JP6826015B2

JP6826015B2 - 電流センサ

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Publication number: JP6826015B2
Application number: JP2017183770A
Authority: JP
Inventors: 泰典川口
Original assignee: Yazaki Corp
Current assignee: Yazaki Corp
Priority date: 2017-09-25
Filing date: 2017-09-25
Publication date: 2021-02-03
Anticipated expiration: 2037-09-25
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Description

本発明は、電流センサに関する。

従来から、電流路と、電流路の周囲に配置された磁気検出素子と、電流路及び磁気検出素子を囲うように配置された磁気シールド部材と、を備え、磁気検出素子によって検出された磁界の強さに基づいて電流路を流れる電流の大きさを測定する電流センサが知られている（例えば、特許文献１，２を参照。）。

特許第５９９３９６６号公報特許第５９６０４０３号公報

この種の電流センサでは、断面積の大きい電流路を流れる大電流の大きさを測定する場合、電流路の断面積が大きいことに起因して、電流路を囲う磁気シールド部材が大型化する。このため、電流センサ全体として大型化すると共に製造コストが増加する、という問題があった。

本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、断面積の大きい電流路を流れる大電流の大きさを測定する場合であっても、大型化を抑制し且つ製造コストの増大を抑制可能な電流センサを提供することにある。

前述した目的を達成するために、本発明に係る電流センサは、下記（１）〜（４）を特徴としている。
（１）
主電流が流れる主電流路と、
前記主電流路から分岐すると共に前記主電流路より断面積が小さく、副電流が流れる副電流路と、
前記副電流路の一部である被検出部の周囲に配置され、磁界の強さを検出する磁気検出素子と、
前記被検出部及び前記磁気検出素子を囲うように配置された磁気シールド部材と、
を備え、前記磁気検出素子によって検出された磁界の強さに基づいて前記被検出部を流れる副電流の大きさを測定する電流センサであって、
前記主電流路の延在方向をｙ方向とするｘｙｚ直交座標系において、
前記被検出部は、前記主電流路から所定距離だけ前記ｚ方向の一側に離れたｘｙ平面内にてｘ方向に複数回往復しながらｙ方向に延びる部分であって、前記ｘ方向に沿って延在し前記ｘ方向の第１の向きに副電流が流れる第１部分と、前記第１部分より前記ｙ方向の一側に位置し前記ｘ方向に沿って延在し前記ｘ方向の前記第１の向きと反対の第２の向きに副電流が流れる第２部分と、前記第２部分より前記ｙ方向の一側に位置し前記ｘ方向に沿って延在し前記ｘ方向の前記第１の向きに副電流が流れる第３部分と、を含み、
前記磁気検出素子は、ｙｚ平面に沿う１方向である磁気検出方向のみの磁界の強さを検出し、
前記磁気検出素子として、前記磁気検出方向を有する２つの磁気検出素子を備え、
２つの前記磁気検出素子は、２つの前記磁気検出素子の出力値の和をとることで、それぞれの前記出力値に含まれる前記主電流に起因する磁界とは異なる外部磁界分が相殺されるような位置に配置され、
２つの前記磁気検出素子は、それぞれの前記磁気検出方向が前記ｙ方向となるように、前記ｙ方向における前記第１部分及び前記第３部分に対応する位置にそれぞれ配置された、
電流センサであること。
（２）
主電流が流れる主電流路と、
前記主電流路から分岐すると共に前記主電流路より断面積が小さく、副電流が流れる副電流路と、
前記副電流路の一部である被検出部の周囲に配置され、磁界の強さを検出する磁気検出素子と、
前記被検出部及び前記磁気検出素子を囲うように配置された磁気シールド部材と、
を備え、前記磁気検出素子によって検出された磁界の強さに基づいて前記被検出部を流れる副電流の大きさを測定する電流センサであって、
前記主電流路の延在方向をｙ方向とするｘｙｚ直交座標系において、
前記被検出部は、前記主電流路から所定距離だけ前記ｚ方向の一側に離れたｘｙ平面内にてｘ方向に複数回往復しながらｙ方向に延びる部分であって、前記ｘ方向に沿って延在し前記ｘ方向の第１の向きに副電流が流れる第１部分と、前記第１部分より前記ｙ方向の一側に位置し前記ｘ方向に沿って延在し前記ｘ方向の前記第１の向きと反対の第２の向きに副電流が流れる第２部分と、前記第２部分より前記ｙ方向の一側に位置し前記ｘ方向に沿って延在し前記ｘ方向の前記第１の向きに副電流が流れる第３部分と、を含み、
前記磁気検出素子は、ｙｚ平面に沿う１方向である磁気検出方向のみの磁界の強さを検出し、
前記磁気検出素子として、前記磁気検出方向を有する２つの磁気検出素子を備え、
２つの前記磁気検出素子は、２つの前記磁気検出素子の出力値の差をとることで、それぞれの前記出力値に含まれる前記主電流に起因する磁界とは異なる外部磁界分が相殺されるような位置に配置され、
２つの前記磁気検出素子は、それぞれの前記磁気検出方向が前記ｚ方向となるように、前記ｙ方向における、前記第１部分と前記第２部分との間の中央位置、及び、前記第２部分と前記第３部分との間の中央位置にそれぞれ配置された、
電流センサであること。
（３）
上記（１）又は上記（２）に記載の電流センサにおいて、
前記主電流路は、前記ｘ方向の幅寸法が前記ｚ方向の厚さ寸法より大きい平板状のバスバーで構成された、
電流センサであること。
（４）
上記（１）乃至上記（３）の何れか１つに記載の電流センサにおいて、
前記副電流路は、回路基板に形成されたリードフレームであり、前記回路基板に対して、前記磁気検出素子及び前記磁気シールド部材が固定配置された、
電流センサであること。

上記（１）の構成の電流センサによれば、磁気シールド部材が囲う副電流路は、主電流路から分岐する主電流路より断面積が小さい電流路である。従って、磁気シールド部材が主電流路を囲う態様と比べて、磁気シールド部材を小型化できる。また、副電流路には、主電流路と副電流路との断面積の比率分に相当する分だけ主電流より小さい副電流が流れる。従って、磁気検出素子の出力値に基づいて副電流路を流れる副電流の大きさを測定することで、測定された副電流の大きさと前記断面積の比率分とから、主電流路を流れる主電流の大きさを測定することができる。

ただし、本構成の電流センサのように、副電流路を流れる副電流を測定する際、主電流路を流れる主電流に起因する磁界が外乱として磁気検出素子の出力値に影響を与える可能性がある。この点、本構成の電流センサでは、主電流路はｙ方向に延在するので、主電流に起因する磁界は、主電流路の周方向に沿う方向（即ち、ｘ方向）に発生する。一方、磁気検出素子の磁気検出方向は、（被検出部の周方向に沿うと共に）ｘ方向と直交する方向に設定されている。従って、主電流路を流れる主電流に起因する磁界が外乱として磁気検出素子の出力値に影響を与えることはない。

更に、本構成の電流センサでは、副電流路のうち磁気シールド部材によって囲まれる被検出部は、少なくともｘ方向の成分を有する方向に延在している。このため、被検出部を流れる副電流に起因して被検出部の周方向に沿う方向に発生する磁界は、ｘ方向と直交し且つ被検出部の周方向に沿う任意の方向（即ち、磁気検出方向）の成分であって副電流の大きさに比例する成分を必ず含む。従って、磁気検出素子が磁気検出方向の磁界の強さを検出することによって、副電流の大きさを測定することができる。

更に、複数の磁気検出素子の出力値の和又は差の値は、主電流に起因する磁界とは別に外乱として作用し得る外部磁界による影響も受けない。換言すれば、複数の磁気検出素子の出力値の和又は差の値は、外乱として作用し得る主電流路を流れる主電流に起因する磁界、及び、外乱として作用し得る外部磁界の双方の影響を受けない。この結果、副電流路を流れる副電流の大きさ（従って、主電流の大きさ）を極めて精度良く測定することができる。

更に、２つの磁気検出素子の出力値の和をとることで、それぞれの出力値に含まれる外部磁界分が確実に相殺され、且つ、出力値の和の絶対値が、各出力値の絶対値の２倍となる（後述する図５を参照）。このため、２つの磁気検出素子の出力値の和に基づいて、副電流路を流れる副電流の大きさ（従って、主電流の大きさ）を極めて精度良く測定することができる。

加えて、被検出部の第１、第３部分を流れる副電流の向きと、被検出部の第１、第３部分の間に配置された第２部分を流れる副電流の向きとが逆になっている。このため、磁気シールド部材が受ける、第１、第３部分を流れる副電流に起因する磁界の向きと、第２部分を流れる副電流に起因する磁界の向きとも、逆になる。この結果、磁気シールド部材に
発生する磁気ヒステリシスが低減されるので、磁気ヒステリシスの存在に起因する電流センサの測定精度の低下も抑制され得る。

以上より、本構成の電流センサによれば、大型化を抑制し且つ製造コストの増大を抑制可能であり、且つ、副電流路を流れる副電流の大きさを精度良く測定することで主電流路を流れる主電流の大きさを精度良く測定可能な電流センサを提供することができる。

上記（２）の構成の電流センサによれば、２つの磁気検出素子の出力値の差をとることで、それぞれの出力値に含まれる外部磁界分が確実に相殺され、且つ、出力値の差の絶対値が、各出力値の絶対値の２倍となる（後述する図９を参照）。このため、２つの磁気検出素子の出力値の差に基づいて、副電流路を流れる副電流の大きさ（従って、主電流の大きさ）を極めて精度良く測定することができる。加えて、上記（１）の構成と同様、磁気シールド部材に発生する磁気ヒステリシスが低減されるので、磁気ヒステリシスの存在に起因する電流センサの測定精度の低下も抑制され得る。

上記（３）の構成の電流センサによれば、主電流路の断面形状が円形等の場合と比べて、主電流路のｚ方向の寸法を小さくできる。このため、主電流路の２つの主面の何れか一方の近傍に副電流路（被検出部）を配置することで、電流センサ全体としての大型化を更に一層抑制することができる。

上記（４）の構成の電流センサによれば、主電流路を除く電流センサを構成する全ての部材を、回路基板を含めてパッケージ化することができる。従って、パッケージ化された電流センサのリードフレームを、主電流の大きさを測定したい主電流路に接続し、リードフレームを流れる副電流の大きさを測定することで、主電流の大きさを測定することができる。

本発明によれば、断面積の大きい電流路を流れる大電流の大きさを測定する場合であっても、大型化を抑制し且つ製造コストの増大を抑制可能な電流センサを提供できる。

以上、本発明について簡潔に説明した。更に、以下に説明される発明を実施するための形態（以下「実施形態」という。）を添付の図面を参照して通読することにより、本発明の詳細は更に明確化されるであろう。

図１は、本発明の実施形態に係る電流センサを模式的に示した斜視図である。図２は、図１に示した電流センサをｚ方向から視た平面図である。図３は、図１に示した電流センサをｘ方向から視た側面図である。図４は、図１に示した電流センサをｙ方向から視た側面図である。図５は、ｚ座標が図３に示すｚ＝ｚ１の位置における、副電流に起因する磁界によるｙ方向の磁束密度のｙ座標に対する推移の一例を示すグラフである。図６は、ｚ座標が図３に示すｚ＝ｚ１の位置における、外部磁界によるｙ方向の磁束密度のｙ座標に対する推移の一例を示すグラフである。図７は、本発明の実施形態の変形例に係る電流センサについての図２に対応する平面図である。図８は、図７に示す電流センサについての図３に対応する側面図である。図９は、図７に示す電流センサについての、ｚ座標が図８に示すｚ＝ｚ１の位置における、副電流に起因する磁界によるｚ方向の磁束密度のｙ座標に対する推移の一例を示すグラフである。図１０は、図７に示す電流センサについての、ｚ座標が図８に示すｚ＝ｚ１の位置における、外部磁界によるｚ方向の磁束密度のｙ座標に対する推移の一例を示すグラフである。

＜実施形態＞
以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態に係る電流センサ（以下、「本電流センサ」とも呼ぶ）について説明する。

（本電流センサの構成）
図１〜図４に示すように、本電流センサは、主電流路１０と、主電流路１０から分岐する副電流路２０と、副電流路２０の周囲に配置される磁気検出素子３０と、副電流路２０及び磁気検出素子３０を囲うように配置された磁気シールド部材４０と、を備える。なお、図１では、磁気検出素子３０の記載が省略されている。実際には、これらの部材は、樹脂ケース（図示省略）等に配置され、所定の相対位置関係が維持されるように樹脂ケース等に固定されている。本電流センサは、副電流路２０を流れる副電流の大きさを測定することで、主電流路１０を流れる主電流の大きさを測定する電流センサである。

以下、説明の便宜上、図１等に示すように、「ｘ方向」、「ｙ方向」及び「ｚ方向」を定義する。ｘ方向、ｙ方向、及びｚ方向は、互いに直交している。また、ｚ方向正の向きを「上」、ｚ方向負の向きを「下」と呼ぶこともある。ｘ方向、ｙ方向、及びｚ方向は、それぞれ、本発明の「第２方向」、「第１方向」及び「第３方向」に対応している。以下、本電流センサを構成する各部材について順に説明していく。

主電流路１０は、ｙ方向に直線状に延び、ｘ方向の幅寸法がｚ方向の厚さ寸法より大きい平板状のバスバー（金属プレート）である。主電流路１０には、図２及び図３にて矢印で示すように、ｙ方向正の向きに主電流が流れるものとする。

副電流路２０は、主電流路１０から分岐する断面矩形状の電流路（バスバー）である。副電流路２０は、主電流路１０と同じ金属材料で構成されている。副電流路２０は、本例では、一端２１が、主電流路１０のｘ方向負の向き側の所定位置に接続し、他端２２が、一端２１より主電流路１０の下流側（ｙ方向正の向き側）のｘ方向正の向き側の所定位置に接続している。即ち、主電流路１０におけるｙ方向についての副電流路２０の一端２１及び他端２２の間の部分と、副電流路２０とは、並列回路を構成している。

副電流路２０は、主電流路１０より断面積が小さい。従って、副電流路２０には、主電流路１０と副電流路２０との断面積の比率分に相当する分だけ主電流より小さい副電流が、図２及び図３にて矢印で示すように、一端２１から他端２２に向けて流れる。

図１〜図３に示すように、副電流路２０には、主電流路１０から所定距離だけ上方に離れた位置（ｘ−ｙ平面内）にて、ｘ方向に複数回往復しながらｙ方向に延びる部分（以下、「被検出部２３」と呼ぶ。）が設けられている。具体的には、図２に示すように、被検出部２３は、ｘ方向に沿って延在しｘ方向正の向きに副電流が流れる第１部分２４と、第１部分２４よりｙ方向正の向き側に位置しｘ方向に沿って延在しｘ方向負の向きに副電流が流れる第２部分２５と、第２部分２５よりｙ方向正の向き側に位置しｘ方向に沿って延在しｘ方向正の向きに副電流が流れる第３部分２６と、を含んでいる。

磁気検出素子３０は、本例では、１方向（磁気検出方向）のみの磁界の強さを検出するホール素子であり、図２〜図４に示すように、副電流路２０の被検出部２３から所定距離だけ上方に離れた２か所にそれぞれ配置されている。２つの磁気検出素子３０の具体的な配置については後述される。

磁気シールド部材４０は、副電流路２０の被検出部２３、及び、２つの磁気検出素子３０を囲うように配置されている。具体的には、磁気シールド部材４０は、副電流路２０の被検出部２３の上方をｙ方向に沿って横断するようにｙ方向に延びる平板状の上壁部４１と、上壁部４１のｙ方向両端部から下方に向けて突出する一対の平板状の側壁部４２と、からなり、略Ｕ字状に形成されている。このように、磁気シールド部材４０は、主電流路１０から分岐する主電流路１０より断面積が小さい副電流路２０を囲っている。このため、磁気シールド部材４０が主電流路１０を囲う態様と比べて、磁気シールド部材４０を小型化できる。

磁気シールド部材４０は、本電流センサの周囲の磁界に起因する本電流センサの測定精度の低下を抑制するために設けられている。磁気シールド部材４０は、例えば、パーマロイやケイ素銅などの残留磁束密度が小さい軟磁性材料で構成される。磁気シールド部材４０が軟磁性材料で構成されることで、磁気シールド部材４０の残留磁化に起因する本電流センサの測定精度の低下を抑制することができる。

本電流センサでは、実際には、２つの磁気検出素子３０が固定された回路基板（図示省略）が設けられている。この回路基板には、２つの磁気検出素子３０の出力値に基づいて被検出部２３（従って、副電流路２０）を流れる副電流の大きさを算出する制御装置（図示省略）が設けられている。この制御装置は、このように算出した副電流の大きさと、上述した断面積の比率分とから、主電流路１０を流れる主電流の大きさを算出するようになっている。以上、本電流センサの構成について説明した。

（２つの磁気検出素子３０の配置）
次に、磁気シールド部材４０に囲われるように副電流路２０の被検出部２３の周囲に配置された２つの磁気検出素子３０の配置について、図２〜図６を参照しながら説明する。以下、説明の便宜上、図２〜図４に示すように、被検出部２３の第２部分２５のｘ方向中央位置を原点Ｏとするｘ，ｙ，ｚ座標軸をとる。

本電流センサにおいて、被検出部２３を流れる副電流の大きさを精度良く算出するためには、以下の３つの観点が重要となる。
＜観点１＞
磁気検出素子３０が配置された箇所における、被検出部２３を流れる副電流に起因する磁界の向きが、磁気検出素子３０の磁気検出方向に近い（より好ましくは一致する）こと。
＜観点２＞
磁気検出素子３０の出力値が、外乱として作用し得る「主電流路１０を流れる主電流に起因する磁界」の影響を受けないこと。
＜観点３＞
磁気検出素子３０の出力値が、外乱として作用し得る「主電流に起因する磁界とは異なる外部磁界」（以下、単に「外部磁界」と呼ぶ。）の影響を受けないこと。

以上の３つの観点を全て満足させるため、本例では、図２〜図４に示すように、２つの磁気検出素子３０は、（ｘ座標が０、且つ、ｚ座標がｚ１であり）ｙ方向における第１部分２４及び第３部分２６に対応する位置（ｙ座標がｙ１とｙ２）にそれぞれ配置されている。また、２つの磁気検出素子３０は、それぞれの磁気検出方向がｙ方向と一致するように配置されている。以下、このように２つの磁気検出素子３０を配置したことによって上記３つの観点が満足される理由について、順に述べる。

＜観点１＞について：
副電流路２０に副電流が流れると、図３に磁力線で示すように磁界が発生する。図３に示す磁力線は、副電流に起因する磁界のみによる磁力線を示す。図３から理解できるように、２つの磁気検出素子３０が配置された箇所では、副電流に起因する磁界の向きは、ｙ方向と一致している。即ち、副電流に起因する磁界の向きが、２つの磁気検出素子３０それぞれの磁気検出方向に一致している。これにより、副電流に起因する磁界の向きが磁気検出素子３０の磁気検出方向と交差する場合と比べて、磁気検出素子３０の出力値の大きさが大きくなり、副電流の大きさを精度良く測定できる。

＜観点２＞について：
主電流路１０に主電流が流れると、図４に磁力線で示すように磁界が発生する。図４に示す磁力線は、主電流に起因する磁界のみによる磁力線を示す。図４から理解できるように、２つの磁気検出素子３０が配置された箇所では、主電流に起因する磁界の向きは、ｘ方向と一致している。即ち、主電流に起因する磁界の向きが、２つの磁気検出素子３０それぞれの磁気検出方向（＝ｙ方向）と直交している。従って、２つの磁気検出素子３０のそれぞれの出力値は、外乱として作用し得る「主電流路１０を流れる主電流に起因する磁界」の影響を受けない。これにより、「主電流路１０を流れる主電流に起因する磁界」による副電流の大きさの測定精度の低下を防止できる。

＜観点３＞について：
図５は、副電流路２０に副電流が流れる場合における、副電流に起因する磁界のみによる（ｘ座標が０、且つ、ｚ座標がｚ１である場合における）ｙ方向の磁束密度Ｂｙのｙ座標に対する推移の一例を示す。図５から理解できるように、２つの磁気検出素子３０が配置されている２箇所（ｙ座標がｙ１とｙ２）では、共に、ｙ方向の磁束密度Ｂｙの絶対値が最大となり、且つ、極性が一致している。

図６は、外部磁界による（ｘ座標が０、且つ、ｚ座標がｚ１である場合における）ｙ方向の磁束密度Ｂｙのｙ座標に対する推移の一例を示し、曲線Ｈｘはｘ方向の外部磁界のみが作用した場合の推移を示し、曲線Ｈｙはｙ方向の外部磁界のみが作用した場合の推移を示し、曲線Ｈｚはｚ方向の外部磁界のみが作用した場合の推移を示す。図６から理解できるように、２つの磁気検出素子３０が配置されている２箇所（ｙ座標がｙ１とｙ２）では、ｘ方向及びｙ方向の外部磁界によるｙ方向の磁束密度Ｂｙは略ゼロとなる一方で、ｚ方向の外部磁界によるｙ方向の磁束密度Ｂｙは、極性が異なり且つ絶対値が略同一の大きい値となる。

以上より、２つの磁気検出素子３０のそれぞれの出力値は、ｚ方向の外部磁界の影響を受ける。しかしながら、２つの磁気検出素子３０の出力値の和をとることで、それぞれの出力値に含まれるｚ方向の外部磁界分が確実に相殺され、且つ、出力値の和の絶対値が、各出力値の絶対値の２倍となる。換言すれば、２つの磁気検出素子３０のそれぞれの出力値の和は、外乱として作用し得る外部磁界の影響を受けず、且つ、絶対値が大きい値となる。このため、本例では、２つの磁気検出素子３０の出力値の和に基づいて、副電流路２０を流れる副電流の大きさを算出することで、外部磁界による副電流の大きさの測定精度の低下を防止できる。

以上説明したように、図２〜図４に示す本電流センサ（即ち、２つの磁気検出素子３０が、ｙ方向における第１部分２４及び第３部分２６に対応する位置にて、それぞれの磁気検出方向がｙ方向と一致するように配置される）では、２つの磁気検出素子３０の出力値の和に基づいて被検出部２３を流れる副電流の大きさを算出することで、上記３つの観点が満足される。この結果、被検出部２３を流れる副電流の大きさ（従って、主電流路１０を流れる主電流の大きさ）を精度良く算出することができる。

（作用・効果）
以上より、本電流センサによれば、磁気シールド部材４０が囲う副電流路２０は、主電流路１０から分岐する主電流路１０より断面積が小さい電流路である。従って、磁気シールド部材４０が主電流路１０を囲う態様と比べて、磁気シールド部材４０を小型化できる。また、副電流路２０には、主電流路１０と副電流路２０との断面積の比率分に相当する分だけ主電流より小さい副電流が流れる。従って、磁気検出素子３０の出力値に基づいて副電流路２０を流れる副電流の大きさを測定することで、測定された副電流の大きさと前記断面積の比率分とから、主電流路１０を流れる主電流の大きさを測定することができる。

更に、本電流センサでは、２つの磁気検出素子３０の出力値の和に基づいて被検出部２３を流れる副電流の大きさを算出することで、上記３つの観点が満足される。この結果、被検出部２３を流れる副電流の大きさ（従って、主電流路１０を流れる主電流の大きさ）を精度良く算出することができる。

更に、本電流センサでは、図３から理解できるように、被検出部２３の第１、第３部分２４，２６を流れる副電流の向きと、被検出部２３の第１、第３部分２４，２６の間に配置された第２部分２５を流れる副電流の向きとが逆になっている。このため、磁気シールド部材４０が受ける、第１、第３部分２４，２６を流れる副電流に起因する磁界の向きと、第２部分２５を流れる副電流に起因する磁界の向きとも、逆になる。この結果、磁気シールド部材４０に発生する磁気ヒステリシスが低減されるので、磁気ヒステリシスの存在に起因する電流センサの測定精度の低下も抑制され得る。

（他の態様）
なお、本発明は上記各実施形態に限定されることはなく、本発明の範囲内において種々の変形例を採用できる。例えば、本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、適宜、変形、改良、等が可能である。その他、上述した実施形態における各構成要素の材質、形状、寸法、数、配置箇所、等は本発明を達成できるものであれば任意であり、限定されない。

例えば、上記実施形態では、図２〜図４に示すように、２つの磁気検出素子３０が、ｙ方向における第１部分２４及び第３部分２６に対応する位置（ｙ座標がｙ１とｙ２）にて、それぞれの磁気検出方向がｙ方向と一致するように配置されている。これに対し、図７及び図８に示すように、２つの磁気検出素子３０が、ｙ方向における第１部分２４及び第２部分２５の間の中央位置（ｙ座標がｙ３）、及び、ｙ方向における第２部分２５及び第３部分２６の間の中央位置（ｙ座標がｙ４）にて、それぞれの磁気検出方向がｚ方向と一致するように配置されていてもよい。この図７及び図８に示す態様によっても、上記３つの観点が満足される。以下、この点について説明する。

＜観点１＞について：
副電流路２０に副電流が流れると、図８に磁力線で示すように磁界が発生する。図８に示す磁力線は、副電流に起因する磁界のみによる磁力線を示す。図８から理解できるように、２つの磁気検出素子３０が配置された箇所では、副電流に起因する磁界の向きは、ｚ方向と一致している。即ち、副電流に起因する磁界の向きが、２つの磁気検出素子３０それぞれの磁気検出方向に一致している。これにより、副電流に起因する磁界の向きが磁気検出素子３０の磁気検出方向と交差する場合と比べて、磁気検出素子３０の出力値の大きさが大きくなり、副電流の大きさを精度良く測定できる。

＜観点２＞について：
主電流路１０に主電流が流れると、図４に磁力線で示すように磁界が発生する。図４に示す磁力線は、主電流に起因する磁界のみによる磁力線を示す。図４から理解できるように、２つの磁気検出素子３０が配置された箇所では、主電流に起因する磁界の向きは、ｘ方向と一致している。即ち、主電流に起因する磁界の向きが、２つの磁気検出素子３０それぞれの磁気検出方向（＝ｚ方向）と直交している。従って、２つの磁気検出素子３０のそれぞれの出力値は、外乱として作用し得る「主電流路１０を流れる主電流に起因する磁界」の影響を受けない。これにより、「主電流路１０を流れる主電流に起因する磁界」による副電流の大きさの測定精度の低下を防止できる。

＜観点３＞について：
図９は、副電流路２０に副電流が流れる場合における、副電流に起因する磁界のみによる（ｘ座標が０、且つ、ｚ座標がｚ１である場合における）ｚ方向の磁束密度Ｂｚのｙ座標に対する推移の一例を示す。図９から理解できるように、２つの磁気検出素子３０が配置されている２箇所（ｙ座標がｙ３とｙ４）では、共に、ｚ方向の磁束密度Ｂｚの絶対値が最大となり、且つ、極性が逆になっている。

図１０は、外部磁界による（ｘ座標が０、且つ、ｚ座標がｚ１である場合における）ｚ方向の磁束密度Ｂｚのｙ座標に対する推移の一例を示し、曲線Ｈｘはｘ方向の外部磁界のみが作用した場合の推移を示し、曲線Ｈｙはｙ方向の外部磁界のみが作用した場合の推移を示し、曲線Ｈｚはｚ方向の外部磁界のみが作用した場合の推移を示す。図１０から理解できるように、２つの磁気検出素子３０が配置されている２箇所（ｙ座標がｙ３とｙ４）では、ｘ方向及びｙ方向の外部磁界によるｚ方向の磁束密度Ｂｚは略ゼロとなる一方で、ｚ方向の外部磁界によるｚ方向の磁束密度Ｂｚは、極性が一致し且つ絶対値が略同一の大きい値となる。

以上より、２つの磁気検出素子３０のそれぞれの出力値は、ｚ方向の外部磁界の影響を受ける。しかしながら、２つの磁気検出素子３０の出力値の差をとることで、それぞれの出力値に含まれるｚ方向の外部磁界分が確実に相殺され、且つ、出力値の差の絶対値が、各出力値の絶対値の２倍となる。換言すれば、２つの磁気検出素子３０のそれぞれの出力値の差は、外乱として作用し得る外部磁界の影響を受けず、且つ、絶対値が大きい値となる。このため、図７及び図８に示す例では、２つの磁気検出素子３０の出力値の差に基づいて、副電流路２０を流れる副電流の大きさを算出することで、外部磁界による副電流の大きさの測定精度の低下を防止できる。

以上説明したように、図７及び図８に示す例（即ち、２つの磁気検出素子３０が、ｙ方向における第１部分２４及び第２部分２５の間の中央位置、及び、ｙ方向における第２部分２５及び第３部分２６の間の中央位置にて、それぞれの磁気検出方向がｚ方向と一致するように配置される）では、２つの磁気検出素子３０の出力値の差に基づいて被検出部２３を流れる副電流の大きさを算出することで、上記３つの観点が満足される。この結果、被検出部２３を流れる副電流の大きさ（従って、主電流路１０を流れる主電流の大きさ）を精度良く算出することができる。

更に、上記実施形態では、副電流路２０の被検出部２３（第１〜第３部分２４〜２６）がｘ方向に沿って延在している。これに対し、副電流路２０の被検出部２３（第１〜第３部分２４〜２６）がｘ方向に交差する（少なくともｘ方向の成分を有する）方向に延在していてもよい。

更に、上記実施形態では、磁気検出素子３０の磁気検出方向がｙ方向又はｚ方向と一致しているが、ｘ方向と直交し且つ被検出部２３の周方向に沿う任意の１方向であればよい。これによっても、磁気検出素子３０の出力値は、外乱として作用し得る「主電流路１０を流れる主電流に起因する磁界」の影響を受けない。

更に、上記実施形態では、磁気検出素子として２つの磁気検出素子３０が配置されているが、３つ以上の磁気検出素子を配置して上記実施形態と同様の作用・効果が得られるように構成することも可能である。一方、単一の磁気検出素子３０が配置されていてもよい。ただし、この場合、単一の磁気検出素子３０の出力値は、外乱として作用し得る外部磁界の影響を受けるので、副電流の大きさの測定精度が低下する。

更に、副電流路２０は、回路基板に形成されたリードフレームであり、その回路基板に対して、磁気検出素子３０及び磁気シールド部材４０が固定配置されていてもよい。この場合、主電流路１０を除く電流センサを構成する全ての部材を回路基板を含めて、樹脂ケース等を用いてパッケージ化することができる。従って、パッケージ化された電流センサのリードフレームを、主電流の大きさを測定したい主電流路に接続し、リードフレームを流れる副電流の大きさを測定することで、主電流の大きさを測定することができる。

更に、上記実施形態では、主電流路１０がバスバー（平板状の金属プレート）で構成されている。これに対し、主電流路１０が断面円形の太い電線（単線、及び、複線の別を問わない）であってもよい。また、主電流路１０における副電流路２０の端部が接続される箇所（分岐及び合流する箇所）は、主電流路１０における任意の位置であってよい。

ここで、上述した本発明の実施形態に係る電流センサの特徴をそれぞれ以下（１）〜（７）に簡潔に纏めて列記する。
（１）
主電流が流れる主電流路（１０）と、
前記主電流路（１０）から分岐すると共に前記主電流路（１０）より断面積が小さく、副電流が流れる副電流路（２０）と、
前記副電流路（２０）の一部である被検出部（２３）の周囲に配置され、磁界の強さを検出する磁気検出素子（３０）と、
前記被検出部（２３）及び前記磁気検出素子（３０）を囲うように配置された磁気シールド部材（４０）と、
を備え、前記磁気検出素子（３０）によって検出された磁界の強さに基づいて前記被検出部（２３）を流れる副電流の大きさを測定する電流センサであって、
前記主電流路（１０）の延在方向を第１方向とし、前記第１方向と直交し且つ前記主電流路（１０）の周方向に沿う方向を第２方向とし、前記第１方向及び前記第２方向と直交する方向を第３方向としたとき、
前記被検出部（２３）は、少なくとも前記第２方向の成分を有する方向に延在し、
前記磁気検出素子（３０）は、前記第２方向と直交し且つ前記被検出部（２３）の周方向に沿う１方向である磁気検出方向のみの磁界の強さを検出する、
電流センサ。
（２）
上記（１）に記載の電流センサにおいて、
前記被検出部（２３）は、前記第２方向に沿って延在している、
電流センサ。
（３）
上記（１）又は上記（２）に記載の電流センサにおいて、
前記磁気検出素子として、前記磁気検出方向を有する複数の磁気検出素子（３０）を備え、
複数の前記磁気検出素子（３０）は、複数の前記磁気検出素子（３０）の出力値の和又は差をとることで、それぞれの前記出力値に含まれる前記主電流に起因する磁界とは異なる外部磁界分が相殺されるような位置に配置された、
電流センサ。
（４）
上記（３）に記載の電流センサにおいて、
前記被検出部（２３）は、前記第２方向に沿って延在し前記第２方向の第１の向きに副電流が流れる第１部分（２４）と、前記第１部分（２４）より前記第１方向の一側に位置し前記第２方向に沿って延在し前記第２方向の前記第１の向きと反対の第２の向きに副電流が流れる第２部分（２５）と、前記第２部分（２５）より前記第１方向の一側に位置し前記第２方向に沿って延在し前記第２方向の前記第１の向きに副電流が流れる第３部分（２６）と、を含み、
２つの前記磁気検出素子（３０）は、それぞれの前記磁気検出方向が前記第１方向となるように、前記第１方向における前記第１部分（２４）及び前記第３部分（２６）に対応する位置にそれぞれ配置された、
電流センサ。
（５）
上記（３）に記載の電流センサにおいて、
前記被検出部（２３）は、前記第２方向に沿って延在し前記第２方向の第１の向きに副電流が流れる第１部分（２４）と、前記第１部分（２４）より前記第１方向の一側に位置し前記第２方向に沿って延在し前記第２方向の前記第１の向きと反対の第２の向きに副電流が流れる第２部分（２５）と、前記第２部分（２５）より前記第１方向の一側に位置し前記第２方向に沿って延在し前記第２方向の前記第１の向きに副電流が流れる第３部分（２６）と、を含み、
２つの前記磁気検出素子（３０）は、それぞれの前記磁気検出方向が前記第３方向となるように、前記第１方向における、前記第１部分（２４）と前記第２部分（２５）との間の中央位置、及び、前記第２部分（２５）と前記第３部分（２６）との間の中央位置にそれぞれ配置された、
電流センサ。
（６）
上記（１）乃至（５）の何れか１つに記載の電流センサにおいて、
前記主電流路（１０）は、前記第２方向の幅寸法が前記第３方向の厚さ寸法より大きい平板状のバスバーで構成された、
電流センサ。
（７）
上記（１）乃至上記（６）の何れか１つに記載の電流センサにおいて、
前記副電流路（２０）は、回路基板に形成されたリードフレームであり、前記回路基板に対して、前記磁気検出素子（３０）及び前記磁気シールド部材（４０）が固定配置された、
電流センサ。

１０主電流路
２０副電流路
２３被検出部
２４第１部分
２５第２部分
２６第３部分
３０磁気検出素子
４０磁気シールド部材

Claims

主電流が流れる主電流路と、
前記主電流路から分岐すると共に前記主電流路より断面積が小さく、副電流が流れる副電流路と、
前記副電流路の一部である被検出部の周囲に配置され、磁界の強さを検出する磁気検出素子と、
前記被検出部及び前記磁気検出素子を囲うように配置された磁気シールド部材と、
を備え、前記磁気検出素子によって検出された磁界の強さに基づいて前記被検出部を流れる副電流の大きさを測定する電流センサであって、
前記主電流路の延在方向をｙ方向とするｘｙｚ直交座標系において、
前記被検出部は、前記主電流路から所定距離だけ前記ｚ方向の一側に離れたｘｙ平面内にてｘ方向に複数回往復しながらｙ方向に延びる部分であって、前記ｘ方向に沿って延在し前記ｘ方向の第１の向きに副電流が流れる第１部分と、前記第１部分より前記ｙ方向の一側に位置し前記ｘ方向に沿って延在し前記ｘ方向の前記第１の向きと反対の第２の向きに副電流が流れる第２部分と、前記第２部分より前記ｙ方向の一側に位置し前記ｘ方向に沿って延在し前記ｘ方向の前記第１の向きに副電流が流れる第３部分と、を含み、
前記磁気検出素子は、ｙｚ平面に沿う１方向である磁気検出方向のみの磁界の強さを検出し、
前記磁気検出素子として、前記磁気検出方向を有する２つの磁気検出素子を備え、
２つの前記磁気検出素子は、２つの前記磁気検出素子の出力値の和をとることで、それぞれの前記出力値に含まれる前記主電流に起因する磁界とは異なる外部磁界分が相殺されるような位置に配置され、
２つの前記磁気検出素子は、それぞれの前記磁気検出方向が前記ｙ方向となるように、前記ｙ方向における前記第１部分及び前記第３部分に対応する位置にそれぞれ配置された、
電流センサ。
主電流が流れる主電流路と、
前記主電流路から分岐すると共に前記主電流路より断面積が小さく、副電流が流れる副電流路と、
前記副電流路の一部である被検出部の周囲に配置され、磁界の強さを検出する磁気検出素子と、
前記被検出部及び前記磁気検出素子を囲うように配置された磁気シールド部材と、
を備え、前記磁気検出素子によって検出された磁界の強さに基づいて前記被検出部を流れる副電流の大きさを測定する電流センサであって、
前記主電流路の延在方向をｙ方向とするｘｙｚ直交座標系において、
前記被検出部は、前記主電流路から所定距離だけ前記ｚ方向の一側に離れたｘｙ平面内にてｘ方向に複数回往復しながらｙ方向に延びる部分であって、前記ｘ方向に沿って延在し前記ｘ方向の第１の向きに副電流が流れる第１部分と、前記第１部分より前記ｙ方向の一側に位置し前記ｘ方向に沿って延在し前記ｘ方向の前記第１の向きと反対の第２の向きに副電流が流れる第２部分と、前記第２部分より前記ｙ方向の一側に位置し前記ｘ方向に沿って延在し前記ｘ方向の前記第１の向きに副電流が流れる第３部分と、を含み、
前記磁気検出素子は、ｙｚ平面に沿う１方向である磁気検出方向のみの磁界の強さを検出し、
前記磁気検出素子として、前記磁気検出方向を有する２つの磁気検出素子を備え、
２つの前記磁気検出素子は、２つの前記磁気検出素子の出力値の差をとることで、それぞれの前記出力値に含まれる前記主電流に起因する磁界とは異なる外部磁界分が相殺されるような位置に配置され、
２つの前記磁気検出素子は、それぞれの前記磁気検出方向が前記ｚ方向となるように、前記ｙ方向における、前記第１部分と前記第２部分との間の中央位置、及び、前記第２部分と前記第３部分との間の中央位置にそれぞれ配置された、
電流センサ。
請求項１又は請求項２に記載の電流センサにおいて、
前記主電流路は、前記ｘ方向の幅寸法が前記ｚ方向の厚さ寸法より大きい平板状のバスバーで構成された、
電流センサ。
請求項１乃至請求項３の何れか１つに記載の電流センサにおいて、
前記副電流路は、回路基板に形成されたリードフレームであり、前記回路基板に対して、前記磁気検出素子及び前記磁気シールド部材が固定配置された、
電流センサ。