JP2007064851A - コイル、コイルモジュールおよびその製造方法、ならびに電流センサおよびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 コンパクトでありながら、検出対象電流による電流磁界を高精度に、かつ安定して検出可能な電流センサを提供する。
【解決手段】 電流センサは、台座７および蓋８からなる筐体３と、台座７の凹部７４に収容され、直線部分５１１Ａ〜５１５Ａ，５１１Ｂ〜５１５Ｂおよび半周回部分５１２Ｃ〜５１５Ｃ，５１１Ｄ〜５１５Ｄを有する巻回部ならびに引き出し部５２，５３を有するコイル５とを備える。引き出し部５２は直線部分５１１Ａと連続してその延長上に延在する引き出し直線部分５２１を含み、半周回部分５１２Ｃ〜５１５Ｃは、引き出し直線部分５２１を乗り越えつつ、それ以外の領域では巻回部５１１Ａと同一階層内において巻回している。このため、コイル５が発生する電流磁界の分布が全体として比較的均質なものとなる。磁気センサ６に対して十分に安定した電流磁界を所定の方向へ付与することができる。
【選択図】 図３

Description

本発明は、電流が供給されることにより電流磁界を発生するコイル、そのようなコイルを備えたコイルモジュールおよび電流センサ、ならびにコイルモジュールおよび電流センサの製造方法に関する。

一般に、制御機器の回路に流れる微小な制御電流を正確に検知するにあたっては、その回路内に抵抗を直列接続し、この抵抗の電圧降下を測定する方法を用いる。しかし、この場合には、制御系とは異なる負荷が加わることとなり制御系に対して何らかの悪影響を与える可能性が生じてしまう。このため、制御電流によって発生する電流磁界の勾配を検出することによって間接的に測定する方法が用いられている。具体的には、例えば、巨大磁気抵抗効果（Giant Magneto-Resistive effect）を発現する巨大磁気抵抗効果素子（以下、ＧＭＲ素子）を４つ用いてホイートストンブリッジを構成すると共に４つのＧＭＲ素子と近接して配置した直線状またはＵ字状の導体（バスライン）に上記の制御電流を導くことにより電流磁界を発生させ、各ＧＭＲ素子の抵抗値の差分から、その電流磁界の勾配を検出する方法である（例えば、特許文献１参照）。
米国特許第５６２１３７７号明細書

ところがＧＭＲ素子を利用した電流センサであっても、例えば１０アンペア（Ａ）を下回るような微弱な電流を測定する場合には、１本の導体から発生する電流磁界だけでは不十分となることが多い。その場合には、おおよそ同一階層内を複数回巻回するコイルをバスラインとして用いる方法が考えられる。しかしながら、直線状またはＵ字状のバスラインと比べ、このようなコイルによって発生する磁界分布はばらつきが大きく、より微弱な電流を精度よく測定するには不向きであった。

本発明はかかる問題に鑑みてなされたもので、その目的は、コンパクトでありながら、測定対象電流が生じる電流磁界を利用して電流を高精度に、かつ安定して測定することの可能な電流センサ、ならびに、そのような電流センサへの搭載に好適なコイルおよびコイルモジュールを提供することにある。さらに、上記のような電流センサおよびコイルモジュールの製造方法を提供することにある。

本発明のコイルは、直線部分および半周回部分を含む複数の巻回部と、これら巻回部のうちの最内周から引き出された引き出し部とを有する一の線材からなるコイルであって、引き出し部が、最内周の直線部分から連続してその延長上に延在する引き出し直線部分を含み、巻回部のうちの最内周を除く半周回部分が、引き出し直線部分を乗り越えつつ、この引き出し直線部分以外の領域では巻回部の最内周と同一階層内に位置するように巻回したものである。

本発明のコイルモジュールは、台座と、蓋と、台座および蓋を組み合わせたときに生ずる空間に収容されると共に、直線部分および半周回部分を含む複数の巻回部と、巻回部のうちの最内周から引き出された引き出し部とを有する一の線材からなるコイルとを備えるようにしたものである。ここでは、引き出し部が最内周の直線部分から連続してその延長上に延在する引き出し直線部分を含み、巻回部のうちの最内周を除く半周回部分が、引き出し直線部分を乗り越えつつ、この引き出し直線部分以外の領域では巻回部の最内周と同一階層内に位置するように巻回している。

本発明のコイルまたはコイルモジュールでは、引き出し直線部分が最内周の巻回部における直線部分から連続してその延長上に延在し、最内周を除く半周回部分が、引き出し部の直線部分を乗り越えつつ、引き出し直線部分以外の領域では巻回部の最内周と同一階層内に位置するように巻回しているので、電流を流したときに、最内周の直線部分において生じる電流磁界が、引き出し直線部分において生じる電流磁界による影響を受けにくくなる。本発明のコイルまたはコイルモジュールでは、特に、隣り合う巻回部同士が、少なくとも直線部分において互いに接するように巻回していることが望ましい。

本発明の電流センサは、台座と、蓋と、台座および蓋を組み合わせたときに生ずる空間に収容されると共に直線部分および半周回部分を含む複数の巻回部と巻回部のうちの最内周から引き出された引き出し部とを有する一の線材からなるコイルと、巻回部の直線部分に対応した位置に配置された磁気センサとを備えるようにしたものである。ここでは、引き出し部が最内周の直線部分から連続してその延長上に延在する引き出し直線部分を含み、巻回部のうちの最内周を除く半周回部分が、引き出し直線部分を乗り越えつつ、この引き出し直線部分以外の領域では巻回部の最内周と同一階層内に位置するように巻回している。

本発明の電流センサでは、引き出し直線部分が最内周の巻回部における直線部分から連続してその延長上に延在し、最内周を除く半周回部分が、引き出し直線部分を乗り越えつつ、引き出し直線部分以外の領域では巻回部の最内周と同一階層内に位置するように巻回しているので、コイルに電流を流したときに、最内周の直線部分において生じる電流磁界が、引き出し直線部分において生じる電流磁界による影響を受けにくくなる。このため、磁気センサに対して、より安定した電流磁界が所定の方向へ付与されることとなる。

本発明のコイルモジュールの製造方法は、柱状の巻心が立設されてなる台座を用意し、この巻心を中心として一の線材を巻回することにより、直線部分および半周回部分を含む複数の巻回部と、巻回部のうちの最内周から引き出された引き出し部とを有するコイルを形成するステップと、コイルを挟んで台座と対向するように蓋を被せるステップと、巻回部と台座とを接着固定するステップとを含むようにしたものである。コイルを形成するステップでは、最内周の直線部分から連続してその延長上に延在する引き出し直線部分を含むように引き出し部を形成し、かつ、引き出し直線部分を乗り越えつつ、この引き出し直線部分以外の領域では巻回部の最内周と同一階層内に位置するように最内周を除く半周回部分を形成する。

本発明の電流センサの製造方法は、柱状の巻心が立設されてなる台座を用意し、この巻心を中心として一の線材を巻回することにより、直線部分および半周回部分を含む複数の巻回部と、巻回部のうちの最内周の巻回部から引き出された引き出し部とを有するコイルを形成するステップと、コイルを挟んで台座と対向するように蓋を被せるステップと、巻回部と台座とを接着固定するステップと、巻回部の直線部分に対応した位置に磁気センサを配置するステップとを含むようにしたものである。コイルを形成するステップでは、最内周の直線部分と連続してその延長上に延在する引き出し直線部分を含むように引き出し部を形成し、かつ、引き出し直線部分を乗り越えつつ、この引き出し直線部分以外の領域では巻回部の最内周と同一階層内に位置するように最内周を除く半周回部分を形成する。

本発明のコイルモジュールおよび電流センサの製造方法では、最内周の直線部分から連続してその延長上に延在する引き出し直線部分を含むように引き出し部を形成し、かつ、引き出し直線部分を乗り越えつつ、この引き出し直線部分以外の領域では巻回部の最内周と同一階層内に位置するように最内周を除く半周回部分を形成するようにしたので、このコイルに電流を流したときに、最内周の直線部分において生じる電流磁界が、引き出し直線部分において生じる電流磁界による影響を受けにくくなる。

本発明のコイル、コイルモジュールまたは電流センサによれば、引き出し部が最内周の直線部分から連続してその延長上に延在する引き出し直線部分を含み、最内周を除く半周回部分が、引き出し直線部分を乗り越えつつ、この引き出し直線部分以外の領域では巻回部の最内周と同一階層内に位置するように巻回しているので、電流を流した際、最内周の直線部分において生ずる電流磁界の強度および方向が比較的安定化する。このため、コイル全体が発生する電流磁界の分布が比較的均質なものとなる。特に、本発明の電流センサによれば、巻回部の直線部分に対応した位置に磁気センサを配置するようにしたので、磁気センサに対して十分に安定した電流磁界を所定の方向へ付与することができ、微弱な電流であっても高精度に検出することが可能となる。また、本発明のコイルモジュールの製造方法または電流センサの製造方法によれば、上記のような高品質のコイルモジュールまたは電流センサを比較的簡便かつ高精度に製造することができる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。

最初に、図１〜図４を参照して、本発明の一実施の形態としての電流センサの構成について説明する。図１は、コイルモジュール１および磁気センサ６を備えた本実施の形態の電流センサの構成図である。特に、図１（Ａ）は平面図であり、図１（Ｂ）は図１（Ａ）のＩＢ−ＩＢ切断線に沿った矢視方向の断面図である。但し、図１（Ａ）では、簡略化のためコイルモジュール１および磁気センサ６の構成のみを示す。

この電流センサは、支持基板２に固定された筐体３と、筐体３の内部において巻回するように収容され、かつ両端末が筐体３の外部に引き出されて接着部４で固定されたコイル５と、支持基板２における筐体３の反対側に設けられた巨大磁気抵抗効果素子（ＧＭＲ素子）６１，６２を含む磁気センサ６とを備えている。ここで、筐体３およびコイル５がコイルモジュール１を構成するものである。筐体３は、おおよそ直方体をなしており、例えばＸ軸方向の寸法が約１０ｍｍ、Ｙ軸方向の寸法が約２０ｍｍ、Ｚ軸方向の寸法が約１ｍｍである。筐体３は台座７および蓋８の２つの部材により構成され、台座７が支持基板２と接するように固定されている。また、コイル５は、巻心７２（後出）の周囲を巻回する複数の巻回部５１（５１１〜５１５）と、この巻回部５１のうちの最内周の巻回部５１１からの引き出し部５２，５３（後出）とを有している。さらに、支持基板２には、ＧＭＲ素子６１，６２に対してバイアス磁界を印加する永久磁石ＨＭ１，ＨＭ２や、定電流源９１，９２（後出）を含む検出回路９などが設けられている。

図２は、筐体３における台座７の構成を表しており、特に図２（Ａ）が平面図であり図２（Ｂ）が側面図である。台座７は、例えば０．３５ｍｍの厚みをなす基板７１の上に巻心７２を設けるようにしたものである。巻心７２は、例えば、７．５ｍｍの長辺および１．８ｍｍの短辺からなる長方形部分７２１と、半径が０．９ｍｍである２つの半円部分７２２，７２３とを組み合わせた平面形状を有している。ここで、２つの半円部分７２２，７２３は、その半径部分が長方形部分７２１の短辺と接するように組み合わされている。また、巻心７２は、コイル５を構成するエナメル被覆導線（後出）の直径と対応した高さ（例えば０．５５ｍｍ）を有している。また、台座７には、基板７１の外縁に沿って基板７１に立設する外壁７３１〜７３３からなる外壁群７３が設けられており、これにより凹部７４が形成されている。凹部７４は、コイル５の直径に相当する（例えば０．５５ｍｍの）深さを有している。凹部７４は、コイル５の巻回部５１（後出）を収容するスペースである。凹部７４における内壁面７４１および内壁面７４２は、巻心７２の中心位置（長方形部分７２１の短辺方向の中心位置）を通る中心線ＣＬから互いに等距離にあり、かつ中心線ＣＬと平行をなしている。すなわち、長方形部分７２１の長辺とそれぞれ平行をなすように対向している。巻心７２と、内壁面７４１および内壁面７４２との間には、例えば５ターン分のスペースがある。台座７は、さらに、コイル５の両端末を外部に引き出すための切り欠き部７６Ａ，７６Ｂを有している。さらに、コイルモジュール１を製造するにあたって、コイル５を凹部７４に接着固定させる際に接着剤の余剰分を排出するためのドレイン７７を有している。また、ピン７８は、コイル５の巻き付け操作を行う際、コイル５を支持するように機能するものである。

図３（Ａ）は台座７の凹部７４に収容されたコイル５の平面形状を表し、図３（Ｂ）は図３（Ａ）に示したIIIB−IIIB切断線に沿った矢視方向の断面構成を表している。コイル５は、例えば０．５５ｍｍの直径を有するエナメル被覆導線（以下、線材という）からなり、上記したように、巻心７２の周囲を巻回する複数の巻回部５１（５１１〜５１５）と、引き出し部５２，５３とを有している。巻回部５１は、巻心７２のＸ軸方向の幅に対応した所定間隔を隔てて対向し、かつ互いに平行に延在する直線部分５１１Ａ〜５１５Ａおよび直線部分５１１Ｂ〜５１５Ｂと、それらを連結する半周回部分５１２Ｃ〜５１５Ｃ，５１１Ｄ〜５１５Ｄとを有している。

引き出し部５２は、直線部分５１１Ａと連続してその延長上に延在する引き出し直線部分５２１と、この引き出し直線部分５２１と順次連続して設けられた屈曲部分５２２および直線部分５２３を有している。直線部分５２３は、台座７の切り欠き部７６Ｂから外部へ引き出されている。巻回部５１１および引き出し直線部分５２１は、基板７１の表面（凹部７４の底面）と接するように同一階層内に配設されている。

直線部分５１１Ａ〜５１５Ａおよび直線部分５１１Ｂ〜５１５Ｂは、それぞれ互いに隣り合うもの同士が隙間を空けることなく密に接している。また、最外周の巻回部５１５における直線部分５１５Ａ，５１５Ｂは、それぞれ内壁面７４１，７４２と密接している。さらに半周回部分５１２Ｃ〜５１５Ｃは、引き出し部５２の直線部分５２１を乗り越えるように巻回している。但し、直線部分５２１に対応する領域以外の領域では最内周の巻回部５１１と同一階層内に位置するように、すなわち基板７１の表面上において巻回している。

最外周の直線部分５１５Ｂは、台座７の切り欠き部７６Ａから外部へ引き出された引き出し部５３と繋がっている。

ＧＭＲ素子６１，６２は、図３（Ａ）において破線で示したように、直線部分５１１Ａ〜５１５Ａまたは直線部分５１１Ｂ〜５１５Ｂに対応した位置に配置されている。この場合、中心線ＣＬから互いに等距離の位置に配置されていることが望ましい。

図４は蓋８の構成を表しており、特に図４（Ａ）が平面図であり図４（Ｂ）が側面図である。蓋８は、例えば１．１ｍｍの厚みを有する平行平板であり、開口８１〜８３を有している。開口８１〜８３は、コイルモジュール１を製造するにあたって、コイル５を凹部７３に接着固定するための接着剤を流し込んだり、その接着剤が硬化するまでコイル５を治具などによって台座７へ押しつけたり、あるいはコイル５の巻回部が互いに交差したり曲がったりしていないことを目視等により確認するために使用する孔である。開口８１〜８３は、例えば２〜３ｍｍ程度の直径を有している。さらに蓋８は、巻回部５１２〜５１５が引き出し直線部分５２１を乗り越えた領域に対応した位置に凹部８４を有している。凹部８４は、線材の直径に相当する深さを有している。このため、蓋８を被せることにより、台座７の凹部７４に収容されたコイル５が筐体３の内部で固定されることとなる。

このような構成の電流センサは、磁気センサ６を利用することによってコイル５に供給される検出対象電流Ｉｍを測定するものである。図５に、本実施の形態の電流センサにおける回路構成を示す。なお、図５では、コイル５を簡略化してＵ字形状をなすように示している。また、図５における検出対象電流Ｉｍ、補償電流Ｉｄ、電流磁界Ｈｍ、補償電流磁界Ｈｄ、バイアス磁界Ｈｂ１，Ｈｂ２および電流Ｉ０の全ての矢印の方向は、ＧＭＲ素子６１，６２との相対的な方向を示している。

図５に示したように、ＧＭＲ素子６１とＧＭＲ素子６２とは第１の接続点Ｐ１において互いに接続されている。ＧＭＲ素子６１，６２は中心線ＣＬから互いに等距離の位置に配置されているので、検出対象電流Ｉｍによって生じる電流磁界Ｈｍが等しい大きさで及ぶこととなる。但し、ＧＭＲ素子６１に対しては−Ｘ方向へ電流磁界Ｈｍが及び、一方でＧＭＲ素子６２に対しては＋Ｘ方向へ電流磁界Ｈｍが及ぶこととなる。したがって、ＧＭＲ素子６１，６２は、電流センサの駆動時において、電流磁界Ｈｍによって各々の抵抗値Ｒ１，Ｒ２が互いに逆方向の変化を示すようになっている。

検出回路９は定電流源９１，９２を含んでおり、それらは互いの一端同士が第２の接続点Ｐ２において接続されている。定電流源９１は、第３の接続点Ｐ３において、ＧＭＲ素子６１における第１の接続点Ｐ１とは反対側の端部と接続されており、一方の定電流源９２は、第４の接続点Ｐ４において、ＧＭＲ素子６２における第１の接続点Ｐ１とは反対側の端部と接続されている。より具体的には、ＧＭＲ素子６１および定電流源９１が直列接続されていると共にＧＭＲ素子６２および定電流源９２が直列接続されており、それらが互いに並列接続された状態となっている。ここで、定電流源９１および定電流源９２は、互いに等しい値の定電流Ｉ０をＧＭＲ素子６１およびＧＭＲ素子６２にそれぞれ供給するように構成されている。

また、永久磁石ＨＭ１，ＨＭ２は、（支持基板２上において）ＧＭＲ素子６１，６２を挟んで対向するように配置されている。

以下、図５を参照して、検出対象電流Ｉｍによって形成される電流磁界Ｈｍを測定する方法について説明する。

図５において、第１の接続点Ｐ１と第２の接続点Ｐ２との間に所定の電圧を印加した際の定電流源９１，９２からの定電流をＩ０とし、ＧＭＲ素子６１，６２の抵抗値をそれぞれＲ１，Ｒ２とする。電流磁界Ｈｍが印加されていない場合、第３の接続点Ｐ３における電位Ｖ１は、
Ｖ１＝Ｉ０・Ｒ１
であり、第４の接続点Ｐ４における電位Ｖ２は、
Ｖ２＝Ｉ０・Ｒ２
となる。よって、第３の接続点Ｐ３と第４の接続点Ｐ４との間の電位差は、
Ｖ０＝Ｖ１−Ｖ２
＝Ｉ０・Ｒ１−Ｉ０・Ｒ２
＝Ｉ０・（Ｒ１−Ｒ２） …（１）

この回路では、電流磁界Ｈｍが印加されたときに、電位差Ｖ０を測定することにより抵抗変化量が得られる。例えば電流磁界Ｈｍが印加されたときに、抵抗値Ｒ１，Ｒ２がそれぞれ変化量ΔＲ１，ΔＲ２だけ増加したとすると、式（１）は、
Ｖ０＝Ｖ１−Ｖ２
＝Ｉ０・（Ｒ１−Ｒ２）
＝Ｉ０・｛（Ｒ１＋ΔＲ１）−（Ｒ２＋ΔＲ２）｝ …（２）
となる。

すでに述べたように、ＧＭＲ素子６１，６２は電流磁界Ｈｍによって各々の抵抗値Ｒ１，Ｒ２が互いに逆方向の変化を示すように配置されていることから、変化量ΔＲ１と変化量ΔＲ２とは互いの正負が逆の符号となる。したがって、式（２）において、電流磁界Ｈｍが印加される前の抵抗値Ｒ１および抵抗値Ｒ２は互いに打ち消し合う一方で、変化量ΔＲ１および変化量ΔＲ２はそのまま維持される。

仮に、ＧＭＲ素子６１，６２が全く同一の特性を有するとした場合、すなわち、
Ｒ１＝Ｒ２＝Ｒ
かつ
ΔＲ１＝−ΔＲ２＝ΔＲ
であると仮定した場合、式（３）は、
Ｖ０＝Ｉ０・（Ｒ１＋ΔＲ１−Ｒ２−ΔＲ２）
＝Ｉ０・（Ｒ＋ΔＲ−Ｒ＋ΔＲ）
＝Ｉ０・（２ΔＲ） …（４）
となる。したがって、予め外部磁界と抵抗変化量との関係を把握したＧＭＲ素子６１，６２を用いるようにすれば、電流磁界Ｈｍの大きさを測定することができ、その電流磁界Ｈｍを発生する検出対象電流Ｉｍの大きさを推定することができる。この場合、２つのＧＭＲ素子６１，６２を用いてセンシングを行っているので、ＧＭＲ素子６１またはＧＭＲ素子６２を単独で用いてセンシングを行う場合と比べて２倍の抵抗変化量を取り出すことができ、測定値の高精度化に有利となる。また、４つのＧＭＲ素子を用いてブリッジ回路を構成してセンシングを行う場合と比べ、ＧＭＲ素子同士の特性のばらつきや接続抵抗のばらつき等を小さく抑えることができるので、感度が高いＧＭＲ素子を用いた場合であってもバランス調整が容易である。また、ＧＭＲ素子自体の個数を減らすことができ、それに伴い端子の数も減るので、省スペース化に有利となる。

さらに、この電流センサでは、第３の接続点Ｐ３において検出される電位Ｖ１と第４の接続点Ｐ４において検出される電位Ｖ２とが差動増幅器ＡＭＰに供給されて、その差分（電位差Ｖ０）が零となるような補償電流Ｉｄが出力される。差動増幅器ＡＭＰからの補償電流Ｉｄは、ＧＭＲ素子６１，６２の近傍を検出対象電流Ｉｍとは正反対の方向へ流れることにより電流磁界Ｈｍとは逆方向の補償電流磁界Ｈｄを生じ、回路中の接続抵抗のばらつきやＧＭＲ素子６１，６２の相互間における特性のばらつき、温度分布の偏り、あるいは外部からの妨害磁界などに起因する誤差分をキャンセルするように作用するので、結果として電流磁界Ｈｍのみに比例した大きさに近づくこととなる。したがって、補償電流検出手段Ｓにおいて、出力電圧Ｖｏｕｔを測定し、既知の抵抗体ＲＬとの関係から補償電流Ｉｄを算出することにより、電流磁界Ｈｍをより正確に求めることができ、ひいては検出対象電流Ｉｍの大きさを高精度に推定することができる。

続いて、本実施の形態における電流センサの製造方法について説明する。

まず、図２（Ａ），（Ｂ）の構造をなす台座７を用意し、これに線材を巻き付けることによりコイル５を形成する。具体的には、図３（Ａ）に示したように、線材を、切り欠き部７６Ｂを通したのち、外壁７３２とピン７８との間を通し、さらに、巻心７２の外縁に沿ってその周囲を周回させることにより、引き出し部５２と、それに続く最内周の巻回部５１１とを形成する。さらに続けて最内周の巻回部５１１を外縁に沿って外側を巻回するように線材を巻き付けることにより他の巻回部５１２〜５１５を順次形成し、最終的に切り欠き部７６Ａから外部へ引き出すようにする。この際、引き出し直線部分５２１を乗り越えるように他の巻回部５１２〜５１５を巻き付けるようにする。

コイル５を形成したのち、巻回部５１１〜５１５に接着剤を滴下し、蓋８を被せる。こののち、開口８１〜８３から所定の治具により巻回部５１１〜５１５を台座７に押しつけた状態で接着剤を硬化させ、巻回部５１１〜５１５と台座７とを接着固定する。このとき、余分な接着剤をドレイン７７から排出させるようにする。さらに、切り欠き部７６Ａ，７６Ｂにおいて引き出し部５２，５３を台座７に接着固定させることにより、コイルモジュール１が完成する。

最後に、磁気センサ６、永久磁石ＨＭ１，ＨＭ２および検出回路９などを支持基板２の一方の面上における所定位置に配置したのち、支持基板２の他方の面にモジュール１を接着固定する。このとき、ＧＭＲ素子６１，６２が、直線部分５１１Ａ〜５１５Ａ，５１１Ｂ〜５１５Ｂとそれぞれ対応した位置となるように調整する。以上により、本実施の形態の電流センサが完成する。

以上説明したように、本実施の形態の電流センサによれば、引き出し部５２が、最内周の直線部分５１１Ａと連結してその延長上に配置された引き出し直線部分５２１を有しており、半周回部分５１２Ｃ〜５１５Ｃが、引き出し直線部分５２１を乗り越えつつ、それ以外の領域では最内周の巻回部５１１と同一階層内において巻回するようにしたので、コイル５に検出対象電流Ｉｍを流したときに、直線部分５１１Ａにおいて生じる電流磁界が、引き出し直線部分５２１において生じる電流磁界による影響を受けにくくなる。すなわち、直線部分５１１Ａにおいて生ずる電流磁界の強度および方向が比較的安定化する。このため、コイル５全体が発生する電流磁界の分布が比較的均質なものとなる。したがって、直線部分５１１Ａ〜５１５Ａに対応して配置されたＧＭＲ素子６１、および直線部分５１１Ｂ〜５１５Ｂに対応して配置されたＧＭＲ素子６２に対して、互いに等しく、かつ互いに逆向きをなす安定した電流磁界を付与することができ、微弱な電流であっても高精度に検出することが可能となる。また、本実施の形態の電流センサの製造方法によれば、上記のような高品質の電流センサを、比較的簡便かつ高精度に製造することができる、

以上、実施の形態を挙げて本発明を説明したが、本発明は上記の実施の形態に限定されず、種々の変形が可能である。例えば本実施の形態では、コイルの巻回部を５ターン分としたが、これに限定されるものではない。

また、図６に示したように、台座の巻心を２つの柱状の巻心７５Ａ，７５Ｂによって構成するようにしてもよい。巻心７５Ａ，７５Ｂは、互いに等しい寸法を有する円柱であり、例えば、１．８ｍｍの直径と０．５５ｍｍの高さとを有している。

さらに、上記実施の形態では、磁気センサが２つのＧＭＲ素子によって構成された例について説明するようにしたが、本発明はこれに限定されるものでもない。例えば、図７に示したコイルモジュール１Ａのように、さらに２つのＧＭＲ素子６３，６４を巻回部分５１に沿って配置するようにしてもよい。その場合には図８に示した回路図のように、ＧＭＲ素子６１〜６４によってフルブリッジを構成することができる。この場合、第１の接続点Ｐ１と第２の接続点Ｐ２との間に所定の電圧を印加し、第３の接続点Ｐ３および第４の接続点Ｐ４から出力を検出することによってコイル５に流れる検出対象電流Ｉｍの大きさを測定することができる。

さらに、上記実施の形態では筐体の台座側に磁気センサを設けるようにしたが、これとは反対に、蓋側に磁気センサを設けるようにしてもよい。あるいは、台座側および蓋側の双方に設けるようにしてもよい。したがって、例えば、コイルを挟むように配置された２つのフルブリッジ回路を構成し、より精密な検出対象電流の測定を行うことも可能である。

本発明の一実施の形態に係る電流センサの構造を示した平面図および断面図である。 図１に示した電流センサにおける台座の構造を示した平面図および側面図である。 図１に示した電流センサにおけるコイルの構造を示した平面図および断面図である。 図１に示した電流センサにおける蓋の構造を示した平面図および側面図である。 図１に示した電流センサに対応する回路図である。 図２に示した台座の変形例の構造を示した平面図である。 本発明の一実施の形態に係る電流センサにおける変形例としての構造を示した平面図である。 図７に示した変形例としての電流センサに対応する回路図である。

符号の説明

１，１Ａ…コイルモジュール、２…支持基板、３…筐体、４…接着部、５…コイル，５１（５１１〜５１５）…巻回部、５１１Ａ〜５１５Ａ，５１１Ｂ〜５１５Ｂ…直線部分、５１２Ｃ〜５１５Ｃ，５１１Ｄ〜５１５Ｄ…半周回部分、５２…引き出し部、６…磁気センサ、６１，６２…巨大磁気抵抗効果（ＧＭＲ）素子、７…台座、７２…巻心、７３…外壁群、７４…凹部、８…蓋、８１〜８３…開口、８４…凹部、９…検出回路、９１，９２…定電流源、ＣＬ…中心線、Ｉｍ…検出対象電流、Ｈｂ…バイアス磁界、Ｈｍ…電流磁界、ＨＭ１，ＨＭ２…永久磁石。

Claims (16)

1. 直線部分および半周回部分を含む複数の巻回部と、前記巻回部のうちの最内周から引き出された引き出し部とを有する一の線材からなるコイルであって、
   前記引き出し部が、前記最内周の直線部分から連続してその延長上に延在する引き出し直線部分を含み、
   前記巻回部のうちの最内周を除く半周回部分が、前記引き出し直線部分を乗り越えつつ、この引き出し直線部分以外の領域では前記巻回部の最内周と同一階層内に位置するように巻回している
   ことを特徴とするコイル。
2. 隣り合う巻回部同士が、少なくとも直線部分において互いに接するように巻回している
   ことを特徴とする請求項１に記載のコイル。
3. 台座と、
   蓋と、
   前記台座および蓋を組み合わせたときに生ずる空間に収容されると共に、直線部分および半周回部分を含む複数の巻回部と、前記巻回部のうちの最内周から引き出された引き出し部とを有する一の線材からなるコイルと
   を備え、
   前記引き出し部が、前記最内周の直線部分から連続してその延長上に延在する引き出し直線部分を含み、
   前記巻回部のうちの最内周を除く半周回部分が、前記引き出し直線部分を乗り越えつつ、この引き出し直線部分以外の領域では前記巻回部の最内周と同一階層内に位置するように巻回している
   ことを特徴とするコイルモジュール。
4. 前記台座は、前記巻回部に対応した領域に凹部を有し、その凹部に前記巻回部が収容されている
   ことを特徴とする請求項３に記載のコイルモジュール。
5. 前記凹部は、前記線材の直径に相当する深さを有している
   ことを特徴とする請求項４に記載のコイルモジュール。
6. 前記台座は前記凹部の内部に立設する巻心を有しており、前記コイルは前記巻心を中心として巻回している
   ことを特徴とする請求項４または請求項５に記載のコイルモジュール。
7. 前記巻心は、互いに等しい径を有する一対の円柱からなる
   ことを特徴とする請求項６に記載のコイルモジュール。
8. 前記蓋は、前記巻回部のうちの最内周を除く半周回部分が前記引き出し直線部分を乗り越えている領域に対応した位置に凹部を有している
   ことを特徴とする請求項３から請求項７のいずれか１項に記載のコイルモジュール。
9. 前記蓋の凹部は、前記線材の直径に相当する深さを有している
   ことを特徴とする請求項８に記載のコイルモジュール。
10. 前記蓋は、前記巻回部に対応した位置に少なくとも１つの開口を有している
    ことを特徴とする請求項３から請求項９のいずれか１項に記載のコイルモジュール。
11. 台座と、
    蓋と、
    前記台座および蓋を組み合わせたときに生ずる空間に収容されると共に、直線部分および半周回部分を含む複数の巻回部と、前記巻回部のうちの最内周から引き出された引き出し部とを有する一の線材からなるコイルと、
    前記巻回部の直線部分に対応した位置に配置された磁気センサと
    を備え、
    前記引き出し部が、前記最内周の直線部分から連続してその延長上に延在する引き出し直線部分を含み、
    前記巻回部のうちの最内周を除く半周回部分が、前記引き出し直線部分を乗り越えつつ、この引き出し直線部分以外の領域では前記巻回部の最内周と同一階層内に位置するように巻回している
    ことを特徴とする電流センサ。
12. 前記磁気センサは、前記コイルを流れる電流により生ずる電流磁界に応じて抵抗値が互いに逆方向の変化を示すように配置された一対の磁気抵抗効果素子を含む
    ことを特徴とする請求項１１に記載の電流センサ。
13. 柱状の巻心が立設されてなる台座を用意し、前記巻心を中心として一の線材を巻回することにより、直線部分および半周回部分を含む複数の巻回部と、前記巻回部のうちの最内周から引き出された引き出し部とを有するコイルを形成するステップと、
    前記コイルを挟んで前記台座と対向するように蓋を被せるステップと、
    前記巻回部と前記台座とを接着固定するステップと
    を含み、
    前記コイルを形成するステップでは、
    前記最内周の直線部分から連続してその延長上に延在する引き出し直線部分を含むように前記引き出し部を形成し、かつ、前記引き出し直線部分を乗り越えつつ、この引き出し直線部分以外の領域では前記巻回部の最内周と同一階層内に位置するように前記最内周を除く半周回部分を形成する
    ことを特徴とするコイルモジュールの製造方法。
14. 前記巻回部に対応した位置に開口が設けられたものを前記蓋として用いる
    ことを特徴とする請求項１３に記載のコイルモジュールの製造方法。
15. 前記コイルを形成したのち接着剤を前記巻回部に付着させ、前記蓋を被せたのち前記開口から前記巻回部を前記台座へ押しつけた状態で前記接着剤を硬化させることにより前記巻回部と前記台座とを接着固定する
    ことを特徴とする請求項１３または請求項１４に記載のコイルモジュールの製造方法。
16. 柱状の巻心が立設されてなる台座を用意し、前記巻心を中心として一の線材を巻回することにより、直線部分および半周回部分を含む複数の巻回部と、前記巻回部のうちの最内周から引き出された引き出し部とを有するコイルを形成するステップと、
    前記コイルを挟んで前記台座と対向するように蓋を被せるステップと、
    前記巻回部と前記台座とを接着固定するステップと、
    前記巻回部の直線部分に対応した位置に磁気センサを配置するステップと
    を含み、
    前記コイルを形成するステップでは、
    前記最内周の直線部分から連続してその延長上に延在する引き出し直線部分を含むように前記引き出し部を形成し、かつ、前記引き出し直線部分を乗り越えつつ、この引き出し直線部分以外の領域では前記巻回部の最内周と同一階層内に位置するように前記最内周を除く半周回部分を形成する
    ことを特徴とする電流センサの製造方法。

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