WO2018012034A1 - 電流センサ - Google Patents

Abstract

磁気センサ１３０が、ｘ方向において第２電線１８０と重なる位置に配置されており、磁界成形部材１４０が、ｚ方向に直交する平面に略平行に広がる板状部材であり、磁界成形部材１４０が、磁気センサ１３０に対向する外面を含み、外面と磁気センサ１３０の感度軸の向きとがｘ方向に略平行であり、固定部材１２０が、磁気センサ１３０と磁界成形部材１４０とを、第１電線１１０に対してｚ方向の同じ側で近接して固定し、固定部材１２０が、第１電線１１０の少なくとも一部と磁気センサ１３０の少なくとも一部と磁界成形部材１４０の少なくとも一部とをｚ方向において重なる位置に離間して固定する。

Description

電流センサ

　本発明は、電流センサに関するものである。

　電線に流れる電流により発生する磁界を、電線付近に配置した磁気センサで検出する電流センサが知られている。磁気センサの大きさに比べて大きな直径をもつ電線が測定対象となる場合、電流が流れる方向に直交する方向に磁気センサがずれても、磁気センサ付近における磁束のベクトルの方向は大きく変化しない。

特開２０１５－１１１０７号公報 特開２０１４－７７６８２号公報

　しかしながら、特許文献１に記載のように、断面の厚さが幅に比べて小さい電線が測定対象となる場合、電線の周りに楕円形の磁束線が形成される。そのため、幅方向の一端側に配置された磁気センサが厚さ方向にわずかにずれた場合でも、磁気センサ付近における磁束のベクトルの方向が大きく変化するという不利益がある。

　また、特許文献１に記載のように、測定対象の電線に隣接して、測定対象外の電線が配置されている場合、測定対象外の電線から発生する磁界により磁気センサが影響を受ける。測定対象外の電線による影響を低減するには、特許文献１に記載のように、磁気センサの感度軸の方向と測定対象外の電線から発生する磁界の方向とを直交させることが考えられる。しかし、特許文献１の方法では、極めて限定された位置に正確に磁気センサを配置しなければならないという不利益がある。

　そこで、特許文献２に記載のように、電線を囲むように環状のコアを配置し、磁路中に形成されたコアの切れ目に磁気センサを配置することにより、磁気センサの位置ずれによる影響を低減する方法がある。しかしながら、電線に流れる電流が大きい場合、磁界を正確に測定するには、断面積の大きなコアを使用する必要があり、電流センサが大型化し、高コスト化するという不利益がある。

　本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、小型化を図りつつ、位置ずれによる影響を抑えて高精度に磁界を検出できる電流センサを提供することにある。

　本発明は、第１方向における厚みより第１方向に直交する第２方向における幅が大きい第１電線と、第１方向における厚みより第２方向における幅が大きい第２電線と、第１電線を流れる電流により発生する磁界を検出する磁気センサと、軟質磁性体を含み磁界を成形する磁界成形部材と、第１電線と磁気センサと磁界成形部材とを固定する固定部材と、を備え、磁気センサが、第１方向において第２電線と重なる位置に配置されており、磁界成形部材が、第２方向に直交する平面に略平行に広がる板状部材であり、磁界成形部材が、磁気センサに対向する外面を含み、外面と磁気センサの感度軸の向きとが第１方向に略平行であり、固定部材が、磁気センサと磁界成形部材とを、第１電線に対して第２方向の同じ側で近接して固定し、固定部材が、第１電線の少なくとも一部と磁気センサの少なくとも一部と磁界成形部材の少なくとも一部とを第２方向において重なる位置に離間して固定する、電流センサである。

　本実施形態によれば、磁界成形部材により磁気センサの近傍における磁束のベクトルが安定し、互いに固定された磁気センサと磁界成形部材とが、第１電線と第２電線とに対してわずかに位置ずれした場合でも、磁気センサの近傍における磁束のベクトルが変わりにくい。特に、第２電線に流れる電流により発生する磁束が、磁界成形部材付近で第１外面の法線方向に近くなるので、磁気センサがｚ方向において第２電線の中央からずれている場合でも、第２電線が発生する磁束の影響を受けにくい。従って、コアを使用する場合に比べて小型化を図りつつ、位置ずれによる影響を抑えて高精度に磁界を検出できる。

　好適には本発明の電流センサにおいて、磁気センサが、第１方向において磁界成形部材の略中央に配置されている。

　この構成によれば、磁気センサが、第１方向において磁界成形部材の略中央に配置されているので、感度軸の方向に平行な磁束の成分が多い位置に磁気センサが配置される。その結果、他の位置に配置する場合に比べて、第１電線と磁気センサとの位置ずれによる磁気センサの感度の変化を抑えられる。

　好適には本発明の電流センサにおいて、磁界成形部材の第１方向における幅が、第１電線の第１方向における厚みよりも大きい。

　この構成によれば、磁界成形部材の第１方向における幅が、第１電線の第１方向における厚みよりも大きく、磁界成形部材がなければ第１電線と磁気センサとの第１方向の位置ずれの影響が大きい場合でも、磁界成形部材により、第１電線と磁気センサとの位置ずれによる磁気センサの感度の変化を抑えられる。

　好適には本発明の電流センサにおいて、磁界成形部材が、第１電線と磁気センサとの間に位置する。

　この構成によれば、磁界成形部材が、第１電線と磁気センサとの間に位置しているので、磁界成形部材がない場合に比べて磁気センサ付近の磁束密度が小さく、磁気センサで大電流まで計測することができる。

　好適には本発明の電流センサにおいて、磁気センサが、第１電線と磁界成形部材との間に位置する。

　この構成によれば、磁気センサが第１電線と磁界成形部材との間に位置しているので、磁界成形部材を同じ位置に配置して磁界成形部材を第１電線と磁気センサとの間に配置する場合に比べて、小型化できる。また、磁界が磁界成形部材により遮られにくいので、信号対ノイズ比を低減することができ、磁気センサで小さな磁界変化を検出しやすくなる。

　好適には本発明の電流センサにおいて、２つの磁界成形部材を備え、磁気センサが、１つの磁界成形部材と他の１つの磁界成形部材との間に位置する。

　この構成によれば、磁界成形部材が、第１電線と磁気センサとの間に位置しているので、磁界成形部材がない場合に比べて磁気センサ付近の磁束密度が小さく、磁気センサで大電流まで計測することができ、さらに、磁気センサの両側に磁界成形部材が配置されているので、磁界成形部材が１つの場合に比べて、位置ずれに対する磁気センサ付近の磁束のベクトルの変化が小さい。

　好適には本発明の電流センサにおいて、固定部材が、第１基板と第２基板とを含み、磁界成形部材が、第１基板に固定されており、磁気センサが、第２基板に固定されており、第１基板と第２基板とが、熱溶着により相互に固定されている。

　この構成によれば、磁界成形部材を固定した第１基板と磁気センサを固定した第２基板とを別々に用意することで、１つの基板に固定した場合に比べて設計の自由度が高く、熱溶着で第１基板と第２基板とが固定されているので、磁界成形部材と磁気センサとを高い位置精度で固定することができる。

　本発明によれば、小型化を図りつつ、位置ずれによる影響を抑えて高精度に磁界を検出できる。

本発明の第１実施形態の電流センサの斜視図である。 図１の２－２線における電流センサの断面図である。 比較例において、電線の中心と磁気センサの中心とが略一致しているときの、磁束のベクトルと磁気センサとの関係を示す概略図である。 比較例において、電線の中心と磁気センサの中心とがずれているときの、磁束のベクトルと磁気センサとの関係を示す概略図である。 第１実施形態において、電線の中心と磁気センサの中心とが略一致しているときの、磁束のベクトルと磁気センサとの関係を示す概略図である。 第１実施形態において、電線の中心と磁気センサの中心とがずれているときの、磁束のベクトルと磁気センサとの関係を示す概略図である。 実験における位置ずれと感度誤差との関係を示すグラフである。 第１変形例の構成を示す部分断面図である。 第２変形例の構成を示す部分断面図である。 本発明の第２実施形態の電流センサの断面図である。 本発明の第３実施形態の電流センサの断面図である。 実験における位置ずれと隣接影響変動との関係を示すグラフである。 比較例における、磁束のベクトルと磁気センサとの関係を示す概略図である。 第１実施形態における、磁束のベクトルと磁気センサとの関係を示す概略図である。

（第１実施形態）
　以下、本発明の第１実施形態に係る電流センサについて説明する。図１は、本実施形態の電流センサ１００の斜視図である。図２は、図１の２－２線を通り、ｘｚ平面に平行な断面における電流センサ１００の断面図である。

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

　図２に示すように、電流センサ１００は、ｘ方向における厚みよりｚ方向における幅が大きい第１電線１１０と、固定部材１２０と、第１電線１１０を流れる電流により発生する磁界を検出する磁気センサ１３０と、軟質磁性体を含み磁界を成形する磁界成形部材１４０と、ｘ方向における厚みよりｚ方向における幅が大きい第２電線１８０（隣接電線とも呼ばれる）とを含む。固定部材１２０は、第１電線１１０と磁気センサ１３０と磁界成形部材１４０とを固定する。第２電線１８０は、図示しない固定部材により、第１電線１１０と磁気センサ１３０と磁界成形部材１４０とに対して固定されている。

（第１電線）
　図１に示すように、第１電線１１０は、磁気センサ１３０付近でｙ方向に直線的に延びている。本実施形態の第１電線１１０は、インバータに搭載されたバスバーである。第１電線１１０は、ｚ方向に所定幅をもつ通常領域１１１と、通常領域１１１のｙ方向の途中に部分的に設けられた狭領域１１２とを含む。狭領域１１２のｚ方向の幅は、通常領域１１１のｚ方向の幅よりも小さい。狭領域１１２のｚ２側端縁は、通常領域１１１のｚ２側端縁からｙ方向に直線的かつ連続的に形成されている。狭領域１１２のｚ１側端縁は、通常領域１１１のｚ１側端縁からｚ方向にずれた位置に形成されている。図２に示すように、狭領域１１２は、ｘｚ平面に平行な断面で見ると、各辺がｘ方向とｚ方向とのいずれかに沿った略直方体である。

（第２電線）
　図１に示すように、第２電線１８０は、ｙ方向に直線的に延びている。本実施形態の第２電線１８０は、インバータに搭載されたバスバーである。図２に示すように、第２電線１８０は、ｘｚ平面に平行な断面で見ると、各辺がｘ方向とｚ方向とのいずれかに沿った略直方体である。第２電線１８０は全体的に、第１電線１１０の通常領域１１１と同様の形状をもつ。ｚ方向における第２電線１８０の両端の位置は、ｚ方向における第１電線１１０の通常領域１１１の両端の位置と略同一である。図２に示すように、第２電線１８０は、第１電線１１０をｘ１方向に平行移動させたものに類似しているが、狭領域１１２とｘ方向において重なる部分においても、ｚ方向の幅が通常領域１１１と同じである点で異なる。

（固定部材）
　図１に示すように、固定部材１２０は、主固定部材１２１と第１基板１２２と第２基板１２３とを含み、絶縁材料で形成されている。

　主固定部材１２１は、ｙ方向に所定の長さにわたって、密着して狭領域１１２を囲んでいる。主固定部材１２１は、狭領域１１２のｚ１側端縁よりｚ１側に、ｘｙ平面に平行な上面１２４をもつ。主固定部材１２１は、上面１２４からｚ１方向に突出した４つの爪１２５をもつ。

　第１基板１２２は、ｘｙ平面に平行に広がった平板状部材であり、主固定部材１２１の爪１２５により、上面１２４に固定可能である。図２に示すように、第１基板１２２の内部には、後述の磁界成形部材１４０が、埋設されて固定されている。第１基板１２２と主固定部材１２１とは、着脱可能である。図１に示すように、第２基板１２３は、第１基板１２２のｚ１側で、ｘｙ平面に平行に広がった平板状部材である。第２基板１２３のｚ１側の面には、後述の磁気センサ１３０が固定されている。

　固定部材１２０は、さらに４つのボス１２６を含む。第１基板１２２と第２基板１２３とは、４つのボス１２６により、製造時に熱溶着により相互に固定されている。第２基板１２３は、第１基板１２２のｚ１側で熱溶着されている。第１基板１２２と第２基板１２３との間に隙間があるので、発生する熱が逃げやすい。

（磁気センサ）
　図２に示す磁気センサ１３０は、磁気抵抗効果素子やホール素子などの磁電変換素子で構成されている。磁気センサ１３０は、ｙｚ平面に平行な平面を中心として対称的な形状をもち、ｘ方向を感度軸の方向とする。磁気センサ１３０のｘ方向の中心が、第１電線１１０のｘ方向の中心に一致している。磁気センサ１３０は、第１電線１１０のｚ１側に離間して配置されている。

（磁界成形部材）
　磁界成形部材１４０は、ｚ方向において第１電線１１０と磁気センサ１３０との間に位置する。磁界成形部材１４０は、第１基板１２２内部でｘｙ平面に略平行に広がる板状部材である。磁界成形部材１４０は、各面がｘｙ平面とｙｚ平面とｘｚ平面とのいずれかに平行な略直方体である。磁界成形部材１４０は、ｘｙ平面に平行なｚ１側の第１外面１４１と、ｘｙ平面に平行なｚ２側の第２外面１４２とをもつ。第１外面１４１は、磁気センサ１３０に対向する。第１外面１４１と磁気センサ１３０の感度軸の向き（すなわち、ｘ方向）とは、いずれも、ｘ方向に略平行である。第２外面１４２は、第１電線１１０に対向する。

（相対的な位置関係）
　固定部材１２０は、磁気センサ１３０と磁界成形部材１４０とを、第１電線１１０に対してｚ方向の同じ側（すなわち、ｚ１側）で近接して固定する。磁界成形部材１４０は、第１電線１１０と磁気センサ１３０との間に位置する。磁界成形部材１４０は、ｘ方向において第１電線１１０の略中央に配置されている。磁気センサ１３０は、ｘ方向において磁界成形部材１４０の略中央に配置されている。すなわち、ｘ方向において、第１電線１１０の中心と、磁気センサ１３０の中心と、磁界成形部材１４０の中心とは、略一致する。

　固定部材１２０は、第１電線１１０の少なくとも一部と磁気センサ１３０の少なくとも一部と磁界成形部材１４０の少なくとも一部とをｚ方向において重なる位置に離間して固定する。磁気センサ１３０と磁界成形部材１４０との各々のｘ方向における幅は、第１電線１１０のｘ方向における厚みよりも大きい。磁界成形部材１４０のｘ方向における幅は、磁気センサ１３０のｘ方向における幅よりも大きい。磁気センサ１３０は、ｘ方向において、磁界成形部材１４０に重ならない。

　磁気センサ１３０と磁界成形部材１４０とは、いずれも、ｘ方向において第２電線１８０と重なる位置に配置されている。すなわち、磁気センサ１３０と磁界成形部材１４０とは、第２電線１８０のｚ１側端部よりもｚ２側に位置する。

（第１電線による磁界）
　図３は、磁界成形部材１４０がない比較例の場合の、第１電線１１０を流れる電流により発生する磁束のベクトルと磁気センサ１３０との関係を示す概略図である。図３の場合、ｘ方向において、第１電線１１０の中心と磁気センサ１３０の中心とが略一致している。従って、磁気センサ１３０における磁束のベクトルの方向（矢印１６１で示す方向）は、ｘ方向に略平行である。

　図４は、磁界成形部材１４０がない比較例の場合の、第１電線１１０を流れる電流により発生する磁束のベクトルと磁気センサ１３０との関係を示す概略図である。図４の場合、ｘ方向において、磁気センサ１３０の中心は、第１電線１１０の中心からｘ１方向にずれている。例えば、バスバーである第１電線１１０が、インバータなどの大電流を必要とする機器に接続されている場合、第１電線１１０に流れる電流により電流センサ１００の構成要素や周辺部材が熱膨張し、このようなずれが発生する。

　第１電線１１０はｘ方向の厚みよりもｚ方向の幅のほうが大きい。そのため、第１電線１１０のｘ方向の両側では、ｚ方向の位置が変わっても磁束のベクトルが大きく変化しない。これに対して、第１電線１１０のｚ方向の両側では、ｘ方向の位置の変化に対する磁束のベクトルの向きの変化が大きい。すなわち、図４の例では、磁気センサ１３０における磁束のベクトルの方向（矢印１６２で示す方向）は、ｘ方向に平行ではない。その結果、磁束のベクトルのｘ方向の成分が図３の場合に比べて小さくなり、図３と同じ大きさの電流が第１電線１１０に流れても、検出値は小さくなる。

　図５は、磁界成形部材１４０がある本実施形態の場合の、第１電線１１０を流れる電流により発生する磁束のベクトルと磁気センサ１３０との関係を示す概略図である。図５の場合、ｘ方向において、第１電線１１０の中心と磁気センサ１３０の中心と磁界成形部材１４０の中心とが略一致している。全体としてｘ方向の中心を通りｙｚ平面に平行な平面を中心として対称的であるため、磁束のベクトルも同じ平面を中心として対称的となる。従って、磁気センサ１３０における磁界の方向（矢印１６３で示す方向）は、ｘ方向に略平行である。

　図６は、磁界成形部材１４０がある本実施形態の場合の、第１電線１１０を流れる電流により発生する磁束のベクトルと磁気センサ１３０との関係を示す概略図である。図６の場合、ｘ方向における磁気センサ１３０の中心と磁界成形部材１４０の中心とが、ｘ方向における第１電線１１０の中心からｘ１方向にずれている。ｘ方向において、磁気センサ１３０の中心と磁界成形部材１４０の中心とは略一致している。磁気センサ１３０と磁界成形部材１４０とは、固定部材１２０において製造時に熱溶着で固定されているので、大きくずれない。しかし、磁気センサ１３０及び磁界成形部材１４０と第１電線１１０とは着脱可能であるため、熱膨張などでずれるおそれがある。

　磁界成形部材１４０は、軟質磁性体で形成されているので、周辺の磁界を成形する力が大きい。磁界成形部材１４０の周辺における磁界のベクトルは、磁界成形部材１４０がｘ方向にわずかに移動しても、磁界成形部材１４０が無い場合に比べると大きく変化しない。磁気センサ１３０は、その成形された磁界の中に固定されているため、図５の場合と図６の場合とで、磁気センサ１３０付近の磁束のベクトルは大きく変わらない。すなわち、磁気センサ１３０と第１電線１１０とのｘ方向の位置がずれたとしても、磁気センサ１３０における磁界の方向（矢印１６４で示す方向）は、ｘ方向に略平行に維持される。

　図７は、実験における位置ずれ（横軸）と感度誤差（縦軸）との関係を示すグラフである。位置ずれは、ｘ方向における磁気センサ１３０の中心と第１電線１１０の中心とのずれをｍｍで表す。感度誤差は、位置ずれ０ｍｍの場合の測定値に対する測定値の変化量の比率をパーセントで表す。なお、各位置の測定値が、位置ずれ０ｍｍの場合の測定値より小さい場合、感度誤差はマイナスで表される。図１に示す狭領域１１２のｚ方向の幅は１０ｍｍ、狭領域１１２のｘ方向の厚みは２ｍｍ、磁界成形部材１４０と第１電線１１０とのｚ方向の間隔は１ｍｍ、磁界成形部材１４０のｚ方向の厚みは１ｍｍ、磁気センサ１３０と第１電線１１０とのｚ方向の間隔は２．５ｍｍとした。

　グラフ１７１は、図３及び図４に示す比較例の場合を表す。グラフ１７２は、図５及び図６に示す本実施形態の場合を表す。グラフ１７１とグラフ１７２とのいずれも、位置ずれが大きくなるほど、感度誤差が小さくなる（すなわち、位置ずれ０ｍｍの場合の測定値に対するずれが大きくなる）。本実施形態（グラフ１７２）の場合のほうが、比較例（グラフ１７１）の場合よりも感度誤差の変化が小さい。すなわち、比較例の場合よりも、本実施形態の方が、ｘ方向の位置ずれによる測定値への影響が小さい。

（第２電線による磁界）
　まず、本実施形態とは異なり、磁界成形部材１４０（図２）がない比較例の場合について考える。図１３は、比較例の場合の、第２電線１８０を流れる電流により発生する磁束のベクトルと磁気センサ１３０及び第１電線１１０との関係を示す概略図である。図１３に示すように、ｘｚ平面に平行な断面で見たとき、第２電線１８０の周囲にも、楕円状に磁束線（矢印１９１及び矢印１９２で示される）が形成される。第２電線１８０のｚ方向における中央とｘ方向に対向する位置で、第２電線１８０による磁界がｚ方向に略平行となる。

　磁界成形部材１４０（図２）がない場合、磁気センサ１３０に対する第２電線１８０の磁界による影響をできるだけ除外するには、第２電線１８０のｚ方向中央部分に対向して、磁気センサ１３０を配置することが好ましい。そのためには、狭領域１１２のｚ方向の幅を、通常領域１１１のｚ方向の幅の半分未満にする必要がある。また、磁気センサ１３０がｚ方向にずれると、第２電線１８０による磁束のベクトルのｘ方向成分が変化して、測定値への影響度が変化する。

　磁界成形部材１４０（図２）がない場合、狭領域１１２のｚ方向の幅を大きくすると、第２電線１８０のｚ方向中央からｚ方向にずれた位置に磁気センサ１３０を配置する必要がある。図１３に示すように第２電線１８０のｚ方向中央からｚ方向にずれた位置では、磁気センサ１３０における第２電線１８０による磁界のベクトルがｚ方向に平行ではない。従って、磁気センサ１３０が第２電線１８０による磁界の影響を受けやすい。また、磁気センサ１３０がｚ方向にずれると、第２電線１８０による磁束のベクトルのｘ方向成分が変化して、測定値への影響度が変化する。

　次に、本実施形態のように、磁界成形部材１４０（図２）がある場合について考える。図１４は、本実施形態の場合の、第２電線１８０を流れる電流により発生する磁束のベクトルと磁気センサ１３０及び第１電線１１０との関係を示す概略図である。磁界成形部材１４０は、磁界を成形する力が強いため、図１３の矢印１９１及び矢印１９２に示すように、磁界成形部材１４０付近では、第２電線１８０による磁界は、ｚ方向に略平行に固定される。磁気センサ１３０と磁界成形部材１４０とが、第２電線１８０に対してｚ方向にわずかに位置ずれした場合でも、第２電線１８０による磁気センサ１３０付近の磁界は大きく変わらない。従って、第２電線１８０のｚ方向中央からｚ方向にずれた位置に磁気センサ１３０を配置しても、磁気センサ１３０は、第２電線１８０による影響を受けにくく、ｚ方向にわずかに移動しても測定値への影響度が変化しにくい。

（まとめ）
　本実施形態によれば、磁界成形部材１４０により磁気センサ１３０の近傍における磁束のベクトルが安定し、互いに固定された磁気センサ１３０と磁界成形部材１４０とが、第１第１電線１１０と第２電線１８０とに対してわずかに位置ずれした場合でも、磁気センサ１３０の近傍における磁束のベクトルが変わりにくい。特に、第２電線１８０に流れる電流により発生する磁束が、磁界成形部材１４０付近で第１外面１４１の法線方向に近くなるので、磁気センサ１３０がｚ方向において第２電線１８０の中央からずれている場合でも、第２電線１８０が発生する磁束の影響を受けにくい。従って、コアを使用する場合に比べて小型化を図りつつ、位置ずれによる影響を抑えて高精度に磁界を検出できる。

　本実施形態によれば、磁気センサ１３０が、ｘ方向において磁界成形部材１４０の略中央に配置されているので、感度軸の方向に平行な磁束の成分が多い位置に磁気センサ１３０が配置される。その結果、他の位置に配置する場合に比べて、第１電線１１０と磁気センサ１３０との位置ずれによる磁気センサ１３０の感度の変化を抑えられる。

　本実施形態によれば、磁界成形部材１４０のｘ方向における幅が、第１電線１１０のｘ方向における厚みよりも大きく、磁界成形部材１４０がなければ第１電線１１０と磁気センサ１３０とのｘ方向の位置ずれの影響が大きい場合でも、磁界成形部材１４０により、第１電線１１０と磁気センサ１３０との位置ずれによる磁気センサ１３０の感度の変化を抑えられる。

　本実施形態によれば、磁界成形部材１４０が、第１電線１１０と磁気センサ１３０との間に位置しているので、磁界成形部材１４０がない場合に比べて磁気センサ１３０付近の磁束密度が小さく、磁気センサ１３０で大電流まで計測することができる。

　本実施形態によれば、磁界成形部材１４０を固定した第１基板１２２と磁気センサ１３０を固定した第２基板１２３とを別々に用意することで、１つの基板に固定した場合に比べて設計の自由度が高く、熱溶着で第１基板１２２と第２基板１２３とが固定されているので、磁界成形部材１４０と磁気センサ１３０とを高い位置精度で固定することができる。

（第１実施形態の第１変形例）
　図８は、図２と同じ断面における第１変形例の部分断面図である。第１変形例では、図２に示す第１基板１２２、第２基板１２３、ボス１２６、磁気センサ１３０、及び磁界成形部材１４０の代わりに、それぞれ、図８に示す第１基板２２２、第２基板２２３、ボス２２６、磁気センサ２３０、及び磁界成形部材２４０が使用される。

　第１実施形態（図２）では、磁気センサ１３０が第２基板１２３のｚ１側に固定されているのに対し、第１変形例（図８）では、磁気センサ２３０が第２基板２２３のｚ２側に固定されている。そのため、第１変形例（図８）のボス２２６は、第１実施形態（図２）のボス１２６よりｚ方向に長く、第１変形例（図８）における第１基板２２２と第２基板２２３とのｚ方向の間隔は、第１実施形態（図２）における第１基板１２２と第２基板１２３とのｚ方向の間隔よりも大きい。その他の構成は、第１実施形態と同様である。

　第１変形例でも、図８に示す磁界成形部材２４０及び磁気センサ２３０と、図２に示す第１電線１１０及び第２電線１８０との相対的な位置関係は、第１実施形態の場合と同じであるので、第１実施形態と同様の効果が得られる。

（第１実施形態の第２変形例）
　図９は、図２と同じ断面における第２変形例の部分断面図である。第２変形例では、図２に示す第１基板１２２、第２基板１２３、ボス１２６、磁気センサ１３０、及び磁界成形部材１４０の代わりに、それぞれ、図９に示す第１基板３２２、第２基板３２３、係止爪３２６、磁気センサ３３０、及び磁界成形部材３４０が使用される。

　第１実施形態（図２）では、第２基板１２３がボス１２６で第１基板１２２に固定されているのに対し、第２変形例（図９）では、第２基板３２３が係止爪３２６で第１基板３２２に固定されている。第１基板１２２のｚ１側の面と第２基板３２３のｚ２側の面とが密着しているので、第１基板１２２と第２基板３２３とをより強固に固定できる。その他の構成は、第１実施形態と同様である。

　第２変形例でも、図９に示す磁界成形部材３４０及び磁気センサ３３０と、図２に示す第１電線１１０及び第２電線１８０との相対的な位置関係は、第１実施形態の場合と同じであるので、第１実施形態と同様の効果が得られる。

（第２実施形態）
　次に、本発明の第２実施形態に係る電流センサについて説明する。図１０は、図２と同じ断面における第２実施形態の電流センサ４００の断面図である。第２実施形態（図１０）の第１電線４１０、通常領域４１１、狭領域４１２、固定部材４２０、主固定部材４２１、第１基板４２２、第２基板４２３、上面４２４、爪４２５、ボス４２６、磁気センサ４３０、磁界成形部材４４０、第１外面４４１、第２外面４４２、及び第２電線４８０は、それぞれ、第１実施形態（図２）の第１電線１１０、通常領域１１１、狭領域１１２、固定部材１２０、主固定部材１２１、第１基板１２２、第２基板１２３、上面１２４、爪１２５、ボス１２６、磁気センサ１３０、磁界成形部材１４０、第１外面１４１、第２外面１４２、及び第２電線１８０に対応する。

　第１実施形態（図２）と第２実施形態（図１０）との大きな違いは、磁界成形部材４４０と磁気センサ４３０との位置である。以下、第１実施形態（図２）と第２実施形態（図１０）との相違点を中心に説明する。

　第１実施形態（図２）と同様に、第２実施形態（図１０）の第１基板４２２の内部には、磁界成形部材４４０が埋設されて固定されている。第１実施形態（図２）と同様に、第２実施形態（図１０）の第２基板４２３のｚ１側の面には、磁気センサ４３０が固定されている。ただし、第１実施形態（図２）とは異なり、第２実施形態（図１０）の第１基板４２２は、第２基板４２３のｚ１側に位置する。磁気センサ４３０は、ｚ方向において第１電線４１０と磁界成形部材４４０との間に位置する。

　磁界成形部材４４０は、第１基板４２２内部でｘｙ平面に略平行に広がる、軟質磁性体で形成された板状部材である。磁界成形部材４４０は、各面がｘｙ平面とｙｚ平面とｘｚ平面とのいずれかに平行な略直方体である。磁界成形部材４４０は、ｘｙ平面に平行なｚ２側の第１外面４４１と、ｘｙ平面に平行なｚ１側の第２外面４４２とをもつ。第１外面４４１は、磁気センサ４３０に対向する。第１外面４４１と磁気センサ４３０の感度軸の向き（すなわち、ｘ方向）とは、いずれも、ｘ方向に略平行である。

　第１基板４２２、第２基板４２３との間は、製造時にボス４２６を介して熱溶着されている。第２基板４２３のｚ２側の面を主固定部材４２１の上面４２４に密着させた状態で、第１基板４２２が、爪４２５により主固定部材４２１に固定されている。

　第１実施形態（図２）と同様に、第２実施形態（図１０）の磁界成形部材４４０の周辺における磁界のベクトルは、磁界成形部材４４０がｘ方向にわずかに移動しても、磁界成形部材４４０が無い場合に比べると大きく変化しない。磁気センサ４３０は、磁界成形部材４４０のｚ２側で、その成形された磁界の中に固定されているため、ｘ方向にわずかに移動しても、磁気センサ４３０付近の磁束のベクトルは大きく変わらない。すなわち、磁気センサ４３０と第１電線４１０とのｘ方向の位置がずれたとしても、磁気センサ４３０における磁界の方向は、ｘ方向に略平行に維持される。

　磁気センサ４３０と磁界成形部材４４０とは、いずれも、ｘ方向において第２電線４８０と重なる位置に配置されている。すなわち、磁気センサ４３０と磁界成形部材４４０とは、第２電線４８０のｚ１側端部よりもｚ２側に位置する。

　磁界成形部材４４０は、磁界を成形する力が強いため、磁気センサ４３０と磁界成形部材４４０とが、第２電線４８０に対してｚ方向にわずかに位置ずれした場合でも、第２電線４８０による磁気センサ４３０付近の磁界は大きく変わらない。磁界成形部材４４０付近では、第２電線４８０による磁界は、ｚ方向に略平行に固定される。従って、第２電線４８０のｚ方向中央からｚ方向にずれた位置に磁気センサ４３０を配置しても、磁気センサ４３０は、第２電線４８０による影響を受けにくく、ｚ方向にわずかに移動しても測定値への影響度が変化しにくい。

（まとめ）
　本実施形態によれば、第１実施形態（図２）の磁界成形部材１４０が第１電線１１０と磁気センサ１３０との間に位置していることによる効果を除いて、第１実施形態（図２）と同様の効果が得られる。

　本実施形態によれば、磁気センサ４３０が第１電線４１０と磁界成形部材４４０との間に位置しているので、磁界成形部材４４０を同じ位置に配置して磁界成形部材４４０を第１電線４１０と磁気センサ４３０との間に配置する場合に比べて、小型化できる。また、磁界が磁界成形部材４４０により遮られにくいので、信号対ノイズ比を低減することができ、磁気センサ４３０で小さな磁界変化を検出しやすくなる。

（第３実施形態）
　次に、本発明の第３実施形態に係る電流センサについて説明する。図１１は、図２と同じ断面における第３実施形態の電流センサ５００の断面図である。第３実施形態（図１１）の第１電線５１０、通常領域５１１、狭領域５１２、固定部材５２０、主固定部材５２１、第１基板５２２、近位第２基板５２３－１、上面５２４、爪５２５、近位ボス５２６－１、磁気センサ５３０、近位磁界成形部材５４０－１、近位第１外面５４１－１、近位第２外面５４２－１、及び第２電線５８０は、それぞれ、第１実施形態（図２）の第１電線１１０、通常領域１１１、狭領域１１２、固定部材１２０、主固定部材１２１、第１基板１２２、第２基板１２３、上面１２４、爪１２５、ボス１２６、磁気センサ１３０、磁界成形部材１４０、第１外面１４１、第２外面１４２、及び第２電線１８０に対応する。

　第３実施形態（図１１）の遠位第２基板５２３－２、遠位ボス５２６－２、遠位磁界成形部材５４０－２、遠位第１外面５４１－２、及び遠位第２外面５４２－２は、それぞれ、第２実施形態（図１０）の第２基板４２３、ボス４２６、磁界成形部材４４０、第１外面４４１、及び第２外面４４２に対応する。以下、近位磁界成形部材５４０－１と遠位磁界成形部材５４０－２とを区別せずに、磁界成形部材５４０とよぶ場合がある。

　第３実施形態（図１１）は、第１実施形態（図２）と第２実施形態（図１０）とを組み合わせた構成をもつ。第３実施形態（図１１）は、電流センサ５００が２つの磁界成形部材５４０を備え、磁気センサ５３０が１つの磁界成形部材５４０と他の１つの磁界成形部材５４０との間に位置する点で、第１実施形態（図２）及び第２実施形態（図１０）と異なる。以下、第３実施形態（図１１）の電流センサ５００が、第１実施形態（図２）の電流センサ１００と第２実施形態（図１０）の電流センサ４００と異なっている点を中心に説明する。

　第１実施形態（図２）及び第２実施形態（図１０）と同様に、第３実施形態（図１１）の磁界成形部材５４０の周辺における磁界のベクトルは、磁界成形部材５４０がｘ方向にわずかに移動しても、磁界成形部材５４０が無い場合に比べると大きく変化しない。磁気センサ４３０は、２つの磁界成形部材５４０の間で、その成形された磁界の中に固定されているため、ｘ方向にわずかに移動しても、磁気センサ５３０付近の磁束のベクトルは大きく変わらない。すなわち、磁気センサ５３０と第１電線５１０とのｘ方向の位置がずれたとしても、磁気センサ５３０における磁界の方向は、ｘ方向に略平行に維持される。磁気センサ５３０が２つの磁界成形部材５４０で挟まれているので、磁界成形部材５４０が１つの場合に比べると、磁気センサ５３０と磁界成形部材５４０とが第１電線５１０に対して相対的にｘ方向に移動したときの磁気センサ５３０付近における磁束のベクトルの変化が小さい。

　磁気センサ５３０と磁界成形部材５４０とは、いずれも、ｘ方向において第２電線５８０と重なる位置に配置されている。すなわち、磁気センサ５３０と磁界成形部材５４０とは、第２電線５８０のｚ１側端部よりもｚ２側に位置する。

　磁界成形部材５４０は、磁界を成形する力が強いため、磁気センサ５３０と磁界成形部材５４０とが、第２電線５８０に対してｚ方向にわずかに位置ずれした場合でも、第２電線５８０による磁気センサ５３０付近の磁界は大きく変わらない。磁界成形部材５４０付近では、第２電線５８０による磁界は、ｚ方向に略平行に固定される。従って、第２電線５８０のｚ方向中央からｚ方向にずれた位置に磁気センサ５３０を配置しても、磁気センサ５３０は、第２電線５８０による影響を受けにくく、ｚ方向にわずかに移動しても測定値への影響度が変化しにくい。

（まとめ）
　本実施形態によれば、第１実施形態（図２）及び第２実施形態（図１０）の磁界成形部材１４０（または、磁界成形部材４４０）が磁気センサ１３０（または、磁気センサ４３０）の片側にのみ位置していることによる効果を除いて、第１実施形態（図２）及び第２実施形態（図１０）と同様の効果が得られる。

　本実施形態によれば、磁界成形部材５４０が、第１電線５１０と磁気センサ５３０との間に位置しているので、磁界成形部材５４０がない場合に比べて磁気センサ５３０付近の磁束密度が小さく、磁気センサ５３０で大電流まで計測することができ、さらに、磁気センサ５３０の両側に磁界成形部材５４０が配置されているので、磁界成形部材５４０が１つの場合に比べて、位置ずれに対する磁気センサ５３０付近の磁束のベクトルの変化が小さい。

　図１２は、実験における位置ずれ（横軸）と隣接影響変動（縦軸）との関係を示すグラフである。位置ずれは、ｚ方向における磁気センサ１３０の中心と第１電線１１０の中心とのずれをｍｍで表す。隣接影響変動は、位置ずれ０ｍｍの場合の測定値に対する測定値の変化量の比率を表す。位置ずれは、ｚ１方向を正、ｚ１方向を負とする。隣接影響変動の符号は、磁束のベクトルの方向の違いを表す。

（比較）
　グラフ１８１は、図１０に示す第２実施形態の場合を表す。図１０に示す狭領域４１２のｚ方向の幅は５ｍｍ、第２電線４８０のｚ方向の幅は１２．５ｍｍ、ｚ方向における磁気センサ４３０の中心と第１電線４１０とのｚ方向の間隔は３．５ｍｍ、磁界成形部材４４０の第１外面４４１とｚ方向における磁気センサ４３０の中心とのｚ方向の間隔は３ｍｍ、磁界成形部材４４０のｚ方向の厚みは１ｍｍとした。

　グラフ１８２は、図１１に示す第３実施形態の場合を表す。図１１に示す狭領域５１２のｚ方向の幅は５ｍｍ、第２電線５８０のｚ方向の幅は１２．５ｍｍ、ｚ方向における磁気センサ５３０の中心と第１電線５１０とのｚ方向の間隔は３．５ｍｍ、近位磁界成形部材５４０－１の近位第１外面４４１－１とｚ方向における磁気センサ５３０の中心とのｚ方向の間隔は１．５ｍｍ、近位磁界成形部材５４０－１のｚ方向の厚みは１ｍｍ、遠位磁界成形部材５４０－２の遠位第１外面４４１－２とｚ方向における磁気センサ５３０の中心とのｚ方向の間隔は３ｍｍ、遠位磁界成形部材５４０－２のｚ方向の厚みは１ｍｍとした。

　グラフ１８３は、図１０に示す第２実施形態と同様の条件において、磁界成形部材４４０を使用しない比較例の場合を表す。グラフ１８１とグラフ１８２とグラフ１８３とのいずれも、ｚ方向の位置ずれが大きくなるほど、隣接影響変動の絶対値が大きくなる（すなわち、位置ずれ０ｍｍの場合の測定値に対するずれが大きくなる）。第２実施形態（グラフ１８１）と第３実施形態（グラフ１８２）との場合のほうが、比較例（グラフ１８３）の場合よりも隣接影響変動の変化が小さい。すなわち、比較例の場合よりも、第２実施形態及び第３実施形態の方が、ｚ方向の位置ずれによる測定値への影響が小さい。

　本発明は上述した実施形態には限定されない。すなわち、当業者は、本発明の技術的範囲またはその均等の範囲内において、上述した実施形態の構成要素に関し、様々な変更、コンビネーション、サブコンビネーション、並びに代替を行ってもよい。

　本発明は、様々な電流センサに適用可能である。

１００…電流センサ、１１０…第１電線、１２０…固定部材、１２２…第１基板
１２３…第２基板、１３０…磁気センサ、１４０…磁界成形部材、１４１…第１外面
１８０…第２電線
２２２…第１基板、２２３…第２基板、２３０…磁気センサ、２４０…磁界成形部材
３２２…第１基板、３２３…第２基板、３２６…係止爪、３３０…磁気センサ
３４０…磁界成形部材
４００…電流センサ、４１０…第１電線、４２０…固定部材、４２２…第１基板
４２３…第２基板、４３０…磁気センサ、４４０…磁界成形部材、４４１…第１外面
４８０…第２電線
５００…電流センサ、５１０…第１電線、５２０…固定部材、５２２…第１基板
５２３－１…近位第２基板、５２３－２…遠位第２基板、５３０…磁気センサ
５４０－１…近位磁界成形部材、５４０－２…遠位磁界成形部材
５４１－１…近位第１外面、５４１－２…遠位第１外面、５８０…第２電線

Claims (7)

1. 　第１方向における厚みより前記第１方向に直交する第２方向における幅が大きい第１電線と、
   　前記第１方向における厚みより前記第２方向における幅が大きい第２電線と、
   　前記第１電線を流れる電流により発生する磁界を検出する磁気センサと、
   　軟質磁性体を含み前記磁界を成形する磁界成形部材と、
   　前記第１電線と前記磁気センサと前記磁界成形部材とを固定する固定部材と、
   　を備え、
   　前記磁気センサが、前記第１方向において前記第２電線と重なる位置に配置されており、
   　前記磁界成形部材が、前記第２方向に直交する平面に略平行に広がる板状部材であり、
   　前記磁界成形部材が、前記磁気センサに対向する外面を含み、
   　前記外面と前記磁気センサの感度軸の向きとが前記第１方向に略平行であり、
   　前記固定部材が、前記磁気センサと前記磁界成形部材とを、前記第１電線に対して前記第２方向の同じ側で近接して固定し、
   　前記固定部材が、前記第１電線の少なくとも一部と前記磁気センサの少なくとも一部と前記磁界成形部材の少なくとも一部とを前記第２方向において重なる位置に離間して固定する、
   　電流センサ。
2. 　前記磁気センサが、前記第１方向において前記磁界成形部材の略中央に配置されている、
   　請求項１に記載の電流センサ。
3. 　前記磁界成形部材の前記第１方向における幅が、前記第１電線の前記第１方向における厚みよりも大きい、
   　請求項１または請求項２に記載の電流センサ。
4. 　前記磁界成形部材が、前記第１電線と前記磁気センサとの間に位置する、
   　請求項１乃至請求項３に記載の電流センサ。
5. 　前記磁気センサが、前記第１電線と前記磁界成形部材との間に位置する、
   　請求項１乃至請求項３に記載の電流センサ。
6. 　２つの前記磁界成形部材を備え、
   　前記磁気センサが、１つの前記磁界成形部材と他の１つの前記磁界成形部材との間に位置する、
   　請求項１乃至請求項３に記載の電流センサ。
7. 　前記固定部材が、第１基板と第２基板とを含み、
   　前記磁界成形部材が、前記第１基板に固定されており、
   　前記磁気センサが、前記第２基板に固定されており、
   　前記第１基板と前記第２基板とが、熱溶着により相互に固定されている、
   　請求項１乃至６の何れか１項に記載の電流センサ。

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