(57)【要約】  【課題】  構造が単純で製造が容易な磁気センサおよび電流センサを提供する。  【解決手段】  互いに対向する対向面を有する同一形状の磁性体コア４ａ，４ｂと、磁性体コア４ａ，４ｂの対向面の間に挟まれているとともに、互いに隣り合うように配置された第１および第２のコイルからなる励磁コイル７と、磁性体コア４ａ，４ｂの少なくとも一部を取り巻くように配置された検出用コイル６とを備え、励磁コイル７は、電流が流されたときに、第１および第２のコイル内に対向面に垂直で互いに逆向きの成分を有する磁界を発生させるものであり、検出用コイル６は、電流が流された場合に、コイル内に第１および第２のコイルが配列された方向と同じ方向の成分を有する磁界を発生させるように巻かれている磁気センサとする。構造が単純で製造が容易な磁気センサが得られる。【選択図】  図１
2011221004.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに対向する対向面を有する同一形状の１対の磁性体コアと、
該１対の磁性体コアの１対の前記対向面の間に挟まれているとともに、互いに隣り合うように配置された第１および第２のコイルからなる励磁コイルと、
前記１対の磁性体コアの少なくとも一部を取り巻くように配置された検出用コイルとを備え、
前記励磁コイルは、電流が流されたときに、前記第１および第２のコイル内に前記対向面に垂直で互いに逆向きの成分を有する磁界を発生させるものであり、
前記検出用コイルは、電流が流された場合に、前記検出用コイル内に前記第１および第２のコイルが配列された方向と同じ方向の成分を有する磁界を発生させるように巻かれていることを特徴とする磁気センサ。
【請求項２】
前記１対の磁性体コアが環状に形成されているとともに、該１対の磁性体コアの環の円周方向に沿って前記第１および第２のコイルが交互に複数配列されていることを特徴とする請求項１に記載の磁気センサ。
【請求項３】
請求項１に記載の磁気センサと、前記第１および第２のコイルが配列された方向に垂直な方向の成分を有する電流を流すための導電路とを備えることを特徴とする電流センサ。
【請求項４】
請求項２に記載の磁気センサと、前記１対の磁性体コアの環の内側を通過するように配置された導電路とを備えることを特徴とする電流センサ。
【請求項５】
前記１対の磁性体コアが、誘電体基板中に、該誘電体基板の厚み方向に間隔を開けて配置されており、
前記励磁コイルが、前記誘電体基板中の前記１対の磁性体コアの間の位置に配置されており、
前記導電路が、前記誘電体基板の少なくとも一部を厚み方向に貫通する第１の貫通導体と、前記誘電体基板の内部または表面に配置された複数の第１の導体パターンとが接続されて構成されており、
前記検出用コイルが、前記誘電体基板の少なくとも一部を厚み方向に貫通する複数の第２の貫通導体と、前記誘電体基板の内部または表面に配置された複数の第２の導体パターンとが接続されて構成されていることを特徴とする請求項４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、構造が単純で製造が容易な磁気センサおよび電流センサに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
２つの離隔した環状磁路およびそれらを接続する２つの接続磁路からなる磁気回路と、接続磁路に巻回された励磁コイルと、２つの環状磁路を一体的に取り巻くように巻き付けられた検出用コイルとを備えた電流センサが提案されている（例えば、特許文献１を参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第4310373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、特許文献１にて提案された電流センサは、構造が複雑であり製造が難しいという問題があった。
【０００５】
本発明はこのような従来の技術における問題点に鑑みて案出されたものであり、その目的は、構造が単純で製造が容易な磁気センサおよび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】
【０００６】
本発明の第１の磁気センサは、互いに対向する対向面を有する同一形状の１対の磁性体コアと、該１対の磁性体コアの１対の前記対向面の間に挟まれているとともに、互いに隣り合うように配置された第１および第２のコイルからなる励磁コイルと、前記１対の磁性体コアの少なくとも一部を取り巻くように配置された検出用コイルとを備え、前記励磁コイルは、電流が流されたときに、前記第１および第２のコイル内に前記対向面に垂直で互いに逆向きの成分を有する磁界を発生させるものであり、前記検出用コイルは、電流が流された場合に、前記検出用コイル内に前記第１および第２のコイルが配列された方向と同じ方向の成分を有する磁界を発生させるように巻かれていることを特徴とするものである。
【０００７】
本発明の第２の磁気センサは、前記第１の磁気センサが備える構成において、前記１対の磁性体コアが環状に形成されているとともに、該１対の磁性体コアの環の円周方向に沿って前記第１および第２のコイルが交互に複数配列されていることを特徴とするものである。
【０００８】
本発明の第１の電流センサは、前記第１の磁気センサと、前記第１および第２のコイルが配列された方向に垂直な方向の成分を有する電流を流すための導電路とを備えることを特徴とするものである。
【０００９】
本発明の第２の電流センサは、前記第２の磁気センサと、前記１対の磁性体コアの環の内側を通過するように配置された導電路とを備えることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の第１の磁気センサによれば、磁性体コアの構造が非常に単純化できるため、構
造が単純で製造が容易な磁気センサを得ることができる。
【００１１】
本発明の第２の磁気センサによれば、磁性体コアの環の内側の任意の位置に、環の内側を通過するように導電路を配置することによって、導電路を流れる電流を検出する電流センサとして機能させることができるので、設置時の自由度が高い電流センサとして用いることが可能な磁気センサを得ることができる。
【００１２】
本発明の第１の電流センサによれば、磁気センサの構造を単純化することができるので、構造が単純で製造が容易な電流センサを得ることができる。
【００１３】
本発明の第２の電流センサによれば、磁性体コアの環の内側の任意の位置に導電路を配置することができるので、磁性体コアと導電路との位置関係の自由度が高い電流センサを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の実施の形態の第１の例の磁気センサを模式的に示す外観斜視図である。
【図２】図１に示す磁気センサを模式的に示す検出用コイルを省略した分解斜視図である。
【図３】本発明の実施の形態の第２の例の電流センサを模式的に示す外観斜視図である。
【図４】本発明の実施の形態の第３の例の磁気センサおよび電流センサを模式的に示す外観斜視図である。
【図５】図４に示す磁気センサおよび電流センサを模式的に示す検出用コイルを省略した分解斜視図である。
【図６】本発明の実施の形態の第４の例の電流センサを模式的に示す分解斜視図である。
【図７】図６に示す電流センサを模式的に示す平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の磁気センサおよび電流センサを添付の図面を参照しつつ詳細に説明する。
【００１６】
（実施の形態の第１の例）
図１は、本発明の実施の形態の第１の例の磁気センサを模式的に示す外観斜視図である。図２は、図１に示す磁気センサを模式的に示す分解斜視図である。なお、図２においては、見やすくするために検出用コイル６の図示を省略している。
【００１７】
本例の磁気センサは、図１および図２に示すように、入力端子３ａ，３ｂと、出力端子２ａ，２ｂと、１対の磁性体コア４ａ，４ｂと、絶縁板５と、検出用コイル６と、励磁コイル７とを備えている。磁性体コア４ａ，４ｂは、同一形状であり、互いに対向する対向面を有している。励磁コイル７は、互いに隣り合うように配置された第１のコイル７ａおよび第２のコイル７ｂからなり、磁性体コア４ａ，４ｂの１対の対向面の間に挟まれた絶縁板５の表面に形成されて、絶縁板５とともに磁性体コア４ａ，４ｂの１対の対向面の間に挟まれている。そして、励磁コイル７は、電流が流されたときに、第１のコイル７ａおよび第２のコイル７ｂに対向面（図のｘ−ｙ平面）に垂直（図のｚ軸方向）で互いに逆向きの成分を有する磁界を発生させる。検出用コイル６は、１対の磁性体コア４ａ，４ｂの一部を取り巻くように配置されており、１対の磁性体コア４ａ，４ｂの少なくとも一部がコイルの内側に位置するように、１対の磁性体コア４ａ，４ｂの一部に巻き付けられている。そして、検出用コイル６は、電流が流された場合に、検出用コイル６内に第１および
第２のコイルが配列された方向（図のｘ軸方向）と同じ方向の成分を有する磁界を発生させるように巻かれている。また、励磁コイル７の両端には入力端子３ａ，３ｂが電気的に接続されており、検出用コイル６の両端には出力端子２ａ，２ｂが電気的に接続されている。
【００１８】
このような構成を備える本例の磁気センサ10においては、例えば、入力端子３ａから入って入力端子３ｂから出る向きに電流が流れると、第１のコイル７ａには図の−ｚ方向に向かう磁界が発生し、第２のコイル７ｂには図のｚ方向に向かう磁界が発生する。これにより、磁性体コア４ａにおいては、第２のコイル７ｂから第１のコイル７ａに向かうように、図の−ｘ方向の成分を有する磁束が発生し、磁性体コア４ｂにおいては、第１のコイル７ａから第２のコイル７ｂに向かうように、図のｘ方向の成分を有する磁束が発生する。よって、図１にＨで示した、図のｘ方向に向かう外部磁界が存在すると、磁性体コア４ａにおいては、励磁コイル７に流れる電流によって発生する磁束と外部磁界Ｈによる磁束とが打ち消し合い、磁性体コア４ｂにおいては、励磁コイル７に流れる電流によって発生する磁束と外部磁界Ｈによる磁束とが強め合うことになるが、この強め合う程度と弱め合う程度とが等しくないことから、これを利用して外部磁界Ｈの大きさを検出することができる。
【００１９】
すなわち、検出用コイル６は、電流が流された場合に、コイル内に第１および第２のコイルが配列された方向（図のｘ方向）と同じ方向の成分を有する磁界を発生させるように巻かれている。このため、コイル内に第１および第２のコイルが配列された方向（図のｘ軸方向）の磁束の変化があると、検出用コイル６に誘導起電力が発生する。外部磁界Ｈが０の場合には、励磁コイル７の両端に交流を流しても、磁性体コア４ａ内の磁束と磁性体コア４ｂ内の磁束とが打ち消し合うため検出用コイル６に誘導起電力は発生しない。ところが、外部磁界の変化にともなう磁性体の透磁率の変化が線形でないことにより、外部磁界Ｈが０でない場合には、励磁コイル７の両端に交流を流したときに発生する磁性体コア４ａ，４ｂ内の磁束が外部磁界Ｈによって増加する量と減少する量とが等しくならないため、外部磁界Ｈの大きさに対応した誘導起電力が検出用コイル６に発生する。よって、出力端子２ａ，２ｂ間の電圧を測定することにより、磁気センサ10を貫く外部磁界Ｈを検出することができる。
【００２０】
このような構成を備える本例の磁気センサ10によれば、磁性体コア４ａ，４ｂの構造を非常に単純化できるため、構造が単純で製造が容易な磁気センサ10を得ることができる。
【００２１】
また、本例の磁気センサ10によれば、励磁コイル７は、磁性体コア４ａ，４ｂに巻き付ける必要がなく、平面状のコイルでよいため、絶縁板５に形成した導体パターンで励磁コイル７を構成することができるので、さらに構造が単純で製造が容易な磁気センサ10を得ることができる。
【００２２】
本例の磁気センサ10において、磁性体コア４ａ，４ｂは、例えば、鉄，ニッケル，コバルト等の強磁性体を使用して形成することができる。また、特許文献１に記載されたように、内部に磁性流体が封入された構造体を使用しても構わない。この場合には、磁性流体が封入された空間が磁性体コア４ａ，４ｂとして機能する。磁性体コア４ａ，４ｂの形状としては、励磁コイル７および絶縁板５を挟持する対向面を有していればよく、矩形でも半円柱状でも構わない。
【００２３】
絶縁板５は、磁化しない材料を用いて形成するのが望ましく、それにより、磁性体コア４ａ，４ｂを、微少間隔で安定して対向配置することができる。また、励磁コイル７を導体パターンで形成する場合には、絶縁体や誘電体であることが望ましい。よって、例えば、合成樹脂や誘電体セラミック等を用いて形成することができる。
【００２４】
（実施の形態の第２の例）
図３は、本発明の実施の形態の第２の例の電流センサを模式的に示す外観斜視図である。なお、本例においては、上述した実施の形態の例と異なる部分について説明し、同一の構成要素には同一の符号を付して重複する説明を省略する。
【００２５】
本例の電流センサは、図３に示すように、図１および図２に示した実施の形態の第１の例の第１の磁気センサ10と、第１および第２のコイルが配列された方向（図のｘ軸方向）に垂直な方向（図の−ｚ方向）の成分を有する電流ｉが流れる導電路８とを備えている。
【００２６】
このような構成を備える本例の電流センサによれば、導電路８を流れる電流ｉの大きさに対応して、磁気センサ10の検出用コイル６内に図のｘ軸方向の成分を有する磁界が発生する。よって、磁気センサ10と導電路８との距離を予め測定しておくとともに、磁気センサ10の入力端子３ａ，３ｂに交流電圧を加えて出力端子２ａ，２ｂ間の電圧を測定することにより、導電路８を流れる電流ｉの大きさを測定することが可能な電流センサを得ることができる。
【００２７】
本例の電流センサによれば、構造が単純な磁気センサ10を用いていることから、特許文献１に記載された電流センサと同様に直流電流を測定可能であるとともに、構造が単純で製造が容易な電流センサを得ることができる。
【００２８】
なお、本例の電流センサにおいては、図のｚ軸方向に電流が流れるように導電路８が配置された例を示したが、第１および第２のコイルが配列された方向（図のｘ軸方向）に垂直な方向（図のｙｚ平面内の任意の方向）に電流が流れるように導電路８が配置されていれば、同様の感度で電流を検出することができる。さらに、検出感度は低下するものの、電流が図のｙｚ平面内の任意の方向の成分を有していれば、原理的には電流の検出は可能である。
【００２９】
（実施の形態の第３の例）
図４は、本発明の実施の形態の第３の例の磁気センサおよびそれを用いた電流センサを模式的に示す外観斜視図である。図５は、図４に示す磁気センサおよび電流センサを模式的に示す分解斜視図である。なお、図５においては、見やすくするために検出用コイル６の図示を省略している。また、本例においては、上述した実施の形態の例と異なる部分について説明し、同一の構成要素には同一の符号を付して重複する説明を省略する。
【００３０】
本例の電流センサは、図４，図５に示すように、磁気センサ10と、導電路８とを備えている。
【００３１】
本例の磁気センサ10は、１対の磁性体コア４ａ，４ｂが環状に形成されているとともに、１対の磁性体コア４ａ，４ｂの環の円周方向に沿って第１のコイル７ａおよび第２のコイル７ｂが交互に複数配列されている。導電路８は、１対の磁性体コア４ａ，４ｂの環の中央を垂直（図のｚ軸方向）に貫通するように配置されている。
【００３２】
本例の磁気センサ10によれば、磁性体コア４ａ，４ｂが環状に形成されていることから、磁性体コア４ａ，４ｂの環の内側の任意の位置に、環の内側を通過するように導電路８を配置することによって、導電路８を流れる電流を検出する電流センサとして機能させることができるので、設置時の自由度が高い電流センサとして機能することが可能な磁気センサを得ることができる。
【００３３】
本例の電流センサによれば、磁性体コア４ａ，４ｂの環の内側の任意の位置に導電路８
を配置することができるので、磁性体コア４ａ，４ｂと導電路８との位置関係の自由度が高い電流センサを得ることができる。
【００３４】
なお、導電路８は、１対の磁性体コア４ａ，４ｂの環を垂直（図のｚ軸方向）に貫通するときが最も電流の検出感度が高くなるが、導電路８を流れる電流が、磁性体コア４ａ，４ｂの環が位置する平面（図のｘｙ平面）に垂直な方向（図のｚ軸方向）の成分を有していれば、電流の検出は可能である。
【００３５】
（実施の形態の第４の例）
図６は、本発明の実施の形態の第４の例の電流センサを模式的に示す分解斜視図である。図７は、図６に示す電流センサを模式的に示す上面図である。なお、図６においては、見やすくするために励磁コイル７の詳細な図示を省略するとともに、検出用コイル６を構成する第２の貫通導体61については、その一部のみを記載している。また、図７においては、励磁コイル７の記載を省略している。なお、本例においては、上述した実施の形態の第３の例の電流センサと異なる部分について説明し、同一の構成要素には同一の符号を付して重複する説明を省略する。
【００３６】
本例の電流センサは、図６および図７に示すように、複数の誘電体層21ａ〜21ｅが積層されてなる誘電体基板21中に形成されている。
【００３７】
磁性体コア４ａ，４ｂは、誘電体基板21中に、誘電体基板21の厚み方向に間隔を開けて配置されている。すなわち、磁性体コア４ａは誘電体層21ｂ上に配置されており、磁性体コア４ｂは誘電体層21ｄ上に配置されている。
【００３８】
励磁コイル７は、誘電体基板21中の１対の磁性体コア４ａ，４ｂの間の位置に配置されている。詳細には、誘電体層21ｂと誘電体層21ｄとの間に位置する誘電体層21ｃ上に配置された導体パターンによって形成されている。励磁コイル７の詳細の図示は省略されているが、励磁コイル７の両端には、誘電体層21ｃ上に配置された入力端子３ａ，３ｂが接続されており、図示せぬ外部回路から励磁用の電流が供給される。
【００３９】
検出用コイル６は、誘電体基板21の一部を厚み方向に貫通する複数の第２の貫通導体61ａ〜61ｍと、誘電体基板21の内部または表面に配置された複数の第２の導体パターン62ａ〜62ｎとが接続されて構成されている。詳細には、第２の貫通導体61ａ〜61ｍおよび第２の導体パターン62ａ〜62ｎが、62ａ，61ａ，62ｂ，61ｂ，62ｃ，61ｃ，62ｄ，61ｄ，62ｅ，61ｅ，62ｆ，61ｆ，62ｇ，61ｇ，62ｈ，61ｈ，62ｉ，61ｉ，62ｊ，61ｊ，62ｋ，61ｋ，62ｌ，61ｌ，62ｍ，61ｍ，62ｎの順番で接続されて構成されている。また、検出用コイル６の両端は、誘電体基板21の上面に配置された出力端子２ａ，２ｂに接続されており、出力端子２ａ，２ｂから出力される信号によって、導電路８を流れる電流を検出する。なお、図６においては、複数の第２の貫通導体61ａ〜61ｍのうち、４本の第２の貫通導体61ａ，61ｂ，61ｇ，61ｈのみが図示されており、残りの第２の貫通導体61ｃ，61ｄ，61ｅ，61ｆ，61ｉ，61ｊ，61ｋ，61ｌおよび61ｍの図示は省略している。
【００４０】
導電路８は、誘電体基板21の一部を厚み方向に貫通する第１の貫通導体81と、誘電体基板21の内部または表面に配置された複数の第１の導体パターン82ａ，82ｂとが接続されて構成されている。詳細には、第１の貫通導体81および第１の導体パターン82ａ，82ｂが、82ａ，81，82ｂの順番に接続されて構成されている。また、導電路８の両端は、誘電体基板21の上面に配置された端子９ａおよび誘電体層21ｅ上に配置された端子９ｂに接続されており、図示せぬ外部回路から端子９ａ，９ｂを介して被測定電流が流される。
【００４１】
このような構成を備える本例の電流センサによれば、誘電体基板21中に電流センサを形
成することができるので、小型で製造が容易な電流センサを得ることができる。また、磁性体コア４ａ，４ｂ，励磁コイル７，検出用コイル６および導電路８の相互の位置関係を固定することができるので、高精度の電流センサを得ることができる。
【００４２】
なお、本例の電流センサにおいて、磁性体コア４ａ，４ｂは、誘電体層21ｃ上に配置された、強磁性体パターンで構成されている。強磁性体としては、例えば、鉄，ニッケル，コバルト，フェライト等を用いることができる。また、誘電体層21ｃ中に強磁性体からなる領域を形成して磁性体コア４ａ，４ｂとしても構わない。
【００４３】
（変形例）
本発明は上述した実施の形態の例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更，改良が可能である。
【００４４】
例えば、上述した実施の形態の例においては、隣り合う第１のコイル７ａおよび第２のコイル７ｂは、互いに逆方向に巻かれているとともに、電気的に直列に接続されている例を示したが、これに限定されるものではない。例えば、同一方向に巻かれているとともに、逆向きに電流が流れるように電気的に並列に接続されていても構わない。
【００４５】
また、上述した実施の形態の第１および第２の例においては、第１のコイル７ａおよび第２のコイル７ｂを１つずつ有する例を示し、第３の例においては、第１のコイル７ａおよび第２のコイル７ｂを２つずつ有する例を示したが、これに限定されるものではなく、さらに多数の第１のコイル７ａおよび第２のコイル７ｂを形成しても構わない。但し、漏れ磁界を少なくするためには、第１のコイル７ａで発生する磁界と第２のコイル７ｂで発生する磁界が等しいことが望ましいため、第１のコイル７ａと第２のコイル７ｂとは、同一の形状および個数であることが望ましい。
【００４６】
さらに、上述した実施の形態の例においては、励磁コイル７が絶縁板５の表面に形成された導体パターンで構成された例を示したが、これに限定されるものではない。例えば、絶縁板５の内部に形成された導体パターンで構成するようにしても構わない。また、励磁コイル７は、磁性体コア４ａ，４ｂの間に配置された空芯コイルであっても構わない。
【００４７】
またさらに、上述した実施の形態の第２の例においては、磁性体コア４ａ，４ｂが直方体状である例を示し、実施の形態の第３の例においては、磁性体コア４ａ，４ｂが真円の環状である例を示したが、これに限定されるものではない。例えば、６角形や８角形等の多角形の環状の磁性体コア４ａ，４ｂであっても構わない。
【符号の説明】
【００４８】
４ａ，４ｂ：磁性体コア
６：検出用コイル
７：励磁コイル
８：導電路
10：磁気センサ
21：誘電体基板
61ａ〜61ｍ：第２の貫通導体
62ａ〜62ｎ：第２の導体パターン
81：第１の貫通導体
82ａ，82ｂ：第１の導体パターン
【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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