JP2010223929A - Magnetic core and current sensor using the same - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、導体を流れる被測定電流の計測に利用する磁気回路の一部を成す磁気コア、ならびに前記磁気コアを備えて構成した電流センサに関するものである。 The present invention relates to a magnetic core that forms part of a magnetic circuit used to measure a current to be measured flowing through a conductor, and a current sensor that includes the magnetic core.
被測定電流の計測に利用する磁気コアは、被測定電流の流れる導体を取り囲む様に設置し、磁気コアに設けたギャップ部とともに磁気回路を形成する。磁気コアを利用した電流センサは、ギャップ部に設置した磁電変換素子を通じて、被測定電流により磁気回路に生じた磁束の大きさを測定することで、非接触で被測定電流の大きさを測定する。 The magnetic core used for measuring the current to be measured is installed so as to surround the conductor through which the current to be measured flows, and forms a magnetic circuit together with the gap portion provided in the magnetic core. The current sensor using the magnetic core measures the magnitude of the current to be measured in a non-contact manner by measuring the magnitude of the magnetic flux generated in the magnetic circuit by the current to be measured through the magnetoelectric transducer installed in the gap portion. .
従来の電流センサを構成する磁気コアの例として、1枚あるいは複数枚の板状の磁性材に曲げ等の何らかの加工を施し、ギャップ部とともに磁気回路を構成した磁気コアがある。(例えば、特許文献1、2または3参照) As an example of a magnetic core constituting a conventional current sensor, there is a magnetic core in which one or a plurality of plate-like magnetic materials are subjected to some processing such as bending, and a magnetic circuit is formed with a gap portion. (For example, see
上記特許文献1に開示されている電流検出装置の磁気コアは、板材から曲げ加工を施して作製した、2つのコの字型の磁性材を連結することで構成され、フェライトなどの磁性材を焼結して形成した磁気コアに比べて薄型となる利点がある。また他の実施例には、周縁部を折り曲げた、別の2つのコの字型の磁性材を連結することで構成した磁気コアが示され、集磁効果を向上する利点がある。しかしながら、1つの板材からの加工は困難な磁気コア構造であり、少なくとも2つの磁性材の連結が必要なため、組立工程が増加する問題点があった。また、コの字型の磁性材が必要なため、母材となる板材からの材料取りを考慮した場合、必ず不用となる板材部分が発生し、低コスト化に向かないという問題点があった。さらにまた、集磁効果向上のためには、周縁部を拡大した別のコの字型の磁性材を準備する必要があるため、電流センサの定格等、複数の仕様を満たすためには複数種類の板状磁性材の所持が必須となり、保管場所の増大等、低コスト化に向かないという問題点があった。 The magnetic core of the current detection device disclosed in
上記特許文献2に開示されている電流センサユニットの磁気コアは、1枚の長方形の板状磁性材に曲げ加工を施して形成され、フェライトなどの磁性材を焼結して形成した磁気コアに比べて加工が容易であり、かつ小型となる利点がある。また他の実施例には、ギャップ部の間隔や重なり面積の調整、磁性コアの分割、あるいは磁性材を追加して構成した磁気コアが示され、ギャップ部における磁束の大きさの調整、つまりは被測定電流範囲が調整できる効果がある。しかしながら、同一寸法の一枚の板状である磁性材から、上記特許文献2に示された各種の磁気コアを実現することは困難であり、電流センサの定格等、複数の仕様を満たすためには複数種類の板状の磁性材所持が必須となり、保管場所の増大等、低コスト化に向かないという問題点があった。 The magnetic core of the current sensor unit disclosed in Patent Document 2 is formed by bending a single rectangular plate-shaped magnetic material, and is formed by sintering a magnetic material such as ferrite. Compared with this, there is an advantage that the processing is easy and the size is reduced. In another embodiment, there is shown a magnetic core formed by adjusting the gap interval and overlapping area, dividing the magnetic core, or adding a magnetic material, and adjusting the magnitude of the magnetic flux in the gap, that is, There is an effect that the current range to be measured can be adjusted. However, it is difficult to realize various magnetic cores shown in Patent Document 2 from a single plate-shaped magnetic material having the same dimensions, in order to satisfy a plurality of specifications such as current sensor ratings. However, it is necessary to have multiple types of plate-like magnetic materials, and there is a problem that it is not suitable for cost reduction such as an increase in storage space.
上記特許文献3に開示されている電流センサ用の磁気コアは、1枚の板状磁性材に曲げ加工を施して形成され、フェライトなどの磁性材を焼結して形成した磁気コアに比べて加工が容易となる利点がある。また、磁気コアのギャップ部を形成する磁性材の端部に向かって、磁性材の幅が傾斜するように加工して構成した磁気コアであるため、ギャップ部における磁束の大きさの調整、つまりは被測定電流範囲が調整できる効果がある。しかしながら、幅に傾斜を持たせた磁性材が必要なため、母材となる板材からの材料取りを考慮した場合、必ず不用となる板材部分が発生し、低コスト化に向かないという問題点があった。また、電流センサの定格等、複数の仕様を満たすためには、磁性材の幅寸法や傾斜の程度を可変した複数種類の板状磁性材の所持が必須となり、保管場所の増大等、低コスト化に向かないという問題点があった。さらにまた、傾斜構造を有する磁気コアのため薄型化に向かず、電流センサを構成する上で、体積が増加するという問題点があった。 The magnetic core for a current sensor disclosed in
この発明は上記のような課題を鑑み、解決するためになされたもので、加工及び組立が容易で、小型化でき、廃棄ロスのない同一寸法の長方形の板状磁性材が利用できるため低コスト化でき、かつ被測定電流範囲を調整できる、電流センサ用の磁気コア及びこれを用いた電流センサを提供することを目的とする。 The present invention has been made in order to solve the above-mentioned problems, and is easy to process and assemble, can be downsized, and can use a rectangular plate-like magnetic material having the same dimensions without waste loss. It is an object of the present invention to provide a magnetic core for a current sensor and a current sensor using the same.
この発明に係わる磁気コアは、少なくとも1枚の板状の磁性材と、前記磁性材を略環状に屈曲し、前記磁性材の端部間に設けられた空隙による1つのギャップ部により、磁気回路が形成される構造をとるもので、前記磁性材の両端部は互いに所定の距離、かつ所定の面積をもって対向しギャップ部を形成するとともに、少なくとも一つの端部の対向面は凸状に加工されている。 A magnetic core according to the present invention includes a magnetic circuit including at least one plate-like magnetic material and a gap portion formed by bending the magnetic material into a substantially annular shape and a gap provided between end portions of the magnetic material. The both ends of the magnetic material are opposed to each other with a predetermined distance and a predetermined area to form a gap portion, and at least one of the opposing surfaces of the end portion is processed into a convex shape. ing.
また、この発明に係わる磁気コアは、前記磁性材の両端部は互いに所定の距離、かつ所定の面積をもって対向してギャップ部を形成するとともに、少なくとも一つの端部の対向面は少なくとも一つの平坦部を有する凸状に加工されていてもよい。 In the magnetic core according to the present invention, both end portions of the magnetic material are opposed to each other with a predetermined distance and a predetermined area to form a gap portion, and at least one flat surface of at least one end portion is flat. It may be processed into a convex shape having a portion.
また、この発明に係わる磁気コアは、前記磁性材の両端部は互いに所定の距離、かつ所定の面積をもって対向してギャップ部を形成するとともに、少なくとも一つの端部の対向面は凹状に加工されていてもよい。 In the magnetic core according to the present invention, both end portions of the magnetic material are opposed to each other with a predetermined distance and a predetermined area to form a gap portion, and at least one end surface of the magnetic material is processed into a concave shape. It may be.
また、この発明に係わる磁気コアは、前記磁性材の両端部は互いに所定の距離、かつ所定の面積をもって対向してギャップ部を形成するとともに、少なくとも一つの端部の対向面は少なくとも一つの平坦部を有する凹状に加工されていてもよい。 In the magnetic core according to the present invention, both end portions of the magnetic material are opposed to each other with a predetermined distance and a predetermined area to form a gap portion, and at least one flat surface of at least one end portion is flat. You may be processed into the concave shape which has a part.
また、この発明に係わる電流センサは、前記いずれかの磁気コアと、前記ギャップ部に設置される少なくとも一つの磁電変換素子と、前記磁電変換素子に接続するセンサ回路部とを備え、前記磁電変換素子を前記ギャップ部の所定の位置に保持するとともに前記センサ回路部を設置したセンサ基板を、前記磁気コアに固定している。 The current sensor according to the present invention includes any one of the magnetic cores, at least one magnetoelectric conversion element installed in the gap portion, and a sensor circuit unit connected to the magnetoelectric conversion element. A sensor substrate on which the element is held at a predetermined position of the gap portion and the sensor circuit portion is installed is fixed to the magnetic core.
この発明の磁気コアによると、1枚の磁性材である板材を略環状に屈曲し、磁性材の端部間にギャップ部を形成する磁気コア構成のため、磁気コアの加工が容易であり、小型化の効果もある。
また、この発明の磁気コアによると、1枚の磁性材である板材の元の寸法を変えることなく、少なくとも一つの磁性材の端部の形状を凸状、あるいは凹状、あるいは少なくとも一つの平坦部を有する凸状、あるいは少なくとも一つの平坦部を有する凹状に加工することで、容易に被測定電流範囲を調整でき、複数の仕様に対して元の磁性材を共通化でき、複数の寸法の磁性材を所持する必要もないため、低コスト化の効果もある。
また、この発明の磁気コアによると、1枚の磁性材である板材の元の形状は長方形であるため、母材となる板材からの材料取りで不用となる部分が生じず、廃棄ロスを低減できるため、低コスト化の効果がある。According to the magnetic core of the present invention, the magnetic core is formed by bending a plate material, which is a single magnetic material, into a substantially annular shape, and forming a gap portion between the end portions of the magnetic material. There is also an effect of miniaturization.
In addition, according to the magnetic core of the present invention, the shape of the end of at least one magnetic material is convex, concave, or at least one flat portion without changing the original dimensions of the plate material that is one magnetic material. Can be easily adjusted to the current range to be measured, the original magnetic material can be shared for multiple specifications, and multiple dimensions of magnetism can be achieved. Since there is no need to possess materials, there is also an effect of cost reduction.
In addition, according to the magnetic core of the present invention, since the original shape of the plate material, which is a single magnetic material, is a rectangle, there is no unnecessary part in removing material from the base material plate, reducing waste loss. As a result, the cost can be reduced.
また、この発明の電流センサによると、磁電変換素子とセンサ回路を設けたセンサ基板を、磁気コアに固定する構造のため、小型な電流センサが提供できる。 Also, according to the current sensor of the present invention, a small current sensor can be provided because of the structure in which the sensor substrate provided with the magnetoelectric conversion element and the sensor circuit is fixed to the magnetic core.
実施の形態1.
図1は、この発明の実施の形態1による磁気コアの斜視図を示すもので、図2は図1の平面図、図3は図1および図2におけるAA’断面(YZ面)を示す断面図(磁気コア1の一部の断面図)である。図において、磁気コア1は、1枚の略長方形の板状の磁性材2を略環状に屈曲して、磁性材2の内側端部4と外側端部5の間にギャップ部3を形成し、磁気コア1の内部には中空部6を有するように構成される。また、磁気コア1は、磁性材2およびギャップ部3により磁気回路が構成される。ここでは特に、内側端部4は外側端部5に向かって平坦部7を有した凸形状に加工している。
電流センサとして構成するためには、少なくとも磁気コア1の中空部6に被測定電流の流れる導体、ならびにギャップ部3の所定の位置に磁電変換素子が設置されるが、電流センサとしての構成の詳細は、実施の形態2において説明する。
FIG. 1 is a perspective view of a magnetic core according to
In order to configure as a current sensor, a conductor through which the current to be measured flows at least in the
まず、磁気コア1の作製方法について説明する。
磁気コア1の主たる構成を成す磁性材2は、透磁率の大きい軟磁性材料を利用し、例えばケイ素鋼やパーマロイなどが用いられる。磁性材2は、磁気コア1へ加工する前は、長方形状の板材として用意され、例えばケイ素鋼などの母材としての板材から切り出すことで作製する。母材から長方形状の短冊状に磁性材2を切り出すため、基本的には廃棄材は発生せず、環境に配慮した設計となっている。
長方形状の板材である磁性材2は、最初に端部の加工を行う。本実施の形態では、磁気コア1の中空部6側に位置することになる内側端部4のみを加工するが、内側端部に限るものではない。内側端部4は、外側端部5に向かって、つまりは図3のYZ断面において下向きに凸となるように、プレス加工などにより凸型の形状が形成される。ここでは平坦部7を有した凸形状としたが、平坦部7の有無、大小等、凸部の形状は、目的とする定格、ひいては目的とする被測定電流範囲を有する電流センサを構築する上で、ギャップ部3に設置される磁電変換素子に印加したい磁束の大きさにより調整される。なお磁性材2の長手方向において、凸形状を形成する範囲は、最大でも内側端部4に最も近い磁性材2の屈折部8までであり、凸形状部と屈折部8が交錯等して、極端なエッジを有する加工形状となるのは、磁気回路に影響を与えるため、避けるのが望ましい。
次に、磁性材2を略環状に屈曲し、磁気コア1を形成する。そのときギャップ部3を形成する内側端部4と外側端部5の間隔は、ギャップ部3に設置される磁電変換素子に印加したい磁束が得られる距離とし、かつ少なくとも後に磁電変換素子が安定的に設置できる距離に設定する。ただし目的とする定格や被測定電流範囲が異なるときに、必要とされる磁界の調整は、まず内側端部4の凸形状によって概略の調整を行い、必要あれば次に内側端部4と外側端部5の間隔をもって行うものとする。こうした調整により、一定長さの長方形状の磁性材2において、磁性コア1の外形寸法を大きく変えることなく、複数の定格、あるいは被測定電流範囲等、複数の仕様に対応可能となる。なお、磁性コア1の外形寸法は大きく変わることはないため、Y方向から見て内側端部4と外側端部5の重なり合う面積は、略一定となる。図1あるいは図2からわかるように、本実施の形態では、略環状に屈曲する際に形成される4つの屈折部8は、略直角としたがこれに限るものではなく、円弧状等他の形態でも構わない。また中空部6の形状は、中空部6内に設置する導体の形状、および寸法等に依存して決定するのがよい。First, a method for manufacturing the
The magnetic material 2 constituting the main configuration of the
The magnetic material 2 which is a rectangular plate material is first processed at the end. In the present embodiment, only the
Next, the magnetic material 2 is bent into a substantially annular shape to form the
本実施の形態1における磁気コア1の機能について説明する。
図4は、一般的な磁気コアを有する電流センサの構成概略である。図において、磁気コア1はギャップ部3とともに磁気回路9を形成し、ギャップ部3には磁電変換素子11が設置される。磁気コア1の中空部6を貫通して導体10が設けられ、導体10に被測定電流が流れると右ねじの法則に従い、磁束が生じる。このとき発生する磁束の大きさは、被測定電流に応じた大きさとなる。仮に図4の+Z方向に被測定電流が流れると、磁気回路9において、図4の矢印の向きに磁束の流れ12が生じる。ギャップ部3は空気層であるため、磁気コア1を構成する磁性材と比べて透磁率が低く漏れ磁束が生じるが、設置された磁電変換素子11を磁束が通過するため、磁電変換素子11は磁束の大きさに応じて可変する、何らかの検出信号を出力する。例えば磁電変換素子11としてホール素子を用いた場合、磁束の大きさに応じて、ホール効果によりホール電圧が出力され、つまりは被測定電流の大きさが計測される。
図5は、特許文献1または2に示される、従来の磁気コアの一部であるギャップ部における断面図である。図において、内側端部4aと外側端部5aは平坦部のみで構成され、両者はギャップ部3aを介して略平行な配置となっている。導体に被測定電流が流れ、磁気コアに磁束の流れが生じたとき、ギャップ部3aには内側端部4aと外側端部5aを結ぶように磁束が発生する。図5に、磁束線13aの分布概略を矢印で表す。内側端部4a、外側端部5aの両脇部分では、漏れ磁束により婉曲した磁束線となるが、ギャップ部3a内では一様に略平行な磁束線13aを示す。
図3は、本実施の形態1のギャップ部3における断面図だが、従来例を示した図5と異なり、内側端部4は外側端部5に向かって平坦部7を有した凸形状に加工され、外側端部5は平坦部のみで構成している。中空部6に導体を設置し、導体に被測定電流が流れ、磁気コアに磁束の流れが生じたとき、図5と同様にギャップ部3には内側端部4と外側端部5を結ぶように磁束が発生する。しかしながら、内側端部4の形状が異なるため、磁束線13の分布概略は図5と異なり、凸形状の先端部分、つまりギャップ部3の中央部分に磁束が集中し、この部分の磁束の大きさが図5のような略平行配置と比較して大きくなる。
図3と図5の比較からわかるように、磁性材の端部を除く形状が同一で、かつ端部を除き磁性材に生じる磁束の大きさが同一であっても、少なくとも一つの磁性材の端部形状を変えることで、ギャップ部に生じる磁束の大きさを可変することが可能となる。The function of the
FIG. 4 is a schematic configuration diagram of a current sensor having a general magnetic core. In the figure, the
FIG. 5 is a cross-sectional view of a gap portion, which is a part of a conventional magnetic core, disclosed in
FIG. 3 is a cross-sectional view of the
As can be seen from the comparison between FIG. 3 and FIG. 5, even if the shape of the magnetic material excluding the end portion is the same and the magnitude of the magnetic flux generated in the magnetic material is the same except for the end portion, at least one magnetic material By changing the end shape, it is possible to vary the magnitude of the magnetic flux generated in the gap portion.
図6は、図3に示した本実施の形態1における一部の断面図の変形例を示すもので、内側端部4bは外側端部5bに向かって平坦部7bを有した凹形状に加工され、外側端部5bは平坦部のみで構成している。中空部6に導体を設置し、導体に被測定電流が流れ、磁気コアに磁束の流れが生じたとき、図5と同様にギャップ部3bには内側端部4bと外側端部5bを結ぶように磁束が発生する。しかしながら、内側端部4bの形状が異なるため、磁束線13bの分布概略は図5と異なり、凹形状の先端部分、つまりギャップ部3の両側部分に磁束が集中し、この部分の磁束の大きさが図5のような略平行配置と比較して大きくなる。
図5と図6の比較からわかるように、磁性材の端部を除く形状が同一で、かつ端部を除き磁性材に生じる磁束の大きさが同一であっても、少なくとも一つの磁性材の端部形状を変えることで、ギャップ部に生じる磁束の大きさを可変することが可能となる。FIG. 6 shows a modification of a partial cross-sectional view in the first embodiment shown in FIG. 3, and the
As can be seen from the comparison between FIG. 5 and FIG. 6, even if the shape of the magnetic material excluding the end portion is the same and the magnitude of the magnetic flux generated in the magnetic material is the same except for the end portion, at least one magnetic material By changing the end shape, it is possible to vary the magnitude of the magnetic flux generated in the gap portion.
少なくとも一つの磁性材の端部の形状可変による被測定電流範囲の調整について、磁電変換素子としてホール素子14を一つ、ギャップ部の中心近傍に設置した例において説明する。
図7は、被測定電流値に対してホール素子14の出力であるホール電圧を示したグラフの概略である。3本のプロットは、それぞれ図3、図5、図6に示した磁性材の端部形状に対応したものである。図7からわかるように、磁性材の端部を除く磁気コアの形状が同一で、かつ端部を除き磁性材に生じる磁束の大きさが同一であっても、少なくとも一つの磁性材の端部形状を変えることで、ギャップ部に生じる磁束の大きさを可変できる。例えば、図7でA1(A)の被測定電流が流れたとき、発生する磁束は同じでも、出力されるホール電圧は磁性材の端部形状に対応して、X、Y、Zと異なる。つまり、磁性材の端部形状に対応して、必要なホール電圧と被測定電流範囲が自由に選択できることになる。なお図7では、ホール電圧は被測定電流値に対応して制限なくリニアに変化することを示したが、実際にはホール電圧は、ホール素子に供給する電圧や電流等により制限される。またホール電圧は、選択した磁性材の磁気特性の飽和現象によっても制限されるため、必要なホール電圧と被測定電流範囲によって、磁性材を選択し、磁性材の幅や厚み等の寸法を決定する必要がある。The adjustment of the measured current range by changing the shape of the end of at least one magnetic material will be described in an example in which one
FIG. 7 is a schematic graph showing the Hall voltage that is the output of the
ここまでは、磁電変換素子として一つのホール素子を、ギャップ部の中心近傍に設置した例について示したが、さらに二つのホール素子を設置した例について説明する。
図8は、図2におけるBB’断面(YZ面)を示す断面図(磁気コア1の一部の断面図)である。図3に示したAA’断面と同様に、内側端部4cは外側端部5cに向かって平坦部7cを有した凸形状に加工され、外側端部5cは平坦部のみで構成しているが、凸形状の高さが異なるため、ギャップ部3cにおける内側端部4cと外側端部5cの間隔15がAA’断面と異なっている。これまでに示した磁気コアの一部の断面と同様に、ギャップ部3cには内側端部4cと外側端部5cを結ぶように磁束が発生する。図3と同様に、凸形状の凸となる部分に磁束が集中するものの、平坦部7cが拡大しているため、この中央部分の磁束の大きさは、図5よりは大きいが、図3よりは小さくなる。図9は、図3、図8に示したギャップ部のそれぞれにホール素子14を設置したときの被測定電流値に対して出力されるホール電圧を示したグラフの概略である。それぞれ図3、図8に示した磁性材の端部形状に対応したものである。つまりホール素子14cの位置では、被測定電流が比較的大きくても、ホール素子14cに印加される磁束の大きさは小さく、抑制されたものとなり、出力の制限などを気にすることなく、かつ磁気コアの外形寸法を大型化することなく、大きな被測定電流の計測が容易に行える。一方、ホール素子14の位置では、被測定電流がやや小さくなってもホール素子14に印加される磁束の抑制度は小さく、出力の低下によるS/Nの悪化などを気にすることなく、やや小容量の被測定電流の計測が容易に行える。よって、やや小容量の被測定電流の計測時はホール素子14、比較的大きな被測定電流の計測時はホール素子14cを利用するように構成すれば、同じ出力特性のホール素子を用いても、各ホール素子の回路部における増幅率等の若干の調整で、図10に示すように被測定電流範囲の拡大した精度の良い電流センサを構築することが可能となる。Up to this point, an example in which one Hall element is installed as the magnetoelectric conversion element in the vicinity of the center of the gap portion has been described, but an example in which two Hall elements are further installed will be described.
8 is a cross-sectional view (a partial cross-sectional view of the magnetic core 1) showing a BB ′ cross-section (YZ plane) in FIG. Similar to the AA ′ cross section shown in FIG. 3, the inner end 4c is processed into a convex shape having a flat portion 7c toward the outer end 5c, and the outer end 5c is constituted only by a flat portion. Since the height of the convex shape is different, the
なお、本実施の形態1では、内側端部のみの形状を可変した例を示したが、これに限るものではなく、外側端部のみの形状を可変しても良く、あるいは所望の磁束の大きさにより、内側端部と外側端部の両方の形状を可変しても良い。
また、本実施の形態1では、磁性体2の端部において、長手方向となるx方向に直角に凸部、あるいは凹部を形成したが、これに限るものではなく、z方向に直角に凸部、あるいは凹部を形成しても良い。In the first embodiment, an example in which the shape of only the inner end portion is varied has been described. However, the present invention is not limited to this, and the shape of only the outer end portion may be varied, or a desired magnetic flux size may be changed. Accordingly, the shapes of both the inner end portion and the outer end portion may be varied.
Further, in the first embodiment, at the end of the magnetic body 2, a convex portion or a concave portion is formed at right angles to the longitudinal x direction, but this is not restrictive, and the convex portion is perpendicular to the z direction. Alternatively, a recess may be formed.
以上のように、本実施の形態1によれば、1枚の磁性材である板材を略環状に屈曲し、磁性材の端部間にギャップ部を形成する磁気コア構成のため、磁気コアの加工が容易であり、小型化の効果もある。 As described above, according to the first embodiment, the magnetic core is configured such that one magnetic material plate is bent into a substantially annular shape and a gap is formed between the ends of the magnetic material. Processing is easy and there is an effect of miniaturization.
また、この発明の磁気コアによると、1枚の磁性材である板材の元の寸法を変えることなく、少なくとも一つの磁性材の端部の形状を凸状、あるいは凹状、あるいは少なくとも一つの平坦部を有する凸状、あるいは少なくとも一つの平坦部を有する凹状に加工することで、磁電変換素子を設置するギャップ部の磁束の大きさを容易に可変でき、つまりは被測定電流範囲を調整できるため、複数の仕様に対して元の磁性材を共通化でき、複数の寸法の磁性材を所持する必要がなくなり、低コスト化の効果もある。 In addition, according to the magnetic core of the present invention, the shape of the end of at least one magnetic material is convex, concave, or at least one flat portion without changing the original dimensions of the plate material that is one magnetic material. By processing into a convex shape having or a concave shape having at least one flat portion, the magnitude of the magnetic flux in the gap portion where the magnetoelectric conversion element is installed can be easily varied, that is, the current range to be measured can be adjusted. The original magnetic material can be used in common for a plurality of specifications, and it is not necessary to have a magnetic material having a plurality of dimensions, which has the effect of reducing costs.
また、この発明の磁気コアによると、1枚の磁性材である板材の元の形状は長方形であるため、母材となる板材からの材料取りで不用となる部分が生じず、廃棄ロスを低減できるため、環境に配慮した設計であると共に、低コスト化の効果もある。 In addition, according to the magnetic core of the present invention, since the original shape of the plate material, which is a single magnetic material, is a rectangle, there is no unnecessary part in removing material from the base material plate, reducing waste loss. As a result, the design is environmentally friendly and has the effect of reducing costs.
さらにまた、ギャップ部内に異なる磁束の大きさを示す箇所が存在する構造のため、磁気コアのギャップ部に複数の磁電変換素子を設置することで、小型で、かつ測定レンジを精度良く拡大できる効果がある。 Furthermore, because there is a structure where there are different magnetic flux sizes in the gap, the installation of multiple magnetoelectric transducers in the gap of the magnetic core makes it possible to reduce the size and increase the measurement range with high accuracy. There is.
実施の形態2.
図11は、この発明の実施の形態2による電流センサの斜視図である。図において、電流センサ16は、磁気コア1と、ホール素子14、センサ回路部17、外部端子18を有するセンサ基板19と、導体10により構成される。
実施の形態2は、実施の形態1に示した磁気コア1に、新たにホール素子14、センサ回路部17、外部端子18を有するセンサ基板19と、導体10を付加した構成であり、導体10に流れる被測定電流の大きさを、被測定電流の大きさに応じた電気的な信号として出力するようにしたものである。なお、磁気コア1についての説明は重複するため省略する。Embodiment 2. FIG.
FIG. 11 is a perspective view of a current sensor according to Embodiment 2 of the present invention. In the figure, the
The second embodiment has a configuration in which a sensor substrate 19 having a
実施の形態2における電流センサ16の全体構成について説明する。
実施の形態2では、磁気コア1は実施の形態1の図1に示したような、内側端部4が外側端部5に向かって凸型の形状を有する構造とし、外側端部5を有する磁気コア1のギャップ部3側となる一面上に、磁性材幅と略一致した形状のセンサ基板19を設置する。センサ基板19の設置方法は特に図示しないが、接着剤や樹脂モールド化、あるいは磁気コア1へのねじ止め等により行うものとし、ここでは接着剤を介して貼付した例を示した。
センサ基板19には、磁電変換素子としての1つのホール素子14とセンサ回路部17を配置し、中空部6を貫通して設置した導体10に流れる被測定電流の大きさを、所定の電気的信号として、外部端子18を介して出力する。ホール素子14は、センサ基板19に、機械的な設置だけでなく、センサ回路部17と電気的に接続されるように、電気的にも接続される。ホール素子14のセンサ基板19上の設置位置は、Z方向においては内側端部4の凸型の形状に対向する位置とし、X方向およびY方向においては、ホール素子14に付与したい磁束の大きさ、つまりは被測定電流の大きさに応じて決定する。特にY方向においては、その決定された位置に応じて、センサ基板19の厚みを可変する等により設置位置を調整する。ここでは1つのホール素子14を設置する例を示すが、実施の形態1の変形例にて説明したように、2つ、あるいはさらに複数のホール素子を設置しても構わない。また、ホール素子を内蔵し処理回路等を一体化したホールICを用いてもよい。
センサ回路部17は、ホール素子14に一定の電圧、あるいは一定の電流を供給するとともに、与えた磁束の大きさに応じて発生するホール電圧に適度な増幅等の処理を施して出力する。電流センサ16と外部の入出力端を電気的に接続するためには、外部端子18を利用する。
被測定電流の流れる導体10は、中空部6を貫通して設置する。ここでは中空部6を通過する導体10を1本とした例を示したが、磁気コア1に与える磁束を大きくするために、磁気コア1を構成する磁性材に複数回、導体10を巻回した構成としてもよい。The overall configuration of the
In the second embodiment, the
On the sensor substrate 19, one
The
The
次に、電流センサ16の動作について説明する。
導体10に被測定電流が流れると右ねじの法則に従い磁束が生じ、このとき発生する磁束の大きさは、被測定電流に応じた大きさとなる。磁束は、磁気コア1を構成する、高い透磁率を有する磁性材内を安定して流れ、ギャップ部3に設置したホール素子14を通過する。ホール素子14は、磁束の大きさに応じて、ホール効果によりホール電圧が発生し、接続されたセンサ回路部17を介し、外部端子18を通じて、発生した磁束の大きさ、つまりは被測定電流の大きさに応じた電気的な信号を外部へ出力する。このようにして導体10に流れる被測定電流が計測される。
なお本実施の形態では、発生した磁束の大きさ、つまりは被測定電流の大きさに応じた電気的な信号を、そのまま外部へ出力する磁気比例型の構成としたが、磁気コア1に補償導電線を巻回し、ホール素子14で発生したホール電圧に基づいて補償導電線に、磁性材内を流れる磁束を打ち消すように電流を供給する磁気平衡型の構成としてもよい。Next, the operation of the
When a current to be measured flows through the
In the present embodiment, the
以上のように、本実施の形態2によれば、ホール素子とセンサ回路部、および外部端子を有するセンサ基板を、ギャップ部3を含む磁気コア上に配置したため、実施の形態1に示した磁気コアの外形寸法を拡大することなく電流センサ1を構築でき、小型化の効果がある。 As described above, according to the second embodiment, since the sensor substrate having the Hall element, the sensor circuit unit, and the external terminal is arranged on the magnetic core including the
1 磁気コア、2 磁性材、3 ギャップ部、4 内側端部、5 外側端部、6 中空部、7 平坦部、8 屈折部、9 磁気回路、10 導体、11 磁電変換素子、12 磁束の流れ、13 磁束線、14 ホール素子、15 各端部間隔、16 電流センサ、17 センサ回路部、18 外部端子、19 センサ基板DESCRIPTION OF
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