JP2006071456A - 電流計測装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 大電流を正確に測定できる電流計測装置を提供する。
【解決手段】 電流計測装置１０では、磁性体コア２０に、磁束測定用ギャップＧａに加えて、磁気飽和防止用ギャップＧｂを設ける。当該磁気飽和防止用ギャップＧｂで磁束が漏れることにより、大電流が流れた際の磁性体コア２０での磁気飽和を防止でき、大電流を正確に測定することが可能になる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、電流路に流れる電流を、電流によって生じる磁束を磁気センサで検出することにより求める電流計測装置に関するものである。

近年、車両用のバッテリの電流は、電装機器の増加に伴い非常に大きくなり、瞬間的に数百Ａのオーダに達している。一方で、車両の燃料消費を低減するために、加速中は発電機による発電を中止し、減速中に発電量を増やす等のエンジン−充電制御が行われるようになっている。係るエンジン−充電制御においても、バッテリの容量を低下させないよう適切に充電を行うために、バッテリの放電電流−充電電流を正確に検出することが要求されるようになっている。

一般的に、バッテリ電流のような大電流を検出するための電流計測装置では、図８（Ａ）に示すように電流路１２を囲むようにＣ字形状の磁性体コア２０を設け、該磁性体コア２０のギャップＧａに磁気センサ１４を配置し、電流路１２に流れる電流を、電流により磁性体コア２０内に生じる磁束を磁気センサ１４によって検出することにより求めている。
Ｃ字形状の磁性体コアを用いる電流計測装置としては、例えば、特許文献１、特許文献２がある。
特開平１５−１６７００９号公報 特開平１４−３０３６４２号公報

しかしながら、図８（Ａ）に示す磁性体コアを用いる電流計測装置では、電流路１２に大電流を流すと、磁性体コア２０の磁束密度が集中し、ヒステリシスが大きくなる。電流路１２に数百Ａオーダの大電流を流すと、磁性体コア内で磁気飽和してしまい、正確に電流を検出できなくなるという課題があった。

これに対応する方法として、ギャップＧａを広く開けることで漏れ磁束を大きくし、磁気飽和を避ける方法も考え得る。しかしこの方法では、ギャップＧａの中心に正しく磁気センサを配置しないと正確に測定が行えないという問題が生じる。即ち、図８（Ｂ）にギャップ中のセンシング磁界強度と位置との関係を示す。図中で縦軸はセンシング磁界強度を示し、横軸はギャップＧａの中心（図８（Ａ）中Ｃで示す）からのＹ方向へのずれ（図８（Ａ）中に＋Ｙ、−Ｙで表す）を示している。実線で示すギャップ幅が狭い場合には、磁界強度が高く、また、磁気センサ１４が中心Ｃから＋Ｙ、−Ｙ方向へずれても最高値の磁界強度を保つことができる。一方、二点鎖線で示すギャップ幅が広い場合には、漏れ磁束が多くなることで、最高値の磁界強度が下がると共に、磁気センサ１４が中心Ｃから＋Ｙ、−Ｙ方向へ僅かにずれても最高値の磁界強度から外れ、正確に磁束が測定できなくなる。

本発明は、上述した課題を解決するためになされたものであり、その目的とするところは、大電流を正確に測定できる電流計測装置を提供することにある。

上記目的を達成するため、請求項１の発明は、電流路（例えばバスバー）１２に流れる電流を検出する電流計測装置１０であって、
前記電流路１２を囲むように配置され磁束測定用のギャップＧａを備える磁性体コア２０と、
前記磁性体コア２０の磁束測定用のギャップＧａに配置され、磁束を測定する磁気センサ１４と、を備え、
前記磁性体コア２０に、前記磁束測定用のギャップＧａに加えて、磁気飽和防止用のギャップＧｂを設けたことを技術的特徴とする。

また、請求項５の発明は、電流路１２に流れる電流を検出する電流計測装置であって、 前記電流路１２を囲むように配置され磁束測定用のギャップＧａを備える磁性体コア２０と、
前記磁性体コア２０の磁束測定用のギャップＧａに配置され、磁束を測定する磁気センサ１４と、を備え、
前記磁性体コア２０に磁気飽和防止用の通孔２８を設けたことを技術的特徴とする。

請求項１の電流計測装置では、磁性体コア２０に、磁束測定用のギャップＧａに加えて、磁気飽和防止用のギャップＧｂを設けてあるので、当該磁気飽和防止用のギャップＧｂで磁束が漏れることにより、磁性体コア２０での磁気飽和を防止でき、大電流を正確に測定することが可能になる。

請求項２では、磁気飽和防止用のギャップＧｂを、磁束測定用のギャップＧａにより最も磁束密度の高くなる磁気飽和防止用のギャップＧｂの反対側に設けてあるので、磁性体コア２０での磁気飽和を防止でき、大電流を正確に測定することが可能になる。

請求項３では、磁気飽和防止用のギャップＧｂを複数設けてあるので、各磁気飽和防止用のギャップＧｂで磁束が漏れることにより、磁性体コア２０での磁気飽和を防止でき、大電流を正確に測定することが可能になる。

請求項４では、磁気飽和防止用のギャップＧｂに、磁性体コア２０を取り付けるための部材２２ａを配置してあるので、磁性体コア２０を容易に固定することができる。

請求項５の電流計測装置では、磁性体コア２０に、磁気飽和防止用の通孔２８を設けてあるので、当該磁気飽和防止用の通孔２８で磁束が漏れることにより、磁性体コア２０での磁気飽和を防止でき、大電流を正確に測定することが可能になる。

請求項６では、磁気飽和防止用の通孔２８を、磁束測定用のギャップＧａにより最も磁束密度の高くなる反対側に設けてあるので、磁性体コア２０での磁気飽和を防止でき、大電流を正確に測定することが可能になる。

請求項７では、磁性体コア２０の外周に角部２６を設けてあるので、角部２６で磁束が漏れることにより磁性体コア２０での磁気飽和を防止でき、大電流を正確に測定することが可能になる。

以下本発明の実施形態に係る電流計測装置について図を参照して説明する。
[第１実施形態]
図１及び図２を参照して本発明の第１実施形態に係る電流計測装置について説明する。図１（Ａ）は、第１実施形態に係る電流計測装置の構成を示す斜視図である。
電流計測装置１０は、車両用のバッテリの放電電流−充電電流を測定するためのものであり、バッテリに接続されたバスバー１２と、バスバー１２を取り囲むように配置された磁性体コア２０とを備える。板状の磁性体コア２０は、バスバー１２に対して垂直面上に配置される。磁性体コア２０には、中央にバスバー１２を挿通させるための通孔２１と、磁束を検出するための磁束測定用ギャップＧａと、漏れ磁束を発生させ磁性体コア２０内での磁気飽和を防止するための磁気飽和防止用ギャップＧｂとが形成されている。磁束測定用ギャップＧａには、該バスバー１２を流れる電流Ｉによって発生する磁束Ｂを検出するホール素子からなる磁気センサを搭載するセンサチップ１４が配置されている。一方、磁気飽和防止用ギャップＧｂ内には接合部材２２が配置されている。図１（Ａ）に示す磁性体コア２０では、磁気飽和防止用ギャップＧｂが、バスバー１２を挟んだ磁束測定用ギャップＧａの反対側と、バスバー１２の上側と下側との３カ所に形成されている。磁束測定用ギャップＧａ及び磁気飽和防止用ギャップＧｂは幅１mmに設定されている。バスバー１２は、黄銅等の良導電性金属からなり、幅Ｗ１は２０mm、厚みＨ１は２mmに形成されている。バスバー１２及びセンサチップ１４を搭載する磁性体コア２０は、図示しないケーシング内に収容されている。

図１（Ｂ）は磁性体コアの分割数（即ち、磁束測定用ギャップＧａと磁気飽和防止用ギャップＧｂと合わせたギャップ数）と磁性体コア内での最大磁束との関係を示すグラフである。
磁束測定用ギャップＧａのみの場合（コア分割数１）での最大磁束に対して、磁束測定用ギャップＧａと共に磁気飽和防止用ギャップＧｂを１個設けた場合（コア分割数２）には１／２になっている。磁束測定用ギャップＧａと共に磁気飽和防止用ギャップＧｂを２個設けた場合（コア分割数３）には１／３になっている。磁束測定用ギャップＧａと共に磁気飽和防止用ギャップＧｂを３個設けた図１（Ａ）に示す第１実施形態の磁性体コア２０の場合（コア分割数４）には１／４になっている。

図８（Ｂ）中に、図８（Ａ）に示す従来技術のコア分割数１（センシングギャップ幅峡）を実線で、コア分割数２を鎖線で、コア分割数４（第１実施形態）を点線で、ギャップ中のセンシング磁界強度と位置との関係を示している。上述したように図中で縦軸はセンシング磁界強度を示し、横軸はギャップＧａの中心（図８（Ａ）中Ｃで示す）からのＹ方向へのずれ（図８（Ａ）中に＋Ｙ、−Ｙで表す）を示している。

コア分割数を２にすることで、磁束強度をコア分割数１に対して半分にできている。また、コア分割数を４にすることで、磁束強度をコア分割数１に対して１／４にできている。ここで、コア分割数を２、コア分割数を４にしても、コア分割数１と同様に、センサチップ（磁気センサ）１４が中心Ｃから＋Ｙ、−Ｙ方向へ大きくずれても最高値の磁界強度を保つことができる。即ち、コア分割数を２又は４にすることで、最高値の磁界強度を下げながら、図中二点鎖線で示すギャップの幅を大きくする場合のように、中心Ｃから僅かに＋Ｙ、−Ｙ方向へずれても最高値の磁界強度を保つことができなくなることが無い。このため、第１実施形態の電流計測装置１０では、センサチップ１４の位置ずれによる測定精度の低下を避けることができる。

第１実施形態の電流計測装置では、磁性体コア２０に、磁束測定用ギャップＧａに加えて、磁気飽和防止用ギャップＧｂを設けてある。当該磁気飽和防止用ギャップＧｂで磁束が漏れることにより、大電流が流れた際の磁性体コア２０での磁気飽和を防止でき、大電流を正確に測定することが可能になる。

ここで、図８（Ａ）に示す従来技術のように磁束測定用ギャップＧａのみを設けた場合には、磁束測定用ギャップＧａのバスバー１２を挟んだ反対側で磁性体コア２０内の磁束が最大になる。このため、第１実施形態では、磁気飽和防止用のギャップＧｂを、磁束測定用のギャップＧａにより最も磁束密度の高くなる反対側に設けてあるので、磁性体コア２０での磁気飽和を防止でき、大電流を正確に測定することが可能になる。

第１実施形態では、磁気飽和防止用のギャップＧｂを３個設けてあるので、各磁気飽和防止用のギャップＧｂで磁束が漏れることにより、磁束測定用ギャップＧａのみの場合の最大磁束の１／４になるため、磁性体コア２０での磁気飽和を防止でき、大電流を正確に測定することが可能になる。

図２を参照して第１実施形態の磁性体コア２０の製造方法について説明する。
図２（Ａ）に示すようにニッケル−鉄から主としてなる強磁性体の所定形状のコア板２４を用意し、図２（Ｂ）に示すように例えば３枚重ねてカシメて磁性体コア片２４αを製造する。図２（Ｃ）に示すように磁性体コア片２４αと磁性体コア片２４βとを樹脂製の接合部材２２の両端面に接着剤を塗布して接着して磁性体コア上片２４Ａを製造する。同様にして磁性体コア下片２４Ｂを製造する（図２（Ｄ））。そして、図１（Ａ）に示すように、バスバー１２の上側に磁性体コア上片２４Ａを、下側に磁性体コア下片２４Ｂを配置させた状態で、磁性体コア上片２４Ａと下側に磁性体コア下片２４Ｂとの間にセンサチップ１４及び接合部材（バスバー１２の横方向）２２の上下面に接着剤を塗布して介挿させることで、磁性体コア２０を完成させる。第１実施形態では、センサチップ１４にもスペーサ及び接合部材としての役割を果たさせている。また、センサチップ１４、接合部材２２により、磁束測定用ギャップＧａ、磁気飽和防止用ギャップＧｂのギャップ幅を正確に規定できる。

図３（Ａ）は、第１実施形態の第１改変例に係る電流計測装置を示し、図３（Ｂ）は第１実施形態の第２改変例に係る電流計測装置を示している。
図３（Ａ）に示す第１実施形態の第１改変例では、磁気飽和防止用ギャップＧｂを４カ所設けてあるので、図８（Ａ）に示す従来技術に対して、磁性体コア２０内の最大磁束を１／５にすることができる。また、図３（Ｂ）に示す第１実施形態の第２改変例では、磁気飽和防止用ギャップＧｂを５カ所設けてあるので、図８（Ａ）に示す従来技術に対して、磁性体コア２０内の最大磁束を１／６にすることができる。

図４（Ａ）は、第１実施形態の第３改変例に係る電流計測装置を示し、図４（Ｂ）は第１実施形態の第４改変例に係る電流計測装置を示している。
図４（Ａ）に示す第１実施形態の第３改変例では、磁束測定用ギャップＧａの反対側に設けられる磁気飽和防止用ギャップＧｂと共に、バスバー１２の上側にのみ磁気飽和防止用ギャップＧｂを設けてある。このように配置しても、磁性体コア２０内の最大磁束を低下させることができる。一方、図４（Ｂ）に示す第１実施形態の第４改変例では、磁束測定用ギャップＧａの反対側に設けられる磁気飽和防止用ギャップＧｂの幅よりも、バスバー１２の上側に設ける磁気飽和防止用ギャップＧｂの幅を広く取ってある。磁気飽和防止用ギャップＧｂの幅をそれぞれ異ならせることも可能であり、幅を広くすることで磁気漏れを多くさせ、最大磁束を低下させることができる。

図５（Ａ）は、第１実施形態の第５改変例に係る電流計測装置を示している。第１実施形態の第５改変例では、バスバー１２の上側の磁気飽和防止用ギャップＧｂと下側の磁気飽和防止用ギャップＧｂとを異なる位置に設けてある。このように配置しても、磁性体コア２０内の最大磁束を低下させることができる。

図５（Ｂ）は、第１実施形態の第６改変例に係る電流計測装置を示している。第１実施形態の第６改変例では、磁性体コア２０の外周に角部２６を設けてあるので、角部２６で磁束が漏れることにより、磁性体コア２０での磁気飽和を防止でき、大電流を正確に測定することが可能になる。

図６（Ａ）は、第１実施形態の第７改変例に係る磁性体コアの側面図を示し、図６（Ｂ）は、図６（Ａ）中のｂ矢視図であり、図６（Ｃ）は、電流計測装置１０を取り付け具３０に取り付けた状態を示す説明図である。
第１実施形態の第７改変例では、磁性体コア２０の磁気飽和防止用ギャップＧｂに介挿される接合部材２２に通孔２２ａが穿設されている。一方、図６（Ｃ）に示すように電流計測装置１０を固定するための取り付け具３０には、鈎部３４を先端に有する係合片３２が設けられている。取り付け具３０への電流計測装置１０の取り付けは、係合片３２を磁性体コアの接合部材２２の通孔２２ａに挿通させることで行う。第１実施形態の第７改変例では、電流計測装置１０を容易に取り付けることができる。

[第２実施形態]
図７（Ａ）は、第２実施形態に係る電流計測装置を示している。第１実施形態の電流計測装置では、漏れ磁束を発生させるように磁気飽和防止用ギャップＧｂを設けた。これに対して、第２実施形態では、磁性体コア２０に、漏れ磁束を発生させるように長孔形状（スリット形状）の通孔２８を穿設してある。通孔２８は、漏れ磁束が多くなるように、それぞれ磁束の流れる方向に一部が重なり合うよう設けられている。

第２実施形態の電流計測装置１０では、磁性体コア２０に、磁気飽和防止用の通孔２８を設けてあるので、当該磁気飽和防止用の通孔２８で磁束が漏れることにより、磁性体コア２０での磁気飽和を防止でき、大電流を正確に測定することが可能になる。

また、第２実施形態では、磁気飽和防止用の通孔２８を、磁束測定用のギャップＧａにより最も磁束密度の高くなる反対側に設けてあるので、磁性体コア２０での磁気飽和を防止でき、大電流を正確に測定することが可能になる。

図７（Ｂ）は、第２実施形態の第１改変例に係る電流計測装置を示している。第２実施形態の電流計測装置では、磁性体コアに長孔形状の通孔を設けた。これに対して、第２実施形態の第１改変例では、三角形状の通孔２８が設けられている。通孔２８は、それぞれ磁束の流れる方向に一部が重なり合うように設けられている。この三角形状の通孔２８でも、通孔２８で磁束が漏れることにより、磁性体コア２０での磁気飽和を防止でき、大電流を正確に測定することが可能になる。なお、第２実施形態においても、図５（Ｂ）を参照して上述した第１実施形態の第６改変例のように、磁性体コア２０の外周に角部２６を設け磁束を漏れるようにすることも可能である。

なお、上述した実施形態では、磁気センサとしてホール素子を用いる例を挙げたが、ＭＲ素子を用いて本発明の電流計測装置を構成し得ることは言うまでもない。

図１（Ａ）は本発明の第１実施形態に係る電流計測装置の構成を示す斜視図であり、図１（Ｂ）は磁性体コアの分割数（即ち、磁束測定用ギャップＧａと磁気飽和防止用ギャップＧｂと合わせたギャップ数）と磁性体コア内での最大磁束との関係を示すグラフである。 磁性体コアの製造方法を示す工程図である。 図３（Ａ）は、第１実施形態の第１改変例に係る電流計測装置を示す斜視図であり、図３（Ｂ）は第１実施形態の第２改変例に係る電流計測装置を示す斜視図である。 図４（Ａ）は、第１実施形態の第３改変例に係る電流計測装置を示す斜視図であり、図４（Ｂ）は第１実施形態の第４改変例に係る電流計測装置を示す斜視図である。 図５（Ａ）は、第１実施形態の第５改変例に係る電流計測装置を示す斜視図であり、図５（Ｂ）は第１実施形態の第６改変例に係る電流計測装置を示す斜視図である。 図６（Ａ）は、第１実施形態の第７改変例に係る磁性体コアの側面図を示し、図６（Ｂ）は、図６（Ａ）中のｂ矢視図であり、図６（Ｃ）は、電流計測装置を取り付け具に取り付けた状態を示す説明図である。 図７（Ａ）は、第２実施形態に係る電流計測装置を示す斜視図であり、図７（Ｂ）は第２実施形態の第１改変例に係る電流計測装置を示す斜視図である。 図８（Ａ）は従来技術の電流計測装置を示す説明図であり、図８（Ｂ）はギャップ中のセンシング磁界強度と位置との関係を示すグラフである。

符号の説明

１０ 電流計測装置
１２ バスバー
１４ センサチップ
１６ 磁気センサ
２０ 磁性体コア
２２ 接合部材
２４ コア板
２６ 角部
２８ 磁気飽和防止用通孔
Ｇａ 磁束測定用のギャップ
Ｇｂ 磁気飽和防止用ギャップ

Claims (7)

1. 電流路に流れる電流を検出する電流計測装置であって、
   前記電流路を囲むように配置され磁束測定用のギャップを備える磁性体コアと、
   前記磁性体コアの磁束測定用のギャップに配置され、磁束を測定する磁気センサと、を備え、
   前記磁性体コアに、前記磁束測定用のギャップに加えて、磁気飽和防止用のギャップを設けたことを特徴とする電流計測装置。
2. 前記磁気飽和防止用のギャップを、前記磁束測定用のギャップの反対側に設けたことを特徴とする請求項１の電流計測装置。
3. 前記磁気飽和防止用のギャップを複数設けたことを特徴とする請求項１又は請求項２の電流計測装置。
4. 前記磁気飽和防止用のギャップに、前記磁性体コアを取り付けるための部材を配置したことを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１の電流計測装置。
5. 電流路に流れる電流を検出する電流計測装置であって、
   前記電流路を囲むように配置され磁束測定用のギャップを備える磁性体コアと、
   前記磁性体コアの磁束測定用のギャップに配置され、磁束を測定する磁気センサと、を備え、
   前記磁性体コアに磁気飽和防止用の通孔を設けたことを特徴とする電流計測装置。
6. 前記磁気飽和防止用の通孔を、前記磁束測定用のギャップの反対側に設けたことを特徴とする請求項５の電流計測装置。
7. 前記磁性体コアは、前記電流路に対して垂直面上に配置され、外周に前記垂直面に対する角部を有することを特徴とする請求項１〜請求項６のいずれか１の電流計測装置。

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