JP6414641B2 - 電流センサ - Google Patents

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Description

本発明は、電流センサに関し、被測定電流に応じて発生する磁界を測定することで被測定電流の値を検出する電流センサに関する。
電流センサの構成を開示した先行文献として、特開２００７−７８４１８号公報(特許文献１)および特開２０１４−１００７５号公報(特許文献２)がある。
特許文献１に記載された電流センサにおいては、集積チップが、バスバーからなる平行な２本のラインに挟まれるかたちで配設される。集積チップは、２本のラインの間に設けられた段差空間へ、ラインが表側に、またラインが裏側に位置するように配設される。集積チップに搭載された磁気検出素子により、２本のラインに電流(各ラインとも同一方向の電流)が流れることに起因して発生する、相反する方向の磁気ベクトルを各別に検出する。
特許文献２に記載された電流センサは、一対の腕部間に導体が配設可能なケースと、ケース内において導体の配設位置を挟むように対向して設けられ、導体を通流する被測定電流の通流方向と直交する方向に感度軸を有する複数の磁電変換素子とを備えている。ケースは、一対の腕部の厚み方向における異なるエッジ部をそれぞれ導体に接触させ、導体に対して磁電変換素子の感度軸方向を軸方向として一方側に傾くように取付けられている。
特開２００７−７８４１８号公報 特開２０１４−１００７５号公報
特許文献１に記載された電流センサにおいては、ラインの幅方向において、磁気検出素子同士の間隔が、ライン同士の間隔より大きい。磁気検出素子同士の間隔がライン同士の間隔より大きい場合、ラインの幅方向における集積チップの位置ずれによる電流センサの測定誤差が大きくなる。
特許文献２に記載された電流センサにおいては、２つの磁電変換素子の間に導体が位置しており、２つの磁電変換素子を１つのチップに集積化することが難しく、電流センサの小形化を阻害している。
本発明は上記の問題点に鑑みてなされたものであって、測定対象の電流が流れる導体に対する磁気センサ素子の位置ずれによる測定誤差が低減された小型の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、測定対象の電流が流れ、表面および裏面を含み、長さ方向、上記長さ方向と直交する幅方向、および、上記長さ方向と上記幅方向とに直交する厚さ方向を有する板状の導体と、上記電流により発生する磁界の強さを検出する、第１磁気センサ素子および第２磁気センサ素子とを備える。導体は、上記長さ方向における途中で、上記電流が分流されて流れる第１流路部および第２流路部を含む。第１流路部と第２流路部とは、上記幅方向および上記厚さ方向の各々において、互いに間隔をあけて位置している。第１磁気センサ素子および第２磁気センサ素子は、上記厚さ方向において第１流路部と第２流路部との間に設けられている。第１磁気センサ素子および第２磁気センサ素子の各々の少なくとも一部は、上記幅方向において第１流路部と第２流路部との間に設けられている。上記幅方向において、第１磁気センサ素子の中心と第２磁気センサ素子の中心との間の距離は、第１流路部と第２流路部との間の距離以下である。
本発明の一形態においては、第１磁気センサ素子と第２磁気センサ素子とが、上記幅方向に並んでいる。
本発明の一形態においては、第１磁気センサ素子の中心および第２磁気センサ素子の中心の各々は、上記幅方向において、第１流路部と第２流路部との間に位置している。
本発明の一形態においては、第１磁気センサ素子の全体および第２磁気センサ素子の全体の各々は、上記幅方向において、第１流路部と第２流路部との間に位置している。
本発明の一形態においては、第１磁気センサ素子の一部は、上記厚さ方向から見て、第１流路部を構成する部分の導体と重なって位置している。第２磁気センサ素子の一部は、上記厚さ方向から見て、第２流路部を構成する部分の導体と重なって位置している。
本発明の一形態においては、導体は、上記厚さ方向の一方に突出するように曲がって上記長さ方向に延在し、第１流路部を構成するアーチ状部を含む。
本発明の一形態においては、導体は、上記厚さ方向の他方に突出するように曲がって上記長さ方向に延在し、第２流路部を構成する逆アーチ状部をさらに含む。
本発明の一形態においては、第１磁気センサ素子の一部は、アーチ状部の内側に配置されて導体の裏面側に位置している。第２磁気センサ素子の一部は、逆アーチ状部の内側に配置されて導体の表面側に位置している。
本発明の一形態においては、アーチ状部と逆アーチ状部とが、互いに同一形状を有する。
本発明の一形態においては、第１流路部は、上記幅方向から見て、導体の表面側に膨出している。
本発明の一形態においては、第２流路部は、上記幅方向から見て、導体の裏面側に膨出している。
本発明の一形態においては、第１流路部および第２流路部の各々は、上記長さ方向における一端と他端とを有する。上記長さ方向における第１流路部の一端と第１流路部の他端とは、上記厚さ方向における位置が互いに異なっている。上記長さ方向における第２流路部の一端と第２流路部の他端とは、上記厚さ方向における位置が互いに異なっている。上記長さ方向における第１流路部の一端と第２流路部の一端とは、上記厚さ方向における位置が互いに等しい。上記長さ方向における第１流路部の他端と第２流路部の他端とは、上記厚さ方向における位置が互いに等しい。第１流路部は、上記厚さ方向における第１流路部の一端の位置と第１流路部の他端の位置とを繋ぐ曲折部を含む。第２流路部は、上記厚さ方向における第２流路部の上記一端の位置と第２流路部の他端の位置とを繋ぐ曲折部を含む。第１流路部の曲折部と、第２流路部の曲折部とは、上記長さ方向において互いに間隔を置いて位置している。
本発明の一形態においては、第１流路部と第２流路部とが、互いに点対称な形状を有する。
本発明の一形態においては、導体に、上記長さ方向に延在するスリットが設けられていることにより、第１流路部と第２流路部とが、上記幅方向において互いに間隔をあけて位置している。
本発明の一形態においては、スリットは、上記幅方向にて導体の中央に位置している。
本発明の一形態においては、上記厚さ方向から見て、上記幅方向にて、第１磁気センサ素子と第２磁気センサ素子との中間にスリットの中心が位置している。
本発明の一形態においては、導体は、１つの導体で構成されている。
本発明の一形態においては、上記厚さ方向において、第１流路部と第２流路部との中間の位置に、第１磁気センサ素子および第２磁気センサ素子の各々が位置している。
本発明の一形態においては、第１磁気センサ素子と第２磁気センサ素子とが、上記厚さ方向に並んでいる。
本発明の一形態においては、第１磁気センサ素子および第２磁気センサ素子の各々は、上記幅方向の磁界成分を検出する。第１磁気センサ素子は、上記磁界における上記幅方向の一方に向いた磁界成分が印加される位置に配置されている。第２磁気センサ素子は、上記磁界における上記幅方向の他方に向いた磁界成分が印加される位置に配置されている。
本発明の一形態においては、第１磁気センサ素子および第２磁気センサ素子が、１つの基板に実装されている。
本発明の一形態においては、第１磁気センサ素子および第２磁気センサ素子が、互いに別々の基板に実装されている。
本発明の一形態においては、第１磁気センサ素子および第２磁気センサ素子を収容する筐体をさらに備える。筐体は、第１流路部の裏面の少なくとも一部と接している。
本発明の一形態においては、第１流路部は、上記長さ方向に延在する延在部を含む。筐体は、延在部の裏面の少なくとも一部と接している。
本発明の一形態においては、第１磁気センサ素子および第２磁気センサ素子を収容する筐体をさらに備える。筐体は、第１流路部の裏面の少なくとも一部、および、第２流路部の表面の少なくとも一部、の各々と接している。
本発明の一形態においては、第１流路部および第２流路部の各々は、上記長さ方向に延在する延在部を含む。筐体は、第１流路部の延在部の裏面の少なくとも一部、および、第２流路部の延在部の表面の少なくとも一部、の各々と接している。
本発明の一形態においては、電流センサは、第１磁気センサ素子の検出値と第２磁気センサ素子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。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磁気センサ素子の検出値の位相と第２磁気センサ素子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磁気センサ素子の検出値と第２磁気センサ素子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。第１磁気センサ素子と第２磁気センサ素子とは、上記磁界の各々の検出値が互いに同相である。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、電流センサにおいて、測定対象の電流が流れる導体に対する磁気センサ素子の位置ずれによる測定誤差を低減しつつ小型化を図れる。
本発明の実施形態１に係る電流センサの外観を示す斜視図である。 本発明の実施形態１に係る電流センサの断面図であり、図１のＩＩ−ＩＩ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１次導体に測定対象の電流が流れた際に発生する磁界を模式的に示す断面図である。 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。 １次導体に測定対象の電流を流した際に発生する被測定磁界の磁束密度をシミュレーション解析した結果を、図３と同一の断面視にて示した等高線図である。 図５の中心線Ｌｃ上の始点から終点までのＸ軸方向成分の磁束密度の変位を示すグラフである。 １次導体１１０の縦ギャップの幅Ｈｂを２．５にし、１次導体１１０の横ギャップの幅Ｍｂを８通りに変えて、電流センサの誤差の分布についてシミュレーション解析を行なった結果を示すグラフである。 １次導体１１０の縦ギャップの幅Ｈｂを３．５にし、１次導体１１０の横ギャップの幅Ｍｂを８通りに変えて、電流センサの誤差の分布についてシミュレーション解析を行なった結果を示すグラフである。 １次導体１１０の縦ギャップの幅Ｈｂを５にし、１次導体１１０の横ギャップの幅Ｍｂを８通りに変えて、電流センサの誤差の分布についてシミュレーション解析を行なった結果を示すグラフである。 １次導体１１０の縦ギャップの幅Ｈｂを１０にし、１次導体１１０の横ギャップの幅Ｍｂを８通りに変えて、電流センサの誤差の分布についてシミュレーション解析を行なった結果を示すグラフである。 磁気センサ素子のＸ軸方向の位置ずれ量Ｄｃを０．５ｍｍとして、１次導体１１０の縦ギャップの幅Ｈｂを４通りに変えて、電流センサの誤差の絶対値の分布についてシミュレーション解析を行なった結果を示すグラフである。 本発明の実施形態１の変形例１に係る電流センサにおける第１磁気センサ素子および第２磁気センサ素子を示す断面図である。 本発明の実施形態１の変形例２に係る電流センサにおける第１磁気センサ素子および第２磁気センサ素子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に係る電流センサが備える１次導体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断面図であり、図１４のＸＶＩ−ＸＶＩ線矢印方向から見た図である。 本発明の実施形態２に係る電流センサの断面図であり、図１４のＸＶＩＩ−ＸＶＩＩ線矢印方向から見た図である。 本発明の実施形態３に係る電流センサの外観を示す斜視図である。 本発明の実施形態３に係る電流センサが備える１次導体の外観を示す斜視図である。 本発明の実施形態３に係る電流センサが備える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に係る電流センサが備える磁気センサユニットの筐体の外観を示す斜視図である。 本発明の実施形態３の変形例に係る電流センサが備える１次導体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に係る電流センサが備える１次導体の外観を示す斜視図である。 図２４の１次導体を矢印ＸＸＶ方向から見た側面図である。 本発明の実施形態４の変形例に係る電流センサの外観を示す斜視図である。 図２６の電流センサを矢印ＸＸＶＩＩ方向から見た側面図である。 本発明の実施形態４の変形例に係る電流センサが備える磁気センサユニットの基板を表面側から見た図である。 本発明の実施形態４の変形例に係る電流センサが備える磁気センサユニットの基板を裏面側から見た図である。 本発明の実施形態５に係る電流センサの外観を示す斜視図である。 本発明の実施形態５に係る電流センサが備える１次導体の外観を示す斜視図である。 図３１の１次導体を矢印ＸＸＸＩＩ方向から見た側面図である。 図３１の１次導体を矢印ＸＸＸＩＩＩ方向から見た上面図である。 図３１の１次導体を矢印ＸＸＸＩＶ方向から見た正面図である。 本発明の実施形態５の変形例に係る電流センサの外観を示す斜視図である。 図３５の電流センサを矢印ＸＸＸＶＩ方向から見た側面図である。 本発明の実施形態６に係る電流センサの構成を示す断面図である。 本発明の実施形態６に係る電流センサの１次導体に測定対象の電流が流れた際に発生する磁界を模式的に示す断面図である。
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に係る電流センサの外観を示す斜視図である。図２は、本発明の実施形態１に係る電流センサの断面図であり、図１のＩＩ−ＩＩ線矢印方向から見た図である。図３は、本発明の実施形態１に係る電流センサの１次導体に測定対象の電流が流れた際に発生する磁界を模式的に示す断面図である。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１〜３においては、後述する１次導体１１０の幅方向をＸ軸方向、１次導体１１０の長さ方向をＹ軸方向、１次導体１１０の厚さ方向をＺ軸方向として、図示している。図３においては、図２と同じ断面視にて示している。
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、測定対象の電流が流れる導体である１次導体１１０と、１次導体１１０を流れる測定対象の電流により発生する磁界の強さを検出する、第１磁気センサ素子１２０ａおよび第２磁気センサ素子１２０ｂとを備える。具体的には、１次導体１１０は、表面および裏面を含み、長さ方向(Ｙ軸方向)、長さ方向(Ｙ軸方向)と直交する幅方向(Ｘ軸方向)、および、長さ方向(Ｙ軸方向)と幅方向(Ｘ軸方向)とに直交する厚さ方向(Ｚ軸方向)を有する板状である。
測定対象の電流は、２つの流路に分流されて１次導体１１０を矢印１で示すように１次導体１１０の長さ方向(Ｙ軸方向)に流れる。１次導体１１０は、長さ方向(Ｙ軸方向)における途中で、測定対象の電流が分流されて流れる第１流路部および第２流路部を含む。２つの流路のうちの一方の流路となる第１流路部と他方の流路となる第２流路部とは、１次導体１１０の幅方向(Ｘ軸方向)および１次導体１１０の厚さ方向(Ｚ軸方向)の各々において、互いに間隔をあけて位置している。
本実施形態においては、１次導体１１０は、互いに両端同士が電気的に接続された２つの導体で構成されている。２つの導体のうちの第１導体１１０ａは第１流路部を構成し、２つの導体のうちの第２導体１１０ｂは第２流路部を構成している。第１導体１１０ａおよび第２導体１１０ｂの各々は、平板状の形状を有している。第１導体１１０ａと第２導体１１０ｂとは、互いに平行に延在し、図示しない接続配線により両端を互いに接続されている。
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、アルミニウム若しくは鉄などの金属、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、銀若しくは銅などの金属、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、プレス加工により１次導体１１０を形成している。ただし、１次導体１１０の形成方法はこれに限られず、切削加工または鋳造などにより１次導体１１０を形成してもよい。
第１磁気センサ素子１２０ａおよび第２磁気センサ素子１２０ｂは、１次導体１１０の厚さ方向(Ｚ軸方向)において第１流路部と第２流路部との間に設けられ、１次導体１１０の幅方向(Ｘ軸方向)に並んで位置している。
本実施形態においては、第１磁気センサ素子１２０ａおよび第２磁気センサ素子１２０ｂの各々は、１つの基板１３０に実装されている。第１磁気センサ素子１２０ａおよび第２磁気センサ素子１２０ｂの各々は、アンプおよび受動素子などの電子部品と共に基板１３０に実装されている。なお、図１〜３においては、アンプおよび受動素子は図示していない。ただし、アンプおよび受動素子は、第１磁気センサ素子１２０ａおよび第２磁気センサ素子１２０ｂの各々が実装されている基板１３０とは異なる基板に、実装されていてもよい。
基板１３０は、プリント配線板であり、ガラスエポキシまたはアルミナなどの基材と、基材の表面上に設けられた銅などの金属箔がパターニングされて形成された配線とから構成されている。
第１磁気センサ素子１２０ａおよび第２磁気センサ素子１２０ｂが実装された基板１３０は、第１導体１１０ａと第２導体１１０ｂとの間に挿入されている。本実施形態においては、基板１３０は、第１導体１１０ａおよび第２導体１１０ｂの各々と、互いに間隔をあけて略平行に位置しているが、基板１３０が、第１導体１１０ａおよび第２導体１１０ｂの各々と互いに略垂直であるように配置されていてもよい。
図２においては、１次導体１１０の幅方向(Ｘ軸方向)において、第１磁気センサ素子１２０ａおよび第２磁気センサ素子１２０ｂの各々の中心を通過する中心線をＬｃで示している。１次導体１１０の厚さ方向(Ｚ軸方向)において、第１磁気センサ素子１２０ａの中心を通過する中心線をＣ1、第２磁気センサ素子１２０ｂの中心を通過する中心線をＣ2、中心線Ｃ1と中心線Ｃ2との間の中央線をＣｃで示している。中心線Ｃ1と中心線Ｃ2との間の距離(センサ間隔)はＭｃである。
なお、第１磁気センサ素子１２０ａおよび第２磁気センサ素子１２０ｂの各々の中心は、第１磁気センサ素子１２０ａおよび第２磁気センサ素子１２０ｂの各々が有する後述する磁気素子の形成領域の中心である。たとえば、第１磁気センサ素子１２０ａが４つのＡＭＲ素子から構成されている場合、第１磁気センサ素子１２０ａの中心は、４つのＡＭＲ素子を包含する形成領域の中心であり、中心線Ｃ1は、４つのＡＭＲ素子を包含する形成領域における１次導体１１０の幅方向(Ｘ軸方向)の最も一方側の位置と最も他方側の位置との中間点を通過している。
１次導体１１０の幅方向(Ｘ軸方向)において、第１導体１１０ａと第２導体１１０ｂとの間の中央を通過する中央線をＣｂで示し、第１導体１１０ａと第２導体１１０ｂとの間の距離(１次導体１１０の横ギャップの幅)はＭｂである。中央線Ｃｂと中央線Ｃｃとの間の距離(位置ずれ量)はＤｃである。１次導体１１０の厚さ方向(Ｚ軸方向)において、第１導体１１０ａと第２導体１１０ｂとの間の距離(１次導体１１０の縦ギャップの幅)はＨｂである。本実施形態においては、中心線Ｌｃは、第１導体１１０ａと第２導体１１０ｂとの間の略中央を通過している。
１次導体１１０の幅方向(Ｘ軸方向)において、第１磁気センサ素子１２０ａの中心と第２磁気センサ素子１２０ｂの中心との距離Ｍｃは、第１導体１１０ａと第２導体１１０ｂとの間の距離Ｍｂ以下である。
本実施形態にいては、第１磁気センサ素子１２０ａの中心および第２磁気センサ素子１２０ｂの中心の各々は、１次導体１１０の幅方向(Ｘ軸方向)において、第１導体１１０ａと第２導体１１０ｂとの間に位置している。
さらに、第１磁気センサ素子１２０ａの全体および第２磁気センサ素子１２０ｂの全体の各々は、１次導体１１０の幅方向(Ｘ軸方向)において、第１導体１１０ａと第２導体１１０ｂとの間に位置している。たとえば、第１磁気センサ素子１２０ａが４つのＡＭＲ素子から構成されている場合、４つのＡＭＲ素子を包含する形成領域の全体が、第１導体１１０ａと第２導体１１０ｂとの間に位置している。
第１磁気センサ素子１２０ａおよび第２磁気センサ素子１２０ｂの各々は、１次導体１１０の幅方向(Ｘ軸方向)の磁界を検出する。具体的には、第１磁気センサ素子１２０ａおよび第２磁気センサ素子１２０ｂの各々は、図３に示すように、１次導体１１０の幅方向(Ｘ軸方向)に向いた検出軸２を有している。
第１磁気センサ素子１２０ａおよび第２磁気センサ素子１２０ｂの各々は、検出軸２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２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、本実施形態に係る電流センサ１００において、第１磁気センサ素子１２０ａおよび第２磁気センサ素子１２０ｂの各々は、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磁気センサ素子１２０ａおよび第２磁気センサ素子１２０ｂの各々が、ＡＭＲ素子に代えて、ＧＭＲ(Giant Magneto Resistance)、ＴＭＲ(Tunnel Magneto Resistance)、ＢＭＲ(Ballistic Magneto Resistance)、ＣＭＲ(Colossal Magneto Resistance)などの磁気抵抗素子を有していてもよい。
また、第１磁気センサ素子１２０ａおよび第２磁気センサ素子１２０ｂの各々が、２つの磁気抵抗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磁気センサ素子１２０ａおよび第２磁気センサ素子１２０ｂの各々は、ホール素子を有する磁気センサ素子、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素子またはフラックスゲート型磁気センサ素子などであってもよい。磁気抵抗素子およびホール素子などの磁気素子は、樹脂パッケージされていてもよく、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。
複数の磁気素子がパッケージされている場合、複数の磁気素子が１つにパッケージされていてもよいし、複数の磁気素子の各々が別々にパッケージされていてもよい。また、複数の磁気素子と電子部品とが集積された状態で、１つにパッケージされていてもよい。
本実施形態においては、ＡＭＲ素子は、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る。具体的には、第１磁気センサ素子１２０ａおよび第２磁気センサ素子１２０ｂの各々の磁気抵抗素子は、バーバーポール型電極を含むことにより、磁気抵抗素子における磁気抵抗膜の磁化方向に対して所定の角度をなす方向に電流が流れるようにバイアスされている。
磁気抵抗膜の磁化方向は、磁気抵抗膜の形状異方性によって決まる。なお、磁気抵抗膜の磁化方向を調整する方法として、磁気抵抗膜の形状異方性を用いる方法に限られず、ＡＭＲ素子を構成する磁気抵抗膜の近傍に永久磁石を配置する方法、または、ＡＭＲ素子を構成する磁気抵抗膜において交換結合を設ける方法などを用いてもよい。永久磁石は、焼結磁石、ボンド磁石または薄膜で構成されていてもよい。永久磁石の種類は、特に限定されず、フェライト磁石、サマリウムコバルト磁石、アルニコ磁石またはネオジム磁石などを用いることができる。
第１磁気センサ素子１２０ａの磁気抵抗素子における磁気抵抗膜の磁化方向と、第２磁気センサ素子１２０ｂの磁気抵抗素子における磁気抵抗膜の磁化方向とは、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。
図４に示すように、電流センサ１００は、第１磁気センサ素子１２０ａの検出値と第２磁気センサ素子１２０ｂの検出値とを演算することにより１次導体１１０を流れる測定対象の電流の値を算出する算出部１９０をさらに備える。本実施形態においては、算出部１９０は、差動増幅器である。ただし、算出部１９０が減算器であってもよい。
図３に示すように、１次導体１１０を流れる測定対象の電流は、第１導体１１０ａを通過する第１流路部と、第２導体１１０ｂを通過する第２流路部との、２つの流路に分かれて流れる。１次導体１１０において２つの流路に分かれて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、第１導体１１０ａを周回する磁界１１０ａｅ、および、第２導体１１０ｂを周回する磁界１１０ｂｅが発生する。
１次導体１１０を測定対象の電流が流れることによって、第１磁気センサ素子１２０ａおよび第２磁気センサ素子１２０ｂの各々には、磁界１１０ａｅと磁界１１０ｂｅとが合成された被測定磁界が作用する。
第１磁気センサ素子１２０ａは、被測定磁界における１次導体１１０の幅方向(Ｘ軸方向)の一方に向いた磁界成分が印加される位置に配置されている。具体的には、第１磁気センサ素子１２０ａは、検出軸２の矢印方向とは反対方向に向いた磁界成分が印加される位置に配置されている。
第２磁気センサ素子１２０ｂは、被測定磁界における１次導体１１０の幅方向(Ｘ軸方向)の他方に向いた磁界成分が印加される位置に配置されている。具体的には、第２磁気センサ素子１２０ｂは、検出軸２の矢印方向に向いた磁界成分が印加される位置に配置されている。
すなわち、第１磁気センサ素子１２０ａに作用する１次導体１１０の幅方向(Ｘ軸方向)の磁束の向きと、第２磁気センサ素子１２０ｂに作用する１次導体１１０の幅方向(Ｘ軸方向)の磁束の向きとが反対であるため、１次導体１１０を流れる測定対象の電流により発生する被測定磁界の強さについて、第１磁気センサ素子１２０ａの検出値の位相と、第２磁気センサ素子１２０ｂの検出値の位相とは、逆相となる。よって、第１磁気センサ素子１２０ａの検出した被測定磁界の強さを負の値とすると、第２磁気センサ素子１２０ｂの検出した被測定磁界の強さは正の値となる。
第１磁気センサ素子１２０ａの検出値と第２磁気センサ素子１２０ｂの検出値とは、算出部１９０にて演算される。具体的には、算出部１９０は、第２磁気センサ素子１２０ｂの検出値から第１磁気センサ素子１２０ａの検出値を減算する。この結果から、１次導体１１０を流れた測定対象の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磁気センサ素子１２０ａと第２磁気センサ素子１２０ｂとの間隔が狭いため、外部磁界源は、物理的に第１磁気センサ素子１２０ａと第２磁気センサ素子１２０ｂ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磁気センサ素子１２０ａに印加される磁界のうちの検出軸２の方向における磁界成分の向きと、外部磁界源から第２磁気センサ素子１２０ｂに印加される磁界のうちの検出軸２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磁気センサ素子１２０ａの検出した外部磁界の強さを正の値とすると、第２磁気センサ素子１２０ｂ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１９０が第２磁気センサ素子１２０ｂの検出値から第１磁気センサ素子１２０ａの検出値を減算することにより、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。
ここで、上記の距離Ｍｂと距離Ｍｃとの関係が電流センサ１００の測定精度に及ぼす影響を検証したシミュレーション解析結果について説明する。
シミュレーション解析の条件としては、第１導体１１０ａおよび第２導体１１０ｂの各々の、幅を５．５ｍｍ、厚さを１．５ｍｍとし、Ｍｂ＝６．０ｍｍ、Ｈｂ＝７．０ｍｍとした。第１導体１１０ａおよび第２導体１１０ｂの各々に、３００Ａの電流を流した。この条件で、中心線Ｌｃ上における被測定磁界の磁束密度分布をシミュレーション解析した。１次導体１１０の幅方向(Ｘ軸方向)において、中心線Ｌｃの始点は、第１導体１１０ａの一端より１．５ｍｍだけ一方側の位置(図５中の左側の位置)であり、中心線Ｌｃの終点は、第２導体１１０ｂの他端より１．５ｍｍだけ他方側の位置(図５中の右側の位置)である。
図５は、１次導体に測定対象の電流を流した際に発生する被測定磁界の磁束密度をシミュレーション解析した結果を、図３と同一の断面視にて示した等高線図である。図５においては、１次導体１１０の幅方向(Ｘ軸方向)の一方に向いた磁界の磁束密度が高い順にＥ１〜Ｅ４、１次導体１１０の幅方向(Ｘ軸方向)の他方に向いた磁界の磁束密度が高い順にＥ１１〜Ｅ１４を示している。
図６は、図５の中心線Ｌｃ上の始点から終点までのＸ軸方向成分の磁束密度の変位を示すグラフである。図６においては、縦軸にＸ軸方向成分の磁束密度(Ｔ)、横軸にＸ軸方向における始点からの距離(ｍｍ)を示している。
図５に示すように、第１導体１１０ａの下方および第２導体１１０ｂの下方に、１次導体１１０の幅方向(Ｘ軸方向)の一方に向いた磁界が発生している。第１導体１１０ａの上方および第２導体１１０ｂの上方に、１次導体１１０の幅方向(Ｘ軸方向)の他方に向いた磁界が発生している。
図６に示すように、第１導体１１０ａの中心の下方の位置にて、１次導体１１０の幅方向(Ｘ軸方向)の一方に向いた磁界の磁束密度の絶対値がもっとも大きくなり、第２導体１１０ｂの中心の上方の位置にて、１次導体１１０の幅方向(Ｘ軸方向)の他方に向いた磁界の磁束密度の絶対値がもっとも大きくなっている。
図６中に示すロバスト領域Ｔにおいては、始点からの距離に比例して、１次導体１１０の幅方向(Ｘ軸方向)の他方に向いた磁界の磁束密度が大きくなっている。すなわち、ロバスト領域Ｔにおいては、１次導体１１０の幅方向(Ｘ軸方向)の位置と被測定磁界の１次導体１１０の幅方向(Ｘ軸方向)の磁束密度との線形性が、高く維持されている。
なお、１次導体１１０の幅方向(Ｘ軸方向)におけるロバスト領域Ｔの長さは、１次導体１１０の横ギャップの幅Ｍｂより長い。すなわち、ロバスト領域Ｔは、１次導体１１０の幅方向(Ｘ軸方向)における第１導体１１０ａと第２導体１１０ｂとの間の隙間の領域を内包している。
本実施形態に係る電流センサ１００においては、１次導体１１０の幅方向(Ｘ軸方向)において、距離Ｍｃが距離Ｍｂ以下であり、第１磁気センサ素子１２０ａは、被測定磁界における１次導体１１０の幅方向(Ｘ軸方向)の一方に向いた磁界成分が印加される位置に配置され、第２磁気センサ素子１２０ｂは、被測定磁界における１次導体１１０の幅方向(Ｘ軸方向)の他方に向いた磁界成分が印加される位置に配置されている。そのため、第１磁気センサ素子１２０ａおよび第２磁気センサ素子１２０ｂの各々の少なくとも一部は、ロバスト領域Ｔ内に位置している。その結果、第１磁気センサ素子１２０ａおよび第２磁気センサ素子１２０ｂの各々の少なくとも一部は、１次導体１１０の幅方向(Ｘ軸方向)において第１流路部と第２流路部との間に設けられている。
上記のようにロバスト領域Ｔ内においては、１次導体１１０の幅方向(Ｘ軸方向)の位置と被測定磁界の１次導体１１０の幅方向(Ｘ軸方向)の磁束密度との線形性が高く維持されているため、第１磁気センサ素子１２０ａおよび第２磁気センサ素子１２０ｂの１次導体１１０の幅方向(Ｘ軸方向)における位置がロバスト領域Ｔ内においてともにずれた場合、第２磁気センサ素子１２０ｂの検出値から第１磁気センサ素子１２０ａの検出値を減算した値は、略一定となりほとんど変化しない。
その結果、測定対象の電流が流れる１次導体１１０に対する第１磁気センサ素子１２０ａおよび第２磁気センサ素子１２０ｂの位置ずれによる電流センサ１００の測定誤差を低減することができる。
第１磁気センサ素子１２０ａの中心および第２磁気センサ素子１２０ｂの中心の各々が、１次導体１１０の幅方向(Ｘ軸方向)において、第１導体１１０ａと第２導体１１０ｂとの間に位置している場合、第１磁気センサ素子１２０ａおよび第２磁気センサ素子１２０ｂの各々の半分以上がロバスト領域Ｔ内に位置しているため、第１磁気センサ素子１２０ａおよび第２磁気センサ素子１２０ｂの位置ずれによる電流センサ１００の測定誤差を安定して低減することができる。
第１磁気センサ素子１２０ａの全体および第２磁気センサ素子１２０ｂの全体の各々が、１次導体１１０の幅方向(Ｘ軸方向)において、第１導体１１０ａと第２導体１１０ｂとの間に位置している場合、第１磁気センサ素子１２０ａおよび第２磁気センサ素子１２０ｂの位置ずれによる電流センサ１００の測定誤差を最も低減することができる。
次に、１次導体１１０の横ギャップの幅Ｍｂおよび１次導体１１０の縦ギャップの幅Ｈｂが、磁気センサ素子の位置ずれによる電流センサの出力の誤差に与える影響を検証したシミュレーション解析結果について説明する。
シミュレーション解析の共通条件としては、第１導体１１０ａおよび第２導体１１０ｂの各々の、幅を５．５ｍｍ、厚さを１．５ｍｍとした。第１導体１１０ａおよび第２導体１１０ｂの各々に、３００Ａの電流を流した。
１次導体１１０の横ギャップの幅Ｍｂを、０．５，１，２，２．７５，３，５，１０，１５の８通り、１次導体１１０の縦ギャップの幅Ｈｂを、２．５，３．５，５，１０の４通り、合計３２通りに条件を変えてシミュレーション解析を行なった。１次導体１１０の横ギャップの幅Ｍｂおよび１次導体１１０の縦ギャップの幅Ｈｂの各々の値は、センサ間隔Ｍｃにて規格化した値である。
図７は、１次導体１１０の縦ギャップの幅Ｈｂを２．５にし、１次導体１１０の横ギャップの幅Ｍｂを８通りに変えて、電流センサの誤差の分布についてシミュレーション解析を行なった結果を示すグラフである。図８は、１次導体１１０の縦ギャップの幅Ｈｂを３．５にし、１次導体１１０の横ギャップの幅Ｍｂを８通りに変えて、電流センサの誤差の分布についてシミュレーション解析を行なった結果を示すグラフである。図９は、１次導体１１０の縦ギャップの幅Ｈｂを５にし、１次導体１１０の横ギャップの幅Ｍｂを８通りに変えて、電流センサの誤差の分布についてシミュレーション解析を行なった結果を示すグラフである。図１０は、１次導体１１０の縦ギャップの幅Ｈｂを１０にし、１次導体１１０の横ギャップの幅Ｍｂを８通りに変えて、電流センサの誤差の分布についてシミュレーション解析を行なった結果を示すグラフである。
図７〜１０においては、縦軸に、位置ずれ量Ｄｃ＝０のときの電流センサの出力に対する出力の誤差(％)、横軸に、磁気センサ素子の１次導体１１０の幅方向(Ｘ軸方向)の位置ずれ量Ｄｃ(ｍｍ)を示している。位置ずれ量Ｄｃは、１次導体１１０の幅方向(Ｘ軸方向)の一方側のずれ量を負の値、１次導体１１０の幅方向(Ｘ軸方向)の他方側のずれ量を正の値で示している。Ｍｂ＝０．５のデータを点線、Ｍｂ＝１のデータを１点鎖線、Ｍｂ＝２のデータを２点鎖線、Ｍｂ＝２．７５のデータを実線、Ｍｂ＝３のデータを太い点線、Ｍｂ＝５のデータを太い１点鎖線、Ｍｂ＝１０のデータを太い２点鎖線、Ｍｂ＝１５のデータを太い実線で示している。
図１１は、磁気センサ素子のＸ軸方向の位置ずれ量Ｄｃを０．５ｍｍとして、１次導体１１０の縦ギャップの幅Ｈｂを４通りに変えて、電流センサの誤差の絶対値の分布についてシミュレーション解析を行なった結果を示すグラフである。図１１においては、縦軸に、位置ずれ量Ｄｃ＝０のときの電流センサの出力に対する出力の誤差の絶対値(％)、横軸に、１次導体１１０の横ギャップの幅Ｍｂ(センサ間隔Ｍｃにて規格化)を示している。Ｈｂ＝２．５のデータを実線、Ｈｂ＝３．５のデータを１点鎖線、Ｈｂ＝５のデータを２点鎖線、Ｈｂ＝１０のデータを点線で示している。
図７〜１１に示すように、電流センサの出力の誤差の絶対値は、１次導体１１０の縦ギャップの幅Ｈｂに関わらず、１次導体１１０の横ギャップの幅Ｍｂが１以上１５以下であるときは、１次導体１１０の横ギャップの幅Ｍｂが１未満であるときより低かった。図１１に示すように、磁気センサ素子のＸ軸方向の位置ずれ量Ｄｃが０．５ｍｍである場合、１次導体１１０の横ギャップの幅Ｍｂが２以上１５以下の範囲において、電流センサの出力の誤差の絶対値を１．５％以下に低減できていた。
このことから、１次導体１１０の縦ギャップの幅Ｈｂに関わらず、センサ間隔Ｍｃが横ギャップの幅Ｍｂ以下であることにより、電流センサの測定誤差を低減できることが確認できた。また、センサ間隔Ｍｃが横ギャップの幅Ｍｂの半分以下であることにより、電流センサの測定誤差を大幅に低減できることが確認できた。
本実施形態に係る電流センサ１００においては、第１磁気センサ素子１２０ａおよび第２磁気センサ素子１２０ｂの各々は、1つの基板１３０に実装されているため、第１磁気センサ素子１２０ａおよび第２磁気センサ素子１２０ｂを集積化して電流センサ１００を小型化することができる。
第１磁気センサ素子１２０ａおよび第２磁気センサ素子１２０ｂは、集積化されて１つにパッケージされていてもよい。図１２は、本発明の実施形態１の変形例１に係る電流センサにおける第１磁気センサ素子および第２磁気センサ素子を示す断面図である。図１２においては、図２と同じ断面視にて示している。
図１２に示すように、本発明の実施形態１の変形例１に係る電流センサにおける第１磁気センサ素子１２０ａおよび第２磁気センサ素子１２０ｂは、樹脂パッケージ１６０により１体に構成されており、接合剤１７０によって基板１３０上に実装されている。このように、第１磁気センサ素子１２０ａおよび第２磁気センサ素子１２０ｂを集積化して１つにパッケージすることにより、電流センサを小型化することができる。
また、第１磁気センサ素子１２０ａおよび第２磁気センサ素子１２０ｂの各々の少なくとも一部が、１次導体１１０の厚さ方向(Ｚ軸方向)において１次導体１１０と対向していてもよい。
図１３は、本発明の実施形態１の変形例２に係る電流センサにおける第１磁気センサ素子および第２磁気センサ素子を示す断面図である。図１３においては、図２と同じ断面視にて示している。
図１３に示すように、本発明の実施形態１の変形例２に係る電流センサにおいては、センサ間隔Ｍｃが大きくなって、１次導体１１０の厚さ方向(Ｚ軸方向)において、第１磁気センサ素子１２０ａの一部と第１導体１１０ａとが互いに対向し、第２磁気センサ素子１２０ｂの一部と第２導体１１０ｂとが互いに対向している。すなわち、第１磁気センサ素子１２０ａの一部は、１次導体１１０の厚さ方向(Ｚ軸方向)から見て、第１導体１１０ａと重なって位置している。第２磁気センサ素子１２０ｂの一部は、１次導体１１０の厚さ方向(Ｚ軸方向)から見て、第２導体１１０ｂと重なって位置している。
本発明の実施形態１の変形例２に係る電流センサにおいては、第１磁気センサ素子１２０ａの中心および第２磁気センサ素子１２０ｂの中心の各々が、１次導体１１０の幅方向(Ｘ軸方向)において、第１導体１１０ａと第２導体１１０ｂとの間に位置しているが、これに限られず、第１磁気センサ素子１２０ａの中心または第２磁気センサ素子１２０ｂの中心が、１次導体１１０の幅方向(Ｘ軸方向)において、第１導体１１０ａと第２導体１１０ｂとの間の外側に位置していてもよい。
本発明の実施形態１の変形例２に係る電流センサにおいては、第１磁気センサ素子１２０ａおよび第２磁気センサ素子１２０ｂの各々の少なくとも一部が、１次導体１１０の厚さ方向(Ｚ軸方向)において１次導体１１０と対向していることにより、第１磁気センサ素子１２０ａおよび第２磁気センサ素子１２０ｂの各々に作用する被測定磁界における１次導体１１０の幅方向(Ｘ軸方向)の磁界成分を多くすることができる。これにより、電流センサの出力を高くすることができる。
一方、第１磁気センサ素子１２０ａおよび第２磁気センサ素子１２０ｂにおいて、１次導体１１０の厚さ方向(Ｚ軸方向)にて１次導体１１０と対向している部分の割合が増加するに従って、第１磁気センサ素子１２０ａおよび第２磁気センサ素子１２０ｂの位置ずれによる電流センサの測定誤差を低減する効果が少なくなる。そのため、第１磁気センサ素子１２０ａの中心および第２磁気センサ素子１２０ｂの中心の各々が、１次導体１１０の幅方向(Ｘ軸方向)において、第１導体１１０ａと第２導体１１０ｂとの間に位置していることにより、第１磁気センサ素子１２０ａおよび第２磁気センサ素子１２０ｂの位置ずれによる電流センサの測定誤差を低減する効果を高く維持することができる。
よって、本発明の実施形態１の変形例２に係る電流センサにおいては、第１磁気センサ素子１２０ａの中心および第２磁気センサ素子１２０ｂの中心の各々を、１次導体１１０の幅方向(Ｘ軸方向)において、第１導体１１０ａと第２導体１１０ｂとの間に位置させつつ、第１磁気センサ素子１２０ａおよび第２磁気センサ素子１２０ｂの各々の一部を、１次導体１１０の厚さ方向(Ｚ軸方向)において１次導体１１０と対向させていることにより、第１磁気センサ素子１２０ａおよび第２磁気センサ素子１２０ｂの位置ずれによる電流センサの測定誤差を低減しつつ、電流センサの出力を高くすることができる。
(実施形態２)
以下、本発明の実施形態２に電流センサについて説明する。なお、実施形態２に係る電流センサ２００は、１次導体が１つの導体で構成されている点が主に実施形態１に係る電流センサ１００と異なるため、実施形態１に係る電流センサ１００と同様である構成については同じ参照符号を付してその説明を繰り返さない。
図１４は、本発明の実施形態２に係る電流センサの外観を示す斜視図である。図１５は、本発明の実施形態２に係る電流センサが備える１次導体の外観を示す斜視図である。図１６は、本発明の実施形態２に係る電流センサの断面図であり、図１４のＸＶＩ−ＸＶＩ線矢印方向から見た図である。図１７は、本発明の実施形態２に係る電流センサの断面図であり、図１４のＸＶＩＩ−ＸＶＩＩ線矢印方向から見た図である。図１４〜１７においては、１次導体２１０の幅方向をＸ軸方向、１次導体２１０の長さ方向をＹ軸方向、１次導体２１０の厚さ方向をＺ軸方向として、図示している。
図１４〜１７に示すように、本発明の実施形態２に係る電流センサ２００は、測定対象の電流が流れる１次導体２１０と、１次導体２１０を流れる測定対象の電流により発生する磁界の強さをそれぞれ検出する第１磁気センサ素子１２０ａおよび第２磁気センサ素子１２０ｂとを備える。測定対象の電流は、後述するように２つの流路に分流されて１次導体２１０を矢印１で示すように１次導体２１０の長さ方向(Ｙ軸方向)に流れる。
１次導体２１０は、１次導体２１０の厚さ方向(Ｚ軸方向)の一方に突出するように曲がって長さ方向(Ｙ軸方向)に延在し、２つの流路のうちの第１流路部を構成するアーチ状部２１１を含む。すなわち、第１流路部は、幅方向(Ｘ軸方向)から見て、１次導体２１０の表面側に膨出している。２つの流路のうちの第２流路部は、１次導体２１０の幅方向(Ｘ軸方向)にてアーチ状部２１１と並ぶ平坦部２１５により構成されている。すなわち、第２流路部は、平坦である。
１次導体２１０に、１次導体２１０の長さ方向(Ｙ軸方向)に延在するスリット２１６が設けられている。スリット２１６は、１次導体２１０の幅方向(Ｘ軸方向)にてアーチ状部２１１に隣接している。すなわち、スリット２１６は、アーチ状部２１１と平坦部２１５との間に設けられている。このように、電流センサ２００においては、１次導体２１０は、第１流路部と第２流路部との間に、長さ方向(Ｙ軸方向)に延在するスリット２１６が設けられている。
スリット２１６が設けられることにより、アーチ状部２１１と平坦部２１５との間に１次導体２１０の横ギャップが形成される。すなわち、スリット２１６の幅が、１次導体２１０の横ギャップの幅Ｍｂとなる。
１次導体２１０の幅方向(Ｘ軸方向)から見て、アーチ状部２１１と平坦部２１５との間には、アーチ状部２１１の内側に通じる開口部２１１ｈが形成されている。すなわち、幅方向(Ｘ軸方向)から見て、第１流路部と第２流路部とによって囲まれた領域である開口部２１１ｈが形成されている。
図１５に示すように、本実施形態においては、アーチ状部２１１は、互いに間隔を置いて、１次導体２１０の主面に直交するように突出する第１突出部２１２および第２突出部２１３と、１次導体２１０の長さ方向(Ｙ軸方向)に延在し、第１突出部２１２と第２突出部２１３とを繋ぐ延在部２１４とから構成されている。
延在部２１４と平坦部２１５との間に１次導体２１０の縦ギャップが形成されている。すなわち、１次導体２１０の厚さ方向(Ｚ軸方向)における延在部２１４と平坦部２１５との間の距離が、１次導体２１０の縦ギャップの幅Ｈｂとなる。ただし、アーチ状部２１１の形状はこれに限られず、たとえば、１次導体２１０の幅方向(Ｘ軸方向)から見て、Ｃ字状または半円状の形状を有していてもよい。
第１磁気センサ素子１２０ａおよび第２磁気センサ素子１２０ｂが実装された基板１３０の一部は、開口部２１１ｈに挿入されている。基板１３０の残部は、平坦部２１５上に載置されている。これにより、第１磁気センサ素子１２０ａの一部は、アーチ状部２１１の内側に配置されて延在部２１４の裏面側に位置している。第２磁気センサ素子１２０ｂの一部は、平坦部２１５の表面側に位置している。すなわち、第１磁気センサ素子１２０ａおよび第２磁気センサ素子１２０ｂは、１次導体２１０の厚さ方向(Ｚ軸方向)において第１流路部と第２流路部との間に設けられ、１次導体２１０の幅方向(Ｘ軸方向)に並んで位置している。
本実施形態においては、基板１３０の実装面と平坦部２１５の表面とが平行になるように基板１３０が配置されているが、基板１３０の実装面と平坦部２１５の表面とが垂直になるように基板１３０が配置されていてもよい。
図１６に示すように、１次導体２１０を流れる測定対象の電流は、アーチ状部２１１を通過する第１流路部と、平坦部２１５を通過する第２流路部との、２つの流路に分かれて流れる。１次導体２１０において２つの流路に分かれて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、第１流路部および第２流路部の各々を周回する磁界が発生する。
図１６，１７に示すように、第１磁気センサ素子１２０ａの一部はアーチ状部２１１の内側に配置されているため、第１磁気センサ素子１２０ａには、第１突出部２１２を周回する磁界２１２ｅと、第２突出部２１３を周回する磁界２１３ｅと、延在部２１４を周回する磁界２１４ｅとが印加される。これにより、第１磁気センサ素子１２０ａの磁気抵抗素子に印加される磁界が強くなるため、１次導体２１０を流れる測定電流に対する第１磁気センサ素子１２０ａの感度が高くなる。第２磁気センサ素子１２０ｂには、平坦部２１５を周回する磁界２１５ｅが印加される。
延在部２１４の裏面側の位置と、平坦部２１５の表面側の位置とでは、１次導体２１０の幅方向(Ｘ軸方向)の磁束の向きが互いに反対方向となる。すなわち、第１磁気センサ素子１２０ａに作用する磁束の向きと、第２磁気センサ素子１２０ｂに作用する磁束の向きとが反対であるため、１次導体２１０を流れる測定対象の電流により発生する磁界の強さについて、第１磁気センサ素子１２０ａの検出値の位相と、第２磁気センサ素子１２０ｂの検出値の位相とは、逆相である。
上記のように、本実施形態に係る電流センサ２００は、１次導体２１０を流れる測定電流に対する第１磁気センサ素子１２０ａの感度を高めることによって電流センサ２００の感度を高めることができる。
また、電流センサ２００においては、第１磁気センサ素子１２０ａおよび第２磁気センサ素子１２０ｂが実装された基板１３０の一部が開口部２１１ｈに挿入され、基板１３０の残部が平坦部２１５上に載置されていることにより、電流センサ２００の低背化、集積化および小型化を図ることができる。
さらに、本実施形態に係る電流センサ２００は、１つの１次導体２１０に、第１磁気センサ素子１２０ａおよび第２磁気センサ素子１２０ｂが実装された基板１３０を組み付ける構造を有しているため、電流センサ２００の組み立てが容易であり、また、２つの１次導体を用いる場合に比較して、部品点数を削減して低コスト化を図ることができる。
(実施形態３)
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。なお、実施形態３に係る電流センサ３００は、１次導体に平坦部に代えて逆アーチ状部が設けられている点のみ実施形態２に係る電流センサ２００と異なるため、実施形態２に係る電流センサ２００と同様である構成については同じ参照符号を付してその説明を繰り返さない。
図１８は、本発明の実施形態３に係る電流センサの外観を示す斜視図である。図１９は、本発明の実施形態３に係る電流センサが備える１次導体の外観を示す斜視図である。図２０は、本発明の実施形態３に係る電流センサが備える磁気センサユニットの構成を示す分解斜視図である。図２１は、本発明の実施形態３に係る電流センサが備える磁気センサユニットの筐体の外観を示す斜視図である。
図１８〜２１に示すように、本発明の実施形態３に係る電流センサ３００は、測定対象の電流が流れる１次導体３１０と、１次導体３１０を流れる測定対象の電流により発生する磁界の強さをそれぞれ検出する第１磁気センサ素子１２０ａおよび第２磁気センサ素子１２０ｂとを備える。
本実施形態に係る電流センサ３００においては、１次導体３１０にてスリット２１６のアーチ状部２１１側とは反対側に、１次導体３１０の厚さ方向(Ｚ軸方向)の他方に突出するように曲がって１次導体３１０の長さ方向(Ｙ軸方向)に延在し、他の１つの流路を構成する逆アーチ状部３１７が設けられている。逆アーチ状部３１７は、１次導体３１０の幅方向(Ｘ軸方向)にてスリット２１６に隣接してアーチ状部２１１と並んでいる。スリット２１６は、１次導体３１０の幅方向(Ｘ軸方向)にて１次導体３１０の中央に位置している。スリット２１６は、アーチ状部２１１と逆アーチ状部３１７とに挟まれて位置している。
図１９に示すように、本実施形態においては、逆アーチ状部３１７は、互いに間隔を置いて、１次導体３１０の主面に直交するように突出する第３突出部３１８および第４突出部３１９と、１次導体３１０の長さ方向(Ｙ軸方向)に延在し、第３突出部３１８と第４突出部３１９とを繋ぐ延在部３１５とから構成されている。
延在部２１４と延在部３１５との間に１次導体３１０の縦ギャップが形成されている。すなわち、１次導体３１０の厚さ方向(Ｚ軸方向)における延在部２１４と延在部３１５との間の距離が、１次導体３１０の縦ギャップの幅Ｈｂとなる。ただし、逆アーチ状部３１７の形状はこれに限られず、たとえば、１次導体３１０の幅方向(Ｘ軸方向)から見て、Ｃ字状または半円状の形状を有していてもよい。アーチ状部２１１と逆アーチ状部３１７とは、互いに同一形状を有する。すなわち、第１流路部と第２流路部とは、互いに点対称な形状を有する。
図２０に示すように、第１磁気センサ素子１２０ａおよび第２磁気センサ素子１２０ｂの各々は、アンプおよび受動素子などの電子部品３４０ａ，３４０ｂと共に基板１３０に実装されている。本実施形態においては、第１磁気センサ素子１２０ａおよび第２磁気センサ素子１２０ｂは、１次導体３１０の長さ方向(Ｙ軸方向)において互いにずれつつ、１次導体３１０の幅方向(Ｘ軸方向)に並んで位置している。基板１３０が電気絶縁性を有する筐体３５０内に固定されることにより、磁気センサユニット３６０が構成されている。すなわち、第１磁気センサ素子１２０ａ、第２磁気センサ素子１２０ｂ、電子部品３４０ａ，３４０ｂおよび基板１３０の各々は、筐体３５０に収容されている。
図２０，２１に示すように、筐体３５０は、略直方体状の外形を有し、下部筐体３５１と上部筐体３５２とから構成されている。上部筐体３５２には、基板１３０と接続されるワイヤーハネースの取出し口３５２ｐが設けられている。
筐体３５０は、ＰＰＳ(ポリフェニレンスルファイド)などのエンジニアリングプラスチックで形成されている。ＰＰＳは、耐熱性が高いため、１次導体３１０の発熱を考慮した場合、筐体３５０の材料として好ましい。
基板１３０を筐体３５０に固定する方法としては、螺子による締結、樹脂による熱溶着、または、接着剤による接合などを用いることができる。螺子を用いて基板１３０と筐体３５０とを締結する場合には、磁界の乱れが生じないように、非磁性の螺子を用いることが好ましい。
アーチ状部２１１と逆アーチ状部３１７とによって形成される空間に、磁気センサユニット３６０が挿入されている。これにより、第１磁気センサ素子１２０ａの一部は、アーチ状部２１１の内側に配置されて延在部２１４の裏面側に位置し、第２磁気センサ素子１２０ｂの一部は、逆アーチ状部３１７の内側に配置されて延在部３１５の表面側に位置している。
上記の状態において、筐体３５０は、アーチ状部２１１の内側の面の少なくとも一部と接している。たとえば、上部筐体３５２が、延在部２１４の裏面の少なくとも一部と接している。さらに、筐体３５０は、逆アーチ状部３１７の内側の面の少なくとも一部と接している。たとえば、下部筐体３５１が、延在部３１５の表面の少なくとも一部と接している。
これにより、第１磁気センサ素子１２０ａとアーチ状部２１１との間隔、および、第２磁気センサ素子１２０ｂと逆アーチ状部３１７との間隔の各々を狭くしつつ、アーチ状部２１１に対する第１磁気センサ素子１２０ａの位置のばらつき、および、逆アーチ状部３１７に対する第２磁気センサ素子１２０ｂの位置のばらつきの各々を低減して、電流センサ３００の感度を高めつつ測定精度のばらつきを低減することができる。その結果、電流センサ３００の測定再現性および量産性を高めることができる。また、アーチ状部２１１および逆アーチ状部３１７によって、磁気センサユニット３６０の構成部品を外力から保護することができる。
本実施形態においては、１次導体３１０の厚さ方向(Ｚ軸方向)から見て、１次導体３１０の幅方向(Ｘ軸方向)において、第１磁気センサ素子１２０ａと第２磁気センサ素子１２０ｂとの中間の位置に、スリット２１６の中心が位置している。１次導体３１０の厚さ方向(Ｚ軸方向)において、第１流路部と第２流路部との中間の位置に、第１磁気センサ素子１２０ａおよび第２磁気センサ素子１２０ｂの各々が位置している。これにより、第１磁気センサ素子１２０ａと１次導体３１０との位置関係と、第２磁気センサ素子１２０ｂと１次導体３１０との位置関係とを、略同一にすることができる。
本実施形態においては、第２磁気センサ素子１２０ｂの一部は、逆アーチ状部３１７の内側に配置されているため、第２磁気センサ素子１２０ｂには、第３突出部３１８を周回する磁界と、第４突出部３１９を周回する磁界と、延在部３１５を周回する磁界とが印加される。これにより、第２磁気センサ素子１２０ｂの磁気抵抗素子に印加される磁界が強くなるため、１次導体３１０を流れる測定電流に対する第２磁気センサ素子１２０ｂの感度が高くなる。
本実施形態に係る電流センサ３００は、１次導体３１０を流れる測定電流に対する第１磁気センサ素子１２０ａおよび第２磁気センサ素子１２０ｂの各々の感度を高めることによって電流センサ３００の感度を高めることができる。
本実施形態に係る電流センサ３００においては、アーチ状部２１１の電気抵抗値と逆アーチ状部３１７の電気抵抗値とが略同一であるため、１次導体３１０を測定電流が流れることによるアーチ状部２１１の発熱量と逆アーチ状部３１７の発熱量とを同等にすることができる。その結果、第１磁気センサ素子１２０ａの磁気抵抗素子の周囲の温度と、第２磁気センサ素子１２０ｂの磁気抵抗素子の周囲の温度とを略同じにすることができるため、磁気抵抗素子の温度特性による電流センサ３００の測定値の誤差を低減することができる。
なお、アーチ状部２１１および逆アーチ状部３１７の形状は上記に限られない。図２２は、本発明の実施形態３の変形例に係る電流センサが備える１次導体の外観を示す斜視図である。図２２に示すように、本実施形態の変形例に係る電流センサが備える１次導体３１０ａは、１次導体３１０ａの幅方向(Ｘ軸方向)から見て半円状の形状をそれぞれ有する、アーチ状部３１１および逆アーチ状部３１７ａを含む。本実施形態の変形例に係る電流センサにおいては、磁気センサユニットの筐体は、略円柱状の外形を有している。
上述した実施形態の説明において、組み合わせ可能な構成を相互に組み合わせてもよい。たとえば、実施形態２に係る電流センサ２００におけるアーチ状部２１１に、磁気センサユニット３６０が挿入されていてもよい。この場合、筐体３５０は、アーチ状部２１１の内側の面の少なくとも一部と接している。たとえば、上部筐体３５２が、延在部２１４の裏面の少なくとも一部と接している。下部筐体３５１が、平坦部２１５の表面の少なくとも一部と接している。電流センサにおいて、筐体が、１次導体と一体に構成されていてもよいし、１次導体に対して付け外し可能に構成されていてもよい。
(実施形態４)
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。なお、実施形態４に係る電流センサ４００は、第１流路部および第２流路部の形状が主に、実施形態３に係る電流センサ３００と異なるため、実施形態３に係る電流センサ３００と同様である構成については同じ参照符号を付してその説明を繰り返さない。
図２３は、本発明の実施形態４に係る電流センサの外観を示す斜視図である。図２４は、本発明の実施形態４に係る電流センサが備える１次導体の外観を示す斜視図である。図２５は、図２４の１次導体を矢印ＸＸＶ方向から見た側面図である。
図２３〜２５に示すように、本発明の実施形態４に係る電流センサ４００は、測定対象の電流が流れ、表面および裏面を含み、長さ方向(Ｙ軸方向)、長さ方向(Ｙ軸方向)と直交する幅方向(Ｘ軸方向)、および、長さ方向(Ｙ軸方向)と幅方向(Ｘ軸方向)とに直交する厚さ方向(Ｚ軸方向)を有する板状の１次導体４１０を備える。
本実施形態においては、第１流路部４１１は、幅方向(Ｘ軸方向)から見て、１次導体４１０の表面側に膨出している。第２流路部４１７は、幅方向(Ｘ軸方向)から見て、１次導体４１０の裏面側に膨出している。第２流路部４１７は、１次導体４１０の幅方向(Ｘ軸方向)にて第１流路部４１１と並んでいる。幅方向(Ｘ軸方向)から見て、第１流路部４１１と第２流路部４１７とによって囲まれた領域４１１ｈが形成されている。スリット４１６は、１次導体４１０の幅方向(Ｘ軸方向)にて１次導体４１０の中央に位置している。
第１流路部４１１および第２流路部４１７の各々は、１次導体４１０の幅方向(Ｘ軸方向)から見て、半長円状の形状を有している。第１流路部４１１は、互いに間隔を置いて、１次導体４１０の表面から円弧状に突出する第１突出部４１２および第２突出部４１３と、１次導体４１０の長さ方向(Ｙ軸方向)に延在し、第１突出部４１２と第２突出部４１３とを繋ぐ延在部４１４とから構成されている。第２流路部４１７は、互いに間隔を置いて、１次導体４１０の裏面から円弧状に突出する第３突出部４１８および第４突出部４１９と、１次導体４１０の長さ方向(Ｙ軸方向)に延在し、第３突出部４１８と第４突出部４１９とを繋ぐ延在部４１５とから構成されている。
第１流路部４１１と第２流路部４１７とによって形成される空間に、磁気センサユニット４６０が挿入されている。これにより、第１磁気センサ素子１２０ａは、幅方向(Ｘ軸方向)から見て、領域４１１ｈの内部に位置し、かつ、第１磁気センサ素子１２０ａの一部は、１次導体４１０の厚さ方向(Ｚ軸方向)から見て、第１流路部４１１と重なって位置している。第２磁気センサ素子１２０ｂは、幅方向(Ｘ軸方向)から見て、領域４１１ｈの内部に位置し、かつ、第２磁気センサ素子１２０ｂの一部は、１次導体４１０の厚さ方向(Ｚ軸方向)から見て、第２流路部４１７と重なって位置している。
本実施形態に係る電流センサ４００は、１次導体４１０を流れる測定対象の電流に対する第１磁気センサ素子１２０ａおよび第２磁気センサ素子１２０ｂの各々の感度を高めることによって電流センサ４００の感度を高めつつ、外部磁界の影響を低減することができる。
本実施形態に係る電流センサ４００においては、第１流路部４１１の電気抵抗値と第２流路部４１７の電気抵抗値とが略同一であるため、１次導体４１０を測定対象の電流が流れることによる第１流路部４１１の発熱量と第２流路部４１７の発熱量とを同等にすることができる。その結果、第１磁気センサ素子１２０ａの磁気抵抗素子の周囲の温度と、第２磁気センサ素子１２０ｂの磁気抵抗素子の周囲の温度とを略同じにすることができるため、磁気抵抗素子の温度特性による電流センサ４００の測定値の誤差を低減することができる。
なお、磁気センサユニット４６０の一部が、第１流路部４１１と第２流路部４１７とによって形成される空間の外側に配置されていてもよい。図２６は、本発明の実施形態４の変形例に係る電流センサの外観を示す斜視図である。図２７は、図２６の電流センサを矢印ＸＸＶＩＩ方向から見た側面図である。図２８は、本発明の実施形態４の変形例に係る電流センサが備える磁気センサユニットの基板を表面側から見た図である。図２９は、本発明の実施形態４の変形例に係る電流センサが備える磁気センサユニットの基板を裏面側から見た図である。
図２６，２７に示すように、本発明の実施形態４の変形例に係る電流センサ４００ａは、１次導体４１０ａと磁気センサユニット４６０ａとを備える。磁気センサユニット４６０ａは、幅方向(Ｘ軸方向)から見て、領域４１１ｈの内部に位置する磁気センサ収容部４６０ｉと、領域４１１ｈの外側に位置する電子部品収容部４６０ｏと、フランジ部４６０ｆとを含む。図２８，２９に示すように、電子部品収容部４６０ｏの内部に位置する部分の基板４３０の表面上に、電子部品４４０ａ，４４０ｂ，４４１が実装されている。電子部品４４０ａ，４４０ｂ，４４１は、演算回路を構成している。磁気センサ収容部４６０ｉの内部に位置する部分の基板４３０の裏面上に、第１磁気センサ素子１２０ａおよび第２磁気センサ素子１２０ｂが実装されている。
フランジ部４６０ｆには、図示しない貫通孔が設けられている。１次導体４１０ａには、フランジ部４６０ｆの貫通孔に対応する位置に、図示しない貫通孔が設けられている。フランジ部４６０ｆの貫通孔および１次導体４１０ａの貫通孔を挿通したボルト４７０とナット４８０とを螺合させることにより、磁気センサユニット４６０ａと１次導体４１０ａとを締結することができる。ボルト４７０およびナット４８０の各々は、非磁性材料で構成されている。
本発明の実施形態４の変形例に係る電流センサ４００ａにおいては、ボルト４７０およびナット４８０により、磁気センサユニット４６０ａを１次導体４１０ａに確実に取り付けることができる。また、演算回路を構成する電子部品４４０ａ，４４０ｂ，４４１を領域４１１ｈの外側に配置することにより、領域４１１ｈを小さくすることができる。領域４１１ｈを小さくすることにより、第１流路部４１１と第１磁気センサ素子１２０ａとの間の距離、および、第２流路部４１７と第２磁気センサ素子１２０ｂとの間の距離を、小さくすることができるため、第１磁気センサ素子１２０ａおよび第２磁気センサ素子１２０ｂの各々の感度を高めることができる。その結果、電流センサ４００ａの感度を高めつつ、外部磁界の影響を低減することができる。
(実施形態５)
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。なお、実施形態５に係る電流センサ５００は、第１流路部および第２流路部の形状が主に、実施形態３に係る電流センサ３００と異なるため、実施形態３に係る電流センサ３００と同様である構成については同じ参照符号を付してその説明を繰り返さない。
図３０は、本発明の実施形態５に係る電流センサの外観を示す斜視図である。図３１は、本発明の実施形態５に係る電流センサが備える１次導体の外観を示す斜視図である。図３２は、図３１の１次導体を矢印ＸＸＸＩＩ方向から見た側面図である。図３３は、図３１の１次導体を矢印ＸＸＸＩＩＩ方向から見た上面図である。図３４は、図３１の１次導体を矢印ＸＸＸＩＶ方向から見た正面図である。
図３０〜３４に示すように、本発明の実施形態５に係る電流センサ５００は、測定対象の電流が流れ、表面および裏面を含み、長さ方向(Ｙ軸方向)、長さ方向(Ｙ軸方向)と直交する幅方向(Ｘ軸方向)、および、長さ方向(Ｙ軸方向)と幅方向(Ｘ軸方向)とに直交する厚さ方向(Ｚ軸方向)を有する板状の１次導体５１０を備える。
本実施形態においては、第２流路部５１７は、１次導体５１０の幅方向(Ｘ軸方向)にて第１流路部５１１と並んでいる。幅方向(Ｘ軸方向)から見て、第１流路部５１１と第２流路部５１７とによって囲まれた領域５１１ｈが形成されている。スリット５１６は、１次導体５１０の幅方向(Ｘ軸方向)にて１次導体５１０の中央に位置している。
第１流路部５１１は、長さ方向(Ｙ軸方向)における一端５１１ａと他端５１１ｂとを有する。第２流路部５１７は、長さ方向(Ｙ軸方向)における一端５１７ａと他端５１７ｂとを有する。第１流路部５１１の一端５１１ａと第２流路部５１７の一端５１７ａとは、スリット５１６を間に挟んで、幅方向(Ｘ軸方向)に並んでいる。第１流路部５１１の他端５１１ｂと第２流路部５１７の他端５１７ｂとは、スリット５１６を間に挟んで、幅方向(Ｘ軸方向)に並んでいる。
長さ方向(Ｙ軸方向)における第１流路部５１１の一端５１１ａと第１流路部５１１の他端５１１ｂとは、厚さ方向(Ｚ軸方向)における位置が互いに異なっている。長さ方向(Ｙ軸方向)における第２流路部５１７の一端５１７ａと第２流路部５１７の他端５１７ｂとは、厚さ方向(Ｚ軸方向)における位置が互いに異なっている。長さ方向(Ｙ軸方向)における第１流路部５１１の一端５１１ａと第２流路部５１７の一端５１７ａとは、厚さ方向(Ｚ軸方向)における位置が互いに等しい。長さ方向(Ｙ軸方向)における第１流路部５１１の他端５１１ｂと第２流路部５１７の他端５１７ｂとは、厚さ方向(Ｚ軸方向)における位置が互いに等しい。
第１流路部５１１は、厚さ方向(Ｚ軸方向)における第１流路部５１１の一端５１１ａの位置と第１流路部５１１の他端５１１ｂの位置とを繋ぐ曲折部５１３を含む。第２流路部５１７は、厚さ方向(Ｚ軸方向)における第２流路部５１７の一端５１７ａの位置と第２流路部５１７の他端５１７ｂの位置とを繋ぐ曲折部５１８を含む。第１流路部５１１の曲折部５１３と、第２流路部５１７の曲折部５１８とは、長さ方向(Ｙ軸方向)において互いに間隔を置いて位置している。
本実施形態においては、第１流路部５１１は、一端５１１ａから長さ方向(Ｙ軸方向)に延在する延在部５１４と、延在部５１４の長さ方向(Ｙ軸方向)の端部から厚さ方向(Ｚ軸方向)に直線状に延在して他端５１１ｂに向かう曲折部５１３とを含む。すなわち、第１流路部５１１は、段状に形成されている。延在部５１４は、第１流路部５１１の一端５１１ａと接している。曲折部５１３は、第１流路部５１１の他端５１１ｂと接している。なお、曲折部５１３の形状は、上記に限られず、幅方向(Ｘ軸方向)から見て、長さ方向(Ｙ軸方向)および厚さ方向(Ｚ軸方向)の各々に対して交差する方向に直線状に延在していてもよいし、湾曲していてもよい。
第２流路部５１７は、一端５１７ａから厚さ方向(Ｚ軸方向)に直線状に延在する曲折部５１８と、曲折部５１８の厚さ方向(Ｚ軸方向)の端部から長さ方向(Ｙ軸方向)に延在して他端５１７ｂに向かう延在部５１５とを含む。すなわち、第２流路部５１７は、段状に形成されている。延在部５１５は、第２流路部５１７の他端５１７ｂと接している。曲折部５１８は、第２流路部５１７の一端５１７ａと接している。なお、曲折部５１８の形状は、上記に限られず、幅方向(Ｘ軸方向)から見て、長さ方向(Ｙ軸方向)および厚さ方向(Ｚ軸方向)の各々に対して交差する方向に直線状に延在していてもよいし、湾曲していてもよい。
第１流路部５１１と第２流路部５１７とによって形成される空間に、磁気センサユニット５６０が挿入されている。これにより、第１磁気センサ素子１２０ａは、幅方向(Ｘ軸方向)から見て、領域５１１ｈの内部に位置し、かつ、第１磁気センサ素子１２０ａの一部は、１次導体５１０の厚さ方向(Ｚ軸方向)から見て、第１流路部５１１と重なって位置している。第２磁気センサ素子１２０ｂは、幅方向(Ｘ軸方向)から見て、領域５１１ｈの内部に位置し、かつ、第２磁気センサ素子１２０ｂの一部は、１次導体５１０の厚さ方向(Ｚ軸方向)から見て、第２流路部５１７と重なって位置している。
本実施形態に係る電流センサ５００は、１次導体５１０を流れる測定対象の電流に対する第１磁気センサ素子１２０ａおよび第２磁気センサ素子１２０ｂの各々の感度を高めることによって電流センサ５００の感度を高めつつ、外部磁界の影響を低減することができる。
本実施形態に係る電流センサ５００においては、第１流路部５１１の電気抵抗値と第２流路部５１７の電気抵抗値とが略同一であるため、１次導体５１０を測定対象の電流が流れることによる第１流路部５１１の発熱量と第２流路部５１７の発熱量とを同等にすることができる。その結果、第１磁気センサ素子１２０ａの磁気抵抗素子の周囲の温度と、第２磁気センサ素子１２０ｂの磁気抵抗素子の周囲の温度とを略同じにすることができるため、磁気抵抗素子の温度特性による電流センサ５００の測定値の誤差を低減することができる。
なお、磁気センサユニット５６０の筐体に、導体固定用のフランジが設けられていてもよい。図３５は、本発明の実施形態５の変形例に係る電流センサの外観を示す斜視図である。図３６は、図３５の電流センサを矢印ＸＸＸＶＩ方向から見た側面図である。
図３５，３６に示すように、本発明の実施形態５の変形例に係る電流センサ５００ａは、１次導体５１０ａと磁気センサユニット５６０ａとを備える。磁気センサユニット５６０ａの筐体には、フランジ部５６０ｆが設けられているフランジ部５６０ｆには、図示しない貫通孔が設けられている。１次導体５１０ａには、フランジ部５６０ｆの貫通孔に対応する位置に、図示しない貫通孔が設けられている。フランジ部５６０ｆの貫通孔および１次導体５１０ａの貫通孔を挿通したボルト５７０とナット５８０とを螺合させることにより、磁気センサユニット５６０ａと１次導体５１０ａとを締結することができる。ボルト５７０およびナット５８０の各々は、非磁性材料で構成されている。
本発明の実施形態５の変形例に係る電流センサ５００ａにおいては、ボルト５７０およびナット５８０により、磁気センサユニット５６０ａを１次導体５１０ａに確実に取り付けることができる。
(実施形態６)
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。なお、実施形態６に係る電流センサ６００は、第１磁気センサ素子と第２磁気センサ素子とが１次導体の厚さ方向(Ｚ軸方向)に並んでいる点が主に、実施形態１に係る電流センサ１００と異なるため、実施形態１に係る電流センサ１００と同様である構成については同じ参照符号を付してその説明を繰り返さない。
図３７は、本発明の実施形態６に係る電流センサの構成を示す断面図である。図３８は、本発明の実施形態６に係る電流センサの１次導体に測定対象の電流が流れた際に発生する磁界を模式的に示す断面図である。なお、図３７，３８においては、図２と同様の断面視にて図示している。
図３７，３８に示すように、本発明の実施形態６に係る電流センサ６００においては、第１磁気センサ素子１２０ａと第２磁気センサ素子１２０ｂとが、１次導体１１０の厚さ方向(Ｚ軸方向)に並んでいる。第１磁気センサ素子１２０ａおよび第２磁気センサ素子１２０ｂが、互いに別々の基板に実装されている。具体的には、第１磁気センサ素子１２０ａは、第１基板６３０ａに実装されている。第２磁気センサ素子１２０ｂは、第２基板６３０ｂに実装されている。
第１磁気センサ素子１２０ａが実装された第１基板６３０ａは、第１導体１１０ａと第２導体１１０ｂとの間に挿入されている。第２磁気センサ素子１２０ｂが実装された第２基板６３０ｂは、第１導体１１０ａと第２導体１１０ｂとの間に挿入されている。本実施形態においては、第１基板６３０ａは、第１導体１１０ａおよび第２導体１１０ｂの各々と、互いに間隔をあけて略平行に位置している。第２基板６３０ｂは、第１導体１１０ａおよび第２導体１１０ｂの各々と、互いに間隔をあけて略平行に位置している。第１基板６３０ａと第２基板６３０ｂとは、互いに間隔をあけて略平行に位置している。ただし、第１磁気センサ素子１２０ａおよび第２磁気センサ素子１２０ｂが、第１導体１１０ａおよび第２導体１１０ｂの各々と互いに略垂直であるように配置された１つの基板に実装されていてもよい。
図３７においては、１次導体１１０の幅方向(Ｘ軸方向)において、第１磁気センサ素子１２０ａの中心を通過する中心線をＬｃａ、第２磁気センサ素子１２０ｂの中心を通過する中心線をＬｃｂ、中心線Ｌｃａと中心線Ｌｃｂとの間の中央線をＬｃｃで示している。中心線をＬｃａは、第１磁気センサ素子１２０ａを構成する磁気抵抗膜の中心を通過している。中心線Ｌｃｂは、第２磁気センサ素子１２０ｂを構成する磁気抵抗膜の中心を通過している。１次導体１１０の厚さ方向(Ｚ軸方向)における中心線Ｌｃａと中心線Ｌｃｂとの間の距離(センサ間隔)はＭｈである。
１次導体１１０の幅方向(Ｘ軸方向)において、第１導体１１０ａと第２導体１１０ｂとの間の中央を通過する中央線をＨｃで示している。１次導体１１０の厚さ方向(Ｚ軸方向)における中央線Ｈｃと中央線Ｌｃｃとの間の距離(位置ずれ量)はＤｈである。
本実施形態においては、図３８に示すように、第１磁気センサ素子１２０ａの検出軸２の向きと、第２磁気センサ素子１２０ｂ検出軸２の向きとは、互いに反対である。第１磁気センサ素子１２０ａは、被測定磁界における１次導体１１０の幅方向(Ｘ軸方向)の一方に向いた磁界成分が印加される位置に配置されている。具体的には、第１磁気センサ素子１２０ａは、検出軸２の矢印方向に向いた磁界成分が印加される位置に配置されている。
第２磁気センサ素子１２０ｂは、被測定磁界における１次導体１１０の幅方向(Ｘ軸方向)の他方に向いた磁界成分が印加される位置に配置されている。具体的には、第２磁気センサ素子１２０ｂは、検出軸２の矢印方向に向いた磁界成分が印加される位置に配置されている。
この場合、第１磁気センサ素子１２０ａの検出する外部磁界の強さを正の値とすると、第２磁気センサ素子１２０ｂ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を流れる測定対象の電流により発生する磁界の強さについて、第１磁気センサ素子１２０ａの検出値の位相と、第２磁気センサ素子１２０ｂ素子の検出値の位相とは同相となる。
本実施形態においては、算出部１９０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磁気センサ素子１２０ａの検出値と第２磁気センサ素子１２０ｂ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磁気センサ素子１２０ａの検出値の絶対値と、第２磁気センサ素子１２０ｂ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磁気センサ素子１２０ａの検出値と第２磁気センサ素子１２０ｂ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、１次導体１１０を流れた測定対象の電流の値が算出される。
このように、第１磁気センサ素子１２０ａと第２磁気センサ素子１２０ｂ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５，６に示すように、１次導体１１０の幅方向(Ｘ軸方向)におけるロバスト領域Ｔにおいては、１次導体１１０の厚さ方向(Ｚ軸方向)の位置による被測定磁界の１次導体１１０の幅方向(Ｘ軸方向)の磁束密度の変化率が小さい。そのため、第１磁気センサ素子１２０ａおよび第２磁気センサ素子１２０ｂの１次導体１１０の幅方向(Ｘ軸方向)における位置がロバスト領域Ｔ内であって、第１磁気センサ素子１２０ａおよび第２磁気センサ素子１２０ｂの１次導体１１０の厚さ方向(Ｚ軸方向)の位置がともにずれた場合、第１磁気センサ素子１２０ａの検出値および第２磁気センサ素子１２０ｂの検出値の各々は、ほとんど変化しない。すなわち、第１磁気センサ素子１２０ａの検出値と第２磁気センサ素子１２０ｂの検出値とを合算した値は、ほとんど変化しない。
その結果、測定対象の電流が流れる１次導体１１０に対する第１磁気センサ素子１２０ａおよび第２磁気センサ素子１２０ｂの位置ずれによる電流センサ６００の測定誤差を低減することができる。
本実施形態においては、第１磁気センサ素子１２０ａおよび第２磁気センサ素子１２０ｂが互いに別々の基板に実装されていることにより、基板のたわみによって生じる応力を低減することができるため、第１磁気センサ素子１２０ａおよび第２磁気センサ素子１２０ｂが基板のたわみによって生じる応力によって損傷することを抑制できる。
上述した実施形態の説明において、組み合わせ可能な構成を相互に組み合わせてもよい。たとえば、実施形態２に係る電流センサ２００において、平坦部２１５に代えて逆アーチ状部３１７を１次導体２１０に設けてもよい。実施形態２に係る電流センサ２００におけるアーチ状部２１１に、磁気センサユニット３６０が挿入されていてもよい。この場合、筐体３５０は、アーチ状部２１１の内側の面の少なくとも一部と接している。たとえば、上部筐体３５２が、延在部２１４の裏面の少なくとも一部と接している。下部筐体３５１が、平坦部２１５の表面の少なくとも一部と接している。電流センサにおいて、筐体が、１次導体と一体に構成されていてもよいし、１次導体に対して付け外し可能に構成されていてもよい。
上述した実施形態の説明において、組み合わせ可能な構成を相互に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。
２ 検出軸、１００，２００，３００，４００，４００ａ，５００，５００ａ，６００ 電流センサ、１１０，２１０，３１０，３１０ａ，４１０，４１０ａ，５１０，５１０ａ １次導体、１１０ａ 第１導体、１１０ａｅ，１１０ｂｅ，２１２ｅ，２１３ｅ，２１４ｅ，２１５ｅ 磁界、１１０ｂ 第２導体、１２０ａ 第１磁気センサ素子、１２０ｂ 第２磁気センサ素子、１３０，４３０ 基板、１６０ 樹脂パッケージ、１７０ 接合剤、１９０ 算出部、２１１ アーチ状部、２１１ｈ 開口部、２１２，４１２ 第１突出部、２１３，４１３ 第２突出部、２１４，３１５，４１４，４１５，５１４，５１５ 延在部、２１５ 平坦部、２１６，４１６，５１６ スリット、３１７，３１７ａ 逆アーチ状部、３１８，４１８ 第３突出部、３１９，４１９ 第４突出部、３４０ａ，３４０ｂ，４４０ａ，４４０ｂ，４４１ 電子部品、３５０ 筐体、３５１ 下部筐体、３５２ 上部筐体、３５２ｐ 取出し口、３６０，４６０，４６０ａ，５６０，５６０ａ 磁気センサユニット、４１１，５１１ 第１流路部、４１１ｈ，５１１ｈ 囲まれた領域、４１７，５１７ 第２流路部、４６０ｆ，５６０ｆ フランジ部、４６０ｉ 磁気センサ収容部、４６０ｏ 電子部品収容部、４７０，５７０ ボルト、４８０，５８０ ナット、５１１ａ，５１７ａ 一端、５１１ｂ，５１７ｂ 他端、５１３，５１８ 曲折部、６３０ａ 第１基板、６３０ｂ 第２基板、Ｃ1，Ｃ2，Ｌｃ，Ｌｃａ，Ｌｃｂ 中心線、Ｃｂ，Ｃｃ，Ｈｃ，Ｌｃｃ 中央線、Ｔ ロバスト領域。

Claims (24)

  1. 測定対象の電流が流れ、表面および裏面を含み、長さ方向、該長さ方向と直交する幅方向、および、前記長さ方向と前記幅方向とに直交する厚さ方向を有する板状の導体と、
    前記電流により発生する磁界の強さを検出する、第１磁気センサ素子および第２磁気センサ素子とを備え、
    前記導体は、前記長さ方向における途中で、前記電流が分流されて流れる第１流路部および第２流路部を含み、
    前記第１流路部と前記第２流路部とは、前記幅方向および前記厚さ方向の各々において、互いに間隔をあけて位置し、
    前記第１磁気センサ素子および前記第２磁気センサ素子は、前記厚さ方向において前記第１流路部と前記第２流路部との間に設けられており、
    前記第１磁気センサ素子および前記第２磁気センサ素子の各々の少なくとも一部は、前記幅方向において前記第１流路部と前記第２流路部との間に設けられており、
    前記幅方向において、前記第１磁気センサ素子の中心と前記第２磁気センサ素子の中心との間の距離は、前記第１流路部と前記第２流路部との間の距離以下であり、
    前記第１磁気センサ素子と前記第２磁気センサ素子とが、前記幅方向に並んでおり、
    前記第１磁気センサ素子の中心および前記第２磁気センサ素子の中心の各々は、前記幅方向において、前記第１流路部と前記第２流路部との間に位置しており、
    前記第１磁気センサ素子の一部は、前記厚さ方向から見て、前記第１流路部を構成する部分の前記導体と重なって位置し、
    前記第２磁気センサ素子の一部は、前記厚さ方向から見て、前記第２流路部を構成する部分の前記導体と重なって位置している、電流センサ。
  2. 前記導体は、前記厚さ方向の一方に突出するように曲がって前記長さ方向に延在し、前記第１流路部を構成するアーチ状部を含む、請求項１に記載の電流センサ。
  3. 前記導体は、前記厚さ方向の他方に突出するように曲がって前記長さ方向に延在し、前記第２流路部を構成する逆アーチ状部をさらに含む、請求項２に記載の電流センサ。
  4. 前記第１磁気センサ素子の一部は、前記アーチ状部の内側に配置されて前記導体の裏面側に位置し、
    前記第２磁気センサ素子の一部は、前記逆アーチ状部の内側に配置されて前記導体の前記表面側に位置している、請求項３に記載の電流センサ。
  5. 前記アーチ状部と前記逆アーチ状部とが、互いに同一形状を有する、請求項３または請求項４に記載の電流センサ。
  6. 前記第１流路部は、前記幅方向から見て、前記導体の表面側に膨出している、請求項１に記載の電流センサ。
  7. 前記第２流路部は、前記幅方向から見て、前記導体の裏面側に膨出している、請求項６に記載の電流センサ。
  8. 前記第１流路部および前記第２流路部の各々は、前記長さ方向における一端と他端とを有し、
    前記長さ方向における前記第１流路部の一端と前記第１流路部の他端とは、前記厚さ方向における位置が互いに異なっており、
    前記長さ方向における前記第２流路部の一端と前記第２流路部の他端とは、前記厚さ方向における位置が互いに異なっており、
    前記長さ方向における前記第１流路部の一端と前記第２流路部の一端とは、前記厚さ方向における位置が互いに等しく、
    前記長さ方向における前記第１流路部の他端と前記第２流路部の他端とは、前記厚さ方向における位置が互いに等しく、
    前記第１流路部は、前記厚さ方向における前記第１流路部の前記一端の位置と前記第１流路部の前記他端の位置とを繋ぐ曲折部を含み、
    前記第２流路部は、前記厚さ方向における前記第２流路部の前記一端の位置と前記第２流路部の前記他端の位置とを繋ぐ曲折部を含み、
    前記第１流路部の前記曲折部と、前記第２流路部の前記曲折部とは、前記長さ方向において互いに間隔を置いて位置している、請求項１に記載の電流センサ。
  9. 前記第１流路部と前記第２流路部とが、互いに点対称な形状を有する、請求項７または請求項８に記載の電流センサ。
  10. 前記導体に、前記長さ方向に延在するスリットが設けられていることにより、前記第１流路部と前記第２流路部とが、前記幅方向において互いに間隔をあけて位置している、請求項１から請求項９のいずれか１項に記載の電流センサ。
  11. 前記スリットは、前記幅方向にて前記導体の中央に位置している、請求項１０に記載の電流センサ。
  12. 前記厚さ方向から見て、前記幅方向にて、前記第１磁気センサ素子と前記第２磁気センサ素子との中間に前記スリットの中心が位置している、請求項１０または請求項１１に記載の電流センサ。
  13. 前記導体は、１つの導体で構成されている、請求項１から請求項１２のいずれか１項に記載の電流センサ。
  14. 前記厚さ方向にて、前記第１流路部と前記第２流路部との中間の位置に、前記第１磁気センサ素子および前記第２磁気センサ素子の各々が位置している、請求項１１または請求項１２に記載の電流センサ。
  15. 前記第１磁気センサ素子と前記第２磁気センサ素子とが、前記厚さ方向に並んでいる、請求項１に記載の電流センサ。
  16. 前記第１磁気センサ素子および前記第２磁気センサ素子の各々は、前記幅方向の磁界成分を検出し、
    前記第１磁気センサ素子は、前記磁界における前記幅方向の一方に向いた磁界成分が印加される位置に配置されており、
    前記第２磁気センサ素子は、前記磁界における前記幅方向の他方に向いた磁界成分が印加される位置に配置されている、請求項１から請求項１５のいずれか１項に記載の電流センサ。
  17. 前記第１磁気センサ素子および前記第２磁気センサ素子が、１つの基板に実装されている、請求項１から請求項１６のいずれか１項に記載の電流センサ。
  18. 前記第１磁気センサ素子および前記第２磁気センサ素子が、互いに別々の基板に実装されている、請求項１から請求項１６のいずれか１項に記載の電流センサ。
  19. 前記第１磁気センサ素子および前記第２磁気センサ素子を収容する筐体をさらに備え、
    前記筐体は、前記第１流路部の裏面の少なくとも一部と接している、請求項１から請求項１８のいずれか１項に記載の電流センサ。
  20. 前記第１流路部は、前記長さ方向に延在する延在部を含み、
    前記筐体は、前記延在部の裏面の少なくとも一部と接している、請求項１９に記載の電流センサ。
  21. 前記第１磁気センサ素子および前記第２磁気センサ素子を収容する筐体をさらに備え、
    前記筐体は、前記第１流路部の裏面の少なくとも一部、および、前記第２流路部の表面の少なくとも一部、の各々と接している、請求項７に記載の電流センサ。
  22. 前記第１流路部および前記第２流路部の各々は、前記長さ方向に延在する延在部を含み、
    前記筐体は、前記第１流路部の前記延在部の裏面の少なくとも一部、および、前記第２流路部の前記延在部の表面の少なくとも一部、の各々と接している、請求項２１に記載の電流センサ。
  23. 前記第１磁気センサ素子の検出値と前記第２磁気センサ素子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磁気センサ素子の検出値の位相と前記第２磁気センサ素子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１から請求項２２のいずれか１項に記載の電流センサ。
  24. 前記第１磁気センサ素子の検出値と前記第２磁気センサ素子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磁気センサ素子の検出値の位相と前記第２磁気センサ素子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１から請求項２２のいずれか１項に記載の電流センサ。
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