JP2008233013A

JP2008233013A - 電流センサ用のコア

Info

Publication number: JP2008233013A
Application number: JP2007076730A
Authority: JP
Inventors: Kousuke Nomura; 江介野村
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2007-03-23
Filing date: 2007-03-23
Publication date: 2008-10-02

Abstract

【課題】コアひいては電流センサを小形化すると共に、電流センサの測定可能電流範囲を大きくする。
【解決手段】本発明の電流センサ用のコア１は、磁性体製の板材をほぼ環状に曲げて形成されたコア本体２を備え、このコア本体２の板材３の両端部３ａ、３ｂを所定間隙を介して対向させて形成されホール素子が配設されたギャップ４を備え、そして、コア本体２に設けられコア本体２の反ギャップ４側の幅寸法よりもコア本体２のギャップ４側の幅寸法が小さくなるように漸次傾斜する傾斜部５を備えたので、コア１を小形化でき、しかも、コア1の形状を、コア1内の最大磁束密度が小さくなる形状とすることができ、電流センサの測定可能電流範囲を大きくできる。
【選択図】図１

Description

本発明は、測定対象の電流に応じて発生する磁界をホール素子で検出することにより電流を検出するように構成された電流センサに用いられる電流センサ用のコアに関する。

電流センサ用のコアの一例として、特許文献１に記載された構成が知られている。この構成においては、電流センサ用のコアは、磁性体製の板材からなるコア断片を３枚積層して構成されており、中央部に貫通口が形成されていると共に、周囲部の一部にホール素子を配設するギャップが形成されている。

しかし、上記構成の場合、電流センサ用のコアの構成が大きく、しかも、電流センサの全体構成の中に占めるコアの割合も大きいため、電流センサを小形化することが困難であるという問題点があった。

このような問題点を解消する構成の一例として、特許文献２に記載された構成が知られている。この構成においては、トロイダルコアは、磁性体製の板材を矩形環状に曲げて形成すると共に、上記板材の両端部を所定間隙を介して対向させてギャップを形成し、このギャップにホール素子を配設している。
特開２００２−２９６３０５号公報特開２００３−２１５１６９号公報

上記特許文献２の構成の場合、コアを小さく構成することができるから、電流センサも小形化することができる。しかし、特許文献２に記載された構成においては、コアを小形化できるが、コア内の磁束密度が増加するため、電流センサの測定可能電流範囲が小さくなる、即ち、大電流を検出することができないという問題点があった。

そこで、本発明の目的は、コアひいては電流センサを小形化することができると共に、電流センサの測定可能電流範囲を大きくすることができる電流センサ用のコアを提供することにある。

請求項１の発明によれば、電流センサ用のコアにおいて、磁性体製の板材をほぼ環状に曲げて形成されたコア本体と、前記コア本体の板材の両端部を所定間隙を介して対向させて形成され、前記ホール素子が配設されたギャップと、前記コア本体に設けられ、前記コア本体の反ギャップ側の幅寸法よりも前記コア本体のギャップ側の幅寸法が小さくなるように漸次傾斜する傾斜部とを備えたので、コアを小形化することができ、しかも、コアの形状を、コア内の最大磁束密度が小さくなる形状としたから、電流センサの測定可能電流範囲を大きくすることができる。

また、上記構成の場合、請求項２の発明のように、前記傾斜部は、直線状に形成されている、または、若干凸状に膨らんでいるように形成されていることが好ましい。更に、請求項３の発明のように、前記コア本体は、ほぼ矩形環状に形成されていると共に、コーナー部が丸められていることがより一層好ましい。更にまた、請求項４の発明のように、前記コア本体は、円環状または楕円環状に形成されていることは良い構成である。

以下、本発明の一実施例について、図１ないし図６を参照しながら説明する。まず、図１は本実施例の電流センサ用のコア１の全体構成を示す斜視図である。コア１の本体２は、磁性体製例えばパーマロイ製の板材の母材から切り出した所定長さの帯状板材３を、ほぼ矩形環状に曲げて形成されている。帯状板材３の板厚は、例えば約１ｍｍである。コア本体２における矩形環状の各コーナー部は、丸められている。

コア本体２の帯状板材３の両端部３ａ、３ｂは、ほぼ直角に折り曲げられて外方へ突出されていると共に、所定間隙を介して対向されており、ここにギャップ４が形成されている。尚、コア本体２における両端部３ａ、３ｂのほぼ直角に折り曲げられた折曲部分は、丸められている。

上記ギャップ４内に、電流センサのホール素子（図示しない）が挟持されるようにして配設される構成となっている。上記ホール素子は、測定対象の電流（即ち、コア１を貫通するように配置された導体を流れる電流）に応じて発生する磁界を検出する素子である。コア１は、上記磁界の磁路を形成するコアである。

そして、図２にも示すように、コア本体２の下部には、傾斜部５が設けられている。この傾斜部５は、コア本体２の帯状板材３の反ギャップ側（図２中左端部側）の幅寸法ｄ１よりも，コア本体２の帯状板材３のギャップ側（図２中右端部側）の幅寸法ｄ２が小さくなるように漸次傾斜している。この構成の場合、帯状板材３の反ギャップ側の幅寸法ｄ１を例えば１０ｍｍとすると共に、帯状板材３のギャップ側の幅寸法ｄ１を例えば６ｍｍとしている。そして、傾斜部５は、直線状の斜面（即ち、テーパー状）となるように形成されている。

ここで、コア１に、帯状板材３のギャップ側の幅寸法ｄ１が６ｍｍとなる傾斜部５を設けた理由について説明する。
まず、コア１の飽和磁束密度は材料によって決まっており、飽和磁束密度に達すると、測定対象の電流が大きくなっても（増大しても）、それに応じた磁束密度がコア１内に発生しないため、ホール素子が上記電流増大分を検出することができなくなる。即ち、一定の電流を流した場合、そのときの最大磁束密度が小さくなるコア１の形状が、測定可能な電流範囲が最も広いということになる。

そこで、コア１の帯状板材３のギャップ側の幅寸法ｄ１を変化させたときの、コア１の最大磁束密度の変化を実験（またはシミュレーション）により測定し、この測定結果から、図３に示すようなグラフを作成した。この図３においては、測定対象の電流として、例えば２００Ａの電流を流している。上記図３のグラフから、帯状板材３のギャップ側の幅寸法ｄ１が６ｍｍであるとき、最大磁束密度が最小になることから、この６ｍｍのときが最適であるといえる。

また、測定対象の電流を、例えば５０Ａまたは１００Ａとしたときに、測定結果（実験結果）を図４に示す。この図４において、実線Ｐは５０Ａのときの測定結果であり、実線Ｑは１００Ａのときの測定結果であり、実線Ｒは２００Ａのときの測定結果（図３と同じ）である。この図４の測定結果からも、帯状板材３のギャップ側の幅寸法ｄ１が６ｍｍであるときが最適であるといえる。

尚、上記実施例においては、傾斜部５の形状を、直線状の斜面（即ち、テーパー状）となるように構成したが、これに限られるものではなく、図５（ａ）、（ｂ）に示すように、傾斜部５の形状を、若干凸状に膨らんでいるように構成しても良い。図５（ａ）では、例えば０．５ｍｍ、図５（ｂ）では、例えば１．０ｍｍ凸状に膨らませた。このように、傾斜部５を、膨らませた場合と、直線状の場合と、反対に凹ませた場合（図５（ｃ）、（ｄ）参照）とについて、それぞれコア１の最大磁束密度の変化を実験（またはシミュレーション）により測定してみた。この測定結果を、図６に示す。

この図６から、傾斜部５を、膨らませた場合と、直線状の場合とは、最大磁束密度が小さく、測定可能な電流範囲が最も広いことがわかる。尚、傾斜部５を凹ませた場合は、最大磁束密度が大きくなるから、測定可能な電流範囲が狭くなり、不適切であることがわかる。尚、図５（ｃ）では、例えば０．５ｍｍ、図５（ｄ）では、例えば１．０ｍｍ、傾斜部５を凹ませている。

尚、上記した構成の電流センサ用のコア１を組み込む電流センサとしては、周知構成の電流センサを適宜用いるように構成すれば良い。この場合、電流センサのうちのコア１を配設する部分の構造は、コア１の形状に合わせて適宜変更すれば良い。

このような構成の本実施例においては、電流センサ用のコア１において、磁性体製の帯状板材３をほぼ環状に曲げて形成されたコア本体２を備え、このコア本体２の帯状板材の両端部３ａ、３ｂを所定間隙を介して対向させて形成されホール素子が配設されるギャップ４を備え、更に、コア本体２に設けられコア本体２の反ギャップ４側の幅寸法ｄ１よりもコア本体２のギャップ４側の幅寸法ｄ２が小さくなるように漸次傾斜する傾斜部５を備えるように構成した。このため、コア１を小形化することができ、しかも、コア１の形状を、コア１内の最大磁束密度が小さくなる形状としたから、電流センサの測定可能電流範囲を大きくすることができる。

尚、上記実施例では、コア本体２の形状を、ほぼ矩形環状（正方形環状）に形成したが、これに限られるものではなく、ほぼ長方形環状、ほぼ円環状、または、楕円環状に形成しても良い。また、上記実施例においては、コア本体２の帯状板材３の両端部３ａ、３ｂを外方へ突出させるように構成したが、これに代えて、内方へ突出させるように構成しても良い。

更にまた、上記実施例では、帯状板材３の反ギャップ側の幅寸法ｄ１を１０ｍｍとすると共に、帯状板材３のギャップ側の幅寸法ｄ１を６ｍｍとしたが、これに限られるものではなく、検出可能な電流範囲や、電流センサの外形上の制約等に応じて上記各幅寸法ｄ１、ｄ２を適宜変更すれば良い。

本発明の一実施例を示す電流センサ用のコアの斜視図電流センサ用のコアの側面図帯状板材のギャップ側の幅寸法と最大磁束密度との関係を示すグラフ帯状板材のギャップ側の幅寸法と最大磁束密度と流す電流との関係を示すグラフ（ａ）傾斜部を凸条に膨らませた一例を示す図、（ｂ）傾斜部を凸条に膨らませた他の例を示す図、（ｃ）傾斜部を凹ませた一例を示す図、（ｂ）傾斜部を凹ませた他の例を示す図傾斜部の凹凸と最大磁束密度との関係を示すグラフ

符号の説明

図面中、１はコア、２はコア本体、３は帯状板材、３ａ、３ｂは端部、４はギャップ、５は傾斜部を示す。

Claims

測定対象の電流に応じて発生する磁界をホール素子で検出することにより前記電流を検出するように構成された電流センサに用いられるものであって、前記磁界の磁路を形成する電流センサ用のコアにおいて、
磁性体製の板材をほぼ環状に曲げて形成されたコア本体と、
前記コア本体の板材の両端部を所定間隙を介して対向させて形成され、前記ホール素子が配設されたギャップと、
前記コア本体に設けられ、前記コア本体の反ギャップ側の幅寸法よりも前記コア本体のギャップ側の幅寸法が小さくなるように漸次傾斜する傾斜部とを備えたことを特徴とする電流センサ用のコア。
前記傾斜部は、直線状に形成されている、または、若干凸状に膨らんでいるように形成されていることを特徴とする請求項１記載の電流センサ用のコア。
前記コア本体は、ほぼ矩形環状に形成されていると共に、コーナー部が丸められていることを特徴とする請求項１または２記載の電流センサ用のコア。
前記コア本体は、円環状または楕円環状に形成されていることを特徴とする請求項１または２記載の電流センサ用のコア。