(57)【要約】  外部磁界の影響が低減され検出精度の良い電流センサを提供すること。電流センサは、平行に延びる一対のアーム部を含む折り返し形状の電流路と、一対のアーム部の間を通る対称軸を挟んで配設され、一対のアーム部を流れる電流による磁気を検出する一対の磁電変換素子とを備え、一対の磁電変換素子を直列接続し、一対の磁電変換素子の接続点から信号を取り出し可能なハーフブリッジ回路が形成され、一対の磁電変換素子の感度軸及び感度影響軸がそれぞれ同一方向を向いている。
2013172114.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
平行に延びる一対のアーム部を含む折り返し形状の電流路と、
前記一対のアーム部の間を通る対称軸を挟んで配設され、前記一対のアーム部を流れる電流による磁気を検出する一対の磁電変換素子とを備え、
前記一対の磁電変換素子を直列接続し、前記一対の磁電変換素子の接続点から信号を取り出し可能なハーフブリッジ回路が形成され、
前記一対の磁電変換素子の感度軸及び感度影響軸がそれぞれ同一方向を向いていることを特徴とする電流センサ。
【請求項２】
前記磁電変換素子の前記感度影響軸は、バイアス磁界の方向を向いてい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】
前記ハーフブリッジ回路を２つ有しており、前記２つのハーフブリッジ回路を並列に接続してフルブリッジ回路が形成され、
一方のハーフブリッジ回路の一対の磁電変換素子の感度軸と他方のハーフブリッジの一対の磁電変換素子の感度軸とが逆方向を向いていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の電流センサ。
【請求項４】
前記磁電変換素子に対して前記感度軸方向から入る外部磁界を遮蔽する磁気シールド部材を備えたことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の電流センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電流路に流れる電流を検出する電流センサに関し、特に、Ｕ字形状を有する電流路に電流が流れたときに発生する磁気を検出する電流センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
各種機器の制御や監視のために、既設の電流路に後から取り付けられる電流センサが良く知られている。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素子やホール素子等の磁電変換素子を用いた磁気センサが用いられることが良く知られている。【０００３】
上述した電流センサの内で、Ｕ次形状を有する導体（電流路）と磁気センサとを組み合わせて、測定したい電流路間に組み入れるタイプの電流センサが一般的に知られている。このタイプの電流センサとして、特許文献１に、図１８及び図１９に示すような電流センサ９０１が提案されている。図１８は、従来例の電流センサ９０１を説明する図であって、図１８Ａは、その斜視図であり、図１８Ｂは、その断面図である。図１９は、従来例の電流センサ９０１を説明する図であって、図１９Ａは、電流検知デバイス部９０６を示す平面図であり、図１９Ｂは、電流検知デバイス部９０６のブリッジ回路を示した構成概略図である。【０００４】
図１８に示す電流センサ９０１は、Ｕ字形形状を有する一次導体９０３と、一次導体９０３と一体化した構造のケース９０４と、ケース９０４内に配設されセンサ基板９０２に配置された電流検知デバイス部９０６と、を備えて構成されている。そして、一次導体９０３に被測定電流が印加されると、図１８Ｂに示すように、中心線ＣＬに対称に左回転及び右回転の誘導磁界Ｍ１が発生し、電流検知デバイス部９０６により、この誘導磁界Ｍ１を感知して、一次導体（電流路）９０３に流れる電流を検出するようにしている。【０００５】
また、電流検知デバイス部９０６は、図１９Ａに示すように、設置基板９１４上に４つの磁気抵抗効果素子（磁気抵抗素子）９１１（９１１ａ、９１１ｂ、９１１ｃ、９１１ｄ）と、磁気抵抗効果素子９１１間を接続する接続電流線９１２と、４つの入出力用の端子部９１３（９１３ａ、９１３ｂ、９１３ｃ、９１３ｄ）とを備えて構成され、中心線ＣＬによって２つの領域に分けられたそれぞれの領域に、磁気抵抗効果素子９１１ａ及び磁気抵抗効果素子９１１ｂと、磁気抵抗効果素子９１１ｃ及び磁気抵抗効果素子９１１ｄとが線対称に等しく配置されている。【０００６】
また、４つの磁気抵抗効果素子９１１は、設置基板９１４の中心線ＣＬに対して相互に平行方向に配置され、磁気抵抗効果素子９１１ａと磁気抵抗効果素子９１１ｄとは、誘導磁界Ｍ１の増加に応じて抵抗値がともに増加する磁気抵抗効果特性を有するような向き（図１９Ａに示すＤＡ及びＤＤ）に配置さているとともに、磁気抵抗効果素子９１１ｂと磁気抵抗効果素子９１１ｃは、誘導磁界Ｍ１の増加に応じて抵抗値が共に減少する磁気抵抗効果特性を有するような向き（図１９Ａに示すＤＢ及びＤＣ）に配置されている。そして、図１９Ｂに示すように、４つの磁気抵抗効果素子９１１（９１１ａ、９１１ｂ、９１１ｃ、９１１ｄ）間を接続電流線９１２で接続することにより、磁気抵抗効果素子９１１ａ及び磁気抵抗効果素子９１１ｂの直列接続からなる第１のハーフブリッジ回路９１６ａと、磁気抵抗効果素子９１１ｃ及び磁気抵抗効果素子９１１ｄの直列接続からなる第２のハーフブリッジ回路９１６ｂとの並列接続からなるブリッジ回路９１５を構成している。なお、図示はしていないが、端子部９１３ａは、入力端子、端子部９１３ｂはグランド端子、端子部９１３ｃ及び端子部９１３ｄは、信号（出力）端子と接続されている。【０００７】
以上のようにして構成された電流センサ９０１は、図１８Ｂに示すような誘導磁界Ｍ１が発生した際に、第１のハーフブリッジ回路９１６ａと第２のハーフブリッジ回路９１６ｂとで、かかる誘導磁界Ｍ１が逆向きになるので、磁気抵抗効果素子９１１ａと磁気抵抗効果素子９１１ｄの抵抗値が増大し、磁気抵抗効果素子９１１ｂと磁気抵抗効果素子９１１ｃの抵抗値が減少する。これにより、端子部９１３ｃからの出力電圧Ｖ１と端子部９１３ｄからの出力電圧Ｖ２とでは、それぞれ電位の変化（上昇或いは下降）が逆になるため、差動処理することでより大きな出力信号が得られることとなる。また、４つの磁気抵抗効果素子９１１に同じ方向でかつ同じ大きさの外部磁界が入射した場合は、出力電圧Ｖ１及び出力電圧Ｖ２は電位の変化が同じになるため、差動処理することで外部磁界の影響をキャンセルすることもできるとしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００８−２９８７６１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
ところで、上述した磁気抵抗効果素子９１１のような磁電変換素子には、感度軸方向（図１９Ａに示すＤＡ、ＤＢ、ＤＣ及びＤＤ）以外の方向の磁界を受けて、出力信号が影響される感度影響軸方向を有しているものがある。図２０は、比較例を説明する図であって、図１９Ｂに示す電流検知デバイス部のブリッジ回路をもとにして比較した構成概略図である。なお、図中の磁気抵抗素子９３（９３Ａ、９３Ｂ、９３Ｃ、９３Ｄ）の全ては、感度軸方向（図２０に示すＤＡ、ＤＢ、ＤＣ及びＤＤ）に対して９０°右に回転した方向に感度影響軸方向（図２０に示すＤＡｓ、ＤＢｓ、ＤＣｓ及びＤＤｓ）がある場合を示している。【００１０】
このような場合、図２０に示すように、Ｙ軸方向の外部磁界ＭＹが入射すると、出力電圧Ｖ１と出力電圧Ｖ２の差動処理を行っても外部磁界ＭＹの影響をキャンセルすることができない。すなわち、導体９２に流れる被測定電流により、一定の誘導磁界Ｍ１が発生していても、Ｙ軸方向の外部磁界ＭＹによって、さらなる誘導磁界が変化したように感知され、導体９２に流れる電流値を違う値として検出してしまうこととなる。このようにして、感度影響軸方向を有した磁気抵抗素子９３を用いた場合、従来例のような構成では、外部磁界ＭＹの影響をキャンセルすることができなく、精度の良い電流センサを得ることができないと言った課題があった。【００１１】
本発明は、上述した課題を解決するもので、外部磁界の影響が低減され検出精度の良い電流センサを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
この課題を解決するために、本発明の電流センサは、平行に延びる一対のアーム部を含む折り返し形状の電流路と、前記一対のアーム部の間を通る対称軸を挟んで配設され、前記一対のアーム部を流れる電流による磁気を検出する一対の磁電変換素子とを備え、前記一対の磁電変換素子を直列接続し、前記一対の磁電変換素子の接続点から信号を取り出し可能なハーフブリッジ回路が形成され、前記一対の磁電変換素子の感度軸及び感度影響軸がそれぞれ同一方向を向いていることを特徴としている。【００１３】
これによれば、本発明の電流センサは、ハーフブリッジ回路を構成している各磁電変換素子の感度軸が同じ方向を向いており、一対のアーム部を流れる電流による誘導磁界が各磁電変換素子に対して逆向きにかかっている。このため、ハーフブリッジ回路の出力電圧における電位の変動が大きくなり、大きな出力信号が得られることとなる。しかも、ハーフブリッジ回路を構成している各磁電変換素子の感度影響軸が同じ方向を向いているので、ハーフブリッジ回路内の一対の磁電変換素子において外部磁界の感度影響軸方向成分に依存した抵抗値変動の大きさを揃えることができる。【００１４】
また、本発明の電流センサは、前記磁電変換素子の前記感度影響軸は、バイアス磁界の方向を向いていることを特徴としている。【００１５】
これによれば、各磁電変換素子の感度影響軸がバイアス磁界の方向を向いているので、ハーフブリッジ回路内の一対の磁電変換素子においてバイアス磁界に依存した抵抗値変動の大きさを揃えることができる。【００１６】
また、本発明の電流センサは、前記ハーフブリッジ回路を２つ有しており、前記２つのハーフブリッジ回路からフルブリッジ回路が形成され、一方のハーフブリッジ回路の一対の磁電変換素子の感度軸と他方のハーフブリッジの一対の磁電変換素子の感度軸とが逆方向を向いていることを特徴としている。【００１７】
これによれば、本発明の電流センサは、一方のハーフブリッジ回路の各磁電変換素子の感度軸と他方のハーフブリッジ回路の各磁電変換素子の感度軸とが逆方向を向いているので、各ハーフブリッジ回路の出力電圧の変化（上昇或いは下降）が逆になる。このため、差動処理することで、より大きな出力信号を得ることができる。しかも、各ハーフブリッジ回路を構成している各磁電変換素子の感度影響軸が同じ方向を向いているので、外部磁界の感度影響軸方向成分による抵抗値の変動を揃えることができる。このため、差動処理によって外部磁界の感度影響軸方向成分による電圧変動が相殺され、外部磁界の影響が低減されて検出精度の良い電流センサを得ることができる。【００１８】
また、本発明の電流センサは、前記磁電変換素子に対して前記感度軸方向から入る外部磁界を遮蔽する磁気シールド部材を備えたことを特徴としている。【００１９】
これによれば、磁気シールド部材によって、最も感度に影響を及ぼす感度軸方向から入る外部磁界をシールドすることができる。さらに、感度軸方向と直交した方向から入る外部磁界は、その距離に依存して強度が変化するとともに、入射位置から遠く離れると外部磁界は方向が揃うようになる。これらにより、第１のハーフブリッジ回路と第２のハーフブリッジ回路を構成するそれぞれの磁電変換素子には、それぞれほぼ平行にかつ同じ大きさで外部磁界が入射するようになる。このことにより、外部磁界の発生源が近くにある等して、複数の磁電変換素子に外部磁界入射する場合であっても、ブリッジ回路或いはハーフブリッジ回路における外部磁界の感度影響軸方向成分による電圧変動が相殺され、より一層検出精度の良い電流センサを得ることができる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明の電流センサは、外部磁界の影響が低減されて検出精度の向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の第１実施形態の電流センサを説明する分解斜視図である。
【図２】本発明の第１実施形態の電流センサを説明する図であって、図１に示すＺ１側から見た上面図である。
【図３】本発明の第１実施形態の電流センサを説明する図であって、図２の一部を省略した上面図である。
【図４】本発明の第１実施形態の電流センサを説明する構成図であって、電流路と磁電変換素子とを示した平面図である。
【図５】本発明の第１実施形態の電流センサを説明する構成図であって、図４におけるブリッジ回路を模式的に示した図である。
【図６】本発明の第１実施形態の電流センサを説明する構成図であって、図４における磁気シールド部材と外部磁界を示した図である。
【図７】本発明の第１実施形態の電流センサを説明する構成図であって、差動処理の説明図である。
【図８】本発明の第２実施形態の電流センサを説明する分解斜視図である。
【図９】本発明の第２実施形態の電流センサを説明する図であって、図８に示すＺ１側から見た上面図である。
【図１０】本発明の第２実施形態の電流センサを説明する図であって、図９の基板を省略した上面図である。
【図１１】本発明の第２実施形態の電流センサを説明する構成図であって、電流路と磁電変換素子とを示した平面図である。
【図１２】本発明の第２実施形態の電流センサを説明する構成図であって、図１１におけるブリッジ回路を模式的に示した図である。
【図１３】本発明の第２実施形態の電流センサを説明する構成図であって、図１１における磁気シールド部材と外部磁界を示した図である。
【図１４】本発明の第１実施形態の電流センサの変形例１を説明する上面図であって、図３と比較した図である。
【図１５】本発明の第１実施形態の電流センサの変形例２を説明する上面図であって、図３と比較した図である。
【図１６】本発明の第２実施形態の電流センサの変形例４を説明する上面図であって、図１０と比較した図である。
【図１７】本発明の第１、第２実施形態の電流センサの変形例８を説明する上面図である。
【図１８】従来例の電流センサを説明する図であって、図１８Ａは、その斜視図であり、図１８Ｂは、その断面図である。
【図１９】従来例の電流センサを説明する図であって、図１９Ａは、電流検知デバイス部を示す平面図であり、図１９Ｂは、電流検知デバイス部のブリッジ回路を示した構成概略図である。
【図２０】比較例を説明する図であって、図１９Ｂに示す電流検知デバイス部のブリッジ回路をもとにして比較した構成概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。なお、本発明においては、磁電変換素子として磁気抵抗素子やホール素子を用いることができる。磁気抵抗素子は、磁気抵抗効果を利用した磁電変換素子であり、ホール素子は、ホール効果を利用した磁電変換素子である。また、磁電変換素子として感度影響軸を有する素子が用いられる。ここで、感度影響軸とは、感度軸の他に被測定電流の測定精度に影響を及ぼす軸である。感度影響軸としては、検出感度が高い磁気抵抗素子や磁気収束板を備えたホール素子が有する副感度軸や、ハードバイアス層を備えた磁気抵抗素子が有する感度変化軸が挙げられる。
【００２３】
なお、副感度軸とは、被測定電流からの誘導磁界により、感度軸に基づく出力信号に対して相対的に低い出力信号が生じる軸である。また、感度変化軸とは、磁気抵抗素子に対するハードバイアス層からのバイアス磁界の方向の軸である。
【００２４】
［第１実施形態］
図１は、本発明の第１実施形態の電流センサ１０１を説明する分解斜視図である。図２は、本発明の第１実施形態の電流センサ１０１を説明する図であって、図１に示すＺ１側から見た上面図である。なお、説明を容易にするため、上ケース１１Ａは省略している。図３は、本発明の第１実施形態の電流センサ１０１を説明する図であって、図２の磁気シールド部材１５の一部と基板１９を省略した上面図である。図４は、本発明の第１実施形態の電流センサを説明する構成図であって、電流路１２と磁電変換素子１３とを示した平面図である。図５は、本発明の第１実施形態の電流センサを説明する構成図であって、図４におけるブリッジ回路を模式的に示した図である。図６は、本発明の第１実施形態の電流センサを説明する構成図であって、図４における磁気シールド部材１５と外部磁界（ＭＸ、ＭＹ）を示した図である。なお説明を容易にするため、磁気シールド部材１５は断面のみで示している。
【００２５】
本発明の第１実施形態の電流センサ１０１は、図１ないし図４に示すように、一方が開放されたＵ字形状を有する電流路１２と、電流路１２に電流が流れたときに発生する磁気を検出する複数の磁電変換素子１３と、複数の磁電変換素子１３間を接続して構成される回路（図示していない）と、電流路１２のＵ字形状の外側に配設された磁気シールド部材１５と、を備えて構成される。他に、複数の磁電変換素子１３間を接続する配線パターンを有した基板１９と、電流路１２を位置決めして支持する支持部材５２と、電流路１２、磁電変換素子１３、磁気シールド部材１５、基板１９及び支持部材５２を収容する筐体１１と、が設けられている。
【００２６】
電流路１２は、銅（Ｃｕ）等の導電性の良い材質を用い、図１ないし図３に示すように、一方が開放されたＵ字形状を有しており、Ｕ字形状の先端側には、図４に示す被測定電流路（測定したい電流路）ＣＢと接続し固定するための孔１２ｈが設けられている。この電流路１２の被測定電流路ＣＢへの接続及び固定は、図示はしていないが、被測定電流路ＣＢ側の穴ＣＢｈと電流路１２の孔１２ｈとを重ね合わせ、ボルト及びナット等を用いて、容易に達成することができる。なお、電流路１２の材質に銅（Ｃｕ）を用いたが、これに限定されるものではなく、導電性の良い材質であれば良く、例えばアルミニウム（Ａｌ）等でも良い。
【００２７】
また、電流路１２は、支持部材５２の溝に収容されるようになっており、電流路１２の左右の外側に形成された傾斜部１２ｋと支持部材５２の左右の内側に形成された傾斜壁５２ｋとを当接させるとともに、支持部材５２の突設部５２ｔを電流路１２のスリット部１２ｓに嵌め込むことにより、電流路１２の位置決めが正確に行われる。
【００２８】
また、支持部材５２は、ＡＢＳ（アクリロニトリルブタジエンスチレン）、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）、ＰＢＴ（ポリブチレンテレフタレート）、ＬＣＰ（液晶ポリマー）等の合成樹脂材料を用いている。合成樹脂材料を用いているので、射出成形等で、容易に作製することができる。
【００２９】
磁電変換素子１３は、電流路１２に電流が流れたときに発生する磁気を検出する素子であって、例えば、巨大磁気抵抗効果を用いた磁気抵抗素子（ＧＭＲ(Giant Magneto Resistive)素子と言う）を用い、図４に示すように、４つ配設されている。そして、この４つの磁電変換素子１３（１３Ａ、１３Ｂ、１３Ｃ、１３Ｄ）は、説明を容易にするため詳細な図示はしていないが、ＧＭＲ素子をシリコン基板上に作製した後、切り出されたＧＭＲ素子のチップと信号の取り出しのためのリード端子とを電気的に接続して、熱硬化性の合成樹脂でパッケージングして、図１に示す磁気センサパッケージ１４としている。また、磁気センサパッケージ１４は、図示していないリード端子により、基板１９にはんだ付けされ、電流路１２のＵ字形状のスリット部１２ｓをまたぐようにして配設されている。このように、磁電変換素子１３が同一のシリコン基板から取り出されるので、素子特性が揃い易くなっている。
【００３０】
また、図４に示すように、複数の磁電変換素子１３の内、第１磁電変換素子１３Ａと第２磁電変換素子１３Ｂが、電流路１２のＵ字形状の対称軸ＳＪを挟んでそれぞれ配設されているとともに、第３磁電変換素子１３Ｃと第４磁電変換素子１３Ｄが、電流路１２のＵ字形状の対称軸ＳＪを挟んでそれぞれ配設されている。また、図４に示すように、第１磁電変換素子１３Ａと第２磁電変換素子１３Ｂの感度軸方向ＫＤが、同じ方向を向いている（図４では、Ｘ２方向）とともに、第１磁電変換素子１３Ａと第２磁電変換素子１３Ｂの感度影響軸方向ＥＤが、同じ方向を向いている（図４では、Ｙ１方向）。一方、第３磁電変換素子１３Ｃと第４磁電変換素子１３Ｄの感度軸方向ＫＤが、同じ方向を向いているとともに、第３磁電変換素子１３Ｃと第４磁電変換素子１３Ｄの感度影響軸方向ＥＤが、同じ方向を向いている。また、第１、第２電磁変換素子１３Ａ、１３Ｂの感度軸方向ＫＤと第３、第４電磁変換素子１３Ｃ、１３Ｄの感度軸方向ＫＤとが逆方向を向いている。なお、第１実施形態では、感度軸方向ＫＤと感度影響軸方向ＥＤとのなす角が９０°の場合について説明したが、９０°に限るものではない。
【００３１】
また、本発明の第１実施形態の電流センサ１０１は、感度影響軸方向ＥＤが、複数の磁電変換素子１３にかけられたバイアスの方向になっている。
【００３２】
以上のように配設された４つの磁電変換素子１３（１３Ａ、１３Ｂ、１３Ｃ、１３Ｄ）を電気的に接続して、図５に示すような回路を作成している。この回路は、図５に示すように、第１磁電変換素子１３Ａと第２磁電変換素子１３Ｂとにより、第１のハーフブリッジ回路ＨＢ１を構成するとともに、第３磁電変換素子１３Ｃと第４磁電変換素子１３Ｄとにより第２のハーフブリッジ回路ＨＢ２を構成して、第１のハーフブリッジ回路ＨＢ１と第２のハーフブリッジ回路ＨＢ２との並列接続からなるブリッジ回路を構成している。なお、図示はしていないが、各端子部は、入力端子、グランド端子及び信号（出力）端子と接続され、図５に示すように、制御電源電圧Ｖｃｃ、グラウンドＧＮＤ、出力電圧Ｖ１１及び出力電圧Ｖ１２として、回路が構成される。
【００３３】
以上のようにして構成された本発明の電流センサ１０１は、図４及び図５に示すように、被測定電流ＳＣが印加され誘導磁界Ｍ１が発生した際に、第１のハーフブリッジ回路ＨＢ１内の第１磁電変換素子１３Ａと第２磁電変換素子１３Ｂは、感度軸方向ＫＤが同じ方向を向いているので、第１磁電変換素子１３Ａの感度軸方向ＫＤと第２磁電変換素子１３Ｂの感度軸方向ＫＤとにかかる誘導磁界Ｍ１が逆向きになる。このため、第１磁電変換素子１３Ａの抵抗値が増大し、第２磁電変換素子１３Ｂの抵抗値が減少する。同様にして、第２のハーフブリッジ回路ＨＢ２内の第３磁電変換素子１３Ｃと第４磁電変換素子１３Ｄは、感度軸方向ＫＤが同じ方向を向いているので、第３磁電変換素子１３Ｃの感度軸方向ＫＤと第４磁電変換素子１３Ｄの感度軸方向ＫＤとにかかる誘導磁界Ｍ１が逆向きになる。この場合、第３、第４磁電変換素子１３Ｃ、Ｄの感度軸方向が第１、第２磁電変換素子１３Ａ、Ｂの感度軸方向と逆向きであるため、第４磁電変換素子１３Ｄの抵抗値が増大し、第３磁電変換素子１３Ｃの抵抗値が減少する。これにより、出力電圧Ｖ１１と出力電圧Ｖ１２とでは、それぞれ電位の変化（上昇或いは下降）が逆になるため、差動処理することにより、大きな出力信号が得られることとなる。また、４つの磁電変換素子１３に同じ方向でかつ同じ大きさの外部磁界が入射した場合は、出力電圧Ｖ１１及び出力電圧Ｖ１２は電位の変化が同じになるため、差動処理することで外部磁界の影響をキャンセルすることができる。
【００３４】
また、図４に示すように、Ｙ軸方向の外部磁界ＭＹが入射すると、第１磁電変換素子１３Ａ及び第２磁電変換素子１３Ｂは、感度影響軸方向ＥＤが同じ方向を向いているので、感度影響軸方向ＥＤと逆向きの外部磁界ＭＹを受けると、それぞれ感度が増大して、それぞれ抵抗値が変化する。この場合、第１磁電変換素子１３Ａ及び第２磁電変換素子１３Ｂにかかる誘導磁界Ｍ１が逆向きであるため、第１磁電変換素子１３Ａの抵抗値と第２磁電変換素子１３Ｂの抵抗値とが外部磁界ＭＹの影響によって逆向きに変化する。具体的には、外部磁界ＭＹによって第１磁電変換素子１３Ａの感度が増大すると、誘導磁界Ｍ１に応じた抵抗値の増大方向の変化を示す抵抗増大率が増加する。外部磁界ＭＹによって第２磁電変換素子１３Ｂの感度が増大すると、誘導磁界Ｍ１に応じた抵抗値の減少方向の変化を示す抵抗減少率が増加する。
【００３５】
一方、第３磁電変換素子１３Ｃ及び第４磁電変換素子１３Ｄは、感度影響軸方向ＥＤが同じ方向を向いているので、感度影響軸方向ＥＤと同じ向きの外部磁界ＭＹを受けると、それぞれ感度が減少して、それぞれ抵抗値が変化する。この場合、第３磁電変換素子１３Ｃ及び第４磁電変換素子１３Ｄにかかる誘導磁界Ｍ１が逆向きであるため、第３磁電変換素子１３Ｃの抵抗値と第４磁電変換素子１３Ｄの抵抗値とが外部磁界ＭＹの影響によって逆向きに変化する。具体的には、外部磁界ＭＹによって第３磁電変換素子１３Ｃの感度が減少すると、誘導磁界Ｍ１に応じた抵抗値の減少方向の変化を示す抵抗減少率が減少する。外部磁界ＭＹによって第４磁電変換素子１３Ｄの感度が減少すると、誘導磁界Ｍ１に応じた抵抗値の増加方向の変化を示す抵抗増加率が減少する。
【００３６】
これにより、第１のハーフブリッジ回路ＨＢ１及び第２のハーフブリッジ回路ＨＢ２の外部磁界ＭＹによる抵抗値変動が同じになるので、Ｙ軸方向の外部磁界ＭＹの影響を受けないようになる。すなわち、外部磁界が電流センサ１０１に及んだとしても、第１のハーフブリッジ回路ＨＢ１及び第２のハーフブリッジ回路ＨＢ２からの出力信号の差動をとることで、ブリッジ回路における感度影響軸方向成分（ここではＹ軸方向成分）の電圧変動が相殺される。このことにより、外部磁界の影響が低減され、検出精度の良い電流センサ１０１を得ることができる。
【００３７】
ここで図７を参照して、第１のハーフブリッジ回路ＨＢ１及び第２のハーフブリッジ回路ＨＢ２の差動処理について詳細に説明する。なお、図７Ａ、Ｂは比較例に係るブリッジ回路を示し、図７Ｃは本実施形態に係るブリッジ回路を示している。また、図７Ａのブリッジ回路では、感度影響軸を有さない磁電変換素子を用いており、図７Ｂのブリッジ回路では、感度影響軸を有する磁電変換素子を用いている。また、以下の説明では、説明の便宜上、各ハーフブリッジ回路の出力電圧をＶ１‘、Ｖ２’とする。
【００３８】
図７Ａに示すように、比較例に係るブリッジ回路は、第１磁電変換素子５１Ａと第３磁電変換素子５１Ｃとで第１のハーフブリッジ回路ＨＢａを構成し、第２磁電変換素子５１Ｂと第４磁電変換素子５１Ｄとで第２のハーフブリッジ回路ＨＢｂを構成している。このブリッジ回路において、第１−第４磁電変換素子５１Ａ−５１Ｄの抵抗Ｒ１‘−Ｒ４‘は、次式（１）のように表わされる。ここで、Ｒは抵抗値、Ｋは感度、Ｘは磁界の大きさ、Ｒ０はゼロ磁界の抵抗値をそれぞれ示している。また、＋ΔＲは抵抗増大率を表し、−ΔＲは抵抗減少率を表している。
【数１】
2013172114.tif 000003
【００３９】
この場合、第１、第４磁電変換素子５１Ａ、５１Ｄの感度軸ＫＤは誘導磁界Ｍ１に対して逆向きであるため、第１、第４磁電変換素子５１Ａ、５１Ｄの抵抗値Ｒ１‘、Ｒ４‘は増加方向に変化する。第２、第３磁電変換素子５１Ｂ、５１Ｃの感度軸ＫＤは誘導磁界Ｍ１に対して同じ向きであるため、第２、第３磁電変換素子５１Ｂ、５１Ｃの抵抗値Ｒ２‘、Ｒ３‘は減少方向に変化する。
【００４０】
また、第１のハーフブリッジ回路ＨＢａの出力電圧Ｖ１‘と第２のハーフブリッジ回路ＨＢｂの出力電圧Ｖ２‘は、次式（２）のように表わされる。
【数２】
2013172114.tif 000004
【００４１】
そして、第１のハーフブリッジ回路ＨＢａの出力Ｖ１‘と第２のハーフブリッジ回路ＨＢｂの出力Ｖ２‘との差動をとることで、次式（３）に示すように出力信号を得ることができる。
【数３】
2013172114.tif 000005
このように、感度影響軸を有さない磁電変換素子を用いた場合には、誘導磁界Ｍ１の大きさＸに比例した出力を得ることができる。
【００４２】
しかしながら、図７Ｂに示す比較例ように、感度影響軸を有する磁電変換素子を用いた場合には、磁電変換素子の感度影響軸方向に印加される外部磁界ＭＹの影響が問題となる。この比較例においても、第１磁電変換素子５２Ａと第３磁電変換素子５２Ｃとで第１のハーフブリッジ回路ＨＢｃを構成し、第２磁電変換素子５２Ｂと第４磁電変換素子５２Ｄとで第２のハーフブリッジ回路ＨＢｄを構成している。このブリッジ回路において、第１−第４磁電変換素子５２Ａ−５２Ｄの抵抗Ｒ１‘−Ｒ４‘は、次式（４）のように表わされる。ここで、Ｒは抵抗値、Ｋは感度、βは感度の変化量、Ｘは磁界の大きさ、Ｒ０はゼロ磁界の抵抗をそれぞれ示している。また、＋ΔＲは抵抗増大率を表し、−ΔＲは抵抗減少率を表している。
【数４】
2013172114.tif 000006
【００４３】
この場合、第１、第４磁電変換素子５２Ａ、５２Ｄの感度軸ＫＤが誘導磁界Ｍ１に対して逆向きであるため、第１、第４磁電変換素子５２Ａ、５２Ｄの抵抗値Ｒ１‘、Ｒ４‘は増加方向に変化する。第２、第３磁電変換素子５２Ｂ、５２Ｃの感度軸ＫＤが誘導磁界Ｍ１に対して同じ向きであるため、第２、第３磁電変換素子５２Ｂ、５２Ｃの抵抗値Ｒ２‘、Ｒ３‘は減少方向に変化する。また、第１、第２磁電変換素子５２Ａ、５２Ｂの感度影響軸ＥＤが外部磁界ＭＹに対して逆向きであるため、第１、第２磁電変換素子５２Ａ、５２Ｂの感度がＫ＋βになる。また、第３、第４磁電変換素子５２Ｃ、５２Ｄの感度影響軸ＥＤが外部磁界ＭＹに対して同じ向きあるため、第３、第４磁電変換素子５２Ｃ、５２Ｄの感度がＫ−βになる。よって、第１磁電変換素子５２Ａの抵抗値Ｒ１‘に対しては、感度Ｋ＋βが増加方向に作用し、第２磁電変換素子５２Ｂの抵抗値Ｒ２‘に対しては、感度Ｋ＋βが減少方向に作用する。また、第３磁電変換素子５２Ｃの抵抗値Ｒ３‘に対しては、感度Ｋ−βが減少方向に作用し、第４磁電変換素子５２Ｄの抵抗値Ｒ４‘に対しては、感度Ｋ−βが増加方向に作用する。
【００４４】
また上記したように、第１のハーフブリッジ回路ＨＢｃは、第１、第３磁電変換素子５２Ａ、５２Ｃで構成され、第２のハーフブリッジ回路ＨＢｄは、第２、第４磁電変換素子５２Ｂ、５２Ｄで構成されている。このため、第１のハーフブリッジ回路ＨＢｃの出力電圧Ｖ１‘と第２のハーフブリッジ回路ＨＢｄの出力電圧Ｖ２‘は、次式（５）のように表わされる。
【数５】
2013172114.tif 000007
【００４５】
そして、第１のハーフブリッジ回路ＨＢｃの出力電圧Ｖ１‘と第２のハーフブリッジ回路ＨＢｄの出力電圧Ｖ２‘との差動をとることで、次式（６）に示すように出力信号を得ることができる。
【数６】
2013172114.tif 000008
このように、比較例に示す構成において、感度影響軸を有する磁電変換素子を用いた場合には、β依存性をキャンセルすることができず、外部磁界ＭＹの影響を受けてしまう。
【００４６】
一方、図７Ｃに示す本実施形態の構成では、感度影響軸を有する磁電変換素子を用いた場合でも、磁電変換素子の感度影響軸方向に印加される外部磁界ＭＹの影響を低減できる。本実施形態では、第１磁電変換素子１３Ａと第２磁電変換素子１３Ｂとで第１のハーフブリッジ回路ＨＢ１を構成し、第３磁電変換素子１３Ｃと第４磁電変換素子１３Ｄとで第２のハーフブリッジ回路ＨＢ２を構成している。このブリッジ回路において、第１−第４磁電変換素子１３Ａ−１３Ｄの抵抗Ｒ１‘−Ｒ４‘は、次式（７）のように表わされる。ここで、Ｒは抵抗値、Ｋは感度、βは感度の変化量、Ｘは磁界の大きさ、Ｒ０はゼロ磁界の抵抗をそれぞれ示している。また、＋ΔＲは抵抗増大率を表し、−ΔＲは抵抗減少率を表している。
【数７】
2013172114.tif 000009
この場合、各磁電変換素子１３Ａ−１３Ｄは、図７Ｂに示す比較例と同様に抵抗値Ｒ１‘−Ｒ４‘が変化する。
【００４７】
また上記したように、第１のハーフブリッジ回路ＨＢ１は、第１、第２磁電変換素子１３Ａ、１３Ｂで構成され、第２のハーフブリッジ回路ＨＢ２は、第３、第４磁電変換素子１３Ｃ、１３Ｄで構成されている。このため、第１のハーフブリッジ回路ＨＢ１の出力電圧Ｖ１‘と第２のハーフブリッジ回路ＨＢ２の出力電圧Ｖ２‘は、次式（８）のように表わされる。
【数８】
2013172114.tif 000010
この場合、出力電圧Ｖ１‘、Ｖ２’における外部磁界ＭＹによる抵抗値変動成分が同じ（βＸＶ／２）になっている。
【００４８】
そして、第１のハーフブリッジ回路ＨＢ１の出力電圧Ｖ１‘と第２のハーフブリッジ回路ＨＢ２の出力電圧Ｖ２‘との差動をとることで、次式（９）に示すように出力信号を得ることができる。
【数９】
2013172114.tif 000011
このように、本実施形態に示す構成では、β依存性をキャンセルことができ、外部磁界ＭＹの影響を受けることがない。
【００４９】
さらに、第１のハーフブリッジ回路ＨＢ１と第２のハーフブリッジ回路ＨＢ２とでブリッジ回路を構成しているので、ＧＭＲ素子のような磁界と電圧の関係においてオフセットを有する磁電変換素子１３であっても、ブリッジ回路における感度影響軸方向成分（ここではＹ軸方向成分）の電圧変動をより正確に相殺することができる。
【００５０】
磁気シールド部材１５は、磁性粉末を含有した合成樹脂材を用い、図１、図２、図３及び図６に示すように、筒状に成形され、周囲の内壁が電流路１２のＵ字形状の外側に配設されるように組み込まれている。そして、図６に示す外部磁界ＭＸが紙面の右側の存在した際に、詳細な図示はしていないが、この磁気シールド部材１５を通って紙面の左側に抜けるようになっている。このようにして、主として感度軸方向ＫＤから磁電変換素子１３に入る外部磁界ＭＸを遮蔽している。これにより、外乱磁界の発生源が電流センサ１０１の近くに存在する場合でも、最も感度に影響を及ぼす感度軸方向ＫＤの外部磁界ＭＸをシールドすることができる。
【００５１】
また、詳細な図示はしていないが、Ｙ軸方向の外部磁界ＭＹの大部分は、この磁気シールド部材１５を通って紙面の上側から下側に抜けるようになるが、磁気シールド部材１５に開口部１５ｋを有しているので、Ｙ軸方向の外部磁界ＭＹの一部は、シールドされずに磁電変換素子１３に入射してくる。しかしながら、磁気シールド部材１５の開口部１５ｋからの距離に依存して外部磁界ＭＹの強度が変化するとともに、開口部１５ｋから遠く離れると外部磁界ＭＹはＹ軸方向に揃うようになる。これにより、第１のハーフブリッジ回路ＨＢ１と第２のハーフブリッジ回路ＨＢ２を構成するそれぞれの磁電変換素子１３（１３Ａと１３Ｂ、１３Ｃと１３Ｄ）には、それぞれほぼ平行にかつ同じ大きさで外部磁界ＭＹが入射するようになる。このことにより、外部磁界の発生源が近くにある等して、複数の磁電変換素子１３に入射する外部磁界の方向や強さが大きく異なる場合であっても、ブリッジ回路或いはハーフブリッジ回路における感度影響軸方向成分の電圧変動が相殺され、より一層検出精度の良い電流センサ１０１を得ることができる。特に、電流検出の高い精度が要求される、バッテリー管理システム用の電流センサにおいては、とても有用である。
【００５２】
また、磁気シールド部材１５の作製は、ＡＢＳ（アクリロニトリルブタジエンスチレン）、ＰＰ（ポリプロピレン）等の合成樹脂に、扁平状磁性粉末を分散させ、射出成形等によって容易に行われる。また、磁気シールド部材１５は、複数の扁平状磁性粉末の長手方向が磁気シールド部材１５の面方向に揃えた形で並べるように配向させているので、磁気シールド効果が高められている。
【００５３】
基板１９は、一般に広く知られている両面のプリント配線板を用いており、ガラス入りのエポキシ樹脂のベース基板に、ベース基板上に設けられた銅（Ｃｕ）等の金属箔をパターニングして、配線パターンを形成している。基板１９には、図１及び図２に示すように、磁気センサパッケージ１４が搭載され、基板１９は、磁気センサパッケージ１４が電流路１２のＵ字形状のアーム部の両方にかかるように、電流路１２上に配設されている。すなわち、基板１９は、筺体１１を介さずに電流路１２に直に取り付けられている。なお、基板１９にガラス入りのエポキシ樹脂からなるプリント配線板を用いたが、これに限定されるものではなく、例えばセラミック配線板、フレキシブル配線板でも良い。
【００５４】
筐体１１は、図１ないし図３に示すように、箱状に形成された上ケース１１Ａと断面がＵ字状に形成された下ケース１１Ｄとから構成され、電流路１２と磁気シールド部材１５と磁気センサパッケージ１４が搭載された基板１９と磁気シールド部材１５と支持部材５２とを、上ケース１１Ａと下ケース１１Ｄとで挟むようにして収容している。また、磁気シールド部材１５の一部と支持部材５２の一部が筐体１１からはみ出して収容されている。また、筐体１１も支持部材５２と同様に、ＡＢＳ（アクリロニトリルブタジエンスチレン）等の合成樹脂材料を用いて、射出成形等で作製している。
【００５５】
以上により、本発明の第１実施形態の電流センサ１０１は、各ハーフブリッジ回路ＨＢ１、ＨＢ２を構成している各磁電変換素子１３の感度軸が同じ方向を向いており、電流路１２を流れる電流による誘導磁界が各磁電変換素子１３に対して逆向きにかかっている。このため、各ハーフブリッジ回路ＨＢ１、ＨＢ２の出力電圧における電位の変動が大きくなり、大きな出力信号が得られることとなる。また、第１のハーフブリッジ回路ＨＢ１の各磁電変換素子１３の感度軸と第２のハーフブリッジ回路ＨＢ２の各磁電変換素子１３の感度軸とが逆方向を向いているので、各ハーフブリッジ回路ＨＢ１、ＨＢ２の出力電圧（Ｖ１１、Ｖ１２）の変化（上昇或いは下降）が逆になる。このため、差動処理することで、より大きな出力信号を得ることができる。しかも、各ハーフブリッジ回路ＨＢ１、ＨＢ２において各磁電変換素子１３の感度影響軸が同じ方向を向いているので、外部磁界ＭＹの感度影響軸方向成分による抵抗値の変動を揃えることができる。このため、差動処理によって外部磁界ＭＹの感度影響軸方向成分による電圧変動が相殺され、外部磁界ＭＹの影響が低減されて検出精度の良い電流センサ１０１を得ることができる。
【００５６】
また、電流路１２のＵ字形状の外側に配設された磁気シールド部材１５を有しているので、最も感度に影響を及ぼす感度軸方向ＫＤから入る外部磁界ＭＸをシールドすることができる。さらに、磁気シールド部材１５の開口部１５ｋから入射したＹ軸方向の外部磁界ＭＹは、その距離に依存して強度が変化するとともに、開口部１５ｋから遠く離れると外部磁界ＭＹはＹ軸方向に揃うようになる。これらにより、第１のハーフブリッジ回路ＨＢ１と第２のハーフブリッジ回路ＨＢ２を構成するそれぞれの磁電変換素子１３（１３Ａと１３Ｂ、１３Ｃと１３Ｄ）には、それぞれほぼ平行にかつ同じ大きさで外部磁界ＭＹが入射するようになる。このことにより、外部磁界の発生源が近くにある等して、複数の磁電変換素子１３に外部磁界が入射する場合であっても、ブリッジ回路における感度影響軸方向成分の電圧変動が相殺され、より一層検出精度の良い電流センサ１０１を得ることができる。
【００５７】
［第２実施形態］
図８は、本発明の第２実施形態の電流センサ１０２を説明する分解斜視図である。図９は、本発明の第２実施形態の電流センサ１０２を説明する図であって、図８に示すＺ１側から見た上面図である。なお、説明を容易にするため、磁気シールド部材２５Ａは省略している。図１０は、本発明の第２実施形態の電流センサ１０２を説明する図であって、図９の基板２９を省略した上面図である。図１１は、本発明の第２実施形態の電流センサを説明する構成図であって、電流路２２と磁電変換素子２３とを示した平面図である。図１２は、本発明の第２実施形態の電流センサを説明する構成図であって、図１１におけるブリッジ回路を模式的に示した図である。図１３は、本発明の第２実施形態の電流センサを説明する構成図であって、図１１における磁気シールド部材２５と外部磁界（ＭＸ、ＭＹ）を示した図である。なお説明を容易にするため、磁気シールド部材２５は断面のみで示している。また、第２実施形態の電流センサ１０２は、第１実施形態に対し、磁電変換素子２３と磁気シールド部材２５の構成が異なる。なお、第１実施形態と同一構成については、同一符号を付して詳細な説明は省略する。
【００５８】
本発明の第２実施形態の電流センサ１０２は、図８ないし図１１に示すように、一方が開放されたＵ字形状を有する電流路２２と、電流路２２に電流が流れたときに発生する磁気を検出する複数の磁電変換素子２３と、複数の磁電変換素子２３間を接続して構成される回路（図示していない）と、電流路２２のＵ字形状の外側に配設された磁気シールド部材２５（２５Ａ、２５Ｄ）と、を備えて構成される。他に、複数の磁電変換素子２３間を接続する配線パターンを有した基板２９と、電流路２２を位置決めして支持する支持部材６２と、が設けられている。
【００５９】
電流路２２は、銅（Ｃｕ）等の導電性の良い材質を用い、図８ないし図１０に示すように、一方が開放されたＵ字形状を有しており、Ｕ字形状の先端側には、図１１に示す被測定電流路（測定したい電流路）ＣＢと接続し固定するための孔２２ｈが設けられている。この電流路２２の被測定電流路ＣＢへの接続及び固定は、図示はしていないが、被測定電流路ＣＢ側の穴ＣＢｈと電流路２２の孔２２ｈとを重ね合わせ、ボルト及びナット等を用いて、容易に達成することができる。なお、電流路２２の材質に銅（Ｃｕ）を用いたが、これに限定されるものではなく、導電性の良い材質であれば良く、例えばアルミニウム（Ａｌ）、鉄（Ｆｅ）等でも良い。
【００６０】
また、電流路２２は、支持部材６２の溝に収容されるようになっており、電流路２２の左右の外側に形成された傾斜部２２ｋと支持部材６２の左右の内側に形成された傾斜壁６２ｋとを当接させるとともに、支持部材６２の突設部６２ｔを電流路２２のスリット部２２ｓに嵌め込むことにより、電流路２２の位置決めが正確に行われる。
【００６１】
また、支持部材６２は、ＡＢＳ（アクリロニトリルブタジエンスチレン）、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）、ＰＢＴ（ポリブチレンテレフタレート）、ＬＣＰ（液晶ポリマー）等の合成樹脂材料を用いている。合成樹脂材料を用いているので、射出成形等で、容易に作製することができる。
【００６２】
磁電変換素子２３は、電流路２２に電流が流れたときに発生する磁気を検出する素子であって、例えば、磁気抵抗素子を用い、図１１に示すように、２つ配設されている。そして、この２つの磁電変換素子２３（２３Ａ、２３Ｂ）は、説明を容易にするため詳細な図示はしていないが、磁気抵抗素子のチップと信号の取り出しのためのリード端子とを電気的に接続して、熱硬化性の合成樹脂でパッケージングして、図８に示す磁気センサパッケージ２４としている。また、磁気センサパッケージ２４は、図示していないリード端子により、基板２９にはんだ付けされ、電流路２２のＵ字形状のスリット部２２ｓをまたぐようにして配設されている。
【００６３】
また、図１１に示すように、複数の磁電変換素子２３の内、第１磁電変換素子２３Ａと第２磁電変換素子２３Ｂが、電流路２２のＵ字形状の対称軸ＳＪを挟んでそれぞれ配設されている。また、図１１に示すように、第１磁電変換素子２３Ａと第２磁電変換素子２３Ｂの感度軸方向ＫＤが、同じ方向を向いている（図１１では、Ｘ２方向）とともに、第１磁電変換素子２３Ａと第２磁電変換素子２３Ｂの感度影響軸方向ＥＤが、同じ方向を向いている（図１１では、Ｙ１方向）。なお、第２実施形態では、感度軸方向ＫＤと感度影響軸方向ＥＤとのなす角が９０°の場合について説明したが、９０°に限るものではない。
【００６４】
以上のように配設された２つの磁電変換素子２３（２３Ａ、２３Ｂ）を電気的に接続して、図１２に示すような回路を作成している。この回路は、図１２に示すように、第１磁電変換素子２３Ａと第２磁電変換素子２３Ｂとにより、ハーフブリッジ回路ＨＢＣを構成している。なお、図示はしていないが、各端子部は、入力端子、グランド端子及び信号（出力）端子と接続され、図１２に示すように、制御電源電圧Ｖｃｃ、グラウンドＧＮＤ、出力電圧Ｖ２１として、回路が構成される。
【００６５】
これによれば、本発明の電流センサは、ハーフブリッジ回路を構成している各磁電変換素子の感度軸が同じ方向を向いており、一対のアーム部を流れる電流による誘導磁界が各磁電変換素子に対して逆向きにかかっている。このため、ハーフブリッジ回路の出力電圧における電位の変動が大きくなり、大きな出力信号が得られることとなる。しかも、ハーフブリッジ回路を構成している各磁電変換素子の感度影響軸が同じ方向を向いているので、ハーフブリッジ回路内の一対の磁電変換素子において外部磁界の感度影響軸方向成分に依存した抵抗値変動の大きさを揃えることができる。つまり、各磁電変換素子の抵抗値が、同様に外部磁界の影響を受けるため、各磁電変換素子の抵抗値の比率は、外部磁界の影響をほとんど受けない。よって、出力電圧Ｖ２１は、外部磁界の影響をほとんど受けない。
【００６６】
磁気シールド部材２５は、磁性粉末を含有した合成樹脂材を用い、図８に示すように、２つのケース状の部材から構成され、図８ないし図１０に示すように、上側の磁気シールド部材２５Ａと下側の磁気シールド部材２５Ｂとで、電流路２２の一部と支持部材６２の一部と基板２９と磁気センサパッケージ２４とを、包み込むようにしている。このため、磁気シールド部材２５の内壁が電流路２２のＵ字形状の外側に配設されるようになる。そして、図１３に示す外部磁界ＭＸが紙面の右側の存在した際に、詳細な図示はしていないが、この磁気シールド部材２５を通って紙面の左側に抜けるようになっている。このようにして、主として感度軸方向ＫＤから磁電変換素子２３に入る外部磁界ＭＸを遮蔽している。これにより、外乱磁界の発生源が電流センサ１０１の近くに存在する場合でも、最も感度に影響を及ぼす感度軸方向ＫＤの外部磁界ＭＸをシールドすることができる。
【００６７】
また、詳細な図示はしていないが、Ｙ軸方向の外部磁界ＭＹの大部分は、この磁気シールド部材２５を通って紙面の上側から下側に抜けるようになるが、磁気シールド部材２５の一部に隙間を有するので、Ｙ軸方向の外部磁界ＭＹの一部は、シールドされずに磁電変換素子２３に入射してくる。しかしながら、磁気シールド部材２５の側壁の隙間からの距離に依存して外部磁界ＭＹの強度が変化するとともに、側壁の隙間から遠く離れると外部磁界ＭＹはＹ軸方向に揃うようになる。これにより、ハーフブリッジ回路ＨＢＣを構成するそれぞれの磁電変換素子２３（２３Ａと２３Ｂ）には、それぞれほぼ平行にかつ同じ大きさで外部磁界ＭＹが入射するようになる。
【００６８】
また、磁気シールド部材２５の作製は、ＡＢＳ（アクリロニトリルブタジエンスチレン）、ＰＰ（ポリプロピレン）等の合成樹脂に扁平状磁性粉末を分散させた磁性体シートに、曲げ加工を施して所望の形状に形成することによって容易に行われる。また、磁性体シートは、複数の扁平状磁性粉末の長手方向が磁性体シートの面方向に揃えた形で並べるように配向させているので、磁気シールド効果が高められている。
【００６９】
基板２９は、一般に広く知られている片面のプリント配線板を用いており、ガラス入りのエポキシ樹脂のベース基板に、ベース基板上に設けられた銅（Ｃｕ）等の金属箔をパターニングして、配線パターンを形成している。基板２９には、図８及び図９に示すように、磁気センサパッケージ２４が搭載され、基板２９は、磁気センサパッケージ２４が電流路２２のＵ字形状のアーム部の両方にかかるように、電流路２２上に配設されている。すなわち、基板２９は、磁気シールド部材２５を介さずに電流路２２に直に取り付けられている。なお、基板２９にガラス入りのエポキシ樹脂からなるプリント配線板を用いたが、これに限定されるものではなく、例えばセラミック配線板、フレキシブル配線板でも良い。
【００７０】
以上により、本発明の第２実施形態の電流センサ１０２は、ハーフブリッジ回路ＨＢＣを構成している第１磁電変換素子２３Ａと第２磁電変換素子２３Ｂの感度軸が同じ方向を向いており、一対のアーム部を流れる電流による誘導磁界が各磁電変換素子２３Ａ、２３Ｂに対して逆向きにかかっている。このため、ハーフブリッジ回路ＨＢＣの出力電圧における電位の変動が大きくなり、大きな出力信号が得られることとなる。しかも、ハーフブリッジ回路ＨＢＣを構成している各磁電変換素子２３Ａ、２３Ｂの感度影響軸が同じ方向を向いているので、ハーフブリッジ回路ＨＢＣ内の各磁電変換素子２３Ａ、２３Ｂにおいて外部磁界の感度影響軸方向成分に依存した抵抗値変動の大きさを揃えることができる。
【００７１】
また、電流路２２のＵ字形状の外側に配設された磁気シールド部材２５を有しているので、最も感度に影響を及ぼす感度軸方向ＫＤから入る外部磁界ＭＸをシールドすることができる。さらに、電流路２２の長手方向から入射したＹ軸方向の外部磁界ＭＹは、その距離に依存して強度が変化するとともに、磁気シールド部材２５の外側から遠く離れると外部磁界ＭＹはＹ軸方向に揃うようになる。これらにより、ハーフブリッジ回路ＨＢＣを構成するそれぞれの磁電変換素子２３（２３Ａと２３Ｂ）には、それぞれほぼ平行にかつ同じ大きさで外部磁界ＭＹが入射するようになる。
【００７２】
なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、例えば次のように変形して実施することができ、これらの実施形態も本発明の技術的範囲に属する。
【００７３】
図１４は、本発明の第１実施形態の電流センサ１０１の変形例１の電流センサＣ１０１を説明する上面図であって、図３と比較した図である。図１５は、本発明の第１実施形態の電流センサ１０１の変形例２の電流センサＣ１２１を説明する上面図であって、図３と比較した図である。図１６は、本発明の第２実施形態の電流センサ１０２の変形例４の電流センサＣ１０２を説明する上面図であって、図１０と比較した図である。図１７は、本発明の各実施形態の電流センサ１０１、１０２の変形例８の電流センサ１０３を説明する上面図である。
【００７４】
＜変形例１＞
上記第１実施形態では、４つの磁電変換素子１３を１パッケージにした構成にしたが、図１４に示すように、第１磁電変換素子１３Ａと第２磁電変換素子１３Ｂを１パッケージにして磁気センサパッケージＣ１４Ａとし、第３磁電変換素子１３Ｃと第４磁電変換素子１３Ｄを１パッケージにして磁気センサパッケージＣ１４Ｃとしても良い。
【００７５】
＜変形例２＞
上記第１実施形態では、４つの磁電変換素子１３を１パッケージにした構成にしたが、図１５に示すように、第１磁電変換素子１３Ａと第３磁電変換素子１３Ｃを１パッケージにして磁気センサパッケージＣ１４Ｅとし、第２磁電変換素子１３Ｂと第４磁電変換素子１３Ｄを１パッケージにして磁気センサパッケージＣ１４Ｆとしても良い。
【００７６】
＜変形例３＞
上記第１実施形態では、磁気シールド部材１５に磁性粉末を含有した合成樹脂材を用いた筒状の成形体を適用した構成にしたが、磁性粉末を含有しない合成樹脂材を用いた筒状の成形体に、扁平状磁性粉末をバインダーと溶剤に分散させ、塗布及び硬化することによって磁気シールド層を設ける構成であっても良い。その際には、筒状の成形体の内側の全周或いは外側の全周のいずれかに設けると良い。また、磁気シールド部材１５を用いなく、筐体１１の内側壁に磁気シールド層を設けるようにして、磁気シールド部材としても良い。
【００７７】
＜変形例４＞
上記第２実施形態では、２つの磁電変換素子２３を１パッケージにした構成にしたが、図１６に示すように、第１磁電変換素子２３Ａを１パッケージにして磁気センサパッケージＣ２４Ａとし、第２磁電変換素子２３Ｂを１パッケージにして磁気センサパッケージＣ２４Ｂとしても良い。
【００７８】
＜変形例５＞
上記各実施形態では、電流路（１２、２２）の断面形状が矩形の板状のタイプ、所謂バスバータイプを用いたが、断面形状が円形若しくは楕円形の電線のタイプの電流路を用いても良い。また、上記各実施形態では、電流路（１２、２２）がＵ字状に形成される構成を例示したが、この構成に限定されない。電流路（１２、２２）は、平行に延びる一対のアーム部を有する折り返し形状に形成されていればよい。なお、一対のアーム部は、完全な平行に限られない。すなわち、電流センサの検出精度が向上する範囲であれば、実質的に平行と見なせる程度を含んでいる。
【００７９】
＜変形例６＞
上記各実施形態では、磁気シールド部材（１５、２５）を好適に用いたが、磁気シールド部材（１５、２５）を用いない構成であっても良い。
【００８０】
＜変形例７＞
上記第１実施形態では、第１のハーフブリッジ回路ＨＢ１の磁電変換素子１３の感度影響軸と第２のハーフブリッジ回路ＨＢ２の磁電変換素子１３の感度影響軸とが逆向きに向けられたが、同じ向きでもよい。すなわち、感度影響軸は、同一のハーフブリッジ回路内で同じ向きであればよい。
【００８１】
＜変形例８＞
上記各実施形態では、磁電変換素子として磁気抵抗素子を用いたが、図１７に示すように、ホール素子を用いてもよい。この電流センサ１０３は、Ｕ字状の電流路３２上に基板（不図示）が取り付けられている。基板上には、電流路３２のＵ字形状の対称軸ＳＪを挟んで、一対の磁電変換素子３３（３３Ａ、３３Ｂ）が電流路３２のアーム部の上方に位置される。なお、一対の磁電変換素子３３は、上記各実施形態のようにパッケージングされてもよい。また、第１磁電変換素子３３Ａと第２磁電変換素子３３Ｂの感度軸方向ＫＤが同じ方向（Ｘ２方向）を向いている。また、第１磁電変換素子３３Ａと第２磁電変換素子３３Ｂの感度影響軸方向ＥＤが同じ方向（Ｙ１方向）を向いている。なお、感度軸方向ＫＤと感度影響軸方向ＥＤとのなす角が９０°の場合について説明したが、９０°に限るものではない。
【００８２】
この電流センサ１０３は、被測定電流ＳＣが印加され誘導磁界Ｍ１が発生した際に、第１磁電変換素子３３Ａと第２磁電変換素子３３Ｂは、感度軸方向ＫＤが同じ方向を向いているので、第１磁電変換素子３３Ａの感度軸方向ＫＤと第２磁電変換素子３３Ｂの感度軸方向ＫＤとにかかる誘導磁界Ｍ１が逆向きになる。このため、第１磁電変換素子３３Ａの出力電圧と第２磁電変換素子３３Ｂの出力電圧とでは、それぞれ電位の変化（上昇或いは下降）が逆になるため、差動処理することにより、大きな出力信号が得られることとなる。
【００８３】
また、Ｙ軸方向の外部磁界ＭＹが入射すると、第１磁電変換素子３３Ａ及び第２磁電変換素子３３Ｂは、感度影響軸方向ＥＤが同じ方向を向いているので、外部磁界ＭＹの影響による出力信号の変動量が揃えられる。このため、差動処理によって外部磁界の感度影響軸方向成分の電圧変動が相殺され、外部磁界の影響が低減されて検出精度の良い電流センサ１０３を得ることができる。なお、ホール素子を用いた電流センサ１０３においても、上記各実施形態のように磁気シールド部材を設けることが可能である。
【００８４】
本発明は上記実施の形態に限定されず、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することが可能である。
【００８５】
本出願は、２０１２年５月１８日出願の特願２０１２−１１４８１２及び２０１２年７月６日出願の特願２０１２−１５２６３４に基づく。この内容は、全てここに含めておく。
【図１】
2013172114.tif 000012
【図２】
2013172114.tif 000013
【図３】
2013172114.tif 000014
【図４】
2013172114.tif 000015
【図５】
2013172114.tif 000016
【図６】
2013172114.tif 000017
【図７】
2013172114.tif 000018
【図８】
2013172114.tif 000019
【図９】
2013172114.tif 000020
【図１０】
2013172114.tif 000021
【図１１】
2013172114.tif 000022
【図１２】
2013172114.tif 000023
【図１３】
2013172114.tif 000024
【図１４】
2013172114.tif 000025
【図１５】
2013172114.tif 000026
【図１６】
2013172114.tif 000027
【図１７】
2013172114.tif 000028
【図１８】
2013172114.tif 000029
【図１９】
2013172114.tif 000030
【図２０】
2013172114.tif 000031
【手続補正書】
【提出日】平成26年10月24日(2014.10.24)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
平行に延びる一対のアーム部を含む折り返し形状の電流路と、
前記一対のアーム部の間を通る対称軸を挟んで配設され、前記一対のアーム部を流れる電流による磁気を検出する一対の磁電変換素子とを備え、
前記一対の磁電変換素子を直列接続し、前記一対の磁電変換素子の接続点から信号を取り出し可能なハーフブリッジ回路が形成され、
前記一対の磁電変換素子の感度軸及び感度影響軸がそれぞれ同一方向を向いていることを特徴とする電流センサ。
【請求項２】
前記磁電変換素子の前記感度影響軸は、バイアス磁界の方向を向いてい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】
前記ハーフブリッジ回路を２つ有しており、前記２つのハーフブリッジ回路を並列に接続してフルブリッジ回路が形成され、
一方のハーフブリッジ回路の一対の磁電変換素子の感度軸と他方のハーフブリッジ回路の一対の磁電変換素子の感度軸とが逆方向を向いていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の電流センサ。
【請求項４】
前記磁電変換素子に対して前記感度軸方向から入る外部磁界を遮蔽する磁気シールド部材を備えたことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の電流センサ。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１６】
また、本発明の電流センサは、前記ハーフブリッジ回路を２つ有しており、前記２つのハーフブリッジ回路からフルブリッジ回路が形成され、一方のハーフブリッジ回路の一対の磁電変換素子の感度軸と他方のハーフブリッジ回路の一対の磁電変換素子の感度軸とが逆方向を向いていることを特徴としている。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００６６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００６６】
磁気シールド部材２５は、磁性粉末を含有した合成樹脂材を用い、図８に示すように、２つのケース状の部材から構成され、図８ないし図１０に示すように、上側の磁気シールド部材２５Ａと下側の磁気シールド部材２５Ｄとで、電流路２２の一部と支持部材６２の一部と基板２９と磁気センサパッケージ２４とを、包み込むようにしている。このため、磁気シールド部材２５の内壁が電流路２２のＵ字形状の外側に配設されるようになる。そして、図１３に示す外部磁界ＭＸが紙面の右側の存在した際に、詳細な図示はしていないが、この磁気シールド部材２５を通って紙面の左側に抜けるようになっている。このようにして、主として感度軸方向ＫＤから磁電変換素子２３に入る外部磁界ＭＸを遮蔽している。これにより、外乱磁界の発生源が電流センサ１０１の近くに存在する場合でも、最も感度に影響を及ぼす感度軸方向ＫＤの外部磁界ＭＸをシールドすることができる。
【国際調査報告】
2013172114.tif 000032
2013172114.tif 000033