JP6671986B2 - 電流センサおよびその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、導電体を流れる電流を検出する電流センサおよびその製造方法
に関するものである。

電流路（バスバー）となる導電体に貫通穴を設け、当該貫通穴に２つの磁気センサを設けた電流センサが特許文献１に開示されている。この電流センサでは、２つの磁気センサを近づけて設けているため、空間的に偏った外来磁場（ノイズとなる磁場）の原因となる磁気ノイズ源がある場合でも、２つの磁気センサ付近に生じる外来磁場をほぼ等しくできる。そのため、２つの磁気センサ付近の磁界検出結果の差を算出することで、外来磁場の磁界成分を除去でき、測定誤差を小さくできる。

特開２００６−１８４２６９号公報 特開平９−９３７７１号公報 特開平１０−７３６１９号公報 特開２００３−２８８９９号公報 特開２０１０−８５２２８号公報 特開２０１０−１１２７６７号公報 特開２０１０−１１７１６５号公報 特開２０１０−１２１９８３号公報 特開２０１４−５５７９０号公報 特開２０１５−７２１２４号公報 特開２０１５−１３５２６７号公報 特開２０１５−１３７８９２号公報 特開２０１５−１３７８９４号公報

しかしながら、上述した従来の電流センサでは、２つの磁気センサを近づけすぎると、当該２つの磁気センサ付近に生じる誘導磁界の差が小さくなり、Ｓ／Ｎ特性が低下してしまうという問題がある。

また、特許文献２〜１３には、バスバーを開口部により分流する構成の電流センサが開示されている。しかしながら、特許文献２〜１３に開示された電流センサでは、開口部の幅に対して高さ（厚さ）が薄く、開口部内における磁束密度勾配が小さい。そのため、２つの磁気センサを近づけすぎると、当該２つの磁気センサ付近に生じる誘導磁界の差が小さくなり、Ｓ／Ｎ特性が低下してしまうという問題がある。

本発明は、外来磁場の影響を抑制して導電体を流れる電流を高精度に検出でき、且つ簡単に製造できる電流センサおよびその製造方法を提供することを目的とする。

上述した従来技術の問題点を解決し、上述した目的を達成するために、本発明の電流センサは、通流方向と直交する断面が長方形の第１の導体部と、通流方向と直交する断面が長方形であり、当該長方形の短辺（幅）および長辺（高さ）が前記第１の導体部の長方形の短辺および長辺と、通流方向に延在する少なくとも一部分において平行するように設けられ、電流流入部および電流流出部がそれぞれ前記第１の導体部の電流流入部および電流流出部と電気的に接続された第２の導体部と、前記第１の導体部と前記第２の導体部とが平行する部分における前記第１の導体部と前記第２の導体部との間の非導電領域内において、前記短辺に沿った方向の異なる位置に設けられ、前記第１の導体部および前記第２の導体部を流れる電流によって生じる誘導磁界を検出する第１の磁気センサおよび第２の磁気センサとを有し、前記第１の導体部と前記第２の導体部とは別体であり、電流流入部同士および電流流出部同士が、直接あるいは間接的に電気接続されており、前記第１の導体部の前記長辺を形成し前記通流方向に沿った面と、前記第２の導体部の前記長辺を形成し前記通流方向に沿った面とが向かい合っている。
前記非導電領域の幅となる前記第１の導体部と前記第２の導体部との間の距離である非導電領域幅ｘと、
前記非導電領域幅ｘの方向と前記第１の導体部および前記第２の導体部の電流方向との双方に直交する方向の高さｔとの下記式（１）
［数１］
Ｒ＝ｔ／ｘ …（１）
で示される比率Ｒが、下記式（２）
［数２］
１／４≦Ｒ≦１ …（２）
を満たし、
前記第１の磁気センサは前記第２の磁気センサに比べて前記第１の導体部側に設けられ、
前記第２の磁気センサは前記第１の磁気センサに比べて前記第２の導体部側に設けられ、
前記第１の導体部と前記第２の導体部とは、前記高さの方向および電流の通流方向の双方に沿った仮想面に対して面対称であり、
前記第１の導体部と前記第１の磁気センサの距離と、前記第２の導体部と前記第２の磁気センサの距離とが等しく、
前記比率Ｒは、前記式（２）の範囲において、前記非導電領域内の前記非導電領域幅ｘの方向における中心の磁束密度勾配が最大となるように規定されている。

この構成によれば、前記第１の導体部および前記第２の導体部の長方形の断面の長辺を長くするだけで、簡単な加工により、非導電領域の高さ方向を長くできる。すなわち、１本の導体体をくり抜いて非導電領域を形成する場合には、くり抜きが深いと加工が難しくなるが、本発明ではくり抜き加工が不要であり、簡単且つ安価にできる。
非導電領域の高さ方向を長くすることにより、第１の磁気センサおよび第２の磁気センサが位置する非導体領域内の磁束密度勾配を大きくできるので、第１の磁気センサおよび第２の磁気センサに生じる第１の導電部および第２の導電部を流れる電流の誘導磁界の差を大きくすることができ、高い測定精度を得ることができる。
また、第１の磁気センサおよび第２の磁気センサが位置する非導体領域内の磁束密度勾配を大きくできるので、第１の磁気センサおよび第２の磁気センサを近づけることができ、両磁気センサに生じる外来磁場の影響を高精度に除去でき、高い測定精度を実現できる。

また、この構成によれば、第１の磁気センサおよび第２の磁気センサに、それぞれ第１の導体部および第２の導体部から逆方向の磁界が与えられる。また、第１の磁気センサおよび第２の磁気センサには、略同じ大きさ且つ略同一方向の外来磁界が与えられる。
そのため、第１の磁気センサおよび第２の磁気センサの検出結果の差から、前記第１の導体部および前記第２の導体部を流れる電流値を算出できる。
また、この構成によれば、第１の磁気センサおよび第２の磁気センサが位置する非導電領域内の磁束密度勾配を大きくできるので、第１の磁気センサおよび第２の磁気センサに生じる第１の導体部および第２の導体部を流れる電流の誘導磁界の差を大きくすることができ、高い測定精度を得ることができる。

また、この構成によれば、第１の磁気センサおよび第２の磁気センサが位置する非導電領域内の磁束密度勾配を大きくできるので、第１の磁気センサおよび第２の磁気センサを近づけることができ、両磁気センサに生じる外来磁場の影響を高精度に除去でき、高い測定精度を実現できる。

また、この構成によれば、前記第１の導体部と前記第２の導体部とが前記仮想面に対して面対称であり、且つ前記第１の導体部と前記第１の磁気センサの距離と、前記第２の導体部と前記第２の磁気センサの距離とが等しい。そのため、前記第１の磁気センサおよび前記第２の磁気センサの位置決めが容易となり、高い位置決め精度により高精度な測定を行うことができると共に、製造コストを抑えることができる。

好適には本発明の電流センサの前記第１の導体部および前記第２の導体部は平板状である。
この構成によれば、前記第１の導体部および前記第２の導体部が平板状であるため、簡単な加工により、非導電領域の高さ方向を長くできる。

好適には本発明の電流センサの前記第１の導体部は平板状であり、前記第２の導体部は、前記第１の導体部との間に前記非導電領域を形成するように屈曲部を有する。
この構成によれば、前記第２の導体部に屈曲部を持たせることで、前記非導電領域における前記第１の導体部と前記第２の導体部との間の距離を長くすることができる。

好適には本発明の電流センサの前記第１の導体部と前記第２の導体部とは、前記通流方向における前記非導電領域の両端で電気的に直接接続している。

好適には本発明の電流センサの前記第２の導体部は、前記第１の導体部と面接する第１の平板部と、前記第１の導体部と面接する第２の平板部と、前記第１の導体部と平行に離間して位置する第３の平板部と、前記第１の平板部と前記第３の平板部の一端との間に介在する第４の平板部と、前記第２の平板部と前記第３の平板部の他端との間に介在する第５の平板部とを有し、前記第１の平板部と前記第４の平板部、前記第３の平板部と前記第４の平板部、前記第２の平板部と前記第５の平板部、前記第３の平板部と前記第５の平板部とが、前記屈曲部を形成している。
この構成によれば、前記第１の導体部および前記第２の導体部の双方に前記屈曲部を持たせることで、前記第１の導体部および前記第２の導体部の間の距離を簡単な構成で長くすることができる。
この構成によれば、前記第１の導体部と前記第２の導体部とで、前記電流流入部および前記電流流出部をそれぞれ直接接続するため、前記第１の導体部と前記第２の導体部とを接続するための導電部を別途設ける必要がなく、構成を簡単且つ安価にできる。
この構成によれば、非導電領域内において、前記第１の導体部および前記第２の導体部の双方から発生する誘導磁界の強さの広がりパターンが同一となるので、非導電領域の中央付近の磁束密度勾配が直線に近づき、測定精度を高める設計が容易である。

好適には本発明の電流センサの前記第１の導体部と前記第２の導体部とは、前記長辺の方向および前記通流方向の双方に沿った仮想面に対して面対称であり、前記断面方向において、前記第１の導体部と前記第１の磁気センサの距離と、前記第２の導体部と前記第２の磁気センサの距離とが等しい。

この構成によれば、前記第１の磁気センサおよび前記第２の磁気センサの位置決めが容易となり、高い位置決め精度により高精度な測定を行うことができると共に、製造コストを抑えることができる。

好適には本発明の電流センサは、前記比率Ｒが下記式（３）を満たす。
［数３］
０． ４≦Ｒ≦０．６ …（３）

好適には本発明の電流センサは、前記第１の磁気センサと前記第２の磁気センサとの検出結果の差から前記第１の導体部および前記第２の導体部を流れる電流値を算出する処理部をさらに有する。
この構成によれば、前記第１の磁気センサと前記第２の磁気センサとの検出結果の差を求めることで、外来磁場の影響を除去できる。

本発明の電流センサ製造方法は、上述した本発明の電流センサの製造方法であって、前記第１の導体部の長方形の断面の短辺および長辺が、前記第２の導体部の長方形の断面の短辺および長辺と、通流方向に延在する少なくとも一部分においてそれぞれ平行になる姿勢にする第１の工程と、前記第１の工程の姿勢において、前記第１の導体部の電流流入部と前記第２の導体部の電流流入部とで、断面が長方形の平板状の形状を持った第３の導体の端部を挟み込むとともに、前記第１の導体部の電流流出部と前記第２の導体部の電流流出部とで、断面が長方形の平板状の形状を持った第４の導体の端部を挟み込むことにより、前記第１の導体部および前記第２の導体部の電流流入部同士および電流流出部同士を電気接続する第２の工程と、前記第１の導体部と前記第２の導体部とが平行する部分における前記第１の導体部と前記第２の導体部との間の非導電領域内において、前記短辺に沿った方向の異なる位置に第１の磁気センサおよび第２の磁気センサを配置する第３の工程とを有する。

この構成によれば、前記第１の導体部および前記第２の導体部の長方形の断面の長辺を長くするだけで、簡単な加工により、非導電領域の高さを長くできる。すなわち、１本の導体体をくり抜いて非導電領域を形成する場合には、くり抜きが深いと加工が難しくなるが、本発明ではくり抜き加工が不要であり、簡単且つ安価にできる。

本発明によれば、外来磁場の影響を抑制して導電体を流れる電流を高精度に検出でき、且つ簡単に製造できる電流センサおよびその製造方法を提供することができる。

図１は、本発明の第１実施形態に係る電流センサの構成を説明するための斜視図である。 図２は、図１に示す断面線Ａ−Ａにおける断面図である。 図３は、図２における導電部を流れる電流によって生じる磁界の分布を説明するための図である。 図４は、図２における各部の長さの比率を説明するための図である。 図５は、図１に示す電流センサの非導電領域内の磁束密度分布を説明するための図である。 図６は、図１に示す電流センサの非導電領域幅ｘが５ｍｍの場合の非導電領域の高さｔと、磁束密度勾配の関係を示す図である。 図７は、図１に示す電流センサの非導電領域の比率Ｒと磁束密度勾配の関係を示す図である。 図８は、図１に示す電流センサの隣接導体からの外来磁場の影響を説明するための図である。 図９は、図１に示す第１の磁気センサと第２の磁気センサとの間の距離と、処理部で算出した差との関係を説明するための図である。 図１０は、本発明の第２実施形態に係る本実施形態の電流センサを説明するための図である。 図１１は、図１０に示す電流センサの製造工程を説明するためのフローチャートである。 図１２は、本発明の第３実施形態に係る本実施形態の電流センサを説明するための図である。 図１３は、本発明の第４実施形態に係る本実施形態の電流センサを説明するための図である。

以下、本発明の実施形態に係る電流センサを説明する。
図１は、本発明の実施形態に係る電流センサの構成を説明するための斜視図、図２は図１に示す断面線Ａ−Ａにおける断面図、図３は図２における導電部を流れる電流によって生じる磁界の分布を説明するための図、図４は図２における各部の長さの比率を説明するための図である。

図１に示すように、電流センサ１は、第１の導体部１１ｂおよび第２の導体部１１ｃを備えた導電体１１、第１の磁気センサ１５、第２の磁気センサ１７および処理部２１を有する。

図１および図２に示すように、電流センサ１は、断面矩形の板状で、通流方向（電流方向）であるＹ１方向の所定の位置に開口部（貫通孔）である非導電領域１３が形成された導電体１１を有している。
非導電領域１３のＸ１方向側には第１の導体部１１ｂが位置し、Ｘ２方向側には第２の導体部１１ｃが位置している。
第１の導体部１１ｂおよび第２の導体部１１ｃの通流方向と直交する断面は長方形であり、例えば同一の大きさである。

第１の導体部１１ｂの電流流入部１１ｂ１と、第２の導体部１１ｃの電流流入部１１ｃ１とが第３の導電部１１ａで電気的に接続されている。また、第１の導体部１１ｂの電流流出部１１ｂ２と、第２の導体部１１ｃの電流流出部１１ｃ２とが第４の導電部１１ｄで電気的に接続されている
第１の導体部１１ｂおよび第２の導体部１１ｃの各々には、図１および図２に示すように、第３の導電部１１ａおよび第４の導電部１１ｄに流れる電流Ｉの１／２となる電流Ｉｂおよび電流Ｉｃが流れる。

非導電領域１３は、Ｘ１−Ｘ２方向における第１の導体部１１ｂと第２の導体部１１ｃとの間に位置し、導電体１１のＺ１側およびＺ２側の面との間の貫通した直方体形状をしている。

非導電領域１３内には、第１の導体部１１ｂおよび第２の導体部１１ｃとの間の距離が相互に異なる位置に、第１の磁気センサ１５および第２の磁気センサ１７が設けられている。
具体的には、第１の磁気センサ１５は、第２の導体部１１ｃに比べて第１の導体部１１ｂ側に設けられている。第２の磁気センサ１７は第１の導体部１１ｂに比べて第２の導体部１１ｃ側に設けられている。第１の導体部１１ｂおよび第２の導体部１１ｃは、これらの長方形の断面の長辺の方向および通流方向の双方に沿った仮想面３１に対して面対称であり、断面方向（Ｘ−Ｚ面方向）において、第１の導体部１１ｂと第１の磁気センサ１５との間の距離と、第２の導体部１１ｃと第２の磁気センサ１７との間の距離とが等しい。
第１の磁気センサ１５および第２の磁気センサ１７は、図示しない基板上等に固定されている。

第１の磁気センサ１５と第２の磁気センサ１７とは同じ磁気検出特性を有している。
図３に示すように、第１の磁気センサ１５および第２の磁気センサ１７は、第１の導体部１１ｂおよび第２の導体部１１ｃを流れる電流によって生じる第１の誘導磁界Ｂｂおよび第２の誘導磁界Ｂｃを検出する。

第１の磁気センサ１５及び第２の磁気センサ１７は、例えば磁気抵抗効果素子（ＧＭＲ素子，ＴＭＲ素子など）を含んで構成されており、特定の感度軸の磁界に対して強い感度を示す。例えば、第１の磁気センサ１５の感度軸Ｓ１および第２の磁気センサ１７の感度軸Ｓ２は何れもＺ２の向きである。

本実施形態では、図４に示すように、非導電領域１３の幅となる第１の導体部１１ｂと第２の導体部１１ｃとの間のＸ１−Ｘ２方向の距離を非導電領域幅ｘとする。
また、Ｚ１−Ｚ２方向の非導電領域１３の高さをｔとする。

図５は、図１に示す電流センサ１の非導電領域１３内の磁束密度分布を説明するための図である。
図５では、ｔ＝２．２ｍｍ、ｘ＝５ｍｍとし、第１の導体部１１ｂおよび第２の導体部１１ｃの幅を１．８ｍｍとし、４０Ａの電流Ｉを流す場合でシミュレーションした結果である。この場合に、非導電領域１３の中心付近の磁束密度勾配は約１．０ｍＴ／ｍｍとなり、第１の磁気センサ１５と第２の磁気センサ１７との間の検出磁界の差が約１ｍＴ必要であると、第１の磁気センサ１５と第２の磁気センサ１７とのＸ１−Ｘ２方向の間隔は１．０ｍｍ必要となる。

図６は、図１に示す電流センサ１の非導電領域幅ｘが５ｍｍの場合の非導電領域１３の高さｔと、磁束密度勾配の関係を示す図である。
図６のシミュレーションは、図５の場合と同じ条件で行った。

図７は図１に示す電流センサ１の非導電領域１３の比率Ｒと磁束密度勾配の関係を示す図である。
図７のシミュレーションは、ｘ＝６ｍｍとし、８０Ａの電流Ｉを流す場合で行った。

図４〜図７に示すように、電流センサ１では、下記式（１）で示される非導電領域１３の非導電領域幅ｘと高さｔとの比率Ｒが、非導電領域１３内のＸ１−Ｘ２方向における磁束密度勾配の最大値から所定の範囲内になるように規定されている。

［数１］
Ｒ＝ｔ／ｘ …（１）

比率Ｒは、好ましくは下記式（２）の条件を満たす。

［数２］
１／４≦Ｒ≦１ …（２）

比率Ｒは、さらに好ましくは非導電領域１３内の磁束密度勾配の最大値付近になるように規定され、例えば、下記式（３）の条件を満たす。

［数３］
０． ４≦Ｒ≦０．６ …（３）

処理部２１は、第１の磁気センサ１５および第２の磁気センサ１７の磁界検出結果を入力し、これらを基に、導電体１１を流れる電流値を算出する。
具体的には、処理部２１は、第１の磁気センサ１５の第１の磁気検出結果と第２の磁気センサ１７の第２の磁気検出結果との差から、導電体１１を流れる電流値を算出する。

以下、電流センサ１の作用を説明する。
導電体１１の第３の導電部１１ａからの電流Ｉが、第１の導体部１１ｂおよび第２の導体部１１ｃにＩ／２ずつ分流される。具体的には、第１の導体部１１ｂの電流流入部１１ｂ１から電流流出部１１ｂ２に向けてＩ／２の電流Ｉｂが流れる。第２の導体部１１ｃの電流流入部１１ｃ１から電流流出部１１ｃ２に向けてＩ／２の電流Ｉｃが流れる。

図３に示すように、第１の導体部１１ｂを流れる電流Ｉｂにより、電流方向に対する右ネジの方向に第１の誘導磁界Ｂｂが生じる。第２の導体部１１ｃを流れる電流Ｉｃにより、電流方向に対する右ネジの方向に第２の誘導磁界Ｂｃが生じる。
ここで、上述したように電流Ｉｂと電流Ｉｃとは共にＩ／２である。そのため、非導電領域１３内において、第１の誘導磁界Ｂｂと第２の誘導磁界Ｂｃとは向きが逆で、大きさ同じである。

具体的には、図３に示すように、非導電領域１３内の第１の磁気センサ１５の位置には第１の導体部１１ｂによりＺ１方向の第１の誘導磁界Ｂｂが生じる。一方、第２の磁気センサ１７の位置には第２の導体部１１ｃによりＺ２方向の第２の誘導磁界Ｂｃが生じる。両磁界の大きさは略同じである。

本実施形態では、非導電領域幅ｘを「５ｍｍ」とし、高さｔを「２．２ｍｍ」とした。
この場合に、図５および図６に示すように、非導電領域幅ｘ方向における非導電領域１３内の磁束密度勾配は最大付近になる。
そのため、非導電領域１３内において、第１の磁気センサ１５と第２の磁気センサ１７とのＸ１−Ｘ２方向の距離を「０．６〜３．０ｍｍ」のように近距離にしても、第１の磁気センサ１５と第２の磁気センサ１７との間に誘導磁界の差を大きくできる。

ここで、第１の導体部１１ｂの第１の誘導磁界Ｂｂの第１の磁界検出結果をＶｂとし、第２の導体部１１ｃの第２の誘導磁界Ｂｃの第２の磁界検出結果をＶｃとする。
処理部２１は、下記式（４）に示すように、第１の磁界検出結果をＶｂと第２の磁界検出結果をＶｃとの差である。

［数４］
Ｖ＝Ｖｂ−Ｖｃ …（４）

処理部２１は、上記式（４）を演算して得たＶに基づいて、導電体１１を流れる電流値を算出する。

電流センサ１による外来磁界の影響の抑制に関する作用を説明する。
図８は、電流センサ１の隣接導体からの外来磁場の影響を説明するための図である。図９は、第１の磁気センサ１５と第２の磁気センサ１７との間の距離と、処理部２１で算出した差との関係を説明するための図である。
図９は、第１の磁気センサ１５と第２の磁気センサ１７の中心と隣接導体８３の中心との距離（横軸）と、隣接導体８３からの外乱磁場による算出電流値への影響（縦軸）との関係を、第１の磁気センサ１５と第２の磁気センサ１７の複数の距離について示した図である。

図８に示すように、隣接導体からの外乱磁界Ｂｎが存在する場合に、第１の磁気センサ１５に生じる磁界は、第１の誘導磁界Ｂｂと外来磁界Ｂｎの第１の合成磁界（Ｂｂ＋Ｂｎｂ）になる。
また、第２の磁気センサ１７に生じる磁界は、第２の磁界Ｂｃと外来磁界Ｂｎの第２の合成磁界（Ｂｃ＋Ｂｎｃ）になる。
ここで、第１の磁気センサ１５と第２の磁気センサ１７とは近接しているため、外来磁界ＢｎｂとＢｎｃの大きさは略同じになる。

第１の磁気センサ１５の第１の合成磁界（Ｂｂ＋Ｂｎｂ）の第１の磁界検出結果を（Ｖｂ＋Ｖｎｂ）とし、第２の磁気センサ１７の第２の合成磁界（Ｂｃ＋Ｂｎｃ）の第２の磁界検出結果を（Ｖｃ＋Ｖｎｃ）とする。
処理部２１は、下記式（５）に示すように、第１の磁界検出結果（Ｖｂ＋Ｖｎｂ）と第２の磁界検出結果（Ｖｃ＋Ｖｎｃ）との差を算出する。このとき、外来磁界Ｂｎｂ，Ｂｎｃの成分である（Ｖｎｂ―Ｖｎｃ）は非常に小さく無視できる。

［数５］
Ｖ＝（Ｖｂ＋Ｖｎｂ）−（Ｖｃ＋Ｖｎｃ）
＝（Ｖｂ−Ｖｃ）＋（Ｖｎｂ―Ｖｎｃ） …（５）

図９に示すように、第１の磁気センサ１５と第２の磁気センサ１７との距離が短い方が、隣接導体８３からの外乱磁場による算出電流値への影響（縦軸）を小さくできる。
また、隣接導体８３からの外乱磁場による算出電流値への影響が同じであれば、第１の磁気センサ１５と第２の磁気センサ１７との距離が短い方が、第１の磁気センサ１５と第２の磁気センサ１７の中心と隣接導体の中心との距離（横軸）を短くできる。

隣接導体８３からの外乱磁場による算出電流値への影響を、１×１０^−５Ｔ（信号磁界１ｍＴとするとその１％）まで許容し、第１の磁気センサ１５と第２の磁気センサ１７との距離１．０ｍｍの場合は、第１の磁気センサ１５と第２の磁気センサ１７の中心と隣接導体８３の中心との距離は約２７ｍｍ以上確保する必要がある。
隣接導体８３からの外乱磁場による算出電流値への影響を抑えるためには差動処理する第１の磁気センサ１５と第２の磁気センサ１７との距離を短くする必要がある。

以上説明したように、電流センサ１では、第１の磁気センサ１５および第２の磁気センサ１７に、それぞれ第１の導体部１１ｂおよび第２の導体部１１ｃから逆方向の誘導磁界が与えられる。また、第１の磁気センサ１５および第２の磁気センサ１７には、略同じ大きさ且つ略同一方向の外来磁界が与えられる。
そのため、第１の磁気センサ１５および第２の磁気センサ１７の検出結果の差を算出することで、外来磁界の影響を抑制して、導電体１１を流れる電流値を高精度に算出できる。

また、電流センサ１によれば、非導電領域幅ｘと高さｔとの比率Ｒを上述した式（１）〜（３）に示すように規定したことで、非導電領域１３内の磁束密度勾配を大きくできる。そのため、第１の磁気センサ１５および第２の磁気センサ１７に生じる第１の導体部１１ｂおよび第２の導体部１１ｃを流れる電流の誘導磁界の差を大きくすることができ、高い測定精度を得ることができる。

すなわち、導電体１１の最大電流に応じて一定に規定されている場合に、非導電領域１３の寸法を規定する比率Ｒを上述したように規定することで、非導電領域１３内に磁束密度勾配を最大付近にすることができることを見出した。この非導電領域１３の形状は、高さｔが大きく、特許文献２〜１３に開示された電流路の形状の思想とは大きく異なる。

また、電流センサ１によれば、第１の磁気センサ１５および第２の磁気センサ１７が位置する非導体領域１３内の磁束密度勾配を大きくできるので、第１の磁気センサ１５と第２の磁気センサ１７とを近づけることができ、両磁気センサに生じる外来磁場の影響を高精度に除去でき、高い測定精度を実現できる。

また、電流センサ１によれば、第１の導体部１１ｂ、第２の導体部１１ｃ、第３の導電部１１ａおよび第４の導電部１１ｄの断面を矩形にしたことで、比較的、シンプルな形状にすることができ、簡単な加工により製造工程を簡単できる。

＜第２実施形態＞
図１０は、本発明の第２実施形態に係る本実施形態の電流センサ２０１を説明するための図である。
電流センサ２０１は、第１の導体部２１１ｂ、第２の導体部２１１ｃ、第３の導体部２１１ａ、第４の導体部２１１ｄを各々別体として有する。
第１の導体部２１１ｂおよび第２の導体部２１１ｃは、平板状であり、その通流方向（Ｙ１−Ｙ２方向）と直交する断面は長方形である。ここで、当該長方形の短辺はＸ１−Ｘ２方向に平行であり、長辺はＺ１−Ｚ２方向に平行である。
すなわち、第１の導体部２１１ｂおよび第２の導体部２１１ｃは、長辺を形成し通流方向（Ｙ１−Ｙ２方向）に沿った面同士が向かい合っている。

第１の導体部２１１ｂの電流流入部２１１ｂ１と、第２の導体部２１１ｃの電流流入部２１１ｃ１とが第３の導電部２１１ａで電気的に接続されている。また、第１の導体部２１１ｂの電流流出部２１１ｂ２と、第２の導体部２１１ｃの電流流出部２１１ｃ２とが第４の導電部２１１ｄで電気的に接続されている
第１の導体部２１１ｂおよび第２の導体部２１１ｃの断面の面積は同じであり、第３の導電部２１１ａに流れる電流Ｉの１／２となる電流Ｉｂおよび電流Ｉｃが各々に流れる。

電流センサ２０１は、第１の導体部２１１ｂ、第２の導体部２１１ｃ、第３の導体部２１１ａおよび第４の導体部２１１ｄで囲まれた非導電領域２１３を有する。
非導電領域２１３内には、第１の導体部１１ｂおよび第２の導体部１１ｃとの間のＸ−Ｘ２方向の距離が相互に異なる位置に、第１の磁気センサ１５および第２の磁気センサ１７が設けられている。

具体的には、第１の磁気センサ１５は、第２の導体部２１１ｃに比べて第１の導体部２１１ｂ側に設けられている。第２の磁気センサ１７は第１の導体部２１１ｂに比べて第２の導体部２１１ｃ側に設けられている。第１の導体部２１１ｂおよび第２の導体部２１１ｃは、これらの長方形の断面の長辺の方向（Ｚ１−Ｚ２方向）および通流方向（Ｙ１−Ｙ２方向）の双方に沿った仮想面３１に対して面対称であり、断面方向（Ｘ−Ｚ面方向）において、第１の導体部２１１ｂと第１の磁気センサ１５との間の距離と、第２の導体部２１１ｃと第２の磁気センサ１７との間の距離とが等しい。
第１の磁気センサ１５および第２の磁気センサ１７は、第１の導体部２１１ｂおよび第２の導体部２１１ｃを流れる電流によって生じる誘導磁界を検出する。

第１実施形態と同様に、非導電領域２１３の幅となる第１の導体部２１１ｂと第２の導体部２１１ｃとの間の距離を非導電領域幅ｘとする。また、Ｚ１−Ｚ２方向の非導電領域２１３の高さをｔとする。
そして、電流センサ２０１においても、第１実施形態と同様に、非導電領域２１３の非導電領域幅ｘと高さｔとの比率Ｒが、非導電領域２１３内のＸ１−Ｘ２方向における磁束密度勾配の最大値から所定の範囲内になるように規定されている。
好適には、比率Ｒが、第１実施形態の式（１）〜（３）を満たすように規定される。

以下、電流センサ２０１の製造工程を説明する。
図１１は、図１０に示す電流センサ２０１の製造工程を説明するためのフローチャートである。
ステップＳＴ１：
断面が長方形の平形状の第１の導体部２１１ｂおよび第２の導体部２１１ｃを用意する。
また、断面が長方形の平形状の第３の導体部２１１ａおよび第４の導体部２１１ｄを用意する。

ステップＳＴ２：
第１の導体部２１１ｂの長方形の断面の短辺および長辺が、第２の導体部２１１ｃの長方形の断面の短辺および長辺と、それぞれ平行になる姿勢にする。具体的には、第１の導体部２１１ｂと第２の導体部２１１ｃとが対向する姿勢にする。

ステップＳＴ３：
第１の導体部２１１ｂの電流流入部２１１ｂ１と、第２の導体部２１１ｃの電流流入部２１１ｃ１とで第３の導体部２１１ａの端部を挟み込む。
また、第１の導体部２１１ｂの電流流出部２１１ｂ２と、第２の導体部２１１ｃの電流流出部２１１ｃ２とで第４の導体部２１１ｄの端部を挟み込む。
これにより、第１の導体部２１１ｂの電流流入部２１１ｂ１と、第２の導体部２１１ｃの電流流入部２１１ｃ１とが電気接続される。また、第１の導体部２１１ｂの電流流出部２１１ｂ２と、第２の導体部２１１ｃの電流流出部２１１ｃ２とが電気接続される。

このとき、第１の導体部２１１ｂ、第２の導体部２１１ｃ、第３の導体部２１１ａおよび第４の導体部２１１ｄによって囲まれた非導電領域２１３の非導電領域幅ｘと高さをｔとの比率Ｒは上記式（１）〜（３）を満たすように規定される。これは、第１の導体部２１１ｂおよび第１の導体部２１１ｂの高さｔ（長辺）と、第３の導体部２１１ａおよび第４の導体部２１１ｄのＸ１−Ｘ２方向の幅を適切に選定するのみで規定でき、特別な加工は不要である。

ステップＳＴ４：
第１の導体部２１１ｂ、第２の導体部２１１ｃ、第３の導体部２１１ａおよび第４の導体部２１１ｄによって囲まれた非導電領域２１３内における、第１の導体部１１ｂおよび第２の導体部１１ｃとの間のＸ−Ｘ２方向の距離が相互に異なる位置に、第１の磁気センサ１５および第２の磁気センサ１７を配設する。

以上説明したように、電流センサ２０１およびその製造方法によれば、前記第１の導体部および前記第２の導体部の長方形の断面の長辺を長くするだけで、簡単な加工により、非導電領域の高さを長くできる。すなわち、１本の導体体をくり抜いて非導電領域を形成する場合には、くり抜きが深いと加工が難しくなるが、電流センサ２０１では、このようなくり抜き加工が不要であり、簡単且つ安価にできる。

また、電流センサ２０１によれば、非導電領域２１３の非導電領域幅ｘと高さをｔとの比率Ｒは上記式（１）〜（３）を満たすように規定したことで、第１実施形態で説明した電流センサ１の作用および効果を同様に得ることができる。

＜第３実施形態＞
図１２は、本発明の第３実施形態に係る本実施形態の電流センサ３０１を説明するための図である。
電流センサ３０１は、第１の導体部３１１ｂおよび第２の導体部３１１ｃを各々別体として有する。
第１の導体部３１１ｂと第２の導体部３１１ｃとの間には、非導電領域３１３が形成されている。
第１の導体部３１１ｂと第２の導体部３１１ｃとは、非導電領域３１３のＹ１−Ｙ２方向の両端で電気的に直接接合している。
第２の導体部３１１ｃは、平板状である。

第１の導体部３１１ｂは、第２の導体部３１１ｃと面接する第１の平板部３５１と、第２の導体部３１１ｃと面接する第２の平板部３５２と、第２の導体部３１１ｃと平行に離間して位置する第３の平板部３５３と、第１の平板部３５１と第３の平板部３５３の一端との間に介在する第４の平板部３５４と、第２の平板部３５２と第３の平板部３５３の他端との間に介在する第５の平板部３５５とを有する。
第１の平板部３５１と第４の平板部３５４、第３の平板部３５３と第４の平板部３５４、第２の平板部３５２と第５の平板部３５５、第３の平板部３５３と第５の平板部３５５とが、屈曲部を形成している。

第１の導体部３１１ｂおよび第２の導体部３１１ｃの断面の面積は同じであり、全体の電流Ｉの１／２となる電流Ｉｂおよび電流Ｉｃが各々に流れる。

電流センサ３０１は、第２の導体部３１１ｃ、第１の導体部３１１ｂの第３の平板部３５３、第４の平板部３５４および第５の平板部３５５で囲まれた非導電領域３１３を有する。
非導電領域３１３内には、第１の導体部３１１ｂの第３の平板部３５３と第２の導体部３１１ｃとの間のＸ−Ｘ２方向の距離が相互に異なる位置に、第１の磁気センサ１５および第２の磁気センサ１７が設けられている。

具体的には、第１の磁気センサ１５は、第２の導体部３１１ｃに比べて第３の平板部３５３側に設けられている。第２の磁気センサ１７は第３の平板部３５３に比べて第２の導体部３１１ｃ側に設けられている。断面方向（Ｘ−Ｚ面方向）において、第３の平板部３５３と第１の磁気センサ１５との間の距離と、第２の導体部３１１ｃと第２の磁気センサ１７との間の距離とが等しい。
第１の磁気センサ１５および第２の磁気センサ１７は、第１の導体部３１１ｂおよび第２の導体部３１１ｃを流れる電流によって生じる誘導磁界を検出する。

第１実施形態と同様に、非導電領域３１３の幅となる第１の導体部３１１ｂの第３の平板部３５３と第２の導体部３１１ｃとの間の距離を非導電領域幅ｘとする。また、Ｚ１−Ｚ２方向の非導電領域３１３の高さをｔとする。
そして、電流センサ３０１においても、第１実施形態と同様に、非導電領域３１３の非導電領域幅ｘと高さｔとの比率Ｒが、非導電領域２１３内のＸ１−Ｘ２方向における磁束密度勾配の最大値から所定の範囲内になるように規定されている。
好適には、比率Ｒが、第１実施形態の式（１）〜（３）を満たすように規定される。

電流センサ３０１によれば、上述した第２実施形態の電流センサ２０１と同様の作用および効果を得ることができる。
また、電流センサ３０１によれば、第１の導体部３１１ｂと第２の導体部３１１ｃとで、電流流入部および電流流出部をそれぞれ直接接続するため第１の導体部３１１ｂと第２の導体部３１１ｃとを接続するための導電部を別途設ける必要がなく、構成を簡単且つ安価にできる。

＜第４実施形態＞
図１３は、本発明の第４実施形態に係る本実施形態の電流センサ４０１を説明するための図である。
電流センサ４０１は、第１の導体部３１１ｃおよび第２の導体部４１１ｃを各々別体として有する。
第１の導体部３１１ｃと第２の導体部４１１ｃとの間には、非導電領域４１３が形成されている。

第１の導体部３１１ｂと第２の導体部４１１ｃとは、ＹＺ平面に平行な仮想面４３１に対して面対称である。
第１の導体部３１１ｂは、第３実施形態で説明した第１の導体部３１１ｂと同じである。

第１の導体部３１１ｂおよび第２の導体部４１１ｃの断面の面積は同じであり、全体の電流Ｉの１／２となる電流Ｉｂおよび電流Ｉｃが各々に流れる。
電流センサ４０１は、第１の導体部３１１ｂと第２の導体部４１１ｃとで囲まれた非導電領域４１３を有する。

非導電領域４１３内には、仮想面４３１に対して対称な位置に第１の磁気センサ１５および第２の磁気センサ１７が設けられている。
第１の磁気センサ１５および第２の磁気センサ１７は、第１の導体部３１１ｂおよび第２の導体部４１１ｃを流れる電流によって生じる誘導磁界を検出する。

第１実施形態と同様に、非導電領域４１３の幅となる第１の導体部３１１ｂの第３の平板部３５３と第２の導体部４１１ｃとの間の距離を非導電領域幅ｘとする。また、Ｚ１−Ｚ２方向の非導電領域４１３の高さをｔとする。
そして、電流センサ４０１においても、第１実施形態と同様に、非導電領域４１３の非導電領域幅ｘと高さｔとの比率Ｒが、非導電領域２１３内のＸ１−Ｘ２方向における磁束密度勾配の最大値から所定の範囲内になるように規定されている。
好適には、比率Ｒが、第１実施形態の式（１）〜（３）を満たすように規定される。

電流センサ４０１によれば、上述した第２実施形態の電流センサ２０１と同様の作用および効果を得ることができる。
また、電流センサ４０１によれば、第１の導体部３１１ｂと第２の導体部３１１ｃとで、電流流入部および電流流出部をそれぞれ直接接続するため、第１の導体部３１１ｂと第２の導体部４１１ｃとを接続するための導電部を別途設ける必要がなく、構成を簡単且つ安価にできる。

また、電流センサ４０１によれば、仮想面４３１に対して、第１の導体部３１１ｂと第２の導体部４１１ｃとが面対称であり、且つ第１の磁気センサ１５と第２の磁気センサ１７とが面対称であるため、位置決めが容易となる。そして、高い位置決め精度により高精度な測定を行うことができると共に、製造コストを抑えることができる。

本発明は上述した実施形態には限定されない。
すなわち、当業者は、本発明の技術的範囲またはその均等の範囲内において、上述した実施形態の構成要素に関し、様々な変更、コンビネーション、サブコンビネーション、並びに代替を行ってもよい。

上述した実施形態では、非導電領域１３，２３１，３１３，４１３が空洞の場合を例示したが、その一部または全体に合成樹脂等の非導電性物質を充填してもよい。
また、上述した実施形態では、第１の導体部１１ｂ，２１１ｂ．３１１ｂと第２の導体部１１ｃ，２１１ｃ，３１１ｃ，４１１ｃとの断面積が同じ場合を例示したが、断面積は異なっていてもよい。

また、上述した実施形態では、第１の磁気センサ１５の感度軸Ｓ１および第２の磁気センサ１７の感度軸Ｓ２は何れもＺ２の向きにしたが、Ｚ１の向きでもよい。また、第１の磁気センサ１５の感度軸Ｓ１と、第２の磁気センサ１７の感度軸Ｓ２との向きを逆にしてもよい。この場合には、処理部２１は、第１の磁気センサ１５の第１の磁気検出結果と第２の磁気センサ１７の第２の磁気検出結果とを加算して、導電体１１を流れる電流値を算出する。

また、上述した実施形態では、非導電領域１３，２３１，３１３，４１３内に、第１の磁気センサ１５および第２の磁気センサ１７を設けた場合を例示したが、４つ以上の偶数個の磁気センサを設けてもよい。

また、上述した実施形態では、本発明の磁気センサの一例として磁気抵抗効果素子を例示したが、ホール素子を用いてもよい。

本発明は、導電体の電流値を検出する電流センサに適用可能である。

１， ２０１，３０１，４０１…電流センサ
１３，２３１，３１３，４１３…非導電領域
１１ｂ，２１１ｂ．３１１ｂ…第１の導体部
１１ｃ，２１１ｃ，３１１ｃ，４１１ｃ…第２の導体部
１５…第１の磁気センサ
１７…第２の磁気センサ
２１…処理部
３１，４３１…仮想面

Claims (8)

1. 通流方向と直交する断面が長方形の第１の導体部と、
   通流方向と直交する断面が長方形であり、当該長方形の短辺および長辺が前記第１の導体部の長方形の短辺および長辺と、通流方向に延在する少なくとも一部分において平行するように設けられ、電流流入部および電流流出部がそれぞれ前記第１の導体部の電流流入部および電流流出部と電気的に接続された第２の導体部と、
   前記第１の導体部と前記第２の導体部とが平行する部分における前記第１の導体部と前記第２の導体部との間の非導電領域内において、前記短辺に沿った方向の異なる位置に設けられ、前記第１の導体部および前記第２の導体部を流れる電流によって生じる誘導磁界を検出する第１の磁気センサおよび第２の磁気センサと、
   を有し、
   前記第１の導体部と前記第２の導体部とは別体であり、電流流入部同士および電流流出部同士が、直接あるいは間接的に電気接続されており、
   前記第１の導体部の前記長辺を形成し前記通流方向に沿った面と、前記第２の導体部の前記長辺を形成し前記通流方向に沿った面とが向かい合っており、
   前記非導電領域の幅となる前記第１の導体部と前記第２の導体部との間の距離である非導電領域幅ｘと、
   前記非導電領域幅ｘの方向と前記第１の導体部および前記第２の導体部の電流方向との双方に直交する方向の高さｔとの下記式（１）
   ［数１］
   Ｒ＝ｔ／ｘ …（１）
   で示される比率Ｒが、下記式（２）
   ［数２］
   １／４≦Ｒ≦１ …（２）
   を満たし、
   前記第１の磁気センサは前記第２の磁気センサに比べて前記第１の導体部側に設けられ、
   前記第２の磁気センサは前記第１の磁気センサに比べて前記第２の導体部側に設けられ、
   前記第１の導体部と前記第２の導体部とは、前記高さの方向および電流の通流方向の双方に沿った仮想面に対して面対称であり、
   前記第１の導体部と前記第１の磁気センサの距離と、前記第２の導体部と前記第２の磁気センサの距離とが等しく、
   前記比率Ｒは、前記式（２）の範囲において、前記非導電領域内の前記非導電領域幅ｘの方向における中心の磁束密度勾配が最大となるように規定されている
   電流センサ。
2. 前記第１の導体部および前記第２の導体部は平板状である
   請求項１に記載の電流センサ。
3. 前記第１の導体部は平板状であり、
   前記第２の導体部は、前記第１の導体部との間に前記非導電領域を形成するように屈曲部を有する
   請求項１に記載の電流センサ。
4. 前記第１の導体部と前記第２の導体部とは、前記通流方向における前記非導電領域の両端で電気的に直接接続している
   請求項２または請求項３に記載の電流センサ。
5. 前記第２の導体部は、前記第１の導体部と面接する第１の平板部と、前記第１の導体部と面接する第２の平板部と、前記第１の導体部と平行に離間して位置する第３の平板部と、前記第１の平板部と前記第３の平板部の一端との間に介在する第４の平板部と、前記第２の平板部と前記第３の平板部の他端との間に介在する第５の平板部とを有し、
   前記第１の平板部と前記第４の平板部、前記第３の平板部と前記第４の平板部、前記第２の平板部と前記第５の平板部、前記第３の平板部と前記第５の平板部とが、前記屈曲部を形成している
   請求項３に記載の電流センサ。
6. 前記第１の導体部と前記第２の導体部とは、前記長辺の方向および前記通流方向の双方に沿った仮想面に対して面対称であり、
   前記断面方向において、前記第１の導体部と前記第１の磁気センサの距離と、前記第２の導体部と前記第２の磁気センサの距離とが等しい
   請求項１に記載の電流センサ。
7. 前記第１の磁気センサと前記第２の磁気センサとの検出結果の差から前記第１の導体部および前記第２の導体部を流れる電流値を算出する処理部
   をさらに有する請求項１〜６のいずれかに記載の電流センサ。
8. 請求項１〜７のいずれかに記載の電流センサの製造方法であって、
   前記第１の導体部の長方形の断面の短辺および長辺が、前記第２の導体部の長方形の断面の短辺および長辺と、通流方向に延在する少なくとも一部分においてそれぞれ平行になる姿勢にする第１の工程と、
   前記第１の工程の姿勢において、前記第１の導体部の電流流入部と前記第２の導体部の電流流入部とで、断面が長方形の平板状の形状を持った第３の導体の端部を挟み込むとともに、前記第１の導体部の電流流出部と前記第２の導体部の電流流出部とで、断面が長方形の平板状の形状を持った第４の導体の端部を挟み込むことにより、前記第１の導体部および前記第２の導体部の電流流入部同士および電流流出部同士を電気接続する第２の工程と、
   前記第１の導体部と前記第２の導体部とが平行する部分における前記第１の導体部と前記第２の導体部との間の非導電領域内において、前記短辺に沿った方向の異なる位置に第１の磁気センサおよび第２の磁気センサを配置する第３の工程と
   を有する電流センサ製造方法。

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