JP2014219221A - 電流センサ - Google Patents

Abstract

【課題】 外部ノイズの影響を低減しつつ、コストの削減が可能な電流センサの提供。
【解決手段】 電流Ｉが流れる導体１０を囲む磁性体コア２０を備え、磁性体コア２０には、電流Ｉにより形成される磁界Ｈを測定するための第１磁界測定素子４０が配置される第１ギャップ２２が形成され、第１ギャップ２２における磁性体コア２０の端部の断面積は、磁性体コア２０のうち第１ギャップ２２以外の領域における磁性体コア２０の断面積より小さいことを特徴とする電流センサ。
【選択図】図４

Description

本発明は、電流センサに関する。

被測定電流が流れる導体の一部を環状の磁性体コアで囲い、当該磁性体コアのギャップに磁界測定用のホール素子を配置した電流センサが知られている（特許文献１）。磁性体コアの材料としては、例えばパーマロイ、フェライト、高透磁率ナノ結晶材等が知られている。

特開平１１−２５１１６７号公報

従来の電流センサでは、磁性体コアに比較的高価な材料を用いているため、製造コストの低減が課題であった。しかし、単純に磁性体コアの厚みを薄くすると、外部ノイズの影響により電流センサの特性が悪化してしまう場合があった。

本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであり、外部ノイズの影響を低減しつつ、コストの削減が可能な電流センサを提供することを目的とする。

本発明は、電流が流れる導体を囲む磁性体コアを備え、前記磁性体コアには、前記電流により形成される磁界を測定するための第１磁界測定素子が配置される第１ギャップが形成され、前記第１ギャップにおける前記磁性体コアの端部の断面積は、前記磁性体コアのうち前記第１ギャップ以外の領域における前記磁性体コアの断面積より小さいことを特徴とする電流センサである。

上記構成において、前記磁性体コアには、前記第１ギャップに向かう段差部が形成され、前記段差部に配置される基板をそなえ、前記第１磁界測定素子は前記基板に実装される構成とすることができる。

上記構成において、前記磁性体コアの前記第１ギャップにおける、前記電流に沿った方向の前記磁性体コアの厚みは、前記磁性体コアのうち前記第１ギャップ以外の領域の厚み以下である構成とすることができる。

上記構成において、前記磁性体コアは、前記第１ギャップに向かってその厚みが減少する形状を有する構成とすることができる。

上記構成において、前記第１ギャップにおける前記磁性体コアの端部は、面取りされている構成とすることができる。

上記構成において、前記第１ギャップにおける前記磁性体コアの端部は、鋭角な形状となっている構成とすることができる。

本発明は、電流が流れる導体を囲む磁性体コアを備え、前記磁性体コアには、前記電流により形成される磁界を測定するための第１磁界測定素子が配置される第１ギャップが形成されると共に、前記磁性体コアを分離する第１分離部及び第２分離部が形成され、前記第１ギャップ及び前記第１分離部の間に位置する前記磁性体コアの中心線と、前記第１ギャップ及び前記第２分離部の間に位置する前記磁性体コアの中心線とは、変曲点のない直線で且つ共通している構成とすることができる。

上記構成において、前記電流センサは、前記磁性体コアに、前記第１ギャップから見て前記導体を挟んだ反対側に、前記電流により形成される磁界を測定するための第２磁界測定素子が配置される第２ギャップが形成され、前記第２ギャップにおける前記磁性体コアの端部の断面積は、前記磁性体コアのうち前記第１ギャップ及び前記第２ギャップ以外の領域における前記磁性体コアの断面積より小さい構成とすることができる。

本発明によれば、電流センサにおける磁性体コアの着脱を容易に行うことができ、且つ電流センサの汎用性を向上させることができる。

電流センサを示す図である。 電流センサの分解図である。 電流センサの外観図である。 磁性体コア部分の詳細な構成を示す図である。 磁性体コア部分の形状の比較を示す図である。 第１変形例に係る磁性体コアの斜視図である。 第２〜第３変形例に係る磁性体コアの構成を示す図である。 第４〜第５変形例に係る磁性体コアの構成を示す図である。 第６〜第７変形例に係る磁性体コアの構成を示す図である。 第８〜第９変形例に係る磁性体コアの構成を示す図である。 第１０〜第１１変形例に係る磁性体コアの構成を示す図である。 第１２〜第１３変形例に係る磁性体コアの構成を示す図である。 ノイズに関するシミュレーション結果を示す表である。 実施例２及び比較例に係る電流センサの磁性体コア部分の詳細な構成を示す図である。 実施例３及び比較例に係る電流センサの磁性体コア部分の詳細な構成を示す図である。 ノイズに関するシミュレーション結果を示す表である。 電流センサを示す図である。 実施例４及び第１〜第４変形例に係る磁性体コアの構成を示す図である。 第５〜第７変形例に係る磁性体コアの構成を示す図である。 第８変形例に係る磁性体コアの構成を示す図である。

図１は、電流センサの構成を示す図面である。図１（ａ）は電流バーの貫通方向から見た平面図であり、図１（ｂ）は図１（ａ）の矢印Ａ方向から見た側面図である。図１（ａ）及び図１（ｂ）に示すように、電流センサは、上下に２分割された環状の磁性体コア２０（下部磁性体コア２０ａ及び上部磁性体コア２０ｂ）を備えている。磁性体コア２０のうち下部の磁性体コア２０ａは更に２つの磁性体コアに分割され、その分割された空間には、磁界検出用のホール素子４０が磁性体コア２０と離間して設けられている。以下の説明では、ホール素子４０が設けられた磁性体コア２０の切欠部をギャップ２２と称する。また、磁性体コア２０を上下に分割する２箇所の切欠部を、それぞれ第１分離部２４及び第２分離部２６と称する。

磁性体コア２０により形成される環状構造の中央部分には、被測定電流の流れる導体の一例である電流バー１０が、当該環状構造を貫通するように設けられている。電流バー１０を流れる電流Ｉにより、磁性体コア２０内に環状の磁界Ｈが形成される。電流センサでは、当該磁界Ｈをホール素子４０が検出することにより、電流の測定を行うことができる。

磁性体コア２０の材料としては、例えばパーマロイ、フェライト、高透磁率ナノ結晶材等の材料を用いることができる。このうち、高透磁率ナノ結晶材のような比較的柔らかい材料を用いる場合、第１分離部２４及び第２分離部２６における磁性体コア２０同士の接触性が向上し、電流センサの特性が向上するという利点がある。なお、第１分離部２４及び第２分離部２６の周辺にのみ、高透磁率ナノ結晶材等の柔らかい材料を用い、他の部分にはより低コストな材料を用いる構成としてもよい。

図２は、電流センサの分解図である。電流センサは、磁性体コア２０を収容・固定するための、３つの筐体（下部筐体５０、中部筐体５２、上部筐体５４）を備えている。また、ホール素子４０は、基板４２の表面から突出するように実装されており、当該基板４２が下部筐体５０において磁性体コア２０の下側に実装される構成となっている。下部筐体５０は、中部筐体５２と係合し、下側の磁性体コア２０ａ及び基板４２を収容する。上部筐体５４は、中部筐体５２と係合し、上側の磁性体コア２０ｂを収容する。下部筐体５０及び中部筐体５２は、例えば対応する凸部及び凹部を互いに係合させることにより固定することができる。また、上部筐体５４及び中部筐体５２は、例えば中心軸の共通する軸受部に軸５８を挿入することにより、一つの辺を中心として互いに回動可能に固定することができる。筐体同士の固定方法は、磁性体コア２０及びホール素子４０を所定の位置に固定可能なものであれば、上記の例に限定されるものではない。

図３（ａ）及び（ｂ）は、電流センサの外観斜視図である。下部筐体５０及び中部筐体５２は、不図示の凸部及び凹部により互いに開閉自在に固定されている。上部筐体５４及び中部筐体５２は、不図示の軸及び軸受部、並びにスナップフィット構造の係合部５６により、互いに開閉自在に固定されている。下部筐体５０には、開口部５１が形成されている。基板４２の一部は、下部筐体５０から外部に露出しており、当該露出部分に外部接続用の接続端子４４が形成されている。接続端子４４は、基板４２に形成された不図示の配線を介し、ホール素子４０と電気的に接続されている。

ここで、磁性体コア２０の材料として用いられる前掲のパーマロイ、フェライト、高透磁率ナノ結晶材等は、比較的高価な材料であることから、その使用量はできるだけ少なくすることが好ましい。一方、磁性体コア２０の厚みを薄くした場合、外部ノイズの影響が増大し、電流センサの特性が悪化してしまう場合がある。以下の説明では、上記課題を解決するための磁性体コア２０の形状について説明する。

図４は、磁性体コア部分の構成を示す図である。図４（ａ）は電流バー１０の貫通方向から見た側面図、図４（ｂ）は図４（ａ）のＡ方向から見た側面図、図４（ｃ）は外観斜視図である。いずれの図においても、磁性体コア２０の構成のみを示し、他の構成要素（電流バー１０、ホール素子４０等）は省略している。また、図４（ｂ）のハッチ部分は、磁性体コア２０のギャップ２２における端面の形状を示している（以降の図においても同様）。

図４（ａ）〜（ｃ）に示すように、実施例１に係る電流センサでは、ギャップ２２付近において磁性体コア２０の厚みが薄くなるように、磁性体コア２０が形成されている。これにより、ギャップ２２における磁性体コア２０の端面の断面積が、磁性体コア２０のうちギャップ２２以外の領域（例えば、第１分離部２４及び第２分離部２６）の断面積より小さくなっている。なお、図４（ｃ）に示すように、実施例１では、電流Ｉに沿った方向における磁性体コア２０の厚み（図４（ｃ）図示左右方向の寸法）は、磁性体コア全体を通して均一である。また、第１分離部２４及び第２分離部２６における磁性体コア２０の端面同士の距離（例えば、５０μｍ）は、ギャップ２２における端面同士の距離（例えば、１．７ｍｍ）に比べ、大幅に小さくなっている。

本構成によれば、磁性体コア２０の断面積を小さくした分だけ、磁性体コア２０を構成する材料の使用量を削減することができるため、磁性体コア２０の製造コストを低減することができる。また、ギャップ２２付近のみ磁性体コア２０の断面積を小さくする構成は、外部ノイズの影響を低減する点においても優れているが、この点については以下で詳細に説明する。なお、「断面積」という場合、磁性体コア２０の断面のうち、電流バー１０を流れる電流Ｉにより形成される磁界Ｈに垂直な断面の断面積を指すものとする。

図５は、磁性体コア部分の形状の比較を示す図である。図５（ａ）は図４（ａ）と同一であり、本実施例に係る磁性体コアを示す。図５（ｂ）は、ギャップ２２付近の磁性体コア２０の断面積を小さくせずに均一とした第１比較例を示す図であり、磁性体コア８０の断面積は、図５（ａ）の第１分離部２４及び第２分離部２６の磁性体コア２０の断面積と同一である。図５（ｃ）は、磁性体コアの断面積を一様に小さくした第２比較例を示す図であり、磁性体コア８０の断面積は、図５（ａ）のギャップ２２部分の断面積と同一である。第１比較例及び第２比較例では、実施例１の磁性体コア２０、ギャップ２２、第１分離部２４、第２分離部２６に対応する構成として、磁性体コア８０、ギャップ８２、第１分離部８４、第２分離部８６が備えられている。

一般的に、電流センサにおいては、磁性体コア２０の厚みが大きいほど外部ノイズの影響を低減することができる。図５（ｂ）の第１比較例では、磁性体コア８０の断面積が均一であり、且つ実施例１（図５（ａ））の第１分離部２４及び第２分離部２６における断面積と同一となっている。このため、外部ノイズの影響を低減することはできるが、磁性体コア８０を構成する材料の使用量及び磁性体コア８０の製造コストの低減を図ることは難しい。

一方、図５（ｃ）の第２比較例では、ギャップ８２を含む磁性体コア８０の断面積が均一であり、且つ実施例１（図５（ａ））のギャップ２２における断面積と同一となっている。このため、磁性体コア８０の材料使用量及び製造コストの低減を図ることはできるが、外部ノイズの影響が増大してしまい、電流センサとしての特性が悪化してしまう。

これに対し、図５（ａ）の実施例１では、ギャップ２２付近のみ磁性体コア２０の断面積が小さくなるようにし、その他の領域においては磁性体コア２０の断面積が第１比較例と同等になるようにしている。これにより、外部ノイズの影響を低減しつつ、磁性体コア２０の材料使用量及び製造コストの低減を図ることができる。なお、ギャップ２２付近における磁性体コア２０の断面積を小さくする方法としては、実施例１で述べた以外に様々な構成が考えられる。以下、図６〜図１２において、実施例１の変形例に係る電流センサについて説明し、図１３において実施例１及び変形例に係る電流センサを用いたシミュレーション結果を示す。

図６は、第１変形例に係る磁性体コアの斜視図である。本変形例では、ギャップ２２の端面における磁性体コア２０の厚みが、それ以外の部分と比較して、電流Ｉの貫通方向に垂直な方向だけでなく、電流Ｉに沿った方向においても小さくなっている。より詳細に、磁性体コア２０の電流Ｉ方向の厚み（幅）は、ギャップ２２の端面に向かうに従って次第に小さくなる構成となっている。これにより、実施例１（図４（ｃ））の構成と比較して、磁性体コア２０の使用量を更に削減することができるため、製造コストの更なる低減を図ることができる。

図７は、第２変形例及び第３変形例に係る磁性体コアの構成を示す図である。図７（ａ）は電流Ｉの貫通方向から見た第２変形例および第３変形例による磁性体コアの側面図、図７（ｂ）は図７（ａ）の矢印Ａ方向から見た第２変形例による磁性体コアの側面図である。図７（ｃ）は第２変形例による磁性体コアの斜視図であり、図７（ｄ）は第３変形例による磁性体コアの斜視図である。

図７（ａ）に示すように、本変形例では、磁性体コア２０が、ギャップ２２の端面から反対側に向かって広がるテーパ形状となっている。このように、ギャップ２２付近をテーパ形状に加工することによっても、実施例１と同じく、外部ノイズの影響を低減しつつ磁性体コア２０の材料使用量を削減することができる。なお、第２変形例（図７（ｃ））では、電流Ｉに沿った方向の磁性体コア２０の厚みは全ての領域で均一であるが、第３変形例（図７（ｄ））では、電流Ｉに沿った方向の磁性体コア２０の厚みは、ギャップ２２の端面においてその他の領域より小さくなっている。また、第３変形例では、磁性体コア２０の電流Ｉ方向の厚み（幅）が、ギャップ２２の端面に向かうに従って次第に小さくなる構成となっている。このため、第３変形例は、第２変形例に比べ、磁性体コア２０の材料使用量を更に削減することができる。

図８は、第４変形例及び第５変形例に係る磁性体コアの構成を示す図である。図８（ａ）は電流Ｉの貫通方向から見た第４変形例による磁性体コアの側面図、図８（ｂ）は図８（ａ）の矢印Ａ方向から見た側面図である。図８（ｃ）は第４変形例による磁性体コアの斜視図であり、図８（ｄ）は第５変形例による磁性体コアの斜視図である。

図８（ａ）に示す磁性体コア２０では、ギャップ２２の端面が面取りされた構成となっている。換言すれば、ギャップ２２の端面は、磁界に対し垂直な面と、磁界に対し傾斜する面の両方を含む構成となっている。このように、ギャップ２２の端面を面取り加工することによっても、実施例１と同じく、外部ノイズの影響を低減しつつ磁性体コア２０の材料使用量を削減することができる。

また、第４変形例（図８（ｃ））では、電流Ｉに沿った方向の磁性体コア２０の厚みは全ての領域で均一であるが、第５変形例（図８（ｄ））では、電流Ｉに沿った方向の磁性体コア２０の厚みは、ギャップ２２の端面においてその他の領域より小さくなっている（符号２９参照）。このため、第５変形例は、第４変形例に比べ、磁性体コア２０の材料使用量を更に削減することができる。

図９は、第６変形例及び第７変形例に係る磁性体コアの構成を示す図である。図９（ａ）は電流Ｉの貫通方向から見た第６変形例による磁性体コアの側面図、図９（ｂ）は図９（ａ）の矢印Ａ方向から見た側面図である。図９（ｃ）は第６変形例による磁性体コアの斜視図であり、図９（ｄ）は第７変形例による磁性体コアの斜視図である。

図９（ａ）に示すように、本変形例では、磁性体コア２０におけるギャップ２２の端面の角部が湾曲した構成となっている。このように、ギャップ２２の端面を湾曲させる加工をすることによっても、実施例１と同じく、外部ノイズの影響を低減しつつ磁性体コア２０の材料使用量を削減することができる。そして、第６変形例（図９（ｃ））では、電流Ｉに沿った方向の磁性体コア２０の厚みは全ての領域で均一であるが、第７変形例（図９（ｄ））では、電流Ｉに沿った方向の磁性体コア２０の厚みは、ギャップ２２の端面においてその他の領域より小さくなっている。このため、第７変形例は、第６変形例に比べ、磁性体コア２０の材料使用量を更に削減することができる。

図１０は、第８変形例及び第９変形例に係る磁性体コアの構成を示す図である。図１０（ａ）は電流Ｉの貫通方向から見た第８変形例による磁性体コアの側面図、図１０（ｂ）は図１０（ａ）の矢印Ａ方向から見た側面図である。図１０（ｃ）は第８変形例による磁性体コアの斜視図であり、図１０（ｄ）は第９変形例による磁性体コアの斜視図である。

図１０（ａ）に示すように、本変形例では、磁性体コア２０におけるギャップ２２付近に、ギャップ２２に向かう段差部２８が形成されている。段差部２８は、磁性体コア２０の端面であるギャップ２２に向かって、磁性体コア２０のうち電流Ｉ方向に直交する方向の厚みが次第に減少するように形成されている。このように、ギャップ２２付近に段差部２８を形成する構成によっても、実施例１と同じく、外部ノイズの影響を低減しつつ磁性体コア２０の材料使用量を削減することができる。そして、第８変形例（図１０（ｃ））では、電流Ｉに沿った方向の磁性体コア２０の厚みは全ての領域で均一であるが、第９変形例（図１０（ｄ））では、電流Ｉに沿った方向の磁性体コア２０の厚みは、ギャップ２２の端面においてその他の領域より小さくなっている。このため、第９変形例は、第８変形例に比べ、磁性体コア２０の材料使用量を更に削減することができる。なお、段差部２８は、図１０のように磁性体コア２０の上下両面に形成する構成としてもよいし、上面あるいは下面の片側のみに形成する構成としてもよい。

図１１は、第１０変形例及び第１１変形例に係る磁性体コアの構成を示す図である。図１１（ａ）は電流Ｉの貫通方向から見た側面図、図１１（ｂ）は図１１（ａ）の矢印Ａ方向から見た側面図である。図１１（ｃ）は第１０変形例の斜視図であり、図１１（ｄ）は第１１変形例の斜視図である。

図１１（ａ）に示すように、本変形例では、磁性体コア２０のうち電流Ｉに直交する方向の厚みが、ギャップ２２の端面から反対側に向かって厚くなるテーパ形状となっている。更に、ギャップ２２における磁性体コア２０の端部は、鋭角な形状となっている。このように、磁性体コア２０の端部を鋭角な形状とすることによっても、実施例１と同じく、外部ノイズの影響を低減しつつ磁性体コア２０の材料使用量を削減することができる。そして、第１０変形例（図１１（ｃ））では、電流Ｉに沿った方向の磁性体コア２０の厚みは全ての領域で均一であるが、第１１変形例（図１１（ｄ））では、電流Ｉに沿った方向の磁性体コア２０の厚みは、ギャップ２２の端面に向かって次第に小さくなる構成となっている。このため、第１１変形例は、第１０変形例に比べ、磁性体コア２０の材料使用量を更に削減することができる。

図１２は、第１２変形例及び第１３変形例に係る磁性体コアの構成を示す図である。図１２（ａ）は電流Ｉの貫通方向から見た側面図、図１２（ｂ）は図１２（ａ）の矢印Ａ方向から見た側面図である。図１２（ｃ）は第１２変形例の斜視図であり、図１２（ｄ）は第１３変形例の斜視図である。

図１２（ａ）に示すように、本変形例では、磁性体コア２０におけるギャップ２２付近に、ギャップ２２に向かう段差部２８が形成されている。段差部２８は、磁性体コア２０の端面であるギャップ２２に向かって、磁性体コア２０のうち電流Ｉ方向に直交する方向の厚みが次第に減少するように形成されている。更に、段差部２８の上面（磁性体コア２０の内側、符号２７参照）の一部では、段差部分の角部が面取りされた構成となっており、段差部２８の下面（磁性体コア２０の外側、符号２９参照）の一部では、段差部分の角部が湾曲した構成となっている。

このように、段差部２８（図１０参照）、面取り構造（図８参照）、湾曲構造（図９参照）を組み合わせた構成によっても、実施例１と同じく、外部ノイズの影響を低減しつつ磁性体コア２０の使用量を削減することができる。そして、第１２変形例（図１２（ｃ））では、電流Ｉに沿った方向の磁性体コア２０の厚みは全ての領域で均一であるが、第１３変形例（図１２（ｄ））では、電流Ｉに沿った方向の磁性体コア２０の厚みは、ギャップ２２に向かって次第に小さくなることにより、ギャップ２２の端面においてその他の領域より小さくなっている。このため、第１３変形例は、第１２変形例に比べ、磁性体コア２０の材料使用量を更に削減することができる。

図１３は、ノイズに関するシミュレーション結果を示す表である。ここでは、第１比較例（図５（ｂ））、第４変形例（図８（ａ）〜（ｃ））、第８変形例（図１０（ａ）〜（ｃ））、第１０変形例（図１１（ａ）〜（ｃ））のそれぞれについて、Ａ：電流バー１０に１００Ａの電流を流した場合の磁束密度（表上段）、Ｂ：１ｍＴの外部ノイズを印加した場合の磁束密度（表中段）、Ｃ：ＢをＡで除して算出したノイズの割合、についてのシミュレーションを行った。

シミュレーションに用いた磁性体コア２０は、図５（ｂ）、図８（ａ）、図１０（ａ）、及び図１１（ａ）に示す略正方形の矩形形状とした。比較例〜変形例に共通する寸法として、中抜き部分の縦横の長さ（Ｌ１、Ｌ２）は、それぞれ１２ｍｍとした。また、磁性体コア２０における電流Ｉに沿った方向の厚み（Ｌ３）は４ｍｍとし、電流Ｉに垂直な方向の厚みのうち、ギャップ２２部以外の領域における磁性体コア２０の厚み（Ｌ４）は３ｍｍとした。また、ギャップ２２部分における端面同士の距離（Ｌ５）は１．７ｍｍとした。

第４変形例（図８（ａ））では、面取り部分の斜辺の長さ（Ｌ６）を１ｍｍとした。第８変形例（図１０（ａ））では、ギャップ２２部分の端面における磁性体コア２０の厚み（Ｌ７）を１ｍｍとした。また、段差部２８における段差が形成されている部分の長さ（Ｌ８）は、上下とも３．７ｍｍとした。第１０変形例（図１１（ａ））では、傾斜面の長さ（Ｌ９）を１．５ｍｍとした。

図１３に示すように、第１比較例、第４変形例、第８変形例では、電流印加時の磁束密度と、外部ノイズ印加時の磁束密度にほとんど差はなかった。このため、ノイズの割合についても、ほとんど差は見られない結果となった。これに対し、ギャップ部の端面を鋭角とした第１０変形例では、電流印加時の磁束密度に低下が見られたが、ノイズ印加時の磁束密度も同様に低下したため、ノイズの割合は第１比較例、第４変形例、第８変形例とほとんど変わらない結果となった。

以上のように、本シミュレーションによれば、ギャップ２２付近のみにおいて、磁性体コア２０の断面積を小さくする構成を採用したとしても、比較例と比べノイズの割合にはほとんど変化がないことが実証された。従って、実施例１及びその変形例に係る電流センサによれば、外部ノイズの影響を低減しつつ、磁性体コア２０の使用量及び製造コストの低減を図ることができる。

実施例２は、ギャップ付近の段差部に基板を配置した例である。

図１４（ａ）は、実施例２に係る電流センサの磁性体コア部分の構成を示す図であり、図１４（ｂ）は比較例に係る構成を示す図である。図１４（ａ）に示すように、実施例２では、ホール素子４０が実装された基板４２が、磁性体コア２０に形成された段差部２８のうち、下面側（磁性体コア２０の外側）の段差内に配置される構成となっている。磁性体コア２０の形状自体は、図１０に示した第８変形例及び第９変形例と同様のものであり、ここでは詳細な説明を省略する。

これに対し、図１４（ｂ）に示す比較例では、磁性体コア２０に段差部２８が形成されておらず、基板４２は磁性体コア２０が形成する環状構造の外側に配置されている。また、比較例では、ホール素子４０を磁性体コア２０の中心位置まで届かせるために、基板４２上にスペーサ４３を介してホール素子４０が実装される構成となっている。

実施例２及び比較例に係る電流センサを比較すると、実施例２では、基板４２を磁性体コア２０が形成する環状構造の内部に収納することができるため、基板４２の厚みの分だけ電流センサを小型化することができる。また、スペーサ４３を介さずとも、ホール素子４０を磁性体コア２０の中心位置まで届かせることができるため、比較例に比べて部品点数の削減を図ることができる。以上から、実施例２に係る電流センサによれば、電流センサの更なる小型化及び低コスト化を図ることができる。

実施例３は、磁性体コアの分割位置を変更した例である。

図１５（ａ）〜（ｂ）は、実施例３に係る電流センサの磁性体コア部分の構成を示す図であり、図１５（ｃ）〜（ｆ）は比較例に係る構成を示す図である。図１５（ａ）、（ｃ）、（ｅ）は、それぞれ電流Ｉの貫通方向から見た側面図であり、図１５（ｂ）、（ｄ）、（ｆ）は、それぞれ図１５（ａ）、（ｃ）、（ｅ）の矢印Ａ方向から見た側面図である。図１５（ａ）〜（ｆ）に示すように、磁性体コア２０の厚みは、ギャップ２２の端面を含む領域において、均一となっている。

図１５（ａ）に示すように、実施例３に係る電流センサでは、磁性体コア２０を上下に分離する第１分離部２４及び第２分離部２６が、ギャップ２２に近い側に形成されている。換言すれば、ギャップ２２と第１分離部２４との間に位置する磁性体コア２０ａの中心線と、ギャップ２２と第２分離部２６との間に位置する磁性体コア２０ｂの中心線（共に点線Ｃで図示）とは、変曲点のない直線で且つ共通する構成となっている。ここで、「共通する」とは、磁性体コア２０ａの中心線と磁性体コア２０ｂの中心線とが完全に重複していることを意味する。

これに対し、第１変形例（図１５（ｃ）〜（ｄ））では、第１分離部２４及び第２分離部２６は、磁性体コア２０の中央付近に形成されている。また、第２変形例（図１５（ｅ）〜（ｆ））では、第１分離部２４及び第２分離部２６は、磁性体コア２０におけるギャップ２２から遠い側に形成されている。いずれにおいても、ギャップ２２と第１分離部２４との間に位置する磁性体コア２０ａの中心線（Ｃ１）と、ギャップ２２と第２分離部２６との間に位置する磁性体コア２０ｂの中心線（Ｃ２）とは、変曲点を有し、且つ共通でない（２つの中心線が、変曲点以降では重複していない）構成となっている。

図１６は、ノイズに関するシミュレーション結果を示す表である。ここでは、実施例３（図１５（ａ）〜（ｂ））、第１比較例（図１５（ｃ）〜（ｄ））、第２比較例（図１５（ｅ）〜（ｆ））のそれぞれについて、Ａ：電流バー１０に１００Ａの電流を流した場合の磁束密度（表上段）、Ｂ：１ｍＴの外部ノイズを印加した場合の磁束密度（表中段）、Ｃ：ＢをＡで除して算出したノイズの割合、について、実施例１と同様のシミュレーションを行った。

シミュレーションに用いた磁性体コア２０は、図１５（ａ）〜（ｆ）に示すように、断面が中抜された略正方形の矩形形状とした。中抜き部分の縦横の長さ（Ｌ１、Ｌ２）は、それぞれ１２ｍｍとした。また、磁性体コア２０における電流Ｉに沿った方向の厚み（Ｌ３）は４ｍｍとし、電流Ｉに垂直な方向の厚み（Ｌ４）は３ｍｍとした。また、ギャップ２２部分における端面同士の距離（Ｌ５）は１．４ｍｍとした。更に、第１分離部２４及び第２分離部２６における磁性体コア２０の端面同士の距離は５０μｍとした。

図１６に示すように、電流印加時の磁束密度については、実施例３及び比較例のいずれもほとんど差は見られなかった。しかし、外部ノイズ印加時における磁束密度は、表中段に示すように、実施例３が最も小さく、第１比較例、第２比較例の順に大きくなる結果となった。その結果、ノイズの割合についても、実施例３が最も小さく、第１比較例、第２比較例の順に大きくなる結果となった。特に、実施例３と第２比較例とでは、ノイズの割合において２倍近くの有意な差が見られた。

以上のことから、実施例３のように、ギャップ２２と第１分離部２４との間に位置する磁性体コア２０ａの中心線と、ギャップ２２と第２分離部２６との間に位置する磁性体コア２０ｂの中心線とを、変曲点のない直線で且つ共通する構成とすることで、ノイズの影響を低減することができる。実施例３の構成は、実施例１〜２で説明したギャップ２２部分における磁性体コア２０の断面積を小さくする構成と併用することが可能であり、これによりノイズの低減及び製造コストの削減をより効果的に図ることができる。

実施例４は、差動信号型の電流センサを用いた例である。

図１７は、差動信号型電流センサの構成を示す図である。図１７（ａ）は電流バーの貫通方向から見た平面図であり、図１７（ｂ）は図１７（ａ）の矢印Ａ方向から見た側面図である。ここでは実施例１（図１）との相違点を中心に説明し、共通部分についての説明は省略する。

図１７に示す電流センサでは、下部の磁性体コア２０ａだけでなく、上部の磁性体コア２０ｂにおいてもギャップ３０が形成され、当該ギャップ３０にホール素子４０が配置されている。以下の説明では、下部の磁性体コア２０ａに形成されたギャップを第１ギャップ２２、上部の磁性体コア２０ｂに形成されたギャップを第２ギャップ３０と称する。

第１ギャップ２２に配置されたホール素子４０ａと、第２ギャップ３０に配置されたホール素子４０とは、それぞれ電流Ｉにより形成される磁界Ｈを検出する。検出された磁界は、電気信号に変換された後、それぞれのホール素子が実装される配線基板を介して、差動信号として電流センサから出力される。このように、図１７の電流センサでは、差動信号を用いることにより、電流測定の精度を向上させることができる。そして、図１７のような差動信号を用いる電流センサにおいても、実施例１〜３で説明した構成により、ノイズ及び製造コストの低減を図ることができる。以下、この点について説明する。

図１８（ａ）は、実施例４に係る電流センサにおける磁性体コア部分の構成を示す図であり、図１８（ｂ）〜（ｅ）はその変形例に係る構成を示す図である。図１８（ａ）に示すように、実施例４では、磁性体コア２０のうち第１ギャップ２２及び第２ギャップ３０における端面の断面積が、他の領域の断面積に比べて小さくなっている。これにより、実施例１で説明したのと同様の理由から、外部ノイズの影響を低減しつつ、磁性体コア２０の使用量及び製造コストの低減を図ることができる。

図１８（ｂ）の第１変形例では、第１ギャップ２２及び第２ギャップ３０付近における磁性体コア２０の断面が、端面から反対側に向かって広がるテーパ形状となっている。図１８（ｃ）の第２変形例では、第１ギャップ２２及び第２ギャップ３０における磁性体コア２０の端面の角部が面取りされた構成となっている。図１８（ｄ）の第３変形例では、第１ギャップ２２及び第２ギャップ３０における磁性体コア２０の端面の角部が湾曲した構成となっている。図１８（（ｅ）の第４変形例では、第１ギャップ２２及び第２ギャップ３０における磁性体コア２０の端面が鋭角となっている。本変形例においても、実施例４と同様に、磁性体コア２０の使用量及び製造コストの低減を図ることができる。

図１９は、実施例４の他の変形例を示す図である。図１９（ａ）の第５変形例では、第１ギャップ２２及び第２ギャップ３０付近のそれぞれに、段差部２８が形成されている。図１９（ｂ）の第６変形例では、実施例１における第１２〜第１３変形例（図１２）と同様に、段差部２８における角部が面取りないし湾曲された構成となっている。本構成においても、実施例４と同様に、磁性体コア２０の使用量及び製造コストの低減を図ることができる。また、図１９（ｃ）の第７変形例では、実施例２（図１４）と同様に、それぞれの段差部２８に、ホール素子４０が実装される基板４２が配置された構成となっている。本構成によれば、実施例２で説明したのと同様の理由から、実施例４に比べ、電流センサの更なる小型化及び低コスト化を図ることができる。

図２０は、実施例４の他の変形例を示す図である。図２０の第８変形例では、第１分離部２４及び第２分離部２６の他に、ギャップ部分以外にて磁性体コア２０を分離する第３分離部３２及び第４分離部３４が形成されている。実施例３（図１５（ａ））と同様に、第１ギャップ２２と第１分離部２４との間に位置する磁性体コア２０ａの中心線と、第１ギャップ２２と第２分離部２６との間に位置する磁性体コア２０ｂの中心線（共に点線Ｃ１で図示）とは、変曲点のない直線で且つ共通する構成となっている。また、第２ギャップ３０と第３分離部３２との間に位置する磁性体コア２０ｃの中心線と、第２ギャップ３０と第４分離部３４との間に位置する磁性体コア２０ｄの中心線（共に点線Ｃ２で図示）とは、変曲点のない直線で且つ共通する構成となっている。本構成によれば、実施例３の場合と同様に、外部ノイズの影響を低減する効果が期待できる。

実施例１〜４では、磁性体コア２０の形状を矩形とした例について説明したが、磁性体コア２０の形状を矩形以外とすることも可能である。例えば、磁性体コア２０の形状が、電流Ｉの貫通方向から見て略円形状である場合にも、ギャップ２２部分の端面の断面積を、他の領域の断面積より小さくすることで、外部ノイズを低減しつつ磁性体コアの使用量の削減を図ることができる。

以上、本発明の実施例について詳述したが、本発明は係る特定の実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。

１０ 電流バー
２０ 磁性体コア
２２ ギャップ（第１ギャップ）
２４ 第１分離部
２６ 第２分離部
２８ 段差部
３０ 第２ギャップ
３２ 第３分離部
３４ 第４分離部
４０ ホール素子
４２ 基板
４３ スペーサ
４４ 接続端子
５０ 下部筐体
５２ 中部筐体
５４ 上部筐体
５６ 係合部
５８ 軸

Claims (8)

1. 電流が流れる導体を囲む磁性体コアを備え、
   前記磁性体コアには、前記電流により形成される磁界を測定するための第１磁界測定素子が配置される第１ギャップが形成され、
   前記第１ギャップにおける前記磁性体コアの端部の断面積は、前記磁性体コアのうち前記第１ギャップ以外の領域における前記磁性体コアの断面積より小さいことを特徴とする電流センサ。
2. 前記磁性体コアには、前記第１ギャップに向かう段差部が形成され、
   前記段差部に配置される基板を備え、
   前記第１磁界測定素子は前記基板に実装されることを特徴とする電流センサ。
3. 前記磁性体コアの前記第１ギャップにおける、前記電流に沿った方向の前記磁性体コアの厚みは、前記磁性体コアのうち前記第１ギャップ以外の領域の厚み以下であることを特徴とする請求項１〜２に記載の電流センサ。
4. 前記磁性体コアは、前記第１ギャップに向かってその厚みが減少する形状を有することを特徴とする請求項１〜３に記載の電流センサ。
5. 前記第１ギャップにおける前記磁性体コアの端部は、面取りされていることを特徴とする請求項１〜４に記載の電流センサ。
6. 前記第１ギャップにおける前記磁性体コアの端部は、鋭角な形状となっていることを特徴とする請求項１〜４に記載の電流センサ。
7. 電流が流れる導体を囲む磁性体コアを備え、
   前記磁性体コアには、前記電流により形成される磁界を測定するための第１磁界測定素子が配置される第１ギャップが形成されると共に、前記磁性体コアを分離する第１分離部及び第２分離部が形成され、
   前記第１ギャップ及び前記第１分離部の間に位置する前記磁性体コアの中心線と、前記第１ギャップ及び前記第２分離部の間に位置する前記磁性体コアの中心線とは、変曲点のない直線で且つ共通していることを特徴とする電流センサ。
8. 前記電流センサは、前記磁性体コアに、前記第１ギャップから見て前記導体を挟んだ反対側に、前記電流により形成される磁界を測定するための第２磁界測定素子が配置される第２ギャップが形成され、
   前記第２ギャップにおける前記磁性体コアの端部の断面積は、前記磁性体コアのうち前記第１ギャップ及び前記第２ギャップ以外の領域における前記磁性体コアの断面積より小さいことを特徴とする請求項７に記載の電流センサ。

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