(57)【要約】      （修正有）【課題】１次導体の近傍より離れた位置に磁気センサを配置した場合にも安定して測定対象の電流の値を測定可能な電流センサを提供する。【解決手段】測定対象の電流が流れる１次導体と、１次導体に対して間隔を置いて位置する磁気センサ装置１０とを備える。磁気センサ装置１０は、第１磁気センサ１２および第２磁気センサ１３と、磁性体１４とを含む。磁性体１４は、１次導体と面している部分において、１次導体に近づくにしたがって幅が狭くなる先細形状を有し、かつ、第１磁気センサ１２側の外形と第２磁気センサ１３側の外形とが略面対称である。第１磁気センサ１２および第２磁気センサ１３は、磁性体１４の外形の対称面との最短距離が互いに等しくなるように配置されている。第１磁気センサ１２および第２磁気センサ１３の各々は、１次導体と磁性体１４とを最短で結ぶ方向に平行な検出軸１２ａ，１３ａを有する。【選択図】図５
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【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次導体に対して間隔を置いて位置する磁気センサ装置とを備え、
前記磁気センサ装置は、
互いに間隔を置いて配置され、前記１次導体を流れる前記電流によりそれぞれの位置において発生する磁束の密度を測定する、第１磁気センサおよび第２磁気センサと、
前記第１磁気センサおよび前記第２磁気センサの間に位置する磁性体とを含み、
前記磁性体は、前記１次導体と面している部分において、前記１次導体に近づくにしたがって幅が狭くなる先細形状を有し、かつ、第１磁気センサ側の外形と第２磁気センサ側の外形とが略面対称であり、
前記第１磁気センサおよび前記第２磁気センサは、前記磁性体の外形の対称面との最短距離が互いに等しくなるように配置され、
前記第１磁気センサおよび前記第２磁気センサの各々は、前記１次導体と前記磁性体とを最短で結ぶ方向に平行な検出軸を有し、
前記１次導体を流れる前記電流により前記第１磁気センサおよび前記第２磁気センサの各々の位置において発生する磁束の前記検出軸の方向における向きが互いに反対である、電流センサ。
【請求項２】
前記磁気センサ装置が、前記第１磁気センサおよび前記第２磁気センサの各測定値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含み、
前記１次導体を流れる前記電流により発生する磁束の密度について、前記第１磁気センサの測定値の位相と前記第２磁気センサの測定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１に記載の電流センサ。
【請求項３】
前記磁気センサ装置が、前記第１磁気センサおよび前記第２磁気センサの各測定値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含み、
前記１次導体を流れる前記電流により発生する磁束の密度について、前記第１磁気センサの測定値の位相と前記第２磁気センサの測定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２に記載の電流センサ。
【請求項４】
前記磁性体は、横断面が円形である柱状の外形を有する、請求項１から３のいずれか１項に記載の電流センサ。
【請求項５】
前記磁性体は、横断面が楕円形である柱状の外形を有する、請求項１から３のいずれか１項に記載の電流センサ。
【請求項６】
前記磁性体は、横断面が多角形である柱状の外形を有する、請求項１から３のいずれか１項に記載の電流センサ。
【請求項７】
前記磁性体がフェライトで構成されている、請求項１から６のいずれか１項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束の密度を測定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】
磁性体からなる集磁コアを有する電流センサを開示した先行文献として、特開平８−２３３８６４号公報(特許文献１)および特開２００９−２０４４１５号公報(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、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。特許文献２に記載された電流センサは、磁性体コア内に配置された電流バー(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、磁気センサおよび磁性材料からなる感度調整部材とを備える。
【０００４】
これら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３)に開示されている。
【０００５】
特許文献３に記載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】
【０００６】
【特許文献１】特開平８−２３３８６４号公報
【特許文献２】特開２００９−２０４４１５号公報
【特許文献３】特開平６−２９４８５４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献３に記載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各々の磁界の強さは、それぞれの磁気抵抗素子と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各々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それぞれ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。
【０００８】
また、第１ブリッジ分路と第２ブリッジ分路との間の距離を出来る限り短くするとともに、第１ブリッジ分路および第２ブリッジ分路を１次導体の近傍に配置する必要があるため、第１ブリッジ分路と第２ブリッジ分路との間の絶縁が難しいという問題がある。
【０００９】
本発明は上記の問題点に鑑みてなされたものであって、１次導体の近傍より離れた位置に磁気センサを配置した場合にも安定して測定対象の電流の値を測定可能で容易に製造できる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】
【００１０】
本発明に基づく電流センサは、測定対象の電流が流れる１次導体と、１次導体に対して間隔を置いて位置する磁気センサ装置とを備える。磁気センサ装置は、互いに間隔を置いて配置され、１次導体を流れる上記電流によりそれぞれの位置において発生する磁束の密度を測定する、第１磁気センサおよび第２磁気センサと、第１磁気センサおよび第２磁気センサの間に位置する磁性体とを含む。磁性体は、１次導体と面している部分において、１次導体に近づくにしたがって幅が狭くなる先細形状を有し、かつ、第１磁気センサ側の外形と第２磁気センサ側の外形とが略面対称である。第１磁気センサおよび第２磁気センサは、磁性体の外形の対称面との最短距離が互いに等しくなるように配置されている。第１磁気センサおよび第２磁気センサの各々は、１次導体と磁性体とを最短で結ぶ方向に平行な検出軸を有する。１次導体を流れる上記電流により第１磁気センサおよび第２磁気センサの各々の位置において発生する磁束の上記検出軸の方向における向きが互いに反対である。
【００１１】
本発明の一形態においては、磁気センサ装置が、第１磁気センサおよび第２磁気センサの各測定値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含む。１次導体を流れる上記電流により発生する磁束の密度について、第１磁気センサの測定値の位相と第２磁気センサの測定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。
【００１２】
本発明の一形態においては、磁気センサ装置が、第１磁気センサおよび第２磁気センサの各測定値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含む。１次導体を流れる上記電流により発生する磁束の密度について、第１磁気センサの測定値の位相と第２磁気センサの測定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。
【００１３】
本発明の一形態においては、磁性体は、横断面が円形である柱状の外形を有する。
本発明の一形態においては、磁性体は、横断面が楕円形である柱状の外形を有する。
【００１４】
本発明の一形態においては、磁性体は、横断面が多角形である柱状の外形を有する。
本発明の一形態においては、磁性体がフェライトで構成されている。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、１次導体の近傍より離れた位置に磁気センサを配置した場合にも安定して測定対象の電流の値を測定可能な電流センサを容易に製造できる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の実施形態１に係る電流センサの構成を示す平面図である。
【図２】図１の電流センサを矢印ＩＩ方向から見た正面図である。
【図３】図１の電流センサを矢印ＩＩＩ方向から見た側面図である。
【図４】本発明の実施形態１に係る電流センサが備える磁気センサ装置の構成を示す平面図である。
【図５】図４の磁気センサ装置を矢印Ｖ方向から見た正面図である。
【図６】図４の磁気センサ装置を矢印ＩＶ方向から見た側面図である。
【図７】シミュレーションを行なった、電流センサを単純化したモデルの構成を示す斜視図である。
【図８】測定対象の電流により１次導体の周辺に発生する磁束の密度を示す磁束線図である。
【図９】測定対象の電流により１次導体の周囲に発生する磁束の密度のＺ軸方向の成分を示す等強度線図である。
【図１０】図９中の直線１上の始点から終点までの間における、磁束密度のＺ軸方向の成分の推移を示すグラフである。
【図１１】測定対象外の電流により発生する磁束の密度を示す磁束線図である。
【図１２】測定対象外の電流により発生する磁束の密度のＺ軸方向の成分を示す等強度線図である。
【図１３】図１２中の直線１上の始点から終点までの間における、磁束密度のＺ軸方向の成分の推移を示すグラフである。
【図１４】磁性体１４の下端と１次導体１２０ｂの上面との最短距離を５ｍｍにした場合の、図９中の直線１上の始点から終点までの間における、磁束密度のＺ軸方向の成分の推移を示すグラフである。
【図１５】磁性体１４の下端と１次導体１２０ｂの上面との最短距離を１０ｍｍにした場合の、図９中の直線１上の始点から終点までの間における、磁束密度のＺ軸方向の成分の推移を示すグラフである。
【図１６】磁性体１４の下端と１次導体１２０ｂの上面との最短距離を２０ｍｍにした場合の、図９中の直線１上の始点から終点までの間における、磁束密度のＺ軸方向の成分の推移を示すグラフである。
【図１７】磁性体１４の下端と１次導体１２０ｂの上面との最短距離を５ｍｍにした場合の、図１２中の直線１上の始点から終点までの間における、磁束密度のＺ軸方向の成分の推移を示すグラフである。
【図１８】磁性体１４の下端と１次導体１２０ｂの上面との最短距離を１０ｍｍにした場合の、図１２中の直線１上の始点から終点までの間における、磁束密度のＺ軸方向の成分の推移を示すグラフである。
【図１９】磁性体１４の下端と１次導体１２０ｂの上面との最短距離を２０ｍｍにした場合の、図１２中の直線１上の始点から終点までの間における、磁束密度のＺ軸方向の成分の推移を示すグラフである。
【図２０】本発明の実施形態２に係る電流センサが備える磁気センサ装置の構成を示す平面図である。
【図２１】図２０の磁気センサ装置を矢印ＸＸＩ方向から見た正面図である。
【図２２】図２０の磁気センサ装置を矢印ＸＸＩＩ方向から見た側面図である。
【図２３】本発明の実施形態３に係る電流センサが備える磁気センサ装置の構成を示す平面図である。
【図２４】図２３の磁気センサ装置を矢印ＸＸＩＶ方向から見た正面図である。
【図２５】図２３の磁気センサ装置を矢印ＸＸＶ方向から見た側面図である。
【図２６】本発明の実施形態４に係る電流センサが備える磁気センサ装置の構成を示す平面図である。
【図２７】図２６の磁気センサ装置を矢印ＸＸＶＩＩ方向から見た正面図である。
【図２８】図２６の磁気センサ装置を矢印ＸＸＶＩＩＩ方向から見た側面図である。
【図２９】本発明の実施形態５に係る電流センサが備える磁気センサ装置の構成を示す平面図である。
【図３０】図２９の磁気センサ装置を矢印ＸＸＸ方向から見た正面図である。
【図３１】図２９の磁気センサ装置を矢印ＸＸＸＩ方向から見た側面図である。
【図３２】本発明の実施形態６に係る電流センサの構成を示す平面図である。
【図３３】図３２の電流センサを矢印ＸＸＸＩＩＩ方向から見た正面図である。
【図３４】図３２の電流センサを矢印ＸＸＸＩＶ方向から見た側面図である。
【図３５】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。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
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。
【００１８】
(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構成を示す平面図である。図２は、図１の電流センサを矢印ＩＩ方向から見た正面図である。図３は、図１の電流センサを矢印ＩＩＩ方向から見た側面図である。図４は、本発明の実施形態１に係る電流センサが備える磁気センサ装置の構成を示す平面図である。図５は、図４の磁気センサ装置を矢印Ｖ方向から見た正面図である。図６は、図４の磁気センサ装置を矢印ＩＶ方向から見た側面図である。
【００１９】
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１２０と、１次導体１２０に対して間隔を置いて位置する磁気センサ装置１０とを備える。本実施形態においては、３つの電流センサ１００が並列に配置されている。電流センサ１００は、直方体状のプリント基板１１０をさらに備える。
【００２０】
磁気センサ装置１０は、第１磁気センサ１２および第２磁気センサ１３と、磁性体１４とを含む。第１磁気センサ１２および第２磁気センサ１３は、互いに間隔を置いて配置され、１次導体１２０を流れる測定対象の電流によりそれぞれの位置において発生する磁束の密度を測定する。
【００２１】
磁性体１４は、第１磁気センサ１２および第２磁気センサ１３の間に位置する。磁性体１４は、１次導体１２０と面している部分において、１次導体１２０に近づくにしたがって幅が狭くなる先細形状を有し、かつ、第１磁気センサ１２側の外形と第２磁気センサ１３側の外形とが略面対称である。
【００２２】
第１磁気センサ１２および第２磁気センサ１３は、磁性体１４の外形の対称面(Ｃy‐Ｃz面)との最短距離が互いに等しくなるように配置されている。第１磁気センサ１２および第２磁気センサ１３の各々は、１次導体１２０と磁性体１４とを最短で結ぶ方向に平行な検出軸１２ａ，１３ａを有する。
【００２３】
磁気センサ装置１０は、第１磁気センサ１２および第２磁気センサ１３の各測定値を演算することにより測定対象の電流の値を算出する算出部１５をさらに含む。
【００２４】
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１２０は、アルミニウムで構成されている。ただし、１次導体１２０の材料はこれに限られず、銀、銅などの金属、またはこれらの金属を含む合金でもよい。
【００２５】
１次導体１２０は、表面処理を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１２０の表面に設けられていてもよい。
【００２６】
本実施形態においては、１次導体１２０は、四角柱状の外形を有している。１次導体１２０は、四角柱状のブロックが切削されることにより形成されている。ただし、１次導体１２０の形成方法はこれに限られず、鋳造、鍛造またはプレス加工などの方法で１次導体１２０が形成されていてもよい。
【００２７】
本実施形態においては、３つの１次導体１２０ａ，１２０ｂ，１２０ｃは、この順に互いに間隔を置いて平行に、プリント基板１１０の長手方向に並ぶように配置されている。３つの１次導体１２０ａ，１２０ｂ，１２０ｃの各々は、絶縁性材料から形成されたプリント基板１１０の下面に半田接合されている。３つの１次導体１２０ａ，１２０ｂ，１２０ｃの各々は、プリント基板１１０の短手方向に延在している。
【００２８】
本実施形態においては、プリント基板１１０は、ガラスエポキシから形成されている。ただし、プリント基板１１０の材料はこれに限られず、ベークライト、紙エポキシ、または、アルミナなどのセラミックスでもよい。
【００２９】
磁気センサ装置１０は、絶縁性材料で構成された直方体状のベース１１を有している。本実施形態においては、ベース１１は、ガラスエポキシで構成されている。ただし、ベース１１の材料はこれに限られず、ベークライト、紙エポキシ、または、アルミナなどのセラミックスでもよい。ベース１１の下面および側面の一部には、磁気センサ装置１０をプリント基板１１０の上面に半田接合するためのランド１７が設けられている。
【００３０】
磁気センサ装置１０は、１次導体１２０の直上に位置するように、プリント基板１１０の上面に半田接合されている。よって、磁気センサ装置１０と１次導体１２０との間の間隔は、プリント基板１１０の厚さによって決まる。このように、磁気センサ装置１０は、１次導体１２０に対して一定の距離を置いて配置されている。磁気センサ装置１０と１次導体１２０とは、プリント基板１１０によって互いに電気的に絶縁されている。
【００３１】
ベース１１の上面に、第１磁気センサ１２、第２磁気センサ１３、磁性体１４および算出部１５が搭載されている。第１磁気センサ１２と算出部１５とは、配線１６ａにより電気的に接続されている。第２磁気センサ１３と算出部１５とは、配線１６ｂにより電気的に接続されている。
【００３２】
本実施形態においては、磁性体１４は、横断面が楕円形である柱状の外形を有する。磁性体１４は、１次導体１２０の直上に位置している。磁性体１４の中心軸Ｃyは、１次導体１２０の延在方向と略平行である。磁性体１４は、１次導体１２０と面している下側部分において、１次導体１２０に近づくにしたがって幅が狭くなる先細形状を有している。
【００３３】
磁性体１４は、横断面にて、１次導体１２０と磁性体１４とを最短で結ぶ方向と平行な対称軸Ｃzについて略線対称な断面形状を有する。具体的には、対称軸Ｃzは、楕円形の長軸である。磁性体１４の外形は、中心軸Ｃyと対称軸Ｃzとを含む対称面について略面対称である。磁性体１４の外形は、楕円柱状に限られず、１次導体１２０に近づくにしたがって幅が狭くなる先細形状を有するとともに、中心軸Ｃyと対称軸Ｃzとを含む対称面について略面対称な形状であればよく、たとえば、下方に尖端を有する四角錐、または球などでもよい。
【００３４】
本実施形態においては、磁性体１４は、ケイ素鋼で構成されている。ただし、磁性体１４の材料は、ケイ素鋼に限られず、鉄、若しくはニッケルなどの金属、パーマロイ、軟鉄鋼、電磁鋼、ニッケル合金、若しくは鉄合金などの合金、または、フェライトなどのセラミックスでもよい。磁性体１４は、透磁率が磁束密度にかかわらず一定程度であり、かつ、飽和磁束密度が高い、材料で形成されていることが好ましい。磁性体１４の磁性としては、残留磁束密度およびヒステリシスが少ないことが好ましい。
【００３５】
磁性体１４をフェライトなどの絶縁性を有する材料で構成した場合には、磁性体１４に渦電流が流れにくくなり、高周波での損失(渦電流損)を低減することができる。
【００３６】
第１磁気センサ１２および第２磁気センサ１３は、磁性体１４の外形の上記対称面(中心軸Ｃyと対称軸Ｃzとを含む面)との最短距離が互いに等しくなるように配置されている。中心軸Ｃyと平行な方向における、第１磁気センサ１２および第２磁気センサ１３の位置は、必ずしも一致していなくてもよく、ある程度ずれていてもよい。磁性体１４の中心軸Ｃy方向の長さが長くなるにしたがって、磁性体１４の中心軸Ｃy方向における、第１磁気センサ１２および第２磁気センサ１３の各々の位置ずれの許容量が増加する。本実施形態においては、第１磁気センサ１２および第２磁気センサ１３は、別体で構成されているが、一体で構成されていてもよい。
【００３７】
第１磁気センサ１２および第２磁気センサ１３の各々は、１次導体１２０と磁性体１４とを最短で結ぶ方向に平行な検出軸１２ａ，１３ａを有する。第１磁気センサ１２の検出軸１２ａと磁性体１４の対称軸Ｃzとは、略平行である。第２磁気センサ１３の検出軸１３ａと磁性体１４の対称軸Ｃzとは、略平行である。
【００３８】
第１磁気センサ１２は、１次導体１２０と磁性体１４とを最短で結ぶ方向と平行な方向の磁束の密度を測定可能である。第２磁気センサ１３は、１次導体１２０と磁性体１４とを最短で結ぶ方向と平行な方向の磁束の密度を測定可能である。
【００３９】
第１磁気センサ１２および第２磁気センサ１３の各々は、検出軸１２ａ，１３ａの一方向に向いた磁束を検出した場合に正の値で出力し、かつ、検出軸１２ａ，１３ａの一方向とは反対方向に向いた磁束を検出した場合に負の値で出力する、奇関数入出力特性を有している。
【００４０】
本実施形態においては、１次導体１２０を流れる測定対象の電流により発生する磁束の密度について、第１磁気センサ１２の測定値の位相と、第２磁気センサ１３の測定値の位相とは、逆相である。
【００４１】
すなわち、１次導体１２０を流れる測定対象の電流により第１磁気センサ１２および第２磁気センサ１３の各々の位置において発生する磁束の検出軸１２ａ，１３ａの方向における向きが互いに反対である。
【００４２】
第１磁気センサ１２および第２磁気センサ１３としては、ＡＭＲ(Anisotropic Magneto Resistance)、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する磁気センサを用いることができる。特に、奇関数入出力特性を有するバーバーポール構造のＡＭＲ素子を用い、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回路構成であるハーフ・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。
【００４３】
その他にも、第１磁気センサ１２および第２磁気センサ１３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。
【００４４】
第１磁気センサ１２および第２磁気センサ１３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。
【００４５】
第１磁気センサ１２および第２磁気センサ１３においては、励磁コイル部を有さない開ループ式の磁界測定を行なってもよい。この場合、第１磁気センサ１２および第２磁気センサ１３は、上記の素子の出力を直線的に増幅するまたは補正しつつ増幅する増幅器および変換器を経由して出力する。
【００４６】
または、第１磁気センサ１２および第２磁気センサ１３においては、励磁コイル部を有する閉ループ式の磁界測定を行なってもよい。この場合、第１磁気センサ１２および第２磁気センサ１３の各々は、励磁コイルの閉ループが構成されたセンサ回路を含む。
【００４７】
このセンサ回路においては、励磁コイル部に、励磁コイル駆動部から駆動電流が供給される。この駆動電流が励磁コイルを流れることにより発生する磁界は、第１磁気センサ１２および第２磁気センサ１３に印加される。第１磁気センサ１２および第２磁気センサ１３には１次導体１２０を流れた電流によって発生する磁界も印加される。そのため、第１磁気センサ１２および第２磁気センサ１３には、励磁コイルから発生する磁界と１次導体１２０を流れた電流によって発生する磁界とが重なって印加される。
【００４８】
このように第１磁気センサ１２および第２磁気センサ１３に重なって印加された磁界の強さは、いわゆる重ねの理にしたがって、それらを重ね合わせた値となる。励磁コイル駆動部は、負帰還の働きにより第１磁気センサ１２および第２磁気センサ１３に重なって印加される磁界の強さが０となるように、励磁コイル部に駆動電流を供給する。このときの駆動電流を電流検出抵抗器と増幅器とによって測定することにより、１次導体１２０を流れた電流によって発生する磁界の強さを間接的に測定することができる。
【００４９】
このように、閉ループ式の磁界測定を行なう場合は、一定の強さ(略０)の磁界が第１磁気センサ１２および第２磁気センサ１３に印加された状態で測定を行なうため、第１磁気センサ１２および第２磁気センサ１３の入出力特性(入力磁界と出力電圧との関係)の非線形性が測定結果の直線性に及ぼす影響を低減できる。
【００５０】
本実施形態においては、算出部１５として減算器を用いている。減算器は、第１磁気センサ１２の測定値と、第２磁気センサ１３の測定値とを減算することにより、１次導体１２０を流れる電流の値を算出する。なお、本実施形態においては、算出部１５として減算器を用いているが、算出部１５はこれに限られず、差動増幅器などでもよい。
【００５１】
本実施形態においては、第１磁気センサ１２、第２磁気センサ１３、磁性体１４および算出部１５は、ベース１１上に設けられた絶縁樹脂１８で封止されている。絶縁樹脂の材料としては、熱可塑性樹脂または熱硬化性樹脂であって、アクリロニトリルブタジエンスチレン(ＡＢＳ)樹脂、ポリフェニレンスルファイド(ＰＰＳ)樹脂、液晶ポリマー(ＬＣＰ)、ポリブチレンテレフタレート(ＰＢＴ)樹脂、エポキシ樹脂またはポリアミド樹脂(ＰＡ)などが，耐熱性およびモールド精度の観点から好ましい。
【００５２】
以下、電流センサ１００の動作を説明するために行なったシミュレーションの結果に基づいて、電流センサ１００の動作について説明する。
【００５３】
図７は、シミュレーションを行なった、電流センサを単純化したモデルの構成を示す斜視図である。図７に示すように、３つの１次導体１２０ａ，１２０ｂ，１２０ｃと、１次導体１２０ｂの上方に配置された磁性体１４とを有するモデルについてシミュレーションを行なった。３つの１次導体１２０ａ，１２０ｂ，１２０ｃが並ぶ方向をＸ方向、３つの１次導体１２０ａ，１２０ｂ，１２０ｃの各々が延在する方向と平行な方向をＹ方向、１次導体１２０ｂと磁性体１４とを最短で結ぶ方向をＺ方向としている。
【００５４】
シミュレーションの各条件においては、３つの１次導体１２０ａ，１２０ｂ，１２０ｃの各々の横断面寸法を幅３０ｍｍ×厚さ５０ｍｍとし、互いに隣接する１次導体１２０同士の間隔を１０ｍｍとした。１次導体１２０の材料は、純銅とした。磁性体１４の外形は、楕円柱状とした。磁性体１４の横断面寸法を長径２０ｍｍ×短径１０ｍｍとし、長さを１０ｍｍとした。磁性体１４の材料は、ケイ素鋼とした。
【００５５】
まず、１次導体１２０ｂを備える電流センサ１００が、１次導体１２０ｂを流れる測定対象の電流により発生する磁束の密度を測定する際の動作について説明する。
【００５６】
図８は、測定対象の電流により１次導体の周辺に発生する磁束の密度を示す磁束線図である。図９は、測定対象の電流により１次導体の周囲に発生する磁束の密度のＺ軸方向の成分を示す等強度線図である。図８，９においては、１次導体１２０の長さの略半分の位置における同一の断面を示している。
【００５７】
１次導体１２０ｂに、１００Ａの測定対象の電流が流れることにより、図８に示すように、１次導体１２０ｂの周囲を図中の右方向に周回する磁束１２０ｂｅが発生する。
【００５８】
図９においては、磁束密度が、０ｍＴである線をＥ0、０．４ｍＴである線をＥ1、０．８ｍＴである線をＥ2、１．２ｍＴである線をＥ3、１．６ｍＴである線をＥ4、２．０ｍＴである線をＥ5、−０．４ｍＴである線をＥ-1、−０．８ｍＴである線をＥ-2、−１．２ｍＴである線をＥ-3、−１．６ｍＴである線をＥ-4、−２．０ｍＴである線をＥ-5で示している。図９に示すように、１次導体１２０ｂの幅の中央を境に、１次導体１２０ｂの周囲に発生する磁束１２０ｂｅの密度のＺ軸方向の成分の位相が反転している。
【００５９】
図９中の座標(−１０，０，１０)を始点として、Ｘ軸方向に沿って、図９中の座標(１０，０，１０)を終点とするように引かれた２０ｍｍの長さの直線１上における磁束密度のＺ軸方向の成分の推移を算出した。
【００６０】
なお、実施形態１に係る電流センサ１００においては、第１磁気センサ１２の感磁素子は、始点からＸ軸方向に＋５ｍｍの位置に配置され、第２磁気センサ１３の感磁素子は、始点からＸ軸方向に＋１５ｍｍの位置に配置される。ここで感磁素子とは、磁気センサにおいて、実際に磁気を感じる素子であり、たとえば、ホール素子または磁気抵抗素子などである。
【００６１】
図１０は、図９中の直線１上の始点から終点までの間における、磁束密度のＺ軸方向の成分の推移を示すグラフである。図１０においては、縦軸に磁束密度のＺ軸方向の成分(ｍＴ)、横軸に始点からの距離(ｍｍ)を示している。また、第１磁気センサ１２の感磁素子の位置を点線ｘ、第２磁気センサ１３の感磁素子の位置を点線ｙで示している。
【００６２】
図１０に示すように、第１磁気センサ１２の感磁素子の位置における磁束密度のＺ軸方向の成分は、＋０．６ｍｍＴであり、第２磁気センサ１３の感磁素子の位置における磁束密度のＺ軸方向の成分は、−０．６ｍｍＴであった。すなわち、第１磁気センサ１２の感磁素子の位置における磁束密度のＺ軸方向の成分と、第２磁気センサ１３の感磁素子の位置における磁束密度のＺ軸方向の成分とは、逆相で略同一強度であった。
【００６３】
よって、減算器によって、第１磁気センサ１２の測定値から第２磁気センサ１３の測定値を減算して得られた＋１．２ｍＴの磁束密度に相当する電流値が算出されて出力されることになる。
【００６４】
図１０に示すように、磁束密度のＺ軸方向の成分は、始点からの距離が０ｍｍ〜６ｍｍである範囲、および、始点からの距離が１４ｍｍ〜２０ｍｍである範囲の各々の範囲において、略一定になっている。すなわち、上記の範囲においては、第１磁気センサ１２および第２磁気センサ１３の各々の感磁素子のＸ方向の位置にかかわらず、第１磁気センサ１２および第２磁気センサ１３の測定値が略一定になる。
【００６５】
よって、実施形態１に係る電流センサ１００は、電流センサ１００の製造誤差によって、第１磁気センサ１２および第２磁気センサ１３の各々の感磁素子の位置がある程度ばらついた場合にも、電流センサ１００の測定値が安定する性質「ロバスト性」を有する。
【００６６】
次に、１次導体１２０ｂを備える電流センサ１００に対する、１次導体１２０ｂに隣接した１次導体１２０ｃを流れる測定対象外の電流により発生する磁束の影響について説明する。
【００６７】
図１１は、測定対象外の電流により発生する磁束の密度を示す磁束線図である。図１２は、測定対象外の電流により発生する磁束の密度のＺ軸方向の成分を示す等強度線図である。図１１，１２においては、図８，９と同一の断面を示している。
【００６８】
１次導体１２０ｃに、１００Ａの測定対象外の電流が流れることにより、図１１に示すように、１次導体１２０ｃの周囲を図中の右方向に周回する磁束１２０ｃｅが発生する。
【００６９】
図１２においては、磁束密度が、０ｍＴである線をＥ0、０．４ｍＴである線をＥ1、０．８ｍＴである線をＥ2、１．２ｍＴである線をＥ3、１．６ｍＴである線をＥ4、２．０ｍＴである線をＥ5、−０．４ｍＴである線をＥ-1、−０．８ｍＴである線をＥ-2、−１．２ｍＴである線をＥ-3、−１．６ｍＴである線をＥ-4、−２．０ｍＴである線をＥ-5で示している。図１２に示すように、１次導体１２０ｃの幅の中央を境に、１次導体１２０ｃの周囲に発生する磁束１２０ｃｅの密度のＺ軸方向の成分の位相が反転している。
【００７０】
図１１，１２に示すように、１次導体１２０ｃの周囲に発生した磁束１２０ｃｅの一部は、図１１中に点線で示した丸印１４０ａｅ，１４０ｂｅで囲まれた磁性体１４の近傍において、磁性体１４の下側部分の側面に対して略垂直に侵入する方向を向いている。
【００７１】
図１２中の座標(−１０，０，１０)を始点として、Ｘ軸方向に沿って、図１２中の座標(１０，０，１０)を終点とするように引かれた２０ｍｍの長さの直線１上における磁束密度のＺ軸方向の成分の推移を算出した。
【００７２】
図１３は、図１２中の直線１上の始点から終点までの間における、磁束密度のＺ軸方向の成分の推移を示すグラフである。図１３においては、縦軸に磁束密度のＺ軸方向の成分(ｍＴ)、横軸に始点からの距離(ｍｍ)を示している。また、第１磁気センサ１２の感磁素子の位置を点線ｘ、第２磁気センサ１３の感磁素子の位置を点線ｙで示している。
【００７３】
図１３に示すように、第１磁気センサ１２の感磁素子の位置における磁束密度のＺ軸方向の成分は、＋０．３ｍｍＴであり、第２磁気センサ１３の感磁素子の位置における磁束密度のＺ軸方向の成分は、＋０．３ｍｍＴであった。すなわち、第１磁気センサ１２の感磁素子の位置における磁束密度のＺ軸方向の成分と、第２磁気センサ１３の感磁素子の位置における磁束密度のＺ軸方向の成分とは、同相で略同一強度であった。
【００７４】
よって、減算器によって、第１磁気センサ１２の測定値から第２磁気センサ１３の測定値を減算して得られた０ｍＴの磁束密度に相当する電流値が算出されて出力されることになる。すなわち、１次導体１２０ｂに電流が流れていない時の電流値が出力されることになる。
【００７５】
上記の結果から、１次導体１２０ｂを有する電流センサ１００においては、１次導体１２０ｂに隣接した１次導体１２０ｃを流れる測定対象外の電流により発生する磁束の影響を受けないことが確認できた。
【００７６】
図１３に示すように、磁束密度のＺ軸方向の成分の推移は、磁性体１４の対称軸Ｃzである、始点からの距離が１０ｍｍである線に対して、略線対称形であった。この結果から、第１磁気センサ１２の感磁素子および第２磁気センサ１３の感磁素子を、磁性体１４の外形の対称面(Ｃy‐Ｃz面)との最短距離が互いに等しくなるように配置することにより、１次導体１２０ｂに隣接した１次導体１２０ｃを流れる測定対象外の電流により発生する磁束の影響を受けなくすることができることが確認できた。第１磁気センサ１２および第２磁気センサ１３の各々と、磁性体１４の外形の対称面(Ｃy‐Ｃz面)との最短距離は、比較的広い範囲から選択できるため、実施形態１に係る電流センサ１００は、設計の自由度を高く確保できる。
【００７７】
次に、磁性体１４と１次導体１２０との距離を変えて、上記と同様のシミュレーションを行った結果について説明する。具体的には、３つの１次導体１２０のＺ方向の位置を変更することにより、磁性体１４の下端と１次導体１２０ｂの上面との最短距離を、５ｍｍ、１０ｍｍ、２０ｍｍの３種類に変化させた。なお、第１磁気センサ１２の感磁素子および第２磁気センサ１３の感磁素子の各々と磁性体１４との位置関係は、上記と同様である。
【００７８】
図１４は、磁性体１４の下端と１次導体１２０ｂの上面との最短距離を５ｍｍにした場合の、図９中の直線１上の始点から終点までの間における、磁束密度のＺ軸方向の成分の推移を示すグラフである。図１５は、磁性体１４の下端と１次導体１２０ｂの上面との最短距離を１０ｍｍにした場合の、図９中の直線１上の始点から終点までの間における、磁束密度のＺ軸方向の成分の推移を示すグラフである。図１６は、磁性体１４の下端と１次導体１２０ｂの上面との最短距離を２０ｍｍにした場合の、図９中の直線１上の始点から終点までの間における、磁束密度のＺ軸方向の成分の推移を示すグラフである。
【００７９】
図１４〜１６においては、縦軸に磁束密度のＺ軸方向の成分(ｍＴ)、横軸に始点からの距離(ｍｍ)を示している。また、第１磁気センサ１２の感磁素子の位置を点線ｘ、第２磁気センサ１３の感磁素子の位置を点線ｙで示している。
【００８０】
図１４に示すように、磁性体１４の下端と１次導体１２０ｂの上面との最短距離を５ｍｍにした場合、第１磁気センサ１２の感磁素子の位置における磁束密度のＺ軸方向の成分は、＋０．０７５ｍｍＴであり、第２磁気センサ１３の感磁素子の位置における磁束密度のＺ軸方向の成分は、−０．０７ｍｍＴであった。
【００８１】
図１５に示すように、磁性体１４の下端と１次導体１２０ｂの上面との最短距離を１０ｍｍにした場合、第１磁気センサ１２の感磁素子の位置における磁束密度のＺ軸方向の成分は、＋０．５８ｍｍＴであり、第２磁気センサ１３の感磁素子の位置における磁束密度のＺ軸方向の成分は、−０．５３ｍｍＴであった。
【００８２】
図１６に示すように、磁性体１４の下端と１次導体１２０ｂの上面との最短距離を２０ｍｍにした場合、第１磁気センサ１２の感磁素子の位置における磁束密度のＺ軸方向の成分は、＋０．３ｍｍＴであり、第２磁気センサ１３の感磁素子の位置における磁束密度のＺ軸方向の成分は、−０．２４ｍｍＴであった。
【００８３】
図１４〜１６に示すように、磁性体１４の下端と１次導体１２０ｂの上面との最短距離にかかわらず、第１磁気センサ１２の感磁素子の位置における磁束密度のＺ軸方向の成分と、第２磁気センサ１３の感磁素子の位置における磁束密度のＺ軸方向の成分とは、逆相で略同一強度であった。
【００８４】
図１７は、磁性体１４の下端と１次導体１２０ｂの上面との最短距離を５ｍｍにした場合の、図１２中の直線１上の始点から終点までの間における、磁束密度のＺ軸方向の成分の推移を示すグラフである。図１８は、磁性体１４の下端と１次導体１２０ｂの上面との最短距離を１０ｍｍにした場合の、図１２中の直線１上の始点から終点までの間における、磁束密度のＺ軸方向の成分の推移を示すグラフである。図１９は、磁性体１４の下端と１次導体１２０ｂの上面との最短距離を２０ｍｍにした場合の、図１２中の直線１上の始点から終点までの間における、磁束密度のＺ軸方向の成分の推移を示すグラフである。
【００８５】
図１７〜１９においては、縦軸に磁束密度のＺ軸方向の成分(ｍＴ)、横軸に始点からの距離(ｍｍ)を示している。また、第１磁気センサ１２の感磁素子の位置を点線ｘ、第２磁気センサ１３の感磁素子の位置を点線ｙで示している。
【００８６】
図１７に示すように、磁性体１４の下端と１次導体１２０ｂの上面との最短距離を５ｍｍにした場合、第１磁気センサ１２の感磁素子の位置における磁束密度のＺ軸方向の成分は、＋０．０４５ｍｍＴであり、第２磁気センサ１３の感磁素子の位置における磁束密度のＺ軸方向の成分は、＋０．０５ｍｍＴであった。
【００８７】
図１８に示すように、磁性体１４の下端と１次導体１２０ｂの上面との最短距離を１０ｍｍにした場合、第１磁気センサ１２の感磁素子の位置における磁束密度のＺ軸方向の成分は、＋０．０４５ｍｍＴであり、第２磁気センサ１３の感磁素子の位置における磁束密度のＺ軸方向の成分は、＋０．０４２ｍｍＴであった。
【００８８】
図１９に示すように、磁性体１４の下端と１次導体１２０ｂの上面との最短距離を２０ｍｍにした場合、第１磁気センサ１２の感磁素子の位置における磁束密度のＺ軸方向の成分は、＋０．０４ｍｍＴであり、第２磁気センサ１３の感磁素子の位置における磁束密度のＺ軸方向の成分は、＋０．０３ｍｍＴであった。
【００８９】
図１７〜１９に示すように、磁性体１４の下端と１次導体１２０ｂの上面との最短距離にかかわらず、第１磁気センサ１２の感磁素子の位置における磁束密度のＺ軸方向の成分と、第２磁気センサ１３の感磁素子の位置における磁束密度のＺ軸方向の成分とは、同相で略同一強度であった。
【００９０】
上記の結果から、磁性体１４と１次導体１２０との距離が所定の範囲内で変化しても、１次導体１２０ｂに隣接した１次導体１２０ｃを流れる測定対象外の電流により発生する磁束の影響をほとんど受けないことが確認できた。
【００９１】
上記のシミュレーションの条件においては、互いに隣接する１次導体１２０同士の間隔を１０ｍｍとしたが、互いに隣接する１次導体１２０同士の間隔をさらに大きくしてもよい。この場合、互いに隣接する１次導体１２０同士の干渉を小さくすることができる。具体的には、第１磁気センサ１２の感磁素子の位置における磁束密度のＺ軸方向の成分と、第２磁気センサ１３の感磁素子の位置における磁束密度のＺ軸方向の成分とが、同相でより同一強度となる。よって、互いに隣接する１次導体１２０同士の間隔をさらに大きくすることにより、１次導体１２０ｂに隣接した１次導体１２０ｃを流れる測定対象外の電流により発生する磁束の影響をさらに受けにくくすることができる。
【００９２】
上記のように、実施形態１に係る電流センサ１００においては、１次導体１２０ｂの近傍より離れた位置に磁気センサ装置１０を配置した場合にも安定して測定対象の電流の値を測定可能である。よって、磁気センサ装置１０と１次導体１２０ｂとの間に、非磁性の絶縁体を配置することが可能である。磁気センサ装置１０と１次導体１２０ｂとの間に非磁性の絶縁体を配置した場合、磁気センサ装置１０と１次導体１２０ｂとの間を高い耐電圧で絶縁しつつ、１次導体１２０ｂを流れる測定対象の電流の値を測定することができる。ひいては、電流センサ１００の耐電圧を高くすることができる。
【００９３】
また、実施形態１に係る電流センサ１００においては、２つの磁気センサの測定値の差分から１次導体を流れる測定対象の電流の値を測定するため、２倍の感度にて測定可能であり、ＳＮ比(signal-noise ratio)を高くすることができる。一方、２つの磁気センサの測定値を差分することにより、測定対象外の電流により発生する磁束の影響を抑制することができるため、外部の不要磁界および不要電流による電流センサ１００の測定値のばらつきを少なくすることができる。
【００９４】
実施形態１に係る電流センサ１００のように、電流センサ１００を並列に配置した場合に、測定対象外の電流により発生する磁束の影響を効果的に抑制することができる。よって、３相交流の高電圧電流を、並列に配置した３つの電流センサ１００のそれぞれに１相ずつ流すことにより、各相の電流により発生する磁束の影響が相互に及ぶことを抑制して、各相の電流値を安定して測定することができる。
【００９５】
上記のように、実施形態１に係る電流センサ１００は、１次導体１２０の近傍より離れた位置に第１磁気センサ１２および第２磁気センサ１３を配置した場合にも安定して測定対象の電流の値を測定可能であり、第１磁気センサ１２および第２磁気センサ１３の各々の配置に高い精度が要求されないため容易に製造できる。
【００９６】
本実施形態の変形例として、第１磁気センサ１２および第２磁気センサ１３において、測定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１２の検出する外部磁界の磁束密度を正の値とすると、第２磁気センサ１３の検出する外部磁界の磁束密度は負の値となる。
【００９７】
一方、１次導体１２０を流れる測定対象の電流により発生する磁束の密度について、第１磁気センサ１２の測定値の位相と、第２磁気センサ１３の測定値の位相とは同相となる。
【００９８】
本変形例においては、算出部１５として減算器に代えて加算器または加算増幅器を用いる。外部磁界の磁束密度については、第１磁気センサ１２の測定値と第２磁気センサ１３の測定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１２の測定値の絶対値と、第２磁気センサ１３の測定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。
【００９９】
一方、１次導体１２０を流れる測定対象の電流により発生する磁束の密度については、第１磁気センサ１２の測定値と第２磁気センサ１３の測定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１２の測定値の絶対値と、第２磁気センサ１３の測定値の絶対値とが加算される。この加算結果から、１次導体１２０を流れた測定対象の電流の値が算出される。
【０１００】
このように、第１磁気センサ１２と第２磁気センサ１３との入出力特性を互いに逆の極性にしつつ、減算器に代えて加算器または加算増幅器を算出部１５として用いてもよい。
【０１０１】
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、本実施形態に係る電流センサは、磁性体の形状のみ実施形態１に係る電流センサ１００と異なるため、他の構成については説明を繰り返さない。
【０１０２】
(実施形態２)
図２０は、本発明の実施形態２に係る電流センサが備える磁気センサ装置の構成を示す平面図である。図２１は、図２０の磁気センサ装置を矢印ＸＸＩ方向から見た正面図である。図２２は、図２０の磁気センサ装置を矢印ＸＸＩＩ方向から見た側面図である。
【０１０３】
図２０〜２２に示すように、本発明の実施形態２に係る電流センサが備える磁気センサ装置２０においては、磁性体２４は、横断面が円形である柱状の外形を有する。磁性体２４は、１次導体１２０の直上に位置している。磁性体２４の中心軸Ｃyは、１次導体１２０の延在方向と略平行である。磁性体２４は、１次導体１２０と面している下側部分において、１次導体１２０に近づくにしたがって幅が狭くなる先細形状を有している。
【０１０４】
磁性体２４は、横断面にて、１次導体１２０と磁性体２４とを最短で結ぶ方向と平行な対称軸Ｃzについて略線対称な断面形状を有する。磁性体２４の外形は、中心軸Ｃyと対称軸Ｃzとを含む対称面について略面対称である。
【０１０５】
本発明の実施形態２に係る電流センサにおいては、１次導体１２０の近傍より離れた位置に第１磁気センサ１２および第２磁気センサ１３を配置した場合にも安定して測定対象の電流の値を測定可能で容易に製造できる。
【０１０６】
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、本実施形態に係る電流センサは、磁性体の形状のみ実施形態１に係る電流センサ１００と異なるため、他の構成については説明を繰り返さない。
【０１０７】
(実施形態３)
図２３は、本発明の実施形態３に係る電流センサが備える磁気センサ装置の構成を示す平面図である。図２４は、図２３の磁気センサ装置を矢印ＸＸＩＶ方向から見た正面図である。図２５は、図２３の磁気センサ装置を矢印ＸＸＶ方向から見た側面図である。
【０１０８】
図２３〜２５に示すように、本発明の実施形態３に係る電流センサが備える磁気センサ装置３０においては、磁性体３４は、横断面が六角形である柱状の外形を有する。磁性体３４は、１次導体１２０の直上に位置している。磁性体３４の中心軸Ｃyは、１次導体１２０の延在方向と略平行である。磁性体３４は、１次導体１２０と面している下側部分において、１次導体１２０に近づくにしたがって幅が狭くなる先細形状を有している。
【０１０９】
磁性体３４は、横断面にて、１次導体１２０と磁性体３４とを最短で結ぶ方向と平行な対称軸Ｃzについて略線対称な断面形状を有する。磁性体３４の外形は、中心軸Ｃyと対称軸Ｃzとを含む対称面について略面対称である。なお、磁性体３４の横断面形状は、六角形に限られず、他の多角形でもよい。
【０１１０】
本発明の実施形態３に係る電流センサにおいては、１次導体１２０の近傍より離れた位置に第１磁気センサ１２および第２磁気センサ１３を配置した場合にも安定して測定対象の電流の値を測定可能で容易に製造できる。
【０１１１】
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、本実施形態に係る電流センサは、磁性体の形状のみ実施形態１に係る電流センサ１００と異なるため、他の構成については説明を繰り返さない。
【０１１２】
(実施形態４)
図２６は、本発明の実施形態４に係る電流センサが備える磁気センサ装置の構成を示す平面図である。図２７は、図２６の磁気センサ装置を矢印ＸＸＶＩＩ方向から見た正面図である。図２８は、図２６の磁気センサ装置を矢印ＸＸＶＩＩＩ方向から見た側面図である。
【０１１３】
図２６〜２８に示すように、本発明の実施形態４に係る電流センサが備える磁気センサ装置４０においては、磁性体４４は、横断面が二等辺三角形である三角柱状の外形を有する。磁性体４４は、横断面にて下方に頂角を有する。磁性体４４は、１次導体１２０の直上に位置している。磁性体４４の中心軸Ｃyは、１次導体１２０の延在方向と略平行である。磁性体４４は、１次導体１２０と面している下側部分において、１次導体１２０に近づくにしたがって幅が狭くなる先細形状を有している。
【０１１４】
磁性体４４は、横断面にて、１次導体１２０と磁性体４４とを最短で結ぶ方向と平行な対称軸Ｃzについて略線対称な断面形状を有する。磁性体４４の外形は、中心軸Ｃyと対称軸Ｃzとを含む対称面について略面対称である。
【０１１５】
本発明の実施形態４に係る電流センサにおいては、１次導体１２０の近傍より離れた位置に第１磁気センサ１２および第２磁気センサ１３を配置した場合にも安定して測定対象の電流の値を測定可能で容易に製造できる。
【０１１６】
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、本実施形態に係る電流センサは、磁性体の形状のみ実施形態１に係る電流センサ１００と異なるため、他の構成については説明を繰り返さない。
【０１１７】
(実施形態５)
図２９は、本発明の実施形態５に係る電流センサが備える磁気センサ装置の構成を示す平面図である。図３０は、図２９の磁気センサ装置を矢印ＸＸＸ方向から見た正面図である。図３１は、図２９の磁気センサ装置を矢印ＸＸＸＩ方向から見た側面図である。
【０１１８】
図２９〜３１に示すように、本発明の実施形態５に係る電流センサが備える磁気センサ装置５０においては、磁性体５４は、横断面が二等辺三角形である四角錘状の外形を有する。磁性体５４は、横断面にて下方に尖端を有する。磁性体５４は、１次導体１２０の直上に位置している。磁性体５４の中心軸Ｃyは、１次導体１２０の延在方向と略平行である。磁性体５４は、１次導体１２０と面している下側部分において、１次導体１２０に近づくにしたがって幅が狭くなる先細形状を有している。
【０１１９】
磁性体５４は、横断面にて、１次導体１２０と磁性体５４とを最短で結ぶ方向と平行な対称軸Ｃzについて略線対称な断面形状を有する。磁性体５４の外形は、中心軸Ｃyと対称軸Ｃzとを含む対称面について略面対称である。
【０１２０】
本発明の実施形態５に係る電流センサにおいては、１次導体１２０の近傍より離れた位置に第１磁気センサ１２および第２磁気センサ１３を配置した場合にも安定して測定対象の電流の値を測定可能で容易に製造できる。
【０１２１】
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、本実施形態に係る電流センサは、１次導体の構成のみ実施形態１に係る電流センサ１００と異なるため、他の構成については説明を繰り返さない。
【０１２２】
(実施形態６)
図３２は、本発明の実施形態６に係る電流センサの構成を示す平面図である。図３３は、図３２の電流センサを矢印ＸＸＸＩＩＩ方向から見た正面図である。図３４は、図３２の電流センサを矢印ＸＸＸＩＶ方向から見た側面図である。
【０１２３】
図３２〜３４に示すように、本発明の実施形態６に係る電流センサ２００は、測定対象の電流が流れる１次導体２２０と、１次導体２２０に対して間隔を置いて位置する磁気センサ装置１０とを備える。本実施形態においては、３つの電流センサ２００が並列に配置されている。電流センサ２００は、直方体状のプリント基板１１０をさらに備える。
【０１２４】
本実施形態においては、３つの１次導体２２０ａ，２２０ｂ，２２０ｃは、この順に互いに間隔を置いて平行に、プリント基板１１０の長手方向に並ぶように配置されている。３つの１次導体２２０ａ，２２０ｂ，２２０ｃの各々は、絶縁性材料から形成されたプリント基板１１０の下面に設けられた銅箔パターンで構成されている。３つの１次導体２２０ａ，２２０ｂ，２２０ｃの各々は、プリント基板１１０の短手方向に延在している。なお、１次導体２２０の材料は、銅に限られず、アルミニウムまたは銀などの他の導電材料であってもよい。
【０１２５】
本実施形態においては、銅箔パターンの厚さは、３５μｍであるが、これに限られず、７０μｍ、１０５μｍ、１７５μｍ、または、３００μｍ〜１０００μｍなどとしてもよい。
【０１２６】
本発明の実施形態６に係る電流センサにおいては、１次導体２２０の近傍より離れた位置に第１磁気センサ１２および第２磁気センサ１３を配置した場合にも安定して測定対象の電流の値を測定可能で容易に製造できる。
【０１２７】
また、プリント基板１１０に対して、磁気センサ装置１０および１次導体１２０の各々を半田接合する実施形態１に係る電流センサ１００に比較して、実施形態２に係る電流センサ２００は、１次導体２２０が予めプリント基板１１０に対して一体で構成されているため、電流センサ２００の製造が容易であり、さらに、１次導体２２０と磁気センサ装置１０との位置関係を高精度に維持することができる。
【０１２８】
さらに、１次導体２２０構成する銅箔パターンの厚さが薄いため、実施形態２に係る電流センサ２００は、実施形態１に係る電流センサ１００に比較して薄型に形成することができる。
【０１２９】
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、本実施形態に係る電流センサは、１次導体の構成が主に実施形態１に係る電流センサ１００と異なるため、他の構成については説明を繰り返さない。
【０１３０】
(実施形態７)
図３５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３５に示すように、本発明の実施形態７に係る電流センサ３００は、測定対象の電流が流れる１次導体３２０と、１次導体３２０に対して間隔を置いて位置する磁気センサ装置１０とを備える。本実施形態においては、３つの電流センサ３００が並列に配置されている。電流センサ３００は、直方体状のプリント基板３１０、直方体状の絶縁板３１１、および、直方体状のシャシ３１２をさらに備える。プリント基板３１０、絶縁板３１１およびシャシ３１２の各々には、厚さ方向に貫通した複数の孔が設けられている。
【０１３１】
プリント基板３１０は、互いに螺合したボルト３３０およびナット３３１に筒状のスペーサ３４０とともに挟まれて、シャシ３１２の上面に固定されている。具体的には、プリント基板３１０の孔とシャシ３１２の孔とスペーサ３４０とにボルト３３０が挿通された状態で、ボルト３３０とナット３３１とが螺合することにより、プリント基板３１０がシャシ３１２に対して固定されている。
【０１３２】
絶縁板３１１は、互いに螺合したボルト３５０およびナット３５１に筒状のスペーサ３６０とともに挟まれて、シャシ３１２の上面に固定されている。具体的には、絶縁板３１１の孔とシャシ３１２の孔とスペーサ３６０とにボルト３５０が挿通された状態で、ボルト３５０とナット３５１とが螺合することにより、絶縁板３１１がシャシ３１２に対して固定されている。
【０１３３】
本実施形態においては、プリント基板３１０、絶縁板３１１およびシャシ３１２の各々は、ガラスエポキシから形成されている。ただし、プリント基板３１０、絶縁板３１１およびシャシ３１２の各々の材料はこれに限られず、ベークライト、紙エポキシ、または、アルミナなどのセラミックスでもよい。
【０１３４】
１次導体３２０は、四角柱状の金属棒で構成されている。１次導体３２０には、厚さ方向に貫通した孔が設けられている。本実施形態においては、ニッケルめっきを施した無酸素銅で１次導体３２０を構成しているが、１次導体３２０の構成はこれに限られず、銅、アルミニウムなどの金属で構成されていてもよいし、これらの金属にニッケル若しくは銀などの金属からなるめっき層が設けられていてもよい。
【０１３５】
本実施形態においては、３つの１次導体３２０ａ，３２０ｂ，３２０ｃは、この順に互いに間隔を置いて平行に、絶縁板３１１の長手方向に並ぶように配置されている。３つの１次導体３２０ａ，３２０ｂ，３２０ｃの各々は、互いに螺合したボルト３７０およびナット３７１に絶縁板３１１とともに挟まれて、絶縁板３１１の上面に固定されている。３つの１次導体３２０ａ，３２０ｂ，３２０ｃの各々は、絶縁板３１１の短手方向に延在している。
【０１３６】
磁気センサ装置１０は、１次導体３２０の直上に位置するように、プリント基板３１０の上面に半田接合されている。上記の構成により、磁気センサ装置１０は、１次導体３２０に対して一定の距離を置いて配置されている。磁気センサ装置１０と１次導体３２０とは、互いに電気的に絶縁されている。
【０１３７】
本発明の実施形態７に係る電流センサにおいては、１次導体３２０の近傍より離れた位置に第１磁気センサ１２および第２磁気センサ１３を配置した場合にも安定して測定対象の電流の値を測定可能で容易に製造できる。
【０１３８】
また、１次導体３２０を金属棒で構成しているため、１次導体３２０に大電流を流すことが可能である。よって、電流センサ３００を用いて大電流を測定することができる。
【０１３９】
さらに、１次導体３２０をボルト３７０およびナット３７１にて固定しているため、１次導体３２０の配置を適宜調整することができる。
【０１４０】
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特許請求の範囲によって示され、特許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】
【０１４１】
１  直線、１０，２０，３０，４０，５０  磁気センサ装置、１１  ベース、１２  第１磁気センサ、１２ａ，１３ａ  検出軸、１３  第２磁気センサ、１４，２４，３４，４４，５４  磁性体、１５  算出部、１６ａ，１６ｂ  配線、１７  ランド、１８  絶縁樹脂、１００，２００，３００  電流センサ、１１０，３１０  プリント基板、１２０，１２０ａ，１２０ｂ，１２０ｃ，２２０，２２０ａ，２２０ｂ，２２０ｃ，３２０，３２０ａ，３２０ｂ，３２０ｃ  １次導体、１２０ｂｅ，１２０ｃｅ  磁束、３１１  絶縁板、３１２  シャシ、３３０，３５０，３７０  ボルト、３３１，３５１，３７１  ナット、３４０，３６０  スペーサ、Ｃy  中心軸、Ｃz  対称軸。
【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１０】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図８】
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【図９】
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【図１１】
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【図１２】
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【図３５】
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