(57)【要約】【課題】外部磁場の影響を受けにくい磁気センサを提供する。【解決手段】ｘ方向に延在する貫通孔１１１を有するボビン１１０と、ボビン１１０に巻回された補償コイル１２０と、ボビン１１０の貫通孔１１１に挿入された磁気検出素子１３０と、磁気検出素子１３０をｘ方向における両側から覆う磁気コア２１１，２２１と、磁気検出素子１３０をｙ方向における両側から覆う磁気コア２１２，２１３，２２２，２２３と、磁気検出素子１３０をｚ方向における両側から覆う磁気コア２３２，２３３，２４２，２４３とを備える。これによれば、磁気検出素子１３０が３方向（ｘ方向、ｙ方向及びｚ方向）における両側から磁気シールドされていることから、外部磁場の影響を排除し、より正確な磁気測定又は電流測定を行うことが可能となる。【選択図】図２
2019027875.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の方向に延在する貫通孔を有するボビンと、
前記ボビンに巻回された補償コイルと、
可飽和磁性体を有し、前記ボビンの前記貫通孔に挿入された磁気検出素子と、
前記磁気検出素子を前記第１の方向における両側から覆う第１及び第２の磁気コアと、
前記磁気検出素子を前記第１の方向と直交する第２の方向における両側から覆い、前記第１及び第２の磁気コアと磁気結合する第３及び第４の磁気コアと、
前記磁気検出素子を前記第１及び第２の方向と直交する第３の方向における両側から覆い、前記第１の磁気コアと磁気結合する第５及び第６の磁気コアと、を備えることを特徴とする磁気センサ。
【請求項２】
前記第１乃至第６の磁気コアは、いずれも磁性金属板からな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】
前記磁性金属板がパーマロイからなることを特徴とする請求項２に記載の磁気センサ。
【請求項４】
前記磁気検出素子を前記第３の方向における両側から覆い、前記第２の磁気コアと磁気結合する第７及び第８の磁気コアをさらに備え、前記第５及び第６の磁気コアと前記第７及び第８の磁気コアの間には、前記第１の方向に磁気ギャップが設けられていることを特徴とする請求項２又は３に記載の磁気センサ。
【請求項５】
前記第５乃至第８の磁気コアは、前記貫通孔に挿入されていることを特徴とする請求項４に記載の磁気センサ。
【請求項６】
前記貫通孔には第１の係合部が設けられており、前記第５乃至第８の磁気コアの少なくとも一部は前記第１の係合部と係合することを特徴とする請求項５に記載の磁気センサ。
【請求項７】
前記第１乃至第８の磁気コアは、前記第１の磁気コア、前記第３の磁気コアの一部及び前記第４の磁気コアの一部を構成する第１の磁性金属板と、前記第２の磁気コア、前記第３の磁気コアの別の一部及び前記第４の磁気コアの別の一部を構成する第２の磁性金属板と、前記第５及び第６の磁気コアを構成する第３の磁性金属板と、前記第７及び第８の磁気コアを構成する第４の磁性金属板によって構成されることを特徴とする請求項４乃至６のいずれか一項に記載の磁気センサ。
【請求項８】
前記第１の磁性金属板のうち前記第１の磁気コアを構成する部分は前記第３の磁性金属板と係合する第２の係合部を有し、前記第２の磁性金属板のうち前記第２の磁気コアを構成する部分は前記第４の磁性金属板と係合する第３の係合部を有することを特徴とする請求項７に記載の磁気センサ。
【請求項９】
前記第２の係合部は前記第１の磁性金属板に形成された切り欠きからなり、前記第３の係合部は前記第２の磁性金属板に形成された切り欠きからなることを特徴とする請求項８に記載の磁気センサ。
【請求項１０】
前記第２の係合部は前記第１の磁性金属板を前記磁気検出素子側へクランク状に折り曲げた折り曲げ部からなり、前記第３の係合部は前記第２の磁性金属板を前記磁気検出素子側へクランク状に折り曲げた折り曲げ部からなることを特徴とする請求項８に記載の磁気センサ。
【請求項１１】
前記第１の磁性金属板は、前記第２の磁性金属板のうち前記第２の磁気コアを構成する部分と重なりを有することを特徴とする請求項７乃至１０のいずれか一項に記載の磁気センサ。
【請求項１２】
前記第１及び第２の磁性金属板は、磁気ギャップを介して複数の磁性金属板が積層された構成を有していることを特徴とする請求項７乃至１１のいずれか一項に記載の磁気センサ。
【請求項１３】
前記第１の磁性金属板のうち前記第３の磁気コアを構成する部分と、前記第２の磁性金属板のうち前記第３の磁気コアを構成する部分は、互いに嵌合することを特徴とする請求項７乃至１２のいずれか一項に記載の磁気センサ。
【請求項１４】
前記第３及び第４の磁性金属板の少なくとも一方は、鋭角に折り曲げられ前記貫通孔の内壁を付勢するバネ部を有することを特徴とする請求項７乃至１３のいずれか一項に記載の磁気センサ。
【請求項１５】
前記第３及び第４の磁性金属板の少なくとも一方は、前記磁気検出素子を前記第２の方向における両側から覆う部分をさらに有することを特徴とする請求項７乃至１４のいずれか一項に記載の磁気センサ。
【請求項１６】
請求項１乃至１５のいずれか一項に記載の磁気センサと、
前記補償コイルと前記第３及び第４の磁気コアの間を通過し、計測対象となる電流が流れるバスバーと、を備えることを特徴とする電流センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁気センサ及びこれを備える電流センサに関し、特に、補償コイル及び磁気コアを有する磁気センサ及びこれを備える電流センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
補償コイル及び磁気コアを有する磁気センサとしては、特許文献１及び２に記載された磁気センサが知られている。特許文献１及び２に記載された磁気センサは、磁気検出素子と同軸に補償コイルが設けられているとともに、補償コイルを囲繞するようにバスバーが配置された構成を有している。そして、補償コイル及びバスバーを流れる電流によって生じる磁束は、磁気コアを介して磁気検出素子に印加される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平１１−２５８２７５号公報
【特許文献２】特開２０１１−５１０３１８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に記載された磁気センサは、２方向（例えば、感磁方向であるｘ方向と、ｘ方向と直交するｙ方向）からの外部磁場に対しては、Ｅ形鉄心からなる磁気コアによって磁気検出素子が磁気シールドされているものの、残りの１方向（例えば、ｘ方向及びｙ方向と直交するｚ方向）からの外部磁場に対しては磁気シールドがされておらず、このため、外部磁場の影響による測定誤差が発生するという問題があった。しかも、特許文献１においては、磁気コアがバルク状のＥ形鉄心によって構成されているため、加工が比較的難しいばかりでなく、複雑な形状に加工された部分が破損しやすいという問題もあった。
【０００５】
特に、特許文献１では、Ｅ形鉄心の中脚部に磁気検出素子を挿入するための溝を備えているが、フェライト材、センダスト、カーボニル鉄ダストなどのバルク材を用いた場合、一般的には、削り加工によって溝を形成するか、或いは、溝を形成可能な金型を用いて成形した後、焼成することによって溝を形成する必要があり、いずれの方法においても溝の近傍が破損するおそれが高くなる。中脚部の強度を高めるためには、中脚部の厚みや幅を大きくする必要があるが、中脚部の外周には補償コイルや一次コイル（バスバー）が配置されるため、中脚部を大型化すると、電流センサの全体のサイズが大型化するという問題があった。
【０００６】
一方、特許文献２に記載された磁気センサは、金属板を折り曲げ加工することによって磁気コアを形成しているため、加工性や物理的強度に優れるものの、磁気検出素子の感磁方向が磁気シールドされておらず露出していることから、外部磁場の影響が大きいという問題があった。
【０００７】
したがって、本発明の目的は、外部磁場の影響をより受けにくい磁気センサ及びこれを備える電流センサを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明による磁気センサは、第１の方向に延在する貫通孔を有するボビンと、前記ボビンに巻回された補償コイルと、可飽和磁性体を有し、前記ボビンの貫通孔に挿入された磁気検出素子と、前記磁気検出素子を前記第１の方向における両側から覆う第１及び第２の磁気コアと、前記磁気検出素子を前記第１の方向と直交する第２の方向における両側から覆い、前記第１及び第２の磁気コアと磁気結合する第３及び第４の磁気コアと、前記磁気検出素子を前記第１及び第２の方向と直交する第３の方向における両側から覆い、前記第１の磁気コアと磁気結合する第５及び第６の磁気コアと、を備えることを特徴とする。
【０００９】
また、本発明による電流センサは、上記の磁気センサと、前記補償コイルと前記第３及び第４の磁気コアの間を通過し、計測対象となる電流が流れるバスバーと、を備えることを特徴とする。
【００１０】
本発明によれば、磁気検出素子が３方向（ｘ方向、ｙ方向及びｚ方向）における両側から磁気シールドされていることから、外部磁場の影響を排除し、より正確な磁気測定又は電流測定を行うことが可能となる。
【００１１】
本発明において、第１乃至第６の磁気コアはいずれも磁性金属板からなるものであっても構わない。これによれば、磁性金属板を折り曲げ加工することによって磁気コアを形成することができることから、磁気コアの加工性や物理的強度を高めることができる。この場合、磁性金属板はパーマロイからなるものであっても構わない。これによれば、磁気特性の高い磁気コアを安価に作製することが可能となる。
【００１２】
本発明による磁気センサは、磁気検出素子を第３の方向における両側から覆い、第２の磁気コアと磁気結合する第７及び第８の磁気コアをさらに備え、第５及び第６の磁気コアと第７及び第８の磁気コアの間には、第１の方向に磁気ギャップが設けられていても構わない。これによれば、磁気ギャップにて生じる漏れ磁束が磁気検出素子に集磁されることから、高い検出感度を得ることが可能となる。
【００１３】
本発明において、第５乃至第８の磁気コアは貫通孔に挿入されていても構わない。これによれば、第５乃至第８の磁気コアによって集磁した磁束を効率よく磁気検出素子に集めることが可能となる。
【００１４】
本発明において、貫通孔には第１の係合部が設けられており、第５乃至第８の磁気コアの少なくとも一部は第１の係合部と係合するものであっても構わない。これによれば、第５乃至第８の磁気コアの少なくとも一部をボビンに固定することが可能となる。
【００１５】
本発明において、第１乃至第８の磁気コアは、第１の磁気コア、第３の磁気コアの一部及び第４の磁気コアの一部を構成する第１の磁性金属板と、第２の磁気コア、第３の磁気コアの別の一部及び第４の磁気コアの別の一部を構成する第２の磁性金属板と、第５及び第６の磁気コアを構成する第３の磁性金属板と、第７及び第８の磁気コアを構成する第４の磁性金属板によって構成されるものであっても構わない。これによれば、４つの板状の磁性金属板を折り曲げ加工することによって磁気コアを形成することが可能となる。
【００１６】
本発明において、第１の磁性金属板のうち第１の磁気コアを構成する部分は第３の磁性金属板と係合する第２の係合部を有し、第２の磁性金属板のうち第２の磁気コアを構成する部分は第４の磁性金属板と係合する第３の係合部を有するものであっても構わない。これによれば、第３の磁性金属板を第１の磁性金属板に強固に固定し、第４の磁性金属板を第２の磁性金属板に強固に固定することが可能となる。
【００１７】
本発明において、第２の係合部は第１の磁性金属板に形成された切り欠きからなり、第３の係合部は第２の磁性金属板に形成された切り欠きからなるものであっても構わない。これによれば、第３及び第４の磁性金属板のｚ方向における突出を抑えることが可能となる。或いは、第２の係合部は第１の磁性金属板を磁気検出素子側へクランク状に折り曲げた折り曲げ部からなり、第３の係合部は第２の磁性金属板を磁気検出素子側へクランク状に折り曲げた折り曲げ部からなるものであっても構わない。これによれば、第３及び第４の磁性金属板のｘ方向における突出を抑えることが可能となる。
【００１８】
本発明において、第１の磁性金属板は、第２の磁性金属板のうち第２の磁気コアを構成する部分と重なりを有するものであっても構わない。これによれば、第１の磁性金属板と第２の磁性金属板をｘ方向に固定することが可能となる。
【００１９】
本発明において、第１及び第２の磁性金属板は、磁気ギャップを介して複数の磁性金属板が積層された構成を有していても構わない。これによれば、渦電流損を低減することができるとともに、磁気断面積が増加することから、流すことのできる磁束を増やすことが可能となる。
【００２０】
本発明において、第１の磁性金属板のうち第３の磁気コアを構成する部分と、第２の磁性金属板のうち第３の磁気コアを構成する部分は、互いに嵌合するものであっても構わない。これによれば、第１の磁性金属板と第２の磁性金属板をｚ方向に固定することが可能となる。
【００２１】
本発明において、第３及び第４の磁性金属板の少なくとも一方は、鋭角に折り曲げられ貫通孔の内壁を付勢するバネ部を有するものであっても構わない。これによれば、第３及び第４の磁性金属板がボビンの貫通孔から脱落しにくくなる。
【００２２】
本発明において、第３及び第４の磁性金属板の少なくとも一方は、磁気検出素子を第２の方向における両側から覆う部分をさらに有するものであっても構わない。これによれば、より高い磁気シールド性を得ることが可能となる。
【発明の効果】
【００２３】
このように、本発明によれば、外部磁場の影響をより受けにくい磁気センサ及びこれを備える電流センサを提供することが可能となる。特に、磁気コアを磁性金属板の折り曲げ加工によって形成すれば、磁気コアの加工性や物理的強度を高めることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】図１は、本発明の第１の実施形態による電流センサ１００の外観を示す略斜視図である。
【図２】図２は、電流センサ１００の分解斜視図である。
【図３】図３は、電流センサ１００のｘｚ断面図である。
【図４】図４は、磁気コア２００Ａの分解斜視図である。
【図５】図５は、第１及び第２の磁性金属板２１０，２２０の折り曲げ加工前の形状を示す平面図である。
【図６】図６は、第３及び第４の磁性金属板２３０，２４０の折り曲げ加工前の形状を示す平面図である。
【図７】図７は、第３及び第４の磁性金属板２３０，２４０によって生じる力Ｆ１，Ｆ２を説明するための図である。
【図８】図８は、バスバーＢに電流を流した場合の磁気コア外の空間の磁束密度を等高線として示すシミュレーション結果である。
【図９】図９は、磁気検出素子１３０が３方向からシールドされる様子を説明するための模式図である。
【図１０】図１０は、第１の変形例による磁気コア２００Ａ１の構造を説明するための略斜視図である。
【図１１】図１１は、第１の変形例における第１及び第３の磁性金属板２１０，２３０の折り曲げ加工前の形状を示す平面図である。
【図１２】図１２は、第２の変形例による磁気コア２００Ａ２の構造を説明するための略斜視図である。
【図１３】図１３は、第３の変形例による磁気コア２００Ａ３の構造を説明するための略斜視図である。
【図１４】図１４は、本発明の第２の実施形態による磁気コア２００Ｂの構造を説明するための略斜視図である。
【図１５】図１５は、本発明の第３の実施形態による磁気コア２００Ｃの構造を説明するための略斜視図である。
【図１６】図１６（ａ），（ｂ）は、それぞれ磁気コア２００Ｃを構成する第１及び第２の磁性金属板２１０，２２０のｘｙ平面図である。
【図１７】図１７は、本発明の第４の実施形態による磁気コア２００Ｄの構造を説明するための略斜視図である。
【図１８】図１８は、本発明の第５の実施形態による磁気コア２００Ｅの構造を説明するための略斜視図である。
【図１９】図１９（ａ）は磁気コア２００Ｅを構成する第１の磁性金属板２１０のｘｙ平面図であり、図１９（ｂ），（ｃ）はそれぞれ磁気コア２００Ｅを構成する第２の磁性金属板２２０のｘｙ平面図及びｙｚ平面図である。
【図２０】図２０は、本発明の第６の実施形態による磁気コア２００Ｆの構造を説明するための略斜視図である。
【図２１】図２１は、磁気コア２００Ｅを構成する第３の磁性金属板２３０のｘｚ平面図である。
【図２２】図２２は、磁気コア２００Ｆを用いた場合における電流センサ１００のｘｚ断面図である。
【図２３】図２３は、本発明の第７の実施形態による磁気コア２００Ｇの構造を説明するための略斜視図である。
【図２４】図２４（ａ）は磁気コア２００Ｇを構成する第１の磁性金属板２１０のｙｚ平面図であり、図２４（ｂ）は磁気コア２００Ｇを構成する第３の磁性金属板２３０の略斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、添付図面を参照しながら、本発明の好ましい実施形態について詳細に説明する。
【００２６】
＜第１の実施形態＞
図１は、本発明の第１の実施形態による電流センサ１００の外観を示す略斜視図である。また、図２は電流センサ１００の分解斜視図であり、図３は電流センサ１００のｘｚ断面図である。
【００２７】
図１〜図３に示すように、本実施形態による電流センサ１００は、フラックスゲート型の磁気センサを用いた電流センサであり、補償コイル１２０が巻回されたボビン１１０と、ボビン１１０の貫通孔１１１に挿入された磁気検出素子１３０と、磁気コア２００Ａを構成する第１〜第４の磁性金属板２１０，２２０，２３０，２４０と、計測対象となる電流が流れるバスバーＢとを備えている。バスバーＢは、計測対象となる電流Ｉｐが流れる電流経路であり、補償コイル１２０と磁気コア２００Ａの間を通過する位置に配置される。本実施形態による電流センサ１００のうち、バスバーＢを除いた部分は、磁気センサを構成する。
【００２８】
ボビン１１０はｘ方向を軸方向とし、ボビン１１０の内径部にはｘ方向に延在する３つの貫通孔１１１〜１１３が設けられている。ただし、これら貫通孔１１１〜１１３は、１つに纏められていても構わない。ボビン１１０には、ｘ方向をコイル軸方向とする補償コイル１２０が巻回されている。補償コイル１２０には、バスバーＢに流れる電流Ｉｐによって生じる磁束を打ち消すための電流が供給される。補償コイル１２０の巻き方については特に限定されず、整列巻きや分割巻きとすることができる。また、ボビン１１０に仕切りを設けることによって分割巻きを構成しても構わない。補償コイル１２０を分割巻きとすれば、寄生容量を削減することが可能になる。
【００２９】
磁気検出素子１３０は、基体１３１と、基体１３１に搭載された可飽和磁性体１３２と、可飽和磁性体１３２の周囲に巻回された検出コイル１３３によって構成されている。可飽和磁性体１３２の材料については特に限定されないが、アモルファス磁性金属を用いることが好ましい。可飽和磁性体１３２はｘ方向を長手方向とする形状を有し、検出コイル１３３のコイル軸方向はｘ軸方向である。これにより、磁気検出素子１３０は、ｘ方向が感度方向とされている。磁気検出素子１３０は、バスバーＢ及び補償コイル１２０と同軸に配置されていることから、バスバーＢによって生じる磁束と補償コイル１２０によって生じる磁束の合和を観測することができる。
【００３０】
また、磁気検出素子１３０の周囲には、磁気コア２００Ａが設けられている。磁気コア２００Ａは、第１〜第４の磁性金属板２１０，２２０，２３０，２４０からなり、バスバーＢ及び補償コイル１２０によって生じる磁束を磁気検出素子１３０に集めるとともに、磁気検出素子１３０をｘ方向における両側、ｙ方向における両側及びｚ方向における両側から覆うことによって外部磁場をシールドする役割を果たす。第１〜第４の磁性金属板２１０，２２０，２３０，２４０の材料については特に限定されないが、透磁率が高く、且つ、折り曲げ加工が容易な材料、例えば、パーマロイ、スーパーマロイ、珪素鋼板を用いることが好ましい。特に、パーマロイの一種であるＰＣパーマロイ（Ｎｉ−Ｍｏ、Ｃｕ−Ｆｅ）を用いることが最も好ましい。また、第１〜第４の磁性金属板２１０，２２０，２３０，２４０は、磁気焼鈍をすることによって高透磁率化することが好ましい。第１〜第４の磁性金属板２１０，２２０，２３０，２４０の厚みについては、０．１ｍｍ〜１ｍｍ程度とすることが好ましく、絶縁のために表面を樹脂コーティングしたり、樹脂ケースでカバーしても構わない。
【００３１】
図４は、磁気コア２００Ａの分解斜視図である。
【００３２】
第１の磁性金属板２１０は、図５に示す板状の磁性金属板を破線ａで示す２箇所で９０°折り曲げ加工したものであり、ｙｚ面を主面としｙ方向に延在する第１の部分２１１と、ｘｚ面を主面としｘ方向に延在する第２及び第３の部分２１２，２１３からなる。同様に、第２の磁性金属板２２０は、図５に示す板状の磁性金属板を破線ａで示す２箇所で９０°折り曲げ加工したものであり、ｙｚ面を主面としｙ方向に延在する第１の部分２２１と、ｘｚ面を主面としｘ方向に延在する第２及び第３の部分２２２，２２３からなる。図４に示す例では、第１の磁性金属板２１０の第２及び第３の部分２１２，２１３が外側に位置し、第２の磁性金属板２２０の第２及び第３の部分２２２，２２３が内側に位置するよう、これらが重ねられているが、両者の位置関係は逆であっても構わないし、入れ子状であっても構わない。
【００３３】
第１の磁性金属板２１０の第２の部分２１２と第２の磁性金属板２２０の第２の部分２２２は、絶縁膜などを介することなく直接接触していることが好ましい。同様に、第１の磁性金属板２１０の第３の部分２１３と第２の磁性金属板２２０の第３の部分２２３も、絶縁膜などを介することなく直接接触していることが好ましい。これによれば、第１及び第２の磁性金属板２１０，２２０によって、磁気ギャップのない環状磁路を形成することができる。磁性金属板はバルク材と比べて厚みが薄いため、第１の磁性金属板２１０の先端面と第２の磁性金属板２２０の先端面を接触させることは困難であるが、本実施形態においては、第１の磁性金属板２１０の主面と第２の磁性金属板２２０の主面を接触させていることから、磁気ギャップのない環状磁路を容易に形成することが可能である。
【００３４】
ここで、第１の磁性金属板２１０の第１の部分２１１は、磁気検出素子１３０をｘ方向における一方側から覆う第１の磁気コアを構成する。また、第２の磁性金属板２２０の第１の部分２２１は、磁気検出素子１３０をｘ方向における他方側から覆う第２の磁気コアを構成する。これにより、第１及び第２の磁気コアによって磁気検出素子１３０のｘ方向における両側が覆われるため、ｘ方向の外部磁場がシールドされる。
【００３５】
さらに、第１の磁性金属板２１０の第２の部分２１２及び第２の磁性金属板２２０の第２の部分２２２は、磁気検出素子１３０をｙ方向における一方側から覆う第３の磁気コアを構成する。また、第１の磁性金属板２１０の第３の部分２１３及び第２の磁性金属板２２０の第３の部分２２３は、磁気検出素子１３０をｙ方向における他方側から覆う第４の磁気コアを構成する。これにより、第３及び第４の磁気コアによって磁気検出素子１３０のｙ方向における両側が覆われるため、ｙ方向の外部磁場がシールドされる。
【００３６】
一方、第３の磁性金属板２３０は、図６に示す板状の磁性金属板を破線ｂで示す２箇所で９０°折り曲げ加工したものであり、ｙｚ面を主面としｚ方向に延在する第１の部分２３１と、ｘｙ面を主面としｘ方向に延在する第２及び第３の部分２３２，２３３からなる。同様に、第４の磁性金属板２４０は、図６に示す板状の磁性金属板を破線ｂで示す２箇所で９０°折り曲げ加工したものであり、ｙｚ面を主面としｚ方向に延在する第１の部分２４１と、ｘｙ面を主面としｘ方向に延在する第２及び第３の部分２４２，２４３からなる。
【００３７】
図４に示すように、第１の磁性金属板２１０の第１の部分２１１のｙ方向における中央部には、ｚ方向における幅が縮小された切り欠き部２１１ａが設けられている。切り欠き部２１１ａは、第３の磁性金属板２３０と係合する係合部を構成し、第３の磁性金属板２３０の第２及び第３の部分２３２，２３３を切り欠き部２１１ａに嵌合させることによって両者が固定される。同様に、第２の磁性金属板２２０の第１の部分２２１のｙ方向における中央部には、ｚ方向における幅が縮小された切り欠き部２２１ａが設けられている。切り欠き部２２１ａは、第４の磁性金属板２４０と係合する係合部を構成し、第４の磁性金属板２４０の第２及び第３の部分２４２，２４３を切り欠き部２２１ａに嵌合させることによって両者が固定される。このような構成によれば、第３の磁性金属板２３０を第１の磁性金属板２１０に強固に固定し、且つ、第４の磁性金属板２４０を第２の磁性金属板２２０に強固に固定することができるとともに、第３及び第４の磁性金属板２３０，２４０のｚ方向への突出を抑えることが可能となる。
【００３８】
また、第１の磁性金属板２１０の第１の部分２１１と第３の磁性金属板２３０の第１の部分２３１は、絶縁膜などを介することなく直接接触していることが好ましい。同様に、第２の磁性金属板２２０の第１の部分２２１と第４の磁性金属板２４０の第１の部分２４１は、絶縁膜などを介することなく直接接触していることが好ましい。これによれば、両者間に磁気ギャップが形成されないことから、磁気抵抗を低減することが可能となる。
【００３９】
図２に示すように、第３の磁性金属板２３０の第２及び第３の部分２３２，２３３は、ボビン１１０に設けられた貫通孔１１２，１１３にそれぞれ一方向から挿入される。これにより、第３の磁性金属板２３０の第２の部分２３２は、磁気検出素子１３０の一部をｚ方向における一方側から覆う第５の磁気コアを構成する。また、第３の磁性金属板２３０の第３の部分２３３は、磁気検出素子１３０の一部をｚ方向における他方側から覆う第６の磁気コアを構成する。その結果、第５及び第６の磁気コアによって磁気検出素子１３０の一部がｚ方向における両側から覆われるため、ｚ方向の外部磁場がシールドされる。
【００４０】
同様に、第４の磁性金属板２４０の第２及び第３の部分２４２，２４３は、ボビン１１０に設けられた貫通孔１１２，１１３にそれぞれ逆方向から挿入される。これにより、第４の磁性金属板２４０の第２の部分２４２は、磁気検出素子１３０の別の一部をｚ方向における一方側から覆う第７の磁気コアを構成する。また、第４の磁性金属板２４０の第３の部分２４３は、磁気検出素子１３０の別の一部をｚ方向における他方側から覆う第８の磁気コアを構成する。その結果、第７及び第８の磁気コアによって磁気検出素子１３０の別の一部がｚ方向における両側から覆われるため、ｚ方向の外部磁場がシールドされる。
【００４１】
ここで、第３及び第４の磁性金属板２３０，２４０はｚ方向へのバネ性を有しており、ボビン１１０の貫通孔１１２，１１３の内壁、具体的には、貫通孔１１２の上側の内壁と貫通孔１１３の下側の内壁と接し、図７の符号Ｆ１で示す方向に内壁を付勢している。さらに、第３の磁性金属板２３０の第２及び第３の部分２３２，２３３の先端は、ｚ方向に折り曲げられた突起２３２ａ，２３３ａを有しており、同様に、第４の磁性金属板２４０の第２及び第３の部分２４２，２４３の先端は、ｚ方向に折り曲げられた突起２４２ａ，２４３ａを有している。そして、貫通孔１１２，１１３には係合部を構成する凹部１１２ａ，１１３ａがそれぞれ設けられており、凹部１１２ａに突起２３２ａ，２４２ａが係合し、凹部１１３ａに突起２３３ａ，２４３ａが係合することによって、第３及び第４の磁性金属板２３０，２４０のボビン１１０からの脱落が防止され、両者は強固に固定される。  
【００４２】
尚、貫通孔１１２，１１３に設けられた凹部１１２ａ，１１３ａに４つの突起２３２ａ，２３３ａ，２４２ａ，２４３ａの全てが係合する構成とすることは必須でなく、突起２３２ａ，２３３ａ，２４２ａ，２４３ａの一部のみが凹部１１２ａ又は１１３ａと係合する構成であっても構わない。また、係合の方法についてもこれに限定されるものではない。
【００４３】
しかも、第３及び第４の磁性金属板２３０，２４０のバネ性によって貫通孔１１２，１１３の内壁が符号Ｆ１で示す方向に付勢されると、第３及び第４の磁性金属板２３０，２４０はそれぞれ第１及び第２の磁性金属板２１０，２２０をｘ方向における内側に付勢する力Ｆ２が働くため、磁性金属板２１０，２２０，２３０，２４０同士がより強固に固定される。
【００４４】
図８は、バスバーＢに電流Ｉｐを流した場合の磁気コア外の空間の磁束密度を等高線として示すシミュレーション結果である。
【００４５】
図８に示すように、バスバーＢに電流Ｉｐを流すと、ｘ方向における磁束の大部分は第３及び第４の磁性金属板２３０，２４０を経由するものの、第３の磁性金属板２３０と第４の磁性金属板２４０はｘ方向に分離しており、磁気ギャップを構成しているため、第３及び第４の磁性金属板２３０，２４０の先端部分から磁束が放出される。そして、放出された磁束は磁気検出素子１３０を構成する可飽和磁性体１３２を介してｘ方向に流れることから、結果的に、可飽和磁性体１３２に磁束を集めることが可能となる。これにより、磁気検出素子１３０はｘ方向の磁束に対して高い磁気感度を持つことになるため、バスバーＢに流れる電流によって生じる磁束や、補償コイル１２０に流れる電流によって生じる磁束を高感度に検出することが可能となる。
【００４６】
そして、第３及び第４の磁性金属板２３０，２４０を通過した磁束は、第１及び第２の磁性金属板２１０，２２０を経由するループを介して周回することから、より多くの磁束を検出することが可能となる。
【００４７】
一方、ノイズとなる外部磁場については、図９に示すように、ｘ方向、ｙ方向及びｚ方向の全３方向からシールドされる。つまり、磁気検出素子１３０のｘ方向における両側及びｙ方向における両側には、第１及び第２の磁性金属板２１０，２２０が存在するため、ｘ方向及びｙ方向の外部磁場φｘ，φｙについては、第１及び第２の磁性金属板２１０，２２０によって遮蔽される。このため、磁気検出素子１３０がｘ方向及びｙ方向の外部磁場φｘ，φｙに直接晒されることがない。特に、磁気検出素子１３０の感度方向であるｘ方向には、２つの磁性金属板が重ねられていることから、外部磁場の影響をより低減することが可能となる。
【００４８】
また、磁気検出素子１３０のｚ方向における両側には、第３及び第４の磁性金属板２３０，２４０が存在するため、ｚ方向の外部磁場φｚについては、第３及び第４の磁性金属板２３０，２４０によって遮蔽される。このため、磁気検出素子１３０のうち第３及び第４の磁性金属板２３０，２４０によって覆われた部分は、ｚ方向の外部磁場φｚに直接晒されることがない。一方、磁気検出素子１３０のうち第３及び第４の磁性金属板２３０，２４０によって覆われない部分は、ｚ方向の外部磁場φｚに直接晒されることになるが、ｚ方向の外部磁場に晒される部分は僅かであり、且つ、ｚ方向は磁気検出素子１３０の感度方向に対して垂直であることから、磁気検出素子１３０に対する影響は最小限に抑えられる。
【００４９】
このように、本実施形態による電流センサ１００は、磁気検出素子１３０がｘ方向、ｙ方向及びｚ方向の全３方向からシールドされていることから、ノイズとなる外部磁場の影響を受けにくいという特徴を有している。しかも、磁気コア２００Ａが４つの磁性金属板２１０，２２０，２３０，２４０によって構成されていることから、バルク状の材料を用いた場合と比べて、磁気コア２００Ａの加工性や物理的強度を高めることが可能となる。また、図５及び図６を用いて説明したように、４つの磁性金属板２１０，２２０，２３０，２４０はいずれも直線的な板状の磁性金属板を折り曲げ加工することによって作製されるものであるため、材料となる１枚の磁性金属板からより多数個取りすることが可能となる。
【００５０】
図１０は、第１の変形例による磁気コア２００Ａ１の構造を説明するための略斜視図である。
【００５１】
図１０に示すように、第１の変形例による磁気コア２００Ａ１は、第１の磁性金属板２１０と第３の磁性金属板２３０が一体的であり、第２の磁性金属板２２０と第４の磁性金属板２４０が一体的である点において、第１の実施形態による磁気コア２００Ａと相違している。その他の構成は、磁気コア２００Ａと同一であることから、同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。このような構成を有する磁気コア２００Ａ１は、図１１に示す十字形状の磁性金属板を２枚使用し、破線ａ，ｃで示す４箇所で９０°折り曲げ加工することによって作製することができる。このように、第１の変形例による磁気コア２００Ａ１によれば、使用する磁性金属板の数を２つに削減することが可能となる。また、第１の磁性金属板２１０と第３の磁性金属板２３０が一体的であり、且つ、第２の磁性金属板２２０と第４の磁性金属板２４０が一体的であることから、両者間における磁気抵抗を低減することもできる。
【００５２】
図１２は、第２の変形例による磁気コア２００Ａ２の構造を説明するための略斜視図である。
【００５３】
図１２に示すように、第２の変形例による磁気コア２００Ａ２は、第１の磁性金属板２１０と第２の磁性金属板２２０が一体的である点において、第１の実施形態による磁気コア２００Ａと相違している。その他の構成は、磁気コア２００Ａと同一であることから、同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。第２の変形例による磁気コア２００Ａ２によれば、使用する磁性金属板の数を３つに削減することが可能となる。また、第１の磁性金属板２１０と第２の磁性金属板２２０が一体的であることから、両者間における磁気抵抗を低減することもできる。
【００５４】
図１３は、第３の変形例による磁気コア２００Ａ３の構造を説明するための略斜視図である。
【００５５】
図１３に示すように、第３の変形例による磁気コア２００Ａ３は、第１〜第４の磁性金属板２１０，２２０，２３０，２４０が全て一体的である点において、第１の実施形態による磁気コア２００Ａと相違している。その他の構成は、磁気コア２００Ａと同一であることから、同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。第３の変形例による磁気コア２００Ａ３によれば、使用する磁性金属板の数を１つのみとすることが可能となる。また、第１〜第４の磁性金属板２１０，２２０，２３０，２４０が一体的であることから、全体的に磁気抵抗を低減することもできる。
【００５６】
＜第２の実施形態＞
図１４は、本発明の第２の実施形態による磁気コア２００Ｂの構造を説明するための略斜視図である。
【００５７】
図１４に示すように、第２の実施形態による磁気コア２００Ｂは、第１の磁性金属板２１０の第１の部分２１１のｙ方向における中央部が磁気検出素子１３０側へクランク状に折り曲げられた折り曲げ部２１１ｂを有し、第２の磁性金属板２２０の第１の部分２２１のｙ方向における中央部が磁気検出素子１３０側へクランク状に折り曲げられた折り曲げ部２２１ｂを有している点において、第１の実施形態による磁気コア２００Ａと相違している。その他の構成は、磁気コア２００Ａと同一であることから、同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
【００５８】
折り曲げ部２１１ｂには第３の磁性金属板２３０が係合し、折り曲げ部２２１ｂには第４の磁性金属板２４０が係合する。第２の実施形態による磁気コア２００Ｂによれば、第３及び第４の磁性金属板２３０，２４０がｘ方向に突出しないことから、磁気コア２００Ｂのｘ方向における外形寸法を小型化することが可能となる。また、第１の磁性金属板２１０と第３の磁性金属板２３０をより強固に固定することができるとともに、第２の磁性金属板２２０と第４の磁性金属板２４０をより強固に固定することができる。さらに、磁気検出素子１３０と第１及び第２の磁性金属板２１０，２２０のｘ方向における距離が短縮されることから、磁気検出素子１３０への集磁効果も高められる。
【００５９】
＜第３の実施形態＞
図１５は、本発明の第３の実施形態による磁気コア２００Ｃの構造を説明するための略斜視図である。また、図１６（ａ），（ｂ）は、それぞれ磁気コア２００Ｃを構成する第１及び第２の磁性金属板２１０，２２０のｘｙ平面図である。
【００６０】
図１５及び図１６に示すように、第３の実施形態による磁気コア２００Ｃは、第１の磁性金属板２１０が第４及び第５の部分２１４，２１５を備えており、第２の磁性金属板２２０が第４及び第５の部分２２４，２２５を備えている点において、第１の実施形態による磁気コア２００Ａと相違している。その他の構成は、磁気コア２００Ａと同一であることから、同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
【００６１】
第１の磁性金属板２１０の第４及び第５の部分２１４，２１５は、ｙｚ面を主面としｙ方向に延在しており、第２の磁性金属板２２０の第１の部分２２１を外側から覆っている。同様に、第２の磁性金属板２２０の第４及び第５の部分２２４，２２５は、ｙｚ面を主面としｙ方向に延在しており、第１の磁性金属板２１０の第１の部分２１１を内側から覆っている。第３の実施形態による磁気コア２００Ｃによれば、第１の磁性金属板２１０と第２の磁性金属板２２０がｘ方向に嵌合することから、両者をより強固に固定することができる。しかも、第１の磁性金属板２１０と第２の磁性金属板２２０の接触面積がより拡大することから、製造ばらつきなどに起因する磁気ギャップの発生を抑制することが可能となる。
【００６２】
尚、図１５及び図１６に示す例では、第１の磁性金属板２１０に第４及び第５の部分２１４，２１５が設けられ、第２の磁性金属板２２０に第４及び第５の部分２２４，２２５が設けられているが、その一部を省略しても構わない。例えば、第１の磁性金属板２１０に第５の部分２１５を設けない構成としても構わないし、第２の磁性金属板２２０に第４及び第５の部分２２４，２２５の両方を設けない構成としても構わない。但し、第１の磁性金属板２１０と第２の磁性金属板２２０をｘ方向に嵌合させるためには、第１の磁性金属板２１０に第４及び第５の部分２１４，２１５の少なくとも一方を設ける必要がある。
【００６３】
＜第４の実施形態＞
図１７は、本発明の第４の実施形態による磁気コア２００Ｄの構造を説明するための略斜視図である。
【００６４】
図１７に示すように、第４の実施形態による磁気コア２００Ｄは、第１及び第２の磁性金属板２１０，２２０が積層構造を有している点において、第１の実施形態による磁気コア２００Ａと相違している。その他の構成は、磁気コア２００Ａと同一であることから、同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
【００６５】
本実施形態において使用する第１及び第２の磁性金属板２１０，２２０は、磁気ギャップを介して複数の磁性金属板が積層された構成を有している。第４の実施形態による磁気コア２００Ｄによれば、渦電流の流れが抑制されることから、磁気コア２００Ｄの損失を低減することが可能となる。しかも、ｘ方向及びｙ方向の外部磁場に対しては、積層構造を有する第１及び第２の磁性金属板２１０，２２０によってシールドされることから、より高い磁気シールド特性を得ることが可能となる。また、第１及び第２の磁性金属板２１０，２２０だけでなく、第３及び第４の磁性金属板２３０，２４０についても積層構造としても構わない。
【００６６】
＜第５の実施形態＞
図１８は、本発明の第５の実施形態による磁気コア２００Ｅの構造を説明するための略斜視図である。また、図１９（ａ）は磁気コア２００Ｅを構成する第１の磁性金属板２１０のｘｙ平面図であり、図１９（ｂ），（ｃ）はそれぞれ磁気コア２００Ｅを構成する第２の磁性金属板２２０のｘｙ平面図及びｙｚ平面図である。
【００６７】
図１８及び図１９に示すように、第５の実施形態による磁気コア２００Ｅは、第２の磁性金属板２２０が第６及び第７の部分２２６，２２７を備えている点において、第３の実施形態による磁気コア２００Ｃと相違している。その他の構成は、磁気コア２００Ｃと同一であることから、同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
【００６８】
第２の磁性金属板２２０の第６の部分２２６は、第２の部分２２２に設けられた係合部であり、第２の部分２２２と第６の部分２２６の隙間に、第１の磁性金属板２１０の第２の部分２１２が嵌合する。同様に、第２の磁性金属板２２０の第７の部分２２７は、第３の部分２２３に設けられた係合部であり、第３の部分２２３と第７の部分２２７の隙間に、第１の磁性金属板２１０の第３の部分２１３が嵌合する。第５の実施形態による磁気コア２００Ｅによれば、第１の磁性金属板２１０と第２の磁性金属板２２０がｘ方向のみならず、ｚ方向にも嵌合することから、両者をよりいっそう強固に固定することができる。しかも、第２の磁性金属板２２０の第６及び第７の部分２２６，２２７にバネ性を持たせれば、第１の磁性金属板２１０と第２の磁性金属板２２０がより強く密着することから、磁気ギャップの発生を抑制することが可能となる。
【００６９】
尚、第２の磁性金属板２２０に第６及び第７の部分２２６，２２７に設ける代わりに、第１の磁性金属板２１０に同様の機能を有する係合部を設けても構わない。また、第２の磁性金属板２２０に第６及び第７の部分２２６，２２７の両方を設けるのではなく、第６及び第７の部分２２６，２２７の一方のみを設けても構わない。
【００７０】
＜第６の実施形態＞
図２０は、本発明の第６の実施形態による磁気コア２００Ｆの構造を説明するための略斜視図である。また、図２１は、磁気コア２００Ｅを構成する第３の磁性金属板２３０のｘｚ平面図である。
【００７１】
図２０及び図２１に示すように、第６の実施形態による磁気コア２００Ｆは、第３の磁性金属板２３０が第４及び第５の部分２３４，２３５を備え、第４の磁性金属板２４０が第４及び第５の部分２４４，２４５を備えている点において、第１の実施形態による磁気コア２００Ａと相違している。その他の構成は、磁気コア２００Ａと同一であることから、同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
【００７２】
第３の磁性金属板２３０の第４及び第５の部分２３４，２３５は、それぞれ第２及び第３の部分２３２，２３３を鋭角に折り曲げたバネ部を構成する。同様に、第４の磁性金属板２４０の第４及び第５の部分２４４，２４５は、それぞれ第２及び第３の部分２４２，２４３を鋭角に折り曲げたバネ部を構成する。
【００７３】
図２２は、磁気コア２００Ｆを用いた場合における電流センサ１００のｘｚ断面図である。図２２に示す例では、貫通孔１１２，１１３に設けられた凹部１１２ａ，１１３ａのｘ方向における幅が拡大されており、凹部１１２ａに第３及び第４の磁性金属板２３０，２４０の第４の部分２３４，２４４の先端が係合し、凹部１１３ａに第３及び第４の磁性金属板２３０，２４０の第５の部分２３５，２４５の先端が係合する。しかも、これらの部分２３４，２３５，２４４，２４５は、その強いバネ性によって貫通孔１１２，１１３の内壁をｚ方向に付勢するため、第３及び第４の磁性金属板２３０，２４０とボビン１１０を第１の実施形態よりもさらに強固に固定することが可能となる。
【００７４】
＜第７の実施形態＞
図２３は、本発明の第７の実施形態による磁気コア２００Ｇの構造を説明するための略斜視図である。また、図２４（ａ）は磁気コア２００Ｇを構成する第１の磁性金属板２１０のｙｚ平面図であり、図２４（ｂ）は磁気コア２００Ｇを構成する第３の磁性金属板２３０の略斜視図である。
【００７５】
図２３及び図２４に示すように、第７の実施形態による磁気コア２００Ｇは、第１の磁性金属板２１０が貫通孔２１８，２１９を備え、第２の磁性金属板２２０が貫通孔２２８，２２９を備え、第３の磁性金属板２３０が第６及び第７の部分２３６，２３７を備え、第４の磁性金属板２４０が第６及び第７の部分２４６，２４７を備えている点において、第１の実施形態による磁気コア２００Ａと相違している。その他の構成は、磁気コア２００Ａと同一であることから、同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
【００７６】
これらの部分２３６，２３７，２４６，２４７は、ｘｚ面を主面としｘ方向に延在している。そして、第３の磁性金属板２３０の第６及び第７の部分２３６，２３７は、それぞれ第１の磁性金属板２１０に設けられた貫通孔２１８，２１９に挿入される。同様に、第４の磁性金属板２４０の第６及び第７の部分２４６，２４７は、それぞれ第２の磁性金属板２２０に設けられた貫通孔２２８，２２９に挿入される。また、これらの部分２３６，２３７，２４６，２４７は、いずれもボビン１１０の貫通孔１１１に挿入され、磁気検出素子１３０をｙ方向における両側を覆う。第７の実施形態による磁気コア２００Ｇによれば、磁気検出素子１３０の近傍でｙ方向における両側が磁気シールドされることから、外部磁場の影響をよりいっそう低減することが可能となる。
【００７７】
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は、上記の実施形態に限定されることなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能であり、それらも本発明の範囲内に包含されるものであることはいうまでもない。
【００７８】
例えば、上述した各実施形態では、ボビン１１０、補償コイル１２０、磁気検出素子１３０及び磁気コア２００（Ａ〜Ｇ）からなる磁気センサを電流センサ１００に応用した場合を例に説明したが、本発明による磁気センサの適用範囲がこれに限定されるものではない。
【符号の説明】
【００７９】
１００    電流センサ
１１０    ボビン
１１１〜１１３    貫通孔
１１２ａ，１１３ａ    凹部
１２０    補償コイル
１３０    磁気検出素子
１３１    基体
１３２    可飽和磁性体
１３３    検出コイル
２００Ａ〜２００Ｇ，２００Ａ１〜２００Ａ３    磁気コア
２１０    第１の磁性金属板
２２０    第２の磁性金属板
２３０    第３の磁性金属板
２４０    第４の磁性金属板
２１１    第１の部分（第１の磁気コア）
２１１ａ，２２１ａ    切り欠き部
２１１ｂ，２２１ｂ    折り曲げ部
２２１    第１の部分（第２の磁気コア）
２１２，２２２    第２の部分（第３の磁気コア）
２１３，２２３    第３の部分（第４の磁気コア）
２１４，２２４    第４の部分
２１５，２２５    第５の部分
２１８，２１９，２２８，２２９    貫通孔
２２６    第６の部分
２２７    第７の部分
２３１，２４１    第１の部分
２３２    第２の部分（第５の磁気コア）
２３３    第３の部分（第６の磁気コア）
２４２    第２の部分（第７の磁気コア）
２４３    第３の部分（第８の磁気コア）
２３２ａ，２３３ａ，２４２ａ，２４３ａ    突起
２３４，２４４    第４の部分
２３５，２４５    第５の部分
２３６，２４６    第６の部分
２３７，２４７    第７の部分
Ｂ    バスバー
【図１】
2019027875.tif 000003
【図２】
2019027875.tif 000004
【図３】
2019027875.tif 000005
【図４】
2019027875.tif 000006
【図５】
2019027875.tif 000007
【図６】
2019027875.tif 000008
【図７】
2019027875.tif 000009
【図８】
2019027875.tif 000010
【図９】
2019027875.tif 000011
【図１０】
2019027875.tif 000012
【図１１】
2019027875.tif 000013
【図１２】
2019027875.tif 000014
【図１３】
2019027875.tif 000015
【図１４】
2019027875.tif 000016
【図１５】
2019027875.tif 000017
【図１６】
2019027875.tif 000018
【図１７】
2019027875.tif 000019
【図１８】
2019027875.tif 000020
【図１９】
2019027875.tif 000021
【図２０】
2019027875.tif 000022
【図２１】
2019027875.tif 000023
【図２２】
2019027875.tif 000024
【図２３】
2019027875.tif 000025
【図２４】
2019027875.tif 000026