JP2018119994A

JP2018119994A - 電流センサ

Info

Publication number: JP2018119994A
Application number: JP2018093565A
Authority: JP
Inventors: 川浪　崇; Takashi Kawanami; 崇川浪; 清水　康弘; Yasuhiro Shimizu; 康弘清水
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2015-02-02
Filing date: 2018-05-15
Publication date: 2018-08-02
Anticipated expiration: 2035-11-20
Also published as: CN107110892A; JPWO2016125367A1; JP6555387B2; CN107110892B; US10605835B2; WO2016125367A1; JP6344488B2; US20170242058A1

Abstract

【課題】電流センサを小型化する。【解決手段】貫通孔１３１およびこの貫通孔１３１の周りに位置する少なくとも１つの溝が設けられた基板１３０と、上記貫通孔１３１に挿入されて基板１３０を貫通し、測定対象の電流が流れる１次導体１１０と、基板１３０の第１の面上に実装され、１次導体１１０を流れる上記電流により発生する磁界の強さを検出する少なくとも１つの磁気センサ１２０と、上記少なくとも１つの溝に一部が挿入されて基板１３０に固定され、１次導体１１０の周りを囲む少なくとも１つの磁性体部材１７１，１７２とを備える。【選択図】図１

Description

本発明は、電流センサに関し、特に、測定対象の電流に応じて発生する磁界を検出することで測定対象の電流の値を測定する電流センサに関する。

電流検出器の構成を開示した先行文献として、特開平４−３３５４２号公報(特許文献１)、および、特開平９−１２７１５９号公報(特許文献２)がある。

特許文献１に記載されたサーボ駆動装置の電流検出器においては、ホール素子挿入用ギャップを有する磁性コアがプリント基板に固着され、ホール素子挿入用ギャップにホール素子が挿入配設されている。ホール素子の各端子は、プリント基板に形成された回路配線の端子に電気的に接続されている。

特許文献２に記載された電流検出器は、周回形状を有する磁路の一部にギャップを設けた磁気コアと、ギャップ内に配設されギャップ内を通過する磁束密度を検出する感磁素子とを有する。プリント基板には、被測定電流線を通す貫通孔が形成されている。貫通孔の周縁近傍に、感磁素子が配設されている。プリント基板には、アースラインに接続された接地用パターンが形成されている。接地用パターン上に、磁気コアが導電性接着剤により固定されている。

特開平４−３３５４２号公報特開平９−１２７１５９号公報

特許文献１，２に記載された電流検出器においては、プリント基板の表面に磁性コアである磁性体部材が配置されている。プリント基板の厚さ方向における磁性体部材の中央付近に、ホール素子が配置されている。上記の構成においては、プリント基板の厚さ方向における磁性体部材の高さに応じて電流検出器の高さが高くなるため、電流検出器をさらに小型にできる余地があった。

本発明は上記の問題点に鑑みてなされたものであって、小型化された電流センサを提供することを目的とする。

本発明に基づく電流センサは、貫通孔およびこの貫通孔の周りに位置する少なくとも１つの溝が設けられた基板と、上記貫通孔に挿入されて基板を貫通し、測定対象の電流が流れる１次導体と、基板の第１の面上に実装され、１次導体を流れる上記電流により発生する磁界の強さを検出する少なくとも１つの磁気センサと、上記少なくとも１つの溝に一部が挿入されて基板に固定され、１次導体の周りを囲む少なくとも１つの磁性体部材とを備える。

本発明の一形態においては、上記少なくとも１つの磁性体部材は板状である。上記少なくとも１つの磁性体部材の厚さ方向は、基板の第１の面に沿っている。

本発明の一形態においては、上記少なくとも１つの磁性体部材の幅の略半分が、上記少なくとも１つの溝に挿入されている。

本発明の一形態においては、１次導体は、平板状の外形を有する。上記少なくとも１つの磁気センサは、１次導体の厚さ方向および基板の第１の面に垂直な方向の両方と直交する方向の磁界を検出可能とされている。

本発明の一形態においては、上記少なくとも１つの磁気センサは、１次導体の幅方向における中央部の、１次導体の厚さ方向における一方側および他方側の少なくとも一方に配置されている。

本発明の一形態においては、上記少なくとも１つの磁気センサは、上記少なくとも１つの磁性体部材に周りを囲まれている。

本発明の一形態においては、上記少なくとも１つの磁性体部材は、基板の第１の面に垂直な方向から見て、互いの端部同士の間に少なくとも１つの空隙が設けられた矩形形状を成している。上記少なくとも１つの磁気センサは、上記少なくとも１つの空隙にそれぞれ配置されている。

本発明の一形態においては、上記少なくとも１つの磁気センサとして、第１磁気センサと第２磁気センサとを備える。第１磁気センサと第２磁気センサとは、１次導体に間隔を置いて１次導体を互いの間に挟んで位置している。

本発明の一形態においては、第１磁気センサの検出値と第２磁気センサの検出値とを演算することにより上記電流の値を算出する算出部をさらに備える。１次導体を流れる上記電流により発生する磁界の強さについて、第１磁気センサの検出値の位相と第２磁気センサの検出値の位相とが逆相である。算出部が減算器または差動増幅器である。

本発明の一形態においては、第１磁気センサの検出値と第２磁気センサの検出値とを演算することにより上記電流の値を算出する算出部をさらに備える。１次導体を流れる上記電流により発生する磁界の強さについて、第１磁気センサの検出値の位相と第２磁気センサの検出値の位相とが同相である。算出部が加算器または加算増幅器である。

本発明によれば、電流センサを小型化できる。

本発明の実施形態１に係る３つの電流センサを備える電流センサモジュールの構成を示す平面図である。本発明の実施形態１に係る電流センサの構成を示す分解斜視図である。本発明の実施形態１に係る電流センサの断面図であって、図１のＩＩＩ−ＩＩＩ線矢印方向から見た図である。本発明の実施形態１に係る電流センサの回路構成を示す回路図である。本発明の実施形態１の第２変形例に係る電流センサの磁気センサユニットの構造を示す断面図である。本発明の実施形態２に係る電流センサの磁気センサユニットの外観を示す斜視図である。本発明の実施形態２に係る電流センサの磁気センサユニットの構成を示す分解斜視図である。本発明の実施形態３に係る電流センサの磁気センサユニットの外観を示す斜視図である。本発明の実施形態３に係る電流センサの磁気センサユニットの構成を示す分解斜視図である。本発明の実施形態４に係る電流センサの磁気センサユニットの外観を示す斜視図である。本発明の実施形態４に係る電流センサの磁気センサユニットの構成を示す分解斜視図である。本発明の実施形態５に係る電流センサの磁気センサユニットの外観を示す斜視図である。本発明の実施形態５に係る電流センサの磁気センサユニットの構成を示す分解斜視図である。本発明の実施形態６に係る電流センサの磁気センサユニットの外観を示す斜視図である。本発明の実施形態７に係る電流センサの磁気センサユニットの外観を示す斜視図である。本発明の実施形態８に係る電流センサの磁気センサユニットの外観を示す斜視図である。本発明の実施形態８に係る電流センサの磁気センサユニットの構成を示す分解斜視図である。

以下、本発明の各実施形態に係る電流センサについて図を参照して説明する。以下の実施形態の説明においては、図中の同一または相当部分には同一符号を付して、その説明は繰り返さない。

(実施形態１)
図１は、本発明の実施形態１に係る３つの電流センサを備える電流センサモジュールの構成を示す平面図である。図２は、本発明の実施形態１に係る電流センサの構成を示す分解斜視図である。図３は、本発明の実施形態１に係る電流センサの断面図であって、図１のＩＩＩ−ＩＩＩ線矢印方向から見た図である。図４は、本発明の実施形態１に係る電流センサの回路構成を示す回路図である。

図１〜４に示すように、本発明の実施形態１に係る電流センサ１００は、貫通孔１３１および貫通孔１３１の周りに位置する少なくとも１つの溝が設けられた基板１３０と、貫通孔１３１に挿入されて基板１３０を貫通し、測定対象の電流が流れる１次導体１１０と、基板１３０の第１の面上に実装され、１次導体１１０を流れる上記電流により発生する磁界の強さを検出する少なくとも１つの磁気センサ１２０と、上記少なくとも１つの溝に一部が挿入されて基板１３０に固定され、１次導体１１０の周りを囲む少なくとも１つの磁性体部材とを備える。

本実施形態に係る電流センサ１００は、１次導体１１０と、１次導体１１０と組み合わせられる磁気センサユニット１９０とから構成されている。磁気センサユニット１９０は、電気回路が形成された基板１３０と、２つの磁気センサ１２０と、磁性体部１７０とを含む。磁性体部１７０は、第１磁性体部材１７１と第２磁性体部材１７２とから構成されている。

電流センサ１００は、第１磁気センサと第２磁気センサとを備える。本実施形態に係る電流センサ１００は、２つの磁気センサ１２０を備えているが、これに限られず、少なくとも１つの磁気センサ１２０を備えていればよい。

以下、電流センサ１００の各構成について詳細に説明する。
本実施形態においては、１次導体１１０は、平板状の外形を有している。１次導体１１０は、銅で構成されている。ただし、１次導体１１０の材料はこれに限られず、銀、アルミニウムなどの金属またはこれらの金属を含む合金でもよい。１次導体１１０は、表面処理が施されていてもよい。たとえば、ニッケル、錫、銀、銅などの金属またはこれらの金属を含む合金からなる、少なくとも１層のめっき層が、１次導体１１０の表面に設けられていてもよい。

本実施形態においては、薄板をプレス加工することにより１次導体１１０が形成されている。ただし、１次導体１１０の形成方法はこれに限られず、切削または鋳造などの方法によって１次導体１１０が形成されてもよい。１次導体１１０に貫通孔または凹部が設けられていてもよい。１次導体１１０を流れる測定対象の電流は、１次導体１１０の延在方向、すなわち、基板１３０の第１の面に垂直な方向に流れる。

１次導体１１０と基板１３０の貫通孔１３１との間には、隙間が形成されている。本実施形態においては、１次導体１１０と基板１３０の貫通孔１３１との間の隙間には空気が存在するが、これに限られず、１次導体１１０と基板１３０の貫通孔１３１との間の隙間に絶縁性樹脂が配置されていてもよい。

基板１３０は、ガラスエポキシ、またはアルミナなどのセラミックからなる基板本体、および、基板本体上に銅箔などの金属箔がパターニングされて形成された配線を含む。

本実施形態においては、基板１３０は、略直方体状の外形を有している。基板１３０の第１の面に垂直な方向から見て、基板１３０の中央に、１次導体１１０に挿通される長方形状の貫通孔１３１が設けられている。

基板１３０には、基板１３０の第１の面に垂直な方向から見て、貫通孔１３１の周りに略矩形状に位置する第１貫通溝１３２および第２貫通溝１３３が設けられている。基板１３０の第１の面に垂直な方向から見て、第１貫通溝１３２および第２貫通溝１３３の各々は、基板１３０の縁に沿ってＬ字状に設けられている。本実施形態においては、第１貫通溝１３２および第２貫通溝１３３の各々は、ルータ加工により設けられているが、これに限られず、プレス加工により設けられてもよい。

本実施形態に係る電流センサ１００の基板１３０においては、２つの溝が設けられているが、これに限られず、少なくとも１つの溝が設けられていればよい。また、溝の形状は、磁性体部１７０を構成する磁性体部材の形状に合わせて適宜決定される。さらに、本実施形態においては、第１貫通溝１３２および第２貫通溝１３３の各々の内周面に、めっき膜が形成されている。ただし、このめっき膜は、必ずしも設けられていなくてよい。

基板１３０の外周に、基板１３０の第１の面と第１の面に対向する第２の面とを繋ぐ半円筒状の複数のスルーホール電極１３４が設けられている。複数のスルーホール電極１３４の各々は、上記配線を通じて後述する磁気センサ１２０が有する信号処理集積回路と電気的に接続されている。電流センサ１００は、複数のスルーホール電極１３４の各々を通じて、電力を外部から供給され、電流の測定値信号を外部に出力する。

磁気センサ１２０は、感磁素子が第１の面上に設けられた第１シリコン基板１２１と、信号処理集積回路が第１の面上に設けられ、第１シリコン基板１２１上に実装された第２シリコン基板１２２とを有する、磁気センサチップを含む。感磁素子と信号処理集積回路とは、ワイヤーボンディングにより互いに接続されている。第１シリコン基板１２１と第２シリコン基板１２２とは、ダイボンディング剤により互いに機械的に接合されている。

磁気センサチップは、図示しないリードフレーム上に載置され、リードフレームに対してダイボンディングおよびワイヤーボンディングされた状態で、トランスファー成形により絶縁性樹脂１２４に封止されている。リードフレームは、絶縁性樹脂１２４から露出した実装端子１２３に電気的に接続されている。実装端子１２３は、基板１３０の第１の面に位置する配線に電気的に接続されている。

基板１３０の第１の面上において、第１磁気センサは貫通孔１３１の短手方向の一方側に位置し、第２磁気センサは貫通孔１３１の短手方向の他方側に位置している。第１磁気センサと第２磁気センサとは、１次導体１１０に間隔を置いて１次導体１１０を互いの間に挟んで位置している。具体的には、第１磁気センサは、１次導体１１０の幅方向における中央部の、１次導体１１０の厚さ方向における一方側に配置されている。第２磁気センサは、１次導体１１０の幅方向における中央部の、１次導体１１０の厚さ方向における他方側に配置されている。

第１磁気センサおよび第２磁気センサの各々の検出軸の方向(感磁方向)は、１次導体１１０の幅方向に沿っている。すなわち、第１磁気センサおよび第２磁気センサの各々は、１次導体１１０の厚さ方向および基板１３０の第１の面に垂直な方向の両方と直交する方向の磁界を検出可能とされている。

第１磁気センサおよび第２磁気センサの各々は、検出軸の一方向に向いた磁界を検出した場合に正の値で出力し、かつ、検出軸の一方向とは反対方向に向いた磁界を検出した場合に負の値で出力する、奇関数入出力特性を有している。

図４に示すように、第１磁気センサおよび第２磁気センサの各々は、感磁素子である４つのＡＭＲ(Anisotropic Magneto Resistance)素子からなるホイートストンブリッジ型のブリッジ回路を有する。なお、第１磁気センサおよび第２磁気センサの各々が、ＡＭＲ素子に代えて、ＧＭＲ(Giant Magneto Resistance)素子、ＴＭＲ(Tunnel Magneto Resistance)素子、ＢＭＲ(Ballistic Magneto Resistance)素子、ＣＭＲ(Colossal Magneto Resistance)素子などの磁気抵抗効果素子を有していてもよい。また、第１磁気センサおよび第２磁気センサの各々が、２つの磁気抵抗効果素子からなるハーフ・ブリッジ回路を有していてもよい。その他にも、第１磁気センサおよび第２磁気センサとして、ホール素子を有する磁気センサ、磁気インピーダンス効果を利用するＭＩ(Magneto Impedance)素子を有する磁気センサまたはフラックスゲート型磁気センサなどを用いることができる。磁気抵抗効果素子およびホール素子などの感磁素子は、上記のように絶縁性樹脂で封止されていてもよく、または、シリコーン樹脂若しくはエポキシ樹脂などでポッティングされていてもよい。

第１磁気センサおよび第２磁気センサの各々が有する信号処理集積回路は、感磁素子にバイアス電圧を印加する、または、感磁素子にバイアス電流を流す、駆動部、感磁素子の出力を増幅する増幅部、および、第１磁気センサおよび第２磁気センサの各々の検出値を演算する算出部１４０などを含んでいる。

第１磁気センサおよび第２磁気センサの各々の検出値を演算する際には、第１磁気センサおよび第２磁気センサのいずれか一方の磁気センサチップの信号処理集積回路の算出部１４０を用いる。本実施形態に係る電流センサ１００においては、算出部１４０は、差動増幅器である。ただし、算出部１４０が減算器であってもよい。算出部１４０は、第１磁気センサの検出値と第２磁気センサの検出値とを演算することにより１次導体１１０を流れる電流の値を算出する。

なお、第１磁気センサおよび第２磁気センサの各々のＡＭＲ素子が、バーバーポール型電極を含むことによって、奇関数入出力特性を有していてもよい。具体的には、第１磁気センサおよび第２磁気センサの各々のＡＭＲ素子が、バーバーポール型電極を含むことにより、所定の角度に電流が流れるようにバイアスされていてもよい。他にも、コイルの周囲に発生する誘導磁界、永久磁石の磁界、またはこれらを組み合わせた磁界を用いてＡＭＲ素子がバイアスされてもいてもよい。または、ＡＭＲ素子を構成する膜の内部にバイアス磁界を発生できる層が設けられていてもよい。

第１磁気センサの４つのＡＭＲ素子における磁気抵抗膜の磁化方向と、第２磁気センサの４つのＡＭＲ素子における磁気抵抗膜の磁化方向とは、それぞれ同一方向である。これにより、外部磁界の影響による出力精度の低下を小さくすることができる。

第１磁気センサおよび第２磁気センサの各々において、励磁コイル部を有さない開ループ式の磁界測定を行なってもよい。この場合、第１磁気センサおよび第２磁気センサの各々は、感磁素子の出力を直線的に増幅するまたは補正しつつ増幅する、信号処理集積回路の増幅部および変換部を経由して出力する。

または、第１磁気センサおよび第２磁気センサの各々において、励磁コイル部を有する閉ループ式の磁界測定を行なってもよい。この場合、第１磁気センサおよび第２磁気センサの各々の信号処理集積回路は、励磁コイルの閉ループを含む。

この信号処理集積回路においては、励磁コイル部に駆動部から駆動電流が供給される。駆動電流が励磁コイルを流れることにより発生する磁界は、感磁素子に印加される。感磁素子には１次導体１１０を流れた電流によって発生する磁界も印加される。そのため、感磁素子には、励磁コイルから発生する磁界と１次導体１１０を流れた電流によって発生する磁界とが重なって印加される。

このように感磁素子に重なって印加された磁界の強さは、いわゆる重ねの理にしたがって、それらを重ね合わせた値となる。駆動部は、負帰還の働きにより感磁素子に重なって印加される磁界の強さが０または一定の強さとなるように、励磁コイル部に駆動電流を供給する。このときの駆動電流を信号処理集積回路の電流検出抵抗部と増幅部とによって測定することにより、１次導体１１０を流れた電流によって発生する磁界の強さを間接的に測定することができる。

このように、閉ループ式の磁界測定を行なう場合は、一定の強さ(略０)の磁界が感磁素子に印加された状態で測定を行なうため、感磁素子の入出力特性(入力磁界と出力電圧との関係)の非線形性が測定結果の直線性に及ぼす影響を低減できる。

図１〜３に示すように、第１磁性体部材１７１および第２磁性体部材１７２の各々は、板状であり、第１板状部と、第１板状部に直交している第２板状部とを有している。第１磁性体部材１７１および第２磁性体部材１７２の各々の厚さ方向は、基板１３０の第１の面に沿っている。第１磁性体部材１７１および第２磁性体部材１７２の各々の第１板状部と１次導体１１０とは、互いに平行に位置している。

第１磁性体部材１７１と第２磁性体部材１７２とから構成される磁性体部１７０は、２つの空隙が設けられており、２つの空隙により周方向において不連続となった筒形状を有する。ただし、空隙は必ずしも設けられなくてもよく、磁性体部１７０が全周に亘って連続した筒形状を有していてもよい。この場合は、磁性体部１７０が、１つの磁性体部材で構成される。

第１磁性体部材１７１および第２磁性体部材１７２は、基板１３０の第１の面に垂直な方向から見て、互いの端部同士の間に空隙が設けられた矩形形状を成し、１次導体１１０、第１磁気センサおよび第２磁気センサの周りを囲んでいる。

２つの空隙の各々は、基板１３０の第１の面に垂直な方向において、磁性体部１７０の一端から他端まで延在している。２つの空隙の各々は、基板１３０の第１の面に垂直な方向から見て、磁性体部１７０が成す矩形形状の対角に位置している。基板１３０の第１の面に垂直な方向から見て、磁性体部１７０が成す矩形形状の中心位置と、１次導体１１０の貫通孔１３１の位置とは重なっている。

第１磁性体部材１７１においては、第１貫通溝１３２に第１磁性体部材１７１の幅方向の一部が挿入されている。本実施形態においては、図３に示すように、第１磁性体部材１７１の幅の略半分が、第１貫通溝１３２に挿入されている。第１磁性体部材１７１は、基板１３０の第２の面から突出していない。第１磁性体部材１７１の厚さの寸法は、第１貫通溝１３２の溝幅の寸法より僅かに小さい。

第２磁性体部材１７２においては、第２貫通溝１３３に第２磁性体部材１７２の幅方向の一部が挿入されている。本実施形態においては、図３に示すように、第２磁性体部材１７２の幅の略半分が、第２貫通溝１３３に挿入されている。第２磁性体部材１７２は、基板１３０の第２の面から突出していない。第２磁性体部材１７２の厚さの寸法は、第２貫通溝１３３の溝幅の寸法より僅かに小さい。

第１磁気センサおよび第２磁気センサの各々は、基板１３０の第１の面に垂直な方向において、第１磁性体部材１７１および第２磁性体部材１７２の各々の幅の略中央と同等の位置に配置されている。

第１磁性体部材１７１および第２磁性体部材１７２の各々は、ＰＢパーマロイで構成されているが、第１磁性体部材１７１および第２磁性体部材１７２の各々の材料は、ＰＢパーマロイに限られず、ＰＣパーマロイ、軟鉄鋼、ケイ素鋼、電磁鋼、ニッケル合金、鉄合金またはフェライトなどの、透磁率および飽和磁束密度の高い磁性体材料であればよい。第１磁性体部材１７１および第２磁性体部材１７２の各々の表面に、めっきまたは塗装などの表面処理が施されていてもよい。第１磁性体部材１７１および第２磁性体部材１７２の各々に表面処理を施すことにより、後述する半田または接着剤との接着性の向上、導電性の向上、および、防錆などを図ることができる。

本実施形態においては、薄板をプレス加工することにより第１磁性体部材１７１および第２磁性体部材１７２の各々が形成されている。ただし、第１磁性体部材１７１および第２磁性体部材１７２の各々の形成方法はこれに限られず、切削または鋳造などの方法によって第１磁性体部材１７１および第２磁性体部材１７２の各々が形成されてもよい。

第１磁性体部材１７１は、半田または導電性接着剤などからなる導電性を有する接合剤１８０により、第１貫通溝１３２のめっき膜と接合されて、基板１３０に固定されている。第２磁性体部材１７２は、半田または導電性接着剤などからなる導電性を有する接合剤１８０により、第２貫通溝１３３のめっき膜と接合されて、基板１３０に固定されている。

第１磁性体部材１７１および第２磁性体部材１７２の各々を導電性を有する接合剤１８０によって基板１３０に固定した場合、第１貫通溝１３２および第２貫通溝１３３の各々を接地電位または一定の電位に固定することにより、第１磁性体部材１７１および第２磁性体部材１７２の各々の電位を接地電位または一定の電位に固定することができる。なお、第１磁性体部材１７１および第２磁性体部材１７２の各々は、絶縁性接着剤などによって基板１３０に固定されていてもよい。

第１磁性体部材１７１と第２磁性体部材１７２との間の空隙は、比透磁率が１に近い材料で満たされていることが好ましい。具体的には、樹脂、無機物、セラミックス、若しくはこれらの複合材料、または空気などで、上記空隙が満たされていることが好ましい。樹脂では、ポリフェニレンサルファイド樹脂、ポリブチレンテレフタレート樹脂、液晶ポリマー、ポリアミド系樹脂、エポキシ樹脂、または、フェノール樹脂などを用いることができる。無機物では、ガラスなどを用いることができる。セラミックスでは、アルミナまたはステアタイトなどを用いることができる。

図１に示すように、電流センサモジュールは、マザーボード１０と、マザーボード１０上に実装された３つの電流センサ１００とから構成されている。マザーボード１０は、たとえば、インバータの構成部品である。

マザーボード１０には、１次導体１１０に挿通される長方形状の３つの貫通孔が設けられている。マザーボード１０の第１の面には、電流センサ１００の複数のスルーホール電極１３４とそれぞれ接続される複数のランド１１が設けられている。複数のランド１１の各々の一端は、スルーホール電極１２と電気的に接続されている。電流センサ１００がマザーボード１０に実装された状態において、複数のスルーホール電極１３４と複数のランド１１とは、それぞれ半田１３によって接続されている。

３つの電流センサ１００は、マザーボード１０に実装された状態において、１次導体１１０の幅方向において互いに間隔を置いて並んで配置されている。マザーボード１０に実装された状態において、３つの電流センサ１００の各々の基板１３０の第１の面とマザーボード１０の第１の面とは略平行に位置している。

以下、電流センサ１００の動作について説明する。
１次導体１１０に電流が流れることにより、いわゆる右ねじの法則によって１次導体１１０の周りに右回りに周回する磁界が発生する。その結果、第１磁気センサおよび第２磁気センサの各々には、１次導体１１０の幅方向において互いに反対向きの磁界が印加される。

そのため、１次導体１１０を流れる電流により発生する磁界の強さについて、第１磁気センサの検出値の位相と、第２磁気センサの検出値の位相とは、逆相である。

よって、第１磁気センサの検出した磁界の強さを正の値とすると、第２磁気センサの検出した磁界の強さは負の値となる。第１磁気センサの検出値と第２磁気センサの検出値とは、算出部１４０に送信される。

算出部１４０は、第１磁気センサの検出値から第２磁気センサの検出値を減算する。その結果、第１磁気センサの検出値の絶対値と、第２磁気センサの検出値の絶対値とが加算される。この加算結果から、１次導体１１０を流れた電流の値が算出される。

本実施形態に係る電流センサ１００においては、第１磁気センサと第２磁気センサとの間に、１次導体１１０が位置しているため、外部磁界源は、物理的に第１磁気センサと第２磁気センサとの間に位置することができない。

そのため、外部磁界源から第１磁気センサに印加される磁界のうちの検出軸の方向における磁界成分の向きと、外部磁界源から第２磁気センサに印加される磁界のうちの検出軸の方向における磁界成分の向きとは、同じ向きとなる。よって、第１磁気センサの検出した外部磁界の強さを正の値とすると、第２磁気センサの検出した外部磁界の強さも正の値となる。

その結果、算出部１４０が第１磁気センサの検出値から第２磁気センサの検出値を減算することにより、第１磁気センサの検出値の絶対値と、第２磁気センサの検出値の絶対値とが減算される。これにより、外部磁界源からの磁界は、ほとんど検出されなくなる。すなわち、外部磁界の影響が低減される。

本実施形態の第１変形例として、第１磁気センサおよび第２磁気センサにおいて、検出値が正となる検出軸の方向を互いに反対方向(１８０°反対)にしてもよい。この場合、第１磁気センサの検出する外部磁界の強さを正の値とすると、第２磁気センサの検出する外部磁界の強さは負の値となる。

一方、１次導体１１０を流れる電流により発生する磁界の強さについて、第１磁気センサの検出値の位相と、第２磁気センサの検出値の位相とは同相となる。

第１変形例においては、算出部１４０として差動増幅器に代えて加算器または加算増幅器を用いる。外部磁界の強さについては、第１磁気センサの検出値と第２磁気センサの検出値とを加算器または加算増幅器によって加算することにより、第１磁気センサの検出値の絶対値と、第２磁気センサの検出値の絶対値とが減算される。これにより、外部磁界源からの磁界は、ほとんど検出されなくなる。すなわち、外部磁界の影響が低減される。

一方、１次導体１１０を流れる電流により発生する磁界の強さについては、第１磁気センサの検出値と第２磁気センサの検出値とを加算器または加算増幅器によって加算することにより、第１磁気センサの検出値の絶対値と、第２磁気センサの検出値の絶対値とが加算される。この加算結果から、１次導体１１０を流れた電流の値が算出される。

このように、第１磁気センサと第２磁気センサとの入出力特性を互いに逆の極性にしつつ、差動増幅器に代えて加算器または加算増幅器を算出部として用いてもよい。

図１〜３に示すように、本実施形態に係る電流センサ１００においては、第１磁気センサおよび第２磁気センサの各々は、磁性体部１７０に周りを囲まれているため、第１磁気センサおよび第２磁気センサの各々に誤差要因である外部磁界が到達することを抑制できる。その結果、第１磁気センサおよび第２磁気センサの各々が、不要な外部磁界を検知しないようにすることができる。すなわち、磁性体部１７０は、磁気シールドとして機能する。

本実施形態に係る電流センサ１００においては、磁性体部１７０に空隙が設けられることにより、１次導体１１０を流れる電流により発生する磁界または外部磁界によって磁性体部１７０内を周回する磁束に対する磁気抵抗が増加する。その結果、第１磁性体部材１７１および第２磁性体部材１７２の各々が、１次導体１１０を流れる電流により発生する磁界または外部磁界によって磁気飽和することを抑制できる。これにより、磁性体部１７０の磁気シールドとしての機能を維持できるため、外部磁界が第１磁気センサおよび第２磁気センサの各々に到達することを抑制できる。

本実施形態に係る電流センサ１００においては、基板１３０の溝に磁性体部１７０の一部を挿入して、磁性体部１７０によって磁気センサ１２０の周りを囲んでいるため、基板１３０の第１の面に垂直な方向において電流センサ１００を薄型化できる。すなわち、電流センサ１００を小型化できる。さらに、磁性体部１７０の剛性を増加させて、電流センサ１００の耐久性を向上することができる。

磁性体部１７０が、基板１３０の第２の面から突出していないため、電流センサ１００をマザーボード１０の第１の面に容易に実装することができる。電流センサ１００とマザーボード１０とを、スルーホール電極１３４を通じて電気的に接続しているため、電流の測定値信号の伝送距離を短くすることができる。これにより、電磁障害を受けにくくすることができる。磁性体部１７０の電位を接地電位または一定の電位に固定することにより、さらに電磁障害を受けにくくすることができる。

基板１３０の第１の面に垂直な方向において、磁気センサ１２０が磁性体部１７０の幅の略中央と同等の位置に配置されていることにより、磁気センサ１２０に外部磁界が及ぶことを効果的に抑制することができる。

以下、本発明の実施形態１の第２変形例に係る電流センサについて説明する。本変形例に係る電流センサは、基板１３０の溝が底を有する点のみ実施形態１に係る電流センサ１００と異なるため、他の構成については説明を繰り返さない。

図５は、本発明の実施形態１の第２変形例に係る電流センサの磁気センサユニットの構造を示す断面図である。図５においては、図３と同一の断面視にて図示している。

図５に示すように、本実施形態の第２変形例に係る電流センサの磁気センサユニット１９０ａにおいては、基板１３０に、第１有底溝１３２ａおよび第２有底溝１３３ａが設けられている。第１有底溝１３２ａおよび第２有底溝１３３ａの各々は、ルータ加工により設けられている。第１有底溝１３２ａおよび第２有底溝１３３ａの各々の内周面に、めっき膜が形成されていてもよい。

本実施形態の第２変形例に係る電流センサにおいても、基板１３０の溝に磁性体部１７０の一部を挿入して、磁性体部１７０によって磁気センサ１２０の周りを囲んでいるため、基板１３０の第１の面に垂直な方向において電流センサを薄型化できる。すなわち、電流センサを小型化できる。

以下、本発明の実施形態２に係る電流センサについて説明する。本実施形態に係る電流センサは、磁性体部材および溝の各々の形状のみ実施形態１に係る電流センサ１００と異なるため、他の構成については説明を繰り返さない。

(実施形態２)
図６は、本発明の実施形態２に係る電流センサの磁気センサユニットの外観を示す斜視図である。図７は、本発明の実施形態２に係る電流センサの磁気センサユニットの構成を示す分解斜視図である。

図６，７に示すように、本発明の実施形態２に係る電流センサの磁気センサユニット２９０は、磁性体部２７０を含む。磁性体部２７０は、第１磁性体部材２７１と第２磁性体部材２７２とから構成されている。

第１磁性体部材２７１と第２磁性体部材２７２とから構成される磁性体部２７０は、２つの空隙が設けられており、２つの空隙により周方向において不連続となった筒形状を有する。第１磁性体部材２７１および第２磁性体部材２７２は、基板１３０の第１の面に垂直な方向から見て、互いの端部同士の間に空隙が設けられた矩形形状を成し、１次導体１１０、第１磁気センサおよび第２磁気センサの周りを囲んでいる。

２つの空隙の各々は、基板１３０の第１の面に垂直な方向において、磁性体部２７０の一端から他端まで延在している。２つの空隙の各々は、基板１３０の第１の面に垂直な方向から見て、磁性体部２７０が成す矩形形状の対角に位置している。基板１３０の第１の面に垂直な方向から見て、磁性体部２７０が成す矩形形状の中心位置と、１次導体１１０の貫通孔１３１の位置とは重なっている。

第１磁性体部材２７１および第２磁性体部材２７２の各々は、板状であり、第１板状部と、第１板状部に直交している第２板状部とを有している。第１磁性体部材２７１および第２磁性体部材２７２の各々の厚さ方向は、基板１３０の第１の面に沿っている。第１磁性体部材２７１および第２磁性体部材２７２の各々の第１板状部と１次導体１１０とは、互いに平行に位置している。

第１磁性体部材２７１の第１板状部における第２板状部との隣接部に、基板１３０の第１の面に垂直な方向において第１板状部の両外側から内側に向けて凹んだ一対の切欠部２７１ｃが設けられている。第１磁性体部材２７１の第１板状部における第２板状部側とは反対側の端部に、基板１３０の第１の面に垂直な方向において第１板状部の両外側から内側に向けて凹んだ一対の切欠部２７１ｄが設けられている。

第２磁性体部材２７２の第１板状部における第２板状部との隣接部に、基板１３０の第１の面に垂直な方向において第１板状部の両外側から内側に向けて凹んだ一対の切欠部２７２ｃが設けられている。第２磁性体部材２７２の第１板状部における第２板状部側とは反対側の端部に、基板１３０の第１の面に垂直な方向において第１板状部の両外側から内側に向けて凹んだ一対の切欠部２７２ｄが設けられている。

基板１３０には、第１磁性体部材２７１の第１板状部が挿入される第１貫通溝２３２ａ、第１磁性体部材２７１の第２板状部が挿入される第１貫通溝２３２ｂ、第２磁性体部材２７２の第１板状部が挿入される第２貫通溝２３３ａ、第２磁性体部材２７２の第２板状部が挿入される第２貫通溝２３３ｂが設けられている。

第１貫通溝２３２ａ、第１貫通溝２３２ｂ、第２貫通溝２３３ａおよび第２貫通溝２３３ｂの各々は、基板１３０の縁に沿って直線状に設けられている。切欠部２７１ｃ、切欠部２７１ｄ、切欠部２７２ｃおよび切欠部２７２ｄの各々に対応する位置には、貫通溝が設けられていない。

本発明の実施形態２に係る電流センサにおいても、基板１３０の溝に磁性体部２７０の一部を挿入して、磁性体部２７０によって磁気センサ１２０の周りを囲んでいるため、基板１３０の第１の面に垂直な方向において電流センサを薄型化できる。すなわち、電流センサを小型化できる。

以下、本発明の実施形態３に係る電流センサについて説明する。本実施形態に係る電流センサは、磁性体部が２重に設けられている点のみ実施形態２に係る電流センサと異なるため、他の構成については説明を繰り返さない。

(実施形態３)
図８は、本発明の実施形態３に係る電流センサの磁気センサユニットの外観を示す斜視図である。図９は、本発明の実施形態３に係る電流センサの磁気センサユニットの構成を示す分解斜視図である。

図８，９に示すように、本発明の実施形態３に係る電流センサの磁気センサユニット３９０は、第１磁性体部２７０および第２磁性体部３７０を含む。第２磁性体部３７０は、２つの空隙が設けられており、２つの空隙により周方向において不連続となった筒形状を有する。本実施形態においては、第２磁性体部３７０は、第１磁性体部材３７１と第２磁性体部材３７２とから構成されている。第１磁性体部材３７１および第２磁性体部材３７２は、基板１３０の第１の面に垂直な方向から見て、互いの端部同士の間に空隙が設けられた矩形形状を成し、第１磁性体部２７０に対して間隔を置いて第１磁性体部２７０の周りを囲んでいる。第２磁性体部３７０の空隙は、第１磁性体部材２７１および第２磁性体部材２７２の各々の屈曲部の外側に位置している。

第１磁性体部材３７１および第２磁性体部材３７２の各々は、板状であり、第１板状部と、第１板状部に直交している第２板状部とを有している。第１磁性体部材３７１および第２磁性体部材３７２の各々の厚さ方向は、基板１３０の第１の面に沿っている。第１磁性体部材３７１および第２磁性体部材３７２の各々の第１板状部と１次導体１１０とは、互いに平行に位置している。

第１磁性体部材３７１の第１板状部における第２板状部との隣接部に、基板１３０の第１の面に垂直な方向において第１板状部の両外側から内側に向けて凹んだ一対の切欠部３７１ｃが設けられている。第１磁性体部材３７１の第１板状部における第２板状部側とは反対側の端部に、基板１３０の第１の面に垂直な方向において第１板状部の両外側から内側に向けて凹んだ一対の切欠部３７１ｄが設けられている。

第２磁性体部材３７２の第１板状部における第２板状部との隣接部に、基板１３０の第１の面に垂直な方向において第１板状部の両外側から内側に向けて凹んだ一対の切欠部３７２ｃが設けられている。第２磁性体部材３７２の第１板状部における第２板状部側とは反対側の端部に、基板１３０の第１の面に垂直な方向において第１板状部の両外側から内側に向けて凹んだ一対の切欠部３７２ｄが設けられている。

基板１３０には、第１磁性体部材３７１の第１板状部が挿入される第１貫通溝３３２ａ、第１磁性体部材３７１の第２板状部が挿入される第１貫通溝３３２ｂ、第２磁性体部材３７２の第１板状部が挿入される第２貫通溝３３３ａ、第２磁性体部材３７２の第２板状部が挿入される第２貫通溝３３３ｂが設けられている。

第１貫通溝３３２ａ、第１貫通溝３３２ｂ、第２貫通溝３３３ａおよび第２貫通溝３３３ｂの各々は、基板１３０の縁に沿って直線状に設けられている。切欠部３７１ｃ、切欠部３７１ｄ、切欠部３７２ｃおよび切欠部３７２ｄの各々に対応する位置には、貫通溝が設けられていない。

第１貫通溝３３２ａは、第１貫通溝２３３ａの外側に、第１貫通溝２３３ａと平行に設けられている。第１貫通溝３３２ｂは、第１貫通溝２３２ｂの外側に、第１貫通溝２３２ｂと平行に設けられている。第２貫通溝３３３ａは、第２貫通溝２３２ａの外側に、第２貫通溝２３２ａと平行に設けられている。第２貫通溝３３３ｂは、第２貫通溝２３３ｂの外側に、第２貫通溝２３３ｂと平行に設けられている。

第１磁性体部材３７１および第２磁性体部材３７２の各々は、ＰＢパーマロイで構成されているが、第１磁性体部材３７１および第２磁性体部材３７２の各々の材料は、ＰＢパーマロイに限られず、ＰＣパーマロイ、軟鉄鋼、ケイ素鋼、電磁鋼、ニッケル合金、鉄合金またはフェライトなどの、透磁率および飽和磁束密度の高い磁性体材料であればよい。

図８に示すように、本実施形態に係る電流センサにおいては、第１磁気センサおよび第２磁気センサの各々は、第１磁性体部２７０および第２磁性体部３７０によって周りを２重に囲まれているため、第１磁気センサおよび第２磁気センサの各々に誤差要因である外部磁界が到達することを抑制できる。その結果、第１磁気センサおよび第２磁気センサの各々が、不要な外部磁界を検知しないようにすることができる。すなわち、第１磁性体部２７０および第２磁性体部３７０の各々が、磁気シールドとして機能する。

また、第２磁性体部３７０の空隙が、第１磁性体部材２７１および第２磁性体部材２７２の各々の屈曲部の外側に位置していることにより、第１磁気センサおよび第２磁気センサの周りを、第１磁性体部２７０および第２磁性体部３７０によって略完全に囲むことができる。そのため、第１磁気センサおよび第２磁気センサの各々に誤差要因である外部磁界が到達することを確実に抑制できる。

本発明の実施形態３に係る電流センサにおいても、基板１３０の溝に第１磁性体部２７０および第２磁性体部３７０の各々の一部を挿入して、第１磁性体部２７０および第２磁性体部３７０によって磁気センサ１２０の周りを２重に囲んでいるため、基板１３０の第１の面に垂直な方向において電流センサを薄型化できる。すなわち、電流センサを小型化できる。

以下、本発明の実施形態４に係る電流センサについて説明する。本実施形態に係る電流センサは、磁性体部材および溝の各々の形状のみ実施形態１に係る電流センサ１００と異なるため、他の構成については説明を繰り返さない。

(実施形態４)
図１０は、本発明の実施形態４に係る電流センサの磁気センサユニットの外観を示す斜視図である。図１１は、本発明の実施形態４に係る電流センサの磁気センサユニットの構成を示す分解斜視図である。

図１０，１１に示すように、本発明の実施形態４に係る電流センサの磁気センサユニット４９０は、磁性体部４７０を含む。磁性体部４７０は、第１磁性体部材４７１と第２磁性体部材４７２とから構成されている。

第１磁性体部材４７１と第２磁性体部材４７２とから構成される磁性体部４７０は、２つの空隙が設けられており、２つの空隙により周方向において不連続となった筒形状を有する。第１磁性体部材４７１および第２磁性体部材４７２は、基板１３０の第１の面に垂直な方向から見て、互いの端部同士の間に空隙が設けられた矩形形状を成し、１次導体１１０、第１磁気センサおよび第２磁気センサの周りを囲んでいる。

２つの空隙の各々は、基板１３０の第１の面に垂直な方向において、磁性体部４７０の一端から他端まで延在している。２つの空隙の各々は、基板１３０の第１の面に垂直な方向から見て、磁性体部４７０が成す矩形形状の対角に位置している。基板１３０の第１の面に垂直な方向から見て、磁性体部４７０が成す矩形形状の中心位置と、１次導体１１０の貫通孔１３１の位置とは重なっている。

第１磁性体部材４７１および第２磁性体部材４７２の各々は、板状であり、第１板状部と、第１板状部に直交している第２板状部とを有している。第１磁性体部材４７１および第２磁性体部材４７２の各々の厚さ方向は、基板１３０の第１の面に沿っている。第１磁性体部材４７１および第２磁性体部材４７２の各々の第１板状部と１次導体１１０とは、互いに平行に位置している。

第１磁性体部材４７１の第１板状部における第２板状部との隣接部に、基板１３０の第１の面に垂直な方向において第１板状部の外側から内側に向けて凹んだ切欠部４７１ｃが設けられている。切欠部４７１ｃは、第１磁性体部材４７１の幅方向において、第１磁性体部材４７１の基板１３０に挿入される側に設けられている。

第２磁性体部材４７２の第１板状部における第２板状部との隣接部に、基板１３０の第１の面に垂直な方向において第１板状部の外側から内側に向けて凹んだ切欠部４７２ｃが設けられている。切欠部４７２ｃは、第２磁性体部材４７２の幅方向において、第２磁性体部材４７２の基板１３０に挿入される側に設けられている。

基板１３０には、第１磁性体部材４７１の第１板状部が挿入される第１貫通溝４３２、第２磁性体部材４７２の第１板状部が挿入される第２貫通溝４３３が設けられている。第１貫通溝４３２および第２貫通溝４３３の各々は、基板１３０の縁に沿って直線状に設けられている。切欠部４７１ｃおよび切欠部４７２ｃの各々に対応する位置には、貫通溝が設けられていない。

第１磁性体部材４７１の第２板状部は、基板１３０の周面に沿って位置し、基板１３０の周面に設けられた接地電極と半田によって接合されている。第２磁性体部材４７２の第２板状部は、基板１３０の周面に沿って位置し、基板１３０の周面に設けられた接地電極と半田によって接合されている。

本発明の実施形態４に係る電流センサにおいても、基板１３０の溝に磁性体部４７０の一部を挿入して、磁性体部４７０によって磁気センサ１２０の周りを囲んでいるため、基板１３０の第１の面に垂直な方向において電流センサを薄型化できる。すなわち、電流センサを小型化できる。

以下、本発明の実施形態５に係る電流センサについて説明する。本実施形態に係る電流センサは、磁性体部材の形状のみ実施形態４に係る電流センサと異なるため、他の構成については説明を繰り返さない。

(実施形態５)
図１２は、本発明の実施形態５に係る電流センサの磁気センサユニットの外観を示す斜視図である。図１３は、本発明の実施形態５に係る電流センサの磁気センサユニットの構成を示す分解斜視図である。

図１２，１３に示すように、本発明の実施形態５に係る電流センサの磁気センサユニット５９０は、磁性体部５７０を含む。磁性体部５７０は、第１磁性体部材５７１と第２磁性体部材５７２とから構成されている。

第１磁性体部材５７１と第２磁性体部材５７２とから構成される磁性体部５７０は、２つの空隙が設けられており、２つの空隙により周方向において不連続となった筒形状を有する。第１磁性体部材５７１および第２磁性体部材５７２は、基板１３０の第１の面に垂直な方向から見て、互いの端部同士の間に空隙が設けられた矩形形状を成し、１次導体１１０、第１磁気センサおよび第２磁気センサの周りを囲んでいる。

２つの空隙の各々は、基板１３０の第１の面に垂直な方向において、磁性体部５７０の一端から他端まで延在している。２つの空隙の各々は、基板１３０の第１の面に垂直な方向から見て、磁性体部５７０が成す矩形形状の対角に位置している。基板１３０の第１の面に垂直な方向から見て、磁性体部５７０が成す矩形形状の中心位置と、１次導体１１０の貫通孔１３１の位置とは重なっている。

第１磁性体部材５７１および第２磁性体部材５７２の各々は、板状であり、第１板状部と、第１板状部に直交している第２板状部とを有している。第１磁性体部材５７１および第２磁性体部材５７２の各々の厚さ方向は、基板１３０の第１の面に沿っている。第１磁性体部材５７１および第２磁性体部材５７２の各々の第１板状部と１次導体１１０とは、互いに平行に位置している。

第１磁性体部材５７１の第１板状部における第２板状部との隣接部に、基板１３０の第１の面に垂直な方向において第１板状部の外側から内側に向けて凹んだ切欠部５７１ｃが設けられている。切欠部５７１ｃは、第１磁性体部材５７１の幅方向において、第１磁性体部材５７１の基板１３０に挿入される側に設けられている。

第１磁性体部材５７１の第２板状部には、第２板状部から直角に屈曲して突出した突出部５７１ｅが設けられている。突出部５７１ｅは、第１磁性体部材５７１の幅方向において、第１磁性体部材５７１の切欠部５７１ｃが位置する側に設けられている。

第２磁性体部材５７２の第１板状部における第２板状部との隣接部に、基板１３０の第１の面に垂直な方向において第１板状部の外側から内側に向けて凹んだ切欠部５７２ｃが設けられている。切欠部５７２ｃは、第２磁性体部材５７２の幅方向において、第２磁性体部材５７２の基板１３０に挿入される側に設けられている。

第２磁性体部材５７２の第２板状部には、第２板状部から直角に屈曲して突出した突出部５７２ｅが設けられている。突出部５７２ｅは、第２磁性体部材５７２の幅方向において、第２磁性体部材５７２の切欠部５７２ｃが位置する側に設けられている。

突出部５７１ｅおよび突出部５７２ｅの各々が、マザーボード１０の接地電極と半田によって接合されることにより、電流センサとマザーボード１０との接合強度を向上することができる。

本発明の実施形態５に係る電流センサにおいても、基板１３０の溝に磁性体部５７０の一部を挿入して、磁性体部５７０によって磁気センサ１２０の周りを囲んでいるため、基板１３０の第１の面に垂直な方向において電流センサを薄型化できる。すなわち、電流センサを小型化できる。

以下、本発明の実施形態６に係る電流センサについて説明する。本実施形態に係る電流センサは、マザーボードとの接続端子の構成のみ実施形態１に係る電流センサ１００と異なるため、他の構成については説明を繰り返さない。

(実施形態６)
図１４は、本発明の実施形態６に係る電流センサの磁気センサユニットの外観を示す斜視図である。図１４に示すように、本発明の実施形態６に係る電流センサの磁気センサユニット６９０においては、基板１３０に、基板１３０の第１の面と第１の面に対向する第２の面とを繋ぐ円筒状の複数のスルーホール電極６３４が設けられている。

複数のスルーホール電極６３４の各々には、ピン状の接続端子６３５が挿入されて半田にて接合されている。なお、接続端子の構成は、上記に限られず、たとえば、二又の接続端子が基板１３０の端部を挟み込んだ状態で、半田または導電接着剤により基板１３０に接合されていてもよい。

マザーボード１０には、複数の接続端子６３５に対応する位置に複数の孔部が設けられており、マザーボード１０の孔部に接続端子６３５がそれぞれ挿入されて半田にて接合されることにより、電流センサがマザーボード１０に実装される。マザーボード１０の孔部の内周には、電極となるめっき膜が形成されている。

本発明の実施形態６に係る電流センサにおいても、基板１３０の溝に磁性体部１７０の一部を挿入して、磁性体部１７０によって磁気センサ１２０の周りを囲んでいるため、基板１３０の第１の面に垂直な方向において電流センサを薄型化できる。すなわち、電流センサを小型化できる。

以下、本発明の実施形態７に係る電流センサについて説明する。本実施形態に係る電流センサは、マザーボードとの接続端子の構成のみ実施形態１に係る電流センサ１００と異なるため、他の構成については説明を繰り返さない。

(実施形態７)
図１５は、本発明の実施形態７に係る電流センサの磁気センサユニットの外観を示す斜視図である。図１５に示すように、本発明の実施形態７に係る電流センサの磁気センサユニット７９０においては、基板１３０に、基板１３０の第１の面と第１の面に対向する第２の面とを繋ぐ円筒状の複数のスルーホール電極６３４が設けられている。

複数のスルーホール電極６３４の各々には、接続端子７３５が挿入されて半田にて接合されている。接続端子７３５は、一端側に円柱状の円柱部を有し、他端側に平板状の平板部を有している。接続端子７３５は、円柱部と平板部との間で屈曲している。

接続端子７３５の円柱部が、スルーホール電極６３４に挿入されている。接続端子７３５の平板部は、基板１３０の第２の面に沿って延在し、マザーボード１０のランド１１と、抵抗溶接またはレーザー溶接によって電気的に接続される。

本発明の実施形態７に係る電流センサにおいても、基板１３０の溝に磁性体部１７０の一部を挿入して、磁性体部１７０によって磁気センサ１２０の周りを囲んでいるため、基板１３０の第１の面に垂直な方向において電流センサを薄型化できる。すなわち、電流センサを小型化できる。

以下、本発明の実施形態８に係る電流センサについて説明する。本実施形態に係る電流センサは、磁性体部材の形状、溝の形状、および、磁気センサの配置が主に実施形態１に係る電流センサ１００と異なるため、他の構成については説明を繰り返さない。

(実施形態８)
図１６は、本発明の実施形態８に係る電流センサの磁気センサユニットの外観を示す斜視図である。図１７は、本発明の実施形態８に係る電流センサの磁気センサユニットの構成を示す分解斜視図である。

図１６，１７に示すように、本発明の実施形態８に係る電流センサの磁気センサユニット８９０は、１つの磁気センサ１２０および磁性体部８７０を含む。磁性体部８７０は、基板１３０の第１の面に垂直な方向から見て、Ｃ字形状を有する１つの磁性体部材で構成されている。

磁性体部８７０を構成する磁性体部材は、基板１３０の第１の面に垂直な方向から見て、互いの端部同士の間に少なくとも１つの空隙が設けられた矩形形状を成し、１次導体１１０の周りを囲んでいる。磁気センサ１２０は、磁性体部８７０の空隙に配置されている。

磁性体部８７０を構成する磁性体部材は、板状であり、第１板状部と、第１板状部に直交して互いに対向している１対の第２板状部と、１対の第２板状部にそれぞれ直交して第１板状部と対向している１対の第３板状部とを有している。１対の第３板状部の間に、空隙が設けられている。

磁性体部８７０を構成する磁性体部材の厚さ方向は、基板１３０の第１の面に沿っている。磁性体部８７０を構成する磁性体部材の第１板状部と１対の第３板状部と１次導体１１０とは、互いに平行に位置している。

磁性体部８７０を構成する磁性体部材の第１板状部における一方の第２板状部との隣接部に、基板１３０の第１の面に垂直な方向において第１板状部の両外側から内側に向けて凹んだ１対の切欠部８７０ｂが設けられている。磁性体部８７０を構成する磁性体部材の第１板状部における他方の第２板状部との隣接部に、基板１３０の第１の面に垂直な方向において第１板状部の両外側から内側に向けて凹んだ１対の切欠部８７０ｃが設けられている。

磁性体部８７０を構成する磁性体部材の一方の第３板状部における一方の第２板状部との隣接部に、基板１３０の第１の面に垂直な方向において第３板状部の両外側から内側に向けて凹んだ１対の切欠部８７０ａが設けられている。磁性体部８７０を構成する磁性体部材の他方の第３板状部における他方の第２板状部との隣接部に、基板１３０の第１の面に垂直な方向において第３板状部の両外側から内側に向けて凹んだ１対の切欠部８７０ｄが設けられている。

基板１３０には、磁性体部８７０を構成する磁性体部材の第１板状部が挿入される第１貫通溝８３２ｃ、磁性体部８７０を構成する磁性体部材の一方の第２板状部が挿入される第２貫通溝８３２ｂ、磁性体部８７０を構成する磁性体部材の他方の第２板状部が挿入される第２貫通溝８３２ｄ、磁性体部８７０を構成する磁性体部材の一方の第３板状部が挿入される第３貫通溝８３２ａ、磁性体部８７０を構成する磁性体部材の他方の第３板状部が挿入される第３貫通溝８３２ｅが設けられている。第１貫通溝８３２ｃ、第２貫通溝８３２ｂ，８３２ｄ、第３貫通溝８３２ａ，８３２ｅの各々は、基板１３０の縁に沿って直線状に設けられている。切欠部８７０ａ、切欠部８７０ｂ、切欠部８７０ｃおよび切欠部８７０ｄの各々に対応する位置には、貫通溝が設けられていない。

本発明の実施形態８に係る電流センサにおいても、基板１３０の溝に磁性体部８７０の一部を挿入して、磁性体部８７０の空隙に磁気センサ１２０を配置しているため、基板１３０の第１の面に垂直な方向において電流センサを薄型化できる。すなわち、電流センサを小型化できる。

本発明の実施形態１〜８の各々に係る電流センサにおいて、相互に組み合わせ可能な構成を適宜組み合わせてもよい。

今回開示された実施形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１０マザーボード、１１ランド、１２，１３４，６３４スルーホール電極、１３半田、１００電流センサ、１１０１次導体、１２０磁気センサ、１２１第１シリコン基板、１２２第２シリコン基板、１２３実装端子、１２４絶縁性樹脂、１３０基板、１３１貫通孔、１３２，２３２ａ，２３２ｂ，３３２ａ，３３２ｂ，４３２，８３２ｃ第１貫通溝、１３２ａ第１有底溝、１３３，２３３ａ，２３３ｂ，３３３ａ，３３３ｂ，４３３，８３２ｂ，８３２ｄ第２貫通溝、１３３ａ第２有底溝、１４０算出部、１７０，２７０，４７０，５７０，８７０磁性体部、１７１，２７１，３７１，４７１，５７１第１磁性体部材、１７２，２７２，３７２，４７２，５７２第２磁性体部材、１８０接合剤、１９０，１９０ａ，２９０，３９０，４９０，５９０，６９０，７９０，８９０磁気センサユニット、２７１ｃ，２７１ｄ，２７２ｃ，２７２ｄ，３７１ｃ，３７１ｄ，３７２ｃ，３７２ｄ，４７１ｃ，４７２ｃ，５７１ｃ，５７２ｃ，８７０ａ，８７０ｂ，８７０ｃ，８７０ｄ切欠部、３７０第２磁性体部、５７１ｅ，５７２ｅ突出部、６３５，７３５接続端子、８３２ａ，８３２ｅ第３貫通溝。

Claims

貫通孔および該貫通孔の周りに位置する少なくとも１つの溝が設けられた基板と、
前記貫通孔に挿入されて前記基板を貫通し、測定対象の電流が流れる１次導体と、
前記基板の第１の面上に実装され、前記１次導体を流れる前記電流により発生する磁界の強さを検出する少なくとも１つの磁気センサと、
前記少なくとも１つの溝に一部が挿入されて前記基板に固定され、前記１次導体の周りを囲む少なくとも１つの磁性体部材とを備え、
前記少なくとも１つの磁性体部材の他の一部は、前記基板の前記第１の面から突出している、電流センサ。
前記少なくとも１つの磁性体部材の前記他の一部は、前記基板の前記第１の面に垂直な方向において、前記少なくとも１つの磁気センサより前記基板の前記第１の面から突出している、請求項１に記載の電流センサ。
前記少なくとも１つの磁性体部材は、前記基板の前記第１の面とは反対側に位置する前記基板の第２の面から突出していない、請求項１または２に記載の電流センサ。
前記少なくとも１つの磁性体部材は板状であり、
前記少なくとも１つの磁性体部材の厚さ方向は、前記基板の前記第１の面に沿っている、請求項１から３のいずれか１項に記載の電流センサ。
前記少なくとも１つの磁性体部材の幅の略半分が、前記少なくとも１つの溝に挿入されている、請求項１から４のいずれか１項に記載の電流センサ。
前記１次導体は、平板状の外形を有し、
前記少なくとも１つの磁気センサは、前記１次導体の厚さ方向および前記基板の前記第１の面に垂直な方向の両方と直交する方向の磁界を検出可能とされている、請求項１から５のいずれか１項に記載の電流センサ。
前記少なくとも１つの磁気センサは、前記１次導体の幅方向における中央部の、前記１次導体の厚さ方向における一方側および他方側の少なくとも一方に配置されている、請求項１から６のいずれか１項に記載の電流センサ。
前記少なくとも１つの磁気センサは、前記少なくとも１つの磁性体部材に周りを囲まれている、請求項１から７のいずれか１項に記載の電流センサ。
前記少なくとも１つの磁性体部材は、前記基板の前記第１の面に垂直な方向から見て、互いの端部同士の間に少なくとも１つの空隙が設けられた矩形形状を成し、
前記少なくとも１つの磁気センサは、前記少なくとも１つの空隙にそれぞれ配置されている、請求項１から７のいずれか１項に記載の電流センサ。
前記少なくとも１つの磁気センサとして、第１磁気センサと第２磁気センサとを備え、
前記第１磁気センサと前記第２磁気センサとは、前記１次導体に間隔を置いて前記１次導体を互いの間に挟んで位置している、請求項１から９のいずれか１項に記載の電流センサ。
前記第１磁気センサの検出値と前記第２磁気センサの検出値とを演算することにより前記電流の値を算出する算出部をさらに備え、
前記１次導体を流れる前記電流により発生する磁界の強さについて、前記第１磁気センサの検出値の位相と前記第２磁気センサの検出値の位相とが逆相であり、
前記算出部が減算器または差動増幅器である、請求項１０に記載の電流センサ。
前記第１磁気センサの検出値と前記第２磁気センサの検出値とを演算することにより前記電流の値を算出する算出部をさらに備え、
前記１次導体を流れる前記電流により発生する磁界の強さについて、前記第１磁気センサの検出値の位相と前記第２磁気センサの検出値の位相とが同相であり、
前記算出部が加算器または加算増幅器である、請求項１０に記載の電流センサ。