JP2009168790A - 電流センサ - Google Patents

Abstract

【課題】 従来の、電流検知デバイスを含むプリント基板のような絶縁体に、Ｕ字型の一次導体を設置した構成の電流センサでは、一次導体からの絶縁耐圧の確保が容易ではなかった。また、外部からの電界ノイズの影響により、高精度な測定が困難であるという問題点があった。
【解決手段】 電流検知デバイスを含むセンサ基板を、開口部ならびにシールド層を有する絶縁性のケース内部に設置する構成としたため、センサ基板と一次導体の絶縁耐圧が容易に確保され、かつ高精度な測定が可能となる。
【選択図】図１

Description

この発明は、被測定電流が印加されるＵ字型一次導体の、Ｕ字型形状部の近傍において、被測定電流を測定する電流センサに関するものである。

従来の電流センサとして、複数の磁気抵抗効果素子を絶縁体である回路基板を介し、所定の間隔を離して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）。
また、従来の電流センサとして、ホール素子を絶縁層およびシールド層を介してＵ字型の一次導体近傍に配置し、絶縁性の部材で覆ったものがある（例えば、特許文献２参照）。

特開２００７−１０８０６９公報 特開２００１−１７４４８６公報

上記特許文献１に開示されている電流センサは、Ｕ字型構造の一次導体、および、２つのスピンバルブ型ＧＭＲ素子と差動増幅回路を用いて高精度化を図っている。しかしながら、素子および回路部と一次導体間に、電気的な絶縁のための距離（沿面距離および空間距離）が確保されていないという問題点があった。また、素子および回路部と一次導体間に、シールド層が設置されておらず、主に一次導体から生じる電界ノイズを除去あるいは低減できないという問題点があった。また、一次導体の位置や形状を変更せず、同一の素子を用いた場合は、測定レンジを容易に可変できないという問題点があった。さらにまた、スピンバルブ型ＧＭＲ素子を用いるため、高精度化のためには別個の基板に作製された２つの素子を設置しなければならず、製造工程が増加するという問題点があった。

上記特許文献２に開示されている電流センサは、Ｕ字型構造の一次導体にシールド層を介してホール素子を設置し、さらに絶縁体で全てを覆う構造として高精度化を図っている。しかしながら、ホール素子と一次導体の間にのみシールド層が設置され、一次導体方向からの電界ノイズは除去あるいは低減可能だが、その他の方向から印加される電界ノイズは除去あるいは低減しにくいという問題点があった。また、全てを樹脂等の絶縁体で覆う構造のため、電気的な絶縁は確保されているものの、素子や回路等に起因した製造後の調整は、極めて困難であるという問題点があった。

この発明は上記のような課題を鑑み、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ともに、磁気抵抗効果素子や回路部と一次導体の絶縁耐圧が容易に確保され、かつ周囲からの電界ノイズが除去あるいは低減され、測定レンジが容易に可変でき、低コスト化できる電流センサを得ることを目的とする。

この発明に係る電流センサは、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と、少なくとも１つのＵ字型形状部を有する一次導体と、前記電流検知デバイスと前記一次導体を固定して１つの開口面を有した直方体状である絶縁性のケースと、シールド層を有し、前記一次導体と前記ケースを一体化し、前記ケースの内部に前記シールド層と前記電流検知デバイスを設置した構造をとるものである。

一つの設置基板上に四つの磁気抵抗効果素子にて、設置基板上の中心線に対して分けられた一方の領域に第一のハーフブリッジ回路が配置されるとともに、他方の領域に第二の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、および一つの基板に磁気抵抗効果素子が構成されるため、工程が簡略化できる効果がある。
また、電流検知デバイスを含むセンサ基板を、開口部を有する絶縁性のケース内部に設置することで、一次導体との電気的な絶縁のための距離（沿面距離および空間距離）が確保される効果がある。
また、電流検知デバイスを含むセンサ基板を取り囲む形でシールド層を設置することで、外部のあらゆる方向からの電界ノイズを除去あるいは低減する効果がある。
また、ケースに開口部を設けたことで、素子や回路等に起因した製造後の調整が容易に可能となる効果がある。
さらにまた、ケースに少なくとも一組設けた、センサ基板を固定するための突起部の位置あるいは高さあるいは双方を変えること、またはケースあるいは一次導体あるいは双方の形状を変化させることで、電流検知デバイスは同一なまま電流検知範囲を容易に可変できる効果がある。

実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１による電流センサの斜視図を示すもので、図２は図１の平面図、図３は図１および図２におけるＡＡ’断面（ＸＺ面）を示す断面図、図４は図１および図２におけるＢＢ’断面（ＹＺ面）を示す断面図、図５は図１の電流センサにケースカバーを付与した斜視図である。図において、電流センサ１は、電流検知デバイス部６、センサ回路部７を有するセンサ基板２と、一次導体３及びケース４により構成される。
本実施の形態１では、一次導体３はケース４の１つの面の内部に一体化した構造となっており、センサ基板２は、ケース４の内部に設けられた突起部１０を介して設置される。端子８はケース４の２つの外側面に分割して設置される。センサ基板２には１つの電流検知デバイス部６を配置する。ケース４の内壁面には、シールド層５が設置される。
まず、電流検知デバイス部６の構成について説明する。
図６は電流検知デバイス部６の平面図を示すもので、設置基板１４上において、設置基板１４の中心線９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１１ａ、１１ｂ、磁気抵抗効果素子１１ｃ、１１ｄが線対称に等しく配置される。ここで、磁気抵抗効果素子１１の感磁方向はＸ方向とする。４つの磁気抵抗効果素子１１ａ〜１１ｄは、設置基板１４の中心線９に対して相互に平行方向に配置され、磁気抵抗効果素子１１ａ、１１ｄ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１１ｂ、１１ｃ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１１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９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１２は、４つの磁気抵抗効果素子１１間を接続することにより、ブリッジ回路１５を構成するものであり、接続エリア１３は、外部とブリッジ回路１５の入出力用の端子部として用いる。

図７はこの発明の実施の形態１による電流センサ１の電流検知デバイス６を示す構成概略図であり、図７において、４つの磁気抵抗効果素子１１間を接続電流線１２で接続することにより、磁気抵抗効果素子１１ａ、１１ｂ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）１６ａ、磁気抵抗効果素子１１ｃ、１１ｄ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）１６ｂの並列接続からなるブリッジ回路１５を構成するものである。
接続エリア（第１の接続エリア）１３ａは、ブリッジ回路１５の磁気抵抗効果素子１１ａ、１１ｃ間の接続電流線１２に接続され、もう一方の接続エリア（第２の接続エリア）１３ｂは、ブリッジ回路１５の磁気抵抗効果素子１１ｂ、１１ｄ間の接続電流線１２に接続されており、接続エリア１３ａ、１３ｂからブリッジ回路１５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）１３ｃは、ブリッジ回路１５の磁気抵抗効果素子１１ａ、１１ｂ間の接続電流線１２に接続され、もう一方の接続エリア（第４の接続エリア）１３ｄは、ブリッジ回路１５の磁気抵抗効果素子１１ｃ、１１ｄ間の接続電流線１２に接続されており、接続エリア１３ｃ、１３ｄからブリッジ回路１５の出力電圧が検出されるものである。

なお、図６および図７には示していないが、設置基板１４上の４つの磁気抵抗効果素子１１ａ〜１１ｄ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１７を配置し、ブリッジ回路１５の出力電圧に基づいて、それらの補償導電線１７に４つの磁気抵抗効果素子１１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。

次に、電流センサ１の全体構成について説明する。
図１または図３、図４に示すように、被測定電流を印加する一次導体３はケース４と一体となっており、図２に破線で示したように、一次導体３の形状はＺ方向から見てＵ字型となっている。一体化の方法は特に図示しないが、接着剤や樹脂モールド化等により行うものとし、ここでは樹脂で一体成形した例を示した。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６にＵ字部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６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、破線で示したＵ字形状の一次導体３の対称軸、および電流検知デバイス部６の中心線９が略一致するように、センサ基板２はケース４の内部に設けた突起部１０を介して設置される。本実施の形態においては、電流検知デバイス６をセンサ基板２の上面側に設置した例を示したが、設置位置は上面に限るものではない。電流検知デバイス部６を含むセンサ基板２の設置位置（特にＺ方向）は、磁気抵抗効果素子１１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。その決定された位置に応じてケースに突起部１０を設け、センサ基板２を設置し、その固定方法は特に図示しないが、ねじ止めや接着剤等を利用する。また、一次導体３の断面積は、印加する被測定電流値に応じて決定される。このような一次導体３は、例えば銅などの金属による直線状のバー形状からの曲げ加工、または板材からの打ち抜き加工等により作製される。
図２にのみ示したが、センサ基板２上には、電流検知デバイス部６とともにセンサ回路部７を配置する。センサ回路部７は、電流検知デバイス部６の接続エリア１３ａ、１３ｂにブリッジ回路１５の電圧を供給すると共に、ブリッジ回路１５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１と外部の入出力端を電気的に接続するには、端子８を利用する。本実施の形態においては、ケース４の対向する２つの側面に分けて端子８を下方向へ設置した例を示したがこれに限るものではない。端子８の分割かつ下方向設置の利点は、基板等へ安定的に電流センサ１を固定できることがある。
図３、図４の断面図にて特に明らかなように、ケース４の内壁面には導電性を有する電界シールド層５を設置する。電界シールド層５は、電流センサとしての性能を低下させるノイズとして、外部から磁気抵抗効果素子１１やセンサ回路部７へ印加される電界ノイズを、除去あるいは低減するためのもので、少なくとも磁気抵抗効果素子１１やセンサ回路部７と一次導体３の間に設置する必要があり、磁気抵抗効果素子１１やセンサ回路部７を覆うように設置するのが望ましい。電界シールド層５の材料は、導電性を有すればよく、例えば銅、アルミニウム等が考えられ、センサ基板２に設けた電気的なグランドと接続される。設置の形態としては、板材を折り曲げて設置することも可能だが、製造工程の簡略化から、導電性塗料の内壁面への塗布でも構わない。
１つの開口面を有し直方体状であるケース４の開口面からケース４の内部に、電流検知デバイス部６ならびにセンサ回路部７を含むセンサ基板２を設置する構成となっており、開口面を介してセンサ回路部７等を調整する。また、一次導体３と電流検知デバイス部６ならびにセンサ回路部７までの距離は、直方体状であるケース４の側壁を介した距離が沿面距離となるため、絶縁のための距離は容易に確保された構成となっている。
なお図５に示すように、最終的に調整した後は、耐環境性向上等のためから、シールド層５を有するケースカバー４ａにてケース４の開口面を覆うように設置するのが望ましい。その固定方法は特に図示しないが、ねじ止めや接着剤、又は凹凸部による嵌合等を利用する。

次に、電流センサ１の動作について、図３により説明する。
一次導体３に被測定電流を印加すると、図３の破線に示すように中心線に対称に左回転及び右回転の磁界が、印加される被測定電流の大きさに応じて発生する。その結果、磁気抵抗効果素子１１ａ、１１ｂと磁気抵抗素子１１ｃ、１１ｄとでは逆方向の磁界が加わる。磁気抵抗効果素子１１ａ、１１ｄ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１１ｂ、１１ｃ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３に流れる電流の増加に応じて磁気抵抗効果素子１１ａ、１１ｄの抵抗値が増加すると共に、磁気抵抗効果素子１１ｂ、１１ｃの抵抗値が減少し、一次導体３に流れる電流の減少に応じて磁気抵抗効果素子１１ａ、１１ｄの抵抗値が減少すると共に、磁気抵抗効果素子１１ｂ、１１ｃの抵抗値が増加する。このように、一次導体３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１５の平衡が崩れ、これが電流検知デバイス部６のブリッジ回路１５の出力となる。

さらに、電流センサ１の動作について、補償導電線１７を有する場合について説明する。補償導電線１７を配置した電流検知デバイス部６とセンサ回路部７の概略構成を図８に示す。
一次導体３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１５の平衡が崩れる。このとき、センサ回路部７に設置された増幅回路部（例えばオペアンプ１８）では、電流検知デバイス部６の接続エリア１３ｃ、１３ｄから検出される出力電圧に基づいて、磁気抵抗効果素子１１ａ〜１１ｄ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１７に供給する。具体的には接続エリア１３ｃ、１３ｄ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１７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１１ａ〜１１ｄ近傍に発生する磁界、すなわち一次導体３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３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１５の平衡の崩れを、センサ回路部７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７から供給した制御電流の大きさが、一次導体３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３以外において発生した外部磁界（外乱磁界）は、磁気抵抗効果素子１１ａ、１１ｂと磁気抵抗効果素子１１ｃ、１１ｄ（ブリッジ回路１５の左右の各ハーフブリッジ回路１６）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。

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、１つの設置基板上に全ての磁気抵抗効果素子を構成したため、製造工程の簡略化ならびに低コスト化の効果がある。

また、開口面を有したケースの内部にセンサ基板を設置したため、電流検知デバイスならびにセンサ回路部を含むセンサ基板と、ケースと一体化した一次導体との沿面距離がケースの側壁によって確保され、絶縁耐圧が向上し、調整が容易となるとともに、センサ基板が縮小でき、且つ低コスト化が図れる効果がある。さらにセンサ基板の設置位置はケースに設けた突起部の高さで決定される構造のため、電流検出範囲が容易に可変できる効果がある。

また、ケースの内壁面に導電性を有するシールド層を、電流検知デバイスならびにセンサ回路部を含むセンサ基板を覆うように設置したため、一次導体や外部からの電界ノイズを除去あるいは低減でき、測定精度を向上する効果がある。さらに電流センサと外部の入出力端を電気的に接続する複数の端子を、ケースの対向する側面かつ下面方向に設置したため、基板等と安定的に接続かつ設置できる効果がある。

実施の形態２．
図９は、この発明の実施の形態２による電流センサの斜視図を示すもので、図１０は図９の平面図、図１１は図９および図１０におけるＡＡ’断面（ＸＺ面）を示す断面図、図１２は図９および図１０におけるＢＢ’断面（ＹＺ面）を示す断面図である。図において、電流センサ１は、電流検知デバイス部６、センサ回路部７を有するセンサ基板２と、一次導体３及びケース４により構成される。
本実施の形態２では、一次導体３はケース４の外壁面に設けたザグリ状の溝部１９を介してケース４と一体化した構造となっており、センサ基板２は、ケース４の内部に設けられた突起部１０を介して設置される。端子８はケース４の１つの外側面にまとめて設置される。センサ基板２には１つの電流検知デバイス部６を配置し、ケース４の内壁面にはシールド層５が設置される。
実施の形態２は、ケース４の外壁面に一次導体３の位置決め用に溝部１９を設けて一次導体３を設置し、かつ端子８はケース４の１つの外側面にまとめて設置した構成であり、その他の構成や動作で重複する部分は省略する。

実施の形態１では、一次導体３はケース４の１つの面の内部に一体化した構造となっており、一次導体３の形状を容易に可変、あるいは交換することは難しかった。本実施の形態２では、ケース４の外壁面に一次導体３を設置したものであり、一次導体３の形状可変ならびに交換により電流検知デバイス部６近傍の磁界分布の変更が容易に行え、よって電流センサの測定レンジの変更が容易となる。さらに位置決め用に溝部１９を設けて一次導体３を設置する構成とした。一次導体３の位置決め用に溝部１９は、Ｕ字形状の一次導体３の対称軸と電流検知デバイス部６の中心線９を容易に略一致するために設けたもので、一次導体３とケース４を一体化する際のガイドの役割を担うものである。本実施の形態では、Ｕ字の外周に沿った形態でケース４の外壁面に溝部１９を設置したが、この形状に限定されるものではなく、例えば図１３のようにＵ字形状に沿った形態や、図１４のようにＵ字の内周に沿った形態でガイドの役割を担う溝部１９を設置する構成としても構わない。なお図１３、図１４は、簡単のためにケース４の一部と一次導体３、および溝部１９のみを示した。

また、本実施の形態２では、端子８をケース４の１つの外側面にまとめて設置した。例えば端子８を介した基板等への接続と設置の安定化を考慮しなくてよいコネクタ接続等を考慮する場合は、端子８はまとめて設置されるのが望ましい。端子８の一括設置により、電流センサ１と外部の入出力端との接続工程が簡略化される。本実施の形態では、端子８はケース４の１つの外側面に下方向に向けて設置したが、この形状に限定されるものではなく、一次導体３と端子８の電気的な絶縁のための距離（沿面距離および空間距離）を確実に確保するためには、例えば図１５のように横方向に向けて設置した形態や、図１６のようにケース４に凸部を設けた形態としても構わない。

以上のように、この実施の形態２によれば、一次導体３はケース４の外壁面に設置したため、一次導体３の形状可変や交換が容易となり、よって電流センサの測定レンジの変更が容易となる効果がある。また一次導体３をケース４の外壁面に設けた位置決め用のザグリ状溝部１９を介して、ケース４と一体化したため、Ｕ字形状の一次導体３の対称軸と電流検知デバイス部６の中心線９を容易に略一致でき、測定精度が向上する効果がある。さらにまた、端子８をケース４の１つの外側面にまとめて設置したため、外部の入出力端との接続工程を簡略化する効果がある。

実施の形態３．
図１７は、この発明の実施の形態３による電流センサのＡＡ’断面（ＸＺ面）を示す断面図、図１８はＢＢ’断面（ＹＺ面）を示す断面図である。本実施の形態３は、図１に示した電流センサ１に、第１の電流検知デバイス部６ａに加えてさらに第２の電流検知デバイス部６ｂを設置したものである。図には省略したが、第２の電流検知デバイス部６ｂは、第１の電流検知デバイス部６ａと同様にセンサ回路部７とともにセンサ基板２ｂに設置されるものとする。
実施の形態３は、実施の形態１に新たに第２の電流検知デバイス部６ｂを付加した構成であり、その他の構成で重複する部分は省略する。実施の形態３は、一次導体３に印加した被測定電流に応じて発生する磁界を、２箇所に設置した電流検知デバイス部６で計測するようにしたものである。

実施の形態３における電流センサ１の全体構成について説明する。
一次導体３のＵ字の対称軸、および第１の電流検知デバイス部６ａの中心線９が略一致するように、第１の電流検知デバイス部６ａを含むセンサ基板２ａは、突起部１０ａを介して一次導体３の近傍に設置される。また、一次導体３のＵ字の対称軸、および第２の電流検知デバイス部６ｂの中心線９が略一致するように、第２の電流検知デバイス部６ｂを含むセンサ基板２ｂは、突起部１０ｂを介して第１の電流検知デバイス部６ａに比較して一次導体３からＺ方向の遠方に設置される。２つの電流検知デバイス部６ａ、６ｂの設置位置（特にＺ方向）は、磁気抵抗効果素子１１に付与したい磁界に応じて決定する。
各電流検知デバイス部における磁気抵抗効果素子等の構成は、実施の形態１に示した電流検知デバイス部６と同一構成とし、重複を避けるため記述しない。
それぞれのセンサ回路部は、それぞれの電流検知デバイス部の接続エリア１３ａ、１３ｂにブリッジ回路１５の電圧を供給すると共に、ブリッジ回路１５の出力電圧を適度な増幅を施して出力するが、異なる部分の磁界を計測するため、増幅率等の各センサ回路部の構成は異なる場合がある。本実施の形態での図には省略したが、それぞれのセンサ回路部は電気的に接続されているものとし、外部の入出力端と接続する端子８は、センサ基板２ａのみに接続し設置した例を示したが、これに限ったものではなく、センサ基板２ｂあるいは双方に設置する構成としてもよい。
また、本実施の形態においては、各電流検知デバイス部を各センサ基板の上側に設置した例を示したが、各センサ基板の下側に設置してもよく、あるいは２つに限ったものではなく、さらに複数個設置してもよい。

次に、実施の形態３における電流センサ１の動作について、図１７により説明する。
一次導体３に被測定電流を印加すると、図１７の破線に示すように中心線に対象に左回転及び右回転の磁界が、印加される被測定電流の大きさに応じて発生する。その結果、第１の電流検知デバイス部６ａと第２電流検知デバイス部６ｂの位置で比較すると、第２電流検知デバイス部６ｂの位置で、より低められた磁界が印加されることになる。
つまり、第２の電流検知デバイス部６ｂの位置では、被測定電流が大容量の電流であっても磁気抵抗効果素子１１に印加される磁界が抑制され、出力の飽和などを気にすることなく、かつ電流センサとしての外形寸法を大型化することなく、大容量の電流の計測が容易に行え、第１の電流検知デバイス部６ａの位置では、被測定電流が小容量の電流になっても磁気抵抗効果素子１１に印加される磁界の抑制度は小さく、出力の低下によるＳ／Ｎの悪化などを気にすることなく、小容量の電流の計測が容易に行える。
例えば、各電流検知デバイス部６ａ、６ｂのハーフブリッジ部分（例えば１６ｂ）に被測定電流値に対して付与される磁界は、図１９のように示され、小容量の電流の計測時は電流検知デバイス部６ａ、大容量の電流の測定時は電流検知デバイス部６ｂを利用するように構成すれば、同じ特性の電流検知デバイス部を用いても、各センサ回路部の増幅率等の若干の調整で、図２０に示すように測定レンジの拡大した精度の良い電流センサを構築することが可能となる。

なお、実施の形態１と同様に、磁気抵抗効果素子１１ａ、１１ｄ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１１ｂ、１１ｃ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ため、一次導体３に流れる電流の増加に応じて磁気抵抗効果素子１１ａ、１１ｄの抵抗値が増加すると共に、磁気抵抗効果素子１１ｂ、１１ｃの抵抗値が減少し、一次導体３に流れる電流の減少に応じて磁気抵抗効果素子１１ａ、１１ｄの抵抗値が減少すると共に、磁気抵抗効果素子１１ｂ、１１ｃの抵抗値が増加する。このように、一次導体３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１５の平衡が崩れ、これが各電流検知デバイス部６ａ、６ｂのブリッジ回路１５の出力となる。

以上のように、この実施の形態３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ことができる。

また、一次導体３に印加した大きな被測定電流に応じて発生する磁界に対しても、同じ特性の電流検知デバイス部を複数個設置して、小型で、かつ測定レンジを精度良く拡大できる効果がある。さらにまた、同じ特性の電流検知デバイス部が利用できるため、複数の異なる特性の電流検知デバイス部を用意する必要がなく、低コスト化となる効果がある。

この発明の実施形態１による電流センサの斜視図である。 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。 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。 この発明の実施形態１による電流センサの別の断面図である。 この発明の実施形態１による電流センサにカバーを付与した斜視図である。 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。 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。 この発明の実施形態１による電流センサの補償導電線を配置した構成図である。 この発明の実施形態２による電流センサの斜視図である。 この発明の実施形態２による電流センサの平面図である。 この発明の実施形態２による電流センサの断面図である。 この発明の実施形態２による電流センサの別の断面図である。 この発明の実施形態２による別の電流センサの１部の断面図である。 この発明の実施形態２による別の電流センサの１部の断面図である。 この発明の実施形態２による別の電流センサの断面図である。 この発明の実施形態２によるさらに別の電流センサの断面図である。 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。 この発明の実施形態３による電流センサの別の断面図である。 この発明の実施形態３による電流センサの電流検知デバイス部の１部における被測定電流値−磁界関係図である。 この発明の実施形態３による電流センサの被測定電流値−センサ出力関係図である。

符号の説明

１ 電流センサ、２ センサ基板、３ 一次導体、４ ケース、４ａ ケースカバー、５ シールド層、６ 電流検知デバイス部、７ センサ回路部、８ 外部端子、９ 中心線、１０ 突起部、１１ 磁気抵抗効果素子、１２ 接続電流線、１３ 接続エリア、１４ 設置基板、１５ ブリッジ回路、１６ ハーフブリッジ回路、１７ 補償導電線、１８ オペアンプ、１９ 溝部

Claims (10)

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、
   前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、
   前記設置基板上に配置され、前記第１から第４の磁気抵抗効果素子を接続することにより、前記第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、および前記第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、前記設置基板の中心線に対して分けられた一方の領域に前記第１のハーフブリッジ回路が配置されると共に、他方の領域に前記第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字型形状を有する一次導体と、前記電流検知デバイスと前記一次導体を固定する、１つの開口面を有した直方体状である絶縁性のケースを備え、前記ケースに設けた前記開口面に対向した面に一体化した前記一次導体と前記ケースに、前記設置基板の中心線とＵ字型形状の対称軸が略一致するように少なくとも一つの前記電流検知デバイスを固定したことを特徴とする電流センサ。
2. 少なくとも一つの前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、前記センサ基板は、一体化した前記一次導体と前記ケースの少なくとも一箇所に、前記センサ基板に設置された前記電流検知デバイスの中心線とＵ字型形状の対称軸が略一致するように固定されたことを特徴とする請求項１に記載の電流センサ。
3. 前記ケースの少なくとも１つの内壁面に導電性を有するシールド層を設置したことを特徴とする請求項１または２に記載の電流センサ。
4. 前記シールド層は導電性の塗料であることを特徴とする請求項３に記載の電流センサ。
5. 前記一次導体は、前記ケースに設けた前記開口面に対向した面の内部に一体成形して固定され、一体化したことを特徴とする請求項１〜４に記載の電流センサ。
6. 前記一次導体は、前記ケースに設けた前記開口面に対向した面の外壁面に設けた溝部を介して固定され、一体化したことを特徴とする請求項１〜４に記載の電流センサ。
7. 前記ケースの内部に設けた複数の突起部を介して、少なくとも１つの前記センサ基板を設置したことを特徴とする請求項１〜６に記載の電流センサ。
8. 電流センサと外部の入出力端を電気的に接続する複数の端子を、前記ケースのいずれかの面にまとめて設置したことを特徴とする請求項１〜７に記載の電流センサ。
9. 電流センサと外部の入出力端を電気的に接続する複数の前記端子を、前記ケースの少なくとも二つの面に分割して設置したことを特徴とする請求項１〜７に記載の電流センサ。
10. 前記ケースの開口面に、導電性を有するシールド層を付加したケースカバーを設置したことを特徴とする請求項１〜９に記載の電流センサ。

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