JP2010249605A

JP2010249605A - 貫通型電流センサ

Info

Publication number: JP2010249605A
Application number: JP2009098132A
Authority: JP
Inventors: Kimihiko Yamagishi; 君彦山岸; Hideo Watanabe; 英雄渡辺
Original assignee: Hioki EE Corp
Current assignee: Hioki EE Corp
Priority date: 2009-04-14
Filing date: 2009-04-14
Publication date: 2010-11-04
Anticipated expiration: 2029-04-14
Also published as: JP5313024B2

Abstract

【課題】貫通型電流センサに組み込まれる磁性材を透磁率が高く粘り強い部材で形成することにより、センサ性能の大幅な改善と、コスト低減に有効に寄与させることができる貫通型電流センサの提供。
【解決手段】円環形状を呈するフラックスゲートセンサ素子１２と、該フラックスゲートセンサ素子１２を二枚重ねで収容する小径パーマロイケース２２と、該小径パーマロイケース２２の開口部２７を塞ぐようにして積層配置される複数枚の一側パーマロイ薄片４２と、フラックスゲートセンサ素子１２を収容した小径パーマロイケース２２を一側パーマロイ薄片４２ともども覆う大径パーマロイケース３２と、該大径パーマロイケース３２の開口部と小径パーマロイケース３２の底壁部２３との間に積層配置される複数枚の他側パーマロイ薄片４３とを少なくとも具備させて貫通型電流センサ１１を形成した。
【選択図】図１

Description

本発明は、フラックスゲートセンサ素子を用いた貫通型電流センサに関する技術である。

図３は、下記特許文献１に開示されている本出願人の提案に係る貫通型電流センサの分解斜視図であり、図４は、図３に示す例の組立て後の断面構造を拡大して示す要部説明図である。

特開２００６−３００９１５号公報

これらの図によれば、貫通型電流センサ１は、２枚のフラックスゲートセンサ素子２と、これらフラックスゲートセンサ素子２を２枚重ねで収納するフェライトコア３と、該フェライトコア３の外表面３ａに巻回される図示しない帰還巻線とを少なくとも備えて形成されている。

このうち、フェライトコア３は、それぞれが円環状を呈して相互の対面合致が可能に二分割された一側コア部４と他側コア部５とで構成されている。

また、一側コア部４と他側コア部５とは、収納された各フラックスゲートセンサ素子２が備えるリード線２ａを外部に引き出すための導出溝４ａ，５ａを備えている。

しかも、フェライトコア３の外表面３ａに巻回される図示しない帰還巻線は、その外側に銅箔テープなどの導体テープを巻き付けることで静電シールドされている。

このため、図３に示す貫通型電流センサ１によれば、磁気検出手段としてのフラックスゲートセンサ素子２を全周対称構造のもとで配置することができるので、被測定導体の位置の影響や外部磁界の影響を極く小さなものとすることができる。

しかし、図３に示す貫通型電流センサ１におけるフェライトコア３は、その焼結条件により磁気特性が安定せず、センサ性能の周波数特性にばらつきが生じやすいという問題があった。

また、フェライトコア３は、脆いために使用時などに落としたりして衝撃を与えるとひび割れしやすく、その際に入ったひびがもたらす磁気抵抗が被測定導体の位置如何により悪影響を及ぼしてセンサの性能特性を低下させてしまう不都合もあった。

しかも、上記したひび割れを防止する上からは、磁性テープを巻き付けることも有効ではあるものの、磁性テープ自体が高価であるほか、その巻き付け作業が煩雑になり全体コストを押し上げる不具合があった。

本発明は、従来技術の上記課題に鑑み、貫通型電流センサに組み込まれる磁性材を透磁率が高く粘り強い部材で形成することにより、センサ性能の大幅な改善と、コスト低減に有効に寄与させることができる貫通型電流センサを提供することにある。

本発明は、上記目的を達成すべくなされたものであり、円環形状を呈するフラックスゲートセンサ素子と、該フラックスゲートセンサ素子を二枚重ねで収容する小径パーマロイケースと、該小径パーマロイケースの開口部を塞ぐようにして積層配置される複数枚の一側パーマロイ薄片と、前記フラックスゲートセンサ素子を収容した前記小径パーマロイケースを前記一側パーマロイ薄片ともども覆う大径パーマロイケースと、該大径パーマロイケースの開口部と前記小径パーマロイケースの底壁部との間に積層配置される複数枚の他側パーマロイ薄片とを少なくとも具備させたことを最も主要な特徴とする。

この場合、前記小径パーマロイケースと前記大径パーマロイケースとは、二枚重ねで収容された前記フラックスゲートセンサ素子１２から引き出された各リード線を導出するためのスリットを、それぞれの外周壁部側の対面位置に設けておくのが好ましい。

本発明によれば、小径パーマロイケースと大径パーマロイケースとは、いずれも透磁率が高く、かつ、割れないために、磁気抵抗による悪影響をなくすなどして磁気特性を安定化させて、センサとしての諸特性を大幅に改善することができる。

また、小径パーマロイケースと大径パーマロイケースとは、比較的厚く形成し、一側パーマロイ薄片と他側パーマロイ薄片とは、薄く形成されているものを用いているので、これらの組み合わせ構造とすることで、広い周波数帯域で使用することができる。

さらに、小径パーマロイケースと大径パーマロイケースとのそれぞれのスリットを被測定導体の位置とは反対側に位置する外側に設けてある場合には、センサ性能を悪化させることなく電流を測定することができる。

しかも、小径パーマロイケースと大径パーマロイケースとは、フェライト材を用いる場合とは異なり、金型を製作しておくことで安価に形成することもできるほか、より広い温度範囲で諸特性を安定化させておくことができるので、適応温度範囲の広い製品としてを提供することができる。

本発明の一例を分解して示す斜視図。図１に示す例の組立て後の端面構造を模式的に示す要部拡大図。従来からある貫通型電流センサの一例を示す分解斜視図図３に示す例の組立て後の断面構造を拡大して示す要部説明図。

円環状の貫通型電流センサ１１は、図１および図２に示されているように、フラックスゲートセンサ素子１２と、該フラックスゲートセンサ素子１２を二枚重ねで収容するコア材としての小径パーマロイケース２２と、該小径パーマロイケース２２の開口部２７を覆うようにして積層配置される複数枚の一側パーマロイ薄片４２と、該一側パーマロイ薄片４２が積層配置されている開口部２７側から小径パーマロイケース２２を覆うコア材としての大径パーマロイケース３２と、該大径パーマロイケース３２の開口部３３と小径パーマロイケース２２の底壁部２３との間に積層配置される複数枚の他側パーマロイ薄片４３とを少なくとも備えて形成されている。

これらのうち、円環形状を呈するフラックスゲートセンサ素子１２としては、上記特許文献１に開示した構造を備える図３に示すフラックスゲートセンサ素子２を含む適宜の構造を備えたものを所望に応じて採用することができる。

また、小径パーマロイケース２２は、円環状の底壁部２３と、該底壁部２３の外周縁２３ａに沿わせて立設された外周壁部２４と、底壁部２３の内周縁２３ｂに沿わせて立設された内周壁部２５とで形成されている。

しかも、底壁部２３と外周壁部２４と内周壁部２５とで断面略コ字形に囲まれた内部空間２６は、その開口部２７側からフラックスゲートセンサ素子１２を二枚重ねで円滑に収容することができる容積が付与されて形成されている。

さらに、小径パーマロイケース２２は、底壁部２３の外周縁２３ａ近傍位置から外周壁部２４の開放縁２４ａへと至る一条のスリット２８を備えており、該スリット２８を介して各フラックスゲートセンサ素子１２から引き出されたリード線１２ａを外方へと導出することができるようになっている。

また、一側パーマロイ薄片４２と他側パーマロイ薄片４３とは、その一枚一枚が小径パーマロイケース２２の開口部２７を塞ぐに足る横幅を備え、かつ、厚さが例えば０．１ｍｍ程度の円環状に形成されており、これを所望に応じた数だけ積層させることで配置されることになる。

この場合、各一側パーマロイ薄片４２と各他側パーマロイ薄片４３とは、いずれもその積層配置時に相互を接着して一体化させることをせず、一枚一枚がばらばらな状態のもとで単に積み重ねて配置されている。

一方、大径パーマロイケース３２は、円環状の底壁部３３と、該底壁部３３の外周縁３３ａに沿わせて立設された外周壁部３４と、底壁部３３の内周縁３３ｂに沿わせて立設された内周壁部３５とで形成されている。

しかも、底壁部３３と外周壁部３４と内周壁部３５とで断面略コ字形に囲まれた内部空間３６は、積層配置された複数枚の一側パーマロイ薄片４２と、フラックスゲートセンサ素子１２を二枚重ねで収容してある小径パーマロイケース２２と、積層配置された複数枚の他側パーマロイ薄片４３との全体を、開口部３７側から被せるようにして収容することができる容積が付与されて形成されている。

また、大径パーマロイケース３２は、底壁部３３の外周縁３３ａ近傍位置から外周壁部３４の開放縁３４ａへと至る一条のスリット３８を小径パーマロイケース２２のスリット２８と対面する位置に備えているので、スリット２８を介して導出された各フラックスゲートセンサ素子１２のリード線１２ａをスリット３８を介してさらに外部へと導出することができるようになっている。

そして、貫通型電流センサ１１は、大径パーマロイケース３２の開口部３７を含む周面３７に図示しない絶縁テープを巻き付け、さらに帰還巻線を巻回し、さらにその上に銅箔テープなどの導体テープを巻き付けて静電シールドされた状態のもとで、その全体が形成されることになる。

次に、上記構成からなる本発明の作用・効果を説明すれば、貫通型電流センサ１１を構成する小径パーマロイケース２２と大径パーマロイケース３２とは、フェライト材により形成されているものとは異なり、いずれも透磁率が高く、かつ、割れないために、磁気抵抗による悪影響をなくすなどして磁気特性を安定化させて、センサとしての諸特性を大幅に改善することができる。

また、材料として用いられるパーマロイは、一般に厚さが厚くなればなるほど周波数特性が悪くなり、薄ければ薄いほど周波数特性が良くなるとされている。

本発明においては、このことを前提に小径パーマロイケース２２と大径パーマロイケース３２とを例えば１ｍｍ前後の厚さを付与して形成し、一側パーマロイ薄片４２と他側パーマロイ薄片４３とを例えば０．１ｍｍ程度の薄さで形成されているものを用いており、これらの組み合わせ構造とすることで、広い周波数帯域で使用することができることになる。つまり、小径パーマロイケース２２と大径パーマロイケース３２とは、その厚さを比較的厚くして形成されているので、強度に優れているほか、外部磁界から受ける影響との関係で優れたものとすることができ、一側パーマロイ薄片４２と他側パーマロイ薄片４３とは、その厚さが薄いことから、高い周波数でも漏れ磁束を抑えることができ、総合的にみて広い周波数帯域でも使用することができることになる。

しかも、通常、コア材にスリットを設ける場合には、該スリットが磁気抵抗となって被測定導体の位置如何による悪影響を受けることになる。しかし、本発明におけるコア材としての小径パーマロイケース２２と大径パーマロイケース３２とは、それぞれのスリット２８，スリット３８を被測定導体の位置とは反対側に位置する外側に設けてあるので、センサ性能を悪化させることなく電流を測定することができる。

さらに、小径パーマロイケース２２と大径パーマロイケース３２とは、フェライト材を用いる場合とは異なり、金型を製作しておくことで安価に形成することもできる。

また、小径パーマロイケース２２と大径パーマロイケース３２とは、フェライト材を用いて形成する場合に比較して、より広い温度範囲で諸特性を安定化させておくことができるので、例えば高温や低温に曝される自動車関連分によく適合させることができる適応温度範囲の広い貫通型電流センサ１１として好適に製品化することができる。

１１貫通型電流センサ
１２フラックスゲートセンサ素子
１２ａリード線
２２小径パーマロイケース
２３底壁部
２３ａ外周縁
２３ｂ内周縁
２４外周壁部
２４ａ開放縁
２５内周壁部
２６内部空間
２７開口部
２８スリット
３２大径パーマロイケース
３３底壁部
３３ａ外周縁
３３ｂ内周縁
３４外周壁部
３４ａ開放縁
３５内周壁部
３６内部空間
３７開口部
３８スリット
３９周面
４２一側パーマロイ薄片
４３他側パーマロイ薄片

Claims

円環形状を呈するフラックスゲートセンサ素子と、該フラックスゲートセンサ素子を二枚重ねで収容する小径パーマロイケースと、該小径パーマロイケースの開口部を塞ぐようにして積層配置される複数枚の一側パーマロイ薄片と、前記フラックスゲートセンサ素子を収容した前記小径パーマロイケースを前記一側パーマロイ薄片ともども覆う大径パーマロイケースと、該大径パーマロイケースの開口部と前記小径パーマロイケースの底壁部との間に積層配置される複数枚の他側パーマロイ薄片とを少なくとも具備させたことを特徴とする貫通型電流センサ。
前記小径パーマロイケースと前記大径パーマロイケースとは、二枚重ねで収容された前記フラックスゲートセンサ素子１２から引き出された各リード線を導出するためのスリットを、それぞれの外周壁部側の対面位置に設けた請求項１に記載の貫通型電流センサ。