JP2020052006A - 電流センサ - Google Patents

Abstract

【課題】大電流を測定することが可能な電流センサを提供する。【解決手段】測定対象電流が流れるバスバー１０と、バスバー１０の電流経路１１〜１３に囲まれた磁気コア２０と、磁気コア２０に囲まれ、ｘ方向を感度軸方向とする磁気センサ３０とを備える。本発明によれば、測定対象電流によって生じる磁束の多くが磁気コア２０に流れ、磁気センサ３０に印加される磁束が低減する。これにより、測定対象電流の電流量が大きい場合であっても、磁気センサ３０の磁気飽和が抑制されるため、大電流を測定することが可能となる。【選択図】図１

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、測定対象となる電流が流れるバスバーと、バスバーに流れる電流によって生じる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。

特許文献１及び２に記載された電流センサにおいては、バスバーが１８０°折り返されており、これにより、バスバーの第１の電流経路と第２の電流経路には、測定対象電流が互いに逆方向に流れる。そして、特許文献１及び２に記載された電流センサにおいては、バスバーの第１の電流経路と第２の電流経路を覆うようにコアが配置されている。

特開平１１−２５８２７５号公報 特開２０１０−２７６４２２号公報

しかしながら、バスバーの第１の電流経路と第２の電流経路を覆うようにコアを設けると、バスバーに流れる電流によって生じる磁束の多くが磁気センサに印加されることから、バスバーに流れる電流の電流量が大きい場合、磁気センサが容易に磁気飽和してしまうという問題があった。

したがって、本発明の目的は、磁気センサが磁気飽和しにくい構造を採ることにより、大電流を測定することが可能な電流センサを提供することである。

本発明による電流センサは、測定対象電流が互いに逆方向に流れる第１及び第２の電流経路と、第１の電流経路の一端と第２の電流経路の一端を接続する第３の電流経路とを有するバスバーと、バスバーの第１乃至第３の電流経路に囲まれた磁気コアと、磁気コアに囲まれ、バスバーの第１乃至第３の電流経路に流れる電流と異なる方向を感度軸方向とする磁気センサとを備え、磁気コアは、第１の電流経路と対向する第１のコア領域と、第２の電流経路と対向する第２のコア領域とを有し、第１の電流経路と第１のコア領域の距離、並びに、第２の電流経路と第２のコア領域の距離は、磁気センサと第１及び第２のコア領域の距離よりも短いことを特徴とする。

本発明によれば、バスバーに囲まれた領域に磁気コアを配置し、磁気コアに囲まれた領域に磁気センサを配置しているとともに、磁気コアが磁気センサよりもバスバーに近接して配置されていることから、測定対象電流によって生じる磁束の多くが磁気コアに流れ、磁気センサに印加される磁束が低減する。これにより、測定対象電流の電流量が大きい場合であっても、磁気センサの磁気飽和が抑制されるため、大電流を測定することが可能となる。

本発明による電流センサは、磁気コアに囲まれるように配置され、補償電流によって磁気センサに感度軸方向の磁束を与える補償コイルをさらに備えるものであっても構わない。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、補償コイルによって生じる磁束の磁路となる補償用コアをさらに備えるものであっても構わない。これによれば、補償コイルに流す補償電流の電流量を少なくすることが可能となる。この場合、補償用コアは、磁気センサと重なる位置において磁気ギャップを有していても構わない。これによれば、補償コイルに流す補償電流の電流量をよりいっそう少なくすることが可能となる。

本発明において、磁気コアは、バスバーの第１及び第２の電流経路に流れる電流と同方向に開口を有する環状構造を有しても構わない。これによれば、磁気コアを単一の部品とすることが可能となる。

本発明において、磁気コアは、第１のコア領域の一端と第２のコア領域の一端を接続する第３のコア領域と、第１のコア領域の他端と第２のコア領域の他端を接続する第４のコア領域とをさらに有し、第１及び第２のコア領域の厚みは、第３及び第４のコア領域の厚みよりも大きくても構わない。これによれば、磁気センサに印加される磁束がより低減することから、より大電流を測定することが可能となる。

本発明において、磁気コアは、第１の電流経路の一部を感度軸方向から挟むよう配置された第５及び第６のコア領域と、第２の電流経路の一部を感度軸方向から挟むよう配置された第７及び第８のコア領域とをさらに有するものであっても構わない。これによれば、磁気コアを通過しない漏れ磁束が低減することから、Ｓ／Ｎ比を高めることが可能となる。

本発明において、磁気コアは、第１及び第２の電流経路に流れる電流と同方向に積層された積層構造を有していても構わない。これによれば、渦電流による損失を低減することが可能となる。

本発明において、磁気コアは、二重環状構造を有していても構わない。これによれば、磁気センサに印加される磁束がより低減することから、より大電流を測定することが可能となる。

本発明による電流センサは、バスバーの外側に配置され、磁気コアを介して感度軸方向から磁気センサを覆う磁気シールドをさらに備えるものであっても構わない。これによれば、外部磁場の大部分が磁気シールドを通過することから、外来ノイズの影響を低減することが可能となる。或いは、本発明による電流センサは、バスバーの第３の電流経路を介して磁気センサを覆う磁気シールドをさらに備えるものであっても構わない。この場合も、外来ノイズの影響を低減することが可能となる。

本発明において、第１及び第２のコア領域に磁気ギャップが設けられていても構わない。これによれば、磁気センサに流れる磁束の割合を磁気ギャップによって調整することが可能となる。

このように、本発明による電流センサは、磁気センサが磁気飽和しにくい構造を有していることから、より大電流を測定することが可能となる。

図１は、本発明の第１の実施形態による電流センサ１の構成を説明するための分解斜視図であり、（ａ）は所定の方向から見た図、（ｂ）は別の方向から見た図である。 図２は、電流センサ１から補償コイル４０、回路基板５１，５２、ケース６０及び蓋６１，６２を削除した状態を示す略斜視図である。 図３は、電流センサ１から補償コイル４０、回路基板５１，５２、ケース６０及び蓋６１，６２を削除した状態を示す略下面図である。 図４は、磁気センサ３０の構造を説明するための略斜視図である。 図５は、電流センサ１の効果を説明するためのグラフである。 図６は、本発明の第２の実施形態による電流センサ２の構成を説明するための下面図である。 図７は、本発明の第３の実施形態による電流センサ３の構成を説明するための下面図である。 図８は、本発明の第４の実施形態による電流センサ４の構成を説明するための略斜視図である。 図９は、本発明の第５の実施形態による電流センサ５の構成を説明するための略斜視図である。 図１０は、本発明の第６の実施形態による電流センサ６の構成を説明するための略斜視図である。 図１１は、第１の変形例による電流センサ６Ａの構成を説明するための略斜視図である。 図１２は、第２の変形例による電流センサ６Ｂの構成を説明するための略斜視図である。 図１３は、本発明の第７の実施形態による電流センサ７の構成を説明するための略斜視図である。 図１４は、本発明の第８の実施形態による電流センサ８の構成を説明するための分解斜視図であり、（ａ）は所定の方向から見た図、（ｂ）は別の方向から見た図である。 図１５は、本発明の第９の実施形態による電流センサ９の構成を説明するための分解斜視図である。 図１６は、電流センサ９のｘｚ断面図である。 図１７は、補償用コア８０に磁気ギャップＧ１を設けた例による電流センサ９のｘｚ断面図である。 図１８は、磁気センサ３０に含まれる可飽和磁性体３１の中心部における磁束密度Ｂ_Ａと補償コイル４０に流れる電流Ｉ_ＣＯＭＰの関係を示すグラフである。

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。

＜第１の実施形態＞
図１は、本発明の第１の実施形態による電流センサ１の構成を説明するための分解斜視図であり、（ａ）は所定の方向から見た図、（ｂ）は別の方向から見た図である。

図１に示すように、本実施形態による電流センサ１は、測定対象電流が流れるバスバー１０と、測定対象電流によって生じる磁束の磁路となる環状の磁気コア２０と、磁気コア２０に囲まれるように配置された磁気センサ３０と、磁気センサ３０の周囲に巻回された補償コイル４０とを備えている。磁気センサ３０及び補償コイル４０は、ｘｙ面を主面とする回路基板５１に接続及び支持される。また、回路基板５１は、ｙｚ面を主面とする回路基板５２に接続される。回路基板５２には、外部と接続するための外部端子が設けられる。

バスバー１０には樹脂などからなるケース６０が取り付けられており、磁気コア２０、磁気センサ３０、補償コイル４０、回路基板５１，５２は、ケース６０に収容又は取り付けられる。さらに、ケース６０には、磁気コア２０をｚ方向から覆う蓋６１と、回路基板５２をｘ方向から覆う蓋６２が取り付けられる。

図２及び図３は、それぞれ電流センサ１から補償コイル４０、回路基板５１，５２、ケース６０及び蓋６１，６２を削除した状態を示す略斜視図及び略下面図である。

図２及び図３に示すように、バスバー１０はクランク形状を有しており、電流がｚ方向に流れる第１及び第２の電流経路１１，１２と、電流がｙ方向に流れる第３の電流経路１３とを有している。第３の電流経路１３は、第１の電流経路１１のｚ方向における一端と第２の電流経路１２のｚ方向における一端を接続する部分であり、これにより、第１の電流経路１１と第２の電流経路１２には互いに逆向きの電流が流れる。つまり、バスバー１０は、第３の電流経路１３にて１８０°折り返された構造を有している。特に限定されるものではないが、バスバー１０は、銅やアルミニウムなどの導電性の高い金属材料によって構成される。

磁気コア２０は、フェライトなどの高透磁率材料からなる環状部材であり、バスバー１０の第１〜第３の電流経路１１〜１３に囲まれるよう配置される。磁気コア２０は、第１〜第４のコア領域２１〜２４を有している。第１のコア領域２１は、バスバー１０の第１の電流経路１１と対向する部分であり、第２のコア領域２２は、バスバー１０の第２の電流経路１２と対向する部分である。また、第３のコア領域２３は、第１のコア領域２１の一端と第２のコア領域２２の一端を接続する部分であり、第４のコア領域２４は、第１のコア領域２１の他端と第２のコア領域２２の他端を接続する部分である。

第１及び第２のコア領域２１，２２はｘｚ面を主面とし、第３及び第４のコア領域２３，２４はｙｚ面を主面とする。これにより、磁気コア２０はｚ方向に開口を有する環状構造となる。

図４は、磁気センサ３０の構造を説明するための略斜視図である。

図４に示すように、磁気センサ３０は、ｘ方向を長手方向とする可飽和磁性体３１と、可飽和磁性体３１に巻回された検出コイル３２を備えている。検出コイル３２は、可飽和磁性体３１に直接巻回しても構わないし、可飽和磁性体３１を収容するボビンに巻回しても構わない。可飽和磁性体３１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ｚ方向に積層した構造であっても構わない。

このように、磁気センサ３０は、ｘ方向を長手方向とする可飽和磁性体３１に検出コイル３２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３２のインダクタンスが変化する。検出コイル３２は、回路基板５１又は５２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、回路基板５２に設けられた外部端子を介して電流センサ１の外部に接続される。

補償コイル４０は、補償電流によって磁気センサ３０にｘ方向の磁束を与えることにより、クローズドループ制御を行うために設けられる。補償コイル４０についても、回路基板５１又は５２に実装された図示しない検出回路に接続される。本発明において、補償コイル４０を用いたクローズドループ制御を行うことは必須でないが、クローズドループ制御を行うことにより、測定可能な電流範囲が拡大するとともに、より正確な電流測定が可能となる。尚、検出回路については、回路基板５１又は５２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。

補償コイル４０の周囲には磁気コア２０が配置されているため、補償コイル４０によって発生した磁束を効率よく磁気コア２０で集磁することができ、取り込んだ磁束を効率よく可飽和磁性体３１へ流すことが可能となる。つまり、磁気コア２０を有することで、補償コイル４０に流す補償電流は小さくて済む。

本実施形態による電流センサ１は、このような構造を有しているため、バスバー１０に測定対象電流を流した場合、バスバー１０からは図３に示す磁束φが発生する。磁束φは、バスバー１０の第１〜第３の電流経路１１〜１３に囲まれた空間を通過する際、その大部分が磁気コア２０の第１のコア領域２１又は第２のコア領域２２を経由する。つまり、磁束φは、磁気センサ３０に直接印加されず、大部分が磁気コア２０をバイパスし、磁気コア２０を経由しなかった一部の磁束φ'のみが磁気センサ３０に印加される。これにより、磁気センサ３０に印加される磁束が大幅に低減することから、磁気センサ３０が磁気飽和しにくくなる。

さらに、図３に示すように、第１のコア領域２１（又は第２のコア領域２２）のｙ方向における中心位置をｙ０とし、バスバー１０の第１の電流経路１１（又は第２の電流経路１２）のｙ方向における端面位置をｙ１とし、磁気センサ３０のｙ方向における端面位置をｙ２とした場合、ｙ０とｙ１の距離ｄ１は、ｙ０とｙ２の距離ｄ２よりも短い。要するに、第１の電流経路１１と第１のコア領域２１の距離（ｄ１）、並びに、第２の電流経路１２と第２のコア領域２２の距離（ｄ１）は、磁気センサ３０と第１及び第２のコア領域２１，２２の距離（ｄ２）よりも短い。これにより、バスバー１０から発生した磁束φのより多くが磁気コア２０を通過することから、磁気センサ３０に印加される磁束がより低減され、その結果、磁気センサ３０がより磁気飽和しにくくなる。

図５は、本実施形態による電流センサ１の効果を説明するためのグラフであり、横軸はバスバー１０に流れる測定対象電流Ｉｐを示し、縦軸は電流センサ１から出力される出力信号Ｖｏｕｔを示している。破線で示すように、従来の電流センサにおいては、測定対象電流Ｉｐの値がＩ１に達すると、磁気センサが飽和し、それ以上の測定対象電流Ｉｐを計測することはできなかったが、本実施形態による電流センサ１においては、測定対象電流Ｉｐの値がＩ２（＞Ｉ１）に達するまで計測可能であり、これにより、従来に比べてより大電流を測定することが可能となる。

このように、本実施形態による電流センサ１は、バスバー１０に囲まれた領域に磁気コア２０を配置し、さらに、磁気コア２０に囲まれた領域に磁気センサ３０を配置しているとともに、磁気コア２０が磁気センサ３０よりもバスバー１０に近接して配置されていることから、測定対象電流によって生じる磁束の多くが磁気コア２０に流れ、磁気センサ３０に印加される磁束が低減する。これにより、測定対象電流の電流量が大きい場合であっても、磁気センサ３０の磁気飽和が抑制されるため、従来よりも大電流を測定することが可能となる。

＜第２の実施形態＞
図６は、本発明の第２の実施形態による電流センサ２の構成を説明するための下面図であり、図３と同様、補償コイル４０、回路基板５１，５２、ケース６０及び蓋６１，６２については省略されている。

本実施形態による電流センサ２は、磁気コア２０の第１及び第２のコア領域２１，２２のｙ方向における厚みｗ１が、磁気コア２０の第３及び第４のコア領域２３，２４のｘ方向における厚みｗ２よりも大きい点において、第１の実施形態による電流センサ１と相違している。その他の構成は、第１の実施形態による電流センサ１と同一であることから、同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。

本実施形態においては、第１及び第２のコア領域２１，２２の厚みｗ１が拡大されていることから、この部分を通過する磁束φの割合が増加する。その結果、磁気センサ３０に印加される磁束がより減少することから、磁気センサ３０がより飽和しにくくなり、より大電流の計測が可能となる。

＜第３の実施形態＞
図７は、本発明の第３の実施形態による電流センサ３の構成を説明するための下面図であり、図３と同様、補償コイル４０、回路基板５１，５２、ケース６０及び蓋６１，６２については省略されている。

本実施形態による電流センサ３は、磁気コア２０が第５〜第８のコア領域２５〜２８を有している点において、第１の実施形態による電流センサ１と相違している。その他の構成は、第１の実施形態による電流センサ１と同一であることから、同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。

第５のコア領域２５は、第１のコア領域２１を超えて第３のコア領域２３をｙ方向に伸張した部分である。第６のコア領域２６は、第１のコア領域２１を超えて第４のコア領域２４をｙ方向に伸張した部分である。第７のコア領域２７は、第２のコア領域２２を超えて第３のコア領域２３をｙ方向に伸張した部分である。第８のコア領域２８は、第２のコア領域２２を超えて第４のコア領域２４をｙ方向に伸張した部分である。これにより、バスバー１０の第１の電流経路１１の一部は、第５及び第６のコア領域２５，２６によってｘ方向から挟まれ、バスバー１０の第２の電流経路１２の一部は、第７及び第８のコア領域２７，２８によってｘ方向から挟まれる。

このように、本実施形態においては、磁気コア２０に第５〜第８のコア領域２５〜２８が設けられていることから、磁気コア２０を通過しない漏れ磁束が低減する。これにより、アセンブリの位置ずれによる誤差が低減されるとともに、Ｓ／Ｎ比を高めることが可能となる。

＜第４の実施形態＞
図８は、本発明の第４の実施形態による電流センサ４の構成を説明するための略斜視図であり、図２と同様、補償コイル４０、回路基板５１，５２、ケース６０及び蓋６１，６２については省略されている。

本実施形態による電流センサ４は、磁気コア２０がｘ方向に積層された多数の板状磁性体によって構成されている点において、第３の実施形態による電流センサ３と相違している。その他の構成は、第３の実施形態による電流センサ３と同一であることから、同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。

磁気コア２０を構成する板状磁性体としては、パーマロイや珪素鋼板などの高透磁率金属磁性体を用いることができる。そして、積層方向に隣接する板状磁性体間に樹脂などの非磁性部材を介在させることによって、ｚ方向における磁気抵抗が高められている。

このように、本実施形態においては、磁気コア２０が積層構造を有していることから、渦電流による損失を低減することが可能となる。

＜第５の実施形態＞
図９は、本発明の第５の実施形態による電流センサ５の構成を説明するための略斜視図であり、図２と同様、補償コイル４０、回路基板５１，５２、ケース６０及び蓋６１，６２については省略されている。

本実施形態による電流センサ５は、磁気コア２０が外側コア２０Ａと内側コア２０Ｂからなる二重環状構造を有している点において、第１の実施形態による電流センサ１と相違している。その他の構成は、第１の実施形態による電流センサ１と同一であることから、同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。

外側コア２０Ａと内側コア２０Ｂは、いずれもバスバー１０の第１〜第３の電流経路１１〜１３に囲まれるように配置されている。これにより、バスバー１０から発生する磁束の多くが外側コア２０Ａを経由し、外側コア２０Ａを経由しなかった磁束が内側コア２０Ｂに達する。そして、内側コア２０Ｂに達した磁束の多くが内側コア２０Ｂを経由し、内側コア２０Ｂを経由しなかった一部の磁束が磁気センサ３０に印加される。

このように、本実施形態においては、磁気コア２０が二重環状構造を有していることから、磁気センサ３０に印加される磁束がより低減する。これにより、より大電流を測定することが可能となる。

＜第６の実施形態＞
図１０は、本発明の第６の実施形態による電流センサ６の構成を説明するための略斜視図であり、図２と同様、補償コイル４０、回路基板５１，５２、ケース６０及び蓋６１，６２については省略されている。

本実施形態による電流センサ６は、磁気シールド７１をさらに備える点において、第１の実施形態による電流センサ１と相違している。その他の構成は、第１の実施形態による電流センサ１と同一であることから、同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。

磁気シールド７１は、バスバー１０の第１及び第２の電流経路１１，１２と磁気コア２０を囲む環状構造を有する磁性体であり、ｘ方向から磁気センサ３０を挟み込む部分を有している。このような磁気シールド７１を付加することにより、ｘ方向の外部磁場Ｈｅｘｔが磁気シールド７１を通過することから、外部磁場Ｈｅｘｔが磁気センサ３０に印加されにくくなる。これにより、外来ノイズの影響を低減することが可能となる。しかも、磁気シールド７１は、バスバー１０から発生する磁束の磁路としても機能することから、漏れ磁束を低減することも可能となる。

図１１は、第１の変形例による電流センサ６Ａの構成を説明するための略斜視図である。図１１に示す第１の変形例による電流センサ６Ａは、磁気シールド７１の代わりに磁気シールド７２が設けられている点において、上述した電流センサ６と相違している。磁気シールド７２は環状構造を有しておらず、ｘ方向から磁気センサ３０を挟み込む部分と、バスバー１０の第３の電流経路１３を覆う部分からなるＵ字型構造である。このような形状を有する磁気シールド７２を用いた場合であっても、ｘ方向の外部磁場Ｈｅｘｔが磁気シールド７２を通過することから、外来ノイズの影響を低減することが可能となる。

図１２は、第２の変形例による電流センサ６Ｂの構成を説明するための略斜視図である。図１２に示す第２の変形例による電流センサ６Ｂは、磁気シールド７２の代わりに磁気シールド７３が設けられている点において、上述した電流センサ６Ａと相違している。磁気シールド７３は、バスバー１０の第３の電流経路１３を介して磁気コア２０の開口部を覆う板状構造を有している。磁気シールド７３がこのような板状構造である場合、Ｕ字型構造を有する磁気シールド７２を用いた場合と比べると外来ノイズの影響を低減する効果は少なくなるが、磁気コア２０の開口部を覆っていることから一定の効果が得られる。また、磁気シールド７３は、磁気シールド７１，７２と比べて小型であり、且つ、単純な形状を有していることから、全体のサイズを小型化できるとともに、低コスト化を実現することが可能となる。

また、磁気シールド７１や磁気シールド７２を設けると、測定対象電流によって生じる磁束が磁気シールド７１，７２によって集磁されるため、補償コイル４０は、より多くの磁束を打ち消さなければならないが、磁気コア２０の内部に補償コイル４０を設けることによって、補償コイル４０の磁束をより良好に循環させることができるので、磁気コア２０を配置していない従来の構成に比べて、少ない補償電流で磁束を打ち消すことが可能となる。

＜第７の実施形態＞
図１３は、本発明の第７の実施形態による電流センサ７の構成を説明するための略斜視図であり、図２と同様、補償コイル４０、回路基板５１，５２、ケース６０及び蓋６１，６２については省略されている。

本実施形態による電流センサ７は、磁気コア２０の第１及び第２のコア領域２１，２２に磁気ギャップＧが設けられている点において、第６の実施形態による電流センサ６と相違している。その他の構成は、第６の実施形態による電流センサ６と同一であることから、同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。

磁気ギャップＧは、第１及び第２のコア領域２１，２２の磁気抵抗を増加させる役割を果たし、磁気ギャップＧがない場合と比べて第１及び第２のコア領域２１，２２を経由する磁束が減少し、その分、磁気センサ３０に印加される磁束が増加する。このため、磁気センサ３０に印加される磁束が少なすぎて十分な感度が得られない場合に、磁気ギャップＧを設けることによって磁気センサ３０の感度を確保することが可能となる。磁気センサ３０の感度は、磁気ギャップＧの幅によって調整可能である。また、磁気ギャップＧを設けることによって磁気コア２０が飽和しにくくなるというという効果も得られる。

磁気ギャップＧは、第１及び第２のコア領域２１，２２の両方に設けることによって、磁場の対称性を確保することが好ましい。また、磁気ギャップＧを有する磁気コア２０は、Ｕ字型のコアを２つ組み合わせることによって作製できるため、環状構造を有する磁気コア２０を一体成型する場合に比べ、容易に作製することが可能となる。

＜第８の実施形態＞
図１４は、本発明の第８の実施形態による電流センサ８の構成を説明するための分解斜視図であり、（ａ）は所定の方向から見た図、（ｂ）は別の方向から見た図である。

本実施形態による磁気センサ８は、磁気コア２０の形状が第１の実施形態による電流センサ１と相違している。その他の構成は、第１の実施形態による電流センサ１と同一であることから、同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。

本実施形態においては、磁気コア２０の第３及び第４のコア領域２３，２４の一部又は全部が省略されており、これにより、磁気コア２０の第１のコア領域２１と第２のコア領域２２が分離している。磁気コア２０がこのような形状を有している場合であっても、バスバー１０に測定対象電流を流した場合、測定対象電流によって生じる磁束φの大部分が磁気コア２０の第１のコア領域２１又は第２のコア領域２２を経由する。これにより、第１の実施形態と同様、磁気センサ３０に印加される磁束が大幅に低減することから、磁気センサ３０が磁気飽和しにくくなる。

本実施形態が例示するように、本発明において磁気コア２０が環状構造を有している点は必須ではない。

＜第９の実施形態＞
図１５は、本発明の第９の実施形態による電流センサ９の構成を説明するための分解斜視図である。また、図１６は、電流センサ９のｘｚ断面図である。尚、図面の見やすさを考慮して、図１５及び図１６においてはバスバー１０を省略した状態が示されている。

本実施形態による磁気センサ９は、補償コイル４０によって生じる磁束の磁路となる補償用コア８０を備える点において、第１の実施形態による電流センサ１と相違している。その他の構成は、第１の実施形態による電流センサ１と同一であることから、同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。

補償用コア８０は、略Ｕ字型の磁性部材８１，８２の組み合わせからなる。磁性部材８１，８２は、パーマロイやフェライトなどの高透磁率材料によって構成される。磁性部材８１，８２は、いずれもｘｙ面を有する一対の板状部分と、これら一対の板状部分を接続する接続部分を有しており、一対の板状部分の一方が補償コイル４０の内径部に位置し、他方が補償コイル４０の外部に位置するよう組み合わせられることにより、環状構造となる。このような補償用コア８０を設けると、補償コイル４０によって生じる磁束の磁気抵抗が小さくなることから、より小さな補償電流によってクローズドループ制御を実現することが可能になる。

ここで、補償用コア８０は、図１６に示すようにほぼ完全な環状構造を有していても構わないし、図１７に示すように、ｚ方向から見て磁気センサ３０と重なる位置に磁気ギャップＧ１を有していても構わない。このような磁気ギャップＧ１を補償用コア８０に設ければ、補償用コア８０をバイパスすることなく、より多くの磁束が磁気センサ３０に印加されることから、補償電流をよりいっそう小さくすることが可能となる。

図１８は、磁気センサ３０に含まれる可飽和磁性体３１の中心部における磁束密度Ｂ_Ａと補償コイル４０に流れる電流Ｉ_ＣＯＭＰの関係を示すグラフである。図１８において、特性ａは補償用コア８０を設けない場合（図１参照）を示し、特性ｂは磁気ギャップＧ１を持たない環状の補償用コア８０を設けた場合（図１６参照）を示し、特性ｃは磁気ギャップＧ１を持つ補償用コア８０を設けた場合（図１７参照）を示している。

図１８に示すように、可飽和磁性体３１が飽和磁束密度Ｂ_Ｓに達するのに必要な電流Ｉ_ＣＯＭＰは、補償用コア８０を設けることによって低減し（特性ｂ，ｃ）、補償用コア８０に磁気ギャップＧ１を設けることによってよりいっそう低減する（特性ｃ）。しかも、補償用コア８０に磁気ギャップＧ１を設けた場合、磁束密度Ｂ_Ａの変化は非常に急峻となる。このように、補償コイル４０に補償用コア８０を設け、好ましくは補償用コア８０に磁気ギャップＧ１を設けることによって、補償コイル４０に流す電流Ｉ_ＣＯＭＰを小さくすることが可能となる。

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。

１〜９，６Ａ，６Ｂ 電流センサ
１０ バスバー
１１ 第１の電流経路
１２ 第２の電流経路
１３ 第３の電流経路
２０ 磁気コア
２０Ａ 外側コア
２０Ｂ 内側コア
２１ 第１のコア領域
２２ 第２のコア領域
２３ 第３のコア領域
２４ 第４のコア領域
２５ 第５のコア領域
２６ 第６のコア領域
２７ 第７のコア領域
２８ 第８のコア領域
３０ 磁気センサ
３１ 可飽和磁性体
３２ 検出コイル
４０ 補償コイル
５１，５２ 回路基板
６０ ケース
６１，６２ 蓋
７１〜７３ 磁気シールド
８０ 補償用コア
８１，８２ 磁性部材
Ｇ，Ｇ１ 磁気ギャップ
φ，φ' 磁束

Claims (12)

1. 測定対象電流が互いに逆方向に流れる第１及び第２の電流経路と、前記第１の電流経路の一端と前記第２の電流経路の一端を接続する第３の電流経路とを有するバスバーと、
   前記バスバーの前記第１乃至第３の電流経路に囲まれた磁気コアと、
   前記磁気コアに囲まれ、前記バスバーの前記第１乃至第３の電流経路に流れる電流と異なる方向を感度軸方向とする磁気センサと、を備え、
   前記磁気コアは、前記第１の電流経路と対向する第１のコア領域と、前記第２の電流経路と対向する第２コアの領域とを有し、
   前記第１の電流経路と前記第１のコア領域の距離、並びに、前記第２の電流経路と前記第２のコア領域の距離は、前記磁気センサと前記第１及び第２のコア領域の距離よりも短いことを特徴とする電流センサ。
2. 前記磁気コアに囲まれるように配置され、補償電流によって前記磁気センサに前記感度軸方向の磁束を与え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に記載の電流センサ。
3. 前記補償コイルによって生じる前記磁束の磁路となる補償用コアをさらに備えることを特徴とする請求項２に記載の電流センサ。
4. 前記補償用コアは、前記磁気センサと重なる位置において磁気ギャップを有していることを特徴とする請求項３に記載の電流センサ。
5. 前記磁気コアは、前記バスバーの前記第１及び第２の電流経路に流れる電流と同方向に開口を有する環状構造を有することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の電流センサ。
6. 前記磁気コアは、前記第１のコア領域の一端と前記第２のコア領域の一端を接続する第３のコア領域と、前記第１のコア領域の他端と前記第２のコア領域の他端を接続する第４のコア領域とをさらに有し、
   前記第１及び第２のコア領域の厚みは、前記第３及び第４のコア領域の厚みよりも大きいことを特徴とする請求項５に記載の電流センサ。
7. 前記磁気コアは、前記第１の電流経路の一部を前記感度軸方向から挟むよう配置された第５及び第６のコア領域と、前記第２の電流経路の一部を前記感度軸方向から挟むよう配置された第７及び第８のコア領域とをさらに有することを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一項に記載の電流センサ。
8. 前記磁気コアは、前記第１及び第２の電流経路に流れる電流と同方向に積層された積層構造を有している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。
9. 前記磁気コアは、二重環状構造を有することを特徴とする請求項５又は６に記載の電流センサ。
10. 前記バスバーの外側に配置され、前記磁気コアを介して前記感度軸方向から前記磁気センサを覆う磁気シールドをさらに備えることを特徴とする請求項１乃至９のいずれか一項に記載の電流センサ。
11. 前記バスバーの前記第３の電流経路を介して前記磁気センサを覆う磁気シールドをさらに備えることを特徴とする請求項１乃至９のいずれか一項に記載の電流センサ。
12. 前記第１及び第２のコア領域に磁気ギャップが設けられていることを特徴とする請求項１乃至１１のいずれか一項に記載の電流センサ。

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