JP6477887B2 - 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２０１３−２５７２９４号公報(特許文献１)がある。特許文献１に記載された電流センサは、ハウジングと、ハウジングに収納される基板と、基板に実装される複数の磁気検出素子と、各磁気検出素子のそれぞれの両側に配置される一対のシールドとを備える。シールドは、電流路の両側にて電流路を取り囲むように、ハウジング内に収納されるとともに、シールドの各端部が所定の間隔で保持されている。磁気検出素子とシールドとは、三相交流用の各相に配置されている。
特開２０１３−２５７２９４号公報
特許文献１に記載された電流センサは、ハウジングの貫通孔およびシールド同士の間に電流路である１次導体が挿通されて構成されている。そのため、１次導体の形状および配置は、ハウジングの貫通孔を通過可能な態様に制約される。また、電流センサを簡易に組み立てることができない。さらに、磁気検出素子が１次導体の幅方向の中央部の下方に配置されているため、電流検出の感度が低い。
本発明は上記の問題点に鑑みてなされたものであって、１次導体の形状および配置の自由度が高く簡易に組立可能な高感度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、測定対象の電流が各々流れ、互いに並行に配置されている複数の１次導体と、複数の１次導体のうちのいずれか１つの１次導体と対応するようにそれぞれ設けられ、対応する１次導体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複数の磁気センサと、複数の磁気センサを収容する１つの筐体とを備える。複数の１次導体の各々は、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し、かつ、上記幅方向から見て、上記長さ方向における途中で、筐体の外周の少なくとも一部を囲むように曲がった曲部を有する。筐体は、上記幅方向から見て、複数の１次導体の曲部で囲まれた領域に配置されている。
本発明の一形態においては、筐体は長手方向を有する。筐体の上記長手方向は、複数の１次導体の各々の上記幅方向に沿っている。
本発明の一形態においては、複数の１次導体の各々は、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一方の流路部および他方の流路部を含む。一方の流路部および他方の流路部の各々が曲部を有している。筐体は、上記幅方向から見て、一方の流路部の曲部と他方の流路部の曲部とによって囲まれた領域に配置されている。
本発明の一形態においては、複数の１次導体の各々は、１次導体の表面側に膨出している曲部を含む。
本発明の一形態においては、複数の１次導体の各々は、１次導体の裏面側に膨出している曲部を含む。
本発明の一形態においては、一方の流路部の曲部および他方の流路部の曲部の各々は、上記長さ方向における一端と他端とを有している。上記長さ方向における一方の流路部の曲部の一端と一方の流路部の曲部の他端とは、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他方の流路部の曲部の一端と他方の流路部の曲部の他端とは、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一方の流路部の曲部の一端と他方の流路部の曲部の一端とは、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一方の流路部の曲部の他端と他方の流路部の曲部の他端とは、上記厚さ方向における位置が互いに等しい。一方の流路部は、上記厚さ方向における一方の流路部の曲部の一端の位置と一方の流路部の曲部の他端の位置とを繋ぐ曲折部を含む。他方の流路部の曲部は、上記厚さ方向における他方の流路部の曲部の一端の位置と他方の流路部の曲部の他端の位置とを繋ぐ曲折部を含む。一方の流路部の曲部の曲折部と、他方の流路部の曲部の曲折部とは、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、一方の流路部および他方の流路部は、１つの導体に形成されている。
本発明の一形態においては、筐体は、複数の１次導体のうちのいずれか１つの１次導体と係合する係合部を有している。
本発明によれば、電流センサにおいて、１次導体の形状および配置の自由度が高く簡易に組立可能としつつ感度を高めることができる。
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１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１に係る電流センサが備える磁気センサユニットを後述する１次導体の開口部に挿入している状態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、１次導体のアーチ状部と逆アーチ状部とを１次導体の長さ方向(Ｙ軸方向)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断面図であり、１次導体のアーチ状部を１次導体の幅方向(Ｘ軸方向)から見た図である。 本発明の実施形態１に係る電流センサの回路構成を示す回路図である。 本発明の実施形態１の第２変形例に係る電流センサが備える１次導体および磁気センサユニットの構成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次導体および磁気センサユニットの構成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次導体および磁気センサユニットの構成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４に係る電流センサが備える１次導体および磁気センサユニットの構成を示す斜視図である。 本発明の実施形態５に係る電流センサの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磁気センサユニットの外観を示す正面図である。 本発明の実施形態５の変形例に係る電流センサが備える１次導体および磁気センサユニットの構成を示す斜視図である。 本発明の実施形態６に係る電流センサが備える１次導体および磁気センサユニットの構成を示す斜視図である。 本発明の実施形態６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１７の１次導体を矢印ＸＶＩＩＩ方向から見た側面図である。 本発明の実施形態６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１９の電流センサを矢印ＸＸ方向から見た側面図である。 本発明の実施形態６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６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７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７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。 図２４の１次導体を矢印ＸＸＶＩ方向から見た上面図である。 図２４の１次導体を矢印ＸＸＶＩＩ方向から見た正面図である。 本発明の実施形態７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２８の電流センサを矢印ＸＸＩＸ方向から見た側面図である。 本発明の実施形態８に係る電流センサが備える１次導体および磁気センサユニットの構成を示す斜視図である。
以下、本発明の各実施形態に係る電流センサについて図を参照して説明する。以下の実施形態の説明においては、図中の同一または相当部分には同一符号を付して、その説明は繰り返さない。
(実施形態１)
図１は、本発明の実施形態１に係る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に係る電流センサが備える１次導体の外観を示す斜視図である。図３は、本発明の実施形態１に係る電流センサ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４は、本発明の実施形態１に係る電流センサが備える磁気センサユニットを後述する１次導体の開口部に挿入している状態を示す斜視図である。図１，２，４においては、後述するアーチ状部が設けられている部分における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、測定対象の電流が各々流れ、互いに並行に配置されている３本の１次導体１１０と、３本の１次導体１１０のうちのいずれか１つの１次導体１１０と対応するようにそれぞれ設けられ、対応する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複数の磁気センサと、複数の磁気センサを収容する１つの筐体１５０とを備える。
また、電流センサ１００は、３本の１次導体１１０および磁気センサユニット１６０が取り付けられるベース１８０をさらに備える。本実施形態に係る電流センサ１００は、たとえばインバータなどの３相３線式の配線に適用され、測定対象の電流は、３本の１次導体１１０を矢印１で示すようにそれぞれの長さ方向(Ｙ軸方向)に流れる。
本実施形態においては、電流センサ１００が備える１次導体１１０の数は、３本であるが、これに限られず、２本以上であればよい。また、３本の１次導体１１０のそれぞれの近傍に、第１磁気センサ１２０ａおよび第２磁気センサ１２０ｂが設けられているが、１本の１次導体１１０に対応して設けられる磁気センサの数は、２つに限られず、１つ以上であればよい。
３本の１次導体１１０の各々は、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。３本の１次導体１１０の各々は、幅方向(Ｘ軸方向)から見て、長さ方向(Ｙ軸方向)における途中で、筐体１５０の外周の少なくとも一部を囲むように曲がった曲部を有する。３本の１次導体１１０の各々は、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一方の流路部および他方の流路部を含む。一方の流路部および他方の流路部の各々が曲部を有している。
３本の１次導体１１０の各々は、それぞれの厚さ方向(Ｚ軸方向)の一方に突出するように曲がってそれぞれの長さ方向(Ｙ軸方向)に延在し、一方の流路部の曲部であるアーチ状部１１１を含む。すなわち、一方の流路部の曲部は、幅方向(Ｘ軸方向)から見て、１次導体１１０の表面側に膨出している。３本の１次導体１１０の各々には、１次導体１１０の長さ方向(Ｙ軸方向)に延在するスリット１１５が設けられている。スリット１１５は、１次導体１１０の幅方向(Ｘ軸方向)にてアーチ状部１１１に隣接している。なお、スリット１１５は必ずしも設けられていなくてもよい。
３本の１次導体１１０の各々は、それぞれの厚さ方向(Ｚ軸方向)の他方に突出するように曲がってそれぞれの長さ方向(Ｙ軸方向)に延在し、他方の流路部の曲部である逆アーチ状部１１６をさらに含む。すなわち、他方の流路部の曲部は、幅方向(Ｘ軸方向)から見て、１次導体１１０の裏面側に膨出している。３本の１次導体１１０の各々の逆アーチ状部１１６は、３本の１次導体１１０のそれぞれの幅方向(Ｘ軸方向)にてアーチ状部１１１と並んでいる。
３本の１次導体１１０の各々において、スリット１１５は、１次導体１１０の幅方向(Ｘ軸方向)にて１次導体１１０の中央に位置している。スリット１１５は、アーチ状部１１１と逆アーチ状部１１６とに挟まれて位置している。このように、電流センサ１００においては、１次導体１１０は、一方の流路部と他方の流路部との間に、長さ方向(Ｙ軸方向)に延在するスリット１１５が設けられている。アーチ状部１１１および逆アーチ状部１１６の内側に、開口部１１０ｈが形成されている。すなわち、幅方向(Ｘ軸方向)から見て、一方の流路部の曲部と他方の流路部の曲部とによって囲まれた領域である開口部１１０ｈが形成されている。
図２に示すように、本実施形態においては、アーチ状部１１１は、互いに間隔を置いて、１次導体１１０の主面に直交するように突出する第１突出部１１２および第２突出部１１３と、１次導体１１０の長さ方向(Ｙ軸方向)に延在し、第１突出部１１２と第２突出部１１３とを繋ぐ延在部１１４とから構成されている。逆アーチ状部１１６は、互いに間隔を置いて、１次導体１１０の主面に直交するように突出する第３突出部１１７および第４突出部１１８と、１次導体１１０の長さ方向(Ｙ軸方向)に延在し、第３突出部１１７と第４突出部１１８とを繋ぐ延在部１１９とから構成されている。
ただし、アーチ状部１１１および逆アーチ状部１１６の各々の形状はこれに限られず、たとえば、１次導体１１０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１１１と逆アーチ状部１１６とは、互いに同一形状を有する。なお、１次導体１１０において、逆アーチ状部１１６の代わりに、１次導体１１０の主面が平坦に連続している平坦部が設けられていてもよい。本実施形態においては、１次導体１１０は、１つの導体で構成されているが、複数の導体で構成されていてもよい。
本実施形態においては、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。
図３に示すように、第１磁気センサ１２０ａおよび第２磁気センサ１２０ｂの各々は、アンプおよび受動素子などの電子部品１４０ａ，１４０ｂと共に基板１３０に実装されている。本実施形態においては、３本の１次導体１１０のそれぞれと対応するように、基板１３０上にて互いに間隔をあけて、第１磁気センサ１２０ａ、第２磁気センサ１２０ｂおよび電子部品１４０ａ，１４０ｂからなる３つの部品群が設けられている。
３つの部品群の各々において、第１磁気センサ１２０ａおよび第２磁気センサ１２０ｂは、１次導体１１０の長さ方向(Ｙ軸方向)において互いにずれつつ、１次導体１１０の幅方向(Ｘ軸方向)に並んで配置されている。基板１３０が電気絶縁性を有する筐体１５０内に固定されることにより、磁気センサユニット１６０が構成されている。すなわち、第１磁気センサ１２０ａ、第２磁気センサ１２０ｂ、電子部品１４０ａ，１４０ｂおよび基板１３０の各々は、筐体１５０に収容されている。
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。
筐体１５０は、略直方体状の外形を有し、下部筐体１５１と上部筐体１５２とから構成されている。筐体１５０は、長手方向を有する。下部筐体１５１の長手方向の両端には、筐体１５０を開口部１１０ｈに挿入する際の案内をするためのガイド部１５１ａが設けられている。ガイド部１５１ａには、ベース１８０に筐体１５０を固定するためのボルト１７０の軸部が挿通される、下部筐体１５１の厚さ方向に貫通した貫通孔１５１ｈが設けられている。
上部筐体１５２には、基板１３０と接続されるワイヤーハーネスの取出し口１５２ｐが設けられている。取出し口１５２ｐは、上部筐体１５２の長手方向の端部に位置し、上部筐体１５２の上面と直交するように筒状に突出している。
筐体１５０は、ＰＰＳ(ポリフェニレンサルファイド)、ＰＢＴ(ポリブチレンテレフタレート樹脂)、ＬＣＰ(液晶ポリマー)、ウレタンまたはナイロンなどのエンジニアリングプラスチックで構成されている。ＰＰＳは、耐熱性が高いため、１次導体１１０の発熱を考慮した場合、筐体１５０の材料として好ましい。
基板１３０を筐体１５０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１５０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。
ベース１８０には、３本の１次導体１１０のそれぞれの外形に沿う溝部が設けられている。ベース１８０には、筐体１５０の２つの貫通孔１５１ｈに対応する位置に、２つの貫通孔１８０ｈがそれぞれ設けられている。
ベース１８０は、ＰＰＳ、ＰＢＴ、ＬＣＰ、ウレタンまたはナイロンなどのエンジニアリングプラスチックで構成されている。ＰＰＳは、耐熱性が高いため、１次導体１１０の発熱を考慮した場合、ベース１８０の材料として好ましい。
ベース１８０の溝部に嵌め込まれるように３本の１次導体１１０がベース１８０に取り付けられた状態において、３本の１次導体１１０の各々においてアーチ状部１１１と逆アーチ状部１１６とによって形成される開口部１１０ｈは、略同一直線上に並んで１次導体１１０の幅方向(Ｘ軸方向)に開口している。１次導体１１０の幅方向(Ｘ軸方向)において、３つのアーチ状部１１１は等間隔に位置し、３つの逆アーチ状部１１６は等間隔に位置している。
図４に示すように、３本の１次導体１１０の各々の開口部１１０ｈに、１次導体１１０の幅方向(Ｘ軸方向)の一方側から磁気センサユニット１６０が挿入される。すなわち、筐体１５０は、３本の１次導体１１０の各々のアーチ状部１１１の内側に嵌め込まれるように挿入されている。筐体１５０は、３本の１次導体１１０の各々の逆アーチ状部１１６の内側に嵌め込まれるように挿入されている。筐体１５０は、幅方向(Ｘ軸方向)から見て、３本の１次導体１１０の曲部で囲まれた領域に配置されている。本実施形態においては、筐体１５０は、幅方向(Ｘ軸方向)から見て、３本の１次導体１１０の一方の流路部の曲部と他方の流路部の曲部とによって囲まれた領域に配置されている。その結果、筐体１５０の長手方向は、３本の１次導体１１０の各々の幅方向(Ｘ軸方向)に沿っている。
図１，４に示すように、貫通孔１５１ｈおよび貫通孔１８０ｈを挿通したボルト１７０と図示しないナットとを螺合させることにより、磁気センサユニット１６０とベース１８０とを締結することができる。これにより、磁気センサユニット１６０と１次導体１１０との位置関係を固定することができる。ボルト１７０およびナットの各々は、非磁性材料で構成されている。
図５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、１次導体のアーチ状部と逆アーチ状部とを１次導体の長さ方向(Ｙ軸方向)から見た図である。図６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、１次導体のアーチ状部を１次導体の幅方向(Ｘ軸方向)から見た図である。図７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５，６においては、アーチ状部１１１が設けられている部分における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。また、図５，６においては、筐体１５０を図示していない。図７においては、３つの部品群のうちの１つの部品群に対応する部分の回路構成を示している。
図５，６に示すように、筐体１５０が３本の１次導体１１０の各々のアーチ状部１１１の内側に挿入された状態において、３つの部品群の各々にて、第１磁気センサ１２０ａは、アーチ状部１１１の内側に配置されて延在部１１４の裏面側に位置し、第２磁気センサ１２０ｂは、逆アーチ状部１１６の内側に配置されて延在部１１９の表面側に位置している。すなわち、第１磁気センサ１２０ａは、幅方向(Ｘ軸方向)から見て、上記領域の内部に位置し、かつ、一方の流路部の裏面側に位置している。第２磁気センサ１２０ｂは、幅方向(Ｘ軸方向)から見て、上記領域の内部に位置し、かつ、他方の流路部の表面側に位置している。
本実施形態においては、基板１３０の実装面と１次導体１１０の主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１次導体１１０の主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。
３つの部品群の各々において、第１磁気センサ１２０ａおよび第２磁気センサ１２０ｂの各々は、対応する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１２０ａおよび第２磁気センサ１２０ｂの各々は、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１２０ａおよび第２磁気センサ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７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１２０ａおよび第２磁気センサ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１２０ａおよび第２磁気センサ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１２０ａおよび第２磁気センサ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１２０ａおよび第２磁気センサ１２０ｂとして、ホール素子を有する磁気センサ、磁気インピーダンス効果を利用するＭＩ(Magneto Impedance)素子を有する磁気センサまたはフラックスゲート型磁気センサなどを用いることができる。磁気抵抗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１２０ａおよび第２磁気センサ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７に示すように、電流センサ１００は、第１磁気センサ１２０ａの検出値と第２磁気センサ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５に示すように、１次導体１１０を流れる測定対象の電流は、アーチ状部１１１を通過する第１流路部と、逆アーチ状部１１６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、各流路を周回する磁界が発生する。
図５，６に示すように、第１磁気センサ１２０ａはアーチ状部１１１の内側に配置されているため、第１磁気センサ１２０ａには、第１突出部１１２を周回する磁界１１２ｅと、第２突出部１１３を周回する磁界１１３ｅと、延在部１１４を周回する磁界１１４ｅとが印加される。これにより、第１磁気センサ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１１０を流れる測定電流に対する第１磁気センサ１２０ａの感度が高くなる。
第２磁気センサ１２０ｂは逆アーチ状部１１６の内側に配置されているため、第２磁気センサ１２０ｂには、第３突出部１１７を周回する磁界と、第４突出部１１８を周回する磁界と、延在部１１９を周回する磁界１１９ｅとが印加される。これにより、第２磁気センサ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１１０を流れる測定電流に対する第２磁気センサ１２０ｂの感度が高くなる。
図５に示すように、延在部１１４の裏面側の位置と、延在部１１９の表面側の位置とでは、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１２０ａに作用する磁束の向きと、第２磁気センサ１２０ｂに作用する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磁界の強さについて、第１磁気センサ１２０ａの検出値の位相と、第２磁気センサ１２０ｂの検出値の位相とは、逆相である。よって、第１磁気センサ１２０ａの検出した磁界の強さを正の値とすると、第２磁気センサ１２０ｂの検出した磁界の強さは負の値となる。
第１磁気センサ１２０ａの検出値と第２磁気センサ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１磁気センサ１２０ａの検出値から第２磁気センサ１２０ｂ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、磁気センサユニット１６０が開口部１１０ｈに挿入されているため、外部磁界源は、物理的に第１磁気センサ１２０ａと第２磁気センサ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１２０ａに印加される磁界のうちの検出軸の方向における磁界成分の向きと、外部磁界源から第２磁気センサ１２０ｂに印加される磁界のうちの検出軸の方向における磁界成分の向きとは、同じ向きとなる。よって、第１磁気センサ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１磁気センサ１２０ａの検出値から第２磁気センサ１２０ｂ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。
本実施形態の第１変形例として、第１磁気センサ１２０ａおよび第２磁気センサ１２０ｂにおいて、検出値が正となる検出軸の方向を互いに反対方向(１８０°反対)にしてもよい。この場合、第１磁気センサ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１２０ａの検出値の位相と、第２磁気センサ１２０ｂの検出値の位相とは同相となる。
本変形例においては、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１２０ａの検出値と第２磁気センサ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１２０ａの検出値の絶対値と、第２磁気センサ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１２０ａの検出値と第２磁気センサ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１２０ａと第２磁気センサ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。
本実施形態に係る電流センサ１００は、１次導体１１０を流れる測定電流に対する第１磁気センサ１２０ａおよび第２磁気センサ１２０ｂの各々の感度を高めることによって電流センサ１００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１００においては、磁気センサユニット１６０を３本の１次導体１１０の各々の開口部１１０ｈに嵌め込まれるように挿入して１次導体１１０と組み合わせているため、開口部１１０ｈを構成する部分以外の部分の１次導体１１０の形状および配置は自由であり、１次導体１１０の形状および配置の自由度が高く簡易に組立可能である。
また、アーチ状部１１１に対する第１磁気センサ１２０ａの位置のばらつき、および、逆アーチ状部１１６に対する第２磁気センサ１２０ｂの位置のばらつきの各々を低減して、電流センサ１００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１００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１１１および逆アーチ状部１１６によって、磁気センサユニット１６０の構成部品を外力から保護することができる。
本実施形態に係る電流センサ１００においては、アーチ状部１１１の電気抵抗値と逆アーチ状部１１６の電気抵抗値とが略同一であるため、１次導体１１０を測定電流が流れることによるアーチ状部１１１の発熱量と逆アーチ状部１１６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１２０ａの磁気抵抗素子の周囲の温度と、第２磁気センサ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１００の測定値の誤差を低減することができる。
本実施形態に係る電流センサ１００は、一方の流路部および他方の流路部が１つの導体に形成されており、３本の１次導体１１０の各々が１つの導体で構成されているため、電流センサ１００の組み立てが容易であり、また、３本の１次導体１１０の各々が２つの導体で構成されて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。
ここで、本実施形態の第２変形例に係る電流センサについて説明する。本実施形態の第２変形例に係る電流センサは、３本の１次導体１１０のうちの１本の１次導体１１０におけるアーチ状部１１１と逆アーチ状部１１６との１次導体１１０の幅方向(Ｘ軸方向)の配置が反対であることのみ、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と同様の構成については説明を繰り返さない。
図８は、本発明の実施形態１の第２変形例に係る電流センサが備える１次導体および磁気センサユニットの構成を示す斜視図である。図８に示すように、本発明の実施形態１の第２変形例に係る電流センサにおいては、３本の１次導体１１０のうちの中央に配置された１次導体１１０におけるアーチ状部１１１と逆アーチ状部１１６との１次導体１１０の幅方向(Ｘ軸方向)の配置が反対である。
このように３本の１次導体１１０を配置した場合、互いに隣接する１次導体１１０のアーチ状部１１１同士または逆アーチ状部１１６同士が隣り合う。互いに隣り合う、アーチ状部１１１同士の間または逆アーチ状部１１６同士の間においては、３本の１次導体１１０の各々に測定対象の電流が流れることにより、互いに反対向きの磁界が発生して打ち消し合う。そのため、磁気センサの検出値に、対応する１次導体１１０に隣接する１次導体１１０からの磁界の影響が現れることを抑制できる。
(実施形態２)
以下、本発明の実施形態２に係る電流センサについて説明する。本実施形態に係る電流センサ２００は、３本の１次導体の各々が２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と同様の構成については説明を繰り返さない。
図９は、本発明の実施形態２に係る電流センサが備える１次導体および磁気センサユニットの構成を示す斜視図である。図９に示すように、本発明の実施形態２に係る電流センサ２００においては、１次導体２１０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。すなわち、１次導体２１０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一方の流路部および他方の流路部を含む。一方の流路部および他方の流路部の各々が曲部を有している。
２つの導体のうちの一方の流路部である第１導体２１０ａには、曲部であるアーチ状部１１１が設けられ、２つの導体のうちの他方の流路部である第２導体２１０ｂには、曲部である逆アーチ状部１１６が設けられている。第１導体２１０ａと第２導体２１０ｂとは、１次導体２１０の幅方向(Ｘ軸方向)において互いに間隔をあけて１次導体２１０の長さ方向(Ｙ軸方向)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。
本実施形態に係る電流センサ２００においても、１次導体２１０の形状および配置の自由度が高く簡易に組立可能としつつ感度を高めることができる。
(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。本実施形態に係る電流センサ３００は、３本の１次導体の各々において第２導体の上に第１導体が重ねられて１次導体を構成している点が主に実施形態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と同様の構成については説明を繰り返さない。
図１０は、本発明の実施形態３に係る電流センサが備える１次導体および磁気センサユニットの構成を示す斜視図である。図１１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１０，１１に示すように、本発明の実施形態３に係る電流センサ３００においては、１次導体３１０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。すなわち、１次導体３１０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一方の流路部および他方の流路部を含む。一方の流路部および他方の流路部の各々が曲部を有している。２つの導体のうちの一方の流路部である第１導体３１０ａには、曲部であるアーチ状部３１１が設けられ、２つの導体のうちの他方の流路部である第２導体３１０ｂには、曲部である逆アーチ状部３１６が設けられている。
第１導体３１０ａと第２導体３１０ｂとは、１次導体３１０の長さ方向(Ｙ軸方向)に平行に延在し、互いに重ね合わされている。互いに重ね合わせられた第１導体３１０ａおよび第２導体３１０ｂの両端部同士は、溶接されて接合されている。アーチ状部３１１および逆アーチ状部３１６の内側に、開口部３１０ｈが形成されている。すなわち、幅方向(Ｘ軸方向)から見て、一方の流路部の曲部と他方の流路部の曲部とによって囲まれた領域である開口部３１０ｈが形成されている。
３本の１次導体３１０の各々の開口部３１０ｈに、１次導体３１０の幅方向(Ｘ軸方向)の一方側から磁気センサユニット１６０が挿入されている。筐体１５０は、幅方向(Ｘ軸方向)から見て、３本の１次導体３１０の曲部で囲まれた領域に配置されている。本実施形態においては、筐体１５０は、幅方向(Ｘ軸方向)から見て、３本の１次導体３１０の一方の流路部の曲部と他方の流路部の曲部とによって囲まれた領域に配置されている。その結果、筐体１５０の長手方向は、３本の１次導体３１０の各々の幅方向(Ｘ軸方向)に沿っている。
本実施形態に係る電流センサ３００においても、１次導体３１０の形状および配置の自由度が高く簡易に組立可能としつつ感度を高めることができる。
(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。本実施形態に係る電流センサ４００は、逆アーチ状部が設けられていない点が主に実施形態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と同様の構成については説明を繰り返さない。
図１２は、本発明の実施形態４に係る電流センサが備える１次導体および磁気センサユニットの構成を示す斜視図である。図１２に示すように、本発明の実施形態４に係る電流センサ４００においては、１次導体４１０は、１つの導体で構成されている。１次導体４１０には、曲部であるアーチ状部４１１が設けられている。３本の１次導体４１０の各々のアーチ状部４１１の内側に嵌め込まれるように、１次導体４１０の幅方向(Ｘ軸方向)の一方側から磁気センサユニット１６０が挿入されている。筐体１５０は、幅方向(Ｘ軸方向)から見て、３本の１次導体４１０の曲部で囲まれた領域に配置されている。
本実施形態に係る電流センサ４００においても、１次導体４１０の形状および配置の自由度が高く簡易に組立可能としつつ感度を高めることができる。
(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。本実施形態に係る電流センサ５００は、筐体にクリップ部が設けら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と同様の構成については説明を繰り返さない。
図１３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１４は、本発明の実施形態５に係る電流センサが備える磁気センサユニットの外観を示す正面図である。
図１３，１４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、測定対象の電流が各々流れ、互いに並行に配置されている３本の１次導体１１０と、３本の１次導体１１０のうちのいずれか１つの１次導体１１０と対応するようにそれぞれ設けられ、対応する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複数の磁気センサと、複数の磁気センサを収容する１つの筐体５５０とを備える。また、電流センサ５００は、３本の１次導体１１０および磁気センサユニット５６０が取り付けられるベース１８０をさらに備える。
筐体５５０は、略直方体状の外形を有し、下部筐体５５１と上部筐体５５２とから構成されている。上部筐体５５２には、基板１３０と接続されるワイヤーハーネスの取出し口１５２ｐ、および、３本の１次導体１１０のうちのいずれか１つの１次導体１１０と係合する係合部であるクリップ部５５２ｓが設けられている。取出し口１５２ｐは、上部筐体５５２の長手方向の端部に位置し、上部筐体５５２の上面と直交するように筒状に突出している。クリップ部５５２ｓは、取出し口１５２ｐに隣接して位置し、上部筐体５５２の長手方向に延在している。クリップ部５５２ｓは、筐体５５０が３本の１次導体１１０の各々の開口部１１０ｈに挿入された状態において、３本の１次導体１１０のうちの１次導体１１０の幅方向(Ｘ軸方向)の最も一方側(挿入方向の最も後側)に位置する１次導体１１０を挟持する。これにより、磁気センサユニット５６０と１次導体１１０とを互いに固定することができる。
本実施形態に係る電流センサ５００においても、１次導体１１０の形状および配置の自由度が高く簡易に組立可能としつつ感度を高めることができる。また、磁気センサユニット５６０を１次導体１１０の幅方向(Ｘ軸方向)に移動させてクリップ部５５２ｓにて１次導体１１０を挟持させるだけで、磁気センサユニット５６０を１次導体１１０に取り付けることができるため、電流センサ５００を簡易に組み立てることができるとともに、貫通孔１５１ｈを設けるスペースが不要となるため、磁気センサユニット５６０を小型化でき、ひいては、電流センサ５００を小型化できる。
ここで、本実施形態の変形例に係る電流センサについて説明する。本実施形態の変形例に係る電流センサは、筐体の係合部の構成が主に、実施形態５に係る電流センサ５００と異なるため、実施形態５に係る電流センサ５００と同様の構成については説明を繰り返さない。
図１５は、本発明の実施形態５の変形例に係る電流センサが備える１次導体および磁気センサユニットの構成を示す斜視図である。図１５に示すように、本発明の実施形態５の変形例に係る電流センサ５００ａの磁気センサユニット５６０ａの筐体には、３本の１次導体１１０のうちのいずれか１つの１次導体１１０ａと係合する係合部である２つのフランジ部５５１ａが設けられている。２つのフランジ部５５１ａは、上部筐体５５２の両側面からそれぞれ、上部筐体５５２の側面と直交するように突出している。
２つのフランジ部５５１ａの各々には、図示しない貫通孔が設けられている。１次導体１１０ａには、フランジ部５５１ａ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５５１ａの貫通孔および１次導体１１０ａの貫通孔を挿通したボルト５７０と図示しないナット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１１０ａとを締結することができる。ボルト５７０およびナットの各々は、非磁性材料で構成されている。
本実施形態の変形例に係る電流センサ５００ａにおいては、ボルト５７０およびナットにより、磁気センサユニット５６０ａを１次導体１１０ａ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、一方の流路部および他方の流路部の形状が主に、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１６は、本発明の実施形態６に係る電流センサが備える１次導体および磁気センサユニットの構成を示す斜視図である。図１７は、本発明の実施形態６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１８は、図１７の１次導体を矢印ＸＶＩＩＩ方向から見た側面図である。
図１６〜１８に示すように、本発明の実施形態６に係る電流センサ６００は、測定対象の電流が各々流れ、互いに並行に配置されている３本の１次導体６１０と、３本の１次導体６１０のうちのいずれか１つの１次導体６１０と対応するようにそれぞれ設けられ、対応する１次導体６１０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複数の磁気センサと、複数の磁気センサを収容する１つの筐体とを備える。
３本の１次導体６１０の各々は、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)を有する板状である。３本の１次導体６１０の各々は、幅方向(Ｘ軸方向)から見て、長さ方向(Ｙ軸方向)における途中で、筐体の外周の少なくとも一部を囲むように曲がった曲部を有する。３本の１次導体６１０の各々は、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一方の流路部および他方の流路部を含む。一方の流路部および他方の流路部の各々が曲部を有している。
３本の１次導体６１０の各々の一方の流路部の曲部６１１は、幅方向(Ｘ軸方向)から見て、１次導体６１０の表面側に膨出している。３本の１次導体６１０の各々の他方の流路部の曲部６１７は、幅方向(Ｘ軸方向)から見て、１次導体６１０の裏面側に膨出している。他方の流路部の曲部６１７は、１次導体６１０の幅方向(Ｘ軸方向)にて一方の流路部の曲部６１１と並んでいる。幅方向(Ｘ軸方向)から見て、一方の流路部の曲部６１１と他方の流路部の曲部６１７とによって囲まれた領域６１１ｈが形成されている。スリット６１６は、１次導体６１０の幅方向(Ｘ軸方向)にて１次導体６１０の中央に位置している。
一方の流路部の曲部６１１および他方の流路部の曲部６１７の各々は、１次導体６１０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。一方の流路部の曲部６１１は、互いに間隔を置いて、１次導体６１０の表面から円弧状に突出する第１突出部６１２および第２突出部６１３と、１次導体６１０の長さ方向(Ｙ軸方向)に延在し、第１突出部６１２と第２突出部６１３とを繋ぐ延在部６１４とから構成されている。他方の流路部の曲部６１７は、互いに間隔を置いて、１次導体６１０の裏面から円弧状に突出する第３突出部６１８および第４突出部６１９と、１次導体６１０の長さ方向(Ｙ軸方向)に延在し、第３突出部６１８と第４突出部６１９とを繋ぐ延在部６１５とから構成されている。
一方の流路部の曲部６１１と他方の流路部の曲部６１７とによって形成される空間に、磁気センサユニット６６０が挿入されている。これにより、第１磁気センサ１２０ａは、幅方向(Ｘ軸方向)から見て、領域６１１ｈの内部に位置し、かつ、一方の流路部の曲部６１１の裏面側に位置している。第２磁気センサ１２０ｂは、幅方向(Ｘ軸方向)から見て、領域６１１ｈの内部に位置し、かつ、他方の流路部の曲部６１７の表面側に位置している。
本実施形態に係る電流センサ６００は、１次導体６１０を流れる測定対象の電流に対する第１磁気センサ１２０ａおよび第２磁気センサ１２０ｂの各々の感度を高めることによって電流センサ６００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６００においては、一方の流路部の曲部６１１の電気抵抗値と他方の流路部の曲部６１７の電気抵抗値とが略同一であるため、１次導体６１０を測定対象の電流が流れることによる一方の流路部の曲部６１１の発熱量と他方の流路部の曲部６１７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１２０ａの磁気抵抗素子の周囲の温度と、第２磁気センサ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６００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６６０の一部が、一方の流路部の曲部６１１と他方の流路部の曲部６１７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１９は、本発明の実施形態６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２０は、図１９の電流センサを矢印ＸＸ方向から見た側面図である。図２１は、本発明の実施形態６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２２は、本発明の実施形態６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１９，２０に示すように、本発明の実施形態６の変形例に係る電流センサ６００ａは、１本の１次導体６１０ａおよび２本の１次導体６１０と磁気センサユニット６６０ａとを備える。磁気センサユニット６６０ａは、幅方向(Ｘ軸方向)から見て、領域６１１ｈの内部に位置する磁気センサ収容部６６０ｉと、領域６１１ｈの外側に位置する電子部品収容部６６０ｏと、フランジ部６６０ｆとを含む。図２１，２２に示すように、電子部品収容部６６０ｏの内部に位置する部分の基板６３０の表面上に、電子部品６４０ａ，６４０ｂ，６４１が実装されている。電子部品６４０ａ，６４０ｂ，６４１は、演算回路を構成している。磁気センサ収容部６６０ｉの内部に位置する部分の基板６３０の裏面上に、第１磁気センサ１２０ａおよび第２磁気センサ１２０ｂが実装されている。
本実施形態においては、１本の１次導体６１０ａおよび２本の１次導体６１０のそれぞれと対応するように、互いに間隔をあけて、第１磁気センサ１２０ａ、第２磁気センサ１２０ｂおよび電子部品６４０ａ，６４０ｂ，６４１からなる３つの部品群が設けられている。
フランジ部６６０ｆには、図示しない貫通孔が設けられている。１次導体６１０ａには、フランジ部６６０ｆ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６６０ｆの貫通孔および１次導体６１０ａの貫通孔を挿通したボルト６７０とナット６８０とを螺合させることにより、磁気センサユニット６６０ａと１次導体６１０ａとを締結することができる。ボルト６７０およびナット６８０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６の変形例に係る電流センサ６００ａにおいては、ボルト６７０およびナット６８０により、磁気センサユニット６６０ａを１次導体６１０ａ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６４０ａ，６４０ｂ，６４１を領域６１１ｈの外側に配置することにより、領域６１１ｈを小さくすることができる。領域６１１ｈを小さくすることにより、一方の流路部の曲部６１１と第１磁気センサ１２０ａとの間の距離、および、他方の流路部の曲部６１７と第２磁気センサ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１２０ａおよび第２磁気センサ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６００ａ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７)
以下、本発明の実施形態７に係る電流センサについて説明する。なお、実施形態７に係る電流センサ７００は、一方の流路部の曲部および他方の流路部の曲部の形状が主に、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２３は、本発明の実施形態７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７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２６は、図２４の１次導体を矢印ＸＸＶＩ方向から見た上面図である。図２７は、図２４の１次導体を矢印ＸＸＶＩＩ方向から見た正面図である。
図２３〜２７に示すように、本発明の実施形態７に係る電流センサ７００は、測定対象の電流が各々流れ、互いに並行に配置されている３本の１次導体７１０と、３本の１次導体７１０のうちのいずれか１つの１次導体７１０と対応するようにそれぞれ設けられ、対応する１次導体７１０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複数の磁気センサと、複数の磁気センサを収容する１つの筐体とを備える。
３本の１次導体７１０の各々は、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)を有する板状である。３本の１次導体７１０の各々は、幅方向(Ｘ軸方向)から見て、長さ方向(Ｙ軸方向)における途中で、筐体の外周の少なくとも一部を囲むように曲がった曲部を有する。３本の１次導体７１０の各々は、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一方の流路部および他方の流路部を含む。一方の流路部および他方の流路部の各々が曲部を有している。
３本の１次導体７１０の各々において、他方の流路部の曲部７１７は、１次導体７１０の幅方向(Ｘ軸方向)にて一方の流路部の曲部７１１と並んでいる。幅方向(Ｘ軸方向)から見て、一方の流路部の曲部７１１と他方の流路部の曲部７１７とによって囲まれた領域７１１ｈが形成されている。スリット７１６は、１次導体７１０の幅方向(Ｘ軸方向)にて１次導体７１０の中央に位置している。
一方の流路部の曲部７１１は、長さ方向(Ｙ軸方向)における一端７１１ａと他端７１１ｂとを有する。他方の流路部の曲部７１７は、長さ方向(Ｙ軸方向)における一端７１７ａと他端７１７ｂとを有する。一方の流路部の曲部７１１の一端７１１ａと他方の流路部の曲部７１７の一端７１７ａとは、スリット７１６を間に挟んで、幅方向(Ｘ軸方向)に並んでいる。一方の流路部の曲部７１１の他端７１１ｂと他方の流路部の曲部７１７の他端７１７ｂとは、スリット７１６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)における一方の流路部の曲部７１１の一端７１１ａと一方の流路部の曲部７１１の他端７１１ｂ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)における他方の流路部の曲部７１７の一端７１７ａと他方の流路部の曲部７１７の他端７１７ｂ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)における一方の流路部の曲部７１１の一端７１１ａと他方の流路部の曲部７１７の一端７１７ａ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)における一方の流路部の曲部７１１の他端７１１ｂと他方の流路部の曲部７１７の他端７１７ｂとは、厚さ方向(Ｚ軸方向)における位置が互いに等しい。
一方の流路部の曲部７１１は、厚さ方向(Ｚ軸方向)における一方の流路部の曲部７１１の一端７１１ａの位置と一方の流路部の曲部７１１の他端７１１ｂの位置とを繋ぐ曲折部７１３を含む。他方の流路部の曲部７１７は、厚さ方向(Ｚ軸方向)における他方の流路部の曲部７１７の一端７１７ａの位置と他方の流路部の曲部７１７の他端７１７ｂの位置とを繋ぐ曲折部７１８を含む。一方の流路部の曲部７１１の曲折部７１３と、他方の流路部の曲部７１７の曲折部７１８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、一方の流路部の曲部７１１は、一端７１１ａから長さ方向(Ｙ軸方向)に延在する延在部７１４と、延在部７１４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７１１ｂに向かう曲折部７１３とを含む。すなわち、一方の流路部の曲部７１１は、段状に形成されている。延在部７１４は、一方の流路部の曲部７１１の一端７１１ａと接している。曲折部７１３は、一方の流路部の曲部７１１の他端７１１ｂと接している。なお、曲折部７１３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。
他方の流路部の曲部７１７は、一端７１７ａから厚さ方向(Ｚ軸方向)に直線状に延在する曲折部７１８と、曲折部７１８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７１７ｂに向かう延在部７１５とを含む。すなわち、他方の流路部の曲部７１７は、段状に形成されている。延在部７１５は、他方の流路部の曲部７１７の他端７１７ｂと接している。曲折部７１８は、他方の流路部の曲部７１７の一端７１７ａと接している。なお、曲折部７１８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。
一方の流路部の曲部７１１と他方の流路部の曲部７１７とによって形成される空間に、磁気センサユニット１６０が挿入されている。これにより、第１磁気センサ１２０ａは、幅方向(Ｘ軸方向)から見て、領域７１１ｈの内部に位置し、かつ、一方の流路部の曲部７１１の裏面側に位置している。第２磁気センサ１２０ｂは、幅方向(Ｘ軸方向)から見て、領域７１１ｈの内部に位置し、かつ、他方の流路部の曲部７１７の表面側に位置している。
本実施形態に係る電流センサ７００は、１次導体７１０を流れる測定対象の電流に対する第１磁気センサ１２０ａおよび第２磁気センサ１２０ｂの各々の感度を高めることによって電流センサ７００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７００においては、一方の流路部の曲部７１１の電気抵抗値と他方の流路部の曲部７１７の電気抵抗値とが略同一であるため、１次導体７１０を測定対象の電流が流れることによる一方の流路部の曲部７１１の発熱量と他方の流路部の曲部７１７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１２０ａの磁気抵抗素子の周囲の温度と、第２磁気センサ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７００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１６０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２８は、本発明の実施形態７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２９は、図２８の電流センサを矢印ＸＸＩＸ方向から見た側面図である。
図２８，２９に示すように、本発明の実施形態７の変形例に係る電流センサ７００ａは、１本の１次導体７１０ａおよび２本の１次導体７１０と磁気センサユニット７６０とを備える。磁気センサユニット７６０の筐体には、フランジ部７６０ｆが設けられているフランジ部７６０ｆには、図示しない貫通孔が設けられている。１次導体７１０ａには、フランジ部７６０ｆ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７６０ｆの貫通孔および１次導体７１０ａの貫通孔を挿通したボルト７７０とナット７８０とを螺合させることにより、磁気センサユニット７６０と１次導体７１０ａとを締結することができる。ボルト７７０およびナット７８０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７の変形例に係る電流センサ７００ａにおいては、ボルト７７０およびナット７８０により、磁気センサユニット７６０を１次導体７１０ａに確実に取り付けることができる。
(実施形態８)
以下、本発明の実施形態８に係る電流センサについて説明する。本実施形態に係る電流センサ８００は、３本の１次導体の各々が２つの導体で構成されている点が主に実施形態７に係る電流センサ７００と異なるため、実施形態７に係る電流センサ７００と同様の構成については説明を繰り返さない。
図３０は、本発明の実施形態８に係る電流センサが備える１次導体および磁気センサユニットの構成を示す斜視図である。図３０に示すように、本発明の実施形態８に係る電流センサ８００においては、１次導体８１０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。すなわち、１次導体８１０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一方の流路部および他方の流路部を含む。一方の流路部および他方の流路部の各々が曲部を有している。
２つの導体のうちの一方の流路部である第１導体８１０ａには、曲部７１１が設けられ、２つの導体のうちの他方の流路部である第２導体８１０ｂには、曲部７１７が設けられている。第１導体８１０ａと第２導体８１０ｂとは、１次導体８１０の幅方向(Ｘ軸方向)において互いに間隔をあけて１次導体８１０の長さ方向(Ｙ軸方向)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。
本実施形態に係る電流センサ８００においても、１次導体８１０の形状および配置の自由度が高く簡易に組立可能としつつ感度を高めることができる。
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。
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、１００，２００，３００，４００，５００，５００ａ，６００，６００ａ，７００，７００ａ，８００ 電流センサ、１１０，１１０ａ，２１０，３１０，４１０，５１０，６１０，６１０ａ，７１０，７１０ａ，８１０ １次導体、１１０ｈ，３１０ｈ 開口部、１１１，３１１，４１１ アーチ状部、１１２，６１２ 第１突出部、１１２ｅ，１１３ｅ，１１４ｅ，１１９ｅ 磁界、１１３，６１３ 第２突出部、１１４，１１９，６１４，６１５，７１４，７１５ 延在部、１１５，６１６，７１６ スリット、１１６，３１６ 逆アーチ状部、１１７，６１８ 第３突出部、１１８，６１９ 第４突出部、１２０ａ 第１磁気センサ、１２０ｂ 第２磁気センサ、１３０，６３０ 基板、１４０ａ，１４０ｂ，６４０ａ，６４０ｂ，６４１ 電子部品、１５０，５５０ 筐体、１５１，５５１ 下部筐体、１５１ａ ガイド部、１５１ｈ，１８０ｈ 貫通孔、１５２，５５２ 上部筐体、１５２ｐ 取出し口、１６０，５６０，６６０，６６０ａ，７６０ 磁気センサユニット、１７０，５７０，６７０，７７０ ボルト、１８０ ベース、１９０ 算出部、２１０ａ，３１０ａ，８１０ａ 第１導体、２１０ｂ，３１０ｂ，８１０ｂ 第２導体、５１７，６１１，６１７，７１１，７１７ 曲部、５５１ａ，６６０ｆ，７６０ｆ フランジ部、５５２ｓ クリップ部、６１１ｈ，７１１ｈ 囲まれた領域、６６０ｉ 磁気センサ収容部、６６０ｏ 電子部品収容部、６８０，７８０ ナット、７１１ａ，７１７ａ 一端、７１１ｂ，７１７ｂ 他端、７１３，７１８ 曲折部。

Claims (7)

  1. 測定対象の電流が各々流れ、互いに並行に配置されている複数の１次導体と、
    前記複数の１次導体のうちのいずれか１つの１次導体と対応するようにそれぞれ設けられ、対応する１次導体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複数の磁気センサと、
    前記複数の磁気センサを収容する１つの筐体とを備え、
    前記複数の１次導体の各々に流れる前記測定対象の電流は、互いに相が異なっており、
    前記複数の１次導体の各々は、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し、かつ、前記幅方向から見て、前記長さ方向における途中で、前記筐体の外周の少なくとも一部を囲むように曲がった曲部を有し、
    前記筐体は、前記幅方向から見て、前記複数の１次導体の前記曲部で囲まれた領域に配置されており、
    前記複数の１次導体の各々は、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一方の流路部および他方の流路部を含み、
    前記一方の流路部および前記他方の流路部の各々が前記曲部を有し、
    前記幅方向から見て前記一方の流路部の前記曲部と前記他方の流路部の前記曲部とによって囲まれた領域である開口部が、前記幅方向に並んでおり、
    前記筐体は、前記幅方向に並んでいる前記開口部に挿入配置されており、前記複数の１次導体と該複数の１次導体にそれぞれ対応する前記複数の磁気センサとの間に位置している、電流センサ。
  2. 前記筐体は長手方向を有し、
    前記筐体の前記長手方向は、前記複数の１次導体の各々の前記幅方向に沿っている、請求項１に記載の電流センサ。
  3. 前記複数の１次導体の各々は、前記１次導体の表面側に膨出している前記曲部を含む、請求項１または請求項２に記載の電流センサ。
  4. 前記複数の１次導体の各々は、前記１次導体の裏面側に膨出している前記曲部を含む、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の電流センサ。
  5. 前記一方の流路部の曲部および前記他方の流路部の曲部の各々は、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一方の流路部の曲部の一端と前記一方の流路部の曲部の他端とは、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他方の流路部の曲部の一端と前記他方の流路部の曲部の他端とは、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一方の流路部の曲部の一端と前記他方の流路部の曲部の一端とは、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一方の流路部の曲部の他端と前記他方の流路部の曲部の他端とは、前記厚さ方向における位置が互いに等しく、
    前記一方の流路部の曲部は、前記厚さ方向における前記一方の流路部の曲部の前記一端の位置と前記一方の流路部の曲部の前記他端の位置とを繋ぐ曲折部を含み、
    前記他方の流路部の曲部は、前記厚さ方向における前記他方の流路部の曲部の前記一端の位置と前記他方の流路部の曲部の前記他端の位置とを繋ぐ曲折部を含み、
    前記一方の流路部の曲部の前記曲折部と、前記他方の流路部の曲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から請求項４のいずれか１項に記載の電流センサ。
  6. 前記一方の流路部および前記他方の流路部は、１つの導体に形成されている、請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の電流センサ。
  7. 前記筐体は、前記複数の１次導体のうちのいずれか１つの１次導体と係合する係合部を有している、請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の電流センサ。
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