JP2010071822A

JP2010071822A - 電流センサ

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Publication number: JP2010071822A
Application number: JP2008240070A
Authority: JP
Inventors: Takashi Urano; 高志浦野; Ryuji Yoshida; 龍司吉田; Tsutomu Kotani; 勉小谷
Original assignee: TDK Corp
Current assignee: TDK Corp
Priority date: 2008-09-18
Filing date: 2008-09-18
Publication date: 2010-04-02

Abstract

【課題】磁気検出素子がリング状磁気コアのギャップ部において前記リング状磁気コアの両端面間の中央に安定かつ正確に位置決めすることで、外部磁界の影響を受けにくい電流センサを提供する。
【解決手段】バスバー１２の長手方向の中間部を囲むようにリング状磁気コア１５が配置され、リング状磁気コア１５のギャップ部に後述のホルダ３０が嵌合し、ホルダ３０にホール素子２５が保持されてホール素子２５が前記ギャップ部に位置する。ホルダ３０は、上側凸部３４及び下側凸部３５によってリング状磁気コア１５の端部を上下（第１及び第４の向きの側）から挟み、横側凸部３６によってリング状磁気コア１５の端部を左右（第２及び第３の向きの側）から挟む構造であり、これによりホルダ３０がリング状磁気コア１５のギャップ部において第１乃至第４の向きに関して位置決めされる。
【選択図】図１

Description

本発明は、例えばハイブリットカーや電気自動車のバッテリ電流やモータ駆動電流、工作機械のモータに流れる電流をホール素子等の磁気検出素子を用いて測定する電流センサに関する。

ホール素子等の磁気検出素子を用いてバスバーに流れる電流（被測定電流）を非接触状態で検出する電流センサとして、磁気比例式のものが従来から知られている。磁気比例式電流センサは、図１９（Ａ）に例示のように、ギャップＧを有するリング状の磁気コア８２０（高透磁率で残留磁気が少ない珪素鋼板やパーマロイコア等）と、ギャップＧに配置されたホール素子８１６（磁気検出素子の例示）とを有する。磁気コア８２０は、被測定電流Ｉ_inの流れるバスバー８１０が貫通する配置である。したがって、被測定電流Ｉ_inによってギャップＧ内に磁界が発生し、これがホール素子８１６の感磁面に印加される。磁界の強さは被測定電流Ｉ_inに比例するので、ホール素子８１６の出力電圧から被測定電流Ｉ_inが求められる。

一方、磁気平衡式電流センサは、図１９（Ｂ）に例示のように、磁気比例式電流センサの構成に加え、磁気コア８２０に巻線を設けてなる負帰還用コイルＬ_FBを有する。この構成においては、被測定電流Ｉ_inによってギャップＧ内に第１の磁界が発生してこれがホール素子８１６の感磁面に印加される一方、ホール素子８１６の感磁面に印加される前記第１の磁界を相殺する（ゼロにする）第２の磁界を発生するように負帰還用コイルＬ_FBに電流が供給される。この供給した電流から被測定電流Ｉ_inが求められる。

下記特許文献１は、磁性体コアのギャップを小さくすることで感度を向上させた電流検出器を開示している。ここで、磁性体コアはプリント基板の一方の側面に密着して固定され、ホール素子は感磁面をギャップの側面に平行にしてギャップのほぼ中心点に位置される構成である。下記特許文献２の電流センサは、センサチップのホール素子形成面がリング状磁気コアのギャップ内で両方の対向面から等距離となる構成とすることで外乱磁界の影響を受けにくい電流センサを提供するとしている。
実開平６−４６７９号公報特開２００８−３９５１７号公報

例えばハイブリッド車やＥＶ（電気自動車）に用いられる「バッテリ電流モニタ用電流センサ」や「インバータの三相交流モニタ用電流センサ」は、外部からの著しく大きな電磁ノイズが絶えず印加される環境で使用される。このため、電流センサの磁気検出素子は、本来は被測定電流が発生する磁界だけを感知するべきところ、外部磁界（ノイズ）も感知してしまい、センサ出力精度が悪化していた。

ここで、実施の形態で後述する本発明者による実測結果によれば、外部磁界による影響は、磁気検出素子がリング状磁気コアのギャップ部において前記リング状磁気コアの両端面間の中央に位置するときに最も小さくなる。この点、上記特許文献１の電流検出器では、ホール素子はプリント基板に半田づけされているだけであり、ホール素子のギャップ内での位置が正確に規定されず、ばらつくために、外部磁界(電磁ノイズ)の影響を受け易いという欠点がある。また上記特許文献２にはホール素子の位置決めに関する具体的な構成は開示されていない。

本発明はこうした状況を認識してなされたものであり、その目的は、磁気検出素子をリング状磁気コアのギャップ部において前記リング状磁気コアの両端面間の中央に安定かつ正確に位置決めすることで、外部磁界の影響を受けにくい電流センサを提供することにある。

本発明のある態様は、電流センサである。この電流センサは、
被測定電流の経路を囲む、ギャップ部を有するリング状磁気コアと、
前記ギャップ部に位置する磁気検出素子と、
前記磁気検出素子を保持するホルダとを備え、
前記ホルダは、前記磁気検出素子を収容保持する収容部と、前記リング状磁気コアの両端面とそれぞれ当接する当接面と、前記当接面の周囲の少なくとも一部に形成された凸部とを有し、
前記凸部により前記ホルダが、前記リング状磁気コアの端面と平行な平面内で第１の向きと、前記第１の向きと直交する第２及び第３の向きとに関して位置決めされ、
前記磁気検出素子が、前記リング状磁気コアの両端面間の中央に位置しているものである。

ある態様の電流センサにおいて、
前記凸部により前記ホルダは、前記第１の向きと逆の第４の向きに関しても位置決めされていて、
前記凸部が少なくとも部分的に所定の弾性を有することにより前記ホルダが前記ギャップ部に挿入可能とされているとよい。

ある態様の電流センサにおいて、
前記磁気検出素子が実装され、かつ前記ホルダの所定の面と当接する、前記リング状磁気コアに対して固定配置されたプリント基板をさらに備え、
前記プリント基板は、前記ホルダに対して前記第１の向きと逆の第４の向きの側に位置して前記ホルダの前記第４の向きの位置を規制しているとよい。

ある態様の電流センサにおいて、
この電流センサは、前記リング状磁気コアが内側を貫通する負帰還用コイルをさらに備える磁気平衡式電流センサであり、
前記磁気検出素子が実装されたプリント基板のスルーホールに前記負帰還用コイルの端子ピンが挿通されているとよい。

また、前記負帰還用コイルは複数存在し、複数の前記負帰還用コイルはそれぞれ、
巻軸方向の長さが少なくとも一部で前記リング状磁気コアの前記ギャップ部の長さよりも短く、内側を前記リング状磁気コアが貫通するボビンと、
前記ボビンに施され、前記ボビンから突き出た前記端子ピンに端末が電気的に接続された巻線とを有するものであり、
各端子ピンは前記プリント基板上の導電パターンと電気的に接続され、
複数の前記負帰還用コイルは、前記リング状磁気コアの周方向に関して磁気的極性が同一となるように、前記プリント基板上の前記導電パターンにより相互に電気的に接続されているとよい。

さらに、前記ホルダは、前記収容部が開口する平板部をさらに有し、
前記平板部は、前記負帰還用コイルの端子ピンが挿通されて前記端子ピンをガイドするガイド孔を有し、
前記プリント基板が前記平板部と対向するように前記平板部に対して固定配置されているとよい。

さらに、前記ガイド孔の内面は、前記端子ピンの挿入側が広がったテーパー面となっているとよい。

ある態様の電流センサにおいて、前記被測定電流の経路は前記被測定電流を所定の比率で分流するように高抵抗電流路と低抵抗電流路とに分岐したバスバーであり、前記リング状磁気コアが前記高抵抗電流路を囲んでいるとよい。

なお、以上の構成要素の任意の組合せ、本発明の表現を方法やシステムなどの間で変換したものもまた、本発明の態様として有効である。

本発明によれば、ホルダの収容部に磁気検出素子が収容保持され、前記ホルダの当接面がリング状磁気コアの両端面とそれぞれ当接し、前記当接面の周囲の少なくとも一部に形成された凸部により前記ホルダが前記リング状磁気コアの端面と平行な平面内で第１の向きと、前記第１の向きと直交する第２及び第３の向きとに関して位置決めされ、前記磁気検出素子が前記リング状磁気コアの両端面間の中央に位置しているので、前記磁気検出素子が前記リング状磁気コアのギャップ部において前記リング状磁気コアの両端面間の中央に安定かつ正確に位置決めされることとなり、外部磁界の影響を受けにくい電流センサを実現することができる。

以下、図面を参照しながら本発明の好適な実施の形態を詳述する。なお、各図面に示される同一または同等の構成要素、部材等には同一の符号を付し、適宜重複した説明は省略する。また、実施の形態は発明を限定するものではなく例示であり、実施の形態に記述されるすべての特徴やその組み合わせは必ずしも発明の本質的なものであるとは限らない。

(第１の実施の形態)
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る電流センサ１００(磁気比例式)の説明図であり、(Ａ)は部分的な分解斜視図、(Ｂ)はホルダ３０の正断面図、(Ｃ)はホール素子２５を収容したホルダ３０をリング状磁気コア１５に嵌合させた状態の正断面図、(Ｄ)は全体構成を示す正断面図である。図２は、同電流センサ１００の例示的な回路図である。なお、図１(Ａ)に示されるように、リング状磁気コア１５の端面２２と平行な平面内で下向き及び上向きをそれぞれ第１及び第４の向きと定義し、同平面内で前記第１の向きと直交する２つの向きをそれぞれ第２及び第３の向きと定義している。また、リング状磁気コア１５の端面２２に垂直な方向をＺ方向、端面２２に平行な面内で左右方向をＸ方向、上下方向(リングの中心とギャップ部とを結ぶ方向)をＹ方向とする直交３軸(ＸＹＺ軸)も定義している。

電流センサ１００は、被測定電流の経路としてのバスバー１２と、リング状磁路を成すリング状磁気コア１５と、磁気検出素子としてのホール素子２５と、プリント基板２６と、ホルダ３０とを備える。

バスバー１２は、平板形状（例えば銅板）であり、長手方向の両端部に位置する取付け孔（図示せず）を介して例えばネジやリベットによって被測定電流の経路を成すように取り付けられる。バスバー１２の長手方向の中間部を囲むようにリング状磁気コア１５（高透磁率で残留磁気が少ない珪素鋼板やパーマロイコア、アモルファス等からなる）が配置され、リング状磁気コア１５のギャップ部に後述のホルダ３０が嵌合し、ホルダ３０にホール素子２５が保持されてホール素子２５が前記ギャップ部に位置する。リング状磁気コア１５は好ましくは分割されていないものとする。電子部品を搭載したプリント基板２６がホルダ３０の上面に配置され、ホール素子２５の端子ピンがプリント基板２６のスルーホールに挿通されて例えば半田付けにより電気的に接続される。なお、プリント基板２６は例えば図示しないケースによってリング状磁気コア１５及びホルダ３０との位置関係が固定される。

ホルダ３０は、収容部３１と、当接面３２と、上側凸部３４と、下側凸部３５と、横側凸部３６とを有する。Ｚ方向に関して収容部３１の両側に当接面３２が位置し、当接面３２の周囲に上側凸部３４と、下側凸部３５と、横側凸部３６とが当接面３２に対して垂直に立ち上がるように形成されて当接面３２を囲んでいる。具体的には、当接面３２に対して第１の向きの側(下側)に下側凸部３５が形成されてギャップ部におけるホルダ３０の第４の向き(上向き)に関する位置決めを為し、当接面３２に対して第２及び第３の向きの側(横側)にそれぞれ横側凸部３６が形成されてギャップ部におけるホルダ３０の第２及び第３の向き(左向き及び右向き)に関する位置決めを為し、当接面３２に対して第４の向きの側(上側)に上側凸部３４が形成されてギャップ部におけるホルダ３０の第１の向き(下向き)に関する位置決めを為している。

収容部３１にホール素子２５が収容保持され、当接面３２はリング状磁気コア１５の両端面２２とそれぞれ当接する。ここで、収容部３１と両当接面３２との間の距離(肉厚)は等しく、これにより収容部３１に収容保持された状態でホール素子２５はＺ方向に関してリング状磁気コア１５のギャップ部の中央に位置決めされる。なお、ホール素子２５の位置は、例えばホール素子２５のセンサセンタ(図１(Ｃ))の位置を意味する。ホール素子２５のＸ及びＹ方向に関する位置は当接面３２に対する収容部３１の位置によって定まり、好ましくはホール素子２５はＸ及びＹ方向に関してもリング状磁気コア１５のギャップ部の中央に位置決めされる。ホルダ３０は、上側凸部３４及び下側凸部３５によってリング状磁気コア１５の端部を上下（第１及び第４の向きの側）から挟み、横側凸部３６によってリング状磁気コア１５の端部を左右（第２及び第３の向きの側）から挟む構造であり、これによりホルダ３０がリング状磁気コア１５のギャップ部において第１乃至第４の向きに関して位置決めされる。

収容部３１の内寸は、ホール素子２５を位置ずれなく保持できるようにホール素子２５のサイズに合わせて設定されている。但し、収容部３１の開口は幅広になっていてホール素子２５の挿入を容易としている。また、ホルダ３０はある程度の弾性を有するように樹脂等で作られているため、下側凸部３５の先端同士の距離がギャップ部の長さよりも長くてもホルダ３０は前記ギャップ部に挿入可能となっている。このとき、ホルダ３０は下側凸部３５から下方に向かってＺ方向の幅が小さくなっているテーパー付形状であるためギャップ部への挿入が容易である。

図２に示される回路において、ホール素子２５は等価的に４つの抵抗のブリッジ接続で表され、端子ａ，ｃ間に一定のホール素子駆動電流を流しておくことにより出力端子ｂ，ｄ間にホール素子２５に印加された磁界に比例した（換言すれば被測定電流Ｉ_inに比例した）電圧Ｖ_Hを得る構成としている。なお、抵抗Ｒ₁及びＲ₂（電流制限用抵抗器）によって電源（電圧Ｖcc）からホール素子２５への供給電流が制限される。ホール素子２５の出力端子ｂ，ｄは、オペアンプＯＰ₁を含む差動増幅回路３７の入力端子に接続される。ここで、差動増幅回路３７に含まれる抵抗Ｒ₃〜抵抗Ｒ₆の抵抗値はＲ₃＝Ｒ₅、Ｒ₄＝Ｒ₆であり、差動増幅回路３７の増幅度はＲ₄／Ｒ₃である。差動増幅回路３７の出力電圧Ｖ_outは
Ｖ_out＝−（Ｒ₄／Ｒ₃）Ｖ_H＋２.５［Ｖ］
となる。差動増幅回路３７の出力電圧Ｖ_outは電流センサ１００のセンサ出力となる。

本実施の形態によれば、下記のとおりの効果を奏することができる。

(1) ホルダ３０の収容部３１にホール素子２５が収容保持され、ホルダ３０の当接面３２がリング状磁気コア１５の両端面２２とそれぞれ当接し、当接面２２を囲むように形成された上側凸部３４と、下側凸部３５と、横側凸部３６とによりホルダ３０が第１乃至第４の向きに関して位置決めされ、この状態でホール素子２５がリング状磁気コア１５の両端面２２間の中央に位置しているので、ホール素子２５がリング状磁気コア１５のギャップ部においてリング状磁気コア１５の両端面２２間の中央に安定かつ正確に位置決めされることとなり、外部磁界の影響を受けにくく信頼性の高い電流センサを実現することができる。

(2) ホール素子２５はＸ及びＹ方向に関してもリング状磁気コア１５のギャップ部の中央に位置決めされるので、この点からも外部磁界の影響を受けにくいといえる。

なお、本実施の形態における下側凸部３５を省略し、接着剤による固着や他の部品（例えばプリント基板２６）による押さえによってホルダ３０の第４の向き(上向き)に関する位置決めを為してもよい。

図３は、リング状磁気コア１５の端面(断面)形状のバリエーションとそれに対応するホルダ３０の形状を示す部分的な斜視図であり、(Ａ)は同端面(断面)形状が長方形の場合を、(Ｂ)は同端面(断面)形状が円形の場合をそれぞれ示す。本図に示されるように、本実施の形態は、リング状磁気コア１５の端面(断面)が正方形である場合のみならず、長方形や円形の場合にも適用可能である。さらに、楕円形状の場合(不図示)にも同様に適用可能である。

(第２の実施の形態)
図４は、本発明の第２の実施の形態に係る電流センサ２００(磁気平衡式)の正断面図である。図５は、同電流センサ２００の例示的な回路図である。本実施の形態の電流センサ２００は、第１の実施の形態の電流センサ１００と比較して、電流検出の方式が磁気比例式から磁気平衡式に変わった点、すなわちリング状磁気コア１５が内側を貫通するように実装された負帰還用コイルＬをさらに備えている点において相違し、その他の点で一致している。

負帰還用コイルＬは、内側をリング状磁気コア１５が貫通するように実装されたボビン１７（分割ボビン）に巻線１８を施したものであり、巻線１８の端末はボビン１７から突き出た端子ピン１９に例えば絡げて半田付けすることで電気的に接続されている。端子ピン１９はプリント基板２６のスルーホールに挿通されてプリント基板２６上の導電パターンと例えば半田付けにより電気的に接続される。リング状磁気コア１５は好ましくは図４に示されるような方形リング状（長方形リング状）であり、ギャップ部の存在する部分の反対側(下側)の直線状部が負帰還用コイルＬの内側を貫通するとよい。

図５に示される電流センサ２００の回路では、ホール素子２５の出力端子ｂ，ｄは、負帰還用差動増幅器３９の入力端子にそれぞれ接続される。負帰還用差動増幅器３９の出力端子と基準電圧端子（例えば２．５Ｖ）とを接続する経路に負帰還用コイルＬと検出抵抗Ｒ_Sとが直列接続される。検出抵抗Ｒ_Sは負帰還用コイルへの供給電流Ｉ_FBを電圧に変換するための微小抵抗であり、その抵抗値は差動増幅回路３７の入力インピーダンスよりも十分小さいものとする。

ホール素子２５の出力電圧Ｖ_Hは負帰還用差動増幅器３９に入力される。負帰還用差動増幅器３９は、出力端子から電流を吸い込む又は吐き出すことにより、端子ｂ、ｄ間の電位差が常にゼロとなるように、すなわちホール素子２５の感磁面において被測定電流Ｉ_inによって発生する第１の磁界と負帰還用コイルＬの発生する第２の磁界とが相殺するように、負帰還用コイルＬに負帰還電流Ｉ_FBを供給する。供給された負帰還電流Ｉ_FBは検出抵抗Ｒ_Sで電圧に変換され、差動増幅回路３７によって増幅されてセンサ出力として外部に取り出される。被測定電流Ｉ_inは負帰還用コイルＬへの供給電流Ｉ_FBと巻線数とから「等アンペアターンの原理」により求めることができる。本実施の形態も、第１の実施の形態と同様の効果を奏する。

(第３の実施の形態)
図６は、本発明の第３の実施の形態に係る電流センサ３００の説明図であり、(Ａ)は部分的な分解斜視図、(Ｂ)はホール素子２５を収容したホルダ３０をリング状磁気コア１５に嵌合させた状態の斜視図、(Ｃ)は全体構成を示す正断面図である。本図においても、図１と同様に、第１乃至第４の向き及び直交３軸(ＸＹＺ軸)を定義する。図７は、同電流センサ３００の概略斜視図である。但し、本図においてホール素子とホルダ、プリント基板、ケースの図示は省略している。図８は、図６(Ｃ)のVIII-VIII'矢視図である。図９は、同電流センサ３００の例示的な回路図である。

本実施の形態の電流センサ３００は、第２の実施の形態の電流センサ２００と比較して、バスバー５０が２つの経路に分岐していてリング状磁気コア１５が一方の経路を囲むように配置されている点と、負帰還用コイルが複数に分割されている点と、ホルダ３０の下側凸部３５がなくなっている点と、リング状磁気コア１５がコアホルダ７０に保持されている点と、全体がケース（ケース本体８０及び蓋８５）で覆われている点とにおいて主に相違し、その他の点で一致している。以下、相違点を中心に説明する。

バスバー５０は、後述のように長手方向の中間部で部分的に高抵抗電流路５１と低抵抗電流路５２とに分岐しており、長手方向の両端部に位置する取付け孔９１，９２を介して例えばネジやリベットによって被測定電流Ｉ_inの経路を成すように取り付けられる。高抵抗電流路５１を囲むようにリング状磁気コア１５が配置され、リング状磁気コア１５に負帰還用コイルはＬ１〜Ｌ４が実装される。ここで、高抵抗電流路５１の幅Ｌｗはギャップ部Ｇの長さＬｇよりも短い（Ｌｗ＜Ｌｇ）。このため、バスバー５０が一体形成されかつリング状磁気コア１５が分割されていなくても、高抵抗電流路５１をギャップ部Ｇに通すことで、高抵抗電流路５１を囲むようにリング状磁気コア１５を配置することができる。

ボビン１７に巻線１８を施してなる負帰還用コイルＬ１〜Ｌ４は、鍔部端面から端子台２１（端子ピン１９の植設部分）が出っ張っていて軸方向の長さがリング状磁気コア１５のギャップ部の長さＬｇよりも長くなっているが、端子台２１を除いた軸方向の長さＬｃはギャップ部の長さＬｇよりも短い（Ｌｃ＜Ｌｇ）。したがって、リング状磁気コア１５が分割されていなくても、負帰還用コイルＬ１〜Ｌ４をギャップ部からリング状磁気コア１５に実装することができる。なお、リング状磁気コア１５は好ましくは図６(Ｃ)に示されるような方形リング状(長方形リング状)であり、ギャップ部の存在する直線状部が負帰還用コイルＬ１〜Ｌ４の内側を貫通するとよい。

ホルダ３０の上面に配置されたプリント基板２６のスルーホールに各ボビン１７から突き出た端子ピン１９が挿通されてプリント基板２６上の導電パターン（図８参照）と例えば半田付けにより電気的に接続される。またホール素子２５の端子ピンもプリント基板２６のスルーホールに挿通されて同様に接続される。なお、図８においては、プリント基板２６上に負帰還用コイルＬ１〜Ｌ４を接続する導電パターンのみを図示し、その他の回路部品及び接続の図示は省略している。プリント基板２６上の前記導電パターンにより負帰還用コイルＬ１〜Ｌ４は、図８及び図９に示されるように、リング状磁気コア１５の周方向に関して磁気的極性が同一となるように（同じ向きの磁束を発生するように）直列に接続される。図９に示される回路は、図５に示される第２の実施の形態の回路と比較して、負帰還用コイルＬに替えて負帰還用コイルＬ１〜Ｌ４が直列に接続されている点で相違し、その他の点で一致している。

図６(Ｃ)に示されるように、樹脂等からなるコアホルダ７０は、コの字型形状の内側にリング状磁気コア１５を収容し、コの字型の両脚７１，７２でリング状磁気コア１５を挟み込む。また、コの字型の底部７３の外面には２カ所の平行な凸条７４，７５が形成され、凸条７４，７５で低抵抗電流路５２を幅方向両側から挟み込む。なお、コアホルダ７０の底部７３の外面に凸条７４，７５に替えて所定数のボス(凸部)を形成しておき、それらを低抵抗電流路５２に形成した所定数の穴に圧入する構成としてもよい。

樹脂等からなるケース本体８０は、上方が開口した直方体形状であり、底部の内面の凹部８１に凸条７４，７５で挟まれた低抵抗電流路５２が嵌るようになっている。プリント基板２６はケース本体８０の上辺に載置され、樹脂等からなる蓋８５がケース本体８０に例えば嵌合して被せられる。

図１０は、本実施の形態におけるバスバー５０の組立過程を示す斜視図である。バスバー５０は、同図(Ａ)に示されるように、折曲げ前においては一体形成された平板形状（例えば銅板）であり、長手方向の中間部に前記長手方向に沿う所定長の開口５７が形成されている。開口５７によってバスバー５０は長手方向の中間部で部分的に高抵抗電流路５１と低抵抗電流路５２とに分岐している。換言すれば、被測定電流Ｉ_inの全てが流れる未分岐電流路（バスバー５０の両端部の分岐していない電流路）の間に高抵抗電流路５１と低抵抗電流路５２とが挟まれている。したがって、被測定電流Ｉ_inは所定の比率で高抵抗電流路５１と低抵抗電流路５２とに分流される。このため、本実施の形態では、高抵抗電流路５１に流れる電流は負帰還用コイルＬ１〜Ｌ４への供給電流と巻線総和とから「等アンペアターンの原理」により求められ、それに基づいて被測定電流Ｉ_inが分流比より算出される。なお、バスバー５０は図１１に示す回路図で等価的に表され、分流比は高抵抗電流路５１と低抵抗電流路５２の抵抗の逆数の比に等しい。

高抵抗電流路５１は好ましくは、バスバー５０の長手方向の中間部にコの字型に形成され、コの字型の先端側（第１の折曲げ部５３）及び中間部（第２の折曲げ部５４）の２カ所で折り曲げられて庇状になっている（図１０(Ａ)→(Ｂ)）。そしてコの字型の高抵抗電流路５１の底辺（底部５５）は低抵抗電流路５２の幅内（例えば幅方向の中間部）で低抵抗電流路５２の上方（又は下方）に位置し、その部分をリング状磁気コア１５が図６(Ｃ)及び図７に示されるように囲む。

本実施の形態によれば、第１及び第２の実施の形態の効果に加えてさらに、次の効果を奏することができる。

(1) 負帰還用コイルＬ１〜Ｌ４の端子台２１を除いた軸方向の長さＬｃがリング状磁気コア１５のギャップ部の長さＬｇよりも短い（Ｌｃ＜Ｌｇ）ため、リング状磁気コア１５が分割されていなくても、負帰還用コイルＬ１〜Ｌ４をギャップ部からリング状磁気コア１５に実装することができる。したがって、トロイダル巻線のための特殊な巻線機の使用を不要としつつ、分割されていないリング状磁気コア１５を用いることが可能となり、トロイダル巻線のための特殊な巻線機を使用する場合と比較して巻線スピードを改善するとともに、分割されたコアを組み合わせる場合と比較して電流検出精度の悪化のリスクが少ない。

(2) 複数の負帰還用コイルＬ１〜Ｌ４を直列に接続しているので、同じ構成の負帰還用コイルが１つの場合と比較して、被測定電流Ｉ_inが大きい場合に適している。

(3) リング状磁気コア１５を方形リング状（長方形リング状）とし、ギャップ部の存在する直線状部が負帰還用コイルＬ１〜Ｌ４の内側を貫通しているので、リング状磁気コア１５への負帰還用コイルＬ１〜Ｌ４の実装作業が容易である。また、負帰還用コイルＬ１〜Ｌ４とプリント基板２６との接続もしやすい。

(4) ホルダ３０の上面に配置されたプリント基板２６はケース本体８０及び蓋８５によって固定されるので、プリント基板２６によってホルダ３０を押さえることができ、リング状磁気コア１５のギャップ部に対するホルダ３０の第４の向き(上向き)に関する位置決めが容易である。

(5) 被測定電流Ｉ_inよりも小さな電流が流れる高抵抗電流路５１をリング状磁気コア１５で囲む構成としているので、被測定電流Ｉ_inの全てが流れる電流路を囲む場合と比較して、リング状磁気コア１５が小型で済み、負帰還用コイルの巻線数も少なくてよいため、コスト安である。

(6) 高抵抗電流路５１は折り曲げられて低抵抗電流路５２に対して庇状とされ、高抵抗電流路５１のうち低抵抗電流路５２の上方（又は下方）に位置する部分をリング状磁気コア１５が囲むため、リング状磁気コア１５がバスバー５０の幅方向に関してはみ出る量を減らすことができ、電流センサとを幅狭に構成できる。

(7) バスバー５０が一体形成されているため、すなわち高抵抗電流路５１と低抵抗電流路５２、及びそれらの両側の分岐していない部分がネジやリベット等による結合ではなく一体形成されているため、分岐箇所をネジやリベット等で結合する分離構造のバスバーを用いる場合と比較して、分岐箇所の接触抵抗の変化による分流割合への影響がないので、分流割合の変化による電流検出精度の悪化を防止して高精度に電流検出することが可能となる。

(8) 負帰還用コイルＬ１〜Ｌ４は低抵抗電流路５２から離れた位置となるようにリング状磁気コア１５に実装されている（例えば低抵抗電流路５２に対して高抵抗電流路５１よりも離れた位置となるようにリング状磁気コア１５に実装されている）ため、大電流が流れる低抵抗電流路５２からの熱の影響を受けにくく、信頼性が高いといえる。また、負帰還用コイルＬ１〜Ｌ４がリング状磁気コア１５の上側部分に実装されているので、各コイルのピンをそのままプリント基板２６のスルーホールに挿通することができて実装容易である。

(9) コアホルダ７０によってバスバー５０とリング状磁気コア１５との位置決めが容易かつ確実となり、組み立てやすい。

(第４の実施の形態)
図１２は、本発明の第４の実施の形態に係る電流センサ４００の部分的な分解斜視図である。図１３(Ａ)は、同実施の形態のホルダ３０の正断面図である。同図(Ｂ)は、同ホルダ３０の部分的な拡大断面図である。図１４は、同電流センサ４００の全体構成を示す正断面図である。本実施の形態の電流センサ４００は、第３の実施の形態の電流センサ３００と比較して、ホルダ３０の上面が広がって平板部３１１となっている点と、平板部３１１に形成されたガイド孔３１２によって負帰還用コイルＬ１〜Ｌ４の各端子ピンがガイドされている点と、プリント基板２６がスペーサ３１５を介して平板部３１１に取り付けられている点とにおいて相違し、その他の点で一致している。以下、相違点を中心に説明する。

ホルダ３０は、収容部３１の開口する面が広がって平板部３１１となっている。平板部３１１は好ましくは当接面３２と垂直である。平板部３１１には、負帰還用コイルＬ１〜Ｌ４の各端子ピン１９が挿通されて端子ピン１９をガイドするガイド孔３１２が形成されている。ガイド孔３１２はプリント基板２６のスルーホール３２５より径が大きい。ガイド孔３１２の内面は好ましくは図１３(Ｂ)に拡大して示されるように端子ピンの挿入側が広がったテーパー面であるとよい。平板部３１１の角部には例えば円柱状のスペーサ３１５が一体に形成され、スペーサ３１５を介してプリント基板２６が平板部３１１と対向するように平板部３１１に対して固定配置される。具体的には、プリント基板２６の角部に形成された取付け孔３２７とスペーサ３１５の上面開口にビス３１９(図１４参照)を挿通して締め付ける。

本実施の形態によれば、第３の実施の形態の効果に加え、負帰還用コイルＬ１〜Ｌ４の各端子ピン１９を平板部３１１に形成された比較的大径のガイド孔３１２で大まかに位置決めした状態でプリント基板２６の小径のスルーホール３２５に挿通することで、組立て作業が容易となる。また、ガイド孔３１２は端子ピンの挿入側が広がったテーパー面であるため、端子ピン１９をガイド孔３１２に挿入する際の作業性が良い。

(実測データ説明)
以下、リング状磁気コアに外部磁界を印加した時のギャップ内磁束密度をガウスメータのプローブを移動させてギャップ内の各位置で実測した結果について説明する。実測環境は図１５(Ａ)に示される。実測に用いたコア（珪素鋼板）の形状は図１５(Ｂ)に示される。直交３軸(ＸＹＺ軸)の定義は図１と同様である。外部磁界はＺ方向に１０ｍＴとしている。

図１６は、Ｚ＝０ｍｍで固定し、Ｘ：０ｍｍ→２２．５ｍｍ→４５ｍｍとガウスメータのプローブを移動させた場合の実測結果を示す特性図である。Ｙ方向の位置に関しては手前、中央、奥(図１５(Ｂ)参照)の３種類のデータを取っている。本図から明らかなように、Ｘ方向(Ｚ＝０)に関して、センター位置(Ｘ＝２２．５ｍｍ)のときがＹ方向の３つの位置の全てにおいて外部磁界が最小となっていることが分かる。

図１７は、Ｘ＝２２．５ｍｍで固定し、Ｚ：０ｍｍ→７．５ｍｍ→１５ｍｍとガウスメータのプローブを移動させた場合の実測結果を示す特性図である。図１６と同様にＹ方向の位置に関しては手前、中央、奥(図１５(Ｂ)参照)の３種類のデータを取っている。本図から明らかなように、Ｚ方向(Ｘ＝２２．５ｍｍ)に関して、センター位置(Ｚ＝７．５ｍｍ)のときがＹ方向の３つの位置の全てにおいて外部磁界がほぼ０ｍＴとなり、外部磁界の影響を受けないことが分かる。また、図示はしないが、Ｚ＝７．５ｍｍの場合は、Ｘ，Ｙ方向に関してギャップ部のどこの位置においても外部磁界がほぼ０ｍＴとなった。

図１８は、コアを斜め置きした場合の実測環境の説明図である。コアを斜めに配置場合であっても、Ｚ方向に関して中央位置(Ｚ＝７．５ｍｍ)のときは外部磁界がほぼ０ｍＴとなり、外部磁界の影響を受けないことが分かった。したがって、外部磁界の影響を最小限に抑えるためには、上記実施の形態で示したようにホール素子２５等の磁気検出素子をリング状磁気コアの両端面間の中央に位置決めすることが重要といえる。

以上、実施の形態を例に本発明を説明したが、実施の形態の各構成要素には請求項に記載の範囲で種々の変形が可能であることは当業者に理解されるところである。以下、変形例について触れる。

負帰還用コイルを第３及び第４の実施の形態では４個としたが、負帰還用コイルの個数は任意であり、被測定電流Ｉ_inの大きさや１個あたりの巻線数によって適宜決定される。

第３及び第４の実施の形態では負帰還用コイルはボビンに巻線を施したものとしたが、変形例ではボビンレス、例えば自己融着導線（セメントワイヤ）をボビンレスで巻回したもの、としてもよい。

第３及び第４の実施の形態プリント基板上の導電パターンにより負帰還用コイル同士を直列に電気的に接続したが、変形例では負帰還用コイル同士の接続にリード線を用いてもよい。

第３及び第４の実施の形態ではリング状磁気コア１５のギャップ部Ｇの長さが高抵抗電流路５１の幅よりも大きい場合を説明したが、ギャップ部Ｇの長さが高抵抗電流路５１の厚み又は幅の少なくともいずれかよりも大きければ、高抵抗電流路５１をギャップ部Ｇに通すことで、高抵抗電流路５１を囲むようにリング状磁気コア１５を配置することができる。

第３及び第４の実施の形態では高抵抗電流路５１を２カ所で折り曲げて庇状とする場合を説明したが、変形例では高抵抗電流路５１を湾曲させることにより部分的に低抵抗電流路５２の上方（又は下方）に位置するようにしてもよく、この場合も同様の効果を奏する。なお、電流センサの幅方向の大きさの制約が緩い場合は高抵抗電流路５１を折り曲げずにリング状磁気コア１５を実装してもよい。

第３及び第４の実施の形態ではバスバー５０が一体形成されている場合を説明したが、変形例では、高抵抗電流路５１と低抵抗電流路５２、及びそれらの両側の分岐していない部分を別体としてネジやリベット等により接続してもよい。この場合、リング状磁気コア１５のギャップ部の長さが高抵抗電流路５１の厚み及び幅の双方よりも短くても、高抵抗電流路５１を囲むようにリング状磁気コア１５を配置することができる。

本発明の第１の実施の形態に係る電流センサの説明図であり、(Ａ)は部分的な分解斜視図、(Ｂ)はホルダの正断面図、(Ｃ)はホール素子を収容したホルダをリング状磁気コアに嵌合させた状態の正断面図、(Ｄ)は全体構成を示す正断面図。同電流センサの例示的な回路図。リング状磁気コアの端面(断面)形状のバリエーションとそれに対応するホルダの形状を示す部分的な斜視図であり、(Ａ)は同端面(断面)形状が長方形の場合を、(Ｂ)は同端面(断面)形状が円形の場合をそれぞれ示す。本発明の第２の実施の形態に係る電流センサの正断面図。同電流センサの例示的な回路図。本発明の第３の実施の形態に係る電流センサの説明図であり、(Ａ)は部分的な分解斜視図、(Ｂ)はホール素子を収容したホルダをリング状磁気コアに嵌合させた状態の斜視図、(Ｃ)は全体構成を示す正断面図。同電流センサの概略斜視図。図６(Ｃ)のVIII-VIII'矢視図。同電流センサの例示的な回路図。本実施の形態におけるバスバーの組立過程を示す斜視図。同バスバーの等価回路図。本発明の第４の実施の形態に係る電流センサの部分的な分解斜視図。 (Ａ)は、同実施の形態のホルダの正断面図。(Ｂ)は、同ホルダの部分的な拡大断面図。同電流センサの全体構成を示す正断面図。 (Ａ)は、リング状磁気コアに外部磁界を印加した時のギャップ内磁束密度をガウスメータのプローブを移動させてギャップ内の各位置で実測した際の実測環境の説明図。(Ｂ)は、実測に用いたコア（珪素鋼板）の形状説明図。図１５(Ａ)の環境下において、Ｚ＝０ｍｍで固定し、Ｘ：０ｍｍ→２２．５ｍｍ→４５ｍｍとガウスメータのプローブを移動させた場合の実測結果を示す特性図。図１５(Ａ)の環境下において、Ｘ＝２２．５ｍｍで固定し、Ｚ：０ｍｍ→７．５ｍｍ→１５ｍｍとガウスメータのプローブを移動させた場合の実測結果を示す特性図。コアを斜め置きした場合の実測環境の説明図。 (Ａ)は磁気比例式電流センサの基本的構成を示す概略斜視図。(Ｂ)は磁気平衡式電流センサの基本的構成を示す概略斜視図。

符号の説明

１２，５０バスバー
１５リング状磁気コア
１７ボビン
１８巻線
１９端子ピン
２５ホール素子
２６プリント基板
３０ホルダ
３１収容部
３２当接面
３４上側凸部
３５下側凸部
３６横側凸部
５１高抵抗電流路
５２低抵抗電流路
７０コアホルダ
８０ケース
８５蓋
３１１平板部
３１２ガイド孔
１００，２００，３００，４００磁気平衡式電流センサ
Ｌ１〜Ｌ４負帰還用コイル

Claims

被測定電流の経路を囲む、ギャップ部を有するリング状磁気コアと、
前記ギャップ部に位置する磁気検出素子と、
前記磁気検出素子を保持するホルダとを備え、
前記ホルダは、前記磁気検出素子を収容保持する収容部と、前記リング状磁気コアの両端面とそれぞれ当接する当接面と、前記当接面の周囲の少なくとも一部に形成された凸部とを有し、
前記凸部により前記ホルダが、前記リング状磁気コアの端面と平行な平面内で第１の向きと、前記第１の向きと直交する第２及び第３の向きとに関して位置決めされ、
前記磁気検出素子が、前記リング状磁気コアの両端面間の中央に位置している、電流センサ。
請求項１に記載の電流センサにおいて、
前記凸部により前記ホルダは、前記第１の向きと逆の第４の向きに関しても位置決めされていて、
前記凸部が少なくとも部分的に所定の弾性を有することにより前記ホルダが前記ギャップ部に挿入可能とされている、電流センサ。
請求項１に記載の電流センサにおいて、
前記磁気検出素子が実装され、かつ前記ホルダの所定の面と当接する、前記リング状磁気コアに対して固定配置されたプリント基板をさらに備え、
前記プリント基板は、前記ホルダに対して前記第１の向きと逆の第４の向きの側に位置して前記ホルダの前記第４の向きの位置を規制している、電流センサ。
請求項１に記載の電流センサにおいて、
この電流センサは、前記リング状磁気コアが内側を貫通する負帰還用コイルをさらに備える磁気平衡式電流センサであり、
前記磁気検出素子が実装されたプリント基板のスルーホールに前記負帰還用コイルの端子ピンが挿通されている、電流センサ。
請求項４に記載の電流センサにおいて、
前記負帰還用コイルは複数存在し、複数の前記負帰還用コイルはそれぞれ、
巻軸方向の長さが少なくとも一部で前記リング状磁気コアの前記ギャップ部の長さよりも短く、内側を前記リング状磁気コアが貫通するボビンと、
前記ボビンに施され、前記ボビンから突き出た前記端子ピンに端末が電気的に接続された巻線とを有するものであり、
各端子ピンは前記プリント基板上の導電パターンと電気的に接続され、
複数の前記負帰還用コイルは、前記リング状磁気コアの周方向に関して磁気的極性が同一となるように、前記プリント基板上の前記導電パターンにより相互に電気的に接続されている、電流センサ。
請求項４又は５に記載の電流センサにおいて、
前記ホルダは、前記収容部が開口する平板部をさらに有し、
前記平板部は、前記負帰還用コイルの端子ピンが挿通されて前記端子ピンをガイドするガイド孔を有し、
前記プリント基板が前記平板部と対向するように前記平板部に対して固定配置されている、電流センサ。
請求項６に記載の電流センサにおいて、前記ガイド孔の内面は、前記端子ピンの挿入側が広がったテーパー面となっている、電流センサ。
請求項１から７のいずれかに記載の電流センサにおいて、前記被測定電流の経路は前記被測定電流を所定の比率で分流するように高抵抗電流路と低抵抗電流路とに分岐したバスバーであり、前記リング状磁気コアが前記高抵抗電流路を囲んでいる、電流センサ。