JP2012247197A - Current detector and magnetic core - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、バスバーに流れる電流を検出する電流検出装置及びそれに用いられる磁性体コアに関する。 The present invention relates to a current detection device that detects a current flowing in a bus bar and a magnetic core used in the current detection device.
ハイブリッド自動車又は電気自動車などの電動車両には、バッテリに接続されたバスバーに流れる電流を検出する電流検出装置が搭載されることが多い。また、そのような電流検出装置としては、磁気比例方式の電流検出装置又は磁気平衡方式の電流検出装置が採用される場合がある。 An electric vehicle such as a hybrid vehicle or an electric vehicle is often equipped with a current detection device that detects a current flowing through a bus bar connected to a battery. As such a current detection device, a magnetic proportional current detection device or a magnetic balance current detection device may be employed.
磁気比例方式又は磁気平衡方式の電流検出装置は、例えば、特許文献1、特許文献2及び特許文献3に示されるように、磁性体コアと磁電変換素子とを備える。磁性体コアは、両端がギャップ部を介して対向し、バスバーが貫通する中空部の周囲を囲んで一連に形成された概ねリング状の磁性体である。磁性体の中空部は、被検出電流が通過する空間(電流検出空間)である。
For example,
また、従来の電流検出装置において、磁性体コアは、概ねリング状かつ磁性材料からなる複数の薄い板状部材が、接着剤を介して積層された構造を有している。以下、そのような構造を有する磁性体コアのことを積層タイプの磁性体コアと称する。 In the conventional current detection device, the magnetic core has a structure in which a plurality of thin plate-like members that are substantially ring-shaped and made of a magnetic material are laminated via an adhesive. Hereinafter, the magnetic core having such a structure is referred to as a laminated type magnetic core.
また、磁電変換素子は、磁性体コアのギャップ部に配置され、中空部を貫通して配置されたバスバーを流れる電流に応じて変化する磁束を検出し、磁束の検出信号を電気信号として出力する素子である。磁電変換素子としては、通常、ホール素子が採用される。 The magnetoelectric conversion element is disposed in the gap portion of the magnetic core, detects a magnetic flux that changes according to the current flowing through the bus bar disposed through the hollow portion, and outputs a detection signal of the magnetic flux as an electric signal. It is an element. As the magnetoelectric conversion element, a Hall element is usually adopted.
ところで、電動車両には、モータ駆動用のバッテリに接続された高圧電力線及びインバータ回路など、比較的強い磁界を生じさせる機器が搭載されている。そのような機器に起因する磁界の磁力線は、電流検出装置の磁電変換素子へ直接入射すると、電流の検出精度を悪化させるノイズとなる。一方、車載用の電流検出装置は、さらなる小型化が要求されており、ひいては磁性体コアの小型化が要求されている。 By the way, devices that generate a relatively strong magnetic field such as a high-voltage power line and an inverter circuit connected to a battery for driving a motor are mounted on the electric vehicle. When the magnetic field lines resulting from such a device are directly incident on the magnetoelectric conversion element of the current detection device, the current detection accuracy deteriorates. On the other hand, in-vehicle current detection devices are required to be further miniaturized, and accordingly, the magnetic core is required to be miniaturized.
しかしながら、小さな磁性体コアが採用された場合、磁性体コアの断面積が小さくなるため、検出対象ではないノイズ磁力線が、磁性体コアのギャップ部に配置された磁電変換素子へ直接入射しやすくなる。即ち、従来の電流検出装置は、磁性体コアの小型化とノイズ磁力線に起因する検出精度悪化の抑制とを両立することが難しいという問題点を有している。 However, when a small magnetic core is adopted, the cross-sectional area of the magnetic core is reduced, and therefore, noise magnetic field lines that are not detection targets are likely to be directly incident on the magnetoelectric conversion element disposed in the gap portion of the magnetic core. . That is, the conventional current detection device has a problem that it is difficult to achieve both reduction in size of the magnetic core and suppression of deterioration in detection accuracy caused by noise magnetic field lines.
また、従来の電流検出装置においては、平板状のバスバーが、磁性体コアの中空部に挿通されるため、磁性体コアは、その中空部の最大幅(直径)が、バスバーの幅より大きくなる大きさに形成される必要がある。一方、電気自動車及びハイブリッド自動車などにおいては、バスバーに流れる電流の増大に伴い、バスバーの過剰な発熱を防止するため、幅の広いバスバーが採用されつつある。 In the conventional current detection device, since the flat bus bar is inserted through the hollow portion of the magnetic core, the maximum width (diameter) of the hollow portion of the magnetic core is larger than the width of the bus bar. It needs to be formed in a size. On the other hand, in an electric vehicle, a hybrid vehicle, and the like, a wide bus bar is being adopted in order to prevent excessive heat generation of the bus bar as the current flowing through the bus bar increases.
従って、従来の電流検出装置は、バスバーの幅が広くなるほど、バスバーの幅に比例した大きな磁性体コアが必要であり、装置が大きくなるという問題点を有している。特に、磁性体コアが、円環状、楕円環状又は縦寸法と横寸法の比が1又は1に近い矩形環状である場合、バスバーの幅が大きくなるほど、磁性体コアの中空部における無駄なスペースが増大する。また、磁性体コアの中空部に配置される部分のみが細くくびれたバスバーが採用された場合、細くくびれた部分が過剰に発熱するという問題が生じる。 Therefore, the conventional current detection device has a problem that, as the bus bar width increases, a large magnetic core proportional to the bus bar width is required, and the device becomes larger. In particular, when the magnetic core is in an annular shape, an elliptical shape, or a rectangular shape in which the ratio of the vertical dimension to the horizontal dimension is 1 or 1, the larger the bus bar width, the more wasted space in the hollow part of the magnetic core. Increase. In addition, when a bus bar in which only the portion disposed in the hollow portion of the magnetic core is narrowed is employed, there is a problem that the narrowed portion generates excessive heat.
本発明は、車載用の電流検出装置などの磁束検出装置において、磁性体コアの小型化とノイズ磁力線に起因する検出精度悪化の抑制とを両立できることを目的とする。 An object of the present invention is to achieve both reduction in size of a magnetic core and suppression of deterioration in detection accuracy caused by noise magnetic field lines in a magnetic flux detection device such as an on-vehicle current detection device.
本発明に係る電流検出装置は、以下に示す各構成要素を備える。
(1)第1の構成要素は、両端がギャップ部を介して対向し、中空部の周囲を囲んで一連に形成され、両端にその周囲全体に亘って一連に外側へ張り出した鍔部が形成された磁性体コアである。
(2)第2の構成要素は、磁性体コアの前記ギャップ部に配置され、磁性体コアの中空部を通過する電流に応じて変化する磁束を検出する磁電変換素子である。
The current detection device according to the present invention includes the following components.
(1) Both ends of the first component are opposed to each other via a gap, and are formed in a series around the periphery of the hollow part. Magnetic core.
(2) A 2nd component is a magnetoelectric conversion element which is arrange | positioned at the said gap part of a magnetic body core, and detects the magnetic flux which changes according to the electric current which passes the hollow part of a magnetic body core.
また、本発明に係る電流検出装置において、磁性体コアが磁性材料からなる粉体の焼結により成形された部材であることが考えられる。 In the current detection device according to the present invention, it is conceivable that the magnetic core is a member formed by sintering powder made of a magnetic material.
また、本発明に係る電流検出装置が、さらに次の構成要素を備えることも考えられる。
(3)第3の構成要素は、磁性体コアの中空部を貫通する貫通部とその貫通部に対し中空部を貫通する方向の両側各々に連なり電流伝送経路の前段及び後段各々の接続端と連結される端子部とが形成された導体からなり、端子部の幅が中空部の幅よりも大きく形成された電流検出用バスバーである。
It is also conceivable that the current detection device according to the present invention further includes the following components.
(3) The third component includes a penetrating portion that penetrates the hollow portion of the magnetic core, and a connecting end of each of the front and rear stages of the current transmission path that are connected to both sides of the penetrating portion in the direction penetrating the hollow portion. This is a current detection bus bar made of a conductor formed with a terminal portion to be connected, wherein the width of the terminal portion is larger than the width of the hollow portion.
また、本発明に係る電流検出装置において、磁性体コアの鍔部が、ギャップ部の方向以外の方向において、それぞれ種類の異なる磁性材料からなる複数の層が内側から外側へ積層された構造を有することが考えられる。 Further, in the current detection device according to the present invention, the flange portion of the magnetic core has a structure in which a plurality of layers made of different kinds of magnetic materials are laminated from the inside to the outside in a direction other than the direction of the gap portion. It is possible.
また、本発明は、磁気比例方式又は磁気平衡方式の電流検出装置などの磁束検出装置に採用される磁束検出用の磁性体コアの発明として捉えられてもよい。即ち、本発明に係る磁束検出用の磁性体コアは、両端がギャップ部を介して対向し、中空部の周囲を囲んで一連に形成され、両端にその周囲全体に亘って一連に外側へ張り出した鍔部が形成されている。 Further, the present invention may be understood as an invention of a magnetic core for magnetic flux detection employed in a magnetic flux detection device such as a magnetic proportional method or magnetic balance method current detection device. That is, the magnetic core for magnetic flux detection according to the present invention is formed in a series of both ends facing each other through a gap portion, surrounding the periphery of the hollow portion, and continuously projecting outward at both ends over the entire periphery. A buttocks is formed.
本発明によれば、小さな磁性体コアが採用された場合でも、その磁性体コアのギャップ部に配置された磁電変換素子へ向かうノイズ磁力線は、磁電変換素子へ入射する前に、磁性体コアの両端に形成された鍔部へ入射する。また、鍔部へ入射したノイズ磁力線は、磁性体コアに沿って伝播することにより経路が変更されて磁性体コアから放射される。そのため、検出対象ではないノイズ磁力線が、磁性体コアのギャップ部に配置された磁電変換素子へ直接入射する現象が緩和され、ノイズ磁力線に起因する検出精度悪化は抑制される。 According to the present invention, even when a small magnetic core is employed, the noise magnetic field lines directed to the magnetoelectric conversion element arranged in the gap portion of the magnetic core are not incident on the magnetic core before entering the magnetoelectric conversion element. The light enters the ridges formed at both ends. Further, the noise magnetic field lines incident on the collar part are radiated from the magnetic core by changing the path by propagating along the magnetic core. Therefore, the phenomenon that noise magnetic field lines that are not detection targets are directly incident on the magnetoelectric conversion element disposed in the gap portion of the magnetic core is alleviated, and deterioration in detection accuracy due to the noise magnetic field lines is suppressed.
ところで、磁性体コアがその両端に鍔部を有する場合であっても、磁性体コアの両端が対向する方向に直交する方向又はそれに近い方向に沿って磁電変換素子へ向かうノイズ磁力線は、磁電変換素子へ直接入射してしまう。しかしながら、磁電変換素子は、磁性体コアのギャップ部において、磁性体コアの両端が対向する方向、即ち、検出対象である磁束の方向に対して正対する姿勢で配置される。この場合、磁性体コアの両端が対向する方向に直交する方向又はそれに近い方向に沿うノイズ磁力線は、磁電変換素子に対してほとんど影響しない。 By the way, even if the magnetic core has a ridge at both ends thereof, the noise magnetic field lines directed to the magnetoelectric conversion element along the direction orthogonal to the direction in which both ends of the magnetic core face each other or the direction close thereto are magnetoelectrically converted. It is directly incident on the element. However, the magnetoelectric conversion element is disposed in the gap portion of the magnetic core in a posture facing both ends of the magnetic core, that is, the direction of the magnetic flux to be detected. In this case, the noise magnetic field lines along the direction orthogonal to the direction in which both ends of the magnetic core face each other or a direction close thereto have little influence on the magnetoelectric conversion element.
複数の板状部材が積層された積層タイプの磁性体コアは、端部に鍔部を有するような異形に成形することが難しい。また、積層タイプの磁性体コアは、複数の板状部材の位置関係誤差及び接着層の寸法誤差などによる寸法誤差が生じやすい。また、磁性体コアのサイズが小さいほど、磁性体コアの寸法誤差の影響が大きくなり、磁束(電流)の検出精度の悪化がより顕著となる。 A laminated type magnetic core in which a plurality of plate-like members are laminated is difficult to be formed into an irregular shape having a flange at the end. In addition, the laminated type magnetic core is likely to cause a dimensional error due to a positional relationship error between a plurality of plate-like members and a dimensional error of the adhesive layer. Further, the smaller the size of the magnetic core, the greater the influence of the dimensional error of the magnetic core, and the more serious the detection accuracy of the magnetic flux (current) becomes.
一方、磁性材料からなる粉体の焼結により成形された焼結タイプの磁性体コアは、端部に鍔部を有するような異形に成形することが容易である。さらに、焼結タイプの磁性体コアは、小型化された場合でも寸法誤差が生じにくい。そのため、本発明に係る電流検出装置において、焼結タイプの磁性体コアが採用されれば、磁性体コアの寸法誤差に起因する電流の検出誤差が生じにくい。さらに、焼結タイプの磁性体コアは、積層タイプの磁性体コアに比べ、製造の工数及びコストを低減できる点においても優れている。 On the other hand, a sintered type magnetic core formed by sintering powder made of a magnetic material can be easily formed into a deformed shape having a flange at the end. Furthermore, even if the sintered type magnetic core is downsized, dimensional errors are less likely to occur. Therefore, if a sintered magnetic core is employed in the current detection device according to the present invention, a current detection error caused by a dimensional error of the magnetic core is unlikely to occur. Furthermore, the sintered type magnetic core is superior to the laminated type magnetic core in that the number of manufacturing steps and cost can be reduced.
以下、本発明に係る電流検出装置が電流検出用バスバーを備える場合、電流検出用バスバーが磁性体コアの中空部を貫通する方向(電流通過方向)を第1方向と称する。また、電流検出用バスバーにおける、磁性体コアの中空部を貫通する貫通部の前後に連なる端子部の幅方向及び厚み方向をそれぞれ第2方向及び第3方向と称する。 Hereinafter, when the current detection device according to the present invention includes a current detection bus bar, the direction in which the current detection bus bar passes through the hollow portion of the magnetic core (current passing direction) is referred to as a first direction. Further, in the current detection bus bar, the width direction and the thickness direction of the terminal portion connected before and after the through portion penetrating the hollow portion of the magnetic core are referred to as a second direction and a third direction, respectively.
本発明に係る電流検出装置が電流検出用バスバーを備える場合、その電流検出用バスバーにおいて、磁性体コアの中空部を貫通する貫通部は、その前後に連なる端子部と比較して、断面の輪郭の最大幅が端子部の幅(最大幅)よりも小さく形成されている。即ち、貫通部の断面の輪郭形状は、端子部に対し、第2方向においてくびれた形状を有している。その結果、バスバーの幅との関係において比較的小さな磁性体コアを採用することができ、磁性体コアを含む装置全体を小型化できる。また、電流検出用バスバーの両端部が端子部であるため、予め敷設された前段及び後段のバスバーに対して、磁性体コアの中空部を貫通した状態の電流検出用バスバーを後から連結することが可能である。 In the case where the current detection device according to the present invention includes a current detection bus bar, in the current detection bus bar, the penetrating portion that penetrates the hollow portion of the magnetic core has a cross-sectional contour as compared with the terminal portion that is continuous in the front and back. Is formed smaller than the width (maximum width) of the terminal portion. That is, the outline shape of the cross-section of the penetrating portion is constricted in the second direction with respect to the terminal portion. As a result, a relatively small magnetic core can be employed in relation to the width of the bus bar, and the entire apparatus including the magnetic core can be reduced in size. In addition, since both ends of the current detection bus bar are terminal portions, the current detection bus bar in a state of penetrating through the hollow portion of the magnetic core is connected to the pre-stage and post-stage bus bars laid in advance. Is possible.
また、電流検出用バスバーにおいて、磁性体コアの中空部を貫通する中央部分(貫通部)は、丸棒もしくは角棒などの棒状又は筒状など、平板状以外の形状にすることができる。そのため、その貫通部は、平板状のバスバーに比べ、その最大幅が磁性体コアの中空部の幅よりも小さいという制約の中で、より大きな断面積で形成されることができる。従って、比較的小さな磁性体コアが採用された場合でも、電流検出用バスバーの過剰な発熱を防止できる。 In the current detection bus bar, the central portion (penetrating portion) penetrating the hollow portion of the magnetic core can be formed in a shape other than a flat plate shape, such as a rod shape such as a round bar or a square bar, or a cylindrical shape. Therefore, the penetrating portion can be formed with a larger cross-sectional area under the constraint that the maximum width is smaller than the width of the hollow portion of the magnetic core as compared with the flat bus bar. Therefore, even when a relatively small magnetic core is employed, excessive heat generation of the current detection bus bar can be prevented.
また、磁性体は、その材料の種類に応じて伝播しやすい磁力線の特性が異なる。そのため、磁性体コアの鍔部が、それぞれ種類の異なる磁性材料からなる複数の層が積層された構造を有すれば、特性の異なる様々なノイズ磁力線に対するシールド性能を確保できる。 Moreover, the magnetic body has different characteristics of the magnetic lines of force that easily propagate depending on the type of the material. Therefore, if the collar portion of the magnetic core has a structure in which a plurality of layers made of different types of magnetic materials are laminated, shielding performance against various noise magnetic field lines having different characteristics can be ensured.
以下、添付の図面を参照しながら、本発明の実施形態について説明する。以下の実施形態は、本発明を具体化した一例であり、本発明の技術的範囲を限定する事例ではない。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. The following embodiment is an example embodying the present invention, and is not an example of limiting the technical scope of the present invention.
まず、図1〜図6を参照しつつ、本発明の実施形態に係る電流検出装置1の構成について説明する。なお、図4(a)は平面図、図4(b)は側面図、図4(c)は正面図である。電流検出装置1は、電気自動車又はハイブリッド自動車などにおいて、バッテリとモータなどの機器とを電気的に接続するバスバーに流れる電流を検出する装置である。図1に示されるように、電流検出装置1は、磁性体コア10、ホール素子20、電流検出用バスバー30、絶縁筐体40及び電子基板50を備える。
First, the configuration of the
<磁性体コア>
磁性体コア10は、パーマロイ、フェライト又はケイ素鋼などの磁性材料からなる粉体の焼結により成形された部材(磁性体)である。即ち、磁性体コア10は、磁性材料からなる固体粉末の集合体が、型枠内で圧縮され、さらに、その磁性体材料の融点よりも低い温度で加熱されることによって固化及び成形された部材である。
<Magnetic core>
The
また、磁性体コア10は、両端が数ミリメートル程度のギャップ部12を介して対向し、中空部11の周囲を囲んで一連に形成された形状を有している。即ち、磁性体コア10は、狭いギャップ部12を有するものの概ね環状に形成されている。本実施形態における磁性体コア10は、円形状の中空部11を囲む円環状に形成されている。
Further, the
また、磁性体コア10の両端には、その周囲全体に亘って一連に外側へ張り出した鍔部13が形成されている。図1及び図2に示される鍔部13の輪郭形状は矩形であるが、鍔部13の輪郭形状は、矩形以外の多角形、円形又は楕円形など、他の形状であることも考えられる。
Further, at both ends of the
また、図3に示されるように、磁性体コア10の鍔部13は、ギャップ部12の方向以外の方向において、それぞれ種類の異なる磁性材料からなる第一の層131と第二の層132とが内側から外側へ積層された構造を有する。例えば、第一の層131がPBパーマロイで構成され、第二の層132がPCパーマロイで構成されることが考えられる。
Further, as shown in FIG. 3, the
本実施形態において、鍔部13における内側の第一の層131は、磁性体コア10における鍔部13以外の部分である基部を構成する磁性材料と同じ磁性材料で構成されている。即ち、磁性体コア10における基部と鍔部13の第一の層131とは、同じ磁性材料からなる粉体を一連の焼結工程で固化することにより一体に成形された部分である。
In the present embodiment, the inner
一方、鍔部13の第二の層132は、基部と鍔部13の第一の層131とからなる部材が成形された後に、その部材における第一の層131の表面に成形された部分である。鍔部13の第二の層132を成形する方法としては、例えば、基部と鍔部13の第一の層131とからなる部材における第一の層131の部分に、磁性材料からなる粉体の焼結工程をさらに加える方法が考えられる。また、基部と鍔部13の第一の層131とからなる部材における第一の層131の部分に、磁性材料のメッキを施すことも考えられる。
On the other hand, the
後述するように、磁性体コア10のギャップ部12にはホール素子20が配置され、そのホール素子20は、磁性体コア10に沿って環状に発生する磁束を検出する。即ち、磁性体コア10は、磁束検出用の磁性体である。
As will be described later, a
<ホール素子(磁電変換素子)>
ホール素子20は、磁性体コア10のギャップ部12に配置され、磁性体コア10の中空部11を通過する電流に応じて変化する磁束を検出し、磁束の検出信号を電気信号として出力する磁電変換素子の一例である。
<Hall element (magnetoelectric conversion element)>
The
ホール素子20は、磁性体コア10のギャップ部12において、磁性体コア10の両端が対向する方向、即ち、検出対象である磁束の方向に対して正対する姿勢で配置される。より具体的には、ホール素子20は、その表裏の面が磁性体コア10の両端面と平行となり、かつ、ホール素子20のほぼ中央に位置する受磁部が、磁性体コア10の両端面における鍔部13を除いた部分の中心どうしを結ぶ直線上に位置する姿勢で配置される。
In the
上記の姿勢でギャップ部12に配置されたホール素子20は、磁性体コア10の両端が対向する方向に沿う磁束を高感度で検出するが、磁性体コアの両端が対向する方向に直交する方向又はそれに近い方向に沿う磁束をほとんど検出しない。
The
<電子基板>
電子基板50は、ホール素子20の端子21に接続される回路と、その回路と外部の他の回路とを接続するコネクタ51とが実装された基板である。従って、コネクタ51は、ホール素子20に対して電気的に接続されている。電子基板50に実装された回路は、例えば、ホール素子20から出力される磁束の検出信号を増幅する回路などである。ホール素子20は、コネクタ51を含む電子基板50を介して、外部の回路と接続される。
<Electronic board>
The
<電流検出用バスバー>
電流検出用バスバー30は、銅などの金属からなる導電体であり、バッテリと電装機器とを電気的に接続するバスバーの一部である。即ち、電流検出用バスバー30には、検出対象の電流が流れる。また、電流検出用バスバー30は、バッテリに対して予め接続されたバッテリ側のバスバーと、電装機器に対して予め接続された機器側のバスバーとは独立した部材である。そして、電流検出用バスバー30は、その両端が予め敷設された前段及び後段の他のバスバー(バッテリ側のバスバー及び機器側のバスバー)に対して連結される。電流検出用バスバー30と、これに連結された前段及び後段の他のバスバーとは、バッテリから電装機器へ至る電流伝送経路を形成する。なお、他のバスバーの端部は、電流伝送経路における電流検出用バスバー30の前段及び後段の導体の接続端の一例である。
<Bus bar for current detection>
The current
図1に示されるように、電流検出用バスバー30は、磁性体コア10の中空部11を貫通する棒状の導体の両端部分に加工が施された部材からなる。電流検出用バスバー30において、加工された両端部分は、電流伝送経路の前段及び後段各々の接続端と連結される端子部32である。即ち、電流検出用バスバー30は、概ね、中央部分において一定の範囲を占める棒状の貫通部31と、その貫通部31に対し中空部11を貫通する方向の両側各々に連なって形成された端子部32とを有する導体からなる部材である。
As shown in FIG. 1, the current
貫通部31は、磁性体コア10の中空部11を電流通過方向に沿って貫通する部分である。電流通過方向は、磁性体コア10の厚み方向であり、環状の磁性体コア10を筒とみなした場合におけるその筒の軸心方向であり、さらに、環状の磁性体コア10が形成する面に直交する方向でもある。各図において、電流通過方向は、X軸方向として記されている。以下の説明において、電流通過方向(X軸方向)を第1方向と称する。
The
本実施形態における端子部32は、平板状である。また、電流検出用バスバー30における貫通部31は、例えば、円柱状又は楕円柱状などの棒状に形成されている。各図において、平板状の端子部32の幅方向及び厚み方向は、それぞれY軸方向及びZ軸方向として記されている。以下の説明において、平板状の端子部32の幅方向(Y軸方向)及び厚み方向(Z軸方向)をそれぞれ第2方向及び第3方向と称する。
The
図5は、電流検出用バスバー30の製造工程を模式的に示す斜視図である。電流検出用バスバー30は、棒状の金属部材30Xの両端部分に加工が施された構造を有する。棒状の金属部材30Xの断面の輪郭の最小幅は、磁性体コア10の両端の間隔であるギャップ高さD2よりも大きく形成されている。図5に示される金属部材30Xは円柱状であるため、金属部材30Xの断面の輪郭の最小幅は、金属部材30Xの直径である。
FIG. 5 is a perspective view schematically showing a manufacturing process of the current
より具体的には、電流検出用バスバー30は、磁性体コア10の中空部11を貫通する棒状の金属部材30Xの両端における一定範囲の部分が、プレス機60などを用いたプレス加工によって平板状に押しつぶされた構造を有する部材である。その際、棒状の金属部材30Xの両端のうちの少なくとも一方は、磁性体コア10の中空部11に棒状の金属部材30Xが挿通された後に、平板状にプレス加工される。
More specifically, the current detecting
即ち、電流検出装置1を製造する工程において、電流検出用バスバー30を製造する工程は、例えば、以下の手順で実行される。[1]まず、棒状の金属部材30Xを磁性体コア10の中空部11に貫通させる貫通工程が実行される。[2]次に、棒状の金属部材30Xの一方の端部を、プレス機60などによって他の部分よりも広い幅の平板状に押しつぶす第1のプレス工程が実行される。[3]最後に、棒状の金属部材30Xの他方の端部を、プレス機60などによって他の部分よりも広い幅の平板状に押しつぶす第2のプレス工程が実行される。
That is, in the process of manufacturing the
上記の製造工程において、[1]貫通工程は、[2]第1のプレス工程及び[3]第2のプレス工程のうちの一方又は両方が行われる前に実行されればよい。例えば、まず、[1]貫通工程が行われ、次に、[2]第1のプレス工程及び[3]第2のプレス工程が同時に行われてもよい。その他、まず、[2]第1のプレス工程が行われ、次に、[1]貫通工程が行われ、最後に[3]第2のプレス工程が行われてもよい。 In the above manufacturing process, the [1] penetration process may be performed before one or both of the [2] first pressing process and the [3] second pressing process are performed. For example, first, [1] the penetration process may be performed, and then [2] the first pressing process and [3] the second pressing process may be performed simultaneously. In addition, [2] the first pressing process may be performed first, then [1] the penetration process may be performed, and finally [3] the second pressing process may be performed.
そして、平板状に押しつぶされた両端の部分が、電流検出用バスバー30における平板状の端子部32を構成し、それらの間の棒状の部分が、電流検出用バスバー30の貫通部31を構成する。
Then, the portions of both ends crushed into a flat plate form a
図5に示される金属部材30Xは円柱状の部材であり、このような金属部材30Xの両端の加工により製造される電流検出用バスバー30の貫通部31は円柱状である。なお、棒状の金属部材30Xは、断面が楕円の楕円棒状又は断面が矩形の角棒状であることも考えられる。また、棒状の金属部材30Xは、断面が四角形以外の多角形である棒状であることも考えられる。
The
金属部材30Xの断面形状、即ち、貫通部31の断面形状は、磁性体コア10の中空部11の輪郭形状と相似な形状であることが望ましい。例えば、Nが3以上の整数であるとすると、磁性体コア10の中空部11の輪郭形状が正N角形である場合、金属部材30Xの形状が正N角柱であれば好適である。また、磁性体コア10の中空部11の輪郭形状が円形である場合、金属部材30Xの形状が円柱であれば好適である。また、磁性体コア10の中空部11の輪郭形状が、長軸と短軸との比がRである楕円形である場合、金属部材30Xの形状が、断面における長軸と短軸との比がRである楕円柱であれば好適である。
The cross-sectional shape of the
電流検出用バスバー30において、端子部32の幅D5は、中空部11の直径D1(最大幅)よりも大きく形成されている。また、貫通部31の断面の輪郭の最小幅D4は、端子部32の厚みD6よりも大きく形成されている。即ち、貫通部31の断面の輪郭の縦寸法と横寸法の比は、平板状の端子部32の断面の縦寸法と横寸法の比よりも1に近い。なお、貫通部31が円柱状である場合、貫通部31の断面の輪郭における最小幅D4と最大幅D3とは同じである。また、比が1に近いということは、比が1であることを含む。
In the current
また、電流検出用バスバー30において、貫通部31の断面の輪郭の最小幅D4は、磁性体コア10の両端の間隔であるギャップ高さD2よりも大きく形成されている。しかも、前述したように、端子部32の幅D5は、磁性体コア10の中空部11の直径D1(最大幅)よりも大きい。そのため、予め製造された電流検出用バスバー30の貫通部31に対して磁性体コア10を装着することはできない。従って、磁性体コア10と、その磁性体コア10の中空部11に貫通した状態の電流検出用バスバー30とのセットが作られた後に、電流検出用バスバー30が前段及び後段の他のバスバーに接続される。
Further, in the current
そこで、端子部32には、ネジ止め用の貫通孔32Zが形成されており、これにより、端子部32は、ネジにより前段及び後段の他のバスバーと連結される。図7は、電流検出装置1における端子部32が、予め敷設された前段及び後段の他のバスバー9に対し、ネジ8によって連結される様子を模式的に示す斜視図である。
Therefore, the
なお、図7において、便宜上、絶縁筐体40の記載は省略されている。図7に示されるように、他のバスバー9における、端子部32と連結される接続端は、例えば、端子台としての構造を備え、ネジ止め用の孔9Aが形成されている。なお、電流検出用バスバー30における端子部32は、ネジ止め用の貫通孔32Zが形成された平板状の端子部32の他、他のバスバー9との嵌め合い機構などの他の構造を有することも考えられる。
In FIG. 7, illustration of the insulating
<絶縁筐体>
絶縁筐体40は、絶縁体からなり、磁性体コア10とホール素子20と電流検出用バスバー30と電子基板50とを保持する部材であり、本体ケース41及び本体ケース41に取り付けられる蓋部材42とを含む。本体ケース41及び蓋部材42の各々は、例えば、ポリアミド(PA)、ポリプロピレン(PP)、ポリブチレンテレフタレート(PBT)又はABS樹脂などの絶縁性の樹脂からなる一体成形部材である。
<Insulated housing>
The insulating
本体ケース41は、開口部を有する箱状に形成され、蓋部材42は、本体ケース41に取り付けられることによって本体ケース41の開口部を塞ぐ。本体ケース41には、その内側の面において突出する第1保持部43及び第2保持部44が形成されている。そして、本体ケース41は、第1保持部43及び第2保持部44により、磁性体コア10と、中空部11を貫通する電流検出用バスバー30と、ギャップ部12に配置されたホール素子20とを、それらが相互に接触しない状態で保持する。
The
より具体的には、第1保持部43は、磁性体コア10とその中空部11を貫通する電流検出用バスバー30の貫通部31との隙間に嵌り込むことにより、磁性体コア10と電流検出用バスバー30とを、それらが相互に接触しない状態で保持する。また、第2保持部44は、磁性体コア10とそのギャップ部12に配置されたホール素子20との隙間に嵌り込むことにより、磁性体コア10とホール素子20とを、それらが相互に接触しない状態で保持する。
More specifically, the first holding
また、本体ケース41の内側の面には、第1保持部43及び第2保持部44により保持された磁性体コア10の鍔部13が嵌め入れられる窪み49も形成されている。
In addition, a
また、本体ケース41及び蓋部材42には、電流検出用バスバー30の両端の端子部32が内側から外側へ挿入されるスリット状の端子部通し孔45が形成されている。磁性体コア10の中空部11を貫通する電流検出用バスバー30における一方の端子部32が、本体ケース41の端子部通し孔45に通された状態において、本体ケース41の第1保持部43及び第2保持部44は、磁性体コア10、ホール素子20及び電流検出用バスバー30を保持する。
The
また、蓋部材42は、磁性体コア10、ホール素子20及び電流検出用バスバー30を保持する本体ケース41に対し、電子基板50を挟み込みつつ、本体ケース41の開口部を塞ぐように取り付けられる。その際、電流検出用バスバー30における他方の端子部32が、蓋部材42の端子部通し孔45に対して内側から外側へ通される。また、電子基板50が本体ケース41と蓋部材42との間に挟み込まれることにより、電子基板50に実装されたコネクタ51は、本体ケース41に形成された欠け部46に嵌り込んだ状態で保持される。
The
さらに、本体ケース41及び蓋部材42には、それらを組み合わせ状態で保持するロック機構47,48が設けられている。図1に示されるロック機構47,48は、本体ケース41の側面に突出して形成された爪部47と、蓋部材42の側方に形成された環状の枠部48とを備える。本体ケース41の爪部47が、蓋部材42の枠部48が形成する孔に嵌り込むことにより、本体ケース41及び蓋部材42は、それらが組み合わされた状態で保持される。
Furthermore, the
図6は、本体ケース41及び蓋部材42が組み合わされた状態における電流検出装置1の平面図である。図6に示されるように、本体ケース41及び蓋部材42(絶縁筐体40)は、電流検出用バスバー30の端子部32における貫通孔32Zが形成された部分(端子部)と、電子基板50のコネクタ51とが外部に露出する状態で、磁性体コア10と電流検出用バスバー30の貫通部31とホール素子20とを覆いつつ保持する。
FIG. 6 is a plan view of the
<効果>
図3において、一点鎖線の矢印は、検出対象ではないノイズ磁力線を表す。電流検出装置1において、小さな磁性体コア10が採用された場合でも、図3に示されるように、ホール素子20へ向かうノイズ磁力線は、ホール素子20へ入射する前に、磁性体コア10の両端に形成された鍔部13へ入射する。また、鍔部13へ入射したノイズ磁力線は、磁性体コア10に沿って伝播することにより経路が変更されて磁性体コア10から放射される。そのため、検出対象ではないノイズ磁力線が、ホール素子20へ直接入射する現象が緩和され、ノイズ磁力線に起因する検出精度悪化は抑制される。
<Effect>
In FIG. 3, an alternate long and short dash line arrow represents a noise magnetic field line that is not a detection target. Even in the case where the small
また、ホール素子20は、磁性体コア10のギャップ部12において、磁性体コア10の両端が対向する方向、即ち、検出対象である磁束の方向に対して正対する姿勢で配置される。そのため、磁性体コア10の両端が対向する方向に直交する方向又はそれに近い方向に沿うノイズ磁力線が、ホール素子20に対して直接入射しても、そのノイズ磁力線はホール素子20に対してほとんど影響しない。
In addition, the
また、磁性体コア10が、磁性材料からなる粉体の焼結により成形された焼結タイプであれば、端部に鍔部13を有するような異形に成形することが容易である。さらに、焼結タイプの磁性体コア10は、小型化された場合でも寸法誤差が生じにくい。そのため、電流検出装置1において、焼結タイプの磁性体コア10が採用されれば、磁性体コア10の寸法誤差に起因する電流の検出誤差が生じにくい。さらに、焼結タイプの磁性体コア10は、積層タイプの磁性体コアに比べ、製造の工数及びコストを低減できる点においても優れている。
Further, if the
また、電流検出装置1の電流検出用バスバー30において、貫通部31は、断面の輪郭の最大幅D3が端子部の幅D5(最大幅)よりも小さく形成されている。即ち、貫通部31の断面の輪郭形状は、端子部32に対し、第2方向においてくびれた形状を有している。その結果、電流検出装置1においては、前段及び後段の他のバスバーの幅との関係において比較的小さな磁性体コア10を採用することができ、磁性体コア10を含む装置全体を小型化できる。
Further, in the current
また、電流検出用バスバー30において、磁性体コア10の中空部11を貫通する貫通部31は、丸棒もしくは角棒など、平板状以外の形状で形成されている。そのため、その貫通部31は、平板状のバスバーに比べ、その最大幅が磁性体コア10の中空部11の直径D1(幅)よりも小さいという制約の中で、より大きな断面積で形成されることができる。従って、比較的小さな磁性体コア10が採用された場合でも、電流検出用バスバー30の過剰な発熱を防止できる。
In the current
また、電流検出用バスバー30の貫通部31の断面形状が、磁性体コア10の中空部11の輪郭形状と相似な形状であれば、貫通部31と磁性体コア10との隙間をより小さくすることができる。その結果、より小さな磁性体コア10を採用することによる装置の小型化が可能となる。
Moreover, if the cross-sectional shape of the
さらに、電流検出用バスバー30において、貫通部31の断面形状は、最小幅D4が端子部32の厚みD6(最小幅)よりも大きく形成されている。そして、棒状の金属部材30Xの両端が平板状に押しつぶされた構造を有する電流検出用バスバー30においては、貫通部31における導体の断面積は、端子部32における導体の断面積以上である。従って、貫通部31における過剰な発熱を防止できる。なお、端子部32は、それに圧接される連結用のネジ8及び他のバスバー9と併せた全体の熱容量が大きくなる部分であるため、孔32Yの存在による発熱の問題は生じない。
Further, in the current
また、棒状の金属部材30Xの両端部分が平板状に押しつぶされた構造を有する電流検出用バスバー30においては、棒状の金属部材30Xを磁性体コア10の中空部11に挿入した後に、中空部11の幅D1よりも広い幅の平板状の端子部32を作ることができる。即ち、貫通部31を磁性体コア10のギャップ部12に通過させることは必要とされない。従って、棒状の貫通部31の断面の幅D3(直径)が、磁性体コア10におけるギャップ高さD2よりも大きく形成された電流検出用バスバー30を容易に作製することができる。
Further, in the current detecting
なお、電流の検出感度を高めるためには、ギャップ高さD2を小さくし、ギャップ部12に配置されたホール素子20と磁性体コア10の両端との隙間を小さくすることが望ましい。
In order to increase the current detection sensitivity, it is desirable to reduce the gap height D2 and to reduce the gap between the
また、電流検出装置1においては、磁性体コア10とホール素子20と電流検出用バスバー30とが、露出されるべき部分である端子部32の貫通孔32Zの部分(端子部)及びコネクタ51以外を覆う絶縁筐体40によって所定の位置関係に保持される。これにより、予め敷設されたバスバー9に対して電流検出装置1を取り付ける作業が容易となる。
In the
<その他>
電流検出装置1において、磁性体コア10の鍔部13が、第一の層131のみで構成されることも考えられる。また、磁性体コア10の鍔部13が、それぞれ種類の異なる磁性材料からなる3つ以上の層が積層された構造を有することも考えられる。
<Others>
In the
また、電流検出装置1において、流検出用バスバー30における平板状の2つの端子部32は、それぞれ非平行な面に沿って形成されてもよい。
Further, in the
また、端子部32は、平板状でないことも考えられる。例えば、端子部32が、棒状の金属部材30Xの端部において、据え込み加工により他の部分よりも太く加工された部分であることも考えられる。この場合、太く加工された部分である端子部32には、前段及び後段の他のバスバーの接続端と連結するためのネジ8が締め込まれるねじ孔が形成される。
It is also conceivable that the
また、流検出用バスバー30において、貫通部31と端子部32との間に曲げ部が形成されてもよい。また、電流検出用バスバー30は、磁性体コア10の中空部11を貫通する筒状の金属部材の両端における一定範囲の部分が、プレス機60などを用いたプレス加工によって平板状に押しつぶされた構造を有する部材であってもよい。その際、筒状の金属部材の両端のうちの少なくとも一方は、磁性体コア10の中空部11に筒状の金属部材が挿通された後に、平板状にプレス加工される。この場合、平板状に押しつぶされた両端の部分が、電流検出用バスバー30における端子部32を構成し、それらの間の筒状の部分が、電流検出用バスバー30の貫通部31を構成する。
In the flow
1 電流検出装置
8 ネジ
9 他のバスバー
9A 孔
10 磁性体コア
11 磁性体コアの中空部
12 磁性体コアのギャップ部
13 磁性体コアの鍔部
20 ホール素子
21 端子
30 電流検出用バスバー
30X 金属部材
31 電流検出用バスバーの貫通部
32 電流検出用バスバーの端子部
32Z 貫通孔
40 絶縁筐体
41 本体ケース
42 蓋部材
43 第1保持部
44 第2保持部
45 スリット孔
46 欠け部
47 爪部(ロック機構)
48 枠部(ロック機構)
49 窪み
50 電子基板
51 コネクタ
60 プレス機
DESCRIPTION OF
48 Frame (locking mechanism)
49
Claims (5)
前記磁性体コアの前記ギャップ部に配置され、前記磁性体コアの前記中空部を通過する電流に応じて変化する磁束を検出する磁電変換素子と、を備えることを特徴とする電流検出装置。 A magnetic core in which both ends are opposed to each other through a gap part, and are formed in a series surrounding the periphery of the hollow part, and a flange part is formed on the both ends over the entire periphery in series.
A current detection device comprising: a magnetoelectric conversion element that is disposed in the gap portion of the magnetic core and detects a magnetic flux that changes according to a current passing through the hollow portion of the magnetic core.
両端がギャップ部を介して対向し、中空部の周囲を囲んで一連に形成され、前記両端にその周囲全体に亘って一連に外側へ張り出した鍔部が形成されていることを特徴とする磁性体コア。 A magnetic core for detecting magnetic flux,
Both ends are opposed to each other through a gap portion, and are formed in a series around the periphery of the hollow portion, and a flange portion is formed in the both ends, which extends outward in series over the entire periphery. Body core.
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2011116597A JP2012247197A (en) | 2011-05-25 | 2011-05-25 | Current detector and magnetic core |
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Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2016017334A1 (en) * | 2014-07-29 | 2016-02-04 | 株式会社東海理化電機製作所 | Electrical current detection apparatus |
JP2017102029A (en) * | 2015-12-02 | 2017-06-08 | アイシン精機株式会社 | Current sensor |
CN110196394A (en) * | 2019-06-23 | 2019-09-03 | 郑州工业应用技术学院 | Wafer cassette electronic tag electric quantity warning device |
-
2011
- 2011-05-25 JP JP2011116597A patent/JP2012247197A/en not_active Withdrawn
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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Legal Events
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