電流検出器
【課題】電流検出器に不可避の遅れ要素があっても、その応答性を改善する。
【解決手段】電流検出器(100)は、被検出電流(If)を導通させる導体(105)の周囲に配置された環状の磁性体コア(102)と、磁性体コア(102)に形成されたギャップ(102d)内に配置されたホール素子(106)と、ホール素子(106)から出力され電圧信号を増幅する増幅器(108)と、信号経路(118)上に形成された電磁誘導部(120)とを備える。被検出電流が変化すると、それに伴う磁界の変化に応じて電磁誘導部(120)が誘導起電力を発生し、検出の応答性を向上する。
【解決手段】電流検出器(100)は、被検出電流(If)を導通させる導体(105)の周囲に配置された環状の磁性体コア(102)と、磁性体コア(102)に形成されたギャップ(102d)内に配置されたホール素子(106)と、ホール素子(106)から出力され電圧信号を増幅する増幅器(108)と、信号経路(118)上に形成された電磁誘導部(120)とを備える。被検出電流が変化すると、それに伴う磁界の変化に応じて電磁誘導部(120)が誘導起電力を発生し、検出の応答性を向上する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電流の測定や過電流の検出、電流フィードバック制御等に利用される磁気比例方式の電流検出器に関する。
【背景技術】
【０００２】
この種の電流検出器（電流センサ）は、被検出電流の導通によって生じる磁束をコア（磁心）で収束し、その磁束をホール素子で電圧信号に変換して電流値を検出する手法を採用している。また、ホール素子から得られる出力電圧はオペアンプ等の増幅器で増幅され、センサによる検出信号として使用される。
【０００３】
通常、ホール素子の出力電圧は、コアギャップ（ホール素子の感磁部）を通る磁界の大きさ（磁束の量）に比例するが、ホール素子の感磁部から外れた磁束は検出に寄与しないため、実際に得られるホール素子の出力レベルは見かけ上で低くなる傾向にある。このため従来、ホール素子の両面または片面に高透磁率の強磁性体片を配置することで、ギャップ内での磁束密度を増幅してホール素子に印加させる先行技術が知られている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００４】
上記の先行技術によれば、ホール素子に印加される磁束密度を通常の２〜５倍に増幅することにより、被検出電流そのものが比較的小さい領域においても、ホール素子から得られる出力電圧を増倍し、その検出精度を向上することができると考えられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第２５５２６８３号公報（第１−２頁、図１４）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
電流検出器を用いた過電流の早期検出は、例えばインバータやモータ制御装置、溶接機、エレベータ等の電機システムにおいて重要な主題である。しかし、電流検出器が磁性体コアやオペアンプを用いている以上、これらに固有の遅れ要素を完全に取り除くことはできない。すなわち、磁性体コアには渦電流損やヒステリシス損といった鉄損による遅れ要素があり、また、オペアンプにはスルーレートやＧＢ積といった電気的な遅れ要素が存在する。こうした遅れ要素は、過電流等の発生時において検出信号の出力を遅らせる要因となり、その早期検出を困難にしている。
【０００７】
上述した先行技術は、ギャップ内に発生する磁界がある程度に安定している状況では検出精度の向上に有効であると考えられる。しかし、瞬間的な過電流のように被検出電流がある時点で大きく変化する状況下では、磁性体コアそのものに遅れ要素が存在するため、いくら強磁性体片を設けたとしても、それによって検出信号の応答性を向上できるわけではない。
【０００８】
そこで本発明は、電流検出器に不可避の遅れ要素があっても、その応答性を改善できる技術の提供を課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記の課題を解決するため、本発明の発明者は、被検出電流の変化に対する応答性の改善手法として、誘導起電力の大きさが磁界の変化の割合に比例するという法則に着目し、以下の解決手段を想到するに至ったものである。
【００１０】
すなわち本発明の電流検出器は、被検出電流の導通時に発生する磁界の周回方向に沿って環状の磁路を形成する磁性体コアと、磁性体コアに形成されたギャップ内に配置され、被検出電流の導通時にギャップ内に発生する磁界の大きさに応じた電圧信号を出力するホール素子と、ホール素子から出力される電圧信号を増幅する増幅器と、ホール素子の出力端子と増幅器の入力端子との間を接続する信号経路上に形成され、被検出電流の変化に伴う磁界の変化に応じて誘導起電力を発生させる電磁誘導部とを備えている。
【００１１】
本発明の電流検出器によれば、特に被検出電流が変化する場合に有用性が発揮される。すなわち、被検出電流が変化（例えば過電流が発生）すると、それに伴って磁界も急激に変化するため、その過渡的な変化に応じて電磁誘導部から大きな誘導起電力を得ることができる。このとき誘導起電力は、ホール素子から出力される電圧信号を底上げする方向に作用し、それによって出力電圧の立ち上がり応答性を向上する。このため、磁性体コアやオペアンプ等の増幅器にそれぞれ不可避の遅れ要素が存在していても、その応答遅れを部分的に補償して電流検出器としての応答性を大きく向上することができる。
【００１２】
また本発明の電流検出器は、ギャップ内を通る磁束に対して交差する方向に実装面が配置され、ギャップ内にてホール素子を実装面上に面実装する回路基板をさらに備えてもよい。この場合、上記の電磁誘導部は、回路基板の実装面に沿ってループ状又はコイル状に形成された導電パターンから構成されていることが好ましい。
【００１３】
上記の態様であれば、例えば回路基板の実装面上において、（１）ホール素子の外周を取り巻く形状の導電パターンとして電磁誘導部を配置したり、あるいは、（２）ホール素子から離れた位置で開口を形成する導電パターンとして電磁誘導部を配置したりすることができる。上記（１）の配置であれば、ギャップ内でホール素子（感磁面）を貫通する磁界の変化に応じて誘導起電力を得ることができる。また上記（２）の配置であれば、ギャップの外側を通る磁界の変化に応じて誘導起電力を得ることができる。いずれの配置であっても、被検出電流の変化時期に磁界が変化することにより、その変化の割合に応じた大きさの誘導起電力でホール素子からの出力電圧を底上げし、電流検出器としての応答性を向上することができる。
【００１４】
あるいは別の態様として、本発明の電流検出器は、ギャップ内でみた磁束の通過方向に沿って実装面が配置され、ホール素子からリード状に形成された出力端子を実装面と交差する方向に接続した状態でホール素子を実装する回路基板をさらに備えてもよい。この場合、上記の電磁誘導部は、回路基板の実装面に沿ってループ状又はコイル状に形成された導電パターンから構成されていることが好ましい。
【００１５】
上述した別の態様では、回路基板がギャップの外側で導電パターンによる電磁誘導部を形成する。この場合、ギャップの外側で発生する磁界（磁束）がループ状又はコイル状をなす電磁誘導部の開口を錯交して通過することにより、その磁界の変化に応じて誘導起電力を得ることができる。したがって、同様に被検出電流の変化時期に磁界が変化することにより、その変化の割合に応じた大きさの誘導起電力でホール素子からの出力電圧を底上げし、電流検出器としての応答性を向上することができる。
【００１６】
上述した別の態様において、導電パターンは、回路基板に対する磁束の通過方向でみて、ギャップの中心線のいずれか片側のみに形成されていてもよい。この場合、ギャップの中心線の片側だけで電磁誘導部の開口に磁界を錯交して通過させることができるので、限られた実装面の領域を有効に活用して導電パターンを形成することができる。
【００１７】
あるいは上述した別の態様において、導電パターンは、回路基板に対する磁束の通過方向でみて、ギャップの中心線を跨いでその両側に形成されており、かつ、ループ又はコイルとしてみたときの開口は、いずれか一方側の開口面積が他方側の開口面積より大きい。
【００１８】
この場合、ギャップ中心線の一方側と他方側でそれぞれ電磁誘導部の開口を錯交する磁界が変化すると、両側で互いの誘導起電力が打ち消し合う方向に働くが、いずれか一方側の開口面積を大きくすることにより、有効に誘導起電力を発生させることができる。
【００１９】
また磁性体コアは、ギャップ内にてホール素子を通過する第１の磁路を形成する環状の本体と、本体から分岐して形成され、回路基板を介して電磁誘導部を通過する第２の磁路を形成する分岐部とを有していてもよい。
【００２０】
上記の構成であれば、ギャップ内では第１の磁路を通過する磁界（磁束）によってホール素子から出力電圧を得ることができる。一方、ギャップの外側では、第２の磁路を通過する磁界（磁束）の変化によって誘導起電力を得ることができる。これにより、ギャップの外側でも充分な大きさの磁界を発生させ、その変化に応じて有効に誘導起電力を発生させることができる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明の電流検出器は、構造上で不可避な遅れ要素の影響を軽減し、被検出電流の変化に対する応答性を大きく向上することができる。これにより、電流検出器を用いた電機システムの安全性の向上に寄与し、その信頼性を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】一実施形態の電流検出器の構成を示す概略図である。
【図２】一実施形態の電流検出器による出力特性を比較例と対比して示した出力線図である。
【図３】ホール素子を面実装タイプとした場合の構造例を示す斜視図である。
【図４】ホール素子をリード実装タイプとした場合の構造例を示す斜視図である。
【図５】回路基板を単独で示した正面図である。
【図６】磁性体コアの他の構造例を示す縦断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。
図１は、一実施形態の電流検出器１００の構成を示す概略図である。以下、電流検出器１００の構成について説明する。
【００２４】
〔磁性体コア〕
電流検出器１００は、例えばフェライト製の磁性体コア１０２を備えており、この磁性体コア１０２は全体として略角リング形状（環状）をなしている。磁性体コア１０２の内側（リングの内周）には略矩形状の電流導通部１０２ａが形成されており、この電流導通部１０２ａにはバス線等の導体１０５が挿通されている。電流検出器１００は導体１０５を通る電流を検出対象とするものであり、磁性体コア１０２は、導体１０５に被検出電流（Ｉｆ）が流れる際に発生する磁界の周回方向に沿って環状に配置されている。なお、被検出電流（Ｉｆ）が比較的低い水準（微弱電流）である場合、導体１０５を複数ターンにわたって磁性体コア１０２に巻き付けてもよい。
【００２５】
〔ギャップ〕
上記のように磁性体コア１０２は略角リング形状をなしており、そのため磁性体コア１０２にはそれぞれ一対の短辺部１０２ｂ及び長辺部１０２ｃが含まれている。また磁性体コア１０２には、例えば一方の長辺部１０２ｃの途中を部分的に切り欠くことでギャップ１０２ｄが形成されている。なおギャップ１０２ｄは、一対の短辺部１０２ｂに形成されていてもよい。
【００２６】
〔ホール素子〕
電流検出器１００はホール素子１０６を備えている。ホール素子１０６はギャップ１０２ｄ内に挿入した状態で磁性体コア１０２に取り付けられている。ホール素子１０６は、ギャップ１０２ｄ内に発生する磁界の強さ（磁束の量）に応じた電圧信号（Ｖｈ：ホール電圧）を出力する感磁素子である。なおホール素子１０６は、例えば樹脂封止によりパッケージされた電子部品であり、ホール素子１０６には、例えば図示しない電源回路を通じて制御電流（Ｉｃ）が供給されている。
【００２７】
〔増幅器〕
また電流検出器１００は、例えばオペアンプ等の増幅器１０８を備えており、この増幅器１０８の非反転入力端子（＋）及び反転入力端子（−）には、それぞれホール素子１０６の出力端子が抵抗１１０，１１２を介して接続されている。ホール素子１０６からの出力電圧は、信号経路１１８を通じて増幅器１０８の各入力端子に入力される。
【００２８】
電流検出器１００において増幅器１０８は、ホール素子１０６から出力される電圧信号（端子間電圧）を増幅し、その結果を出力電圧（Ｖｏｕｔ）として出力する非反転増幅回路を構成している。なお増幅器１０８の反転入力端子（−）には、フィードバック抵抗１１４を介して出力電圧（Ｖｏｕｔ）が負帰還されている。また非反転入力端子（＋）には、例えばオフセット調整回路１１６からオフセット電圧が入力されている。オフセット電圧は、被検出電流（Ｉｆ）の非導通時における出力電圧（Ｖｏｕｔ）の値を調整（オフセット）するためのものである。なお、特にこのようなオフセット調整を必要としない場合、オフセット調整回路１１６を設けなくてもよい。
【００２９】
〔電磁誘導部〕
さらに電流検出器１００は、信号経路１１８の途中に電磁誘導部１２０を備えている。すなわち電磁誘導部１２０は、信号経路１１８の一部をループ状又はコイル状に形成した導電路であり、この電磁誘導部１２０は、ホール素子１０６と同様に磁束が貫通する位置に設けられている。上記のホール素子１０６は、被検出電流（Ｉｆ）の導通により発生する磁界の大きさに比例した電圧信号を出力するものであるが、電磁誘導部１２０は、磁界（磁束）の変化の割合に比例した誘導起電力を発生する。なお、好ましい電磁誘導部１２０の配置例については、さらに別の図面を用いて後述する。
【００３０】
本発明の発明者は、電磁誘導部１２０による誘導起電力（ε）の大きさが磁界（φＢ）の時間的な変化の割合（−ｄφＢ／ｄｔ）に比例するという法則に鑑み、特に被検出電流（Ｉｆ）の変化時期（過渡応答）において、電磁誘導部１２０で発生する比較的大きな誘導起電力が出力電圧（Ｖｏｕｔ）の応答性の改善に有効であることを見出した。以下、本実施形態による応答性の改善について具体例を挙げて検証する。
【００３１】
〔出力特性〕
図２は、本実施形態の電流検出器１００による出力特性を比較例と対比して示した出力線図である。なお、本実施形態と対比するべき比較例は、例えば図１の構成中、電磁誘導部１２０に相当する構成を有しない電流検出器（従来のもの）である。また図２中、横軸方向には被検出電流の導通に伴う経過時間を表し、縦軸方向には出力電圧（Ｖｏｕｔ）のレベルを表している。
【００３２】
例えば、初期状態で被検出電流（Ｉｆ）が非導通（０レベル）であり、そこからステップ状に一定値の被検出電流（例えば過電流）を導通させた場合を想定する。このとき図２中に実線で示される出力レベルの変化は、本実施形態の電流検出器１００を用いた場合の特性を示している。また、図２中に１点鎖線で示される出力レベルの変化は、比較例の電流検出器を用いた場合の特性を示している。
【００３３】
〔比較例の特性〕
先ず比較例の出力特性は、被検出電流の変化（ステップ入力）に対して遅れを示している。すなわち、ここでは被検出電流の導通を開始した後、時刻ｔ３で出力レベルが閾値（Ｖｂ）に達し、その後にある程度の時間をかけて出力レベルが定常値（Ｖａ）に近付いている。なお、電流検出器としての出力レベルが閾値（Ｖｂ）に達すれば、その時点（ｔ３）で過電流等の発生を検出することができるものとする。
【００３４】
比較例に見られる遅れは、一般的に磁性体コアやオペアンプ等の増幅器が持っている固有の遅延要素に起因して現れるものであり、電流検出器にとって構造的に不可避なものである。磁性体コアの遅延要素は、例えば渦電流損やヒステリシス損といった鉄損の要素である。また増幅器の遅延要素は、例えばスルーレートやＧＢ積といった要素である。
【００３５】
〔実施形態の特性〕
次に、本実施形態の電流検出器１００による出力特性を見ると、比較例よりも早い時刻ｔ１に出力レベルが閾値（Ｖｂ）に達しており、さらに、時刻ｔ３よりも前の時刻ｔ２で出力レベルが定常値（Ｖａ）を超えていることがわかる。なお、出力レベルは若干のオーバシュートを示した後に定常値（Ｖａ）で安定する。
【００３６】
本実施形態の電流検出器１００においても、上記のような構造的に不可避な遅延要素は存在しており、出力レベルに全くの遅れが生じていないわけではない。その上で本実施形態の電流検出器１００では、被検出電流の導通初期（例えば原点〜時刻ｔ１までの期間）に生じる磁界の変化の割合に比例して誘導起電力を得ることができる。この誘導起電力は、ホール素子１０６の出力端子間に生じる電位差（磁界に比例した電圧信号）を全体的に底上げし、比較例よりも出力電圧（Ｖｏｕｔ）の立ち上がり応答性を向上することに寄与している。
【００３７】
以上のように、本実施形態の電流検出器１００によれば、磁性体コア１０２や増幅器１０８にそれぞれ不可避の遅延要素が存在していたとしても、その応答遅れを部分的に補償し、出力電圧（Ｖｏｕｔ）が閾値（Ｖｂ）のレベルにまで立ち上がる時間を短縮することができる。
【００３８】
〔配置例〕
次に、電流検出器１００におけるホール素子１０６や電磁誘導部１２０の具体的な配置や形態について、いくつかの例を挙げて説明する。
【００３９】
〔面実装タイプ〕
図３は、ホール素子１０６を面実装タイプとした場合の構造例を示す斜視図である。図３に示される構造例は、さらに電磁誘導部１２０の配置について異なる２つの例を示している。以下、それぞれについて説明する。
【００４０】
〔配置例１〕
図３中（Ａ）：電流検出器１００は回路基板１２２を備えており、この回路基板１２２にホール素子１０６及び増幅器１０８が面実装されている。面実装タイプのホール素子１０６には、例えばパッケージ（封止樹脂）の側面に端子１０６ａが形成されている。また、回路基板１２２の実装面には導電パターン１２４，１２６が形成されており、実装面上でこれら導電パターン１２４，１２６にホール素子１０６の端子１０６ａが半田付けされている。反対側の実装面にも図示しない２本の導電パターンが形成されており、これら導電パターンはビア１２８を介して導電パターン１２４，１２６とつながっている。そして反対側の実装面では、２本の導電パターンがチップ抵抗部品（いずれも図示していない）を介して増幅器１０８の各入力端子に接続されている。このため導電パターン１２４，１２６は、図１に示される信号経路１１８の一部を構成する。なお図３中、増幅器１０８は図示されていない。
【００４１】
ホール素子１０６を面実装タイプとした場合、回路基板１２２はホール素子１０６とともにギャップ１０２ｄ内に挿入して配置された構造となる。このときギャップ１０２ｄ内に発生する磁束Ｂ１は、ホール素子１０６の感磁面を略垂直に貫通する。
【００４２】
図３中（Ａ）の配置例１において、電磁誘導部１２０は上記の導電パターン１２４，１２６が実装面上で形成するループにより実現されており、このようなループはギャップ１０２ｄの外側で開口を形成している。この場合、ギャップ１０２ｄの外側を通る磁束Ｂ２がループの開口を貫通する際、その磁界の変化に応じて誘導起電力を発生させることができる。
【００４３】
〔配置例２〕
図３中（Ｂ）：配置例２においても、回路基板１２２の実装面上で導電パターン１２４，１２６にホール素子１０６の端子１０６ａがそれぞれ半田付けされている。また、反対側の実装面にも図示しない２本の導電パターンが形成されており、これら導電パターンは図示しないビアを介して導電パターン１２４，１２６とつながっている。そして反対側の実装面では、２本の導電パターンがチップ抵抗部品（いずれも図示していない）を介して増幅器１０８の各入力端子に接続されている。
【００４４】
この配置例２もまた、ホール素子１０６を面実装タイプとした構造であるが、電磁誘導部１２０の配置が配置例１とは異なっている。すなわち配置例２の場合、導電パターン１２４，１２６によるループは、実装面上でホール素子１０６を取り巻くようにして形成されており、このようなループはギャップ１０２ｄの内側に開口を形成している。したがって配置例２の場合、ギャップ１０２ｄ内を通る磁束Ｂ１がループの開口を貫通する際の磁界の変化に応じて誘導起電力を発生させることができる。
【００４５】
なお配置例１と配置例２では、誘導起電力を発生させる磁束（Ｂ１，Ｂ２）が異なるため、より高い応答性を必要とする場合、より大きい磁束Ｂ１で誘導起電力を得られる配置例２を用いることが好ましい。
【００４６】
〔リード実装タイプ〕
次に図４は、ホール素子１０６をリード実装タイプとした場合の構造例を示す斜視図である。なお図４の構造例は、電磁誘導部１２０の配置例３を示している。
【００４７】
リード実装タイプのホール素子１０６には、例えばパッケージの側面から突出したリード端子１０６ｂ（全ては図示していない）が設けられている。また、回路基板１２２の実装面には導電パターン１２４，１２６とともに図示しないスルーホールが形成されており、これらスルーホール内にホール素子１０６のリード端子１０６ｂを挿入した状態でそれぞれ導電パターン１２４，１２６と半田付けされている。なお図４の構造例においても、回路基板１２２の反対側の実装面に図示しない２本の導電パターンが形成されており、これら導電パターンはビア１２８を介して導電パターン１２４，１２６とつながっている。そして反対側の実装面では、２本の導電パターンがチップ抵抗部品（いずれも図示していない）を介して増幅器１０８の各入力端子に接続されている。ここではリード端子１０６ｂをスルーホールに挿入して半田付けする例を挙げているが、リード端子は導電パターン１２４，１２６のランド上で半田付けされていてもよい。
【００４８】
〔配置例３〕
ホール素子１０６をリード実装タイプとした場合、回路基板１２２はその実装面が磁束Ｂ１の貫通方向に沿って配置された構造となる。そしてホール素子１０６は、リード端子１０６ｂを介して実装面から略垂直に突出した姿勢のまま、ギャップ１０２ｄ内に挿入された状態となる。なお、この場合もギャップ１０２ｄ内に発生する磁束Ｂ１は、ホール素子１０６の感磁面を略垂直に貫通する。
【００４９】
図４の配置例３においても、電磁誘導部１２０は上記の導電パターン１２４，１２６が実装面上で形成するループにより実現されている。また、導電パターン１２４，１２６が形成するループはギャップ１０２ｄの外側で磁束Ｂ１と平行な開口を形成している。この場合、ギャップ１０２ｄの外側を通る磁束Ｂ２がループの開口を錯交して通過するため、その磁界の変化に応じて誘導起電力を発生させることができる。
【００５０】
〔配置例４〕
また図５は、ホール素子１０６を挿入（スルーホール）実装タイプとした場合の構造例において、回路基板１２２を単独で示した正面図である。なお図５の構造例は、図４とは異なる電磁誘導部１２０の配置例４を示している。
【００５１】
この配置例４においても、電磁誘導部１２０は上記の導電パターン１２４，１２６が実装面上で形成するループにより実現されている。ただし配置例４では、磁束の通過方向でみたギャップ１０２ｄの中心線ＣＬを跨いでその両側にループが形成されている。ただし、中心線ＣＬの両側でそれぞれの開口に着目すると、一方側（図５で上側）の開口面積Ａ１が他方側（図５で下側）の開口面積Ａ２よりも大きい。なお図５中、それぞれの開口面積Ａ１，Ａ２には異なる種類のハッチングを付している。
【００５２】
配置例４の場合、中心線ＣＬの両側に電磁誘導部１２０のループが形成されているため、図５に示されるように、磁束Ｂ２が通過したとしても、両側のループは磁束Ｂ２のＵターンによって互いに誘導電流を打ち消し合う。ただし、中心線ＣＬの両側でそれぞれループの開口面積Ａ１，Ａ２が異なるため（Ａ１＞Ａ２）、上側のループにはより多くの磁束Ｂ２が錯交して通過する。したがって、配置例４についても電磁誘導部１２０を通過する磁界の変化に応じて誘導起電力を発生させることができる。このような配置例４は、例えばレイアウト上の都合から、実装面上で中心線ＣＬの片側だけに導電パターン１２４，１２６のループを形成できない場合にも有効である。
【００５３】
〔他の構造例〕
次に図６は、磁性体コア１０２の他の構造例を示す縦断面図である。この構造例では、ホール素子１０６についてリード実装タイプを採用している。また電磁誘導部１２０については、例えば配置例３のように中心線ＣＬの片側だけにループが形成される配置を採用している。以下、より具体的に説明する。
【００５４】
この構造例では、磁性体コア１０２に分岐部１０２ｅが形成されている。分岐部１０２ｅは、磁性体コア１０２の本体をなす１つの短辺部１０２ｂからＬ字形状に突出して形成されている。より詳しくは、分岐部１０２ｅは、その基端が短辺部１０２ｂと長辺部１０２ｃとの角部に連結されており、そこから短辺部１０２ｂの長手方向に突出して延びている。このとき回路基板１２２は、ホール素子１０６の実装面を長辺部１０２ｃと平行に向かい合わせにした状態で配置されている。分岐部１０２ｅは、回路基板１２２の一側縁の外側（図６では上側）を通過してホール素子１０６の実装面の反対側まで延び、そこから反対側の実装面に沿って長辺部１０２ｃと平行に屈曲されている。そして分岐部１０２ｅは、屈曲点からギャップ１０２ｄの位置を通過する位置まで延び、その先端は反対側の実装面に向けて鉤形状に屈曲されている。
【００５５】
また、ギャップ１０２ｄが形成されている長辺部１０２ｃには、回路基板１２２を挟んで分岐部１０２ｅの先端と対向する位置に突起部１０２ｆが形成されている。なお分岐部１０２ｅや突起部１０２ｆは、いずれも磁性体コア１０２の本体（短辺部１０２ｂ，長辺部１０２ｃ）と同じ磁性材料で形成されている。
【００５６】
上記の分岐部１０２ｅは、磁性体コア１０２の本体で形成される環状の磁路（第１の磁路）とは別に、そこから分岐した別の磁路（第２の磁路）を形成する。すなわち、被検出電流の導通により発生する磁界は、環状の磁路においてギャップ１０２ｄを通過し、ホール素子１０６に対して磁束Ｂ１を貫通させている。また合わせて磁界は、分岐部１０２ｅで形成される別の磁路にも導かれる。このとき、分岐部１０２ｅの先端と突起部１０２ｆとの間を磁束Ｂ３が通過することにより、回路基板１２２に形成されている電磁誘導部１２０（図６には導電パターンとして示されていない）の開口に磁束Ｂ３を貫通させることができる。
【００５７】
図６に示される他の構造例によれば、磁性体コア１０２から漏れ出る磁束ではなく、磁性体コア１０２そのもの（分岐部１０２ｅ及び突起部１０２ｆを含む）で導かれる主の磁束Ｂ３を用いることができるため、充分な大きさの誘導起電力を得ることができる。特に図６の構造例は、実装面でのレイアウト上の制約から、ホール素子１０６の直近に電磁誘導部１２０を配置できない場合にも有効である。
【００５８】
本発明は上述した実施形態に制約されることなく、種々に変形して実施可能である。一実施形態では、各配置例において電磁誘導部１２０を平面的なループ形状としているが、導電パターンをスパイラルコイル形状としてもよいし、回路基板１２２の両面や内層で導電パターンを多層化することにより、立体的なコイル形状としてもよい。
【００５９】
また、磁性体コア１０２の形状は四角リング形状だけでなく、その他の多角形リング形状であってもよいし、円形状や楕円形状であってもよい。また磁性体コア１０２は、フェライト以外の磁性材料（珪素鋼板、鉄−ニッケル合金等）を用いて制作してもよく、磁性体コア１０２にはトロイダル構造や積層構造を採用することができる。なお、磁性体コア１０２の具体的な形状や大きさ、厚み等の仕様は、実際に対象とする被検出電流の特性に合わせて適宜に変更することができる。
【００６０】
図１に示される電流検出器１００の全体構成において、電磁誘導部１２０は増幅器１０８の非反転入力端子（＋）側に接続されているが、反転入力端子（−）側に電磁誘導部１２０が接続されていてもよいし、両方の入力端子（＋），（−）にそれぞれ電磁誘導部１２０が接続されていてもよい。また電磁誘導部１２０の開口面は、ギャップ１０２ｄの断面に対して水平又は垂直のいずれの方向に形成されていてもよい。
【００６１】
いずれにしても、電磁誘導部１２０で発生する誘導起電力が出力電圧（Ｖｏｕｔ）の立ち上がり応答性を向上するための条件は、（１）導電パターン１２４，１２６で形成されるコイルの巻き方向、（２）電磁誘導部１２０の開口を通過する磁束の方向、（３）電磁誘導部１２０を増幅器１０８の（＋）側、（−）側のいずれに接続するか、の組み合わせから決まることになる。したがって、これら（１）〜（３）の条件の組み合わせが応答性の向上に寄与するものであれば、図１に示される配置を適宜変更してもよいし、被検出電流（Ｉｆ）の方向（磁束の方向）を逆にすることもできる。
【００６２】
その他、図示とともに挙げた電流検出器１００やその一部の構造はあくまで好ましい一例であり、基本的な構造に各種の要素を付加し、あるいは一部を置換しても本発明を好適に実施可能であることはいうまでもない。
【符号の説明】
【００６３】
１００ 電流検出器
１０２ 磁性体コア
１０２ａ 電流導通部
１０２ｄ ギャップ
１０６ ホール素子
１０８ 増幅器
１２０ 電磁誘導部
１２４，１２６ 導電パターン
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電流の測定や過電流の検出、電流フィードバック制御等に利用される磁気比例方式の電流検出器に関する。
【背景技術】
【０００２】
この種の電流検出器（電流センサ）は、被検出電流の導通によって生じる磁束をコア（磁心）で収束し、その磁束をホール素子で電圧信号に変換して電流値を検出する手法を採用している。また、ホール素子から得られる出力電圧はオペアンプ等の増幅器で増幅され、センサによる検出信号として使用される。
【０００３】
通常、ホール素子の出力電圧は、コアギャップ（ホール素子の感磁部）を通る磁界の大きさ（磁束の量）に比例するが、ホール素子の感磁部から外れた磁束は検出に寄与しないため、実際に得られるホール素子の出力レベルは見かけ上で低くなる傾向にある。このため従来、ホール素子の両面または片面に高透磁率の強磁性体片を配置することで、ギャップ内での磁束密度を増幅してホール素子に印加させる先行技術が知られている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００４】
上記の先行技術によれば、ホール素子に印加される磁束密度を通常の２〜５倍に増幅することにより、被検出電流そのものが比較的小さい領域においても、ホール素子から得られる出力電圧を増倍し、その検出精度を向上することができると考えられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第２５５２６８３号公報（第１−２頁、図１４）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
電流検出器を用いた過電流の早期検出は、例えばインバータやモータ制御装置、溶接機、エレベータ等の電機システムにおいて重要な主題である。しかし、電流検出器が磁性体コアやオペアンプを用いている以上、これらに固有の遅れ要素を完全に取り除くことはできない。すなわち、磁性体コアには渦電流損やヒステリシス損といった鉄損による遅れ要素があり、また、オペアンプにはスルーレートやＧＢ積といった電気的な遅れ要素が存在する。こうした遅れ要素は、過電流等の発生時において検出信号の出力を遅らせる要因となり、その早期検出を困難にしている。
【０００７】
上述した先行技術は、ギャップ内に発生する磁界がある程度に安定している状況では検出精度の向上に有効であると考えられる。しかし、瞬間的な過電流のように被検出電流がある時点で大きく変化する状況下では、磁性体コアそのものに遅れ要素が存在するため、いくら強磁性体片を設けたとしても、それによって検出信号の応答性を向上できるわけではない。
【０００８】
そこで本発明は、電流検出器に不可避の遅れ要素があっても、その応答性を改善できる技術の提供を課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記の課題を解決するため、本発明の発明者は、被検出電流の変化に対する応答性の改善手法として、誘導起電力の大きさが磁界の変化の割合に比例するという法則に着目し、以下の解決手段を想到するに至ったものである。
【００１０】
すなわち本発明の電流検出器は、被検出電流の導通時に発生する磁界の周回方向に沿って環状の磁路を形成する磁性体コアと、磁性体コアに形成されたギャップ内に配置され、被検出電流の導通時にギャップ内に発生する磁界の大きさに応じた電圧信号を出力するホール素子と、ホール素子から出力される電圧信号を増幅する増幅器と、ホール素子の出力端子と増幅器の入力端子との間を接続する信号経路上に形成され、被検出電流の変化に伴う磁界の変化に応じて誘導起電力を発生させる電磁誘導部とを備えている。
【００１１】
本発明の電流検出器によれば、特に被検出電流が変化する場合に有用性が発揮される。すなわち、被検出電流が変化（例えば過電流が発生）すると、それに伴って磁界も急激に変化するため、その過渡的な変化に応じて電磁誘導部から大きな誘導起電力を得ることができる。このとき誘導起電力は、ホール素子から出力される電圧信号を底上げする方向に作用し、それによって出力電圧の立ち上がり応答性を向上する。このため、磁性体コアやオペアンプ等の増幅器にそれぞれ不可避の遅れ要素が存在していても、その応答遅れを部分的に補償して電流検出器としての応答性を大きく向上することができる。
【００１２】
また本発明の電流検出器は、ギャップ内を通る磁束に対して交差する方向に実装面が配置され、ギャップ内にてホール素子を実装面上に面実装する回路基板をさらに備えてもよい。この場合、上記の電磁誘導部は、回路基板の実装面に沿ってループ状又はコイル状に形成された導電パターンから構成されていることが好ましい。
【００１３】
上記の態様であれば、例えば回路基板の実装面上において、（１）ホール素子の外周を取り巻く形状の導電パターンとして電磁誘導部を配置したり、あるいは、（２）ホール素子から離れた位置で開口を形成する導電パターンとして電磁誘導部を配置したりすることができる。上記（１）の配置であれば、ギャップ内でホール素子（感磁面）を貫通する磁界の変化に応じて誘導起電力を得ることができる。また上記（２）の配置であれば、ギャップの外側を通る磁界の変化に応じて誘導起電力を得ることができる。いずれの配置であっても、被検出電流の変化時期に磁界が変化することにより、その変化の割合に応じた大きさの誘導起電力でホール素子からの出力電圧を底上げし、電流検出器としての応答性を向上することができる。
【００１４】
あるいは別の態様として、本発明の電流検出器は、ギャップ内でみた磁束の通過方向に沿って実装面が配置され、ホール素子からリード状に形成された出力端子を実装面と交差する方向に接続した状態でホール素子を実装する回路基板をさらに備えてもよい。この場合、上記の電磁誘導部は、回路基板の実装面に沿ってループ状又はコイル状に形成された導電パターンから構成されていることが好ましい。
【００１５】
上述した別の態様では、回路基板がギャップの外側で導電パターンによる電磁誘導部を形成する。この場合、ギャップの外側で発生する磁界（磁束）がループ状又はコイル状をなす電磁誘導部の開口を錯交して通過することにより、その磁界の変化に応じて誘導起電力を得ることができる。したがって、同様に被検出電流の変化時期に磁界が変化することにより、その変化の割合に応じた大きさの誘導起電力でホール素子からの出力電圧を底上げし、電流検出器としての応答性を向上することができる。
【００１６】
上述した別の態様において、導電パターンは、回路基板に対する磁束の通過方向でみて、ギャップの中心線のいずれか片側のみに形成されていてもよい。この場合、ギャップの中心線の片側だけで電磁誘導部の開口に磁界を錯交して通過させることができるので、限られた実装面の領域を有効に活用して導電パターンを形成することができる。
【００１７】
あるいは上述した別の態様において、導電パターンは、回路基板に対する磁束の通過方向でみて、ギャップの中心線を跨いでその両側に形成されており、かつ、ループ又はコイルとしてみたときの開口は、いずれか一方側の開口面積が他方側の開口面積より大きい。
【００１８】
この場合、ギャップ中心線の一方側と他方側でそれぞれ電磁誘導部の開口を錯交する磁界が変化すると、両側で互いの誘導起電力が打ち消し合う方向に働くが、いずれか一方側の開口面積を大きくすることにより、有効に誘導起電力を発生させることができる。
【００１９】
また磁性体コアは、ギャップ内にてホール素子を通過する第１の磁路を形成する環状の本体と、本体から分岐して形成され、回路基板を介して電磁誘導部を通過する第２の磁路を形成する分岐部とを有していてもよい。
【００２０】
上記の構成であれば、ギャップ内では第１の磁路を通過する磁界（磁束）によってホール素子から出力電圧を得ることができる。一方、ギャップの外側では、第２の磁路を通過する磁界（磁束）の変化によって誘導起電力を得ることができる。これにより、ギャップの外側でも充分な大きさの磁界を発生させ、その変化に応じて有効に誘導起電力を発生させることができる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明の電流検出器は、構造上で不可避な遅れ要素の影響を軽減し、被検出電流の変化に対する応答性を大きく向上することができる。これにより、電流検出器を用いた電機システムの安全性の向上に寄与し、その信頼性を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】一実施形態の電流検出器の構成を示す概略図である。
【図２】一実施形態の電流検出器による出力特性を比較例と対比して示した出力線図である。
【図３】ホール素子を面実装タイプとした場合の構造例を示す斜視図である。
【図４】ホール素子をリード実装タイプとした場合の構造例を示す斜視図である。
【図５】回路基板を単独で示した正面図である。
【図６】磁性体コアの他の構造例を示す縦断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。
図１は、一実施形態の電流検出器１００の構成を示す概略図である。以下、電流検出器１００の構成について説明する。
【００２４】
〔磁性体コア〕
電流検出器１００は、例えばフェライト製の磁性体コア１０２を備えており、この磁性体コア１０２は全体として略角リング形状（環状）をなしている。磁性体コア１０２の内側（リングの内周）には略矩形状の電流導通部１０２ａが形成されており、この電流導通部１０２ａにはバス線等の導体１０５が挿通されている。電流検出器１００は導体１０５を通る電流を検出対象とするものであり、磁性体コア１０２は、導体１０５に被検出電流（Ｉｆ）が流れる際に発生する磁界の周回方向に沿って環状に配置されている。なお、被検出電流（Ｉｆ）が比較的低い水準（微弱電流）である場合、導体１０５を複数ターンにわたって磁性体コア１０２に巻き付けてもよい。
【００２５】
〔ギャップ〕
上記のように磁性体コア１０２は略角リング形状をなしており、そのため磁性体コア１０２にはそれぞれ一対の短辺部１０２ｂ及び長辺部１０２ｃが含まれている。また磁性体コア１０２には、例えば一方の長辺部１０２ｃの途中を部分的に切り欠くことでギャップ１０２ｄが形成されている。なおギャップ１０２ｄは、一対の短辺部１０２ｂに形成されていてもよい。
【００２６】
〔ホール素子〕
電流検出器１００はホール素子１０６を備えている。ホール素子１０６はギャップ１０２ｄ内に挿入した状態で磁性体コア１０２に取り付けられている。ホール素子１０６は、ギャップ１０２ｄ内に発生する磁界の強さ（磁束の量）に応じた電圧信号（Ｖｈ：ホール電圧）を出力する感磁素子である。なおホール素子１０６は、例えば樹脂封止によりパッケージされた電子部品であり、ホール素子１０６には、例えば図示しない電源回路を通じて制御電流（Ｉｃ）が供給されている。
【００２７】
〔増幅器〕
また電流検出器１００は、例えばオペアンプ等の増幅器１０８を備えており、この増幅器１０８の非反転入力端子（＋）及び反転入力端子（−）には、それぞれホール素子１０６の出力端子が抵抗１１０，１１２を介して接続されている。ホール素子１０６からの出力電圧は、信号経路１１８を通じて増幅器１０８の各入力端子に入力される。
【００２８】
電流検出器１００において増幅器１０８は、ホール素子１０６から出力される電圧信号（端子間電圧）を増幅し、その結果を出力電圧（Ｖｏｕｔ）として出力する非反転増幅回路を構成している。なお増幅器１０８の反転入力端子（−）には、フィードバック抵抗１１４を介して出力電圧（Ｖｏｕｔ）が負帰還されている。また非反転入力端子（＋）には、例えばオフセット調整回路１１６からオフセット電圧が入力されている。オフセット電圧は、被検出電流（Ｉｆ）の非導通時における出力電圧（Ｖｏｕｔ）の値を調整（オフセット）するためのものである。なお、特にこのようなオフセット調整を必要としない場合、オフセット調整回路１１６を設けなくてもよい。
【００２９】
〔電磁誘導部〕
さらに電流検出器１００は、信号経路１１８の途中に電磁誘導部１２０を備えている。すなわち電磁誘導部１２０は、信号経路１１８の一部をループ状又はコイル状に形成した導電路であり、この電磁誘導部１２０は、ホール素子１０６と同様に磁束が貫通する位置に設けられている。上記のホール素子１０６は、被検出電流（Ｉｆ）の導通により発生する磁界の大きさに比例した電圧信号を出力するものであるが、電磁誘導部１２０は、磁界（磁束）の変化の割合に比例した誘導起電力を発生する。なお、好ましい電磁誘導部１２０の配置例については、さらに別の図面を用いて後述する。
【００３０】
本発明の発明者は、電磁誘導部１２０による誘導起電力（ε）の大きさが磁界（φＢ）の時間的な変化の割合（−ｄφＢ／ｄｔ）に比例するという法則に鑑み、特に被検出電流（Ｉｆ）の変化時期（過渡応答）において、電磁誘導部１２０で発生する比較的大きな誘導起電力が出力電圧（Ｖｏｕｔ）の応答性の改善に有効であることを見出した。以下、本実施形態による応答性の改善について具体例を挙げて検証する。
【００３１】
〔出力特性〕
図２は、本実施形態の電流検出器１００による出力特性を比較例と対比して示した出力線図である。なお、本実施形態と対比するべき比較例は、例えば図１の構成中、電磁誘導部１２０に相当する構成を有しない電流検出器（従来のもの）である。また図２中、横軸方向には被検出電流の導通に伴う経過時間を表し、縦軸方向には出力電圧（Ｖｏｕｔ）のレベルを表している。
【００３２】
例えば、初期状態で被検出電流（Ｉｆ）が非導通（０レベル）であり、そこからステップ状に一定値の被検出電流（例えば過電流）を導通させた場合を想定する。このとき図２中に実線で示される出力レベルの変化は、本実施形態の電流検出器１００を用いた場合の特性を示している。また、図２中に１点鎖線で示される出力レベルの変化は、比較例の電流検出器を用いた場合の特性を示している。
【００３３】
〔比較例の特性〕
先ず比較例の出力特性は、被検出電流の変化（ステップ入力）に対して遅れを示している。すなわち、ここでは被検出電流の導通を開始した後、時刻ｔ３で出力レベルが閾値（Ｖｂ）に達し、その後にある程度の時間をかけて出力レベルが定常値（Ｖａ）に近付いている。なお、電流検出器としての出力レベルが閾値（Ｖｂ）に達すれば、その時点（ｔ３）で過電流等の発生を検出することができるものとする。
【００３４】
比較例に見られる遅れは、一般的に磁性体コアやオペアンプ等の増幅器が持っている固有の遅延要素に起因して現れるものであり、電流検出器にとって構造的に不可避なものである。磁性体コアの遅延要素は、例えば渦電流損やヒステリシス損といった鉄損の要素である。また増幅器の遅延要素は、例えばスルーレートやＧＢ積といった要素である。
【００３５】
〔実施形態の特性〕
次に、本実施形態の電流検出器１００による出力特性を見ると、比較例よりも早い時刻ｔ１に出力レベルが閾値（Ｖｂ）に達しており、さらに、時刻ｔ３よりも前の時刻ｔ２で出力レベルが定常値（Ｖａ）を超えていることがわかる。なお、出力レベルは若干のオーバシュートを示した後に定常値（Ｖａ）で安定する。
【００３６】
本実施形態の電流検出器１００においても、上記のような構造的に不可避な遅延要素は存在しており、出力レベルに全くの遅れが生じていないわけではない。その上で本実施形態の電流検出器１００では、被検出電流の導通初期（例えば原点〜時刻ｔ１までの期間）に生じる磁界の変化の割合に比例して誘導起電力を得ることができる。この誘導起電力は、ホール素子１０６の出力端子間に生じる電位差（磁界に比例した電圧信号）を全体的に底上げし、比較例よりも出力電圧（Ｖｏｕｔ）の立ち上がり応答性を向上することに寄与している。
【００３７】
以上のように、本実施形態の電流検出器１００によれば、磁性体コア１０２や増幅器１０８にそれぞれ不可避の遅延要素が存在していたとしても、その応答遅れを部分的に補償し、出力電圧（Ｖｏｕｔ）が閾値（Ｖｂ）のレベルにまで立ち上がる時間を短縮することができる。
【００３８】
〔配置例〕
次に、電流検出器１００におけるホール素子１０６や電磁誘導部１２０の具体的な配置や形態について、いくつかの例を挙げて説明する。
【００３９】
〔面実装タイプ〕
図３は、ホール素子１０６を面実装タイプとした場合の構造例を示す斜視図である。図３に示される構造例は、さらに電磁誘導部１２０の配置について異なる２つの例を示している。以下、それぞれについて説明する。
【００４０】
〔配置例１〕
図３中（Ａ）：電流検出器１００は回路基板１２２を備えており、この回路基板１２２にホール素子１０６及び増幅器１０８が面実装されている。面実装タイプのホール素子１０６には、例えばパッケージ（封止樹脂）の側面に端子１０６ａが形成されている。また、回路基板１２２の実装面には導電パターン１２４，１２６が形成されており、実装面上でこれら導電パターン１２４，１２６にホール素子１０６の端子１０６ａが半田付けされている。反対側の実装面にも図示しない２本の導電パターンが形成されており、これら導電パターンはビア１２８を介して導電パターン１２４，１２６とつながっている。そして反対側の実装面では、２本の導電パターンがチップ抵抗部品（いずれも図示していない）を介して増幅器１０８の各入力端子に接続されている。このため導電パターン１２４，１２６は、図１に示される信号経路１１８の一部を構成する。なお図３中、増幅器１０８は図示されていない。
【００４１】
ホール素子１０６を面実装タイプとした場合、回路基板１２２はホール素子１０６とともにギャップ１０２ｄ内に挿入して配置された構造となる。このときギャップ１０２ｄ内に発生する磁束Ｂ１は、ホール素子１０６の感磁面を略垂直に貫通する。
【００４２】
図３中（Ａ）の配置例１において、電磁誘導部１２０は上記の導電パターン１２４，１２６が実装面上で形成するループにより実現されており、このようなループはギャップ１０２ｄの外側で開口を形成している。この場合、ギャップ１０２ｄの外側を通る磁束Ｂ２がループの開口を貫通する際、その磁界の変化に応じて誘導起電力を発生させることができる。
【００４３】
〔配置例２〕
図３中（Ｂ）：配置例２においても、回路基板１２２の実装面上で導電パターン１２４，１２６にホール素子１０６の端子１０６ａがそれぞれ半田付けされている。また、反対側の実装面にも図示しない２本の導電パターンが形成されており、これら導電パターンは図示しないビアを介して導電パターン１２４，１２６とつながっている。そして反対側の実装面では、２本の導電パターンがチップ抵抗部品（いずれも図示していない）を介して増幅器１０８の各入力端子に接続されている。
【００４４】
この配置例２もまた、ホール素子１０６を面実装タイプとした構造であるが、電磁誘導部１２０の配置が配置例１とは異なっている。すなわち配置例２の場合、導電パターン１２４，１２６によるループは、実装面上でホール素子１０６を取り巻くようにして形成されており、このようなループはギャップ１０２ｄの内側に開口を形成している。したがって配置例２の場合、ギャップ１０２ｄ内を通る磁束Ｂ１がループの開口を貫通する際の磁界の変化に応じて誘導起電力を発生させることができる。
【００４５】
なお配置例１と配置例２では、誘導起電力を発生させる磁束（Ｂ１，Ｂ２）が異なるため、より高い応答性を必要とする場合、より大きい磁束Ｂ１で誘導起電力を得られる配置例２を用いることが好ましい。
【００４６】
〔リード実装タイプ〕
次に図４は、ホール素子１０６をリード実装タイプとした場合の構造例を示す斜視図である。なお図４の構造例は、電磁誘導部１２０の配置例３を示している。
【００４７】
リード実装タイプのホール素子１０６には、例えばパッケージの側面から突出したリード端子１０６ｂ（全ては図示していない）が設けられている。また、回路基板１２２の実装面には導電パターン１２４，１２６とともに図示しないスルーホールが形成されており、これらスルーホール内にホール素子１０６のリード端子１０６ｂを挿入した状態でそれぞれ導電パターン１２４，１２６と半田付けされている。なお図４の構造例においても、回路基板１２２の反対側の実装面に図示しない２本の導電パターンが形成されており、これら導電パターンはビア１２８を介して導電パターン１２４，１２６とつながっている。そして反対側の実装面では、２本の導電パターンがチップ抵抗部品（いずれも図示していない）を介して増幅器１０８の各入力端子に接続されている。ここではリード端子１０６ｂをスルーホールに挿入して半田付けする例を挙げているが、リード端子は導電パターン１２４，１２６のランド上で半田付けされていてもよい。
【００４８】
〔配置例３〕
ホール素子１０６をリード実装タイプとした場合、回路基板１２２はその実装面が磁束Ｂ１の貫通方向に沿って配置された構造となる。そしてホール素子１０６は、リード端子１０６ｂを介して実装面から略垂直に突出した姿勢のまま、ギャップ１０２ｄ内に挿入された状態となる。なお、この場合もギャップ１０２ｄ内に発生する磁束Ｂ１は、ホール素子１０６の感磁面を略垂直に貫通する。
【００４９】
図４の配置例３においても、電磁誘導部１２０は上記の導電パターン１２４，１２６が実装面上で形成するループにより実現されている。また、導電パターン１２４，１２６が形成するループはギャップ１０２ｄの外側で磁束Ｂ１と平行な開口を形成している。この場合、ギャップ１０２ｄの外側を通る磁束Ｂ２がループの開口を錯交して通過するため、その磁界の変化に応じて誘導起電力を発生させることができる。
【００５０】
〔配置例４〕
また図５は、ホール素子１０６を挿入（スルーホール）実装タイプとした場合の構造例において、回路基板１２２を単独で示した正面図である。なお図５の構造例は、図４とは異なる電磁誘導部１２０の配置例４を示している。
【００５１】
この配置例４においても、電磁誘導部１２０は上記の導電パターン１２４，１２６が実装面上で形成するループにより実現されている。ただし配置例４では、磁束の通過方向でみたギャップ１０２ｄの中心線ＣＬを跨いでその両側にループが形成されている。ただし、中心線ＣＬの両側でそれぞれの開口に着目すると、一方側（図５で上側）の開口面積Ａ１が他方側（図５で下側）の開口面積Ａ２よりも大きい。なお図５中、それぞれの開口面積Ａ１，Ａ２には異なる種類のハッチングを付している。
【００５２】
配置例４の場合、中心線ＣＬの両側に電磁誘導部１２０のループが形成されているため、図５に示されるように、磁束Ｂ２が通過したとしても、両側のループは磁束Ｂ２のＵターンによって互いに誘導電流を打ち消し合う。ただし、中心線ＣＬの両側でそれぞれループの開口面積Ａ１，Ａ２が異なるため（Ａ１＞Ａ２）、上側のループにはより多くの磁束Ｂ２が錯交して通過する。したがって、配置例４についても電磁誘導部１２０を通過する磁界の変化に応じて誘導起電力を発生させることができる。このような配置例４は、例えばレイアウト上の都合から、実装面上で中心線ＣＬの片側だけに導電パターン１２４，１２６のループを形成できない場合にも有効である。
【００５３】
〔他の構造例〕
次に図６は、磁性体コア１０２の他の構造例を示す縦断面図である。この構造例では、ホール素子１０６についてリード実装タイプを採用している。また電磁誘導部１２０については、例えば配置例３のように中心線ＣＬの片側だけにループが形成される配置を採用している。以下、より具体的に説明する。
【００５４】
この構造例では、磁性体コア１０２に分岐部１０２ｅが形成されている。分岐部１０２ｅは、磁性体コア１０２の本体をなす１つの短辺部１０２ｂからＬ字形状に突出して形成されている。より詳しくは、分岐部１０２ｅは、その基端が短辺部１０２ｂと長辺部１０２ｃとの角部に連結されており、そこから短辺部１０２ｂの長手方向に突出して延びている。このとき回路基板１２２は、ホール素子１０６の実装面を長辺部１０２ｃと平行に向かい合わせにした状態で配置されている。分岐部１０２ｅは、回路基板１２２の一側縁の外側（図６では上側）を通過してホール素子１０６の実装面の反対側まで延び、そこから反対側の実装面に沿って長辺部１０２ｃと平行に屈曲されている。そして分岐部１０２ｅは、屈曲点からギャップ１０２ｄの位置を通過する位置まで延び、その先端は反対側の実装面に向けて鉤形状に屈曲されている。
【００５５】
また、ギャップ１０２ｄが形成されている長辺部１０２ｃには、回路基板１２２を挟んで分岐部１０２ｅの先端と対向する位置に突起部１０２ｆが形成されている。なお分岐部１０２ｅや突起部１０２ｆは、いずれも磁性体コア１０２の本体（短辺部１０２ｂ，長辺部１０２ｃ）と同じ磁性材料で形成されている。
【００５６】
上記の分岐部１０２ｅは、磁性体コア１０２の本体で形成される環状の磁路（第１の磁路）とは別に、そこから分岐した別の磁路（第２の磁路）を形成する。すなわち、被検出電流の導通により発生する磁界は、環状の磁路においてギャップ１０２ｄを通過し、ホール素子１０６に対して磁束Ｂ１を貫通させている。また合わせて磁界は、分岐部１０２ｅで形成される別の磁路にも導かれる。このとき、分岐部１０２ｅの先端と突起部１０２ｆとの間を磁束Ｂ３が通過することにより、回路基板１２２に形成されている電磁誘導部１２０（図６には導電パターンとして示されていない）の開口に磁束Ｂ３を貫通させることができる。
【００５７】
図６に示される他の構造例によれば、磁性体コア１０２から漏れ出る磁束ではなく、磁性体コア１０２そのもの（分岐部１０２ｅ及び突起部１０２ｆを含む）で導かれる主の磁束Ｂ３を用いることができるため、充分な大きさの誘導起電力を得ることができる。特に図６の構造例は、実装面でのレイアウト上の制約から、ホール素子１０６の直近に電磁誘導部１２０を配置できない場合にも有効である。
【００５８】
本発明は上述した実施形態に制約されることなく、種々に変形して実施可能である。一実施形態では、各配置例において電磁誘導部１２０を平面的なループ形状としているが、導電パターンをスパイラルコイル形状としてもよいし、回路基板１２２の両面や内層で導電パターンを多層化することにより、立体的なコイル形状としてもよい。
【００５９】
また、磁性体コア１０２の形状は四角リング形状だけでなく、その他の多角形リング形状であってもよいし、円形状や楕円形状であってもよい。また磁性体コア１０２は、フェライト以外の磁性材料（珪素鋼板、鉄−ニッケル合金等）を用いて制作してもよく、磁性体コア１０２にはトロイダル構造や積層構造を採用することができる。なお、磁性体コア１０２の具体的な形状や大きさ、厚み等の仕様は、実際に対象とする被検出電流の特性に合わせて適宜に変更することができる。
【００６０】
図１に示される電流検出器１００の全体構成において、電磁誘導部１２０は増幅器１０８の非反転入力端子（＋）側に接続されているが、反転入力端子（−）側に電磁誘導部１２０が接続されていてもよいし、両方の入力端子（＋），（−）にそれぞれ電磁誘導部１２０が接続されていてもよい。また電磁誘導部１２０の開口面は、ギャップ１０２ｄの断面に対して水平又は垂直のいずれの方向に形成されていてもよい。
【００６１】
いずれにしても、電磁誘導部１２０で発生する誘導起電力が出力電圧（Ｖｏｕｔ）の立ち上がり応答性を向上するための条件は、（１）導電パターン１２４，１２６で形成されるコイルの巻き方向、（２）電磁誘導部１２０の開口を通過する磁束の方向、（３）電磁誘導部１２０を増幅器１０８の（＋）側、（−）側のいずれに接続するか、の組み合わせから決まることになる。したがって、これら（１）〜（３）の条件の組み合わせが応答性の向上に寄与するものであれば、図１に示される配置を適宜変更してもよいし、被検出電流（Ｉｆ）の方向（磁束の方向）を逆にすることもできる。
【００６２】
その他、図示とともに挙げた電流検出器１００やその一部の構造はあくまで好ましい一例であり、基本的な構造に各種の要素を付加し、あるいは一部を置換しても本発明を好適に実施可能であることはいうまでもない。
【符号の説明】
【００６３】
１００ 電流検出器
１０２ 磁性体コア
１０２ａ 電流導通部
１０２ｄ ギャップ
１０６ ホール素子
１０８ 増幅器
１２０ 電磁誘導部
１２４，１２６ 導電パターン
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被検出電流の導通時に発生する磁界の周回方向に沿って環状の磁路を形成する磁性体コアと、
前記磁性体コアに形成されたギャップ内に配置され、被検出電流の導通時に前記ギャップ内に発生する磁界の大きさに応じた電圧信号を出力するホール素子と、
前記ホール素子から出力される電圧信号を増幅する増幅器と、
前記ホール素子の出力端子と前記増幅器の入力端子との間を接続する信号経路上に形成され、被検出電流の変化に伴う磁界の変化に応じて誘導起電力を発生させる電磁誘導部と
を備えた電流検出器。
【請求項２】
請求項１に記載の電流検出器において、
前記ギャップ内を通る磁束に対して交差する方向に実装面が配置され、前記ギャップ内にて前記ホール素子を前記実装面上に面実装する回路基板をさらに備え、
前記電磁誘導部は、
前記回路基板の前記実装面に沿ってループ状又はコイル状に形成された導電パターンから構成されていることを特徴とする電流検出器。
【請求項３】
請求項１に記載の電流検出器において、
前記ギャップ内でみた磁束の通過方向に沿って実装面が配置され、前記ホール素子からリード状に形成された出力端子を前記実装面と交差する方向に接続した状態で前記ホール素子を実装する回路基板をさらに備え、
前記電磁誘導部は、
前記回路基板の前記実装面に沿ってループ状又はコイル状に形成された導電パターンから構成されていることを特徴とする電流検出器。
【請求項４】
請求項３に記載の電流検出器において、
前記導電パターンは、
前記回路基板に対する磁束の通過方向でみて、前記ギャップの中心線のいずれか片側のみに形成されていることを特徴とする電流検出器。
【請求項５】
請求項３に記載の電流検出器において、
前記導電パターンは、
前記回路基板に対する磁束の通過方向でみて、前記ギャップの中心線を跨いでその両側に形成されており、かつ、ループ又はコイルとしてみたときの開口は、いずれか一方側の開口面積が他方側の開口面積より大きいことを特徴とする電流検出器。
【請求項６】
請求項３から５のいずれかに記載の電流検出器において、
前記磁性体コアは、
前記ギャップ内にて前記ホール素子を通過する第１の磁路を形成する環状の本体と、
前記本体から分岐して形成され、前記回路基板を介して前記電磁誘導部を通過する第２の磁路を形成する分岐部とを有することを特徴とする電流検出器。
【請求項１】
被検出電流の導通時に発生する磁界の周回方向に沿って環状の磁路を形成する磁性体コアと、
前記磁性体コアに形成されたギャップ内に配置され、被検出電流の導通時に前記ギャップ内に発生する磁界の大きさに応じた電圧信号を出力するホール素子と、
前記ホール素子から出力される電圧信号を増幅する増幅器と、
前記ホール素子の出力端子と前記増幅器の入力端子との間を接続する信号経路上に形成され、被検出電流の変化に伴う磁界の変化に応じて誘導起電力を発生させる電磁誘導部と
を備えた電流検出器。
【請求項２】
請求項１に記載の電流検出器において、
前記ギャップ内を通る磁束に対して交差する方向に実装面が配置され、前記ギャップ内にて前記ホール素子を前記実装面上に面実装する回路基板をさらに備え、
前記電磁誘導部は、
前記回路基板の前記実装面に沿ってループ状又はコイル状に形成された導電パターンから構成されていることを特徴とする電流検出器。
【請求項３】
請求項１に記載の電流検出器において、
前記ギャップ内でみた磁束の通過方向に沿って実装面が配置され、前記ホール素子からリード状に形成された出力端子を前記実装面と交差する方向に接続した状態で前記ホール素子を実装する回路基板をさらに備え、
前記電磁誘導部は、
前記回路基板の前記実装面に沿ってループ状又はコイル状に形成された導電パターンから構成されていることを特徴とする電流検出器。
【請求項４】
請求項３に記載の電流検出器において、
前記導電パターンは、
前記回路基板に対する磁束の通過方向でみて、前記ギャップの中心線のいずれか片側のみに形成されていることを特徴とする電流検出器。
【請求項５】
請求項３に記載の電流検出器において、
前記導電パターンは、
前記回路基板に対する磁束の通過方向でみて、前記ギャップの中心線を跨いでその両側に形成されており、かつ、ループ又はコイルとしてみたときの開口は、いずれか一方側の開口面積が他方側の開口面積より大きいことを特徴とする電流検出器。
【請求項６】
請求項３から５のいずれかに記載の電流検出器において、
前記磁性体コアは、
前記ギャップ内にて前記ホール素子を通過する第１の磁路を形成する環状の本体と、
前記本体から分岐して形成され、前記回路基板を介して前記電磁誘導部を通過する第２の磁路を形成する分岐部とを有することを特徴とする電流検出器。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１１−２３２０４１（Ｐ２０１１−２３２０４１Ａ）
【公開日】平成２３年１１月１７日（２０１１．１１．１７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−９９８９９（Ｐ２０１０−９９８９９）
【出願日】平成２２年４月２３日（２０１０．４．２３）
【出願人】（３９０００５２２３）株式会社タムラ製作所 (526)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１１月１７日（２０１１．１１．１７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年４月２３日（２０１０．４．２３）
【出願人】（３９０００５２２３）株式会社タムラ製作所 (526)
【Ｆターム（参考）】
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