JP2010121983A

JP2010121983A - 電流センサ

Info

Publication number: JP2010121983A
Application number: JP2008294052A
Authority: JP
Inventors: Takashi Urano; 高志浦野
Original assignee: TDK Corp
Current assignee: TDK Corp
Priority date: 2008-11-18
Filing date: 2008-11-18
Publication date: 2010-06-03

Abstract

【課題】応答特性の改善のために特許文献１に記載のように部品を別途追加する必要のない電流センサを提供する。
【解決手段】低抵抗電流路５２には、開口５７に臨む縁部に部分的に切欠５８が形成されている。リング状磁気コア１５は、ギャップ部Ｇを含むリング形状が開口５７のうち切欠５８によって幅広となっている部分を通るように配置されて高抵抗電流路５１を囲んでいる。リング状磁気コア１５のリング形状が低抵抗電流路５２に形成された切欠５８を通るように配置されているので、リング状磁気コア１５により高抵抗電流路５１のみならず低抵抗電流路５２にもインダクタンスが発生する。
【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ー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、以下に示す磁気比例式や磁気平衡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８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。なお、磁気比例式電流センサの回路構成は、例えば図９に示されるものである。この回路では、定電流駆動されるホール素子８１６の出力電圧を差動増幅回路で増幅してセンサ出力としている。

磁気平衡式電流センサは、磁気比例式電流センサの構成に加えて、図１０に例示のように、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。なお、磁気平衡式電流センサの回路構成は、例えば図１１に示されるものである。この回路では、負帰還電流を検出抵抗で電圧に変換し、これを差動増幅回路で増幅してセンサ出力としている。

ハイブリッドカーやＥＶ（電気自動車）のバッテリに流れる充放電電流をモニタする電流センサや、インバータ用の三相モータ駆動電流をモニタする電流センサ等は、バスバーに流れる電流（被測定電流）が例えば２００Ａ〜６００Ａあるいはそれ以上と非常に大きい。このため、バスバーの形状が必然的に大きくなるとともにバスバーを囲うコアが大型化し、電流センサ本体が大きくなり、コストアップの原因となっている。その改善策として、下記特許文献１では、被測定電流を小電流に分流して検出する電流センサが提案されている。
特開平６−２７３４４９号公報

特許文献１の電流センサは、同文献図１に示されるように、「入出力端子間に設けられた複数の電流導体２と、複数の電流導体２のうちの一の電流導体２(M)の近傍に配置され、電流導体２(M)を流れる電流により発生した磁束を集磁する磁心３と、磁心３により集磁された磁束を検出し、電流量検出信号４として出力する磁気検出素子５と」を備えるものである(［要約］の［構成］)。

特許文献１ではさらに「図３（ａ）に示すように、過渡的な電流変化（交流電流）を測定する場合には、信号の立上がり（立ち下がり）特性が劣化し、瞬時には電流を検出すべき導線に電流が流れず、他の導線を介して流れてしまうため、図３（ｂ）に示すように、電流センサの応答特性が劣化することとなる」(段落［００１９］)との課題を指摘した上で、この応答特性の劣化を低減するために、「図４（ａ）に示すように、磁性コア３が近傍に配置されている導線２(M)以外の導線２にも同等のインダクタンス成分（＝Ｌ）を発生させるため、近傍に磁性体６を配置してい」る(段落［００２１］)。

特許文献１の技術は、電流センサの応答特性を改善する観点で一定の成果を上げるものと考えられるが、上述のとおり「磁性コア３が近傍に配置されている導線２(M)以外の導線２にも同等のインダクタンス成分（＝Ｌ）を発生させるため、近傍に磁性体６を配置」することが必須であるため、磁性体６(例えばビーズ型磁性体)を追加する分だけ部品点数が増えて磁性体６を実装する手間が増え、コストアップにつながるという問題がある。

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、応答特性の改善のために特許文献１に記載のように部品を別途追加する必要のな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、
被測定電流を所定の比率で分流するように部分的に高抵抗電流路と低抵抗電流路とに分岐したバスバーと、
前記高抵抗電流路を囲む、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を備え、
前記低抵抗電流路には、前記高抵抗電流路との間隙に臨む縁部に部分的に切欠が形成され、
前記リング状磁気コアは、前記ギャップ部を含むリング形状が前記切欠を通るように配置されている。

ある態様の電流センサにおいて、前記バスバーは、一体形成されていて、かつ中間部に形成された開口によって前記高抵抗電流路と前記低抵抗電流路とに分岐しているとよい。

この場合、前記切欠は、前記開口の幅が前記低抵抗電流路側に向かって部分的に広くなるように形成されているとよい。

さらに、前記開口は、前記切欠の形成されている部分は前記リング状磁気コアの厚みよりも幅広であり、前記切欠の形成されていない部分は前記リング状磁気コアの厚みよりも幅狭であるとよい。

ある態様の電流センサにおいて、前記リング状磁気コアの前記リング形状が前記切欠を通るように配置されていることにより、前記低抵抗電流路は前記リング状磁気コアによる前記高抵抗電流路のインダクタンスと同等のインダクタンスを有しているとよい。

ある態様の電流センサにおいて、前記リング状磁気コアは、前記切欠の位置における断面の一部又は全部が前記切欠の内側に存在するとよい。

ある態様の電流センサにおいて、
前記高抵抗電流路は、前記低抵抗電流路との間隙に臨む縁部とは反対側の縁部に部分的に切欠が形成され、
前記リング状磁気コアは、前記ギャップ部を含むリング形状が前記高抵抗電流路に形成された前記切欠も通るように配置されているとよい。

ある態様の電流センサにおいて、前記リング状磁気コアの前記ギャップ部が前記低抵抗電流路に形成された前記切欠とその近傍を除く位置に存在するとよい。

ある態様の電流センサにおいて、前記リング状磁気コアの前記ギャップ部が、前記ギャップ部を含むリング形状のうち前記低抵抗電流路に形成された前記切欠を通る部分の反対側となる位置に存在するとよい。

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。

本発明の電流センサによれば、高抵抗電流路を囲むリング状磁気コアのリング形状が低抵抗電流路に形成された切欠を通るように配置されているので、前記リング状磁気コアにより前記高抵抗電流路のみならず前記低抵抗電流路にもインダクタンスが発生し、前記リング形状が前記切欠を通らない場合と比較して応答特性が改善され、かつ応答特性の改善のために特許文献１に記載のように部品を別途追加する必要もない。

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の構成を示す、(Ａ)は平面図、(Ｂ)は同平面図のB-B'断面図である。

電流センサ１００（磁気比例式）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とを備える。

バスバー１２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。バスバー１２の長手方向(被測定電流Ｉ_inの流れる方向)の中間部に前記長手方向に沿う所定長の開口５７(スリット)が形成され、開口５７によってバスバー１２が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１２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(例えば１：２)で高抵抗電流路５１と低抵抗電流路５２とに分流される。分流比は高抵抗電流路５１及び低抵抗電流路５２の抵抗の逆数比に等しい。なお、開口５７は、高抵抗電流路５１と低抵抗電流路５２との間隙に相当する。

低抵抗電流路５２には、開口５７に臨む縁部に部分的に切欠５８が形成されている。切欠５８により、開口５７はバスバー１２の長手方向に関して一部(切欠５８の存在位置)がリング状磁気コア１５の径方向(リング形状の内側と外側とを結ぶ方向)の厚みＷ_Cよりも幅広となっている(図１(Ａ)でＷ_D＞Ｗ_C)。つまり、切欠５８により開口５７は長手方向の中間部で部分的に幅が広くなっている。なお、開口５７は、切欠５８によって幅広となっている前記一部以外の部分はリング状磁気コア１５の径方向の厚みよりも幅狭となっている(図１(Ａ)でＷ_B＜Ｗ_C)。開口５７の前記一部以外の部分の幅Ｗ_Bはなるべく狭く(例えばバスバー１２の厚み程度に)したほうが、高抵抗電流路５１及び低抵抗電流路５２の抵抗を小さくできて望ましい。

好ましくは分割されていない方形のリング状磁気コア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)は、ギャップ部Ｇを含むリング形状が開口５７のうち切欠５８によって幅広となっている部分を通るように配置されて高抵抗電流路５１を囲んでいる。リング状磁気コア１５のギャップ部Ｇにホール素子２５が位置する。ホール素子２５は不図示のプリント基板に実装されて例えば図９に示す回路を成すように接続され、ホール素子２５の出力電圧から被測定電流Ｉ_inが求められる。ギャップ部Ｇは好ましくは切欠５８とその近傍を除く位置に存在するとよく、図１(Ｂ)ではギャップ部Ｇはギャップ部Ｇを含むリング形状のうち切欠５８を通る部分の反対側となる位置(高抵抗電流路５１の開口５７に臨む縁部とは反対の縁部の近傍)に存在する。ギャップ部Ｇの長さＬ_Gはバスバー１２の厚みＬ_B(高抵抗電流路５１の厚み)よりも大きい(Ｌ_G＞Ｌ_B)ため、バスバー１２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。

図２は、本実施の形態のバスバー１２の等回路図である。高抵抗電流路５１は、高抵抗電流路５１自身による抵抗Ｒ１と、リング状磁気コア１５によって発生するインダクタンスＬ１(誘導性リアクタンス)との直列接続で等価的に表される。ここで、本実施の形態では、リング状磁気コア１５のリング形状が低抵抗電流路５２に形成された切欠５８を通るように配置されているので、リング状磁気コア１５により高抵抗電流路５１のみならず低抵抗電流路５２にもインダクタンスが発生する。これは、低抵抗電流路５２において切欠５８の周囲にリング状磁気コア１５の切欠５８を通る部分を半周するように電流が流れるためと考えられる。したがって、低抵抗電流路５２は、低抵抗電流路５２自身による抵抗Ｒ２と、リング状磁気コア１５によって発生するインダクタンスＬ２(誘導性リアクタンス)との直列接続で等価的に表される。

低抵抗電流路５２のインダクタンスＬ２は、リング状磁気コア１５のリング形状が切欠５８のどの程度の深さ位置を通るか及び切欠５８に対するギャップ部Ｇの位置等によって決まる。すなわち、リング状磁気コア１５の切欠５８の位置における断面の全部が切欠５８の内側に存在する場合は同断面の一部のみが切欠５８の内側に存在する場合よりも低抵抗電流路５２のインダクタンスＬ２が大きく、同断面の全部が切欠５８の内側に存在する場合同士では同断面が切欠５８の内側の深い位置(切欠５８内の奥の位置)にあるほど低抵抗電流路５２のインダクタンスＬ２が大きく、同断面の一部のみが切欠５８の内側に存在する場合同士では同断面のうち切欠５８の内側にある部分の面積が大きいほど低抵抗電流路５２のインダクタンスＬ２が大きい。また、ギャップＧが切欠５８とその近傍に存在する場合よりもギャップ部Ｇが切欠５８とその近傍を除く位置に存在する場合の方が低抵抗電流路５２のインダクタンスＬ２が大きく、切欠５８とその近傍を除く位置の中でもギャップ部Ｇがリング状磁気コア１５のリング形状のうち切欠５８を通る部分の反対側となる位置に存在する場合は低抵抗電流路５２のインダクタンスＬ２を最大限に大きくすることができる。本実施の形態では、高抵抗電流路５１のインダクタンスＬ１と低抵抗電流路５２のインダクタンスＬ２とが等しくなる(Ｌ１＝Ｌ２となる)ようにリング状磁気コア１５のリング形状の切欠５８を通る位置とギャップ部Ｇの位置とを定めている。

本実施の形態によれば、下記の効果を奏することができる。

(1) 高抵抗電流路５１を囲むリング状磁気コア１５のリング形状が低抵抗電流路５２に形成された切欠５８を通るように配置されているので、リング状磁気コア１５により高抵抗電流路５１のみならず低抵抗電流路５２にもインダクタンスが発生し、前記リング形状が切欠５８を通らない場合と比較して応答特性が改善され、かつ応答特性の改善のために特許文献１に記載のように部品を別途追加する必要もない。したがって、高抵抗電流路５１と低抵抗電流路５２とのインダクタンス整合のために低抵抗電流路５２側に磁性体を追加する場合よりも部品点数を削減して磁性体を実装する手間を減らすことができ、コスト安である。

(2) 高抵抗電流路５１のインダクタンスＬ１と低抵抗電流路５２のインダクタンスＬ２とが等しくなるようにリング状磁気コア１５のリング形状の切欠５８を通る位置とギャップ部Ｇの位置とを定めているので、図４(Ｂ)で後述するように、高抵抗電流路５１に流れる電流Ｉ_subと被測定電流Ｉ_inとを相似波形とすることができ、すなわち被測定電流Ｉ_inと高抵抗電流路５１に流れる電流Ｉ_subとの比が一定となり、電流検出精度が良好となる。

(3) バスバー１２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。

(4) リング状磁気コア１５のギャップ部Ｇの長さＬ_Gがバスバー１２の厚みＬ_B(高抵抗電流路５１の厚み)よりも大きい(Ｌ_G＞Ｌ_B)ため、一体形成されたバスバー１２に対して分割されていないリング状磁気コア１５を実装できる。リング状磁気コア１５が分割されていないため、分割されたリング状磁気コアを用いる場合と比較して外部磁界の影響に強い電流センサを実現することができる。

(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が小型で済みコスト安である。

以下、本実施の形態による応答特性改善の効果を説明するために、図３を参照して比較例について説明する。

図３(Ａ)は、比較例１に関し、第１の実施の形態の電流センサ１００の切欠５８をなくした場合の平面図である。切欠５８がない分、開口５７の幅を広げてリング状磁気コア１５を通過可能としている。なお、リング状磁気コア１５のギャップ部は第１の実施の形態と同様にバスバー１２の外側に位置する。本比較例の場合、リング状磁気コア１５によって低抵抗電流路５２に十分なインダクタンスを発生させることができず、応答特性改善の効果は期待できない。

図３(Ｂ)は、比較例２に関し、同図(Ａ)において高抵抗電流路５１のバスバー１２の幅方向外側の縁部に部分的に切欠５５を設けた場合の平面図である。本比較例の場合も、リング状磁気コア１５によって低抵抗電流路５２に十分なインダクタンスを発生させることができず、応答特性改善の効果は期待できない。

図３(Ｃ)は、比較例３に関し、同図(Ａ)において低抵抗電流路５２にインダクタンス整合用磁性体７０を取り付けた場合の平面図である。本比較例では、インダクタンス整合用磁性体７０によって低抵抗電流路５２を囲むことで低抵抗電流路５２にインダクタンスを発生させて応答特性を改善できるが、インダクタンス整合用磁性体７０を別途追加するため部品点数が増加して実装の手間が増え、コスト高である。

図３(Ｄ)は、比較例４に関し、第１の実施の形態の電流センサ１００においてリング状磁気コア１５のギャップ部Ｇが切欠５８の近傍に存在する場合の平面図である。同図(Ｅ)は、同平面図のE-E'断面図である。本比較例の場合、リング状磁気コア１５によって低抵抗電流路５２にインダクタンスが発生しているので、比較例１及び２(図３(Ａ),(Ｂ))の場合よりも応答特性は改善されるものの、ギャップ部Ｇが切欠５８の近傍に存在するため、第１の実施の形態の電流センサ１００ほどは応答特性は改善しない。もっとも、部品点数を増加させずに応答特性を改善できる点で本比較例は有意義といえる。また、本比較例においても、リング状磁気コア１５のリング形状の切欠５８を通る位置次第では第１の実施の形態の電流センサ１００と同等の応答特性改善を実現できる場合もあると考えられる。

図４は、バスバー１２に流れる被測定電流Ｉ_inと高抵抗電流路５１に流れる電流Ｉ_subとの関係を示す説明図であり、(Ａ)は被測定電流Ｉ_inの波形図、(Ｂ)は本実施の形態の場合の高抵抗電流路５１に流れる電流Ｉ_subの波形図、(Ｃ)は比較例１及び２の場合の高抵抗電流路５１に流れる電流Ｉ_subの波形図、(Ｄ)は比較例３の場合の高抵抗電流路５１に流れる電流Ｉ_subの波形図、(Ｅ)は比較例４の場合の高抵抗電流路５１に流れる電流Ｉ_subの波形図である。ここでは、被測定電流Ｉ_inとして方形波電流を流した場合を説明する。

図４(Ｂ)に示されるように、本実施の形態では高抵抗電流路５１のインダクタンスＬ１と低抵抗電流路５２のインダクタンスＬ２が等しくなるようにリング状磁気コア１５のリング形状の切欠５８を通る位置とギャップ部Ｇの位置とを定めているので、高抵抗電流路５１と低抵抗電流路５２とでインダクタンスの整合がとれて高抵抗電流路５１に流れる電流Ｉ_subと被測定電流Ｉ_inとが相似波形となっている。すなわち、被測定電流Ｉ_inと高抵抗電流路５１に流れる電流Ｉ_subとの比が一定となり、電流検出精度が良好となる。

図４(Ｃ)に示されるように、比較例１及び２では、リング状磁気コア１５によって低抵抗電流路５２に十分なインダクタンスを発生させることができないため、被測定電流Ｉ_inの立ち上がり時に高抵抗電流路５１に流れる電流Ｉ_subは過渡的に抵抗比Ｒ１：Ｒ２(分流比)によって定まる電流と比較して小さい状態となる。これは、被測定電流Ｉ_inの立ち上がり時に低抵抗電流路５２に多くの電流が流れ、その分だけ高抵抗電流路５１に流れる電流が少なくなるためである。したがって、被測定電流Ｉ_inと高抵抗電流路５１に流れる電流Ｉ_subとの比が過渡的に一定とならず、電流検出精度が悪化する。

図４(Ｄ)に示されるように、比較例３では、低抵抗電流路５２に別途インダクタンス整合用磁性体７０を取り付けて低抵抗電流路５２に高抵抗電流路５１と同等のインダクタンスを発生させているため、本実施の形態(図４(Ｂ))と同様に高抵抗電流路５１と低抵抗電流路５２とでインダクタンスの整合がとれて高抵抗電流路５１に流れる電流Ｉ_subと被測定電流Ｉ_inとが相似波形となっている。しかし、本実施の形態と比較してインダクタンス整合用磁性体７０を別途追加するため部品点数が増加する点は上述のとおりである。

図４(Ｅ)に示されるように、比較例４では、リング状磁気コア１５によって低抵抗電流路５２にインダクタンスが発生しているもののその大きさが本実施の形態ほどではないため、比較例１及び２よりは応答特性が改善しているものの本実施の形態(図４(Ｂ))のように高抵抗電流路５１に流れる電流Ｉ_subと被測定電流Ｉ_inとが相似波形となるまでには応答特性が改善されていない。

(第２の実施の形態)
図５は、本発明の第２の実施の形態に係る電流センサ２００の構成を示す、(Ａ)は平面図、(Ｂ)は同平面図のB-B'断面図である。図６は、同電流センサ２００のプリント基板３１の構成を示す、(Ａ)は平面図、(Ｂ)は同平面図の部分的な拡大図、(Ｃ)は同拡大図のC-C'断面図である。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、高抵抗電流路５１のバスバー１２の幅方向外側の縁部に部分的に切欠５５が形成されている点と、リング状磁気コア１５のリング形状が切欠５５も通るように配置されている点と、バスバー１２上に絶縁板２９を介してプリント基板３１が固定配置されている点と、ホール素子２５がプリント基板３１に表面実装さ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。

好ましくは略コの字型であるプリント基板３１は、図６(Ａ)のように、基部３２と、第１及び第２の延在部３３，３４とを有する。基部３２は、高抵抗電流路５１と低抵抗電流路５２とを跨ぐようにバスバー１２の幅方向に広がった部分である。第１の延在部３３は、基部３２の幅方向の一部（高抵抗電流路５１側の一部）からリング状磁気コア１５のギャップ部Ｇに延びる部分である。第２の延在部３４は、基部３２の幅方向の一部（低抵抗電流路５２側の一部）から第１の延在部３３と同方向に延びる部分である。なお、絶縁板２９もプリント基板３１と同様の形状である。

基部３２は、バスバー１２の長さ方向の一端３２ａ(第１及び第２の延在部３３，３４の延びる側の端部)がリング状磁気コア１５に当接し、これによりプリント基板３１がバスバー１２の長さ方向に関してリング状磁気コア１５に対して位置決めされる。なお、リング状磁気コア１５は、図５(Ｂ)に示すようにホルダ８０に保持されてバスバー１２との相対位置が固定されている。リング状磁気コア１５のギャップ部Ｇに位置する第１の延在部３３にホール素子２５が表面実装されてプリント基板３１上の導電パターン３９と例えば半田付けにより電気的に接続される。ホール素子２５は好ましくは、図６(Ｃ)のように、プリント基板３１に形成された開口３７に落とし込んで表面実装される。

本実施の形態によれば、第１の実施の形態の効果に加え、高抵抗電流路５１はバスバー１２の幅方向外側の縁部の一部に切欠５５が形成され、リング状磁気コア１５はギャップ部Ｇを含むリング形状が切欠５５を通るように配置されているので、リング状磁気コア１５のリング形状の切欠５５を通る部分の径方向(リング形状の内側と外側とを結ぶ方向)の厚みの分だけリング状磁気コア１５がバスバー１２の幅方向外側にはみ出す量を減らすことができ、電流センサ２００の小型化を図ることが可能となる。特に、図５に示すようにリング状磁気コア１５の径方向の厚みが切欠５５内に収まるようにした場合、バスバー１２の幅からリング状磁気コア１５がはみ出さなくなり、小型化の効果が顕著である。

また、プリント基板３１のうちリング状磁気コア１５のギャップ部Ｇに位置する第１の延在部３３にホール素子２５を表面実装しているため、リード線タイプのホール素子をプリント基板のスルーホールに挿通実装する場合と比較して、ホール素子のリード線の変形や曲がり等によってリード線同士がショートする事故をなくすことができて信頼性が高い。さらに、プリント基板３１に形成された開口３７にホール素子２５を落とし込んで表面実装することにより、プリント基板３１及びホール素子２５のトータル厚みｈを薄くすることができ、ひいてはリング状磁気コア１５のギャップ部Ｇの長さを短くでき、外部磁界の影響を受けにくくなって有利である。さらに、プリント基板３１を略コの字型としているので、バスバー１２の幅方向に関するプリント基板３１の長さを抑えつつ十分な基板面積を確保でき、簡単な構成の１枚基板にホール素子２５及び電子部品を全て配置することができて好都合である。

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。

実施の形態ではリング状磁気コア１５の切欠５８の位置における断面の全部が切欠５８の内側に存在する場合を説明したが、変形例では同断面の一部のみが切欠５８の内側に存在してもよい。同断面のどの程度を切欠５８の内側に存在させるかは、低抵抗電流路５２に必要とされるインダクタンスの大きさによって適宜設定すればよい。

実施の形態では電流検出の方式が磁気比例式である場合を説明したが、変形例では、リング状磁気コアに巻線を施して負帰還用コイルを構成し、図１１に例示の回路を用いることで電流検出の方式を磁気平衡式としてもよい。

実施の形態ではバスバー１２が一体形成されている場合を説明したが、変形例ではバスバー１２の高抵抗電流路５１と低抵抗電流路５２、及び分岐していない部分をネジやリベット等によって結合する分離構造のバスバーを用いてもよい。本変形例の場合、分岐箇所の接触抵抗の変化による分流割合への影響の問題はあるとしても、高抵抗電流路５１と低抵抗電流路５２とのインダクタンス整合のために低抵抗電流路５２側に磁性体を追加する場合よりも部品点数を削減して磁性体を実装する手間を減らすことができる点では実施の形態と同様の効果を奏することができる。

実施の形態では、リング状磁気コア１５が分割されてなく、かつリング状磁気コア１５のギャップ部Ｇの長さがバスバー１２の厚み(高抵抗電流路５１の厚み)よりも大きい場合を説明した。変形例では、リング状磁気コア１５は周方向に関して例えば２分割されたものであってもよく、この場合はギャップ部Ｇの長さがバスバー１２の厚みよりも小さくてもよい。本変形例の場合、外部磁界の影響の問題はあるとしても、部品点数を削減して磁性体を実装する手間を減らすことができる点では実施の形態と同様の効果を奏することができる。

実施の形態では開口５７は切欠５８によって幅広となっている前記一部以外の部分はリング状磁気コア１５の径方向の厚みよりも幅狭となっている場合を説明したが、変形例では前記一部以外の部分もリング状磁気コア１５の径方向の厚みよりも幅広となっていてもよい。本変形例の場合、高抵抗電流路５１又は低抵抗電流路５２の抵抗が実施の形態の場合と比較して大きくなるものの、部品点数を削減して磁性体を実装する手間を減らすことができる点では実施の形態と同様の効果を奏することができる。

実施の形態ではリング状磁気コア１５のギャップ部Ｇがリング形状のうち切欠５８と反対側となる位置に存在する場合を説明したが、変形例ではギャップ部Ｇは図７に示すようにリング状磁気コア１５の上辺の切欠５８から離れた位置(切欠５８よりもバスバー１２の幅方向外側寄りの位置)に存在してもよい。この場合、プリント基板３１をリング状磁気コア１５の上方に配置し、ホール素子２５のリード線をプリント基板３１の貫通孔(図には現れず)に挿通してプリント基板３１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してもよい。バスバー１２とリング状磁気コア１５とプリント基板３１は例えばホルダ８０により保持される。

実施の形態では、切欠５８が開口５７の長手方向の中間部に形成される場合を説明したが、変形例では切欠５８は開口５７の長手方向の端部に形成されてもよい。

本発明の第１の実施の形態に係る電流センサの構成を示す、(Ａ)は平面図、(Ｂ)は同平面図のB-B'断面図。本実施の形態のバスバーの等回路図。 (Ａ)は、比較例１に関し、第１の実施の形態の電流センサの切欠をなくした場合の平面図。(Ｂ)は、比較例２に関し、同図(Ａ)において高抵抗電流路のバスバーの幅方向外側の縁部に部分的に切欠を設けた場合の平面図。(Ｃ)は、比較例３に関し、同図(Ａ)において低抵抗電流路にインダクタンス整合用磁性体を取り付けた場合の平面図。(Ｄ)は、比較例４に関し、第１の実施の形態の電流センサにおいてリング状磁気コアのギャップ部が切欠の近傍に存在する場合の平面図。(Ｅ)は、同平面図のE-E'断面図。バスバーに流れる被測定電流と高抵抗電流路に流れる電流との関係を示す説明図であり、(Ａ)は被測定電流の波形図、(Ｂ)は本実施の形態の場合の高抵抗電流路に流れる電流の波形図、(Ｃ)は比較例１及び２の場合の同電流の波形図、(Ｄ)は比較例３の場合の同電流の波形図、(Ｅ)は比較例４の場合の同電流の波形図。本発明の第２の実施の形態に係る電流センサの構成を示す、(Ａ)は平面図、(Ｂ)は同平面図のB-B'断面図。同電流センサのプリント基板の構成を示す、(Ａ)は平面図、(Ｂ)は同平面図の部分的な拡大図、(Ｃ)は同拡大図のC-C'断面図。変形例に係る電流センサの構成を示す正断面図。磁気比例式電流センサの基本的構成図。磁気比例式電流センサの基本的回路図。磁気平衡式電流センサの基本的構成図。磁気平衡式電流センサの基本的回路図。

符号の説明

１２バスバー
１５リング状磁気コア
２５ホール素子
５１高抵抗電流路
５２低抵抗電流路
５５，５８切欠
５７開口
１００，２００電流センサ

Claims

被測定電流を所定の比率で分流するように部分的に高抵抗電流路と低抵抗電流路とに分岐したバスバーと、
前記高抵抗電流路を囲む、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を備え、
前記低抵抗電流路には、前記高抵抗電流路との間隙に臨む縁部に部分的に切欠が形成され、
前記リング状磁気コアは、前記ギャップ部を含むリング形状が前記切欠を通るように配置されている、電流センサ。
請求項１に記載の電流センサにおいて、前記バスバーは、一体形成されていて、かつ中間部に形成された開口によって前記高抵抗電流路と前記低抵抗電流路とに分岐している、電流センサ。
請求項２に記載の電流センサにおいて、前記切欠は、前記開口の幅が前記低抵抗電流路側に向かって部分的に広くなるように形成されている、電流センサ。
請求項３に記載の電流センサにおいて、前記開口は、前記切欠の形成されている部分は前記リング状磁気コアの厚みよりも幅広であり、前記切欠の形成されていない部分は前記リング状磁気コアの厚みよりも幅狭である、電流センサ。
請求項１から４のいずれかに記載の電流センサにおいて、前記リング状磁気コアの前記リング形状が前記切欠を通るように配置されていることにより、前記低抵抗電流路は前記リング状磁気コアによる前記高抵抗電流路のインダクタンスと同等のインダクタンスを有している、電流センサ。
請求項１から５のいずれかに記載の電流センサにおいて、前記リング状磁気コアは、前記切欠の位置における断面の一部又は全部が前記切欠の内側に存在する、電流センサ。
請求項１から６のいずれかに記載の電流センサにおいて、
前記高抵抗電流路は、前記低抵抗電流路との間隙に臨む縁部とは反対側の縁部に部分的に切欠が形成され、
前記リング状磁気コアは、前記ギャップ部を含むリング形状が前記高抵抗電流路に形成された前記切欠も通るように配置されている、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、前記リング状磁気コアの前記ギャップ部が前記低抵抗電流路に形成された前記切欠とその近傍を除く位置に存在する、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、前記リング状磁気コアの前記ギャップ部が、前記ギャップ部を含むリング形状のうち前記低抵抗電流路に形成された前記切欠を通る部分の反対側となる位置に存在する、電流センサ。