WO2020090296A1

WO2020090296A1 - 電流センサ

Info

Publication number: WO2020090296A1
Application number: PCT/JP2019/037572
Authority: WO
Inventors: 拓也杉本
Original assignee: 株式会社村田製作所
Priority date: 2018-11-01
Filing date: 2019-09-25
Publication date: 2020-05-07

Abstract

電流センサは、導体と、第１磁気検出素子(１２１)および第２磁気検出素子(１２２)とを備える。第１磁気検出素子(１２１)は、第１導体部(１１１)を流れる測定対象電流により生ずる磁界の第２の方向の磁界成分と、第３導体部(１１３)を流れる測定対象電流により生ずる磁界の第２の方向の磁界成分とが、互いに逆極性となる位置に配置されている。第２磁気検出素子(１２２)は、第２導体部(１１２)を流れる測定対象電流により生ずる磁界の第２の方向の磁界成分と、第３導体部(１１３)を流れる測定対象電流により生ずる磁界の第２の方向の磁界成分とが、互いに逆極性となる位置に配置されている。

Description

電流センサ

　本発明は、電流センサに関する。

　電流センサの構成を開示した先行技術文献として、特開２０１６－４０５５８号公報(特許文献１)、特開２０１８－９６７９５号公報(特許文献２)および特開２００７－１０８０６９号公報(特許文献３)がある。

　特許文献１～３に記載の電流センサは、Ｕ字状の導体と、第１磁気検出素子および第２磁気検出素子とを備えている。Ｕ字状の導体は、互いに間隔をあけて平行に延在する第１導体部および第２導体部と、第１導体部と第２導体部とを互いに接続する第３導体部とを含む。第１磁気検出素子は、第１導体部を流れる測定対象電流により生ずる磁界を検出する。第２磁気検出素子は、第２導体部を流れる測定対象電流により生ずる磁界を検出する。第１磁気検出素子および第２磁気検出素子の各々は、測定対象電流により生ずる磁界の第１の方向の磁界成分を検出する。第１磁気検出素子および第２磁気検出素子の各々の出力から、Ｕ字状の導体を流れる測定対象電流の値が算出される。

特開２０１６－４０５５８号公報特開２０１８－９６７９５号公報特開２００７－１０８０６９号公報

　第３導体部を流れる測定対象電流により生ずる磁界における、第１の方向と直交する第２の方向の磁界成分が、第１磁気検出素子および第２磁気検出素子の各々に作用した場合、第１磁気検出素子および第２磁気検出素子の各々の、測定精度、感度およびオフセット電圧などの特性が劣化する。その結果、電流センサ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、磁気検出素子の磁界検出方向と直交する方向の磁界成分が磁気検出素子に作用することを抑制して、精度よく測定対象電流の値を測定できる電流センサを提供することを目的とする。

　本発明に基づく電流センサは、導体と、第１磁気検出素子および第２磁気検出素子とを備える。第１磁気検出素子および第２磁気検出素子の各々は、上記導体を流れる測定対象電流により生ずる磁界の第１の方向の磁界成分を検出する。上記導体は、上記第１の方向と直交する第２の方向に延在する対称軸に関して対称な形状を有している。上記導体は、第１導体部および第２導体部と、第３導体部とを含む。第１導体部および第２導体部の各々は、上記第２の方向において互いの上記第１の方向の間隔が広がるように延在する離間部と互いの上記第１の方向の間隔が一定である並行部とを含む。第３導体部は、第１導体部および第２導体部の各々の離間部同士を接続する。第１磁気検出素子と第２磁気検出素子とは、上記対称軸に関して対称に位置している。第１磁気検出素子は、第１導体部を流れる測定対象電流により生ずる磁界の上記第２の方向の磁界成分と、第３導体部を流れる測定対象電流により生ずる磁界の上記第２の方向の磁界成分とが、互いに逆極性となる位置に配置されている。第２磁気検出素子は、第２導体部を流れる測定対象電流により生ずる磁界の上記第２の方向の磁界成分と、第３導体部を流れる測定対象電流により生ずる磁界の上記第２の方向の磁界成分とが、互いに逆極性となる位置に配置されている。

　本発明によれば、磁気検出素子の磁界検出方向と直交する方向の磁界成分が磁気検出素子に作用することを抑制して、精度よく測定対象電流の値を測定できる。

本発明の実施形態１に係る電流センサの構成を示す平面図である。本発明の実施形態１に係る電流センサが備える導体の形状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に係る電流センサが備える導体の形状を示す斜視図である。比較例１に係る電流センサの導体に測定対象電流が流れた際に発生する磁界の向きを示すシミュレーション解析図である。図５に示す始点Ｓから終点Ｅまでの範囲の磁界のＸ方向の成分の磁束密度分布を示すグラフである。図５に示す始点Ｓから終点Ｅまでの範囲の磁界のＹ方向の成分の磁束密度分布を示すグラフである。本発明の実施形態１に係る電流センサの導体に測定対象電流が流れた際に発生する磁界の向きを示すシミュレーション解析図である。図８に示す始点Ｓ１から終点Ｅ１までの範囲の磁界のＸ方向の成分の磁束密度分布を示すグラフである。図８に示す始点Ｓ１から終点Ｅ１までの範囲の磁界のＹ方向の成分の磁束密度分布を示すグラフである。図８に示す始点Ｓ２から終点Ｅ２までの範囲の磁界のＹ方向の成分の磁束密度分布を示すグラフである。比較例２に係る電流センサが備える導体の形状を示す斜視図である。図１２に示す始点Ｓ３から終点Ｅ３までの範囲の磁界のＹ方向の成分の磁束密度分布を示すグラフである。本発明の実施形態２に係る電流センサが備える導体の形状を示す平面図である。本発明の実施形態３に係る電流センサが備える導体の形状を示す斜視図である。

　以下、本発明の各実施形態に係る電流センサ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構成を示す平面図である。Ｘ方向は第１の方向であり、Ｙ方向は第２の方向である。Ｘ方向は、Ｙ方向と直交する。図１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、導体１１０と、第１磁気検出素子１２１および第２磁気検出素子１２２とを備える。

　図２は、本発明の実施形態１に係る電流センサが備える導体の形状を示す斜視図である。図１および図２に示すように、導体１１０は、Ｙ方向に延在する対称軸Ｃに関して対称な形状を有している。

　導体１１０は、第１導体部１１１および第２導体部１１２と、第３導体部１１３とを含む。第１導体部１１１と第２導体部１１２とは、対称軸Ｃに関して対称に位置している。第１導体部１１１および第２導体部１１２の各々は、Ｙ方向において互いのＸ方向の間隔が広がるように延在する離間部と互いの間隔が一定である並行部とを含む。具体的には、第１導体部１１１は、離間部１１１ｄおよび並行部１１１ｐを含む。第２導体部１１２は、離間部１１２ｄおよび並行部１１２ｐを含む。

　第１導体部１１１の並行部１１１ｐと第２導体部１１２の並行部１１２ｐとのＸ方向の間隔Ｗは、最小間隔Ｗ２で一定である。第１導体部１１１の離間部１１１ｄと第２導体部１１２の離間部１１２ｄとのＸ方向の間隔Ｗは、＋Ｙ方向において大きくなっている。第１導体部１１１の離間部１１１ｄと第２導体部１１２の離間部１１２ｄとのＸ方向の間隔Ｗは、離間部１１１ｄおよび離間部１１２ｄの各々の＋Ｙ方向の端部であるＹ方向の先端部において最大間隔Ｗ１となっている。

　第１導体部１１１の並行部１１１ｐの－Ｙ方向の端部であるＹ方向の後端部は、第１接続端子１３１と接続されている。第１接続端子１３１は、Ｘ方向に延在している。第１接続端子１３１の＋Ｘ方向の端部であるＸ方向の先端部が、第１導体部１１１の並行部１１１ｐのＹ方向の後端部と接続されている。

　第２導体部１１２の並行部１１２ｐの－Ｙ方向の端部であるＹ方向の後端部は、第２接続端子１３２と接続されている。第２接続端子１３２は、Ｘ方向に延在している。第２接続端子１３２の－Ｘ方向の端部であるＸ方向の後端部が、第２導体部１１２の並行部１１２ｐのＹ方向の後端部と接続されている。第１接続端子１３１と第２接続端子１３２とは、対称軸Ｃに関して対称に位置している。

　第３導体部１１３は、第１導体部１１１の離間部１１１ｄの＋Ｙ方向の端部であるＹ方向における先端部と、第２導体部１１２の離間部１１２ｄの＋Ｙ方向の端部であるＹ方向における先端部とを、互いに接続している。すなわち、第１導体部１１１のＹ方向における先端部１１１ｅと、第２導体部１１２のＹ方向における先端部１１２ｅとが、第３導体部１１３によって互いに接続されている。第３導体部１１３は、半環状の形状、すなわち、平面視して円弧状の形状を有する。また、第３導体部１１３は、対称軸Ｃに関して対称な形状を有している。

　上記のように、導体１１０は、略Ｕ字状の形状を有している。導体１１０の内縁部は、第１導体部１１１の並行部１１１ｐの内縁部１１１ｐａと第１導体部１１１の離間部１１１ｄの内縁部１１１ｄａと第３導体部１１３の内縁部１１３ａと第２導体部１１２の離間部１１２ｄの内縁部１１２ｄａと第２導体部１１２の並行部１１２ｐの内縁部１１２ｐａとから構成されている。

　導体１１０の内縁部とは反対側の外縁部は、第１導体部１１１の並行部１１１ｐの外縁部１１１ｐｂと第１導体部１１１の離間部１１１ｄの外縁部１１１ｄｂと第３導体部１１３の外縁部１１３ｂと第２導体部１１２の離間部１１２ｄの外縁部１１２ｄｂと第２導体部１１２の並行部１１２ｐの外縁部１１２ｐｂとから構成されている。

　本発明の実施形態１においては、対称軸Ｃを間に挟んで互いに向かい合っている、第１導体部１１１の並行部１１１ｐの内縁部１１１ｐａおよび第２導体部１１２の並行部１１２ｐの内縁部１１２ｐａの各々は、直線状に延在している。

　本発明の実施形態１においては、第１導体部１１１の並行部１１１ｐの外縁部１１１ｐｂ、第１導体部１１１の離間部１１１ｄの外縁部１１１ｄｂ、第２導体部１１２の並行部１１２ｐの外縁部１１２ｐｂ、および、第２導体部１１２の離間部１１２ｄの外縁部１１２ｄｂの各々は、直線状に延在している。導体１１０の外周側において、第１導体部１１１の並行部１１１ｐの外縁部１１１ｐｂの延在方向とＸ方向とのなす角度θは、９０°以下である。導体１１０の外周側において、第２導体部１１２の並行部１１２ｐの外縁部１１２ｐｂの延在方向とＸ方向とのなす角度θは、９０°以下である。

　本発明の実施形態１においては、導体１１０の外周側において、第１導体部１１１の並行部１１１ｐの外縁部１１１ｐｂおよび第２導体部１１２の並行部１１２ｐの外縁部１１２ｐｂの各々の延在方向とＸ方向とのなす角度θは、略９０°である。

　本発明の実施形態１においては、第１導体部１１１の離間部１１１ｄの内縁部１１１ｄａは、円弧状の形状を有している。第２導体部１１２の離間部１１２ｄの内縁部１１２ｄａは、円弧状の形状を有している。

　本発明の実施形態１においては、第３導体部１１３の内縁部１１３ａは、半円状の形状を有しているが、半楕円状の形状を有していてもよい。

　導体１１０は、銅で構成されている。ただし、導体１１０の材料はこれに限られず、銀、アルミニウムなどの金属またはこれらの金属を含む合金でもよい。導体１１０は、表面処理が施されていてもよい。たとえば、ニッケル、錫、銀、銅などの金属またはこれらの金属を含む合金からなる、少なくとも１層のめっき層が、導体１１０の表面に設けられていてもよい。

　第１接続端子１３１および第２接続端子１３２の各々は、導体１１０と同様の材料で構成されている。第１接続端子１３１および第２接続端子１３２の各々は、導体１１０と一体で形成されていてもよい。

　第１磁気検出素子１２１および第２磁気検出素子１２２の各々は、導体１１０を流れる測定対象電流により生ずる磁界のＸ方向の磁界成分を検出する。第１磁気検出素子１２１および第２磁気検出素子１２２の各々は、＋Ｘ方向の磁界成分を検出した場合に正の値で出力し、－Ｘ方向の磁界成分を検出した場合に負の値で出力する、奇関数入出力特性を有している。

　図３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３に示すように、第１磁気検出素子１２１および第２磁気検出素子１２２の各々は、４つのＴＭＲ(Tunnel　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磁気検出素子１２１および第２磁気検出素子１２２の各々が、ＴＭＲ素子に代えて、ＧＭＲ(Giant　Magneto　Resistance)素子若しくはＡＭＲ(Anisotropic　Magneto　Resistance)素子などの磁気抵抗素子からなるブリッジ回路を有していてもよい。また、第１磁気検出素子１２１および第２磁気検出素子１２２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。

　図３に示すように、第１磁気検出素子１２１および第２磁気検出素子１２２の各々は、差動増幅器１９０と接続されている。差動増幅器１９０によって、第１磁気検出素子１２１の検出値と第２磁気検出素子１２２の検出値とを演算することにより、導体１１０を流れる測定対象電流の値が算出される。なお、第１磁気検出素子１２１および第２磁気検出素子１２２の各々は、差動増幅器１９０に代えて、減算器と接続されていてもよい。

　ここで、導体の形状のみ本発明の実施形態１に係る電流センサ１００と異なる比較例１に係る電流センサについて説明する。図４は、比較例１に係る電流センサが備える導体の形状を示す斜視図である。

　図４に示すように、比較例１に係る電流センサが備える導体９１０は、Ｙ方向に延在する対称軸Ｃに関して対称な形状を有している。

　導体９１０は、第１導体部９１１および第２導体部９１２と、第３導体部９１３とを含む。第１導体部９１１と第２導体部９１２とは、対称軸Ｃに関して対称に位置している。第１導体部９１１および第２導体部９１２の各々は、Ｙ方向に平行に延在する。すなわち、第１導体部９１１と第２導体部９１２とのＸ方向の間隔Ｗは、Ｙ方向の位置によらず一定である。

　第１導体部９１１のＹ方向の後端部は、第１接続端子１３１と接続されている。第１接続端子１３１は、Ｘ方向に延在している。第１接続端子１３１のＸ方向の先端部が、第１導体部９１１のＹ方向の後端部と接続されている。

　第２導体部９１２のＹ方向の後端部は、第２接続端子１３２と接続されている。第２接続端子１３２は、Ｘ方向に延在している。第２接続端子１３２のＸ方向の後端部が、第２導体部９１２のＹ方向の後端部と接続されている。第１接続端子１３１と第２接続端子１３２とは、対称軸Ｃに関して対称に位置している。

　第３導体部９１３は、第１導体部９１１のＹ方向における先端部と第２導体部９１２のＹ方向における先端部とを接続している。すなわち、第１導体部９１１のＹ方向における先端部９１１ｅと、第２導体部９１２のＹ方向における先端部９１２ｅとが、第３導体部９１３によって互いに接続されている。第３導体部９１３は、半環状の形状を有する。また、第３導体部９１３は、対称軸Ｃに関して対称な形状を有している。

　上記のように、導体９１０は、Ｕ字状の形状を有している。導体９１０の内縁部は、第１導体部９１１の内縁部９１１ａと第３導体部９１３の内縁部９１３ａと第２導体部９１２の内縁部９１２ａとから構成されている。導体９１０の内縁部とは反対側の外縁部は、第１導体部９１１の外縁部９１１ｂと第３導体部９１３の外縁部９１３ｂと第２導体部９１２の外縁部９１２ｂとから構成されている。

　比較例１においては、第３導体部９１３の内縁部９１３ａは、半円状の形状を有している。導体９１０は、銅で構成されている。

　ここで、本発明の実施形態１および比較例１に係る電流センサの導体に測定対象電流が流れた際に発生する磁界の分布についてシミュレーション解析を行なった結果について説明する。

　なお、シミュレーション解析の条件は、下記のように設定した。導体１１０において、第１導体部１１１および第２導体部１１２の各々のＹ方向の長さを１．０ｍｍ、最大間隔Ｗ１を０．６ｍｍ、最小間隔Ｗ２を０．４ｍｍ、厚さを０．１ｍｍとした。導体９１０において、第１導体部９１１および第２導体部９１２の各々のＹ方向の長さを１．０ｍｍ、間隔Ｗを０．４ｍｍ、厚さを０．１ｍｍとした。導体１１０および導体９１０の各々に、１００Ａの測定対象電流を流した。測定対象電流は、第１接続端子１３１から導体１１０または導体９１０を通過して第２接続端子１３２に向かうように流された。

　図５は、比較例１に係る電流センサの導体に測定対象電流が流れた際に発生する磁界の向きを示すシミュレーション解析図である。図５においては、電流密度を実線矢印Ｉで示し、磁界の向きを白抜き矢印Ｂで示している。実線矢印Ｉの大きさが大きいほど、電流密度が高い。比較例１に係る電流センサにおいては、図５に示す始点Ｓから終点Ｅまでの範囲の磁界の分布を解析した。始点Ｓの座標は、(－１．０，０．０，０．２)であり、終点Ｅの座標は、(１．０，０．０，０．２)である。

　測定対象電流により生ずる磁界は、測定対象電流の流れる方向に対して直交する方向に発生する。そのため、図５に示すように、第１導体部９１１のＹ方向の後端部においては、第１接続端子１３１から第１導体部９１１に流入する測定対象電流の流れる方向に直交するように、＋Ｘ方向の磁界成分および－Ｙ方向の磁界成分を有する磁界が発生した。

　第１導体部９１１のＹ方向の中央部においては、第１導体部９１１を測定対象電流が流れる方向に直交するように、＋Ｘ方向の磁界成分および－Ｙ方向の磁界成分を有する磁界が発生した。

　第１導体部９１１のＹ方向の先端部においては、当該先端部近傍の第３導体部９１３を測定対象電流が流れる方向に直交するように、＋Ｘ方向の磁界成分および－Ｙ方向の磁界成分を有する磁界が発生した。

　このように、第１導体部９１１の周囲に生ずる磁界は、いずれの位置においても－Ｙ方向の磁界成分を有していた。

　一方、図５に示すように、第２導体部９１２のＹ方向の後端部においては、第２導体部９１２から第２接続端子１３２に流出する測定対象電流の流れる方向に直交するように、－Ｘ方向の磁界成分および－Ｙ方向の磁界成分を有する磁界が発生した。

　第２導体部９１２のＹ方向の中央部においては、第２導体部９１２を測定対象電流が流れる方向に直交するように、－Ｘ方向の磁界成分および－Ｙ方向の磁界成分を有する磁界が発生した。

　第２導体部９１２のＹ方向の先端部においては、当該先端部近傍の第３導体部９１３を測定対象電流が流れる方向に直交するように、－Ｘ方向の磁界成分および－Ｙ方向の磁界成分を有する磁界が発生した。

　このように、第２導体部９１２の周囲に生ずる磁界は、いずれの位置においても－Ｙ方向の磁界成分を有していた。

　図６は、図５に示す始点Ｓから終点Ｅまでの範囲の磁界のＸ方向の成分の磁束密度分布を示すグラフである。図７は、図５に示す始点Ｓから終点Ｅまでの範囲の磁界のＹ方向の成分の磁束密度分布を示すグラフである。図６および図７の各々においては、縦軸に磁束密度(ｍＴ)、横軸に始点からの距離(ｍｍ)を示している。

　第１導体部９１１を測定対象電流が流れる方向と、第２導体部９１２を測定対象電流が流れる方向とは、互いに反対であるため、図６に示すように、第１導体部９１１の周囲に生ずる磁界のＸ方向の磁界成分と、第２導体部９１２の周囲に生ずる磁界のＸ方向の磁界成分とは、互いに逆極性となっていた。

　上記のように、第１導体部９１１および第２導体部９１２の各々の周囲に生ずる磁界は、いずれの位置においても－Ｙ方向の磁界成分を有しており、図７に示すように、始点Ｓから終点Ｅまでの範囲において略一定であった。図７においては、第１導体部９１１および第２導体部９１２の各々の周囲に生ずる磁界のＹ方向の磁界成分の最低値を点線で示している。

　上記のように生じたＹ方向の磁界成分が、第１磁気検出素子１２１および第２磁気検出素子１２２の各々に作用した場合、第１磁気検出素子１２１および第２磁気検出素子１２２の各々の、測定精度、感度およびオフセット電圧などの特性が劣化する。

　図８は、本発明の実施形態１に係る電流センサの導体に測定対象電流が流れた際に発生する磁界の向きを示すシミュレーション解析図である。図８においては、電流密度を実線矢印Ｉで示し、磁界の向きを白抜き矢印Ｂで示している。本発明の実施形態１に係る電流センサにおいては、図８に示す始点Ｓ１から終点Ｅ１までの範囲および始点Ｓ２から終点Ｅ２までの範囲の磁界の分布を解析した。始点Ｓ１の座標は、(－１．０，－０．２，０．２)であり、終点Ｅ１の座標は、(１．０，－０．２，０．２)である。始点Ｓ２の座標は、(－１．０，０．５，０．３)であり、終点Ｅ２の座標は、(１．０，０．５，０．３)である。

　図８に示すように、第１導体部１１１の並行部１１１ｐのＹ方向の後端部においては、第１接続端子１３１から第１導体部１１１に流入する測定対象電流の流れる方向に直交するように、Ｙ方向の磁界成分をほとんど含まず、＋Ｘ方向の磁界成分を有する磁界が発生した。

　第１導体部１１１の離間部１１１ｄのＹ方向の中央部においては、第１導体部１１１を測定対象電流が流れる方向に直交するように、＋Ｘ方向の磁界成分および＋Ｙ方向の磁界成分を有する磁界が発生した。

　第１導体部１１１の離間部１１１ｄのＹ方向の先端部においては、当該先端部近傍の第３導体部１１３を測定対象電流が流れる方向に直交するように、＋Ｘ方向の磁界成分および－Ｙ方向の磁界成分を有する磁界が発生した。

　このように、第１導体部１１１の周囲に生ずる磁界のＹ方向の磁界成分は、第１導体部１１１の離間部１１１ｄのＹ方向の中央部と、第１導体部１１１の離間部１１１ｄのＹ方向の先端部とで、互いに逆極性であった。

　一方、図８に示すように、第２導体部１１２の並行部１１２ｐのＹ方向の後端部においては、第２導体部１１２から第２接続端子１３２に流出する測定対象電流の流れる方向に直交するように、Ｙ方向の磁界成分をほとんど含まず、－Ｘ方向の磁界成分を有する磁界が発生した。

　第２導体部１１２の離間部１１２ｄのＹ方向の中央部においては、第２導体部１１２を測定対象電流が流れる方向に直交するように、－Ｘ方向の磁界成分および＋Ｙ方向の磁界成分を有する磁界が発生した。

　第２導体部１１２の離間部１１２ｄのＹ方向の先端部においては、当該先端部近傍の第３導体部１１３を測定対象電流が流れる方向に直交するように、－Ｘ方向の磁界成分および－Ｙ方向の磁界成分を有する磁界が発生した。

　このように、第２導体部１１２の周囲に生ずる磁界のＹ方向の磁界成分は、第２導体部１１２の離間部１１２ｄのＹ方向の中央部と、第２導体部１１２の離間部１１２ｄのＹ方向の先端部とで、互いに逆極性であった。

　図９は、図８に示す始点Ｓ１から終点Ｅ１までの範囲の磁界のＸ方向の成分の磁束密度分布を示すグラフである。図１０は、図８に示す始点Ｓ１から終点Ｅ１までの範囲の磁界のＹ方向の成分の磁束密度分布を示すグラフである。図１１は、図８に示す始点Ｓ２から終点Ｅ２までの範囲の磁界のＹ方向の成分の磁束密度分布を示すグラフである。図９～図１１の各々においては、縦軸に磁束密度(ｍＴ)、横軸に始点からの距離(ｍｍ)を示している。

　第１導体部１１１を測定対象電流が流れる方向と、第２導体部１１２を測定対象電流が流れる方向とは、互いに反対であるため、図９に示すように、第１導体部１１１の周囲に生ずる磁界のＸ方向の磁界成分と、第２導体部１１２の周囲に生ずる磁界のＸ方向の磁界成分とは、互いに逆極性となっていた。

　上記のように、第１導体部１１１および第２導体部１１２の各々の周囲に生ずる磁界は、離間部のＹ方向の中央部と先端部とで、互いに逆極性であったため、図１０に示すように、始点Ｓ１から終点Ｅ１までの範囲において、Ｙ方向の磁界成分は略０であった。図１０においては、比較例１のＹ方向の磁界成分の最低値を点線で示している。

　上記のように、本発明の実施形態１に係る電流センサ１００においては、Ｙ方向の磁界成分を略０にできる領域が形成できることが確認できた。

　なお、図１１に示すように、始点Ｓ２から終点Ｅ２までの範囲においては、第３導体部１１３の周囲に生ずる磁界の影響が強いため、Ｙ方向の磁界成分は、比較例１に係る電流センサよりも大きくなっていた。図１１においては、比較例１のＹ方向の磁界成分の最低値を点線で示している。

　ここで、第１導体部および第２導体部の各々が、並行部を含まずに離間部のみで構成されている点のみ本発明の実施形態１に係る電流センサ１００と異なる比較例２に係る電流センサについて説明する。図１２は、比較例２に係る電流センサが備える導体の形状を示す斜視図である。

　図１２に示すように、比較例２に係る電流センサが備える導体８１０は、Ｙ方向に延在する対称軸Ｃに関して対称に位置している。導体８１０は、第１導体部８１１および第２導体部８１２と、第３導体部１１３とを含む。第１導体部８１１は、本発明の実施形態１に係る第１導体部１１１の離間部１１１ｄと同一の形状を有している。第２導体部８１２は、本発明の実施形態１に係る第２導体部１１２の離間部１１２ｄと同一の形状を有している。

　第１導体部８１１のＹ方向の後端部は、第１接続端子１３１と接続されている。第１接続端子１３１のＸ方向の先端部が、第１導体部８１１のＹ方向の後端部と接続されている。

　第２導体部８１２のＹ方向の後端部は、第２接続端子１３２と接続されている。第２接続端子１３２のＸ方向の後端部が、第２導体部８１２のＹ方向の後端部と接続されている。

　第３導体部１１３は、第１導体部８１１および第２導体部８１２の各々のＹ方向における先端部同士を接続している。すなわち、第１導体部８１１のＹ方向における先端部８１１ｅと、第２導体部８１２のＹ方向における先端部８１２ｅとが、第３導体部１１３によって互いに接続されている。

　上記のように、導体８１０は、Ｕ字状の形状を有している。導体８１０の内縁部は、第１導体部８１１の内縁部８１１ａと第３導体部１１３の内縁部１１３ａと第２導体部８１２の内縁部８１２ａとから構成されている。導体８１０の内縁部とは反対側の外縁部は、第１導体部８１１の外縁部８１１ｂと第３導体部１１３の外縁部１１３ｂと第２導体部８１２の外縁部８１２ｂとから構成されている。

　比較例２に係る電流センサにおいても、本発明の実施形態１に係る電流センサと同じ条件にて、導体に電流が流れた際に発生する磁界の分布についてシミュレーション解析を行なった。

　図１３は、図１２に示す始点Ｓ３から終点Ｅ３までの範囲の磁界のＹ方向の成分の磁束密度分布を示すグラフである。図１３においては、縦軸に磁束密度(ｍＴ)、横軸に始点からの距離(ｍｍ)を示している。図１３においては、比較例１のＹ方向の磁界成分の最低値を点線で示している。

　比較例２に係る電流センサにおいては、図１２に示す始点Ｓ３から終点Ｅ３までの範囲の磁界の分布を解析した。始点Ｓ３の座標は、(－１．０，－０．８，０．３)であり、終点Ｅの座標は、(１．０，－０．８，０．３)である。

　第１導体部８１１および第２導体部８１２の各々の周囲に生ずる磁界は、Ｙ方向の中央部と先端部とで、互いに逆極性であったため、図１３に示すように、始点Ｓ３から終点Ｅ３までの範囲において、Ｙ方向の磁界成分が略０である領域が形成されていた。ただし、図１０に示す本発明の実施形態１に係る電流センサ１００におけるＹ方向の磁界成分が略０である領域に比較して、図１３に示す比較例２に係る電流センサにおけるＹ方向の磁界成分が略０である領域は、Ｙ方向における形成範囲が狭かった。

　上記のシミュレーション解析結果から、第１導体部１１１および第２導体部１１２の各々が並行部を含むことにより、Ｙ方向の磁界成分が略０である領域をＹ方向において広い範囲で形成できることが確認できた。

　本発明の実施形態１に係る電流センサ１００においては、図１に示すように、第１磁気検出素子１２１と第２磁気検出素子１２２とは、対称軸Ｃに関して対称に位置している。第１磁気検出素子１２１および第２磁気検出素子１２２の各々は、図示しない基板に実装されている。

　第１磁気検出素子１２１は、第１導体部１１１を流れる測定対象電流により生ずる磁界のＹ方向の磁界成分と、第３導体部１１３を流れる測定対象電流により生ずる磁界のＹ方向の磁界成分とが、互いに逆極性となる位置に配置されている。

　第２磁気検出素子１２２は、第２導体部１１２を流れる測定対象電流により生ずる磁界のＹ方向の磁界成分と、第３導体部１１３を流れる測定対象電流により生ずる磁界のＹ方向の磁界成分とが、互いに逆極性となる位置に配置されている。

　その結果、本発明の実施形態１に係る電流センサ１００においては、第１磁気検出素子１２１および第２磁気検出素子１２２の各々に作用するＹ方向の磁界成分を低減できるため、第１磁気検出素子１２１および第２磁気検出素子１２２の各々の、測定精度、感度およびオフセット電圧などの特性が劣化することを抑制できる。

　本発明の実施形態１に係る電流センサ１００においては、第１磁気検出素子１２１は、Ｙ方向において、第１導体部１１１の並行部１１１ｐが位置している範囲内に配置されている。第２磁気検出素子１２２は、Ｙ方向において、第２導体部１１２の並行部１１２ｐが位置している範囲内に配置されている。

　これにより、Ｙ方向の磁界成分を略０にできる領域に、第１磁気検出素子１２１および第２磁気検出素子１２２の各々を配置することができる。そのため、本発明の実施形態１に係る電流センサ１００においては、Ｙ方向の磁界成分が第１磁気検出素子１２１および第２磁気検出素子１２２の各々に作用することを抑制して、測定対象電流の値を精度よく測定できる。

　本発明の実施形態１においては、第１導体部１１１の並行部１１１ｐの内縁部１１１ｐａおよび第２導体部１１２の並行部１１２ｐの内縁部１１２ｐｂの各々が、直線状に延在していることにより、Ｙ方向の磁界成分を略０にできる領域をＹ方向において広く確保することができるため、第１磁気検出素子１２１および第２磁気検出素子１２２の各々のＹ方向における位置に対する電流センサ１００の測定精度のロバスト性を確保することができる。

　本発明の実施形態１においては、第１導体部１１１の外縁部１１１ｂおよび第２導体部１１２の外縁部１１２ｂの各々は、直線状に延在しており、導体１１０の外周側において、第１導体部１１１の外縁部１１１ｂの延在方向とＸ方向とのなす角度が９０°以下である。これにより、第１導体部１１１および第２導体部１１２の各々のＹ方向の後端部側に生ずる磁界の－Ｙ方向の磁界成分が高くなることを抑制することができる。

　(実施形態２)
　以下、本発明の実施形態２に係る電流センサについて図を参照して説明する。本発明の実施形態２に係る電流センサは、第１導体部および第２導体部の外縁部の形状のみ本発明の実施形態１に係る電流センサ１００と異なるため、本発明の実施形態１に係る電流センサ１００と同様である構成については説明を繰り返さない。

　図１４は、本発明の実施形態２に係る電流センサが備える導体の形状を示す平面図である。図１４に示すように、本発明の実施形態２に係る電流センサ２００が備える導体２１０は、第１導体部２１１および第２導体部２１２と、第３導体部１１３とを含む。

　本発明の実施形態２においては、第１導体部２１１の並行部２１１ｐの外縁部２１１ｐｂ、第１導体部２１１の離間部２１１ｄの外縁部２１１ｄｂ、第２導体部２１２の並行部２１２ｐの外縁部２１２ｐｂ、および、第２導体部２１２の離間部２１２ｄの外縁部２１２ｄｂの各々は、直線状に延在している。導体２１０の外周側において、第１導体部２１１の並行部２１１ｐの外縁部２１１ｐｂの延在方向とＸ方向とのなす角度θは、略７０°である。導体２１０の外周側において、第２導体部２１２の並行部２１２ｐの外縁部２１２ｐｂの延在方向とＸ方向とのなす角度θは、略７０°である。

　また、第１導体部２１１の並行部２１１ｐの外縁部２１１ｐｂのＹ方向の後端部は、対称軸Ｃに近づく側に凸状に湾曲している。第２導体部２１２の並行部２１２ｐの外縁部２１２ｐｂのＹ方向の後端部は、対称軸Ｃに近づく側に凸状に湾曲している。

　電流は、曲がっているところに流れやすくなる。このため、本発明の実施形態２に係る電流センサ２００においては、本発明の実施形態１に係る電流センサ１００と比較して、第１導体部２１１の並行部２１１ｐの外縁部２１１ｐｂと第１接続端子１３１の導体側の端部とを接続する湾曲部、および、第２導体部２１２の並行部２１２ｐの外縁部２１２ｐｂと第２接続端子１３２の導体側の端部とを接続する湾曲部の各々における発熱温度が高くなる。

　すなわち、本発明の実施形態１に係る電流センサ１００は、本発明の実施形態２に係る電流センサ２００に比較して、上記湾曲部の各々の曲がりをなだらかにすることにより導体１１０の発熱を抑制して、電流センサの信頼性を高くすることができる。

　なお、本発明の実施形態２に係る電流センサ２００においても、Ｙ方向の磁界成分を略０にできる領域に、第１磁気検出素子１２１および第２磁気検出素子１２２の各々を配置することができる。そのため、本発明の実施形態２に係る電流センサ２００においては、Ｙ方向の磁界成分が第１磁気検出素子１２１および第２磁気検出素子１２２の各々に作用することを抑制して、測定対象電流の値を精度よく測定できる。

　(実施形態３)
　以下、本発明の実施形態３に係る電流センサについて図を参照して説明する。本発明の実施形態３に係る電流センサは、第４導体部をさらに備える点のみ本発明の実施形態１に係る電流センサと異なるため、本発明の実施形態１に係る電流センサと同様である構成については説明を繰り返さない。

　図１５は、本発明の実施形態３に係る電流センサが備える導体の形状を示す斜視図である。図１５に示すように、本発明の実施形態３に係る電流センサが備える導体３１０は、第１導体部１１１、第２導体部１１２および第３導体部１１３の各々より薄く、かつ、第１導体部１１１、第２導体部１１２および第３導体部１１３のうちの少なくとも１つの縁部から延出する、第４導体部３１４ａおよび第４導体部３１４ｂをさらに含む。

　第４導体部３１４ａは、第１導体部１１１の離間部１１１ｄ、第２導体部１１２の離間部１１２ｄおよび第３導体部１１３の各々の内縁部から延出している。第４導体部３１４ｂは、第１導体部２１１、第２導体部２１２および第３導体部１１３の各々の外縁部から延出している。

　第４導体部３１４ａおよび第４導体部３１４ｂの各々の厚さは、第１導体部１１１、第２導体部１１２および第３導体部１１３の各々の厚さの半分以下である。

　本発明の実施形態３に係る電流センサにおいては、第４導体部３１４ａおよび第４導体部３１４ｂを備えることにより、導体３１０の放熱性を高めて、導体３１０の発熱を抑制して、電流センサの信頼性を高くすることができる。

　また、第４導体部３１４ａおよび第４導体部３１４ｂの各々の厚さが、第１導体部１１１、第２導体部１１２および第３導体部１１３の各々の厚さの半分以下であることにより、第４導体部３１４ａおよび第４導体部３１４ｂの各々を測定対象電流が流れることによる電流センサの測定精度の低下を抑制することができる。

　上述した実施形態の説明において、組み合わせ可能な構成を相互に組み合わせてもよい。

　今回開示された実施形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

　１００，２００　電流センサ、１１０，２１０，３１０，８１０，９１０　導体、１１１，２１１，８１１，９１１　第１導体部、１１１ｂ，１１１ｄｂ，１１１ｐｂ，１１２ｂ，１１２ｄｂ，１１２ｐｂ，１１３ｂ，２１１ｄｂ，２１１ｐｂ，２１２ｄｂ，２１２ｐｂ，８１１ｂ，８１２ｂ，９１１ｂ，９１２ｂ，９１３ｂ　外縁部、１１１ｄ，１１２ｄ，２１１ｄ，２１２ｄ　離間部、１１１ｄａ，１１１ｐａ，１１２ｄａ，１１２ｐａ，１１２ｐｂ，１１３ａ，８１１ａ，８１２ａ，９１１ａ，９１２ａ，９１３ａ　内縁部、１１１ｅ，１１２ｅ，８１１ｅ，８１２ｅ，９１１ｅ，９１２ｅ　先端部、１１１ｐ，１１２ｐ，２１１ｐ，２１２ｐ　並行部、１１２，２１２，８１２，９１２　第２導体部、１１３，９１３　第３導体部、１２１　第１磁気検出素子、１２２　第２磁気検出素子、１３１　第１接続端子、１３２　第２接続端子、１９０　差動増幅器、３１４ａ，３１４ｂ　第４導体部。

Claims

　導体と、
　前記導体を流れる測定対象電流により生ずる磁界の第１の方向の磁界成分を検出する、第１磁気検出素子および第２磁気検出素子とを備え、
　前記導体は、
　前記第１の方向と直交する第２の方向に延在する対称軸に関して対称な形状を有しており、かつ、
　前記第２の方向において互いの前記第１の方向の間隔が広がるように延在する離間部と互いの前記第１の方向の間隔が一定である並行部とを含む、第１導体部および第２導体部と、
　前記第１導体部および前記第２導体部の各々の前記離間部同士を接続する第３導体部とを含み、
　前記第１磁気検出素子と前記第２磁気検出素子とは、前記対称軸に関して対称に位置しており、
　前記第１磁気検出素子は、前記第１導体部を流れる測定対象電流により生ずる磁界の前記第２の方向の磁界成分と、前記第３導体部を流れる測定対象電流により生ずる磁界の前記第２の方向の磁界成分とが、互いに逆極性となる位置に配置されており、
　前記第２磁気検出素子は、前記第２導体部を流れる測定対象電流により生ずる磁界の前記第２の方向の磁界成分と、前記第３導体部を流れる測定対象電流により生ずる磁界の前記第２の方向の磁界成分とが、互いに逆極性となる位置に配置されている、電流センサ。
　前記第１磁気検出素子は、前記第２の方向において、前記第１導体部の前記並行部が位置している範囲内に配置されており、
　前記第２磁気検出素子は、前記第２の方向において、前記第２導体部の前記並行部が位置している範囲内に配置されている、請求項１に記載の電流センサ。
　前記第１導体部および前記第２導体部の各々の前記並行部の、前記対称軸を間に挟んで互いに向かい合っている内縁部は、直線状に延在している、請求項１または請求項２に記載の電流センサ。
　前記第１導体部および前記第２導体部の各々の前記並行部の、前記内縁部とは反対側の外縁部は、直線状に延在しており、
　前記導体の外周側において、前記第１導体部および前記第２導体部の各々の前記並行部における前記外縁部の延在方向と前記第１の方向とのなす角度が、９０°以下である、請求項３に記載の電流センサ。
　前記導体は、前記第１導体部、前記第２導体部および前記第３導体部の各々より薄く、かつ、前記第１導体部、前記第２導体部および前記第３導体部のうちの少なくとも１つの縁部から延出する、第４導体部をさらに含む、請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の電流センサ。
　前記第４導体部の厚さは、前記第１導体部、前記第２導体部および前記第３導体部の各々の厚さの半分以下である、請求項５に記載の電流センサ。