JP2021085711A - 電流検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】低損失であり、且つ、検出可能な電流量を増やすことのできる電流検出装置を提供する。【解決手段】第２配線２２は、第１配線２１より第３方向（ｚ軸方向）他方側に配置され、第１配線２１と第２配線２２の各一端部同士、各他端部同士は電気的に接続され、第１磁界検出部１１は、第１方向（ｘ軸方向）および第２方向（ｙ軸方向）を含む平面の平面視において、第１往路部２１１の第２方向両端位置間の第１の第２方向領域Ｒ２１１に配置され、且つ、前記平面視において、第２往路部２２１の第２方向両端位置間の第２の第２方向領域Ｒ２２１に配置され、第２磁界検出部１２は、前記平面視において、第１復路部２１２の第２方向両端位置間の第３の第２方向領域Ｒ２１２に配置され、且つ、前記平面視において、第２復路部２２２の第２方向両端位置間の第４の第２方向領域Ｒ２２２に配置される。【選択図】図１１

Description

本発明は、電流検出装置に関する。

従来、１次導体に流れる電流を測定する電流センサとして、例えばホール素子を用いるもの（ホール型）や磁気抵抗効果素子を用いるもの（ＭＲ型）が知られている（例えば、特許文献１を参照）。

特開２０１１−３９０２１号公報

しかしながら、特にホール型の電流センサは、一般的に感度が低いので、１次導体とホール素子とを近付ける必要があり、電流センサのＩＣパッケージ内部に１次導体を設ける必要があった。すなわち、ＩＣパッケージ内部に電流を引き込む引き込み型の電流センサとする必要があった。引き込み型の電流センサでは、１次導体の抵抗値が大きくなり、損失が大きくなる虞があった。

上記状況に鑑み、本発明は、低損失であり、且つ、検出可能な電流量を増やすことのできる電流検出装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために本発明の一態様に係る電流検出装置は、
第１方向、第２方向および第３方向は互いに直交するとして、
前記第１方向および前記第２方向を含む平面状に拡がり、前記第３方向に厚みを有する基板と、
前記基板の前記第３方向一方側表面に配置される磁界センサと、
を備え、
前記磁界センサは、第１磁界検出部と、第２磁界検出部と、を有し、
前記基板は、第１配線と、前記第１配線より前記第３方向他方側に配置される第２配線と、を有し、
前記第１配線の一端部と前記第２配線の一端部とは、電気的に接続され、
前記第１配線の他端部と前記第２配線の他端部とは、電気的に接続され、
前記第１配線は、前記第２方向に延びる第１往路部と、前記第２方向に延びる第１復路部と、を含み、
前記第１復路部は、前記第１往路部に対して前記第１方向一方側に配置され、前記第１往路部と電気的に接続され、
前記第２配線は、前記第２方向に延びる第２往路部と、前記第２方向に延びる第２復路部と、を含み、
前記第２復路部は、前記第２往路部に対して前記第１方向一方側に配置され、前記第２往路部と電気的に接続され、
前記第１磁界検出部は、前記第１方向および前記第２方向を含む平面の平面視において、前記第１往路部の前記第２方向両端位置間の第１の第２方向領域に配置され、且つ、前記平面視において、前記第２往路部の前記第２方向両端位置間の第２の第２方向領域に配置され、
前記第２磁界検出部は、前記平面視において、前記第１復路部の前記第２方向両端位置間の第３の第２方向領域に配置され、且つ、前記平面視において、前記第２復路部の前記第２方向両端位置間の第４の第２方向領域に配置される構成としている（第１の構成）。

また、上記第１の構成において、前記第１往路部の幅および前記第１復路部の幅は、同じ第１幅であり、前記第２往路部の幅および前記第２復路部の幅は、同じ第２幅であり、前記第１幅と前記第２幅と、は異なっていることとしてもよい（第２の構成）。

また、上記第１または第２の構成において、前記第１往路部と前記第１復路部との間の第１方向距離と、前記第２往路部と前記第２復路部との間の第１方向距離と、は異なっていることとしてもよい（第３の構成）。

また、上記第１から第３のいずれかの構成において、前記第１往路部と前記第１復路部との間と、前記第２往路部と前記第２復路部との間との少なくとも一方は、負荷を介した連結部により連結されることとしてもよい（第４の構成）。

また、上記目的を達成するために本発明の別態様に係る電流検出装置は、
第１方向、第２方向および第３方向は互いに直交するとして、
前記第１方向および前記第２方向を含む平面状に拡がり、前記第３方向に厚みを有する基板と、
前記基板の前記第３方向一方側表面に配置される磁界センサと、
を備え、
前記磁界センサは、第１磁界検出部と、第２磁界検出部と、を有し、
前記基板は、第１配線と、第２配線と、を有し、
前記第１配線の一端部と前記第２配線の一端部とは、電気的に接続され、
前記第１配線の他端部と前記第２配線の他端部とは、電気的に接続され、
前記第１配線は、前記第２方向に延びる第１往路部と、前記第２方向に延びる第１復路部と、を含み、
前記第１復路部は、前記第１往路部に対して前記第１方向一方側に配置され、前記第１往路部と電気的に接続され、
前記第１磁界検出部は、前記第１方向および前記第２方向を含む平面の平面視において、前記第１往路部の前記第２方向両端位置間の第１の第２方向領域に配置され、
前記第２磁界検出部は、前記平面視において、前記第１復路部の前記第２方向両端位置間の第２の第２方向領域に配置され、
前記第２配線は、前記平面視において、前記第１の第２方向領域および前記第２の第２方向領域ともに重ならない構成としている（第５の構成）。

また、上記第５の構成において、前記第１往路部と前記第１復路部との間は、負荷を介した連結部により連結されることとしてもよい（第６の構成）。

また、上記第５または第６の構成において、前記第１配線と前記第２配線は、同一層の配線に含まれることとしてもよい（第７の構成）。

また、上記第１から第７のいずれかの構成において、前記第１配線および前記第２配線のそれぞれの幅、厚み、経路長、および材質の少なくともいずれかは異なっていることとしてもよい（第８の構成）。

また、上記第１から第８のいずれかの構成において、前記第１磁界検出部および前記第２磁界検出部は、ＭＩ（磁気インピーダンス）効果素子を用いて磁界を検出することとしてもよい（第９の構成）。

本発明の電流検出装置によれば、低損失であり、且つ、検出可能な電流量を増やすことができる。

磁界センサのＩＣパッケージをｚ軸方向一方側から視た平面図である。 磁界センサのブロック構成図である。 駆動電流とピックアップコイルに生じる誘起電圧の一例を示す波形図である。 比較例に係る電流検出装置のｚ軸方向一方側から視た平面図である。 図４におけるＡ−Ａ断面図である。 図４におけるｙ軸方向領域を示すための平面図である。 往路部の幅および復路部の幅と、電流検出感度との相関関係の一例を示す図である。 磁界センサと配線との間のｚ軸方向の距離と、電流検出感度との相関関係の一例を示す図である。 往路部と復路部との間のｘ軸方向の距離と、電流検出感度との相関関係の一例を示す図である。 第１実施形態に係る電流検出装置のｚ軸方向一方側から視た平面図である。 図８におけるＡ−Ａ断面図である。 図８におけるＢ−Ｂ断面図である。 第１実施形態におけるｙ軸方向領域を示すための平面図である。 第１実施形態の変形例を示す平面図である。 第２実施形態に係る電流検出装置のｚ軸方向一方側から視た平面図である。 第２実施形態におけるｙ軸方向領域を示すための平面図である。 第３実施形態に係る電流検出装置のｚ軸方向一方側から視た平面図である。 第１実施例に係る測定対象システムの模式図である。 第２実施例に係る測定対象システムの模式図である。 第３実施例に係る測定対象システムの模式図である。

以下に本発明の一実施形態について図面を参照して説明する。なお、図面において、互いに直交するｘ軸方向（第１方向）、ｙ軸方向（第２方向）、およびｚ軸方向（第３方向）を示す場合がある。この場合、矢印の指し示す側を一方側、その反対側を他方側と称する。

＜１．磁界センサの構成＞
まず、本発明の実施形態に係る電流検出装置に用いられる磁界センサの構成について説明する。図１は、磁界センサ１のＩＣパッケージをｚ軸方向一方側から視た平面図である。図１では、ＩＣパッケージ内部に設けられる第１磁界検出部１１および第２磁界検出部１２の位置を示している。なお、図１において、ＩＣパッケージの紙面右上端部に示す黒丸は、ＩＣパッケージの隅の位置を特定するために便宜上図示しており、他の図面で磁界センサ１を図示する場合も黒丸を表記している。

図１に示すように、磁界センサ１のＩＣパッケージは、平面視（ｘ軸方向およびｙ軸方向を含む平面）において、ｘ軸方向に延びる辺およびｙ軸方向に延びる辺を有する矩形状である。

第１磁界検出部１１のｘ軸方向中心位置は、ＩＣパッケージのｘ軸方向中心位置ｘ０よりｘ軸方向他方側に距離ＤＸ１だけ離れている。第２磁界検出部１２のｘ軸方向中心位置は、ｘ軸方向中心位置ｘ０よりｘ軸方向一方側に距離ＤＸ２だけ離れている。そして、ＤＸ１＝ＤＸ２である。

また、第１磁界検出部１１のｙ軸方向中心位置および第２磁界検出部１２のｙ軸方向中心位置は、ともにＩＣパッケージのＹ軸方向他方側端よりｙ軸方向一方側に距離ＤＹだけ離れている。

図２は、磁界センサ１のブロック構成図である。磁界センサ１は、第１磁界検出部１１と、第２磁界検出部１２と、第１サンプル／ホールド部１４１と、第２サンプル／ホールド部１４２と、第１アンプ部１５１と、第２アンプ部１５２と、減算部１６と、発振部１７と、パルス駆動部１８と、を有しており、これらの構成要素は、一つのＩＣチップに集積化される。

第１磁界検出部１１および第２磁界検出部１２のそれぞれは、共有の磁気インピーダンス効果素子（ＭＩ効果素子）１３と、これに巻回されたコイルＬ１、Ｌ２を含み、コイルＬ１、Ｌ２のそれぞれの両端間に生じる誘起電圧をセンサ信号Ｓ１１、Ｓ１２として出力する。ＭＩ効果素子１３は、例えば、アモルファスワイヤとして構成される。

第１サンプル／ホールド部１４１および第２サンプル／ホールド部１４２は、それぞれ、クロック信号ＣＬＫに同期して所定の位相におけるセンサ信号Ｓ１１、Ｓ１２の信号値（例えばピーク値）をサンプル／ホールドすることにより、サンプル／ホールド信号Ｓ２１、Ｓ２２を生成する。

第１アンプ部１５１および第２アンプ部１５２のそれぞれは、サンプル／ホールド信号Ｓ２１、Ｓ２２をそれぞれ所定のゲインで増幅することにより、増幅信号Ｓ３１、Ｓ３２を生成する。減算部１６は、増幅信号Ｓ３１から増幅信号Ｓ３２を減算して出力信号Ｓ４０を生成する。

発振部１７は、所定周波数のクロック信号ＣＬＫを生成し、これをサンプル／ホールド部１４１、１４２とパルス駆動部１８に供給する。パルス駆動部１８は、クロック信号ＣＬＫに同期してパルス波状の駆動電流Ｉｐを生成し、これをＭＩ効果素子１３に供給する。

ここで、ＭＩ効果素子１３を用いた磁界検出方法の原理について述べる。ＭＩ効果素子１３に通電していないときは、ＭＩ効果素子１３において電子スピンは周方向に向く。なお、周方向とは、ＭＩ効果素子１３の軸方向周りの方向である。そして、通電していないＭＩ効果素子１３に外部磁界が印加されると、電子スピンは傾く。ここで、ＭＩ効果素子１３に通電すると、電流により生じる周方向の磁界により電子スピンが回転し、周方向の一方向に揃う。この回転の際に生じるＭＩ効果素子１３の軸方向の磁気ベクトル変化の速度に比例した誘起電圧がピックアップコイル（コイルＬ１１、Ｌ１２）に発生する。その後、通電を解除すると、電子スピンは外部磁界に応じた傾いた状態に変化し、その際のＭＩ効果素子１３の軸方向の磁気ベクトル変化の速度に比例した誘起電圧がピックアップコイルに発生する。

従って、図３に示すように、ＭＩ効果素子１３に通電されていない状態から駆動電流Ｉｐにより通電されると（パルス波の立上り）、コイルＬ１１、Ｌ１２に外部磁界に応じた誘起電圧ＶＨが発生し、センサ信号Ｓ１１、Ｓ１２として出力される。また、ＭＩ効果素子１３が通電された状態から駆動電流Ｉｐによる通電が停止されると（パルス波の立下り）、コイルＬ１１、Ｌ１２に先の誘起電圧とは逆極性の誘起電圧ＶＬが発生し、センサ信号Ｓ１１、Ｓ１２として出力される。なお、外部磁界の向きが逆となると、発生する誘起電圧の極性も逆となる。

すなわち、パルス波状の駆動電流Ｉｐにより誘起電圧ＶＨ、ＶＬが発生するので、サンプル／ホールド部１４１、１４２は、センサ信号Ｓ１１、Ｓ１２のピーク値を取得する場合は、誘起電圧ＶＨのピーク値ＰＨと誘起電圧ＶＬのピーク値ＰＬのうちいずれを取得してもよい。

＜２．比較例＞
ここで、本発明の実施形態の理解を助けるため、当該実施形態を説明する前に比較例に係る電流検出装置について説明する。

図４は、比較例に係る電流検出装置５０のｚ軸方向一方側から視た平面図である。また、図５は、図４における磁界検出部１１、１２をｘ軸方向に横切るＡ−Ａ切断線で切断した場合のＡ−Ａ断面図である。

図４に示すように、比較例に係る電流検出装置５０は、ｘ軸方向およびｙ軸方向を含む平面状に拡がってｚ軸方向に厚みを有するプリント基板２０と、磁界センサ１と、を含む。プリント基板２０には、配線２０Ａが形成される。配線２０Ａは、例えば、銅箔により形成される。配線２０Ａは、測定対象電流Ｉが流れる経路である。

配線２０Ａは、ｙ軸方向に延びる往路部２０１と、ｙ軸方向に延びる復路部２０２と、連結部２０３と、を含む。往路部２０１と復路部２０２は、ｘ軸方向に配列される。連結部２０３は、往路部２０１のｙ軸方向一方側端と復路部２０２のｙ軸方向一方側端とをｘ軸方向に連結する。これにより、図４に示すように、往路部２０１、復路部２０２、および連結部２０３により、平面視でコの字状が形成される。なお、連結部２０３を湾曲させた形状とし、往路部２０１、復路部２０２、および連結部２０３によりＵ字状を形成してもよい。

図４に示すように、測定対象電流Ｉは、往路部２０１をｙ軸方向一方側へ流れ、連結部２０３を介して復路部２０２に流れ込み、復路部２０２をｙ軸方向他方側へ流れる。なお、測定対象電流Ｉは、復路部２０２をｙ軸方向一方側へ流れた場合は、連結部２０３を介して往路部２０１に流れ込み、往路部２０１をｙ軸方向他方側へ流れる。このように、往路部２０１と復路部２０２は、測定対象電流Ｉが互いに逆向きに流れるよう設けられる。

また、図５に示すように、磁界センサ１は、プリント基板２０のｚ軸方向一方側表面２０Ｓに配置される。図６に示すように、第１磁界検出部１１は、平面視において、往路部２０１のｙ軸方向両端位置間のｙ軸方向領域Ｒ２０１に配置される。第２磁界検出部１２は、平面視において、復路部２０２のｙ軸方向両端位置間のｙ軸方向領域Ｒ２０２に配置される。図６では、ｙ軸方向領域Ｒ２０１，Ｒ２０２ともにｘ軸方向に延びる２つの破線にｙ軸方向に挟まれる領域である。

図５に示すように、往路部２０１のｘ軸方向の幅と、復路部２０２のｘ軸方向の幅Ｗ２とは、幅Ｗで同じである。そして、図４に示すように、平面視において、往路部２０１のｘ軸方向中心位置は、ｘ軸方向中心位置ｘ０よりｘ軸方向他方側に距離Ｄｘ１１だけ離れており、復路部２０２のｘ軸方向中心位置は、ｘ軸方向中心位置ｘ０よりｘ軸方向一方側に距離Ｄｘ１２だけ離れている。Ｄｘ１１＝Ｄｘ１２とされている。

図５に示すように、往路部２０１をｙ軸方向一方側へ流れる測定対象電流Ｉによって、ｙ軸方向一方側へ視て右回りに磁界Ｍ１が発生し、復路部２０２をｙ軸方向他方側へ流れる測定対象電流Ｉによって、ｙ軸方向一方側へ視て左回りに磁界Ｍ２が発生する。これにより、第１磁界検出部１１に対してｘ軸方向一方側に向かう測定対象磁界（＋ｂ）が印加され、第２磁界検出部１２に対してｘ軸方向他方側に向かう測定対象磁界（−ｂ’）が印加される。ここで、ｂとｂ’とはほぼ同一となる。すなわち、第１磁界検出部１１および第２磁界検出部１２に対してそれぞれ印加される測定対象磁界は、逆方向且つ絶対値が略同一となる。

このとき、図２に示すように、第１磁界検出部１１に対して測定対象磁界（＋ｂ）が印加され、第２磁界検出部１２に対して測定対象磁界（−ｂ’）が印加される。測定対象磁界（＋ｂ）に応じて生成されるセンサ信号Ｓ２１は正値であり、測定対象磁界（−ｂ）に応じて生成されるセンサ信号Ｓ２２は負値であり、センサ信号Ｓ２１とＳ２２の絶対値は略同一となる。そして、第１アンプ部１５１および第２アンプ部１５２のゲイン値は、ゲイン値αで等しいとすると、センサ信号Ｓ２１、Ｓ２２をそれぞれα倍して増幅信号Ｓ３１、Ｓ３２が生成され、減算部１６によって増幅信号Ｓ３１からＳ３２を減算され、出力信号Ｓ４０が生成される。これにより、出力信号Ｓ４０は、センサ信号Ｓ２１をα倍した値をさらに２倍した正値となる。

すなわち、図４および図５に示すように、測定対象電流Ｉが往路部２０１をｙ軸方向一方側へ流れる場合に、出力信号Ｓ４０は正値となる。なお、測定対象電流Ｉが復路部２０２をｙ軸方向一方側へ流れる場合は、第１磁界検出部１１に対して測定対象磁界（−ｂ）が印加され、第２磁界検出部１２に対して測定対象磁界（＋ｂ’）が印加されるため、センサ信号Ｓ２１が負値、Ｓ２２が正値となり、出力信号Ｓ４０は負値となる。

このように、電流検出装置５０によれば、測定対象電流Ｉに応じた出力信号Ｓ４０を生成することにより、測定対象電流Ｉを検出可能となる。特に、第１磁界検出部１１および第２磁界検出部１２はＭＩ効果素子１３を用いて磁界を検出するので、磁界検出の感度が高くなり、導体である往路部２０１および復路部２０２を第１磁界検出部１１および第２磁界検出部１２に近づける必要が無く、往路部２０１および復路部２０２を磁界センサ１とは別のプリント基板２０に設けることができる。従って、従来のような引き込み型の電流センサよりも損失を抑えることができる。

なお、第１磁界検出部１１および第２磁界検出部１２には、電流検出装置５０の置かれた環境に依存して外乱となる環境磁界が印加されうる。この場合、第１磁界検出部１１および第２磁界検出部１２に対してそれぞれ印加される環境磁界は、互いに同相（＋ａまたは−ａ）となる。図２には、一例として同相（＋ａ）が印加される場合を示すが、この場合、減算部１６により増幅信号Ｓ３１、Ｓ３２がキャンセルされ、出力信号Ｓ４０はゼロとなる。すなわち、環境磁界の影響がキャンセルされた出力信号Ｓ４０を得ることができる。

また、図５に示すプリント基板２０における各パラメータを調整することで、第１磁界検出部１１および第２磁界検出部１２に印加する磁界を調整して、電流検出感度を調整することができる。ここで、電流検出感度とは、測定対象電流Ｉの１Ａの変化に対する出力信号Ｓ４０の変化を示す値である。

例えば、図５に示す往路部２０１および復路部２０２の幅Ｗと、電流検出感度との相関関係の一例を図７Ａに示す。図７Ａに示すように、幅Ｗを広くする程、電流検出感度は低くなる。また、図５に示す磁界センサ１（すなわちプリント基板２０のｚ軸方向一方側表面２０Ｓ）と配線２０Ａとの間のｚ軸方向の距離Ｄｚと、電流検出感度との相関関係の一例を図７Ｂに示す。図７Ｂに示すように、距離Ｄｚが長くなる程、電流検出感度は低くなる。また、図５に示す往路部２０１と復路部２０２との間のｘ軸方向の距離Ｓと、電流検出感度との相関関係の一例を図７Ｃに示す。図７Ｃに示すように、距離Ｓが長くなる程、電流検出感度は低くなる。

このように、電流検出装置５０では、磁界センサ１は共通でプリント基板２０のパラメータを調整することで電流検出感度を調整できるので、従来の引き込み型の電流センサのように電流検出感度ごとに製品を用意する必要が無い。また、引き込み型の電流センサでは、電流検出感度が製品ごととなるので、電流検出感度の細かい調整ができないが、電流検出装置５０であれば、電流検出感度の細かい調整が可能となる。

しかしながら、電流検出装置５０では、プリント基板２０における配線２０Ａを単層としているので、測定対象電流Ｉを増加させようとすると、発熱を抑えるために配線２０Ａの幅を広くしたり、配線２０Ａの厚みを厚くする必要がある。しかしながら、配線２０Ａの幅を広くするとプリント基板２０のコンパクト化の妨げとなったり、配線２０Ａの厚みを厚くするとプリント基板２０が高価となる虞があった。また、増加させた測定対象電流Ｉに対しては、磁界センサ１が飽和する虞もあった。このように電流検出装置５０には、測定対象電流の増加に際して改善の余地があった。

＜３．第１実施形態＞
次に、本発明の第１実施形態に係る電流検出装置について説明する。図８は、第１実施形態に係る電流検出装置５のｚ軸方向一方側から視た平面図である。図９は、図８におけるＡ−Ａ切断線で切断した場合のＡ−Ａ断面図である。図１０は、図８におけるＢ−Ｂ切断線で切断した場合のＢ−Ｂ断面図である。

電流検出装置５は、磁界センサ１と、ｘ軸方向およびｙ軸方向を含む平面状に拡がってｚ軸方向に厚みを有するプリント基板２と、を有する。磁界センサ１は、プリント基板２のｚ軸方向一方側表面２Ｓに配置される。プリント基板２は、１層目である第１配線２１と、２層目である第２配線２２と、を含む。第２配線２２は、第１配線２１よりｚ軸方向他方側に配置される。第１配線２１および第２配線２２は、例えば銅箔により形成される。

図８に示すように、第１配線２１は、平面視において、先述した比較例に係る配線２０Ａ（図４）と同一の形状である。第１配線２１は、往路部２１１と、復路部２１２と、連結部２１３と、を含む。第１配線２１は、電流経路上に沿って一定の幅Ｗ２１を有する。

第１配線２１の電流流入部２１Ａ付近にｚ軸方向に延びるスルーホール２３１が形成される。スルーホールとは、内部に導体が充填された、または内壁面に導体が形成された貫通孔である。第１配線２１の電流流出部２１Ｂ付近にｚ軸方向に延びるスルーホール２３２が形成される。第１配線２１と第２配線２２とは、スルーホール２３１，２３２により接続される。

第２配線２２は、スルーホール２３１との接続箇所が配線の開始箇所であり、スルーホール２３２との接続箇所が配線の終了箇所である。第２配線２２は、図８に示すように、平面視において第１配線２１の一部と同一形状であり、平面視で第２配線２２の全部が第１配線２１と重なる。第２配線２２は、電流経路上に沿って一定の幅Ｗ２２を有する。Ｗ２１＝Ｗ２２である。

第２配線２２は、平面視で往路部２１１と重なる往路部２２１と、平面視で復路部２１２と重なる復路部２２２と、平面視で連結部２１３と重なる連結部２２３と、を含む。

電流流入部２１Ａに流入した測定対象電流Ｉは、第１配線２１を流れる第１電流Ｉ１と、スルーホール２３１を介して第２配線２２に流れ込む第２電流Ｉ２と、に分配される。第１電流Ｉ１は、往路部２１１、連結部２１３、および復路部２１２を順に流れる。第２電流Ｉ２は、往路部２２１、連結部２２３、および復路部２２２を順に流れる。そして、２電流Ｉ２はスルーホール２３２を介して電流流出部２１Ｂに流れ込み、第１電流Ｉ１と合成され、測定対象電流Ｉとなる。なお、電流流出部２１Ｂに測定対象電流Ｉが流入し、電流流入部２１Ａから測定対象電流Ｉが流出することも可能である。その場合、第１電流Ｉ１および第２電流Ｉ２は、先述と逆方向に流れる。

これにより、図９に示すように、往路部２１１ではｙ軸方向一方側へ流れる第１電流Ｉ１によりｙ軸一方側へ視て右回りの磁界Ｍ１１が発生する。往路部２２１ではｙ軸方向一方側へ流れる第２電流Ｉ２によりｙ軸一方側へ視て右回りの磁界Ｍ１２が発生する。復路部２１２ではｙ軸方向他方側へ流れる第１電流Ｉ１によりｙ軸一方側へ視て左回りの磁界Ｍ２１が発生する。復路部２２２ではｙ軸方向他方側へ流れる第２電流Ｉ２によりｙ軸一方側へ視て左回りの磁界Ｍ２２が発生する。

ここで、図１１に示すように、第１磁界検出部１１は、平面視において、往路部２１１のｙ軸方向両端位置間のｙ軸方向領域Ｒ２１１に配置され、且つ、平面視において、往路部２２１のｙ軸方向両端位置間のｙ軸方向領域Ｒ２２１に配置される。第２磁界検出部１２は、平面視において、復路部２１２のｙ軸方向両端位置間のｙ軸方向領域Ｒ２１２に配置され、且つ、平面視において、復路部２２２のｙ軸方向両端位置間のｙ軸方向領域Ｒ２２２に配置される。図１１では、ｙ軸方向領域Ｒ２１１、Ｒ２２１、Ｒ２１２、Ｒ２２２ともにｘ軸方向に延びる２つの破線にｙ軸方向に挟まれる領域である。

これにより、第１磁界検出部１１には、磁界Ｍ１１による磁界（＋ｂ１）と、磁界Ｍ１２による磁界（＋ｂ２）とが印加され、第２磁界検出部１１２には、磁界Ｍ２１による磁界（−ｂ１’）と、磁界Ｍ２２による磁界（−ｂ２’）とが印加される。ｂ１とｂ１’、ｂ２とｂ２’は、それぞれほぼ等しい。

従って、図２に示す構成により、第１磁界検出部１１に印加される磁界（＋ｂ１、＋ｂ２）に応じたサンプル／ホールド信号Ｓ２１が生成されるとともに、第２磁界検出部１２に印加される磁界（−ｂ１’、−ｂ２’）に応じたサンプル／ホールド信号Ｓ２２が生成される。これにより、測定対象電流Ｉの検出信号としての出力信号Ｓ４０が生成される。

このように本実施形態では、測定対象電流Ｉを分配した第１電流Ｉ１および第２電流Ｉ２のそれぞれにより発生する磁界を磁界センサ１に検出させることで、測定対象電流Ｉを検出可能としている。

特に本実施形態では、プリント基板２における配線を２層構成としているので、測定対象電流Ｉを増加させても、同一層配線の幅を広げるよりもプリント基板２をコンパクト化できたり、同一層配線で厚みを厚くするよりもプリント基板２を安価にすることができる。

また、図８および図９に示す構成例では、第１配線２１の幅Ｗ２１と第２配線２２の幅Ｗ２２は同一とし、第１配線２１の厚みｔ２１と第２配線２２の厚みｔ２２は同一としている。さらに、第１配線２１におけるスルーホール２３１との接続箇所からスルーホール２３２との接続箇所までの経路長Ｌ２１（図１１）は、第２配線２２におけるスルーホール２３１との接続箇所からスルーホール２３２との接続箇所までの経路長Ｌ２２（図１１）と同一としている。

これにより、第１配線２１と第２配線２２を同一の導電性材により形成した場合、第１配線２１のスルーホール２３１、２３２との接続箇所間の抵抗値（以下、第１抵抗値）は、第２配線２２のスルーホール２３１、２３２との接続箇所間の抵抗値（以下、第２抵抗値）とほぼ同一となる。従って、測定対象電流Ｉは、第１電流Ｉ１と第２電流Ｉ２とに等分配される。

しかしながら、これに限らず、幅Ｗ２１とＷ２２を異ならせてもよいし、厚みｔ２１とｔ２２とを異ならせてもよいし、経路長Ｌ２１とＬ２２とを異ならせてもよい。図１２は、第２配線２２の経路長Ｌ２２を第１配線２１の経路長Ｌ２１よりも長くした変形例を示す平面図である。または、第１配線２１と第２配線２２を異なる導電性材により形成してもよい。

このようにすれば、第１抵抗値と第２抵抗値を調整することで、第１電流Ｉ１と第２電流Ｉ２との分配率を調整できる。

また、上記のように幅Ｗ２１とＷ２２とを異ならせることで、電流検出感度を調整できる。また、図９に示す第１配線２１における往路部２１１と復路部２１２との間のｘ軸方向距離Ｓ１と、第２配線２２における往路部２２１と復路部２２２との間のｘ軸方向距離Ｓ２と、を異ならせることでも、電流検出感度を調整できる。さらに、図９に示す磁界センサ１（すなわちプリント基板２のｚ軸方向一方側表面２Ｓ）と第１配線２１との間のｚ軸方向距離Ｄｚ１と、磁界センサ１と第２配線２２との間のｚ軸方向距離Ｄｚ２と、を調整することにより、電流検出感度を調整できる。

＜４．第２実施形態＞
次に、本発明の第２実施形態について説明する。図１３は、第２実施形態に係る電流検出装置５のｚ軸方向一方側から視た平面図である。

図１３に示す電流検出装置５の先述した第１実施形態（図８）との相違点は、第２配線２２に含まれる往路部２２１、復路部２２２、および連結部２２３の構成である。具体的には、平面視において、往路部２１１が電流経路の上流側よりｙ軸方向一方側へ延びて形成されるのに対し、往路部２２１は電流経路の上流側よりｙ軸方向他方側へ延びて形成される。また、平面視において、復路部２１２が電流経路の下流側よりｙ軸方向一方側へ延びて形成されるのに対し、復路部２２２は電流経路の下流側よりｙ軸方向他方側へ延びて形成される。連結部２２３は、往路部２２１のｙ軸方向他方側端と復路部２２２のｙ軸方向他方側端とを連結する。

これにより、図１４に示すように、第１磁界検出部１１は、平面視において、往路部２１１のｙ軸方向両端位置間のｙ軸方向領域Ｒ２１１に配置される。第２磁界検出部１２は、平面視において、復路部２１２のｙ軸方向両端位置間のｙ軸方向領域Ｒ２１２に配置される。図１４では、ｙ軸方向領域Ｒ２１１、Ｒ２１２ともにｘ軸方向に延びる２つの破線にｙ軸方向に挟まれる領域である。そして、第２配線２２は、平面視において、ｙ軸方向領域Ｒ２１１、Ｒ２１２とは重ならない。

このようにすれば、往路部２１１および復路部２１２において第１電流Ｉ１により発生する磁界を第１磁界検出部１１および第２磁界検出部１２により検出させるとともに、往路部２２１および復路部２２２において第２電流Ｉ２により発生する磁界は第１磁界検出部１１および第２磁界検出部１２により検出させないようにすることができる。これにより、測定対象電流Ｉを増加させても、測定対象電流Ｉよりも少ない第１電流Ｉ１のみを磁界センサ１により検出させるので、磁界センサ１の飽和を回避できる。

なお、磁界センサ１により検出される第１電流Ｉ１と、第１電流Ｉ１と第２電流Ｉ２の分配比率に基づき、測定対象電流Ｉを検出することが可能となる。第１配線２１および第２配線２２の各幅等のパラメータ調整により、第１抵抗値と第２抵抗値を調整することで、第１電流Ｉ１と第２電流Ｉ２との分配率を調整できることは、第１実施形態と同様である。

＜５．第３実施形態＞
本発明の第３実施形態は、第２実施形態の変形例である。図１５は、第３実施形態に係る電流検出装置５のｚ軸方向一方側から視た平面図である。

本実施形態では、プリント基板２に形成される配線は同一層の配線２０Ｂであり、単層配線２０Ｂは、分岐する第１配線２１００と第２配線２２００を含む。第１配線２１００は、往路部２１１と復路部２１２を含む。第２配線２２００は、往路部２２１と復路部２２２を含む。第１配線２１００を第１電流Ｉ１が流れ、第２配線２２００を第２電流Ｉ２が流れる。

図１５に示すように、第１磁界検出部１１は、平面視において、往路部２１１のｙ軸方向両端位置間のｙ軸方向領域Ｒ２１１に配置される。第２磁界検出部１２は、平面視において、復路部２１２のｙ軸方向両端位置間のｙ軸方向領域Ｒ２１２に配置される。図１５では、ｙ軸方向領域Ｒ２１１、Ｒ２１２ともにｘ軸方向に延びる２つの破線にｙ軸方向に挟まれる領域である。そして、第２配線２２００は、平面視において、ｙ軸方向領域Ｒ２１１、Ｒ２１２とは重ならない。

このような第３実施形態によっても、第２実施形態と同様の作用効果を享受できる。

＜６．測定対象システム＞
次に、先述した電流検出装置５を含めた測定対象システムの各種実施例について説明する。

図１６は、第１実施例に係る測定対象システム１００１の模式図である。図１６に示す測定対象システム１００１は、第１実施形態に係る電流検出装置５を含む。電源Ｅの正極端と負荷Ｚとの間の経路上に電流検出装置５を設ける。電流検出装置５は、電源Ｅの正極端から負荷Ｚへ流れる測定対象電流Ｉを検出する。

図１７は、第２実施例に係る測定対象システム１００２の模式図である。測定対象システム１００２は、測定対象システム１００１（図１６）の変形例である。具体的には、往路部２２１と復路部２２２との間は連結部２２３により直接的に接続するが、往路部２１１と復路部２１２との間は図１６のように連結部２１３により直接的に接続するのではなく、負荷Ｚ２を介した連結部２１４で連結させる。これにより、第１電流Ｉ１は、往路部２１１から負荷Ｚ２を介して復路部２１２へ流れ込む。

なお、上記第２実施例の変形例として、往路部２２１と復路部２２２との間を負荷を介した連結部によって連結してもよい。

図１８は、第３実施例に係る測定対象システム１００３の模式図である。図１８に示す測定対象システム１００３は、第２実施形態に係る電流検出装置５の変形例を含む。電源Ｅの正極端と負荷Ｚ１との間の経路上に電流検出装置５を設ける。往路部２２１と復路部２２２との間は連結部２２３で直接的に連結するが、往路部２１１と復路部２１２との間は負荷Ｚ２を介した連結部２１４で連結する。これにより、第１電流Ｉ１は、往路部２１１から負荷Ｚ２を介して復路部２１２へ流れ込む。

なお、上記第３実施例の変形例として、往路部２２１と復路部２２２との間を負荷を介した連結部によって連結してもよい。

＜７．その他＞
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明の趣旨の範囲内であれば、実施形態は種々の変更が可能である。

例えば、プリント基板２において、３層目以降の配線を追加してもよい。この場合、３層目以降の配線は、第１実施形態の第２配線２２と同様であってもよいし、第２実施形態の第２配線２２と同様であってもよい。

本発明は、例えば、産業機器用の電流検出装置に利用することができる。

１ 磁界センサ
１１ 第１磁界検出部
１２ 第２磁界検出部
１３ ＭＩ（磁気インピーダンス）効果素子
１４１ 第１サンプル／ホールド部
１４２ 第２サンプル／ホールド部
１５１ 第１アンプ部
１５２ 第２アンプ部
１６ 減算部
１７ 発振部
１８ パルス駆動部
２ プリント基板
２１ 第１配線
２１Ａ 電流流入部
２１Ｂ 電流流出部
２１１ 往路部
２１２ 復路部
２１３、２１４ 連結部
２２ 第２配線
２２１ 往路部
２２２ 復路部
２２３ 連結部
２３１、２３２ スルーホール
２１００ 第１配線
２２００ 第２配線
５ 電流検出装置
１００１〜１００３ 測定対象システム
Ｅ 電源
Ｚ、Ｚ１、Ｚ２ 負荷

Claims (9)

1. 第１方向、第２方向および第３方向は互いに直交するとして、
   前記第１方向および前記第２方向を含む平面状に拡がり、前記第３方向に厚みを有する基板と、
   前記基板の前記第３方向一方側表面に配置される磁界センサと、
   を備え、
   前記磁界センサは、第１磁界検出部と、第２磁界検出部と、を有し、
   前記基板は、第１配線と、前記第１配線より前記第３方向他方側に配置される第２配線と、を有し、
   前記第１配線の一端部と前記第２配線の一端部とは、電気的に接続され、
   前記第１配線の他端部と前記第２配線の他端部とは、電気的に接続され、
   前記第１配線は、前記第２方向に延びる第１往路部と、前記第２方向に延びる第１復路部と、を含み、
   前記第１復路部は、前記第１往路部に対して前記第１方向一方側に配置され、前記第１往路部と電気的に接続され、
   前記第２配線は、前記第２方向に延びる第２往路部と、前記第２方向に延びる第２復路部と、を含み、
   前記第２復路部は、前記第２往路部に対して前記第１方向一方側に配置され、前記第２往路部と電気的に接続され、
   前記第１磁界検出部は、前記第１方向および前記第２方向を含む平面の平面視において、前記第１往路部の前記第２方向両端位置間の第１の第２方向領域に配置され、且つ、前記平面視において、前記第２往路部の前記第２方向両端位置間の第２の第２方向領域に配置され、
   前記第２磁界検出部は、前記平面視において、前記第１復路部の前記第２方向両端位置間の第３の第２方向領域に配置され、且つ、前記平面視において、前記第２復路部の前記第２方向両端位置間の第４の第２方向領域に配置される、
   電流検出装置。
2. 前記第１往路部の幅および前記第１復路部の幅は、同じ第１幅であり、
   前記第２往路部の幅および前記第２復路部の幅は、同じ第２幅であり、
   前記第１幅と前記第２幅と、は異なっている、請求項１に記載の電流検出装置。
3. 前記第１往路部と前記第１復路部との間の前記第１方向距離と、前記第２往路部と前記第２復路部との間の前記第１方向距離と、は異なっている、請求項１または請求項２に記載の電流検出装置。
4. 前記第１往路部と前記第１復路部との間と、前記第２往路部と前記第２復路部との間との少なくとも一方は、負荷を介した連結部により連結される、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の電流検出装置。
5. 第１方向、第２方向および第３方向は互いに直交するとして、
   前記第１方向および前記第２方向を含む平面状に拡がり、前記第３方向に厚みを有する基板と、
   前記基板の前記第３方向一方側表面に配置される磁界センサと、
   を備え、
   前記磁界センサは、第１磁界検出部と、第２磁界検出部と、を有し、
   前記基板は、第１配線と、第２配線と、を有し、
   前記第１配線の一端部と前記第２配線の一端部とは、電気的に接続され、
   前記第１配線の他端部と前記第２配線の他端部とは、電気的に接続され、
   前記第１配線は、前記第２方向に延びる第１往路部と、前記第２方向に延びる第１復路部と、を含み、
   前記第１復路部は、前記第１往路部に対して前記第１方向一方側に配置され、前記第１往路部と電気的に接続され、
   前記第１磁界検出部は、前記第１方向および前記第２方向を含む平面の平面視において、前記第１往路部の前記第２方向両端位置間の第１の第２方向領域に配置され、
   前記第２磁界検出部は、前記平面視において、前記第１復路部の前記第２方向両端位置間の第２の第２方向領域に配置され、
   前記第２配線は、前記平面視において、前記第１の第２方向領域および前記第２の第２方向領域ともに重ならない、
   電流検出装置。
6. 前記第１往路部と前記第１復路部との間は、負荷を介した連結部により連結される、請求項５に記載の電流検出装置。
7. 前記第１配線と前記第２配線は、同一層の配線に含まれる、請求項５または請求項６に記載の電流検出装置。
8. 前記第１配線および前記第２配線のそれぞれの幅、厚み、経路長、および材質の少なくともいずれかは異なっている、請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の電流検出装置。
9. 前記第１磁界検出部および前記第２磁界検出部は、ＭＩ（磁気インピーダンス）効果素子を用いて磁界を検出する、請求項１から請求項８のいずれか１項に記載の電流検出装置。

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