JP2010266209A - 電流センサ - Google Patents

Abstract

【課題】外部磁界による影響が小さい小形で高精度の電流センサを提供する。
【解決手段】被検出電流の流れる導体線２に発生する磁束Ｂ１を集束する磁気コア１と、磁気コア１の空隙部６に配置された磁気センサ素子３と、外部磁界４から発生する磁束Ｂ２が磁気コア１に侵入を防ぐ磁気遮蔽用コア５を備える。磁気遮蔽用コア５を断面多角形の筒状とし、かつ磁気遮蔽用コア５の内側の角１０に向けて、磁気コア１の空隙部６を配置する。
【選択図】図１

Description

本発明は、電流検出用センサの構成に関し、特に、磁気遮断コアを備えた電流センサに関する。

従来、磁気コアの一部分に空隙部を設け、その空隙部に磁気センサ素子を配置し、磁気コアに巻いた導体線に流れる電流を検出するセンサが開示されている（例えば、特許文献１参照）。

図６は、従来の電流センサの断面図である。
図において、１は磁気コアで、磁気コア１の内部を貫通する導体線２に電流が流れると、磁気コア１に磁束Ｂ１が収束し、磁気コア１の空隙部６に配置した磁気センサ素子３を磁束が貫く。磁気センサ素子３よりこの磁束を電気信号へ変換し出力する。その電気信号を測定すれば、電流を検出することができる。

また、５は、磁気遮蔽用コアである。電流センサで使用する磁気コアは高透磁率な磁性体であり空気の透磁率よりも大きいため、周囲の磁界を磁気コアが外乱として集束し、磁気センサ素子が正確な電流を検出することができない問題があり、従来技術では、この問題を解決するために、図６に示すように磁気コア１の全体を磁気遮蔽用コア５で囲んだ構成にしている。

４は外部導体、Ｂ２はこの外部導体４に流れる電流による磁束である。磁気遮蔽用コア５の利点は、外部導体等による磁束が磁気ノイズとして磁気コア１への侵入するのを防ぎ、空隙部６に配置した磁気センサ素子３は磁気ノイズの影響を受けることなく、被検出電流により発生した磁束Ｂ１のみ検出することができることである。

特開２００７−１１３９６５号公報

しかしながら、従来の電流センサ１００は、導体線２に電流が流れたときに発生する磁束Ｂ１を集束する磁気コア１の空隙部６から磁気遮蔽用コア５へ漏れ磁束Ｂ３が発生し、空隙部６に配置した磁気センサ素子３を貫く磁束が減少するため、磁気センサ素子３の出力が小さくなる。つまり、導体線２に流れる被検出電流値より低い電流検出結果となり、漏れ磁束分の誤差が検出値に現れる問題がある。

また、図７は、従来の電流センサにおいて、磁気コア１の空隙部６から磁気遮断コア５までの空間距離７を大きくした場合の構成を示す断面図である。
空間距離７を大きくすることで漏れ磁束Ｂ３の影響を減少させることが可能であるが、磁気遮蔽用コア５の形状が大きくなってしまい小形化は困難となる。

そこで、本発明は、このような問題点に鑑みてなされたものであり、磁気コアの空隙部から磁気遮蔽用コアへの漏れ磁束を抑制できる、小形で高精度の電流センサを提供することを目的とする。

上記問題を解決するため、本発明は、次のように構成したのである。
請求項１に記載の発明は、被検出電流の流れる導体線と、前記導体線を囲み前記導体線の周りに発生する磁束を集束する筒状の磁気コアと、前記筒状の磁気コアの筒状方向にスリット状の空隙部が形成され該空隙部に配置された磁気センサ素子と、前記磁気コアを囲むように配置され外部磁界による磁束が前記磁気コアに侵入することを防ぐ磁気遮蔽用コアとを備えた電流センサにおいて、前記磁気遮蔽用コアを断面多角形の筒状とし、前記磁気遮蔽用コアの内側の角に向けて磁気コアの空隙部を配置したことを特徴としている。
また、請求項２に記載の発明は、前記磁気コアは、断面正方形の筒状を成し、前記空隙部が前記断面正方形の磁気コアの任意の一辺の中央部に形成され、前記磁気遮蔽用コアは、断面正方形の筒状を成すことを特徴としている。
また、請求項３に記載の発明は、前記正多角形磁気遮蔽用コアの角数以下の複数個の磁気コアを前記磁気遮蔽コアの内部に配置したことを特徴としている。
また、請求項４に記載の発明は、前記断面多角形の筒状の磁気遮蔽用コアに代えて、磁気遮蔽用コアを円筒形状としたことを特徴としている。
また、請求項５に記載の発明は、前記磁気コアは、断面正方形又は長方形の筒状を成し、前記空隙部が前記断面正方形の磁気コアの任意の一辺の中央部又は断面長方形の磁気コアの任意の長辺の一辺の中央部に形成され、前記空隙部を前記磁気遮蔽用コアの内側に対向して配置したことを特徴としている。
また、請求項６に記載の発明は、前記磁気コアと前記磁気遮蔽用コア間の空間を利用して、前記導体線が前記磁気コアを複数回貫通するように前記導体線を前記磁気コアに巻いたことを特徴としている。

請求項１に記載の発明によると、磁気遮蔽用コアを正多角形とし、かつ磁気遮蔽用コアの内側の角に向けて磁気コアの空隙部を配置したので、磁気遮蔽用コアの形状を大きくすること無く磁気遮蔽用コアと磁気コアの空隙部との間に空間ができ、空隙部から磁気遮蔽用コアへの漏れ磁束を抑制できるとともに被検出電流による磁束が磁気遮断コアに漏れるのを防止できる。したがって、外部磁界による影響の小さい、小形で高精度の電流センサが実現できる。

本発明による電流センサの実施例１の形態を示す断面図である。 本発明による電流センサの実施例２の形態を示す断面図である。 本発明による電流センサの実施例３の形態を示す断面図である。 本発明による電流センサの実施例４の形態を示す断面図である。 本発明による電流センサの実施例５の形態を示す断面図である。 従来の電流センサの断面図である。 従来の電流センサにおいて、空間距離を大きくした場合の構成を示す断面図である。

以下、本発明の実施の形態について図１を参照して説明する。

図１は、本発明による電流センサの実施例１の形態を示す断面図である。
図において、２００は電流センサで、電流センサ２００は、被検出電流が流れる導体線２と、導体線２の周囲を囲むように配置された１つの磁気コア１と、磁気コア１の一部が筒状方向（紙面前後方向）に開放され、このスリット状の空隙部６に配置された磁気センサ素子３と、磁気コア１の周囲を囲むように配置されている磁気遮蔽用コア５で構成されている。

また、本実施例では磁気遮蔽用コアおよび磁気コアを断面正方形の筒型とし、磁気コア１の空隙部６を、磁気遮蔽用コア５の内側の角１０に向けて配置した。

図１は、導体線２に紙面奥から手前に向かって電流が流れている場合を示しており、この、導体線２に流れる電流によって、Ｂ１で示すような反時計回りに磁束が発生する。磁気センサ素子３は、磁束Ｂ１を電気信号に変換して出力する素子であり、たとえば、ホール素子や、磁気抵抗素子を用いることができる。磁気センサ素子３によって、この磁束Ｂ１を検出することによって導体線２に流れる電流を検出している。

Ｂ２は、外部導体４に流れる電流によって発生した外部磁界による磁束で、電流センサに対する外乱の一例を示したものである。電流が紙面後から手前に向かって流れる場合、図に示したように反時計回りに磁束が発生する。磁気遮蔽用コア５は、外部磁界の磁束Ｂ２を磁気コア１へ集束させないために磁気コア１を囲むように配置される。また、磁気遮蔽用コア５の高さ（紙面と垂直方向の長さ）は外部磁界の磁束Ｂ２を磁気コア１へ侵入させないように磁気コア１の高さ以上に設定することが望ましい。

また、Ｂ３は、空隙部６からの漏れ磁束である。本実施例では、空隙部６から磁気遮蔽用コア５の内側の角１０までの空間距離８を充分確保できるので、空隙部からの漏れ磁束が磁気遮断コア５に進入するのを抑制できる。

本発明が従来技術と異なる部分は、磁気遮蔽用コア５の内側の角１０に向かって磁気コア１の空隙部６を配置した点である。

このように、本実施例では、磁気遮蔽用コアおよび磁気コアを断面正方形の筒型とし、磁気コアの空隙部を、磁気遮蔽用コアの内側の角に向けて配置したので、外形寸法をあまり大きくすること無く磁気コアの空隙部と磁気遮蔽用コアの距離８が確保でき、空隙部から磁気遮蔽用コアへの漏れ磁束を抑制できる。したがって、外部磁界の影響の小さい、小形で高精度の電流センサが実現できる。

また、図１に示すように磁気遮蔽用コア５の内側の辺と磁気コア１の４つの角との間に隙間９を設定し、磁気遮蔽用コアと磁気コアとの磁気結合を防止している。また、隙間９の部分に非磁性の接着剤を用いれば、磁気コアを磁気遮蔽用コアに固定できる。

図２は、本発明による電流センサの実施例２の形態を示す断面図である。
図において、１１は円筒状の磁気遮断コアである。
本実施例における電流センサ２１０が、実施例１と異なる点は、実施例１の正方形の磁気遮蔽用コア５を円形の磁気遮蔽用コア１１に変更した点である。
本実施例の電流センサ２１０の面積と図７に示す従来技術の電流センサ１００面積比を比較した場合、Ｘ≦４．９１Ｗの関係であれば、空間距離に対する電流センサの面積を小さく出来、従来の電流センサに比べて、小型化が可能である。

このように、本実施例では、磁気遮蔽用コアを円形としたので、磁気遮断コアの厚みＷを大きくしても、電流センサへの大きさへの影響を抑えることができるので、ノイズに強い小形の電流センサが実現できる。

図３は、本発明による電流センサの実施例３の形態を示す断面図である。
図において１３ａ〜１３ｄは、本実施例における電流センサ２２０の磁気コア１と磁気遮蔽用コア５間の空間である。電流センサ２２０の磁気コア１の空隙部６は、磁気遮蔽用コア５の角１０に向けて配置されている。

そこで、本実施例では、空隙部６が向いている内側の角１０のある空間１３ｄ以外の３つの角の空間１３ａ〜１３ｃを利用し、空隙部６のある辺以外の３つの辺にそれぞれ導体線２を１回巻ずつ巻きつけている。すなわち、紙面手前から後側に向けて磁気コアに導体線２を通し、空間１３ａを通して手前に引き出す。この作業を１３ｂ、１３ｃに対しても同様に行い、最終的に紙面後側から導体線が引き出されるように３つの辺に巻きつける。この結果、磁気コア内を４回通り、空間１３ａ〜１３ｃをそれぞれ１回ずつ貫通した巻線状態の電流センサができる。

本実施例では、空隙部６のある辺以外の辺である３つの辺にそれぞれ１回巻きつけている例を示したが、巻きつけの回数、巻きつける辺の数については、本実施例に限定されない。

電流センサは、磁気センサ素子の出力を上げるために導体線を磁気コアに巻いて磁束密度を大きくすることがある。この場合、その導体線を磁気コアに巻きつける際に磁気コアの外側に導体線を巻くスペースが必要となり、磁気遮蔽用コアの外形の変更や磁気コアの配置を変えたりする必要があるが、本実施例では、図３に示すように実施例３の構成であれば空間１３ａ〜１３ｃのスペースを利用することで簡単に導体線２を磁気コア１へ巻くことができ、磁気遮蔽用コア５の外形の変更や磁気コア１の配置を変えずに磁気センサ素子３の出力を上げることが可能である。

図４は本発明による電流センサの実施例４の形態を示す断面図である。
図において、１は第１の磁気コア、１４は第２の磁気コア、２０は磁気遮断コアである。
本実施例における電流センサ２３０が実施例１と異なる点は、一つの磁気遮蔽用コア内に、空隙部に磁気センサ素子６を配置した第１の磁気コア１と磁気センサ素子１６を配置した第２の磁気コア１４の２つの磁気コアを配置した点である。
別々の導体線２および１５を流れる被検出電流による磁束Ｂ１および磁束Ｂ４を検出する際に実施例１の電流センサ２００を２つ並べると、磁気遮蔽用コア５の一部分が重なり合うが、この重なり合う部分については磁気遮蔽に不要な部分であり、これを取り除くことが出来る。

このように本実施例では、２本の導体線に対してそれぞれの導体線に流れる電流を検出する場合に、実施例１の電流センサ２００を２つ並べる代わりに、一つの磁気遮蔽用コア２０で第１の磁気コア１と第２磁気コア１４を囲む。これによって、磁気遮蔽用コアの重なり合う部分を削除することができるため電流センサの小形化ができる。但し、第１の磁気コア１と第２磁気コア１４との間の空間２１は磁気結合が発生しない程度に適切に設定する。

また、磁気遮蔽用コア２０に格納できる磁気コアは磁気遮蔽用コア２０の内側の角の数まで可能である。本実施例では、磁気遮蔽用コア２０の内側の角１０の両辺に磁気コア１の空隙部６の辺の両方の角３１および３２が接する、もしくは、隙間９が同等になるように構成している。

図５は、本発明による電流センサの実施例５の形態を示す断面図である。
図において１は第１の磁気コア、１４は第２の磁気コア、２２は第３の磁気コア、２７は磁気遮断コアである。
本実施例における電流センサ２４０が第４実施例と異なる点は、磁気遮蔽用コア２２を三角形状の筒型として、磁気遮蔽用コア内に第１の磁気コア１、第２磁気コア１４および第３の磁気コアの３つの磁気コアを配置した点で、３つの磁気コア空隙部は三角形状の磁気遮蔽用コアの頂点に対向するように配置している。

このように、本実施例では、磁気遮蔽用コアを三角形状の筒型として、磁気遮蔽用コア内に３つの磁気コアを配置し、３つの磁気コア空隙部６、１９、２５が三角形状の磁気遮蔽用コアの頂点１０に対向するように配置したので、３本の導体線２、１５、２３に流れる３相の電流を検出できる小形の磁気センサ２４０が実現できる。

１ 磁気コア（第１の磁気コア）
１４ 磁気コア（第２の磁気コア）
２２ 磁気コア（第３の磁気コア）
２、１５、２３ 導体線
３、１６、２４ 磁気センサ素子
４ 外部導体
５、１１、２０、２７ 磁気遮蔽用コア
６、１９、２５ 空隙部
７、８ 空間距離
９ 隙間
１０、３１、３２ 角
１３ａ〜１３ｄ、２１ 空間
１００ 従来の電流センサ
２００ 本発明の実施例１の電流センサ
２１０ 本発明の実施例２の電流センサ
２２０ 本発明の実施例３の電流センサ
２３０ 本発明の実施例４の電流センサ
２４０ 本発明の実施例５の電流センサ
Ｂ１、Ｂ２、Ｂ４、Ｂ７ 磁束
Ｂ３ 漏れ磁束
Ｗ 厚み
Ｘ 辺の長さ

Claims (6)

1. 被検出電流の流れる導体線と、前記導体線を囲み前記導体線の周りに発生する磁束を集束する筒状の磁気コアと、前記筒状の磁気コアの筒状方向にスリット状の空隙部が形成され該空隙部に配置された磁気センサ素子と、前記磁気コアを囲むように配置され外部磁界による磁束が前記磁気コアに侵入することを防ぐ磁気遮蔽用コアとを備えた電流センサにおいて、
   前記磁気遮蔽用コアを断面多角形の筒状とし、前記磁気遮蔽用コアの内側の角に向けて磁気コアの空隙部を配置したことを特徴とする電流センサ。
2. 前記磁気コアは、断面正方形の筒状を成し、前記空隙部が前記磁気コアの任意の一辺の中央部に形成され、前記磁気遮蔽用コアは、断面正方形の筒状を成すことを特徴とする請求項１記載の電流センサ。
3. 前記正多角形磁気遮蔽用コアの角数以下の複数個の磁気コアを前記磁気遮蔽コアの内部に配置したことを特徴とする請求項１記載の電流センサ。
4. 前記断面多角形の筒状の磁気遮蔽用コアに代えて、磁気遮蔽用コアを円筒形状としたことを特徴とする請求項１記載の電流センサ。
5. 前記磁気コアは、断面正方形又は長方形の筒状を成し、前記空隙部が前記断面正方形の磁気コアの任意の一辺の中央部又は断面長方形の磁気コアの任意の長辺の一辺の中央部に形成され、前記空隙部を前記磁気遮蔽用コアの内側に対向して配置したことを特徴とする請求項４記載の電流センサ。
6. 前記磁気コアと前記磁気遮蔽用コア間の空間を利用して、前記導体線が前記磁気コアを複数回貫通するように前記導体線を前記磁気コアに巻いたことを特徴とする請求項１記載の電流センサ。

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