JP2009156802A

JP2009156802A - 電流センサ

Info

Publication number: JP2009156802A
Application number: JP2007337789A
Authority: JP
Inventors: Kazuma Sugawa; 和真須川; Naoki Isobe; 直希磯部
Original assignee: Tokai Rika Co Ltd
Current assignee: Tokai Rika Co Ltd
Priority date: 2007-12-27
Filing date: 2007-12-27
Publication date: 2009-07-16

Abstract

【課題】電流の検知精度が向上された電流センサを提供する。
【解決手段】電流センサ１は、導電体からなるバスバー２と、バスバー２に流れる電流を磁気的に検出する磁気検出素子３とを備える。バスバー２には螺旋状に形成した螺旋部２３が設けられ、バスバー２の螺旋軸線Ｐ３上には磁気検出素子３が配置される。
【選択図】図１

Description

この発明は、バスバーに流れる電流を検知する電流センサに関する。

従来、この種の電流センサとして、バスバーに流れた電流により生じた磁界強度を磁気検出素子により検出することで、バスバーに流れた電流を検出するものがある。このような電流センサでは、検出可能な磁束とするために、磁束を集めるためのロ字形状のコアが設けられている（例えば、特許文献１参照。）。このようなコアが設けられた電流センサでは、コアのロ字状の内部にバスバーを挿通させるため、構造が複雑となる。

そこで、構成の簡易化としてコアレスを図るために、例えば、バスバーをＵ字形状とすることで、対向配置されて互いに逆方向に電流が流れる導体部を形成し、それら導体部の中間位置に磁気検出素子を設けた構成が提案されている（例えば、特許文献２参照。）。

このように構成することで、対向配置された導体部に流れる電流（バスバーに流れる電流）により発生する磁界は、導体部の中間位置で増幅されるため、コアを設けなくても磁気検出素子からの検出信号に基づく電流検知が可能となる。
特開２００２−２４３７６８号公報特開２００７−１８３２２１号公報

ところで、上記特許文献２に記載の電流センサでは、電流の検出は電流の大きさに依存するため、微弱な電流を検知できないおそれがあった。このため、バスバーに流れる電流の検知精度が向上された電流センサが求められていた。

この発明は、こうした実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、コアを設けない場合であれ、電流の検知精度が向上された電流センサを提供することにある。

以下、上記目的を達成するための手段及びその作用効果について説明する。
請求項１に記載の発明は、導電体からなるバスバーと、同バスバーに流れる電流を磁気的に検出する磁気検出素子とを備えた電流センサにおいて、前記バスバーを螺旋状に形成し、同バスバーの螺旋軸線上に磁気検出素子を配置することをその要旨としている。

同構成によれば、電流センサのバスバーを螺旋状に形成したため、バスバーに流れる電流によって形成される磁束をバスバーの螺旋軸線上に集中させることができる。そして、バスバーの螺旋軸線上に磁気検出素子を配置するため、コアを設けない場合であれ、バスバーに流れる電流の検出精度を従来と比較して確保、又は向上させることができる。また、本発明の電流センサの検出精度は電流の大きさに依存するものの、バスバーの巻き数により調節することができる。すなわち、電流センサの取り付け対象等によってバスバーに流れる電流値は異なるが、バスバーの巻き数を増減することにより適宜対応可能である。例えば、バスバーに流れる電流値が小さい場合には、バスバーの螺旋の巻き数を必要量増加することによって、バスバーに流れる電流が小さくても電流を磁気的に検出することができるようになる。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の電流センサにおいて、前記磁気検出素子は、前記バスバーの螺旋部の端部近傍に配置されることをその要旨としている。
同構成によれば、磁気検出素子はバスバーに流れる電流によって形成される磁束がより多く通過するバスバーの螺旋部の端部近傍に配置されるため、バスバーに流れる電流の検出精度を向上させることができる。

請求項３に記載の発明は、請求項１に記載の電流センサにおいて、前記磁気検出素子は、前記バスバーの螺旋部の内部に配置されることをその要旨としている。
同構成によれば、磁気検出素子はバスバーに流れる電流によって形成される磁束が最も集中するバスバーの螺旋部の内部に配置されるため、バスバーに流れる電流の検出精度を向上させることができる。また、磁気検出素子がバスバーに収容され、電流センサの大きさを小さくすることができる。

請求項４に記載の発明は、請求項１〜３のいずれか一項に記載の電流センサに、更に前記バスバーの螺旋部の内部に導電体が配置されることをその要旨としている。
同構成によれば、バスバーの螺旋部の内部に導電体が配置されることにより、バスバーに流れる電流によって形成される磁束を集めることができ、磁気検出素子による電流の検出を更に容易にすることができる。

請求項５に記載の発明は、請求項１〜４のいずれか一項に記載の電流センサにおいて、前記バスバー及び前記磁気検出素子は、一体にモールド成形されることをその要旨としている。

同構成によれば、バスバー及び磁気検出素子が一体にモールド成形されるため、バスバーに対して磁気検出素子の位置が固定され、従来の電流センサのようにバスバーに対して磁気検出素子を組み付ける際に位置がずれることがなく、検出精度を一定にすることができる。

請求項６に記載の発明は、請求項５に記載の電流センサに、更に前記モールド成形により前記磁気検出素子の接続端子を囲繞するコネクタハウジングが形成されることをその要旨としている。

同構成によれば、コネクタハウジングがモールド成形により形成されるため、磁気検出素子の接続端子が保護されるとともに、外部端子を接続する際に位置決めが行い易くなる。

本発明によれば、電流センサにおいて、コアを設けない場合であれ、電流の検知精度を向上することができる。

（第１の実施形態）
以下、本発明の第１の実施形態について図１〜図４を参照して説明する。
図１に示されるように、電流検出対象である電流路上に設けられる電流センサ１は、導電体としての帯状の金属板（本実施形態では銅板とする。）が螺旋状に塑性変形されてなるバスバー２と、同バスバー２に流れる電流を磁気的に検出する磁気検出素子３とを備えている。これらバスバー２及び磁気検出素子３は、絶縁性を有する樹脂製のハウジング４により覆われている。

バスバー２の螺旋状をなす螺旋部２３の両端には、第１接続孔２１ａが形成された第１接続部２１と、第２接続孔２２ａが形成された第２接続部２２とが設けられている。これら第１接続部２１と第２接続部２２とは、ハウジング４の外部に突出している。この螺旋部２３は、本実施形態では２．５回巻かれている。すなわち、図２に示されるように、第１接続部２１と第２接続部２２とは、第１接続部２１の軸線Ｐ１と第２接続部２２の軸線Ｐ２とが螺旋部２３の中心軸線である螺旋軸線Ｐ３を中心として上面から見て点対称となるように位置している。なお、螺旋部２３の形成方法としては、螺旋状の型を用いて鋳造によって形成してもよい。

図３に示されるように、磁気検出素子３は、ホール素子３１を導電性ペーストによりリードフレームに実装し、リードフレームを外部との接続端子３２として形成するとともに、絶縁性を有する樹脂材料により直方体状にモールドされてなる。ホール素子３１は、磁界を検出できる感磁軸が長側面３１ａに垂直であるため、バスバー２に流れる電流によって発生する磁束が長側面３１ａを垂直に通過するように配置されている。すなわち、磁気検出素子３は、バスバー２の螺旋部２３の螺旋軸線Ｐ３と磁気検出素子３の長側面３１ａとが垂直となるように、第１接続部２１側の螺旋部２３の端部近傍に配置されている。

図４に示されるように、ハウジング４は、モールド成形により形成され、バスバー２の螺旋部２３、及び磁気検出素子３を覆う本体ハウジング４１と、接続端子３２の基端側の一部を覆うコネクタハウジング４２とからなっている。言い換えれば、磁気検出素子３の接続端子３２の先端部がコネクタハウジング４２に囲繞されて露出した状態となっている。電流センサ１は、ハウジング４によって、バスバー２と磁気検出素子３とが一体に形成されている。

次に、前述した電流センサ１の作用について説明する。
図３に示されるように、バスバー２に電流Ｉが流れると、バスバー２の螺旋部２３周辺に磁界ＭＦが形成される。すると、ホール素子３１は、接続端子（リードフレーム）３２を介して磁界強度に応じた電圧を接続端子３２に接続された図示しない制御装置等の外部機器に出力する。

このとき、バスバー２の螺旋部２３には、螺旋軸線Ｐ３上に磁束が集中することとなる。すなわち、螺旋部２３の内部では磁界の向きが同じであることから、磁界が密になり、磁界が強められる。そして、このように磁束が集中する螺旋軸線Ｐ３上に磁気検出素子３が配置されていることから磁気検出素子３のホール素子３１（正確には、その長側面３１ａ。）を垂直に通過する磁束密度、すなわち磁界強度が十分に確保され、バスバー２に流れる電流を磁気的に検出することができる。すなわち、電流によって発生した磁界をホール素子３１により電圧に変換して検出する。

ここで、本実施形態の電流センサ１の検出精度は、電流の大きさに依存するものの、バスバー２の巻き数により調節することができる。すなわち、電流センサ１の取り付け対象等によってバスバー２に流れる電流値は異なるが、螺旋部２３の巻き数を２．５回に限らず、取り付け対象等によって巻き数を増減させることにより適宜対応可能である。例えば、バスバー２に流れる電流値が小さい場合には、螺旋部２３の巻き数を増加させることによって、磁束密度（磁界強度）が高められ、バスバー２に流れる電流が小さくても電流を磁気的に検出することができる。

以上、説明した実施形態によれば、以下の作用効果を奏することができる。
（１）電流センサ１のバスバー２に螺旋状に形成した螺旋部２３を設けたため、バスバー２に流れる電流Ｉによって形成される磁束をバスバー２の螺旋軸線Ｐ３上に集中させることができる。そして、バスバー２の螺旋軸線Ｐ３上に磁気検出素子３を配置するため、コアを設けない場合であれ、バスバー２に流れる電流Ｉの検出精度を従来と比較して確保、又は向上させることができる。また、本実施形態の電流センサ１の検出精度は電流Ｉの大きさに依存するものの、バスバー２の巻き数により調節することができる。

（２）磁気検出素子３はバスバー２に流れる電流Ｉによって形成される磁束がより多く通過するバスバー２の螺旋部２３の端部近傍に配置されるため、バスバー２に流れる電流Ｉの検出精度を向上させることができる。

（３）バスバー２及び磁気検出素子３が一体にモールド成形されるため、バスバー２に対して磁気検出素子３の位置が固定され、従来の電流センサのようにバスバーに対して磁気検出素子を組み付ける際に位置がずれることがなく、検出精度を一定にすることができる。

（４）コネクタハウジング４２がモールド成形により形成されるため、磁気検出素子３の接続端子が保護されるとともに、接続端子を接続する際に位置決めを行い易くすることができる。

（第２の実施形態）
以下、本発明の第２の実施形態について、図５を参照して説明する。この実施形態の電流センサ１は、磁気検出素子にＧＭＲ（ＧｉａｎｔＭａｇｎｅｔｏＲｅｓｉｓｔｉｖｅ）素子を用いた点が上記第１の実施形態と異なっている。以下、第１の実施形態との相違点を中心に説明する。なお、この実施形態の電流センサは、図１に示す第１の実施形態の電流センサとほぼ同様の構成を備えている。

図５に示されるように、磁気検出素子５は、ＧＭＲ素子５１を導電性ペーストによりリードフレームに実装し、リードフレームを外部との接続端子５２として形成するとともに、絶縁性を有する樹脂材料により直方体状にモールドされてなる。ＧＭＲ素子５１は、バスバー２に流れる電流によって発生する磁束が長側面５１ａと平行に通過するように配置されている。すなわち、磁気検出素子５は、磁界を検出できる感磁軸がホール素子３１と異なり、長側面５１ａに平行であるため、バスバー２の螺旋部２３の内部において螺旋軸線Ｐ３と磁気検出素子５の長側面５１ａとが平行となるように、螺旋部２３の内部に配置されている。

ハウジング４は、モールド成形により形成され、バスバー２の螺旋部２３と、磁気検出素子５のＧＭＲ素子５１を覆う本体ハウジング４１と、接続端子５２の基端側の一部を覆うコネクタハウジング４３とからなっている。言い換えれば、磁気検出素子５の接続端子５２の先端部がコネクタハウジング４３に囲繞されて露出した状態となっている。電流センサ１は、ハウジング４によって、バスバー２と磁気検出素子５とが一体に形成されている。

次に、前述した電流センサ１の作用について説明する。
バスバー２に電流Ｉが流れると、バスバー２の螺旋部２３周辺に磁界ＭＦが形成される。すると、ＧＭＲ素子５１は、接続端子（リードフレーム）５２を介して磁界強度に応じた電圧を接続端子５２に接続された図示しない制御装置に出力する。

このとき、バスバー２の螺旋部２３には、螺旋軸線Ｐ３上に磁束が集中することとなる。すなわち、螺旋部２３の内部では磁界の向きが同じであることから、磁界が密になり、磁界が強められる。そして、このように磁束が集中する螺旋軸線Ｐ３上に磁気検出素子５が配置されていることから磁気検出素子５のＧＭＲ素子５１（正確には、その長側面５１ａ。）を垂直に通過する磁束密度、すなわち磁界強度が十分に確保され、バスバー２に流れる電流を磁気的に検出することができる。すなわち、電流によって発生した磁界をＧＭＲ素子５１により電圧に変換して検出する。

以上、説明した実施形態によれば、第１の実施形態の（１）、（３）、及び（４）の作用効果に加え、以下の作用効果を奏することができる。
（５）磁気検出素子５はバスバー２に流れる電流Ｉによって形成される磁束が最も集中するバスバー２の螺旋部２３の内部に配置されるため、バスバー２に流れる電流Ｉの検出精度を向上させることができる。また、磁気検出素子５がバスバー２に収容され、電流センサ１の大きさを小さくすることができる。

なお、上記実施形態は、これを適宜変更した以下の形態にて実施することができる。
・上記実施形態では、バスバー２は銅板で形成されているものとしたが、バスバー２は例えばアルミニウム等の他の金属板で形成してもよい。

・上記実施形態では、電流センサ１を上面からみたときに第１接続部２１の軸線Ｐ１と第２接続部２２の軸線Ｐ２とが螺旋軸線Ｐ３を中心として点対称となるように第１接続部２１と第２接続部２２とが位置させたが、第１接続部２１と第２接続部２２との位置は電流センサ１の接続対象等に合わせて適宜変更可能である。

・上記実施形態において、バスバー２の螺旋部２３の内部に導電体を配置するようにしてもよい。例えば、図６に示されるように、バスバー２の螺旋部２３の内部に導電体としての例えば棒状の鋼材６を備える。このような構成によれば、バスバー２に流れる電流Ｉによって形成される磁束を集めることができ、磁気検出素子３による電流の検出を更に容易にすることができる。また、棒状であるため、電流センサ１の構造も簡単である。

・上記実施形態では、磁気検出素子３，５の接続端子３２，５２をコネクタハウジング４２，４３で覆ったが、コネクタハウジング４２，４３を省略した構成にしてもよい。
・上記実施形態では、バスバー２と磁気検出素子３，５とをモールド成形により一体に形成したが、バスバー２に対する磁気検出素子３，５の位置決めが行われればよく、一体に形成しなくてもよい。

電流センサの透過斜視図。電流センサのＡ矢視図。電流センサのＢ‐Ｂ断面図。電流センサの斜視図。電流センサの縦断面図。電流センサの縦断面図。

符号の説明

１…電流センサ、２…バスバー、３，５…磁気検出素子、４…ハウジング、６…鋼材、２１…第１接続部、２１ａ…第１接続孔、２２…第２接続部、２２ａ…第２接続孔、２３…螺旋部、３１…ホール素子、３２…接続端子、４１…本体ハウジング、４２，４３…コネクタハウジング、５１…ＧＭＲ素子、５２…接続端子、Ｉ…電流、ＭＦ…磁界、Ｐ１…第１接続部の軸線、Ｐ２…第２接続部の軸線、Ｐ３…螺旋軸線。

Claims

導電体からなるバスバーと、同バスバーに流れる電流を磁気的に検出する磁気検出素子とを備えた電流センサにおいて、
前記バスバーを螺旋状に形成し、同バスバーの螺旋軸線上に磁気検出素子を配置する
ことを特徴とする電流センサ。
請求項１に記載の電流センサにおいて、
前記磁気検出素子は、前記バスバーの螺旋部の端部近傍に配置される
ことを特徴とする電流センサ。
請求項１に記載の電流センサにおいて、
前記磁気検出素子は、前記バスバーの螺旋部の内部に配置される
ことを特徴とする電流センサ。
前記バスバーの螺旋部の内部に導電体が配置される
ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の電流センサ。
請求項１〜４のいずれか一項に記載の電流センサにおいて、
前記バスバー及び前記磁気検出素子は、一体にモールド成形される
ことを特徴とする電流センサ。
前記モールド成形により前記磁気検出素子の接続端子を囲繞するコネクタハウジングが形成される
ことを特徴とする請求項５に記載の電流センサ。