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WO2012060069A1 - 電流センサ - Google Patents

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Publication number
WO2012060069A1
WO2012060069A1 PCT/JP2011/005922 JP2011005922W WO2012060069A1 WO 2012060069 A1 WO2012060069 A1 WO 2012060069A1 JP 2011005922 W JP2011005922 W JP 2011005922W WO 2012060069 A1 WO2012060069 A1 WO 2012060069A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
magnetic
current
magnetic flux
detection element
flux collector
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/JP2011/005922
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
正憲 鮫島
伸夫 布施
卓哉 冨田
秀典 植松
真二 原田
澄夫 前川
和弘 尾中
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Panasonic Corp
Original Assignee
Panasonic Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Panasonic Corp filed Critical Panasonic Corp
Publication of WO2012060069A1 publication Critical patent/WO2012060069A1/ja
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R15/00—Details of measuring arrangements of the types provided for in groups G01R17/00 - G01R29/00, G01R33/00 - G01R33/26 or G01R35/00
    • G01R15/14—Adaptations providing voltage or current isolation, e.g. for high-voltage or high-current networks
    • G01R15/20—Adaptations providing voltage or current isolation, e.g. for high-voltage or high-current networks using galvano-magnetic devices, e.g. Hall-effect devices, i.e. measuring a magnetic field via the interaction between a current and a magnetic field, e.g. magneto resistive or Hall effect devices
    • G01R15/205—Adaptations providing voltage or current isolation, e.g. for high-voltage or high-current networks using galvano-magnetic devices, e.g. Hall-effect devices, i.e. measuring a magnetic field via the interaction between a current and a magnetic field, e.g. magneto resistive or Hall effect devices using magneto-resistance devices, e.g. field plates
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R15/00—Details of measuring arrangements of the types provided for in groups G01R17/00 - G01R29/00, G01R33/00 - G01R33/26 or G01R35/00
    • G01R15/14—Adaptations providing voltage or current isolation, e.g. for high-voltage or high-current networks
    • G01R15/18—Adaptations providing voltage or current isolation, e.g. for high-voltage or high-current networks using inductive devices, e.g. transformers
    • G01R15/183—Adaptations providing voltage or current isolation, e.g. for high-voltage or high-current networks using inductive devices, e.g. transformers using transformers with a magnetic core
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R33/00—Arrangements or instruments for measuring magnetic variables
    • G01R33/0011—Arrangements or instruments for measuring magnetic variables comprising means, e.g. flux concentrators, flux guides, for guiding or concentrating the magnetic flux, e.g. to the magnetic sensor

Definitions

  • the present invention relates to a current sensor that detects a current to be measured by a magnetic field generated around a current line through which the current to be measured flows.
  • a current sensor has been required to detect battery current of hybrid cars, EV cars, etc., drive current of electric motors, and the like.
  • a cancel coil 3 is wound around a ring-type magnetic core 2 with a gap surrounding the current line 1 and a Hall element 4 is disposed in the gap portion. 1 was measured.
  • Patent Document 1 is known as prior art document information related to the invention of this application.
  • the current line 1 needs to be surrounded by the ring-type magnetic core 2 with a gap, and the shape becomes large.
  • the current line 1 through which a large current of about 200 A flows increases in cross-sectional area, and it is necessary to increase the ring-type magnetic core 2 in order to prevent magnetic saturation. While the shape of the current sensor is further increased, if it is attempted to detect this current, it is necessary to pass a large current through the cancel coil 3, resulting in a large power consumption.
  • the current sensor of the present invention is arranged on one surface of a current line, detects a magnetic field to be measured generated by a current flowing through the current line, and first and second magnetic sensors positioned substantially parallel to the magnetic field to be measured.
  • a fourth magnetic flux collecting portion that is sandwiched between the other ends of the first portion and positioned in a substantially orthogonal direction, the first magnetic flux collecting portion, the second magnetic flux collecting portion, the third magnetic flux collecting portion, and the fourth magnetic flux collecting portion.
  • a magnetic yoke including a connecting portion connecting the magnetic detecting element and the magnetic detecting element is disposed between the third magnetic collecting portion and the fourth magnetic collecting portion.
  • the current sensor of the present invention it is possible to use a magnetic detection element using an element having a high sensitivity but a narrow measurement range, such as an MR element. Can be realized.
  • FIG. 1 is a perspective view of a current sensor according to Embodiment 1 of the present invention.
  • FIG. 2 is a plan view of the current sensor according to Embodiment 1 of the present invention.
  • FIG. 3 is a plan view of the magnetic yoke according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 4A is a plan view of the magnetic detection element according to Embodiment 1 of the present invention.
  • 4B is a cross-sectional view taken along line 4B-4B of FIG. 4A.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view of a current sensor according to Embodiment 2 of the present invention.
  • FIG. 6 is a perspective view of a current sensor according to Embodiment 2 of the present invention.
  • FIG. 1 is a perspective view of a current sensor according to Embodiment 1 of the present invention.
  • FIG. 2 is a plan view of the current sensor according to Embodiment 1 of the present invention.
  • FIG. 3 is a plan view of the magnetic
  • FIG. 7 is a circuit diagram for explaining the operation of the current sensor according to the second embodiment of the present invention.
  • FIG. 8 is a perspective view of a current sensor according to Embodiment 3 of the present invention.
  • FIG. 9 is a cross-sectional view of a current sensor according to Embodiment 3 of the present invention.
  • FIG. 10 is a perspective view of the magnetic yoke of the current sensor according to Embodiment 3 of the present invention.
  • FIG. 11 is a diagram showing cancel coil current consumption of the magnetic yoke of the current sensor and the magnetic yoke of the comparative example according to the third embodiment of the present invention.
  • FIG. 12 is a cross-sectional view of another current sensor according to Embodiment 3 of the present invention.
  • FIG. 13 is a cross-sectional view of a current sensor according to Embodiment 4 of the present invention.
  • FIG. 14 is a perspective view of a current sensor according to Embodiment 4 of the present invention.
  • FIG. 15 is a cross-sectional view of a current sensor according to Embodiment 4 of the present invention.
  • FIG. 16 is a perspective view of a current sensor according to Embodiment 5 of the present invention.
  • FIG. 17 is a plan view of a current sensor according to Embodiment 5 of the present invention.
  • 18 is a cross-sectional view taken along line 18-18 of FIG. FIG.
  • FIG. 19 shows the current I flowing through the current line and the magnetic field when the current sensor having the integrated magnetic yoke and the current sensor according to the fifth embodiment of the present invention are arranged at a position 2 mm above the central axis of the current line. It is a figure which shows the shift
  • FIG. 20 is a perspective view of a current sensor according to Embodiment 6 of the present invention.
  • FIG. 21 is a perspective view of the core of the current sensor according to Embodiment 6 of the present invention.
  • FIG. 22 is a diagram showing cancel coil current consumption of the core of the current sensor and the core of the comparative example according to the sixth embodiment of the present invention.
  • FIG. 23A is a cross-sectional view showing the assembly process of the current sensor according to Embodiment 6 of the present invention.
  • FIG. 23B is a cross-sectional view showing the assembly process of the current sensor according to Embodiment 6 of the present invention.
  • FIG. 23C is a cross-sectional view showing a process for assembling the current sensor according to Embodiment 6 of the present invention.
  • FIG. 23D is a cross-sectional view showing the assembly process of the current sensor in the sixth embodiment of the present invention.
  • FIG. 24 is a perspective view of a current sensor according to Embodiment 7 of the present invention.
  • FIG. 25 is a cross-sectional view of a current sensor according to Embodiment 7 of the present invention.
  • FIG. 26 is a longitudinal sectional view of a current sensor according to Embodiment 7 of the present invention.
  • FIG. 27 is a diagram showing the relationship between the current flowing through the current line of the current sensor according to the seventh embodiment of the present invention, the cancellation current flowing through the first current detection element, and the cancellation current flowing through the second current detection element.
  • FIG. 28 is a circuit diagram for explaining the operation of the current sensor according to the seventh embodiment of the present invention.
  • FIG. 29 shows the current flowing in the current line when the threshold voltage is set so that the output of the comparator drops to low when the current flowing in the current line of the current sensor in the seventh embodiment of the present invention exceeds 50 A.
  • FIG. 30 is a cross-sectional view of another current sensor according to Embodiment 7 of the present invention.
  • FIG. 31 is a cross-sectional view of a current sensor according to Embodiment 7 of the present invention.
  • FIG. 32 is a perspective view of a current sensor according to Embodiment 8 of the present invention.
  • FIG. 33 is a cross-sectional view of a current sensor according to Embodiment 8 of the present invention.
  • FIG. 34 is a perspective view of a conventional current sensor.
  • FIG. 1 is a perspective view of a current sensor according to Embodiment 1 of the present invention
  • FIG. 2 is a plan view of the current sensor according to Embodiment 1 of the present invention
  • FIG. 3 is a plan view of a magnetic yoke according to Embodiment 1 of the present invention. It is.
  • a current sensor 12 having a magnetic yoke 15 and a magnetic detection element 13 is placed on a current line 11 through which a current I flows in the Y-axis direction. Is arranged.
  • the current line 11 is made of copper or the like having a rectangular cross section of 18 mm and 3 mm in the X-axis and Z-axis directions, respectively, and the lengths in the X-axis, Y-axis, and Z-axis directions are approximately on the XY plane. 8 mm, 8 mm, and 4 mm current sensors 12 are arranged.
  • the magnetic yoke 15 that is one of the components of the current sensor 12 is made of a magnetic material such as iron or an iron alloy. As shown in FIG. 3, the specific shape of the magnetic yoke 15 includes a first magnetism collecting portion 15a, a second magnetism collecting portion 15b, a third magnetism collecting portion 15c, a fourth magnetism collecting portion 15d, and a connection. Part 15e, 15f, 15g, 15h is provided. The components of these magnetic yokes 15 are located on the same plane. The first magnetism collecting portion 15a, the second magnetism collecting portion 15b, the third magnetism collecting portion 15c, and the fourth magnetism collecting portion 15d extend substantially in parallel.
  • the first magnetic flux collector 15a and the third magnetic flux collector 15c are connected by a connecting portion 15e
  • the first magnetic flux collector 15a and the fourth magnetic flux collector 15d are connected by a connecting portion 15f
  • 15b and the third magnetic flux collector 15c are connected by a connecting portion 15g
  • the second magnetic flux collector 15b and a fourth magnetic flux collector 15d are connected by a connecting portion 15h.
  • a gap 15j exists between the third magnetism collecting portion 15c and the fourth magnetism collecting portion 15d, and the magnetic detection element 3 is arranged in the gap 15j.
  • the third magnetism collecting portion 15c and the fourth magnetism collecting portion 15d have a gap 15j, and the magnetic detection element 13 is disposed between the gaps 15j.
  • the direction in which the first magnetic collecting portion 15a and the second magnetic collecting portion 15b extend that is, the horizontal direction in FIG. 3 is the direction perpendicular to the current I flowing through the current line 11, in other words, the current line 11 is It is arranged so as to be in the same direction as the magnetic field to be measured due to the current to be measured.
  • the second magnetic flux collector 15b, the third magnetic flux collector 15c, and the fourth magnetic flux collector 15d are connected to 15e, 15f, 15g, and 15h.
  • FIG. 4A is a plan view of the magnetic detection element according to Embodiment 1 of the present invention
  • FIG. 4B is a cross-sectional view taken along line 4B-4B of FIG. 4A.
  • the insulating substrate 21 is made of a plate-like ceramic.
  • four electrodes that is, an input electrode 22a, a first output electrode 22b, a second output electrode 22d, and a ground electrode 22c are formed.
  • a meandering magnetoresistive element 20a made of a magnetoresistor is formed between the input electrode 22a and the first output electrode 22b.
  • the magnetoresistive element 20b is provided between the first output electrode 22b and the ground electrode 22c, and the magnetoresistive element 20d, the second output electrode 22d and the ground are provided between the input electrode 22a and the second output electrode 22d.
  • a magnetoresistive element 20c is formed between the electrodes 22c.
  • the input electrode 22a, the first output electrode 22b, the second output electrode 22d, the ground electrode 22c, and the magnetoresistive elements 20a to 20d constitute a bridge circuit.
  • the magnetoresistive elements 20a to 20d are formed so as to have the same characteristics.
  • the magnetoresistive elements 20a to 20d are all made of a material having a magnetoresistive effect, specifically, a magnetoresistive thin film having a thickness of about 0.1 ⁇ m made of a ferromagnetic material such as Ni—Co, which is a so-called MR thin film.
  • the magnetoresistive elements 20a to 20d all have a meandering shape, but the longitudinal shape of the meandering pattern is formed in a direction perpendicular to the adjacent magnetoresistive elements. That is, in FIG.
  • the magnetoresistive element 20a has the longitudinal direction of the meandering pattern in a 45 ° direction inclined obliquely to the right on the paper surface, but the magnetoresistive element 20b adjacent thereto is located on the left side of the paper surface.
  • the longitudinal direction of the meander pattern is located in a 45 ° direction inclined obliquely upward, and the angle between them is a right angle.
  • the positional relationship between the magnetoresistive element 20c and the magnetoresistive element 20d is the same. Further, the positional relationship between the magnetoresistive element 20a and the magnetoresistive element 20c is the same.
  • the direction perpendicular to the longitudinal direction of the meander pattern is the magnetosensitive direction.
  • the insulating layer 23a is made of a SiO 2 thin film having a thickness of about 1 ⁇ m and covers the magnetoresistive elements 20a to 20d to electrically insulate a thin film magnet 24 described later.
  • the thin film magnet 24 is made of CoPt having a thickness of about 0.6 ⁇ m, and is formed on the insulating layer 23a by vapor deposition, sputtering, or the like, and then patterned by exposure and etching to have a plurality of substantially rectangular parallelepiped shapes having a longitudinal direction. It is a thin film magnet divided into two.
  • the direction of the magnetic field generated by the thin film magnet 24 is the right-angle direction of the longitudinal direction of the thin film magnet 24, that is, the left-right direction in FIG.
  • the thin film magnet 24 is divided into a plurality of substantially rectangular parallelepipeds having a longitudinal direction in a direction forming 45 ° with respect to the longitudinal direction of the pattern of the magnetoresistive elements 20a to 20d.
  • This direction is also a direction that forms 45 ° with respect to the magnetic sensing direction of the magnetoresistive elements 20a to 20d.
  • the magnetic field generated by the thin film magnet 24 is arranged in the same direction as the current flowing through the current line 11, in other words, the direction perpendicular to the magnetic field generated by the current to be measured flowing through the current line 11. Therefore, the direction of the magnetic field generated by the thin film magnet 24 is a direction perpendicular to the direction in which the third magnetic flux collecting portion 15c and the fourth magnetic flux collecting portion 15d of the magnetic yoke 15 extend.
  • the insulating layer 23 b is made of a SiO 2 thin film and covers the thin film magnet 24.
  • the insulating layer 23a and the insulating layer 23b are formed so that the input electrode 22a, the first output electrode 22b, the second output electrode 22d, and the ground electrode 22c are exposed. In FIG. 4A, the insulating layer 23b is omitted.
  • the magnetic detection element 13 includes the insulating substrate 21, the input electrode 22a, the first output electrode 22b, the second output electrode 22d, the ground electrode 22c, the magnetoresistive elements 20a to 20d, the insulating layer 23a, the thin film magnet 24, and the insulating layer. 23b.
  • a predetermined voltage is applied to the input electrode 22a so as to generate a constant potential difference with the ground electrode 22c.
  • the magnetoresistive element 20a and the magnetoresistive element 20c have the same magnetosensitive direction, the same resistance value change occurs even when the magnetic field changes.
  • the magnetoresistive element 20b and the magnetoresistive element 20d have the same magnetic sensing direction, they also cause the same change in resistance value even when the magnetic field changes. Accordingly, the change in the potential of the first output electrode 22b and the second output electrode 22d with respect to the change in the magnetic field is in the opposite direction, that is, when one increases by ⁇ V, the other decreases by ⁇ V.
  • the magnetic field in the magnetic detection element 13 is detected by detecting the operation output of the first output electrode 22b and the second output electrode 22d, and the current flowing through the current line 11 is thereby measured. Is the basic detection principle.
  • a magnetic field H I due to the current I is generated and applied to the magnetic detection element 13.
  • a magnetic field obtained by combining the bias magnetic field H B and the magnetic field H I due to the current I is applied to the magnetoresistive elements 20a to 20d.
  • the resistance values of the magnetoresistive element 20a and the magnetoresistive element 20b are different, and the resistance values of the magnetoresistive element 20c and the magnetoresistive element 20d are also different.
  • a first output electrode 22b and the second output electrode 22 d the change in potential due to the magnetic field is in the opposite direction, and detects the magnetic field H I a differential output of the two electrodes, this by the current I Can be measured.
  • the magnetic yoke 15 is configured as shown in FIGS.
  • the third magnetic flux collecting portion 15c and the fourth magnetic flux collecting portion 15d are provided with a gap 15j, so that the magnetic resistance is high.
  • no gap is formed in the first magnetism collecting portion 15a and the second magnetism collecting portion 15b, and the magnetic resistance is low. Therefore, the magnetic flux passing through the magnetic yoke 15 is more likely to pass through the first magnetic collecting portion 15a and the second magnetic collecting portion 15b than the third magnetic collecting portion 15c and the fourth magnetic collecting portion 15d.
  • the magnetic detection element 13 is arrange
  • FIG. Therefore, the magnetic detection element 13 is passed by adjusting the magnetic resistances of the first magnetic collecting part 15a, the second magnetic collecting part 15b, the third magnetic collecting part 15c, and the fourth magnetic collecting part 15d. Magnetic flux can be reduced.
  • the magnetic field is about 4 mT depending on conditions such as the shape of the current line 11 and the position from the conductor.
  • the MR thin film should be used up to about 10 mT from the point of saturation magnetic field, but the region where the rate of change in resistance to the magnetic field is linear is narrower. Actually, it is preferably used in the range of 1 to 2 mT.
  • the magnetosensitive directions of the magnetoresistive elements 20a to 20d are inclined by 45 ° with respect to the magnetic field generated by the current line 11, and the magnetic field applied to the MR thin film is 1 / 1.4 times to 1 / 2.8. Need to double. That is, the reduction rate of the magnetic flux passing through the third magnetic collecting portion 15c and the fourth magnetic collecting portion 15d may be set to about 1 / 1.4 times to 1 / 2.8 times.
  • the magnetosensitive direction of the MR thin film has anisotropy, it is impossible to discriminate a magnetic field in the reverse direction of 180 °. Therefore, if a current of 200 A flows through the current line 11 in the reverse direction, the above 1 / 2 times reduction rate, that is, 1 / 2.8 times to 1 / 5.6 times.
  • the magnetic field passing through the magnetoresistive elements 20a to 20d is a combined magnetic field of the bias magnetic field from the thin film magnet 24 and the magnetic field from the current line 11, it is actually set in consideration of the bias magnetic field from the thin film magnet 24. do it.
  • the rate of reduction that makes the magnetic flux passing through the third magnetic collecting portion 15c and the fourth magnetic collecting portion 15d about 1 / 2.8 is that of the first magnetic collecting portion 15a and the second magnetic collecting portion 15b. It can be changed by setting the magnetic resistance and the magnetic resistance of the third magnetic collecting portion 15c and the fourth magnetic collecting portion 15d. As an example, there is a method in which the width is determined by the widths of the first and second magnetic flux collecting portions 15a and 15b, the third magnetic flux collecting portion 15c and the fourth magnetic flux collecting portion 15d, and the length of the gap 15j. is there.
  • the current sensor 12 can use the magnetic detection element 13 using an element having a high sensitivity such as an MR element but a narrow measurement range.
  • the surrounding core is unnecessary, and downsizing can be realized.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view of a current sensor according to Embodiment 2 of the present invention.
  • FIG. 5 shows a view when the current sensor 50 is installed on the current line 11 through which the current I flows, and is viewed from above when the current sensor 50 is cut horizontally.
  • FIG. 6 is a perspective view of a current sensor according to Embodiment 2 of the present invention.
  • the current sensor 50 includes a magnetic detection element 13, a cancel coil 14 that surrounds the periphery of the magnetic detection element 13, and a magnetic yoke 15.
  • the current sensor 50 has lengths in the X-axis, Y-axis, and Z-axis directions of approximately 8 mm, 8 mm, and 4 mm, respectively.
  • the configurations of the magnetic detection element 13 and the magnetic yoke 15 are the same as those in the first embodiment, and thus description thereof is omitted.
  • the cancel coil 14 is formed by winding a copper wire having an insulating coating on its surface, and surrounds the magnetic detection element 13 so that its winding axis is perpendicular to the current I (that is, the same direction as the magnetic field induced by the current I). It is provided to become.
  • the current flowing through the current line 11 is detected by canceling out the measured magnetic field in the magnetic detection element 13 by the magnetic field generated by flowing the compensation current through the cancel coil 14.
  • FIG. 7 is a circuit diagram for explaining the operation of the current sensor 50 according to the second embodiment of the present invention.
  • a power supply 26 that applies a constant voltage is connected between the input electrode 22 a and the ground electrode 22 c of the magnetic detection element 13.
  • the detection unit 27 detects the potential difference between the first output electrode 22b and the second output electrode 22d.
  • the current control unit 28 controls the current flowing through the cancel coil 14 by the output signal of the detection unit 27.
  • the output converter 29 amplifies the voltage drop at the load resistor 30 due to the current flowing through the cancel coil 14 and outputs the amplified voltage drop to the output terminal 31.
  • the current I flows through the current line 11
  • the current I by the magnetic field H I is applied to the magnetic detection element 13 occurs
  • the magneto-resistive element 20a, with 20c of resistance decreases
  • the magnetoresistive element 20b, 20d of the resistor Becomes larger.
  • the balance of the magnetoresistive element bridge is broken, and a potential difference is generated between the first output electrode 22b and the second output electrode 22d.
  • This potential difference is detected by the detection unit 27 and input to the current control unit 28.
  • the current control unit 28 causes a current to flow through the cancel coil 14 based on this potential difference, generates a magnetic field H c by this current, and generates a net magnetic field applied to the magnetoresistive elements 20a to 20d from the thin film magnet 24.
  • the operation is performed so that the potential difference of the magnetoresistive element bridge becomes zero.
  • the magnetoresistive element bridge is balanced again, if the voltage generated at both ends of the load resistor 30 is monitored and amplified appropriately, a signal corresponding to the current flowing through the current line 11 is output to the output terminal 31. Become.
  • FIG. 8 is a perspective view of a current sensor according to Embodiment 3 of the present invention.
  • a current sensor 52 is installed on the current line 11 through which the current I flows.
  • FIG. 9 is a cross-sectional view showing the configuration of the current sensor 52.
  • the current sensor 52 includes a magnetic detection element 13, a cancel coil 14 that surrounds the magnetic detection element 13, and a magnetic yoke 53.
  • the current sensor 50 has lengths in the X-axis, Y-axis, and Z-axis directions of approximately 8 mm, 8 mm, and 4 mm, respectively.
  • FIG. 10 is a perspective view of the magnetic yoke according to the third embodiment of the present invention.
  • the magnetic yoke 53 is made of a magnetic material such as iron or an iron alloy.
  • the configuration of the magnetic yoke 53 will be described.
  • the magnetic yoke 53 has a first magnetic flux collecting portion 53a, a second magnetic flux collecting portion 53b, a first magnetic flux collecting portion 53a, and a second magnetic flux portion extending in parallel with the magnetic field to be measured with the cancel coil 14 interposed therebetween.
  • a third magnetic flux collector 53c sandwiched between one end of the magnetic flux collector 53b and substantially orthogonal, and a fourth magnet collector sandwiched between the other ends of the first magnetic flux collector 53a and the second magnetic flux collector 53b.
  • the magnetic part 53d is composed of connection parts 53e, 53f, 53g, and 53h that connect the first magnetic collecting part 53a, the second magnetic collecting part 53b, the third magnetic collecting part 53c, and the fourth magnetic collecting part 53d.
  • Each component of the magnetic yoke 53 is located on the same plane, and at least one of the third magnetic collecting portion 53c and the fourth magnetic collecting portion 53d extends in the direction of the magnetic detection element 13 to the inside of the cancel coil. ing.
  • the third magnetic flux collecting portion 53c of the magnetic yoke 53 surrounding the magnetic detection element 13 extends to the inside of the cancel coil 14 so as to overlap a part of the cancel coil 14.
  • the self-inductance of the cancel coil 14 is increased.
  • the compensation current passed through the cancel coil 14 necessary for canceling out the magnetic field of the same strength that flows through the magnetic detection element 13 is further reduced. Since the magnetic field to be measured can be canceled with a small compensation current, the power consumption of the current sensor can be further reduced.
  • the current sensor 52 is arranged on the current line 11, a current of 200 A is passed through the current line 11, and the cancel current necessary for canceling the measured magnetic field in the cancel coil 14 having a coil turn number of 190 turns.
  • the result of having measured is shown.
  • (1) is a comparative example, the measurement result of a magnetic yoke having a large middle leg
  • (2) is the measurement result of the present embodiment. Note that the distance between the middle legs is the distance between the third magnetic flux collector and the fourth magnetic flux collector.
  • (1) is a magnetic yoke having a large space between the middle legs, and both the third and fourth magnetic flux collectors do not extend to the inside of the cancel coil 14, and the third magnetic flux collector 53c and the fourth magnetic flux collector 4
  • the distance between the magnetic flux collecting portions 53d is 3.2 mm.
  • the magnetic yoke having a small middle leg is the present embodiment. In this measurement, both the third magnetic collecting portion 53c and the fourth magnetic collecting portion 53d extend to the inside of the cancel coil 14. The distance between the third magnetic flux collector 53c and the fourth magnetic flux collector 53d is 2.2 mm.
  • the power consumption in the cancel coil 14 can be reduced. It is conceivable that the magnetic field generated by the cancel coil 14 is efficiently applied to the magnetic detection element 13 by narrowing the distance between the middle legs.
  • the magnetoresistance of the path passing from the third magnetism collecting portion 53c to the fourth magnetism collecting portion 53d is the same as the magnetoresistance passing through the first magnetism collecting portion 53a and the second magnetism collecting portion 53a. Since the magnetic resistance is larger than the magnetic resistance passing through the magnetic part 53b, the magnetic flux passes through the first magnetic flux collecting part 53a rather than the path through the third magnetic flux collecting part 53c through the fourth magnetic flux collecting part 53d, and It concentrates on the path
  • the current sensor 52 in the present embodiment can be assembled by inserting the magnetic detection element 13 obliquely between the magnetic yoke 53 and the cancel coil 14 after the magnetic yoke 53 and the cancel coil 14 are assembled.
  • the third magnetic flux collector 53c extends to the inside of the cancel coil 14, but only the fourth magnetic flux collector 53d extends to the inside of the cancel coil 14, As shown in FIG. 12, the third magnetic flux collector 53 c and the fourth magnetic flux collector 53 d may both extend to the inside of the cancel coil 14.
  • the compensation current that flows through the cancel coil 14 is lower than that of the conventional magnetic yoke. Less power consumption even at high currents.
  • FIG. 13 is a cross-sectional view of a current sensor according to Embodiment 4 of the present invention.
  • FIG. 13 shows a view seen from above when the current sensor 54 is installed on the current line 11 through which the current I flows, and the current sensor 54 is cut horizontally.
  • FIG. 14 is a perspective view of a current sensor according to Embodiment 4 of the present invention.
  • the current sensor 54 includes a magnetic detection element 13, a cancel coil 14 that surrounds and surrounds the magnetic detection element 13, and a magnetic yoke 55.
  • the planar shape of the current sensor 54 is 8 mm ⁇ 8 mm, and the height is 4 mm. It has become.
  • the magnetic yoke 55 is made of a magnetic material such as iron or an iron alloy, and has a first magnetism collecting portion 55a extending outside the cancel coil 14 in the winding axis of the cancel coil 14 (in the same direction as the magnetic field induced by the current I), A second magnetic flux collecting portion 55b, a third magnetic flux collecting portion 55c and a fourth magnetic flux collecting portion 55d located on the extension line of the winding axis of the cancel coil 14, and a connecting portion 55e for connecting the respective magnetic flux collecting portions. 55f, 55g, 55h, and projections extending outward from the ends of the connecting portions 55e, 55f, 55g, 55h at both ends of the first magnetism collecting portion 55a and the second magnetism collecting portion 55b.
  • a portion 56 is provided.
  • the magnetic flux collecting section 55c and the fourth magnetic flux collecting section 55d are branched. For this reason, only the magnetic field flowing through the third magnetic flux collector 55c and the fourth magnetic flux collector 55d flows through the magnetic detection element 13.
  • projections 56 extending in the same direction as the magnetic field generated when the current I flows are provided at both ends of the first magnetism collecting part 55a and the second magnetism collecting part 55b, and the connecting parts 55e, 55f, 55g, It is configured to protrude from 55h. For this reason, the magnetic field generated when the current I flows flows more in the protruding portion 56, and the effect of the magnetic yoke 55 of the present embodiment can be increased.
  • the protrusion 56 has a width (in a direction perpendicular to the magnetic field generated when the current I flows) substantially the same as the width of the first magnetic collector 55a and the second magnetic collector 55b.
  • the length (the direction of the magnetic field generated when the current I flows) is preferably substantially the same as the length of the magnetic field generated when the current I of the connecting portions 55e, 55f, 55g, and 55h flows.
  • the magnetic detection element 13 may be saturated. It is possible to sufficiently detect the current.
  • the third magnetism collecting portion 55c and the fourth magnetism collecting portion 55d are arranged on the extension line of the winding axis of the cancel coil 14, thereby improving the magnetic efficiency and canceling. The current flowing through the coil 14 can be reduced.
  • a part of the cancel coil 14 overlaps the third magnetism collecting portion 55c and the fourth magnetism collecting portion 55d as shown in FIG. 15 (that is, the third magnetism collecting portion 55c). It is desirable that the fourth magnetic flux collector 55d extends to the inside of the cancel coil 14). By doing in this way, magnetic efficiency improves further and the electric current sent through the cancellation coil 14 can be reduced.
  • FIG. 5 is a perspective view of a current sensor according to Embodiment 5 of the present invention
  • FIG. 17 is a plan view of the current sensor according to Embodiment 5 of the present invention
  • FIG. 18 is a cross-sectional view taken along line 18-18 in FIG.
  • a current sensor 60 having a magnetic yoke 61 is arranged.
  • the current sensor 60 has lengths in the X-axis, Y-axis, and Z-axis directions of approximately 8 mm, 8 mm, and 4 mm, respectively.
  • the bobbin 63 insert-molds an input / output terminal (not shown) with a resin such as PET, and the magnetic detection element 13 is accommodated and disposed at a predetermined position inside the bobbin 63.
  • the cancel coil 14 is formed by winding a copper wire having an insulating surface on the outer periphery of the bobbin 63 so that its winding axis is perpendicular to the current I, that is, along the X-axis direction, and surrounds the magnetic detection element 13. .
  • the magnetic yoke 61 has a thickness of about 0.5 mm and is made of a high magnetic permeability material such as iron or an iron alloy.
  • the magnetic yoke 61 includes a first magnetic flux collector 61a, a second magnetic flux collector 61b, a third magnetic flux collector 61c, a fourth magnetic flux collector 61d, and connection portions 61e, 61f, 61g, and 61h. .
  • the components of these magnetic yokes 61 are located on the same plane.
  • the first magnetic flux collector 61a, the second magnetic flux collector 61b, the third magnetic flux collector 61c, and the fourth magnetic flux collector 61d extend substantially in parallel, and the first magnetic flux collector 61a and the third magnetic flux collector 61a.
  • the first magnetic flux collector 61a and the fourth magnetic flux collector 61d are connected to the first magnetic flux collector 61c, the second magnetic flux collector 61b, and the third magnetic flux collector 61c.
  • the connecting portion 61g is connected to the second magnetic flux collecting portion 61b and the fourth magnetic flux collecting portion 61d by the connecting portion 61h. Note that the broken lines in FIG. 17 are for easy understanding of the positional relationship of the above-described components.
  • the third magnetism collecting part 61c and the fourth magnetism collecting part 61d there is a gap between the third magnetism collecting part 61c and the fourth magnetism collecting part 61d, and the magnetoresistive elements 20a to 20d of the magnetic detecting element 13 are arranged in the gap. ing.
  • the direction in which the first magnetism collecting portion 61a and the second magnetism collecting portion 61b extend is the direction perpendicular to the current flowing through the current line 11, in other words, the current flowing through the current line 11. It is arranged so as to be in the same direction as the magnetic field due to the current to be measured.
  • the connecting portions 61e and 61h are provided with dividing portions 62a and 62b, and the magnetic yoke 61 is divided into at least two portions including one third magnetic collecting portion 61c or one fourth magnetic collecting portion 61d. Can be done.
  • the magnetic flux density in the first magnetic flux collecting portion 61a and the second magnetic flux collecting portion 61b of the integrated magnetic yoke is saturated and does not increase beyond a certain value. It becomes like this.
  • the magnetism detecting element 13 is sandwiched therebetween, and therefore the third magnetism collecting part 61c and the fourth magnetism collecting part 61d.
  • the current I is not proportional to the magnetic flux density generated between the third magnetic flux collector 61c and the fourth magnetic flux collector 61d, and the detection accuracy of the current I flowing through the current line 11 is reduced.
  • the connecting portions 61e and 61h have divided portions, and the magnetic yoke 61 has the third magnetic collecting portion 61c and the fourth magnetic collecting portion 61d has one.
  • the magnetic yoke is not saturated even when a larger current flows through the current line because it is divided into at least two parts including one, thereby reducing the size, high sensitivity, low power consumption, and current to be measured. It is possible to provide a current sensor having a large measurable range.
  • FIG. 19 shows the current I flowing in the current line 11 and the magnetic detection when the current sensor having an integrated magnetic yoke and the current sensor 60 in the present embodiment are arranged at a position 2 mm above the central axis of the current line 11. The deviation from the linearity of the magnetic flux density at the position of the element 13 is shown. When the current I flowing through the current line 11 and the magnetic flux density at the position of the magnetic detection element 13 are proportional, it is 0%.
  • the subscript (1) indicates a current sensor having an integral magnetic yoke
  • the subscript (2) indicates a current sensor 60 in the present embodiment. Referring to FIG.
  • the current sensor 60 in the present embodiment has a straight line of magnetic flux density at the position of the magnetic detection element 13 in a large current region of 1000 A or more than a current sensor having an integrated magnetic yoke without a dividing portion. It can be seen that the deviation from the sex is small.
  • the current sensor in the present embodiment since the current sensor in the present embodiment has the divided portion in the connecting portion of the magnetic yoke, the magnetic yoke does not saturate even when a larger current flows through the current line.
  • the power consumption is small due to the sensitivity, and the measurable range of the current to be measured can be increased.
  • an operation check coil is wound around the first magnetism collecting unit 61a and the second magnetism collecting unit 61b, and the operation check is performed when the current sensor is activated.
  • the self-diagnosis of the current sensor 60 can be performed.
  • the operation confirmation coil can be easily wound around the first magnetic collecting part 61a and the second magnetic collecting part 61b. .
  • the third magnetism collecting part 61 c and the fourth magnetism collecting part 61 d may enter the inside of the bobbin 63. Even in such a case, since the magnetic yoke 61 is divided into at least two parts, an effect of facilitating the assembly of the current sensor can be obtained.
  • the divided parts 62a and 62b are arranged in the connecting parts 61e and 61h shown in FIG. 17, but the same applies even if the divided parts 62a and 62b are arranged in the connecting parts 61e and 61g.
  • the effect of is obtained.
  • the first magnetic flux collector 61 a and the second magnetic flux collector 61 b are used. Even if only one of the two magnetic flux collecting portions 61b is used, the same effect can be obtained.
  • FIG. 20 is a perspective view of a current sensor according to Embodiment 6 of the present invention, in which a current sensor 65 is installed on a current line 11 through which a current I flows.
  • FIG. 21 is a diagram showing a configuration of the magnetic yoke 66 of the present embodiment, and the magnetic yoke 66 is configured by attaching a first magnetic yoke 67 and a second magnetic yoke 68 up and down.
  • the first magnetic yoke 67 includes a first magnetic flux collector 67a, a second magnetic flux collector 67b, and a first magnetic flux collector 67a that extend parallel to the magnetic field to be measured with the cancel coil 14 sandwiched outside the cancel coil 14. And a third magnetism collecting portion 67c sandwiched between one end of the second magnetism collecting portion 67b and substantially perpendicular to each other, and a second magnetism sandwiching between the other end of the first magnetism collecting portion 67a and the second magnetism collecting portion 67b.
  • first magnetic flux collectors 67a first magnetic flux collectors 67a
  • second magnetic flux collectors 67b third magnetic flux collectors 67c
  • connection portions 67e, 67f, 67g for connecting the fourth magnetic flux collectors 67d, 67h.
  • the constituent elements of the first magnetic yoke 67 are located on the same plane, and the third magnetic flux collector 67c extends in the direction of the magnetic detection element 13.
  • the second magnetic yoke 68 includes a first magnetic flux collector 68a and a second magnetic flux collector 68b extending in parallel with the magnetic field to be measured with the cancel coil 14 sandwiched outside the cancel coil 14, and a first magnetic flux collector 68.
  • a third magnetic flux collecting portion 68c sandwiched between one end of the first magnetic flux collecting portion 68b and the second magnetic flux collecting portion 68b, and a second substantially perpendicular portion sandwiched between the other ends of the first magnetic flux collecting portion 68a and the second magnetic flux collecting portion 68b.
  • Each component of the second magnetic yoke 68 is located on the same plane, and the fourth magnetic flux collector 68 d extends in the direction of the magnetic detection element 13.
  • the productivity of the current sensor 65 is improved as compared with the current sensor 52 of the third embodiment.
  • the magnetic yoke 53 is integrally formed. To assemble the current sensor 52, the magnetic detection element 13 must be inserted obliquely between the magnetic yoke 53 and the cancel coil 14. However, the process is complicated.
  • the magnetic yoke 66 is configured by bonding the first magnetic yoke 67 and the second magnetic yoke 68, assembly is easy.
  • the assembly process of the current sensor 65 of the present embodiment will be described below with reference to FIGS. 23A to 23D.
  • the magnetic detection element 13 and the cancel coil 14 are assembled, and the second magnetic yoke 68 is inserted from above the cancel coil 14.
  • FIG. 23B is a diagram in which the second magnetic yoke 68 is inserted from the side of the cancel coil 14 and the arrangement of the second magnetic yoke 68 is completed.
  • the first magnetic yoke 67 is disposed so as to overlap the second magnetic yoke 68 in the same manner as the steps of the second magnetic yoke 68 shown in FIGS. 23A to 23C.
  • the first magnetic yoke 67 and the second magnetic yoke 68 are pasted up and down to complete the current sensor 65 as shown in FIG. 23D.
  • the first magnetic yoke 67 and the second magnetic yoke 68 can be inserted into the cancel coil 14 and attached together.
  • a complicated process of inserting the magnetic detection element 13 obliquely after assembling the cancel coil 14 and the magnetic yoke 53 becomes unnecessary, and the assembly of the current sensor 65 is easy.
  • Productivity is improved as compared with the current sensor 52 of the third embodiment.
  • the magnetic yoke 66 is not configured by attaching the magnetic yokes up and down as in the present embodiment, but for example, the first magnetic collecting portion 53a and the second magnetic collecting portion 53a.
  • the magnetic yoke 53 is divided at the center of the magnetic flux collecting portion 53b, and the magnetic yokes divided from both sides in the winding axis direction of the cancel coil 14 are inserted and bonded to form a magnetic yoke.
  • dividing the magnetic yoke by the first and second magnetic flux collectors a gap is formed between the first and second magnetic flux collectors.
  • the gap formed in the first and second magnetic flux collectors has higher magnetic resistance than the first through fourth magnetic flux collectors, the magnetic flux passing through the first and second magnetic flux collectors is hindered by the gap. It becomes like this.
  • the magnetic flux passing through the third magnetic flux collector and passing through the magnetic detection element 13 is increased, so that the performance of the core is reduced and the current is reduced. The power consumption of the sensor will increase.
  • the gap formed in the divided parts This makes it difficult for the magnetic flux to pass through and increases the power consumption of the current sensor.
  • the magnetic yoke 66 in the present embodiment can improve productivity without increasing power consumption so much.
  • FIG. 22 shows the result of measuring the cancellation current of the coil necessary to cancel the magnetic field to be measured.
  • the measurement conditions are the same as in the third embodiment.
  • (1) and (2) are the same as in the third embodiment
  • (3) is the measurement result of the EE magnetic yoke divided by the first and second magnetic flux collectors
  • (4) is the stepped magnetism of the present embodiment. It is a measurement result of a yoke.
  • the distance between the third magnetic collecting part and the fourth magnetic collecting part of the EE magnetic yoke of (3) and the stepped magnetic yoke of (4) is 2 as in the case of the magnetic yoke having a small middle leg between (2). .2 mm.
  • the EE magnetic yoke of (3) requires 13.2 mA to cancel the measured magnetic field, and (1) there is more space between the middle legs than the large core, but this is the present embodiment (4).
  • the necessary canceling current of 5.8 mA is smaller than that of the EE magnetic yoke of (3), and the distance between the middle legs of (1) is smaller than that of the large magnetic yoke. From this, the power consumption of the current sensor is smaller when the magnetic yoke of the present embodiment is used than the EE magnetic yoke of (3) divided by the first magnetic flux collector and the second magnetic flux collector, and (1 It can be seen that the performance between the middle legs is better than that of the large core.
  • the compensation current that flows through the cancel coil 14 is lower than that of the conventional core. Less power consumption even with current. Further, by configuring the magnetic yoke 66 of the current sensor 65 by bonding the first magnetic yoke 67 and the second magnetic yoke 68, productivity can be improved.
  • FIG. 24 is a perspective view of a current sensor 70 according to Embodiment 7 of the present invention, which includes a first current detection element 70A and a second current detection element 70B.
  • the current sensor 70 is disposed on the current line 11 through which the current I flows in the Y-axis direction.
  • FIG. 25 is a cross-sectional view of the current sensor 70 according to the seventh embodiment of the present invention cut along a plane parallel to the XY plane
  • FIG. 26 is a diagram of the current sensor 70 according to the seventh embodiment of the present invention cut along the YZ plane. It is a longitudinal cross-sectional view.
  • the first current detection element 70A includes a magnetic detection element 13A including a magnetoresistor and a cancel coil 14A surrounding the magnetic detection element 13A.
  • the second current detection element 70B includes a magnetic detection element 13B including a magnetic resistor, a cancel coil 14B that surrounds the magnetic detection element 13B, and a magnetic yoke 72 that circulates around the magnetic detection element 13B.
  • the first current detection element 70A and the second current detection element 70B are the center in the width direction of the current line 11 having a rectangular cross section with lengths of 18 mm and 3 mm respectively in the X-axis and Z-axis directions made of copper or the like. At a position 2 mm from the surface.
  • the lengths of the magnetic yoke 72 in the X-axis and Y-axis directions are about 6 mm and 8 mm, respectively.
  • the first current detection element 70A and the second current detection element 70B are placed in the center in the width direction of the current line 11 at a position 2 mm from the surface, and the current I is passed through the current line 11.
  • the cancellation current i 14A to be passed through the cancellation coil 14A and the bridge circuit of the magnetic detection unit 23A of the second current detection element 70B This is a measurement of the cancel current i 14B to be passed through the cancel coil 14B in order to achieve equilibrium.
  • the cancel current i 14B to be passed through the cancel coil 14B to balance the bridge circuit of the magnetic detection element 13B of the second current detection element 70B is: In order to balance the bridge circuit of the magnetic detection element 13A of the first current detection element 70A arranged adjacent to the second current detection element 70B, about 1/5 of the cancellation current i 14A to be passed through the cancellation coil 14A. I understand that it will be completed.
  • the current sensor 70 monitors the cancel current i 14B flowing through the cancel coil 14B of the second current detection element 70B, so that the current I flowing through the current line 11 is small and the second current detection element 70B.
  • the cancel current i 14B flowing through the cancel coil 14B is smaller than a predetermined value
  • the output signal of the first current detection element 70A having good measurement sensitivity for a small current is used as the current detection output.
  • the current I flowing through the current line 11 increases and the cancellation current i 14B flowing through the cancellation coil 14B of the second current detection element 70B reaches a predetermined value, it flows through the cancellation coil 14A of the first current detection element 70A.
  • the output signal of the second current detection element 70B that requires a small canceling current to cut off the current and cancel the magnetic field generated by the current flowing through the current line 11 is defined as a current detection output.
  • FIG. 28 is a circuit diagram for explaining the operation of the current sensor 70 according to the seventh embodiment of the present invention.
  • the midpoint output of the bridge circuit in the first current detection element 70A is connected to a differential amplifier 80, and a cancel current generating circuit 81 is provided at the subsequent stage of the differential amplifier 80.
  • a first CMOS analog switch 82 in which NMOS and PMOS are connected in parallel is connected to the subsequent stage of the cancel current generating circuit 81.
  • the midpoint output of the bridge circuit in the second current detection element 70 ⁇ / b> B is connected to the differential amplifier 90, and a cancel current generating circuit 91 is provided at the subsequent stage of the differential amplifier 90.
  • a second CMOS analog switch 92 in which NMOS and PMOS are connected in parallel is connected to the subsequent stage of the cancel current generating circuit 91.
  • the resistor 83 is a resistor 83 having one end connected to the middle point of the first CMOS analog switch 82 and the second CMOS analog switch 92 and the other end grounded.
  • the resistor 83 is connected between the output of the cancel current generating circuit 91 and the ground.
  • a resistor 93 is connected. The potential generated at both ends of the resistor 93 is compared with a predetermined threshold voltage Va in the comparator 101.
  • the first and second CMOS analog switches 82 and 92 are controlled to open and close by the output of the comparator 101 and the inverted output of the inverter 102.
  • the midpoint potential of the first and second CMOS analog switches 82 and 92 is amplified by the amplifier 103 and output to the first output terminal 104. Further, the output of the inverter 102 is output to the second output terminal 105.
  • the second CMOS analog switch 92 is turned off, and the potential of the second output terminal 105 is low.
  • the output of the cancel current generating circuit 81 is connected to the resistor 63, so that the cancel current generating circuit 81 operates so that the cancel current i 14A flows through the cancel coil 14A and the output voltage of the bridge circuit becomes zero.
  • the voltage generated at both ends of the resistor 83 by the cancel current i 14A is amplified by the amplifier 103, and an output voltage corresponding to the current I flowing through the current line 11 is obtained at the first output terminal 104.
  • the output of the second output terminal 105 can be used as a range switching signal indicating that the signal appearing at the first output terminal 104 is a signal obtained from the first current detection element 70A.
  • the current I flowing through the current line 11 increases, and the voltage generated across the resistor 93 by the cancel current i 14B flowing through the cancel coil 14B of the second current detection element 70B is a predetermined threshold value of the + input terminal of the comparator 101.
  • the voltage Va becomes higher, the output of the comparator 101 is low, the first CMOS analog switch 82 is off, the second CMOS analog switch 92 is on, and the potential of the second output terminal 105 is high. It becomes.
  • the output of the cancel current generating circuit 81 is not connected to the resistor 83, and the output of the cancel current generating circuit 91 is connected to the resistor 83 and the resistor 93.
  • the voltage generated at both ends of the resistor 83 and the resistor 93 is amplified by the amplifier 103 by the cancel current i 14B, and an output voltage corresponding to the current I flowing through the current line 11 is obtained at the first output terminal 104.
  • the output of the second output terminal 105 can be used as a range switching signal indicating that the signal appearing at the first output terminal 104 is a signal obtained from the second current detection element 70B.
  • FIG. 29 shows an example in which the threshold voltage Va at the + input terminal of the comparator 101 is set so that the output of the comparator 101 falls low when the current flowing through the current line 11 exceeds 50 A.
  • the sum of the current I, the cancel current i 14A that should flow through the cancel coil 14A of the first current detection element 70A, and the cancel current i 14B that should flow through the cancel coil 14B of the second current detection element 70B changes It is the figure which showed whether to do. From this figure, it can be seen that the current I flowing in the current line 11 can be measured over a wide range while suppressing the total cancellation current to 6 mA or less.
  • the current sensor in the present embodiment can measure a wide range of current from low current to large current while suppressing the cancel current.
  • the maximum load current of the cancel current generating circuit can be kept low. Accordingly, it is possible to provide a current sensor that has low current consumption and a large dynamic range of current that can be measured. Further, since the distance between the first current detection element 70A and the current line 11 is substantially the same as the distance between the second current detection element 70B and the current line 11, the mounting is easy and the structure is compact. It can be done.
  • FIG. 30 shows a cross-sectional view of the current sensor according to Embodiment 7 of the present invention cut along a plane parallel to the XY plane.
  • this example is different from the above-described embodiment in that the second current detection element 70B is not provided with the magnetic yoke 72 that goes around the magnetic detection element 13B, and the second current detection element 70B
  • the number of turns of the cancel coil 14B is larger than the number of turns of the cancel coil 14A of the first current detection element 70A, and other configurations are the same as those shown in FIG.
  • the cancel coil 14A has 1000 turns and the cancel coil 14B has 5000 turns.
  • a cancel current to be supplied to cancel the magnetic field generated in the magnetic detection element 13B of the second current detection element 70B is The current can be made smaller than the cancel current that should be passed to cancel the magnetic field generated in the magnetic detection element 13A of the current detection element 70A. Thereby, the same effect as the example of FIG. 25 is acquired.
  • FIG. 31 shows a cross-sectional view of still another current sensor according to Embodiment 7 of the present invention cut along a plane parallel to the XY plane.
  • FIG. 31 this example is different from the above-described embodiment in that a magnetic yoke 71 that goes around the magnetic detection element 13A is arranged in the first current detection element 70A.
  • the magnetic yoke 71 has a thickness of about 1.5 mm and is made of a high magnetic permeability material such as iron or an iron alloy.
  • the magnetic yoke 71 includes a first magnetic flux collector 71a, a second magnetic flux collector 71b, 3 magnetism collecting portions 71c, a fourth magnetism collecting portion 71d, and connecting portions 71e, 71f, 71g, 71h. It should be noted that the broken lines in FIG. 31 are provided for easy understanding of the positional relationship of the above-described components.
  • the widths of the first magnetism collecting portion 71a and the second magnetism collecting portion 71b of the first current detecting element 70A are set to the widths of the first magnetism collecting portion 72a and the second magnetism collecting portion of the second current detecting element 70B.
  • the width of the third magnetism collecting part 71c and the fourth magnetism collecting part 71d of the first current detection element 70A is made smaller than the width of the magnetic part 72b, and the third current collection element 71B of the second current detection element 70B is made. It is made wider than the width of the magnetic part 72c and the fourth magnetic flux collecting part 72d.
  • the magnetic resistance of the first magnetism collecting part 71a and the second magnetism collecting part 71b of the first current detecting element 70A is set to be the first magnetism collecting part of the second current detecting element 70B.
  • 72a and the magnetic resistance of the second magnetic flux collector 72b, and the magnetic resistance between the third magnetic flux collector 71c and the fourth magnetic flux collector 71d of the first current detection element 70A is
  • the second current detecting element 70B The cancellation current to be flowed to cancel the magnetic field generated in the magnetic detection element 13B can be made smaller than the cancellation current to be flowed to cancel the magnetic field generated in the magnetic detection element 13A of the first current detection element 70A.
  • FIG. 32 is a perspective view of the current sensor according to the eighth embodiment of the present invention, in which the current sensor 112 is arranged on a plane perpendicular to the direction of the current I flowing through the current line 111.
  • the current line 111 is made of copper and has a rectangular shape with a cross section of 20 mm ⁇ 5 mm.
  • the current sensor 112 includes a flat magnetic yoke 115 surrounding the current line 111 and a gap portion provided in the magnetic yoke 115.
  • the magnetic detection element 13 is arranged at 116 and the cancel coil 14 surrounding the magnetic detection element 13.
  • the magnetic yoke 115 is formed by punching an iron-nickel alloy flat plate having a thickness of about 1 mm.
  • the width of the magnetic yoke 115 is about 6 mm, and the gap interval between the gap portions 116 is also about 6 mm.
  • Branch portions 117 are provided on both sides of the gap portion 116, and by setting the gap interval therebetween to about 2 mm, the magnetic resistance between the branch portions 117 becomes smaller than the gap portion 116. Yes. By doing so, a magnetic field is generated around the current I flowing through the current line 111, but the magnetic flux flows through the magnetic yoke 115 surrounding the current line 111.
  • a plurality of the magnetic detection elements 13 are desirably arranged so as to be substantially point-symmetric with respect to the center of the current line 111 as shown in FIG. By doing in this way, the influence of disturbances, such as geomagnetism, can be reduced and the accuracy of the current sensor 112 can be improved.
  • the direction in which magnetism is felt is the surface direction of the insulating substrate 121, so the magnetic detection element 13 is placed in the gap 116 of the magnetic yoke 115, the surface direction of the magnetic yoke 115 and the insulating substrate 121.
  • the magnetic detection element 13 is arranged so that the plane directions of the two are substantially parallel.
  • the assembly of the current sensor 112 can be facilitated, and deterioration of detection accuracy due to misalignment can be prevented. it can. Further, by making the magnetic yoke 115 and the magnetoresistive elements 20a to 20d (see FIG. 4A) on the same plane, the magnetic yoke 115 can be sufficiently functioned even if the thickness of the magnetic yoke 115 is reduced. Miniaturization of the sensor 112 can be realized.
  • the current sensor is disposed on one surface of the current line 11, but a similar current sensor may be disposed on the opposite surface.
  • the current line having a rectangular cross section is used, but a current line having a circular cross section may be used.
  • the same effect can be obtained by arranging the magnetic detection element in the radial direction of the current line.
  • the current sensor according to the present invention can handle a large current, can provide a small current sensor with low power consumption, and is industrially useful.

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Abstract

　本発明の電流センサは、電流線の一面上に配置され、電流線を流れる電流により発生する被測定磁界を検出する磁気検出素子と、被測定磁界とほぼ平行に位置する第１と第２の集磁部と、第１の集磁部と第２の集磁部の一端に挟まれ略直交する方向に位置する第３の集磁部と、第１の集磁部と第２の集磁部の他端に挟まれ略直交する方向に位置する第４の集磁部と、第１の集磁部及び第２の集磁部と第３の集磁部及び第４の集磁部とをつなぐ接続部とからなる磁気ヨークとを備え、磁気検出素子は、第３の集磁部と第４の集磁部の間に配置される。

Description

電流センサ
　本発明は、被測定電流が流れる電流線の周囲に発生する磁界により、被測定電流を検出する電流センサに関する。
　近年ハイブリッドカー、ＥＶ車等のバッテリー電流や、電気モータの駆動電流等を検知するために電流センサが必要となってきている。これに対して、図３４のように、電流線１を囲むギャップ付リング型磁心２にキャンセルコイル３を巻き、ギャップ部分にホール素子４を配置して、キャンセルコイル３に流す電流によって、電流線１に流れる電流を測定していた。
　なお、この出願の発明に関連する先行技術文献情報としては、例えば、特許文献１が知られている。
　上記従来の構成によれば、電流線１をギャップ付リング型磁心２が囲む必要があり、形状が大きくなってしまう。また２００Ａ程度の大きな電流を流す電流線１は、その断面積も大きくなっていき、磁気飽和を防ぐためにリング型磁心２も大きくする必要がある。電流センサの形状がさらに大きくなるとともに、この電流を検出しようとすると、キャンセルコイル３に大きな電流を流す必要があり、消費電力が大きなものとなってしまっていた。
特開２００６－３８８３４号公報
　本発明の電流センサは、電流線の一面上に配置され、電流線を流れる電流により発生する被測定磁界を検出する磁気検出素子と、被測定磁界とほぼ平行に位置する第１と第２の集磁部と、第１の集磁部と第２の集磁部の一端に挟まれ略直交する方向に位置する第３の集磁部と、第１の集磁部と第２の集磁部の他端に挟まれ略直交する方向に位置する第４の集磁部と、第１の集磁部及び前記第２の集磁部と第３の集磁部及び第４の集磁部とをつなぐ接続部とからなる磁気ヨークとを備え、磁気検出素子は、第３の集磁部と第４の集磁部の間に配置される。
　本発明の電流センサよれば、ＭＲ素子のような高感度であるが測定レンジが狭い素子を用いた磁気検出素子を使用することが可能となるので、電流線を取り囲むコアが不要となり、小型化を実現できる。
図１は本発明の実施の形態１における電流センサの斜視図である。 図２は本発明の実施の形態１における電流センサの平面図である。 図３は本発明の実施の形態１における磁気ヨークの平面図である。 図４Ａは本発明の実施の形態１における磁気検出素子の平面図である。 図４Ｂは図４Ａの４Ｂ－４Ｂ線断面図である。 図５は本発明の実施の形態２における電流センサの断面図である。 図６は本発明の実施の形態２における電流センサの斜視図である。 図７は本発明の実施の形態２における電流センサの動作を説明するための回路図である。 図８は本発明の実施の形態３における電流センサの斜視図である。 図９は本発明の実施の形態３における電流センサの断面図である。 図１０は本発明の実施の形態３における電流センサの磁気ヨークの斜視図である。 図１１は本発明の実施の形態３における電流センサの磁気ヨークと比較例の磁気ヨークのキャンセルコイル消費電流を示す図である。 図１２は本発明の実施の形態３における別の電流センサの断面図である。 図１３は本発明の実施の形態４における電流センサの断面図である。 図１４は本発明の実施の形態４における電流センサの斜視図である。 図１５は本発明の実施の形態４における電流センサの断面図である。 図１６は本発明の実施の形態５における電流センサの斜視図である。 図１７は本発明の実施の形態５における電流センサの平面図である。 図１８は図１６の１８－１８線断面図である。 図１９は一体型磁気ヨークを有する電流センサと、本発明の実施の形態５における電流センサとを電流線の中心軸の上方２ｍｍの位置に配置した場合の、電流線に流れる電流Ｉと、磁気検出部の位置における磁束密度の直線性からのズレを示す図である。 図２０は本発明の実施の形態６における電流センサの斜視図である。 図２１は本発明の実施の形態６における電流センサのコアの斜視図である。 図２２は本発明の実施の形態６における電流センサのコアと比較例のコアのキャンセルコイル消費電流を示す図である。 図２３Ａは本発明の実施の形態６における電流センサの組立工程を示す断面図である。 図２３Ｂは本発明の実施の形態６における電流センサの組立工程を示す断面図である。 図２３Ｃは本発明の実施の形態６における電流センサの組立工程を示す断面図である。 図２３Ｄは本発明の実施の形態６における電流センサの組立工程を示す断面図である。 図２４は本発明の実施の形態７における電流センサの斜視図である。 図２５は本発明の実施の形態７における電流センサの横断面図である。 図２６は本発明の実施の形態７における電流センサの縦断面図である。 図２７は本発明の実施の形態７における電流センサの電流線に流れる電流と、第１の電流検出素子に流れるキャンセル電流および第２の電流検出素子に流れるキャンセル電流との関係を示す図である。 図２８は本発明の実施の形態７における電流センサの動作を説明するための回路図である。 図２９は本発明の実施の形態７における電流センサの電流線に流れる電流が５０Ａを越えた時に、コンパレータの出力がローに落ちるように閾値電圧を設定した場合の、電流線に流れる電流と、第１の電流検出素子のキャンセル電流および第２の電流検出素子のキャンセル電流の和との関係を示す図である。 図３０は本発明の実施の形態７における別の電流センサの横断面図である。 図３１は本発明の実施の形態７における電流センサの横断面図である。 図３２は本発明の実施の形態８における電流センサの斜視図である。 図３３は本発明の実施の形態８における電流センサの断面図である。 図３４は従来の電流センサの斜視図である。
　以下、本発明の実施の形態における電流センサについて、図面を参照しながら説明する。
　（実施の形態１）
　図１は本発明の実施の形態１における電流センサの斜視図、図２は本発明の実施の形態１における電流センサの平面図、図３は本発明の実施の形態１における磁気ヨークの平面図である。
　図１、図２において、ＸＹＺ座標系を図のようにとった時、Ｙ軸方向に電流Ｉが流れる電流線１１の上には、磁気ヨーク１５と磁気検出素子１３とを備えた電流センサ１２が配置されている。
　ここで、電流線１１はＸ軸、Ｚ軸方向の長さが各々１８ｍｍ、３ｍｍの矩形断面を有する銅等からなり、ＸＹ面上にＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸方向の長さが各々およそ８ｍｍ、８ｍｍ、４ｍｍの電流センサ１２が配置されているものである。
　また、電流センサ１２の構成要素の一つである磁気ヨーク１５は鉄あるいは鉄合金等の磁性材料からなる。磁気ヨーク１５の具体的な形状は、図３に示すように、第１の集磁部１５ａ、第２の集磁部１５ｂ、第３の集磁部１５ｃ、第４の集磁部１５ｄ、接続部１５ｅ，１５ｆ，１５ｇ，１５ｈを備えている。これらの磁気ヨーク１５の構成要素は同一平面に位置している。第１の集磁部１５ａ、第２の集磁部１５ｂと第３の集磁部１５ｃ、第４の集磁部１５ｄとは略並行に延びている。第１の集磁部１５ａと第３の集磁部１５ｃとを接続部１５ｅが、第１の集磁部１５ａと第４の集磁部１５ｄとを接続部１５ｆが、第２の集磁部１５ｂと第３の集磁部１５ｃとを接続部１５ｇが、第２の集磁部１５ｂと第４の集磁部１５ｄとを接続部１５ｈが、接続している構成である。尚、図３中で一点鎖線で示したのは、上記の構成要素の位置関係を分かり易く表現するためのものである。さらに、第３の集磁部１５ｃと第４の集磁部１５ｄの間にはギャップ１５ｊが存在しており、このギャップ１５ｊに磁気検出素子３が配置される構成となっている。言い換えると、第３の集磁部１５ｃ、第４の集磁部１５ｄはギャップ１５ｊを有しており、磁気検出素子１３はそのギャップ１５ｊ間に配置されている。磁気ヨーク１５は、第１の集磁部１５ａ、第２の集磁部１５ｂが伸びる方向、即ち図３の紙面左右方向が電流線１１を流れる電流Ｉの直角方向、言い換えると、電流線１１を流れる被測定電流による被測定磁界と同方向になるように配置される。
　すなわち、被測定磁界に平行に伸びる第１の集磁部１５ａ、第２の集磁部１５ｂと、第１の集磁部１５ａと第２の集磁部１５ｂの一端に挟まれ略直交する第３の集磁部１５ｃと、第１の集磁部１５ａと第２の集磁部１５ｂの他端に挟まれ略直交する第４の集磁部１５ｄと、第１の集磁部１５ａ及び第２の集磁部１５ｂと第３の集磁部１５ｃと第４の集磁部１５ｄを接続する接続部１５ｅ、１５ｆ、１５ｇ、１５ｈから構成されている。
　次に、電流センサ１２の別の構成要素の一つである磁気検出素子１３について説明する。図４Ａは、本発明の実施の形態１における磁気検出素子の平面図、図４Ｂは図４Ａの４Ｂ－４Ｂ線断面図である。
　図４Ａ、４Ｂに示すように、絶縁基板２１は板状のセラミックからなるものである。絶縁基板２１上には入力電極２２ａ、第１の出力電極２２ｂ、第２の出力電極２２ｄおよびグランド電極２２ｃの４個の電極が形成されている。また入力電極２２ａと第１の出力電極２２ｂとの間には磁気抵抗体からなり蛇行形状の磁気抵抗素子２０ａが形成されている。同様に第１の出力電極２２ｂとグランド電極２２ｃとの間には磁気抵抗素子２０ｂ、入力電極２２ａと第２の出力電極２２ｄとの間には磁気抵抗素子２０ｄ、第２の出力電極２２ｄとグランド電極２２ｃとの間には磁気抵抗素子２０ｃが形成されている。このような電気的な接続を行なうことで、入力電極２２ａ、第１の出力電極２２ｂ、第２の出力電極２２ｄ、グランド電極２２ｃ、磁気抵抗素子２０ａ～２０ｄはブリッジ回路を構成する。また、磁気抵抗素子２０ａ～２０ｄは、同一の特性を有するように形成しておく。
　磁気抵抗素子２０ａ～２０ｄは何れも磁気抵抗効果のある材料からなり、具体的にはＮｉ－Ｃｏ等の強磁性体からなる厚み約０．１μｍの磁気抵抗薄膜であり、所謂ＭＲ薄膜である。また、磁気抵抗素子２０ａ～２０ｄは何れも蛇行形状であるが、蛇行パターンの長手形状は、隣接する磁気抵抗素子と直角となる方向に形成されている。即ち、図４Ａにおいて、磁気抵抗素子２０ａは、紙面で右斜め上に傾いた４５°の方向に蛇行パターンの長手方向が位置しているが、これと隣接する磁気抵抗素子２０ｂは、紙面で左斜め上に傾いた４５°の方向に蛇行パターンの長手方向が位置しており、両者の角度は直角である。磁気抵抗素子２０ｃ、磁気抵抗素子２０ｄとの位置関係も同様である。さらに、磁気抵抗素子２０ａと磁気抵抗素子２０ｃとの位置関係も同様である。ここで、磁気抵抗素子２０ａ～２０ｄはそれぞれ蛇行パターンの長手方向に対する直角方向が感磁方向である。
　絶縁層２３ａは厚みが約１μｍのＳｉＯ2薄膜からなり、磁気抵抗素子２０ａ～２０ｄを覆うことにより後述する薄膜磁石２４の電気的絶縁を行うものである。
　薄膜磁石２４は、厚みが約０．６μｍのＣｏＰｔ等からなり、絶縁層２３ａの上に蒸着、スパッタ法等により形成した後、露光、エッチングによりパターニングして長手方向を有する複数の略長方体に分割されている薄膜磁石である。薄膜磁石２４が発生する磁界の方向は、薄膜磁石２４の長手方向の直角方向、図４Ａにおける紙面左右方向である。また、薄膜磁石２４は磁気抵抗素子２０ａ～２０ｄのパターンの長手方向に対し４５°をなす方向に長手方向を有する複数の略長方体に分割されている。この方向は、磁気抵抗素子２０ａ～２０ｄの感磁方向に対しても４５°をなす方向でもある。尚、薄膜磁石２４が発生する磁界は、電流線１１を流れる電流と同じ方向、言い換えると、電流線１１を流れる被測定電流による磁界の直角方向になるように配置される。従って、薄膜磁石２４が発生する磁界の方向は、磁気ヨーク１５の第３の集磁部１５ｃおよび第４の集磁部１５ｄが伸びる方向に対する直角方向となる。絶縁層２３ｂはＳｉＯ2薄膜からなり、薄膜磁石２４を覆うものである。
　なお、絶縁層２３ａおよび絶縁層２３ｂは、入力電極２２ａ、第１の出力電極２２ｂ、第２の出力電極２２ｄおよびグランド電極２２ｃは露出するように形成されている。また図４Ａにおいては、絶縁層２３ｂを省略して記載している。
　磁気検出素子１３は以上の絶縁基板２１、入力電極２２ａ、第１の出力電極２２ｂ、第２の出力電極２２ｄ、グランド電極２２ｃ、磁気抵抗素子２０ａ～２０ｄ、絶縁層２３ａ、薄膜磁石２４および絶縁層２３ｂを備えたものである。
　以上の構成を備えた電流センサ１２の動作について、以下に説明をする。
　入力電極２２ａには所定の電圧を印加し、グランド電極２２ｃとの間で一定の電位差を生じさせるようにしておく。また、磁気抵抗素子２０ａと磁気抵抗素子２０ｃとは感磁方向が同一なので磁界の変化があった場合でも同一の抵抗値変化を生じる。磁気抵抗素子２０ｂと磁気抵抗素子２０ｄも感磁方向が同一なので、これらも磁界の変化があった場合でも同一の抵抗値変化を生じる。従って、磁界の変化に対する第１の出力電極２２ｂと第２の出力電極２２ｄの電位の変化は、互いに反対方向、即ち一方がΔＶ増加した際には、他方はΔＶ減少することになる。この第１の出力電極２２ｂと第２の出力電極２２ｄとの作動出力を検出することで磁気検出素子１３内の磁界を検出し、これにより電流線１１に流れる電流を測定するというのが、基本的な検出原理である。
　ここで、電流線１１に流れる電流が０の場合を考える。このときには、薄膜磁石２４からのバイアス磁界ＨBのみが磁気抵抗素子２０ａ～２０ｄのそれぞれの感磁方向に対し４５度をなすように印加される。このときには、磁気抵抗素子２０ａ～２０ｄの抵抗値は同一になり、ブリッジ回路の中点電位となる第１の出力電極２２ｂと第２の出力電極２２ｄの電位は同じになり、差動出力は０となる。
　電流線１１に電流Ｉが流れると、この電流Ｉによる磁界ＨIが発生して磁気検出素子１３に印加される。このとき、磁気抵抗素子２０ａ～２０ｄには、バイアス磁界ＨBと電流Ｉによる磁界ＨIが合成された磁界が印加される。このとき、磁気抵抗素子２０ａと磁気抵抗素子２０ｂの抵抗値は異なるものとなり、また磁気抵抗素子２０ｃと磁気抵抗素子２０ｄの抵抗値も異なるものとなる。さらに第１の出力電極２２ｂと第２の出力電極２２ｄとは、磁界による電位の変化が逆方向であるので、この２つの電極の差動出力により磁界ＨIを検出し、これにより電流Ｉを測定することができる。
　ところで、ＭＲ薄膜による磁気検出の測定レンジはホール素子などに比べて狭い。当然、電流センサとしての測定レンジも狭いものとなる。そこで、本実施の形態において、磁気ヨーク１５を図２および図３に示すような構成にしている。このとき、第３の集磁部１５ｃ、第４の集磁部１５ｄにはギャップ１５ｊが設けられているので磁気抵抗が高い。一方、第１の集磁部１５ａ、第２の集磁部１５ｂにはギャップは形成されておらず、磁気抵抗は低い。従って、磁気ヨーク１５を通過する磁束は、第３の集磁部１５ｃ、第４の集磁部１５ｄよりも第１の集磁部１５ａ、第２の集磁部１５ｂを通過しやすくなる。そして、磁気検出素子１３は、第３の集磁部１５ｃ、第４の集磁部１５ｄのギャップ１５ｊに配置されているので、磁気検出素子１３を通過する磁束を減少させることが可能となる。従って、第１の集磁部１５ａ、第２の集磁部１５ｂと第３の集磁部１５ｃ、第４の集磁部１５ｄとの磁気抵抗を調整することによって、磁気検出素子１３を通過する磁束を減少させることができる。
　例えば、電流線１１に２００Ａ程度の電流が流れる場合、その磁界としては、電流線１１の形状や導体からの位置等の条件にもよるが、４ｍＴ程度になる。一般にＭＲ薄膜は飽和磁界の点からは約１０ｍＴまでで使うのが良いと言われているが、磁界に対する抵抗変化率が直線性を有する領域はさらに狭い範囲となる。実際には、１～２ｍＴの範囲で使用するのが良い。本実施の形態においては、磁気抵抗素子２０ａ～２０ｄの感磁方向は電流線１１による磁界に対して４５°傾いており、ＭＲ薄膜への磁界を１／１．４倍～１／２．８倍にする必要がある。即ち、第３の集磁部１５ｃ、第４の集磁部１５ｄを通過する磁束の減少率を１／１．４倍～１／２．８倍程度にすればよい。
　ここで、ＭＲ薄膜の感磁方向は異方性を有するが、１８０°逆向きの磁界の判別は出来ないことから、電流線１１には逆方向にも２００Ａの電流が流れるならば上記の１／２倍の減少率、即ち、１／２．８倍～１／５．６倍にすればよい。
　なお、磁気抵抗素子２０ａ～２０ｄを通過する磁界は、薄膜磁石２４からのバイアス磁界と電流線１１からの磁界の合成磁界であるので、実際には薄膜磁石２４からのバイアス磁界も考慮して設定すればよい。
　また、第３の集磁部１５ｃ、第４の集磁部１５ｄを通過する磁束を１／２．８程度にする減少率は、第１の集磁部１５ａ、第２の集磁部１５ｂの磁気抵抗と第３の集磁部１５ｃ、第４の集磁部１５ｄの磁気抵抗との設定により変える事ができる。その一例としては、第１の集磁部１５ａ、第２の集磁部１５ｂの幅、第３の集磁部１５ｃ、第４の集磁部１５ｄの幅およびギャップ１５ｊの長さによって決める方法がある。
　以上のように、本実施の形態の電流センサ１２はＭＲ素子のような高感度であるが測定レンジが狭い素子を用いた磁気検出素子１３を使用することが可能となるので、電流線１１を取り囲むコアが不要となり、小型化を実現させることができる。
　（実施の形態２）
　図５は本発明の実施の形態２における電流センサの断面図である。図５は、電流Ｉが流れる電流線１１の上に電流センサ５０が設置されたものであり、電流センサ５０を水平に切った時に上から見た図を示す。図６は本発明の実施の形態２における電流センサの斜視図である。
　電流センサ５０は、磁気検出素子１３と、この磁気検出素子１３の周囲を囲んで周回させたキャンセルコイル１４と、磁気ヨーク１５と、から構成される。電流センサ５０は、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸方向の長さが各々およそ８ｍｍ、８ｍｍ、４ｍｍとなっている。
　磁気検出素子１３、磁気ヨーク１５の構成は、実施の形態１と同じであるので説明を省略する。
　キャンセルコイル１４は表面を絶縁皮膜した銅線を巻回してなり、磁気検出素子１３を囲んで周回させるとともに、その巻回軸が電流Ｉと垂直（すなわち電流Ｉによって誘起される磁界と同じ方向）になるように設けられている。キャンセルコイル１４に補償電流を流すことにより発生した磁界により磁気検出素子１３内の被測定磁界を相殺することで電流線１１に流れる電流を検出する。
　図７は本発明の実施の形態２における電流センサ５０の動作を説明するための回路図である。図７に示すように、磁気検出素子１３の入力電極２２ａとグランド電極２２ｃとの間には定電圧を印加する電源２６が接続されている。また、この図７において、検出部２７は第１の出力電極２２ｂと第２の出力電極２２ｄの電位差を検出する。この検出部２７の出力信号によって電流制御部２８がキャンセルコイル１４に流れる電流を制御している。出力変換部２９は、キャンセルコイル１４に流れる電流による負荷抵抗３０での電圧降下を増幅して出力端子３１に出力するものである。
　電流線１１に流れる電流が零の時、バイアス磁界ＨBのみが磁気抵抗素子２０ａ～２０ｄに対して一定の角度（４５度）をなすように印加されるため、磁気抵抗素子２０ａ～２０ｄは実質的に同一の抵抗値となる。このため、磁気抵抗素子ブリッジは平衡し、第１の出力電極２２ｂと第２の出力電極２２ｄは同電位となり、検出部２７から信号は出力されない。これにより、キャンセルコイル１４と負荷抵抗３０に電流が流れないため、出力端子３１には出力電圧は現れないことになる。
　電流線１１に電流Ｉが流れると、この電流Ｉによる磁界ＨIが発生して磁気検出素子１３に印加され、磁気抵抗素子２０ａ、２０ｃの抵抗が小さくなるとともに、磁気抵抗素子２０ｂ、２０ｄの抵抗が大きくなる。このため、磁気抵抗素子ブリッジの平衡が破れ、第１の出力電極２２ｂと第２の出力電極２２ｄとの間に電位差が発生する。この電位差は検出部２７で検出されて電流制御部２８に入力される。電流制御部２８はこの電位差に基づいてキャンセルコイル１４に電流を流して、この電流による磁界Ｈcを発生させ、磁気抵抗素子２０ａ～２０ｄに印加される正味の磁界を薄膜磁石２４から発生するバイアス磁界ＨBのみとすることにより、磁気抵抗素子ブリッジの電位差を零にするように動作する。こうして再び磁気抵抗素子ブリッジが平衡した時、負荷抵抗３０の両端に発生する電圧をモニターして適度に増幅すれば、電流線１１に流れる電流に対応した信号が出力端子３１に出力されることになる。
　以上のように構成することにより、電流線１１に電流Ｉが流れた時に発生する磁界は、磁気ヨーク１５に入ると、第１、第２の集磁部１５ａ、１５ｂと第３、第４の集磁部１５ｃ、１５ｄに分岐される。そのため第３、第４の集磁部１５ｃ、１５ｄに流れる磁界のみが磁気検出素子１３に流れることになる。電流線１１に大電流が流れすぎると、発生する磁界が強くなりすぎ、磁気検出素子１３が飽和してしまうことがあるが、本実施の形態のように構成することにより、大電流に対しても十分に検出できるようにすることができる。
　さらに大電流が流れた場合、その磁界をキャンセルするために、キャンセルコイル１４に大きな電流を流す必要があり、このことにより消費電力が大きくなるという課題があった。これに対し本実施の形態のように、第３、第４の集磁部１５ｃ、１５ｄをキャンセルコイル１４の巻回軸の延長線上に配置することにより、磁気効率が向上し、キャンセルコイル１４に流す電流を低減することができる。
　（実施の形態３）
　図８は本発明の実施の形態３における電流センサの斜視図である。電流センサ５２が電流Ｉの流れる電流線１１の上に設置されている。
　図９は、電流センサ５２の構成を示す断面図である。図９に示すように、電流センサ５２は、磁気検出素子１３と、この磁気検出素子１３の周囲を囲んで周回させたキャンセルコイル１４と、磁気ヨーク５３から構成される。電流センサ５０は、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸方向の長さが各々およそ８ｍｍ、８ｍｍ、４ｍｍとなっている。
　磁気検出素子１３、キャンセルコイル１４の構成は、実施の形態２と同じであるので説明を省略する。
　図１０は、本発明の実施の形態３における磁気ヨークの斜視図である。磁気ヨーク５３は鉄あるいは鉄合金等の磁性材料からなる。以下に、磁気ヨーク５３の構成について説明する。
　磁気ヨーク５３はキャンセルコイル１４の外側でキャンセルコイル１４を挟んで被測定磁界に平行に伸びる第１の集磁部５３ａ、第２の集磁部５３ｂと、第１の集磁部５３ａと第２の集磁部５３ｂの一端に挟まれ略直交する第３の集磁部５３ｃと、第１の集磁部５３ａと第２の集磁部５３ｂの他端に挟まれ略直交する第４の集磁部５３ｄと、第１の集磁部５３ａ及び第２の集磁部５３ｂと第３の集磁部５３ｃと第４の集磁部５３ｄを接続する接続部５３ｅ、５３ｆ、５３ｇ、５３ｈから構成されている。磁気ヨーク５３の各構成要素は同一平面に位置し、第３の集磁部５３ｃと第４の集磁部５３ｄのうち少なくともいずれか一方がキャンセルコイルの内側まで磁気検出素子１３の方向へ延伸している。
　なお、図１０中で破線で示したのは、上記構成要素の位置関係を分かりやすく表現するためであり、本実施の形態において磁気ヨーク５３は一体に構成されている。
　本実施の形態では、磁気検出素子１３を囲む磁気ヨーク５３の第３の集磁部５３ｃがキャンセルコイル１４の一部と重なるようにキャンセルコイル１４の内側まで延伸している。このとき、キャンセルコイル１４の内側に磁性材料があるため、キャンセルコイル１４の自己インダクタンスが高くなる。このため、磁気検出素子１３に流れる同じ強さの磁界を相殺するために必要なキャンセルコイル１４に流す補償電流がさらに小さくなる。小さい補償電流で被測定磁界を相殺することができるようになるため、電流センサの消費電力をさらに低減することができる。
　例えば、図１１に電流線１１の上に電流センサ５２を配置し電流線１１に２００Ａの電流を通電し、コイルの巻数が１９０ｔｕｒｎｓのキャンセルコイル１４に被測定磁界を相殺するのに必要なキャンセル電流を測定した結果を示す。（１）は比較例であり中脚間が大の磁気ヨークの測定結果、（２）が本実施の形態の測定結果である。なお、中脚間は第３の集磁部と第４の集磁部の間の距離である。測定条件は、電流センサ５２の磁気ヨーク５３の第１の集磁部５３ａ方向の長さを７ｍｍ、第３の集磁部５３ｄ方向の長さを８．４ｍｍ、コイル幅２．８ｍｍ、透磁率μ＝２４０００、板圧を０．５ｍｍである。（１）は中脚間が大の磁気ヨークで第３の集磁部と第４の集磁部の両方がキャンセルコイル１４の内側まで延伸していなく、第３の集磁部５３ｃと第４の集磁部５３ｄの間の距離が３．２ｍｍである。（２）の中脚間が小の磁気ヨークは本実施の形態で、この測定においては、第３の集磁部５３ｃと第４の集磁部５３ｄの両方がキャンセルコイル１４の内側まで延伸し、第３の集磁部５３ｃと第４の集磁部５３ｄの間の距離を２．２ｍｍである。
　図１１より、（１）の中脚間が大の磁気ヨークでは被測定磁界を相殺するのに１０ｍＡ必要であったのが、本実施の形態である（２）の中脚間が小の磁気ヨークでは３．７ｍＡと必要なキャンセル電流が減少している。これより、比較例の磁気ヨークを用いるよりも本実施の形態の磁気ヨーク５３を用いたほうが電流センサの消費電力が少なくなることがわかる。
　このように、キャンセルコイル１４の内部にまで第３の集磁部５３ｃと第４の集磁部５３ｄを延伸させると、キャンセルコイル１４での消費電力を小さくすることが出来る理由としては、まず、中脚間の距離を狭くすることでキャンセルコイル１４による磁界が効率的に磁気検出素子１３へ印加されることが考えられる。
　なお、本実施の形態においては、第３の集磁部５３ｃから第４の集磁部５３ｄを通過する経路の磁気抵抗が、第１の集磁部５３ａを通過する磁気抵抗および第２の集磁部５３ｂを通過する磁気抵抗よりも大きいので、磁束は第３の集磁部５３ｃから第４の集磁部５３ｄを通過する経路よりも、第１の集磁部５３ａを通過する経路と、第２の集磁部５３ｂを通過する経路に集中する。これにより、磁気検出素子１３に印加される被測定電流による磁界を弱くすることができる。これによりキャンセルコイル１４への消費電力を小さくすることができるものであるが、上記の図１１に示すような構成にすることで、さらに消費電力を小さくすることができる。
　また、本実施の形態における電流センサ５２は、磁気ヨーク５３とキャンセルコイル１４を組み立てた後に、磁気ヨーク５３とキャンセルコイル１４の間に斜めに磁気検出素子１３を挿入することにより組み立てることができる。
　なお、本実施の形態では第３の集磁部５３ｃのみがキャンセルコイル１４の内側まで延伸しているが、第４の集磁部５３ｄのみがキャンセルコイル１４の内側まで延伸している構成や、図１２に示すように、第３の集磁部５３ｃと第４の集磁部５３ｄの両方がキャンセルコイル１４の内側まで延伸している構成でもよい。
　以上のように、本実施の形態の構成にすることにより、電流線１１に大電流を流して磁界が強くなりすぎても、キャンセルコイル１４に流す補償電流が従来の磁気ヨークよりも低いため、大電流でも消費電力が少なくてすむ。
　（実施の形態４）
　図１３は、本発明の実施の形態４における電流センサの断面図である。図１３は、電流Ｉが流れる電流線１１の上に電流センサ５４が設置されたものであり、電流センサ５４を水平に切った時に上から見た図を示す。図１４は本発明の実施の形態４における電流センサの斜視図である。
　電流センサ５４は、磁気検出素子１３と、この磁気検出素子１３の周囲を囲んで周回させたキャンセルコイル１４と、磁気ヨーク５５と、から構成され、その平面形状が８ｍｍ×８ｍｍ、高さ４ｍｍとなっている。
　磁気検出素子１３、キャンセルコイル１４の構成は、実施の形態２と同じであるので説明を省略する。
　磁気ヨーク５５は鉄あるいは鉄合金等の磁性材料からなり、キャンセルコイル１４の外側でキャンセルコイル１４の巻回軸（電流Ｉによって誘起される磁界と同じ方向）に伸びる第１の集磁部５５ａ、第２の集磁部５５ｂと、キャンセルコイル１４の巻回軸の延長線上に位置する第３の集磁部５５ｃ、第４の集磁部５５ｄと、それぞれの集磁部をつなぐ接続部５５ｅ，５５ｆ，５５ｇ，５５ｈとから構成され、第１の集磁部５５ａおよび第２の集磁部５５ｂの両端部に接続部５５ｅ，５５ｆ，５５ｇ，５５ｈの端部よりも外側の方に延伸した突起部５６が設けられている。
　以上のように構成することにより、電流線１１に電流Ｉが流れた時に発生する磁界は、磁気ヨーク５５に入ると、第１の集磁部５５ａ、第２の集磁部５５ｂと第３の集磁部５５ｃ、第４の集磁部５５ｄに分岐される。そのため、第３の集磁部５５ｃ、第４の集磁部５５ｄに流れる磁界のみが磁気検出素子１３に流れることになる。このとき第１の集磁部５５ａ、第２の集磁部５５ｂの両端部に、電流Ｉが流れた時に発生する磁界と同じ方向に伸びる突起部５６を設け、接続部５５ｅ，５５ｆ，５５ｇ，５５ｈよりも突出するように構成している。このため、電流Ｉが流れた時に発生する磁界は突起部５６の方により多く流れ、本実施の形態の磁気ヨーク５５の効果を大きくすることができる。
　突起部５６の大きさは、幅（電流Ｉが流れた時に発生する磁界と垂直の方向）は、第１の集磁部５５ａ、第２の集磁部５５ｂの幅とほぼ同等の大きさが望ましく、長さ（電流Ｉが流れた時に発生する磁界の方向）は接続部５５ｅ，５５ｆ，５５ｇ，５５ｈの電流Ｉが流れた時に発生する磁界の方向の長さとほぼ同等とすることが望ましい。このようにすることにより、突起部５６の効果がより発揮できるようになる。
　以上のように電流線１１に大電流が流れすぎると、発生する磁界が強くなりすぎ、磁気検出素子１３が飽和してしまうことがあるが、本実施の形態のように構成することにより、大電流に対しても十分に検出できるようにすることができる。
　さらに大電流が流れた場合、その磁界をキャンセルするために、キャンセルコイル１４に大きな電流を流す必要があり、このことにより消費電力が大きくなるという課題があった。これに対し本実施の形態のように、第３の集磁部５５ｃ、第４の集磁部５５ｄをキャンセルコイル１４の巻回軸の延長線上に配置することにより、磁気効率が向上し、キャンセルコイル１４に流す電流を低減することができる。
　また、さらに消費電力を低減するためには、図１５のようにキャンセルコイル１４の一部が第３の集磁部５５ｃ、第４の集磁部５５ｄに重なる（すなわち第３の集磁部５５ｃ、第４の集磁部５５ｄがキャンセルコイル１４の内側まで延びている）ようにすることが望ましい。このようにすることにより、さらに磁気効率が向上し、キャンセルコイル１４に流す電流を低減することができる。
　（実施の形態５）
　図１６は本発明の実施の形態５における電流センサの斜視図、図１７は本発明の実施の形態５における電流センサの平面図、図１８は図１６の１８－１８線断面図である。
　図１６～図１８において、ＸＹＺ座標系を図のようにとった時、Ｙ軸方向に電流Ｉが流れる電流線１１の上には、ボビン６３と、キャンセルコイル１４と、磁気検出素子１３と、磁気ヨーク６１とを備えた電流センサ６０が配置されている。
　磁気検出素子１３、キャンセルコイル１４の構成は、実施の形態２と同じであるので説明を省略する。
　ここで、電流センサ６０は、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸方向の長さが各々およそ８ｍｍ、８ｍｍ、４ｍｍとなっている。
　ボビン６３はＰＥＴ等の樹脂にて入出力端子（図示せず）をインサート成型して、その内部の所定の位置に磁気検出素子１３を収納配置している。
　キャンセルコイル１４は表面を絶縁被覆した銅線をボビン６３の外周部にその巻回軸が電流Ｉと垂直、すなわちＸ軸方向に沿うように巻回したもので、磁気検出素子１３を囲んでいる。
　次に磁気ヨーク６１の構成について図１７を参照して説明する。磁気ヨーク６１は厚みが約０．５ｍｍで鉄あるいは鉄合金等の高透磁率材料からなるものである。
　磁気ヨーク６１は、第１の集磁部６１ａ、第２の集磁部６１ｂ、第３の集磁部６１ｃ、第４の集磁部６１ｄ、接続部６１ｅ、６１ｆ、６１ｇ、６１ｈを備えている。これらの磁気ヨーク６１の構成要素は同一平面に位置している。第１の集磁部６１ａ、第２の集磁部６１ｂ、第３の集磁部６１ｃおよび第４の集磁部６１ｄ、は略並行に延びており、第１の集磁部６１ａと第３の集磁部６１ｃとを接続部６１ｅが、第１の集磁部６１ａと第４の集磁部６１ｄとを接続部６１ｆが、第２の集磁部６１ｂと第３の集磁部６１ｃとを接続部６１ｇが、第２の集磁部６１ｂと第４の集磁部６１ｄとを接続部６１ｈが、接続している構成である。なお、図１７中で破線を記入しているのは、上記の構成要素の位置関係を分かり易く表現するためのものである。
　さらに、第３の集磁部６１ｃ、第４の集磁部６１ｄの間にはギャップが存在しており、このギャップ内に磁気検出素子１３の磁気抵抗素子２０ａ～２０ｄが配置される構成となっている。磁気ヨーク６１は、第１の集磁部６１ａ、第２の集磁部６１ｂが伸びる方向、即ち図１７の紙面左右方向が電流線１１を流れる電流の直角方向、言い換えると、電流線１１を流れる被測定電流による磁界と同方向になるように配置される。さらにまた、接続部６１ｅ、６１ｈには分割部６２ａ、６２ｂが設けられており、磁気ヨーク６１を第３の集磁部６１ｃまたは第４の集磁部６１ｄを１つ含む少なくとも２つの部分に分割することができるようになっている。
　なお、図１７中で破線を記入しているのは、上記の構成要素の位置関係を分かり易く表現するためのものである。
　次に磁気ヨーク６１の接続部６１ｅ、６１ｈに分割部６２ａ、６２ｂを設けたことによる効果を説明する。図１７において、分割部６２ａ、６２ｂがない場合を考え、これを一体型磁気ヨークと呼ぶ。この一体型磁気ヨークにおいては、電流線１１に数百Ａの電流Ｉが流れても、電流Ｉと、第１の集磁部６１ａ、第２の集磁部６１ｂ内に発生する磁束密度および第３の集磁部６１ｃ、第４の集磁部６１ｄとの間に発生する磁束密度は比例する。しかしながら、電流線１１に流れる電流Ｉがさらに大きくなると、一体型磁気ヨークの第１の集磁部６１ａ、第２の集磁部６１ｂ内の磁束密度が飽和し、ある一定値以上には増加しないようになる。一方、第３の集磁部６１ｃ、第４の集磁部６１ｄの間には磁気検出素子１３を間に挟むギャップが存在するため、第３の集磁部６１ｃ、第４の集磁部６１ｄとの間に発生する磁束密度は飽和することがない。そのため、電流Ｉが増加することによって発生する磁束増加分は第３の集磁部６１ｃ、第４の集磁部６１ｄ間を通るようになる。これにより、電流Ｉと、第３の集磁部６１ｃ、第４の集磁部６１ｄ間に発生する磁束密度とは比例しなくなり、電流線１１に流れる電流Ｉの検出精度が低下することになる。これに対して、本実施の形態における電流センサ６０においては、接続部６１ｅ、６１ｈ内に分割部を有し、磁気ヨーク６１を第３の集磁部６１ｃ、第４の集磁部６１ｄを１つ含む少なくとも２つの部分に分割しているために、電流線にさらに大きな電流が流れても磁気ヨークが飽和することがなくなり、これにより、小型、高感度で消費電力が小さく、かつ被測定電流の測定可能範囲の大きい電流センサを提供できるものである。
　図１９は一体型磁気ヨークを有する電流センサと、本実施の形態における電流センサ６０とを電流線１１の中心軸の上方２ｍｍの位置に配置した時に、電流線１１に流れる電流Ｉと、磁気検出素子１３の位置における磁束密度の直線性からのズレを示したもので、電流線１１に流れる電流Ｉと、磁気検出素子１３の位置における磁束密度が比例している場合には０％となる。図１９において、添字(1)は一体型磁気ヨークを有する電流センサを、添字(2)は本実施の形態における電流センサ６０を示す。この図１９を見れば、本実施の形態における電流センサ６０は分割部を持たない一体型磁気ヨークを有する電流センサよりも１０００Ａ以上の大電流領域において、磁気検出素子１３の位置における磁束密度の直線性からのズレが小さいことが分かる。
　このように、本実施の形態における電流センサは、磁気ヨークの接続部内に分割部を有するために電流線にさらに大きな電流が流れても磁気ヨークが飽和することがなくなり、これにより、小型、高感度で消費電力が小さく、かつ被測定電流の測定可能範囲を大きくすることができるものである。
　また、本実施の形態における電流センサ６０において、第１の集磁部６１ａ、第２の集磁部６１ｂに動作確認用のコイルを巻回し、電流センサの起動時等に、この動作確認用のコイルに発生する電圧と、電流センサ６０からの出力電圧を比較することにより、電流センサ６０の自己診断を行なうことができる。この時、磁気ヨーク６１を少なくとも２つの部分に分割しているために、この動作確認用のコイルを第１の集磁部６１ａ、第２の集磁部６１ｂに容易に巻回することができる。
　さらにまた、図１７において、キャンセルコイル１４の銅損を低下させるために、ボビン６３の外周部に巻回する絶縁被覆した銅線の径を大きくすると、ボビン６３のＸ軸方向の長さが大きくなり、第３の集磁部６１ｃ、第４の集磁部６１ｄがボビン６３の内側にまで入り込んでしまうことがある。このような場合においても、前記磁気ヨーク６１を少なくとも２つの部分に分割しているために、電流センサの組立が容易になるという効果が得られる。
　なお、本実施の形態における電流センサにおいては、図１７で示した接続部６１ｅ、６１ｈに分割部６２ａ、６２ｂを配置したが、接続部６１ｅ、６１ｇに分割部６２ａ、６２ｂを配置しても同様の効果が得られるものである。また、本実施の形態における電流センサにおいては、図１７で示したように、第１の集磁部６１ａ、第２の集磁部６１ｂの２つとしたが、第１の集磁部６１ａまたは第２の集磁部６１ｂの１つのみであっても、同様の効果が得られるものである。
　（実施の形態６）
　図２０は本発明の実施の形態６における電流センサの斜視図であり、電流Ｉが流れる電流線１１の上に電流センサ６５が設置されたものである。
　電流センサ６５の構成及び動作は実施の形態３と同様であるので、実施の形態３と異なる点についてのみ説明をする。
　図２１は本実施の形態の磁気ヨーク６６の構成を示す図であり、磁気ヨーク６６は第１の磁気ヨーク６７と第２の磁気ヨーク６８を上下に張り合わせて構成されている。
　第１の磁気ヨーク６７はキャンセルコイル１４の外側でキャンセルコイル１４を挟んで被測定磁界に平行に伸びる第１の集磁部６７ａ、第２の集磁部６７ｂと、第１の集磁部６７ａと第２の集磁部６７ｂの一端に挟まれ略直交する第３の集磁部６７ｃと、第１の集磁部６７ａと第２の集磁部６７ｂの他端に挟まれ略直交する第４の集磁部６７ｄと、第１の集磁部６７ａ及び第２の集磁部６７ｂと第３の集磁部６７ｃと第４の集磁部６７ｄを接続する接続部６７ｅ、６７ｆ、６７ｇ、６７ｈから構成されている。第１の磁気ヨーク６７の各構成要素は同一平面に位置し、第３の集磁部６７ｃが磁気検出素子１３の方向へ延伸している。
　また、第２の磁気ヨーク６８はキャンセルコイル１４の外側でキャンセルコイル１４を挟んで被測定磁界に平行に伸びる第１の集磁部６８ａ、第２の集磁部６８ｂと、第１の集磁部６８ａと第２の集磁部６８ｂの一端に挟まれ略直交する第３の集磁部６８ｃと、第１の集磁部６８ａと第２の集磁部６８ｂの他端に挟まれ略直交する第４の集磁部６８ｄと、第１の集磁部６８ａ及び第２の集磁部６８ｂと第３の集磁部６８ｃと第４の集磁部６８ｄを接続する接続部６８ｅ、６８ｆ、６８ｇ、６８ｈから構成されている。第２の磁気ヨーク６８の各構成要素は同一平面に位置し、第４の集磁部６８ｄが磁気検出素子１３の方向へ延伸している。
　このように構成することにより、電流センサ６５の生産性が実施の形態３の電流センサ５２に比べて向上する。実施の形態３の電流センサ５２では、磁気ヨーク５３が一体に形成されており、電流センサ５２を組み立てるには磁気検出素子１３を磁気ヨーク５３とキャンセルコイル１４の間に斜めに挿入しなければならず、工程が複雑になっている。
　一方、本実施の形態では、磁気ヨーク６６を第１の磁気ヨーク６７と第２の磁気ヨーク６８を張り合わせて構成しているため、組み立てが容易である。図２３Ａ～図２３Ｄを用いて、以下に本実施の形態の電流センサ６５の組立工程を説明する。
　始めに、図２３Ａに示すように、磁気検出素子１３とキャンセルコイル１４を組み立て、第２の磁気ヨーク６８をキャンセルコイル１４の上から挿入する。
　次に、図２３Ｂに示すように、第４の集磁部６８ｄがキャンセルコイル１４の内側に入るように第２の磁気ヨーク６８をキャンセルコイル１４の横から挿入する。図２３Ｃが第２の磁気ヨーク６８をキャンセルコイル１４の横から挿入し、第２の磁気ヨーク６８の配置が完了した図である。
　次に、第２の磁気ヨーク６８の図２３Ａ～図２３Ｃの工程と同様にして、第１の磁気ヨーク６７を第２の磁気ヨーク６８の上に重なるように配置する。次に、第１の磁気ヨーク６７と第２の磁気ヨーク６８を上下に張り合わせ、図２３Ｄに示すように電流センサ６５が完成する。
　このように、第３の集磁部６７ｃが磁気検出素子１３の方向へ延伸した第１の磁気ヨーク６７と第４の集磁部６８ｄが磁気検出素子１３の方向へ延伸した第２の磁気ヨーク６８を張り合わせて構成することにより、キャンセルコイル１４に第１の磁気ヨーク６７と第２の磁気ヨーク６８を挿入し張り合わせるだけで組み立てることができる。実施の形態３のように、キャンセルコイル１４と磁気ヨーク５３を組み立てた後に磁気検出素子１３を斜めに挿入するという複雑な工程が不要になり、電流センサ６５の組み立てが容易であるため、実施の形態３の電流センサ５２よりも生産性が向上する。
　また、磁気ヨーク５３の生産性を向上させるために、本実施の形態のように上下に磁気ヨークを張り合わせて磁気ヨーク６６を構成するのではなく、例えば、第１の集磁部５３ａと第２の集磁部５３ｂの中心で磁気ヨーク５３を分割し、キャンセルコイル１４の巻回軸方向の両側から分割した磁気ヨークをそれぞれ挿入し、張り合わせて磁気ヨークを形成することでも磁気ヨークの生産性を向上させることができる。しかし、磁気ヨークを第１と第２の集磁部で分割したことにより、第１と第２の集磁部にギャップができる。第１と第２の集磁部にできたギャップは第１～第４の各集磁部よりも磁気抵抗が高いため、第１と第２の集磁部を通過する磁束がギャップによって妨げられるようになる。第１と第２の集磁部を磁束が通過しにくくなることにより、第３の集磁部を通り、磁気検出素子１３を通過する磁束が増大することになり、コアの性能が落ち、電流センサの消費電力が大きくなってしまう。
　また、第１と第２の集磁部で分割する以外にも、生産性を向上させ各集磁部や接続部で分割し張り合わせてコアを形成する組み立て方では、分割した部分にできたギャップにより磁束が通過しにくくなり、電流センサの消費電力が大きくなってしまう。
　一方、本実施の形態のように一体に形成された第３の集磁部と第４の集磁部の長さが異なる２つの磁気ヨークを上下に張り合わせてコアを形成することにより、ギャップによって第１と第２の集磁部を通過する磁束を妨げることがなくなる。このため、一体に形成された磁気ヨーク５３に比べて、本実施の形態における磁気ヨーク６６ではそれほど消費電力を大きくせずに生産性を向上させることができる。
　例えば、図２２に被測定磁界を相殺するのに必要なコイルのキャンセル電流を測定した結果を示す。測定条件は、実施の形態３と同様である。（１）と（２）は実施の形態３と同様で、（３）が第１と第２の集磁部で分割したＥＥ磁気ヨークの測定結果、（４）が本実施の形態の段違い磁気ヨークの測定結果である。（３）のＥＥ磁気ヨークと（４）の段違い磁気ヨークの第３の集磁部と第４の集磁部の間の距離は（２）の中脚間が小の磁気ヨークと同様に２．２ｍｍである。
　図２２より、（３）のＥＥ磁気ヨークでは被測定磁界を相殺するのに１３．２ｍＡ必要で（１）の中脚間が大のコアよりも多いが、本実施の形態である（４）の段違い磁気ヨークでは５．８ｍＡと必要なキャンセル電流が（３）のＥＥ磁気ヨークよりも少なく、（１）の中脚間が大の磁気ヨークよりも減少している。これより、本実施の形態の磁気ヨークを用いたほうが第１の集磁部と第２の集磁部で分割した（３）のＥＥ磁気ヨークよりも電流センサの消費電力が少なく、さらに（１）の中脚間が大のコアよりも性能が良いことがわかる。
　以上のように、本実施の形態の構成にすることにより、電流線１１に大電流を流して磁界が強くなりすぎても、キャンセルコイル１４に流す補償電流が従来のコアよりも低いため、大電流でも消費電力が少なくてすむ。さらに、電流センサ６５の磁気ヨーク６６を第１の磁気ヨーク６７と第２の磁気ヨーク６８を張り合わせて構成することにより、生産性も向上させることができる。
　（実施の形態７）
　図２４は本発明の実施の形態７における電流センサ７０の斜視図であり、第１の電流検出素子７０Ａと、第２の電流検出素子７０Ｂとからなる。ＸＹＺ座標系を図のようにとった時、電流センサ７０はＹ軸方向に電流Ｉが流れる電流線１１上に配置されている。図２５は本発明の実施の形態７における電流センサ７０をＸＹ面に平行な面で切った横断面図、図２６は本発明の実施の形態７における電流センサ７０をＹＺ平面で切断したときの縦断面図である。
　図２４～図２６において、第１の電流検出素子７０Ａは磁気抵抗体を含む磁気検出素子１３Ａと、磁気検出素子１３Ａを囲むキャンセルコイル１４Ａとからなる。また、第２の電流検出素子７０Ｂは磁気抵抗体を含む磁気検出素子１３Ｂと、磁気検出素子１３Ｂを囲むキャンセルコイル１４Ｂと、磁気検出素子１３Ｂを周回する磁気ヨーク７２とからなる。そして、第１の電流検出素子７０Ａと、第２の電流検出素子７０Ｂは銅等からなるＸ軸、Ｚ軸方向の長さが各々１８ｍｍ、３ｍｍの矩形断面を有する電流線１１の幅方向の中央部で、その表面から２ｍｍの位置に、隣接して配置されている。
　また、磁気ヨーク７２のＸ軸、Ｙ軸方向の長さは各々約６ｍｍ、８ｍｍである。
　図２７は第１の電流検出素子７０Ａと、第２の電流検出素子７０Ｂとを電流線１１の幅方向の中央部で、その表面から２ｍｍの位置に置き、電流線１１に電流Ｉを流した時、第１の電流検出素子７０Ａの磁気検出素子１３Ａのブリッジ回路を平衡させるためにキャンセルコイル１４Ａに流すべきキャンセル電流ｉ14Aと、第２の電流検出素子７０Ｂの磁気検出部２３Ａのブリッジ回路を平衡させるためにキャンセルコイル１４Ｂに流すべきキャンセル電流ｉ14Bとを測定したものである。この測定結果から、電流線１１に一定の電流Ｉが流れた時、第２の電流検出素子７０Ｂの磁気検出素子１３Ｂのブリッジ回路を平衡させるためにキャンセルコイル１４Ｂに流すべきキャンセル電流ｉ14Bは、第２の電流検出素子７０Ｂに隣接して配置された第１の電流検出素子７０Ａの磁気検出素子１３Ａのブリッジ回路を平衡させるためにキャンセルコイル１４Ａに流すべきキャンセル電流ｉ14Aの約１／５で済むことが分かる。
　本実施の形態６における電流センサ７０は第２の電流検出素子７０Ｂのキャンセルコイル１４Ｂに流れるキャンセル電流ｉ14Bを監視することにより、電流線１１に流れる電流Ｉが小さく、第２の電流検出素子７０Ｂのキャンセルコイル１４Ｂに流れるキャンセル電流ｉ14Bが所定の値より小さい時には、小電流に対して測定感度が良好な第１の電流検出素子７０Ａの出力信号を電流検出出力とする。電流線１１に流れる電流Ｉが大きくなって、第２の電流検出素子７０Ｂのキャンセルコイル１４Ｂに流れるキャンセル電流ｉ14Bが所定の値に到達すると、第１の電流検出素子７０Ａのキャンセルコイル１４Ａに流れる電流を遮断し、電流線１１を流れる電流によって発生する磁界を相殺するのに小さいキャンセル電流で済む第２の電流検出素子７０Ｂの出力信号を電流検出出力とする。
　図２８は本発明の実施の形態７における電流センサ７０の動作を説明するための回路図である。
　図２８において、第１の電流検出素子７０Ａ内のブリッジ回路の中点出力は差動増幅器８０に接続され、この差動増幅器８０の後段にはキャンセル電流発生回路８１が設けられている。キャンセル電流発生回路８１の後段にはＮＭＯＳ、ＰＭＯＳが並列接続されてなる第１のＣＭＯＳアナログスイッチ８２が接続されている。同様に、第２の電流検出素子７０Ｂ内のブリッジ回路の中点出力は差動増幅器９０に接続され、この差動増幅器９０の後段にはキャンセル電流発生回路９１が設けられている。キャンセル電流発生回路９１の後段にはＮＭＯＳ、ＰＭＯＳが並列接続されてなる第２のＣＭＯＳアナログスイッチ９２が接続されている。
　抵抗８３は第１のＣＭＯＳアナログスイッチ８２と第２のＣＭＯＳアナログスイッチ９２の中点に一端が接続され、他端が接地された抵抗８３であり、キャンセル電流発生回路９１の出力とグランド間には抵抗９３が接続されている。抵抗９３の両端に発生する電位はコンパレータ１０１において、所定の閾値電圧Ｖaと比較される。第１、第２のＣＭＯＳアナログスイッチ８２、９２はこのコンパレータ１０１の出力およびインバータ１０２による反転出力により開閉制御される。また、第１、第２のＣＭＯＳアナログスイッチ８２、９２の中点電位は増幅器１０３により増幅され、第１の出力端子１０４に出力される。さらに、インバータ１０２の出力は第２の出力端子１０５に出力される。
　図２８において、電流線１１に電流が流れると、電流磁界が発生し、それによって第１の電流検出素子７０Ａ内のブリッジ回路の平衡が破れ差動増幅器８０の出力端子に出力電圧が発生するとともに、第２の電流検出素子７０Ｂ内のブリッジ回路の平衡が破れ差動増幅器９０の出力端子に出力電圧が発生する。そして、キャンセル電流発生回路９１がキャンセルコイル１４Ｂにキャンセル電流ｉ14Bを流し、ブリッジ回路の出力電圧を零にするように動作する。このキャンセル電流ｉ14Bにより抵抗９３の両端に発生する電圧がコンパレータ１０１の＋入力端子の所定の閾値電圧Ｖaよりも小さい時には、コンパレータ１０１の出力はハイとなり、第１のＣＭＯＳアナログスイッチ８２はオン、第２のＣＭＯＳアナログスイッチ９２はオフとなるとともに、第２の出力端子１０５の電位がローとなる。これにより、キャンセル電流発生回路８１の出力が抵抗６３と接続されるため、キャンセル電流発生回路８１がキャンセルコイル１４Ａにキャンセル電流ｉ14Aを流し、ブリッジ回路の出力電圧を零にするように動作する。このキャンセル電流ｉ14Aにより抵抗８３の両端に発生する電圧が増幅器１０３で増幅され、第１の出力端子１０４に電流線１１に流れる電流Ｉに対応する出力電圧が得られることになる。そして、第２の出力端子１０５の出力は、第１の出力端子１０４に現れる信号が第１の電流検出素子７０Ａから得られた信号であることを示すレンジ切替信号として利用できることになる。
　次に電流線１１に流れる電流Ｉが大きくなり、第２の電流検出素子７０Ｂのキャンセルコイル１４Ｂに流れるキャンセル電流ｉ14Bにより抵抗９３の両端に発生する電圧がコンパレータ１０１の＋入力端子の所定の閾値電圧Ｖaよりも大きくなった時には、コンパレータ１０１の出力はローとなり、第１のＣＭＯＳアナログスイッチ８２はオフ、第２のＣＭＯＳアナログスイッチ９２はオンとなるとともに、第２の出力端子１０５の電位がハイとなる。これにより、キャンセル電流発生回路８１の出力は抵抗８３とは接続されなくなり、キャンセル電流発生回路９１の出力が抵抗８３および抵抗９３とに接続される。このキャンセル電流ｉ14Bにより抵抗８３および抵抗９３との両端に発生する電圧が増幅器１０３で増幅され、第１の出力端子１０４に電流線１１に流れる電流Ｉに対応する出力電圧が得られることになる。そして、第２の出力端子１０５の出力は、第１の出力端子１０４に現れる信号が第２の電流検出素子７０Ｂから得られた信号であることを示すレンジ切替信号として利用できることになる。
　図２９はコンパレータ１０１の＋入力端子の閾値電圧Ｖaを、電流線１１に流れる電流が５０Ａを越えた時に、コンパレータ１０１の出力がローに落ちるように設定した場合を例として、電流線１１に流れる電流Ｉと、第１の電流検出素子７０Ａのキャンセルコイル１４Ａに流すべきキャンセル電流ｉ14Aと、第２の電流検出素子７０Ｂのキャンセルコイル１４Ｂに流すべきキャンセル電流ｉ14Bとの和がどのように変化するかを示した図である。この図から、電流線１１に流れる電流Ｉを広い範囲にわたって、総キャンセル電流を６ｍＡ以下に抑えながら測定できることが分かる。
　以上の説明から明らかなように、本実施の形態における電流センサはキャンセル電流を抑制しながら、低電流から大電流までの広い範囲の電流を測定できる。また、キャンセル電流発生回路の最大負荷電流も低く抑えることができる。これにより、低消費電流であるとともに測定可能な電流のダイナミックレンジが大きい電流センサを提供することができるものである。また、第１の電流検出素子７０Ａと電流線１１との距離を、第２の電流検出素子７０Ｂと電流線１１との距離を実質的に同一としているために、取り付けが容易で、コンパクトに構成できるものである。
　以下、本実施の形態の別の例を説明する。図３０は本発明の実施の形態７における電流センサをＸＹ面に平行な面で切った横断面図を示したものである。図３０において、本例が上記した本実施の形態と相違する点は、第２の電流検出素子７０Ｂに磁気検出素子１３Ｂを周回する磁気ヨーク７２を配置せず、第２の電流検出素子７０Ｂのキャンセルコイル１４Ｂのターン数を第１の電流検出素子７０Ａのキャンセルコイル１４Ａのターン数より多くした点であり、その他の構成は図２４に示したものと同様である。本例においては、キャンセルコイル１４Ａのターン数を１０００ターン、キャンセルコイル１４Ｂのターン数を５０００ターンとしている。
　このように構成した電流センサにおいても、電流線１１に一定の電流が流れた時、第２の電流検出素子７０Ｂの磁気検出素子１３Ｂに発生する磁界を相殺するために流すべきキャンセル電流を、第１の電流検出素子７０Ａの磁気検出素子１３Ａに発生する磁界を相殺するために流すべきキャンセル電流よりも小さくできる。これにより、図２５の例と同様の効果が得られる。
　以下、本実施の形態のさらに別の例を説明する。図３１は本発明の実施の形態７におけるさらに別の電流センサをＸＹ面に平行な面で切った横断面図を示したものである。
　図３１において、本例が上記した本実施の形態と相違する点は、第１の電流検出素子７０Ａに磁気検出素子１３Ａを周回する磁気ヨーク７１を配置したものである。磁気ヨーク７１は磁気ヨーク７２と同様に、厚みが約１．５ｍｍで鉄あるいは鉄合金等の高透磁率材料からなるもので、第１の集磁部７１ａ、第２の集磁部７１ｂ、第３の集磁部７１ｃ、第４の集磁部７１ｄ、接続部７１ｅ，７１ｆ，７１ｇ，７１ｈを備えている。なお、図３１中で破線を記入しているのは、上記の構成要素の位置関係を分かり易く表現するためのものである。
　ここで、第１の電流検出素子７０Ａの第１の集磁部７1ａ、第２の集磁部７1ｂの幅を、第２の電流検出素子７０Ｂの第１の集磁部７２ａ、第２の集磁部７２ｂの幅よりも狭くするとともに、第１の電流検出素子７０Ａの第３の集磁部７１ｃ、第４の集磁部７１ｄの幅を、第２の電流検出素子７０Ｂの第３の集磁部７２ｃ、第４の集磁部７２ｄの幅よりも広くしている。
　このように構成することにより、第１の電流検出素子７０Ａの第１の集磁部７１ａ、第２の集磁部７１ｂの磁気抵抗を、第２の電流検出素子７０Ｂの第１の集磁部７２ａ、第２の集磁部７２ｂの磁気抵抗よりも大きくし、かつ第１の電流検出素子７０Ａの第３の集磁部７１ｃ、第４の集磁部７１ｄ間の磁気抵抗は、第２の電流検出素子７０Ｂの第３の集磁部７２ｃ、第４の集磁部７２ｄの磁気抵抗よりも小さくなるために、電流線１１に一定の電流が流れた時、第２の電流検出素子７０Ｂの磁気検出素子１３Ｂに発生する磁界を相殺するために流すべきキャンセル電流を、第１の電流検出素子７０Ａの磁気検出素子１３Ａに発生する磁界を相殺するために流すべきキャンセル電流よりもち小さくできる。これにより、図２５の例と同様の効果が得られるものである。
　（実施の形態８）
　図３２は、本発明の実施の形態８における電流センサの斜視図であり、電流線１１１に流れる電流Ｉの方向に対して垂直な面に電流センサ１１２が配置されている。電流線１１１は銅からなり、その断面が２０ｍｍ×５ｍｍの矩形形状をしたものを用い、電流センサ１１２は電流線１１１を囲む平板状の磁気ヨーク１１５と、この磁気ヨーク１１５に設けられたギャップ部１１６に配置された磁気検出素子１３と、この磁気検出素子１３を囲むキャンセルコイル１４で構成されている。
　磁気検出素子１３、キャンセルコイル１４の構成は、実施の形態２と同じであるので説明を省略する。
　磁気ヨーク１１５は、厚さ約１ｍｍの鉄ニッケル合金の平板を打ち抜いたものからなり、周回する幅を約６ｍｍとし、ギャップ部１１６のギャップ間隔も約６ｍｍとしている。ギャップ部１１６の両側には分岐部１１７が設けられ、その間のギャップ間隔を約２ｍｍに設定することにより、ギャップ部１１６よりも、分岐部１１７の間の方が磁気抵抗が小さくなるようになっている。このようにすることにより、電流線１１１に流れた電流Ｉによってその周りに磁界が発生するが、その磁束は電流線１１１を囲む磁気ヨーク１１５に流れる。このときギャップ部１１６よりも、分岐部１１７の間の方が磁気抵抗が小さくなっているために、分岐部１１７の間の方に多くの磁束が流れ、ギャップ部１１６に流れる磁束の量は少なくなる。そのため磁気検出素子１３に印加される磁束の量も少なくなるため、キャンセルコイル１４に流す電流も少なくて済み、消費電力を低減することができる。
　なお、磁気検出素子１３は、図３３のように電流線１１１の中心に対してほぼ点対称になるように複数個配置することが望ましい。このようにすることにより、地磁気等の外乱の影響を低減することができ、電流センサ１１２の精度を向上させることができる。
　このように磁気検出素子１３を構成すると、磁気を感じる方向が絶縁基板１２１の面方向となるため、磁気検出素子１３を磁気ヨーク１１５のギャップ部１１６に、磁気ヨーク１１５の面方向と絶縁基板１２１の面方向がほぼ平行になるように磁気検出素子１３を配置する。
　以上のように磁気ヨーク１１５の面方向と絶縁基板１２１の面方向がほぼ平行となるようにすることにより、電流センサ１１２の組み立てが容易になるとともに、位置ずれによる検出精度の劣化も防ぐことができる。また、磁気ヨーク１１５と磁気抵抗素子２０ａ～２０ｄ（図４Ａ参照）とが同じ平面上になるようにすることにより、磁気ヨーク１１５の厚さを薄くしても十分に機能させることができ、電流センサ１１２の小型化を実現することができる。
　以上のように構成することにより、電流線に大電流を流すものであっても、磁性体コアに分岐部を設けることによりキャンセル電流を低減できるとともに、組み立てを容易なものとし、さらに小型化も実現することができる。
　なお、実施の形態１～実施の形態７においては電流線１１の一面上に電流センサを配置しているが、さらにその反対側の面にも同様の電流センサを配置しても良い。このようにすることにより、地磁気等の外乱の影響をキャンセルすることができ、さらに精度を向上させることができる。
　また、実施の形態１～実施の形態７においては電流線をその断面が矩形形状のものを用いたが、断面が円形のものを用いても構わない。この場合、電流線の径方向に磁気検出素子を配置することにより、同様の効果を得ることができる。
　本発明に係る電流センサは、大電流にも対応でき、小型で消費電力の小さい電流センサを提供することができ、産業上有用である。
　１１　　電流線
　１２，５０，５２，５４，６０，６５，７０，７０Ａ，７０Ｂ，１１２　　電流センサ
　１３，１３Ａ，１３Ｂ　　磁気検出素子
　１４，１４Ａ，１４Ｂ　　キャンセルコイル
　１５，５３，５５，６１，６６，６７，６８，７１，７２　　磁気ヨーク
　１５ａ，５３ａ，５５ａ，６１ａ，６７ａ，６８ａ，７１ａ，７２ａ　　第１の集磁部
　１５ｂ，５３ｂ，５５ｂ，６１ｂ，６７ｂ，６８ｂ，７１ｂ，７２ｂ　　第２の集磁部
　１５ｃ，５３ｃ，５５ｃ，６１ｃ，６７ｃ，６８ｃ，７１ｃ，７２ｃ　　第３の集磁部
　１５ｄ，５３ｄ，５５ｄ，６１ｄ，６７ｄ，６８ｄ，７１ｄ，７２ｄ　　第４の集磁部
　１５ｅ～１５ｈ，５３ｅ～５３ｈ，５５ｅ～５５ｈ，６１ｅ～６１ｈ，６７ｅ～６７ｈ，６８ｅ～６８ｈ，７１ｅ～７１ｈ，７２ｅ～７２ｈ　　接続部
　１５ｊ　　ギャップ
　２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄ　　磁気抵抗素子
　２１　　絶縁基板
　２２ａ　　入力電極
　２２ｂ　　第１の出力電極
　２２ｃ　　グランド電極
　２２ｄ　　第２の出力電極
　２３ａ，２３ｂ　　絶縁層
　２４　　薄膜磁石
　２６　　電源
　２７　　検出部
　２８　　電流制御部
　２９　　出力変換部
　３０　　負荷抵抗
　３１　　出力端子
　５６　　突起部
　７０Ａ　　第１の電流検出素子
　７０Ｂ　　第２の電流検出素子
　１１６　　ギャップ部
　１１７　　分岐部

Claims (10)

  1. 電流線の一面上に配置され、前記電流線を流れる電流により発生する被測定磁界を検出する磁気検出素子と、
    前記被測定磁界とほぼ平行に位置する第１と第２の集磁部と、前記第１の集磁部と前記第２の集磁部の一端に挟まれ略直交する方向に位置する第３の集磁部と、前記第１の集磁部と前記第２の集磁部の他端に挟まれ略直交する方向に位置する第４の集磁部と、前記第１の集磁部及び前記第２の集磁部と前記第３の集磁部及び前記第４の集磁部とをつなぐ接続部とからなる磁気ヨークとを備え、
    前記磁気検出素子は、前記第３の集磁部と前記第４の集磁部の間に配置された電流センサ。
  2. 巻回軸が前記電流線を流れる電流と略直交するように巻かれて前記磁気検出素子を囲むように配置されたキャンセルコイルをさらに備え、前記キャンセルコイルに補償電流を流すことにより発生した磁界により前記磁気検出素子内の前記被測定磁界を相殺することで前記電流線に流れる電流を検出する請求項１に記載の電流センサ。
  3. 前記第１の集磁部の両端部および前記第２の集磁部の両端部に前記接続部の端部よりも外側の方に延伸した突起部を設けた請求項２に記載の電流センサ。
  4. 前記接続部内に分割部を有し、前記磁気ヨークを前記第３の集磁部または前記第４の集磁部を含む少なくとも２つの部分に分割した請求項２または請求項３のいずれか１項に記載の電流センサ。
  5. 前記第３の集磁部および前記第４の集磁部のいずれか一方が、前記キャンセルコイルの内側までの延伸している請求項２に記載の電流センサ。
  6. 前記磁気ヨークは、第１の磁気ヨークと第２の磁気ヨークを上下に張り合わせてなり、前記第１の磁気ヨークは前記第３の集磁部が前記磁気検出素子の方向に延伸し、前記第２の磁気ヨークは前記第４の集磁部が前記磁気検出素子の方向に延伸していることを特徴とする請求項２に記載の電流センサ。
  7. 電流線の一面上から所定の間隔だけ離して配置され、前記電流線を流れる電流により発生する被測定磁界を検出する第１の磁気検出素子と、前記第１の磁気検出素子を囲む第１のキャンセルコイルとを含み、前記第１のキャンセルコイルに第１のキャンセル電流を流して発生する磁界によって、前記第１の磁気検出素子に発生する前記被測定磁界を相殺することで前記電流線に流れる電流を検出する第１の電流検出素子と、
    前記電流線の前記一面上に、前記第１の電流検出素子と実質的に同じ間隔だけ離して配置され、前記電流線を流れる電流により発生する被測定磁界を検出する第２の磁気検出素子と、前記第２の磁気検出素子を囲む第２のキャンセルコイルとを含み、前記第２のキャンセルコイルに前記第１のキャンセル電流よりも小さい第２のキャンセル電流を流して発生する磁界によって、前記第２の磁気検出素子に発生する前記被測定磁界を相殺することで前記電流線に流れる電流を検出する第２の電流検出素子とを備え、
    前記第２のキャンセルコイルに流れる電流が所定の値以下である場合には前記第１の電流検出素子の出力信号を電流検出出力として選択し、
    前記第２のキャンセルコイルに流れる電流が所定の値以上である場合には前記第１のキャンセルコイルに流す電流を遮断し、前記第２の電流検出素子の出力信号を電流検出出力として選択することを特徴とする電流センサ。
  8. 前記第２の電流検出素子の前記磁気検出素子は、第２のキャンセルコイルの外側で前記電流線を流れる電流によって発生する前記被測定磁界とほぼ平行に位置する第１と第２の集磁部と、前記第１の集磁部と前記第２の集磁部の一端に挟まれ略直交する方向に位置する第３の集磁部と、前記第１の集磁部と前記第２の集磁部の他端に挟まれ略直交する方向に位置する第４の集磁部と、前記第１の集磁部及び前記第２の集磁部と前記第３の集磁部及び前記第４の集磁部とをつなぐ接続部とからなる磁気ヨークによって周回されている請求項７に記載の電流センサ。
  9. 電流線を流れる電流により発生する被測定磁界を検出することにより前記電流線を流れる電流を測定する電流センサであって、前記電流センサは前記電流が流れる方向に対して垂直な面に配置され、前記電流線を囲む平板状の磁気ヨークと、この磁気ヨークに設けられたギャップ部に配置された磁気検出素子とからなり、前記磁気ヨークには前記ギャップ部近傍に、前記ギャップ部よりも磁気抵抗の小さい分岐部を設け、前記磁気検出素子は絶縁基板上に磁気抵抗素子を形成したものであり、前記絶縁基板の面方向は前記磁気ヨークの面方向とほぼ平行になるように構成したことを特徴とする電流センサ。
  10. 前記電流線の中心に対してほぼ点対称になるように前記磁気検出素子を配置したことを特徴とする請求項９に記載の電流センサ。
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