(57)【要約】【課題】温度による出力変化が少ない電流センサを提供する。【解決手段】一方向の磁界を検出する磁気検出素子１０と、磁気検出素子１０の周囲を磁気シールドする磁気シールド部材２２と、磁気シール部材２２内に引き込まれた電流線２０、とを有し、電流線２０はＵ字形状をなし、そのＵ字状先端部２１近傍に設置した磁気検出素子１０で電流線２０に流れる電流からの磁界を検知する電流センサであって、電流線２０のＵ字状先端部２１から磁気シールド部材２２の外側へ電流線２０の端子２４ａ，２４ｂが引き出され、その引き出される電流線２０の端子方向が磁気検出素子１０の磁界検知方向に沿っている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
一方向の磁界を検出する磁気検出素子と、該磁気検出素子の周囲を磁気シールドする磁気シールド部材と、前記磁気シール部材内に引き込まれた電流線、とを有し、前記電流線はＵ字形状をなし、そのＵ字状先端部近傍に設置した前記磁気検出素子で前記電流線に流れる電流からの磁界を検知する電流センサであって、
前記電流線の前記Ｕ字状先端部から前記磁気シールド部材の外側へ前記電流線の端子が引き出され、その引き出される電流線の端子方向が前記磁気検出素子の磁界検知方向に沿ってい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、信号線に流れる電流を検出する電流センサに関し、特に、外部磁界に対して透磁率が変化する磁気インピーダンス素子やフラックスゲートセンサ等を用いて電流を検出する高感度な電流センサに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、電流を検知する磁気センサとしてはホール素子が主に使用されてきた。
概念的には、図６に示すように電流線１００を囲むＣ字状の磁気コア１０２で磁気回路が構成され、そのギャップ部にホール素子１０４が配置されている。ホール素子１０４は強磁性体ではないため飽和が無く、強磁界下で動作が可能である。
この電流センサでは、検知電流が大きくなると磁気コア１０２のコア材自体の飽和が問題となり、そのコア材の断面積を大きく取らなくてはならない。
【０００３】
そこで、従来のホール素子より感度の高い磁気インピーダンス素子やフラックスゲートセンサを使用することで、コア材を用いずに電流線からの磁界を直接検知することで、大電流であってもセンササイズを小さくする事が期待される。
しかしながら、磁気インピーダンス素子やフラックスゲートセンサを用いた場合（例えば、特許文献１、特許文献２参照）は、感度が高いために周辺のトランスや駆動系のモーターからの磁界の影響を受けやすく、磁気シールド部材で囲む必要がある。
【特許文献１】特開２００４−３１７１６６号公報
【特許文献２】特開２００３−１６３３９１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
一例としては、図７に示すように、Ｕ字状に折り返した電流線１０６のＵ字状先端部１０６ａ近傍に、図中矢印方向を磁界検知方向Ｘとして磁気検出素子１０８を設置し、その周辺を磁気シールド部材１１０で囲む方法が考えられる。
この図７の形態では、電流線１０６の端子を理想的に真下へ引き出したが、現実的には実装する上で水平に引き出す必要があり、高さの制約もあって、図８に示すように、電流線１１２を途中で水平方向に曲げている。
【０００５】
しかしながら、この場合には、図９において破線で示すように、電流線１１２が磁気シールド部材１１０と近接しているところで磁気結合（磁気回路を形成することを言う）を生じ、磁気シールド部材１１０の透磁率が変化すると磁気検出素子１０８にかかる磁界も変化してしまう。磁気シールド部材１１０にはパーマロイやアモルファス等の磁性体を使用するが、透磁率が温度特性を持ち、その透磁率の変化により磁気結合の大きさが変わり、磁気検出素子１０８にかかる磁界が変化し、これが電流センサの温度特性に反映されてしまう。
【０００６】
本発明は、上記従来の問題点に鑑みなされたもので、その目的は、感度の良い磁気センサを用いた電流センサで、磁気シールド部材の透磁率の温度特性に依存しない電流センサを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この発明に係る電流センサでは、上記課題を解決するために以下の手段を採用した。
請求項１に係る発明は、一方向の磁界を検出する磁気検出素子（例えば、後述する実施の形態における磁気検出素子１０）と、該磁気検出素子の周囲を磁気シールドする磁気シールド部材（例えば、後述する実施の形態における磁気シールド部材２２）と、前記磁気シール部材内に引き込まれた電流線（例えば、後述する実施の形態における電流線２０）、とを有し、前記電流線はＵ字形状をなし、そのＵ字状先端部（例えば、後述する実施の形態におけるＵ字状先端部２１）近傍に設置した前記磁気検出素子で前記電流線に流れる電流からの磁界を検知する電流センサ（例えば、後述する実施の形態における電流センサ１）であって、前記電流線の前記Ｕ字状先端部から前記磁気シールド部材の外側へ前記電流線の端子（例えば、後述する実施の形態における２４ａ，２４ｂ）が引き出され、その引き出される電流線の端子方向が前記磁気検出素子の磁界検知方向Ｘに沿っていることを特徴とする電流センサである。
このように構成することにより、電流線と磁気シールド部材の磁気結合があっても、温度変化に対するセンサ出力変化を小さくすることができ、温度特性が安定して、高精度の電流検知が可能となる。
【発明の効果】
【０００８】
請求項１に係る発明によれば、温度変化に対するセンサ出力変化を小さくすることができるので、温度特性が安定し、高精度の電流検知が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、この発明に係る電流センサの実施の形態を図１から図５の図面を参照して詳細に説明する。
図１は本発明の電流センサ１の一実施の形態を示す斜視図であり、電流検知に関する磁気検出素子１０と電流線２０との相対位置関係を説明する図である。
電流線２０は銅のような導電性の高い金属板を使用し、途中でＵ字状に折り返し、そのＵ字状先端２１の近傍に磁気検出素子１０を配置させている。
磁気検出素子１０は、図２に拡大して示すように、細長い磁性薄膜１４に絶縁膜（図示略）を介して、平面コイル１６が積層され、磁性薄膜１４と平面コイル１６の端子が、絶縁層（図示略）上の電極１８に引き出されている。
【００１０】
磁気検出素子１０の動作としては、磁性薄膜１４に高周波電流を印加して、外部磁界に対するその両端のインピーダンス変化を取り出す磁気インピーダンス素子として動作させる。平面コイル１４は、磁気検出素子１０にバイアス磁界を印加するためのものであり、電流を流すことでバイアスを調整する。
別の使い方では、磁性薄膜１４に高周波電流を印加し、平面コイル１４により外部磁界による磁性薄膜１４内部の磁束変化を誘導出力として取り出す直交フラックスゲートセンサとして動作させることも可能である。
【００１１】
この磁気検出素子１０の磁界検知方向Ｘは図１において矢印で示す方向に取り、Ｕ字状先端部２１を流れる電流からの磁界を主として検知する。Ｕ字状先端部２１の長さＬを短くし、磁気検出素子１０との相対距離により、素子に掛かる磁界を数ガウス程度に調整する。
磁気検出素子１０の周囲は、地磁気やトランス，駆動系からの不要な外部磁界を除去するために、磁気シールド部材２２により囲まれている。
【００１２】
電流線２０は、磁気シールド部材２２の開口面（図１において下側）から鉛直下方へ引き出され、さらに取付けや回路基板への実装のために水平方向へ曲げて引き出されており、その端子２４ａ，２４ｂの引き出し方向（電流線２０の端子方向）を磁界検知方向Ｘと同方向にしているのが特徴である。
磁気シールド部材２２の外に引き出された電流線２０の端子方向を磁界検知方向Ｘと同方向にすることで、その部分で発生する磁界が磁気検出素子１０の磁界検知方向Ｘとは直交する方向となるため、近接する磁気シールドと磁気結合があっても、磁気検出素子１０８にかかる磁界成分を持たないため、磁気シールド部材２２の透磁率の温度変化とは関係がなくなる。
【００１３】
本発明に係る電流センサ１と比較例の電流センサを実際に試作し、比較実験を行った。その実験結果を説明する。
比較実験のために電流センサは次の３種類を用意した。
（１）サンプルＡ・・・この発明に係る電流センサであって、図１に示す形態の電流センサとした。すなわち、サンプルＡの電流センサは、電流線２０の端子方向が磁界検知方向Ｘと同方向をなす。
（２）サンプルＢ・・・比較例の電流センサであって、従来例として説明した図７に示す形態の電流センサであり、電流線１０６を下方に引き出したものである。
（３）サンプルＣ・・・比較例の電流センサであって、従来例として説明した図８に示す形態の電流センサであり、電流線１１２の端子方向を磁気検出素子１０８の磁界検知方向Ｘと直交させたものである。
【００１４】
電流線２０，１０６，１１２は銅板を用い、断面を１０×１．５ｍｍとし、Ｕ字状先端部２１，１０６ａ，１１２ａは電流線２０，１０６，１１２の間隔が４ｍｍになるように曲げた。Ｕ字状先端部２１，１０６ａ，１１２ａと磁気検出素子１０，１０８の検知面との距離は４ｍｍとし、電流線２０，１０６，１１２には２００Ａの電流を通電して評価した。磁気シールド部材２２，１１０には厚さ０．３ｍｍの７８パーマロイを用い、一面（図中下方）を開口させた箱状に曲げて加工した。このパーマロイは、温度が上がると透磁率が上がり、テストした材料の温度係数は０．２％／゜Ｃであった。
磁気検出素子１０，１０８は、図２に示す形態の磁気検出素子を用い、非磁性基板にＦｅ−Ｔａ−Ｃ系の薄膜を２μｍの厚さでパターン形成した磁気検出素子を使用した。図３は実験に使用した駆動回路であり、発振回路３０によりパルス信号を磁気検出素子１０の磁性薄膜１４に印加し、平面コイル１６の信号を検波回路３２、増幅回路３４を経て、取り出した。
【００１５】
この実験結果を、図４に、電流センサ出力の温度特性図として示す。２５℃を基準にしてみると、図７に示す形態の比較例としてのサンプルＢは理想に近く、高温側８５゜Ｃでセンサ出力は−０．２％の落ちで良好であるが、図８に示す形態の比較例としてのサンプルＣ（すなわち、電流線１１２を磁界検知方向Ｘと直交方向に引き出した電流センサ）では、磁気シールド部材１１０の開口面の縁と電流線１１２が磁気結合を起こし、電流センサが磁気シールド部材１１０の温度特性の影響を受けて、センサ出力が−２．７％低下している。７８パーマロイは、高温側で透磁率が上がり、高温で磁気シールド部材１１０に磁束がより吸い込まれることになり、磁気検出素子１０８にかかる磁界が減少したと推測される。
これに対して、図１に示す形態のサンプルＡ、すなわち本発明に係る電流センサでは、図７に示す形態のサンプルＢに僅かに及ばないものの、センサ出力の低下は−０．４％に留まり、良好な温度特性を確保することができる。
【００１６】
本発明のように、高感度の磁気検出素子１０を用いて電流センサ１を構成する場合には、電流線２０の先端をＵ字状にし、そのＵ字状先端部２１近傍に磁気検出素子１０を配置し、さらにその周囲を磁気シールド部材２２で囲むことは有効である。特に、電流線２０の端子２４ａ，２４ｂの引き出し方向を磁気検出素子１０の磁界検知方向Ｘに沿わせることにより、温度変化に対するセンサ出力変化を小さくすることができる。その結果、安定した温度特性を確保することができ、極めて検出精度の高い電流センサ１を得ることができる。
【００１７】
〔他の実施例〕
なお、この発明は前述した実施例に限られるものではない。
例えば、電流線２０の引き出し形態の他の例としては、図５に示すように、磁気シールド部材２２の外側で電流線２０をさらに曲げて、電流線２０の端子部２４ａ、２４ｂを水平面にし、取り付け穴２６ａ，２６ｂを水平に位置させることも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】この発明に係る電流センサの一実施の形態における斜視図である。
【図２】前記実施の形態の電流センサに用いられる磁気検出素子の一例を示す斜視図である。
【図３】比較実験で使用した駆動回路を示す駆動回路図である。
【図４】本発明に係る電流センサと比較例の電流センサの温度特性図である。
【図５】この発明に係る電流センサの他の実施の形態を示す図であり、（Ａ）は側面図、（Ｂ）は（Ａ）のＡ−Ａ矢視図である。
【図６】従来のホール素子型電流センサの概念図である。
【図７】従来の高感度磁気検出素子を用いた電流センサの概略構成を示す斜視図である。
【図８】従来の高感度磁気検出素子を用いた電流センサの他の例の概略構成を示す斜視図である。
【図９】前記従来の他の例の電流センサで生じる磁界結合状態を説明する図である。
【符号の説明】
【００１９】
１  電流センサ
１０  磁気検出素子
２０  電流線
２１  Ｕ字状先端部
２２  磁気シールド部材
２４ａ，２４ｂ  端子
【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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