JP7367224B2

JP7367224B2 - 電流センサ

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Publication number: JP7367224B2
Application number: JP2022540074A
Authority: JP
Inventors: 隆洋田岡; 千亜紀植田; 学田村
Original assignee: Alps Electric Co Ltd; Alps Alpine Co Ltd
Current assignee: Alps Alpine Co Ltd
Priority date: 2020-07-28
Filing date: 2021-06-24
Publication date: 2023-10-23
Anticipated expiration: 2041-06-24
Also published as: DE112021004047T5; JPWO2022024610A1; US20230111157A1; WO2022024610A1; CN115769088A

Description

本発明は、電流路に被測定電流が流れることによって発生する磁界に基づいて被測定電流を検出する電流センサに関する。

特許文献１に記載の電流センサは、被測定電流が流れる電流路がＵ字状に折り曲げられており、電流路の両端部が長方形状の絶縁基板の対向する両方の長辺に当接するように配置されるとともに、電流路の各端部の一方の側面が、絶縁基板の一方の短辺付近に位置するように配置されている。さらに、被測定電流によって発生する磁界を制御する磁界制御板がＵ字状に折り曲げられており、その一方の端部が絶縁基板の短辺のうち、電流路の側面が位置する、上記一方の短辺に当接するように配置され、磁界制御板の開口幅の中心に、上記磁界を測定する磁気センサ素子が配置されている。上記磁界制御板により、電流路による磁界を磁気センサ素子の周辺に集中させるとともに、外部磁界を弱めて磁気センサ素子を磁気シールドすることができる。

特開２０１６－３９７４号公報

特許文献１に記載の電流センサでは、シールド部材としての磁界制御板によって外部磁界の影響を抑えつつ、被測定電流によって発生する磁界が磁界制御板によって増幅されるため、磁界制御板の開口幅の中心に配置した磁気センサ素子によって上記磁界を確実に検知することができる。しかしながら、磁界制御板においては、磁界を増幅させる効果がある一方で、磁気飽和に達してしまいやすいため、電流検知ができなくなり、電流センサとして機能しなくなってしまうと言う問題があった。

そこで本発明は、外部磁界を十分に減衰させることができ、かつ、磁気飽和を抑制又は制御することができ、これにより、電流測定範囲の拡大として、例えば、被測定電流などの電流測定範囲の拡大や、測定可能な周波数の広帯域化が可能なシールド部材を備えた電流センサを提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の電流センサは、電流路に被測定電流が流れることによって発生する磁界を検知可能な磁気センサと、互いに離間して配置される、第１シールド、第２シールド、及び、第３シールドを備えたシールド部材と、を備えた電流センサであって、第１シールドは、磁気センサと電流路とが互いに対向する第１方向において、電流路を挟んで磁気センサとは反対側に配置され、かつ、電流路と対向する第１対向面を有し、第２シールドは第１方向に沿った第２対向面を有し、第３シールドは第１方向に沿った第３対向面を有し、第２シールドと第３シールドとは、第２対向面と第３対向面とが、磁気センサ及び電流路を挟んで、互いに対向するように配置されることを特徴としている。
このように、被測定電流が流れるバスバを囲むシールドを不連続な複数の部材で構成したことにより、外部磁界の影響を抑えつつ、シールドにおける磁気飽和を抑制又は制御することが可能となり、これによって電流測定の範囲を拡大することができる。

本発明の電流センサにおいては、第１方向において、第２シールド及び第３シールドの第１シールド側の端部は、第１シールドの第１対向面よりも磁気センサ側に位置していることが好ましい。
これにより、外部磁界の影響を効果的に抑えることができる。特に、第２対向面と第３対向面とが互いに対向する第２方向において、同じ構成の電流センサが並ぶ場合は、隣のバスバを電流が流れることによって生ずる磁界を効果的に遮ることができ、その磁界による影響が当該磁気センサに及ぶことを抑えることが可能となる。

本発明の電流センサにおいては、第２対向面と第３対向面とが互いに対向する第２方向において、第１シールドの第２シールド側及び第３シールド側の端部は、第２対向面及び第３対向面よりも磁気センサから離れた位置に配置されていることが好ましい。
これにより、外部磁界の影響を効果的に抑えることができる。特に、磁気センサと電流路が互いに対向する第１方向に沿った外部磁界の影響を第１シールドによって確実に抑えることができる。

本発明の電流センサにおいて、電流路は、第１方向及び第２方向に直交する第３方向に沿って延設されており、第１方向に沿ってみたときに、第３方向における、第２シールド及び第３シールドのそれぞれの両端部が第１シールドの外側に位置していることが好ましい。
これにより、インサート成形の際に、第１シールドの支持と、第２シールド及び第３シールドの支持とを、独立して行うことができるため、組み立て性を向上させることができる。

本発明の電流センサにおいて、第１シールド、第２シールド、及び、第３シールドはそれぞれ分割されていることが好ましい。
これにより、さまざまな外部磁界に対して、その影響の抑制に適した形態でシールドを分割できるため、外部磁界の影響を効果的に抑えて電流の測定範囲を調整することが可能となる。

本発明によると、外部磁界を十分に減衰させ、かつ、磁気飽和を抑制又は制御することで、電流測定範囲の拡大を図ることができる電流センサを提供することができる。

（ａ）は本発明の第１実施形態に係る電流センサの構成を示す斜視図、（ｂ）は（ａ）に示す電流センサにおいてベース部材の図示を省略した斜視図である。（ａ）は図１（ｂ）を前方から見た正面図、（ｂ）は（ａ）の左側のバスバと、これを囲むように設けた、第１シールド、第２シールド、及び、第３シールドの配置を示す平面図である。（ａ）は、図２（ａ）の左側のバスバと、これに対応する磁気センサと、これらを囲むように設けた、第１シールド、第２シールド、及び、第３シールドの配置を拡大して示す正面図、（ｂ）は、（ａ）においてバスバの図示を省略した平面図である。（ａ）はベース部材を上方からみた斜視図、（ｂ）はベース部材を下方から見た斜視図である。ベース部材と、第２シールド及び第３シールドと、磁気センサとの配置を示す平面図である。第２シールド及び第３シールドが配置されたベース部材に対する第１シールドの位置を仮想的に示す底面図である。（ａ）は、第２実施形態における、バスバと、これに対応する磁気センサと、これらを囲むように設けた、第１シールド、第２シールド、及び、第３シールドの配置を拡大して示す正面図、（ｂ）は、第３実施形態における、バスバと、これに対応する磁気センサと、これらを囲むように設けた、第１シールド、第２シールド、及び、第３シールドの配置を拡大して示す正面図である。第４実施形態における、バスバと、これに対応する磁気センサと、これらを囲むように設けた、第１シールド、第２シールド、及び、第３シールドの配置を拡大して示す正面図である。

以下、本発明の実施形態に係る電流センサについて図面を参照しつつ詳しく説明する。各図には、基準座標としてＸ－Ｙ－Ｚ座標を示している。以下の説明において、Ｚ１－Ｚ２方向を上下方向（第１方向）、Ｘ１－Ｘ２方向を前後方向（第３方向）、Ｙ１－Ｙ２方向を左右方向（第２方向）と称する。Ｘ１－Ｘ２方向とＹ１－Ｙ２方向は互いに垂直であり、これらを含むＸ－Ｙ平面はＺ１－Ｚ２方向に垂直である。また、上側（Ｚ１側）から下側（Ｚ２側）を見た状態を平面視と言うことがある。

＜第１実施形態＞
図１、図２、又は図３に示すように、第１実施形態に係る電流センサ１０は、ベース部材１１と、基板２０と、３つの磁気センサ２１、２２、２３と、電流路としての３本のバスバ３１、３２、３３と、３つの第１シールド４１、５１、６１と、３つの第２シールド４２、５２、６２と、３つの第３シールド４３、５３、６３と、を備える。

ベース部材１１は、非磁性材料を、３本のバスバ３１、３２、３３と、３つの第１シールド４１、５１、６１と、３つの第２シールド４２、５２、６２と、３つの第３シールド４３、５３、６３とともにインサート成形したものである。ベース部材１１は、上側（Ｚ１側）から下側（Ｚ２側）を見た平面視において、左右方向（Ｙ１－Ｙ２方向）に延びる長方形状の外形形状を有する。この外形形状は、図４（ａ）に示すように、長方形の４辺に対応する４つの外壁部１２によって形成され、平面視において、４つの外壁部１２の内側には、下方へ凹設された基部１３が設けられている。これにより、基部１３の上面１３ａは、外壁部１２の上面よりも下方に位置している。一方、基部１３の底面１３ｂは、図４（ｂ）に示すように、外壁部１２と一体となった平面をなしている。

図１（ａ）、（ｂ）と図２（ａ）に示すように、基板２０は、左右方向（Ｙ１－Ｙ２方向）に沿って延び、ベース部材１１の４つの外壁部１２の内側であって、基部１３の上方に配置される、平面視長方形状の板材である。基板２０には、左側から右側へ順に、第１挿通孔２０ａと、第２挿通孔２０ｂと、第３挿通孔２０ｃと、第４挿通孔２０ｄとが、それぞれ厚み方向（上下方向、Ｚ１－Ｚ２方向）に貫通するように形成されている。第１挿通孔２０ａは、最も左側の第２シールド４２が上下に挿通可能となるように配置され、第２挿通孔２０ｂは、上記第２シールド４２に対向する第３シールド４３と、第２シールド５２とが離間した状態で挿通可能となるように配置され、第３挿通孔２０ｃは、上記第２シールド５２に対向する第３シールド５３と、第２シールド６２とが離間した状態で挿通可能となるように配置され、そして、第４挿通孔２０ｄは、最も右側の第３シールド６３が挿通可能となるように配置される。

図２（ａ）に示すように、基板２０の下面には、左側から右側へ順に、３つの磁気センサ２１、２２、２３が配置される。図２（ａ）、図３（ａ）、（ｂ）に示すように、左側の第１磁気センサ２１は、左右方向において、互いに対向する一対のシールド４２、４３（第２シールド４２、第３シールド４３）の間の中間位置に配置され、かつ、上下方向において、第１シールド４１、及び、第１シールド４１の上方に位置する第１バスバ３１の上方に配置される。

第１磁気センサ２１と同様に、第２磁気センサ２２は、左右方向において、互いに対向する一対のシールド５２、５３（第２シールド５２、第３シールド５３）の間の中間位置に配置され、かつ、上下方向において、第１シールド５１、及び、第１シールド５１の上方に位置する第２バスバ３２の上方に配置される。また、第３磁気センサ２３についても、第１磁気センサ２１と同様に、左右方向において、互いに対向する一対のシールド６２、６３（第２シールド６２、第３シールド６３）の間の中間位置に配置され、かつ、上下方向において、第１シールド６１、及び、第１シールド６１の上方に位置する第３バスバ３３の上方に配置される。

電流路としての３本のバスバ３１、３２、３３は、前後方向（Ｘ１－Ｘ２方向）に沿って延びる、互いに同一形状の長板状をなしており、上下面が上下方向に直交するように配置される。図２（ａ）に示すように、３本のバスバ３１、３２、３３のそれぞれの上面は、３つの磁気センサ２１、２２、２３にそれぞれ対向し、それぞれの下面は、３つの第１シールド４１、５１、６１にそれぞれ対向する。より具体的には、上下方向において、左側の第１バスバ３１は、左側の磁気センサ２１と左側の第１シールド４１の間においてそれぞれに対向するように配置され、左右方向中央の第２バスバ３２は、中央の第２磁気センサ２２と中央の第１シールド５１の間においてそれぞれに対向するように配置され、さらに、右側の第３バスバ３３は、右側の第３磁気センサ２３と右側の第１シールド６１の間においてそれぞれに対向するように配置されている。

図２（ｂ）に示すように、左側の第１バスバ３１は、長手方向（前後方向、Ｘ１－Ｘ２方向）の中央における矩形状の中央部３１ａと、中央部３１ａの長手方向外側の両端からそれぞれ延びるように設けられた２つの中間部３１ｂと、２つの中間部３１ｂの長手方向外側の両端からそれぞれ延びるように設けられた２つの外側部３１ｃとを備える。第１バスバ３１は、その幅方向（左右方向、Ｙ１－Ｙ２方向）において対称な形状を有し、中間部３１ｂは、中央部３１ａよりも幅が大きく、外側部３１ｃは中間部３１ｂよりも幅が大きな形状を有する。このような第１バスバ３１の平面形状は、第２バスバ３２と第３バスバ３３においても同じである。

次に、第１、第２、第３シールドについて、左側の第１シールド４１、及び、これに対応する、第２シールド４２と第３シールド４３のセットを例にとって説明する。左右方向中央の第１シールド５１、第２シールド５２、及び、第３シールド５３のセット、並びに、右側の第１シールド６１、第２シールド６２、及び、第３シールド６３のセットも同様の構成である。
なお、電流センサとして、第１、第２、及び、第３シールドのセット、並びに、これに対応する、バスバ及び磁気センサの組み合わせの数は、図１に示すように３つに限定されず、例えば、１つ、２つ、又は、４つ以上であってもよい。

図２（ａ）と図３（ａ）に示すように、第１シールド４１、第２シールド４２、及び、第３シールド４３は、同一の磁性材料からなる磁気シールド板を５枚積層した構成を有する。これらのシールド４１、４２、４３は軟磁性体、例えば、電磁鋼板やパーマロイで形成することが好ましい。第２シールド４２と第３シールド４３は互いに同一の形状を有する。

第１シールド４１は、左右方向（Ｙ１－Ｙ２方向）に沿って延びるように配置され、その上面である第１対向面４１ａは第１バスバ３１の下面に対向する。図２（ｂ）に示すように、第１バスバ３１のうち、第１シールド４１が対向するのは、中央部３１ａである。

第２シールド４２と第３シールド４３は、左右方向（Ｙ１－Ｙ２方向）において、互いに対向するように、上下方向の同じ高さ位置に配置される。これにより、第２シールド４２の第２対向面４２ａと第３シールド４３の第３対向面４３ａとが互いに対向する。

図３（ａ）に示すように、左右方向（Ｙ１－Ｙ２方向）において、第１シールド４１の両端面４１ｂ、４１ｃは、第２シールド４２の外面４２ｂと第３シールド４３の外面４３ｂよりもそれぞれ外側に位置している。具体的には、第１シールド４１の左側の端面４１ｂ（第２シールド４２側の端部）は、第２シールド４２の第２対向面４２ａに対して距離Ｄ１１だけ左側に位置しており、右側の端面４１ｃ（第３シールド４３側の端部）は、第３シールド４３の第３対向面４３ａに対して距離Ｄ１１だけ右側に位置している。ここで、距離Ｄ１１は、第２シールド４２及び第３シールド４３の左右方向の厚みよりも大きいため、左右方向において、第１シールド４１の第２シールド４２側の端部（第１端面４１ｂ）及び第３シールド４３側の端部（第２端面４１ｃ）は、第２対向面４２ａ及び第３対向面４３ａよりも磁気センサ２１から離れた位置にそれぞれ配置されている。

このように、左右方向において、第１シールド４１の両端部を、第２シールド４２の外面４２ｂと第３シールド４３の外面４３ｂよりも外側に配置することにより、隣りの第２バスバ３２に被測定電流が流れることによって発生する磁界を含め、周辺に存在する外部磁界の影響を抑えることが可能となる。

さらに、上下方向（Ｚ１－Ｚ２方向）において、第２シールド４２の下面４２ｃと第３シールド４３の下面４３ｃは、第１シールド４１の第１対向面４１ａに対して距離Ｄ１２だけ離間している。別言すると、上下方向（第１方向）において、第２シールド４２及び第３シールド４３の第１シールド４１側（下側）の端部は、第１シールド４１の第１対向面４１ａよりも磁気センサ２１側に位置している。ここで、距離Ｄ１２は、電流センサ１０の仕様や使用環境などに応じて、第１シールド４１、第２シールド４２、及び、第３シールド４３で囲まれた磁気センサ２１に対して、外部磁界を遮蔽して所定範囲に抑えることができ、かつ、磁気飽和に達しにくくするように設定される。

第１シールド４１に対して、距離Ｄ１２をおいて、第２シールド４２と第３シールド４３を配置することにより、隣りの第２バスバ３２に被測定電流が流れることによって発生する磁界を含め、周辺に存在する外部磁界の影響を抑えることが可能となる。

図３（ｂ）に示すように、前後方向（Ｘ１－Ｘ２方向）において、第２シールド４２の両端面４２ｄ、４２ｅは、第１シールド４１の両端面４１ｄ、４１ｅよりも距離Ｄ１３だけ外側にそれぞれ位置している。同様に、第３シールド４３の両端面４３ｄ、４３ｅは、第１シールド４１の両端面４１ｄ、４１ｅよりも距離Ｄ１３だけ外側にそれぞれ位置している。別言すると、上下方向（第１方向）に沿って見たときに、前後方向（第３方向）における、第２シールド４２の両端部（両端面４２ｄ、４２ｅ）及び第３シールド４３の両端部（両端面４３ｄ、４３ｅ）が、第１シールド４１の外側にそれぞれ位置している。

前後方向において、第１シールド４１の両端部よりも外側に、第２シールド４２と第３シールド４３の両端部を外側に配置することにより、インサート成形の際に、第１シールド４１と、第２シールド４２と、第３シールド４３とを個別に押さえることが可能となるため、高い位置精度で容易に製造することが可能となる。

図４、図５、及び図６を参照しつつ、電流センサ１０の製造について説明する。
ベース部材１１と、３本のバスバ３１、３２、３３と、３つの第１シールド４１、５１、６１と、３つの第２シールド４２、５２、６２と、３つの第３シールド４３、５３、６３と、はインサート成形によって製造される。

図４（ａ）、（ｂ）に示すように、ベース部材１１の基部１３には、上面１３ａから下側へ、有底の上側押さえ孔ｈ１１～ｈ１６、ｈ２１～ｈ２４、ｈ３１～ｈ３４が形成され、底面１３ｂから上側へ、有底の下側押さえ孔ｈ４１～ｈ５２、ｈ６１～ｈ６６、ｈ７１～７６が凹設されている。これらの上下の押さえ孔は、バスバ３１、３２、３３と、第１シールド４１、第２シールド４２、及び、第３シールド４３と、ベース部材１１とを一体化させるようにインサート成形するときに、第１シールド４１、第２シールド４２、及び、第３シールド４３を金型内の所定の位置に位置決めする必要があるため、第１シールド４１、第２シールド４２、及び、第３シールド４３にピンを押し当てることで把持するものである。インサート成形後に、そのピンが抜去されることで、ピンが押し当てられた位置に上記の上下の押さえ孔ｈ１１～ｈ１６、ｈ２１～ｈ２４、ｈ３１～ｈ３４、ｈ４１～ｈ５２、ｈ６１～ｈ６６、ｈ７１～７６が凹設される。

上面１３ａに形成された上側押さえ孔については、まず、前後方向の中央において、左側から右側へ順に、第１の上側押さえ孔ｈ１１、ｈ１２、ｈ１３、ｈ１４、ｈ１５、ｈ１６が形成されている。これらの第１の上側押さえ孔ｈ１１～ｈ１６よりも後側の位置には、左側から右側へ順に、第２の上側押さえ孔ｈ２１、ｈ２２、ｈ２３、ｈ２４が形成されている。第１の上側押さえ孔ｈ１１～ｈ１６よりも前側の位置には、前後方向において第２の上側押さえ孔ｈ２１～ｈ２４のそれぞれに対応する位置に、左側から右側へ順に、第３の上側押さえ孔ｈ３１、ｈ３２、ｈ３３、ｈ３４が形成されている。

底面１３ｂに形成された下側押さえ孔については、まず、前後方向の中央において、左側から右側へ順に、第１の下側押さえ孔ｈ４１、ｈ４２・ｈ４３、ｈ４４、ｈ４５、ｈ４６・ｈ４７、ｈ４８、ｈ４９、ｈ５０・ｈ５１、ｈ５２が形成されている。これらのうち、３つの対をなす押さえ孔ｈ４２・ｈ４３、ｈ４６・ｈ４７、ｈ５０・ｈ５１は、それぞれ、前後方向に対称に配置されている。これらの第１の下側押さえ孔のうち、押さえ孔ｈ４１、ｈ４４、ｈ４５、ｈ４８、ｈ４９、ｈ５２よりも前側の位置には、左側から右側へ順に、第２の下側押さえ孔ｈ６１、ｈ６２、ｈ６３、ｈ６４、ｈ６５、ｈ６６が形成されており、後側の位置には、前後方向において第２の下側押さえ孔ｈ６１～ｈ６６のそれぞれに対応する位置に、左側から右側へ順に、第３の下側押さえ孔ｈ７１、ｈ７２、ｈ７３、ｈ７４、ｈ７５、ｈ７６が形成されている。

インサート成形の際には、成形終了後に上側押さえ孔ｈ１１～ｈ１６、ｈ２１～ｈ２４、ｈ３１～ｈ３４が形成される位置においては、第２シールド４２と第３シールド４３のＸ－Ｙ面方向における位置決めのためのピン（不図示）が配置され、成形終了後にピンは抜去される（図５参照）。ピンが抜去された跡が上記各種押さえ孔となる。図５に示すように、例えば、最も左側の第２シールド４２の場合には、左側面が、後側の押さえ孔ｈ２１がある位置に配置されたピンと、前側の上側押さえ孔ｈ３１がある位置に配置されたピンとによって規制され、右側面（第２対向面４２ａ）が、前後方向中央の押さえ孔ｈ１１がある位置に配置されたピンによって規制される。

一方、下側押さえ孔については、成形終了後に第１の下側押さえ孔ｈ４１、ｈ４２・ｈ４３、ｈ４４、ｈ４５、ｈ４６・ｈ４７、ｈ４８、ｈ４９、ｈ５０・ｈ５１、ｈ５２が形成される位置において、第１シールド４１、５１、６１の上下方向の位置決めのためのピンが配置され、成形終了後にピンは抜去される（図６参照）。ピンが抜去された跡が上記各種押さえ孔となる。例えば、左側の第１シールド４１は、図６に示す、左側に位置する４つの第１の下側押さえ孔ｈ４１、ｈ４２・ｈ４３、ｈ４４がある位置に配置されたピンによって位置決めされる。

また、第２の下側押さえ孔ｈ６１～ｈ６６は、第１シールド４１、５１、６１よりも前側の位置にあり、第３の下側押さえ孔ｈ７１～ｈ７６は、第１シールド４１、５１、６１よりも後側の位置にある。これらの下側押さえ孔ｈ６１～ｈ６６、ｈ７１～ｈ７６においては、第２シールド４２と第３シールド４３の上下方向の位置決めのためのピンが配置され、成形終了後にピンは抜去される。例えば、最も左側の第２シールド４２は、第２の下側押さえ孔ｈ６１と、前後方向においてこれに対応する第３の下側押さえ孔ｈ７１とにそれぞれ配置されたピンによって上下方向の位置が定められる。

インサート成形が終了すると、位置決め用のピンがそれぞれ抜去され、ピンが抜去された位置に上側押さえ孔ｈ１１～ｈ１６、ｈ２１～ｈ２４、ｈ３１～ｈ３４と、下側押さえ孔ｈ４１～ｈ５２、ｈ６１～ｈ６６、ｈ７１～７６とが形成される。その後、基部１３上に基板２０を配置する。基板２０は、その第１挿通孔２０ａ内に最も左側の第２シールド４２が位置し、第２挿通孔２０ｂ内に、第３シールド４３と、その右側の第２シールド５２とが互いに平行になるように位置し、第３挿通孔２０ｃ内に、第３シールド５３と、その右側の第２シールド６２とが互いに平行になるように位置し、第４挿通孔２０ｄ内に、最も右側の第３シールド６３が位置するように、配置される。

基板２０には、基部１３上に配置する前に、あらかじめ下面に３つの磁気センサ２１、２２、２３が配置されている。

第１実施形態の電流センサ１０においては、上下に互いに対向する磁気センサ２１と第１バスバ３１が、左右方向では第２シールド４２と第３シールド４３によって挟まれ、下方では第１シールド４１に囲まれており、かつ、第１シールド４１の第１対向面４１ａは、第２シールド４２と第３シールド４３に対して距離Ｄ１２だけ離間している。この構成においては、電流路としての第１バスバ３１に被測定電流が流れると磁界が発生し、この磁界に対して、第１バスバ３１を３方向から囲む３つのシールド４１、４２、４３はヨークとして機能する。一方、３つのシールド４１、４２、４３を、距離Ｄ１２をおいて互いに分離していることにより、距離Ｄ１２の大きさによって磁力の集中を制御し、３つのシールド４１、４２、４３において磁気飽和に達してしまうことを防いでいる。これにより、電流測定範囲の拡大として、例えば、被測定電流などの電流測定範囲の拡大や、測定可能な周波数の広帯域化を可能としている。

ここで、第１実施形態の電流センサ１０の構成に基づいた実施例１のシミュレーション結果について説明する。
実施例１と比較例の構成は次の通りである。
＜実施例１＞
第１シールド４１は、電磁鋼板及びパーマロイなどの軟磁性材料で構成され、５枚積層構造で総厚１．５ｍｍ（Ｚ１－Ｚ２方向）、幅１３ｍｍ（Ｙ１－Ｙ２方向）、長さ６ｍｍ（Ｘ１－Ｘ２方向）の形状を有している。第２シールド４２は、電磁鋼板及びパーマロイなどの軟磁性材料）で構成され、５枚積層構造で総厚１．５ｍｍ（Ｙ１－Ｙ２方向）、高さ９．５ｍｍ（Ｚ１－Ｚ２方向）、長さ８ｍｍ（Ｘ１－Ｘ２方向）の形状を有している。なお、第３シールド４３は第２シールド４２と同一材料、同一形状で構成されている。距離Ｄ１１は２ｍｍ、距離Ｄ１２は０．５ｍｍ、距離Ｄ１３は１ｍｍである。第１バスバ３１は、第１シールド４１の第１対向面４１ａから１．５ｍｍ上方に配置され、磁気センサ２１はさらに上方に配置されている。

＜比較例＞
比較例におけるシールドは、正面から見たときに、上側が開いた連続したＵ字状をなしており、実施例１の第１・第２・第３シールドのように分割されていない。シールドの材質と長さ（Ｘ１－Ｘ２方向）は実施例１と同じであり、実施例１の第１、第２、第３シールドに対応する部分の厚さと幅（又は高さ）は、実施例１において対応するシールドと同様である。磁気センサとバスバの形状、及び、シールド部材の内面（対向面）に対する位置は実施例１と同じである。

このシミュレーションによれば、表１に示すように、比較例において、最大磁束密度が１．６Ｔ、隣接するバスバからの影響が０．１％であったのに対して、実施例１においては、最大磁束密度が０．４Ｔ、隣接するバスバからの影響が０．７％であった。なお、隣接影響は比較例が０．１％であったのに対して、実施例１においては、０．７％であり、比較例に対してやや数値が大きくなっている。しかし、これは、シールドを分割したために隙間ができることで隣接影響をやや受け易くなるために生じたものであって、実際の製品上許容可能である。すなわち、その影響度は電流センサ１０の計測精度に大きな影響を与えるほどではなく、磁気飽和の抑制を優先した場合には許容できる範囲である。また、比較例に対して実施例１において磁気飽和に達するまでの電流は約２倍であった。これにより、実施例１の構成においては、電流の測定範囲を拡大することが可能となるとともに、隣接するバスバを電流が流れることで発生する磁界などの外部磁界の影響を十分に抑えつつ、バスバ３１に被測定電流が流れることによって発生する磁界を、ヨークとして機能する、第１シールド４１、第２シールド４２、及び、第３シールド４３において増幅させることができることが分かった。

以下に変形例について説明する。
第１・第２・第３シールドの構成は、電流センサ１０の仕様などに応じて、任意に設定でき、例えば、上記積層数は５枚以外の任意に設定でき、又は単層とすることもできる。また、第１・第２・第３シールドの何れか１つ以上をさらに分割した構成も可能である。このように構成を変更することにより、外部磁界の影響を抑えつつ、被測定電流の仕様等に応じて測定範囲を制御することが可能となる。

＜第２実施形態＞
図７（ａ）に示す第２実施形態では、左右方向（第２方向）において、第１シールド２４１の両端面２４１ｂ、２４１ｃが、それぞれ、第２シールド２４２の第２対向面２４２ａ及び第３シールド２４３の第３対向面２４３ａよりも、磁気センサ２２１に近い位置、すなわち内側の位置に配置されている。バスバ２３１は、第１実施形態と同様に、上下方向（Ｚ１－Ｚ２方向）において、磁気センサ２２１と、第１シールド２４１との間に配置され、上下面がこれらにそれぞれ対向している。その他の構成は第１実施形態と同様であるため詳細な説明は省略する。

左右方向において、第１シールド２４１の左側の端面２４１ｂと、第２対向面２４２ａとは距離Ｄ２１だけ離れており、第１シールド２４１の右側の端面２４１ｃと、第３対向面２４３ａとも距離Ｄ２１だけ離れている。また、上下方向において、第１シールド２４１の上面である第１対向面２４１ａは、第２シールド２４２の下面２４２ｃ及び第３シールド２４３の下面２４３ｃに対して距離Ｄ２２だけ離間している。

第２実施形態の電流センサにおいて以下の構成を備えた実施例２についてシミュレーションを行った。
＜実施例２＞
第１シールド２４１は、電磁鋼板及びパーマロイなどの軟磁性材料で構成され、５枚積層構造で総厚１．５ｍｍ（Ｚ１－Ｚ２方向）、幅８ｍｍ（Ｙ１－Ｙ２方向）、長さ６ｍｍ（Ｘ１－Ｘ２方向）の形状を有している。第２シールド２４２は、電磁鋼板及びパーマロイなどの軟磁性材料で構成され、５枚積層構造で総厚１．５ｍｍ（Ｙ１－Ｙ２方向）、高さ９．５ｍｍ（Ｚ１－Ｚ２方向）、長さ６ｍｍ（Ｘ１－Ｘ２方向）の形状を有している。なお、第３シールド２４３は第２シールド２４２と同一材料、同一形状で構成されている。距離Ｄ２１は０．５ｍｍ、距離Ｄ２２は０．５ｍｍである。バスバ２３１は、第１シールド２４１の第１対向面２４１ａから１．５ｍｍ上方に配置され、磁気センサ２２１はさらに上方に配置されている。

このシミュレーションによれば、表１に示すように、実施例２においては、最大磁束密度が０．８Ｔ、隣接するバスバからの影響が０．３％であった。また、上記比較例に対して実施例２において磁気飽和に達するまでの電流は約４倍であった。これにより、実施例２の構成では、左右方向において上記実施例１（第１実施形態）よりもサイズを抑えた構成で、電流の測定範囲を拡大することが可能となるとともに、隣接するバスバを電流が流れることで発生する磁界などの外部磁界の影響を十分に抑えつつ、バスバ２３１に被測定電流が流れることによって発生する磁界を、ヨークとして機能する、第１シールド２４１、第２シールド２４２、及び、第３シールド２４３において増幅させることができることが分かった。

＜第３実施形態＞
図７（ｂ）に示す第３実施形態においては、左右方向（第２方向）において、第１シールド３４１の両端面３４１ｂ、３４１ｃが、それぞれ、第２シールド３４２の第２対向面３４２ａ及び第３シールド３４３の第３対向面３４３ａよりも、磁気センサ３２１に近い位置、すなわち内側の位置に配置されている。バスバ３３１は、第１実施形態と同様に、上下方向（Ｚ１－Ｚ２方向）において、磁気センサ３２１と、第１シールド３４１との間に配置され、上下面がこれらにそれぞれ対向している。その他の構成は第１実施形態と同様であるため詳細な説明は省略する。

左右方向において、第１シールド３４１の左側の端面３４１ｂと、第２対向面３４２ａとは距離Ｄ３１だけ離れており、第１シールド３４１の右側の端面３４１ｃと、第３対向面３４３ａとも距離Ｄ３１だけ離れている。また、上下方向において、第１シールド３４１の下面３４１ｄは、第２シールド３４２の下面３４２ｃ及び第３シールド３４３の下面３４３ｃと同じ位置に配置されている。

第３実施形態の電流センサにおいて以下の構成を備えた実施例２についてシミュレーションを行った。
＜実施例３＞
第１シールド３４１は、電磁鋼板及びパーマロイなどの軟磁性材料で構成され、５枚積層構造で総厚１．５ｍｍ（Ｚ１－Ｚ２方向）、幅７ｍｍ（Ｙ１－Ｙ２方向）、長さ６ｍｍ（Ｘ１－Ｘ２方向）の形状を有している。第２シールド３４２は、電磁鋼板及びパーマロイなどの軟磁性材料で構成され、５枚積層構造で総厚１．５ｍｍ（Ｙ１－Ｙ２方向）、高さ１１．５ｍｍ（Ｚ１－Ｚ２方向）、長さ６ｍｍ（Ｘ１－Ｘ２方向）の形状を有している。なお、第３シールド３４３は第２シールド３４２と同一材料、同一形状で構成されている。距離Ｄ３１は１ｍｍである。バスバ３３１は、第１シールド３４１の第１対向面３４１ａから１．５ｍｍ上方に配置され、磁気センサ３２１はさらに上方に配置されている。

このシミュレーションによれば、表１に示すように、実施例３においては、最大磁束密度が０．６Ｔ、隣接するバスバからの影響が１．６％であった。また、上記比較例に対して実施例３において磁気飽和に達するまでの電流は約２．５倍であった。これにより、実施例３の構成では、上下方向において上記実施例１（第１実施形態）よりもサイズを抑えた構成で、電流の測定範囲を拡大することが可能となるとともに、隣接するバスバを電流が流れることで発生する磁界などの外部磁界の影響を十分に抑えつつ、バスバ３３１に被測定電流が流れることによって発生する磁界を、ヨークとして機能する、第１シールド３４１、第２シールド３４２、及び、第３シールド３４３において増幅させることができることが分かった。

＜第４実施形態＞
図８に示す第４実施形態では、正面から見て、上が開いたＵ字状のシールドの左右において上下に延びる部分を分割している。これにより、上下方向（第１方向）においてバスバ４３１と対向する第１シールド４４１と、上下方向に沿ってそれぞれ延び、かつ、左右方向において互いに対向する、第２シールド４４２及び第３シールド４４３とが構成される。第２シールド４４２の第２対向面４４２ａと第３シールド４４３の第３対向面４４３ａとは互いに対向している。第１シールド４４１は、左右の両端部がＵ字の曲率を有して上向きに湾曲しており、それぞれの上端面４４１ｂ、４４１ｃは、第２シールド４４２の下面４４２ｃと第３シールド４４３の下面４４３ｃとに対して、距離Ｄ４１をおいてそれぞれ対向している。バスバ４３１は、第１実施形態と同様に、上下方向（Ｚ１－Ｚ２方向）において、磁気センサ４２１と、第１シールド４４１の平面部分の上面である第１対向面４４１ａとの間に配置され、上下面がこれらにそれぞれ対向している。その他の構成は第１実施形態と同様であるため詳細な説明は省略する。

第４実施形態においても、正面視において全体Ｕ字状のシールドを３つに分割した構成により、電流の測定範囲を拡大することが可能となるとともに、隣接するバスバを電流が流れることで発生する磁界などの外部磁界の影響を十分に抑えつつ、バスバ４３１に被測定電流が流れることによって発生する磁界を、ヨークとして機能する、第１シールド４４１、第２シールド４４２、及び、第３シールド４４３において増幅させることができる。
本発明について上記実施形態を参照しつつ説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、改良の目的または本発明の思想の範囲内において改良または変更が可能である。

以上のように、本発明に係る電流センサは、外部磁界を十分に減衰させることができ、かつ、磁気飽和を抑制又は制御することができる点で有用である。

１０電流センサ
１１ベース部材
１２外壁部
１３基部
１３ａ基部の上面
１３ｂ基部の底面
２０基板
２０ａ第１挿通孔
２０ｂ第２挿通孔
２０ｃ第３挿通孔
２０ｄ第４挿通孔
２１第１磁気センサ
２２第２磁気センサ
２３第３磁気センサ
３１第１バスバ（電流路）
３１ａ中央部
３１ｂ中間部
３１ｃ外側部
３２第２バスバ（電流路）
３３第３バスバ（電流路）
４１第１シールド
４１ａ第１対向面
４１ｂ第１シールドの左側の端面（第１端面、端部）
４１ｃ第１シールドの右側の端面（第２端面、端部）
４１ｄ第１シールドの後側の端面（端部）
４１ｅ第１シールドの前側の端面（端部）
４２第２シールド
４２ａ第２対向面
４２ｂ第２シールドの外面
４２ｃ第２シールドの下面
４２ｄ第２シールドの後側の端面（端部）
４２ｅ第２シールドの前側の端面（端部）
４３第３シールド
４３ａ第３対向面
４３ｂ第３シールドの外面
４３ｃ第３シールドの下面
４３ｄ第３シールドの後側の端面（端部）
４３ｅ第３シールドの前側の端面（端部）
５１第１シールド
５２第２シールド
５３第３シールド
６１第１シールド
６２第２シールド
６３第３シールド
２２１磁気センサ
２３１バスバ（電流路）
２４１第１シールド
２４１ａ第１対向面
２４１ｂ第１シールドの左側の端面（端部）
２４１ｃ第１シールドの右側の端面（端部）
２４２第２シールド
２４２ａ第２対向面
２４２ｃ第２シールドの下面
２４３第３シールド
２４３ａ第３対向面
２４３ｃ第３シールドの下面
３２１磁気センサ
３３１バスバ（電流路）
３４１第１シールド
３４１ａ第１対向面
３４１ｂ第１シールドの左側の端面（端部）
３４１ｃ第１シールドの右側の端面（端部）
３４１ｄ第１シールドの下面
３４２第２シールド
３４２ａ第２対向面
３４２ｃ第２シールドの下面
３４３第３シールド
３４３ａ第３対向面
３４３ｃ第３シールドの下面
４２１磁気センサ
４３１バスバ（電流路）
４４１第１シールド
４４１ａ第１対向面
４４１ｂ、４４１ｃ第１シールドの上端面
４４２第２シールド
４４２ａ第２対向面
４４２ｃ第２シールドの下面
４４３第３シールド
４４３ａ第３対向面
４４３ｃ第３シールドの下面
Ｄ１１第２対向面（第３対向面）から第１シールドの端面までの距離
Ｄ１２第２シールド（第３シールド）の下面から第１対向面までの距離
Ｄ１３第１シールドの端面から第２シールド（第３シールド）の端面までの距離
Ｄ２１第１シールドの端面から、第２対向面（第３対向面）までの距離
Ｄ２２第２シールド（第３シールド）の下面から第１対向面までの距離
Ｄ３１第１シールドの端面から第２対向面（第３対向面）までの距離
Ｄ４１第１シールドの上端面から第２シールド（第３シールド）の下面までの距離
ｈ１１、ｈ１２、ｈ１３、ｈ１４、ｈ１５、ｈ１６上側押さえ孔（中央側）
ｈ２１、ｈ２２、ｈ２３、ｈ２４上側押さえ孔（後側）
ｈ３１、ｈ３２、ｈ３３、ｈ３４上側押さえ孔（前側）
ｈ４１、ｈ４２、ｈ４３、ｈ４４、ｈ４５、ｈ４６、ｈ４７、ｈ４８、ｈ４９下側押さえ孔（中央側）
ｈ５０、ｈ５１、ｈ５２下側押さえ孔（中央側）
ｈ６１、ｈ６２、ｈ６３、ｈ６４、ｈ６５、ｈ６６下側押さえ孔（前側）
ｈ７１、ｈ７２、ｈ７３、ｈ７４、ｈ７５、ｈ７６下側押さえ孔（後側）

Claims

電流路に被測定電流が流れることによって発生する磁界を検知可能な磁気センサと、
互いに離間して配置される、第１シールド、第２シールド、及び、第３シールドを備えたシールド部材と、
を備えた電流センサであって、
前記第１シールドは、前記磁気センサと前記電流路とが互いに対向する第１方向において、前記電流路を挟んで前記磁気センサとは反対側に配置され、かつ、前記電流路と対向する第１対向面を有し、
前記第２シールドは前記第１方向に沿った第２対向面を有し、
前記第３シールドは前記第１方向に沿った第３対向面を有し、
前記第２シールドと前記第３シールドとは、前記第２対向面と前記第３対向面とが、前記磁気センサ及び前記電流路を挟んで、互いに対向するように配置され、
前記第１方向において、前記第２シールド及び前記第３シールドの前記第１シールド側の端部は、前記第１シールドの前記第１対向面よりも前記磁気センサ側に位置し、
前記第２対向面と前記第３対向面とが互いに対向する第２方向において、前記第１シールドの前記第２シールド側及び前記第３シールド側の端部は、前記第２対向面及び前記第３対向面よりも前記磁気センサに近い位置に配置されていることを特徴とする電流センサ。
前記電流路は、前記第１方向及び前記第２方向に直交する第３方向に沿って延設されており、
前記第１方向に沿ってみたときに、前記第３方向における、前記第２シールド及び前記第３シールドのそれぞれの両端部が前記第１シールドの外側に位置している請求項１に記載の電流センサ。
前記第１シールド、前記第２シールド、及び、前記第３シールドはそれぞれ分割されていない請求項１または請求項２に記載の電流センサ。