JP2014098633A - 電流センサ - Google Patents

Abstract

【課題】小型化が図れて磁気シールド効果の高い電流センサを提供すること。
【解決手段】Ｕ字形状を有する電流路（１２）と、電流路（１２）に被測定電流が流れたときに発生する磁界を検出する磁電変換素子（１３）と、を備えた電流センサ（１０１）において、Ｕ字形状は、基部（１２ｋ）と、基部（１２ｋ）の両端側から一方向に延出した第１腕部及び第２腕部と、からなり、電流路（１２）のＵ字形状の少なくとも一部と磁電変換素子（１３）とを囲う内側磁気シールド部材（１１）を有し、内側磁気シールド部材（１１）の少なくとも一部を囲う外側磁気シールド部材（１５）を有し、外側磁気シールド部材（１５）には、Ｕ字形状の基部（１２ｋ）側の外側に外側壁（１５ｗ）を有し、外側磁気シールド部材（１５）の外側壁（１５ｗ）と内側磁気シールド部材（１１）のＵ字形状の基部（１２ｋ）側に設けられた端部（１１ｔ）との間に隙間（ＳＳ）が設けられている。
【選択図】図６

Description

本発明は、被測定電流が流れたときに発生する磁界を検出して電流路に流れる被測定電流を測定する電流センサに関する。

近年、各種機器の制御や監視のために、各種機器に取り付けて各種機器に流れる被測定電流を測定する電流センサが一般に用いられてきた。この種の電流センサとして、電流路に流れる被測定電流から生じる磁界を感知する磁気抵抗効果素子やホール素子等の磁電変換素子を用いた方法の電流センサが良く知られている。そして、この電流センサの測定精度を向上させるため、外部磁界の影響を低減する磁気シールド部材を備えた電流センサが良く知られている。

上述した電流センサとして、特許文献１（従来例）では、図８に示すような電流センサ９００が開示されている。図８は、従来例の電流センサ９００を説明する図であって、図８Ａは、被電流計測配線（電流バー）９０２と基板９０１を下方側から見た斜視図であり、図８Ｂは、電流センサ９００を上方側から見た斜視図であり、図８Ｃは、電流センサ９００の構成の概略を示す図である。図８に示すように、従来例の電流センサ９００は、計測対象となる電流が相互に逆方向に流れるよう同一配線の一部が平行に配設された平行配設部を有する被電流計測配線（電流バー）９０２と、平行な配線によって形成される平面に対して垂直方向の磁界を検出する磁気検出手段（磁気センサ）９０３と、磁気検出手段（磁気センサ）９０３にて検出した磁界に基づいて、被電流計測配線（電流バー）９０２に流れた電流を検出する電流検出手段（コイル）９０４と、平行配設部を囲う磁性体コア９０５と、を備えて構成されている。そして、この磁性体コア９０５は、被電流計測配線（電流バー）９０２に電流が流れることにより発生した磁界を増強させるとともに、外部磁界が磁気センサ９０３にて検出されることを抑制するよう、当該外部磁界を遮蔽する磁気シールド部材の機能も有している。これにより、低コストで外部磁気ノイズの誤検出を抑制した信頼性の高い電流センサ９００を提供できるとしている。

しかしながら、高い測定精度を得るために、磁気抵抗効果を用いた磁気抵抗効果素子を磁気検出手段（磁気センサ）９０３に用いると、この磁気抵抗効果素子が磁気抵抗効果素子の感度軸とは別な向きに副感度軸を有しているので、その副感度軸からの影響を受けるようになる。そして、磁性体コア９０５が従来例のように配置されていると、図８Ｂに示すＹ方向にかかる外部磁界が存在した場合、そのＹ方向からの外部磁界により副感度軸が影響を受け、電流センサの測定精度が低下するといった問題があった。特に、高精度の測定精度が求められる電流センサでは、外部磁界の影響を極力低減しなければいけなかった。

そこで、Ｙ方向に対しても、磁気シールド部材を設けることが考えられ、図９Ｂに示す比較例の電流センサＰ５０１について、シミュレーション及び実測定にて検証を行った。図９は、比較例における磁気シールド効果を説明する図であって、図９Ａは、シミュレーションと測定サンプルに用いたモデル図であり、図９Ｂは、そのシミュレーション結果Ｓ１と実測結果Ｔ１のグラフである。図９Ｂに示すグラフの縦軸は、外部磁界ＭＸの影響割合を示し、横軸は磁気シールド部材Ｐ１５の厚みｔを示している。ここでいう外部磁界ＭＸの影響割合とは、外部磁界ＭＸに対する磁気抵抗効果素子Ｐ１３が受ける磁界の百分率である。なお、シミュレーション及び測定に用いた一様な外部磁界ＭＸの値は、２８（ｍＴ）である。

図９Ａに示す比較例の電流センサＰ５０１は、電流路Ｐ１２と、配線基板Ｐ１９に搭載された磁気抵抗効果素子Ｐ１３と、電流路Ｐ１２及び磁気抵抗効果素子Ｐ１３を覆うようにして配設された磁気シールド部材Ｐ１５とを備えている。そして、磁気シールド部材Ｐ１５の厚みｔは、シミュレーションでは、磁気シールド部材Ｐ１５の厚みｔを増やすことで対応し、測定サンプルでは、０．２５ｍｍ厚みの磁気シールド部材Ｐ１５を何枚も重ねることで対応した。

その結果、図９Ｂに示すように、シミュレーション結果Ｓ１と実測結果はほぼ一致し、磁気シールド部材Ｐ１５の厚みが増すにつれ、磁気抵抗効果素子Ｐ１３が受ける外部磁界ＭＸの影響が小さくなり、シールド効果が向上しているといえる。そして、磁気シールド部材Ｐ１５の厚みが０．５ｍｍの場合に、１．７５（ｍＴ/％）となり、これをシールド率に換算すると、９３．７（％）となり、ある程度のシールド効果が得られた。しかしながら、高精度の測定精度が求められる電流センサでは、より高いシールド効果が求められ、磁気シールド部材Ｐ１５の厚みを３．５（ｍｍ）とかなり厚くして、０．４４（ｍＴ/％）｛シールド率に換算すると９８．４（％）｝まで低くしなければ、満足できる磁気シールド効果が得られなかった。

特開２０１０−２７６４２２号公報

しかしながら、このように厚みを厚くすると磁気シールド部材の作製が難しくなるばかりでなく、全体の重さが重たくなり、しかも大型化してしまうという課題があった。

本発明は、上述した課題を解決するもので、小型化が図れて磁気シールド効果の高い電流センサを提供することを目的とする。

この課題を解決するために、本発明の電流センサは、Ｕ字形状を有する電流路と、前記電流路に被測定電流が流れたときに発生する磁界を検出する磁電変換素子と、を備えた電流センサにおいて、前記Ｕ字形状が、基部と、前記基部の両端側から一方向に延出した第１腕部及び第２腕部と、からなり、前記電流路の前記Ｕ字形状の少なくとも一部と前記磁電変換素子とを囲う内側磁気シールド部材を有し、前記内側磁気シールド部材の少なくとも一部を囲う外側磁気シールド部材を有し、前記外側磁気シールド部材には、前記Ｕ字形状の前記基部側の外側に外側壁を有し、前記外側磁気シールド部材の前記外側壁と、前記内側磁気シールド部材の前記Ｕ字形状の前記基部側に設けられた端部と、の間に隙間が設けられていることを特徴としている。

これによれば、本発明の電流センサは、内側磁気シールド部材のＵ字形状の基部側に設けられた端部と、外側磁気シールド部材の外側壁との間に隙間が設けられているので、外側磁気シールド部材から隙間に漏れた外部磁界が、再び内側磁気シールド部材によりシールドされることとなる。このことにより、１つの磁気シールド部材の厚みを厚くしてシールドする場合と比較して、より小型にして磁気シールド効果を高めることができる。

また、本発明の電流センサは、前記内側磁気シールド部材には、前記端部から前記電流路側に向けて延出して設けられた内側壁を有し、前記内側壁が、前記基部の上に設けられていることを特徴としている。

これによれば、内側磁気シールド部材の端部から延出した内側壁が設けられているので、この内側壁により、内側壁と対向する側からの外部磁界をよりシールドすることができ、内側壁と外側壁との間の隙間を狭くすることができる。また、内側壁が電流路の基部の上に設けられているので、電流路の基部が内側磁気シールド部材に全て囲われている場合と比較して、電流路の腕部が延出している一方向の幅を短くすることができる。これらのことにより、電流センサをより小型に作製することができる。

また、本発明の電流センサは、前記外側磁気シールド部材が、１枚の金属板を折り曲げて加工されており、前記外側磁気シールド部材には、前記折り曲げにより、前記一方向に沿った外側隙間が設けられており、前記外側隙間が、前記第１腕部及び前記第２腕部のそれぞれから等距離の位置に設けられていることを特徴としている。

これによれば、１枚の金属板を折り曲げて加工されて作製された外側磁気シールド部材の外側隙間が、第１腕部及び第２腕部のそれぞれから等距離の位置に設けられているので、この外側隙間の部分の磁界は、第１腕部から生じる磁界と第２腕部から生じる磁界とが逆向きで、しかも同じ強さの磁界となる。このため、どちらかに偏って外側隙間がある場合と比較して、外側磁気シールド部材の外側隙間から漏れる漏れ磁界を小さく抑えることができる。このことにより、外側磁気シールド部材に隙間があっても、測定精度の悪化を低減することができる。

また、本発明の電流センサは、前記内側磁気シールド部材が、前記Ｕ形状を覆うようにして設けられた上部磁気シールド部材と、前記上部磁気シールド部材と対向して配設され、前記Ｕ形状を覆うようにして設けられた下部磁気シールド部材と、を有し、前記上部磁気シールド部材と前記下部磁気シールド部材とが合わせられた部分の隙間である内側隙間が、側面視して、前記磁電変換素子と同じ高さであることを特徴としている。

これによれば、磁電変換素子と同じ高さに、上部磁気シールド部材と下部磁気シールド部材とが合わせられた部分の隙間である内側隙間が設けられているので、外側磁気シールド部材の外側隙間と内側磁気シールド部材の内側隙間とが重ならない別の位置でしかも離れた位置に設けられるようになる。このため、外側磁気シールド部材の外側隙間から漏れる外部磁界を内側磁気シールド部材でシールドできるとともに、内側磁気シールド部材の内側隙間から進入する外部磁界を外側磁気シールド部材により低減することができる。このことにより、磁気シールド効果をより高めることができ、測定精度の悪化をより低減することができる。

本発明の電流センサは、内側磁気シールド部材のＵ字形状の基部側に設けられた端部と、外側磁気シールド部材の外側壁との間に隙間が設けられているので、外側磁気シールド部材から隙間に漏れた外部磁界が、再び内側磁気シールド部材によりシールドされることとなる。このことにより、１つの磁気シールド部材の厚みを厚くしてシールドする場合と比較して、より小型にして磁気シールド効果を高めることができる。

本発明の第１実施形態の電流センサを説明する分解斜視図である。 本発明の第１実施形態の電流センサを説明する斜視図である。 本発明の第１実施形態の電流センサを説明する図であって、図２に示すＺ１側から見た上面図である。 本発明の第１実施形態の電流センサを説明する図であって、図３の一部を省略した上面図である。 本発明の第１実施形態の電流センサを説明する図であって、図３に示すＶ−Ｖ線における断面図である。 本発明の第１実施形態の電流センサを説明する図であって、図３に示すＶＩ−ＶＩ線における断面図である。 本発明の第１実施形態の電流センサを説明する図であって、図３に示すＶＩＩ−ＶＩＩ線における断面図である。 従来例の電流センサを説明する図であって、図８Ａは、被電流計測配線（電流バー）と基板を下方側から見た斜視図であり、図８Ｂは、電流センサを上方側から見た斜視図であり、図８Ｃは、電流センサの構成の概略を示す図である。 比較例における磁気シールド効果を説明する図であって、図９Ａは、シミュレーションに用いたモデル図であり、図９Ｂは、そのシミュレーション結果のグラフである。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。

［第１実施形態］
図１は、本発明の第１実施形態の電流センサ１０１を説明する分解斜視図である。図２は、本発明の第１実施形態の電流センサ１０１を説明する斜視図である。図３は、本発明の第１実施形態の電流センサ１０１を説明する図であって、図２に示すＺ１側から見た上面図である。図４は、本発明の第１実施形態の電流センサ１０１を説明する図であって、図３の内側磁気シールド部材１１及び外側磁気シールド部材１５の一部を省略した上面図である。図５は、本発明の第１実施形態の電流センサ１０１を説明する図であって、図３に示すＶ−Ｖ線における断面図である。図６は、本発明の第１実施形態の電流センサ１０１を説明する図であって、図３に示すＶＩ−ＶＩ線における断面図である。図７は、本発明の第１実施形態の電流センサ１０１を説明する図であって、図３に示すＶＩＩ−ＶＩＩ線における断面図である。

本発明の第１実施形態の電流センサ１０１は、図１ないし図４に示すように、Ｕ字形状を有する電流路１２と、電流路１２に被測定電流が流れたときに発生する磁界を検出する磁電変換素子１３と、電流路１２のＵ字形状の少なくとも一部と磁電変換素子１３とを囲う内側磁気シールド部材１１と、内側磁気シールド部材１１を囲う外側磁気シールド部材１５と、を備えて構成される。他に、電流センサ１０１は、複数の磁電変換素子１３間を接続する回路パターン（図示していない）を有した絶縁基板１９と、絶縁基板１９を収納する収容部１８ｓを有した枠体１８と、電流路１２を位置決めして支持する支持部材５２と、が設けられている。

電流路１２は、銅（Ｃｕ）等の導電性の良い材質を用い、図１及び図４に示すように、一方が開放されたＵ字形状を有しており、このＵ字形状は、開放した側と対向する基部１２ｋと、基部１２ｋの両端側から延出した第１腕部１２ａ及び第２腕部１２ｂと、から構成されている。そして、電流路１２に被測定電流が流れると、第１腕部１２ａには一方向（例えば図４に示すＹ１方向）に被測定電流が流れ、基部１２ｋを介して、第２腕部１２ｂには一方向とは逆向きの他方向（例えば図４に示すＹ２方向）に被測定電流が流れるようになっている。

さらに、電流路１２は、図１、図４及び図５に示すように、基部１２ｋと反対側に設けられ、第１腕部１２ａ及び第２腕部１２ｂに連続して、端子部１７ａ及び端子部１７ｂがＵ字形状の縦方向（図１に示すＹ２方向）に向けて形成されている。そして、この端子部１７ａ及び端子部１７ｂの端部には、図示していない被測定電流路（測定したい電流路）と接続し固定するための孔１７ｈが設けられている。この電流路１２の被測定電流路への接続及び固定は、図示はしていないが、電流路１２の孔１７ｈを利用し、ボルト及びナット等を用いて、容易に達成することができる。なお、電流路１２の材質に銅（Ｃｕ）を用いたが、これに限定されるものではなく、導電性の良い材質であれば良く、例えばアルミニウム（Ａｌ）等でも良い。

また、電流路１２は、電流センサ１０１が組み立てられた際には、図１、図４ないし図６に示す支持部材５２の上方側（図５に示すＺ１側）に配置され、支持部材５２に載置される。

支持部材５２は、ＡＢＳ（アクリロニトリルブタジエンスチレン）、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）、ＰＢＴ（ポリブチレンテレフタレート）、ＬＣＰ（液晶ポリマー）等の合成樹脂材料を用いており、図１に示すように、中央に孔が設けられた平板状のベース部５２ｄと、ベース部５２ｄから延設された複数の部位と、から構成されている。この複数の部位は、ベース部５２ｄの一方側端部（図１に示すＹ２方向側の端部）の左右に形成された立設部５２ｒと、この立設部５２ｒに挟まれた位置に設けられた突設部５２ｔと、ベース部５２ｄの他方側端部（図１に示すＹ１方向側の端部）の左右に形成された延設部５２ｅとから構成されている。また、支持部材５２は、合成樹脂材料を用いているので、射出成形等で加工され、このような複雑な形状を容易に作製することができる。

また、電流路１２が支持部材５２に載置された際には、図４に示すように、電流路１２の端子部１７ａ及び端子部１７ｂのそれぞれの外側に形成された傾斜部１２ｍと、支持部材５２の立設部５２ｒに設けられた傾斜壁５２ｋと、を当接させている。さらに、電流路１２のＵ字形状の幅方向（図４に示すＸ方向）の外側端面１２ｔと、支持部材５２の延設部５２ｅとを当接させているとともに、支持部材５２の突設部５２ｔを電流路１２のスリット部１２ｓに嵌め込んでいる。これにより、電流路１２と支持部材５２との位置決めを正確に行なうことができる。

磁電変換素子１３は、電流路１２に電流が流れたときに発生する磁界を検出する素子であって、例えば、巨大磁気抵抗効果を用いた磁気検出素子（ＧＭＲ(Giant Magneto Resistive)素子という）を用い、図４ないし図７に示すように、第１腕部１２ａに対応して配設される第１磁電変換素子１３Ａと、第２腕部１２ｂに対応して配設される第２磁電変換素子１３Ｂと、の１組が配設されている。そして、この１組の磁電変換素子１３（第１磁電変換素子１３Ａ、第２磁電変換素子１３Ｂ）は、ＧＭＲ素子をシリコン基板上に作製した後、ＧＭＲ素子を切り出してチップを作り、切り出されたＧＭＲ素子のチップと信号の取り出しのためのリード端子１４ｒとを電気的に接続して、熱硬化性の合成樹脂でパッケージングして、磁気センサパッケージ１４としている。なお、このＧＭＲ素子が、磁界の変化に応じてＧＭＲ素子における抵抗値が変化する性質を有しているので、磁電変換素子１３は、この抵抗値の変化から電流路１２に流れる被測定電流を算出することにより、電流路１２に流れる被測定電流を測定することができる。

また、磁電変換素子１３（第１磁電変換素子１３Ａ、第２磁電変換素子１３Ｂ）は、リード端子１４ｒと絶縁基板１９の裏面に設けられた回路パターン（図示していない）とがはんだ付けされ、図１、図４ないし図７に示すように、電流路１２のＵ字形状のＵ字形状部と対向して配設された絶縁基板１９に搭載されている。そして、電流路１２と絶縁基板１９とが配設された際に、図４ないし図６に示すように、第１磁電変換素子１３Ａが一方の第１腕部１２ａ上に設けられるとともに、第２磁電変換素子１３Ｂが他方の第２腕部１２ｂ上に設けられるようになる。

また、図４に示すように、第１磁電変換素子１３Ａと第２磁電変換素子１３Ｂの感度軸方向ＫＤが、同じ方向（図４では、Ｘ２方向）を向いて配設されているとともに、第１磁電変換素子１３Ａと第２磁電変換素子１３Ｂの感度影響軸方向ＥＤが、同じ方向（図４では、Ｙ１方向）を向いて配設されている。そして、本発明の第１実施形態の電流センサ１０１は、第１磁電変換素子１３Ａからの信号と第２磁電変換素子１３Ｂからの信号とを算出することで、被測定電流路（測定したい電流路）に流れる被測定電流の電流値を精度良く測定することができる。なお、本発明の第１実施形態では、感度影響軸方向ＥＤが、磁電変換素子１３（第１磁電変換素子１３Ａ、第２磁電変換素子１３Ｂ）にかけられたバイアスの方向になっており、感度軸方向ＫＤと感度影響軸方向ＥＤとのなす角が９０°の場合について説明したが、この９０°に限るものではない。

絶縁基板１９は、一般に広く知られている両面のプリント配線板を用いており、ガラス入りのエポキシ樹脂のベース基板に、ベース基板上に設けられた銅（Ｃｕ）等の金属箔をパターニングして、回路を構成するための回路パターンを形成している。なお、絶縁基板１９にガラス入りのエポキシ樹脂からなるプリント配線板を用いたが、これに限定されるものではなく、例えばセラミック配線板、フレキシブル配線板でも良い。

枠体１８は、図１に示すように、４つの側壁１８ｗで箱形に形成されており、内側に仕切部１８ｐを有し、この仕切部１８ｐを底面として、絶縁基板１９を収納する収容部１８ｓを形成している。そして、絶縁基板１９がこの収容部１８ｓに収納された際には、図１、図５ないし図７に示すように、仕切部１８ｐの四隅から上方（図１に示すＺ１方向）に延設して設けられた凸設部１８ｔが、絶縁基板１９に設けられた４つの貫通孔１９ｈに挿通され固定される。これにより、枠体１８と絶縁基板１９との位置決めを正確に行なうことができる。

また、枠体１８は、図５ないし図７に示すように、仕切部１８ｐの下面側（図５に示すＺ２側）には、電流路１２及び支持部材５２を収容する収納部１８ｎを有している。そして、電流路１２及び支持部材５２がこの収納部１８ｎに収容された際には、図５に示すように、仕切部１８ｐから下方（図５に示すＺ２方向）に延設して設けられた左右の下垂部１８ｋが、支持部材５２のベース部５２ｄの側面５２ｐと当接し、支持部材５２を挟持するようになる。さらに、図６に示すように、仕切部１８ｐから下方（図６に示すＺ２方向）に延設して設けられた一方の突部１８ａが、電流路１２の基部１２ｋの内側側面１２ｐと当接し、スリット部１２ｓに嵌め込まれているとともに、仕切部１８ｐから下方（図６に示すＺ２方向）に延設して設けられた他方の突部１８ｂが、支持部材５２の突設部５２ｔの側面５２ｑと当接し配設される。これにより、枠体１８と支持部材５２、ひいては枠体１８と電流路１２との位置決めを正確に行なうことができる。なお、枠体１８も支持部材５２と同様に、ＡＢＳ（アクリロニトリルブタジエンスチレン）等の合成樹脂材料を用いて、射出成形等で作製している。

磁気シールド部材の内側磁気シールド部材１１は、透磁率の高い珪素鋼を用い、図１、図２、図４ないし図７に示すように、上面１１ａと上面１１ａの四方から下方（図１に示すＺ２方向）に延設して設けられた４つの側面１１ｐとを備えて箱状に形成された上部磁気シールド部材１１Ａと、底面１１ｂと底面１１ｂの両端から延設して設けられ２つの側壁１１ｗとで断面がＵ字状に形成された下部磁気シールド部材１１Ｂと、を組み合わせて構成されている。そして、図４ないし図７に示すように、電流路１２と磁電変換素子１３がパッケージされた磁気センサパッケージ１４と絶縁基板１９と支持部材５２と枠体１８とを、上部磁気シールド部材１１Ａと、上部磁気シールド部材１１Ａと対向して配設した下部磁気シールド部材１１Ｂと、で挟むようにして収容している。

また、内側磁気シールド部材１１が配設された際には、図４ないし図７に示すように、上部磁気シールド部材１１Ａと下部磁気シールド部材１１Ｂとで、電流路１２のＵ形状を覆うようにして配設している。そして、本発明の第１実施形態では、上部磁気シールド部材１１Ａの４つの側面１１ｐの１つである、内側壁１１ｚが、電流路１２の基部１２ｋの上に設けられ、端部１１ｔから電流路１２側に向けて延出している。

また、本発明の第１実施形態では、上部磁気シールド部材１１Ａと下部磁気シールド部材１１Ｂとが合わせられた際に生じる部分の隙間、つまり内側隙間１１ｇは、側面視して、図５に示すように、磁電変換素子１３と同じ高さになるように配置されている。

また、内側磁気シールド部材１１が配設された際には、図１に示す枠体１８の２つの側壁１８ｗにそれぞれ設けられた凸部１８ｆが、図１に示す上部磁気シールド部材１１Ａの上面１１ａの四隅に設けられた貫通孔１１ｈに挿通されるとともに、図５に示すように、上部磁気シールド部材１１Ａの側面１１ｐの内側面と枠体１８の左右（図１に示すＸ方向）の２つの側壁１８ｗの外側面とが当接するようになっている。また、図５に示すように、下部磁気シールド部材１１Ｂの側壁１１ｗの内側面と枠体１８の左右（図５に示すＸ方向）の２つの側壁１８ｗの外側面とが当接するようになっている。これにより、内側磁気シールド部材１１と枠体１８との位置決めを正確に行なうことができる。

また、内側磁気シールド部材１１の上部磁気シールド部材１１Ａ及び下部磁気シールド部材１１Ｂの作製は、１枚の金属板（珪素鋼板）を折り曲げることにより、容易に行なうことができる。なお、内側磁気シールド部材１１の材料として珪素鋼を用いたが、磁気シールド効果を有する材質であれば、これに限るものではない。

磁気シールド部材の外側磁気シールド部材１５は、透磁率の高い珪素鋼を用い、図１、図２、図４ないし図７に示すように、上面１５ａ、底面１５ｂ、左右の側面１５ｓ、及び上面１５ａから下方に延設した外側壁１５ｗ（図６及び図７に示す）で構成され、矩形の箱状に成形されている。そして、図２に示すように、内側磁気シールド部材１１を覆うようにして、この箱状の外側磁気シールド部材１５が配設されている。その際には、図１に示す枠体１８の４つの凸部１８ｆが、図１に示す外側磁気シールド部材１５の上面１５ａの四隅に設けられた貫通孔１５ｈに挿通されるとともに、図５に示すように、外側磁気シールド部材１５の側面１５ｓの内側面と、上部磁気シールド部材１１Ａの側面１１ｐの外側面及び下部磁気シールド部材１１Ｂの側壁１１ｗの外側面と、が当接するようになっている。これにより、外側磁気シールド部材１５と枠体１８、及び外側磁気シールド部材１５と内側磁気シールド部材１１との位置決めを正確に行なうことができる。なお、外側磁気シールド部材１５の材料として珪素鋼を用いたが、磁気シールド効果を有する材質であれば、これに限るものではない。また、外側磁気シールド部材１５が内側磁気シールド部材１１を全て覆うように構成したが、内側磁気シールド部材１１の少なくとも一部を囲うように構成しても良い。

また、外側磁気シールド部材１５が組み込まれた際には、図４、図６及び図７に示すように、２つの磁電変換素子１３（第１磁電変換素子１３Ａ、第２磁電変換素子１３Ｂ）を覆うばかりでなく、電流路１２のＵ字形状部を全て覆うようにして配設されるようになる。そして、外側壁１５ｗが、Ｕ字形状の基部１２ｋ側の外側に位置して、電流路１２の基部１２ｋ側に設けられた内側磁気シールド部材１１の端部１１ｔと、外側磁気シールド部材１５の外側壁１５ｗと、の間に隙間ＳＳが設けられている。さらに、本発明の実施形態では、端部１１ｔから電流路１２側に向けて延出している内側壁１１ｚと、外側磁気シールド部材１５の外側壁１５ｗと、が、隙間ＳＳを挟んで対向配置されている。

これにより、内側磁気シールド部材１１の端部１１ｔと外側磁気シールド部材１５の外側壁１５ｗとの間に隙間ＳＳが設けられているので、外側磁気シールド部材１５から隙間ＳＳに漏れた外部磁界が、再び内側磁気シールド部材１１によりシールドされることとなる。

外側磁気シールド部材１５の作製は、１枚の金属板（珪素鋼板）を折り曲げて加工することにより、容易に作製することができる。そのため、外側磁気シールド部材１５には、上面１５ａに一方向（図１及び図３に示すＹ方向）に沿った外側隙間１５ｇが１個所、形成されている。また、本発明の実施形態１では、外側磁気シールド部材１５が外側壁１５ｗを有している。そして、この外側壁１５ｗは、上面１５ａから連続して折り曲げて形成されている。それ故、図示はしていないが、外側壁１５ｗにも一方向（図１に示すＺ方向）に沿った隙間が１個所、形成されている。

また、この外側隙間１５ｇは、図５に示すように、第１腕部１２ａ及び第２腕部１２ｂのそれぞれから等距離の位置に設けられている。この両者の相対位置関係は、外側磁気シールド部材１５と枠体１８とが位置決めされているとともに、電流路１２及び支持部材５２と枠体１８が位置決めされていることにより、正確に達成することができる。

これにより、外側磁気シールド部材１５の外側隙間１５ｇが、第１腕部１２ａ及び第２腕部１２ｂのそれぞれから等距離の位置に設けられているので、この外側隙間１５ｇの部分の磁界は、第１腕部１２ａから生じる磁界と第２腕部１２ｂから生じる磁界とが逆向きで、しかも同じ強さの磁界となる。このため、どちらかに偏って外側隙間１５ｇがある場合と比較して、外側磁気シールド部材１５の外側隙間１５ｇから漏れる漏れ磁界を小さく抑えることができる。

さらに、この外側隙間１５ｇは、図５に示すように、第１磁電変換素子１３Ａ及び第２磁電変換素子１３Ｂのそれぞれから等距離の位置に設けられている。この両者の相対位置関係は、外側磁気シールド部材１５と枠体１８とが位置決めされているとともに、磁電変換素子１３が搭載された絶縁基板１９と枠体１８とが位置決めされていることにより、正確に達成することができる。なお、本発明の第１実施形態では、枠体１８を基準として、電流路１２、磁電変換素子１３、内側磁気シールド部材１１及び外側磁気シールド部材１５の相対位置を正確に決めているが、枠体１８に限らず、その他の部品を用いて行っても良い。

以上により、本発明の電流センサ１０１は、内側磁気シールド部材１１のＵ字形状の基部１２ｋ側に設けられた端部１１ｔと、外側磁気シールド部材１５の外側壁１５ｗとの間に隙間ＳＳが設けられているので、外側磁気シールド部材１５から隙間ＳＳに漏れた外部磁界が、再び内側磁気シールド部材１１によりシールドされることとなる。このことにより、１つの磁気シールド部材の厚みを厚くしてシールドする場合と比較して、磁気シールド部材の全体の重さを軽くすることができ、より小型にして磁気シールド効果を高めることができる。

また、内側磁気シールド部材１１の端部１１ｔから延出した内側壁１１ｚが設けられているので、この内側壁１１ｗにより、内側壁１１ｗと対向する側からの外部磁界をよりシールドすることができ、内側壁１１ｗと外側壁１５ｗとの間の隙間ＳＳを狭くすることができる。また、内側壁１１ｗが電流路１２の基部１２ｋの上に設けられているので、電流路１２の基部１２ｋが内側磁気シールド部材１１に全て囲われている場合と比較して、電流路１２の腕部が延出している一方向の幅を短くすることができる。これらのことにより、電流センサをより小型に作製することができる。

また、１枚の金属板を折り曲げて加工されて作製された外側磁気シールド部材１５の外側隙間１５ｇが、第１腕部１２ａ及び第２腕部１２ｂのそれぞれから等距離の位置に設けられているので、この外側隙間１５ｇの部分の磁界は、第１腕部１２ａから生じる磁界と第２腕部１２ｂから生じる磁界とが逆向きで、しかも同じ強さの磁界となる。このため、どちらかに偏って外側隙間１５ｇがある場合と比較して、外側磁気シールド部材１５の外側隙間１５ｇから漏れる漏れ磁界を小さく抑えることができる。このことにより、外側磁気シールド部材１５に外側隙間１５ｇがあっても、測定精度の悪化を低減することができる。

また、磁電変換素子１３と同じ高さに、上部磁気シールド部材１１Ａと下部磁気シールド部材１１Ｂとが合わせられた部分の隙間である内側隙間１１ｇが設けられているので、外側磁気シールド部材１５の外側隙間１５ｇと内側磁気シールド部材１１の内側隙間１１ｇとが重ならない別の位置でしかも離れた位置に設けられるようになる。このため、外側磁気シールド部材１５の外側隙間１５ｇから漏れる外部磁界を内側磁気シールド部材１１でシールドできるとともに、内側磁気シールド部材１１の内側隙間１１ｇから進入する外部磁界を外側磁気シールド部材１５により低減することができる。このことにより、磁気シールド効果をより高めることができ、測定精度の悪化をより低減することができる。

最後に、内側磁気シールド部材１１と外側磁気シールド部材１５による磁気シールド効果について、検証を行った。検証には、本発明の第１実施形態の電流センサ１０１を用い、一様な２８（ｍＴ）の外部磁界を電流センサ１０１に与え、磁電変換素子１３の電気信号から算出される電流値から、外部磁界の影響を推定した。なお、内側磁気シールド部材１１と外側磁気シールド部材１５の板厚を０．５ｍｍとし、隙間ＳＳを５ｍｍとした。

その結果、外部磁界の影響割合は、０．４４（ｍＴ/％）｛シールド率に換算すると９８．４（％）｝と低い値が得られ、図９Ｂに示す磁気シールド部材Ｐ１５の厚みを３．５（ｍｍ）とかなり厚くした比較例と同等な効果が得られた。このことにより、本発明の第１実施形態の電流センサ１０１は、充分な磁気シールド効果が得られ、しかも小型が図れる効果を奏するといえる。

なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、例えば次のように変形して実施することができ、これらの実施形態も本発明の技術的範囲に属する。

＜変形例１＞
上記第１実施形態では、内側磁気シールド部材１１の内側壁１１ｚが電流路１２の基部１２ｋの上に設けられた構成にしたが、この内側壁１１ｗを設けなく、内側磁気シールド部材１１から電流路１２の第１腕部１２ａ及び第２腕部１２ｂ側に向けて延出した下垂壁を設ける構成でも良い。これにより、電流路１２の基部１２ｋに流れる被測定電流から発生する磁場の影響を低減することができる。また、この下垂壁を内側壁１１ｚと併用しても良い。

＜変形例２＞
上記第１実施形態では、磁電変換素子１３を２つ設けた構成にしたが、磁電変換素子１３を１つでも良いし、２つ以上設けた構成でも良い。

＜変形例３＞
上記第１実施形態では、１枚のシールド基材（珪素鋼板）を折り曲げて、内側磁気シールド部材及び外側磁気シールド部材１５を好適に用いたが、ＡＢＳ（アクリロニトリルブタジエンスチレン）、ＰＰ（ポリプロピレン）等の合成樹脂に扁平状の磁性粉末を分散させて、射出成形等により成形した成形部材を２つ組み合わせて、磁気シールド部材としても良い。また、磁性粉末を含有しない合成樹脂部材に、磁気シールド層を合成樹脂部材の内側の全面或いは外側の全面のいずれかに塗布して形成し、２つの合成樹脂部材を組み合わせて、磁気シールド部材としても良い。

＜変形例４＞
上記第１実施形態では、電流路１２の断面形状が矩形の板状のタイプ、所謂バスバータイプを用いたが、断面形状が円形若しくは楕円形の電線のタイプの電流路を用いても良い。

＜変形例５＞
上記第１実施形態では、電流路１２を支持部材５２の上方側に配置する構成としたが、インサート成形法を用い、電流路１２と支持部材５２とを一体に成形しても良い。これにより、電流路１２と支持部材５２との位置決めをより正確に行なうことができる。

＜変形例６＞
上記第１実施形態では、電流路１２を支持部材５２の上方側に配置する構成としたが、支持部材５２を用いなく、電流路１２を枠体１８に支持する構成としても良い。また、インサート成形法を用い、電流路１２と枠体１８とを一体に成形しても良い。これにより、電流路１２と枠体１８との位置決めをより正確に行なうことができる。

＜変形例７＞
上記第１実施形態では、磁電変換素子１３を電流路１２に対して絶縁基板１９を挟んで配設した構成にしたが、磁電変換素子１３を電流路１２に対向して配設した構成でも良い。

＜変形例８＞
上記第１実施形態では、磁電変換素子１３を熱硬化性の合成樹脂でパッケージングして磁気センサパッケージ１４とし、絶縁基板１９に実装したが、磁電変換素子１３をそのまま絶縁基板１９に実装、所謂ベアチップ実装しても良い。

＜変形例９＞
上記第１実施形態では、磁電変換素子１３としてＧＭＲ素子を好適に用いたが、他に、ＭＲ(Magneto Resistive)素子、ＡＭＲ(Anisotropic Magneto Resistive)素子、ＴＭＲ(Tunnel Magneto Resistive)素子、ホール素子等であっても良い。

本発明は上記実施の形態に限定されず、本発明の目的の範囲を逸脱しない限りにおいて適宜変更することが可能である。

１１ 内側磁気シールド部材
１１Ａ 上部磁気シールド部材
１１Ｂ 下部磁気シールド部材
１１ｇ 内側隙間
１１ｔ 端部
１１ｚ 内側壁
１２ 電流路
１２ａ 第１腕部
１２ｂ 第２腕部
１２ｋ 基部
１３ 磁電変換素子
１５ 外側磁気シールド部材
１５ｇ 外側隙間
１５ｗ 外側壁
ＳＳ 隙間
１０１ 電流センサ

Claims (4)

1. Ｕ字形状を有する電流路と、前記電流路に被測定電流が流れたときに発生する磁界を検出する磁電変換素子と、を備えた電流センサにおいて、
   前記Ｕ字形状は、基部と、前記基部の両端側から一方向に延出した第１腕部及び第２腕部と、からなり、
   前記電流路の前記Ｕ字形状の少なくとも一部と前記磁電変換素子とを囲う内側磁気シールド部材を有し、
   前記内側磁気シールド部材の少なくとも一部を囲う外側磁気シールド部材を有し、
   前記外側磁気シールド部材には、前記Ｕ字形状の前記基部側の外側に外側壁を有し、
   前記外側磁気シールド部材の前記外側壁と、前記内側磁気シールド部材の前記Ｕ字形状の前記基部側に設けられた端部と、の間に隙間が設けられていることを特徴とする電流センサ。
2. 前記内側磁気シールド部材には、前記端部から前記電流路側に向けて延出して設けられた内側壁を有し、
   前記内側壁が、前記基部の上に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の電流センサ。
3. 前記外側磁気シールド部材は、１枚の金属板を折り曲げて加工されており、
   前記外側磁気シールド部材には、前記折り曲げにより、前記一方向に沿った外側隙間が設けられており、
   前記外側隙間は、前記第１腕部及び前記第２腕部のそれぞれから等距離の位置に設けられていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の電流センサ。
4. 前記内側磁気シールド部材は、前記Ｕ形状を覆うようにして設けられた上部磁気シールド部材と、前記上部磁気シールド部材と対向して配設され、前記Ｕ形状を覆うようにして設けられた下部磁気シールド部材と、を有し、
   前記上部磁気シールド部材と前記下部磁気シールド部材とが合わせられた部分の隙間である内側隙間が、側面視して、前記磁電変換素子と同じ高さであることを特徴とする請求項３に記載の電流センサ。

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