特許 6771094 電流センサ

(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】6771094

(24)【登録日】2020年9月30日

(45)【発行日】2020年10月21日

(54)【発明の名称】電流センサ

(51)【国際特許分類】

   G01R 15/20 20060101AFI20201012BHJP

【ＦＩ】

   G01R15/20 B

   G01R15/20 D

【請求項の数】9

【全頁数】17

(21)【出願番号】特願2019-512457(P2019-512457)

(86)(22)【出願日】2018年4月3日

(86)【国際出願番号】JP2018014310

(87)【国際公開番号】WO2018190201

(87)【国際公開日】20181018

【審査請求日】2019年8月28日

(31)【優先権主張番号】特願2017-78495(P2017-78495)

(32)【優先日】2017年4月11日

(33)【優先権主張国】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】000010098

【氏名又は名称】アルプスアルパイン株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100135183

【弁理士】

【氏名又は名称】大窪 克之

(74)【代理人】

【識別番号】100085453

【弁理士】

【氏名又は名称】野▲崎▼ 照夫

(74)【代理人】

【識別番号】100108006

【弁理士】

【氏名又は名称】松下 昌弘

(72)【発明者】

【氏名】蛇口 広行

(72)【発明者】

【氏名】田村 学

【審査官】 中村 直行

(56)【参考文献】

【文献】 国際公開第２０１６／１９４９１１（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 国際公開第２０１３／１７６２７１（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 国際公開第２０１６／１４８０３２（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開２０１４−０５５７９０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２００６／０９０７６９（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 米国特許第９６１２２６２（ＵＳ，Ｂ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０１Ｒ １５／００ − １５／１２

Ｇ０１Ｒ ３３／００ − ３３／２６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

２つの磁気シールドと、
前記２つの磁気シールドの間の間隙に位置する対象部分電流路を含む対象電流路と、
前記間隙外に位置する隣接電流路と、
前記対象電流路に流れる電流により発生する磁界を前記間隙内で検出する磁電変換素子と、
を備え、
前記隣接電流路が、前記対象部分電流路から少なくとも第１方向に離間した隣接部分電流路を含み、
前記磁気シールドが、前記第１方向において前記隣接部分電流路側に位置する近位縁部を含み、
前記磁電変換素子が、前記第１方向において、前記第１方向における前記磁気シールドの中央位置と、前記近位縁部との間に位置する、
電流センサ。

【請求項2】

前記対象部分電流路と前記隣接部分電流路とが、前記第１方向に略直交する第２方向に電流を流し、
前記第１方向と前記第２方向とに略直交する第３方向において、前記２つの磁気シールドと前記対象部分電流路と前記磁電変換素子とが少なくとも部分的に重なる位置にあり、
前記第１方向における２つの前記近位縁部の位置が、略同一である、
請求項１に記載の電流センサ。

【請求項3】

前記対象電流路外から来る外来磁界の前記第１方向における成分が最小値をとる前記第１方向における位置に、前記磁電変換素子が位置する、
請求項２に記載の電流センサ。

【請求項4】

前記第１方向における前記磁気シールドの幅が、Ｗと表され、
前記第１方向と前記第２方向とに略直交する第３方向における前記２つの磁気シールドの最も遠い部分の距離が、Ｇと表され、
前記第１方向における前記対象部分電流路と前記隣接部分電流路との間隔が、Ｄと表され、
前記第１方向における前記磁気シールドの前記中央位置から前記第１方向における前記磁電変換素子の中央位置までの距離が、ｘと表され、
前記ｘの正方向が、前記磁気シールドの前記中央位置から前記近位縁部に向かう方向であるとき、
前記磁電変換素子は、式（１）が成り立つ範囲に位置する、

【数1】

請求項１または請求項２に記載の電流センサ。

【請求項5】

前記第１方向における前記磁気シールドの幅が、Ｗと表され、
前記第１方向と前記第２方向とに略直交する第３方向における前記２つの磁気シールドの最も遠い部分の距離が、Ｇと表され、
前記第１方向における前記対象部分電流路と前記隣接部分電流路との間隔が、Ｄと表され、
前記第１方向における前記磁気シールドの前記中央位置から前記第１方向における前記磁電変換素子の中央位置までの距離が、ｘと表され、
前記ｘの正方向が、前記磁気シールドの前記中央位置から前記近位縁部に向かう方向であるとき、
前記磁電変換素子は、式（２）が成り立つ範囲に位置する、

【数2】

請求項１または請求項２に記載の電流センサ。

【請求項6】

前記磁電変換素子は、式（３）が成り立つ範囲に位置する、

【数3】

請求項４または請求項５に記載の電流センサ。

【請求項7】

前記対象部分電流路と前記隣接部分電流路とが、前記第１方向に並び、
前記対象部分電流路の全体が、前記第３方向において前記２つの磁気シールドの間に位置し、
前記対象部分電流路が、前記第１方向に略直交する２つの側面と、前記第３方向に略直交する２つの表面とを含み、
前記第１方向における前記対象部分電流路の前記２つの側面間の幅が、前記第３方向における前記対象部分電流路の前記２つの表面間の厚みより大きく、
前記隣接部分電流路が、前記第１方向に略直交する２つの隣接側面と、前記第３方向に略直交する２つの隣接表面とを含み、
前記第１方向における前記隣接部分電流路の前記２つの隣接側面間の幅が、前記第３方向における前記隣接部分電流路の前記２つの隣接表面間の厚みより大きく、
前記２つの磁気シールドの各々が、前記第３方向に略直交する平面に沿って広がる板状部材である、
請求項１乃至請求項６の何れか一項に記載の電流センサ。

【請求項8】

前記第１方向における前記対象部分電流路の幅と前記第１方向における各前記磁気シールドの幅とが、略同一であり、
前記対象部分電流路の全体と前記２つの磁気シールドの全体とが、前記第３方向から見たとき重なる位置にある、
請求項１乃至請求項７の何れか一項に記載の電流センサ。

【請求項9】

前記第１方向における前記対象部分電流路の幅が、前記第１方向における前記２つの磁気シールドの各々の幅より小さく、
前記第１方向における前記対象部分電流路の中央と前記第１方向における前記磁電変換素子の中央とが、前記第３方向に重なる位置にある、
請求項１乃至請求項７の何れか一項に記載の電流センサ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、電流センサに関する。

【背景技術】

【0002】

従来、図９に示すように電流路９０１を２枚の平行なシールド９０２とシールド９０３とで挟んだ電流センサ９００が知られている。図９において、矢印は、磁界の方向を示す。地磁気等の一様な外来磁界は、シールド９０２とシールド９０３との間において、最短となる方向に向く。ただし、シールド９０２とシールド９０３との間の磁界は、図９の横方向における端部付近で、外来磁界の影響によって湾曲する。一方、横方向におけるシールド９０２とシールド９０３との中央９０５付近では、外来磁界の向きが、電流路９０１の誘導磁界と直交する方向となる。このため、図９の横方向におけるシールド９０２の中心から、シールド９０２とシールド９０３との中心まで図９の上下方向に結ぶ線上に、磁電変換素子９０４を配置する。なお、横方向におけるシールド９０２とシールド９０３との幅が短い場合、横方向の中央９０５付近でも、外来磁界の向きが、電流路９０１の誘導磁界と直交しない場合がある。しかし、通常、製造時に外来磁界の向きを特定できない。外来磁界の方向を特定できない場合、横方向の中央９０５付近であれば、外来磁界が、極端に大きくなることを防げる。このため、シールド９０２とシールド９０３の幅が短い場合も、シールド９０２の中心とシールド９０３の中心を結ぶ線上に、磁電変換素子９０４を配置する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１６−１１６８号

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかしながら、実際には、隣接した電流路がある場合、２枚の磁気シールドの外部における磁界は、湾曲する。このため、シールドの大きさが、極端に大きくない限り、各シールドの中心を結ぶ線上でも、横方向の磁界成分が存在する。そのため、特許文献１の配置では、各磁電変換素子が、隣接した電流路による影響を受けやすいという不利益がある。

【0005】

本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、隣接した電流路による影響を抑制して、測定対象の電流路から発生する磁界を高精度に測定可能な電流センサを提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明は、２つの磁気シールドと、２つの磁気シールドの間の間隙に位置する対象部分電流路を含む対象電流路と、間隙外に位置する隣接電流路と、対象電流路に流れる電流により発生する磁界を間隙内で検出する磁電変換素子と、を備え、隣接電流路が、対象部分電流路から少なくとも第１方向に離間した隣接部分電流路を含み、磁気シールドが、第１方向において隣接部分電流路側に位置する近位縁部を含み、磁電変換素子が、第１方向において、第１方向における磁気シールドの中央位置と、近位縁部との間に位置する、電流センサである。

【0007】

この構成によれば、隣接電流路による影響を抑制しながら、測定対象の対象電流路から発生する磁界を高精度に測定することができる。

【0008】

好適には本発明の電流センサにおいて、対象部分電流路と隣接部分電流路とが、第１方向に略直交する第２方向に電流を流し、第１方向と第２方向とに略直交する第３方向において、２つの磁気シールドと対象部分電流路と磁電変換素子とが少なくとも部分的に重なる位置にあり、第１方向における２つの近位縁部の位置が、略同一である。

【0009】

この構成によれば、測定対象の磁界が磁電変換素子付近で概ね第３方向になり、Ｓ／Ｎが良くなる。

【0010】

好適には本発明の電流センサにおいて、対象電流路外から来る外来磁界の第１方向における成分が最小値をとる第１方向における位置に、磁電変換素子が位置する。

【0011】

この構成によれば、隣接電流路による影響を最小まで抑制することができる。

【0012】

好適には本発明の電流センサにおいて、第１方向における磁気シールドの幅が、Ｗと表され、第１方向と第２方向とに略直交する第３方向における２つの磁気シールドの最も遠い部分の距離が、Ｇと表され、第１方向における対象部分電流路と隣接部分電流路との間隔が、Ｄと表され、第１方向における磁気シールドの中央位置から第１方向における磁電変換素子の中央位置までの距離が、ｘと表され、ｘの正方向が、磁気シールドの中央位置から近位縁部に向かう方向であるとき、磁電変換素子は、式（１）が成り立つ範囲に位置する。

【数1】

【0013】

この構成によれば、対象電流路と隣接電流路とに流れる電流の大きさが略同一である場合、隣接部分電流路に因る誤差を０．１％以下に抑えることができることがシミュレーションにより実証されている。

【0014】

好適には本発明の電流センサにおいて、第１方向における磁気シールドの幅が、Ｗと表され、第１方向と第２方向とに略直交する第３方向における２つの磁気シールドの最も遠い部分の距離が、Ｇと表され、第１方向における対象部分電流路と隣接部分電流路との間隔が、Ｄと表され、第１方向における磁気シールドの中央位置から第１方向における磁電変換素子の中央位置までの距離が、ｘと表され、ｘの正方向が、磁気シールドの中央位置から近位縁部に向かう方向であるとき、磁電変換素子は、式（２）が成り立つ範囲に位置する。

【数2】

【0015】

この構成によれば、対象電流路と隣接電流路とに流れる電流の大きさが略同一である場合、隣接部分電流路に因る誤差を０．０５％以下に抑えることができることがシミュレーションにより実証されている。

【0016】

好適には本発明の電流センサにおいて、磁電変換素子は、式（３）が成り立つ範囲に位置する、

【数3】

【0017】

この構成によれば、２つの磁気シールドの間の間隙内に磁電変換素子が位置するので、２つの磁気シールドにより外来磁界の影響を効率良く抑えることができる。

【0018】

好適には本発明の電流センサにおいて、対象部分電流路と隣接部分電流路とが、第１方向に並び、対象部分電流路の全体が、第３方向において２つの磁気シールドの間に位置し、対象部分電流路が、第１方向に略直交する２つの側面と、第３方向に略直交する２つの表面とを含み、第１方向における対象部分電流路の２つの側面間の幅が、第３方向における対象部分電流路の２つの表面間の厚みより大きく、隣接部分電流路が、第１方向に略直交する２つの隣接側面と、第３方向に略直交する２つの隣接表面とを含み、第１方向における隣接部分電流路の２つの隣接側面間の幅が、第３方向における隣接部分電流路の２つの隣接表面間の厚みより大きく、２つの磁気シールドの各々が、第３方向に略直交する平面に沿って広がる板状部材である。

【0019】

この構成によれば、隣接電流路により間隙内に発生する磁界の第１方向成分が、磁電変換素子の位置で極小となるので、隣接電流路による影響を効率良く抑えることができる。

【0020】

好適には本発明の電流センサにおいて、第１方向における対象部分電流路の幅と第１方向における各磁気シールドの幅とが、略同一であり、対象部分電流路の全体と２つの磁気シールドの全体とが、第３方向から見たとき重なる位置にある。

【0021】

この構成によれば、第３方向において、対象部分電流路の全体が２つの磁気シールドに重なるので、対象電流路の電気抵抗が小さい。

【0022】

好適には本発明の電流センサにおいて、第１方向における対象部分電流路の幅が、第１方向における２つの磁気シールドの各々の幅より小さく、第１方向における対象部分電流路の中央と第１方向における磁電変換素子の中央とが、第３方向に重なる位置にある。

【0023】

この構成によれば、対象電流路により磁電変換素子付近で発生する磁界の第１方向成分が最大となる。第１方向における対象電流路の幅が狭いほど、第１方向における対象部分電流路の中央と第１方向における磁電変換素子の中央とのずれに応じた、磁界の方向の変化が大きい。そのため、特に、対象電流路を流れる定格電流が小さく、第１方向における対象電流路の幅が狭い場合に、この構成は効果的である。

【発明の効果】

【0024】

本発明によれば、隣接した電流路による影響を抑制して、測定対象の電流路から発生する磁界を高精度に測定可能な電流センサを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0025】

【図1】本発明の第１実施形態の電流センサの斜視図である。

【図2】図１の２−２線を通る断面における電流センサの断面図である。

【図3】図２に示す電流センサにおいてｚ２方向の外部磁界が２つの磁気シールドにより整形される様子を示す図である。

【図4】図２に示す電流センサにおいて隣接電流路を流れる電流により発生する外部磁界を説明するための図である。

【図5】図３に示す外部磁界と図４に示す外部磁界とを合成した合成外部磁界を説明する図である。

【図6】図２に示す電流センサにおける磁電変換素子の位置と比較値との関係を表すグラフである。

【図7】第１実施形態の変形例に係る電流センサの断面図である

【図8】本発明の第２実施形態の電流センサの断面図である。

【図9】従来技術の電流センサの断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0026】

（第１実施形態）
以下、本発明の実施形態に係る電流センサについて説明する。図１は、本実施形態の電流センサ１００の斜視図である。電流センサ１００は、電流の測定対象とされる対象電流路１１０と、対象電流路１１０から発生する誘導磁界を検出することにより対象電流路１１０を流れる電流を計測する磁電変換素子１２０と、対象電流路１１０周辺の磁界を整形する第１磁気シールド１３０−１と、対象電流路１１０周辺の磁界を整形する第２磁気シールド１３０−２と、電流の測定対象とされない隣接電流路１９０とを含む。なお、他の例において、隣接電流路１９０が他の磁電変換素子による測定対象とされてもよい。

【0027】

本明細書において、互いに直交するｘ方向（第１方向、又は、横方向とも呼ばれる）、ｙ方向（第２方向、又は、電流方向とも呼ばれる）、及びｚ方向（第３方向、又は、高さ方向とも呼ばれる）を規定する。ｘ方向は、互いに逆を向くｘ１方向とｘ２方向とを区別せずに表す。ｙ方向は互いに逆を向くｙ１方向とｙ２方向とを区別せずに表す。ｚ方向は互いに逆を向くｚ１方向とｚ２方向とを区別せずに表す。また、ｘ１側を左と表現し、ｘ２側を右と表現する場合がある。これらの方向は、相対的な位置関係を説明するために便宜上規定するのであって、実際の使用時の方向を限定するわけではない。構成要素の形状は、「略」という記載があるかないかにかかわらず、本明細書で開示された実施形態の技術思想が実現される限り、記載された表現に基づく厳密な幾何学的な形状に限定されない。

【0028】

（対象電流路）
対象電流路１１０は、金属製であり、ｘｙ平面に略平行な２面と、ｙｚ平面に略平行な２面と、ｚｘ平面に略平行な２面とに囲まれた略直方体である。対象電流路１１０において、ｘ方向の幅は、ｙ方向の長さより小さい。対象電流路１１０において、ｚ方向の厚みは、ｘ方向の幅よりも小さい。

【0029】

対象電流路１１０のｙ１側の面を第１端部１１１と呼ぶ。対象電流路１１０のｙ２側の面を第２端部１１２と呼ぶ。対象電流路１１０は、外部の回路に電気的に接続されて、第１端部１１１と第２端部１１２との間でｙ方向に電流を流す。対象電流路１１０のうち、ｙ方向における第１端部１１１と第２端部１１２との間の一部の区間を対象部分電流路１１３と呼ぶ。

【0030】

図２は、図１の２−２線を通りｚｘ平面に略平行な断面における、電流センサ１００の断面図である。図２に示すように、対象部分電流路１１３は、ｘｙ平面に略平行なｚ１側の第１表面１１４−１とｘｙ平面に略平行なｚ２側の第２表面１１４−２と（以下、区別せずに表面１１４と呼ぶ場合がある）を含む。対象部分電流路１１３は、ｙｚ平面に略平行なｘ１側の第１側面１１５−１とｙｚ平面に略平行なｘ２側の第２側面１１５−２と（以下、区別せずに側面１１５と呼ぶ場合がある）を含む。

【0031】

（隣接電流路）
図１に示すように、隣接電流路１９０は、金属製である。隣接電流路１９０の形状は、対象電流路１１０の形状と略同一である。隣接電流路１９０は、対象電流路１１０をｘ２方向に平行移動させた位置にある。隣接電流路１９０のｙ１側の面を第１隣接端部１９１と呼ぶ。隣接電流路１９０のｙ２側の面を第２隣接端部１９２と呼ぶ。隣接電流路１９０は、外部の回路に電気的に接続されて、第１隣接端部１９１と第２隣接端部１９２との間でｙ方向に電流を流す。

【0032】

隣接電流路１９０のうち、ｙ方向における第１隣接端部１９１と第２隣接端部１９２との間の一部の区間を隣接部分電流路１９３と呼ぶ。隣接部分電流路１９３の形状は、対象部分電流路１１３の形状と略同一である。隣接部分電流路１９３は、対象部分電流路１１３をｘ２方向に平行移動させた位置にある。対象部分電流路１１３と隣接部分電流路１９３とが、ｘ方向に並び、ｘ方向に離間している。

【0033】

図２に示すように、隣接部分電流路１９３は、ｘｙ平面に略平行なｚ１側の第１隣接表面１９４−１とｘｙ平面に略平行なｚ２側の第２隣接表面１９４−２と（以下、区別せずに隣接表面１９４と呼ぶ場合がある）を含む。隣接部分電流路１９３は、ｙｚ平面に略平行なｘ１側の第１隣接側面１９５−１とｙｚ平面に略平行なｘ２側の第２隣接側面１９５−２と（以下、区別せずに隣接側面１９５と呼ぶ場合がある）を含む。

【0034】

（磁電変換素子）
図２に示す磁電変換素子１２０は、例えば、磁気抵抗効果素子、ホール効果素子により形成される。磁電変換素子１２０は、対象部分電流路１１３のｚ１側において、対象部分電流路１１３に対向配置される。磁電変換素子１２０は、磁界のｘ方向成分を検出可能である。

【0035】

（磁気シールド）
図１に示すように、磁気シールド１３０の各々は、ｘｙ平面に略平行な２面と、ｙｚ平面に略平行な２面と、ｚｘ平面に略平行な２面とに囲まれた略直方体であり、磁性材料により形成されている。磁気シールド１３０の各々は、ｘｙ平面に略平行に広がる板状部材である。磁気シールド１３０の各々において、ｚ方向の厚みは、ｙ方向の長さより小さく、ｙ方向の長さは、ｘ方向の幅より小さい。第２磁気シールド１３０−２は、第１磁気シールド１３０−１のｚ２側に位置する。図２に示すように、ｚ方向において２つの磁気シールド１３０の間に、間隙１３３が形成される。２つの磁気シールド１３０の形状は、略同一であり、ｚ方向から見たとき完全に重なる位置にある。

【0036】

第１磁気シールド１３０−１のｘ１側の面を第１遠位縁部１３１−１と呼び、第１磁気シールド１３０−１のｘ２側の面を第１近位縁部１３２−１と呼ぶ。第２磁気シールド１３０−２のｘ１側の面を第２遠位縁部１３１−２と呼び、第２磁気シールド１３０−２のｘ２側の面を第２近位縁部１３２−２と呼ぶ。ｘ方向の位置を比べたとき、第１近位縁部１３２−１と第２近位縁部１３２−２と（以下、区別せずに近位縁部１３２と呼ぶ場合がある）の位置が、略同一である。

【0037】

（位置関係）
対象電流路１１０の少なくとも一部が、ｚ方向において２つの磁気シールド１３０の間の間隙１３３内に位置することが好ましい。本実施形態では、対象部分電流路１１３の全体が、間隙１３３内に位置する。ｚ方向から見たとき、２つの磁気シールド１３０と対象部分電流路１１３の外形が略一致する。すなわち、ｘ方向における対象部分電流路１１３の幅とｘ方向における各磁気シールド１３０の幅とは、略同一である。隣接電流路１９０の全体が、間隙１３３外に位置する。

【0038】

磁電変換素子１２０は、間隙１３３内に位置する。ｚ方向から見て、２つの磁気シールド１３０と対象部分電流路１１３と磁電変換素子１２０とが少なくとも部分的に重なる位置にある。２つの近位縁部１３２は、いずれも、ｘ方向において隣接部分電流路１９３側に位置する。磁電変換素子１２０のｘ方向の中心位置は、ｘ方向における磁気シールド１３０の中央位置１３４と近位縁部１３２との間に位置する。

【0039】

ｘ方向における磁気シールド１３０の幅は、Ｗと表される。ｚ方向における２つの磁気シールド１３０の最も遠い部分の距離が、Ｇと表される。ｘ方向における対象部分電流路１１３と隣接部分電流路１９３との間隔が、Ｄと表される。ｘ方向における磁気シールド１３０の中央位置１３４からｘ方向における磁電変換素子１２０の中央位置１３４までの距離が、ｘと表される。距離ｘの正方向は、磁気シールド１３０の中央位置１３４から近位縁部１３２に向かう方向である。

【0040】

（磁電変換素子の位置）
ｚ方向の位置を比べたとき、対象電流路１１０と隣接電流路１９０とは、同じ位置にある。磁電変換素子１２０は、ｚ方向における２つの磁気シールド１３０の中央よりｚ１側に位置する。後で詳細に説明するが、矢印１４１と矢印１４２とで表されるように、隣接電流路１９０により発生した磁界は、磁気シールド１３０の近位縁部１３２付近で斜めに入射する。

【0041】

図３は、測定対象ではない外部磁界が、図２に示す第１磁気シールド１３０−１と第２磁気シールド１３０−２とにより整形される様子を示す図である。図３の矢印は、各点の磁界の向きを示す。図３の例では、２つの磁気シールド１３０から離れた位置では、外部磁界は概ねｚ２方向を向く。外部磁界は、２つの磁気シールド１３０付近で２つの磁気シールド１３０に引き寄せられる。

【0042】

第１遠位縁部１３１−１付近の磁界は、ｚ１側においてｘ２方向の成分をもち、ｚ２側においてｘ１方向の成分をもつ。第１近位縁部１３２−１付近の磁界は、ｚ１側においてｘ１方向の成分をもち、ｚ２側においてｘ２方向の成分をもつ。第２遠位縁部１３１−２付近の磁界は、ｚ１側においてｘ２方向の成分をもち、ｚ２側においてｘ１方向の成分をもつ。第２近位縁部１３２−２付近の磁界は、ｚ１側においてｘ１方向の成分をもち、ｚ２側においてｘ２方向の成分をもつ。その結果、間隙１３３のｘ１側半分では、磁束線がｘ１方向に膨らみ、間隙１３３のｘ２側半分では、磁束線がｘ２方向に膨らむ。

【0043】

間隙１３３内でｘ方向の中心付近に位置する第１領域１８１では、磁界のｘ方向成分が実質的にゼロである。従来は、図３のモデルに基づいて、対象電流路１１０（図２）からの磁界のｘ方向成分を検出する磁電変換素子１２０を第１領域１８１に置くことにより、外部磁界の影響を抑えることが一般的である。

【0044】

図４は、隣接電流路１９０を流れる電流により発生する外部磁界を説明するための図である。図４の例では、２つの磁気シールド１３０の位置を点線で表すが、実際には２つの磁気シールド１３０は存在しない。ｚ方向の位置を比べたとき、隣接電流路１９０は、２つの磁気シールド１３０の中心に位置する。

【0045】

隣接電流路１９０の周囲には、一点鎖線で示す磁束線が形成される。第２領域１８２は、間隙１３３内を通ってｘ方向に延びた領域であり、隣接電流路１９０よりｚ１側にある。第２領域１８２では、磁界のｘ方向成分が無視できない程度に存在する。

【0046】

図５は、図３に示すｚ２方向の外部磁界と、図４に示す隣接電流路１９０による外部磁界とを合成した合成外部磁界を説明する図である。図５の矢印は、ある瞬間における各点の磁界の向きを示す。間隙１３３のｚ１側の半分では、ｚ２方向の外部磁界に、隣接電流路１９０の影響によるｘ１方向成分が合成される。間隙１３３のｚ２側の半分では、ｚ２方向の外部磁界に、隣接電流路１９０の影響によるｘ２方向成分が合成される。その結果、間隙１３３内で磁界のｘ方向成分が実質的にゼロとなる第３領域１８３は、図３の第１領域１８１よりｘ２側にシフトする。すなわち、図５に示す第３領域１８３は、磁気シールド１３０のｘ方向中央と近位縁部１３２との間に位置する。

【0047】

（シミュレーション結果）
図６は、図２の平面１８４上での磁電変換素子１２０のｘ方向における位置と比較値との関係を表すグラフである。比較値は、対象部分電流路１１３外から来る外来磁界のｘ方向における成分を対象部分電流路１１３による磁界のｘ方向における成分で除算した値である。図６は、一例としてのシミュレーション結果である。様々なパラメータに対して、同様のシミュレーション結果が得られた。

【0048】

図２に示す平面１８４は、ｘｙ平面に平行である。図６において、横軸は、磁電変換素子１２０の位置をｘ／Ｗにより表す。縦軸は、外来磁界のｘ方向成分を、対象磁界（すなわち、対象電流路１１０により発生する磁界）のｘ方向成分で割って得られる比較値（誤差とも呼ばれる）を％で表す。

【0049】

図６に示すように、比較値は、位置０．４付近において最小値をとる。最小値をとる位置より位置の値が増えると、比較値が上昇する。最小値をとる位置より位置の値が減ると、比較値が上昇する。比較値の値が０に近いほど、対象電流路１１０からの磁界を正確に検出できる。磁電変換素子１２０は、ｘ方向の位置に関して、比較値が０．１以下である範囲、すなわち、式（１）が成り立つ範囲に位置することが好ましい。式（１）は、パラメータを変えた複数のシミュレーションにより、比較値が０．１以下となる一般的な範囲として算出された。

【数4】

【0050】

より好ましくは、磁電変換素子１２０は、ｘ方向の位置に関して、比較値が０．０５以下である範囲、すなわち、式（２）が成り立つ範囲に位置することが好ましい。式（２）は、パラメータを変えた複数のシミュレーションにより、比較値が０．０５以下となる一般的な範囲として算出された。

【数5】

より好ましくは、ｘ方向の位置に関して、比較値が最小値をとる位置に、磁電変換素子１２０が位置することが好ましい。

【0051】

また、位置０より大きく、位置０．５未満の範囲内で比較値が最小値をとる場合において、式（３）が成り立つ範囲に磁電変換素子１２０が位置することが好ましい。

【数6】

【0052】

図５に示すように、ｚ方向における２つの磁気シールド１３０の中央では、磁界がほぼｚ方向成分のみである。しかし、対象電流路１１０（図２）は、ｚ方向にある程度の厚みがあるので、２つの磁気シールド１３０の中央に磁電変換素子１２０を配置できない場合がある。そのような場合に、本実施形態が有効である。

【0053】

図２に示す隣接部分電流路１９３は、対象部分電流路１１３から少なくともｘ方向に離間していることが好ましい。他の例において、隣接部分電流路１９３は、対象部分電流路１１３からｘ方向とｚ方向との両方に離間してもよい。他の例において、２つの磁気シールド１３０と対象部分電流路１１３と磁電変換素子１２０との位置関係は、図２に示す位置関係と異なるものでもよい。ｚ方向において、２つの磁気シールド１３０と対象部分電流路１１３と磁電変換素子１２０とが少なくとも部分的に重なる位置にあることが好ましい。

【0054】

（まとめ）
本実施形態の電流センサ１００は、２つの磁気シールド１３０と、２つの磁気シールド１３０の間の間隙１３３に位置する対象部分電流路１１３を含む対象電流路１１０と、間隙１３３外に位置する隣接電流路１９０と、対象電流路１１０に流れる電流により発生する磁界を間隙１３３内で検出する磁電変換素子１２０と、を備え、隣接電流路１９０が、対象部分電流路１１３から少なくとも第１方向に離間した隣接部分電流路１９３を含み、磁気シールド１３０が、第１方向において隣接部分電流路１９３側に位置する近位縁部１３２を含み、磁電変換素子１２０が、第１方向において、第１方向における磁気シールド１３０の中央位置１３４と、近位縁部１３２との間に位置する。

【0055】

本実施形態によれば、隣接電流路１９０による影響を抑制しながら、測定対象の対象電流路１１０から発生する磁界を高精度に測定することができる。

【0056】

本実施形態では、対象部分電流路１１３と隣接部分電流路１９３とが、第１方向に略直交する第２方向に電流を流し、第１方向と第２方向とに略直交する第３方向において、２つの磁気シールド１３０と対象部分電流路１１３と磁電変換素子１２０とが少なくとも部分的に重なる位置にあり、第１方向における２つの近位縁部１３２の位置が、略同一である。

【0057】

本実施形態によれば、間隙１３３における磁電変換素子１２０付近の磁界を第３方向に近づけることで、隣接電流路１９０による影響を抑制することができる。

【0058】

本実施形態では、対象電流路１１０外から来る外来磁界の第１方向における成分が最小値をとる第１方向における位置に、磁電変換素子１２０が位置する。

【0059】

本実施形態によれば、隣接電流路１９０による影響を最小まで抑制することができる。

【0060】

本実施形態では、第１方向における磁気シールド１３０の幅が、Ｗと表され、第３方向における２つの磁気シールド１３０の最も遠い部分の距離が、Ｇと表され、第１方向における対象部分電流路１１３と隣接部分電流路１９３との間隔が、Ｄと表され、第１方向における磁気シールド１３０の中央位置１３４から第１方向における磁電変換素子１２０の中央位置１３４までの距離が、ｘと表され、ｘの正方向が、磁気シールド１３０の中央位置１３４から近位縁部１３２に向かう方向であるとき、磁電変換素子１２０は、式（１）が成り立つ範囲に位置する。

【0061】

本実施形態によれば、対象電流路１１０と隣接電流路１９０とに流れる電流の大きさが略同一である場合、比較値を０．１％以下に抑えることができることがシミュレーションにより実証されている。

【0062】

本実施形態では、第１方向における磁気シールド１３０の幅が、Ｗと表され、第３方向における２つの磁気シールド１３０の最も遠い部分の距離が、Ｇと表され、第１方向における対象部分電流路１１３と隣接部分電流路１９３との間隔が、Ｄと表され、第１方向における磁気シールド１３０の中央位置１３４から第１方向における磁電変換素子１２０の中央位置１３４までの距離が、ｘと表され、ｘの正方向が、磁気シールド１３０の中央位置１３４から近位縁部１３２に向かう方向であるとき、磁電変換素子１２０は、式（２）が成り立つ範囲に位置する。

【0063】

本実施形態によれば、対象電流路１１０と隣接電流路１９０とに流れる電流の大きさが略同一である場合、比較値を０．０５％以下に抑えることができることがシミュレーションにより実証されている。

【0064】

本実施形態では、磁電変換素子１２０は、式（３）が成り立つ範囲に位置する。

【0065】

本実施形態によれば、２つの磁気シールド１３０の間の間隙１３３内に磁電変換素子１２０が位置するので、２つの磁気シールド１３０により外来磁界の影響を効率良く抑えることができる。

【0066】

本実施形態では、対象部分電流路１１３と隣接部分電流路１９３とが、第１方向に並び、対象部分電流路１１３の全体が、第３方向において２つの磁気シールド１３０の間に位置し、対象部分電流路１１３が、第１方向に略直交する２つの側面１１５と、第３方向に略直交する２つの表面１１４とを含み、第１方向における対象部分電流路１１３の２つの側面１１５間の幅が、第３方向における対象部分電流路１１３の２つの表面１１４間の厚みより大きく、隣接部分電流路１９３が、第１方向に略直交する２つの隣接側面１９５と、第３方向に略直交する２つの隣接表面１９４とを含み、第１方向における隣接部分電流路１９３の２つの隣接側面１９５間の幅が、第３方向における隣接部分電流路１９３の２つの隣接表面１９４間の厚みより大きく、２つの磁気シールド１３０の各々が、第３方向に略直交する平面に沿って広がる板状部材である。

【0067】

本実施形態によれば、隣接電流路１９０により間隙１３３内に発生する磁界の第１方向成分が、磁電変換素子１２０の位置で極小となるので、隣接電流路１９０による影響を効率良く抑えることができる。

【0068】

本実施形態では、第１方向における対象部分電流路１１３の幅と第１方向における各磁気シールド１３０の幅とが、略同一であり、対象部分電流路１１３の全体と２つの磁気シールド１３０の全体とが、第３方向から見たとき重なる位置にある。

【0069】

本実施形態によれば、第３方向において、対象部分電流路１１３の全体が２つの磁気シールド１３０に重なるので、対象電流路１１０の電気抵抗が小さい。

【0070】

（変形例）
図７は、第１実施形態の電流センサ１００（図２）の変形例に係る電流センサ２００の断面図である。図７に示す電流センサ２００と図２に示す電流センサ１００とは、一部を除いて同様の構成をもつ。図２に示す電流センサ１００では、各構成要素の百の位が１で表されており、図７に示す電流センサ２００では、各構成要素の百の位が２で表されている。別段断りのない限り、百の位のみが異なる構成要素は、それぞれ、同様の構成要素を表す。図７に示す電流センサ２００と図２に示す電流センサ１００とにおいて、パラメータである幅Ｗ、距離Ｇ、間隔Ｄ、距離ｘとの値は、必ずしも同じではない。

【0071】

ｚ方向において、対象電流路２１０は、２つの磁気シールド２３０の中央に位置する。ｚ方向の位置を比べたとき、対象電流路２１０と隣接電流路２９０とは、同じ位置にある。磁電変換素子２２０は、ｚ方向における２つの磁気シールド２３０の中央よりｚ１側に位置する。ｚ方向の位置を比べたとき、隣接電流路２９０は、２つの磁気シールド２３０の中心に位置する。

【0072】

図２〜図６を参照して説明した第１実施形態の磁電変換素子１２０の位置は、図７に示す電流センサ２００における磁電変換素子２２０の位置にも当てはまる。図２に示す電流センサ１００における、２つの磁気シールド１３０に対する対象電流路１１０の位置は、図７に示す電流センサ２００における、２つの磁気シールド２３０に対する対象電流路２１０の位置と異なる。第１実施形態の効果は、磁気シールド１３０（図２）および磁気シールド２３０（図７）に入る磁束の入射角の違いに大きく影響されるが、対象電流路１１０（図２）と対象電流路２１０（図７）との位置による影響を受けにくいので、対象電流路１１０（図２）と対象電流路２１０（図７）との位置関係は無視できる。

【0073】

変形例の電流センサ２００（図７）でも、第１実施形態の電流センサ１００（図２）と同様の効果が得られる。

【0074】

（第２実施形態）
次に、第２実施形態の電流センサ３００について説明する。図８は、図２と同様の断面における本実施形態の電流センサ３００の断面図である。以下、第１実施形態の電流センサ１００（図２）と本実施形態の電流センサ３００との相違点を中心に説明する。図２に示す第１実施形態の電流センサ１００では、各構成要素の百の位が１で表されており、図８に示す第２実施形態の電流センサ３００では、各構成要素の百の位が３で表されている。別段断りのない限り、百の位のみが異なる構成要素は、それぞれ、同様の構成要素を表す。

【0075】

ｘ方向における対象部分電流路３１３の幅は、ｘ方向における２つの磁気シールド３３０の各々の幅より小さい。ｘ方向における対象部分電流路３１３の中央とｘ方向における磁電変換素子３２０の中央とが、ｚ方向に重なる位置にある。

【0076】

（まとめ）
本実施形態では、第１方向における対象部分電流路１１３の幅が、第１方向における２つの磁気シールド１３０の各々の幅より小さく、第１方向における対象部分電流路１１３の中央と第１方向における磁電変換素子１２０の中央とが、第３方向に重なる位置にある。

【0077】

本実施形態によれば、対象電流路３１０により磁電変換素子３２０付近で発生する磁界の第１方向成分が最大となる。第１方向における対象電流路３１０の幅が狭いほど、第１方向における対象部分電流路３１３の中央と第１方向における磁電変換素子３２０の中央とのずれに応じた、磁界の方向の変化が大きい。そのため、特に、対象電流路３１０を流れる定格電流が小さく、第１方向における対象電流路３１０の幅が狭い場合に、本実施形態は効果的である。

【0078】

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。

【産業上の利用可能性】

【0079】

本発明は、隣接する電流路の近くで測定対象の電流路に流れる電流による磁界を測定する種々の電流センサに適用可能である。

【符号の説明】

【0080】

１００…電流センサ、１１０…対象電流路、１１３…対象部分電流路、１１４…表面
１１５…側面、１２０…磁電変換素子、１３０…磁気シールド、１３３…間隙
１３２…近位縁部、１３４…中央位置、１９０…隣接電流路、１９３…隣接部分電流路
１９４…隣接表面、１９５…隣接側面

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】