特開 2024-104263 電流センサ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024104263

(43)【公開日】2024-08-02

(54)【発明の名称】電流センサ

(51)【国際特許分類】

   G01R 15/20 20060101AFI20240726BHJP

【ＦＩ】

G01R15/20 D

G01R15/20 C

【審査請求】未請求

【請求項の数】5

【出願形態】書面

(21)【出願番号】P 2023018749

(22)【出願日】2023-01-23

(71)【出願人】

【識別番号】595176098

【氏名又は名称】甲神電機株式会社

(72)【発明者】

【氏名】佐藤 毅尚

【テーマコード（参考）】

2G025

【Ｆターム（参考）】

2G025AA05

2G025AA07

2G025AA11

2G025AA15

2G025AB01

2G025AB02

2G025AC01

(57)【要約】      （修正有）

【課題】複数の電流検出相を有する電流センサにおいて、１対の磁電変換素子を有する磁気センサを用いて差動検出することで隣接する電流検出相からの影響を受けにくく、かつ狭ピッチ化された電流センサを提供する。
【解決手段】２つのスリットで形成される電流路５ａ、５ｂを有する導体１ａ、１ｂを、前記電流路５ａ、５ｂの幅寸法の中心線ＣＬａ、ＣＬｂを軸として、磁気シールド２ａ、２ｂ、２ｃの幅寸法ＳＷａ、ＳＷｂ、ＳＷｃが線対称になるように、Ｘ方向で挟み込むように配置されており、１対の磁電変換素子Ｍ１，Ｍ２を有する磁気センサ３ａと、１対の磁電変換素子Ｍ３，Ｍ４を有する磁気センサ３ｂは、磁電変換素子Ｍ１、Ｍ２は中心線ＣＬａを挟んで配置され、磁電変換素子Ｍ３、Ｍ４は中心線ＣＬｂを挟んで配置され、その感磁軸はＸ方向になる姿勢で、空隙ＡＧａ、ＡＧｂに配置されるように構成される。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

２つのスリットを有して矩形形状で延伸し、前記２つのスリットにて形成される第１の電流路と第２の電流路を有する被検出電流が印加される第１の導体および第２の導体と、
平板形状の第１の磁気シールドと第２の磁気シールドおよび第３の磁気シールドと、前記第１の電流路を流れる被検出電流から生じる磁束を検出する第１の１対の磁電変換素子を有する第１の磁気センサと、
前記第２の電流路を流れる被検出電流から生じる磁束を検出する第２の１対の磁電変換素子を有する第２の磁気センサと、を具備し、
前記第１の導体と前記第２の導体は、矩形形状の長手方向の面が対向する姿勢で第１の方向に延伸し、
前記第１の電流路と前記第２の電流路は前記第１の方向に垂直な方向である第２の方向に延伸し、前記第１の電流路の前記第１の方向の幅寸法の仮想的な中心線である第１の中心線と、前記第２の電流路の前記第１の方向の幅寸法の仮想的な中心線である仮想的な第２の中心線が同一直線上にあるように配置され、
前記第１の磁気シールドと前記第２の磁気シールドは、それぞれ長手方向の寸法が前記第１の中心線を軸として線対称になる姿勢で、前記第１の電流路を挟んで対向して配置され、
前記第２の磁気シールドと前記第３の磁気シールドは、それぞれ長手方向の寸法が前記第２の中心線を軸として線対称になる姿勢で、前記第２の電流路を挟んで対向して配置され、
前記第１の磁気センサは、前記第１の１対の磁電変換素子が前記第１の中心線を挟んで対向して離間し、かつ前記第１の電流路の前記第２の方向に延伸する範囲内にあり、感磁軸が前記第１の方向と前記第２の方向と垂直方向である第３の方向になる姿勢で、前記第１の磁気シールドと前記第１の導体で形成される空隙に配置され、
前記第２の磁気センサは、前記第２の１対の磁電変換素子が前記第２の中心線を挟んで対向して離間し、かつ前記第２の電流路の前記第２の方向に延伸する範囲内にあり、感磁軸が前記第３の方向になる姿勢で、前記第２の磁気シールドと前記第２の導体で形成される空隙に配置されることを特徴とする電流センサ。

【請求項2】

前記第１の磁気センサと前記第２の磁気センサが有する１対の磁電変換素子は、その離間距離が２．０ｍｍ～３．０ｍｍかつ、前記第１の磁気シールドと前記第２の磁気シールドと前記第３の磁気シールドの長手方向の寸法が１０．０ｍｍ以上であることを特徴とする、請求項１に記載の電流センサ。

【請求項3】

前記第１の導体の前記第３方向の幅寸法の第３の仮想的な中心線と前記第１の磁気シールドの端面間距離と、前記第２の導体の前記第３方向の幅寸法の第４の仮想的な中心線と前記第２の磁気シールドの端面間距離が８．２５ｍｍ以下かつ、前記第３の仮想的な中心線と前記第２の磁気シールドの端面間距離と、前記前記第４の仮想的な中心線と前記第３の磁気シールドの端面間距離が３．７５ｍｍ以下であることを特徴とする請求項２に記載の電流センサ。

【請求項4】

前記第１の磁気シールドと前記第２の磁気シールドと前記第３の磁気シールドの長手方向の寸法は、それぞれ同一寸法であることを特徴とする請求項２に記載の電流センサ。

【請求項5】

前記第１の磁気シールドと前記第２の磁気シールドと前記第３の磁気シールドの長手方向の寸法は、１つ以上が不同一寸法であることを特徴とする請求項２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、外乱磁場の影響を低減可能な狭ピッチ化された電流センサに関する。

【背景技術】

【0002】

従来のモーター駆動用インバータなどで使用される電流センサは、被検出電流が流れる導体を、磁性体で構成された一対の磁気シールドで挟み込むように配置し、外乱磁場の影響を低減し、被検出電流を検出する電流センサが知られている。

【0003】

例えば、特許文献１には、被検出電流が印加される矩形形状の導体を、１対の磁気シールドを導体厚み方向で挟み込み、磁気シールド間の空隙に形成された収納空間に磁電変換素子を配置することで、導体幅方向から生じる外乱磁場の影響を低減することが可能な電流センサが示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０１５－１９４４７２

【特許文献2】特許６９７３２２１

【特許文献3】特開２０１９－１６４０７５

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

しかしながら、従来の特許文献１の構成で、複数の電流検出相（たとえば３相）を持つ電流センサを構成した場合、導体の幅方向（長手方向）に横並びで構成されることから、電流検出相間の距離が大きくなり、電流センサの筐体が大きくなってしまう問題がある。

【0006】

これらの問題を解決する手段として、特許文献２や特許文献３のように、特許文献１と同様に構成された電流センサを９０°回転させて、横並びで構成する手段が提案されているが、隣相影響を受けやすい（隣接する電流検出相から生じる磁束を検出しやすい）構成となってしまうため、電流検出に誤差が生じてしまう。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明では、上記の問題を鑑み、被検出電流が流れる導体を、磁性体で構成された一対の磁気シールドで挟み込んだ、複数の電流検出相を有する電流センサにおいて、小型化が可能で、かつ隣相影響受けにくい電流センサ構造を提案するものである。

【0008】

２つのスリットを有して矩形形状で延伸し、前記２つのスリットにて形成される第１の電流路と第２の電流路を有する被検出電流が印加される第１の導体および第２の導体と、平板形状の第１の磁気シールドと第２の磁気シールドおよび第３の磁気シールドと、前記第１の電流路を流れる被検出電流から生じる磁束を検出する第１の１対の磁電変換素子を有する第１の磁気センサと、前記第２の電流路を流れる被検出電流から生じる磁束を検出する第２の１対の磁電変換素子を有する第２の磁気センサと、を具備し、前記第１の導体と前記第２の導体は、矩形形状の長手方向の面が対向する姿勢で第１の方向に延伸し、前記第１の電流路と前記第２の電流路は前記第１の方向に垂直な方向である第２の方向に延伸し、前記第１の電流路の前記第１の方向の幅寸法の仮想的な中心線である第１の中心線と、前記第２の電流路の前記第１の方向の幅寸法の仮想的な中心線である第２の中心線が同一直線上にあるように配置され、前記第１の磁気シールドと前記第２の磁気シールドは、それぞれ長手方向の寸法が前記第１の中心線を軸として線対称になる姿勢で、前記第１の電流路を挟んで対向して配置され、前記第２の磁気シールドと前記第３の磁気シールドは、それぞれ長手方向の寸法が前記第２の中心線を軸として線対称になる姿勢で、前記第２の電流路を挟んで対向して配置され、前記第１の磁気センサは、前記第１の１対の磁電変換素子が前記第１の中心線を挟んで対向し、かつ前記第１の電流路の前記第２の方向に延伸する範囲内で離間し、感磁軸が前記第１の方向と前記第２の方向と垂直方向である第３の方向になる姿勢で、前記第１の磁気シールドと前記第１の導体で形成される空隙に配置され、前記第２の磁気センサは、前記第２の１対の磁電変換素子が前記第２の中心線を挟んで対向し、かつ前記第２の電流路の前記第２の方向に延伸する範囲内で離間し、感磁軸が前記第３の方向になる姿勢で、前記第２の磁気シールドと前記第２の導体で形成される空隙に配置されるものである。

【発明の効果】

【0009】

本発明によれば、複数の検出相を有する電流センサ構造において、隣相影響を受けにくく、小型化された電流センサ構造を提供するものである。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】本発明の実施の形態１に関わる電流センサの概略図であり、図１（ａ）は電流センサの斜視図で、図１（ｂ）は電流センサの正面視図で、図１（ｃ）は電流センサの一方の導体形状を示す側面視図で、図１（ｄ）は電流センサの他方の導体形状を示す側面視図で、図１（ｅ）は電流センサの断面図で、図１（ｆ）は電流センサの断面図で、図１（ｇ）は電流センサの断面図である。

【図2】図１に示した電流センサに被検出電流を印加した場合の磁束経路を示す概略図で、図２（ａ）は、一方の検出相の導体に電流印加した場合の検出相側の磁電変換素子が検出する磁束の経路を示すもので、図２（ｂ）は一方の検出相の導体に電流印加した場合の隣相の磁電変換素子が検出する磁束の経路を示すもので、図２（ｃ）他方の検出相の導体に電流印加した場合の検出相側の磁電変換素子が検出する磁束の経路を示すもので、図２（ｄ）他方の検出相の導体に電流印加した場合の隣相の磁電変換素子が検出する磁束の経路を示すものである。

【図3】図１に示した電流センサにおいて、シミュレーションに用いた寸法示す概略図であり、図３（ａ）はシミュレーションに用いた電流センサの正面視図で、図３（ｂ）はシミュレーションに用いた電流センサの一方の導体形状を示す側面視図で、図３（ｃ）はシミュレーションに用いた電流センサの他方の導体形状を示す側面視図で、図３（ｄ）はシミュレーションに用いた電流センサの断面図で、図３（ｅ）はシミュレーションに用いた電流センサの断面図で、図３（ｆ）はシミュレーションに用いた電流センサの断面図である。

【図4】図４（ａ）～（ｈ）は図３に示した電流センサの、検出相間での隣相影響のシミュレーション結果を示す表である。

【図5】図４（ｆ）のシミュレーションにおける一方の検出相の磁電変換素子が検出する磁束密度量を示す表である。

【図6】図１に示した電流センサの磁気シールドを変化させた構成例を示す概略図である。

【図7】図１に示した電流センサの検出相数を変化させた電流センサの斜視図である。

【発明を実施するための形態】

【0011】

図１は、本発明の実施の形態１に関わる電流センサ１００の概略図であり、図１（ａ）は実施の形態１に関わる電流センサ１００の斜視図で、図１（ｂ）は実施の形態１に関わる電流センサ１００の正面視図で、図１（ｃ）は実施の形態１に関わる電流センサ１００の導体１ａの形状を示す側面視図で、図１（ｄ）は実施の形態１に関わる電流センサ１００の導体１ｂの形状を示す側面視図で、図１（ｅ）は図１（ｂ）における断面Ｂ―Ｂの断面図で、図１（ｆ）は図１（ｂ）における断面Ｃ－Ｃの断面図で、図１（ｇ）は図１（ｂ）における断面Ｄ―Ｄの断面図である。また本発明では特に説明しない場合、正面視図から見た時、被検出電流が流れる導体の幅方向をＸ方向、高さ方向をＹ方向、導体に被検出電流が印加される方向をＺ方向とし、図示矢印の方向を＋（正）方向とし、実施の形態１とついては、各方向を同様に定義する。

【0012】

図１において、本発明の実施の形態１に関わる電流センサ１００は、被検出電流である電流Ａａが印加され、スリット４ａとスリット４ｂを有して矩形形状で延伸し、スリット４ａ、４ｂにより形成される電流路５ａを有する第１の導体である導体１ａと、
被検出電流である電流Ａｂが印加され、スリット４ｃとスリット４ｄを有して矩形形状で延伸し、スリット４ｃ、４ｄにより形成される電流路５ｂを有する第２の導体である導体１ｂと、長手方向寸法が寸法ＳＷａを有する平板形状の第１の磁気シールドである磁気シールド２ａと、長手方向寸法が寸法ＳＷｂを有する平板形状の第２の磁気シールドである磁気シールド２ｂと、長手方向寸法が寸法ＳＷｃを有する平板形状の第３の磁気シールドである磁気シールド２ｃと、導体１ａに印加される電流Ａａから生じる磁束を検出する磁電変換素子であり、磁電変換素子間の距離が寸法ＭＰａで離間する磁電変換素子Ｍ１と磁電変換素子Ｍ２と、磁電変換素子Ｍ１、Ｍ２が検出した磁束密度量に応じて出力される出力信号を、外部へと出力する外部端子であるリード３Ｌａを有する磁気センサ３ａと、
導体１ｂに印加される電流Ａｂから生じる磁束を検出する磁電変換素子であり、磁電変換素子間の距離が寸法ＭＰｂで離間する磁電変換素子Ｍ３と磁電変換素子Ｍ４と、磁電変換素子Ｍ３、Ｍ４が検出した磁束密度量に応じて出力される出力信号を、外部へと出力する外部端子であるリード３Ｌｂを有する磁気センサ３ｂと、を具備し、導体１ａ、１ｂは図１（ａ）に示すように矩形形状の長手方向の面が対向する姿勢でＺ方向に延伸し、電流路５ａは図１（ｃ）に示すようにＺ方向の幅寸法に寸法ＢＷａを有して、Ｙ方向に寸法ＢＨａだけ延伸し、電流路５ｂは図１（ｄ）に示すようにＺ方向の幅寸法に寸法ＢＷｂを有して、Ｙ方向に寸法ＢＨｂだけ延伸しており、図１（ｅ）に示すようにＹ方向から見た時、寸法ＢＷａの仮想的な第１の中心線である中心線ＣＬａと、寸法ＢＷｂの仮想的な第２の中心線である中心線ＣＬｂが、同一直線上にあるように配置され、磁気シールド２ａ、２ｂは図１（ｅ）に示すように、Ｙ方向から見た時、寸法ＳＷａと寸法ＳＷｂが、中心線ＣＬａを軸として線対称になる姿勢で電流路５ａを挟んで対向して配置され、磁気シールドは２ｂ、２ｃは図１（ｅ）に示すように、Ｙ方向から見た時、寸法ＳＷｂと寸法ＳＷｃが中心線ＣＬｂを軸として線対称になる姿勢で電流路５ｂを挟んで対向して配置され、磁気センサ３ａは、磁電変換素子Ｍ１、Ｍ２が図１（ｅ）に示すように、Ｙ方向から見た時に中心線ＣＬａを挟んで対向し、かつ図１（ｆ）に示すように、Ｘ方向から見た時に寸法ＢＨａの範囲内にその感磁軸がＸ方向になる姿勢で、導体１ａと磁気シールド２ａの空隙である空隙ＡＧａに配置され、磁気センサ３ｂは、磁電変換素子Ｍ３、Ｍ４が図１（ｅ）に示すように、Ｙ方向から見た時に中心線ＣＬｂを挟んで対向し、かつ図１（ｇ）に示すように、Ｘ方向から見た時に寸法ＢＨｂの範囲内にその感磁軸がＸ方向になる姿勢で、導体１ｂと磁気シールド２ｂの空隙である空隙ＡＧｂに構成される。

【0013】

また本発明の実施の形態１に関わる電流センサ１００は、導体１ａと導体１ｂにはそれぞれ異なる被検出電流である電流Ａａ、Ａｂが印加されており、例えばインバータなどで用いられる３相交流電流を測定する場合の、３相のうちいずれかの異なる被検出電流であり、導体１ａに印加される電流ＡａはＺ＋方向に印加され、導体１ｂに印加される電流ＡｂはＺ＋方向に印加される。

【0014】

また本発明の実施の形態１に関わる電流センサ１００は図示しない樹脂筐体と、図示しない磁気検出手段と図示しないコネクタが実装された図示しないプリント基板を有し、磁気センサ３ａ、３ｂはリード３Ｌａ、３Ｌｂでプリント基板に接続されており、またプリント基板と、導体１ａ、１ｂと、磁気シールド２ａ、２ｂ、２ｃは樹脂筐体に固定されている。

【0015】

磁電変換素子Ｍ１、Ｍ２はＸ方向に同極性の感磁軸を持ち、Ｘ方向から見た時に寸法ＢＨａの範囲内に配置されていることから、導体１ａに印加される電流Ａａが電流路５ａを流れる際に生じる磁束を検出しており、検出した磁束密度量に応じた出力信号が出力され、また磁電変換素子Ｍ３、Ｍ４はＸ方向に同極性の感磁軸を持ち、Ｘ方向から見た時に寸法ＢＨｂの範囲内に配置されていることから、導体１ｂに印加された電流Ａｂが電流路５ｂを流れる際に生じる磁束を検出しており、検出した磁束密度量に応じた出力信号が出力され、それぞれ磁電変換素子Ｍ１、Ｍ２と磁電変換素子Ｍ３、Ｍ４から出力された出力信号は、磁気センサ３ａ、３ｂの有する図示しない増幅回路により増幅され、増幅された２つの出力信号は図示しない差動演算部により差動演算され、その差動演算値はリード３Ｌａ、３Ｌｂを通じ、プリント基板とコネクタを介して電流センサ１００の外部に出力される。

【0016】

磁電変換素子Ｍ１、Ｍ２、Ｍ３、Ｍ４は、ホール効果素子、磁気抵抗効果素子などで構成され、本発明の実施の形態１に関わる電流センサ１００では磁電変換素子Ｍ１、Ｍ２、Ｍ３、Ｍ４はホール効果素子が用いられている。

【0017】

また磁電変換素子Ｍ１、Ｍ２と磁電変換素子Ｍ３、Ｍ４はそれぞれ磁気センサ３ａ、３ｂ内部の図示しない半導体チップに接続されており、熱硬化性樹脂により磁気センサ３ａ、３ｂの内部に封止される。この時、磁電変換素子の離間距離である寸法ＭＰａ、ＭＰｂが大きくなると、半導体チップ面積が大きくなることで、コストアップのデメリットが生じるため、寸法ＭＰａ、ＭＰｂは２．０ｍｍ～３．０ｍｍで構成される。

【0018】

導体１ａ、１ｂは、非磁性材料の銅材もしくはアルミ材等で、単一もしくは複数の材料で形成され、Ｚ方向に延伸している。

【0019】

磁気シールド２ａ、２ｂ、２ｃは、磁性材料の珪素鋼板・フェライト・パーマロイ等で、単一もしくは複数の磁性材料で、平板や積層により構成されており、本発明の実施の形態１に関わる電流センサ１００では、寸法ＳＷａ、ＳＷｂ、ＳＷｃが同一寸法で構成されている。磁気シールド２ａ，２ｂ、２ｃは同材料かつ同一形状のものを用いると部品の共用化が可能となり、コストメリットが生じる。

【0020】

また、本発明の実施の形態１に関わる電流センサ１００は、電流路５ａ、５ｂがＹ方向から見た時、寸法ＢＷａ、ＢＷｂの仮想的な中心線である中心線ＣＬａ、ＣＬｂが同一直線上にあるように配置されていることから、磁気シールド２ｂを導体１ａ側と導体１ｂ側で共用することが可能であり、磁気シールドの部品点数を削減することができるとともに、また導体１ａ、１ｂ間の距離を縮めることが可能となり、小型化に寄与している。

【0021】

前記のように構成された本発明の実施の形態１に関わる電流センサ１００に、被検出電流である電流Ａａ、Ａｂが印加された場合の、磁電変換素子Ｍ１、Ｍ２と磁電変換素子Ｍ３、Ｍ４が検出する磁束の動きについて説明する。図２は、本発明の実施の形態１に関わる電流センサ１００に被検出電流を印加した場合の磁束経路を示す概略図であり、図２（ａ）は、電流センサ１００の導体１ａに電流ＡａがＺ＋方向に印加された際、電流Ａａが電流路５ａを流れる際に生じる磁電変換素子Ｍ１、Ｍ２が検出する磁束の経路を示す図１（ｂ）Ｂ－Ｂ断面図に相当する概略図であり、図２（ｂ）は電流センサ１００の導体１ａに電流ＡａがＺ＋方向に印加された時の、電流Ａａが電流路５ａを流れる際に生じる磁電変換素子Ｍ３，Ｍ４が検出してしまう磁束の経路を示す図１（ｂ）Ｂ－Ｂ断面図に相当する概略図であり、図２（ｃ）は、電流センサ１００の導体１ｂに電流ＡｂがＺ＋方向に印加された時の、電流Ａｂが電流路５ｂを流れる際に生じる磁電変換素子Ｍ３、Ｍ４が検出する磁束の経路を示す図１（ｂ）Ｂ－Ｂ断面図に相当する概略図であり、図２（ｄ）は電流センサ１００の導体１ｂに電流ＡｂがＺ＋方向に印加された時の、電流Ａｂが電流路５ｂを流れる際に生じる磁電変換素子Ｍ１，Ｍ２が検出してしまう磁束の経路を示す図１（ｂ）Ｂ－Ｂ断面図に相当する概略図である。

【0022】

導体１ａに電流ＡａがＺ＋方向に印加された時、電流Ａａが電流路５ａを流れる際に生じる磁束は、図２（ａ）に示すように、磁気シールド２ａ、２ｂに磁気誘導されることで磁束６ａを生じる。この時、磁気シールド２ａ、２ｂの寸法ＳＷａ、ＳＷｂが中心線ＣＬａを軸として、線対称に配置されていることから、中心線ＣＬａを境として、Ｚ＋方向ではＸ＋方向の磁束が生じ、Ｚ－方向ではＸ－方向の磁束が生じる。（その磁束密度量の分布はＺ方向において、正負の逆転したシンメトリーな分布となる。）

【0023】

磁電変換素子Ｍ１、Ｍ２は、感磁軸がＸ＋方向が＋の出力となる姿勢で配置おり、それぞれ中心線ＣＬａを挟んで対向して配置されていることから、図２（ａ）に示すように、磁電変換素子Ｍ１の検出する磁束はＸ＋方向で、磁電変換素子Ｍ２が検出する磁束はＸ－方向となり、検出した磁束密度量に応じた出力信号が出力され、出力された出力信号は磁気センサ３ａの有する図示しない増幅回路により増幅され、増幅された２つの出力信号は図示しない差動演算部により差動演算され、その差動演算値はリード３ａを通じ、コネクタを介して電流センサ１００の外部に出力される。

【0024】

また導体１ａに被検出電流である電流Ａａが印加された時、図２（ｂ）に示すように磁束６ｂを生じることから、磁電変換素子Ｍ３、Ｍ４が磁束６ｂを検出してしまい、磁電変換素子Ｍ３、Ｍ４が本来検出するべき電流Ａｂから生じる磁束（後述の磁束７ａ）に、磁束６ｂの磁束密度成分が加算されることで、出力信号に誤差が生じる。

【0025】

一方、導体１ｂに電流ＡｂがＺ＋方向に印加された時、電流Ａｂが電流路５ｂを流れる際に生じる磁束は、図２（ｃ）に示すように、磁気シールド２ｂ、２ｃに磁気誘導されることで磁束７ａを生じる。この時、磁気シールド２ｂ、２ｃの寸法ＳＷｂ、ＳＷｃが中心線ＣＬｂを軸として、線対称に配置されていることから、中心線ＣＬｂを境として、Ｚ＋方向ではＸ＋方向の磁束が生じ、Ｚ－方向ではＸ－方向の磁束が生じる。（その磁束密度量の分布はＺ方向において、正負の逆転したシンメトリーな分布となる。）

【0026】

磁電変換素子Ｍ３、Ｍ４は、感磁軸がＸ＋方向が＋の出力となる姿勢で配置おり、それぞれ中心線ＣＬｂを挟んで対向して配置されていることから、図２（ｃ）に示すように、磁電変換素子Ｍ３の検出する磁束はＸ＋方向で、磁電変換素子Ｍ４が検出する磁束はＸ－方向となり、検出した磁束密度量に応じた出力信号が出力され、出力された出力信号は磁気センサ３ｂの有する図示しない増幅回路により増幅され、増幅された２つの出力信号は図示しない差動演算部により差動演算され、リード３Ｌｂを通じ、その差動演算値はコネクタを介して電流センサ１００の外部に出力される。

【0027】

また導体１ｂに被検出電流である電流Ａｂが印加された時、図２（ｄ）に示すように磁束７ｂを生じることから、磁電変換素子Ｍ１、Ｍ２が磁束７ｂを検出してしまい、磁電変換素子Ｍ１、Ｍ２が本来検出するべき電流Ａａから生じる磁束（磁束６ａ）に、磁束７ｂの磁束密度成分が加算されることで、出力信号に誤差が生じる。

【0028】

このように導体１ａに印加される電流Ａａと導体１ｂに印加される電流Ａｂは、磁電変換素子Ｍ１、Ｍ２と磁電変換素子Ｍ３，Ｍ４の検出する磁束密度量に影響を及ぼしあうことで、その出力信号に誤差を生じることから、磁電変換素子Ｍ１、Ｍ２の検出する磁束７ｂと磁電変換素子Ｍ３，Ｍ４の検出する磁束６ｂは極力低減することが求められる。

【0029】

具体的に本発明の実施の形態１に関わる電流センサ１００の導体１ａと導体１ｂの隣相同士の相互干渉による影響について、シミュレーションを用いて説明する。図３はシミュレーションに用いた本発明の実施の形態１に関わる電流センサ１００の寸法を示す概略図であり、図３（ａ）はシミュレーションに用いた電流センサ１００の正面視図で、図３（ｂ）はシミュレーションに用いた電流センサ１００の導体１ａの形状を示す側面視図で、図３（ｃ）はシミュレーションに用いた電流センサ１００の導体１ｂの形状を示す側面視図で、図３（ｄ）は図３（ａ）における断面Ｅ―Ｅの断面図で、図３（ｅ）は図３（ａ）における断面Ｆ－Ｆの断面図で、図３（ｆ）は図３（ａ）における断面Ｇ―Ｇの断面図である。

【0030】

また本シミュレーションは有限要素法電磁場解析ソフトを用いて行い、図３（ａ）～（ｆ）に示すように、導体１ａのＸ方向の幅寸法ＢＸａは１．５ｍｍ、Ｙ方向の高さ寸法ＢＹａは１０．０ｍｍ、導体１ｂのＸ方向の幅寸法ＢＸｂは１．５ｍｍ、Ｙ方向の高さ寸法ＢＹｂは１０．０ｍｍ、スリット４ａのＹ方向の高さ寸法ＳＬＹａは６．０ｍｍ、スリット４ｂのＹ方向の高さ寸法ＳＬＹｂは６．０ｍｍ、電流路５ａのＺ方向幅寸法である寸法ＢＷａは５．０ｍｍ、電流路５ａのＹ方向の高さ寸法である寸法ＢＨａは２．０ｍｍ、スリット４ｃのＹ方向の高さ寸法ＳＬＹｃは６．０ｍｍ、スリット４ｄのＹ方向の高さ寸法ＳＬＹｄは６．０ｍｍ、電流路５ｂのＺ方向幅寸法である寸法ＢＷｂは５．０ｍｍ、電流路５ｂのＹ方向の高さ寸法である寸法ＢＨｂは２．０ｍｍ、磁気シールド２ａのＹ方向の高さ寸法ＳＹａは１１．０ｍｍ、磁気シールド２ａのＸ方向の幅寸法ＳＸａは１．５ｍｍ、磁気シールド２ｂのＹ方向の高さ寸法ＳＹｂは１１．０ｍｍ、磁気シールド２ｂのＸ方向の幅寸法ＳＸｂは１．５ｍｍ、磁気シールド２ｃのＹ方向の高さ寸法ＳＹｃは１１．０ｍｍ、磁気シールド２ｃのＸ方向の幅寸法ＳＸｃは１．５ｍｍ、導体１ａのＸ方向の幅寸法ＢＸａの仮想的な中心線である中心線ＣＬｃと磁気シールド２ａのＸ－方向端面間である寸法Ｘ１は４．２５ｍｍ、中心線ＣＬｃと磁気シールド２ｂのＸ＋方向端面間である寸法Ｘ２は２．２５ｍｍ、導体１ｂのＸ方向の幅寸法ＢＸｂの仮想的な中心線である中心線ＣＬｄと磁気シールド２ｂのＸ－方向端面間である寸法Ｘ３は４．２５ｍｍ、中心線ＣＬｄと磁気シールド２ｃのＸ＋方向端面間である寸法Ｘ４は２．２５ｍｍ、中心線ＣＬｃから磁電変換素子Ｍ１、Ｍ２までのＸ方向の寸法ＭＸａは２．５ｍｍ、中心線ＣＬｄから磁電変換素子Ｍ３、Ｍ４までのＸ方向の寸法ＭＸｂは２．５ｍｍ、スリット４ｂのＹ＋方向の端面から磁電変換素子Ｍ１、Ｍ２までのＹ方向の寸法ＭＹａは１．０ｍｍ（磁電変換素子Ｍ１、Ｍ２のＹ方向高さは、寸法ＢＨａの中央位置）、スリット４ｄのＹ＋方向の端面から磁電変換素子Ｍ３、Ｍ４までのＹ方向の寸法ＭＹｂは１．０ｍｍ（磁電変換素子Ｍ３、Ｍ４のＹ方向高さは、寸法ＢＨｂの中央位置）として、寸法ＭＰａ、ＭＰｂが２．０ｍｍ、２．５ｍｍ、３．０ｍｍの構成で、寸法ＳＷａ、ＳＷｂ、ＳＷｃを０．０ｍｍ（磁気シールド２ａ、２ｂ、２ｃを除いた構成）、２．５ｍｍ、３．０ｍｍ、４．０ｍｍ、５．０ｍｍ、６．０ｍｍ、７．０ｍｍ、８．０ｍｍ、９．０ｍｍ、１０．０ｍｍ、１２．５ｍｍ、１５．０ｍｍ、１７．５ｍｍ、２０．０ｍｍにおいてシミュレーションを行った。また寸法ＢＷａ、ＢＷｂを２．５ｍｍに変更した形状と、距離Ｘ１，Ｘ３を６．２５ｍｍと８．２５ｍｍに変更した形状と、距離Ｘ２、Ｘ４を３．７５ｍｍに変更した形状においても上記と同様のシミュレーションを行った。なお印加電流Ａａ、Ａｂはそれぞれ１００Ａとし、導体１ａ、１ｂは銅材、磁気シールド２ａ、２ｂ、２ｃはケイ素鋼板の材料設定とし、周辺空気の比透磁率は１．０、磁気センサ３ａ、３ｂの磁電変換素子Ｍ１，Ｍ２，Ｍ３，Ｍ４以外の部分は一般的に非磁性の材料が用いられるため、シミュレーションでは比透磁率は１．０とした。また磁電変換素子Ｍ１、Ｍ２が受ける隣相影響の算出方法は、（磁電変換素子Ｍ１、Ｍ２が検出する磁束７ｂのＸ方向の磁束密度量の差分）÷（磁電変換素子Ｍ１、Ｍ２が検出する磁束６ａのＸ方向の磁束密度量の差分）×１００とし、磁電変換素子Ｍ３、Ｍ４が受ける隣相影響の算出方法は（磁電変換素子Ｍ３、Ｍ４が検出する磁束６ｂのＸ方向の磁束密度量の差分）÷（磁電変換素子Ｍ３、Ｍ４が検出する磁束７ａのＸ方向の磁束密度量の差分）×１００とし、導体１ｂに電流Ａｂを印加した場合に磁電変換素子Ｍ１，Ｍ２が受ける隣相影響と、導体１ａに電流Ａａを印加した場合に磁電変換素子Ｍ３，Ｍ４が受ける隣相影響のシミュレーションを行った。

【0031】

図４はシミュレーションにおいて、磁電変換素子Ｍ１，Ｍ２と、磁電変換素子Ｍ３，Ｍ４がそれぞれ磁束７ｂと磁束６ｂから受ける隣相影響を示す表であり、図４（ａ）～（ｅ）は、磁電変換素子Ｍ１、Ｍ２が磁束７ｂから受ける影響率を示す表であり、図４（ｆ）～（ｊ）は、磁電変換素子Ｍ３、Ｍ４が磁束６ｂから受けるの影響率を示す表である。

【0032】

磁電変換素子Ｍ１、Ｍ２が磁束７ｂから受ける影響率と、磁電変換素子Ｍ３、Ｍ４が磁束６ｂから受ける影響率は大きく差があり、磁電変換素子Ｍ３、Ｍ４が磁束６ｂから受ける影響の方が大きい。これは磁電変換素子Ｍ３、Ｍ４から電流路５ａまでの距離が磁電変換素子Ｍ１、Ｍ２から電流路５ｂまでの距離よりも近いことから、その影響を受けやすいことに起因する。

【0033】

シミュレーションの結果より、磁気シールド２ａ、２ｂ、２ｃのＺ方向の寸法である寸法ＳＷａ、ＳＷｂ、ＳＷｃが隣相影響に最も大きく関わる要因であり、シミュレーションの結果より、寸法ＭＰａ、ＭＰｂが２．０ｍｍ～３．０ｍｍでは、寸法ＳＷａ、ＳＷｂ、ＳＷｃは１０．０ｍｍ以上とすることで、相互の影響率は大きく低減することが可能である。

【0034】

寸法ＢＷａ、ＢＷｂを変化させると、その影響率は変化しているものの、その変化量は寸法ＳＷａ、ＳＷｂ、ＳＷｃの寸法値の変化と比べると軽微である。影響率の変化量が軽微な理由は、寸法ＢＷａ、ＢＷｂが小さくなると、電流路５ａ、５ｂに電流密度が集中することから、磁電変換素子Ｍ１、Ｍ２が検出する磁束６ａのＸ方向の磁束密度量と、磁電変換素子Ｍ３、Ｍ４が検出する磁束７ａのＸ方向の磁束密度量が増加するが、磁電変換素子Ｍ１、Ｍ２が検出する磁束７ｂのＸ方向の磁束密度量と、磁電変換素子Ｍ３、Ｍ４が検出する磁束６ｂから検出するＸ方向の磁束密度量も併せて増加するため影響率の変化は軽微である。よって寸法ＢＷａ、ＢＷｂは任意の寸法値を用いて良いが、好適には寸法ＢＷａ、ＢＷｂはより小さく構成することで、電変換素子Ｍ１、Ｍ２の検出する磁束６ａのＸ方向の磁束密度量と磁電変換素子Ｍ３、Ｍ４の検出する磁束７ａのＸ方向の磁束密度量が増加するため、磁気センサ３ａ、３ｂの増幅率を低下させることができる。

【0035】

寸法Ｘ１、Ｘ３を変化させると、その影響率は変化しているものの、その変化量は寸法ＳＷａ、ＳＷｂ、ＳＷｃの寸法値の変化と比べると軽微である。影響率の変化量が軽微な理由は、寸法Ｘ１、Ｘ３が大きくなると、磁気シールド２ａ、２ｂ、２ｃに集磁される磁束が減り、磁電変換素子Ｍ１、Ｍ２が検出する磁束６ａのＸ方向の磁束密度量と、磁電変換素子Ｍ３、Ｍ４が検出する磁束７ａのＸ方向の磁束密度量が減少するが、磁電変換素子Ｍ１、Ｍ２と電流路５ｂの距離と、磁電変換素子Ｍ３、Ｍ４と電流路５ａの距離も大きくなるため、磁電変換素子Ｍ１、Ｍ２が検出する磁束７ｂから検出するＸ方向の磁束密度量と、磁電変換素子Ｍ３、Ｍ４が検出する磁束６ｂから検出するＸ方向の磁束密度量も減少するため影響率の変化は軽微である。よって、寸法Ｘ１、Ｘ３は任意の寸法値を用いて良いが、好適には寸法Ｘ１、Ｘ３はより小さく構成することで、磁電変換素子Ｍ１、Ｍ２の検出する磁束６ａのＸ方向の磁束密度量と磁電変換素子Ｍ３、Ｍ４の検出する磁束７ａのＸ方向の磁束密度量が増加するため、磁気センサ３ａ、３ｂの増幅率を低下させることができる。

【0036】

また寸法Ｘ２、Ｘ４を変化させると、その影響率は変化しているものの、その変化量は寸法ＳＷａ、ＳＷｂ、ＳＷｃの寸法値の変化と比べると軽微である。影響率の変化量が軽微な理由は、寸法Ｘ２、Ｘ４を変化させると、磁気シールド２ａ、２ｂ、２ｃに集磁される磁束が減り、磁電変換素子Ｍ１、Ｍ２が検出する磁束６ａのＸ方向の磁束密度量と、磁電変換素子Ｍ３、Ｍ４が検出する磁束７ａのＸ方向の磁束密度量が低下するが、磁電変換素子Ｍ１、Ｍ２と電流路５ｂの距離と、磁電変換素子Ｍ３、Ｍ４と電流路５ａの距離も大きくなるため、磁電変換素子Ｍ１、Ｍ２が検出する磁束７ｂから検出するＸ方向の磁束密度量と、磁電変換素子Ｍ３、Ｍ４が検出する磁束６ｂから検出するＸ方向の磁束密度量も減少するため影響率の変化は軽微である。よって寸法Ｘ２、Ｘ４は任意の寸法値を用いて良いが、好適には寸法Ｘ２、Ｘ４はより小さく構成することで、磁電変換素子Ｍ１、Ｍ２の検出する磁束６ａのＸ方向の磁束密度量と磁電変換素子Ｍ３、Ｍ４の検出する磁束７ａのＸ方向の磁束密度量が増加するため、磁気センサ３ａ、３ｂの増幅率を低下させることができる。

【0037】

寸法ＳＷａ、ＳＷｂ、ＳＷｃが１０．０ｍｍ以上とすることで、その影響率が大きく低減される要因について、図４（ｆ）のシミュレーション結果を基に説明を行う。（ここでは影響率のより大きい導体１ｂ側の構成例を抜粋した。）

【0038】

図５は図４（ｆ）の結果における、磁電変換素子Ｍ３，Ｍ４が検出しているＸ方向の磁束密度量を示す表であり、図５（ａ）は磁電変換素子Ｍ３，Ｍ４が磁束７ａから検出するＸ方向の磁束密度量を示す表であり、図５（ｂ）は磁電変換素子Ｍ３，Ｍ４が磁束６ｂから検出するＸ方向の磁束密度量を示す表である。

【0039】

図５（ａ）に示すように、寸法ＳＷａ、ＳＷｂ、ＳＷｃの寸法値を大きくすると、磁電変換素子Ｍ３，Ｍ４が磁束７ａから検出するＸ方向の磁束密度量は、指数的に増加し、１０．０ｍｍでその磁束密度量の増加がほぼ頭打ちとなる。対して図５（ｂ）に示すように、寸法ＳＷａ、ＳＷｂ、ＳＷｃの寸法値を大きくすると、磁電変換素子Ｍ３，Ｍ４が磁束６ｂから検出するＸ方向の磁束密度量は、指数的に減少し、１０．０ｍｍでその磁束密度量の抑制がほぼ頭打ちとなる。よって寸法ＳＷａ、ＳＷｂ、ＳＷｃを１０．０ｍｍ以上とすることで、磁束７ａから検出可能なＸ方向の磁束密度量のほぼすべてを検出することが可能となることと、磁束６ｂから低減可能なＸ方向の磁束密度量のほぼすべてを低減することが起因して、影響率を大きく低減することが可能となる。

【0040】

また隣り合う電流検出相の検出電流値の片側が大きな電流値の場合（例えば電流Ａａが１００Ａで、電流Ａｂが２００Ａなど）、検出電流値の大きな電流検出相側から検出電流値の小さな電流検出相側への影響が大きくなってしまうが、寸法ＳＷａ、ＳＷｂ、ＳＷｃを１０．０ｍｍよりさらに大きくすることで、その影響は低減することが可能となる。（例えば寸法ＳＷａ、ＳＷｂ、ＳＷｃの寸法値が２０．０ｍｍ以上。）

【0041】

また本発明の実施の形態１に関わる電流センサ１００は、寸法ＭＰａ、ＭＰｂが２．０ｍｍ～３．０ｍｍ、かつ磁気シールド２ａ、２ｂ、２ｃの長手寸法である寸法ＳＷａ、ＳＷｂ、ＳＷｃが１０．０ｍｍ以上であれば、隣相影響の低減効果を有することから、平板形状に付随する形状を有していてもよく、また電流検出相も３相以上で構成されていてもよい。

【0042】

図６は、本発明の実施の形態１に関わる電流センサ１００における磁気シールド２ａ、２ｂ、２ｃの構成例を示すもので、図６（ａ）は磁気シールド２ａ、２ｂ、２ｃの寸法ＳＷａ、ＳＷｂ、ＳＷｃの寸法を変化させた構成例を図１（ｂ）Ｂ－Ｂ断面図に相当する図で示すもので、図６（ｂ）（ｃ）は磁気シールド２ａ、２ｂ、２ｃの形状を変化させた構成例を図１（ａ）に相当する図で示すものである。

【0043】

図７は、図１において、本発明の実施の形態１に関わる電流センサ１００における、３相以上の検出相を有する構成例を示すものである。

【0044】

本発明の実施の形態では、磁気シールド２ａ、２ｂ、２ｃは幅寸法ＳＷａ、ＳＷｂ、ＳＷｃはすべて同一寸法で構成されているが、図６（ａ）に示す磁気シールド２ａ１、２ｂ１、２ｃ１ように、幅寸法ＳＷａ１、ＳＷｂ１、ＳＷｃ１が不同一寸法であってもよく、また図６（ｂ）（ｃ）に示す磁気シールド２ａ２、２ｂ２、２ｃ２や磁気シールド２ａ３、２ｂ３、２ｃ３のように、平板形状を有していれば、凸形状や凹形状を有していてもよい。

【0045】

また本発明の実施の形態１に関わる電流センサ１００では導体１ａ、導体１ｂの２つの電流検出相で構成されているが、図７に示すように、電流センサ１００のＸ－方向に、１対の磁電変換素子を有し、外部端子であるリード３Ｌｃを有する磁気センサ３ｃと、被検出電流が印加され、導体１ａ、１ｂと同様の形状と、同様の構成配置を有する導体１ｃと、第４の磁気シールド２ｄが配置されている電流センサ１０１のように、電流検出相が３相以上で構成されていてもよく、例えば２つの３相交流電流と１つの直流電流を測定する場合は７相で構成されてもよく、３つの３相交流電流と２つの直流電流を検出する場合は１１相でもよい。

【符号の説明】

【0046】

１ａ 導体
１ｂ 導体
２ａ 磁気シールド
２ｂ 磁気シールド
２ｃ 磁気シールド
２ｄ 磁気シールド
２ａ２ 磁気シールド
２ｂ２ 磁気シールド
２ｃ２ 磁気シールド
２ａ３ 磁気シールド
２ｂ３ 磁気シールド
２ｃ３ 磁気シールド
３ａ 磁気センサ
３ｂ 磁気センサ
３ｃ 磁気センサ
３Ｌａ リード
３Ｌｂ リード
３Ｌｃ リード
４ａ スリット
４ｂ スリット
４ｃ スリット
４ｄ スリット
５ａ 電流路
５ｂ 電流路
６ａ 磁束
６ｂ 磁束
７ａ 磁束
７ｂ 磁束
Ａａ 電流
Ａｂ 電流
ＡＧａ 空隙
ＡＧｂ 空隙
ＢＨａ 寸法
ＢＨｂ 寸法
ＢＸａ 寸法
ＢＸｂ 寸法
ＢＹａ 寸法
ＢＹｂ 寸法
ＢＷａ 寸法
ＢＷｂ 寸法
ＣＬａ 中心線
ＣＬｂ 中心線
ＣＬｃ 中心線
ＣＬｄ 中心線
Ｍ１ 磁電変換素子
Ｍ２ 磁電変換素子
Ｍ３ 磁電変換素子
Ｍ４ 磁電変換素子
ＭＰａ 寸法
ＭＰｂ 寸法
ＭＹａ 寸法
ＭＹｂ 寸法
ＳＬＹａ 寸法
ＳＬＹｂ 寸法
ＳＬＹｃ 寸法
ＳＬＹｄ 寸法
ＳＸａ 寸法
ＳＸｂ 寸法
ＳＸｃ 寸法
ＳＹａ 寸法
ＳＹｂ 寸法
ＳＹｃ 寸法
ＳＷａ 寸法
ＳＷｂ 寸法
ＳＷｃ 寸法
Ｘ１ 寸法
Ｘ２ 寸法
Ｘ３ 寸法
Ｘ４ 寸法

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】