JP2019113570A - 電流検出器 - Google Patents
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Description
また、経年変化による影響がコア自身の構造に起因して現れる場合もある。例えば、磁性材料の長尺な帯状板材を渦巻き(トロイダル)状にして積層し、全体を任意のリング形状に加工して層間に接着ワニスを含浸させて形状を保持した構造である。なお、ギャップはリングの一部を切欠いて形成する。この場合、コア内部には帯状材料が復元しようとする力(スプリングバック)が内在しているが、通常は接着ワニスでその復元力が抑え込まれている。しかし、コアがさらされる外部環境(温度、湿度等)の変化や経年変化によって接着ワニスが変質し、復元力が解放されると、これに起因してギャップ寸法に変化が生じることになる。
さらには、この種の電流検出器に共通した事情もある。すなわち、被検出電流の磁界がコアによって集束される際、コア自身は電磁石となり、コアギャップ端面間に吸引力が働くことでギャップ寸法は変化する。この現象(吸引力によるギャップ寸法の変化)は、電流検出器の出力直線性に影響を与えることになる。また、コアギャップ内に存在する充填剤等が外部環境(温度、湿度等)の変化や経年変化により変質した場合には、ギャップ端面間の吸引力によるギャップ寸法変化量が変化するため、電流検出器の出力値を変化させることになる。
本発明の電流検出器は、規制部材をケースと磁性体コアとの間に介在して配置し、様々な事象に起因したギャップの伸縮を伴う磁性体コアの変形を規制するものである。
規制部材が一対の周壁と磁性体コアの外周面及び内周面との間にそれぞれ配置されている。この場合、規制部材が充填材の介在する余地を狭めているため、その分、充填材の体積変化がギャップ寸法の変化に与える影響を極めて少なく抑えることができる。
規制部材が壁板と磁性体コアの一側面との間に配置されている。この場合、規制部材には、壁板に対して磁性体コアを固着(接着)させる機能が含まれる。壁板は磁性体コアの一側面と対向しているため、一対の周壁と違って充填材の体積変化から受ける変形はほとんどない。つまり、充填材の体積変化によって一対の周壁は、それらの基端から先にいくほど大きく曲げ変形を受けるが、基端同士をつないでいる壁板は引っ張り方向となるため変形量自体が少ない。したがって、このような変形しにくい壁板に磁性体コアの側面を固着させることで、磁性体コアの変形を規制してギャップ寸法の変化を抑えることができる。
図1は、一実施形態の電流検出器100を構成要素に分解して示した斜視図である。電流検出器100は樹脂ケース102を備えており、この樹脂ケース102には環状の磁性体コア110が一側面(図1では下の側面)で接する状態に収容される。磁性体コア110は、円環状を基調とした形状であるが、周方向の1箇所にギャップ110aを有しており、したがって全体としてはC字形状をなしている。なお、磁性体コア110は角形の環状をなす形状であってもよいし、複数箇所にギャップ110aを有していてもよい。
図2は、樹脂ケース102内での磁性体コア110の規制状態を示す図である。図2中(A)が磁性体コア110の規制前の状態を示し、図2中(B)が規制された状態を示している。また、図2では樹脂ケース102が水平断面(図1中のII−II断面)により示されている。
図2中(B):樹脂ケース102内に磁性体コア110が収容された状態で、上記の接着剤140により、磁性体コア110が樹脂ケース102に対して固着される。ここで、図2中(B)に示されているように、接着剤140を設ける位置は、磁性体コア110の周方向でみて、ギャップ110aからそれぞれ90度の範囲内で設定することが好ましい。この後、樹脂ケース102内に充填材が充填された状態で、接着剤140は、ギャップ110aの伸縮(寸法変化)を伴う磁性体コア110の変形を規制することができる。なお、この点についてはさらに後述する。
図3は、樹脂ケース102内に充填材106による充填及び封止がなされた状態を示す水平断面図である。
充填材106は、樹脂ケース102内の空隙を埋め尽くす態様で充填されている。このため、電流検出器100の完成状態において、充填材106は磁性体コア110の内周壁102dと内周面との間、外周面と外周壁102eとの間、ホール素子130を除くギャップ110a間、回路基板114(図3には示されていない)と樹脂ケース102との間、磁性体コア110や回路基板114等の収容体から樹脂ケース102の開口面までの間、といった各所に隅々まで行き渡っている。なお、図1に示されるコネクタ端子108は上記のようにリード端子列が充填材106から突出する。
電流検出器100の使用環境においては、温度変化が生じることで充填材106は膨張及び収縮(体積変化)を繰り返す。このとき、図3中の矢印で示される方向への充填材106の膨張又は収縮は、ギャップ110aの収縮を伴う変形を磁性体コア110に与えようとする。
図4中(A):上記のように、充填材106は樹脂ケース102内で磁性体コア110の周囲に行き渡るように充填されており、磁性体コア110の内周面と内周壁102dとの間、外周面と外周壁102eとの間にも充填材106は介在している。
図4中(B):温度変化により充填材106が膨張した状態である。充填材106の膨張は、磁性体コア110の内外周面からそれぞれ内周壁102d及び外周壁102eを離隔させる方向に作用する。ただし、内周壁102d及び外周壁102eは、それぞれ基端においてコア収容部102bの壁板(ここでは底板)で連結されているため、基端ではほとんど変形が生じにくく、先端(ここでは上面の開口)に向かうほど変形が大きくなる。この場合の変形は、ギャップ110aの寸法を伸張(拡張)させる方向に作用する。なお、内周壁102d及び外周壁102eに曲げ変形(倒れ)が生じるほどであっても、これらの間をつなぐ樹脂ケース102の壁板(底板)部分は引っ張り方向の強度で持ちこたえるため、ほとんど変形(伸び)は生じない。このため、図4中に示される水平方向の一点鎖線は、深さ方向でみて変形が生じやすい上領域Tと変形が生じにくい下領域Bとのおおよその境界線を示している(これ以降も同様)。
図4中(C):温度変化により充填材106が収縮した状態である。充填材106の収縮は、磁性体コア110の内外周面に対してそれぞれ内周壁102d及び外周壁102eを近接させる方向に作用する。そして、この場合の変形は、ギャップ110aの寸法を縮小(収縮)させる方向に作用する。
すなわち、図5は、接着剤140の好適な塗布方法1,2を示す縦断面図である。このうち、図5中(A)が塗布方法1を示し、図5中(B)が塗布方法2を示している。なお、図5の断面は、樹脂ケース102内で接着剤140を配置した場所でのものであり、図4の断面位置からギャップ110a方向にずれているものとする。
なお、本実施形態における各種材料の線膨張係数の代表値は以下の通りである。
樹脂ケース102・・・PBT :2〜3×10−5/K
充填材106・・・・・ウレタン樹脂: 20×10−5/K
接着剤140・・・・・エポキシ樹脂: 6×10−5/K
図5中(A):塗布方法1は、磁性体コア110の内周面と内周壁102dとの間、外周面と外周壁102eとの間にそれぞれ接着剤140を介在させるものである。なお、製造の過程で接着剤140をコア収容部102bに塗布するため、接着剤140は磁性体コア110の一側面(図5では底面)と樹脂ケース102内面との間にも介在する。
図5中(B):塗布方法2は、磁性体コア110と樹脂ケース102内面との間に接着剤140を介在させるものである。
塗布方法2によれば、接着剤140の接着強度(寸法変化方向のせん断に対する強さ)によってギャップ110aの寸法変化を伴う磁性体コア110の変形を規制する。充填材106が体積変化しても、上記のように接着剤140の接着位置では樹脂ケース102に変形が生じにくいため、接着による変形の規制が有効に機能し、ギャップ110aの寸法変化を抑えることができる。
本実施形態による手法は、磁性体コア自身の構造的な要因に基づくギャップ寸法変化や、電流検出器に固有の要因に基づくギャップ寸法変化に対しても有効である。以下、この点について説明する。
図6は、磁性体コアの他の構造例を示す図である。ここでは便宜上、第2実施形態の電流検出器200とするが、磁性体コア210以外の構成は先の実施形態で挙げた電流検出器100と同様である。したがって、先の実施形態と共通する構成については、図示とともに同じ符号を付し、重複した説明を省略する。
次に図7は、磁性体コアが電磁石として作用する場合の説明図である。ここでも便宜上、第3実施形態の電流検出器300とするが、基本的な構成は全て先の実施形態で挙げた電流検出器100と同じである。したがって、先の実施形態と同じ構成については、図示とともに同じ符号を付し、重複した説明を省略する。
上記に挙げた線膨張係数の代表値は一例であり、また、使用する材料についても適宜に変更が可能である。
102 樹脂ケース
102b コア収容部
102d 内周壁
102e 外周壁
106 充填材
110 磁性体コア
130 ホール素子
140 接着剤
Claims (8)
- 被検出電流の検出に用いる検出素子がギャップ内に配置された環状の磁性体コアと、
前記検出素子とともに前記磁性体コアを収容するケースと、
前記ケースと前記磁性体コアとの間に介在して配置され、前記ケース内での前記ギャップの伸縮を伴う前記磁性体コアの変形を規制する規制部材とを備え、
前記規制部材は、
環状をなす前記磁性体コアの周方向に前記ギャップの位置からそれぞれ90度までの範囲内の位置で前記ケースとの間に配置されていることを特徴とする電流検出器。 - 請求項1に記載の電流検出器において、
前記ケースは、
前記磁性体コアを収容した状態で前記磁性体コアの外周面及び内周面にそれぞれ対向する一対の周壁と、
前記一対の周壁の基端を相互に連結し、前記磁性体コアの環状をなす一側面に対向する壁板とを含み、
前記規制部材は、
前記一対の周壁と前記磁性体コアの外周面及び内周面との間にそれぞれ配置されていることを特徴とする電流検出器。 - 被検出電流の検出に用いる検出素子がギャップ内に配置された環状の磁性体コアと、
前記検出素子とともに前記磁性体コアを収容するケースと、
前記ケースと前記磁性体コアとの間に介在して配置され、前記ケース内での前記ギャップの伸縮を伴う前記磁性体コアの変形を規制する規制部材とを備え、
前記ケースは、
前記磁性体コアを収容した状態で前記磁性体コアの外周面及び内周面にそれぞれ対向する一対の周壁と、
前記一対の周壁の基端を相互に連結し、前記磁性体コアの環状をなす一側面に対向する壁板とを含み、
前記規制部材は、
前記壁板と前記磁性体コアの一側面との間に配置されていることを特徴とする電流検出器。 - 請求項3に記載の電流検出器において、
前記規制部材は、
さらに、前記一対の周壁と前記磁性体コアの外周面及び内周面との間にそれぞれ配置されていることを特徴とする電流検出器。 - 被検出電流の検出に用いる検出素子がギャップ内に配置された環状の磁性体コアと、
前記検出素子とともに前記磁性体コアを収容するケースと、
前記ケースと前記磁性体コアとの間に介在して配置され、被検出電流の通電時に発生する磁束が前記ギャップ間に生じさせる吸引力に起因した前記ギャップの伸縮を伴う前記磁性体コアの変形を規制する規制部材とを備え、
前記規制部材は、
環状をなす前記磁性体コアの周方向に前記ギャップの位置からそれぞれ90度までの範囲内の位置で前記ケースとの間に配置されていることを特徴とする電流検出器。 - 請求項5に記載の電流検出器において、
前記ケースは、
前記磁性体コアを収容した状態で前記磁性体コアの外周面及び内周面にそれぞれ対向する一対の周壁と、
前記一対の周壁の基端を相互に連結し、前記磁性体コアの環状をなす一側面に対向する壁板とを含み、
前記規制部材は、
前記一対の周壁と前記磁性体コアの外周面及び内周面との間にそれぞれ配置されていることを特徴とする電流検出器。 - 被検出電流の検出に用いる検出素子がギャップ内に配置された環状の磁性体コアと、
前記検出素子とともに前記磁性体コアを収容するケースと、
前記ケースと前記磁性体コアとの間に介在して配置され、被検出電流の通電時に発生する磁束が前記ギャップ間に生じさせる吸引力に起因した前記ギャップの伸縮を伴う前記磁性体コアの変形を規制する規制部材とを備え、
前記ケースは、
前記磁性体コアを収容した状態で前記磁性体コアの外周面及び内周面にそれぞれ対向する一対の周壁と、
前記一対の周壁の基端を相互に連結し、前記磁性体コアの環状をなす一側面に対向する壁板とを含み、
前記規制部材は、
前記壁板と前記磁性体コアの一側面との間に配置されていることを特徴とする電流検出器。 - 請求項7に記載の電流検出器において、
前記規制部材は、
さらに、前記一対の周壁と前記磁性体コアの外周面及び内周面との間にそれぞれ配置されていることを特徴とする電流検出器。
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