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(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】P2024137574
(43)【公開日】2024-10-07
(54)【発明の名称】電流センサ
(51)【国際特許分類】
G01R 15/20 20060101AFI20240927BHJP
【ＦＩ】
G01R15/20 D
G01R15/20 C
【審査請求】未請求
【請求項の数】7
【出願形態】書面
(21)【出願番号】P 2023064503
(22)【出願日】2023-03-23
(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
2G025AA11
2G025AA15
2G025AB01
2G025AB02
2G025AC01
(57)【要約】 （修正有）
【課題】磁気飽和を改善し、磁性部の共用部分を有した小型の電流センサを提供する。
【解決手段】導体１１～１Ｎは貫通スリットで分岐し、２つの電流路を形成してＸ－方向にＮ本の導体が隣接して並んでおり、Ｎ個の１対の磁電変換素子を有する磁気センサ６１～６Ｎは、１対の磁電変換素子が導体１１～１Ｎの導体毎に貫通スリットを挟んで対向する姿勢で配置され、磁性部４１、４Ｎは第１の１対の延伸部を有し、導体１１、１Ｎの隣接する導体がいない側の電流路が、第１の延伸部で形成される空隙に貫通するように配置され、Ｎ－１個の磁性部４２～４（Ｎ－１）は第２の１対の延伸部と第３の１対の延伸部を有し、導体１１～１ＮのすべてのＮ－１箇所の導体間に、第２の１対の延伸部と、第３の１対の延伸部で形成される２つの空隙に、導体の電流路が貫通するように配置され、隣接する磁性部同士はその延伸部の端面が対向する姿勢で、その端面間に空隙を形成する。
【選択図】図６
【解決手段】導体１１～１Ｎは貫通スリットで分岐し、２つの電流路を形成してＸ－方向にＮ本の導体が隣接して並んでおり、Ｎ個の１対の磁電変換素子を有する磁気センサ６１～６Ｎは、１対の磁電変換素子が導体１１～１Ｎの導体毎に貫通スリットを挟んで対向する姿勢で配置され、磁性部４１、４Ｎは第１の１対の延伸部を有し、導体１１、１Ｎの隣接する導体がいない側の電流路が、第１の延伸部で形成される空隙に貫通するように配置され、Ｎ－１個の磁性部４２～４（Ｎ－１）は第２の１対の延伸部と第３の１対の延伸部を有し、導体１１～１ＮのすべてのＮ－１箇所の導体間に、第２の１対の延伸部と、第３の１対の延伸部で形成される２つの空隙に、導体の電流路が貫通するように配置され、隣接する磁性部同士はその延伸部の端面が対向する姿勢で、その端面間に空隙を形成する。
【選択図】図６
【特許請求の範囲】
【請求項1】
貫通スリットで分岐し、第１方向に延伸する２つの電流路を有し、被検出電流が印加される導体と、
延伸部の先端に端面を有する第１の１対の延伸部と、前記第１の１対の延伸部で形成される第１の空隙部を有する第１の磁性部と、
延伸部の先端に端面を有する第２の１対の延伸部と第３の１対の延伸部と、前記第２の１対の延伸部で形成される第２の空隙部と、前記第３の１対の延伸部で形成される第３の空隙部を有する第２の磁性部と、
前記導体に被検出電流が印加されることで発生する磁束の所定の感磁軸方向の磁束密度をそれぞれ検出して、検出した磁束密度量に応じた出力信号を出力する１対の磁電変換素子を有する磁気センサと、を具備し、
前記導体は、前記第１の方向に垂直方向である第２の方向に複数並んで配置され、複数の前記導体にはそれぞれ異なる被検出電流が印加されており、
前記第１の磁性部は、前記導体の第２方向に異なる導体のいない側の前記電流路がそれぞれ前記第１の空隙部を貫通するように２つ配置され、
前記第２の磁性部は、全ての前記導体間に、前記第２の空隙部と前記第３の空隙部にそれぞれ異なる前記導体の前記電流路が１つずつ貫通するように配置され、
前記磁気センサは、複数の前記導体毎に、前記貫通スリットを挟んで前記第１の方向と第２の方向の垂直方向である第３方向に対向して配置され、前記第２の方向にその感磁軸があることを特徴とする電流センサ。
延伸部の先端に端面を有する第１の１対の延伸部と、前記第１の１対の延伸部で形成される第１の空隙部を有する第１の磁性部と、
延伸部の先端に端面を有する第２の１対の延伸部と第３の１対の延伸部と、前記第２の１対の延伸部で形成される第２の空隙部と、前記第３の１対の延伸部で形成される第３の空隙部を有する第２の磁性部と、
前記導体に被検出電流が印加されることで発生する磁束の所定の感磁軸方向の磁束密度をそれぞれ検出して、検出した磁束密度量に応じた出力信号を出力する１対の磁電変換素子を有する磁気センサと、を具備し、
前記導体は、前記第１の方向に垂直方向である第２の方向に複数並んで配置され、複数の前記導体にはそれぞれ異なる被検出電流が印加されており、
前記第１の磁性部は、前記導体の第２方向に異なる導体のいない側の前記電流路がそれぞれ前記第１の空隙部を貫通するように２つ配置され、
前記第２の磁性部は、全ての前記導体間に、前記第２の空隙部と前記第３の空隙部にそれぞれ異なる前記導体の前記電流路が１つずつ貫通するように配置され、
前記磁気センサは、複数の前記導体毎に、前記貫通スリットを挟んで前記第１の方向と第２の方向の垂直方向である第３方向に対向して配置され、前記第２の方向にその感磁軸があることを特徴とする電流センサ。
【請求項2】
前記導体の導体数は２本であり、
前記第１の磁性部と前記第２の磁性部は、前記第１の１対の延伸部の端面と前記第２の１対の延伸部の端面は対向して離間する姿勢で、
前記導体毎に配置される前記磁気センサはそれぞれ、前記１対の磁電変換素子が挟み込む前記貫通スリットを有する前記導体の２つの前記電流路が貫通する、前記第１の空隙部を有する前記第１の磁性部と、前記第２の空隙部もしくは前記第３の空隙部を有する前記第２の磁性部の、前記第１の方向の厚み寸法と、前記第２の方向の対向する延伸部の端面間寸法と、前記第３の方向の延伸部の外側端面間寸法とで区切られる領域内に、前記１対の磁電変換素子があるように配置されることを特徴とする、請求項１に記載の電流センサ。
前記第１の磁性部と前記第２の磁性部は、前記第１の１対の延伸部の端面と前記第２の１対の延伸部の端面は対向して離間する姿勢で、
前記導体毎に配置される前記磁気センサはそれぞれ、前記１対の磁電変換素子が挟み込む前記貫通スリットを有する前記導体の２つの前記電流路が貫通する、前記第１の空隙部を有する前記第１の磁性部と、前記第２の空隙部もしくは前記第３の空隙部を有する前記第２の磁性部の、前記第１の方向の厚み寸法と、前記第２の方向の対向する延伸部の端面間寸法と、前記第３の方向の延伸部の外側端面間寸法とで区切られる領域内に、前記１対の磁電変換素子があるように配置され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】
前記導体の導体数は３本以上であり、
前記第１の磁性部と前記第２の磁性部は、前記第１の１対の延伸部の端面と前記第２の１対の延伸部の端面は対向して離間する姿勢かつ、全ての前記導体間に配置された隣接する前記第２の磁性部同士は、前記第２の１対の延伸部の端面と、前記第３の１対の延伸部の端面が対向して離間する姿勢で、
前記導体毎に配置される前記磁気センサはそれぞれ、前記１対の磁電変換素子が挟み込む前記貫通スリットを有する前記導体の２つの前記電流路が貫通する、前記第１の空隙部を有する前記第１の磁性部と、前記第２の空隙部を有する前記第２の磁性部もしくは、
２つの前記電流路が貫通する前記第２の空隙部もしくは、前記第３の空隙部を有する隣接する前記第２の磁性部同士の、前記第１の方向の厚み寸法と、前記第２の方向の対向する延伸部の端面間寸法と、前記第３の方向の延伸部の外側端面間寸法とで区切られる領域内に、前記１対の磁電変換素子があるように配置されることを特徴とする、請求項１に記載の電流センサ。
前記第１の磁性部と前記第２の磁性部は、前記第１の１対の延伸部の端面と前記第２の１対の延伸部の端面は対向して離間する姿勢かつ、全ての前記導体間に配置された隣接する前記第２の磁性部同士は、前記第２の１対の延伸部の端面と、前記第３の１対の延伸部の端面が対向して離間する姿勢で、
前記導体毎に配置される前記磁気センサはそれぞれ、前記１対の磁電変換素子が挟み込む前記貫通スリットを有する前記導体の２つの前記電流路が貫通する、前記第１の空隙部を有する前記第１の磁性部と、前記第２の空隙部を有する前記第２の磁性部もしくは、
２つの前記電流路が貫通する前記第２の空隙部もしくは、前記第３の空隙部を有する隣接する前記第２の磁性部同士の、前記第１の方向の厚み寸法と、前記第２の方向の対向する延伸部の端面間寸法と、前記第３の方向の延伸部の外側端面間寸法とで区切られる領域内に、前記１対の磁電変換素子があるように配置され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4】
前記第１の空隙部と前記第２の空隙部と第３の空隙部の第３の方向の高さ寸法値が、前記対向する延伸部の端面間寸法よりも大きいことを特徴とする、請求項２と請求項３に記載の電流センサ。
【請求項5】
前記導体は、前記貫通スリットを含む部分において、１回以上の屈折する形状を有することを特徴とする、請求項２と請求項３に記載の電流センサ。
【請求項6】
前記第２の方向に複数並んだ前記導体は、前記第３の方向の高さが等しくなるように配置されることを特徴とする、請求項２と請求項３に記載の電流センサ。
【請求項7】
前記第２の方向に複数並んだ前記導体は、前記第３の方向の高さが異なるように配置されることを特徴とする、請求項２と請求項３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、小型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において、電流センサは、被検出電流が印加される導体と、磁性材料で形成され導体が配置される中空部とギャップを有するＣ型もしくはＵ型形状の磁性部と、ギャップ内に配置される磁電変換素子を有する磁気センサと、を具備し、被検出電流が印加されることで生じる磁束を磁性部で集磁して、磁性部のギャップから漏れ出る磁束を磁電変換素子で検出し、検出した磁束密度量に応じて、磁気センサが出力信号を外部に出力することで、被検出電流の電流値の検出がなされてきた。
【0003】
特許文献１に示される複数の検出相を有する電流センサ（例えば複数の三相交流電流を検出する電流センサ）において、電流検出相毎に電流センサの構成が並べられている構造が示されている。
しかしながら、被検出電流が大電流化すると、磁性部が磁気飽和して電流検出の直線性誤差が大きくなるため、磁性部の体格を大きくせざるを得ず、それに併せて電流センサの体格も大きくなり、センサの重量もまた重くなる。また隣接する電流検出相毎に磁性部を用意する必要があるため、小型化には限度がある。
しかしながら、被検出電流が大電流化すると、磁性部が磁気飽和して電流検出の直線性誤差が大きくなるため、磁性部の体格を大きくせざるを得ず、それに併せて電流センサの体格も大きくなり、センサの重量もまた重くなる。また隣接する電流検出相毎に磁性部を用意する必要があるため、小型化には限度がある。
【0004】
それらの問題を解決するため、特許文献２に示されている構造のように、隣接する電流検出相同士で、磁性部の一部を共用し、磁性部の体格を小さくできる構造が提案されてきた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【特許文献1】特開２０１３－１４８５１２
【特許文献2】特許６７９０７７４
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
特許文献２に示された構造は確かに電流センサの小型化に寄与するが、被検出電流が大電流化すると、磁性部が磁気飽和する事実は変わらず、磁気飽和すると電流検出の直線性誤差が大きくなる。よって被測定電流の大電流化に対応するためには、従来の電流センサと同じく磁性部の体格を大きくせざるを得ない。特に被検出電流が三相交流電流の場合、被検出電流の位相をずらしていることで、隣接する電流検出相で印加される電流の正負が逆転するため、磁性部を共用している箇所に磁束が集中するため飽和しやすい課題が生じる。
【課題を解決するための手段】
【0007】
上記の問題を鑑み、本発明における電流センサは、磁性部の磁気飽和を大幅に改善し、電流センサの体格を小さくできる電流センサ構造を提案するものである。
【0008】
本発明における電流センサは、貫通スリットで分岐し、第１方向に延伸する２つの電流路を有し、被検出電流が印加される導体と、延伸部の先端に端面を有する第１の１対の延伸部と、前記第１の１対の延伸部で形成される第１の空隙部を有する第１の磁性部と、延伸部の先端に端面を有する第２の１対の延伸部と第３の１対の延伸部と、前記第２の１対の延伸部で形成される第２の空隙部と、前記第３の１対の延伸部で形成される第３の空隙部を有する第２の磁性部と、前記導体に被検出電流が印加されることで発生する磁束の所定の感磁軸方向の磁束密度をそれぞれ検出して、検出した磁束密度量に応じた出力信号を出力する１対の磁電変換素子を有する磁気センサと、を具備し、前記導体は、前記第１の方向に垂直方向である第２の方向に複数並んで配置され、複数の前記導体にはそれぞれ異なる被検出電流が印加されており、前記第１の磁性部は、前記導体の第２方向に異なる導体のいない側の前記電流路がそれぞれ前記第１の空隙部を貫通するように２つ配置され、前記第２の磁性部は、全ての前記導体間に、前記第２の空隙部と前記第３の空隙部にそれぞれ異なる前記導体の前記電流路が１つずつ貫通するように配置され、前記磁気センサは、複数の前記導体毎に、前記貫通スリットを挟んで前記第１の方向と第２の方向の垂直方向である第３方向に対向して配置され、前記第２の方向にその感磁軸があることを特徴とする。
【発明の効果】
【0009】
本発明によれば、飽和特性が大幅に改善されることで磁性部の小型化が可能であり、小型化した電流センサを提供することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【0010】
【図3】本発明の実施の形態１に関わる電流センサに被検出電流として三相交流電流を印加した場合の磁束経路を示す概略図で、図３（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は１つの導体に最大電流値が印加された際、他の２つの導体に最大電流値×－１／２の電流値の電流が印加された際に生じる磁束経路を示す図である。
【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の平面視図で、図１（ｃ）は図１（ｂ）における断面Ｂ―Ｂの断面図である。また本発明では特に説明しない場合、被検出電流が流れる導体の幅方向をＸ方向、導体の厚み方向をＹ方向、導体の延伸方向をＺ方向とし、図示矢印の方向を＋（正）方向とし、実施の形態１については、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Ａ１がＺ＋方向に印加され、貫通スリット２Ａを有し、貫通スリット２Ａで形成されるＺ方向に延伸する電流路３Ａと電流路３Ｂを有する導体１Ａと、被検出電流である電流Ａ２がＺ＋方向に印加され、貫通スリット２Ｂを有し、貫通スリット２Ｂで形成されるＺ方向に延伸する電流路３Ｃと電流路３Ｄを有し、導体１ＡのＸ－方向に隣接して配置された導体１Ｂと、被検出電流である電流Ａ３がＺ＋方向に印加され、貫通スリット２Ｃを有し、貫通スリット２Ｃで形成されるＺ方向に延伸する電流路３Ｅと電流路３Ｆを有し、導体１ＢのＸ－方向に隣接して配置された導体１Ｃと、延伸部４ａ１と延伸部４ａ２と、延伸部４ａ１、４ａ２で形成される空隙部である空隙５Ａを有し、電流路３Ａが空隙５Ａを貫通するように配置され、Ｚ方向の厚さ寸法が寸法Ｔａ１で、Ｙ方向の延伸部の外側の端面寸法が寸法Ｈａ１で、空隙部５ＡのＹ方向の高さ寸法が寸法Ｈａ２である磁性部４Ａと、延伸部４ｂ１と延伸部４ｂ２と延伸部４ｂ３と延伸部４ｂ４と、延伸部４ｂ１、４ｂ２で形成される空隙部である空隙５Ｂと、延伸部４ｂ３、４ｂ４で形成される空隙部である空隙５Ｃを有し、電流路３Ｂが空隙５Ｂを貫通し、かつ電流路３Ｃが空隙５Ｃを貫通するように配置され、Ｚ方向の厚さ寸法が寸法Ｔａ１で、Ｙ方向の延伸部の外側の端面寸法である寸法Ｈａ１で、空隙部５Ｂ，５ＣのＹ方向の高さ寸法が寸法Ｈａ２である磁性部４Ｂと、延伸部４ｃ１と延伸部４ｃ２と延伸部４ｃ３と延伸部４ｃ４と、延伸部４ｃ１、４ｃ２で形成される空隙部である空隙５Ｄと、伸部４ｃ３、４ｃ４で形成される空隙部である空隙５Ｅを有し、電流路３Ｄが空隙５Ｄを貫通し、かつ電流路３Ｅが空隙５Ｅを貫通するように配置される磁性部４Ｂと同形状の磁性部４Ｃと、延伸部４ｄ１と延伸部４ｄ２と、延伸部４ｄ１、４ｄ２で形成される空隙部である空隙５Ｆを有し、電流路３Ｆが空隙５Ｆを貫通するように配置される磁性部４Ａと同形状の磁性部４Ｄと、貫通スリット２Ａを挟んでＹ方向に対向して配置され、電流Ａ１が印加されることで生じる磁束のＸ方向の磁束密度量を検出する磁電変換素子である素子Ｍ１と素子Ｍ２を有する磁気センサ６Ａと、貫通スリット２Ｂを挟んでＹ方向に対向して配置され、電流Ａ２が印加されることで生じる磁束のＸ方向の磁束密度量を検出する磁電変換素子である素子Ｍ３と素子Ｍ４を有する磁気センサ６Ｂと、貫通スリット２Ｃを挟んでＹ方向に対向して配置され、電流Ａ３が印加されることで生じる磁束のＸ方向の磁束密度量を検出する磁電変換素子である素子Ｍ５と素子Ｍ６を有する磁気センサ６Ｃと、を備え、
磁性部４Ａ、４Ｂは、延伸部４ａ１の延伸部の端面である端面７Ａ１と延伸部４ｂ１の延伸部の端面である端面７Ｂ１が対向して離間する姿勢、かつ延伸部４ａ２の延伸部の端面である端面７Ａ２と延伸部４ｂ２の延伸部の端面である端面７Ｂ２が対向して離間する姿勢で、その端面間にＸ方向の寸法が寸法Ｗａである空隙８Ａを形成し、この時、寸法Ｗａは寸法Ｈａ２よりも小さい寸法値であり、
磁性部４Ｂ、４Ｃは、延伸部４ｂ３の延伸部の端面である端面７Ｂ３と延伸部４ｃ１の延伸部の端面である端面７Ｃ１が対向して離間する姿勢で、かつ延伸部４ｂ４の延伸部の端面である端面７Ｂ４と延伸部４ｃ２の延伸部の端面である端面７Ｃ２が対向して離間する姿勢で、その端面間にＸ方向の寸法が寸法Ｗｂである空隙８Ｂを形成し、この時、寸法Ｗｂは寸法Ｈａ２よりも小さい寸法値であり、
磁性部４Ｃ、４Ｄは、延伸部４ｃ３の延伸部の端面である端面７Ｃ３と延伸部４ｄ１の延伸部の端面である端面７Ｄ１が対向して離間する姿勢、かつ延伸部４ｃ４の延伸部の端面である端面７Ｃ４と延伸部４ｄ２の延伸部の端面である端面７Ｄ２が対向して離間する姿勢で、その端面間にＸ方向の寸法が寸法Ｗｃである空隙８Ｃを形成し、この時、寸法Ｗｃは寸法Ｈａ２よりも小さい寸法値であり、
磁気センサ６Ａは、素子Ｍ１、Ｍ２が、寸法Ｔａ１と寸法Ｈａ１と寸法Ｗａで区切られた領域内にあるように配置され、磁気センサ６Ｂは、素子Ｍ３、Ｍ４が、寸法Ｔａ１と寸法Ｈａ１と寸法Ｗｂで区切られた領域内にあるように配置され、磁気センサ６Ｃは、素子Ｍ５、Ｍ６が、寸法Ｔａ１と寸法Ｈａ１と寸法Ｗｃで区切られた領域内にあるように配置されるように構成される。
磁性部４Ａ、４Ｂは、延伸部４ａ１の延伸部の端面である端面７Ａ１と延伸部４ｂ１の延伸部の端面である端面７Ｂ１が対向して離間する姿勢、かつ延伸部４ａ２の延伸部の端面である端面７Ａ２と延伸部４ｂ２の延伸部の端面である端面７Ｂ２が対向して離間する姿勢で、その端面間にＸ方向の寸法が寸法Ｗａである空隙８Ａを形成し、この時、寸法Ｗａは寸法Ｈａ２よりも小さい寸法値であり、
磁性部４Ｂ、４Ｃは、延伸部４ｂ３の延伸部の端面である端面７Ｂ３と延伸部４ｃ１の延伸部の端面である端面７Ｃ１が対向して離間する姿勢で、かつ延伸部４ｂ４の延伸部の端面である端面７Ｂ４と延伸部４ｃ２の延伸部の端面である端面７Ｃ２が対向して離間する姿勢で、その端面間にＸ方向の寸法が寸法Ｗｂである空隙８Ｂを形成し、この時、寸法Ｗｂは寸法Ｈａ２よりも小さい寸法値であり、
磁性部４Ｃ、４Ｄは、延伸部４ｃ３の延伸部の端面である端面７Ｃ３と延伸部４ｄ１の延伸部の端面である端面７Ｄ１が対向して離間する姿勢、かつ延伸部４ｃ４の延伸部の端面である端面７Ｃ４と延伸部４ｄ２の延伸部の端面である端面７Ｄ２が対向して離間する姿勢で、その端面間にＸ方向の寸法が寸法Ｗｃである空隙８Ｃを形成し、この時、寸法Ｗｃは寸法Ｈａ２よりも小さい寸法値であり、
磁気センサ６Ａは、素子Ｍ１、Ｍ２が、寸法Ｔａ１と寸法Ｈａ１と寸法Ｗａで区切られた領域内にあるように配置され、磁気センサ６Ｂは、素子Ｍ３、Ｍ４が、寸法Ｔａ１と寸法Ｈａ１と寸法Ｗｂで区切られた領域内にあるように配置され、磁気センサ６Ｃは、素子Ｍ５、Ｍ６が、寸法Ｔａ１と寸法Ｈａ１と寸法Ｗｃで区切られた領域内にあるように配置されるように構成される。
【0013】
電流センサ１００は図示しない樹脂筐体と、図示しないコネクタを有するプリント基板を有し、導体１Ａ、１Ｂ、１Ｃと磁性部４Ａ、４Ｂ，４Ｃ、４Ｄとプリント基板は樹脂筐体に固定されており、また磁気センサ６Ａ、６Ｂ、６Ｃは図示しない外部出力端子であるリードを有しており、リードを介してプリント基板に接続される。
【0014】
また磁気センサ６Ａ、６Ｂ、６Ｃは図示しない磁気検出手段を有し、磁気検出手段は、素子Ｍ１、Ｍ２と、素子Ｍ３，Ｍ４と、素子Ｍ５，Ｍ６が検出した磁束密度量に応じてそれぞれ出力する出力信号を増幅し、増幅された２つの出力信号を差動演算して、その差動演算値を出力する図示しない差動演算部を有し、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。
【0015】
導体１Ａ、１Ｂ、１Ｃ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、平板状の矩形形状断面を有し、Ｘ方向に並んで配置される。
【0016】
磁性部４Ａ、４Ｂ、４Ｃ、４Ｄ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形成された、積層コアや巻きコア、鋳造コアであり、本実施形態においては、単一の磁性体で形成された磁性部４Ａ、４Ｄは同形状であり、磁性部４Ｂ、４Ｃは同形状であり、４Ａ、４Ｂ、４Ｃ、４Ｄは同材料で構成される。
【0017】
素子Ｍ１、Ｍ２、Ｍ３、Ｍ４、Ｍ５、Ｍ６はホール効果素子、磁気抵抗効果素子などで構成され、Ｘ方向に同極性の感磁軸を持ち、素子Ｍ１、Ｍ２は導体１Ａに電流Ａ１が印加された際に生じる磁束のＸ方向の磁束密度成分を検出しており、素子Ｍ３，Ｍ４は導体１Ｂに電流Ａ２が印加された際に生じる磁束のＸ方向の磁束密度成分を検出しており、素子Ｍ５，Ｍ６は導体１Ｃに電流Ａ３が印加された際に生じる磁束のＸ方向の磁束密度成分を検出している。また素子Ｍ１、Ｍ２、Ｍ３、Ｍ４、Ｍ５、Ｍ６の感磁極性はＸ＋方向が＋となる姿勢で配置されている。また本発明の実施の形態１に関わる電流センサ１００ではホール効果素子を用いる。
【0018】
図２は別の磁性部の形状と、別の導体の配置と形状と、別の磁電変換素子の配置を図１（ｂ）Ｂ－Ｂ断面図に相当する図で示すものであり、図２（ａ）は、図１に示した電流センサ１００の磁性部４Ａ、４Ｄの形状を変えた構成例を示す図であり、図２（ｂ）は、図１に示した電流センサ１００の導体１Ｂの配置を変えた構成例を示す図であり、図２（ｃ）は、図１に示した電流センサ１００の導体１Ａ、１Ｂ、１Ｃの形状を変えた構成例を示す図であり、図２（ｄ）は素子Ｍ１、Ｍ２、Ｍ３、Ｍ４、Ｍ５、Ｍ６の配置を変えた構成例を示す図である。
【0019】
本発明の実施の形態１に関わる電流センサ１００は、磁性部４Ａ、４Ｂ、４Ｃ、４Ｄをそれぞれ単一の磁性体で形成して配置したが、その限りではなく、図２（ａ）に示すように、磁性部４Ａａを磁性部４Ａ１と磁性部４Ａ２で形成し、磁性部４Ｄａを磁性部４Ｄ１と磁性部４Ｄ２で形成するように、複数の磁性部で形成してもよい。（磁性部４Ｂ、４Ｃも同様である。）
【0020】
本発明の実施の形態１に関わる電流センサ１００は、導体１Ａ、１Ｂ、１ＣはＹ方向に同じ高さで、Ｚ方向に直線的に延伸して配置されているが、その限りではなく、図２（ｂ）に示すように、磁性部４Ｂと同様に延伸部４ｂ１、４ｂ２，４ｂ３，４ｂ４と、延伸部４ｂ１、４ｂ２で形成される空隙部５Ｂと、延伸部４ｂ３、４ｂ４で形成される空隙部５Ｃを有し、延伸部４ｂ１、４ｂ２のＹ方向の延伸部の外側の端面間寸法が寸法Ｈａ１で、延伸部４ｂ３、４ｂ４のＹ方向の延伸部の外側の端面間寸法が寸法Ｈｂ１で、空隙部５Ｂの高さ寸法がＨａ１で、空隙部５Ｃの高さ寸法が寸法Ｈｂ１である磁性部４Ｂａと、磁性部４Ｃと同様に延伸部４ｃ１、４ｃ２，４ｃ３，４ｃ４と、延伸部４ｃ１、４ｃ２で形成される空隙部５Ｄと、延伸部４ｃ３、４ｃ４で形成される空隙部５Ｅを有し、延伸部４ｃ１、４ｃ２のＹ方向の延伸部の外側の端面間寸法が寸法Ｈｂ１で、延伸部４ｃ３、４ｃ４のＹ方向の延伸部の外側の端面間寸法が寸法Ｈａ１で、空隙部５Ｄの高さ寸法がＨｂ１で、空隙部５Ｅの高さ寸法が寸法Ｈａ１であり、磁性部４Ｂａと同形状で、Ｙ軸方向で１８０°回転させた磁性部４Ｃａを用いてＹ方向の高さが違うように配置されてもよい。この時、磁気センサ６Ｂは、磁気センサ６Ｂは、素子Ｍ３、Ｍ４が、寸法Ｔａ１と寸法Ｈｂ１と寸法Ｗｂで区切られた領域内にあるように配置され、また寸法Ｗｂは寸法Ｈｂ２よりも小さい寸法値である。
【0021】
本発明の実施の形態１に関わる電流センサ１００はＺ方向に直線的に延伸して配置されているが、その限りではなく、図２（ｃ）に示すように、電流センサ１０１は貫通スリット２Ａａ、２Ｂａ、２Ｃａをそれぞれ含む部分において導体１Ａａ、１Ｂａ，１Ｃａを２回屈折（９０度曲げ）したものであり、各導体は１回以上屈折した形状を用いてもよい。導体を屈折することで、電流センサ１０１において磁性部４Ａ、４Ｂ、４Ｃ、４ＤのＹ方向の外形寸法が、Ｚ方向の外形寸法より小さい場合は、本発明の実施の形態１に関わる電流センサ１００における図１（ａ）の構成例に比べ、Ｙ方向において低背化が可能である。
【0022】
本発明の実施の形態１に関わる電流センサ１００は、素子Ｍ１、Ｍ２は寸法Ｔａ１と寸法Ｈａ１と寸法Ｗａで区切られた領域内にあり、なおかつＺ方向から見た際に寸法Ｈａ２にも重複する領域内に配置され、素子Ｍ３、Ｍ４は寸法Ｔａ１と寸法Ｈａ１と寸法Ｗａで区切られた領域内にあり、なおかつＺ方向から見た際に寸法Ｈａ２にも重複する領域内に配置され、素子Ｍ５、Ｍ６は寸法Ｔａ１と寸法Ｈａ１と寸法Ｗａで区切られた領域内にあり、なおかつＺ方向から見た際に寸法Ｈａ２にも重複する領域内に配置されているが、その限りではなく、図２（ｄ）に示すように貫通スリット２Ａ、２Ｂ，２Ｃを挟んでＹ方向に対向して配置され、感磁極性はＸ＋方向が＋となる姿勢であれば、素子Ｍ１、Ｍ２はそれぞれＹ＋方向と、Ｙ－方向の異なる空隙部８Ａ内に配置されてもよく、素子Ｍ３、Ｍ４はそれぞれＹ＋方向と、Ｙ－方向の異なる空隙部８Ｂ内に配置されてもよく、素子Ｍ５、Ｍ６はそれぞれＹ＋方向と、Ｙ－方向の異なる空隙部８Ｃ内に配置されてもよい。好適には、素子Ｍ１、Ｍ２の離間するＹ方向の距離と、素子Ｍ３、Ｍ４の離間するＹ方向の距離と、素子Ｍ５，Ｍ６が離間するＹ方向の距離が小さい方が、素子Ｍ１、Ｍ２、Ｍ３、Ｍ４、Ｍ５、Ｍ６が磁気センサ６Ａ，６Ｂ，６Ｃ内部で接続している図示しない半導体チップのサイズを小さくすることができるため、コストメリットが生じる。
【0023】
図２に示した磁性部の形状と、導体の配置と形状と、磁電変換素子の配置は、本発明の実施形態における形状例であり、本発明の構成を限定するものではない。
【0024】
電流Ａ１、Ａ２、Ａ３はそれぞれ異なる被検出電流であり、例えば三相交流電流のそれぞれ異なる３つの被検出電流である。
【0025】
前記のように構成された実施の形態１に関わる電流センサ１００は、導体１Ａに電流Ａ１を印加した場合、電流路３Ａと電流路３Ｂに分流して電流が流れ、この時、電流路３Ａと電流路３Ｂに流れる電流量の総和は、導体１Ａに印加された電流Ａ１の電流量と等しく、導体１Ｂに電流Ａ２を印加した場合、電流路３Ｃと電流路３Ｄに分流して電流が流れ、この時、電流路３Ｃと電流路３Ｄに流れる電流量の総和は、導体１Ｂに印加された電流Ａ２の電流量と等しく、導体１Ｃに電流Ａ３を印加した場合、電流路３Ｅと電流路３Ｆに分流して電流が流れ、この時、電流路３Ｅと電流路３Ｆに流れる電流量の総和は、導体１Ｃに印加された電流Ａ３の電流量と等しい。
【0026】
ここでは導体１Ａ、１Ｂ、１Ｃに電流Ａ１、Ａ２、Ａ３が印加された場合の、電流路３Ａ、３Ｂ、３Ｃ、３Ｄ、３Ｅ、３Ｆに流れる電流により生じる磁束について説明する。また実施の形態１に関わる電流センサ１００に印加される電流Ａ１、Ａ２、Ａ３は三相交流電流である。
【0027】
図３は、図１に示した電流センサ１００に印加される三相交流電流である電流Ａ１、Ａ２、Ａ３において、いずれかの電流値が最大電流値で電流印加された場合に、その他の電流値は周波数が１２０ｄｅｇずれている電流値、すなわち最大電流値×－１／２の電流値が電流印加される場合の磁束の経路を示す図１（ｂ）Ｂ－Ｂ断面図に相当する図で示すもので、図３（ａ）はＡ１が最大電流値で電流印加された場合に、電流Ａ２、Ａ３が最大電流値×－１／２の電流値の電流印加されている際の生じる磁束の経路を示すものであり、図３（ｂ）はＡ２が最大電流値で電流印加された場合に、電流Ａ１、Ａ３が最大電流値×－１／２の電流値の電流印加されている際の生じる磁束の経路を示すものであり、図３（ｃ）はＡ３が最大電流値で電流印加された場合に、電流Ａ１、Ａ２が最大電流値×－１／２の電流値の電流印加されている際の生じる磁束の経路を示すものである。
【0028】
導体１Ａに電流Ａ１が最大電流値となる電流を印加した場合、導体１Ｂ、１Ｃには電流Ａ２、Ａ３が最大電流値×－１／２の電流値の電流が印加される。この時、図３（ａ）に示すように、導体１Ａに電流Ａ１がＺ＋方向に印加されると、電流路３Ａ、３Ｂに分流して流れる電流量に応じて、各電流路に流れる電流から磁束が発生するが、磁性部４Ａ、４Ｂはそれぞれ電流路３Ａ、３Ｂが空隙部５Ａ、５Ｂを貫通するように配置され、また寸法Ｗａは寸法Ｈａ２よりも小さい寸法値であることから、空隙８Ａ側の磁気抵抗が小さくなるため、各電流路に流れる電流から発生した磁束は、磁性部４Ａ、４Ｂに集磁され、発生した磁束は磁束９Ａのように磁性部４Ａ、４Ｂを図示矢印方向に通過する。
【0029】
この時、導体１Ｂには最大電流値×－１／２の電流Ａ２がＺ＋方向に印加され、電流路３Ｃ、３Ｄに分流して流れる電流量に応じて、各電流路に流れる電流から磁束が発生するが、磁性部４Ｂ、４Ｃはそれぞれ電流路３Ｃ、３Ｄが空隙部５Ｃ、５Ｄを貫通するように配置され、また寸法Ｗｂは寸法Ｈａ２よりも小さい寸法値であることから、空隙８Ｂ側の磁気抵抗が小さくなるため、各電流路に流れる電流から発生した磁束は、磁性部４Ｂ、４Ｃに集磁され、発生した磁束は磁束９ｂのように磁性部４Ｂ、４Ｃを図示矢印方向に通過する。また導体１Ｃには最大電流値×－１／２の電流Ａ３がＺ＋方向に印加され、電流路３Ｅ、３Ｆに分流して流れる電流量に応じて、各電流路に流れる電流から磁束が発生するが、磁性部４Ｃ、４Ｄはそれぞれ電流路３Ｅ、３Ｆが空隙部５Ｅ、５Ｆを貫通するように配置され、また寸法Ｗｃは寸法Ｈａ２よりも小さい寸法値であることから、空隙８Ｃ側の磁気抵抗が小さくなるため、各電流路に流れる電流から発生した磁束は、磁性部４Ｃ、４Ｄに集磁され、発生した磁束は磁束９ｃのように磁性部４Ｃ、４Ｄを図示矢印方向に通過する。
【0030】
図３（ａ）において、図示Ｙ＋方向側の磁束９ＡはＸ＋方向の磁束であり、図示Ｙ－方向側の磁束９Ａは逆のＸ－方向の磁束であり、素子Ｍ１、Ｍ２の感磁軸はＸ方向で感磁極性はＸ＋方向が＋となる姿勢で配置されているので、素子Ｍ１が検出するＸ方向の磁束密度量は正の値で、素子Ｍ２が検出するＸ方向の磁束密度量は負の値である。磁気センサ６Ａは、素子Ｍ１，Ｍ２が検出した磁束密度量に応じて出力信号が出力なされ、出力された出力信号は磁気センサ６Ａ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、その差動演算値はコネクタを介して電流センサ１００の外部に出力される。この時、素子Ｍ１が検出するＸ方向の磁束密度量は正の値で、素子Ｍ２が検出するＸ方向の磁束密度量は負の値であることから、差動演算により両者が加算された磁束密度量が検出できる。
【0031】
この際、図３（ａ）に示す磁性部４Ｂの共用部１０Ａにおいて、磁束９Ａと磁束９ｂの磁束方向は同一方向であることから、磁束が集中し、磁性部４Ｂにて最も磁気飽和しやすいポイントとなる。しかしながら、磁性部４Ａ、４Ｂはその磁気回路内に２つの空隙８Ａを有していることから、磁性部４Ａ、４Ｂからの漏れ磁束が多く、従来技術のコア形状よりも磁気飽和が起こりにくい特徴を有する。
【0032】
また素子Ｍ１、Ｍ２は寸法Ｔａ１と寸法Ｈａ１と寸法Ｗａで区切られた領域内にあるように配置されていることで、磁性部４Ａ、４Ｂ内に生じる磁束９Ａを検出することが可能であり、素子Ｍ１、Ｍ２が空隙部８Ａ側に近づくように配置すると、より大きな磁束密度量を検出することが可能であり、磁気センサ６Ａの出力信号の増幅率を低下させることが可能となり、外乱磁場などの影響を低減することが可能である。
【0033】
導体１Ｂに電流Ａ２が最大電流値となる電流を印加した場合、導体１Ａ、１Ｃには電流Ａ１、Ａ３が最大電流値×－１／２の電流値の電流が印加される。この時、図３（ｂ）に示すように、導体１Ｂに電流Ａ２がＺ＋方向に印加されると、電流路３Ｃ、３Ｄに分流して流れる電流量に応じて、各電流路に流れる電流から磁束が発生するが、磁性部４Ｂ、４Ｃはそれぞれ電流路３Ｃ、３Ｄが空隙部５Ｃ、５Ｄを貫通するように配置され、また寸法Ｗｂは寸法Ｈａ２よりも小さい寸法値であることから、空隙８Ｂ側の磁気抵抗が小さくなるため、各電流路に流れる電流から発生した磁束は、磁性部４Ｂ、４Ｃに集磁され、発生した磁束は磁束９Ｂのように磁性部４Ｂ、４Ｃを図示矢印方向に通過する。
【0034】
この時、導体１Ａには最大電流値×－１／２の電流Ａ１がＺ＋方向に印加され、電流路３Ａ、３Ｂに分流して流れる電流量に応じて、各電流路に流れる電流から磁束が発生するが、磁性部４Ａ、４Ｂはそれぞれ電流路３Ａ、３Ｂが空隙部５Ａ、５Ｂを貫通するように配置され、また寸法Ｗａは寸法Ｈａ２よりも小さい寸法値であることから、空隙８Ａ側の磁気抵抗が小さくなるため、各電流路に流れる電流から発生した磁束は、磁性部４Ａ、４Ｂに集磁され、発生した磁束は磁束９ａのように磁性部４Ｂ、４Ｃを図示矢印方向に通過する。また導体１Ｃには最大電流値×－１／２の電流Ａ３がＺ＋方向に印加され、電流路３Ｅ、３Ｆに分流して流れる電流量に応じて、各電流路に流れる電流から磁束が発生するが、磁性部４Ｃ、４Ｄはそれぞれ電流路３Ｅ、３Ｆが空隙部５Ｅ、５Ｆを貫通するように配置され、また寸法Ｗｃは寸法Ｈａ２よりも小さい寸法値であることから、空隙８Ｃ側の磁気抵抗が小さくなるため、各電流路に流れる電流から発生した磁束は、磁性部４Ｃ、４Ｄに集磁され、発生した磁束は磁束９ｃのように磁性部４Ｃ、４Ｄを図示矢印方向に通過する。
【0035】
図３（ｂ）において、図示Ｙ＋方向側の磁束９ＢはＸ＋方向の磁束であり、図示Ｙ－方向側の磁束９Ｂは逆のＸ－方向の磁束であり、素子Ｍ３、Ｍ４の感磁軸はＸ方向で感磁極性はＸ＋方向が＋となる姿勢で配置されているので、素子Ｍ３が検出するＸ方向の磁束密度量は正の値で、素子Ｍ４が検出するＸ方向の磁束密度量は負の値である。磁気センサ６Ｂは、素子Ｍ３，Ｍ４が検出した磁束密度量に応じて出力信号が出力なされ、出力された出力信号は磁気センサ６Ｂ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、その差動演算値はコネクタを介して電流センサ１００の外部に出力される。この時、素子Ｍ３が検出するＸ方向の磁束密度量は正の値で、素子Ｍ４が検出するＸ方向の磁束密度量は負の値であることから、差動演算により両者が加算された磁束密度量が検出できる。
【0036】
この際、図３（ｂ）に示す磁性部４Ｂの共用部１０Ａにおいて、磁束９ａと磁束９Ｂの磁束方向は同一方向であり、また図３（ｂ）に示す磁性部４Ｃの共用部１０Ｂにおいて、磁束９Ｂと磁束９ｃの磁束方向は同一方向であることから、共用部１０Ａ、１０Ｂに磁束が集中し、磁性部４Ｂ、４Ｃにて最も磁気飽和しやすいポイントとなる。しかしながら、磁性部４Ｂ、４Ｃはその磁気回路内に２つの空隙８Ｂを有していることから、磁性部４Ｂ、４Ｃからの漏れ磁束が多く、従来技術のコア形状よりも磁気飽和が起こりにくい特徴を有する。
【0037】
また素子Ｍ３、Ｍ４は寸法Ｔａ１と寸法Ｈａ１と寸法Ｗｂで区切られた領域内にあるように配置されていることで、磁性部４Ｂ、４Ｃ内に生じる磁束９Ｂを検出することが可能であり、素子Ｍ３、Ｍ４が空隙部８Ｂ側に近づくように配置すると、より大きな磁束密度量を検出することが可能であり、磁気センサ６Ｂの出力信号の増幅率を低下させることが可能となり、外乱磁場などの影響を低減することが可能である。
【0038】
導体１Ｃに電流Ａ３が最大電流値となる電流を印加した場合、導体１Ａ、１Ｂには電流Ａ１、Ａ２が最大電流値×－１／２の電流値の電流が印加される。この時、図３（ｃ）に示すように、導体１Ｃに電流Ａ３がＺ＋方向に印加されると、電流路３Ｅ、３Ｆに分流して流れる電流量に応じて、各電流路に流れる電流から磁束が発生するが、磁性部４Ｃ、４Ｄはそれぞれ電流路３Ｅ、３Ｆが空隙部５Ｅ、５Ｆを貫通するように配置され、また寸法Ｗｃは寸法Ｈａ２よりも小さい寸法値であることから、空隙８Ｃ側の磁気抵抗が小さくなるため、各電流路に流れる電流から発生した磁束は、磁性部４Ｃ、４Ｄに集磁され、発生した磁束は磁束９Ｃのように磁性部４Ｃ、４Ｄを図示矢印方向に通過する。
【0039】
この時、導体１Ａには最大電流値×－１／２の電流Ａ１がＺ＋方向に印加され、電流路３Ａ、３Ｂに分流して流れる電流量に応じて、各電流路に流れる電流から磁束が発生するが、磁性部４Ａ、４Ｂはそれぞれ電流路３Ａ、３Ｂが空隙部５Ａ、５Ｂを貫通するように配置され、また寸法Ｗａは寸法Ｈａ２よりも小さい寸法値であることから、空隙８Ａ側の磁気抵抗が小さくなるため、各電流路に流れる電流から発生した磁束は、磁性部４Ａ、４Ｂに集磁され、発生した磁束は磁束９ａのように磁性部４Ｂ、４Ｃを図示矢印方向に通過する。また導体１Ｂには最大電流値×－１／２の電流Ａ２がＺ＋方向に印加され、電流路３Ｃ、３Ｄに分流して流れる電流量に応じて、各電流路に流れる電流から磁束が発生するが、磁性部４Ｂ、４Ｃはそれぞれ電流路３Ｃ、３Ｄが空隙部５Ｃ、５Ｄを貫通するように配置され、また寸法Ｗｂは寸法Ｈａ２よりも小さい寸法値であることから、空隙８Ｂ側の磁気抵抗が小さくなるため、各電流路に流れる電流から発生した磁束は、磁性部４Ｂ、４Ｃに集磁され、発生した磁束は磁束９ｂのように磁性部４Ｂ、４Ｃを図示矢印方向に通過する。
【0040】
図３（ｃ）において、図示Ｙ＋方向側の磁束９ＣはＸ＋方向の磁束であり、図示Ｙ－方向側の磁束９Ｃは逆のＸ－方向の磁束であり、素子Ｍ５、Ｍ６の感磁軸はＸ方向で感磁極性はＸ＋方向が＋となる姿勢で配置されているので、素子Ｍ５が検出するＸ方向の磁束密度量は正の値で、素子Ｍ６が検出するＸ方向の磁束密度量は負の値である。磁気センサ６Ｃは、素子Ｍ５，Ｍ６が検出した磁束密度量に応じて出力信号が出力なされ、出力された出力信号は磁気センサ６Ｃ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、その差動演算値はコネクタを介して電流センサ１００の外部に出力される。この時、素子Ｍ５が検出するＸ方向の磁束密度量は正の値で、素子Ｍ６が検出するＸ方向の磁束密度量は負の値であることから、差動演算により両者が加算された磁束密度量が検出できる。
【0041】
この際、磁性部４Ｃの共用部１０Ｂにおいて、磁束９ｂと磁束９Ｃの磁束方向は同一方向であることから、磁束が集中し、磁性部４Ｃにて最も磁気飽和しやすいポイントとなる。しかしながら、磁性部４Ｃ、４Ｄはその磁気回路内に２つの空隙８Ｃを有していることから、磁性部からの漏れ磁束が多く、従来技術のコア形状よりも磁気飽和が起こりにくい特徴を有する。
【0042】
また素子Ｍ５、Ｍ６は寸法Ｔａ１と寸法Ｈａ１と寸法Ｗｃで区切られた領域内にあるように配置されていることで、磁性部４Ｃ、４Ｄ内に生じる磁束９Ｃを検出することが可能であり、素子Ｍ５、Ｍ６が空隙部８Ｂ側に近づくように配置すると、より大きな磁束密度量を検出することが可能であり、磁気センサ６Ｃの出力信号の増幅率を低下させることが可能となり、外乱磁場などの影響を低減することが可能である。
【0043】
ここでは本発明の実施の形態１に関わる電流センサ１００の磁性部の飽和特性に関して、シミュレーションを用いて説明を行う。図４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の構成を示す概略図であり、図４（ａ）は本発明の実施の形態１に関わる電流センサ１００の寸法を示す平面視図で、図４（ｂ）は図４（ａ）の断面Ｃ－Ｃの断面図で、図５は図４で示した本発明の実施の形態１に関わる電流センサ１００のシミュレーションにより得られた結果を示すものあり、図５（ａ）は本発明の実施の形態１に関わる電流センサ１００のシミュレーションにより得られた検出相Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の直線性誤差を示す表で、図５（ｂ）はその直線性誤差のグラフを示すものであり、図５（ｃ）は本発明の実施の形態１に関わる電流センサ１００と、同じ占有面積の磁性部を有する従来技術で示されたセンサのシミュレーションにより得られた直線性誤差を示す表で、図５（ｄ）～（ｆ）はその直線性誤差を、本発明の実施の形態１に関わる電流センサ１００と電流検出相毎に比較したグラフを示すものである。
【0044】
図４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の概略図であり、図４（ａ）～（ｂ）に示すように、電流Ａ１が印加される導体１Ａの電流検出相を検出相Ｕ相、電流Ａ２が印加される導体１Ｂの電流検出相を検出相Ｖ相、電流Ａ３が印加される導体１Ｃの電流検出相を検出相Ｗ相とし、導体１Ａ、２Ａ、３ＡのＸ方向の幅寸法である寸法ＢＷ１、寸法ＢＷ２、寸法ＢＷ３は１２．０ｍｍで、導体１Ａ、２Ａ、３ＡはＹ方向の厚み寸法は同じ寸法値であり、その厚み寸法である寸法ＢＨ１は１．５ｍｍで、貫通スリット２Ａ、２Ｂ、２ＣのＸ方向の幅寸法である寸法ＳＷ１、寸法ＳＷ２、寸法ＳＷ３は６．２ｍｍで、図示しない寸法ＳＷ１、ＳＷ２、ＳＷ３の中心線は、図示しない寸法ＢＷ１、ＢＷ２、ＢＷ３の中心線と同一直線上にあり、磁性部４Ａの延伸部４ａ１、４ａ２のＸ方向の延伸寸法である寸法Ｘ１は５．４ｍｍで、磁性部４ＡのＸ方向の幅寸法である寸法Ｘ２は９．４ｍｍで、磁性部４Ｂの延伸部４ｂ１、４ｂ２のＸ方向の延伸寸法である寸法Ｘ３は５．４ｍｍで、磁性部４Ｂの延伸部４ｂ３、４ｂ４のＸ方向の延伸寸法である寸法Ｘ４は５．４ｍｍで、磁性部４ＢのＸ方向の幅寸法である寸法Ｘ５は９．４ｍｍで、磁性部４Ｃの延伸部４ｃ１、４ｃ２のＸ方向の延伸寸法である寸法Ｘ６は５．４ｍｍで、磁性部４Ｃの延伸部４ｃ３、４ｃ４のＸ方向の延伸寸法である寸法Ｘ７は５．４ｍｍで、磁性部４ＣのＸ方向の幅寸法である寸法Ｘ８は９．４ｍｍで、磁性部４Ｄの延伸部４ｄ１、４ｄ２のＸ方向の延伸寸法である寸法Ｘ９は５．４ｍｍで、磁性部４ＤのＸ方向の幅寸法である寸法Ｘ１０は９．４ｍｍで、磁性部４Ａ、４Ｂ、４Ｃ、４ＤのＹ方向の高さ寸法であるＨａ１は１２．５ｍｍで、磁性部４Ａ、４Ｂ、４Ｃ、４ＤのＺ方向の厚み寸法であるＴａ１は３．０ｍｍで、空隙部５Ａ、５Ｂ、５Ｃ、５ＤのＹ方向の高さ寸法であるＨａ２は４．５ｍｍで、空隙部８ＡのＸ方向の幅方向である寸法Ｗａは４．２ｍｍで、空隙部８ＢのＸ方向の幅方向である寸法Ｗｂは４．２ｍｍで、空隙部８ＣのＸ方向の幅方向である寸法Ｗｃは４．２ｍｍで、空隙部８Ａ、８Ｂ、８ＣのＹ方向の高さ寸法であるＹ１は４．０ｍｍで、素子Ｍ１、Ｍ２の離間距離は２．６ｍｍで、寸法Ｔａ１と寸法Ｗａの図示しない中心線上かつ、寸法ＢＨ１の図示しない中心線に対して対称になる配置であり、素子Ｍ３、Ｍ４の離間距離は２．６ｍｍで、寸法Ｔａ１と寸法Ｗｂの図示しない中心線上かつ、寸法ＢＨ１の図示しない中心線に対して対称になる配置であり、素子Ｍ５、Ｍ６の離間距離は２．６ｍｍで、寸法Ｔａ１と寸法Ｗｃの図示しない中心線上かつ、寸法ＢＨ１の図示しない中心線に対して対称になる配置で構成し、導体１Ａ、１Ｂ、１Ｃは銅材の材料設定で、磁性部４Ａ、４Ｂ、４Ｃ、４Ｄ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で、磁気センサ６Ａ、６Ｂ、６Ｃ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周辺空気と同じく比透磁率は１．０とした。
【0045】
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、導体１Ａ、１Ｂ、１Ｃに印加される電流は三相交流電流で、シミュレーションを行う電流検出相の導体に被検出電流の電流値が最大電流値で印加される場合を想定し、その他の導体には周波数が１２０ｄｅｇずれている電流値、すなわち最大電流値×－１／２の電流値を印加した。またシミュレーションで導体１Ａ、１Ｂ、１Ｃに印加する電流値は、０Ａ～１１００Ａとし、０Ａ～３００Ａ印加した際に、素子Ｍ１、Ｍ２と、素子Ｍ３、Ｍ４と、素子Ｍ５、Ｍ６が検出するＸ方向の磁束密度量から差分値を算出し、その差分値から最小二乗法により直線性の推定値を求め、推定値に対する直線性誤差を算出した。
【0046】
図５は図４で示した本発明の実施の形態１に関わる電流センサ１００のシミュレーションにより得られた結果を示す表とグラフであり、図５（ａ）（ｂ）に図４で示した本発明の実施の形態１に関わる電流センサ１００のシミュレーション結果を示す。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において、被検出電流の最大電流値に対して、求められる直線性誤差は１．０％であることが一般的であることから、本シミュレーションの直線性誤差の閾値を１．０％としてシミュレーション結果を確認すると、検出相Ｕ相は１０００Ａ、検出相Ｖ相は１０００Ａ、検出相Ｗ相は９００Ａまで直線性誤差は１．０％以下である結果が得られ、本発明の実施の形態１に関わる電流センサ１００は９００Ａまで測定可能な電流センサという結果が得られた。
【0047】
図５（ｃ）～（ｆ）は図４に示した本発明の実施の形態１に関わる電流センサ１００の磁性部４Ａ、４Ｂ，４Ｃ、４Ｄにおいて、Ｙ－方向の空隙部８Ａ、８Ｂ、８Ｃで磁性部４Ａ、４Ｂ，４Ｃ、４Ｄを全てつなげて単一の磁性部として、１つの磁電変換素子を有する３つ磁気センサを、Ｙ＋方向の空隙部８Ａ、８Ｂ、８ＣのＸ方向とＹ方向とＺ方向の中央部に磁電変換素子があるようにそれぞれ配置させ、導体１Ａ、１Ｂ、１Ｃの貫通スリット２Ａ、２Ｂ、２Ｃを廃止して、平板の矩形形状の導体とした従来技術で示された図示しない電流センサを構成して、同様にシミュレーションした結果と、図４で示した本発明の実施の形態１に関わる電流センサ１００のシミュレーションにより得られた結果を比較した結果を示す表である。（本発明の実施の形態１に関わる電流センサ１００と、同じ占有体積の磁性部を有する従来技術にて示された電流センサ構成と直線性誤差の比較を行った。）またシミュレーションに用いた図示しない従来技術で示された電流センサの電流検出相は便宜上、検出相Ｕ相に相当する電流検出相を検出相Ｕ１相、検出相Ｖ相に相当する電流検出相を検出相Ｖ１相、検出相Ｗ相に相当する電流検出相をＷ１相と呼称し、図５（ｃ）は検出相Ｕ１相、Ｖ１相、Ｗ１相の直線性誤差を示すグラフで、図５（ｄ）は検出相Ｕ相、Ｕ１相の直線性誤差を比較したグラフで、図５（ｅ）は検出相Ｖ相、Ｖ１相の直線性誤差を比較したグラフで、図５（ｆ）は検出相Ｗ相、Ｗ１相の直線性誤差を比較したグラフである。
【0048】
図５（ｃ）～（ｆ）に示すように検出相Ｕ１相は４５０Ａ、検出相Ｖ１相は４５０Ａ、検出相Ｗ１相は４５０Ａまで、直線性誤差は１．０％以下である結果となり、本発明の実施の形態１に関わる電流センサ１００の有する磁性部４Ａ，４Ｂ，４Ｃ，４Ｄと同じ占有体積を有する磁性部で構成された従来技術で示された電流センサでは４５０Ａまで想定可能な電流センサという結果が得られ、本発明の実施の形態１に関わる電流センサ１００は同じ占有体積でありながら、約２倍大きな被検出電流を検出可能であることが確認できた。本発明の実施の形態１に関わる電流センサ１００が約２倍大きな被検出電流を測定可能な理由は、磁性部４Ａ、４Ｂ，４Ｃ、４Ｄの配置において、空隙部８Ａ、８Ｂ、８Ｃを２つずつ有することで、磁性部４Ａ、４Ｂ，４Ｃ、４Ｄから漏れる磁束が多く、磁気飽和が発生しづらいことが要因となっている。
【0049】
また一般的には漏れ磁束が大きくなると、電流検出相同士で相互に影響しあい、隣相影響による電流検出誤差が大きくなるが、本発明の実施の形態１に関わる電流センサ１００は１対の磁電変換素子で差動演算していることから、その隣相影響を打ち消すことが可能であり、その電流検出に検出誤差が生じにくい。また同様の理由から、電流センサの使用環境下で生じる、外乱磁場の影響も低減することが可能である。
【0050】
本発明の実施の形態１に関わる電流センサ１００では被検出電流が流れる導体は導体１Ａ，１Ｂ，１Ｃの３本で構成されているが、導体の数は２本、もしくは３本以上で構成されていても同様の効果を有する。
【0051】
【0052】
図６（ａ）において、電流センサ２００はＮ本の導体１１～１Ｎを有し、磁性部４１と磁性部４Ｎと、Ｎ－１個の磁性部４２～４（Ｎ－１）と、Ｎ個の磁気センサ６１～６Ｎと、を具備し、導体１１～１Ｎは、導体１Ａ、１Ｂ，１Ｃと同形状であり、貫通スリットを有し、貫通スリットにより電流路を形成してＸ－方向にＮ本の導体が隣接して並んでおり、磁性部４１、４Ｎは磁性部４Ａ、４Ｄと同形状であり、磁性部４Ａ、４Ｄのように隣接する導体がいない導体１１、１Ｎの、隣接する導体がいない側の電流路が、延伸部で形成される空隙に貫通するように配置され、磁性部４２～４（Ｎ－１）は、磁性部４Ｂ、４Ｃと同形状であり、磁性部４Ｂ、４Ｃのように導体１１～１ＮのすべてのＮ－１箇所の導体間に、延伸部で形成される２つの空隙に、それぞれ異なる導体の電流路が貫通するように配置される。
【0053】
全ての磁性部４１～４Ｎは、磁性部４Ａ，４Ｂ，４Ｃ、４Ｄのように、隣接する磁性部の延伸部の端面が対向する姿勢で配置されており、その端面間に空隙を形成し、Ｎ個の磁気センサ６１～６Ｎは磁気センサ６Ａ、６Ｂ、６Ｃと同様の配置で構成される。このように配置された電流センサ１０２は、被検出電流が例えば１つの三相交流電流の内２つの被検出電流を検出する場合はＮ＝２であり、被検出電流が例えば１つの三相交流電流と１つの直流電流である場合はＮ＝４であり、被検出電流が例えば２つの三相交流電流と１つの直流電流であればＮ＝７であり、被検出電流が例えば３つの三相交流電流と２つの直流電流であればＮ＝１１本で構成される。
【0054】
またＮ本の導体は最低でもＮ＝２本以上、かつ整数の本数であれば、本発明の効果を有する複数の電流検出相を有する電流センサの構成が可能であり、磁性部の大幅な小型化が実現し、併せて小型化された電流センサの提供が可能である。
【符号の説明】
【0055】
１Ａ 導体
１Ｂ 導体
１Ｃ 導体
１Ａａ 導体
１Ｂａ 導体
１Ｃａ 導体
１１ 導体
１２ 導体
１３ 導体
１４ 導体
１（Ｎ－１） 導体
１Ｎ 導体
２Ａ 貫通スリット
２Ｂ 貫通スリット
２Ｃ 貫通スリット
２Ａａ 貫通スリット
２Ｂａ 貫通スリット
２Ｃａ 貫通スリット
３Ａ 電流路
３Ｂ 電流路
３Ｃ 電流路
３Ｄ 電流路
３Ｅ 電流路
３Ｆ 電流路
３Ａａ 電流路
３Ｂａ 電流路
３Ｃａ 電流路
３Ｄａ 電流路
３Ｅａ 電流路
３Ｆａ 電流路
４Ａ 磁性部
４Ｂ 磁性部
４Ｃ 磁性部
４Ｄ 磁性部
４Ａａ 磁性部
４Ａ１ 磁性部
４Ａ２ 磁性部
４Ｂａ 磁性部
４Ｃａ 磁性部
４Ｄａ 磁性部
４Ｄ１ 磁性部
４Ｄ２ 磁性部
４１ 磁性部
４２ 磁性部
４３ 磁性部
４４ 磁性部
４５ 磁性部
４（Ｎ－２） 磁性部
４（Ｎ－１） 磁性部
４Ｎ 磁性部
４ａ１ 延伸部
４ａ２ 延伸部
４ｂ１ 延伸部
４ｂ２ 延伸部
４ｂ３ 延伸部
４ｂ４ 延伸部
４ｃ１ 延伸部
４ｃ２ 延伸部
４ｃ３ 延伸部
４ｃ４ 延伸部
４ｄ１ 延伸部
４ｄ２ 延伸部
５Ａ 空隙部
５Ｂ 空隙部
５Ｃ 空隙部
５Ｄ 空隙部
５Ｅ 空隙部
５Ｆ 空隙部
６Ａ 磁気センサ
６Ａａ 磁気センサ
６Ｂ 磁気センサ
６Ｂａ 磁気センサ
６Ｃ 磁気センサ
６Ｃａ 磁気センサ
６１ 磁気センサ
６２ 磁気センサ
６３ 磁気センサ
６４ 磁気センサ
６（Ｎ－１） 磁気センサ
６Ｎ 磁気センサ
７Ａ１ 端面
７Ａ２ 端面
７Ｂ１ 端面
７Ｂ２ 端面
７Ｂ３ 端面
７Ｂ４ 端面
７Ｃ１ 端面
７Ｃ２ 端面
７Ｃ３ 端面
７Ｃ４ 端面
７Ｄ１ 端面
７Ｄ２ 端面
８Ａ 空隙部
８Ｂ 空隙部
８Ｃ 空隙部
８Ｄ 空隙部
９ａ 磁束
９Ａ 磁束
９ｂ 磁束
９Ｂ 磁束
９ｃ 磁束
９Ｃ 磁束
１０Ａ 共用部
１０Ｂ 共用部
Ａ１ 電流
Ａ２ 電流
Ａ３ 電流
ＢＨ１ 寸法
Ｈａ１ 寸法
Ｈａ２ 寸法
Ｈｂ１ 寸法
Ｈｂ２ 寸法
Ｍ１ 素子
Ｍ２ 素子
Ｍ３ 素子
Ｍ４ 素子
Ｍ５ 素子
Ｍ６ 素子
ＳＷａ 寸法
ＳＷｂ 寸法
ＳＷｃ 寸法
Ｔａ１ 寸法
Ｕ相 検出相
Ｕ１相 検出相
Ｖ相 検出相
Ｖ１相 検出相
Ｗ相 検出相
Ｗ１相 検出相
Ｗａ 寸法
Ｗｂ 寸法
Ｗｃ 寸法
Ｘ１ 寸法
Ｘ２ 寸法
Ｘ３ 寸法
Ｘ４ 寸法
Ｘ５ 寸法
Ｘ６ 寸法
Ｘ７ 寸法
Ｘ８ 寸法
Ｘ９ 寸法
Ｘ１０ 寸法
Ｙ１ 寸法
１００ 電流センサ
１０１ 電流センサ
２００ 電流センサ
１Ｂ 導体
１Ｃ 導体
１Ａａ 導体
１Ｂａ 導体
１Ｃａ 導体
１１ 導体
１２ 導体
１３ 導体
１４ 導体
１（Ｎ－１） 導体
１Ｎ 導体
２Ａ 貫通スリット
２Ｂ 貫通スリット
２Ｃ 貫通スリット
２Ａａ 貫通スリット
２Ｂａ 貫通スリット
２Ｃａ 貫通スリット
３Ａ 電流路
３Ｂ 電流路
３Ｃ 電流路
３Ｄ 電流路
３Ｅ 電流路
３Ｆ 電流路
３Ａａ 電流路
３Ｂａ 電流路
３Ｃａ 電流路
３Ｄａ 電流路
３Ｅａ 電流路
３Ｆａ 電流路
４Ａ 磁性部
４Ｂ 磁性部
４Ｃ 磁性部
４Ｄ 磁性部
４Ａａ 磁性部
４Ａ１ 磁性部
４Ａ２ 磁性部
４Ｂａ 磁性部
４Ｃａ 磁性部
４Ｄａ 磁性部
４Ｄ１ 磁性部
４Ｄ２ 磁性部
４１ 磁性部
４２ 磁性部
４３ 磁性部
４４ 磁性部
４５ 磁性部
４（Ｎ－２） 磁性部
４（Ｎ－１） 磁性部
４Ｎ 磁性部
４ａ１ 延伸部
４ａ２ 延伸部
４ｂ１ 延伸部
４ｂ２ 延伸部
４ｂ３ 延伸部
４ｂ４ 延伸部
４ｃ１ 延伸部
４ｃ２ 延伸部
４ｃ３ 延伸部
４ｃ４ 延伸部
４ｄ１ 延伸部
４ｄ２ 延伸部
５Ａ 空隙部
５Ｂ 空隙部
５Ｃ 空隙部
５Ｄ 空隙部
５Ｅ 空隙部
５Ｆ 空隙部
６Ａ 磁気センサ
６Ａａ 磁気センサ
６Ｂ 磁気センサ
６Ｂａ 磁気センサ
６Ｃ 磁気センサ
６Ｃａ 磁気センサ
６１ 磁気センサ
６２ 磁気センサ
６３ 磁気センサ
６４ 磁気センサ
６（Ｎ－１） 磁気センサ
６Ｎ 磁気センサ
７Ａ１ 端面
７Ａ２ 端面
７Ｂ１ 端面
７Ｂ２ 端面
７Ｂ３ 端面
７Ｂ４ 端面
７Ｃ１ 端面
７Ｃ２ 端面
７Ｃ３ 端面
７Ｃ４ 端面
７Ｄ１ 端面
７Ｄ２ 端面
８Ａ 空隙部
８Ｂ 空隙部
８Ｃ 空隙部
８Ｄ 空隙部
９ａ 磁束
９Ａ 磁束
９ｂ 磁束
９Ｂ 磁束
９ｃ 磁束
９Ｃ 磁束
１０Ａ 共用部
１０Ｂ 共用部
Ａ１ 電流
Ａ２ 電流
Ａ３ 電流
ＢＨ１ 寸法
Ｈａ１ 寸法
Ｈａ２ 寸法
Ｈｂ１ 寸法
Ｈｂ２ 寸法
Ｍ１ 素子
Ｍ２ 素子
Ｍ３ 素子
Ｍ４ 素子
Ｍ５ 素子
Ｍ６ 素子
ＳＷａ 寸法
ＳＷｂ 寸法
ＳＷｃ 寸法
Ｔａ１ 寸法
Ｕ相 検出相
Ｕ１相 検出相
Ｖ相 検出相
Ｖ１相 検出相
Ｗ相 検出相
Ｗ１相 検出相
Ｗａ 寸法
Ｗｂ 寸法
Ｗｃ 寸法
Ｘ１ 寸法
Ｘ２ 寸法
Ｘ３ 寸法
Ｘ４ 寸法
Ｘ５ 寸法
Ｘ６ 寸法
Ｘ７ 寸法
Ｘ８ 寸法
Ｘ９ 寸法
Ｘ１０ 寸法
Ｙ１ 寸法
１００ 電流センサ
１０１ 電流センサ
２００ 電流センサ
【図1】
【図2】
【図】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【手続補正書】
【提出日】2023-07-21
【手続補正1】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】全図
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図1】
【図2-1】
【図2-2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
