(57)【要約】【課題】小型化を図り、測定精度を向上する。【解決手段】被測定電流Ｉの流れ方向に交わる感磁方向ＣＭを有する磁気素子Ｍ１２と、バスバーＢ０および磁気素子を間に挟むとともに、被測定電流の流れ方向と磁気素子の感磁方向ＣＭとに沿うように表面が対向して設けられた略平板状の磁性体からなる２枚の磁気シールドＣＭ１，ＣＭ２と、を具備してなる。【選択図】図１
2013246005.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電流路を流れる被測定電流が作る誘導磁界の方向に対して交わる方向に感磁方向を有するフラックスゲート型の磁気素子と、
前記電流路および前記磁気素子を間に挟むとともに、前記誘導磁界の方向と前記磁気素子の感磁方向と平行に配された２枚の磁性体板と、
を具備し、前記磁性体板の法線方向視した前記電流路および前記磁気素子が重なる位置に配されてなることを特徴とする電流センサ。
【請求項２】
請求項1記載の電流センサにおいて、
前記磁性体板の輪郭が、前記磁性体板の法線方向視して略矩形とされてなることを特徴とする電流センサ。
【請求項３】
請求項２記載の電流センサにおいて、
前記磁性体板の幅は、前記２枚の磁性体板同士の間隔寸法より大きく設定されてな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、磁気素子を利用した電流センサに係り、特に、phase-delay methodを動作原理とするフラックスゲート型磁気素子を利用した電流センサに用いて好適な技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ハイブリッドカーや電気自動車に搭載された二次電池への充放電時の電流のモニタリングや、燃料電池などにより発電され供給される大電流を検出する電流センサとして、磁気素子を用いて電流の作る磁界を測定することにより電流値を測定する電流センサが普及している。
【０００３】
従来、配線（バスバー）を流れる電流（被測定電流）を、非接触で測定するための電流センサとして、例えば、ギャップを有するリング状コアのギャップ部にホール素子や特許文献３に示されるフラックスゲート型磁気素子などの磁電変換素子を配置し、バスバーがコアを貫通する構造とした磁気比例式の電流センサが知られている。（特許文献１、図１０等）
【０００４】
一方、電流センサの小型化のため、リング状の磁性体コアを用いたものに替えて、バスバーの周囲に磁電変換素子を配置してリング状の磁性体コアを用いないで電流の作る磁界を検出するコアレス電流センサが提案されている(特許文献１，図１２等)。コアレス電流センサにおいて使用される磁気素子としては、ホール素子や磁気抵抗効果（ＭＲ）素子、巨大磁気抵抗効果（ＧＭＲ）素子やトンネル磁気抵抗効果素子、フラックスゲート型磁気素子、マグネトインピーダンス効果（ＭＩ）素子などの磁気素子が挙げられる。中でも、フラックスゲート型磁気素子は、素子の小型化が可能であるとともに高感度に磁界を検出することが可能であるため、電流センサへの適用が期待されている。
【０００５】
しかし、フラックスゲート型磁気素子は、その測定レンジが磁性体コアの磁気飽和特性に依存するため、広範囲の磁界強度に亘って測定することが困難である。特に大きな磁界が印加された場合には、磁界強度を検出することができないという問題点を持つ。
【０００６】
上記の問題点を解決するために、特許文献２のように、電流が作る磁界の方向に対して磁気素子の感磁方向を傾け、測定レンジを拡大しようとするものが知られていている。特許文献２のような手法によって、磁気素子に印加される実効的な磁界強度が低下するので、バスバーに大電流が流れた場合に作られる大きな磁界を、磁気素子によって検出することが可能となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１０−０１４４７７号公報
【特許文献２】特開２０１２−５２９８０号公報
【特許文献３】特許第４７７４４７２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかし、特許文献２のように、電流が作る磁界の方向に対して磁気素子の感磁方向を傾けることで磁気素子に流入する検出磁界を小さくした場合、外乱磁界が磁気素子に与える影響の大きさは変化しない。すなわち、磁気素子に流入する検出磁界が小さくなる一方で、外乱磁界はあらゆる方向から磁気素子へ流入してしまうので外乱磁界の大きさは変化しない。したがって、Ｓ／Ｎ比は低下して測定精度が悪化してしまう。
【０００９】
Ｓ／Ｎ比を向上するためには、外乱磁界のみを効果的に軽減する必要がある。外乱磁界を軽減するために、磁気素子を磁気シールドで囲む手法が知られている。例えば、特許文献２の図２には、外乱磁界を遮蔽する高透磁率材料のケースをバスバーおよび磁気素子を囲むように配置している。しかし、この場合には、バスバーに流れる電流が作る磁界が磁気シールド内を通る際に、横部に配置された磁気シールドの磁気抵抗が小さくなるため、このサイドの磁気シールドが飽和しやすくなり、その結果、シールド内の磁束密度分布が乱れてしまい、線形性に悪影響がでてしまうという問題があった。
【００１０】
本発明は上記課題に鑑み、フラックスゲート型磁気素子を用いた電流センサにおいて、大電流の検出が可能であるとともに高精度な検出が可能な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】
【００１１】
本発明の請求項１にかかる電流センサは、電流路を流れる被測定電流が作る誘導磁界の方向に対して交わる方向に感磁方向を有するフラックスゲート型の磁気素子と、
前記電流路および前記磁気素子を間に挟むとともに、前記誘導磁界の方向および前記磁気素子の感磁方向と平行に配された２枚の磁性体板と、
を具備し、前記磁性体板の法線方向視した前記電流路および前記磁気素子が重なる位置に配されてなることを特徴とする。
【００１２】
本発明の請求項１にかかる電流センサによれば、２枚の磁性体板で電流路（バスバー）および磁気素子を挟み込んだ構造となっている。このため、２枚の磁性体板主面と平行な外乱磁界が２枚の磁性体板へと誘引されるので、２枚の磁性体板間に配された磁気素子へ流入する外乱磁界が低減される。また、磁性体板主面によって規定される面方向内において、被測定電流が作る誘導磁界の方向に対して磁気素子の感磁方向を傾けて配置することにより、測定対象である誘導磁界のうち磁気素子の感磁方向成分のみを測定するようにして、磁気素子に流入する磁界の大きさが制御される。このようにすることにより、磁気素子の測定レンジに合わせて、磁気素子に流入する磁界の大きさを設定することができる。つまり、被測定電流が作る誘導磁界の方向と磁気素子の感磁方向とが交わるように、磁気素子を配置することによって、誘導磁界方向と磁気素子の感磁方向とが平行である場合に比べて、感磁方向における２枚の磁性体板の長さを増減して磁気素子の測定レンジに合わせて流入する外乱磁界の大きさを設定することができる。
また、電流路とされるバスバー幅方向端部に位置しバスバー厚さ方向に延在する磁性体板側壁や前記磁性体板の電流方向端部に位置しバスバー厚さ方向に延在する磁性体板側部を設けることなくバスバーの面と平行方向に印加される外乱要因である外部からの磁界による磁気素子への影響を低減する。さらに、バスバー幅方向端部に位置しバスバー厚さ方向に延在する磁性体板側壁を設けないこと、すなわち、磁気素子の感磁方向において磁性体板が位置しないことにより、磁気抵抗が小さくなり、磁性体板内の磁束密度が大きくなって飽和し、磁束密度分布が乱れて磁気センサとしての線形性が乱れてしまうことを防止できる。
【００１３】
本発明の請求項２にかかる電流センサは、
請求項1記載の電流センサにおいて、
前記磁性体板の輪郭が、前記磁性体板の法線方向視して略矩形とされてなることを特徴とする。
【００１４】
本発明の請求項２にかかる磁界強度の電流センサによれば、電流路（バスバー）の被測定電流方向と直交する誘導磁界方向と平行な一辺を有する矩形となるように磁性体板を配置すると、磁性体板が外乱磁界の磁束を誘引するので、磁気素子に流入する外乱磁界が低減されてＳ／Ｎ比を向上することが可能となる。特に、矩形の対角線位置のように、磁性体板の感磁方向長さ成分を増大した場合、外乱磁界に対するシールド状態を向上することが可能となる。
【００１５】
本発明の請求項３にかかる電流センサは、
請求項２記載の電流センサにおいて、
前記磁性体板の幅は、前記２枚の磁性体板同士の間隔寸法より大きく設定されてなることを特徴とする。
【００１６】
本発明の請求項３にかかる電流センサによれば、２枚の磁性体板の間に侵入する外乱磁界のうち磁気素子に到達する成分を充分抑制して、外乱磁界の影響を排除することが可能となる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明の請求項１にかかる電流センサによれば、磁気素子の感磁方向と被測定電流が作る誘導磁界の方向とが交わるように磁気素子が配置されているので、磁気素子には、誘導磁界のうち磁気素子の感磁方向に平行な成分のみの磁界が測定可能となる。したがって、磁気素子には、被測定電流が作る誘導磁界よりも小さな磁界が測定される。
また、電流路と磁性体板との重なり方向において、電流路および磁気素子を２枚の磁性体板で挟んだ構造となっている。そのため、２枚の磁性体板で挟まれた空間に外乱磁界が侵入しようとしたとしても、外乱磁界は２枚の磁性体板に誘引され、磁気素子に外乱磁界が流入するのが抑制される。他方、被測定電流が作る誘導磁界は、２枚の磁性体板へはあまり誘引されずに、磁気素子へと流入する。したがって、２枚の磁性体板によって外乱磁界のみが効果的に軽減される。よって、電流センサのＳ／Ｎ比が向上し、高精度に被測定電流の値を測定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】図１は、本発明に係る電流センサの第１実施形態を示す模式上面図である。
【図２】図２は、本発明に係る電流センサの第１実施形態を示す模式断面図である。
【図３】図３は、本発明に係る電流センサの第１実施形態における磁気素子を示す模式図である。
【図４】図４は、本発明に係る電流センサの第１実施形態におけるフラックスゲート型の磁気素子の動作原理を示すグラフである。
【図５】図５は、本発明に係る電流センサの第１実施形態におけるフラックスゲート型磁気素子の磁性体コアの磁化状態の時間による変化を示すヒステリシス曲線である。
【図６】図６は、本発明に係る電流センサの第１実施形態におけるフラックスゲート型磁気素子を概略的に示す上面図である。
【図７】図７は、図６におけるラインａ−ａ’に沿って切った横断面図である。
【図８】図８は、図６におけるラインｂ−ｂ’に沿って切った断面図で、フラックスゲート型磁気素子の製造工程を示す正断面図である。
【図９】図９は、本発明に係る電流センサの第１実施形態におけるフラックスゲート型磁気素子の他の例を示す上面図である。
【図１０】図１０は、本発明に係る電流センサの第１実施形態におけるフラックスゲート型磁気素子の他の例を示す上面図である。
【図１１】図１１は、本発明に係る電流センサの実験例を示すグラフである。
【図１２】図１２は、本発明に係る電流センサの実験例を示すグラフである。
【図１３】図１３は、本発明に係る電流センサの実験例を示すグラフである。
【図１４】図１４は、本発明に係る電流センサの実験例を示す模式図である。
【図１５】図１５は、本発明に係る電流センサの実験例を示すグラフである。
【図１６】図１６は、本発明に係る電流センサの第２実施形態を示す模式断面図である。
【図１７】図１７は、本発明に係る電流センサにおける磁性体板内部の磁界状態を示すシミュレーション結果である。
【図１８】図１８は、サイドを有する磁性体板内部の磁界状態を示すシミュレーション結果である。
【図１９】図１９は、サイドを有する磁性体板内部の磁界状態を示すシミュレーション結果である。
【図２０】図２０は、磁性体板での飽和の有無による磁性体コア磁化状態の影響を示すヒステリシス曲線である。
【図２１】図２１８は、本発明に係る電流センサの第４実施形態における製造工程を示す断面図である。
【図２２】図２２は、本発明に係る電流センサの第４実施形態における製造工程を示す断面図である。
【図２３】図２３は、本発明に係る電流センサの第４実施形態を示す上面図である。
【図２４】図２４は、本発明に係る電流センサの第５実施形態における製造工程を示す断面図である。
【図２５】図２５は、本発明に係る電流センサの第５実施形態における製造工程を示す断面図である。
【図２６】図２６は、本発明に係る電流センサの第５実施形態における製造工程を示す断面図である。
【図２７】図２７は、本発明に係る電流センサの第６実施形態における製造工程を示す断面図である。
【図２８】図２８は、本発明に係る電流センサの第６実施形態における製造工程を示す断面図である。
【図２９】図２９は、本発明に係る電流センサの第７実施形態における製造工程を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明に係る電流センサの第１実施形態を、図面に基づいて説明する。
図１は、本実施形態における電流センサを示す模式上面図、図２は、本実施形態における磁気素子を示す模式断面図であり、図において、符号ＣＳ１０は電流センサを示している。
【００２０】
本実施形態の電流センサＣＳ１０は、バスバー（電流路）Ｂ０に流れる被測定電流を、この被測定電流が発生させる誘導磁界を検出することにより測定するものである。図１、図２に示すように、バスバーＢ０を流れる被測定電流Ｉが作る誘導磁界の方向Ｈｈに対して角ψをなす方向に感磁方向ＣＭを設定された磁気素子Ｍ１２と、バスバーＢ０および磁気素子Ｍ１２を間に挟むとともに、被測定電流Ｉが作る誘導磁界と磁気素子Ｍ１２の感磁方向ＣＭとに沿うように表面が対向して設けられた略平板状の磁性体からなる２枚の磁気シールド（磁性体板）ＣＭ１，ＣＭ２と、を具備してなる。
【００２１】
バスバーＢ０は、図1に示すように、幅広の導体板とされ、電気自動車、家庭用電源等、数１０Ａ以上の大電流が流れるものとされ、図示しないが充分な絶縁を施され、図２に示すように、矩形断面を有し紙面垂直方向に延在するものとされているが、これ以外にも、被測定電流Ｉが磁気素子Ｍ１２近傍で直線電流と見なせるように流れるものであれば、断面円形の電線等の電路とされることができる。
【００２２】
磁気シールドＣＭ１，ＣＭ２は、互いに平行な２枚の磁性体からなる板体とされ、図１に示すように、平面視して矩形となるように形成されている。磁気シールドＣＭ１，ＣＭ２は、例えば、各辺が被測定電流Ｉ方向となるバスバーＢ０長手方向と、電流Ｉによる誘導磁界Ｈｈ方向となるバスバーＢ０の幅方向となるように配置される。磁気シールドＣＭ１，ＣＭ２は、図２に示すように、いずれもバスバーＢ０と平行に配置されている。磁気シールドＣＭ１，ＣＭ２の材料には、パーマロイやフェライト等が用いられ、好ましくは比透磁率が１００００以上の材料から構成される。
磁気シールドＣＭ１とバスバーＢ０との間には、磁気シールドＣＭ１および第２の磁性体板ＣＭ２の幅方向の中央（センター）位置において磁気素子Ｍ１２が配置される。磁気素子Ｍ１２は、その感磁方向ＣＭが、磁気シールドＣＭ１の面内方向で、被測定電流Ｉが作る誘導磁界と交わる方向となるように配置される。
この２枚の磁気シールド板が配されることにより、２枚の磁気シールド板主面と平行な外乱磁界が２枚の磁性体板へと誘引されるので、２枚の磁性体板間に配された磁気素子へ流入する外乱磁界が低減される。
【００２３】
図１，図２に示すように、バスバーＢ０の幅寸法ＣＭｂｃと磁気シールドＣＭ１の幅寸法ＣＭ１ｃと磁気シールドＣＭ２の幅寸法ＣＭ２ｃとはいずれもほぼ等しく設定されるか、磁気シールドＣＭ１，ＣＭ２の幅寸法ＣＭ１ｃ，ＣＭ２ｃに対してバスバーＢ０の幅寸法ＣＭｂｃが多少小さく設定される。また、磁気シールドＣＭ１，ＣＭ２の幅寸法ＣＭ１ｃ，ＣＭ２ｃは、磁気シールドＣＭ１と磁気シールドＣＭ２との間の距離ＣＭｂに対する比が、
ＣＭ１ｃ（またはＣＭ２ｃ）／ＣＭｂ ≧ １．７
に設定される。このように、磁気シールドＣＭ１，ＣＭ２聞の間隔ＣＭｂを磁気シールド幅方向の寸法ＣＭ１ｃ，ＣＭ２ｃより十分小さくすることで、バスバーＢ０端部に厚さ方向（ｚ方向）の磁気シールドを設けることなく感磁方向ＣＭ方向に印加される外乱磁界の磁気素子Ｍ１２への影響を低減させることが可能となる。例えば、ψ＝４５°のとき、上記の比の値とすることで、図１１に示すように、外乱磁界の大きさ（ノイズ）を半分以下にできることが明らかである。
【００２４】
磁気素子Ｍ１２の感磁方向ＣＭは、図1に示すように、誘導磁界方向Ｈｈと角ψをなし、この角ψは、例えば４５°とすることができる。磁気素子Ｍ１２を傾けることにより、誘導磁界（測定磁界Ｈｅｘｔ）が、磁気素子Ｍ１２の感磁方向成分ｃｏｓψ・Ｈｅｘｔとして磁気素子Ｍ１２に流入することでその強度が減少する。
さらに、例えば磁気シールドが正方形である場合、磁気シールドＣＭ１，ＣＭ２の一辺の長さをＣＭ１ｃとすると、その感磁方向長さＣＭ１ｃ／ｃｏｓψが、一辺ＣＭ１ｃより長くなる。このように感磁方向ＣＭにおける磁気シールドＣＭ１，ＣＭ２の長さを大きくできるので、磁気素子Ｍ１２に流入する磁界Ｈｅｘｃ強度が減少する以上に磁気シールドＣＭ１，ＣＭ２によって外乱磁界Ｈｅｘｄを減少させることで、Ｓ／Ｎ比を向上することができる。磁気素子Ｍ１２は、外乱磁界Ｈｅｘｄの影響を低減するために、磁気シールドＣＭ１，ＣＭ２の中央位置に配置される。
【００２５】
磁気素子Ｍ１２の幅寸法ＣＭａは、図２に示すように、磁気シールドＣＭ１，ＣＭ２の幅方向（感磁方向）寸法ＣＭ１ｃ、ＣＭ２ｃに対して、外乱磁界の影響を受けない程度に充分小さくなるよう設定され、好ましくは、ＣＭａ／ＣＭ１ｃが、０．０１〜０．４程度に設定される。
磁気素子Ｍ１２は、磁気シールドＣＭ１，ＣＭ２の厚さ方向において、磁気シールドＣＭ１側位置に配置される。これは、バスバーＢ０から磁気シールドＣＭ１に向かうにつれて、つまり、バスバーＢ０からの距離が長いほうが磁気素子Ｍ１２に流入する被測定磁界Ｈｅｘｃを小さくできるため、磁気素子Ｍ１２の設定された適正磁界強度となるようにその距離を設定する。
【００２６】
磁気素子Ｍ１２は、フラックスゲート型とされるとともに磁気飽和型とされ、図３に示すように、軟磁性材料からなる磁性体コア１に巻回された励磁コイル９、検出コイル１０、フィードバックコイル２１、を有し、制御用集積回路（信号処理回路）ＭＴ１０に接続されている。
【００２７】
制御用集積回路ＭＴ１０は、励磁コイル９に三角波等の連続波形とされる励磁電流を供給して、検出コイル１０からの出力信号によりフィードバック、測定磁界Ｈｅｘｔ強度を出力するものとされる。
【００２８】
本実施形態の電流センサＣＳ１０におけるフラックスゲート型磁気素子Ｍ１２等の動作原理について説明する。
図４は、フラックスゲート型磁気素子の動作原理を示すグラフである。図４（ａ）は、励磁コイルに通電する三角波電流の時間変化を示すグラフである。図４（ｂ）は、コアの磁化状態の時間変化を示すグラフである。図４（ｃ）は、ピックアップコイルに生じる出力電圧の時間変化を示すグラフである。図５は、フラックスゲート型磁気素子Ｍ１２の磁性体コアの磁化状態の時間による変化を示すヒステリシス曲線である。
【００２９】
励磁電流発生回路ＭＴ１１から、励磁コイル９に図４（ａ）に示すような三角波電流を通電すると、励磁コイル９の作る磁界Ｈｅｘｃにより磁性体コア１が励磁され、磁性体コア１内部の磁束密度Ｂ、すなわち磁性体コア１の磁化状態は、図５に示すような飽和特性を有するため、図４（ｂ）に示すような時間変化をする。ピックアップコイル（検出コイル）１０には、磁性体コア１の磁束密度Ｂの時間微分すなわち時間変化ｄＢ／ｄｔが存在する領域において、磁性体コア１の断面積Ｓ、ピックアップコイル１０の巻き数Ｎに比例した出力電圧Ｖｐｕ＝ＮＳ×ｄＢ／ｄｔが生じる。ピックアップコイル１０の出力電圧Ｖｐｕは、図４（ｃ）に示すような時間変化をする。磁性体コア１の磁束密度Ｂの時間変化ｄＢ／ｄｔが大きいほど、ピックアップ電圧波の高値は高く、パルス幅は狭くなり、より急峻なパルス電圧が得られる。図４（ｃ）における時間間隔ｔ１は、外部磁界（被測定磁界）Ｈｅｘｔ、磁性体コア１の磁束密度Ｂが増加する時と減少する時との磁場の強さＨのずれＨｃ、励磁コイル９の作る磁界Ｈｅｘｃ、三角波の周期Ｔ及びコイルのインダクタンスによる遅延時間Ｔｄを用いて、式（１）のように表される。
【数１】
2013246005.tif 000003
【００３０】
同様に、図４（ｃ）における時間間隔ｔ２は、式（２）のように表される。
【数２】
2013246005.tif 000004
式（１）及び式（２）より、外部磁界に対する時間間隔の変化量ｔ２−ｔ１は、式（３）のように表される。
【数３】
2013246005.tif 000005
【００３１】
式（３）より、外部磁界に対する時間間隔の変化ｔ２−ｔ１は、外部磁界Ｈｅｘｔと励磁コイル９の作る磁界Ｈｅｘｃの比 Ｈｅｘｔ／Ｈｅｘｃ および三角波の周期Ｔに依存することがわかる。外部磁界に対する感度Ｓ＝ｄ（ｔ２−ｔ１）／ｄＨｅｘｔは、励磁コイル９に通電する電流振幅Ｉｅｘｃ、励磁コイル９に流れる単位電流当たりの発生磁界すなわち励磁効率α、及び三角波の周期Ｔを用いて、Ｓ＝Ｔ／（２・Ｉｅｘｃ×α）で表される。よって、励磁電流が大きいほど、磁気素子Ｍ１２の感度Ｓは小さくなる。三角波の周期Ｔが大きいすなわち励磁周波数ｆｅｘｃが小さいほど、磁気素子の感度Ｓは大きくなる。
【００３２】
励磁効率αは、フラックスゲート磁気素子を構成する磁性体コア１とコイルの巻き数によって決定される値である。励磁効率αが大きいほど、同一感度、同一範囲を経ようとした場合には、少ない電流でフラックスゲート磁気素子を駆動することができる。また、式（３）において、Ｈｅｘｔ＝Ｈｅｘｃとなるとき式（３）は０となり、このときのＨｅｘｔが測定磁界範囲の上限となる。Ｈｅｘｃ＝α×Ｉｅｘｃで表されることから、励磁効率αが大きいほど、同一の電流で駆動した場合に広い測定磁界レンジを有することとなる。
この励磁効率αは、励磁コイル９に電流を通電することにより、磁性体コア１に発生する磁束密度と、外部磁界により磁性体コア１に発生する磁束密度との比率を示すものである。励磁効率αは、磁性体コア１のヒステリシス曲線の非飽和領域における磁気密度Ｂの外部磁界Ｈｅｘｔに対する傾きｄＢ／ｄＨｅｘｔと、同じく磁性体コア１の磁束密度Ｂの励磁コイルに流れる電流Ｉｅｘｃに対する傾きｄＢ／ｄＩｅｘｃの比率により決まり、式（４）で表される。
【数４】
2013246005.tif 000006
【００３３】
この式（４）から、励磁効率を大きくするためには、この式（４）の分母を小さくするか、分子を大きくする。
式（４）の分子を大きくする、すなわち、励磁電流により磁性体コア１に発生する磁束密度を大きくするためには、コイルの巻き数を増やすことが有効であるが、特に基板上に薄膜を積層して形成されるフラックスゲート型磁気素子の場合は、コイル巻き数を増やすためには配線ピッチを狭くして巻き数を稼ぐ必要があるが、配線の微細化の限界や、微細化によるコイル抵抗の増大などにより、コイル巻き数を必要な状態で確保することは難しい。また、コイルを多層構造として巻き回す方法も考えられるが、構造が非常に複雑になり、多層成膜によってセンサを製造する際の製造上の精度維持が必要になって、製造コストが高くなるため好ましくない。
【００３４】
したがって、本実施形態の磁気素子ＭＳ１０においては、式（４）の分母を小さくするために、磁性体コア１に流入する外部磁界を小さくして、あたかも打ち消すような構成、つまり、フィードバックコイル２１を磁性体コア１に巻回し、外部磁界Ｈｅｘｔをほぼゼロとして、外部磁界Ｈｅｘｔが印加されていない磁性体コア１の状態をつくるとともに、その際、フィードバックコイル２１に供給するフィードバック電流の大きさを外部磁界の検出値として出力するものである。
【００３５】
すなわち、電流センサＣＳ１０は、制御用集積回路（信号処理回路）ＭＴ１０の励磁電流発生回路から連続する波形の励磁電流を供給し、励磁コイル９に磁性体コア１の磁化が飽和する磁場を発生させる交流電流を流して磁性体コア１に励磁磁界Ｈｅｘｃを印加すると、磁性体コア１内の磁束の向きの反転によりパルス状の誘導電圧が検出コイル１０にて発生するが、この検出コイル１０から出力されたパルス信号の時間間隔Ｔ０を、被測定磁界Ｈｅｘｔの印加されていない場合と印加されている場合とにおける差異が最小となるように、磁性体コア１に巻回されたフィードバックコイル２１にフィードバック電流を供給する。フィードバック電流としてフィードバックコイル２１に出力するとともに、この電圧値そのものを、例えばゼロ点電圧値より大きな値である外部磁界強度出力信号として出力端子から連続的に出力する。
【００３６】
これにより、フィードバックコイル２１では外部磁界Ｈｅｘｔをキャンセルするような向きで大きさのフィードバック磁界Ｈｆｂが発生して磁性体コア１内における磁界をキャンセルするとともに、このフィードバック磁界Ｈｆｂが外部磁界Ｈｅｘｔの変動に対応して連続して変動する。
【００３７】
なお、外部磁界Ｈｅｘｔに応じてフィードバック電流を出力したが、このフィードバック電流は、フィードバックコイル２１のみならず、励磁コイル９や検出コイル１０に流すこともできる。この場合、励磁交流電流や検出信号にフィードバック電流を重畳することで実現が可能である。
さらに、フィードバック電流を励磁コイル９や検出コイル１０に流した場合には、フィードバックコイル２１を励磁コイル９や検出コイル１０と兼用させて、図９に示すように、独立したコイル配線としないことも可能である。
【００３８】
次に、磁気素子Ｍ１２について説明する。
【００３９】
本実施形態の磁気素子Ｍ１２は、例えば、phase-delay methodを用いたフラックスゲート型とされてなることができる。磁気素子Ｍ１２の磁性体コア１の長手方向は、フラックスゲート型の磁気素子Ｍ１２の感磁方向と一致している。
【００４０】
図６は、本実施形態に係るフラックスゲート型磁気素子を概略的に示す上面図である。図７は、図６におけるラインａ−ａ’に沿って切った横断面図である。図８は、図６におけるラインｂ−ｂ’に沿って切った製造工程を示す正断面図である。
【００４１】
本実施形態に係るフラックスゲート型磁気素子Ｍ１２は、図６，図７に示すように、磁性体コア１と、第１配線層４と、第１絶縁層５と、第２絶縁層６と、第２配線層７と、開口部８と、基板Ｍ１３とを有する。第１配線層４及び第２配線層７は、磁性体コア１に巻き回された励磁コイル（ソレノイドコイル）９、検出コイル（ソレノイドコイル）１０、フィードバックコイル（ソレノイドコイル）２１を構成している。
励磁コイル９、検出コイル１０，フィードバックコイル２１は、それぞれの配線が略平行になるように、三重らせんとして巻回されている。
【００４２】
図８（Ａ）に示すように、非磁性の基板Ｍ１３の上に、ソレノイドコイルの下側配線を形成するための第１配線層４が形成される。次に、図８（Ｂ）に示すように、第１配線層４の上に、磁性体コア１とソレノイドコイルを絶縁するための第１絶縁層５とが形成される。第１絶縁層５には、第１配線層４と後に形成されるソレノイドコイルの上側配線となる第２配線層７とが接続される部分に開口部８が設けられる。
図８（Ｃ）に示すように、第１絶縁層５の上に軟磁性体膜からなる磁性体コア１が形成される。次に、図８（Ｄ）に示すように、磁性体コア１の上には、第１配線層４と第２配線層７の接続部に開口部８を設けた第２絶縁層６が形成される。第２絶縁層６の上には、図８（Ｅ）に示すように、第１配線層４の隣接する配線どうしをその端部にて接続するように第２配線層７が形成されて、ソレノイドコイルを形成している。配線は、２つおきに隣接する配線と接続されるため、断面におけるソレノイドコイルのループは閉じない。
【００４３】
第１配線層４および第２配線層７により形成されたソレノイドコイル９、レノイドコイル１０、ソレノイドコイル２１は、いずれも磁性体コア１において、それぞれ独立に巻き回されている。これらのソレノイドコイルは、発生する磁界方向が同一となるように第１配線層４もしくは第２配線層７により接続されている。検出コイル１０の両端には、外部と接続するための電極パッド１１が形成されている。励磁コイル９の両端には、外部と接続するための電極パッド１２が形成されている。フィードバックコイル２１の両端には、外部と接続するための電極パッド１３が形成されている。電極パッド１１はセンスアンプＭＴ１２への端子に接続され、電極パッド１２は、励磁電流発生回路ＭＴ１１への端子へ接続され、電極パッド１３は電流アンプＭＴ１５への端子にそれぞれ接続されている。
ここで、励磁コイル９、検出コイル１０及びフィードバックコイル２１は、いずれも巻き数が同じで対称であることができる。特に、フィードバックコイル２１は、そのピッチが均一になるように、磁性体コア１の全長にわたって巻回されている。
なお、これらの図は模式的に示されており、各ソレノイドコイルに関し、一部が省略されている。また、磁気素子Ｍ１２の細部形状は、図に示された形状に限定されるものではない。
【００４４】
磁性体コア１は、その周囲に巻き回された励磁コイル９に通電することにより励磁され、誘導電圧が検出コイル１０により検出される。励磁コイル９に対して、電極パッド１２を介して時間的に変化する交流電流を外部より通電することにより磁性体コア１が交流励磁され、発生した磁束により検出コイル１０に略パルス状の誘導電圧が発生する。この誘導電圧は検出コイル１０および電極パッド１１を介して制御用集積回路ＭＴ１０に出力され、上述したように、フィードバック電流として電極パッド１３を介してフィードバックコイル２１に印加される。
【００４５】
本実施形態に示したものは一例であり、磁性体コア１，励磁コイル９、検出コイル１０及びフィードバックコイル２１の配置は、上記の構成に限定されることなく、他の配置とすることができる。特に、励磁コイル９、検出コイル１０，フィードバックコイル２１は、三重らせん以外の配置も可能である。
【００４６】
例えば、図１０に示したフラックスゲート型磁気素子であってもよい。図１０に示したフラックスゲート型磁気素子は、磁性体コア１の平面形状は、その長手方向の中央部が括れた形状となっており、両端部１ａは中央部１ｂよりも幅広に形成されている。磁性体コア１の中央部には検出コイル１０が巻回されており、幅広な両端部１ａには励磁コイル９が巻回されている。そして、磁性体コア１の全長に亘ってフィードバックコイル２１が巻回されている。そして、それぞれの配線が略平行になるように、三重らせんとして巻回されている。なお、図６、図１０においては、コイルを識別するために、ハッチングを付してある。また、図１０においては、磁性他コア１およびコイル９，１０，２１、電極パッド１１，１２，１３以外の構成は省略した記載となっている。
【００４７】
本実施形態の電流センサＣＳ１０においては、図１，図２に示すように、磁気素子Ｍ１２の感磁方向ＣＭを、角ψ＝０°とした場合に対して傾けることにより、測定磁界Ｈｅｘｔが、磁気素子Ｍ１２の感磁方向成分ｃｏｓψ・Ｈｅｘｔとして磁気素子Ｍ１２に流入することでその強度が減少する。例えば、角ψ＝４５°にすることができる。
さらに、例えば正方形とされる磁気シールドＣＭ１，ＣＭ２の一辺の長さを、ＣＭ１ｃとすると、その感磁方向長さＣＭ１ｃ／ｃｏｓψが、一辺ＣＭ１ｃより長くなる。このように感磁方向ＣＭにおける磁気シールドＣＭ１，ＣＭ２の長さを大きくできるので、磁気素子Ｍ１２に流入する磁界Ｈｅｘｃ強度が減少する以上に磁気シールドＣＭ１，ＣＭ２によって外乱磁界Ｈｅｘｄを減少させることで、Ｓ／Ｎ比を向上することができる。磁気素子Ｍ１２は、外乱磁界Ｈｅｘｄの影響を低減するために、磁気シールドＣＭ１，ＣＭ２の中央位置に配置される。
【００４８】
本実施形態の電流センサＣＳ１０においては、磁気シールドが正方形とされた場合に、図１１〜図１３に示すように、シールドサイズ／シールド間とし記載されるシールド間隔に対するシールド一辺の大きさの比ＣＭ１ｃ／ＣＭｂを横軸とし、バスバーＢ０と直交するＨｈ方向に外部から１ｍＴとして印加した外乱磁界が磁気素子Ｍ１２位置で検出される大きさであるセンサ到達外乱磁界（％）を縦軸とした結果を示す。
この結果から、シールド間隔を狭めることで、つまり比ＣＭ１ｃ／ＣＭｂを小さくすることで、外部磁界をほとんど排除できることがわかる。同時に、角度ψを設定することにより、ノイズをより一層低減できることがわかる。
【００４９】
また、本実施形態の電流センサＣＳ１０においては、図１４に示すように、磁気シールドＣＭ１，ＣＭ２に対して、角度ψを０°（ａ）と４５°（ｂ）となるように配置しており、それぞれの場合において、バスバーに流れる電流値を測定した結果を図１５に示す。この結果から、角度ψを４５°に設定することで広範囲の電流が測定できることが分かる。
【００５０】
本実施形態の電流センサＣＳ１０においては、図１７に示すように、バスバーＢ０と磁気素子Ｍ１２を挟むように磁気シールドＣＭ１，ＣＭ２とが配置されているのみであり、バスバーＢ０の両脇には磁気シールドが設けられていない。これにより、バスバーＢ０に流れる被測定電流Ｉが作る磁界に対して、磁気回路は一部開いた構造となるため、磁気抵抗は大きくなり、それに伴い、磁気シールド内に発生する磁束密度は小さくなるため、磁気シールドは磁気飽和しにくくなる。
一方、バスバーの両脇に磁性体板が配されている構造（例えば、特許文献１の磁気シールド体６５、特許文献２のシールド２４）では、磁気シールドＣＭ３により、バスバーＢ０に流れる被測定電流Ｉが作る磁界に対して、磁気回路は閉じた構造となるため、図１８に示すように、磁気抵抗は小さくなり、それに伴い、磁気シールド内に発生する磁束密度は大きくなるため、磁気シールドは磁気飽和しやすくなる。
【００５１】
さらに、磁気シールドＣＭ１と磁気シールドＣＭ２とバスバーの両サイドの磁気シールドとを一体とした磁気シールドＣＭ４とした場合には、図１９に示すように、磁気シールドＣＭ４の磁気飽和はより顕著となる。磁気シールドが磁気飽和してしまうと、磁気を誘引することができなくなり、磁気シールドとして機能しない。
このように、磁気シールドが飽和する前後では、図２０（ｂ）に示すように、磁気素子Ｍ１０に流入する磁界が急峻に変化し、結果的に、ゼロ点から離れた領域では、バスバーに流れる電流値と磁気素子Ｍ１０に流入する磁界が線形とならない、すなわち、バスバーに流れる電流値と磁気センサの出力値の線形性が乱れてしまう。
これに対し、図１７に示すようにサイドが開いている磁気シールドＣＭ１，ＣＭ２のみの場合には、図２０（ａ）に示すように、磁気素子Ｍ１０は線形性を維持することができる。
【００５２】
また、本実施形態においては、磁気シールドＣＭ１，ＣＭ２の間隔ＣＭｂを狭くし、フラックスゲート型磁気素子Ｍ１０とし、感磁方向ＣＭを比検出電流Ｉと交わる方向に角度ψを設定することで、感磁方向を極めて狭く設定してその精度を向上し、感磁方向からずれた角度の磁界成分に対しては、素子感度を充分弱くすることができるため、磁気素子に流入する外乱磁界からの影響を排除して、外乱磁界Ｈｅｘｄの感磁方向成分が磁気素子Ｍ１２に影響することを防止して、バスバーＢ０からの被測定磁界のみを精度良く検出することが可能となる。
【００５３】
本実施形態においては、磁気シールドＣＭ１，ＣＭ２を設置することで、測定対象であるバスバーＢ０以外に、平行した別のバスバーが存在するような場合でも、測定対象外のバスバーから発生する磁界を磁気シールドＣＭ１，ＣＭ２中を通して、磁気素子Ｍ１２に、到達する外乱磁界を低減し、磁気シールドＣＭ１，ＣＭ２が無い場合に比べて測定誤差を大幅に低減できることできる。つまり、この磁性体板間隔を短くすることで、磁気素子に対する外乱磁界の影響を低減してＳ／Ｎ比を向上するので、電流センサとしての測定正確性を向上することができる。
【００５４】
さらに、本実施形態においては、磁性体コア１において測定する磁界の状態は、外部から磁性体コア１に流入する外部磁界（被測定磁界）Ｈｅｘｔをキャンセルする状態、またはこれとほぼ等しい状態となるようにフィードバックコイル２１からフィードバック磁界Ｈｆｂを磁性体コア１に印加するので、そのままでは磁性体コア１が飽和してしまう程度に外部磁界Ｈｅｘｔが大きい場合や、外部磁界Ｈｅｘｔがゼロ点から離れた領域で磁性体コア１のＢ−Ｈ曲線の線形性が乱れている場合にも、これらの影響を排除して、極めて線形性の高い状態で外部磁界Ｈｅｘｔの測定をおこなうことができる。このため、磁気素子Ｍ１２の構造から設定される測定可能な外部磁界強度範囲に限定されることなく、広い測定範囲に対応した電流センサＣＳ１０とすることが可能となる。同時に、フィードバック電流の値を決定する要素が、励磁電流の周期と励磁コイル９およびフィードバックコイル２１に流れる電流が発生する励磁磁界Ｈｅｘｔおよびフィードバック磁界Ｈｆｂのみであり、磁性体コア１の特性は殆ど寄与しないために、従来の磁気素子に比べ、素子自体の特性の影響を非常に小さくできる。本実施形態では、ほぼタイムラグなくアナログ値を連続して出力することが可能となる。
【００５５】
さらに、本実施形態における電流センサは、磁気素子Ｍ１２が減磁体を有するものとすることもできる。
【００５６】
本実施形態における電流センサは、磁気素子Ｍ１２が設けられており、この磁気素子Ｍ１２は、パッケージに実装されたチップ状の軟磁性体からなる減磁体と、非磁性基板上に形成された磁性体コア１を有するフラックスゲート型磁気素子Ｍ１２と、リードフレームと磁気素子Ｍ１２を電気的に接続するボンディングワイヤから構成される。磁気素子Ｍ１２は板状の減磁体（チップ状軟磁性体）の上に積層して形成されている。磁気素子の感磁方向は、非磁性基板表面と平行な方向である。
【００５７】
磁気素子Ｍ１２は、例えばシリコン等の非磁性体からなる基板（非磁性基板）表面に薄膜を積層するプロセスにより形成される。
基板のバスバーＢ０側（裏面側）には、磁気素子Ｍ１２が形成された面と平行に軟磁性体からなるチップとされる減磁体が設けられる。減磁体には、例えばＮｉＦｅなどの金属軟磁性体材料や、Ｃｏ系アモルファス等、フェライト等のバルク状の軟磁性体や、シート状の軟磁性体を用いることができる。
減磁体は、磁性体コア１の表面から離間した位置に設けられて磁性体コア１に流入する外部磁界Ｈｅｘｔを低減するものとされる。減磁体と磁気素子Ｍ１２との距離は、基板の厚みにより設定できる。
【００５８】
減磁体は、平面視して、磁気素子Ｍ１２の長手方向において、磁気素子Ｍ１２よりも広い領域を覆うように形成することが望ましい。これにより、外部磁界Ｈｅｘｔの大部分は減磁体に吸収され、外部磁界Ｈｅｘｔの成分のうちの一部のみが磁気素子Ｍ１２の磁性体コア１に印加される。
【００５９】
電流センサは、磁気素子Ｍ１２の片側に減磁体を配置した場合、減磁体によるシールド効果により、磁気素子Ｍ１２に印加される外部磁界Ｈｅｘｔを小さくすることができ、測定レンジの狭い磁気素子Ｍ１２を用いた場合でも、大きな外部磁界に対応して、広い測定レンジを持たせることが可能となる。
この際、磁気素子Ｍ１２に印加される外部磁界Ｈｅｘｔの小さくなり度合いは、減磁体と磁気素子Ｍ１２との距離を変化させることにより設定することが可能である。これによって、バスバーＢ０と磁気シールドＣＭ１とに対する磁気素子Ｍ１２の距離設定に加えて、前述するように外部磁界Ｈｅｘｔと励磁磁界Ｈｅｘｃとの比を最適な状態にして磁気素子として適正な測定をおこなうことが可能となる。
【００６０】
この例では、磁性体コア１の面法線方向（ｚ方向）位置にこの磁性体コア１よりも大きな減磁体を設け、いわば、磁性体コア１に対する部分的なシールド構造として減磁体を形成している。これにより、減磁体がない場合すべて磁性体コア１に収束して流入していた外部磁界Ｈｅｘｔ成分の一部が、減磁体に吸い寄せられて減磁体内部を流れる状態となり、磁性体コア１に実効的に印加される外部磁界Ｈｅｘｔは小さくなる。従って、磁性体コア１の実効的なＢ−Ｈ曲線（ヒステリシス曲線）の傾きが小さくなり、非飽和領域における磁気密度Ｂの外部磁界Ｈｅｘｔに対する傾きｄＢ／ｄＨｅｘｔが小さくなる。
また、磁気素子Ｍ１０は、例えば図１４の紙面奥行き方向位置など、そのパッケージ内に制御用集積回路ＭＴ１０を包含することができる。
【００６１】
本例においては、減磁体は、磁気素子Ｍ１２のバスバーＢ０側に配置されて、厚み方向にバスバーＢ０、減磁体、磁気素子Ｍ１２（磁性体コア１）、磁気シールドＣＭ１、の順になるよう配置されている。  さらに、本例において、減磁体が磁気素子Ｍ１２の磁気シールドＣＭ１側に位置することが可能である。
【００６２】
また、バスバーＢ０側に加え、磁気素子Ｍ１２の磁気シールドＣＭ１側にもスペーサを介して減磁体を設けてパッケージした磁気素子とすることが可能である。つまり、磁気素子Ｍ１２の上下方向両側にそれぞれ減磁体を配置して、磁気素子Ｍ１２に流入する外部磁界をより一層低減することが可能となる。
これら減磁体の配置として、シールドからの残留磁化の影響を低減するという観点からは、磁気素子Ｍ１２よりも磁気シールドＣＭ１側でバスバーＢ０の反対側に減磁体が配置される磁気素子が好ましい。
【００６３】
本発明の電流センサにおける磁気素子は、基板上に成膜された第１の磁性体に、螺旋状の第１〜第３のソレノイドコイルが巻き回されて、前記第１〜第３のソレノイドコイルが励磁コイル、検出コイル、フィードバックコイルとされるフラックスゲート型の磁気素子と、
前記第１の磁性体の表面から離間した位置に設けられて該第１の磁性体に流入する外部磁界を低減する第２の磁性体と、
前記第１の磁性体に流入する外部磁界が前記第２の磁性体によって低減する分を制御するために、前記磁気素子と前記第２の磁性体との距離を設定する距離設定部と、
が設けられていることができる。
上記の磁気素子であって、
素子の感磁方向が第１の磁性体の長手方向とされ、
前記距離設定部が、前記磁気素子と前記第２の磁性体とに挟まれた板状体とされ、該板厚により積層された前記磁気素子と前記第２の磁性体との距離を設定可能とされることや、
前記磁気素子の一面側に前記第２の磁性体が設けられるか、または、前記磁気素子の表裏面を挟むように前記第２の磁性体がそれぞれ設けられることや、
前記第２の磁性体は、前記磁気素子と前記距離設定部と前記第２の磁性体との積層方向における輪郭が、少なくとも前記第１の磁性体より大きく形成されることや、
前記距離設定部が、前記前記磁気素子の基板と一体とされてなることができる。
【００６４】
また本実施形態においては、磁気素子Ｍ１２をフラックスゲート型磁気素子としてが、ホール素子、ＭＲ素子、ＧＭＲ素子、ＴＭＲ素子やＭＩ素子等にすることも可能である。
また本実施形態においては、磁気シールドＣＭ１，ＣＭ２を平行平板としたが、サイドからの磁界流入等に起因する磁化飽和の影響など、測定精度の低下を無視しうる形状であればこの形状に限るものではなく、他の形状とすることも可能である。
【００６５】
以下、本発明に係る電流センサの第２実施形態を、図面に基づいて説明する。
【００６６】
図１６は、本実施形態における磁気素子を示す模式図であり、図において、符号ＣＳ１０‘は電流センサを示している。
【００６７】
本実施形態の電流センサＣＳ１０‘は、２枚の磁気シールドＣＭ１，ＣＭ２の間において、ｚ方向（厚さ方向）の中央に位置するバスバーＢ０に対して、それぞれの磁気シールドＣＭ１，ＣＭ２側となる両側に１つずつの磁気素子Ｍ１２、Ｍ１２’を有する。
つまり、バスバーＢ０の磁気シールドＣＭ１側に磁気素子Ｍ１２が位置し、バスバーＢ０の磁気シールドＣＭ２側に磁気素子Ｍ１２’が位置している。なお、バスバーＢ０に対して、磁気素子Ｍ１２，Ｍ１２’および、磁気シールドＣＭ１、ＣＭ２は、それぞれ面対称となるように配置されている。
【００６８】
本実施形態においては、磁気素子Ｍ１２と磁気シールドＣＭ１、および、磁気素子Ｍ１２’と磁気シールドＣＭ２が、バスバーＢ０に対して、対称に位置されており、バスバーＢ０に流れる電流Ｉの作る磁界がこれらの磁気素子Ｍ１２の位置と磁気素子Ｍ１２’の位置とで大きさが等しく、向きが逆となっているので、これらの磁気素子Ｍ１２，Ｍ１２’からの出力信号からその差を算出することで、外乱磁界Ｈｅｘｄの影響を排除して、被測定磁界Ｈｅｘｔを正確に算出することができる、これにより、より一層測定精度を向上することが可能となる。
具体的には、後述する実験例で測定した測定誤差率を１つの磁気素子の場合に比べて半分以下、４割程度以下に低減することが可能となる。
【００６９】
以下、本発明に係る電流センサの第４実施形態を、図面に基づいて説明する。
【００７０】
図２１、図２２は、本実施形態における磁気素子の製造方法を示す工程図、図２３は、磁気素子を示す上面図であり、図において、符号ＣＳ２０は電流センサを示している。本実施形態において上述した実施形態における構成と対応する構成には同一の番号を付してその説明を省略する。
【００７１】
本実施形態における電流センサＣＳ２０は、図２２（ｇ）、図２３に示すように、バスバーＢ０１と磁気素子Ｍ１２，制御用集積回路ＭＴ１０、磁気シールドＣＭ１，ＣＭ２を、一体となるようにモールドＣＳ２０ａ内部に設けている。
【００７２】
以下、本実施形態における電流センサＣＳ２０の製造方法について説明する。
まず、図２１（ａ）に示すように、バスバーＢ０１をその内部に位置した状態で、樹脂等により所定形状のモールドＣＳ２０ａを形成する。
モールドＣＳ２０ａには、あらかじめ、磁気シールドＣＭ１や基板Ｍ１０ａを配置する凹部ＣＳ２０ｂ、ＣＳ２０ｂ‘、磁気シールドＣＭ２を配置する凹部ＣＳ２０ｃ、平面視してバスバーＢ０１と重ならない部分に位置する凹部ＣＳ２０ｄ等が設けられている。この際、図１に示した距離寸法ＣＭａ，ＣＭｂ，ＣＭｅ，ＣＭｇが所定の値に設定されるようにこれら凹部ＣＳ２０ｂ、ＣＳ２０ｂ‘、ＣＳ２０ｃの形状を制御して成形しておく。
【００７３】
次いで、図２１（ｂ）に示すように、基板Ｍ１０ａに磁気素子Ｍ１２および制御用集積回路ＭＴ１０等を実装して組み立て準備をおこなっておく。この際、図１に示した角度ψが所定の大きさとなるように設定しておく。
【００７４】
次いで、図２１（ｃ）に示すように、凹部ＣＳ２０ｄに固定穴を設けてこれに貫通するように、基板Ｍ１０ａを外部に接続するための外部接続端子ＣＳ２０ｅを固定する。この凹部ＣＳ２０ｄにおいては、図示しないコネクタ等により外部へ出力するものとされる。
【００７５】
次いで、図２１（ｄ）に示すように、凹部ＣＳ２０ｂ‘に基板Ｍ１０ａを固定するとともに、外部端子ＣＳ２０ｅを電気的に接続する。
【００７６】
次いで、図２２（ｅ）に示すように、基板Ｍ１０ａの上側位置となるように、凹部ＣＳ２０ｂに磁気シールドＣＭ１を固定する。
【００７７】
次いで、図２２（ｆ）に示すように、磁気シールドＣＭ１の上側位置となるように、凹部ＣＳ２０ｂを閉塞するように上部カバーＣＭ５を固定する。
【００７８】
次いで、図２２（ｇ）に示すように、バスバーＢ０１の下側に位置する凹部ＣＳ２０ｃに、磁気シールドＣＭ２および下部カバーＣＭ６を固定する。これにより、下部カバーＣＭ６により凹部ＣＳ２０ｃが閉塞され、図２３に示すように電流センサＣＳ２０が完成する。
【００７９】
本実施形態によれば、樹脂製モールドＣＳ２０ａにより、図１に示した角度ψ、図２に示した距離寸法ＣＭａ，ＣＭｂ，ＣＭｅ，ＣＭｇをあらかじめ所定の値に設定することができる。
【００８０】
以下、本発明に係る電流センサの第５実施形態を、図面に基づいて説明する。
【００８１】
図２４〜図２６は、本実施形態における電流センサの製造方法を示す工程図であり、図において、符号ＣＳ３０は電流センサを示している。本実施形態において上述した実施形態における構成と対応する構成には同一の番号を付してその説明を省略する。
【００８２】
本実施形態における電流センサＣＳ３０は、図２６に示すように、磁気素子Ｍ１２がＤＩＰ（Dual In-line Package）型の磁気素子ＭＳ３０とされて、 基板Ｍ１０ａとは別にモールドＣＳ２０ａに設けた凹部ＣＳ３０ｆ内部に埋め込まれている。
【００８３】
以下、本実施形態における電流センサＣＳ３０の製造方法について説明する。
まず、図２４（ａ）に示すように、バスバーＢ０１をその内部に位置した状態で、樹脂等により所定形状のモールドＣＳ３０ａを形成する。
モールドＣＳ３０ａには、あらかじめ、基板Ｍ１０ａを配置する凹部ＣＳ３０ｂ、磁気シールドＣＭ１を配置するＣＳ３０ｂ’、磁気素子ＭＳ３０を埋設するための凹部ＣＳ３０ｆ他が設けられている。この際、図２に示した距離寸法ＣＭａ，ＣＭｂ，ＣＭｅ，ＣＭｇが所定の値に設定されるようにこれら凹部ＣＳ３０ｂ、ＣＳ３０ｂ‘、ＣＳ２０ｃの形状を制御して成形しておく。この際、図１に示した角度ψが所定の大きさとなるように凹部ＣＳ３０ｆの形状を設定しておく。
【００８４】
次いで、図２４（ｂ）に示すように、モールドＣＳ３０ａの凹部ＣＳ３０ｆ内に、磁気素子ＭＳ３０を挿入して接続端子ＣＳ３０ｅで外部と接続可能にしておく。この際、図１に示した角度ψを所定の大きさとなるように配置する。同時に、凹部ＣＳ２０ｄに固定穴を設けてこれに貫通するように、基板Ｍ１０ａを外部に接続するための外部接続端子ＣＳ２０ｅを固定する。
【００８５】
次いで、図２４（ｃ）に示すように、モールドＣＳ３０ａの凹部ＣＳ３０ｆよりも外側に位置する凹部ＣＳ３０ｂ’に磁気シールドＣＭ１を固定する。
【００８６】
次いで、図２５（ｄ）に示すように、磁気シールドＣＭ１の上側位置となるように、凹部ＣＳ３０ｂに制御用集積回路ＭＴ１０のマウントされた基板Ｍ１０ａを固定するとともに、外部端子ＣＳ２０ｅおよび接続端子ＣＳ３０ｆを電気的に接続する。
【００８７】
次いで、図２５（ｅ）に示すように、磁気シールドＣＭ１の上側位置となるように、凹部ＣＳ３０ｂを閉塞するように上部カバーＣＭ５を固定する。
【００８８】
次いで、図２５（ｆ）に示すように、バスバーＢ０１の下側に位置する凹部ＣＳ２０ｃに、磁気シールドＣＭ２を固定する。
次いで、図２５（ｆ）に示すように、磁気シールドＣＭ２の下側に位置するように、凹部ＣＳ２０ｃに下部カバーＣＭ６を固定する。これにより、下部カバーＣＭ６により凹部ＣＳ２０ｃが閉塞され、図２６に示すように電流センサＣＳ３０が完成する。
【００８９】
本実施形態によれば、樹脂製モールドＣＳ３０ａにより、図１に示した角度ψ、図２に示した距離寸法ＣＭａ，ＣＭｂ，ＣＭｅ，ＣＭｇをあらかじめ所定の値に設定することができる。
【００９０】
以下、本発明に係る電流センサの第６実施形態を、図面に基づいて説明する。
【００９１】
図２７，図２８は、本実施形態における電流センサの製造方法を示す工程図であり、図において、符号ＣＳ４０は電流センサを示している。本実施形態において上述した実施形態における構成と対応する構成には同一の番号を付してその説明を省略する。
【００９２】
本実施形態における電流センサＣＳ４０は、図２８（ｆ）に示すように、磁気素子Ｍ１２がＤＩＰ（Dual In-line Package）型で制御用集積回路ＭＴ１０と一体とされた磁気素子ＭＳ４０とされてモールドＣＳ２０ａに設けた凹部ＣＳ３０ｆ内部に埋め込まれており、基板Ｍ１０ａは設けられていない。
【００９３】
以下、本実施形態における電流センサＣＳ４０の製造方法について説明する。
まず、図２７（ａ）に示すように、バスバーＢ０１をその内部に位置した状態で、樹脂等により所定形状のモールドＣＳ４０ａを形成する。
モールドＣＳ４０ａには、あらかじめ、磁気シールドＣＭ１を配置するＣＳ３０ｂ’、上部カバーを固定する凹部ＣＳ３０ｂ、磁気素子ＭＳ４０を埋設するための凹部ＣＳ３０ｆ他が設けられている。この際、図１に示した角度ψが所定の大きさとなるように凹部ＣＳ３０ｆの形状を設定しておく。この際、図２に示した距離寸法ＣＭａ，ＣＭｂ，ＣＭｅ，ＣＭｇが所定の値に設定されるようにこれら凹部ＣＳ３０ｂ、ＣＳ３０ｂ‘、ＣＳ２０ｃの形状を制御して成形しておく。
【００９４】
次いで、図２７（ｂ）に示すように、モールドＣＳ４０ａの凹部ＣＳ３０ｆ内に、磁気素子ＭＳ４０を挿入して接続端子ＣＳ４０ｅで外部と接続可能にしておく。この際、図１に示した角度ψを所定の大きさとなるように配置する。同時に、凹部ＣＳ２０ｄに固定穴を設けてこれに貫通するように、接続端子ＣＳ４０ｅを固定する。
【００９５】
次いで、図２７（ｃ）に示すように、モールドＣＳ４０ａの凹部ＣＳ３０ｆよりも外側に位置する凹部ＣＳ３０ｂ’に磁気シールドＣＭ１を固定する。
【００９６】
次いで、図２８（ｄ）に示すように、磁気シールドＣＭ１の上側位置となるように、凹部ＣＳ３０ｂを閉塞するように上部カバーＣＭ５を固定する。
【００９７】
次いで、図２８（ｅ）に示すように、バスバーＢ０１の下側に位置する凹部ＣＳ２０ｃに、磁気シールドＣＭ２を固定する。
次いで、図２８（ｆ）に示すように、磁気シールドＣＭ２の下側に位置するように、凹部ＣＳ２０ｃに下部カバーＣＭ６を固定する。これにより、下部カバーＣＭ６により凹部ＣＳ２０ｃが閉塞され、図２８（ｆ）に示すように電流センサＣＳ４０が完成する。
【００９８】
本実施形態によれば、樹脂製モールドＣＳ４０ａにより、図１に示した角度ψ、図２に示した距離寸法ＣＭａ，ＣＭｂ，ＣＭｅ，ＣＭｇをあらかじめ所定の値に設定することができる。
【００９９】
以下、本発明に係る電流センサの第７実施形態を、図面に基づいて説明する。
【０１００】
図２９は、本実施形態における電流センサの製造方法を示す工程図であり、図において、符号ＣＳ５０は電流センサを示している。本実施形態において上述した実施形態における構成と対応する構成には同一の番号を付してその説明を省略する。
【０１０１】
本実施形態における電流センサＣＳ５０は、図２９（ｃ）に示すように、磁気素子Ｍ１２がＤＩＰ（Dual In-line Package）型で制御用集積回路ＭＴ１０と一体とされた磁気素子ＭＳ５０とされてモールドＣＳ２０ａに埋め込まれており、基板Ｍ１０ａは設けられていない。
【０１０２】
以下、本実施形態における電流センサＣＳ５０の製造方法について説明する。
まず、図２９（ａ）に示すように、バスバーＢ０１および磁気素子ＭＳ５０をその内部に位置した状態で、樹脂等により所定形状のモールドＣＳ５０ａを形成する。この際、図１に示した角度ψが所定の大きさとなるようにモールドＣＳ５０ａ内での磁気素子ＭＳ５０配置を設定しておく。同時に、凹部ＣＳ２０ｄに固定穴を設けてこれに貫通するように、接続端子ＣＳ４０ｅを配置する。
モールドＣＳ５０ａには、あらかじめ、磁気シールドＣＭ１を配置するＣＳ３０ｂ’、上部カバーを固定する凹部ＣＳ３０ｂ他が設けられている。この際、図２に示した距離寸法ＣＭａ，ＣＭｂ，ＣＭｅ，ＣＭｇが所定の値に設定されるようにこれら凹部ＣＳ３０ｂ、ＣＳ３０ｂ‘、ＣＳ２０ｃの形状を制御して成形しておく。
【０１０３】
次いで、図２９（ｂ）に示すように、モールドＣＳ３０ａの凹部ＣＳ３０ｆよりも外側に位置する凹部ＣＳ３０ｂ’に磁気シールドＣＭ１を固定し、磁気シールドＣＭ１の上側位置となるように、凹部ＣＳ３０ｂを閉塞するように上部カバーＣＭ５を固定する。
【０１０４】
次いで、図２９（ｃ）に示すように、バスバーＢ０１の下側に位置する凹部ＣＳ２０ｃに、磁気シールドＣＭ２を固定し、磁気シールドＣＭ２の下側に位置するように、凹部ＣＳ２０ｃに下部カバーＣＭ６を固定する。これにより、下部カバーＣＭ６により凹部ＣＳ２０ｃが閉塞され、電流センサＣＳ５０が完成する。
【０１０５】
本実施形態によれば、樹脂製モールドＣＳ５０ａにより、図１に示した角度ψ、図２に示した距離寸法ＣＭａ，ＣＭｂ，ＣＭｅ，ＣＭｇをあらかじめ所定の値に設定することができる。
【０１０６】
本発明の電流センサにおいて、磁気シールドは外部磁界による測定誤差を抑制するだけでなく形状等を調整することによりバスバーから発生するセンサ素子への磁界強度を調整することが可能である。これは通常、大電流が流れるバスバーから発生する大きな磁界により磁気飽和してしまうような磁性材料がセンサ素子中に存在するフラックスゲート型素子のようなものには有意である。よって、磁気飽和にて測定対象の測定範囲が決まってしまうような磁気素子の測定範囲を広げることができる。
【０１０７】
また、磁界フィードバックを行うタイプの電流センサにした場合にはフィードバックコイルに流す電流量を低減でき、消費電流を抑えることが可能である。
さらに、本発明では、磁気素子とバスバーとシールド間の互いの間隔ＣＭａ，ＣＭｂ，ＣＭｅ，ＣＭｇを調整することにより、バスバーから発生する磁気素子への磁界強度を調整することが可能となる。
本発明の電流センサは単純な積層構造であるため、組立てが容易であり、複数のセンサを同時に作成することが可能である。また、本発明の構造は積層方向に対して、従来のセンサと比較し、大幅な小型化が可能である。
【０１０８】
本発明の電流センサは、
前記磁気シールドのバスバー幅方向における寸法が、前記バスバー幅方向寸法と等しく設定されてなることを特徴とする。
本発明の電流センサは、外乱磁界の遮蔽と小型化を同時におこなうことができる。
【０１０９】
本発明の電流センサは、前記磁性体コアに巻き回されたフィードバックコイルを有し、磁気平衡型磁気素子とされてなることを特徴とする。本発明の電流センサは、励磁コイルと検出コイルとが巻回された磁気コア磁性体コアにおいて、その全長に亘って外部磁界（被測定磁界）をキャンセル可能なように、磁気コア磁性体コア全長に等ピッチにフィードバックコイルが巻回されているので、磁気コア磁性体コア全体で略均一な磁気状態として、磁気コア磁性体コア中における磁界状態がフィードバック磁界によって外部磁界が印加されていない状態として磁界測定をおこなうことができ、これにより、正確な測定結果の出力を期すことができる。このとき、フィードバックコイルからフィードバック磁界を印加して、磁気コア磁性体コアにおいて測定する磁界の状態が、外部からの流入する被測定磁界が印加されていない状態とほぼ等しい状態とするので、そのままでは磁気コア磁性体コアが飽和してしまう程度に外部の磁界が大きい場合や、磁気コア磁性体コアのＢ−Ｈ曲線の線形性が乱れた場合にも、その影響を排除して、極めて線形性の高い状態で被測定磁界の測定をおこなうことができる。このため、磁気素子で設定された測定可能な磁界強度範囲が極めて狭いものであっても、フィードバック電流を設定することで、広い測定範囲に対応することが可能となる。フィードバック電流の値を決定する要素が、励磁電流の周期と励磁コイルおよびフィードバックコイルに流れる電流の発生する磁界のみであり、コアの特性は殆ど含まれないために、従来の磁気素子に比べ、素子自体の特性の影響を非常に小さくできる。磁気コア磁性体コアにおいて測定する磁界の状態は、外部からの流入する被測定磁界が印加されていない状態近傍となるようにフィードバックコイルからフィードバック磁界を印加するので、被測定磁界の状態にかかわらず、極めて線形性の高い状態で被測定磁界の測定をおこなうことができ、さらに、このようなフィードバックを用いることで、磁気コア磁性体コア及び磁気素子周囲が常にゼロ磁界近傍にあるため、磁界印加履歴による磁気コア磁性体コアの特性変化は非常に小さくなり、交流の励磁電流が発生する磁界により描かれるＢ−Ｈカーブは常にほぼ同じ軌跡をたどることになるため、さらに安定したオフセットが得られる。
ここで、被測定磁界が印加されない状態近傍とは、磁気コア磁性体コアのＢ−Ｈ曲線において、Ｈがゼロ近傍で、磁気コア磁性体コアが飽和せず、その線形性が維持可能な範囲を意味するものとされる。
【０１１０】
また、信号処理をおこなう制御用集積回路においても、交流電流の振幅や検出コイルで発生したパルスの検出回路に温度特性やノイズ成分が存在したり、オフセットが増幅されても、検出対象が時間であるためまったく影響を受けない。
【０１１１】
本発明の電流センサは、
前記磁気素子が搭載された回路基板を有し、
前記回路基板、前記磁気シールド、前記パスパーの幅方向の大きさがすべて同じに設定されてなることを特徴とする。本発明の電流センサは、外乱磁界の遮蔽と小型化を同時におこなうことができる。
【０１１２】
本発明の電流センサは、前記磁気素子が搭載された回路基板を有し、
前記回路基板、前記磁気シールドおよび、所定長さの前記バスバーがモールドにより一体とされてなることを特徴とする。本発明の電流センサは、所定長さのバスバーに一体となっているため、この所定長さのバスバーの両端を測定位置とされるバスバーに接続するだけで、電流センサを設置することが容易に可能となる。この際、一体として成形できるので、磁気シールドの板間隔や、磁気シールドと磁気素子との距離など、検出精度にかかる設定をあらかじめ正確にすることが可能となり、取り付け現場での設定が不必要とすることができる。
【産業上の利用可能性】
【０１１３】
本発明の活用例として、次のようなものが適用できる。
上述したように自動車の駆動系や、蓄電池への入出力線など大電流に対する電流計など。
【符号の説明】
【０１１４】
Ｂ０，Ｂ００，Ｂ０１，Ｂ６０，Ｂ６１，Ｂ６２…バスバー、ＣＳ１０…電流センサ、ＣＭ１，ＣＭ２…磁気シールド、Ｍ１０，ＭＳ１０…磁気素子、ＭＴ１０…制御用集積回路、Ｍ１２…磁気素子、１…磁性体コア、９…励磁コイル、１０…検出コイル、２１…フィードバックコイル、ＭＴ１１…励磁電流発生回路、ψ…角
【図１】
2013246005.tif 000007
【図２】
2013246005.tif 000008
【図３】
2013246005.tif 000009
【図４】
2013246005.tif 000010
【図５】
2013246005.tif 000011
【図６】
2013246005.tif 000012
【図７】
2013246005.tif 000013
【図８】
2013246005.tif 000014
【図９】
2013246005.tif 000015
【図１０】
2013246005.tif 000016
【図１１】
2013246005.tif 000017
【図１２】
2013246005.tif 000018
【図１３】
2013246005.tif 000019
【図１４】
2013246005.tif 000020
【図１５】
2013246005.tif 000021
【図１６】
2013246005.tif 000022
【図２０】
2013246005.tif 000023
【図２１】
2013246005.tif 000024
【図２２】
2013246005.tif 000025
【図２３】
2013246005.tif 000026
【図２４】
2013246005.tif 000027
【図２５】
2013246005.tif 000028
【図２６】
2013246005.tif 000029
【図２７】
2013246005.tif 000030
【図２８】
2013246005.tif 000031
【図２９】
2013246005.tif 000032
【図１７】
2013246005.tif 000033
【図１８】
2013246005.tif 000034
【図１９】
2013246005.tif 000035