JP7099483B2 - 電流センサ - Google Patents

Description

本発明は電流センサに関する。

電流線を流れる電流を、電流によって励起される磁界を検出することによって測定する電流センサが知られている。特許文献１には、バスバー（電流線）を包囲する開いたメインコアと、メインコアの開放端に隣接してメインコアの外側に配置された開いたサブコアと、を有する電流センサが開示されている。感磁素子はメインコアの開放端の間に配置されている。メインコアは集磁の目的で設けられている。メインコアは磁性体で形成されているため、電流線の非通電時に残留磁化が発生する。感磁素子は非通電時にも残留磁化に基づく磁界を検出する。この磁界は電流線を流れる電流によって発生するものではないため、測定誤差の一因となる。しかし、サブコアには、メインコアと反対方向の残留磁化が生じる。このため、サブコアの残留磁化に基づく磁界がメインコアの残留磁化に基づく磁界を弱め、メインコアの残留磁化の影響が低減される。

特開２０１３－２２８３１５号公報

特許文献１に記載された電流センサは、サブコアの残留磁化がメインコアの残留磁化を弱める範囲が限定されている。このため、感磁素子の配置に関し制約が大きい。

本発明は、残留磁化の影響をより容易に低減することの可能な電流センサを提供することを目的とする。

本発明の電流センサは、電流によって磁化される磁気回路と、電流の通電時の磁界と、電流の非通電時の磁気回路の残留磁化による磁界と、が同じ方向を向く位置に配置された第１の感磁素子と、電流の通電時の磁界と、電流の非通電時の磁気回路の残留磁化による磁界と、が反対方向を向く位置に配置された第２の感磁素子と、を有する。

本発明によれば、残留磁化の影響をより容易に低減することの可能な電流センサを提供することができる。

第１の実施形態に係る電流センサの概要図である。 図１に示す電流センサに印加される外部磁界を示す概念図である。 感磁素子の位置とヒステリシスとの関係を示すグラフである。 第１の実施形態の変形例に係る電流センサの概要図である。 第１の実施形態の変形例に係る電流センサの概要図である。 第１の実施形態の変形例に係る電流センサの概要図である。 第１の実施形態の変形例に係る電流センサの概要図である。 第１の実施形態の変形例に係る電流センサの概要図である。 第１の実施形態の変形例に係る電流センサの概要図である。 第２の実施形態に係る電流センサの概要図である。 図１０に示す電流センサに印加される外部磁界を示す概念図である。 第３の実施形態に係る電流センサの概要図である。

以下、図面を参照して本発明の電流センサ１Ａ～１Ｊのいくつかの実施形態について説明する。以下の説明において、電流線２Ａ，２Ｂの延びる方向をＸ方向、電流線２Ａ，２Ｂの中心軸から第１の感磁素子５の中心に引いた法線の延びる方向をＺ方向、Ｘ方向及びＺ方向と直交する方向をＹ方向という。電流線がバスバーの場合、Ｙ方向はバスバーの幅方向と平行である。各図において、電流線２Ａ，２Ｂの通電時に第１の感磁素子５に印加される磁界の向きを＋Ｙ方向、その反対向きの方向を－Ｙ方向という。本発明の電流センサは電流線２Ａ，２Ｂを流れる電流を測定するものであり、電流線２Ａ，２Ｂ自体は電流センサに含まれない。ただし、電流センサの近傍の電流線を電流センサの一部として組み込むことは可能である。電流線２Ａ，２Ｂは電流が流れる領域の一例であり、以下の実施形態は電流線を対象に説明するが、電流が流れる領域は電流線に限らず、連続した導電体であればよい。

（第１の実施形態）
図１（ａ）は第１の実施形態に係る電流センサ１Ａの斜視図、図１（ｂ）は図１（ａ）のＡ－Ａ線に沿った断面図である。電流センサ１Ａは、電流線２Ａを包囲する第１の磁気回路３Ａと、電流線２Ａの外部に位置する第２の磁気回路４Ａと、を有している。第１の磁気回路３Ａと第２の磁気回路４Ａは、Ｘ方向と直交する同一の面内（Ｙ－Ｚ面内）にある。第１の磁気回路３Ａと第２の磁気回路４ＡはＮｉＦｅなどの軟磁性体のコアからなる磁気回路である。電流線２Ａは矩形断面を有する平板状のバスバーである。電流センサ１Ａは、例えばバッテリーに接続されたバスバーを流れる電流を測定するために用いられるが、電流線２Ａの構成や種類は何ら限定されない。

第１の磁気回路３Ａは、Ｘ方向からみて、Ｙ方向に延びる一対の長辺３１Ａ，３１Ｂと、Ｚ方向に延び、長辺３１Ａ，３１Ｂと直交する一対の短辺３２Ａ，３２Ｂと、を有する概ね矩形の形状を有している。第１の磁気回路３Ａは、電流線２Ａを包囲する開いた磁気回路である。一方の長辺３１Ｂの中央部に欠損部３３が設けられ、欠損部３３の両側に第１の磁気回路３Ａの開放端３４Ａ，３４Ｂが位置している。欠損部３３が設けられた長辺３１Ｂの残部は、第１の磁気回路３Ａの両側端部領域３５Ａ，３５Ｂを形成している。第２の磁気回路４Ａは、Ｚ方向において、第１の磁気回路３Ａと隣接して設けられている。第２の磁気回路４Ａは電流線２Ａの外部に位置しており、電流線２Ａを包囲していない。第２の磁気回路４Ａも第１の磁気回路３Ａと同様、Ｙ方向に延びる一対の長辺４１Ａ，４１Ｂと、Ｚ方向に延びる一対の短辺４２Ａ，４２Ｂと、を有する概ね矩形の形状を有している。第２の磁気回路４Ａも開いた磁気回路である。一方の長辺４１Ｂの中央部に欠損部４３が設けられ、欠損部４３の両側に第２の磁気回路４Ａの開放端４４Ａ，４４Ｂが位置している。欠損部４３が設けられた長辺４１Ｂの残部は、第２の磁気回路４Ａの両側端部領域４５Ａ，４５Ｂを形成している。第２の磁気回路４Ａの欠損部４３は第１の磁気回路３Ａの欠損部３３と対向している。第２の磁気回路４Ａの両側端部領域４５Ａ，４５Ｂは、第１の磁気回路３Ａの両側端部領域３５Ａ，３５Ｂに沿ってＹ方向に延びている。この構成によって、第２の磁気回路４Ａが第１の磁気回路３Ａによって磁化されやすくなる。

第１の感磁素子５が第１の磁気回路３Ａの欠損部３３、すなわち両側開放端３４Ａ，３４Ｂの間に設けられている。第２の感磁素子６が第２の磁気回路４Ａの欠損部４３、すなわち両側開放端４４Ａ，４４Ｂの間に設けられている。第１及び第２の感磁素子５，６はホール素子であるが、ＡＭＲ素子、ＴＭＲ素子、ＧＭＲ素子などの磁気抵抗効果素子であってもよい。第１及び第２の感磁素子５，６の感磁方向はＹ方向であり、互いに平行である。具体的には、第１の感磁素子５は第１の磁気回路３Ａの両側開放端３４Ａ，３４Ｂを結ぶＹ方向の磁界を検出し、第２の感磁素子６は第２の磁気回路４Ａの両側開放端４４Ａ，４４Ｂを結ぶＹ方向の磁界を検出する。第１の感磁素子５と第２の感磁素子６の出力の極性は同じである。すなわち、同じ方向の磁界が印加されたときに、第１の感磁素子５の出力の符号と第２の感磁素子６の出力の符号は同じである。第１の感磁素子５と第２の感磁素子６は電流線２Ａの同じ側にあり、共通の基板７に搭載されている。このため、電流センサ１Ａの組み立て工程が単純化される。

電流センサ１Ａは、第１の感磁素子５に接続された第１の増幅器８と、第２の感磁素子６に接続された第２の増幅器９と、第１の増幅器８と第２の増幅器９とに接続された加算器１０と、を有している。第１の増幅器８と第２の増幅器９と加算器１０は基板７に配置されている。第１の増幅器８は第１の感磁素子５の出力を増幅し、第２の増幅器９は第２の感磁素子６の出力を増幅する。加算器１０は、第１の増幅器８の出力と第２の増幅器９の出力を加算する。電流センサ１Ａは加算器１０の出力を外部に出力する。

図２（ａ）は電流線２Ａの通電時の、図２（ｂ）は電流線２Ａの非通電時の、電流センサ１Ａに印加される外部磁界を概念的に示している。図２（ｃ），２（ｄ）はそれぞれ、シミュレーションに基づく、図２（ａ），２（ｂ）のＡ部拡大図を示している。図２（ａ）に実線で示すように、電流線２Ａの通電時には、電流線２Ａの周囲に時計回りの磁束が形成される。第１の磁気回路３Ａは電流線２Ａが発生する磁束に沿った形状を有しているため、図中に示すように、時計回りに磁化され、且つ集磁効果を奏する。図２（ｃ）に示すように、第１の磁気回路３Ａの両側開放端３４Ａ，３４Ｂの間には、電流線２Ａの発生する磁界と第１の磁気回路３Ａの発生する磁界とによって、＋Ｙ方向の強い磁界が発生する。このときの、第１の感磁素子５の出力を正とする。図２（ａ）に示すように、第１の磁気回路３Ａの左側の端部領域３５Ａを出た磁束の一部は、第２の磁気回路４Ａの左側の端部領域４５Ａに吸い込まれ、第２の磁気回路４Ａに沿って時計回りに進み、右側の端部領域４５Ｂから、第１の磁気回路３Ａの右側の端部領域３５Ａに吸い込まれる。図２（ｃ）に示すように、第２の磁気回路４Ａの両側開放端４４Ａ，４４Ｂの間には、全体的には、右側の開放端４４Ｂから左側の開放端４４Ａに向かう－Ｙ方向の磁界ではなく、左側の開放端４４Ａから右側の開放端４４Ｂに向かう＋Ｙ方向の磁界が印加される。つまり、第２の磁気回路４Ａは時計回りに磁化されるが、第１の磁気回路３Ａの影響によって、両側開放端４４Ａ，４４Ｂの間には両側開放端３４Ａ，３４Ｂと同じ向きの磁界が生じる。この結果、第２の感磁素子６の出力も正となる。

図２（ｂ）に破線で示すように、電流線２Ａの非通電時、すなわち、電流線２Ａに流れる電流がなくなると、第１及び第２の磁気回路３，４には残留磁気が発生する。第１及び第２の磁気回路３，４の残留磁気の向きは、通電時の第１及び第２の磁気回路３，４の磁化方向に一致する。このため、第１の磁気回路３Ａの両側開放端３４Ａ，３４Ｂの間には＋Ｙ方向の磁界が生じ、第１の感磁素子５の出力は依然として正である。これに対し、第２の磁気回路４Ａの両側開放端４４Ａ，４４Ｂの間には、－Ｙ方向の磁界が生じ、第２の感磁素子６の出力は負となる。これは、電流線２Ａの発生する磁界の影響がなくなるためである。つまり、電流線２Ａを包囲する第１の磁気回路３Ａの両側開放端３４Ａ，３４Ｂの間にある第１の感磁素子５の出力は、通電時も非通電時も正となるが、電流線２Ａの外部に位置する第２の磁気回路４Ａの両側開放端４４Ａ，４４Ｂの間にある第２の感磁素子６の出力は、通電時は正、非通電時は負となる。これは、本質的には、第１の感磁素子５と第２の感磁素子６が電流線２Ａの同じ側にあるためである。

このように、非通電時には、第１の感磁素子５が検出する磁界と第２の感磁素子６が検出する磁界の向き（符号）が異なる。このため、第１の感磁素子５の出力と第２の感磁素子６の出力の和を求めることで、非通電時の第１及び第２の磁気回路３，４の残留磁化によるヒステリシスを相殺し、低減することができる。一方、通電時には、第１の感磁素子５が検出する磁界と第２の感磁素子６が検出する磁界の向き（符号）は同じとなる。このため、第１の感磁素子５の出力と第２の感磁素子６の出力の和を求めることで、出力を高めることができる。従って、本実施形態の電流センサ１Ａは、ヒステリシスを低減しつつ、ＳＮ比を向上させることができる。

図３は、ヒステリシスに対する感磁素子の位置の影響を示している。図３（ａ）に示すように、本実施形態の第１及び第２の感磁素子５，６の位置をＺ方向に変化させ、ヒステリシスの変化を求めた。第１の感磁素子５と第２の感磁素子６のＺ方向の間隔は一定としている。比較例では、図３（ｂ）に示すように、感磁素子１０５の位置をＺ方向に変化させ、ヒステリシスの変化を求めた。比較例では一つの感磁素子１０５が第１の感磁素子５と第２の感磁素子６の間に設けられている。ヒステリシスは（残留磁束密度／検知磁束密度）×測定最大電流（Ａ）として求めた。図３（ｃ）において、横軸は感磁素子のＺ方向位置を、縦軸はヒステリシス（本実施形態においては、第１の感磁素子５と第２の感磁素子６のＺ方向位置におけるヒステリシスの合計値）を示している。本実施形態では、非通電時における第１の感磁素子５の出力と第２の感磁素子６の出力の和が、最適位置でゼロとなっている。比較例では、非通電時における感磁素子の出力が、最適位置でゼロとなっている。感磁素子のＺ方向位置が最適位置から離れるに従い、残留磁束密度が増加し、ヒステリシスが増加する。

本実施形態では第１及び第２の感磁素子５，６のＺ方向位置の変化に対するヒステリシスの変化が小さい。これに対し、比較例では、感磁素子１０５のＺ方向位置の変化に対するヒステリシスの変化が大きい。これは、本実施形態では、第１及び第２の感磁素子５，６のＺ方向位置の許容範囲が大きいことを意味する。比較例では、ヒステリシスの小さい範囲が限定される。このため、感磁素子１０５の設置される領域で残留磁束ができるだけゼロに近づくように、第１及び第２の磁気回路３，４の形状、位置関係などを最適化する必要がある。これに対して、本実施形態ではこのような最適化の必要性が小さい。さらに、本実施形態では、非通電時における第１の感磁素子５の出力と第２の感磁素子６の出力の絶対値が同じでない場合でも、第１の増幅器８と第２の増幅器９の利得を調整することで、第１の感磁素子５の出力と第２の感磁素子６の出力を容易に相殺することができる。具体的には、第１の増幅器８と第２の増幅器９の利得を、非通電時の第１の増幅器８の出力と非通電時の第２の増幅器９の出力の絶対値が同程度となるように設定することができる。本実施形態では、第１及び第２の磁気回路３，４の形状、位置関係などを決定する際、ヒステリシスを重要な因子として考慮する必要がなくなる。比較例では、このように増幅器の利得を調整することでヒステリシスを抑制することは原理的に不可能である。

本実施形態の一変形例として、第１の感磁素子５と第２の感磁素子６の出力の極性を互いに異ならせることができる。具体的には、同じ方向の磁界が印加されたときに、第１の感磁素子５の出力の符号と第２の感磁素子６の出力の符号とを逆にする。ホール素子の場合、第１の感磁素子５と第２の感磁素子６に印加される電流の向きを逆にすればよい。これによって、正に帯電する面と負に帯電する面が入れ替わり、出力の符号を逆にすることができる。磁気抵抗効果素子の場合、第１の感磁素子５の磁気固定層と第２の感磁素子６の磁気固定層の磁化方向を逆にすればよい。第１の感磁素子５または第２の感磁素子６の出力の極性を逆にすると、第１の感磁素子５の出力の符号と第２の感磁素子６の出力の符号は、通電時に異なり、非通電時に一致する。従って、本変形例では、減算器など、第１の感磁素子５の出力と第２の感磁素子６の出力の差を求める手段を設けることで、上記実施形態と同様の効果を得ることができる。

図４には本実施形態の他の変形例を示す。図４（ａ）は本変形例に係る電流センサ１Ｂの斜視図、図４（ｂ）は図４（ａ）のＡ－Ａ線に沿った断面図、図４（ｃ）は図４（ａ）のＢ－Ｂ線に沿った断面図である。第１の磁気回路３Ａと第２の磁気回路４ＡはＸ方向に並んで配置されている。すなわち、第１の磁気回路３Ａと第２の磁気回路４Ａは、Ｘ方向と直交する互いに異なるＹ－Ｚ面内にある。第１の磁気回路３Ａは電流線２Ａを包囲しており、第２の磁気回路４Ａは電流線２Ａの外部にある。本変形例においても、第１及び第２の磁気回路３，４は上記実施形態と同様に磁化される。図４（ａ）に示すように、通電時に、磁束は第１の磁気回路３Ａの端部領域３５Ａから第２の磁気回路４Ａの端部領域４５ＡにＸ方向に流れ、第２の磁気回路４Ａの反対側の端部領域４５Ｂから第１の磁気回路３Ａの端部領域３５ＢにＸ方向に流れる。第２の磁気回路４Ａ内の磁束の流れは上記実施形態と同一である。従って、第２の磁気回路４Ａの両側開放端４４Ａ，４４Ｂの間の磁界は、通電時と非通電時で逆方向を向く。本変形例によれば、電流センサ１ＢのＺ方向の寸法を抑制することができる。

図５には本実施形態の他の変形例を示す。図５（ａ）は本変形例に係る電流センサ１Ｃの斜視図、図５（ｂ）は図５（ａ）のＡ－Ａ線に沿った断面図、図５（ｃ）は図５（ａ）のＢ－Ｂ線に沿った断面図である。第１の磁気回路３ＡはＸ方向と直交するＹ－Ｚ面内にあり、第２の磁気回路４ＡはＸ方向と平行なＸ－Ｙ面内にある。第１の磁気回路３Ａの欠損部３３と第２の磁気回路４Ａの欠損部４３は対向しているため、第１の感磁素子５の出力と第２の感磁素子６は共通の基板７に搭載可能である。本変形例においても、第２の磁気回路４Ａにおける磁束の流れは上記実施形態と同じであり、上記実施形態と同様の効果を奏する。

図６には本実施形態の他の変形例を示す。図６（ａ）は本変形例に係る電流センサ１Ｄの斜視図、図６（ｂ）は図６（ａ）のＡ－Ａ線に沿った断面図である。第１の磁気回路３Ａと第２の磁気回路４Ａは電流線２Ａの延びる方向と直交する同一の面内にある。第２の磁気回路４Ａは第１の磁気回路３Ａの内側に位置している。第１の磁気回路３Ａの欠損部３３と第２の磁気回路４Ａの欠損部４３は対向しているため、第１の感磁素子５の出力と第２の感磁素子６は共通の基板７に搭載可能である。本変形例においても、第２の磁気回路４Ａにおける磁束の流れは上記実施形態と同じであり、上記実施形態と同様の効果を奏する。

図７には本実施形態の他の変形例を示す。図７（ａ）は本変形例に係る電流センサ１Ｅの斜視図、図７（ｂ）は図７（ａ）のＡ－Ａ線に沿った断面図である。本変形例では、上記実施形態の第１の磁気回路３Ａの第２の磁気回路４Ａと対向する長辺３１Ｂが省略されている。第１の磁気回路３Ａは、Ｚ方向からみて、Ｙ方向に延びる一つの長辺３１Ａと、長辺３１Ａの両端に直角に接続された、Ｚ方向に延びる一対の短辺３２Ａ，３２Ｂと、からなっている。２つの短辺３２Ａ，３２Ｂの長辺３１Ａと反対側の端部が第１の磁気回路３Ａの両側開放端３４Ａ，３４Ｂを形成している。第２の磁気回路４Ａは、Ｚ方向からみて、上記実施形態と同様、Ｙ方向に延びる一対の長辺４１Ａ，４１ＢとＺ方向に延びる一対の短辺４２Ａ，４２Ｂと、を有する矩形形状を有している。一方の長辺４１Ｂの中央部に欠損部４３が設けられ、欠損部４３の両側が開放端４４Ａ，４４Ｂとされている。第１の感磁素子５と第２の感磁素子６の設けられている位置では、電流線２Ａの通電時には、電流線２Ａによって誘起される右向きの磁界が支配的となる。このため、第１の感磁素子５と第２の感磁素子６の出力は正となる。非通電時には、第１の感磁素子５の設けられている位置では、第１の磁気回路３Ａの残留磁化による右向きの磁界が優勢となり、第２の感磁素子６の設けられている位置では、第２の磁気回路４Ａの残留磁化による左向きの磁界が優勢となる。このため、第１の感磁素子５の出力は正となるが、第２の感磁素子６の出力は負となる。従って、本変形例においても上記実施形態と同様の効果を奏することができる。本変形例では、第１の磁気回路３Ａの両側開放端３４Ａ，３４Ｂは第２の磁気回路４Ａに近接していることが好ましい。これによって、通電時に第１の磁気回路３Ａと第２の磁気回路４Ａが磁気的に連結されやすくなる。第１の磁気回路３Ａの開放端３４Ａを出る磁束が効率的に第２の磁気回路４Ａに吸い込まれ、第２の磁気回路４Ａを出る磁束が第１の磁気回路３Ａの開放端３４Ｂに効率的に吸い込まれ、第２の磁気回路４Ａに残留磁化が生じやすくなる。

図８には本実施形態の他の変形例を示す。図８（ａ）は本変形例に係る電流センサ１Ｆの斜視図、図８（ｂ）は図８（ａ）のＡ－Ａ線に沿った断面図である。本変形例の電流線２Ｂは円形断面を有している。第１の磁気回路３Ｂは電流線２Ｂに沿った円形の形状を有している。第２の磁気回路４Ｂは、第１の磁気回路３Ｂに沿った２つの弧状部４６Ａ，４６Ｂと、２つの弧状部４６Ａ，４６Ｂの端部同士を結ぶ２つの放射部４７Ａ，４７Ｂと、を有している。第１の磁気回路３Ｂと２つの弧状部４６Ａ，４６Ｂは電流線２Ｂと同心であり、弧状部４６Ａが弧状部４６Ｂの内側に位置している。第１の磁気回路３Ｂに欠損部３３が設けられ、弧状部４６Ａの欠損部３３と対向する位置に欠損部４３が設けられている。この構成によって、第２の磁気回路４Ｂが第１の磁気回路３Ｂによって磁化されやすくなる。第２の磁気回路４Ｂは上記実施形態と同様、Ｚ方向において、第１の磁気回路３Ｂと隣接して設けられている。本変形例の電流センサ１Ｆは上記実施形態と同様に作動する。

図９には本実施形態の他の変形例を示す。図９（ａ）は本変形例に係る電流センサ１Ｇの斜視図、図９（ｂ）は図９（ａ）のＡ－Ａ線に沿った断面図、図９（ｃ）は図９（ａ）のＢ－Ｂ線に沿った断面図である。本変形例の電流線２Ｂは円形断面を有している。第１の磁気回路３Ｂは、図８に示す変形例と同じ形状を有しているが、第２の磁気回路４Ｂは、図８に示す変形例と異なり、弧状部４６Ｂに欠損部４３が設けられている。また、第１の磁気回路３Ｂと第２の磁気回路４Ｂは互いに異なるＹ－Ｚ面内にある。第１の磁気回路３Ｂと第２の磁気回路４Ｂの相対位置関係は、図４に示す変形例と同じである。本変形例の電流センサ１Ｇは図４に示す変形例と同様に作動する。

（第２の実施形態）
図１０（ａ）は第２の実施形態に係る電流センサ１Ｈの斜視図、図１０（ｂ）は図１０（ａ）のＡ－Ａ線に沿った断面図である。図１１（ａ）は電流線２Ａの通電時の、図１１（ｂ）は電流線２Ａの非通電時の、電流センサ１に印加される外部磁界を概念的に示している。第１の磁気回路３Ａと第２の磁気回路４Ａは第１の実施形態と同じ形状を有している。第２の磁気回路４Ａは第１の磁気回路３Ａの外側にあり、第２の磁気回路４Ａの長辺４１Ａが第１の磁気回路３Ａの長辺３１Ａと対向している。従って、本実施形態では、第１の感磁素子５と第２の感磁素子６は電流線２Ａの互いに反対側にある。第１の感磁素子５と第２の感磁素子６の出力の極性は同じである。

図１１（ａ）に示すように、電流線２Ａの通電時には、電流線２Ａの周囲に時計回りの磁束が形成される。第１の磁気回路３Ａは第１の実施形態と同様に磁化され、第１の感磁素子５の出力は正である。第２の磁気回路４Ａの第１の磁気回路３Ａと対向する長辺４１Ａは、電流線２Ａによって誘起された磁界と第１の磁気回路３Ａからの漏れ磁束とによって－Ｙ方向に磁化されるが、長辺４１Ｂはほとんど磁化されない。第２の感磁素子６には主に電流線２Ａによって誘起された磁界が印加される。従って、第２の感磁素子６の出力は負である。

図１１（ｂ）に破線で示すように、電流線２Ａの非通電時、すなわち、電流線２Ａに流れる電流がなくなると、第１及び第２の磁気回路３Ａ，４Ａには残留磁気が発生する。第１の磁気回路３Ａの両側開放端３４Ａ，３４Ｂの間には＋Ｙ方向の磁界が生じ、第１の感磁素子５の出力は依然として正である。これに対し、第２の磁気回路４Ａは長辺４１Ａの残留磁化によって反時計回りに磁化され、両側開放端４４Ａ，４４Ｂの間には＋Ｙ方向の磁界が発生する。従って、第２の感磁素子６の出力は正となる。つまり、電流線２Ａを包囲する第１の磁気回路３Ａの両側開放端３４Ａ，３４Ｂの間にある第１の感磁素子５では、通電時も非通電時も＋Ｙ方向の磁界が印加される。これに対し、電流線２Ａの外部に位置する第２の磁気回路４Ａの両側開放端４４Ａ，４４Ｂの間にある第２の感磁素子６では、通電時の磁界の向きと非通電時の磁界の向きが反対方向を向く。

ただし、第１の実施形態と異なり、非通電時には、第１の感磁素子５が検出する磁界と第２の感磁素子６が検出する磁界の符号が一致する。これに対し、通電時には、第１の感磁素子５が検出する磁界と第２の感磁素子６が検出する磁界の向きは逆となる。このため、本実施形態では、減算器１１によって第１の感磁素子５の出力と第２の感磁素子６の出力の差を求めることで、非通電時の第１及び第２の磁気回路３Ａ，４Ａの残留磁化によるヒステリシスを相殺し、低減することができる。第１の感磁素子５の出力と第２の感磁素子６の出力の差を求めることから、出力を高めることもできる。これによって、ヒステリシスを低減しつつ、ＳＮ比を向上させることができる。本実施形態において、第１の実施形態の変形例のように、第１の感磁素子５と第２の感磁素子６の出力の極性が互いに異なっていてもよい。この場合、電流センサ１Ｈは第１の感磁素子５の出力と第２の感磁素子６の出力の和を求める手段（加算器１０）を有する。

（第３の実施形態）
図１２（ａ）は第３の実施形態に係る電流センサ１Ｊの斜視図、図１２（ｂ）は図１２（ａ）のＡ－Ａ線に沿った断面図、図１２（ｃ）は図１２（ａ）のＢ－Ｂ線に沿った断面図である。第１の磁気回路３Ａは、図４に示す変形例と同じである。これに対し、第２の磁気回路４Ａは、図４に示す変形例の第２の磁気回路４Ａに対して、電流線２Ａの周りを９０°回転している。これに伴い、第２の感磁素子６も、図４に示す変形例の第２の感磁素子６に対して電流線２Ａの周りを９０°回転している。つまり、第１の感磁素子５と第２の感磁素子６は電流線２Ａの周りで互いに概ね９０°ずれた位置にある。従って、第１の感磁素子５の感磁方向はＹ方向であり、第２の感磁素子６の感磁方向はＺ方向である。また、図１２（ｂ），１２（ｃ）に示すように＋Ｚ方向、－Ｚ方向を定義したときに、第１の感磁素子５の感磁方向の極性は＋Ｙ方向に正であり、第２の感磁素子６の感磁方向の極性は－Ｚ方向に正である。つまり、＋Ｙ方向と－Ｚ方向に同じ向きの（図１２（ａ）において時計回りの）磁界が印加されたときに、第１の感磁素子５の出力と第２の感磁素子６の出力は正となる。換言すれば、第１の感磁素子５の出力の極性と第２の感磁素子６の出力の極性は、電流線２Ａの周りの磁界の向きに関し同じである。

本実施形態でも、第１の感磁素子５と第２の感磁素子６の設けられている位置では、電流線２Ａの通電時には、電流線２Ａによって誘起される時計回りの磁界が支配的となる。このため、第１の感磁素子５と第２の感磁素子６の出力は正となる。非通電時には、第１の感磁素子５の設けられている位置では、第１の磁気回路３Ａの残留磁化による右向きの（時計回りの）磁界が優勢となり、第２の感磁素子６の設けられている位置では、第２の磁気回路４Ａの残留磁化による上向きの（反時計回りの）磁界が優勢となる。このため、第１の感磁素子５の出力は正となるが、第２の感磁素子６の出力は負となる。従って、本実施形態においても、第１の感磁素子５の出力と第２の感磁素子６の出力の和を求める手段を設けることで、上記実施形態と同様の効果を奏することができる。

逆に、第２の感磁素子６の感磁方向の極性が＋Ｚ方向に正である場合、電流線２Ａの通電時には、第２の感磁素子６の出力は負となり、非通電時には、第２の感磁素子６の出力は正となる。第１の感磁素子５と第２の感磁素子６の出力の極性は、電流線２Ａの周りの磁界の向きに関し互いに異なっている。従って、第１の感磁素子５の出力と第２の感磁素子６の出力の差を求める手段を設けることで上記実施形態と同様の効果を奏することができる。

以上説明したように、本発明の各実施形態及び各変形例は、電流線２Ａ（２Ｂ）を流れる電流によって磁化される磁気回路３Ａ，４Ａ（３Ｂ，４Ｂ）と、第１の感磁素子５と、第２の感磁素子６とを有している。第１の感磁素子５は、電流線２Ａ（２Ｂ）の通電時の磁界と、電流線２Ａ（２Ｂ）の非通電時の磁気回路の残留磁化による磁界と、が同じ方向を向く位置に配置されている。第２の感磁素子６は、電流線２Ａ（２Ｂ）の通電時の磁界と、電流線２Ａ（２Ｂ）の非通電時の磁気回路の残留磁化による磁界と、が反対方向を向く位置に配置されている。

１Ａ～１Ｊ 電流センサ
２Ａ，２Ｂ 電流線（電流が流れる領域）
３Ａ，３Ｂ 第１の磁気回路
４Ａ，４Ｂ 第２の磁気回路
３４Ａ，３４Ｂ 第１の磁気回路の開放端
４４Ａ，４４Ｂ 第２の磁気回路の開放端
５ 第１の感磁素子
６ 第２の感磁素子
７ 基板
８ 第１の増幅器
９ 第２の増幅器
１０ 加算器
１１ 減算器

Claims (20)

1. 電流によって磁化される磁気回路と、
   前記電流の通電時の磁界と、前記電流の非通電時の前記磁気回路の残留磁化による磁界と、が同じ方向を向く位置に配置された第１の感磁素子と、
   前記電流の通電時の磁界と、前記電流の非通電時の前記磁気回路の残留磁化による磁界と、が反対方向を向く位置に配置された第２の感磁素子と、
   を有する電流センサ。
2. 前記磁気回路は、前記電流が流れる領域を包囲する開いた第１の磁気回路と、前記領域の外部に位置する開いた第２の磁気回路と、を有し、前記第１の感磁素子は前記第１の磁気回路の両側開放端の間に、前記第２の感磁素子は前記第２の磁気回路の両側開放端の間に配置されている、請求項１に記載の電流センサ。
3. 前記第１の感磁素子と前記第２の感磁素子は前記領域の同じ側にあり、且つ出力の極性は同じであり、
   前記第１の感磁素子の出力と前記第２の感磁素子の出力の和を求める手段を有する、請求項２に記載の電流センサ。
4. 前記第１の感磁素子と前記第２の感磁素子は前記領域の同じ側にあり、且つ出力の極性が互いに異なり、
   前記第１の感磁素子の出力と前記第２の感磁素子の出力の差を求める手段を有する、請求項２に記載の電流センサ。
5. 前記第１の感磁素子と前記第２の感磁素子は前記領域の互いに反対側にあり、且つ出力の極性は同じであり、
   前記第１の感磁素子の出力と前記第２の感磁素子の出力の差を求める手段を有する、請求項２に記載の電流センサ。
6. 前記第１の感磁素子と前記第２の感磁素子は前記領域の互いに反対側にあり、且つ出力の極性が互いに異なり、
   前記第１の感磁素子の出力と前記第２の感磁素子の出力の和を求める手段を有する、請求項２に記載の電流センサ。
7. 前記第１の感磁素子と前記第２の感磁素子は前記領域の周りで互いに概ね９０°ずれた位置にあり、出力の極性は前記領域の周りの磁界の向きに関し同じであり、
   前記第１の感磁素子の出力と前記第２の感磁素子の出力の和を求める手段を有する、請求項２に記載の電流センサ。
8. 前記第１の感磁素子と前記第２の感磁素子は前記領域の周りで互いに概ね９０°ずれた位置にあり、出力の極性は前記領域の周りの磁界の向きに関し互いに異なり、
   前記第１の感磁素子の出力と前記第２の感磁素子の出力の差を求める手段を有する、請求項２に記載の電流センサ。
9. 前記第１の磁気回路と前記第２の磁気回路は前記領域の延びる方向と直交する同一の面内にある、請求項２から８のいずれか１項に記載の電流センサ。
10. 前記第２の磁気回路は前記第１の磁気回路の外側に位置している、請求項９に記載の電流センサ。
11. 前記第２の磁気回路は前記第１の磁気回路の内側に位置している、請求項９に記載の電流センサ。
12. 前記第１の磁気回路と前記第２の磁気回路は前記領域の延びる方向と直交する互いに異なる面内にある、請求項２から８のいずれか１項に記載の電流センサ。
13. 前記第１の磁気回路は前記領域の延びる方向と直交する面内にあり、前記第２の磁気回路は前記領域の延びる方向と平行な面内にある、請求項２から８のいずれか１項に記載の電流センサ。
14. 前記第１の磁気回路と前記第２の磁気回路は、一対の長辺と、前記長辺と直交する一対の短辺とを有する矩形形状を有し、一方の前記長辺の中央部に前記両側開放端を形成する欠損部を有する、請求項２から１３のいずれか１項に記載の電流センサ。
15. 前記第１の磁気回路は、一つの長辺と、前記長辺の両端に直角に接続された２つの短辺とからなり、前記２つの短辺の前記長辺と反対側の端部が前記両側開放端を形成し、前記第２の磁気回路は、一対の長辺と前記長辺と直交する一対の短辺とを有する矩形形状を有し、一方の前記長辺の中央部に前記両側開放端を形成する欠損部を有する、請求項２から１３のいずれか１項に記載の電流センサ。
16. 前記第１の磁気回路と前記第２の磁気回路は前記領域に沿った円形または弧状の形状を有している、請求項２から１３のいずれか１項のいずれか１項に記載の電流センサ。
17. 前記第２の磁気回路の両側端部領域は、前記第１の磁気回路の両側端部領域に沿って延びている、請求項２から１６のいずれか１項に記載の電流センサ。
18. 前記領域は前記電流が流れる電流線である、請求項２から１７のいずれか１項に記載の電流センサ。
19. 前記第１の感磁素子と前記第２の感磁素子は共通の基板に搭載されている、請求項１から１８のいずれか１項に記載の電流センサ。
20. 前記第１の感磁素子の出力を増幅する第１の増幅器と、前記第２の感磁素子の感磁素子の出力を増幅する第２の増幅器と、を有し、前記第１の増幅器と前記第２の増幅器の利得は、非通電時の前記第１の増幅器の出力と非通電時の前記第２の増幅器の出力の絶対値が同程度となるように設定されている、請求項１から１９のいずれか１項に記載の電流センサ。

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