JP2013054016A - 電流センサにおける磁性体コアの形状 - Google Patents

Abstract

【課題】 計測電流により環状磁性体コアのギャップ内に発生する磁束の計測電流に対する直線性範囲を損なうことなく、小型・軽量で大電流の電流センサを安価に提供すること。
【解決手段】 ギャップを設け環状に形成された磁性材を積層して環状磁性体コアを構成し、更にコア形状において、磁束密度に応じて環状磁性体コアの幅寸法を変え、計測電流によりギャップ内に発生する磁束の計測電流に対する直線性範囲を拡大させる。
【選択図】図１

Description

この発明は、環状磁性体コアに設けたギャップ内に配置した磁電変換素子を用いて電流を検出する磁気比例方式の電流センサにおける磁性体コアに関するものである。

磁気比例方式の電流センサは、図１に示すように環状磁性体コアに設けたギャップ内に磁電変換素子を配置し、環状磁性体コアを貫通する被検出電流導体を流れる被検出電流によって発生した磁界を，磁電変換素子を用いて電気信号に変換して出力することで、入力電流に比例した出力を得る事ができる。

発明が解決しようとする課題

近年の磁気比例方式の電流センサは、小型・軽量で、且つ、計測電流の大電流化の要求が高まっている。計測電流を大電流化するためには、環状磁性体コアのギャップを広げて磁気抵抗を上げることで磁性体コア内に発生する磁束密度を下げるか、もしくは磁性体コアの断面形状（断面積）を全周同様に広げ、飽和磁束密度を上げるなどの方法で計測電流の大電流化が図られてきた。

しかしながら、ギャップを広げた場合には、漏れ磁束や外部磁界の影響が大きくなるため検出精度が下がり、更にギャップ内の磁束密度が下がって磁電変換素子の出力が小さくなり、所定出力まで増幅して出力するために内部回路の増幅率が高くなることから、性能が悪化するという問題点があった。
また、磁性体コアの断面形状を大きくした場合には外形が大きくなり、且つ、磁性材料の使用量増加によりコストがアップするなどの問題点があった。

そこで本発明の目的は、検出精度を確保した上で、磁性体コアの材料使用暈を削減しつつ、計測電流の大電流化が可能な電流センサにおける磁性体コアを提供することにある。

課題を解決するための手段

本発明は、ギャップを設け環状に形成された磁性材を積層して環状磁性体コアを構成し、更にコア形状において、磁束密度に応じて環状磁性体コアの幅寸法を変え、計測電流によりギャップ内に発生する磁束の計測電流に対する直線性範囲を拡大させたものである。

ギャップを有する磁性体コア内の磁束密度は一様ではなく、例えば、図１のような四角形状の環状磁性体コアとした場合、ギャップ側のコア幅をＷ１、その左右のコア幅をＷ２、ギャップの反対側のコア幅をＷ３とすると、Ｗ３＞Ｗ２＞Ｗ１の順に磁束密度が高い状態にある。よって、コア幅Ｗ３の部分の飽和磁束密度が計測電流によりギャップ内に発生する磁束の飽和に影響することから、コア幅Ｗ１・Ｗ２の部分についてはコア幅Ｗ３の部分が磁束の飽和を生じない範囲であれば、磁性体コアの幅寸法を小さくする事ができる。また、コア幅Ｗ１・Ｗ２を減少させることで磁性体コア内の磁気抵抗が上がり、これによりコア内部の磁束密度が下がる。その結果、計測電流によりギャップ内に発生する磁束の計測電流に対する直線性範囲を拡大させることができる。

また、環状磁性体コア内部で最も磁束密度の低いギャップ近傍のコア幅をさらに減少させることで、飽和に影響しない範囲でコア内部の磁気抵抗を上げることができるため、計測電流によりギャップ内に発生する磁束の計測電流に対する直線性範囲を拡大させることができる。

発明の効果

本発明によれば、計測電流により環状磁性体コアのギャップ内に発生する磁束の計測電流に対する直線性範囲を損なうことなく、磁性体コアに使用する磁性材料を従来品に比べ減らすことができるため、軽量化並びにコストダウンが可能になる。
また、従来品に比べ環状磁性体コアの大きさを小さくすることができるため、小型・軽量で大電流の電流センサを安価に提供することができる。
更に、この発明によれば、ギャップ寸法を拡大させることなく直線性範囲の拡大ができる。

この発明の実施形態１による電流センサの斜視図である。 この発明の実施形態１による磁気コアの平面図である。 この発明の実施形態２による磁気コアの平面図である。

実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１による磁気比例方式電流センサの斜視図を示す。
磁気比例方式電流センサは、環状磁性体コア２に設けたギャップ６内に磁電変換素子３を配置し、環状磁性体コアを貫通する被検出電流導体５を流れる被検出電流によって発生した磁界を磁電変換素子３を用いて電気信号に変換し、更に増幅出力する回路基板４で構成される。

図２は、実施形態１の環状磁性体コア２の正面図である。
本実施の形態１では、ギャップ６側のコア幅をＷ１、その左右のコア幅をＷ２、ギャップ６の反対側のコア幅をＷ３とすると、Ｗ１＜Ｗ２＜Ｗ３もしくはＷ１＜Ｗ２＝Ｗ３とする事で、Ｗ１＝Ｗ２＝Ｗ３の場合に比べて、ギャップ６内に発生する磁束の計測電流に対する直線性範囲を拡大することができる。

図３は、実施形態２の環状磁性体コア２の正面図である。
本実施の形態２では、実施形態１の形状を元にギャップ６側近傍のコア幅Ｗ４をコア幅Ｗ１よりさらに減少させて、Ｗ４＜Ｗ１＜Ｗ２＜Ｗ３とした形状である。これによると、コア幅Ｗ４をコア幅Ｗ１よりさらに減少させることで環状磁性体コア２の磁気抵抗が大きくなり、コア幅Ｗ２・Ｗ３を変更することなく、ギャップ６内に発生する磁束の計測電流に対する直線性範囲をさらに拡大することができる。

本発明は上述した各実施形態に制約されること無く、種々に変形して実施可能である。環状磁性体コア２は、四角形状のものだけでなく、その他の多角形形状や円形状のものであっても良い。

実施形態２で挙げたコア幅の段階的な減少は、ギャップの左右もしくはギャップの反対側からギャップまで徐々に減少させても良い。

１ 電流センサ、２ 環状磁性体コア、３ 磁電変換素子、４ 回路基板、５ 被検出電流導体、６ ギャップ

Claims (4)

1. 環状磁性体コアに設けたギャップ内に配置した磁電変換素子を用いて、電流を検出する磁気比例方式の電流センサにおいて、前記環状磁性体コアはギャップを設け環状に形成された磁性材を積層してコアを構成すると共に、環状磁性体コア磁路の一部のコア幅を減少させた事を特徴とする電流センサにおける磁性体コアの形状。
2. 請求項１記載の環状磁性体コアにおいて、ギャップ側のコア幅を段階的に減少させた形状とした事を特徴とする電流センサにおける磁性体コアの形状。
3. 請求項１記載の環状磁性体コアにおいて、ギャップの左右からギャップまでのコア幅を徐々に減少させた形状とした事を特徴とする電流センサにおける磁性体コアの形状。
4. 請求項１記載の環状磁性体コアにおいて、ギャップの反対側からギャップまでのコア幅を徐々に減少させた形状とした事を特徴とする電流センサにおける磁性体コアの形状。

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