JP5816958B2 - 電流センサ - Google Patents

Description

本発明は、電流の大きさを測定する電流センサに関する。特に、電流路の配置位置のずれに起因する電流測定精度の低下が抑制された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することが可能な電流センサが求められている。このような電流センサとして、電流路を通流する電流によって生じる磁界の変化を磁気検出素子によって検出する方式のものが実用化されている。

磁気検出素子を用いた電流センサとしては、電流路の近傍に２つの磁気検出素子を配置し、当該２つの磁気検出素子の検出値の演算結果に基づいて、当該電流路を通流する電流を測定するものが知られている（例えば、特許文献１）。当該電流センサは、測定対象の電流が通流する電流路と、当該電流路が配置される凹部が形成された基板と、当該基板に凹部を挟んで対称に配置された２つの磁気検出素子と、から構成される。

特許文献1 : 国際公開第２００６／０９０７６９号

ところで、上述の電流センサでは、基板の凹部に電流路を取り付ける際の取り付け誤差や、電気自動車等に取り付けられた電流センサの振動等により、基板の凹部における電流路の配置位置がずれる場合が想定される。しかしながら、上述の電流センサでは、基板の凹部などの電流路の配置領域において電流路の配置位置がずれると、当該電流路の電流測定精度が著しく低下する場合があるという問題点があった。

本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、電流路の配置領域において当該電流路の配置位置がずれる場合であっても、電流測定精度の低下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、平板形状の電流路が配置される配置領域を有する実装ユニットと、前記配置領域を挟むように前記実装ユニット上に配置された二つのみで一対となる磁気検出素子と、前記実装ユニット上に設けられ、前記一対の磁気検出素子の検出値に基づいて前記電流路の電流値を演算する演算回路と、を備える。前記一対の磁気検出素子は、前記電流路を通流する電流の方向と直交する断面視における前記電流路の重心を通り、前記電流路の幅方向と直交する仮想線に対して互いに逆側に配置されており、前記電流路を通流する電流の方向及び前記仮想線の方向に直交する方向に平行である感度軸をそれぞれ有する。前記幅方向における前記一対の磁気検出素子の位置が、前記幅方向における前記電流路の一端の位置と他端の位置との間に含まれる。

この構成によれば、前記電流路の断面視における前記電流路の重心を通る仮想線に対して互いに逆側に配置されるので、電流路の配置領域において電流路の配置位置がずれる場合であっても、一対の磁気検出素子の出力誤差の正負を逆にすることができる。このため、一対の磁気検出素子の検出値に基づいて演算処理を行うことで電流路の配置位置のずれに伴う出力誤差をキャンセルでき、電流路の配置位置がずれた場合に電流測定精度が低下するのを抑制できる。

本発明の電流センサにおいては、前記一対の磁気検出素子は、前記仮想線に対して、前記一対の磁気検出素子の全体が互いに逆側となるように、配置されてもよい。

本発明の電流センサにおいては、前記一対の磁気検出素子は、それぞれの磁気検出素子の中心から前記仮想線までの距離が互いに等しくなるように、配置されてもよい。

本発明の電流センサにおいては、前記配置領域は、前記感度軸の方向に延び、開放部を有する凹部で構成されており、前記電流路は、平板形状を有し、前記電流路の主面に沿って前記開放部から挿入されるようにして前記凹部に配置されてもよい。

本発明の電流センサにおいては、前記実装ユニットは、互いに平行に配置された一対の基板で構成され、前記配置領域が前記一対の基板の間の領域であり、前記電流路は、平板形状の導体であり、前記電流路の主面と前記一対の基板の主面とが平行となるように前記配置領域に配置されてもよい。

本発明によれば、電流路の配置領域において当該電流路の配置位置がずれる場合であっても、電流測定精度の低下を抑制できる電流センサを提供できる。

電流路の配置位置のずれを説明するための図である。 電流路の配置位置のずれと出力誤差との関係を示すグラフである。 実施の形態に係る電流センサを示す模式図である。 実施の形態に係る電流センサにおける電流路の配置位置のずれを説明するための図である。 実施の形態に係る電流センサの回路構成に係るブロック図である。 実施の形態の変形例に係る電流センサを示す模式図である。 実施の形態に係る電流センサの評価結果を示すグラフである。 比較例に係る電流センサを示す模式図である。

図１及び図２を参照して、電流路の配置位置のずれに伴う一対の磁気検出素子の出力誤差について考察する。図１は、電流路の配置位置のずれを説明するための図である。図２は、電流路の配置位置のずれと出力誤差との関係を示すグラフである。図１に示される電流センサは、平板形状の電流路１１と、電流路１１が配置される凹形状の配置領域１２が形成された基板１３と、配置領域１２を挟んで対称に配置された一対の磁気検出素子ａ、ｂとから構成される。

基板１３は、図１ＡにおけるＹ方向（幅方向）に沿って形成され、開放部を有する凹部が設けられており、その凹部が配置領域１２となっている。この配置領域１２は、図１Ａのような正面視において矩形状となっている。この配置領域１２に、電流路１１が電流路の主面１１ａに沿って開放部から挿入されるようにして配置される。図１において、一対の磁気検出素子ａ、ｂは、電流路１１の主面に対して平行な感度軸方向Ｓａ、Ｓｂを有し、電流路１１を通流する電流からの誘導磁界Ａを検出する。

図１Ａでは、配置領域１２において電流路１１が所望の位置に配置されている。この電流路１１は、基板１３の配置領域１２に固定される。なお、固定方法としては、部材を基板に固定する既知の方法を適用することができる。このとき、電流路１１は、配置領域１２を挟んで対称に配置された一対の磁気検出素子ａ、ｂの中心Ｃａ、Ｃｂからの距離が等しくなるように配置される。このため、電流路１１の断面視における重心Ｇと磁気検出素子ａ、ｂの中心Ｃａ、Ｃｂそれぞれとの間の距離Ｄ１、Ｄ２は等しくなる。また、電流路１１は、電流路１１の断面視における電流路１１の重心Ｇを通る仮想線Ｌ上に磁気検出素子ａ、ｂの中心Ｃａ、Ｃｂが位置するように配置される。ここで、仮想線Ｌの方向は、電流路１１に電流が通流する方向（図１ＡにおけるＸ方向）と一対の磁気検出素子ａ、ｂの感度軸方向Ｓａ、Ｓｂ（図１ＡにおけるＹ方向）とにそれぞれ直交する方向に平行である。

図１Ｂでは、配置領域１２において電流路１１が磁気検出素子ａ、ｂの感度軸方向Ｓａ、Ｓｂに対して垂直な方向Ｖにずれている。具体的には、図１Ｂでは、電流路１１は、方向Ｖで、図１Ａに示す所望の位置から磁気検出素子ｂ側にずれている。このため、電流路１１の断面視における重心Ｇと磁気検出素子ｂの中心Ｃｂとの間の距離Ｄ１’は、図１Ａの距離Ｄ１よりも小さくなり、磁気検出素子ｂにおける誘導磁界Ａの検出値は、図１Ａに示す場合よりも大きくなり、正の値の出力誤差を生じることになる。一方、重心Ｇと磁気検出素子ａの中心Ｃａとの間の距離Ｄ２’は、図１Ａに示す距離Ｄ２よりも大きくなり、磁気検出素子ａにおける誘導磁界Ａの検出値は、図１Ａに示す場合よりも小さくなり、負の値の出力誤差を生じることになる。

図２Ａを参照して、電流路１１の配置位置が、磁気検出素子ａ、ｂの感度軸方向Ｓａ、Ｓｂに対して垂直な方向Ｖにずれた場合の出力誤差について詳述する。図２Ａの横軸は、電流路１１の配置位置が所望の位置（すなわち、図１Ａに示す位置）から方向Ｖにずれた距離を示す。例えば、図２Ａでは、磁気検出素子ｂ側へのずれが正の値、磁気検出素子ａ側へのずれが負の値で表わされる。図２Ａに示すように、電流路１１の配置位置が磁気検出素子ａ、ｂの感度軸方向Ｓａ、Ｓｂに対して垂直な方向Ｖにずれる場合、一対の磁気検出素子ａ、ｂの出力誤差の正負が逆となる。例えば、図１Ｂにおいて、電流路１１の配置位置が所望の位置から方向Ｖに＋０．２ｍｍずれているとすると、磁気検出素子ａの出力誤差は−２．５％程度、磁気検出素子ｂの出力誤差は＋２．６％程度となる。かかる場合、磁気検出素子ａ、ｂの出力の差を取ることで互いの出力誤差を相殺できるので、磁気検出素子ａ、ｂの差動誤差は、＋０．１％程度に抑制できる。

一方、図１Ｃでは、配置領域１２において電流路１１が磁気検出素子ａ、ｂの感度軸方向Ｓａ、Ｓｂに対して平行な方向Ｐにずれている。具体的には、図１Ｃでは、電流路１１は、図１Ａに示す所望の位置から配置領域１２の外側にずれている。このため、上述の仮想線Ｌと磁気検出素子ａ、ｂの中心Ｃａ、Ｃｂそれぞれとの間の距離Ｄａ、Ｄｂは、共に図１Ａに示す場合（図１Ａでは、０）よりも大きくなる。この結果、磁気検出素子ａ、ｂにおける誘導磁界Ａの検出値は、共に図１Ａに示す場合よりも小さくなり、いずれも負の出力誤差を生じることになる。

図２Ｂを参照して、電流路１１の配置位置が、磁気検出素子ａ、ｂの感度軸方向Ｓａ、Ｓｂに対して平行な方向Ｐにずれた場合の出力誤差について詳述する。図２Ｂの横軸は、電流路１１の配置位置が所望の位置（すなわち、図１Ａに示す位置）から方向Ｐにずれた距離を示す。例えば、図２Ｂでは、配置領域１２の外側へのずれが正の値、配置領域１２の内側へのずれが負の値で表わされる。図２Ｂに示すように、電流路１１の配置位置が磁気検出素子ａ、ｂの感度軸方向Ｓａ、Ｓｂに対して平行な方向Ｐにずれる場合、一対の磁気検出素子ａ、ｂの出力誤差の正負が同じとなる。なお、図２Ｂにおいては、一対の磁気検出素子ａ、ｂの出力誤差を示す線が重なっている。例えば、図１Ｃにおいて、電流路１１の配置位置が所望の位置から方向Ｐに＋０．４ｍｍずれているとすると、磁気検出素子ａ、ｂの出力誤差は共に−０．５％程度となる。かかる場合、磁気検出素子ａ、ｂの差を取ると、図２Ｂに示すように、磁気検出素子ａ、ｂの差動誤差は−１．０％程度に倍増されてしまい、磁気検出素子ａ、ｂの出力誤差を相殺することはできない。このため、電流路１１の配置位置が磁気検出素子ａ、ｂの感度軸方向Ｓａ、Ｓｂに対して平行な方向Ｐにずれた場合にも、一対の磁気検出素子ａ、ｂの出力誤差の正負が逆となるようにして、磁気検出素子ａ、ｂの出力誤差を相殺可能とすることが求められる。

本発明者は、ＧＭＲセンサなどの一対の磁気検出素子の出力に基づいて電流値を演算する電流センサにおいて、一対の磁気検出素子の出力に対して差動処理を行って電流路の配置位置のずれに伴う出力誤差を低減するためには、電流路の配置位置がずれた場合に一対の磁気検出素子の出力誤差の正負が逆となる必要があることに着目した。

このような知見に基づき、本発明者は、電流路の配置位置が一対の磁気検出素子の感度軸方向に対して垂直又は平行のいずれの方向にずれた場合にも一対の磁気検出素子の出力誤差の正負が逆となる位置に一対の磁気検出素子を配置することで、一対の磁気検出素子の出力に対して差動処理を行うことで上記出力誤差を相殺し、電流路の配置位置のずれに伴う電流測定精度の低下を抑止するという着想を得た。

すなわち、本発明の骨子は、一対の磁気検出素子の出力に基づいて電流値を演算する電流センサにおいて、一対の磁気検出素子が、電流路が配置される配置領域が形成された実装ユニットに前記配置領域を挟むように配置され、かつ、当該電流路の断面視における当該電流路の重心を通る仮想線に対して互いに逆側に配置されており、さらに、当該電流路を通流する電流の方向及び当該仮想線の方向に直交する方向に平行である感度軸をそれぞれ有する構成とすることで、当該電流路の配置位置が一対の磁気検出素子の感度軸方向に対して垂直又は平行のいずれの方向にずれた場合にも、一対の磁気検出素子の出力誤差の正負が逆となるようにして、電流測定精度の低下を抑制しようとするものである。以下、本発明の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）
図３は、本実施の形態の電流センサ１を示す模式図である。図３Ａは、電流センサ１の構成を模式的に示す斜視図であり、図３Ｂは、電流センサ１を図３Ａの紙面手前から見た平面図である。

図３Ａに示すように、電流センサ１は、被測定電流Ｉが通流する電流路１１と、電流路１１の配置領域１２が形成された基板１３（実装ユニット）と、基板１３に配置された２つの磁気検出素子１４ａ、１４ｂとから構成される。なお、後述するように、電流センサ１は、基板１３上に実装されており、２つの磁気検出素子１４ａ、１４ｂの出力を演算する演算装置１５を含む。図３に示す例においては、電流路１１が平板形状（断面矩形）であり、基板１３がこの電流路１１を挿入可能な凹部（配置領域）を有する場合について説明する。

基板１３は、図３Ａにおける左右方向（図３ＢにおけるＹ方向：後述する磁気検出素子１４ａ、１４ｂの感度軸方向１４１ａ、１４１ｂの方向）に沿って形成され、開放部を有する凹部１３ａが設けられており、その凹部１３ａが配置領域１２となっている。この配置領域１２は、図３Ｂのような正面視において矩形状となっている。この配置領域１２に、平板形状の電流路１１が電流路の主面１１ａに沿って開放部から挿入されるようにして配置される。したがって、基板１３は、電流路１１を通流する被測定電流Ｉの方向に対して垂直な主面１３１を有し、この主面１３１に電流路１１が配置される配置領域１２を有する。

電流路１１は、所定の方向（図３Ａでは、紙面手前−奥行方向）に延在しており、配置領域１２で基板１３に挟まれるように配置されている。図３においては、電流路１１は平板形状であるが、電流路１１は被測定電流Ｉを導くことが可能な構成であればどのような態様であってもよい。例えば、電流路１１としては、薄膜状の導電部材（導電パターン）や、断面円形の導電部材などであっても良い。なお、図３Ａにおいて、電流路１１に付与された矢印は、電流路１１を通流する被測定電流Ｉの向きを示す。

図３の構成において、基板１３に設けられた配置領域１２である凹部１３ａは、幅方向（Ｙ方向）に沿って、すなわち、一方の側部（図３において右側の側部）から幅方向（Ｙ方向）に延びるように設けられており、その凹部１３ａ内に、主面１１ａが幅方向（Ｙ方向）に沿うように平板形状の電流路１１が挿入されている。図３Ｂにおいては、紙面上下方向の電流路１１と基板１３との間のクリアランスを広くしているが、実際にはこのクリアランスは非常に小さく、基板１３の凹部１３ａに電流路１１が嵌入されて電流路１１が基板１３に固定されるようになっている。したがって、この構成においては、図３Ｂから分かるように、電流路１１は、凹部１３ａに開放部があるために、紙面上下方向での移動可能領域よりも紙面左右方向での移動可能領域が広くなる。この構成は、電流路１１は、紙面上下方向よりも紙面左右方向の方が位置ずれを起こし易い構成である。すなわち、この構成は、磁気検出素子１４ａ、１４ｂを搭載する基板（実装ユニット）１３に対して相対的に電流路１１が位置ずれを起こし易い方向を持つことになる。

磁気検出素子１４ａ、１４ｂは、基板１３の主面上に設けられている。磁気検出素子１４ａ、１４ｂは、それぞれ電流路を通流する電流の方向及び仮想線Ｌの方向に直交する方向に平行である感度軸をそれぞれ有する。この磁気検出素子１４ａ、１４ｂは、磁気検出が可能であれば特に限定されない。例えば、磁気検出素子１４ａ、１４ｂとしては、ＧＭＲ（Ｇｉａｎｔ Ｍａｇｎｅｔｏ Ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ）素子やＴＭＲ（Ｔｕｎｎｅｌ Ｍａｇｎｅｔｏ Ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ）素子などの磁気抵抗効果素子や、ホール素子などを用いることができる。なお、磁気検出素子１４ａ、１４ｂとしてホール素子を用いる場合、当該ホール素子の感磁面の法線方向が感度軸となる。以下では、磁気検出素子１４ａ、１４ｂとして、ＧＭＲ素子を用いる例を説明する。

図３Ｂに示すように、磁気検出素子１４ａ、１４ｂは、電流路１１を通流する被測定電流Ｉからの誘導磁界Ａにより略逆相の出力が得られるように、基板１３の主面１３１上に配置領域１２を挟むように配置される。また、磁気検出素子１４ａ、１４ｂは、電流路１１の断面視における電流路１１の重心１１２を通る仮想線Ｌに対して互いに逆側に配置される。ここで、仮想線Ｌの方向は、電流路１１に電流が通流する方向（図３ＢにおけるＸ方向）と一対の磁気検出素子１４ａ、１４ｂの感度軸方向１４１ａ、１４１ｂ（図３ＢにおけるＹ方向）とにそれぞれ直交する方向に平行である。このような仮想線Ｌに対して一対の磁気検出素子１４ａ、１４ｂを互いに逆側に配置することで、電流路１１の配置位置が一対の磁気検出素子１４ａ、１４ｂの感度軸方向１４１ａ、１４１ｂ（図３ＢにおけるＹ方向）にずれた場合にも、一対の磁気検出素子１４ａ、１４ｂの出力誤差の正負を逆にすることができる。なお、仮想線Ｌの方向は、平板形状の電流路１１の主面１１ａの沿う方向（図３ＢにおけるＹ方向）に直交する方向にも平行である。

また、磁気検出素子１４ａ、１４ｂは、図３Ｂに示すように、その全体が仮想線Ｌから外れるように配置されてもよいし（図３Ｂにおいては、磁気検出素子１４ａの右端部が仮想線Ｌよりも左側に位置し、磁気検出素子１４ｂの左端部が仮想線Ｌよりも右側に位置する）、後述するように、その一部が仮想線Ｌと重なるように配置されてもよい。また、磁気検出素子１４ａ、１４ｂは、中心１４２ａと仮想線Ｌとの間の距離Ｄａと、中心１４２ｂとの間の距離Ｄｂとが等しくなるように配置されてもよい。なお、距離Ｄａと距離Ｄｂとは完全に同一でなくともよい。

また、図３Ｂにおいて、磁気検出素子１４ｂの感度軸方向１４１ｂが誘導磁界Ａの方向を向き、磁気検出素子１４ａの感度軸方向１４１ａは誘導磁界Ａと逆の方向を向いている。上述のように、磁気検出素子１４ａ、１４ｂは、その中心１４２ａ、１４２ｂと仮想線Ｌとの間の距離Ｄａ、Ｄｂが略等しくなるように配置される。このため、誘導磁界Ａの影響が、磁気検出素子１４ａ、１４ｂの略逆相の出力信号として現れる。

ここで、図４を参照して、電流路１１の配置位置が感度軸方向１４１ａ、１４１ｂに対して平行な方向Ｐにずれる場合について考察する。図４は、電流路１１の配置位置が方向Ｐ（特に、磁気検出素子１４ｂ側）にずれた様子を示す図である。

図４に示すように、電流路１１の配置位置がずれる場合、磁気検出素子１４ａの中心１４２ａと仮想線Ｌとの間の距離Ｄａ’は、図３Ｂに示す距離Ｄａと比較して大きくなる。一方、磁気検出素子１４ｂの中心１４２ｂと仮想線Ｌとの間の距離Ｄｂ’は、図３Ｂに示す距離Ｄｂと比較して小さくなる。かかる場合、誘導磁界Ａの検出値は、図３Ｂに示す場合と比較して、磁気検出素子１４ａでは減少するのに対して、磁気検出素子１４ｂでは増加する。すなわち、磁気検出素子１４ａの出力誤差は負の値となり、磁気検出素子１４ｂの出力誤差は正の値となり、出力誤差の正負が互いに逆となる。このため、磁気検出素子１４ａ、１４ｂの検出値に対して差動処理を行うことで互いの出力誤差を相殺することができ、電流路１１の方向Ｐ（特に、磁気検出素子１４ｂ側）の配置位置のずれによる電流測定精度の低下を抑制できる。

なお、図示しないが、図４とは逆に、電流路１１の配置位置が方向Ｐで磁気検出素子１４ａ側にずれる場合、磁気検出素子１４ａの中心１４２ａと仮想線Ｌとの間の距離が図３Ｂに示す距離Ｄａと比較して小さくなり、磁気検出素子１４ｂの中心１４２ｂと仮想線Ｌとの間の距離が図３Ｂに示す距離Ｄｂと比較して大きくなる。かかる場合、誘導磁界Ａの検出値は、図３Ｂに示す場合と比較して、磁気検出素子１４ａでは増加するのに対して、磁気検出素子１４ｂでは減少する。すなわち、磁気検出素子１４ａの出力誤差は正の値となり、磁気検出素子１４ｂの出力誤差は負の値となり、出力誤差の正負が互いに逆となる。このため、磁気検出素子１４ａ、１４ｂの出力に対して差動処理を行うことで互いの出力誤差を相殺することができ、電流路１１の方向Ｐ（特に、磁気検出素子１４ａ側）の配置位置のずれによる電流測定精度の低下を抑制できる。

以上のように、磁気検出素子１４ａ、１４ｂは、電流路１１の断面視において電流路１１の重心Ｇを通る仮想線Ｌに対して互いに逆側に配置される。このため、配置領域１２における電流路１１の配置位置が感度軸方向１４１ａ、１４１ｂに対して平行な方向Ｐ（図３ＢにおけるＹ方向）にずれる場合にも、磁気検出素子１４ａ、１４ｂの出力誤差の正負が逆となる。すなわち、上述の磁気検出素子１４ａ、１４ｂの配置によれば、電流路１１の配置位置が感度軸方向１４１ａ、１４１ｂに対して平行な方向Ｐにずれる場合にも、図２Ｂで説明したように、磁気検出素子１４ａ、１４ｂの出力誤差の正負が同じになってしまうことはない。また、磁気検出素子１４ａ、１４ｂは、基板１３において配置領域１２を挟むように配置されるので、電流路１１の配置位置が感度軸方向１４１ａ、１４１ｂに対して垂直な方向Ｖ（図３ＢにおけるＺ方向）にずれる場合にも、図２Ａで説明したように、磁気検出素子１４ａ、１４ｂの出力誤差の正負が逆となる。したがって、上述の磁気検出素子１４ａ、１４ｂの配置によれば、電流路１１の配置位置が感度軸方向１４１ａ、１４１ｂに対して平行又は垂直のいずれの方向にずれる場合にも、磁気検出素子１４ａ、１４ｂの出力に対して演算処理を行うことで互いの出力誤差を相殺することができ、電流路１１の電流測定精度の低下を抑制できる。

図５は、電流センサ１の回路構成にかかるブロック図である。図５に示すように、電流センサ１は、磁気検出素子１４ａ、１４ｂの出力端子に接続された演算装置１５を有する。演算装置１５は、磁気検出素子１４ａの出力と磁気検出素子１４ｂの出力とに基づいて電流値を演算（差動処理）する機能を有している。電流路１１に電流が通流して電流路１１の周囲に誘導磁界Ａが発生し、磁気検出素子１４ａ、１４ｂから誘導磁界Ａに対応した出力信号が出力されると、出力信号を受けた演算装置１５は、当該２つの出力信号に対して演算処理を行う。なお、演算装置１５は、２つの出力信号を、磁気検出素子１４ａ、１４ｂの感度軸方向１４１ａ、１４１ｂが同じ向きの場合は加算し、逆向きの場合は減算する。演算装置１５の機能は、ハードウェアで実現してもよいし、ソフトウェアで実現してもよい。

図６は、本実施の形態の変形例に係る電流センサ１を示す模式図である。図６Ａは、電流センサ１の構成を模式的に示す斜視図であり、図６Ｂは、電流センサ１を図６Ａの紙面手前から見た図である。

図６Ａに示すように、電流センサ１は、被測定電流Ｉが通流する電流路１１と、互いに対向して配置された一対の基板１３ａ、１３ｂ（実装ユニット）と、基板１３ａ、１３ｂにそれぞれ配置された２つの磁気検出素子１４ａ、１４ｂとから構成される。なお、この構成においては、互いに対向して配置された基板１３ａ、１３ｂの間が配置領域となる。電流路１１が形成された電流センサ１は、基板１３ａ及び／又は１３ｂ上に実装されており、２つの磁気検出素子１４ａ、１４ｂの出力を演算する演算装置１５を含む。図６に示す例においては、電流路１１が平板形状（断面矩形）であり、この電流路１１を配置可能な基板１３ａ、１３ｂ間の空間（配置領域）を有する場合について説明する。

基板１３ａ、１３ｂは、図６Ａにおける左右方向（図６ＢにおけるＹ方向：後述する磁気検出素子１４ａ、１４ｂの感度軸方向１４１ａ、１４１ｂの方向）にその主面が沿うように配置される。この配置領域１２に、平板形状の電流路１１が配置される。このとき、基板１３ａ、１３ｂの主面１３１ａ、１３１ｂ、１３２ａ、１３２ｂと電流路の主面１１ａとが平行になる。すなわち、２つの基板１３ａ、１３ｂで形成される配置領域１２において、電流路１１は、基板１３ａ、１３ｂの主面１３２ａ、１３１ｂと電流路１１の主面１１ａとが平行となるように配置される。

電流路１１は、所定の方向（図６Ａでは、紙面手前−奥行方向）に延在しており、配置領域１２で基板１３ａ、１３ｂに挟まれるように配置されている。図６においては、電流路１１は平板形状であるが、電流路１１は被測定電流Ｉを導くことが可能な構成であればどのような態様であってもよい。例えば、電流路１１としては、薄膜状の導電部材（導電パターン）や、断面円形の導電部材などであっても良い。

図６に構成においては、基板１３ａ、１３ｂで形成される配置領域１２に、主面１１ａが基板１３ａ、１３ｂの主面と平行になるように平板形状の電流路１１が挿入されている。図６Ｂにおいては、紙面上下方向の電流路１１と基板１３ａ、１３ｂとの間のクリアランスを広くしているが、実際にはこのクリアランスは非常に小さくなっている。したがって、この構成においては、図６Ｂから分かるように、電流路１１は、Ｙ方向に大きく移動できるようになっている。すなわち、電流路１１は、紙面上下方向での移動可能領域よりも紙面左右方向での移動可能領域が広くなる。この構成は、電流路１１は、紙面上下方向よりも紙面左右方向の方が位置ずれを起こし易い構成である。すなわち、この構成は、磁気検出素子１４ａ、１４ｂを搭載する基板（実装ユニット）１３ａ、１３ｂに対して相対的に電流路１１が位置ずれを起こし易い方向を持つことになる。

また、図６Ａに示される電流センサ１では、磁気検出素子１４ａ、１４ｂは、それぞれ、基板１３ａ、１３ｂにおいて電流路１１と対向する側の主面１３２ａ、１３１ｂに配置される。また、磁気検出素子１４ａ、１４ｂは、基板１３ａ、１３ｂの主面に沿う方向（電流路を通流する電流の方向（図６ＢにおけるＸ方向）及び仮想線Ｌの方向に直交する方向（図６ＢにおけるＹ方向））に平行である感度軸をそれぞれ有する。なお、図示しないが、磁気検出素子１４ａ、１４ｂは、それぞれ、主面１３２ａ、１３１ｂの反対側の主面１３１ａ、１３２ｂに配置されてもよい。

図６Ｂに示すように、磁気検出素子１４ａ、１４ｂは、電流路１１を通流する被測定電流Ｉからの誘導磁界Ａにより略逆相の出力が得られるように、一対の基板１３ａ、１３ｂの主面１３２ａ、１３１ｂ上に配置領域１２を挟むように配置される。また、磁気検出素子１４ａ、１４ｂは、電流路１１の断面視における電流路１１の重心１１２を通る仮想線Ｌに対して、磁気検出素子１４ａ、１４ｂの中心１４２ａ、１４２ｂが互いに逆側となるように、配置される。

また、磁気検出素子１４ａ、１４ｂは、図６Ｂに示すように、その全体が仮想線Ｌから外れるように配置されてもよいし（図６Ｂにおいては、磁気検出素子１４ａの右端部が仮想線Ｌよりも左側に位置し、磁気検出素子１４ｂの左端部が仮想線Ｌよりも右側に位置する）、後述するように、その一部が仮想線Ｌと重なるように配置されてもよい。また、磁気検出素子１４ａ、１４ｂは、中心１４２ａと仮想線Ｌとの間の距離Ｄａと、中心１４２ｂとの間の距離Ｄｂとが等しくなるように配置されてもよい。なお、距離Ｄａと距離Ｄｂとは完全に同一でなくともよい。

図６Ｂに示す電流センサ１において、磁気検出素子１４ａ、１４ｂは、仮想線Ｌに対して互いに逆側に配置される。このため、配置領域１２における電流路１１の配置位置が感度軸方向１４１ａ、１４１ｂに対して平行な方向Ｐ（図６ＢにおけるＹ方向）にずれる場合にも、磁気検出素子１４ａ、１４ｂの出力誤差の正負が逆となる。また、磁気検出素子１４ａ、１４ｂは、基板１３において配置領域１２を挟むように配置されるので、電流路１１の配置位置が感度軸方向１４１ａ、１４１ｂに対して垂直な方向Ｖ（図６ＢにおけるＺ方向）にずれる場合にも、図２Ａで説明したように、磁気検出素子１４ａ、１４ｂの出力誤差の正負が逆となる。したがって、上述の磁気検出素子１４ａ、１４ｂの配置によれば、電流路１１の配置位置が感度軸方向１４１ａ、１４１ｂに対して垂直又は平行のいずれの方向にずれる場合にも、磁気検出素子１４ａ、１４ｂの出力に対して演算処理を行うことで互いの出力誤差を相殺することができ、電流測定精度の低下を抑制できる。

（実施例）
以下、電流センサ１の効果を明確にするために行った実施例について説明する。図７は、本発明に係る電流センサの評価結果を示すグラフである。図８は、比較例２に係る電流センサの模式図である。なお、図７において、比較例１に係る電流センサは、図１に示すように、仮想線Ｌ上に磁気検出素子ａ、ｂの中心Ｃａ、Ｃｂが位置するように磁気検出素子ａ、ｂを配置したものである。また、比較例２に係る電流センサは、図８に示すように、仮想線Ｌに対して磁気検出素子ａ、ｂの中心Ｃａ、Ｃｂが同じ側に位置するように磁気検出素子ａ、ｂを配置したものである。実施の形態に係る電流センサは、図３で説明したように、仮想線Ｌに対して磁気検出素子ａ、ｂの中心１４２ａ、１４２ｂが互いに逆側に位置するように磁気検出素子ａ、ｂを配置したものである。

また、図７において、横軸は、配置領域１２において電流路１１の配置位置が所望の位置から方向Ｐにずれた距離を示す。また、縦軸は、一対の実施の形態に係る磁気検出素子１４ａ、１４ｂ又は比較例１、２に係る一対の磁気検出素子ａ、ｂの差動誤差が感度誤差として示される。例えば、図２Ｂでは、配置領域１２の外側（図６Ｂにおいては磁気検出素子１４ｂ側）へのずれが正の値、配置領域１２の内側（図６Ｂにおいては磁気検出素子１４ａ側）へのずれが負の値で表わされる。

比較例１に係る電流センサでは、図１Ｃで説明したように、電流路１１の配置位置が方向Ｐにずれる場合、仮想線Ｌと磁気検出素子ａ、ｂの中心Ｃａ、Ｃｂそれぞれとの間の距離Ｄａ、Ｄｂは、共に図１Ａに示す場合（図１Ａでは、０）よりも大きくなる。この結果、磁気検出素子ａ、ｂの出力は、共に図１Ａに示す場合よりも減少し、負の出力誤差を生じることになる。このため、磁気検出素子ａ、ｂの出力の差を取っても、図７に示すように、磁気検出素子ａ、ｂの差動誤差の低下を抑制することはできない。

また、比較例２に係る電流センサでは、図８において、電流路１１の配置位置が方向Ｐで配置領域１２の外側にずれる場合（すなわち、正の方向）、仮想線Ｌと磁気検出素子ａ、ｂの中心Ｃａ、Ｃｂそれぞれとの間の距離Ｄａ、Ｄｂは、図８に示す場合よりも大きくなる。このため、磁気検出素子ａ、ｂは共に負の出力誤差を生じることになり、磁気検出素子ａ、ｂの出力の差を取ると、図７に示すように、磁気検出素子ａ、ｂの差動誤差が負の方向に倍増されることになる。一方、図８において、電流路１１の配置位置が方向Ｐで配置領域の内側にずれる場合（すなわち、負の方向）、仮想線Ｌと磁気検出素子ａ、ｂの中心Ｃａ、Ｃｂそれぞれとの間の距離Ｄａ、Ｄｂは、図８に示す場合よりも小さくなる。このため、磁気検出素子ａ、ｂは共に正の出力誤差を生じることになり、磁気検出素子ａ、ｂの出力の差を取ると、図７に示すように、磁気検出素子ａ、ｂの差動誤差が正の方向に倍増されることになる。このように、比較例２に係る電流センサでは、電流路１１の配置位置が方向Ｐにずれる場合、磁気検出素子ａ、ｂの出力誤差の正負が同じとなるので、電流測定精度の低下を抑制できない。

これに対して、本発明に係る電流センサ１では、図４で説明したように、電流路１１の配置位置が配置領域１２の外側にずれる場合（すなわち、正の方向）、仮想線Ｌと磁気検出素子ａとの間の距離Ｄａ’は、図３Ｂに示す距離Ｄａよりも大きくなり、仮想線Ｌと磁気検出素子ｂとの間の距離Ｄｂ’は、図３Ｂに示す距離Ｄｂよりも小さくなる。このため、磁気検出素子ａでは負の出力誤差を生じ、磁気検出素子ｂでは正の出力誤差を生じることとなる。この結果、磁気検出素子ａ、ｂの出力の差を取ることで図７に示すように、磁気検出素子ａ、ｂの差動誤差を抑制できる。同様に、電流路１１の配置位置が配置領域１２の内側にずれる場合（すなわち、負の方向）、仮想線Ｌと磁気検出素子ａとの間の距離Ｄａ’は、図３Ｂに示す距離Ｄａよりも小さくなり、仮想線Ｌと磁気検出素子ｂとの間の距離Ｄｂ’は、図３Ｂに示す距離Ｄｂよりも大きくなる。このため、磁気検出素子ａでは正の出力誤差を生じ、磁気検出素子ｂでは負の出力誤差を生じることとなる。この結果、磁気検出素子ａ、ｂの出力の差を取ることで図７に示すように、磁気検出素子ａ、ｂの差動誤差を抑制できる。以上のように、本発明に係る電流センサ１では、電流路１１の配置位置が方向Ｐにずれる場合、磁気検出素子ａ、ｂの出力誤差の正負が逆となるので、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。上記実施の形態においては、実装ユニットが電流路の配置領域として凹部を設けた基板や、一対の基板である場合について説明しているが、本発明はこれに限定されず、電流路を配置する配置領域を有しており、この配置領域において相対的に電流路が位置ずれを起こし易い方向を持つ構成には同様に適用することができる。また、上記実施の形態における各構成要素の配置、大きさなどは適宜変更して実施することが可能である。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することができる。

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のモータ駆動用の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。

本出願は、２０１１年９月１３日出願の特願２０１１−１９９４８７に基づく。この内容は、すべてここに含めておく。

Claims (5)

1. 平板形状の電流路が配置される配置領域を有する実装ユニットと、
   前記配置領域を挟むように前記実装ユニット上に配置された二つのみで一対となる磁気検出素子と、
   前記実装ユニット上に設けられ、前記一対の磁気検出素子の検出値に基づいて前記電流路の電流値を演算する演算回路と、を備え、
   前記一対の磁気検出素子は、前記電流路を通流する電流の方向と直交する断面視における前記電流路の重心を通り、前記電流路の幅方向と直交する仮想線に対して互いに逆側に配置されており、前記電流路を通流する電流の方向及び前記仮想線の方向に直交する方向に平行である感度軸をそれぞれ有し、
   前記幅方向における前記一対の磁気検出素子の位置が、前記幅方向における前記電流路の一端の位置と他端の位置との間に含まれることを特徴とする電流センサ。
2. 前記一対の磁気検出素子は、前記仮想線に対して、前記一対の磁気検出素子の全体が互いに逆側となるように、配置されることを特徴とする請求項１に記載の電流センサ。
3. 前記一対の磁気検出素子は、それぞれの磁気検出素子の中心から前記仮想線までの距離が互いに等しくなるように、配置されたことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の電流センサ。
4. 前記配置領域は、前記感度軸の方向に延び、開放部を有する凹部で構成されており、
   前記電流路は、平板形状を有し、前記電流路の主面に沿って前記開放部から挿入されるようにして前記凹部に配置される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。
5. 前記実装ユニットは、互いに平行に配置された一対の基板で構成され、前記配置領域が前記一対の基板の間の領域であり、
   前記電流路は、平板形状の導体であり、前記電流路の主面と前記一対の基板の主面とが平行となるように前記配置領域に配置される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。

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