(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電源ケーブルを通じて電流を入力する一対の入力端子と、
前記一対の入力端子を保持する端子保持部と、
前記一対の入力端子により入力される前記電流を出力する一対の出力端子と、
前記端子保持部と前記出力端子との間の空間を覆うケースと、
前記端子保持部の前記一対の出力端子側の端部と、前記一対の出力端子との間に設けられ、前記空間を仕切る絶縁部と、
前記絶縁部の一方面側に固定されて、前記一対の入力端子と前記一対の出力端子とを接続する電流路と、
前記絶縁部の他方面側において、前記端子保持部に配置されるアース入力端子と、前記一対の出力端子側に設けられ前記ケースの外部に露出するアース出力端子とを接続する導体とを有し、
前記電源ケーブルが差し込まれることで外部から電流が入力されるＡＣインレットであって、
前記絶縁部の他方面側に設けられた回路基板に実装されて、前記電流路から発生する磁界を検知する磁気検知素子を備えることを特徴とするＡＣインレット。
【請求項２】
前記絶縁部の一方面と前記絶縁部の他方面は前記電源ケーブルの差込方向に沿って前記絶縁部に形成された２つの面であることを特徴とする請求項１に記載のＡＣインレット。
【請求項３】
前記絶縁部は、前記端子保持部の端部から前記一対の出力端子側に突出して前記端子保持部と一体的に設けられていることを特徴とする請求項１または２記載のＡＣインレット。
【請求項４】
前記電流路および前記磁気検知素子は前記ケースによって覆われ、前記絶縁部は前記ケースの内側の空間を第１および第２の空間に仕切る仕切り部として機能し、前記電流路は前記第１の空間に配置され、前記磁気検知素子は前記第２の空間に配置されていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載のＡＣインレット。
【請求項５】
前記ケースは、シールドケースを含むことを特徴とする請求項１ないし４のいずれか一項に記載のＡＣインレット。
【請求項６】
請求項１ないし５のいずれか１項に記載のＡＣインレットを備えたことを特徴とする電子機器。
【請求項７】
請求項１ないし５のいずれか１項に記載のＡＣインレットと、
前記ＡＣインレットから供給された電流を出力する少なくとも１つのコンセントと
を備えたことを特徴とする電源タップ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電流もしくは電力を検知する機能を有したＡＣインレット、電流検知装置、電圧検知装置、電子機器および電源タップに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、地球温暖化を抑制するために、ＣＯ２の排出削減や電力利用の効率化が必須となっている。そのため、家庭電化製品やＯＡ機器、加工機械等の装置内で電流もしくは電力を監視し、無駄な電力を使用しないように心掛けることが重要である。究極的には、各装置に監視装置を組み込まれることが望ましい（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１１−８５７９６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上述したように各装置に監視装置を組み込む場合においては、各装置内に監視装置を実装するスペースを別途用意する必要がある。そのため、装置が大掛かりな構成となったり、装置の仕様変更や改造を必要としたりする場合がある。
【０００５】
そこで、本発明は、省スペース化も可能な、電流を検知する機能を備えたＡＣインレット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】
【０００６】
上記目的を達成するための本発明は、たとえば、電源ケーブルを通じて電流を入力する一対の入力端子と、前記一対の入力端子を保持する端子保持部と、前記一対の入力端子により入力される前記電流を出力する一対の出力端子と、  前記端子保持部と前記出力端子との間の空間を覆うケースと、前記端子保持部の前記一対の出力端子側の端部と、前記一対の出力端子との間に設けられ、前記空間を仕切る絶縁部と、前記絶縁部の一方面側に固定されて、前記一対の入力端子と前記一対の出力端子とを接続する電流路と、前記絶縁部の他方面側において、前記端子保持部に配置されるアース入力端子と、前記一対の出力端子側に設けられ前記ケースの外部に露出するアース出力端子とを接続する導体とを有し、前記電源ケーブルが差し込まれることで外部から電流が入力されるＡＣインレットであって、前記絶縁部の他方面側に設けられた回路基板に実装されて、前記電流路から発生する磁界を検知する磁気検知素子を備えることを特徴とするＡＣインレットにある。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、省スペース化も可能な、電流を検知する機能を備えたＡＣインレットを提供できる。また、本発明にかかるＡＣインレットによれば電気機器の大掛かりな改造等も不要であり、電気機器等への組み付けも容易である。さらに、ＡＣインレットにシールドケースを装着すれば、電源部からの磁界やノイズの影響を低減しつつ、かつ、省スペース化も可能な、電流を検知する機能を備えた高機能ＡＣインレットを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】ＡＣインレットの外観斜視図である。
【図２】ＡＣインレットの側断面図である。
【図３】ＡＣインレットの平断面図である。
【図４】ＡＣインレットの底断面図である。
【図５】ＡＣインレットの側断面図である。
【図６】ＡＣインレットの平断面図である。
【図７】ＡＣインレットの底断面図である。
【図８】電圧検知回路を示す回路図である。
【図９】電子機器の一例を示す外観図である。
【図１０】電子機器のブロック図である。
【図１１】電源タップの構成図である。
【図１２】被測定電流に対する電流測定を行う実施例１の構成図である。
【図１３】一次導体内の電流と磁場の様子の説明図である。
【図１４】一次導体と磁気検知素子の関係の断面図である。
【図１５】検知回路の構成図である。
【図１６】直径２ｍｍの貫通孔を用いたＹ軸方向磁界成分の分布等高線図である。
【図１７】直径３ｍｍの貫通孔を用いたＹ軸方向磁界成分の分布等高線図である。
【図１８】貫通孔の直径とＹ軸方向磁界成分のピーク位置との関係図である。
【図１９】貫通孔の直径とＹ軸方向磁界成分のピーク値との関係図である。
【図２０】被測定電流に対する電流測定を行う変形例の構成図である。
【図２１】被測定電流に対する電流測定を行う変形例の構成図である。
【図２２】被測定電流に対する電流測定を行う変形例の構成図である。
【図２３】被測定電流に対する電流測定を行う変形例の構成図である。
【図２４】被測定電流に対する電流測定を行う実施例２の構成図である。
【図２５】磁気インピーダンス素子の特性図である。
【図２６】検知電流と測定誤差のグラフ図である。
【図２７】被測定電流に対する電流測定を行う変形例の構成図である。
【図２８】被測定電流に対する電流測定を行う実施例３の電流センサの基本的な構成の斜視図である。
【図２９】一次導体内の電流との磁場の様子の説明図である。
【図３０】一次導体と磁気検知素子の関係の断面図である。
【図３１】検知回路の構成図である。
【図３２】被測定電流に対する電流測定を行う変形例の構成図である。
【図３３】被測定電流に対する電流測定を行う実施例４の構成図である。
【図３４】被測定電流に対する電流測定を行う変形例の構成図である。
【図３５】被測定電流に対する電流測定を行う他の変形例の構成図である。
【図３６】被測定電流に対する電流測定を行う実施例５の構成図である。
【図３７】被測定電流に対する電流測定を行う変形例の構成図である。
【図３８】実施例６の電流センサの基本的な構成の斜視図である。
【図３９】一次導体内の電流との磁場の様子の説明図である。
【図４０】一次導体と磁気検知素子の関係の断面図である。
【図４１】電流の出入口の幅を変えたＹ軸方向磁界成分の分布等高線図である。
【図４２】電流の出入口の幅を変えたＹ軸方向磁界成分の分布等高線図である。
【図４３】電流の出入口の幅を変えたＹ軸方向磁界成分の分布等高線図である。
【図４４】電流の出入口の幅を変えたＹ軸方向磁界成分の分布等高線図である。
【図４５】電流の出入口の幅とＹ軸方向磁界成分のピーク値の関係図である。
【図４６】被測定電流に対する電流測定を行う変形例の構成図である。
【図４７】被測定電流に対する電流測定を行う変形例の構成図である。
【図４８】被測定電流に対する電流測定を行う変形例の構成図である。
【図４９】被測定電流に対する電流測定を行う実施例７の構成図である。
【図５０】電流の出入口の位置とＹ軸方向磁界成分(固定点)の関係図である。
【図５１】被測定電流に対する電流測定を行う実施例８の構成図である。
【図５２】出入口の幅を変えた際の測定電流と出力の関係のグラフ図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
本発明を図示の実施例に基づいて詳細に説明する。
【００２２】
＜実施例Ａ＞
図１ないし図４を用いて実施例のＡＣインレットについて説明する。図１ないし図４はそれぞれ、ＡＣインレット１４０の外観を示す斜視図、側断面図、平断面図および底断面図である。
【００２３】
図１において、電源ケーブルが差し込まれるＡＣインレット１４０は、電源ケーブルを通じて外部から電流を入力する一対の入力端子１０１ａ，１０１ｂと、アース入力端子１０２と、絶縁部材１０３と、電源源ケーブルを抜き取る方向において絶縁部材１０３よりも後方に配置されたシールドケース１１６を備えている。シールドケース１１６には、コネクタ接続用の窓部１４１が設けられている。窓部１４１を通じて、電流、電圧または電力の検知結果を出力するためのケーブルがコネクタに１４２接続される。絶縁部材１０３は、第１入力端子１０１ａ，第２入力端子１０１ｂと、アース入力端子１０２とを保持する端子保持部である。実施例において、絶縁部材１０３は、包囲する筒状の絶縁部材である。
【００２４】
図２において、ＡＣインレット１４０の前側には、電子機器の外部からの電源を受け取る一対の入力端子１０１ａ，１０１ｂと、アース入力端子１０２が設けられている。絶縁部材１０３は、たとえば、絶縁性の樹脂部材で形成されており、電源ケーブルのプラグが挿抜されるソケット部（レセプタクル部）を構成している。入力端子１０１ａ，１０１ｂ、アース入力端子１０２、および、絶縁部材１０３の寸法等は、たとえば、国際規格であるＩＥＣ６０３２０−１スタンダード・シートＣ１４に定められている。もちろん、この規格に合致していることは、本発明にとって必須ではない。
【００２５】
ＡＣインレット１４０の後ろ側には、一対の入力端子１０１ａ，１０１ｂにより入力された電流をシールドケース１１６の外部に出力する一対の出力端子１０４ａ，１０４ｂが設けられている。一対の出力端子１０４ａ，１０４ｂから出力された電流が画像形成装置や画像読取装置などの電子機器の電源部に供給される。なお、ＡＣインレット１４０は、電源部に直接的に実装されていてもよいし、電子機器の筐体に実装されていてもよい。
【００２６】
図２が示すように、ＡＣインレット１４０には、シールドケース１１６の内部を複数の部屋に仕切る仕切り部材１１０が設けられている。仕切り部材１１０は、たとえば、絶縁体で且つ非磁性体であり、交流側（１次側）と直流側（２次側）とを絶縁する部材である。仕切り部材１１０は、図２が示すように、一対の入力端子１０１ａ，１０１ｂの底面側の端部が構成する面と平行であれば、シールドケース１１６の内部におけるスペースの効率が良い。
【００２７】
仕切り部材１１０によってシールドケース１１６の内側は第１の空間（第１の部屋１０７）と第２の空間（第２の部屋１１１）とに仕切られる。第１の部屋１０７は、一対の入力端子１０１ａ，１０１ｂと一対の出力端子１０４ａ，１０４ｂとを接続する一対の電流路１０６ａ，１０６ｂが配置されている。一対の入力端子１０１ａ，１０１ｂと一対の出力端子１０４ａ，１０４ｂは、たとえば、銅または銅合金により一体成型した部材である。入力端子１０１ａ，１０１ｂと電流路１０６ａ，１０６ｂは、たとえば、半田１０８で電気的に接続される。入力端子１０１ａ，１０１ｂと、電流路１０６ａ，１０６ｂとが相互に嵌合するような形状に加工されていてもよい。また、入力端子１０１ａ，１０１ｂと、電流路１０６ａ，１０６ｂとが相互に嵌合した後で、半田１０８によって半田付けされてもよい。図３が示すように、電流路１０６ａ，１０６ｂは、仕切り部材１１０の上面側に接着剤１１４によって固定されている。
【００２８】
仕切り部材１１０によって確定される第２の部屋１１１には、磁気検知素子１０９や、電流、電圧、電力などを計算するマイクロプロセッサ１４３など、直流電流を供給されて動作する弱電部品が実装されている。また、第２の部屋１１１には、導体１１５が設けられている。導体１１５は、筒状の絶縁部材１０３に包囲されたアース入力端子１０２と、シールドケース１１６の外部に露出したアース出力端子１０５とを接続する導体である。導体１１５は、シールドケース１１６に電気的に接続されている。これにより、シールドケース１１６は、電磁波ノイズや磁界から内部の回路を保護するシールドとして機能しやすくなる。
【００２９】
磁気検知素子１０９は、回路基板１１２に実装されており、電流路１０６ａから発する磁界を検知することで、電流路１０６ａに流れる電流を検知する。なお、磁気検知素子１０９を動作させるためには、別途、直流電源が必要となる。磁気検知素子１０９は、電流路１０６ａからの磁界を直接検知するため、マイクロテスラオーダーの磁界が検知できる高感度の磁気センサが採用されてもよい。たとえば、特許文献１や特許文献２に示されているような、磁気インピーダンス素子、フラックスゲートセンサ、または、巨大磁気抵抗素子が採用されてもよい。
【００３０】
図４が示すように、磁気検知素子１０９の磁界検知方向は矢印ｍの方向である。磁気検知素子１０９は、仕切り部材１１０を挟んで、電流路１０６ａに対向するように、回路基板１１２の上に実装される。
【００３１】
電流路１０６ａから発生する磁界は電流路１０６ａに流れる電流量と磁気検知素子１０９との距離に依存する。よって、磁気検知素子１０９に適した磁界範囲になるように、上記の距離を定める。また、電流路１０６ａ，１０６ｂは互いに逆方向へ電流が流れる。よって、それぞれの影響を考慮して、磁気検知素子１０９の置く位置を設定する。
【００３２】
磁気検知素子１０９の寸法関係を維持するために、電流路１０６ａ，１０６ｂを仕切り部材１１０に固定する。さらに回路基板１１２は、仕切り部材１１０に取り付けられた脚部材である高さ規制凸部１１３によって支持される。これにより、磁気検知素子１０９は、電流路１０６ａ，１０６ｂに対して、距離変動が制限されるため、ばらつきの少ない電流センサが実現できる。
【００３３】
実施例Ａでは、電流路１０６ａ，１０６ｂを接着剤１１４で仕切り部材１１０に固定しているが、仕切り部材１１０に使われる樹脂材に圧入嵌合させるか、一体的にインサート成型してもよい。
【００３４】
実施例Ａでは、磁気検知素子１０９が回路基板１１２に実装されている。しかし、端子が出ている磁気検知素子１０９は、回路基板１１２を介さなくとも、直接的に仕切り部材１１０に接着されても良い。
【００３５】
回路基板１１２の入出力はコネクタ１４２を介して行われる。ＡＣインレット１４０の前側は入力端子１０１ａ，１０１ｂなどが占有し、後ろ側の面は出力端子１０４ａ，１０４ｂなどが占有している。さらに、絶縁するための距離をとる関係から、それ以外の側面（上面、底面、左側面または右側面）に、コネクタ１４２用の窓部１４１が設けられていてもよい。
【００３６】
高感度の磁気検知素子１０９を使う場合、ＡＣインレット１４０の前面を除いた他の面にシールドケース１１６を被せておく。実施例Ａのシールドケース１１６は、鉄系の材料で深絞り加工をされている。しかし、シールドケース１１６は、パーマロイ等の高透磁率を有する薄板で箱状に形成されていてもよい。
【００３７】
ところで、ＡＣインレット１４０は、レセプタクルと電流検知装置から構成されている。レセプタクルは、一対の入力端子１０１ａ，１０１ｂと、アース入力端子１０２と、絶縁部材１０３とから構成されている。レセプタクルは、規格化されており、市場において複数のメーカーから入手可能である。そこで、実施例Ａで説明したＡＣインレット１４０のうち電流検知装置の部分だけを実施してもよい。この場合、レセプタクルの部分を自由に選択して購入し、電流検知装置を後付けでレセプタクルに接続することで、ＡＣインレット１４０を完成させることができる。
【００３８】
このように、本実施例によれば、絶縁部である仕切り部材１１０の一方面側に電流路１０６ａ，１０６ｂを配置し、仕切り部材１１０の他方面側に磁気検知素子１０９を配置している。つまり、電流路１０６ａ，１０６ｂを流れる交流から、磁気検知素子１０９を仕切り部材１１０によって保護することができる。なお、仕切り部材１１０の一方面と他方面は電源ケーブルの差込方向に沿って仕切り部材１１０に形成された２つの面（交流側の面と、直流側の面）に相当する。また、磁気検知素子１０９を交流から保護できるため、ＡＣインレットを小型化できるのである。なお、仕切り部材１１０は、絶縁部材１０３の出力端子側の端部に取り付けられていてもよいし、仕切り部材１１０は絶縁部材１０３と一体に構成されていてもよい。後者の場合、仕切り部材１１０は絶縁部材１０３から出力端子側に突出するように成形されることになろう。
【００３９】
電子機器は、電源部を備えているため、その電源部で電流や電力を検知できれば便利である。しかし、電源回路基板は絶縁のために沿面距離を十分に取る必要がある。そのため、弱電系のセンサやマイコンを高密度に実装できず、以外とスペースを要してしまう。また、電源部のトランスから漏洩する磁界の影響により、電流センサが正確に動作しない恐れもある。さらに、電力演算をするマイコンが電源部からのノイズにより誤動作する恐れもある。すなわち、電源回路基板上へ電流や電力の検知回路を組み込むには各種の制約が生じ得る。そこで、装置内の電源部と、商用交流電源などの電源コンセントに接続されるケーブルとを結ぶために装置の外周部に設けられるＡＣインレットにおいて、このＡＣインレットと検知回路とを一体にできれば、省スペース化につながることを見出した。
【００４０】
つまり、本実施例によれば、筒状の絶縁部材１０３の後方に設けたシールドケース１１６の内部に電流を検知する磁気検知素子１０９が実装された、ＡＣインレット１４０が提供される。とりわけ、シールドケース１１６によって、電子機器が備える電源部からの磁界やノイズの影響が低減する。また、シールドケース１１６の内側は、仕切り部材１１０によって複数の部屋に仕切られている。第１の部屋１０７は、一対の電流路１０６ａ，１０６ｂが通過する。第２の部屋１１１には磁気検知素子１０９が設けられている。このように、第２の部屋１１１に電流を検知する磁気検知素子１０９を配置しているため、ＡＣインレット１４０の省スペース化を実現している。
【００４１】
仕切り部材１１０を絶縁体で且つ非磁性体の材料で形成することで、一次側と二次側との絶縁距離を十分に確保できる。とりわけ、第２の部屋１１１には、直流電流を供給されて動作する弱電部品をまとめて実装しているため、弱電部品を交流から保護することができる。
【００４２】
また、第２の部屋１１１において仕切り部材１１０に脚部材を取り付け、それによって回路基板１１２を支持し、その回路基板１１２に磁気検知素子１０９を備えている。これにより、電流測定対象である電流路１０６ａに対して磁気検知素子１０９を精度よく位置決めできる。また、これにより、電流の測定精度も高まることになろう。また、第２の部屋１１１の内部をアース用の導体１１５が通過する。これは、電流路１０６ａ，１０６ｂとアース用の導体１１５との間にある小さな空間に仕切り部材１１０を配置することを意味する。このような配置は、少なくとも電流検知機能を備えたＡＣインレット１４０を小型化するうえで役に立っている。なお、本実施例では、仕切り部材１１０によってシールドケース１１６の内部を区切って１次側の部屋と２次側の空間とを形成した構成について説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。たとえば、シールドケースを設けず、一対の入力端子を保持する絶縁部材（端子保持部）の端部（具体的には端面の中央部）から絶縁部を突出して設けた構成としてもよい。この場合には、絶縁部の一方面（電源ケーブルの差込方向に沿った一方面）に電流路を設け、絶縁部の他方面（電源ケーブルの差込方向に沿った他方面）に磁気検知素子を設けるようにすればよい。このような構造とすることで、更なる省スペース化を実現できる。また、上述した絶縁部を端子保持部の端部から一対の出力端子側に突出して一体的に設けるようにすれば、一体的に成型できて好ましい。また、上述した本実施例においてはシールドケース１１６で全体を覆った構造を例示した。しかし、シールド機能を持たないケースで覆った構造としてもよい。あるいは、上述した端子保持部の端部周縁を出力端子側に筒状に延設することで、電流路や磁気検知素子等の機能部を端子保持部の一部で覆う構造としてもよい。
【００４３】
＜実施例Ｂ＞
実施例Ｂでは、さらに電圧検知回路を付与し電力検知を可能とした実施形態を説明する。電力を評価する上では電流計測だけでも大まかには評価が可能である、しかし、電力は、負荷に依存する。よって、電流だけでは電力を正確に評価できない。そこで、電流と電圧を検知すれば、より正確に電力を求めることができる。以下の説明で、実施例Ａと同じ部品のものは、同じ引用番号を付与することで説明の簡潔化を図る。
【００４４】
ところで、商用交流電源などの外部電源からの電源ケーブルのプラグは一対の入力端子１０１ａ，１０１ｂに接続されるが、入力端子１０１ａ，１０１ｂのどちらがＨＯＴでＣＯＬＤかが明確に決まっていないことが多い。そこで、実施例Ｂでは、入力端子１０１ａ，１０１ｂそれぞれの電圧を評価し、その差を取れば、極性接続に関係なく、正確な検知電圧が得られる。
【００４５】
図５はＡＣインレット１４０の側断面図であり、図６はＡＣインレット１４０の上断面図であり、図７はＡＣインレット１４０の底断面図である。図８に容量分圧方式で電圧を検知する電圧検知回路を示す図である。
【００４６】
図５、図６が示すように、コンデンサＣ１ａは、電流路１０６ａに対して一端が接続された第１分圧素子である。コンデンサＣ１ｂは、電流路１０６ｂに対して一端が接続された第２分圧素子である。コンデンサＣ１ａ，Ｃ１ｂの容量は、それぞれ低容量（例：１５ｐＦ）である。コンデンサＣ１ａ，Ｃ１ｂは、第１の部屋１０７に設けられている。電流路１０６ａ，１０６ｂにそれぞれ接続されるコンデンサＣ１ａ，Ｃ１ｂを第１の部屋１０７に配置しているのは、絶縁の観点から有利だからである。コンデンサＣ１ａ，Ｃ１ｂとしては、端子の引き回しの観点から、リード付のコンデンサが適している。また、コンデンサＣ１ａ，Ｃ１ｂとしては、サージ耐性の観点から、耐圧の高いものを使う必要がある。そのため、コンデンサＣ１ａ，Ｃ１ｂのサイズが大きくなりがちであるが、これらを寝かせて並べて組み込むことで、第１の部屋１０７に収めることができる。
【００４７】
一方で、図７が示すように、第２の部屋１１１においては、第３分圧素子であるコンデンサＣ２ａと、第４分圧素子であるコンデンサＣ２ｂが回路基板１１２に実装されている。コンデンサＣ２ａ，Ｃ２ｂは、大容量（例：１５０００ｐＦ）のコンデンサである。コンデンサＣ２ａ，Ｃ２ｂの一端はそれぞれコンデンサＣ１ａ，Ｃ１ｂの他端に接続されている。また、コンデンサＣ２ａ，Ｃ２ｂの他端はそれぞれアースに接続されている。
【００４８】
コンデンサＣ１ａ，Ｃ１ｂの２つの端子のうち電流路１０６ａ，１０６ｂと接続されない他端は、仕切り部材１１０に設けられた貫通孔部２５に挿し通され、第２の部屋１１１の回路に接続されている。なお、電流路１０６ａ，１０６ｂに対するコンデンサＣ１ａ，Ｃ１ｂの他端の沿面距離が不足する場合、図６に示したように、囲み壁２６を設けてもよい。囲み壁２６も絶縁性を有する部材で形成される。囲み壁２６は、仕切り部材１１０と一体に成形されてもよい。
【００４９】
図８が示すように、コンデンサＣ１ａ，Ｃ２ａは第１分圧回路を形成しており、コンデンサＣ１ｂ，Ｃ２ｂは第２分圧回路を形成している。これらの分圧点の電圧をＶａ，Ｖｂとする。たとえば、電流路１０６ａ，１０６ｂにＡＣ１００Ｖが印加されると、分圧点の電圧Ｖａ，Ｖｂには、インピーダンス比に応じた電圧が現れる。インピーダンス比が１０００：１であれば、±０．２８Ｖｐｐの電圧が現れる。
【００５０】
分圧回路の後段にはブートストラップ回路のようなインピーダンス変換回路１２３が設けられている。さらに、インピーダンス変換回路１２３の後段には差動増幅回路１２４が設けられている。差動増幅回路１２４は、第１分圧素子と第３分圧素子とによって分圧された電圧と第２分圧素子と第４分圧素子とによって分圧された電圧とを差動増幅する差動増幅回路である。インピーダンス変換回路１２３や差動増幅回路１２４も第２の部屋１１１に設けられている。これらにより、電圧検知回路の出力としてＳＶｏｕｔが得られる。ＳＶｏｕｔは、マイクロプロセッサ１４３のＡ／Ｄポートに入力される。マイクロプロセッサ１４３が備える別のＡ／Ｄポートには磁気検知素子１０９からの検知結果が入力される。マイクロプロセッサ１４３は、検知された電流と電圧とから電力を算出し、コネクタ１４２を通じて、表示装置や外部のコンピュータに出力する。このように、マイクロプロセッサ１４３は、磁気検知素子１０９により検知された電流と、電圧検知回路により検知された電圧とから電力を決定する電力決定回路として機能する。
【００５１】
コンデンサの容量に僅かなばらつきがあり、ＶａとＶｂで感度差が気になることもある。この場合、インピーダンス変換回路１２３と差動増幅回路１２４の間にアッテネーターを挿入することで、感度バランスを微調整してもよい。また、図８に示した電圧検知回路を単電源で動作させる場合、図８に示したアースをセンサＧＮＤ（中点電位）に設定してもよい。
【００５２】
実施例Ｂでは電圧検知をコンデンサで行ったが、コンデンサを抵抗に置換することで、抵抗分圧回路が採用されてもよい。
【００５３】
ところで、実施例ＢのＡＣインレット１４０は、レセプタクルと、電流検知装置と電圧検知装置とから構成されている。電圧の検知だけが必要であれば、電流検知装置はＡＣインレット１４０から省略されてもよい。つまり、電圧検知装置だけが内蔵されたＡＣインレット１４０が提供されてもよい。また、実施例Ａで説明したように、レセプタクルを除いた、実施例Ｂにおける、電流検知装置と電圧検知装置が電力検知装置として提供されてもよい。この場合、レセプタクルの部分を自由に選択して購入し、電圧検知装置または電力検知装置を後付けでレセプタクルに接続することで、ＡＣインレット１４０を完成させることができる。
【００５４】
本発明によれば、一対の入力端子１０１ａ，１０１ｂに印加される電圧を検知する電圧検知回路をＡＣインレット１４０に設けることで、電圧検知機能を備えたＡＣインレット１４０を提供できる。さらに、上述した電流検知回路と一緒に搭載すれば、電圧と電流の検知結果からより正確に電力を測定できるようになる。
【００５５】
とりわけ、電圧検知回路のうち、第１分圧素子であるコンデンサＣ１ａと第２分圧素子であるコンデンサＣ１ｂを第１の部屋１０７に配置している。一方で、第３分圧素子であるコンデンサＣ２ａと第４分圧素子であるコンデンサＣ１ｂを第２の部屋１１１に配置している。分圧回路を形成するためにこれらの分圧素子は接続されなければならない。そこで、仕切り部材１１０には、第１容量素子の他端と第２容量素子の他端とが挿し通される孔部が設けられている。これにより、絶縁距離を確保しつつ、電圧を測定しやすくなる。また、分圧素子を複数の部屋に分散配置することで、省スペース化を図っている。
【００５６】
＜実施例Ｃ＞
実施例Ｃでは実施例Ａ、Ｂで説明したＡＣインレット１４０の応用例を説明する。ＡＣインレット１４０のレセプタクル部分は、国際規格で定められて広く普及している。よって、何カ国にも供給される電子機器や電子タップでは、その国の電源プラグにあった変換コード（電源ケーブル）を同梱して販売すればよい。これにより、電子機器や電子タップの本体が共通化できる。とりわけ、このような電子機器や電子タップに、実施例Ａ、ＢのＡＣインレット１４０を用いれば、電源回路と関係なく、容易に電力の監視や制御ができる。
【００５７】
たとえば、図９に示すような画像形成装置２７では、その外周部にＡＣインレット１４０を設ける。そのブロック図を図１０に示す。
【００５８】
外部電源の電源コンセントは、様々な種類が存在する。電源コンセント１２８ａ，１２８ｂなどが存在する。そこで、変換コード１２９は、一端が各国の電源コンセントに合致したプラグであり、他端がＡＣインレット１４０のレセプタクルに合致したプラグである。ＡＣインレット１４０の一対の出力端子１０４ａ，１０４ｂやアース出力端子１０５には、電源回路１３０が接続されている。電源回路１３０は、入力された交流を変換して、電子機器が必要とする複数の直流を生成する。
【００５９】
ＡＣインレット１４０はマイクロプロセッサ１４３が交流の電流、電圧および電力などを求め、ＵＡＲＴやＳＰＩ等のインターフェイスを介して、求めた値を制御回路１３１へ出力する。制御回路１３１は、電子機器全体の電力量を把握して、事前に設定した上限を超えないように駆動部１３２を制御する。あるいは、制御回路１３１は、電力量を示す表示データを表示部１３３に送り、電力の使用量を可視化してもよい。また、ＬＡＮコネクタ１３４により、電力データを外部のコンピュータ等に配信してもよい。これにより、ネットワークより電力量を管理することも可能となる。
【００６０】
このように普及しているレセプタクルを備えたＡＣインレット１４０によって、電流、電圧または電力を検知することで、電子機器本体のハード設計にほとんど負担を掛けずに、電源の状況を容易に把握することが可能となる。
【００６１】
図１１が示すように、ＡＣインレット１４０を電源タップ１３５に組み込んでもよい。電源タップ１３５は、ＡＣインレット１４０から供給された電流を出力する少なくとも１つのコンセント１３６を備えている。電源タップ１３５のＡＣインレット１４０のコネクタ１４２から、電流、電圧または電力のデータをＵＳＢやＬＡＮ回線を介して、外部のコンピュータで監視してもよい。データの転送は有線であってもよいし、無線であってもよい。
【００６２】
このように本発明によれば、ＡＣインレット１４０を備えた電子機器や電源タップ１３５を提供できる。ＡＣインレット１４０に、電流や電圧、電力を検知する検知機能を備えているため、電子機器等に対して容易に検知機能を追加できる利点がある。また、ＡＣインレット１４０は、非常にコンパクトな構成のため、電子機器側のスペースの自由度を確保しやすい。
【００６３】
ところで、ＡＣインレット１４０に対して上述の電流検知回路を組み込むためには、シールドケース１１６内の第２の部屋１１１の内部に十分に収まるほど、電流検知回路を小型化しなければならない。また、シールドケース１１６内にノイズフィルターとともに電流検知回路などを組み込むためには、さらに、スペースの制約が厳くしなる。電流検知回路としては、たとえば、カレントトランスを用いる回路がある。しかし、磁性体コアを飽和させないためにカレントトランスはある程度の大きさが必要となってします。よって、カレントトランスを用いる電流検知回路は、ＡＣインレット１４０に組み込む用途には向かない。また、ホール素子を用いる電流検知回路も集磁コアを必要とするため、磁気飽和の観点から、そのコアを小さくできない。シャント抵抗をＡＣラインに挿入すればサイズの問題は生じにくい。しかし、取り出す信号に対して絶縁が必要であるため、フォトカプラ等が必須となる。そのため、コンパクトには課題がある。また、シャント抵抗は、電流が多いと発熱が多くなるため、数Ａ程度の電流までしか対応できない。そこで、本発明では、電流路からの磁界を直接検知することで、電流を検知する磁気検知素子について提供する。
【００６４】
なお、以下において、電流路１０６ａは一次導体と呼ぶことにする。
【００６５】
＜実施例１＞
図１２は被測定電流に対する電流測定を行う実施例１の基本的な構成図である。一次導体１には検知対象の被測定電流Ｉが流れ、一次導体１は例えばプリント基板上の銅箔パターン又は銅板で形成されたバスバー等の形態とされている。
【００６６】
一次導体１のほぼ中央には、電流の遮断を部分的に行うために、非導電領域である円形の貫通孔２が設けられており、このため被測定電流Ｉの一部は図１３に示すようにこの貫通孔２の両側において外側を対称的に回り込む迂回電流Ｉａとなっている。説明の便宜のために、一次導体１に座標軸を設定し、貫通孔２の中心を原点Ｏとして、被測定電流Ｉが流れる主方向をＹ軸、その直交軸である幅方向をＸ軸、厚み方向をＺ軸とする。
【００６７】
一次導体１上には、一方向にのみ磁界検知感度を有する磁気検知素子３が配置されている。磁気検知素子３の検知部４をＹ軸方向が磁界検知方向となるようにし、検知部４の中心位置は、貫通孔２の中心よりもＸ軸方向に距離ｄｘ、Ｙ軸方向にはＸ軸を挟んで距離ｄｙずらした個所に配置されている。
【００６８】
本来、電流により発生する磁束は電流方向と直交する方向を向くので、一次導体１の貫通孔２の影響がない個所では、被測定電流Ｉは主方向であるＹ軸方向に流れる。従って、図１３に示す磁界ベクトル成分Ｈｃ０のように、一次導体１の幅ｗ内ではＸ軸方向のベクトル成分Ｈｘしか持たない磁場となる。
【００６９】
しかし貫通孔２の近傍では、迂回電流ＩａはＹ軸方向に対し傾くことから、この迂回電流Ｉａにより貫通孔２の両側で磁場が歪んだ磁界ベクトル成分Ｈｃ１が発生する。つまり、迂回電流Ｉａの傾き部分においては、Ｙ軸方向のベクトル成分Ｈｙ及びＸ軸方向のベクトル成分Ｈｘが発生する。ベクトル成分Ｈｙとベクトル成分Ｈｘのベクトル和は被測定電流Ｉの大きさに比例し、貫通孔２のＹ軸の正負両側では電流方向が対称形のため、ベクトル成分ＨｙはＸ軸を挟んで対称となり、極性は逆になる。
【００７０】
また図１２に示すように、異なる相の電流が流れる一次導体１’が近接し、近接電流Ｉ’の方向が被測定電流Ｉと平行していても、近接電流Ｉ’による磁界ベクトル成分はＸ軸方向のみの成分であり、Ｙ軸方向成分を持たない。検知部４の磁界検知方向をＹ軸方向とすると、磁気検知素子３は近接電流Ｉ’による磁界による干渉は受けず、迂回電流Ｉａのベクトル成分Ｈｙのみを検知できる。従って、このベクトル成分Ｈｙを校正して換算すれば、被測定電流Ｉの電流量を求めることができる。
【００７１】
使用する磁気検知素子３として、Ｘ軸方向の磁界ベクトル成分Ｈｘを検知することは望ましくない。従って、指向性の高い磁気インピーダンス素子や直交フラックスゲート素子が好適であり、実施例１では磁気インピーダンス素子を用い、Ｙ軸方向にのみ磁界検知が可能とされている。検知部４として磁性薄膜のパターンが磁界検知方向のＹ軸方向につづら折りにより並列され、両端の電極５にＭＨｚ帯の高周波パルスを印加し、磁界の変化による検知部４の両端からの電圧振幅変化をセンサ信号として得ている。図示は省略しているが、検知部４の動作には、バイアス磁界が必要となるものがあり、必要に応じて近くにバイアス磁石の設置又はバイアスコイルを巻き付けて電流を流して設定する。
【００７２】
図１４に示すように、一次導体１に対する磁気検知素子３の検知部４の高さｈは、一次導体１と磁気検知素子３の位置関係を保持する構造上、必要なスペースと空間距離、沿面距離等の絶縁耐圧の関係で決められる。
【００７３】
図１５は電流測定装置として機能する検知回路１００Ａの構成図を示す。ＣＲパルス発振回路３０に対しブリッジを構成する抵抗Ｒに、磁気検知素子３の検知部４が接続されている。検波回路３１は、検知部４の検知信号である両端電圧からの振幅変化を取り出して増幅回路３２へ出力する。増幅回路３２は、振幅変化を増幅して出力する。推定回路３３は、増幅回路３２の出力から被測定電流の電流量を推定する回路である。
【００７４】
図１６、図１７は貫通孔２による迂回電流Ｉａに係わるＹ軸方向の磁界成分Ｈｙのシミュレーションの結果を示している。一次導体１はＸ軸方向の幅ｗ＝１０ｍｍ、Ｚ軸方向の厚さｔ＝７０μｍの断面で、Ｙ軸方向に計算上は無限長とした十分に長い銅板であり、Ｘ軸方向の中央に貫通孔２を穿けてある。検知部４は一次導体１から１．６ｍｍの高さｈに固定し、Ｙ軸方向に被測定電流Ｉを１アンペア（Ａ）流した際のＹ軸方向の磁界ベクトル成分Ｈｙの変化を調べた。
【００７５】
図１６は貫通孔が２ｍｍの場合、図１７は３ｍｍの場合におけるＹ軸方向磁界のベクトル成分Ｈｙの磁界分布の計算結果を等高線の分布として示している。座標はＸ≧０、Ｙ≧０の第１象限で、ベクトル成分Ｈｙの頂点を１００％として、１０％刻みで等高線を描いている。他の象限ではＸ軸又はＹ軸に関し対称な磁界分布が形成され、第３象限は第１象限と同一極性で、第２、第４象限は第１象限と逆極性の磁場が形成される。
【００７６】
図１６、図１７から磁界が最大となるピーク位置は、貫通孔２から約４５度方向にあり、直径２ｍｍの貫通孔２では（Ｘ、Ｙ）＝（１．５ｍｍ、１．６２５ｍｍ）、３ｍｍの貫通孔２では（Ｘ、Ｙ）＝（１．７５ｍｍ、１．７５ｍｍ）辺りにある。これらの磁界のピーク位置での磁界成分Ｈｙは、それぞれ電流１アンペア（Ａ）に対して、Ｈｙ＝２５．６ｍガウス（Ｇ）、Ｈｙ＝４７．９ｍガウス（Ｇ）となっている。
【００７７】
図１８は貫通孔２の直径とＹ軸方向の磁界ベクトル成分Ｈｙのピーク位置の関係のグラフ図である。図１６、図１７に示す等高線図では図示を省略しているが、直径１ｍｍ、４ｍｍでの結果も併せて記載している。図１８から分るように、貫通孔２の直径の大きさはピーク部の位置に殆ど依存することはない。幅ｗ＝５ｍｍでの貫通孔２の直径１ｍｍの結果も併せて考えると、実用的な一次導体１の使用範囲では、ベクトル成分Ｈｙのピークの範囲は、Ｘ、Ｙ軸方向共に１〜２ｍｍ程度であると云える。
【００７８】
また、ピーク位置から１０％下がった９０％の範囲が、半径０．５ｍｍ程度のサークルとなっていることから、設計的には図１の距離ｄｘ、ｄｙは共に０．５〜２．５ｍｍの範囲で、この範囲に磁気検知素子３の検知部４が掛かるようにすればよい。
【００７９】
図１９は一次導体１の貫通孔２の径とＹ軸方向のベクトル成分Ｈｙのピーク値とのグラフ図であり、径が大となるにつれて、２次関数的にベクトル成分Ｈｙが大きくなってゆくことが分かる。つまり、図１２で示す距離ｄｘ＝１．５ｍｍ、ｄｙ＝１．５ｍｍ辺りに、磁気検知素子３の検知部４を固定し、貫通孔２の径の大きさを変えるだけで、数倍もの測定レンジを選択できることが可能となる。
【００８０】
図１２においては、磁気検知素子３はＸＹ平面上の第１象限に設けているが、対称性から当然のことながら、その他の象限に配置することもできる。
【００８１】
図２０は変形例を示し、貫通孔２’を貫通孔２のある原点ＯからＸ軸方向に対して４５度方向に設けて、その中間位置に磁気検知素子３を配置することで、両貫通孔２、２’による迂回電流Ｉａによる効果を重ねＹ軸方向成分の磁界を増加し、感度を上げている。２つの貫通孔２、２’は同一の大きさである必要はなく、更に貫通孔２の数を増やすこともできるし、設置する角度位置は電流の検知仕様に応じて設計すればよい。
【００８２】
電流を迂回させる手段としては、貫通孔２だけではなく切欠孔を用いることにより非導電領域を形成し、大小の電流に対応させることができる。例えば、図２１に示すように、一次導体１の幅方向の端部に切欠孔８を設けることでも迂回電流を生成できる。大電流により迂回電流による磁界を抑制したい場合には、この構成が好適である。
【００８３】
また、逆に図２２に示すように切欠孔８を深くし、迂回電流を集中させ、Ｙ軸方向成分の磁界を大きくし、小電流に対応させることも可能である。更に、図２３に示すように反対側からの端部からも切欠孔８をずらして設けることで、更に迂回電流を強めて、より小さな電流にも対応させることができる。
【００８４】
＜実施例２＞
図２４は実施例２の構成図である。例えば、厚さ１．６ｍｍのガラスエポキシ材のセンサ基板１１の片面に、Ｘ軸方向の幅１０ｍｍ、Ｚ軸方向の厚さ７０μｍ、Ｙ軸方向の長手方向５０ｍｍの銅パターンから成る一次導体１２が設けられている。そして、一次導体１２のＸ軸方向の中央に例えば直径２ｍｍの貫通孔１３がエッチングにより形成されている。センサ基板１１の他面には、図２５と同様の位置に、一体型の磁気検知ユニット１４が配置され、半田付けのための電極１５ａ〜１５ｂがセンサ基板１１上に引き出されている。
【００８５】
磁気検知ユニット１４には磁気インピーダンス素子が用いられ、Ｆｅ−Ｔａ−Ｃ系の磁性薄膜から成る検知部１６は、それぞれ例えば幅１８μｍ、厚さ２．６５μｍ、長さ１．２ｍｍの細長い１１本のパターンが並列に配置されている。そして、検知部１６の磁界検知方向はＹ軸方向のみとされている。
【００８６】
検知部１６の位置は、貫通孔１３の中心からＸ軸及びＹ軸方向に距離ｄｘ＝１．５ｍｍ、ｄｙ＝１．５ｍｍだけオフセットされて配置されている。検知部１６の複数本の磁性薄膜パターンは、図示は省略しているが電気的にはつづら折りで直列につながれて、両端はそれぞれの電極に接続され、センサ基板１１上の電極１５ａ、１５ｂに半田接合され、図示しないセンサ回路に接続されている。図２４では、電極１５ａ→１５ｂの流れにより高周波パルスを印加する。
【００８７】
磁気検知ユニット１４の磁性薄膜にはＸ軸方向の幅方向に磁化容易軸が設けられており、高周波のパルスを磁性薄膜のパターンに通電することで、外部磁界によりインピーダンスが変化し、磁気検知ユニット１４の両端電圧を振幅検波によりセンサ信号に変換する。
【００８８】
平行して流れる被測定電流Ｉ以外の電流の影響評価では、図２４に示すように、一次導体１２から１０ｍｍの間隔をおいて直径２ｍｍの銅棒１８を並行に配置し、１０Ａｒｍｓの５０Ｈｚの電流Ｉ’を流して、一次導体１２には電流を流さない条件で測定した。すると、磁気検知ユニット１４では銅棒１８を流れる電流Ｉ’の影響は観測されず、ノイズレベル以下（１０ｍＶｐｐ以下）であった。
【００８９】
隣接する平行な電流線からの磁界はＸ軸又はＺ軸方向となり、Ｙ軸方向の成分は持たないことと、磁気インピーダンス素子がＸ軸方向には感度を持たないことが効果的に作用し、隣接の電流による磁界の影響は問題とはならないレベルであることが確認された。
【００９０】
この磁気検知ユニット１４は５Ｖの５ＭＨｚのパルス駆動では、図２５に示すように磁界に対してＶ字のインピーダンス変化の特性を示し、感度の良い傾きの個所を利用している。そのためには、図２４に示すように磁気検知ユニット１４の背面にバイアス用磁石１７を配置して、検知部１６に１０ガウス（Ｇ）程度のバイアス磁界が掛かるように設定している。直線性の良好な範囲は、この磁気検知ユニット１４の場合ではバイアス動作点を挟んで±３ガウス（Ｇ）程度である。
【００９１】
図２６は一次導体１にＡＣ電流（５０Ｈｚ）を０．１〜４０Ａｒｍｓまで可変で通電させて、電流測定したデータを示している。１０Ａｒｍｓは２８．２８Ａｐｐの正弦波であり、そのときの磁界はシミュレーション結果から、７２４ｍＧｐｐとなる。図１５はこの１０Ａｒｍｓを基準に理想値と実測値の誤差を示し、５Ｖ電源で１０Ａｒｍｓ時に１Ｖｐｐとなるように調整したため、上限は４０Ａｒｍｓとした。精度として、０．２Ａｒｍｓ以上で±１％以内の誤差が保証される。
【００９２】
貫通孔１３の直径を２ｍｍとし、磁気検知ユニット１４の直線性範囲が６ガウス（Ｇ）の特性のものを使用した場合では、８０Ａｒｍｓ強の個所で越えてしまう。仮に、２００Ａｒｍｓまで対応させる場合では、貫通孔１３の直径を１ｍｍにするだけで、磁気検知ユニット１４に掛かる磁界は１／３になり、２７０Ａｒｍｓのような大電流にも同じレイアウトで可能になる。また、逆に小電流の仕様には、貫通孔１３を大きくするだけで対応できる。
【００９３】
実施例２では、一次導体１２をセンサ基板１１上に配置している例を想定している。しかし、図２７の変形例に示すように、一次導体が銅板から成るバスバー１９の場合は、図２４の形態から一次導体１２を除いたものをセンサ基板２０の上にモジュール化することもできる。この場合には、バスバー１９に穿けた貫通孔２１にセンサ基板２０を位置合わせして、センサ基板２０をバスバー１９に貼り合わせなどにより固定して使用することが可能である。なお、２２はセンサ基板２０上に設けられた回路素子、２３は磁気検知ユニット１４の信号を引き出す信号線である。
【００９４】
このような構成とすることにより、予めバスバー１９を布設した後においても、磁気検知ユニット１４をモジュール化してバスバー１９に組み付けることにより容易に組立てが可能となる。
【００９５】
なお、上述の各実施例においては、貫通孔、切欠孔による非導電領域を設けて電流を迂回させたが、必ずしも孔部ではなく、絶縁材料を配置することによっても電流を迂回させることができる。
【００９６】
＜実施例３＞
特開２００６−１８４２６９号公報によれば、２個の磁気検知素子を使用することで、差動検知により外乱磁界を回避しようとする提案がなされている。この特許文献では、被測定電流による磁界検知を単一の磁気センサで検知する場合の外部磁界の影響を回避するために、一次導体としてのバスバーの中央部に開口部を形成して被測定電流を分流している。そして、開口部内に２つの導体部近傍に電流からの磁界がそれぞれ逆相になるようにそれぞれ磁気検知素子を配し、差動増幅によりバスバーから発生する磁界のみを検知している。
【００９７】
しかしながら、この方法でも一様な磁界に対する影響は排除できても、隣接して電流線が平行して流れる場合には、２つの磁気検知素子にはその外乱となる磁界が等しく印加されず、結局は磁気シールドが不可欠となる。この点を解決する方法として、非導電領域を一次導体に設けるとともに、非導電領域の近傍に１つの磁気検知素子を設けることを実施例１、２で提案した。ここで、磁気検知素子は複数であってもよい。そこで、実施例３では、複数の磁気検知素子を設ける案について説明する。
【００９８】
図２８は被測定電流に対する電流測定を行う実施例３の基本的な電流センサの構成図である。一次導体１には検知対象の被測定電流Ｉが流れ、一次導体１は例えばプリント基板上の銅箔パターン又は銅板で形成されたバスバー等の形態とされている。
【００９９】
一次導体１のほぼ中央には、電流の遮断を部分的に行うため非導電領域である円形の貫通孔２が設けられており、このため被測定電流Ｉの一部は図２９に示すようにこの貫通孔２の両側において外側を対称的に回り込む迂回電流Ｉａとなっている。説明の便宜のために、一次導体１に座標軸を設定し、貫通孔２の中心を原点Ｏとして、被測定電流Ｉが流れる主方向をＹ軸、その直交軸である幅方向をＸ軸、厚み方向をＺ軸とする。
【０１００】
一次導体１上には、２つの磁気検知素子３ａ、３ｂがＹ軸方向に向けて直列的に配置されて差動検知が行われる。磁気検知素子３ａ、３ｂの検知部４ａ、４ｂをＹ軸方向が磁界検知方向となるようにし、検知部４ａ、４ｂの中心位置は、貫通孔２の中心よりもＸ軸方向に距離ｄｘ、Ｙ軸方向にはＸ軸を挟んで距離ｄｙずらした個所に配置されている。図２８に示すように、異なる相の電流が流れる一次導体１’が近接し近接電流Ｉ’の方向が被測定電流Ｉと平行していても、近接電流Ｉ’の磁束Ｆによる磁界の影響はＸ軸方向のベクトル成分となり、Ｙ軸方向成分を持たない。検知部４ａ、４ｂの磁界検知方向をＹ軸方向に取ると、磁気検知素子３ａ、３ｂは近接電流Ｉ’による磁界による干渉は受けず、被測定電流Ｉのベクトル成分Ｈｙのみを検知できる。従って、このベクトル成分Ｈｙを校正して換算すれば、被測定電流Ｉの電流量を求めることができる。
【０１０１】
使用する磁気検知素子３ａ、３ｂとして、Ｘ軸方向の磁界ベクトル成分Ｈｘを検知することは望ましくないため、指向性の高い磁気インピーダンス素子や直交フラックスゲート素子が好適であり、実施例１では磁気インピーダンス素子を用いている。検知部４ａ、４ｂとして磁性薄膜のパターンが磁界検知方向のＹ軸方向につづら折りにより並列され、両端の電極５にＭＨｚ帯の高周波パルスを印加し、磁界の変化による検知部４ａ、４ｂの両端からの電圧振幅変化をセンサ信号として得ている。
【０１０２】
図３０に示すように、一次導体１に対する磁気検知素子３ａ、３ｂの検知部４ａ、４ｂの高さｈは、一次導体１と磁気検知素子３ａ、３ｂの位置関係を保持する構造上、必要なスペースと空間距離、沿面距離等の絶縁耐圧の関係で決められる。
【０１０３】
図３１は検知回路１００Ａの構成図を示し、ＣＲパルス発振回路３０に対しブリッジを構成する抵抗Ｒに、磁気検知素子３ａ、３ｂの検知部４ａ、４ｂが接続されている。検知部４ａ、４ｂの両端電圧からの振幅変化を検波回路３１により取り出した後に、差動増幅回路３２で検知部４ａ、４ｂの出力に対し差動増幅が行われて、電流センサとしての出力を得る。
【０１０４】
この場合に、検知部４ａ、４ｂの出力は、感度が同じでＸ軸を挟んで対称な位置にあれば絶対値は同じになり、極性が異なるため、差動的に検知すると、出力は検知部４ａ又は４ｂの絶対値の２倍となる。また、外来の磁界ノイズは狭い範囲にある検知部４ａ、４ｂでは同相となり、検知部４ａ、４ｂの出力を差動的に捉えることにより、磁界ノイズは相殺されて、電流センサの出力に重畳されることはなく、迂回電流のベクトル成分Ｈｙのみが測定されることになる。なお、磁気検知素子の出力を差動的に検知するには、少なくとも２個の検知部を用いればよい。 
なお、図３１と図１５とを比較すれば明らかなように、ブリッジ回路を形成している４つの抵抗が検知部に置き換わることになる。たとえば、３つの検知部を採用するのであれば、４つある抵抗のうちの３つの抵抗が検知部に置換される。さらに、４つの検知部を採用するのであれば、すべての抵抗が検知部に置換されることになる。
【０１０５】
図２８においては、磁気検知素子３ａ、３ｂはＸＹ平面上の第１、第４象限にそれぞれ設けているが、対称性から当然のことながら、その他の象限に隣接して配置することもできる。
【０１０６】
図３２はこの場合の変形例を示し、磁気検知素子３ａは第１象限に、磁気検知素子３ｂは第２象限に設け、Ｙ軸に対して対称的に配置した場合においても同様の結果が得られる。迂回電流Ｉａによる磁界ベクトル成分Ｈｃ１は第１象限と第２象限においてＹ軸に関して対象ともなっている。従って、磁気検知素子３ａ、３ｂを第１象限、第２象限にそれぞれ配置し、絶対値が等しく極性が逆のＹ軸方向のベクトル成分Ｈｙをそれぞれ検知することができる。この場合においては、隣接して平行する電流線の影響は僅かに受けるが、磁気検知素子３同士の間隔が狭いために、ほぼ磁界ノイズを差動検知により相殺することができる。
【０１０７】
＜実施例４＞
磁気検知素子である磁気インピーダンス素子や直交フラックスゲートセンサ等のように、磁気飽和や直線性の点で、検知磁界範囲を或る範囲内で管理しなくてはならない場合には、一次導体１の貫通孔２の径だけで測定レンジを調整できることが好ましい。
【０１０８】
図３３は実施例４の電流センサの構成図である。図２８における磁気検知素子３、４の検知部４ａ、４ｂの距離は短いことから、同一の素子基板６にＸ軸に関して対称に配置した磁気検知素子３ａ、３ｂを一体型として取り付けた磁気検知ユニット７とされ、性能のばらつきが抑制可能となっている。
【０１０９】
図３４の変形例に示すように、一次導体１のＸ軸の正の領域だけ使う発想で、幅方向の端部に切欠孔８を設けることでも迂回電流を利用できる。この切欠孔８によっても、図２８に示すように貫通孔２を設けた場合と同様に測定が可能である。なお、迂回電流をＸ軸に関して対称的に流すためには、切欠孔８はＸ軸に関して対称形であることが必要である。
【０１１０】
図３５は他の変形例の構成図である。４個の磁気検知素子３ａ〜３ｄを一体化した磁気検知ユニット７において、第１、第２、第３、第４象限にそれぞれ検知部４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄを配置し、４素子によりブリッジ構成として動作させると、更にＳ／Ｎを向上させることができる。このように、貫通孔２の両側に検知部４ａ〜４ｄをＸ軸、Ｙ軸に対称に配置すると、ベクトル成分ＨｙがＸ軸、Ｙ軸にそれぞれ対称となる。
【０１１１】
従って、Ｘ軸に関して検知部４ａと４ｄの出力を差動検知、検知部４ｂと４ｃの差動検知、Ｙ軸に関して検知部４ａと４ｂの差動検知、検知部４ｄと４ｃの差動検知を同時に行うことができ、これらの検知結果の平均を求めれば更に測定精度が向上する。
【０１１２】
＜実施例５＞
図３６は実施例３の電流センサの構成図である。厚さ１．６ｍｍのガラスエポキシ材のセンサ基板１１の片面に、Ｘ軸方向の幅１０ｍｍ、Ｚ軸方向の厚さ７０μｍ、Ｙ軸方向の長手方向５０ｍｍの銅パターンから成る一次導体１２が設けられている。そして、一次導体１２のＸ軸方向の中央に直径２ｍｍの貫通孔１３がエッチングにより形成されている。センサ基板１１の他面には、図３３と同様の位置に、一体型の磁気検知ユニット１４が配置され、半田付けのための電極１５ａ〜１５ｃがセンサ基板１１上に引き出されている。
【０１１３】
磁気検知ユニット１４には磁気インピーダンス素子が用いられ、Ｆｅ−Ｔａ−Ｃ系の磁性薄膜から成る検知部１６ａ、１６ｂは、それぞれ幅１８μｍ、厚さ２．６５μｍ、長さ１．２ｍｍの細長い１１本のパターンが並列に配置されている。そして、検知部１６ａ、１６ｂの磁界検知方向はＹ軸方向とされている。
【０１１４】
検知部１６ａ、１６ｂの位置は、貫通孔１３の中心からＸ軸方向に距離ｄｘ＝１．５ｍｍだけオフセットされ、検知部１６ａ、１６ｂの中心間隔は、ｄｙ＝３ｍｍとし、貫通孔１３の中心Ｏから幅方向に延びるＸ軸に対して対称的に配置されている。
【０１１５】
検知部１６ａ、１６ｂの複数本の磁性薄膜パターンは、図示は省略しているが電気的にはつづら折りで直列につながれて、両端はそれぞれの電極に接続され、センサ基板１１上の電極１５ａ〜１５ｃに半田接合され、図示しないセンサ回路に接続されている。図３６では、センサ基板１１に引き出された電極１５ａ→１５ｃ及び電極１５ｂ→１５ｃの流れにより高周波パルスを印加する。
【０１１６】
磁気検知ユニット１４はＸ軸方向の幅方向に磁化容易軸を設けておき、高周波のパルスを磁性薄膜のパターンに通電することで、外部磁界によりインピーダンスが変化し、磁気検知ユニット１４の両端電圧を振幅検波によりセンサ信号に変換する。
【０１１７】
平行して流れる被測定電流Ｉ以外の電流の影響評価では、一次導体１２から１０ｍｍの間隔を離して直径２ｍｍの銅棒１８を並列に配置し、１０Ａｒｍｓの５０Ｈｚの電流Ｉ’を流して、一次導体１２には電流を流さない条件で測定した。すると、磁気検知ユニット１４では銅棒１８を流れる電流Ｉ’の影響は観測されず、ノイズレベル以下（１０ｍＶｐｐ以下）であった。隣接する平行な電流線からの磁界はＸ又はＺ軸方向となり、Ｙ軸方向の成分は持たないことと、検知部１６ａ、１６ｂと隣接する銅棒１８との距離が等しいことで差動除去機能が効果的に働き、ノイズ的な磁界の影響もほぼ完全に除去できていることが確認された。
【０１１８】
実施例５では、一次導体１２をセンサ基板１１上に配置している例を想定した。しかし、図３７の変形例に示すように一次導体が銅板から成るバスバー１９の場合は、図３６の形態から一次導体１２を除いたものをセンサ基板２０の上にモジュール化することもできる。この場合には、バスバー１９に穿けた貫通孔２１にセンサ基板２０を位置合わせして、センサ基板２０をバスバー１９に貼り合わせなどにより固定して使用することが可能である。なお、２２はセンサ基板２０上に設けられた回路素子、２３は磁気検知ユニット１４の信号を引き出す信号線である。
【０１１９】
このような構成とすることにより、予めバスバー１９を布設した後においても、磁気検知ユニット１４をモジュール化してバスバー１９に組み付けることにより容易に組立てが可能となる。
【０１２０】
なお、上述の各実施例においては、貫通孔、切欠孔による非導電領域を設けて電流を迂回させたが、必ずしも孔部ではなく、絶縁材料を配置することによっても電流を迂回させることができる。そして、これらの非導電領域はＸ軸に関しその両側で形状が対称であることが必要である。
【０１２１】
＜実施例６＞
実施例１ないし実施例５では、方向変更領域として非導電領域を採用した。つまり、実施例１ないし実施例５は、電流が非導電領域を迂回して流れることで発生する歪み磁界を検知し、検知した磁界から電流量を推定する発明である。実施例１ないし実施例５において共通した概念は、電流が非直線的に流れることを促進する領域を一次導体に設けることである。つまり、電流の流れる方向を曲げることができるのであれば、必ずしも非導電領域である必要はない。そこで、実施例６では、方向変更領域についての他の例について説明する。
【０１２２】
図３８は被測定電流に対する電流測定を行う実施例６の基本的な電流センサの構成図である。一次導体１には検知対象の被測定電流Ｉが流れる。一次導体１の形態は例えばプリント基板上の銅箔パターン又は銅板で形成されたバスバー等の形態とされている。
【０１２３】
一次導体１のうち磁界の検知対象とする部分（主要部）は、長さがＬで幅がＷ０で形成された矩形状の部分である。主要部において、電流が流れる後方と前方にはそれぞれ幅Ｗ１、Ｗ２の入口９ａ、出口９ｂが形成されている。幅Ｗ１、Ｗ２はいずれも幅Ｗ０よりも狭い。説明を判りやすくするため、入口９ａ、出口９ｂを幅Ｗ０に対して中央に設置しておく。
【０１２４】
一次導体１に座標軸を設定する。ここでは、磁気検知部の中心を原点Ｏとする。図３８および図３９が示すように、入口９ａ、出口９ｂを結ぶ線であって、磁気検知部の幅Ｗ０を２分割する直線と、磁気検知部の長さＬを２分割する直線との交点を原点Ｏとしている。他の実施例と同様に、被測定電流Ｉが流れる主方向をＹ軸、その直交軸である幅方向をＸ軸、厚み方向をＺ軸とする。
【０１２５】
一次導体１上には、２つの磁気検知素子３ａ、３ｂがＹ軸方向に向けて直列的に配置されて差動検知が行われる。なお、実施例１、２と同様に、磁気検知素子は１つでもよい。磁気検知素子３ａ、３ｂの構成は実施例１乃至５と同様である。磁気検知素子３ａ、３ｂの検知部４ａ、４ｂをＹ軸方向が磁界検知方向となるようにし、磁気検知素子３ａ、３ｂが配置される。検知部４ａ、４ｂの中心位置は、原点Ｏの中心よりもＸ軸方向に距離ｄｘ、Ｙ軸方向にはＸ軸を挟んで距離ｄｙ１、ｄｙ２ずつずらした個所に配置されている。
【０１２６】
本来、電流により発生する磁束は電流方向と直交する方向を向く。そのため、一次導体１の幅方向を向く電流成分がない個所、つまり原点Ｏを通るＸ軸上ではＸ軸方向のベクトル成分Ｈｘしか持たない磁場ＨＣ１ができる。
【０１２７】
しかし、原点Ｏよりもその電流が流れる前後方向でずれた位置での電流は、入口９ａ、出口９ｂに向けてＹ軸方向に対し傾いて流れる電流成分を持っている。これによって、Ｙ軸方向のベクトル成分Ｈｙが発生し、Ｈｃ２、Ｈｃ３のように磁場が蛇行する。Ｈｃ２、Ｈｃ３の磁場は、Ｘ軸に対して線対称である。ベクトル成分ＨｙはＸ軸を挟んで逆極性になっている。
【０１２８】
図３８に示すように、異なる相の電流が流れる一次導体１’が近接し近接電流Ｉ’の方向が被測定電流Ｉと平行していても、近接電流Ｉ’による磁界の影響はＸ軸方向のベクトル成分となり、Ｙ軸方向成分を持たない。検知部４ａ、４ｂの磁界検知方向をＹ軸方向に取ると、磁気検知素子３ａ、３ｂは近接電流Ｉ’による磁界による干渉は受けず、被測定電流Ｉのベクトル成分Ｈｙのみを検知できる。従って、このベクトル成分Ｈｙを校正して換算すれば、被測定電流Ｉの電流量を求めることができる。
【０１２９】
磁気検知素子３ａ、３ｂが、Ｘ軸方向の磁界ベクトル成分Ｈｘを検知すると電流の推定精度が低下する。そのため、磁気検知素子３ａ、３ｂとしては、たとえば、指向性の高い磁気インピーダンス素子や直交フラックスゲート素子がある。実施例６では磁気検知素子３ａ、３ｂとして磁気インピーダンス素子を用いている。検知部４ａ、４ｂとして磁性薄膜のパターンが磁界検知方向のＹ軸方向につづら折りにより並列されている。両端の電極５にＭＨｚ帯の高周波パルスを印加し、磁界の変化による検知部４ａ、４ｂの両端からの電圧振幅変化がセンサ信号として得られる。バイアス磁界が必要な場合は、不図示ではあるが、磁気検知素子３ａ、３ｂに近接した磁石または巻回したコイルにより印加する。
【０１３０】
図４０に示すように、一次導体１に対する磁気検知素子３ａ、３ｂの検知部４ａ、４ｂの高さｈは、たとえば、発生する磁界の大小調整、一次導体１と磁気検知素子３ａ、３ｂの位置関係を保持する構造上必要なスペース、空間距離、および、沿面距離等の絶縁耐圧の関係で決められる。
【０１３１】
電流検知装置として機能する検知回路１００Ａの構成は、図３１に示した回路構成を採用できる。なぜなら、電流の流れる方向を変更する領域方向変更領域の具体的な構成が変わったとしても、本発明の電流検知装置の基本的な部分はそのまま使用できるからである。
【０１３２】
図４１，図４２，図４３及び図４４、並びに、図４５は狭い出入口からの拡散電流に係わるＹ軸方向の磁界成分Ｈｙのシミュレーションの結果を示している。一次導体１はＸ軸方向の幅Ｗ０＝８ｍｍ、Ｚ軸方向の厚さｔ＝０．８ｍｍの断面で、入口９ａ、出口９ｂは間隔Ｌを７．５ｍｍとし、その幅方向の位置を幅Ｗ０の中央にする。入口９ａ、出口９ｂの幅をＷ１＝Ｗ２＝ｄとして、ｄ＝０．８、  １．２、  ２．４、  ３．６ｍｍと振って、一次導体の表面（高さＨ＝１．６ｍｍ）で、電流が流れる主方向の磁界Ｈｙを計算した。被測定電流Ｉは１アンペア（Ａ）とした。
【０１３３】
図４１ないし図４１Ｄは、ｄ＝０．８、  １．２、  ２．４、  ３．６ｍｍのそれぞれにおけるシミュレーション結果である。座標はＸ≧０、Ｙ≧０の第１象限で、ベクトル成分Ｈｙの頂点を１００％として、１０％刻みで等高線を描いている。他の象限ではＸ軸又はＹ軸に関し対称な磁界分布が形成され、第３象限は第１象限と同一極性で、第２、第４象限は第１象限と逆極性の磁場が形成される。
【０１３４】
ピーク位置Ｐは、Ｙ方向が２．５ｍｍでほぼ変わらず、Ｘ方向は出入口の幅が広くなるに連れて１．７ｍｍから２．１５ｍｍまで緩やかに移動している。
【０１３５】
出入口からのＹ方向の距離をＬとする。ピーク位置Ｐは、Ｌ＝７．５ｍｍで１．２５（＝Ｌ／２−２．５）ｍｍにあるが、Ｌ＝１１．５ｍｍで計算したところでも１．３５ｍｍとなり、両者は大きくは変わらない。実用的な距離Ｌの寸法としては、ピークが明確に形成でき、かつ、隣接の逆相となるピークと干渉しないことを考慮して決定する。たとえば、距離Ｌは、１．２５ｍｍの４倍の５ｍｍ以上は確保すべきである。
【０１３６】
図４５はピーク位置での磁界Ｈｙを示したグラフである。図４５によれば、入口９ａ、出口９ｂの幅Ｗ１とＷ０との比が１０％（Ｗ０＝８ｍｍ、ｄ＝０．８ｍｍ）では、１Ａあたり０．０８ガウスの磁界を発生していることがわかる。ミリガウス以下を検知できる磁気検知素子では、ピーク位置に置くことで１Ａ以下の小さな被対象電流でも十分なＳ／Ｎで検知できる。
【０１３７】
入口９ａ、出口９ｂの幅Ｗ１、Ｗ２を広げていくと、幅方向に広がる電流成分が減ることで、急激に磁界Ｈｙが下がる。よって、大電流を検知するには幅Ｗ１、Ｗ２を広げればよい。幅Ｗ１とＷ０との比が１００％、つまりｄ＝８ｍｍでは、磁界がゼロになる。これは、大電流に対しての調整範囲を広く取れることを意味する。以上のことより、Ｘ＝２ｍｍ、Ｙ＝２．５ｍｍのところに磁気検知素子を固定すれば、幅Ｗ１、Ｗ２を変えるだけでいろいろな電流検知範囲の仕様に対応できることを意味する。
【０１３８】
このような特性は、磁気インピーダンス素子や直交フラックスゲートセンサ等のように、磁気飽和や直線性の点で、検知磁界範囲を或る範囲内で管理しなくてはならない素子には極めて都合が良い。生産性でも、素子の位置を固定しておいて、一次導体の出入口の幅を変えたものを数種類用意しておくことで、各種電流仕様に対応でき、電流センサのコスト低減に大きく寄与するだろう。
【０１３９】
図３８においては、磁気検知素子３ａ、３ｂはＸＹ平面上の第１、第４象限にそれぞれ設けている。しかし、対称性から当然のことながら、その他の象限に隣接して配置することもできる。図４６は、磁気検知素子３ａを第１象限に配置し、磁気検知素子３ｂを第２象限に配置した例を紙滅している。図４７は、全ての象限に磁気検知素子を設けた例を示している。
【０１４０】
図４７では、４個の磁気検知素子３ａ〜３ｄを一体化した磁気検知素子ユニットにおいて、第１、第２、第３、第４象限にそれぞれ検知部４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄを配置している。さらに、図３１に示したように検知部４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄをブリッジ構成として動作させると、検知回路１００ＡのＳ／Ｎを向上させることができる。このように、２原点Ｏの両側に検知部４ａ〜４ｄをＸ軸、Ｙ軸に対称に配置すると、ベクトル成分ＨｙがＸ軸、Ｙ軸にそれぞれ対称となる。
【０１４１】
従って、Ｘ軸に関して検知部４ａと４ｄの出力を差動検知、検知部４ｂと４ｃの差動検知、Ｙ軸に関して検知部４ａと４ｂの差動検知、検知部４ｄと４ｃの差動検知を同時に行うことができ、これらの検知結果の平均を求めれば更に測定精度が向上する。
【０１４２】
入口９ａ、出口９ｂが一次導体１の幅方向の中央にある場合は、素子の感度を同等に調整した素子をＸ軸又はＹ軸に対称に設置して差動動作させることで、一次導体１からの磁界による出力は２倍となり、同相の外部磁界はキャンセルされることになる。
【０１４３】
図４８は変形例を示している。入口９ａに至る導体の幅や、出口９ｂ以降の導体の幅が細すぎると、大電流印加時に発熱の問題が発生するかもしれない。そこで、図４８が示すように、電流の出入口をスリット溝７ａ、７ｂ、７ｃ、７ｄで規制することで、発熱自体を抑えることができるとともに、熱拡散も良くすることができるだろう。なお、図４８から、一次導体１にスリット溝７ａ、７ｂ、７ｃ、７ｄを入れることで、上述した主要部、入口９ａ、および、出口９ｂが形成されていることを理解できよう。
【０１４４】
＜実施例７＞
実施例６では、座標位置で（２，  ２．５）と（２，  −２．５）の付近にそれぞれ磁気検知素子３ａ、３ｂの検知部４ａ、４ｂを置けば、入口９ａ、出口９ｂの幅Ｗ１、Ｗ２を変えることだけで被測定電流の仕様に対応できることを示した。別の方法としては入口９ａ、出口９ｂの配置位置を一次導体１の幅方向にオフセットさせても良い。図４９にそのレイアウトを示す。図３９のレイアウトから、入口９ａ、出口９ｂを幅方向にｄｗだけずらしたものである。これにより、電流の広がりが変わるため、磁気検知素子３ａ、３ｂの検知部４ａ、４ｂが配置された位置での磁界の方向を変えることができる。
【０１４５】
図５０は、実施例７についてＹ軸方向の磁界成分Ｈｙのシミュレーションの結果を示している。一次導体１のＸ軸方向の幅Ｗ０＝８ｍｍ、Ｚ軸方向の厚さｔ＝０．８ｍｍである。入口９ａ、出口９ｂは幅Ｗ１、Ｗ２ともに１．２ｍｍである。磁気検知部である一次導体１のＹ軸方向の長さＬを７．５ｍｍとしている。実施例６のように入口９ａ、出口９ｂの位置が幅Ｗ０の中央にした状態では、オフセット量ｄｗ＝０である。実施例７ではオフセット量ｄｗ＝−２、  −１、  ０、  １、  ２ｍｍのそれぞれについてシミュレーションを行った。
【０１４６】
磁気検知素子３ａの座標位置をＸ＝２、Ｙ＝２．５ｍｍに固定している。電流が主に流れる方向の磁界成分Ｈｙの磁界は、図５０が示すとおり、オフセット量がマイナスになると調整シロが少ない。一方、オフセット量がプラスになると、つまり入口９ａ、出口９ｂと磁気検知素子との距離が縮まると、急激に磁界が低下し、反対の極性にまでいたる。よって、オフセット量がプラスになる領域では、磁界成分Ｈｙを大幅に調整可能である。
【０１４７】
＜実施例８＞
図５１は実施例８の電流センサの構成図である。センサ基板１１は、ガラスエポキシ材であり、その厚さ１．６ｍｍである。センサ基板１１の片面に一次導体１２が設けられている。一次導体１２は、Ｘ軸方向の幅８ｍｍ、Ｙ軸方向の長さが７．５ｍｍで、Ｚ軸方向の厚さ７０μｍの銅パターンである。Ｘ、Ｙ軸の原点Ｏは一次導体１２の中心に設定する。
【０１４８】
一次導体１２の入口９ａ、出口９ｂは、Ｘ軸方向の幅Ｗの中央から幅Ｗ１＝Ｗ２＝１．２ｍｍでＹ軸に沿って引き出されている。入口９ａ、出口９ｂを１．２ｍｍの幅のままで長く引き出すと、大電流側では発熱が発生するかもしれない。そこで、実験では入口９ａ、出口９ｂの直ぐ近くで、芯線径１．６ｍｍのケーブル線を半田付けして、被測定電流を印加した。
【０１４９】
センサ基板１１の他面には、２つの磁気検知素子が一体化された磁気検知ユニット１４が配置されている。磁気検知ユニット１４からは半田付けのための電極１５ａ〜１５ｃがセンサ基板１１上に引き出されている。
【０１５０】
磁気検知ユニット１４には磁気インピーダンス素子が用いられている。Ｆｅ−Ｔａ−Ｃ系の磁性薄膜から成る検知部１６ａ、１６ｂは、それぞれ幅１８μｍ、厚さ２．６５μｍ、長さ１．２ｍｍの細長い並列に配置された１１本のパターンにより構成されている。そして、検知部１６ａ、１６ｂの磁界検知方向はＹ軸方向とされている。
【０１５１】
図５１が示すように、検知部１６ａ、１６ｂの位置は、貫通孔１３の中心からＸ軸方向に距離ｄｘ＝２ｍｍだけオフセットされている。検知部１６ａ、１６ｂの中心間隔ｄｙは５ｍｍとしている。このように、磁気検知ユニット１４はＸ軸に対して対称的に配置されている。
【０１５２】
検知部１６ａ、１６ｂの複数本の磁性薄膜パターンは、図示は省略しているが電気的にはつづら折りで直列につながれている。直列につながれた磁性薄膜パターンの両端はそれぞれの電極に接続されている。図５１が示すように、磁性薄膜パターンの端部は、センサ基板１１上の電極１５ａ〜１５ｃに半田接合され、検知回路１００Ａに接続されている。図５１では、センサ基板１１に引き出された電極１５ａから電極１５ｃと、電極１５ｂから電極１５ｃとをペアとして高周波パルスを印加する。
【０１５３】
磁気検知ユニット１４にはＸ軸方向（幅方向）に磁化容易軸を設けておく。高周波のパルスを磁性薄膜のパターンに通電することで、外部磁界によりインピーダンスが変化し、磁気検知ユニット１４の両端電圧を振幅検波によりセンサ信号に変換する。それぞれの素子のバイアス磁界や回路ゲインを、相対的に差が出ないよう合わせておくと、差動検知の効果が高まる。
【０１５４】
平行して流れる被測定電流Ｉ以外の電流の影響評価では、一次導体１２の端から１０ｍｍの間隔を離して直径２ｍｍの銅棒１８を並列に配置した。１０Ａｒｍｓの５０Ｈｚの電流Ｉ’を銅棒１８に流して、一次導体１２には電流を流さない条件で測定を行った。磁気検知ユニット１４では銅棒１８を流れる電流Ｉ’の影響は、ノイズレベル以下（１０ｍＶｐｐ以下）であった。隣接する平行な電流線からの磁界はＸ又はＺ軸方向となり、Ｙ軸方向の成分は持たないことと、検知部１６ａ、１６ｂと隣接する銅棒１８との距離が等しいことで、差動除去機能が効果的に働き、ノイズ的な磁界の影響もほぼ完全に除去できていることが確認された。
【０１５５】
図５２には、一次導体１の入口９ａ、出口９ｂの幅Ｗ１（＝Ｗ２）を１．２ｍｍと４．８ｍｍとしたときの測定電流と出力電圧との関係を示す。なお、検知回路１００Ａを５Ｖの単電源で駆動したため、測定電流０Ａに対する出力電圧を２．５Ｖに合わせてある。
【０１５６】
図４５で示したように素子に掛かるＹ方向の磁界Ｈｙは、１Ａあたり０．０７８ガウスであり、前述の直線性が±３ガウスの範囲で確保されたセンサでは、±３８．５Ａを越えると直線性が低下することになる。図５２に示した実測データでも４０Ａを越えたあたりから直線精度が低下していることが判る。この条件では、±４０Ａの仕様となる。
【０１５７】
直線性の良い範囲を広げるためには、入口９ａ、出口９ｂの幅を大きくすれば良い。幅Ｗ１、Ｗ２を４．８ｍｍにしたものは、磁界Ｈｙは１Ａあたり０．０３８ガウスとなり、±７９Ａまでは直線精度が確保されることになり、実測のデータでも±８０Ａで直線精度が確保されていることが判る。感度の差は、差動増幅のゲインで調整すればよい。
【０１５８】
このことは使用する磁気検知素子や回路構成を同じにして、電流の出入口の幅だけを変えることで、所望の測定電流範囲で直線精度を確保することができることを意味する。
【０１５９】
このように、実施例１ないし８に記載の電流検知回路であれば、カレントトランス等と比較して、非常にサイズを小さくできる。したがって、実施例ＡないしＣで説明したようなＡＣインレット１４０にも十分に組み込むことが可能である。
【図１】
0005886097.tif 000002
【図２】
0005886097.tif 000003
【図３】
0005886097.tif 000004
【図４】
0005886097.tif 000005
【図５】
0005886097.tif 000006
【図６】
0005886097.tif 000007
【図７】
0005886097.tif 000008
【図８】
0005886097.tif 000009
【図９】
0005886097.tif 000010
【図１０】
0005886097.tif 000011
【図１１】
0005886097.tif 000012
【図１２】
0005886097.tif 000013
【図１３】
0005886097.tif 000014
【図１４】
0005886097.tif 000015
【図１５】
0005886097.tif 000016
【図１６】
0005886097.tif 000017
【図１７】
0005886097.tif 000018
【図１８】
0005886097.tif 000019
【図１９】
0005886097.tif 000020
【図２０】
0005886097.tif 000021
【図２１】
0005886097.tif 000022
【図２２】
0005886097.tif 000023
【図２３】
0005886097.tif 000024
【図２４】
0005886097.tif 000025
【図２５】
0005886097.tif 000026
【図２６】
0005886097.tif 000027
【図２７】
0005886097.tif 000028
【図２８】
0005886097.tif 000029
【図２９】
0005886097.tif 000030
【図３０】
0005886097.tif 000031
【図３１】
0005886097.tif 000032
【図３２】
0005886097.tif 000033
【図３３】
0005886097.tif 000034
【図３４】
0005886097.tif 000035
【図３５】
0005886097.tif 000036
【図３６】
0005886097.tif 000037
【図３７】
0005886097.tif 000038
【図３８】
0005886097.tif 000039
【図３９】
0005886097.tif 000040
【図４０】
0005886097.tif 000041
【図４１】
0005886097.tif 000042
【図４２】
0005886097.tif 000043
【図４３】
0005886097.tif 000044
【図４４】
0005886097.tif 000045
【図４５】
0005886097.tif 000046
【図４６】
0005886097.tif 000047
【図４７】
0005886097.tif 000048
【図４８】
0005886097.tif 000049
【図４９】
0005886097.tif 000050
【図５０】
0005886097.tif 000051
【図５１】
0005886097.tif 000052
【図５２】
0005886097.tif 000053