JP2014174042A - 電流センサ - Google Patents

Abstract

【課題】１枚の板材が曲げられて形成されたコアを充填材で封止した際に、コアの磁気ギャップの寸法バラツキを低減することができる電流センサを提供する。
【解決手段】ケース２０は、コア３０の一端部３２を挟むように形成されていると共に、コア３０が当該ケース２０の収容部２２に配置されたときに一端部３２よりも高く形成された第１壁部２６を有している。また、ケース２０は、コア３０の他端部３３を挟むように形成されていると共に、コア３０が当該ケース２０の収容部２２に配置されたときにコア３０の他端部３３よりも高く形成された第２壁部２７を有している。これにより、コア３０が充填材５０の熱の影響を受けたとしても、第１壁部２６及び第２壁部２７によってコア３０の磁気ギャップ３４を固定することができる。また、磁気ギャップ３４の寸法が変動することを防止することができる。
【選択図】図３

Description

本発明は、コアに発生する磁束の大きさに基づいて当該電流の大きさを検出するように構成された電流センサに関する。

従来より、薄板状のコア断片が複数枚積層されて一体化されたリング状のコアを備えた電流センサが、例えば特許文献１で提案されている。コアは、薄板状のコア断片が複数枚積層されたものがリング状となるようにプレス加工されることで形成されている。

また、コアは、そのリング状の一部分が切断・開放されることで磁気ギャップが形成されている。さらに、コアは筐体に収納されると共に筐体に充填された充填材によって封止されている。

特開２００５−３０８５２６号公報

しかしながら、上記従来の技術では、薄板状のコア断片が複数枚積層されたものがプレス加工されているので、コアとして用いられない部分が非常に多い。そこで、１枚の板材が曲げられて形成されたコアを用いることが考えられる。ところが、１枚の板材で構成されたコアは、複数枚のコア断片が積層されたコアよりも変形しやすいので、コアが筐体に収納されて充填材で封止されるときに充填材の熱の影響を受けやすい。このため、磁気ギャップの寸法が変化してしまうので、電流センサ毎に磁気ギャップの精度がばらついてしまうという問題がある。

本発明は上記点に鑑み、１枚の板材が曲げられて形成されたコアを充填材で封止した際に、コアの磁気ギャップの寸法バラツキを低減することができる電流センサを提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、電流センサは、一端部（３２）及び他端部（３３）を有する板材（３１）が筒状に曲げられて形成されていると共に、一端部（３２）と他端部（３３）とが一定の磁気ギャップ（３４）を介して対向配置されたコア（３０）を備えている。

また、電流センサは、収容部（２２）を有し、収容部（２２）にコア（３０）が配置されたケース（２０）を備えている。さらに、電流センサは、コア（３０）が収容部（２２）に配置された状態で収容部（２２）に充填されることによりコア（３０）を封止した充填材（５０）を備えている。

そして、電流センサは、コア（３０）の中空部分を貫通するように測定対象の電流が流れることによってコア（３０）に発生する磁束の大きさに基づいて当該電流の大きさを検出するように構成されており、以下の点を特徴としている。

すなわち、ケース（２０）は、コア（３０）の一端部（３２）を挟むように形成されていると共に、コア（３０）が収容部（２２）に配置されたときに一端部（３２）よりも高く形成された第１壁部（２６）を有していることを特徴とする。

また、ケース（２０）は、コア（３０）の他端部（３３）を挟むように形成されていると共に、コア（３０）が収容部（２２）に配置されたときに他端部（３３）よりも高く形成された第２壁部（２７）を有していることを特徴とする。

これによると、コア（３０）の一端部（３２）の位置が第１壁部（２６）によって規制されると共に、コア（３０）の他端部（３３）の位置が第２壁部（２７）によって規制される。このため、コア（３０）が充填材（５０）の熱の影響を受けたとしても、第１壁部（２６）及び第２壁部（２７）によってコア（３０）の磁気ギャップ（３４）を固定することができる。

また、各壁部（２６、２７）は一端部（３２）や他端部（３３）よりも高く形成されているので、一端部（３２）及び他端部（３３）のうちの一部について磁気ギャップ（３４）の寸法が変動することを防止することができる。したがって、電流センサ毎にコア（３０）の磁気ギャップ（３４）の寸法バラツキを低減することができる。

なお、この欄及び特許請求の範囲で記載した各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。

本発明の第１実施形態に係る電流センサの外観図である。 図１のケースとコアの分解図である。 ケースにコアが収納された状態における図２のIII−III断面図である。 第２実施形態に係る電流センサのケースの断面図である。

以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、図中、同一符号を付してある。

（第１実施形態）
以下、本発明の第１実施形態について図を参照して説明する。図１及び図２に示されるように、電流センサ１０は、ケース２０と、コア３０と、回路部４０と、充填材５０と、を備えて構成されている。

ケース２０は、電流センサ１０の外観をなすものであり、樹脂材料が成形されたものである。本実施形態では、ケース２０は四角柱をなしている。このようなケース２０は、貫通孔２１と、収容部２２と、コネクタ部２３と、を有している。

貫通孔２１は、ケース２０の一面２４とこの一面２４とは反対側の他面２５とを貫通するように設けられている。測定対象となる電流が配線等を介してこの貫通孔２１を貫通するように流れる。

収容部２２は、ケース２０のうち貫通孔２１を構成する部分を除いた部分において、当該ケース２０の一面２４のうちの一部が他面２５側に凹んだことにより形成された空間部である。すなわち、収容部２２は貫通孔２１の周囲に設けられている。この収容部２２には、コア３０や回路部４０が収容されている。

コネクタ部２３は、回路部４０と外部とを電気的に接続するための接続部である。コネクタ部２３は、ケース２０の他面２５から突出するように設けられており、図示しない電流検出装置と接続されたケーブルのコネクタが接続される。

コア３０は、当該コア３０の中空部分を貫通するように測定対象の電流が流れることによって当該コア３０に磁束を発生させる部品である。コア３０は、１枚の板材３１で構成されており、当該板材３１の一端部３２と他端部３３とが一定の磁気ギャップ３４を介して対向配置されて構成されている。コア３０としては、パーマロイ等の磁性材料が用いられる。

具体的には、コア３０は、板材３１の一部が曲げられた曲げ部３５と、板材３１の一部であると共に曲げ部３５に接続された第１板部３６及び第２板部３７と、で構成されている。つまり、コア３０を展開すると、板材３１は第１板部３６と第２板部３７とで曲げ部３５を挟んだものとして構成されている。

なお、板材３１の一端部３２が第１板部３６において曲げ部３５とは反対側の端部に対応する。また、板材３１の他端部３３が第２板部３７において曲げ部３５とは反対側の端部に対応する。

曲げ部３５は、図２に示されるように、半円筒状となるように一定の径で曲げられている。これにより、曲げ部３５に発生する磁束の経路が一定の径の円弧状となるので、曲げ部３５における磁気抵抗を小さくすることができる。

また、コア３０は、第１板部３６に第１テーパ部３６ａを有すると共に、第２板部３７に第２テーパ部３７ａを有している。具体的には、第１テーパ部３６ａは、曲げ部３５のうちの一端部３２側の端部３５ａから一端部３２の先端３２ａに至るまで、板材３１のうちの第１板部３６の幅が連続して狭くなるように形成されている。

ここで、「曲げ部３５のうちの一端部３２側の端部３５ａ」とは、半円筒状の曲げ部３５の周方向の一方の端部を指す。この曲げ部３５の端部３５ａは、曲げ部３５のうち第１板部３６に接続された部分を指し、第１テーパ部３６ａの始点に対応している。第１テーパ部３６ａの終点は第１板部３６の一端部３２の先端３２ａに対応している。

一方、第２テーパ部３７ａは、曲げ部３５のうちの他端部３３側の端部３５ｂから他端部３３の先端３３ａに至るまで、板材３１のうちの第２板部３７の幅が連続して狭くなるように形成されている。ここで、「曲げ部３５のうちの他端部３３側の端部３５ｂ」は、半円筒状の曲げ部３５の周方向の他方の端部を指す。すなわち、曲げ部３５の端部３５ｂが第２テーパ部３７ａの始点に対応し、第２板部３７の他端部３３の先端３３ａが第２テーパ部３７ａの終点に対応する。

なお、「第１板部３６の幅」とは、第１板部３６を構成する板材３１の厚みではなく、第１板部３６の短軸方向の幅寸法のことである。「第２板部３７の幅」についても同様に、第２板部３７の短軸方向の幅寸法のことである。

そして、第１板部３６の一端部３２が第２板部３７の他端部３３との間で磁気ギャップ３４を形成するように、当該第１板部３６の中間部が曲げられている。これにより、コア３０の曲げ部３５のうちの一端部３２側の端部３５ａと曲げ部３５のうちの他端部３３側の端部３５ｂとの対向距離が、磁気ギャップ３４よりも長くなっている。これにより、曲げ部３５の径を大きくすることができるので、コア３０の磁気抵抗を小さくすることができる。

回路部４０は、コア３０に発生する磁束の大きさを検出するための図示しないホールＩＣや、ホールＩＣからの信号を処理するための図示しない回路チップ等が実装されたものである。ホールＩＣは、コア３０の磁気ギャップ３４に配置されている。

充填材５０は、コア３０及び回路部４０がケース２０の収容部２２に収容された状態で当該収容部２２に充填された封止部材である。充填材５０は、収容部２２においてコア３０を封止している。充填材５０として、例えばウレタン等の材料が用いられる。なお、収容部２２に充填された充填材５０の表面がケース２０の一面２４の一部となる。以上が、本実施形態に係る電流センサ１０の全体構成である。

続いて、上記の電流センサ１０のうちのケース２０の収容部２２における具体的な構造について説明する。図３に示されるように、ケース２０は、収容部２２に形成された第１壁部２６と第２壁部２７とを有している。

第１壁部２６は、コア３０がケース２０の収容部２２に収容されたときに、コア３０の一端部３２を挟むように収容部２２に形成されている。すなわち、第１壁部２６は、コア３０の一端部３２を挟む２枚の壁を含んで構成されている。具体的には、第１壁部２６は、コア３０の一端部３２の内周面側に対向する第１の壁２６ａと、コア３０の一端部３２の外周面側に対向する第２の壁２６ｂと、を有している。言い換えると、第１壁部２６は断面コの字状の部分であり、断面コの字の中空部にコア３０の一端部３２が配置されていると言える。

また、第１壁部２６は、コア３０が収容部２２に配置されたときに一端部３２よりも高く形成されている。具体的には、ケース２０に対するコア３０の挿入方向、すなわちケース２０の一面２４に垂直な方向において、コア３０のうちケース２０の他面２５側の底面を基準とした第１壁部２６の高さをケース壁高さと定義する。つまり、第１の壁２６ａ及び第２の壁２６ｂの高さがケース壁高さとなる。また、ケース２０の一面２４に垂直な方向において、コア３０のうちケース２０の他面２５側の底面を基準としたコア３０の一端部３２の高さを磁気ギャップ高さと定義する。ここで、上述のようにコア３０には第１テーパ部３６ａが設けられているので、「コア３０の一端部３２の高さ」はケース２０の一面２４に垂直な方向におけるコア３０の先端３２ａの高さとする。このような定義によると、ケース壁高さは磁気ギャップ高さよりも高くなるように第１壁部２６が形成されている。

さらに、第１壁部２６は、図３に示されるようにコア３０がケース２０の収容部２２に収容されたときに、コア３０の一端部３２に対して第１の隙間２８を介するように設けられている。すなわち、コア３０にがたつきが発生していない初期状態では、第１壁部２６とコア３０の一端部３２との間に第１の隙間２８が形成されており、第１壁部２６とコア３０の一端部３２とは互いに接触せずに離間している。

一方、第２壁部２７は、コア３０がケース２０の収容部２２に収容されたときに、コア３０の他端部３３を挟むように収容部２２に形成されている。具体的には、第２壁部２７は、コア３０の他端部３３を挟む２枚の壁、すなわちコア３０の他端部３３の内周面側の第３の壁２７ａと、コア３０の他端部３３の外周面側の第４の壁２７ｂと、を有して構成されている。第２壁部２７は、第１壁部２６と同様に、断面コの字状をなしており、断面コの字の中空部にコア３０の他端部３３が配置されている。

また、第２壁部２７は、コア３０が収容部２２に配置されたときに他端部３３よりも高く形成されている。第１壁部２６の場合と同様に、ケース２０の一面２４に垂直な方向において、コア３０のうちケース２０の他面２５側の底面を基準とした第２壁部２７の高さをケース壁高さとし、コア３０のうちケース２０の他面２５側の底面を基準としたコア３０の一端部３２の高さを磁気ギャップ高さと定義する。ここで、第３の壁２７ａ及び第４の壁２７ｂの高さがケース壁高さとなる。また、コア３０には第２テーパ部３７ａが設けられているので、「コア３０の他端部３３の高さ」はケース２０の一面２４に垂直な方向におけるコア３０の先端３３ａの高さとする。このような定義によると、ケース壁高さは磁気ギャップ高さよりも高くなるように第２壁部２７が形成されている。

さらに、第２壁部２７は、第１壁部２６と同様に、コア３０がケース２０の収容部２２に収容されたときに、コア３０の他端部３３に対して第２の隙間２９を介するように設けられている。すなわち、初期状態では、第２壁部２７とコア３０の他端部３３との間に第２の隙間２９が形成されており、第２壁部２７とコア３０の他端部３３とは互いに接触せずに離間している。

次に、電流センサ１０の電流検出方法について説明する。電流センサ１０の貫通孔２１に配線等が通された状態で電流が流れると、当該電流の大きさに対応した磁束がコア３０に発生する。また、この磁束が磁気ギャップ３４に漏れる。

ここで、コア３０には緩やかなテーパ部３６ａ、３７ａが設けられているので、磁路と磁気ギャップ３４の断面積比が大きくなっている。このため、ヒステリシス（残留磁束）が低減し、磁気飽和の発生が抑制される。

そして、磁気ギャップ３４に漏れた磁束がホールＩＣによって検出される。また、回路部４０ではホールＩＣによって検出された磁束の大きさに対応した信号が処理される。こうして、電流の大きさが検出される。電流センサ１０で検出された電流の大きさに対応した信号は、コネクタ部２３を介して外部に出力される。

以上説明したように、本実施形態では、ケース２０の収容部２２に上述の第１壁部２６及び第２壁部２７が形成されていることが特徴となっている。これにより、コア３０の一端部３２の位置を第１壁部２６によって規制することができると共に、コア３０の他端部３３の位置を第２壁部２７によって規制することができる。このため、コア３０が収容部２２に収容された状態で当該収容部２２に充填材５０が充填された際に、コア３０が充填材５０の熱の影響を受けたとしても、第１壁部２６及び第２壁部２７によってコア３０の磁気ギャップ３４を固定することができる。

また、各壁部２６、２７はコア３０の一端部３２及び他端部３３よりも高く形成されていることが特徴となっている。このため、コア３０の一端部３２及び他端部３３のうちの一部について磁気ギャップ３４の寸法が変動することを防止することができる。

さらに、本実施形態では、コア３０がケース２０に収容された状態ではコア３０の各端部３２、３３が壁部２６、２７との間で隙間２８、２９を介して収容されることが特徴となっている。このようにコア３０が各壁部２６、２７と接触していないので、コア３０が各壁部２６、２７から応力を受けないようにすることができる。このため、コア３０の磁気ギャップ３４の寸法バラツキを低減することができる。

上記のように、コア３０の磁気ギャップ３４を所望の寸法に固定することができるので、電流センサ１０毎にコア３０の磁気ギャップ３４の寸法バラツキを低減することができる。

（第２実施形態）
本実施形態では、第１実施形態と異なる部分について説明する。本実施形態では、図４に示されるように、第１壁部２６の第１の壁２６ａが、コア３０の一端部３２の内周面の面方向に対して平行になっている。また、第２の壁２６ｂが収容部２２に対するコア３０の挿入側に向かって第１の壁２６ａと第２の壁２６ｂとの間隔が広がるように傾けられている。つまり、第２の壁２６ｂがテーパ状に形成されている。なお、図４は、図２のIII−III断面に対応した断面図である。

一方、第２壁部２７の第３の壁２７ａが、コア３０の他端部３３の内周面の面方向に対して平行になっている。また、第４の壁２７ｂが収容部２２に対するコア３０の挿入側に向かって第３の壁２７ａ及び第４の壁２７ｂとの間隔が広がるように傾けられている。つまり、第４の壁２７ｂがテーパ状に形成されている。

以上のように、各壁部２６、２７を構成する一方の壁が傾けられていることにより、コア３０が収容部２２に挿入されたときに、コア３０がテーパ状の第２の壁２６ｂ及び第４の壁２７ｂを滑って収容部２２に収容される。このため、収容部２２に対してコア３０を自己整合的に位置合わせすることができる。

（他の実施形態）
上記各実施形態で示された電流センサ１０構成は一例であり、上記で示した構成に限定されることなく、本発明を実現できる他の構成とすることもできる。例えば、コア３０の曲げ部３５が半円筒状であることは形状の一例であり、コア３０の磁気抵抗特性に影響を及ぼさない範囲で例えば円弧状に曲げられていても良い。

第２実施形態では、第２の壁２６ｂ及び第４の壁２７ｂが傾けられて形成されていたが、これは一例である。したがって、第１の壁２６ａ及び第３の壁２７ａが傾けられていても良い。

すなわち、第１の壁２６ａ及び第２の壁２６ｂのうちのいずれか一方が、コア３０の一端部３２の内周面もしくは外周面の面方向に対して平行になっていると共に、他方が収容部２２に対するコア３０の挿入側に向かって第１の壁２６ａと第２の壁２６ｂとの間隔が広がるように傾けられていれば良い。

また、第３の壁２７ａ及び第４の壁２７ｂのうちのいずれか一方が、コア３０の他端部３３の内周面もしくは外周面の面方向に対して平行になっていると共に、他方が収容部２２に対するコア３０の挿入側に向かって第３の壁２７ａ及び第４の壁２７ｂとの間隔が広がるように傾けられていれば良い。

２０ ケース
２２ 収容部
２６ 第１壁部
２７ 第２壁部
３０ コア
３１ 板材
３２ 一端部
３３ 他端部
３４ 磁気ギャップ
５０ 充填材

Claims (3)

1. 一端部（３２）及び他端部（３３）を有する板材（３１）が筒状に曲げられて形成されていると共に、前記一端部（３２）と前記他端部（３３）とが一定の磁気ギャップ（３４）を介して対向配置されたコア（３０）と、
   収容部（２２）を有し、前記収容部（２２）に前記コア（３０）が配置されたケース（２０）と、
   前記コア（３０）が前記収容部（２２）に配置された状態で前記収容部（２２）に充填されることにより前記コア（３０）を封止した充填材（５０）と、を備え、
   前記コア（３０）の中空部分を貫通するように測定対象の電流が流れることによって前記コア（３０）に発生する磁束の大きさに基づいて当該電流の大きさを検出するように構成された電流センサであって、
   前記ケース（２０）は、
   前記コア（３０）の一端部（３２）を挟むように形成されていると共に、前記コア（３０）が前記収容部（２２）に配置されたときに前記一端部（３２）よりも高く形成された第１壁部（２６）と、
   前記コア（３０）の他端部（３３）を挟むように形成されていると共に、前記コア（３０）が前記収容部（２２）に配置されたときに前記他端部（３３）よりも高く形成された第２壁部（２７）と、を有していることを特徴とする電流センサ。
2. 前記第１壁部（２６）は、前記コア（３０）の一端部（３２）の内周面側の第１の壁（２６ａ）と、前記コア（３０）の一端部（３２）の外周面側の第２の壁（２６ｂ）と、を有し、
   前記第２壁部（２７）は、前記コア（３０）の他端部（３３）の内周面側の第３の壁（２７ａ）と、前記コア（３０）の他端部（３３）の外周面側の第４の壁（２７ｂ）と、を有して構成されており、
   前記第１の壁（２６ａ）及び前記第２の壁（２６ｂ）のうちのいずれか一方が、前記一端部（３２）の面方向に対して平行になっていると共に、他方が前記収容部（２２）に対する前記コア（３０）の挿入側に向かって前記第１の壁（２６ａ）と前記第２の壁（２６ｂ）との間隔が広がるように傾けられており、
   前記第３の壁（２７ａ）及び前記第４の壁（２７ｂ）のうちのいずれか一方が、前記他端部（３３）の面方向に対して平行になっていると共に、他方が前記収容部（２２）に対する前記コア（３０）の挿入側に向かって前記第３の壁（２７ａ）及び前記第４の壁（２７ｂ）との間隔が広がるように傾けられていることを特徴とする請求項１に記載の電流センサ。
3. 前記第１壁部（２６）は、前記コア（３０）が前記ケース（２０）の収容部（２２）に収容されたときに、前記コア（３０）の一端部（３２）に対して第１の隙間（２８）を介するように設けられており、
   前記第２壁部（２７）は、前記コア（３０）が前記ケース（２０）の収容部（２２）に収容されたときに、前記コア（３０）の他端部（３３）に対して第２の隙間（２９）を介するように設けられていることを特徴とする請求項１または２に記載の電流センサ。

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