JP6627989B2 - 電流センサ及び電流センサユニット - Google Patents

Description

本発明は、電流により発生する磁界の強さを検出することにより、電流の大きさを検出する電流センサに関する。

特許文献１は、被測定導体に流れる被測定電流の大きさを検出する電流センサを開示する。この電流センサは、被測定電流が流れる被測定導体と、被測定導体に対して固定配置された磁電変換素子と、磁電変換素子を磁気遮蔽する磁気シールド体とを備える。磁気シールド体は、被測定導体と磁電変換素子とを内側に囲む環状取り囲み部を有し、環状取り囲み部には、磁気飽和を抑制する空隙が形成されている。磁気シールド部には、内部の被測定導体から生じた被測定磁界が集磁されると共に、外部磁界が集磁される。これにより、外乱磁界の影響を低減することができる。

特許文献２は、バスバーに流れる電流の大きさを検出する電流センサを開示する。バスバーは、その厚さ方向の異なる位置に配置された平行な２本のラインを備える。電流センサは２つのホール素子を備える。２つのホール素子は、バスバーの厚さ方向に２本のラインに挟まれるように配置され、２本のラインに流れる電流に応じて発生する磁界の強さを各々に検出する。そして、電流センサは、２つのホール素子の出力電圧を差動増幅する。これにより、外乱磁界の影響を低減することができる。

特開２０１３−１１７４４７号公報 特許第４４３４１１１号公報

本発明は、外乱磁界による影響を低減することができる電流センサ及び電流センサユニットを提供することを目的とする。

本発明の電流センサは、測定対象の電流の大きさに応じた出力信号を出力する電流センサである。この電流センサは、分岐されて形成された第１流路部と第２流路部であって、測定対象の電流の一部が流れる第１流路部と、電流の一部以外の電流が流れる第２流路部とを有する導体と、第１流路部に流れる電流により発生する第１磁界の強さを検出する第１磁気素子と、第２流路部に流れる電流により発生する第２磁界の強さを検出する第２磁気素子と、第１流路部と第２流路部との間で、かつ、第１磁気素子と第２磁気素子との間に配置され、磁性体材料を含む磁気シールド体とを備える。

また、本発明の電流センサユニットは上記の複数の電流センサを備える。複数の電流センサは、各導体が並行に配列されるように配置される。

本発明によれば、電流センサ及び電流センサユニットにおいて、外乱磁界による影響を低減することができる。

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１Ａに示す電流センサをＩＢ−ＩＢ線矢印方向から見た断面図である。 実施形態１に係る電流センサ（筐体省略）の外観を示す斜視図である。 図２Ａに示す電流センサ（筐体省略）をＩＩＢ−ＩＩＢ線矢印方向から見た断面図である。 図２Ａに示す電流センサにおける導体の外観を示す斜視図である。 図２Ａ及び図２Ｂに示す電流センサにおける磁気センサユニットの電気的な構成を示すブロック図である。 実施形態１に係る電流センサにおいて観測される磁界を説明するための図である。 比較例の電流センサの断面図である。 図３に示す導体の通電時の磁場解析の結果を示し、ＶＩＩ−ＶＩＩ線を含むＺＸ平面におけるＸ方向の磁束密度強度コンター図である。 図３に示す導体に、さらに本実施形態の第１磁気シールド部及び第２磁気シールド部を配置した構成を示す図である。 図８Ａに示す構成における導体の通電時の磁場解析の結果を示し、ＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ線を含むＺＸ平面における第１磁気シールド部及び第２磁気シールド部のみの磁束密度強度コンター図である。 図８ＢにおけるＡ−Ｂ線における磁束密度の大きさを示すグラフである。 図８Ａに示す構成における導体の通電時の磁場解析の結果を示し、ＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ線を含むＺＸ平面におけるＸ方向の磁束密度強度コンター図である。 実施形態１の変形例１に係る電流センサ（筐体省略）の外観を示す斜視図である。 図９Ａに示す電流センサ（筐体省略）をＩＸＢ−ＩＸＢ線矢印方向から見た断面図である。 実施形態１の変形例２に係る電流センサ（筐体省略）の外観を示す斜視図である。 図１０Ａに示す電流センサ（筐体省略）をＸＢ−ＸＢ線矢印方向から見た断面図である。 実施形態２に係る電流センサ（筐体省略）の外観を示す斜視図である。 図１１Ａに示す電流センサ（筐体省略）をＸＩＢ−ＸＩＢ線矢印方向から見た断面図である。 実施形態２の変形例に係る電流センサ（筐体省略）の外観を示す斜視図である。 図１２Ａに示す電流センサ（筐体省略）をＸＩＩＢ−ＸＩＩＢ線矢印方向から見た断面図である。 実施形態３に係る電流センサ（筐体省略）の外観を示す斜視図である。 図１３Ａに示す電流センサ（筐体省略）をＸＩＩＩＢ−ＸＩＩＩＢ線矢印方向から見た断面図である。 実施形態４に係る電流センサ（筐体省略）の外観を示す斜視図である。 図１４Ａに示す電流センサ（筐体省略）をＸＩＶＢ−ＸＩＶＢ線矢印方向から見た断面図である。 図３に示す導体に、さらに本実施形態の第１磁気シールド部及び第２磁気シールド部を配置した構成を示す図である。 図１５Ａに示す構成における導体の通電時の磁場解析の結果を示し、ＸＶ−ＸＶ線を含むＺＸ平面における第１磁気シールド部及び第２磁気シールド部のみの磁束密度強度コンター図である。 図１５ＢにおけるＡ−Ｂ線における磁束密度の大きさを示すグラフである。 図１５Ａに示す構成における導体の通電時の磁場解析の結果を示し、ＸＶ−ＸＶ線を含むＺＸ平面におけるＸ方向の磁束密度強度コンター図である。 実施形態５に係る電流センサ（筐体省略）の外観を示す斜視図である。 図１６Ａに示す電流センサ（筐体省略）をＸＶＩＢ−ＸＶＩＢ線矢印方向から見た断面図である。 実施形態５の変形例に係る電流センサ（筐体省略）の外観を示す斜視図である。 図１７Ａに示す電流センサ（筐体省略）をＸＶＩＩＢ−ＸＶＩＩＢ線矢印方向から見た断面図である。 実施形態６に係る電流センサ（筐体省略）の外観を示す斜視図である。 図１８Ａに示す電流センサ（筐体省略）をＸＶＩＩＩＢ−ＸＶＩＩＩＢ線矢印方向から見た断面図である。 実施形態７に係る３相交流電流を測定する電流センサユニットの外観を示す斜視図である。 図１９Ａに示す電流センサユニットをＸＩＸＢ−ＸＩＸＢ線矢印方向から見た断面図である。 実施形態７に係る電流センサユニット（筐体省略）の外観を示す斜視図である。 図２０Ａに示す電流センサユニット（筐体省略）をＸＸＢ−ＸＸＢ線矢印方向から見た断面図である。

以下、添付の図面を参照して本発明に係る電流センサの実施形態を説明する。なお、各図面において同一又は相当の部分に対しては同一の符号を附すこととする。

（実施形態１）
以下、実施形態１に係る電流センサを図１Ａ〜図８Ｄを用いて説明する。

１．構成
図１Ａは、実施形態１に係る電流センサの外観を示す斜視図であり、図１Ｂは、図１Ａに示す電流センサをＩＢ−ＩＢ線矢印方向から見た断面図である。図２Ａは、実施形態１に係る電流センサ（筐体省略）の外観を示す斜視図であり、図２Ｂは、図２Ａに示す電流センサ（筐体省略）をＩＩＢ−ＩＩＢ線矢印方向から見た断面図である。図３は、図２Ａに示す電流センサにおける導体の外観を示す斜視図である。図１Ａ〜図３において、Ｘ軸方向は後述する導体１１０の幅方向であり、Ｙ軸方向は導体１１０の長さ方向であり、Ｚ軸方向は導体１１０の厚さ方向である。

図１Ａ〜図２Ｂに示すように、本実施形態１に係る電流センサ１００は、導体１１０と磁気センサユニット１６０とを備える。

図２Ａ及び図３に示すように、導体１１０は板状の導体から構成される。導体１１０の長さ方向(Ｙ軸方向)における両端部には、電流センサ１００の固定及び電気的接続のための固定用孔１１０ｈが形成されている。

導体１１０は、長さ方向(Ｙ軸方向)における一部分（途中）において、第１流路部１１０ａと第２流路部１１０ｂとに分岐される。第１流路部１１０ａと第２流路部１１０ｂとは、導体１１０の幅方向(Ｘ軸方向)に並んでいる。第１流路部１１０ａと第２流路部１１０ｂとの間には、スリット１１０ｓが形成されている。スリット１１０ｓは、導体１１０の幅方向(Ｘ軸方向)において導体１１０の略中央に位置している。第１流路部１１０ａは、導体１１０の一方の面側（＋Ｚ方向側）に突出しており、第２流路部１１０ｂは、導体１１０の他方の面側（−Ｚ方向側）に突出している。

図３に示すように、第１流路部１１０ａは、導体１１０の一方の面に直交するように当該一方の面から突出する第１突出部１１１ａ及び第２突出部１１２ａと、導体１１０の長さ方向(Ｙ軸方向)に延在し、第１突出部１１１ａと第２突出部１１２ａとを繋ぐ第１延在部１１３ａとを有する。

より具体的には、第１流路部１１０ａにおいて、第１突出部１１１ａは、スリット１１０ｓの長手方向の一端側の一側方に連接される一端を有すると共に、導体１１０の一方の面から他方の面とは反対側に向かって突出する。第１延在部１１３ａは、第１突出部１１１ａの他端に連接される一端を有すると共に、導体１１０の長手方向（Ｙ軸方向）に延在する。第２突出部１１２ａは、第１延在部１１３ａの他端に連接される一端を有すると共に、スリット１１０ｓの長手方向の他端側の一側方に連接される他端を有する。第１流路部１１０ａは、導体１１０の幅方向から見たときに略Ｕ字形状になる。

同様に、第２流路部１１０ｂは、導体１１０の他方の面に直交するように当該他方の面から突出する第３突出部１１１ｂ及び第４突出部１１２ｂと、導体１１０の長さ方向(Ｙ軸方向)に延在し、第３突出部１１１ｂと第４突出部１１２ｂとを繋ぐ第２延在部１１３ｂとを有する。第２流路部１１０ｂにおける第３突出部１１１ｂと第４突出部１１２ｂと第２延在部１１３ｂとの間の位置関係は、第１流路部１１０ａにおける第１突出部１１１ａと第２突出部１１２ａと第１延在部１１３ａとの間の位置関係と同様である。

導体１１０において、第１流路部１１０ａと第２流路部１１０ｂとは互いに逆方向に突出する。これにより、第１流路部１１０ａと第２流路部１１０ｂとによって空間が形成される。この空間には磁気センサユニット１６０が配置される。

導体１１０の材料としては、銅、銀、アルミニウム若しくは鉄などの金属、又はこれらの金属を含む合金などが用いられてもよい。また、導体１１０には、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、又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、導体１１０の表面に設けられていてもよい。また、導体１１０は、鋳造、切削加工又はプレス加工などにより形成されてもよい。

図１Ａ〜図２Ｂに示すように、磁気センサユニット１６０は、筐体１６５内に、第１磁気センサ１２０ａ及び第２磁気センサ１２０ｂ、並びに増幅部１３０等の電子部品を搭載した基板１４０と、第１磁気シールド部１５０ａ及び第２磁気シールド部１５０ｂとを備える。

筐体１６５は、例えば、略直方体状の外形を有する樹脂モールドである。筐体１６５は、第１流路部１１０ａの第１延在部１１３ａ（図３）及び第２流路部１１０ｂの第２延在部１１３ｂが筐体１６５内部で基板１４０等の上記各部と共に固定されるように成形されている。これにより、第１流路部１１０ａに対する第１磁気センサ１２０ａの位置、及び、第２流路部１１０ｂに対する第２磁気センサ１２０ｂの位置の設定が容易となる。

筐体１６５は、電気絶縁性を有する材料からなる。例えば、筐体１６５は、ＰＰＳ(ポリフェニレンサルファイド)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、導体１１０の発熱を考慮した場合、筐体１６５の材料として好ましい。

基板１４０は、筐体１６５内に固定されている。基板１４０は、プリント配線板であり、ガラスエポキシ又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。

基板１４０には、第１磁気センサ１２０ａ及び第２磁気センサ１２０ｂ、並びに増幅部１３０といった電子部品が実装されている。これらの電子部品は、樹脂パッケージされていてもよく、又は、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。

本実施形態では、第１磁気センサ１２０ａ及び第２磁気センサ１２０ｂの各々は、樹脂パッケージされ、主面を有する直方体形状を有する。第１磁気センサ１２０ａ及び第２磁気センサ１２０ｂの各々は、例えばそれぞれの主面に並行な方向に感度軸を有する。この場合、第１磁気センサ１２０ａ及び第２磁気センサ１２０ｂとして、ＨＳＯＰ（High-Power Small Outline Package）部品や、ＬＱＦＰ（Low Profile Quad Flat Package）部品を用い、これらの部品を実装する基板１４０は、ＸＹ平面に沿って配置される。基板１４０において、第１及び第２磁気センサ１２０ａ，１２０ｂは、それぞれの感度軸の方向が適宜、許容誤差の範囲内で、導体１１０の幅方向（第１磁気センサ１２０ａが＋Ｘ方向、第２磁気センサ１２０ｂが−Ｘ方向）に並行となるように配置される。

第１磁気センサ１２０ａは、幅方向(Ｘ軸方向)において第１流路部１１０ａ側に位置している。第２磁気センサ１２０ｂは、幅方向(Ｘ軸方向)において第２流路部１１０ｂ側に位置している。これにより、第１磁気センサ１２０ａは、第１流路部１１０ａに流れる電流により発生する第１磁界の強さを検出し、第２磁気センサ１２０ｂは、第２流路部１１０ｂに流れる電流により発生する第２磁界の強さを検出する。すなわち、第１磁気センサ１２０ａ及び第２磁気センサ１２０ｂは、導体１１０に流れる電流により発生する磁界の強さを検出する。

なお、第１流路部１１０ａと第２流路部１１０ｂとの間のスリット１１０ｓは、導体１１０の幅方向(Ｘ軸方向)において、第１磁気センサ１２０ａと第２磁気センサ１２０ｂとの中間に位置する。スリット１１０ｓの幅は、これらの磁気センサに入力される磁界の強さを調整するために適宜調整されてもよい。

第１磁気シールド部１５０ａは、第１中央側壁部１５１ａと、第１連接壁部１５２ａと、第１外側壁部１５３ａとを有する。これらの第１中央側壁部１５１ａ、第１連接壁部１５２ａ及び第１外側壁部１５３ａの各々は、平板形状を有する。第１中央側壁部１５１ａと第１外側壁部１５３ａは並行し、互いに対向している。第１連接壁部１５２ａは、第１中央側壁部１５１ａと連接されるとともに、第１外側壁部１５３ａとも連接されている。すなわち、導体１１０の厚さ方向において、第１中央側壁部１５１ａの側縁部と第１外側壁部１５３ａの側縁部は、第１連接壁部１５２ａによって連結されている。これにより、第１磁気シールド部１５０ａはその断面がＵ字状の形状を有する。

第１磁気シールド部１５０ａは、第１流路部１１０ａ及び第１磁気センサ１２０ａをＵ字状に囲い、かつ、第１連接壁部１５２ａが第１流路部１１０ａと平行になるように、配置されている。

具体的には、第１中央側壁部１５１ａは、導体１１０の主面と交差するように、かつ、第１流路部１１０ａと第２流路部１１０ｂとの間のスリット１１０ｓに、導体１１０の厚さ方向に沿って延びるように配置されている。さらに、第１中央側壁部１５１ａは、第１磁気センサ１２０ａと第２磁気センサ１２０ｂとの間に配置されている。第１外側壁部１５３ａは、導体１１０の主面と交差するように、かつ、第１流路部１１０ａ及び第１磁気センサ１２０ａを介して第１中央側壁部１５１ａと対向するように配置されている。第１連接壁部１５２ａは、導体１１０の主面と平行で、かつ、第１流路部１１０ａを介して第１磁気センサ１２０ａと対向するように配置されている。

同様に、第２磁気シールド部１５０ｂは、第２中央側壁部１５１ｂと、第２連接壁部１５２ｂと、第２外側壁部１５３ｂとを有する。これらの第２中央側壁部１５１ｂ、第２連接壁部１５２ｂ及び第２外側壁部１５３ｂの各々は、平板形状を有する。第２中央側壁部１５１ｂと第２外側壁部１５３ｂは互いに対向している。第２連接壁部１５２ｂは、第２中央側壁部１５１ｂと連接されるとともに、第２外側壁部１５３ｂとも連接されている。すなわち、第２中央側壁部１５１ｂと第２外側壁部１５３ｂは、第２連接壁部１５２ｂによって連結されている。これにより、第２磁気シールド部１５０ｂはその断面がＵ字状の形状を有する。

第２磁気シールド部１５０ｂは、第２流路部１１０ｂ及び第２磁気センサ１２０ｂをＵ字状に囲い、かつ、第２連接壁部１５２ｂが第２流路部１１０ｂと平行になるように、配置されている。

具体的には、第２中央側壁部１５１ｂは、導体１１０の主面と交差するように、かつ、第１流路部１１０ａと第２流路部１１０ｂとの間のスリット１１０ｓに、配置されている。さらに、第２中央側壁部１５１ｂは、第１磁気センサ１２０ａと第２磁気センサ１２０ｂとの間に配置されている。

第２外側壁部１５３ｂは、導体１１０の主面と交差するように、かつ、第２流路部１１０ｂ及び第２磁気センサ１２０ｂを介して第２中央側壁部１５１ｂと対向するように配置されている。第２連接壁部１５２ｂは、導体１１０の主面と平行で、かつ、第２流路部１１０ｂを介して第２磁気センサ１２０ｂと対向するように設けられている。

なお、第２磁気シールド部１５０ｂの第２中央側壁部１５１ｂは、第１磁気シールド部１５０ａの第１中央側壁部１５１ａよりも第２流路部１１０ｂ及び第２磁気センサ１２０ｂ側に配置されてもよいし、第１中央側壁部１５１ａよりも第１流路部１１０ａ及び第１磁気センサ１２０ａ側に配置されてもよい。

以上のことから、図１Ｂに示すように、導体１１０の長手方向に対して直交する断面において、第１磁気センサ１２０ａと第２磁気センサ１２０ｂは、スリット１１０ｓを介して対向するように、一方側と他方側にそれぞれ配置されることにより、導体１１０の幅方向に並んで配置される。第１流路部１１０ａの第１延在部１１３ａと第２流路部１１０ｂの第２延在部１１３ｂとは（図３参照）、スリット１１０ｓを介して一方側と他方側であって、且つ、導体１１０の主面に沿って並行配置された基板１４０を介して上方側と下方側にそれぞれ配置される。

また、上述のとおり、第１磁気シールド部１５０ａは、第１流路部１１０ａ及び第１磁気センサ１２０ａをＵ字状に囲うことにより、第１磁気センサ１２０ａは、第１流路部１１０ａと当該Ｕ字状の開口部との間に配置される。同様に、第２磁気シールド１５０ｂは、第２流路部１１０ｂ及び第２磁気センサ１２０ｂをＵ字状に囲うことにより、第２磁気センサ１２０ｂは、第２流路部１１０ｂと当該Ｕ字状の開口部との間に配置される。その結果、第１中央側壁部１５１ａと第２中央側壁部１５１ｂは、導体１１０の幅方向に対向しつつ並行に配置される。

第１磁気シールド部１５０ａ及び第２磁気シールド部１５０ｂの各々の材料には、種々の磁性体材料を用いることが可能である。例えば、第１磁気シールド部１５０ａ及び第２磁気シールド部１５０ｂの各々の材料には、ＰＢパーマロイ、ＰＣパーマロイ、４２Ｎｉ、方向性電磁鋼板、無方向性電磁鋼板、鉄などの軟磁性体材料を用いてもよい。ＰＢパーマロイ、ＰＣパーマロイ、４２Ｎｉなどの透磁率が高い材料を用いることにより、磁気シールド効果を高めることができる。また、磁気シールド内の磁界が大きいときには、無方向性電磁鋼板、鉄などの磁気飽和時の磁界の大きさが大きい材料を用いればよい。また、第１磁気シールド部１５０ａ及び第２磁気シールド部１５０ｂの各々は、複数の層を有し、各層に異なる材料を用いてもよい。

図４は、電流センサ１００における磁気センサユニット１６０の電気的な構成を示すブロック図である。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１２０ａ及び第２磁気センサ１２０ｂの各々は、４つのＡＭＲ(Anisotropic Magneto Resistance)素子などの磁気抵抗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。すなわち、第１磁気センサ１２０ａ及び第２磁気センサ１２０ｂの各々において、２つの磁気抵抗素子ＭＲ１とＭＲ２の直列回路と、２つの磁気抵抗素子ＭＲ３とＭＲ４の直列回路とが並列に接続されている。第１磁気センサ１２０ａ及び第２磁気センサ１２０ｂの各々は、電源電圧Ｖｄｄで定電圧駆動される。なお、第１磁気センサ１２０ａ及び第２磁気センサ１２０ｂの駆動方法としては、定電流駆動、パルス駆動などが用いられてもよい。

第１磁気センサ１２０ａ及び第２磁気センサ１２０ｂの各々は、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。また、第１磁気センサ１２０ａ及び第２磁気センサ１２０ｂの各々は、ＡＭＲ素子に代えて、ＧＭＲ(Giant Magneto Resistance)、ＴＭＲ(Tunnel Magneto Resistance)、ＢＭＲ(Balistic MagnetoResistance)、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及び第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又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。

増幅部１３０は、第１磁気センサ１２０ａの出力電圧と第２磁気センサ１２０ｂの出力電圧とを差動増幅して、電流センサ１００の出力電圧として出力する。増幅部１３０は、複数の増幅器１３０ａ、１３０ｂ、１３０ｃを備える。

増幅器１３０ａのマイナス入力端子は、第１磁気センサ１２０ａにおける磁気抵抗素子ＭＲ３と磁気抵抗素子ＭＲ４との間の接続点に接続されており、増幅器１３０ａのプラス入力端子は、第１磁気センサ１２０ａにおける磁気抵抗素子ＭＲ１と磁気抵抗素子ＭＲ２との間の接続点に接続されている。増幅器１３０ａは、第１磁気センサ１２０ａの出力電圧を増幅する。

増幅器１３０ｂのマイナス入力端子は、第２磁気センサ１２０ｂにおける磁気抵抗素子ＭＲ３と磁気抵抗素子ＭＲ４との間の接続点に接続されており、増幅器１３０ｂのプラス入力端子は、第２磁気センサ１２０ｂにおける磁気抵抗素子ＭＲ１と磁気抵抗素子ＭＲ２との間の接続点に接続されている。増幅器１３０ｂは、第２磁気センサ１２０ｂの出力電圧を増幅する。

増幅器１３０ｃのマイナス入力端子は、増幅器１３０ａの出力端子に接続されており、増幅器１３０ｃのプラス入力端子は、増幅器１３０ｂの出力端子に接続されている。増幅器１３０ｃは、増幅器１３０ａの出力電圧と増幅器１３０ｂの出力電圧とを差動増幅する。

２．動作
以上のように構成された電流センサ１００について、その動作を以下に説明する。

２．１．動作の概要
図５は、電流センサ１００において観測される磁界を説明するための図である。図５は、図２ＡのＩＩＢ−ＩＩＢ線矢印方向から見た電流センサ１００の断面を示す。図５には、説明の便宜上、電流センサ１００における第１流路部１１０ａ及び第２流路部１１０ｂ、第１磁気センサ１２０ａ及び第２磁気センサ１２０ｂ、並びに第１磁気シールド部１５０ａ及び第２磁気シールド部１５０ｂのみが示されている。

導体１１０において長さ方向(Ｙ軸方向)に測定対象の電流が流れると、この電流は、第１流路部１１０ａと第２流路部１１０ｂとに分流される。すなわち、第１流路部１１０ａには測定対象の電流における一部の電流が流れ、第２流路部１１０ｂには測定対象の電流における残りの電流が流れる。

図５に示すように、第１流路部１１０ａに流れる電流Ｉ１により、第１流路部１１０ａを周回する第１磁界Ｈ１が発生する。第１磁界Ｈ１は、第１磁気シールド部１５０ａにおける第１外側壁部１５３ａ、第１連接壁部１５２ａ及び第１中央側壁部１５１ａに集磁され、第１磁気センサ１２０ａに導かれる。第１磁気センサ１２０ａは、第１磁界Ｈ１の強さを検出し、第１磁界Ｈ１の強さに応じた電圧を出力する。第１磁気シールド部１５０ａにより、第１磁気センサ１２０ａに入力される磁束密度強度が、第１磁気シールド部１５０ａを用いない場合よりも増大する（なお、「磁束密度強度」は、磁束密度のベクトル場における所定方向（例えば感度軸方向）の成分の絶対値をいうこととする）。

また、第２流路部１１０ｂに流れる電流Ｉ２により、第２流路部１１０ｂを周回する第２磁界Ｈ２が発生する。第２磁界Ｈ２は、第２磁気シールド部１５０ｂにおける第２外側壁部１５３ｂ、第２連接壁部１５２ｂ及び第２中央側壁部１５１ｂに集磁され、第２磁気センサ１２０ｂに導かれる。第２磁気センサ１２０ｂは、第２磁界Ｈ２の強さを検出し、第２磁界の強さに応じた電圧を出力する。

増幅部１３０は、第１磁気センサ１２０ａの出力電圧と第２磁気センサ１２０ｂの出力電圧とを差動増幅する。これにより、電流センサ１００は、導体１１０に流れる電流の大きさに応じた電圧を出力する。

このように、本実施形態の電流センサ１００は、第１磁気センサ１２０ａの出力電圧と第２磁気センサ１２０ｂの出力電圧とを差動増幅する。これにより、１つの磁気センサを用いる場合と比較して、検出感度を高めることができる。また、本実施形態では、差動増幅を採用することにより、隣接して配置された導体に流れる電流により発生する磁界等の外乱磁界によるコモンモードノイズを低減することができる。これにより、本実施形態の電流センサ１００は、導体１１０を流れる測定対象の電流に対する感度を高めつつ、外乱磁界の影響を低減することができる。

ここで、本開示に至った経緯を説明する。本開示では、外乱磁界による影響をより低減することを課題とする。また、本開示では、導体１１０を流れる測定対象の電流に対する感度をより高めることを課題とする。このような課題を解決するために、本願発明者は、当初、図６に示すような電流センサの構成を検討した。

図６に示す電流センサ１００Ｘでは、分岐されて形成された第１流路部１１０ａ及び第２流路部１１０ｂを有する導体１１０と、第１磁気センサ１２０ａ及び第２磁気センサ１２０ｂと、増幅部１３０（図示省略）とを、特許文献２に開示されたような略環状の磁気シールド部１５０Ｘで囲っている。磁気シールド部１５０Ｘには、磁気飽和を抑制するためのギャップ１５５Ｘが形成されている。

磁気シールド部１５０Ｘにおける第１磁気シールド部１５０ａＸは、第１流路部１１０ａに流れる電流Ｉ１により発生する第１磁界（信号磁界）Ｈ１を集磁する。集磁された第１磁界Ｈ１は、ギャップ１５５Ｘにおいて磁気シールド部１５０Ｘの内部を横切ることにより、第１流路部１１０ａを周回する。この際、第１磁界Ｈ１に応じた磁束の一部は、磁気抵抗が低い第２磁気シールド部１５０ｂＸに集磁される。第１磁気センサ１２０ａは、ギャップ１５５Ｘにおいて磁気シールド部１５０Ｘの内部を横切る第１磁界（信号磁界）Ｈ１を検出する。

同様に、磁気シールド部１５０Ｘにおける第２磁気シールド部１５０ｂＸは、第２流路部１１０ｂに流れる電流Ｉ２により発生する第２磁界（信号磁界）Ｈ２を集磁する。集磁された第２磁界Ｈ２は、ギャップ１５５Ｘにおいて磁気シールド部１５０Ｘの内部を横切ることにより、第２流路部１１０ｂを周回する。この際、第２磁界Ｈ２に応じた磁束の一部は、磁気抵抗が低い第２磁気シールド部１５０ｂＸに集磁され、残りは第１磁気シールド部１５０ａＸに集磁される。第２磁気センサ１２０ｂは、ギャップ１５５Ｘにおいて磁気シールド部１５０Ｘの内部を横切る第２磁界（信号磁界）Ｈ２を検出する。

このような磁気シールド部１５０Ｘの構成では、集磁した第１磁界及び第２磁界（信号磁界）により磁気飽和（磁性体内の磁束密度強度が大きくなり、透磁率が低下した状態）が生じてしまい、外乱磁界のシールド効果が損なわれてしまう。磁気飽和を防ぐためには、磁気シールドの厚みを厚くするか、ギャップを大きくする手法があるが、何れの手法も装置の大型化を招くので好ましくない。

また、ギャップ１５５Ｘにおいて磁気シールド部１５０Ｘの内部を横切る第１磁界Ｈ１の向きと第２磁界Ｈ２の向きとは逆向きとなるため、第１磁界Ｈ１と第２磁界Ｈ２とは互いに弱め合う。そのため、第１磁気センサ１２０ａ及び第２磁気センサ１２０ｂに入力される磁界（信号磁界）が弱くなってしまい、測定対象の電流に対する感度が低下してしまう。

本願発明者は、上記の問題点を解決するため、以下の磁場解析を行った。

図７は、図３に示す導体１１０の通電時の磁場解析の結果を示し、ＶＩＩ−ＶＩＩ線を含むＺＸ平面におけるＸ方向の磁束密度強度コンター図（磁束密度の等値分布図）である。この磁場解析では、導体１１０に５００Ａの電流を流した。

図７の解析結果によれば、Ｘ方向における第１流路部１１０ａと第２流路部１１０ｂとの間の領域Ｒにおいて、磁束密度強度（磁界の大きさ）が小さいことがわかる。領域Ｒでは、第１流路部１１０ａに流れる電流により発生する第１磁界（信号磁界）による磁束の向きと、第２流路部１１０ｂに流れる電流により発生する第２磁界（信号磁界）による磁束の向きとが逆向きとなる（図５の領域Ｒを参照）。このため、第１磁界と第２磁界とが互いに打ち消し合って信号磁界の磁束密度強度が小さくなる。

この解析結果より、本願発明者は、領域Ｒでは、磁束密度強度が小さくなることから、磁性体が磁気飽和することを抑制することができる（すなわち、磁性体内の磁束密度強度を小さくして、透磁率の低下を抑制することができる）と考えた。そして、本願発明者は、磁性体の磁気飽和が抑制される第１流路部１１０ａと第２流路部１１０ｂとの間の領域に、磁気シールド部を設けることを考案した。さらに、本願発明者は、第１流路部１１０ａ及び第２流路部１１０ｂの各々を磁気シールド体でＵ字状に囲うことを考案した。

次に、本願発明者は、本開示の電流センサにおける磁気シールド部の効果を検証するため、以下の磁場解析を行った。

図８Ａは、図３に示す導体１１０に、さらに本実施形態の第１磁気シールド部１５０ａ及び第２磁気シールド部１５０ｂを配置した構成を示す図である。第１磁気シールド部１５０ａ及び第２磁気シールド部１５０ｂの材料はケイ素鋼とし、これらの厚さは１ｍｍとした。

図８Ｂは、図８Ａに示す構成における導体１１０の通電時の磁場解析の結果を示し、ＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ線を含むＺＸ平面における第１磁気シールド部１５０ａ及び第２磁気シールド部１５０ｂのみの磁束密度強度コンター図である。図８Ｃは、図８ＢにおけるＡ−Ｂ線における磁束密度の大きさを示すグラフである。図８Ｄは、図８Ａに示す構成における導体１１０の通電時の磁場解析の結果を示し、ＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ線を含むＺＸ平面におけるＸ方向の磁束密度強度コンター図である。この磁場解析でも、導体１１０に５００Ａの電流を流した。

図８Ｂ及び図８Ｃの解析結果によれば、第１磁気シールド部１５０ａにおいて、第１中央側壁部１５１ａにおける磁束が第１連接壁部１５２ａ及び第１外側壁部１５３ａにおける磁束よりも小さいことがわかる。また、第２磁気シールド部１５０ｂの第２中央側壁部１５１ｂにおける磁束が第２連接壁部１５２ｂ及び第２外側壁部１５３ｂにおける磁束よりも小さいことがわかる。上述したように、第１流路部１１０ａと第２流路部１１０ｂとの間の領域では、第１流路部１１０ａに流れる電流により発生する第１磁界（信号磁界）による磁束の向きと、第２流路部１１０ｂに流れる電流により発生する第２磁界（信号磁界）による磁束の向きとが逆向きとなる。このため、第１磁界と第２磁界とが互いに打ち消し合って信号磁界の磁束密度強度が小さくなる。そのため、第１流路部１１０ａと第２流路部１１０ｂとの間の領域では、磁性体が磁気飽和することを抑制することができる。

本実施形態では、第１磁気シールド部１５０ａの第１中央側壁部１５１ａ及び第２磁気シールド部１５０ｂの第２中央側壁部１５１ｂが、磁性体の磁気飽和が抑制される第１流路部１１０ａと第２流路部１１０ｂとの間の領域に配置されている。そのため、第１中央側壁部１５１ａ及び第２中央側壁部１５１ｂの磁気飽和を抑制でき、第１中央側壁部１５１ａ及び第２中央側壁部１５１ｂの透磁率の低下および外乱磁界の集磁能力の低減を抑制できる。そのため、外乱磁界は、第１中央側壁部１５１ａ及び第２中央側壁部１５１ｂに集磁されて、第１磁気センサ１２０ａ及び第２磁気センサ１２０ｂに入力されることが抑制される。これより、磁気飽和が抑制された状態で、外乱磁界の影響を低減することができる。

図８Ｄの解析結果によれば、第１磁気シールド部１５０ａに囲まれた領域Ｒ１、及び、第２磁気シールド部１５０ｂに囲まれた領域Ｒ２における信号磁界（の磁束密度強度）が強いことがわかる。第１磁気シールド部１５０ａにおける第１外側壁部１５３ａ、第１連接壁部１５２ａ及び第１中央側壁部１５１ａが、第１流路部１１０ａをＵ字状に囲い、第１流路部１１０ａに流れる電流により発生する第１磁界（信号磁界）を集磁して領域Ｒ１に導く。この領域Ｒ１に第１磁気センサ１２０ａを配置することにより、第１磁気センサ１２０ａに入力される第１磁界（信号磁界）を強めることができる。このことは、第２磁気シールド部１５０ｂについての領域Ｒ２における信号磁界についても同様である。そのため、導体を流れる測定対象の電流に対する感度を高めることができる。

また、図８Ｄの解析結果によれば、第１磁気シールド部１５０ａ及び第２磁気シールド部１５０ｂの外側における信号磁界（の磁束密度強度）が減少していることがわかる。これは、第１磁気シールド部１５０ａにおける第１外側壁部１５３ａ、第１連接壁部１５２ａ及び第１中央側壁部１５１ａが第１磁界（信号磁界）を集磁し、第２磁気シールド部１５０ｂにおける第２外側壁部１５３ｂ、第２連接壁部１５２ｂ及び第２中央側壁部１５１ｂが、第２磁界（信号磁界）を集磁するためである。そのため、信号磁界が外乱磁界として外部に放出されることを抑制することができる。

３．まとめ
以上説明したように、本実施形態の電流センサ１００では、第１磁気シールド部１５０ａの第１中央側壁部１５１ａ、及び、第２磁気シールド部１５０ｂの第２中央側壁部１５１ｂが、第１流路部１１０ａと第２流路部１１０ｂとの間に、かつ、第１磁気センサ１２０ａと第２磁気センサ１２０ｂとの間に配置される。

このように、本実施形態では、第１中央側壁部１５１ａ及び第２中央側壁部１５１ｂが、磁性体の磁気飽和が抑制される第１流路部１１０ａと第２流路部１１０ｂとの間の領域に配置される。そのため、第１中央側壁部１５１ａ及び第２中央側壁部１５１ｂの磁気飽和を抑制でき、第１中央側壁部１５１ａ及び第２中央側壁部１５１ｂの磁気飽和による外乱磁界の集磁能力の低減を抑制できる。そのため、外乱磁界は、第１中央側壁部１５１ａ及び第２中央側壁部１５１ｂに集磁されて、第１磁気センサ１２０ａ及び第２磁気センサ１２０ｂに入力されることが抑制される。これより、磁気飽和が抑制された状態で、外乱磁界の影響を低減することができる。

また、本実施形態の電流センサ１００では、第１磁気シールド部１５０ａが、第１中央側壁部１５１ａに加えてさらに第１連接壁部１５２ａと第１外側壁部１５３ａとを有し、断面がＵ字状をなす。第１連接壁部１５２ａは、第１流路部１１０ａを介して第１磁気センサ１２０ａと対向するように配置され、第１中央側壁部１５１ａと連接されている。第１外側壁部１５３ａは、第１流路部１１０ａ及び第１磁気センサ１２０ａを介して第１中央側壁部１５１ａと対向するように配置され、第１連接壁部１５２ａと連接されている。

これにより、本実施形態の電流センサ１００では、第１磁気シールド部１５０ａにおける第１外側壁部１５３ａ、第１連接壁部１５２ａ及び第１中央側壁部１５１ａが、第１流路部１１０ａをＵ字状に囲い、第１流路部１１０ａに流れる電流により発生する第１磁界（信号磁界）を集磁して第１磁気センサ１２０ａに導く。これより、第１磁気センサ１２０ａに入力される第１磁界（信号磁界）を強めることができる。そのため、導体１１０を流れる測定対象の電流に対する感度をさらに高めることができる。

また、第１磁気シールド部１５０ａにおける第１外側壁部１５３ａ、第１連接壁部１５２ａ及び第１中央側壁部１５１ａが第１磁界（信号磁界）を集磁するため、第１磁界（信号磁界）が外乱磁界として外部に放出されることを抑制することができる。

また、本実施形態の電流センサ１００では、第２磁気シールド部１５０ｂも、第１磁気シールド部１５０ａと同様の構成を有し、同様の機能を有する。

なお、本実施形態では、第１流路部１１０ａの寸法（長さ、幅、厚さ、断面積）と、第２流路部１１０ｂの寸法（長さ、幅、厚さ、断面積）とは略同じであってもよい。これにより、第１流路部１１０ａと第２流路部１１０ｂとに分流する電流の大きさが同一となり、第１流路部１１０ａ付近に配置された第１磁気センサ１２０ａに印加される磁界と、第２流路部１１０ｂ付近に配置された第２磁気センサ１２０ｂに印加される磁界とを略同一とすることができる。

さらに、第１磁気シールド部１５０ａの第１中央側壁部１５１ａに集磁される磁界と、第２磁気シールド部１５０ｂの第２中央側壁部１５１ｂに集磁される磁界とを略同一とすることができる。これより、第１及び第２中央側壁部１５１ａ，１５１ｂ間で透磁率が異なることで一方のみに集磁され、一方が先に磁気飽和するような場合に比べて、第１中央側壁部１５１ａ及び第２中央側壁部１５１ｂにおける磁気飽和の抑制効果を高めることができ、外乱磁界による影響を低減する効果を高めることができる。

（実施形態１の変形例１）
実施形態１の変形例１に係る電流センサ１００は、第１磁気シールド部及び第２磁気シールド部の形状が、実施形態１に係る電流センサ１００と異なる。

図９Ａは、実施形態１の変形例１に係る電流センサ（筐体省略）の外観を示す斜視図であり、図９Ｂは、図９Ａに示す電流センサ（筐体省略）をＩＸＢ−ＩＸＢ線矢印方向から見た断面図である。

図９Ａ及び図９Ｂに示すように、変形例１の電流センサ１００における磁気センサユニット１６０Ａでは、第１磁気シールド部１５０ａＡにおいて、第１中央側壁部１５１ａと第１連接壁部１５２ａとが連接する部分１５５ａ、及び、第１連接壁部１５２ａと第１外側壁部１５３ａとが連接する部分１５６ａが円弧状に形成されている。また、第２磁気シールド部１５０ｂＡにおいて、第２中央側壁部１５１ｂと第２連接壁部１５２ｂとが連接する部分１５５ｂ、及び、第２連接壁部１５２ｂと第２外側壁部１５３ｂとが連接する部分１５６ｂが円弧状に形成されている。

ここで、本来、空間において、導体に流れる電流により発生する磁界の軌道は、円又は楕円である。変形例１の電流センサ１００によれば、第１磁気シールド部１５０ａＡ及び第２磁気シールド部１５０ｂＡに集磁される磁界の軌道を、本来の軌道に近づけることができ、集磁効率を高めることができる。

（実施形態１の変形例２）
実施形態１では、磁気センサの主面に水平な方向に感度軸を有する磁気センサを用いたが、実施形態１の変形例２では、磁気センサの主面に垂直な方向に感度軸を有する磁気センサを用いる。

図１０Ａは、実施形態１の変形例２に係る電流センサ（筐体省略）の外観を示す斜視図であり、図１０Ｂは、図１０Ａに示す電流センサ（筐体省略）をＸＢ−ＸＢ線矢印方向から見た断面図である。

図１０Ａ及び図１０Ｂに示すように、変形例２の電流センサ１００における磁気センサユニット１６０Ｂは、第１磁気センサ１２０ａ及び第２磁気センサ１２０ｂに代えて第１磁気センサ２２０ａ及び第２磁気センサ２２０ｂを備え、基板１４０に代えて基板１４０Ｂを備える。

第１磁気センサ２２０ａ及び第２磁気センサ２２０ｂの各々は、樹脂パッケージされ、主面を有する直方体形状を有する。第１磁気センサ２２０ａ及び第２磁気センサ２２０ｂの各々は、主面に垂直な方向に感度軸を有する。この場合、第１磁気センサ２２０ａ及び第２磁気センサ２２０ｂとして、ＳＩＰ（Single Inline Package）部品を用い、これらの部品を実装する基板１４０Ｂは、導体１１０の長さ方向（Ｙ方向）に交差するように配置される。このように、磁気センサの感度軸により、磁気センサの部品形状や、磁気センサの配置位置を定める基板の配置を適宜変更してもよい。

なお、変形例２の電流センサ１００の導体２１０は、長さ方向(Ｙ軸方向)における一部分において、第１流路部２１０ａと第２流路部２１０ｂとに分岐されている。第１流路部２１０ａと第２流路部２１０ｂとは、導体１１０の幅方向(Ｘ軸方向)に並んでおり、第１流路部２１０ａと第２流路部２１０ｂとの間には、スリット２１０ｓが形成されている。第１流路部２１０ａ及び第２流路部１１０ｂの各々は、フラットな形状を有する。

（実施形態２）
実施形態２に係る電流センサでは、第１磁気シールド部及び第２磁気シールド部の形状が、実施形態１に係る電流センサ１００と異なる。

図１１Ａは、実施形態２に係る電流センサ（筐体省略）の外観を示す斜視図であり、図１１Ｂは、図１１Ａに示す電流センサ（筐体省略）をＸＩＢ−ＸＩＢ線矢印方向から見た断面図である。

図１１Ａ及び図１１Ｂに示すように、実施形態２の電流センサ２００における磁気センサユニット２６０は、第１磁気シールド部１５０ａ及び第２磁気シールド部１５０ｂに代えて第１磁気シールド部２５０ａ及び第２磁気シールド部２５０ｂを備える。

第１磁気シールド部２５０ａは、第１外側壁部１５３ａを備えず、上記した第１中央側壁部１５１ａと第１連接壁部１５２ａのみを備える。すなわち、第１磁気シールド部２５０ａはその断面がＬ字状の形状を有する。

第２磁気シールド部２５０ｂは、第２外側壁部１５３ｂを備えず、上記した第２中央側壁部１５１ｂと第２連接壁部１５２ｂのみを備える。すなわち、第２磁気シールド部２５０ｂはその断面がＬ字状の形状を有する。

このように、本実施形態の電流センサ２００でも、第１中央側壁部１５１ａ及び第２中央側壁部１５１ｂが、磁性体の磁気飽和が抑制される第１流路部１１０ａと第２流路部１１０ｂとの間の領域に配置される。そのため、第１中央側壁部１５１ａ及び第２中央側壁部１５１ｂの磁気飽和による外乱磁界の集磁能力の低減を抑制できる。これにより、第１磁気センサ１２０ａ及び第２磁気センサ１２０ｂにおいて、磁気飽和が抑制された状態で、外乱磁界の影響を低減することができる。

また、本実施形態の電流センサ２００では、第１磁気シールド部１５０ａにおける第１連接壁部１５２ａ及び第１中央側壁部１５１ａが、第１流路部１１０ａをＬ字状に囲い、第１流路部１１０ａに流れる電流により発生する第１磁界（信号磁界）を集磁して第１磁気センサ１２０ａに導く。これより、第１磁気センサ１２０ａに入力される第１磁界（信号磁界）を強めることができる。そのため、導体１１０を流れる測定対象の電流に対する感度をさらに高めることができる。

また、第１磁気シールド部１５０ａにおける第１連接壁部１５２ａ及び第１中央側壁部１５１ａが第１磁界（信号磁界）を集磁するため、第１磁界（信号磁界）が外乱磁界として外部に放出されることを抑制することができる。

また、本実施形態の電流センサ２００では、第２磁気シールド部１５０ｂにおける第２連接壁部１５２ｂ及び第２中央側壁部１５１ｂも、第１磁気シールド部１５０ａにおける第１連接壁部１５２ａ及び第１中央側壁部１５１ａと同様の機能を有する。

（実施形態２の変形例）
実施形態２に係る電流センサでは、第１磁気シールド部及び第２磁気シールド部の２つ磁気シールド部を備えた。実施形態２の変形例に係る電流センサでは、１つの磁気シールド部を備える。

図１２Ａは、実施形態２の変形例に係る電流センサ（筐体省略）の外観を示す斜視図であり、図１２Ｂは、図１２Ａに示す電流センサ（筐体省略）をＸＩＩＢ−ＸＩＩＢ線矢印方向から見た断面図である。

図１２Ａ及び図１２Ｂに示すように、変形例の電流センサ２００における磁気センサユニット２６０Ａは、第１磁気シールド部２５０ａ及び第２磁気シールド部２５０ｂに代えて磁気シールド部２５０を備える。

磁気シールド部２５０は、中央側壁部２５１と、上記した第１連接壁部１５２ａ及び第２連接壁部１５２ｂとを有する。中央側壁部２５１は、平板形状を有し、第１連接壁部１５２ａと第２連接壁部１５２ｂとを連結する。磁気シールド部２５０は、第１流路部１１０ａ及び第１磁気センサ１２０ａをＬ字状に囲い、かつ、第１連接壁部１５２ａが第１流路部１１０ａと平行になるように、配置されている。また、磁気シールド部２５０は、第２流路部１１０ｂ及び第２磁気センサ１２０ｂをＬ字状に囲い、かつ、第２連接壁部１５２ｂが第２流路部１１０ｂと平行になるように、配置されている。

具体的には、中央側壁部２５１は、導体１１０の主面と交差するように、かつ、第１流路部１１０ａと第２流路部１１０ｂとの間のスリット１１０ｓに、配置されている。さらに、中央側壁部２５１ａは、第１磁気センサ１２０ａと第２磁気センサ１２０ｂとの間に配置されている。

以上のように、本変形例の電流センサ２００では、磁気シールド部２５０において、第１連接壁部１５２ａと中央側壁部２５１と第２連接壁部１５２ｂとが、一体的に連接されている。本変形例の電流センサ２００でも、中央側壁部２５１が、磁性体の磁気飽和が抑制される第１流路部１１０ａと第２流路部１１０ｂとの間の領域に配置される。そのため、中央側壁部２５１の磁気飽和による外乱磁界の集磁能力の低減を抑制できる。これにより、第１磁気センサ１２０ａ及び第２磁気センサ１２０ｂにおいて、磁気飽和が抑制された状態で、外乱磁界の影響を低減することができる。

（実施形態３）
実施形態３に係る電流センサでは、磁気シールド部の形状が、実施形態２の変形例に係る電流センサ２００と異なる。

図１３Ａは、実施形態３に係る電流センサ（筐体省略）の外観を示す斜視図であり、図１３Ｂは、図１３Ａに示す電流センサ（筐体省略）をＸＩＩＩＢ−ＸＩＩＩＢ線矢印方向から見た断面図である。

図１２Ａ及び図１２Ｂに示すように、実施形態３の電流センサ３００における磁気センサユニット３６０は、磁気シールド部２５０に代えて磁気シールド部３５０を備える。

磁気シールド部３５０は、第１連接壁部１５２ａ及び第２連接壁部１５２ｂを備えず、上記した中央側壁部２５１に相当する部分のみを備える。すなわち、磁気シールド部３５０はその断面がＩ字状の形状を有する。

以上のように、本実施形態の電流センサ３００において、磁気シールド部３５０は、磁性体材料からなる一つの部材で構成される。本実施形態の電流センサ３００でも、磁気シールド部３５０が、磁性体の磁気飽和が抑制される第１流路部１１０ａと第２流路部１１０ｂとの間の領域に配置される。そのため、磁気シールド部３５０の磁気飽和による外乱磁界の集磁能力の低減を抑制できる。これにより、第１磁気センサ１２０ａ及び第２磁気センサ１２０ｂにおいて、磁気飽和が抑制された状態で、外乱磁界の影響を低減することができる。

（実施形態４）
実施形態４に係る電流センサは、第１磁気シールド部及び第２磁気シールド部の配置位置が、実施形態１に係る電流センサ１００と異なる。また、電流センサにおける磁気センサの感度軸方向も、実施形態１とは異なる。

図１４Ａは、実施形態４に係る電流センサ（筐体省略）の外観を示す斜視図であり、図１４Ｂは、図１４Ａに示す電流センサ（筐体省略）をＸＩＶＢ−ＸＩＶＢ線矢印方向から見た断面図である。

図１４Ａ及び図１４Ｂに示すように、実施形態４の電流センサ４００における磁気センサユニット４６０は、上記した第１磁気センサ２２０ａ及び第２磁気センサ２２０ｂ、並びに増幅部１３０等の電子部品を搭載した基板４４０ａ、４４０ｂと、第１磁気シールド部４５０ａ及び第２磁気シールド部４５０ｂとを備える。

上述したように、第１磁気センサ２２０ａ及び第２磁気センサ２２０ｂの各々は、ＳＩＰ（Single Inline Package）部品形状を有し、これらの部品は２つの基板４４０ａ、４４０ｂの各々に実装される。基板４４０ａ、４４０ｂは、導体１１０の長さ方向（Ｙ方向）に交差するように配置される。

本実施形態において、第１及び第２磁気センサ２２０ａ、２２０ｂは、それぞれの感度軸方向が適宜許容誤差の範囲内で、Ｚ軸方向（導体１１０の厚さ方向）に並行となるように、各基板４４０ａ、４４０ｂ上に配置される。

第１磁気シールド部４５０ａは、第１中央側壁部４５１ａと、第１連接壁部４５２ａと、第１外側壁部４５３ａとを有する。これらの第１中央側壁部４５１ａ、第１連接壁部４５２ａ及び第１外側壁部４５３ａの各々は、平板形状を有する。第１中央側壁部４５１ａと第１外側壁部４５３ａは互いに対向している。第１連接壁部４５２ａは、第１中央側壁部４５１ａと連接されるとともに、第１外側壁部４５３ａとも連接されている。すなわち、第１中央側壁部４５１ａと第１外側壁部４５３ａは、第１連接壁部４５２ａによって連結されている。これにより、第１磁気シールド部４５０ａはその断面がＵ字状の形状を有する。

第１磁気シールド部４５０ａは、第１流路部１１０ａ及び第１磁気センサ２２０ａをＵ字状に囲い、かつ、第１中央側壁部４５１ａ及び第１外側壁部４５３ａが第１流路部１１０ａと平行になるように、配置されている。

具体的には、第１中央側壁部４５１ａは、導体１１０の主面と平行になるように、かつ、第１流路部１１０ａと第２流路部１１０ｂとの間、及び第１磁気センサ２２０ａと第２磁気センサ２２０ｂとの間に配置されている。第１外側壁部４５３ａは、導体１１０の主面と平行になるように、かつ、第１流路部１１０ａ及び第１磁気センサ２２０ａを介して第１中央側壁部４５１ａと対向するように配置されている。第１連接壁部４５２ａは、導体１１０の主面と交差するように、かつ、第１流路部１１０ａを介して第１磁気センサ２２０ａと対向するように配置されている。

同様に、第２磁気シールド部４５０ｂは、第２中央側壁部４５１ｂと、第２連接壁部４５２ｂと、第２外側壁部４５３ｂとを有する。これらの第２中央側壁部４５１ｂ、第２連接壁部４５２ｂ及び第２外側壁部４５３ｂの各々は、平板形状を有する。第２中央側壁部４５１ｂと第２外側壁部４５３ｂは互いに対向している。第２連接壁部４５２ｂは、第２中央側壁部４５１ｂと連接されるとともに、第２外側壁部４５３ｂとも連接されている。すなわち、第２中央側壁部４５１ｂと第２外側壁部４５３ｂは、第２連接壁部４５２ｂによって連結されている。これにより、第２磁気シールド部４５０ｂはその断面がＵ字状の形状を有する。

第２磁気シールド部４５０ｂは、第２流路部１１０ｂ及び第２磁気センサ２２０ｂをＵ字状に囲い、かつ、第２中央側壁部４５１ｂ及び第２外側壁部４５３ｂが第２流路部１１０ｂと平行になるように、配置されている。

具体的には、第２中央側壁部４５１ｂは、導体１１０の主面と平行になるように、かつ、第１流路部１１０ａと第２流路部１１０ｂとの間、及び第１磁気センサ２２０ａと第２磁気センサ２２０ｂとの間に配置されている。

第２外側壁部４５３ｂは、導体１１０の主面と平行になるように、かつ、第２流路部１１０ｂ及び第２磁気センサ２２０ｂを介して第２中央側壁部４５１ｂと対向するように配置されている。第２連接壁部４５２ｂは、導体１１０の主面と交差するように、かつ、第２流路部１１０ｂを介して第２磁気センサ２２０ｂと対向するように設けられている。

なお、第２磁気シールド部４５０ｂの第２中央側壁部２５１ｂは、第１磁気シールド部４５０ａの第１中央側壁部４５１ａよりも第２流路部１１０ｂ及び第２磁気センサ２２０ｂ側に配置されてもよいし、第１中央側壁部４５１ａよりも第１流路部１１０ａ及び第１磁気センサ２２０ａ側に配置されてもよい。

本実施形態でも、本願発明者は、磁気シールド部の効果を検証するため、実施形態１と同様の磁場解析を行った。

図１５Ａは、図３に示す導体１１０に、さらに本実施形態の第１磁気シールド部４５０ａ及び第２磁気シールド部４５０ｂを配置した構成を示す図である。第１磁気シールド部４５０ａ及び第２磁気シールド部４５０ｂの材料はケイ素鋼とし、これらの厚さは１．０ｍｍとした。

図１５Ｂは、図１５Ａに示す構成における導体１１０の通電時の磁場解析の結果を示し、ＸＶ−ＸＶ線を含むＺＸ平面における第１磁気シールド部４５０ａ及び第２磁気シールド部４５０ｂのみの、Ｚ方向（即ち感度軸方向）の磁束密度強度コンター図である。図１５Ｃは、図１５ＢにおけるＡ−Ｂ線における磁束密度の大きさを示すグラフである。図１５Ｄは、図１５Ａに示す構成における導体１１０の通電時の磁場解析の結果を示し、ＸＶ−ＸＶ線を含むＺＸ平面におけるＸ方向の磁束密度強度コンター図である。この磁場解析でも、導体１１０に５００Ａの電流を流した。

本磁場解析でも、以下に示すように、実施形態１における磁場解析と同様の結果が得られた。

図１５Ｂ及び図１５Ｃの解析結果によれば、第１磁気シールド部４５０ａでは、第１中央側壁部４５１ａにおける磁束が第１連接壁部４５２ａ及び第１外側壁部４５３ａにおける磁束よりも小さいことがわかる。また、第２磁気シールド部４５０ｂでは、第２中央側壁部４５１ｂにおける磁束が第２連接壁部４５２ｂ及び第２外側壁部４５３ｂにおける磁束よりも小さいことがわかる。

本実施形態の電流センサ４００でも、第１中央側壁部４５１ａ及び第２中央側壁部４５１ｂが、磁性体の磁気飽和が抑制される第１流路部１１０ａと第２流路部１１０ｂとの間の領域に配置されている。そのため、第１中央側壁部４５１ａ及び第２中央側壁部４５１ｂの磁気飽和による外乱磁界の集磁能力の低減を抑制できる。これにより、第１磁気センサ２２０ａ及び第２磁気センサ２２０ｂにおいて、磁気飽和が抑制された状態で、外乱磁界の影響を低減することができる。

次に、図１５Ｄの解析結果によれば、第１磁気シールド部４５０ａに囲まれた領域Ｒ１、及び、第２磁気シールド部４５０ｂに囲まれた領域Ｒ２における信号磁界の磁束密度強度が強いことがわかる。

このように、本実施形態の電流センサ４００でも、第１磁気シールド部４５０ａにおける第１外側壁部４５３ａ、第１連接壁部４５２ａ及び第１中央側壁部４５１ａが、第１流路部１１０ａをＵ字状に囲い、第１流路部１１０ａに流れる電流により発生する第１磁界（信号磁界）を集磁して第１磁気センサ２２０ａに導く。これより、第１磁気センサ２２０ａに入力される第１磁界（信号磁界）を強めることができる。このことは、第２磁気シールド部４５０ｂに囲われる領域における信号磁界についても同様である。そのため、導体１１０を流れる測定対象の電流に対する感度をさらに高めることができる。

また、図１５Ｄの解析結果によれば、第１磁気シールド部４５０ａ及び第２磁気シールド部４５０ｂの外側における信号磁界の磁束密度強度が減少していることがわかる。

このように、本実施形態の電流センサ４００でも、第１磁気シールド部４５０ａにおける第１外側壁部４５３ａ、第１連接壁部４５２ａ及び第１中央側壁部４５１ａが第１磁界（信号磁界）を集磁するため、第１磁界（信号磁界）が外乱磁界として外部に放出されることを抑制することができる。また、第２磁気シールド部４５０ｂにおける第２外側壁部４５３ｂ、第２連接壁部４５２ｂ及び第２中央側壁部４５１ｂが第２磁界（信号磁界）を集磁するため、第２磁界（信号磁界）が外乱磁界として外部に放出されることを抑制することができる。

（実施形態５）
実施形態５に係る電流センサでは、第１磁気シールド部及び第２磁気シールド部の形状が、実施形態４に係る電流センサ４００と異なる。

図１６Ａは、実施形態５に係る電流センサ（筐体省略）の外観を示す斜視図であり、図１６Ｂは、図１６Ａに示す電流センサ（筐体省略）をＸＶＩＢ−ＸＶＩＢ線矢印方向から見た断面図である。

図１６Ａ及び図１６Ｂに示すように、実施形態５の電流センサ５００における磁気センサユニット５６０は、第１磁気シールド部４５０ａ及び第２磁気シールド部４５０ｂに代えて第１磁気シールド部５５０ａ及び第２磁気シールド部５５０ｂを備える。

第１磁気シールド部５５０ａは、第１外側壁部４５３ａを備えず、上記した第１中央側壁部４５１ａと第１連接壁部４５２ａのみを備える。すなわち、第１磁気シールド部５５０ａはその断面がＬ字状の形状を有する。

第２磁気シールド部５５０ｂは、第２外側壁部４５３ｂを備えず、上記した第２中央側壁部４５１ｂと第２連接壁部４５２ｂのみを備える。すなわち、第２磁気シールド部５５０ｂはその断面がＬ字状の形状を有する。

このように、本実施形態の電流センサ５００でも、第１中央側壁部４５１ａ及び第２中央側壁部４５１ｂが、磁性体の磁気飽和が抑制される第１流路部１１０ａと第２流路部１１０ｂとの間の領域に配置される。そのため、第１中央側壁部４５１ａ及び第２中央側壁部４５１ｂの磁気飽和による外乱磁界の集磁能力の低減を抑制できる。これにより、第１磁気センサ２２０ａ及び第２磁気センサ２２０ｂにおいて、磁気飽和が抑制された状態で、外乱磁界の影響を低減することができる。

また、本実施形態の電流センサ５００では、第１磁気シールド部５５０ａにおける第１連接壁部４５２ａ及び第１中央側壁部４５１ａが、第１流路部１１０ａをＬ字状に囲い、第１流路部１１０ａに流れる電流により発生する第１磁界（信号磁界）を集磁して第１磁気センサ２２０ａに導く。これより、第１磁気センサ２２０ａに入力される第１磁界（信号磁界）を強めることができる。そのため、導体１１０を流れる測定対象の電流に対する感度をさらに高めることができる。

また、第１磁気シールド部５５０ａにおける第１連接壁部４５２ａ及び第１中央側壁部４５１ａが第１磁界（信号磁界）を集磁するため、第１磁界（信号磁界）が外乱磁界として外部に放出されることを抑制することができる。

また、本実施形態の電流センサ５００では、第２磁気シールド部５５０ｂにおける第２連接壁部４５２ｂ及び第２中央側壁部４５１ｂも、第１磁気シールド部５５０ａにおける第１連接壁部４５２ａ及び第１中央側壁部４５１ａと同様の機能を有する。

（実施形態５の変形例）
実施形態５に係る電流センサでは、第１磁気シールド部及び第２磁気シールド部の２つ磁気シールド部を備えた。実施形態５の変形例に係る電流センサでは、１つの磁気シールド部を備える。

図１７Ａは、実施形態５の変形例に係る電流センサ（筐体省略）の外観を示す斜視図であり、図１７Ｂは、図１７Ａに示す電流センサ（筐体省略）をＸＶＩＩＢ−ＸＶＩＩＢ線矢印方向から見た断面図である。

図１７Ａ及び図１７Ｂに示すように、変形例の電流センサ５００における磁気センサユニット５６０Ａは、第１磁気シールド部５５０ａ及び第２磁気シールド部５５０ｂに代えて磁気シールド部５５０を備える。

磁気シールド部５５０は、中央側壁部５５１と、上記した第１連接壁部４５２ａ及び第２連接壁部４５２ｂとを有する。中央側壁部５５１は、平板形状を有し、第１連接壁部４５２ａと第２連接壁部４５２ｂとを連結する。磁気シールド部５５０は、第１流路部１１０ａ及び第１磁気センサ２２０ａをＬ字状に囲い、かつ、中央側壁部５５１が第１流路部１１０ａと平行になるように、配置されている。また、磁気シールド部５５０は、第２流路部１１０ｂ及び第２磁気センサ２２０ｂをＬ字状に囲い、かつ、中央側壁部５５１が第２流路部１１０ｂと平行になるように、配置されている。

具体的には、中央側壁部５５１は、導体１１０の主面と平行になるように、かつ、第１流路部１１０ａと第２流路部１１０ｂとの間、及び第１磁気センサ２２０ａと第２磁気センサ２２０ｂとの間に配置されている。

このように、本変形例の電流センサ５００でも、中央側壁部５５１が、磁性体の磁気飽和が抑制される第１流路部１１０ａと第２流路部１１０ｂとの間の領域に配置される。そのため、中央側壁部２５１の磁気飽和による外乱磁界の集磁能力の低減を抑制できる。これにより、第１磁気センサ２２０ａ及び第２磁気センサ２２０ｂにおいて、磁気飽和が抑制された状態で、外乱磁界の影響を低減することができる。

（実施形態６）
実施形態６に係る電流センサでは、磁気シールド部の形状が、実施形態５の変形例に係る電流センサ５００と異なる。

図１８Ａは、実施形態６に係る電流センサ（筐体省略）の外観を示す斜視図であり、図１８Ｂは、図１８Ａに示す電流センサ（筐体省略）をＸＶＩＩＩＢ−ＸＶＩＩＩＢ線矢印方向から見た断面図である。

図１８Ａ及び図１８Ｂに示すように、実施形態６の電流センサ６００における磁気センサユニット６６０は、磁気シールド部５５０に代えて磁気シールド部６５０を備える。また、磁気センサユニット６６０は、第１磁気センサ２２０ａ及び第２磁気センサ２２０ｂ、並びに増幅部１３０等の電子部品を搭載した基板４４０ａ、４４０ｂに代えて、上記した第１磁気センサ１２０ａ及び第２磁気センサ１２０ｂ、並びに増幅部１３０等の電子部品を搭載した基板１４０を備える。

磁気シールド部６５０は、第１連接壁部４５２ａ及び第２連接壁部４５２ｂを備えず、上記した中央側壁部５５１に相当する部分のみを備える。すなわち、磁気シールド部６５０はその断面がＩ字状の形状を有する。

これより、本実施形態の電流センサ６００でも、磁気シールド部６５０が、磁性体の磁気飽和が抑制される第１流路部１１０ａと第２流路部１１０ｂとの間の領域に配置される。そのため、磁気シールド部６５０の磁気飽和による外乱磁界の集磁能力の低減を抑制できる。これにより、第１磁気センサ１２０ａ及び第２磁気センサ１２０ｂにおいて、磁気飽和が抑制された状態で、外乱磁界の影響を低減することができる。

（実施形態７）
上述した実施形態１〜６の電流センサは、例えば車載用インバータのような３相交流電流を測定する用途に好適に適用される。本実施形態では、実施形態１の電流センサ１００を、３相交流電流を測定する用途に適用した例を説明する。

図１９Ａは、実施形態７に係る３相交流電流を測定する電流センサユニットの外観を示す斜視図であり、図１９Ｂは、図１９Ａに示す電流センサユニットをＸＩＸＢ−ＸＩＸＢ線矢印方向から見た断面図である。図２０Ａは、実施形態７に係る電流センサユニット（筐体省略）の外観を示す斜視図であり、図２０Ｂは、図２０Ａに示す電流センサユニット（筐体省略）をＸＸＢ−ＸＸＢ線矢印方向から見た断面図である。

図１９Ａ〜図２０Ｂに示すように、実施形態７の電流センサユニット７００は、複数の電流センサ１００を備える。複数の電流センサ１００は、樹脂７６５によりモールドされ、各導体１１０が並行に配列されるように配置されている。特に、複数の電流センサ１００は、互いに異なる電流センサ１００の第１流路部１１０ａ及び第２流路部１１０ｂが並行に配列されるように、すなわち磁気センサユニット１６０が並行に配列されるように、配置されている。

実施形態７の電流センサユニット７００によれば、電流センサ１００の各々において、他相の電流センサからの外乱磁界に対する耐性を高めることができる。また、電流センサ１００の各々において、自身の磁界が外乱磁界として他相の電流センサに与える影響を低減できる。このため、電流センサ１００間の距離をより小さく設定することができ、電流センサユニット７００の小型化が可能になる。

（他の実施形態）
上記の実施形態において、第１磁気センサ１２０ａ、２２０ａと第２磁気センサ１２０ｂ、２２０ｂは、別々のパッケージに実装されていてもよいし、１つのパッケージ内に実装されていてもよい。また、第１磁気センサ１２０ａ、２２０ａと第２磁気センサ１２０ｂ、２２０ｂは、別々のＩＣチップに集積されてもよいし、１つのＩＣチップに集積されてもよい。第１磁気センサ１２０ａ、２２０ａ及び第２磁気センサ１２０ｂ、２２０ｂが同一のＩＣチップ上に形成されることにより、互いの特性を近づけることができる。

さらに、第１磁気センサ１２０ａ、２２０ａ及び第２磁気センサ１２０ｂ、２２０ｂと共に増幅部１３０等の電子部品を、１つのパッケージ内に実装してもよい。

本発明は上述した実施の形態に限定されず、各実施形態において適宜、変更、置き換え、付加、省略などを行ってもよい。また、上記の実施形態で説明した各構成要素を組み合わせて、新たな実施の形態とすることも可能である。

上述した実施形態は例示であり、本発明は上記の実施形態に限定されない。本発明の範囲は上記した説明ではなく特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲またはその均等の範囲において種々の変更、置き換え、付加、省略などを行うことができる。

Claims (12)

1. 測定対象の電流の大きさに応じた出力信号を出力する電流センサであって、
   分岐されて形成された第１流路部と第２流路部であって、前記測定対象の電流の一部が流れる前記第１流路部と、前記電流の一部以外の電流が流れる前記第２流路部とを有する導体と、
   前記第１流路部に流れる電流により発生する第１磁界の強さを検出する第１磁気素子と、
   前記第２流路部に流れる電流により発生する第２磁界の強さを検出する第２磁気素子と、
   前記第１流路部と前記第２流路部との間で、かつ、前記第１磁気素子と前記第２磁気素子との間に配置され、磁性体材料を含む磁気シールド体と、
   を備える電流センサ。
2. 前記磁気シールド体は、
   前記第１流路部と前記第２流路部との間で、かつ、前記第１磁気素子と前記第２磁気素子との間に配置された中央側壁部と、
   前記第１流路部を介して前記第１磁気素子と対向するように配置され、前記中央側壁部の第１側部において前記中央側壁部と連接された第１連接壁部と、
   を有する請求項１に記載の電流センサ。
3. 前記磁気シールド体は、前記第２流路部を介して前記第２磁気素子と対向するように配置され、前記中央側壁部の前記第１側部と反対側の第２側部において前記中央側壁部と連接された第２連接壁部をさらに有する、
   請求項２に記載の電流センサ。
4. 前記磁気シールド体は、第１磁気シールド部と第２磁気シールド部とを有し、
   前記中央側壁部は、第１中央側壁部と、前記第１中央側壁部に対向して配置された第２中央側壁部とを有し、
   前記第１磁気シールド部は、前記第１中央側壁部と、前記第１中央側壁部と連接された前記第１連接壁部とを有し、断面がＬ字状をなし、
   前記第２磁気シールド部は、前記第２中央側壁部と、前記第２中央側壁部と連接された前記第２連接壁部とを有し、断面がＬ字状をなす、
   請求項３に記載の電流センサ。
5. 前記第１磁気シールド部は、
   前記第１流路部及び前記第１磁気素子を介して前記第１中央側壁部と対向するように配置され、前記第１連接壁部と連接された第１外側壁部をさらに有し、
   断面がＵ字状をなす、
   請求項４に記載の電流センサ。
6. 前記第２磁気シールド部は、
   前記第２流路部及び前記第２磁気素子を介して前記第２中央側壁部と対向するように配置され、前記第２連接壁部と連接された第２外側壁部をさらに有し、
   断面がＵ字状をなす、
   請求項５に記載の電流センサ。
7. 前記第１流路部は、主面を有する板形状を有し、
   前記第１連接壁部は、主面を有する板形状を有し、
   前記第１流路部と前記第１連接壁部は、互いの主面が並行となるように配置された、
   請求項６に記載の電流センサ。
8. 前記第２流路部は、主面を有する板形状を有し、
   前記第２連接壁部は、主面を有する板形状を有し、
   前記第２流路部と前記第２連接壁部は、互いの主面が並行となるように配置された、
   請求項７に記載の電流センサ。
9. 前記磁気シールド体において、前記第１連接壁部と前記中央側壁部と前記第２連接壁部とが、一体的に連接されている
   請求項３に記載の電流センサ。
10. 前記磁気シールド体は、磁性体材料からなる一つの部材で構成される
    請求項１に記載の電流センサ。
11. 請求項１〜１０の何れか１項に記載の複数の電流センサを備え、
    前記複数の電流センサが、各導体が並行に配列されるように配置された、
    電流センサユニット。
12. 前記複数の電流センサが、前記複数の電流センサのうちの第１の電流センサの第１流路部と前記第１の電流センサとは異なる第２の電流センサの第２流路部とが並行に配列されるように配置された、
    請求項１１に記載の電流センサユニット。

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