JP2018004443A - 電流センサー - Google Patents

Abstract

【課題】測定対象ではない隣接電流路の電流による磁界を磁気センサーで検出され難くすることにより、測定対象の電流検出精度を向上させることができる電流センサーを提供する。
【解決手段】電流センサー１００は、ｘ方向に電流が流れる第１電流路１０２と、第１電流路１０２に隣接し、ｘ方向と平行に電流が流れる第２電流路１５２（隣接電流路）と、第１電流路１０２に流れる電流による磁界を検出する第１磁気センサー１０４と、ｘ方向と垂直な第１仮想平面１７１において第１電流路１０２の周囲を部分的に囲む断面形状を持った第１ヨーク１０３とを備え、第１磁気センサー１０４が、第１ヨーク１０３の間隙１１７の中間に配置されており、第１端縁１１６−１と第２端縁１１６−２とが、共通の第２仮想平面１７２上に位置しており、第２電流路１５２（隣接電流路）が、第２仮想平面１７２上に配置される。
【選択図】図３

Description

本発明は、電流センサーに関するものである。

従来、特許文献１に示されるように、相互に隣接した複数のバスバ（すなわち、電流路）と、バスバの各々を囲う複数のＣ字型の磁性体と、各磁性体内に配置されてバスバの電流により発生する磁界を検出する感磁素子（すなわち、磁気センサー）とを備える電流センサーがある。バスバを囲う磁性体は、特許文献２に示すようにＵ字型であってもよい。

特開２０１４−００６１１６号公報 特開２０１５−１７２５３１号公報

しかしながら、特許文献１の電流センサーでは、各磁気センサー付近で、測定対象の電流路ではない他の隣接した電流路（隣接電流路とも呼ばれる）により、感度方向の磁界が発生する。その結果、測定対象の電流路による磁界を正確に検出できないという不利益がある。

本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、測定対象ではない隣接電流路の電流による磁界を磁気センサーで検出され難くすることにより、測定対象の電流検出精度を向上させることができる電流センサーを提供することにある。

本発明は、第１方向に電流が流れる電流路と、電流路に隣接して配置される隣接電流路と、電流路に流れる電流による磁界を検出する第１磁気センサーと、第１方向と垂直な第１仮想平面において電流路の周囲を部分的に囲む断面形状を持った第１ヨークとを備え、第１ヨークが、互いに平行な２つの端面によって画定される間隙を持ち、２つの端面において電流路からそれぞれ最も離れた２つの端縁が、２つの端面に垂直な共通の第２仮想平面上に位置しており、第１磁気センサーが、間隙に配置されており、第２仮想平面に対して平行な感度方向を持ち、隣接電流路が、第２仮想平面上に配置される、電流センサーである。

この構成によれば、第１方向と平行かつ互いに平行な２つの端面が、電流路を囲む第１ヨークに設けられた間隙を画定している。また、この２つの端面において電流路からそれぞれ最も離れた２つの端縁が、隣接電流路とともに、２つの端面に垂直な共通の第２仮想平面上に位置している。隣接電流路に電流が流れた場合、隣接電流路の周囲には、第１仮想平面において環状の磁束線が生じる。この磁束線は、隣接電流路が第２仮想平面上に位置するため、第２仮想平面に対して垂直に近い角度で交差し易くなる。すなわち、２つの端縁の間には、この磁束線が第２仮想平面に対して垂直に近い角度で入り易くなる。これにより、間隙に配置された第１磁気センサーにおいて、隣接電流路の電流による誘導磁界は、第２仮想平面に対して垂直に近くなる。その結果、第１磁気センサーにおいては、隣接電流路の電流による誘導磁界の感度方向の成分が小さくなる。従って、隣接電流路の電流による誘導磁界が第１磁気センサーにおいて検出され難くなり、電流検出精度が向上する。

好適には本発明の電流センサーにおいて、前記第１磁気センサーが、前記第１仮想平面において前記２つの端面からの距離が等しい前記間隙の中間に配置される。

好適には本発明の電流センサーにおいて、隣接電流路には、第１方向と平行に電流が流れる。

好適には本発明の電流センサーにおいて、隣接電流路が、第１仮想平面において線対称な断面形状を持ち、当該断面形状の対称軸が第２仮想平面に含まれる。

この構成によれば、隣接電流路が第１仮想平面において線対称な断面形状を持つため、隣接電流路に流れる電流による第１仮想平面上の磁界の向きは、その断面形状の対称軸上において、対称軸に対してほぼ垂直となる。また、対称軸が第２仮想平面に含まれるため、隣接電流路に流れる電流による磁界の向きは、第２仮想平面に対してほぼ垂直となる。これにより、隣接電流路に流れる電流により間隙で発生する誘導磁界が、第１磁気センサーの感度方向にほぼ直交する。そのため、隣接電流路の電流による誘導磁界が、第１磁気センサーにおいて検出され難くなる。

好適には本発明の電流センサーにおいて、第１ヨークの断面形状が、間隙において途切れた環状である。

好適には本発明の電流センサーにおいて、第１ヨークが、電流路を挟んで互いに平行に延びた板状の２つの腕部と、２つの腕部の一端同士を連結する連結部とを含み、２つの腕部の各々が、電流路と対向する側に端面を形成し、連結部が、電流路と対向する側に端面と垂直な底面を形成する。

好適には本発明の電流センサーにおいて、電流路が、第１仮想平面において、間隙の端面と垂直な第２方向へ扁平に延びた断面形状を持ち、電流路の断面形状の第２方向における中心の位置と、第１磁気センサーの第２方向における位置とがずれている。

この構成によれば、第２方向へ扁平に延びた断面形状を持つ電流路の第２方向における中心の位置と、第１磁気センサーの第２方向における位置とがずれているため、これらの第２方向における位置が一致している場合に比べて表皮効果の影響が抑制され、周波数特性が向上する。

好適には本発明の電流センサーは、隣接電流路に流れる電流による磁界を検出する第２磁気センサーと、隣接電流路の周囲を部分的に囲む断面形状を持った第２ヨークとを備え、第２ヨークが、互いに平行な２つの端面によって画定される間隙を持ち、第２ヨークの２つの端面において第２電流路からそれぞれ最も離れた２つの端縁が、第２仮想平面上に位置しており、第２磁気センサーが、間隙に配置されており、第２仮想平面に対して平行な感度方向を持ち、第２磁気センサー及び第２ヨークは、第１磁気センサー及び第１磁気センサーに対して、第１方向の位置がずれており、第２磁気センサー及び第２ヨークに隣り合う位置において電流路が第２仮想平面上に配置されるように、電流路及び隣接電流路が曲がっている。

この構成によれば、第２磁気センサーにおいて、電流路の電流による誘導磁界が検出され難くなり、電流検出精度が向上する。また、第２磁気センサー及び第２ヨークが、第１磁気センサー及び第１ヨークに対して第１方向の位置がずれているため、電流路と隣接電流路とを近づけて配置し易くなる。

本発明によれば、測定対象ではない隣接電流路の電流による磁界を磁気センサーで検出され難くすることにより、測定対象の電流検出精度を向上させることができる

本発明の第１実施形態の電流センサーの部分斜視図である。 図１に示す電流センサーの部分側面図である。 図２の３−３線における電流センサーの断面図である。 図１に示す第２電流路に流れる電流により発生する磁束線を示す図である。 第１実施形態に対する比較例の第２電流路に流れる電流により発生する磁束線を示す図である。 第１実施形態の第１検知部の変形例を示す部分断面図である。 本発明の第２実施形態の電流センサーの部分斜視図である。 図７に示す電流センサーの部分側面図である。 図８の９−９線における電流センサーの断面図である。 図７に示す第２電流路に流れる電流により発生する磁束線を示す図である。 第２実施形態に対する比較例の第２電流路に流れる電流により発生する磁束線を示す図である。 隣接電流路の位置と隣接電流路からの影響との関係を示すグラフである。 第３実施形態の電流センサーの斜視図である。

（第１実施形態）
以下、本発明の第１実施形態に係る電流センサーについて説明する。図１は、第１実施形態の電流センサー１００の斜視図である。図２は、図１に示す電流センサー１００の部分側面図である。図３は、図２の３−３線における電流センサー１００の断面図（ｙｚ平面に平行）である。

本明細書において、互いに直交するｘ方向、ｙ方向、及びｚ方向を規定する。ｘ方向は、互いに逆を向くｘ１方向とｘ２方向とを区別せずに表す。ｙ方向は互いに逆を向くｙ１方向とｙ２方向とを区別せずに表す。ｚ方向は互いに逆を向くｚ１方向とｚ２方向とを区別せずに表す。これらの方向は、相対的な位置関係を説明するために便宜上規定するのであって、実際の使用時の方向を限定するわけではない。構成要素の形状は、「略」という記載があるかないかにかかわらず、本明細書で開示された実施形態の技術思想が実現される限り、記載された表現に基づく厳密な幾何学的な形状に限定されない。

（全体構成）
図１に示すように、電流センサー１００は、第１検出部１０１と第２検出部１５１とを含む。

（第１検出部）
第１検出部１０１は、導体で形成された第１電流路１０２と、磁性体で形成された第１ヨーク１０３と、磁気抵抗効果素子やホール素子などの磁電変換素子で構成された第１磁気センサー１０４とを含む。第１ヨーク１０３内に配設された第１磁気センサー１０４が、第１ヨーク１０３内に配設された第１電流路１０２に流れる電流の電流値を検出する。

（第１電流路）
第１電流路１０２は、ｘｚ平面に沿って平坦な面を持つ長尺の板状部材であり、概ねｘ方向に電流が流れる。図３に示すように、ｙｚ平面に沿った第１電流路１０２の断面は、各辺がｙ方向またはｚ方向に沿った略長方形である。第１電流路１０２のｙ方向の幅は、ｚ方向の幅より小さい。

図１に示すように、第１電流路１０２は、第１領域１０２−１、第２領域１０２−２、及び第３領域１０２−３を含む。第１領域１０２−１〜第３領域１０２−３は、その末尾の数字の順にｘ１方向に並んでおり、いずれも、概ねｘ方向に延びている。第１領域１０２−１のｘ１側端部が第２領域１０２−２のｘ２側端部に接続されている。第２領域１０２−２のｘ１側端部が第３領域１０２−３のｘ２側端部に接続されている。第２領域１０２−２は、第１領域１０２−１及び第３領域１０２−３よりもｚ１方向にずれている。

（第１ヨーク）
図１に示すように、第１ヨーク１０３は、ｙｚ平面に沿って広がりｚ１側に開口したＣ字形状の前面１１１と、ｙｚ平面に沿って広がりｚ１側に開口したＣ字形状の後面１１２とを含む。後面１１２は、前面１１１をｘ１方向に平行移動させて得られる形状である。図２に示すように、第１ヨーク１０３は、前面１１１と後面１１２との間でｘ方向に延びており、図３に示すように、ｙｚ平面にそった断面は、ｘ方向のいずれの位置でも図１に示す前面１１１と同じである。

第１ヨーク１０３は、図２に示すｘ方向と垂直な第１仮想平面１７１において、図３に示すように第１電流路１０２の周囲を部分的に囲む断面形状を持つ。第１ヨーク１０３は、ｘｚ平面に平行な面を中心として対称的な形状である。第１ヨーク１０３は、内側に、ｘ方向へ延びた略円筒状の内面１１３を持ち、外側に、ｘ方向へ伸びた略円筒状の外面１１４を持つ。内面１１３及び外面１１４の、ｙｚ平面に沿った断面の中心は略一定である。その中心から半径方向に沿った第１ヨーク１０３の厚さは、略一定である。

図３に示すように、第１ヨーク１０３は、Ｃ字断面の開口部分において対向した第１端面１１５−１と第２端面１１５−２とを持つ。第１端面１１５−１と第２端面１１５−２とは、ｘｚ平面に平行である。第１端面１１５−１は、第２端面１１５−２のｙ１側に位置する。図１に示すように、第１端面１１５−１及び第２端面１１５−２の形状は、前面１１１と後面１１２と内面１１３と外面１１４とに囲まれた略長方形である。

図３に示すように、第１端面１１５−１は、第１ヨーク１０３の最もｚ１側に位置する第１端縁１１６−１を持つ。第２端面１１５−２は、第１ヨーク１０３の最もｚ１側に位置する第２端縁１１６−２を持つ。第１端縁１１６−１及び第２端縁１１６−２は、いずれもｘ方向に平行である。第１端縁１１６−１及び第２端縁１１６−２は、第１端面１１５−１及び第２端面１１５−２において、第１電流路１０２からｚ方向（ｘ方向に対して垂直な方向）にそれぞれ最も離れている。

図３に示すように、第１ヨーク１０３は、第１端面１１５−１と第２端面１１５−２とにより画定される間隙１１７を持つ。第１ヨーク１０３の断面形状は、間隙１１７において途切れた環状である。第１端縁１１６−１及び第２端縁１１６−２は、第１端面１１５−１及び第２端面１１５−２に垂直な共通の第２仮想平面１７２上に位置している。第２仮想平面１７２は、ｘ方向及びｙ方向に対して平行である。

（第１磁気センサー）
図３に示すように、第１磁気センサー１０４は、図３の断面に沿った平面（すなわち、図２の第１仮想平面１７１）において、第１端面１１５−１と第２端面１１５−２とからの距離が等しい、間隙１１７のｙ方向の中間に配置されている。第１磁気センサー１０４は、第２仮想平面１７２に対して平行な（すなわち、ｘｙ平面に沿った）感度方向を持つ。第１磁気センサー１０４は、第１電流路１０２に流れる電流による感度方向の磁界を検出する。第１電流路１０２に流れる電流に対する第１磁気センサー１０４の感度は、感度方向がｙ方向の場合に最も大きくなる。本実施形態では一例として、第１磁気センサー１０４がｙ方向に感度方向を持つものとする。

（第２検出部）
図１に示すように、第２検出部１５１は、第２電流路１５２と第２ヨーク１５３と第２磁気センサー１５４とを含む。第２ヨーク１５３内に配設された第２磁気センサー１５４が、第２ヨーク１５３内に配設された第２電流路１５２に流れる電流の電流値を検出する。

（第２電流路）
第２電流路１５２は、ｘｚ平面に沿って平坦な面を持つ長尺の板状部材であり、概ねｘ方向に電流が流れる。図３に示すように、ｙｚ平面に沿った第２電流路１５２の断面は、各辺がｙ方向またはｚ方向に沿った略長方形である。

図１に示すように、第２電流路１５２は、第１領域１５２−１、第２領域１５２−２、及び第３領域１５２−３を含む。第１領域１５２−１〜第３領域１５２−３は、その末尾の数字の順にｘ１方向に並んでおり、いずれも、概ねｘ方向に延びている。第１領域１５２−１のｘ１側端部が第２領域１５２−２のｘ２側端部に接続されている。第２領域１５２−２のｘ１側端部が第３領域１５２−３のｘ２側端部に接続されている。第２領域１５２−２は、第１領域１５２−１及び第３領域１５２−３よりもｚ１方向にずれている。

図１に示すように、第２電流路１５２の第２領域１５２−２は、第１電流路１０２の第２領域１０２−２よりもｘ２方向にずれている。図３に示すように、ｚ方向の位置だけをみると、第２電流路１５２の第２領域１５２−２と第１電流路１０２の第２領域１０２−２とは、同じ位置にある。図１に示すように、ｚ方向の位置だけをみると、第２電流路１５２の第１領域１５２−１及び第３領域１５２−３は、第１電流路１０２の第１領域１０２−１及び第３領域１０２−３と同じ位置にある。

（第２ヨーク）
図１に示すように、第２ヨーク１５３の形状は、第１ヨーク１０３の形状と同じである。第２ヨーク１５３の前面１６１、後面１６２、内面１６３、外面１６４、第１端面１６５−１、第２端面１６５−２、第１端縁１６６−１、第２端縁１６６−２、及び間隙１６７は、それぞれ、第１ヨーク１０３の前面１１１、後面１１２、内面１１３、外面１１４、第１端面１１５−１、第２端面１１５−２、第１端縁１１６−１、第２端縁１１６−２、及び間隙１１７に対応する。第２ヨーク１５３は、第１ヨーク１０３をｘｙ平面に沿って平行移動させた位置にある。

（第２磁気センサー）
図３に示すように、第２磁気センサー１５４は、ｙｚ平面に平行な平面（すなわち、図２の第１仮想平面１７３）において、第１端面１６５−１と第２端面１６５−２とからの距離が等しい、間隙１６７のｙ方向の中間に配置されている。第２磁気センサー１５４は、第２仮想平面１７２に対して平行な（すなわち、ｘｙ平面に沿った）感度方向を持つ。第２磁気センサー１５４は、第２電流路１５２に流れる電流による感度方向の磁界を検出する。第２電流路１５２に流れる電流に対する第２磁気センサー１５４の感度は、感度方向がｙ方向の場合に最も大きくなる。本実施形態では一例として、第２磁気センサー１５４がｙ方向に感度方向を持つものとする。

図２に示す、第２検出部１５１の第１仮想平面１７３は、第１検出部１０１の第１仮想平面１７１に対応し、第２電流路１５２、第２磁気センサー１５４、及び第２ヨーク１５３を通るｙｚ平面に平行な平面である。

（位置関係）
図１に示すように、第２電流路１５２の第３領域１５２−３と、第２ヨーク１５３と、第２磁気センサー１５４との相対的な位置関係は、第１電流路１０２の第１領域１０２−１と、第１ヨーク１０３と、第１磁気センサー１０４との相対的な位置関係と同じである。第１検出部１０１に含まれる第１磁気センサー１０４及び第１ヨーク１０３は、第２検出部１５１に含まれる第２磁気センサー１５４及び第２ヨーク１５３に対してｘ方向の位置がずれている。図３に示すように、第２電流路１５２の第１端縁１６６−１及び第２端縁１６６−２は、第１電流路１０２の第１端縁１１６−１及び第２端縁１１６−２と同様に、第２仮想平面１７２上に位置している。

第２検出部１５１に含まれる第２電流路１５２の第２領域１５２−２は、第１検出部１０１に含まれる第１電流路１０２の第１領域１０２−１に対する隣接電流路とも呼ばれる。第２電流路１５２の第２領域１５２−２は第１電流路１０２の第１領域１０２−１に隣接し、ｘ方向と平行に電流が流れる。第１検出部１０１に含まれる第１電流路１０２の第２領域１０２−２は、第２検出部１５１に含まれる第２電流路１５２の第３領域１５２−３に対する隣接電流路とも呼ばれる。第１電流路１０２の第２領域１０２−２は、第２電流路１５２の第３領域１５２−３に隣接し、ｘ方向と平行に電流が流れる。

図２に示すように、隣接電流路（第２電流路１５２の第２領域１５２−２、及び第１電流路１０２の第２領域１０２−２）は、第２仮想平面１７２上に配置される。隣接電流路としての第２電流路１５２の第２領域１５２−２は、第１仮想平面１７１において、図３に示す第２電流路１５２の断面と同様に線対称な長方形の断面形状を持つ。隣接電流路としての第１電流路１０２の第２領域１０２−２は、第１仮想平面１７３において、図３に示す第１電流路１０２の断面と同様に線対称な長方形の断面形状を持つ。いずれの場合も、隣接電流路の断面形状（長方形）の対称軸は、第２仮想平面１７２に含まれる。

（第１実施形態における磁束線）
図４は、隣接電流路としての第２電流路１５２の第２領域１５２−２に流れる電流により、第１仮想平面１７１（図２）内に発生する磁束線を示す図である。磁束線は、点線で示される。図３を参照して説明したように、電流路１０２の第１端縁１１６−１及び第２端縁１１６−２と、第２電流路１５２の第２領域１５２−２のｚ方向の中心が、第２仮想平面１７２上に位置している。

その結果、図４に示す磁束線は、間隙１１７内で、間隙１１７のｙ方向中央を通りｘｚ平面に平行な平面を中心として略対称となる。磁束線１８１に示すように、間隙１１７内のｙ方向中央付近では、磁束線が、概ねｚ方向に沿う。すなわち、第１磁気センサー１０４付近の磁束線は、第１磁気センサー１０４の感度方向（ｙ方向）に略垂直な方向（ｚ方向）になる。従って、第１磁気センサー１０４は、隣接電流路による磁界の影響を受けにくい。

図１に示す隣接電流路としての第１電流路１０２の第２領域１０２−２に流れる電流により発生する磁束線と第２検出部１５１との関係は、第２電流路１５２の第２領域１５２−２に流れる電流により発生する磁束線と第１検出部１０１との関係と同様である。

（第１実施形態に対する比較例における磁束線）
図５は、図４に示す第２電流路１５２の第２領域１５２−２をｚ２方向に平行移動させて得られる隣接電流路１８２に流れる電流により、第１仮想平面１７１（図２）内に発生する比較例の磁束線を示す図である。磁束線は、点線で示される。隣接電流路１８２は、第２仮想平面１７２よりもｚ２方向にずれている。

その結果、間隙１１７内で、間隙１１７のｙ方向中央を通りｘｚ平面に平行な平面を中心として、磁束線が対称ではない。磁束線１８３に示すように、間隙１１７内のｙ方向中央付近では、磁束線が、ｚ方向に沿わない。すなわち、第１磁気センサー１０４付近の磁束線は、第１磁気センサー１０４の感度方向（ｙ方向）に略垂直ではない。従って、比較例の第１磁気センサー１０４は、本実施形態とは異なり、隣接電流路による磁界の影響を受けやすい。

（まとめ）
以上説明したように、本実施形態によれば、隣接電流路（第２電流路１５２の第２領域１５２−２、及び第１電流路１０２の第２領域１０２−２）にｘ方向へ電流が流れた場合、隣接電流路の周囲には、第１仮想平面（１７１、１７３）において環状の磁束線が生じる。この磁束線は、隣接電流路が第２仮想平面上１７２に位置するため、第２仮想平面１７２に対して垂直に近い角度で交差し易くなる。すなわち、２つの端縁の間（第１端縁１１６−１と第２端縁１１６−２との間、第１端縁１６６−１と第２端縁１６６−２との間）には、この磁束線が第２仮想平面１７２に対して垂直に近い角度で入り易くなる。これにより、２つの端面からの距離（第１端面１１５−１及び第２反面１５−２からの距離、第１端面１６５−１及び第２反面６５−２からの距離）が等しい間隙（１１７、１６７）の中間に配置された磁気センサー（１０４、１５４）において、隣接電流路の電流による誘導磁界は、第２仮想平面１７２に対して垂直に近くなる。その結果、磁気センサー（１０４、１５４）においては、隣接電流路の電流による誘導磁界の感度方向の成分が小さくなる。従って、隣接電流路の電流による誘導磁界が磁気センサー（１０４、１５４）において検出され難くなり、電流検出精度が向上する。

本実施形態によれば、隣接電流路が第１仮想平面（１７１、１７３）において線対称な断面形状を持つため、隣接電流路に流れる電流による第１仮想平面（１７１、１７３）上の磁界の向きは、その断面形状の対称軸上において、対称軸に対してほぼ垂直となる。この対称軸が第２仮想平面１７２に含まれることから、隣接電流路に流れる電流による磁界は、第２仮想平面１７２に対してほぼ垂直となる。そのため、隣接電流路に流れる電流により間隙（１１７、１６７）で発生する誘導磁界が、磁気センサー（１０４、１５４）の感度方向にほぼ直交する。従って、隣接電流路の電流による誘導磁界が、磁気センサー（１０４、１５４）において検出され難くなる。

本実施形態によれば、第１電流路１０２及び第２電流路１５２に流れる電流による磁界を検出する第１磁気センサー１０４及び第２磁気センサー１５４のそれぞれにおいて、隣接電流路の電流による誘導磁界が検出され難くなり、電流検出精度が向上する。また、第１検出部１０１に含まれる第１磁気センサー１０４及び第１ヨーク１０３が、第２検出部１５１に含まれる第２磁気センサー１５４及び第２ヨーク１５３に対してｘ方向の位置がずれているため、第１電流路１０２及び第２電流路１５２を近づけて配置し易くなる。

（変形例）
図６は、第１実施形態の変形例の第１検出部１９０の断面図である。変形例の第１検出部１９０の第１電流路１９１は、図１に示す第１実施形態の第１検出部１０１の第１電流路１０２と形状及び位置が異なる。

第１電流路１９１のｙｚ平面に平行な断面は、ｙ方向又はｚ方向に沿った辺を持つ長方形であって、ｙ方向の幅が、ｚ方向の幅よりも長い。従って、第１電流路１９１は、第１仮想平面（すなわち、図６の断面に沿った平面）において、間隙１１７の第１端面１１５−１及び第２端面１１５−２と垂直なｙ方向へ扁平に延びた断面形状を持つ。さらに、第１電流路１９１の断面形状のｙ方向における中心の位置と、第１磁気センサー１０４のｙ方向における位置とがずれている。

本実施形態によれば、ｙ方向へ扁平に延びた断面形状を持つ第１電流路１９１のｙ方向における中心の位置と、第１磁気センサー１０４のｙ方向における位置とがずれているため、これらのｙ方向における位置が一致している場合に比べて表皮効果の影響が抑制され、周波数特性が向上する。なお、図１の第２検出部１５１も、変形例の第１検出部１９０と同様の形状及び構成であってよい。

（第２実施形態）
以下、本発明の第２実施形態に係る電流センサーについて説明する。図７は、第２実施形態の電流センサー２００の斜視図である。図８は、図７に示す電流センサー２００の部分側面図である。図９は、図８の９−９線における電流センサー２００の断面図である。

（全体構成）
図７に示すように、電流センサー２００は、第１検出部２０１と第２検出部２５１とを含む。

（第１検出部）
第１検出部２０１は、導体で形成された第１電流路２０２と、磁性体で形成された第１ヨーク２０３と、磁気抵抗効果素子やホール素子などの磁電変換素子で構成された第１磁気センサー２０４とを含む。第１ヨーク２０３内に配設された第１磁気センサー２０４が、第１ヨーク２０３内に配設された第１電流路２０２に流れる電流の電流値を検出する。

（第１電流路）
第１電流路２０２は、ｘｙ平面に沿って平坦な面を持つ長尺の板状部材であり、概ねｘ方向に電流が流れる。図９に示すように、ｙｚ平面に沿った第１電流路２０２の断面は、各辺がｙ方向またはｚ方向に沿った略長方形である。第１電流路２０２のｙ方向の幅は、ｚ方向の幅より大きい。

図７に示すように、第１電流路２０２は、第１領域２０２−１、第２領域２０２−２、及び第３領域２０２−３を含む。第１領域２０２−１〜第３領域２０２−３は、その末尾の数字の順にｘ１方向に並んでおり、いずれも、概ねｘ方向に延びている。第１領域２０２−１のｘ１側端部が第２領域２０２−２のｘ２側端部に接続されている。第２領域２０２−２のｘ１側端部が第３領域２０２−３のｘ２側端部に接続されている。第２領域２０２−２は、第１領域２０２−１及び第３領域２０２−３よりもｚ１側にずれている。

（第１ヨーク）
図７に示すように、第１ヨーク２０３は、ｙｚ平面に沿って広がりｚ１側に開口したＵ字形状の前面２１１と、ｙｚ平面に沿って広がりｚ１側に開口したＵ字形状の後面２１２とを含む。後面２１２は、前面２１１をｘ１方向に平行移動させて得られる形状である。図８に示すように、第１ヨーク２０３は、前面２１１と後面２１２との間でｘ方向に延びており、図９に示すように、ｙｚ平面にそった断面は、ｘ方向のいずれの位置でも前面２１１と同じである。

第１ヨーク２０３は、図８に示すｘ方向と垂直な第１仮想平面２７１において、図９に示すように第１電流路２０２の周囲を部分的に囲む断面形状を持つ。第１ヨーク２０３は、ｘｚ平面に平行な面を中心として対称的な形状である。第１ヨーク２０３は、第１電流路２０２を挟んで互いに平行に延びた板状の第１腕部２１３−１と第２腕部２１３−２とを含み、さらに、第１腕部２１３−１と第２腕部２１３−２とを連結する連結部２１４を含む。

第１腕部２１３−１は、第１電流路２０２のｙ１側に位置し、第１電流路２０２と対向する側に、ｘｚ平面に平行な第１端面２１５−１を持つ。第１端面２１５−１は、最もｚ１側に位置する第１端縁２１７−１を持つ。第１腕部２１３−１は、最もｚ１側にｘｙ平面に平行な第１上面２１６−１を持つ。第１端縁２１７−１は、第１端面２１５−１と第１上面２１６−１との境界であり、ｘ方向に沿っている。第１端縁２１７−１は、第１端面２１５−１において、第１電流路２０２からｚ方向（ｘ方向に対して垂直な方向）に最も離れている。

第２腕部２１３−２は、第１電流路２０２のｙ２側に位置し、第１電流路２０２と対向する側に、ｘｚ平面に平行な第２端面２１５−２を持つ。第２端面２１５−２は、最もｚ１側に位置する第２端縁２１７−２を持つ。第２腕部２１３−２は、最もｚ１側にｘｙ平面に平行な第２上面２１６−２を持つ。第２端縁２１７−２は、第２端面２１５−２と第２上面２１６−２との境界であり、ｘ方向に沿っている。第２端縁２１７−２は、第２端面２１５−２において、第１電流路２０２からｚ方向（ｘ方向に対して垂直な方向）に最も離れている。

連結部２１４は、第１腕部２１３−１のｚ２側端部と第２腕部２１３−２のｚ２側端部とを連結する。連結部２１４は、第１電流路２０２と対向する側に第１端面２１５−１と第２端面２１５−２との両方に垂直な（すなわち、ｘｙ平面に平行な）底面２１５−３を持つ。

図９に示すように、第１端面２１５−１と第２端面２１５−２と底面２１５−３とが、第１ヨーク２０３の内側に略Ｕ字の断面を形成する。第１ヨーク２０３は、外側に、略Ｕ字の外面２１８を持つ。

図９に示すように、第１ヨーク２０３は、第１端面２１５−１と第２端面２１５−２とにより画定される間隙２１９を持つ。第１端縁２１７−１及び第２端縁２１７−２は、第１端面２１５−１及び第２端面２１５−２に垂直な共通の第２仮想平面２７２上に位置している。第２仮想平面２７２は、ｘ方向及びｙ方向に対して平行である。第１上面２１６−１及び第２上面２１６−２は、第２仮想平面２７２上に位置している。

（第１磁気センサー）
図９に示すように、第１磁気センサー２０４は、図９の断面に沿った平面（すなわち、図８の第１仮想平面２７１）において第１端面２１５−１と第２端面２１５−２とからの距離が等しい、間隙２１９のｙ方向の中間に配置されている。第１磁気センサー２０４は、第２仮想平面２７２に対して平行な（すなわち、ｘｙ平面に沿った）感度方向を持つ。第１磁気センサー２０４は、第１電流路２０２に流れる電流による感度方向の磁界を検出する。第１電流路２０２に流れる電流に対する第１磁気センサー２０４の感度は、感度方向がｙ方向の場合に最も大きくなる。本実施形態では一例として、第１磁気センサー２０４がｙ方向に感度方向を持つものとする。

（第２検出部）
図７に示すように、第２検出部２５１は、第２電流路２５２と第２ヨーク２５３と第２磁気センサー２５４とを含む。第２ヨーク２５３内に配設された第２磁気センサー２５４が、第２ヨーク２５３内に配設された第２電流路２５２に流れる電流の電流値を検出する。

（第２電流路）
第２電流路２５２は、ｘｙ平面に沿って平坦な面を持つ長尺の板状部材であり、概ねｘ方向に電流が流れる。図９に示すように、ｙｚ平面に沿った第２電流路２５２の断面は、各辺がｙ方向またはｚ方向に沿った略長方形である。第２電流路２５２のｙ方向の幅は、ｚ方向の幅より大きい。

図７に示すように、第２電流路２５２は、第１領域２５２−１、第２領域２５２−２、及び第３領域２５２−３を含む。第１領域２５２−１〜第３領域２５２−３は、その末尾の数字の順にｘ１方向に並んでおり、いずれも、概ねｘ方向に延びている。第１領域２５２−１のｘ１側端部が第２領域２５２−２のｘ２側端部に接続されている。第２領域２５２−２のｘ１側端部が第３領域２５２−３のｘ２側端部に接続されている。第２領域２５２−２は、第１領域２５２−１及び第３領域２５２−３よりもｚ１側にずれている。

図７に示すように、第２電流路２５２の第２領域２５２−２は、第１電流路２０２の第２領域２０２−２よりもｘ２方向にずれている。図９に示すように、ｚ方向の位置だけをみると、第２電流路２５２の第２領域２５２−２と第１電流路２０２の第２領域２０２−２とは、同じ位置にある。図７に示すように、ｚ方向の位置だけをみると、第２電流路２５２の第１領域２５２−１及び第３領域２５２−３は、第１電流路２０２の第１領域２０２−１及び第３領域２０２−３と同じ位置にある。

（第２ヨーク）
図７に示すように、第２ヨーク２５３の形状は、第１ヨーク２０３の形状と同じである。第２ヨーク２５３の前面２６１、後面２６２、第１腕部２６３−１、第２腕部２６３−２、連結部２６４、第１端面２６５−１、第２端面２６５−２、底面２６５−３、第１上面２６６−１、第２上面２６６−２、第１端縁２６７−１、第２端縁２６７−２、外面２６８、及び間隙２６９は、それぞれ、第１ヨーク２０３の前面２１１、後面２１２、第１腕部２１３−１、第２腕部２１３−２、連結部２１４、第１端面２１５−１、第２端面２１５−２、底面２１５−３、第１上面２１６−１、第２上面２１６−２、第１端縁２１７−１、第２端縁２１７−２、外面２１８、及び間隙２１９に対応する。第２ヨーク２５３は、第１ヨーク２０３をｘｙ平面に沿って平行移動させた位置にある。

（第２磁気センサー）
図９に示すように、第２磁気センサー２５４は、ｙｚ平面に平行な平面（すなわち、図８の第１仮想平面２７３）において、第１端面２６５−１と第２端面２６５−２とからの距離が等しい、間隙２６９のｙ方向の中間に配置されている。第２磁気センサー２５４は、第２仮想平面２７２に対して平行な（すなわち、ｘｙ平面に沿った）感度方向を持つ。第２磁気センサー２５４は、第２電流路２５２に流れる電流による感度方向の磁界を検出する。第２電流路２５２に流れる電流に対する第２磁気センサー２５４の感度は、感度方向がｙ方向の場合に最も大きくなる。本実施形態では一例として、第２磁気センサー２５４がｙ方向に感度方向を持つものとする。

図８に示す、第２検出部２５１の第１仮想平面２７３は、第１検出部２０１の第１仮想平面２７１に対応し、第２電流路２５２、第２磁気センサー２５４、及び第２ヨーク２５３を通る、ｙｚ平面に平行な平面である。

（位置関係）
図７に示すように、第２電流路２５２の第３領域２５２−３と、第２ヨーク２５３と、第２磁気センサー２５４との相対的な位置関係は、第１電流路２０２の第１領域２０２−１と、第１ヨーク２０３と、第１磁気センサー２０４との相対的な位置関係と同じである。第１検出部２０１に含まれる第１磁気センサー２０４及び第１ヨーク２０３は、第２検出部２５１に含まれる第２磁気センサー２５４及び第２ヨーク２５３に対してｘ方向の位置がずれている。図９に示すように、第２電流路２５２の第１端縁２６７−１及び第２端縁２６７−２は、第１電流路２０２の第１端縁２１７−１及び第２端縁２１７−２と同様に、第２仮想平面２７２上に位置している。

第２検出部２５１に含まれる第２電流路２５２の第２領域２５２−２は、第１検出部２０１に含まれる第１電流路２０２の第１領域２０２−１に対する隣接電流路とも呼ばれる。第２電流路２５２の第２領域２５２−２は、第１電流路２０２の第１領域２０２−１に隣接し、ｘ方向と平行に電流が流れる。第１検出部２０１に含まれる第１電流路２０２の第２領域２０２−２は、第２検出部２５１に含まれる第２電流路２５２の第３領域２５２−３に対する隣接電流路とも呼ばれる。第１電流路２０２の第２領域２０２−２は、第２電流路２５２の第３領域２５２−３に隣接し、ｘ方向と平行に電流が流れる。

図８に示すように、隣接電流路（第２電流路２５２の第２領域２５２−２、及び第１電流路２０２の第２領域２０２−２）は、第２仮想平面２７２上に配置される。隣接電流路としての第２電流路２５２の第２領域２５２−２は、第１仮想平面２７１において、図９に示す第２電流路２５２の断面と同様に線対称な長方形の断面形状を持つ。隣接電流路としての第１電流路２０２の第２領域２０２−２は、第１仮想平面２７３において、図９に示す第１電流路２０２の断面と同様に線対称な長方形の断面形状を持つ。いずれの場合も、隣接電流路の断面形状（長方形）の対称軸は、第２仮想平面２７２に含まれる。

（第２実施形態における磁束線）
図１０は、隣接電流路としての第２電流路２５２の第２領域２５２−２に流れる電流により、第１仮想平面２７１（図８）内に発生する磁束線を示す図である。磁束線は、点線で示される。図９を参照して説明したように、第１電流路２０２の第１端縁２１７−１及び第２端縁２１７−２と、第２電流路２５２の第２領域２５２−２のｚ方向の中心が、第２仮想平面２７２上に位置している。

その結果、図１０に示す磁束線は、間隙２１９内で、間隙２１９のｙ方向中央を通りｘｚ平面に平行な平面を中心として略対称となる。磁束線２８１に示すように、間隙２１９内のｙ方向中央付近では、磁束線が、概ねｚ方向に沿う。すなわち、第１磁気センサー２０４付近の磁束線は、第１磁気センサー２０４の感度方向（ｙ方向）に略垂直な方向（ｚ方向）になる。従って、第１磁気センサー２０４は、隣接電流路による磁界の影響を受けにくい。

図７に示す隣接電流路としての第１電流路２０２の第２領域２０２−２に流れる電流により発生する磁束線と第２検出部２５１との関係は、第２電流路２５２の第２領域２５２−２に流れる電流により発生する磁束線と第１検出部２０１との関係と同様である。

（第２実施形態に対する比較例における磁束線）
図１１は、図１０に示す第２電流路２５２の第２領域２５２−２をｚ２方向に平行移動させて得られる隣接電流路２８２に流れる電流により、第１仮想平面２７１（図８）内に発生する比較例の磁束線を示す図である。磁束線は、点線で示される。隣接電流路２８２は、第２仮想平面２７２よりもｚ２方向にずれている。

その結果、間隙２１９内で、間隙２１９のｙ方向中央を通りｘｚ平面に平行な平面を中心として、磁束線が対称ではない。磁束線２８３に示すように、間隙２１９内のｙ方向中央付近では、磁束線が、ｚ方向に沿わない。すなわち、第１磁気センサー２０４付近の磁束線は、第１磁気センサー２０４の感度方向（ｙ方向）に略垂直ではない。従って、比較例の第１磁気センサー２０４は、本実施形態とは異なり、隣接電流路による磁界の影響を受けやすい。

（隣接電流路の位置と測定される電流値との関係）
図１２は、隣接電流路の位置と隣接電流路からの影響との関係を示すグラフである。横軸は、図９に示す隣接電流路としての第２電流路２５２の第２領域２５２−２と第１電流路２０２の第１領域２０２−１とのｙ方向の距離である。縦軸は、第１磁気センサー２０４を使用して測定される電流値のうち、第２電流路２５２の影響による電流値を示す。

図１２のグラフ２９０は、図９のように、第１仮想平面２７１上に第２電流路２５２の第２領域２５２−２がある場合に対応する。グラフ２９０の場合、すなわち、本実施形態によれば、ｙ方向の距離にかかわらず、隣接電流路からの影響による電流はほぼゼロである。

図１２のグラフ２９１、２９２、２９３、２９４は、図９の第２電流路２５２の第２領域２５２−２が、第１仮想平面２７１よりｚ１方向にずれて配置されている比較例の場合に対応する。グラフ２９１、２９２、２９３、２９４は、符号の数字が大きいほど、第２電流路２５２の第２領域２５２−２が、第１仮想平面２７１から遠い。ｚ１方向において、第２電流路２５２の第２領域２５２−２が第１仮想平面２７１から遠いほど、第２電流路２５２の影響が大きい。ｙ方向において、第２電流路２５２の第２領域２５２−２が第１電流路２０２の第１領域２０２−１に近いほど、第２電流路２５２の影響が大きい。

図１２のグラフ２９５、２９６、２９７、２９８は、図９の第２電流路２５２の第２領域２５２−２が、第１仮想平面２７１よりｚ２方向にずれて配置されている比較例の場合に対応する。グラフ２９５、２９６、２９７、２９８は、符号の数字が大きいほど、第２電流路２５２の第２領域２５２−２が、第１仮想平面２７１から遠い。ｚ２方向において、第２電流路２５２の第２領域２５２−２が第１仮想平面２７１から遠いほど、第２電流路２５２の影響が大きい。ｙ方向において、第２電流路２５２の第２領域２５２−２が第１電流路２０２の第１領域２０２−１に近いほど、第２電流路２５２の影響が大きい。

（まとめ）
上述した本実施形態においても、第１実施形態と同様に、隣接電流路（第２電流路２５２の第２領域２５２−２、及び第１電流路２０２の第２領域２０２−２）に流れる電流により間隙２１９で発生する誘導磁界において、第１磁気センサー２０４及び第２磁気センサー２５４の感度方向に平行な磁界成分が小さくなる。そのため、隣接電流路の電流による誘導磁界が第１磁気センサー２０４及び第２磁気センサー２５４において検出され難くなり、電流検出精度が向上する。

本実施形態によれば、隣接電流路が第１仮想平面２７１及び第１仮想平面２７３において線対称な断面形状を持ち、その線対称の対称軸が第２仮想平面２７２に含まれることから、隣接電流路に流れる電流により間隙２１９で発生する誘導磁界が、第１磁気センサー２０４及び第２磁気センサー２５４の感度方向にほぼ直交する。そのため、隣接電流路の電流による誘導磁界が、第１磁気センサー２０４及び第２磁気センサー２５４において検出され難くなる。

本実施形態によれば、第１電流路２０２及び第２電流路２５２に流れる電流による磁界を検出する第１磁気センサー２０４及び第２磁気センサー２５４のそれぞれにおいて、隣接電流路の電流による誘導磁界が検出され難くなり、電流検出精度が向上する。また、第１検出部２０１に含まれる第１磁気センサー２０４及び第１ヨーク２０３が、第２検出部２５１に含まれる第２磁気センサー２５４及び第２ヨーク２５３に対してｘ方向の位置がずれているため、第１電流路２０２及び第２電流路２５２を近づけて配置し易くなる。

（第３実施形態）
次に、本発明の第３実施形態に係る電流センサーについて説明する。図１３は、本実施形態の電流センサー３００の斜視図である。以下、第１実施形態の電流センサー１００（図１）と本実施形態の電流センサー３００（図１３）との相違点を中心に説明する。図１の第１実施形態の電流センサー１００では、各構成要素の百の位が１で表されており、図１３の第３実施形態の電流センサー３００では、各構成要素の百の位が３で表されている。百の位のみが異なる構成要素は、それぞれ、同様の構成要素を表す。

第１実施形態（図１）の第１電流路１０２と第２電流路１５２とは、概ね平行に配置されている。一方、本実施形態の第１電流路３０２と第２電流路３５２とは、平行ではない。本実施形態の第１検出部３０１は、第１実施形態（図１）の第１検出部１０１をｘｙ平面に沿ってわずかに回転させた位置に配置されている。第１電流路３０２の第１端縁３１６−１と第２端縁３１６−２と、第２電流路３５２の第１端縁３６６−１と第２端縁３６６−２とは、いずれも、ｘｙ平面に平行な仮想平面上に位置している。

第３実施形態も、第１実施形態と同様の効果が得られる。

本発明は上述した実施形態には限定されない。すなわち、当業者は、本発明の技術的範囲またはその均等の範囲内において、上述した実施形態の構成要素に関し、様々な変更、コンビネーション、サブコンビネーション、並びに代替を行ってもよい。

本発明は、隣接した複数の電流路の電流を検出する種々の電流センサーに適用可能である。

１００…電流センサー、１０１…第１検出部
１０２…第１電流路、１０３…第１ヨーク、１０４…第１磁気センサー
１１５−１…第１端面、１１５−２…第２端面
１１６−１…第１端縁、１１６−２…第２端縁、１１７…間隙
１５１…第２検出部
１５２…第２電流路、１５３…第２ヨーク、１５４…第２磁気センサー
１６５−１…第１端面、１６５−２…第２端面
１６６−１…第１端縁、１６６−２…第２端縁、１６７…間隙
１７１…第１仮想平面、１７２…第２仮想平面、１７３…第１仮想平面
１８２…隣接電流路
１９０…第１検出部、１９１…第１電流路
２００…電流センサー、２０１…第１検出部
２０２…第１電流路、２０３…第１ヨーク、２０４…第１磁気センサー
２１３−１…第１腕部、２１３−２…第２腕部、２１４…連結部
２１５−１…第１端面、２１５−２…第２端面、２１５−３…底面
２１７−１…第１端縁、２１７−２…第２端縁、２１９…間隙
２５１…第２検出部
２５２…第２電流路、２５３…第２ヨーク、２５４…第２磁気センサー
２６３−１…第１腕部、２６３−２…第２腕部、２６４…連結部
２６５−１…第１端面、２６５−２…第２端面、２６５−３…底面
２６７−１…第１端縁、２６７−２…第２端縁、２６９…間隙
２７１…第１仮想平面、２７２…第２仮想平面、２７３…第１仮想平面
２８２…隣接電流路

Claims (8)

1. 第１方向に電流が流れる電流路と、
   前記電流路に隣接して配置される隣接電流路と、
   前記電流路に流れる電流による磁界を検出する第１磁気センサーと、
   前記第１方向と垂直な第１仮想平面において前記電流路の周囲を部分的に囲む断面形状を持った第１ヨークとを備え、
   前記第１ヨークが、互いに平行な２つの端面によって画定される間隙を持ち、
   前記２つの端面において前記電流路からそれぞれ最も離れた２つの端縁が、前記２つの端面に垂直な共通の第２仮想平面上に位置しており、
   前記第１磁気センサーが、前記間隙に配置されており、前記第２仮想平面に対して平行な感度方向を持ち、
   前記隣接電流路が、前記第２仮想平面上に配置される、
   電流センサー。
2. 前記第１磁気センサーが、前記第１仮想平面において前記２つの端面からの距離が等しい前記間隙の中間に配置される、
   請求項１に記載の電流センサー。
3. 前記隣接電流路には、前記第１方向と平行に電流が流れる、
   請求項１又は２に記載の電流センサー。
4. 前記隣接電流路が、前記第１仮想平面において線対称な断面形状を持ち、当該断面形状の対称軸が前記第２仮想平面に含まれる、
   請求項１乃至請求項３に記載の電流センサー。
5. 前記第１ヨークの前記断面形状が、前記間隙において途切れた環状である、
   請求項１乃至請求項４の何れか一項に記載の電流センサー。
6. 前記第１ヨークが、前記電流路を挟んで互いに平行に延びた板状の２つの腕部と、前記２つの腕部の一端同士を連結する連結部とを含み、
   前記２つの腕部の各々が、前記電流路と対向する側に前記端面を形成し、
   前記連結部が、前記電流路と対向する側に前記端面と垂直な底面を形成する、
   請求項１乃至請求項４の何れか一項に記載の電流センサー。
7. 前記電流路が、前記第１仮想平面において、前記間隙の前記端面と垂直な第２方向へ扁平に延びた断面形状を持ち、
   前記電流路の前記断面形状の前記第２方向における中心の位置と、前記第１磁気センサーの前記第２方向における位置とがずれている、
   請求項１乃至請求項６の何れか一項に記載の電流センサー。
8. 前記隣接電流路に流れる電流による磁界を検出する第２磁気センサーと、
   前記隣接電流路の周囲を部分的に囲む断面形状を持った第２ヨークとを備え、
   前記第２ヨークが、互いに平行な２つの端面によって画定される間隙を持ち、
   前記第２ヨークの前記２つの端面において前記第２電流路からそれぞれ最も離れた２つの端縁が、前記第２仮想平面上に位置しており、
   前記第２磁気センサーが、前記間隙に配置されており、前記第２仮想平面に対して平行な感度方向を持ち、
   前記第２磁気センサー及び第２ヨークは、前記第１磁気センサー及び第１磁気センサーに対して、前記第１方向の位置がずれており、
   前記第２磁気センサー及び前記第２ヨークに隣り合う位置において、前記電流路が前記第２仮想平面上に配置されるように、前記電流路及び前記隣接電流路が曲がっている、
   請求項１乃至請求項７の何れか一項に記載の電流センサー。

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