WO2017130437A1 - 電流センサ - Google Patents

Abstract

　第１の電流路と、第１の電流路の一端から延びる第２の電流路と、第１の電流路の他端から延びる第３の電流路とを有し、第２の電流路と、第３の電流路とは、第１の電流路が含まれる平面に対して、同じ側に設けられ、第１の磁界制御板と、第１の磁界制御板の一端から延びる第２の磁界制御板と、第１の磁界制御板の他端から延びる第３の磁界制御板とを有し、第２の磁界制御板と、第３の磁界制御板とは、第１の磁界制御板が含まれる平面に対して、同じ側に設けられ、磁気センサ素子は、第１の電流路に対して第１の磁界制御板とは反対側で第１の電流路に対向して位置し、第１の電流路に対して第２の電流路及び第３の電流路が設けられる方向と、第１の磁界制御板に対して第２の磁界制御板及び第３の磁界制御板が設けられる方向とが同じである。

Description

電流センサ

　本発明は、被測定電流によって生じる磁界に基づいて電流値を算出する電流センサに係わり、特に小型化可能な電流センサに係わる。

　近年、各種機器の制御や監視のために機器に取り付けられて、機器に流れる電流を測定する電流センサが一般に用いられている。この種の電流センサとして、電流路に流れる電流から生じる磁界を感知する磁気抵抗効果素子やホール素子等の磁気センサ素子を用いた電流センサが知られている。

　このような電流センサの一例として、被測定電流が流れる電流線をＵ字形状とした電流センサが特許文献１に記載されている。特許文献１に開示された電流センサ９００の構造を図１３に示す。

　電流センサ９００は、電流の流れる方向が逆向きで同じ電流量の平行電流線部９３２ａ及び９３２ｂを、貫通穴９３０ａを介して回路基板９３０上に配置し、その平行電流線部９３２ａ及び９３２ｂの軸を結ぶ延長線上に磁気検出素子９１０を配置する。また、磁気検出素子９１０の磁界検出方向はその延長線とは直角方向であり、磁気検出素子９１０に近い側の平行電流線部９３２ｂの磁界と、遠い側の平行電流線部９３２ａの逆方向の磁界の差分を検知して、平行電流線部９３２に流れる電流量を検知する。

　この構成によれば、電流センサ９００のサイズが大型化することなく、高感度で電流量を検出でき、生産も容易に行うことが可能な電流センサ９００を提供することができる、としている。

特開２００４－３１７１６６号公報 特開２０１２－２４２１７６号公報

　しかしながら特許文献１に開示された電流センサ９００には、以下のような課題があった。

　電流センサ９００では、測定した電流量の情報を外部の回路に伝送するため、回路基板９３０に複数の端子が取り付けられている。該複数の端子は、回路基板９３０の端部に取り付けられているが、端子に近い側の平行電流線部９３２ａと端子との間において、絶縁耐性を維持するために、測定する電流量の大きさに対応した絶縁距離を確保する必要がある。従って、測定する電流量が大きくなった場合には、平行電流線部９３２ａと複数の端子との間の距離を拡げる必要がある。その結果、電流センサ９００の小型化が困難になるという問題があった。また、磁束を集めるためのコアや磁界制御板が無く、感度を高めることが困難で、小電流の計測ができない問題があった。一方、コアを用いた一般的な電流センサでは、コアの飽和を押さえる構造が無く、大電流まで計測できない問題が有った。

　本発明は、このような従来技術の実情に鑑みてなされたもので、その目的は、測定範囲（ダイナミックレンジ）を広げることが可能な電流センサを提供することにある。

　本発明の電流センサは、被測定電流の流れる電流路と、前記被測定電流によって発生する磁場を制御する磁界制御板と、前記磁場を測定する磁気センサ素子と、を備え、前記電流路は、第１の電流路と、前記第１の電流路の一端から前記第１の電流路に対して傾きを持って延びる第２の電流路と、前記第１の電流路の他端から傾きを持って延びる第３の電流路とを有し、前記第２の電流路と、前記第３の電流路とは、前記第１の電流路が含まれる平面に対して、同じ側に設けられ、前記磁界制御板は、第１の磁界制御板と、前記第１の磁界制御板の一端から前記第１の磁界制御板に対して傾きを持って延びる第２の磁界制御板と、前記第１の磁界制御板の他端から傾きを持って延びる第３の磁界制御板とを有し、前記第２の磁界制御板と、前記第３の磁界制御板とは、前記第１の磁界制御板が含まれる平面に対して、同じ側に設けられ、前記磁気センサ素子は、前記第１の電流路に対して前記第１の磁界制御板とは反対側で前記第１の電流路に対向して位置し、前記第１の電流路と前記第１の磁界制御板とは、平行で有り、前記第１の電流路に対して前記第２の電流路及び前記第３の電流路が設けられる方向と、前記第１の磁界制御板に対して前記第２の磁界制御板及び前記第３の磁界制御板が設けられる方向とが同じであることを特徴とする。

　この構成によれば、前記第２の電流路及び前記第３の電流路で発生した誘導磁界（磁束）は、前記第２の磁界制御板及び第３の磁界制御板を貫通する方向に流れて、第１の電流路で発生した誘導磁界と合流する。第２の電流路及び第３の電流路で発生した誘導磁界は、第２の電流路、又は第３の電流路の囲むように発生するので、第１の磁界制御板を通らない。
　そのため、前記電流路に大電流が流れる場合でも、第１の磁界制御板は飽和し難く、高い感度を得ることができる。
　すなわち、この構成によれば、前記磁界制御板の中央領域である前記第１の磁界制御板を通過する誘導磁界が前記第１の電流路から発生する誘導磁界のみとなる。即ち、前記第２の電流路及び前記第３の電流路から発生する誘導磁界は、前記第１の磁界制御板を通過しないので、前記第１の磁界制御板が飽和し難くなり、大電流の測定を正確にできる。また、前記磁気センサを通過する磁束が増えるので、感度が高くなり、小電流の測定を正確にできる。よって、測定範囲（ダイナミックレンジ）を広げることができる。

　前記第１の電流路と前記第２の電流路及び前記第３の電流路とは直角であり、前記第１の磁界制御板と前記第２の磁界制御板及び前記第３の磁界制御板とは直角であるという特徴を有する。

　この構成によれば、前記磁界制御板の外部磁界のシールド機能を高めることができる。

　本発明によれば、大電流及び小電流の双方を正確に測定でき、測定範囲（ダイナミックレンジ）を広げることができる。

筐体を外した状態の本発明の実施形態に係る電流センサの外観を示す斜視図である。 電流センサの外観を示す斜視図である。 電流センサの側面図である。 電流センサの側面図である。 電流センサの平面図である。 電流センサの各構成要件間の距離を示す模式図である。 電流センサの各構成要件間の距離を示す模式図である。 筐体を外した状態の電流センサの変形例の外観を示す斜視図である。 電流センサの変形例の平面図である。 電流センサの変形例の各構成要件間の距離を示す模式図である。 本発明の実施形態の第２の変形例に係わる電流センサの外観図である。 図１１に示す電流センサに生じる磁界を説明するための図である。 従来例に係る電流センサの外観を示す斜視図である。 本発明の実施形態の比較例に係わる電流センサの外観図である。 図１４に示す電流センサに生じる誘導磁界を説明するための図である。

　［比較例］
　以下、本発明の実施形態の比較例を説明する。
　図１４は、本発明の実施形態の比較例に係わる電流センサ８００の外観図である。図１５は、図１４に示す電流センサ８００に生じる誘導磁界を説明するための図である。

　比較例の電流センサ８００は、被測定電流が流れる電流路８０１と、電流路８０１を流れる被測定電流によって発生する磁場（誘導磁界）を制御する磁界制御板８０３と、磁場を測定する磁気センサ素子８０７と備えている。

　電流路８０１は、第１の電流路８２１と、第１の電流路８２１の一端からＺ２方向に延びる第２の電流路８２２と、第１の電流路８２１の他端からＺ２方向に延びる第３の電流路８２３とを有する。
　電流路８０１はＵ字形状をしており、第１の電流路８２１と第２の電流路８２２及び第３の電流路８２３とは略直角である。

　磁界制御板８０３は、第１の磁界制御板８３１と、第１の磁界制御板８３１の一端からＺ１方向に延びる第２の磁界制御板８３２と、第１の磁界制御板８３１の他端からＺ１方向に延びる第３の磁界制御板８３３とを有する。
　磁界制御板８０３は、Ｕ字形状をしており、第１の磁界制御板８３１と、第２の磁界制御板８３２及び第３の磁界制御板８３３とは略直角である。
　また、第１の磁界制御板８３１は、第１の電流路８２１と平行である。

　電流センサ８００では、第１の電流路８２１に対して第２の電流路８２２及び第３の電流路８２３が延びるＺ２方向と反対方向であるＺ1方向に、第１の磁界制御板８３１から第２の磁界制御板８３２及び第３の磁界制御板８３３が延びている。

　磁気センサ素子８０７は、第１の電流路８２１に対して第１の磁界制御板８３１とは反対側（Ｚ１側）で第１の電流路８２１に対向して位置する。

　図１４に示すように、電流センサ８００は、電流路８０１と磁界制御板８０３とが、共にＵ字形状であると共に、それぞれの端部が相互に逆方向となるように配置されている。電流路８０１の中央にある第１の電流路８２１は平らで、磁界制御板８０３の中央の平らな第１の磁界制御板８３１と平行且つ対向している。

　電流センサ８００では、第１の電流路８２１を流れた電流から発生する誘導磁界の大半が、第１の磁界制御板８３１を流れる。一方、第１の電流路８２１に対してＺ１側は、磁界制御板８０３が開放された構造となっているため、第１の電流路８２１と直交して延びる両方の腕である第２の磁界制御板８３２及び第３の磁界制御板８３３の間を誘導磁界が通り、当該誘導磁界が磁気センサ素子８０７で検出される。

　図１５に示すように、比較例の電流センサ８００では、中央の第１の電流路８２１を流れた電流が発生する磁束８５１は、磁気センサ素子８０７をＸ１方向に向けて通過するため、精度良く電流を検出できる。

　一方、第２の電流路８２２及び第３の電流路８２３を流れる電流で発生した磁束８５２は、第１の磁界制御板８３１をＸ２方向に向けて通過する。すなわち、磁束８５２が、第１の磁界制御板８３１に吸われる。
　このように磁束８５１と磁束８５２とは同じであることから、電流路８０１に大電流が流れると、第１の磁界制御板８３１を多くの磁束が通過して第１の磁界制御板８３１が飽和する。そのため、磁界制御板８０３の磁気シールド機能が低下し、外部磁場の影響で、電流路８０１の電流を正確に測定できない。

　［実施形態］
　以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。尚、本明細書では、特に断りの無い限り、各図面のＸ１側を右側、Ｘ２側を左側、Ｙ１側を奥側、Ｙ２側を手前側、Ｚ１側を上側、Ｚ２側を下側として説明する。

　実施形態に係る電流センサ１００の構成及び動作について図１乃至図６を用いて説明する。電流センサ１００は、各種機器に搭載され、制御や監視のために、該機器に流れる電流を測定する電流センサである。また、電流センサ１００は、電流センサ１００を搭載した機器に設けられたマザー基板５１上に取り付けられる。

　図１は、筐体１１を外した状態の電流センサ１００の外観を示す斜視図であり、図２は、筐体１１を取り付けた状態の電流センサ１００の外観を示す斜視図である。また、図３は、電流センサ１００を右側から見た場合の側面図であり、図４は、電流センサ１００を手前側から見た場合の側面図である。図５は、電流センサ１００の平面図である。図６は、電流センサ１００をマザー基板５１に搭載した状態での、電流センサ１００の各構成要件間の左右方向における距離を示す模式図である。尚、図１及び図３乃至図６では、説明を分かり易くするため、筐体１１を外した状態で電流センサ１００を示している。また、図６では、説明を分かり易くするために電流路１を破線で示している。

　図１に示すように、電流センサ１００は、被測定電流の流れる電流路１と、被測定電流によって発生する磁場を制御する磁界制御板３と、長方形形状をした絶縁基板５と、絶縁基板５に搭載されていて、磁場を測定する磁気センサ素子７ａを内蔵したセンサＩＣ７と、を備えている。そして、絶縁基板５には、磁気センサ素子７ａと電気的に接続された複数の端子９が設けられている。複数の端子９は、絶縁基板５の一方の短辺である第１短辺５ａに沿って配置され、台座１３を介して絶縁基板５に取り付けられている。また、電流路１の両方の端部１ａの先端は、複数の挿入片１ｄに分かれている。

　図２に示すように、電流センサ１００は樹脂製の筐体１１を備えており、前述した電流路１と磁界制御板３と絶縁基板５とを含む電流センサ１００の主要部が筐体１１内に収納され、接着剤等で取り付けられている。また、電流路１の両方の端部１ａの表面と磁界制御板３の天面部３ｃの表面と絶縁基板５の第１短辺５ａの表面とは、筐体１１の最大外形の内側面近傍にある。また、電流路１の両方の端部１ａの表面と磁界制御板３の天面部３ｃの表面と絶縁基板５の第１短辺５ａの表面とは、外部に対して露出している。

　従って、電流路１と磁界制御板３と絶縁基板５とからなる電流センサ１００の主要部が、挿入片１ｄと端子９とを除いて、筐体１１の最大外形ぎりぎりに収まっている。また、電流路１、磁界制御板３、及び絶縁基板５それぞれの一部の領域の表面が外部に対して露出している。そのため、挿入片１ｄと端子９とを除く電流センサ１００の主要部の外形と筐体１１の最大外形とがほぼ同一になる。その結果、筐体１１には余分な領域が含まれないため、電流センサ１００をより小型化することができる。

　電流路１は、図３に示すように、Ｕ字状に折り曲げられており、電流路１の両方の端部１ａが絶縁基板５の対向する両方の長辺５ｃに当接するように配置されている。そして、電流路１の各端部１ａの一方の側面が図４に示すように、絶縁基板５の、第１短辺５ａと対向する第２短辺５ｂの付近に位置するように配置されている。また、電流路１は、図５に示すように、平面視で右側（Ｘ１）から左側（Ｘ２）方向へ突き出すように湾曲して形成されている。

　前述したように、電流路１の両方の端部１ａの先端は複数の挿入片１ｄに分かれている。図４に示す各挿入片１ｄは、マザー基板５１に設けられた取り付け穴（図示せず）に挿入され、マザー基板５１に半田によって取り付けられる。このように、電流路１の両方の端部１ａの先端が複数の挿入片１ｄに分かれているので、電流センサ１００をマザー基板５１に半田付けする際に、半田の熱が挿入片１ｄに伝わりやすく、しかも端部１ａへ半田の熱を逃げにくくすることができる。

　図３及び図４に示すように、複数の端子９は、電子回路（図示せず）が搭載されているマザー基板５１に設けられた取り付け穴（図示せず）に挿入され、電流路１と同時に半田によって取り付けられる。その結果、磁気センサ素子７ａが、複数の端子９を介してマザー基板５１に搭載されている電子回路に接続される。

　磁界制御板３は、図４に示すように、Ｕ字状に折り曲げられており、磁界制御板３の一方の端部である第１端部３ａが絶縁基板５の第２短辺５ｂに当接するように配置されている。一方、磁界制御板３の他方の端部である第２端部３ｂは、図１及び図４に示すように、絶縁基板５に設けられた取り付け穴５ｄに挿入されている。第２端部３ｂが、絶縁基板５の取り付け穴５ｄに挿入されることによって、絶縁基板５に対する磁界制御板３の位置が決定することになる。尚、磁界制御板３は、絶縁基板５に取り付けられているが、図４に示すように、マザー基板５１には取り付けられない。

　また、磁界制御板３は、図５に示すように、電流路１と平面視で直交するように取り付けられる。そのため、電流路１と磁界制御板３とが直交することによって、電流路１に平面視矩形形状の直交部１ｃが形成される。そして、この直交部１ｃの中心１ｅが磁気センサ素子７ａと対向する位置に配置される。

　磁界制御板３は、高透磁率で飽和磁束密度の大きい磁性材で構成されており、図４及び図５に示すように、電流路１の直交部１ｃ及び磁気センサ素子７ａを上側から覆っている。磁界制御板３は、電流路１による磁場を磁気センサ素子７ａの周辺に集中させる働きをすると共に、外部磁場を弱めて磁気センサ素子７ａを磁気シールドする働きもある。

　センサＩＣ７に内蔵されている磁気センサ素子７ａの、手前側から奥側への方向（Ｙ１－Ｙ２方向）における位置は、図５に示すように、磁界制御板３の手前側から奥側への方向における開口長さＤ１の中心位置、即ち平面視で直交部１ｃの中心１ｅに対向する位置に設定されている。一方、磁気センサ素子７ａの左右方向（Ｘ１－Ｘ２方向）における位置は、図６に示すように、磁界制御板３の左右方向における開口幅Ｄ２の中心位置、即ち磁界制御板３の幅方向の中心３ｄに設定されている。言い換えれば、磁気センサ素子７ａを含むセンサＩＣ７は、磁気センサ素子７ａの位置が磁界制御板３の長方形形状をした開口部の中心位置になるように載置される。その結果、磁気センサ素子７ａの左右方向における取り付け位置を示す中心線Ｃ１は、磁界制御板３の左右方向における開口幅Ｄ２を２分割する位置になる。

　磁気センサ素子７ａは、電流路１に流れる被測定電流から生じる磁界を感知し、その磁界強度の値によって電流路１に流れる被測定電流の値を決定する。この被測定電流の値は、複数の端子９を介してマザー基板５１に搭載されている電子回路（図示せず）に伝送され、各種制御等に使用される。

　図５及び図６に示すように、電流路１と磁界制御板３とが直交することのよって電流路１に形成される直交部１ｃの幅Ｄ４は、電流路１の両方の端部１ａの幅Ｄ３とほぼ同一の幅となっている。

　図６に示すように、電流路１の直交部１ｃの幅Ｄ４は、磁界制御板３の左右方向（Ｘ１－Ｘ２方向）における開口幅Ｄ２よりも狭い。また、図６に示すように、直交部１ｃの中心位置を示す中心線Ｃ２は、磁気センサ素子７ａの中心位置を示す中心線Ｃ１と同一で、磁界制御板３の左右方向における開口幅Ｄ２を２分割する位置にある。言い換えれば、直交部１ｃの中心１ｅの位置は、磁気センサ素子７ａの中心の位置と同様に、磁界制御板３の第１端部３ａの内側の面、即ち絶縁基板５の第２短辺５ｂからＤ２／２の距離にある。

　一方、電流路１の端部１ａの左右方向における幅Ｄ３を２分割する中心線Ｃ３は、図６に示すように、電流路１の直交部１ｃの取り付け位置を示す中心線Ｃ２より右側にある。即ち、電流路１の端部１ａの幅方向の中心１ｂは、電流路１の直交部１ｃの中心１ｅより絶縁基板５の第２短辺５ｂ側にある。

　ところで、大電流の流れる電流センサ１００において、電流路１は大電流の流れる１次電流路であり、複数の端子９は測定の為に小電流の電源やデータが流れる２次電流路である。１次電流路と２次電流路との間の距離は、決められた絶縁距離以上に保たれていなければならない。従って、電流センサ１００においても、１次電流路と２次電流路との間の距離を決められた絶縁距離以上に設定するため、図６に示す電流路１の複数の挿入片１ｄの内の最も端子９に近い挿入片１ｄと端子９との間の距離Ｔ１を、必要な絶縁距離以上に設定している。その結果、電流センサ１００は、絶縁耐性を維持することができる。

　前述したように、電流路１の端部１ａの左右方向（Ｘ１－Ｘ２方向）即ち幅方向の中心１ｂの位置は、直交部１ｃの中心１ｅより絶縁基板５の第２短辺５ｂ側に設定されている。このように設定することによって、端部１ａの幅方向の中心１ｂを直交部１ｃの中心１ｅと同一の位置に設定した場合に比較して、電流路１の複数の挿入片１ｄの内の最も端子９に近い挿入片１ｄと端子９との間の距離Ｔ１をより長い距離に設定することが容易になる。従って、必要な絶縁距離を確保することが容易にできる。

　このように、電流センサ１００では、複数の端子９を絶縁基板５の第１短辺５ａに沿って配置し、電流路１の磁界制御板３と平面視で直交する部分である直交部１ｃの中心１ｅを磁気センサ素子７ａと対向する位置に配置し、電流路１の端部１ａの幅方向の中心１ｂが、電流路１の直交部１ｃの中心１ｅより絶縁基板５の第２短辺５ｂ側になるように電流路１を形成させたので、電流路１と端子９との間の距離Ｔ１をより長い距離に設定することが容易になる。その結果、必要な絶縁距離を確保することが容易にできるため、絶縁耐性を維持したままでの電流センサ１００の小型化が容易に可能となる。

　また、電流路１と磁界制御板３と絶縁基板５とからなる電流センサ１００の主要部が、挿入片１ｄと端子９とを除いて、筐体１１の最大外形ぎりぎりに収まっている。そのため、挿入片１ｄと端子９とを除く電流センサ１００の主要部の外形と筐体１１の最大外形とがほぼ同一になる。その結果、筐体１１には余分な領域が含まれないため、電流センサ１００をより小型化することができる。

　また、電流路１の両方の端部１ａの先端が複数の挿入片１ｄに分かれているので、電流センサ１００をマザー基板５１に半田付けする際に、半田の熱が挿入片１ｄに伝わりやすく、しかも端部１ａへ半田の熱を逃げにくくすることができる。そのため、半田付けをし易くすることができる。

　次に、実施形態に係る電流センサ１００と、電流センサ１００より外側に存在する可能性のある上側隣接電流路４１及び下側隣接電流路４２と、の関係について図７を用いて説明する。

　図７は、電流センサ１００をマザー基板５１に搭載した状態での、電流センサ１００の各構成要件間の上下方向における距離を示す模式図である。尚、説明を分かり易くするために電流路１を破線で示している。

　電流センサ１００の外側には外部磁場を生成させている上側隣接電流路４１及び又は下側隣接電流路４２が存在することがある。上側隣接電流路４１は、磁界制御板３の上方に距離Ａ１を隔てて存在している。また、下側隣接電流路４２は、電流路１の挿入片１ｄの先端との間に距離Ａ２を隔てて存在している。通常、電流センサ１００の上側及び下側に隣接電流路が存在する場合、上記距離Ａ１と距離Ａ２とは同一の距離に設定される。

　磁気センサ素子７ａと上側隣接電流路４１との間は、距離Ａ１を含んで距離Ｂ１だけ離れている。また、磁気センサ素子７ａと上側隣接電流路４１との間には磁界制御板３がある。従って、磁界制御板３によって磁気センサ素子７ａへの上側隣接電流路４１からの影響を受けにくくすることができる。

　一方、磁気センサ素子７ａと下側隣接電流路４２との間は、距離Ａ２を含んで距離Ｂ２だけ離れている。ここで、電流路１の両方の端部１ａにある挿入片１ｄの先端と、磁界制御板３の両方の端部、即ち第１端部３ａ及び第２端部３ｂの先端とが、どちらも同一方向（下方）を向いている。従って、磁気センサ素子７ａと下側隣接電流路４２との間には、センサＩＣ７と磁界制御板３が取り付けられている絶縁基板５、及び電流センサ１００が取り付けられているマザー基板５１が存在することになる。

　磁気センサ素子７ａと下側隣接電流路４２との間には、磁界制御板３は存在しないが、絶縁基板５及びマザー基板５１が存在するため、必然的に磁気センサ素子７ａと下側隣接電流路４２との間の距離Ｂ２をより長い距離に設定することができる。その結果、磁気センサ素子７ａへの下側隣接電流路４２からの影響をより受けにくくすることができる。尚、距離Ｂ２は距離Ｂ１の２倍程度に設定される。距離Ｂ２を距離Ｂ１の２倍程度に設定することにより、磁気センサ素子７ａへの下側隣接電流路４２からの影響を、磁気センサ素子７ａへの上側隣接電流路４１からの影響と同等程度までに受けにくくすることができる。

　このように、電流センサ１００では、電流路１の両方の端部１ａの先端と、磁界制御板３の両方の端部、即ち第１端部３ａ及び第２端部３ｂの先端とが、同一方向を向いているので、磁界制御板３の開口方向において絶縁基板５とマザー基板５１とが存在することになる。そのため、磁気センサ素子７ａと磁界制御板３の開口方向側の下側隣接電流路４２との間の距離をより長い距離に設定することができ、磁気センサ素子７ａに対する下側隣接電流路４２からの影響を受けにくくすることができる。

　電流センサ２００では、電流路１の中央の平らな領域となっている中央領域を流れた電流が発生する磁束は、当該中央領域より図１中Ｚ１側では磁界制御板３の中央領域を通過すると共に、磁気センサ素子７ａを通過することで、精度良く電流を検出できる。

　一方、電流路１の中央領域の両側のＺ１－Ｚ２方向に延びる電流路を流れる電流で発生した磁束は、磁界制御板３の中央領域を通らない。そのため、図１４に示す比較例の構成に比べて、電流路１に大電流が流れる場合でも、磁界制御板３は飽和し難く、高い感度を得ることができる。
　すなわち、この構成によれば、比較例と比べて磁界制御板３の中央領域を通過する誘導磁界が減るので、磁界制御板３が飽和し難くなり、大電流を正確に測定できる。また、磁気センサ素子７ａを通過する磁束が増えるので、感度が高くなり、小電流の測定を正確にできるようになる。よって、測定範囲（ダイナミックレンジ）を広げることができる。

　［本実施形態の第１の変形例］
　次に、本発明の実施形態の変形例である電流センサ１１０の構成及び動作について図８乃至図１０を用いて説明する。電流センサ１１０は、電流センサ１００と同様に、各種機器に搭載され、制御や監視のために、該機器に流れる電流を測定する電流センサである。尚、電流センサ１１０の電流センサ１００との相違点は電流路２１の形状のみであり、その他の構造は共通であるため、共通の項目については説明を省略することがある。また、電流路２１に関する構成以外については、電流センサ１００で使用した符号をそのまま使用する。

　図８は、筐体１１を外した状態の電流センサ１１０の外観を示す斜視図であり、図９は、の電流センサ１１０の平面図である。また、図１０は、電流センサ１１０をマザー基板５１に搭載した状態での、電流センサ１１０の各構成要件間の左右方向における距離を示す模式図である。尚、図１０では、説明を分かり易くするために電流路２１を破線で示している。また、図８乃至図１０では、電流センサ１１０を、筐体１１を外した状態で示している。

　図８に示すように、電流センサ１１０は、被測定電流の流れる電流路２１と、被測定電流によって発生する磁場を制御する磁界制御板３と、長方形形状をした絶縁基板５と、絶縁基板５に搭載されていて、磁場を測定する磁気センサ素子７ａを内蔵したセンサＩＣ７と、を備えている。そして、絶縁基板５には、磁気センサ素子７ａと電気的に接続された複数の端子９が設けられている。複数の端子９は、絶縁基板５の一方の短辺である第１短辺５ａに沿って配置され、台座１３を介して絶縁基板５に取り付けられている。また、電流路２１の両方の端部２１ａの先端は、複数の挿入片２１ｄに分かれている。

　図９及び図１０に示すように、電流路２１と磁界制御板３とが直交することによって電流路２１に形成される直交部２１ｃの幅Ｄ６は、電流路２１の両方の端部２１ａの幅Ｄ５よりも狭く形成されている。電流路２１の直交部２１ｃの幅Ｄ６が、電流路２１の端部２１ａの幅Ｄ５よりも狭くなっているので、電流路２１からの磁束が電流路２１の直交部２１ｃに集中し、感度を高くすることができる。そのため、電流センサ１１０の構造は、測定対象の電流が小電流の場合に効果的である。

　このように、電流路２１の直交部２１ｃの幅Ｄ６を電流路２１の端部２１ａの幅Ｄ５よりも狭く設定したことによって、電流路２１からの磁束が電流路２１の直交部２１ｃに集中し、検知感度を高くすることができる。

　尚、電流センサ１１０において、磁気センサ素子７ａが磁界制御板３の開口幅Ｄ２の中心３ｄに配置され、電流路２１の磁界制御板３と平面視で直交する部分である直交部２１ｃの中心２１ｅが磁気センサ素子７ａと対向する位置に配置され、電流路２１の端部２１ａの幅方向の中心２１ｂが、直交部２１ｃの中心２１ｅより絶縁基板５の第２短辺５ｂ側にあることは、電流センサ１００と同様である。そのため、電流センサ１１０における絶縁距離を確保することが容易にできるという効果は、電流センサ１００と同一である。

　［本実施形態の第２の変形例］
　図１１は、本発明の実施形態の第２の変形例に係わる電流センサ４００の外観図である。図１２は、図１１に示す電流センサ４００に生じる磁界を説明するための図である。

　電流センサ４００は、被測定電流が流れる電流路２０１と、電流路２０１を流れる被測定電流によって発生する磁場（誘導磁界）を制御する磁界制御板２０３と、磁場を測定する磁気センサ素子２０７ａと備えている。

　電流路２０１は、第１の電流路２２１と、第１の電流路２２１の一端から第１の電流路２２１に対して略９０°の傾きを持ってＺ２方向に延びる第２の電流路２２２と、第１の電流路２２１に対して第２の電流路２２２が延びる側に向けて第１の電流路２２１の他端から略９０°の傾きを持ってＺ２方向に延びる第３の電流路２３３とを有する。
　第２の電流路２２２と第３の電流路２３３とは、第１の電流路２２１が含まれる平面に対して同じ側に設けられている。
　電流路２０１はＵ字形状をしており、第１の電流路２２１と第２の電流路２２２及び第
３の電流路２２３とは略直角である。なお、第１の電流路２２１と第２の電流路２２２及び第３の電流路２２３との角度は直角以外でもよい。

　磁界制御板２０３は、第１の磁界制御板２３１と、第１の磁界制御板２３１の一端から第１の磁界制御板２３１に対して略９０°の傾きを持ってＺ２方向に延びる第２の磁界制御板２３２と、第１の磁界制御板２３１に対して第２の磁界制御板２３２が延びる側に向けて第１の磁界制御板２３１の他端から略９０°の傾きを持ってＺ２方向に延びる第３の磁界制御板２３３とを有する。
　磁界制御板２０３は、Ｕ字形状をしており、第１の磁界制御板２３１と、第２の磁界制御板２３２及び第３の磁界制御板２３３とは略直角である。なお、第１の磁界制御板２３１と、第２の磁界制御板２３２及び第３の磁界制御板２３３との角度は直角以外でもよい。
　また、第１の磁界制御板２３１は、第１の電流路２２１と平行である。

　電流センサ４００では、第１の電流路２２１に対して第２の電流路２２２及び第３の電流路２２３が延びるＺ２方向に、第１の磁界制御板２３１の両端から第２の磁界制御板２３２及び第３の磁界制御板２３３が延びている。すなわち、電流路２０１と磁界制御板２３１とは端部が同じＺ２方向に位置している。

　磁気センサ素子２０７ａは、絶縁基板２０５上に搭載され、第１の電流路２２１に対して第１の磁界制御板２３１とは反対側（Ｚ１側）で第１の電流路２２１に対向して位置する。

　図１１および図１２に示すように、電流センサ４００は、電流路２０１と磁界制御板２０３とが、共にＵ字形状であると共に、これらが同一のＺ２方向に開放された構造になっている。電流路２０１の中央にある第１の電流路２２１は平らで、磁界制御板２０３の中央の平らな第１の磁界制御板２３１と平行且つ対向している。

　電流センサ４００では、図１２に示すように、第１の電流路２２１を流れる電流から発生する誘導磁界の大半が、第１の磁界制御板２３１を流れる。また、第１の電流路２２１のＺ２方向側は、磁界制御板２０３が開放された構造となっているため、第１の電流路２２１と直交して延びる両方の腕である第２の磁界制御板２３２及び第３の磁界制御板２３３の間において、電流路２０１を流れる電流から生じる誘導磁界が磁気センサ素子２０７ａを通り、磁気センサ素子２０７ａで誘導磁界が検出される。

　電流センサ４００では、図１２に示すように、中央の第１の電流路２２１を流れる電流が発生する磁束２５１が、磁気センサ素子２０７ａをＸ２方向に向けて通過することで、電流路２０１を流れる電流を精度良く検出できる。

　また、第２の電流路２２２を流れる電流で発生した磁束２５２は、図１２の紙面手前側をＸ１方向に流れてから、紙面奥側に曲がって流れる。それから、Ｘ２方向に曲がって、第２の磁界制御板２３２を厚み方向（Ｘ２方向）に貫通し、磁束が磁気センサ素子２０７ａの内部又は周辺をＸ２方向に通過する。それから、第３の磁界制御板２３３を厚み方向（Ｘ２方向）に貫通し、紙面手前側に曲がってから、再び、紙面手前側をＸ１方向に流れる。同様に、第３の電流路を流れる電流から発生した磁束も、電流センサ８００の外側をＸ１方向に流れ、曲がってから、磁気センサ素子２０７ａの内部又は周辺をＸ２方向に流れる。

　そのため、電流センサ４００は、界制御板中央領域である第１の磁界制御板２３１を通過する誘導磁界が第１の電流路２２１を流れる電流から発生する磁界のみとなる。つまり、第２の電流路２２２及び、第３の電流路２２３を流れる電流から発生する磁界は、第１の磁界制御板２３１を通過しない。図１４に示す比較例の電流センサ８００に比べて、磁界制御板中央領域である第１の磁界制御板２３１を通過する誘導磁界が減るので、第１の磁界制御板２３１が飽和し難くなり、大電流の測定を正確にできるようになる。また、磁気センサ素子２０７ａを通過する磁束が増えるので、測定感度が高くなり、小電流の測定を正確にできる。よって、測定範囲（ダイナミックレンジ）を広げることができる。

　以上のように、本発明の実施形態に係る電流センサ１００、電流センサ１１０について説明したが、本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、要旨を逸脱しない範囲で種々変更して実施することが可能である。

　１，２０１　　　　電流路
　１ａ　　　端部
　１ｂ　　　中心
　１ｃ　　　直交部
　１ｄ　　　挿入片
　１ｅ　　　中心
　３，２０３　　　　磁界制御板
　３ａ　　　第１端部
　３ｂ　　　第２端部
　３ｃ　　　天面部
　３ｄ　　　中心
　５，２０５　　　　絶縁基板
　５ａ　　　第１短辺
　５ｂ　　　第２短辺
　５ｃ　　　長辺
　５ｄ　　　取り付け穴
　７　　　　センサＩＣ
　７ａ，２０７ａ　　　磁気センサ素子
　９　　　　端子
　１１　　　筐体
　１３　　　台座
　２１　　　電流路
　２１ａ　　端部
　２１ｂ　　中心
　２１ｃ　　直交部
　２１ｄ　　挿入片
　２１ｅ　　中心
　３１　　　電流路
　３１ａ　　端部
　３１ｂ　　中心
　３１ｃ　　直交部
　３１ｄ　　挿入片
　３１ｅ　　中心
　３３　　　磁界制御板
　３３ａ　　第１端部
　３３ｂ　　第２端部
　３３ｃ　　天面部
　３３ｄ　　中心
　３４　　　台座
　３５　　　絶縁基板
　３５ａ　　取り付け穴
　３６　　　カバー
　３６ａ　　留め部
　３７　　　ケース
　３８　　　筐体
　３８ａ　　第１短辺
　３８ｂ　　第２短辺
　３８ｃ　　長辺
　３９　　　端子
　４１　　　上側隣接電流路
　４２　　　下側隣接電流路
　５１　　　マザー基板
　１００，１１０，２００，４００　　電流センサ
　２２１　第１の電流路
　２２２　第２の電流路
　２２３　第３の電流路
　２３１　第１の磁界制御板
　２３２　第２の磁界制御板
　２３３　第３の磁界制御板
 
 

Claims (2)

1. 　被測定電流の流れる電流路と、前記被測定電流によって発生する磁場を制御する磁界制御板と、前記磁場を測定する磁気センサ素子と、を備え、
   　前記電流路は、第１の電流路と、前記第１の電流路の一端から前記第１の電流路に対して傾きを持って延びる第２の電流路と、前記第１の電流路の他端から傾きを持って延びる第３の電流路とを有し、
   　前記第２の電流路と、前記第３の電流路とは、前記第１の電流路が含まれる平面に対して、同じ側に設けられ、
   　前記磁界制御板は、第１の磁界制御板と、前記第１の磁界制御板の一端から前記第１の磁界制御板に対して傾きを持って延びる第２の磁界制御板と、前記第１の磁界制御板の他端から傾きを持って延びる第３の磁界制御板とを有し、
   　前記第２の磁界制御板と、前記第３の磁界制御板とは、前記第１の磁界制御板が含まれる平面に対して、同じ側に設けられ、
   　前記磁気センサ素子は、前記第１の電流路に対して前記第１の磁界制御板とは反対側で前記第１の電流路に対向して位置し、
   　前記第１の電流路と前記第１の磁界制御板とは、平行で有り、
   　前記第１の電流路に対して前記第２の電流路及び前記第３の電流路が設けられる方向と、前記第１の磁界制御板に対して前記第２の磁界制御板及び前記第３の磁界制御板が設けられる方向とが同じである
   　ことを特徴とする電流センサ。
2. 　前記第１の電流路と前記第２の電流路及び前記第３の電流路とは直角であり、
   　前記第１の磁界制御板と前記第２の磁界制御板及び前記第３の磁界制御板とは直角である、ことを特徴とする請求項１に記載の電流センサ。

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