特許 5806586 コンセントユニット

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5806586

(24)【登録日】2015年9月11日

(45)【発行日】2015年11月10日

(54)【発明の名称】コンセントユニット

(51)【国際特許分類】

   G01R 21/00 20060101AFI20151021BHJP

   G01R 15/20 20060101ALI20151021BHJP

   G01R 21/08 20060101ALI20151021BHJP

   H01R 25/00 20060101ALI20151021BHJP

   H01R 13/66 20060101ALI20151021BHJP

【ＦＩ】

   G01R21/00 L

   G01R15/20 A

   G01R21/08

   H01R25/00 A

   H01R13/66

【請求項の数】12

【全頁数】15

(21)【出願番号】特願2011-237103(P2011-237103)

(22)【出願日】2011年10月28日

(65)【公開番号】特開2013-96728(P2013-96728A)

(43)【公開日】2013年5月20日

【審査請求日】2014年8月11日

(73)【特許権者】

【識別番号】303046277

【氏名又は名称】旭化成エレクトロニクス株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001243

【氏名又は名称】特許業務法人 谷・阿部特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】高塚 俊徳

(72)【発明者】

【氏名】鈴木 健治

(72)【発明者】

【氏名】忍田 真一

(72)【発明者】

【氏名】松本 治

【審査官】 深田 高義

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１１−１５９４６４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０００−０４６８７８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０４−３６４４７２（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０１Ｒ ２１／００

Ｇ０１Ｒ １５／２０

Ｇ０１Ｒ ２１／０８

Ｈ０１Ｒ １３／６６

Ｈ０１Ｒ ２５／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

機器と接続可能に構成された複数のコンセント部と、
前記複数のコンセント部のうち、所定数のコンセント部の各々に取り付けられた複数の電流センサと、
前記各電流センサで検出された値に基づいて、前記各コンセント部の電力の使用状態を演算する演算装置と、
を含み、
前記電流センサは、磁気センサを用いて構成されるとともに、電流センサ用基板およびＩＣチップを備え、
前記電流センサ用基板は、Ｕ字形の電流経路を有する一次導体と、磁電変換素子が内蔵された信号処理ICを支持するための支持部およびリード端子を有する信号端子側部材とを備え、前記電流経路は、平面視において前記支持部と重複しないように前記支持部に近接して配置され、側面視において前記支持部と高さが異なる電流センサ用基板とを有し、
前記ＩＣチップは、前記支持部に配置され、前記電流経路を流れる電流から生じる磁束を検出する磁電変換素子を有する
ことを特徴とするコンセントユニット。

【請求項2】

機器と接続可能に構成された複数のコンセント部と、
前記複数のコンセント部のうち、所定数のコンセント部の各々に取り付けられた複数の電流センサと、
前記各電流センサで検出された値に基づいて、前記各コンセント部の電力の使用状態を演算する演算装置と、
を含み、
前記電流センサは、磁気センサを用いて構成されるともに、化合物半導体を磁電変換素子に用い、信号処理用のＩＣとのハイブリッド構造で構成し、電流センサ用基板は、Ｕ字形の電流経路を有する一次導体と、磁電変換素子を支持するための第１の支持部と信号処理ICを支持するための第２の支持部およびリード端子を有する信号端子側部材とを備え、前記電流経路は、平面視において前記第１の支持部と重複しないように前記第１の支持部に近接して配置された電流センサ用基板とを有し、前記電流経路を流れる電流から生じる磁束を検出する磁電変換素子を有する
ことを特徴とするコンセントユニット。

【請求項3】

前記電流センサは、直流電流および交流電流の計測が可能であることを特徴とする請求項１または２に記載のコンセントユニット。

【請求項4】

前記電流センサが、周囲温度信号も出力することを特徴とする請求項１または２に記載のコンセントユニット。

【請求項5】

前記電流センサの厚さが０．５ｍｍ以上〜３ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１または２に記載のコンセントユニット。

【請求項6】

前記電流センサは、磁性体コアを有さないことを特徴とする請求項１または２に記載のコンセントユニット。

【請求項7】

前記電流センサは、化合物半導体を磁電変換素子に用い、信号処理用のＩＣとのハイブリッド構造で構成し、前記電流センサ用基板は、Ｕ字形の電流経路を有する一次導体と、磁電変換素子を支持するための第１の支持部と信号処理ICを支持するための第２の支持部およびリード端子を有する信号端子側部材とを備え、前記電流経路は、平面視において前記第１の支持部と重複しないように前記第１の支持部に近接して配置された電流センサ用基板とを有し、前記電流経路を流れる電流から生じる磁束を検出する磁電変換素子を有することを特徴とする請求項１に記載のコンセントユニット。

【請求項8】

複数のコンセントが連結して取り付けられる場合、隣接するコンセント内の各電流センサは、取り付け位置が互いに異なるように配置されていることを特徴とする請求項１または２に記載のコンセントユニット。

【請求項9】

前記コンセントに磁気シールド処理が施されていることを特徴とする請求項１または２に記載のコンセントユニット。

【請求項10】

前記演算装置は、ＡＤコンバータ回路を備えることを特徴とする請求項１または２に記載のコンセントユニット。

【請求項11】

前記演算装置は、前記電流センサの温度特性データを保持するメモリを備え、前記温度特性データに基づいて、前記電流センサの出力を補正するように構成されている請求項１または２に記載のコンセントユニット。

【請求項12】

前記演算装置は、前記電流センサに電源を供給することを特徴とする請求項１または２に記載のコンセントユニット。

【発明の詳細な説明】

【背景技術】

【0001】

本発明は、コンセントユニットに関し、特に電流値を検出する電流センサを備えたコンセントユニットに関する。

【0002】

従来、コンセントに接続された機器の消費電力を測定し、機器の消費電力を監視する装置が知られている。例えば、特許文献１では、コンセント部と、このコンセント部に接続された電気器具の消費電力を測定する電力測定回路とを備えた電力測定装置が開示されている。

【0003】

また、特許文献２では、コンセント口を有する器体と、このコンセント口に接続された負荷機器への供給電流に基づいて使用電力等を検出して表示するハウジングとを備えた電力量計が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開平８−１８４６１６号公報

【特許文献2】特開２００１−６６３３０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

特許文献１、２に開示されたように、コンセントに接続された機器の電力量等を監視する装置は従来から存在したものの、通常使用されるコイル式の電流センサはサイズが大きく、装置の小型化を実現できていない。

【0006】

そこで本発明は、小型化を可能とするコンセントユニットを提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

上記の課題を解決するためのコンセントユニットは、機器と接続可能に構成された複数のコンセント部と、上記複数のコンセント部のうち、所定数のコンセント部の各々に取り付けられた複数の電流センサと、上記各電流センサで検出された値に基づいて、上記各コンセント部の電力の使用状態を演算する演算装置と、を含み、上記電流センサは、磁気センサを用いて構成されるとともに、電流センサ用基板およびＩＣチップを備え、上記電流センサ用基板は、Ｕ字形の電流経路を有する一次導体と、磁電変換素子が内蔵された信号処理ICを支持するための支持部およびリード端子を有する信号端子側部材とを備え、上記電流経路は、平面視において上記支持部と重複しないように上記支持部に近接して配置され、側面視において上記支持部と高さが異なる電流センサ用基板とを有し、上記ＩＣチップは、上記支持部に配置され、上記電流経路を流れる電流から生じる磁束を検出する磁電変換素子を有する。

【0008】

上記電流センサとしては、例えばシャント抵抗やコイル式の電流センサ、磁気センサを用いた電流センサなどがある。上記電流センサにおいて、直流電流および交流電流の計測が可能であるようにしてもよい。この場合、直流成分のオフセット電圧の検出が可能になる等、より好適なコンセントユニットを構成することとなる。あるいは、上記電流センサを、磁気センサを用いた構成としてもよい。この場合、シャント抵抗で発生する電力ロスもなく、発熱も起きないこととなるのでより好ましい。

【発明の効果】

【0009】

本発明によれば、コンセントユニットの小型化を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】第１実施形態におけるコンセントユニットの構成例を示す図である。

【図2】第１実施形態におけるコンセントユニットの外観の一例を示す図である。

【図3】第１実施形態における電流センサの構成例を示す図である。

【図4】図３の電流センサにおける側面および断面の一例を示す図である。

【図5】コンセントユニットの適用例を示す図である。

【図6】第１実施形態において、コンセントユニット内の各電流センサの位置関係の一例を示す図である。

【図7】第１実施形態において、コンセント部に磁気シールドが施された場合の磁気シールドの設置例を示す図である。

【図8】磁気シールドが施された分岐ブレーカの例を示す斜視図である。

【図9】電流センサの変形例１を示す図である。

【図10】図９のＸ−Ｘ線に沿った電流センサの断面図である。

【図11】電流センサの変形例２を示す図である。

【図12】図１１の電流センサにおける側面および断面の一例を示す図である。

【図13】電流センサの変形例３を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0011】

＜第１実施形態＞
以下、本発明のコンセントユニットの一実施形態を、図面を参照して説明する。実施形態に係るコンセントユニット１００は、例えば電源タップ等のように、複数のコンセント部に取り付けられた電流センサの電流値から、各コンセント部に接続された機器の電力使用量等を演算するためのコンセントユニットである。

【0012】

[コンセントユニットの構成]
図１は、第１実施形態におけるコンセントユニット１００の構成例を示す図である。

【0013】

図１に示すように、このコンセントユニット１００は、複数のコンセント部１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄと、各コンセント部１１ａ〜１１ｄと電源プラグ１３との間に接続された複数の電流センサ１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄと、電流センサ１２ａ〜１２ｄの出力値を入力する演算装置１４とを備える。

【0014】

なお、図１では、電流センサ１２ａ〜１２ｄは、それぞれ、コンセント部１１ａ〜１１ｄに対応して設けられている場合について示しているが、所定数（例えば、コンセント部の総数の一部）のコンセント部のみに対応して電流センサを設けるようにしてもよい。

【0015】

図１において、電源プラグ１３は、例えば交流１００Ｖの電路への差し込みが可能に構成されている。電源プラグ１３が電路に差し込まれると、電路から電源が供給される。

【0016】

各コンセント部１１ａ〜１１ｄは、機器が接続可能に構成されている。図１の例では、コンセント部の形状は、例えば２極プラグとしているが、接地線付きの３極プラグ等とすることもできる。機器としては、例えば、照明器具、冷蔵庫、エアコン、洗濯機などがある。

【0017】

各電流センサ１２ａ〜１２ｄは、コンセント部１１ａ〜１１ｄの各負荷電流値が検出可能となっている。各電流センサ１２ａ〜１２ｄとしては、例えば、シャント抵抗やコイル式の電流センサ、磁気センサを用いた電流センサなど、さまざま種類の電流センサを適用することが可能であるが、例えば、直流と交流のいずれも検知可能で、かつ、発熱や電力の損失の少ない磁気センサを用いた電流センサを適用するのが好ましい。その中でも、磁性体コアを有さない磁気センサを用いた電流センサを用いると、コンセントユニット１００の小型化を実現し易くなるので好ましい。各電流センサ１２ａ〜１２ｄの構成については、後に詳細に説明する。

【0018】

また、電流センサ１２ａ〜１２ｄは、演算装置１４と接続され、演算装置１４は、電流センサ１２ａ〜１２ｄから、それぞれのコンセントに接続された機器に流れる負荷電流に応じた値を入力するようになっている。これにより、演算装置と電流センサの数は同じではなく、演算装置の数（図１では、例えば、演算装置１４の１つ）は、電流センサの数（図１では、例えば、電流センサ１２ａ〜１２ｄの４つ）より少なくすることができる。演算装置の数と電流センサの数の比は、１：４とした上記の例に限定されない。演算装置の数と電流センサの数の比において、演算装置の数の比を１としたときに、電流センサの数の比を２以上としてもよい。この場合において、例えば電流センサの数の比を４以上とすれば、周辺回路の規模やプリント基板の面積を大幅に削減できるという効果がある。

【0019】

[演算装置の構成]
演算装置１４は、各電流センサ１２ａ〜１２ｄで検出された値に基づいて、コンセント部１１ａ〜１１ｄに接続された各機器の電力の使用状態を演算する。電力の使用状態としては、瞬時電力や積算の電力使用量、電気料金、負荷電流値などがある。

【0020】

演算装置１４は、例えばＬＳＩ(Large Scale Integration)で構成されており、ＡＣ／ＤＣ回路、メモリおよびプロセッサなどを備える。

【0021】

メモリは、例えば電流センサの温度特性データを保持しており、プロセッサは、その温度特性データに基づいて、電流センサの出力値を補正するようにしてもよい。この場合、電流センサの出力値が補正されることになるので、演算装置１４では、より正確な電力の使用状態が得られ、好ましい結果を得る。

【0022】

本実施形態では、１つの演算装置１４が、複数の電流センサ１２ａ〜１２ｄからの信号をモニタするように構成する場合について説明しているが、この構成を採用し、さらに演算装置１４に高精度の補正回路を設けるようにしてもよい。この場合、各電流センサ１２ａ〜１２ｄに高精度の補正回路を各々設ける必要がなくなるので、コンセントユニットトータルの最適化や、コンセントユニットシステムの小型化を実現できる。

【0023】

１つの演算装置１４が複数の電流センサ１２ａ〜１２ｄからの信号を読みとるには、例えばマルチプレクサなどを利用し、シリアル通信で当該信号のやり取りを行うようにしてもよいし、アナログ信号を複数並列処理してもよい。

【0024】

電流センサ１２ａ〜１２ｄからの信号については、演算装置１４に内蔵したＡＤコンバータでデジタル化し、温度補正などを行うようにすれば、高精度に電力演算を行うことも可能である。

【0025】

なお、図１では、１つの演算装置１４が複数の電流センサ１２ａ〜１２ｄからの信号をモニタ（監視）する場合について説明したが、例えば複数の演算装置が、複数の電流センサからの信号をモニタするように構成してもよい。この場合、演算装置の数と、電流センサの数との比は、１：ｍ（ｍ＝２以上）とするようにする。 本実施形態では、演算装置１４は、例えば、電流センサ１２ａ〜１２ｄに電源を供給するようになっている。このような構成をとることで、電流センサ１２ａ〜１２ｄの電源変動に連動して、演算装置１４が各電流センサからの信号に基づく電力演算を行うようにし、電流センサ１２ａ〜１２ｄへの電源変動が生じた場合でも、より高精度な電力演算が可能となる。なお、電流センサ１２ａ〜１２ｄへの電源供給は、図１に示した構成に限られず、周辺ノイズの影響をうけない電源回路（レギュレータなど）を設けておき、その電源回路から行う構成を適用することもできる。

【0026】

図２は、コンセントユニット１００の適用態様を示す図である。図２に示すように、上述したコンセントユニット１００は、４口の電源タップとして適用することができる。

【0027】

[電流センサの構成]
次に、本実施形態の電流センサ１２ａ〜１２ｄの構成について図３および図４を参照して説明する。本実施形態では、電流センサ１２ａ〜１２ｄは、磁気センサを用いており、磁性体コアを有さない構成を例にとって説明するが、それ以外の電流センサを適用することも可能である。ただし、本実施形態の電流センサ１２ａ〜１２ｄが、電力損失や発熱を生じない電流センサであり、コンセントユニット１００のサイズを最小とすることができるので好適である。

【0028】

本実施形態の電流センサ１２ａ〜１２ｄの場合は、厚さを例えば０．５〜３ｍｍ程度とすることができるので、コンセントユニット１００内に電流センサ１２ａ〜１２ｄを設置することが可能となる。したがって、コンセントユニット１００全体の小型化に大きく貢献することができる。

【0029】

なお、以下の説明において、電流センサ１２ａ〜１２ｄの各々に共通の説明では、各電流センサが電流センサ２００として参照される。

【0030】

図３は、電流センサ２００の構成例を示す図である。図４は、図３の電流センサ２００における側面および断面の一例を示す図であって、（Ａ）は電流センサ２００の側面図、（Ｂ）は図３のIIIB-IIIB線に沿った断面図を示す。

【0031】

図３に示すように、電流センサ２００は、Ｕ字形の電流経路２１０Ａを有する一次導体２１０と、ホール素子等の磁電変換素子２３０Ａを支持するための支持部２２０Ａおよびリード端子２２０Ｂを有する信号端子側部材２２０と、支持部２２０Ａに配置され、電流経路２１０Ａを流れる電流から生じる磁束を検出する磁電変換素子２３０Ａを有するＩＣチップ２３０とを備える。一次導体２１０、信号端子側部材２２０、およびＩＣチップ２３０を樹脂２４０でモールドして、電流センサ２００が形成される。ＩＣチップ２３０および樹脂２４０を除いた部分が電流センサ用基板である。

【0032】

電流経路２１０Ａは、平面視において支持部２２０Ａと重複しないように、支持部２２０Ａに近接して配置されている。また、電流経路２１０Ａは、図４（Ａ）の側面図及び図４（Ｂ）の断面図から分かるように、側面視において支持部２２０Ａと高さが異なる。

【0033】

電流経路２１０Ａに被測定電流が流れると、Ｕ字形の電流経路２１０Ａ内側の中心付近は磁束密度が高くなり電流検出感度が向上するため、磁電変換素子２３０Ａは、平面視において、電流経路２１０ＡのＵ字形の内側に配置されている。また、ＩＣチップ２３０は、側面視において支持部２２０Ａから突出しており、平面視において電流経路２１０Ａと重複する。

【0034】

電流センサ２００においては、信号端子側部材２２０が、支持部２２０Ａとリード端子２２０Ｂとの間に段差部２２０Ｃを有する。例えば信号端子側部材２２０のフォーミングにより、２０〜１００μｍ程度の段差部２２０Ｃを設けることができる。これにより、電流経路２１０ＡとＩＣチップ２３０との間にクリアランスが得られる。このクリアランスは、一次導体２１０とＩＣチップ２３０との間の絶縁を保証し、パッケージ内部における高い耐圧の維持を可能にする。段差部２２０Ｃが存在しない場合、一次導体２１０の導電経路２１０ＡとＩＣチップ２３０が接触することになり、ＩＣチップ２３０の裏面に予め絶縁シートを貼ったとしても絶縁耐圧が低く、絶縁破壊し易くなってしまう。改善策として、予め一次導体２１０に絶縁シートを貼ることも考えられる。

【0035】

また、電流センサ２００は、一次導体２１０と信号処理回路で使用している電源の０Ｖに接続されたＩＣチップ２１０の裏面とが向き合っているため、ＩＣチップ２１０の表面に形成したＩＣ回路は一次導体２１０からシールドされる構造となり、一次導体２１０に流れる被測定電流源に含まれる電圧ノイズを新たな部品を用いることなく効率的に遮断することが可能となるため、コンセントユニット１００を小型化する上でより適した電流センサである。

【0036】

また、電流センサ２００は、電流経路に流れる被測定電流に比例した出力のみならず、電流センサ２００の周辺温度信号も出力することで、演算装置１４は、電流センサ２００の温度特性を考慮することができ、高精度な電力演算が可能となる。各コンセント部１１ａ〜１１ｄに流れる電流値が異なっている場合は、各コンセント部１１ａ〜１１ｄに設けられた電流センサ２００の内部温度は、発熱量が違い結果として異なる。各電流センサ２００に一律の温度補正を考慮する場合と比較し、各電流センサ２００の周辺温度信号が得られることで、高精度な電力演算が実現できる。

【0037】

以上説明したように、本実施形態のコンセントユニット１００によれば、演算装置１４は、電流センサ１２ａ〜１２ｄと接続され、各電流センサの出力値に基づいて各コンセント部１１ａ〜１１ｄに接続される機器の電力の使用状態を演算することができる。しかもこの場合、演算装置１４の数と電流センサ１２ａ〜１２ｄの数との比を１：多（図１の例では、例えば、４）にすることができるため、コンセントユニット１００の小型化を実現できる。

【0038】

なお、コンセントユニット１００の適用例は、本実施形態で例示したものに限られない。例えば図５に示すコンセントユニット１００Ａは、壁などに埋め込まれる形態のものであり、例えば３口のコンセント部２１ａ，２１ｂ，２１ｃを有する。コンセント部２１ａ〜２１ｃは、配管３００内の電源ケーブルで接続される。

【0039】

[コンセントユニット内の各電流センサの位置関係]
次に、コンセントユニット１００内の各電流センサ１２ａ〜１２ｄの位置関係について、図６を参照して説明する。

【0040】

図６は、コンセントユニット内の各電流センサ１２ａ〜１２ｄの位置関係の一例を示す図である。

【0041】

図６の例では、隣接する分コンセントの各電流センサ１２ａ〜１２ｄは、取り付け位置が互いに異なるように配置されている。例えば、電流センサ１２ｂ，１２ｃの中心のずれは、距離ｄとなっている。これにより、隣接するコンセントから生じる漏れ磁束の影響を低減させることが可能となる。この実施形態では、距離ｄを、例えば５ｍｍ以上とした場合に、シミュレーションの結果から、漏れ磁束の影響をほぼ無視することができるようになる。

【0042】

さらに各電流センサ１２ａ〜１２ｄは、磁気シールドを施してもよい。

【0043】

図７は、コンセントユニット１００に磁気シールドが施された場合の磁気シールドの設置例を示す図であって、（ａ）はコンセント部１１ａの一側面に磁気シールド２０３を施した場合と、（ｂ）はコンセント部１１ａの両側面に磁気シールド２０３，２０４を施した場合と、（ｃ）は電流センサ１２ａを覆うように磁気シールド２０５を施した場合と、（ｄ）はコンセント部１１ａの内面全部に磁気シールド２０６を施した場合とを示す。

【0044】

図７に示すように、コンセント部１１ａでは、一部または全部に、例えば磁気シールドシートが取り付けられることによって、上述した磁気シールド２０３，２０４，２０５，２０６が施される。磁気シールドシート以外に、鉄やケイ素鋼板など磁性体の薄板で構成することも可能である。なお、磁気シールドシートの位置は、電流センサに外乱の磁気ノイズが発生しないようにすることができれば、上述した例に限られない。

【0045】

図８は、磁気シールドが施されたコンセントの例を示す斜視図であって、（ａ）はコンセント部の一側面に磁気シールド２０３を施した場合と、（ｂ）はコンセントのフレーム枠の両側面に磁気シールド２０３，２０４を施した場合とを示す。なお、図８の（ａ）は図７（ａ）に表示された例を示し、（ｂ）は図７（ｂ）に表示された例に対応して示している。

【0046】

図８に示すように、コンセント部では、一側面または両側面に、磁気シールド２０３，２０４が施されることによって、シールド効果が得られる。

【0047】

以上説明したように、本実施形態のコンセントユニット１００によれば、電流センサと磁気シールドをコンセントユニット１００内に設けることができる。

【0048】

次に、電流センサ２００の変形例１，２，３について説明する。

【0049】

（変形例１）
図９（Ａ）は、図３の電流センサ２００の変形例１を示す図である。図９（Ａ）に示す電流センサ６００は、ＩＣチップ６３０を除いて電流センサ２００と同一である。ＩＣチップ６３０は、支持部２２０Ａに配置した際に、第１の磁電変換素子６３０Ａが、平面視において、電流経路２１０ＡのＵ字形の内側に配置されるとともに、第２の磁電変換素子６３０Ｂが、電流経路２１０ＡのＵ字形の外側であって、電流経路２１０Ａに近接する位置に配置されるように設計されている。図１０に、図９（Ａ）のＸ-Ｘ線に沿った断面図を示す。１次導体２１０に電流が流れることにより発生する第１の磁電変換素子６３０Ａの位置の磁束密度をＢ１ｓ、第２の磁電変換素子６３０Ｂの位置の磁束密度をＢ２ｓとする。外来磁気ノイズにより発生する磁束密度をそれぞれＢ１ｎ、Ｂ２ｎとすると、第１の磁電変換素子６３０Ａ、第２の磁電変換素子６３０Ｂの出力Ｖｏ１、Ｖｏ２は、
Ｖｏ１＝ｋ１×（Ｂ１ｓ＋Ｂ１ｎ）＋Ｖｕ１
Ｖｏ２＝ｋ２×（-Ｂ２ｓ＋Ｂ２ｎ）＋Ｖｕ２
となる。但し、ｋ１、ｋ２は各々の磁電変換素子の感度係数、Ｖｕ１、Ｖｕ２は各々の磁電変換素子のオフセット値である。

【0050】

ここで、双方の磁電変換素子の特性にばらつきが極めて小さく、ｋ１＝ｋ２＝ｋ、Ｖｕ１＝Ｖｕ２が成り立つとし、
双方の磁電変換素子の距離が近いのでＢ１ｎ＝Ｂ２ｎと近似したときのＶｏ１−Ｖｏ２の値を出力電圧Ｖｏとすると、
Ｖｏ＝Ｖｏ１-Ｖｏ２＝ｋ×（Ｂ１ｓ＋Ｂ２ｓ）
となり、外来磁場によるノイズが消えるとともに、Ｕ字形内側の第１の磁電変換素子６３０Ａのみの場合よりも大きな信号が得られるので、電流センサの感度向上につながる。

【0051】

また、図９（Ｂ）に、図３に示した電流センサ２００のもう一つの変形例として磁電変換素子を３つ用いた例を示す。電流センサ７００は、ＩＣチップ７３０を除いて電流センサ２００と同一である。ＩＣチップ７３０は、支持部２２０Ａに配置された際に、第１の磁電変換素子７３０Ａが平面視において、電流経路２１０ＡのＵ字形の内側に配置されるとともに、第２の磁電変換素子７３０Ｂ及び第３の磁電変換素子７３０Cが、電流経路２１０ＡのＵ字形の両端の外側であって、電流経路２１０Ａに近接する位置に配置されるように設計されている。１次導体２１０に電流が流れることにより発生する第３の磁電変換素子７３０Ｃの位置の磁束密度をＢ３ｓとし、外来磁気ノイズにより第３の磁電変換素子７３０Ｃの位置で発生する磁束密度をＢ３ｎとする。
ここで、３つの磁電変換素子の特性にばらつきが極めて小さく、ｋ１＝ｋ２＝ｋ３＝ｋ、Ｖｕ１＝Ｖｕ２＝Ｖｕ３が成り立つとし、３つの磁電変換素子の距離が近いのでＢ１ｎ＝Ｂ２ｎ＝Ｂ３ｎと近似して、Ｖｏ１−（Ｖｏ２＋Ｖｏ３）／２の値を出力電圧Ｖｏとすると、
Ｖｏ＝Ｖｏ１-（Ｖｏ２＋Ｖｏ３）／２＝ｋ×（Ｂ１ｓ＋（Ｂ２ｓ＋Ｂ３ｓ）／２）
となり、２つの場合と同様に外来磁場によるノイズが消え電流センサの感度も向上するとともに、１次導体２１０とＩＣチップ７３０の位置関係が３つの磁電変換素子の配置方向にズレが生じた場合でも、出力Ｖｏの変動レベルを極力抑えることができるようになる。

【0052】

また、電流経路の構成は、磁電変換素子を囲むように構成することができれば、電流経路２１０ＡにはＵ字形電流経路の一形態であるコの字形の電流経路を使用しても良い。

【0053】

（変形例２）
図１１は、電流センサ２００の変形例２を示す図である。図１１に示す電流センサ８００が、図３の電流センサ２００と異なるのは、ＩＣチップ２３０が側面視において支持部２２０Ａから突出する代わりに、信号端子側部材２２０の支持部８２０Ａが、切欠部８２０Ａ’を有し、電流経路２１０Ａが、平面視において切欠部８２０Ａ’に部分に突出している点である。したがって、ＩＣチップ２３０は突出しないものの、平面視において、ＩＣチップ２３０と電流経路２１０Ａは重複する。図１２（Ａ）に側面図、図１２（Ｂ）に断面図を示す。第１の実施形態と比較して側面視において高さの異なる電流経路２１０Aが、平面視において切欠部８２０Ａ’に部分に突出しているためにリードフレームのスタンピング金型の加工が若干複雑になるが、ＩＣチップ内の磁電変換素子の配置に自由度が生まれ、ＩＣチップのより内側に磁電変換素子を配置できるようになるため、応力起因によるオフセットへの影響を低減することができる。また支持部とＩＣチップとの接着面積が増えるためＩＣチップをより安定に支持することが可能となり、製造工程上余裕のある構成といえる。

【0054】

なお、上述した実施形態と同様に、ＩＣチップ２３０を、磁電変換素子を２つ有するＩＣチップ６３０や磁電変換素子を３つ有するＩＣチップ７３０とすることもできる。

【0055】

（変形例３）
図１３は、電流センサ２００の変形例３を示す図である。図１３に示す電流センサ３００では、図３の電流センサ２００と異なり、ホール素子等の磁電変換素子３３０ＡがＩＣチップ３３０に含まれておらず、別個に設けられている。この実施形態の電流センサ３００は、ＩＣとのハイブリッド構造で構成されている。

【0056】

支持部２２０Ａは、Ｕ字形の開口部２１０Ｃに挿入された第１の支持部２２０Ａ’と、第１の支持部２２０Ａ’に隣接し、開口部２１０Ｃに挿入されていない第２の支持部２２０Ａ”とを有する。第１の支持部２２０Ａ’には、電流経路２１０Ａを流れる電流から誘導される磁束を検出する磁電変換素子３３０Ａが配置され、第２の支持部２２０Ａ”には、磁電変換素子３３０Ａからの出力信号を処理するためのＩＣチップ３３０が配置される。磁電変換素子３３０Ａは、平面視において電流経路２１０ＡのＵ字形の内側に配置されている。

【0057】

本実施形態に係る電流センサ３００は、磁電変換素子３３０Ａのみが配置され、電流経路２１０Ａの開口部２１０Ｃに挿入される第１の支持部２２０Ａ’と、信号処理用のＩＣチップ３３０が配置され、開口部２１０Ｃに挿入されない第２の支持部２２０Ａ”とに分け、磁電変換素子３３０Ａとして、ＩｎＳｂ、ＩｎＡｓ、ＧａＡｓ等の感度の高い化合物半導体の磁気センサを用いる。これにより、電流経路２１０Ａを流れる電流の測定精度を向上させることができる。

【0058】

加えて、開口部２１０Ｃに挿入する必要があるのはＩＣチップ３３０ではなく磁場変換素子３３０Ａのみであるため、Ｕ字形の電流経路２１０Ａを小さく、且つ全長を短くすることができる。電流経路２１０Ａが小型化すると、Ｕ字形の内側における磁場集中が高まり、電流の検出感度向上が得られるうえ、発熱の影響も軽減することが可能である。

【0059】

変形例３では、一次導体２１０と磁電変換素子３３０Ａが電流センサの上面から見て二次元的に重なる配置になっておらず、一次導体２１０と磁電変換素子３３０Ａの間隔が広がるため、一次導体２１０に対してより高い耐圧を確保することができる。また微細プロセスからなるＩＣチップ３３０が一次導体２１０から更に遠くに離れているため、一次導体２１０から発生するノイズの影響を低減することができ、しかも一次導体２１０に電流が流れることによる発熱の影響も小さくなることから信頼性が更に高まる。そのため、電流センサ３００は、小型コンセントユニットを実現するのにより適した電流センサである。

【0060】

以上、実施形態および変形例１〜３を詳述してきたが、具体的な構成はそれらに限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更や、他の用途への適用なども含まれる。

【0061】

例えば、電流センサ２００は、直流電流および交流電流の計測が可能な構成を例にとって説明したが、例えば、直流電流のみ、または、交流電流のみの計測が可能な構成としてもよい。あるいは、電流センサ２００は、ホールセンサ以外の磁気センサを用いて構成するようにしてもよい。

【0062】

コンセントユニット１００，１００Ａのコンセント部の数は、変更することが可能である。あるいは、電流センサ１２ａ〜１２ｄは、演算装置１４と有線で接続されている場合を例にとって説明したが、例えば無線接続でもよい。

【符号の説明】

【0063】

１１ａ〜１１ｄ，２１ａ〜２１ｃ コンセント部
１２ａ〜１２ｄ 電流センサ
１４ 演算装置
１００，１００Ａ コンセントユニット
２１０ 一次導体
２１０Ａ 電流経路
２２０ 信号端子側部材
２２０Ａ 支持部
２２０Ｂ リード端子
２２０Ｃ 段差部
２３０ ＩＣチップ
２３０Ａ 磁電変換素子
６３０ ＩＣチップ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】