(57)【要約】【課題】本発明は、電流方向（２４）に電流を伝導するための導体（２０）を備える電流センサ構造体（９９）を提供する。【解決手段】導体は、１つ以上の導体表面（２２）および縁部を有する。少なくとも１つの電流センサ（３０）が、導体の上に、その上方に、それに隣接して、またはそれと接触して配設され、かつ電流方向に直交するオフセット方向（２８）で導体の中心からオフセットされている。電流センサ（３０）は、導体の縁部と位置合わせされるか、または導体は、幅Ｗを有し、電流センサは、導体縁部からＷ／２．５、Ｗ／３、Ｗ／４、Ｗ／５、またはＷ／６の距離内にある。電流センサ構造体は、基板を含み得、その上に導体が配設されている。【選択図】図１Ａ
2019120687.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電流センサ構造体であって、
電流方向に電流を伝導するための導体であって、１つ以上の導体表面および縁部を有する、導体と、
前記導体の上に、その上方に、それに隣接して、またはそれと接触して配設され、かつ前記電流方向に直交するオフセット方向に前記導体の中心からオフセットされた電流センサと、を備え、
前記電流センサが、前記導体の前記縁部に位置合わせされているか、または前記導体が、幅Ｗを有し、前記電流センサが、前記導体縁部からＷ／２．５、Ｗ／３、Ｗ／４、Ｗ／５、またはＷ／６の距離内にある、電流センサ構造体。
【請求項２】
２つ以上の電流センサを備え、各電流センサが、前記電流方向に直交するオフセット方向に前記導体の前記中心からオフセットされている、請求項１に記載の電流センサ構造体。
【請求項３】
少なくとも２つの電流センサが、異なる方向にある、電流によって生成される磁場を測定するように、かつ同じ方向にある外部磁場を測定するように、前記導体に対して配設され、前記外部磁場が打ち消され得るようになっている、請求項２に記載の電流センサ構造体。
【請求項４】
前記外部磁場を打ち消すように、前記少なくとも２つの電流センサからの信号を差し引くように構成されている、請求項３に記載の電流センサ構造体。
【請求項５】
前記導体が、前記幅および厚さよりも大きい長さを有し、前記オフセット方向が、幅方向にまたは厚さ方向にある、請求項１に記載の電流センサ構造体。
【請求項６】
前記電流センサが、前記１つ以上の導体表面と直接接触せず、かつ前記導体から前記幅よりも小さい距離だけ離れている、請求項５に記載の電流センサ構造体。
【請求項７】
基板またはプリント回路基板を備え、前記導体が、前記基板またはプリント回路基板の上に、その上方に、それと接触して、その中に埋め込まれて、またはそれに隣接して配設され、前記電流センサが、前記導体の側部に隣接して、それと接触して、その上に、またはその上方に配設されている、請求項１に記載の電流センサ構造体。
【請求項８】
前記電流センサが、面内磁場を感知するように配置されている、請求項１に記載の電流センサ構造体。
【請求項９】
前記面内磁場が、前記１つ以上の導体表面のうちの１つと平行である、請求項８に記載の電流センサ構造体。
【請求項１０】
第１の電流センサが、前記導体の第１の導体表面の上に、その上方に、それと接触して、もしくはそれに隣接して配設され、第２の電流センサが、前記第１の導体表面の反対側の前記導体の第２の導体表面の上に、その上方に、それと接触して、もしくはそれに隣接して配設されるか、または第１の電流センサおよび第２の電流センサが、前記導体の同じ導体表面の上に、その上方に、それと接触して、もしくはそれに隣接して配設されるか、または前記少なくとも２つの電流センサが、導体中心に対して対称的に配置されるか、あるいはそれらの任意の組み合わせである、請求項２に記載の電流センサ構造体。
【請求項１１】
前記導体が、上面領域と、前記上面領域よりも小さい側面領域と、を有し、第１の電流センサおよび第２の電流センサが両方とも、前記上面に平行な一列もしくは平面に配設されるか、または前記第１の電流センサおよび前記第２の電流センサが両方とも、前記側面に平行な一列または平面に配設されている、請求項２に記載の電流センサ構造体。
【請求項１２】
前記導体および前記電流センサを少なくとも部分的に取り囲むシールドを備え、前記導体が、前記シールドの中に、その上に、それと接触して、もしくはその上方に、または前記シールドの上に配設された層の上に配設され、前記シールドの前記電流方向の表面と直交する方向の断面が、Ｕ字形、平面、または２つの平行な平面を形成している、請求項１に記載の電流センサ構造体。
【請求項１３】
前記導体が、切り欠きまたは孔もしくはスロットを有し、前記電流センサが前記切り欠きまたは前記孔もしくはスロットに隣接して配設されている、請求項１に記載の電流センサ構造体。
【請求項１４】
３つ以上の導体を備え、各導体が、同様の平行方向に延在する最長寸法を有し、各導体が、三相電流の位相を伝導し、前記３つ以上の導体のうちの少なくとも２つの導体が、少なくとも１つの電流センサを有するか、または少なくとも２つの電流センサを有する、請求項１に記載の電流センサ構造体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、概して、集積化電流センサ構造体の分野に関する。
【背景技術】
【０００２】
センサは、環境の属性を測定し、また測定されたセンサ値を報告するために、電子デバイスで広く使用されている。特に、磁気センサは、例えば自動車などの輸送システムにおいて磁場を測定するために使用される。磁気センサは、印加された磁場に比例する出力電圧を生成するホール効果センサ、または外部磁場に応答して電気抵抗が変化する磁気抵抗材料を組み込むことができる。
【０００３】
電流センサは、ワイヤ内の電流（ＡＣまたはＤＣ）を検出し、その電流に比例した信号を生成するデバイスである。生成される信号は、アナログ電圧もしくは電流またはさらにデジタル出力であり得る。導電性ワイヤ内の電流を検出および測定するための１つの方法は、ホール効果に基づくホールセンサを使用する。ホール効果は、導電性材料（ワイヤなど）を流れる、材料内の電流とこの電流に直角な印加された磁場とに対して横断する電圧差（ホール電圧）の生成である。電圧差を測定することができ、印加された磁場が既知であれば、導電性材料内の電流を推測することができる。そのような電流センサは、磁気電流センサと呼ばれ得る。例えば、特許文献１には、入力導体の範囲に直角な方向に基板に沿って延在する電流決定器が記載されている。特許文献２〜８は、すべて磁気電流センサが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】米国特許第５８３１４２６号明細書
【特許文献２】米国特許第９２９１６４８号明細書
【特許文献３】米国特許出願公開第２０１６／１０９５５０号明細書
【特許文献４】米国特許第７６３５９９３号明細書
【特許文献５】米国特許第４５３６７０６号明細書
【特許文献６】米国特許第４５１６０７０号明細書
【特許文献７】米国特許第８７６０１４９号明細書
【特許文献８】米国特許第９２２２９９２号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
磁気電流センサから漂遊磁場を除外することが重要である。推測される電流は、磁気センサに印加される局所的な磁場に依存するので、あらゆる未知のまたは望ましくない磁場が、不正確な測定を引き起こす可能性がある。また、広範囲の周波数に対して、直流電流と交流電流との両方を測定する際に、一貫して正確な電流測定を提供することも重要である。
【０００６】
したがって、漂遊磁場を有する環境において、および数ｋＨｚまたはさらにはＭＨｚまでの周波数を有する直流電流から交流電流までの広い周波数範囲を有する電流に対して、一貫した正確な電流測定を提供する電流センサ構造体が必要とされている。
【０００７】
本発明の実施形態の目的は、上述の制限を低減または克服する電流センサ構造体を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の目的は、本発明の解決策により達成される。
【０００９】
本発明の実施形態は、電流方向に電流を伝導するための導体を備え、導体が１つ以上の導体表面と縁部とを有する、電流センサ構造体を提供する。電流センサは、導体の上に、その上方に、それに隣接して、またはそれと接触して配設され、かつ電流方向に直交するオフセット方向に導体の中心からオフセットされている。一実施形態では、オフセット方向は導体表面に平行である。導体は、長さと、幅と、厚さと、を有することができ、長さは幅よりも大きく、幅は厚さよも大きく、オフセット方向は幅方向、厚さ方向、または幅および厚さの両方の方向にある。
【００１０】
本発明の実施形態では、電流センサは、１つ以上の集積回路と、集積回路が配設されるプリント回路基板と、を備える。実施形態では、集積回路のうちの１つは、センサ回路を備える。
【００１１】
本発明の実施形態では、導体は自立しており、例えば自立した中実の金属棒、例えば銅棒である。本発明の他の実施形態では、電流センサ構造体は、基板表面を有する基板を備え、導体が、基板表面の上に、その上方に、それと接触して、またはそれに隣接して配設され、電流センサが、基板表面の反対側の導体の導体表面または基板表面に直交する導体の導体表面に隣接して、それと接触して、その上に、またはその上方に配設されている。基板表面は、平面状または実質的に平面状であり得る。基板は、プリント回路基板であり得る。他の実施形態では、導体は、基板またはプリント回路基板、例えば、銅線などの集積電源トレース、ワイヤ、またはビアを備える電源プリント回路基板内に集積されるかまたは埋め込まれ、電流センサは、基板またはプリント回路基板に隣接して、それと接触して、その上にもしくはそれに隣接して配設されている。
【００１２】
いくつかの構成では、電流センサは、導体縁部と位置合わせされる。縁部は丸められているかまたは湾曲していてもよい。導体は幅Ｗを有し得、電流センサは、オフセット方向に導体の中心からＷ／５、Ｗ／２．５、または２Ｗ（Ｗの２倍）以上のオフセット距離Ｏに配設され得る。他の実施形態では、電流センサは、オフセット方向に導体の中心からＷ／２、Ｗ／３、Ｗ／４、Ｗ／５、またはＷ／６以上のオフセット距離Ｏに配設され得る。アラインメントは、製造公差または配置公差内にあり得る。
【００１３】
いくつかの実施形態では、電流センサ構造体は、複数の電流センサを備え、それにより複数の電流センサの各電流センサが、電流方向に直交し、かつ任意選択的に導体表面に平行なオフセット方向に導体の中心からオフセットされる。複数の電流センサのうちの第１の電流センサは、導体の第１の導体表面の上に、その上方に、それと接触して、もしくはそれに隣接して配設され、複数の電流センサのうちの第２の電流センサは、第１の導体表面の反対側の導体の第２の導体表面の上に、その上方に、それと接触して、もしくはそれに隣接して配設されている。導体表面は、同じ表面、異なる表面、または対向する異なる表面であり得る。複数の電流センサのうちの第１の電流センサおよび複数の電流センサのうちの第２の電流センサは、導体の同じ導体表面の上に、その上方に、それと接触して、もしくはそれに隣接して配設されるか、あるいは複数の電流センサは、導体中心に対して対称的に配置され得るか、または導体の長さに対して軸方向に対照的に配設され得る。
【００１４】
いくつかの構成では、導体は、上面領域と、上面領域よりも小さい側面領域と、を有し、第１の電流センサおよび第２の電流センサは両方とも、上面に平行な一列もしくは平面に配設されるか、または第１の電流センサおよび第２の電流センサは両方とも、側面に平行な一列もしくは平面に配設されている。
【００１５】
様々な構成では、第１の電流センサおよび第２の電流センサは両方とも、基板表面に直交する一列に配設されるか、または両方とも、基板表面に平行な一列もしくは平面に配設されている。いくつかの構成では、第１の電流センサおよび第２の電流センサは両方とも、導体表面に直交する一列もしくは平面に配設されるか、または両方とも、導体表面に平行な一列もしくは平面に配設されている。第１の電流センサおよび第２の電流センサは、電流方向にオフセットされ得る。
【００１６】
本発明の実施形態では、電流センサ構造体は、導体および電流センサを少なくとも部分的に取り囲むシールド、例えば強磁性シールドを備える。導体は、シールドの中に、その上に、それと接触して、もしくはその上方に、またはシールドの上に配設された層の上に配設され得る。シールドの、電流方向および基板表面に直交する方向の断面は、基板表面に対してまたはシールドの底面から垂直に延在する垂直部分を含む、平面、２つの平行な平面、またはＵ字形を形成し得る。シールドの底面は、導体の表面または基板表面と接触し得る。シールドの垂直部分は、平行であり得るかまたは平行な平面に配置され得る。シールドは、積層され得、または単一の材料を含み得る。
【００１７】
電流センサ構造体のいくつかの実施形態では、導体は切り欠きを有し、電流センサは切り欠きに隣接して配設されている。電流センサ構造体の他の実施形態では、導体は孔またはスロットを有し、電流センサは孔またはスロットに隣接して配設されている。
【００１８】
本発明の実施形態では、導体は、電流の流れの方向と直交する断面にＵ字形を有する。少なくとも２つの電流センサが、異なる方向または反対方向にある、電流によって生成される磁場を測定するように、かつ同じ方向にある外部磁場を測定するように、導体に対して配設され、外部磁場を取り消すことを可能にしている。
【００１９】
導体またはシールドは、積層され得るか、あるいは導体およびシールドの両方が積層され得る。積層されたシールドは、積層層を含み得、積層層は、電流方向に直交し、電流方向に平行に、基板表面に平行に、導体の厚さもしくは長さ表面に平行に、または基板表面に直角に、導体の厚さもしくは長さ表面に直角に、あるいは任意の他の方向に配設され得る。シールドは、単一の強磁性材料を含み得るか、あるいは１つ以上の積層層もしくは強磁性材料または他の磁場材料を含み得る。
【００２０】
本発明の実施形態では、電流センサ構造体は、３つ以上の導体を備え、各導体が、同様の平行方向に延在する最長寸法を有し、各導体が、三相電流の位相を伝導し、３つ以上の導体のうちの少なくとも２つの導体が、少なくとも１つの電流センサを有するか、または少なくとも２つの電流センサを有する。
【００２１】
本発明の実施形態は、電気導体における異なる周波数の交流電流に対応する磁場の大きさおよび位相測定値の改良された安定性および一貫性と、直交場感度などの改良された外部磁場に対する耐性または外部磁場の除去と、を有する電流センサ構造体を提供する。
【００２２】
本発明を要約する目的および先行技術を超えて達成される利点のために、本発明の特定の目的および利点が本明細書において上述された。当然、そのような目的または利点のすべてが、必ずしも本発明の特定の実施形態に従って達成されるとは限らないことが理解されるべきである。したがって、例えば、当業者であれば、本明細書に教示された１つの利点または利点群を達成または最適化する方法で、本明細書に教示または示唆されているような他の目的または利点を必ずしも達成することなく、本発明は、具体化または実施され得ることを認識するであろう。
【００２３】
本発明の上記および他の態様は、本明細書に後述される実施形態を参照して明らかになり、説明されるであろう。
【００２４】
添付の図面を参照し、例として、本発明をさらに記載する。ここで、同様の参照数字は、様々な図における同様の要素を示す。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１Ａ】本発明の例示的な実施形態の斜視図である。
【図１Ｂ】図１Ａの断面線Ａで切断した断面図である。
【図１Ｃ】より大きなプリント回路基板サイズを有する本発明の例示的な実施形態の断面図である。
【図１Ｄ】本発明の例示的な代替の実施形態の断面図である。
【図１Ｅ】支持基板を含む本発明の例示的な実施形態の斜視図である。
【図１Ｆ】図１Ｄの断面線Ａで切断した断面図である。
【図２Ａ】１つ以上の電流センサを備える本発明の例示的な実施形態の断面図である。
【図２Ｂ】１つ以上の電流センサを備える本発明の例示的な実施形態の断面図である。
【図２Ｃ】１つ以上の電流センサを備える本発明の例示的な実施形態の断面図である。
【図２Ｄ】１つ以上の電流センサを備える本発明の例示的な実施形態の断面図である。
【図２Ｅ】１つ以上の電流センサを備える本発明の例示的な実施形態の断面図である。
【図３Ａ】複数の電流センサを備える本発明の例示的な実施形態の断面図である。
【図３Ｂ】複数の電流センサを備える本発明の例示的な実施形態の断面図である。
【図３Ｃ】複数の電流センサを備える本発明の例示的な実施形態の断面図である。
【図３Ｄ】複数の電流センサを備える本発明の例示的な実施形態の断面図である。
【図３Ｅ】複数の電流センサを備える本発明の例示的な実施形態の断面図である。
【図４】電流方向にオフセットされた電流センサを有する本発明の例示的な実施形態の平面図である。
【図５Ａ】積層されたシールドを備える本発明の例示的な実施形態の斜視図である。
【図５Ｂ】図５Ａの断面線Ａで切断した断面図である。
【図５Ｃ】本発明の別の例示的な実施形態の断面図である。
【図５Ｄ】本発明の別の例示的な実施形態の断面図である。
【図５Ｅ】本発明の別の例示的な実施形態の断面図である。
【図５Ｆ】本発明の別の例示的な実施形態の断面図である。
【図５Ｇ】本発明の別の例示的な実施形態の断面図である。
【図５Ｈ】本発明の別の例示的な実施形態の断面図である。
【図５Ｉ】本発明の別の例示的な実施形態の断面図である。
【図５Ｊ】本発明の別の例示的な実施形態の断面図である。
【図６Ａ】切り欠きを有する導体を含む本発明の例示的な実施形態の斜視図である。
【図６Ｂ】シールドを含む図６Ａの実施形態の平面図である。
【図６Ｃ】孔またはスロットを有する導体を備える本発明の例示的な実施形態の斜視図である。
【図７】本発明の実施形態を理解するのに有用な異なる周波数の電気導体内の電流密度の構造的およびモデル的な図を含む。
【図８】本発明の実施形態を理解するのに有用な電流の挙動モデルによる様々な電流周波数に対する電気導体内の磁場および位相のグラフおよび構造図を含む。
【図９】本発明の一実施形態による電流センサ構造体の画像を示す。
【図１０】本発明の実施形態による対応する電流センサ構造体の図と共に、電流周波数に対する位相シフトおよび利得変動測定値のグラフを含む。
【図１１Ａ】本発明の実施形態を理解するのに有用な電流センサ構造体の斜視図である。
【図１１Ｂ】図１１Ａの断面線Ａで切断した断面図である。
【図１２Ａ】電流センサの挿入図と共に電流センサ構造体を示す斜視図である。
【図１２Ｂ】電流センサの挿入図と共に図１２Ａの断面線Ａで切断した構造の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
本発明は、特定の実施形態に関して、かつ、特定の図面を参照して記載されるが、本発明はそれに限定されず、特許請求の範囲によってのみ限定される。本開示の特徴および利点は、同様の参照符号が全体を通じて対応する要素を識別する、図面と併せて以下に述べる詳細な説明からより明らかになるであろう。図面において、同様の参照番号は、概して、同一の、機能的に同様の、および／または構造的に同様の要素を示す。図面では、様々な要素のサイズが説明のために誇張され、縮尺通りに描かれていない場合がある。
【００２７】
さらに、明細書および特許請求の範囲における第１、第２などの用語は、同様の要素を区別するために使用され、必ずしも時間的に、空間的に、等級付けで、または任意の他の方法で順序を記載するために使用されるものではない。そのように使用される用語は、適切な状況下で交換可能であり、本明細書に記載された本発明の実施形態は、本明細書に記載または図示されている以外の順序で動作可能であることを理解されたい。
【００２８】
特許請求の範囲で使用される用語「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」は、その後に列挙される手段に限定されると解釈されるべきではないことに留意すべきであり、他の要素または工程を排除するものではない。したがって、記載された特徴、整数、工程または構成要素の存在を特定するものとして解釈されるが、１つ以上の他の特徴、整数、工程または構成要素、またはそれらの組の存在または追加を排除するものではない。そのように、「手段ＡおよびＢを含むデバイス」の表現の範囲は、構成要素ＡとＢとのみを含むデバイスに限定されるべきではない。本発明に関しては、単にデバイスに関連した構成要素がＡおよびＢであることを意味する。
【００２９】
本明細書を通じて参照される「一実施形態（ｏｎｅ  ｅｍｂｏｄｉｍｅｎｔ）」または「実施形態（ａｎ  ｅｍｂｏｄｉｍｅｎｔ）」は、この実施形態に関係して記載された特定の特徴、構造、または特性が、本発明の少なくとも１つの実施形態に含まれることを意味する。そのように、本明細書を通して様々な箇所における「一実施形態で（ｉｎ  ｏｎｅ  ｅｍｂｏｄｉｍｅｎｔ）」または「実施形態で（ｉｎ  ａｎ  ｅｍｂｏｄｉｍｅｎｔ）」の語句の表現は、必ずしも同じ実施形態を表すものではないが、表す場合もある。さらに、特定の特徴、構造、または特性は、１つ以上の実施形態において、本開示から当業者に明らかであるように、任意の適切な方法で組み合わせることができる。
【００３０】
同様に、本発明の例示的実施形態の記載において、開示を合理化し、様々な発明の態様のうちの１つ以上の理解を助ける目的で、本発明の様々な特徴は、時には１つの実施形態、図面、またはその記載中にまとめられていると理解されるべきである。しかしながら、この開示の方法は、特許請求される発明が各特許請求の範囲に明示的記載されたものより多くの特徴を必要とすることを意図して表されていると解釈されるべきではない。むしろ、以下の特許請求の範囲が表すように、本発明の態様は、単一の前述の開示された実施形態のすべての特徴よりも少ないものである。そのように詳細な説明に続く特許請求の範囲は、本明細書により詳細な説明に明確に組み込まれ、各特許請求の範囲は、この発明の別々の実施形態としてそれ自体で成立している。
【００３１】
さらに、本明細書に記載されるいくつかの実施形態は、他の実施形態に含まれる他の特徴でない、いくつかの他の特徴を含むが、異なる実施形態の特徴の組み合わせは、当業者に理解されるように、本発明の範囲内であり、異なる実施形態を形成することを意味する。例えば、以下の特許請求の範囲において、特許請求された実施形態のいずれかを任意の組み合わせで使用することができる。
【００３２】
本発明の特定の特徴または態様を記載する際に特定の用語を使用することは、その用語が関連する本発明の特徴または態様のいずれかの具体的な特性を含むように限定される、と本明細書で再定義されていることを意味するものではないことに留意されるべきである。
【００３３】
本明細書で提供される説明では、多くの具体的な詳細が述べられている。しかしながら、本発明の実施形態は、これらの具体的な詳細なくして実施され得ることが理解される。他の例では、周知の方法、構造、および技術は、この説明の理解を不明瞭にしないために詳細に示されていない。
【００３４】
本発明の実施形態は、電気導体内の異なる周波数の交流電流の改良された感知性能を有する電流センサを提供する。図１Ａ、図１Ｂ、および図１Ｃ、ならびに後述する他の図を参照すると、電流センサ構造体９９は、電流方向２４に電流を伝導するための電気導体２０を備える。導体２０は、複数の導体表面２２を有し得、電気的に絶縁された異なる材料層、例えば導電性材料を有する積層された構造体であり得る。導体２０の局所的な磁場を感知するための電流センサ３０は、導体２０の導体表面２２の上に、その真上に、その上方に、それと接触して、例えば、それと直接接触して、その上方に、その下方に、またはそれに隣接して配設される。実施形態では、電流センサ３０は、導体２０、導体表面２２の上、または導体２０もしくは導体表面２２の上の層上に直接配設される。
【００３５】
図１２Ａおよび１２Ｂも参照すると、電流センサ３０は、パッケージ内に成形され、かつプリント回路基板３４または他の配線基板上に配設され得る集積回路３２を備え得る。集積回路３２は、集積回路３２パッケージ上のリードまたはピン３６を使用して、プリント回路基板３４上のワイヤ、リードフレーム、はんだバンプ、および他の電気導体のうちのいずれか１つまたは任意の組み合わせに電気的に接続され、また集積回路３２内の回路に電気的に接続され得る。プリント回路基板３４は、電流を感知する集積回路のみを含み得る（かつ比較的小さい）か、または制御または信号処理能力を提供する他の集積回路を含み得る（かつ比較的大きい）。集積回路３２はまた、導体の表面に平行な磁場を感知するために、集積磁気濃縮器３８（図１２Ａおよび１２Ｂの挿入図に示すような、ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  ｍａｇｎｅｔｉｃ  ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｏｒ、ＩＭＣ）を含み得る。例えば面内磁場を感知する、巨大磁気抵抗センサ（ｇｉａｎｔ  ｍａｇｎｅｔｏｒｅｓｉｓｔｉｖｅ  ｓｅｎｓｏｒ、ＧＭＲ）、トンネル磁気抵抗センサ（ｔｕｎｎｅｌｌｉｎｇ  ｍａｇｎｅｔｏｒｅｓｉｓｔｉｖｅ  ｓｅｎｓｏｒ、ＴＭＲ）、異方性磁気抵抗センサ（ａｎｉｓｏｔｒｏｐｉｃ  ｍａｇｎｅｔｏｒｅｓｉｓｔｉｖｅ  ｓｅｎｓｏｒ、ＡＭＲ）、フラックスゲート、またはロゴスキーコイルなどの代替磁気センサ技術を、ホールセンサおよびＩＭＣの代わりに使用することもできる。面内磁場は、導体表面２２が平面状でない場合、導体表面２２に平行であり得るか、または導体表面２２の平均高さにあり得る。他の実施形態では、垂直ホールセンサが使用される。他の実施形態では、（ホール効果、ＡＭＲ、ＧＭＲ、または任意の他の適切な感知技術を使用して）２軸または３軸磁場センサが使用される。
【００３６】
図１Ａ、図１Ｂ、図１Ｃ、図１２Ａ、および図１２Ｂに示すように、集積回路３２は、プリント回路基板３４が集積回路３２と導体２０との間にあるように、導体２０とは反対側のプリント回路基板３４の側部にある（すなわち、集積回路３２は、導体２０からプリント回路基板３４の反対側にある）。図１Ａおよび図１Ｂに示すように、プリント回路基板は、導体２０の幅よりも小さいが、集積回路３２の幅よりも広い幅を有する。図１Ｃを参照すると、プリント回路基板は、導体２０の幅および集積回路３２の幅よりも大きい幅を有する。代替の実施形態では、図１Ｄを参照すると、集積回路３２は、プリント回路基板３４と導体２０との間にある。本発明のいくつかの実施形態では、プリント回路基板は、導体２０と集積回路３２との間の容量結合を低減する接地平面、例えば、集積回路３２と導体２０との間の（すなわち、図１Ａおよび図１Ｂに示すような）拡張接地層または電力平面を含む。そのような実施形態では、プリント回路基板の接地平面または電圧（電力）平面は、電流センサ３０（または電流センサ集積回路３２）と導体２０との間に配置され、電流導体２０と電流センサ３０（または電流センサ集積回路３２）との間の容量結合を低減する電場シールドであり得る。代わりに、プリント回路基板３４内の導電性材料の層は、接地平面または電力平面とは独立した電場シールド平面を形成し得る。
【００３７】
図１Ａ、図１Ｂ、図１Ｃ、および図１Ｄの実施形態では、導体２０は自立しており、別個の支持体を必要としない。他の実施形態では、図１２Ａ、図１２Ｂ、図１Ｅ、および図１Ｆを参照すると、電流センサ構造体９９は、基板表面１２を有する基板１０を備える。基板１０は、プリント回路基板であり得る。電気導体２０は、基板１０の基板表面１２に対して配設される。実施形態では、導体２０は、基板表面１２または基板１０もしくは基板表面１２の上に配設された層の上に、その真上に、その上方に、それと接触して、例えば、それと直接接触して、またはそれに隣接して配設される。他の実施形態では、導体２０は、基板１０内に配設されるかまたは埋め込まれ、電流センサ３０（または集積回路３２）は、基板表面１２上に直接組み立てられる。
【００３８】
基板１０上に配設される層は、基板１０の一部であり得るか、または基板表面１２を提供し得る。実施形態では、導体２０は、基板１０の上方にあるかまたはそれに隣接しているが、基板１０と直接接触していない。導体２０は、基板１０の反対側の導体２０の側部に導体表面２２を有し得る。導体２０または導体表面２２の上に配設された層は、導体２０の一部であり得るか、または導体表面２２を提供し得る。導体表面２２は、平面であり得るかまたは平面内にあり得る。他の実施形態では、導体表面２２は平面状ではない。
【００３９】
図１１Ａ、図１１Ｂ、図１２Ａ、および図１２Ｂを参照すると、電流センサ３０は、導体２０の中心からオフセットされないように、導体２０の中心２６、例えば、導体２０の長さＬに沿った中心軸線上にセンタリングされるかまたはその上に配設され得る。この位置に電流センサ３０を配置することにより、電流センサ３０の導体２０に流れる電流に対する直流電流（ＤＣ）平均応答が増加し、また構成が簡単になり得る。電流センサ３０が製造アラインメントまたは配置公差において導体２０の中心２６上に配設されるか、または導体２０の中心２６に対して意図的にオフセットされて配置されない限り、電流センサ３０はオフセットされない。電流センサ３０は、（ｉ）電流センサ３０の中心、（ｉｉ）電流センサ３０内の（集積回路３２などの）感知素子の中心、または（ｉｉｉ）集積回路３２内の感知を実施する感知素子が、製造アラインメントまたは配置公差内で導体中心２６上に配設される場合、導体２０の中心２６上に配設され得る。
【００４０】
導体２０は、長さＬと、幅Ｗと、厚さＴ（例えば、高さまたは深さ）と、を有し得る。長さＬは幅Ｗより大きくてもよく、幅Ｗは厚さＴより大きくてもよく、オフセット方向２８は幅方向Ｗにあってもよい。長さＬは電流方向２４にあってもよい。典型的には、導体２０は、例えば、ＨＥＶ−ＥＶ三相モータ制御、自動車電力分配バス、バッテリ監視システム、またはプリント回路基板３４（図１２Ｂ）において、一方の電気素子を他方の電気素子にＬ方向に接続する。幅Ｗおよび厚さＴは、導体２０の材料の所望の伝導率を提供するように選択され得る。本発明の実施形態では、長さＬは幅Ｗよりもはるかに大きく、例えば長さＬは幅Ｗの少なくとも２倍であり、長さＬは幅Ｗの少なくとも５倍であり、長さＬは幅Ｗの少なくとも１０倍であり、または長さＬは幅Ｗの少なくとも２０倍である。
【００４１】
図１Ａ〜図１Ｆに示す本発明の実施形態を参照すると、電流センサ３０は、電流方向２４に直交し、導体表面２２に平行な、かつ存在する場合、任意選択的に基板表面１２に平行なオフセット方向２８に導体２０の中心２６から距離Ｏだけオフセットされる。電流センサ３０の中心、プリント回路基板３４の中心、集積回路３２の中心、または電流センサ３０の別の感知素子の中心が、製造アラインメントまたは配置公差内でオフセット方向２８に導体２０の中心２６（例えば中心線）からオフセットされている場合、電流センサ３０は、導体２０の中心２６からオフセットされる（Ｏは０より大きい）。一実施形態では、電流センサ３０の部分は、導体中心２６と重なり合っていない。導体２０の電流方向２６および長さＬ方向に直交する幅Ｗ方向の断面は、導体２０の軸方向に対する導体の横断方向の切断２６に対応し得る。オフセット方向２８は、必ずしも必要ではないが、導体表面２２に平行であり得る（導体表面２２は平面状である必要はない）。
【００４２】
本発明の実施形態では、電流センサ３０は、電流センサ３０の幅または長さの１／３、１／４、または１／６以上のオフセット距離Ｏだけオフセットされ得る。電流センサ３０がプリント回路基板３４または集積回路３２を備える場合、電流センサ３０のオフセット距離Ｏは、プリント回路基板３４または集積回路３２の幅または長さ以上の距離であり得る。他の実施形態では、電流センサ３０のオフセット距離Ｏは、プリント回路基板３４または集積回路３２の幅または長さの１／６、１／４、１／３、１／２以上の距離であり得る。他の実施形態では、電流センサ３０は、電流センサ３０の幅もしくは長さ、または電流センサ３０の幅もしくは長さの１／６、１／４、１／３、または１／２以上のオフセット距離Ｏだけオフセットされ得る。
【００４３】
いくつかの実施形態では、導体２０は縁部Ｅを有し、電流センサ３０の縁部または中心は、（図１Ａおよび１Ｂに示すように）導体２０の縁部Ｅと位置合わせされている。導体２０の縁部Ｅは、丸められているかまたは湾曲していてもよい。他の実施形態では、導体２０は幅Ｗを有し、電流センサ３０の中心または縁部は、導体縁部ＥのＷ／５、Ｗ／２．５、または２Ｗ（Ｗの２倍）以下の距離内にある。他の実施形態では、電流センサは、オフセット方向に導体の中心からＷ／２、Ｗ／３、Ｗ／４、Ｗ／５、またはＷ／６以上のオフセット距離Ｏに配設され得る。アラインメントは、製造公差または配置公差内にあり得る。
【００４４】
電流センサ３０がプリント回路基板３４、集積回路３２、または感知素子を備えるいくつかの他の実施形態では、プリント回路基板３４、集積回路３２、または電流センサ３０の感知素子は、縁部Ｅと位置合わせされる。さらに別の実施形態では、電流センサ３０は、導体２０の縁部Ｅに張り出している。アラインメントは、製造公差または配置公差内にあり得る。
【００４５】
本発明の実施形態では、電流センサ構造体９９は、複数の電流センサ３０を備える。複数の電流センサ３０は、単一のチップ、単一の集積回路、または単一のパッケージに集積され得る。複数の電流センサ３０の各電流センサ３０は、電流方向２４に直交し、かつ（基板１０が存在する場合、図１Ｅおよび図１Ｆに示すように）基板表面１２に、または導体表面２２に平行なオフセット方向２８に導体２０の中心２６から距離Ｏだけオフセットされ得る。図２Ａを参照すると、複数の電流センサ３０のうちの第１の電流センサ３０および複数の電流センサ３０のうちの第２の電流センサ３０は、導体２０の同じ側部、例えば、基板表面１２の反対側の導体２０の導体表面２２の上、および基板表面１２に平行な一列に配設される。図２Ｂを参照すると、複数の電流センサ３０のうちの第１の電流センサ３０は、導体２０の第１の側部すなわち導体表面２２の上に配置され、複数の電流センサ３０のうちの第２の電流センサ３０は、第１の側部すなわち導体表面２２とは反対側の導体２０の第２の側部すなわち導体表面２２の上に配設される。図２Ｂに示すように、２つの電流センサ３０のうちの１つは、導体２０の側部すなわち導体表面２２上に配置される。基板１０が存在する実施形態では、２つの電流センサ３０の一方は、基板表面１２に隣接して配設され得、２つの電流センサ３０のうちの他方は、基板表面１２の反対側の導体２０の側部すなわち導体表面２２に配設され得る。いくつかの実施形態では、複数の電流センサ３０は、導体中心２６に対して対称的に配置される。
【００４６】
導体２０は、接着剤層１４により基板１０（存在する場合）に接着され得、電流センサ３０は接着剤層１４に埋め込まれ得る。図２Ｂに示すように、第１および第２の電流センサ３０は、オフセット方向２８（幅方向Ｗ）に導体２０の両側に配設され得る。図２Ｃを参照すると、４つの電流センサ３０が、導体２０上に配設され得、２つの電流センサ３０が、オフセット方向２８に導体２０の各側部すなわち導体表面２２に配設され得る。２つの電流センサ３０がまた、基板表面１２に隣接する（例えば、接着剤層１４に埋め込まれた）導体２０の一方の側部にもあり、２つの電流センサ３０がまた、基板表面１２の反対側の導体２０の側部すなわち導体表面２２にもある。
【００４７】
本発明のいくつかの実施形態では、図２Ｄ（２つの電流センサ３０と比較的薄い導体２０とを有する）および図２Ｅ（１つの電流センサ３０と比較的厚い導体２０とを有する）を参照すると、電流センサ３０のいずれか１つまたは全部は、除去距離Ｄだけ導体２０から離れている（すなわち、１つ以上の電流センサ３０は、電流センサ３０が最も近くにある導体表面１２に直交する方向に導体３０から除去距離Ｄだけ離れているか、またはオフセットされている）。例えば、集積回路３２が配設されるプリント回路基板３４は、集積回路３２が導体２０と接触しないような厚さＤを有し得る。代わりに、本発明の実施形態では、電流センサ３０全体が、図２Ｄおよび図２Ｅに示すように、導体２０から除去距離Ｄだけ離れている。
【００４８】
この除去距離Ｄは、比較的薄い導体２０の幅Ｗよりも小さくすることができ、例えば、Ｗは、除去距離Ｄの少なくとも２倍、５倍、１０倍、２０倍、または５０倍であり得る。比較的厚い導体２０を含む他の実施形態では、除去距離Ｄは導体２０の幅より大きくすることができる。
【００４９】
他の実施形態では、電流センサ３０のうちの任意の１つまたは組み合わせは、モノリシック電流センサ３０内に２つ以上のセンサ素子を備え得る。２つ以上のセンサ素子は、空間的にオフセットされ得、差動磁場などの差動場を感知するように動作させられ得る。
【００５０】
図２Ａ〜図２Ｄに示すように、電流センサ３０は、厚さＴよりも大きい幅Ｗを有する。いくつかの構成では、導体２０は、上面領域（例えば、導体２０の導体表面２２などの幅Ｗおよび長さＬ方向領域に対応する）と、側面領域（例えば、導体２０の厚さＴおよび長さＬ方向領域に対応する）と、を備える。側面領域は上面領域よりも小さく、第１の電流センサ３０および第２の電流センサ３０は両方とも、上面に平行な一列または平面内に配設される。代わりに、第１の電流センサ３０および第２の電流センサ３０は両方とも、側面に平行な一列または平面内に配置される。
【００５１】
別の実施形態では、図２Ｅに示すように、図３Ａを参照すると、電流センサ３０は、厚さＴよりも小さい幅Ｗを有する。図３Ａに示すように、複数の電流センサ３０の第１の電流センサ３０および複数の電流センサ３０の第２の電流センサ３０は、導体２０の同じ側部すなわち導体表面２２の上に配設され、例えば両方とも基板表面１２に直交する一列上に配設される。図３Ｂを参照すると、複数の電流センサ３０のうちの第１の電流センサ３０は、導体２０の第１の側部すなわち導体表面２２の上に配置され、複数の電流センサ３０のうちの第２の電流センサ３０は、第１の側部とは反対側の導体２０の第２の側部すなわち導体表面２２の上に配設される。導体２０は、その長さＬに直交する矩形断面を有し得るが、必ずしも必要ではない。図３Ｃを参照すると、４つの電流センサ３０が、導体２０上に配設され得、２つの電流センサ３０が、オフセット方向２８の導体２０の各側部すなわち導体表面２２に配設され得る。
【００５２】
図３Ｄを参照すると、２つの電流センサ３０が、導体２０の対向する両側に互いに直接対向して配設される。そのような構成では、電流センサ構造体９９は、２つの電流センサ３０からの信号を差し引いて外部磁場を打ち消し、それにより電流センサ構造体９９の信号対雑音比を改善することができるように、差動方式で動作させることができる。例えば、第１のセンサ３０ａは、Ｖａ＝Ｂｅｘｔ＋ＢｃｕｒｒｅｎｔおよびＶｂ＝Ｂｃｕｒｒｅｎｔ−Ｂｅｘｔ引いてはＶａ＋Ｖｂ＝２×Ｂｃｕｒｒｅｎｔを測定することができる。そのような実施形態は、シールド４０の必要性を低減し得る。図３Ａ〜図３Ｄに示すように、第１および第２の側部２２は、基板表面１２に直交しているが、他の角度も可能であり、本発明に含まれ、例えば導体２０は、台形断面を有し得る。
【００５３】
本発明の様々な実施形態では、電流センサ３０は、図３Ｂに示すように、導体２０の表面上に配設され、導体２０の縁部と位置合わせされ得る。他の実施形態では、図３Ａを参照すると、電流センサ３０は、導体２０の表面上に配設され、示すように、導体２０の縁部の上方に延在するか、または縁部から離れて配置される（図３Ａ〜図３Ｄには図示せず）。図３Ｃおよび図３Ｄを参照すると、電流センサ３０は、電流センサ３０が導体２０の表面に接触していないが、隙間により導体２０から空間的に分離されるように配設され得る。
【００５４】
図３Ｅを参照すると、いくつかの実施形態では、電流導体２０は、電流の方向２４と直交する断面方向に延在する２つの脚部を有するＵ字形を有する（電流の流れの方向２４が図１Ａに示されている）。少なくとも２つの電流センサ３０が、導体２０に対して配置されて、異なる方向または反対方向の電流により生成される磁場を測定し、同じ方向の外部磁場を測定する。例えば、２つの電流センサ３０は、電流センサ３０が相対的に反対方向に流れる同じ電流を感知するが、同じ外部場を同じ向きで感知するように、導体２０の２つの異なる脚部に対称的に配設される。この場合、各電流センサ３０の導体２０の導体中心２６は、流れる電流が測定される各脚部の中心である。そのような構成では、２つの電流センサ３０からの信号を差し引いてあらゆる外部磁場を打ち消すことができるように、電流センサ構造体９９を差動方式で動作させることができる。例えば、第１の電流センサ３０は、Ｖａ＝Ｂｅｘｔ＋Ｂｃｕｒｒｅｎｔを測定することができ、第２の電流センサ３０は、Ｖｂ＝Ｂｅｘｔ−Ｂｃｕｒｒｅｎｔ引いてはＶａ−Ｖｂ＝２×Ｂｃｕｒｒｅｎｔを測定することができる。ＶａおよびＶｂの相対的な符号は、ローカルセンサ座標で表される。したがって、複数の電流センサ３０のうちの少なくとも２つの電流センサ３０は、導体２０上に配設されて、異なる方向の同じ電流磁場振幅を測定し、その結果、少なくとも２つの電流センサ３０により測定された感知される電流生成磁場に対する外部磁場の寄与は、２つの電流センサ測定値の組み合わせによって取り消され得る。いくつかの実施形態では、２つの電流センサ３０は、導体２０の共通側部（例えば、Ｕ字形導体２０の異なるアーム上）にある。他の実施形態では、（例えば、図３Ｄに示すように）２つの電流センサ３０は、同じ導体２０の異なる側部にある。
【００５５】
本発明の他の実施形態では、電流センサ構造体９９は、２つまたは３つ以上の導体２０を備え、各導体２０が、電流センサ３０を有し、ある方向に延在しており、方向は平行である。
【００５６】
いくつかの実施形態では、２つ以上の電流センサ３０が、（例えば、存在する場合、図２Ｃ、図３Ａ、図３Ｂ、および図３Ｃに示すように）導体表面２２または基板表面１２に直交する一列または平面に配設される。他の実施形態では、図２Ａ、図２Ｂ、図２Ｃ、および図３Ｃを参照すると、第１の電流センサ３０および第２の電流センサ３０は両方とも、存在する場合、導体表面２２または基板表面１２に平行な一列または平面に配設される。図４に示すさらなる実施形態では、第１の電流センサ３０および第２の電流センサ３０は、電流方向２４に距離Ｐだけオフセットされる。
【００５７】
図５Ａおよび図５Ｂならびに図１２Ａおよび図１２Ｂを参照すると、電流センサ構造体９９は、シールド４０（図１２Ａおよび１２Ｂ）または積層されたシールド４０Ｌ（図５Ａおよび５Ｂ）と、集合的なシールド４０、例えば、漂遊または外部磁場から電流センサ３０を保護するための磁気シールド４０と、を備える。シールド４０のサイジングは、所望の電流検出範囲内の磁気飽和を回避する方法で行われる。シールド４０はまた、漂遊遮蔽の主な機能に加えて、磁気集中機能も提供する。シールド４０は、導体２０および電流センサ３０を少なくとも部分的に取り囲み、導体２０、導体表面２２、基板１０、もしくは基板１０の表面１２の上に、または導体２０、導体表面２２、基板１０、もしくは基板表面１２の上に設けられた層もしくは構造体の上に配設され得る。他の実施形態では、電気導体２０（例えば、バスバー、トレース、またはワイヤ）は、シールド４０の中、その上、もしくはその上方に、または基板１０を有するかまたは有さないシールド４０上に配設された層の上に配設され得、例えば、電気導体２０は、シールド４０上に設けられた絶縁層と接触しているか、またはシールド４０は、電気導体２０上に設けられた絶縁層と接触している。
【００５８】
シールド４０の電流方向２４および基板表面１２に直交する方向の断面は、電流方向２４に平行な、かつ基板表面１２に直交する導体２０のいずれかの側部に配設された基板表面１２に対して、Ｕ字形の垂直部分を有するＵ字形を形成し得る。電気導体２０は、図５Ａに示すように、シールド４０内のＵ字形の底部分に沿って通過し得る。図１２Ａおよび図１２Ｂにおいて、電流センサ３０は、導体２０の中心２６に配設され、シールド４０のＵ字形の垂直側部から等距離に配置される。図５Ａおよび図５Ｂにおいて、電流センサ３０は、導体２０の中心２６から距離Ｏだけオフセットされ、かつシールド４０のＵ字形（垂直部分）の一方の側部に、他方の側部よりも近くに配設される。
【００５９】
他の実施形態では、図５Ｃ〜図５Ｅを参照すると、シールド４０Ｌ（または図５Ｃ〜図５Ｅには示されていない４０）はＵ字形を有さず、例えば、導体２０の幅および長さに平面状な表面を有する矩形断面を有し得る。図５Ｃに示すように、導体２０は、シールド４０Ｌと電流センサ３０との間にある。図５Ｄを参照すると、電流センサ３０は、シールド４０Ｌと導体２０との間にある。図５Ｅは、２つのシールド４０Ｌ（または代わりに、各々矩形断面を有する２つの部分を有する１つのシールド４０Ｌ）が、２つのシールド４０Ｌ（または２つの矩形部分）の間に電流センサ３０を有する導体２０の各側部に１つずつある状態の実施形態を示す。したがって、シールド４０は、１つの平面または２つの平行な平面を備え得る。そのようなシールド４０Ｌの配置または構造は、減少された波形率を有し得、例えば、Ｕ字形のシールド４０Ｌよりも薄く形成し得る。本明細書で意図するように、電流センサ３０に隣接する単一の矩形シールド４０は、電流センサ３０を少なくとも部分的に取り囲むと考えられる。
【００６０】
図５Ｆ〜図５Ｊを参照すると、本発明の実施形態は、３つの電気導体、例えば３つの別個の導体２０の各々において電流と電圧が同相でなくてもよい、各導体２０が別個の電流センサ３０を有する、三相交流電流電子システムに適用され得る。３つの導体２０の各々は、別個のシールド４０Ｌ内に配設され、また図５Ｆに示すように、任意選択的に共通基板１０上に配設され得る。他の実施形態では、図５Ｇに示すように、単一のシールド４０Ｌは、導体２０およびそれらの対応する電流センサ３０の各々を分離する複数の垂直部分を有し得る。図５Ｈに示すように、シールド４０Ｌの垂直部分は、導体２０および電流センサ３０のすべての外部にのみ設けられている。図５Ｉを参照すると、垂直部分は、例えば、図５Ｃまたは図５Ｄと同様に存在しない。図５Ｊは、２つの矩形のシールド４０Ｌを有する実施形態を示しており、１つは導体２０および電流センサ３０のすべての下にあり、もう１つは導体２０および電流センサ３０のすべての下にある。本発明の三相システムのための異なるシールド４０Ｌの実施形態は、異なる材料、構成、および組立コストを有し得、異なる要件を有する異なるシステムに対して選択され得る。
【００６１】
一実施形態では、図５Ｆ〜５Ｊにも示されるように、電流センサ構造体は、３つ以上の導体２０を備える。３つ以上の導体２０の各導体２０は、同様の平行な方向に延在し、三相電流の異なる位相を伝導する最長長さ寸法を有する。３つ以上の導体２０の各導体２０は、（図５Ｆ〜図５Ｊに示すように）少なくとも１つの電流センサ３０を有するか、または（図２Ａ〜図２Ｅ、図３Ａ〜図３Ｅ、および図４に示すように）少なくとも２つの電流センサ３０を有する。他の実施形態では、３つ以上の導体２０のうちの２つの導体２０のみが、少なくとも１つの電流センサ３０を有するか、または少なくとも２つの電流センサ３０を有する。
【００６２】
図５Ａ〜図５Ｄを参照すると、電流センサ３０は、図３Ａ〜図３Ｄにも示されているように、導体２０との様々な空間的関係で配設され得る。図５Ａおよび図５Ｂに示すように、電流センサ３０は、導体２０の表面上に配設され、縁部と位置合わせされるのではなく、導体２０の縁部から離れて配置され得る。他の実施形態では、図５Ｃを参照すると、電流センサ３０は、隙間により導体２０の表面から分離することができ、導体２０の縁部と位置合わせすることもできる。図５Ｄを参照すると、電流センサ３０は、導体２０の表面およびシールド４０Ｌに接触して配設され、導体２０の縁部と位置合わせされる。他の実施形態では、電流センサ３０は、導体２０とシールド４０Ｌとの間に配設されているが、導体２０またはシールド４０Ｌと接触していないか、または両方とも、例えば隙間により分離されている。これらの実施形態のいずれにおいても、電流センサ３０は、例えば、図５Ａ、図５Ｂ、図５Ｃ、および図５Ｅに示すように、導体２０の縁部と位置合わせされるか、導体２０の縁部から離れて配置されるか、または導体２０の縁部の上方に延在する。
【００６３】
シールド４０は、図１２Ａおよび図１２Ｂに示すように、単一の材料であり得る。本発明の他の実施形態では、シールド４０は積層されたシールド４０Ｌであり得る。シールド４０は、様々な材料、例えば強磁性材料、ＳｉＦｅ、またはＮｉＦｅを含み得る。一般に、シールド４０のＵ字形の側面（垂直部分）が高いほど、シールド４０が効果的である。シールド４０は、電流方向２４または他の方向に平行または直交する方向に配向された層を含み得る。本発明のいくつかの実施形態では、シールド４０は、電流センサ構造体９９の接地または任意の他の接地接続に接続され得る。接地はまた、電流センサ３０の接地と共有されてもよい。
【００６４】
図６Ａおよび図６Ｂを参照すると、本発明の実施形態では、導体２０は、導体２０の一部に形成された切り欠き５０（すなわちネックまたはネックダウンされた部分）を有し、電流センサ３０は、切り欠き５０に隣接して配設され、例えば、導体表面上にあり、またオフセット方向２８の切り欠きからオフセットされている。切り欠き５０は、オフセット方向２８に減少する幅Ｗを有する導体２０の一部分を形成する。他の実施形態では、シールド４０は、切り欠き５０内に配設されて、より大きなシステム（図６Ｂ）内の電流センサ構造体９９の全体的な幅を減少させる。分かりやすくするために、シールド４０は図６Ａには示されていない。
【００６５】
図６Ｃを参照すると、本発明の実施形態では、導体２０は、導体２０の一部分に形成された孔５２を有し、電流センサ３０は、孔５２に隣接して、例えば導体表面２２上に、またオフセット方向２８に導体中心２６からオフセットされて配設される。この実施形態では、導体中心２６は、孔５２と、孔５２とは反対側の電流センサ３０の側部の導体２０の縁部Ｅとの間の中間に位置する。他の実施形態では、シールド４０は、導体２０を少なくとも部分的に取り囲んで配設される。
【００６６】
当業者には理解されるように、切り欠き５０を含む本発明の実施形態は、交流電流の電流密度が導体２０の表面で交流電流の周波数の関数として増加し、このため孔５２を提供することは、磁気電流センサ３０により知覚される局所場に対して切り欠き５０を提供することと同等であるので、孔５２を含む実施形態と同様である。
【００６７】
図７は、導体２０の交流電流の様々な周波数における電流密度のモデルを示す。図７に示すように、導体２０が交流電流を伝導すると、導体２０とシールド４０に渦電流が現れる。周波数が増加すると、導体２０の電流が導体２０の縁部を流れる傾向がある。この現象は表皮効果と呼ばれる。表皮効果はまた、図７の挿入図に示すように、シールド４０にも現れる。表皮効果の結果として、図８に示すように、導体２０の上方の磁場分散６２および位相シフト変動は周波数に関して変化し、周波数が増加するにつれて大きくなる。
【００６８】
図８を参照すると、導体２０の中心からオフセットされた空間位置またはノード６０において、磁場／位相分散６２に対応する、導体２０の中心２６における交流電流による磁場の位相シフト変動（下側グラフ）および磁気利得変動（上側グラフ）は、著しく減衰し、周波数による場の分散が大きく低下する。積層されていないシールド４０に対するノード６０の変動の減少が左のグラフに示されている。シールド４０Ｌが積層されると（右のグラフ）、位相シフト変動および磁気利得変動はさらに減少する。したがって、電流センサ３０を、オフセット方向２８に導体中心２６からオフセットしたノード６０の空間位置に配置することによって、磁気利得および位相の変動（分散）が減少し、電流センサ３０の信号応答均一性が、周波数に関して、特に積層されたシールド４０Ｌにより増加する。
【００６９】
図９を参照すると、導体中心２６と位置合わせされた電流センサ３０を有する電流センサ構造体９９が、上側画像に示され、導体中心２６からオフセットされたセンサ３０を有する電流センサ構造体９９が下側画像に示され、両方とも積層されたシールド４０を含む。電流センサ構造体９９は、構成され、試験されており、交流電流の周波数が変化すると、感知された電流測定値における変動および分散の減少を提供することが分かった。
【００７０】
図１０を参照すると、積層されていない電流センサ構造体９９の性能が、導体２０内の様々な交流電流周波数および電流密度における利得および位相シフトの両方のためのネックダウン導体２０部分（切り欠き５０）を有する積層された電流センサ構造体９９の性能と比較されている。左の描画と右の描画との間の偏差範囲を比較することにより示されるように、切り欠き５０を有する積層された電流センサ構造体９９では、様々な交流電流周波数における利得および位相シフトの変動が低減され、本発明の実施形態の性能上の利点が実証される。さらに、電流センサのオフセットとおよびシールド積層に起因する電流ポイントの両方の組に対する右の描画上の重なり合った曲線により示されるように、利得および位相シフト変動の電流依存性は低減される。２つの電流センサ構造体９９の対応する構造図は、グラフに隣接して示され、導体２０、電流センサ３０、電流方向２４、シールド４０、および切り欠き５０、ならびに積層されたれたシールド４０Ｌ（右側）を含む。
【００７１】
本発明は、図面および前述の説明において詳細に図示され記載されてきたが、そのような図示および説明は、例証的または例示的であって限定的ではないとみなされるべきである。前述の説明は、本発明の特定の実施形態を詳述するものである。しかしながら、前述の内容がどれほど詳細に記載されているとしても、本発明は多くの方法で実施され得ることが理解されるであろう。本発明は開示された実施形態に限定されない。
【００７２】
開示された実施形態に対する他の変更は、図面、開示、および添付の特許請求の範囲の学習から、請求された発明を実施する際の当業者によって理解され達成され得る。特許請求の範囲において、「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」という用語は、他の要素または工程を排除するものではなく、不定冠詞「ａ」または「ａｎ」は複数を排除するものではない。単一のプロセッサまたは他のユニットが、特許請求の範囲に列挙された、いくつかの項目の機能を果たすことができる。特定の手段が相互に異なる従属請求項に列挙されているという単なる事実は、これらの手段の組み合わせが活用できないことを示すものではない。コンピュータプログラムは、他のハードウェアと一緒に、または他のハードウェアの一部として供給される光記憶媒体または固体媒体などの適切な媒体上に記憶／分配され得るが、インターネットまたは他の有線または無線の電気通信システムなどを介して分配され得る。特許請求の範囲内のいかなる参照符号も、範囲を限定するものとして解釈されるべきではない。
【符号の説明】
【００７３】
（部品リスト）
Ａ  断面
Ｄ  除去距離
Ｅ  縁部
Ｌ  長さ
Ｏ  オフセット距離
Ｐ  電流方向距離
Ｔ  厚さ（高さ、深さ）
Ｗ  幅
１０  基板
１２  基板表面
１４  接着剤層
２０  導体
２２  導体表面
２４  電流方向
２６  導体中心
２８  オフセット方向
３０  電流センサ
３２  電流センサ集積回路
３４  プリント回路基板
３６  リード／ピン
３８  集積磁気濃縮器／ＩＭＣ
４０  シールド
４０Ｌ  積層されたシールド
５０  切り欠き
５２  孔、スロット
６０  空間位置／ノード
６２  磁場／位相分散
９９  電流センサ構造体
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図１Ｃ】
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【図１Ｄ】
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【図１Ｅ】
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【図１Ｆ】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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【図２Ｄ】
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【図２Ｅ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図３Ｄ】
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【図３Ｅ】
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【図４】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図５Ｃ】
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【図５Ｄ】
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【図５Ｅ】
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【図５Ｆ】
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【図５Ｇ】
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【図５Ｈ】
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【図５Ｉ】
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【図５Ｊ】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図６Ｃ】
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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１１Ａ】
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【図１１Ｂ】
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【図１２Ａ】
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【図１２Ｂ】
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【外国語明細書】
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