电流传感器的制作方法

本发明涉及电流传感器。

背景技术：

现今，作为电流传感器，公知一种具备检测由成为测定对象的电流所产生的磁场强度进行检测的磁检测元件的电流传感器(例如参照专利文献1)。通过由磁检测元件检测磁场强度，能够基于该磁场强度并利用运算来求解电流。

专利文献1中公开一种以夹入流动作为测定对象的电流的母线以及磁检测元件的方式配置有一对屏蔽板的电流传感器。在专利文献1所记载的电流传感器中，使用检测母线的在板宽方向上的磁通密度的磁检测元件，并在母线的在板宽方向上的外部磁通不穿过的非穿过区域设置磁检测元件，由此抑制外部磁通的影响。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2015-194472号公报

技术实现要素：

发明所要解决的课题

然而，在专利文献1所记载的电流传感器中，在多个母线配置于一对屏蔽板间的情况下，磁检测元件受到除成为电流检测对象的母线以外的母线所产生的磁场的影响(来自其它相的干涉)，从而有检测精度降低的担忧。

因此，本发明的目的在于提供抑制来自其它相的干涉从而实现了检测精度的提高的电流传感器。

用于解决问题的方案

本发明以解决上述课题作为目的，提供一种电流传感器，具备：多个母线，截面形成为矩形，并在宽度方向上分离地排列配置，且使电流沿与上述宽度方向垂直的长度方向流动；一对屏蔽板，由磁性材料构成，并且配置为，在与上述宽度方向以及上述长度方向垂直的高度方向上一并地夹入上述多个母线；以及多个磁检测元件，分别配置于上述各母线与一个上述屏蔽板之间，并且检测上述宽度方向的磁场强度，在将上述屏蔽板的宽度设为w、并将上述一对屏蔽板的沿上述高度方向的间隔设为h时，任意的上述磁检测元件中的磁场强度的检测位置和在上述宽度方向上与对应于该磁检测元件的上述母线相邻的上述母线的宽度方向中心位置之间的距离d满足下式：

d/w+0.023(w/h)≥0.36。

发明的效果如下。

根据本发明，能够提供抑制来自其它相的干涉从而实现了检测精度的提高的电流传感器。

附图说明

图1是示出本发明的一个实施方式的电流传感器的图，(a)是透视第一屏蔽板的立体图，(b)是其a-a线剖视图。

图2的(a)是示出相对强度成为1％的y/w与纵横尺寸比w/h的关系的图表，(b)是抽出该y/w为负的区域的图表，(c)是抽出该y/w为正的区域的图表。

图3是将图2的(a)的纵轴设为|y/w|+0.023(w/h)的图表。

图4是示出在z＝0的高度位置处，使纵横尺寸比w/h变化后的d与相对强度的关系的图表。

图5是示出使z/h变化后的d与相对强度的关系的图表，(a)是示出将纵横尺寸比w/h设为7.60的情况的图，(b)是示出将纵横尺寸比w/h设为6.33的情况的图。

图6是示出使z/h变化后的d与相对强度的关系的图表，(a)是示出将纵横尺寸比w/h设为4.75的情况的图，(b)是示出将纵横尺寸比w/h设为4.22的情况的图。

图7是示出使屏蔽板的相对磁导率变化后的d与相对强度的关系的图表，(a)是示出将z/h设为－0.10的情况的图，(b)是示出将z/h设为+0.10的情况的图。

图8是本发明的一个变形例的电流传感器的剖视图。

图9是本发明的一个变形例的电流传感器的剖视图。

符号的说明

1—电流传感器，2—母线，3—屏蔽板，3a—第一屏蔽板，3b—第二屏蔽板，4—中间位置，5—磁检测元件，51—检测位置。

具体实施方式

[实施方式]

以下，基于附图对本发明的实施方式进行说明。

图1是示出本实施方式的电流传感器的图，(a)是透视第一屏蔽板3a的立体图，(b)是其a-a线剖视图。电流传感器1具备多个母线2、一对屏蔽板3、以及与各母线2对应的多个磁检测元件5。母线2形成为截面呈矩形。

母线2是由铜、铝等良电导体构成的板状的导体，成为电流流动的电流路。母线2例如用作电动汽车、混合动力车中的马达与逆变器间的电源线。在本实施方式中，对使用与三相交流对应的三条母线2a～2c的情况进行说明。

以下，将图1的(b)的左右方向称作宽度方向，将上下方向称作高度方向，并将纸面方向称作长度方向。三条母线2a～2c在其宽度方向上分离地排列配置，使电流沿长度方向流动。在电流传感器1中，从宽度方向的一侧至另一侧(图1的(b)的右侧至左侧)依次配置有第一母线2a、第二母线2b、第三母线2c。在各母线2a～2c流动有三相交流的各相电流。在本实施方式中，在第一母线2a流动有u相电流，在第二母线2b流动有v相电流，并在第三母线2c流动有w相电流。

屏蔽板3用于遮挡来自外部的磁场，以便来自外部的磁场不会对磁检测元件5的检测结果产生影响。屏蔽板3由磁性材料构成。屏蔽板3形成为具有在宽度方向上对置的两个边和在长度方向上对置的两个边的矩形板状。

屏蔽板3以在高度方向上一并地夹入三条母线2a～2c的方式与母线2分离地配置。并且，屏蔽板3配置为其表面与母线2的表面平行(屏蔽板3的高度方向与母线2的高度方向一致)。在各母线2与一个屏蔽板3之间分别配置有磁检测元件5。

一对屏蔽板3配置为相互平行。但是，一对屏蔽板3也可以并非严格地平行，允许由制造误差等引起的些许倾斜、挠曲。具体地，相对于一个屏蔽板3的另一个屏蔽板3的倾斜可以为1°以下。

以下，将于配置母线2侧的屏蔽板3称作第一屏蔽板3a，并将配置于磁检测元件5侧的屏蔽板3称作第二屏蔽板3b。并且，将距第一屏蔽板3a以及第二屏蔽板3b的距离相等的位置、即被夹在第一屏蔽板3a以及第二屏蔽板3b之间的空间的高度方向中心位置称作中间位置4。

磁检测元件5分别配置于各母线2a～2c与第二屏蔽板3b之间，并检测由流动于对应的母线2a～2c的电流所产生的磁场强度。作为磁检测元件5，例如能够使用霍尔元件、gmr(giantmagnetoresistiveeffect：巨磁阻效应)元件、amr(anisotropicmagnetoresistive：各向异性磁阻)元件、tmr(tunnelingmagnetoresistive：隧道磁阻)元件等。以下，将与第一母线2a对应的磁检测元件5称作第一磁检测元件5a，将与第二母线2b对应的磁检测元件5称作第二磁检测元件5b，并将与第三母线2c对应的磁检测元件5称作第三磁检测元件5c。

各磁检测元件5a～5c构成为输出与沿检测轴的方向的磁场强度(磁通密度)对应的电压的输出信号。在本实施方式中，各磁检测元件5a～5c配置为检测轴与母线2的宽度方向(图1的(b)的左右方向)一致。也就是说，各磁检测元件5a～5c检测宽度方向上的磁场强度。图1的(b)中的符号51表示磁检测元件5中的磁场强度的检测位置。

(磁检测元件5的位置决定方法)

在母线2的附近，磁通的方向相对于高度方向的倾斜变大，从而产生宽度方向成分。因此，在任意的磁检测元件5中，为了抑制流动于除对应的母线2以外的母线2(称作非对应母线2)的电流的影响，使该磁检测元件5从非对应母线2充分离开即可。但是，在屏蔽板3的端部附近，由于磁通的方向相对于高度方向的倾斜变大，因而即使使磁检测元件5从非对应母线2过度远离，有时流动于非对应母线2的电流的影响也变大。

更具体地，为了不进行干涉修正等也能抑制检测精度的降低，优选因流动于非对应母线2的电流而由磁检测元件5检测到的磁场强度(磁通密度)相对于因流动于对应的母线2的电流而由磁检测元件5检测到的磁场强度(磁通密度)的比例(称作相对强度)约为1％以下。

因此，在使屏蔽板3的宽度w、以及屏蔽板3的沿高度方向的间隔h变化时，通过模拟求出相对强度成为1％的非对应母线2与磁检测元件5的距离d。此外，距离d表示磁检测元件5中的磁场强度的检测位置51和在宽度方向上与对应于该磁检测元件5的母线2相邻的母线2(非对应母线2)的宽度方向中心位置之间的距离(参照图1的(b))。并且，此处，对配置于宽度方向中央的第二母线2b通电的情况进行了模拟。作为宽度方向的坐标y，将其原点作为第二母线2b的宽度方向中心，将+y方向作为右方向，并将－y方向作为左方向。图2的(a)示出使检测位置为高度方向的中间位置4的情况下的模拟结果。此外，上述的“因流动于对应的母线2的电流而由磁检测元件5检测到的磁场强度(磁通密度)”与在本模拟中当设为y＝0时由磁检测元件5检测到的磁场强度(磁通密度)相等。并且，当在坐标y的位置设置有与该第二母线2b在宽度方向上相邻的母线2所对应的磁检测元件5的检测位置51的情况下，该距离d与y的绝对值相等。

并且，在模拟中，以距第一屏蔽板3a以及第二屏蔽板3b的距离相等的中间位置4与检测位置51一致的方式配置有磁检测元件5。并且，将母线2的宽度设为15mm，将高度设为3mm，将屏蔽板3的长度设为1mm，将相对磁导率设为5000，并将母线2与磁检测元件5的沿高度方向的距离设为20mm。

如图2的(a)所示，由于磁场强度的分布在磁检测元件5的宽度方向上的左右大致对称，所以在坐标y为正的区域和为负的区域的双方存在有相对强度成为1％的距离d。此外，图2的(a)中，将纵轴作为y/w，并示出为使坐标y相对于屏蔽板3的宽度w的相对距离。并且，图2的(a)中的横轴设为w/h。该w/h在与长度方向垂直的剖视中表示被夹在两屏蔽板3之间的空间的纵横尺寸比(以下简单地称作纵横尺寸比w/h)。

若关注图2的(a)的图表中坐标y为负的区域，则如图2的(b)所示，相对强度成为1％的y/w与w/h的关系大致成为比例关系。当将y/w设为y、并将w/h设为x时，二者的关系由以下的近似式表示：

y＝0.0226x－0.3898。

相比该近似式所表示的直线为下侧的区域(y的绝对值变大的区域)成为相对强度比1％小的区域、即能够充分抑制非对应母线2的影响的区域。

同样，若关注图2的(a)的图表中坐标y为正的区域注目，则如图2的(c)所示，相对强度成为1％的y/w与w/h的关系大致成为比例关系。当将y/w设为y、并将w/h设为x时，二者的关系由以下的近似式表示：

y＝－0.0228x+0.3903。

相比该近似式所表示的直线为上侧的区域(d的绝对值变大的区域)成为相对强度比1％小的区域、即能够充分抑制非对应母线2的影响的区域。

考虑在图2的(b)、(c)中获得的近似式，图3示出将图2的(a)中的纵轴设为|y/w|+0.023(w/h)的图表。从图3可知，通过使|y/w|+0.023(w/h)为0.36以上，能够充分减少相对强度，从而能够充分抑制流动于非对应母线2的电流所引起的影响。

因此，在本实施方式的电流传感器1中，屏蔽板3的宽度w、屏蔽板3的间隔h、以及磁检测元件5的检测位置51与非对应母线2的宽度方向中心位置之间的距离d满足下式(1)的关系。

d/w+0.023(w/h)≥0.36…(1)

此处，使用y的绝对值与距离d相同这一情况。为了更加抑制流动于非对应母线2的电流所引起的影响，d/w+0.023(w/h)更优选为0.38以上，进一步优选为0.40以上。

此外，在使用三条母线2的情况下，以使母线2不会从被屏蔽板3夹持的区域向外露出而需要满足下式，

0＜d/w≤0.5。

屏蔽板3的宽度w例如为10mm以上150mm以下。纵横尺寸比w/h例如为1以上10以下。

图4示出使纵横尺寸比w/h从4.22变化至9.60时的相对强度的变化。此外，图4中，横轴使用[数式1]所表示的d。在上述的式(1)中，若使用d，则以|d|≥0.36来表示。

数式1

如图4所示可知：即使在使纵横尺寸比w/h变化的情况下，在|d|为0.36以上的区域内，相对强度也约为1％以下(最大为1.2％左右)，从而充分抑制流动于非对应母线2的电流所引起的影响。

接下来，研究磁检测元件5的检测位置51在高度方向上从中间位置4偏离的情况。将检测位置51的沿高度方向从中间位置4向第一屏蔽板3a侧(母线2侧)偏离的距离设为z。在检测位置51从中间位置4向第一屏蔽板3a侧偏离的情况下，距离z的符号为正，在从中间位置4向第二屏蔽板3b侧偏离的情况下，距离z的符号为负。图5的(a)、(b)示出：在使纵横尺寸比w/h分别为7.60、6.33的情况下，使相对于屏蔽板3的间隔h的相对距离z/h变化时的相对强度的变化。

如图5的(a)、(b)所示可知：若检测位置51距中间位置4的距离z变大，则在|d|约至0.5为止的范围内，当|d|变大时，相对强度减少，但若|d|超过约0.5，则在|d|变大时，相对强度增加。这是因为：磁通的方向相对高度方向的倾斜越从中间位置4离开越变大，有磁通密度的宽度方向成分增加的倾向。基于图5的(a)、(b)，为了不被检测位置51的位置偏移影响地充分降低相对强度，|d|优选至少为0.64以下。即，优选满足下式：

0.36≤d/w+0.023(w/h)≤0.64。

另外，在图5的(a)的情况下，为了使相对强度为0.5％以下并进一步降低相对强度，|d|更优选为0.44以上0.58以下。即，可以说更优选满足下式：

0.44≤d/w+0.023(w/h)≤0.58。

图6的(a)、(b)示出进一步使图5的(a)、(b)中的纵横尺寸比w/h低至4.75、4.22的情况的图表。如图6的(a)、(b)所示可知：有纵横尺寸比w/h越小，相对于d的相对强度越大的倾向(相对强度比1％小的d的区域变小的倾向)，即使在磁检测元件5的检测位置51稍微产生了位置偏移的情况下，相对强度也变大。

在使纵横尺寸比w/h为4.75的图6的(a)中，在使z/h为－0.09的情况下存在相对强度为1％以下的d的区域，但在使纵横尺寸比w/h为4.22的图6的(b)中，即使在使z/h为－0.08的情况下，相对强度也不会为1％以下。因此，纵横尺寸比w/h至少比4.22大即可，优选满足下式：

w/h≥4.5。

更有优选使纵横尺寸比w/h为4.75以上。

此处，当研究图5以及图6的图表的倾向时可知：与z/h为负的情况(即磁检测元件5的检测位置51相比中间位置4位于第二屏蔽板3b侧的情况)相比，在z/h为正的情况(即磁检测元件5的检测位置51相比中间位置4位于第一屏蔽板3a侧的情况)下，相对于d的相对强度变小(因d的增加而相对强度更加急剧地减少)。因此，磁检测元件5更优选配置为，其磁场强度的检测位置51位于中间位置4或者相比中间位置4位于第一屏蔽板3a侧(与母线2相同一侧)。即，更优选满足下式：

0≤z/h＜0.5。

接下来，研究相对磁导率的影响。在使z/h分别为－0.10、+0.10的情况下，通过模拟求出使屏蔽板3的相对磁导率变化时的相对强度的变化。图7的(a)、(b)分别示出模拟结果。此外，在图7的(a)、(b)的模拟中，使w/h为7.60。

如图7的(a)、(b)所示，有屏蔽板3的相对磁导率越低，相对于d的相对强度越大的倾向(相对强度比1％小的d的区域变小的倾向)。因此，根据图7的(a)、(b)的模拟结果，屏蔽板3的相对磁导率至少为500以上即可，优选为1000以上。

(实施方式的作用以及效果)

如上所述，在本实施方式的电流传感器1中，在将屏蔽板3的宽度设为w、将一对屏蔽板3的沿高度方向的间隔设为h时，任意的磁检测元件5中的磁场强度的检测位置51和在宽度方向上与对应于该磁检测元件5的母线2相邻的母线2(非对应母线2)的宽度方向中心位置之间的距离d满足下式(1)。

d/w+0.023(w/h)≥0.36…(1)

由此，能够实现如下的电流传感器1，其能够充分抑制流动于非对应母线2的电流所引起的影响，可抑制来自其它相的干涉从而实现了检测精度的提高。并且，通过适当地选择能够满足上述式(1)的尽量短的距离d、屏蔽板3的宽度w，能够实现抑制来自其它相的干涉的同时小型的电流传感器1。另外，根据本实施方式，不需要干涉修正等复杂的修正，能够实现廉价的电流传感器1。

(变形例)

在上述实施方式中，示出母线2的宽度方向中心位置和对应于该母线2的磁检测元件5的检测位置51在高度方向上对置的情况，但并不限定于此，也可以如图8所示的电流传感器1a那样，母线2的宽度方向中心位置和对应于该母线2的磁检测元件5的检测位置51在高度方向上不对置。图8中，作为一个例子，示出如下情况：仅第二母线2b的宽度方向中心位置与第二磁检测元件5b的检测位置51在高度方向上对置，第一母线2a以及第三母线2c的宽度方向中心位置与第一磁检测元件5a以及第三磁检测元件5c的检测位置51在高度方向上不对置。

图8中，第二磁检测元件5b的检测位置51与第一母线2a的宽度方向中心位置之间的距离由d1表示，第一磁检测元件5a的检测位置51与第二母线2b的宽度方向中心位置之间的距离由d2表示，第二磁检测元件5b的检测位置51与第三母线2c的宽度方向中心位置之间的距离由d3表示，第三磁检测元件5c的检测位置51与第二母线2b的宽度方向中心位置之间的距离由d4表示。通过使上述距离d1～d4分别满足上述式(1)，在所有磁检测元件5a～5c中，能够抑制来自其它相的干涉，从而能够进行高精度的检测。此外，距离d1～d4不需要是相同的值，也可以相互不同。并且，磁检测元件5的检测位置也可以相对于对应的母线2的宽度方向中心位置向宽度方向上的左右的任一方向偏离。

其中，在母线2的宽度方向中心位置与对应于该母线2的磁检测元件5的检测位置51对置的情况下，磁检测元件5所检测到的磁场(流动于对应的母线2的电流所产生的磁场)变得最大。因此，从提高精度的观点看，更优选为，在所有磁检测元件5中，检测位置51与对应的母线2的宽度方向中心位置在高度方向上对应。

并且，在上述实施方式中，对具有三条母线2的情况进行了说明，但母线2的条数也可以如图9所示的电流传感器1b那样为两条，并且也可以为四条以上。图9中，第二磁检测元件5b的检测位置51与第一母线2a的宽度方向中心位置之间的距离由d1表示，第一磁检测元件5a的检测位置51与第二母线2b的宽度方向中心位置之间的距离由d2表示。通过使上述距离d1、d2满足上述式(1)，在所有磁检测元件5a、5b中，能够抑制来自其它相的干涉，从而能够进行高精度的检测。

(实施方式的总结)

接下来，引用实施方式中的符号等来记载从以上说明的实施方式把握的技术思想。但是，以下的记载中的各符号等并非将权利要求书中的构成要素限定为在实施方式中具体地示出的部件等。

[1]一种电流传感器1，具备：多个母线2，截面形成为矩形，并在宽度方向上分离地排列配置，且使电流沿与上述宽度方向垂直的长度方向流动；一对屏蔽板3，由磁性材料构成，并且配置为，在与上述宽度方向以及上述长度方向垂直的高度方向上一并地夹入上述多个母线2；以及多个磁检测元件5，分别配置于上述各母线2与一个上述屏蔽板3之间，并且检测上述宽度方向的磁场强度，在将上述屏蔽板3的宽度设为w、并将上述一对屏蔽板3的沿上述高度方向的间隔设为h时，任意的上述磁检测元件5中的磁场强度的检测位置和在上述宽度方向上与对应于该磁检测元件5的上述母线2相邻的上述母线2的宽度方向中心位置之间的距离d满足下式：

d/w+0.023(w/h)≥0.36。

[2]根据[1]所述的电流传感器1，上述距离d满足下式：

0.36≤d/w+0.023(w/h)≤0.64。

[3]根据[1]或[2]所述的电流传感器1，上述一对屏蔽板3由配置于上述母线2侧的第一屏蔽板3a和配置于上述磁检测元件5侧的第二屏蔽板3b构成，上述母线2配置为，其高度方向的中心位置相比中间位置4位于上述第一屏蔽板3a侧，上述中间位置4距上述第一屏蔽板3a以及上述第二屏蔽板3b的距离相等，并且，上述磁检测元件5配置为，其磁场强度的检测位置51位于上述中间位置4或者相比上述中间位置4位于上述第一屏蔽板3a侧。

[4]根据[1]～[3]任一项中所述的电流传感器1，上述屏蔽板3的宽度w与上述一对屏蔽板3的沿上述高度方向的间隔h满足下式：

w/h≥4.5。

[5]根据[1]～[4]任一项中所述的电流传感器1，上述屏蔽板3的相对磁导率为1000以上。

以上，对本发明的实施方式进行了说明，但上述记载的实施方式并非限定权利要求书的发明。并且，应留意的是，在实施方式中说明的所有特征组合对于用于解决发明的课题的方案并非是必不可少的。本发明在不脱离其主旨的范围内能够适当地变形来实施。