０と、感磁素子としてのホールＩＣ２０と、第１及び第２の断面コ字状磁性体３０Ａ,３０Ｂとの位置関係は第１の実施の形態と同じであるが、第１及び第２の磁性体３０Ａ，３０Ｂの両端縁の空隙を通過する平面に略垂直でホールＩＣ２０の感磁面Ｐを通過する直線と、第１及び第２の磁性体３０Ａ，３０Ｂとの交点を包含する開口穴３１が、第１及び第２の磁性体３０Ａ，３０Ｂの天面（第１の磁性体３０Ａの天井面及び第２の磁性体３０Ｂの底面）にそれぞれ同一形状で設けられている。

図５の第２の実施の形態の場合、ホールＩＣ２０を上下から挟む磁性体部分が開口穴３１として除去されるため、ホールＩＣ２０を上下から挟む磁性体部分から受けていた磁界による影響が低減され、この結果、第１及び第２の磁性体３０Ａ，３０Ｂ相互の上下方向の位置ずれに起因するホールＩＣ２０の感磁面位置での発生磁界の変動が抑制されることになる。このことを以下の図７及び図８で説明する。

図７は各実施の形態において、第１及び第２の磁性体３０Ａ，３０Ｂ間の位置ずれの有無を示すものであり、（Ａ）は両者に位置ずれ無しの場合、（Ｂ）は第１の磁性体３０Ａが上方向へ位置ずれした場合、（Ｃ）は第１の磁性体３０Ａが右方向へ位置ずれした場合、（Ｄ）は第１の磁性体３０Ａが左方向へ位置ずれした場合の正断面図である。図８は各実施の形態において、感磁素子としてのホールＩＣの感磁面位置のバスバー通電時の発生磁界（ｍＴ）が位置ずれ有無により変化することを示すものであり、（Ａ）は第１の実施の形態の場合、（Ｂ）は第２の実施の形態の場合、（Ｃ）は第３の実施の形態の場合の説明図（表）である。

図５の第２の実施の形態で図７（Ｂ）のように上ずれを起こした場合、図８（Ｂ）のようにずれ無しと上ずれ時との差ΔｍＴは０．６９０となり、開口穴３１の無い第１の実施の形態における図８（Ａ）のずれ無しと上ずれ時との差ΔｍＴ０．８６０よりも減少していることがわかる。また、開口穴３１を設けることで軽量化を図ることができる。

なお、図５の第２の実施の形態において、開口穴３１は方形である場合を図示したが、開口穴３１の形状は円形、長円、楕円等の任意形状でよい。但し、磁性体３０Ａ，３０Ｂの縁には達しない形状である。

図６は本発明の第３の実施の形態を示す。この場合、バスバー１０と、感磁素子としてのホールＩＣ２０と、第１及び第２の断面コ字状磁性体３０Ａ,３０Ｂとの位置関係は第１の実施の形態と同じであるが、空隙Ｇを介して対向している第１及び第２の磁性体３０Ａ，３０Ｂの両端縁（側面における相互に対向する縁）の中間部に切欠部３２がそれぞれ対称形状で形成されている。

図６の第３の実施の形態の場合、ホールＩＣ２０を幅方向から挟む磁性体部分が切欠部３２として除去されるため、ホールＩＣ２０を幅方向から挟む磁性体部分から受けていた磁界による影響が低減され、この結果、第１及び第２の磁性体３０Ａ，３０Ｂ相互の左右方向（横方向）の位置ずれに起因するホールＩＣ２０の感磁面位置での発生磁界の変動が抑制されることになる。このことを以下の図７及び図８で説明する。

図６の第３の実施の形態で図７（Ｃ）,（Ｄ）のように右又は左方向に横ずれを起こした場合、図８（Ｃ）のようにずれ無しと右ずれ（又は左ずれ）時との差ΔｍＴは−０．０１４となり、切欠部３２の無い第１の実施の形態における図８（Ａ）のずれ無しと右ずれ（又は左ずれ）時との差ΔｍＴ−０．０３９よりも減少していることがわかる。また、切欠部３２を形成することで軽量化を図ることができる。

なお、図６の第３の実施の形態において、切欠部３２は方形に切り欠いた場合を図示したが、切欠部３２の形状は半円形、半長円、半楕円等の任意形状で切り欠いた場合であってもよい。但し、磁性体３０Ａ，３０Ｂの左右端には達しない形状である。

図９は本発明の第４の実施の形態を示す。図９（Ａ）は感磁素子としてのホールＩＣ２０の感磁面Ｐが、磁気遮蔽用の第１及び第２の磁性体３０Ａ，３０Ｂの両端縁の対向面を結んだ直線上にある場合、図９（Ｂ）はホールＩＣ２０が、第１及び第２の磁性体３０Ａ，３０Ｂの両端縁の対向面を結ぶ直線上に位置するときの上限位置、図９（Ｃ）は下限位置を示す正断面図である。本実施の形態の電流センサは、図１等に示す第１の実施の形態のものと比較して、対をなす第１及び第２の磁性体３０Ａ,３０Ｂの先端面（両端縁）同士の間に空隙Ｇが無い（両端縁同士が接触している）点で相違し、その他の点で一致する。本実施の形態も、第１の実施の形態とほぼ同様の効果を奏することができる。空隙Ｇが無くても、第１及び第２の磁性体３０Ａ,３０Ｂが別体であれば（一体でなければ）、両者の境界の磁気抵抗は大きく、電流センサの検出出力のヒステリシスを低減する効果がある。つまり、空隙Ｇの有無に関係なく、第１の磁性体３０Ａが磁化されたことにより発生する磁界と、第２の磁性体３０Ｂが磁化されたことにより発生する磁界とによって、感磁素子に印加される磁界が弱まる位置に感磁素子を配置することが重要となる。図９（Ｂ）、（Ｃ）は、図９（Ａ）に準ずる実施の形態の配置であって、残留磁界の影響を充分抑制可能なバスバー１０及びホールＩＣ２０の配置を示すものである。この場合、ホールＩＣ２０（外形）の下面が、第１及び第２の磁性体の両端縁の対向面を結ぶ直線上に位置するか（図９（Ｂ））、あるいはホールＩＣ２０（外形）の上面が、第１及び第２の磁性体の両端縁の対向面を結ぶ直線上に位置するものである（図９（Ｃ））。図９（Ｂ）、（Ｃ）に示すホールＩＣ２０の配置であっても、磁性体３０Ａが磁化されたことにより発生する磁界と、磁性体３０Ｂが磁化されたことにより発生する磁界とが互いに打ち消し合う方向となっているため、残留磁界の影響を充分抑制可能である。図９（Ｄ）は、ホールＩＣ２０の好ましい配置範囲Ｗを示す図である。

図１０は本発明の第５の実施の形態であって、磁気平衡式電流センサを構成した場合の全体図であり、絶縁基板４０を介してバスバー１０に対して固定配置されたホールＩＣ２０の代わりに、図１１に示すフィードバックコイル付きＭＲ素子ブリッジ５０（以下、「ＭＲパッケージ５０」という）を用いたものである。磁性体３０Ａ，３０Ｂに対するバスバー１０、絶縁基板４０及びＭＲパッケージ５０の位置関係は第１の実施の形態と同様である。

図１１はＭＲパッケージ５０の内部構造を示し、平行配置の４個のスピンバルブ型ＭＲ素子５１Ａ，５１Ｂ，５１Ｃ，５１Ｄとフィードバックコイル５２とを備える。ＭＲ素子５１Ａ，５１Ｂ，５１Ｃ，５１Ｄのフリー（Free）及びピン（Pined）のベクトル方向は図示の通りである。フィードバックコイル５２は、平行配置の４個のスピンバルブ型ＭＲ素子５１Ａ，５１Ｂ，５１Ｃ，５１Ｄと重なるように配置されている。すなわち、各ＭＲ素子５１Ａ，５１Ｂ，５１Ｃ，５１Ｄのフリー（Free）方向に沿ってフィードバックコイル５２は配置され、図１２のようにフィードバックコイル５２による発生磁界はＭＲ素子５１Ａ，５１Ｂ，５１Ｃ，５１Ｄのピン（Pined）方向（フリー方向と直交）であり、ＭＲ素子５１Ａ，５１Ｂには順方向、ＭＲ素子５１Ｃ，５１Ｄには逆方向に加わる。

図１３は磁気平衡式の原理でセンサ検出出力を得るための回路構成を示す。この図に示すように、電源６１の高電圧側と低電圧側の間に４つのＭＲ素子５１Ａ〜５１Ｄがフルブリッジ接続される。ＭＲ素子５１Ａ,５１Ｃの相互接続点と、ＭＲ素子５１Ｄ,５１Ｂの相互接続点とが、負帰還用差動増幅器６２の入力端子にそれぞれ接続される。負帰還用差動増幅器２の出力端子にはフィードバックコイル５２と検出抵抗６６が直列接続される。演算増幅器６７及び電源電圧を分圧する分圧抵抗６８，６９は、電源電圧を分圧した中間電圧を安定化するためのバッファを構成しており、演算増幅器６７の出力端の中間電圧が出力用差動増幅器６４の一方の入力端子に印加される。検出抵抗６６の両端子は出力用差動増幅器６４の両入力端子にそれぞれ接続される。フィードバックコイル５２は図１１及び図１２に示したようにＭＲ素子５１Ａ，５１Ｂ，５１Ｃ，５１Ｄの近傍に例えば素子基板上の導体パターンとして形成される。

バスバー１０に通電するとＭＲ素子５１Ａ，５１Ｂ，５１Ｃ，５１Ｄに磁界が印加される。負帰還用差動増幅器６２の作用により、フィードバックコイル５２には、ＭＲ素子５１Ａ,５１Ｃの相互接続点と、ＭＲ素子５１Ｄ,５１Ｂの相互接続点との電位差がゼロになるように、すなわちフィードバックコイル５２による発生磁界がバスバー１０による発生磁界を打ち消してＭＲ素子５１Ａ，５１Ｂ，５１Ｃ，５１Ｄに印加される磁界がゼロになるように、フィードバック電流が流れる。フィードバック電流は被測定電流に比例するから、フィードバック電流を検出抵抗６６で電圧に変換して出力用差動増幅器６４で増幅したセンサ出力電圧から被測定電流の大きさを特定できる。

以上、実施の形態を例に本発明を説明したが、実施の形態の各構成要素や各処理プロセスには請求項に記載の範囲で種々の変形が可能であることは当業者に理解されるところである。以下、変形例について触れる。

上記各実施の形態では相互に対向する２つの磁性体３０Ａ，３０Ｂは同じ保磁力を有する同材質で形成されているとしたが、保磁力が互いに近似していれば、同様の効果が得られる。また、前記第１及び第２の磁性体の断面が同形状である場合で説明したが、互いに類似する形状であっても同様の効果が得られる。

上記各実施の形態では相互に対向する２つの磁性体３０Ａ，３０Ｂの形状をそれぞれ半角筒状としたが、変形例では図１４（Ａ）〜（Ｃ）のように相互に対向する２つの磁性体３０Ａ，３０Ｂの形状をそれぞれ半長円筒状、半円筒状又は半楕円筒状としてもよい。図１４（Ａ）〜（Ｃ）ではホールＩＣ２０の感磁面Ｐの位置が、磁性体３０Ａ，３０Ｂの両端縁における空隙長の中点を結んだ直線Ｌ上に存在する場合を図示したが、感磁面Ｐの位置と空隙Ｇとの関係が図１（Ｂ）と同様であってもよい。また、ホールＩＣ２０の感磁面Ｐでの残留磁界が弱まる配置であれば、相互に対向する２つの磁性体３０Ａ，３０Ｂの形状は対称形状でなくともよく、図１４（Ｄ）のように相互に対向する２つの磁性体３０Ａ，３０Ｂの断面が異なっていてもよい（非対称形状でもよい）。

各実施の形態ではバスバー１０の形状を平板状としたが、変形例では断面が正方形、円形又は楕円形等のものを採用してもよい。円形又は楕円形の場合、図１４（Ｅ）のように絶縁基板４０やホールＩＣ２０の配置部分を平坦面に加工しておくとよい。

各実施の形態では、感磁素子としてホールＩＣを例示したが、ホール素子、ＭＲ素子、ＧＭＲ素子等でも適用可能である。

１，１０ バスバー
２ 感磁素子
３，３Ａ，３Ｂ，３０Ａ，３０Ｂ 磁性体
４，４０ 絶縁基板
５ 空隙
２０ ホールＩＣ
３１ 開口穴
３２ 切欠部
５０ フィードバックコイル付きＭＲ素子ブリッジ
５１Ａ〜５１Ｄ スピンバルブ型ＭＲ素子
５２ フィードバックコイル
Ｇ 空隙

Claims (17)

1. 相互に対向する磁気遮蔽用の第１及び第２の磁性体と、
   前記第１及び第２の磁性体間に配置されるバスバー及び感磁素子とを備え、
   前記バスバーに電流が流れたときに、対向する前記第１及び第２の磁性体が互いに逆方向に磁化され、
   前記第１の磁性体が磁化されたことにより発生する磁界と、前記第２の磁性体が磁化されたことにより発生する磁界とによって、前記感磁素子に印加される磁界が弱まる位置に前記感磁素子を配置した、電流センサ。
2. 請求項１に記載の電流センサにおいて、前記第１及び第２の磁性体の保磁力が互いに等しい又は近似する、電流センサ。
3. 請求項１又は２に記載の電流センサにおいて、前記第１及び第２の磁性体の断面が同形状又は類似の形状である、電流センサ。
4. 請求項１又は２に記載の電流センサにおいて、前記第１及び第２の磁性体の断面が非対称の形状である、電流センサ。
5. 請求項１から４のいずれか１項に記載の電流センサにおいて、前記第１及び第２の磁性体の両端縁はそれぞれ空隙を介して対向し、かつ前記第１及び第２の磁性体は全体として前記バスバーと前記感磁素子とを内側に取り囲んでおり、
   前記感磁素子が、前記第１の磁性体の両端縁を結ぶ第１の直線と、前記第２の磁性体の両端縁を結ぶ第２の直線との間に位置するか、あるいは前記第１又は第２の直線上に位置する、電流センサ。
6. 請求項５に記載の電流センサにおいて、前記感磁素子の感磁面が、前記第１の直線と、前記第２の直線との間に位置する、電流センサ。
7. 請求項５に記載の電流センサにおいて、前記感磁素子の感磁面が、前記第１及び第２の磁性体の両端縁における空隙長の中点を結んだ直線上又はその近傍に位置する、電流センサ。
8. 請求項５から７のいずれか１項に記載の電流センサにおいて、前記バスバーは幅広主面を有する平板形状であって前記幅広主面が前記直線に対して平行であり、前記感磁素子は前記幅広主面上に固定配置されている、電流センサ。
9. 請求項５から８のいずれか１項に記載の電流センサにおいて、前記第１及び第２の磁性体の両端縁の空隙を通過する平面に略垂直で前記感磁素子を通過する直線と、前記第１及び第２の磁性体との交点を包含する開口穴が、前記第１及び第２の磁性体にそれぞれ設けられている、電流センサ。
10. 請求項５から８のいずれか１項に記載の電流センサにおいて、前記空隙を介して対向している前記第１及び第２の磁性体の両端縁の中間部に切欠部がそれぞれ設けられている、電流センサ。
11. 請求項１から４のいずれか１項に記載の電流センサにおいて、前記第１及び第２の磁性体の両端縁はそれぞれ対向し、かつ前記第１及び第２の磁性体は全体として前記バスバーと前記感磁素子とを内側に取り囲んでおり、
    前記感磁素子が、前記第１の磁性体の両端縁と、前記第２の磁性体の両端縁との対向面を結ぶ直線上に位置する、電流センサ。
12. 請求項１１に記載の電流センサにおいて、前記感磁素子の感磁面が、前記第１及び第２の磁性体の両端縁との対向面を結ぶ直線上又はその近傍に位置する、電流センサ。
13. 請求項１１又は１２に記載の電流センサにおいて、前記バスバーは幅広主面を有する平板形状であって前記幅広主面が前記直線に対して平行であり、前記感磁素子は前記幅広主面上に固定配置されている、電流センサ。
14. 請求項１１から１３のいずれか１項に記載の電流センサにおいて、前記第１及び第２の磁性体の両端縁の対向面を通過する平面に略垂直で前記感磁素子を通過する直線と、前記第１及び第２の磁性体との交点を包含する開口穴が、前記第１及び第２の磁性体にそれぞれ設けられている、電流センサ。
15. 請求項１１から１３のいずれか１項に記載の電流センサにおいて、前記対向している前記第１及び第２の磁性体の両端縁の中間部に切欠部がそれぞれ設けられている、電流センサ。
16. 請求項１から１５のいずれか１項に記載の電流センサにおいて、各磁性体の形状が半角筒状、半長円筒状、半円筒状又は半楕円筒状である、電流センサ。
17. 請求項１から１６のいずれか１項に記載の電流センサにおいて、前記バスバーの電流による発生磁界を打ち消す磁界を発生するフィードバックコイルが設けられている、電流センサ。