JP2015219058A - 電流センサ - Google Patents

Abstract

【課題】小型で、かつ、精度よく外乱を除去できる電流センサを提供する。【解決手段】第１方向に延伸する導体に流れる被測定電流を検出する電流センサであって、第１方向と平行な第１面上に設けられ、被測定電流によって発生する磁場を検出する第１磁電変換素子と、第１面上において、第１磁電変換素子に対して第１方向と平行かつ第１面に垂直な第２面の反対側に配置され、被測定電流によって発生する磁場の成分のうち、第１磁電変換素子と方向が略同一の成分を検出する第２磁電変換素子と、第１磁電変換素子および第２磁電変換素子の間に配置され、被測定電流によって発生する磁場の成分のうち、第１磁電変換素子と方向が略同一の成分を検出する第３磁電変換素子と、を備える電流センサを提供する。【選択図】図１

Description

本発明は、電流センサに関する。

近年、自動車の燃費向上や家電製品の省エネルギー対策として、電流センサを使ってより高精度にシステムをコントロールすることが必要になってきている。限られたスペースに複数の電流センサを配置するためには、より小型で低価格な電流センサが要求され、従来、電流センサの精度を上げる目的で用いられてきた磁性体コアを使わない電流センサの開発が進められている。ここで、磁性体コアを取り除いた副作用の一つとして、外乱磁場の影響を受けやすくなることが挙げられる。

これに対して、被測定電流が作る被測定磁場の大きさが異なる２点に配置された２つの磁電変換素子の差分を取ることにより、２つの磁電変換素子に同様にかかる外乱を除去する方法が知られている。しかし、２つの磁電変換素子の位置が異なるため、実際には、２つの磁電変換素子にかかる外乱の大きさも異なり、差分を取るだけでは十分に外乱を除去できない問題があった。この問題に対して、直線状に並ぶ４つの磁電変換素子を用いて、距離に由来する残留外乱も除去する方法が知られていた（特許文献１参照）。
［特許文献１］ 特開２０１２−２６７２７号公報

しかしながら、このような電流センサは、例えば、直線上に並ぶ４つの磁電変換素子が２素子ずつ２組に分かれ、導体を挟むように配置されるので、センサを小型化することが困難であった。本発明は、このような問題に鑑みたものであり、小型で、かつ、精度よく外乱を除去できる電流センサを提供する。

本発明の第１の態様においては、第１方向に延伸する導体に流れる被測定電流を検出する電流センサであって、第１方向と平行な第１面上に設けられ、被測定電流によって発生する磁場を検出する第１磁電変換素子と、第１面上において、第１磁電変換素子に対して第１方向と平行かつ第１面に垂直な第２面の反対側に配置され、被測定電流によって発生する磁場の成分のうち、第１磁電変換素子と方向が略同一の成分を検出する第２磁電変換素子と、第１磁電変換素子および第２磁電変換素子の間に配置され、被測定電流によって発生する磁場の成分のうち、第１磁電変換素子と方向が略同一の成分を検出する第３磁電変換素子と、を備える電流センサを提供する。

なお、上記の発明の概要は、本発明の必要な特徴の全てを列挙したものではない。また、これらの特徴群のサブコンビネーションもまた、発明となりうる。

本実施形態に係る電流センサ１００の第１の構成例を基板１１０と共に示す。 図１に示した電流センサ１００のＸＺ面の構成例を示す。 図１のＢ−Ｂ'断面において発生する磁場の概略構成を示す。 図１に示した電流センサ１００が、電流検出部に接続された構成例を示す。 本実施形態に係る電流センサ１００の第２の構成例を示す。 本実施形態に係る電流センサ１００の第３の構成例を示す。 図５または図６に示した電流センサ１００が、電流検出部に接続された構成例を示す。 本実施形態に係る電流センサ１００の第４の構成例を示す。 図８に示した電流センサ１００のＸＺ面の構成例を示す。 図８のＢ−Ｂ'断面において発生する磁場の概略構成を示す。 図８に示した電流センサ１００が、電流検出部に接続された構成例を示す。 本実施形態に係る電流センサ１００の第５の構成例を示す。 図１２に示した電流センサ１００のＸＺ面の構成例を示す。 図１２のＢ−Ｂ'断面において発生する磁場の概略構成を示す。 本実施形態に係る電流センサ１００の第６の構成例を示す。

以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、以下の実施形態は特許請求の範囲にかかる発明を限定するものではない。また、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。

図１は、本実施形態に係る電流センサ１００の第１の構成例を基板１１０と共に示す。電流センサ１００は、導体１０に流れる被測定電流を検出する。電流センサ１００は、導体１０に被測定電流が流れることで発生する線対称な磁場成分と、面対称な磁場成分とに分解できる磁場のうち、面対称な磁場成分を検出する。

基板１１０は、導体１０と平行に配置される。基板１１０は、導体１０に近接して配置されてよく、一例として、導体１０に接して配置される。図１は、基板１１０がＸＺ面に平行に配置され、一方の面において導体１０と接し、他方の面において複数の磁電変換素子を搭載する例を示す。電流センサ１００は、導体１０と、第１磁電変換素子１０１と、第２磁電変換素子１０２と、第３磁電変換素子１０３と、第４磁電変換素子１０４と、を備える。

導体１０は、図１のＺ軸に平行な第１方向に延伸し、外部の電源または電流源等と接続され、外部から供給される被測定電流を当該第１方向に流す。導体１０は、電流を流すことにより、図１の点線の円で示すように、ＸＹ面内において導体１０を略中心とする略円形の被測定磁場１２を生じさせる。

第１磁電変換素子１０１は、第１方向と平行な第１面上に設けられ、被測定電流によって発生する磁場を検出する。図１は、第１磁電変換素子１０１が、基板１１０の導体とは反対側の他方の面上に設けられる例を示す。ここで、基板１１０の他方の面を第１面とする。

第２磁電変換素子１０２は、第１面上において、第１磁電変換素子１０１に対して第１方向と平行かつ第１面に垂直な第２面の反対側に配置される。即ち、複数の磁電変換素子のうちの第１磁電変換素子１０１および第２磁電変換素子１０２は、第２面を挟んで配置される。図１は、ＸＺ面が第１面であり、Ｚ方向と平行かつＸＺ面に垂直なＹＺ面が第２面である例を示す。

即ち、例えば、第２面は、図１におけるＡ−Ａ'断面であり、第２磁電変換素子１０２は、第１面上において、第１磁電変換素子１０１に対して第２面の反対側に配置される。このように、複数の磁電変換素子のうちの第１磁電変換素子は、第１面上において、第１方向と平行で、かつ第１面に垂直な第２面で分割される一方の第１領域に配置され、複数の磁電変換素子のうちの第２磁電変換素子１０２は、第１面上において、第２面で分割される他方の第２領域に配置される。

第３磁電変換素子１０３は、第１面上において、第１磁電変換素子１０１および第２磁電変換素子１０２の間に配置される。第４磁電変換素子１０４は、第１面上において、第１磁電変換素子１０１および第２磁電変換素子１０２の間に配置される。即ち、複数の磁電変換素子のうちの第１磁電変換素子１０１および第２磁電変換素子１０２は、第１面上において、第２面を挟んで配置され、残りの磁電変換素子は、第１磁電変換素子１０１および第２磁電変換素子１０２の間に配置される。

第１から第４磁電変換素子１０４は、被測定電流によって発生する磁場を検出する。第１から第４磁電変換素子１０４は、被測定電流によって発生する磁場の成分のうち、方向が略同一の成分を検出する。例えば、第１から第４磁電変換素子１０４は、Ｘ方向と略平行な磁場の成分を検出する。

図２は、図１に示した電流センサ１００のＸＺ面の構成例を示す。図２は、第１から第４磁電変換素子１０４が、第１方向に垂直な第２方向に（即ち、Ｘ軸と平行に）並ぶ例を示す。また、第１磁電変換素子１０１および第３磁電変換素子１０３の距離Ｌと、第２磁電変換素子１０２および第４磁電変換素子１０４の距離Ｌとは、略等しく配置される。また、第３磁電変換素子１０３から第２面までの距離Ｍと、第４磁電変換素子１０４から第２面との距離Ｍとは、略等しく配置される。

ここで、第２面は、導体１０の第１方向を含む面である。一例として、第２面は、導体１０の第１方向の中心軸Ｃ−Ｃ'を含む面である。即ち、第１磁電変換素子１０１および第２磁電変換素子１０２は、第２面を挟んで略面対称な位置に配置され、第３磁電変換素子１０３および第４磁電変換素子１０４は、第２面を挟んで略面対称な位置に配置される。

また、第２面は、導体１０の第１方向の中心軸Ｃ−Ｃ'を含む面なので、被測定電流によって発生する被測定磁場１２は、当該第２面に対して略面対称となる成分を有する。被測定電流によって発生する被測定磁場１２について、図３を用いて説明する。

図３は、図１のＢ−Ｂ'断面において発生する磁場の概略構成を示す。図３において、横軸は図１のＸ軸に対応し、縦軸は磁場の強度を示す。ここで、Ｘ軸上の縦軸との交点（原点）は、図１における線分Ａ−Ａ'および線分Ｂ−Ｂ'の交点に対応する。図３において、第１磁電変換素子１０１は、Ｘ軸上のＸ_１０１点に位置する。同様に、第２から第４磁電変換素子１０４は、Ｘ軸上のＸ_１０２点、Ｘ_１０３点、Ｘ_１０４点にそれぞれ位置する。また、被測定電流によって発生する被測定磁場１２のうち、Ｘ方向に平行な第１磁場成分２０を実線で、Ｙ方向に平行な第２磁場成分２２を点線で示す。

導体１０に被測定電流が流れた場合、図１の破線で示すような被測定磁場１２が発生する。この被測定磁場１２の第１面に平行な成分（Ｘ成分）は、図３の第１磁場成分２０で示すように、Ｙ軸に対して略線対称となる。ここで、導体１０がＺ方向に延伸する範囲において発生する被測定磁場１２は、当該範囲内において図１の破線で示す形状と略同一となる。したがって、被測定磁場１２の第１面に平行な第１磁場成分２０は、空間的に、第２面に対して略面対称となる。

また、被測定磁場１２の第１面に垂直な成分（Ｙ成分）は、図３の第２磁場成分２２で示すように、原点に対して略点対称となる。ここで、導体１０がＺ方向に延伸する範囲において発生する被測定磁場１２は、当該範囲内において図１の破線で示す形状と略同一となる。したがって、被測定磁場１２の第１面に垂直な第２磁場成分２２は、空間的に、第１面および第２面の交線に対して略線対称となる。このように、被測定電流によって発生する第１方向と平行な第１面上の磁場は、第１方向と平行で、かつ第１面に垂直な第２面に対して略面対称となる第１磁場成分２０と、第１面および第２面の交線に対して略線対称となる第２磁場成分２２とを有する。

本実施形態の複数の磁電素子は、第１磁場成分２０を検出する。即ち、複数の磁電素子は、それぞれの配置に応じた第１磁場成分２０の大きさを検出し、検出した磁場に応じた電気信号を検出結果としてそれぞれ出力する。

例えば、第１磁電変換素子１０１は、検出した第１磁場成分２０の大きさに応じたＶ_Ｓ１の電圧降下を、検出結果として生じさせる。また、第１磁電変換素子１０１と対称な位置に配置された第２磁電変換素子１０２は、Ｖ_Ｓ１と略同一のＶ_Ｓ２の電圧降下を検出結果として生じさせる。同様に、第３磁電変換素子１０３および第４磁電変換素子１０４は、検出した第１磁場成分２０の大きさに応じた略同一のＶ_Ｓ３およびＶ_Ｓ４の電圧降下を、検出結果としてそれぞれ生じさせる。

このように、第１磁電変換素子１０１および第２磁電変換素子１０２は、第１面上において、第１磁場成分２０の対称面に対して略対称な位置に設けられるので、被測定電流によって発生する磁場の成分のうち、方向および大きさが略同一の成分を検出することになる。同様に、第３磁電変換素子１０３および第４磁電変換素子１０４は、被測定電流によって発生する磁場の成分のうち、方向および大きさが略同一の成分を検出する。

本実施形態にかかる複数の磁電変換素子は、基板１１０に平行な磁場成分を検出する素子であり、具体的には、磁気抵抗素子、または、磁性体と組み合わせたホール素子等である。本実施形態では、横磁場を感じる磁気抵抗素子の例を示す。

図３において、本実施形態の電流センサ１００に入力されるノイズ源からの磁場入力を、外乱成分３０として示す。磁電変換素子間の距離と比較して、数倍から数十倍程度以上の距離に位置するノイズ源からの外乱成分３０は、図３に示すように線形な直線で近似することができる。したがって、第１磁電変換素子１０１は、第１磁場成分２０および外乱成分３０の和であるＶ_Ｓ１＋Ｖ_Ｎ１の電圧降下を、検出結果として生じさせる。

同様に、第２磁電変換素子１０２は、Ｖ_Ｓ２＋Ｖ_Ｎ２の電圧降下を検出結果として生じさせるので、第１磁場成分２０と比較して無視できない程度の外乱成分３０が入力される場合、第１磁電変換素子１０１の検出結果とは異なる検出結果を生じさせる。第３磁電変換素子１０３および第４磁電変換素子１０４も、同様に、Ｖ_Ｓ３＋Ｖ_Ｎ３およびＶ_Ｓ４＋Ｖ_Ｎ４の電圧降下を検出結果としてそれぞれ生じさせる。

本実施形態の電流センサ１００は、複数の磁電変換素子の検出結果に基づき、予め定められた演算処理を実行して、外乱成分３０を除去して導体１０に流れる被測定電流を検出する。電流センサ１００は、第１から第４磁電変換素子１０４の出力に基づいて、被測定電流を検出する電流検出部を更に備えてよく、これに代えて、電流センサ１００は、外部の電流検出部に接続されてもよい。予め定められた演算処理を実行する電流検出部について、図４を用いて説明する。

図４は、図１に示した電流センサ１００が、電流検出部に接続された構成例を示す。図４において、導体１０および基板１１０の記載を省略した。電流検出部は、電源部１２０と、定電流源１３０と、第１増幅部１４２と、第２増幅部１４４と、第３増幅部１４６と、を有する。

電源部１２０は、複数の定電流源１３０に接続され、当該複数の定電流源１３０に電源電圧を供給する。電源部１２０は、予め定められた一定の電圧を複数の定電流源１３０にそれぞれ供給してよい。

複数の定電流源１３０のそれぞれは、電源部１２０および基準電位の間にそれぞれ接続され、電源部１２０に駆動されて対応する磁電変換素子を介して基準電位へと予め定められた一定の電流をそれぞれ流す。ここで、基準電位は、電源部１２０が供給する電源電圧よりも低い、予め定められた一定の電圧である。図４は、基準電位を０Ｖ（ＧＮＤ）とする例を示す。

複数の磁電変換素子のそれぞれは、対応する定電流源１３０と基準電位の間に接続され、定電流源１３０から供給される予め定められた一定の電流を基準電位へと流す。複数の磁電変換素子は、一例として、入力される磁場に応じて電気抵抗値を変化させるので、入力される磁場に応じた電圧降下を生じさせる。例えば、図３で説明したように、第１磁電変換素子１０１はＶ_Ｓ１＋Ｖ_Ｎ１を、第２磁電変換素子１０２はＶ_Ｓ２＋Ｖ_Ｎ２を、第３磁電変換素子１０３はＶ_Ｓ３＋Ｖ_Ｎ３を、第４磁電変換素子１０４はＶ_Ｓ４＋Ｖ_Ｎ４を、検出結果としてそれぞれ生じさせる。

第１増幅部１４２は、第１磁電変換素子１０１および対応する定電流源１３０の間と、第３磁電変換素子１０３および対応する定電流源１３０の間にそれぞれ接続される差動増幅回路を含む。即ち、第１増幅部１４２は、第１磁電変換素子１０１による電圧降下および第３磁電変換素子１０３による電圧降下の差分を増幅し、増幅率をＧとすると、次式で示される出力電圧Ｖ_２１を出力する。
（数１）
Ｖ_２１＝Ｇ｛（Ｖ_Ｓ１＋Ｖ_Ｎ１）−（Ｖ_Ｓ３＋Ｖ_Ｎ３）｝

第２増幅部１４４は、第４磁電変換素子１０４および対応する定電流源１３０の間と、第２磁電変換素子１０２および対応する定電流源１３０の間にそれぞれ接続される差動増幅回路を含む。即ち、第２増幅部１４４は、第４磁電変換素子１０４による電圧降下および第２磁電変換素子１０２による電圧降下の差分を増幅し、増幅率をＧとすると、次式で示される出力電圧Ｖ_２２を出力する。
（数２）
Ｖ_２２＝Ｇ｛（Ｖ_Ｓ４＋Ｖ_Ｎ４）−（Ｖ_Ｓ２＋Ｖ_Ｎ２）｝

第３増幅部１４６は、第１増幅部１４２および第２増幅部１４４の出力端子に接続される差動増幅回路を含む。即ち、第３増幅部１４６は、第１増幅部１４２による出力電圧および第２増幅部１４４による出力電圧の差分を増幅し、増幅率をＡとすると、次式で示される出力電圧Ｖ_ＯＵＴを出力する。
（数３）
Ｖ_ＯＵＴ＝Ａ（Ｖ_２１−Ｖ_２２）
＝ＡＧ｛（Ｖ_Ｓ１−Ｖ_Ｓ３）−（Ｖ_Ｓ４−Ｖ_Ｓ２）＋（Ｖ_Ｎ１−Ｖ_Ｎ３）−（Ｖ_Ｎ４−Ｖ_Ｎ２）｝

ここで、図３で説明したように、ノイズ源からの外乱成分３０は、線形な直線で近似することができる。したがって、第１磁電変換素子１０１および第３磁電変換素子１０３の間の距離Ｌと、第４磁電変換素子１０４および第２磁電変換素子１０２の間の距離Ｌが等しい場合、Ｖ_Ｎ１−Ｖ_Ｎ２およびＶ_Ｎ４−Ｖ_Ｎ２は、いずれも距離Ｌ離れた場合の外乱成分３０の変化となり、差分は略０と近似することができる。即ち、（数３）式は、次式のように示される。
（数４）
Ｖ_ＯＵＴ＝ＡＧ｛（Ｖ_Ｓ１−Ｖ_Ｓ３）−（Ｖ_Ｓ４−Ｖ_Ｓ２）｝

以上のように、本実施形態の電流検出部は、第１から第４磁電変換素子１０４のそれぞれをバイアスした場合に、第１磁電変換素子１０１の電圧から第３磁電変換素子１０３の電圧を差し引いた値と、第４磁電変換素子１０４の電圧から第２磁電変換素子１０２の電圧を差し引いた値との差分に応じた信号を出力する。これによって、電流センサ１００は、ノイズ源からの外乱成分３０の影響をほとんど受けない検出結果を出力することができる。

この場合において、電流センサ１００は、２組の磁電変換素子間の距離Ｌを略同一に配置することで、各組の電圧降下の差分（即ち、第１増幅部１４２および第２増幅部１４４の出力電圧Ｖ_２１およびＶ_２２）における外乱成分の値（即ち、Ｖ_Ｎ１−Ｖ_Ｎ３およびＶ_Ｎ４−Ｖ_Ｎ２）を、略同一の値にする。そして、第１増幅部１４２および第２増幅部１４４の増幅率を略同一にすることで、第３増幅部１４６が差動増幅すると、外乱成分の値が相殺されることになる。即ち、本実施形態の電流センサ１００は、増幅部の複雑な増幅率の調整を不要とし、簡便にノイズ源からの外乱成分の影響を低減させることができる。

また、本実施形態の電流センサ１００は、複数の磁電変換素子を、対称面（第２面）に対して対称に配置することを説明した。複数の磁電変換素子が検出する第１磁場成分２０は、第２面に対して対称な磁場強度となり、第２面から離れるにしたがって磁場強度はより低下する傾向にある。したがって、複数の磁電変換素子を、第２面に対して非対称に配置すると、第２面から遠い方の磁電変換素子に入力する磁場強度が低下することになる。

即ち、複数の磁電変換素子は、第２面に対して対称に配置することが望ましく、この場合、導体１０に流れる電流を一定にした場合において、検出感度をより高くすることができる。

また、複数の磁電変換素子を第２面に対して対称に配置することにより、Ｖ_Ｓ１およびＶ_Ｓ２、Ｖ_Ｓ３およびＶ_Ｓ４は、それぞれ略同一の値となり、出力電圧Ｖ_ＯＵＴは次式で示すことができる。
（数５）
Ｖ_ＯＵＴ＝２ＡＧ｛（Ｖ_Ｓ１−Ｖ_Ｓ３）｝＝２ＡＧ｛（Ｖ_Ｓ２−Ｖ_Ｓ４）｝

また、本実施形態の電流センサ１００は、２組の磁電変換素子間の距離Ｌを略同一に配置することで、ノイズ源からの外乱成分３０の影響を低減させることができる。したがって、電流センサ１００がノイズ源からの外乱成分３０の影響を低減させる目的のみで構成される場合、複数の磁電変換素子を、第２面に対して対称に配置しなくてもよい。即ち、この場合、第３磁電変換素子１０３から第２面までの距離と、第４磁電変換素子１０４から第２面との距離とを、略等しいＭにしなくてもよい。これによって、電流センサ１００は、複数の磁電変換素子間の配置の自由度を向上させることができる。

例えば、電流センサ１００は、第１磁電変換素子１０１および第３磁電変換素子１０３が、第２面を挟むように配置されてよい。また、これに代えて、電流センサ１００は、第４磁電変換素子１０４および第２磁電変換素子１０２が、第２面を挟むように配置されてもよい。このように、第２面は、第２方向に平行移動してもよい。

本実施形態の電流センサ１００は、第２方向に隣り合う磁電変換素子の電圧の差分をとる構成である。ここで、第３磁電変換素子１０３および第４磁電変換素子１０４は、第２方向にどのような順で配列されてもよい。つまり、電流センサ１００は、第２方向に１つおきの磁電変換素子の電圧の差分をとる構成でもよい。これによって、電流センサ１００は、複数の磁電変換素子間の配置の自由度をさらに向上させることができる。

例えば、第１領域に第１磁電変換素子１０１および第４磁電変換素子１０４が配置され、第２領域に第３磁電変換素子１０３および第２磁電変換素子１０２が配置されてもよい。この場合、電流検出部の構成は、図４と略同一でよい。

また、以上の本実施形態の電流センサ１００は、複数の磁電変換素子を第２方向に配列させることを説明した。ここで、被測定磁場１２のうち、第２面に対して略面対称となる成分は、導体１０が第１方向を延伸する範囲において、ＸＹ断面の磁場形状は略同一となる。即ち、磁電変換素子の配置を第１面上において第１方向に移動させても、磁電変換素子の検出結果はほとんど変化が生じない。したがって、電流センサ１００は、第１面上において、複数の磁電変換素子を第１方向にそれぞれずらしてもよい。これによって、電流センサ１００は、複数の磁電変換素子間の配置の自由度を向上させることができる。

以上のように、本実施形態の電流センサ１００は、導体１０と平行に配置され、一方の面で導体１０に近接する基板１１０の他方の面上に複数の磁電変換素子を配置して、導体１０に流れる電流を検出するので、センサ自体の大きさを小型にすることができる。即ち、電流センサ１００は、小型で、かつ、精度よく外乱を除去することができる。

図５は、本実施形態に係る電流センサ１００の第２の構成例を示す。第２の構成例の電流センサ１００において、図２に示された本実施形態に係る電流センサ１００の動作と略同一のものには同一の符号を付け、説明を省略する。第２の構成例の電流センサ１００は、８の磁電変換素子を含む。

第２の構成例の電流センサ１００は、第１面上において、第１磁電変換素子１０１と近接して配置される第５磁電変換素子２０１と、第２磁電変換素子１０２と近接して配置される第６磁電変換素子２０２と、第３磁電変換素子１０３と近接して配置される第７磁電変換素子２０３と、第４磁電変換素子１０４と近接して配置される第８磁電変換素子２０４と、を更に有する。第５から第８磁電変換素子２０４は、予め定められた方向に配列されてよい。

図５は、第５から第８磁電変換素子２０４が、第１面上において、第１から第４磁電変換素子１０４の配列を第１方向にずらした位置に配列される例を示す。即ち、第１から第４磁電変換素子１０４は、第１面上において、第１方向に垂直な第２方向に並び、第５から第８磁電変換素子２０４は、第１面上において、第２方向に平行な第４方向に並ぶ。

ここで、第１磁電変換素子１０１および第３磁電変換素子１０３の距離と、第２磁電変換素子１０２および第４磁電変換素子１０４の距離と、第５磁電変換素子２０１および第７磁電変換素子２０３の距離と、第６磁電変換素子２０２および第８磁電変換素子２０４の距離とは、略等しい距離Ｌとなるように配置される。また、第３磁電変換素子１０３から第２面までの距離と、第４磁電変換素子１０４から第２面までの距離と、第７磁電変換素子２０３から第２面までの距離と、第８磁電変換素子２０４から第２面までの距離とは、略等しい距離Ｍとなるように配置されてよい。

この場合においても、被測定電流によって発生する第１面上の磁場は、図３に示したように、第２面に対して略面対称となる第１磁場成分と、第１面および第２面の交線に対して略線対称となる第２磁場成分とを有し、第１から第４磁電変換素子１０４および第５から第８磁電変換素子２０４は、第１磁場成分を検出する。電流センサ１００は、第１から第８磁電変換素子２０４の出力に基づいて、被測定電流を検出する電流検出部を更に備えてよい。電流検出部については、後に述べる。

図６は、本実施形態に係る電流センサ１００の第３の構成例を示す。第３の構成例の電流センサ１００において、図５に示された本実施形態に係る電流センサ１００の第２の構成例の動作と略同一のものには同一の符号を付け、説明を省略する。第３の構成例の電流センサ１００は、第２の構成例の電流センサ１００と同様、８の磁電変換素子を含む。

第３の構成例の電流センサ１００は、第１面上において、第１磁電変換素子１０１と近接して配置される第５磁電変換素子２０１と、第２磁電変換素子１０２と近接して配置される第６磁電変換素子２０２と、第３磁電変換素子１０３と近接して配置される第７磁電変換素子２０３と、第４磁電変換素子１０４と近接して配置される第８磁電変換素子２０４と、を有する。第５から第８磁電変換素子２０４は、予め定められた方向に配列されてよい。第１から第４磁電変換素子１０４は、第１面上において、第１方向に垂直な第２方向に並び、また、第５から第８磁電変換素子２０４も、第２方向に並ぶ。

ここで、第１磁電変換素子１０１および第３磁電変換素子１０３の距離と、第２磁電変換素子１０２および第４磁電変換素子１０４の距離と、第５磁電変換素子２０１および第７磁電変換素子２０３の距離と、第６磁電変換素子２０２および第８磁電変換素子２０４の距離とは、略等しい距離Ｌとなるように配置される。また、第３磁電変換素子１０３から第２面までの距離と、第４磁電変換素子１０４から第２面までの距離と、第７磁電変換素子２０３から第２面までの距離と、第８磁電変換素子２０４から第２面までの距離とは、略等しい距離Ｍとなるように配置されてよい。

第３の構成例の電流センサ１００においても、被測定電流によって発生する第１面上の磁場は、図３と略同一であり、第１から第４磁電変換素子１０４および第５から第８磁電変換素子２０４は、第１磁場成分を検出する。電流センサ１００は、第１から第８磁電変換素子２０４の出力に基づいて、被測定電流を検出する電流検出部を更に備えてよい。電流検出部については、図７を用いて説明する。

図７は、図５または図６に示した電流センサ１００が、電流検出部に接続された構成例を示す。図７の電流センサ１００の構成例において、図４に示された本実施形態に係る電流センサ１００の構成例の動作と略同一のものには同一の符号を付け、説明を省略する。第２および第３の構成例の電流センサ１００は、いずれも、２つの磁電変換素子を組み合わせた合成磁電変換素子を形成する。

即ち、第１磁電変換素子１０１および第２磁電変換素子１０２は、第１合成抵抗３０１を構成し、第３磁電変換素子１０３および第４磁電変換素子１０４は、第２合成抵抗３０２を構成し、第５磁電変換素子２０１および第６磁電変換素子２０２は、第３合成抵抗３０３を構成し、第７磁電変換素子２０３および第８磁電変換素子２０４は、第４合成抵抗３０４をそれぞれ構成する。そして、電流センサ１００は、第１から第４合成抵抗３０４に基づくブリッジ回路を形成する。

電流センサ１００は、一例として、第１合成抵抗３０１および第２合成抵抗３０２が直列に接続された第１直列回路と、第３合成抵抗３０３および第４合成抵抗３０４が直列に接続された第２直列回路と、を有し、第１直列回路および第２直列回路が並列に接続されたホイートストンブリッジ回路を構成する。また、電流検出部は、電源部１２０と、定電流源１３０と、第３増幅部１４６と、を有し、第１から第４合成抵抗３０４の抵抗値に基づいて、被測定電流を検出する。

電源部１２０は、定電流源１３０に電源電圧を供給する。定電流源１３０は、第１直列回路および第２直列回路に流れる電流の総和が予め定められた一定の電流Ｉとなるように、第１直列回路および第２直列回路に電流をそれぞれ流す。なお、第２および第３の構成例の電流センサ１００は、いずれも、第２面に対して略対称に複数の磁電変換素子を配置しているので、第１直列回路の合成抵抗および第２直列回路の合成抵抗は、略同一の抵抗値となり、各直列回路に流れる電流は、Ｉ／２と近似することができる。

複数の磁電変換素子は、入力磁場に応じて電気抵抗値をそれぞれ変化させるので、それぞれの合成抵抗は入力磁場に応じた電圧降下を生じさせる。電流検出部は、ホイートストンブリッジ回路における、第１直列回路の直列接続部と第２直列回路の直列接続部との間の電圧差に応じて、被測定電流を検出する。

一例として、第１合成抵抗３０１の抵抗変化は、第１磁電変換素子１０１および第２磁電変換素子１０２の抵抗変化を合成したＲ_Ｓ３１（＝Ｒ_Ｓ１＋Ｒ_Ｓ２）と示す。ここで、第１直列回路に流れる電流をＩ／２とすると、Ｖ_Ｓ１＝Ｒ_Ｓ１・Ｉ／２、Ｖ_Ｓ２＝Ｒ_Ｓ２・Ｉ／２である。また、第１合成抵抗３０１の外乱成分３０による抵抗変化は、Ｒ_Ｎ３１（＝Ｒ_Ｎ１＋Ｒ_Ｎ２）と示す。ここで、Ｖ_Ｎ１＝Ｒ_Ｎ１・Ｉ／２、Ｖ_Ｎ２＝Ｒ_Ｎ２・Ｉ／２である。

同様に、第２合成抵抗３０２の抵抗変化はＲ_Ｓ３２（＝Ｒ_Ｓ３＋Ｒ_Ｓ４）、外乱成分３０による抵抗変化はＲ_Ｎ３２（＝Ｒ_Ｎ３＋Ｒ_Ｎ４）と示す。また、第３合成抵抗３０３の抵抗変化はＲ_Ｓ３３（＝Ｒ_Ｓ５＋Ｒ_Ｓ６）、外乱成分３０による抵抗変化はＲ_Ｎ３３（＝Ｒ_Ｎ５＋Ｒ_Ｎ６）と示す。また、第４合成抵抗３０４の抵抗変化はＲ_Ｓ３４（＝Ｒ_Ｓ７＋Ｒ_Ｓ８）、外乱成分３０による抵抗変化はＲ_Ｎ３４（＝Ｒ_Ｎ７＋Ｒ_Ｎ８）と示す。

第３増幅部１４６は、第１合成抵抗３０１および第２合成抵抗３０２の間と、第３合成抵抗３０３および第４合成抵抗３０４の間にそれぞれ接続される差動増幅回路を含む。即ち、第３増幅部１４６は、第１合成抵抗３０１による電圧降下および第４合成抵抗３０４による電圧降下の差分を増幅する。即ち、第３増幅部１４６は、第３増幅部１４６の増幅率をＡとすると、次式で示される出力電圧Ｖ_ＯＵＴを出力する。
（数６）
Ｖ_ＯＵＴ＝Ａ｛（Ｒ_Ｓ３１−Ｒ_Ｓ３４）＋（Ｒ_Ｎ３１−Ｒ_Ｎ３４）｝・Ｉ／２
＝ＡＩ｛（Ｒ_Ｓ１＋Ｒ_Ｓ２）−（Ｒ_Ｓ７＋Ｒ_Ｓ８）＋（Ｒ_Ｎ１＋Ｒ_Ｎ２）−（Ｒ_Ｎ７＋Ｒ_Ｎ８）｝／２

また、第３増幅部１４６は、第２合成抵抗３０２による電圧降下および第３合成抵抗３０３による電圧降下の差分を増幅すると表現できる。したがって、出力電圧Ｖ_ＯＵＴを次式で示してもよい。
（数７）
Ｖ_ＯＵＴ＝Ａ｛（Ｒ_Ｓ３３−Ｒ_Ｓ３２）＋（Ｒ_Ｎ３３−Ｒ_Ｎ３２）｝・Ｉ／２
＝ＡＩ｛（Ｒ_Ｓ５＋Ｒ_Ｓ６）−（Ｒ_Ｓ３＋Ｒ_Ｓ４）＋（Ｒ_Ｎ５＋Ｒ_Ｎ６）−（Ｒ_Ｎ３＋Ｒ_Ｎ４）｝／２

ここで、第１磁電変換素子１０１および第３磁電変換素子１０３の距離と、第２磁電変換素子１０２および第４磁電変換素子１０４の距離と、第５磁電変換素子２０１および第７磁電変換素子２０３の距離と、第６磁電変換素子２０２および第８磁電変換素子２０４の距離が、略等しい距離Ｌであることから、（Ｒ_Ｎ１＋Ｒ_Ｎ２）および（Ｒ_Ｎ７＋Ｒ_Ｎ８）は略等しいと近似できる。また、（Ｒ_Ｎ５＋Ｒ_Ｎ６）および（Ｒ_Ｎ３＋Ｒ_Ｎ４）は略等しいと近似できる。

したがって、（数６）式および（数７）式は、次のように示される。ここで、（Ｒ_Ｓ１＋Ｒ_Ｓ２）と（Ｒ_Ｓ５＋Ｒ_Ｓ６）も略等しいと近似でき、（Ｒ_Ｓ３＋Ｒ_Ｓ４）と（Ｒ_Ｓ７＋Ｒ_Ｓ８）も略等しいと近似できるので、（数６）式および（数７）式は略等しい結果となることがわかる。
（数８）
Ｖ_ＯＵＴ＝ＡＩ｛（Ｒ_Ｓ１＋Ｒ_Ｓ２）−（Ｒ_Ｓ７＋Ｒ_Ｓ８）｝／２
＝ＡＩ｛（Ｒ_Ｓ５＋Ｒ_Ｓ６）−（Ｒ_Ｓ３＋Ｒ_Ｓ４）｝／２

以上のように、第２および第３の構成例の電流センサ１００は、いずれも、ノイズ源からの外乱成分３０の影響をほとんど受けない検出結果を出力することができる。また、第２および第３の構成例の電流センサ１００は、増幅部の個数を低減させ、簡便な電子回路でノイズ源からの外乱成分の影響を低減させることができる。

図８は、本実施形態に係る電流センサ１００の第４の構成例を示す。また、図９は、図８に示した電流センサ１００のＸＺ面の構成例を示す。第４の構成例の電流センサ１００において、図１および２に示された本実施形態に係る電流センサ１００の動作と略同一のものには同一の符号を付け、説明を省略する。第４の構成例の電流センサ１００は、３の磁電変換素子を含む。

第４の構成例の電流センサ１００において、第３磁電変換素子１０３は、第１磁電変換素子１０１および第２磁電変換素子１０２のそれぞれと、略同一の距離に配置される。即ち、第１方向は第２面に含まれ、第３磁電変換素子１０３は、第１面および第２面の交線上に配置される。第１から第３磁電変換素子１０３は、Ｘ方向と略平行な磁場の成分を検出する。

図１０は、図８のＢ−Ｂ'断面において発生する磁場の概略構成を示す。第４の構成例の電流センサ１００においても、図３で説明したように、被測定電流によって発生する第１面上の磁場は、第２面に対して略面対称となる第１磁場成分と、第１面および第２面の交線に対して略線対称となる第２磁場成分とを有する。第１磁場成分は、第１面と略平行な方向を向き、第２磁場成分は、第１面と略垂直な方向を向き、第１から第３磁電変換素子１０３は、当該第１磁場成分を検出する。

第１磁電変換素子１０１は、第１磁場成分２０および外乱成分３０の和であるＶ_Ｓ１＋Ｖ_Ｎ１の電圧降下を、検出結果として生じさせる。同様に、第２磁電変換素子１０２および第３磁電変換素子１０３も、Ｖ_Ｓ２＋Ｖ_Ｎ２およびＶ_Ｓ３＋Ｖ_Ｎ３の電圧降下を検出結果としてそれぞれ生じさせる。電流センサ１００は、第１から第３磁電変換素子１０３の出力に基づいて、被測定電流を検出する電流検出部を更に備えてよい。

図１１は、図８に示した電流センサ１００が、電流検出部に接続された構成例を示す。図１１の電流センサ１００の構成例において、図４に示された本実施形態に係る電流センサ１００の構成例の動作と略同一のものには同一の符号を付け、説明を省略する。電流検出部は、第１から第３磁電変換素子１０３のそれぞれをバイアスした場合に、第１磁電変換素子１０１の電圧から第３磁電変換素子１０３の電圧を差し引いた値と、第３磁電変換素子１０３の電圧から第２磁電変換素子１０２の電圧を差し引いた値との差分に応じた信号を出力する。

電流検出部は、電源部１２０と、定電流源１３０と、第１増幅部１４２と、第２増幅部１４４と、第３増幅部１４６と、を有する。電源部１２０は、複数の定電流源１３０に接続され、当該複数の定電流源１３０に電源電圧を供給する。複数の定電流源１３０のそれぞれは、電源部１２０および基準電位の間に接続され、電源部１２０に駆動されて対応する磁電変換素子を介して基準電位へと予め定められた一定の電流をそれぞれ流す。

第１増幅部１４２は、第１磁電変換素子１０１および対応する定電流源１３０の間と、第３磁電変換素子１０３および対応する定電流源１３０の間にそれぞれ接続される差動増幅回路を含む。即ち、第１増幅部１４２は、第１磁電変換素子１０１による電圧降下および第３磁電変換素子１０３による電圧降下の差分を増幅し、増幅率をＧとすると、次式で示される出力電圧Ｖ_２１を出力する。
（数９）
Ｖ_２１＝Ｇ｛（Ｖ_Ｓ１＋Ｖ_Ｎ１）−（Ｖ_Ｓ３＋Ｖ_Ｎ３）｝

第２増幅部１４４は、第３磁電変換素子１０３および対応する定電流源１３０の間と、第２磁電変換素子１０２および対応する定電流源１３０の間にそれぞれ接続される差動増幅回路を含む。即ち、第２増幅部１４４は、第３磁電変換素子１０３による電圧降下および第２磁電変換素子１０２による電圧降下の差分を増幅し、増幅率をＧとすると、次式で示される出力電圧Ｖ_２２を出力する。
（数１０）
Ｖ_２２＝Ｇ｛（Ｖ_Ｓ３＋Ｖ_Ｎ３）−（Ｖ_Ｓ２＋Ｖ_Ｎ２）｝

第３増幅部１４６は、第１増幅部１４２および第２増幅部１４４の出力端子に接続される差動増幅回路を含む。即ち、第３増幅部１４６は、第１増幅部１４２による出力電圧および第２増幅部１４４による出力電圧の差分を増幅し、増幅率をＡとすると、次式で示される出力電圧Ｖ_ＯＵＴを出力する。
（数１１）
Ｖ_ＯＵＴ＝Ａ（Ｖ_２１−Ｖ_２２）
＝ＡＧ｛（Ｖ_Ｓ１＋Ｖ_Ｓ２−２Ｖ_Ｓ３）＋（Ｖ_Ｎ１−Ｖ_Ｎ３）−（Ｖ_Ｎ３−Ｖ_Ｎ２）｝

図３でも説明したように、ノイズ源からの外乱成分３０は、線形な直線で近似することができる。したがって、第１磁電変換素子１０１および第３磁電変換素子１０３の間の距離Ｌと、第３磁電変換素子１０３および第２磁電変換素子１０２の間の距離Ｌが等しい場合、Ｖ_Ｎ１−Ｖ_Ｎ３およびＶ_Ｎ３−Ｖ_Ｎ２は、略０と近似することができる。即ち、（数１１）式は、次式のように示される。
（数１２）
Ｖ_ＯＵＴ＝ＡＧ（Ｖ_Ｓ１＋Ｖ_Ｓ２−２Ｖ_Ｓ３）

以上のように、第４の構成例の電流センサ１００は、ノイズ源からの外乱成分３０の影響をほとんど受けない検出結果を出力することができる。また、第４の構成例の電流センサ１００は、３の磁電変換素子によって、ノイズ源からの外乱成分３０の影響を低減させることができ、より小型で、かつ、精度よく外乱を除去することができる。

以上のように、第４の構成例の電流センサ１００は、第１磁電変換素子１０１および第３磁電変換素子１０３の間の距離Ｌと、第３磁電変換素子１０３および第２磁電変換素子１０２の間の距離Ｌが等しくして、Ｖ_Ｎ１−Ｖ_Ｎ３およびＶ_Ｎ３−Ｖ_Ｎ２を相殺してノイズ源からの外乱成分３０の影響を低減させることを説明した。これに代えて、電流センサ１００は、第１磁電変換素子１０１および第３磁電変換素子１０３の間の距離と、第３磁電変換素子１０３および第２磁電変換素子１０２の間の距離を異ならせて、予め定められた比率（例えば、ａ：ｂ）にしてもよい。

これによって、（数１１）式のＶ_Ｎ１−Ｖ_Ｎ３およびＶ_Ｎ３−Ｖ_Ｎ２は、異なる値となるが、外乱成分３０は、線形な直線で近似できるので、当該予め定められた比率に応じた値となる。したがって、第１増幅部１４２の増幅率および第２増幅部１４４による増幅率を、当該予め定められた比率に応じた比率（例えば、ｂ：ａ）等にすることで、Ｖ_Ｎ１−Ｖ_Ｎ３およびＶ_Ｎ３−Ｖ_Ｎ２を相殺してノイズ源からの外乱成分３０の影響を低減させることができる。なお、磁電変換素子間の距離を異ならせても、増幅部の増幅率を調整することでノイズ源からの外乱成分３０の影響を低減させることは、第４の構成例に限らず、他の構成例においても実現することができる。

図１２は、本実施形態に係る電流センサ１００の第５の構成例を示す。図１３は、図１２に示した電流センサ１００のＸＺ面の構成例を示す。第５の構成例の電流センサ１００において、図１および２に示された本実施形態に係る電流センサ１００の動作と略同一のものには同一の符号を付け、説明を省略する。第５の構成例の電流センサ１００は、４の磁電変換素子を含む。

第５の構成例の電流センサ１００において、第１方向に延伸する導体１０は、第１方向に平行で、かつ第１方向と逆向きの第３方向に更に延伸し、被測定電流は第１方向に流れた後に第３方向に流れる。即ち、導体１０は、＋Ｚ方向に電流を流す第１導体１６と、−Ｚ方向に電流を流す第２導体１８とを含み、当該第１導体１６および第２導体１８が連結されたＵ型形状を有する。

図１２および図１３において、第１導体１６および第２導体１８は、ＸＺ面において平行に配置され、基板１１０は、一方の面で第１導体１６および第２導体１８に接する例を示す。即ち、第１面は、第１導体１６および第２導体１８と平行となる。また、第１導体１６の中心軸Ｅ−Ｅ'および第２導体１８の中心軸Ｄ−Ｄ'が、線分Ｃ−Ｃ'を含む第２面を挟んで略面対称な位置に配置される例を示す。即ち、第２面は、第１方向と平行かつ第１面に垂直な面であり、第１方向および第３方向が挟む面となる。

導体１０は、電流を流すことにより、図１２の２つの円形の点線で示すように、ＸＹ面内において第１導体１６および第２導体１８を略中心とする略円形の被測定磁場１２および被測定磁場１４を生じさせる。第１から第４磁電変換素子１０４は、被測定電流によって発生する被測定磁場１２および被測定磁場１４の合成磁場の成分のうち、方向が略同一または略１８０度異なる成分を検出する。第５の構成例の電流センサ１００において、第１から第４磁電変換素子１０４は、第１方向および第２方向に垂直なＹ方向成分を検出する。

第１から第４磁電変換素子１０４は、第２方向に配列され、第１磁電変換素子１０１および第３磁電変換素子１０３の距離と、第２磁電変換素子１０２および第４磁電変換素子１０４の距離とは、略等しい距離Ｌに配置される。また、第３磁電変換素子１０３から第２面までの距離Ｍと、第４磁電変換素子１０４から第２面との距離Ｍとは、略等しく配置されてよい。

第１磁電変換素子１０１および第２磁電変換素子１０２は、第２面を挟んで略面対称な位置に配置され、第３磁電変換素子１０３および第４磁電変換素子１０４は、第２面を挟んで略面対称な位置に配置されることが望ましい。また、第１磁電変換素子１０１および第３磁電変換素子１０３は、第２面と平行かつ中心軸Ｄ−Ｄ'を含む面と略面対称な位置に配置されてよい。同様に、第２磁電変換素子１０２および第４磁電変換素子１０４は、第２面と平行かつ中心軸Ｅ−Ｅ'を含む面と略面対称な位置に配置されてよい。

図１４は、図１２のＢ−Ｂ'断面において発生する磁場の概略構成を示す。被測定電流によって発生する第１面上の磁場は、被測定磁場１２および被測定磁場１４の合成磁場となる。被測定磁場１２および被測定磁場１４は、第２面に対して略面対称な磁場となるので、この場合においても、第１面上の磁場は、第２面に対して略面対称となる第１磁場成分２０と、第１面および第２面の交線に対して略線対称となる第２磁場成分２２とを有することになる。

なお、第５の構成例の電流センサ１００において、第２面に対して略面対称となる第１磁場成分２０は、基板１１０に対して垂直方向の、即ち、第１方向および第２方向に垂直なＹ方向成分となる。また、第１面および第２面の交線に対して略線対称となる第２磁場成分２２は、第２方向と平行なＸ方向成分となる。

第１から第４磁電変換素子１０４は、第１面と略垂直な方向を向く第１磁場成分２０を検出する。このように、第５の構成例の電流センサ１００において、第１から第４磁電変換素子１０４は、基板１１０に搭載され、基板１１０の垂直方向の磁場を検出する磁電変換素子である。より具体的には、磁電変換素子は、磁性体と組み合わせた磁気抵抗素子、または、ホール素子等である。

電流センサ１００は、第１から第４磁電変換素子１０４の出力に基づいて、被測定電流を検出する電流検出部を更に備えてよい。図１２および図１３に示した電流センサ１００が電流検出部に接続される構成例は、図４に示した構成例と略同一な構成となる。即ち、電流検出部は、第１から第４磁電変換素子１０４のそれぞれをバイアスした場合に、第１磁電変換素子１０１の電圧から第３磁電変換素子１０３の電圧を差し引いた値と、第４磁電変換素子１０４の電圧から第２磁電変換素子１０２の電圧を差し引いた値との差分に応じた信号を出力する。

これによって、第５の構成例の電流センサ１００は、ノイズ源からの外乱成分３０の影響をほとんど受けない検出結果を出力することができる。また、第５の構成例の電流センサ１００は、導体１０をＵ型形状にすることで、第１面に発生させる磁場を被測定磁場１２および被測定磁場１４の合成磁場とする。これによって、電流センサ１００は、導体１０に流れる電流値を増加させることなく、より強い磁場強度を発生させて検出することができ、検出感度を向上させることができる。

図１５は、本実施形態に係る電流センサ１００の第６の構成例を示す。第６の構成例の電流センサ１００において、図１２に示された電流センサ１００の第５の構成例の動作と略同一のものには同一の符号を付け、説明を省略する。第６の構成例の電流センサ１００は、３の磁電変換素子を含む。

導体１０は、図１２および１３で説明したように、＋Ｚ方向に電流を流す第１導体１６と、−Ｚ方向に電流を流す第２導体１８とを含み、当該第１導体１６および第２導体１８が連結されたＵ型形状を有する。即ち、図１５のＢ−Ｂ'断面において発生する磁場の概略構成は、図１４で説明した磁場の概略構成と略同一な構成となる。

第６の構成例の電流センサ１００において、第３磁電変換素子１０３は、第１磁電変換素子１０１および第２磁電変換素子１０２のそれぞれと、略同一の距離に配置される。即ち、第３磁電変換素子１０３は、第１面および第２面の交線上に配置される。第１から第３磁電変換素子１０３は、第２方向と略垂直な磁場の成分（Ｙ成分）を検出する。

電流センサ１００は、第１から第３磁電変換素子１０３の出力に基づいて、被測定電流を検出する電流検出部を更に備えてよい。図１５に示した電流センサ１００が、電流検出部に接続される構成例は、図１１に示した構成例と略同一な構成となる。即ち、電流検出部は、第１から第３磁電変換素子１０３のそれぞれをバイアスした場合に、第１磁電変換素子１０１の電圧から第３磁電変換素子１０３の電圧を差し引いた値と、第３磁電変換素子１０３の電圧から第２磁電変換素子１０２の電圧を差し引いた値との差分に応じた信号を出力する。

これによって、第６の構成例の電流センサ１００は、ノイズ源からの外乱成分３０の影響をほとんど受けない検出結果を出力することができる。また、第６の構成例の電流センサ１００は、３の磁電変換素子によって、ノイズ源からの外乱成分３０の影響を低減させることができ、また、導体１０をＵ型形状にすることによって、電流値を増加させることなく、より強い磁場強度を発生させて検出することができる。したがって、電流センサ１００は、より小型で、精度よく外乱を除去し、また、検出感度を向上させることができる。

以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更または改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。その様な変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。

特許請求の範囲、明細書、および図面中において示した装置、システム、プログラム、および方法における動作、手順、ステップ、および段階等の各処理の実行順序は、特段「より前に」、「先立って」等と明示しておらず、また、前の処理の出力を後の処理で用いるのでない限り、任意の順序で実現しうることに留意すべきである。特許請求の範囲、明細書、および図面中の動作フローに関して、便宜上「まず、」、「次に、」等を用いて説明したとしても、この順で実施することが必須であることを意味するものではない。

１０ 導体、１２ 被測定磁場、１４ 被測定磁場、１６ 第１導体、１８ 第２導体、２０ 第１磁場成分、２２ 第２磁場成分、３０ 外乱成分、１００ 電流センサ、１０１ 第１磁電変換素子、１０２ 第２磁電変換素子、１０３ 第３磁電変換素子、１０４ 第４磁電変換素子、１１０ 基板、２０１ 第５磁電変換素子、２０２ 第６磁電変換素子、２０３ 第７磁電変換素子、２０４ 第８磁電変換素子、３０１ 第１合成抵抗、３０２ 第２合成抵抗、３０３ 第３合成抵抗、３０４ 第４合成抵抗、１２０ 電源部、１３０ 定電流源、１４２ 第１増幅部、１４４ 第２増幅部、１４６ 第３増幅部

Claims (29)

1. 第１方向に延伸する導体に流れる被測定電流を検出する電流センサであって、
   前記第１方向と平行な第１面上に設けられ、前記被測定電流によって発生する磁場を検出する第１磁電変換素子と、
   前記第１面上において、前記第１磁電変換素子に対して前記第１方向と平行かつ前記第１面に垂直な第２面の反対側に配置され、前記被測定電流によって発生する前記磁場の成分のうち、前記第１磁電変換素子と方向が略同一の成分を検出する第２磁電変換素子と、
   前記第１磁電変換素子および前記第２磁電変換素子の間に配置され、前記被測定電流によって発生する前記磁場の成分のうち、前記第１磁電変換素子と方向が略同一または略１８０度異なる成分を検出する第３磁電変換素子と、
   を備える電流センサ。
2. 前記第２磁電変換素子は、前記被測定電流によって発生する前記磁場の成分のうち、前記第１磁電変換素子と方向および大きさが略同一の成分を検出する請求項１に記載の電流センサ。
3. 前記第１から前記第３磁電変換素子は、前記第１方向に垂直な第２方向に並ぶ請求項１または２に記載の電流センサ。
4. 前記第３磁電変換素子は、前記第１磁電変換素子および前記第２磁電変換素子のそれぞれと、略同一の距離に配置される請求項１から３のいずれか一項に記載の電流センサ。
5. 前記被測定電流によって発生する前記第１面上の磁場は、前記第２面に対して略面対称となる第１磁場成分と、前記第１面および前記第２面の交線に対して略線対称となる第２磁場成分とを有し、
   前記第１から前記第３磁電変換素子は、前記第１磁場成分を検出する
   請求項４に記載の電流センサ。
6. 前記第１磁場成分は、前記第１面と略平行な方向を向く請求項５に記載の電流センサ。
7. 前記第１方向は前記第２面に含まれ、
   前記第３磁電変換素子は、前記第１面および前記第２面の交線上に配置される請求項５または６に記載の電流センサ。
8. 前記第１から前記第３磁電変換素子の出力に基づいて、前記被測定電流を検出する電流検出部を更に備える請求項４から７のいずれか一項に記載の電流センサ。
9. 前記電流検出部は、
   前記第１から前記第３磁電変換素子のそれぞれをバイアスした場合に、前記第１磁電変換素子の電圧から前記第３磁電変換素子の電圧を差し引いた値と、前記第３磁電変換素子の電圧から前記第２磁電変換素子の電圧を差し引いた値との差分に応じた信号を出力する請求項８に記載の電流センサ。
10. 前記導体は、前記第１方向に平行で、かつ前記第１方向と逆向きの第３方向に更に延伸し、
    前記被測定電流は第１方向に流れた後に第３方向に流れ、
    前記第１面は、前記導体と平行であり、
    前記第２面は、前記第１方向および前記第３方向が挟む面となる、
    請求項１から３のいずれか一項に記載の電流センサ。
11. 前記被測定電流によって発生する前記第１面上の磁場は、前記第２面に対して略面対称となる第１磁場成分と、前記第１面および前記第２面の交線に対して略線対称となる第２磁場成分とを有し、
    前記第１から前記第３磁電変換素子は、前記第１磁場成分を検出する
    請求項１０に記載の電流センサ。
12. 前記第１磁場成分は、前記第１面と略垂直な方向を向く請求項１１に記載の電流センサ。
13. 前記第１磁電変換素子および前記第２磁電変換素子の間に配置され、前記第１磁場成分を検出する第４磁電変換素子を更に有し、
    前記第１から前記第４磁電変換素子の出力に基づいて、前記被測定電流を検出する電流検出部を更に備える請求項１１または１２に記載の電流センサ。
14. 前記第１磁電変換素子および前記第３磁電変換素子の距離と、前記第２磁電変換素子および前記第４磁電変換素子の距離とは、略等しく配置され、
    前記電流検出部は、
    前記第１から前記第４磁電変換素子のそれぞれをバイアスした場合に、前記第１磁電変換素子の電圧から前記第３磁電変換素子の電圧を差し引いた値と、前記第４磁電変換素子の電圧から前記第２磁電変換素子の電圧を差し引いた値との差分に応じた信号を出力する請求項１３に記載の電流センサ。
15. 前記第１磁電変換素子と前記第２磁電変換素子との間に配置され、前記被測定電流によって発生する前記磁場の成分のうち、前記第１磁電変換素子と前記第２磁電変換素子と方向が略同一の成分を検出する第４磁電変換素子を有する請求項１から３のいずれか一項に記載の電流センサ。
16. 前記第１磁電変換素子および前記第３磁電変換素子の距離と、前記第２磁電変換素子および前記第４磁電変換素子の距離とは、略等しい請求項１５に記載の電流センサ。
17. 前記第３磁電変換素子から前記第２面までの距離と、前記第４磁電変換素子から前記第２面との距離とは、略等しい請求項１５または１６に記載の電流センサ。
18. 前記第１から前記第４磁電変換素子の出力に基づいて、前記被測定電流を検出する電流検出部を更に備える請求項１５から１７のいずれか一項に記載の電流センサ。
19. 前記電流検出部は、前記第１から前記第４磁電変換素子のそれぞれをバイアスした場合に、前記第１磁電変換素子の電圧から前記第３磁電変換素子の電圧を差し引いた値と、前記第４磁電変換素子の電圧から前記第２磁電変換素子の電圧を差し引いた値との差分に応じた信号を出力する請求項１８に記載の電流センサ。
20. 前記第１方向は前記第２面に含まれ、
    前記被測定電流によって発生する前記第１面上の磁場は、前記第２面に対して略面対称となる第１磁場成分と、前記第１面および前記第２面の交線に対して略線対称となる第２磁場成分とを有し、
    前記第１面上において、前記第１磁電変換素子および前記第２磁電変換素子の間に、第４磁電変換素子を更に有し、
    前記第１磁電変換素子と近接して配置される第５磁電変換素子と、
    前記第２磁電変換素子と近接して配置される第６磁電変換素子と、
    前記第３磁電変換素子と近接して配置される第７磁電変換素子と、
    前記第４磁電変換素子と近接して配置される第８磁電変換素子と、
    を更に有し、
    前記第１から前記第４磁電変換素子は、前記第１磁場成分を検出する請求項１または２に記載の電流センサ。
21. 前記第１から前記第４磁電変換素子は、前記第１面上において、前記第１方向に垂直な第２方向に並び、
    前記第５から前記第８磁電変換素子は、前記第１面上において、前記第２方向に平行な第４方向に並ぶ請求項２０に記載の電流センサ。
22. 前記第１磁電変換素子および前記第３磁電変換素子の距離と、前記第２磁電変換素子および前記第４磁電変換素子の距離と、前記第５磁電変換素子および前記第７磁電変換素子の距離と、前記第６磁電変換素子および前記第８磁電変換素子の距離とは、略等しい請求項２０または２１に記載の電流センサ。
23. 前記第３磁電変換素子から前記第２面までの距離と、前記第４磁電変換素子から前記第２面までの距離と、前記第７磁電変換素子から前記第２面までの距離と、前記第８磁電変換素子から前記第２面までの距離とは、略等しい請求項２０から２２のいずれか一項に記載の電流センサ。
24. 前記第１磁電変換素子および前記第２磁電変換素子は、第１合成抵抗を構成し、
    前記第３磁電変換素子および前記第４磁電変換素子は、第２合成抵抗を構成し、
    前記第５磁電変換素子および前記第６磁電変換素子は、第３合成抵抗を構成し、
    前記第７磁電変換素子および前記第８磁電変換素子は、第４合成抵抗を構成する請求項２０から２３のいずれか一項に記載の電流センサ。
25. 前記第１合成抵抗および前記第２合成抵抗が直列に接続された第１直列回路と、
    前記第３合成抵抗および前記第４合成抵抗が直列に接続された第２直列回路と、
    を有し、
    前記第１直列回路および前記第２直列回路が並列に接続されたホイートストンブリッジ回路を構成する請求項２４に記載の電流センサ。
26. 前記第１から前記第４合成抵抗の抵抗値に基づいて、前記被測定電流を検出する電流検出部を更に備える請求項２５に記載の電流センサ。
27. 前記電流検出部は、前記ホイートストンブリッジ回路における、前記第１直列回路の直列接続部と前記第２直列回路の直列接続部との間の電圧差に応じて、前記被測定電流を検出する請求項２６に記載の電流センサ。
28. 被測定電流を検出する電流センサであって、
    第１方向に延伸し、前記被測定電流を流すことで前記第１方向と平行な第１面上に磁場を発生させる導体と、
    前記第１面上の磁場のうち、前記第１方向と平行で、かつ前記第１面に垂直な第２面に対して略面対称となる第１磁場成分を検出する第１磁電変換素子と、
    前記第２面に対して前記第１磁電変換素子とは反対側に配置され、前記第１磁場成分を検出する第２磁電変換素子と、
    前記第１磁電変換素子および前記第２磁電変換素子の間に配置される第３磁電変換素子と、
    を備える電流センサ。
29. 第２面に対して略面対称となるＵ型形状の導体と、
    前記第２面に垂直かつ前記導体と平行な第１面上において、前記第２面で分割される一方の第１領域に配置される第１磁電変換素子と、
    前記第１面上において、前記第２面で分割される他方の第２領域に配置される第２磁電変換素子と、
    前記第１磁電変換素子および前記第２磁電変換素子の間に配置される第３磁電変換素子と、
    を備える電流センサ。

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