JPWO2013005459A1 - 電流センサ - Google Patents

Abstract

地磁気等の外来磁界と、近隣電流路の磁界の双方の影響を減らすと共に、ダイナミックレンジの低下を防止できる電流センサを提供すること。第１の電流路と、第２の電流路と、第１の電流路を挟んで配置される第１および第２の磁電変換素子とを備え、第１および第２の電流路は、第１導体部と、第１導体部の両端からＸ方向に延びる第２および第３導体部とを有し、第１および第２の電流路はＹ方向に離れて隣り合っており、第１の電流路の第２導体部と第３導体部とはＺ方向に離れており、第２の電流路の第２導体部と第３導体部とはＺ方向に離れ、第１および第２の磁電変換素子は第１の電流路の第１導体部を挟んで配置され、第１および第２の磁電変換素子の感度軸の方向がＹ方向であって、第１および第２の磁電変換素子のＹ方向に第２の電流路の第２導体部が配置され、第２の電流路の第２導体部の中心線から第１の磁電変換素子までの垂線と、第２の磁電変換素子までの垂線との方向および長さを等しくする。

Description

本発明は、電流路近傍の磁界に基づいて当該電流路に流れる電流を測定する電流センサに関する。

従来、被測定電流を通流する被測定電流路に設置され、被測定電流路を通流する被測定電流により発生する磁界を検出し、検出された磁界に基づいて当該電流路に流れる電流を検出する電流センサが知られている。このような電流センサは、例えば、それぞれの延びる方向が平行となるように並設された３本の電流路を有する三相モータ等に搭載される。このような三相モータに搭載される電流センサにおいては、隣り合う電流路（近隣電流路）を流れる電流により生じる磁界の影響を抑制して、被測定電流の測定精度の低下を防止する必要がある。近隣電流路に起因する磁界の影響を抑制する方法としては、例えば、図１０のように被測定電流により発生する磁界を一対の磁電変換素子で測定し、近隣電流路を流れる電流により発生する磁界が一対の磁電変換素子に同様に加わるように配置してなる電流センサが提案されている。この電流センサでは、被測定電流が発生する磁場は、一対の磁電変換素子に逆方向に加わり、近隣電流が発生する磁場は、一対の磁電変換素子に同一方向に加わる。この為、一対の磁電変換素子の出力の差分を用いることで、近隣電流が発生する磁場を相殺することができる。尚、地磁気等の外来磁界も、一対の磁電変換素子に同一方向に加わるため、相殺できる（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１０−２６６２９０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の場合、近隣電流路を流れる電流により発生する磁界が、被測定電流路を流れる電流により発生する磁界と同一方向に重なる。この為、各磁電変換素子は、前記双方の磁界を足し合わせた強さの磁界を測定できるようにする必要がある。よって、近隣電流路を流れる電流により発生する磁界の強さの分だけダイナミックレンジが低下する。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、地磁気等の外来磁界と、近隣電流路の磁界の双方の影響を減らすと共に、ダイナミックレンジの低下を防止できる電流センサを提供することを目的とする。

本発明の電流センサは、被測定電流路となる第１の電流路と、前記被測定電流路に近隣する第２の電流路と、前記第１の電流路を挟んで配置される第１および第２の磁電変換素子と、を備え、前記第１の電流路および前記第２の電流路は、第１導体部と、前記第１導体部の両端からＸ方向に延びる第２導体部および第３導体部とを有しており、前記第１の電流路と前記第２の電流路とは前記Ｘ方向と直交するＹ方向に離れて隣り合っており、前記Ｘ方向と前記Ｙ方向とに直交する方向であるＺ方向に、前記第１の電流路の第２導体部と第３導体部とは離れており、記第１の電流路の第２導体部と第３導体部とは前記Ｙ方向の位置が一致しており、前記第２の電流路の第２導体部と第３導体部とは前記Ｚ方向に離れ、前記Ｙ方向の位置が一致しており、前記第１の磁電変換素子と前記第２の磁電変換素子とは前記第１の電流路の前記第１導体部を挟んで配置され、前記第１および前記第２の磁電変換素子の感度軸の方向が前記Ｙ方向であって、前記第１および前記第２の磁電変換素子の前記Ｙ方向に前記第２の電流路の前記第２導体部が配置され、前記第２の電流路の前記第２導体部の中心線から前記第１の磁電変換素子までの垂線と、前記第２の電流路の前記第２導体部の中心線から前記第２の磁電変換素子までの垂線との方向および長さが等しいことを特徴とする。

この電流センサによれば、第２の電流路の第２導体部を流れる電流が発生する磁界の向きは、第１および第２の磁電変換素子の感度軸に対してほぼ直交する角度とすることができる。そのため、第２の電流路の第２導体部を流れる電流が発生する磁界は、第１および第２の磁電変換素子でほとんど測定されず、ダイナミックレンジの低下を防止できる。なお、第１の電流路および第２の電流路の双方の第２導体部のＺ方向（高さ方向）の位置が一致しており、しかもＺＹ座標上で斜めにできない場合には、第２の電流路の第２導体部を流れる電流が発生する磁界の向きが、第１および第２の磁電変換素子の感度軸に直交しないため、僅かながらも、第１および第２の磁電変換素子で測定される。しかし、僅かな量であるため、ダイナミックレンジの低下も小さくすることができる。

また、第２の電流路の第２導体部を流れる電流が発生する磁界が、第１および第２の磁電変換素子に与える影響は同一となる。よって、第１および第２の磁電変換素子の出力差を用いることで、第２の電流路の第２導体部を流れる電流が発生する磁界の影響を取り除くことができる。しかも、各電流路の第１乃至第３導体部のＹ方向の位置は一致した構成となっている。つまり、Ｚ方向から見ると一直線上に配置される。この為、Ｙ方向（横方向）の大型化を防止できる。

なお、第２の電流路の第１導体部を流れる電流と直交する位置に第１又は第２の磁電変換素子が存在する場合には、第２の電流路の第１導体部を流れる電流が発生する磁界が、第１および第２の磁電変換素子に異なる影響を与える。しかし、Ｘ方向（奥行き方向）に電流路が長く延びている場合には、第２の電流路の第１導体部の位置を第１又は第２の磁電変換素子から充分に離すことで、測定精度の悪化を防止できる。つまり、特許文献１に比較すると、Ｘ方向（奥行き方向）に長くなるものの、Ｙ方向（横方向）の小型化を実現でき、しかもダイナミックレンジの低下を防止できる。尚、ここで言うＸ方向（奥行き方向）とは第２導体部および第３導体部を電流が流れる方向である。同様に、Ｙ方向（横）とは、複数の電流路の並んでいる方向である。Ｚ（高さ方向）方向とは、Ｘ方向とＹ方向に直交する方向である。使用状態において、Ｘ方向（奥行き方向）やＹ方向（横方向）が水平方向でなくとも構わない。同様に、Ｚ方向（高さ方向）が鉛直方向でなくとも構わない。

また、本発明の電流センサにおいて、前記第１導体部と、前記第２導体部とのなす角が直角であり、前記第１導体部と、前記第３導体部とのなす角が直角とすることができる。

また、本発明の電流センサにおいて、前記第１および第２の磁電変換素子は、前記第２の電流路の第１導体部を前記Ｙ方向に拡張した面の法線方向領域外に配置される構成とすることができる。

また、本発明の電流センサにおいて、前記第１の電流路の前記第２導体部と、前記第１の電流路の前記第３導体部と、前記第２の電流路の前記第２導体部と、前記第２の電流路の前記第３導体部とが平行であって、前記各電流路の前記第１導体部と前記第２導体部のなす角が直角以外であり、前記各電流路の前記第１導体部と前記第３導体部のなす角が直角以外である構成とすることができる。

また、本発明の電流センサにおいて、前記第１の電流路の前記第２導体部には、第４導体部と第５導体部とが連なって設けられ、前記第１の電流路の前記第３導体部には、第６導体部と第７導体部とが連なって設けられ、前記第５導体部の延長線上に前記第７導体部が設けられた構成とすることができる。この電流センサでは、電流路の始点と終点が一直線上に配置されるので、前後の機器に組み付けやすくなる。

また、本発明の電流センサにおいて、前記第１の電流路の前記第１導体部は、前記Ｘ方向より前記Ｙ方向が長く、前記第１の電流路の前記第２導体部と前記第３導体部は、前記Ｚ方向より前記Ｙ方向が長い構成とすることができる。この電流センサでは、第１の電流路を流れる電流によって発生する磁界の向きは、第１および第２の磁電変換素子部分で直線状となり、測定精度を高めることができる。

また、本発明の電流センサにおいて、前記第１の磁電変換素子と前記第２の磁電変換素子は、一枚の基板に搭載され、前記基板は、前記第１の磁電変換素子と前記第２の磁電変換素子との間に第１のスリットを有し、前記第１のスリットに前記第１電流路の前記第１導体部が配置される構成とすることができる。この電流センサでは、第１の電流路に第１の磁電変換素子と第２の磁電変換素子を取り付けやすくなる。

また、本発明の電流センサにおいて、前記第２の電流路の前記第１導体部を挟んで第３および第４の磁電変換素子が設けられ、前記基板上に前記第３および第４の磁電変換素子が搭載され、前記第３の磁電変換素子と前記第４の磁電変換素子との間に第２のスリットを有し、前記第２のスリットに前記第２の電流路の前記第１導体部が配置される構成とすることができる。この電流センサでは、複数の電流路に磁電変換素子を取り付けやすくなる。

本発明によれば、地磁気等の外来磁界と、近隣電流路の磁界の双方の影響を減らすと共に、ダイナミックレンジの低下を防止できる。

電流センサの測定原理を示す図である。 電流センサの構成例を示す図である。 磁気センサの構成例を示すブロック図である。 電流センサの第１の構成例を示す図である。 上記電流センサにおける屈曲部の構成例を示す模式図である。 上記屈曲部に生じる磁場を示す模式図である。 電流センサの第２の構成例を示す図である。 電流センサの他の構成例を示す図である。 電流センサの他の構成例を示す図である。 従来の電流センサの平面図である。

図１は、電流センサの測定原理を示す図である。図１は、後述するプリント基板４に対して平面視であり、電流路５ａに対して断面視となっている。図１に示すように、電流センサ１は、一つの側端側から中央に向かって（図１におけるＸ方向）形成され、被測定電流路５ａを挿通させるスリット４１を有するプリント基板４を備える。プリント基板４の表面には、磁電変換素子２ａ，２ｂおよび信号処理回路３が実装されている。磁電変換素子２ａ，２ｂは、紙面上下方向（図１におけるＹ方向）においてスリット４１を挟むようにして、被測定電流路５ａからの距離が略等しくなるように配置されている。

被測定電流路５ａは、銅などの導電性部材を略一定幅および略一定厚みの帯状に形成した平板型導体で構成される。被測定電流路５ａは、その延在方向をプリント基板４の面内方向に対して直交するように、プリント基板４のスリット４１に挿通されている。すなわち、被測定電流路５ａは、表面が上方（図１におけるＹ方向）に向くように配置されると共に、紙面手前−紙面奥方向（図１におけるＺ方向）に延在しており、被測定電流が紙面奥側から紙面手前側に向かって通流するようになっている。

磁電変換素子２ａ，２ｂは、略長方形状を有し、被測定電流路５ａの電流が流れる方向（通流方向）に対して垂直方向（図１におけるＸ方向）に感度軸を有するように形成されている。また、磁電変換素子２ａ，２ｂは、感度軸が互いに反対方向を向くように配置される。磁電変換素子２ａ，２ｂは、磁気検出が可能な素子であれば特に限定されない。磁電変換素子２ａ，２ｂとしては、例えば、ＧＭＲ（Ｇｉａｎｔ Ｍａｇｎｅｔｏ Ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ）素子やＴＭＲ（Ｔｕｎｎｅｌ Ｍａｇｎｅｔｏ Ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ）素子などの磁気抵抗効果素子を用いた磁気センサ、ホール素子を用いた磁気センサなどを適用できる。

図２は、磁電変換素子２ａ，２ｂに加わる磁場を説明する図である。図２において、磁電変換素子２ａ，２ｂ上の矢印は、それぞれの磁電変換素子における感度軸方向を示し、白抜きの矢印は被測定電流路５ａを流れる電流（被測定電流）によって生じる磁場を示し、細線の矢印は外来磁場を示す。

外来磁場Ｂｂ’は、同じ大きさ、同じ方向で磁電変換素子２ａ，２ｂに加わっている。すなわち、外来磁場Ｂｂ’は、磁電変換素子２ａ，２ｂに対して同一ベクトルで加わっている。一方、被測定電流路５ａに流れる電流によって生じる誘導磁界Ｂａは、同じ大きさ、逆方向で磁電変換素子２ａ，２ｂに加わっている。したがって、信号処理回路３で差動演算処理すると、外来磁場Ｂｂ’の影響はキャンセルでき、誘導磁界Ｂａの差分出力が得られる。この誘導磁界Ｂａの差分出力に基づいて、被測定電流路５ａの電流量を算出できる。

図３は、磁電変換素子２ａ，２ｂは、磁電変換素子２ａ，２ｂを含む電流センサ１の構成例を示すブロック図である。図３に示すように、電流センサ１は、磁電変換素子２ａ，２ｂに加え、磁電変換素子２ａ，２ｂの制御を行う制御回路素子３１ａ，３１ｂと、制御回路素子３１ａ，３１ｂからの出力の差分をとってセンサ出力とする信号処理回路３とを有する。

図３に示すように、磁電変換素子２ａ，２ｂは、被測定電流Ｉによって発生する誘導磁界Ｂａを打ち消す方向の磁界を発生可能に配置されたフィードバックコイル１１１ａ，１１１ｂと、磁電変換素子１１２ａ，１１２ｂと、を含んで構成される。

また、制御回路素子３１ａ，３１ｂは、磁電変換素子１１２ａ，１１２ｂの差動出力を増幅し、フィードバックコイル１１１ａ，１１１ｂのフィードバック電流を制御するオペアンプ１３１ａ，１３１ｂと、フィードバック電流を電圧に変換するＩ／Ｖアンプ１３２ａ，１３２ｂとを含んで構成される。

フィードバックコイル１１１ａ，１１１ｂは、磁電変換素子１１２ａ，１１２ｂの近傍に配置されており、被測定電流Ｉにより発生する誘導磁界Ｂａを相殺するキャンセル磁界を発生する。例えば、被測定電流からの誘導磁界により抵抗値が変化するという特性を有する磁気抵抗効果素子を用いて磁電変換素子１１２ａ，１１２ｂを構成することで、高感度の電流センサ１を実現できる。

信号処理回路３は、制御回路素子３１ａ，３１ｂからの出力電圧（すなわち、Ｉ／Ｖアンプ１３２ａ，１３２ｂの出力電圧）の差をとって出力する。信号処理回路３は、例えば、差動アンプで構成される。この差動演算処理によって、地磁気などの外部磁場の影響はキャンセルされ、高精度に電流を測定できる。

なお、電流センサ１は上述した構成に限定されない。例えば、磁電変換素子２ａ，２ｂとしてフィードバックコイル等を用いない磁気比例式のセンサを用いてもよい。また、上述したように磁気抵抗素子以外に、ホール素子などの感磁素子を用いてもよい。

以下、外来磁場Ｂｂ’が、磁電変換素子２ａ，２ｂに対して同一ベクトルで加わり、被測定電流路５ａに流れる電流によって生じる誘導磁界Ｂａが、磁電変換素子２ａ，２ｂに対して異なるベクトルで加わる構成を有する本発明に係る電流センサの構成例について、詳細に説明する。

＜第１の構成例＞
図４Ａは、本発明における電流センサの構成例を示す図である。図４Ａに示すように、電流センサ１０８においては、被測定電流路５ａと近隣電流路５ｂとが図４ＡにおけるＸ方向に互いに平行に延びて設けられており、被測定電流路５ａに被測定電流が通流し、近隣電流路５ｂに近隣電流が通流している。したがって、電流路５ａ，５ｂが延びている方向が電流の通流方向となっている。すなわち、電流路５ａは、電流の通流方向（第１方向）に延びており、電流路５ｂは、電流路５ａが延びる方向を略平行にして隣り合うように配置されている。

被測定電流路５ａの一部には曲げ加工が施されて、屈曲した第１導体部５８ａが形成されている。具体的に、第１導体部５８ａは、電流路の幅（磁電変換素子２ａ，２ｂ搭載面において、電流の流れる向きと直交する方向における電流路の長さ）方向（Ｙ方向）を軸として、例えば、直交する方向に屈曲して形成される。この第１導体部５８ａの表面は、例えば、通流方向に直交する方向を向いている。

したがって、電流路５ａは、第１導体部５８ａの両端からＸ方向にそれぞれ延びる第２導体部５８ｂおよび第３導体部５８ｃが連接して構成されている。また、Ｘ方向とＹ方向とに直交するＺ方向に、第２導体部５８ｂと第３導体部５８ｃは離れており、第２導体部５８ｂと第３導体部５８ｃはＹ方向の位置が一致している。すなわち、被測定電流路５ａにおいては、第２導体部５８ｂおよび第３導体部５８ｃで被測定電流が図４ＡのＸ方向に通流し、第１導体部５８ａで被測定電流が図４ＡのＺ方向に通流するようになっている。

近隣電流路５ｂは、Ｘ方向と直交するＹ方向に離れて隣り合っており、被測定電流路５ａと同様に、近隣電流路５ｂの一部には曲げ加工が施されて、屈曲した第１導体部６０ａが形成されている。この第１導体部６０ａの表面は、例えば、通流方向に直交する方向を向いている。したがって、電流路５ｂは、第１導体部６０ａの両端からＸ方向にそれぞれ延びる第２導体部６０ｂおよび第３導体部６０ｃが連接して構成されている。また、Ｘ方向とＹ方向とに直交するＺ方向に、第２導体部６０ｂと第３導体部６０ｃは離れており、第２導体部６０ｂと第３導体部６０ｃはＹ方向の位置が一致している。すなわち、近隣電流路５ｂにおいても、第２導体部６０ｂおよび第３導体部６０ｃで近隣電流が図４ＡのＸ方向に通流し、第１導体部６０ａで近隣電流が図４ＡのＺ方向に通流するようになっている。

プリント基板４の表面には、磁電変換素子２ａ，２ｂおよび信号処理回路３が実装されている。磁電変換素子２ａ，２ｂは被測定電流路５ａの第１導体部５８ａを挟んで配置され、磁電変換素子２ａ，２ｂの感度軸の方向がＹ方向となっている。また、磁電変換素子２ａ，２ｂのＹ方向に近隣電流路５ｂの第２導体部６０ｂが配置され、近隣電流路５ｂの第２導体部６０ｂの中心線から、磁電変換素子２ａまでの垂線と、磁電変換素子２ｂまでの垂線との方向および長さが等しくなるように配置されている。

具体的に、プリント基板４には、紙面手前−奥方向（図４ＡにおけるＺ方向）に貫通する２つのスリット４１が形成されており、一方のスリット４１内を被測定電流路５ａの第１導体部５８ａが通るように配置されている。したがって、磁電変換素子２ａ，２ｂは、スリット４１を挟むようにして、被測定電流路５ａからの距離が略等しくなるように配置されている。同様に、他方のプリント基板４のスリット４１内を近隣電流路５ｂの第１導体部６０ａが通るように配置されている。したがって、磁電変換素子２１ａ，２１ｂは、スリット４１を挟むようにして、近隣電流路５ｂからの距離が略等しくなるように配置されている。

磁電変換素子２ａ，２ｂは、感度軸が通流方向に対して垂直となり、かつ、感度軸が互いに同じ方向を向くように配置される。なお、図４Ａにおいて、磁電変換素子２ａ，２ｂ上の矢印は、それぞれの磁電変換素子における感度軸方向を示す。ここで、感度軸方向とは、磁電変換素子２ａ，２ｂが最大の感度を得る方向をいう。図４においては、磁電変換素子２ａ，２ｂの感度軸が紙面右方向を向く場合を示しているが、反対方向（紙面左方向）を向くように配置してもよい。また、磁電変換素子２ａ、２ｂが逆方向、例えば磁電変換素子２ａが右方向で、磁電変換素子２ｂが左方向を向くように配置してもよい。また、磁電変換素子としてホール素子を適用する場合には、感度軸は感磁面と直交する方向（例えば、図４におけるＺ方向）となる。なお、第１導体部５８ａ，６０ａは、互いに重ならない位置に形成されている。

また、被測定電流路５ａの第１導体部５８ａは、Ｘ方向よりＹ方向が長くなるように形成され、被測定電流路５ａの第２導体部５８ｂおよび第３導体部５８は、Ｚ方向よりＹ方向が長くなるように形成された構造とすることができる。

このような構成の電流センサ１０８において、被測定電流路５ａおよび近隣電流路５ｂに電流が流れる場合を考える。図４Ｂにおいては、紙面上方向（図４ＡにおけるＸ方向）に向って電流Ｉが流れるとする。被測定電流路５ａの第１導体部５８ａを流れる電流によって生じる誘導磁界Ｂａは、磁電変換素子２ａ近傍と、磁電変換素子２ｂ近傍とでは、向きが反対となる。そのため、磁電変換素子２ａによって検出される誘導磁界Ｂａ１と、磁電変換素子２ｂによって検出される誘導磁界Ｂａ２とは、大きさが同じで、方向が異なる。すなわち、被測定電流路５ａを流れる電流によって生じる磁界は、磁電変換素子２ａおよび磁電変換素子２ｂに対して異なるベクトルで加わる。

一方、被測定電流路５ａ近傍には、近隣電流路５ｂを流れる電流によって磁界Ｂｂが生じている。近隣電流路５ｂのうち磁電変換素子２ａ，２ｂに隣り合う部分は、第１導体部６０ａが形成されていない直線領域である。また、近隣電流路５ｂの中心線から磁電変換素子２ａまでの垂線と、磁電変換素子２ｂまでの垂線との方向および長さが概略等しく、磁電変換素子２ａと磁電変換素子２ｂとを結ぶ線分と、線分に近隣する近隣電流路５ｂの直線部とが概略平行であり、磁電変換素子２ａに近隣する近隣電流路５ｂの断面積と磁電変換素子２ｂとに近隣する近隣電流路５ｂの断面積が概略同一となっている。そのため、磁電変換素子２ａによって検出される磁界Ｂｂ’と、磁電変換素子２ｂによって検出される磁界Ｂｂ’とは、方向が同じで、大きさも同じとなる。すなわち、近隣電流路５ｂを流れる電流によって生じる磁界は、磁電変換素子２ａおよび磁電変換素子２ｂに対して同一ベクトルで加わる。また、地磁気も磁電変換素子２ａおよび磁電変換素子２ｂに対して同一ベクトルで加わる。

そのため、磁電変換素子２ａ，２ｂによって検出された磁界を信号処理回路３によって差動演算処理することにより、同一ベクトル量である外乱磁場（近隣電流路５ｂによる磁場Ｂｂおよび地磁気）の影響はキャンセルされ、異なるベクトル量である被測定電流路５ａによる誘導磁界Ｂａのみが差分出力される。このように出力された誘導磁界Ｂａに基づいて、被測定電流路５ａに流れる電流を精度よく検出できる。

以上のように、電流センサ１０８においては、被測定電流路５ａを挟んで両側に磁電変換素子２ａと２ｂとが配置されることにより、被測定電流路５ａに流れる電流によって生じる誘導磁界Ｂａが、磁電変換素子２ａ，２ｂに対して異なるベクトルで加わり、外乱磁場が、磁電変換素子２ａ，２ｂに対して同一ベクトルで加わる構成としている。この場合には、被測定電流路５ａに生じる誘導磁界が正反対のベクトルとして磁電変換素子２ａ，２ｂに加わる構成とすることができるため、差分出力値が大きくなり、被測定電流の検出精度を高めることが可能となる。また、第２の電流路の第２導体部６０ｂを流れる電流が発生する磁界は、磁電変換素子２ａ，２ｂでほとんど測定されない構成とすることができるため、ダイナミックレンジの低下を防止できる。また、図４に示すように、被測定電流路５ａに屈曲した第１導体を設け、近隣電流路５ｂを配置することにより、電流路の幅方向に小型化することが可能となる。

なお、第１導体部５８ａ，６０ａは、通流方向に対して垂直に設けられていてもよいし、通流方向に対して角度をもって（斜めに）設けられていてもよい。図５は、電流センサ１０８における被測定電流路５ａを側面側からみた模式図である。図５Ａに示す被測定電流路５ａは、第１導体部５８ａが通流方向に対して垂直に設けられている。図５Ｂに示す被測定電流路５ｂは、第１導体部５８ａが通流方向に対して斜めに設けられている。

図６は、図５に示した被測定電流路５ａにおける第１導体部５８ａを流れる電流によって生じる誘導磁界Ｂａを示す模式図である。図６Ａ，Ｂに示す被測定電流路５ａは、それぞれ図５Ａ，Ｂに示した被測定電流路５ａに対応する。図６において、ハッチングで示す部分は、第１導体部５８ａを流れる電流によって生じる誘導磁界Ｂａの影響を受けるエリアである。図５Ａに示す第１導体部５８ａを通流方向に垂直な方向に対して角度をもって（斜めに）設ける（非直交領域を形成する）と（図６Ｂ参照）、近隣電流路５ｂの誘導磁界Ｂａによって影響を受ける範囲が限定される。したがって、第１導体部５８ａを斜めに設け非直交領域を形成すると、磁電変換素子２１ａ，２１ｂが、ほとんど近隣電流路５ｂの誘導磁界Ｂａの影響を受けないようにすることができる。このように、磁電変換素子２１ａ、２１ｂを、第１の電流路５ａの第１導体部５８ａをＹ方向に拡張した面の法線方向の領域外に配置することにより、電流センサ１０８を大型化させずに、測定精度を向上できるという利点がある。

＜第２の構成例＞
図７は、本発明における電流センサの構成例を示す図である。図７に示すように、電流センサ１０９においては、被測定電流路５ａと近隣電流路５ｂとが図７におけるＸ方向に互いに平行に延在しており、被測定電流路５ａに被測定電流が通流し、近隣電流路５ｂに近隣電流が通流している。したがって、電流路５ａ，５ｂが延びる方向が電流の通流方向となっている。すなわち、電流路５ａは、電流の通流方向（第１方向）に延在しており、電流路５ｂは、電流路５ａに延びる方向を略平行にして隣り合うように配置されている。

被測定電流路５ａの一部には曲げ加工が施され、屈曲した複数の導体部が形成されている。具体的に、図７に示す構成においては、電流路５ａが略Ｓ字状に構成されている。屈曲した第１導体部５９ａ、第４導体部５９ｄ、第６導体部５９ｆの表面は、例えば、通流方向に直交する方向を向いている。したがって、電流路５ａは、第１導体部５９ａの両端からＸ方向にそれぞれ延びる第２導体部５９ｂと第３導体部５９ｃが連接して構成されている。さらに、第２導体部５９ｂには、第４導体部５９ｄと第５導体部５９ｅが連接して設けられている。また、第３導体部５９ｃには、第６導体部５９ｆと第７導体部５９ｇが連接して設けられている。第５導体部５９ｅの延長線上に第７導体部５９ｇが配置するように設けられている。

同様に、近隣電流路５ｂの一部には曲げ加工が施され、屈曲した複数の導体部が形成されている。具体的に、図７に示す構成においては、電流路５ｂが略Ｓ字状（クランク形状）に構成されている。屈曲した第１導体部６１ａ、第４導体部６１ｄ、第６導体部６１ｆの表面は、例えば、通流方向に直交する方向を向いている。したがって、電流路５ｂは、第１導体部６１ａの両端からＸ方向にそれぞれ延びる第２導体部６１ｂと第３導体部６１ｃが連接して構成されている。さらに第２導体部６１ｂには、第４導体部６１ｄと第５導体部６１ｅが連接して設けられている。また、第３導体部６１ｃには、第６導体部６１ｆと第７導体部６１ｇが連接して設けられている。第５導体部６１ｅの延長線上には第７導体部６１ｇが配置するように設けられている。

プリント基板４の表面には、磁電変換素子２ａ，２ｂおよび信号処理回路３が実装されている。磁電変換素子２ａ，２ｂは被測定電流路５ａの第１導体部５９ａを挟んで配置される。また、磁場変換素子２ａは第１導体部５９ａと第４導体部５９ｄに挟まれて配置され、磁場変換素子２ａは第１導体部５９ａと第６導体部５９ｆに挟まれて配置される。なお、磁電変換素子２ａ，２ｂの感度軸の方向がＹ方向となっている。

また、磁電変換素子２ａ，２ｂのＹ方向に近隣電流路５ｂの第７導体部６１ｇが配置され、近隣電流路５ｂの第７導体部６１ｇの中心線から、磁電変換素子２ａまでの垂線と、磁電変換素子２ｂまでの垂線との方向および長さが等しくなるように配置されている。

具体的には、プリント基板４には、紙面手前−奥方向方向（図７におけるＺ方向）に貫通するスリット４１が形成されており、そのスリット４１内を被測定電流路５ａの第１導体部５９ａが通るように配置されている。したがって、磁電変換素子２ａ，２ｂは、スリット４１を挟むようにして配置されている。同様に、プリント基板４のスリット４１内を近隣電流路５ｂの第１導体部６１ａが通るように配置されている。したがって、磁電変換素子２１ａ，２１ｂは、スリット４１を挟むようにして、近隣電流路５ｂからの距離が略等しくなるように配置されている。

磁電変換素子２ａ，２ｂは、感度軸が通流方向に対して垂直となり、かつ、感度軸が互いに同じ方向を向くように配置される。なお、図７において、磁電変換素子２ａ，２ｂ上の矢印は、それぞれの磁電変換素子における感度軸方向を示す。なお、第１導体部５９ａ，６１ａは、互いに重ならない位置に形成されている（図７におけるＸ方向において第１導体部が互いに異なる位置にある）。

このような構成の電流センサ１０９において、被測定電流路５ａおよび近隣電流路５ｂに電流が流れる場合を考える。図７においては、紙面上方向（図７におけるＸ方向）に向って電流Ｉが流れるとする。被測定電流路５ａの第１導体部５９ａのうちスリット４１に挿入された部分を流れる電流によって生じる誘導磁界Ｂａ（第４導体部５９ｄ、第６導体部５９ｆを流れる電流によって生じる誘導磁界）は、磁電変換素子２ａ近傍と、磁電変換素子２ｂ近傍とでは、向きが反対となる。そのため、磁電変換素子２ａによって検出される誘導磁界Ｂａ１と、磁電変換素子２ｂによって検出される誘導磁界Ｂａ２とは、大きさが同じで、方向が異なる。すなわち、被測定電流路５ａを流れる電流によって生じる磁場は、磁電変換素子２ａおよび磁電変換素子２ｂに対して異なるベクトルで加わる。

一方、被測定電流路５ａ近傍には、近隣電流路５ｂを流れる電流によって磁界Ｂｂが生じている。近隣電流路５ｂのうち磁電変換素子２ａ，２ｂに隣り合う部分は、第１導体部５９ｂが形成されていない直線領域である。そのため、磁電変換素子２ａによって検出される磁界Ｂｂ’と、磁電変換素子２ｂによって検出される磁界Ｂｂ’とは、方向が同じで、大きさも同じとなる。すなわち、近隣電流路５ｂを流れる電流によって生じる磁界は、磁電変換素子２ａおよび磁電変換素子２ｂに対して同一ベクトルで加わる。また、地磁気も磁電変換素子２ａおよび磁電変換素子２ｂに対して同一ベクトルで加わる。

そのため、磁電変換素子２ａ，２ｂによって検出された磁界を信号処理回路３によって差動演算処理することにより、同一ベクトル量である外乱磁場（近隣電流路５ｂによる磁場Ｂｂおよび地磁気）の影響はキャンセルされ、異なるベクトル量である被測定電流路５ａによる誘導磁界Ｂａのみが差分出力される。このように出力された誘導磁界Ｂａに基づいて、被測定電流路５ａに流れる電流を精度よく検出できる。

以上のように、電流センサ１０９においては、被測定電流路５ａを挟んで両側に磁電変換素子２ａと２ｂとが配置されることにより、被測定電流路５ａに流れる電流によって生じる誘導磁界Ｂａが、磁電変換素子２ａ，２ｂに対して異なるベクトルで加わり、外乱磁場が、磁電変換素子２ａ，２ｂに対して同一ベクトルで加わる構成としている。この場合には、被測定電流路５ａに生じる磁界が正反対のベクトルとして磁電変換素子２ａ，２ｂに加わる構成とすることができるため、差分出力値が大きくなり、被測定電流の検出精度を高めることが可能となる。また、第２の電流路５ｂの第７導体部６１ｇを流れる電流が発生する磁界は、磁電変換素子２ａ，２ｂでほとんど測定されない構成とすることができるため、ダイナミックレンジの低下を防止できる。

なお、第１導体部５９ａ，６１ａは、通流方向に対して垂直に設けられていてもよいし、通流方向に対して角度をもって（斜めに）設けられていてもよい。上記第１の構成例と同様に、第１導体部５９ａを通流方向に対して斜めに設けると、垂直に設けた場合より、近隣電流路５ｂが誘導磁界Ｂａによって影響を受ける範囲を縮小できる。

＜他の構成例＞
なお、本実施の形態に係る電流センサは、上記第１、２の構成例で示した構成に限定されない。例えば、図８、図９に示す構成とすることもできる。

図８は、上記図４ｂに示した構成において、被測定電流路５ａと近隣電流路５ｂの高さ方向（Ｚ方向）の位置をずらして配置した場合を示している。図８の構成では、被測定電流路５ａの誘導磁界と、近隣電流路５ｂの誘導磁界を直交させることができるため、磁電変換素子２ａ、２ｂにおいて、近隣電流路５ｂの誘導磁界の影響を排除することができる。

図９は、被測定電流路５ａおよび近隣電流路５ｂを折り返し形状（Ｕ字型）とした構成を示している。このように、本実施の形態の電流センサは、電流路の形状を適宜変更することができる。

以上説明したように、電流センサの各構成例によれば、被測定電流路５ａと近隣電流路５ｂとが通流方向に対して平行に並んで設けられた場合に、近隣電流路５ｂに流れる電流によって生じる磁場Ｂｂは被測定電流路５ａに設けられた磁電変換素子２ａ，２ｂに対して同一ベクトルで加わり、被測定電流路５ａに流れる電流によって生じる磁場Ｂａは磁電変換素子２ａ，２ｂに異なるベクトルで加わる構成となるため、磁電変換素子２ａ，２ｂの位置精度や取り付け精度を要求することなく、近隣電流路５ｂの磁場Ｂｂの影響による被測定電流の測定精度の低下を防止できる。

なお、本発明は上記実施の形態に限定されず、さまざまに変更して実施可能である。上記実施の形態において、添付図面に図示されている大きさや形状などについては、これに限定されず、本発明の効果を発揮する範囲内で適宜変更が可能である。その他、本発明の目的の範囲を逸脱しない限りにおいて適宜変更して実施可能である。

本発明の電流センサは、例えば、電気自動車やハイブリッドカーのモータ駆動用の電流の大きさを検知するために用いることが可能である。

本出願は、２０１１年７月４日出願の特願２０１１−１４８１５２に基づく。この内容は、全てここに含めておく。

Claims (8)

1. 被測定電流路となる第１の電流路と、前記被測定電流路の近隣に設けられた第２の電流路と、前記第１の電流路を挟んで配置される第１および第２の磁電変換素子と、を備え、
   前記第１の電流路および前記第２の電流路は、第１導体部と、前記第１導体部の両端からＸ方向に延びる第２導体部および第３導体部とを有しており、
   前記第１の電流路と前記第２の電流路とは前記Ｘ方向と直交するＹ方向に離れて隣り合っており、
   前記Ｘ方向と前記Ｙ方向とに直交する方向であるＺ方向に、前記第１の電流路の第２導体部と第３導体部とは離れており、記第１の電流路の第２導体部と第３導体部とは前記Ｙ方向の位置が一致しており、
   前記第２の電流路の第２導体部と第３導体部とは前記Ｚ方向に離れ、前記Ｙ方向の位置が一致しており、
   前記第１の磁電変換素子と前記第２の磁電変換素子とは前記第１の電流路の前記第１導体部を挟んで配置され、
   前記第１および前記第２の磁電変換素子の感度軸の方向が前記Ｙ方向であって、
   前記第１および前記第２の磁電変換素子の前記Ｙ方向に前記第２の電流路の前記第２導体部が配置され、
   前記第２の電流路の前記第２導体部の中心線から前記第１の磁電変換素子までの垂線と、前記第２の電流路の前記第２導体部の中心線から前記第２の磁電変換素子までの垂線との方向および長さが等しいことを特徴とする電流センサ。
2. 前記第１導体部と、前記第２導体部とのなす角が直角であり、
   前記第１導体部と、前記第３導体部とのなす角が直角であることを特徴とする請求項１記載の電流センサ。
3. 前記第１および第２の磁電変換素子は、前記第２の電流路の第１導体部を前記Ｙ方向に拡張した面の法線方向領域外に配置されることを特徴とする請求項１記載の電流センサ。
4. 前記第１の電流路の前記第２導体部と、前記第１の電流路の前記第３導体部と、前記第２の電流路の前記第２導体部と、前記第２の電流路の前記第３導体部とが平行であって、
   前記各電流路の前記第１導体部と前記第２導体部のなす角が直角以外であり、
   前記各電流路の前記第１導体部と前記第３導体部のなす角が直角以外であることを特徴とする請求項３記載の電流センサ。
5. 前記第１の電流路の前記第２導体部には、第４導体部と第５導体部とが連なって設けられ、前記第１の電流路の前記第３導体部には、第６導体部と第７導体部とが連なって設けられ、
   前記第５導体部の延長線上に前記第７導体部が設けられたことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載の電流センサ。
6. 前記第１の電流路の前記第１導体部は、前記Ｘ方向より前記Ｙ方向が長く、
   前記第１の電流路の前記第２導体部と前記第３導体部は、前記Ｚ方向より前記Ｙ方向が長いことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載の電流センサ。
7. 前記第１の磁電変換素子と前記第２の磁電変換素子は、一枚の基板に搭載され、前記基板は、前記第１の磁電変換素子と前記第２の磁電変換素子との間に第１のスリットを有し、前記第１のスリットに前記第１電流路の前記第１導体部が配置されることを特徴とする請求項６に記載の電流センサ。
8. 前記第２の電流路の前記第１導体部を挟んで第３および第４の磁電変換素子が設けられ、
   前記基板上に前記第３および第４の磁電変換素子が搭載され、
   前記第３の磁電変換素子と前記第４の磁電変換素子との間に第２のスリットを有し、前記第２のスリットに前記第２の電流路の前記第１導体部が配置されることを特徴とする請求項７に記載の電流センサ。
   

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