JP5703470B2

JP5703470B2 - 電流センサ

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Publication number: JP5703470B2
Application number: JP2011090012A
Authority: JP
Inventors: 田村　学; 学田村; 蛇口　広行; 広行蛇口
Original assignee: Alps Green Devices Co Ltd
Current assignee: Alps Green Devices Co Ltd
Priority date: 2011-04-14
Filing date: 2011-04-14
Publication date: 2015-04-22
Anticipated expiration: 2031-04-14
Also published as: JP2012220469A

Description

本発明は、被測定電流を非接触で測定できる電流センサに関する。

電気自動車やハイブリッドカーにおけるモータ駆動技術などの分野では比較的大きな電流が取り扱われるため、このような用途向けに大電流を非接触で測定可能な電流センサが求められている。そして、このような電流センサとして、被測定電流によって生じる磁界の変化を磁気センサによって検出する方式のものが提案されている。例えば、特許文献１には、演算部において２つの磁気センサのセンサ出力の差をとることで電流線の電流値を測定可能な電流センサが開示されている。

特開２００５−１９５４２７号公報

ところで、電流線に接続される回路などの影響で、電流線に高周波領域の電圧変動が生じることがある。このような電圧変動は電流線の電流値には殆ど影響を与えないが、電流線と磁気センサ等とは近接して配置され容量結合しているため、電流線の電圧変動によって演算部入力端の電圧は大きく変動し得る。演算部入力端の電圧変動は電流測定に直接的に影響するが、特許文献１に記載の電流センサではこのような高周波領域の電圧変動に起因するノイズ成分を除去することができないため、電流測定精度は大幅に低下してしまう。

本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、被測定電流が通流する電流線に高周波領域の電圧変動が生じても電流測定精度の低下を抑制可能な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、被測定電流が通流する電流線の周囲の第１位置に配置された第１磁気センサと、前記第１位置における前記被測定電流による誘導磁界の強度より弱い誘導磁界の強度となる第２位置に配置された第２磁気センサと、前記第１磁気センサの出力と前記第２磁気センサの出力との差を算出する演算部と、を有し、前記第１磁気センサから前記演算部の入力端までの信号経路と前記電流線との間に形成される寄生容量と、前記第２磁気センサから前記演算部の入力端までの信号経路と前記電流線との間に形成される寄生容量と、が略等しくなるように構成されたことを特徴とする。

この構成によれば、２つの磁気センサの信号経路と電流線との間に形成される寄生容量の容量値が略等しくなっているため、演算部の２つの入力端において、電流線の電圧変動の影響が略等しく現れる。このため、２つの磁気センサの出力の差をとることで電圧変動に起因するノイズ成分を除去することが可能になり、電流測定精度の低下を抑制できる。

本発明の電流センサにおいて、前記電流線の中心軸から前記第２位置までの距離は、前記電流線の中心軸から前記第１位置までの距離より大きく、前記第１磁気センサ及び前記第２磁気センサは、前記電流線の表面からの距離が等しくても良い。この構成によれば、第１位置における誘導磁界の強度と比較して、第２位置における誘導磁界の強度を弱くするのが容易である。

本発明の電流センサにおいて、前記電流線の被測定電流が通流する方向に垂直な方向の断面形状が矩形状であっても良い。

本発明の電流センサにおいて、前記第１磁気センサと前記電流線との間に第１誘電体でなる第１スペーサが配置され、前記第２磁気センサと前記電流線との間に前記第１誘電体より誘電率が高く前記第１スペーサより厚い第２誘電体でなる第２スペーサが配置されても良い。この構成によれば、第１位置における誘導磁界の強度と第２位置における誘導磁界の強度との差をさらに大きくできるため、電流測定精度を高めることができる。

本発明の電流センサにおいて、前記第２磁気センサと前記電流線との間に導電性のスペーサが配置されても良い。この構成によれば、第１位置における誘導磁界の強度と第２位置における誘導磁界の強度との差をさらに大きくできるため、電流測定精度を高めることができる。

本発明の電流センサにおいて、前記演算部は、前記第１位置及び前記第２位置より前記電流線からの距離が離れた位置に配置されても良い。この構成によれば、演算部において電流線の電圧変動に起因するノイズを低減できるため、電流測定精度の低下をさらに抑制できる。

本発明の電流センサにおいて、前記演算部は、前記第１磁気センサ及び前記第２磁気センサが搭載される基板とは異なる基板に配置されても良い。この構成によれば、演算部において電流線の電圧変動に起因するノイズを低減できるため、電流測定精度の低下をさらに抑制できる。

本発明により、被測定電流が通流する電流線に高周波領域の電圧変動が生じても電流測定精度の低下を抑制可能な電流センサを提供することができる。

電流センサの構成を示すブロック図である。実施の形態１に係る電流センサの構成例を示す模式図である。演算部の配置例を示す模式図である。実施の形態１に係る電流センサの構成を示すブロック図である。実施の形態１に係る電流センサの出力特性を示す図である。比較例に係る電流センサの出力特性を示す図である。実施の形態２に係る電流センサの構成例を示す模式図である。実施の形態３に係る電流センサの構成例を示す模式図である。

以下、本発明の電流センサについて添付図面を参照して説明する。図１は、本発明の電流センサの構成を示すブロック図である。図１に示される電流センサ１は、被測定電流が通流する電流線２に近接して配置された第１磁気センサ１１ａ及び第２磁気センサ１１ｂと、第１磁気センサ１１ａ及び第２磁気センサ１１ｂの出力を演算処理する演算部１２とを有している。

図１に示されるように、第１磁気センサ１１ａから演算部１２の入力端までの信号経路Ｌ１と、電流線２との間には寄生容量Ｃ１が形成されている。また、第２磁気センサ１１ｂから演算部１２の入力端までの信号経路Ｌ２と、電流線２との間には寄生容量Ｃ２が形成されている。第１磁気センサ１１ａ及び第２磁気センサ１１ｂは、この寄生容量Ｃ１とＣ２とが略等しくなるように配置されている。

また、第１磁気センサ１１ａ及び第２磁気センサ１１ｂは、第１磁気センサ１１ａが受ける被測定電流からの誘導磁界の強度が、第２磁気センサ１１ｂが受ける被測定電流からの誘導磁界の強度より大きくなるように配置されている。

第１磁気センサ１１ａ及び第２磁気センサ１１ｂをこのように配置することで、被測定電流の誘導磁界に起因する第１磁気センサ１１ａの出力電圧の絶対値は、第２磁気センサ１１ｂの出力電圧の絶対値より大きくなる。一方、電流線２の電圧変動の影響は、第１磁気センサ１１ａ側の信号経路Ｌ１と第２磁気センサ１１ｂ側の信号経路Ｌ２とにおいて略等しく現れる。寄生容量Ｃ１、Ｃ２が略等しいことで、電流線２の電圧変動によって寄生容量Ｃ１、Ｃ２で容量結合された２つの信号経路Ｌ１、Ｌ２の電圧が同様に変動するためである。このような電圧の関係から、信号経路Ｌ１の電圧値と信号経路Ｌ２の電圧値との差をとることで、電流線２の電圧変動の影響をキャンセルし、被測定電流の電流値を精度よく算出することができる。以下、実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。

（実施の形態１）
本実施の形態では、電流センサの一構成例について説明する。図２は、本実施の形態の電流センサの構成を示す模式図である。図２Ａは電流センサ１ａの平面構成を示しており、図２Ｂは電流センサ１ａの断面構成を示している。なお、第１磁気センサ１１ａ及び第２磁気センサ１１ｂに付された矢印は、第１磁気センサ１１ａ及び第２磁気センサ１１ｂの感度軸の方向を示している。また、電流線２に付された矢印は、被測定電流Ｉが通流する方向を示している。

図２に示されるように、電流センサ１ａは、被測定電流Ｉが通流する電流線２に近接して配置された第１磁気センサ１１ａ及び第２磁気センサ１１ｂと、第１磁気センサ１１ａ及び第２磁気センサ１１ｂが配置される基板１３とを有する。第１磁気センサ１１ａ及び第２磁気センサ１１ｂは、感度軸の方向が略同一となるように基板１３の一方の主表面に配置されており、第１磁気センサ１１ａ、第２磁気センサ１１ｂ、及び電流線２の位置関係は、基板１３、又は電流線２と基板１３とを固定する筐体（図２において不図示）によって固定されるようになっている。

また、基板１３の主表面、又は基板１３外部には、第１磁気センサ１１ａ及び第２磁気センサ１１ｂの出力の差分をとる演算部１２（図２において不図示）が配置されている。第１の磁気センサ１１ａ及び第２磁気センサ１１ｂの出力端は、配線（図２において不図示）などを通じて演算部１２の入力端に接続されている。

図３は、演算部１２の配置例を示す模式図である。図３Ａに示されるように、演算部１２は、基板１３の主表面において、第１磁気センサ１１ａ及び第２磁気センサより電流線２からの距離が離れた位置に配置される。演算部１２をこのように配置することで、演算部１２と電流線２との距離が大きくなるため、演算部１２が受ける電流線２の電圧変動の影響を低減できる。このため、電流測定精度の低下をさらに抑制できる。

又は、図３Ｂに示されるように、演算部１２は、第１磁気センサ１１ａ及び第２磁気センサ１１ｂが搭載される基板１３とは異なる基板１３ａに配置される。基板１３と基板１３ａとは配線１４によって接続されている。この場合も演算部１２と電流線２との距離が大きくなるため、演算部１２が受ける電流線２の電圧変動の影響を低減できる。このため、電流測定精度の低下をさらに抑制できる。なお、演算部１２の配置は図３に示される態様に限られない。

第１磁気センサ１１ａは、電流線２の中心軸２１から距離ｄ１の位置に配置されている（図２Ｂ）。第２磁気センサ１１ｂは、電流線２の中心軸２１から距離ｄ２の位置に配置されている。ここで、距離ｄ２は距離ｄ１より大きくなっている。このため、被測定電流Ｉによる誘導磁界Ａの影響は、第２磁気センサ１１ｂより第１磁気センサ１１ａにおいて大きく表れる。その結果、第１磁気センサ１１ａの出力の絶対値は、第２磁気センサ１１ｂの出力の絶対値より大きくなる。

電流センサ１ａにおいて、第１磁気センサ１１ａの感度軸の方向と、第２磁気センサ１１ｂの感度軸の方向とは略同一になっている。このため、誘導磁界Ａによる第１磁気センサ１１ａの出力と、誘導磁界Ａによる第２磁気センサ１１ｂの出力とは、同極性になる。ここで同極性とは、出力の極性（正又は負）が一致していることをいう。

つまり、誘導磁界Ａによる第１磁気センサ１１ａの出力の絶対値は、誘導磁界Ａによる第２磁気センサ１１ｂの出力の絶対値より大きくなり、誘導磁界Ａによる第１磁気センサ１１ａの出力と、誘導磁界Ａによる第２磁気センサ１１ｂの出力とは、同極性になる。

また、図２に示されるように、第１磁気センサ１１ａ及び第２磁気センサ１１ｂは、電流線２から等しい距離ｄ３、ｄ４の位置に配置されている。このため、第１磁気センサ１１ａと電流線２との間に形成される寄生容量と、第２磁気センサ１１ｂと電流線２との間に形成される寄生容量とは略等しくなっている。さらに、第１磁気センサ１１ａから演算部１２までの信号経路Ｌ１に含まれる他の電気要素（配線など）による寄生容量と、第２磁気センサ１１ｂから演算部１２までの信号経路Ｌ２に含まれる他の電気要素（配線など）との寄生容量とは略等しくなっている。このため、信号経路Ｌ１と電流線２との間の寄生容量Ｃ１と、信号経路Ｌ２と電流線２との間の寄生容量Ｃ２とは略等しくなっている。

電流線２に電圧変動が生じると、寄生容量Ｃ１による電流線２との容量結合によって信号経路Ｌ１の電圧が変動する。電圧の変動幅は、寄生容量Ｃ１に対応する。また、電流線２に電圧変動が生じると、寄生容量Ｃ２による電流線２との容量結合によって信号経路Ｌ２の電圧が変動する。電圧の変動幅は、寄生容量Ｃ２に対応する。寄生容量Ｃ１とＣ２とは略等しくなっているため、電流線２に電圧変動が生じると、信号経路Ｌ１の電圧と信号経路Ｌ２の電圧とは略等しい変動幅で変動する。つまり、演算部１２の２つの入力端の電圧は、略等しい変動幅で変動する。

このため、演算部１２において、信号経路Ｌ１の電圧と信号経路Ｌ２の電圧との差をとることで、ノイズ成分である電流線２の電圧変動の影響をキャンセルし、電流測定精度の低下を抑制できる。

次に、本実施例に係る電流センサ１ａの回路構成について詳述する。図４は、本実施の形態に係る電流センサ１ａの回路構成を詳細に示す回路ブロック図である。

図４に示される第１磁気センサ１１ａは磁気平衡式センサであり、被測定電流によって発生する磁界を打ち消す方向の磁界を発生可能に配置されたフィードバックコイル１１１ａと、磁気検出素子である磁気抵抗効果素子を含むブリッジ回路１１２ａと、ブリッジ回路１１２ａの差動出力を増幅し、フィードバックコイル１１１ａのフィードバック電流を制御する差動・電流アンプ１１３ａと、フィードバック電流を電圧に変換するＩ／Ｖアンプ１１４ａとを含む。第２磁気センサ１１ｂも第１磁気センサ１１ａと同様に、フィードバックコイル１１１ｂ、ブリッジ回路１１２ｂ、差動・電流アンプ１１３ｂ、及びＩ／Ｖアンプ１１４ｂを含む。

フィードバックコイル１１１ａ、１１１ｂは、ブリッジ回路１１２ａ、１１２ｂの磁気抵抗効果素子の近傍に配置されており、被測定電流により発生する誘導磁界を相殺するキャンセル磁界を発生する。ブリッジ回路１１２ａ、１１２ｂの磁気抵抗効果素子としては、ＧＭＲ（ＧｉａｎｔＭａｇｎｅｔｏＲｅｓｉｓｔａｎｃｅ）素子やＴＭＲ（ＴｕｎｎｅｌＭａｇｎｅｔｏＲｅｓｉｓｔａｎｃｅ）素子などが用いられる。磁気抵抗効果素子は、被測定電流からの誘導磁界により抵抗値が変化するという特性を有する。このような特性を有する磁気抵抗効果素子を用いてブリッジ回路１１２ａ、１１２ｂを構成することで、高感度の電流センサ１ａを実現できる。

ブリッジ回路１１２ａ、１１２ｂは、それぞれ、被測定電流Ｉによる誘導磁界Ａに応じた電位差を生じる２つの出力端子を備える。ブリッジ回路１１２ａ、１１２ｂがそれぞれ有する２つの出力端子の出力は、差動・電流アンプ１１３ａ、１１３ｂで差動増幅され、差動増幅された出力に応じてフィードバックコイル１１１ａ、１１１ｂにフィードバック電流が流れる。フィードバック電流がフィードバックコイル１１１Ａ、１１１Ｂを流れると、当該フィードバック電流によって、誘導磁界Ａを相殺するキャンセル磁界が発生する。そして、誘導磁界Ａとキャンセル磁界とが相殺される平衡状態となったときにフィードバックコイル１１１ａ、１１１ｂを流れる電流が、Ｉ／Ｖアンプ１１４ａ、１１４ｂで電圧に変換され、センサ出力となる。

演算部１２は、第１磁気センサ１１ａ及び第２磁気センサ１１ｂの出力電圧（すなわち、Ｉ／Ｖアンプ１１４ａ、１１４ｂの出力電圧）の差をとって出力する。演算部１２は、例えば、差動アンプで構成される。この演算処理によって、第１磁気センサ１１ａ、第２磁気センサ１１ｂが受ける地磁気などの外部磁場の影響はキャンセルされ、高精度に電流を測定できる。また、ノイズ成分である電流線２の電圧変動の影響はキャンセルされ、電流測定精度の低下を抑制できる。

なお、電流センサ１ａは上述した構成に限定されない。例えば、第１磁気センサ１１ａ及び第２磁気センサ１１ｂとしてフィードバックコイル等を用いない磁気比例式センサを用いても良い。

図５は、本実施の形態に係る電流センサ１ａの出力特性を示す図である。図５において、横軸は時間を、縦軸は電圧を示している。図５に示されるように、第１磁気センサ１１ａ側の出力及び第２磁気センサ１１ｂ側の出力には、所定のタイミングにおいて高周波領域の電圧変動が見られる（図５のＶ１、Ｖ２など）。当該電圧変動は、電流線２の電圧変動に起因するものである。

一方、図５に示されるように、電流センサ１ａの出力には高周波領域の電圧変動の影響がほとんど見られない（図５のＶ３など）。第１磁気センサ１１ａ側の信号経路Ｌ１と電流線２との寄生容量Ｃ１と、第２磁気センサ１１ｂ側の信号経路Ｌ２と電流線２との寄生容量Ｃ２との容量値が略等しくなっており、第１磁気センサ１１ａ及び第２磁気センサ１１ｂにおいて電圧変動の影響が略等しく表れる。これにより、第１磁気センサ１１ａ及び第２磁気センサ１１ｂの出力の差をとることで、電圧変動の影響を十分にキャンセルできるからである。

図６は、比較例に係る電流センサの出力特性を示す図である。図６に特性が示される比較例の電流センサは、信号経路Ｌ１と電流線２との寄生容量Ｃ１と、信号経路Ｌ２と電流線２との寄生容量Ｃ２との容量値が等しくなっていない。このため、高周波領域の電圧変動の影響をキャンセルできず、電流測定の精度が低下している（図６のＶ４など）。

以上のように、本実施の形態の電流センサ１ａは、第１磁気センサ１１ａ側の信号経路Ｌ１と電流線２との間に形成される寄生容量Ｃ１と、第２磁気センサ１１ｂ側の信号経路Ｌ２と電流線２との間に形成される寄生容量Ｃ２とを略等しくしているため、演算部１２の２つの入力端において、電流線２の電圧変動の影響が略等しく現れる。このため、第１磁気センサ１１ａの出力と第２磁気センサ１１ｂの出力との差をとることで、電圧変動に起因するノイズ成分を除去することが可能になり、電流測定精度の低下を抑制できる。

なお、本実施の形態では、第１磁気センサ１１ａ及び第２磁気センサ１１ｂを感度軸の方向が略同一となるように配置した電流センサ１ａについて示したが、第１磁気センサ１１ａ及び第２磁気センサ１１ｂの感度軸の方向は略逆向きであっても良い。

本実施の形態は、他の実施の形態に示される構成と適宜組み合わせて実施可能である。

（実施の形態２）
本実施の形態では、上述した実施の形態とは異なる構成の電流センサについて説明する。以下において、特に相違点についてのみ説明し、繰り返しの説明は省略する。また、上述した実施の形態と同一の構成については同一の符号を用いる。

図７は、本実施の形態の電流センサの構成を示す模式図である。図７Ａは電流センサ１ｂの平面構成を示しており、図７Ｂは電流センサ１ｂの断面構成を示している。なお、第１磁気センサ１１ａ及び第２磁気センサ１１ｂに付された矢印は、第１磁気センサ１１ａ及び第２磁気センサ１１ｂの感度軸の方向を示している。また、電流線２に付された矢印は、被測定電流Ｉが通流する方向を示している。

図７に示されるように、本実施の形態の電流センサ１ｂでは第１磁気センサ１１ａと基板１３との間に誘電体（絶縁体）でなる第１スペーサ１５ａが配置されている。第２磁気センサ１１ｂと基板１３との間に第１スペーサ１５ａとは異なる誘電体（絶縁体）でなる第２スペーサ１５ｂが配置されている。また、第２スペーサ１５ｂは第１スペーサ１５ａより厚くなっている。これにより、第２磁気センサ１１ｂと電流線２の中心軸２１との距離ｄ２は、第１磁気センサ１１ａと電流線２の中心軸２１との距離ｄ１より大きくなっている。被測定電流Ｉによる誘導磁界Ａの影響は、第２磁気センサ１１ｂより第１磁気センサ１１ａにおいて大きく表れるため、第１磁気センサ１１ａの出力の絶対値は、第２磁気センサ１１ｂの出力の絶対値より大きくなる。

電流センサ１ｂにおいて、第１磁気センサ１１ａの感度軸の方向と、第２磁気センサ１１ｂの感度軸の方向とは略同一になっている。このため、誘導磁界Ａによる第１磁気センサ１１ａの出力と、誘導磁界Ａによる第２磁気センサ１１ｂの出力とは、同極性になる。つまり、誘導磁界Ａによる第１磁気センサ１１ａの出力の絶対値は、誘導磁界Ａによる第２磁気センサ１１ｂの出力の絶対値より大きくなり、誘導磁界Ａによる第１磁気センサ１１ａの出力と、誘導磁界Ａによる第２磁気センサ１１ｂの出力とは、同極性になる。

また、本実施の形態の電流センサ１ｂにおいて、第１スペーサ１５ａと第２スペーサ１５ｂとは異なる誘電体によって構成されており、誘電体の誘電率に応じて厚みが調節されることで、第１磁気センサ１１ａと電流線２との間に形成される寄生容量と、第２磁気センサ１１ｂと電流線２との間に形成される寄生容量とが略等しくなるように構成されている。より具体的には、第１スペーサ１５ａを構成する誘電体の誘電率と比較して、第２スペーサ１５ｂを構成する誘電体の誘電率が高くなっている。そして、第１磁気センサ１１ａと電流線２との間に形成される寄生容量と、第２磁気センサ１１ｂと電流線２との間に形成される寄生容量とが略等しくなるように、第１スペーサ１５ａの厚みが第２スペーサ１５ｂの厚みより小さくなっている。このような関係により、第１磁気センサ１１ａと電流線２との距離ｄ３より第２磁気センサ１１ｂと電流線２との距離ｄ４が大きいにも関わらず、第１磁気センサ１１ａと電流線２との間に形成される寄生容量と、第２磁気センサ１１ｂと電流線２との間に形成される寄生容量とを略等しくできる。

さらに、第１磁気センサ１１ａから演算部１２までの信号経路Ｌ１に含まれる他の電気要素（配線など）による寄生容量と、第２磁気センサ１１ｂから演算部１２までの信号経路Ｌ２に含まれる他の電気要素（配線など）との寄生容量とは略等しくなっている。このため、信号経路Ｌ１と電流線２との間の寄生容量Ｃ１と、信号経路Ｌ２と電流線２との間の寄生容量Ｃ２とは略等しくなっている。

この構成により、演算部１２において、信号経路Ｌ１の電圧と信号経路Ｌ２の電圧との差をとることで、ノイズ成分である電流線２の電圧変動の影響をキャンセルし、電流測定精度の低下を抑制できる。

本実施の形態の電流センサ１ｂは、厚みの異なる第１スペーサ１５ａ及び第２スペーサを用いることで寄生容量を略等しくすると共に、第１磁気センサ１１ａ及び第２磁気センサ１１ｂが誘導磁界Ａから受ける影響の差を大きくし、第１磁気センサ１１ａと第２磁気センサ１１ｂとの出力差を大きくしている。被測定電流の電流値は出力差から算出されるため、本実施の形態の電流センサ１ｂのように第１磁気センサ１１ａと第２磁気センサ１１ｂとの出力差を大きくすることで、電流測定精度をより高めることができる。

なお、本実施の形態では、第１磁気センサ１１ａ及び第２磁気センサ１１ｂを感度軸の方向が略同一となるように配置した電流センサ１ｂについて示したが、第１磁気センサ１１ａ及び第２磁気センサ１１ｂの感度軸の方向は略逆向きであっても良い。

（実施の形態３）
本実施の形態では、上述した実施の形態とは異なる構成の電流センサについて説明する。以下において、特に相違点についてのみ説明し、繰り返しの説明は省略する。また、上述した実施の形態と同一の構成については同一の符号を用いる。

図８は、本実施の形態の電流センサの構成を示す模式図である。図８Ａは電流センサ１ｃの平面構成を示しており、図８Ｂは電流センサ１ｃの断面構成を示している。なお、第１磁気センサ１１ａ及び第２磁気センサ１１ｂに付された矢印は、第１磁気センサ１１ａ及び第２磁気センサ１１ｂの感度軸の方向を示している。また、電流線２に付された矢印は、被測定電流Ｉが通流する方向を示している。

図８に示されるように、本実施の形態の電流センサ１ｃでは第２磁気センサ１１ｂと基板１３との間に非磁性の導電体でなる導電性のスペーサ１５ｃが配置されている。このため、第２磁気センサ１１ｂと電流線２の中心軸２１との距離ｄ２は、第１磁気センサ１１ａと電流線２の中心軸２１との距離ｄ１より大きくなっている。被測定電流Ｉによる誘導磁界Ａの影響は、第２磁気センサ１１ｂより第１磁気センサ１１ａにおいて大きく表れるため、第１磁気センサ１１ａの出力の絶対値は、第２磁気センサ１１ｂの出力の絶対値より大きくなる。

電流センサ１ｃにおいて、第１磁気センサ１１ａの感度軸の方向と、第２磁気センサ１１ｂの感度軸の方向とは略同一になっている。このため、誘導磁界Ａによる第１磁気センサ１１ａの出力と、誘導磁界Ａによる第２磁気センサ１１ｂの出力とは、同極性になる。つまり、誘導磁界Ａによる第１磁気センサ１１ａの出力の絶対値は、誘導磁界Ａによる第２磁気センサ１１ｂの出力の絶対値より大きくなり、誘導磁界Ａによる第１磁気センサ１１ａの出力と、誘導磁界Ａによる第２磁気センサ１１ｂの出力とは、同極性になる。

また、本実施の形態の電流センサ１ｃにおいて、スペーサ１５ｃは非磁性の導電体によって構成されている。このため、第１磁気センサ１１ａと電流線２との距離ｄ３より第２磁気センサ１１ｂと電流線２との距離ｄ４が大きいにも関わらず、第１磁気センサ１１ａと電流線２との間に形成される寄生容量と、第２磁気センサ１１ｂと電流線２との間に形成される寄生容量とが略等しくなっている。

本実施の形態の電流センサ１ｃは、非磁性の導電体でなる導電性のスペーサ１５ｃを用いることで寄生容量を略等しくすると共に、第１磁気センサ１１ａ及び第２磁気センサ１１ｂが誘導磁界Ａから受ける影響の差を大きくし、第１磁気センサ１１ａと第２磁気センサ１１ｂとの出力差を大きくしている。被測定電流の電流値は出力差から算出されるため、本実施の形態の電流センサ１ｃのように第１磁気センサ１１ａと第２磁気センサ１１ｂとの出力差を大きくすることで、電流測定精度をより高めることができる。

なお、本実施の形態では、第１磁気センサ１１ａ及び第２磁気センサ１１ｂを感度軸の方向が略同一となるように配置した電流センサ１ｃについて示したが、第１磁気センサ１１ａ及び第２磁気センサ１１ｂの感度軸の方向は略逆向きであっても良い。また、第２磁気センサ１１ｂを構成する基板（例えば、シリコンウェハなど）の一部に導電性を付与して、導電性のスペーサ１５ｃとして用いても良い。例えば、第１磁気センサ１１ａを構成する基板（例えば、シリコンウェハなど）を第２磁気センサ１１ｂを構成する基板より薄くして、第２磁気センサ１１ｂを構成する基板の底側の一部に導電性を付与することで、第１磁気センサ１１ａと電流線２との間に形成される寄生容量と、第２磁気センサ１１ｂと電流線２との間に形成される寄生容量とが略等しくなるように構成しても良い。

このように、本発明の電流センサは、一方の信号経路と電流線との間に形成される寄生容量と、別の一方の信号経路と電流線との間に形成される寄生容量とを略等しくしており、演算部の２つの入力端において、電流線の電圧変動の影響が略等しく現れる。このため、２つの磁気センサの出力差をとることで、電圧変動に起因するノイズ成分を除去することが可能になり、電流測定精度の低下を抑制できる。

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できる。例えば、上記実施の形態では２つの磁気センサを用いているが、３つ以上の磁気センサを用いることも可能である。

また、上記実施の形態における各素子の接続関係、大きさなどは、発明の趣旨を変更しない限りにおいて変更可能である。また、上記実施の形態に示す構成、方法などは、適宜組み合わせて実施可能である。その他、本発明は、本発明の範囲を逸脱しないで適宜変更して実施できる。

本発明の電流センサは、例えば、電気自動車やハイブリッドカーなどのモータ駆動用電流の大きさを検知するために用いることが可能である。

１、１ａ、１ｂ、１ｃ電流センサ
１１ａ第１磁気センサ
１１ｂ第２磁気センサ
１２演算部
１３基板
１４配線
１５ａ第１スペーサ
１５ｂ第２スペーサ
１５ｃスペーサ
Ｃ１、Ｃ２寄生容量
Ｌ１、Ｌ２信号経路

Claims

被測定電流が通流する電流線の周囲の第１位置に配置された第１磁気センサと、前記第１位置における前記被測定電流による誘導磁界の強度より弱い誘導磁界の強度となる第２位置に配置された第２磁気センサと、前記第１磁気センサの出力と前記第２磁気センサの出力との差を算出する演算部と、を有し、
前記第１磁気センサから前記演算部の入力端までの信号経路と前記電流線との間に形成される寄生容量と、前記第２磁気センサから前記演算部の入力端までの信号経路と前記電流線との間に形成される寄生容量と、が略等しくなるように構成されたことを特徴とする電流センサ。
前記電流線の中心軸から前記第２位置までの距離は、前記電流線の中心軸から前記第１
位置までの距離より大きく、前記第１磁気センサ及び前記第２磁気センサは、前記電流線の表面からの距離が等しいことを特徴とする請求項１に記載の電流センサ。
前記電流線の被測定電流が通流する方向に垂直な方向の断面形状が矩形状であることを特徴とする請求項２に記載の電流センサ。
前記第１磁気センサと前記電流線との間に第１誘電体でなる第１スペーサが配置され、前記第２磁気センサと前記電流線との間に前記第１誘電体より誘電率が高く前記第１スペーサより厚い第２誘電体でなる第２スペーサが配置されたことを特徴とする請求項１に記載の電流センサ。
前記第２磁気センサと前記電流線との間に導電性のスペーサが配置されたことを特徴とする請求項１に記載の電流センサ。
前記演算部は、前記第１位置及び前記第２位置より前記電流線からの距離が離れた位置に配置されたことを特徴とする請求項１から請求項５のいずれかに記載の電流センサ。
前記演算部は、前記第１磁気センサ及び前記第２磁気センサが搭載される基板とは異なる基板に配置されたことを特徴とする請求項６に記載の電流センサ。