JP2017078577A - 電流センサ - Google Patents

Abstract

【課題】シールド体の残留磁気による出力誤差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。
【解決手段】第１シールド体２０は、第１平面部２１の周囲を一周囲んだ壁部２２を有している。検出素子５０は、バスバー４０に流れる電流を検出するための検出面５１を有している。また、検出素子５０は、検出面５１が第１シールド体２０の第１平面部２１に向けられた状態で第１平面部２１とバスバー４０との間に配置されている。そして、第１シールド体２０は、壁部２２のうち第２シールド体３０側の端面２３が、第２シールド体３０に対して一定の間隔を持って配置されている。さらに、検出面５１に垂直な方向において、検出面５１から第１平面部２１までの距離をｒ１とし、検出面５１から第２平面部３１までの距離をｒ２と定義すると、検出素子５０はｒ１＝ｒ２となるように配置されている。
【選択図】図２

Description

本発明は、磁気シールド機能を備えた電流センサに関する。

従来より、対向配置された磁気シールド用の第１シールド板及び第２シールド板と、第１シールド板と第２シールド板との間に配置された磁気素子と、第１シールド板と第２シールド板との間を通るバスバーと、を備えた装置が、例えば特許文献１で提案されている。磁気素子は、バスバーに流れる電流を検出する素子である。

特開平２０１３−２４６００５号公報

しかしながら、上記従来の技術では、バスバーに電流が流れることによりバスバーから磁界が発生するので、当該磁界によって各シールド板が磁化されてしまう。これに伴い、磁気ヒステリシス特性に従って各シールド板が残留磁気を持つこととなる。このため、バスバーに電流が流れていない状態であっても、各シールド板の残留磁気が磁気素子によって検出されてしまうので、電流センサの出力に誤差が生じてしまうという問題がある。

本発明は上記点に鑑み、シールド体の残留磁気による出力誤差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、第１平面部（２１）を有する第１シールド体（２０）と、第１平面部に対して対向配置された第２平面部（３１）を有する第２シールド体（３０）と、一端部（４１）と他端部（４２）との間の一部が前記各シールド体の間に配置されたバスバー（４０）と、を備えている。また、バスバーに流れる電流を検出するための検出面（５１）を有し、検出面が第１平面部に向けられた状態で第１平面部とバスバーとの間に配置された検出素子（５０）を備えている。

そして、第１シールド体は、第１平面部の周囲を一周囲んだ壁部（２２）を有している。壁部のうち第２シールド体側の端面（２３）が、第２シールド体に対して一定の間隔を持って配置されている。

さらに、検出面に垂直な方向において、検出面から第１平面部までの距離をｒ１とし、検出面から第２平面部までの距離をｒ２と定義すると、検出素子はｒ１＝ｒ２となるように配置されている。

これによると、第１シールド体の壁部の端面と第２シールド体との間で各シールド体の残留磁気が交換される。このため、検出素子が各シールド体間の磁気交換によって発生する磁界の影響を受けにくくなる。

また、第１シールド体の残留磁気によって各シールド体間に発生する磁界と、第２シールド体の残留磁気によって各シールド体間に発生する磁界と、が打ち消される位置に検出面が配置されている。このため、検出素子が各シールド体の残留磁気によって発生する磁界の影響を受けにくくなる。

以上のことから、検出素子が各シールド体の残留磁気の影響を受けにくくなるので、検出素子の出力誤差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平面図である。 図１のII−II断面図である。 第１シールド体を構成する平板と打ち抜き板とを示した斜視図である。 各シールド体の残留磁気の磁気交換を説明するための断面図である。 第２実施形態に係る電流センサの断面図である。 第３実施形態に係る第１シールド体の斜視図である。

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。本実施形態に係る電流センサは、インバータ装置からモータ等に供給される３相交流電流を検出する際に用いられるものである。また、電流センサは、バスバーが一体化された構成を備えている。

具体的には、図１及び図２に示されるように、電流センサ１０は、第１シールド体２０、第２シールド体３０、バスバー４０、及び検出素子５０を備えて構成されている。

第１シールド体２０及び第２シールド体３０は、バスバー４０から発生する磁界や外部からの外乱磁界を遮蔽する役割を果たすものである。各シールド体２０、３０は電磁鋼板によって構成されている。

第１シールド体２０は、第１平面部２１と、第１平面部２１の周囲を一周囲んだ壁部２２と、を有している。つまり、第１シールド体２０は、第１平面部２１を底面とする箱状をなしている。

具体的には、第１シールド体２０は、図３に示された平板６０と打ち抜き板６１とが積層されて構成されている。平板６０は第１平面部２１を有する板部品である。打ち抜き板６１は、第１平面部２１を露出させる窓部６２が設けられていると共に壁部２２に対応する枠部品である。窓部６２は貫通孔である。

第２シールド体３０は、第１シールド体２０の第１平面部２１に対して対向配置された第２平面部３１を有している。本実施形態では、第２シールド体３０は、板状に構成されている。

なお、第１シールド体２０を構成する平板６０や打ち抜き板６１、第２シールド体３０はそれぞれが１枚の電磁鋼板によって構成されていても良いし、それぞれが複数の電磁鋼板が積層されて構成されていても良い。

そして、各シールド体２０、３０は、第１シールド体２０の第１平面部２１と第２シールド体３０の第２平面部３１とで挟んだ収容空間１１を構成している。各シールド体２０、３０は、この収容空間１１にバスバー４０の一部と検出素子５０とを収容している。各シールド体２０、３０は、図示しない樹脂部品等の保持部品で保持されている。これにより、各シールド体２０、３０の間に収容空間１１が形成されている。

また、第１シールド体２０は、壁部２２のうち第２シールド体３０側の端面２３が、第２シールド体３０に対して一定の間隔を持って配置されている。これにより、バスバー４０の一部が、第１シールド体２０の端面２３と第２シールド体３０の第２平面部３１との間に、端面２３及び第２平面部３１に接触することなく収容空間１１に配置されている。

バスバー４０は、３相交流電流が流れる導体部品である。バスバー４０は、一端部４１と他端部４２との間の一部が収容空間１１に位置するように、各シールド体２０、３０に対して隙間を持って配置されている。バスバー４０の一端部４１は例えばインバータ装置に接続される。また、バスバー４０の他端部４２は例えばモータ等の負荷装置に接続される。

検出素子５０は、バスバー４０に流れる３相交流電流を検出するものである。図２に示されるように、検出素子５０は、収容空間１１においてバスバー４０の上に配置されている。

検出素子５０は、バスバー４０に流れる３相交電流を検出するための検出面５１を有している。検出面５１は、外部の磁場の影響を受けたときに抵抗値が変化するセンシング部の表面である。そして、検出素子５０は、検出面５１が第１平面部２１に向けられた状態で第１平面部２１とバスバー４０との間に配置されている。

また、検出素子５０の上に図示しないバイアス磁石が配置されている。すなわち、バイアス磁石は検出素子５０と第１シールド体２０の第１平面部２１との間に配置されている。なお、バイアス磁石は検出素子５０と一体化されていても良いし、図示しない保持部品等で収容空間１１に保持されていても良い。

バイアス磁石は、バスバー４０に測定対象の被測定電流が流れることによって生じる信号磁界に対して垂直方向にバイアス磁界を発生させる磁界発生手段である。すなわち、バイアス磁石は、被測定電流が流れる方向、つまりバスバー４０の長手方向にＮ極とＳ極とが並ぶように検出素子５０の上方に配置されている。これにより、バイアス磁石はバイアス磁界を検出素子５０に印加する。

一方、検出素子５０は、バスバー４０に流れる被測定電流の電流方向すなわちバスバー４０の長手方向とバイアス磁界とが平行になるように収容空間１１に配置されている。言い換えると、検出素子５０は、バスバー４０に流れる被測定電流によって生成される信号磁界とバイアス磁界とが垂直になるように収容空間１１に収容されている。これにより、検出素子５０には、バイアス磁界及び信号磁界で構成される合成磁界が印加されるようになっている。

そして、バスバー４０に被測定電流が流れることで信号磁界が発生し、信号磁界及びバイアス磁界で構成される合成磁界が被測定電流の大きさに応じて変化することにより磁気ベクトル角度θが変化する。したがって、検出素子５０はその角度変化によりセンシング部の抵抗値が変化したことを検出する。以上が、本実施形態に係る電流センサ１０の構成である。

次に、各シールド体２０、３０と検出素子５０との配置関係について説明する。まず、図２に示されるように、検出素子５０の検出面５１に垂直な方向において、検出面５１から第１シールド体２０の第１平面部２１までの距離をｒ１と定義する。また、検出素子５０の検出面５１から第２シールド体３０の第２平面部３１までの距離をｒ２と定義する。このような定義のもと、検出素子５０はｒ１＝ｒ２となるように収容空間１１に配置されている。

上記の配置関係の作用効果について説明する。上述のように、バスバー４０には電流が流れる。これにより、バスバー４０の周囲に磁界が発生する。これに伴い、各シールド体２０、３０はバスバー４０の磁界によって磁化される。このため、各シールド体２０、３０は、バスバー４０に電流が流れない状態では、Ｂ−Ｈ曲線に従った残留磁気が残ると共に、残留磁気によって磁界を発生させる。

このため、図４に示されるように、検出素子５０は、第１シールド体２０の残留磁気によって各シールド体２０、３０間すなわち収容空間１１に発生する磁界と、第２シールド体３０の残留磁気によって収容空間１１に発生する磁界と、の両方の磁界の影響を受ける。しかしながら、検出素子５０の検出面５１が上記の条件を満たすように配置されることで、検出面５１は各シールド体２０、３０の磁界が打ち消される位置に配置される。したがって、各シールド体２０、３０の残留磁気によって発生する磁界の影響を検出素子５０に与えにくくすることができる。

次に、第１シールド体２０が有する壁部２２の作用効果について説明する。上述のように、第１シールド体２０には第２シールド体３０側に突出した壁部２２が設けられているので、壁部２２の端面２３が第２シールド体３０に近づけられる。このため、第１シールド体２０の残留磁気が第２シールド体３０に影響しやすくなる。つまり、各シールド体２０、３０が端面１を介して磁気交換しやすくなる。

そして、各シールド体２０、３０から残留磁気に基づく磁界が発生すると、図４に示されるように第１シールド体２０の壁部２２の端面２３と第２シールド体３０の第２平面部３１との間で残留磁気が磁気交換される。また、壁部２２の端面２３が第２シールド体３０の第２平面部３１に対向配置されているので、端面２３を出入りする磁界が検出素子５０に届きにくくなる。したがって、各シールド体２０、３０間の磁気交換によって発生する磁界の影響を検出素子５０に与えにくくすることができる。

以上のことから、検出素子５０が各シールド体２０、３０の残留磁気の影響を受けにくくなるので、検出素子５０の出力誤差を低減することができる。ひいては、電流センサ１０における電流の高精度の測定が可能になる。

さらに、第１シールド体２０の壁部２２が第２シールド体３０に近づけられているので、外乱磁界が収容空間１１に侵入しにくくなっている。したがって、各シールド体２０、３０の磁気シールド機能を向上させることができる。

（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。まず、第１シールド体２０の壁部２２を第１壁部２２とし、第１シールド体２０の壁部２２の端面２３を第１端面２３と定義する。

図５に示されるように、本実施形態に係る第２シールド体３０は、第２平面部３１の周囲を壁状に囲んだ第２壁部３２を有している。すなわち、第２シールド体３０は第１シールド体２０と同様の形状を有している。

また、第２シールド体３０は、第１シールド体２０と同様に、第２平面部３１を有する平板３３と、第２平面部３１を露出させる窓部３４が設けられていると共に第２壁部３２に対応する打ち抜き板３５と、が積層されて構成されている。そして、第２シールド体３０の第２壁部３２のうち第１シールド体２０側の第２端面３６が、第１端面２３に対して一定の間隔を持って配置されている。

なお、第１シールド体２０において第１平面部２１を基準とした第１壁部２２の高さが、第２シールド体３０において第２平面部３１を基準とした第２壁部３２よりも高くなっている。これは、各端面２３、３６を近づけて各シールド体２０、３０のギャップを小さくするためである。

以上の構成によると、各シールド体２０、３０が各端面２３、３６を介して磁気交換しやすくなる。また、第２シールド体３０の第２壁部３２によって電流センサ１０の磁気シールド機能が向上するというメリットもある。

（第３実施形態）
本実施形態では、第１、第２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、第１シールド体２０は、１枚の平板６０を元に形成されている。具体的には、図６に示されるように、平板６０の一面６３に溝部６４が所定の深さで形成されたことで第１シールド体２０が構成されている。溝部６４の底面が第１平面部２１に対応し、一面６３のうち溝部６４が形成されていない部分が端面２３に対応する。このように、第１シールド体２０は１枚の平板６０が削られることで製造されたものでも良い。

（他の実施形態）
上記各実施形態で示された電流センサ１０の構成は一例であり、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、第２シールド体３０は、第３実施形態で示された第１シールド体２０と同様に、平板６０の一面６３に溝部６４が所定の深さで形成されたことで構成されていても良い。この場合、溝部６４が第２壁部３２に対応し、溝部６４の底面が第２平面部３１に対応する。

２０ 第１シールド体
２１ 第１平面部
２２ 壁部
２３ 端面
３０ 第２シールド体
３１ 第２平面部
４０ バスバー
５０ 検出素子
５１ 検出面

Claims (7)

1. 第１平面部（２１）を有する第１シールド体（２０）と、
   前記第１平面部に対して対向配置された第２平面部（３１）を有する第２シールド体（３０）と、
   一端部（４１）と他端部（４２）との間の一部が前記各シールド体の間に配置されたバスバー（４０）と、
   前記バスバーに流れる電流を検出するための検出面（５１）を有し、前記検出面が前記第１平面部に向けられた状態で前記第１平面部と前記バスバーとの間に配置された検出素子（５０）と、
   を備え、
   前記第１シールド体は、前記第１平面部の周囲を一周囲んだ壁部（２２）を有し、
   前記壁部のうち前記第２シールド体側の端面（２３）が、前記第２シールド体に対して一定の間隔を持って配置されており、
   前記検出面に垂直な方向において、前記検出面から前記第１平面部までの距離をｒ１とし、前記検出面から前記第２平面部までの距離をｒ２と定義すると、前記検出素子はｒ１＝ｒ２となるように配置されている電流センサ。
2. 前記第２シールド体は、板状に構成されている請求項１に記載の電流センサ。
3. 前記第１シールド体は、前記第１平面部を有する平板（６０）と、前記第１平面部を露出させる窓部（６２）が設けられていると共に前記壁部に対応する打ち抜き板（６１）と、が積層されて構成されている請求項１または２に記載の電流センサ。
4. 前記第１シールド体は、平板（６０）の一面（６３）に所定の深さで形成されていると共に、底面が前記第１平面部に対応した溝部（６４）を有して構成されている請求項１または２に記載の電流センサ。
5. 前記第１シールド体の壁部を第１壁部とし、前記第１シールド体の壁部の端面を第１端面と定義すると、
   前記第２シールド体は、前記第２平面部の周囲を壁状に囲んだ第２壁部（３２）を有し、
   前記第２壁部のうち前記第１シールド体側の第２端面（３６）が、前記第１端面に対して一定の間隔を持って配置されている請求項１に記載の電流センサ。
6. 前記第２シールド体は、前記第２平面部を有する平板（３３）と、前記第２平面部を露出させる窓部（３４）が設けられていると共に前記第２壁部に対応する打ち抜き板（３５）と、が積層されて構成されている請求項５に記載の電流センサ。
7. 前記第２シールド体は、平板（６０）の一面（６３）に所定の深さで形成されていると共に、底面が前記第２平面部に対応した溝部（６４）を有して構成されている請求項５に記載の電流センサ。

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