JP2022117289A - 電流センサおよびそれを備えた電気制御装置 - Google Patents

電流センサおよびそれを備えた電気制御装置 Download PDF

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Abstract

【課題】外乱磁場の影響を受けにくく、高い精度で電流の検出を行うことのできる電流センサを提供する。【解決手段】電流センサは、磁気検出部と、第1軟磁性体とを有する。磁気検出部は、導体を第1方向に沿って流れる電流により発生する第2方向の磁束が付与される。第1軟磁性体は、第1部分と、導体と第1部分との間に配置される第2部分と、第1部分と第2部分とを磁気的に繋ぐ第3部分とを含む。第1軟磁性体は、導体および磁気検出部の双方と離間しつつ、第2方向と直交する第1平面に沿って磁気検出部を第1部分、第2部分および第3部分により取り囲んでいる。【選択図】図1

Description

本発明は、電流センサ、およびそれを備えた電気制御装置、に関する。
近年、ハイブリッド電気自動車(HEV: Hybrid Electric Vehicle)や電気自動車(EV: Electric Vehicle)等のバッテリーの残量の測定、モータの駆動電流の測定や、コンバータ、インバータ等の電力制御機器に、電流センサが用いられている。電流センサとしては、バスバー等の導体に電流が流れることにより発生する磁場を検出可能な磁気検出素子を含む磁気センサを備えるものが知られている。電流センサは、例えば、AMR(Anisotropic Magneto Resistive effect)素子、GMR(GiantMagnetoResistive effect)素子、TMR(TunnelMagnetoResistive effect)素子等の磁気抵抗効果素子や、ホール素子等の磁気検出素子を有する。
電流センサでは、それらの磁気抵抗効果素子や磁気検出素子により、バスバー等の導体に流れる電流が非接触状態で検出されるようになっている。
例えば特許文献1には、空隙(ギャップ)を有するリング状の磁性体コアと、その空隙に配置された磁気検出素子を含む磁気センサとを備えた電流センサが開示されている。特許文献1の電流センサでは、導体から発生する磁束を磁性体コアに集束させ、空隙に配置されている磁気検出素子に、磁性体コアにより集束された磁束を印加させることができる。
特開2019-78542号公報
ところで、磁気センサを有する電流センサでは、測定精度への外乱磁場の影響が及びにくいことが望まれる。
よって、外乱磁場の影響を受けにくく、高い精度で電流の検出を行うことのできる電流センサ、およびそれを備えた電気制御装置を提供することが望まれる。
本発明の第1の実施態様としての電流センサは、磁気検出部と、第1軟磁性体とを有する。磁気検出部は、導体を第1方向に沿って流れる電流により発生する第2方向の磁束が付与される。第1軟磁性体は、第1部分と、導体と第1部分との間に配置される第2部分と、第1部分と第2部分とを磁気的に繋ぐ第3部分とを含む。第1軟磁性体は、導体および磁気検出部の双方と離間しつつ、第2方向と直交する第1平面に沿って磁気検出部を第1部分、第2部分および第3部分により取り囲んでいる。
本発明の第2の実施態様としての電流センサは、導体と、磁気検出部と、第1軟磁性体と、第2軟磁性体とを有する。導体は、第1導体部分と、第2導体部分とを含む。第1導体部分は、第1方向に延在し、電流が第1の向きに流れることにより第2方向の第1磁束を発生する。第2導体部分は、第1方向に延在し、電流が第1の向きと反対の第2の向きに流れることにより第2方向の第2磁束を発生する。磁気検出部は、記第1磁束および第2磁束が付与される。第1軟磁性体は、第1部分と、第2部分と、第3部分とを含む。第2部分は第1方向において第1部分と対向するように配置される。第3部分は、第1部分と第2部分とを磁気的に繋ぐ。第1軟磁性体は、導体および磁気検出部の双方と離間しつつ、第2方向と直交する第1平面に沿って磁気検出部を第1部分、第2部分および第3部分により取り囲んでいる。第2軟磁性体は、第1方向と直交する第3平面に沿って磁気検出部、第1導体部分および第2導体部分を取り囲んでいる。
本発明の一実施態様としての電気制御装置は、上記第1の実施態様としての電流センサまたは上記第2の実施態様としての電流センサを備える。
本発明の第1の実施態様としての電流センサおよび第2の実施態様としての電流センサによれば、磁気検出部に対する外乱磁場の影響を低減することができる。よって、高い測定精度を得ることができる。
なお、本発明の効果はこれに限定されるものではなく、以下に記載のいずれの効果であってもよい。
本発明の第1の実施の形態としての電流センサの全体構成例を表す斜視である。 図1に示した電流センサの断面を表す模式図である。 図1に示した電流センサの一部を拡大して表す模式図である。 図1に示した電流センサの概略構成を示すブロック図である。 図1に示した磁気検出部の回路構成を概略的に表す回路図である。 図1に示した磁気検出部に含まれる磁気抵抗効果素子の概略構成例を表す斜視図である。 図5に示した磁気抵抗効果素子の断面構成例を表す示す概略断面図である。 図1に示した電流センサの作用効果を説明するための第1の説明図である。 参考例としての電流センサでの挙動を説明するための説明図である。 図1に示した電流センサの作用効果を説明するための第2の説明図である。 図1に示した電流センサの作用効果を説明するための第3の説明図である。 図1に示した電流センサの作用効果を説明するための第4の説明図である。 本発明の第1の実施の形態の第1変形例としての電流センサの断面を表す模式図である。 本発明の第1の実施の形態の第2変形例としての電流センサの断面を表す模式図である。 本発明の第1の実施の形態の第3変形例としての電流センサの断面を表す模式図である。 本発明の第1の実施の形態の第4変形例としての電流センサの断面を表す模式図である。 本発明の第1の実施の形態の第5変形例としての電流センサの断面を表す模式図である。 本発明の第1の実施の形態の第6変形例としての電流センサの断面を表す模式図である。 本発明の第1の実施の形態の第7変形例としての電流センサの断面を表す模式図である。 本発明の第1の実施の形態の第8変形例としての電流センサの断面を表す模式図である。 本発明の第1の実施の形態の第9変形例としての電流センサの断面を表す模式図である。 本発明の第1の実施の形態の第10変形例としての電流センサの断面を表す模式図である。 本発明の第2の実施の形態としての電流センサの全体構成例を表す斜視である。 図22Aに示した電流センサの磁気シールドの構成例を表す平面図である。 図22Aに示した電流センサの作用を表す説明図である。 本発明の第2の実施の形態の第2変形例としての電流センサの全体構成例を表す斜視図である。 本発明の電気制御装置の構成例を表すブロック図である。
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、説明は以下の順序で行う。
0.背景
1.第1の実施の形態
導体の近傍に配置される電流センサの例。
2.第2の実施の形態
導体の近傍に配置される電流センサの例。
3.第3の実施の形態
電流センサを備えた電気制御装置の例。
<0.背景>
上述の特許文献1に開示の電流センサでは、導体から発生する磁場が強くなり、それにより磁性体コアが磁気的に飽和しやすくなる。このため、磁気センサの出力の線形性が劣化するおそれがある。磁性体コアの空隙(ギャップ)を広くしたり、磁性体コアの体積を大きくしたりすれば、磁気センサの出力の線形性の悪化を改善することができる。しかしながら、磁性体コアの空隙(ギャップ)を広げると、導体から発生する磁場以外の磁場(以下、「外乱磁場」という場合がある。)が磁気検出部に印加されやすくなり、電流センサによる検出精度が低下するおそれがある。
本出願人は、上記課題に鑑みて、磁気検出部に対する外乱磁場の影響を低減することができ、高い測定精度を得ることのできる電流センサ及び電気制御装置を提供する。
<1.第1の実施の形態>
[電流センサ1の構成]
最初に、図1から図6を参照して、本発明の第1の実施の形態としての電流センサ1の構成について説明する。図1は、電流センサ1の全体構成例を表す斜視図である。図1に示したように、電流センサ1は、例えば磁気検出部2と、集磁コア3と、磁気シールド4とを有する。電流センサ1は、例えば導体5の近傍に配置される。導体5は、例えばZ軸方向に延在している。導体5には、Z軸方向に沿って、電流センサ1の検出対象である電流Imが流れるようになっている。図2Aは、電流センサ1の、Z軸方向と直交するXY面の断面を表す模式図である。図2Bは、電流センサ1のうち、磁気検出部2および磁気シールド4のYZ面の断面を拡大して表す模式図である。電流センサ1では、導体5に電流ImがZ軸方向に沿って+Zの向きに流れると、導体5の周囲には磁束Bmが誘導される。磁束Bmは、例えば集磁コア3の内部を通過する。磁束Bmは、磁気検出部2に対し、例えばX軸方向に沿った-Xの向きに印加されるようになっている。すなわち、磁気検出部2は、磁束Bmが-Xの向きに通過する位置に配置される。本実施の形態では、導体5の幅に沿った方向をX軸方向とし、導体5の厚さ方向をY軸方向とする。
本実施の形態の「Z軸方向」、「X軸方向」、および「Y軸方向」は、それぞれ、本発明の「第1方向」、「第2方向」、および「第3方向」に対応する一具体例である。
(導体5)
導体5は、例えばCu(銅)などの高導電性非磁性材料により構成される。導体5は、例えばZ軸方向を長手方向とするように延在し、Y軸方向を厚み方向とする略板状体である。導体5は、おおよそ環状をなす集磁コア3により取り囲まれた空間を貫通するように配置されている。
(集磁コア3)
集磁コア3は、自らを磁束Bmが通過するように磁束Bmを集束する軟磁性体である。図2Aに示したように、集磁コア3は、例えばZ軸方向と直交するXY面に沿って導体5を取り囲むように設けられている。なお、導体5を取り囲むとは、導体5の周囲を周回するように環状をなしている形態のみならず、導体5の周囲のうちの一部と対向する部分が欠落した状態の切り欠きを含む形態をも概念である。集磁コア3は、第1コア部31と、第2コア部32と、第3コア部33と、第4コア部34と、第5コア部35とを含んでいる。第1コア部31、第4コア部34、および第5コア部35は、いずれも、例えば導体5の幅方向であるX軸方向に延在している。第2コア部32および第3コア部33は、いずれも、例えば導体5の厚さ方向であるY軸方向に延在している。第1コア部31と、第4コア部34および第5コア部35とは、Y軸方向において対向するように配置されている。第2コア部32と第3コア部33とは、X軸方向において対向するように配置されている。第2コア部32は、第1コア部31のX軸方向の第1端部と、第4コア部34のX軸方向の第1端部とを繋ぐように設けられている。第4コア部34のX軸方向の第1端部と反対側の第2端部は、端面3T1を有している。第3コア部33は、第1コア部31のX軸方向の第1端部と反対側の第2端部と、第5コア部35のX軸方向の第1端部とを繋ぐように設けられている。第5コア部35のX軸方向の第1端部と反対側の第2端部は、端面3T2を有している。端面3T1と端面3T2とは、X軸方向に互いに離間して対向している。端面3T1と端面3T2とに挟まれた空間はコアギャップCGである。コアギャップCGは、X軸方向の幅W3を有する。なお、図2Aでは、第1コア部31と、第2コア部32と、第3コア部33と、第4コア部34と、第5コア部35とが互いに物理的に接触するように連結されている場合を例示しているが、本実施の形態はこれに限定されるものではない。例えば第1コア部31と、第2コア部32と、第3コア部33と、第4コア部34と、第5コア部35とが物理的に接触していなくとも、互いに磁気的に連結されていればよい。
図2Aに示した集磁コア3では、第1コア部31と第2コア部32との連結部、第1コア部31と第3コア部33との連結部、第2コア部32と第4コア部34との連結部、および第3コア部33と第5コア部35との連結部は、いずれも湾曲した形状を有している。しかしながら、本実施の形態はこの態様に限定されるものではない。例えば、これらの連結部は、屈曲した形状を有していてもよいし、角が面取りされた取り形状であってもよい。
本実施の形態の集磁コア3は、本発明の「第2軟磁性体」に対応する一具体例である。また、XY面は本発明の「第3平面」に対応する一具体例である。
(磁気検出部2)
磁気検出部2は、例えば端面3T1と端面3T2との隙間であるコアギャップCGに配置されている。電流センサ1では、導体5に電流Imが流れると導体5から磁束Bmが発生し、コアギャップCGを有する集磁コア3に磁束Bmが集束される。集磁コア3全体が磁束Bmの経路、すなわち磁路となる。したがって、コアギャップCGに設けられている磁気検出部2は、集磁コア3に集束される磁路に配置されることとなる。そのため、本実施形態において磁気検出部2がコアギャップCGに設けられる、とは、磁気検出部2の少なくとも一部が磁束Bmの経路に位置していればよいことを意味するものである。すなわち、磁気検出部2の全体がコアギャップCG内に位置していてもよいし、磁気検出部2の一部のみがコアギャップCG内に位置していてもよい。なお、磁気検出部2の詳細な構成については後述する。
(磁気シールド4)
磁気シールド4は、外乱磁場から磁気検出部2を磁気的に遮蔽する部材である。すなわち、磁気シールド4は、検出対象とする磁束Bm以外の外部からの不要な磁場(磁束)の、磁気検出部2に対する影響を緩和する軟磁性体である。図2Bに示したように、磁気シールド4は、X軸方向と直交するYZ面に沿って磁気検出部2を取り囲むように、全体として環状の形状を有している。なお、磁気検出部2を取り囲むとは、磁気検出部2の周囲の周回するように環状をなしている形態のみならず、磁気検出部2の周囲のうちの一部と対向する部分が欠落した状態の切り欠きを含む形態をも概念である。磁気シールド4は、導体5および磁気検出部2の双方と物理的に接触することなく離間して配置されている。
磁気シールド4は、例えば第1シールド部41と、第2シールド部42と、第3シールド部43と、第4シールド部44とを含んでいる。第1シールド部41および第2シールド部42は、Z軸方向およびX軸方向を含むXZ面に沿って広がっている。第3シールド部43および第4シールド部44は、例えば導体5の厚さ方向であるY軸方向に延在している。第1シールド部41と第2シールド部42とは、Y軸方向において対向するように配置されている。第1シールド部41は、Y軸方向において例えばコアギャップCGから見て導体5の反対側に位置する。第2シールド部42は、導体5と第1シールド部41との間に配置される。第2シールド部42は、Y軸方向において、例えばコアギャップCGと導体5との間に位置する。また、磁気検出部2は、XZ面に直交するY軸方向に眺めた状態で第1シールド部41および第2シールド部42の双方と重なり合うように配置されている。第3シールド部43と第4シールド部44とは、Z軸方向において対向するように配置されている。第3シールド部43は、第1シールド部41のZ軸方向の第1端部411と、第2シールド部42のZ軸方向の第1端部421とを磁気的に繋ぐように設けられている。第4シールド部44は、第1シールド部41のZ軸方向の第1端部411と反対側の第2端部412と、第2シールド部42のZ軸方向の第1端部421と反対側の第2端部422とを磁気的に繋ぐように設けられている。なお、図2Bでは、第1シールド部41と、第2シールド部42と、第3シールド部43と、第4シールド部44とが互いに物理的に接触するように連結されている場合を例示しているが、本実施の形態はこれに限定されるものではない。例えば第1シールド部41と、第2シールド部42と、第3シールド部43と、第4シールド部44とが物理的に接触していなくとも、互いに磁気的に連結されている状態であればよい。ここでいう磁気的に連結されている状態とは、例えば0.05mm以下の間隔となるように近接して配置されている状態をいう。互いに連結される2つのシールド部同士の間隔が例えば0.1mm以上であると、磁気的に分割され、磁気的なシールド効果が低減してしまう。
図2Bの例では、第1シールド部41のX軸方向の寸法である幅W41と第2シールド部42のX軸方向の寸法である幅W42とは、互いに実質的に等しい。また、幅W41および幅W42は、例えば集磁コア3のコアギャップCGの幅W3よりも狭い(W41,W42<W3)。なお、幅W41,W42は例えば2mm以上10mm以下とし、幅W3は例えば4mm以上12mm以下とすることができる。
図2Bに示した磁気シールド4では、第1シールド部41と第3シールド部43との連結部、第3シールド部43と第2シールド部42との連結部、第2シールド部42と第4シールド部44との連結部、第4シールド部44と第1シールド部41との連結部は、いずれも湾曲した形状を有している。しかしながら、本実施の形態はこの態様に限定されるものではない。例えば、これらの連結部は、屈曲した形状を有していてもよいし、角が面取りされた取り形状であってもよい。
本実施の形態の磁気シールド4は、本発明の「第1軟磁性体」に対応する一具体例である。また、本実施の形態のYZ面は、本発明の「第1平面」に対応する一具体例である。さらに、本実施の形態のXZ面は、本発明の「第2平面」に対応する一具体例である。
集磁コア3および磁気シールド4は、例えば、珪素鋼、電磁鋼、純鉄(SUY)、パーマロイ等の軟磁性材料を主たる構成材料として含んでいる。集磁コア3は、磁気シールド4と比べて磁束Bmの印加により着磁されやすいので、比較的残留磁化が小さい材料であるFeSiやパーマロイにより構成されるとよい。一方、磁気シールド4は集磁コア3と比べて磁束Bmによる着磁がなされにくいので、比較的残留磁化が大きい材料である純鉄Fなどを用いることができる。
また、磁気シールド4の構成材料の鉄損は、例えば集磁コア3の構成材料の鉄損よりも大きいことが望ましい。導体5に所定の電流Imが流れることにより導体5から発生する磁束Bmは集磁コア3および磁気シールド4に流れる。導体5に流れる電流Imの周波数が高くなると、鉄損が相対的に大きい材料により構成される磁気シールド4の周波数特性が低下し、磁気シールド4に流れる磁束Bmが相対的に減少する。電流Imの周波数が高くなると、鉄損が相対的に小さい材料により構成される集磁コア3においても周波数特性が低下し、磁束Bmが流れにくくなるものの、磁気シールド4に流れる磁束Bmが相対的に減少する分、集磁コア3に流れる磁束Bmが相対的に増加する。その結果として、磁気シールド4を有しない電流センサ1に比べ、磁気検出部2に印加される磁束Bmの磁束密度は安定すると考えられる。磁気シールド4の構成材料の鉄損と集磁コア3の構成材料の鉄損の差が大きくなるほど、周波数特性が改善され、磁気検出部2に印加される磁束Bmの磁束密度の減衰を抑制することができる。その結果、交流電流に対する電流センサ1の応答特性を安定化させることができる。集磁コア3の構成材料の鉄損と磁気シールド4の構成材料の鉄損との差は、例えば、2.0W/kg以上であることが好ましく、4.5W/kg以上10.0W/kg以下であることがより好ましい。鉄損は、JIS-C-2550の規定に基づくエプスタイン試験法に従い、周波数50Hz時の最大磁束密度1.5Tの正弦波励磁のときの単位重量当たりの鉄損の大きさ(圧延方向とそれに対する直角方向の平均)として求められる値である。なお、集磁コア3の構成材料は、磁気シールド4の構成材料と同一種類の材料であってもよいし、異なる種類の材料であってもよい。例えば、集磁コア3と磁気シールド4とがともに電磁鋼により構成されるが、磁気シールド4を構成する電磁鋼の鉄損が、集磁コア3を構成する電磁鋼の鉄損よりも大きいとよい。
図3は、電流センサの概略構成を示すブロック図である。図3に示したように、電流センサ1は、磁気検出部2と信号処理部60とを備える。信号処理部60は、例えばA/D(アナログ-デジタル)変換部61と、演算部62とを含む。A/D変換部61は、磁気検出部2から出力されるアナログ信号をデジタル信号に変換する。演算部62は、A/D変換部61によりデジタル変換されたデジタル信号を演算処理する。なお、信号処理部60は、演算部62の下流側にD/A(デジタル-アナログ)変換部をさらに含んでいてもよい。D/A変換部を含むことにより、信号処理部60は、演算部62にて演算処理された演算処理結果をアナログ信号として出力することができる。
図4は、図1に示した磁気検出部2の回路構成を概略的に表す回路図である。図4に示したように、磁気検出部2は、例えば第1抵抗部R1、第2抵抗部R2、第3抵抗部R3、および第4抵抗部R4の4つの抵抗部をブリッジ接続してなるホイートストンブリッジ回路Cを有する。但し、磁気検出部2は、第1抵抗部R1および第2抵抗部R2の2つの抵抗部をハーフブリッジ接続してなる回路を有するものであってもよい。第1~第4抵抗部R1~R4は、それぞれ一の磁気抵抗効果素子(MR素子)又は一のホール素子を含んでいてもよいし、複数の磁気抵抗効果素子又は複数のホール素子を含んでいてもよい。磁気抵抗効果素子は、例えばAMR素子、GMR素子、またはTMR素子などである。
磁気検出部2が有するホイートストンブリッジ回路Cは、電源ポートVと、グランドポートGと、2つの出力ポートE1,E2と、直列に接続された第1抵抗部R1および第2抵抗部R2と、直列に接続された第3抵抗部R3および第4抵抗部R4とを含む。第1抵抗部R1および第3抵抗部R3の各一端は、電源ポートVに接続される。第1抵抗部R1の他端は、第2抵抗部R2の一端と出力ポートE1とに接続される。第3抵抗部R3の他端は、第4抵抗部R4の一端と出力ポートE2とに接続される。第2抵抗部R2および第4抵抗部R4の各他端は、グランドポートGに接続される。電源ポートVには、所定の大きさの電源電圧が印加され、グランドポートGはグランドに接続される。
図5は、図4に示した第1~第4抵抗部R1~R4を構成するGMR素子又はTMR素子等のMR素子の概略構成例を表す示す斜視図である。第1~第4抵抗部R1~R4を構成するMR素子は、例えば図5に示したように、複数の第1電極71と、複数のMR膜80と、複数の第2電極72とを有している。複数の第1電極71は、例えば基板上に設けられている。第1電極71は、下部リード電極とも称される。各第1電極71は細長い形状を有する。第1電極71の長手方向に隣接する2つの第1電極71の間には、間隙が形成されている。第1電極71の上面における、長手方向の両端近傍にそれぞれMR膜80が設けられている。図6は、図5に示した第1~第4抵抗部R1~R4を構成するMR素子の断面構成例を表す概略断面図である。図6に示したように、MR膜80は、平面視略円形状であり、第1電極71側から順に積層された自由層81、非磁性層82、磁化固定層83及び反強磁性層84を含む。自由層81は、第1電極71に電気的に接続されている。反強磁性層84は、反強磁性材料により構成され、磁化固定層83との間で交換結合を生じさせることで、磁化固定層83の磁化の方向を固定する役割を果たす。複数の第2電極72は、複数のMR膜80上に設けられている。各第2電極72は細長い形状を有し、第1電極71の長手方向に隣接する2つの第1電極71上に配置され、隣接する2つのMR膜80の反強磁性層84同士を電気的に接続する。第2電極72は、上部リード電極とも称される。なお、MR膜80は、第2電極72に近い位置から順に自由層81、非磁性層82、磁化固定層83および反強磁性層84が積層されてなる構成を有していてもよい。また、磁化固定層83を、強磁性層/非磁性中間層/強磁性層の積層フェリ構造とし、両強磁性層を反強磁性的に結合させてなる、いわゆるセルフピン止め型の固定層(Synthetic Ferri Pinned層,SFP層)とすることで、反強磁性層84が省略されていてもよい。
TMR素子においては、非磁性層82はトンネルバリア層である。GMR素子においては、非磁性層82は非磁性導電層である。TMR素子およびGMR素子において、自由層81の磁化の方向が磁化固定層83の磁化の方向に対してなす角度に応じて抵抗値が変化し、この角度が0°(互いの磁化方向が平行)のときに抵抗値が最小となり、180°(互いの磁化方向が反平行)のときに抵抗値が最大となる。
第1~第4抵抗部R1~R4がTMR素子またはGMR素子により構成される場合、磁気検出部2のホイートストンブリッジ回路Cにおいて、第1抵抗部R1および第2抵抗部R2の磁化固定層83の磁化方向はX方向に平行であって、第1抵抗部R1の磁化固定層83の磁化方向と、第2抵抗部R2の磁化固定層83の磁化方向とは、互いに反平行方向である。また、第3抵抗部R3及び第4抵抗部R4の磁化固定層83の磁化方向はX方向に平行であって、第3抵抗部R3の磁化固定層83の磁化方向と、第4抵抗部R4の磁化固定層83の磁化方向とは、互いに反平行方向である。磁気検出部2において、導体5から発生するX方向の磁場の磁界強度の変化に応じて、出力ポートE1,E2の電位差が変化し、出力ポートE1,E2の電位差に対応する信号がセンサ信号Sとして信号処理部60に出力される。差分検出器により、出力ポートE1,E2の電位差に対応する信号を増幅し、センサ信号Sとして信号処理部60のA/D変換部61に出力するとよい。
A/D変換部61は、磁気検出部2から出力されるセンサ信号S(電流に関するアナログ信号)をデジタル信号に変換し、当該デジタル信号が演算部62に入力される。演算部62は、A/D変換部61によりアナログ信号から変換されたデジタル信号についての演算処理を行う。この演算部62は、例えば、マイクロコンピュータ、ASIC(Application Specific Integrated Circuit)などにより構成される。
[電流センサ1の作用効果]
本実施形態の電流センサ1によれば、集磁コア3のコアギャップCGに配置された磁気検出部2を取り囲むように磁気シールド4を設けるようにしている。このため、磁気検出部2に対する、周囲からの不要な外乱磁場の磁束の影響が緩和される。例えば外乱磁場のうちの、Y軸方向に沿った磁場成分HyおよびZ軸方向に沿った磁場成分Hzは、例えば図7に示したように、主に磁気シールド4を通過する。このため、磁気シールド4に取り囲まれた空間に配置されている磁気検出部2を通過する磁場成分Hyおよび磁場成分Hzは低減される。なお、図7は、電流センサ1の作用効果を説明するための第1の説明図である。例えば磁場成分Hzは2つに分流し、Y軸方向において互いに対向するように配置されてXZ面に沿って広がる第1シールド部41および第2シールド部42をそれぞれ通過することとなる。また、磁場成分Hyも2つに2つに分流し、Z軸方向において互いに対向するように配置されてXY面に沿って広がる第3シールド部43および第4シールド部44をそれぞれ通過することとなる。図7では、磁場成分Hzの経路を実線矢印で模式的に表し、磁場成分Hyの経路を破線矢印で模式的に表している。
ところが、図8に示した参考例としての電流センサ101のように、例えば磁気シールド4を有しない場合、磁場成分Hyは集磁コア3を通過したのち磁気検出部2に集中して向かうこととなってしまう。なお、電流センサ101の構成は、磁気シールド4を有しないことを除き、電流センサ1と実質的に同じ構成である。
これに対し、本実施の形態の電流センサ1では、例えば図9に示したように、集磁コア3に流入して端面3T1,3T2から流出した磁場成分Hyは、分岐して第1シールド部41および第2シールド部42に流入する。その結果、+Y方向の磁場成分Hyと-Y方向の磁場成分Hyとが相殺され、磁場成分Hyが実質的に存在しない領域Rが発生する。そこで磁気検出部2の第1~第4抵抗部R1~R4を領域Rに配置することで、磁気検出部2に対する磁場成分Hyの影響を低減することができる。なお、図9は、電流センサ1の作用効果を説明するための第2の説明図である。
また、電流センサ1では、外乱磁場のうちの、X軸方向に沿った磁場成分Hxについても磁気検出部2に到達するのを抑制することができる。図10に示したように、磁場成分Hxは、分岐して磁気シールド4のうちの第1シールド部41および第2シールド部42の幅方向の第1端部にそれぞれ流入し、反対側の幅方向の第2端部から流出するからである。なお、図10は、電流センサ1の作用効果を説明するための第3の説明図である。
また、電流センサ1および電流センサ101では、導体5に流れる電流Imが大きくなると、集磁コア3が磁気的に飽和しやすくなる。そのため、磁気検出部2の出力の線形性が劣化し、検出される電流値の測定精度に支障を来す可能性がある。それを避けるために、軟磁性体である集磁コア3の体積を増加させることもできるが、電流センサ1および電流センサ101の寸法の増大を招くので望ましくない。そこで、集磁コア3の磁気的な飽和を避ける他の手法として、コアギャップCGの幅W3を拡大するなどして磁気回路の磁気抵抗を増大させることが考えられる。しかしながら、その場合、電流センサ101のように磁気シールド4を有しない構造では、磁気検出部2が外乱磁場の影響を受けやすくなってしまう。その点、本実施の形態の電流センサ1では、磁気シールド4をコアギャップCGに配置するようにしている。このため、コアギャップCGの幅W3を拡大して磁気回路の磁気抵抗を増大させることで集磁コア3の磁気的な飽和を避けつつ、磁気検出部2に及ぶ外乱磁場の影響を緩和することができる。
さらに、本実施の形態の電流センサ1では、集磁コア3の残留磁化および磁気シールド4の残留磁化の影響の低減効果も得られる。軟磁性体である集磁コア3および磁気シールド4は、図11に示したように、それぞれ、磁束Bmの付与により残留磁化を生ずる。具体的には、集磁コア3では、例えば第1コア部31には-X方向の残留磁化3Mrが生じ、第4コア部34および第5コア部35には+X方向の残留磁化3Mrが生じる。その結果、コアギャップCGでは+X方向の残留磁束3Brが発生する。また、磁気シールド4では、例えば第1シールド部41には+X方向の残留磁化41Mrが生じ、第2シールド部42には+X方向の残留磁化42Mrが生じる。その結果、コアギャップCGでは、第1シールド部41の周囲に残留磁束41Brが発生すると共に第2シールド部42の周囲に残留磁束42Brが発生する。残留磁束41Brおよび残留磁束42Brは、磁気検出部2に対しては-X方向に付与される。したがって、磁気検出部2の近傍では、+X方向の残留磁束3Brと-X方向の残留磁束41Br,42Brとが相殺しあうこととなり、実質的に磁気検出部2に付与される残留磁束は十分に低減される。よって、磁気検出部2は、集磁コア3の残留磁化3Mrおよび磁気シールド4の残留磁化41Mr,42Mrの影響を実質的に受けることなく、測定対象とする磁束Bmを高い精度で検出することができる。集磁コア3の残留磁束3Brと、および磁気シールド4の残留磁束41Br,42Brとが相殺される領域は1か所、または2か所形成することができる。第1シールド部41の材質および寸法ならびに第2シールド部42の材質および寸法を適宜選択すればよい。なお、図11は、電流センサ1の作用効果を説明するための第4の説明図である。
このように、本実施の形態の電流センサ1によれば、検出対象とする磁束Bmを磁気検出部2に到達させつつ、磁気検出部2に対する、周囲からの不要な外乱磁場の磁束の影響を緩和することができる。よって、磁束Bmを高い精度で検出し、導体5を流れる電流Imの大きさを高い精度で測定することができる。
[第1の実施の形態の変形例]
(変形例1-1)
図12は、上記第1の実施の形態の第1変形例(変形例1-1)としての電流センサ1Aを表す断面模式図である。上記第1の実施の形態の電流センサ1では、例えば図2Aに示したように、磁気シールド4の第1シールド部41の幅W41および第2シールド部42の幅W42が、集磁コア3のコアギャップCGの幅W3よりも狭くなるようにした(W41,W42<W3)。これに対し、変形例1-1としての電流センサ1Aでは、図12に示したように、磁気シールド4の第1シールド部41の幅W41および第2シールド部42の幅W42が、集磁コア3のコアギャップCGの幅W3よりも広くなるようにしている(W41,W42>W3)。すなわち、第1シールド部41のX軸方向の第1端部および第2シールド部42のX軸方向の第1端部が、第4コア部34の一部とY軸方向に重なり合うと共に、第1シールド部41のX軸方向の第2端部および第2シールド部42のX軸方向の第2端部が、第5コア部35の一部とY軸方向に重なり合うようになっている。電流センサ1Aの構成は、上記の相違点を除き、電流センサ1の構成と実質的に同じである。なお、幅W41,W42は例えば5mm以上11mm以下とし、幅W3は例えば4mm以上10mm以下とすることができる。
変形例1-1としての電流センサ1Aによれば、コアギャップCGの幅W3よりも第1シールド部41の幅W41および第2シールド部42の幅W42が広くなっているので、外乱磁場のうちの、特にX軸方向に沿った磁場成分Hxが磁気検出部2に及ぶのを防ぐことができる。すなわち、磁場成分Hxに対するシールド効果を高めることができる。但し、上記第1の実施の形態の電流センサ1と比較すると、磁気検出部2をX軸方向に通過する磁束Bmが減衰してしまう。
(変形例1-2)
図13は、上記第1の実施の形態の第2変形例(変形例1-2)としての電流センサ1Bを表す断面模式図である。上記第1の実施の形態の電流センサ1では、例えば図2Aに示したように、磁気シールド4の第1シールド部41の幅W41が、第2シールド部42の幅W42と実質的に等しくなるようにした(W1=W2)。これに対し、変形例1-2としての電流センサ1Bでは、図13に示したように、磁気シールド4の第1シールド部41の幅W41よりも第2シールド部42の幅W42が広くなるようにしている(W41<W42)。但し、第2シールド部42の幅W42は、集磁コア3のコアギャップCGの幅W3よりも狭くなるようにしている(W42<W3)。この点は、電流センサ1Bは電流センサ1と同じである。また、第1シールド部41の幅W41およびコアギャップCGの幅W3は、電流センサ1と電流センサ1Bとで実質的に同じである。なお、幅W42は例えば5mm以上11mm以下とすることができる。電流センサ1Bの構成は、第1シールド部41の幅W41よりも第2シールド部42の幅W42が広いことを除き、電流センサ1の構成と実質的に同じである。
変形例1-2としての電流センサ1Bによれば、第2シールド部42の幅W42が第1シールド部41の幅W41よりも広く、かつ、コアギャップCGの幅W3よりも狭くなっている、すなわちW41<W42<W3を満たしている。このため、電流センサ1および電流センサ1Aと比較して、例えば磁気検出部2に対する残留磁化の影響をより低減することができる。
(変形例1-3)
図14は、上記第1の実施の形態の第3変形例(変形例1-3)としての電流センサ1Cを表す断面模式図である。上記第1の実施の形態の電流センサ1では、例えば図2Aに示したように、磁気シールド4の第1シールド部41の幅W41が、第2シールド部42の幅W42と実質的に等しくなるようにした(W1=W2)。これに対し、変形例1-3としての電流センサ1Cでは、図14に示したように、磁気シールド4の第2シールド部42の幅W42よりも第1シールド部41の幅W41が広くなるようにしている(W41>W42)。但し、第1シールド部41の幅W41は、集磁コア3のコアギャップCGの幅W3よりも狭くなるようにしている(W41<W3)。この点は、電流センサ1Cは電流センサ1と同じである。また、第2シールド部42の幅W42およびコアギャップCGの幅W3は、電流センサ1と電流センサ1Cとで実質的に同じである。なお、幅W41は例えば5mm以上11mm以下とすることができる。電流センサ1Cの構成は、第1シールド部41の幅W41が第2シールド部42の幅W42よりも広いことを除き、電流センサ1の構成と実質的に同じである。
変形例1-3としての電流センサ1Cによれば、第1シールド部41の幅W41が第2シールド部42の幅W42よりも広く、かつ、コアギャップCGの幅W3よりも狭くなっている、すなわちW42<W41<W3を満たしている。このため、電流センサ1Cでは、電流センサ1,1Aと比較して、例えば磁気検出部2に対する残留磁化の影響をより低減することができる。また、電流センサ1,1Bと比較して、外乱磁場のうちの、特にX軸方向に沿った磁場成分Hxが磁気検出部2に及ぶのを防ぐことができる。但し、変形例1-3の電流センサ1Cよりも変形例1-1の電流センサ1Aのほうが、磁場成分Hxに対するシールド効果が高い。しかしながら、変形例1-3の電流センサ1Cでは、変形例1-1の電流センサ1Aと比較して、磁気検出部2を通過する磁束Bmが減衰しにくい。
(変形例1-4)
図15は、上記第1の実施の形態の第4変形例(変形例1-4)としての電流センサ1Dを表す断面模式図である。上記変形例1-3の電流センサ1Cでは、Y軸方向においてコアギャップCGと導体5との間に第2シールド部42を配するようにしている。これに対し、変形例1-4の電流センサ1Dでは、コアギャップCGに第2シールド部42を配置するようにしている。変形例1-4の電流センサ1Dの構成は、コアギャップCGに第2シールド部42を配置することを除き、変形例1-3の電流センサ1Cの構成と実質的に同じである。
変形例1-4としての電流センサ1Dによれば、電流センサ1~1Cと比較して、例えば磁気検出部2に対する残留磁化の影響をよりいっそう低減することができる。但し、電流センサ1Dでは、電流センサ1A,1Cと比較して、磁場成分Hxに対するシールド効果が低い。また、電流センサ1Dでは、電流センサ1,1B,1Cと比較して、磁気検出部2を通過する磁束Bmが減衰しやすい。
(変形例1-5)
図16は、上記第1の実施の形態の第5変形例(変形例1-5)としての電流センサ1Eを表す断面模式図である。上記変形例1-4の電流センサ1Dでは、第1シールド部41の幅W41が第2シールド部42の幅W42よりも広く、かつ、コアギャップCGの幅W3よりも狭くなっている(W42<W41<W3)。これに対し、変形例1-5の電流センサ1Eでは、図16に示したように、磁気シールド4の第2シールド部42の幅W42が第1シールド部41の幅W41よりも広く、かつ、コアギャップCGの幅W3よりも狭くなるようにしている(W41<W42<W3)。この点を除き、変形例1-5の電流センサ1Eの構成は、変形例1-4の電流センサ1Dの構成と実質的に同じである。
変形例1-5の電流センサ1Eによれば、電流センサ1~1Cと比較して、例えば磁気検出部2に対する残留磁化の影響をよりいっそう低減することができる。但し、電流センサ1Eでは、電流センサ1A,1Cと比較して、磁場成分Hxに対するシールド効果が低い。また、電流センサ1Eでは、電流センサ1,1B,1Cと比較して、磁気検出部2を通過する磁束Bmが減衰しやすい。
(変形例1-6)
図17は、上記第1の実施の形態の第6変形例(変形例1-6)としての電流センサ1Fを表す断面模式図である。上記変形例1-4の電流センサ1Dでは、コアギャップCGに第2シールド部42を配置するようにしている。これに対し、変形例1-6の電流センサ1Fでは、コアギャップCGに第1シールド部41を配置するようにしている。変形例1-6の電流センサ1Fの構成は、コアギャップCGに第1シールド部41を配置することを除き、変形例1-4の電流センサ1Dの構成と実質的に同じである。
変形例1-6としての電流センサ1Fによれば、電流センサ1Dと比較して、例えば磁場成分Hxに対するシールド効果を高めることができるうえ、磁気検出部2を通過する磁束Bmの減衰を抑制することができる。
(変形例1-7)
図18は、上記第1の実施の形態の第7変形例(変形例1-7)としての電流センサ1Gを表す断面模式図である。上記変形例1-5の電流センサ1Eでは、コアギャップCGに第2シールド部42を配置するようにしている。これに対し、変形例1-7の電流センサ1Gでは、コアギャップCGに第1シールド部41を配置するようにしている。変形例1-7の電流センサ1Gの構成は、コアギャップCGに第1シールド部41を配置することを除き、変形例1-5の電流センサ1Eの構成と実質的に同じである。
変形例1-7としての電流センサ1Gによれば、電流センサ1Eと比較して、例えば磁場成分Hxに対するシールド効果を高めることができるうえ、磁気検出部2を通過する磁束Bmの減衰を抑制することができる。
(変形例1-8)
図19は、上記第1の実施の形態の第8変形例(変形例1-8)としての電流センサ1Hの外観を表す斜視図である。第1の実施の形態の電流センサ1では、磁気検出部2の周囲を周回する環状をなす磁気シールド4を有するようにした。これに対し、変形例1-8の電流センサ1Hでは、図19に示したように磁気シールド4の代わりに磁気シールド4Aを有する。磁気シールド4Aは、第1~第4シールド部41~44のうちの第4シールド部44を含まずにYZ面において一部が開放されたU形状を有している。変形例1-8の電流センサ1Hにおいても、第1~第3シールド部41~43を含む磁気シールド4Aを有しているので、磁気検出部2に対する外乱磁場の影響を低減することができる。
(変形例1-9)
図20は、上記第1の実施の形態の第9変形例(変形例1-9)としての電流センサ1Iの外観を表す斜視図である。第1の実施の形態の電流センサ1では、導体5の周囲を取り囲む第1~第5コア部31~35を含む集磁コア3を有するようにした。これに対し、変形例1-9の電流センサ1Iでは、集磁コア3の代わりに集磁コア3Aを有するようにした。集磁コア3Aは、図20に示したように、第1~第5コア部31~35のうちの第4コア部34および第5コア部35を有さずにXY面において一部が開放されたU形状を有している。変形例1-9の電流センサ1Iにおいても、磁気シールド4を有しているので、磁気検出部2に対する外乱磁場の影響を低減することができる。なお、電流センサ1Iは、磁気シールド4の代わりに図19に示した磁気シールド4Aを有するようにしてもよい。
(変形例1-10)
図21は、上記第1の実施の形態の第10変形例(変形例1-10)としての電流センサ1Jの外観を表す斜視図である。変形例1-10の電流センサ1Jは、集磁コア3の代わりに軟磁性体3Bを有するようにしている。軟磁性体3Bは、XZ面に沿って広がる2枚の板状部材36,37を含んでいる。板状部材36および板状部材37は、いずれも軟磁性材料を主たる構成材料としている。板状部材36と板状部材37とは、Y軸方向において磁気シールド4および磁気検出部2を挟んで対向配置されている。変形例1-10の電流センサ1Jにおいても、磁気シールド4を有しているので、磁気検出部2に対する外乱磁場の影響を低減することができる。なお、電流センサ1Jは、磁気シールド4の代わりに図19に示した磁気シールド4Aを有するようにしてもよい。
<2.第2の実施の形態>
[電流センサ6の構成]
図22Aおよび図22Bを参照して、本発明の第2の実施の形態としての電流センサ6の構成について説明する。図22Aは、電流センサ6の全体構成例を表す斜視図である。図22Aに示したように、電流センサ6は、例えば磁気検出部7と、集磁コア8と、磁気シールド9と、導体10とを有する。
(導体10)
導体10は、例えば第1部分11と第2部分12と、第3部分13と、第4部分14と、第5部分15とが順に連結されたものである。導体10は、例えばCu(銅)などの高導電性非磁性材料により構成される。第1部分11、第3部分13、および第5部分15は、例えばXY面に沿って広がっている。第2部分12および第4部分14は、第1部分11、第3部分13、および第5部分15に対して立設するように、XZ面に沿って広がっている。第2~第4部分12~14は、折り返し部分を構成している。
なお、第2部分12が本発明の「第1導体部分」に対応する一具体例であり、第4部分14が本発明の「第2導体部分」に対応する一具体例である。
(磁気検出部7)
磁気検出部7は、導体10の第2~第4部分12~14により構成される折り返し部分に形成される空間に配置されている。すなわち、磁気検出部7は、第2~第4部分12~14により取り囲まれた空間に配置されている。磁気検出部7の構成は、上記第1の実施の形態で説明した磁気検出部2の構成と実質的に同じものとすることができる。
(磁気シールド9)
磁気シールド9は、YZ面に沿って磁気検出部7を取り囲む磁気遮蔽部材である。すなわち、磁気シールド9は、検出対象とする磁束Bm以外の外部からの不要な磁場(磁束)の、磁気検出部7に対する影響を緩和する軟磁性体である。磁気シールド9は、導体10の第2~第4部分12~14により取り囲まれた空間に配置されている。さらに、磁気シールド9は、集磁コア8によって取り囲まれた空間に配置されている。図22Bは、図22Aに示した電流センサ6のうちの磁気シールド9の構成例を表すYZ面に沿った平面図である。磁気シールド9の構成は、上記第1の実施の形態で説明した磁気シールド4の構成と実質的に同じものとすることができる。具体的には、図22Bに示したように、磁気シールド9は、X軸方向と直交するYZ面に沿って磁気検出部7を取り囲むように、全体として環状の形状を有している。なお、磁気検出部7を取り囲むとは、磁気検出部7の周囲の周回するように環状をなしている形態のみならず、磁気検出部7の周囲のうちの一部と対向する部分が欠落した状態の切り欠きを含む形態をも概念である。磁気シールド9は、導体10および磁気検出部7の双方と物理的に接触せずに離間して配置されている。
磁気シールド9は、例えば第1シールド部91と、第2シールド部92と、第3シールド部93と、第4シールド部94とを含んでいる。第1シールド部91および第2シールド部92は、X軸方向およびY軸方向を含むXY面に沿って広がっている。第3シールド部93および第4シールド部94は、例えば導体10の第2部分12および第4部分14が延在するZ軸方向に延在している。第1シールド部91と第2シールド部92とは、Z軸方向において対向するように配置されている。第1シールド部91は、Z軸方向において例えば導体10のうちの第3部分13と磁気検出部7との間に配置される。第2シールド部92は、磁気検出部7から見て導体10の第3部分13の反対側に配置される。また、磁気検出部7は、XY面に直交するZ軸方向に眺めた状態で第1シールド部91および第2シールド部92の双方と重なり合うように配置されている。第3シールド部93と第4シールド部94とは、Y軸方向において対向するように配置されている。第3シールド部93は、第1シールド部91のY軸方向の第1端部911と、第2シールド部92のY軸方向の第1端部921とを磁気的に繋ぐように設けられている。第4シールド部94は、第1シールド部91のY軸方向の第1端部911と反対側の第2端部912と、第2シールド部92のY軸方向の第1端部921と反対側の第2端部922とを磁気的に繋ぐように設けられている。なお、図22Bでは、第1シールド部91と、第2シールド部92と、第3シールド部93と、第4シールド部94とが互いに物理的に接触するように連結されている場合を例示しているが、本実施の形態はこれに限定されるものではない。例えば第1シールド部91と、第2シールド部92と、第3シールド部93と、第4シールド部94とが物理的に接触していなくとも、互いに磁気的に連結されている状態であればよい。ここでいう磁気的に連結されている状態とは、例えば0.05mm以下の間隔となるように近接して配置されている状態をいう。互いに連結される2つのシールド部同士の間隔が例えば0.1mm以上であると、磁気的に分割され、磁気的なシールド効果が低減してしまう。
また、磁気シールド9は、本発明の「第1軟磁性体」に対応する一具体例である。また、第1~第4シールド部91~94は、それぞれ、本発明の「第1~第4部分」に対応する一具体例である。また、本実施の形態のZ軸方向は、本発明の「第1方向」に対応する一具体例である。また、本実施の形態のX軸方向は、本発明の「第2方向」に対応する一具体例である。また、本実施の形態のY軸方向は、本発明の「第3方向」に対応する一具体例である。また、本実施の形態のYZ面は、本発明の「第1平面」に対応する一具体例である。さらに、本実施の形態のXZ面は、本発明の「第2平面」に対応する一具体例である。
(集磁コア8)
集磁コア8は、自らを磁束Bmが通過するように磁束Bmを集束する軟磁性体である。集磁コア8は、例えばY軸方向と直交するXZ面に沿って磁気検出部7、磁気シールド9、ならびに導体10の第2部分12および第4部分14を取り囲むように設けられている。集磁コア8の構成材料は、上記第1の実施の形態で説明した集磁コア3の構成材料と実質的に同じものとすることができる。
なお、集磁コア8は、本発明の「第2軟磁性体」に対応する一具体例である。また、本実施の形態のXY面は、本発明の「第3平面」に対応する一具体例である。
集磁コア8および磁気シールド9は、例えば、珪素鋼、電磁鋼、純鉄(SUY)、パーマロイ等の軟磁性材料を主たる構成材料として含んでいる。集磁コア8は、磁気シールド9と比べて磁束Bmの印加により着磁されやすいので、比較的残留磁化が小さい材料であるFeSiやパーマロイにより構成されるとよい。一方、磁気シールド9は集磁コア8と比べて磁束Bmによる着磁がなされにくいので、比較的残留磁化が大きい材料である純鉄Fなどを用いることができる。
また、磁気シールド9の構成材料の鉄損は、例えば集磁コア8の構成材料の鉄損よりも大きいことが望ましい。
[電流センサ6の作用効果]
図23は、電流センサ6を-Z方向に眺めた状態の、XY面に沿った断面図である。 電流センサ6では、導体10の第2部分12を電流Imが+Zの向きに流れると、第2部分12の周囲には磁束Bm1が発生する。磁束Bm1は、磁気検出部7に対し、X軸方向に沿った-Xの向きに付与される。電流Imは、第2部分12から第3部分13を経由して第4部分14を-Zの向きに流れる。そのため、第4部分14の周囲には磁束Bm2が発生する。磁束Bm2は、磁気検出部7に対し、X軸方向に沿った-Xの向きに付与される。したがって、磁気検出部7の近傍では、磁束Bm1と磁束Bm2とが合成されて高密度の磁束Bmが発生し、磁気検出部7に付与される。したがって、電流センサ6によれば、比較的微弱な電流Imであっても高い感度で電流値を検出することができる。
電流センサ6によれば、磁気検出部7を取り囲むように磁気シールド9を設けるようにしている。このため、磁気検出部7に対する、周囲からの不要な外乱磁場の磁束の影響が緩和される。よって、電流センサ6では、磁束Bmを高い精度で検出し、導体10を流れる電流Imの大きさを高い精度で測定することができる。
(変形例2-1)
図24は、上記第2の実施の形態の第1変形例(変形例2-1)としての電流センサ6Aの外観を表す斜視図である。第2の実施の形態の電流センサ6では、磁気検出部7の周囲を周回する環状をなす磁気シールド9を有するようにした。これに対し、変形例2-1の電流センサ6Aでは、図24に示したように磁気シールド9の代わりに磁気シールド9Aを有する。磁気シールド9Aは、環状の一部に切り欠きK9Aを含んでおり、YZ面において一部が開放されたU形状を有している。変形例2-1の電流センサ6Aにおいても、磁気シールド9Aを有しているので、磁気シールド9Aを含まない場合と比較して磁気検出部7に対する外乱磁場の影響を低減することができる。
<3.第3の実施の形態>
図25は、電流センサ1などを備えた電気制御装置の構成例を表すブロック図である。上記第1の実施の形態およびいくつかの変形例、ならびに第2の実施の形態および変形例で説明した電流センサ1,1A~1J,6,6Aは、いずれも、例えば図25に示した電気制御装置110に搭載することができる。
電気制御装置110は、例えば電流センサ111と、電源装置112と、制御回路113とを備える。電流センサ111は、電源装置112から出力され、あるいは電源装置112に入力される電流を測定するようになっている。電流センサ111において測定された電流値に関する情報は、制御回路113に送信されるようになっている。制御回路113は、例えば電流センサ111の動作および電源装置112の動作を制御する装置である。制御回路113は、例えば電流センサ111からの情報に基づいて電源装置112からの出力電流の調整を行う。電流センサ111には、上記実施の形態等で説明した電流センサ1,1A~1J,6,6Aを適用することができる。なお、本発明の電気制御装置としては、例えば、ハイブリッド電気自動車(HEV: Hybrid Electric Vehicle)や電気自動車(EV: Electric Vehicle)等のバッテリマネジメントシステム、インバータ及びコンバータ等が挙げられる。
以上説明した実施形態および変形例は、本発明の理解を容易にするために記載されたものであって、本発明を限定するために記載されたものではない。したがって、上記実施形態等に開示された各要素は、本発明の技術的範囲に属する全ての設計変更や均等物をも含む趣旨である。すなわち、本発明は上記実施の形態等に限定されるものではなく、種々の変形が可能である。
1,6…電流センサ、2,7…磁気検出部、3,8…集磁コア、3T1,3T2…端面、31…第1コア部、32…第2コア部、33…第3コア部、34…第4コア部、35…第5コア部、4,9…磁気シールド、41,91…第1シールド部、42,92…第2シールド部、43,93…第3シールド部、44,94…第4シールド部、5,10…導体、Bm…磁束、CG…コアギャップ、Im…電流。

Claims (19)

  1. 導体を第1方向に沿って流れる電流により発生する第2方向の磁束が付与される磁気検出部と、
    第1部分と、前記導体と前記第1部分との間に配置される第2部分と、前記第1部分と前記第2部分とを磁気的に繋ぐ第3部分とを含み、前記導体および前記磁気検出部の双方と離間しつつ、前記第2方向と直交する第1平面に沿って前記磁気検出部を前記第1部分、前記第2部分および前記第3部分により取り囲む第1軟磁性体と
    を有する
    電流センサ。
  2. 前記第1部分および前記第2部分は、前記第1方向および前記第2方向を含む第2平面に沿って広がっている
    請求項1記載の電流センサ。
  3. 前記第3部分は、前記第2平面に対して実質的に直交する第3方向に延在している
    請求項2記載の電流センサ。
  4. 前記磁気検出部は、前記第1方向および前記第2方向を含む第2平面に直交する第3方向に眺めた状態で前記第1部分および前記第2部分の双方と重なり合うように配置されている
    請求項1から請求項3のいずれか1項に記載の電流センサ。
  5. 前記第1部分および前記第2部分は、それぞれ、前記第1方向の両端部である第1端部および第2端部を含み、
    前記第3部分は、前記第1部分の前記第1端部と前記第2部分の前記第1端部とを磁気的に繋ぐように設けられている
    請求項1から請求項4のいずれか1項に記載の電流センサ。
  6. 前記第1軟磁性体は、
    前記第1部分の前記第2端部と前記第2部分の前記第2端部とを磁気的に繋ぐように設けられると共に前記第1方向において前記第3部分と対向する第4部分をさらに有する
    請求項5記載の電流センサ。
  7. 前記第1方向と直交する第3平面に沿って前記導体を取り囲む第2軟磁性体をさらに有する
    請求項1から請求項6のいずれか1項に記載の電流センサ。
  8. 前記第2軟磁性体は、前記第2方向に互いに離間して対向する第1端面および第2端面を含み、
    前記磁気検出部は、前記第1端面と前記第2端面との隙間に配置されている
    請求項7に記載の電流センサ。
  9. 前記第1軟磁性体の主たる構成材料である第1構成材料の鉄損は、前記第2軟磁性体の主たる構成材料である第2構成材料の鉄損よりも大きい
    請求項7または請求項8に記載の電流センサ。
  10. 第1方向に延在し、電流が第1の向きに流れることにより第2方向の第1磁束を発生する第1導体部分と、前記第1方向に延在し、前記電流が前記第1の向きと反対の第2の向きに流れることにより前記第2方向の第2磁束を発生する第2導体部分とを含む導体と、
    前記第1磁束および前記第2磁束が付与される磁気検出部と、
    第1部分と、前記第1方向において前記第1部分と対向するように配置された第2部分と、前記第1部分と前記第2部分とを磁気的に繋ぐ第3部分とを含み、前記導体および前記磁気検出部の双方と離間しつつ、前記第2方向と直交する第1平面に沿って前記磁気検出部を前記第1部分、前記第2部分および前記第3部分により取り囲む第1軟磁性体と、
    前記第1方向と直交する第3平面に沿って前記磁気検出部、前記第1導体部分および前記第2導体部分を取り囲む第2軟磁性体とを
    有する
    電流センサ。
  11. 前記磁気検出部は、前記第1方向に眺めた状態で前記第1部分および前記第2部分の双方と重なり合うように配置されている
    請求項10記載の電流センサ。
  12. 前記第3部分は、前記第1方向に延在している
    請求項10または請求項11に記載の電流センサ。
  13. 前記第1部分および前記第2部分は、それぞれ、前記第1方向および前記第2方向を含む第2平面に対して実質的に直交する第3方向の両端部である第1端部および第2端部を含み、
    前記第3部分は、前記第1部分の前記第1端部と前記第2部分の前記第1端部とを磁気的に繋ぐように設けられている
    請求項10から請求項12のいずれか1項に記載の電流センサ。
  14. 前記第1軟磁性体は、
    前記第1部分の前記第2端部と前記第2部分の前記第2端部とを磁気的に繋ぐように設けられると共に前記第1方向において前記第3部分と対向する第4部分をさらに有する
    請求項13記載の電流センサ。
  15. 前記第1軟磁性体は、前記第2軟磁性体によって取り囲まれた空間に配置されている
    請求項10から請求項14のいずれか1項に記載の電流センサ。
  16. 前記第1軟磁性体の主たる構成材料である第1構成材料の鉄損は、前記第2軟磁性体の主たる構成材料である第2構成材料の鉄損よりも大きい
    請求項10から請求項15のいずれか1項に記載の電流センサ。
  17. 前記磁気検出部は、磁気抵抗効果素子またはホール素子を含む
    請求項1から請求項16のいずれか1項に記載の電流センサ。
  18. 前記磁気抵抗効果素子は、巨大磁気抵抗効果素子またはトンネル磁気抵抗効果素子である
    請求項17記載の電流センサ。
  19. 請求項1から請求項18のいずれか1項に記載の電流センサを備えた電気制御装置。
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