JP4835868B2 - 電流センサ - Google Patents

Description

本発明は、例えばハイブリッドカーや電気自動車のバッテリー電流やモータ駆動電流を測定する電流センサに関し、特に、ホール素子等の磁気検出素子を用いてバスバーに流れる電流を測定する電流センサに関する。

外部磁場を遮断する包囲シールド壁より成る磁気シールド内において被検出電線を流れる電流により生じる磁場の大きさから、被検出電線を流れる電流に対応する電圧信号を出力する電流センサが従来から知られている。
特開２００４−１７００９１号公報

特許文献１の電流センサは、その請求項１に記載のように、被検出電線を流れる電流により生じる磁場に対して出力の線形関係が保持される位置に配設され、周囲の磁場に対応して内部磁場が変化するアモルファス素子と、該アモルファス素子に巻回されアモルファス素子の内部磁場変化を電磁誘導により電圧に変換することによりマグネト−インダクティブ磁気検出器を構成する検出コイルと、前記検出コイルの電圧を前記被検出電線を流れる電流に対応した電圧信号に変換する信号変換回路とから成り、外部磁界を遮断する包囲シールド壁に磁気分布を制御するための空隙が形成されている。

特許文献１の電流センサはマグネト−インダクティブ磁気検出器を用いており、被検出電線に流れる電流によって発生する磁場に対してアモルファス素子を貫く内部磁場がリニア（線形）に増加する。ここで、アモルファス素子は高感度のため、２〜３ガウス（０．２〜０．３ｍＴ）程度までの弱磁界の範囲内でしかリニアな特性が得られず、強磁界ではマグネト−インダクティブ磁気検出器の出力が飽和してしまう。これを防止するために、特許文献１では外部磁界を遮断する包囲シールド壁に空隙を設けて磁気分布を制御している。

ところで、ハイブリッドカーのバッテリーやインバータに流れる電流は２００〜３００Ａ程度の大電流のため、バスバー(被測定電線)上１ｍｍ距離に磁気素子がある場合の磁束密度は４０ｍＴ程度と大きくなる。特許文献１のように空隙を設けた磁気シールドケースを用いても、４０ｍＴの磁場を０．３ｍＴにまで２桁も制御する（減少させる）ことは実際上不可能であり、実現できるのはせいぜい数十（Ａ）の比較的小電流の範囲である。したがって、特許文献１の技術ではマグネト−インダクティブ磁気検出器の出力の飽和のため大電流を検出することは困難と言わざるを得ない。

他方、本出願人は特願２００７−０５２１９０号において、バスバーを磁気的にクローズする環状磁気コア（磁気検出素子を配置するギャップ以外は閉磁路）を用いた従来の磁気平衡式電流センサの欠点を克服することのできる電流センサを提案している。この電流センサは大電流の検出も可能であるが、外部磁界の影響を大きく受けるため、近接する他のバスバーが発生する外部磁界や、近接するモータ等の発生する電磁ノイズの影響を極力受けない構造とすることが求められる。また、磁気平衡式であるため、バスバーに流れる電流によって磁気検出素子の感磁面に印加される磁界を相殺するために、磁気検出素子に近接配置されたコイルに電流を供給する必要があるが、例えばハイブリッドカーにおいてバッテリーの駆動時間を延ばそうとするとき、電流検出のための消費電力は幾分でも抑えられることが望ましい。

本発明はこうした状況を認識してなされたものであり、その目的は、外部磁界や電磁ノイズの影響を極力受けない構造であって、しかも大電流の検出が可能で消費電力の少ない電流センサを提供することにある。

本発明の第１の態様は電流センサである。この電流センサは、
バスバーと、
前記バスバーに流れる電流によって発生する第１の磁界が感磁面に印加されるように前記バスバーに対して固定配置された磁気検出素子と、
前記磁気検出素子と近接するよう前記バスバーに対して固定配置され、前記磁気検出素子の感磁面に印加される前記第１の磁界を相殺する第２の磁界を発生するコイルと、
前記磁気検出素子および前記コイルを外部磁界から磁気遮蔽する磁気シールド体とを備え、
前記第２の磁界を発生するために前記コイルに流れる電流に基づいて前記バスバーに流れる電流を検出する電流センサであり、
前記磁気シールド体は前記バスバーと前記磁気検出素子と前記コイルとを内側に囲む環状囲み部を有し、前記環状囲み部に少なくとも１カ所の空隙が形成されていて、
前記コイルは、直線状の磁気コアに巻線を施したものであり、かつ、前記磁気検出素子の感磁面の片側または両側に設けられ、
前記磁気シールド体に形成された前記空隙が前記磁気コアの軸延長上の近傍に位置していることを特徴とする。
本発明の第２の態様も電流センサである。この電流センサは、
バスバーと、
前記バスバーに流れる電流によって発生する第１の磁界が感磁面に印加されるように前記バスバーに対して固定配置された磁気検出素子と、
前記磁気検出素子と近接するよう前記バスバーに対して固定配置され、前記磁気検出素子の感磁面に印加される前記第１の磁界を相殺する第２の磁界を発生するコイルと、
前記磁気検出素子および前記コイルを外部磁界から磁気遮蔽する磁気シールド体とを備え、
前記第２の磁界を発生するために前記コイルに流れる電流に基づいて前記バスバーに流れる電流を検出する電流センサであり、
前記磁気シールド体は前記バスバーと前記磁気検出素子と前記コイルとを内側に囲む環状囲み部を有し、前記環状囲み部に少なくとも１カ所の空隙が形成されていて、
前記コイルは前記磁気検出素子の感磁面の一方の側に設けられ、
前記磁気検出素子の感磁面の他方の側には直線状の磁気コアが設けられ、
前記磁気シールド体に形成された前記空隙が前記磁気コアの軸延長上の近傍に位置していることを特徴とする。

第１又は第２の態様の電流センサにおいて、前記磁気検出素子および前記コイルは前記バスバーと一体となるように樹脂でモールドされ、このモールドされた外側を前記磁気シールド体が覆っていてもよい。

また、前記磁気シールド体は、第１および第２の磁気シールド部材によって前記バスバーと前記磁気検出素子と前記コイルとを囲むものであり、その囲っている状態で前記第１および第２の磁気シールド部材間に前記空隙が形成されてもよい。

第１又は第２の態様の電流センサにおいて、
前記磁気検出素子および前記コイルは前記バスバーと一体となるように樹脂でモールドされてモールド体を構成し、
前記磁気シールド体は、第１および第２の磁気シールド部材によって前記モールド体を覆うものであり、その覆っている状態で前記第１および第２の磁気シールド部材間に前記空隙が形成され、
前記モールド体の外側には前記第１および第２の磁気シールド部材を取り付けるためのモールド側凹部または凸部が形成され、
前記第１および第２の磁気シールド部材は、シールド側凸部または凹部もしくは孔部が内面に形成された半筒状ないし半環状であり、前記モールド側凹部または凸部と、前記シールド側凸部または凹部もしくは孔部とが嵌合することで前記モールド体に装着されていてもよい。

第１又は第２の態様の電流センサにおいて、
前記磁気検出素子および前記コイルは前記バスバーと一体となるように樹脂でモールドされてモールド体を構成し、
前記磁気シールド体は、第１および第２の磁気シールド部材によって前記モールド体を覆うものであり、その覆っている状態で前記第１および第２の磁気シールド部材間に前記空隙が形成され、
前記第１および第２の磁気シールド部材は、前記モールド体に対するギザギザ形状の抜止め用凹凸部が形成された半筒状ないし半環状であり、前記モールド体の外側に装着されていてもよい。

また、前記バスバーは平板形状であり、前記磁気検出素子と前記コイルとが前記バスバーの幅広主面上に固定配置されてもよい。

本発明の第３の態様も電流センサである。この電流センサは、
バスバーを通す貫通孔が形成された樹脂モールド体として構成され、前記樹脂モールド体の内部に、
前記樹脂モールド体の前記貫通孔にバスバーを通して電流を流したときに発生する第１の磁界が感磁面に印加されるように前記貫通孔に対して固定配置された磁気検出素子と、
前記磁気検出素子と近接するよう前記貫通孔に対して固定配置され、前記磁気検出素子の感磁面に印加される前記第１の磁界を相殺する第２の磁界を発生するコイルとを少なくとも備えるとともに、
前記磁気検出素子および前記コイルを外部磁界から磁気遮蔽する磁気シールド体を備え、
前記第２の磁界を発生するために前記コイルに流れる電流に基づいて前記バスバーに流れる電流を検出する電流センサであり、
前記磁気シールド体は前記貫通孔と前記磁気検出素子と前記コイルとを内側に囲む環状囲み部を有し、前記環状囲み部に少なくとも１カ所の空隙が形成されていて、
前記コイルは、直線状の磁気コアに巻線を施したものであり、かつ、前記磁気検出素子の感磁面の片側または両側に設けられ、
前記磁気シールド体に形成された前記空隙が前記磁気コアの軸延長上の近傍に位置していることを特徴とする。

本発明の第４の態様も電流センサである。この電流センサは、
バスバーを通す貫通孔が形成された樹脂モールド体として構成され、前記樹脂モールド体の内部に、
前記樹脂モールド体の前記貫通孔にバスバーを通して電流を流したときに発生する第１の磁界が感磁面に印加されるように前記貫通孔に対して固定配置された磁気検出素子と、
前記磁気検出素子と近接するよう前記貫通孔に対して固定配置され、前記磁気検出素子の感磁面に印加される前記第１の磁界を相殺する第２の磁界を発生するコイルとを少なくとも備えるとともに、
前記磁気検出素子および前記コイルを外部磁界から磁気遮蔽する磁気シールド体を備え、
前記第２の磁界を発生するために前記コイルに流れる電流に基づいて前記バスバーに流れる電流を検出する電流センサであり、
前記磁気シールド体は前記貫通孔と前記磁気検出素子と前記コイルとを内側に囲む環状囲み部を有し、前記環状囲み部に少なくとも１カ所の空隙が形成されていて、
前記コイルは前記磁気検出素子の感磁面の一方の側に設けられ、
前記磁気検出素子の感磁面の他方の側には直線状の磁気コアが設けられ、
前記磁気シールド体に形成された前記空隙が前記磁気コアの軸延長上の近傍に位置していることを特徴とする。

前記コイルは内周孔に直線状の磁気コアが配置されたボビンに巻線を施したものであり、前記磁気検出素子の検出出力がゼロとなるように前記コイルに電流を供給する制御回路の基板が前記ボビンに搭載されていてもよい。

なお、以上の構成要素の任意の組合せ、本発明の表現を方法やシステムなどの間で変換したものもまた、本発明の態様として有効である。

本発明の電流センサによれば、バスバーに流れる電流によって磁気検出素子の感磁面に印加される第１の磁界と、磁気検出素子と近接するよう配置されたコイルに電流が流れることにより発生する第２の磁界とが相殺されるので、磁気検出素子の出力は飽和することがなく、大電流の検出が可能である。また、磁気検出素子およびコイルを外部磁界から磁気遮蔽する磁気シールド体に空隙を形成しておくことで、磁気シールド体自体の磁気飽和を防止するとともに、その空隙の位置を調整することで磁気検出素子の感磁面に印加される第１の磁界の強度を制御（弱く）できる。したがって、磁気検出素子の感磁面に印加される第１の磁界を相殺する第２の磁界を発生するためにコイルに流れる電流を少なくすることができ、低消費電力化を図り得る。

以下、図面を参照しながら本発明の好適な実施の形態を詳述する。なお、各図面に示される同一または同等の構成要素、部材、処理等には同一の符号を付し、適宜重複した説明は省略する。また、実施の形態は発明を限定するものではなく例示であり、実施の形態に記述されるすべての特徴やその組み合わせは必ずしも発明の本質的なものであるとは限らない。

（第１の実施の形態）
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る電流センサ１００の正断面図（図２の1-1'断面図）である。図２は、図１に示される電流センサ１００の平面図である。図３は、図２の3-3'断面図である。

電流センサ１００は、バスバー１２と、磁気検出素子としてのホール素子１４と、第１フィードバックコイル１６と、第２フィードバックコイル１７と、制御回路１８とを備え、それらは樹脂５８でモールドされて一体化される。すなわち電流センサ１００はバスバー一体型である。樹脂５８の外側は磁気シールド体６５で覆われる。なお、樹脂５８は非磁性であるものとする。

バスバー１２は平板形状（例えば銅板）であり、取付穴２２および２４を介して被測定電流の経路をなすように取り付けられる。ホール素子１４は、バスバー１２に流れる電流によって発生する磁界（以下「第１の磁界」とも表記）が感磁面に印加されるようにバスバー１２の幅広主面上に固定配置される。第１フィードバックコイル１６および第２フィードバックコイル１７は、ホール素子１４と近接するようバスバー１２の幅広主面上に固定配置され、ホール素子１４の感磁面に印加される第１の磁界を相殺する磁界（以下「第２の磁界」とも表記）を発生する。制御回路１８は、ホール素子１４の検出出力がゼロとなるように第１フィードバックコイル１６および第２フィードバックコイル１７に電流を供給する。この供給された電流（以下「ＦＢコイル電流」とも表記）に基づいて、バスバー１２に流れる被測定電流（以下「バスバー電流」とも表記）が検出される。磁気シールド体６５は、第１磁気シールド部材としての上側磁気シールド部材６２および第２の磁気シールド部材としての下側磁気シールド部材６３によってバスバー１２とホール素子１４と第１フィードバックコイル１６と第２フィードバックコイル１７とを環状に囲む環状囲み部を構成することで外部磁界から磁気遮蔽するものであり、その囲っている状態で上側磁気シールド部材６２および下側磁気シールド部材６３の間に空隙６７、６８が形成される。空隙６７、６８が形成されることにより、空隙６７、６８が形成されない場合と比較してホール素子１４の感磁面に印加される第１の磁界の強度が減じられる。

第１フィードバックコイル１６は、これに限定されないが、巻線３２を施したボビン２６の内周孔に磁気コア（軟磁性体）２８を配置して構成される。第２フィードバックコイル１７も同様に、巻線３３を施したボビン２７の内側に磁気コア（軟磁性体）２９を設けて構成される。ボビン２６、２７の鍔部は多角形（図では正方形）であり、鍔部外周の一面が制御回路１８を組み立てたプリント基板３８の配置面とされる。制御回路１８はプリント基板３８（絶縁基板）上に電子部品３９を実装したものである。プリント基板３８にはボビン２６、２７の鍔部外周の一面に植設された端子ピン３６、３７に対応する貫通孔（図示せず）が形成され、この貫通孔に端子ピン３６、３７を通すことによりプリント基板３８がボビン２６、２７の鍔部外周の一面を相互に渡すように配置（搭載）される。

第１フィードバックコイル１６および第２フィードバックコイル１７は、端面同士が当接するようにバスバー１２の長手方向略中央に固着（例えば接着）され、その軸方向はバスバー１２の長手方向と略垂直かつ幅方向と略平行である。第１フィードバックコイル１６および第２フィードバックコイル１７の一方の端面はそれぞれバスバー１２の縁に位置し、他方の端面はそれぞれバスバー１２の幅方向略中央に位置して互いに当接する。この当接した状態で空間が形成され、その空間にホール素子１４が入れられて固定される。これにより第１フィードバックコイル１６および第２フィードバックコイル１７の当接している端面上略中央にホール素子１４が位置する。ホール素子１４の感磁面は第１フィードバックコイル１６および第２フィードバックコイル１７の端面（すなわち磁気コア２８、２９端面）に対向し、バスバー１２の幅方向と略垂直である。したがって、バスバー電流によって発生する磁界（第１の磁界）とホール素子１４の感磁面は略垂直となり、また、第１フィードバックコイル１６および第２フィードバックコイル１７に流れる電流によって発生する磁界（第２の磁界）とホール素子１４の感磁面も略垂直となる。ホール素子１４の出力電圧がゼロとなるように制御回路１８により第１フィードバックコイル１６および第２フィードバックコイル１７に電流が供給されるため、ホール素子１４の感磁面においては第１の磁界と第２の磁界とが相殺する。

磁気シールド体６５を構成する上側磁気シールド部材６２および下側磁気シールド部材６３は、コの字型（換言すれば、半四角筒状ないし半方形環状）の例えば高透磁率材である珪素銅板あるいはパーマロイ（低周波の磁気的干渉に好適）、フェライト（高周波の磁気的干渉に好適）であり、バスバー１２と、第１フィードバックコイル１６と、第２フィードバックコイル１７と、ホール素子１４と、制御回路１８とを四角筒状ないし方形環状に囲って外部磁界から磁気遮蔽する。空隙６７、６８は、それを設けることでホール素子１４の感磁面に印加される第１の磁界の強度が減じられる位置に形成される。図１では第１フィードバックコイル１６および第２フィードバックコイル１７の磁気コア２８、２９の軸延長上の近傍に空隙６７、６８が形成される場合を示している。

図４は、図１ないし図３のホール素子１４の感磁面に印加される第１の磁界の強度が磁気シールド体に形成された空隙の位置に応じて変化する原理の説明図である。なお磁気シールド体６９は分かりやすく円筒ないし円環状のものを用いているが、角筒状ないし方形環状のものを用いても結果は同様である。空隙６６の位置を示す角度はホール素子１４の位置を中心に、バスバー１２の幅広主面から垂直にホール素子１４に向かう向きを基準（０°）とし、バスバー１２の長さ方向手前から奥を見て時計回りを正にとる。図４（Ａ）はθ＝０°の場合を、（Ｂ）はθ＝１８０°の場合を示す。なおバスバー電流Ｉ_１は紙面手前から奥に向かっているものとする。図４（Ｃ）はバスバー電流Ｉ_１（横軸）に対するホール素子１４の感磁面に印加される第１の磁界（縦軸に磁束密度Ｂ_１で示す）の特性図である。

θ＝０°のとき、図４（Ａ）に示されるようにバスバー電流Ｉ_１によって発生する磁界（第１の磁界Ｈ_１）は、空隙６６の磁気インピーダンスが高いため、空隙６６を含む上側の磁気シールド体６９を通過する磁束が少なくなるため、磁気コア２８、２９を通過する磁束は空隙位置が他の位置にある場合に比して多くなる。したがって、ホール素子１４の感磁面に印加される第１の磁界の強度は図４（Ｃ）のようにθ＝０°のときが最も大きい。これとは逆にθ＝１８０°のとき、図４（Ｂ）に示されるようにバスバー電流Ｉ_１によって発生する磁界（第１の磁界Ｈ_１）は磁気コア２８、２９よりも磁気シールド体６９に集中する。バスバー１２よりも磁気コア２８、２９側では磁気シールド体６９に空隙がないため磁気シールド体６９を通る磁路の方が磁気コア２８、２９を通る磁路よりも低磁気インピーダンスとなるからである。したがって、ホール素子１４の感磁面に印加される第１の磁界Ｈ_１の強度は図４（Ｃ）のようにθ＝１８０°のときが最も小さい。同じバスバー電流で空隙の位置を角度θを０°から４５°、９０°、１３５°１８０°と変化させると、ホール素子１４の感磁面に印加される第１の磁界Ｈ_１の強度はその順番に小さくなっていく。つまり、空隙位置によりホール素子１４を貫く磁束密度を制御可能であることを示している。本実施の形態ではバスバー電流Ｉ_１が２００Ａの時に第１の磁界の強度を磁束密度で５０ｍＴ程度に抑えるため、θ＝９０°近傍としている。

図５は、図４の角度θ＝９０°の場合に、ホール素子１４の感磁面に印加される磁界の説明図である。バスバー電流Ｉ_１は紙面手前から奥に向かっているものとする。したがって、第１の磁界Ｈ_１はホール素子１４の感磁面では紙面左から右に向かう向きである。一方、第１フィードバックコイル１６および第２フィードバックコイル１７にはホール素子１４の出力電圧がゼロとなるように電流が供給されるから、第２の磁界Ｈ_２はホール素子１４の感磁面近傍で第１の磁界Ｈ_１を相殺するように発生する。これによりホール素子１４の感磁面に印加される磁界はゼロとなる。

図６は、図５においてバスバー電流Ｉ_１をゼロとした場合の、ＦＢコイル電流Ｉ_２（横軸）に対するホール素子１４の感磁面に印加される磁界（縦軸に磁束密度Ｂ_２で示す）の特性図である。ＦＢコイル電流Ｉ_２の−５０ｍＡ〜＋５０ｍＡのレンジに対してホール素子１４の感磁面に印加される磁界の強度は磁束密度では−５０ｍＴ〜＋５０ｍＴとなり、直線的な特性となっている。なお、図８で後述するように、第１フィードバックコイル１６および第２フィードバックコイル１７は直列接続されて、同一電流が供給されるものとする。

図７は、ＦＢコイル電流Ｉ_２をゼロとした場合の、バスバー電流Ｉ_１（横軸）に対するホール素子１４の感磁面に印加される磁界（縦軸に磁束密度Ｂ_１で示す）の特性図である。バスバー電流Ｉ_１の−２００Ａ〜＋２００Ａのレンジに対してホール素子１４の感磁面に印加される磁界まの強度は磁束密度で−５０ｍＴ〜＋５０ｍＴとなり、直線的な特性となっている。したがって、バスバー電流２００Ａに対してＦＢコイル電流は５０ｍＡで足りる（ホール素子１４の検出出力をゼロにできる）ことが分かる。

図６及び図７に示される特性は、図１のようにθ＝９０°近傍に設けた空隙６８に加えてθ＝−９０°近傍に空隙６７を設けた場合にも同様である。

図８は、図１ないし図３に示される制御回路１８の回路図である。この回路は直列接続された第１フィードバックコイル１６および第２フィードバックコイル１７にＦＢコイル電流Ｉ_２を供給し、これによりホール素子１４の検出出力をゼロにする。そして供給したＦＢコイル電流Ｉ_２に応じたセンサ出力Ｖoutを得る。

制御回路１８は、定電流回路４２と、誤差増幅回路４８（オペアンプ）と、検出抵抗Ｒｓと、差動増幅回路５４とを含む。ホール素子１４の端子ａ、ｃ間には定電流回路４２によって一定量の電流が供給され、ホール素子１４の感磁面に印加された磁界に比例する電圧が端子ｂ、ｄ間に発生する。誤差増幅回路４８は、出力端子から電流を吸い込む又は吐き出すことにより、端子ｂ、ｄ間の電位差が常にゼロとなるように、すなわちホール素子１４の感磁面において上述の第１の磁界と第２の磁界とが相殺するように、第１フィードバックコイル１６および第２フィードバックコイル１７に電流を供給する。

検出抵抗ＲｓはＦＢコイル電流Ｉ_２を電圧に変換するための微小抵抗であり、その抵抗値は差動増幅回路５４の入力インピーダンスよりも十分小さいものとする。差動増幅回路５４は、検出抵抗Ｒｓの両端の電圧Ｖｓを増幅し電圧Ｖoutを出力する。差動増幅回路５４は、オペアンプ５６と、第１抵抗Ｒ１〜第４抵抗Ｒ４と、基準電圧源Ｖrefとを含む。ここでは基準電圧源Ｖrefの電圧は電源電圧Ｖｃｃの１／２（＝２.５Ｖ）としている。第１抵抗Ｒ１〜第４抵抗Ｒ４の抵抗値はＲ１＝Ｒ２、Ｒ３＝Ｒ４であり、差動増幅回路５４の増幅度はＲ３／Ｒ１である。増幅度は例えば１近傍とする。差動増幅回路５４の出力電圧Ｖoutは
Ｖout＝−（Ｒ３／Ｒ１）Ｖｓ＋２.５［Ｖ］
となる。差動増幅回路５４の出力電圧Ｖoutは電流センサ１００のセンサ出力となる。

図９は、バスバー電流Ｉ_１（横軸）に対する図８の差動増幅回路５４の出力電圧Ｖout（縦軸）の特性図である。バスバー電流Ｉ_１の−２００Ａ〜＋２００Ａのレンジに対して差動増幅回路５４の出力電圧Ｖoutは０.５Ｖ〜４.５Ｖとなり、直線的な特性となっている。

本実施の形態によれば、以下の効果を奏することができる。

(1) バスバー１２に流れる電流によってホール素子１４の感磁面に印加される第１の磁界と、ホール素子１４と近接するよう配置された第１フィードバックコイル１６および第２フィードバックコイル１７に電流が流れることにより発生する第２の磁界とが相殺するので、磁気コアが飽和することがなく、このため大電流（例えば２００〜３００Ａ程度）を直線性よく高精度（−４０〜＋８５℃において精度±０．５％程度）で検出可能である。また磁気比例式の場合のようなホール素子１４の出力飽和の問題もない。

(2) バスバー１２とホール素子１４と第１フィードバックコイル１６と第２フィードバックコイル１７とが磁気シールド体６５で囲まれるため、外乱磁気によって生じるセンサ出力への悪影響を実質的に無くすことができる。そして、磁気シールド体６５に空隙６７、６８が形成されたことにより空隙６７、６８が形成されない場合と比較してホール素子１４の感磁面に印加される第１の磁界の強度が減じられているので、ホール素子１４の感磁面に印加される第１の磁界を相殺する第２の磁界を発生するために第１フィードバックコイル１６および第２フィードバックコイル１７に供給する電流が少なくて済み、低消費電力である。特に図１に示されるように第１フィードバックコイル１６および第２フィードバックコイル１７の磁気コア２８、２９の軸延長上の近傍に空隙６７、６８が形成されている場合、バスバー電流２００Ａに対してＦＢコイル電流５０ｍＡで足りる（ホール素子１４の検出出力をゼロにできる）ため、低消費電力であり、またセンサ精度とのバランスもよい。

(3) 制御回路１８のプリント基板３８はボビン２６、２７の鍔部外周の一面を渡すように配置されるため、電流センサ１００の小型化に有利である。

(4) 第１フィードバックコイル１６は巻線３２を施したボビン２６の内側に磁気コア２８を設けて構成され、第２フィードバックコイル１７も同様に巻線３３を施したボビン２７の内側に磁気コア２９を設けて構成されており、磁気コア２８、２９の端面でホール素子１４の感磁面を挟み込む構成のため、強力なフィードバック磁界（第２の磁界）を発生できる。また、磁気コア２８、２９を一直線上に配置しているため、ホール素子１４の感磁面に実質的に垂直な磁界を印加できる。

(5) ホール素子１４と第１フィードバックコイル１６と第２フィードバックコイル１７とがバスバー１２と一体になるように樹脂５８でモールドされるため、バスバー１２との一体化が確実なものとなり位置ずれを起こしにくい。

(6) 特許文献１のように一つの部材で筒状の磁気シールド体を構成すると磁気シールド体にバスバーを通す取付方法しかできないため作業性が良くないところ、本実施の形態の磁気シールド体６５は上側磁気シールド部材６２および下側磁気シールド部材６３を組み合わせるものであるため樹脂５８の外側を上側磁気シールド部材６２および下側磁気シールド部材６３で挟み込むようにして取り付けることができ作業性が良い。

(7) バスバーを貫通するリング状の磁気コアを用いる従来の磁気平衡式電流センサと比較して本実施の形態の電流センサ１００は巻線数が少なくてよいため小型かつ軽量である。すなわち、バスバー１２の幅方向主面の幅内にホール素子１４と第１フィードバックコイル１６と第２フィードバックコイル１７とを配置でき、コイル巻数も大幅に低減できる。
(8) 磁気平衡式の原理に基づくため温度ドリフトが磁気比例式電流センサと比較して改善され、高精度である。

（第２の実施の形態）
本実施の形態では主として磁気シールド体の取付機構について説明する。図１０は、本発明の第２の実施の形態に係る電流センサ２００の一部分解斜視図である。樹脂５８でモールドされた内部の構成は図１ないし図３に示される第１の実施の形態と同様である。

電流センサ２００は、図１に示されるバスバー１２と、ホール素子１４と、第１フィードバックコイル１６と、第２フィードバックコイル１７と、制御回路１８とを樹脂５８でモールドして、モールド体としてのモールドユニット５８０を構成し、このモールドユニット５８０に磁気シールド体を６５０を嵌め合わせたものである。

磁気シールド体６５０は、コの字型（換言すれば、半四角筒状ないし半方形環状）の上側磁気シールド部材６２０および下側磁気シールド部材６３０とからなり、上側磁気シールド部材６２０および下側磁気シールド部材６３０の折曲げ面内側にはシールド側凸部６２１、６３１が１対ずつ形成されている。モールドユニット５８０には、上側磁気シールド部材６２０および下側磁気シールド部材６３０に形成されたシールド側凸部６２１、６３１と嵌まり合うモールド側凹部６２２、６３２が１対ずつ形成されている。

モールドユニット５８０に磁気シールド体６５０を取り付ける際には、上側磁気シールド部材６２０および下側磁気シールド部材６３０のシールド側凸部６２１および６３１と、モールドユニット５８０のモールド側凹部６２２および６３２とを嵌合させればよい。したがって本実施の形態によれば磁気シールド体の取付けが容易で作業性がよい。

（第３の実施の形態）
図１１は、本発明の第３の実施の形態に係る電流センサ３００の一部分解斜視図である。本実施の形態では図１０に示される第２の実施の形態と比較して嵌合構造が逆になっている。すなわち、上側磁気シールド部材６２０および下側磁気シールド部材６３０の折曲げ面内側にはシールド側孔部６２３、６３３が１対ずつ形成されている。モールドユニット５８０には、上側磁気シールド部材６２０および下側磁気シールド部材６３０に形成されたシールド側孔部６２３、６３３と嵌まり合うモールド側凸部６２４、６３４が１対ずつ形成されている。本実施の形態も第２の実施の形態と同様に磁気シールド体の取付けが容易で作業性がよい。なお、シールド側孔部６２３、６３３に替えてシールド側凹部としても同様の効果が得られる。

（第４の実施の形態）
図１２は、本発明の第４の実施の形態に係る電流センサ４００の一部分解斜視図である。電流センサ４００は三相交流モータ用であり、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相のバスバー１２Ｕ，１２Ｖ，１２Ｗの各々に対応して図１ないし図３に示される電流センサ１００と同様の電流センサ１００Ｕ、１００Ｖ、１００Ｗが設けられ、それらが樹脂５８で図１２のようにモールド一体化されてモールドユニット５８１を構成している。また、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の各々に対応して磁気シールド体６５０Ｕ、６５０Ｖ、６５０Ｗが設けられる。磁気シールド体６５０Ｕ、６５０Ｖ、６５０Ｗはコの字型（換言すれば、半四角筒状ないし半方形環状）の上側磁気シールド部材６２０Ｕ、６２０Ｖ、６２０Ｗおよび下側磁気シールド部材６３０Ｕ、６３０Ｖ、６３０Ｗからなる。

上側磁気シールド部材６２０Ｕ、６２０Ｖ、６２０Ｗおよび下側磁気シールド部材６３０Ｕ、６３０Ｖ、６３０Ｗの折曲げ面の縁にはギザギザ形状の抜止め用凹凸部６２７Ｕ、６２７Ｖ、６２７Ｗおよび６３７Ｕ、６３７Ｖ、６３７Ｗが形成され、これにより上側磁気シールド部材６２０Ｕ、６２０Ｖ、６２０Ｗおよび下側磁気シールド部材６３０Ｕ、６３０Ｖ、６３０Ｗはモールドユニット５８１に取り付けられた状態で抜け落ちないように装着される。

（第５の実施の形態）
上記の実施の形態では電流センサをバスバー一体型とする場合を説明した。本実施の形態ではバスバー分離型とする場合について説明する。図１３は、本発明の第５の実施の形態に係る電流センサ５００の一部分解斜視図である。電流センサ５００は図１０に示される電流センサ２００からバスバー１２を抜いたものに相当し、バスバー１２が存在していた部分は貫通孔１２５となっている。電流センサ５００の正断面図は図１においてバスバー１２の部分を貫通孔に置き換えたものと同様である。したがって、電流センサ５００の貫通孔１２５にバスバーを通して固定すれば図１０に示される電流センサ２００と同様のバスバー一体型の電流センサとなる。なお、バスバーの固定には、例えばバスバー側に雌ねじを形成しておき、モールドユニット５８０をその雌ねじを利用してビス止めする構造等が採用可能である。

以上、実施の形態を例に本発明を説明したが、実施の形態の各構成要素や各処理プロセスには請求項に記載の範囲で種々の変形が可能であることは当業者に理解されるところである。以下、変形例について触れる。

図１４は、変形例に係る電流センサ１０１の正断面図である。図１に示される第１の実施の形態と異なるところは、第２フィードバックコイル１７をなくして磁気コア２９のみを残している点である。本変形例も、第１フィードバックコイル１６の磁気コア２８と磁気コア２９とを一直線上に配置することで、ホール素子の感磁面に対し実質的に垂直な磁界を印加できる。

実施の形態ではバスバー１２を平板形状としたが、これには限定されず、丸棒その他の形状であってもよい。また、ホール素子１４と制御回路１８とは別部品とすることに限定されず、それらを一体集積化したＩＣ（Integrated Circuit）を用いてもよい。また、制御回路はセンサ出力として電圧を得たが、電流出力タイプとしてもよい。この場合、図８の検出抵抗Ｒｓに替えてモニタ用電流計を設け、差動増幅回路５４を取り除く。また、ホール素子は磁気検出素子の例示であるが、磁気検出素子はこれに限定されず、磁気抵抗効果素子等であってもよい。また、磁気シールド体６５を構成する上側磁気シールド部材６２および下側磁気シールド部材６３は、コの字型に限定されず、モールドユニットの外形に合わせて、半円あるいは半楕円などの半筒型若しくはその他の形状としてもよい。

本発明の第１の実施の形態に係る電流センサの正断面図（図２の1-1'断面図）である。 図１に示される電流センサの平面図である。 図２の3-3'断面図である。 図１ないし図３のホール素子１４の感磁面に印加される第１の磁界の強度が磁気シールド体に形成された空隙の位置に応じて変化する原理の説明図である。 図４の角度θ＝９０°の場合に、ホール素子の感磁面に印加される磁界の説明図である。 図５においてバスバー電流Ｉ_１をゼロとした場合の、ＦＢコイル電流Ｉ_２（横軸）に対するホール素子の感磁面に印加される磁界（縦軸）の特性図である。 ＦＢコイル電流Ｉ_２をゼロとした場合の、バスバー電流Ｉ_１（横軸）に対するホール素子の感磁面に印加される磁界（縦軸）の特性図である。 図１ないし図３に示される制御回路１８の回路図である。 図８に示される回路を用いた場合のバスバー電流Ｉ_１（横軸）に対するＦＢコイル電流Ｉ_２（縦軸）の特性図である。 本発明の第２の実施の形態に係る電流センサの一部分解斜視図である。 本発明の第３の実施の形態に係る電流センサの一部分解斜視図である。 本発明の第４の実施の形態に係る電流センサの一部分解斜視図である。 本発明の第５の実施の形態に係る電流センサの一部分解斜視図である。 変形例に係る電流センサ１０１の正断面図である。

符号の説明

１２ バスバー
１６ 第１フィードバックコイル
１７ 第２フィードバックコイル
１８ 制御回路
２６、２７ ボビン
２８、２９ 磁気コア
３８ プリント基板
５８ 樹脂
６２ 上側磁気シールド部材
６３ 下側磁気シールド部材
６５ 磁気シールド体
１００ 電流センサ

Claims (10)

1. バスバーと、
   前記バスバーに流れる電流によって発生する第１の磁界が感磁面に印加されるように前記バスバーに対して固定配置された磁気検出素子と、
   前記磁気検出素子と近接するよう前記バスバーに対して固定配置され、前記磁気検出素子の感磁面に印加される前記第１の磁界を相殺する第２の磁界を発生するコイルと、
   前記磁気検出素子および前記コイルを外部磁界から磁気遮蔽する磁気シールド体とを備え、
   前記第２の磁界を発生するために前記コイルに流れる電流に基づいて前記バスバーに流れる電流を検出する電流センサであり、
   前記磁気シールド体は前記バスバーと前記磁気検出素子と前記コイルとを内側に囲む環状囲み部を有し、前記環状囲み部に少なくとも１カ所の空隙が形成されていて、
   前記コイルは、直線状の磁気コアに巻線を施したものであり、かつ、前記磁気検出素子の感磁面の片側または両側に設けられ、
   前記磁気シールド体に形成された前記空隙が前記磁気コアの軸延長上の近傍に位置していることを特徴とする電流センサ。
2. バスバーと、
   前記バスバーに流れる電流によって発生する第１の磁界が感磁面に印加されるように前記バスバーに対して固定配置された磁気検出素子と、
   前記磁気検出素子と近接するよう前記バスバーに対して固定配置され、前記磁気検出素子の感磁面に印加される前記第１の磁界を相殺する第２の磁界を発生するコイルと、
   前記磁気検出素子および前記コイルを外部磁界から磁気遮蔽する磁気シールド体とを備え、
   前記第２の磁界を発生するために前記コイルに流れる電流に基づいて前記バスバーに流れる電流を検出する電流センサであり、
   前記磁気シールド体は前記バスバーと前記磁気検出素子と前記コイルとを内側に囲む環状囲み部を有し、前記環状囲み部に少なくとも１カ所の空隙が形成されていて、
   前記コイルは前記磁気検出素子の感磁面の一方の側に設けられ、
   前記磁気検出素子の感磁面の他方の側には直線状の磁気コアが設けられ、
   前記磁気シールド体に形成された前記空隙が前記磁気コアの軸延長上の近傍に位置していることを特徴とする電流センサ。
3. 請求項１又は２に記載の電流センサにおいて、前記磁気検出素子および前記コイルは前記バスバーと一体となるように樹脂でモールドされ、このモールドされた外側を前記磁気シールド体が覆っていることを特徴とする電流センサ。
4. 請求項１から３のいずれか一項に記載の電流センサにおいて、前記磁気シールド体は、第１および第２の磁気シールド部材によって前記バスバーと前記磁気検出素子と前記コイルとを囲むものであり、その囲っている状態で前記第１および第２の磁気シールド部材間に前記空隙が形成されることを特徴とする電流センサ。
5. 請求項１又は２に記載の電流センサにおいて、
   前記磁気検出素子および前記コイルは前記バスバーと一体となるように樹脂でモールドされてモールド体を構成し、
   前記磁気シールド体は、第１および第２の磁気シールド部材によって前記モールド体を覆うものであり、その覆っている状態で前記第１および第２の磁気シールド部材間に前記空隙が形成され、
   前記モールド体の外側には前記第１および第２の磁気シールド部材を取り付けるためのモールド側凹部または凸部が形成され、
   前記第１および第２の磁気シールド部材は、シールド側凸部または凹部もしくは孔部が内面に形成された半筒状ないし半環状であり、前記モールド側凹部または凸部と、前記シールド側凸部または凹部もしくは孔部とが嵌合することで前記モールド体に装着されていることを特徴とする電流センサ。
6. 請求項１又は２に記載の電流センサにおいて、
   前記磁気検出素子および前記コイルは前記バスバーと一体となるように樹脂でモールドされてモールド体を構成し、
   前記磁気シールド体は、第１および第２の磁気シールド部材によって前記モールド体を覆うものであり、その覆っている状態で前記第１および第２の磁気シールド部材間に前記空隙が形成され、
   前記第１および第２の磁気シールド部材は、前記モールド体に対するギザギザ形状の抜止め用凹凸部が形成された半筒状ないし半環状であり、前記モールド体の外側に装着されていることを特徴とする電流センサ。
7. 請求項１から６のいずれかに記載の電流センサにおいて、前記バスバーは平板形状であり、前記磁気検出素子と前記コイルとが前記バスバーの幅広主面上に固定配置されていることを特徴とする電流センサ。
8. バスバーを通す貫通孔が形成された樹脂モールド体として構成され、前記樹脂モールド体の内部に、
   前記樹脂モールド体の前記貫通孔にバスバーを通して電流を流したときに発生する第１の磁界が感磁面に印加されるように前記貫通孔に対して固定配置された磁気検出素子と、
   前記磁気検出素子と近接するよう前記貫通孔に対して固定配置され、前記磁気検出素子の感磁面に印加される前記第１の磁界を相殺する第２の磁界を発生するコイルとを少なくとも備えるとともに、
   前記磁気検出素子および前記コイルを外部磁界から磁気遮蔽する磁気シールド体を備え、
   前記第２の磁界を発生するために前記コイルに流れる電流に基づいて前記バスバーに流れる電流を検出する電流センサであり、
   前記磁気シールド体は前記貫通孔と前記磁気検出素子と前記コイルとを内側に囲む環状囲み部を有し、前記環状囲み部に少なくとも１カ所の空隙が形成されていて、
   前記コイルは、直線状の磁気コアに巻線を施したものであり、かつ、前記磁気検出素子の感磁面の片側または両側に設けられ、
   前記磁気シールド体に形成された前記空隙が前記磁気コアの軸延長上の近傍に位置していることを特徴とする電流センサ。
9. バスバーを通す貫通孔が形成された樹脂モールド体として構成され、前記樹脂モールド体の内部に、
   前記樹脂モールド体の前記貫通孔にバスバーを通して電流を流したときに発生する第１の磁界が感磁面に印加されるように前記貫通孔に対して固定配置された磁気検出素子と、
   前記磁気検出素子と近接するよう前記貫通孔に対して固定配置され、前記磁気検出素子の感磁面に印加される前記第１の磁界を相殺する第２の磁界を発生するコイルとを少なくとも備えるとともに、
   前記磁気検出素子および前記コイルを外部磁界から磁気遮蔽する磁気シールド体を備え、
   前記第２の磁界を発生するために前記コイルに流れる電流に基づいて前記バスバーに流れる電流を検出する電流センサであり、
   前記磁気シールド体は前記貫通孔と前記磁気検出素子と前記コイルとを内側に囲む環状囲み部を有し、前記環状囲み部に少なくとも１カ所の空隙が形成されていて、
   前記コイルは前記磁気検出素子の感磁面の一方の側に設けられ、
   前記磁気検出素子の感磁面の他方の側には直線状の磁気コアが設けられ、
   前記磁気シールド体に形成された前記空隙が前記磁気コアの軸延長上の近傍に位置していることを特徴とする電流センサ。
10. 請求項１から９のいずれかに記載の電流センサにおいて、
    前記コイルは内周孔に直線状の磁気コアが配置されたボビンに巻線を施したものであり、前記磁気検出素子の検出出力がゼロとなるように前記コイルに電流を供給する制御回路の基板が前記ボビンに搭載されていることを特徴とする電流センサ。

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