JPWO2013005545A1 - 電流センサ - Google Patents

Abstract

磁気センサの非常に高い位置精度や取り付け精度を要求せずとも、隣接電流により生じる磁場の影響を低下させて、被測定電流を精度良くの測定することができる電流センサを提供すること。本発明の電流センサ（１）は、一対の主面を有し、平板形状である第１領域（１１１）を備えた第１電流路（１１）と、一対の主面を有し、平板形状である第２領域（１２１）を備え、前記第１電流路（１１）に並設された第２電流路（１２）と、感度軸が前記第１領域（１１１）の両主面とそれぞれ平行になるようにして前記第１領域（１１１）の両主面上に配設されており、前記第１領域（１１１）を通流する被測定電流により発生する磁場を検出する一対の第１磁気センサ（１１３）と、を具備し、前記第２領域（１２１）は、該第２領域（１２１）の主面が前記第１磁気センサ（１１３）の感度軸と直交するように配設される。

Description

本発明は、電流の大きさを測定する電流センサに関する。

近年、大電流を非接触で測定することが可能な電流センサが求められている。このような電流センサとして、被測定電流の電流路（被測定電流路）の近傍に設けられた磁気センサを用いて当該被測定電流路を通流する被測定電流による磁場の変化を検出し、被測定電流を測定する電流センサも実用化されている。

このような電流センサは、例えば、特定方向にそれぞれ延在する長尺の電流路をその延在方向を揃えた状態で複数並設し、各電流路に磁気センサを配設することにより構成されるので、被測定電流路の近傍に設けられた磁気センサが、隣接電流の電流路（隣接電流路）を通流する隣接電流の磁場の影響を受けて、被測定電流の測定精度が低下するという問題がある。このような隣接電流路の磁場の影響による被測定電流の測定精度の低下を防止するため、被測定電流により生じる磁場の向きが感度軸方向となり、隣接電流により生じる磁場の向きが感度軸方向と直交する方向となるような位置に磁気センサを配設した電流センサが提案されている（例えば、特許文献１及び特許文献２）。

国際公開第２００６／０９０７６９号 特開２０１０−０１９７４７号公報

しかしながら、上述のような電流センサでは、被測定電流により生じる磁場の向きが感度軸方向となり、隣接電流により生じる磁場の向きが感度軸方向と直交する方向となるような位置に磁気センサを配設しなければならないため、磁気センサの位置精度を非常に高くする必要がある。さらに、隣接電流により生じる磁場の向きと磁気センサの感度軸方向とが直交するように磁気センサを被測定電流路の主面の鉛直方向に対して傾けて配設する必要があるので、磁気センサの取り付け精度も非常に高くする必要がある。したがって、上述のような電流センサでは、隣接電流により生じる磁場の影響による被測定電流の測定精度の低下を防止するために、磁気センサの位置精度や取り付け精度が高く要求されるという問題点があった。

本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、磁気センサの非常に高い位置精度や取り付け精度を要求せずとも、隣接電流により生じる磁場の影響を低下させて、被測定電流を精度良くの測定することができる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、一対の主面を有し、平板形状である第１領域を備えた第１電流路と、一対の主面を有し、平板形状である第２領域を備え、前記第１電流路に並設された第２電流路と、感度軸が前記第１領域の両主面とそれぞれ平行になるようにして前記第１領域の両主面上に配設されており、互いの感度軸が平行であり、前記第１領域を通流する被測定電流により発生する磁場を検出する一対の第１磁気センサと、を具備し、前記第２領域は、該第２領域の主面が前記第１磁気センサの感度軸と直交するように配設されることを特徴する。

この構成によれば、第２電流路の第２領域は、当該第２領域の主面が第１磁気センサの感度軸と直交するように配設されるので、当該第２領域を通流する隣接電流による磁場（磁束）が第１磁気センサの感度軸と直交する方向に第１磁気センサを通過する。したがって、第１磁気センサは、隣接電流により発生する磁場を検出しない。このため、この電流センサは、隣接する第２電流路の磁場の影響を受けることなく、第１電流路を通流する被測定電流を測定できる。また、第１磁気センサは、該第１磁気センサの感度軸が第１領域の主面と平行となるように該主面上に配設されるので、第１磁気センサの非常に高い位置精度や取り付け精度が要求されない。したがって、第１磁気センサの非常に高い位置精度や取り付け精度を要求せずとも、隣接する第２電流路の磁場の影響により、第１電流路を通流する被測定電流の測定精度の低下するのを防止できる。さらに、一対の磁気センサの感度軸が互いに平行であるので、一対の磁気センサの差動出力を取ることにより、一対の磁気センサに同じ方向に加わる地磁気等の外乱磁界をキャンセルすることができる。

本発明の電流センサにおいては、前記第２領域の幅は、前記一対の第１磁気センサ間の距離よりも広くても良い。この構成によれば、磁気センサの感度軸方向に垂直な方向に隣接電流により生じた磁場を磁気センサに与えることができるので、より効率良く隣接電流による磁場の影響を小さくすることができる。

本発明の電流センサにおいては、前記第１電流路は、一対の主面を有し、平板形状の第３領域を備え、前記第２電流路は、一対の主面を有し、平板形状の第４領域を備え、感度軸が前記第４領域の両主面とそれぞれ平行になるようにして前記第４領域の両主面上に配設されており、互いの感度軸が平行であり、前記第４領域を通流する被測定電流により発生する磁場を検出する一対の第２磁気センサをさらに具備し、前記第３領域は、該第３領域の主面が前記第２磁気センサの感度軸と直交するように配設されても良い。

この構成によれば、第１電流路の第３領域は、当該第３領域の主面が第２磁気センサの感度軸と直交するように配設されるので、当該第３領域を通流する隣接電流による磁場（磁束）が第２磁気センサの感度軸と直交する方向に第２磁気センサを通過する。したがって、第２磁気センサは、隣接電流により発生する磁場を検出しない。このため、この電流センサは、隣接する第１電流路の磁場の影響を受けることなく、第２電流路を通流する被測定電流を測定できる。また、第２磁気センサは、該第２磁気センサの感度軸が第４領域の主面と平行となるように該主面上に配設されるので、第２磁気センサの非常に高い位置精度や取り付け精度が要求されない。したがって、第２磁気センサの位置精度や取り付け精度を要求せずとも、隣接する第１電流路の磁場の影響により、第２電流路を通流する被測定電流の測定精度が低下するのを防止できる。さらに、一対の磁気センサの感度軸が互いに平行であるので、一対の磁気センサの差動出力を取ることにより、一対の磁気センサに同じ方向に加わる地磁気等の外乱磁界をキャンセルすることができる。

本発明の電流センサにおいては、前記第３領域の幅は、前記一対の第２磁気センサ間の距離よりも広くても良い。この構成によれば、この構成によれば、磁気センサの感度軸方向に垂直な方向に隣接電流により生じた磁場を磁気センサに与えることができるので、より効率良く隣接電流による磁場の影響を小さくすることができる。

本発明の電流センサにおいては、前記第１電流路及び前記第２電流路は特定方向にそれぞれ延在しており、前記第１電流路の前記第１領域の主面と前記第３領域の主面とが直交しており、前記第２電流路の前記第２領域の主面と前記第４領域の主面とが直交していても良い。

この構成によれば、第１電流路及び第２電流路が並設された状態で特定方向にそれぞれ延在しており、各電流路の延在方向（通流方向）において２つの領域（第１領域及び第３領域、又は、第２領域及び第４領域）の主面が互いに捻れの関係になっている。このように各電流路で捻れ部を設けることにより、で被測定電流の検出領域（第１領域及び第４領域）において、第２領域は、第２領域の主面が第１磁気センサの感度軸と直交するように配設され、第３領域は、第３領域の主面が第２磁気センサの感度軸と直交するように配設されると共に、第１電流路及び第２電流路を他の部材に取り付ける際に、取り付け位置において第１電流路及び第２電流路の主面を平行にすることが可能となる。これにより、本発明の構成を有していても、本電流センサの他の部材への取り付けが容易となる。

本発明の電流センサにおいては、前記第２の電流路は、前記第１の電流路を挟んで二つ配設され、前記第２の電流路の前記第２領域の主面同士が、前記第１電流路の前記第１領域を挟んで対向するように配設され、前記第２電流路の前記第４領域の主面同士が、前記第１電流路の前記第３領域を挟んで面一に配設されても良い。

この構成によれば、３つの電流路（一つの第１電流路及び二つの第２電流路）を有する場合であっても、隣接する第１電流路及び第２電流路の磁場の影響を互いに受けることなく、被測定電流を正確に測定することができる。

本発明により、磁気センサの位置精度や取り付け精度を要求せずとも、隣接電流による磁場の影響を低下させて、被測定電流を精度良く測定することができる電流センサを提供できる。

実施の形態に係る電流センサを模式的に示す斜視図である。 実施の形態に係る電流センサの断面図である。 実施の形態に係る電流センサの一例を示す回路図である。 実施の形態に係る電流センサを説明するための図である。 実施の形態に係る電流センサの評価結果を示すグラフである。 従来の電流センサの一例を示す断面図である。 従来の電流センサを説明するための図である。

例えば、三相モータのように、特定方向にそれぞれ延在する長尺の電流路をその延在方向を揃えた状態で複数並設してなるデバイスに磁気センサを配設して電流センサを構成する場合においては、電流路に配設した磁気センサは、その電流路を通流する被測定電流による磁場を検出すると共に、その電流路に隣接する電流路を通流する隣接電流による磁場の一部を検出する。このため、隣接電流による磁場の影響のために、被測定電流を正確に測定することができない。

図６は、特定方向にそれぞれ延在する長尺の電流路をその延在方向を揃えた状態で３つ並設し、各電流路（平板導体（バスバー））に電流センサを配設してなる構成を示す図であり、図６Ａは断面図であり、図６Ｂは部分拡大断面図である。図６Ａに示す電流センサにおいては、３つのバスバー２１〜２３を紙面手前側−奥側に延在するように配設している。また、バスバー２１〜２３は、それぞれの主面が面一になるように並設されている。被測定電流は、それぞれバスバー２１〜２３を紙面手前側から奥側に向かって通流する。このようにバスバー２１〜２３に被測定電流が通流することにより、図６Ａに示す破線の方向に誘導磁場が発生する。

バスバー２１〜２３の一方の主面上には、それぞれ磁気センサ２４が配設されている。また、各磁気センサ２４の感度軸は、バスバー２１〜２３の主面に対して平行であり、かつ、被測定電流の通流方向に対して直交している。以下、一例として、バスバー２１を被測定電流路とし、バスバー２２を隣接電流路として説明する。

図６Ａに示す配置によると、バスバー２２を通流する隣接電流の磁場は、バスバー２１の主面上の磁気センサ２４の感度軸方向に対して垂直な方向から角度をもって加わるので、図６Ｂに示すように、このベクトルにおける磁気センサ２４の感度軸方向と平行な成分Ｂ’を磁気センサ２４が検出する。このため、磁気センサ２４は、バスバー２１を通流する被測定電流による磁場と隣接電流による磁場とを検出することになる。その結果、隣接電流による磁場の影響により被測定電流を正確に測定することができない。

本発明者は、図６Ａに示す配置においては、バスバー２２を通流する隣接電流の磁場が、磁気センサ２４の感度軸方向に対して垂直な方向から角度をもって加わってしまうことに着目し、バスバー２１及び２２の配置関係を鋭意検討した結果、平板形状のバスバー２２の主面を磁気センサ２４の感度軸方向と直交するように配設することにより、バスバー２２を通流する隣接電流の磁場が磁気センサ２４の感度軸方向に対して垂直な方向に加わるようにできることを見出し本発明をするに至った。

すなわち、本発明の骨子は、磁気センサの感度軸方向が平板形状の被測定電流路の平面領域の面内方向と平行となるように当該主面上に当該磁気センサを配置するとともに、平板形状の隣接電流路の平面領域の面内方向が上記磁気センサの感度軸方向と直交するように該隣接電流の電流路を配置することにより、当該磁気センサの非常に高い位置精度や取り付け精度を要求せずに、被測定電流を精度良く測定することである。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。

図１は、本実施の形態の電流センサ１を示す模式的に示す斜視図である。また、図２Ａは、図１におけるIIＡ−IIＡ線に沿う断面図であり、図２Ｂは、図１におけるIIＢ−IIＢ線に沿う断面図である。図１に示すように、電流センサ１は、３つの電流路であるバスバー１１（第１電流路）、バスバー１２ａ、１２ｂ（第２電流路）を備えている。このバスバー１１、１２ａ、１２ｂは、それぞれ特定方向にそれぞれ延在する長尺の平板形状の導体であり、その延在方向を揃えた状態で並設されている。

バスバー１１は、図２Ａに示すように、一対の主面１１ａ、１１ｂを有する。この一対の主面１１ａ、１１ｂは互いに平行である。一対の主面１１ａ、１１ｂ上には、それぞれ磁気センサ１３ａ、１３ｂが配設されている。この一対の磁気センサ１３ａ、１３ｂの感度軸の方向は、図２Ａに示すように、バスバー１１のそれぞれの主面１１ａ、１１ｂに並行であり、互いに平行である。図２Ａにおいては、バスバー１１における磁気センサ１３が配設される部分を含む領域が本発明で言う平板形状である第１領域１１１に相当する。この第１領域１１１は、バスバー１１において、磁気センサ１３が配設されている位置を少なくとも含む領域である。また、バスバー１２ａ、１２ｂは、一対の主面１２ｃ、１２ｄを有する。この一対の主面１２ｃ、１２ｄは互いに平行である。一対の主面１２ｃ、１２ｄ上には、それぞれ磁気センサ１３ａ、１３ｂが配設されている。この一対の磁気センサ１３ａ、１３ｂの感度軸の方向は、図２Ｂに示すように、バスバー１２ａ、１２ｂのそれぞれの主面１２ｃ、１２ｄに並行であり、バスバー１１、１２ａ、１２ｂの通流方向（図２Ａ及び図２ＢにおけるＹ方向）に対して垂直（図２Ａ及び図２ＢにおけるＸ方向）である。また、一対の磁気センサ１３ａ、１３ｂの感度軸の方向は、互いに平行である。図２Ｂにおいては、バスバー１２ａ、１２ｂにおける磁気センサ１３ａ、１３ｂが配設される部分を含む領域が本発明で言う平板形状である第４領域１２２に相当する。この第４領域１２２は、バスバー１２ａ、１２ｂにおいて、磁気センサ１３ａ、１３ｂが配設されている位置を少なくとも含む領域である。

図２Ａに示すように、第１領域１１１の一方の端面の側方（被測定電流の通流方向（図２ＡにおけるＹ方向）においてバスバー１１の磁気センサ１３ａ、１３ｂの配設されている位置とほぼ同じ位置には、バスバー１２ａの平板形状である第２領域１２１が位置している。この第２領域１２１は、上記通流方向においてバスバー１１の磁気センサ１３ａ、１３ｂの配設されている位置に対応するバスバー１２ａの位置を少なくとも含む領域である。同様に、第１領域１１１の他方の端面の側方（被測定電流の通流方向（図２ＡにおけるＹ方向）においてバスバー１１の磁気センサ１３ａ、１３ｂの配設されている位置とほぼ同じ位置には、バスバー１２ｂの平板形状である第２領域１２１が位置している。この第２領域１２１は、上記通流方向においてバスバー１１の磁気センサ１３ａ、１３ｂの配設されている位置に対応するバスバー１２ｂの位置を少なくとも含む領域である。

図２Ｂに示すように、バスバー１２ａの第４領域１２２のバスバー１１側の端面の側方（被測定電流の通流方向（図２ＢにおけるＹ方向）においてバスバー１２ａの磁気センサ１３の配設されている位置とほぼ同じ位置には、バスバー１１の平板形状である第３領域１１２が位置している。この第３領域１１２は、上記通流方向においてバスバー１２ａの磁気センサ１３ａ、１３ｂの配設されている位置に対応するバスバー１１の位置を少なくとも含む領域である。同様に、バスバー１２ｂの第４領域１２２のバスバー１１側の端面の側方（被測定電流の通流方向（図２ＢにおけるＹ方向）においてバスバー１２ｂの磁気センサ１３ａ、１３ｂの配設されている位置とほぼ同じ位置には、バスバー１１の平板形状である第３領域１１２が位置している。

バスバー１１の第１領域１１１の主面（平面領域の面内方向）とバスバー１２ａ、１２ｂの第２領域１２１の主面（平面領域の面内方向）とが直交しており、バスバー１２ａ、１２ｂの第４領域１２２の主面（平面領域の面内方向）とバスバー１１の第３領域１１２の主面（平面領域の面内方向）とが直交するように配設されている。すなわち、バスバー１２ａ、１２ｂの第２領域１２１は、第２領域１２１の主面が磁気センサ１３ａ、１３ｂの感度軸と直交するように配設され、バスバー１１の第３領域１１２は、第３領域１１２の主面が磁気センサ１３ａ、１３ｂの感度軸と直交するように配設される。

このように第１領域１１１から第４領域１２２を配設するために、バスバー１１の第１領域１１１と第３領域１１２との間でバスバー１１の主面の方向が９０°変えるように捩じられ、バスバー１２ａ、１２ｂの第２領域１２１と第４領域１２２との間でバスバー１２ａ、１２ｂの主面の方向が９０°変えるように捩じられる。この構成によれば、バスバー１１、１２ａ、１２ｂが並設された状態で特定方向にそれぞれ延在しており、各電流路の延在方向（通流方向）において２つの領域（第１領域１１１及び第３領域１１２、又は、第２領域１２１及び第４領域１２２）の主面が互いに捻れの関係になる。このように各電流路で捻れ部を設けることにより、被測定電流の検出領域（第１領域１１１及び第４領域１２２）において、第２領域１２１は、第２領域１２１の主面が磁気センサ１３ａ、１３ｂの感度軸と直交するように配設され、第３領域１１２は、第３領域１１２の主面が磁気センサの感度軸と直交するように配設されると共に、バスバー１１、１２ａ、１２ｂを他の部材に取り付ける際に、取り付け位置においてバスバー１１、１２ａ、１２ｂの主面を平行にする（面一にする）ことが可能となる。これにより、本発明の構成を有していても、本電流センサの他の部材への取り付けが容易となる。なお、第１領域１１１と第３領域１１２との間においてバスバー１１が一方向に捻られ、第２領域１２１と第４領域１２２との間においてバスバー１２ａ、１２ｂがバスバー１１１と反対の方向に捻られるので、バスバー１１、１２ａ、１２ｂの断面積は常に一定に保たれており、電気抵抗を略均一とすることができる。

上述したように、本構成においては、図２Ａに示すような、感度軸がバスバー１１の両主面１１ａ、１１ｂに平行であり、被測定電流の通流方向と直交し、互いに平行である、一対の磁気センサ１３が両主面１１ａ、１１ｂ上にそれぞれ配設され、バスバー１１の両側に配設された２つのバスバー１２ａ、１２ｂの主面１２ｃの面内方向とバスバー１１の主面１１ａ、１１ｂの面内方向とが直交する断面構造（Ｈ型）と、感度軸がバスバー１２ａ、１２ｂの両主面１２ｃ、１２ｄに平行であり、被測定電流の通流方向と直交し、互いに平行である、一対の磁気センサ１３が両主面１２ｃ、１２ｄ上にそれぞれ配設され、バスバー１１の両側に配設された２つのバスバー１２ａ、１２ｂの主面１２ｃの面内方向とバスバー１１の主面１１ａ、１１ｂの面内方向とが直交する断面構造（＋型）と、がバスバー１１、１２ａ、１２ｂの延在方向（通流方向）において繰り返し連続するようになっている。そして、本構造の電流センサにおいては、バスバー１２ａ、１２ｂは、バスバー１１を挟んで配設され、バスバー１２ａ、１２ｂの第２領域１２１の主面１１ｃ、１２ｄ同士が、バスバー１１の第１領域１１１を挟んで対向するように配設され、バスバー１２ａ、１２ｂの第４領域１２２の主面１２ｃが、バスバー１１の第３領域１１２を挟んで面一に配設されている。この構成によれば、３つのバスバー１１、１２ａ、１２ｂを有する場合であっても、隣接するバスバー１１、１２ａ、１２ｂの磁場の影響を互いに受けることなく、被測定電流を正確に測定することができる。

このような構成において、図２Ａに示すように、第２領域１２１の幅Ｌは、一対の磁気センサ１３ａ、１３ｂ間の距離ｔ（バスバー１１の厚さ）よりも広いことが好ましく、図２Ｂに示すように、第３領域１１２の幅Ｌは、一対の磁気センサ１３ａ、１３ｂ間の距離ｔ（バスバー１２ａ、１２ｂの厚さ）よりも広いことが好ましい。この構成によれば、磁気センサ１３の感度軸方向に垂直な方向に隣接電流により生じた磁場を磁気センサに与えることができるので、より効率良く隣接電流による磁場の影響を小さくすることができる。

また、第２領域１２１及び第３領域１１２の幅Ｌに対し、バスバー１２ａ又は１２ｂと磁気センサ１３ａ、１３ｂとの間の距離（バスバー１２ａ又は１２ｂの厚さ方向の中央部から磁気センサ１３ａ、１３ｂの中央部までの距離）Ｄは、できるだけ短いことが好ましい。この構成によれば、隣接電流により生じる磁場がより平行な領域にて、磁気センサ１３の感度軸方向に対しその磁場を垂直な方向とすることができるので、より確実に隣接電流による磁場の影響を小さくすることができる。

図１、図２Ａ、図２Ｂにおいては、電流路として、平板導体であるバスバーを用いた場合について説明しているが、本発明においては、磁気センサの感度軸方向が平板形状の被測定電流路の平面領域の面内方向と平行となるように当該主面上に当該磁気センサを配置するとともに、平板形状の隣接電流路の平面領域の面内方向が上記磁気センサの感度軸方向と直交するように該隣接電流の電流路を配置する構成を備えていれば、電流路として平板導体以外の導体を用いても良い。例えば、前記構成以外の領域の電流路の断面形状が矩形以外の形状であっても良い。

磁気センサ１３は、第１領域１１１及び第４領域１２２を通流する被測定電流により発生する磁場を検出する。磁気センサ１３ａ、１３ｂとしては、磁気検出が可能な磁気センサであれば特に限定されない。磁気センサ１３ａ、１３ｂとしては、例えば、ＧＭＲ（Ｇｉａｎｔ Ｍａｇｎｅｔｏ Ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ）素子やＴＭＲ（Ｔｕｎｎｅｌ Ｍａｇｎｅｔｏ Ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ）素子などの磁気抵抗効果素子を用いた磁気センサ、ホール素子を用いた磁気センサなどを適用できる。この中で、磁気抵抗効果素子は、バスバー１１，１２ａ、１２ｂの平面領域の主面に対して平行な方向に感度軸を向けて形成することができるので好ましい。

図３は、本発明に係る電流センサを示す回路図である。図３に示す電流センサは、一対の磁気センサ１３ａ、１３ｂと、それぞれの磁気センサ１３ａ、１３ｂからの検出結果を信号処理してセンサ出力とする信号処理回路１４とから構成されている。磁気センサ１３ａは、被測定電流によって発生する誘導磁場を打ち消す方向の磁場を発生可能に配置されたフィードバックコイル１３１ａと、例えば磁気抵抗効果素子及び固定抵抗で構成されるブリッジ回路１３２ａと、ブリッジ回路１３２ａの差動出力を増幅し、フィードバックコイル１３１ａのフィードバック電流を制御する差動・電流アンプ１３３ａと、フィードバック電流を電圧に変換するＩ／Ｖアンプ１３４ａとを含む。また、磁気センサ１３ｂは、被測定電流によって発生する誘導磁場を打ち消す方向の磁場を発生可能に配置されたフィードバックコイル１３１ｂと、例えば磁気抵抗効果素子及び固定抵抗で構成されるブリッジ回路１３２ｂと、ブリッジ回路１３２ｂの差動出力を増幅し、フィードバックコイル１３１ｂのフィードバック電流を制御する差動・電流アンプ１３３ｂと、フィードバック電流を電圧に変換するＩ／Ｖアンプ１３４ｂとを含む。なお、ブリッジ回路１３２ａ，１３２ｂは、磁気抵抗効果素子のみで構成しても良い。

フィードバックコイル１３１ａ、１３１ｂは、ブリッジ回路１３２ａ、１３２ｂの磁気抵抗効果素子の近傍に配置されており、被測定電流により発生する誘導磁場を相殺するキャンセル磁場を発生する。磁気抵抗効果素子は、被測定電流からの誘導磁場により抵抗値が変化するという特性を有する。このような回路においては、磁気センサ１３ａ、１３ｂの検出結果の差動を出力するので、磁気センサ１３ａ、１３ｂに同じ方向に加わる地磁気等の外乱磁界をキャンセルすることができる。なお、図３においては、磁気抵抗効果素子を用いた磁気平衡式電流センサについて示しているが、本発明においては、一対の磁気センサの差動出力をとる構成であれば、磁気比例式電流センサにも適用することができ、他の磁気検出素子を用いた電流センサにも適用することができる。

上記構成の電流センサにおいては、図２Ａに示すように、バスバー１２ａ、１２ｂの第２領域１２１は、バスバー１１の第１領域１１１を挟んで対向するように配置される。すなわち、バスバー１２ａ、１２ｂの第２領域１２１は、第２領域１２１の主面１２ｃ、１２ｄが磁気センサ１３の感度軸と直交するように配設される。このとき、磁気センサ１３は、その感度軸が第１領域１１１の一対の主面１１ａ、１１ｂと平行となるように配設される。この配置によれば、第１領域１１１を通流する被測定電流による磁場が磁気センサ１３の感度軸に対してほぼ平行な状態で磁気センサ１３に加わることになる。一方、第２領域１２１を通流する隣接電流の磁場が磁気センサ１３の感度軸に対してほぼ直交した状態で磁気センサ１３に加わることになる。このため、第２領域１２１を通流する隣接電流による磁場（磁束）が磁気センサ１３の感度軸と直交する方向に磁気センサ１３を通過する。したがって、磁気センサ１３は、被測定電流による磁場を検出し、隣接電流による磁場を検出しない。このため、磁気センサ１３は、隣接電流の磁場の影響を抑えて、被測定電流を精度良く測定することができる。また、磁気センサ１３は、磁気センサ１３の感度軸が第１領域１１１の主面と平行となるように該主面１１ａ、１１ｂ上に配設されるので、磁気センサ１３の非常に高い位置精度や取り付け精度が要求されない。したがって、磁気センサ１３の非常に高い位置精度や取り付け精度を要求せずとも、隣接するバスバー１２ａ、１２ｂの磁場の影響により、バスバー１１を通流する被測定電流の測定精度の低下するのを防止できる。さらに、一対の磁気センサ１３の感度軸が互いに平行であるので、一対の磁気センサ１３の差動出力を取ることにより、一対の磁気センサ１３に同じ方向に加わる地磁気等の外乱磁界をキャンセルすることができる。

また、上記構成の電流センサにおいては、図２Ｂに示すように、バスバー１２ａ、１２ｂの第４領域１２２は、バスバー１１の第３領域１１２を挟んで対向するように配置される。すなわち、バスバー１２ａ、１２ｂの第４領域１２２は、第４領域１２２の主面１２ｃが面一になるように配設される。このとき、磁気センサ１３は、その感度軸が第４領域１２２の一対の主面１２ｃ、１２ｄと平行となるように配設される。この配置によれば、第４領域１２２を通流する被測定電流による磁場が磁気センサ１３の感度軸に対してほぼ平行な状態で磁気センサ１３に加わることになる。一方、第３領域１１２を通流する隣接電流の磁場が磁気センサ１３の感度軸に対してほぼ直交した状態で磁気センサ１３に加わることになる。このため、第３領域１１２を通流する隣接電流による磁場（磁束）が磁気センサ１３の感度軸と直交する方向に磁気センサ１３を通過する。したがって、磁気センサ１３は、被測定電流による磁場を検出し、隣接電流による磁場を検出しない。このため、磁気センサ１３は、隣接電流の磁場の影響を抑えて、被測定電流を精度良く測定することができる。また、磁気センサ１３は、磁気センサ１３の感度軸が第４領域１２２の主面と平行となるように該主面１２ｃ、１２ｄ上に配設されるので、磁気センサ１３の非常に高い位置精度や取り付け精度が要求されない。したがって、磁気センサ１３の非常に高い位置精度や取り付け精度を要求せずとも、隣接するバスバー１１の磁場の影響により、バスバー１２ａ、１２ｂを通流する被測定電流の測定精度の低下するのを防止できる。さらに、一対の磁気センサ１３の感度軸が互いに反平行であるので、一対の磁気センサ１３の差動出力を取ることにより、一対の磁気センサ１３に同じ方向に加わる地磁気等の外乱磁界をキャンセルすることができる。

なお、図１に示す電流センサ１では、バスバー１１を挟んで２つのバスバー１２ａ、１２ｂを配置して構成しているが、バスバーの数はこれに限られるものではない。例えば、バスバー１１の片側に１つのバスバー１２を設ける構成とすることも可能であり、バスバー１１とバスバー１２とを複数本並設して構成しても良い。また、図１では、磁気センサ１３は、第１領域１１１及び第４領域１２２の主面の略中央位置に設けられているが、磁気センサ１３の位置はこれに限られるものではない。

以上のように、本実施の形態に係る磁気センサ１によれば、磁気センサ１３の非常に高い位置精度や取り付け精度を要求せずとも、隣接電流の影響を小さくして正確に被測定電流を測定することができる。

（実施例）
以下、電流センサ１の効果を明確にするために行った実施例について説明する。図４は、本実施の形態に係る電流センサ１の断面図である。また、図７Ａは、従来の電流センサ２の断面図であり、図７Ｂは、従来の電流センサ３の断面図である。

図７Ａに示す電流センサ２においては、平板形状の被測定電流路２１及び隣接電流路２２が、同一平面上に並べて配置されている。被測定電流路２１の一対の主面上には、それぞれ磁気センサ２４が配設されており、被測定電流路２１を通流する被測定電流による磁場が磁気センサ２４によって検出される。例えば、図７Ａにおいて、被測定電流路２１及び隣接電流路２２の板幅ｗは１０ｍｍであり、厚さｄは１．５ｍｍである。また、磁気センサ２４の中心位置から隣接電流路２２の中心位置までの距離Ｌａは、１５ｍｍである。また、被測定電流路２１における磁気センサ２４の取り付け角度θａは、１１．３°である。ここで、取り付け角度とは、隣接電流路２２の中心位置及び磁気センサ２４の中心位置を結ぶ線と、隣接電流路２２の中心位置から水平方向の線との間に生じる角度である。また、被測定電流路２１及び隣接電流路２２の厚さｄ方向の中心位置から磁気センサ２４の中心位置までの高さｈａは、３ｍｍである。

図７Ｂに示す電流センサ３においては、平面形状の被測定電流路３１及び隣接電流路３２が、同一平面上に並べて配置されている。被測定電流路３１の表裏両主面上には、それぞれ、取り付け角度θｂが１６．７°で磁気センサ３３が取り付けられる。磁気センサ３３の中心位置から隣接電流路３２の中心位置までの距離Ｌｂは、１０ｍｍである。また、被測定電流路３１及び隣接電流路３２の厚さｄ方向の中心位置から磁気センサ３３の中心位置までの高さｈｂは、３ｍｍである。

図４に示す電流センサ１においては、被測定電流路１１の第１領域１１１の一対の主面に対して、隣接電流路１２の第２領域１２１の一対の主面が直交するように配置されている。第１領域１１１の一対の主面上には、互いの主面が当接するように磁気センサ１３が設置されている。また、磁気センサ１３の中心位置から第２領域１２１の中心位置までの距離Ｌｃは、１０ｍｍである。また、第１領域１１１及び第２領域１２１の中心位置から磁気センサ１３の中心位置までの高さｈｃは、３ｍｍである。

なお、図４においては、説明の便宜上、被測定電流路を電流路１１、隣接電流路を電流路１２とした場合の第１領域１１１と第２領域１２１との関係を説明している。しかしながら、被測定電流路を電流路１２、隣接電流路を電流路１１とした場合の第４領域１２２と第３領域１１２とでも同様の関係が適用される。

次に、以上のような電流センサ１〜３において生じる被測定電流の測定誤差について詳述する。図５Ａは、図４、７Ａ及び７Ｂに示す電流センサ１〜３における隣接電流と測定誤差との関係を示す図である。なお、測定誤差は、隣接電流磁場や外部磁場の感度軸方向成分の、被測定電流磁場のフルスケールに対する比率として求めた。

図７Ａを参照して説明したように、電流センサ２においては、隣接電流路２２を通流する隣接電流の磁場は、被測定電流路２１に取り付けられた磁気センサ２４の感度軸に対して、平行成分を有している。このため、電流センサ２では、隣接電流の影響により、被測定電流路２１を通流する被測定電流の測定誤差が生じる。したがって、図５Ａに示すように、隣接電流量が増加するにつれて、電流センサ２における被測定電流の測定誤差が増加する。例えば、隣接電流のフルスケールが４００Ａである場合、電流センサ２における被測定電流は最大３８％の測定誤差が生じてしまう。

一方、図７Ｂを参照して説明したように、電流センサ３においては、隣接電流路３２を通流する隣接電流の磁場は、被測定電流路３１に取り付け角度θｂで取り付けられた磁気センサ３３の感度軸と直交する。このため、電流センサ３では、隣接電流の影響を受けずに、被測定電流を測定できる。したがって、図５Ａに示すように、隣接電流量が増加しても、電流センサ３における被測定電流の測定誤差は、生じない。

また、図４を参照して説明したように、電流センサ１においても、隣接電流路１２の第２領域１２１を通流する隣接電流の磁場は、被測定電流路１１の第１領域１１１に取り付けられた磁気センサ１３の感度軸と直交する。このため、電流センサ１では、隣接電流の影響を受けずに、被測定電流を測定できる。したがって、図５Ａに示すように、隣接電流量が増加しても、電流センサ１における被測定電流の測定誤差は、生じない。

図５Ｂは、図４、７Ａ及び７Ｂに示す電流センサ１〜３における外部磁場と誤差との関係を示す図である。図７Ｂに示す電流センサ３においては、磁気センサ３３は、取り付け角度θｂで取り付けられているので、外部磁場が被測定電流路３１及び隣接電流路３２の厚さｄ方向に平行であると仮定すると、外部磁場は、磁気センサ３３の感度軸に対して平行成分を有している。このため、磁気センサ３３では、外部磁場の影響により、被測定電流路３１を通流する被測定電流の測定誤差が生じる。したがって、図５Ｂに示すように、外部磁場の影響が増加するにつれて、電流センサ３における被測定電流の誤差が増加する。例えば、外部磁場が５０ｍＴである場合、電流センサ３における被測定電流は１％程度の測定誤差が生じてしまう。

一方、図７Ａを参照して説明したように、電流センサ２においては、外部磁場が被測定電流路２１及び隣接電流路２２の厚さｄ方向に平行であると仮定すると、外部磁場は、磁気センサ２４の感度軸と直交する。このため、電流センサ２では、外部磁場の影響を受けずに、被測定電流路２１を通流する被測定電流を測定できる。したがって、図５Ｂに示すように、外部磁場の影響が増加しても、電流センサ２における被測定電流の測定誤差は生じない。

また、図４を参照して説明したように、電流センサ１においても、外部磁場が被測定電流路１１の第１領域１１１の厚さｄ方向に平行であると仮定すると、外部磁場は、磁気センサ１３の感度軸と直交する。このため、磁気センサ１３では、外部磁場の影響を受けずに、第１領域１１１を通流する被測定電流を測定できる。したがって、図５Ｂに示すように、外部磁場の影響が増加しても、電流センサ１における被測定電流の測定誤差は生じない。

以上のように、本実施の形態に係る電流センサ１においては、隣接電流の磁場が磁気センサ１３の感度軸と直交するように隣接電流路の隣接領域である第２領域１２１又は第３領域１１２が配置されるので、図５Ａに示すように、隣接電流量が増加しても被測定電流の誤差は生じない。また、被測定電流路の被測定区間である第１領域１１１又は第４領域１２２の一対の主面に磁気センサ１３が当接するので、外部磁場が被測定電流路の厚さｄ方向に平行である場合、図５Ｂに示すように、外部磁場の影響が増加しても被測定電流の測定誤差は生じない。すなわち、図５Ａ及び５Ｂのいずれの場合においても、本実施の形態に係る電流センサ１によれば、被測定電流の測定誤差は生じない。

したがって、本実施の形態に係る電流センサ１において、例えば、図７Ａに示される電流センサ２などと比較して、隣接電流路の磁場の影響を低減でき、被測定電流の測定精度を向上させることができる。また、例えば、図７Ｂに示される電流センサ３などと比較して、外部磁場の影響を低減でき、被測定電流の測定精度を向上させることができる。

さらに、本実施の形態に係る電流センサ１においては、磁気センサ１３の主面が被測定電流路の一対の主面に当接しても、隣接電流路の磁場が当該磁気センサ１３の感度軸と直交するように隣接電流路が配置されるので、隣接電流路の磁場の影響を排除できる。したがって、図７Ｂに示される電流センサ３のように磁気センサ１３の高い位置精度や高い取り付け精度を要求することなく、隣接電流路の磁場の影響を排除できる。

なお、本発明は上記実施の形態に限定されず、種々変更して実施することができる。例えば、上記実施の形態においては、第１領域１１１及び第４領域１２２の両主面上に配置された感度軸が平行である場合について例示したが、当該感度軸は反平行であってもよい。

以上のように、上記実施の形態における各構成要素の配置、大きさなどは適宜変更して実施することが可能である。その他、本発明は、本発明の範囲を逸脱しないで適宜変更して実施することができる。

本発明の電流センサは、例えば、電気自動車やハイブリッドカーのモータ駆動用の電流の大きさを検知するために用いることが可能である。

本出願は、２０１１年７月５日出願の特願２０１１−１４９０２４に基づく。この内容は、すべてここに含めておく。

図６は、特定方向にそれぞれ延在する長尺の電流路をその延在方向を揃えた状態で３つ並設し、各電流路（平板導体（バスバー））に磁気センサを配設してなる構成の電流センサを示す図であり、図６Ａは断面図であり、図６Ｂは部分拡大断面図である。図６Ａに示す電流センサにおいては、３つのバスバー２１〜２３を紙面手前側−奥側に延在するように配設している。また、バスバー２１〜２３は、それぞれの主面が面一になるように並設されている。被測定電流は、それぞれバスバー２１〜２３を紙面手前側から奥側に向かって通流する。このようにバスバー２１〜２３に被測定電流が通流することにより、図６Ａに示す破線の方向に誘導磁場が発生する。

上述したように、本構成においては、図２Ａに示すような、感度軸がバスバー１１の両主面１１ａ、１１ｂに平行であり、被測定電流の通流方向と直交し、互いに平行である、一対の磁気センサ１３が両主面１１ａ、１１ｂ上にそれぞれ配設され、バスバー１１の両側に配設された２つのバスバー１２ａ、１２ｂの主面１２ｃの面内方向とバスバー１１の主面１１ａ、１１ｂの面内方向とが直交する断面構造（Ｈ型）と、感度軸がバスバー１２ａ、１２ｂの両主面１２ｃ、１２ｄに平行であり、被測定電流の通流方向と直交し、互いに平行である、一対の磁気センサ１３が両主面１２ｃ、１２ｄ上にそれぞれ配設され、バスバー１１の両側に配設された２つのバスバー１２ａ、１２ｂの主面１２ｃの面内方向とバスバー１１の主面１１ａ、１１ｂの面内方向とが直交する断面構造（＋型）と、がバスバー１１、１２ａ、１２ｂの延在方向（通流方向）において繰り返し連続するようになっている。そして、本構造の電流センサにおいては、バスバー１２ａ、１２ｂは、バスバー１１を挟んで配設され、バスバー１２ａ、１２ｂの第２領域１２１の主面１２ｃ、１２ｄ同士が、バスバー１１の第１領域１１１を挟んで対向するように配設され、バスバー１２ａ、１２ｂの第４領域１２２の主面１２ｃが、バスバー１１の第３領域１１２を挟んで面一に配設されている。この構成によれば、３つのバスバー１１、１２ａ、１２ｂを有する場合であっても、隣接するバスバー１１、１２ａ、１２ｂの磁場の影響を互いに受けることなく、被測定電流を正確に測定することができる。

上記構成の電流センサにおいては、図２Ａに示すように、バスバー１２ａ、１２ｂの第２領域１２１は、バスバー１１の第１領域１１１を挟んで対向するように配置される。すなわち、バスバー１２ａ、１２ｂの第２領域１２１は、第２領域１２１の主面１２ｃ、１２ｄが磁気センサ１３の感度軸と直交するように配設される。このとき、磁気センサ１３は、その感度軸が第１領域１１１の一対の主面１１ａ、１１ｂと平行となるように配設される。この配置によれば、第１領域１１１を通流する被測定電流による磁場が磁気センサ１３の感度軸に対してほぼ平行な状態で磁気センサ１３に加わることになる。一方、第２領域１２１を通流する隣接電流の磁場が磁気センサ１３の感度軸に対してほぼ直交した状態で磁気センサ１３に加わることになる。このため、第２領域１２１を通流する隣接電流による磁場（磁束）が磁気センサ１３の感度軸と直交する方向に磁気センサ１３を通過する。したがって、磁気センサ１３は、被測定電流による磁場を検出し、隣接電流による磁場を検出しない。このため、電流センサは、隣接電流の磁場の影響を抑えて、被測定電流を精度良く測定することができる。また、磁気センサ１３は、磁気センサ１３の感度軸が第１領域１１１の主面と平行となるように該主面１１ａ、１１ｂ上に配設されるので、磁気センサ１３の非常に高い位置精度や取り付け精度が要求されない。したがって、磁気センサ１３の非常に高い位置精度や取り付け精度を要求せずとも、隣接するバスバー１２ａ、１２ｂの磁場の影響により、バスバー１１を通流する被測定電流の測定精度の低下するのを防止できる。さらに、一対の磁気センサ１３の感度軸が互いに平行であるので、一対の磁気センサ１３の差動出力を取ることにより、一対の磁気センサ１３に同じ方向に加わる地磁気等の外乱磁界をキャンセルすることができる。

また、上記構成の電流センサにおいては、図２Ｂに示すように、バスバー１２ａ、１２ｂの第４領域１２２は、バスバー１１の第３領域１１２を挟んで対向するように配置される。すなわち、バスバー１２ａ、１２ｂの第４領域１２２は、第４領域１２２の主面１２ｃが面一になるように配設される。このとき、磁気センサ１３は、その感度軸が第４領域１２２の一対の主面１２ｃ、１２ｄと平行となるように配設される。この配置によれば、第４領域１２２を通流する被測定電流による磁場が磁気センサ１３の感度軸に対してほぼ平行な状態で磁気センサ１３に加わることになる。一方、第３領域１１２を通流する隣接電流の磁場が磁気センサ１３の感度軸に対してほぼ直交した状態で磁気センサ１３に加わることになる。このため、第３領域１１２を通流する隣接電流による磁場（磁束）が磁気センサ１３の感度軸と直交する方向に磁気センサ１３を通過する。したがって、磁気センサ１３は、被測定電流による磁場を検出し、隣接電流による磁場を検出しない。このため、電流センサは、隣接電流の磁場の影響を抑えて、被測定電流を精度良く測定することができる。また、磁気センサ１３は、磁気センサ１３の感度軸が第４領域１２２の主面と平行となるように該主面１２ｃ、１２ｄ上に配設されるので、磁気センサ１３の非常に高い位置精度や取り付け精度が要求されない。したがって、磁気センサ１３の非常に高い位置精度や取り付け精度を要求せずとも、隣接するバスバー１１の磁場の影響により、バスバー１２ａ、１２ｂを通流する被測定電流の測定精度の低下するのを防止できる。さらに、一対の磁気センサ１３の感度軸が互いに平行であるので、一対の磁気センサ１３の差動出力を取ることにより、一対の磁気センサ１３に同じ方向に加わる地磁気等の外乱磁界をキャンセルすることができる。

図５Ｂは、図４、７Ａ及び７Ｂに示す電流センサ１〜３における外部磁場と誤差との関係を示す図である。図７Ｂに示す電流センサ３においては、磁気センサ３３は、取り付け角度θｂで取り付けられているので、外部磁場が被測定電流路３１及び隣接電流路３２の厚さｄ方向に平行であると仮定すると、外部磁場は、磁気センサ３３の感度軸に対して平行成分を有している。このため、電流センサ３では、外部磁場の影響により、被測定電流路３１を通流する被測定電流の測定誤差が生じる。したがって、図５Ｂに示すように、外部磁場の影響が増加するにつれて、電流センサ３における被測定電流の誤差が増加する。例えば、外部磁場が０．０５ｍＴである場合、電流センサ３における被測定電流は１％程度の測定誤差が生じてしまう。

また、図４を参照して説明したように、電流センサ１においても、外部磁場が被測定電流路１１の第１領域１１１の厚さｄ方向に平行であると仮定すると、外部磁場は、磁気センサ１３の感度軸と直交する。このため、電流センサ１では、外部磁場の影響を受けずに、第１領域１１１を通流する被測定電流を測定できる。したがって、図５Ｂに示すように、外部磁場の影響が増加しても、電流センサ１における被測定電流の測定誤差は生じない。

さらに、本実施の形態に係る電流センサ１においては、磁気センサ１３の主面が被測定電流路の一対の主面に当接しても、隣接電流路の磁場が当該磁気センサ１３の感度軸と直交するように被測定電流路と隣接電流路が配置されるので、隣接電流路の磁場の影響を排除できる。したがって、図７Ｂに示される電流センサ３のように磁気センサ１３の高い位置精度や高い取り付け精度を要求することなく、隣接電流路の磁場の影響を排除できる。

Claims (6)

1. 一対の主面を有し、平板形状である第１領域を備えた第１電流路と、
   一対の主面を有し、平板形状である第２領域を備え、前記第１電流路に並設された第２電流路と、
   感度軸が前記第１領域の両主面とそれぞれ平行になるようにして前記第１領域の両主面上に配設されており、互いの感度軸が平行であり、前記第１領域を通流する被測定電流により発生する磁場を検出する一対の第１磁気センサと、を具備し、
   前記第２領域は、該第２領域の主面が前記第１磁気センサの感度軸と直交するように配設されることを特徴する電流センサ。
2. 前記第２領域の幅は、前記一対の第１磁気センサ間の距離よりも広いことを特徴とする請求項１に記載の電流センサ。
3. 前記第１電流路は、一対の主面を有し、平板形状の第３領域を備え、
   前記第２電流路は、一対の主面を有し、平板形状の第４領域を備え、
   感度軸が前記第４領域の両主面とそれぞれ平行になるようにして前記第４領域の両主面上に配設されており、互いの感度軸が平行であり、前記第４領域を通流する被測定電流により発生する磁場を検出する一対の第２磁気センサをさらに具備し、
   前記第３領域は、該第３領域の主面が前記第２磁気センサの感度軸と直交するように配設されることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の電流センサ。
4. 前記第３領域の幅は、前記一対の第２磁気センサ間の距離よりも広いことを特徴とする請求項３に記載の電流センサ。
5. 前記第１電流路及び前記第２電流路は特定方向にそれぞれ延在しており、
   前記第１電流路の前記第１領域の主面と前記第３領域の主面とが直交しており、
   前記第２電流路の前記第２領域の主面と前記第４領域の主面とが直交していることを特徴とする請求項３又は請求項４に記載の電流センサ。
6. 前記第２の電流路は、前記第１の電流路を挟んで二つ配設され、
   前記第２の電流路の前記第２領域の主面同士が、前記第１電流路の前記第１領域を挟んで対向するように配設され、
   前記第２電流路の前記第４領域の主面同士が、前記第１電流路の前記第３領域を挟んで面一に配設されることを特徴とする請求項５に記載の電流センサ。

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