JP2007113965A - 電流センサ - Google Patents

Abstract

【課題】コアに集束した磁界の変化に基づいて電流値を測定する電流センサにおいて、測定誤差の要因となる外部磁界がコアに集束しない電流センサを提供すること。
【解決手段】測定対象の電流Ｉが流れる電流経路と、電流経路が複数に分岐し、電流Ｉがそれぞれに分流する分流経路１１、１２と、分流経路１１、１２の少なくとも一つの周囲を取り囲んで配置され、当該分流経路１１に第１の分流電流Ｉ１が導通することにより発生する第１の磁界Ｂ１を集束するコア１４と、コア１４の配置がない分流経路１２に第２の分流電流Ｉ２が導通することにより発生する磁界のうち、コア１４に向かう第２の磁界Ｂ２を遮蔽する磁気遮蔽手段１６と、を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、電流が電流経路を流れることによって発生する磁界に基づいて、その電流値を測定する電流センサに関する。

従来より、一部が開放されてギャップが形成されたコアが、測定対象となる電流が流れる電流経路の周囲を取り囲むように配置され、磁電変換素子がコアのギャップ内、若しくは、その近傍に配置された電流センサが知られている。このように構成された電流センサは、電流が電流経路を流れることで発生する磁界をコアに集束し、磁電変換素子がその磁界の変化を電気信号に変換し、この電気信号に基づいて電流の測定を行うものである。

ところで、電流経路を流れる電流が増加すると、発生する磁界も増加するため、集束した磁界がコアにおいて磁気飽和することがある。すると、コアは電流経路を流れる電流に応じた磁界を集束することができなくなるので、電流センサは電流を正確に測定することが困難になる。

そこで、例えば、特開平９−９３７７１号公報（特許文献１）で開示された電流センサ５０は、図５（ａ）に示すように、電流経路を、コア１４がその周囲を取り囲む第１の分流経路１１と第２の分流経路１２とに分岐する。そして、測定対象となる電流Ｉを、第１、及び、第２の分流経路１１、１２に分流（Ｉ１、Ｉ２）することで、電流Ｉの増加に対応している。
特開平９−９３７７１号公報

ところで、特許文献１で開示された電流センサ５０は、コアが配置された第１の分流経路１１に第１の分流電流Ｉ１が流れることによって生じる第１の磁界Ｂ１のみをコア１４に集束できれば、この第１の磁界Ｂ１に基づいて、電流Ｉを正確に測定することができる。しかしながら、図５（ｂ）に示すように、コア１４には、第１の磁界Ｂ１の他に、第２の分流経路１２に第２の分流電流Ｉ２が流れることによって生じる磁界のうち、コア１４に向かう第２の磁界Ｂ２が集束することがある。すると、特許文献１で開示された電流センサ５０による電流Ｉの値は、この第２の磁界Ｂ２の影響を受けて誤差を含むものとなることがある。

そこで、本発明は以上のような課題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、測定対象となる電流を複数の分流経路に分流した場合において、コアを配置した分流経路に分流電流が流れることによって生じる磁界のみに基づいて電流を測定することができる電流センサを提供することにある。

上記課題を解決するために、請求項１に係る電流センサは、測定対象の電流が流れる電流経路と、電流経路から分岐して、電流が分流する第１及び第２の分流経路と、第１の分流経路の周囲を取り囲んで配置され、当該第１の分流経路に第１の分流電流が流れることにより発生する第１の磁界を集束するコアと、第２の分流経路に第２の分流電流が流れることにより発生する磁界のうち、コアに向かう第２の磁界を遮蔽する磁気遮蔽手段と、を備えることを特徴とする。

請求項１に記載の発明によれば、第２の分流経路に第２の分流電流が流れることにより発生する磁界のうち、コアに向かう第２の磁界を磁気遮蔽手段により遮蔽することができる。したがって、第２の磁界がコアに集束することを防ぎ、第１の磁界のみがコアに集束する。これにより、電流センサは、第１の磁界のみに基づいて電流を測定することができる。

請求項２に係る電流センサは、磁気遮蔽手段は、平板形状を成し、第２の分流経路とコアとの間に配置されることを特徴とする。これにより、第２の分流経路に第２の分流電流が流れることにより発生する磁界のうちコアに向かう第２の磁界を電流センサの規模を大きくすることなく、容易に遮蔽することができる。

請求項３に係る電流センサは、磁気遮蔽手段は、コアの幅よりも広く、且つ、第２の分流経路の幅よりも広いことを特徴とする。これにより、第２の分流経路に第２の分流電流が流れることにより発生する磁界のうちコアに向かう第２の磁界であって、コアに向かって巻き込むように生じる磁界を遮蔽することができる。

請求項４に係る電流センサは、磁気遮蔽手段は、コアの周囲を覆うように配置されることを特徴とする。これにより、第２の分流経路に第２の分流電流が流れることにより発生する磁界のうちコアに向かう第２の磁界だけでなく、他の要因により発生する磁界（例えば、地磁気）を遮蔽することができる。

請求項５に係る電流センサは、磁気遮蔽手段は、第２の分流経路を覆うように配置されることを特徴とする。これにより、第２の分流経路に第２の分流電流が流れることにより発生する磁界のほぼ全てを遮蔽できるため、これらの磁界がコアに集束することを防止できる。

（第１の実施形態）
本発明の第１の実施形態における電流センサ１０について、電流センサ１０の構成の概略を示す断面図である図１を用いて説明する。なお、電流センサ１０は、図１に示すコア１４、磁電変換素子１５、磁気シールド１６等が筐体内に収容配置されたものであるが、筐体の図示は省略する。

本実施形態における電流センサ１０は、測定対象の電流Ｉを第１の分流電流Ｉ１、及び、第２の分流電流Ｉ２に分流し、第１の分流電流Ｉ１の電流値を測定し、その電流値に基づいて電流Ｉを測定するものである。

測定対象である電流Ｉが流れる電流経路（図示せず）は、電流経路の上流で第１の分流電流Ｉ１が流れる第１の分流経路１１、及び、第２の分流電流Ｉ２が流れる第２の分流経路１２に分岐する。なお、第１、第２の分流電流Ｉ１、Ｉ２は、それぞれ紙面の裏面から表面方向に流れるものとする。したがって、第１、第２の分流経路１１、１２の周囲には、それぞれ第１、第２の磁界Ｂ１（傍線矢印）、Ｂ２（破線矢印）が紙面の表面方向から見て左回りに発生する。

第１の分流経路１１の一部（経路途中）には、コア１４がその周囲を取り囲むように配置されている。また、第２の分流経路１２は、コア１４の近傍を通るように配置されている。なお、第２の分流経路１２には、コアの配置はないものとする。

本実施形態においては、コア１４は一部が開放されてギャップ１３が形成されたコの字型の形状であるが、Ｃ字型の環状形状でもよい。コア１４は、例えば、パーマロイ、スーパーマロイ等の透磁率が比較的大きく、磁気抵抗が小さい磁性体材料をせん断加工して形成される板状の断片で構成されている。この板状の断片を複数枚積層すれば、コア１４に集束する磁界の飽和量を増やすことができるため、予め第１の電流分路１１流れる第１の分流電流Ｉ１の増加に対応することが可能である。

ギャップ１３の内側、あるいは、ギャップ１３の近傍には、磁電変換素子１５が配置されている。磁電変換素子１５は、コア１４に集束する磁界（主に第１の磁界Ｂ１）を電気信号に変換して外部に出力する。なお、磁電変換素子１５として、例えば、ホール素子や磁気抵抗素子を用いることができるが、ギャップ１３を通過する磁界を電気信号に変換して出力できる素子であれば、これらに限定されない。

磁気遮蔽手段としての磁気シールド１６は、幅Ｗｂの平板形状を成し、第２の分流経路１２とコア１４との間に配置されている。一般に、磁気をシールドする方法（磁気遮蔽方法）としては、ヘルムホルツコイルに逆磁界を発生させて磁界を相殺する方法、超電導体のマイスナー効果による方法、高透磁率材料を使用して空間を遮蔽する方法等が知られている。

本実施形態においては、電流センサ１０の大きさ、製造コスト等を勘案して高透磁率材料を使用して空間を遮蔽する方法（強磁性シールド法）にて行っている。具体的には、磁界は比透磁率が大きく、磁気抵抗が小さい材料に沿って流れる性質を有するため、この性質を利用して、磁界が磁気シールドを越えて漏れ出さないように、磁気シールドに沿って磁界を循環させる方法である。

磁気シールド１６は、透磁率が１（空気の透磁率）よりも大きい高透磁率材料、例えば、ニッケル、コバルト、鉄等の単一金属、あるいは、一部にこれらを含む合金で構成されている。また、空間を遮蔽するために、磁気シールド１６の幅Ｗｂは、コア１４の幅Ｗａ、及び、第２の分流経路１２の幅Ｗｃと同等か、あるいは、それらよりも幅広に形成されている。なお、磁気シールド１６の厚さについては、第２の分流経路１２を第２の電流Ｉ２が流れることにより発生する磁界のうち、コア１４に向かう第２の磁界Ｂ２を遮断できる厚さに適宜設定される。

したがって、第２の分流経路１２とコア１４との間に配置されている磁気シールド１６は、第２の磁界を遮蔽することができ、これにより、第２の磁界がコア１４に集束することを防ぐことができる。

ところで、磁気シールド１６とコア１４とは、磁気的な結合を防ぐために直に接触することがないように配置する必要がある。例えば、本実施形態においては、両者を非磁性の接着剤１７にて固定している。また、第２の分流経路１２と磁気シールド１６との固定にも、非磁性の接着剤１７ａを使用している。

以上、説明したように、本実施形態における電流センサ１０は、このような構成を有することで、第２の磁界がコア１４に集束することを防ぎ、第１の分流経路を第１の分流電流Ｉ１が流れることによって生じる第１の磁界Ｂ１のみをコア１４に集束することができる。したがって、第１の磁界Ｂ１のみに基づいて、電流センサ１０は、測定対象である電流Ｉを正確に測定することができる。
（その他の実施形態）
本発明のその他の実施形態について、図２〜図４を用いて説明する。第１の実施形態における電流センサ１０は、幅Ｗｂの平板形状の磁気シールド１６が、第２の分流経路１２とコア１４との間に接着剤１７を介して配置されていた。図２〜図４は、第２の分流経路１２を第２の電流Ｉ２が流れることにより発生する磁界のうち、コア１４に向かう第２の磁界Ｂ２をより効果的に遮蔽できるように、磁気シールド１６を変形した例を示すものである。

図２は電流センサ２０の概略断面図である。電流センサ２０は、幅Ｗｂの平板形状の磁気シールド１６を第２の分流経路１２とコア１４との間に配置する代わりに、ほぼコの字型の磁気シールド１６ａを配置している。コの字型の磁気シールド１６ａは、コア１４のギャップ１３が形成された面を開放し、コア１４の底面、及び、両側面を覆っている。このような形状の磁気シールド１６ａでコア１４を覆うことで、コア１４に向かって巻き込むように生じた第２の磁界Ｂ２がコア１４に集束することを防ぐことができる。したがって、コア１４には、第１の磁界Ｂ１のみが集束することになる。

図３は電流センサ３０の概略断面図である。電流センサ３０は、幅Ｗｂの平板形状の磁気シールド１６を第２の分流経路１２とコア１４との間に配置する代わりに、磁気シールド１６ｂによって、コア１４の全体を覆っている。電流センサ４０が精密に電流を測定する電流センサ、あるいは、微小な電流を測定する電流センサの場合、外部磁界（例えば、電流センサ４０の付近に配置された他の装置から発せられる磁界や地磁気等）がコア１４に集束すると、電流を測定する際に精度の面で好ましくない影響を与えることがある。そこで、電流センサ３０は、磁気シールド１６ｂでコア１４の全体を覆うことで、外部磁界がコア１４に集束することを防ぐことができる。したがって、コア１４には、第１の磁界Ｂ１のみが集束することになる。

図４は電流センサ４０の概略断面図である。電流センサ４０は、幅Ｗｂの平板形状の磁気シールド１６を第２の分流経路１２とコア１４との間に配置する代わりに、一部が開放されたほぼコの字型の磁気シールド１６ｃで第２の分流経路１２を覆っている。

磁気シールド１６ｃの一部が開放されていることで、第２の磁界Ｂ２が磁気シールド１６ｃを回流することを防ぐことができるとともに、第２の磁界Ｂ２が磁気シールド１６ｃの外に漏れることを防ぐことができる。したがって、コア１４には第１の磁界Ｂ１のみが集束することになる。

以上、本発明を実施するための最良の形態について説明したが、本発明は上述した実施形態のみに限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、数々の変形実施が可能である。

また、本発明のうち従属請求項に係る発明においては、従属先の請求項の構成要件の一部を省略する構成とすることもできる。

本発明の第１の実施形態における、電流センサ１０の概略断面図である。 本発明のその他の実施形態における、電流センサ２０の概略断面図である。 本発明のその他の実施形態における、電流センサ３０の概略断面図である。 本発明のその他の実施形態における、電流センサ４０の概略断面図である。 従来の電流センサ６０を示す図であり、（ａ）は斜視図、（ｂ）はコア付近の断面図である。

符号の説明

１０，２０，３０，４０，５０，６０・・・電流センサ、１１・・・第１の分流経路、１２・・・第２の分流経路、１３・・・ギャップ、１４・・・コア、１５・・・磁電変換素子、１６，１６ａ，１６ｂ，１６ｃ・・・磁気シールド、１７，１７ａ・・・接着剤、

Claims (5)

1. 測定対象の電流が流れる電流経路と、
   前記電流経路から分岐して、前記電流が分流する第１及び第２の分流経路と、
   前記第１の分流経路の周囲を取り囲んで配置され、当該第１の分流経路に第１の分流電流が流れることにより発生する第１の磁界を集束するコアと、
   前記第２の分流経路に第２の分流電流が流れることにより発生する磁界のうち、前記コアに向かう第２の磁界を遮蔽する磁気遮蔽手段と、を備えることを特徴とする電流センサ。
2. 前記磁気遮蔽手段は、平板形状を成し、前記第２の分流経路と前記コアとの間に配置されることを特徴とする請求項１に記載の電流センサ。
3. 前記磁気遮蔽手段は、前記コアの幅よりも広く、且つ、前記第２の分流経路の幅よりも広いことを特徴とする請求項２に記載の電流センサ。
4. 前記磁気遮蔽手段は、前記コアの周囲を覆うように配置されることを特徴とする請求項１に記載の電流センサ。
5. 前記磁気遮蔽手段は、前記第２の分流経路を覆うように配置されることを特徴とする請求項１に記載の電流センサ。

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