(57)【要約】  測定対象の電流が流れる１次導体と、１次導体を流れる上記電流により発生する磁界の強さを検出する少なくとも１つの磁気センサと、１次導体および磁気センサの周りを囲む磁性体部とを備える。磁気センサは、出力特性において、上記電流の値に比例した仮想出力電圧に対して低い測定電圧値が出力される低出力領域を有する。磁性体部は、磁化特性において、上記電流の絶対値が閾値以上の範囲にて透磁率が低下する磁気飽和領域を有する。低出力領域内の状態にある磁気センサに、磁気飽和領域内の状態にある磁性体部から漏れ出た磁界が及ぶことにより測定電圧値が高くなるように、磁気センサの出力が補正される。
2016098511.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
測定対象の電流が流れる１次導体と、
前記１次導体を流れる前記電流により発生する磁界の強さを検出する少なくとも１つの磁気センサと、
前記１次導体および前記磁気センサの周りを囲む磁性体部とを備え、
前記磁気センサは、出力特性において、前記電流の値に比例した仮想出力電圧に対して低い測定電圧値が出力される低出力領域を有し、
前記磁性体部は、磁化特性において、前記電流の絶対値が閾値以上の範囲にて透磁率が低下する磁気飽和領域を有し、
前記低出力領域内の状態にある前記磁気センサに、前記磁気飽和領域内の状態にある前記磁性体部から漏れ出た磁界が及ぶことにより前記測定電圧値が高くなるように、前記磁気センサの出力が補正される、電流センサ。
【請求項２】
測定対象の電流が流れる１次導体と、
前記１次導体を流れる前記電流により発生する磁界の強さを検出する少なくとも１つの磁気センサと、
前記１次導体および前記磁気センサの周りを囲む磁性体部とを備え、
前記磁性体部は、前記磁気センサの検出軸の方向に沿って延在し、前記磁気センサに間隔を置いて前記磁気センサと対向する平板部を有し、
前記電流により発生する磁界によって磁気飽和した前記平板部から漏れ出た磁界が前記磁気センサに及ぶことにより、前記磁気センサの出力電圧が前記電流の値に比例した仮想出力電圧に近づくように補正される、電流センサ。
【請求項３】
前記磁性体部は、前記平板部を有する第１磁性体部、および、前記第１磁性体部に離間して位置する第２磁性体部を含み、
前記第１磁性体部は、前記電流により発生する磁界に対して前記第２磁性体部より先に磁気飽和する、請求項２に記載の電流センサ。
【請求項４】
前記第２磁性体部は、空隙が設けられており、該空隙により周方向において不連続となった筒形状を有する、請求項３に記載の電流センサ。
【請求項５】
前記第２磁性体部は、全周に亘って繋がった筒形状を有する、請求項３に記載の電流センサ。
【請求項６】
前記第２磁性体部が、前記第１磁性体部の周りを囲んでいる、請求項４または５に記載の電流センサ。
【請求項７】
前記第１磁性体部が、前記第２磁性体部の前記空隙に位置している、請求項４に記載の電流センサ。
【請求項８】
前記第１磁性体部は、少なくとも１つの第１磁性体部材で構成され、
前記第２磁性体部は、少なくとも１つの第２磁性体部材で構成されている、請求項３から７のいずれか１項に記載の電流センサ。
【請求項９】
前記第１磁性体部材が平板形状を有する、請求項８に記載の電流センサ。
【請求項１０】
前記第１磁性体部は、２つの前記第１磁性体部材で構成され、
前記磁気センサは、２つの前記第１磁性体部材の間に位置している、請求項８または９に記載の電流センサ。
【請求項１１】
前記１次導体は、平板形状を有し、
前記磁気センサは、前記１次導体の厚さ方向および前記電流が流れる方向の両方と直交する方向の磁界を検出可能とされている、請求項１から１０のいずれか１項に記載の電流センサ。
【請求項１２】
前記磁気センサは、前記１次導体の幅方向における中央部の、前記１次導体の厚さ方向における一方側および他方側の少なくとも一方に配置されている、請求項１から１１のいずれか１項に記載の電流センサ。
【請求項１３】
前記磁気センサとして第１磁気センサと第２磁気センサとを備え、
前記第１磁気センサと前記第２磁気センサとは、前記１次導体を挟んで互いに対向して位置している、請求項１から１１のいずれか１項に記載の電流センサ。
【請求項１４】
前記第１磁気センサの検出値と前記第２磁気センサの検出値とを演算することにより前記電流の値を算出する算出部をさらに備え、
前記１次導体を流れる前記電流により発生する磁界の強さについて、前記第１磁気センサの検出値の位相と前記第２磁気センサの検出値の位相とが逆相であり、
前記算出部が減算器または差動増幅器である、請求項１３に記載の電流センサ。
【請求項１５】
前記第１磁気センサの検出値と前記第２磁気センサの検出値とを演算することにより前記電流の値を算出する算出部をさらに備え、
前記１次導体を流れる前記電流により発生する磁界の強さについて、前記第１磁気センサの検出値の位相と前記第２磁気センサの検出値の位相とが同相であり、
前記算出部が加算器または加算増幅器である、請求項１３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、電流センサに関し、特に、測定対象の電流に応じて発生する磁界を検出することで測定対象の電流の値を測定する電流センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
電流センサの構成を開示した先行文献として、特開２０１０−２２７７号公報(特許文献１)、および、国際公開第２０１１/１５５２６１号(特許文献２)がある。【０００３】
特許文献１に記載された電流センサは、Ｕ相、Ｖ相およびＷ相の各々について、バスバーと、絶縁基板と、磁気検出素子としてのホールＩＣと、磁気シールド体とを備える。磁気シールド体は、上側磁気シールド部材および下側磁気シールド部材によって、バスバーと絶縁基板とホールＩＣとを環状に囲む環状囲み部を構成することで、外部磁界から磁気遮蔽するものである。上側磁気シールド部材および下側磁気シールド部材の間に空隙が形成されている。空隙の高さ方向の位置は、バスバーの高さ方向の位置と同じまたは近傍であり、バスバーの側面と対向する部分に空隙が位置している。ホールＩＣはバスバーの中央部の上方に配置されている。【０００４】
特許文献２に記載された電流センサは、磁気平衡式電流センサであり、被測定電流からの誘導磁界により特性が変化する磁気抵抗素子と、磁気抵抗素子の近傍に配置され、誘導磁界を相殺するキャンセル磁界を発生するフィードバックコイルと、誘導磁界を減衰させると共にキャンセル磁界をエンハンスする磁気シールドと、磁気シールド上に設けられ、磁気シールドのヒステリシスを抑えるハードバイアス層とを備える。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１０−２２７７号公報
【特許文献２】国際公開第２０１１/１５５２６１号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従来の電流センサは、ホール素子または磁気抵抗素子などを有する磁気センサにおいて検出した磁束密度と出力電圧とが比例する線形領域内で使用される。すなわち、従来の電流センサは、磁気センサの線形領域を超える磁界が生ずる大電流を測定した場合、測定誤差が大きくなり測定精度が低下する。【０００７】
一方、大電流を測定するために線形領域の広い磁気センサを備える電流センサを用いた場合、磁気センサの感度が低いため、小電流の測定精度が低下する。【０００８】
本発明は上記の問題点に鑑みてなされたものであって、感度を維持しつつ測定範囲の広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】
【０００９】
本発明に基づく第１の局面に係る電流センサは、測定対象の電流が流れる１次導体と、１次導体を流れる上記電流により発生する磁界の強さを検出する少なくとも１つの磁気センサと、１次導体および磁気センサの周りを囲む磁性体部とを備える。磁気センサは、出力特性において、上記電流の値に比例した仮想出力電圧に対して低い測定電圧値が出力される低出力領域を有する。磁性体部は、磁化特性において、上記電流の絶対値が閾値以上の範囲にて透磁率が低下する磁気飽和領域を有する。低出力領域内の状態にある磁気センサに、磁気飽和領域内の状態にある磁性体部から漏れ出た磁界が及ぶことにより測定電圧値が高くなるように、磁気センサの出力が補正される。【００１０】
本発明に基づく第２の局面に係る電流センサは、測定対象の電流が流れる１次導体と、１次導体を流れる上記電流により発生する磁界の強さを検出する少なくとも１つの磁気センサと、１次導体および磁気センサの周りを囲む磁性体部とを備える。磁性体部は、磁気センサの検出軸の方向に沿って延在し、磁気センサに間隔を置いて磁気センサと対向する平板部を有する。上記電流により発生する磁界によって磁気飽和した平板部から漏れ出た磁界が磁気センサに及ぶことにより、磁気センサの出力電圧が上記電流の値に比例した仮想出力電圧に近づくように補正される。【００１１】
本発明の一形態においては、磁性体部は、平板部を有する第１磁性体部、および、第１磁性体部に離間して位置する第２磁性体部を含む。第１磁性体部は、上記電流により発生する磁界に対して第２磁性体部より先に磁気飽和する。【００１２】
本発明の一形態においては、第２磁性体部は、空隙が設けられており、この空隙により周方向において不連続となった筒形状を有する。【００１３】
本発明の一形態においては、第２磁性体部は、全周に亘って繋がった筒形状を有する。
本発明の一形態においては、第２磁性体部が、第１磁性体部の周りを囲んでいる。【００１４】
本発明の一形態においては、第１磁性体部が、第２磁性体部の上記空隙に位置している。【００１５】
本発明の一形態においては、第１磁性体部は、少なくとも１つの第１磁性体部材で構成されている。第２磁性体部は、少なくとも１つの第２磁性体部材で構成されている。【００１６】
本発明の一形態においては、第１磁性体部材が平板形状を有する。
本発明の一形態においては、第１磁性体部は、２つの第１磁性体部材で構成されている。磁気センサは、２つの第１磁性体部材の間に位置している。【００１７】
本発明の一形態においては、１次導体は、平板形状を有する。磁気センサは、１次導体の厚さ方向および上記電流が流れる方向の両方と直交する方向の磁界を検出可能とされている。【００１８】
本発明の一形態においては、磁気センサは、１次導体の幅方向における中央部の、１次導体の厚さ方向における一方側および他方側の少なくとも一方に配置されている。【００１９】
本発明の一形態においては、磁気センサとして第１磁気センサと第２磁気センサとを備える。第１磁気センサと第２磁気センサとは、１次導体を挟んで互いに対向して位置している。【００２０】
本発明の一形態においては、第１磁気センサの検出値と第２磁気センサの検出値とを演算することにより上記電流の値を算出する算出部をさらに備える。１次導体を流れる上記電流により発生する磁界の強さについて、第１磁気センサの検出値の位相と第２磁気センサの検出値の位相とが逆相である。算出部が減算器または差動増幅器である。【００２１】
本発明の一形態においては、第１磁気センサの検出値と第２磁気センサの検出値とを演算することにより上記電流の値を算出する算出部をさらに備える。１次導体を流れる上記電流により発生する磁界の強さについて、第１磁気センサの検出値の位相と第２磁気センサの検出値の位相とが同相である。算出部が加算器または加算増幅器である。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、電流センサの感度を維持しつつ測定範囲を広げることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の実施形態１に係る電流センサの外観を示す斜視図である。
【図２】図１の電流センサを矢印ＩＩ方向から見た側面図である。
【図３】図２の電流センサをＩＩＩ−ＩＩＩ線矢印方向から見た断面図である。
【図４】本発明の実施形態１に係る電流センサの構成を示す分解斜視図である。
【図５】本発明の実施形態１に係る電流センサの回路基板の外観を示す斜視図である。
【図６】本発明の実施形態１に係る電流センサの回路構成を示す回路図である。
【図７】比較例１に係る１次導体の横断面形状を示す断面図である。
【図８】実施例１に係る１次導体の横断面形状を示す断面図である。
【図９】実施例１に係る１次導体の周囲に発生する磁界を模式的に示す断面図である。
【図１０】比較例１および実施例１に係る１次導体の幅方向の中央部の直上または直下に位置する基準線上における、１次導体の表面または裏面からの距離と１次導体の幅方向(Ｘ軸方向)の磁束密度との関係を示すグラフである。
【図１１】従来の電流センサの出力特性を示すグラフである。
【図１２】本発明の実施形態１に係る電流センサが含む磁気センサの出力特性を示すグラフである。
【図１３】本発明の実施形態１に係る電流センサが含む磁気センサにおける磁束密度と出力の誤差率との関係を示すグラフである。
【図１４】本発明の実施形態１に係る電流センサが含む磁性体部の磁化特性を示すグラフである。
【図１５】本発明の実施形態１に係る電流センサが含む第１磁性体部のみを配置したときの磁気センサの位置における磁束密度の誤差率と入力電流との関係を示すグラフである。
【図１６】電流センサの出力の誤差率と、磁気センサの出力の誤差率と、磁気センサの位置における磁束密度の誤差率とを、重ねて示すグラフである。
【図１７】磁性材料の比透磁率と磁界の強さとの関係を示すグラフである。
【図１８】本発明の実施形態２に係る電流センサの構成を示す断面図である。
【図１９】本発明の実施形態３に係る電流センサの構成を示す断面図である。
【図２０】本発明の実施形態４に係る電流センサにおいて、プリント基板および磁性体部材を１次導体に対して取り付けた状態を示す断面図である。
【図２１】本発明の実施形態４に係る電流センサにおいて、プリント基板および磁性体部材を１次導体に対して取り付ける前の状態を示す断面図である。
【図２２】本発明の実施形態５に係る電流センサの構成を示す断面図である。
【図２３】本発明の実施形態５の第１変形例に係る電流センサの構成を示す断面図である。
【図２４】本発明の実施形態５の第２変形例に係る電流センサの構成を示す断面図である。
【図２５】本発明の実施形態５の第３変形例に係る電流センサの構成を示す断面図である。
【図２６】本発明の実施形態５の第４変形例に係る電流センサの構成を示す断面図である。
【図２７】本発明の実施形態６に係る電流センサの構成を示す断面図である。
【図２８】本発明の実施形態６の第１変形例に係る電流センサの構成を示す断面図である。
【図２９】本発明の実施形態６の第２変形例に係る電流センサの構成を示す断面図である。
【図３０】本発明の実施形態７に係る電流センサの構成を示す断面図である。
【図３１】本発明の実施形態８に係る電流センサの構成を示す斜視図である。
【図３２】本発明の実施形態８に係る電流センサの構成を示す平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、本発明の各実施形態に係る電流センサについて図を参照して説明する。以下の実施形態の説明においては、図中の同一または相当部分には同一符号を付して、その説明は繰り返さない。
【００２５】
(実施形態１)
図１は、本発明の実施形態１に係る電流センサの外観を示す斜視図である。図２は、図１の電流センサを矢印ＩＩ方向から見た側面図である。図３は、図２の電流センサをＩＩＩ−ＩＩＩ線矢印方向から見た断面図である。図４は、本発明の実施形態１に係る電流センサの構成を示す分解斜視図である。図５は、本発明の実施形態１に係る電流センサの回路基板の外観を示す斜視図である。図６は、本発明の実施形態１に係る電流センサの回路構成を示す回路図である。図１〜３においては、後述する１次導体１１０の幅方向をＸ軸方向、１次導体１１０の長さ方向をＹ軸方向、１次導体１１０の厚さ方向をＺ軸方向として、図示している。
【００２６】
図１〜６に示すように、本発明の実施形態１に係る電流センサ１００は、測定対象の電流が流れる１次導体１１０と、１次導体１１０を流れる電流により発生する磁界の強さを検出する２つの磁気センサとを備える。２つの磁気センサは、第１磁気センサ１２０ａおよび第２磁気センサ１２０ｂから構成されている。本実施形態においては、電流センサ１００は、２つの磁気センサを備えているが、これに限られず、少なくとも１つの磁気センサを備えていればよい。
【００２７】
さらに、電流センサ１００は、１次導体１１０および２つの磁気センサの周りを囲む第１磁性体部１７０と、第１磁性体部１７０の周りを囲む第２磁性体部１８０とを備える。第１磁性体部１７０は、空隙１７３が設けられており、空隙１７３により周方向において不連続となった筒形状を有する。第１磁性体部１７０は、後述する平板部を有している。第２磁性体部１８０は、第１磁性体部１７０に離間して位置している。
【００２８】
本実施形態においては、第１磁性体部１７０は、２つの第１磁性体部材１７１，１７２から構成されている。ただし、第１磁性体部１７０の構成は上記に限られず、少なくとも１つの第１磁性体部材で構成されていればよい。２つの第１磁性体部材１７１，１７２は、１次導体１１０を流れる電流が流れる方向(Ｙ軸方向)から見て、互いの端部同士の間に空隙１７３が設けられた矩形形状を成し、１次導体１１０および２つの磁気センサの周りを囲んでいる。具体的には、２つの第１磁性体部材１７１，１７２は、後述する、第１回路基板１６０ａ、第２回路基板１６０ｂ、および、第１回路基板１６０ａと第２回路基板１６０ｂとに挟まれた部分の１次導体１１０に対して間隔を置いて周りを囲んでいる。
【００２９】
本実施形態においては、第２磁性体部１８０は、全周に亘って繋がった筒形状を有する。第２磁性体部１８０は、１つの第２磁性体部材で構成されている。ただし、第２磁性体部１８０の構成は上記に限られず、少なくとも１つの第２磁性体部材で構成されていればよい。第２磁性体部材は、１次導体１１０を流れる電流が流れる方向(Ｙ軸方向)から見て、矩形形状を成し、２つの第１磁性体部材１７１，１７２に対して間隔を置いて周りを囲んでいる。
【００３０】
後述するように、第１磁性体部１７０は、１次導体１１０を流れる電流により発生する磁界に対して第２磁性体部１８０より先に磁気飽和する。
【００３１】
１次導体１１０、第１回路基板１６０ａ、第２回路基板１６０ｂ、２つの第１磁性体部材１７１，１７２、および、第２磁性体部材の各々の相対位置は、図示しないケースなどにより維持されている。ケースは、ポリフェニレンスルファイドなどの高温耐性を有するエンジニアリングプラスティックなどで形成されていることが好ましい。第１回路基板１６０ａおよび第２回路基板１６０ｂの各々とケースとをネジにより締結する場合には、磁場の乱れが生じないように、非磁性材料からなるネジで締結されていることが好ましい。
【００３２】
以下、各構成について詳細に説明する。
本実施形態においては、１次導体１１０は、平板形状を有している。１次導体１１０は、１次導体１１０の表面から裏面まで貫通した１つの貫通部を有している。具体的には、１次導体１１０の幅方向における中央部に、平面視にて円形の貫通孔１１０ｈが設けられている。ただし、必ずしも１次導体１１０に貫通部が設けられていなくてもよい。電流は、１次導体１１０をＹ軸方向に流れる。
【００３３】
本実施形態においては、１次導体１１０は、銅で構成されている。ただし、１次導体１１０の材料はこれに限られず、銀、アルミニウムなどの金属またはこれらの金属を含む合金でもよい。１次導体１１０は、表面処理が施されていてもよい。たとえば、ニッケル、錫、銀、銅などの金属またはこれらの金属を含む合金からなる、少なくとも１層のめっき層が、１次導体１１０の表面に設けられていてもよい。
【００３４】
本実施形態においては、薄板をプレス加工することにより１次導体１１０が形成されている。ただし、１次導体１１０の形成方法はこれに限られず、切削、鍛造または鋳造などの方法によって１次導体１１０が形成されてもよい。
【００３５】
本実施形態においては、第１磁気センサ１２０ａは、第１オペアンプ１４０ａおよび第１受動素子１５０ａとともに第１プリント基板１３０ａに実装されている。第１磁気センサ１２０ａは、第１プリント基板１３０ａの中央に配置されている。第１磁気センサ１２０ａ、第１プリント基板１３０ａ、第１オペアンプ１４０ａおよび第１受動素子１５０ａは、第１回路基板１６０ａを構成している。第１プリント基板１３０ａは、ガラスエポキシまたはアルミナからなる基板、および、基板上に銅箔などの金属箔がパターニングされて形成された配線を含む。第１回路基板１６０ａには、第１磁気センサ１２０ａからの信号を演算する演算回路が構成されている。
【００３６】
第２磁気センサ１２０ｂは、第２オペアンプ１４０ｂおよび第２受動素子１５０ｂとともに第２プリント基板１３０ｂに実装されている。第２磁気センサ１２０ｂは、第２プリント基板１３０ｂの中央に配置されている。第２磁気センサ１２０ｂ、第２プリント基板１３０ｂ、第２オペアンプ１４０ｂおよび第２受動素子１５０ｂは、第２回路基板１６０ｂを構成している。第２プリント基板１３０ｂは、ガラスエポキシまたはアルミナからなる基板、および、基板上に銅箔などの金属箔がパターニングされて形成された配線を含む。第２回路基板１６０ｂには、第２磁気センサ１２０ｂからの信号を演算する演算回路が構成されている。
【００３７】
第１回路基板１６０ａは、１次導体１１０の表面上に載置されている。第１磁気センサ１２０ａは、第１プリント基板１３０ａを１次導体１１０との間に挟んで、貫通孔１１０ｈの直上に位置している。第２回路基板１６０ｂは、１次導体１１０の裏面上に配置されている。第２磁気センサ１２０ｂは、第２プリント基板１３０ｂを１次導体１１０との間に挟んで、貫通孔１１０ｈの直下に位置している。
【００３８】
すなわち、第１磁気センサ１２０ａと第２磁気センサ１２０ｂとは、１次導体１１０を挟んで互いに対向して位置している。第１磁気センサ１２０ａは、１次導体１１０の幅方向(Ｘ軸方向)における中央部の、１次導体１１０の厚さ方向(Ｚ軸方向)における一方側(上方側)に配置されている。第２磁気センサ１２０ｂは、１次導体１１０の幅方向(Ｘ軸方向)における中央部の、１次導体１１０の厚さ方向(Ｚ軸方向)における他方側(下方側)に配置されている。
【００３９】
第１磁気センサ１２０ａおよび第２磁気センサ１２０ｂの各々の検出軸の方向(感磁方向)は、１次導体１１０の幅方向(Ｘ軸方向)である。すなわち、第１磁気センサ１２０ａおよび第２磁気センサ１２０ｂの各々は、１次導体１１０の厚さ方向(Ｚ軸方向)および１次導体１１０を電流が流れる方向(Ｙ軸方向)の両方と直交する方向(Ｘ軸方向)の磁界を検出可能とされている。
【００４０】
第１磁気センサ１２０ａおよび第２磁気センサ１２０ｂの各々は、検出軸の一方向に向いた磁界を検出した場合に正の値で出力し、かつ、検出軸の一方向とは反対方向に向いた磁界を検出した場合に負の値で出力する、入出力特性を有している。
【００４１】
第１磁気センサ１２０ａおよび第２磁気センサ１２０ｂの各々は、４つのＡＭＲ(Anisotropic  Magneto  Resistance)素子からなるホイートストンブリッジ型のブリッジ回路を有する。なお、第１磁気センサ１２０ａおよび第２磁気センサ１２０ｂの各々が、ＡＭＲ素子に代えて、ＧＭＲ(Giant  Magneto  Resistance)、ＴＭＲ(Tunnel  Magneto  Resistance)、ＢＭＲ(Balistic  Magneto  Resistance)、ＣＭＲ(Colossal  Magneto  Resistance)などの磁気抵抗素子を有していてもよい。また、第１磁気センサ１２０ａおよび第２磁気センサ１２０ｂの各々が、２つの磁気抵抗素子からなるハーフ・ブリッジ回路を有していてもよい。その他にも、第１磁気センサ１２０ａおよび第２磁気センサ１２０ｂとして、ホール素子を有する磁気センサ、磁気インピーダンス効果を利用するＭＩ(Magneto  Impedance)素子を有する磁気センサまたはフラックスゲート型磁気センサなどを用いることができる。磁気抵抗素子およびホール素子などの磁気素子は、樹脂パッケージされていてもよく、または、シリコーン樹脂若しくはエポキシ樹脂などでポッティングされていてもよい。
【００４２】
第１磁気センサ１２０ａおよび第２磁気センサ１２０ｂの各々のＡＭＲ素子は、バーバーポール型電極を含むことによって、奇関数入出力特性を有している。具体的には、第１磁気センサ１２０ａおよび第２磁気センサ１２０ｂの各々のＡＭＲ素子は、バーバーポール型電極を含むことにより、所定の角度に電流が流れるようにバイアスされている。第１磁気センサ１２０ａのＡＭＲ素子における磁気抵抗膜の磁化方向と、第２磁気センサ１２０ｂのＡＭＲ素子における磁気抵抗膜の磁化方向とは、同一方向である。これにより、外部磁界の影響による出力精度の低下を小さくすることができる。
【００４３】
図６に示すように、電流センサ１００は、第１磁気センサ１２０ａの検出値と第２磁気センサ１２０ｂの検出値とを演算することにより１次導体１１０を流れる電流の値を算出する算出部１９０を備える。算出部１９０は、差動増幅器である。ただし、算出部１９０が減算器であってもよい。
【００４４】
図１，３，４に示すように、１次導体１１０を電流が流れる方向(Ｙ軸方向)から見て、２つの第１磁性体部材１７１，１７２は、それぞれＬ字形状を有する。２つの第１磁性体部材１７１，１７２の各々は、第１平板部１７１ａ，１７２ａと、第１平板部１７１ａ，１７２ａに直交している第２平板部とを有している。２つの第１磁性体部材１７１，１７２の各々の第１平板部１７１ａ，１７２ａと１次導体１１０とは、互いに平行に位置している。
【００４５】
すなわち、第１磁性体部材１７１の第１平板部１７１ａは、第１磁気センサ１２０ａの検出軸の方向(感磁方向)に沿って延在し、第１磁気センサ１２０ａに間隔を置いて第１磁気センサ１２０ａと対向している。第１磁性体部材１７２の第１平板部１７２ａは、第２磁気センサ１２０ｂの検出軸の方向(感磁方向)に沿って延在し、第２磁気センサ１２０ｂに間隔を置いて第２磁気センサ１２０ｂと対向している。
【００４６】
２つの空隙１７３の各々は、１次導体１１０を電流が流れる方向(Ｙ軸方向)において、第１磁性体部１７０の一端から他端まで延在している。２つの空隙１７３の各々は、１次導体１１０を流れる電流が流れる方向(Ｙ軸方向)から見て、第１磁性体部材１７１，１７２が成す矩形形状の対角に位置している。１次導体１１０を流れる電流が流れる方向(Ｙ軸方向)から見て、第１磁性体部材１７１，１７２が成す矩形形状の中心位置と、１次導体１１０の貫通孔１１０ｈの位置とは重なっている。
【００４７】
第１磁性体部材１７１，１７２の各々は、ＰＣパーマロイで構成されている。第２磁性体部材は、ＰＣパーマロイで構成されている。ＰＣパーマロイはＮｉ成分を約８０％含み、残部が主にＦｅ成分である合金である。第１磁性体部１７０が、１次導体１１０を流れる電流により発生する磁界に対して第２磁性体部１８０より先に磁気飽和するように、第１磁性体部材１７１，１７２および第２磁性体部材の各々の材料が選定される。第１磁性体部材１７１，１７２および第２磁性体部材の各々の材料としては、上記に限られず、軟鉄鋼、ケイ素鋼、電磁鋼、ＰＢパーマロイ、ＰＣパーマロイ、ニッケル合金、鉄合金またはフェライトなどの、透磁率および飽和磁束密度の高い磁性体材料が好ましい。なお、ＰＢパーマロイは、Ｎｉ成分を約４５％含み、残部が主にＦｅ成分である合金である。
【００４８】
本実施形態においては、薄板をプレス加工することにより第１磁性体部材１７１，１７２および第２磁性体部材の各々が形成されている。ただし、第１磁性体部材１７１，１７２および第２磁性体部材の各々の形成方法はこれに限られず、切削、鍛造または鋳造などの方法によって第１磁性体部材１７１，１７２および第２磁性体部材の各々が形成されてもよい。
【００４９】
第１磁性体部材１７１，１７２と第２磁性体部材との間の隙間は、比透磁率が１に近い材料で満たされていることが好ましい。具体的には、樹脂、無機物、セラミックス、若しくはこれらの複合材料、または空気などで、上記隙間が満たされていることが好ましい。樹脂では、ポリフェニレンサルファイド樹脂、ポリブチレンテレフタレート樹脂、液晶ポリマー、ポリアミド系樹脂、エポキシ樹脂、または、フェノール樹脂などを用いることができる。無機物では、ガラスなどを用いることができる。セラミックスでは、アルミナまたはステアタイトなどを用いることができる。
【００５０】
ここで、貫通部を有さない比較例１の１次導体１１０、および、貫通孔１１０ｈが設けられた実施例１の１次導体１１０について、１次導体１１０の幅方向(Ｘ軸方向)における中央部の直上または直下の位置における、１次導体１１０の表面１１０ｓまたは裏面１１０ｔからの距離と磁束密度との関係をシミュレーション解析した結果について説明する。
【００５１】
図７は、比較例１に係る１次導体の横断面形状を示す断面図である。図８は、実施例１に係る１次導体の横断面形状を示す断面図である。図７，８に示すように、比較例１および実施例１において、１次導体１１０の横断面の外形は、幅３０ｍｍ、厚さ２．５ｍｍとした。実施例１に係る１次導体１１０の幅方向の中央部に、直径２ｍｍの貫通孔１１０ｈを設けた。比較例１および実施例１において、１次導体１１０を流れる電流の値を１００Ａとして、図７，８に示すように、１次導体１１０の幅方向の中央部の直上または直下に位置する基準線１上における磁束密度分布をシミュレーション解析により算出した。なお、比較例１および実施例１においては、第１磁性体部材１７１，１７２および第２磁性体部材は配置していない。
【００５２】
図９は、実施例１に係る１次導体の周囲に発生する磁界を模式的に示す断面図である。図９においては、図８と同一の断面視にて図示している。図１０は、比較例１および実施例１に係る１次導体の幅方向の中央部の直上または直下に位置する基準線上における、１次導体の表面または裏面からの距離と１次導体の幅方向(Ｘ軸方向)の磁束密度との関係を示すグラフである。図１０においては、縦軸に磁束密度(ｍＴ)、横軸に１次導体１１０の表面１１０ｓまたは裏面１１０ｔからの距離(ｍｍ)を示している。また、図１０においては、実施例１に係る１次導体１１０のデータを実線で、比較例１に係る１次導体１１０のデータを点線で示している。
【００５３】
図９に示すように、いわゆる右ねじの法則によって、貫通孔１１０ｈの左側に位置する１次導体１１０を流れる電流１０により磁界１１０ｅが発生する。同様に、貫通孔１１０ｈの右側に位置する１次導体１１０を流れる電流１０により磁界１１０ｅが発生する。
【００５４】
１次導体１１０の幅方向の中央部の直上に位置する基準線１上においては、貫通孔１１０ｈの左側に位置する１次導体１１０を流れる電流１０により発生した磁界１１０ｅによるＺ軸方向の磁束密度ＬＺと、貫通孔１１０ｈの右側に位置する１次導体１１０を流れる電流１０により発生した磁界１１０ｅによるＺ軸方向の磁束密度ＲＺとが、打ち消し合う。一方、貫通孔１１０ｈの左側に位置する１次導体１１０を流れる電流１０により発生した磁界１１０ｅによるＸ軸方向の磁束密度ＬＸと、貫通孔１１０ｈの右側に位置する１次導体１１０を流れる電流１０により発生した磁界１１０ｅによるＸ軸方向の磁束密度ＲＸとが、組み合わされる。
【００５５】
１次導体１１０の幅方向の中央部の直下に位置する基準線１上においては、貫通孔１１０ｈの左側に位置する１次導体１１０を流れる電流１０により発生した磁界１１０ｅによるＺ軸方向の磁束密度ＬＺと、貫通孔１１０ｈの右側に位置する１次導体１１０を流れる電流１０により発生した磁界１１０ｅによるＺ軸方向の磁束密度ＲＺとが、打ち消し合う。一方、貫通孔１１０ｈの左側に位置する１次導体１１０を流れる電流１０により発生した磁界１１０ｅによるＸ軸方向の磁束密度ＬＸと、貫通孔１１０ｈの右側に位置する１次導体１１０を流れる電流１０により発生した磁界１１０ｅによるＸ軸方向の磁束密度ＲＸとが、組み合わされる。
【００５６】
図１０に示すように、比較例１に係る１次導体１１０の幅方向の中央部の直上に位置する基準線１上におけるＸ軸方向の磁束密度は、１次導体１１０の表面１１０ｓからの距離が大きくなるに従って低下している。一方、実施例１に係る１次導体１１０の幅方向の中央部の直上に位置する基準線１上におけるＸ軸方向の磁束密度は、１次導体１１０の表面１１０ｓからの距離が４ｍｍに到達するまでは距離が大きくなるに従って増加し、１次導体１１０の表面１１０ｓから４ｍｍ以上１０ｍｍ以下の位置においては略一定になっている。
【００５７】
実施例１に係る１次導体１１０の幅方向の中央部の直上に位置する基準線１上におけるＸ軸方向の磁束密度は、１次導体１１０の表面１１０ｓからの距離に関わらず、比較例に係る１次導体１１０の幅方向の中央部の直上に位置する基準線１上におけるＸ軸方向の磁束密度より低くなっている。これは、貫通孔１１０ｈの部分に、電流が流れていないためである。
【００５８】
同様に、比較例１に係る１次導体１１０の幅方向の中央部の直下に位置する基準線１上におけるＸ軸方向の磁束密度は、１次導体１１０の裏面１１０ｔからの距離が大きくなるに従って低下している。一方、実施例１に係る１次導体１１０の幅方向の中央部の直下に位置する基準線１上におけるＸ軸方向の磁束密度は、１次導体１１０の裏面１１０ｔからの距離が４ｍｍに到達するまでは距離が大きくなるに従って増加し、１次導体１１０の裏面１１０ｔから４ｍｍ以上１０ｍｍ以下の位置においては略一定になっている。
【００５９】
実施例１に係る１次導体１１０の幅方向の中央部の直下に位置する基準線１上におけるＸ軸方向の磁束密度は、１次導体１１０の裏面１１０ｔからの距離に関わらず、比較例に係る１次導体１１０の幅方向の中央部の直下に位置する基準線１上におけるＸ軸方向の磁束密度より低くなっている。これは、貫通孔１１０ｈの部分に、電流が流れていないためである。
【００６０】
このシミュレーション解析の結果から分かるように、本実施形態に係る電流センサ１００においては、第１磁気センサ１２０ａを、１次導体１１０の貫通孔１１０ｈの直上の位置に配置することにより、第１磁気センサ１２０ａに作用する磁束密度を低減することができる。よって、１次導体１１０に大電流が流れた場合においても、第１磁気センサ１２０ａの磁気抵抗素子の出力が飽和することを抑制することができる。
【００６１】
同様に、第２磁気センサ１２０ｂを、１次導体１１０の貫通孔１１０ｈの直下の位置に配置することにより、第２磁気センサ１２０ｂに作用する磁束密度を低減することができる。よって、１次導体１１０に大電流が流れた場合においても、第２磁気センサ１２０ｂの磁気抵抗素子の出力が飽和することを抑制することができる。
【００６２】
本実施形態に係る電流センサ１００においては、複雑な回路によらずに１次導体１１０に貫通孔１１０ｈを設けた簡易な構造で磁気抵抗素子に作用する磁束密度を低減することができる。その結果、電流センサ１００の入力ダイナミックレンジを拡大させることができ、電流センサ１００によって大電流を正確に測定することが可能となる。
【００６３】
また、第１磁気センサ１２０ａを１次導体１１０の貫通孔１１０ｈの直上の位置に配置し、第２磁気センサ１２０ｂを１次導体１１０の貫通孔１１０ｈの直下の位置に配置することにより、第１磁気センサ１２０ａおよび第２磁気センサ１２０ｂの各々に作用するＸ軸方向およびＺ軸方向の磁束密度を低減することができるため、第１磁気センサ１２０ａおよび第２磁気センサ１２０ｂの各々に加わる磁界の強度にばらつきが生ずることを抑制できる。その結果、電流センサ１００によって被測定電流の大きさを安定して測定することができる。
【００６４】
上記のように、実施例１に係る１次導体１１０の幅方向の中央部の直上または直下に位置する基準線１上において、１次導体１１０の表面１１０ｓまたは裏面１１０ｔから４ｍｍ以上１０ｍｍ以下の位置は、Ｘ軸方向の磁束密度が略一定になっているロバスト領域である。
【００６５】
本実施形態に係る電流センサ１００においては、第１磁気センサ１２０ａが、第１プリント基板１３０ａを１次導体１１０との間に挟んで、貫通孔１１０ｈの直上に位置していることにより第１磁気センサ１２０ａがロバスト領域内に位置している。すなわち、第１磁気センサ１２０ａがロバスト領域内に位置するように、第１プリント基板１３０ａの厚さを適宜設定している。
【００６６】
同様に、電流センサ１００においては、第２磁気センサ１２０ｂが、第２プリント基板１３０ｂを１次導体１１０との間に挟んで、貫通孔１１０ｈの直下に位置していることにより第２磁気センサ１２０ｂがロバスト領域内に位置している。すなわち、第２磁気センサ１２０ｂがロバスト領域内に位置するように、第２プリント基板１３０ｂの厚さを適宜設定している。
【００６７】
第１磁気センサ１２０ａおよび第２磁気センサ１２０ｂの各々をロバスト領域内に位置させることにより、第１磁気センサ１２０ａおよび第２磁気センサ１２０ｂの各々に加わる磁界の強度にばらつきが生ずることを安定して抑制できる。その結果、電流センサ１００によって被測定電流の大きさをさらに安定して測定することができる。なお、１次導体１１０に貫通孔１１０ｈを設ける代わりに、絞り加工などにより凹部を設けた場合にも同様にロバスト領域を形成することができる。
【００６８】
ここで、従来の電流センサの出力特性について説明する。図１１は、従来の電流センサの出力特性を示すグラフである。図１１においては、縦軸に出力電圧Ｖ(Ｖ)、横軸に入力電流Ｉ(Ａ)を示している。また、図１１においては、電流センサ１００の入力電流の測定可能範囲における出力電圧を直線近似した仮想出力電圧を二点鎖線で示している。具体的には、仮想出力電圧は、入力電流値および出力電圧値を最小二乗法を用いて１次関数にて近似して求めた。
【００６９】
本実施形態に係る電流センサ１００においては、入力電流の測定可能範囲は±８００Ａである。入力電流の測定可能範囲内においては、出力電圧と仮想出力電圧との間の誤差が許容範囲内に収まっている。出力電圧と仮想出力電圧との間の誤差の許容範囲は、電流センサに求められる測定精度によって適宜決定される。図１１に示すように、従来の電流センサは、入力電流が＋８００Ａの近傍および−８００Ａの近傍の各々において、出力電圧と仮想出力電圧との間の誤差が大きくなって許容範囲を超えている。
【００７０】
ここで、電流センサの出力の誤差率について定義する。
電流センサの入力電流の測定可能範囲における仮想出力電圧の最大値と最小値との間の間隔であるフルスケールに対する、出力電圧と仮想出力電圧との差の比率を、電流センサの出力の誤差率と定義する。
【００７１】
たとえば、入力電流の測定可能範囲が±８００Ａであり、入力電流が８００Ａのときの仮想出力電圧を２．０Ｖ、入力電流が−８００Ａのときの仮想出力電圧を−２．０Ｖとすると、フルスケールは４．０Ｖとなる。入力電流が６００Ａのとき、出力電圧が１．４８Ｖ、仮想出力電圧が１．５Ｖであった場合、電流センサの出力の誤差率は、(１．４８−１．５)／４．０×１００＝−０．５％となる。
【００７２】
上記のように定義される電流センサの出力の誤差率は、電流センサを構成する磁気センサおよび磁性体部の各々の特性により決まる。本発明者らは、磁気センサの出力特性と、磁性体部の磁化特性との好適な組み合わせを実現することにより、電流センサの出力の誤差率を低減しつつ入力電流の測定可能範囲を広げることが可能であることを見出した。
【００７３】
以下に、磁気センサの出力特性と、磁性体部の磁化特性との好適な組み合わせを実現する具体的な方法について説明する。
【００７４】
図１２は、本実施形態に係る電流センサが含む磁気センサの出力特性を示すグラフである。図１２においては、縦軸に出力電圧Ｖ(Ｖ)、横軸に磁束密度Ｂ(ｍＴ)を示している。また、図１２においては、電流センサ１００の入力電流の測定可能範囲に対応して第１および第２磁気センサ１２０ａ，１２０ｂの各々に作用する磁界の磁束密度範囲における出力電圧を直線近似した仮想出力電圧を二点鎖線で示している。具体的には、仮想出力電圧は、磁束密度および出力電圧値を最小二乗法を用いて１次関数にて近似して求めた。なお、図１２においては、磁気センサ単体の出力特性を示しており、磁性体部による磁束密度への影響は含まれていない。
【００７５】
電流センサ１００の入力電流が８００Ａのとき、第１および第２磁気センサ１２０ａ，１２０ｂの各々に作用する磁界の磁束密度は１０ｍＴであり、電流センサ１００の入力電流が−８００Ａのとき、第１および第２磁気センサ１２０ａ，１２０ｂの各々に作用する磁界の磁束密度は−１０ｍＴである。
【００７６】
図１２に示すように、第１および第２磁気センサ１２０ａ，１２０ｂの各々に作用する磁界の磁束密度範囲において、出力電圧は３次曲線となる。すなわち、第１および第２磁気センサ１２０ａ，１２０ｂの各々は、出力特性において、磁束密度(入力電流値)に比例した仮想出力電圧に対して低い測定電圧値が出力される低出力領域Ｔ1を有する。磁束密度が７ｍＴから１０ｍＴまで大きくなるに従って、出力電圧の絶対値の増加率が小さくなり、出力電圧と仮想出力電圧との誤差が広がっている。また、入力電流値が−７ｍＴから−１０ｍＴまで小さくなるに従って、出力電圧の絶対値の増加率が小さくなり、出力電圧と仮想出力電圧との誤差が広がっている。
【００７７】
ここで、磁気センサの出力の誤差率について定義する。
電流センサの入力電流の測定可能範囲に対応する磁束密度範囲における仮想出力電圧の最大値と最小値との間の間隔であるフルスケールに対する、出力電圧と仮想出力電圧との差の比率を、磁気センサの出力の誤差率と定義する。
【００７８】
たとえば、入力電流の測定可能範囲が±８００Ａに対応する磁束密度範囲が±１０ｍＴであり、磁束密度が１０ｍＴのときの仮想出力電圧を２．０Ｖ、磁束密度が−１０ｍＴのときの仮想出力電圧を−２．０Ｖとすると、フルスケールは４．０Ｖとなる。磁束密度が８ｍＴのとき、出力電圧が１．４８Ｖ、仮想出力電圧が１．５Ｖであった場合、電流センサの出力の誤差率は、(１．４８−１．５)／４．０×１００＝−０．５％となる。
【００７９】
図１３は、本実施形態に係る電流センサが含む磁気センサにおける磁束密度と出力の誤差率との関係を示すグラフである。図１３においては、縦軸に出力の誤差率(％ＦＳ)、横軸に磁束密度Ｂ(ｍＴ)を示している。図１３に示すように、第１および第２磁気センサ１２０ａ，１２０ｂの各々は、磁束密度が−７ｍＴ以下の範囲と、７ｍＴ以上の範囲とが、低出力領域Ｔ1となっている。
【００８０】
図１４は、本実施形態に係る電流センサが含む磁性体部の磁化特性を示すグラフである。図１４においては、縦軸に磁束密度Ｂ(ｍＴ)、横軸に入力電流Ｉ(Ａ)を示している。また、図１４においては、電流センサ１００の入力電流の測定可能範囲において磁気センサの位置に作用する磁界の磁束密度を直線近似した仮想磁束密度を二点鎖線で示している。具体的には、仮想磁束密度は、入力電流値および磁束密度を最小二乗法を用いて１次関数にて近似して求めた。なお、図１４においては、１次導体１１０の周囲に第１磁性体部１７０のみを配置したときに磁気センサの位置に作用する磁界の磁束密度を示しており、磁気センサ自体および第２磁性体部１８０による磁束密度への影響は含まれていない。
【００８１】
図１４に示すように、電流センサ１００の入力電流の測定可能範囲において、磁気センサの位置に作用する磁界の磁束密度は３次曲線となる。すなわち、第１磁性体部１７０は、磁化特性において、１次導体１１０を流れる電流の絶対値が閾値である６００Ａ以上の範囲にて透磁率が低下する磁気飽和領域Ｔ2を有する。入力電流値が６００Ａから８００Ａまで大きくなるに従って、磁束密度の絶対値の増加率が大きくなっている。また、入力電流値が−６００Ａから−８００Ａまで小さくなるに従って、磁束密度の絶対値の増加率が大きくなっている。
【００８２】
ここで、１次導体１１０の周囲に磁性体部のみを配置したときの磁気センサの位置における磁束密度の誤差率について定義する。
【００８３】
電流センサの入力電流の測定可能範囲における仮想磁束密度の最大値と最小値との間の間隔であるフルスケールに対する、磁束密度と仮想磁束密度との差の比率を、磁気センサの位置における磁束密度の誤差率と定義する。
【００８４】
たとえば、入力電流の測定可能範囲が±８００Ａであり、入力電流が８００Ａのときの仮想磁束密度を２０ｍＴ、入力電流が−８００Ａのときの仮想磁束密度を−２０ｍＴとすると、フルスケールは４０ｍＴとなる。入力電流が７５０Ａのとき、磁束密度が２０．５ｍＴ、仮想磁束密度が１９.５ｍＴであった場合、電流センサの出力の誤差率は、(２０．５−１９.５)／４０×１００＝２．５％となる。
【００８５】
図１５は、本実施形態に係る電流センサが含む第１磁性体部のみを配置したときの磁気センサの位置における磁束密度の誤差率と入力電流との関係を示すグラフである。図１５においては、縦軸に磁束密度の誤差率(％ＦＳ)、横軸に入力電流Ｉ(Ａ)を示している。図１５に示すように、入力電流値が−６００Ａ以下の範囲と、６００Ａ以上の範囲とが、磁気飽和領域Ｔ2となっている。
【００８６】
図１６は、電流センサの出力の誤差率と、磁気センサの出力の誤差率と、磁気センサの位置における磁束密度の誤差率とを、重ねて示すグラフである。図１６においては、縦軸に磁束密度の誤差率(％ＦＳ)、横軸に入力電流Ｉ(Ａ)を示している。また、図１６においては、電流センサの出力の誤差率を実線で、磁気センサの出力の誤差率を点線で、磁気センサの位置における磁束密度の誤差率を一点鎖線で示している。
【００８７】
図１６に示すように、本実施形態に係る電流センサ１００においては、磁気センサの低出力領域Ｔ1と第１磁性体部１７０の磁気飽和領域Ｔ2とを重ねることにより、入力電流の測定可能範囲内において電流センサ１００の出力の誤差率を±１．０％以内に低減している。本実施形態においては、±１．０％以内の誤差率を許容範囲としている。
【００８８】
低出力領域Ｔ1内の状態にある磁気センサに、磁気飽和領域Ｔ2内の状態にある第１磁性体部１７０から漏れ出た磁界が及ぶことにより測定電圧値が高くなるように、磁気センサの出力を補正している。
【００８９】
具体的には、低出力領域Ｔ1内の状態にある磁気センサは、磁束密度の増加(入力電流値の増加)に伴う出力電圧の絶対値の増加率が小さくなっている。一方、磁気飽和領域Ｔ2内の状態にある第１磁性体部１７０から漏れ出る磁界は、入力電流値の増加に伴う磁束密度の絶対値の増加率が大きくなっている。この状態の磁気センサと第１磁性体部１７０とを組み合わせることにより、磁気センサの出力電圧を補正して仮想出力電圧に近づけている。
【００９０】
本実施形態においては、１次導体１１０を流れる電流により発生する磁界によって磁気飽和した平板部から漏れ出た磁界が磁気センサに及ぶことにより、磁気センサの出力電圧が１次導体１１０を流れる電流の値に比例した仮想出力電圧に近づくように補正している。
【００９１】
具体的には、１次導体１１０を流れる電流により発生する磁界によって磁気飽和した第１磁性体部材１７１の第１平板部１７１ａから漏れ出た磁界が第１磁気センサ１２０ａに及ぶことにより、第１磁気センサ１２０ａの出力電圧が１次導体１１０を流れる電流の値に比例した仮想出力電圧に近づくように補正している。
【００９２】
同様に、１次導体１１０を流れる電流により発生する磁界によって磁気飽和した第１磁性体部材１７２の第１平板部１７２ａから漏れ出た磁界が第２磁気センサ１２０ｂに及ぶことにより、第２磁気センサ１２０ｂの出力電圧が１次導体１１０を流れる電流の値に比例した仮想出力電圧に近づくように補正している。
【００９３】
上記のように、電流センサ１００の入力電流の測定可能範囲内において磁気センサの出力電圧を仮想出力電圧に近づけるように補正することにより、電流センサ１００の出力の誤差率を低減しつつ入力電流の測定可能範囲を広げることが可能である。たとえば、電流センサ１００の出力の誤差率を±１．０％以内に低減しつつ入力電流の測定可能範囲を±８００Ａまで広げることができる。
【００９４】
磁気センサの出力特性と、磁性体部の磁化特性との好適な組み合わせを実現するために、磁気センサの出力特性に合わせて磁性体部の磁化特性が適宜設定される。磁性体部の磁化特性を決定するファクタとして、磁性体部を構成する材料の飽和磁束密度、透磁率、および磁性体部の形状がある。磁性体部の形状のファクタとして、磁性体部材の厚さ、幅および長さ、並びに、空隙の大きさおよび位置などがある。
【００９５】
第１磁性体部１７０に空隙１７３が設けられることにより、１次導体１１０を流れる電流により発生する磁界によって第１磁性体部１７０内を周回する磁束に対する磁気抵抗が増加する。その結果、第１磁性体部材１７１，１７２が１次導体１１０を流れる電流により発生する磁界によって磁気飽和するときの入力電流の絶対値を、空隙１７３が設けられていない場合に比較して大きくすることができる。
【００９６】
これらのファクタを適宜設定することにより、磁気センサの低出力領域Ｔ1と第１磁性体部１７０の磁気飽和領域Ｔ2とが重なる範囲を調整して、電流センサ１００の出力を好適に補正することが可能となる。その結果、感度を維持しつつ測定範囲の広い電流センサ１００を得ることができる。
【００９７】
以下、本実施形態に係る電流センサ１００が備える演算回路について説明する。図９に示すように、第１磁気センサ１２０ａに作用するＸ軸方向の磁束の向きと、第２磁気センサ１２０ｂに作用するＸ軸方向磁束の向きとが反対であるため、１次導体１１０を流れる電流により発生する磁界の強さについて、第１磁気センサ１２０ａの検出値の位相と、第２磁気センサ１２０ｂの検出値の位相とは、逆相である。
【００９８】
よって、第１磁気センサ１２０ａの検出した磁界の強さを正の値とすると、第２磁気センサ１２０ｂの検出した磁界の強さは負の値となる。第１磁気センサ１２０ａの検出値と第２磁気センサ１２０ｂの検出値とは、算出部１９０に送信される。
【００９９】
算出部１９０は、第１磁気センサ１２０ａの検出値から第２磁気センサ１２０ｂの検出値を減算する。その結果、第１磁気センサ１２０ａの検出値の絶対値と、第２磁気センサ１２０ｂの検出値の絶対値とが加算される。この加算結果から、１次導体１１０を流れた電流の値が算出される。
【０１００】
本実施形態に係る電流センサ１００においては、第１磁気センサ１２０ａと第２磁気センサ１２０ｂとの間に、１次導体１１０、第１プリント基板１３０ａ、および第２プリント基板１３０ｂが位置しているため、外部磁界源は、物理的に第１磁気センサ１２０ａと第２磁気センサ１２０ｂとの間に位置することができない。
【０１０１】
そのため、外部磁界源から第１磁気センサ１２０ａに印加される磁界のうちの検出軸の方向における磁界成分の向きと、外部磁界源から第２磁気センサ１２０ｂに印加される磁界のうちの検出軸の方向における磁界成分の向きとは、同じ向きとなる。よって、第１磁気センサ１２０ａの検出した外部磁界の強さを正の値とすると、第２磁気センサ１２０ｂの検出した外部磁界の強さも正の値となる。
【０１０２】
その結果、算出部１９０が第１磁気センサ１２０ａの検出値から第２磁気センサ１２０ｂの検出値を減算することにより、第１磁気センサ１２０ａの検出値の絶対値と、第２磁気センサ１２０ｂの検出値の絶対値とが減算される。これにより、外部磁界源からの磁界は、ほとんど検出されなくなる。すなわち、外部磁界の影響が低減される。
【０１０３】
本実施形態の変形例として、第１磁気センサ１２０ａおよび第２磁気センサ１２０ｂにおいて、検出値が正となる検出軸の方向を互いに反対方向(１８０°反対)にしてもよい。この場合、第１磁気センサ１２０ａの検出する外部磁界の強さを正の値とすると、第２磁気センサ１２０ｂの検出する外部磁界の強さは負の値となる。
【０１０４】
一方、１次導体１１０を流れる電流により発生する磁界の強さについて、第１磁気センサ１２０ａの検出値の位相と、第２磁気センサ１２０ｂの検出値の位相とは同相となる。
【０１０５】
本変形例においては、算出部１９０として差動増幅器に代えて加算器または加算増幅器を用いる。外部磁界の強さについては、第１磁気センサ１２０ａの検出値と第２磁気センサ１２０ｂの検出値とを加算器または加算増幅器によって加算することにより、第１磁気センサ１２０ａの検出値の絶対値と、第２磁気センサ１２０ｂの検出値の絶対値とが減算される。これにより、外部磁界源からの磁界は、ほとんど検出されなくなる。すなわち、外部磁界の影響が低減される。
【０１０６】
一方、１次導体１１０を流れる電流により発生する磁界の強さについては、第１磁気センサ１２０ａの検出値と第２磁気センサ１２０ｂの検出値とを加算器または加算増幅器によって加算することにより、第１磁気センサ１２０ａの検出値の絶対値と、第２磁気センサ１２０ｂの検出値の絶対値とが加算される。この加算結果から、１次導体１１０を流れた電流の値が算出される。
【０１０７】
このように、第１磁気センサ１２０ａと第２磁気センサ１２０ｂとの入出力特性を互いに逆の極性にしつつ、差動増幅器に代えて加算器または加算増幅器を算出部として用いてもよい。
【０１０８】
本実施形態に係る電流センサ１００においては、上記のように、第１磁性体部材１７１，１７２の各々はＰＣパーマロイで構成され、第２磁性体部材はＰＣパーマロイで構成されている。図１７は、磁性材料の比透磁率と磁界の強さとの関係を示すグラフである。図１７においては、縦軸に磁性材料の比透磁率、横軸に磁界の強さを示している。磁性材料の磁気シールドとしての効果は、磁性材料の透磁率が高いほど大きくなる。図１７に示すように、磁界の強さが１．０(Ｏｅ)程度であるとき、ＰＣパーマロイは、軟鉄鋼および電磁鋼と同程度の比透磁率まで低下する。よって、上記の算出部１９０によって外部磁界源からの磁界をほとんど検出されなくすることにより、外部磁界の強さに関わらず外部磁界の影響を低減することができる。
【０１０９】
図１，３に示すように、本実施形態に係る電流センサ１００においては、第１磁気センサ１２０ａおよび第２磁気センサ１２０ｂの各々は、第１磁性体部１７０および第２磁性体部１８０によって周りを２重に囲まれているため、第１磁気センサ１２０ａおよび第２磁気センサ１２０ｂの各々に誤差要因である外部磁界が到達することを確実に抑制できる。その結果、第１磁気センサ１２０ａおよび第２磁気センサ１２０ｂの各々が、不要な外部磁界を検知しないようにすることができる。すなわち、第１磁性体部１７０および第２磁性体部１８０の各々が、磁気シールドとして機能する。
【０１１０】
本実施形態に係る電流センサ１００においては、第２磁性体部１８０が全周に亘って繋がった筒形状を有していることにより、第２磁性体部１８０の周方向に外部磁界の侵入路となる空隙が存在しない。そのため、第１磁気センサ１２０ａおよび第２磁気センサ１２０ｂの各々に誤差要因である外部磁界が到達することをより確実に抑制できる。
【０１１１】
また、本実施形態に係る電流センサ１００においては、第１磁気センサ１２０ａおよび第２磁気センサ１２０ｂの各々をロバスト領域内に位置させることにより、電流センサ１００の組み立てに高い精度が要求されないため、電流センサ１００を容易に製造可能である。
【０１１２】
以下、本発明の実施形態２に係る電流センサについて説明する。なお、実施形態２に係る電流センサ２００は、第２磁性体部に空隙が設けられている点のみ実施形態１に係る電流センサと異なるため、他の構成については説明を繰り返さない。
【０１１３】
(実施形態２)
図１８は、本発明の実施形態２に係る電流センサの構成を示す断面図である。図１８においては、図３と同様の方向から電流センサを見た断面視にて図示している。
【０１１４】
図１８に示すように、本発明の実施形態２に係る電流センサ２００は、第２磁性体部２８０は、空隙２７３が設けられており、空隙２７３により周方向において不連続となった筒形状を有する。本実施形態においては、第２磁性体部２８０は、２つの第２磁性体部材２８１，２８２から構成されている。２つの第２磁性体部材２８１，２８２は、１次導体１１０を流れる電流が流れる方向(Ｙ軸方向)から見て、互いの端部同士の間に空隙２７３が設けられた矩形形状を成し、２つの第１磁性体部材１７１，１７２に対して間隔を置いて周りを囲んでいる。
【０１１５】
図１８に示すように、１次導体１１０を電流が流れる方向(Ｙ軸方向)から見て、第２磁性体部材２８１，２８２は、それぞれＬ字形状を有する。第２磁性体部２８０の空隙２７３は、第１磁性体部材１７１，１７２の各々の角部１７１ｒ，１７２ｒの外側に位置している。
【０１１６】
第２磁性体部材２８１，２８２の各々は、第３平板部と、第３平板部に直交している第４平板部とを有している。第２磁性体部材２８１，２８２の各々の第３平板部と１次導体１１０とは、互いに平行に位置している。第２磁性体部材２８１の第３平板部と、第１磁性体部材１７２の第１平板部とは、互いに間隔を置いて平行に位置している。第２磁性体部材２８２の第３平板部と、第１磁性体部材１７１の第１平板部とは、互いに間隔を置いて平行に位置している。
【０１１７】
第２磁性体部材２８１の第４平板部と、第１磁性体部材１７１の第２平板部とは、互いに間隔を置いて平行に位置している。第２磁性体部材２８２の第４平板部と、第１磁性体部材１７２の第２平板部とは、互いに間隔を置いて平行に位置している。
【０１１８】
２つの空隙２７３の各々は、１次導体１１０を電流が流れる方向(Ｙ軸方向)において、第２磁性体部２８０の一端から他端まで延在している。２つの空隙２７３の各々は、１次導体１１０を流れる電流が流れる方向(Ｙ軸方向)から見て、第２磁性体部材２８１，２８２が成す矩形形状の対角に位置している。１次導体１１０を流れる電流が流れる方向(Ｙ軸方向)から見て、第２磁性体部材２８１，２８２が成す矩形形状の中心位置と、１次導体１１０の貫通孔１１０ｈの位置とは重なっている。
【０１１９】
第２磁性体部材２８１，２８２の各々は、ＰＣパーマロイで構成されているが、第２磁性体部材２８１，２８２の各々の材料はＰＣパーマロイに限られず、軟鉄鋼、ケイ素鋼、電磁鋼、ＰＢパーマロイ、ニッケル合金、鉄合金またはフェライトなどの、透磁率および飽和磁束密度の高い磁性体材料が好ましい。
【０１２０】
本実施形態においては、薄板をプレス加工することにより第２磁性体部材２８１，２８２の各々が形成されている。ただし、第２磁性体部材２８１，２８２の各々の形成方法はこれに限られず、切削、鍛造または鋳造などの方法によって第２磁性体部材２８１，２８２の各々が形成されてもよい。
【０１２１】
図１８に示すように、本実施形態に係る電流センサ２００においては、第１磁気センサ１２０ａおよび第２磁気センサ１２０ｂの各々は、第１磁性体部１７０および第２磁性体部２８０によって周りを２重に囲まれているため、第１磁気センサ１２０ａおよび第２磁気センサ１２０ｂの各々に誤差要因である外部磁界が到達することを抑制できる。その結果、第１磁気センサ１２０ａおよび第２磁気センサ１２０ｂの各々が、不要な外部磁界を検知しないようにすることができる。すなわち、第１磁性体部１７０および第２磁性体部２８０の各々が、磁気シールドとして機能する。
【０１２２】
また、第２磁性体部２８０の空隙２７３が、第１磁性体部材１７１，１７２の各々の角部１７１ｒ，１７２ｒの外側に位置していることにより、第１磁気センサ１２０ａおよび第２磁気センサ１２０ｂの周りを、第１磁性体部１７０および第２磁性体部２８０によって略完全に囲むことができる。そのため、第１磁気センサ１２０ａおよび第２磁気センサ１２０ｂの各々に誤差要因である外部磁界が到達することを確実に抑制できる。
【０１２３】
本実施形態に係る電流センサ２００においては、第２磁性体部２８０に空隙２７３が設けられることにより、１次導体１１０を流れる電流により発生する磁界または外部磁界によって第２磁性体部２８０内を周回する磁束に対する磁気抵抗が増加する。その結果、第２磁性体部材２８１，２８２が、１次導体１１０を流れる電流により発生する磁界または外部磁界によって磁気飽和することを抑制できる。これにより、第２磁性体部２８０の磁気シールドとしての機能を維持できるため、外部磁界が第１磁気センサ１２０ａおよび第２磁気センサ１２０ｂの各々に到達することを抑制できる。
【０１２４】
本実施形態に係る電流センサ２００においても、電流センサ２００の出力の誤差率を低減しつつ入力電流の測定可能範囲を広げることができる。すなわち、感度を維持しつつ測定範囲の広い電流センサ２００を得ることができる。
【０１２５】
以下、本発明の実施形態３に係る電流センサについて説明する。なお、実施形態３に係る電流センサ３００は、１つのプリント基板に２つの磁気センサが実装されている点のみ実施形態２に係る電流センサと異なるため、他の構成については説明を繰り返さない。
【０１２６】
(実施形態３)
図１９は、本発明の実施形態３に係る電流センサの構成を示す断面図である。図１９においては、図３と同様の方向から電流センサを見た断面視にて図示している。図１９に示すように、本発明の実施形態３に係る電流センサ３００においては、プリント基板３３０ｃは、貫通孔３３０ｈに１次導体１１０を挿入された状態で保持される。すなわち、プリント基板３３０ｃは、１次導体１１０に垂直に位置している。
【０１２７】
第１磁気センサ１２０ａおよび第２磁気センサ１２０ｂは、差動増幅器および受動素子と共にプリント基板３３０ｃに実装されている。なお、図１９においては、差動増幅器および受動素子は図示していない。差動増幅器および受動素子は、第１磁気センサ１２０ａおよび第２磁気センサ１２０ｂが実装されているプリント基板３３０ｃとは異なるプリント基板に、実装されていてもよい。
【０１２８】
第１磁気センサ１２０ａおよび第２磁気センサ１２０ｂは、貫通孔３３０ｈを挟んで互いに反対側に位置している。第１磁気センサ１２０ａおよび第２磁気センサ１２０ｂの各々は、貫通孔３３０ｈに対して間隔を置いて位置している。プリント基板３３０ｃの貫通孔３３０ｈに１次導体１１０が挿入された状態において、第１磁気センサ１２０ａは貫通孔３３０ｈの直上に位置し、第２磁気センサ１２０ｂは貫通孔３３０ｈの直下に位置している。すなわち、第１磁気センサ１２０ａと第２磁気センサ１２０ｂとは、１次導体１１０を挟んで互いに反対側に位置している。
【０１２９】
本実施形態に係る電流センサ３００においては、第１磁気センサ１２０ａおよび第２磁気センサ１２０ｂの各々は、ロバスト領域内に位置している。すなわち、第１磁気センサ１２０ａおよび第２磁気センサ１２０ｂがロバスト領域内に位置するように、第１磁気センサ１２０ａおよび第２磁気センサ１２０ｂの各々と貫通孔３３０ｈとの間隔を適宜設定している。
【０１３０】
第１磁気センサ１２０ａおよび第２磁気センサ１２０ｂの各々の検出軸の方向(感磁方向)は、１次導体１１０の幅方向(Ｘ軸方向)である。本実施形態に係る電流センサ３００においても、第１磁気センサ１２０ａおよび第２磁気センサ１２０ｂの各々に作用するＸ軸方向、Ｙ軸方向およびＺ軸方向の磁束密度を低減することができるため、第１磁気センサ１２０ａおよび第２磁気センサ１２０ｂに加わる磁界の強度にばらつきが生ずることを抑制できる。その結果、電流センサ３００によって被測定電流の大きさを安定して測定することができる。
【０１３１】
本実施形態に係る電流センサ３００においても、電流センサ３００の出力の誤差率を低減しつつ入力電流の測定可能範囲を広げることができる。すなわち、感度を維持しつつ測定範囲の広い電流センサ３００を得ることができる。
【０１３２】
以下、本発明の実施形態４に係る電流センサについて説明する。なお、実施形態４に係る電流センサ４００は、プリント基板および磁性体部材が１次導体に対して付け外し可能に構成されている点のみ実施形態３に係る電流センサと異なるため、他の構成については説明を繰り返さない。
【０１３３】
(実施形態４)
図２０は、本発明の実施形態４に係る電流センサにおいて、プリント基板および磁性体部材を１次導体に対して取り付けた状態を示す断面図である。図２１は、本発明の実施形態４に係る電流センサにおいて、プリント基板および磁性体部材を１次導体に対して取り付ける前の状態を示す断面図である。図２０，２１においては、図３と同様の方向から電流センサを見た断面視にて図示している。
【０１３４】
図２０，２１に示すように、本発明の実施形態４に係る電流センサ４００においては、第１磁性体部材１７１、第２磁性体部材２８１、および、プリント基板４３０ｃが、樹脂または接着剤などからなる第１接合部材４９１により互いに接合されて一体になっている。第１磁性体部材１７２および第２磁性体部材２８２が、樹脂または接着剤などからなる第２接合部材４９２により互いに接合されて一体になっている。
【０１３５】
具体的には、プリント基板４３０ｃの周面と第１磁性体部材１７１の内面とが、第１接合部材４９１により互いに接合されている。互いに対向している、第１磁性体部材１７１の第２平板部の外面と第２磁性体部材２８１の第４平板部の内面とが、第１接合部材４９１により互いに接合されている。互いに対向している、第１磁性体部材１７２の第２平板部の外面と第２磁性体部材２８２の第４平板部の内面とが、第２接合部材４９２により互いに接合されている。第１接合部材４９１および第２接合部材４９２の各々が樹脂で構成されている場合には、熱溶着により上記の部材同士が接合される。
【０１３６】
プリント基板４３０ｃの周面のうち、第１磁性体部材１７１および第２磁性体部材２８１に囲まれていない端面側から、反対側の端面に向けて貫通溝４３０ｈが設けられている。プリント基板４３０ｃと第２磁性体部材２８１の第３平板部との間には、第１磁性体部材１７２の第１平板部が挿入可能な隙間が設けられている。
【０１３７】
プリント基板４３０ｃ、第１磁性体部材１７１，１７２および第２磁性体部材２８１，２８２を１次導体１１０に対して取り付ける際には、プリント基板４３０ｃの貫通溝４３０ｈに１次導体１１０が挿入されるように、矢印４１で示す方向にプリント基板４３０ｃ、第１磁性体部材１７１および第２磁性体部材２８１を１次導体１１０に対して接近させる。また、プリント基板４３０ｃと第２磁性体部材２８１の第３平板部との間の隙間に第１磁性体部材１７２の第１平板部が挿入されるように、矢印４２で示す方向に第１磁性体部材１７２および第２磁性体部材２８２を１次導体１１０に対して接近させる。
【０１３８】
図２０に示すように、プリント基板４３０ｃおよび磁性体部材を１次導体１１０に対して取り付けた状態においては、プリント基板４３０ｃは、貫通溝４３０ｈに１次導体１１０を挿入された状態で保持される。すなわち、プリント基板４３０ｃは、１次導体１１０に垂直に位置している。
【０１３９】
本実施形態においては、２つの空隙１７３および２つの空隙２７３の各々は、第１接合部材４９１および第２接合部材４９２の少なくとも一方によって埋められている。本実施形態に係る電流センサ４００においては、プリント基板４３０ｃおよび磁性体部材が１次導体１１０に対して付け外し可能に構成されているため、電流センサ４００の組み立ておよび分解が容易である。
【０１４０】
また、第２磁性体部２８０の空隙２７３が、第１磁性体部材１７１，１７２の各々の角部１７１ｒ，１７２ｒの外側に位置していることにより、第１磁気センサ１２０ａおよび第２磁気センサ１２０ｂの周りを、第１磁性体部１７０および第２磁性体部２８０によって略完全に囲むことができる。そのため、第１磁気センサ１２０ａおよび第２磁気センサ１２０ｂの各々に誤差要因である外部磁界が到達することを確実に抑制できる。
【０１４１】
本実施形態に係る電流センサ４００においても、電流センサ４００の出力の誤差率を低減しつつ入力電流の測定可能範囲を広げることができる。すなわち、感度を維持しつつ測定範囲の広い電流センサ４００を得ることができる。
【０１４２】
以下、本発明の実施形態５に係る電流センサについて説明する。なお、実施形態５に係る電流センサ５００は、第１磁性体部の構成および磁気センサが１つのみ配置されている点が実施形態１に係る電流センサと主に異なるため、他の構成については説明を繰り返さない。
【０１４３】
(実施形態５)
図２２は、本発明の実施形態５に係る電流センサの構成を示す断面図である。図２２においては、図３と同様の方向から電流センサを見た断面視にて図示している。また、図２２においては、回路基板のうちの第１磁気センサ１２０ａのみを図示している。
【０１４４】
図２２に示すように、本発明の実施形態５に係る電流センサ５００は、磁気センサとして１つの第１磁気センサ１２０ａのみを備えている。第１磁気センサ１２０ａは、１次導体１１０の直上に位置している。なお、本実施形態においては、１次導体１１０に貫通部は設けられていない。
【０１４５】
また、電流センサ５００は、第１磁性体部５７０として、平板形状を有する１つの第１磁性体部材のみを備えている。第１磁性体部５７０は、１次導体１１０と第１磁気センサ１２０ａとの間において、それぞれに対して間隔を置いて位置している。第１磁性体部５７０と１次導体１１０とは、互いに平行に位置している。
【０１４６】
本実施形態に係る電流センサ５００においても、低出力領域Ｔ1内の状態にある第１磁気センサ１２０ａに、磁気飽和領域Ｔ2内の状態にある第１磁性体部５７０から漏れ出た磁界が及ぶことにより測定電圧値が高くなるように、第１磁気センサ１２０ａの出力を補正することができる。
【０１４７】
よって、電流センサ５００の出力の誤差率を低減しつつ入力電流の測定可能範囲を広げることができる。すなわち、感度を維持しつつ測定範囲の広い電流センサ５００を得ることができる。
【０１４８】
なお、第１磁性体部５７０の位置は上記に限られない。以下、本実施形態に係る電流センサ５００の第１変形例について説明する。
【０１４９】
図２３は、本発明の実施形態５の第１変形例に係る電流センサの構成を示す断面図である。図２３においては、図３と同様の方向から電流センサを見た断面視にて図示している。
【０１５０】
図２３に示すように、本発明の実施形態５の第１変形例に係る電流センサ５００ａにおいては、第１磁性体部５７０が、第１磁気センサ１２０ａと第２磁性体部１８０との間において、それぞれに対して間隔を置いて位置している。
【０１５１】
本変形例に係る電流センサ５００ａにおいても、低出力領域Ｔ1内の状態にある第１磁気センサ１２０ａに、磁気飽和領域Ｔ2内の状態にある第１磁性体部５７０から漏れ出た磁界が及ぶことにより測定電圧値が高くなるように、第１磁気センサ１２０ａの出力を補正することができる。
【０１５２】
さらに、第１磁性体部５７０は、平板形状を有する２つの第１磁性体部材から構成されていてもよい。以下、本実施形態に係る電流センサ５００の第２変形例について説明する。
【０１５３】
図２４は、本発明の実施形態５の第２変形例に係る電流センサの構成を示す断面図である。図２４においては、図３と同様の方向から電流センサを見た断面視にて図示している。
【０１５４】
図２４に示すように、本発明の実施形態５の第２変形例に係る電流センサ５００ｂにおいては、第１磁性体部５７０は、平板形状を有する２つの第１磁性体部材から構成されている。
【０１５５】
２つの第１磁性体部材の一方は、１次導体１１０と第１磁気センサ１２０ａとの間において、それぞれに対して間隔を置いて位置している。２つの第１磁性体部材の他方は、第１磁気センサ１２０ａと第２磁性体部１８０との間において、それぞれに対して間隔を置いて位置している。すなわち、第１磁気センサ１２０ａは、２つの第１磁性体部材の間に位置している。
【０１５６】
本変形例に係る電流センサ５００ｂにおいても、低出力領域Ｔ1内の状態にある第１磁気センサ１２０ａに、磁気飽和領域Ｔ2内の状態にある第１磁性体部５７０から漏れ出た磁界が及ぶことにより測定電圧値が高くなるように、第１磁気センサ１２０ａの出力を補正することができる。
【０１５７】
また、第１磁性体部材と１次導体１１０とが互いに垂直に位置していてもよい。以下、本実施形態に係る電流センサ５００の第３変形例について説明する。
【０１５８】
図２５は、本発明の実施形態５の第３変形例に係る電流センサの構成を示す断面図である。図２５においては、図３と同様の方向から電流センサを見た断面視にて図示している。
【０１５９】
図２５に示すように、本発明の実施形態５の第３変形例に係る電流センサ５００ｃにおいては、第１磁性体部５７０が、１次導体１１０と第２磁性体部１８０との間において、それぞれに対して間隔を置いて位置している。
【０１６０】
第１磁性体部５７０は、平板形状を有する１つの第１磁性体部材で構成されている。第１磁性体部５７０と１次導体１１０とは、互いに垂直に位置している。第１磁性体部５７０は、第１磁気センサ１２０ａの検出軸の方向(感磁方向)に沿って延在し、第１磁気センサ１２０ａに間隔を置いて第１磁気センサ１２０ａと対向している。
【０１６１】
本変形例に係る電流センサ５００ｃにおいても、低出力領域Ｔ1内の状態にある第１磁気センサ１２０ａに、磁気飽和領域Ｔ2内の状態にある第１磁性体部５７０から漏れ出た磁界が及ぶことにより測定電圧値が高くなるように、第１磁気センサ１２０ａの出力を補正することができる。
【０１６２】
さらに、第１磁性体部を１次導体１１０が貫通していてもよい。以下、本実施形態に係る電流センサ５００の第４変形例について説明する。
【０１６３】
図２６は、本発明の実施形態５の第４変形例に係る電流センサの構成を示す断面図である。図２６においては、図３と同様の方向から電流センサを見た断面視にて図示している。
【０１６４】
図２６に示すように、本発明の実施形態５の第４変形例に係る電流センサ５００ｄにおいては、第１磁性体部５７０を構成する第１磁性体部材に貫通孔５７０ｈが設けられている。第１磁性体部材の貫通孔５７０ｈに１次導体１１０が挿入されている。第１磁性体部材と１次導体１１０とは、互いに接触していない。第１磁性体部材の外縁は、第２磁性体部材の内縁と僅かに間隔を置いて互いに対向している。第１磁性体部５７０は、第１磁気センサ１２０ａの検出軸の方向(感磁方向)に沿って延在し、第１磁気センサ１２０ａに間隔を置いて第１磁気センサ１２０ａと対向している。
【０１６５】
本変形例に係る電流センサ５００ｄにおいても、低出力領域Ｔ1内の状態にある第１磁気センサ１２０ａに、磁気飽和領域Ｔ2内の状態にある第１磁性体部５７０から漏れ出た磁界が及ぶことにより測定電圧値が高くなるように、第１磁気センサ１２０ａの出力を補正することができる。
【０１６６】
また、第１磁性体部５７０および第２磁性体部５８０によって、第１磁気センサ１２０ａの周りを囲んでいるため、第１磁気センサ１２０ａに誤差要因である外部磁界が到達することを抑制できる。
【０１６７】
以下、本発明の実施形態６に係る電流センサについて説明する。なお、実施形態６に係る電流センサ６００は、第２磁性体部が配置されていない点および磁気センサが１つのみ配置されている点が実施形態１に係る電流センサと主に異なるため、他の構成については説明を繰り返さない。
【０１６８】
(実施形態６)
図２７は、本発明の実施形態６に係る電流センサの構成を示す断面図である。図２７においては、図３と同様の方向から電流センサを見た断面視にて図示している。また、図２７においては、回路基板のうちの第１磁気センサ１２０ａのみを図示している。
【０１６９】
図２７に示すように、本発明の実施形態６に係る電流センサ６００は、磁気センサとして１つの第１磁気センサ１２０ａのみを備えている。第１磁気センサ１２０ａは、１次導体１１０の直上に位置している。なお、本実施形態においては、１次導体１１０に貫通部は設けられていない。電流センサ６００は、第２磁性体部を備えていない。
【０１７０】
本実施形態に係る電流センサ６００においても、低出力領域Ｔ1内の状態にある第１磁気センサ１２０ａに、磁気飽和領域Ｔ2内の状態にある第１磁性体部１７０から漏れ出た磁界が及ぶことにより測定電圧値が高くなるように、第１磁気センサ１２０ａの出力を補正することができる。
【０１７１】
具体的には、１次導体１１０を流れる電流により発生する磁界によって磁気飽和した第１磁性体部材１７１の第１平板部１７１ａから漏れ出た磁界が第１磁気センサ１２０ａに及ぶことにより、第１磁気センサ１２０ａの出力電圧が１次導体１１０を流れる電流の値に比例した仮想出力電圧に近づくように補正している。
【０１７２】
よって、電流センサ６００の出力の誤差率を低減しつつ入力電流の測定可能範囲を広げることができる。すなわち、感度を維持しつつ測定範囲の広い電流センサ６００を得ることができる。
【０１７３】
なお、第１磁性体部１７０における空隙１７３の位置は、図２７に示すように第１磁性体部材１７１，１７２が成す矩形形状の対角の位置に限られない。以下、本実施形態に係る電流センサ６００の第１変形例について説明する。
【０１７４】
図２８は、本発明の実施形態６の第１変形例に係る電流センサの構成を示す断面図である。図２８においては、図３と同様の方向から電流センサを見た断面視にて図示している。
【０１７５】
図２８に示すように、本発明の実施形態６の第１変形例に係る電流センサ６００ａは、１次導体１１０および１つの磁気センサの周りを囲む第１磁性体部１７０ｘを備える。第１磁性体部１７０ｘは、２つの第１磁性体部材１７１ｘ，１７２ｘから構成されている。２つの第１磁性体部材１７１ｘ，１７２ｘは、１次導体１１０を流れる電流が流れる方向(Ｙ軸方向)から見て、互いの端部同士の間に空隙１７３ｘが設けられた矩形形状を成し、１次導体１１０および磁気センサの周りを囲んでいる。
【０１７６】
図２８に示すように、１次導体１１０を電流が流れる方向(Ｙ軸方向)から見て、２つの第１磁性体部材１７１ｘ，１７２ｘは、それぞれＪ字形状を有する。２つの第１磁性体部材１７１ｘ，１７２ｘの各々は、第１平板部１７１ｘａ，１７２ｘａと、第１平板部１７１ｘａ，１７２ｘａに直交している第２平板部と、第２平板部に直交して第１平板部１７１ｘａ，１７２ｘａに対向している第５平板部とを有している。２つの第１磁性体部材１７１ｘ，１７２ｘの各々の第１平板部１７１ｘａ，１７２ｘａと１次導体１１０とは、互いに平行に位置している。
【０１７７】
２つの空隙１７３ｘの各々は、１次導体１１０を電流が流れる方向(Ｙ軸方向)において、第１磁性体部１７０ｘの一端から他端まで延在している。２つの空隙１７３ｘの各々は、１次導体１１０を流れる電流が流れる方向(Ｙ軸方向)から見て、第１磁性体部材１７１ｘ，１７２ｘが成す矩形形状の対角の近傍に位置し、第１平板部１７１ｘａ，１７２ｘａと第５平板部との間にそれぞれ位置している。
【０１７８】
本変形例に係る電流センサ６００ａにおいても、低出力領域Ｔ1内の状態にある第１磁気センサ１２０ａに、磁気飽和領域Ｔ2内の状態にある第１磁性体部１７０ｘから漏れ出た磁界が及ぶことにより測定電圧値が高くなるように、第１磁気センサ１２０ａの出力を補正することができる。
【０１７９】
具体的には、１次導体１１０を流れる電流により発生する磁界によって磁気飽和した第１磁性体部材１７１ｘの第１平板部１７１ｘａから漏れ出た磁界が第１磁気センサ１２０ａに及ぶことにより、第１磁気センサ１２０ａの出力電圧が１次導体１１０を流れる電流の値に比例した仮想出力電圧に近づくように補正している。
【０１８０】
さらに、第１磁性体部に設けられる空隙の数は２つに限られない。以下、本実施形態に係る電流センサ６００の第２変形例について説明する。
【０１８１】
図２９は、本発明の実施形態６の第２変形例に係る電流センサの構成を示す断面図である。図２９においては、図３と同様の方向から電流センサを見た断面視にて図示している。
【０１８２】
図２９に示すように、本発明の実施形態６の第２変形例に係る電流センサ６００ｂは、１次導体１１０および１つの磁気センサの周りを囲む第１磁性体部１７０ｙを備える。第１磁性体部１７０ｙは、１つの第１磁性体部材から構成されている。第１磁性体部材は、１次導体１１０を流れる電流が流れる方向(Ｙ軸方向)から見て、端部同士の間に１つの空隙１７３ｙが設けられた矩形形状を成し、１次導体１１０および磁気センサの周りを囲んでいる。
【０１８３】
図２９に示すように、１次導体１１０を電流が流れる方向(Ｙ軸方向)から見て、第１磁性体部材はＣ字形状を有する。第１磁性体部材は、第１平板部１７１ｙａと、第１平板部１７１ｙａに直交している第２平板部と、第２平板部に直交して第１平板部１７１ｙａに対向している第５平板部と、第５平板部に直交して第２平板部に対向している第６平板部と、第６平板部に直交して第５平板部に対向している第７平板部とを有している。第１磁性体部材の第１平板部１７１ｙａと１次導体１１０とは、互いに平行に位置している。
【０１８４】
空隙１７３ｙは、１次導体１１０を電流が流れる方向(Ｙ軸方向)において、第１磁性体部１７０ｙの一端から他端まで延在している。空隙１７３ｙは、１次導体１１０を流れる電流が流れる方向(Ｙ軸方向)から見て、第１磁性体部材が成す矩形形状の対角の近傍に位置し、第１平板部１７１ｙａと第７平板部との間に位置している。
【０１８５】
本変形例に係る電流センサ６００ｂにおいても、低出力領域Ｔ1内の状態にある第１磁気センサ１２０ａに、磁気飽和領域Ｔ2内の状態にある第１磁性体部１７０ｙから漏れ出た磁界が及ぶことにより測定電圧値が高くなるように、第１磁気センサ１２０ａの出力を補正することができる。
【０１８６】
具体的には、１次導体１１０を流れる電流により発生する磁界によって磁気飽和した第１磁性体部材の第１平板部１７１ｙａから漏れ出た磁界が第１磁気センサ１２０ａに及ぶことにより、第１磁気センサ１２０ａの出力電圧が１次導体１１０を流れる電流の値に比例した仮想出力電圧に近づくように補正している。
【０１８７】
以下、本発明の実施形態７に係る電流センサについて説明する。なお、実施形態７に係る電流センサ７００は、第１磁性体部の構成、第２磁性体部の構成および磁気センサが１つのみ配置されている点が実施形態１に係る電流センサと主に異なるため、他の構成については説明を繰り返さない。
【０１８８】
(実施形態７)
図３０は、本発明の実施形態７に係る電流センサの構成を示す断面図である。図３０においては、図３と同様の方向から電流センサを見た断面視にて図示している。また、図３０においては、回路基板のうちの第１磁気センサ１２０ａのみを図示している。
【０１８９】
図３０に示すように、本発明の実施形態７に係る電流センサ７００は、磁気センサとして１つの第１磁気センサ１２０ａのみを備えている。第１磁気センサ１２０ａは、１次導体１１０の上方に位置している。なお、本実施形態においては、１次導体１１０に貫通部は設けられていない。
【０１９０】
また、電流センサ７００は、１次導体１１０および第１磁気センサ１２０ａの周りを囲む磁性体部を備えている。磁性体部は、平板部を有する第１磁性体部７７０、および、第１磁性体部７７０に離間して位置する第２磁性体部７８０を含む。第１磁性体部７７０は、１次導体１１０を流れる電流により発生する磁界に対して第２磁性体部７８０より先に磁気飽和する。
【０１９１】
第２磁性体部７８０は、１次導体１１０を電流が流れる方向(Ｙ軸方向)から見て、Ｃ字形状を有する１つの第２磁性体部材で構成されている。第２磁性体部材は、１次導体１１０を流れる電流が流れる方向(Ｙ軸方向)から見て、端部同士の間に１つの空隙７８３が設けられた矩形形状を成し、１次導体１１０の周りを囲んでいる。
【０１９２】
第１磁性体部７７０は、平板形状を有する１つの第１磁性体部材で構成されている。第１磁性体部７７０と１次導体１１０とは、互いに平行に位置している。
【０１９３】
第１磁気センサ１２０ａおよび第１磁性体部７７０の各々は、第２磁性体部７８０に対して間隔を置いて第２磁性体部７８０の空隙７８３に位置している。第１磁性体部７７０は、第１磁気センサ１２０ａの検出軸の方向(感磁方向)に沿って延在し、第１磁気センサ１２０ａに間隔を置いて第１磁気センサ１２０ａと対向している。第１磁性体部７７０は、第１磁気センサ１２０ａから見て、１次導体１１０とは反対側に位置している。
【０１９４】
本実施形態に係る電流センサ７００においても、低出力領域Ｔ1内の状態にある第１磁気センサ１２０ａに、磁気飽和領域Ｔ2内の状態にある第１磁性体部７７０から漏れ出た磁界が及ぶことにより測定電圧値が高くなるように、第１磁気センサ１２０ａの出力を補正することができる。
【０１９５】
また、第１磁性体部７７０および第２磁性体部７８０によって、第１磁気センサ１２０ａの周りを囲んでいるため、第１磁気センサ１２０ａに誤差要因である外部磁界が到達することを抑制できる。
【０１９６】
よって、電流センサ７００の出力の誤差率を低減しつつ入力電流の測定可能範囲を広げることができる。すなわち、感度を維持しつつ測定範囲の広い電流センサ７００を得ることができる。
【０１９７】
以下、本発明の実施形態８に係る電流センサについて説明する。なお、実施形態８に係る電流センサ８００は、第１磁性体部の構成が実施形態７に係る電流センサと主に異なるため、他の構成については説明を繰り返さない。
【０１９８】
(実施形態８)
図３１は、本発明の実施形態８に係る電流センサの構成を示す斜視図である。図３２は、本発明の実施形態８に係る電流センサの構成を示す平面図である。図３１，３２においては、回路基板のうちの第１磁気センサ１２０ａのみを図示している。
【０１９９】
図３１，３２に示すように、本発明の実施形態８に係る電流センサ８００においては、磁性体部は、平板部を有する第１磁性体部８７０、および、第１磁性体部８７０に離間して位置する第２磁性体部７８０を含む。第１磁性体部８７０は、１次導体１１０を流れる電流により発生する磁界に対して第２磁性体部７８０より先に磁気飽和する。
【０２００】
第１磁気センサ１２０ａおよび第１磁性体部８７０の各々は、第２磁性体部７８０に対して間隔を置いて第２磁性体部７８０の空隙７８３に位置している。第１磁性体部８７０は、互いに対向して平板形状を有する２つの第１磁性体部材で構成されている。
【０２０１】
第１磁気センサ１２０ａは、２つの第１磁性体部材の間に位置している。２つの第１磁性体部材の各々は、第１磁気センサ１２０ａの検出軸の方向(感磁方向)に沿って延在し、第１磁気センサ１２０ａに間隔を置いて第１磁気センサ１２０ａと対向している。２つの第１磁性体部材の各々と１次導体１１０とは、互いに垂直に位置している。
【０２０２】
本実施形態に係る電流センサ８００においても、低出力領域Ｔ1内の状態にある第１磁気センサ１２０ａに、磁気飽和領域Ｔ2内の状態にある第１磁性体部８７０から漏れ出た磁界が及ぶことにより測定電圧値が高くなるように、第１磁気センサ１２０ａの出力を補正することができる。
【０２０３】
また、第１磁性体部８７０および第２磁性体部７８０によって、第１磁気センサ１２０ａの周りを囲んでいるため、第１磁気センサ１２０ａに誤差要因である外部磁界が到達することを抑制できる。
【０２０４】
よって、電流センサ８００の出力の誤差率を低減しつつ入力電流の測定可能範囲を広げることができる。すなわち、感度を維持しつつ測定範囲の広い電流センサ８００を得ることができる。
【０２０５】
上記の各実施形態に係る電流センサにおける構成において、相互に組み合わせ可能な構成を適宜組み合わせた変形例は、本発明の実施形態に当然に含まれる。
【０２０６】
今回開示された実施形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【０２０７】
１  基準線、１０  電流、１００，２００，３００，４００，５００，５００ａ，５００ｂ，６００，６００ａ，６００ｂ，７００，８００  電流センサ、１１０  １次導体、１１０ｅ  磁界、１１０ｈ，３３０ｈ  貫通孔、１１０ｓ  表面、１１０ｔ  裏面、１２０ａ  第１磁気センサ、１２０ｂ  第２磁気センサ、１３０ａ  第１プリント基板、１３０ｂ  第２プリント基板、１４０ａ  第１オペアンプ、１４０ｂ  第２オペアンプ、１５０ａ  第１受動素子、１５０ｂ  第２受動素子、１６０ａ  第１回路基板、１６０ｂ  第２回路基板、１７０，１７０ｘ，１７０ｙ，５７０，７７０，８７０  第１磁性体部、１７１，１７１ｘ，１７２，１７２ｘ  第１磁性体部材、１７１ａ，１７１ｘａ，１７１ｙａ，１７２ａ，１７２ｘａ  第１平板部、１７１ｒ，１７２ｒ  角部、１７３，１７３ｘ，１７３ｙ，２７３，７８３  空隙、１８０，２８０，７８０  第２磁性体部、１９０  算出部、２８１，２８２  第２磁性体部材、３３０ｃ，４３０ｃ  プリント基板、４３０ｈ  貫通溝、４９１  第１接合部材、４９２  第２接合部材、Ｔ1  低出力領域、Ｔ2  磁気飽和領域。
【図１】
2016098511.tif 000003
【図２】
2016098511.tif 000004
【図３】
2016098511.tif 000005
【図４】
2016098511.tif 000006
【図５】
2016098511.tif 000007
【図６】
2016098511.tif 000008
【図７】
2016098511.tif 000009
【図８】
2016098511.tif 000010
【図９】
2016098511.tif 000011
【図１０】
2016098511.tif 000012
【図１１】
2016098511.tif 000013
【図１２】
2016098511.tif 000014
【図１３】
2016098511.tif 000015
【図１４】
2016098511.tif 000016
【図１５】
2016098511.tif 000017
【図１６】
2016098511.tif 000018
【図１７】
2016098511.tif 000019
【図１８】
2016098511.tif 000020
【図１９】
2016098511.tif 000021
【図２０】
2016098511.tif 000022
【図２１】
2016098511.tif 000023
【図２２】
2016098511.tif 000024
【図２３】
2016098511.tif 000025
【図２４】
2016098511.tif 000026
【図２５】
2016098511.tif 000027
【図２６】
2016098511.tif 000028
【図２７】
2016098511.tif 000029
【図２８】
2016098511.tif 000030
【図２９】
2016098511.tif 000031
【図３０】
2016098511.tif 000032
【図３１】
2016098511.tif 000033
【図３２】
2016098511.tif 000034
【国際調査報告】
2016098511.tif 000035
2016098511.tif 000036
2016098511.tif 000037
2016098511.tif 000038