(57)【要約】【課題】  従来の一次導体がＵ字型構造の電流センサでは、ブリッジ回路の左右の各ハーフブリッジ回路に逆方向磁界が印加され、一様な外部磁界を除去する利点があるが、単相の測定のみを想定しており、多相電流の検出を、他相電流の影響を低減し、より正確に行う構成は示していないという問題点があった。【解決手段】  非Ｕ字形成部となるＵ字形成部外の一次導体がＵ字形成部の面外方向へ伸長し、それぞれのＵ字形成部に隣接するＵ字形成部の対称軸が同一直線上にないように、同一平面内に並列配置したため、多相電流の検出時に他相の電流により発生する磁界の影響を低減し、より正確な電流を検出する効果がある。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
設置基板上に配置され、互いに逆方向の磁界の増加に応じて抵抗値が共に増加する磁気抵抗効果特性を有する第１および第４の磁気抵抗効果素子と、
上記設置基板上に配置され、互いに逆方向の上記磁界の増加に応じて抵抗値が共に減少する磁気抵抗効果特性を有する第２および第３の磁気抵抗効果素子と、
上記設置基板上に配置され、上記第１から第４の磁気抵抗効果素子を接続することにより、上記第１および第２の磁気抵抗効果素子による第１のハーフブリッジ回路、および上記第３および第４の磁気抵抗効果素子による第２のハーフブリッジ回路からなるブリッジ回路を構成する接続電流線とを備え、
上記設置基板の中心線に対して分けられた一方の領域に上記第１のハーフブリッジ回路が配置されると共に、他方の領域に上記第２のハーフブリッジ回路が配置された電流検知デバイスと、少なくとも１つのＵ字形成部を有する一次導体をそれぞれ複数個備え、
上記設置基板のそれぞれの中心線とＵ字形成部のそれぞれの対称軸が略一致するように、それぞれのＵ字形成部近傍に上記電流検知デバイスが配置されるとともに、一次導体の非Ｕ字形成部がＵ字形成部の面外方向へ伸長し、それぞれのＵ字形成部が同一平面内に並列配置され、かつ隣接するＵ字形成部の対称軸が同一直線上にないことを特徴とする多相電流の検出装置。
【請求項２】
上記隣接するＵ字形成部が同一平面外に並列配置され、かつＵ字形成部の対称軸が同一平面内にあることを特徴とする多相電流の検出装置。
【請求項３】
上記隣接するＵ字形成部が同一平面外に並列配置され、かつ隣接するＵ字形成部の対称軸が同一平面外にあることを特徴とする多相電流の検出装置。
【請求項４】
上記電流検知デバイスはセンサ回路部とともにセンサ基板に設置され、上記センサ基板はＵ字型形状を形成する上記一次導体に囲まれた領域内の少なくとも一箇所に、上記設置基板の中心線とＵ字形成部の対称軸が略一致するように配置されたことを特徴とする請求項１から３に記載の多相電流の検出装置。
【請求項５】
上記一次導体において、Ｕ字形成部の面外方向へ伸長する非Ｕ字形成部の伸長方向が、各相において同方向であることを特徴とする請求項１から４に記載の多相電流の検出装置。
【請求項６】
上記一次導体において、Ｕ字形成部の面外方向へ伸長する非Ｕ字形成部の伸長方向が、各相において逆方向であることを特徴とする請求項１から４に記載の多相電流の検出装置。
【請求項７】
Ｕ字形成部に流れる被測定電流の方向が、隣接相に対して同方向であることを特徴とする請求項１から６に記載の多相電流の検出装置。
【請求項８】
Ｕ字形成部に流れる被測定電流の方向が、隣接相に対して逆方向であることを特徴とする請求項１から６に記載の多相電流の検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  この発明は、Ｕ字形成部を有した複数の一次導体により多相が形成され、各Ｕ字形成部の近傍において各相に印加された被測定電流を検出する、多相電流の検出装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】  従来の電流センサあるいは電流検出装置としては、複数の磁気抵抗効果素子で形成されるブリッジ回路を、Ｕ字型の一次導体近傍に配置したものがある（例えば、特許文献１参照）。【０００３】  また、多相電流の検出装置としては、各表面実装型電流センサを、クランク状に２度直角に折り曲げた各被検出電流路の中央部に配置し、各被検出電流路を整列したものがある（例えば、特許文献２参照）。【０００４】  さらにまた、別の多相電流の検出装置としては、クランク状に折り曲げられた折り曲げ部を有する各被測定導体の折り曲げ部近傍に、各磁電変換素子を配置し、折り曲げ部が重複しないように各被測定導体を略平行に配置したものがある（例えば、特許文献３の図６参照）。【０００５】
【特許文献１】  特開平８−２１１１３８公報
【特許文献２】  特開２００５−２３３６９２公報
【特許文献３】  特開２００１−７４７８３公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】  上記特許文献１に開示されている電流センサあるいは電流検出装置の一次導体は、左右対称的なＵ字型構造で、磁気抵抗効果素子で構成するブリッジ回路の左右の各ハーフブリッジに逆方向磁界が印加され、一様な外部磁界を除去する利点がある。しかしながら単相のみの測定を想定しており、他相電流の影響を低減し、より正確に多相電流の検出を行う構成は示していないという問題点があった。【０００７】  また上記特許文献２では、表面実装型電流センサを用いて、多相電流を測定する場合、ある相の電流を検出する表面実装型電流センサが、他の相の電流により発生した磁界の影響を基本的には受けずに多相電流の検出ができる構成となっている。しかしながら、厳密には他相の被検出電流路からの漏れ磁界が表面実装型電流センサの感磁方向に印加される構成のため、各相を接近して小型に設置する場合、検出誤差が発生する問題点があった。さらに特許文献１に示されるような、磁気抵抗効果素子で構成するブリッジ回路の左右の各ハーフブリッジに逆方向磁界が印加されるＵ字型形状部を有する一次導体を用いた電流センサで構成されておらず、一様な外部磁界を除去する構成となっていないことから、外部磁界による検出誤差が増大する問題点があった。【０００８】  また上記特許文献３では、クランク状に折り曲げられた折り曲げ部を有する各被測定導体の折り曲げ部近傍に、各磁電変換素子を配置し、折り曲げ部が重複しないように各被測定導体を略平行に配置しているため、他の相の電流により発生した磁界の影響を受けずに多相電流の検出ができる構成となっている。しかしながら、同一基板上に各磁電変換素子を設置したとしても、基板は大型化し、それに伴い検出装置も大型化するという問題点があった。さらに特許文献１に示されるような、磁気抵抗効果素子で構成するブリッジ回路の左右の各ハーフブリッジに逆方向磁界が印加されるＵ字型形状部を有する一次導体を用いた電流センサで構成されておらず、一様な外部磁界を除去する構成となっていないことから、外部磁界による検出誤差が増大する問題点があった。【０００９】  この発明は上記のような課題を解決するためになされたもので、一様な外部磁界を除去すると共に、多相電流の検出時に他相電流の影響を低減し、より正確な電流を検出でき、かつ小型で、低コストな多相電流の検出装置を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】  この発明に係る多相電流の検出装置は、設置基板上に４つの磁気抵抗効果素子で、設置基板の中心線に対して分けられた一方の領域に第１のハーフブリッジ回路が配置されると共に、他方の領域に第２のハーフブリッジ回路が配置された電流検知デバイス部と、少なくとも１つのＵ字形成部を有する一次導体をそれぞれ複数個備えて構成され、上記それぞれの電流検知デバイスがそれぞれのＵ字形成部の近傍に、上記設置基板の中心線とＵ字形成部の対称軸が略一致するように配置され、非Ｕ字形成部となるＵ字形成部外の一次導体がＵ字形成部の面外方向へ伸長し、それぞれのＵ字形成部の対称軸が同一直線上にないように、同一平面内に並列配置したものである。
【発明の効果】
【００１１】  以上のように、この発明によれば、設置基板上に４つの磁気抵抗効果素子で、設置基板の中心線に対して分けられた一方の領域に第１のハーフブリッジ回路が配置されると共に、他方の領域に第２のハーフブリッジ回路が配置され、それぞれのハーフブリッジ回路に逆方向の磁界が印加される構造のため、一様な外部磁界を除去する効果がある。
また、それぞれの一次導体は、それぞれのＵ字形状部の対称軸が同一直線上にないように、同一平面内に並列配置したため、多相電流の検出時に他相の電流により発生する磁界の影響を低減し、より正確な電流を検出する効果がある。
さらにまた、Ｕ字形成部とともに一次導体を形成する非Ｕ字形成部が、Ｕ字形成部の面外方向へ伸長する構造としたため、少なくとも１枚の小型なセンサ基板で多相に対応でき、装置が小型となり、製造工程の簡略化ならびに低コスト化の効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１による多相電流の検出装置１の斜視図を示すもので、図２は図１の１相分の電流センサ平面図（ＸＹ面）、図３は図２におけるＡＡ断面（ＸＺ面）の一部を示す断面図である。図に示した多相電流の検出装置１は、例えば３相交流電流において、それぞれの相電流を相毎に設置した電流センサにて検出する例であり、１相分の電流センサ２は、電流検知デバイス部７、センサ回路部８を有するセンサ基板３と、一次導体４により構成され、さらに一次導体４はＵ字形成部５と非Ｕ字形成部６から構成される。なお図において、一次導体４の非Ｕ字形成部６は、簡単のため電流センサ２の近傍のみを示したが、実際は延長され電源や各種装置等に接続されるものとする。
本実施の形態１では、各一次導体４はＵ字形成部５の面内に対し略垂直方向となるＺ方向に曲げ加工等が施されて非Ｕ字形成部６を形成し、Ｕ字形成部５の近傍となるデバイス設置部１１に１つの電流検知デバイス部７を配置する。
まず、電流検知デバイス部７の構成について説明する。
図５は電流検知デバイス部７の平面図を示すもので、設置基板１６上において、設置基板１６の中心線１０によって２つの領域に分けられ、それぞれの領域に磁気抵抗効果素子１３ａ、１３ｂ、磁気抵抗効果素子１３ｃ、１３ｄが線対称に等しく配置される。ここで、磁気抵抗効果素子１３の感磁方向はＸ方向とする。４つの磁気抵抗効果素子１３ａ〜１３ｄは、設置基板１６の中心線１０に対して相互に平行方向に配置され、磁気抵抗効果素子１３ａ、１３ｄは、互いに逆方向の磁界の増加に応じて抵抗値が共に増加する磁気抵抗効果特性を有するように、また、磁気抵抗効果素子１３ｂ、１３ｃは、互いに逆方向の磁界の増加に応じて抵抗値が共に減少する磁気抵抗効果特性を有するように、図には省略したが、磁気抵抗効果素子上にはバーバーポール電極構造が形成されている。なお、４つの磁気抵抗効果素子１３はそれぞれ１本で構成したが、クランク形状に複数の磁気抵抗効果素子を接続し、線路長を長く構成してもよい。また、中心線１０上の中心点に対して点対称に構成してもよい。接続電流線１４は、４つの磁気抵抗効果素子１３間を接続することにより、ブリッジ回路１７を構成するものであり、接続エリア１５は、外部とブリッジ回路１７の入出力用の端子部として用いる。【００１３】  図６はこの発明の実施の形態１による１相分の電流センサ２の電流検知デバイス部７を示す構成概略図であり、図６において、４つの磁気抵抗効果素子１３間を接続電流線１４で接続することにより、磁気抵抗効果素子１３ａ、１３ｂの直列接続からなるハーフブリッジ回路（第１のハーフブリッジ回路）１８ａと、磁気抵抗効果素子１３ｃ、１３ｄの直列接続からなるハーフブリッジ回路（第２のハーフブリッジ回路）１８ｂとの並列接続からなるブリッジ回路１７を構成するものである。
接続エリア（第１の接続エリア）１５ａは、ブリッジ回路１７の磁気抵抗効果素子１３ａ、１３ｃ間の接続電流線１４に接続され、もう一方の接続エリア（第２の接続エリア）１５ｂは、ブリッジ回路１７の磁気抵抗効果素子１３ｂ、１３ｄ間の接続電流線１４に接続されており、接続エリア１５ａ、１５ｂからブリッジ回路１７に電圧が供給されるものである。接続エリア（第３の接続エリア）１５ｃは、ブリッジ回路１７の磁気抵抗効果素子１３ａ、１３ｂ間の接続電流線１４に接続され、もう一方の接続エリア（第４の接続エリア）１５ｄは、ブリッジ回路１７の磁気抵抗効果素子１３ｃ、１３ｄ間の接続電流線１４に接続されており、接続エリア１５ｃ、１５ｄからブリッジ回路１７の出力電圧が検出されるものである。【００１４】  なお、図５および図６には示していないが、設置基板１６上の４つの磁気抵抗効果素子１３ａ〜１３ｄの上方、または下方、またはその両方に絶縁層を介して補償導電線１９を配置し、ブリッジ回路１７の出力電圧に基づいて、それらの補償導電線１９に４つの磁気抵抗効果素子１３の近傍に発生する磁界を打ち消すような電流を供給する磁気補償型の構成としてもよい。【００１５】  次に、１相分の電流センサ２の全体構成について説明する。
図１に示すように、被測定電流を印加する各一次導体４の一部には、Ｚ方向から見てＵ字の形状となるように１つのＵ字形成部５が形成される。なお本実施の形態１に示した図では、Ｕ字形状の底部の両脇部分が直角形状に構成されているが、電流検知デバイス部７にＵ字形成部５の両側から安定して逆方向の磁界が印加される構造であれば丸みを帯びた形状などでもよく、これに限るものではないが、安定して逆方向の磁界を印加するためにはＵ字形状が少なくとも電流検知デバイス部７の近傍において左右対称であることが望ましい。
図２に示すように、Ｕ字形成部５の対称軸、および電流検知デバイス部７の中心線１０が略一致するようにセンサ基板３はＵ字形成部５の上方側に設置されている。本実施の形態においては、センサ基板３をＵ字形成部５の上方側に設置した例を示したが、設置位置は上方側に限るものではなく、下方側、つまり図１における手前側に設置してもよい。ただし１枚のセンサ基板にて多相検出に対応するためには、設置位置をいずれか一方の側に固定するのが望ましい。
電流検知デバイス部７の設置位置（特にＺ方向）は、磁気抵抗効果素子１３に付与したい磁界、つまりは被測定電流の大きさに応じて決定するが、Ｚ方向における１次導体４のＵ字形成部５の中央となる位置（図３破線Ｏ）では感磁方向の付与磁界が０となるため、中央からずらして設置するのがよい。本実施の形態では、電流検知デバイス部７はセンサ基板３を介してＵ字形成部５の上方に設置された例を示したがこれに限るものではなく、例えばセンサ基板３の下面側に設置し、１次導体４のＵ字形成部５に囲まれた内部に置いてもよい。また、特に一次導体４におけるＵ字形成部５の断面積は、印加する被測定電流値の大きさに応じて決定される。このような一次導体４は、例えば銅などの金属による直線状導体バー形状からの曲げ加工や鋳造等により作製される。
センサ基板３上には、電流検知デバイス部７とともにセンサ回路部８を配置する。センサ回路部８は、電流検知デバイス部７の接続エリア１５ａ、１５ｂにブリッジ回路１７の電圧を供給すると共に、ブリッジ回路１７の出力電圧を適度な増幅を施して出力するが、電流センサ２の外部への入出力には、外部端子９を利用する。これら全てを１枚のセンサ基板３で完結することで、製造工程の簡略化ならびに低コスト化、小型化が実現する。
センサ基板３と１次導体４は、特に図示しないが接着剤や取付部材等を用いて固定する。取付部材は特に材料を限定しないが、非磁性で経時劣化の少ないものが望ましく、絶縁性や耐圧の効果を上げるために全体、あるいは一部を樹脂モールドしてもよい。【００１６】  次に、電流センサ２の動作について、図３、図４、図５により説明する。
一次導体４に被測定電流を印加すると、例えば第１のＵ字形成部５ａａには電流の方向に対して図３の破線に示すように右回転の磁界が、また第２のＵ字形成部５ａｂには電流の方向に対して図３の破線に示すように左回転の磁界が、印加される被測定電流の大きさに応じて発生する。図には簡単のために各１次導体あたり１本の磁束線によって発生磁界を示した。その結果、電流検知デバイス部７を図３に示すＵ字形成部の上方側に設置した場合、電流検知デバイス部７の右側に位置する磁気抵抗効果素子１３ｃ、１３ｄには、図４に示す磁界ベクトル１２が印加され、磁気抵抗効果素子１３ｃ、１３ｄの感磁方向（Ｘ軸方向）には分解ベクトル１２ａが加わることになる。つまり、電流検知デバイス部７のＸＹ面における、図５に示した磁気抵抗効果素子１３ａ、１３ｂには、中心線１０より紙面左側の向きに磁界が加わり、磁気抵抗効果素子１３ｃ、１３ｄには、中心線１０より紙面右側の向きに磁界が加わる。【００１７】  なお、磁気抵抗効果素子１３ａ、１３ｄでは、共に磁界の増加に応じて抵抗値が増加すると共に、磁界の減少に応じて抵抗値が減少する磁気抵抗効果特性を有するように、また、磁気抵抗効果素子１３ｂ、１３ｃでは、逆に磁界の増加に応じて抵抗値が減少すると共に、磁界の減少に応じて抵抗値が増加する磁気抵抗効果特性を有するように構成されている。
よって、一次導体４に流れる電流の増加に応じて磁気抵抗効果素子１３ａ、１３ｄの抵抗値が増加すると共に、磁気抵抗効果素子１３ｂ、１３ｃの抵抗値が減少し、一次導体４に流れる電流の減少に応じて磁気抵抗効果素子１３ａ、１３ｄの抵抗値が減少すると共に、磁気抵抗効果素子１３ｂ、１３ｃの抵抗値が増加する。このように、一次導体４に印加される被測定電流の大きさに応じてブリッジ回路１７の平衡が崩れ、これが電流検知デバイス部７のブリッジ回路１７の出力となる。【００１８】  さらに、電流センサ２の動作について、補償導電線１９を有する場合について説明する。補償導電線１９を配置した電流検知デバイス部７とセンサ回路部８の概略構成を図７に示す。
一次導体４に印加される被測定電流の大きさに応じてブリッジ回路１７の平衡が崩れる。このとき、センサ回路部８に設置された増幅回路部（例えばオペアンプ２０）では、電流検知デバイス部７の接続エリア１５ｃ、１５ｄから検出される出力電圧に基づいて、磁気抵抗効果素子１３ａ〜１３ｄ近傍に発生する磁界を打ち消すような電流（制御電流）を補償導電線１９に供給する。具体的には接続エリア１５ｃ、１５ｄの出力電圧が０になるように、制御電流の大きさを調整する。補償導電線１９は、その制御電流の大きさに応じて４つの磁気抵抗効果素子１３ａ〜１３ｄ近傍に発生する磁界、すなわち一次導体４に印加される被測定電流の大きさに応じた磁界を相殺するような磁界を発生する。
したがって、一次導体４に印加される被測定電流の大きさに応じたブリッジ回路１７の平衡の崩れを、センサ回路部８から供給される制御電流により修復することができる。ゆえに、センサ回路部８から供給した制御電流の大きさが、一次導体４に印加される被測定電流の大きさに相関のある値として検出することができる。
なお、一次導体４以外において発生させた外部磁界（外乱磁界）は、磁気抵抗効果素子１３ａ、１３ｂと磁気抵抗効果素子１３ｃ、１３ｄ（ブリッジ回路１７の左右の各ハーフブリッジ回路１８）に同相の影響となるため相殺され、測定精度に影響を与えない。【００１９】  次に各一次導体４ａ、４ｂ、４ｃの設置構成について説明する。図８は、本実施の形態１における多相電流検出装置１の各一次導体４ａ、４ｂ、４ｃ平面図（ＸＹ面）を示すもので、Ｕ字形成部５ａ、５ｂ、５ｃがＸＹ平面内に並列配置され、かつ隣接するＵ字形成部の対称軸２１が同一直線上にないように配置されている。図９は、本実施の形態１とは異なる多相電流検出装置の比較例であり、Ｕ字形成部５ａ、５ｂ、５ｃがＸＹ平面内に並列配置され、かつ隣接するＵ字形成部の対称軸２１が同一直線上にあるように配置されている。図１０は、本実施の形態１における多相電流検出装置１の変形例であり、Ｕ字形成部５ａ、５ｂ、５ｃがＸＹ平面内に配置され、かつ隣接するＵ字形成部の対称軸２１が同一直線上にないように配置されている。図１１は、本実施の形態１における多相電流検出装置１のさらに別の変形例であり、Ｕ字形成部５ａ、５ｂ、５ｃがＸＹ平面内に配置され、かつ各Ｕ字形成部の対称軸２１が同一直線上にないように配置されている。
各一次導体４ａ、４ｂ、４ｃに被測定電流が印加されたとき、Ｕ字形成部５ａ、５ｂ、５ｃで発生し電流検知に関与する磁界はＸ方向磁界２２であり、図８から図１１の矢印に示すようにＸＹ平面においてＸ方向となる。Ｘ方向磁界２２は、センサ基板３上に設置された磁気抵抗効果素子（図には省略）の各ハーフブリッジ回路に逆方向となる感磁方向の磁界を印加する。これ以外の部位にて発生する磁界や外部磁界は、磁気抵抗効果素子の各ハーフブリッジ回路に一様な磁界として印加されるため、キャンセルされ、誤差として検出されることはない。しかしながら、磁気抵抗効果素子の各ハーフブリッジ回路に、逆方向となる感磁方向の磁界が外部磁界として印加された場合は、誤差として検出される。図９に示す設置構成では、隣接する他相にて発生したＸ方向磁界２２による漏れ磁界が、磁気抵抗効果素子の各ハーフブリッジ回路に、逆方向となる感磁方向の磁界として作用するため、誤差として重畳されることになる。よって、図８または図１０、図１１のように、隣接する他相のＵ字形成部にて発生したＸ方向磁界２２からの影響を低減するために、隣接するＵ字形成部の対称軸が同一直線上にないように対称軸を離間して各一次導体を設置すれば、他相の電流による誤差の低減が可能となる。示した構成例では、小型化には図８に示した構成が最も有利である。
なお、本実施の形態においては、三相交流の電流検出例について示したが、三相に限らず、さらに複数相、複数の一次導体を設置してもよい。また図８、図１０、図１１において、Ｕ字形成部５ａ、５ｂ、５ｃをＸＹ平面内に並列配置するものとしたが、ＸＹ平面外であっても構わない。【００２０】  以上のように、この実施の形態１によれば、設置基板上に４つの磁気抵抗効果素子で、設置基板の中心線に対して分けられた一方の領域に第１のハーフブリッジ回路が配置されると共に、他方の領域に第２のハーフブリッジ回路が配置され、それぞれのハーフブリッジ回路に逆方向の磁界が感磁方向に印加される構造のため、一様な外部磁界を除去することができる。【００２１】  また、他相の一次導体から、磁界検出部となる磁気抵抗効果素子部の各ハーフブリッジ回路に逆方向となる感磁方向の磁界が印加されないように、隣接するＵ字形成部の対称軸が同一直線上にないように対称軸を離間する構成のため、他相の電流による磁界の影響を誤差として重畳することがなく、測定精度を高める効果がある。【００２２】  さらにまた、一次導体のＵ字形成部を横並びで設置できる構成のため、小型なセンサ基板１枚で多相に対応でき、且つ１枚のセンサ基板上に全ての電流検知デバイス部、センサ回路部が構成できるため、製造工程の簡略化ならびに低コスト化、小型化の効果がある。【００２３】実施の形態２．
図１２は、この発明の実施の形態２における多相電流検出装置１の各一次導体４ａ、４ｂ、４ｃとセンサ基板３の平面図（ＸＹ面）を示すもので、図１３は図１２の側面図（ＹＺ面）である。本実施の形態２は、各一次導体４ａ、４ｂ、４ｃのＵ字形成部５ａ、５ｂ、５ｃの対称軸２１が同一面内にあり、かつ各一次導体に対して隣接するＵ字形成部５が同一平面上になく、Ｚ方向で重ならないように各一次導体４ａ、４ｂ、４ｃを設置したものである。
実施の形態２は、実施の形態１より各一次導体４ａ、４ｂ、４ｃ、およびセンサ基板３の配置構成を変更したものであり、その他の電流センサとしての構成で重複する部分は省略する。実施の形態１はＸＹ面内において各一次導体４ａ、４ｂ、４ｃのＵ字形成部５ａ、５ｂ、５ｃを並列して設置したものであったが、実施の形態２は各一次導体４ａ、４ｂ、４ｃのＵ字形成部５ａ、５ｂ、５ｃの対称軸２１が同一面内にあり、かつＸＹ面外に各一次導体４ａ、４ｂ、４ｃのＵ字形成部５ａ、５ｂ、５ｃをずらして設置したものである。【００２４】  実施の形態２における多相電流の検出装置１の全体構成について説明する。
各相に対応する３本の一次導体４ａ、４ｂ、４ｃのＵ字形成部５ａ、５ｂ、５ｃは、図１２に示すようにＺ軸方向から見たＸＹ平面図において各対称軸２１が一致するよう並列して設置するとともに、図１３に示すようにＹＺ側面図においてＸＹ平面外のＺ方向にずらして配置され、Ｕ字形成部の対称軸２１は同一面内にあるように構成される。実施の形態１においては、センサ基板３は、各Ｕ字形成部５ａ、５ｂ、５ｃの上面、あるいは下面いずれに設置しても構わなかったが、実施の形態２においては、図１３に示すように、センサ基板３はＵ字形成部５ａ、５ｃの下面、Ｕ字形成部５ｂの上面となる位置に設置するのが望ましく、このように設置することで、１枚の小型な基板で多相に対応することが可能となる。
各一次導体４ａ、４ｂ、４ｃに被測定電流が印加されたとき、Ｕ字形成部５ａ、５ｂ、５ｃで発生し電流検知に関与する磁界はＸ方向磁界２２であり、図１２の矢印に示すようにＸＹ平面においてＸ方向となる。Ｘ方向磁界２２は、センサ基板３上に設置された磁気抵抗効果素子（図には省略）の各ハーフブリッジ回路に逆方向となる感磁方向の磁界を印加する。これ以外の部位にて発生する磁界や外部磁界は、磁気抵抗効果素子の各ハーフブリッジ回路に一様な磁界として印加されるため、キャンセルされ、誤差として検出されることはない。しかしながら、磁気抵抗効果素子の各ハーフブリッジ回路に、逆方向となる感磁方向の磁界が外部磁界として印加された場合は、誤差として検出される。図９に示す設置構成では、隣接する他相にて発生したＸ方向磁界２２による漏れ磁界が、磁気抵抗効果素子の各ハーフブリッジ回路に、逆方向となる感磁方向の磁界として作用するため、誤差として重畳された。隣接する他相のＵ字形成部にて発生したＸ方向磁界２２からの影響を低減するために、図１２、図１３に示したように、隣接するＵ字形成部の対称軸が同一平面内にあり、かつ隣接するＵ字形成部が同一平面内になく、Ｚ方向で重ならないように各一次導体を設置すれば、他相の電流による誤差の低減が可能となる。
なお、本実施の形態においては、三相交流の電流検出例について示したが、三相に限らず、さらに複数相、複数の一次導体を設置してもよい。また、本実施の形態においては、Ｕ字形成部５ｂをＺ方向の負側にずらした例を示したが、正側にずらして設置しても構わない。その際のセンサ基板３はＵ字形成部５ａ、５ｃの上面、Ｕ字形成部５ｂの下面となる位置に設置するのが望ましい。【００２５】  以上のように、この実施の形態２によれば、他相の一次導体から磁界検出部となる磁気抵抗効果素子の各ハーフブリッジ回路に逆方向となる感磁方向の磁界が印加されないように、隣接するＵ字形成部の対称軸が同一平面内にあり、かつ隣接するＵ字形成部が同一平面内になく、Ｚ方向で重ならないように各一次導体を設置する構成のため、他相の電流による磁界の影響を誤差として重畳することがなく、測定精度を高める効果がある。【００２６】  また、一次導体のＵ字形成部を縦並びで設置できる構成のため、小型なセンサ基板１枚で多相に対応でき、かつ１枚のセンサ基板上に全ての電流検知デバイス部、センサ回路部を構成できるため、製造工程の簡略化ならびに低コスト化、小型化の効果がある。【００２７】実施の形態３．
図１４は、この発明の実施の形態１による多相電流の検出装置１の斜視図を示すもので、図１５は図１４の１相分の電流センサの一部を示す断面図（ＸＺ面）、図１６は図１５における電流検知デバイス部７片側（右側）近傍の磁界ベクトルと分解ベクトルの一例を示す図である。図に示した多相電流の検出装置１は、例えば３相交流電流において、それぞれの相電流を相毎に設置した電流センサにて検出する例であり、１相分の電流センサ２は、電流検知デバイス部７、センサ回路部８を有するセンサ基板３と、一次導体４により構成され、さらに一次導体４はＵ字形成部５と非Ｕ字形成部６から構成される。なお図において、一次導体４の非Ｕ字形成部６は、簡単のため電流センサ２の近傍のみを示したが、実際は延長され電源や各種装置等に接続されるものとする。
本実施の形態３では、各一次導体４はＵ字形成部５の面内に対し略垂直方向となるＺ方向に曲げ加工等が施され、隣接相にてＵ字形成部５に流れる電流の方向が逆方向となるように伸長する非Ｕ字形成部６を形成し、Ｕ字形成部５の近傍となるデバイス設置部１１に１つの電流検知デバイス部７を配置したものである。
実施の形態３は、実施の形態１より各一次導体４ａ、４ｂ、４ｃにおける非Ｕ字形成部６の伸長方向が隣接相にてＵ字形成部５に流れる電流の方向が逆方向となるように変更したものであり、その他の電流センサとしての構成で重複する部分は省略する。
実施の形態１は、隣接相おいてＵ字形成部５に流れる電流の方向が同方向となるように、非Ｕ字形成部６を伸長したものであったが、実施の形態３は、隣接相においてＵ字形成部５に流れる電流の方向が、逆方向となるように、非Ｕ字形成部６を伸長したものである。ただし、各一次導体４に印加する相電流の入力端は、Ｚ軸方向の正側（６ａａ、６ｂｂ、６ｃａ）、あるいは負側（６ａｂ、６ｂａ、６ｃｂ）に統一するものとし、相間での混在はないものとする。【００２８】  実施の形態３における電流センサ２の動作について、図１５、図１６により説明する。なお、電流検知デバイス部７の平面図は図５を用いる。
各一次導体４に被測定電流を印加すると、例えば第１のＵ字形成部５ａａには電流の方向に対して図１５の一方の破線に示すように右回転の磁界が、また第２のＵ字形成部５ａｂには電流の方向に対して図１５のもう一方の破線に示すように左回転の磁界が、印加される被測定電流の大きさに応じて発生する。図には簡単のために各Ｕ字形成部あたり１本の磁束線によって発生磁界を示した。その結果、電流検知デバイス部７を図１５に示すＵ字部上方側に設置した場合、電流検知デバイス部７の右側に位置する磁気抵抗効果素子（図５：１３ｃ、１３ｄ）には、図１６に示す磁界ベクトル１２が印加され、それらの磁気抵抗効果素子の感磁方向（Ｘ軸方向）には分解ベクトル１２ａが加わることになる。つまり、電流検知デバイス部７のＸＹ面における、図５に示した磁気抵抗効果素子１３ａ、１３ｂには、中心線１０より紙面左側の向きに磁界が加わり、磁気抵抗効果素子１３ｃ、１３ｄには、中心線１０より紙面右側の向きに磁界が加わる。
実施の形態３における発生磁界の特徴は、横方向、つまりＸ方向に長軸を有する楕円形となることである。これは隣接する他相のＵ字形成部に流れる電流の方向によって決まるものであり、実施の形態３のようにそれぞれのＵ字形成部に逆方向の電流が流れる場合は、相間で互いに引き合うように磁束線が形成されるため、図１５に示した横方向に伸長した楕円形となる。
一方、実施の形態１における発生磁界は、図３に示したように縦方向、つまりＹ方向に長軸を有する楕円形であったが、これは相間で反発するように磁束線が形成されるために生じたものである。
この結果、実施の形態１と実施の形態３において、印加された磁界ベクトル１２の大きさが同等であっても、方向が異なるため、磁気抵抗効果素子の感磁方向（Ｘ軸方向）に加わる分解ベクトル１２ａの大きさが異なることになる。よって、センサ基板、電流検知デバイス部や一次導体の位置関係、および印加する被測定電流値等を変えることなく、磁気抵抗効果素子の感磁方向に加わる磁界が増加し、感磁方向ではないＺ軸方向の磁界を低減することによって、ＳＮの改善が可能となる。
なお、本実施の形態においては、三相交流の電流検出例について示したが、三相に限らず、さらに複数相、複数の一次導体を設置してもよい。【００２９】  以上のように、この実施の形態３によれば、隣接相においてＵ字形成部５に流れる電流の方向が、逆方向となるように、非Ｕ字形成部６を伸長した構成のため、センサ基板、電流検知デバイス部や一次導体の位置関係、および印加する被測定電流値等を変えることなく、容易に磁気抵抗効果素子の感磁方向に加わる磁界が増加でき、ＳＮを改善する効果がある。【００３０】実施の形態４．
図１７は、この発明の実施の形態４による多相電流の検出装置１の斜視図を示すもので、図には主たる構成要素のセンサ基板３と、Ｕ字形成部５と非Ｕ字形成部６から構成される一次導体４のみを示した。なお図において、一次導体４の非Ｕ字形成部６は、簡単のためセンサ基板３の近傍のみを示したが、実際は電源や各種装置に接続される等の処理が施されるものとする。
本実施の形態４では、Ｕ字形成部５の面内に対し略垂直でかつ同方向となるＺ方向に曲げ加工等を施すことで、各一次導体４の非Ｕ字形成部６を形成したものであり、その他の電流センサとしての構成で重複する部分は省略する。実施の形態１における各一次導体４の非Ｕ字形成部６は、Ｕ字形成部５の面内に対し略垂直でかつ逆方向となるＺ方向に曲げ加工等が施されたものであったが、実施の形態４の非Ｕ字形成部６は、Ｕ字形成部５の面内に対し略垂直でかつ同方向となるＺ方向に曲げ加工等が施されたものである。【００３１】  実施の形態４における多相電流の検出装置１の全体構成について説明する。実施の形態１から３において、一次導体４は全て一方向（ここではＺ方向）に伸長する構成であり、その途中に電流センサ２が挿入される配置であった。一方、本実施の形態４は、一次導体４の入出力端が一方向に伸長せず、同一側にまとめて配置される場合の、多相電流の検出装置１における一次導体４の構成例を示したものである。
電流センサを設置する各種装置等においては、例えば端子台の端子部分に直接電流センサの設置を要求される場合もあり、実施の形態１から３のような一方向に伸長する一次導体を有した電流センサ構成では、小型化に向かないケースがあった。本実施の形態によれば、入出力端が片側にまとめて配置されても小型で性能を低下させることなく、多相電流の検出装置を構成することが可能となる。
なお本実施の形態においては、センサ基板３をＵ字形成部５の上方側に設置した例を示したが、設置位置は上方側に限るものではなく、下方側、つまり図１７における手前側に設置してもよい。ただし１枚のセンサ基板にて多相検出に対応するためには、設置位置をいずれか一方の側に固定するのが望ましい。【００３２】  以上のように、この実施の形態４によれば、各非Ｕ字形成部６は、Ｕ字形成部５の面内に対し略垂直でかつ同方向となるＺ方向に曲げ加工等を施した構成のため、一次導体４の入出力端を同一側にまとめて設置することを要求された場合も、測定精度を劣化することなく、小型なまま対応できる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】この発明の実施形態１による多相電流の検出装置の斜視図である。
【図２】この発明の実施形態１による電流センサの平面図である。
【図３】この発明の実施形態１による電流センサの断面図である。
【図４】この発明の実施形態１による電流センサの図３に示す電流検知デバイス部片側（右側）近傍の磁界ベクトルと分解ベクトルを示す図である。
【図５】この発明の実施形態１による電流センサの電流検知デバイス部を示す平面図である。
【図６】この発明の実施形態１による電流センサの電流検知デバイス部を示す構成概略図である。
【図７】この発明の実施形態１による補償導電線を配置した構成図である。
【図８】この発明の実施形態１による多相電流の検出装置の各一次導体平面図である。
【図９】この発明の実施形態１とは異なる多相電流の検出装置の各一次導体平面図である。
【図１０】この発明の実施形態１による他の多相電流の検出装置の各一次導体平面図である。
【図１１】この発明の実施形態１によるさらに他の多相電流の検出装置の各一次導体平面図である。
【図１２】この発明の実施形態２による多相電流の検出装置の平面図である
【図１３】この発明の実施形態２による多相電流の検出装置の断面図である。
【図１４】この発明の実施形態３による多相電流の検出装置の斜視図である。
【図１５】この発明の実施形態３による電流センサの断面図である。
【図１６】この発明の実施形態３による電流センサの図１５に示す電流検知デバイス部片側（右側）近傍の磁界ベクトルと分解ベクトルを示す図である。
【図１７】この発明の実施形態４による多相電流の検出装置の斜視図である。
【符号の説明】
【００３４】１  多相電流の検出装置、２  電流センサ、３  センサ基板、４  一次導体、５  Ｕ字形成部、６  非Ｕ字形成部、７  電流検知デバイス部、８  センサ回路部、９  外部端子、１０  中心線、１１  デバイス設置部、１２  磁界ベクトル、１３  磁気抵抗効果素子、１４  接続電流線、１５  接続エリア、１６  設置基板、１７  ブリッジ回路、１８  ハーフブリッジ回路、１９  補償導電線、２０  オペアンプ、２１  対称軸、２２  Ｘ方向磁界
【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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