JP2006112957A - 電流センサ - Google Patents

Abstract

【課題】 電流の検出範囲が広く、しかも、低電流域では高精度の検出ができる電流センサを提供する。
【解決手段】 飽和磁束密度の大きい第１コア９と、この第１コア９を通る磁界の大きさを電圧値に変換する第１ホール素子１２と、磁気ヒステリシスが小さい第２コア１０と、この第２コア１０を通る磁界の大きさを電圧値に変換する第２ホール素子１３とをケース２内に収容した。
【選択図】 図１

Description

本発明は、ホール素子等の磁電変換素子を用いて電流検出体を通る電流の大きさを検出する電流センサに関する。

この種の従来の電流センサとしては、図６〜図８に示すものがある。

図６〜図８に示すように、電流センサ１００のケース１０１は、内部に部品収容室１０２が形成されたケース本体１０３と、この上面に固定され、部品収容室１０２を塞ぐ蓋体（図示せず）とから構成されている。ケース本体１０３及び蓋体（図示せず）の中央には、電流検出体であるブスバー（図示せず）が貫通する貫通孔１０４が形成されており、このブスバーに検出電流が通電される。

部品収容室１０２にはコア１０５と基板１０６とが収容されている。コア１０５は、略方形枠状を有し、その一箇所にギャップ１０５ａが形成されている。基板１０６には磁電変換素子であるホール素子１０７が搭載され、このホール素子１０７は、コア１０５のギャップ１０５ａ内に配置されている。

上記構成において、ブスバー（図示せず）に検出電流が通電されると、この電流に比例した磁界がコア１０５に発生し、この発生磁界の大きさに比例した電圧値をホール素子１０７が出力する。以上により、検出電流の大きさを検出する。

上記従来例に類似する技術は、例えば、特許文献１に開示されている。
特開平６−２３５７３５号公報

しかしながら、上述した従来の電流センサ１００では、検出電流の大きさに対してコア１０５内に発生する磁界の大きさがリニアリティ性を有する範囲が検出範囲となる。従って、コア１０５に飽和磁束密度の大きいコア材を使用すると、電流の検出範囲を広く取ることができるが、飽和磁束密度の大きい材料は磁気ヒステリシスが大きいために高精度の電流検出ができないという問題がある。

一方、コア１０５に磁気ヒステリシスが小さいコア材を使用すると、低電流域において高精度の電流検出が可能であるが、磁気ヒステリシスが小さい材料は飽和磁束密度が小さいために電流の検出範囲を高電流域まで広く取ることができない。

そこで、本発明は、前記した課題を解決すべくなされたものであり、電流の検出範囲が広く、しかも、低電流域では高精度の検出ができる電流センサを提供することを目的とする。

請求項１の発明は、飽和磁束密度の大きい第１コアと、この第１コアを通る磁界の大きさを電気量に変換する第１磁電変換素子と、磁気ヒステリシスが小さい第２コアと、この第２コアを通る磁界の大きさを電気量に変換する第２磁電変換素子とを同一のケース内に備えたことを特徴とする。

この電流センサでは、検出電流の低電流域では、検出電流に高精度に比例した磁界が第２コアに発生し、検出電流の高電流域では、検出電流にほぼ比例した磁界が第１コアに発生する。

請求項２の発明は、請求項１記載の電流センサであって、前記第１コア及び前記第１磁電変換素子と、前記第２コア及び前記第２磁電変換素子とは、検出電流の電流方向に所定の間隔を開けて配置されていることを特徴とする。

この電流センサでは、請求項１の発明の作用に加え、第１磁電変換素子と第２磁電変換素子は、互いの漏れ磁束による干渉を極力受けない磁界の大きさを検出できる。

請求項３の発明は、請求項１又は請求項２記載の電流センサであって、前記ケースには、前記第１コアと前記第２コアの中心を貫通する貫通孔が設けられ、この貫通孔内に検出電流が通電される電流検出体が固定されていることを特徴とする。

この電流センサでは、請求項２の発明の作用に加え、電流検出体と第１コア及び第２コアとの相対的位置が振動等によって変動することがない。

請求項１の発明によれば、検出電流の低電流域では、第２コアに検出電流に高精度に比例した磁界が発生し、検出電流の低電流域から高電流域の全電流域では、第１コアに検出電流にほぼ比例した磁界が発生する。従って、高電流域では第１磁電変換素子の出力を、低電流域では第２磁電変換素子の出力を検出出力として採用すれば、電流の検出範囲が広く、しかも、低電流域では高精度の検出ができる。

請求項２の発明によれば、請求項１の発明の効果に加え、第１磁電変換素子と第２磁電変換素子は、互いの漏れ磁束による干渉を極力受けない検出ができる。従って、検出精度の向上になる。

請求項３の発明によれば、請求項２の発明の効果に加え、電流検出体と第１コア及び第２コアとの相対的位置が振動等によって変動することがない。従って、第１磁電変換素子及び第２磁電変換素子からは、常に所定の出力特性が得られ、検出出力の信頼性が向上する。

以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。

図１〜図５は本発明の一実施形態を示し、図１は電流センサ１の分解斜視図、図２は電流センサ１の斜視図、図３は電流センサ１の断面図、図４は電流センサ１の回路図、図５は第１ホール素子１２と第２ホール素子１３の出力特性線図である。

図１〜図３に示すように、電流センサ１のケース２は、内部に部品収容室３が形成されたケース本体４と、この上面に固定され、部品収容室３を塞ぐ蓋体（図示せず）とから構成されている。ケース本体４の中央箇所には内壁部４ａが立設され、この内壁部４ａの中心には貫通孔５が形成されている。貫通孔５には電流検出体であるブスバー（図示せず）が貫通した状態で固定されている。ブスバー（図示せず）は、下記する第１コア９及び第２コア１０の中心を貫通する。部品収容室３は、内壁部４ａと外周壁４ｂに囲まれ、その底面の外周側が低段差面６に内周側が高段差面７に形成されていると共に、低段差面６の更に外側は高段差面７より高い基板搭載面８に形成されている。

部品収容室３の外周側の低段差面６上には第１コア９が、内周側の高段差面７上には第２コア１０がそれぞれ収容されている。第１コア９は、飽和磁束密度の大きい強磁性体（飽和磁束密度１．３０〜１．５０Ｔｅｓｌａ程度）、例えば純鉄やケイ素鋼材にてほぼ方形枠状に形成されている。方形枠状の第１コア９の一箇所にはギャップ９ａが形成されている。ブスバー（図示せず）への通電電流によって磁界が発生すると、その発生磁界の磁路が第１コア９に形成される。第２コア１０は、磁気ヒステリシスが小さい強磁性体（保磁力０．４〜１．６Ａ／ｍ程度，残留磁束密度０．３０〜０．４５Ｔｅｓｌａ程度）、例えばパーマロイ材にてほぼ方形枠状に形成されている。方形枠状の第２コア１０の一箇所にはギャップ１０ａが形成されている。ブスバー（図示せず）への通電電流によって磁界が発生すると、その発生磁界の磁路が第２コア１０に形成される。

部品収容室３の基板搭載面８上には基板１１が収容されている。基板１１には第１磁電変換素子である第１ホール素子１２と第２磁電変換素子である第２ホール素子１３とが搭載されている。第１ホール素子１２は基板１１の面より離間した位置に搭載され、第１コア９のギャップ９ａ内に配置されている。第２ホール素子１３は基板１１の面に近接した位置に搭載され、第２コア１０のギャップ１０ａ内に配置されている。

このように部品収容室３の低段差面６と高段差面７を形成し、それぞれの面に第１コア９と第２コア１０を収容すると共に各コア９，１０のギャップ９ａ，１０ａ内に第１ホール素子１２及び第２ホール素子１３を配置することによって、第１コア９及び第１ホール素子１２と第２コア１０及び第２ホール素子１３とは、検出電流の流れ方向に対し所定の間隔ｄ（図３に示す）を開けた位置に配置されている。

又、ケース本体４にはコネクタ部１４が一体に設けられ、このコネクタ部１４の端子１５は基板１１にまで延設されている。このコネクタ部１４を介して外部より電源供給を受けると共に、図４に示す如く、第１及び第２ホール素子１２，１３の検出出力を共に出力するようになっている。

上記構成において、検出電流がブスバー（図示せず）に通電されると、この電流に比例した磁界が第１コア９及び第２コア１０に共に発生し、第１コア９に発生した磁界の大きさに比例する電圧が第１ホール素子１２より、又、第２コア１０に発生した磁界の大きさに比例する電圧が第２ホール素子１３より出力される。

ここで、第２コア１０が磁気ヒステリシスの小さい強磁性体より形成されているため、検出電流の低電流域（±５０Ａ）では、検出電流に対し高精度に比例した磁界が第２コア１０に発生し、図５に示すように、第２ホール素子１３からは高精度の検出電圧値（出力２）が出力される。又、第１コア９が飽和磁束密度の大きい強磁性体より形成されているため、検出電流の低電流域から高電流域の全電流域（±４００Ａ）に亘って、検出電流に対しほぼ比例した磁界が第１コア９に発生し、図５に示すように、第１ホール素子１２からは検出電流にほぼ比例する検出電圧値（出力１）が出力される。従って、高電流域では第１ホール素子１２の出力を、低電流域では第２ホール素子１３の出力を検出出力として採用すれば、電流の検出範囲が広範囲で、しかも、低電流域では高精度の検出ができる。

上記した実施形態では、第１コア９及び第１ホール素子１２と、第２コア１０及び第２ホール素子１３とは、検出電流の流れ方向に対し所定の間隔ｄを開けて配置されているので、第１ホール素子１２と第２ホール素子１３は、互いの漏れ磁束による干渉を極力受けない検出ができる。従って、本実施形態では、検出精度を向上させることができる。

また、上記した実施形態では、ケース２には、第１コア９と第２コア１０の中心を貫通する貫通孔５が設けられ、この貫通孔５内に検出電流が通電されるブスバー（図示せず）が固定されているので、ブスバーと第１コア９及び第２コア１０との相対的位置が振動等によって変動することがない。従って、第１ホール素子１２及び第２ホール素子１３からは、常に所定の出力特性が得られ、検出出力の信頼性が向上する。

さらに、上記した実施形態では、検出電流をブスバーに通電する構成であるが、検出電流体は、ワイヤーハーネス等であっても良いことはもちろんである。

また、上記した実施形態では、第１及び第２磁電変換素子は第１及び第２ホール素子１２，１３であるが、磁界の強度を電気量に変換できる素子であれば良い。

本発明の一実施形態に係る電流センサの分解斜視図である。 本発明の一実施形態に係る電流センサの斜視図である。 本発明の一実施形態に係る電流センサの断面図である。 本発明の一実施形態に係る電流センサの回路図である。 本発明の一実施形態に係る第１ホール素子と第２ホール素子の出力特性線図である。 従来の電流センサの分解斜視図である。 従来の電流センサの斜視図である。 従来の電流センサの断面図である。

符号の説明

１ 電流センサ
２ ケース
５ 貫通孔
９ 第１コア
１０ 第１ホール素子（第１磁電変換素子）
１２ 第２コア
１３ 第２ホール素子（第２磁電変換素子）

Claims (3)

1. 飽和磁束密度の大きい第１コアと、該第１コアを通る磁界の大きさを電気量に変換する第１磁電変換素子と、磁気ヒステリシスが小さい第２コアと、該第２コアを通る磁界の大きさを電気量に変換する第２磁電変換素子とを同一のケース内に備えたことを特徴とする電流センサ。
2. 請求項１記載の電流センサであって、
   前記第１コア及び前記第１磁電変換素子と、前記第２コア及び前記第２磁電変換素子とは、検出電流の電流方向に所定の間隔を開けて配置されていることを特徴とする電流センサ。
3. 請求項１又は請求項２記載の電流センサであって、
   前記ケースには、前記第１コアと前記第２コアの中心を貫通する貫通孔が設けられ、この貫通孔内に検出電流が通電される電流検出体が固定されていることを特徴とする電流センサ。

Images