JP2012042438A - 電流センサおよび電流センサの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】温度特性の向上を図ることができる電流センサおよび電流センサの製造方法を提供すること。
【解決手段】本発明の一態様は、磁性流体を収容した樹脂ケース１６を備える磁気コア１０を有する電流センサ１において、温度を測定する感温素子３４を有し、感温素子３４は、磁性流体に接触した状態で樹脂ケース１６に設けられていること、を特徴とする。
【選択図】 図２

Description

本発明は、磁性流体を用いた電流センサおよび電流センサの製造方法に関するものである。

ＨＶ（ハイブリッドカー）やＥＶ（電気自動車）のモータやバッテリにおいて充電時や放電時に流れる電流などの電流値を検出する電流センサが存在する。ここで、特許文献１には、モータやバッテリに出入りする電流を測定する際に用いられる電流センサにおいて、磁気コアとして磁性流体を用いた電流センサが開示されている。

特許第４３１０３７３号公報

しかしながら、特許文献１の電流センサでは、磁性流体の特性から、温度変化による出力電流値の誤差が大きくなってしまう。
そこで、感温素子をコアの近くにある基板上に搭載するなどコアに近接して配置させ、感温素子によりコアの周囲の温度を測定し、この感温素子の測定結果をもとに電流センサの出力電流値を補正することが考えられる。しかし、コアの周囲の温度を測定するため、磁性流体自体の温度を正確に測定できない。そのため、温度変化による電流センサの出力電流値の誤差を正確に補正することができず、電流センサの温度特性の向上を図ることができない。

そこで、本発明は上記した問題点を解決するためになされたものであり、温度特性の向上を図ることができる電流センサおよび電流センサの製造方法を提供すること、を課題とする。

上記課題を解決するためになされた本発明の一態様は、磁性流体を収容したケースを備えるコアを有する電流センサにおいて、温度を測定する温度測定素子を有し、前記温度測定素子は、前記磁性流体に接触した状態で前記ケースに設けられていること、を特徴とする。

この態様によれば、温度測定素子は磁性流体に接触した状態でケースに設けられているので、磁性流体自体の温度を測定できる。そのため、磁性流体の温度を正確に測定できる。したがって、測定された磁性流体の正確な温度をもとに出力電流値を調整することができるので、電流センサの温度特性の向上を図ることができる。

上記の態様においては、前記温度測定素子は、前記ケースに設けられた穴に配置されていること、が好ましい。

この態様によれば、温度測定素子を容易にケースに配置させることができる。

上記の態様においては、前記穴は、前記ケースの内部に前記磁気流体を注入するための注入穴であること、が好ましい。

この態様によれば、磁性流体を注入するための注入穴を利用して温度測定素子をケースに設けるので、注入穴を塞ぐための蓋体を別途用意して取り付ける必要がなくなる。そのため、注入穴を塞ぐための蓋体の部品代と取り付け工程とを削減でき、製造コストを低減することができる。

上記の態様においては、前記ケースは、複数のケース片を接合したものであり、前記複数のケース片のうちの１つに前記温度測定素子が一体成形されていること、が好ましい。

この態様によれば、ケースに温度測定素子を取り付ける工程を削減でき、製造コストの低減を図ることができる。

上記の態様においては、前記電流センサの出力は、前記温度測定素子の測定値をもとに補正されること、が好ましい。

この態様によれば、磁性流体の正確な温度をもとに電流センサの温度変化による出力電流値のばらつきを正確に補正でき、電流センサの温度特性の向上を図ることができる。

上記の態様においては、前記コアには、励磁コイルと検出コイルとが巻かれていること、が好ましい。

上記の態様においては、前記コアにはギャップが設けられており、前記ギャップにホール素子が配置されていること、が好ましい。

上記課題を解決するためになされた本発明の他の態様は、磁性流体を収容したケースを備えるコアを有する電流センサの製造方法において、温度を測定する温度測定素子を前記磁性流体に接触させた状態で前記ケースに設けること、を特徴とする。

この態様によれば、温度測定素子を磁性流体に接触した状態でケースに設けるので、磁性流体自体の温度を測定できる。そのため、磁性流体の温度を正確に測定できる。したがって、測定された磁性流体の正確な温度をもとに出力電流値を調整することができるので、電流センサの温度特性の向上を図ることができる。

本発明に係る電流センサおよび電流センサの製造方法によれば、温度特性の向上を図ることができる。

電流センサ１の基本構成を模式的に示した図である。 実施例１の磁気コアの断面図である。 図２のＡ−Ａ断面図である。 実施例２の磁気コアの断面図である。 評価結果を示す図である。 他の実施例の電流センサを示す図である。

以下、本発明を具体化した形態について、添付図面を参照しつつ詳細に説明する。
〔電流センサの全体構成に関する説明〕
図１は、電流センサ１の基本構成を模式的に示した図である。図１に示すように、電流センサ１は、磁気コア１０と検出コイル１２と励磁コイル１４などを有する。
磁気コア１０は、樹脂ケース１６、第１環状磁路１８、第２環状磁路２０、第１接続磁路２２、第２接続磁路２４などを備える。なお、図１においては、説明の便宜上、磁気コア１０は樹脂ケース１６を透過させて内部の各磁路が見えるように示している。また、後述する感温素子３４（図２、図４参照）は、説明の便宜上、図１においては省略している。

第１環状磁路１８、第２環状磁路２０、第１接続磁路２２、第２接続磁路２４は、磁気回路を構成するものであり磁性流体により形成されている。第１環状磁路１８、第２環状磁路２０は、環状に形成された磁路であり、本実施例では四角形に形成されているが、これに限定されず円形に形成されていてもよい。第１環状磁路１８と第２環状磁路２０とは、第１接続磁路２２と第２接続磁路２４とにより接続されている。

検出コイル１２は、磁気コア１０に発生する磁束を検出する手段であり、第１環状磁路１８と第２環状磁路２０とを一体的に巻き込むようにして、磁気コア１０の外周面の外側に巻かれている。
励磁コイル１４は、磁気コア１０を励磁する手段であり、第１接続磁路２２を巻き込むようにして、磁気コア１０の内部にて巻かれている。

このような電流センサ１は、以下のように不図示の被検出導線に流れる電流を計測する。励磁コイル１４に交番電流を流して磁気コア１０を励磁させたときに、図１に示した磁気回路の磁気が平衡状態にあれば、検出コイル１２に磁束が検出されない。そこで、被計測電流が流れる不図示の被検出導線を、第１環状磁路１８と第２環状磁路２０とを貫通させるようにして配置する。すると、図１に示した磁気回路に新たな磁束が生じるので、図１に示した磁気回路の磁気の平衡状態が崩れ、検出コイル１２と鎖交する磁束は、第１環状磁路１８と第２環状磁路２０とで大きさが異なりその和が零にならず、検出コイル１２に起電力が発生する。そして、電流センサ１は、この検出コイル１２に発生する起電力をもとに被検出導線を流れる電流値を計測する。

〔感温素子の配置に関する説明〕
次に、感温素子３４の配置について説明する。なお、感温素子３４は、本発明の「温度測定素子」の一例である。
本発明の磁気コア１０では、感温素子３４を磁性流体で形成される第１環状磁路１８、第２環状磁路２０に接触させるようにして樹脂ケース１６に設けている。

＜実施例１＞
まず、感温素子３４の配置に関する実施例１について説明する。
図２は実施例１における磁気コア１０の断面図であり、図３は図２のＡ−Ａ断面図である。実施例１では感温素子３４を樹脂ケース１６に接合している。図２と図３に示すように、磁気コア１０は、樹脂ケース１６、第１環状磁路１８、第２環状磁路２０、第１接続磁路２２、第２接続磁路２４、感温素子３４などを備える。なお、図２と図３では省略しているが、第１接続磁路２２の外周面の外側に、励磁コイル１４（図１参照）が巻かれている。

樹脂ケース１６は、断面が略Ｈ状をなす環状の容器本体３６と、この容器本体３６の上下の開放面を塞ぐ第１蓋体３８および第２蓋体４０とから形成されている。そして、容器本体３６と第１蓋体３８とで閉鎖される空間、および容器本体３６および第２蓋体４０で閉鎖される空間にて２つの環状流路を形成する。容器本体３６は、内周壁４２と外周壁４４とこの内外周壁の対向面をその高さの中間部で接続する形態の仕切中底４６と、この仕切中底４６において互いに１８０度離れて設けられた第１穴４８と第２穴５０とを備えている。

そして、前記の２つの環状流路に収容されている磁性流体によって、２つの磁路である第１環状磁路１８と第２環状磁路２０とが形成されている。また、この第１環状磁路１８と第２環状磁路２０を繋ぐ仕切中底４６の第１穴４８と第２穴５０に収容される磁性流体によって、第１接続磁路２２と第２接続磁路２４とが形成されている。

磁性流体は、例えば、強磁性微粒子を分散させたコロイド溶液である。
実施例１では、感温素子３４を樹脂ケース１６に設けられた注入穴５２に配置することにより磁性流体に接触させて、この感温素子３４により磁性流体の温度を測定する。そのため、感温素子３４により磁性流体の温度を正確に測定できる。なお、感温素子３４は、例えばサーミスタなどが考えられる。注入穴５２は、樹脂ケース１６の内部に磁性流体を注入するための穴である。

次に、図２と図３に示す磁気コア１０を有する電流センサ１の製造方法について説明する。
まず、容器本体３６の上下の開放面を塞ぐように第１蓋体３８と第２蓋体４０とを取り付けて樹脂ケース１６を形成する。なお、図２と図３には図示していないが、容器本体３６の第１穴４８の外側には、励磁コイル１４が設けられている。

次に、樹脂ケース１６の注入穴５２から樹脂ケース１６の内部に磁性流体を注入する。
次に、不図示の電子回路基板と接合され樹脂５４と一体化された感温素子３４を、樹脂ケース１６の注入穴５２に接着等で接合する。このようにして、図２に示すように、感温素子３４を磁性流体によって形成された第１環状磁路１８と第２環状磁路２０に接触させた状態で樹脂ケース１６に設けられた注入穴５２に配置する。これにより、磁気コア１０が形成される。また、注入穴５２は感温素子３４により塞ぐことができるので、注入穴５２を塞ぐための蓋体を別途用意して取り付ける必要がなくなり、注入穴５２を塞ぐための蓋体の部品代と取り付け工程とを削減でき、製造コストを低減することができる。

次に、磁気コア１０に検出コイル１２（図１参照）を巻き付ける。
このようにして、図１に示すような電流センサ１を製造する。

＜実施例２＞
次に、感温素子３４の配置に関する実施例２について説明する。以下の説明では、実施例１と同等の構成要素については、同一の符号を付して説明を省略し、異なった点を中心に述べる。
図４は、実施例２の磁気コア１０の断面図であり、実施例２では実施例１と異なり、感温素子３４を樹脂ケース１６の第１蓋体３８にインサート成形により一体化させている。そして、感温素子３４を磁性流体（第１環状磁路１８）に接触させて、この感温素子３４により磁性流体の温度を測定する。そのため、感温素子３４により磁性流体の温度を正確に測定できる。

なお、図４では、感温素子３４を樹脂ケース１６の第１蓋体３８に一体化した例を示しているが、これに限定されず、感温素子３４を容器本体３６または第２蓋体４０など樹脂ケース１６を構成するケース片のいずれかに一体化することも考えられる。

次に、図４に示す実施例２の磁気コア１０を有する電流センサ１の製造方法について説明する。
まず、感温素子３４を第１蓋体３８にインサート成形により一体化させる。
次に、容器本体３６の上下の開放面を塞ぐように第１蓋体３８と第２蓋体４０とを取り付けて、樹脂ケース１６を形成する。このとき、第１蓋体３８に一体化された感温素子３４は、容器本体３６と第１蓋体３８にて形成される空間に面する。なお、図４には図示していないが、容器本体３６の第１穴４８の外側には、励磁コイル１４が設けられている。

次に、第１蓋体３８に設けられた注入穴５２から樹脂ケース１６の内部に磁性流体を注入し、第１環状磁路１８と第２環状磁路２０を形成する。このようにして、感温素子３４を磁性流体により形成された第１環状磁路１８に接触させた状態にする。
次に、樹脂ケース１６の注入穴５２を不図示の蓋体により閉じる。これにより、磁気コア１０が形成される。
次に、磁気コア１０に検出コイル１２（図１参照）を巻き付ける。
このようにして、図１に示すような電流センサ１を製造する。

〔計測された電流値の補正に関する説明〕
本発明では、前記の実施例１，２のように感温素子３４を磁性流体に接触させて測定した正確な磁性流体の温度の測定値をもとに、電流センサ１により計測された電流値を、一例として以下の数式で表わされる補正式を用いて補正する。これにより、電流センサ１の温度変化による出力電流値の誤差を小さくすることができる。

ここで、Ｘは感温素子３４により測定された温度であり、Ｙは電流センサ１で計測された電流値であり、Ｚは補正後の電流値である。
なお、補正式は、磁性流体の種類（組成）によって変化する。

〔評価結果に関する説明〕
図５は、評価結果を示す図である。図５では、横軸を温度（℃）とし縦軸を出力誤差（％）として示している。そして、本発明の評価結果を実線で示し、磁気コアの外部にある不図示の基板に感温素子を実装した場合の評価結果を破線で示す。
図５に示すように、温度変化による電流センサの出力電流値の誤差の絶対値は、基板に感温素子を実装した場合に比べて本発明の場合のほうが小さくなっている。例えば、温度が−２０℃において、基板に感温素子を実装した場合の出力誤差は約９．５％であったのに対して、本発明の場合の出力誤差は約５．５％となっている。また、温度が７０℃において、基板に感温素子を実装した場合の出力誤差は約−２６．０％であったのに対して、本発明の場合の出力誤差は約−２５．５％になっている。

〔本発明の効果〕
以上のように、本発明の電流センサ１によれば、感温素子３４は磁性流体により形成された第１環状磁路１８に接触した状態で樹脂ケース１６に設けられているので、磁性流体自体の温度を測定でき、磁性流体の温度を正確に測定できる。そのため、測定された磁性流体の正確な温度をもとに電流センサ１の出力電流値を調整することができるので、電流センサ１の温度特性の向上を図ることができる。

また、感温素子３４は、樹脂ケース１６に設けられた注入穴５２に配置することにより、感温素子３４を容易に樹脂ケース１６に配置させることができる。また、磁性流体を注入するための注入穴５２を利用して感温素子３４を樹脂ケース１６に設けることにより、樹脂ケース１６に感温素子３４を設けるために別途加工する必要がなくなる。そのため、電流センサ１の製造コストを削減することができる。

また、樹脂ケース１６は、容器本体３６や第１蓋体３８や第２蓋体４０などの複数のケース片を接合したものであり、この複数のケース片のうちの１つに感温素子３４を一体成形することにより、樹脂ケース１６に感温素子３４を取り付ける工程を削減できる。そのため、電流センサ１の製造コストの低減を図ることができる。

〔他の電流センサへの適用例〕
また、本発明は図６に示すような他の電流センサ２へも適用できる。図６は、他の電流センサ２を示す図である。図６に示すように、電流センサ２は、磁気コア５６とホール素子５８などを有する。そして、磁気コア５６は、樹脂ケース６０と環状磁路６２などを備える。なお、図６においては、説明の便宜上、磁気コア５６は樹脂ケース６０を透過させて内部の環状磁路６２が見えるように示している。

このような電流センサ２においても、前記の実施例１や実施例２と同様に、感温素子３４を環状磁路６２に接触させた状態で樹脂ケース６０に配置することにより、前記の電流センサ１と同様の効果を得ることができる。

なお、上記した実施の形態は単なる例示にすぎず、本発明を何ら限定するものではなく、その要旨を逸脱しない範囲内で種々の改良、変形が可能であることはもちろんである。

１ 電流センサ
２ 電流センサ
１０ 磁気コア
１２ 検出コイル
１４ 励磁コイル
１６ 樹脂ケース
１８ 第１環状磁路
２０ 第２環状磁路
２２ 第１接続磁路
２４ 第２接続磁路
３４ 感温素子
３６ 容器本体
３８ 第１蓋体
４０ 第２蓋体
４６ 仕切中底
５２ 注入穴
５６ 磁気コア
５８ ホール素子
６０ 樹脂ケース
６２ 環状磁路

Claims (8)

1. 磁性流体を収容したケースを備えるコアを有する電流センサにおいて、
   温度を測定する温度測定素子を有し、
   前記温度測定素子は、前記磁性流体に接触した状態で前記ケースに設けられていること、
   を特徴とする電流センサ。
2. 請求項１の電流センサにおいて、
   前記温度測定素子は、前記ケースに設けられた穴に配置されていること、
   を特徴とする電流センサ。
3. 請求項２の電流センサにおいて、
   前記穴は、前記ケースの内部に前記磁気流体を注入するための注入穴であること、
   を特徴とする電流センサ。
4. 請求項１の電流センサにおいて、
   前記ケースは、複数のケース片を接合したものであり、前記複数のケース片のうちの１つに前記温度測定素子が一体成形されていること、
   を特徴とする電流センサ。
5. 請求項１乃至４のいずれか１つの電流センサにおいて、
   前記電流センサの出力は、前記温度測定素子の測定値をもとに補正されること、
   を特徴とする電流センサ。
6. 請求項１乃至５のいずれか１つの電流センサにおいて、
   前記コアには、励磁コイルと検出コイルとが巻かれていること、
   を特徴とする電流センサ。
7. 請求項１乃至５のいずれか１つの電流センサにおいて、
   前記コアにはギャップが設けられており、前記ギャップにホール素子が配置されていること、
   を特徴とする電流センサ。
8. 磁性流体を収容したケースを備えるコアを有する電流センサの製造方法において、
   温度を測定する温度測定素子を前記磁性流体に接触させた状態で前記ケースに設けること、
   を特徴とする電流センサの製造方法。

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