JP6737092B2

JP6737092B2 - 電流センサ

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Publication number: JP6737092B2
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Authority: JP
Inventors: 川浪　崇; 崇川浪
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
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Priority date: 2016-09-12
Filing date: 2016-09-12
Publication date: 2020-08-05
Anticipated expiration: 2036-09-12
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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。

電流センサの故障を検出可能なインバータ装置を開示した先行文献として、特開２００５−１６０１３６号公報(特許文献１)がある。特許文献１に記載されたインバータ装置においては、３相コイルに接続された３本の配線のうちの２本の配線の各々に、２つの電流センサが接続されている。２つの電流センサの測定値を比較することによって、電流センサの故障の発生を検出している。

特開２００５−１６０１３６号公報

特許文献１に記載されたインバータ装置においては、２つの電流センサの測定値を比較することによって電流センサの故障の発生を検出しており、電流センサの故障個所を推定することはできない。

本発明は上記の問題点に鑑みてなされたものであって、電流センサの故障の発生を検出して故障個所を推定できる、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、互いに並行に配置された一方の流路部および他方の流路部を含む導体と、一方の流路部を流れる電流により発生する磁界の強さを検出する第１磁気センサと、他方の流路部を流れる電流により発生する磁界の強さを検出する第２磁気センサと、第１磁気センサの検出値と第２磁気センサの検出値とを演算することにより測定対象の電流の値を算出する第１演算部と、第１磁気センサの検出値の大きさと第２磁気センサの検出値の大きさとの差異が閾値内であるか判定する第１比較判定部とを備える。

本発明の一形態においては、第１磁気センサの検出値および第２磁気センサの検出値の各々が、閾値内であるか判定する第１判定部をさらに備える。

本発明の一形態においては、電流センサは、一方の流路部を流れる電流により発生する磁界の強さを検出する第３磁気センサと、他方の流路部を流れる電流により発生する磁界の強さを検出する第４磁気センサと、第３磁気センサの検出値と第４磁気センサの検出値とを演算することにより測定対象の電流の値を算出する第２演算部とをさらに備える。

本発明の一形態においては、電流センサは、第３磁気センサの検出値の大きさと第４磁気センサの検出値の大きさとの差異が閾値内であるか判定する第２比較判定部をさらに備える。

本発明の一形態においては、第３磁気センサの検出値および第４磁気センサの検出値の各々が、閾値内であるか判定する第２判定部をさらに備える。

本発明の一形態においては、第１比較判定部および第２比較判定部は、第１磁気センサの検出値の大きさと第３磁気センサの検出値の大きさとの差異が閾値内であるかさらに判定する。

本発明の一形態においては、第１比較判定部および第２比較判定部は、第２磁気センサの検出値の大きさと第４磁気センサの検出値の大きさとの差異が閾値内であるかさらに判定する。

本発明の一形態においては、電流センサは、第１演算部の算出結果と第２演算部の算出結果との差異が閾値内であるか判定する第３比較判定部をさらに備える。

本発明によれば、電流センサの故障の発生を検出して故障個所を推定することができる。

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の筐体の外観を示す斜視図である。本発明の実施形態１に係る電流センサの断面図であり、図１のＶ−Ｖ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断面図であり、図１のＶＩ−ＶＩ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断面図であり、図１のＶＩＩ−ＶＩＩ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断面図であり、図１のＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ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平面図であり、図１の矢印ＩＸ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ブロック図である。本発明の実施形態１に係る電流センサが備える比較判定部の構成を示すブロック図である。本発明の実施形態１に係る電流センサが備える比較判定部の第１閾値電圧発生部が発生させる閾値電圧を示すグラフである。本発明の実施形態１に係る電流センサが備える比較判定部の極性反転部が発生させる比較信号電圧を示すグラフである。本発明の実施形態１に係る電流センサが備える比較判定部の第１ウインドウコンパレータに入力された、上限基準電圧、下限基準電圧および比較信号電圧を示すグラフである。本発明の実施形態１に係る電流センサが備える比較判定部の第１ウインドウコンパレータの出力信号を示すグラフである。本発明の実施形態１の第２変形例に係る電流センサの回路構成を示すブロック図である。本発明の実施形態１の第３変形例に係る電流センサの回路構成を示すブロック図である。本発明の実施形態１の第４変形例に係る電流センサの回路構成を示すブロック図である。本発明の実施形態１の第４変形例に係る電流センサが備える判定部の構成を示すブロック図である。本発明の実施形態１の第４変形例に係る電流センサが備える判定部の第２閾値電圧発生部が発生させる閾値電圧、および、第２ウインドウコンパレータに入力された正常な第４入力信号を示すグラフである。本発明の実施形態１の第４変形例に係る電流センサが備える判定部の第２ウインドウコンパレータの図２０に示す状態の時の出力信号を示すグラフである。本発明の実施形態１の第４変形例に係る電流センサが備える判定部の第２ウインドウコンパレータに入力された、上限基準電圧、下限基準電圧および異常な第４入力信号を示すグラフである。本発明の実施形態１の第４変形例に係る電流センサが備える判定部の第２ウインドウコンパレータの図２２に示す状態の時の出力信号を示すグラフである。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導体の外観を示す斜視図である。図２４の電流センサをＸＸＶＩ−ＸＸＶＩ線矢印方向から見た断面図である。

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に係る電流センサが備える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の筐体の外観を示す斜視図である。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、図１のＶ−Ｖ線矢印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、図１のＶＩ−ＶＩ線矢印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断面図であり、図１のＶＩＩ−ＶＩＩ線矢印方向から見た図である。図８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ＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ線矢印方向から見た図である。図９は、本発明の実施形態１に係る電流センサの平面図であり、図１の矢印ＩＸ方向から見た図である。図１０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ブロック図である。

図１，２，５〜９においては、後述する導体１１０の幅方向をＸ軸方向、導体１１０の長さ方向をＹ軸方向、導体１１０の厚さ方向をＺ軸方向として、図示している。なお、図５〜８においては、後述する筐体を図示していない。図９においては、後述する筐体および基板を図示していない。

図１〜９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、互いに並行に配置された一方の流路部および他方の流路部を含む導体１１０と、一方の流路部を流れる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１２０ａと、他方の流路部を流れる電流により発生する磁界の強さを検出する第２磁気センサ１２０ｂとを備える。

本実施形態においては、電流センサ１００は、一方の流路部を流れる電流により発生する磁界の強さを検出する第３磁気センサ１２０ｃと、他方の流路部を流れる電流により発生する磁界の強さを検出する第４磁気センサ１２０ｄとをさらに備える。

図１０に示すように、電流センサ１００の回路には、第１磁気センサ１２０ａおよび第２磁気センサ１２０ｂを含む第１磁気センサグループ１０と、第３磁気センサ１２０ｃおよび第４磁気センサ１２０ｄを含む第２磁気センサグループ２０とが構成されている。

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。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一方の流路部および他方の流路部を含む。測定対象の電流は、２つの流路に分流されて導体１１０を矢印１で示すように導体１１０の長さ方向(Ｙ軸方向)に流れる。

導体１１０は、導体１１０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)に延在する、一方の流路部であるアーチ状部１１１を含む。すなわち、一方の流路部は、幅方向(Ｘ軸方向)から見て、導体１１０の表面側に膨出している。導体１１０には、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、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。

導体１１０にてスリット１１５のアーチ状部１１１側とは反対側に隣接して、導体１１０の厚さ方向(Ｚ軸方向)の他方に突出するように曲がって導体１１０の長さ方向(Ｙ軸方向)に延在する、他方の流路部である逆アーチ状部１１６が設けられている。すなわち、他方の流路部は、幅方向(Ｘ軸方向)から見て、導体１１０の裏面側に膨出している。逆アーチ状部１１６は、導体１１０の厚さ方向(Ｚ軸方向)から見て、導体１１０の幅方向(Ｘ軸方向)にてアーチ状部１１１と並んでいる。

スリット１１５は、導体１１０の幅方向(Ｘ軸方向)にて導体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、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、一方の流路部と他方の流路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、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、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、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、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、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。すなわち、アーチ状部１１１と逆アーチ状部１１６とは、互いに点対称な形状を有する。なお、導体１１０において、逆アーチ状部１１６の代わりに、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、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、導体１１０は、電気抵抗が低く加工性に優れている銅で構成されている。より具体的には、導体１１０は、耐熱性に優れている無酸素銅で構成されている。ただし、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。

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、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、プレス加工により導体１１０を形成している。ただし、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、第２磁気センサ１２０ｂ、第３磁気センサ１２０ｃおよび第４磁気センサ１２０ｄの各々は、アンプおよび受動素子などの図示しない電子部品と共に基板１３０に実装されている。ただし、アンプおよび受動素子などの電子部品は、第１磁気センサ１２０ａ、第２磁気センサ１２０ｂ、第３磁気センサ１２０ｃおよび第４磁気センサ１２０ｄ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、第３磁気センサ１２０ｃ、第４磁気センサ１２０ｄ、電子部品および基板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。

図３，４に示すように、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。上部筐体１５２には、基板１３０と接続されるワイヤーハネースの取出し口１５２ｐが設けられている。

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、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。

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に、磁気センサユニット１６０が挿入されている。これにより、図７に示すように、第１磁気センサ１２０ａおよび第３磁気センサ１２０ｃ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、図８に示すように、第２磁気センサ１２０ｂおよび第４磁気センサ１２０ｄ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および第３磁気センサ１２０ｃは、導体１１０の幅方向(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および第４磁気センサ１２０ｄは、導体１１０の幅方向(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。

図９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は、導体１１０の幅方向(Ｘ軸方向)に並んで配置されている。第３磁気センサ１２０ｃおよび第４磁気センサ１２０ｄは、導体１１０の幅方向(Ｘ軸方向)に並んで配置されている。第１磁気センサ１２０ａおよび第３磁気センサ１２０ｃは、導体１１０の長さ方向(Ｙ軸方向)に並んで配置されている。測定対象の電流が流れる矢印１で示す方向において、第３磁気センサ１２０ｃは、第１磁気センサ１２０ａの下流側に位置している。第２磁気センサ１２０ｂおよび第４磁気センサ１２０ｄは、導体１１０の長さ方向(Ｙ軸方向)に並んで配置されている。測定対象の電流が流れる矢印１で示す方向において、第４磁気センサ１２０ｄは、第２磁気センサ１２０ｂの下流側に位置している。

上記の状態において、筐体１５０は、アーチ状部１１１の裏面の少なくとも一部と接している。たとえば、上部筐体１５２が、延在部１１４の裏面の少なくとも一部と接している。さらに、筐体１５０は、逆アーチ状部１１６の表面の少なくとも一部と接している。たとえば、下部筐体１５１が、延在部１１９の表面の少なくとも一部と接している。

本実施形態においては、基板１３０の実装面と導体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。この場合、第１磁気センサ１２０ａおよび第２磁気センサ１２０ｂは、基板１３０の一方の主面に実装され、第３磁気センサ１２０ｃおよび第４磁気センサ１２０ｄは、基板１３０の他方の主面に実装される。

第１磁気センサ１２０ａ、第２磁気センサ１２０ｂ、第３磁気センサ１２０ｃおよび第４磁気センサ１２０ｄの各々は、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、第２磁気センサ１２０ｂ、第３磁気センサ１２０ｃおよび第４磁気センサ１２０ｄの各々は、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、第２磁気センサ１２０ｂ、第３磁気センサ１２０ｃおよび第４磁気センサ１２０ｄ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。

本実施形態においては、第１磁気センサ１２０ａ、第２磁気センサ１２０ｂ、第３磁気センサ１２０ｃおよび第４磁気センサ１２０ｄ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、第２磁気センサ１２０ｂ、第３磁気センサ１２０ｃおよび第４磁気センサ１２０ｄ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、第２磁気センサ１２０ｂ、第３磁気センサ１２０ｃおよび第４磁気センサ１２０ｄ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、第２磁気センサ１２０ｂ、第３磁気センサ１２０ｃおよび第４磁気センサ１２０ｄ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。

なお、後述するように第１磁気センサグループ１０および第２磁気センサグループ２０の一方が故障した場合にも、故障していない方の磁気センサグループによって測定対象の電流の値を検出することができるようにするためには、第１磁気センサ１２０ａおよび第２磁気サンサ１２０ｂに対して、第３磁気センサ１２０ｃおよび第４磁気センサ１２０ｄが、異なる構成を有していることが好ましい。たとえば、第１磁気センサ１２０ａおよび第２磁気サンサ１２０ｂがＡＭＲ素子を有する構成である場合、第３磁気センサ１２０ｃおよび第４磁気センサ１２０ｄがＭＩ素子を有する構成であることが好ましい。若しくは、第１磁気センサ１２０ａ、第２磁気センサ１２０ｂ、第３磁気センサ１２０ｃおよび第４磁気センサ１２０ｄの全てがＡＭＲ素子を有する構成である場合、ＡＭＲ素子の磁化方向を決める磁石の種類が、第１磁気センサ１２０ａおよび第２磁気サンサ１２０ｂと、第３磁気センサ１２０ｃおよび第４磁気センサ１２０ｄとで、異なっていることが好ましい。

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、第２磁気センサ１２０ｂ、第３磁気センサ１２０ｃおよび第４磁気センサ１２０ｄ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(たとえば４５°)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およびバイアス磁界の少なくとも一方によって決まる。なお、ＡＭＲ素子の磁化方向を決める方法として、ＡＭＲ素子を構成する磁気抵抗膜の近傍に永久磁石若しくは薄膜磁石を設ける方法、磁気抵抗膜において交換結合若しくは相間結合を設ける方法、磁気抵抗膜の近傍に設けられたコイルの誘導磁界を用いる方法、または、磁気抵抗膜の近傍に設けられた磁性体の残留磁束を用いる方法などを採用してもよい。磁気抵抗膜の近傍に設けられたコイルの誘導磁界を用いる方法を採用する場合、コイルに流される電流の大きさ変更することにより、磁気抵抗膜に印加されるバイアス磁界の強さを適宜調整することができる。磁気抵抗膜は、ミアンダ状に折り返されて形成されていてもよい。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、第３磁気センサ１２０ｃの磁気抵抗素子における磁気抵抗膜の磁化方向と、第４磁気センサ１２０ｄの磁気抵抗素子における磁気抵抗膜の磁化方向は、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。

第１磁気センサ１２０ａ、第２磁気センサ１２０ｂ、第３磁気センサ１２０ｃおよび第４磁気センサ１２０ｄの各々のブリッジ回路に印加される電源電圧は、直流の一定電圧であってもよいし、交流電圧またはパルス電圧であってもよい。

図１０に示すように、第１磁気センサグループ１０は、第１磁気センサ１２０ａに電気的に接続された第１増幅部１４０ａ、第２磁気センサ１２０ｂに電気的に接続された第２増幅部１４０ｂ、第１増幅部１４０ａおよび第２増幅部１４０ｂに電気的に接続された第１演算部１４１ａ、並びに、第１増幅部１４０ａおよび第２増幅部１４０ｂに電気的に接続された第１比較判定部１４２ａを含む。ただし、第１増幅部１４０ａおよび第２増幅部１４０ｂは、必ずしも設けられていなくてもよい。第１増幅部１４０ａは、第１磁気センサ１２０ａの検出値が入力され、その検出値を増幅する。第２増幅部１４０ｂは、第２磁気センサ１２０ｂの検出値を増幅する。第１演算部１４１ａは、第１磁気センサ１２０ａの増幅された検出値と第２磁気センサ１２０ｂの増幅された検出値とが入力され、これらの検出値から演算することにより測定対象の電流の値を算出する。第１比較判定部１４２ａは、第１磁気センサ１２０ａの増幅された検出値と第２磁気センサ１２０ｂの増幅された検出値とが入力され、第１磁気センサ１２０ａの増幅された検出値の大きさと第２磁気センサ１２０ｂの増幅された検出値の大きさとの差異が閾値内であるか判定する。

したがって、第１磁気センサグループ１０においては、測定対象の電流の値が第１演算部１４１ａから出力信号１０ａとして、第１磁気センサ１２０ａおよび第２磁気センサ１２０ｂの少なくとも一方の故障の発生の有無が第１比較判定部１４２ａから出力信号１０ｂとして、出力される。

第２磁気センサグループ２０は、第３磁気センサ１２０ｃに電気的に接続された第３増幅部１４０ｃ、第４磁気センサ１２０ｄに電気的に接続された第４増幅部１４０ｄ、第３増幅部１４０ｃおよび第４増幅部１４０ｄに電気的に接続された第２演算部１４１ｂ、並びに、第３増幅部１４０ｃおよび第４増幅部１４０ｄに電気的に接続された第２比較判定部１４２ｂを含む。ただし、第３増幅部１４０ｃおよび第４増幅部１４０ｄは、必ずしも設けられていなくてもよい。第３増幅部１４０ｃは、第３磁気センサ１２０ｃの検出値が入力され、その検出値を増幅する。第４増幅部１４０ｄは、第４磁気センサ１２０ｄの検出値を増幅する。第２演算部１４１ｂは、第３磁気センサ１２０ｃの増幅された検出値と第４磁気センサ１２０ｄの増幅された検出値とが入力され、これらの検出値から演算することにより測定対象の電流の値を算出する。第２比較判定部１４２ｂは、第３磁気センサ１２０ｃの増幅された検出値と第４磁気センサ１２０ｄの増幅された検出値とが入力され、第３磁気センサ１２０ｃの増幅された検出値の大きさと第４磁気センサ１２０ｄの増幅された検出値の大きさとの差異が閾値内であるか判定する。

したがって、第２磁気センサグループ２０においては、測定対象の電流の値が第２演算部１４１ｂから出力信号２０ａとして、第３磁気センサ１２０ｃおよび第４磁気センサ１２０ｄの少なくとも一方の故障の発生の有無が第２比較判定部１４２ｂから出力信号２０ｂとして、出力される。

以下、本発明の実施形態１に係る電流センサ１００の動作について説明する。図５，６に示すように、導体１１０を流れる測定対象の電流は、アーチ状部１１１を通過する一方の流路部と、逆アーチ状部１１６を通過する他方の流路部との、２つの流路に分かれて流れる。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７，８に示すように、第１磁気センサ１２０ａおよび第３磁気センサ１２０ｃ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および第３磁気センサ１２０ｃ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および第３磁気センサ１２０ｃの磁気抵抗素子に印加される磁界が強くなるため、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３磁気センサ１２０ｃの感度が高くなる。

第２磁気センサ１２０ｂおよび第４磁気センサ１２０ｄ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および第４磁気センサ１２０ｄ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および第４磁気センサ１２０ｄの磁気抵抗素子に印加される磁界が強くなるため、導体１１０を流れる測定電流に対する第２磁気センサ１２０ｂおよび第４磁気センサ１２０ｄの感度が高くなる。

図５，６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および第３磁気センサ１２０ｃに作用する磁束の向きと、第２磁気センサ１２０ｂおよび第４磁気センサ１２０ｄに作用する磁束の向きとが反対であるため、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の検出値の位相および第３磁気センサ１２０ｃの検出値の位相と、第２磁気センサ１２０ｂの検出値の位相および第４磁気センサ１２０ｄ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および第３磁気センサ１２０ｃ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および第４磁気センサ１２０ｄの検出した磁界の強さは負の値となる。

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、および、第３磁気センサ１２０ｃと第４磁気センサ１２０ｄ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および第３磁気センサ１２０ｃ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および第４磁気センサ１２０ｄ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および第３磁気センサ１２０ｃ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および第４磁気センサ１２０ｄの検出した外部磁界の強さも正の値となる。

本実施形態においては、第１磁気センサグループ１０の第１演算部１４１ａは、第１磁気センサ１２０ａの増幅された検出値から第２磁気センサ１２０ｂの増幅された検出値を減算する。その結果、外部磁界源からの磁界はほとんど検出されずに、導体１１０を流れた測定対象の電流の値が算出される。すなわち、外部磁界の影響が低減される。

第２磁気センサグループ２０の第２演算部１４１ｂは、第３磁気センサ１２０ｃの増幅された検出値から第４磁気センサ１２０ｄの増幅された検出値を減算する。その結果、外部磁界源からの磁界はほとんど検出されずに、導体１１０を流れた測定対象の電流の値が算出される。すなわち、外部磁界の影響が低減される。

第１磁気センサグループ１０の第１比較判定部１４２ａは、第１磁気センサ１２０ａの増幅された検出値の大きさと第２磁気センサ１２０ｂの増幅された検出値の大きさとの差異が閾値内であるか判定する。第２磁気センサグループ２０の第２比較判定部１４２ｂは、第３磁気センサ１２０ｃの増幅された検出値の大きさと第４磁気センサ１２０ｄの増幅された検出値の大きさとの差異が閾値内であるか判定する。

ここで、第１比較判定部１４２ａおよび第２比較判定部１４２ｂの各々を構成する比較判定部１４２の構成について説明する。図１１は、本発明の実施形態１に係る電流センサが備える比較判定部の構成を示すブロック図である。

図１１に示すように、比較判定部１４２は、第１閾値電圧発生部１４３、極性反転部１４４および第１ウインドウコンパレータ１４５を含む。なお、後述する第１変形例のように、第１磁気センサ１２０ａの検出値の位相および第３磁気センサ１２０ｃの検出値の位相と、第２磁気センサ１２０ｂの検出値の位相および第４磁気センサ１２０ｄの検出値の位相とが、同相である場合には、極性反転部１４４は設けられていなくてよい。

第１閾値電圧発生部１４３に第１入力信号が入力されると、第１閾値電圧発生部１４３は、閾値電圧となる上限基準電圧および下限基準電圧を発生させる。具体的には、第１入力信号として、第１磁気センサ１２０ａの増幅された検出値、または、第３磁気センサ１２０ｃの増幅された検出値が、第１閾値電圧発生部１４３に入力される。

図１２は、本発明の実施形態１に係る電流センサが備える比較判定部の第１閾値電圧発生部が発生させる閾値電圧を示すグラフである。図１２においては、縦軸に電圧、横軸に時間を示している。図１２に示すように、第１閾値電圧発生部１４３は、第１入力信号の電圧値に対してＶｔだけ高い上限基準電圧、および、第１入力信号の電圧値に対してＶｔだけ低い下限基準電圧を発生させる。上限基準電圧および下限基準電圧は、第１ウインドウコンパレータ１４５に入力される。Ｖｔの値は、電流センサの故障を検出可能な値に適宜設定される。

極性反転部１４４に第２入力信号が入力されると、極性反転部１４４は、第２入力信号の極性を反転させた比較信号電圧を発生させる。具体的には、第２入力信号として、第２磁気センサ１２０ｂの増幅された検出値、または、第４磁気センサ１２０ｄの増幅された検出値が、極性反転部１４４に入力される。

図１３は、本発明の実施形態１に係る電流センサが備える比較判定部の極性反転部が発生させる比較信号電圧を示すグラフである。図１３においては、縦軸に電圧、横軸に時間を示している。図１３に示すように、極性反転部１４４は、第２入力信号とは逆位相である比較信号電圧を発生させる。比較信号電圧は、第１ウインドウコンパレータ１４５に入力される。

図１４は、本発明の実施形態１に係る電流センサが備える比較判定部の第１ウインドウコンパレータに入力された、上限基準電圧、下限基準電圧および比較信号電圧を示すグラフである。図１４においては、縦軸に電圧、横軸に時間を示している。図１４に示すように、第１ウインドウコンパレータ１４５は、比較信号電圧が、上限基準電圧と下限基準電圧との間に位置しているかどうかを検出する。図１４に示す例においては、時間Ｔ₁〜Ｔ₂の間に、比較信号電圧が下限基準電圧より低くなっている。すなわち、時間Ｔ₁〜Ｔ₂の間に、第１入力信号と第２入力信号との差異が閾値を超えている。

図１５は、本発明の実施形態１に係る電流センサが備える比較判定部の第１ウインドウコンパレータの出力信号を示すグラフである。図１５においては、縦軸に電圧、横軸に時間を示している。図１５に示すように、第１ウインドウコンパレータ１４５は、比較信号電圧が上限基準電圧と下限基準電圧との間に位置している間は電圧Ｖ₀のローレベルの出力信号を出力し、比較信号電圧が上限基準電圧または下限基準電圧を超えている間は電圧Ｖ₁のハイレベルの出力信号を出力する。

したがって、第１ウインドウコンパレータ１４５の出力信号の推移によって、第１入力信号と第２入力信号との差異が閾値内であるか随時判定することができる。第１入力信号と第２入力信号との差異が閾値を超えた時点において、磁気センサグループに故障が発生したことが検出される。

本実施形態においては、第１比較判定部１４２ａの出力信号１０ｂの推移によって、第１磁気センサグループ１０における故障の発生の有無を随時判定することができる。第２比較判定部１４２ｂの出力信号２０ｂの推移によって、第２磁気センサグループ２０における故障の発生の有無を随時判定することができる。これにより、電流センサ１００の故障個所を推定することができる。

また、第１磁気センサ１２０ａ、第２磁気センサ１２０ｂ、第３磁気センサ１２０ｃおよび第４磁気センサ１２０ｄの各々の検出値は、故障個所の推定と測定対象の電流の値の検出との両方に利用される。このため、本実施形態においては、故障個所の推定のための磁気センサグループと、測定対象の電流の値の検出のための磁気センサグループとを個別に設ける必要が無いことから、部品点数の増加を抑制できる。

また、第１演算部１４１ａの出力信号１０ａ、および、第２演算部１４１ｂの出力信号２０ａの各々によって、測定対象の電流の値が検出可能であるため、第１磁気センサグループ１０および第２磁気センサグループ２０の一方が故障した場合にも、故障していない方の磁気センサグループによって測定対象の電流の値を検出することができる。ただし、電流センサ１００は、第１磁気センサグループ１０および第２磁気センサグループ２０のいずれか一方のみを備えていてもよい。

なお、本実施形態においては、アーチ状部１１１と逆アーチ状部１１６とは互いに点対称な形状を有しているため、この対称中心点に関して、第１磁気センサ１２０ａと第４磁気センサ１２０ｄとが互いに点対称に位置し、第２磁気センサ１２０ｂと第３磁気センサ１２０ｃとが互いに点対称に位置している場合、第１磁気センサ１２０ａ、第２磁気センサ１２０ｂ、第３磁気センサ１２０ｃおよび第４磁気センサ１２０ｄの各々の検出値の大きさを同等にすることができる。

図５に示すように第１磁気センサ１２０ａと第２磁気センサ１２０ｂとが互いに点対称に位置する場合、第１比較判定部１４２ａは、第１入力信号と第２入力信号とを加算する加算器および第１ウインドウコンパレータ１４５で構成されていてもよい。同様に、図６に示すように第３磁気センサ１２０ｃと第４磁気センサ１２０ｄとが互いに点対称に位置する場合、第２比較判定部１４２ｂは、第１入力信号と第２入力信号とを加算する加算器および第１ウインドウコンパレータ１４５で構成されていてもよい。これらの場合、第１ウインドウコンパレータ１４５は、加算器で算出された第１入力信号と第２入力信号との和が０近傍の閾値内であるかを検出する。第１入力信号と第２入力信号との和が０近傍の閾値を超えた時点において、磁気センサグループに故障が発生したことが検出される。

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３磁気センサ１２０ｃと、第２磁気センサ１２０ｂおよび第４磁気センサ１２０ｄとにおいて、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および第３磁気センサ１２０ｃ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および第４磁気センサ１２０ｄの検出する外部磁界の強さは負の値となる。

一方、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および第３磁気センサ１２０ｃの検出値の位相と、第２磁気センサ１２０ｂおよび第４磁気センサ１２０ｄの検出値の位相とは同相となる。

本実施形態の第１変形例においては、第１磁気センサグループ１０の第１演算部１４１ａは、第１磁気センサ１２０ａの増幅された検出値と第２磁気センサ１２０ｂの増幅された検出値とを加算する。その結果、外部磁界源からの磁界はほとんど検出されずに、導体１１０を流れた測定対象の電流の値が算出される。すなわち、外部磁界の影響が低減される。

第２磁気センサグループ２０の第２演算部１４１ｂは、第３磁気センサ１２０ｃの増幅された検出値と第４磁気センサ１２０ｄの増幅された検出値とを加算する。その結果、外部磁界源からの磁界はほとんど検出されずに、導体１１０を流れた測定対象の電流の値が算出される。すなわち、外部磁界の影響が低減される。

本実施形態に係る電流センサ１００は、導体１１０を流れる測定電流に対する第１磁気センサ１２０ａ、第２磁気センサ１２０ｂ、第３磁気センサ１２０ｃおよび第４磁気センサ１２０ｄ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を開口部１１０ｈに挿入して導体１１０に取り付けているため、磁性体コアを用いることなく感度低下を抑制しつつ、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。

筐体１５０の位置のばらつきを低減することにより、第１磁気センサ１２０ａおよび第３磁気センサ１２０ｃとアーチ状部１１１との間隔、および、第２磁気センサ１２０ｂおよび第４磁気センサ１２０ｄと逆アーチ状部１１６との間隔の各々を狭くしつつ、アーチ状部１１１に対する第１磁気センサ１２０ａおよび第３磁気センサ１２０ｃ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および第４磁気センサ１２０ｄ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、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および第３磁気センサ１２０ｃの磁気抵抗素子の周囲の温度と、第２磁気センサ１２０ｂおよび第４磁気センサ１２０ｄ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、１つの導体１１０に、第１磁気センサ１２０ａ、第２磁気センサ１２０ｂ、第３磁気センサ１２０ｃおよび第４磁気センサ１２０ｄが実装された基板１３０を収容した筐体１５０を組み付ける構造を有しているため、電流センサ１００の組み立てが容易であり、また、２つの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。

なお、電流センサ１００は、第１演算部１４１ａの算出結果と第２演算部１４１ｂの算出結果との差異が閾値内であるか判定する第３比較判定部１４２ｃをさらに備えていてもよい。図１６は、本発明の実施形態１の第２変形例に係る電流センサの回路構成を示すブロック図である。

図１６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は、第１演算部１４１ａの算出結果と第２演算部１４１ｂの算出結果との差異が閾値内であるか判定する第３比較判定部１４２ｃをさらに備えている。第３比較判定部１４２ｃからは、出力信号３０ｂが出力される。

本発明の実施形態１の第２変形例に係る電流センサは、第１比較判定部１４２ａ、第２比較判定部１４２ｂおよび第３比較判定部１４２ｃを有しており、第１比較判定部１４２ａの出力信号１０ｂ、第２比較判定部１４２ｂの出力信号２０ｂおよび第３比較判定部１４２ｃの出力信号３０ｂの組み合わせとして下記のケースがある。

表１は、第１比較判定部１４２ａの出力信号１０ｂ、第２比較判定部１４２ｂの出力信号２０ｂおよび第３比較判定部１４２ｃの出力信号３０ｂの組み合わせを示す表である。

表１に示すように、第１比較判定部１４２ａの出力信号１０ｂ、第２比較判定部１４２ｂの出力信号２０ｂおよび第３比較判定部１４２ｃの出力信号３０ｂの各々は、ケース１では、ローレベル、ローレベル、ローレベルであり、ケース２では、ローレベル、ローレベル、ハイレベルであり、ケース３では、ローレベル、ハイレベル、ローレベルであり、ケース４では、ハイレベル、ローレベル、ローレベルであり、ケース５では、ローレベル、ハイレベル、ハイレベルであり、ケース６では、ハイレベル、ローレベル、ハイレベルであり、ケース７では、ハイレベル、ハイレベル、ローレベルであり、ケース８では、ハイレベル、ハイレベル、ハイレベルである。

ケース１の場合は、電流センサに故障個所はないと推定される。ケース２の場合は、第１演算部１４１ａ、第２演算部１４１ｂおよび第３比較判定部１４２ｃのいずれか、または、第１磁気センサ１２０ａと第２磁気センサ１２０ｂとの両方、若しくは、第３磁気センサ１２０ｃと第４磁気センサ１２０ｄとの両方、が故障していると推定される。ケース３の場合は、第２比較判定部１４２ｂが故障していると推定される。ケース４の場合は、第１比較判定部１４２ａが故障していると推定される。

ケース５の場合は、第３磁気センサ１２０ｃおよび第４磁気センサ１２０ｄの少なくとも一方が故障していると推定される。ケース６の場合は、第１磁気センサ１２０ａおよび第２磁気センサ１２０ｂの少なくとも一方が故障していると推定される。ケース７の場合は、導体１１０に割れまたは破断が発生し、一方の流路および他方の流路の各々を流れる電流の比率に変化が生じているが、導体１１０を流れる電流値は変化していない状態が考えられ、導体１１０に故障が発生していると推定される。ケース８の場合は、第１磁気センサ１２０ａおよび第２磁気センサ１２０ｂの少なくとも一方、第３磁気センサ１２０ｃおよび第４磁気センサ１２０ｄの少なくとも一方、および、導体１１０に故障が発生していると推定される。

なお、電流センサ１００は、比較判定部として第１比較判定部１４２ａのみを有していてもよい。図１７は、本発明の実施形態１の第３変形例に係る電流センサの回路構成を示すブロック図である。

図１７に示すように、本発明の実施形態１の第３変形例に係る電流センサにおいては、第２磁気センサグループ２０ａに第２比較判定部１４２ｂが設けられておらず、第１磁気センサグループ１０ａに、第１比較判定部１４２ａと第２比較判定部１４２ｂとが一体で設けられている。第１比較判定部１４２ａおよび第２比較判定部１４２ｂは、第１磁気センサ１２０ａの増幅された検出値の大きさと第２磁気センサ１２０ｂの増幅された検出値の大きさとの差異が閾値内であるか判定し、第３磁気センサ１２０ｃの増幅された検出値の大きさと第４磁気センサ１２０ｄの増幅された検出値の大きさとの差異が閾値内であるか判定し、第１磁気センサ１２０ａの増幅された検出値の大きさと第３磁気センサ１２０ｃの増幅された検出値の大きさとの差異が閾値内であるか判定し、第２磁気センサ１２０ｂの増幅された検出値の大きさと第４磁気センサ１２０ｄの増幅された検出値の大きさとの差異が閾値内であるか判定する。

本発明の実施形態１の第３変形例に係る電流センサにおいては、第１磁気センサ１２０ａ、第２磁気センサ１２０ｂ、第３磁気センサ１２０ｃおよび第４磁気センサ１２０ｄの各々の故障の発生の有無が第１比較判定部１４２ａおよび第２比較判定部１４２ｂから出力信号１０ｂとして出力される。すなわち、第１磁気センサ１２０ａ、第２磁気センサ１２０ｂ、第３磁気センサ１２０ｃおよび第４磁気センサ１２０ｄの各々の故障の発生の有無を推定することができる。すなわち、故障個所を推定することができる。

なお、電流センサ１００は、第１磁気センサ１２０ａの検出値および第２磁気センサ１２０ｂの検出値の各々が、閾値内であるか判定する第１判定部１４６ａ、並びに、第３磁気センサ１２０ｃの検出値および第４磁気センサ１２０ｄの検出値の各々が、閾値内であるか判定する第２判定部１４６ｂをさらに備えていてもよい。図１８は、本発明の実施形態１の第４変形例に係る電流センサの回路構成を示すブロック図である。

図１８に示すように、本発明の実施形態１の第４変形例に係る電流センサは、第１磁気センサ１２０ａの検出値および第２磁気センサ１２０ｂの検出値の各々が、閾値内であるか判定する第１判定部１４６ａ、並びに、第３磁気センサ１２０ｃの検出値および第４磁気センサ１２０ｄの検出値の各々が、閾値内であるか判定する第２判定部１４６ｂをさらに備えている。第１判定部１４６ａからは、出力信号１０ｃが出力される。第２判定部１４６ｂからは、出力信号２０ｃが出力される。

ここで、第１判定部１４６ａおよび第２判定部１４６ｂの各々を構成する判定部１４６の構成について説明する。図１９は、本発明の実施形態１の第４変形例に係る電流センサが備える判定部の構成を示すブロック図である。

図１９に示すように、判定部１４６は、第２閾値電圧発生部１４７および第２ウインドウコンパレータ１４８を含む。第２閾値電圧発生部１４７に第３入力信号が入力されると、第２閾値電圧発生部１４７は、閾値電圧となる上限基準電圧および下限基準電圧を発生させる。具体的には、第３入力信号として、磁気センサのブリッジ回路に印加される正側電源電圧および負側電源電圧が、第２閾値電圧発生部１４７に入力される。

図２０は、本発明の実施形態１の第４変形例に係る電流センサが備える判定部の第２閾値電圧発生部が発生させる閾値電圧、および、第２ウインドウコンパレータに入力された正常な第４入力信号を示すグラフである。図２０においては、縦軸に電圧、横軸に時間を示している。図２０に示すように、第２閾値電圧発生部１４７は、第３入力信号の正側電源電圧値に対してＶｕだけ低い上限基準電圧、および、第３入力信号の負側電源電圧値に対してＶｕだけ高い下限基準電圧を発生させる。上限基準電圧および下限基準電圧は、第２ウインドウコンパレータ１４８に入力される。Ｖｕの値は、磁気センサの故障を検出可能な値に適宜設定される。

図１９，２０に示すように、第２ウインドウコンパレータ１４８に、第４入力信号が入力される。具体的には、第４入力信号として、磁気センサの増幅された検出値が第２ウインドウコンパレータ１４８に入力される。第２ウインドウコンパレータ１４８は、第４入力信号が、上限基準電圧と下限基準電圧との間に位置しているかどうかを検出する。図２０に示す例においては、第４入力信号が上限基準電圧と下限基準電圧との間に位置している。すなわち、磁気センサの検出値は、閾値内である。

図２１は、本発明の実施形態１の第４変形例に係る電流センサが備える判定部の第２ウインドウコンパレータの図２０に示す状態の時の出力信号を示すグラフである。図２１においては、縦軸に電圧、横軸に時間を示している。図２１に示すように、第２ウインドウコンパレータ１４８は、第４入力信号が上限基準電圧と下限基準電圧との間に位置している間は電圧Ｖ₀のローレベルの出力信号を出力する。

図２２は、本発明の実施形態１の第４変形例に係る電流センサが備える判定部の第２ウインドウコンパレータに入力された、上限基準電圧、下限基準電圧および異常な第４入力信号を示すグラフである。図２２においては、縦軸に電圧、横軸に時間を示している。図２２に示すように、第２ウインドウコンパレータ１４８は、第４入力信号が、上限基準電圧と下限基準電圧との間に位置しているかどうかを検出する。図２２に示す例においては、第４入力信号が上限基準電圧より高くなっている。すなわち、磁気センサの検出値は、閾値外である。なお、図２２に示すような異常な第４入力信号は、たとえば、磁気センサが有する磁気抵抗素子が故障により短絡または解放状態になった場合に発生する。

図２３は、本発明の実施形態１の第４変形例に係る電流センサが備える判定部の第２ウインドウコンパレータの図２２に示す状態の時の出力信号を示すグラフである。図２３においては、縦軸に電圧、横軸に時間を示している。図２３に示すように、第２ウインドウコンパレータ１４８は、第４入力信号が上限基準電圧または下限基準電圧を超えている間は電圧Ｖ₁のハイレベルの出力信号を出力する。

したがって、第２ウインドウコンパレータ１４８の出力信号の推移によって、第４入力信号が閾値内であるか随時判定することができる。第４入力信号が閾値を超えた時点において、磁気センサに故障が発生したことが検出される。

なお、電流センサ１００の導体１１０には、アーチ状部１１１および逆アーチ状部１１６が形成されていたが、導体１１０の形状はこれに限られず、一方の流路部および他方の流路部の各々が平坦部で構成されていてもよい。

(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。なお、実施形態２に係る電流センサ２００は、一方の流路部および他方の流路部の各々が平坦部で構成されている点のみ実施形態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２４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２５は、本発明の実施形態２に係る電流センサが備える導体の外観を示す斜視図である。図２６は、図２４の電流センサをＸＸＶＩ−ＸＸＶＩ線矢印方向から見た断面図である。

図２４〜２６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、互いに並行に配置された一方の流路部および他方の流路部を含む導体２１０と、一方の流路部を流れる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１２０ａと、他方の流路部を流れる電流により発生する磁界の強さを検出する第２磁気センサ１２０ｂとを備える。

本実施形態においては、電流センサ２００は、一方の流路部を流れる電流により発生する磁界の強さを検出する第３磁気センサ１２０ｃと、他方の流路部を流れる電流により発生する磁界の強さを検出する第４磁気センサ１２０ｄとをさらに備える。

導体２１０は、一方の流路部である平坦部２１１および他方の流路部である平坦部２１６を含む。導体２１０には、平坦部２１１と平坦部２１６との間に、長さ方向(Ｙ軸方向)に延在するスリット２１５が設けられている。平坦部２１１と平坦部２１６とは、互いに線対称な形状を有する。

第１磁気センサ１２０ａおよび第３磁気センサ１２０ｃは、アンプおよび受動素子などの図示しない電子部品と共に基板２３０ａに実装されている。第２磁気センサ１２０ｂおよび第４磁気センサ１２０ｄは、アンプおよび受動素子などの図示しない電子部品と共に基板２３０ｂに実装されている。

基板２３０ａの一端には支持板２５１ａが接続され、基板２３０ａの他端には支持板２５２ａが接続されている。基板２３０ｂの一端には支持板２５１ｂが接続され、基板２３０ｂの他端には支持板２５２ｂが接続されている。基板２３０ａおよび基板２３０ｂは、筐体２５０内に固定されている。

具体的には、基板２３０ａは、導体２１０の一方の主面と間隔をあけて対向するように筐体２５０内に配置されている。支持板２５１ａおよび支持板２５１ｂの各々は、導体２１０の一方の主面と筐体２５０の内周面とに挟まれている。基板２３０ｂは、導体２１０の他方の主面と間隔をあけて対向するように筐体２５０内に配置されている。支持板２５１ｂおよび支持板２５２ｂの各々は、導体２１０の他方の主面と筐体２５０の内周面とに挟まれている。

支持板２５１ａ、支持板２５２ａ、支持板２５１ｂおよび支持板２５２ｂの各々は、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、導体２１０の発熱を考慮した場合、支持板２５１ａ、支持板２５２ａ、支持板２５１ｂおよび支持板２５２ｂの各々の材料として好ましい。

図２４，２６に示すように、第１磁気センサ１２０ａおよび第３磁気センサ１２０ｃは、平坦部２１１の表面側に位置し、第２磁気センサ１２０ｂおよび第４磁気センサ１２０ｄは、平坦部２１６の裏面側に位置している。第１磁気センサ１２０ａおよび第３磁気センサ１２０ｃは、導体２１０の長さ方向(Ｙ軸方向)に並んで配置されている。第２磁気センサ１２０ｂおよび第４磁気センサ１２０ｄは、導体２１０の長さ方向(Ｙ軸方向)に並んで配置されている。

平坦部２１１の表面側の位置と、平坦部２１６の裏面側の位置とでは、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および第３磁気センサ１２０ｃに作用する磁束の向きと、第２磁気センサ１２０ｂおよび第４磁気センサ１２０ｄに作用する磁束の向きとが反対であるため、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の検出値の位相および第３磁気センサ１２０ｃの検出値の位相と、第２磁気センサ１２０ｂの検出値の位相および第４磁気センサ１２０ｄ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および第３磁気センサ１２０ｃ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および第４磁気センサ１２０ｄの検出した磁界の強さは負の値となる。

本実施形態に係る電流センサ２００においては、第１磁気センサ１２０ａ、第２磁気センサ１２０ｂ、第３磁気センサ１２０ｃおよび第４磁気センサ１２０ｄが筐体２５０内に収容されているため、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、および、第３磁気センサ１２０ｃと第４磁気センサ１２０ｄとの間、に位置することができない。

本実施形態に係る電流センサ２００においても、電流センサ２００の故障個所を推定することができる。また、第１磁気センサグループ１０および第２磁気センサグループ２０の一方が故障した場合にも、故障していない方の磁気センサグループによって測定対象の電流の値を検出することができる。

本実施形態においては、平坦部２１１と平坦部２１６とが互いに線対称な形状を有しているため、この対称中心線上の一点に関して、第１磁気センサ１２０ａと第４磁気センサ１２０ｄとが互いに点対称に位置し、第２磁気センサ１２０ｂと第３磁気センサ１２０ｃとが互いに点対称に位置している場合、第１磁気センサ１２０ａ、第２磁気センサ１２０ｂ、第３磁気センサ１２０ｃおよび第４磁気センサ１２０ｄの各々の検出値の大きさを同等にすることができる。

この場合、比較判定部は、第１入力信号と第２入力信号とを加算する加算器および第１ウインドウコンパレータ１４５で構成されていてもよい。第１ウインドウコンパレータ１４５は、加算器で算出された第１入力信号と第２入力信号との和が０近傍の閾値内であるかを検出する。第１入力信号と第２入力信号との和が０近傍の閾値を超えた時点において、磁気センサグループに故障が発生したことが検出される。

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特許請求の範囲によって示され、特許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、１０第１磁気センサグループ、１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，３０ｂ出力信号、２０第２磁気センサグループ、１００，２００電流センサ、１１０，２１０導体、１１０ｈ開口部、１１１アーチ状部、１１２第１突出部、１１２ｅ，１１３ｅ，１１４ｅ，１１９ｅ磁界、１１３第２突出部、１１４，１１９延在部、１１５，２１５スリット、１１６逆アーチ状部、１１７第３突出部、１１８第４突出部、１２０ａ第１磁気センサ、１２０ｂ第２磁気センサ、１２０ｃ第３磁気センサ、１２０ｄ第４磁気センサ、１３０，２３０ａ，２３０ｂ基板、１４０ａ第１増幅部、１４０ｂ第２増幅部、１４０ｃ第３増幅部、１４０ｄ第４増幅部、１４１ａ第１演算部、１４１ｂ第２演算部、１４２比較判定部、１４２ａ第１比較判定部、１４２ｂ第２比較判定部、１４２ｃ第３比較判定部、１４３第１閾値電圧発生部、１４４極性反転部、１４５第１ウインドウコンパレータ、１４６判定部、１４６ａ第１判定部、１４６ｂ第２判定部、１４７第２閾値電圧発生部、１４８第２ウインドウコンパレータ、１５０，２５０筐体、１５１下部筐体、１５２上部筐体、１５２ｐ取出し口、１６０磁気センサユニット、２１１，２１６平坦部、２５１ａ，２５１ｂ，２５２ａ，２５２ｂ支持板。

Claims

測定対象の電流が流れ、互いに並行に配置された一方の流路部および他方の流路部を含む導体と、
前記一方の流路部を流れる電流により発生する磁界の強さを検出する第１磁気センサと、
前記他方の流路部を流れる電流により発生する磁界の強さを検出する第２磁気センサと、
前記第１磁気センサの検出値と前記第２磁気センサの検出値とを演算することにより前記測定対象の電流の値を算出する第１演算部と、
前記第１磁気センサの検出値の大きさと前記第２磁気センサの検出値の大きさとの差異が閾値内であるか判定する第１比較判定部とを備える、電流センサ。
前記第１磁気センサの検出値および前記第２磁気センサの検出値の各々が、閾値内であるか判定する第１判定部をさらに備える、請求項１に記載の電流センサ。
前記一方の流路部を流れる電流により発生する磁界の強さを検出する第３磁気センサと、
前記他方の流路部を流れる電流により発生する磁界の強さを検出する第４磁気センサと、
前記第３磁気センサの検出値と前記第４磁気センサの検出値とを演算することにより前記測定対象の電流の値を算出する第２演算部とをさらに備える、請求項１または請求項２に記載の電流センサ。
前記第３磁気センサの検出値の大きさと前記第４磁気センサの検出値の大きさとの差異が閾値内であるか判定する第２比較判定部をさらに備える、請求項３に記載の電流センサ。
前記第３磁気センサの検出値および前記第４磁気センサの検出値の各々が、閾値内であるか判定する第２判定部をさらに備える、請求項４に記載の電流センサ。
前記第１比較判定部および前記第２比較判定部は、前記第１磁気センサの検出値の大きさと前記第３磁気センサの検出値の大きさとの差異が閾値内であるかさらに判定する、請求項４または請求項５に記載の電流センサ。
前記第１比較判定部および前記第２比較判定部は、前記第２磁気センサの検出値の大きさと前記第４磁気センサの検出値の大きさとの差異が閾値内であるかさらに判定する、請求項４から請求項６のいずれか１項に記載の電流センサ。
前記第１演算部の算出結果と前記第２演算部の算出結果との差異が閾値内であるか判定する第３比較判定部をさらに備える、請求項３から請求項７のいずれか１項に記載の電流センサ。