JP2005308635A

JP2005308635A - 電流センサ

Info

Publication number: JP2005308635A
Application number: JP2004128311A
Authority: JP
Inventors: Tomoki Ito; 知樹伊藤
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2004-04-23
Filing date: 2004-04-23
Publication date: 2005-11-04
Also published as: US20050237050A1; DE102005018637A1; US7148675B2

Abstract

【課題】電流検出精度の向上をコストの高騰を伴うことなく実現すること。
【解決手段】磁気センサ４が配置されるエアギャップが形成されたコア１は、全体がＦｅ−Ｎｉ合金のような金属製の高透磁率材料により形成されるものであり、中心部に位置した比較的厚肉の磁性材料製板材１ａの両側に４枚ずつの比較的薄肉な磁性材料製板材１ｂ〜１ｅを貼り合わせ状に積層することによって、その有効断面積がエアギャップ２と反対側の部分に向かうに従って段階的に大きくなる形状に形成されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、エアギャップを含む閉磁路を形成するように設けられたコアと、そのエアギャップに配置される磁気センサとを備えた貫通型の電流センサに関する。

貫通型の電流センサは、アンペアの右ねじの法則を利用したものであり、例えば特許文献１に見られるように、エアギャップ（磁気的ギャップ）を含む閉磁路を形成するように設けられたコアと、上記エアギャップに配置されたホール素子などより成る磁気センサとを組み合わせて構成される。この場合、被測定電流が流れる電流線がコアを貫通するように配置されるものであり、このためコアに形成された閉磁路には、被測定電流の大きさに応じたレベルの磁束が流れることになる。磁気センサは、コアのエアギャップに流れる磁束密度に応じたレベルの電圧出力を発生するものであり、従って、その電圧出力は、被測定電流の大きさを示すセンサ出力として利用できることになる。
特開２００３−１６７００９号公報

上記従来の電流センサでは、コアの有効断面積（磁束が流れる方向と直交する平面の断面積）が、当該コアに形成された閉磁路の全域に渡ってほぼ同じ大きさとなるように構成されているため、被測定電流が流れたときにコアにおけるエアギャップと反対側の内側磁路部分に磁束が集中する。このような磁束集中現象が起きると、その部分での磁気ヒステリシスが大きくなるため、特に被測定電流のレベルが大きい場合に、当該被測定電流と磁気センサによる電圧出力との間の直線的な比例関係が崩れ、電流検知精度の悪化を招くという問題点が出てくる。このような問題点に対応するためには、コアの材料として磁気ヒステリシスが小さな磁性材料を使用すれば良いが、このような材料は一般的に高価であるため、製品コストを押し上げるという新たな問題点が発生することになる。

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、電流検出精度の向上をコストの高騰を伴うことなく実現できる電流センサを提供することにある。

請求項１記載の手段によれば、コアを貫通する形態で配置された電流線に被測定電流が流れたときには、コアに形成されたエアギャップを含む閉磁路に、被測定電流の大きさに応じたレベルの磁束が流れ、その磁束がエアギャップに配置された磁気センサに鎖交するようになる。従って、磁気センサの出力に基づいて被測定電流の大きさを測定できることになる。この場合、コアは、その有効断面積がエアギャップと反対側の部分に向かうに従って大きくなる形状に形成されているから、コアにおけるエアギャップと反対側の内側磁路部分に磁束が集中する現象が緩和されるようになって、コア内磁束密度が均一化するようなる。この結果、磁気ヒステリシスが大きくなる部分が発生しにくくなるため、被測定電流のレベルが大きい場合であっても、当該被測定電流と磁気センサ出力との間の直線的な比例関係が崩れることがなくなり、電流検知精度の向上を実現できる。また、コアの材料として、ヒステリシスが小さい高価な磁性材料を使用する必要がなくなるから、コストの高騰を来たすこともなくなる。

請求項２記載の手段によれば、複数枚の磁性材料製板材を積層するだけの簡単な工程によってコアを形成できるから、この面からもコストの高騰を抑止できる。

（第１の実施の形態）
以下、本発明の第１実施例について図１ないし図３を参照しながら説明する。
図１及び図２には電流センサの斜視図及び正面図が示されている。これら図１及び図２において、コア１は、エアギャップ２を備えたＣ字状（有端円環状）形態とされ、以て当該エアギャップ２を含む閉磁路を形成する構成となっている。この場合、コア１は、その両端面（エアギャップ２部分の端面）が互いに平行した形状、つまり、エアギャップ２のギャップ長が各部で同一寸法となる形状（エアギャップ２での磁気抵抗が各部で均一になる形状）に構成されている。また、コア１を貫通するようにして被測定電流が流れる電流線３が配置されると共に、エアギャップ２には、例えばホールＩＣより成る磁気センサ４が配置される。つまり、磁気センサ４は、コア１に形成された閉磁路中に当該閉磁路を流れる磁束が鎖交するように配置され、その鎖交磁束密度に応じたレベルの電圧出力を発生する構成となっている。尚、図１では、コア１の端面と磁気センサ４との間に隙間が存在する状態で示しているが、実際には、磁気センサ４は、コア１の端面との間に隙間がない状態で配置されるものであり、また、エアギャップ２のギャップ長はなるべく小さいことが望ましいものである。

コア１は、全体がＦｅ−Ｎｉ合金（例えばパーマロイ（商標））のような金属製の高透磁率材料により形成されるものであるが、その有効断面積（磁束が流れる方向と直交する平面の断面積）がエアギャップ２と反対側の部分に向かうに従って段階的に大きくなる形状に形成されている。具体的には、コア１は、複数枚の磁性材料製板材を電流線３の貫通方向に積層した構成となっている。

即ち、コア１は、中心部に位置した比較的厚肉の磁性材料製板材１ａの両側に、例えば４枚ずつの比較的薄肉な磁性材料製板材１ｂ〜１ｅを貼り合わせ状に積層して構成されている。この場合、各磁性材料製板材１ａ〜１ｅは、図３に示すように、互いに異なるＣ字状の平面形状を有するものであり、特に中心部に位置する磁性材料製板材１ａの両端面間に前記エアギャップ２が形成されることになる。尚、各磁性材料製板材１ａ〜１ｅは、例えば、かしめ付け手段により一体化されるものであるが、高透磁率材料により形成された接着剤により一体化する構成も可能である。

上記した本実施例によれば、電流線３に被測定電流が流れたときには、コア１に形成されたエアギャップ２を含む閉磁路に、被測定電流の大きさに応じたレベルの磁束が流れ、その磁束がエアギャップ２に配置された磁気センサ４に鎖交するようになる。このため、磁気センサ４が鎖交磁束密度に応じたレベルの電圧出力を発生するようになり、その電圧出力に基づいて被測定電流の大きさを測定できることになる。

この場合、コア１は、その有効断面積がエアギャップ２と反対側の部分に向かうに従って段階的に大きくなる形状に形成されているから、当該コア１におけるエアギャップ２と反対側の内側磁路部分に磁束が集中する現象が緩和されるようになって、コア１内の磁束密度が均一化するようなる。この結果、従来構成の電流センサのように磁気ヒステリシスが大きくなる部分が発生しにくくなるため、被測定電流のレベルが大きい場合であっても、当該被測定電流と磁気センサ４からの出力電圧との間の直線的な比例関係が崩れることがなくなり、結果的に電流検知精度の向上を実現できる。また、コア１の材料として、ヒステリシスが小さい高価な磁性材料を使用する必要がなくなるから、コストの高騰を来たすこともなくなる。しかも、コア１は、複数枚の磁性材料製板材１ａ〜１ｅを積層するだけの簡単な工程によって形成できるから、この面からもコストの高騰を抑止できるようになる。

（第２の実施の形態）
図４及び図５には、前記第１実施例と同様の効果を奏する本発明の第２実施例が示されており、以下これについて第１実施例と異なる部分のみ説明する。
この第２実施例に示されたコア５も、全体がＦｅ−Ｎｉ合金のような金属製の高透磁率材料により形成されるものであり、その有効断面積がエアギャップ２と反対側の部分に向かうに従って段階的に大きくなる形状に形成されている。具体的には、コア５は、中心部に位置した比較的厚肉の磁性材料製板材５ａの両側に、例えば４枚の比較的薄肉な磁性材料製板材５ｂ〜５ｅを貼り合わせ状に積層して構成されている。尚、本実施例においても、各磁性材料製板材５ａ〜５ｅは、例えば、かしめ付け手段により一体化されるものであるが、高透磁率材料により形成された接着剤により一体化する構成も可能である。

（第３の実施の形態）
図６には本発明の第３実施例が示されており、以下これについて前記第１実施例と異なる部分のみ説明する。
この第３実施例に示されたコア６も、全体がＦｅ−Ｎｉ合金のような金属製の高透磁率材料により形成されるものであり、その有効断面積がエアギャップ２と反対側の部分に向かうに従って漸次大きくなる形状に形成されている。具体的には、コア６は、高透磁率金属材料より成る板材に曲げ加工を施すことにより形成されるものである。

（他の実施の形態）
本発明は上記した各実施例に限定されるものではなく、例えば以下に述べるような変形或いは拡大が可能である。
コアの材料の例として、Ｆｅ−Ｎｉ合金のような金属製の高透磁率材料を挙げたが、フェライトなどの他の磁性材料によりコアを形成することも可能である。磁気センサの例としてホールＩＣを挙げたが、磁気抵抗素子などを利用することもできる。

本発明の第１実施例を示す斜視図正面図コアを形成する磁性材料製板材の平面形状を示す図本発明の第２実施例を示す図１相当図図２相当図本発明の第３実施例を示す図１相当図

符号の説明

１はコア、１ａ〜１ｅは磁性材料製板材、２はエアギャップ、３は電流線、４は磁気センサ、５はコア、５ａ〜５ｅは磁性材料製板材、６はコアを示す。

Claims

エアギャップを含む閉磁路を形成するように設けられたコアと、前記エアギャップに配置された磁気センサとを備え、被測定電流が流れる電流線が前記コアを貫通する形態で配置される電流センサにおいて、
前記コアを、その有効断面積が前記エアギャップと反対側の部分に向かうに従って大きくなる形状に形成したことを特徴とする電流センサ。
前記コアは、互いに異なる形状の複数枚の磁性材料製板材を前記電流線の貫通方向に積層して形成されることを特徴とする請求項１記載の電流センサ。