(57)【要約】【課題】  多層プリント配線基板を用いて、被測定電流を精度良く検出でき、小型で低コストな電流センサを提供すること。【解決手段】  多層プリント配線基板で形成された一次導体と二次導体の略直上であり、かつ前記一次導体と二次導体に電流が流れる方向と直角方向の直線上に少なくとも二つの磁電変換素子を配置し、前記一次導体と二次導体に電流が流れる方向と直角方向の直線上に備える少なくとも二つの磁電変換素子が互いに逆方向の感度を有して構成される電流センサ。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
一次導体と二次導体を備える多層プリント配線基板と、前記一次導体と二次導体を設けた層とは異なる層に少なくとも二つの磁電変換素子と、前記磁電変換素子と接続される信号処理回路とを備え、前記磁電変換素子が一次導体と二次導体の略直上に配置されることを特徴とする電流センサ。
【請求項２】
前記磁電変換素子は一次導体と二次導体の略直上にあり、前記一次導体と二次導体の対抗する辺に少なくとも二つ配置されることを特徴とする請求項１に記載の電流センサ。
【請求項３】
一次導体と二次導体が多層プリント配線基板の銅箔パターンで構成され、それぞれの導体の少なくとも上面又は下面に多層プリント配線基板の絶縁層を有することを特徴とする請求項１から請求項２に記載の電流センサ。
【請求項４】
前記多層プリント配線基板に設置される少なくとも二つの磁電変換素子と磁気コアが、一次導体と二次導体の電流が流れる方向と直角方向の直線上に配置されていることを特徴とする請求項１から請求項２に記載の電流センサ。
【請求項５】
前記多層プリント配線基板に設置される少なくとも二つの磁電変換素子が互いに逆方向の感度を有していることを特徴とする請求項１から請求項４に記載の電流センサ。
【請求項６】
一次導体と二次導体を備える多層プリント配線基板と、前記一次導体と二次導体を設けた層とは異なる層に少なくとも二つの磁電変換素子と磁気コアと、さらに、前記磁電変換素子と接続される信号処理回路とを備え、少なくとも前記磁電変換素子と磁気コアとその近傍の一次導体と二次導体を覆うように設置される磁気シールドを備えることを特徴とする請求項１から請求項５に記載の電流センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  この発明は、被測定電流線である一次導体と前記一次導体で発生する磁界を打ち消す目的で設置される二次導体とが多層プリント配線基板で構成される磁気平衡型の電流センサに関するものである。
【背景技術】
【０００２】  従来、非接触で被測定電流を計測する手法として、磁気コアに被測定電流が流れる一次導体をコイル状に巻き付ける様に設置し、前記磁気コアに設けたギャップ部に設置する磁電変換素子により磁気コアのギャップ部に発生する磁界と比例した出力を得る磁気比例型電流センサがある（例えば、特許文献１参照）。【０００３】  また、被測定電流が流れる一次導体と前記一次導体で発生する磁界を常に打ち消す磁界を生成する二次導体とが巻かれたボビンとを備える磁気コアと、前記磁気コアに設けたギャップ部に設置する磁電変換素子を用いて被測定電流に比例する出力を得る磁気平衡型電流センサがある（例えば、特許文献２参照）。【０００４】  また、被測定電流線にプリント配線基板を用い、前記プリント配線基板を挟み込む様に設置される磁気コアと前記磁気コアのギャップ部に設置する磁電変換素子を用いて前記ギャップ部に発生する磁界に比例した出力を得る磁気比例型電流センサもある（例えば、特許文献３、４、５参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】  特許第３００７５５３号
【特許文献２】  特開２００３−１９４８５７公報
【特許文献３】  特開２００８−２０４０４公報
【特許文献４】  特開２００８−２０４０２公報
【特許文献５】  特許第３０５２７７４号
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】  前記特許文献１に開示されている電流センサは、磁気コアと前記磁気コアに被測定電流が流れる一次導体をコイル状に巻き付ける様に設置しており、組み立てが容易ではない。また、コイル状に巻き付けられる一次導体は磁気コアを含む他部品と電気的に絶縁する必要があり、一次導体と磁気コアの間への絶縁シートの設置あるいは、前記一次導体と磁気コアにエポキシ樹脂でディッピングする等を行うため組み立て工程も多く低コスト化に向かないという問題点があった。
【０００７】  また、前記特許文献２に開示されている電流センサは、被測定電流が流れる一次導体と被測定電流で発生する磁界を常に打ち消す電流を流す二次導体とが巻かれたボビンを備えており、前記ボビンを磁気コアに容易に設置するために磁気コアは分割構造となっていることから構造部品が多く組み立て工程も多いため低コスト化に向かないという問題点があった。
【０００８】  また、前記特許文献３、４、５に開示されている電流センサは、被測定電流線にプリント配線基板を用いることで構造部品であるボビンを無くし組み立て工程を少なくしているが、磁気コアのギャップ部で発生する磁界は、前記磁気コアに使用される磁性材料の磁気特性の影響を受けるため高精度化できないという問題点があった。また、前記磁気コアは被測定電流線で発生する磁界によって磁気飽和する事があるため磁気コアを小型化することによる低コスト化ができないという問題点もあった。
【０００９】  この発明は上記のような課題を鑑み、解決するためになされたもので、被測定電流が流れる一次導体と被測定電流で発生する磁界を常に打ち消す電流を流す二次導体と磁界を検出する磁電変換素子とを備え、かつ磁電変換素子と一次導体の絶縁耐圧が容易に確保され、さらに磁気コアの磁気特性の影響を低減することで被測定電流を精度良く検出でき、かつ小型で、低コストな電流センサを得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】  この発明に係わる電流センサは、被測定電流が流れる一次導体と被測定電流で発生する磁界を常に打ち消す電流を流す二次導体とが多層のプリント配線基板で形成されたものである。
【００１１】  また、この発明に係わる電流センサは、多層プリント配線基板で形成された一次導体と二次導体の略直上であり、かつ前記一次導体と二次導体に電流が流れる方向と直角方向の直線上に少なくとも二つの磁電変換素子を配置するものである。
【００１２】  また、この発明に係わる電流センサは、多層プリント配線基板で形成された一次導体と二次導体の略直上であり、かつ前記一次導体と二次導体に電流が流れる方向と直角方向の直線上に備える少なくとも二つの磁電変換素子が互いに逆方向の感度を有するものである。
【００１３】  また、この発明に係わる電流センサは、多層プリント配線基板で形成された一次導体と二次導体の略直上に磁電変換素子を備え、また、前記磁電変換素子は多層配線基板で形成される一次導体と二次導体に電流が流れる方向と直角方向の直線上に少なくとも二つ配置され、さらに前記磁電変換素子の片端又は両端に磁性体で形成されるチップ型の磁気コアを備えるものである。
【００１４】  また、この発明に係わる電流センサは、前記多層プリント配線基板で形成された一次導体と二次導体と少なくとも二つの磁電変換素子と前記磁電変換素子の片端又は両端に設置されるチップ型の磁気コアとを覆うように設置される磁気シールドを備えるものである。
【発明の効果】
【００１５】  以上のように、この発明によれば、被測定電流が流れる一次導体と被測定電流で発生する磁界を常に打ち消す電流を流す二次導体とが多層プリント配線基板で形成される事によって電流センサを構成する構造部品を少なくでき、かつ組み立て工程も少なくできる効果がある。
【００１６】  また、被測定電流が流れる一次導体は多層プリント配線基板で形成され、かつ前記多層プリント配線基板の絶縁層に挟まれた内層に配置されることで容易に絶縁性を確保できる効果がある。
【００１７】  また、測定電流が流れる一次導体と被測定電流で発生する磁界を常に打ち消す電流を流す二次導体と磁気コアと磁電変換素子とを備え、被測定電流に比例する二次導体の電流を出力とする磁気平衡型電流センサとすることで磁気コアで使用する磁性体の磁気特性の影響を低減できる効果がある。
さらに磁気コアの磁気飽和も抑える事ができるため、磁気コアを小型化できる効果もある。
【００１８】  また、多層プリント配線基板で形成された一次導体と二次導体の略直上であり、かつ前記一次導体と二次導体に電流が流れる方向と直角方向の直線上にあり、さらに、一次導体と二次導体の対抗する辺に少なくとも二つの磁電変換素子を互いに逆方向の印加磁界で最大の感度となるように設置することで外部磁界を低減できる効果もある。
【００１９】  また、被測定電流が流れる一次導体と被測定電流で発生する磁界を常に打ち消す電流を流す二次導体と磁気コアと磁電変換素子とを囲むように設置する磁気シールドによってさらに外部磁界を低減できる効果もある。
【００２０】  また、前記磁気シールドは被測定電流が流れる一次導体と被測定電流で発生する磁界を常に打ち消す電流を流す二次導体を囲むように設置することで磁気飽和しにくく、磁気シールドを構成する磁性材料を薄肉化できる効果もある。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】この発明の実施形態１による電流センサの斜視図である。
【図２】この発明の実施形態１による多層プリント配線基板の層毎の分離図である。
【図３】この発明の実施形態１による電流センサの平面図である。
【図４】この発明の実施形態１による電流センサの平面図である。
【図５】この発明の実施形態１による電流センサの断面図である。
【図６】この発明の実施形態２による電流センサの斜視図である。
【図７】この発明の実施形態２による電流センサの断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】実施の形態１．
図１は、この発明の実施形態１による電流センサの斜視図を示すものである。
電流センサ１は、被測定電流が流れる一次導体２と被測定電流で発生する磁界を常に打ち消す電流を流す二次導体３とが多層プリント配線基板４で形成される。
また、多層プリント配線基板４には一次導体２と二次導体３で発生する磁界を集磁する磁気コア５と前記磁気コア５で集磁された磁界を検出する磁電変換素子６と前記磁電変換素子６を駆動すると共に磁電変換素子６の出力信号を増幅する信号処理回路７を備える。
また、一次導体２と接続され被測定電流を印加する一次端子８と電流センサ１に供給する電源や前記信号処理回路７で増幅された信号を出力するための二次端子９を備える。
【００２３】  まず、被測定電流が流れる一次導体２と被測定電流から発生する磁界を常に打ち消す電流を流す二次導体３とが形成される多層プリント配線基板について説明する。
図２は被測定電流が流れる一次導体と被測定電流で発生する磁界を常に打ち消す電流を流す二次導体とが形成される多層プリント配線基板４を層毎に分離した斜視図である。
本実施形態１では、一次導体２の下層及び上層に絶縁層１０、１１を備える。これにより一次導体２は二次導体３及び信号処理回路７と容易に電気的な絶縁性を確保でき、非接触の電流計測が可能となる。
また、一次導体２及び二次導体３は被測定電流量に応じて複数巻きしてもよい。
また、絶縁層１２の上面に設置される磁電変換素子６と前記磁電変換素子６を駆動すると共に磁電変換素子６の出力信号を増幅する信号処理回路７を備え、磁電変換素子６と信号処理回路７は絶縁層１２の上面に設置される配線１３によって電気的に接続される。
さらにまた、一次導体２と二次導体３で発生する磁界を集磁して磁電変換素子６の感度を高めるために磁気コア５を設置してもよい。
また、一次導体２と二次導体３と磁電変換素子６及び信号処理回路７、さらに磁気コア５を実装するプリント配線基板を一つの部品とできるため電流センサを構成する構造部品を少なくでき、かつ組み立て工程も少なくできることから安価な磁気平衡型電流センサを提供することができる。
【００２４】  図３は、本実施形態１による電流センサ１の平面図である。
また、図３の平面図には磁電変換素子６と磁気コア５と一次導体２の位置関係を示すために透視した一次導体２を表示している。
さらにまた、図４は二次導体３との位置関係を示すために透視した二次導体３を表示している。
磁電変換素子６は多層プリント配線基板４で形成された一次導体２と二次導体３の略直上にあり、かつ前記一次導体２と二次導体３に電流が流れる方向１４と直角方向１５の直線上にあり、さらに一次導体と二次導体の対抗する辺に少なくとも二つの磁電変換素子６を互いに逆方向の印加磁界で最大の感度となるように設置することで磁界方向１６の外部磁界を低減できることから高精度な磁気平衡型電流センサを提供することができる。
【００２５】  図５は、図１のＡＡ’断面（ＸＺ面）を示す断面図である。
多層プリント配線基板４に備える少なくとも二つの磁電変換素子６は互いに逆方向の印加磁界方向１７で最大の感度となるように設置される。
また、少なくとも二つの磁電変換素子６は一次導体２で発生する磁界方向１８と二次導体３で発生する磁界方向１９が常に打ち消されている事を検出するもので、例えば、軟磁性体の非線形応答を利用したフラックスゲートや磁気抵抗効果を利用したＡＭＲ素子、巨大磁気抵抗効果を利用したＧＭＲ素子、またはトンネル磁気抵抗効果を利用したＴＭＲ素子、磁気インピーダンス効果を利用したＭＩ素子を用いてもよい。
また、前記二次導体３で発生する磁界方向１９を生成する電流は、図３の信号処理回路７によって制御され、その関係が被測定電流と比例することから二次導体３に流れる電流を出力とする磁気平衡型電流センサを構築できる。
さらにまた、磁電変換素子６の感度を高めるために一次導体２と二次導体３で発生する磁界を集磁する磁気コア５を前記磁電変換素子６の片端又は両端に設置してもよい。
また、前記磁気コア５は、磁電変換素子６が配置される多層プリント配線基板４の同一面に配置され、かつ少なくとも２つの磁電変換素子との直線上に備えられ、例えば、フェライトや珪素鋼板、パーマロイ等の磁性体を用いてもよい。
【００２６】実施形態２
実施形態２は、実施形態１と比較して、磁気シールド２０を付加した構成であり、その他の構成や動作説明で重複する部分は省略する。
【００２７】  図６は、この発明の実施形態２による電流センサの斜視図を示すものである。
磁気シールド２０は、少なくとも電流センサ１の一次導体２と二次導体３と磁電変換素子６と磁気コア５とを覆うように設置される。
【００２８】  図７は、図６のＡＡ’断面（ＸＺ面）を示す断面図である。
磁気平衡動作において、一次導体２と二次導体３から発生する磁界は互いに打ち消される事から、前記一次導体２及び二次導体３を囲む磁気シールド２０は磁気飽和しにくくなる。これにより前記磁気シールドで使用される磁性材料は、薄肉化することが可能となり安価な磁気平衡型電流センサを提供することができる。
【符号の説明】
【００２９】１・・・電流センサ、２・・・一次導体、３・・・二次導体、４・・・多層プリント配線基板、５・・・磁気コア、６・・・磁電変換素子、７・・・信号処理回路、８・・・一次端子、９・・・二次端子、１０〜１２・・・絶縁層、１３・・・配線、１４・・・電流方向、１５・・・電流と直角方向、１６、１８、１９・・・磁界方向、１７・・・印加磁界方向、２０・・・磁気シールド
【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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