JP5143765B2

JP5143765B2 - 電流センサ

Info

Publication number: JP5143765B2
Application number: JP2009032831A
Authority: JP
Inventors: 洋上野; 貢一糸魚川
Original assignee: Tokai Rika Co Ltd
Current assignee: Tokai Rika Co Ltd
Priority date: 2009-02-16
Filing date: 2009-02-16
Publication date: 2013-02-13
Anticipated expiration: 2029-02-16
Also published as: US20100207625A1; CN101806821B; JP2010190611A; CN101806821A; US8415948B2

Description

本発明は、電流センサに関し、特に導体に流れる被測定電流の大きさを測定するための電流センサに関する。

従来の電流センサとして、空隙を一部に含む閉磁路を有する環状の磁気コア部と、この磁気コア部の空隙に発生する磁界の磁束を検出する磁気検出部とを備えたものがある（特許文献１）。

磁気コア部は、被測定電流を流す導体の周囲に配置され、導体を流れる被測定電流によって発生する磁界の磁束を集束するように構成されている。磁気検出部は、磁気コア部の内側に配置され、閉磁路の空隙に発生する磁界の磁束に応じた検出信号を出力するように構成されている。

このような電流センサにおいては、導体に被測定電流を流して発生した磁界の磁束を磁気コア部で集束し、磁気コア部の空隙に発生する磁界の磁束を磁気検出部で検出して被測定電流の流量（大きさ）を測定することが可能となる。

特開昭６４−８３１５４号公報

しかしながら、特許文献１に示す電流センサによると、磁気コア部の空隙に均一な磁場分布を得るためには、磁気コア部の外形寸法を大きい寸法に設定したり、あるいは磁気検出部を特定の位置に配置したりする必要がある。このため、前者にあっては、センサ全体が大型化するばかりか、コストが嵩むという問題があった。一方、後者にあっては、磁気検出部を配置する上で自由度が低下し、センサ実装が困難になるという問題があった。

従って、本発明の目的は、センサ全体の小型化，コストの低廉化及びセンサ実装の簡素化を図ることができる電流センサを提供することにある。

本発明は、上記目的を達成するために、（１）〜（３）の電流センサを提供する。

（１）空隙を一部に含む閉磁路を有し、被測定電流を流す導体の周囲に発生する磁界の磁束を集束する磁性体からなる環状の磁気コア部と、前記磁気コア部の前記空隙に発生する磁界の磁束を検出する磁気検出部とを備え、前記磁気コア部は、前記空隙を形成する１対の端面に前記導体から離間する方向に沿って前記空隙が漸次狭くなる複数対の段差部を有する。

（２）上記（１）に記載の電流センサにおいて、前記複数対の段差部のうち互いに隣り合う２つの段差部間の端面が前記空隙に開口する凹面で形成されている。

（３）上記（２）に記載の電流センサにおいて、前記磁気コア部は、前記凹面がその底部から開口部に向かって漸次広がる凹面からなる。

（４）上記（１）に記載の電流センサにおいて、前記磁気コア部は、前記複数対の段差部がそれぞれ前記導体から離間する方向に沿って傾斜する勾配をもつ傾斜面で形成されている。

本発明によると、センサ全体の小型化，コストの低廉化及びセンサ実装の簡素化を図ることができる。

本発明の第１の実施の形態に係る電流センサを説明するために示す斜視図である。本発明の第１の実施の形態に係る電流センサを説明するために示す断面図である。本発明の第２の実施の形態に係る電流センサを説明するために示す断面図である。本発明の第３の実施の形態に係る電流センサを説明するために示す断面図である。

[第１の実施の形態]
図１は、第１の実施の形態における電流センサを示す。

〔電流センサの全体構成〕
図１において、符号１で示す電流センサは、被測定電流Ａ（図２に示す）を流す導体２の周囲に発生する磁界の磁束Φ_１を集束する磁気コア部３と、この磁気コア部３の空隙３０ａに発生する磁界の磁束Φ_２（磁束密度）を検出する磁気検出部４とから大略構成されている。

（磁気コア部３の構成）
図２に示すように、磁気コア部３は、空隙３０ａを一部に含む閉磁路３ａを有し、導体２の周囲に配置され、全体が例えばフェライト等の軟磁性材料からなる断面略Ｃ字状（環状）の強磁性体によって形成されている。磁気コア部３の内部は、例えばナイロン樹脂等の樹脂パッケージによって封止される。また、磁気コア部３は、空隙３０ａを形成する１対の端面５，６を有し、これら端面５，６間の寸法が導体２から離間する方向（矢印ａ方向）に沿って漸次狭くなる寸法に設定されている。

端面５，６には、矢印ａ方向に沿って下る複数対（本実施の形態では３対）の段差部５ａ〜５ｃ，６ａ〜６ｃ、及びこれら段差部５ａ〜５ｃ，６ａ〜６ｃを形成するための複数対（本実施の形態では３対）の凸部５ｄ〜５ｆ，６ｄ〜６ｆが左右対称に設けられている。

凸部５ｄ，６ｄ間の空隙寸法ｄ_１は凸部５ｅ，６ｅ間の空隙寸法ｄ_２よりも小さい（ｄ_１＜ｄ_２）寸法に、また凸部５ｅ，６ｅ間の空隙寸法ｄ_２は凸部５ｆ，６ｆ間の空隙寸法ｄ_３よりも小さい（ｄ_２＜ｄ_３）寸法にそれぞれ設定されている。これにより、凸部５ｄ，６ｄ間に発生する磁界の強さＨ_１、凸部５ｅ，６ｅ間に発生する磁界の強さＨ_２、及び凸部５ｆ，６ｆ間に発生する磁界の強さＨ_３が略同一（Ｈ_１≒Ｈ_２≒Ｈ_３）となる。すなわち、空隙寸法ｄ_１，ｄ_２及びｄ_３は、磁界の強さＨ_１，Ｈ_２及びＨ_３がＨ_１≒Ｈ_２≒Ｈ_３となるような寸法に設定されている。このため、両端面５，６間の空隙３０ａにおいては、被測定電流Ａによって発生する磁界の磁束Φ_２が閉磁路３ａに沿って通過し、略均一な磁束密度Ｂ（磁場分布）が得られる。

段差部５ａ〜５ｃ，６ａ〜６ｃのうち互いに隣り合う２つの段差部間の端面５ｇ，５ｈ及び端面６ｇ，６ｈは、空隙３０ａに開口し、かつ底部から開口部に向かって漸次広がる凹面で形成されている。これにより、磁気コア部３の空隙３０ａに発生する磁界の略均一な磁束密度が一層効果的に得られる。

端面５ｇは両段差部５ａ，５ｂ間に、また端面５ｈは両段差部５ｂ，５ｃ間にそれぞれ配置されている。端面６ｇは両段差部６ａ，６ｂ間に、また端面６ｈは両段差部６ｂ，６ｃ間にそれぞれ配置されている。

導体２は、本体部２ａ及び取付部２ｂ，２ｂ（図１に示す）を有し、磁気コア部３を挿通して配置され、かつ回路基板（図示せず）に取付部２ｂ，２ｂを介して電気・機械的に取り付けられ、全体が例えば銅，りん青銅等の金属材料からなるバスバーによって形成されている。そして、図２において、紙面の表側からその裏側に向かって被測定電流Ａを流し、この流れ方向に対し右ねじを進める方向に磁界を発生させるように構成されている。

本体部２ａは、導体２の中央部に配置され、かつ磁気コア部３内に収容され、全体が断面略コ字状体によって形成されている。

取付部２ｂ，２ｂは、導体２の両端部に配置され、かつ本体部２ａに一体に形成されている。取付部２ｂ，２ｂには、回路基板に導体２を電気・機械的に取り付けるためのビス（図示せず）を挿通させるビス挿通孔２０ｂ，２０ｂが設けられている。

（磁気検出部４の構成）
磁気検出部４は、空隙３０ａに発生する磁界の方向に平行するような検出面４ａを有し、検出面４ａを含む一部を空隙３０ａに臨ませて回路基板７に実装され、かつ図示しないＥＣＵ（Electronic Control Unit：ＥＣＵ）に接続されている。そして、空隙３０ａに発生する磁界の磁束Φ_２を検出してその検出信号をＥＣＵに出力するように構成されている。磁気検出部４としては例えばホールＩＣ（Integrated Circuit）やＧＭＲ（Giant Magneto Resistance Effect）素子が用いられる。

〔電流センサ１の動作〕
次に、本実施の形態における電流センサ１の動作について説明する。

電流センサ１においては、導体２に被測定電流Ａを流して発生した磁界の磁束Φ_１を磁気コア部３で集束し、磁気コア部３の空隙３０ａに発生する磁界の磁束Φ_２を磁気検出部４で検出して被測定電流Ａの大きさを測定することが可能となる。

この場合、被測定電流Ａによって導体２の周囲に発生する磁界の磁束Φ_１が磁気コア部３を、また磁束Φ_２が空隙３０ａをそれぞれ閉磁路３ａに沿って通過する。この際、閉磁路３ａの空隙３０ａにおいては、凸部５ｄ〜５ｆからそれぞれ磁束Φ_２が漏出して凸部６ｄ〜６ｆに到達する。そして、磁気検出部４が磁束Φ_２を検出し、この検出信号をＥＣＵに出力する。ＥＣＵでは、磁気検出部４からの検出信号を入力し、この検出信号に基づいて被測定電流Ａの大きさを測定する。

[第１の実施の形態の効果]
以上説明した第１の実施の形態によれば、次に示す効果が得られる。

（１）磁気コア部３の空隙３０ａに均一な磁場分布を得ることができるため、磁気検出部４の実装位置ばらつきによる出力のばらつきを低減することができる。

（２）磁気コア部３の外形寸法を大きい寸法に設定する必要が従来のようにはないため、センサ全体の小型化及びコストの低廉化を図ることができる。

（３）磁気検出部４を特定の位置に配置する必要が従来のようにはないため、磁気検出部４を配置する上で自由度を高めることができ、センサ実装の簡素化を図ることができる。

[第２の実施の形態]
図３は、第２の実施の形態における電流センサを示す。図３において、図２と同一又は同等の部材については同一の符号を付し、詳細な説明は省略する。

図３に示すように、第２の実施の形態に示す電流センサ５１は、磁気検出部５２が空隙３０ａに発生する磁界の方向に直交するような検出面５２ａを有する点に特徴がある。

このため、磁気検出部５２は、空隙３０ａを挿通して回路基板７に実装され、かつＥＣＵに接続されている。磁気検出部５２としては例えばホールＩＣやＧＭＲ素子が用いられる。

〔第２の実施の形態の効果〕
以上説明した第２の実施の形態によれば、第１の実施の形態の効果と同様の効果が得られる。

[第３の実施の形態]
図４は、第３の実施の形態における電流センサを示す。図４において、図２と同一又は同等の部材については同一の符号を付し、詳細な説明は省略する。

図４に示すように、第３の実施の形態に示す電流センサ６１は、複数対の段差部５ａ〜５ｃ，６ａ〜６ｃのうち互いに隣り合う２つの段差部間の端面５ｇ，５ｈ，６ｇ，６ｈが凹面で形成されていない点が第１の実施の形態及び第２の実施の形態にそれぞれ示す電流センサ１，５１と異なる。

電流センサ６１における磁気コア部６２は、複数対の段差部５ａ〜５ｃ，６ａ〜６ｃがそれぞれ導体２から離間する方向に沿って下る勾配をもつ傾斜面で形成されている。

〔第３の実施の形態の効果〕
以上説明した第３の実施の形態によれば、第１の実施の形態の効果と同様の効果が得られる。

以上、本発明の電流センサを上記の実施の形態に基づいて説明したが、本発明は上記の実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の態様において実施することが可能であり、例えば次に示すような変形も可能である。

（１）各実施の形態では、磁気コア部３がフェライトである場合について説明したが、本発明はこれに限定されず、パーマロイ，珪素鋼板など残留磁束密度の小さい他の軟磁性材料でもよい。

（２）各実施の形態では、段差部５ａ〜５ｃ，６ａ〜６ｃが３対である場合について説明したが、本発明はこれに限定されず、その対数は用途等に応じて適宜変更できることは勿論である。

１…電流センサ、２…導体、２ａ…本体部、２ｂ…取付部、２０ｂ…ビス挿通部、３…磁気コア部、３ａ…閉磁路、３０ａ…空隙、４…磁気検出部、４ａ…検出面、５，６…端面、５ａ〜５ｃ，６ａ〜６ｃ…段差部、５ｄ〜５ｆ，６ｄ〜６ｆ…凸部、５ｇ，５ｈ，６ｇ，６ｈ…端面、７…回路基板、５１…電流センサ、５２…磁気検出部、５２ａ…検出面、６１…電流センサ、６２…磁気コア部、Ａ…被測定電流、Φ_１，Φ_２…磁束

Claims

空隙を一部に含む閉磁路を有し、被測定電流を流す導体の周囲に発生する磁界の磁束を集束する磁性体からなる環状の磁気コア部と、
前記磁気コア部の前記空隙に発生する磁界の磁束を検出する磁気検出部とを備え、
前記磁気コア部は、前記空隙を形成する１対の端面に前記導体から離間する方向に沿って前記空隙が漸次狭くなる複数対の段差部を有する電流センサ。
前記磁気コア部は、前記複数対の段差部のうち互いに隣り合う２つの段差部間の端面が前記空隙に開口する凹面で形成されている請求項１に記載の電流センサ。
前記磁気コア部は、前記凹面がその底部から開口部に向かって漸次広がる凹面からなる請求項２に記載の電流センサ。
前記磁気コア部は、前記複数対の段差部がそれぞれ前記導体から離間する方向に沿って傾斜する勾配をもつ傾斜面で形成されている請求項１に記載の電流センサ。