JP2008215970A - バスバー一体型電流センサ - Google Patents

Abstract

【課題】電流測定精度の高い小型かつ軽量の電流センサを提供する。
【解決手段】バスバー１２と、バスバー１２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バスバー１２に対して固定配置された磁気検出素子を有するＩＣ１４と、ＩＣ１４と近接するようバスバー１２に対して固定配置され、ＩＣ１４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１６とを備え、前記第２の磁界を発生するためにコイル１６に流れる電流に基づいてバスバー１２に流れる電流を検出する電流センサ１００である。バスバー１２に流れる電流をＩ_１、前記第２の磁界を発生するためにコイル１６に流れる電流をＩ_２、コイル１６の巻線数をＮ、１より大きい定数をｋとしたとき、前記Ｉ_１、前記Ｉ_２、前記Ｎおよび前記ｋは、下記（１）式
Ｉ_１＝ｋ×Ｎ×Ｉ_２ …（１） の関係を満たす。
【選択図】図１

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。

磁気検出素子を使用した電流センサとして、磁気比例式と磁気平衡式が従来から知られている。磁気比例式電流センサは、図１７に示されるように被測定電流Ｉ_１が貫通するリング状の磁気コア１１２のギャップ内にホール素子１２４を配置して構成され、被測定電流Ｉ_１に比例する磁束をホール素子１２４によって電圧に変換しこれを増幅して出力するものである。磁気比例式電流センサは簡単な構成であるが精度はあまりよくない。ホール素子のフルスケール（例えば、磁束密度：５０ｍＴ、測定電流：±３００Ａ）時の温度特性が悪いために、温度変化によってセンサ出力のリニアリティ（直線性）が悪化して、磁気比例式電流センサの精度は例えば−４０℃〜＋８５℃の全温度範囲時で±５％程度である。

これに対し磁気平衡式電流センサは、図１８に示されるようにリング状の磁気コア１１２にフィードバック巻線１３６を設けてコイル１４８を形成し、これに電流を供給することによりギャップ内磁束が常にゼロとなるようにフィードバックする。そしてギャップ内磁束をゼロにするためにコイル１４８に供給された電流から被測定電流Ｉ_１が求められる。このため磁気平衡式電流センサは磁気比例式電流センサと異なりホール素子のフルスケール時の温度特性が悪いことによる影響はないといっていい。もっとも、この場合もホール素子のオフセットの温度特性、すなわちギャップ内磁束がゼロ（磁束密度：０ｍＴ）であるときの温度特性による影響は受ける。しかしオフセットの温度特性はフルスケール時の温度特性よりも良いために、磁気平衡式電流センサは磁気比例式電流センサよりも精度が高い（例えば±１％以下）。

このように磁気平衡式電流センサによれば精度よく電流を測定できるが、磁気コアに巻線するため形状が大型で重量も大きくなりがちである。例えば被測定電流が３００Ａのときにコイルへの供給電流を３０ｍＡに抑えようとすると、「等アンペアターンの原理」に基づき、
１［ターン］×３００［Ａ］＝１０,０００［ターン］×０.０３［Ａ］ …（２）
であるから、コイルの巻線数は１０,０００ターンにする必要がある。

磁気検出素子を使用した電流センサに関する公知文献には以下のものがある。
特開２００３−３０２４２８号公報 特開平８−３０４４６８号公報

特許文献１は、プリント基板上の電流を測定する電流センサを開示する。この電流センサは、プリント基板の微小領域の電流検出のために、磁気を所定方向に収束させる磁気収束手段を備え、これによりセンサの小型化を図っている。しかし、磁気比例式の測定原理に基づくため、上述した通り磁気平衡式の場合と比較して精度が悪いという問題がある。

特許文献２は、非接触型センサに関し、特に単電源での駆動により非接触で電流を測定するときの測定レンジの改善に関する。このセンサは、磁気平衡式の測定原理に基づくため、磁気比例式の場合と比較して精度が良い。しかし、被測定電流の流れる導体がリング状の磁気コアを貫通する構造のために、また上述の通り磁気コアに巻線を施すために、形状が大型で重量も大きくなりやすいという問題がある。

このように磁気検出素子を使用した電流センサにおいて(1)測定精度の向上と(2)小型化および軽量化とはトレードオフの関係にあり、これを解決するのに好適な技術の開示は依然としてなされていない。

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、電流測定精度の高い小型かつ軽量の電流センサを提供することにある。

本発明のある態様は、バスバー一体型電流センサである。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、
前記バスバーに流れる電流をＩ_１、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をＩ_２、前記コイルの巻線数をＮ、１より大きい定数をｋとしたとき、前記Ｉ_１、前記Ｉ_２、前記Ｎおよび前記ｋは、下記（１）式
Ｉ_１＝ｋ×Ｎ×Ｉ_２ …（１）
の関係を満たすことを特徴とする。

ある態様の電流センサにおいて、前記バスバーは一部に切欠部を有し、前記磁気検出素子は、感磁面が前記切欠部内に位置するように前記切欠部の縁に密接もしくは近接して配置されていてもよい。

また、前記バスバーは平板形状であり、前記磁気検出素子は、感磁面が前記コイルの端面と対向配置され、前記コイルの前記端面のうち前記磁気検出素子の配置されている部分以外の一部は前記バスバーの幅広主面と重なっていてもよい。

本発明の別の態様も、バスバー一体型電流センサである。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。

ある態様および別の態様の電流センサにおいて、前記磁気検出素子は、前記第１の磁界と感磁面が略垂直になるように前記バスバーに対して固定配置されていてもよい。

また、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いてもよい。

また、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さらに備えてもよい。

また、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をさらに備えてもよい。

また、前記コイルは、巻線の内側に磁気ヨークを設けたコイル、空芯コイル、もしくは薄膜コイルであってもよい。

また、前記コイルは、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ていてもよい。

また、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、他方の側には、磁気ヨークが設けられていてもよい。

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。

本発明に係るバスバー一体型電流センサによれば、磁気平衡式の原理を用いるため磁気比例式の原理を用いる場合と比較して電流測定精度が高い。また、上記式（１）の関係を満たすことにより、あるいは磁気検出素子とコイルとがバスバーの幅広主面上に固定配置されることにより、従来の磁気平衡式電流センサと比較して小型化かつ軽量化を実現することができる。

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バスバー一体型電流センサ１００の斜視図である。バスバー一体型電流センサ１００は、バスバー１２と、ホール素子および制御回路を内蔵するＩＣ（Integrated Circuit）１４と、フィードバックコイル１６とを備える。バスバー１２は平板形状（例えば銅板）であり、取付穴２２、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。ＩＣ１４の回路構成については後述する。ＩＣ１４およびフィードバックコイル１６はバスバー１２の幅広主面上に固定配置されバスバー１２と一体化される。以下、図２も参照してバスバー一体型電流センサ１００の形状を詳細に説明する。

図２は、図１に示されるバスバー一体型電流センサ１００の形状説明図であり、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は正断面図、（Ｃ）は右側面図である。

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の内側に磁気ヨーク（軟磁性体）２８を設けて構成される。そして、フィードバックコイル１６は、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。フィードバックコイル１６の一方の端面はバスバー１２の縁に位置し、他方の端面はバスバー１２の幅方向略中央に位置する。この他方の端面上略中央にＩＣ１４が固着（例えば接着）される。ＩＣ１４に内蔵されたホール素子の感磁面はコイル１６の端面（すなわち磁気ヨーク端面）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）とホール素子の感磁面は略垂直となり、また、フィードバックコイル１６に流れる電流によって発生する磁界（以下「第２の磁界」とも表記）とホール素子の感磁面も略垂直となる。ＩＣ１４に内蔵された制御回路は、ホール素子の出力電圧がゼロとなるようにフィードバックコイル１６に電流を供給する。これによりホール素子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。つまり、フィードバックコイル１６はホール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。この第２の磁界を発生するためにフィードバックコイル１６に流れる電流に基づいてバスバー１２に流れる電流が検出される。

図３は、図１に示されるバスバー一体型電流センサ１００の右側断面図であり、かつ、ホール素子の感磁面における第１の磁界と第２の磁界との関係の概略説明図である。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の内側に磁気ヨーク２８を設けて構成される。このコイル１６の長さはバスバー１２の幅広主面の幅よりも十分に短くすることができる。バスバー１２に流れる被測定電流Ｉ_１は紙面手前から奥に向かっているものとする。第１の磁界Ｈｂは被測定電流Ｉ_１を右ねじ方向に一周するように発生し、これによりＩＣ１４に内蔵されたホール素子の感磁面には紙面左から右に向かう磁界が印加される。一方フィードバックコイル１６にはホール素子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Ｈｆはホール素子の感磁面近傍で第１の磁界Ｈｂを相殺するように発生する。すなわちホール素子の感磁面には紙面右から左に向かう磁界が印加され、ホール素子の感磁面に印加される磁界はゼロとなる。

上述した図１８に示される従来の磁気平衡式電流センサでは被測定電流が貫通するようにリング状の磁気コア１２４を設けて実質的な閉磁路を形成し、これにより被測定電流によって発生する磁束をその閉磁路に収束させている。これは「等アンペアターンの原理」を厳密に成り立たせるためと考えられる。しかしこのような構成であると上述の通り磁気コアへの巻線のため形状が大型で重量も大きくなりがちである。これは閉磁路を形成したことにより被測定電流によってギャップ内に発生する磁界（すなわちホール素子の感磁面に印加される磁界）が強いためにそれを打ち消すための磁界も同じように強くすることが必要となるからである。

これに対して本実施の形態のバスバー一体型電流センサ１００は、例えば図３に示される通り、バスバー１２を周回せずに、バスバー１２の一面のみに対向する短い磁気ヨーク２８によって開磁路を形成しているため、被測定電流Ｉ_１によってホール素子の感磁面に印加される磁界はリング状の磁気コアによって閉磁路を形成した場合と比較して小さい。したがってホール素子の感磁面に印加される磁界をゼロにするためにフィードバックコイル１６が発生すべき磁界も小さいため、コイルへの供給電流を同程度とした場合フィードバックコイル１６の巻線数はリング状の磁気コアに施す巻線数よりも少なくて済む。すなわち、被測定電流Ｉ_１と、第２の磁界を発生するためのフィードバックコイル１６への供給電流Ｉ_２と、フィードバックコイル１６の巻線数Ｎと、１より大きい定数ｋとの間には
１［ターン］×Ｉ_１［Ａ］＝ｋ×Ｎ［ターン］×Ｉ_２［Ａ］
が成立する。図１ないし３に示されるバスバー一体型電流センサ１００においてはｋは例えば２０程度となる。したがって、例えば被測定電流が３００Ａのときにコイルへの供給電流を３０ｍＡに抑えようとした場合、
１［ターン］×３００［Ａ］＝２０×５００［ターン］×０.０３［Ａ］
であるから、フィードバックコイル１６の巻線数は５００ターンで済む。
このためバスバー一体型電流センサ１００は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小型かつ軽量となっている。また、本実施の形態のバスバー一体型電流センサ１００の精度は±１％以下であり、これは図１８に示される従来の磁気平衡式電流センサの精度と遜色ないものといえる。

図４は、図１ないし３に示されるバスバー一体型電流センサ１００においてフィードバックコイル１６への供給電流Ｉ_２をゼロとした場合のホール素子の出力電圧Ｖ_Ｈ（縦軸）と被測定電流Ｉ_１（横軸）の特性例を示す。被測定電流Ｉ_１の−３００Ａ〜＋３００Ａのレンジに対してホール素子の出力電圧は−３０ｍＶ〜＋３０ｍＶとなり、直線的な特性となっている。

図５は、図１ないし３に示されるバスバー一体型電流センサ１００において被測定電流Ｉ_１をゼロとした場合の、フィードバックコイル１６への供給電流Ｉ_２（横軸）に対するホール素子の出力電圧Ｖ_Ｈ（縦軸）の特性例を示す。フィードバックコイル１６への供給電流Ｉ_２の−３０ｍＡ〜＋３０ｍＡのレンジに対してホール素子の出力電圧は−３０ｍＶ〜＋３０ｍＶとなり、直線的な特性となっている。

図６は、図１ないし図３に示されるバスバー一体型電流センサ１００において、センサ出力として電流出力を得るための回路図である。ＩＣ１４は、定電流回路４２と、ホール素子４６と、誤差増幅回路４８とを含む。ホール素子４６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４６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４６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、フィードバックコイル１６に電流を供給する。ここで供給される電流はモニター用電流計５２によって知ることができる。

図７は、被測定電流Ｉ_１（横軸）に対する図６のモニター用電流計５２の指示値（縦軸）の特性例を示す。被測定電流Ｉ_１の−３００Ａ〜＋３００Ａのレンジに対してモニター用電流計５２の指示値は−３０ｍＡ〜＋３０ｍＡとなり、直線的な特性となっている。０.０３［Ａ］／３００［Ａ］＝０.０００１＝０.０１［％］であるから、モニター用電流計５２の指示値を１万倍すれば被測定電流Ｉ_１が得られる。

図８は、図１ないし図３に示されるバスバー一体型電流センサ１００において、センサ出力として電圧出力を得るための回路図である。図６の電流出力タイプと異なるところは、モニター用電流計５２に替えて検出抵抗Ｒｓおよび差動増幅回路５４を設け、差動増幅回路５４の出力電圧Ｖoutをセンサ出力とする点である。検出抵抗Ｒｓはフィードバックコイル１６への供給電流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、演算増幅器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。

図９は、被測定電流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）の特性例を示す。被測定電流Ｉ_１の−３００Ａ〜＋３００Ａ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) バスバー一体型電流センサ１００は、従来の磁気平衡式電流センサと比較して小型かつ軽量である。例えば、バスバー１２の幅方向主面の幅内にホール素子および制御回路を内蔵するＩＣ１４とフィードバックコイル１６とを配置でき、コイル巻数も大幅に低減できる。従って、大きさと重量共に磁気平衡式電流センサと比較して１／１０以下とすることができる。
(2) 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、全温度範囲での精度が±１％以下となり、従来の磁気平衡式電流センサと遜色ない高精度を実現することができる。
(3) フィードバックコイル１６は、巻線３２を施したボビン２６の内側に磁気ヨーク２８を設けて構成されており、磁気ヨーク２８の端面にホール素子の感磁面を対面させることにより、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、そのフィードバック磁界は感磁面に実質的に垂直となる。

（第２の実施の形態）
図１０は、第２の実施の形態の変形例に係るバスバー一体型電流センサの形状説明図であり、（Ａ）は正断面図、（Ｂ）は右側断面図である。第１の実施の形態と異なるところは、ＩＣ１４およびフィードバックコイル１６が樹脂５８でモールドされ、その外側が磁気シールド体としての磁気シールドケース６２で覆われた点である。樹脂５８は非磁性であるものとする。磁気シールドケース６２は、低周波の磁気的干渉に対してはパーマロイ等、高周波の磁気的干渉に対してはフェライト等を用いて磁気遮蔽することができる。本実施の形態によれば、第１の実施の形態の効果に加え、ＩＣ１４およびフィードバックコイル１６が樹脂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。また、外乱磁気によって生じるセンサ出力への悪影響を低減することができる。

（第３の実施の形態）
図１１は、第３の実施の形態に係るバスバー一体型電流センサの形状説明図であり、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は正断面図、（Ｃ）は平面図の一部拡大図である。以下、第１の実施の形態と異なるところを中心に説明する。

バスバー１２の長手方向中央には矩形状の切欠部７２が設けられている。フィードバックコイル１６は一方の端面上略中央にＩＣ１４が固着（例えば感磁面がコイル端面に対向するように接着）され、この一方の端面のうちＩＣ１４の配置されている部分以外の一部がバスバー１２の幅広主面に、ＩＣ１４の縁と切欠部７２の縁とが密接もしくは近接するように固着（例えば接着）されている。したがって、フィードバックコイル１６の軸方向はバスバー１２の幅広主面と略垂直であり、またＩＣ１４に内蔵されたホール素子の感磁面はバスバー１２の幅広主面と略平行でありかつ第１の磁界と略垂直となる。また、フィードバックコイル１６は平面図において切欠部７２内に収まっている。本実施の形態の電流測定の原理は第１の実施の形態と同様である。

本実施の形態によれば、第１の実施の形態の効果に加え、ＩＣ１４の縁と切欠部７２の縁とが密接もしくは近接するようにフィードバックコイル１６の端面の一部が図１１（Ａ）あるいは（Ｃ）のようにバスバー１２の幅広主面とオーバーラップするため、ホール素子の感磁面がより磁界強度の高いところに配置されることとなり、ホール素子の感磁面に印加される磁界強度が不足するような場合に有効である。また、切欠部７２近傍では電流密度が高いため磁界強度が高くなり、このことからも、ホール素子の感磁面に印加される磁界強度が不足するような場合に有効である。

上記実施の形態は例示であり、それらの各構成要素や各処理プロセスの組合せにいろいろな変形が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。以下、変形例を列挙する。

（変形例）
図１２は、実施の形態で用いたフィードバックコイル１６の形状説明図であり、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は正断面図である。本図に示されるように実施の形態ではフィードバックコイル１６は巻線３２を施したボビン２６の内側に磁気ヨーク２８を設けて構成されるものとしたが、これには限定されず、フィードバックコイル１６は空芯コイルや薄膜コイルであってもよい。

図１３は、他の変形例に係るフィードバックコイル１６（空芯コイル）の形状説明図であり、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は正断面図である。本図の場合、フィードバックコイル１６は磁気ヨークおよびボビンなしであり、自己融着線（セメントワイヤ）８４の巻回による空芯コイルである。ボビンと磁気ヨークを無くすことで、コスト削減、簡素化が可能である。もっとも、磁気ヨークを設けないボビンに巻線したものであってもよい。

図１４は、他の変形例に係るフィードバックコイル１６（薄膜コイル）の形状説明図である。本図の場合、フィードバックコイル１６は絶縁体基板上にスパイラル状の導電パターン７４を形成した薄膜コイルである。ホール素子および制御回路を内蔵するＩＣ１４はスパイラル状の導電パターン７４形成後にその中心に配置することができる。コイルの厚みが小さく、小型化を図ることができる。

図１５は、他の変形例に係るバスバー一体型電流センサの左側断面図である。図３に示される第１の実施の形態ではＩＣ１４に内蔵されたホール素子の感磁面の一方の側にだけフィードバックコイル１６を設けたが、本変形例では一方および他方の側に同様のフィードバックコイルをそれぞれ設けている（図中１６Ａ、１６Ｂ）。本変形例はフィードバックコイルの発生磁界をより強くするときに有効である。また、フィードバックコイル１６Ａ、１６Ｂの磁気ヨーク２８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。

図１６は、他の変形例に係るバスバー一体型電流センサの左側断面図である。図３に示される第１の実施の形態と異なるところはＩＣ１４に内蔵されたホール素子の感磁面の他方の側に磁気ヨーク７６を設けた点である。本変形例は、磁気ヨーク７６が集磁作用を有するため、ホール素子の感磁面に印加される磁界が不足するような場合に有効である。また、フィードバックコイル１６の磁気ヨーク２８と磁気ヨーク７６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、ホール素子は制御回路とともにＩＣ１４に内蔵されたが、これにも限定されず、ホール素子と制御回路はそれぞれ別部品であってもよい。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。

本発明の第１の実施の形態に係るバスバー一体型電流センサの斜視図である。 図１に示されるバスバー一体型電流センサの形状説明図であり、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は正断面図、（Ｃ）は右側面図である。 図１に示されるバスバー一体型電流センサであって、ホール素子の感磁面における第１の磁界と第２の磁界との関係を説明する右側断面図である。 図１ないし図３に示されるバスバー一体型電流センサにおいてフィードバックコイルへの供給電流Ｉ_２をゼロとした場合の、被測定電流Ｉ_１（横軸）に対するホール素子の出力電圧Ｖ_Ｈ（縦軸）の特性図である。 図１ないし図３に示されるバスバー一体型電流センサにおいて被測定電流Ｉ_１をゼロとした場合の、フィードバックコイルへの供給電流Ｉ_２（横軸）に対するホール素子の出力電圧Ｖ_Ｈ（縦軸）の特性図である。 図１ないし図３に示されるバスバー一体型電流センサにおいて電流出力を得るための回路図である。 被測定電流Ｉ_１（横軸）に対する図６のモニター用電流計の指示値（縦軸）の特性図である。 図１ないし図３に示されるバスバー一体型電流センサにおいて電圧出力を得るための回路図である。 被測定電流Ｉ（横軸）に対する図８の差動増幅回路の出力電圧Ｖout（縦軸）の特性図である。 第２の実施の形態に係るバスバー一体型電流センサの形状説明図であり、（Ａ）は正断面図、（Ｂ）は右側断面図である。 第３の実施の形態に係るバスバー一体型電流センサの形状説明図であり、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は正断面図、（Ｃ）は平面図の一部拡大図である。 実施の形態で用いたフィードバックコイルの形状説明図であり、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は正断面図である。 変形例に係るフィードバックコイル（空芯コイル）の形状説明図であり、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は正断面図である。 他の変形例に係るフィードバックコイル（薄膜コイル）の形状説明図である。 他の変形例に係るバスバー一体型電流センサの側断面図である。 他の変形例に係るバスバー一体型電流センサの側断面図である。 従来の磁気比例式電流センサの場合の磁気コア及びホール素子配置の斜視図である。 従来の磁気平衡式電流センサの場合の磁気コア及びホール素子配置の斜視図である。

符号の説明

１２ バスバー
１４ ＩＣ
１６ フィードバックコイル
２６ ボビン
２８ 磁気ヨーク
３２ 巻線
４２ 定電流回路
４６ ホール素子
４８ 誤差増幅回路
５２ モニター用電流計
５４ 差動増幅回路
５６ 演算増幅器
５８ 樹脂
６２ 磁気シールドケース
７２ 切欠部
１００ バスバー一体型電流センサ
Ｉ_１ 被測定電流
Ｒｓ 検出抵抗
Ｖref 基準電圧源

Claims (11)

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、
   前記バスバーに流れる電流をＩ_１、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をＩ_２、前記コイルの巻線数をＮ、１より大きい定数をｋとしたとき、前記Ｉ_１、前記Ｉ_２、前記Ｎおよび前記ｋは、下記（１）式
   Ｉ_１＝ｋ×Ｎ×Ｉ_２ …（１）
   の関係を満たすことを特徴とするバスバー一体型電流センサ。
2. 請求項１に記載の電流センサにおいて、前記バスバーは一部に切欠部を有し、前記磁気検出素子は、感磁面が前記切欠部内に位置するように前記切欠部の縁に密接もしくは近接して配置されていることを特徴とするバスバー一体型電流センサ。
3. 請求項２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、前記磁気検出素子は、感磁面が前記コイルの端面と対向配置され、前記コイルの前記端面のうち前記磁気検出素子の配置されている部分以外の一部は前記バスバーの幅広主面と重なっていることを特徴とするバスバー一体型電流センサ。
4. 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バスバー一体型電流センサ。
5. 請求項１から４のいずれかに記載の電流センサにおいて、前記磁気検出素子は、前記第１の磁界と感磁面が略垂直になるように前記バスバーに対して固定配置されていることを特徴とするバスバー一体型電流センサ。
6. 請求項１から５のいずれか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いることを特徴とするバスバー一体型電流センサ。
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さらに備えることを特徴とするバスバー一体型電流センサ。
8. 請求項１から７のいずれかに記載の電流センサにおいて、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をさらに備えることを特徴とするバスバー一体型電流センサ。
9. 請求項１から８のいずれかに記載の電流センサにおいて、前記コイルは、巻線の内側に磁気ヨークを設けたコイル、空芯コイル、もしくは薄膜コイルであることを特徴とするバスバー一体型電流センサ。
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、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ていることを特徴とするバスバー一体型電流センサ。
11. 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、前記磁気検出素子の感磁面の一方の側に設けられ、他方の側には、磁気ヨークが設けられていることを特徴とするバスバー一体型電流センサ。

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