JPWO2017212678A1 - 電流センサおよび電流センサモジュール - Google Patents

電流センサおよび電流センサモジュール Download PDF

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Abstract

測定対象の電流が流れ、長さ方向、この長さ方向と直交する幅方向(Ｙ軸方向)、および、上記長さ方向と幅方向(Ｙ軸方向)とに直交する高さ方向(Ｚ軸方向)を有する導体(１１０)と、上記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)および第２磁気センサ(１２０ｂ)とを備える。第１磁気センサ(１２０ａ)および第２磁気センサ(１２０ｂ)の各々は、幅方向(Ｙ軸方向)における第１導体部(１１１)と第２導体部(１１２)との間の領域(Ｔｙ)、かつ、第１導体部(１１１)および第２導体部(１１２)の両方の高さ方向(Ｚ軸方向)における一端から他端までを含む領域(Ｔｚ)、に位置している。

Description

本発明は、電流センサおよび電流センサモジュールに関する。
電流センサの構成を開示した先行文献として、特開２０１０−４８８０９号公報(特許文献１)がある。特許文献１に記載された第１実施形態に係る電流センサにおいては、導体が第１導体部と第２導体部とから構成されている。第１導体部と第２導体部とは、互いに離間している。第１導体部と第２導体部との間に、中間空間が形成されている。磁気センサが設けられた支持体が中間空間に挿入されることにより、磁気センサが導体の磁界内かつ中間空間の外部に配置されている。
特許文献１に記載された第２実施形態に係る電流センサは、導体が複数回曲げられている。導体は、互いに間隔をあけて並ぶ、第１導体部要素と第２導体部要素と第３導体部要素とを含む。第１導体部要素と第２導体部要素との間に、第１磁気センサが配置されている。第２導体部要素と第３導体部要素との間に、第２磁気センサが配置されている。
特開２０１０−４８８０９号公報
特許文献１に記載された第１実施形態に係る電流センサにおいては、導体が、第１導体部と第２導体部とに分岐しているため、導体を流れる電流は、第１導体部と第２導体部とに分かれて流れる。そのため、第１導体部の周囲に発生する磁界の強さ、および、第２導体部の周囲に発生する磁界の強さの各々は、分岐していない部分の導体の周囲に発生する磁界の強さより弱くなる。その結果、磁気センサに印加される磁界の強さが弱いため、磁気センサの出力が低くなり、電流センサの感度が低くなる。
特許文献１に記載された第２実施形態に係る電流センサは、第１磁気センサと第２磁気センサとの間に、第２導体部要素が位置するため、第１磁気センサと第２磁気センサとの間の距離が長くなる。第１磁気センサと第２磁気センサとの間の距離が長い場合、第１磁気センサおよび第２磁気センサの各々に印加される外部磁界の強さの差が大きくなるため、外部磁界による電流センサの測定値のばらつきが大きくなる。
本発明は上記の問題点に鑑みてなされたものであって、測定対象の電流によって発生する磁界に対して感度が高く、外部磁界による測定値のばらつきが少ない、電流センサおよび電流センサモジュール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、長さ方向、この長さ方向と直交する幅方向、および、上記長さ方向と上記幅方向とに直交する高さ方向を有する導体と、上記電流により発生する磁界の強さを検出する、第１磁気センサおよび第２磁気センサとを備える。導体は、上記長さ方向に延在して上記長さ方向における第１一端部および第１他端部を有する第１導体部と、上記幅方向において第１導体部に間隔をあけつつ上記長さ方向に延在して上記長さ方向における第２一端部および第２他端部を有する第２導体部と、上記高さ方向から見て、第１導体部と第２導体部との間に位置し、かつ、上記長さ方向から見て、第１導体部および第２導体部に対して上記高さ方向の一方側に位置し、上記長さ方向における第３一端部および第３他端部を有する第３導体部とを含む。第３他端部が、第１他端部と接続されている。第３一端部が、第２一端部と接続されている。第１磁気センサおよび第２磁気センサの各々は、上記幅方向における第１導体部と第２導体部との間の領域、かつ、第１導体部および第２導体部の両方の上記高さ方向における一端から他端までを含む領域、に位置している。
本発明の一形態においては、第１磁気センサと第１導体部との最短距離は、第１磁気センサと第２導体部との最短距離より短い。第２磁気センサと第２導体部との最短距離は、第２磁気センサと第１導体部との最短距離より短い。
本発明の一形態においては、第１磁気センサと第１導体部との最短距離は、第１磁気センサと第３導体部との最短距離より短い。第２磁気センサと第２導体部との最短距離は、第２磁気センサと第３導体部との最短距離より短い。
本発明の一形態においては、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上記電流の値を算出する算出部をさらに備える。第１磁気センサと第２磁気センサとは、上記磁界の各々の検出値が互いに逆相である。算出部が減算器または差動増幅器である。
本発明の一形態においては、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上記電流の値を算出する算出部をさらに備える。第１磁気センサと第２磁気センサとは、上記磁界の各々の検出値が互いに同相である。算出部が加算器または加算増幅器である。
本発明の一形態においては、第１導体部および第２導体部の各々が、板状の形状を有する。上記長さ方向から見て、第１導体部の第２導体部側の面を含む第１仮想平面と、第２導体部の第１導体部側の面を含む第２仮想平面とが、互いに平行である。
本発明の一形態においては、第１導体部の一部と第２導体部の一部とが、互いに対向している。
本発明の一形態においては、上記幅方向から見て、第１導体部と第２導体部との位置が、上記高さ方向において互いにずれている。
本発明の一形態においては、第１導体部および第２導体部の各々が、板状の形状を有している。上記長さ方向から見て、第１導体部の第２導体部側の面を含む第１仮想平面と、第２導体部の第１導体部側の面を含む第２仮想平面とが、互いに交差している。
本発明の一形態においては、第３導体部が、上記長さ方向に延在している。
本発明の一形態においては、第３導体部が、上記長さ方向および上記幅方向に延在している。
本発明の一形態においては、第３導体部が、板状の形状を有している。
本発明の一形態においては、上記長さ方向から見て、第３導体部が、上記高さ方向において第１導体部側とは反対側に凸状に曲がった形状を有している。
本発明の一形態においては、上記凸状に曲がった形状が、湾曲形状である。
本発明の一形態においては、上記凸状に曲がった形状が、屈曲形状である。
本発明の一形態においては、電流センサは、第１磁気センサおよび第２磁気センサが実装された基板と、基板を収容する筐体とをさらに備える。筐体は、導体に固定されている。
本発明の一形態においては、筐体が、第１導体部、第２導体部および第３導体部の各々と接している。
本発明に基づく電流センサモジュールは、上記の複数の電流センサを備える。複数の電流センサの各々の導体が、並列に配置されている。
本発明の一形態においては、複数の電流センサが、上記高さ方向において互いに間隔をあけて並んでいる。互いに隣接している電流センサ同士において、一方の電流センサの上記幅方向における第１導体部と第２導体部との間の上記領域は、他方の電流センサの第３導体部と対向している。
本発明の一形態においては、複数の電流センサが、上記幅方向において互いに間隔をあけて並びつつ、上記長さ方向において互いに間隔をあけて並んでいる。互いに隣接している電流センサ同士において、一方の電流センサの上記幅方向における第１導体部と第２導体部との間の上記領域は、他方の電流センサの上記幅方向における第１導体部と第２導体部との間の上記領域と、上記長さ方向において対向している。
本発明によれば、電流センサにおいて、測定対象の電流によって発生する磁界に対して感度を高くしつつ、外部磁界による測定値のばらつきを少なくすることができる。
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。 図１の電流センサを矢印ＩＩ方向から見た正面図である。 本発明の実施形態１に係る電流センサが備える導体が折り曲げられる前の形状を示す展開図である。 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回路図である。 本発明の実施形態１に係る電流センサの導体の周辺に発生する磁界の磁束密度の分布をシミュレーション解析した結果を示す等高線図である。 図５中の始点Ｓから終点ＥまでＹ軸方向に延在する仮想直線上における磁束密度のＺ軸方向の成分(ｍＴ)と、始点Ｓからの距離(ｍｍ)との関係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構成を示す正面図である。 本発明の実施形態３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３の変形例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４に係る電流センサの外観を示す斜視図である。 図１０の電流センサを矢印ＸＩ方向から見た斜視図である。 本発明の実施形態４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５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１３の導体を矢印ＸＩＶ方向から見た側面図である。 図１３の導体を矢印ＸＶ方向から見た平面図である。 図１３の導体を矢印ＸＶＩ方向から見た正面図である。 本発明の実施形態６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１７の導体を矢印ＸＶＩＩＩ方向から見た側面図である。 図１７の導体を矢印ＸＩＸ方向から見た平面図である。 図１７の導体を矢印ＸＸ方向から見た正面図である。 本発明の実施形態７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２１の導体を矢印ＸＸＩＩ方向から見た側面図である。 図２１の導体を矢印ＸＸＩＩＩ方向から見た平面図である。 図２１の導体を矢印ＸＸＩＶ方向から見た正面図である。 本発明の実施形態８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２５の導体を矢印ＸＸＶＩ方向から見た側面図である。 図２５の導体を矢印ＸＸＶＩＩ方向から見た平面図である。 図２５の導体を矢印ＸＸＶＩＩＩ方向から見た正面図である。 本発明の実施形態８に係る電流センサの導体の周辺に発生する磁界の磁束密度の分布をシミュレーション解析した結果を示す等高線図である。 図２９中の始点Ｓから終点ＥまでＹ軸方向に延在する仮想直線Ｌ上における磁束密度のＺ軸方向の成分(ｍＴ)と、始点Ｓからの距離(ｍｍ)との関係を示すグラフである。 本発明の実施形態９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３１の導体を矢印ＸＸＸＩＩ方向から見た側面図である。 図３１の導体を矢印ＸＸＸＩＩＩ方向から見た平面図である。 図３１の導体を矢印ＸＸＸＩＶ方向から見た正面図である。 本発明の実施形態１０に係る電流センサモジュールの外観を示す斜視図である。 本発明の実施形態１０の変形例に係る電流センサモジュールの導体の配置を示す斜視図である。
以下、本発明の各実施形態に係る電流センサおよび電流センサモジュール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、図１の電流センサを矢印ＩＩ方向から見た正面図である。図３は、本発明の実施形態１に係る電流センサが備える導体が折り曲げられる前の形状を示す展開図である。図４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回路図である。図１〜３においては、導体の長さ方向をＸ軸方向、導体の幅方向をＹ軸方向、導体の高さ方向をＺ軸方向として示している。
図１〜３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、長さ方向(Ｘ軸方向)、長さ方向(Ｘ軸方向)と直交する幅方向(Ｙ軸方向)、および、長さ方向(Ｘ軸方向)と幅方向(Ｙ軸方向)とに直交する高さ方向(Ｚ軸方向)を有する導体１１０と、上記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および第２磁気センサ１２０ｂとを備える。
導体１１０は、長さ方向(Ｘ軸方向)に延在して長さ方向(Ｘ軸方向)における第１一端部１１１ａおよび第１他端部１１１ｂを有する第１導体部１１１と、幅方向(Ｙ軸方向)において第１導体部１１１に間隔をあけつつ長さ方向(Ｘ軸方向)に延在して長さ方向(Ｘ軸方向)における第２一端部１１２ａおよび第２他端部１１２ｂを有する第２導体部１１２と、高さ方向(Ｚ軸方向)から見て、第１導体部１１１と第２導体部１１２との間に位置し、かつ、長さ方向(Ｘ軸方向)から見て、第１導体部１１１および第２導体部１１２に対して高さ方向(Ｚ軸方向)の一方側に位置し、長さ方向(Ｘ軸方向)における第３一端部１１３ａおよび第３他端部１１３ｂを有する第３導体部１１３とを含む。
第３他端部１１３ｂが、第１他端部１１１ｂの高さ方向(Ｚ軸方向)における一端と接続されていることにより、第１導体部１１１と第３導体部１１３とが互いに接続されている。具体的には、第１他端部１１１ｂと第３他端部１１３ｂとは、第４導体部１１４によって互いに接続されている。第４導体部１１４は、導体１１０の一部である。第４導体部１１４は、高さ方向(Ｚ軸方向)に延在している。
第３一端部１１３ａが、第２一端部１１２ａの高さ方向(Ｚ軸方向)における一端と接続されていることにより、第２導体部１１２と第３導体部１１３とが互いに接続されている。具体的には、第２一端部１１２ａと第３一端部１１３ａとは、第５導体部１１５によって互いに接続されている。第５導体部１１５は、導体１１０の一部である。第５導体部１１５は、高さ方向(Ｚ軸方向)に延在している。
本実施形態においては、第１導体部１１１および第２導体部１１２の各々が、板状の形状を有する。長さ方向(Ｘ軸方向)から見て、第１導体部１１１の第２導体部１１２側の面を含む第１仮想平面と、第２導体部１１２の第１導体部１１１側の面を含む第２仮想平面とが、互いに平行である。第１導体部１１１の一部と第２導体部１１２の一部とが、幅方向(Ｙ軸方向)において、互いに対向している。幅方向(Ｙ軸方向)から見て、第１導体部１１１の一部と第２導体部１１２の一部とは、高さ方向(Ｚ軸方向)において互いに重なっている。第３導体部１１３は、長さ方向(Ｘ軸方向)に延在している。第３導体部１１３は、板状の形状を有している。
図３に示すように、折り曲げる前の導体１１０は、互いに幅方向(Ｙ軸方向)に間隔をあけて長さ方向(Ｘ軸方向)に各々延在する、第１導体部１１１、第２導体部１１２および第３導体部１１３を含んでいる。折り曲げる前の導体１１０は、幅方向(Ｙ軸方向)に延在して第１導体部１１１と第３導体部１１３とを接続する第４導体部１１４をさらに含んでいる。折り曲げる前の導体１１０は、幅方向(Ｙ軸方向)に延在して第２導体部１１２と第３導体部１１３とを接続する第５導体部１１５をさらに含んでいる。
折り曲げる前の導体１１０において、第１導体部１１１、第２導体部１１２および第３導体部１１３の各々の幅方向(Ｙ軸方向)の寸法は、同等である。導体１１０の厚さは、全体的に均一である。よって、上記電流が流れる流路面積は、第１導体部１１１、第２導体部１１２および第３導体部１１３において一定である。なお、第３導体部１１３の幅方向(Ｙ軸方向)の寸法が、第１導体部１１１および第２導体部１１２の各々の幅方向(Ｙ軸方向)の寸法より小さくてもよい。
本実施形態においては、導体１１０は、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。折り曲げる前の導体１１０が、図３に示す２本の折り曲げ線Ｂの各々にて山折りされることにより、図１，２に示す形状の導体１１０が形成されている。２本の折り曲げ線Ｂは、第３導体部１１３の幅方向(Ｙ軸方向)の両端上に位置している。具体的には、２本の折り曲げ線Ｂに沿ってプレス加工することにより、第４導体部１１４および第５導体部の各々が、外表面側が内表面側に比べて延びるように屈曲させされることにより、図１，２に示す形状の導体１１０が形成されている。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１，２に示すように、本実施形態においては、第１磁気センサ１２０ａおよび第２磁気センサ１２０ｂは、１つの基板１３０に実装されている。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電気絶縁性材料の基材と、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。基板１３０の厚さは、たとえば、１．６ｍｍ程度である。
第１磁気センサ１２０ａは、基板１３０の一方の主面上に実装されている。第２磁気センサ１２０ｂは、基板１３０の他方の主面上に実装されている。第１磁気センサ１２０ａおよび第２磁気センサ１２０ｂの各々は、アンプおよび受動素子などの電子部品と共に基板１３０に実装されている。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および第２磁気センサ１２０ｂからの信号を演算する演算回路を構成している。なお、図１，２においては、アンプおよび受動素子は図示していない。ただし、アンプおよび受動素子は、第１磁気センサ１２０ａおよび第２磁気センサ１２０ｂの各々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。
図２に示すように、基板１３０の一方の主面と、第１導体部１１１の第２導体部１１２側の面とは、互いに平行である。基板１３０の他方の主面と、第２導体部１１２の第１導体部１１１側の面とは、互いに平行である。基板１３０は、幅方向(Ｙ軸方向)において、第１導体部１１１の第２導体部１１２側の面と、第２導体部１１２の第１導体部１１１側の面との、中間の位置に配置されている。
第１磁気センサ１２０ａおよび第２磁気センサ１２０ｂの各々は、幅方向(Ｙ軸方向)における第１導体部１１１と第２導体部１１２との間の領域Ｔｙ、かつ、第１導体部１１１および第２導体部１１２の両方の高さ方向(Ｚ軸方向)における一端から他端までを含む領域Ｔｚ、に位置している。上記領域Ｔｙは、長さ方向(Ｘ軸方向)において、第２導体部１１２の第２一端部１１２ａの位置から、第１導体部１１１の第１他端部１１１ｂの位置まで、延在している。
第１磁気センサ１２０ａと第１導体部１１１との最短距離は、第１磁気センサ１２０ａと第２導体部１１２との最短距離より短い。第２磁気センサ１２０ｂと第２導体部１１２との最短距離は、第２磁気センサ１２０ｂと第１導体部１１１との最短距離より短い。
第１磁気センサ１２０ａと第１導体部１１１との最短距離は、第１磁気センサ１２０ａと第３導体部１１３との最短距離より短い。第２磁気センサ１２０ｂと第２導体部１１２との最短距離は、第２磁気センサ１２０ｂと第３導体部１１３との最短距離より短い。
第１磁気センサ１２０ａおよび第２磁気センサ１２０ｂの各々は、検出軸２を有し、検出軸２が高さ方向(Ｚ軸方向)に向くように配置されている。
第１磁気センサ１２０ａおよび第２磁気センサ１２０ｂ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。
図４に示すように、本実施形態に係る電流センサ１００において、第１磁気センサ１２０ａおよび第２磁気センサ１２０ｂ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および第２磁気センサ１２０ｂ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および第２磁気センサ１２０ｂ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および第２磁気センサ１２０ｂ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。
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および第２磁気センサ１２０ｂ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。磁気抵抗膜は、パーマロイなどの磁性体の薄膜で構成されている。
磁気抵抗膜の磁化方向は、磁気抵抗膜の形状異方性によって決まる。なお、磁気抵抗膜の磁化方向を調整する方法として、磁気抵抗膜の形状異方性を用いる方法に限られず、ＡＭＲ素子を構成する磁気抵抗膜の近傍に永久磁石を配置する方法、または、ＡＭＲ素子を構成する磁気抵抗膜において交換結合を設ける方法などを用いてもよい。
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、等方性フェライト磁石、異方性フェライト磁石、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。
永久磁石上に磁気抵抗膜が形成されていてもよい。基板１３０の主面に直交する方向から見て、磁気抵抗膜が永久磁石に挟まれるように配置されていてもよいし、永久磁石が磁気抵抗膜に挟まれるように配置されていてもよい。１つの永久磁石によって複数の磁気抵抗膜にバイアス磁界を印加することにより、第１磁気センサ１２０ａおよび第２磁気センサ１２０ｂの各々を小型化することができる。
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。
図４に示すように、電流センサ１００は、第１磁気センサ１２０ａの検出値と第２磁気センサ１２０ｂの検出値とを演算することにより導体１１０を流れる測定対象の電流の値を算出する算出部１９０をさらに備える。本実施形態においては、算出部１９０は、差動増幅器である。ただし、算出部１９０が減算器であってもよい。
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。測定対象の電流が導体１１０を流れることにより、図１，２に示すように、第１導体部１１１を長さ方向(Ｘ軸方向)の第１一端部１１１ａ側から第１他端部１１１ｂ側に向けて電流１ａが流れる。その電流１ａは、第１導体部１１１に接続された第４導体部１１４を通じて、第４導体部１１４に接続された第３導体部１１３の第３他端部１１３ｂに流入する。第３導体部１１３の第３他端部１１３ｂに流入した電流は、第３導体部１１３を長さ方向(Ｘ軸方向)の第３他端部１１３ｂ側から第３一端部１１３ａ側に向けて電流１ｂとして流れる。その電流１ｂは、第３導体部１１３に接続された第５導体部１１５を通じて、第５導体部１１５に接続された第２導体部１１２の第２一端部１１２ａに流入する。第２導体部１１２の第２一端部１１２ａに流入した電流は、第２導体部１１２を長さ方向(Ｘ軸方向)の第２一端部１１２ａ側から第２他端部１１２ｂ側に向けて電流１ｃとして流れる。
図２に示すように、いわゆる右ねじの法則によって、第１導体部１１１を周回する磁界１ａｅが発生し、第２導体部１１２を周回する磁界１ｃｅが発生し、第３導体部１１３を周回する磁界１ｂｅが発生する。
上記のように、第１磁気センサ１２０ａは、領域Ｔｙ内かつ領域Ｔｚ内において、第１導体部１１１寄りに位置している。そのため、第１磁気センサ１２０ａには、第１導体部１１１を周回する磁界１ａｅが主に印加される。第２磁気センサ１２０ｂは、領域Ｔｙ内かつ領域Ｔｚ内において、第２導体部１１２寄りに位置している。そのため、第２磁気センサ１２０ｂには、第２導体部１１２を周回する磁界１ｃｅが主に印加される。
なお、第３導体部１１３を周回する磁界１ｂｅは、第１磁気センサ１２０ａおよび第２磁気センサ１２０ｂの各々には、検出軸２が向いている高さ方向(Ｚ軸方向)と直交する幅方向(Ｙ軸方向)に主に印加される。そのため、第１磁気センサ１２０ａおよび第２磁気センサ１２０ｂの各々は、第３導体部１１３を周回する磁界１ｂｅをほとんど検出しない。
図５は、本発明の実施形態１に係る電流センサの導体の周辺に発生する磁界の磁束密度の分布をシミュレーション解析した結果を示す等高線図である。図５においては、図１の電流センサをＶ−Ｖ線矢印方向から見た断面視にて示している。図６は、図５中の始点Ｓから終点ＥまでＹ軸方向に延在する仮想直線上における磁束密度のＺ軸方向の成分(ｍＴ)と、始点Ｓからの距離(ｍｍ)との関係を示すグラフである。
シミュレーション解析においては、第１導体部１１１、第２導体部１１２および第３導体部１１３の各々の断面の寸法は、幅が１０ｍｍ、厚さが１．５ｍｍとした。上記仮想直線の高さ方向(Ｚ軸方向)における位置は、第１導体部１１１および第２導体部１１２の各々の高さ方向(Ｚ軸方向)における他端から一端側に７．５ｍｍの位置とした。第１導体部１１１、第２導体部１１２および第３導体部１１３の各々を流れる電流の値を６００Ａとした。
図５においては、磁束密度の高さ方向(Ｚ軸方向)の成分が、４０ｍＴである線をＥ１、３２ｍＴである線をＥ２、２４ｍＴである線をＥ３、１６ｍＴである線をＥ４で示している。磁束密度の高さ方向(Ｚ軸方向)の成分が、−４０ｍＴである線をＥ１１、−３２ｍＴである線をＥ１２、−２４ｍＴである線をＥ１３、−１６ｍＴである線をＥ１４で示している。磁束密度の高さ方向(Ｚ軸方向)の成分は、図５中の上向きの磁束を正の値、図５中の下向きの磁束を負の値で示している。
図６に示すように、仮想直線上の始点Ｓと終点Ｅとの中間となる、始点からの距離が５ｍｍの位置を境にして、磁束密度の高さ方向(Ｚ軸方向)の成分の符号が逆になっている。具体的には、始点からの距離が５ｍｍ未満の位置においては、磁束密度の高さ方向(Ｚ軸方向)の成分が正の値となり、始点からの距離が５ｍｍより長い位置においては、磁束密度の高さ方向(Ｚ軸方向)の成分が負の値となっていた。
第１磁気センサ１２０ａは、仮想直線上において始点からの距離が５ｍｍより長い位置に配置されている。第２磁気センサ１２０ｂは、仮想直線上において始点からの距離が５ｍｍ未満の位置に配置されている。
よって、第１磁気センサ１２０ａに作用する磁界１ａｅの磁束の向きと、第２磁気センサ１２０ｂに作用する磁界１ｂｅの磁束の向きとが、互いに反対であり、第１磁気センサ１２０ａと第２磁気センサ１２０ｂの検出軸２の向きが同じであるため、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の検出値の位相と、第２磁気センサ１２０ｂの検出値の位相とは、逆相である。従って、第１磁気センサ１２０ａ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の検出した磁界の強さは負の値となる。
第１磁気センサ１２０ａの検出値と第２磁気センサ１２０ｂの検出値とは、算出部１９０にて演算される。具体的には、算出部１９０は、第１磁気センサ１２０ａの検出値から第２磁気センサ１２０ｂの検出値を減算する。この結果から、導体１１０を流れた測定対象の電流の値が算出される。
本実施形態に係る電流センサ１００においては、第１磁気センサ１２０ａと第２磁気センサ１２０ｂとの間に基板１３０が位置しているため、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に印加される磁界のうちの検出軸２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に印加される磁界のうちの検出軸２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の検出した外部磁界の強さも正の値となる。
その結果、算出部１９０が第１磁気センサ１２０ａの検出値から第２磁気センサ１２０ｂの検出値を減算することにより、外部磁界源からの磁界は、ほとんど検出されなくなる。すなわち、外部磁界の影響が低減される。
本実施形態の変形例として、第１磁気センサ１２０ａおよび第２磁気センサ１２０ｂ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の検出値の位相と、第２磁気センサ１２０ｂの検出値の位相とは同相となる。
本変形例においては、算出部１９０として差動増幅器に代えて加算器または加算増幅器を用いる。外部磁界の強さについては、第１磁気センサ１２０ａの検出値と第２磁気センサ１２０ｂの検出値とを加算器または加算増幅器によって加算することにより、第１磁気センサ１２０ａの検出値の絶対値と、第２磁気センサ１２０ｂの検出値の絶対値とが減算される。これにより、外部磁界源からの磁界は、ほとんど検出されなくなる。すなわち、外部磁界の影響が低減される。
一方、導体１１０を流れる電流により発生する磁界の強さについては、第１磁気センサ１２０ａの検出値と第２磁気センサ１２０ｂの検出値とを加算器または加算増幅器によって加算することにより、導体１１０を流れた測定対象の電流の値が算出される。
このように、第１磁気センサ１２０ａと第２磁気センサ１２０ｂとの入出力特性を互いに逆の極性にしつつ、差動増幅器に代えて加算器または加算増幅器を算出部として用いてもよい。
上記のように、本実施形態に係る電流センサ１００は、導体１１０を分岐させることなく、第１導体部１１１を測定対象の電流１ａが流れることにより発生した磁界１ａｅを第１磁気センサ１２０ａによって検出し、第２導体部１１２を測定対象の電流１ｃが流れることにより発生した磁界１ｃｅを第２磁気センサ１２０ｂによって検出することにより、第１磁気センサ１２０ａおよび第２磁気センサ１２０ｂの各々の出力を高く維持して、電流センサ１００の感度を高くすることができる。
また、第１磁気センサ１２０ａと第２磁気センサ１２０ｂとを互いに接近させて配置することができるため、第１磁気センサ１２０ａおよび第２磁気センサ１２０ｂの各々に印加される外部磁界の強さの差を低減して、外部磁界による電流センサ１００の測定値のばらつきを少なくすることができる。
さらに、図２に示すように、第３導体部１１３の第１導体部１１１および第２導体部１１２に隣接している面側とは反対の面側において、磁界１ａｅと磁界１ｂｅとが互いに打ち消し合い、磁界１ｂｅと磁界１ｃｅとが互いに打ち消し合うため、電流センサ１００の外部に発生する磁界の強さを低減できる。
本実施形態に係る電流センサ１００においては、第１磁気センサ１２０ａと第２磁気センサ１２０ｂとの間に、導体の一部が位置していないことにより、電流センサ１００の幅方向(Ｙ軸方向)の幅が厚くなることを抑制できる。
本実施形態に係る電流センサ１００においては、図３に示す金属材料または合金材料からなる１枚の平板を、プレス加工によって折り曲げるのみで導体１１０を形成できるため、導体１１０を容易に形成することができる。
(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、基板の向き並びに第１磁気センサおよび第２磁気センサの各々の検出軸の基板の主面に対する向きが主に実施形態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７は、本発明の実施形態２に係る電流センサの構成を示す正面図である。図７においては、図２と同一の方向から見た状態を示している。
図７に示すように、本発明の実施形態２に係る電流センサ２００においては、第１磁気センサ２２０ａおよび第２磁気センサ２２０ｂは、基板２３０の一方の主面上に実装されている。第３導体部１１３の第１導体部１１１および第２導体部１１２に隣接している面と、基板２３０の一方の主面とは、互いに平行である。
第１磁気センサ２２０ａおよび第２磁気センサ２２０ｂの各々は、幅方向(Ｙ軸方向)における第１導体部１１１と第２導体部１１２との間の領域Ｔｙ、かつ、第１導体部１１１および第２導体部１１２の両方の高さ方向(Ｚ軸方向)における一端から他端までを含む領域Ｔｚ、に位置している。上記領域Ｔｙは、長さ方向(Ｘ軸方向)において、第２導体部１１２の第２一端部１１２ａの位置から、第１導体部１１１の第１他端部１１１ｂの位置まで、延在している。
第１磁気センサ２２０ａと第１導体部１１１との最短距離は、第１磁気センサ２２０ａと第２導体部１１２との最短距離より短い。第２磁気センサ２２０ｂと第２導体部１１２との最短距離は、第２磁気センサ２２０ｂと第１導体部１１１との最短距離より短い。
第１磁気センサ２２０ａと第１導体部１１１との最短距離は、第１磁気センサ２２０ａと第３導体部１１３との最短距離より短い。第２磁気センサ２２０ｂと第２導体部１１２との最短距離は、第２磁気センサ２２０ｂと第３導体部１１３との最短距離より短い。
第１磁気センサ２２０ａおよび第２磁気センサ２２０ｂの各々は、検出軸２を有し、検出軸２が高さ方向(Ｚ軸方向)に向くように配置されている。
本発明の実施形態２に係る電流センサ２００においては、第１磁気センサ２２０ａと第２磁気センサ２２０ｂとの間に基板２３０が位置していないため、第１磁気センサ２２０ａと第２磁気センサ２２０ｂとを互いにさらに接近させて配置することができる。そのため、第１磁気センサ２２０ａおよび第２磁気センサ２２０ｂの各々に印加される外部磁界の強さの差を低減して、外部磁界による電流センサ２００の測定値のばらつきを少なくすることができる。
(実施形態３)
以下、本発明の実施形態３に係る電流センサについて説明する。なお、実施形態３に係る電流センサ３００は、基板が筐体に収容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８は、本発明の実施形態３に係る電流センサの外観を示す斜視図である。図８に示すように、本発明の実施形態３に係る電流センサ３００は、第１磁気センサ１２０ａおよび第２磁気センサ１２０ｂが実装された基板１３０を収容する筐体３５０をさらに備えている。筐体３５０には、フランジ部３５０ｆが設けられている。フランジ部３５０ｆには、図示しない貫通孔が設けられている。第２導体部１１２には、フランジ部３５０ｆの貫通孔に対応する位置に、図示しない貫通孔が設けられている。フランジ部３５０ｆは、長さ方向(Ｘ軸方向)において、第２導体部１１２の第２一端部１１２ａの位置から第１導体部１１１の第１他端部１１１ｂの位置までの領域の外側に配置されている。
フランジ部３５０ｆの貫通孔および第２導体部１１２の貫通孔を挿通したボルト３７０と図示しないナットとを螺合させることにより、筐体３５０と導体１１０とを締結することができる。ボルト３７０およびナットの各々は、非磁性材料で構成されている。なお、筐体３５０と導体１１０との接合方法は、上記に限られず、樹脂を用いた熱溶着、または、接着剤を用いた接着でもよい。もしくは、筐体３５０に、導体１１０に係止する係止部を設け、係止部を導体１１０に係止することにより、筐体３５０を導体１１０に固定してもよい。
本実施形態においては、筐体３５０が、第１導体部１１１、第２導体部１１２および第３導体部１１３の各々と接している。これにより、第１導体部１１１に対する第１磁気センサ１２０ａの位置のばらつき、および、第２導体部１１２に対する第２磁気センサ１２０ｂの位置のばらつきの各々を低減して、電流センサ３００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３００の測定再現性および量産性を高めることができる。また、第１導体部１１１、第２導体部１１２および第３導体部１１３によって、筐体３５０を外力から保護することができる。
筐体３５０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３５０の材料として好ましい。
なお、筐体３５０および導体１１０の各々の一部を、絶縁樹脂で封止してもよい。図９は、本発明の実施形態３の変形例に係る電流センサの外観を示す斜視図である。図９に示すように、本発明の実施形態３の変形例に係る電流センサ３００ａにおいては、筐体３５０および導体１１０の各々の一部が、絶縁樹脂３６０によって封止されている。絶縁樹脂３６０を用いてインサート成形することにより、第１導体部１１１の一部、第２導体部１１２の一部、第３導体部１１３および筐体３５０を封止することができる。
絶縁樹脂３６０の材料としては、熱可塑性樹脂または熱硬化性樹脂であって、アクリロニトリルブタジエンスチレン(ＡＢＳ)樹脂、ポリフェニレンサルファイド(ＰＰＳ)樹脂、液晶ポリマー(ＬＣＰ)、ポリブチレンテレフタレート(ＰＢＴ)樹脂、エポキシ樹脂またはポリアミド樹脂(ＰＡ)などが、耐熱性およびモールド精度の観点から好ましい。
なお、筐体３５０を設けずに、導体１１０の一部と、第１磁気センサ１２０ａおよび第２磁気センサ１２０ｂが実装された基板１３０とを、絶縁樹脂３６０によって封止してもよい。
(実施形態４)
以下、本発明の実施形態４に係る電流センサについて説明する。なお、実施形態４に係る電流センサ４００は、第５導体部の長さが主に、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１０は、本発明の実施形態４に係る電流センサの外観を示す斜視図である。図１１は、図１０の電流センサを矢印ＸＩ方向から見た斜視図である。図１２は、本発明の実施形態４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１０〜１１に示すように、本発明の実施形態４に係る電流センサ４００は、測定対象の電流が流れ、長さ方向(Ｘ軸方向)、長さ方向(Ｘ軸方向)と直交する幅方向(Ｙ軸方向)、および、長さ方向(Ｘ軸方向)と幅方向(Ｙ軸方向)とに直交する高さ方向(Ｚ軸方向)を有する導体４１０と、上記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および第２磁気センサ１２０ｂとを備える。
導体４１０の第５導体部４１５は、実施形態１に係る導体１１０の第５導体部１１５より長い。その結果、幅方向(Ｙ軸方向)から見て、第１導体部１１１と第２導体部１１２との位置が、高さ方向(Ｚ軸方向)において互いにずれている。
第１磁気センサ１２０ａおよび第２磁気センサ１２０ｂは、基板１３０の一方の主面上に実装されている。基板１３０の一方の主面と、第１導体部１１１の第２導体部１１２側の面とは、互いに平行である。基板１３０の他方の主面と、第２導体部１１２の第１導体部１１１側の面とは、互いに平行である。
第１磁気センサ１２０ａおよび第２磁気センサ１２０ｂの各々は、幅方向(Ｙ軸方向)における第１導体部１１１と第２導体部１１２との間の領域Ｔｙ、かつ、第１導体部１１１および第２導体部１１２の両方の高さ方向(Ｚ軸方向)における一端から他端までを含む領域Ｔｚ、に位置している。
第１磁気センサ１２０ａと第１導体部１１１との最短距離は、第１磁気センサ１２０ａと第２導体部１１２との最短距離より短い。第２磁気センサ１２０ｂと第２導体部１１２との最短距離は、第２磁気センサ１２０ｂと第１導体部１１１との最短距離より短い。
第１磁気センサ１２０ａと第１導体部１１１との最短距離は、第１磁気センサ１２０ａと第３導体部１１３との最短距離より短い。第２磁気センサ１２０ｂと第２導体部１１２との最短距離は、第２磁気センサ１２０ｂと第３導体部１１３との最短距離より短い。
図１１に示すように、いわゆる右ねじの法則によって、第１導体部１１１を周回する磁界１ａｅが発生し、第２導体部１１２を周回する磁界１ｃｅが発生し、第３導体部１１３を周回する磁界１ｂｅが発生する。
上記のように、第１磁気センサ１２０ａは、領域Ｔｙ内かつ領域Ｔｚ内において、第１導体部１１１寄りに位置している。そのため、第１磁気センサ１２０ａには、第１導体部１１１を周回する磁界１ａｅが主に印加される。第２磁気センサ１２０ｂは、領域Ｔｙ内かつ領域Ｔｚ内において、第２導体部１１２寄りに位置している。そのため、第２磁気センサ１２０ｂには、第２導体部１１２を周回する磁界１ｃｅが主に印加される。
上記のように、幅方向(Ｙ軸方向)から見て、第１導体部１１１と第２導体部１１２との位置が、高さ方向(Ｚ軸方向)において互いにずれていることにより、磁界１ａｅは、第２導体部１１２の第１導体部１１１側の面にほとんど進入せず、磁界１ｃｅは、第１導体部１１１の第２導体部１１２側の面にほとんど進入しない。その結果、磁界１ａｅが第２導体部１１２の第１導体部１１１側の面に進入した際に発生する渦電流損、および、磁界１ｃｅが第１導体部１１１の第２導体部１１２側の面に進入した際に発生する渦電流損を低減することができる。これにより、電流センサ４００の出力低下を抑制でき、電流センサ４００の周波数特性を向上できる。
(実施形態５)
以下、本発明の実施形態５に係る電流センサについて説明する。なお、実施形態５に係る電流センサは、第４導体部および第５導体部の長さが主に、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１３は、本発明の実施形態５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１４は、図１３の導体を矢印ＸＩＶ方向から見た側面図である。図１５は、図１３の導体を矢印ＸＶ方向から見た平面図である。図１６は、図１３の導体を矢印ＸＶＩ方向から見た正面図である。
図１３〜１６に示すように、本発明の実施形態５に係る電流センサが備える導体５１０の第４導体部５１４および第５導体部５１５の各々は、幅方向(Ｙ軸方向)に延在する部分と高さ方向(Ｚ軸方向)に延在する部分とを含んでいる。すなわち、第４導体部５１４および第５導体部５１５の各々は、屈曲している。
導体５１０の第４導体部５１４の高さ方向(Ｚ軸方向)に延在する部分は、実施形態１に係る導体１１０の第４導体部１１４より短い。導体５１０の第５導体部５１５の高さ方向(Ｚ軸方向)に延在する部分は、実施形態１に係る導体１１０の第５導体部１１５より短い。これにより、電流センサを小型化することができる。
(実施形態６)
以下、本発明の実施形態６に係る電流センサについて説明する。なお、実施形態６に係る電流センサは、第３導体部の形状が主に、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１７は、本発明の実施形態６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１８は、図１７の導体を矢印ＸＶＩＩＩ方向から見た側面図である。図１９は、図１７の導体を矢印ＸＩＸ方向から見た平面図である。図２０は、図１７の導体を矢印ＸＸ方向から見た正面図である。
図１７〜２０に示すように、本発明の実施形態６に係る電流センサが備える導体６１０の第３導体部６１３は、長さ方向(Ｘ軸方向)から見て、高さ方向(Ｚ軸方向)において第１導体部１１１側とは反対側に凸状に曲がった形状を有している。本実施形態においては、上記凸状に曲がった形状が、湾曲形状である。第３導体部６１３は、高さ方向(Ｚ軸方向)から見て、第１導体部１１１と第２導体部１１２との間に位置し、長さ方向(Ｘ軸方向)における第３一端部６１３ａおよび第３他端部６１３ｂを有している。
第３導体部６１３が上記の湾曲形状を有していることにより、第１磁気センサ１２０ａおよび第２磁気センサ１２０ｂの各々と第３導体部６１３との間の最短距離が長くなるため、第３導体部６１３を周回する磁界が、第１磁気センサ１２０ａおよび第２磁気センサ１２０ｂの各々に印加されにくくすることができる。
(実施形態７)
以下、本発明の実施形態７に係る電流センサについて説明する。なお、実施形態７に係る電流センサは、導体の形状が主に、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２１は、本発明の実施形態７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２２は、図２１の導体を矢印ＸＸＩＩ方向から見た側面図である。図２３は、図２１の導体を矢印ＸＸＩＩＩ方向から見た平面図である。図２４は、図２１の導体を矢印ＸＸＩＶ方向から見た正面図である。
図２１〜２４に示すように、本発明の実施形態７に係る電流センサが備える導体７１０は、長さ方向(Ｘ軸方向)に延在して長さ方向(Ｘ軸方向)における第１一端部７１１ａおよび第１他端部７１１ｂを有する第１導体部７１１と、幅方向(Ｙ軸方向)において第１導体部７１１に間隔をあけつつ長さ方向(Ｘ軸方向)に延在して長さ方向(Ｘ軸方向)における第２一端部７１２ａおよび第２他端部７１２ｂを有する第２導体部７１２と、高さ方向(Ｚ軸方向)から見て、第１導体部７１１と第２導体部７１２との間に位置し、長さ方向(Ｘ軸方向)における第３一端部７１３ａおよび第３他端部７１３ｂを有する第３導体部７１３とを含む。
第３他端部７１３ｂが、第１他端部７１１ｂの高さ方向(Ｚ軸方向)における一端と接続されていることにより、第１導体部７１１と第３導体部７１３とが互いに接続されている。具体的には、第１他端部７１１ｂと第３他端部７１３ｂとは、第４導体部７１４によって互いに接続されている。第４導体部７１４は、導体７１０の一部である。
第３一端部７１３ａが、第２一端部７１２ａの高さ方向(Ｚ軸方向)における一端と接続されていることにより、第２導体部７１２と第３導体部７１３とが互いに接続されている。具体的には、第２一端部７１２ａと第３一端部７１３ａとは、第５導体部７１５によって互いに接続されている。第５導体部７１５は、導体７１０の一部である。
本実施形態においては、第１導体部７１１および第２導体部７１２の各々が、板状の形状を有している。長さ方向(Ｘ軸方向)から見て、第１導体部７１１の第２導体部７１２側の面を含む第１仮想平面と、第２導体部７１２の第１導体部７１１側の面を含む第２仮想平面とが、互いに交差している。第１仮想平面と第２仮想平面とのなす角度は、たとえば、６０°である。
第３導体部７１３は、長さ方向(Ｘ軸方向)に延在している。長さ方向(Ｘ軸方向)から見て、第３導体部７１３は、高さ方向(Ｚ軸方向)において第１導体部７１１側とは反対側に凸状に曲がった形状を有している。本実施形態においては、上記凸状に曲がった形状が、屈曲形状である。第４導体部７１４は、第１仮想平面に沿って延在している。第５導体部７１５は、第２仮想平面に沿って延在している。
第１磁気センサ１２０ａおよび第２磁気センサ１２０ｂの各々は、幅方向(Ｙ軸方向)における第１導体部７１１と第２導体部７１２との間の領域Ｔｙ、かつ、第１導体部７１１および第２導体部７１２の両方の高さ方向(Ｚ軸方向)における一端から他端までを含む領域Ｔｚ、に位置している。
第１磁気センサ１２０ａと第１導体部７１１との最短距離は、第１磁気センサ１２０ａと第２導体部７１２との最短距離より短い。第２磁気センサ１２０ｂと第２導体部７１２との最短距離は、第２磁気センサ１２０ｂと第１導体部７１１との最短距離より短い。
第１磁気センサ１２０ａと第１導体部７１１との最短距離は、第１磁気センサ１２０ａと第３導体部７１３との最短距離より短い。第２磁気センサ１２０ｂと第２導体部７１２との最短距離は、第２磁気センサ１２０ｂと第３導体部７１３との最短距離より短い。
導体７１０が上記の形状を有していることにより、電流センサを小型化することができる。
(実施形態８)
以下、本発明の実施形態８に係る電流センサについて説明する。なお、実施形態８に係る電流センサは、第３導体部の形状が主に、実施形態５に係る電流センサと異なるため、実施形態５に係る電流センサ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２５は、本発明の実施形態８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２５の導体を矢印ＸＸＶＩ方向から見た側面図である。図２７は、図２５の導体を矢印ＸＸＶＩＩ方向から見た平面図である。図２８は、図２５の導体を矢印ＸＸＶＩＩＩ方向から見た正面図である。
図２５〜２８に示すように、本発明の実施形態８に係る電流センサが備える導体８１０の第３導体部８１３は、長さ方向(Ｘ軸方向)および幅方向(Ｙ軸方向)に延在している。すなわち、第３導体部８１３は、高さ方向(Ｚ軸方向)から見て、第１導体部１１１および第２導体部１１２に対して直角以外の角度で交差するように延在している。高さ方向(Ｚ軸方向)から見て、第１導体部１１１および第２導体部１１２の各々と第３導体部８１３とが交差する角度は、たとえば、３０°である。
図２９は、本発明の実施形態８に係る電流センサの導体の周辺に発生する磁界の磁束密度の分布をシミュレーション解析した結果を示す等高線図である。図３０は、図２９中の始点Ｓから終点ＥまでＹ軸方向に延在する仮想直線Ｌ上における磁束密度のＺ軸方向の成分(ｍＴ)と、始点Ｓからの距離(ｍｍ)との関係を示すグラフである。
シミュレーション解析においては、第１導体部１１１、第２導体部１１２および第３導体部８１３の各々の断面の寸法は、幅が１０ｍｍ、厚さが１．５ｍｍとした。図２８に示すように、仮想直線Ｌの高さ方向(Ｚ軸方向)における位置は、第３導体部８１３の第１導体部１１１および第２導体部１１２に隣接している面からの距離Ｍが７．２５ｍｍの位置とした。第１導体部１１１、第２導体部１１２および第３導体部１１３の各々を流れる電流の値を６００Ａとした。
図２９においては、磁束密度の高さ方向(Ｚ軸方向)の成分が、４０ｍＴである線をＥ１、３２ｍＴである線をＥ２、２４ｍＴである線をＥ３、１６ｍＴである線をＥ４で示している。磁束密度の高さ方向(Ｚ軸方向)の成分が、−４０ｍＴである線をＥ１１、−３２ｍＴである線をＥ１２、−２４ｍＴである線をＥ１３、−１６ｍＴである線をＥ１４で示している。磁束密度の高さ方向(Ｚ軸方向)の成分は、図２８中の上向きの磁束を正の値、図２８中の下向きの磁束を負の値で示している。
図３０に示すように、仮想直線Ｌ上の始点Ｓと終点Ｅとの中間となる、始点からの距離が６ｍｍの位置を境にして、磁束密度の高さ方向(Ｚ軸方向)の成分の符号が逆になっている。具体的には、始点からの距離が６ｍｍ未満の位置においては、磁束密度の高さ方向(Ｚ軸方向)の成分が正の値となり、始点からの距離が６ｍｍより長い位置においては、磁束密度の高さ方向(Ｚ軸方向)の成分が負の値となっていた。
第１磁気センサ１２０ａは、仮想直線Ｌ上において始点Ｓからの距離が６ｍｍより長い位置に配置されている。第２磁気センサ１２０ｂは、仮想直線Ｌ上において始点Ｓからの距離が６ｍｍ未満の位置に配置されている。
よって、第１磁気センサ１２０ａに作用する磁界１ａｅの磁束の向きと、第２磁気センサ１２０ｂに作用する磁界１ｂｅの磁束の向きとが、互いに反対であるため、導体８１０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の検出値の位相と、第２磁気センサ１２０ｂの検出値の位相とは、逆相である。従って、第１磁気センサ１２０ａ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の検出した磁界の強さは負の値となる。
第１磁気センサ１２０ａの検出値と第２磁気センサ１２０ｂの検出値とは、算出部１９０にて演算される。具体的には、算出部１９０は、第１磁気センサ１２０ａの検出値から第２磁気センサ１２０ｂの検出値を減算する。この結果から、導体８１０を流れた測定対象の電流の値が算出される。
本実施形態に係る電流センサにおいては、第３導体部８１３が、第４導体部５１４と第５導体部５１５とを最短で結ぶ形状で形成されているため、第３導体部８１３を流れる電流密度を高くして、電流センサの周波数特性を向上できる。
(実施形態９)
以下、本発明の実施形態９に係る電流センサについて説明する。なお、実施形態９に係る電流センサは、第４導体部および第５導体部の位置が主に、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３１は、本発明の実施形態９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３２は、図３１の導体を矢印ＸＸＸＩＩ方向から見た側面図である。図３３は、図３１の導体を矢印ＸＸＸＩＩＩ方向から見た平面図である。図３４は、図３１の導体を矢印ＸＸＸＩＶ方向から見た正面図である。
図３１〜３４に示すように、本発明の実施形態９に係る電流センサが備える導体９１０の第４導体部９１４および第５導体部９１５の各々は、幅方向(Ｙ軸方向)に延在している。
第４導体部９１４によって、第１他端部１１１ｂと第３他端部１１３ｂとが互いに接続されている。第５導体部９１５によって、第２一端部１１２ａと第３一端部１１３ａとが互いに接続されている。
(実施形態１０)
以下、本発明の実施形態１０に係る電流センサモジュールについて説明する。図３５は、本発明の実施形態１０に係る電流センサモジュールの外観を示す斜視図である。
図３５に示すように、本発明の実施形態１０に係る電流センサモジュール１０００は、たとえばインバータなどの３相３線式の配線に適用される。電流センサモジュール１０００は、３つの電流センサ３００を備える。本実施形態においては、電流センサモジュール１０００が備える電流センサ３００の数は、３つであるが、これに限られず、複数であればよい。
３つの電流センサ３００の各々の導体１１０は、並列に配置されている。電流センサモジュール１０００は、３つの導体１１０が取り付けられるベース１０８０をさらに備える。ベース１０８０には、第１相の電極１０１１、第２相の電極１０１２および第３相の電極１０１３の各々が、ボルト１０７０によって固定されている。
３つの電流センサ３００のうちの第１の電流センサ３００の第１導体部１１１が、電極１０１１に接続されている。３つの電流センサ３００のうちの第２の電流センサ３００の第１導体部１１１が、電極１０１２に接続されている。３つの電流センサ３００のうちの第３の電流センサ３００の第１導体部１１１が、電極１０１３に接続されている。
３つの電流センサ３００は、高さ方向(Ｚ軸方向)において互いに間隔をあけて並んでいる。互いに隣接している電流センサ３００同士において、一方の電流センサ３００の幅方向(Ｙ軸方向)における第１導体部１１１と第２導体部１１２との間の領域Ｔｙは、他方の電流センサ３００の第３導体部１１３と対向している。第１の電流センサ３００の筐体３５０が、第２の電流センサ３００の第３導体部１１３と対向している。第２の電流センサ３００の筐体３５０が、第３の電流センサ３００の第３導体部１１３と対向している。
すなわち、互いに隣接している電流センサ３００同士において、長さ方向(Ｘ軸方向)から見て、他方の電流センサ３００の第３導体部１１３は、一方の電流センサ３００の第１導体部１１１および第２導体部１１２に対して、高さ方向(Ｚ軸方向)の他方側に位置している。
上記のように、第３導体部１１３の第１導体部１１１および第２導体部１１２に隣接している面側とは反対の面側に発生する磁界の強さが低減されている。そのため、電流センサモジュール１０００を上記の構成にしても、第２の電流センサ３００の第３導体部１１３を周回する磁界によって第１の電流センサ３００の測定値に誤差が生ずること、および、第３の電流センサ３００の第３導体部１１３を周回する磁界によって第２の電流センサ３００の測定値に誤差が生ずることを抑制できる。
なお、複数の電流センサの配置は、上記に限られない。図３６は、本発明の実施形態１０の変形例に係る電流センサモジュールの導体の配置を示す斜視図である。図３６においては、電流センサモジュールのうちの導体のみを図示している。
図３６に示すように、本発明の実施形態１０の変形例に係る電流センサモジュール１０００ａにおいては、３つの導体５１０が並列に配置されている。３つの導体５１０は、幅方向(Ｙ軸方向)において互いに間隔をあけて並びつつ、長さ方向(Ｘ軸方向)において互いに間隔をあけて並んでいる。互いに隣接している電流センサ同士において、一方の電流センサの幅方向(Ｙ軸方向)における第１導体部１１１と第２導体部１１２との間の領域Ｔｙは、他方の電流センサの幅方向(Ｙ軸方向)における第１導体部１１１と第２導体部１１２との間の領域Ｔｙと、長さ方向(Ｘ軸方向)において対向している。
一方の電流センサの領域Ｔｙと他方の電流センサの領域Ｔｙとは、長さ方向(Ｘ軸方向)に並んでいる。本変形例においては、一方の電流センサの第３導体部１１３と他方の電流センサの第３導体部１１３とは、同一平面上に位置しているが、これに限られず、一方の電流センサの領域Ｔｙと他方の電流センサの領域Ｔｙとが長さ方向(Ｘ軸方向)において互いに対向する範囲内で、高さ方向(Ｚ軸方向)において互いにずれて位置していてもよい。
本発明の実施形態１０の変形例に係る電流センサモジュール１０００ａにおいても、第２の電流センサの第３導体部１１３を周回する磁界によって第１の電流センサの測定値に誤差が生ずること、および、第３の電流センサの第３導体部１１３を周回する磁界によって第２の電流センサの測定値に誤差が生ずることを抑制できる。また、３つの導体５１０を近接して配置できるため、電流センサモジュール１０００ａを小型化できる。
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請求の範囲によって示され、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。
１ａ，１ｂ，１ｃ 電流、１ａｅ，１ｂｅ，１ｃｅ 磁界、２ 検出軸、１００，２００，３００，３００ａ，４００ 電流センサ、１１０，４１０，５１０，６１０，７１０，８１０，９１０ 導体、１１１，７１１ 第１導体部、１１１ａ，７１１ａ 第１一端部、１１１ｂ，７１１ｂ 第１他端部、１１２，７１２ 第２導体部、１１２ａ，７１２ａ 第２一端部、１１２ｂ，７１２ｂ 第２他端部、１１３，６１３，７１３，８１３ 第３導体部、１１３ａ，６１３ａ，７１３ａ 第３一端部、１１３ｂ，６１３ｂ，７１３ｂ 第３他端部、１１４，５１４，７１４，９１４ 第４導体部、１１５，４１５，５１５，７１５，９１５ 第５導体部、１２０ａ，２２０ａ 第１磁気センサ、１２０ｂ，２２０ｂ 第２磁気センサ、１３０，２３０ 基板、１９０ 算出部、３５０ 筐体、３５０ｆ フランジ部、３６０ 絶縁樹脂、３７０，１０７０ ボルト、１０００，１０００ａ 電流センサモジュール、１０１１，１０１２，１０１３ 電極、１０８０ ベース。

Claims (20)

  1. 測定対象の電流が流れ、長さ方向、該長さ方向と直交する幅方向、および、前記長さ方向と前記幅方向とに直交する高さ方向を有する導体と、
    前記電流により発生する磁界の強さを検出する、第１磁気センサおよび第２磁気センサとを備え、
    前記導体は、
    前記長さ方向に延在して前記長さ方向における第１一端部および第１他端部を有する第１導体部と、
    前記幅方向において前記第１導体部に間隔をあけつつ前記長さ方向に延在して前記長さ方向における第２一端部および第２他端部を有する第２導体部と、
    前記高さ方向から見て、前記第１導体部と前記第２導体部との間に位置し、かつ、前記長さ方向から見て、前記第１導体部および前記第２導体部に対して前記高さ方向の一方側に位置し、前記長さ方向における第３一端部および第３他端部を有する第３導体部とを含み、
    前記第３他端部が、前記第１他端部と接続されており、
    前記第３一端部が、前記第２一端部と接続されており、
    前記第１磁気センサおよび前記第２磁気センサの各々は、前記幅方向における前記第１導体部と前記第２導体部との間の領域、かつ、前記第１導体部および前記第２導体部の両方の前記高さ方向における一端から他端までを含む領域、に位置している、電流センサ。
  2. 前記第１磁気センサと前記第１導体部との最短距離は、前記第１磁気センサと前記第２導体部との最短距離より短く、
    前記第２磁気センサと前記第２導体部との最短距離は、前記第２磁気センサと前記第１導体部との最短距離より短い、請求項１に記載の電流センサ。
  3. 前記第１磁気センサと前記第１導体部との最短距離は、前記第１磁気センサと前記第３導体部との最短距離より短く、
    前記第２磁気センサと前記第２導体部との最短距離は、前記第２磁気センサと前記第３導体部との最短距離より短い、請求項２に記載の電流センサ。
  4. 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電流の値を算出する算出部をさらに備え、
    前記第１磁気センサと前記第２磁気センサとは、前記磁界の各々の検出値が互いに逆相であり、
    前記算出部が減算器または差動増幅器である、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の電流センサ。
  5. 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電流の値を算出する算出部をさらに備え、
    前記第１磁気センサと前記第２磁気センサとは、前記磁界の各々の検出値が互いに同相であり、
    前記算出部が加算器または加算増幅器である、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の電流センサ。
  6. 前記第１導体部および前記第２導体部の各々が、板状の形状を有し、
    前記長さ方向から見て、前記第１導体部の第２導体部側の面を含む第１仮想平面と、前記第２導体部の第１導体部側の面を含む第２仮想平面とが、互いに平行である、請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の電流センサ。
  7. 前記第１導体部の一部と前記第２導体部の一部とが、互いに対向している、請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の電流センサ。
  8. 前記幅方向から見て、前記第１導体部と前記第２導体部との位置が、前記高さ方向において互いにずれている、請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の電流センサ。
  9. 前記第１導体部および前記第２導体部の各々が、板状の形状を有し、
    前記長さ方向から見て、前記第１導体部の第２導体部側の面を含む第１仮想平面と、前記第２導体部の第１導体部側の面を含む第２仮想平面とが、互いに交差している、請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の電流センサ。
  10. 前記第３導体部が、前記長さ方向に延在している、請求項１から請求項９のいずれか１項に記載の電流センサ。
  11. 前記第３導体部が、前記長さ方向および前記幅方向に延在している、請求項１から請求項９のいずれか１項に記載の電流センサ。
  12. 前記第３導体部が、板状の形状を有している、請求項１から請求項１１のいずれか１項に記載の電流センサ。
  13. 前記長さ方向から見て、前記第３導体部が、前記高さ方向において第１導体部側とは反対側に凸状に曲がった形状を有している、請求項１から請求項１１のいずれか１項に記載の電流センサ。
  14. 前記凸状に曲がった形状が、湾曲形状である、請求項１３に記載の電流センサ。
  15. 前記凸状に曲がった形状が、屈曲形状である、請求項１３に記載の電流センサ。
  16. 前記第１磁気センサおよび前記第２磁気センサが実装された基板と、
    前記基板を収容する筐体とをさらに備え、
    前記筐体は、前記導体に固定されている、請求項１から請求項１５のいずれか１項に記載の電流センサ。
  17. 前記筐体が、前記第１導体部、前記第２導体部および前記第３導体部の各々と接している、請求項１６に記載の電流センサ。
  18. 請求項１から請求項１７のいずれか１項に記載の複数の電流センサを備え、
    前記複数の電流センサの各々の前記導体が、並列に配置されている、電流センサモジュール。
  19. 前記複数の電流センサが、前記高さ方向において互いに間隔をあけて並んでおり、
    互いに隣接している電流センサ同士において、一方の電流センサの前記幅方向における前記第１導体部と前記第２導体部との間の前記領域は、他方の電流センサの前記第３導体部と対向している、請求項１８に記載の電流センサモジュール。
  20. 前記複数の電流センサが、前記幅方向において互いに間隔をあけて並びつつ、前記長さ方向において互いに間隔をあけて並んでおり、
    互いに隣接している電流センサ同士において、一方の電流センサの前記幅方向における前記第１導体部と前記第２導体部との間の前記領域は、他方の電流センサの前記幅方向における前記第１導体部と前記第２導体部との間の前記領域と、前記長さ方向において対向している、請求項１８に記載の電流センサモジュール。
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