(57)【要約】【課題】低コストで外部磁気の検出を抑制した信頼性の高い電流センサを提供すること。【解決手段】計測対象となる電流が相互に逆方向に流れるよう同一配線の一部が平行に配設された平行配設部を有する被電流計測配線と、上記平行配設部に位置する平行な配線間に配置され、当該平行な配線によって形成される平面に対して垂直方向の磁界を検出する磁気検出手段と、上記磁気検出手段にて検出した磁界に基づいて、上記被電流計測配線に流れた電流を検出する電流検出手段と、上記平行配設部に位置する平行な配線に電流が流れることによって当該配線周りに生じる磁界を増強するよう上記平行配設部を囲う磁性体コアと、を備える。そして、上記磁性体コアは、上記平行な配線によって形成される平面を挟んで相互に対向する内面が平行かつ平坦な一対の板面部を有し、上記磁性体コアの上記一対の板面部の間に、上記磁気検出手段を配置している。【選択図】図８
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
計測対象となる電流が相互に逆方向に流れるよう同一配線の一部が平行に配設された平行配設部を有する被電流計測配線と、
前記平行配設部に位置する平行な配線間に配置され、当該平行な配線によって形成される平面に対して垂直方向の磁界を検出する磁気検出手段と、
前記磁気検出手段にて検出した磁界に基づいて、前記被電流計測配線に流れた電流を検出する電流検出手段と、
前記平行配設部に位置する平行な配線に電流が流れることによって当該配線周りに生じる磁界を増強するよう前記平行配設部を囲う磁性体コアと、を備え、
前記磁性体コアは、前記平行な配線によって形成される平面を挟んで相互に対向する一対の壁部を有しており、前記一対の壁部のうち前記平行な配線間に位置する箇所の相互間の距離が、他の箇所と等しい、あるいは、他の箇所よりも開いて形成されており、
前記磁性体コアの前記一対の壁部の間に、前記磁気検出手段を配置した、
電流センサ。
【請求項２】
請求項１に記載の電流センサであって、
前記磁性体コアは、前記一対の壁部のうち前記平行な配線間の中央箇所に位置する相互間の距離が、他の箇所に対して等しい、あるいは、他の箇所よりも開いて形成されている、
電流センサ。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の電流センサであって、
前記磁性体コアは、前記一対の壁部の各内面が、前記平行な配線によって形成される平面に対して平行かつ平坦に形成されている、
電流センサ。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれか一項に記載の電流センサであって、
前記電流検出手段は、前記磁性体コア内に配置され、電流が流れることにより前記平行配設部に位置する平行な配線によって形成された平面に対して垂直方向の磁界を発生するコイルと、このコイルに流す電流を制御するコイル制御手段と、を備え、
前記コイル制御手段は、前記磁気検出手段にて検出した磁界を打ち消すよう当該磁界とは逆方向の他の磁界を前記コイルから発生されるよう当該コイルに流れる電流を制御すると共に、当該コイルに流れる電流に基づいて前記被電流計測配線に流れた電流を検出する、
電流センサ。
【請求項５】
請求項４に記載の電流センサであって、
前記磁気検出手段が有する磁界を検出する素子が形成された面を、前記コイルの内部中央に配置した、
電流センサ。
【請求項６】
請求項４又は５に記載の電流センサであって、
前記被電流計測配線と、前記磁気検出手段及び前記コイルとを、同一の基板の表裏面にそれぞれ搭載して絶縁した、
電流センサ。
【請求項７】
請求項１乃至６のいずれか一項に記載の電流センサであって、
前記磁性体コアは、環状に形成されており、
前記被電流計測配線と前記磁気検出手段とを搭載する基板に、前記磁性体コアの前記一対の壁部を相互に連結する他の一対の壁部がそれぞれ挿入可能な各切り欠き部を設けた、
電流センサ。
【請求項８】
請求項１乃至７のいずれか一項に記載の電流センサであって、
前記磁性体コアの一対の壁部の少なくとも一方の壁部の幅を、当該一対の壁部間を連結する他の壁部の幅よりも広く形成した、
電流センサ。
【請求項９】
請求項１乃至８のいずれか一項に記載の電流センサであって、
前記磁性体コア内に、前記平行配設部に位置する平行な配線によって形成される平面に対して垂直方向に開口し、当該平面と平行な方向の外部磁界を遮蔽するシールドを備えた、
電流センサ。
【請求項１０】
請求項１乃至９のいずれか一項に記載の電流センサであって、
前記磁気検出手段は、入力される磁界の向きに応じて出力する抵抗値が変化する複数の磁気抵抗効果素子が接続され、所定の接続点間の差動電圧を検出可能なよう構成されたブリッジ回路を有すると共に、前記磁気抵抗効果素子は、当該磁気抵抗効果素子の磁化固定方向が全て同一方向を向いて配置されており、前記ブリッジ回路の周囲に、前記磁気抵抗効果素子に入力される磁界の向きを変化させる磁性体を配置して備え、
前記電流検出手段は、前記ブリッジ回路から検出した作動電圧に基づいて前記被電流計測配線に流れる電流を検出する、
電流センサ。
【請求項１１】
請求項１０に記載の電流センサであって、
前記ブリッジ回路は、４つの前記磁気抵抗効果素子を備えると共に、当該ブリッジ回路にて相互に隣り合って接続されていない対となる２つの前記磁気抵抗効果素子をほぼ同一箇所に形成した素子形成部を、当該磁気抵抗効果素子の各対に対応して２箇所に形成し、当該２箇所の素子形成部の間に前記磁性体を配置した、
電流センサ。
【請求項１２】
請求項１１に記載の電流センサであって、
前記磁性体を、前記磁気抵抗効果素子が形成されている面上に載置して設けた、
電流センサ。
【請求項１３】
請求項１０乃至１２のいずれか一項に記載の電流センサであって、
前記磁性体は、軟磁性体である、
電流センサ。
【請求項１４】
請求項１０乃至１３のいずれか一項に記載の電流センサであって、
前記磁気抵抗効果素子と前記磁性体とは、前記磁気抵抗効果素子の磁化固定方向に沿って同一直線上に配置されている、
電流センサ。
【請求項１５】
請求項１乃至１４のいずれか一項に記載の前記電流センサを備えた、ことを特徴とする被電流計測機器。
【請求項１６】
計測対象となる電流が相互に逆方向に流れるよう同一配線の一部が平行に配設された平行配設部を有する被電流計測配線に対して、前記平行配設部に位置する平行な配線間に、当該平行な配線によって形成される平面に対して垂直方向の磁界を検出する磁気検出手段を配置し、
前記磁気検出手段を、当該磁気検出手段にて検出した磁界に基づいて前記被電流計測配線に流れた電流を検出する電流検出手段に接続し、
前記平行配設部に位置する平行な配線に電流が流れることによって当該配線周りに生じる磁界を増強するよう前記平行配設部を囲うと共に、前記平行な配線によって形成される平面を挟んで相互に対向する一対の壁部を有し、当該一対の壁部のうち前記平行な配線間に位置する箇所の相互間の距離が、他の箇所と等しい、あるいは、他の箇所よりも開いて形成されている磁性体コアを装備し、
前記磁性体コアを装備する際に、当該磁性体コアの前記一対の壁部の間に、前記磁気検出手段を配置する、
電流センサの製造方法。
【請求項１７】
請求項１６に記載の電流センサの製造方法であって、
前記磁性体コアを装備する前に、電流が流れることにより前記平行配設部に位置する平行な配線によって形成された平面に対して垂直方向の磁界を発生するコイルを配置し、
前記磁気検出手段にて検出した磁界を打ち消すよう当該磁界とは逆方向の他の磁界を前記コイルから発生されるよう当該コイルに流れる電流を制御すると共に、当該コイルに流れる電流に基づいて前記被電流計測配線に流れた電流を検出するコイル制御手段に、前記コイルを接続し、
前記磁性体コア内に前記コイルが配置されるよう当該磁性体コアを装備する、
電流センサの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電流センサにかかり、特に、磁気センサを用いた電流センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、電子機器の普及に伴い、電流を検出する電流センサの需要が高まっている。特に、計測対象となる機器が小型化されるにつれて、電流センサ自体の小型化も必須であり、構造の簡素化による低コスト化も要求されている。また、もちろん電流検出の高精度化、高感度化も要求されている。
【０００３】
そして、電流センサの一例が、特許文献１に開示されている。この特許文献１に開示の磁気センサの構成の概略を図１（Ａ）に示す。この図に示すように、磁気センサは、プリント配線基板１０１上にパターニングされた被計測電流パターン１０３を、凸部１０２ａを備えた磁性体コア１０２で覆い、当該凸部１０２ａに対局したプリント配線基板１０１部位に、磁気センサ１０４を配置することで、被測定電流に比例した出力電気信号を得る、というものである。
【０００４】
具体的には、被計測電流パターン１０３に電流が流れると、かかる電流により磁界が発生し、かかる磁界が磁性体コア１０２によって増強される。すると、磁性体コア１０２の対局する凸部１０２ａ間、つまり、磁気センサ１０４を配置したギャップ間に、強い磁界が発生するため、この磁界を検出することで、電流を検出することができる。そして、特に、磁性体コア１０２の左右側面に凹型の溝加工を施すことで、当該磁性体コア１０２を分割することなく装着できるよう構成されている。また、上記磁性体コア１０２で磁気センサ１０４を覆っているため、外部磁気ノイズを遮蔽することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００８−２０４０３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上述した電流センサの磁性体コア１０２では、外部磁気ノイズまで検出してしまう、という問題が生じる。具体的に、図１（Ｂ）に、特許文献１に開示の磁性体コア１０２を示すが、図の縦方向つまり実践矢印方向に外部磁界が発生すると、凸部１０２ａが形成されている箇所では、点線矢印に示すように、外部磁界が増強されて凸部１０２ａ間を通過しうる。すると、高感度な磁気センサであればあるほど、被計測電流パターン１０３に電流が流れていない状態であっても外部磁気ノイズを検出することがあり、電流検出精度が低下する、という問題が生じる。さらに、上述した磁性体コア１０２は、内面に凸部１０２ａがあるため形状が複雑であり、部品コストが増大する、という問題が生じる。
【０００７】
このため、本発明の目的は、上述した課題である、低コストで外部磁気ノイズの誤検出を抑制した信頼性の高い電流センサを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
かかる目的を達成するため本発明の一形態である電流センサは、
計測対象となる電流が相互に逆方向に流れるよう同一配線の一部が平行に配設された平行配設部を有する被電流計測配線と、
上記平行配設部に位置する平行な配線間に配置され、当該平行な配線によって形成される平面に対して垂直方向の磁界を検出する磁気検出手段と、
上記磁気検出手段にて検出した磁界に基づいて、上記被電流計測配線に流れた電流を検出する電流検出手段と、
上記平行配設部に位置する平行な配線に電流が流れることによって当該配線周りに生じる磁界を増強するよう上記平行配設部を囲う磁性体コアと、を備える。
そして、上記磁性体コアは、上記平行な配線によって形成される平面を挟んで相互に対向する一対の壁部を有しており、上記一対の壁部のうち上記平行な配線間に位置する箇所の相互間の距離が、他の箇所と等しい、あるいは、他の箇所よりも開いて形成されている。さらに、上記磁性体コアの上記一対の壁部の間に、上記磁気検出手段を配置している、という構成を採る。
【０００９】
また、本発明の他の形態である電流センサの製造方法は、
計測対象となる電流が相互に逆方向に流れるよう同一配線の一部が平行に配設された平行配設部を有する被電流計測配線に対して、上記平行配設部に位置する平行な配線間に、当該平行な配線によって形成される平面に対して垂直方向の磁界を検出する磁気検出手段を配置し、
上記磁気検出手段を、当該磁気検出手段にて検出した磁界に基づいて上記被電流計測配線に流れた電流を検出する電流検出手段に接続し、
上記平行配設部に位置する平行な配線に電流が流れることによって当該配線周りに生じる磁界を増強するよう上記平行配設部を囲うと共に、上記平行な配線によって形成される平面を挟んで相互に対向する一対の壁部を有し、当該一対の壁部のうち上記平行な配線間に位置する箇所の相互間の距離が、他の箇所と等しい、あるいは、他の箇所よりも開いて形成されている磁性体コアを装備する。そして、上記磁性体コアを装備する際に、当該磁性体コアの上記一対の壁部の間に、上記磁気検出手段を配置する、という構成を採る。
【発明の効果】
【００１０】
本発明は、以上のように構成されることにより、低コスト化、及び、外部磁気ノイズの検出を抑制した高精度な電流センサを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明に関連する電流センサの構成を示す図である。
【図２】実施形態１における電流センサの構成及び組み付けの様子を示す図である。
【図３】実施形態１における電流センサの構成及び組み付けの様子を示す図である。
【図４】実施形態１における電流センサの構成及び組み付けの様子を示す図である。
【図５】実施形態１における電流センサの構成及び組み付けの様子を示す図である。
【図６】実施形態１における電流センサの構成及び組み付けの様子を示す図である。
【図７】実施形態１における電流センサの構成及び組み付けの様子を示す図である。
【図８】実施形態１における電流センサの構成の概略を示す図である。
【図９】図５及び図８に開示した磁性体コアの機能を説明する図である。
【図１０】図５及び図８に開示した磁性体コアの機能を説明する図である。
【図１１】図５及び図８に開示した性体コアの機能を説明する図である。
【図１２】図１に開示した磁気センサの構成を示す図である。
【図１３】図１２に開示した磁気センサを上方から見た図である。
【図１４】図１２に開示したＧＭＲチップの一部の拡大図である。
【図１５】図１２に開示したＧＭＲチップに形成されているＧＭＲ素子にて構成されたブリッジ回路を示す図である。
【図１６】ＧＭＲ素子の特性を説明する図である。
【図１７】ＧＭＲチップに対する磁界の様子を示す図である。
【図１８】実施形態１における磁気センサに対する磁界の様子を示す図である。
【図１９】実施形態２における磁性体コアの構成を及び機能を説明する図である。
【図２０】実施形態２における磁性体コアの内部に発生する磁界の様子を示す図である。
【図２１】実施形態３における磁性体コアの構成を示す図である。
【図２２】実施形態４におけるシールドの構成を示す図である。
【図２３】実施形態５におけるケースの構成を示す図である。
【図２４】実施形態６におけるＧＭＲセンサの構成を示す図である。
【図２５】実施形態６におけるＧＭＲセンサに対する磁界の様子を示す図である。
【図２６】実施形態６におけるＧＭＲセンサの他の構成を示す図である。
【図２７】実施形態６における他の構成のＧＭＲセンサに対する磁界の様子を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
＜実施形態１＞
本発明の第１の実施形態を、図２乃至図１８を参照して説明する。図２乃至図７は、電流センサの構成及び組み付けの様子を示す図である。図８は、電流センサの構成の概要を示す図である。図９乃至図１１は、電流センサに対して発生する磁界の様子を示す図である。図１２乃至図１８は、電流センサを構成する磁気センサの詳細な構成及び動作を説明する図である。
【００１３】
まず、図２乃至図７を参照して、電流センサの構成及び組み付け手順を説明する。図２は、電流センサを構成するベースとなる基板１の表面を示しており、図３（Ａ）は、その裏面を示している。図２及び図３（Ａ）に示すように、基板１は略長方形状の薄板部材である。そして、基板１の裏面には、図３に示すように、当該基板１の面に沿ってＵ字状（コ字状）の電流バー２が搭載されている。
【００１４】
上記電流バー２（被電流計測配線）は、電流が流れる配線として機能し、両端に端子を形成しており、計測対象となる機器（被電流計測機器）に形成された端子に接続することが可能である。そして、電流バー２を機器の端子に接続すると、一端から他端に向かって電流が流れるため、本発明である電流センサは、この機器から流れる電流を計測対象として、その値を計測するよう機能する。なお、本発明の電流センサは、計測対象となる機器に組み込まれて常時装備された状態であってもよく、必要なときに機器に装着されるものであってもよい。
【００１５】
そして、上記電流バー２は、具体的にはＵ字状（コ字状）に形成されている。このため、それぞれ端部が位置する２本の直線部２１，２２は相互に平行であり、平行配設部を形成している。そして、電流バー２は、同一配線を構成しているため、上記平行な直線部２１，２２には相互に逆方向に電流が流れることとなる。
【００１６】
ここで、上記電流バー２は、基板１の裏面に接して搭載されているため、当該電流バー２自体つまり２本の直線部２１，２２によって定まる平面は、基板１と平行の位置関係にある。このため、上述したように、平行な各直線部２１，２２に相互に逆方向の電流が流れると、当該各直線部２１，２２を取り巻くよう磁界が発生し、この磁界は、各直線部２１，２２間の中央部分では、基板１に対してほぼ垂直となる。
【００１７】
なお、電流バー２は、基板１上に一体的に形成されたトレース配線で構成されるなど、必ずしも上述した部材であることに限定されない。また、電流バー２は、必ずしもＵ字状であることに限定されず、同一配線の一部が相互に逆方向に流れる平行に配設された部分であってもよい。
【００１８】
また、電流バー２を形成する直線部２１，２２に流れる電流を制御するために、電流バー２の端子の一端と電流バー２の端子の他端に隣接する場所に、図３（Ｂ）に示すように、当該電流バー２の端子の一端と電流バー２の端子の他端とを連結する連結配線部２３を形成してもよい。このような構成とすることで、電流バー２の端子間に流れる電流が大きい場合には、電流バー２の直線部２１，２２に流れる電流を低下させることが可能となるので、直流大電流を測定する場合には望ましい。なお、製造コストを低減すべく、上記連結配線部２３と電流バー２とは、一体に形成されると望ましい。
【００１９】
また、上記基板１には、電流バー２の外側、具体的に、各直線部２１，２２に隣接して、当該直線部２１，２２と平行に延びる所定の幅の切り込みである切り欠き部１１，１２が形成されている。この切り欠き部１１，１２は、一定の幅で基板１内部にまで切り込まれて形成されており、後述する磁性体コア５を装着すべく当該磁性体コア５の壁部５３，５４が挿入されることとなる。
【００２０】
そして、上記基板１の表面には、上記電流バー２の空間部に対応する箇所、特に、平行な各直線部２１，２２間の中央に位置する箇所に、磁気センサ３（磁気検出手段）が搭載される。この磁気センサ３は、基板１に対して垂直方向の磁界を検出可能である。従って、上記電流バー２に電流が流れることにより生じる磁界は、２本の直線部２１，２２の間では基板１に対して垂直方向となるため、かかる磁界を検出することができる。そして、磁気センサ３からの出力を検出する回路が制御器１０（図８参照）として基板１上に搭載されており、当該基板１上に搭載された磁気センサ３は、制御器１０に接続される。なお、制御器１０については後述する。
【００２１】
なお、本実施形態では、磁気センサ３の一例として、後述するようにＧＭＲ（Giant Magneto Resistive effect）素子（磁気抵抗効果素子）を用いているが、ホール素子やＴＭＲ（Tunnel Magneto-Resistance）素子でもよく、基板１に対して垂直方向に発生した磁界を検出可能であればいかなる磁気センサであってもよい。磁気センサ３の構成の詳細については、後述する。
【００２２】
また、図４に示すように、基板１の表面には、略円筒形状のコイル４が搭載される。具体的に、コイル４は略円筒形状のボビンの外周に巻かれて構成されている。なお、コイル４は、ボビンがなくてもよく、空芯コイルであってもよい。そして、コイル４は、内部の中心に上記磁気センサ３が位置するよう基板１上に搭載される。また、コイル４の高さは、当該コイル４の高さ方向の中央に、後述する磁気センサ３の磁界を検出する素子が形成された素子面が位置するよう形成されている。なお、基板１の表裏にそれぞれ配置されたコイル４と電流バー２にはそれぞれ電流が流れるため、基板１のうち、少なくともコイル４及び磁気センサ３と電流バー２とが搭載される箇所は、その表裏面が相互に絶縁されている。
【００２３】
そして、上記コイル４に電流を流すことで、当該コイル４の内部及び周囲に磁界を発生させることができる。特に、コイル４の中空の中心部分には、基板１に対して垂直方向の磁界を発生させることができる。このため、コイル４に流れる電流の方向、及び、強さを制御することで、上述した電流バー２に電流が流れることで発生する基板１に対して垂直方向の磁界と反対方向の磁界をコイル４にて発生させ、電流バー２によって発生した磁界を打ち消すことができる。
【００２４】
そして、上述したように、コイル４に流す電流を制御する回路が、制御器１０（図８参照）として基板１上に搭載されており、当該基板１上に搭載されたコイル４は、制御器１０に接続される。この制御器１０は、上述した磁気センサ３からの出力を検出して、その出力に応じてコイル４に電流を流すよう制御する機能を有する。具体的に、制御器１０は、磁気センサ３にて検出する磁界の値が「０」になるよう、電流バー２によって生じる磁界をコイル４にて発生させる磁界で打ち消すべく、当該コイル４に流す電流の値を制御する。なお、具体的な制御器１０の動作については後述する。
【００２５】
また、制御器１０は、磁気センサ３にて検出する磁界の値が「０」となるよう、コイル４に流した電流に基づいて所定の演算を施した値を、電流バー２に流れた電流値として検出して、外部に出力する機能を有する。つまり、制御器１０は、コイル４に流した電流に基づいて電流バー２に流れた電流を検出する機能を有する。なお、この機能を換言すると、制御器１０は、磁気センサ３が検出した磁界の値に応じてコイル４に流す電流値を制御して電流バー２に流れた電流を検出しているため、磁気センサ３にて検出した磁界に基づいて電流バー２に流れた電流を検出している、とも言える。
【００２６】
なお、本実施形態では、コイル４に流れた電流値に基づいて、電流バー２に流れた電流値を検出しているため、コイル４と制御器１０が電流検出手段として機能している。但し、制御器１０は、磁気センサ３にて検出した磁界の値から、所定の演算を施して電流バー２に流れた電流値を検出してもよい。かかる場合には、制御器１０にはコイルを制御する機能（コイル制御手段）は装備されていないが、制御器１０のみが電流検出手段として機能する。
【００２７】
また、図５に示すように、基板１には、環状であり、端面が矩形（長方形）に形成された磁性体コア５が装備される。換言すると、磁性体コア５は、一定の幅の帯状体が、端面が長方形となるよう環状に形成されており、帯状体の幅方向が高さ方向（長さ方向）に位置する筒状に形成されている。なお、磁性体コア５は、例えば、軟磁性体で形成されている。
【００２８】
そして、図５に示すように、磁性体コア５を構成する相互に対向する一対の壁部、ここでは短い方の辺を構成する一対の壁部（図８で符号５３，５４に示す壁部）を、上記基板１に対して垂直に位置した状態で、当該基板１に形成された各切り欠き１１，１２にそれぞれ挿入することで、当該磁性体コア５を基板１に装備する。換言すると、ここでは長い方の辺を構成する長辺側の一対の壁部（図８で符号５１，５２に示す壁部）を相互に連結する短辺側の壁部（他の一対の壁部）を、磁性体コア５の端面側から各切り欠き１１，１２に挿入する。すると、磁性体コア５を構成する長辺側の一対の壁部（図８で符号５１，５２に示す壁部）が、基板１と平行に位置する。換言すると、長辺側の一対の壁部５１，５２は、電流バー２によって形成される平面と平行に位置する。さらに、長辺側の一対の壁部５１，５２は、その内面が平坦に形成されている。また、同様に、短辺側の一対の壁部５３，５４も、その内面が平坦に形成されている。
【００２９】
なお、磁性体コア５の基板１と垂直な短辺側の一対の壁部５３，５４は、当該各壁部５３，５４よりもそれぞれ外側に位置する曲率が概ね同一な一対の曲線壁部にて形成されていてもよい。また、各壁部が連結する箇所、つまり、各壁部が相互に直交している箇所が直交せずに相互に滑らかに連結され、曲線状つまり所定の半径の円弧状に連結して形成されていてもよい。上記構造とすることで、後述するような局所的な磁界発生を低減できる可能性がある。
【００３０】
ここで、図８に、電流センサの構成の概略を示すが、上述したように磁性体コア５は、基板１に装備された電流バー２と、磁気センサ３と、コイル４と、を取り囲むよう配置される。これにより、電流バー２と磁気センサ３とコイル４は、磁性体コア５の長辺側の一対の壁部５１，５２の間に挟まれて配置された状態となる。
【００３１】
次に、図９乃至図１１を参照して、上述した磁性体コア５の機能について説明する。まず、電流バー２に電流が流れると、当該電流バー２の周りに磁界が発生する。ここでは、図９に示すように電流バー２に電流が流れたとすると、電流バー２の各直線部２１，２２周りに、点線矢印に示すように磁界が発生する。すると、この発生した磁界は、電流バー２の周囲に位置する磁性体コア５でさらに増強され、電流バー２の相互に平行に位置する各直線部２１，２２間の中央には、当該電流バー２によって形成される平面に対して垂直方向の磁界が発生し、磁性体コア５がない場合よりも増強された状態となる。そして、図９に示すように、電流バー２の各直線部２１，２２間の中央には磁気センサ３が配置されているため、当該磁気センサ３にて磁界を検出することができる。
【００３２】
そして、電流バー２の各直線部２１，２２間の中央にはコイル４も配置されているため、電流バー２によって発生した基板１に対して垂直な磁界を打ち消す磁界を発生させることができる。このとき、制御器１０は、磁気センサ３からの検出値を計測し、この検出値が「０」となるようコイル４に流す電流の値を制御する。例えば、磁気センサ３が所定の値の磁界を検出すると、この値に対応した大きさであり、かつ、逆方向の磁界を発生させる方向の電流をコイル４に流すよう制御する。つまり、磁気センサ３にて検出した磁界の値が大きいほど、大きい値の電流をコイル４に流すこととなる。そして、このときコイル４に流した電流値に比例する値が、電流バー２に流れた電流値となる。従って、制御器１０は、コイル４に流した電流値に所定の演算を施した値を、電流バー２に流れた電流値として外部に出力する。
【００３３】
また、磁性体コア５は、上述したように電流バー２に電流が流れることにより発生した磁界を増強させるだけでなく、外部磁界が磁気センサ３にて検出されることを抑制するよう、当該外部磁界を遮蔽する機能も有する。ここで、例えば、図１０の実線矢印に示すように、基板１に対して垂直方向、つまり、電流バー２によって形成される平面に対して垂直方向に外部磁界が発生したとする。すると、この外部磁界は、点線矢印に示すように、磁性体コア５自体を導通するものの、磁気センサ３が配置されている内部空間ではその強度が減少する。特に、本実施形態における磁性体コア５の長辺側の一対の壁部５１，５２の内面は平坦に形成されているため、当該一対の壁部５１，５２の相互間の距離が一定である。従って、図１（Ｂ）で説明した凸部１０２ａが形成されたコア１０２では、外部磁界が増強されて磁気センサにて検出可能な強度の磁界が凸部１０２ａ間を通過することがあるが、本発明における磁性体コア５では、内部を通過する外部磁界の強度を大幅に減少させ、当該外部磁界を遮蔽することができる。その結果、磁気センサ３にて外部磁界が検出されることを抑制できる。
【００３４】
そして、磁性体コア５による磁気遮蔽効果は、図１１の実線矢印に示す、基板１と平行な方向の外部磁界に対しても同様であり、この外部磁界は、点線矢印に示すように、磁性体コア５自体を導通するものの、磁気センサ３が配置されている内部空間ではその強度が大幅に減少され、当該外部磁界を遮蔽することができる。
【００３５】
なお、上記磁性体コア５を基板１に装備する前に、図６に示すように、基板１に対して垂直方向の端面がそれぞれ開口し、コイル４よりも一回り大きい円筒形状の軟磁性体のシールド６を、コイル４及びその内部に位置する磁気センサ３を取り囲むよう基板１上に装備する。そして、このシールド６も取り囲むよう、上述した磁性体コア５を設ける。
【００３６】
そして、さらに、図７に示すように、上述したように基板１に装備された全ての構成を、ケース７で取り囲んで、電流センサが構成される。なお、ケース７は、例えば、難燃性材料である。そして、ケース内部はゴム系、樹脂系のモールドで封止される。
【００３７】
次に、本実施形態における磁気センサ３の詳細な構成を、図１２乃至図１８を参照して説明する。まず、本実施形態における磁気センサ３は、基板１上に搭載されたＧＭＲチップ３１と、このＧＭＲチップ３１の上面に配置された磁性体３２と、を有して構成されている。
【００３８】
具体的に、ＧＭＲチップ３１は、図１２に示すように、略直方体形状であり、基板１と接する底面とは反対側の上面に、４つのＧＭＲ素子Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４が形成された素子面を有している。これらＧＭＲ素子Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４は、図１５に示すように接続され、ブリッジ回路を構成している。つまり、ＧＭＲ素子Ｒ１，Ｒ３と、ＧＭＲ素子Ｒ２，Ｒ４がそれぞれ直列に接続されており、当該直列接続されたＧＭＲ素子Ｒ１，Ｒ３とＲ２，Ｒ４とは、電源に対して並列に接続され、閉回路を構成している。これにより、ＧＭＲ素子Ｒ１とＲ３の接続点Ｖａと、ＧＭＲ素子Ｒ２とＲ４の接続点Ｖｂと、の間における差動電圧を検出することが可能である。なお、ブリッジ回路は、予めＧＭＲチップ３１に、上述したように差動電圧が検出可能なよう形成されていることとする。
【００３９】
そして、本実施形態では、特に、図１３に示すように、４つのＧＭＲ素子のうち、図１５に示すブリッジ回路において相互に隣り合って接続されていない対となる２つのＧＭＲ素子Ｒ１，Ｒ４が、ほぼ同一箇所である素子形成部３１ａに形成されている。また、ブリッジ回路において相互に隣り合って接続されていない対となる他の２つのＧＭＲ素子Ｒ２，Ｒ３が、ほぼ同一箇所である素子形成部３１ｂに形成されている。
【００４０】
ここで、図１４には、素子形成部３１ａの拡大図を示すが、この図に示すように、２つのＧＭＲ素子Ｒ１，Ｒ４が同一箇所にミアンダ形状（ジグザグ）に形成されている。また、素子形成部３１ｂにおけるＧＭＲ素子Ｒ２，Ｒ３も同様に、同一箇所にミアンダ形状に形成されている。また、全てのＧＭＲ素子Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４は、同一方向、つまり、矢印Ａ方向に磁化固定されている。
【００４１】
そして、２つずつのＧＭＲ素子（Ｒ１とＲ４、Ｒ２とＲ３）が形成された各素子形成部３１ａ，３１ｂは、相互に離間して形成されている。例えば、図１３に示すように、ＧＭＲチップ３１の長辺方向つまりＧＭＲ素子の磁化固定方向における一端付近と中央付近に、各素子形成部３１ａ，３１ｂが形成されている。このとき、各素子形成部３１ａ，３１ｂは、その間に磁性体３２が配置可能な領域を空けて形成されている。なお、磁性体３２については後述する。
【００４２】
ここで、本発明にて用いられるＧＭＲ素子の特性について、図１６を参照して説明する。ＧＭＲ素子は、入力される磁界の向きに応じて出力される抵抗値が変化するスピンバルブ型のＧＭＲ素子（巨大磁気抵抗効果素子）である。そして、図１６に、ＧＭＲ素子に対する磁界Ｈの侵入角と、抵抗値との関係について示す。
【００４３】
図１６（Ａ）の例におけるＧＭＲチップ３１は、その上面にＧＭＲ素子が形成されている。このＧＭＲ素子は、矢印Ａ方向の磁界を検出可能なよう当該矢印Ａ方向に磁化固定されて、構成されていることとする。
【００４４】
そして、図１６（Ａ）において、ＧＭＲ素子は、当該ＧＭＲ素子の形成面に対して垂直に入射する磁界Ｈ中に配置されている。この場合に、ＧＭＲ素子の抵抗値は、図１６（Ｂ）に示すように、「Ｒｏ」となる。これに対し、磁界Ｈの向きが傾くと、図１６（Ａ）の点線にて示すように、ＧＭＲ素子面に対する磁界Ｈの入射角が、垂直方向から−△θ（△（デルタ）：変化量を表すこととして用いる）、あるいは、＋△θの角度だけ傾く。すると、ＧＭＲ素子は、上述したように一方向に磁化固定されているため、その方向において磁界の向きが変化することとなり、図１６（Ｂ）に示すように、ＭＲ抵抗値が変化する。このように、ＧＭＲ素子は、入射する磁界の向きが垂直な状態にて抵抗値をＲｏと設定したときに、当該磁界Ｈの向きが微小角度だけ傾いたときに特に抵抗値が大きく変化するという特性を有する。
【００４５】
ここで、図１７は、上述したＧＭＲチップ３１を側方から見た図であり、当該ＧＭＲチップ３１が磁界Ｈ中に配置されているときの様子を示す図である。なお、この図においては、磁性体３２を配置していない。この図に示すように、ＧＭＲ素子Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４の磁化固定方向Ａに対して磁界Ｈが垂直である状態から、当該磁界Ｈの向きが変化した場合には、全てのＧＭＲ素子Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４に対してほぼ同一の角度だけ変化する。すると、全てのＧＭＲ素子Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４の抵抗値がほぼ同一の値だけ変化することとなる。ところが、この場合には、これらＧＭＲ素子Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４にて構成された図１５に示すブリッジ回路においては、上述した接続点Ｖａ−Ｖｂ間の差動電圧を検出することが困難となる。
【００４６】
これに対して、本発明における磁気センサ３は、上述したＧＭＲチップ３１に形成されているブリッジ回路の周囲に、ＧＭＲ素子Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４に入力される磁界Ｈの向きを変化させる磁性体３２を配置している。具体的に、本実施形態における磁気センサ３は、上記ＧＭＲチップ３１上に形成されたブリッジ回路の各素子形成部３１ａ，３１ｂの間に、磁性体３２を載置している。なお、磁性体３２は、例えば、ソフトフェライト（軟磁性体）である。このように、本実施形態では、特に、磁性体３２とＧＭＲ素子Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４とが、当該ＧＭＲ素子の磁化固定方向Ａに沿って同一直線状に配置された状態となっている。なお、磁性体３２の配置位置は、上記位置に限定されない。例えば、ＧＭＲチップ３１に載置されず、当該ＧＭＲチップ３１の上方に配置されていてもよい。また、必ずしも各素子形成部３１ａ，３１ｂの間に配置されていることに限定されない。
【００４７】
次に、上記構成の磁気センサ３の動作を、図１８を参照して説明する。図１８は、上述した図１７の例と同様に、ＧＭＲ素子Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４の素子面に対してほぼ垂直な磁界Ｈ中に磁気センサ３が配置されている場合を示している。すると、本実施形態においては、この図に示すように、磁性体３２よりも上方から当該磁性体３２の中心付近にかけては、磁界Ｈは磁性体３２に対して引き寄せられ、また、磁性体３２の中心付近から各素子形成部３１ａ，３１ｂが形成された下方においては、磁界Ｈは磁性体３２から離れる方向に曲折される。
【００４８】
すると、磁性体３２を挟んで位置する各素子形成部３１ａ，３１ｂ（ＧＭＲ素子（Ｒ１とＲ４、Ｒ２とＲ３））に対しては、それぞれ反対方向の磁界Ｈが入射することとなる。具体的には、図１８の点線矢印Ｙ１，Ｙ２に示すように、素子形成部３１ａのＧＭＲ素子Ｒ１，Ｒ４に対しては、磁化固定方向Ａと同一方向の向きに変化した磁界Ｈが入射し、素子形成部３１ｂのＧＭＲ素子Ｒ２，Ｒ３に対しては、磁化固定方向Ａとは反対方向の向きに変化した磁界Ｈが入射することとなる。なお、上記磁界ＨがＧＭＲ素子に入射され易くするため、ＧＭＲチップ３１の底面、つまり、ＧＭＲチップ３１と基板１との間に別の磁性体を配置してもよい。
【００４９】
以上のように各ＧＭＲ素子に磁界が入射することにより、ブリッジ回路においては、ＧＭＲ素子Ｒ１，Ｒ４の抵抗値と、ＧＭＲ素子Ｒ２，Ｒ３の抵抗値と、がそれぞれ反対の符号に変化する。例えば、ＧＭＲ素子Ｒ１，Ｒ４の抵抗値は＋ΔＲだけ変化し、ＧＭＲ素子Ｒ２，Ｒ３の抵抗値は−ΔＲだけ変化する。これにより、差動電圧の検出点であるＶａとＶｂの差が大きくなり、大きな差動電圧値を検出することができる。なお、差動電圧を検出する回路は、例えば、図８を参照して説明した制御器１０であり、基板１上に形成されている。このため、図１２に示すように、ＧＭＲチップ３１の素子面に形成された端子３１ｃと基板１上に形成された端子３３とを接続することで、基板１上の制御器１０にて差動電圧を検出することができる。
【００５０】
そして、上記制御器１０は、ＧＭＲチップ３１のブリッジ回路から検出した作動電圧の値に応じて、発生した磁界を打ち消す逆方向の磁界をコイル４に発生させるよう当該コイル４に流す電流を制御する。そして、制御器１０は、コイル４に流した電流値に基づいて、電流バー２に流れた電流値を検出し、外部に出力する。
【００５１】
以上のように、本実施形態の電流センサは、磁性体コア５の構造が容易であるため、低コストにて製造することができると共に、外部磁気ノイズの誤検出を抑制することができ、高精度である。
【００５２】
また、上記構成の磁気センサ３を用いることで、磁界の検出精度の向上を図ることができる。特に、本実施形態では、磁気センサ３を磁化固定方向が同一方向に向いて配置された複数のＧＭＲ素子（磁気抵抗効果素子）にて形成しているため、当該複数のＧＭＲ素子を接続したブリッジ回路を一チップ上に形成できることから、個々のＧＭＲ素子のばらつきを小さくすることができる。このためブリッジ回路におけるオフセット電圧を抑制して、磁界検出精度のさらなる向上を図ることができる。加えて、ブリッジ回路を構成するＧＭＲ素子を複数の分割されたチップ上に形成することなく、一チップ上に形成しているため、チップ全体の小型化を図ることができ、これによりチップの製造効率も向上し、センサの低コスト化を図ることもできる。
【００５３】
＜実施形態２＞
次に、本発明の第２の実施形態を、図１９乃至図２０を参照して説明する。図１９は、本実施形態における電流センサの構成の概略を示し、図２０は、磁界の様子を示す図である。
【００５４】
本実施形態における電流センサは、上述した実施形態１とは磁性体コア５の形状が異なる。具体的に、本実施形態における磁性体コア５は、図１９に示すように、端面が環状であるが、基板１と対向する一対の壁部５１，５２の形状が、その中央部分で相互に離れるよう形成されている。つまり、長辺側の一対の壁部５１，５２を形成する各壁部５１，５２は、それぞれ中央で所定の角度に屈曲して山型に形成されており、当該屈曲により形成された各凹部箇所が、磁性体コア５自体の内部側を向いて、つまり、相互に対向して位置している。そして、各壁部の屈曲部分が中央に位置していることから、一対の壁部５１，５２の相互間の距離は、その中央部分で最も離れた状態となる。また、一対の壁部５１，５２の中央部分は、電流バー２の各直線部２１，２２間の中央に位置しており、磁気センサ３とコイル４との配置箇所でもある。
【００５５】
そして、上記形状の磁性体コア５を装備した電流センサの電流バー２に、図１９に示すように電流バー２に電流が流れた場合を考える。すると、電流バー２の各直線部２１，２２周りに点線矢印に示すように磁界が発生し、この発生した磁界は、電流バー２の周囲に位置する磁性体コア５でさらに増強され、電流バー２の相互に平行に位置する各直線部２１，２２間の中央には、当該電流バー２によって形成される平面に対して垂直方向の磁界が発生し、磁性体コア５がない場合よりも増強された状態となる。なお、図２０は、電流バー２に電流を流したときに発生する磁界の向きをシミュレーションにて示した図である。以上のように、磁性体コア５の中央には、増強された磁界が基板１に対して垂直方向に発生するため、電流バー２の各直線部２１，２２間の中央に配置された磁気センサ３にて磁界を検出することができる。
【００５６】
また、上記形状の磁性体コア５は、相互に対向する一対の壁部５１，５２は、電流バー２の各直線部２１，２２の間に位置する箇所、特に当該各直線部２１，２２間の中央箇所における相互間の距離が、当該直線部２１，２２が位置する箇所よりも開いている。従って、電流バー２の直線部２１，２２によって形成される平面に対して垂直方向の外部磁界が発生した場合であっても、磁気センサ３が位置する中央箇所ではその強度が減少するため、効果的に磁気遮蔽することができる。その結果、外部磁気ノイズを磁気センサ３にて誤検出してしまうことを抑制することができる。
【００５７】
なお、磁性体コア５の形状は、上述した形状に限定されない。例えば、磁性体コア５の一対の壁部５１，５２が、中央部分で膨らむよう曲線形状に曲折して形成されてもよい。いずれにしても、上述した実施形態１の場合も含め、磁性体コア５の一対の壁部５１，５２のうち、磁気センサ３が配置されている箇所における相互間の距離が、他の箇所に対して短くならないよう形成されているとよい。すると、磁気センサ３が位置する箇所では、磁性体コア５にて外部磁界を減少させ、当該外部磁界を効果的に遮蔽できると共に、電流バー２に電流が流れることによって生じる磁界は増強させることができる。
【００５８】
＜実施形態３＞
次に、本発明の第３の実施形態を、図２１を参照して説明する。図２１は、本実施形態における電流センサの構成を示し、特に、磁性体コアの他の構成を示している。
【００５９】
この図に示すように、本実施形態における磁性体コア５は、上記実施形態１におけるものと同様に、端面が長方形形状であり、筒状に形成されている。そして、本実施形態では、特に、基板１と平行であり、当該基板１に対面して位置する長辺側の一対の壁部５１，５２が、さらに広く形成されている。つまり、実施形態１における磁性体コア５は、筒状体の高さ方向（長さ）に位置する各壁部の幅が一定であったが、本実施形態における長辺側の一対の壁部５１，５２の幅は、当該長辺側の一対の壁部５１，５２を連結する短辺側の一対の壁部５３，５４の幅よりも広く形成されている。なお、図２１では、基板１の表面側に位置する壁部５１しか図示していないが、当該壁部５１と同様に、基板１の裏面側に位置する壁部５２も、短辺側の壁部５３，５４よりもその幅が広く形成されている。
【００６０】
以上のような形状に磁性体コア５を形成することで、磁気センサ３にて磁界を検出可能な方向である基板１に対して垂直な方向を広く覆うことができる。従って、磁気センサ３における外部磁界ノイズの影響をさらに軽減することができる。
【００６１】
＜実施形態４＞
次に、本発明の第４の実施形態を、図２２を参照して説明する。図２２は、本実施形態における電流センサの構成を示し、特に、シールドの他の構成の構成を示している。
【００６２】
この図に示すように、本実施形態におけるシールド６は、上述した実施形態１とは異なり、端面が矩形（ここでは正方形）の筒状体にて形成されている。そして、このシールド６の内部は、実施形態１と同様に、コイル４の外形よりも大きく形成されており、当該コイル４及びその内部に位置する磁気センサ３を取り囲むよう基板１上に装備可能である。
【００６３】
上記シールド６を用いることで、基板１と平行な方向における磁気センサ３に対する外部磁界を遮蔽することができる。なお、シールド６は、いかなる端面形状の筒状体であってもよい。
【００６４】
＜実施形態５＞
次に、本発明の第５の実施形態を、図２３を参照して説明する。図２３は、本実施形態における電流センサの構成を示し、特に、ケースの他の構成の構成を示している。なお、図２３（Ａ）は、ケースの分解図を示し、図２３（Ｂ）は、組み立てたケースを装備した電流センサを示している。
【００６５】
図７に示すように、本実施形態における基板１及び磁気センサ３等を取り囲むケース７は、上述した実施形態１とは異なり、３層構造にて形成されている。具体的には、内側と外側に位置する難燃性材料の各層７１，７３の間に、軟鉄やパーマロイといった透磁率の高い金属材料の層７２が位置して、３層構造にて形成されている。これにより、ケース７も外部磁界を遮蔽する機能を有し、電流センサのさらなる精度の向上を図ることができる。
【００６６】
＜実施形態６＞
本発明の第６の実施形態を、図２４乃至図２７を参照して説明する。なお、本実施形態では、上述した磁気センサ３の他の構成例を示す。
【００６７】
図２４に示すように、本実施形態における磁気センサ３は、上述した実施形態１におけるＧＭＲチップ３１上に配置された磁性体３２に加えて、さらに別の磁性体３４，３５（例えば、ソフトフェライト（軟磁性体））を２つ備えている。また、これに伴い、実施形態１とは異なり、ＧＭＲチップ３１の両端に各素子形成部３１ａ，３１ｂが形成されている。従って、ＧＭＲ素子にて形成されるブリッジ回路に接続された端子（図１２の符号３１ｃで示す端子）は、ＧＭＲチップ３１の素子面の空いている領域に形成されている。
【００６８】
具体的に、本実施形態の磁気センサ３は、ＧＭＲチップ３１の各素子形成部３１ａ，３１ｂのさらに外側に、それぞれ磁性体３４，３５が配置されている。換言すると、素子形成部３１ａに対して素子形成部３１ｂ側とは反対側に位置するＧＭＲチップ３１の端部と、素子形成部３１ｂに対して素子形成部３１ａ側とは反対側に位置するＧＭＲチップ３１の端部と、にそれぞれ磁性体３４，３５が配置されている。これにより、図２４に示すように、各磁性体３４，３５は、上記各素子形成部３１ａ，３１ｂに形成されたＧＭＲ素子Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４の素子面の下方に配置された状態となっている。
【００６９】
次に、上記構成の磁気センサ３の動作を、図２５を参照して説明する。図２５は、上述した図１８の例と同様に、ＧＭＲ素子Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４の素子面に対してほぼ垂直な磁界Ｈ中に磁気センサ３が配置されている場合を示している。すると、磁性体３２の中心付近から各素子形成部３１ａ，３１ｂが形成された下方においては、上述同様に、磁界Ｈは、磁性体３２から離れる方向に曲折され、さらに、ＧＭＲチップ３１の両端部に設けられた各磁性体３４，３５に引き寄せられる。従って、上述した実施形態１の場合と比較して、各素子形成部３１ａ，３１ｂ（ＧＭＲ素子（Ｒ１とＲ４、Ｒ２とＲ３））に対しては、それぞれ反対方向により大きな角度を有して磁界Ｈが入射することとなる。具体的には、図２５の点線矢印Ｙ１，Ｙ２に示すように、素子形成部３１ａのＧＭＲ素子Ｒ１，Ｒ４に対しては、磁化固定方向Ａと同一方向の向きに変化した磁界Ｈが入射し、素子形成部３１ｂのＧＭＲ素子Ｒ２，Ｒ３に対しては、磁化固定方向Ａとは反対方向の向きに変化した磁界Ｈが入射することとなる。
【００７０】
すると、ブリッジ回路においては、ＧＭＲ素子Ｒ１，Ｒ４の抵抗値と、ＧＭＲ素子Ｒ２，Ｒ３の抵抗値と、がそれぞれ反対の符号に変化する。これにより、差動電圧の検出点であるＶａとＶｂの差が大きくなり、大きな差動電圧値を検出することができる。
【００７１】
なお、磁気センサ３は、図２６に示すように、上述した図２４に示す構成に対して、符号３２に示す磁性体を備えず、符号３４，３５に示す磁性体（例えば、ソフトフェライト（軟磁性体））をＧＭＲチップ３１の両端側にそれぞれ備えた構成であってもよい。
【００７２】
このような構成であって、図２７に示すように、各素子形成部３１ａ，３１ｂが形成された箇所においては、上述同様に、磁界Ｈの向きは、ＧＭＲチップ３１の両端部に設けられた各磁性体３４，３５に引き寄せられよう変化する。従って、各素子形成部３１ａ，３１ｂ（ＧＭＲ素子（Ｒ１とＲ４、Ｒ２とＲ３））に対しては、それぞれ反対方向に角度を有して磁界Ｈが入射することとなる。つまり、図２７の点線矢印Ｙ１，Ｙ２に示すように、素子形成部３１ａのＧＭＲ素子Ｒ１，Ｒ４に対しては、磁化固定方向Ａと同一方向の向きに変化した磁界Ｈが入射し、素子形成部３１ｂのＧＭＲ素子Ｒ２，Ｒ３に対しては、磁化固定方向Ａとは反対方向の向きに変化した磁界Ｈが入射することとなる。
【００７３】
すると、ブリッジ回路においては、ＧＭＲ素子Ｒ１，Ｒ４の抵抗値と、ＧＭＲ素子Ｒ２，Ｒ３の抵抗値と、がそれぞれ反対の符号に変化する。これにより、差動電圧の検出点であるＶａとＶｂの差が大きくなり、大きな差動電圧値を検出することができる。
【００７４】
＜実施形態７＞
次に、本発明の第７の実施形態を説明する。なお、本実施形態では、電流センサの概略を説明する。
【００７５】
本実施形態における電流センサは、
計測対象となる電流が相互に逆方向に流れるよう同一配線の一部が平行に配設された平行配設部を有する被電流計測配線と、
上記平行配設部に位置する平行な配線間に配置され、当該平行な配線によって形成される平面に対して垂直方向の磁界を検出する磁気検出手段と、
上記磁気検出手段にて検出した磁界に基づいて、上記被電流計測配線に流れた電流を検出する電流検出手段と、
上記平行配設部に位置する平行な配線に電流が流れることによって当該配線周りに生じる磁界を増強するよう上記平行配設部を囲う磁性体コアと、を備えている。
そして、上記磁性体コアは、上記平行な配線によって形成される平面を挟んで相互に対向する一対の壁部を有しており、上記一対の壁部のうち上記平行な配線間に位置する箇所の相互間の距離が、他の箇所と等しい、あるいは、他の箇所よりも開いて形成されている。さらに、上記磁性体コアの上記一対の壁部の間に、上記磁気検出手段を配置した、という構成を採る。
【００７６】
また、上記電流センサでは、上記磁性体コアは、上記一対の壁部のうち上記平行な配線間の中央箇所に位置する相互間の距離が、他の箇所に対して等しい、あるいは、他の箇所よりも開いて形成されている、という構成を採る。さらに、上記磁性体コアは、上記一対の壁部の各内面が、上記平行な配線によって形成される平面に対して平行かつ平坦に形成されている、と望ましい。
【００７７】
上記電流センサによると、まず、被電流計測配線に電流が流れると、平行配設部に位置する平行に配設された各配線に、相互に逆方向の電流が流れる。すると、被電流計測配線周りには磁界が生じ、特に、平行配線部に位置する平行な配線の間には、当該平行な配線によって形成される平面にほぼ垂直な磁界が発生する。そして、この発生した磁界は、磁性体コアによって増強され、平行な配線の間に配置された磁気検出手段にて検出することができる。
【００７８】
このとき、磁性体コアの一部である相互に対向する一対の壁部は、上記平行な配線間に位置する箇所、特に平行な配線間の中央箇所における相互間の距離が、他の箇所と等しい、あるいは、他の箇所よりも開いて形成されている。このため、一対の壁部の相互間の距離は、平行な配線の間、特に中央箇所では、他の箇所と比較して近く位置していない。従って、平行な配線によって形成される平面に対して垂直方向の外部磁界が磁性体コアの外部に生じた場合であっても、磁気検出手段が位置する一対の壁部間の空間部分を通過する外部磁界の強度を減少させることができ、当該磁気検出手段にて外部磁界を検出することを抑制することができる。その結果、磁性体コアの形状の簡素化による低コスト化を図ることができると共に、外部磁気ノイズの検出を抑制した高精度な電流センサを提供することができる。そして、特に、一対の壁部の内面を、平行配線部に位置する平行な配線によって形成される平面と平行かつ平坦に形成することで、相互間の距離が一定となるため、上述同様に、外部磁気ノイズの検出を抑制できると共に、磁性体コアの形状のさらなる簡素化を図ることができる。
【００７９】
また、上記電流センサでは、上記電流検出手段は、上記磁性体コア内に配置され、電流が流れることにより上記平行配設部に位置する平行な配線によって形成された平面に対して垂直方向の磁界を発生するコイルと、このコイルに流す電流を制御するコイル制御手段と、を備えている。そして、上記コイル制御手段は、上記磁気検出手段にて検出した磁界を打ち消すよう当該磁界とは逆方向の他の磁界を上記コイルから発生されるよう当該コイルに流れる電流を制御すると共に、当該コイルに流れる電流に基づいて上記被電流計測配線に流れた電流を検出する、という構成を採る。
【００８０】
これにより、コイルに流す電流の値は、被電流計測配線に流れる電流に比例した大きさとなるため、容易かつ高精度に電流を計測することができる。
【００８１】
また、上記電流センサでは、上記磁気検出手段が有する磁界を検出する素子が形成された面を、上記コイルの内部中央に配置した、という構成を採る。
【００８２】
これにより、コイルに電流を流すことで生じる磁界を磁気検出手段の素子面付近に発生させることができる。従って、被電流計測配線に流れる電流によって生じた磁界を磁気検出手段の素子面付近で打ち消す磁界をコイルにて発生させることができ、より高精度に電流を計測することができる。
【００８３】
また、上記電流センサでは、上記被電流計測配線と、上記磁気検出手段及び上記コイルとを、同一の基板の表裏面にそれぞれ搭載して絶縁した、という構成を採る。これにより、電流が流れる被電流計測配線とコイルとを、上述した機能を維持しつつ、確実に絶縁して配置することができる。
【００８４】
また、上記電流センサでは、上記磁性体コアは、環状に形成されており、上記被電流計測配線と上記磁気検出手段とを搭載する基板に、上記磁性体コアの上記一対の壁部を相互に連結する他の一対の壁部がそれぞれ挿入可能な各切り欠き部を設けた、という構成を採る。これにより、環状の磁性体コアの一対の板面部の間に被電流計測配線と磁気検出手段とが位置するよう、当該磁性体コアを容易に取り付けることが可能である。
【００８５】
また、上記電流センサでは、上記磁性体コアの一対の壁部の少なくとも一方の壁部の幅を、当該一対の壁部間を連結する他の壁部の幅よりも広く形成した、という構成を採る。これにより、磁気検出手段にて検出可能な磁界の方向側を広く磁性体コアで覆うことができ、当該磁気検出手段に対する外部磁界ノイズをさらに効果的に遮蔽することができる。
【００８６】
また、上記電流センサでは、上記磁性体コア内に、上記平行配設部に位置する平行な配線によって形成される平面に対して垂直方向に開口し、当該平面と平行な方向の外部磁界を遮蔽するシールドを備えた、という構成を採る。これにより、平行な配線によって形成される平面と平行な方向における外部磁界をより確実に遮蔽することができる。
【００８７】
また、上記電流センサでは、上記磁気検出手段は、入力される磁界の向きに応じて出力する抵抗値が変化する複数の磁気抵抗効果素子が接続され、所定の接続点間の差動電圧を検出可能なよう構成されたブリッジ回路を有すると共に、上記磁気抵抗効果素子は、当該磁気抵抗効果素子の磁化固定方向が全て同一方向を向いて配置されており、上記ブリッジ回路の周囲に、上記磁気抵抗効果素子に入力される磁界の向きを変化させる磁性体を配置して備えている。そして、上記電流検出手段は、上記ブリッジ回路から検出した作動電圧に基づいて上記被電流計測配線に流れる電流を検出する、という構成を採る。
【００８８】
また、上記電流センサでは、上記ブリッジ回路は、４つの上記磁気抵抗効果素子を備えると共に、当該ブリッジ回路にて相互に隣り合って接続されていない対となる２つの上記磁気抵抗効果素子をほぼ同一箇所に形成した素子形成部を、当該磁気抵抗効果素子の各対に対応して２箇所に形成し、当該２箇所の素子形成部の間に上記磁性体を配置した、という構成を採る。
【００８９】
そして、上記電流センサでは、上記磁性体を、上記磁気抵抗効果素子が形成されている面上に載置して設けた、という構成を採る。さらに、上記電流センサでは、上記磁性体は、軟磁性体である、という構成を採る。また、上記電流センサでは、上記磁気抵抗効果素子と上記磁性体とは、上記磁気抵抗効果素子の磁化固定方向に沿って同一直線上に配置されている、という構成を採る。
【００９０】
上記構成によると、まず、上記ブリッジ回路は、磁化固定方向が同一方向に向いて配置された複数の磁気抵抗効果素子にて形成されているため、一チップ上に形成でき、個々の抵抗値のばらつきを小さくすることができる。そして、ブリッジ回路の周囲に磁性体が配置されているため、同一の磁化固定方向を有するよう形成された磁気抵抗効果素子に対する磁気センサの周囲に存在する磁界の向きが、磁性体によって変化する。これにより、磁性体の配置に応じて、一方向の外部磁界を、磁気抵抗効果素子間で異なる方向に変化させることができる。例えば、ブリッジ回路にて相互に隣り合って接続されていない対となる２つの磁気抵抗効果素子をほぼ同一箇所に形成した素子形成部を２箇所に形成して、一方に対しては磁化固定方向に、他方に対してはその反対方向に、磁界が入射されるよう磁性体を配置する。これにより、ブリッジ回路から大きな差動電圧が出力されるため、一方向の磁界の検出精度の向上を図ることができ、被電流計測配線に流れる電流の計測精度の向上を図ることができる。
【００９１】
また、上述した電流センサは、本発明の他の形態である製造方法により製造することができる。本発明の他の形態である電流センサの製造方法は、
計測対象となる電流が相互に逆方向に流れるよう同一配線の一部が平行に配設された平行配設部を有する被電流計測配線に対して、上記平行配設部に位置する平行な配線間に、当該平行な配線によって形成される平面に対して垂直方向の磁界を検出する磁気検出手段を配置し、
上記磁気検出手段を、当該磁気検出手段にて検出した磁界に基づいて上記被電流計測配線に流れた電流を検出する電流検出手段に接続し、
上記平行配設部に位置する平行な配線に電流が流れることによって当該配線周りに生じる磁界を増強するよう上記平行配設部を囲うと共に、上記平行な配線によって形成される平面を挟んで相互に対向する一対の壁部を有し、当該一対の壁部のうち上記平行な配線間に位置する箇所の相互間の距離が、他の箇所と等しい、あるいは、他の箇所よりも開いて形成されている磁性体コアを装備し、
上記磁性体コアを装備する際に、当該磁性体コアの上記一対の壁部の間に、上記磁気検出手段を配置する、
という構成を採る。
【００９２】
また、上記電流センサの製造方法では、
上記磁性体コアを装備する前に、電流が流れることにより上記平行配設部に位置する平行な配線によって形成された平面に対して垂直方向の磁界を発生するコイルを配置し、
上記磁気検出手段にて検出した磁界を打ち消すよう当該磁界とは逆方向の他の磁界を上記コイルから発生されるよう当該コイルに流れる電流を制御すると共に、当該コイルに流れる電流に基づいて上記被電流計測配線に流れた電流を検出するコイル制御手段に、上記コイルを接続し、
上記磁性体コア内に上記コイルが配置されるよう当該磁性体コアを装備する、
という構成を採る。
【産業上の利用可能性】
【００９３】
本発明における電流センサは、種々の被電流計測機器に流れる電流を計測して、かかる計測結果を当該機器の電流制御に利用をすることができる。例えば、エレベータ、工作機械などに装備されたモータの制御、溶接機の電流制御、電気自動車などの電流制御、ビルの電流管理などに利用することができ、産業上の利用可能性を有する。
【符号の説明】
【００９４】
１      基板
２      電流バー
３      磁気センサ
４      コイル
５      磁性体コア
６      シールド
７      ケース
１０    制御器
１１，１２  切り欠き部
２１，２２  直線部
２３  連結配線部
３１    ＧＭＲチップ
３１ａ，３１ｂ  素子形成部
３２，３４，３５  磁性体
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２０】
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