(57)【要約】  電流センサ（１）は、１次導体（１０）と、磁気センサ（２０）とを含む。１次導体（１０）は、分岐部（１１）において２本の分岐線（１０Ａ，１０Ｂ）に分岐される。２本の分岐線は、互いにねじれの位置の関係（同一の平面上に存在しない関係）にある。具体的には、Ｚ方向（２本の分岐線を最短距離で結ぶ仮想線に沿う方向）から平面視した場合、２本の分岐線は、いずれも形状が略長方形状とされ、かつ延在方向が互いに所定角度θだけ傾斜してほぼ中央部分で交差するように形成される。磁気センサは、２本の分岐線の中央部分の間に挟まれる間隙に配置される。磁気センサの感度軸（Ｓ０）は、１次導体の延在方向に設定される。
2016002501.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被測定電流を検出する電流センサであって、
前記被測定電流が流れる１次導体と、
前記１次導体の周辺に生じる磁界を検出するための磁気センサとを備え、
前記１次導体は、前記被測定電流が分岐された複数の分岐電流がそれぞれ流れる複数の分岐線を含み、
前記複数の分岐線の各々は、隣接する２つの分岐電流の経路が互いにねじれの位置の関係となるように形成されたねじれ部分を有し、
前記磁気センサは、隣接する２本の分岐線の前記ねじれ部分の間に挟まれる間隙に配置され、隣接する２本の分岐線を最短距離で結ぶ仮想線に沿う方向から平面視したときに一方の分岐線の前記ねじれ部分を流れる分岐電流の向きと他方の分岐線の前記ねじれ部分を流れる分岐電流の向きとの間の向きに作用する磁界を検出する、電流センサ。
【請求項２】
前記複数の分岐線は、３つ以上の分岐線を含み、
前記磁気センサは、２つ以上の磁気センサを含み、
前記電流センサは、前記２つ以上の磁気センサの出力に基づいて前記被測定電流を算出する、請求項１に記載の電流センサ。
【請求項３】
前記電流センサは、前記１次導体および前記磁気センサを外部に対して磁気的にシールドするための部材を備える、請求項１または２に記載の電流センサ。
【請求項４】
前記複数の分岐線は、前記仮想線に沿う方向から平面視したときに略長方形状とされ、
前記ねじれ部分は、隣接する２つの分岐線の延在方向を互いにねじれの位置の関係となるように配置することによって形成される、請求項１〜３のいずれかに記載の電流センサ。
【請求項５】
前記複数の分岐線は、互いに平行に配置され、
前記ねじれ部分は、隣接する２つの分岐電流の経路が互いにねじれの位置となるように、隣接する２つの分岐線の一部を切欠くことによって形成される、請求項１〜４のいずれかに記載の電流センサ。
【請求項６】
前記磁気センサは、複数の磁気抵抗素子を用いて前記被測定電流を検出するセンサである、請求項１〜５のいずれか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、被測定電流が流れる１次導体（バスバー）と、１次導体の周辺の磁界の強さを検出する磁気センサとを備えた電流センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
特開平８−２３３８６４号公報（特許文献１）には、磁性体コアに巻かれたコイル（バスバー）と、磁性体コアの隙間（磁気ギャップ）に設けられたホール素子とを備える電流センサが開示されている。この電流センサにおいては、磁性体コアを備えるために小型化が困難であるという問題がある。この問題を解決する電流センサが、たとえば、特開平６−２９４８５４号公報（特許文献２）に開示されている。【０００３】
特許文献２に開示された電流センサは、磁気センサチップを備える。この磁気センサチップには、１次導体（バスバー）の周辺の磁界の強度を検出する４つの磁気抵抗素子を有するホイートストンブリッジ型のブリッジ回路が設けられる。この電流センサは、磁性体コアを備えていないため、小型化が可能である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平８−２３３８６４号公報
【特許文献２】特開平６−２９４８５４号公報
【特許文献３】特開２０１０−１７５４７４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献２に開示された電流センサにおいては、磁気センサチップに含まれる４つの磁気抵抗素子が検出する磁界の強さは、４つの磁気抵抗素子と１次導体との距離の２乗に反比例する。そのため、４つの磁気抵抗素子の位置に対する感度が高くなり過ぎてしまう傾向にある。その結果、１次導体に対して４つの磁気抵抗素子を予め定められた基準位置に正確に配置する必要があり、磁気センサチップの製造が難しいという問題がある。すなわち、仮に１次導体と磁気センサチップとの位置関係が少しでも変化した場合には測定結果が本来の値から大きく異なってしまうため、安定度の高い測定を行なうことができないという問題がある。【０００６】
本発明は上記の問題に鑑みてなされたものであって、その目的は、１次導体と磁気センサとを備える電流センサにおいて、１次導体と磁気センサとの位置関係の変化に対して安定度の高い計測を可能にすることである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この発明に係る電流センサは、被測定電流を検出する電流センサであって、被測定電流が流れる１次導体と、１次導体の周辺に生じる磁界を検出するための磁気センサとを備える。１次導体は、被測定電流が分岐された複数の分岐電流がそれぞれ流れる複数の分岐線を含む。複数の分岐線の各々は、隣接する２つの分岐電流の経路が互いにねじれの位置の関係となるように形成されたねじれ部分を有する。磁気センサは、隣接する２本の分岐線のねじれ部分の間に挟まれる間隙に配置され、隣接する２本の分岐線を最短距離で結ぶ仮想線に沿う方向から平面視したときに一方の分岐線のねじれ部分を流れる分岐電流の向きと他方の分岐線のねじれ部分を流れる分岐電流の向きとの間の向きに作用する磁界を検出する。【０００８】
好ましくは、複数の分岐線は、３つ以上の分岐線を含む。磁気センサは、２つ以上の磁気センサを含む。電流センサは、２つ以上の磁気センサの出力に基づいて被測定電流を算出する。【０００９】
好ましくは、電流センサは、１次導体および磁気センサを外部に対して磁気的にシールドするための部材を備える。【００１０】
好ましくは、複数の分岐線は、仮想線に沿う方向から平面視したときに略長方形状とされる。ねじれ部分は、隣接する２つの分岐線の延在方向を互いにねじれの位置の関係となるように配置することによって形成される。【００１１】
好ましくは、複数の分岐線は、互いに平行に配置される。ねじれ部分は、隣接する２つの分岐電流の経路が互いにねじれの位置となるように、隣接する２つの分岐線の一部を切欠くことによって形成される。【００１２】
好ましくは、磁気センサは、複数の磁気抵抗素子を用いて被測定電流を検出するセンサである。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、１次導体と磁気センサとを備える電流センサにおいて、１次導体と磁気センサとの位置関係の変化に対して安定度の高い計測が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】電流センサの斜視図（その１）である。
【図２】電流センサの内部構造を透視して示す三面図（その１）である。
【図３】磁気センサの周辺に発生する磁束を模式的に示す図（その１）である。
【図４】電流センサの斜視図（その２）である。
【図５】電流センサの構成例を示す図である。
【図６】磁束密度のＹ方向成分の等強度線図（その１）である。
【図７】Ｚ方向の位置と磁束密度のＹ方向成分との関係を示す図（その１）である。
【図８】磁束密度のＹ方向成分の等強度線図（その２）である。
【図９】Ｙ方向の位置と磁束密度のＹ方向成分との関係を示す図である。
【図１０】磁束密度のＹ方向成分の等強度線図（その３）である。
【図１１】Ｘ方向の位置と磁束密度のＹ方向成分との関係を示す図である。
【図１２】磁束密度のＹ方向成分の等強度線図（その４）である。
【図１３】Ｚ方向の位置と磁束密度のＹ方向成分との関係を示す図（その２）である。
【図１４】電流センサの内部構造を透視して示す三面図（その２）である。
【図１５】磁気センサの周辺に発生する磁束を模式的に示す図（その２）である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、図面を参照しつつ、実施の形態について説明する。実施の形態の説明において、個数、量などに言及する場合、特に記載ある場合を除き、必ずしもその個数、量などに限定されない。実施の形態の図面において、同一の参照符号や参照番号は、同一部分または相当部分を表わすものとする。また、実施の形態の説明において、同一の参照符号等を付した部分等に対しては、重複する説明は繰り返さない場合がある。
【００１６】
＜実施の形態１＞
図１は、本実施の形態による電流センサ１の斜視図である。図２は、電流センサ１の内部構造を透視して示す三面図である。図２（ａ）は、電流センサ１の平面図である。図２（ｂ）は、図２（ａ）のＩ−Ｉにおける電流センサ１の断面図である。図２（ｃ）は、図２（ａ）のＩＩ−ＩＩにおける電流センサ１の断面図である。
【００１７】
図１および図２を参照して、本実施の形態による電流センサ１について説明する。電流センサ１は、１次導体（バスバー）１０と、磁気センサ２０と、図示しない演算部とを含む。電流センサ１は、１次導体１０と磁気センサ２０との間で絶縁を保ちつつ、磁気センサの出力に基づいて１次導体１０を流れる１次電流ｉの値を計測する。
【００１８】
１次導体１０は、測定対象である１次電流ｉが流れる金属板である。１次導体１０の材質としては、銅、銀、アルミニウムなどを用いることができる。１次導体１０は、プレスや切削、鋳造、鍛造などの工法で製作することができる。１次導体１０の表面には、ニッケル、スズ、銅、銀などにより、めっきなどによる表面処理を施してもよい。
【００１９】
以下では、１次導体１０の主表面と平行な面をＸＹ面とし、１次電流ｉの流れる向きをＹ方向とし、ＸＹ面と垂直な方向をＺ方向とするＸＹＺ直交座標系を用いて電流センサ１の構成を説明する。
【００２０】
１次導体１０は、分岐部１１よりも上流側では１本であるが、分岐部１１において２本の分岐線１０Ａ，１０Ｂに分岐され、合流部１２において再び１本となる。２本の分岐線１０Ａ，１０Ｂは、１次電流ｉが分岐部１１において分岐線１０Ａを流れる分岐電流ｉａと分岐線１０Ｂを流れる分岐電流ｉｂとにほぼ均等に分岐されるように形成される。
【００２１】
２本の分岐線１０Ａ，１０Ｂは分岐部１１および合流部１２にて互いに接続されるが、接続の方法としては、溶接でもよいし、ボルトナットによる締結でもよい。また元々１枚の金属板からなり、これをプレスや絞り加工などで立体的に成形してもよい。削りだしや鋳造、鍛造で成形してもよい。
【００２２】
２本の分岐線１０Ａ，１０Ｂは、互いにねじれの位置の関係（同一の平面上に存在しない関係）にある。具体的には、図２（ａ）に示すように、Ｚ方向（換言すれば２本の分岐線１０Ａ，１０Ｂを最短距離で結ぶ仮想線に沿う方向）から平面視した場合、２本の分岐線１０Ａ，１０Ｂは、いずれも形状が略長方形状とされ、かつ延在方向が互いに所定角度θだけ傾斜してほぼ中央部分で交差するように形成される。これにより、Ｚ方向から平面視した場合の分岐電流ｉａ，ｉｂの経路は、各分岐線１０Ａ，１０Ｂの中央部分において所定角度θで交差する。
【００２３】
以下では、説明の便宜上、Ｚ方向から平面視した場合の分岐電流ｉａ，ｉｂの経路が交差する部分（本実施の形態においては各分岐線１０Ａ，１０Ｂの中央部分）を「ねじれ交差部分」ともいう。
【００２４】
磁気センサ２０は、分岐線１０Ａのねじれ交差部分（中央部分）と分岐線１０Ｂのねじれ交差部分（中央部分）との間に挟まれる間隙に配置される。より具体的には、磁気センサ２０は、分岐線１０Ａのねじれ交差部分と分岐線１０Ｂのねじれ交差部分との中間点に配置される。磁気センサ２０は、分岐電流ｉａ，ｉｂによって生じる磁界を検出することによって１次電流ｉを計測する。
【００２５】
磁気センサ２０は、感度軸Ｓ０を有する。磁気センサ２０の感度軸Ｓ０の向きは、Ｙ方向（１次導体１０の延在方向）に設定される。より具体的には、感度軸Ｓ０の向きは、Ｚ方向（２本の分岐線１０Ａ，１０Ｂを最短距離で結ぶ仮想線に沿う方向）から平面視したときの分岐線１０Ａのねじれ交差部分を流れる分岐電流ｉａの向きと分岐線１０Ｂのねじれ交差部分を流れる分岐電流ｉｂの向きとの間の向きに設定される。さらに具体的には、磁気センサ２０の感度軸Ｓ０の向きは、分岐電流ｉａを示す電流ベクトルと分岐電流ｉａを示す電流ベクトルとの合成ベクトルと略平行な向きに設定されている。磁気センサ２０は、感度軸Ｓ０の一方向に向いた磁束が印加された場合に正の値を出力し、感度軸Ｓ０の一方向とは反対の方向に向いた磁束が印加された場合に負の値を出力する特性（以下「奇関数入出力特性」ともいう）を有している。
【００２６】
磁気センサ２０は、ＭＲ（Magneto  Resistance)型の磁気センサである。磁気センサ２０としては、ＡＭＲ(Anisotropic  Magneto  Resistance)、ＧＭＲ(Giant  Magneto  Resistance)、ＴＭＲ(Tunnel  Magneto  Resistance)、ＢＭＲ(Ballistic  Magneto  Resistance)、ＣＭＲ(Colossal  Magneto  Resistance)などの磁気抵抗系素子、特に、ＡＭＲにバーバーポール構造を設けて奇関数入出力特性を持たせた素子で、ホイートストンブリッジ型のブリッジ回路またはその半分のブリッジ回路を構成した磁気センサを用いることができる。その他にも、磁気センサ２０として、ホール素子を用いた磁気センサ、ＭＩ(Magneto  Impedance)磁気センサまたはフラックスゲート磁気センサなどを用いることができる。
【００２７】
磁気センサ２０にバイアスをかける場合は、バーバーポール構造を用いる方法に限られず、コイルの周囲に発生する誘導磁界、永久磁石の磁界、またはこれらを組み合わせた磁界を用いてバイアスをかけてもよい。
【００２８】
また、磁気センサ２０は、出力信号を直線的または補正関数的に演算する増幅器や変換器を介して出力するタイプ（開ループ型）としてもよいし、増幅器や変換器を介して励磁コイルを駆動することで１次電流ｉによる磁界と励磁コイルによる磁界との重ねの磁界がゼロ磁界や一定の磁界に固定されるように常にフィードバックをかけるタイプ（閉ループ型）としてもよい。
【００２９】
なお、図示していないが、磁気センサ２０および分岐線１０Ａ，１０Ｂは、絶縁性の樹脂でモールドされて相互の位置関係が固定される。モールド用の樹脂の種類としては、熱硬化性であってもよく、熱可塑性であってもよい。代表的には、耐熱やモールド精度に優れる、ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）、ＰＣＴ（ポリシクロへキシレンジメチレンテレフタレート）、ＬＣＰ（液晶ポリマー）、ナイロン、エポキシ樹脂などが適する。
【００３０】
磁気センサ２０は、図示しない接続配線によって図示しない演算部と電気的に接続される。演算部は、磁気センサ２０の出力のオフセット分（残留分）を除去し、また増幅することにより、１次電流ｉの値を算出する。なお、演算部としては、非反転増幅器を用いたり、差動増幅器あるいは反転増幅器などを用いたりすることができる。
【００３１】
図３は、分岐電流ｉａ，ｉｂによって磁気センサ２０の周辺に発生する磁束を模式的に示す図である。図３を参照して、本実施の形態による電流センサ１の作用効果について説明する。
【００３２】
分岐線１０Ａ，１０Ｂに分岐電流ｉａ，ｉｂがそれぞれ流れることで、分岐線１０Ａ，１０Ｂの周囲には、右ネジの磁界に相当する磁束Φａ，Φｂがそれぞれ発生する。磁束Φａ，Φｂは、それぞれ分岐電流ｉａ，ｉｂの向きを法線とする平面上に分布する。分岐電流ｉａ，ｉｂの大きさはほぼ同じであるため、分岐電流ｉａ，ｉｂの向き（１次導体の電流ベクトル軸）が平行であれば、分岐線１０Ａ，１０Ｂの中間点では、磁束Φａ，Φｂは「重ねの理」で打ち消し合い、ゼロとなる。
【００３３】
しかし、本実施の形態においては、分岐電流ｉａ，ｉｂの向きは、平行ではなく、Ｚ方向から平面視した場合に所定角度θだけ交差する。このように分岐電流ｉａ，ｉｂが平面視で所定角度θだけ交差することで、分岐線１０Ａのねじれ交差部分と分岐線１０Ｂのねじれ交差部分との中間点では、磁束Φａ，ΦｂはＸ方向成分は「重ねの理」で打ち消し合うが、Ｙ方向成分は足し合わされることになる。磁束Φａ，ΦｂのＹ方向成分が足し合わされることによって、Ｙ方向に作用する磁束Φａｂが発生する。
【００３４】
Ｙ方向に作用する磁束Φａｂの大きさは、Ｚ方向から平面視した場合の分岐電流ｉａ，ｉｂの交差角度である「所定角度θ」の増大とともに増加し、１８０度で最大となる。したがって、所定角度θを調整することで、Ｙ方向に作用する磁束Φａｂの大きさをsin（θ／２）に比例した値に自由に設定できる。磁気センサ２０の感度軸Ｓ０はＹ方向の正方向（磁束Φｃｄの向きと同じ向き）に設定されている。そのため、本実施の形態による電流センサ１においては、一次電流ｉの大きさに応じて所定角度θを変えることで、同じ磁気センサ２０を用いて様々な大きさの１次電流ｉを測定することが可能となる。
【００３５】
特に、本実施の形態においては、Ｚ方向から平面視した場合の分岐線１０Ａ，１０Ｂの形状が略長方形状であるので、所定角度θを容易に設計することができる。また、分岐線１０Ａ，１０Ｂの幅は一定であり分岐電流ｉａ，ｉｂが集中する狭隘部がないため、発熱などを最小限とすることができる。
【００３６】
また、本実施の形態による磁気センサ２０が配置される位置、すなわち分岐線１０Ａのねじれ交差部分と分岐線１０Ｂのねじれ交差部分との間に挟まれる間隙においては、Ｙ方向（分岐線１０Ａ，１０Ｂの延在方向）以外の磁界は発生しない。すなわち、磁気センサ２０の出力が非線形となったり誤差やノイズが生じたりする要因となり得るＸ方向の磁界およびＺ方向の磁界が発生しない。そのため、本実施の形態による電流センサ１は、高精度を実現でき、ノイズの影響の少ない計測が可能になる。
【００３７】
また、本実施の形態による磁気センサ２０は、各分岐線１０Ａ，１０Ｂの中間点に配置されるので、どちらの分岐線１０Ａ，１０Ｂとも十分な距離をとって配置することができる。そのため、磁気センサ２０と分岐線１０Ａ，１０Ｂとの間の絶縁を容易かつ高度に確保できる。その結果、高度の絶縁性を実現した電流センサ１を安価に実現できる。
【００３８】
また、本実施の形態による磁気センサ２０は、ＭＲ型の磁気センサである。ＭＲ型の磁気センサの感度面は、その膜形成面、換言すれば実装面と平行である。そのため、磁気センサ２０の機能膜を形成する基板を、各分岐線１０Ａ，１０Ｂの主表面と平行にできる。そのため、磁気センサ２０と分岐線１０Ａ，１０Ｂとの間の絶縁を容易かつ高度に確保できる。その結果、高度の絶縁性を実現した電流センサ１を安価に実現できる。
【００３９】
また、本実施の形態による電流センサ１は、磁性体コアを持たないため、小型化および軽量化が可能であるとともに、磁性体コアの持つ特性（たとえば周波数特性、非線形、残留磁束密度によるオフセット点、言い換えれば電流ゼロ点の遊動およびヒステリシスなど）の影響のない計測が可能になる。
【００４０】
さらに、本実施の形態による磁気センサ２０が配置される位置、すなわち分岐線１０Ａのねじれ交差部分と分岐線１０Ｂのねじれ交差部分との間に挟まれる間隙においては、位置に対する磁束密度のＹ方向成分の変化量が非常に小さい。また、分岐線１０Ａ，１０Ｂに流れる電流に偏りが発生しても、磁気センサ２０が配置される位置に発生する磁場はほとんど変わらず一定である。そのため、磁気センサ２０の位置がＸ方向、Ｙ方向およびＺ方向のいずれの方向にずれたとしても、また、分岐線１０Ａ，１０Ｂを流れる電流に偏りが発生したとしても、安定度の高い計測が可能となる。その結果、本実施の形態による電流センサ１は、磁気センサ２０の位置変化や分岐線１０Ａ，１０Ｂ間の電流の偏りに対して安定度の高い計測が可能となり、再現性および生産性のよい電流センサ１を提供できる。なお、この点については、後述のシミュレーション結果において詳細に説明する。
【００４１】
＜実施の形態１の変形例１＞
上述の実施の形態１においては、平面視が長方形状の分岐線１０Ａ，１０Ｂの延在方向を互いにねじれの位置の関係となるように配置することによって上述の「ねじれ交差部分」を形成していた。
【００４２】
しかしながら、上述の「ねじれ交差部分」の形成手法は、必ずしも分岐線１０Ａ，１０Ｂの延在方向を互いにねじれの位置に配置することに限定されない。
【００４３】
図４は、本変形例による電流センサ１−１の斜視図である。図４に示す電流センサ１−１は、上述の図１に示す電流センサ１に対して、分岐線１０Ａ，１０Ｂを分岐線１０Ａ−１，１０Ｂ−１に変更したものである。
【００４４】
分岐線１０Ａ−１，１０Ｂ−１は、Ｚ方向から平面視した場合の形状が略長方形状とされ、互いに平行に配置される。各分岐線１０Ａ−１，１０Ｂ−１の中央部分には、複数の切欠き部が設けられる。これらの切欠き部により、各分岐線１０Ａ−１，１０Ｂ−１の中央部分が上述の「ねじれ交差部分」となる。
【００４５】
すなわち、本変形例による電流センサ１−１においては、分岐線１０Ａ−１，１０Ｂ−１の延在方向を互いにねじれの位置に配置するのではなく、各分岐線１０Ａ−１，１０Ｂ−１の中央部分を流れる分岐電流ｉａ，ｉｂの経路が互いにねじれの位置となるように、各分岐線１０Ａ−１，１０Ｂ−１の中央部分の一部を切欠くことによって、上述の「ねじれ交差部分」が形成される。
【００４６】
そして、切欠き部の形状（深さ、大きさ、間隔）を調整することで、各分岐線１０Ａ−１，１０Ｂ−１の中央部分を流れる分岐電流ｉａ，ｉｂの経路（Ｚ方向から平面視した場合の分岐電流ｉａ，ｉｂの交差角度）を自在に設定することができる。そのため、電流センサ１の外形やその主要部品配置を変えることなく、電流センサ１の計測可能な電流値を調整することが可能になる。
【００４７】
＜実施の形態１の変形例２＞
上述の実施の形態１による電流センサ１および変形例１による電流センサ１−１においては、磁気シールドを施していないが、磁気シールドを施すようにしてもよい。
【００４８】
図５は、磁気シールド付の電流センサ１−２の構成例を示す図である。図５に示す電流センサ１−２は、上述の変形例１による電流センサ１−１に２組の磁気シールド５０，６０を施したものである。
【００４９】
磁気シールド５０，６０は、各々がＵ字状に曲げた金属板で形成され、互いに対面させるように配置される。磁気シールド５０，６０に用いる磁性体は、鉄や鉄合金、ニッケルやニッケル合金、たとえば、パーマロイ、ケイ素鋼、電磁鋼、軟鉄鋼、純鉄などの金属とすることができる。磁性としては、残留磁束密度やヒステリシスが少ないことが好ましい。また透磁率が磁束密度にかかわらず一定程度であり、飽和磁束密度が大きいことが好ましい。なお、本変形例２では、磁気シールド５０，６０に用いる磁性体をパーマロイとした。
【００５０】
本変形例２による電流センサ１−２を用いて、実際に分岐電流ｉａ，ｉｂを流し、そのときの磁束密度のＹ方向成分を計測するシミュレーションを行なった。
【００５１】
シミュレーションは、電流センサ１−２を図５に示す位置に設置して行われた。図５に示すように、電流センサ１−２は、分岐線１０Ａ−１，１０Ｂ−１の幅方向をＸ方向、分岐線１０Ａ−１，１０Ｂ−１の延在方向をＹ方向、分岐線１０Ａ−１，１０Ｂ−１の厚み方向をＺ方向とする、ＸＹＺ直交座標上に配置される。以下では、座標（Ｘ，Ｙ，Ｚ）を用いて電流センサ１−２の各部の位置を特定する。なお、各座標の値の単位は「ｍｍ（ミリメートル）」である。
【００５２】
磁気センサ２０の感度点は原点座標（０，０，０）の位置に配置される。分岐線１０Ａ−１は、座標（０，−４０，２．５）を始点中心とし、座標（０，４０，２．５）を終点中心とする位置に配置される。分岐線１０Ｂ−１は、座標（０，−４０，−２．５）を始点中心とし、座標（０，４０，−２．５）を終点中心とする位置に配置される。
【００５３】
各分岐線１０Ａ−１，１０Ｂ−１の幅は１０ｍｍ、長さは８０ｍｍ、厚みは１ｍｍで、材質は純銅である。分岐線１０Ａ−１，１０Ｂ−１間の中心間距離は５ｍｍ、間隙は４ｍである。磁気シールド６０は幅外寸４４ｍｍ、延在長６０ｍｍ、折り下げ高さ２８ｍｍである。磁気シールド５０は幅外寸３２ｍｍ、延在長６０ｍｍ、折り下げ高さ２３ｍｍである。シールド部の材質はケイ素鋼である。
【００５４】
上述のように配置された電流センサ１−２に実際に分岐電流ｉａ，ｉｂを流し、そのときの磁束密度のＹ方向成分を計測するシミュレーションを行なった結果を、図６〜図１３に示す。
【００５５】
図６は、各分岐電流ｉａ，ｉｂを均等に１５０アンペアづつとした場合における、磁束密度のＹ方向成分の等強度線図である。図６に示す等強度線図は、磁気センサ２０が配置される座標（０，０，０）を通るＸＺ平面に関して描かれている。
【００５６】
図７は、図６に示す始点座標（０，０，−２）から終点座標（０，０，２）までのＺ方向の位置と磁束密度のＹ方向成分との関係を示す図である。
【００５７】
図７に示すグラフの横軸の中央付近（磁気センサ２０が配置される座標（０，０，０）付近）において、Ｚ方向の位置が±２ｍｍ程度の範囲で変化しても、磁束密度のＹ方向成分は約６．２ｍＴでほぼ一定である。したがって、仮に磁気センサ２０の位置がＺ方向に数ミリメートル程度ずれたとしても、安定度の高い計測が可能となる。
【００５８】
図８は、各分岐電流ｉａ，ｉｂを均等に１５０アンペアづつとした場合における、磁束密度のＹ方向成分の等強度線図である。図８に示す等強度線図は、磁気センサ２０が配置される座標（０，０，０）を通るＸＹ平面に関して描かれている。
【００５９】
図９は、図８に示す始点座標（０，−２０，０）から終点座標（０，２０，０）までのＹ方向の位置と磁束密度のＹ方向成分との関係を示す図である。
【００６０】
図９に示すグラフの横軸の中央付近（磁気センサ２０が配置される座標（０，０，０）付近）においては、Ｙ方向の位置が±２ｍｍ程度の範囲で変化しても、磁束密度のＹ方向成分は約６．２ｍＴでほぼ一定である。したがって、仮に磁気センサ２０の位置がＹ方向に数ミリメートル程度ずれたとしても、安定度の高い計測が可能となる。
【００６１】
図１０は、各分岐電流ｉａ，ｉｂを均等に１５０アンペアづつとした場合における、磁束密度のＹ方向成分の等強度線図である。図１０に示す等強度線図は、磁気センサ２０が配置される座標（０，０，０）を通るＸＹ平面に関して描かれている。なお、図１０に示す等強度線そのものは、図８に示すものと同じである。
【００６２】
図１１は、図１０に示す始点座標（−５，０，０）から終点座標（５，０，０）までのＸ方向の位置と磁束密度のＹ方向成分との関係を示す図である。
【００６３】
図１１に示すグラフの横軸の中央付近（磁気センサ２０が配置される座標（０，０，０）付近）においては、Ｘ方向の位置が±２ｍｍ程度の範囲で変化しても、磁束密度のＹ方向成分は約６．２ｍＴでほぼ一定である。したがって、仮に磁気センサ２０の位置がＸ方向に数ミリメートル程度ずれたとしても、安定度の高い計測が可能となる。
【００６４】
図１２は、分岐電流ｉａを２７０アンペア、分岐電流ｉｂを３０アンペアとした場合（すなわち分岐電流ｉａ，ｉｂの間に偏りを持たせた場合）における、磁束密度のＹ方向成分の等強度線図である。図１２に示す等強度線図は、磁気センサ２０が配置される座標（０，０，０）を通るＸＺ平面に関して描かれている。
【００６５】
なお、分岐電流ｉａ，ｉｂの間の偏りが実際に生じる理由としては、様々な理由が考えられる。たとえば、ボルトナット締結による組立時の、締め付けトルク不足による接触抵抗の増大などがある。
【００６６】
図１３は、図１２に示す始点座標（０，０，−２）から終点座標（０，０，２）までのＺ方向の位置と磁束密度のＹ方向成分との関係を示す図である。
【００６７】
図１３のシミュレーション結果に示されるように、分岐電流ｉａと分岐電流ｉｂとの比が９：１など一方に極端に偏った場合には、Ｚ方向の位置に応じて磁束密度のＹ方向成分は変化する。しかしながら、図１３のグラフの横軸の中央付近（磁気センサ２０が配置される座標（０，０，０）付近）においては、磁束密度のＹ方向成分は約６．２ｍＴとなっており、分岐電流ｉａと分岐電流ｉｂとの比を均等に１：１とした場合（上述の図７参照）とほぼ同じ値となる。したがって、分岐電流ｉａ，ｉｂの間に偏りが生じても、その影響を受けない計測が可能である。
【００６８】
図６〜図１３に示すシミュレーション結果から明らかなように、磁気センサ２０が配置される位置、すなわち分岐線１０Ａ−１のねじれ交差部分と分岐線１０Ｂ−１のねじれ交差部分との間に挟まれる間隙においては、位置に対する磁束密度のＹ方向成分の変化量が非常に小さい。また、分岐線１０Ａ−１，１０Ｂ−１に流れる電流に偏りが発生しても、磁束密度のＹ方向成分はほとんど変わらず一定である。そのため、磁気センサ２０の位置がＸ方向、Ｙ方向およびＺ方向のいずれの方向にずれたとしても、また、分岐電流ｉａ，ｉｂの間に偏りが生じたとしても、安定度の高い計測が可能となる。
【００６９】
なお、上述の本実施の形態１による電流センサ１あるいは変形例１による電流センサ１−１は、Ｚ方向から平面視した場合の分岐電流ｉａ，ｉｂの経路が交差する点は電流センサ１−２と同じである。したがって、電流センサ１，１−１に同様のシミュレーションを行なった場合においても、図６〜図１３に示すシミュレーション結果とほぼ同じ特性を示す結果が得られる。
【００７０】
＜実施の形態２＞
上述の実施の形態においては、２本の分岐線の間に１つの磁気センサを配置したが、分岐線を３本以上設け、隣接する分岐線間にそれぞれ配置される２つ以上の磁気センサを設けるようにしてもよい。
【００７１】
図１４は、本実施の形態２による電流センサ１−３の内部構造の一例を透視して示す三面図である。図１４（ａ）は、電流センサ１−３の平面図である。図１４（ｂ）は、図１４（ａ）のＩ−Ｉにおける電流センサ１−３の断面図である。図１４（ｃ）は、図１４（ａ）のＩＩ−ＩＩにおける電流センサ１−３の断面図である。
【００７２】
電流センサ１−３に含まれる１次導体１０は、分岐部１１よりも上流側では１本であるが、分岐部１１において３本の分岐線１０Ｃ，１０Ｄ，１０Ｅに分岐され、合流部１２において再び１本となる。３本の分岐線１０Ｃ，１０Ｄ，１０Ｅは、１次電流ｉが分岐部１１において分岐線１０Ｃを流れる分岐電流ｉｃと、分岐線１０Ｄを流れる分岐電流ｉｄと、分岐線１０Ｅを流れる分岐電流ｉｅとにほぼ均等に分岐されるように形成される。なお、３本の分岐線１０Ｃ，１０Ｄ，１０Ｅの接続方法としては、上述の実施の形態で説明した方法と同様の方向を採用すればよい。
【００７３】
分岐線１０Ｃ，１０Ｄ，１０Ｅの各々は、Ｚ方向から平面視した場合の形状が長方形状に形成される。分岐線１０Ｄは、分岐線１０Ｃと分岐線１０Ｅとの間の配置される。
【００７４】
分岐線１０Ｃと分岐線１０Ｄとは、互いにねじれの位置の関係となるように配置される。２本の分岐線１０Ｃ，１０Ｄは、Ｚ方向から平面視した場合、延在方向が互いに所定角度θだけ傾斜してほぼ中央部分で交差するように形成される。
【００７５】
分岐線１０Ｄと分岐線１０Ｅとは、互いにねじれの位置の関係となるように配置される。２本の分岐線１０Ｄ，１０Ｅは、Ｚ方向から平面視した場合、延在方向が互いに所定角度θだけ傾斜してほぼ中央部分で交差するように形成される。
【００７６】
分岐線１０Ｃと分岐線１０Ｅとは、互いに平行に配置される。なお、分岐線１０Ｃと分岐線１０Ｅとは必ずしも互いに平行に配置されていなくてもよい。
【００７７】
電流センサ１−３は、独立した２つの磁気センサ２１，２２と、２つの磁気センサ２１，２２の出力を用いて１次電流ｉの値を演算する演算部（図示せず）とを含む。
【００７８】
磁気センサ２１は、分岐線１０Ｃと分岐線１０Ｄとの中間点に配置される。磁気センサ２１の感度軸Ｓ１の向きは、Ｙ方向の正方向に設定される。磁気センサ２２は、分岐線１０Ｄと分岐線１０Ｅとの中間点に配置される。磁気センサ２２の感度軸Ｓ２の向きも、磁気センサ２１と同様、Ｙ方向の正方向に設定される。なお、各磁気センサ２１，２２の種類および構造は、上述の実施の形態１による磁気センサ２０と同じである。
【００７９】
このような構成を有する電流センサ１−３は、基本的には、上述の実施の形態１による電流センサと同様の作用効果を奏する。
【００８０】
図１５は、分岐電流ｉｃ，ｉｄ，ｉｅによって磁気センサ２１，２２の周辺に発生する磁束を模式的に示す図である。
【００８１】
分岐線１０Ｃ，１０Ｄ，１０Ｅに分岐電流ｉｃ，ｉｄ，ｉｅがそれぞれ流れることで、分岐線１０Ｃ，１０Ｄ，１０Ｅの周囲には、右ネジの磁界に相当する磁束Φｃ，Φｄ，Φｅがそれぞれ発生する。磁束Φｃ，Φｄ，Φｅは、それぞれ分岐電流ｉｃ，ｉｄ，ｉｅの向きを法線とする平面上に分布する。
【００８２】
分岐電流ｉｃ，ｉｄの向きは、Ｚ方向から平面視した場合に所定角度θだけ交差する。そのため、磁気センサ２１が配置される位置、すなわち分岐線１０Ｃのねじれ交差部分と分岐線１０Ｄのねじれ交差部分との中間点では、図１５に示すように、Ｙ方向の正方向に作用する磁束Φｃｄが発生する。磁気センサ２１の感度軸Ｓ１はＹ方向の正方向（磁束Φｃｄの向きと同じ向き）に設定される。したがって、磁気センサ２１の出力は正の値となる。
【００８３】
分岐電流ｉｄ，ｉｅの向きは、Ｚ方向から平面視した場合に所定角度θだけ交差する。そのため、磁気センサ２２が配置される位置、すなわち分岐線１０Ｄのねじれ交差部分と分岐線１０Ｅのねじれ交差部分との中間点では、図１５に示すように、Ｙ方向の負方向に作用する磁束Φｄｅが発生する。磁気センサ２２の感度軸Ｓ２は、Ｙ方向の正方向（磁束Φｃｄの向きとは逆の向き）に設定される。したがって、磁気センサ２２の出力は負の値となる。
【００８４】
分岐電流ｉｃ，ｉｄ，ｉｅがほぼ同じ値であるため、磁気センサ２１の出力と磁気センサ２２の出力とは、およそ同じ大きさで、符号が正負逆となる。この点を考慮し、本実施の形態による電流センサ１−３に含まれる演算部は、磁気センサ２１の出力と磁気センサ２２の出力とを減算する（差動をとる）。これにより、磁気センサ２１の出力と磁気センサ２２の出力とは足し合わされ、かつ外部からの不要な雑音磁界、すなわち外乱磁界などは相殺されて打ち消される。その結果、外部からの不要な雑音磁場を相殺でき、外乱に対して強い電流センサを実現できる。
【００８５】
なお、演算部において、単に磁気センサ２１の出力と磁気センサ２２の出力との差動をとるのではなく、差動結果を増幅するようにしてもよい。
【００８６】
上述した実施の形態およびその変形例については、適宜組合せることも可能である。
今回開示された実施の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】
【００８７】
１  電流センサ、１０  １次導体、１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｄ，１０Ｅ  分岐線、１１  分岐部、１２  合流部、２０，２１，２２  磁気センサ、５０，６０  磁気シールド。
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【国際調査報告】
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