JP2007171156A - 電流検出素子及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】電線に流れる所定電流以上の電流を測定するために用いられる銅ブスバーなどのブスバー接続に好適な構造を有する電流検出素子及びその製造方法を提供すること。
【解決手段】棒状体又は平板体の金属からなる電流導体１と、この電流導体１を周回して覆うように配置された絶縁体２と、この絶縁部２に開放部分に設けられ、電流導体の長手方向に対して直上に配置されている磁気センサ挿入部５と、この磁気センサ挿入部５に挿入された磁気センサ３と、絶縁体２を周回して覆うような挟持片４ａを有する高透磁率軟磁性体からなる導磁体４とを備えている。棒状又は細板状の金属からなる電流導体１は、各々両端に取り付け部６を有する構造であり、また、電流導体１を周回して覆うように配置された絶縁体２は、耐熱性のある熱可塑又は熱硬化性の樹脂で容易に形成される。磁気センサ挿入部５は、通常は磁気センサ３を挿入するための溝や穴の形状で製作されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、電流検出素子及びその製造方法に関し、より詳細には、電流遮断装置（電流ブレーカー）用に最適な電流検出素子及びその製造方法に関する。

従来から、ホール素子などの磁気センサを用いた電流検出素子は、図１３に示すような構造が広く知られている（例えば、特許文献１参照）。また一般に、磁気センサとしては、ホール効果を利用したホール素子や磁気抵抗素子などが用いられかつ知られている。

図１３に示す電流検出素子は、電流経路１２に電流が流れることによって発生する磁束を磁性体コア１４で集磁し、この磁性体コア１４のギャップ部に配置された磁気センサ１３により検出される磁束の変化から、その電流量を、増幅器１５を介して測定するように構成されている。

また、小型な電流検出素子でも、所定電流以上の電流を測定するためのブスバー接続に適した簡便な電流検出素子が求められていた（例えば、特許文献２参照）。この特許文献２に開示されている電流検出素子は、磁性体が、一方が開口部で他方が閉口部であるＵ字形状断面構造を有し、磁気センサが、磁性体の開口部の内側に配置され、電流経路が、磁気センサと磁性体の閉口部との間に配置されているとともに、磁性体のＵ字形状断面に対して略垂直方向に電流が流れるように配置され、電流経路と磁性体と磁気センサとが電気的に絶縁されるように構成されたものである。

特開平５−３１２８３９号公報 特開２００４−３５４２５４号公報

しかしながら、上述した特許文献１に示されているような電流検出素子は、電流経路である金属導体とその周囲を囲む形状を有する磁性体コアが必要であったため、小型化が困難であり、携帯電話をはじめとする小型の電子機器に用いられるプリント配線基板上に実装することのできるサイズまで小さくすることができないという問題があった。つまり、大きなスペースを擁し、かつ、組み立てが簡便でないという問題があった。

また、上述した特許文献２に示されているような電流検出素子は、磁気センサが絶縁体中に埋設されているものであって、磁気センサの取り付けが簡便でないといった問題があった。

本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、電線に流れる電流やその電線に流れる所定電流以上の電流を測定するために用いられる銅ブスバー（被測定電流が流れる電線又は電流母線）などのブスバー接続に好適な構造を有する電流検出素子及びその製造方法を提供することにある。

本発明は、このような目的を達成するためになされたもので、請求項１に記載の発明は、被測定電流が流れる電流導体と、該電流導体を周回して覆うように形成された絶縁体と、該絶縁体に設けられた前記被測定電流を測定する磁気センサと、前記絶縁体を覆うように配置された高透磁率軟磁性体の導磁体とを備えた電流検出素子において、前記絶縁体の開放部分に前記磁気センサが挿入される磁気センサ挿入部を設けたことを特徴とする。

また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記磁気センサ挿入部は、前記電流導体の長手方向に対して直上に配置されていることを特徴とする。

また、請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の発明において、前記導磁体は、前記絶縁体を周回して覆うような挟持片を有することを特徴とする。

また、請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の発明において、前記挟持片は、該挟持片間の厚さが前記電流導体付近よりも前記磁気センサ付近において小さくなるように絞り込み形状をしていることを特徴とする。

また、請求項５に記載の発明は、請求項４に記載の発明において、前記絞り込み形状は、断面形状において左右対称であることを特徴とする。

また、請求項６に記載の発明は、請求項１乃至５のいずれかに記載の発明において、前記電流導体の先端部が、ブスバーと接続可能な取り付け部を備えていることを特徴とする。

また、請求項７に記載の発明は、請求項１乃至６のいずれかに記載の発明において、前記絶縁体が、樹脂又は無機質のセラミックスであることを特徴とする。

また、請求項８に記載の発明は、請求項１乃至７のいずれかに記載の発明において、前記電流導体が、平板体又は棒状体であることを特徴とする。

また、請求項９に記載の発明は、請求項８に記載の発明において、前記絶縁体と前記導磁体の間に空隙部を設けたことを特徴とする。

また、請求項１０に記載の発明は、被測定電流が流れる電流導体と、該電流導体を周回して覆うように形成された絶縁体と、該絶縁体に設けられた前記被測定電流を測定する磁気センサとを備えた電流検出素子において、前記絶縁体の開放部分に前記磁気センサが挿入される磁気センサ挿入部を設けたことを特徴とする。

また、請求項１１に記載の発明は、請求項１乃至１０のいずれかに記載の電流検出素子が電流検出に用いられていることを特徴とする電流遮断装置である。

また、請求項１２に記載の発明は、被測定電流が流れる電流導体と、該電流導体を周回して覆うように形成された絶縁体と、該絶縁体に設けられた前記被測定電流を測定する磁気センサと、前記絶縁体を覆うように配置された高透磁率軟磁性体の導磁体とを備えた電流検出素子の製造方法において、前記絶縁体の開放部分に磁気センサ挿入部を形成し、形成された磁気センサ挿入部に前記磁気センサを挿入固定することを特徴とする。

また、請求項１３に記載の発明は、請求項１２に記載の発明において、前記磁気センサ挿入部の形成は、前記電流導体の長手方向に対して直上に配置されるように、溝や穴を形成することを特徴とする。

また、請求項１４に記載の発明は、請求項１２に記載の発明において、前記磁気センサを挿入固定は、耐熱性のある熱可塑性又は熱硬化性の樹脂でなされることを特徴とする。また、該樹脂は、弾性を有することが好ましく、シリコン樹脂などが用いられる。

本発明によれば、電流遮断装置用の電流検出素子として小型でしかも狭隘な部位に取り付け可能で、ブスバー接続に好適な形状を有し、磁気センサを所定の部位に挿入するだけの簡便な製造方法であるために、標準化された磁気センサを廉価に使用できるという効果を奏する。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。
（実施形態１）
図１及び図２（ａ），（ｂ）は、本発明に係る電流検出素子の実施形態１の基本構造を示す図で、図１は斜視図、図２（ａ）は側面図、図２（ｂ）は、図２（ａ）のａ−ａ線断面図、図２（ｃ）は図２（ｂ）で電流導体に紙面の上面より裏面へ電流が流れるときの磁界の磁束線を示した図である。図中符号１は電流導体、２は絶縁体、３は磁気センサ、４は導磁体、４ａは導磁体の挟持片、５は磁気センサ挿入部、６は電流導体の取り付け部を示している。なお、図２（ｃ）における矢印は磁束線を示している。

本発明の電流検出素子は、棒状体又は平板体の金属からなる電流導体１と、この電流導体１を周回して覆うように配置された絶縁体２と、この絶縁体２の開放部分に設けられ、電流導体の長手方向に対して直上に配置されている磁気センサ挿入部５と、この磁気センサ挿入部５に挿入された磁気センサ３と、絶縁体２を周回して覆うような挟持片４ａを有する高透磁率軟磁性体からなる導磁体４とを備えている。

また、棒状又は細板状の金属からなる電流導体１は、各々両端に取り付け部６を有する構造であり、また、電流導体１を周回して覆うように配置された絶縁体２は、耐熱性のある熱可塑又は熱硬化性の樹脂で容易に形成される。この絶縁体２は、無機質のセラミックスでもよい。

さらには、絶縁体２に形成された磁気センサ挿入部５は、通常は磁気センサ３を挿入するための溝や穴の形状で製作されている。さらに、磁気センサ挿入部５に挿入する磁気センサ３は、磁束密度を直接検出できるものであるならば何でもかまわない。

また、電流導体１は、その機能が備えられていれば図示されている例には限らない。長くてもよく、応用上の都合や便利さから曲げて製作してもよい。また、その端部は、導電端子に取り付ける機能を有していればよく、形状も実際の取り付けにあわせて自由に変えてよい。

また、絶縁部２の樹脂は、金型を用いて製作する方法が好ましく、熱可塑性のものが使われる場合は、インジェクション成型法で製作する方が好ましく、また、エポキシ樹脂などの熱硬化性の樹脂を使った場合は、トランスファーモールド法が好ましく用いられる。また、絶縁体２としてセラミックスを用いる場合には、通常用いられるセラミックスの焼結の成形方法が用いられる。

さらに、磁気センサ３は、磁束密度を直接検出できるものならなんでもよい。しかし、好ましい素子としては、化合物半導体薄膜又は薄層を磁気センサ部に使用したホール素子やホールＩＣが好ましく使われる。このホール素子ＩＣには、検出出力が電流に比例するもの、電流の検出、非検出に応じて出力電圧が変化するものがある。

磁気センサの一例であるホール素子は、磁界を検出する素子であって、検出した磁界の磁束密度に比例した電圧信号が得られる素子である。この性質を利用し、被検出電流が発生する磁束を検出することにより電流を検出することが出来る。このため、本発明の最も好ましい磁気センサとして用いられる。

磁気センサの他の一例であるホールＩＣは、ホール素子を磁気センサ部とし、ホール素子の出力を増幅する増幅器を備えた集積回路素子である。増幅器の種類に下記のようにいくつかの場合がある。
１）磁界に比例した電圧変化が得られるアナログ又はリニヤー出力のホールＩＣ、即ち、検出電流に比例した電圧変化がホールＩＣの出力として得られるもの、又は、
２）前記アナログ又はリニヤー出力のホールＩＣにおいて、磁界検出の無いときに、所定の電圧値にホールＩＣの出力端子の電圧がセット出来るような付加回路を加えたもの（電流検出器を製作したときあらかじめ電流検出のゼロ点のリセットが出来る）もの、
３）更には、ある大きさ以上（閾値と称する）の正又は負の一方の磁界を検出すると出力が得られるデジタル出力のもの、若しくは、
４）ある大きさ以上の正又は負のいずれか一方の磁界を検出すると出力が得られるものがある。

この様なホールＩＣは、用途によって使い分けるが、本発明の電流検出器の磁気センサとして好ましく用いられる。

また、磁気抵抗素子も好ましく用いられる。磁気抵抗素子の場合は、ＩｎＳｂなどの半導体薄膜の磁気抵抗素子や強磁性薄膜の磁気抵抗効果を利用した強磁性薄膜磁気抵抗素子や巨大磁気抵抗効果を利用した巨大磁気抵抗素子（ＧＭＲ）、半導体磁気抵抗素子などが好ましいセンサ例である。

ホール素子の場合の磁気センサ部の材質に関して特に制限はしないが、電子移動度の高いIII―Ｖ族の化合物半導体薄膜や薄層が用いられる。ＩｎＳｂ，ＩｎＡｓ，ＩｎＡｓ量子井戸構造のホール素子やＧａＡｓ基板にＳｉ等のドナー原子をイオン注入して動作層を造るＧａＡｓホール素子などが使われる。

さらに、最近開発された単結晶のＩｎＳｂ薄膜にドナー不純物をドープして製作したＩｎＳｂ単結晶ホール素子も好ましく用いられる。ここで、ドナー不純物原子としては、Ｓｉ，Ｇｅ，Ｃ、Ｓ，Ｓｎ．Ｔｅ，Ｓｅなど通常ドナー不純物として用いられるものなら何でもよい。

さらに、ＧａＡｓ基板上などにエピタキシャル成長させて形成したＧａ，Ｉｎ，Ｓｂ，Ａｓを含むＧａ_ｘＩｎ_１−ｘＡｓ_ｙＳｂ_１−ｙ（０≦ｘ≦１，０≦ｙ≦１）の混晶薄膜又は薄層はホール素子に使われ、本発明の電流検出素子の磁気センサとしてこの様なホール素子は好ましく用いられる。

また、このＧａ_ｘＩｎ_１−ｘＡｓ_ｙＳｂ_１−ｙ（０≦ｘ≦１，０≦ｙ≦１）の混晶薄膜又は薄層は、ドナー不純物がドープされていても良く、好ましく用いられる。ドナー原子としては、Ｓｉ，Ｇｅ，Ｃ、Ｓ，ＳｎＴｅ，Ｓｅなど通常ドナー不純物として用いられるものなら何でもよい。

さらに、磁気センサ特性の温度依存性は特に問わないが、室温を含む−２０℃から１００℃の範囲で磁界の検出による磁気センサ出力、ホール素子の場合は、ホール電圧の温度変化が１０％以下、さらには、５％以下の変化が好ましい。これらの磁気センサ出力の温度依存性は、化合物半導体薄膜のホール素子を磁気センサに使ったホールＩＣを磁気センサとする場合は、増幅後の出力であってもよい。

次いで、絶縁体２及び磁気センサ３を覆うように配置された高透磁率軟磁性体からなる導磁体４は、残留磁化の少ない純鉄やパーマロイ、珪素鋼板など金属版をＵ字型にした形状で通常は製作される。Ｕ字断面の軟磁性フェライトコアでもよい。また、他の好ましい例は、樹脂に多量の軟磁性金属の微粉末を含有させた強磁性体の樹脂層で絶縁体２を周回して磁気センサ３に電流の生じる磁束密度を導くように形成する場合もある。

また、電流導体１と磁気センサ挿入部５を有する絶縁体２及びパーマロイや純鉄などで製作した導磁体４は、絶縁体２に使われる樹脂を利用して一体密着して製作することも行われる。製造方法については特に制限はないが、好ましい例として、成形樹脂によるインサート成型法が用いられる。

また、上述した説明では、電流導体と絶縁体とを一体密着で製作された構成物とし、この絶縁体を周回して覆うような挟持片を有する高透磁率軟磁性体からなる導磁体を設けてあるが、導磁体がない場合であっても高性能の電流検出素子として機能する。

図３（ａ）乃至（ｄ）及び図４（ａ）乃至（ｄ）は、本発明の電流検出素子の他の実施形態であり、電流導体に垂直な断面を示す図である。図３（ａ）に示された電流検出素子は、平板体の電流導体１の周囲に絶縁体２を設け、この絶縁体２を挟持するように導磁体４を設けたもので、この導磁体４は、インジェクション成形したもので、樹脂と強磁性体の微粉末（フェライト）を混入したボンド磁性体である。

また、図３（ｂ）に示された電流検出素子は、電流導体１として被覆体１ａを有する棒状体の電流導体を用いたもので、この電流導体１を絶縁体２中の中央部に設けたものである。この場合、絶縁体２中に電流導体１を通す貫通穴２ｂも設けてもよい。また、図３（ｃ）に示された電流検出素子は、電流導体１として被覆体１ａを有する棒状体の電流導体を用いたもので、この電流導体１を絶縁体２中の底部に設けたものである。また、図３（ｄ）に示された電流検出素子は、電流導体１として被覆体１ａを有する棒状体の電流導体を用いたもので、この電流導体１を絶縁体２中の中央部に設けたものであり、絶縁体２と導磁体４の間に空隙部１１を設けたものである。

さらに、図４（ａ）に示された電流検出素子は、図３（ｂ）に示された電流検出素子において、導磁体４の底部を絶縁体２の内部に通したものである。また、図４（ｂ）に示された電流検出素子は、図３（ｄ）に示された電流検出素子において、空隙部１１を利用して導磁体４の底部にコイル１１ａを巻きつけ、導磁体４中の磁束を打ち消す電流を流すようにしたものである。また、図４（ｃ）に示された電流検出素子は、図３（ｂ）に示された電流検出素子において、導磁体４の周囲をさらに絶縁体２ａで囲み、導磁体４を絶縁体２ａの内部に埋め込んだものである。また、図４（ｄ）に示された電流検出素子は、図３（ｃ）に示された電流検出素子において、導磁体４の底部を取り除きこの導磁体４を絶縁体２中に平行板状に埋め込んだものである。

図５（ａ）乃至（ｃ）は、図１に示した電流検出素子を用いた電流遮断装置の構成図で、図５（ａ）は側面図、図５（ｂ）は上面図、図５（ｃ）は、図５（ｂ）のａ−ａ線断面図である。ここには、本発明で用いられる電流導体の例を示している。

図中符号７は絶縁カバー、８はブレーカ、９はブスバー、１０は取り付けネジを示している。本発明に電流検出素子は、絶縁カバー７内に収容されている。つまり、この絶縁カバー７内には、電流検出素子を構成する導磁体４と絶縁体２と磁気センサ３が収納されている。また、電流導体１の両先端部に設けられた取り付け部６は、ブスバー９と取り付けネジ１０により固定されている。このように構成されたものが、図５（ｂ）に示されているように、３ライン並べられてブースター８を構成している。

また、図５（ｃ）に示されているように、導磁体４の挟持片４ａは、この挟持片４ａ間の厚さが電流導体付近Ａよりも磁気センサ付近Ｂにおいて小さくなるように絞り込み形状をしている。この絞り込み形状は、断面形状において左右対称であるが望ましい。このような構成により、導磁体４と磁気センサ３間の距離を短くしてより検出感度を良好にすることが出来る。

図６（ａ）乃至（ｆ）及び図７（ａ）乃至（ｃ）は、本発明の電流導体の他の実施形態を示す図である。図６（ａ）は、図２（ａ）に示したものである。また、図６（ｂ）は平板体の端部に取り付け孔を設けたものである。また、図６（ｃ）は図６（ａ）に示した平板体の端部を９０度捻ったものである。また、図６（ｄ）は棒状体の端部を鉤状に曲げたものである。また、図６（ｅ）は平板体の先端部を細くしてソケットに挿入できるようにしたものである。また、図６（ｆ）は平板体の端部を加工していないものである。

さらに、細板状の金属からなる電流導体１と、この電流導体１を周回して覆うように配置された絶縁体２との密着性（抜け防止）を向上させるために、図７（ａ）に示すように、絶縁体２によって覆われる電流導体１の上片部分及び下片部分に凹凸を設けてもよく、また、図７（ｂ）に示すように、凹部を設けてもよい。また、棒状体の金属からなる電流導体１の場合には、この電流導体１を周回して覆うように配置された絶縁体２との密着性（抜け防止）を向上させるために、図７（ｃ）に示すように、絶縁体２に覆われる電流導体１の部分に段差を設けるようにしてもよい。

図８は、本発明の電流検出素子の磁気センサの出力を、ソケットを用いて取り出すようにした構成図である。磁気センサ３の出力端子と接続されるソケット２１を用いることにより、関連機器との接続を容易にしたものである。また、図８においては、絶縁体２の上面に磁気センサ挿入部５を設けて、その磁気センサ３の出力端子を上方に突き出すようにしているが、磁気センサ挿入部５を絶縁体２の側面に設けて、その側面から出力端子を突き出すようにしてもよい。その場合には、ソケット２１も絶縁体２の側面に取り付けられるため、ソケット２１を縦長配置から横長配置に代えることができてコンパクト化が図れるという利点がある。なお、ソケット接続でない接続としては、ハンダを使わない圧着や溶接が考えられる。

（実施形態２）
図９乃至図１１は、本発明に係る電流検出素子の実施形態２を示す構成図で、電流検出素子をプラグ型にしたものである。

図９に示したプラグ型の電流検出素子は、図２（ａ）に示した電流検出素子の電流導体１をＬ字状に折り曲げてプラグ型にしたものである。これにより被測定電流が流れる電流母線に接続されたソケット型の端子に対して差込接続が可能となる。この電流導体１のＬ字状部分は絶縁体２から外部に突出している。このプラグ型の電流検出素子の電流導体は、棒状体又は平板体の金属からなることは上述したとおりである。

図１０に示したプラグ型の電流検出素子は、図９に示した電流導体１のＬ字状部分を絶縁体２中に埋め込んだものである。Ｌ字状部分を絶縁体２中に埋め込むことにより、外部への突出部分を少なくして構造のコンパクト化を図ったものである。

図１１に示したプラグ型の電流検出素子は、図１０に示した絶縁体２の側面に窪み２ｃを設け、その窪み２ｃにＬ字状部分をガイドして外部に露出したものである。この場合にも外部への突出部分を少なくして構造のコンパクト化が図れるとともに、絶縁体２によるモールド部分を少なくすることができる。

なお、上述したようなプラグ型の電流検出素子においても、図８に示したように、電流検出素子の磁気センサの出力を、ソケット２１を用いて取り出すようにしてもよいことは明らかである。

厚さ１．０ｍｍ、幅８．０ｍｍで長さが８０ｍｍの銅の板を電流導体１とし、エポキシ樹脂により図１及び図２（ａ），（ｂ）のように、電流導体１を周回して絶縁体２を形成した。この絶縁体２には、磁気センサ挿入穴５が製作されており、図２（ｂ）にその断面を示したが、化合物半導体薄膜であるＩｎＡｓの量子井戸構造のホール素子を磁気センサ３にして製作されたハイブリッドホールＩＣ（リニヤーホールＩＣ）、すなわち、旭化成電子（株）のＥＱ−７０Ｌを絶縁体２の磁気センサ挿入穴５に挿入した。その中心特性は、ゼロ磁界出力が、２．５Ｖ（出力端子の磁界非検出時の電圧）であり、検出磁束の大きさに比例して変わり、±２５ｍＴの磁束密度検出時の出力端子電圧は、検出磁束密度に対して２．５Ｖ±１．６５Ｖである。

次いで、厚さ０．５０ｍｍ、幅１０ｍｍ、更に、その長さは、両端部で磁気センサ３をサンドイッチするのに必要な長さに調整されて切断し、次いで、このパーマロイ板をＵ字型に曲げて絶縁体２を周回し、その両端部は、磁気センサ挿入穴５をサンドイッチするような構造で接着により、絶縁体２の表面に密着して取り付けた。こうして本発明の電流検出素子を製作した。

こうして製作した本発明の電流検出素子は、電流値が０に対応する出力端子電圧２．５Ｖを中心に電流変化に対して極めて比例制のよい電流検出に対応したセンサ出力が得られた。図１２は、本発明の電流検出素子の出力特性を示す図である。この図１２において、センサ出力は、リニヤーホール素子ＩＣの出力端子間の電圧よりゼロ電位２．５Ｖを引いた値を示している。

磁気センサの出力の大きさは、パーマロイ板による磁気回路構成や磁気センサのパーマロイ板のギャップの距離にも依存するが、電流値が０から±５０Ａの変化の範囲で、磁気センサの出力が、±１．７７Ｖ変化電流に比例して得られることがテストで判明し、極めて好特性の小型で狭いギャップ挿入の可能な電流検出素子が得られた。

厚さ１．０ｍｍ、幅８．０ｍｍで長さが８０ｍｍの銅の板を電流導体１し、その両端を除いた部分の表面を厚さ０．５ｍｍ樹脂により絶縁被覆した。この電流導体１を金型中にセットし、インジェクション成形法を用いて、一部に磁性体の存在しない空隙となる磁気センサ挿入穴５を有し、体積比率で磁性体粉末を８０％含む熱可塑性の成形用樹脂により電流導体１を周回する磁性体コア４を製作した。この磁性体コア４の厚さは、３ｍｍ，幅１０ｍｍで、磁気センサ挿入穴５は、この磁性体コア４に穴を開けた形で製作されており、磁性体コア４に形成された磁気センサ挿入穴５は、電流導体を流れる電流の生じる磁束が貫通するように形成されている。次いで、図２（ｂ）にその断面を示したが、化合物半導体薄膜であるＩｎＡｓの量子井戸構造のホール素子を磁気センサ３にして製作された樹脂パッケージされたハイブリッドホールＩＣ（リニヤーホールＩＣ）、すなわち、旭化成電子（株）のＥＱ−７０Ｌを磁気センサ挿入穴５に挿入し、絶縁性の接着剤で固定した。リニヤーホールＩＣの特性は、実施例１と同様な特性が得られた。この時、ＩｎＡｓ量子井戸ホール素子を、このホール素子に電流導体を流れる電流の生じる磁束が垂直に印加される位置関係で磁気センサ挿入穴５に挿入し、電流検出素子を製作した。

こうして製作した本発明の電流検出素子は、電流値が０に対応する出力端子電圧２．５Ｖを中心に電流変化に対して極めて比例制のよい電流検出に対応したセンサ出力が得られた。

磁気センサ出力の大きさは樹脂によって製作された磁気回路構成や磁気センサ部のギャップの距離にも依存するが、電流値が０から±３０Ａの変化に対応して最大の±０．８Ｖの磁気センサ出力が比例して得られることがテストで判明し、極めて好特性の小型で狭いギャップ挿入の可能な電流検出素子が得られた。

実施例１において、導磁体コアのない場合の被測定電流と磁気センサＥＱ―７０Ｌの出力の関係を記載したのが図１３である。この場合は２０Ａの比測定電流に対して、導磁体コアがなくても、極めて電流によく比例した、磁気センサ信号が得られる。該実施例では、２０Ａの被測定電流に対して５０ｍＶの信号が得られている。このように本発明の電流検出素子は導磁体がなくとも電流が高精度で検出できることが分かる。導磁体を有する場合はこの実施例の磁気センサ出力は凡そ１０倍に増幅されて出力される。高増幅率は導磁体のＵ字型の開口部構造、特に、開口部の大きさ（ギャップの広さ）に大きく依存し、狭いと増幅率は大きくなる。この増幅効果はＵ字型の導磁体の効果である。この例に示すごとく、電流導体を周回し、磁気センサ挿入部を有し、一体密着で製作された絶縁体からなる構成物は、導磁体がなくても、高性能の電流検出素子として機能する。

実施例１において、ＥＱ−７０Ｌの代わりに旭化成電子（株）ホール素子ＨＺ−３０２Ｃを磁気センサとして用いた場合を示す。この素子は、厚さ０．５マイクロメートルで、ＳｉをドープしたＩｎＡｓ単結晶薄膜を感磁部に使用しており、電子密度は７×１０^１６ｃｍ^３である。ホール素子の感磁部のＩｎＡｓ薄膜は被測定電流が生じ、導磁体によって導かれた磁界の磁束密度に直交するように磁気センサ挿入部に固定されている。ホール素子の駆動電圧を３Ｖとした場合の被測定電流に対するホール電圧の比例性は極めてよく、２０Ａの比測定電流に対して、ホール電圧１６ｍＶが得られた。

実施例１において、ＥＱ−７０Ｌの代わりに、試作したＩｎＳｂ単結晶薄膜ホール素子を磁気センサとして用いた場合を示す。このホール素子は、厚さ１．０マイクロメートルで、ＳｎをドープしたＩｎＳｂ単結晶薄膜を感磁部に使用しており、電子密度は７×１０^１６ｃｍ^３である。感磁部のＩｎＳｂ単結晶薄膜はＳｎをドープしても電子移動度は４０，０００ｃｍ３／Ｖｓを超える。このホール素子は、Ｓｎをドープしておりホール電圧や素子抵抗値の温度依存性は従来素子（アンドープＩｎＳｂホール素子）に比較して温度依存性が一桁少ない。ホール素子の感磁部のＩｎＳｂ薄膜は被測定電流が生じ、導磁体によって導かれた磁界の磁束密度に直交するように磁気センサ挿入部に固定されている。ホール素子の駆動電圧を１．０Ｖで、被測定電流に対するホール電圧の比例性は極めて良く、２０Ａの比測定電流に対して、ホール電圧８ｍＶが得られた。この場合は、実用上は極めて好ましくない被測低電流値ゼロでのホール電圧の温度ドリフトが極めて少なかった。

本発明の電流検出素子は、電流検出におけるあらゆる分野で利用でき、特にブスバーを用いた電流遮断装置用の電流検出素子として好適に利用できる。

本発明の電流検出素子の実施形態１の基本構造を示す斜視図である。 本発明の電流検出素子の実施形態１の基本構造を示す図で、（ａ）は側面図、（ｂ）は（ａ）のａ−ａ線断面図、（ｃ）は（ｂ）で電流導体に紙面の上面より裏面へ電流が流れるときの磁界の磁束線を示した図である。 （ａ）乃至（ｄ）は、本発明の電流検出素子の他の実施形態を示す図（その１）である。 （ａ）乃至（ｄ）は、本発明の電流検出素子の他の実施形態を示す図（その２）である。 図１に示した電流検出素子を用いた電流遮断装置の構成図で、（ａ）は側面図、（ｂ）は上面図、（ｃ）は（ｂ）のａ−ａ線断面図である。 （ａ）乃至（ｆ）は、本発明の電流導体の他の実施形態を示す図（その１）である。 （ａ）乃至（ｃ）は、本発明の電流導体の他の実施形態を示す図（その２）である。 本発明の電流検出素子の磁気センサの出力を、ソケットを用いて取り出すようにした構成図である。 本発明に係る電流検出素子の実施形態２を示す構成図（その１）である。 本発明に係る電流検出素子の実施形態２を示す構成図（その２）である。 本発明に係る電流検出素子の実施形態２を示す構成図（その３）である。 本発明の電流検出素子の出力特性を示す図である。 実施例３における、導磁体コアのない場合の被測定電流と磁気センサの出力電圧の関係を示した図である。 従来の電流検出素子を示す図である。

符号の説明

１ 電流導体
１ａ 被覆体
２，２ａ 絶縁体
２ｂ 貫通穴
２ｃ 窪み
３ 磁気センサ
４ 導磁体
４ａ 挟持片
５ 磁気センサ挿入部
６ 取り付け部
７ 絶縁カバー
８ ブレーカ
９ ブスバー
１０ 取り付けネジ
１１ 空隙部
１１ａ コイル
１２ 電流経路
１３ 磁気センサ
１４ 磁性体コア
１５ 増幅器
２１ ソケット

Claims (14)

1. 被測定電流が流れる電流導体と、該電流導体を周回して覆うように形成された絶縁体と、該絶縁体に設けられた前記被測定電流を測定する磁気センサと、前記絶縁体を覆うように配置された高透磁率軟磁性体の導磁体とを備えた電流検出素子において、
   前記絶縁体の開放部分に前記磁気センサが挿入される磁気センサ挿入部を設けたことを特徴とする電流検出素子。
2. 前記磁気センサ挿入部は、前記電流導体の長手方向に対して直上に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の電流検出素子。
3. 前記導磁体は、前記絶縁体を周回して覆うような挟持片を有することを特徴とする請求項１又は２に記載の電流検出素子。
4. 前記挟持片は、該挟持片間の厚さが前記電流導体付近よりも前記磁気センサ付近において小さくなるように絞り込み形状をしていることを特徴とする請求項３に記載の電流検出素子。
5. 前記絞り込み形状は、断面形状において左右対称であることを特徴とする請求項４に記載の電流検出素子。
6. 前記電流導体の先端部が、ブスバーと接続可能な取り付け部を備えていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の電流検出素子。
7. 前記絶縁体が、樹脂又は無機質のセラミックスであることを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の電流検出素子。
8. 前記電流導体が、平板体又は棒状体であることを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載の電流検出素子。
9. 前記絶縁体と前記導磁体の間に空隙部を設けたことを特徴とする請求項８に記載の電流検出素子。
10. 被測定電流が流れる電流導体と、該電流導体を周回して覆うように形成された絶縁体と、該絶縁体に設けられた前記被測定電流を測定する磁気センサとを備えた電流検出素子において、
    前記絶縁体の開放部分に前記磁気センサが挿入される磁気センサ挿入部を設けたことを特徴とする電流検出素子。
11. 請求項１乃至１０のいずれかに記載の電流検出素子が電流検出に用いられていることを特徴とする電流遮断装置。
12. 被測定電流が流れる電流導体と、該電流導体を周回して覆うように形成された絶縁体と、該絶縁体に設けられた前記被測定電流を測定する磁気センサと、前記絶縁体を覆うように配置された高透磁率軟磁性体の導磁体とを備えた電流検出素子の製造方法において、
    前記絶縁体の開放部分に磁気センサ挿入部を形成し、形成された磁気センサ挿入部に前記磁気センサを挿入固定することを特徴とする電流検出素子の製造方法。
13. 前記磁気センサ挿入部の形成は、前記電流導体の長手方向に対して直上に配置されるように、溝や穴を形成することを特徴とする請求項１２に記載の電流検出素子の製造方法。
14. 前記磁気センサを挿入固定は、耐熱性のある熱可塑性又は熱硬化性の樹脂でなされることを特徴とする請求項１２に記載の電流検出素子の製造方法。
    

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