JPWO2018146964A1 - 電流センサ - Google Patents

Abstract

被測定電流Ｉｓが流れる導体１０は、磁気抵抗効果素子が配置される第１仮想平面Ｐ１１から離間し、第１仮想直線Ｌ１１Ａと平行に被測定電流Ｉｓが流れる第１導体部１１Ａと、第１仮想平面Ｐ１１と交わり、第２仮想直線Ｌ１２と平行に被測定電流Ｉｓが流れる第２導体部１２と、第２導体部１２と第１導体部１１Ａとの間の電流経路に設けられ、第２仮想直線Ｌ１２に平行なＸ２方向から第１仮想直線Ｌ１１Ａに平行なＹ２方向へ折れ曲がった屈曲部１４Ａと、屈曲部１４Ａと第１導体部１１Ａとの間の電流経路に設けられた第３導体部１３Ａとを有する。第２導体部１２に流れる被測定電流Ｉｓによる磁界の方向が、第１仮想平面Ｐ１１に対して垂直である。

Description

本発明は、ＧＭＲ素子やＡＭＲ素子などの磁電抵抗効果素子を用いて電流を測定する電流センサに関するものである。

Ｕ字状に折り曲げられたバスバーにおいて相互に逆方向に流れる電流による磁界をそれぞれ磁気センサにより検出し、各磁気センサの出力の差に基づいて電流の検出結果を得るように構成された差動型の電流センサが従来より知られている。

ＧＭＲ素子やＡＭＲ素子などの磁電抵抗効果素子には、抵抗値の変化を生じる磁界の方向（感度方向）と、この感度に影響を与える磁界の方向（感度影響方向）とが存在する。感度影響方向は、一般的に内部のバイアス磁界の方向であり、感度方向に対して直交する。感度影響方向に外部から磁界が印加されると、バイアス磁界が変動したことと等価になるため、感度が変化してしまう。上述した差動型の電流センサの場合、Ｕ字形状の折り返し部分に流れる電流によって発生する磁界が、感度方向に対して直交する成分を持つため、磁気抵抗効果素子の感度に影響を与える。

そこで、下記の特許文献１の図１３に記載される電流センサでは、Ｕ字形状の折り返し部分に曲げ加工が施されている。この曲げ加工によって、折り返し部分を流れる電流による磁界の中心位置からみて磁界が直交する方向と、磁気抵抗効果素子のバイアス磁界の方向とが揃い易くなる。その結果、折り返し部分を流れる電流による磁界がバイアス磁界に対して直交し易くなり、感度に対する影響が低減する。

特開２０１１−３９０２１号公報 特開２０１５−１５２４１８号公報

図１１は、特許文献１において開示された電流センサの構成を示す図である。図１２は、図１２におけるXII−XII線の断面図である。直線状に伸びた２つの板状導体１０１，１０２の途中において、板状導体１０３，１０４，１０５によりＵ字形状が形成され、そのＵ字形成部分の上にセンサ基板１０６が配置される。センサ基板１０６には、磁気抵抗効果素子を含んだ電流検知デバイス部１０７が配置される。

図１２において矢印が付された点線は、被測定電流Ｉｓの分布の中心を示す。被測定電流Ｉｓは、腕状に伸びた２つの板状導体１０３及び１０５の一方から他方へ、板状導体１０４を介して流れる。このとき、被測定電流Ｉｓは最短経路で流れようとするため、板状導体１０４が上側へ長く折り曲げられていても、図１２に示すように、被測定電流Ｉｓの実質的な電流分布の中心ＣＰは低い位置に留まる。そのため、板状導体１０４の被測定電流Ｉｓによる磁界Ｈｓの中心（電流分布の中心ＣＰ）は、磁気抵抗効果素子のバイアス磁界に対して磁界Ｈｓが垂直になる位置（図１２の一点鎖線の位置）よりも低くなり、磁界Ｈｓが磁気抵抗効果素子の感度に影響を与えてしまうという問題がある。

本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、折れ曲がった経路を流れる被測定電流による磁界が測定感度に与える影響を低減できる電流センサを提供することにある。

本発明に係る電流センサは、被測定電流が流れる導体と、第１仮想直線と第２仮想直線とに平行な第１仮想平面上に位置する磁気抵抗効果素子とを備える。前記導体は、前記第１仮想直線に沿って延び、前記第１仮想平面から離間し、前記第１仮想直線と平行に前記被測定電流が流れる第１導体部と、前記第２仮想直線に沿って延び、前記第１仮想平面と交わり、前記第２仮想直線と平行に前記被測定電流が流れる第２導体部と、前記第２導体部と前記第１導体部との間の電流経路に設けられ、前記第２仮想直線に平行な第２方向から前記第１仮想直線に平行な第１方向へ折れ曲がった屈曲部と、前記屈曲部と前記第１導体部との間の電流経路に設けられた第３導体部とを有する。前記磁気抵抗効果素子は、前記第１導体部に流れる前記被測定電流による磁界を検出する。前記磁気抵抗効果素子が感度を持つ磁界の方向と、前記磁気抵抗効果素子の感度に影響を与える磁界の方向とが、前記第１仮想平面に対して平行であり、前記第３導体部は、前記第１仮想平面と交わる。

この構成によれば、前記第１導体部が前記第１仮想平面から離間する一方で、前記第１導体部に流れる前記被測定電流による磁界を検出する前記磁気抵抗効果素子は前記第１仮想平面上に位置し、前記第２導体部は前記第１仮想平面と交わっている。また、前記屈曲部において前記第１仮想直線に平行な第１方向へ折れ曲がった前記被測定電流は、前記第１仮想平面と交わる前記第３導体部を介して前記第１導体部を流れる。従って、前記被測定電流の分布の中心は、前記第１導体部においては前記第１仮想平面から離間しているが、前記第３導体部を通ることにより、前記第１仮想平面付近まで到達することが可能である。前記被測定電流の分布の中心が、前記第３導体部を通って前記第１仮想平面付近に到達することにより、前記屈曲部において折れ曲がった前記被測定電流は、前記第２導体部において前記第１仮想平面付近を中心に流れる。これにより、前記第２導体部に流れる前記被測定電流による磁界の方向が、前記第１仮想平面に対して垂直になり、前記磁気抵抗効果素子の感度に影響を与える磁界の方向とほぼ垂直になる。従って、前記第２導体部に流れる前記被測定電流による磁界が、前記磁気抵抗効果素子の感度に影響を与え難くなる。

好適に、前記第３導体部は、前記第１仮想平面と垂直かつ前記第１仮想直線を含んだ第２仮想平面上に設けられ、前記第２仮想平面と平行に前記被測定電流が流れてよい。

この構成によれば、第３導体部は、前記第１仮想直線を含み、第１仮想平面と垂直になるため、前記第３導体部における前記被測定電流の経路が短くなる。

好適に、前記屈曲部と前記第２導体部との接続部分において前記第２方向に垂直な断面の形状と、前記屈曲部と前記第３導体部との接続部分において前記第１方向に垂直な断面の形状と、前記第２方向に垂直な前記第２導体部の断面の形状とが均一であり、前記第１仮想平面に垂直な第３方向における前記屈曲部及び前記第２導体部の幅が均一であってよい。

この構成によれば、前記屈曲部における前記導体の曲げ加工が容易になり、加工精度が向上する。また、前記屈曲部から前記第２導体部へ折れ曲がった前記被測定電流が前記第２仮想直線に沿って平行に流れ易くなる。

好適に、前記第３方向において分離した前記導体の２つの縁のうち、全体が前記第１仮想平面から離れた縁を第１縁とした場合、前記屈曲部及び前記第２導体部における前記第１縁は、前記第１導体部における前記第１縁に比べて前記第１仮想平面に近くてもよい。

この構成によれば、前記屈曲部及び前記第２導体部の前記第３方向における幅が小さくなる。これにより、前記第２導体部を流れる前記被測定電流の分布の中心が前記第１仮想平面付近の適切な範囲に導かれるため、前記第２導体部に流れる前記被測定電流による磁界の方向が、前記第１仮想平面に対して垂直になり易くなる。

好適に、前記第３導体部の前記第１縁は、前記第３方向における前記屈曲部の前記第１縁との位置の差が、前記屈曲部に近づくにつれて小さくなっていてもよい。

この構成によれば、前記第３導体部において前記被測定電流の分布の比較的小さい部分が減るため、抵抗値の増大が抑制されつつ、前記第３導体部を形成する材料が削減される。

好適に、前記第３方向において分離した前記導体の２つの縁のうち、前記第１仮想平面と交差する部分を持つ縁を第２縁とした場合、前記第３導体部の前記第２縁は、前記第３方向における前記屈曲部の前記第２縁との位置の差が、前記屈曲部に近づくにつれて小さくなっていてもよい。

この構成によれば、前記第３導体部において前記第３導体部において前記被測定電流の分布の比較的小さい部分が減るため、抵抗値の増大が抑制されつつ、前記第３導体部を形成する材料が削減される。

好適に、前記導体は、前記第２導体部の中央を通り前記第１仮想平面に垂直な第３仮想平面に対して面対称な形状を持っており、それぞれ２つの前記屈曲部と前記第３導体部と前記第１導体部とが、前記第３仮想平面を挟んで対称に配置されてよい。上記電流センサは、前記第３仮想平面を挟んで対称に配置された前記磁気抵抗効果素子のペアを少なくとも１組有してよい。

この構成によれば、前記磁気抵抗効果素子のペアにおいて、前記被測定電流による対称な磁界が検出される。

好適に、前記少なくとも１組の前記磁気抵抗効果素子のペアが１つのパッケージに収められ、前記第１仮想平面と垂直な方向からみて２つの前記第１導体部の間に前記パッケージが配置されてよい。
この構成によれば、装置のサイズが小型になる。

好適に、前記屈曲部において前記導体が鈍角に折れ曲がっていてもよい。
この構成によれば、前記屈曲部における前記導体の曲げ加工が容易になり、加工精度が向上する。

本発明によれば、折れ曲がった経路を流れる被測定電流による磁界が測定感度に与える影響を低減できる。

本発明の第１の実施形態に係る電流センサの構成の一例を示す図である。 図１に示す電流センサの平面図である。 図１に示す電流センサの正面図である。 磁気センサの構成の一例を示す図である。 本発明の第２の実施形態に係る電流センサの構成の一例を示す図である。 図５に示す電流センサの平面図である。 図５に示す電流センサの正面図である。 本発明の第３の実施形態に係る電流センサの構成の一例を示す図である。 図８に示す電流センサの平面図である。 図８に示す電流センサの正面図である。 従来の電流センサの構成を示す図である。 図１１におけるXII−XII線における断面図である。

＜第１の実施形態＞
図１は、本発明の第１の実施形態に係る電流センサの構成の一例を示す図である。図２は、図１に示す電流センサをＺ１側から見た平面図である。図３は、図１に示す電流センサをＸ２側から見た正面図である。なお、本明細書では、互いに直交する３つの方向を「Ｘ」、「Ｙ」及び「Ｚ」と記す。また、Ｘ方向における互いに逆向きの方向を「Ｘ１」及び「Ｘ２」と記し、Ｙ方向における互いに逆向きの方向を「Ｙ１」及び「Ｙ２」と記し、Ｚ方向における互いに逆向きの方向を「Ｚ１」及び「Ｚ２」と記す。

図１に示す電流センサは、金属等により形成された導体１０と、導体１０に流れる被測定電流Ｉｓによる磁界を検出する磁気抵抗効果素子Ｍ１〜Ｍ４を含んだ磁気センサ５０と、磁気センサ５０が実装された回路基板６０とを有する。なお、導体１０と回路基板６０は、図示しない絶縁性の保持部材（例えば樹脂によるモールド部材など）によって互いに固定される。

導体１０は、折れ曲がった板状の部材である。例えば、導体１０は、打ち抜き加工などで形が作られた板状の部材に折り曲げ加工を施すことによって形成される。導体１０は、図２に示すようにＵ字状に折り曲げられており、Ｙ方向及びＺ方向に平行な第３仮想平面Ｐ１３に対して面対称な形状を持つ。

導体１０は、Ｕ字の折り曲げ形状において２本の腕部をなしている第１導体部１１Ａ及び第１導体部１１Ｂを有する。第１導体部１１Ａは、Ｙ方向に平行な第１仮想直線Ｌ１１Ａに沿って延びており、第１導体部１１Ｂは、Ｙ方向に平行な第１仮想直線Ｌ１１Ｂに沿って延びている。図１に示すように、第１導体部１１Ａ及び第１導体部１１ＢはＸ方向において薄く、Ｚ方向の幅がほぼ均一な帯状の形状を持つ。第１導体部１１Ａ及び第１導体部１１Ｂは、第３仮想平面Ｐ１３に対して対称な部位である。図２の平面図では、第１導体部１１ＡがＸ２側に位置し、第１導体部１１ＢがＸ１側に位置する。被測定電流Ｉｓは、第１導体部１１Ａにおいて第１仮想直線Ｌ１１Ａと平行に流れ、第１導体部１１Ｂにおいて第１仮想直線Ｌ１１Ｂと平行に流れる。

導体１０は、Ｕ字の折り曲げ形状において底部をなしている第２導体部１２を有する。第２導体部１２は、Ｘ方向に平行な第２仮想直線Ｌ１２に沿って延びている。図１に示すように、第２導体部１２はＹ方向において薄く、Ｚ方向の幅がほぼ均一な帯状の形状を持つ。第２導体部１２のＺ方向の幅は、第１導体部１１Ａ及び第１導体部１１Ｂに比べて大きい。図２に示すように、第２導体部１２のＸ方向における中央を第３仮想平面Ｐ１３が通っている。

図３に示すように、第１仮想直線Ｌ１１Ａ及び第１仮想直線Ｌ１１Ｂと第２仮想直線Ｌ１２との間には、これらの直線に対して平行な（すなわちＸ方向及びＹ方向に平行な）第１仮想平面Ｐ１１が規定される。Ｚ方向は、第１仮想平面Ｐ１１に対して垂直であり、本発明における第３方向に対応する。図３に示すように、第１導体部１１Ａ及び第１導体部１１Ｂは第１仮想平面Ｐ１１から離間しており、第２導体部１２は第１仮想平面Ｐ１１と交わっている。第１仮想直線Ｌ１１Ａ、Ｌ１１Ｂと、第２仮想直線Ｌ１２のなす角は、後述するとおり、直角に限らない。但し、第１仮想直線Ｌ１１Ａ、Ｌ１１Ｂと、第２仮想直線Ｌ１２とは、平行ではない。

導体１０は、第２導体部１２と第１導体部１１Ａとの電流経路において第１屈曲部１４Ａを有し、第２導体部１２と第１導体部１１Ｂとの電流経路において第１屈曲部１４Ｂを有する。第１屈曲部１４ＡはＸ２方向（第２仮想直線Ｌ１２と平行な第２方向）からＹ２方向（第１仮想直線Ｌ１１Ａと平行な第１方向）へ略直角に折れ曲がり、第１屈曲部１４ＢはＸ１方向（第２仮想直線Ｌ１２と平行な第２方向）からＹ２方向（第１仮想直線Ｌ１１Ｂと平行な第１方向）へ略直角に折れ曲がる。第１屈曲部１４Ａ及び第１屈曲部１４ＢのＺ方向の幅は均一であり、第２導体部１２と同じである。第１屈曲部１４Ａ及び第１屈曲部１４Ｂは、第３仮想平面Ｐ１３に対して対称な部位である。なお、第１屈曲部１４Ａ及び第１屈曲部１４Ｂは、本発明における屈曲部の一例である。

導体１０は、第１屈曲部１４Ａと第１導体部１１Ａとの間の電流経路において第３導体部１３Ａを有し、第１屈曲部１４Ｂと第１導体部１１Ｂとの間の電流経路において第３導体部１３Ｂを有する。第３導体１３Ａ及び第３導体１３Ｂは、それぞれ第１仮想平面Ｐ１１と交わる。図２に示すように、第３導体部１３Ａは、第１仮想平面Ｐ１１と垂直かつ第１仮想直線Ｌ１１Ａを含んだ第２仮想平面Ｐ１２Ａに沿って延びている。また第３導体部３３Ｂは、第１仮想平面Ｐ１１と垂直かつ第１仮想直線Ｌ１１Ｂを含んだ第２仮想平面Ｐ１２Ｂに沿って延びている。第３導体部１３Ａにおいて、被測定電流Ｉｓは第２仮想平面Ｐ１２Ａと平行に流れる。第３導体部１３Ｂにおいて、被測定電流Ｉｓは第２仮想平面Ｐ１２Ｂと平行に流れる。

図１に示すように、第３導体部１３Ａ及び第３導体部１３ＢはＸ方向において薄く、Ｚ方向の幅が均一である。第３導体部１３Ａ及び第３導体部１３ＢのＺ方向の幅は、第１屈曲部１４Ａ、第１屈曲部１４Ｂ及び第２導体部１２と同じである。

導体１０は、第２導体部１２から第３導体部１３Ａまでの範囲において均一な断面形状を持つ。すなわち、第２導体部１２と第１屈曲部１４Ａとの接続部分においてＸ方向に垂直な断面の形状と、第１屈曲部１４Ａと第３導体部１３Ａとの接続部分においてＹ方向に垂直な断面の形状と、Ｘ方向に垂直な第２導体部１２の断面の形状とが均一であり、何れもＺ方向に長い矩形形状となっている。また導体１０は、第２導体部１２から第３導体部１３Ｂまでの範囲においても、上述と同様に均一な断面形状を持つ。

導体１０は、Ｕ字形状の折り曲げ部分に対して被測定電流Ｉｓを入出力させる第４導体部１６Ａ及び第４導体部１６Ｂを有する。第４導体部１６Ａ及び第４導体部１６Ｂは、Ｙ方向に薄くＺ方向の高さが均一な帯状の形状を持ち、それぞれＸ方向に伸びている。第４導体部１６Ａは第２屈曲部１５Ａを介して第１導体部１１Ａに接続され、第４導体部１６Ｂは第２屈曲部１５Ｂを介して第１導体部１１Ｂに接続される。

磁気センサ５０は、図１の例においてパッケージのＩＣであり、その内部には、ＧＭＲ素子やＡＭＲ素子などの磁気抵抗効果素子Ｍ１〜Ｍ４が含まれる。図２に示すように、磁気抵抗効果素子Ｍ１及びＭ３のペアが第３仮想平面Ｐ１３を挟んで対称に配置され、磁気抵抗効果素子Ｍ２及びＭ４のペアが第３仮想平面Ｐ１３を挟んで対称に配置される。磁気抵抗効果素子Ｍ１及びＭ２はＸ２側に位置し、第１導体部１１Ａに流れる被測定電流Ｉｓに応じた磁界を検出する。磁気抵抗効果素子Ｍ３及びＭ４はＸ１側に位置し、第１導体部１１Ｂに流れる被測定電流Ｉｓに応じた磁界を検出する。

図４は、磁気センサ５０の構成の一例を示す図である。図４の例に示す磁気センサ５０は、磁気抵抗効果素子Ｍ１〜Ｍ４を含んだブリッジ回路５１と、コイルＬと、コイル駆動回路５２と、差動アンプ５３と、抵抗Ｒｓとを有する。

磁気抵抗効果素子Ｍ１の一端が電源電圧ＶＤＤに接続され、磁気抵抗効果素子Ｍ１の他端が磁気抵抗効果素子Ｍ２の一端に接続され、磁気抵抗効果素子Ｍ２の他端がグランドに接続される。磁気抵抗効果素子Ｍ３の一端が電源電圧ＶＤＤに接続され、磁気抵抗効果素子Ｍ３の他端が磁気抵抗効果素子Ｍ４の一端に接続され、磁気抵抗効果素子Ｍ４の他端がグランドに接続される。磁気抵抗効果素子Ｍ１とＭ２との接続点に電圧Ｖａが生じ、磁気抵抗効果素子Ｍ３とＭ４との接続点に電圧Ｖｂが生じる。

図４において白い矢印は磁気抵抗効果素子の感度方向を示し、黒い矢印は磁気抵抗効果素子の感度影響方向を示す。磁気抵抗効果素子Ｍ１及びＭ３は、感度方向がＸ１方向であり、感度影響方向がＹ１方向である。磁気抵抗効果素子Ｍ２及びＭ４は、感度方向がＸ２方向であり、感度影響方向がＹ２方向である。磁気抵抗効果素子Ｍ１〜Ｍ４は、感度方向の磁界が大きくなるほど抵抗値が小さくなり、感度方向の磁界が小さくなるほど抵抗値が大きくなる。

コイルＬは、第１導体部１１Ａ及び第１導体部１１Ｂの被測定電流Ｉｓによって磁気抵抗効果素子Ｍ１〜Ｍ４の各位置に生じるＸ方向の磁界を打ち消すための磁界を発生する。コイルＬは、例えば図４に示すように、磁気抵抗効果素子Ｍ１、Ｍ２の近傍においてＹ方向へ延びる電流路ＣＰ１を形成する。電流路ＣＰ１にＹ２方向へ電流Ｉｂが流れると、磁気抵抗効果素子Ｍ１、Ｍ２の近傍にはＸ２方向の磁界Ｈ５１が生じる。この磁界Ｈ５１が、第１導体部１１Ａの被測定電流Ｉｓによって磁気抵抗効果素子Ｍ１、Ｍ２の位置に生じるＸ１方向の磁界成分を打ち消す。同様に、コイルＬは、磁気抵抗効果素子Ｍ３、Ｍ４の近傍においてＹ方向へ延びる電流路ＣＰ２を形成する。電流路ＣＰ２にＹ１方向へ電流Ｉｂが流れると、磁気抵抗効果素子Ｍ３、Ｍ４の近傍にはＸ１方向の磁界Ｈ５２が生じる。この磁界Ｈ５２が、第１導体部１１Ｂの被測定電流Ｉｓによって磁気抵抗効果素子Ｍ３、Ｍ４の位置に生じるＸ２方向の磁界成分を打ち消す。

コイル駆動回路５２は、ブリッジ回路５１の電圧Ｖａ及びＶｂの差に応じた電流ＩｂをコイルＬに流す。

磁界がゼロの状態において、磁気抵抗効果素子Ｍ１〜Ｍ４の抵抗値がほぼ等しいものとする。この場合、被測定電流Ｉｓがゼロになると、電圧Ｖａ及びＶｂはほぼ等しくなる。第４導体部１６Ａから第４導体部１６Ｂへ被測定電流Ｉｓが流れると、被測定電流ＩｓによるＸ方向の磁界によって磁気抵抗効果素子Ｍ１〜Ｍ４の抵抗値が変化し、電圧ＶａがＶｂより高くなる。電圧ＶａがＶｂに対して高い場合、コイル駆動回路５２は、電流路ＣＰ１をＹ２方向へ流れるとともに電流路ＣＰ２をＹ１方向へ流れるように電流Ｉｂを出力する。コイル駆動回路５２は、電圧Ｖａ及びＶｂの差が大きくなるほど、この電流Ｉｂを大きくする。磁気抵抗効果素子Ｍ１〜Ｍ４の近傍では、コイルＬの電流Ｉｂによって生じたＹ方向の磁界が、被測定電流Ｉｓによって生じたＸ方向の磁界成分を打ち消すように作用する。そのため、電圧Ｖａの電圧Ｖｂに対する上昇が抑制される。

他方、第４導体部１６Ｂから第４導体部１６Ａへ被測定電流Ｉｓが流れる場合、上述とは逆に、電圧ＶａがＶｂより低くなる。電圧ＶａがＶｂより低い場合、コイル駆動回路５２は、電流路ＣＰ１をＹ１方向へ流れるとともに電流路ＣＰ２をＹ２方向へ流れるように電流Ｉｂを出力する。コイル駆動回路５２は、電圧Ｖａ及びＶｂの差が大きくなるほど、この電流Ｉｂを大きくする。磁気抵抗効果素子Ｍ１〜Ｍ４の近傍では、コイルＬの電流Ｉｂによって生じたＸ方向の磁界が、被測定電流Ｉｓによって生じたＹ方向の磁界成分を打ち消すように作用する。そのため、電圧Ｖａの電圧Ｖｂに対する低下が抑制される。

コイル駆動回路５２は、ブリッジ回路５１から入力する電圧（Ｖａ−Ｖｂ）とコイルＬへ出力する電流Ｉｂとの比であるゲインが十分に大きい。そのため、ブリッジ回路５１の電圧Ｖａ及びＶｂは、フィードバック動作によってほぼ等しくなる。これにより、磁気抵抗効果素子Ｍ１〜Ｍ４では、被測定電流Ｉｓによる磁界のＸ方向の成分と、コイルＬの電流ＩｂによるＸ方向の磁界とがほぼ等しくなる。

抵抗Ｒｓは、コイルＬの電流経路上に設けられている。差動アンプ５３は、コイルＬを流れる電流Ｉｂによって抵抗Ｒｓの両端に生じる電圧を増幅し、検出信号Ｓ１２として出力する。検出信号Ｓ１２は、コイルＬに流れる電流Ｉｂに比例した信号であり、コイルＬの磁界にほぼ比例する。コイルＬの磁界は、被測定電流Ｉｓによって磁気抵抗効果素子Ｍ１〜Ｍ４に作用する磁界のＸ方向成分を打ち消すように制御されるため、被測定電流Ｉｓにほぼ比例する。従って、検出信号Ｓ１２は被測定電流Ｉｓにほぼ比例した信号となる。

図３において、矢印を付した点線は被測定電流Ｉｓの分布の中心を示す。図３において示すように、被測定電流Ｉｓの分布の中心は、第１導体部１１Ａにおいて第１仮想平面Ｐ１１よりもＺ２側にある。しかしながら、第１屈曲部１４Ａと第１導体部１１Ａとの間に設けられた第３導体部１３Ａを通ることによりＺ１方向へシフトする。そのため、第１屈曲部１４Ａから第２導体部１２へ流れる被測定電流Ｉｓの分布の中心ＣＰは、第１仮想平面Ｐ１１とほぼ等しくなる。その結果、第２導体部１２を流れる被測定電流Ｉｓによる磁界Ｈｓは、被測定電流Ｉｓの分布の中心ＣＰに対して楕円状に広がり、第１仮想平面Ｐ１１に対して磁界Ｈｓの向きは垂直になる。第１導体部１１Ｂから第２導体部１２へ流れる被測定電流Ｉｓについても同様である。

以上説明したように、本実施形態に係る電流センサでは、第１導体部１１Ａ，１１Ｂが第１仮想平面Ｐ１１から離間する一方で、第１導体部１１Ａ，１１Ｂに流れる被測定電流ＩＳによる磁界を検出する磁気抵抗効果素子Ｍ１〜Ｍ４は第１仮想平面Ｐ１１上に位置し、第２導体部１２は第１仮想平面Ｐ１１と交わっている。また、第１屈曲部１４Ａ，１４ＢにおいてＹ方向へ折れ曲がった被測定電流Ｉｓは、第１仮想平面Ｐ１１と交わる第３導体部１３Ａ，１３Ｂを介して第１導体部１１Ａ，１１Ｂを流れる。従って、被測定電流Ｉｓの分布の中心は、第１導体部１１Ａ，１１Ｂにおいては第１仮想平面Ｐ１１から離間しているが、第３導体部１３Ａ，１３Ｂを通ることにより、第１仮想平面Ｐ１１付近まで到達する。被測定電流Ｉｓの分布の中心が第３導体部１３Ａ，１３Ｂにおいて第１仮想平面Ｐ１１付近に到達することにより、第１屈曲部１４Ａ，１４Ｂにおいて折れ曲がった被測定電流Ｉｓは、第２導体部１２において第１仮想平面Ｐ１１付近を中心に流れる。これにより、第２導体部１２に流れる被測定電流Ｉｓによる磁界Ｈｓの方向が、第１仮想平面Ｐ１１に対して垂直になり、磁気抵抗効果素子Ｍ１〜Ｍ４の感度影響方向とほぼ垂直になる。従って、第２導体部１２に流れる被測定電流Ｉｓによる磁界が、磁気抵抗効果素子Ｍ１〜Ｍ４の感度に影響を与え難くなる。すなわち、折れ曲がった経路を流れる被測定電流Ｉｓによる磁界Ｈｓが測定感度に与える影響を効果的に低減できる。

本実施形態に係る電流センサによれば、第１仮想平面Ｐ１１と垂直かつ第１仮想直線Ｌ１１Ａを含んだ第２仮想平面Ｐ１２Ａに沿って第３導体部１３Ａが延びており、第３導体部１３Ａにおいて第２仮想平面Ｐ１２Ａと平行に被測定電流Ｉｓが流れる。これにより、第３導体部１３Ａにおける被測定電流Ｉｓの経路が短くなるため、第３導体部１３Ａの抵抗値が小さくなる。第３導体部１３Ａと対称な部位である第３導体部１３Ｂについても同様である。従って導体１０の抵抗値が小さくなり、抵抗による損失を低減できる。

本実施形態に係る電流センサによれば、第２導体部１２と第１屈曲部１４Ａとの接続部分においてＸ方向に垂直な断面の形状と、第１屈曲部１４Ａと第３導体部１３Ａとの接続部分においてＹ方向に垂直な断面の形状と、Ｘ方向に垂直な第２導体部１２の断面の形状とが均一である。また導体１０は、第２導体部１２から第３導体部１３Ａまでの範囲においても、上述と同様に均一な断面形状を持つ。従って、第１屈曲部１４Ａ，１４Ｂにおける導体１０の曲げ加工が容易になり、加工精度が向上する。また、第１屈曲部１４Ａ，１４Ｂから第２導体部１２へ折れ曲がった被測定電流Ｉｓが第２仮想直線Ｌ１２に沿って平行に（Ｘ方向に）流れ易くなる。これにより、第１仮想平面Ｐ１１に対する磁界Ｈｓの方向が垂直方向（Ｚ方向）に揃い易くなるため、磁界Ｈｓが測定感度に与える影響をより効果的に低減できる。

本実施形態によれば、磁気抵抗効果素子Ｍ１〜Ｍ４が磁気センサ５０のＩＣパッケージに収められており、Ｚ方向からみて第１導体部１１Ａ及び第１導体部１１Ｂの間に磁気センサ５０のＩＣパッケージが配置されている。これにより、電流センサのサイズを小型にすることができる。

＜第２実施形態＞
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。図５は、第２の実施形態に係る電流センサの構成の一例を示す図である。図６は、図５に示す電流センサをＺ１側から見た平面図である。図７は、図５に示す電流センサをＸ２側から見た正面図である。ただし、図６では、回路基板６０の図示が省略されている。

第２の実施形態に係る電流センサは、第１の実施形態に係る電流センサと同様な磁気センサ５０及び回路基板６０を有するとともに、導体２０を有する。導体２０は、既に説明した導体１０と同様に、板状の部材をＵ字状に折り曲げて形成されたものであり、面対称な形状を持つ。導体１０と導体２０は共通する部分が多いため、以下では相違点を中心に説明する。

導体１０における第１導体部１１Ａ、第１導体部１１Ｂ、第２導体部１２、第３導体部１３Ａ、第３導体部１３Ｂ、第１屈曲部１４Ａ、第１屈曲部１４Ｂ、第２屈曲部１５Ａ、第２屈曲部１５Ｂ、第４導体部１６Ａ、第４導体部１６Ｂは、導体２０における第１導体部２１Ａ、第１導体部２１Ｂ、第２導体部２２、第３導体部２３Ａ、第３導体部２３Ｂ、第１屈曲部２４Ａ、第１屈曲部２４Ｂ、第２屈曲部２５Ａ、第２屈曲部２５Ｂ、第４導体部２６Ａ、第４導体部２６Ｂにそれぞれ対応する。すなわち、導体２０の各部位は、符号の数字における十の位を「２」から「１」へ変更した導体１０の各部位に対応する。

また、図５〜図７における第１仮想直線Ｌ２１Ａ、第１仮想直線Ｌ２１Ｂ、第２仮想直線Ｌ２２、第１仮想平面Ｐ２１、第２仮想平面Ｐ２２Ａ、第２仮想平面Ｐ２２Ｂ、第３仮想平面Ｐ２３は、図１〜図３における第１仮想直線Ｌ１１Ａ、第１仮想直線Ｌ１１Ｂ、第２仮想直線Ｌ１２、第１仮想平面Ｐ１１、第２仮想平面Ｐ１２Ａ、第２仮想平面Ｐ１２Ｂ、第３仮想平面Ｐ１３にそれぞれ対応する。すなわち、図５〜図７の各仮想直線及び各仮想平面は、符号の数字における十の位を「２」から「１」へ変更した図１〜図３の各仮想直線及び各仮想平面に対応する。

第１の実施形態に係る電流センサでは、図１において示すように、回路基板６０のＺ１側の面に磁気センサ５０が配置されるが、第２の実施形態に係る電流センサでは、図７において示すように、回路基板６０のＺ２側の面に磁気センサ５０が配置される。

また、第１の実施形態に係る電流センサでは、図２において示すように、第１屈曲部１４Ａ，１４Ｂにおける折れ曲がりの角度がほぼ直角であるのに対し、第２の実施形態に係る電流センサでは、図６において示すように、第１屈曲部２４Ａ，２４Ｂにおける折れ曲がりの角度が直角より僅かに大きい鈍角となっている。

また、図１と図５を比較して分かるように、第２の実施形態に係る電流センサにおける第２導体部２２、第１屈曲部２４Ａ及び第１屈曲部２４ＢのＺ方向の幅は、第１の実施形態に係る電流センサにおける第２導体部１２、第１屈曲部１４Ａ及び第１屈曲部１４ＢのＺ方向の幅に比べて小さくなっている。

図３において、第１の実施形態に係る電流センサの導体１０は、Ｚ方向において分離した２つの縁（第１縁Ｅ１１、第２縁Ｅ１２）を持つ。第１縁Ｅ１１は全体が第１仮想平面Ｐ１１から離れた縁であり、第２縁Ｅ１２は第１仮想平面Ｐ１１と交差する部分を持つ縁である。即ち、第２縁Ｅ１２は、第１導体部の第２縁Ｅ１２−１と、第２導体部の第２縁Ｅ１２−２の間で、第１仮想平面Ｐ１１を横切る。他方図７において、第２の実施形態に係る電流センサの導体２０は、Ｚ方向において分離した２つの縁（第１縁Ｅ２１、第２縁Ｅ２２）を持つ。第１縁Ｅ２１は第１仮想平面Ｐ２１から離間した縁であり、第２縁Ｅ２２は第１仮想平面Ｐ２１と交差する縁である。

図３と図７を比較して分かるように、導体１０の第１縁Ｅ１１は、全ての部位においてＺ方向の位置が揃っているのに対し、導体２０の第２縁Ｅ２２では、第１導体部２１Ａ及び２１ＢのＺ方向の位置と、第１屈曲部２４Ａ、第１屈曲部２４Ｂ及び第２導体部２２のＺ方向の位置とが異なっている。すなわち、第１屈曲部２４Ａ、第１屈曲部２４Ｂ及び第２導体部２２の第１縁Ｅ２１（Ｅ２１−３）は、第１導体部２１Ａ及び２１Ｂの第１縁Ｅ２１（Ｅ２１−１）に比べて第１仮想平面Ｐ２１に近い。このような縁の位置の違いにより、第２の実施形態に係る電流センサでは、第２導体部２２、第１屈曲部２４Ａ及び第１屈曲部２４ＢのＺ方向の幅が小さくなっている。

以上説明したように、本実施形態に係る電流センサによれば、第１屈曲部２４Ａ、第１屈曲部２４Ｂ及び第２導体部２２における第１縁Ｅ２１−３が、第１導体部２１Ａにおける第１縁Ｅ２１−１に比べて第１仮想平面Ｐ２１に近いため、第１屈曲部２４Ａ、第１屈曲部２４Ｂ及び第２導体部２２のＺ方向における幅が小さくなっている。これにより、第２導体部２２を流れる被測定電流Ｉｓの分布の中心ＣＰが第１仮想平面Ｐ２１付近の適切な範囲に導かれるため、第２導体部２２に流れる被測定電流Ｉｓによる磁界Ｈｓの方向が、第１仮想平面Ｐ２１に対して垂直になり易くなる。また、第１屈曲部２４Ａ、第１屈曲部２４Ｂ及び第２導体部２２のＺ方向における幅が小さくなることにより、第１仮想平面Ｐ２１の位置がＺ１方向へシフトするため、図３と図７を比較して分かるように、導体２０全体のＺ方向の幅に対する第１導体部２１Ａ及び２１ＢのＺ方向の幅を相対的に大きくすることが可能になる。従って、導体２０の抵抗値を低減できる。

＜第３の実施形態＞
次に、本発明の第３の実施形態について説明する。図８は、第３の実施形態に係る電流センサの構成の一例を示す図である。図９は、図８に示す電流センサをＺ１側から見た平面図である。図１０は、図８に示す電流センサをＸ２側から見た正面図である。ただし、図９では、回路基板６０の図示が省略されている。

第３の実施形態に係る電流センサは、第２の実施形態に係る電流センサと同様な磁気センサ５０及び回路基板６０を有するとともに、導体３０を有する。導体３０は、既に説明した導体１０及び２０と同様に、板状の部材をＵ字状に折り曲げて形成されたものであり、面対称な形状を持つ。導体２０と導体３０は共通する部分が多いため、以下では相違点を中心に説明する。

導体２０における第１導体部２１Ａ、第１導体部２１Ｂ、第２導体部２２、第３導体部２３Ａ、第３導体部２３Ｂ、第１屈曲部２４Ａ、第１屈曲部２４Ｂ、第２屈曲部２５Ａ、第２屈曲部２５Ｂ、第４導体部２６Ａ、第４導体部２６Ｂは、導体３０における第１導体部３１Ａ、第１導体部３１Ｂ、第２導体部３２、第３導体部３３Ａ、第３導体部３３Ｂ、第１屈曲部３４Ａ、第１屈曲部３４Ｂ、第２屈曲部３５Ａ、第２屈曲部３５Ｂ、第４導体部３６Ａ、第４導体部３６Ｂにそれぞれ対応する。すなわち、導体３０の各部位は、符号の数字における十の位を「３」から「２」へ変更した導体２０の各部位に対応する。

また、図８〜図１０における第１仮想直線Ｌ３１Ａ、第１仮想直線Ｌ３１Ｂ、第２仮想直線Ｌ３２、第１仮想平面Ｐ３１、第２仮想平面Ｐ３２Ａ、第２仮想平面Ｐ３２Ｂ、第３仮想平面Ｐ３３は、図５〜図７における第１仮想直線Ｌ２１Ａ、第１仮想直線Ｌ２１Ｂ、第２仮想直線Ｌ２２、第１仮想平面Ｐ２１、第２仮想平面Ｐ２２Ａ、第２仮想平面Ｐ２２Ｂ、第３仮想平面Ｐ２３にそれぞれ対応する。すなわち、図８〜図１０の各仮想直線及び各仮想平面は、符号の数字における十の位を「３」から「２」へ変更した図５〜図７の各仮想直線及び各仮想平面に対応する。

第２の実施形態に係る電流センサでは、図７において示すように、第３導体部２３Ａ及び２３Ｂの第１縁Ｅ２１−２においてＺ方向の位置が不連続に変化しているが、第３の実施形態に係る電流センサでは、図１０において示すように、第３導体部３３Ａ及び３３Ｂの第１縁Ｅ３１−２においてＺ方向の位置が連続的に変化している。すなわち、第３導体部３３Ａ及び３３Ｂの第１縁Ｅ３１−２は、第１屈曲部３４Ａ及び３４Ｂに近づくにつれて、Ｚ方向における第１屈曲部３４Ａ及び３４Ｂの第１縁Ｅ３１−３との位置の差が小さくなっている。

図７と図１０を比較して分かるように、第３導体部２３Ａ及び２３Ｂにおいて被測定電流Ｉｓの分布が比較的小さいと考えられるＺ２側かつＹ１側の隅の部分が、第３導体部３３Ａ及び３３Ｂにおいて削られている。従って、導体１０の抵抗値をあまり大きくすることなく、導体１０の材料を削減することが可能となり、装置の軽量化を図ることができる。

また、第２の実施形態に係る電流センサでは、図７において示すように、第３導体部２３Ａ及び２３Ｂの第２縁Ｅ２２−２においてＺ方向の位置が不連続に変化しているが、第３の実施形態に係る電流センサでは、図１０において示すように、第３導体部３３Ａ及び３３Ｂの第２縁Ｅ３２−２においてＺ方向の位置が連続的に変化している。すなわち、第３導体部３３Ａ及び３３Ｂの第２縁Ｅ３２−２は、第１屈曲部３４Ａ及び３４Ｂに近づくにつれて、Ｚ方向における第１屈曲部３４Ａ及び３４Ｂの第２縁Ｅ３２−３との位置の差が小さくなっている。

図７と図１０を比較して分かるように、第３導体部２３Ａ及び２３Ｂにおいて被測定電流Ｉｓの分布が比較的小さいと考えられるＺ１側かつＹ２側の隅の部分が、第３導体部３３Ａ及び３３Ｂにおいて削られている。従って、導体１０の抵抗値をあまり大きくすることなく、導体１０の材料を削減することが可能となり、装置の軽量化を図ることができる。

以上、本発明の幾つかの実施形態について説明したが、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、他の種々のバリエーションを含んでいる。

例えば、上述した各実施形態における導体の形状やサイズは一例であり、本発明はこれらの形態に限定されない。

図１０の例において、第１縁Ｅ３１−２及び第２縁Ｅ３２−２のＺ方向の位置が連続的に変化しているが、本発明はこの例に限定されない。すなわち、第３導体部におけるこれらの縁は、屈曲部に近づくにつれて段階的にＺ方向の位置が変化してもよい。

また、磁気センサの構成は、図４に示す磁気抵抗効果素子のフルブリッジ回路に限定されるものではなく、例えば２つの磁気抵抗効果素子を用いるハーフブリッジ回路でもよい。

上述した実施形態では導体が２つの屈曲部においてＵ字状に曲げられた例を挙げているが、本発明において屈曲部の数は任意であり、例えば屈曲部が１つのみの場合にも本発明は適用可能である。

１０，２０，３０…導体１０
１１Ａ，１１Ｂ，２１Ａ，２１Ｂ，３１Ａ，３１Ｂ…第１導体部
１２，２２，３２…第２導体部
１３Ａ，１３Ｂ，２３Ａ，２３Ｂ，３３Ａ，３３Ｂ…第３導体部
１６Ａ，１６Ｂ，２６Ａ，２６Ｂ，３６Ａ，３６Ｂ…第４導体部
１４Ａ，１４Ｂ，２４Ａ，２４Ｂ，３４Ａ，３４Ｂ…第１屈曲部
１５Ａ，１５Ｂ，２５Ａ，２５Ｂ，３５Ａ，３５Ｂ…第２屈曲部
５０…磁気センサ、６０…回路基板、Ｍ１〜Ｍ４…磁気抵抗効果素子
Ｌ１１Ａ，Ｌ１１Ｂ，Ｌ２１Ａ，Ｌ２１Ｂ，Ｌ３１Ａ，Ｌ３１Ｂ…第１仮想直線
Ｌ１２，Ｌ２２，Ｌ３２…第２仮想直線、Ｐ１１，Ｐ２１，Ｐ３１…第１仮想平面
Ｐ１２Ａ，Ｐ１２Ｂ，Ｐ２２Ａ，Ｐ２２Ｂ，Ｐ３２Ａ，Ｐ３２Ｂ…第２仮想平面、
Ｐ１３，Ｐ２３，Ｐ３３…第３仮想平面、
Ｅ１１，Ｅ２１，Ｅ３１…第１縁、Ｅ１２，Ｅ２２，Ｅ３２…第２縁、
Ｉｓ…被測定電流、Ｈｓ…磁界

Claims (9)

1. 被測定電流が流れる導体と、
   第１仮想直線と第２仮想直線とに平行な第１仮想平面上に位置する磁気抵抗効果素子とを備え、
   前記導体は、
   前記第１仮想直線に沿って延び、前記第１仮想平面から離間し、前記第１仮想直線と平行に前記被測定電流が流れる第１導体部と、
   前記第２仮想直線に沿って延び、前記第１仮想平面と交わり、前記第２仮想直線と平行に前記被測定電流が流れる第２導体部と、
   前記第２導体部と前記第１導体部との間の電流経路に設けられ、前記第２仮想直線に平行な第２方向から前記第１仮想直線に平行な第１方向へ折れ曲がった屈曲部と、
   前記屈曲部と前記第１導体部との間の電流経路に設けられた第３導体部と
   を有し、
   前記磁気抵抗効果素子は、前記第１導体部に流れる前記被測定電流による磁界を検出し、
   前記磁気抵抗効果素子が感度を持つ磁界の方向と、前記磁気抵抗効果素子の感度に影響を与える磁界の方向とが、前記第１仮想平面に対して平行であり、
   前記第３導体部は、前記第１仮想平面と交わることを特徴とする
   電流センサ。
2. 前記第３導体部は、前記第１仮想平面と垂直かつ前記第１仮想直線を含んだ第２仮想平面上に設けられ、前記第２仮想平面と平行に前記被測定電流が流れる、
   請求項１に記載の電流センサ。
3. 前記屈曲部と前記第２導体部との接続部分において前記第２方向に垂直な断面の形状と、前記屈曲部と前記第３導体部との接続部分において前記第１方向に垂直な断面の形状と、前記第２方向に垂直な前記第２導体部の断面の形状とが均一であり、
   前記第１仮想平面に垂直な第３方向における前記屈曲部及び前記第２導体部の幅が均一である、
   請求項２に記載の電流センサ。
4. 前記第３方向において分離した前記導体の２つの縁のうち、全体が前記第１仮想平面から離れた縁を第１縁とした場合、
   前記屈曲部及び前記第２導体部における前記第１縁は、前記第１導体部における前記第１縁に比べて前記第１仮想平面に近い、
   請求項３に記載の電流センサ。
5. 前記第３導体部の前記第１縁は、前記第３方向における前記屈曲部の前記第１縁との位置の差が、前記屈曲部に近づくにつれて小さくなっている、
   請求項４に記載の電流センサ。
6. 前記第３方向において分離した前記導体の２つの縁のうち、前記第１仮想平面と交差する部分を持つ縁を第２縁とした場合、
   前記第３導体部の前記第２縁は、前記第３方向における前記屈曲部の前記第２縁との位置の差が、前記屈曲部に近づくにつれて小さくなっている、
   請求項３乃至５の何れか一項に記載の電流センサ。
7. 前記導体は、前記第２導体部の中央を通り前記第１仮想平面に垂直な第３仮想平面に対して面対称な形状を持っており、それぞれ２つの前記屈曲部と前記第３導体部と前記第１導体部とが、前記第３仮想平面を挟んで対称に配置され、
   前記第３仮想平面を挟んで対称に配置された前記磁気抵抗効果素子のペアを少なくとも１組有する、
   請求項１乃至６の何れか一項に記載の電流センサ。
8. 前記少なくとも１組の前記磁気抵抗効果素子のペアが１つのパッケージに収められ、
   前記第１仮想平面と垂直な方向からみて２つの前記第１導体部の間に前記パッケージが配置される、
   請求項７に記載の電流センサ。
9. 前記屈曲部において前記導体が鈍角に折れ曲がっている、
   請求項１乃至８の何れか一項に記載の電流センサ。
   

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