(57)【要約】【課題】電流センサの感度を高めつつ外部磁界による影響を低減するとともに電流センサの周波数特性を良好にする。【解決手段】第１磁気センサ１２０ａは、アーチ状部の内側に配置されて１次導体の裏面側に位置している。第２磁気センサ１２０ｂは、２つの流路のうちの他の１つの流路を構成する部分の１次導体の表面側に位置している。第１磁気センサ１２０ａおよび第２磁気センサ１２０ｂの各々は、１次導体の幅方向に向いた検出軸２を有している。アーチ状部の少なくとも一部は、互いに間隔をあけて並んで１次導体の長さ方向に延在する複数の第１導体部で構成されている。第２磁気センサ１２０ｂが表面側に配置された他の１つの流路を構成する部分の１次導体の少なくとも一部は、互いに間隔をあけて並んで１次導体の長さ方向に延在する複数の第２導体部で構成されている。【選択図】図６
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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次導体を流れる前記電流により発生する磁界の強さをそれぞれ検出する第１磁気センサおよび第２磁気センサとを備え、
前記第１磁気センサおよび前記第２磁気センサは、前記１次導体の幅方向に並んで配置され、
前記１次導体は、前記電流が２つの流路に分流されて前記１次導体の長さ方向に流れるように設けられており、
前記２つの流路は、前記第１磁気センサおよび前記第２磁気センサから見て、前記１次導体の厚さ方向において互いに反対側に位置し、
前記１次導体は、前記厚さ方向の一方に突出するように曲がって前記長さ方向に延在し、前記２つの流路のうちの１つの流路を構成するアーチ状部を含み、
前記第１磁気センサは、前記アーチ状部の内側に配置されて前記１次導体の裏面側に位置し、
前記第２磁気センサは、前記２つの流路のうちの他の１つの流路を構成する部分の前記１次導体の表面側に位置し、
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、前記幅方向に向いた検出軸を有し、
前記アーチ状部の少なくとも一部は、互いに間隔をあけて並んで前記長さ方向に延在する複数の第１導体部で構成され、
前記第２磁気センサが表面側に配置された前記他の１つの流路を構成する部分の前記１次導体の少なくとも一部は、互いに間隔をあけて並んで前記長さ方向に延在する複数の第２導体部で構成されている、電流センサ。
【請求項２】
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１に記載の電流センサ。
【請求項３】
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１に記載の電流センサ。
【請求項４】
前記１次導体は、前記厚さ方向の他方に突出するように曲がって前記長さ方向に延在し、前記他の１つの流路を構成する逆アーチ状部をさらに含み、
前記逆アーチ状部は、前記幅方向にて前記アーチ状部と並び、
前記第２磁気センサは、前記逆アーチ状部の内側に配置されて前記１次導体の前記表面側に位置している、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の電流センサ。
【請求項５】
前記アーチ状部と前記逆アーチ状部とが、互いに同一形状を有する、請求項４に記載の電流センサ。
【請求項６】
前記複数の第１導体部において、隣り合う第１導体部同士は、前記幅方向において互いに間隔をあけて位置し、
前記複数の第２導体部において、隣り合う第２導体部同士は、前記幅方向において互いに間隔をあけて位置している、請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の電流センサ。
【請求項７】
前記複数の第１導体部において、隣り合う第１導体部同士は、前記厚さ方向において互いにずれて位置しつつ前記厚さ方向から見て互いに連続し、
前記複数の第２導体部において、隣り合う第２導体部同士は、前記厚さ方向において互いにずれて位置しつつ前記厚さ方向から見て互いに連続している、請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の電流センサ。
【請求項８】
請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の電流センサを備える、電力変換装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電流センサおよびそれを備える電力変換装置に関し、被測定電流に応じて発生する磁界を測定することで被測定電流の値を検出する電流センサおよびそれを備える電力変換装置に関する。
【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２００７−７８４１８号公報(特許文献１)がある。特許文献１に記載された電流センサにおいては、集積チップが、バスバーからなる平行な２本のラインに挟まれるかたちで配設される。集積チップは、２本のラインの間に設けられた段差空間へ、ラインが表側に、またラインが裏側に位置するように配設される。集積チップに搭載された縦型ホール素子により、２本のラインに電流(各ラインとも同一方向の電流)が流れることに起因して発生する、相反する方向の磁気ベクトルを各別に検出する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−７８４１８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に記載された電流センサにおいては、平行な２本のラインの間に設けられた段差空間に磁気検出素子を搭載した集積チップを配置している。２本のライン間の中心付近では、各々のラインの周りに発生した磁界が打ち消し合う。そのため、磁気検出素子が２本のライン間の中心付近に配置された場合、磁気検出素子が検出する磁束密度が低減して電流センサの感度が低くなる。
【０００５】
また、バスバーである１次導体を流れる電流が交流である場合、電流の周波数が高くなるに従って、電流センサの出力の立ち上がり時間が長くなり、電流センサの測定誤差が大きくなる。
【０００６】
本発明は上記の問題点に鑑みてなされたものであって、感度を高めつつ外部磁界による影響を低減できるとともに良好な周波数特性を有する電流センサおよびそれを備える電力変換装置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】
【０００７】
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次導体を流れる上記電流により発生する磁界の強さをそれぞれ検出する第１磁気センサおよび第２磁気センサとを備える。第１磁気センサおよび第２磁気センサは、１次導体の幅方向に並んで配置されている。１次導体は、上記電流が２つの流路に分流されて１次導体の長さ方向に流れるように設けられている。２つの流路は、第１磁気センサおよび第２磁気センサから見て、１次導体の厚さ方向において互いに反対側に位置している。１次導体は、上記厚さ方向の一方に突出するように曲がって上記長さ方向に延在し、２つの流路のうちの１つの流路を構成するアーチ状部を含む。第１磁気センサは、アーチ状部の内側に配置されて１次導体の裏面側に位置している。第２磁気センサは、２つの流路のうちの他の１つの流路を構成する部分の１次導体の表面側に位置している。第１磁気センサおよび第２磁気センサの各々は、上記幅方向に向いた検出軸を有している。アーチ状部の少なくとも一部は、互いに間隔をあけて並んで上記長さ方向に延在する複数の第１導体部で構成されている。第２磁気センサが表面側に配置された他の１つの流路を構成する部分の１次導体の少なくとも一部は、互いに間隔をあけて並んで上記長さ方向に延在する複数の第２導体部で構成されている。
【０００８】
本発明の一形態においては、電流センサは、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。
【０００９】
本発明の一形態においては、電流センサは、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。
【００１０】
本発明の一形態においては、１次導体は、上記厚さ方向の他方に突出するように曲がって上記長さ方向に延在し、他の１つの流路を構成する逆アーチ状部をさらに含む。逆アーチ状部は、上記幅方向にてアーチ状部と並んでいる。第２磁気センサは、逆アーチ状部の内側に配置されて１次導体の表面側に位置している。
【００１１】
本発明の一形態においては、アーチ状部と逆アーチ状部とが、互いに同一形状を有する。
【００１２】
本発明の一形態においては、複数の第１導体部において、隣り合う第１導体部同士は、上記幅方向において互いに間隔をあけて位置している。複数の第２導体部において、隣り合う第２導体部同士は、上記幅方向において互いに間隔をあけて位置している。
【００１３】
本発明の一形態においては、複数の第１導体部において、隣り合う第１導体部同士は、上記厚さ方向において互いにずれて位置しつつ上記厚さ方向から見て互いに連続している。複数の第２導体部において、隣り合う第２導体部同士は、上記厚さ方向において互いにずれて位置しつつ上記厚さ方向から見て互いに連続している。
【００１４】
本発明に基づく電力変換装置は、上記のいずれかに記載の電流センサを備える。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、電流センサの感度を高めつつ外部磁界による影響を低減できるとともに電流センサの周波数特性を良好にすることができる。
【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外観を示す斜視図である。
【図２】本発明の実施形態１に係る電流センサが備える１次導体の外観を示す斜視図である。
【図３】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ユニットの構成を示す分解斜視図である。
【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ユニットの筐体の外観を示す斜視図である。
【図５】本発明の実施形態１に係る電流センサの断面図であり、図１のＶ−Ｖ線矢印方向から見た図である。
【図６】本発明の実施形態１に係る電流センサの断面図である。
【図７】本発明の実施形態１に係る電流センサの断面図であり、図１のＶＩＩ−ＶＩＩ線矢印方向から見た図である。
【図８】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９】比較例に係る電流センサの１次導体のアーチ状部に測定対象の電流が流れ始めた際に発生する磁界を模式的に示す断面図である。
【図１０】比較例に係る電流センサの１次導体のアーチ状部に測定対象の電流が流れ始めた際にアーチ状部を周回する磁界を模式的に示す断面図である。
【図１１】本発明の実施形態１に係る電流センサの１次導体のアーチ状部に測定対象の電流が流れ始めた際に発生する磁界を模式的に示す断面図である。
【図１２】本発明の実施形態１に係る電流センサの１次導体のアーチ状部に測定対象の電流が流れ始めた際にアーチ状部を周回する磁界を模式的に示す断面図である。
【図１３】比較例に係る電流センサの入力電流と出力電圧との関係を示すグラフである。
【図１４】本発明の実施形態１に係る電流センサの入力電流と出力電圧との関係を示すグラフである。
【図１５】本発明の実施形態１の第２変形例に係る電流センサの断面図である。
【図１６】本発明の実施形態２に係る電流センサの外観を示す斜視図である。
【図１７】本発明の実施形態３に係る電流センサの外観を示す斜視図である。
【図１８】本発明の実施形態３に係る電流センサの断面図であり、図１７のＸＶＩＩＩ−ＸＶＩＩＩ線矢印方向から見た図である。
【図１９】本発明の実施形態４に係る電流センサの外観を示す斜視図である。
【図２０】本発明の実施形態４に係る電流センサの１次導体を図１９の矢印ＸＸ方向から見た側面図である。
【図２１】本発明の実施形態４に係る電流センサの断面図であり、図１９のＸＸＩ−ＸＸＩ線矢印方向から見た図である。
【図２２】本発明の実施形態５に係る電力変換装置の構成を示す回路図である。
【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およびそれを備える電力変換装置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外観を示す斜視図である。図２は、本発明の実施形態１に係る電流センサが備える１次導体の外観を示す斜視図である。図３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ユニットの構成を示す分解斜視図である。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ユニットの筐体の外観を示す斜視図である。図５は、本発明の実施形態１に係る電流センサの断面図であり、図１のＶ−Ｖ線矢印方向から見た図である。図１，２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。図５においては、後述する第１磁気センサ１２０ａおよび第２磁気センサ１２０ｂの各々を通過するように、１次導体１１０の長さ方向(Ｙ軸方向)にずれた２つの断面視にて図示している。
【００１９】
図１〜５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を流れる測定対象の電流により発生する磁界の強さをそれぞれ検出する第１磁気センサ１２０ａおよび第２磁気センサ１２０ｂとを備える。第１磁気センサ１２０ａおよび第２磁気センサ１２０ｂは、１次導体１１０の幅方向(Ｘ軸方向)に並んで配置された状態で、筐体１５０に収容されている。
【００２０】
１次導体１１０は、測定対象の電流が後述するように２つの流路に分流されて矢印１で示すように１次導体１１０の長さ方向(Ｙ軸方向)に流れるように設けられている。２つの流路は、第１磁気センサ１２０ａおよび第２磁気センサ１２０ｂから見て、１次導体１１０の厚さ方向(Ｚ軸方向)において互いに反対側に位置している。
【００２１】
１次導体１１０は、１次導体１１０の厚さ方向(Ｚ軸方向)の一方に突出するように曲がって長さ方向(Ｙ軸方向)に延在し、２つの流路のうちの１つの流路を構成するアーチ状部１１１を含む。１次導体１１０には、１次導体１１０の長さ方向(Ｙ軸方向)に延在するスリット１１５が設けられている。スリット１１５は、１次導体１１０の幅方向(Ｘ軸方向)にてアーチ状部１１１に隣接している。
【００２２】
１次導体１１０は、スリット１１５のアーチ状部１１１側とは反対側に隣接して、１次導体１１０の厚さ方向(Ｚ軸方向)の他方に突出するように曲がって１次導体１１０の長さ方向(Ｙ軸方向)に延在し、他の１つの流路を構成する逆アーチ状部１１６をさらに含む。逆アーチ状部１１６は、１次導体１１０の幅方向(Ｘ軸方向)にてアーチ状部１１１と並んでいる。スリット１１５は、１次導体１１０の幅方向(Ｘ軸方向)にて１次導体１１０の中央に位置している。スリット１１５は、アーチ状部１１１と逆アーチ状部１１６とに挟まれて位置している。アーチ状部１１１および逆アーチ状部１１６の内側に、開口部１１０ｈが形成されている。
【００２３】
図２に示すように、本実施形態においては、アーチ状部１１１は、互いに間隔を置いて、１次導体１１０の主面に直交するように突出する第１突出部１１２および第２突出部１１３と、１次導体１１０の長さ方向(Ｙ軸方向)に延在し、第１突出部１１２と第２突出部１１３とを繋ぐ延在部１１４とから構成されている。逆アーチ状部１１６は、互いに間隔を置いて、１次導体１１０の主面に直交するように突出する第３突出部１１７および第４突出部１１８と、１次導体１１０の長さ方向(Ｙ軸方向)に延在し、第３突出部１１７と第４突出部１１８とを繋ぐ延在部１１９とから構成されている。
【００２４】
ただし、アーチ状部１１１および逆アーチ状部１１６の各々の形状はこれに限られず、たとえば、１次導体１１０の幅方向(Ｘ軸方向)から見て、Ｃ字状または半円状の形状を有していてもよい。アーチ状部１１１と逆アーチ状部１１６とは、互いに同一形状を有する。なお、１次導体１１０において、逆アーチ状部１１６の代わりに、１次導体１１０の主面が平坦に連続している平坦部が設けられていてもよい。本実施形態においては、１次導体１１０は、１つの導体で構成されているが、複数の導体で構成されていてもよい。
【００２５】
アーチ状部１１１の延在部１１４には、１次導体１１０の長さ方向(Ｙ軸方向)に延在する第１絶縁部１１１ｓが設けられている。本実施形態においては、第１絶縁部１１１ｓは、スリット内の隙間である。第１絶縁部１１１ｓは、１次導体１１０の幅方向(Ｘ軸方向)にて延在部１１４の中央に位置している。本実施形態においては、第１絶縁部１１１ｓは、アーチ状部１１１の延在部１１４にのみ設けられているが、これに限られず、アーチ状部１１１の第１突出部１１２、第２突出部１１３および延在部１１４の少なくとも一部に設けられていればよい。第１絶縁部１１１ｓの外形は、本実施形態においては矩形であるが、これに限られず、円形、楕円形または多角形などであってもよい。
【００２６】
第１絶縁部１１１ｓが設けられていることにより、アーチ状部１１１の延在部１１４は、互いに間隔をあけて並んで１次導体１１０の長さ方向(Ｙ軸方向)に延在する２つの第１導体部に分離されている。すなわち、アーチ状部１１１の延在部１１４は、２つの第１導体部で構成されている。隣り合う第１導体部同士は、１次導体１１０の幅方向(Ｘ軸方向)において互いに間隔をあけて位置している。
【００２７】
逆アーチ状部１１６の延在部１１９には、１次導体１１０の長さ方向(Ｙ軸方向)に延在する第２絶縁部１１６ｓが設けられている。本実施形態においては、第２絶縁部１１６ｓは、スリット内の隙間である。第２絶縁部１１６ｓは、１次導体１１０の幅方向(Ｘ軸方向)にて延在部１１９の中央に位置している。本実施形態においては、第２絶縁部１１６ｓは、逆アーチ状部１１６の延在部１１９にのみ設けられているが、これに限られず、逆アーチ状部１１６の第３突出部１１７、第４突出部１１８および延在部１１９の少なくとも一部に設けられていればよい。第２絶縁部１１６ｓの外形は、本実施形態においては矩形であるが、これに限られず、円形、楕円形または多角形などであってもよい。
【００２８】
第２絶縁部１１６ｓが設けられていることにより、逆アーチ状部１１６の延在部１１９は、互いに間隔をあけて並んで１次導体１１０の長さ方向(Ｙ軸方向)に延在する２つの第２導体部に分離されている。すなわち、後述するように第２磁気センサ１２０ｂが表面側に配置された他の１つの流路を構成する逆アーチ状部１１６の延在部１１９は、２つの第２導体部で構成されている。隣り合う第２導体部同士は、１次導体１１０の幅方向(Ｘ軸方向)において互いに間隔をあけて位置している。
【００２９】
本実施形態においては、１次導体１１０は、電気抵抗が低く加工性に優れている銅で構成されている。より具体的には、１次導体１１０は、耐熱性に優れている無酸素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、アルミニウム若しくは鉄などの金属、またはこれらの金属を含む合金でもよい。
【００３０】
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、銀若しくは銅などの金属、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。
【００３１】
本実施形態においては、プレス加工により１次導体１１０を形成している。ただし、１次導体１１０の形成方法はこれに限られず、切削加工または鋳造などにより１次導体１１０を形成してもよい。また、後述する第１絶縁部１１１ｓおよび第２絶縁部１１６ｓの各々をエッチングにより形成してもよい。
【００３２】
図３に示すように、第１磁気センサ１２０ａおよび第２磁気センサ１２０ｂの各々は、アンプおよび受動素子などの電子部品１４０ａ，１４０ｂと共に基板１３０に実装されている。本実施形態においては、第１磁気センサ１２０ａおよび第２磁気センサ１２０ｂは、１次導体１１０の長さ方向(Ｙ軸方向)において互いにずれつつ、１次導体１１０の幅方向(Ｘ軸方向)に並んで配置されている。基板１３０が電気絶縁性を有する筐体１５０内に固定されることにより、磁気センサユニット１６０が構成されている。すなわち、第１磁気センサ１２０ａ、第２磁気センサ１２０ｂ、電子部品１４０ａ，１４０ｂおよび基板１３０の各々は、筐体１５０に収容されている。
【００３３】
基板１３０は、プリント配線板であり、ガラスエポキシまたはアルミナなどの基材と、基材の表面上に設けられた銅などの金属箔がパターニングされて形成された配線とから構成されている。
【００３４】
筐体１５０は、略直方体状の外形を有し、下部筐体１５１と上部筐体１５２とから構成されている。上部筐体１５２には、基板１３０と接続されるワイヤーハーネスの取出し口１５２ｐが設けられている。
【００３５】
筐体１５０は、ＰＰＳ(ポリフェニレンスルファイド)、ＰＢＴ(ポリブチレンテレフタレート樹脂)、ＬＣＰ(液晶ポリマー)、ウレタンまたはナイロンなどのエンジニアリングプラスチックで構成されている。ＰＰＳは、耐熱性が高いため、１次導体１１０の発熱を考慮した場合、筐体１５０の材料として好ましい。
【００３６】
基板１３０を筐体１５０に固定する方法としては、螺子による締結、樹脂による熱溶着、または、接着剤による接合などを用いることができる。螺子を用いて基板１３０と筐体１５０とを締結する場合には、磁界の乱れが生じないように、非磁性の螺子を用いることが好ましい。
【００３７】
アーチ状部１１１と逆アーチ状部１１６とによって形成される開口部１１０ｈに、磁気センサユニット１６０が挿入されている。すなわち、筐体１５０は、アーチ状部１１１の内側に嵌め込まれるように、１次導体１１０に組み付けられている。筐体１５０は、逆アーチ状部１１６の内側に嵌め込まれるように、１次導体１１０に組み付けられている。
【００３８】
図６は、本発明の実施形態１に係る電流センサの断面図である。図７は、本発明の実施形態１に係る電流センサの断面図であり、図１のＶＩＩ−ＶＩＩ線矢印方向から見た図である。図８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。
【００３９】
図６，７においては、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。また、図６，７においては、筐体１５０を図示していない。図６においては、図５と同一の断面視にて図示している。
【００４０】
図６，７に示すように、筐体１５０が１次導体１１０に組み付けられた状態において、第１磁気センサ１２０ａは、アーチ状部１１１の内側に配置されて延在部１１４の裏面側に位置し、第２磁気センサ１２０ｂは、逆アーチ状部１１６の内側に配置されて延在部１１９の表面側に位置している。
【００４１】
本実施形態においては、基板１３０の実装面と１次導体１１０の主面とが平行になるように基板１３０が配置されているが、基板１３０の実装面と１次導体１１０の主面とが垂直になるように基板１３０が配置されていてもよい。基板１３０の主面と１次導体１１０の主面とが互いに平行である場合、磁気センサユニット１６０を低背化して、電流センサ１００を小型化できる。
【００４２】
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の幅方向(Ｘ軸方向)の磁界を検出する。具体的には、第１磁気センサ１２０ａおよび第２磁気センサ１２０ｂの各々は、１次導体１１０の幅方向(Ｘ軸方向)に向いた検出軸２を有している。
【００４３】
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２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２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、奇関数入出力特性を有している。
【００４４】
図８に示すように、本実施形態に係る電流センサ１００において、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。
【００４５】
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。
【００４６】
複数の磁気素子がパッケージされている場合、複数の磁気素子が１つにパッケージされていてもよいし、複数の磁気素子の各々が別々にパッケージされていてもよい。また、複数の磁気素子と電子部品とが集積された状態で、１つにパッケージされていてもよい。
【００４７】
本実施形態においては、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の各々の磁気抵抗素子は、バーバーポール型電極を含むことにより、磁気抵抗素子における磁気抵抗膜の磁化方向に対して所定の角度(たとえば４５°)をなす方向に電流が流れるようにバイアスされている。
【００４８】
磁気抵抗膜の磁化方向は、磁気抵抗膜の形状異方性およびバイアス磁界の少なくとも一方によって決まる。なお、ＡＭＲ素子の磁化方向を決める方法として、ＡＭＲ素子を構成する磁気抵抗膜の近傍に永久磁石若しくは薄膜磁石を設ける方法、磁気抵抗膜において交換結合若しくは相間結合を設ける方法、磁気抵抗膜の近傍に設けられたコイルの誘導磁界を用いる方法、または、磁気抵抗膜の近傍に設けられた磁性体の残留磁束を用いる方法などを採用してもよい。磁気抵抗膜の近傍に設けられたコイルの誘導磁界を用いる方法を採用する場合、コイルに流される電流の大きさ変更することにより、磁気抵抗膜に印加されるバイアス磁界の強さを適宜調整することができる。磁気抵抗膜は、ミアンダ状に折り返されて形成されていてもよい。
【００４９】
第１磁気センサ１２０ａの磁気抵抗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の磁気抵抗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。
【００５０】
第１磁気センサ１２０ａおよび第２磁気センサ１２０ｂの各々のブリッジ回路に印加される電源電圧は、直流の一定電圧であってもよいし、交流電圧またはパルス電圧であってもよい。
【００５１】
図８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を流れる測定対象の電流の値を算出する算出部１９０をさらに備える。本実施形態においては、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。
【００５２】
図６に示すように、１次導体１１０を流れる測定対象の電流は、アーチ状部１１１を通過する第１流路部と、逆アーチ状部１１６を通過する第２流路部との、２つの流路に分かれて流れる。１次導体１１０において２つの流路に分かれて電流が流れることにより、いわゆる右ねじの法則によって、各流路を周回する磁界が発生する。
【００５３】
図６，７に示すように、第１磁気センサ１２０ａはアーチ状部１１１の内側に配置されているため、第１磁気センサ１２０ａには、第１突出部１１２を周回する磁界１１２ｅと、第２突出部１１３を周回する磁界１１３ｅと、延在部１１４を周回する磁界１１４ｅとが印加される。これにより、第１磁気センサ１２０ａの磁気抵抗素子に印加される磁界が強くなるため、１次導体１１０を流れる測定電流に対する第１磁気センサ１２０ａの感度が高くなる。
【００５４】
第２磁気センサ１２０ｂは逆アーチ状部１１６の内側に配置されているため、第２磁気センサ１２０ｂには、第３突出部１１７を周回する磁界と、第４突出部１１８を周回する磁界と、延在部１１９を周回する磁界１１９ｅとが印加される。これにより、第２磁気センサ１２０ｂの磁気抵抗素子に印加される磁界が強くなるため、１次導体１１０を流れる測定電流に対する第２磁気センサ１２０ｂの感度が高くなる。
【００５５】
図６に示すように、延在部１１４の裏面側の位置と、延在部１１９の表面側の位置とでは、Ｘ軸方向の磁束の向きが互いに反対方向となる。すなわち、第１磁気センサ１２０ａに作用する磁束の向きと、第２磁気センサ１２０ｂに作用する磁束の向きとが反対であるため、１次導体１１０を流れる測定対象の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。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。
【００５６】
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にて演算される。具体的には、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。この結果から、１次導体１１０を流れた測定対象の電流の値が算出される。
【００５７】
本実施形態に係る電流センサ１００においては、磁気センサユニット１６０が開口部１１０ｈに挿入されているため、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。
【００５８】
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。
【００５９】
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、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。
【００６０】
本実施形態の第１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。
【００６１】
一方、１次導体１１０を流れる測定対象の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。
【００６２】
本実施形態の第１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。
【００６３】
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、１次導体１１０を流れた測定対象の電流の値が算出される。
【００６４】
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。
【００６５】
本実施形態に係る電流センサ１００は、１次導体１１０を流れる測定電流に対する第１磁気センサ１２０ａおよび第２磁気センサ１２０ｂの各々の感度を高めることによって電流センサ１００の感度を高めつつ、外部磁界の影響を低減することができる。
【００６６】
本実施形態に係る電流センサ１００においては、アーチ状部１１１の電気抵抗値と逆アーチ状部１１６の電気抵抗値とが略同一であるため、１次導体１１０を測定電流が流れることによるアーチ状部１１１の発熱量と逆アーチ状部１１６の発熱量とを同等にすることができる。その結果、第１磁気センサ１２０ａの磁気抵抗素子の周囲の温度と、第２磁気センサ１２０ｂの磁気抵抗素子の周囲の温度とを略同じにすることができるため、磁気抵抗素子の温度特性による電流センサ１００の測定値の誤差を低減することができる。
【００６７】
本実施形態に係る電流センサ１００は、１つの導体からなる１次導体１１０に、第１磁気センサ１２０ａおよび第２磁気センサ１２０ｂが実装された基板１３０を収容した筐体１５０を組み付ける構造を有しているため、電流センサ１００の組み立てが容易であり、また、複数の導体からなる１次導体を用いる場合に比較して、部品点数を削減して低コスト化を図ることができる。
【００６８】
ここで、１次導体１１０を流れる測定対象の電流が周波数の高い交流である場合における、本実施形態に係る電流センサ１００の作用効果について、比較例に係る電流センサと比較しつつ説明する。なお、比較例に係る電流センサは、１次導体１１０に第１絶縁部１１１ｓおよび第２絶縁部１１６ｓが設けられていない点のみ、実施形態１に係る電流センサ１００と異なる。以下の説明においては、２つの流路のうちの第１流路部について説明するが、第２流路部についても同様である。
【００６９】
図９は、比較例に係る電流センサの１次導体のアーチ状部に測定対象の電流が流れ始めた際に発生する磁界を模式的に示す断面図である。図１０は、比較例に係る電流センサの１次導体のアーチ状部に測定対象の電流が流れ始めた際にアーチ状部を周回する磁界を模式的に示す断面図である。図１１は、本発明の実施形態１に係る電流センサの１次導体のアーチ状部に測定対象の電流が流れ始めた際に発生する磁界を模式的に示す断面図である。図１２は、本発明の実施形態１に係る電流センサの１次導体のアーチ状部に測定対象の電流が流れ始めた際にアーチ状部を周回する磁界を模式的に示す断面図である。
【００７０】
図９，１０においては、１次導体のアーチ状部を流れる測定対象の電流のうち、１次導体の幅方向(Ｘ軸方向)において、一端部を流れる電流を１ａ、中央部を流れる電流を１ｂ、他端部を流れる電流を１ｃで示している。図１１，１２においては、１次導体のアーチ状部を流れる測定対象の電流のうち、１次導体の幅方向(Ｘ軸方向)において、一方側に位置する第１導体部を流れる電流を１ａ、他方側に位置する第１導体部を流れる電流を１ｃで示している。
【００７１】
図９に示すように、比較例に係る電流センサの１次導体のアーチ状部において、電流１ａ、電流１ｂおよび電流１ｃが流れることにより、磁界１１４ｅａ、磁界１１４ｅｂおよび磁界１１４ｅｃがそれぞれ発生する。磁界１１４ｅａ、磁界１１４ｅｂおよび磁界１１４ｅｃの発生による電磁誘導効果によって、１次導体には、渦電流１０ａ，１０ｂ，１１ｂ，１１ｃが発生する。
【００７２】
具体的には、磁界１１４ｅａが１次導体の表面に進入する位置において渦電流１０ａが発生し、磁界１１４ｅａを打ち消す磁界２０ａが発生する。磁界１１４ｅｂが１次導体の表面に進入する位置において渦電流１０ｂが発生し、磁界１１４ｅｂを打ち消す磁界２０ｂが発生する。磁界１１４ｅｃが１次導体の裏面に進入する位置において渦電流１１ｃが発生し、磁界１１４ｅｃを打ち消す磁界２１ｃが発生する。磁界１１４ｅｂが１次導体の裏面に進入する位置において渦電流１１ｂが発生し、磁界１１４ｅｂを打ち消す磁界２１ｂが発生する。
【００７３】
そのため、１次導体を流れる測定対象の電流が周波数の高い交流である場合においては、図１０に示すように、１次導体のアーチ状部に測定対象の電流が流れ始めた際における、磁界１１４ｅｂの磁束密度は、磁界１１４ｅａおよび磁界１１４ｅｃの各々の磁束密度より小さくなる。これにより、１次導体のアーチ状部に測定対象の電流が流れ始めた際の第１磁気センサ１２０ａの出力は小さくなり、時間の経過とともに渦電流１０ａ，１０ｂ，１１ｂ，１１ｃの大きさが小さくなるに従って、第１磁気センサ１２０ａの出力が大きくなる。第２磁気センサ１２０ｂの出力も同様の傾向を示す。その結果、電流センサの出力の立ち上がり時間が長くなる。
【００７４】
この電流センサの出力の立ち上がり時間が長くなる問題は、測定対象の電流の値が大きくなるほど、および、測定対象の電流の周波数が高くなるほど顕著になる。その理由は、次の通りである。測定対象の電流の値が大きい(たとえば、５００Ａ以上１０００Ａ以下)場合、１次導体の電気抵抗を小さくするために、１次導体の幅および厚さが大きくされる(たとえば、幅が１０ｍｍ以上２０ｍｍ以下、厚さが２ｍｍ以上３ｍｍ以下)。測定対象の電流の周波数が高い(たとえば、１００ｋＨｚ以上１０００ｋＨｚ以下)場合、表皮効果によって測定対象の電流が１次導体の外周面の近傍を主に流れるため、１次導体の発熱を抑制するために、１次導体の幅および厚さが大きくされる。これらの場合、渦電流１０ｂ，１１ｂの発生する面積が大きくなるとともに、磁界１１４ｅｂが１次導体を貫通しにくくなって、１次導体のアーチ状部に測定対象の電流が流れ始めた際における磁界１１４ｅｂの磁束密度がより小さくなる。その結果、電流センサの出力の立ち上がり時間が顕著に長くなる。
【００７５】
図１１に示すように、本発明の実施形態１に係る電流センサ１００の１次導体１１０のアーチ状部１１１において、電流１ａおよび電流１ｃが流れることにより、磁界１１４ｅａおよび磁界１１４ｅｃがそれぞれ発生する。１次導体１１０には、第１絶縁部１１１ｓが設けられているため、磁界１１４ｅａおよび磁界１１４ｅｃの発生による電磁誘導効果によって１次導体１１０に渦電流が発生することを、抑制できる。
【００７６】
そのため、１次導体を流れる測定対象の電流が周波数の高い交流である場合において、図１２に示すように、１次導体１１０のアーチ状部１１１に測定対象の電流が流れ始めた際における磁界１１４ｅａおよび磁界１１４ｅｃの各々の磁束密度が低下することを抑制できる。これにより、１次導体１１０のアーチ状部１１１に測定対象の電流が流れ始めた際の第１磁気センサ１２０ａの出力が渦電流の発生により小さくなることを抑制できる。第２磁気センサ１２０ｂの出力も同様に改善することができる。その結果、電流センサ１００の出力の立ち上がり時間を短くして、電流センサ１００の測定誤差を低減し、電流センサ１００の周波数特性を良好にすることができる。電流センサ１００のこの効果は、測定対象の電流の値が大きくなるに従って、および、測定対象の電流の周波数が高くなるに従って、より顕著に現れる。
【００７７】
ここで、比較例に係る電流センサと本発明の実施形態１に係る電流センサとにおいて、周波数特性を比較した実験結果について説明する。比較例に係る電流センサおよび本発明の実施形態１に係る電流センサの各々に共通する条件として、１次導体の全体の幅を４０ｍｍ、１次導体の厚さを１．２ｍｍ、スリット１１５の幅を２ｍｍ、開口部１１０ｈの高さを約２０ｍｍとした。また、１次導体１１０を流れる電流の値を１００Ａｄｃ(ピーク)、１次導体１１０を流れる電流の周波数を１９．８８Ｈｚ(１００Ａｄｃ／３００μｓ、０Ａ／５０μｓ)とした。本発明の実施形態１に係る電流センサにおいては、第１絶縁部１１１ｓおよび第２絶縁部１１６ｓの各々の幅を２ｍｍとした。
【００７８】
図１３は、比較例に係る電流センサの入力電流と出力電圧との関係を示すグラフである。図１４は、本発明の実施形態１に係る電流センサの入力電流と出力電圧との関係を示すグラフである。図１３，１４においては、縦軸に、入力電流Ｉｉｎ(Ａ)および出力電圧Ｖｏｕｔ(ｍＶ)、横軸に、時間(μｓ)を示している。
【００７９】
図１３，１４に示すように、比較例に係る電流センサおよび本発明の実施形態１に係る電流センサ１００の各々において、３００μｓの間、１００Ａの入力電流を１次導体に流した。比較例に係る電流センサにおいては、１次導体のアーチ状部に測定対象の電流が流れ始めた際の出力電圧は８０ｍＶであり、出力電圧のピーク値は１１５ｍＶであり、出力電圧のピーク値に到達するまでの時間は２５０μｓであった。
【００８０】
本発明の実施形態１に係る電流センサ１００においては、１次導体１１０のアーチ状部１１１に測定対象の電流が流れ始めた際の出力電圧は６０ｍＶであり、出力電圧のピーク値は７５ｍＶであり、出力電圧のピーク値に到達するまでの時間は１４０μｓであった。
【００８１】
上記の実験結果から、本発明の実施形態１に係る電流センサ１００においては、比較例に係る電流センサと比較して、出力電圧のピーク値が低下して感度が若干低くなるものの、電流センサの出力の立ち上がり時間を短くできることが確認できた。なお、本発明の実施形態１に係る電流センサ１００は、第１磁気センサ１２０ａがアーチ状部１１１の内側に配置されて延在部１１４の裏面側に位置し、第２磁気センサ１２０ｂが逆アーチ状部１１６の内側に配置されて延在部１１９の表面側に位置していることにより、従来の電流センサに比較して感度は高くなっている。
【００８２】
すなわち、本発明の実施形態１に係る電流センサ１００は、電流センサ１００の感度を高めつつ外部磁界による影響を低減できるとともに電流センサ１００の周波数特性を良好にすることができる。
【００８３】
本発明の実施形態１に係る電流センサ１００においては、第１磁気センサ１２０ａおよび第２磁気センサ１２０ｂの各々が、磁気抵抗素子を含みホール素子を含んでいないため、ホール素子を構成する半導体特有の電子移動度などの制約を受けることがなく、この点においても周波数特性を良好にすることができる。
【００８４】
本発明の実施形態１に係る電流センサ１００においては、アーチ状部１１１の延在部１１４に１つの第１絶縁部１１１ｓが設けられ、逆アーチ状部１１６の延在部１１９に１つの第２絶縁部１１６ｓが設けられていたが、第１絶縁部１１１ｓおよび第２絶縁部１１６ｓの各々の数は１つに限られず、複数であってもよい。
【００８５】
図１５は、本発明の実施形態１の第２変形例に係る電流センサの断面図である。図１５においては、図５と同一の断面視にて示している。図１５に示すように、本発明の実施形態１の第２変形例に係る電流センサにおいては、アーチ状部１１１の延在部１１４に３つの第１絶縁部１１１ｓが設けられ、逆アーチ状部１１６の延在部１１９に３つの第２絶縁部１１６ｓが設けられている。
【００８６】
３つの第１絶縁部１１１ｓが設けられていることにより、アーチ状部１１１の延在部１１４は、互いに間隔をあけて並んで１次導体１１０の長さ方向(Ｙ軸方向)に延在する４つの第１導体部に分離されている。すなわち、アーチ状部１１１の延在部１１４は、４つの第１導体部で構成されている。隣り合う第１導体部同士は、１次導体１１０の幅方向(Ｘ軸方向)において互いに間隔をあけて位置している。
【００８７】
３つの第２絶縁部１１６ｓが設けられていることにより、逆アーチ状部１１６の延在部１１９は、互いに間隔をあけて並んで１次導体１１０の長さ方向(Ｙ軸方向)に延在する４つの第２導体部に分離されている。すなわち、逆アーチ状部１１６の延在部１１９は、４つの第２導体部で構成されている。隣り合う第２導体部同士は、１次導体１１０の幅方向(Ｘ軸方向)において互いに間隔をあけて位置している。
【００８８】
第１導体部および第２導体部の各々の数が増えるに従って、１次導体１１０に渦電流が発生することを抑制できる。よって、本発明の実施形態１の第２変形例に係る電流センサは、本発明の実施形態１に係る電流センサ１００に比較して、電流センサの出力の立ち上がり時間を短くして、電流センサの測定誤差を低減し、電流センサの周波数特性をさらに良好にすることができる。
【００８９】
(実施形態２)
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。本実施形態に係る電流センサ２００は、１次導体が４つの導体で構成されている点が主に実施形態１に係る電流センサと異なるため、実施形態１に係る電流センサ１００と同様の構成については説明を繰り返さない。
【００９０】
図１６は、本発明の実施形態２に係る電流センサの外観を示す斜視図である。図１６に示すように、本発明の実施形態２に係る電流センサ２００においては、１次導体２１０は、互いに両端同士が電気的に接続された４つの導体で構成されている。４つの導体のうちの第１導体２１０ａおよび第２導体２１０ｂの各々には、アーチ状部１１１が設けられ、４つの導体のうちの第３導体２１０ｃおよび第４導体２１０ｄの各々には、逆アーチ状部１１６が設けられている。すなわち、第１導体２１０ａと第２導体２１０ｂとが第１流路部を構成し、第３導体２１０ｃと第４導体２１０ｄとが第２流路部を構成している。
【００９１】
第１導体２１０ａ、第２導体２１０ｂ、第３導体２１０ｃおよび第４導体２１０ｄは、１次導体２１０の幅方向(Ｘ軸方向)において互いに間隔をあけて１次導体２１０の長さ方向(Ｙ軸方向)に平行に延在し、図示しない接続配線により両端を互いに接続されている。
【００９２】
本実施形態においては、スリット１１５は、第２導体２１０ｂと第３導体２１０ｃとの間の隙間である。第１絶縁部１１１ｓは、第１導体２１０ａと第２導体２１０ｂとの間の隙間である。第２絶縁部１１６ｓは、第３導体２１０ｃと第４導体２１０ｄとの間の隙間である。
【００９３】
第１流路部が第１導体２１０ａおよび第２導体２１０ｂによって構成されていることにより、アーチ状部１１１は２つの第１導体部に分離されている。すなわち、アーチ状部１１１は、２つの第１導体部で構成されている。隣り合う第１導体部同士は、１次導体２１０の幅方向(Ｘ軸方向)において互いに間隔をあけて位置している。
【００９４】
第２流路部が第３導体２１０ｃおよび第４導体２１０ｄによって構成されていることにより、逆アーチ状部１１６は２つの第２導体部に分離されている。すなわち、逆アーチ状部１１６は、２つの第２導体部で構成されている。隣り合う第２導体部同士は、１次導体２１０の幅方向(Ｘ軸方向)において互いに間隔をあけて位置している。
【００９５】
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の出力の立ち上がり時間を短くして、電流センサ２００の測定誤差を低減し、電流センサ２００の周波数特性を良好にすることができる。
【００９６】
(実施形態３)
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。本実施形態に係る電流センサ３００は、１次導体が８本の被覆銅線で構成されている点が主に実施形態１に係る電流センサと異なるため、実施形態１に係る電流センサ１００と同様の構成については説明を繰り返さない。
【００９７】
図１７は、本発明の実施形態３に係る電流センサの外観を示す斜視図である。図１８は、本発明の実施形態３に係る電流センサの断面図であり、図１７のＸＶＩＩＩ−ＸＶＩＩＩ線矢印方向から見た図である。図１７，１８においては、アーチ状部１１１が設けられている部分における１次導体３１０の幅方向をＸ軸方向、１次導体３１０の長さ方向をＹ軸方向、１次導体３１０の厚さ方向をＺ軸方向として、図示している。
【００９８】
図１７，１８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、１次導体３１０は、互いに両端同士が電気的に接続された８本の被覆銅線で構成されている。８本の被覆銅線の各々は、導体部３１０ｗと被覆部３１０ｘとから構成されている。
【００９９】
８本の被覆銅線のうちの第１被覆銅線３１０ａ、第２被覆銅線３１０ｂ、第３被覆銅線３１０ｃおよび第４被覆銅線３１０ｄの各々には、アーチ状部１１１が設けられ、８本の被覆銅線のうちの第５被覆銅線３１０ｅ、第６被覆銅線３１０ｆ、第７被覆銅線３１０ｇおよび第８被覆銅線３１０ｈの各々には、逆アーチ状部１１６が設けられている。すなわち、第１被覆銅線３１０ａ、第２被覆銅線３１０ｂ、第３被覆銅線３１０ｃおよび第４被覆銅線３１０ｄが第１流路部を構成し、第５被覆銅線３１０ｅ、第６被覆銅線３１０ｆ、第７被覆銅線３１０ｇおよび第８被覆銅線３１０ｈが第２流路部を構成している。
【０１００】
アーチ状部１１１において、第１被覆銅線３１０ａ、第２被覆銅線３１０ｂ、第３被覆銅線３１０ｃおよび第４被覆銅線３１０ｄの各々の導体部３１０ｗは、１次導体３１０の幅方向(Ｘ軸方向)において互いに間隔をあけて１次導体３１０の長さ方向(Ｙ軸方向)に延在している。
【０１０１】
逆アーチ状部１１６において、第５被覆銅線３１０ｅ、第６被覆銅線３１０ｆ、第７被覆銅線３１０ｇおよび第８被覆銅線３１０ｈの各々の導体部３１０ｗは、１次導体３１０の幅方向(Ｘ軸方向)において互いに間隔をあけて１次導体３１０の長さ方向(Ｙ軸方向)に延在している。
【０１０２】
第１被覆銅線３１０ａ、第２被覆銅線３１０ｂ、第３被覆銅線３１０ｃ、第４被覆銅線３１０ｄ、第５被覆銅線３１０ｅ、第６被覆銅線３１０ｆ、第７被覆銅線３１０ｇおよび第８被覆銅線３１０ｈは、アーチ状部１１１および逆アーチ状部１１６以外の部分において撚られており、図示しない接続配線により両端を互いに接続されている。
【０１０３】
本実施形態においては、第１絶縁部１１１ｓは、第１被覆銅線３１０ａの導体部３１０ｗと第２被覆銅線３１０ｂの導体部３１０ｗとの間に位置する被覆部３１０ｘ、第２被覆銅線３１０ｂの導体部３１０ｗと第３被覆銅線３１０ｃの導体部３１０ｗとの間に位置する被覆部３１０ｘ、および、第３被覆銅線３１０ｃの導体部３１０ｗと第４被覆銅線３１０ｄの導体部３１０ｗとの間に位置する被覆部３１０ｘである。
【０１０４】
第２絶縁部１１６ｓは、第５被覆銅線３１０ｅの導体部３１０ｗと第６被覆銅線３１０ｆの導体部３１０ｗとの間に位置する被覆部３１０ｘ、第６被覆銅線３１０ｆの導体部３１０ｗと第７被覆銅線３１０ｇの導体部３１０ｗとの間に位置する被覆部３１０ｘ、および、第７被覆銅線３１０ｇの導体部３１０ｗと第８被覆銅線３１０ｈの導体部３１０ｗとの間に位置する被覆部３１０ｘである。
【０１０５】
第１流路部が第１被覆銅線３１０ａ、第２被覆銅線３１０ｂ、第３被覆銅線３１０ｃおよび第４被覆銅線３１０ｄによって構成されていることにより、アーチ状部１１１は４つの第１導体部に分離されている。すなわち、アーチ状部１１１は、４つの第１導体部で構成されている。隣り合う第１導体部同士は、１次導体３１０の幅方向(Ｘ軸方向)において互いに間隔をあけて位置している。
【０１０６】
第２流路部が第５被覆銅線３１０ｅ、第６被覆銅線３１０ｆ、第７被覆銅線３１０ｇおよび第８被覆銅線３１０ｈによって構成されていることにより、逆アーチ状部１１６は４つの第２導体部に分離されている。すなわち、逆アーチ状部１１６は、４つの第２導体部で構成されている。隣り合う第２導体部同士は、１次導体３１０の幅方向(Ｘ軸方向)において互いに間隔をあけて位置している。
【０１０７】
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の出力の立ち上がり時間を短くして、電流センサ３００の測定誤差を低減し、電流センサ３００の周波数特性を良好にすることができる。
【０１０８】
(実施形態４)
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。本実施形態に係る電流センサ４００は、１次導体の絶縁部を１次導体の長さ方向に跨ぐようにバイパス部が設けられている点が主に実施形態１に係る電流センサと異なるため、実施形態１に係る電流センサ１００と同様の構成については説明を繰り返さない。
【０１０９】
図１９は、本発明の実施形態４に係る電流センサの外観を示す斜視図である。図２０は、本発明の実施形態４に係る電流センサの１次導体を図１９の矢印ＸＸ方向から見た側面図である。図２１は、本発明の実施形態４に係る電流センサの断面図であり、図１９のＸＸＩ−ＸＸＩ線矢印方向から見た図である。
【０１１０】
図１９〜２０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、１次導体４１０は、１つの導体で構成されている。１次導体４１０は、第１絶縁部１１１ｓを１次導体４１０の長さ方向(Ｙ軸方向)に跨ぐように延在部１１４に設けられた第１バイパス部４１１、および、第２絶縁部１１６ｓを１次導体４１０の長さ方向(Ｙ軸方向)に跨ぐように延在部１１９に設けられた第２バイパス部４１６を含む。第１バイパス部４１１および第２バイパス部４１６の各々は、切り曲げ加工により形成されている。
【０１１１】
第１バイパス部４１１は、１次導体４１０の厚さ方向(Ｚ軸方向)の一方に突出するように曲がって長さ方向(Ｙ軸方向)に延在している。第１バイパス部４１１は、互いに間隔を置いて、１次導体４１０の主面に直交するように突出する第５突出部４１２および第６突出部４１３と、１次導体４１０の長さ方向(Ｙ軸方向)に延在し、第５突出部４１２と第６突出部４１３とを繋ぐ延在部４１４とから構成されている。
【０１１２】
第１絶縁部１１１ｓおよび第１バイパス部４１１が設けられていることにより、アーチ状部１１１の延在部１１４は、互いに間隔をあけて並んで１次導体４１０の長さ方向(Ｙ軸方向)に延在する３つの第１導体部に分離されている。すなわち、アーチ状部１１１の延在部１１４は、３つの第１導体部で構成されている。隣り合う第１導体部同士は、１次導体４１０の厚さ方向(Ｚ軸方向)において互いにずれて位置しつつ厚さ方向(Ｚ軸方向)から見て互いに連続している。
【０１１３】
第２バイパス部４１６は、１次導体４１０の厚さ方向(Ｚ軸方向)の他方に突出するように曲がって１次導体４１０の長さ方向(Ｙ軸方向)に延在している。第２バイパス部４１６は、互いに間隔を置いて、１次導体４１０の主面に直交するように突出する第７突出部４１７および第８突出部４１８と、１次導体４１０の長さ方向(Ｙ軸方向)に延在し、第７突出部４１７と第８突出部４１８とを繋ぐ延在部４１９とから構成されている。
【０１１４】
第２絶縁部１１６ｓおよび第２バイパス部４１６が設けられていることにより、逆アーチ状部１１６の延在部１１９は、互いに間隔をあけて並んで１次導体４１０の長さ方向(Ｙ軸方向)に延在する３つの第２導体部に分離されている。すなわち、逆アーチ状部１１６の延在部１１９は、３つの第２導体部で構成されている。隣り合う第２導体部同士は、１次導体４１０の厚さ方向(Ｚ軸方向)において互いにずれて位置しつつ厚さ方向(Ｚ軸方向)から見て互いに連続している。
【０１１５】
ただし、第１バイパス部４１１および第２バイパス部４１６の各々の形状はこれに限られず、たとえば、１次導体４１０の幅方向(Ｘ軸方向)から見て、Ｃ字状または半円状の形状を有していてもよい。第１バイパス部４１１と第２バイパス部４１６とは、互いに同一形状を有する。
【０１１６】
第１バイパス部４１１を設けることにより、第１絶縁部１１１ｓによって減少したアーチ状部１１１の延在部１１４の電流の流路面積を補完することができる。第２バイパス部４１６を設けることにより、第２絶縁部１１６ｓによって減少した逆アーチ状部１１６の延在部１１９の電流の流路面積を補完することができる。その結果、１次導体４１０を測定対象の電流が流れることによる発熱を抑制できる。
【０１１７】
本実施形態に係る電流センサ４００においても、アーチ状部１１１の電気抵抗値と逆アーチ状部１１６の電気抵抗値とが略同一であるため、１次導体１１０を測定電流が流れることによるアーチ状部１１１の発熱量と逆アーチ状部１１６の発熱量とを同等にすることができる。その結果、第１磁気センサ１２０ａの磁気抵抗素子の周囲の温度と、第２磁気センサ１２０ｂの磁気抵抗素子の周囲の温度とを略同じにすることができるため、磁気抵抗素子の温度特性による電流センサ４００の測定値の誤差を低減することができる。
【０１１８】
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の出力の立ち上がり時間を短くして、電流センサ４００の測定誤差を低減し、電流センサ４００の周波数特性を良好にすることができる。
【０１１９】
(実施形態５)
以下、本発明の実施形態５に係る電力変換装置について図を参照して説明する。図２２は、本発明の実施形態５に係る電力変換装置の構成を示す回路図である。図２２に示すように、本発明の実施形態５に係る電力変換装置５００は、互いに電気的に接続された、制御部５１０、スイッチ駆動部５２０、スイッチ素子部５３０、電流センサ５４０および出力部５５０を備えている。電流センサ５４０は、実施形態１から実施形態４のいずれかに係る電流センサである。電力変換装置５００は、たとえば、インバータである。出力部５５０は、たとえば、交流電動機である。なお、電力変換装置５００がコンバータであり、出力部５５０が直流電動機であってもよい。
【０１２０】
電力変換装置５００が電流センサ５４０を備えることにより、幅広い周波数帯において電流センサ５４０による精度の高い測定結果に基づいて制御部５１０が出力部５５０の出力を制御できるため、電力変換装置５００の調整精度を向上できる。また、電流センサ５４０が薄型および小型になっている場合、電力変換装置５００を小型にすることができる。
【０１２１】
上述した実施形態の説明において、組み合わせ可能な構成を相互に組み合わせてもよい。
【０１２２】
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】
【０１２３】
２  検出軸、１０ａ，１０ｂ，１１ｂ，１１ｃ  渦電流、２０ａ，２０ｂ，２１ｂ，２１ｃ，１１２ｅ，１１３ｅ，１１４ｅ，１１４ｅａ，１１４ｅｂ，１１４ｅｃ，１１９ｅ  磁界、１００，２００，３００，４００，５４０  電流センサ、１１０，２１０，３１０，４１０  １次導体、１１０ｈ  開口部、１１１  アーチ状部、１１１ｓ  第１絶縁部、１１２  第１突出部、１１３  第２突出部、１１４，１１９，４１４，４１９  延在部、１１５  スリット、１１６  逆アーチ状部、１１６ｓ  第２絶縁部、１１７  第３突出部、１１８  第４突出部、１２０ａ  第１磁気センサ、１２０ｂ  第２磁気センサ、１３０  基板、１４０ａ，１４０ｂ  電子部品、１５０  筐体、１５１  下部筐体、１５２  上部筐体、１５２ｐ  取出し口、１６０  磁気センサユニット、１９０  算出部、２１０ａ  第１導体、２１０ｂ  第２導体、２１０ｃ  第３導体、２１０ｄ  第４導体、３１０ａ  第１被覆銅線、３１０ｂ  第２被覆銅線、３１０ｃ  第３被覆銅線、３１０ｄ  第４被覆銅線、３１０ｅ  第５被覆銅線、３１０ｆ  第６被覆銅線、３１０ｇ  第７被覆銅線、３１０ｈ  第８被覆銅線、３１０ｗ  導体部、３１０ｘ  被覆部、４１１  第１バイパス部、４１２  第５突出部、４１３  第６突出部、４１６  第２バイパス部、４１７  第７突出部、４１８  第８突出部、５００  電力変換装置、５１０  制御部、５２０  スイッチ駆動部、５３０  スイッチ素子部、５５０  出力部。
【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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【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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