JP2012063192A

JP2012063192A - 電流センサ

Info

Publication number: JP2012063192A
Application number: JP2010206430A
Authority: JP
Inventors: Kazuhisa Kitagawa; 和寿北川
Original assignee: Aisan Industry Co Ltd
Current assignee: Aisan Industry Co Ltd
Priority date: 2010-09-15
Filing date: 2010-09-15
Publication date: 2012-03-29

Abstract

【課題】本発明は、温度特性の向上を図ることができる電流センサを提供すること、を課題とする。
【解決手段】本発明の一態様としては、磁性流体が収容された磁気コア１０を有する磁気ブリッジ型の電流センサ１や磁性流体が収容された磁気コア４２を有するホール素子型の電流センサ２において、磁性流体に含有される磁性体は金属ガラスの粉体であること、を特徴とする。なお、金属ガラスとしては、Ｆｅ系金属ガラスを使用することが好ましい。
【選択図】図１

Description

本発明は、磁性流体により磁路を形成した電流センサ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

特許文献１のような磁性流体を用いた電流センサにおいては、磁性流体に含まれる磁性体として一般的に塩化鉄などの鉄の粉体を使用することが考えられる。しかしながら、電流センサの周囲の温度が高くなると、塩化鉄などの鉄の粉体の熱減磁が生じてしてしまう。ここで、熱減磁とは、温度を高くすると磁化が減少することをいう。これにより、電流センサは、周囲の温度が高くなると出力電流値の誤差が大きくなり、その温度特性が低下してしまう。

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、磁性流体が収容されたコアを有する電流センサにおいて、前記磁性流体に含有される磁性体は金属ガラスの粉体であること、を特徴とする。

この態様によれば、磁性流体に含有される磁性体は金属ガラスの粉体であるので、磁性体の熱減磁を減らすことができる。そのため、温度が変化による出力電流値の誤差を抑制することができ、電流センサの温度特性が向上する。

上記の態様においては、前記コアは、前記磁性流体により環状に形成された第１環状磁路および第２環状磁路と、前記磁性流体により形成され前記第１環状磁路と前記第２環状磁路とを接続する接続磁路とを備え、励磁電流が流される励磁コイルが巻かれ、前記第１環状磁路の磁束と前記第２環状磁路の磁束とを検出する検出コイルが巻かれ、前記第１環状磁路と前記第２環状磁路と前記接続磁路と前記励磁コイルと前記検出コイルを備える磁気ブリッジが構成されていること、が好ましい。

この態様によれば、磁気ブリッジ型の電流センサにて、温度が変化による出力電流値の誤差を抑制することができ、温度特性が向上する。

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。

この態様によれば、ホール素子型の電流センサにて、温度が変化による出力電流値の誤差を抑制することができ、温度特性が向上する。

本発明に係る電流センサによれば、温度特性の向上を図ることができる。

磁気ブリッジ型の電流センサの基本構成を模式的に示した図である。磁気コアの断面図である。図２のＡ−Ａ断面図である。電流センサの温度特性の評価結果を示す図である。ホール素子型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、磁気ブリッジ型の電流センサ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。

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、詳しくは後述する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の環状に形成されているが、これに限定されず円形の環状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。

図２は磁気コア１０の断面図であり、図３は図２のＡ−Ａ断面図である。
図２に示すように、樹脂ケース１６は、断面が略Ｈ状をなす環状の容器本体２６と、この容器本体２６の上下の開放面を塞ぐ第１蓋体２８および第２蓋体３０とから形成されている。そして、容器本体２６と第１蓋体２８とで閉鎖される空間、および容器本体２６および第２蓋体３０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２６は、内周壁３２と外周壁３４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３６と、図３に示すように、この仕切中底３６において互いに１８０度離れて設けられた第１穴３８と第２穴４０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３６の第１穴３８と第２穴４０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。

そして、電流センサ１においては、検出コイル１２、励磁コイル１４、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などにより磁気ブリッジが構成されている。

このような磁気ブリッジ型の電流センサ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（励磁電流）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。

〔磁性流体に関する説明〕
次に、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などの磁気回路を形成する磁性流体について説明する。なお、磁性流体は、磁性体の微粒子を分散させたコロイド溶液である。

本実施例では、磁性流体に含まれる磁性体として金属ガラスの粉体を使用する。
金属ガラスとしては、Ｆｅ系金属ガラスを使用する。そして、Ｆｅ系金属ガラスの組成例としては、鉄（Ｆｅ）を７５重量％以上含み、シリコン（Ｓｉ）を４〜１４重量％含み、ボロン（Ｂ）を８〜１８重量％含むものが考えられる。あるいは、鉄（Ｆｅ）を８０重量％以上含み、ボロン（Ｂ）を３〜１３重量％含み、リン（Ｐ）を１〜９重量％含むものも考えられる。

このように磁性体として金属ガラスの粉体を使用することで、熱減磁が抑制され、温度の変化による磁化の減少が少なくなる。そのため、電流センサ１は、周囲の温度が高くなっても出力電流値の誤差が抑制され、温度特性が向上する。
また、ヒステリシス誤差が小さくなることにより、電流センサ１の精度が向上する。ここで、ヒステリシス誤差とは、コアに磁場を加えて磁化させて磁束密度を増加させていき、この磁束密度が飽和した後に磁場を無くしてもコアに残る磁束密度の大きさをいう。

〔評価結果に関する説明〕
磁性体として金属ガラスの粉体を使用したときの電流センサ１の温度特性について確認するための評価を行ったので、その評価結果を以下に示す。
図４は、電流センサの温度特性の評価結果を示す図である。図４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、本実施例のように磁性体として金属ガラスの粉体を使用した場合の評価結果を実線で示し、従来技術例のように磁性体として塩化鉄の粉体を使用した場合の評価結果を破線で示す。

図４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、磁性体として塩化鉄の粉体を使用した場合に比べて、磁性体として金属ガラスの粉体を使用した場合のほうが小さくなっている。すなわち、温度が−１０℃以上において、磁性体として塩化鉄の粉体を使用した場合には出力誤差が発生しているが、磁性体として金属ガラスの粉体を使用した場合には出力誤差が発生していない。例えば、温度が８０℃において、磁性体として塩化鉄粉体を使用した場合の出力電流値の誤差は約−３８％であったのに対し、磁性体として金属ガラスの粉体を使用した場合の出力電流値の誤差は０％となった。

〔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、磁性流体に含有される磁性体は金属ガラスの粉体であるので、磁性体の熱減磁を抑えることができる。そのため、電流センサ１は、周囲の温度の変化による出力電流値の誤差が抑制され、温度特性が向上する。

このように、検出コイル１２、励磁コイル１４、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などにより磁気ブリッジを構成する磁気ブリッジ型の電流センサ１について、周囲の温度が高くなっても出力電流値の誤差が抑制され、温度特性が向上する。

〔ホール素子型の電流センサへの適用例〕
また、本発明は図５に示すようなホール素子型の電流センサ２へも適用できる。図５は、ホール素子型の電流センサ２を示す図である。図５に示すように、電流センサ２は、磁気コア４２とホール素子４４などを有する。そして、磁気コア４２は、樹脂ケース４６と環状磁路４８などを備える。なお、図５においては、説明の便宜上、磁気コア４２は樹脂ケース４６を透過させて内部の環状磁路４８が見えるように示している。

電流センサ２は、樹脂ケース４６内に収容される磁性流体により環状磁路４８を形成している。そして、電流センサ２においても、前記の電流センサ１と同様に、環状磁路４８を形成する磁性体を金属ガラスの粉体とする。これにより、ホール素子型の電流センサ２において、前記の磁気ブリッジ型の電流センサ１と同様に、温度特性の向上を図ることができる。

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
２６容器本体
２８第１蓋体
３０第２蓋体
３６仕切中底
４２磁気コア
４４ホール素子
４６樹脂ケース
４８環状磁路

Claims

磁性流体が収容されたコアを有する電流センサにおいて、
前記磁性流体に含有される磁性体は金属ガラスの粉体であること、
を特徴とする電流センサ。
請求項１の電流センサにおいて、
前記コアは、前記磁性流体により環状に形成された第１環状磁路および第２環状磁路と、前記磁性流体により形成され前記第１環状磁路と前記第２環状磁路とを接続する接続磁路とを備え、励磁電流が流される励磁コイルが巻かれ、前記第１環状磁路の磁束と前記第２環状磁路の磁束とを検出する検出コイルが巻かれ、
前記第１環状磁路と前記第２環状磁路と前記接続磁路と前記励磁コイルと前記検出コイルを備える磁気ブリッジが構成されていること、
を特徴とする電流センサ。
請求項１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。