JP2014006115A

JP2014006115A - 電流センサ

Info

Publication number: JP2014006115A
Application number: JP2012141081A
Authority: JP
Inventors: Akinori Sakamoto; 彬宜坂本; Shidi Peng; 詩迪彭
Original assignee: Yazaki Corp
Current assignee: Yazaki Corp
Priority date: 2012-06-22
Filing date: 2012-06-22
Publication date: 2014-01-16
Anticipated expiration: 2032-06-22
Also published as: JP5952652B2

Abstract

【課題】電流路に流れる電流により発生する磁界を検出する高速応答性を向上させ信頼性の高い電流センサを提供する。
【解決手段】電流センサ１は、センサ本体２とセンサ本体２に固定されるシールド３とから構成され、センサ本体２に取り付けられる電流路４に流れる電流を検出する。シールド３は、第１シールド３Ｓと第２シールド３Ｔとを備えている。第１シールド３Ｓは、センサ本体２の側部に形成された嵌合穴２５に嵌合する嵌合部３１Ｓと、嵌合部３１Ｓに対して略直角方向に延在する平坦部３２Ｓと、を備えている、第１シールド３Ｓの平坦部３２Ｓの端部３３Ｓと、第２シールド３Ｔの嵌合部３１Ｔとの端部３３Ｔとは、対向してかつ離間してセンサ本体２に配置固定される。これにより、磁気検出素子が検出する磁界位相の遅れを解消している。
【選択図】図１

Description

本発明は、シールドの構造に特徴のある電流センサに関する。

自動車の車載バッテリと車両電装品とを接続する電流路（例えば、バスバー等）に流れる電流を検出する電流センサは知られている（特許文献１、特許文献２参照）。

特許文献１の電流センサ１００は、図６（ａ）及び図６（ｂ）に示す通り、センサ本体２００とセンサ本体２００に固定されるシールド３００とから構成され、センサ本体２００とシールド３００との間に電流路４００を配置して、電流路４００に流れる電流を検出している。電流は、センサ本体２００に取り付けられた基板２１０に実装される磁気検出素子２２０により磁気強度を検出し、それに相当する電力を出力することにより測定される。シールド３００は略「コ」字状を成し、電流路４００の裏面を完全に包囲している（図６（ｂ）参照）。この構成により、磁気歪み発生が無く信頼度の高い電流センサ１００が実現できることが開示されている。尚、図６（ｂ）は、特許文献１に開示されていないが、本発明の構成との相違を明確にするために作図したものである。

また、特許文献２の電流センサには、磁気検出素子が電流の流れに対して垂直な幅方向の中央位置から幅方向に所定距離だけ離れた位置に設けられている。これにより、磁気検出素子の周波数特性の帯域を広げて周波数特性を向上させることができる。また、幅方向の磁界を検出することにより、電流路を流れる電流を測定できることが開示されている。

特開２０１０−２２３８６８号公報特許第４５１５８５５号公報

特許文献１に記載される電流センサ１００においては、シールド３００が、電流センサ１００の取り付け部分において、電流路４００を裏面から完全に覆っている。このため、電流路４００に流れる電流により生じる渦電流が発生し、磁気検出素子２２０で検出する磁界の位相が電流の位相より遅れる欠点がある。特に高い周波数の大電流では、シールドの磁気飽和が予想され、磁気検出素子４００が検出した磁束密度と電流間の線形関係が崩れ誤差許容内の測定が困難となり、高速応答の信頼性に問題を生じていた。また、特許文献２に記載される電流センサにおいては、磁気検出素子を幅方向にずらしてはいるが、シールドを設けるのではなく、電流路に磁気検出素子を近接させて高い電流感度を得ているため、例えば、三相交流における隣接磁界や近接した電気部品等から発生する磁界の影響を受け易く、正確な電流値を測定し難いという問題があった。

本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、電流路に流れる電流により発生する磁界を検出する高速応答性を向上させ信頼性の高い電流センサを提供することにある。

前述した目的を達成するために、本発明に係る電流センサは、下記（１）を特徴としている。
（１）電流が流れる電流路に設置される電流センサであって、
基板と、前記基板に実装される磁気検出素子と、を有するセンサ本体と、
第１シールドと第２シールドとによって対をなす一対のシールドと、
を備え、
前記第１シールドは、平板状の嵌合部と、前記嵌合部に対して略直角方向に該嵌合部に延在された平板状の平坦部と、から成り、
前記第２シールドは、平板状の嵌合部から成り、
前記第１シールドの嵌合部と前記第２シールドの嵌合部は、前記センサ本体の両側にそれぞれ固定され、
前記第１シールドの平坦部の端部と前記第２シールドの嵌合部の端部は、離間して配置され、
前記磁気検出素子は、前記センサ本体の中央から離れた前記第２シールドよりに位置づけられ、
前記第１シールドの平坦部は、前記嵌合部に対して略直角方向に前記センサ本体の中央に向かって延在されていること。

上記（１）の電流センサによれば、磁気検出素子での磁界位相が遅延せず、高速応答性を向上させることがき、且つ、磁気干渉からの影響を極力防止して、隣接する電流路から漏れる磁束が、垂直方向のみ磁気検出素子に印加されるため磁界位相誤差が軽減され、且つ磁気飽和が軽減される電流センサを提供できる。

本発明によれば、磁気検出素子がシールドの中央位置よりも一方のシールドに寄った位置に配置されていることにより、磁気検出素子での磁界位相が遅延せず、応答性の向上を図り、特に高速応答性に優れた電流センサを提供できる。更に、シールドの形状をＬ字状としたことにより、磁気検出素子に向かう電磁ノイズによる影響を低減できる。更に、シールドを一対とし各端部を離間させたことにより、磁気飽和が軽減され、大電流であっても精度良く測定することができる。

以上、本発明について簡潔に説明した。更に、以下に説明される発明を実施するための形態（以下、「実施形態」という。）を添付の図面を参照して通読することにより、本発明の詳細は更に明確化されるであろう。

図１は、本発明に係る電流センサの一実施形態を示す分解斜視図である。図２は、図１に係る電流センサのＡ−Ａ断面図である。図３は、図１に係る電流センサのＢ−Ｂ断面図である。図４（ａ）は従来技術の構成と本発明の実施形態による９０％―９０％応答時間の比較グラフ、図４（ｂ）は９０％―９０％応答時間を説明するためのグラフである。図５は、電流値と磁束密度における性能を示すグラフである。図６（ａ）及び図６（ｂ）は、従来技術の電流センサを示し、図６（ａ）は分解斜視図、図６（ｂ）は縦断面図である。

以下、本発明に係る好適な実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。

図１から図３に基づいて、本発明の一実施形態である電流センサを説明する。図１は電流センサの斜視図、図２は図１のＡ−Ａ断面図、図３は図１のＢ−Ｂ断面図である。

電流センサ１は、センサ本体２とセンサ本体２に固定されるシールド３とから構成され、センサ本体２に取り付けられる電流路４に流れる電流を検出する。電流センサ１は、例えば、自動車の車載バッテリと車両電装品とを接続する電流路に取り付けられる。

センサ本体２は、絶縁性の合成樹脂等から成形された筺体に、回路等が実装される基板２１が収容されている。基板２１には、磁気検出素子２２とが取り付けられている。磁気検出素子２２は、電流路４で生じる磁界を測定する素子であり、例えば、磁場の中のキャリアが受けるローレンツ力による生じるホール効果を利用した半導体ホール素子やアモルファス磁性体による磁気インピーダンス効果を利用した磁気インピーダンス素子、等である。電流センサ１は、基板２１に実装された増幅回路等を介して、磁気検出素子２２で検出された磁界に比例した値の電圧値を出力する。

シールド３は、例えば、パーマロイやケイ素鋼板などの高透磁率の材料からなり、薄板で形成されている。また、シールド３は、左右一対であり、センサ本体２の両側にそれぞれ固定されている。電流路４をセンサ本体２の下部に取り付け、シールド３をセンサ本体２の上部から取り付ける。

シールド３は、第１シールド３Ｓと第２シールド３Ｔとを備えている。第１シールド３Ｓは、センサ本体２の側部に形成された嵌合穴２５に嵌合する平板状の嵌合部３１Ｓと、嵌合部３１Ｓに対して略直角方向に延在される平坦部３２Ｓと、を備えている。直角方向とは、センサ本体２の側方から中央にある中心線Ｘに向かう方向である。一方、第２シールド３Ｔは、平板状の嵌合部３１Ｔを備えている。そして、第１シールド３Ｓの平坦部３２Ｓの端部３３Ｓと、第２シールド３Ｔの嵌合部３１Ｔとの端部３３Ｔとは、対向してかつ離間してセンサ本体２の上部に配置固定される。従って、両シールド３Ｓ、３Ｔは、電流路４を完全に包囲しておらず、開口部分（スリット）を備えていると言える。

磁気検出素子２２は、センサ本体２の中心線Ｘより左側（図面上で）に位置づけられている。即ち、第２シールド３Ｔに近い位置にくるよう基板２１に実装されている。換言すれば、センサ本体２の中心線Ｘ方向に長さＬで突出する平坦部３２Ｓの端部３３Ｓに対して、離れる方向の第２シールド３Ｔよりに磁気検出素子２２が配置されている。尚、第２シールド３Ｔの端部３３Ｔに平坦部が一部形成されていても良い。

電流路４は、交流電流等が流れる平板上に形成されたバスバーや導体などであり、センサ本体２下部に取り付けられる。

本発明の電流センサ１によれば、センサ本体２の中心線Ｘより左側（図面上で）に位置づけられていることによって、磁気検出素子２２での磁界位相が遅延せず、特に高速な応答性を実現することができる。また、Ｌ字状の第１シールド３Ｓが電流路４の片側に設けられていることによって、周辺からの磁気干渉を抑制した電流センサ１を提供できる。また、電流路４の断面における均一な電流密度分布が得られ磁気検出素子２２の応答性が向上し、残留磁界が抑制されオフセット誤差を低減できる。更に、隣接する相の電流路４から漏れる磁束が、垂直方向のみ磁気検出素子２２に印加されるため磁界位相誤差が軽減される。

図４（ａ）は、従来技術の構成と本発明の実施形態による、電流が１００Ａ／μＳで変動する時の９０％―９０％応答時間（μｓ）の比較グラフである。９０％―９０％応答時間とは、図４（ｂ）に示す通り、電流路４に流れる電流（入力電流）出力９０％に対して、それに対応する磁界に比例した電圧値（出力電圧９０％）が磁気検出素子２２で測定される応答時間のことである。図４（ａ）に基づく実測結果では、従来技術の応答時間５０μｓから本発明の応答時間６μｓ（応答時間６μｓは、実測に用いた磁気検出素子の理論値。）に改善（約９０％改善）され、シールド３の構成による効果が明らかに現れており、電流の変動が速くなっても磁気検出素子２２の応答性が向上し、特に高速応答性を確保できている。

図５は、電流値と磁束密度における性能を示すグラフである。

嵌合部３１と嵌合穴２５との嵌合により、シールド３がセンサ本体２に確実に固定される。その結果、平坦部３２の突出量（長さＬ）と磁気検出素子２２との相対的位置関係が極めて安定する。特に、長さＬの違いによりオフセット誤差の相違があるため、一定の長さＬを保つことは重要である。耐震性に優れた固定であるため、最適なオフセット誤差値を維持することが極めて容易となる。

図５のグラフでは、縦軸にシールド板内部の磁束密度（ｍＴ）を取り、横軸に電流（Ａ）を取っている。このグラフから理解されると通り、電流（Ａ）が大きくなると磁気飽和が発生しやすくなる（曲線参照）が、本発明では、従来と比して、高い周波数の大電流が流れても磁気飽和の発生を抑え、線形性が維持される区間（線形区間）を拡張することができる。

尚、本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、適宜、変形、改良、等が可能である。その他、上述した実施形態における各構成要素の材質、形状、寸法、数値、形態、数、配置箇所、等は本発明を達成できるものであれば任意であり、限定されない。

１電流センサ
２センサ本体
３シールド（３Ｓ第１シールド、３Ｔ第２シールド）
４電流路
２１基板
２２磁気検出素子
３１嵌合部
３２平坦部
３３端部
Ｌ長さ

Claims

電流が流れる電流路に設置される電流センサであって、
基板と、前記基板に実装される磁気検出素子と、を有するセンサ本体と、
第１シールドと第２シールドとによって対をなす一対のシールドと、
を備え、
前記第１シールドは、平板状の嵌合部と、前記嵌合部に対して略直角方向に該嵌合部に延在された平板状の平坦部と、から成り、
前記第２シールドは、平板状の嵌合部から成り、
前記第１シールドの嵌合部と前記第２シールドの嵌合部は、前記センサ本体の両側にそれぞれ固定され、
前記第１シールドの平坦部の端部と前記第２シールドの嵌合部の端部は、離間して配置され、
前記磁気検出素子は、前記センサ本体の中央から離れた前記第２シールドよりに位置づけられ、
前記第１シールドの平坦部は、前記嵌合部に対して略直角方向に前記センサ本体の中央に向かって延在されていることを特徴とする電流センサ。