JP2014098634A - 電流センサ - Google Patents

Abstract

【課題】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電流センサを提供することを目的とする。
【解決手段】一方向に被測定電流が流れる第１電流路（１２ａ）と、第１電流路（１２ａ）と電気的に接続され、一方向とは逆向きの他方向に被測定電流が流れる第２電流路（１２ｂ）と、が平行に配設された電流路（１２）と、第１電流路（１２ａ）及び第２電流路（１２ｂ）に対応して配設され、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複数の磁電変換素子（１３）と、磁電変換素子（１３）、第１電流路（１２ａ）及び第２電流路（１２ｂ）を覆う磁気シールド部材（１５）と、を備え、磁気シールド部材（１５）には、一方向に沿った隙間（１５ｇ）があり、この隙間（１５ｇ）が、第１電流路（１２ａ）及び第２電流路（１２ｂ）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。
【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電変換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１４に示すような電流センサ９００が開示されている。図１４は、従来例の電流センサ９００を説明する図であって、図１４Ａは、電流センサ９００の構成の概略を示す図であり、図１４Ｂは、磁性体コア９０５の内部に発生する磁界の向きをシミュレーションにて示した図である。図１４に示す電流センサ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、外部磁界が磁気検出手段（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。

このような磁気シールド部材を用いる場合、磁気シールド部材としてつなぎ目或いは隙間が無いものを用いるのが磁気シールドにとって好適であるが、そのためには、磁気シールド部材を深絞り加工や成形加工等の難しい工法で作製しなければいけなかった。このため、図１４Ｂに示す従来例の磁性体コア９０５のように、２つの部品を組み合わせて、隙間（９０５ａ、９０５ｂ）を有した構成にするのが一般的であった。特に、磁気シールドだけの機能を有する磁気シールド部材の場合、板状の金属板を折り曲げて加工すると、容易にしかも安価に磁気シールド部材を作製することができた。その際にも、いずれかの部分に隙間を有した構成となってしまう。

特開２０１０−２７６４２２号公報

しかしながら、図１４Ａでは図示されていないが、図１４Ｂに示すような隙間９０５ａ、９０５ｂがある場合、隙間９０５ａ、９０５ｂの部分から漏れ磁界が発生し、この漏れ磁界により磁性体コア９０５の内部の磁界が乱されてしまう。このため、磁気検出手段（磁気センサ）９０３にて検出する磁界が不安定となり、電流センサ９００の測定精度が悪化する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、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、一方向に被測定電流が流れる第１電流路と、前記第１電流路と電気的に接続され、前記一方向とは逆向きの他方向に前記被測定電流が流れる第２電流路と、が平行に配設された電流路と、前記第１電流路及び前記第２電流路に対応して配設され、前記電流路に前記被測定電流が流れたときに発生する磁界を検出する複数の磁電変換素子と、前記磁電変換素子、前記第１電流路及び前記第２電流路を囲う磁気シールド部材と、を備え、前記磁気シールド部材には、前記一方向に沿った隙間があり、前記隙間は、前記第１電流路及び前記第２電流路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、本発明の電流センサは、第１電流路及び第２電流路を囲う磁気シールド部材の隙間が第１電流路及び第２電流路のそれぞれから等距離の位置に設けられているので、この隙間の部分の磁界は、第１電流路から生じる磁界と第２電流路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っている。このため、どちらかに偏って隙間がある場合と比較して、磁気シールド部材の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、磁気シールド部材に隙間があっても、隙間から漏れる漏れ磁界の影響が少なく、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、前記磁電変換素子の内、前記第１電流路に対応して配設される第１磁電変換素子と前記第２電流路に対応して配設される第２磁電変換素子との組み合わせが、少なくとも１組以上あり、前記組み合わせの前記第１磁電変換素子及び前記第２磁電変換素子は、前記隙間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、第１電流路に配設される第１磁電変換素子及び第２電流路に配設される第２磁電変換素子が隙間から等距離の位置に設けられているので、外部磁界や電流路に被測定電流が流れたときに発生する磁界による、この隙間から漏れてくる漏れ磁界の影響が、２つの磁電変換素子に同じ強さで現れてくる。このため、２つの磁電変換素子からの出力を差動処理することにより、漏れ磁界の影響をより正確に相殺することができる。このことにより、磁気シールド部材に隙間があっても、隙間から漏れる漏れ磁界の影響が少なく、測定精度の悪化をより低減することができる。

また、本発明の電流センサは、前記磁気シールド部材は、１枚のシールド基材を折り曲げて形成されており、前記隙間は、１個所であることを特徴としている。

これによれば、１枚のシールド基材を折り曲げて形成されて生じた隙間が１個所であるので、隙間が２個所、或いはそれ以上の場合と比較し、隙間からの漏れ磁界をより小さくすることができ、測定精度の悪化をより一層低減することができる。

本発明の電流センサは、第１電流路及び第２電流路を囲う磁気シールド部材の隙間が第１電流路及び第２電流路のそれぞれから等距離の位置に設けられているので、この隙間の部分の磁界は、第１電流路から生じる磁界と第２電流路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っている。このため、それぞれの磁界が相殺されて、磁気シールド部材の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、磁気シールド部材に隙間があっても、隙間から漏れる漏れ磁界の影響が少なく、測定精度の悪化を低減することができる。

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４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。 本発明の第１実施形態の電流センサを説明する構成図であって、図６における磁気シールド部材と内部磁界との関係の一例を示した断面図である。 本発明の第１実施形態の電流センサを説明する構成図であって、図６における磁気シールド部材と外部部磁界との関係の一例を示した断面図である。 磁気シールド部材の隙間の影響をシミュレーションしたモデル図であって、図１０Ａは、本発明の第１実施形態の電流センサのモデル図であり、図１０Ｂは、比較例１のモデル図であり、図１０Ｃは、比較例２のモデル図である。 本発明の第１実施形態の電流センサのシミュレーション結果であり、図１１Ａは、内部磁場による影響を各モデル間で比較したグラフであり、図１１Ｂは、図１１Ａに示すＰ部分を拡大して示したグラフである。 本発明の第１実施形態の電流センサのシミュレーション結果であり、外部磁場による影響を各モデル間で比較したグラフである。 本発明の第１実施形態の電流センサの変形例を説明する図であって、図１３Ａは、図６と対比した変形例１の断面図であり、図１３Ｂは、電流路の変形例２の斜視図である。 従来例の電流センサを説明する図であって、図１４Ａは、電流センサの構成の概略を示す図であり、図１４Ｂは、磁性体コアの内部に発生する磁界の向きをシミュレーションにて示した図である。

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の上ケース１１Ａ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４の磁気シールド部材１５の一部を省略した上面図である。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５に示すように、第１電流路１２ａと第２電流路１２ｂとが平行に配設された電流路１２と、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複数の磁電変換素子１３と、磁電変換素子１３、第１電流路１２ａ及び第２電流路１２ｂを囲う磁気シールド部材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、電流路１２を位置決めして支持する支持部材５２と、電流路１２、磁電変換素子１３、磁気シールド部材１５、絶縁基板１９及び支持部材５２を収容する筐体１１と、が設けられている。

筐体１１は、図１ないし図３、図６、図７に示すように、箱状に形成された上ケース１１Ａと、底面と底面の両端から延設された側面とでＵ字状に形成された下ケース１１Ｄと、から構成されている。そして、磁気センサパッケージ１４が搭載された絶縁基板１９と電流路１２と磁気シールド部材１５と支持部材５２とを、上ケース１１Ａと下ケース１１Ｄとで挟むようにして収容している。また、図２及び図３に示すように、電流路１２の一部と支持部材５２の一部が筐体１１からはみ出して収容されている。また、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、射出成形等で作製している。

電流路１２は、銅（Ｃｕ）等の導電性の良い材質を用い、図１、図４及び図５に示すように、Ｕ字形状を一部に有しており、このＵ字形状は、平行に配設された第１電流路１２ａ及び第２電流路１２ｂと、第１電流路１２ａと第２電流路１２ｂとを電気的に接続した連結部１２ｋ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電流路１２ａには一方向（例えば図５に示すＹ１方向）に被測定電流が流れ、連結部１２ｋを介して、第２電流路１２ｂには一方向とは逆向きの他方向（例えば図５に示すＹ２方向）に被測定電流が流れるようになっている。

更に、電流路１２には、第１電流路１２ａ及び第２電流路１２ｂに連続して、端子部１７ａ及び端子部１７ｂが、連結部１２ｋと反対側に設けられ、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６及び図７に示す支持部材５２の上方側（図６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基部５２ｄと、基部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、基部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、基部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。

電流路１２が支持部材５２に載置された際には、図１、図４及び図５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。更に、電流路１２のＵ字形状の幅方向（図５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１、図４ないし図６に示すように、第１電流路１２ａに対応して配設される第１磁電変換素子１３Ａと、第２電流路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５及び図６に示すように、電流路１２のＵ字形状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電流路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電流路１２ｂ上に設けられるようになる。

また、図５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５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５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片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。

また、絶縁基板１９が電流路１２と対向して配設された際には、図１、図４、図５及び図７に示すように、絶縁基板１９の一端側にある左右の外周側壁１９ｓと支持部材５２の延設部５２ｅの内側壁５２ｗとを当接させているとともに、絶縁基板１９の他端側にある左右の外周側壁１９ｔと支持部材５２の立設部５２ｒの内側壁５２ｚとを当接させている。これにより、絶縁基板１９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。

磁気シールド部材１５は、透磁率の高い珪素鋼を用い、図１、図６及び図７に示すように、上面１５ａ、底面１５ｂ、左右の側面１５ｓ、側面１５ｔで構成され、矩形の筒状に成形されている。そして、磁気シールド部材１５が組み込まれた際には、図４ないし図６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）と第１電流路１２ａ及び第２電流路１２ｂとを囲うようにして配設されるようになる。なお、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、磁気シールド部材１５が組み込まれた際には、図４、図５及び図７に示すように、磁気シールド部材１５の左右の側面１５ｓ、側面１５ｔの内壁１５ｗと支持部材５２の延設部５２ｅの外側壁５２ｐとを当接させているとともに、磁気シールド部材１５の左右の側面１５ｓ、側面１５ｔの内壁１５ｗと支持部材５２の立設部５２ｒの外側壁５２ｑとを当接させている。これにより、磁気シールド部材１５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。

また、磁気シールド部材１５の作製は、１枚のシールド基材（珪素鋼板）を折り曲げることにより、容易に作製することができる。そのため、磁気シールド部材１５には、上面１５ａに一方向（図１及び図４に示すＹ方向）に沿った隙間１５ｇが１個所、形成されている。

この隙間１５ｇは、図６及び図７に示すように、第１電流路１２ａ及び第２電流路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、磁気シールド部材１５と支持部材５２とが位置決めされているとともに、電流路１２と支持部材５２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。

更に、この隙間１５ｇは、図４及び図６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。これは、磁気シールド部材１５と支持部材５２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と支持部材５２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、支持部材５２を基準として、電流路１２、磁電変換素子１３及び磁気シールド部材１５の相対位置を正確に決めているが、支持部材５２に限らず、例えば、筐体１１や絶縁基板１９、或いはその他の部品を用いて行なっても良い。

次に、この磁気シールド部材１５のシールド効果について簡単に説明する。図８は、本発明の第１実施形態の電流センサ１０１を説明する構成図であって、図６における磁気シールド部材１５と内部磁界との関係の一例を示した断面図である。図９は、本発明の第１実施形態の電流センサ１０１を説明する構成図であって、図６における磁気シールド部材１５と外部部磁界との関係の一例を示した断面図である。

図８に示すように、一方向に被測定電流が流れる第１電流路１２ａにより生じる内部磁界と、一方向とは逆向きの他方向に被測定電流が流れる第２電流路１２ｂにより生じる内部磁界とが、磁気シールド部材１５内において、お互いに打ち消し合う向きになっているので、磁気シールド部材１５のシールド効果が飽和しない。しかも、磁気シールド部材１５の隙間１５ｇが第１電流路１２ａ及び第２電流路１２ｂのそれぞれから等距離の位置に設けられているので、この隙間１５ｇの部分の磁界は、それぞれ逆向きでしかも同じ強さの磁界となっている。このため、どちらかに偏って隙間１５ｇがある場合と比較して、磁気シールド部材１５の隙間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、磁気シールド部材１５に隙間１５ｇがあっても、隙間１５ｇから漏れる漏れ磁界の影響が少なく、測定精度の悪化を低減することができる。

また、磁気シールド部材１５は、最も磁電変換素子１３（１３Ａ、１３Ｂ）の感度に影響を及ぼす感度軸方向ＫＤ（図９に示すＸ方向で、矢印の向きはプラスの向きを示している）から入る外部磁界に対して、この磁気シールド部材１５が磁路として作用するので、磁電変換素子１３への外部磁界の影響を低減することができる。

また、図９に示すように、例えば隙間１５ｇがある上面１５ａに対して直角方向（図９に示すＺ１方向）からの外部磁界ＭＸが存在したとしても、第１電流路１２ａに配設される第１磁電変換素子１３Ａ及び第２電流路１２ｂに配設される第２磁電変換素子１３Ｂが隙間１５ｇから等距離の位置に設けられているので、この隙間１５ｇから漏れてくる漏れ磁界の影響が、２つの磁電変換素子１３に同じ強さで現れてくる。このため、２つの磁電変換素子１３からの出力を差動処理することにより、漏れ磁界の影響をより正確に相殺することができる。更に、電流路１２に被測定電流が流れたときに発生する内部磁界による、隙間１５ｇから漏れる漏れ磁界の影響も、同様にして正確に相殺することができる。これらのことにより、磁気シールド部材１５に隙間１５ｇがあっても、隙間１５ｇから漏れる漏れ磁界の影響が少なく、測定精度の悪化をより低減することができる。なお、図９では、Ｚ１方向から外部磁界ＭＸが入るように象徴的に示しているが、Ｚ１方向以外から入る外部磁界に対して同様のことが言える。

更に、本発明の第１実施形態では、１枚のシールド基材を折り曲げて形成されて生じた隙間１５ｇが１個所であるので、隙間１５ｇが２個所、或いはそれ以上の場合と比較し、隙間１５ｇからの漏れ磁界をより小さくすることができ、測定精度の悪化をより一層低減することができる。

最後に、上述した効果について検証を行なった結果を説明する。図１０は、磁気シールド部材１５の隙間１５ｇの影響をシミュレーションしたモデル図であって、図１０Ａは、本発明の第１実施形態の電流センサ１０１のモデル図（ＡＡ）であり、図１０Ｂは、比較例１のモデル図（ＢＢ）で、磁気シールド部材Ｂ１５の隙間が無い場合であり、図１０Ｃは、比較例２のモデル図（ＣＣ）で、磁気シールド部材Ｃ１５の隙間Ｃｇが片側にずれた場合である。図１１は、本発明の第１実施形態の電流センサ１０１のシミュレーション結果であり、図１１Ａは、内部磁場による影響を各モデル間で比較したグラフであり、図１１Ｂは、図１１Ａに示すＰ部分を拡大して示したグラフである。図１１中のＡ１は、電流センサ１０１のモデル図（ＡＡ）の結果であり、Ｂ１は、比較例１のモデル図（ＢＢ）の結果であり、Ｃ１は、比較例２のモデル図（ＣＣ）の結果である。図１２は、本発明の第１実施形態の電流センサ１０１のシミュレーション結果であり、外部磁場による影響を各モデル間で比較したグラフである。このシミュレーションに用いた外部磁場は、図１０に示すＺ１方向から一様な磁場（１ｍＴとした）がかかったものとした。また、図１２中のＡ２は、電流センサ１０１のモデル図（ＡＡ）の結果であり、Ｂ２は、比較例１のモデル図（ＢＢ）の結果であり、Ｃ２は、比較例２のモデル図（ＣＣ）の結果である。なお、図１１及び図１２の横軸は、図１０Ａに示す隙間１５ｇの中心をゼロとし、Ｘ１方向をプラス位置、Ｘ２方向をマイナス位置として表しており、縦軸は、磁束密度を示している。

その結果、磁気シールド部材Ｃ１５の隙間Ｃｇが片側にずれたプラス位置側において、図１１Ｂに示すように、電流センサ１０１のモデル図（ＡＡ）の結果Ａ１と隙間がない比較例１のモデル図（ＢＢ）の結果Ｂ１とがほぼ一致しているのに対し、隙間Ｃｇが片側にずれた比較例２のモデル図（ＣＣ）の結果Ｃ１が、大きくずれていることが分かる。この隙間Ｃｇのずれが、比較例２において測定精度の悪化を引き起こす一因となる。このことにより、磁気シールド部材１５に隙間１５ｇがあっても、隙間１５ｇから漏れる漏れ磁界の影響が少なく、測定精度の悪化を低減することができるといえる。

また、図１２に示すように、電流センサ１０１のモデル図（ＡＡ）の結果Ａ２と隙間がない比較例１のモデル図（ＢＢ）の結果Ｂ２とが多少のずれはあるが同じ傾向なのに対し、隙間Ｃｇが片側にずれた比較例２のモデル図（ＣＣ）の結果Ｃ２は、大きくずれているうえに、磁気シールド部材Ｃ１５の隙間Ｃｇが片側にずれたプラス位置側が大幅なずれが生じていることが分かる。この隙間Ｃｇのずれにより、電流センサ１０１や隙間がない比較例１のモデルと比較して、磁束密度のずれが大きく左右のバランスが悪くなり、比較例２において測定精度の悪化を引き起こす一因となる。このことにより、磁気シールド部材１５に隙間１５ｇがあっても、隙間１５ｇから漏れる漏れ磁界の影響が少なく、測定精度の悪化を低減することができるといえる。

以上により、本発明の電流センサ１０１は、第１電流路１２ａ及び第２電流路１２ｂを囲う磁気シールド部材１５の隙間１５ｇが第１電流路１２ａ及び第２電流路１２ｂのそれぞれから等距離の位置に設けられているので、この隙間１５ｇの部分の磁界は、第１電流路１２ａから生じる磁界と第２電流路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っている。このため、どちらかに偏って隙間１５ｇがある場合と比較して、磁気シールド部材１５の隙間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、磁気シールド部材１５に隙間１５ｇがあっても、隙間１５ｇから漏れる漏れ磁界の影響が少なく、測定精度の悪化を低減することができる。

また、第１電流路１２ａに配設される第１磁電変換素子１３Ａ及び第２電流路１２ｂに配設される第２磁電変換素子１３Ｂが隙間１５ｇから等距離の位置に設けられているので、外部磁界や電流路１２に被測定電流が流れたときに発生する磁界による、この隙間１５ｇから漏れてくる漏れ磁界の影響が、２つの磁電変換素子１３に同じ強さで現れてくる。このため、２つの磁電変換素子１３からの出力を差動処理することにより、漏れ磁界の影響をより正確に相殺することができる。このことにより、磁気シールド部材１５に隙間１５ｇがあっても、隙間１５ｇから漏れる漏れ磁界の影響が少なく、測定精度の悪化をより低減することができる。

また、１枚のシールド基材を折り曲げて形成されて生じた隙間１５ｇが１個所であるので、隙間１５ｇが２個所、或いはそれ以上の場合と比較し、隙間１５ｇからの漏れ磁界を小さくすることができ、測定精度の悪化をより一層低減することができる。

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。

図１３は、本発明の第１実施形態の電流センサ１０１の変形例を説明する図であって、図１３Ａは、図６と対比した変形例１の断面図であり、図１３Ｂは、電流路１２の変形例２の斜視図である。

＜変形例１＞
上記第１実施形態では、隙間１５ｇが１個所形成された磁気シールド部材１５を好適に用いたが、図１３Ａに示すように、隙間１５ｊが第１電流路１２ａ及び第２電流路１２ｂのそれぞれから等距離の位置に設けられているとともに、隙間１５ｊが第１磁電変換素子１３Ａ及び第２磁電変換素子１３Ｂから等距離の位置に設けられており、２箇所の隙間（１５ｇ、１５ｊ）を有する構成でも良い。

＜変形例２＞
上記第１実施形態では、電流路１２がＵ字形状に形成された構成にしたが、平行に配設された第１電流路１２ａと第２電流路１２ｂとが電気的に接続していれば良く、例えば、図１３Ｂに示すように、下方に折り曲げたれた連結部１２ｊであっても良く、連結部はどのような形状であっても良い。

＜変形例３＞
上記第１実施形態では、磁電変換素子１３を１組設けた構成にしたが、磁電変換素子１３を２組設けた構成、或いはそれ以上設けた構成でも良い。

＜変形例４＞
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５＞
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６＞
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７＞
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８＞
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。

１２ 電流路
１２ａ 第１電流路
１２ｂ 第２電流路
１３ 磁電変換素子
１３Ａ 第１磁電変換素子
１３Ｂ 第２磁電変換素子
１５ 磁気シールド部材
１５ｇ、１５ｊ 隙間
１０１ 電流センサ

Claims (3)

1. 一方向に被測定電流が流れる第１電流路と、前記第１電流路と電気的に接続され、前記一方向とは逆向きの他方向に前記被測定電流が流れる第２電流路と、が平行に配設された電流路と、
   前記第１電流路及び前記第２電流路に対応して配設され、前記電流路に前記被測定電流が流れたときに発生する磁界を検出する複数の磁電変換素子と、
   前記磁電変換素子、前記第１電流路及び前記第２電流路を囲う磁気シールド部材と、を備え、
   前記磁気シールド部材には、前記一方向に沿った隙間があり、
   前記隙間は、前記第１電流路及び前記第２電流路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電流センサ。
2. 前記磁電変換素子の内、前記第１電流路に対応して配設される第１磁電変換素子と前記第２電流路に対応して配設される第２磁電変換素子との組み合わせが、少なくとも１組以上あり、
   前記組み合わせの前記第１磁電変換素子及び前記第２磁電変換素子は、前記隙間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に記載の電流センサ。
3. 前記磁気シールド部材は、１枚のシールド基材を折り曲げて形成されており、
   前記隙間は、１個所であ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。