WO2016098511A1 - 電流センサ - Google Patents

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WO2016098511A1
WO2016098511A1 PCT/JP2015/082235 JP2015082235W WO2016098511A1 WO 2016098511 A1 WO2016098511 A1 WO 2016098511A1 JP 2015082235 W JP2015082235 W JP 2015082235W WO 2016098511 A1 WO2016098511 A1 WO 2016098511A1
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WO
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magnetic
sensor
current
primary conductor
body portion
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Application number
PCT/JP2015/082235
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English (en)
French (fr)
Inventor
清水 康弘
川浪 崇
Original Assignee
株式会社村田製作所
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Publication date
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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01RMEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R15/00Details of measuring arrangements of the types provided for in groups G01R17/00 - G01R29/00, G01R33/00 - G01R33/26 or G01R35/00
    • G01R15/14Adaptations providing voltage or current isolation, e.g. for high-voltage or high-current networks
    • G01R15/20Adaptations providing voltage or current isolation, e.g. for high-voltage or high-current networks using galvano-magnetic devices, e.g. Hall-effect devices, i.e. measuring a magnetic field via the interaction between a current and a magnetic field, e.g. magneto resistive or Hall effect devices
    • G01R15/205Adaptations providing voltage or current isolation, e.g. for high-voltage or high-current networks using galvano-magnetic devices, e.g. Hall-effect devices, i.e. measuring a magnetic field via the interaction between a current and a magnetic field, e.g. magneto resistive or Hall effect devices using magneto-resistance devices, e.g. field plates
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01RMEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R15/00Details of measuring arrangements of the types provided for in groups G01R17/00 - G01R29/00, G01R33/00 - G01R33/26 or G01R35/00
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    • G01R15/207Constructional details independent of the type of device used
    • GPHYSICS
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    • G01RMEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R33/00Arrangements or instruments for measuring magnetic variables
    • G01R33/02Measuring direction or magnitude of magnetic fields or magnetic flux
    • G01R33/06Measuring direction or magnitude of magnetic fields or magnetic flux using galvano-magnetic devices
    • G01R33/09Magnetoresistive devices
    • G01R33/091Constructional adaptation of the sensor to specific applications

Definitions

  • the present invention relates to a current sensor, and more particularly to a current sensor that measures the value of a current to be measured by detecting a magnetic field generated according to the current to be measured.
  • Patent Document 1 JP2010-2277
  • Patent Document 2 International Publication No. 2011/155261
  • the current sensor described in Patent Document 1 includes a bus bar, an insulating substrate, a Hall IC as a magnetic detection element, and a magnetic shield for each of the U phase, the V phase, and the W phase.
  • the upper magnetic shield member and the lower magnetic shield member form an annular enclosure that annularly surrounds the bus bar, the insulating substrate, and the Hall IC, thereby magnetically shielding the external magnetic field.
  • a gap is formed between the upper magnetic shield member and the lower magnetic shield member. The position in the height direction of the gap is the same as or near the position in the height direction of the bus bar, and the gap is located at a portion facing the side surface of the bus bar.
  • the Hall IC is arranged above the central portion of the bus bar.
  • the current sensor described in Patent Document 2 is a magnetic balance type current sensor, and is disposed in the vicinity of the magnetoresistive element whose characteristics change due to the induced magnetic field from the current to be measured and the magnetoresistive element, and cancels the induced magnetic field.
  • a feedback coil that generates a cancellation magnetic field, a magnetic shield that attenuates the induction magnetic field and enhances the cancellation magnetic field, and a hard bias layer that is provided on the magnetic shield and suppresses hysteresis of the magnetic shield.
  • a conventional current sensor is used in a linear region where a magnetic flux density detected in a magnetic sensor having a Hall element or a magnetoresistive element is proportional to an output voltage. That is, in the conventional current sensor, when a large current that generates a magnetic field exceeding the linear region of the magnetic sensor is measured, the measurement error increases and the measurement accuracy decreases.
  • the present invention has been made in view of the above problems, and an object thereof is to provide a current sensor having a wide measurement range while maintaining sensitivity.
  • a current sensor includes a primary conductor through which a current to be measured flows, at least one magnetic sensor that detects the strength of a magnetic field generated by the current flowing through the primary conductor, And a magnetic body portion surrounding the secondary conductor and the magnetic sensor.
  • the magnetic sensor has a low output region in which a low measured voltage value is output with respect to a virtual output voltage proportional to the current value in output characteristics.
  • the magnetic body portion has a magnetic saturation region in which the magnetic permeability decreases in the magnetization characteristic in a range where the absolute value of the current is not less than a threshold value. The output of the magnetic sensor is corrected so that the magnetic sensor leaked from the magnetic body portion in the magnetic saturation region reaches the magnetic sensor in the low output region so that the measured voltage value becomes high.
  • a current sensor includes a primary conductor through which a current to be measured flows, at least one magnetic sensor that detects the strength of a magnetic field generated by the current flowing through the primary conductor, and 1 And a magnetic body portion surrounding the secondary conductor and the magnetic sensor.
  • the magnetic body portion has a flat plate portion that extends along the direction of the detection axis of the magnetic sensor and faces the magnetic sensor with an interval between the magnetic sensor.
  • the magnetic body portion includes a first magnetic body portion having a flat plate portion, and a second magnetic body portion positioned apart from the first magnetic body portion.
  • the first magnetic body portion is magnetically saturated before the second magnetic body portion with respect to the magnetic field generated by the current.
  • the second magnetic body portion is provided with a gap, and has a cylindrical shape that is discontinuous in the circumferential direction due to the gap.
  • the 2nd magnetic body part has the cylinder shape connected over the perimeter.
  • the second magnetic body portion surrounds the first magnetic body portion.
  • the first magnetic body portion is located in the gap of the second magnetic body portion.
  • the first magnetic body portion is composed of at least one first magnetic body member.
  • the second magnetic body portion is composed of at least one second magnetic member.
  • the first magnetic member has a flat plate shape.
  • the 1st magnetic body part is comprised with the two 1st magnetic body members.
  • the magnetic sensor is located between the two first magnetic members.
  • the primary conductor has a flat plate shape.
  • the magnetic sensor can detect a magnetic field in a direction orthogonal to both the thickness direction of the primary conductor and the direction in which the current flows.
  • the magnetic sensor is disposed at least one of the one side and the other side in the thickness direction of the primary conductor in the central portion in the width direction of the primary conductor.
  • the magnetic sensor includes a first magnetic sensor and a second magnetic sensor.
  • the first magnetic sensor and the second magnetic sensor are positioned to face each other with the primary conductor interposed therebetween.
  • the apparatus further includes a calculation unit that calculates the value of the current by calculating the detection value of the first magnetic sensor and the detection value of the second magnetic sensor. Regarding the strength of the magnetic field generated by the current flowing through the primary conductor, the phase of the detection value of the first magnetic sensor and the phase of the detection value of the second magnetic sensor are opposite in phase.
  • the calculation unit is a subtractor or a differential amplifier.
  • the apparatus further includes a calculation unit that calculates the value of the current by calculating the detection value of the first magnetic sensor and the detection value of the second magnetic sensor. Regarding the strength of the magnetic field generated by the current flowing through the primary conductor, the phase of the detection value of the first magnetic sensor and the phase of the detection value of the second magnetic sensor are in phase.
  • the calculation unit is an adder or a summing amplifier.
  • the measurement range can be expanded while maintaining the sensitivity of the current sensor.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view of the current sensor of FIG. 2 as viewed from the direction of arrows III-III. It is a disassembled perspective view which shows the structure of the current sensor which concerns on Embodiment 1 of this invention. It is a perspective view which shows the external appearance of the circuit board of the current sensor which concerns on Embodiment 1 of this invention. It is a circuit diagram which shows the circuit structure of the current sensor which concerns on Embodiment 1 of this invention.
  • FIG. 6 is a cross-sectional view showing a cross-sectional shape of a primary conductor according to Comparative Example 1.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view showing a cross-sectional shape of a primary conductor according to Example 1.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view schematically showing a magnetic field generated around a primary conductor according to Example 1.
  • FIG. The distance from the front surface or the back surface of the primary conductor and the width direction of the primary conductor (X-axis direction) on the reference line located immediately above or directly below the central portion in the width direction of the primary conductor according to Comparative Example 1 and Example 1 ) Is a graph showing the relationship with the magnetic flux density. It is a graph which shows the output characteristic of the conventional current sensor.
  • Embodiment 4 of the present invention it is a cross-sectional view showing a state before the printed board and the magnetic member are attached to the primary conductor. It is sectional drawing which shows the structure of the current sensor which concerns on Embodiment 5 of this invention. It is sectional drawing which shows the structure of the current sensor which concerns on the 1st modification of Embodiment 5 of this invention. It is sectional drawing which shows the structure of the current sensor which concerns on the 2nd modification of Embodiment 5 of this invention. It is sectional drawing which shows the structure of the current sensor which concerns on the 3rd modification of Embodiment 5 of this invention. It is sectional drawing which shows the structure of the current sensor which concerns on the 4th modification of Embodiment 5 of this invention.
  • FIG. 1 is a perspective view showing an appearance of a current sensor according to Embodiment 1 of the present invention.
  • FIG. 2 is a side view of the current sensor of FIG. 1 viewed from the direction of arrow II.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view of the current sensor of FIG. 2 as viewed from the direction of arrows III-III.
  • FIG. 4 is an exploded perspective view showing the configuration of the current sensor according to Embodiment 1 of the present invention.
  • FIG. 5 is a perspective view showing an appearance of a circuit board of the current sensor according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a circuit diagram showing a circuit configuration of the current sensor according to Embodiment 1 of the present invention.
  • the width direction of a primary conductor 110 which will be described later, is illustrated as an X-axis direction
  • the length direction of the primary conductor 110 is defined as a Y-axis direction
  • the thickness direction of the primary conductor 110 is illustrated as a Z-axis direction.
  • the current sensor 100 detects the primary conductor 110 through which the current to be measured flows and the strength of the magnetic field generated by the current through the primary conductor 110.
  • Two magnetic sensors are composed of a first magnetic sensor 120a and a second magnetic sensor 120b.
  • the current sensor 100 includes two magnetic sensors.
  • the present invention is not limited to this, and it is only necessary to include at least one magnetic sensor.
  • the current sensor 100 includes a first magnetic body portion 170 surrounding the primary conductor 110 and the two magnetic sensors, and a second magnetic body portion 180 surrounding the first magnetic body portion 170.
  • the first magnetic body 170 is provided with a gap 173 and has a cylindrical shape that is discontinuous in the circumferential direction by the gap 173.
  • the first magnetic body portion 170 has a flat plate portion to be described later.
  • the second magnetic body portion 180 is positioned away from the first magnetic body portion 170.
  • the first magnetic body 170 is composed of two first magnetic members 171 and 172.
  • the structure of the 1st magnetic body part 170 is not restricted above, What is necessary is just to be comprised by the at least 1 1st magnetic body member.
  • the two first magnetic members 171 and 172 have a rectangular shape in which a gap 173 is provided between ends of each of the first magnetic members 171 and 172 when viewed from the direction in which the current flowing through the primary conductor 110 flows (Y-axis direction). Surrounding the primary conductor 110 and the two magnetic sensors.
  • the two first magnetic members 171 and 172 are sandwiched between a first circuit board 160a, a second circuit board 160b, and the first circuit board 160a and the second circuit board 160b, which will be described later.
  • a portion of the primary conductor 110 is surrounded by a space.
  • the second magnetic body portion 180 has a cylindrical shape connected over the entire circumference.
  • the second magnetic body portion 180 is composed of one second magnetic body member.
  • the structure of the 2nd magnetic body part 180 is not restricted above, What is necessary is just to be comprised by the at least 1 2nd magnetic body member.
  • the second magnetic body member has a rectangular shape when viewed from the direction in which the current flowing through the primary conductor 110 flows (Y-axis direction), and surrounds the two first magnetic body members 171 and 172 with a space therebetween. Is enclosed.
  • the first magnetic body 170 is magnetically saturated before the second magnetic body 180 with respect to the magnetic field generated by the current flowing through the primary conductor 110.
  • the relative positions of the primary conductor 110, the first circuit board 160a, the second circuit board 160b, the two first magnetic members 171 and 172, and the second magnetic member are maintained by a case (not shown). Yes.
  • the case is preferably formed of an engineering plastic having high temperature resistance such as polyphenylene sulfide.
  • each of the first circuit board 160a and the second circuit board 160b and the case are fastened with screws, it is preferably fastened with screws made of a non-magnetic material so as not to disturb the magnetic field.
  • the primary conductor 110 has a flat plate shape.
  • the primary conductor 110 has one penetrating portion that penetrates from the front surface to the back surface of the primary conductor 110.
  • a circular through hole 110h is provided in a central portion in the width direction of the primary conductor 110 in a plan view.
  • the primary conductor 110 is not necessarily provided with a through portion. The current flows through the primary conductor 110 in the Y-axis direction.
  • the primary conductor 110 is made of copper.
  • the material of the primary conductor 110 is not limited to this, and may be a metal such as silver or aluminum or an alloy containing these metals.
  • the primary conductor 110 may be subjected to a surface treatment.
  • at least one plating layer made of a metal such as nickel, tin, silver, copper, or an alloy containing these metals may be provided on the surface of the primary conductor 110.
  • the primary conductor 110 is formed by pressing a thin plate.
  • the method of forming the primary conductor 110 is not limited to this, and the primary conductor 110 may be formed by a method such as cutting, forging, or casting.
  • the first magnetic sensor 120a is mounted on the first printed circuit board 130a together with the first operational amplifier 140a and the first passive element 150a.
  • the first magnetic sensor 120a is disposed at the center of the first printed circuit board 130a.
  • the first magnetic sensor 120a, the first printed board 130a, the first operational amplifier 140a, and the first passive element 150a constitute a first circuit board 160a.
  • the first printed circuit board 130a includes a substrate made of glass epoxy or alumina, and wiring formed by patterning a metal foil such as a copper foil on the substrate.
  • the first circuit board 160a is configured with an arithmetic circuit that calculates a signal from the first magnetic sensor 120a.
  • the second magnetic sensor 120b is mounted on the second printed circuit board 130b together with the second operational amplifier 140b and the second passive element 150b.
  • the second magnetic sensor 120b is disposed at the center of the second printed circuit board 130b.
  • the second magnetic sensor 120b, the second printed board 130b, the second operational amplifier 140b, and the second passive element 150b constitute a second circuit board 160b.
  • Second printed circuit board 130b includes a substrate made of glass epoxy or alumina, and a wiring formed by patterning a metal foil such as a copper foil on the substrate.
  • the second circuit board 160b is configured with an arithmetic circuit that calculates a signal from the second magnetic sensor 120b.
  • the first circuit board 160a is placed on the surface of the primary conductor 110.
  • the first magnetic sensor 120a is located immediately above the through hole 110h with the first printed board 130a sandwiched between the primary conductor 110.
  • the second circuit board 160 b is disposed on the back surface of the primary conductor 110.
  • the second magnetic sensor 120b is located directly below the through hole 110h with the second printed board 130b sandwiched between the primary conductor 110.
  • the first magnetic sensor 120a and the second magnetic sensor 120b are positioned to face each other with the primary conductor 110 interposed therebetween.
  • the first magnetic sensor 120 a is disposed on one side (upper side) in the thickness direction (Z-axis direction) of the primary conductor 110 in the central portion in the width direction (X-axis direction) of the primary conductor 110.
  • the second magnetic sensor 120b is disposed on the other side (lower side) in the thickness direction (Z-axis direction) of the primary conductor 110 at the center in the width direction (X-axis direction) of the primary conductor 110.
  • the direction (magnetic direction) of the detection axis of each of the first magnetic sensor 120a and the second magnetic sensor 120b is the width direction (X-axis direction) of the primary conductor 110. That is, each of the first magnetic sensor 120a and the second magnetic sensor 120b is orthogonal to both the thickness direction (Z-axis direction) of the primary conductor 110 and the direction in which the current flows through the primary conductor 110 (Y-axis direction).
  • the magnetic field in the direction (X-axis direction) can be detected.
  • Each of the first magnetic sensor 120a and the second magnetic sensor 120b outputs a positive value when a magnetic field directed in one direction of the detection axis is detected, and is directed in a direction opposite to the one direction of the detection axis. It has an input / output characteristic that outputs a negative value when a magnetic field is detected.
  • Each of the first magnetic sensor 120a and the second magnetic sensor 120b has a Wheatstone bridge type bridge circuit including four AMR (Anisotropic Magneto Resistance) elements.
  • Each of the first magnetic sensor 120a and the second magnetic sensor 120b is replaced with an AMR element, and GMR (Giant Magneto Resistance), TMR (Tunnel Magneto Resistance), BMR (Balistic Magneto Resistance), CMR (Colossal Magneto Resistance). It may have a magnetoresistive element.
  • each of the first magnetic sensor 120a and the second magnetic sensor 120b may have a half bridge circuit including two magnetoresistive elements.
  • a magnetic sensor having a Hall element a magnetic sensor having an MI (Magneto Impedance) element using a magnetic impedance effect, a fluxgate type magnetic sensor, or the like is used.
  • Magnetic elements such as a magnetoresistive element and a Hall element may be packaged with a resin, or may be potted with a silicone resin or an epoxy resin.
  • Each AMR element of the first magnetic sensor 120a and the second magnetic sensor 120b has an odd function input / output characteristic by including a barber pole type electrode.
  • each AMR element of the first magnetic sensor 120a and the second magnetic sensor 120b includes a barber pole type electrode, and is biased so that a current flows at a predetermined angle.
  • the magnetization direction of the magnetoresistive film in the AMR element of the first magnetic sensor 120a and the magnetization direction of the magnetoresistive film in the AMR element of the second magnetic sensor 120b are the same direction. Thereby, the fall of the output accuracy by the influence of an external magnetic field can be made small.
  • the current sensor 100 calculates the value of the current flowing through the primary conductor 110 by calculating the detection value of the first magnetic sensor 120a and the detection value of the second magnetic sensor 120b. Is provided.
  • the calculation unit 190 is a differential amplifier. However, the calculation unit 190 may be a subtracter.
  • the two first magnetic members 171 and 172 each have an L-shape when viewed from the direction in which the current flows through the primary conductor 110 (Y-axis direction).
  • Each of the two first magnetic members 171 and 172 includes first flat plate portions 171a and 172a and a second flat plate portion orthogonal to the first flat plate portions 171a and 172a.
  • the first flat plate portions 171a and 172a of the two first magnetic members 171 and 172 and the primary conductor 110 are positioned in parallel to each other.
  • the first flat plate portion 171a of the first magnetic member 171 extends along the direction of the detection axis of the first magnetic sensor 120a (magnetic sensing direction), and is spaced apart from the first magnetic sensor 120a. It faces the magnetic sensor 120a.
  • the first flat plate portion 172a of the first magnetic member 172 extends along the direction of the detection axis (magnetic sensing direction) of the second magnetic sensor 120b, and is spaced apart from the second magnetic sensor 120b. It faces 120b.
  • Each of the two gaps 173 extends from one end of the first magnetic body 170 to the other end in the direction in which the current flows through the primary conductor 110 (Y-axis direction).
  • Each of the two gaps 173 is located at the diagonal of the rectangular shape formed by the first magnetic members 171 and 172 when viewed from the direction in which the current flowing through the primary conductor 110 flows (Y-axis direction).
  • the rectangular center position formed by the first magnetic members 171 and 172 overlaps the position of the through hole 110h of the primary conductor 110. Yes.
  • Each of the first magnetic members 171 and 172 is made of PC permalloy.
  • the second magnetic member is made of PC permalloy.
  • PC permalloy is an alloy containing about 80% of the Ni component, with the balance being mainly the Fe component.
  • the first magnetic body members 171 and 172 and the second magnetic body so that the first magnetic body portion 170 is magnetically saturated before the second magnetic body portion 180 with respect to the magnetic field generated by the current flowing through the primary conductor 110.
  • the material of each member is selected.
  • the material of each of the first magnetic members 171 and 172 and the second magnetic member is not limited to the above, and may be soft iron steel, silicon steel, electromagnetic steel, PB permalloy, PC permalloy, nickel alloy, iron alloy, ferrite, etc.
  • a magnetic material having high magnetic permeability and saturation magnetic flux density is preferable.
  • PB permalloy is an alloy containing about 45% of the Ni component, with the balance being mainly the Fe component.
  • each of the first magnetic members 171 and 172 and the second magnetic member is formed by pressing a thin plate.
  • the formation method of each of the first magnetic members 171 and 172 and the second magnetic member is not limited to this, and the first magnetic members 171 and 172 and the second magnetic member are formed by a method such as cutting, forging or casting. Each of these may be formed.
  • the gap between the first magnetic members 171 and 172 and the second magnetic member is filled with a material having a relative permeability close to 1.
  • the gap is preferably filled with a resin, an inorganic material, ceramics, a composite material thereof, or air.
  • the resin polyphenylene sulfide resin, polybutylene terephthalate resin, liquid crystal polymer, polyamide resin, epoxy resin, phenol resin, or the like can be used.
  • the inorganic material glass or the like can be used.
  • ceramics alumina or steatite can be used.
  • FIG. 7 is a cross-sectional view showing the cross-sectional shape of the primary conductor according to Comparative Example 1.
  • FIG. 8 is a cross-sectional view illustrating the cross-sectional shape of the primary conductor according to the first embodiment.
  • the outer shape of the cross section of the primary conductor 110 was 30 mm wide and 2.5 mm thick.
  • a through hole 110h having a diameter of 2 mm was provided at the center in the width direction of the primary conductor 110 according to the first embodiment.
  • Comparative Example 1 and Example 1 assuming that the value of the current flowing through the primary conductor 110 is 100A, as shown in FIGS.
  • FIG. 9 is a cross-sectional view schematically showing a magnetic field generated around the primary conductor according to the first embodiment.
  • FIG. 10 shows the distance from the front surface or the back surface of the primary conductor and the width direction of the primary conductor on the reference line located immediately above or directly below the central portion in the width direction of the primary conductor according to Comparative Example 1 and Example 1. It is a graph which shows the relationship with the magnetic flux density of (X-axis direction).
  • the vertical axis represents the magnetic flux density (mT)
  • the horizontal axis represents the distance (mm) from the front surface 110s or the back surface 110t of the primary conductor 110.
  • the data of the primary conductor 110 according to the first embodiment is indicated by a solid line
  • the data of the primary conductor 110 according to the comparative example 1 is indicated by a dotted line.
  • the magnetic field 110e is generated by the current 10 flowing through the primary conductor 110 located on the left side of the through hole 110h according to the so-called right-handed screw law. Similarly, a magnetic field 110e is generated by the current 10 flowing through the primary conductor 110 located on the right side of the through hole 110h.
  • LZ and the magnetic flux density RZ in the Z-axis direction due to the magnetic field 110e generated by the current 10 flowing through the primary conductor 110 located on the right side of the through hole 110h cancel each other.
  • the magnetic flux density RX in the X-axis direction due to the generated magnetic field 110e is combined.
  • LZ and the magnetic flux density RZ in the Z-axis direction due to the magnetic field 110e generated by the current 10 flowing through the primary conductor 110 located on the right side of the through hole 110h cancel each other.
  • the magnetic flux density RX in the X-axis direction due to the generated magnetic field 110e is combined.
  • the magnetic flux density in the X-axis direction on the reference line 1 located immediately above the central portion in the width direction of the primary conductor 110 according to Comparative Example 1 is the distance from the surface 110 s of the primary conductor 110. Decreases as the value increases.
  • the magnetic flux density in the X-axis direction on the reference line 1 located immediately above the central portion in the width direction of the primary conductor 110 according to the first embodiment reaches a distance of 4 mm from the surface 110s of the primary conductor 110. The distance increases as the distance increases, and is substantially constant at a position of 4 mm to 10 mm from the surface 110 s of the primary conductor 110.
  • the magnetic flux density in the X-axis direction on the reference line 1 located immediately above the central portion in the width direction of the primary conductor 110 according to Example 1 is the comparative example regardless of the distance from the surface 110s of the primary conductor 110. It is lower than the magnetic flux density in the X-axis direction on the reference line 1 located immediately above the central portion in the width direction of the primary conductor 110. This is because no current flows through the through hole 110h.
  • the magnetic flux density in the X-axis direction on the reference line 1 located immediately below the center in the width direction of the primary conductor 110 according to Comparative Example 1 increases as the distance from the back surface 110t of the primary conductor 110 increases. It is falling.
  • the magnetic flux density in the X-axis direction on the reference line 1 located immediately below the central portion in the width direction of the primary conductor 110 according to the first embodiment reaches a distance of 4 mm from the back surface 110t of the primary conductor 110. The distance increases as the distance increases, and is substantially constant at a position of 4 mm to 10 mm from the back surface 110 t of the primary conductor 110.
  • the magnetic flux density in the X-axis direction on the reference line 1 located immediately below the central portion in the width direction of the primary conductor 110 according to Example 1 is the comparative example regardless of the distance from the back surface 110t of the primary conductor 110. It is lower than the magnetic flux density in the X-axis direction on the reference line 1 located immediately below the central portion in the width direction of the primary conductor 110. This is because no current flows through the through hole 110h.
  • the first magnetic sensor 120a is disposed at a position immediately above the through hole 110h of the primary conductor 110, thereby providing the first magnetic sensor.
  • the magnetic flux density acting on 120a can be reduced. Therefore, even when a large current flows through the primary conductor 110, saturation of the output of the magnetoresistive element of the first magnetic sensor 120a can be suppressed.
  • the second magnetic sensor 120b by arranging the second magnetic sensor 120b at a position directly below the through hole 110h of the primary conductor 110, the magnetic flux density acting on the second magnetic sensor 120b can be reduced. Therefore, even when a large current flows through the primary conductor 110, saturation of the output of the magnetoresistive element of the second magnetic sensor 120b can be suppressed.
  • the magnetic flux density acting on the magnetoresistive element can be reduced with a simple structure in which the through hole 110h is provided in the primary conductor 110 without using a complicated circuit.
  • the input dynamic range of the current sensor 100 can be expanded, and a large current can be accurately measured by the current sensor 100.
  • the first magnetic sensor 120a is disposed at a position immediately above the through hole 110h of the primary conductor 110
  • the second magnetic sensor 120b is disposed at a position immediately below the through hole 110h of the primary conductor 110, thereby Since the magnetic flux density in the X-axis direction and the Z-axis direction acting on each of the magnetic sensor 120a and the second magnetic sensor 120b can be reduced, the strength of the magnetic field applied to each of the first magnetic sensor 120a and the second magnetic sensor 120b. It is possible to suppress the occurrence of variations. As a result, the current sensor 100 can stably measure the magnitude of the current to be measured.
  • a position of 4 mm to 10 mm from the front surface 110s or the back surface 110t of the primary conductor 110 Is a robust region in which the magnetic flux density in the X-axis direction is substantially constant.
  • the first magnetic sensor 120a is positioned directly above the through hole 110h with the first printed board 130a interposed between the primary conductor 110 and the first magnetic sensor 120a.
  • the sensor 120a is located in the robust area. That is, the thickness of the first printed circuit board 130a is appropriately set so that the first magnetic sensor 120a is positioned in the robust region.
  • the second magnetic sensor 120b is located directly below the through hole 110h with the second printed circuit board 130b sandwiched between the primary conductor 110 and the second magnetic sensor 120b. Is located in the robust region. That is, the thickness of the second printed circuit board 130b is appropriately set so that the second magnetic sensor 120b is located in the robust region.
  • each of the first magnetic sensor 120a and the second magnetic sensor 120b By positioning each of the first magnetic sensor 120a and the second magnetic sensor 120b within the robust region, it is possible to stably cause variations in the strength of the magnetic field applied to each of the first magnetic sensor 120a and the second magnetic sensor 120b. Can be suppressed. As a result, the current sensor 100 can more stably measure the magnitude of the current to be measured.
  • a robust region instead of providing the through hole 110h in the primary conductor 110, a robust region can be similarly formed when a recess is provided by drawing or the like.
  • FIG. 11 is a graph showing output characteristics of a conventional current sensor.
  • the vertical axis represents the output voltage V (V)
  • the horizontal axis represents the input current I (A).
  • a virtual output voltage obtained by linearly approximating the output voltage in the measurable range of the input current of the current sensor 100 is indicated by a two-dot chain line. Specifically, the virtual output voltage was obtained by approximating the input current value and the output voltage value with a linear function using the least square method.
  • the measurable range of the input current is ⁇ 800A.
  • the error between the output voltage and the virtual output voltage is within the allowable range.
  • the allowable range of error between the output voltage and the virtual output voltage is appropriately determined depending on the measurement accuracy required for the current sensor. As shown in FIG. 11, in the conventional current sensor, the error between the output voltage and the virtual output voltage is larger than the allowable range in the vicinity of +800 A and the vicinity of ⁇ 800 A, respectively.
  • the error rate of the output of the current sensor is defined.
  • the measurable range of the input current is ⁇ 800A
  • the virtual output voltage when the input current is 800A is 2.0V
  • the virtual output voltage when the input current is -800A is -2.0V
  • full scale Becomes 4.0V.
  • the error rate of the output of the current sensor defined as described above is determined by the characteristics of the magnetic sensor and the magnetic body part constituting the current sensor.
  • the inventors of the present invention realize a suitable combination of the output characteristics of the magnetic sensor and the magnetization characteristics of the magnetic part, thereby expanding the measurable range of the input current while reducing the error rate of the output of the current sensor. Found that is possible.
  • FIG. 12 is a graph showing the output characteristics of the magnetic sensor included in the current sensor according to the present embodiment.
  • the vertical axis represents the output voltage V (V)
  • the horizontal axis represents the magnetic flux density B (mT).
  • V the output voltage
  • B the magnetic flux density
  • a virtual output obtained by linearly approximating the output voltage in the magnetic flux density range of the magnetic field acting on each of the first and second magnetic sensors 120a and 120b corresponding to the measurable range of the input current of the current sensor 100.
  • the voltage is indicated by a two-dot chain line.
  • the virtual output voltage was obtained by approximating the magnetic flux density and the output voltage value by a linear function using the least square method.
  • unit is shown, and the influence on the magnetic flux density by a magnetic body part is not included.
  • the magnetic flux density of the magnetic field acting on each of the first and second magnetic sensors 120 a and 120 b is 10 mT.
  • the input current of the current sensor 100 is ⁇ 800 A
  • the first and The magnetic flux density of the magnetic field acting on each of the second magnetic sensors 120a and 120b is ⁇ 10 mT.
  • the output voltage becomes a cubic curve in the magnetic flux density range of the magnetic field acting on each of the first and second magnetic sensors 120a and 120b. That is, the first and second magnetic sensors 120a, each 120b is in the output characteristics, the low output area T 1 to a low measured voltage value to the virtual output voltage proportional to the magnetic flux density (input current) is output Have.
  • the magnetic flux density increases from 7 mT to 10 mT
  • the increase rate of the absolute value of the output voltage decreases, and the error between the output voltage and the virtual output voltage increases.
  • the input current value decreases from ⁇ 7 mT to ⁇ 10 mT
  • the increase rate of the absolute value of the output voltage decreases, and the error between the output voltage and the virtual output voltage increases.
  • the error rate of the output of the magnetic sensor is defined.
  • the magnetic flux density range corresponding to ⁇ 800 A of the input current measurable range is ⁇ 10 mT
  • the virtual output voltage when the magnetic flux density is 10 mT is 2.0 V
  • the virtual output voltage when the magnetic flux density is ⁇ 10 mT Assuming ⁇ 2.0V, the full scale is 4.0V.
  • FIG. 13 is a graph showing the relationship between the magnetic flux density and the output error rate in the magnetic sensor included in the current sensor according to the present embodiment.
  • the vertical axis represents the output error rate (% FS), and the horizontal axis represents the magnetic flux density B (mT).
  • each of the first and second magnetic sensors 120a and 120b has a low output region T 1 in which the magnetic flux density is in the range of ⁇ 7 mT or less and in the range of 7 mT or more.
  • FIG. 14 is a graph showing the magnetization characteristics of the magnetic part included in the current sensor according to this embodiment.
  • the vertical axis represents the magnetic flux density B (mT)
  • the horizontal axis represents the input current I (A).
  • the virtual magnetic flux density obtained by linearly approximating the magnetic flux density of the magnetic field acting on the position of the magnetic sensor in the range where the input current of the current sensor 100 can be measured is indicated by a two-dot chain line. Specifically, the virtual magnetic flux density was obtained by approximating the input current value and the magnetic flux density by a linear function using the least square method.
  • FIG. 14 shows the magnetic flux density of the magnetic field acting on the position of the magnetic sensor when only the first magnetic body portion 170 is disposed around the primary conductor 110.
  • the magnetic sensor itself and the second magnetic body are shown in FIG. The influence on the magnetic flux density by the part 180 is not included.
  • the magnetic flux density of the magnetic field acting on the position of the magnetic sensor is a cubic curve. That is, the first magnetic body portion 170 has a magnetic saturation region T 2 in which the magnetic permeability decreases in the range of 600 A or more where the absolute value of the current flowing through the primary conductor 110 is a threshold value in the magnetization characteristics.
  • the increase rate of the absolute value of the magnetic flux density increases. Further, as the input current value decreases from ⁇ 600 A to ⁇ 800 A, the increase rate of the absolute value of the magnetic flux density increases.
  • the error rate of the magnetic flux density at the position of the magnetic sensor when only the magnetic part is arranged around the primary conductor 110 is defined.
  • the ratio of the difference between the magnetic flux density and the virtual magnetic flux density to the full scale, which is the distance between the maximum value and the minimum value of the virtual magnetic flux density in the measurable range of the input current of the current sensor, is the magnetic flux density at the magnetic sensor position. Is defined as the error rate.
  • the measurable range of the input current is ⁇ 800 A
  • the virtual magnetic flux density when the input current is 800 A is 20 mT
  • the virtual magnetic flux density when the input current is ⁇ 800 A is ⁇ 20 mT
  • the full scale is 40 mT.
  • FIG. 15 is a graph showing the relationship between the magnetic flux density error rate and the input current at the position of the magnetic sensor when only the first magnetic body part included in the current sensor according to the present embodiment is arranged.
  • the vertical axis represents the magnetic flux density error rate (% FS), and the horizontal axis represents the input current I (A).
  • the range where the input current value is ⁇ 600 A or less and the range where 600 A or more is the magnetic saturation region T 2 .
  • FIG. 16 is a graph showing the error rate of the output of the current sensor, the error rate of the output of the magnetic sensor, and the error rate of the magnetic flux density at the position of the magnetic sensor in an overlapping manner.
  • the vertical axis represents the magnetic flux density error rate (% FS)
  • the horizontal axis represents the input current I (A).
  • the error rate of the output of the current sensor is indicated by a solid line
  • the error rate of the output of the magnetic sensor is indicated by a dotted line
  • the error rate of the magnetic flux density at the position of the magnetic sensor is indicated by a one-dot chain line.
  • the input current can be measured by overlapping the low output region T 1 of the magnetic sensor and the magnetic saturation region T 2 of the first magnetic body 170.
  • the error rate of the output of the current sensor 100 is reduced to within ⁇ 1.0%.
  • an error rate within ⁇ 1.0% is set as an allowable range.
  • the magnetic sensor is set so that the measured voltage value is increased by the magnetic field leaking from the first magnetic body portion 170 in the state in the magnetic saturation region T 2 reaching the magnetic sensor in the state in the low output region T 1 .
  • the output of is corrected.
  • the increase rate of the absolute value of the output voltage accompanying the increase in magnetic flux density is small.
  • the magnetic field leaking from the first magnetic body portion 170 in the magnetic saturation region T 2 has a large increase rate of the absolute value of the magnetic flux density as the input current value increases.
  • the magnetic field leaked from the flat plate portion magnetically saturated by the magnetic field generated by the current flowing through the primary conductor 110 reaches the magnetic sensor, so that the output voltage of the magnetic sensor is the current flowing through the primary conductor 110. Correction is made to approach a virtual output voltage proportional to the value.
  • the magnetic field leaking from the first flat plate portion 171a of the first magnetic member 171 that is magnetically saturated by the magnetic field generated by the current flowing through the primary conductor 110 reaches the first magnetic sensor 120a.
  • the output voltage of the magnetic sensor 120a is corrected so as to approach a virtual output voltage proportional to the value of the current flowing through the primary conductor 110.
  • the magnetic field leaking from the first flat plate portion 172a of the first magnetic member 172 that is magnetically saturated by the magnetic field generated by the current flowing through the primary conductor 110 reaches the second magnetic sensor 120b.
  • the output voltage of 120b is corrected so as to approach a virtual output voltage proportional to the value of the current flowing through the primary conductor 110.
  • the error rate of the output of the current sensor 100 is reduced and the input current is reduced.
  • the measurable range can be expanded.
  • the measurable range of the input current can be expanded to ⁇ 800 A while reducing the error rate of the output of the current sensor 100 within ⁇ 1.0%.
  • the magnetization characteristics of the magnetic body section are appropriately set according to the output characteristics of the magnetic sensor.
  • Factors that determine the magnetization characteristics of the magnetic part include the saturation magnetic flux density, the magnetic permeability, and the shape of the magnetic part.
  • Factors for the shape of the magnetic part include the thickness, width and length of the magnetic member, and the size and position of the air gap.
  • the magnetic resistance against the magnetic flux circulating in the first magnetic body portion 170 is increased by the magnetic field generated by the current flowing through the primary conductor 110.
  • the absolute value of the input current when the first magnetic members 171 and 172 are magnetically saturated by the magnetic field generated by the current flowing through the primary conductor 110 is increased as compared with the case where the air gap 173 is not provided. be able to.
  • the range in which the low output region T 1 of the magnetic sensor overlaps with the magnetic saturation region T 2 of the first magnetic body 170 is adjusted to suitably correct the output of the current sensor 100. It becomes possible. As a result, it is possible to obtain the current sensor 100 having a wide measurement range while maintaining the sensitivity.
  • the arithmetic circuit included in the current sensor 100 will be described.
  • the primary conductor 110 is connected.
  • the phase of the detection value of the first magnetic sensor 120a is opposite to the phase of the detection value of the second magnetic sensor 120b.
  • the strength of the magnetic field detected by the first magnetic sensor 120a is a positive value
  • the strength of the magnetic field detected by the second magnetic sensor 120b is a negative value.
  • the detection value of the first magnetic sensor 120a and the detection value of the second magnetic sensor 120b are transmitted to the calculation unit 190.
  • the calculation unit 190 subtracts the detection value of the second magnetic sensor 120b from the detection value of the first magnetic sensor 120a. As a result, the absolute value of the detection value of the first magnetic sensor 120a and the absolute value of the detection value of the second magnetic sensor 120b are added. From this addition result, the value of the current flowing through the primary conductor 110 is calculated.
  • the primary conductor 110, the first printed board 130a, and the second printed board 130b are located between the first magnetic sensor 120a and the second magnetic sensor 120b.
  • the external magnetic field source cannot be physically located between the first magnetic sensor 120a and the second magnetic sensor 120b.
  • the direction of the magnetic field component in the direction of the detection axis of the magnetic field applied to the first magnetic sensor 120a from the external magnetic field source and the detection axis of the magnetic field applied to the second magnetic sensor 120b from the external magnetic field source is the same direction. Therefore, if the strength of the external magnetic field detected by the first magnetic sensor 120a is a positive value, the strength of the external magnetic field detected by the second magnetic sensor 120b is also a positive value.
  • the calculation unit 190 subtracts the detection value of the second magnetic sensor 120b from the detection value of the first magnetic sensor 120a, thereby detecting the absolute value of the detection value of the first magnetic sensor 120a and the detection of the second magnetic sensor 120b.
  • the absolute value of the value is subtracted. Thereby, the magnetic field from the external magnetic field source is hardly detected. That is, the influence of the external magnetic field is reduced.
  • the directions of the detection axes with positive detection values may be opposite to each other (opposite 180 °).
  • the strength of the external magnetic field detected by the first magnetic sensor 120a is a positive value
  • the strength of the external magnetic field detected by the second magnetic sensor 120b is a negative value.
  • the phase of the detection value of the first magnetic sensor 120a and the phase of the detection value of the second magnetic sensor 120b are in phase.
  • an adder or an addition amplifier is used as the calculation unit 190 instead of the differential amplifier.
  • the detected value of the first magnetic sensor 120a and the detected value of the second magnetic sensor 120b are added by an adder or an adding amplifier, thereby obtaining the absolute value of the detected value of the first magnetic sensor 120a.
  • the absolute value of the detection value of the second magnetic sensor 120b is subtracted. Thereby, the magnetic field from the external magnetic field source is hardly detected. That is, the influence of the external magnetic field is reduced.
  • the strength of the magnetic field generated by the current flowing through the primary conductor 110 is obtained by adding the detection value of the first magnetic sensor 120a and the detection value of the second magnetic sensor 120b by an adder or an addition amplifier.
  • the absolute value of the detection value of the first magnetic sensor 120a and the absolute value of the detection value of the second magnetic sensor 120b are added. From this addition result, the value of the current flowing through the primary conductor 110 is calculated.
  • an adder or an addition amplifier may be used as the calculation unit in place of the differential amplifier while the input / output characteristics of the first magnetic sensor 120a and the second magnetic sensor 120b have opposite polarities.
  • each of the first magnetic members 171 and 172 is made of PC permalloy
  • the second magnetic member is made of PC permalloy.
  • FIG. 17 is a graph showing the relationship between the relative permeability of the magnetic material and the strength of the magnetic field.
  • the vertical axis indicates the relative permeability of the magnetic material
  • the horizontal axis indicates the strength of the magnetic field.
  • the effect of the magnetic material as a magnetic shield increases as the magnetic material has a higher magnetic permeability.
  • the strength of the magnetic field is about 1.0 (Oe)
  • the PC permalloy decreases to a relative permeability comparable to that of soft steel and electromagnetic steel. Therefore, the influence of the external magnetic field can be reduced regardless of the strength of the external magnetic field by making the calculation unit 190 hardly detect the magnetic field from the external magnetic field source.
  • each of the first magnetic sensor 120 a and the second magnetic sensor 120 b is surrounded by a first magnetic body portion 170 and a second magnetic body portion 180. Since the two are surrounded by two, it is possible to reliably suppress the external magnetic field that is an error factor from reaching each of the first magnetic sensor 120a and the second magnetic sensor 120b. As a result, each of the first magnetic sensor 120a and the second magnetic sensor 120b can be prevented from detecting an unnecessary external magnetic field. That is, each of the first magnetic body portion 170 and the second magnetic body portion 180 functions as a magnetic shield.
  • the second magnetic body portion 180 since the second magnetic body portion 180 has a cylindrical shape that is connected over the entire circumference, an intrusion path of an external magnetic field in the circumferential direction of the second magnetic body portion 180. There are no voids. Therefore, it is possible to more reliably suppress the external magnetic field that is an error factor from reaching each of the first magnetic sensor 120a and the second magnetic sensor 120b.
  • the first magnetic sensor 120a and the second magnetic sensor 120b are positioned in the robust region, high accuracy is not required for the assembly of the current sensor 100.
  • the sensor 100 can be easily manufactured.
  • Embodiment 2 of the present invention a current sensor according to Embodiment 2 of the present invention will be described. Note that the current sensor 200 according to the second embodiment is different from the current sensor according to the first embodiment only in that a gap is provided in the second magnetic body portion, and thus the description of other configurations will not be repeated.
  • FIG. 18 is a cross-sectional view showing a configuration of a current sensor according to Embodiment 2 of the present invention. 18 is a cross-sectional view of the current sensor as viewed from the same direction as in FIG.
  • the second magnetic body portion 280 is provided with a gap 273, and has a cylindrical shape that is discontinuous in the circumferential direction by the gap 273.
  • the second magnetic body portion 280 includes two second magnetic members 281 and 282.
  • the two second magnetic members 281 and 282 have a rectangular shape in which a gap 273 is provided between the ends of the second magnetic members 281 and 282 when viewed from the direction in which the current flowing through the primary conductor 110 flows (Y-axis direction).
  • the two first magnetic members 171 and 172 are surrounded by an interval.
  • the second magnetic members 281 and 282 each have an L shape when viewed from the direction in which the current flows through the primary conductor 110 (Y-axis direction).
  • the air gap 273 of the second magnetic body portion 280 is located outside the corner portions 171r and 172r of the first magnetic body members 171 and 172.
  • Each of the second magnetic members 281 and 282 has a third flat plate portion and a fourth flat plate portion orthogonal to the third flat plate portion.
  • the third flat plate portions of the second magnetic members 281 and 282 and the primary conductor 110 are positioned in parallel to each other.
  • the 3rd flat plate part of the 2nd magnetic body member 281 and the 1st flat plate part of the 1st magnetic body member 172 are located in parallel at intervals.
  • the 3rd flat plate part of the 2nd magnetic body member 282 and the 1st flat plate part of the 1st magnetic body member 171 are located in parallel at intervals.
  • the 4th flat plate part of the 2nd magnetic body member 281 and the 2nd flat plate part of the 1st magnetic body member 171 are located in parallel at intervals.
  • the 4th flat plate part of the 2nd magnetic body member 282 and the 2nd flat plate part of the 1st magnetic body member 172 are located in parallel at intervals.
  • Each of the two gaps 273 extends from one end of the second magnetic body portion 280 to the other end in the direction in which the current flows through the primary conductor 110 (Y-axis direction).
  • Each of the two air gaps 273 is located at the diagonal of the rectangular shape formed by the second magnetic members 281 and 282 when viewed from the direction in which the current flowing through the primary conductor 110 flows (Y-axis direction).
  • the center position of the rectangular shape formed by the second magnetic members 281 and 282 overlaps the position of the through hole 110h of the primary conductor 110. Yes.
  • Each of the second magnetic members 281 and 282 is made of PC permalloy.
  • the material of each of the second magnetic members 281 and 282 is not limited to PC permalloy, and soft iron steel, silicon steel, electromagnetic steel, PB
  • each of the second magnetic members 281 and 282 is formed by pressing a thin plate.
  • the method of forming each of the second magnetic members 281 and 282 is not limited to this, and each of the second magnetic members 281 and 282 may be formed by a method such as cutting, forging, or casting.
  • each of the first magnetic sensor 120a and the second magnetic sensor 120b is surrounded by a first magnetic body portion 170 and a second magnetic body portion 280. Since it is surrounded by multiple layers, it is possible to suppress the external magnetic field that is an error factor from reaching each of the first magnetic sensor 120a and the second magnetic sensor 120b. As a result, each of the first magnetic sensor 120a and the second magnetic sensor 120b can be prevented from detecting an unnecessary external magnetic field. That is, each of the first magnetic body portion 170 and the second magnetic body portion 280 functions as a magnetic shield.
  • the air gap 273 of the second magnetic body portion 280 is positioned outside the corner portions 171r and 172r of the first magnetic body members 171 and 172, the first magnetic sensor 120a and the second magnetic sensor 120b. Can be substantially completely surrounded by the first magnetic body portion 170 and the second magnetic body portion 280. Therefore, it is possible to reliably suppress the external magnetic field that is an error factor from reaching each of the first magnetic sensor 120a and the second magnetic sensor 120b.
  • the air gap 273 is provided in the second magnetic body portion 280 so that the second magnetic body portion 280 circulates in the second magnetic body portion 280 by a magnetic field generated by a current flowing through the primary conductor 110 or an external magnetic field. Increases the magnetic resistance to the magnetic flux. As a result, it is possible to prevent the second magnetic members 281 and 282 from being saturated with a magnetic field generated by a current flowing through the primary conductor 110 or an external magnetic field. Thereby, since the function as a magnetic shield of the 2nd magnetic body part 280 can be maintained, it can suppress that an external magnetic field reaches each of the 1st magnetic sensor 120a and the 2nd magnetic sensor 120b.
  • the measurable range of the input current can be expanded while reducing the error rate of the output of the current sensor 200. That is, the current sensor 200 having a wide measurement range can be obtained while maintaining the sensitivity.
  • Embodiment 3 of the present invention a current sensor according to Embodiment 3 of the present invention will be described. Note that the current sensor 300 according to the third embodiment is different from the current sensor according to the second embodiment only in that two magnetic sensors are mounted on one printed circuit board, and thus the description of the other configurations will not be repeated.
  • FIG. 19 is a cross-sectional view showing a configuration of a current sensor according to Embodiment 3 of the present invention.
  • FIG. 19 shows in the cross sectional view which looked at the current sensor from the same direction as FIG.
  • the printed circuit board 330c is held in a state where the primary conductor 110 is inserted into the through hole 330h. That is, the printed circuit board 330 c is positioned perpendicular to the primary conductor 110.
  • the first magnetic sensor 120a and the second magnetic sensor 120b are mounted on a printed board 330c together with a differential amplifier and a passive element.
  • the differential amplifier and the passive element are not shown.
  • the differential amplifier and the passive element may be mounted on a printed circuit board different from the printed circuit board 330c on which the first magnetic sensor 120a and the second magnetic sensor 120b are mounted.
  • the first magnetic sensor 120a and the second magnetic sensor 120b are located on opposite sides of the through hole 330h. Each of the first magnetic sensor 120a and the second magnetic sensor 120b is located at an interval with respect to the through hole 330h. In a state where the primary conductor 110 is inserted into the through hole 330h of the printed board 330c, the first magnetic sensor 120a is located immediately above the through hole 330h, and the second magnetic sensor 120b is located directly below the through hole 330h. . That is, the first magnetic sensor 120a and the second magnetic sensor 120b are located on opposite sides of the primary conductor 110.
  • each of the first magnetic sensor 120a and the second magnetic sensor 120b is located in the robust region. That is, the interval between each of the first magnetic sensor 120a and the second magnetic sensor 120b and the through hole 330h is appropriately set so that the first magnetic sensor 120a and the second magnetic sensor 120b are positioned in the robust region.
  • the direction (magnetic direction) of the detection axis of each of the first magnetic sensor 120a and the second magnetic sensor 120b is the width direction (X-axis direction) of the primary conductor 110.
  • the magnetic flux density in the X-axis direction, the Y-axis direction, and the Z-axis direction acting on each of the first magnetic sensor 120a and the second magnetic sensor 120b can be reduced. Variations in the strength of the magnetic field applied to the first magnetic sensor 120a and the second magnetic sensor 120b can be suppressed. As a result, the current sensor 300 can stably measure the magnitude of the current to be measured.
  • the measurable range of the input current can be expanded while the error rate of the output of the current sensor 300 is reduced. That is, the current sensor 300 having a wide measurement range can be obtained while maintaining the sensitivity.
  • the current sensor 400 according to the fourth embodiment differs from the current sensor according to the third embodiment only in that the printed circuit board and the magnetic member are configured to be detachable from the primary conductor. Will not repeat the description.
  • FIG. 20 is a cross-sectional view showing a state in which the printed board and the magnetic member are attached to the primary conductor in the current sensor according to Embodiment 4 of the present invention.
  • FIG. 21 is a cross-sectional view showing a state before the printed circuit board and the magnetic member are attached to the primary conductor in the current sensor according to the fourth embodiment of the present invention. 20 and 21 are shown in a cross-sectional view of the current sensor as viewed from the same direction as in FIG.
  • the first magnetic member 171, the second magnetic member 281 and the printed circuit board 430c are made of resin or adhesive. These are joined together by a first joining member 491 to be integrated.
  • the first magnetic member 172 and the second magnetic member 282 are joined together by a second joining member 492 made of resin or adhesive.
  • the peripheral surface of the printed circuit board 430c and the inner surface of the first magnetic member 171 are joined to each other by the first joining member 491.
  • the outer surface of the second flat plate portion of the first magnetic member 171 and the inner surface of the fourth flat plate portion of the second magnetic member 281 that are opposed to each other are bonded to each other by the first bonding member 491.
  • the outer surface of the second flat plate portion of the first magnetic member 172 and the inner surface of the fourth flat plate portion of the second magnetic member 282 facing each other are joined to each other by the second joining member 492.
  • a through groove 430h is provided from the end surface side not surrounded by the first magnetic member 171 and the second magnetic member 281 to the opposite end surface in the peripheral surface of the printed circuit board 430c.
  • a gap is provided between the printed board 430c and the third flat plate portion of the second magnetic member 281 so that the first flat plate portion of the first magnetic member 172 can be inserted.
  • the primary conductor 110 is inserted into the through groove 430h of the printed circuit board 430c.
  • the printed circuit board 430 c, the first magnetic member 171, and the second magnetic member 281 are moved closer to the primary conductor 110 in the direction indicated by the arrow 41.
  • the first magnetic material in the direction indicated by the arrow 42 is inserted so that the first flat plate portion of the first magnetic member 172 is inserted into the gap between the printed circuit board 430c and the third flat plate portion of the second magnetic member 281.
  • the body member 172 and the second magnetic member 282 are brought closer to the primary conductor 110.
  • the printed circuit board 430c and the magnetic member are attached to the primary conductor 110, the printed circuit board 430c is held with the primary conductor 110 inserted in the through groove 430h. . That is, the printed circuit board 430 c is positioned perpendicular to the primary conductor 110.
  • each of the two gaps 173 and the two gaps 273 is filled with at least one of the first bonding member 491 and the second bonding member 492.
  • the printed circuit board 430c and the magnetic member are configured to be detachable from the primary conductor 110, so that the assembly and disassembly of the current sensor 400 is easy.
  • the air gap 273 of the second magnetic body portion 280 is positioned outside the corner portions 171r and 172r of the first magnetic body members 171 and 172, the first magnetic sensor 120a and the second magnetic sensor 120b. Can be substantially completely surrounded by the first magnetic body portion 170 and the second magnetic body portion 280. Therefore, it is possible to reliably suppress the external magnetic field that is an error factor from reaching each of the first magnetic sensor 120a and the second magnetic sensor 120b.
  • the measurable range of the input current can be expanded while the error rate of the output of the current sensor 400 is reduced. That is, it is possible to obtain the current sensor 400 with a wide measurement range while maintaining the sensitivity.
  • the current sensor 500 according to the fifth embodiment is mainly different from the current sensor according to the first embodiment in that the configuration of the first magnetic body portion and only one magnetic sensor are arranged. Do not repeat the explanation.
  • FIG. 22 is a cross-sectional view showing a configuration of a current sensor according to Embodiment 5 of the present invention. 22 is a cross-sectional view of the current sensor as viewed from the same direction as in FIG. In FIG. 22, only the first magnetic sensor 120a of the circuit board is illustrated.
  • the current sensor 500 includes only one first magnetic sensor 120a as a magnetic sensor.
  • the first magnetic sensor 120 a is located immediately above the primary conductor 110.
  • the primary conductor 110 is not provided with a penetrating portion.
  • the current sensor 500 includes only one first magnetic member having a flat plate shape as the first magnetic body portion 570.
  • the first magnetic body portion 570 is located between the primary conductor 110 and the first magnetic sensor 120a with an interval therebetween.
  • the first magnetic body portion 570 and the primary conductor 110 are positioned in parallel to each other.
  • the first magnetic sensor 120a in a state of low output area T 1 the magnetic field leaking from the first magnetic body 570 in the state of magnetic saturation region T 2 is
  • the output of the first magnetic sensor 120a can be corrected so that the measured voltage value becomes higher.
  • the measurable range of the input current can be expanded while the error rate of the output of the current sensor 500 is reduced. That is, it is possible to obtain the current sensor 500 having a wide measurement range while maintaining the sensitivity.
  • the position of the 1st magnetic body part 570 is not restricted above.
  • a first modification of the current sensor 500 according to the present embodiment will be described.
  • FIG. 23 is a cross-sectional view showing a configuration of a current sensor according to a first modification of Embodiment 5 of the present invention. In FIG. 23, it shows in the cross sectional view which looked at the current sensor from the same direction as FIG.
  • the first magnetic body portion 570 is disposed between the first magnetic sensor 120a and the second magnetic body portion 180. , Spaced from each other.
  • the first magnetic sensor 120a in a state of low output area T 1 the magnetic field leaking from the first magnetic body 570 in the state of magnetic saturation region T 2 is
  • the output of the first magnetic sensor 120a can be corrected so that the measured voltage value becomes higher.
  • the first magnetic body portion 570 may be composed of two first magnetic body members having a flat plate shape.
  • a second modification of the current sensor 500 according to the present embodiment will be described.
  • FIG. 24 is a cross-sectional view showing a configuration of a current sensor according to a second modification of Embodiment 5 of the present invention. 24 is a cross-sectional view of the current sensor as viewed from the same direction as in FIG.
  • the first magnetic body portion 570 is composed of two first magnetic members having a flat plate shape. .
  • One of the two first magnetic members is positioned between the primary conductor 110 and the first magnetic sensor 120a with an interval therebetween.
  • the other of the two first magnetic members is positioned between the first magnetic sensor 120a and the second magnetic body portion 180 with an interval therebetween. That is, the first magnetic sensor 120a is positioned between the two first magnetic members.
  • the first magnetic sensor 120a in a state of low output area T 1 the magnetic field leaking from the first magnetic body 570 in the state of magnetic saturation region T 2 is
  • the output of the first magnetic sensor 120a can be corrected so that the measured voltage value becomes higher.
  • first magnetic member and the primary conductor 110 may be positioned perpendicular to each other.
  • a third modification of the current sensor 500 according to the present embodiment will be described.
  • FIG. 25 is a cross-sectional view showing a configuration of a current sensor according to a third modification of Embodiment 5 of the present invention.
  • FIG. 25 is a cross-sectional view of the current sensor viewed from the same direction as in FIG.
  • the first magnetic body portion 570 is between the primary conductor 110 and the second magnetic body portion 180. Located at a distance from each other.
  • the first magnetic body portion 570 is composed of one first magnetic body member having a flat plate shape.
  • the first magnetic body portion 570 and the primary conductor 110 are positioned perpendicular to each other.
  • the first magnetic body portion 570 extends along the direction of the detection axis (magnetic sensing direction) of the first magnetic sensor 120a, and faces the first magnetic sensor 120a with an interval from the first magnetic sensor 120a. .
  • the first magnetic sensor 120a in a state of low output area T 1 the magnetic field leaking from the first magnetic body 570 in the state of magnetic saturation region T 2 is
  • the output of the first magnetic sensor 120a can be corrected so that the measured voltage value becomes higher.
  • the primary conductor 110 may penetrate the first magnetic body portion.
  • a fourth modification of the current sensor 500 according to the present embodiment will be described.
  • FIG. 26 is a cross-sectional view showing a configuration of a current sensor according to a fourth modification of Embodiment 5 of the present invention. 26 is a cross-sectional view of the current sensor as viewed from the same direction as in FIG.
  • the first magnetic body member constituting the first magnetic body portion 570 is provided with a through hole 570h.
  • the primary conductor 110 is inserted into the through hole 570h of the first magnetic member.
  • the first magnetic member and the primary conductor 110 are not in contact with each other.
  • the outer edges of the first magnetic member are opposed to each other with a slight gap from the inner edge of the second magnetic member.
  • the first magnetic body portion 570 extends along the direction of the detection axis (magnetic sensing direction) of the first magnetic sensor 120a, and faces the first magnetic sensor 120a with an interval from the first magnetic sensor 120a. .
  • the first magnetic sensor 120a in a state of low output area T 1 the magnetic field leaking from the first magnetic body 570 in the state of magnetic saturation region T 2 is
  • the output of the first magnetic sensor 120a can be corrected so that the measured voltage value becomes higher.
  • first magnetic body portion 570 and the second magnetic body portion 580 surround the first magnetic sensor 120a, it is possible to suppress the external magnetic field that is an error factor from reaching the first magnetic sensor 120a.
  • the current sensor 600 according to the sixth embodiment is mainly different from the current sensor according to the first embodiment in that the second magnetic body portion is not disposed and only one magnetic sensor is disposed. The description of the configuration will not be repeated.
  • FIG. 27 is a cross-sectional view showing a configuration of a current sensor according to Embodiment 6 of the present invention.
  • 27 is a cross-sectional view of the current sensor as viewed from the same direction as in FIG. In FIG. 27, only the first magnetic sensor 120a of the circuit board is illustrated.
  • the current sensor 600 includes only one first magnetic sensor 120a as a magnetic sensor.
  • the first magnetic sensor 120 a is located immediately above the primary conductor 110.
  • the primary conductor 110 is not provided with a penetrating portion.
  • the current sensor 600 does not include the second magnetic body part.
  • the magnetic field leaking from the first magnetic body portion 170 in the state in the magnetic saturation region T 2 is applied to the first magnetic sensor 120a in the state in the low output region T 1 .
  • the output of the first magnetic sensor 120a can be corrected so that the measured voltage value becomes higher.
  • the magnetic field leaking from the first flat plate portion 171a of the first magnetic member 171 that is magnetically saturated by the magnetic field generated by the current flowing through the primary conductor 110 reaches the first magnetic sensor 120a.
  • the output voltage of the magnetic sensor 120a is corrected so as to approach a virtual output voltage proportional to the value of the current flowing through the primary conductor 110.
  • the measurable range of the input current can be expanded while reducing the error rate of the output of the current sensor 600. That is, it is possible to obtain the current sensor 600 with a wide measurement range while maintaining the sensitivity.
  • the position of the gap 173 in the first magnetic body 170 is not limited to the rectangular diagonal position formed by the first magnetic members 171 and 172 as shown in FIG.
  • a first modification of the current sensor 600 according to the present embodiment will be described.
  • FIG. 28 is a cross-sectional view showing a configuration of a current sensor according to a first modification of Embodiment 6 of the present invention.
  • FIG. 28 is a cross-sectional view of the current sensor viewed from the same direction as in FIG.
  • a current sensor 600a includes a primary conductor 110 and a first magnetic body portion 170x surrounding the one magnetic sensor.
  • the first magnetic body portion 170x includes two first magnetic body members 171x and 172x.
  • the two first magnetic members 171x and 172x have a rectangular shape in which a gap 173x is provided between ends of each of the first magnetic members 171x and 172x when viewed from the direction in which the current flowing through the primary conductor 110 flows (Y-axis direction). Surrounding the primary conductor 110 and the magnetic sensor.
  • the two first magnetic members 171x and 172x each have a J-shape when the primary conductor 110 is viewed from the direction of current flow (Y-axis direction).
  • Each of the two first magnetic members 171x, 172x includes a first flat plate portion 171xa, 172xa, a second flat plate portion orthogonal to the first flat plate portion 171xa, 172xa, and a second orthogonal to the second flat plate portion.
  • the first flat plate portions 171xa and 172xa of the two first magnetic members 171x and 172x and the primary conductor 110 are positioned in parallel to each other.
  • Each of the two gaps 173x extends from one end of the first magnetic body portion 170x to the other end in the direction in which the current flows through the primary conductor 110 (Y-axis direction).
  • Each of the two gaps 173x is located in the vicinity of the diagonal of the rectangular shape formed by the first magnetic members 171x and 172x when viewed from the direction in which the current flowing through the primary conductor 110 flows (Y-axis direction).
  • the flat plate portions 171xa and 172xa are located between the fifth flat plate portion.
  • the first magnetic sensor 120a in a state of low output area T 1 the magnetic field leaking from the first magnetic body 170x in the state of magnetic saturation region T 2 is
  • the output of the first magnetic sensor 120a can be corrected so that the measured voltage value becomes higher.
  • the magnetic field leaking from the first flat plate portion 171xa of the first magnetic member 171x magnetically saturated by the magnetic field generated by the current flowing through the primary conductor 110 reaches the first magnetic sensor 120a, thereby The output voltage of the magnetic sensor 120a is corrected so as to approach a virtual output voltage proportional to the value of the current flowing through the primary conductor 110.
  • the number of gaps provided in the first magnetic part is not limited to two.
  • a second modification of the current sensor 600 according to the present embodiment will be described.
  • FIG. 29 is a cross-sectional view showing a configuration of a current sensor according to a second modification of Embodiment 6 of the present invention. 29 is a cross-sectional view of the current sensor as viewed from the same direction as in FIG.
  • the current sensor 600b includes a primary conductor 110 and a first magnetic body portion 170y that surrounds one magnetic sensor.
  • the first magnetic body portion 170y is composed of one first magnetic body member.
  • the first magnetic member has a rectangular shape in which one air gap 173y is provided between ends when viewed from the direction in which the current flowing through the primary conductor 110 flows (Y-axis direction). And surrounding the magnetic sensor.
  • the first magnetic member has a C-shape when the primary conductor 110 is viewed from the direction of current flow (Y-axis direction).
  • the first magnetic body member includes a first flat plate portion 171ya, a second flat plate portion orthogonal to the first flat plate portion 171ya, and a fifth orthogonal to the second flat plate portion and facing the first flat plate portion 171ya.
  • the first flat plate portion 171ya of the first magnetic member and the primary conductor 110 are positioned in parallel to each other.
  • the air gap 173y extends from one end of the first magnetic body portion 170y to the other end in the direction in which the current flows through the primary conductor 110 (Y-axis direction).
  • the air gap 173y is located in the vicinity of the diagonal of the rectangular shape formed by the first magnetic body member when viewed from the direction in which the current flowing through the primary conductor 110 flows (Y-axis direction), and the first flat plate portion 171ya and the seventh flat plate It is located between the parts.
  • the first magnetic sensor 120a in a state of low output area T 1 the magnetic field leaking from the first magnetic portion 170y in the state of magnetic saturation region T 2 is
  • the output of the first magnetic sensor 120a can be corrected so that the measured voltage value becomes higher.
  • the magnetic field leaking from the first flat plate portion 171ya of the first magnetic member which is magnetically saturated by the magnetic field generated by the current flowing through the primary conductor 110, reaches the first magnetic sensor 120a. Correction is made so that the output voltage of the sensor 120a approaches a virtual output voltage proportional to the value of the current flowing through the primary conductor 110.
  • the current sensor 700 according to the seventh embodiment is mainly different from the current sensor according to the first embodiment in that the configuration of the first magnetic body portion, the configuration of the second magnetic body portion, and the single magnetic sensor are arranged. Since they are different, the description of other configurations will not be repeated.
  • FIG. 30 is a cross-sectional view showing a configuration of a current sensor according to Embodiment 7 of the present invention.
  • 30 is a cross-sectional view of the current sensor as viewed from the same direction as in FIG. In FIG. 30, only the first magnetic sensor 120a of the circuit board is illustrated.
  • the current sensor 700 includes only one first magnetic sensor 120a as a magnetic sensor.
  • the first magnetic sensor 120 a is located above the primary conductor 110.
  • the primary conductor 110 is not provided with a penetrating portion.
  • the current sensor 700 includes a magnetic body portion surrounding the primary conductor 110 and the first magnetic sensor 120a.
  • the magnetic body portion includes a first magnetic body portion 770 having a flat plate portion and a second magnetic body portion 780 that is spaced apart from the first magnetic body portion 770.
  • the first magnetic body portion 770 is magnetically saturated before the second magnetic body portion 780 with respect to the magnetic field generated by the current flowing through the primary conductor 110.
  • the second magnetic body portion 780 is composed of one second magnetic body member having a C-shape when the primary conductor 110 is viewed from the direction in which current flows (Y-axis direction).
  • the second magnetic member has a rectangular shape in which one air gap 783 is provided between end portions when viewed from the direction in which the current flowing through the primary conductor 110 flows (Y-axis direction). Surrounding.
  • the first magnetic body portion 770 is composed of one first magnetic body member having a flat plate shape.
  • the first magnetic body portion 770 and the primary conductor 110 are positioned in parallel to each other.
  • Each of the first magnetic sensor 120a and the first magnetic body portion 770 is located in the gap 783 of the second magnetic body portion 780 with a space from the second magnetic body portion 780.
  • the first magnetic body portion 770 extends along the direction of the detection axis (magnetic direction) of the first magnetic sensor 120a, and faces the first magnetic sensor 120a with an interval from the first magnetic sensor 120a. .
  • the first magnetic body portion 770 is located on the side opposite to the primary conductor 110 when viewed from the first magnetic sensor 120a.
  • a magnetic field leaking from the first magnetic body portion 770 in the magnetic saturation region T 2 is applied to the first magnetic sensor 120 a in the low output region T 1 .
  • the output of the first magnetic sensor 120a can be corrected so that the measured voltage value becomes higher.
  • first magnetic body portion 770 and the second magnetic body portion 780 surround the first magnetic sensor 120a, it is possible to suppress the external magnetic field that is an error factor from reaching the first magnetic sensor 120a.
  • the measurable range of the input current can be expanded while reducing the error rate of the output of the current sensor 700. That is, it is possible to obtain a current sensor 700 with a wide measurement range while maintaining sensitivity.
  • Embodiment 8 of the present invention a current sensor according to Embodiment 8 of the present invention will be described.
  • the current sensor 800 according to the eighth embodiment is mainly different from the current sensor according to the seventh embodiment in the configuration of the first magnetic body portion, and thus the description of the other configurations will not be repeated.
  • FIG. 31 is a perspective view showing a configuration of a current sensor according to Embodiment 8 of the present invention.
  • FIG. 32 is a plan view showing a configuration of a current sensor according to Embodiment 8 of the present invention. 31 and 32, only the first magnetic sensor 120a of the circuit board is illustrated.
  • the magnetic body portion is separated from the first magnetic body portion 870 having the flat plate portion and the first magnetic body portion 870. 2nd magnetic body part 780 located.
  • the first magnetic body portion 870 is magnetically saturated before the second magnetic body portion 780 with respect to the magnetic field generated by the current flowing through the primary conductor 110.
  • Each of the first magnetic sensor 120a and the first magnetic body portion 870 is located in the gap 783 of the second magnetic body portion 780 at a distance from the second magnetic body portion 780.
  • the first magnetic body portion 870 is composed of two first magnetic members having a flat plate shape facing each other.
  • the first magnetic sensor 120a is located between the two first magnetic members.
  • Each of the two first magnetic members extends along the direction of the detection axis (magnetic sensing direction) of the first magnetic sensor 120a, and faces the first magnetic sensor 120a with an interval from the first magnetic sensor 120a. is doing.
  • Each of the two first magnetic members and the primary conductor 110 are positioned perpendicular to each other.
  • the first magnetic sensor 120a in a state of low output area T 1 the magnetic field leaking from the first magnetic body 870 in the state of magnetic saturation region T 2 is
  • the output of the first magnetic sensor 120a can be corrected so that the measured voltage value becomes higher.
  • first magnetic body portion 870 and the second magnetic body portion 780 surround the first magnetic sensor 120a, it is possible to suppress the external magnetic field that is an error factor from reaching the first magnetic sensor 120a.
  • the measurable range of the input current can be expanded while the error rate of the output of the current sensor 800 is reduced. That is, it is possible to obtain a current sensor 800 with a wide measurement range while maintaining sensitivity.
  • 1 reference line 10 current, 100, 200, 300, 400, 500, 500a, 500b, 600, 600a, 600b, 700, 800 current sensor, 110 primary conductor, 110e magnetic field, 110h, 330h through-hole, 110s surface, 110t back surface, 120a first magnetic sensor, 120b second magnetic sensor, 130a first printed circuit board, 130b second printed circuit board, 140a first operational amplifier, 140b second operational amplifier, 150a first passive element, 150b second passive element, 160a First circuit board, 160b Second circuit board, 170, 170x, 170y, 570, 770, 870 First magnetic body part, 171, 171x, 172, 172x First magnetic body member, 171a, 171xa, 171ya, 172a, 172xa First flat plate portion, 171r, 172r Corner part, 173, 173x, 173y, 273, 783 Air gap, 180, 280, 780 2nd magnetic body part, 190 calculation part, 281, 282 2nd magnetic body member, 330c,

Landscapes

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Abstract

 測定対象の電流が流れる1次導体と、1次導体を流れる上記電流により発生する磁界の強さを検出する少なくとも1つの磁気センサと、1次導体および磁気センサの周りを囲む磁性体部とを備える。磁気センサは、出力特性において、上記電流の値に比例した仮想出力電圧に対して低い測定電圧値が出力される低出力領域を有する。磁性体部は、磁化特性において、上記電流の絶対値が閾値以上の範囲にて透磁率が低下する磁気飽和領域を有する。低出力領域内の状態にある磁気センサに、磁気飽和領域内の状態にある磁性体部から漏れ出た磁界が及ぶことにより測定電圧値が高くなるように、磁気センサの出力が補正される。

Description

電流センサ
 本発明は、電流センサに関し、特に、測定対象の電流に応じて発生する磁界を検出することで測定対象の電流の値を測定する電流センサに関する。
 電流センサの構成を開示した先行文献として、特開2010-2277号公報(特許文献1)、および、国際公開第2011/155261号(特許文献2)がある。
 特許文献1に記載された電流センサは、U相、V相およびW相の各々について、バスバーと、絶縁基板と、磁気検出素子としてのホールICと、磁気シールド体とを備える。磁気シールド体は、上側磁気シールド部材および下側磁気シールド部材によって、バスバーと絶縁基板とホールICとを環状に囲む環状囲み部を構成することで、外部磁界から磁気遮蔽するものである。上側磁気シールド部材および下側磁気シールド部材の間に空隙が形成されている。空隙の高さ方向の位置は、バスバーの高さ方向の位置と同じまたは近傍であり、バスバーの側面と対向する部分に空隙が位置している。ホールICはバスバーの中央部の上方に配置されている。
 特許文献2に記載された電流センサは、磁気平衡式電流センサであり、被測定電流からの誘導磁界により特性が変化する磁気抵抗素子と、磁気抵抗素子の近傍に配置され、誘導磁界を相殺するキャンセル磁界を発生するフィードバックコイルと、誘導磁界を減衰させると共にキャンセル磁界をエンハンスする磁気シールドと、磁気シールド上に設けられ、磁気シールドのヒステリシスを抑えるハードバイアス層とを備える。
特開2010-2277号公報 国際公開第2011/155261号
 従来の電流センサは、ホール素子または磁気抵抗素子などを有する磁気センサにおいて検出した磁束密度と出力電圧とが比例する線形領域内で使用される。すなわち、従来の電流センサは、磁気センサの線形領域を超える磁界が生ずる大電流を測定した場合、測定誤差が大きくなり測定精度が低下する。
 一方、大電流を測定するために線形領域の広い磁気センサを備える電流センサを用いた場合、磁気センサの感度が低いため、小電流の測定精度が低下する。
 本発明は上記の問題点に鑑みてなされたものであって、感度を維持しつつ測定範囲の広い電流センサを提供することを目的とする。
 本発明に基づく第1の局面に係る電流センサは、測定対象の電流が流れる1次導体と、1次導体を流れる上記電流により発生する磁界の強さを検出する少なくとも1つの磁気センサと、1次導体および磁気センサの周りを囲む磁性体部とを備える。磁気センサは、出力特性において、上記電流の値に比例した仮想出力電圧に対して低い測定電圧値が出力される低出力領域を有する。磁性体部は、磁化特性において、上記電流の絶対値が閾値以上の範囲にて透磁率が低下する磁気飽和領域を有する。低出力領域内の状態にある磁気センサに、磁気飽和領域内の状態にある磁性体部から漏れ出た磁界が及ぶことにより測定電圧値が高くなるように、磁気センサの出力が補正される。
 本発明に基づく第2の局面に係る電流センサは、測定対象の電流が流れる1次導体と、1次導体を流れる上記電流により発生する磁界の強さを検出する少なくとも1つの磁気センサと、1次導体および磁気センサの周りを囲む磁性体部とを備える。磁性体部は、磁気センサの検出軸の方向に沿って延在し、磁気センサに間隔を置いて磁気センサと対向する平板部を有する。上記電流により発生する磁界によって磁気飽和した平板部から漏れ出た磁界が磁気センサに及ぶことにより、磁気センサの出力電圧が上記電流の値に比例した仮想出力電圧に近づくように補正される。
 本発明の一形態においては、磁性体部は、平板部を有する第1磁性体部、および、第1磁性体部に離間して位置する第2磁性体部を含む。第1磁性体部は、上記電流により発生する磁界に対して第2磁性体部より先に磁気飽和する。
 本発明の一形態においては、第2磁性体部は、空隙が設けられており、この空隙により周方向において不連続となった筒形状を有する。
 本発明の一形態においては、第2磁性体部は、全周に亘って繋がった筒形状を有する。
 本発明の一形態においては、第2磁性体部が、第1磁性体部の周りを囲んでいる。
 本発明の一形態においては、第1磁性体部が、第2磁性体部の上記空隙に位置している。
 本発明の一形態においては、第1磁性体部は、少なくとも1つの第1磁性体部材で構成されている。第2磁性体部は、少なくとも1つの第2磁性体部材で構成されている。
 本発明の一形態においては、第1磁性体部材が平板形状を有する。
 本発明の一形態においては、第1磁性体部は、2つの第1磁性体部材で構成されている。磁気センサは、2つの第1磁性体部材の間に位置している。
 本発明の一形態においては、1次導体は、平板形状を有する。磁気センサは、1次導体の厚さ方向および上記電流が流れる方向の両方と直交する方向の磁界を検出可能とされている。
 本発明の一形態においては、磁気センサは、1次導体の幅方向における中央部の、1次導体の厚さ方向における一方側および他方側の少なくとも一方に配置されている。
 本発明の一形態においては、磁気センサとして第1磁気センサと第2磁気センサとを備える。第1磁気センサと第2磁気センサとは、1次導体を挟んで互いに対向して位置している。
 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。1次導体を流れる上記電流により発生する磁界の強さについて、第1磁気センサの検出値の位相と第2磁気センサの検出値の位相とが逆相である。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。1次導体を流れる上記電流により発生する磁界の強さについて、第1磁気センサの検出値の位相と第2磁気センサの検出値の位相とが同相である。算出部が加算器または加算増幅器である。
 本発明によれば、電流センサの感度を維持しつつ測定範囲を広げることができる。
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方向から見た側面図である。 図2の電流センサをIII-III線矢印方向から見た断面図である。 本発明の実施形態1に係る電流センサの構成を示す分解斜視図である。 本発明の実施形態1に係る電流センサの回路基板の外観を示す斜視図である。 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。 比較例1に係る1次導体の横断面形状を示す断面図である。 実施例1に係る1次導体の横断面形状を示す断面図である。 実施例1に係る1次導体の周囲に発生する磁界を模式的に示す断面図である。 比較例1および実施例1に係る1次導体の幅方向の中央部の直上または直下に位置する基準線上における、1次導体の表面または裏面からの距離と1次導体の幅方向(X軸方向)の磁束密度との関係を示すグラフである。 従来の電流センサの出力特性を示すグラフである。 本発明の実施形態1に係る電流センサが含む磁気センサの出力特性を示すグラフである。 本発明の実施形態1に係る電流センサが含む磁気センサにおける磁束密度と出力の誤差率との関係を示すグラフである。 本発明の実施形態1に係る電流センサが含む磁性体部の磁化特性を示すグラフである。 本発明の実施形態1に係る電流センサが含む第1磁性体部のみを配置したときの磁気センサの位置における磁束密度の誤差率と入力電流との関係を示すグラフである。 電流センサの出力の誤差率と、磁気センサの出力の誤差率と、磁気センサの位置における磁束密度の誤差率とを、重ねて示すグラフである。 磁性材料の比透磁率と磁界の強さ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断面図である。 本発明の実施形態3に係る電流センサの構成を示す断面図である。 本発明の実施形態4に係る電流センサにおいて、プリント基板および磁性体部材を1次導体に対して取り付けた状態を示す断面図である。 本発明の実施形態4に係る電流センサにおいて、プリント基板および磁性体部材を1次導体に対して取り付ける前の状態を示す断面図である。 本発明の実施形態5に係る電流センサの構成を示す断面図である。 本発明の実施形態5の第1変形例に係る電流センサの構成を示す断面図である。 本発明の実施形態5の第2変形例に係る電流センサの構成を示す断面図である。 本発明の実施形態5の第3変形例に係る電流センサの構成を示す断面図である。 本発明の実施形態5の第4変形例に係る電流センサの構成を示す断面図である。 本発明の実施形態6に係る電流センサの構成を示す断面図である。 本発明の実施形態6の第1変形例に係る電流センサの構成を示す断面図である。 本発明の実施形態6の第2変形例に係る電流センサの構成を示す断面図である。 本発明の実施形態7に係る電流センサの構成を示す断面図である。 本発明の実施形態8に係る電流センサの構成を示す斜視図である。 本発明の実施形態8に係る電流センサの構成を示す平面図である。
 以下、本発明の各実施形態に係る電流センサ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方向から見た側面図である。図3は、図2の電流センサをIII-III線矢印方向から見た断面図である。図4は、本発明の実施形態1に係る電流センサの構成を示す分解斜視図である。図5は、本発明の実施形態1に係る電流センサの回路基板の外観を示す斜視図である。図6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、後述する1次導体110の幅方向をX軸方向、1次導体110の長さ方向をY軸方向、1次導体110の厚さ方向をZ軸方向として、図示している。
 図1~6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る1次導体110と、1次導体110を流れる電流により発生する磁界の強さを検出する2つの磁気センサとを備える。2つの磁気センサは、第1磁気センサ120aおよび第2磁気センサ120bから構成されている。本実施形態においては、電流センサ100は、2つの磁気センサを備えているが、これに限られず、少なくとも1つの磁気センサを備えていればよい。
 さらに、電流センサ100は、1次導体110および2つの磁気センサの周りを囲む第1磁性体部170と、第1磁性体部170の周りを囲む第2磁性体部180とを備える。第1磁性体部170は、空隙173が設けられており、空隙173により周方向において不連続となった筒形状を有する。第1磁性体部170は、後述する平板部を有している。第2磁性体部180は、第1磁性体部170に離間して位置している。
 本実施形態においては、第1磁性体部170は、2つの第1磁性体部材171,172から構成されている。ただし、第1磁性体部170の構成は上記に限られず、少なくとも1つの第1磁性体部材で構成されていればよい。2つの第1磁性体部材171,172は、1次導体110を流れる電流が流れる方向(Y軸方向)から見て、互いの端部同士の間に空隙173が設けられた矩形形状を成し、1次導体110および2つの磁気センサの周りを囲んでいる。具体的には、2つの第1磁性体部材171,172は、後述する、第1回路基板160a、第2回路基板160b、および、第1回路基板160aと第2回路基板160bとに挟まれた部分の1次導体110に対して間隔を置いて周りを囲んでいる。
 本実施形態においては、第2磁性体部180は、全周に亘って繋がった筒形状を有する。第2磁性体部180は、1つの第2磁性体部材で構成されている。ただし、第2磁性体部180の構成は上記に限られず、少なくとも1つの第2磁性体部材で構成されていればよい。第2磁性体部材は、1次導体110を流れる電流が流れる方向(Y軸方向)から見て、矩形形状を成し、2つの第1磁性体部材171,172に対して間隔を置いて周りを囲んでいる。
 後述するように、第1磁性体部170は、1次導体110を流れる電流により発生する磁界に対して第2磁性体部180より先に磁気飽和する。
 1次導体110、第1回路基板160a、第2回路基板160b、2つの第1磁性体部材171,172、および、第2磁性体部材の各々の相対位置は、図示しないケースなどにより維持されている。ケースは、ポリフェニレンスルファイドなどの高温耐性を有するエンジニアリングプラスティックなどで形成されていることが好ましい。第1回路基板160aおよび第2回路基板160bの各々とケースとをネジにより締結する場合には、磁場の乱れが生じないように、非磁性材料からなるネジで締結されていることが好ましい。
 以下、各構成について詳細に説明する。
 本実施形態においては、1次導体110は、平板形状を有している。1次導体110は、1次導体110の表面から裏面まで貫通した1つの貫通部を有している。具体的には、1次導体110の幅方向における中央部に、平面視にて円形の貫通孔110hが設けられている。ただし、必ずしも1次導体110に貫通部が設けられていなくてもよい。電流は、1次導体110をY軸方向に流れる。
 本実施形態においては、1次導体110は、銅で構成されている。ただし、1次導体110の材料はこれに限られず、銀、アルミニウムなどの金属またはこれらの金属を含む合金でもよい。1次導体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、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、1次導体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、薄板をプレス加工することにより1次導体110が形成されている。ただし、1次導体110の形成方法はこれに限られず、切削、鍛造または鋳造などの方法によって1次導体110が形成されてもよい。
 本実施形態においては、第1磁気センサ120aは、第1オペアンプ140aおよび第1受動素子150aとともに第1プリント基板130aに実装されている。第1磁気センサ120aは、第1プリント基板130aの中央に配置されている。第1磁気センサ120a、第1プリント基板130a、第1オペアンプ140aおよび第1受動素子150aは、第1回路基板160aを構成している。第1プリント基板130aは、ガラスエポキシまたはアルミナからなる基板、および、基板上に銅箔などの金属箔がパターニングされて形成された配線を含む。第1回路基板160aには、第1磁気センサ120aからの信号を演算する演算回路が構成されている。
 第2磁気センサ120bは、第2オペアンプ140bおよび第2受動素子150bとともに第2プリント基板130bに実装されている。第2磁気センサ120bは、第2プリント基板130bの中央に配置されている。第2磁気センサ120b、第2プリント基板130b、第2オペアンプ140bおよび第2受動素子150bは、第2回路基板160bを構成している。第2プリント基板130bは、ガラスエポキシまたはアルミナからなる基板、および、基板上に銅箔などの金属箔がパターニングされて形成された配線を含む。第2回路基板160bには、第2磁気センサ120bからの信号を演算する演算回路が構成されている。
 第1回路基板160aは、1次導体110の表面上に載置されている。第1磁気センサ120aは、第1プリント基板130aを1次導体110との間に挟んで、貫通孔110hの直上に位置している。第2回路基板160bは、1次導体110の裏面上に配置されている。第2磁気センサ120bは、第2プリント基板130bを1次導体110との間に挟んで、貫通孔110hの直下に位置している。
 すなわち、第1磁気センサ120aと第2磁気センサ120bとは、1次導体110を挟んで互いに対向して位置している。第1磁気センサ120aは、1次導体110の幅方向(X軸方向)における中央部の、1次導体110の厚さ方向(Z軸方向)における一方側(上方側)に配置されている。第2磁気センサ120bは、1次導体110の幅方向(X軸方向)における中央部の、1次導体110の厚さ方向(Z軸方向)における他方側(下方側)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の各々の検出軸の方向(感磁方向)は、1次導体110の幅方向(X軸方向)である。すなわち、第1磁気センサ120aおよび第2磁気センサ120bの各々は、1次導体110の厚さ方向(Z軸方向)および1次導体110を電流が流れる方向(Y軸方向)の両方と直交する方向(X軸方向)の磁界を検出可能とされている。
 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、入出力特性を有している。
 第1磁気センサ120aおよび第2磁気センサ120bの各々は、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(Balistic 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。
 第1磁気センサ120aおよび第2磁気センサ120bの各々の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AMR素子は、バーバーポール型電極を含むことにより、所定の角度に電流が流れるようにバイアスされている。第1磁気センサ120aのAMR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AMR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6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1次導体110を流れる電流の値を算出する算出部190を備える。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。
 図1,3,4に示すように、1次導体110を電流が流れる方向(Y軸方向)から見て、2つの第1磁性体部材171,172は、それぞれL字形状を有する。2つの第1磁性体部材171,172の各々は、第1平板部171a,172aと、第1平板部171a,172aに直交している第2平板部とを有している。2つの第1磁性体部材171,172の各々の第1平板部171a,172aと1次導体110とは、互いに平行に位置している。
 すなわち、第1磁性体部材171の第1平板部171aは、第1磁気センサ120aの検出軸の方向(感磁方向)に沿って延在し、第1磁気センサ120aに間隔を置いて第1磁気センサ120aと対向している。第1磁性体部材172の第1平板部172aは、第2磁気センサ120bの検出軸の方向(感磁方向)に沿って延在し、第2磁気センサ120bに間隔を置いて第2磁気センサ120bと対向している。
 2つの空隙173の各々は、1次導体110を電流が流れる方向(Y軸方向)において、第1磁性体部170の一端から他端まで延在している。2つの空隙173の各々は、1次導体110を流れる電流が流れる方向(Y軸方向)から見て、第1磁性体部材171,172が成す矩形形状の対角に位置している。1次導体110を流れる電流が流れる方向(Y軸方向)から見て、第1磁性体部材171,172が成す矩形形状の中心位置と、1次導体110の貫通孔110hの位置とは重なっている。
 第1磁性体部材171,172の各々は、PCパーマロイで構成されている。第2磁性体部材は、PCパーマロイで構成されている。PCパーマロイはNi成分を約80%含み、残部が主にFe成分である合金である。第1磁性体部170が、1次導体110を流れる電流により発生する磁界に対して第2磁性体部180より先に磁気飽和するように、第1磁性体部材171,172および第2磁性体部材の各々の材料が選定される。第1磁性体部材171,172および第2磁性体部材の各々の材料としては、上記に限られず、軟鉄鋼、ケイ素鋼、電磁鋼、PBパーマロイ、PCパーマロイ、ニッケル合金、鉄合金またはフェライトなどの、透磁率および飽和磁束密度の高い磁性体材料が好ましい。なお、PBパーマロイは、Ni成分を約45%含み、残部が主にFe成分である合金である。
 本実施形態においては、薄板をプレス加工することにより第1磁性体部材171,172および第2磁性体部材の各々が形成されている。ただし、第1磁性体部材171,172および第2磁性体部材の各々の形成方法はこれに限られず、切削、鍛造または鋳造などの方法によって第1磁性体部材171,172および第2磁性体部材の各々が形成されてもよい。
 第1磁性体部材171,172と第2磁性体部材との間の隙間は、比透磁率が1に近い材料で満たされていることが好ましい。具体的には、樹脂、無機物、セラミックス、若しくはこれらの複合材料、または空気などで、上記隙間が満たされていることが好ましい。樹脂では、ポリフェニレンサルファイド樹脂、ポリブチレンテレフタレート樹脂、液晶ポリマー、ポリアミド系樹脂、エポキシ樹脂、または、フェノール樹脂などを用いることができる。無機物では、ガラスなどを用いることができる。セラミックスでは、アルミナまたはステアタイトなどを用いることができる。
 ここで、貫通部を有さない比較例1の1次導体110、および、貫通孔110hが設けられた実施例1の1次導体110について、1次導体110の幅方向(X軸方向)における中央部の直上または直下の位置における、1次導体110の表面110sまたは裏面110tからの距離と磁束密度との関係をシミュレーション解析した結果について説明する。
 図7は、比較例1に係る1次導体の横断面形状を示す断面図である。図8は、実施例1に係る1次導体の横断面形状を示す断面図である。図7,8に示すように、比較例1および実施例1において、1次導体110の横断面の外形は、幅30mm、厚さ2.5mmとした。実施例1に係る1次導体110の幅方向の中央部に、直径2mmの貫通孔110hを設けた。比較例1および実施例1において、1次導体110を流れる電流の値を100Aとして、図7,8に示すように、1次導体110の幅方向の中央部の直上または直下に位置する基準線1上における磁束密度分布をシミュレーション解析により算出した。なお、比較例1および実施例1においては、第1磁性体部材171,172および第2磁性体部材は配置していない。
 図9は、実施例1に係る1次導体の周囲に発生する磁界を模式的に示す断面図である。図9においては、図8と同一の断面視にて図示している。図10は、比較例1および実施例1に係る1次導体の幅方向の中央部の直上または直下に位置する基準線上における、1次導体の表面または裏面からの距離と1次導体の幅方向(X軸方向)の磁束密度との関係を示すグラフである。図10においては、縦軸に磁束密度(mT)、横軸に1次導体110の表面110sまたは裏面110tからの距離(mm)を示している。また、図10においては、実施例1に係る1次導体110のデータを実線で、比較例1に係る1次導体110のデータを点線で示している。
 図9に示すように、いわゆる右ねじの法則によって、貫通孔110hの左側に位置する1次導体110を流れる電流10により磁界110eが発生する。同様に、貫通孔110hの右側に位置する1次導体110を流れる電流10により磁界110eが発生する。
 1次導体110の幅方向の中央部の直上に位置する基準線1上においては、貫通孔110hの左側に位置する1次導体110を流れる電流10により発生した磁界110eによるZ軸方向の磁束密度LZと、貫通孔110hの右側に位置する1次導体110を流れる電流10により発生した磁界110eによるZ軸方向の磁束密度RZとが、打ち消し合う。一方、貫通孔110hの左側に位置する1次導体110を流れる電流10により発生した磁界110eによるX軸方向の磁束密度LXと、貫通孔110hの右側に位置する1次導体110を流れる電流10により発生した磁界110eによるX軸方向の磁束密度RXとが、組み合わされる。
 1次導体110の幅方向の中央部の直下に位置する基準線1上においては、貫通孔110hの左側に位置する1次導体110を流れる電流10により発生した磁界110eによるZ軸方向の磁束密度LZと、貫通孔110hの右側に位置する1次導体110を流れる電流10により発生した磁界110eによるZ軸方向の磁束密度RZとが、打ち消し合う。一方、貫通孔110hの左側に位置する1次導体110を流れる電流10により発生した磁界110eによるX軸方向の磁束密度LXと、貫通孔110hの右側に位置する1次導体110を流れる電流10により発生した磁界110eによるX軸方向の磁束密度RXとが、組み合わされる。
 図10に示すように、比較例1に係る1次導体110の幅方向の中央部の直上に位置する基準線1上におけるX軸方向の磁束密度は、1次導体110の表面110sからの距離が大きくなるに従って低下している。一方、実施例1に係る1次導体110の幅方向の中央部の直上に位置する基準線1上におけるX軸方向の磁束密度は、1次導体110の表面110sからの距離が4mmに到達するまでは距離が大きくなるに従って増加し、1次導体110の表面110sから4mm以上10mm以下の位置においては略一定になっている。
 実施例1に係る1次導体110の幅方向の中央部の直上に位置する基準線1上におけるX軸方向の磁束密度は、1次導体110の表面110sからの距離に関わらず、比較例に係る1次導体110の幅方向の中央部の直上に位置する基準線1上におけるX軸方向の磁束密度より低くなっている。これは、貫通孔110hの部分に、電流が流れていないためである。
 同様に、比較例1に係る1次導体110の幅方向の中央部の直下に位置する基準線1上におけるX軸方向の磁束密度は、1次導体110の裏面110tからの距離が大きくなるに従って低下している。一方、実施例1に係る1次導体110の幅方向の中央部の直下に位置する基準線1上におけるX軸方向の磁束密度は、1次導体110の裏面110tからの距離が4mmに到達するまでは距離が大きくなるに従って増加し、1次導体110の裏面110tから4mm以上10mm以下の位置においては略一定になっている。
 実施例1に係る1次導体110の幅方向の中央部の直下に位置する基準線1上におけるX軸方向の磁束密度は、1次導体110の裏面110tからの距離に関わらず、比較例に係る1次導体110の幅方向の中央部の直下に位置する基準線1上におけるX軸方向の磁束密度より低くなっている。これは、貫通孔110hの部分に、電流が流れていないためである。
 このシミュレーション解析の結果から分かるように、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を、1次導体110の貫通孔110hの直上の位置に配置することにより、第1磁気センサ120aに作用する磁束密度を低減することができる。よって、1次導体110に大電流が流れた場合においても、第1磁気センサ120aの磁気抵抗素子の出力が飽和することを抑制することができる。
 同様に、第2磁気センサ120bを、1次導体110の貫通孔110hの直下の位置に配置することにより、第2磁気センサ120bに作用する磁束密度を低減することができる。よって、1次導体110に大電流が流れた場合においても、第2磁気センサ120bの磁気抵抗素子の出力が飽和することを抑制することができる。
 本実施形態に係る電流センサ100においては、複雑な回路によらずに1次導体110に貫通孔110hを設けた簡易な構造で磁気抵抗素子に作用する磁束密度を低減することができる。その結果、電流センサ100の入力ダイナミックレンジを拡大させることができ、電流センサ100によって大電流を正確に測定することが可能となる。
 また、第1磁気センサ120aを1次導体110の貫通孔110hの直上の位置に配置し、第2磁気センサ120bを1次導体110の貫通孔110hの直下の位置に配置することにより、第1磁気センサ120aおよび第2磁気センサ120bの各々に作用するX軸方向およびZ軸方向の磁束密度を低減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の各々に加わる磁界の強度にばらつきが生ずることを抑制できる。その結果、電流センサ100によって被測定電流の大きさを安定して測定することができる。
 上記のように、実施例1に係る1次導体110の幅方向の中央部の直上または直下に位置する基準線1上において、1次導体110の表面110sまたは裏面110tから4mm以上10mm以下の位置は、X軸方向の磁束密度が略一定になっているロバスト領域である。
 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が、第1プリント基板130aを1次導体110との間に挟んで、貫通孔110hの直上に位置していることにより第1磁気センサ120aがロバスト領域内に位置している。すなわち、第1磁気センサ120aがロバスト領域内に位置するように、第1プリント基板130aの厚さを適宜設定している。
 同様に、電流センサ100においては、第2磁気センサ120bが、第2プリント基板130bを1次導体110との間に挟んで、貫通孔110hの直下に位置していることにより第2磁気センサ120bがロバスト領域内に位置している。すなわち、第2磁気センサ120bがロバスト領域内に位置するように、第2プリント基板130bの厚さを適宜設定している。
 第1磁気センサ120aおよび第2磁気センサ120bの各々をロバスト領域内に位置させることにより、第1磁気センサ120aおよび第2磁気センサ120bの各々に加わる磁界の強度にばらつきが生ずることを安定して抑制できる。その結果、電流センサ100によって被測定電流の大きさをさらに安定して測定することができる。なお、1次導体110に貫通孔110hを設ける代わりに、絞り加工などにより凹部を設けた場合にも同様にロバスト領域を形成することができる。
 ここで、従来の電流センサの出力特性について説明する。図11は、従来の電流センサの出力特性を示すグラフである。図11においては、縦軸に出力電圧V(V)、横軸に入力電流I(A)を示している。また、図11においては、電流センサ100の入力電流の測定可能範囲における出力電圧を直線近似した仮想出力電圧を二点鎖線で示している。具体的には、仮想出力電圧は、入力電流値および出力電圧値を最小二乗法を用いて1次関数にて近似して求めた。
 本実施形態に係る電流センサ100においては、入力電流の測定可能範囲は±800Aである。入力電流の測定可能範囲内においては、出力電圧と仮想出力電圧との間の誤差が許容範囲内に収まっている。出力電圧と仮想出力電圧との間の誤差の許容範囲は、電流センサに求められる測定精度によって適宜決定される。図11に示すように、従来の電流センサは、入力電流が+800Aの近傍および-800Aの近傍の各々において、出力電圧と仮想出力電圧との間の誤差が大きくなって許容範囲を超えている。
 ここで、電流センサの出力の誤差率について定義する。
 電流センサの入力電流の測定可能範囲における仮想出力電圧の最大値と最小値との間の間隔であるフルスケールに対する、出力電圧と仮想出力電圧との差の比率を、電流センサの出力の誤差率と定義する。
 たとえば、入力電流の測定可能範囲が±800Aであり、入力電流が800Aのときの仮想出力電圧を2.0V、入力電流が-800Aのときの仮想出力電圧を-2.0Vとすると、フルスケールは4.0Vとなる。入力電流が600Aのとき、出力電圧が1.48V、仮想出力電圧が1.5Vであった場合、電流センサの出力の誤差率は、(1.48-1.5)/4.0×100=-0.5%となる。
 上記のように定義される電流センサの出力の誤差率は、電流センサを構成する磁気センサおよび磁性体部の各々の特性により決まる。本発明者らは、磁気センサの出力特性と、磁性体部の磁化特性との好適な組み合わせを実現することにより、電流センサの出力の誤差率を低減しつつ入力電流の測定可能範囲を広げることが可能であることを見出した。
 以下に、磁気センサの出力特性と、磁性体部の磁化特性との好適な組み合わせを実現する具体的な方法について説明する。
 図12は、本実施形態に係る電流センサが含む磁気センサの出力特性を示すグラフである。図12においては、縦軸に出力電圧V(V)、横軸に磁束密度B(mT)を示している。また、図12においては、電流センサ100の入力電流の測定可能範囲に対応して第1および第2磁気センサ120a,120bの各々に作用する磁界の磁束密度範囲における出力電圧を直線近似した仮想出力電圧を二点鎖線で示している。具体的には、仮想出力電圧は、磁束密度および出力電圧値を最小二乗法を用いて1次関数にて近似して求めた。なお、図12においては、磁気センサ単体の出力特性を示しており、磁性体部による磁束密度への影響は含まれていない。
 電流センサ100の入力電流が800Aのとき、第1および第2磁気センサ120a,120bの各々に作用する磁界の磁束密度は10mTであり、電流センサ100の入力電流が-800Aのとき、第1および第2磁気センサ120a,120bの各々に作用する磁界の磁束密度は-10mTである。
 図12に示すように、第1および第2磁気センサ120a,120bの各々に作用する磁界の磁束密度範囲において、出力電圧は3次曲線となる。すなわち、第1および第2磁気センサ120a,120bの各々は、出力特性において、磁束密度(入力電流値)に比例した仮想出力電圧に対して低い測定電圧値が出力される低出力領域T1を有する。磁束密度が7mTから10mTまで大きくなるに従って、出力電圧の絶対値の増加率が小さくなり、出力電圧と仮想出力電圧との誤差が広がっている。また、入力電流値が-7mTから-10mTまで小さくなるに従って、出力電圧の絶対値の増加率が小さくなり、出力電圧と仮想出力電圧との誤差が広がっている。
 ここで、磁気センサの出力の誤差率について定義する。
 電流センサの入力電流の測定可能範囲に対応する磁束密度範囲における仮想出力電圧の最大値と最小値との間の間隔であるフルスケールに対する、出力電圧と仮想出力電圧との差の比率を、磁気センサの出力の誤差率と定義する。
 たとえば、入力電流の測定可能範囲が±800Aに対応する磁束密度範囲が±10mTであり、磁束密度が10mTのときの仮想出力電圧を2.0V、磁束密度が-10mTのときの仮想出力電圧を-2.0Vとすると、フルスケールは4.0Vとなる。磁束密度が8mTのとき、出力電圧が1.48V、仮想出力電圧が1.5Vであった場合、電流センサの出力の誤差率は、(1.48-1.5)/4.0×100=-0.5%となる。
 図13は、本実施形態に係る電流センサが含む磁気センサにおける磁束密度と出力の誤差率との関係を示すグラフである。図13においては、縦軸に出力の誤差率(%FS)、横軸に磁束密度B(mT)を示している。図13に示すように、第1および第2磁気センサ120a,120bの各々は、磁束密度が-7mT以下の範囲と、7mT以上の範囲とが、低出力領域T1となっている。
 図14は、本実施形態に係る電流センサが含む磁性体部の磁化特性を示すグラフである。図14においては、縦軸に磁束密度B(mT)、横軸に入力電流I(A)を示している。また、図14においては、電流センサ100の入力電流の測定可能範囲において磁気センサの位置に作用する磁界の磁束密度を直線近似した仮想磁束密度を二点鎖線で示している。具体的には、仮想磁束密度は、入力電流値および磁束密度を最小二乗法を用いて1次関数にて近似して求めた。なお、図14においては、1次導体110の周囲に第1磁性体部170のみを配置したときに磁気センサの位置に作用する磁界の磁束密度を示しており、磁気センサ自体および第2磁性体部180による磁束密度への影響は含まれていない。
 図14に示すように、電流センサ100の入力電流の測定可能範囲において、磁気センサの位置に作用する磁界の磁束密度は3次曲線となる。すなわち、第1磁性体部170は、磁化特性において、1次導体110を流れる電流の絶対値が閾値である600A以上の範囲にて透磁率が低下する磁気飽和領域T2を有する。入力電流値が600Aから800Aまで大きくなるに従って、磁束密度の絶対値の増加率が大きくなっている。また、入力電流値が-600Aから-800Aまで小さくなるに従って、磁束密度の絶対値の増加率が大きくなっている。
 ここで、1次導体110の周囲に磁性体部のみを配置したときの磁気センサの位置における磁束密度の誤差率について定義する。
 電流センサの入力電流の測定可能範囲における仮想磁束密度の最大値と最小値との間の間隔であるフルスケールに対する、磁束密度と仮想磁束密度との差の比率を、磁気センサの位置における磁束密度の誤差率と定義する。
 たとえば、入力電流の測定可能範囲が±800Aであり、入力電流が800Aのときの仮想磁束密度を20mT、入力電流が-800Aのときの仮想磁束密度を-20mTとすると、フルスケールは40mTとなる。入力電流が750Aのとき、磁束密度が20.5mT、仮想磁束密度が19.5mTであった場合、電流センサの出力の誤差率は、(20.5-19.5)/40×100=2.5%となる。
 図15は、本実施形態に係る電流センサが含む第1磁性体部のみを配置したときの磁気センサの位置における磁束密度の誤差率と入力電流との関係を示すグラフである。図15においては、縦軸に磁束密度の誤差率(%FS)、横軸に入力電流I(A)を示している。図15に示すように、入力電流値が-600A以下の範囲と、600A以上の範囲とが、磁気飽和領域T2となっている。
 図16は、電流センサの出力の誤差率と、磁気センサの出力の誤差率と、磁気センサの位置における磁束密度の誤差率とを、重ねて示すグラフである。図16においては、縦軸に磁束密度の誤差率(%FS)、横軸に入力電流I(A)を示している。また、図16においては、電流センサの出力の誤差率を実線で、磁気センサの出力の誤差率を点線で、磁気センサの位置における磁束密度の誤差率を一点鎖線で示している。
 図16に示すように、本実施形態に係る電流センサ100においては、磁気センサの低出力領域T1と第1磁性体部170の磁気飽和領域T2とを重ねることにより、入力電流の測定可能範囲内において電流センサ100の出力の誤差率を±1.0%以内に低減している。本実施形態においては、±1.0%以内の誤差率を許容範囲としている。
 低出力領域T1内の状態にある磁気センサに、磁気飽和領域T2内の状態にある第1磁性体部170から漏れ出た磁界が及ぶことにより測定電圧値が高くなるように、磁気センサの出力を補正している。
 具体的には、低出力領域T1内の状態にある磁気センサは、磁束密度の増加(入力電流値の増加)に伴う出力電圧の絶対値の増加率が小さくなっている。一方、磁気飽和領域T2内の状態にある第1磁性体部170から漏れ出る磁界は、入力電流値の増加に伴う磁束密度の絶対値の増加率が大きくなっている。この状態の磁気センサと第1磁性体部170とを組み合わせることにより、磁気センサの出力電圧を補正して仮想出力電圧に近づけている。
 本実施形態においては、1次導体110を流れる電流により発生する磁界によって磁気飽和した平板部から漏れ出た磁界が磁気センサに及ぶことにより、磁気センサの出力電圧が1次導体110を流れる電流の値に比例した仮想出力電圧に近づくように補正している。
 具体的には、1次導体110を流れる電流により発生する磁界によって磁気飽和した第1磁性体部材171の第1平板部171aから漏れ出た磁界が第1磁気センサ120aに及ぶことにより、第1磁気センサ120aの出力電圧が1次導体110を流れる電流の値に比例した仮想出力電圧に近づくように補正している。
 同様に、1次導体110を流れる電流により発生する磁界によって磁気飽和した第1磁性体部材172の第1平板部172aから漏れ出た磁界が第2磁気センサ120bに及ぶことにより、第2磁気センサ120bの出力電圧が1次導体110を流れる電流の値に比例した仮想出力電圧に近づくように補正している。
 上記のように、電流センサ100の入力電流の測定可能範囲内において磁気センサの出力電圧を仮想出力電圧に近づけるように補正することにより、電流センサ100の出力の誤差率を低減しつつ入力電流の測定可能範囲を広げることが可能である。たとえば、電流センサ100の出力の誤差率を±1.0%以内に低減しつつ入力電流の測定可能範囲を±800Aまで広げることができる。
 磁気センサの出力特性と、磁性体部の磁化特性との好適な組み合わせを実現するために、磁気センサの出力特性に合わせて磁性体部の磁化特性が適宜設定される。磁性体部の磁化特性を決定するファクタとして、磁性体部を構成する材料の飽和磁束密度、透磁率、および磁性体部の形状がある。磁性体部の形状のファクタとして、磁性体部材の厚さ、幅および長さ、並びに、空隙の大きさおよび位置などがある。
 第1磁性体部170に空隙173が設けられることにより、1次導体110を流れる電流により発生する磁界によって第1磁性体部170内を周回する磁束に対する磁気抵抗が増加する。その結果、第1磁性体部材171,172が1次導体110を流れる電流により発生する磁界によって磁気飽和するときの入力電流の絶対値を、空隙173が設けられていない場合に比較して大きくすることができる。
 これらのファクタを適宜設定することにより、磁気センサの低出力領域T1と第1磁性体部170の磁気飽和領域T2とが重なる範囲を調整して、電流センサ100の出力を好適に補正することが可能となる。その結果、感度を維持しつつ測定範囲の広い電流センサ100を得ることができる。
 以下、本実施形態に係る電流センサ100が備える演算回路について説明する。図9に示すように、第1磁気センサ120aに作用するX軸方向の磁束の向きと、第2磁気センサ120bに作用するX軸方向磁束の向きとが反対であるため、1次導体110を流れる電流により発生する磁界の強さについて、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。
 よって、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に送信される。
 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。その結果、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加算される。この加算結果から、1次導体110を流れた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、1次導体110、第1プリント基板130a、および第2プリント基板130b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、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。
 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、1次導体110を流れる電流により発生する磁界の強さについて、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、1次導体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、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加算される。この加算結果から、1次導体110を流れた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。
 本実施形態に係る電流センサ100においては、上記のように、第1磁性体部材171,172の各々はPCパーマロイで構成され、第2磁性体部材はPCパーマロイで構成されている。図17は、磁性材料の比透磁率と磁界の強さとの関係を示すグラフである。図17においては、縦軸に磁性材料の比透磁率、横軸に磁界の強さを示している。磁性材料の磁気シールドとしての効果は、磁性材料の透磁率が高いほど大きくなる。図17に示すように、磁界の強さが1.0(Oe)程度であるとき、PCパーマロイは、軟鉄鋼および電磁鋼と同程度の比透磁率まで低下する。よって、上記の算出部190によって外部磁界源からの磁界をほとんど検出されなくすることにより、外部磁界の強さに関わらず外部磁界の影響を低減することができる。
 図1,3に示すように、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および第2磁気センサ120bの各々は、第1磁性体部170および第2磁性体部180によって周りを2重に囲まれているため、第1磁気センサ120aおよび第2磁気センサ120bの各々に誤差要因である外部磁界が到達することを確実に抑制できる。その結果、第1磁気センサ120aおよび第2磁気センサ120bの各々が、不要な外部磁界を検知しないようにすることができる。すなわち、第1磁性体部170および第2磁性体部180の各々が、磁気シールドとして機能する。
 本実施形態に係る電流センサ100においては、第2磁性体部180が全周に亘って繋がった筒形状を有していることにより、第2磁性体部180の周方向に外部磁界の侵入路となる空隙が存在しない。そのため、第1磁気センサ120aおよび第2磁気センサ120bの各々に誤差要因である外部磁界が到達することをより確実に抑制できる。
 また、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および第2磁気センサ120bの各々をロバスト領域内に位置させることにより、電流センサ100の組み立てに高い精度が要求されないため、電流センサ100を容易に製造可能である。
 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、第2磁性体部に空隙が設けられている点のみ実施形態1に係る電流センサと異なるため、他の構成については説明を繰り返さない。
 (実施形態2)
 図18は、本発明の実施形態2に係る電流センサの構成を示す断面図である。図18においては、図3と同様の方向から電流センサを見た断面視にて図示している。
 図18に示すように、本発明の実施形態2に係る電流センサ200は、第2磁性体部280は、空隙273が設けられており、空隙273により周方向において不連続となった筒形状を有する。本実施形態においては、第2磁性体部280は、2つの第2磁性体部材281,282から構成されている。2つの第2磁性体部材281,282は、1次導体110を流れる電流が流れる方向(Y軸方向)から見て、互いの端部同士の間に空隙273が設けられた矩形形状を成し、2つの第1磁性体部材171,172に対して間隔を置いて周りを囲んでいる。
 図18に示すように、1次導体110を電流が流れる方向(Y軸方向)から見て、第2磁性体部材281,282は、それぞれL字形状を有する。第2磁性体部280の空隙273は、第1磁性体部材171,172の各々の角部171r,172rの外側に位置している。
 第2磁性体部材281,282の各々は、第3平板部と、第3平板部に直交している第4平板部とを有している。第2磁性体部材281,282の各々の第3平板部と1次導体110とは、互いに平行に位置している。第2磁性体部材281の第3平板部と、第1磁性体部材172の第1平板部とは、互いに間隔を置いて平行に位置している。第2磁性体部材282の第3平板部と、第1磁性体部材171の第1平板部とは、互いに間隔を置いて平行に位置している。
 第2磁性体部材281の第4平板部と、第1磁性体部材171の第2平板部とは、互いに間隔を置いて平行に位置している。第2磁性体部材282の第4平板部と、第1磁性体部材172の第2平板部とは、互いに間隔を置いて平行に位置している。
 2つの空隙273の各々は、1次導体110を電流が流れる方向(Y軸方向)において、第2磁性体部280の一端から他端まで延在している。2つの空隙273の各々は、1次導体110を流れる電流が流れる方向(Y軸方向)から見て、第2磁性体部材281,282が成す矩形形状の対角に位置している。1次導体110を流れる電流が流れる方向(Y軸方向)から見て、第2磁性体部材281,282が成す矩形形状の中心位置と、1次導体110の貫通孔110hの位置とは重なっている。
 第2磁性体部材281,282の各々は、PCパーマロイで構成されているが、第2磁性体部材281,282の各々の材料はPCパーマロイに限られず、軟鉄鋼、ケイ素鋼、電磁鋼、PBパーマロイ、ニッケル合金、鉄合金またはフェライトなどの、透磁率および飽和磁束密度の高い磁性体材料が好ましい。
 本実施形態においては、薄板をプレス加工することにより第2磁性体部材281,282の各々が形成されている。ただし、第2磁性体部材281,282の各々の形成方法はこれに限られず、切削、鍛造または鋳造などの方法によって第2磁性体部材281,282の各々が形成されてもよい。
 図18に示すように、本実施形態に係る電流センサ200においては、第1磁気センサ120aおよび第2磁気センサ120bの各々は、第1磁性体部170および第2磁性体部280によって周りを2重に囲まれているため、第1磁気センサ120aおよび第2磁気センサ120bの各々に誤差要因である外部磁界が到達することを抑制できる。その結果、第1磁気センサ120aおよび第2磁気センサ120bの各々が、不要な外部磁界を検知しないようにすることができる。すなわち、第1磁性体部170および第2磁性体部280の各々が、磁気シールドとして機能する。
 また、第2磁性体部280の空隙273が、第1磁性体部材171,172の各々の角部171r,172rの外側に位置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の周りを、第1磁性体部170および第2磁性体部280によって略完全に囲むことができる。そのため、第1磁気センサ120aおよび第2磁気センサ120bの各々に誤差要因である外部磁界が到達することを確実に抑制できる。
 本実施形態に係る電流センサ200においては、第2磁性体部280に空隙273が設けられることにより、1次導体110を流れる電流により発生する磁界または外部磁界によって第2磁性体部280内を周回する磁束に対する磁気抵抗が増加する。その結果、第2磁性体部材281,282が、1次導体110を流れる電流により発生する磁界または外部磁界によって磁気飽和することを抑制できる。これにより、第2磁性体部280の磁気シールドとしての機能を維持できるため、外部磁界が第1磁気センサ120aおよび第2磁気センサ120bの各々に到達することを抑制できる。
 本実施形態に係る電流センサ200においても、電流センサ200の出力の誤差率を低減しつつ入力電流の測定可能範囲を広げることができる。すなわち、感度を維持しつつ測定範囲の広い電流センサ200を得ることができる。
 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、1つのプリント基板に2つの磁気センサが実装されている点のみ実施形態2に係る電流センサと異なるため、他の構成については説明を繰り返さない。
 (実施形態3)
 図19は、本発明の実施形態3に係る電流センサの構成を示す断面図である。図19においては、図3と同様の方向から電流センサを見た断面視にて図示している。図19に示すように、本発明の実施形態3に係る電流センサ300においては、プリント基板330cは、貫通孔330hに1次導体110を挿入された状態で保持される。すなわち、プリント基板330cは、1次導体110に垂直に位置している。
 第1磁気センサ120aおよび第2磁気センサ120bは、差動増幅器および受動素子と共にプリント基板330cに実装されている。なお、図19においては、差動増幅器および受動素子は図示していない。差動増幅器および受動素子は、第1磁気センサ120aおよび第2磁気センサ120bが実装されているプリント基板330cとは異なるプリント基板に、実装されていてもよい。
 第1磁気センサ120aおよび第2磁気センサ120bは、貫通孔330hを挟んで互いに反対側に位置している。第1磁気センサ120aおよび第2磁気センサ120bの各々は、貫通孔330hに対して間隔を置いて位置している。プリント基板330cの貫通孔330hに1次導体110が挿入された状態において、第1磁気センサ120aは貫通孔330hの直上に位置し、第2磁気センサ120bは貫通孔330hの直下に位置している。すなわち、第1磁気センサ120aと第2磁気センサ120bとは、1次導体110を挟んで互いに反対側に位置している。
 本実施形態に係る電流センサ300においては、第1磁気センサ120aおよび第2磁気センサ120bの各々は、ロバスト領域内に位置している。すなわち、第1磁気センサ120aおよび第2磁気センサ120bがロバスト領域内に位置するように、第1磁気センサ120aおよび第2磁気センサ120bの各々と貫通孔330hとの間隔を適宜設定している。
 第1磁気センサ120aおよび第2磁気センサ120bの各々の検出軸の方向(感磁方向)は、1次導体110の幅方向(X軸方向)である。本実施形態に係る電流センサ300においても、第1磁気センサ120aおよび第2磁気センサ120bの各々に作用するX軸方向、Y軸方向およびZ軸方向の磁束密度を低減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に加わる磁界の強度にばらつきが生ずることを抑制できる。その結果、電流センサ300によって被測定電流の大きさを安定して測定することができる。
 本実施形態に係る電流センサ300においても、電流センサ300の出力の誤差率を低減しつつ入力電流の測定可能範囲を広げることができる。すなわち、感度を維持しつつ測定範囲の広い電流センサ300を得ることができる。
 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、プリント基板および磁性体部材が1次導体に対して付け外し可能に構成されている点のみ実施形態3に係る電流センサと異なるため、他の構成については説明を繰り返さない。
 (実施形態4)
 図20は、本発明の実施形態4に係る電流センサにおいて、プリント基板および磁性体部材を1次導体に対して取り付けた状態を示す断面図である。図21は、本発明の実施形態4に係る電流センサにおいて、プリント基板および磁性体部材を1次導体に対して取り付ける前の状態を示す断面図である。図20,21においては、図3と同様の方向から電流センサを見た断面視にて図示している。
 図20,21に示すように、本発明の実施形態4に係る電流センサ400においては、第1磁性体部材171、第2磁性体部材281、および、プリント基板430cが、樹脂または接着剤などからなる第1接合部材491により互いに接合されて一体になっている。第1磁性体部材172および第2磁性体部材282が、樹脂または接着剤などからなる第2接合部材492により互いに接合されて一体になっている。
 具体的には、プリント基板430cの周面と第1磁性体部材171の内面とが、第1接合部材491により互いに接合されている。互いに対向している、第1磁性体部材171の第2平板部の外面と第2磁性体部材281の第4平板部の内面とが、第1接合部材491により互いに接合されている。互いに対向している、第1磁性体部材172の第2平板部の外面と第2磁性体部材282の第4平板部の内面とが、第2接合部材492により互いに接合されている。第1接合部材491および第2接合部材492の各々が樹脂で構成されている場合には、熱溶着により上記の部材同士が接合される。
 プリント基板430cの周面のうち、第1磁性体部材171および第2磁性体部材281に囲まれていない端面側から、反対側の端面に向けて貫通溝430hが設けられている。プリント基板430cと第2磁性体部材281の第3平板部との間には、第1磁性体部材172の第1平板部が挿入可能な隙間が設けられている。
 プリント基板430c、第1磁性体部材171,172および第2磁性体部材281,282を1次導体110に対して取り付ける際には、プリント基板430cの貫通溝430hに1次導体110が挿入されるように、矢印41で示す方向にプリント基板430c、第1磁性体部材171および第2磁性体部材281を1次導体110に対して接近させる。また、プリント基板430cと第2磁性体部材281の第3平板部との間の隙間に第1磁性体部材172の第1平板部が挿入されるように、矢印42で示す方向に第1磁性体部材172および第2磁性体部材282を1次導体110に対して接近させる。
 図20に示すように、プリント基板430cおよび磁性体部材を1次導体110に対して取り付けた状態においては、プリント基板430cは、貫通溝430hに1次導体110を挿入された状態で保持される。すなわち、プリント基板430cは、1次導体110に垂直に位置している。
 本実施形態においては、2つの空隙173および2つの空隙273の各々は、第1接合部材491および第2接合部材492の少なくとも一方によって埋められている。本実施形態に係る電流センサ400においては、プリント基板430cおよび磁性体部材が1次導体110に対して付け外し可能に構成されているため、電流センサ400の組み立ておよび分解が容易である。
 また、第2磁性体部280の空隙273が、第1磁性体部材171,172の各々の角部171r,172rの外側に位置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の周りを、第1磁性体部170および第2磁性体部280によって略完全に囲むことができる。そのため、第1磁気センサ120aおよび第2磁気センサ120bの各々に誤差要因である外部磁界が到達することを確実に抑制できる。
 本実施形態に係る電流センサ400においても、電流センサ400の出力の誤差率を低減しつつ入力電流の測定可能範囲を広げることができる。すなわち、感度を維持しつつ測定範囲の広い電流センサ400を得ることができる。
 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500は、第1磁性体部の構成および磁気センサが1つのみ配置されている点が実施形態1に係る電流センサと主に異なるため、他の構成については説明を繰り返さない。
 (実施形態5)
 図22は、本発明の実施形態5に係る電流センサの構成を示す断面図である。図22においては、図3と同様の方向から電流センサを見た断面視にて図示している。また、図22においては、回路基板のうちの第1磁気センサ120aのみを図示している。
 図22に示すように、本発明の実施形態5に係る電流センサ500は、磁気センサとして1つの第1磁気センサ120aのみを備えている。第1磁気センサ120aは、1次導体110の直上に位置している。なお、本実施形態においては、1次導体110に貫通部は設けられていない。
 また、電流センサ500は、第1磁性体部570として、平板形状を有する1つの第1磁性体部材のみを備えている。第1磁性体部570は、1次導体110と第1磁気センサ120aとの間において、それぞれに対して間隔を置いて位置している。第1磁性体部570と1次導体110とは、互いに平行に位置している。
 本実施形態に係る電流センサ500においても、低出力領域T1内の状態にある第1磁気センサ120aに、磁気飽和領域T2内の状態にある第1磁性体部570から漏れ出た磁界が及ぶことにより測定電圧値が高くなるように、第1磁気センサ120aの出力を補正することができる。
 よって、電流センサ500の出力の誤差率を低減しつつ入力電流の測定可能範囲を広げることができる。すなわち、感度を維持しつつ測定範囲の広い電流センサ500を得ることができる。
 なお、第1磁性体部570の位置は上記に限られない。以下、本実施形態に係る電流センサ500の第1変形例について説明する。
 図23は、本発明の実施形態5の第1変形例に係る電流センサの構成を示す断面図である。図23においては、図3と同様の方向から電流センサを見た断面視にて図示している。
 図23に示すように、本発明の実施形態5の第1変形例に係る電流センサ500aにおいては、第1磁性体部570が、第1磁気センサ120aと第2磁性体部180との間において、それぞれに対して間隔を置いて位置している。
 本変形例に係る電流センサ500aにおいても、低出力領域T1内の状態にある第1磁気センサ120aに、磁気飽和領域T2内の状態にある第1磁性体部570から漏れ出た磁界が及ぶことにより測定電圧値が高くなるように、第1磁気センサ120aの出力を補正することができる。
 さらに、第1磁性体部570は、平板形状を有する2つの第1磁性体部材から構成されていてもよい。以下、本実施形態に係る電流センサ500の第2変形例について説明する。
 図24は、本発明の実施形態5の第2変形例に係る電流センサの構成を示す断面図である。図24においては、図3と同様の方向から電流センサを見た断面視にて図示している。
 図24に示すように、本発明の実施形態5の第2変形例に係る電流センサ500bにおいては、第1磁性体部570は、平板形状を有する2つの第1磁性体部材から構成されている。
 2つの第1磁性体部材の一方は、1次導体110と第1磁気センサ120aとの間において、それぞれに対して間隔を置いて位置している。2つの第1磁性体部材の他方は、第1磁気センサ120aと第2磁性体部180との間において、それぞれに対して間隔を置いて位置している。すなわち、第1磁気センサ120aは、2つの第1磁性体部材の間に位置している。
 本変形例に係る電流センサ500bにおいても、低出力領域T1内の状態にある第1磁気センサ120aに、磁気飽和領域T2内の状態にある第1磁性体部570から漏れ出た磁界が及ぶことにより測定電圧値が高くなるように、第1磁気センサ120aの出力を補正することができる。
 また、第1磁性体部材と1次導体110とが互いに垂直に位置していてもよい。以下、本実施形態に係る電流センサ500の第3変形例について説明する。
 図25は、本発明の実施形態5の第3変形例に係る電流センサの構成を示す断面図である。図25においては、図3と同様の方向から電流センサを見た断面視にて図示している。
 図25に示すように、本発明の実施形態5の第3変形例に係る電流センサ500cにおいては、第1磁性体部570が、1次導体110と第2磁性体部180との間において、それぞれに対して間隔を置いて位置している。
 第1磁性体部570は、平板形状を有する1つの第1磁性体部材で構成されている。第1磁性体部570と1次導体110とは、互いに垂直に位置している。第1磁性体部570は、第1磁気センサ120aの検出軸の方向(感磁方向)に沿って延在し、第1磁気センサ120aに間隔を置いて第1磁気センサ120aと対向している。
 本変形例に係る電流センサ500cにおいても、低出力領域T1内の状態にある第1磁気センサ120aに、磁気飽和領域T2内の状態にある第1磁性体部570から漏れ出た磁界が及ぶことにより測定電圧値が高くなるように、第1磁気センサ120aの出力を補正することができる。
 さらに、第1磁性体部を1次導体110が貫通していてもよい。以下、本実施形態に係る電流センサ500の第4変形例について説明する。
 図26は、本発明の実施形態5の第4変形例に係る電流センサの構成を示す断面図である。図26においては、図3と同様の方向から電流センサを見た断面視にて図示している。
 図26に示すように、本発明の実施形態5の第4変形例に係る電流センサ500dにおいては、第1磁性体部570を構成する第1磁性体部材に貫通孔570hが設けられている。第1磁性体部材の貫通孔570hに1次導体110が挿入されている。第1磁性体部材と1次導体110とは、互いに接触していない。第1磁性体部材の外縁は、第2磁性体部材の内縁と僅かに間隔を置いて互いに対向している。第1磁性体部570は、第1磁気センサ120aの検出軸の方向(感磁方向)に沿って延在し、第1磁気センサ120aに間隔を置いて第1磁気センサ120aと対向している。
 本変形例に係る電流センサ500dにおいても、低出力領域T1内の状態にある第1磁気センサ120aに、磁気飽和領域T2内の状態にある第1磁性体部570から漏れ出た磁界が及ぶことにより測定電圧値が高くなるように、第1磁気センサ120aの出力を補正することができる。
 また、第1磁性体部570および第2磁性体部580によって、第1磁気センサ120aの周りを囲んでいるため、第1磁気センサ120aに誤差要因である外部磁界が到達することを抑制できる。
 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600は、第2磁性体部が配置されていない点および磁気センサが1つのみ配置されている点が実施形態1に係る電流センサと主に異なるため、他の構成については説明を繰り返さない。
 (実施形態6)
 図27は、本発明の実施形態6に係る電流センサの構成を示す断面図である。図27においては、図3と同様の方向から電流センサを見た断面視にて図示している。また、図27においては、回路基板のうちの第1磁気センサ120aのみを図示している。
 図27に示すように、本発明の実施形態6に係る電流センサ600は、磁気センサとして1つの第1磁気センサ120aのみを備えている。第1磁気センサ120aは、1次導体110の直上に位置している。なお、本実施形態においては、1次導体110に貫通部は設けられていない。電流センサ600は、第2磁性体部を備えていない。
 本実施形態に係る電流センサ600においても、低出力領域T1内の状態にある第1磁気センサ120aに、磁気飽和領域T2内の状態にある第1磁性体部170から漏れ出た磁界が及ぶことにより測定電圧値が高くなるように、第1磁気センサ120aの出力を補正することができる。
 具体的には、1次導体110を流れる電流により発生する磁界によって磁気飽和した第1磁性体部材171の第1平板部171aから漏れ出た磁界が第1磁気センサ120aに及ぶことにより、第1磁気センサ120aの出力電圧が1次導体110を流れる電流の値に比例した仮想出力電圧に近づくように補正している。
 よって、電流センサ600の出力の誤差率を低減しつつ入力電流の測定可能範囲を広げることができる。すなわち、感度を維持しつつ測定範囲の広い電流センサ600を得ることができる。
 なお、第1磁性体部170における空隙173の位置は、図27に示すように第1磁性体部材171,172が成す矩形形状の対角の位置に限られない。以下、本実施形態に係る電流センサ600の第1変形例について説明する。
 図28は、本発明の実施形態6の第1変形例に係る電流センサの構成を示す断面図である。図28においては、図3と同様の方向から電流センサを見た断面視にて図示している。
 図28に示すように、本発明の実施形態6の第1変形例に係る電流センサ600aは、1次導体110および1つの磁気センサの周りを囲む第1磁性体部170xを備える。第1磁性体部170xは、2つの第1磁性体部材171x,172xから構成されている。2つの第1磁性体部材171x,172xは、1次導体110を流れる電流が流れる方向(Y軸方向)から見て、互いの端部同士の間に空隙173xが設けられた矩形形状を成し、1次導体110および磁気センサの周りを囲んでいる。
 図28に示すように、1次導体110を電流が流れる方向(Y軸方向)から見て、2つの第1磁性体部材171x,172xは、それぞれJ字形状を有する。2つの第1磁性体部材171x,172xの各々は、第1平板部171xa,172xaと、第1平板部171xa,172xaに直交している第2平板部と、第2平板部に直交して第1平板部171xa,172xaに対向している第5平板部とを有している。2つの第1磁性体部材171x,172xの各々の第1平板部171xa,172xaと1次導体110とは、互いに平行に位置している。
 2つの空隙173xの各々は、1次導体110を電流が流れる方向(Y軸方向)において、第1磁性体部170xの一端から他端まで延在している。2つの空隙173xの各々は、1次導体110を流れる電流が流れる方向(Y軸方向)から見て、第1磁性体部材171x,172xが成す矩形形状の対角の近傍に位置し、第1平板部171xa,172xaと第5平板部との間にそれぞれ位置している。
 本変形例に係る電流センサ600aにおいても、低出力領域T1内の状態にある第1磁気センサ120aに、磁気飽和領域T2内の状態にある第1磁性体部170xから漏れ出た磁界が及ぶことにより測定電圧値が高くなるように、第1磁気センサ120aの出力を補正することができる。
 具体的には、1次導体110を流れる電流により発生する磁界によって磁気飽和した第1磁性体部材171xの第1平板部171xaから漏れ出た磁界が第1磁気センサ120aに及ぶことにより、第1磁気センサ120aの出力電圧が1次導体110を流れる電流の値に比例した仮想出力電圧に近づくように補正している。
 さらに、第1磁性体部に設けられる空隙の数は2つに限られない。以下、本実施形態に係る電流センサ600の第2変形例について説明する。
 図29は、本発明の実施形態6の第2変形例に係る電流センサの構成を示す断面図である。図29においては、図3と同様の方向から電流センサを見た断面視にて図示している。
 図29に示すように、本発明の実施形態6の第2変形例に係る電流センサ600bは、1次導体110および1つの磁気センサの周りを囲む第1磁性体部170yを備える。第1磁性体部170yは、1つの第1磁性体部材から構成されている。第1磁性体部材は、1次導体110を流れる電流が流れる方向(Y軸方向)から見て、端部同士の間に1つの空隙173yが設けられた矩形形状を成し、1次導体110および磁気センサの周りを囲んでいる。
 図29に示すように、1次導体110を電流が流れる方向(Y軸方向)から見て、第1磁性体部材はC字形状を有する。第1磁性体部材は、第1平板部171yaと、第1平板部171yaに直交している第2平板部と、第2平板部に直交して第1平板部171yaに対向している第5平板部と、第5平板部に直交して第2平板部に対向している第6平板部と、第6平板部に直交して第5平板部に対向している第7平板部とを有している。第1磁性体部材の第1平板部171yaと1次導体110とは、互いに平行に位置している。
 空隙173yは、1次導体110を電流が流れる方向(Y軸方向)において、第1磁性体部170yの一端から他端まで延在している。空隙173yは、1次導体110を流れる電流が流れる方向(Y軸方向)から見て、第1磁性体部材が成す矩形形状の対角の近傍に位置し、第1平板部171yaと第7平板部との間に位置している。
 本変形例に係る電流センサ600bにおいても、低出力領域T1内の状態にある第1磁気センサ120aに、磁気飽和領域T2内の状態にある第1磁性体部170yから漏れ出た磁界が及ぶことにより測定電圧値が高くなるように、第1磁気センサ120aの出力を補正することができる。
 具体的には、1次導体110を流れる電流により発生する磁界によって磁気飽和した第1磁性体部材の第1平板部171yaから漏れ出た磁界が第1磁気センサ120aに及ぶことにより、第1磁気センサ120aの出力電圧が1次導体110を流れる電流の値に比例した仮想出力電圧に近づくように補正している。
 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700は、第1磁性体部の構成、第2磁性体部の構成および磁気センサが1つのみ配置されている点が実施形態1に係る電流センサと主に異なるため、他の構成については説明を繰り返さない。
 (実施形態7)
 図30は、本発明の実施形態7に係る電流センサの構成を示す断面図である。図30においては、図3と同様の方向から電流センサを見た断面視にて図示している。また、図30においては、回路基板のうちの第1磁気センサ120aのみを図示している。
 図30に示すように、本発明の実施形態7に係る電流センサ700は、磁気センサとして1つの第1磁気センサ120aのみを備えている。第1磁気センサ120aは、1次導体110の上方に位置している。なお、本実施形態においては、1次導体110に貫通部は設けられていない。
 また、電流センサ700は、1次導体110および第1磁気センサ120aの周りを囲む磁性体部を備えている。磁性体部は、平板部を有する第1磁性体部770、および、第1磁性体部770に離間して位置する第2磁性体部780を含む。第1磁性体部770は、1次導体110を流れる電流により発生する磁界に対して第2磁性体部780より先に磁気飽和する。
 第2磁性体部780は、1次導体110を電流が流れる方向(Y軸方向)から見て、C字形状を有する1つの第2磁性体部材で構成されている。第2磁性体部材は、1次導体110を流れる電流が流れる方向(Y軸方向)から見て、端部同士の間に1つの空隙783が設けられた矩形形状を成し、1次導体110の周りを囲んでいる。
 第1磁性体部770は、平板形状を有する1つの第1磁性体部材で構成されている。第1磁性体部770と1次導体110とは、互いに平行に位置している。
 第1磁気センサ120aおよび第1磁性体部770の各々は、第2磁性体部780に対して間隔を置いて第2磁性体部780の空隙783に位置している。第1磁性体部770は、第1磁気センサ120aの検出軸の方向(感磁方向)に沿って延在し、第1磁気センサ120aに間隔を置いて第1磁気センサ120aと対向している。第1磁性体部770は、第1磁気センサ120aから見て、1次導体110とは反対側に位置している。
 本実施形態に係る電流センサ700においても、低出力領域T1内の状態にある第1磁気センサ120aに、磁気飽和領域T2内の状態にある第1磁性体部770から漏れ出た磁界が及ぶことにより測定電圧値が高くなるように、第1磁気センサ120aの出力を補正することができる。
 また、第1磁性体部770および第2磁性体部780によって、第1磁気センサ120aの周りを囲んでいるため、第1磁気センサ120aに誤差要因である外部磁界が到達することを抑制できる。
 よって、電流センサ700の出力の誤差率を低減しつつ入力電流の測定可能範囲を広げることができる。すなわち、感度を維持しつつ測定範囲の広い電流センサ700を得ることができる。
 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800は、第1磁性体部の構成が実施形態7に係る電流センサと主に異なるため、他の構成については説明を繰り返さない。
 (実施形態8)
 図31は、本発明の実施形態8に係る電流センサの構成を示す斜視図である。図32は、本発明の実施形態8に係る電流センサの構成を示す平面図である。図31,32においては、回路基板のうちの第1磁気センサ120aのみを図示している。
 図31,32に示すように、本発明の実施形態8に係る電流センサ800においては、磁性体部は、平板部を有する第1磁性体部870、および、第1磁性体部870に離間して位置する第2磁性体部780を含む。第1磁性体部870は、1次導体110を流れる電流により発生する磁界に対して第2磁性体部780より先に磁気飽和する。
 第1磁気センサ120aおよび第1磁性体部870の各々は、第2磁性体部780に対して間隔を置いて第2磁性体部780の空隙783に位置している。第1磁性体部870は、互いに対向して平板形状を有する2つの第1磁性体部材で構成されている。
 第1磁気センサ120aは、2つの第1磁性体部材の間に位置している。2つの第1磁性体部材の各々は、第1磁気センサ120aの検出軸の方向(感磁方向)に沿って延在し、第1磁気センサ120aに間隔を置いて第1磁気センサ120aと対向している。2つの第1磁性体部材の各々と1次導体110とは、互いに垂直に位置している。
 本実施形態に係る電流センサ800においても、低出力領域T1内の状態にある第1磁気センサ120aに、磁気飽和領域T2内の状態にある第1磁性体部870から漏れ出た磁界が及ぶことにより測定電圧値が高くなるように、第1磁気センサ120aの出力を補正することができる。
 また、第1磁性体部870および第2磁性体部780によって、第1磁気センサ120aの周りを囲んでいるため、第1磁気センサ120aに誤差要因である外部磁界が到達することを抑制できる。
 よって、電流センサ800の出力の誤差率を低減しつつ入力電流の測定可能範囲を広げることができる。すなわち、感度を維持しつつ測定範囲の広い電流センサ800を得ることができる。
 上記の各実施形態に係る電流センサにおける構成において、相互に組み合わせ可能な構成を適宜組み合わせた変形例は、本発明の実施形態に当然に含まれる。
 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。
 1 基準線、10 電流、100,200,300,400,500,500a,500b,600,600a,600b,700,800 電流センサ、110 1次導体、110e 磁界、110h,330h 貫通孔、110s 表面、110t 裏面、120a 第1磁気センサ、120b 第2磁気センサ、130a 第1プリント基板、130b 第2プリント基板、140a 第1オペアンプ、140b 第2オペアンプ、150a 第1受動素子、150b 第2受動素子、160a 第1回路基板、160b 第2回路基板、170,170x,170y,570,770,870 第1磁性体部、171,171x,172,172x 第1磁性体部材、171a,171xa,171ya,172a,172xa 第1平板部、171r,172r 角部、173,173x,173y,273,783 空隙、180,280,780 第2磁性体部、190 算出部、281,282 第2磁性体部材、330c,430c プリント基板、430h 貫通溝、491 第1接合部材、492 第2接合部材、T1 低出力領域、T2 磁気飽和領域。

Claims (15)

  1.  測定対象の電流が流れる1次導体と、
     前記1次導体を流れる前記電流により発生する磁界の強さを検出する少なくとも1つの磁気センサと、
     前記1次導体および前記磁気センサの周りを囲む磁性体部とを備え、
     前記磁気センサは、出力特性において、前記電流の値に比例した仮想出力電圧に対して低い測定電圧値が出力される低出力領域を有し、
     前記磁性体部は、磁化特性において、前記電流の絶対値が閾値以上の範囲にて透磁率が低下する磁気飽和領域を有し、
     前記低出力領域内の状態にある前記磁気センサに、前記磁気飽和領域内の状態にある前記磁性体部から漏れ出た磁界が及ぶことにより前記測定電圧値が高くなるように、前記磁気センサの出力が補正される、電流センサ。
  2.  測定対象の電流が流れる1次導体と、
     前記1次導体を流れる前記電流により発生する磁界の強さを検出する少なくとも1つの磁気センサと、
     前記1次導体および前記磁気センサの周りを囲む磁性体部とを備え、
     前記磁性体部は、前記磁気センサの検出軸の方向に沿って延在し、前記磁気センサに間隔を置いて前記磁気センサと対向する平板部を有し、
     前記電流により発生する磁界によって磁気飽和した前記平板部から漏れ出た磁界が前記磁気センサに及ぶことにより、前記磁気センサの出力電圧が前記電流の値に比例した仮想出力電圧に近づくように補正される、電流センサ。
  3.  前記磁性体部は、前記平板部を有する第1磁性体部、および、前記第1磁性体部に離間して位置する第2磁性体部を含み、
     前記第1磁性体部は、前記電流により発生する磁界に対して前記第2磁性体部より先に磁気飽和する、請求項2に記載の電流センサ。
  4.  前記第2磁性体部は、空隙が設けられており、該空隙により周方向において不連続となった筒形状を有する、請求項3に記載の電流センサ。
  5.  前記第2磁性体部は、全周に亘って繋がった筒形状を有する、請求項3に記載の電流センサ。
  6.  前記第2磁性体部が、前記第1磁性体部の周りを囲んでいる、請求項4または5に記載の電流センサ。
  7.  前記第1磁性体部が、前記第2磁性体部の前記空隙に位置している、請求項4に記載の電流センサ。
  8.  前記第1磁性体部は、少なくとも1つの第1磁性体部材で構成され、
     前記第2磁性体部は、少なくとも1つの第2磁性体部材で構成されている、請求項3から7のいずれか1項に記載の電流センサ。
  9.  前記第1磁性体部材が平板形状を有する、請求項8に記載の電流センサ。
  10.  前記第1磁性体部は、2つの前記第1磁性体部材で構成され、
     前記磁気センサは、2つの前記第1磁性体部材の間に位置している、請求項8または9に記載の電流センサ。
  11.  前記1次導体は、平板形状を有し、
     前記磁気センサは、前記1次導体の厚さ方向および前記電流が流れる方向の両方と直交する方向の磁界を検出可能とされている、請求項1から10のいずれか1項に記載の電流センサ。
  12.  前記磁気センサは、前記1次導体の幅方向における中央部の、前記1次導体の厚さ方向における一方側および他方側の少なくとも一方に配置されている、請求項1から11のいずれか1項に記載の電流センサ。
  13.  前記磁気センサとして第1磁気センサと第2磁気センサとを備え、
     前記第1磁気センサと前記第2磁気センサとは、前記1次導体を挟んで互いに対向して位置している、請求項1から11のいずれか1項に記載の電流センサ。
  14.  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1次導体を流れる前記電流により発生する磁界の強さについて、前記第1磁気センサの検出値の位相と前記第2磁気センサの検出値の位相とが逆相であり、
     前記算出部が減算器または差動増幅器である、請求項13に記載の電流センサ。
  15.  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1次導体を流れる前記電流により発生する磁界の強さについて、前記第1磁気センサの検出値の位相と前記第2磁気センサの検出値の位相とが同相であり、
     前記算出部が加算器または加算増幅器である、請求項13に記載の電流センサ。
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