JP2019138749A - 電流センサ - Google Patents
電流センサ Download PDFInfo
- Publication number
- JP2019138749A JP2019138749A JP2018021750A JP2018021750A JP2019138749A JP 2019138749 A JP2019138749 A JP 2019138749A JP 2018021750 A JP2018021750 A JP 2018021750A JP 2018021750 A JP2018021750 A JP 2018021750A JP 2019138749 A JP2019138749 A JP 2019138749A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- magnetic
- core
- current
- sensor
- axis direction
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Images
Landscapes
- Measuring Instrument Details And Bridges, And Automatic Balancing Devices (AREA)
Abstract
【課題】磁気センサとコアを用いた電流センサにおいて、外乱磁界による検出精度の低下を防止する。【解決手段】磁気センサを有するセンサユニット50と、測定対象電流によって磁気センサの感度軸方向に磁束を発生させるバスバーBと、磁束の磁路であり、磁気センサの感度軸方向における両側に位置する第1及び第2の部分を含むコア40とを備える。センサユニット50は、磁気センサと同軸に配置され、感度軸方向と直交する径方向から磁気センサを覆う筒状の磁気シールド52を含む。本発明によれば、磁気センサの感度軸方向についてはコア40によって覆われ、磁気センサの径方向については磁気シールド52によって覆われることから、ほぼ全方向からの外乱磁界を遮蔽することができる。これにより、外乱磁界よる検出精度の低下を効果的に防止することが可能となる。【選択図】図3
Description
本発明は電流センサに関し、特に、測定対象電流によって発生する磁束の磁路となるコアと磁気センサを備えた電流センサに関する。
磁気センサを用いた電流センサとしては、特許文献1及び2に記載された電流センサが知られている。特許文献1及び2に記載された電流センサは、計測対象電流が流れるバスバーと、バスバーからの磁束を受ける磁気センサと、磁束の磁路となるコアを備えている。
また、特許文献1及び2に記載された電流センサは、環状のコアによって磁気センサが覆われていることから、外乱磁界の多くは、磁気センサに印加されることなくコアによって遮蔽される。特に、磁気センサの感度軸方向における両側がコアで覆われているため、感度軸方向の外乱磁界をコアによって効果的に遮蔽することが可能となる。
しかしながら、特許文献1及び2に記載された電流センサは、環状のコアを用いているため、磁気センサの感度軸方向と直交する所定の方向はコアによって覆われず、磁気的に露出した状態となっている。このため、コアによって覆われていない方向から外乱磁界が与えられると、これがノイズとなって検出精度が低下するという問題があった。
したがって、本発明は、磁気センサとコアを用いた電流センサにおいて、外乱磁界による検出精度の低下を防止することを目的とする。
本発明による電流センサは、磁気センサと、測定対象電流によって磁気センサの感度軸方向に磁束を発生させるバスバーと、磁束の磁路であり、磁気センサの感度軸方向における両側に位置する第1及び第2の部分を含むコアと、磁気センサと同軸に配置され、感度軸方向と直交する径方向から磁気センサを覆う筒状の磁気シールドと、を備えることを特徴とする。
本発明によれば、磁気センサの感度軸方向についてはコアによって覆われ、磁気センサの径方向については磁気シールドによって覆われることから、ほぼ全方向からの外乱磁界を遮蔽することができる。これにより、外乱磁界よる検出精度の低下を効果的に防止することが可能となる。
本発明において、コアと磁気センサの感度軸方向における距離は、コアと磁気シールドの感度軸方向における距離以下であっても構わない。これによれば、計測に必要な磁束が磁気シールドに流れることによる感度の低下を抑えることが可能となる。
本発明において、バスバーは、測定対象電流が互いに逆方向に流れる第1及び第2の電流経路を含み、コアは、互いに独立して設けられ、バスバーの第1及び第2の電流経路を覆うことなく、第1の部分と第2の部分を接続する第3及び第4の部分をさらに含む環状構造を有していても構わない。これによれば、コアの第3及び第4の部分がバスバーの第1及び第2の電流経路を覆わないことから、電流センサの外形を小型化することが可能となる。しかも、コアが環状構造を有していることから、特許文献2に記載された電流センサのように、環状のコアによってバスバーの第1及び第2の電流経路を囲んだ構造とした場合と同等の検出感度を確保することが可能となる。
本発明による電流センサは、補償電流によって感度軸方向に磁束を発生させる補償コイルをさらに備えていても構わない。これによれば、いわゆるクローズドループ型の磁気センサを構成することが可能となる。
本発明による電流センサは、補償コイルが巻回された巻芯部と、巻芯部の感度軸方向における両端部に位置する第1及び第2の鍔部を有するボビンをさらに備え、巻芯部には、感度軸方向に延在する中空部が設けられており、磁気センサ及び磁気シールドは、中空部に挿入されていても構わない。これによれば、磁気センサ及び磁気シールドの径方向における位置を正しく位置決めすることが可能となる。
本発明において、ボビンの第1及び第2の鍔部の少なくとも一方は、コアを位置決めするための位置決め部を有していても構わない。これによれば、コアと磁気センサ及び補償コイルとの位置関係を固定することが可能となる。
本発明において、磁気シールドは、径方向から補償コイルを覆うものであっても構わない。この場合であっても、コア及び磁気シールドによって、ほぼ全方向からの外乱磁界を遮蔽することができる。
本発明において、磁気シールドを構成する磁性材料は、磁気センサを構成する磁性材料よりも透磁率が低くても構わない。これによれば、計測に必要な磁束が磁気シールドに流れることによる感度の低下を抑えることが可能となる。
このように、本発明によれば、外乱磁界による検出精度の低下が防止された電流センサを提供することが可能となる。
以下、添付図面を参照しながら、本発明の好ましい実施形態について詳細に説明する。
図1は、本発明の好ましい実施形態による電流センサ1の外観を示す略斜視図である。また、図2は、外装体から取り出した状態における電流センサ1の略分解斜視図である。
図1及び図2に示すように、本実施形態による電流センサ1は、ケース11,12からなる外装体と、外装体に収容された本体部10からなり、側面である一対のxz面からバスバーBが導出され、底面であるxy面から端子21が導出された構成を有している。実使用時においては、図示しない回路基板の実装面と電流センサ1のxy面が向かい合うように実装され、測定対象電流が流れる電流経路にバスバーBが挿入される。
外装体を構成するケース11,12は、樹脂などの絶縁材料からなり、本体部10を保護する役割を果たす。ケース11とケース12は、互いにy方向に嵌合する形状を有している。本体部10は、基板20と、基板20に固定されたボビン30と、ボビン30に巻回された補償コイルCと、補償コイルCの外周に位置するバスバーBと、補償コイルC及びバスバーBを覆うように配置されたコア40と、図2には表れないセンサユニット50(後述)を備えている。
図3は、本体部10の略分解斜視図である。
図3に示すように、ボビン30の中心部にはx方向に延在する中空部39が設けられており、この中空部39にセンサユニット50が挿入される。図3及び図4に示すように、センサユニット50は、樹脂などからなる支持体51と、支持体51の一部でありx方向に延在する軸状部50aに保持された可飽和磁性体Mと、可飽和磁性体Mに巻回された検出コイルLpと、検出コイルLpを径方向から覆う磁気シールド52を備えている。
図5に示すように、可飽和磁性体Mと検出コイルLpは磁気センサSを構成する。可飽和磁性体Mの材料については特に限定されないが、アモルファス磁性金属を用いることが好ましい。アモルファス磁性金属は、単層構造であっても構わないし、複数のアモルファス磁性金属膜を厚み方向に積層した構造であっても構わない。
磁気センサSは、x方向を長手方向とする可飽和磁性体Mに検出コイルLpが巻回された構成を有していることから、x方向の磁界に応じて検出コイルLpのインダクタンスが変化する。つまり、磁気センサSの感度軸方向はx方向である。検出コイルLpは、支持体51に設けられた端子53を介して、基板20に実装された図示しない検出回路に接続される。検出回路は、基板20に設けられた端子21を介して電流センサ1の外部に接続される。尚、検出回路については、基板20に設けても構わないし、一部又は全部を電流センサ1の外部に設けても構わない。
磁気シールド52は、フェライトなどの高透磁率材料からなり、磁気センサSを外乱磁界から遮蔽する役割を果たす。磁気シールド52は、磁気センサSと同軸に配置され、感度軸方向であるx方向と直交する径方向から磁気センサSを覆う筒状体である。このような筒状の磁気シールド52によって磁気センサSを径方向から覆うことにより、磁気センサSの径方向から入射する外乱磁界が磁気シールド52によってバイパスされることから、外乱磁界が磁気センサSに直接印加されることがない。これによって、磁気センサSのSN比を高めることが可能となる。
磁気シールド52は、図6に示すように2つのブロック52a,52bをz方向に組み合わせたものであっても構わない。2つのブロック52a,52bは、互いに同じ形状を有しており、両者をz方向に組み合わせることによってx方向に延在する内径部52cが形成され、この内径部52cに磁気センサSが挿入される。図6に示す例では、ブロック52a,52bに設けられた切り欠きによって、部分的な開口部52dが形成されている。このような開口部52dを設ければ、内径部52cに挿入した磁気センサSを視認することができるとともに、材料コストを低減することが可能となる。また、2つのブロック52a,52bの接着面積も小さくすることができる。開口部52dが存在する部分においては、磁気センサSが磁気シールド52によって覆われず、径方向に露出した状態となるが、開口部52dのz方向における幅が十分に狭ければ、径方向からの外乱磁界は開口部52dを通過することなく、ほとんどが磁気シールド52に吸収される。このため、開口部52dの存在がシールド特性を低下させることはほとんどない。
また、図6に示す例では、2つのブロック52a,52bをz方向に組み合わせているが、これらをy方向に組み合わせたても構わない。このように、2つのブロック52a,52bを組み合わせれば、筒状体である磁気シールド52を容易に作成することが可能となる。しかも、いずれのブロック52a,52bもx方向には分断されていないことから、x方向には磁気ギャップが存在しない。このため、外乱磁界のうち、磁気センサSの感度軸方向であるx方向成分をより効果的に取り除くことが可能となる。但し、磁気シールド52を2つのブロック52a,52bによって構成することは必須でなく、図7に示すように、単一のブロックによって磁気シールド52を構成しても構わない。図7に示す例においても磁気シールド52の側壁に開口部52dを設けているが、このような開口部52dを設けることは必須でない。
図8は、本体部10からコア40及びセンサユニット50を取り外した状態を示す略斜視図である。
図8に示すように、補償コイルCはボビン30に巻回される。補償コイルCは、補償電流によって磁気センサSにx方向の磁束を与え、これによってクローズドループ制御を行うために設けられる。補償電流は、端子34を介して補償コイルCに供給される。ボビン30は、x方向に延在し補償コイルCが巻回される巻芯部31と、巻芯部31のx方向における両端部に設けられた鍔部32,33を有している。センサユニット50が挿入される中空部39は、巻芯部31及び鍔部32,33をx方向に貫通するように設けられている。
バスバーBは、測定対象電流Iが流れる電流経路であり、z方向に延在する第1及び第2の電流経路B1,B2と、y方向に延在し、電流経路B1と電流経路B2を接続する第3の電流経路B3とを有している。これにより、第1の電流経路B1と第2の電流経路B2には、測定対象電流Iが互いに逆方向に流れる。バスバーBは、第1〜第3の電流経路B1〜B3によって磁気センサSを囲むように配置されていることから、バスバーBに測定対象電流Iが流れると、磁気センサSにはx方向の磁束が印加される。そして、クローズドループ制御により磁束を打ち消す電流が補償コイルCに流れ、その電流値を基板20等に設けられた検出回路を用いて測定することにより、バスバーBに流れる測定対象電流Iの電流量を測定することが可能となる。
図9は、コア40の形状を説明するための略斜視図である。
図9に示すように、コア40は、パーマロイなどの磁性金属材料を折り曲げ加工してなり、測定対象電流Iによって発生する磁束φの磁路として機能する。コア40は、磁気センサSのx方向における両側に位置する第1及び第2の部分41,42と、第1の部分41と第2の部分42を接続するようy方向に延在する第3及び第4の部分43,44とを含む環状構造を有している。コア40の第1及び第2の部分41,42は、磁気センサSをx方向から覆うyz面を有している。このため、磁気センサSは、コア40の第1及び第2の部分41,42によってx方向から挟まれることになる。また、コア40の第3の部分43と第4の部分44は互いに独立して設けられており、いずれも、バスバーBの第3の電流経路B3をz方向から覆う位置に設けられている。これに対し、バスバーBの第1及び第2の電流経路B1,B2は、コア40によってy方向から覆われることなく露出している。
さらに、図8に示すように、ボビン30の鍔部32には、x方向に突出した位置決め部32aが形成されている。図示しないが、ボビン30の鍔部33にも同様の位置決め部が設けられている。位置決め部32aの内径形状は、コア40の第1の部分41の外径形状に対応しており、これにより、コア40の第1の部分41はボビン30の位置決め部32aによって位置決めされる。図示しないが、コア40の第2の部分42についても、鍔部33に設けられた同様の位置決め部によって位置決めされる。したがって、コア40をボビン30の上側から挿入し、ボビン30の位置決め部32aと干渉する位置までコア40を押し下げることにより、コア40を正しい位置に固定することが可能となる。
かかる構成により、図8に示す方向に測定対象電流Iが流れると、コア40には図9に示す方向に磁束φが流れる。つまり、コア40の第3の部分43と第4の部分44には、いずれもxプラス方向に磁束φが流れ、この磁束φはコア40の第1の部分41にてぶつかり、磁気センサSに対してxマイナス方向の磁束φを与える。そして、磁気センサSを通過した磁束φは、コア40の第2の部分42に印加され、第3の部分43と第4の部分44に分配される。これにより、測定対象電流Iにより発生した磁束φが効率よく磁気センサSに印加されることから、バスバーBに流れる測定対象電流Iを感度良く測定することが可能となる。
しかも、本実施形態においては、コア40の第3及び第4の部分43,44がバスバーBの第1及び第2の電流経路B1,B2をy方向から覆うことなく、第3の電流経路B3をz方向から覆う位置に設けられていることから、電流センサ1のy方向における幅を縮小することが可能となる。これにより、環状構造を有するコアを用いた従来の電流センサに比べて、実質的に同じ特性を確保しつつ、y方向における幅をより縮小することが可能となる。環状構造を有するコア40は、外乱磁界によって生じる磁束を2分岐させることから、外乱磁界が磁気センサSに対して影響を与えにくいという特徴を有している。
そして、本実施形態による電流センサ1は、模式的なyz断面図である図10に示すように、磁気センサSを径方向から覆う磁気シールド52を備えていることから、磁気センサSの径方向から入射する外乱磁界が磁気シールド52によってシールドされる。つまり、感度軸方向であるx方向の外乱磁界はコア40によってシールドされ、その他の方向からの外乱磁界は磁気シールド52によってシールドされることから、ほぼ全方向からの外乱磁界を遮蔽することができる。これにより、外乱磁界よる検出精度の低下を防止することが可能となる。
図11は、磁気センサSを構成する可飽和磁性体Mとコア40の第1の部分41の近傍を拡大した模式図である。
図11に示す例では、磁気センサSを構成する可飽和磁性体Mとコア40の第1の部分41のx方向における距離G0は、磁気シールド52とコア40の第1の部分41のx方向における距離G1とほぼ一致している。これにより、可飽和磁性体Mが径方向に露出しないことから、高いシールド特性を得ることが可能となる。しかも、磁気シールド52がx方向に突出していないため、計測に必要な磁束φ(図9参照)が磁気シールド52に流れる割合を抑えることができる。特に、可飽和磁性体Mの材料としてアモルファス磁性金属を用い、磁気シールド52の材料としてフェライトを用いた場合、可飽和磁性体Mの方が磁気シールド52よりも透磁率が大幅に高いことから、距離G0と距離G1がほぼ一致していれば、計測に必要な磁束φの多くは磁気シールド52に流れることなく、可飽和磁性体Mを通過する。
但し、距離G0と距離G1を一致させることは必須でなく、図12に示すように、距離G0を距離G1よりも短くしても構わない。この場合、可飽和磁性体Mが径方向に僅かに露出するものの、計測に必要な磁束φのほとんどが可飽和磁性体Mを通過することから、磁気シールド52を用いたことによる感度の低下がほとんど生じない。図11及び図12に示すように、可飽和磁性体Mとコア40の第1の部分41のx方向における距離G0は、磁気シールド52とコア40の第1の部分41のx方向における距離G1以下であることが好ましい。この点は、コア40の第2の部分42に関しても同様である。
図13は、磁気シールド52の代わりに径方向から補償コイルCを覆う別の磁気シールド60を用いた例を示す模式的なyz断面図である。図13が例示するように、補償コイルCの内径部と磁気センサSの間に磁気シールド52を配置することは必須でなく、補償コイルCの周囲を径方向から覆う位置に磁気シールド60を配置しても構わない。この場合であっても、磁気センサSが径方向から磁気シールド60によって覆われることから、外乱磁界よる検出精度の低下を防止することが可能となる。さらに、磁気シールド52と磁気シールド60の両方を用いれば、より高いシールド特性を得ることが可能となる。
図14は、変形例によるコア40の形状を示す略斜視図である。図14に示すコア40は、第1の部分41と第2の部分42が第5の部分45によって接続された形状を有している点において、図9に示したコア40と相違している。つまり、図14に示すコア40は環状構造を有しておらず、板状体を折り曲げた形状を有している。このような形状を有するコア40を用いた場合であっても、磁束の磁路としての機能及びシールド機能を確保することが可能である。
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は、上記の実施形態に限定されることなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能であり、それらも本発明の範囲内に包含されるものであることはいうまでもない。
1 電流センサ
10 本体部
11,12 ケース
20 基板
21 端子
30 ボビン
31 巻芯部
32,33 鍔部
32a 位置決め部
34 端子
39 中空部
40 コア
41 第1の部分
42 第2の部分
43 第3の部分
44 第4の部分
45 第5の部分
50 センサユニット
50a 軸状部
51 支持体
52 磁気シールド
52a,52b ブロック
52c 内径部
52d 開口部
53 端子
60 磁気シールド
B バスバー
B1 第1の電流経路
B2 電流経路
B2 第2の電流経路
B3 第3の電流経路
C 補償コイル
Lp 検出コイル
M 可飽和磁性体
S 磁気センサ
φ 磁束
10 本体部
11,12 ケース
20 基板
21 端子
30 ボビン
31 巻芯部
32,33 鍔部
32a 位置決め部
34 端子
39 中空部
40 コア
41 第1の部分
42 第2の部分
43 第3の部分
44 第4の部分
45 第5の部分
50 センサユニット
50a 軸状部
51 支持体
52 磁気シールド
52a,52b ブロック
52c 内径部
52d 開口部
53 端子
60 磁気シールド
B バスバー
B1 第1の電流経路
B2 電流経路
B2 第2の電流経路
B3 第3の電流経路
C 補償コイル
Lp 検出コイル
M 可飽和磁性体
S 磁気センサ
φ 磁束
Claims (8)
- 磁気センサと、
測定対象電流によって前記磁気センサの感度軸方向に磁束を発生させるバスバーと、
前記磁束の磁路であり、前記磁気センサの前記感度軸方向における両側に位置する第1及び第2の部分を含むコアと、
前記磁気センサと同軸に配置され、前記感度軸方向と直交する径方向から前記磁気センサを覆う筒状の磁気シールドと、を備えることを特徴とする電流センサ。 - 前記コアと前記磁気センサの前記感度軸方向における距離は、前記コアと前記磁気シールドの前記感度軸方向における距離以下であることを特徴とする請求項1に記載の電流センサ。
- 前記バスバーは、前記測定対象電流が互いに逆方向に流れる第1及び第2の電流経路を含み、
前記コアは、互いに独立して設けられ、前記バスバーの前記第1及び第2の電流経路を覆うことなく、前記第1の部分と前記第2の部分を接続する第3及び第4の部分をさらに含む環状構造を有することを特徴とする請求項1又は2に記載の電流センサ。 - 補償電流によって前記感度軸方向に磁束を発生させる補償コイルをさらに備えることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか一項に記載の電流センサ。
- 前記補償コイルが巻回された巻芯部と、前記巻芯部の前記感度軸方向における両端部に位置する第1及び第2の鍔部を有するボビンをさらに備え、
前記巻芯部には、前記感度軸方向に延在する中空部が設けられており、
前記磁気センサ及び前記磁気シールドは、前記中空部に挿入されていることを特徴とする請求項4に記載の電流センサ。 - 前記ボビンの前記第1及び第2の鍔部の少なくとも一方は、前記コアを位置決めするための位置決め部を有していることを特徴とする請求項5に記載の電流センサ。
- 前記磁気シールドは、前記径方向から前記補償コイルを覆うことを特徴とする請求項4に記載の電流センサ。
- 前記磁気シールドを構成する磁性材料は、前記磁気センサを構成する磁性材料よりも透磁率が低いことを特徴とする請求項1乃至7のいずれか一項に記載の電流センサ。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2018021750A JP2019138749A (ja) | 2018-02-09 | 2018-02-09 | 電流センサ |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2018021750A JP2019138749A (ja) | 2018-02-09 | 2018-02-09 | 電流センサ |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2019138749A true JP2019138749A (ja) | 2019-08-22 |
Family
ID=67693685
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2018021750A Pending JP2019138749A (ja) | 2018-02-09 | 2018-02-09 | 電流センサ |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2019138749A (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN113466527A (zh) * | 2020-03-31 | 2021-10-01 | 英飞凌科技股份有限公司 | 具有旁路电流路径的传感器装置和所对应的生产方法 |
-
2018
- 2018-02-09 JP JP2018021750A patent/JP2019138749A/ja active Pending
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN113466527A (zh) * | 2020-03-31 | 2021-10-01 | 英飞凌科技股份有限公司 | 具有旁路电流路径的传感器装置和所对应的生产方法 |
CN113466527B (zh) * | 2020-03-31 | 2024-04-19 | 英飞凌科技股份有限公司 | 具有旁路电流路径的传感器装置和所对应的生产方法 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP5680287B2 (ja) | 電流センサ | |
JP4835868B2 (ja) | 電流センサ | |
JP4788922B2 (ja) | 電流センサ | |
US20120306486A1 (en) | Device for measuring a current flowing through an electric cable | |
JP6658676B2 (ja) | 電流センサ | |
WO2016098750A1 (ja) | 電流センサおよび測定装置 | |
JP2008215970A (ja) | バスバー一体型電流センサ | |
JP2016148620A (ja) | 電流センサ | |
WO2021241174A1 (ja) | 磁場検出装置及び磁場検出装置アレイ | |
JP2019138749A (ja) | 電流センサ | |
JP5704347B2 (ja) | 電流センサ | |
JP2021076468A (ja) | 電流センサ | |
JP2019138750A (ja) | 電流センサ | |
JP7513548B2 (ja) | 磁場補償装置 | |
WO2023145063A1 (ja) | 磁気センサ | |
WO2021246289A1 (ja) | 磁場検出装置及び磁場検出装置アレイ | |
JP7521981B2 (ja) | 磁気センサ | |
JP5960403B2 (ja) | 電流センサ | |
JP6361740B2 (ja) | 電流センサ | |
JP2020165762A (ja) | 電流センサ | |
JP2022125801A (ja) | 磁気センサ | |
JP6531951B2 (ja) | 電流検出装置 | |
JP2019027875A (ja) | 磁気センサ及びこれを備える電流センサ | |
JP7479888B2 (ja) | 磁場検出装置 | |
JP7332725B2 (ja) | 磁気抵抗効果素子を用いた磁気センサおよび電流センサ |