JP5957706B2

JP5957706B2 - 電流センサ

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Publication number: JP5957706B2
Application number: JP2014538168A
Authority: JP
Inventors: 健末永; 田村　学; 学田村
Original assignee: Alps Green Devices Co Ltd
Current assignee: Alps Green Devices Co Ltd
Priority date: 2012-09-28
Filing date: 2013-09-24
Publication date: 2016-07-27
Anticipated expiration: 2033-09-24
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Description

本発明は、各種機器に流れる被測定電流を磁電変換素子によって測定する電流センサに関し、特に、インバータ等が搭載された各種機器に流れる被測定電流の周波数が変化する場合に適した電流センサに関する。

近年、各種機器の制御や監視のために、各種機器に取り付けて各種機器に流れる被測定電流を測定する電流センサが一般に用いられている。この種の電流センサとして、電流路に流れる被測定電流から生じる磁界を検知する、磁気抵抗効果素子やホール素子等の磁電変換素子（磁気検出素子）を用いた方法が良く知られている。

上述した電流センサの内で、扁平な形状の被測定導体（電流路）と絶縁基板上に配設された磁気センサとを用いた、特許文献１に提案されているような電流測定装置（電流センサ）９００が一般的に知られている。図２７は、特許文献１に開示されている電流測定装置９００を説明する図であって、磁気センサ９１０と被測定導体９０１との位置関係を示す断面図である。電流測定装置９００は、図２７に示すように、プリント基板９１１に形成された被測定導体９０１と、プリント基板９１２に搭載された磁気センサ９１０（内部に磁気検出素子を備えている）とから構成されており、被測定導体９０１に被測定電流が流れた際に、被測定導体９０１幅方向に生じる磁界９２０を磁気センサ９１０で検出している。

ところで、このような扁平な形状の被測定導体９０１中を流れる被測定電流の周波数が高くなると、表皮効果により、被測定電流が被測定導体９０１の端部に集中し、被測定導体９０１の中央では電流密度が小さくなり、被測定導体９０１の端付近では電流密度が大きくなる。このため、磁気センサ９１０を被測定導体９０１の中央に配置した場合（図２７では端部に配置）、磁気センサ９１０が検知する中央付近の磁界９２０が低下し、電流測定装置９００の電流感度が下がると言う問題があった。

そこで、従来例の電流測定装置９００では、図２７に示すように、被測定導体９０１の幅方向の中央位置ＣＬから所定距離だけ離れた位置に磁気センサ９１０を設けるようにしている。これにより、周波数が高い被測定電流であっても、測定感度の低下が抑えられた電流測定装置９００を提供できるとしている。

特開２００５−７００３７号公報

しかしながら、従来例では、測定する被測定電流の周波数に合わせて磁気センサ９１０を被測定導体９０１の端付近に配置するので、周波数の違う被測定電流を用いた他の機器に適用する場合や同じ機器であっても周波数が状態によって変化する場合、電流測定装置９００で測定する電流感度が大きく違い、正確な測定精度が得られないと言う課題があった。なお、状態によって被測定電流の周波数が変化する場合とは、例えば、電気自動車やハイブリッド自動車において、アイドリング時、加速時、回生ブレーキ時等の状態によって、被測定電流の周波数が変化する場合が挙げられる。

本発明は、上述した課題を解決するもので、被測定電流の周波数が変化しても精度良く測定ができる電流センサを提供することを目的とする。

この課題を解決するために、本発明の電流センサは、第１扁平形状部を有する第１電流路と、前記第１電流路に対向して設けられ前記第１電流路に被測定電流が流れたときに発生する磁気を検出する第１磁電変換素子と、を備え、前記第１電流路が接続される機器の前記被測定電流を測定する電流センサにおいて、前記第１電流路には、前記被測定電流の流れる方向に沿って導電性の第１凸部が設けられており、前記機器で用いられる最低周波数の前記被測定電流を流した場合における磁束密度である最低周波数磁束密度と、前記機器で用いられる最高周波数の前記被測定電流を流した場合における磁束密度である最高周波数磁束密度と、が略一致する前記第１電流路上の位置に、前記第１磁電変換素子が配設され、前記第１凸部は、前記第１扁平形状部のいずれか一方の端部から立設しており、
前記第１電流路の幅方向において前記第１凸部が立設されている位置に前記第１磁電変換素子が配置されていることを特徴とす。

これによれば、本発明の電流センサは、第１電流路には、被測定電流の流れる向きに沿って導電性の第１凸部が設けられているので、機器で用いられる最低周波数の被測定電流を流した場合における磁束密度である最低周波数磁束密度と、最高周波数の被測定電流を流した場合における磁束密度である最高周波数磁束密度と、を近づけてより一致させることができる。このため、周波数変化に伴う磁束密度の変化が小さい位置に、第１磁電変換素子を配設することができる。このことにより、被測定電流の周波数が変化しても最低周波数磁束密度と最高周波数磁束密度とが大きく異ならないので、精度良く電流値を測定することができる。
これによれば、最低周波数磁束密度と最高周波数磁束密度とが略一致する位置を、第１電流路の中央側に移動させることができる。このことにより、第１磁電変換素子を第１電流路の中央付近により近づけて配設でき、従来例のように被測定導体（電流路）９０１の外側に磁気センサ（磁電変換素子）９１０を配置した場合と比較して、隣り合う電流路等からの外部磁場の影響を低減することができる。

また、本発明の電流センサは、前記第１扁平形状部及び前記第１凸部は、折曲がった金属板からなることを特徴としている。

これによれば、第１扁平形状部と第１凸部とを製造する際に、１枚の金属板から容易に製造することができる。このことにより、電流センサを安価にすることができる。

また、本発明の電流センサは、第２扁平形状部を有する第２電流路と、前記第２電流路上に配設さ対向して設けられ前記第２電流路に前記被測定電流が流れたときに発生する磁気を検出する第２磁電変換素子と、を備え、前記第１電流路と前記第２電流路との一端同士を接続する接続部が設けられ、前記第１電流路と前記第２電流路とは並列に配置され、前記第２電流路の他端が前記機器に接続され、前記第２電流路には、前記被測定電流の流れる方向に沿って導電性の第２凸部が設けられており、前記機器で用いられる最低周波数の前記被測定電流を流した場合における磁束密度である最低周波数磁束密度と、前記機器で用いられる最高周波数の前記被測定電流を流した場合における磁束密度である最高周波数磁束密度と、が略一致する前記第２電流路上の位置に、前記第２磁電変換素子が配設され、前記第１凸部は、前記第２電流路から離れた側の端部から立設しており、前記第２凸部は、前記第１電流路から離れた側の端部から立設しており、前記第２電流路の幅方向において前記第２凸部が立設されている位置に前記第２磁電変換素子が配置され、前記第１磁電変換素子と前記第２磁電変換素子とは、同一基板にはんだによって接続され、前記基板は、第１電流路及び第２電流路と対向して配設されていることを特徴とする。

これによれば、第２電流路には、被測定電流の流れる向きに沿って導電性の第２凸部が設けられているので、機器で用いられる最低周波数の被測定電流を流した場合における磁束密度である最低周波数磁束密度と、最高周波数の被測定電流を流した場合における磁束密度である最高周波数磁束密度と、を近づけてより一致させることができる。このため、周波数変化に伴う磁束密度の変化が小さい位置に、第２磁電変換素子を配設することができる。このことにより、被測定電流の周波数が変化しても最低周波数磁束密度と最高周波数磁束密度とが大きく異ならないので、第２電流路においても、精度良く電流値を測定することができる。更に、第１磁電変換素子と第２磁電変換素子を用い、それぞれ同一基板上に設けるようにしたので、外部磁界や電流路（第１電流路及び第２電流路）に電流が流れたときに発生する内部磁界による影響が、２つの磁電変換素子（第１磁電変換素子及び第２磁電変換素子）に同じ強さで現れてくる。このため、２つの磁電変換素子（第１磁電変換素子及び第２磁電変換素子）からの出力を差動処理することにより、この磁界の影響をより正確に相殺することができる。このことにより、電流センサの測定精度の悪化を低減することができる。

本発明の電流センサは、第１電流路には、被測定電流の流れる向きに沿って長い導電性の第１凸部が設けられているので、機器（被測定機器）で用いられる最低周波数の被測定電流を流した場合における磁束密度である最低周波数磁束密度と、最高周波数の被測定電流を流した場合における磁束密度である最高周波数磁束密度と、を近づけてより一致させることができる。このため、周波数変化に伴う磁束密度の変化が小さい位置に、第１磁電変換素子を配設することができる。このことにより、被測定電流の周波数が変化しても最低周波数磁束密度と最高周波数磁束密度とが大きく異ならないので、精度良く電流値を測定することができる。

本発明の第１実施形態の電流センサを説明する分解斜視図である。本発明の第１実施形態の電流センサを説明する斜視図である。本発明の第１実施形態の電流センサを説明する構成図であって、図２に示すＺ１側から見た上面図である。本発明の第１実施形態の電流センサを説明する構成図であって、図３に示すＩＶ−ＩＶ線における断面図である。本発明の第１実施形態の電流センサのシミュレーションに用いた２つのモデルの第１電流路の断面図であって、図５（ａ）及び図５（ｂ）にそれぞれ示している。本発明の第１実施形態の電流センサのシミュレーションに用いた２つのモデルの第１電流路の断面図であって、図６（ａ）及び図６（ｂ）にそれぞれ示している。本発明の第１実施形態の電流センサのシミュレーション結果であって、図５（ａ）及び図５（ｂ）に示したモデルに対応したグラフである。本発明の第１実施形態の電流センサのシミュレーション結果であって、図６（ａ）及び図６（ｂ）に示したモデルに対応したグラフである。本発明の第２実施形態の電流センサを説明する分解斜視図である。本発明の第２実施形態の電流センサを説明する斜視図である。本発明の第２実施形態の電流センサを説明する構成図であって、図１０に示すＺ１側から見た上面図である。本発明の第２実施形態の電流センサを説明する構成図であって、図１１に示すＸＩＩ−ＸＩＩ線における断面図である。本発明の第２実施形態の電流センサのシミュレーションに用いたモデルの第１電流路及び第２電流路の断面図である。本発明の第２実施形態の電流センサのシミュレーション結果を示したグラフである。本発明の第３実施形態の電流センサを説明する分解斜視図である。本発明の第３実施形態の電流センサを説明する斜視図である。本発明の第３実施形態の電流センサを説明する構成図であって、図１６に示すＺ１側から見た上面図である。本発明の第３実施形態の電流センサを説明する構成図であって、図１８（ａ）は、図１７に示すＸＶＩＩ−ＸＶＩＩ線における断面図であり、図１８（ｂ）は、図１７に示すＸＶＩＩＩ−ＸＶＩＩＩ線における断面図である。本発明の第３実施形態の電流センサのシミュレーションに用いたモデルの第１電流路、第２電流路及び接続部の平面図である。本発明の第３実施形態の電流センサのシミュレーションに用いたモデルの第１電流路及び第２電流路の断面図であって、図１９に示すＸＶＩ−ＸＩＩ線における断面図である。本発明の第３実施形態の電流センサのシミュレーション結果であって、図１９に示すＸＶＩＩ−ＸＶＩＩ線方向のシミュレーション結果である。シミュレーション結果を示しており、図２２（ａ）は、本発明の第３実施形態の電流センサにおける図１９に示すＸＸ−ＸＸ線方向のシミュレーション結果であり、図２２（ｂ）は、図２２（ａ）と比較した比較例のシミュレーション結果である。本発明の第１実施形態の電流センサの変形例を説明する図であって、図２３（ａ）は、変形例１のモデル図であり、図２３（ｂ）は、変形例２のモデル図であり、図２３（ｃ）は、変形例３のモデル図であり、図２３（ｄ）は、変形例４のモデル図である。本発明の第１実施形態の電流センサの変形例を説明する図であって、図２４（ａ）は、変形例５の平面図であり、図２４（ｂ）は、変形例６の平面図である。本発明の第２実施形態の電流センサの変形例を説明する図であって、図２５（ａ）は、変形例７の斜視図であって、図２５（ｂ）は、変形例８の斜視図であって、図２５（ｃ）は、変形例９の斜視図である。本発明の実施形態の電流センサと比較した図であって、図２６（ａ）は、シミュレーションに用いた比較例のモデルＨ１０１の図であって、図２６（ｂ）は、そのモデルＨ１０１のシミュレーション結果のグラフである。従来例における電流測定装置を説明する図であって、磁気センサと被測定導体との位置関係を示す断面図である。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。

［第１実施形態］
図１は、本発明の第１実施形態の電流センサ１０１を説明する分解斜視図である。図２は、本発明の第１実施形態の電流センサ１０１を説明する斜視図である。なお、説明を容易にするため、絶縁基板１９を省略している。図３は、本発明の第１実施形態の電流センサ１０１を説明する構成図であって、図２に示すＺ１側から見た上面図である。図４は、本発明の第１実施形態の電流センサ１０１を説明する構成図であって、図３に示すＩＶ−ＩＶ線における断面図である。

本発明の第１実施形態の電流センサ１０１は、図１ないし図４に示すように、第１扁平形状部１２ｆを有する第１電流路１２と、第１電流路１２上に配設される第１磁電変換素子１３と、を備えて構成されている。他に、第１電流路１２と対向して配設された絶縁基板１９や、図示はしていないが、電流センサ１０１への電力の供給や電流センサ１０１からの信号取り出しのために、外部制御機器と接続するコネクタが備えられている。

第１電流路１２は、銅（Ｃｕ）等の導電性の良い金属製の材質を用い、図１ないし図４に示すように、第１扁平形状部１２ｆと、第１電流路１２の一方の端部１２ｔから立設している第１凸部１２ｗとを有して構成され、この第１凸部１２ｗは、被測定電流の流れる向き（図２に示すＹ方向）に沿って形成されている。また、図示していないが、第１電流路１２の両端側には、図示していない機器（被測定機器）の被測定電流路（測定したい電流路）と接続し固定するための保持部が設けられている。

また、第１扁平形状部１２ｆと第１凸部１２ｗとは、銅（Ｃｕ）等の金属板を折り曲げて、一体で形成されている。これにより、第１扁平形状部１２ｆと第１凸部１２ｗとを製造する際に、１枚の金属板から容易に製造することができる。このことにより、電流センサ１０１を安価にすることができる。

第１磁電変換素子１３は、第１電流路１２に被測定電流が流れたときに発生する磁気を検出する素子であって、例えば、巨大磁気抵抗効果を用いた磁気抵抗効果素子（ＧＭＲ(Giant Magneto Resistive)素子と言う）を用い、図４に示すように、磁気センサパッケージ１４内にパッケージングされている。また、第１磁電変換素子１３は、図２及び図３に示すように、第１扁平形状部１２ｆ上に配設され、第１扁平形状部１２ｆの長手方向の中央近傍に配設されているとともに、第１電流路１２の他方の端部側に配設されている。そして、第１磁電変換素子１３の感度方向が図３に示すＸ方向になるように配設されている。

この磁気センサパッケージ１４は、ＧＭＲ素子をシリコン基板上に作製した後、切り出されたＧＭＲ素子のチップと信号の取り出しのためのリード端子１４ｒとを電気的に接続して、熱硬化性の合成樹脂でパッケージングして作製されている。そして、磁気センサパッケージ１４は、リード端子１４ｒにより、回路基板である絶縁基板１９にはんだ付けされて、図示していない配線パターンとコネクタを介して、外部制御機器と接続されている。なお、第１磁電変換素子１３をパッケージングして、磁気センサパッケージ１４として絶縁基板１９に配設したが、例えば第１磁電変換素子１３をそのまま配設、所謂ベアチップ実装して配設しても良い。

絶縁基板１９は、一般に広く知られている片面のプリント配線板を用いており、ガラス入りのエポキシ樹脂のベース基板に、ベース基板上に設けられた銅（Ｃｕ）等の金属箔をパターニングして、配線パターンを形成している。絶縁基板１９には、図３及び図４に示すように、第１磁電変換素子１３がパッケージングされた磁気センサパッケージ１４が１個搭載されるようになっている。なお、絶縁基板１９にガラス入りのエポキシ樹脂からなるプリント配線板を用いたが、これに限定されるものではなく、例えばセラミック配線板、フレキシブル配線板でも良い。また、本発明の第１実施形態では、絶縁基板１９として回路基板を好適に用いたが、回路基板に限るものではなく、絶縁基板１９上に回路基板を重ね合わせて、磁気センサパッケージ１４を搭載する構成にしても良い。

以上のように構成された電流センサ１０１について、周波数の違う被測定電流が流れた場合の磁場の変化に関して、有限要素法解析システムを用いた磁場解析を行った。図５は、本発明の第１実施形態の電流センサのシミュレーションに用いたモデルの第１電流路１２の断面図であって、図５（ａ）は、モデルＡ１であり、図５（ｂ）は、モデルＡ２である。また、図６は、本発明の第１実施形態の電流センサのシミュレーションに用いたモデルの第１電流路１２の断面図であって、図６（ａ）は、モデルＢ１であり、図６（ｂ）は、モデルＢ２である。

このシミュレーションに用いた数値は（図５及び図６を参照）、第１電流路１２の全体の長さを１００（ｍｍ）、全体の幅Ｗ１を２０（ｍｍ）とし、第１扁平形状部１２ｆの厚みＴ１を４（ｍｍ）とし、第１凸部１２ｗの長さを１００（ｍｍ）として、全てのモデルについて同じにした。一方、モデルＡ１について、第１凸部１２ｗの幅Ｗ２を４（ｍｍ）、厚みＴ２を４（ｍｍ）とし、モデルＡ２について、第１凸部１２ｗの幅Ｗ２を４（ｍｍ）、厚みＴ２を１０（ｍｍ）とし、モデルＢ１について、第１凸部１２ｗの幅Ｗ２を６（ｍｍ）、厚みＴ２を４（ｍｍ）とし、第１凸部１２ｗの幅Ｗ２を８（ｍｍ）、厚みＴ２を４（ｍｍ）とし、可変させた。なお、図１ないし図４に示す電流センサ１０１は、このモデルＡ１を具現化したものである。

また、図７は、本発明の第１実施形態の電流センサのシミュレーション結果であって、図５（ａ）のモデルＡ１，図５（ｂ）のモデルＡ２に対応したグラフである。図８は、本発明の第１実施形態の電流センサのシミュレーション結果であって、図６（ａ）のモデルＢ１，図６（ｂ）のモデルＢ２に対応したグラフである。図７及び図８のグラフの横軸は、第１電流路１２の幅Ｗ１であり、中心からの距離（左右それぞれ１０（ｍｍ））を示しており、図７及び図８のグラフの縦軸は、第１扁平形状部１２ｆで第１凸部１２ｗが設けられていない部分における磁束密度を示している。なお、図中のＰ１１は、機器（被測定機器）で用いられる被測定電流の周波数が１０（Ｈｚ）と、想定される最低周波数の場合の最低周波数磁束密度を示し、図中のＰ２は、機器（被測定機器）で用いられる被測定電流の周波数が１０（ｋＨｚ）と、想定される最高周波数の場合の最高周波数磁束密度を示している。

また、比較のため、第１電流路１２に第１凸部１２ｗが無い従来の構成についてもシミュレーションを行った。図２６は、本発明の第１実施形態の電流センサ１０１と比較した図であって、図２６（ａ）は、シミュレーションに用いた比較例のモデルＨ１０１の図であって、図２６（ｂ）は、モデルＨ１０１のシミュレーション結果のグラフである。なお、比較例のモデルＨ１０１について、電流路Ｈ１２の長さを１００（ｍｍ）、厚みＨ１を４（ｍｍ）、幅Ｈ２を２０（ｍｍ）と、同じサイズにした。

その結果、図２６（ｂ）のような被測定電流の低周波数と高周波数との違いで磁束密度が大きく差が生じる場合と比較して、図７及び図８に示すように、第１凸部１２ｗが設けられていない第１扁平形状部１２ｆ上で、被測定電流の低周波数と高周波数との違いによる磁束密度の差、つまり最低周波数磁束密度Ｐ１１と最高周波数磁束密度Ｐ２との差が小さくなっていた。これは、第１凸部１２ｗを設けたことにより、第１電流路１２の周囲の磁場に変化が見られたためと考えられる。したがって、被測定電流の流れる向きに沿って導電性の第１凸部１２ｗを設けることにより、最低周波数磁束密度Ｐ１１と最高周波数磁束密度Ｐ２とを近づけて、より一致させることができる。

このことにより、最低周波数磁束密度Ｐ１１と最高周波数磁束密度Ｐ２とが略一致する第１電流路１２の上の位置に、第１磁電変換素子１３が配設されるのが好適である。例えば、図７に示すように、モデルＡ１の場合は、第１電流路１２の第１凸部１２ｗが設けられていない第１扁平形状部１２ｆ上で、中心からの距離が約７（ｍｍ）の位置に第１磁電変換素子１３を配設するのが望ましく、モデルＡ２の場合は、第１電流路１２の第１凸部１２ｗが設けられていない第１扁平形状部１２ｆ上で、中心からの距離が約６．５（ｍｍ）の位置に第１磁電変換素子１３を配設するのが望ましい。また、図８に示すように、モデルＢ１の場合は、第１電流路１２の第１凸部１２ｗが設けられていない第１扁平形状部１２ｆ上で、中心からの距離が約５．５（ｍｍ）の位置に第１磁電変換素子１３を配設するのが望ましく、モデルＢ２の場合は、第１電流路１２の第１凸部１２ｗが設けられていない第１扁平形状部１２ｆ上で、中心からの距離が約５（ｍｍ）の位置に第１磁電変換素子１３を配設するのが望ましい。このように、本発明の電流センサ１０１は、周波数変化に伴う磁束密度の変化が小さい位置に、第１磁電変換素子１３を配設することができるので、被測定電流の周波数が変化しても最低周波数磁束密度Ｐ１１と最高周波数磁束密度Ｐ２とが大きく異ならないので、精度良く電流値を測定することができる。

一方、従来例の電流測定装置９００では、電流感度の低下を抑えるために、図２６（ｂ）に示す最高周波数磁束密度Ｐ２のピーク（図２６（ｂ）のＲ部分）の位置（中心からの距離が約９（ｍｍ）の位置）に、磁気センサ９１０を設けるとしているので、最低周波数磁束密度Ｐ１１と最高周波数磁束密度Ｐ２との差が大きいものとなっている。このため、周波数の違う被測定電流を用いた他の機器に適用する場合や同じ機器であっても周波数が状態によって変化する場合、電流測定装置９００で測定する電流感度が大きく違い、正確な測定精度が得られなくなる。

また、図７及び図８に示す結果から、第１扁平形状部１２ｆの端部１２ｔから第１凸部１２ｗを立設させて、第１凸部１２ｗの高さＴ２及び幅Ｗ２を変えることにより、周波数変化に伴う磁束密度の変化が小さい位置を任意に変えることができる。これにより、第１磁電変換素子１３の配設位置を任意に設定することもできる。また、図示していないが、第１凸部１２ｗの形状、例えば、長さ或いはコーナーの面形状等を変えることによっても、周波数変化に伴う磁束密度の変化が小さい位置を変えることができ、第１磁電変換素子１３の配設位置を任意に設定することができる。

また、図７及び図８に示す結果から、第１凸部１２ｗが第１扁平形状部１２ｆの端部１２ｔから立設しているので、最低周波数磁束密度Ｐ１１と最高周波数磁束密度Ｐ２とが略一致する位置を、第１電流路１２の中央側に移動させることができる。このことにより、第１磁電変換素子１３を第１電流路１２の中央付近により近づけて配設でき、従来例のように被測定導体（電流路）９０１の外側に磁気センサ（磁電変換素子）９１０を配置した場合と比較して、隣り合う電流路等からの外部磁場の影響を低減することができる。

また、この効果が存在することによって、次のような課題が解決できる。第１凸部１２ｗの高さＨ２や幅Ｗ２を変化させることで、最低周波数磁束密度Ｐ１１と最高周波数磁束密度Ｐ２とが略一致する位置を任意に変えることができるので、例えば車載用途において、電流センサを配置できる位置が限られ、従来例のような電流測定装置９００では、磁気センサ（磁電変換素子）９１０を最良な位置に配設できないという課題を解決することができる。

また、最低周波数磁束密度Ｐ１１と最高周波数磁束密度Ｐ２とが略一致する第１電流路１２上の位置に、第１磁電変換素子１３が配設されるのが好適であるが、最低周波数磁束密度Ｐ１１と最高周波数磁束密度Ｐ２とが同等となる領域に対応する第１電流路１２上の位置に、第１磁電変換素子１３が配設されても良い。例えば、図７（ｂ）に示すように、モデルＡ２の場合は、最低周波数磁束密度Ｐ１１と最高周波数磁束密度Ｐ２とが同等となる領域、つまり中心からの距離が４．５（ｍｍ）から７．５（ｍｍ）の間、好ましくは、５．５（ｍｍ）から７（ｍｍ）の間に第１磁電変換素子１３を配設しても良い。例えば、図８（ｂ）に示すように、モデルＢ２の場合は、中心からの距離が２．５（ｍｍ）から７（ｍｍ）の間、好ましくは４．５（ｍｍ）から６（ｍｍ）の間に第１磁電変換素子１３を配設しても良い。このように、最低周波数磁束密度Ｐ１１と最高周波数磁束密度Ｐ２とが同等となる領域が広くなるように、第１凸部１２ｗを設けることができる。このことにより、第１磁電変換素子１３をこの領域の範囲内で任意に配設することができるので、例えば車載用途において、電流センサ１０１を配置できる位置が限られる場合であっても、第１磁電変換素子１３を最良な位置に配設することができる。

以上のように構成された第１実施形態の電流センサ１０１における、効果について、以下に説明する。

本発明の第１実施形態の電流センサ１０１は、第１電流路１２には、被測定電流の流れる向きに沿って長い導電性の第１凸部１２ｗが設けられているので、機器（被測定機器）で用いられる最低周波数の被測定電流を流した場合における磁束密度である最低周波数磁束密度Ｐ１１と、最高周波数の被測定電流を流した場合における磁束密度である最高周波数磁束密度Ｐ２と、を近づけてより一致させることができる。このため、周波数変化に伴う磁束密度の変化が小さい位置に、第１磁電変換素子１３を配設することができる。このことにより、被測定電流の周波数が変化しても最低周波数磁束密度Ｐ１１と最高周波数磁束密度Ｐ２とが大きく異ならないので、精度良く電流値を測定することができる。

また、第１凸部１２ｗが第１扁平形状部１２ｆのいずれか一方の端部１２ｔから立設しているので、最低周波数磁束密度Ｐ１１と最高周波数磁束密度Ｐ２とが略一致する位置を、第１電流路１２の中央側に移動させることができる。このことにより、第１磁電変換素子１３を第１電流路１２の中央付近により近づけて配設でき、従来例のように被測定導体（電流路）９０１の外側に磁気センサ（磁電変換素子）９１０を配置した場合と比較して、隣り合う電流路等からの外部磁場の影響を低減することができる。

また、第１扁平形状部１２ｆ及び第１凸部１２ｗが、金属板を折り曲げて一体で形成されているので、第１扁平形状部１２ｆと第１凸部１２ｗとを製造する際に、１枚の金属板から容易に製造することができる。このことにより、電流センサ１０１を安価にすることができる。

［第２実施形態］
図９は、本発明の第２実施形態の電流センサ１０２を説明する分解斜視図である。図１０は、本発明の第２実施形態の電流センサ１０２を説明する斜視図である。図１１は、本発明の第２実施形態の電流センサ１０２を説明する構成図であって、図１０に示すＺ１側から見た上面図である。なお、図１０及び図１１は、説明を容易にするため、基板２９を透明化して示している。図１２は、本発明の第２実施形態の電流センサ１０２を説明する構成図であって、図１１に示すＸＩＩ−ＸＩＩ線における断面図である。また、第２実施形態の電流センサ１０２は、第１実施形態に対し、第２電流路６２と第２磁電変換素子６３を設けたところが異なる。なお、第１実施形態と同一構成については、同一符号を付して詳細な説明は省略する。

本発明の第２実施形態の電流センサ１０２は、図９ないし図１２に示すように、第１扁平形状部２２ｆを有する第１電流路２２と、第２扁平形状部６２ｆを有する第２電流路６２と、第１電流路２２と第２電流路６２との一端同士を接続する接続部９２と、第１電流路２２上に配設される第１磁電変換素子２３と、第２電流路６２上に配設される第２磁電変換素子６３と、を備えて構成されている。他に、第１電流路２２及び第２電流路６２と対向して配設された基板２９や、図示はしていないが、電流センサ１０２への電力の供給や電流センサ１０２からの信号取り出しのために、外部制御機器と接続するコネクタが備えられている。

第１電流路２２は、銅（Ｃｕ）等の導電性の良い金属製の材質を用い、図９ないし図１２に示すように、第１扁平形状部２２ｆと、第１電流路２２の一方の端部２２ｔから立設している第１凸部２２ｗとを有して構成され、この第１凸部２２ｗは、被測定電流の流れる向き（図１０に示すＹ方向）に沿って形成されている。

また、図９ないし図１１に示すように、第１電流路２２の他端側には、第１電流路２２に連続して端子部２７Ａが設けられ、この端子部２７Ａには、図示していない機器（被測定機器）の被測定電流路（測定したい電流路）と接続し固定するための貫通孔２７ｈが設けられている。

第２電流路６２は、銅（Ｃｕ）等の導電性の良い金属製の材質を用い、図９ないし図１２に示すように、第２扁平形状部６２ｆと、第２電流路６２の一方の端部６２ｔから立設している第２凸部６２ｗとを有して構成され、この第２凸部６２ｗは、被測定電流の流れる向き（図１０に示すＹ方向）に沿って形成されている。

また、図９ないし図１１に示すように、第２電流路６２の他端側には、第２電流路６２に連続して端子部２７Ｂが設けられ、この端子部２７Ｂには、図示していない機器（被測定機器）の被測定電流路（測定したい電流路）と接続し固定するための貫通孔２７ｋが設けられている。

第１電流路２２と第２電流路６２とは、図９ないし図１１に示すように、並列に配置され、それぞれの一端同士を接続部９２により接続している。その際に、第１電流路２２の第１凸部２２ｗが、第２電流路６２から離れた側の端部２２ｔから立設し、第２電流路６２の第２凸部６２ｗが、第１電流路２２から離れた側の端部２２ｔから立設するように配設される。そして、第１凸部２２ｗと第２凸部６２ｗとが対向して配設されている。なお、本発明の第２実施形態では、第１電流路２２と第２電流路６２と接続部９２とで、Ｕ字形状をなしており、第１電流路２２と第２電流路６２とが線対称になっている。

また、上述した、第１扁平形状部２２ｆ、第１凸部２２ｗ、接続部９２、第２扁平形状部６２ｆ及び第２凸部６２ｗは、銅（Ｃｕ）等の金属板を折り曲げて、一体で形成されている。これにより、第１扁平形状部２２ｆと第１凸部２２ｗと接続部９２と第２扁平形状部６２ｆと第２凸部６２ｗとを製造する際に、１枚の金属板から容易に製造することができる。このことにより、電流センサ１０２を安価にすることができる。

第１磁電変換素子２３は、第１電流路２２に被測定電流が流れたときに発生する磁気を検出する素子であって、例えば、巨大磁気抵抗効果を用いた磁気抵抗効果素子（ＧＭＲ(Giant Magneto Resistive)素子と言う）を用い、図１２に示すように、磁気センサパッケージ２４内にパッケージングされている。また、第１磁電変換素子２３は、図１０ないし図１２に示すように、第１凸部２２ｗが立設されている部分の第１扁平形状部２２ｆ上に配設されている。そして、第１磁電変換素子２３の感度方向が図１１に示すＸ方向になるように配設されている。

第２磁電変換素子６３は、第２電流路６２に被測定電流が流れたときに発生する磁気を検出する素子であって、第１磁電変換素子２３と同様に、例えば、巨大磁気抵抗効果を用いた磁気抵抗効果素子（ＧＭＲ(Giant Magneto Resistive)素子と言う）を用い、図１２に示すように、磁気センサパッケージ６４内にパッケージングされている。また、第２磁電変換素子６３は、図１０ないし図１２に示すように、第２凸部６２ｗが立設されている部分の第２扁平形状部６２ｆ上に配設されている。そして、第２磁電変換素子６３の感度方向が図１１に示すＸ方向になるように配設されている。なお、第１磁電変換素子２３と第２磁電変換素子６３とで差動処理を行うため、第１磁電変換素子２３及び第２磁電変換素子６３は、それぞれの感度軸の向きが同じ向きになるように配設されている。

上述した磁気センサパッケージ（２４、６４）は、ＧＭＲ素子をシリコン基板上に作製した後、切り出されたＧＭＲ素子のチップと信号の取り出しのためのリード端子（２４ｒ、６４ｒ）とを電気的に接続して、熱硬化性の合成樹脂でパッケージングして作製されている。そして、この磁気センサパッケージ２４及び磁気センサパッケージ６４は、リード端子（２４ｒ、６４ｒ）により、回路基板である基板２９にはんだ付けされて、同一基板２９上に設けられている。また、この磁気センサパッケージ２４及び磁気センサパッケージ６４は、図示していない配線パターンとコネクタを介して、外部制御機器と接続されている。なお、第１磁電変換素子２３及び第２磁電変換素子６３をパッケージングして、磁気センサパッケージ（２４、６４）として基板２９に配設したが、例えば第１磁電変換素子２３及び第２磁電変換素子６３をそのまま配設、所謂ベアチップ実装して、同一基板２９上に配設しても良い。

基板２９は、一般に広く知られている両面のプリント配線板を用いており、ガラス入りのエポキシ樹脂のベース基板に、ベース基板上に設けられた銅（Ｃｕ）等の金属箔をパターニングして、配線パターンを形成している。基板２９には、図３及び図４に示すように、第１磁電変換素子２３及び第２磁電変換素子６３がパッケージングされた磁気センサパッケージ（４、６４）が各々１個搭載されるようになっている。なお、基板２９にガラス入りのエポキシ樹脂からなるプリント配線板を用いたが、これに限定されるものではなく、例えばセラミック配線板、フレキシブル配線板でも良い。また、本発明の第２実施形態では、基板２９として回路基板を好適に用いたが、回路基板に限るものではなく、基板２９上に回路基板を重ね合わせて、磁気センサパッケージ（２４、６４）を搭載する構成にしても良い。

以上のように構成された電流センサ１０２について、周波数の違う被測定電流が流れた場合の磁場の変化に関して、有限要素法解析システムを用いた磁場解析を行った。図１３は、本発明の第２実施形態の電流センサのシミュレーションに用いたモデルＣ１の第１電流路２２及び第２電流路６２の断面図である。

このシミュレーションに用いた数値は（図１３を参照）、第１電流路２２の全体の長さを１００（ｍｍ）、全体の幅Ｗ２１を２０（ｍｍ）とし、第１扁平形状部２２ｆの厚みＴ２１を４（ｍｍ）とし、第１凸部２２ｗの長さを６０（ｍｍ）、幅Ｗ２２を４（ｍｍ）、高さＴ２２を１０（ｍｍ）とした。一方、第２電流路６２の全体の長さを１００（ｍｍ）、全体の幅Ｗ６１を２０（ｍｍ）とし、第２扁平形状部６２ｆの厚みＴ６１を４（ｍｍ）とし、第２凸部６２ｗの長さを６０（ｍｍ）、幅Ｗ６２を４（ｍｍ）、高さＴ６２を１０（ｍｍ）とした。また、第１電流路２２と第２電流路６２との間隔Ｗ４１を５（ｍｍ）とした。また、第１電流路２２及び第２電流路６２の表面から１（ｍｍ）離れた空間での磁束密度とした。なお、図９ないし図１２に示す電流センサ１０２は、このモデルＣ１を具現化したものである。

また、図１４は、本発明の第２実施形態の電流センサのモデルＣ１のシミュレーション結果である。図１４のグラフの横軸は、第１電流路２２と第２電流路６２の中間点をゼロとした時の幅方向の距離を示しており、マイナス側が第１電流路２２、プラス側が第２電流路６２である。また、図１４のグラフの縦軸は、第１扁平形状部２２ｆの第１凸部２２ｗ及び第２扁平形状部６２ｆの第２凸部６２ｗが設けられていない部分における磁束密度を示している。なお、図中のＰ２１は、機器（被測定機器）で用いられる被測定電流の周波数が１０（Ｈｚ）と、想定される最低周波数の場合の最低周波数磁束密度を示し、図中のＰ２２は、機器（被測定機器）で用いられる被測定電流の周波数が１０（ｋＨｚ）と、想定される最高周波数の場合の最高周波数磁束密度を示している。

その結果、図２６（ｂ）のような被測定電流の低周波数と高周波数との違いで磁束密度が大きく差が生じる場合と比較して、図１４（マイナス側）に示すように、第１電流路２２の第１凸部２２ｗが設けられていない第１扁平形状部２２ｆ上で、被測定電流の低周波数と高周波数との違いによる磁束密度の差、つまり最低周波数磁束密度Ｐ２１と最高周波数磁束密度Ｐ２２との差が小さくなっていた。これは、第１凸部２２ｗを設けたことにより、第１電流路２２の周囲の磁場に変化が見られたためと考えられる。したがって、被測定電流の流れる向きに沿って導電性の第１凸部２２ｗを設けることにより、最低周波数磁束密度Ｐ２１と最高周波数磁束密度Ｐ２２とを近づけて、より一致させることができる。

また、第２電流路６２においても、図１４（プラス側）に示すように、第２凸部６２ｗが設けられていない第２扁平形状部６２ｆ上で、被測定電流の低周波数と高周波数との違いによる磁束密度の差、つまり最低周波数磁束密度Ｐ２１と最高周波数磁束密度Ｐ２２との差が小さくなっていた。これは、第２凸部６２ｗを設けたことにより、第２電流路６２の周囲の磁場に変化が見られたためと考えられる。したがって、被測定電流の流れる向きに沿って導電性の第２凸部６２ｗを設けることにより、最低周波数磁束密度Ｐ２１と最高周波数磁束密度Ｐ２２とを近づけて、より一致させることができる。

以上のことにより、最低周波数磁束密度Ｐ２１と最高周波数磁束密度Ｐ２２とが略一致する第１電流路２２及び第２電流路６２の上の位置に、第１磁電変換素子２３及び第２磁電変換素子６３が配設されるのが好適である。例えば、図１４に示すようなモデルＣ１の場合は、第１電流路２２の第１凸部２２ｗが設けられていない第１扁平形状部２２ｆ上で、中心からの距離が約−７．５（ｍｍ）｛第１電流路２２の他方の端部から約５（ｍｍ）｝の位置に第１磁電変換素子２３を配設するのが望ましく、第２電流路６２の第２凸部６２ｗが設けられていない第２扁平形状部６２ｆ上で、中心からの距離が約７．５（ｍｍ）｛第２電流路６２の他方の端部から約５（ｍｍ）｝の位置に第２磁電変換素子６３を配設するのが望ましい。このように、本発明の電流センサ１０２は、周波数変化に伴う磁束密度の変化が小さい位置に、第１磁電変換素子２３及び第２磁電変換素子６３を配設することができるので、被測定電流の周波数が変化しても最低周波数磁束密度Ｐ２１と最高周波数磁束密度Ｐ２２が大きく異ならないので、精度良く電流値を測定することができる。

更に、第１磁電変換素子２３と第２磁電変換素子６３を用い、それぞれ同一基板２９上に設けるようにしたので、外部磁界や電流路（第１電流路２２及び第２電流路６２）に電流が流れたときに発生する内部磁界による影響が、２つの磁電変換素子（第１磁電変換素子２３及び第２磁電変換素子６３）に同じ強さで現れてくる。このため、２つの磁電変換素子（第１磁電変換素子２３及び第２磁電変換素子６３）からの出力を差動処理することにより、この磁界の影響をより正確に相殺することができる。このことにより、電流センサ１０２の測定精度の悪化を低減することができる。

また、図１４に示す結果から容易に推定されるが、第１電流路２２の第１凸部２２ｗの高さＴ２２及び幅Ｗ２２を変えることにより、周波数変化に伴う磁束密度の変化が小さい位置を任意に変えることができる。これにより、所望する第１磁電変換素子２３の配設位置を任意に設定することもできる。また、図示していないが、第１凸部２２ｗの形状、例えば、長さ或いはコーナーの面形状等を変えることによっても、周波数変化に伴う磁束密度の変化が小さい位置を任意に変えることができる。同様にして、第２電流路６２の第２凸部６２ｗの高さＴ６２及び幅Ｗ６２、或いはコーナーの面形状等を変えることにより、周波数変化に伴う磁束密度の変化が小さい位置を任意に変えることができる。これにより、所望する第２磁電変換素子６３の配設位置を任意に設定することもできる。

また、最低周波数磁束密度Ｐ２１と最高周波数磁束密度Ｐ２２とが略一致する第１電流路２２上の位置に、第１磁電変換素子２３が配設されるのが好適であるが、最低周波数磁束密度Ｐ２１と最高周波数磁束密度Ｐ２２とが同等となる領域に対応する第１電流路２２上の位置に、第１磁電変換素子２３が配設されても良い。例えば、モデルＣ１の場合は、図１４（マイナス側）に示すように、最低周波数磁束密度Ｐ２１と最高周波数磁束密度Ｐ２２とが同等となる領域、つまり中心からの距離が−６（ｍｍ）から−１４（ｍｍ）の間、好ましくは−７（ｍｍ）から−９（ｍｍ）の間に第１磁電変換素子２３を配設しても良い。例えば、モデルＣ１の場合は、図１４（プラス側）に示すように、中心からの距離が６（ｍｍ）から１４（ｍｍ）の間、好ましくは７（ｍｍ）から９（ｍｍ）の間に第２磁電変換素子６３を配設しても良い。このように、最低周波数磁束密度Ｐ２１と最高周波数磁束密度Ｐ２２とが同等となる領域が広くなるように、第１凸部２２ｗ及び第２凸部６２ｗを設けることができる。このことにより、第１磁電変換素子２３及び第２磁電変換素子６３をこの領域の範囲内で任意に配設することができるので、例えば車載用途において、電流センサ１０２を配置できる位置が限られる場合であっても、第１磁電変換素子２３及び第２磁電変換素子６３を最良な位置に配設することができる。

以上のように構成された第２実施形態の電流センサ１０２における、効果について、以下に説明する。

本発明の第２実施形態の電流センサ１０２は、第１電流路２２には、被測定電流の流れる向きに沿って長い導電性の第１凸部２２ｗが設けられているので、機器（被測定機器）で用いられる最低周波数の被測定電流を流した場合における磁束密度である最低周波数磁束密度Ｐ２１と、最高周波数の被測定電流を流した場合における磁束密度である最高周波数磁束密度Ｐ２２と、を近づけてより一致させることができる。このため、周波数変化に伴う磁束密度の変化が小さい位置に、第１磁電変換素子２３を配設することができる。このことにより、被測定電流の周波数が変化しても最低周波数磁束密度Ｐ２１と最高周波数磁束密度Ｐ２２とが大きく異ならないので、精度良く電流値を測定することができる。

更に、第２電流路６２には、被測定電流の流れる向きに沿って導電性の第２凸部６２ｗが設けられているので、機器で用いられる最低周波数の被測定電流を流した場合における磁束密度である最低周波数磁束密度Ｐ２１と、最高周波数の被測定電流を流した場合における磁束密度である最高周波数磁束密度Ｐ２２と、を近づけてより一致させることができる。このため、周波数変化に伴う磁束密度の変化が小さい位置に、第２磁電変換素子６３を配設することができる。このことにより、被測定電流の周波数が変化しても最低周波数磁束密度Ｐ２１と最高周波数磁束密度Ｐ２２とが大きく異ならないので、第２電流路６２においても、精度良く電流値を測定することができる。

また、第１磁電変換素子２３と第２磁電変換素子６３を用い、それぞれ同一基板２９上に設けるようにしたので、外部磁界や電流路（第１電流路２２及び第２電流路６２）に電流が流れたときに発生する内部磁界による影響が、２つの磁電変換素子（第１磁電変換素子２３及び第２磁電変換素子６３）に同じ強さで現れてくる。このため、２つの磁電変換素子（第１磁電変換素子２３及び第２磁電変換素子６３）からの出力を差動処理することにより、この磁界の影響をより正確に相殺することができる。このことにより、電流センサ１０２の測定精度の悪化を低減することができる。

また、第１扁平形状部２２ｆ、第１凸部２２ｗ、接続部９２、第２扁平形状部６２ｆ及び第２凸部６２ｗは、銅（Ｃｕ）等の金属板を折り曲げて、一体で形成されているので、第１扁平形状部２２ｆと第１凸部２２ｗと接続部９２と第２扁平形状部６２ｆと第２凸部６２ｗとを製造する際に、１枚の金属板から容易に製造することができる。このことにより、電流センサ１０２を安価にすることができる。

［第３実施形態］
図１５は、本発明の第３実施形態の電流センサ１０３を説明する分解斜視図である。図１６は、本発明の第３実施形態の電流センサ１０３を説明する斜視図である。図１７は、本発明の第３実施形態の電流センサ１０３を説明する構成図であって、図１６に示すＺ１側から見た上面図である。なお、図１６及び図１７は、説明を容易にするため、基板２９を透明化して示している。図１８は、本発明の第３実施形態の電流センサ１０３を説明する構成図であって、図１８（ａ）は、図１７に示すＸＶＩＩ−ＸＶＩＩ線における断面図であり、図１８（ｂ）は、図１７に示すＸＶＩＩＩ−ＸＶＩＩＩ線における断面図である。また、第３実施形態の電流センサ１０３は、第２実施形態に対し、第１磁電変換素子３３及び第２磁電変換素子７３を設けたところが異なる。なお、第１実施形態及び第２実施形態と同一構成については、同一符号を付して詳細な説明は省略する。

本発明の第２実施形態の電流センサ１０３は、図１５ないし図１８に示すように、第１扁平形状部２２ｆを有する第１電流路２２と、第２扁平形状部６２ｆを有する第２電流路６２と、第１電流路２２と第２電流路６２との一端同士を接続する接続部９２と、第１電流路２２上に配設される第１磁電変換素子２３及び第１磁電変換素子３３と、第２電流路６２上に配設される第２磁電変換素子６３及びと第２磁電変換素子７３、を備えて構成されている。他に、第１電流路２２及び第２電流路６２と対向して配設された基板２９や、図示はしていないが、電流センサ１０３への電力の供給や電流センサ１０３からの信号取り出しのために、外部制御機器と接続するコネクタが備えられている。

第１電流路２２、第２電流路６２及び接続部９２は、第２実施形態と同じ構造なので、ここでの説明は、省略する。

第１磁電変換素子２３は、図１６及び図１７に示すように、第１凸部２２ｗが立設された第１扁平形状部２２ｆの第１位置２２ａ上に配設されている。そして、第１磁電変換素子２３の感度方向が図１７に示すＸ方向になるように配設されている。

第１磁電変換素子３３は、第１電流路２２に被測定電流が流れたときに発生する磁気を検出する素子であって、例えば、巨大磁気抵抗効果を用いた磁気抵抗効果素子（ＧＭＲ(Giant Magneto Resistive)素子と言う）を用い、図１８に示すように、磁気センサパッケージ３４内にパッケージングされている。また、第１磁電変換素子３３は、図１６及び図１７に示すように、第１凸部２２ｗが立設されない第１扁平形状部２２ｆの第３位置２２ｃ上に配設されている。そして、第１磁電変換素子３３の感度方向が図１７に示すＸ方向になるように配設されて、第１磁電変換素子２３と同じ感度軸の向きにしている。

第２磁電変換素子６３は、図１６及び図１７に示すように、第２凸部６２ｗが立設された第２扁平形状部６２ｆの第２位置６２ｂ上に配設されている。そして、第２磁電変換素子６３の感度方向が図１７に示すＸ方向になるように配設されている。

第２磁電変換素子７３は、第２電流路６２に被測定電流が流れたときに発生する磁気を検出する素子であって、例えば、巨大磁気抵抗効果を用いた磁気抵抗効果素子（ＧＭＲ(Giant Magneto Resistive)素子と言う）を用い、図１８に示すように、磁気センサパッケージ７４内にパッケージングされている。また、第２磁電変換素子７３は、図１６及び図１７に示すように、第２凸部６２ｗが立設されない第２扁平形状部６２ｆの第４位置６２ｄ上に配設されている。そして、第２磁電変換素子７３の感度方向が図１７に示すＸ方向になるように配設されて、第２磁電変換素子６３と同じ感度軸の向きにしている。

上述した磁気センサパッケージ（２４、３４、６４、７４）は、ＧＭＲ素子をシリコン基板上に作製した後、切り出されたＧＭＲ素子のチップと信号の取り出しのためのリード端子（２４ｒ、３４ｒ、６４ｒ、７４ｒ）とを電気的に接続して、熱硬化性の合成樹脂でパッケージングして作製されている。そして、この磁気センサパッケージ（２４、３４、６４、７４）は、リード端子（２４ｒ、３４ｒ、６４ｒ、７４ｒ）により、回路基板である基板２９にはんだ付けされて、同一基板２９上に設けられている。また、この磁気センサパッケージ（２４、３４、６４、７４）は、図示していない配線パターンとコネクタを介して、外部制御機器と接続されている。

以上のように構成された電流センサ１０３について、周波数の違う被測定電流が流れた場合の磁場の変化に関して、有限要素法解析システムを用いた磁場解析を行った。

図１９は、本発明の第３実施形態の電流センサのシミュレーションに用いたモデルＤ１の第１電流路２２、第２電流路６２及び接続部９２の平面図である。図２０は、本発明の第３実施形態の電流センサのシミュレーションに用いたモデルＤ１の第１電流路２２及び第２電流路６２の断面図であって、図１９に示すＸＶＩＩ−ＸＶＩＩ線における断面図である。図２１は、本発明の第３実施形態の電流センサのシミュレーション結果であって、図１９に示すＸＶＩＩ−ＸＶＩＩ線方向のシミュレーション結果である。図２２は、シミュレーション結果を示しており、図２２（ａ）は、本発明の第３実施形態の電流センサにおける図１９に示すＸＸ−ＸＸ線方向のシミュレーション結果であり、図２２（ｂ）は、図２２（ａ）と比較した比較例Ｈ１３１のシミュレーション結果である。比較例Ｈ１３１は、図１９に示す第１凸部２２ｗ及び第２凸部６２ｗが無いモデルである。また、図中のＰ３１は、機器（被測定機器）で用いられる被測定電流の周波数が１０（Ｈｚ）と、想定される最低周波数の場合の最低周波数磁束密度を示し、図中のＰ３２は、機器（被測定機器）で用いられる被測定電流の周波数が１０（ｋＨｚ）と、想定される最高周波数の場合の最高周波数磁束密度を示している。

このシミュレーションに用いた数値は（図１９及び図２０を参照）、第１電流路２２の全体の長さＬ２１を１２０（ｍｍ）、全体の幅Ｗ２１を２０（ｍｍ）とし、第１扁平形状部２２ｆの厚みＴ２１を４（ｍｍ）とし、第１凸部２２ｗの長さＬ２２を６０（ｍｍ）、幅Ｗ２２を４（ｍｍ）、高さＴ２２を４（ｍｍ）とした。一方、第２電流路６２の全体の長さも１００（ｍｍ）、全体の幅Ｗ６１を２０（ｍｍ）とし、第２扁平形状部６２ｆの厚みＴ６１を４（ｍｍ）とし、第２凸部６２ｗの長さも６０（ｍｍ）、幅Ｗ６２を４（ｍｍ）、高さＴ６２を４（ｍｍ）とした。また、第１電流路２２及び第２電流路６２の端部から、ＸＶＩＩ−ＸＶＩＩ線までの長さＬ５３を３０（ｍｍ）とし、第１凸部２２ｗ及び第２凸部６２ｗの端部からＸＶＩＩＩ−ＸＶＩＩＩ線までの長さＬ６３を２０（ｍｍ）とした。つまり、ＸＶＩＩ−ＸＶＩＩ線とＸＶＩＩＩ−ＸＶＩＩＩ線との間の長さは、４０（ｍｍ）となる。また、第１電流路２２と第２電流路６２の中間点からＸＸ−ＸＸ線までの長さＷ８１を１２．５（ｍｍ）とした。また、第１電流路２２と第２電流路６２との間隔Ｗ４１を５（ｍｍ）とした。また、第１電流路２２及び第２電流路６２の表面から１（ｍｍ）離れた空間での磁束密度とした。なお、図１５ないし図１８に示す電流センサ１０３は、このモデルＤ１を具現化したものである。

その結果、図２６（ｂ）のような被測定電流の低周波数と高周波数との違いで磁束密度が大きく差が生じる場合と比較して、図２１（マイナス側）に示すように、第１電流路２２の第１凸部２２ｗが設けられていない第１扁平形状部２２ｆ上で、被測定電流の低周波数と高周波数との違いによる磁束密度の差、つまり最低周波数磁束密度Ｐ３１と最高周波数磁束密度Ｐ３２との差が小さくなっていた。これは、第１凸部２２ｗを設けたことにより、第１電流路２２の周囲の磁場に変化が見られたためと考えられる。したがって、被測定電流の流れる向きに沿って導電性の第１凸部２２ｗを設けることにより、最低周波数磁束密度Ｐ３１と最高周波数磁束密度Ｐ３２とを近づけて、より一致させることができる。

また、第２電流路６２においても、図２１（プラス側）に示すように、第２凸部６２ｗが設けられていない第２扁平形状部６２ｆ上で、被測定電流の低周波数と高周波数との違いによる磁束密度の差、つまり最低周波数磁束密度Ｐ３１と最高周波数磁束密度Ｐ３２との差が小さくなっていた。これは、第２凸部６２ｗを設けたことにより、第２電流路６２の周囲の磁場に変化が見られたためと考えられる。したがって、被測定電流の流れる向きに沿って導電性の第２凸部６２ｗを設けることにより、最低周波数磁束密度Ｐ３１と最高周波数磁束密度Ｐ３２とを近づけて、より一致させることができる。

以上のことにより、最低周波数磁束密度Ｐ３１と最高周波数磁束密度Ｐ３２とが略一致する第１電流路２２及び第２電流路６２の上の位置に、第１磁電変換素子２３及び第２磁電変換素子６３が配設されるのが好適である。例えば、図１４に示すようなモデルＣ１の場合は、第１電流路２２の第１凸部２２ｗが設けられていない第１扁平形状部２２ｆ上で、中心からの距離が約−７．５（ｍｍ）｛第１電流路２２の他方の端部から約５（ｍｍ）｝の位置に第１磁電変換素子２３を配設するのが望ましく、第２電流路６２の第２凸部６２ｗが設けられていない第２扁平形状部６２ｆ上で、中心からの距離が約７．５（ｍｍ）｛第２電流路６２の他方の端部から約５（ｍｍ）｝の位置に第２磁電変換素子６３を配設するのが望ましい。このように、本発明の電流センサ１０２は、周波数変化に伴う磁束密度の変化が小さい位置に、第１磁電変換素子２３及び第２磁電変換素子６３を配設することができるので、被測定電流の周波数が変化しても最低周波数磁束密度Ｐ３１と最高周波数磁束密度Ｐ３２が大きく異ならないので、精度良く電流値を測定することができる。

また、図２２（ａ）に示す結果は、最低周波数磁束密度Ｐ３１と最高周波数磁束密度Ｐ３２の両方ともに、ＸＶＩＩＩ−ＸＶＩＩＩ線の部分（図中の４０（ｍｍ））の磁束密度よりＸＶＩＩ−ＸＶＩＩ線の部分（図中の０（ｍｍ））の磁束密度の方が小さくなっている。つまり、第１凸部２２ｗが立説された第１位置２２ａおけるＸＶＩＩ−ＸＶＩＩ線の部分の磁束密度と第１凸部２２ｗが立説されない第３位置２２ｃおけるＸＶＩＩＩ−ＸＶＩＩＩ線の部分の磁束密度が大きく異なっている。一方、図２２（ｂ）に示す比較例Ｈ１３１の結果では、最低周波数磁束密度Ｐ３１と最高周波数磁束密度Ｐ３２の両方ともに、ＸＶＩＩＩ−ＸＶＩＩＩ線の部分（図中の４０（ｍｍ））の磁束密度とＸＶＩＩ−ＸＶＩＩ線の部分（図中の０（ｍｍ））の磁束密度は、ほぼ同じになっている。

これにより、第１凸部２２ｗが立説された第１電流路２２の第１位置２２ａ上に第１磁電変換素子２３を配設し、第１凸部２２ｗが立説されない第１電流路２２の第３位置２２ｃ上に第１磁電変換素子３３を配設することにより、第１磁電変換素子２３が検出する磁気量と第１磁電変換素子３３が検出する磁気量の絶対量が違ってくる。このため、第１位置２２ａに配設される第１磁電変換素子２３を高電流測定用、第３位置２２ｃに配設される第１磁電変換素子３３を定電流測定用と、使い分けることができる。このことにより、高電流測定用では、ワイドレンジで測定することができ、低電流測定用では、精度良く測定することができる。なお、図１９及び図２０に示すようなモデルＤ１の場合では、図２２（ａ）に示すように、第１磁電変換素子２３の配設位置は、第１位置２２ａであって、−１５（ｍｍ）｛第１凸部の端部から５（ｍｍ）｝から＋５（ｍｍ）の範囲が好適であり、第１磁電変換素子３３の配設位置は、第３位置２２ｃであって、−３５（ｍｍ）｛第１凸部の端部から１５（ｍｍ）｝以上離した領域が好適である。

また、図示はしていないが、第２電流路６２についても同様なことが言え、第２凸部６２ｗが立説された第２電流路６２の第２位置６２ｂ上に第２磁電変換素子６３を配設し、第２凸部６２ｗが立説されない第２電流路６２の第４位置６２ｄ上に第２磁電変換素子７３を配設するのが良い。これにより、第２磁電変換素子６３が検出する磁気量と第２磁電変換素子７３が検出する磁気量の絶対量が違ってくるので、第２位置６２ｂに配設される第２磁電変換素子６３を高電流測定用、第４位置６２ｄに配設される第２磁電変換素子７３を低電流測定用と、使い分けることができる。このことにより、高電流測定用では、ワイドレンジで測定することができ、低電流測定用では、精度良く測定することができる。

更に、第１磁電変換素子３３と第２磁電変換素子７３を用い、それぞれ同一基板２９上に設けるようにしたので、外部磁界や電流路（第１電流路２２及び第２電流路６２）に電流が流れたときに発生する内部磁界による影響が、２つの磁電変換素子（第１磁電変換素子３３及び第２磁電変換素子７３）に同じ強さで現れてくる。このため、２つの磁電変換素子（第１磁電変換素子３３及び第２磁電変換素子７３）からの出力を差動処理することにより、この磁界の影響をより正確に相殺することができる。このことにより、電流センサ１０３の測定精度の悪化を低減することができる。

以上のように構成された第３実施形態の電流センサ１０３における、効果について、以下に説明する。

本発明の第３実施形態の電流センサ１０３は、第１電流路２２には、被測定電流の流れる向きに沿って長い導電性の第１凸部２２ｗが設けられているので、機器（被測定機器）で用いられる最低周波数の被測定電流を流した場合における磁束密度である最低周波数磁束密度Ｐ３１と、最高周波数の被測定電流を流した場合における磁束密度である最高周波数磁束密度Ｐ３２と、を近づけてより一致させることができる。このため、周波数変化に伴う磁束密度の変化が小さい位置に、第１磁電変換素子２３を配設することができる。このことにより、被測定電流の周波数が変化しても最低周波数磁束密度Ｐ３１と最高周波数磁束密度Ｐ３２とが大きく異ならないので、精度良く電流値を測定することができる。

更に、第２電流路６２には、被測定電流の流れる向きに沿って導電性の第２凸部６２ｗが設けられているので、機器で用いられる最低周波数の被測定電流を流した場合における磁束密度である最低周波数磁束密度Ｐ３１と、最高周波数の被測定電流を流した場合における磁束密度である最高周波数磁束密度Ｐ３２と、を近づけてより一致させることができる。このため、周波数変化に伴う磁束密度の変化が小さい位置に、第２磁電変換素子６３を配設することができる。このことにより、被測定電流の周波数が変化しても最低周波数磁束密度Ｐ３１と最高周波数磁束密度Ｐ３２とが大きく異ならないので、第２電流路６２においても、精度良く電流値を測定することができる。

また、第１凸部２２ｗが立説された第１電流路２２の第１位置２２ａ及び第２凸部６２ｗが立説された第２電流路６２の第２位置６２ｂに配設される第１磁電変換素子２３及び第２磁電変換素子６３と、第１凸部２２ｗが立説されない第１電流路２２の第３位置２２ｃ及び第２凸部６２ｗが立説されない第２電流路６２の第４位置６２ｄに配設される第１磁電変換素子３３及び第２磁電変換素子７３と、を、それぞれ分けて配設している。これにより、第１位置２２ａ及び第２位置６２ｂに配設された第１磁電変換素子２３及び第２磁電変換素子６３が検出する磁気量と、第３位置２２ｃ及び第４位置６２ｄに配設された第１磁電変換素子３３及び第２磁電変換素子７３が検出する磁気量の絶対量が違ってくる。このため、第１位置２２ａ及び第２位置６２ｂに配設される第１磁電変換素子２３及び第２磁電変換素子６３を高電流測定用、第３位置２２ｃ及び第４位置６２ｄに配設される第１磁電変換素子３３及び第２磁電変換素子７３を定電流測定用と、使い分けることができる。このことにより、高電流測定用では、ワイドレンジで測定することができ、低電流測定用では、精度良く測定することができる。

なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、例えば次のように変形して実施することができ、これらの実施形態も本発明の技術的範囲に属する。

図２３は、本発明の第１実施形態の電流センサ１０１の変形例を説明する図であって、図２３（ａ）は、変形例１のモデルＡＣ１であり、図２３（ｂ）は、変形例２のモデルＡＣ２であり、図２３（ｃ）は、変形例３のモデルＡＣ３であり、図２３（ｄ）は、変形例４のモデルＡＣ４である。図２４は、本発明の第１実施形態の電流センサ１０１の変形例を説明する図であって、図２４（ａ）は、変形例５の電流センサＣ１０５の平面図であり、図２４（ｂ）は、変形例６の電流センサＣ１０６の平面図である。図２５は、本発明の第２実施形態の電流センサ１０２の変形例を説明する図であって、図２５（ａ）は、変形例７の電流センサＣ１０７の斜視図であって、図２５（ｂ）は、変形例８の電流センサＣ１０８の斜視図であって、図２５（ｃ）は、変形例９の電流センサＣ１０９の斜視図である。

＜変形例１＞＜変形例２＞
上記第１実施形態では、第１扁平形状部１２ｆの端部１２ｔから第１凸部１２ｗを立設させて、しかも第１扁平形状部１２ｆの端面と第１凸部１２ｗの一方面と面一になるように構成したが、図２３（ａ）に示すように、第１扁平形状部１２ｆの端面と第１凸部１２ｗの一方面とが面一にならない程度に、第１扁平形状部１２ｆの端部１２ｔから第１凸部Ｃ１２ｗを立設させた構成にしても良い。また、図２３（ｂ）に示すように、第１扁平形状部１２ｆの端部１２ｔから立設させない第１凸部Ｃ２２ｗの構成でも良い。

＜変形例３＞＜変形例４＞
上記第１実施形態では、第１凸部１２ｗの断面形状が矩形になるように構成したが、矩形に限らず他の形状に構成しても良い。例えば、図２３（ｃ）に示すように、台形状の第１凸部Ｃ３２ｗであっても良いし、図２３（ｄ）に示すように、段差部を有した形状の第１凸部Ｃ４２ｗであってもでも良いし、更に階段状に形成しても良い。

＜変形例５＞＜変形例６＞
上記第１実施形態では、第１電流路１２の長手方向の全長にわたって第１凸部１２ｗを設けた構成にしたが、図２４（ａ）に示すように、長手方向の一部に第１凸部Ｃ５２ｗを設ける構成であっても良いし、図２４（ｂ）に示すように、第１扁平形状部１２ｆの端面と第１凸部１２ｗの一方面とが面一にならない第１凸部Ｃ６２ｗを設ける構成であっても良い。

＜変形例７＞
上記第２実施形態では、第１電流路２２の第１凸部２２ｗと第２電流路６２の第２凸部６２ｗが、同じ大きさでしかも同じ位置で対向するように構成したが、これに限らず、例えば、図２５（ａ）に示すように、互いにずらして対向させた構成にしても良い。

＜変形例８＞
上記第２実施形態では、第１電流路２２の第１凸部２２ｗと第２電流路６２の第２凸部６２ｗが、第１電流路２２及び第２電流路６２の長手方向の端部まで延びた構成にしたが、これに限らず、例えば、図２５（ｂ）に示すように、接続部９２が無い部分の第１電流路２２及び第２電流路６２にのみ、第１凸部２２ｗ及び第２凸部６２ｗを設けて、長手方向の端部（Ｃ７２ａ、Ｃ７２ｂ）まで延ばさない構成にしても良い。

＜変形例９＞
上記第２実施形態では、第１電流路２２及び第２電流路６２の長手方向の端部は、開放された構成にしたが、例えば、図２５（ｃ）に示すように、第１電流路２２及び第２電流路６２の長手方向の端部（Ｃ７２ａ、Ｃ７２ｂ）、及び接続部９２の端部Ｃ９２ｔから立設した壁部８２ｗを設けた構成にしても良い。

＜変形例１０＞
上記実施形態では、第１磁電変換素子（１３、２３、３３）及び第２磁電変換素子（１６３、７け）としてＧＭＲ素子を好適に用いたが、磁気を検知できる磁気検出素子であれば良く、上記実施の形態に限定されず、本発明の目的の範囲を逸脱しない限りにおいて適宜変更することが可能である。

１２、２２第１電流路
１２ｆ、２２ｆ第１扁平形状部
１２ｔ、２２ｔ端部
１２ｗ、２２ｗ、Ｃ１２ｗ、Ｃ３２ｗ、Ｃ４２ｗ、Ｃ５２ｗ、Ｃ６２ｗ第１凸部
６２第２電流路
６２ｆ第２扁平形状部
６２ｔ端部
６２ｗ第２凸部
２２ａ第１位置
６２ｂ第２位置
２２ｃ第３位置
６２ｄ第４位置
９２接続部
１３、２３、３３第１磁電変換素子
６３、７３第２磁電変換素子
６２ｆ第２扁平形状部
２９基板
１０１、１０２、１０３電流センサ
Ｃ１０５、Ｃ１０６、Ｃ１０７、Ｃ１０８、Ｃ１０９電流センサ
Ｐ１１、Ｐ２１、Ｐ３１最低周波数磁束密度
Ｐ１２、Ｐ２２、Ｐ３２最高周波数磁束密度

Claims

第１扁平形状部を有する第１電流路と、前記第１電流路に対向して設けられ前記第１電流路に被測定電流が流れたときに発生する磁気を検出する第１磁電変換素子と、を備え、
前記第１電流路が接続される機器の前記被測定電流を測定する電流センサにおいて、
前記第１電流路には、前記被測定電流の流れる方向に沿って導電性の第１凸部が設けられており、
前記機器で用いられる最低周波数の前記被測定電流を流した場合における磁束密度である最低周波数磁束密度と、前記機器で用いられる最高周波数の前記被測定電流を流した場合における磁束密度である最高周波数磁束密度と、が略一致する前記第１電流路上の位置に、前記第１磁電変換素子が配設され、
前記第１凸部は、前記第１扁平形状部のいずれか一方の端部から立設しており、
前記第１電流路の幅方向において前記第１凸部が立設されている位置に前記第１磁電変換素子が配置されていることを特徴とする電流センサ。
前記第１扁平形状部及び前記第１凸部は、折曲がった金属板からなることを特徴とする請求項１に記載の電流センサ。
第２扁平形状部を有する第２電流路と、前記第２電流路上に配設さ対向して設けられ前記第２電流路に前記被測定電流が流れたときに発生する磁気を検出する第２磁電変換素子と、を備え、
前記第１電流路と前記第２電流路との一端同士を接続する接続部が設けられ、
前記第１電流路と前記第２電流路とは並列に配置され、
前記第２電流路の他端が前記機器に接続され、
前記第２電流路には、前記被測定電流の流れる方向に沿って導電性の第２凸部が設けられており、
前記機器で用いられる最低周波数の前記被測定電流を流した場合における磁束密度である最低周波数磁束密度と、前記機器で用いられる最高周波数の前記被測定電流を流した場合における磁束密度である最高周波数磁束密度と、が略一致する前記第２電流路上の位置に、前記第２磁電変換素子が配設され、
前記第１凸部は、前記第２電流路から離れた側の端部から立設しており、
前記第２凸部は、前記第１電流路から離れた側の端部から立設しており、
前記第２電流路の幅方向において前記第２凸部が立設されている位置に前記第２磁電変換素子が配置され、
前記第１磁電変換素子と前記第２磁電変換素子とは、同一基板にはんだによって接続され、
前記基板は、第１電流路及び第２電流路と対向して配設されていることを特徴とする請求項１に記載の電流センサ。