JP2020165762A - 電流センサ - Google Patents
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Abstract
【課題】バスバーの外部領域から発生する磁界が磁気コアに与える影響を低減する。【解決手段】本発明による電流センサは、磁気センサ40と、磁気センサ40を囲む環状の磁気コア20と、測定対象電流Iが流れるバスバー10とを備える。バスバー10は、磁気コア20に囲まれた領域内に位置する内部領域と、磁気コア20に囲まれた領域外に位置する外部領域とを有し、外部領域には、z方向から見て磁気コア20と重なる位置にスリットSL1,SL2が設けられている。本発明によれば、測定対象電流IがスリットSL1,SL2によって分流することから、スリットSL1,SL2及びその近傍においては、測定対象電流Iによって生じる磁界が打ち消される。このため、磁気コア20と重なる位置にスリットSL1,SL2を設けることにより、外部領域から発生する磁界が磁気コア20に与える影響を低減させることが可能となる。【選択図】図2
Description
本発明は電流センサに関し、特に、大電流の測定に適した電流センサに関する。
電流センサは、測定対象電流によって発生する磁界を磁気センサによって検出するタイプが一般的である。例えば、特許文献1には、測定対象電流が互いに逆方向に流れるようバスバーをU字型に折り返し、平面視で、測定対象電流が一方向に流れる部分と測定対象電流が逆方向に流れる部分の間に磁気センサを配置した構成を有する電流センサが開示されている。特許文献1に記載された電流センサにおいては、バスバーと磁気センサが環状の磁気コアによって囲まれている。これにより、外乱磁界が磁気コアをバイパスすることから、外乱磁界に起因する測定誤差を低減することが可能となる。
特許文献1に記載された電流センサにおいて、バスバーは、磁気コアに囲まれた領域内に位置する内部領域と、磁気コアに囲まれた領域外に位置する外部領域とを有している。そして、バスバーの内部領域から発生する磁界が磁気センサ及び磁気コアに印加される。
しかしながら、磁界はバスバーの外部領域からも発生することから、バスバーの外部領域のうち磁気コアに近い部分から発生する磁界によって、磁気コアが飽和しやすくなるという問題があった。
したがって、本発明は、磁気センサを環状の磁気コアで囲んだ構成を有する電流センサにおいて、バスバーの外部領域から発生する磁界が磁気コアに与える影響を低減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、磁気センサを囲む環状の磁気コアと、測定対象電流が流れるバスバーとを備え、バスバーは、磁気コアに囲まれた領域内に位置する内部領域と、磁気コアに囲まれた領域外に位置する外部領域とを有し、外部領域には、磁気コアの開口軸方向から見て磁気コアと重なる位置に、測定対象電流を分流させるスリットが設けられていることを特徴とする。
本発明によれば、バスバーの外部領域に流れる測定対象電流がスリットによって分流することから、スリット及びその近傍においては、測定対象電流によって生じる磁界が打ち消される。このため、磁気コアと重なる位置にスリットを設けることにより、外部領域から発生する磁界が磁気コアに与える影響を低減させることが可能となる。
本発明において、バスバーの内部領域は、測定対象電流が互いに逆方向に流れる第1及び第2の部分を含み、磁気センサは、第1の部分と第2の部分の間に配置されていても構わない。これによれば、第1の部分から発生する磁界と第2の部分から発生する磁界が磁気センサの配置された領域において強め合うことから、測定対象電流をより高感度に検出することが可能となる。
本発明において、バスバーの内部領域は、第1の部分から見て磁気センサとは反対側に設けられ、第1の部分とは逆方向に測定対象電流が流れる第3の部分と、第2の部分から見て磁気センサとは反対側に設けられ、第2の部分とは逆方向に測定対象電流が流れる第4の部分とをさらに含んでいても構わない。これによれば、バスバーの第1及び第3の部分から発生する磁束の一部が互いに打ち消し合い、バスバーの第2及び第4の部分から発生する磁束の一部が互いに打ち消し合うことから、磁気センサ及び磁気コアに印加される磁界が低減される。これにより磁気センサ及び磁気コアの飽和が抑えられることから、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、スリットは、バスバーの外部領域から内部領域に亘って延在するものであっても構わない。これによれば、バスバーの内部領域から発生する磁界も低減されることから、より大電流を測定することが可能となる。
このように、本発明によれば、磁気センサを環状の磁気コアで囲んだ構成を有する電流センサにおいて、バスバーの外部領域から発生する磁界が磁気コアに与える影響を低減することが可能となる。また、磁気コアを大型化することなく、大電流測定時において磁気コアの飽和を避けることができることから、測定対象電流が大電流であっても、測定精度を維持しつつ小型化と低消費電流化を図ることができる。
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の外観を示す略斜視図である。また、図2は、本実施形態による電流センサ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は、測定対象電流Iが流れるバスバー10と、バスバー10を取り囲む環状の磁気コア20と、磁気コア20内に収容された回路基板30と、回路基板30に搭載された磁気センサ40とを備えている。バスバー10は、銅(Cu)などの良導体からなる金属板であり、厚みが一定の金属板を折り曲げ加工することによって作製することができる。磁気センサ40の種類については特に限定されないが、フラックスゲートセンサ、MI(磁気インピーダンス)センサ、ホールセンサ、AMRセンサ、GMRセンサ、TMRセンサなどを用いることができる。図2に示す例では、磁気センサ40が可飽和磁性体M、検出コイルC1及び補償コイルC2によって構成されている。
磁気コア20は、フェライトやパーマロイなどの高透磁率材料からなり、z方向を開口軸方向とする環状構造を有している。磁気コア20は、バスバー10に流れる測定対象電流Iによって生じる磁界の磁路として機能するとともに、外乱磁界をバイパスさせる役割を果たす。
バスバー10は、測定対象電流Iがx方向に流れる入力配線部15及び出力配線部16と、測定対象電流Iがz方向に流れる第1及び第2の部分11,12と、第1の部分11と第2の部分12を繋ぐ折り返し部19を有している。そして、磁気コア20は、バスバー10の第1及び第2の部分11,12を収容するように配置される。バスバー10の折り返し部19は、磁気コア20の外部に位置していても構わない。バスバー10の第1及び第2の部分11,12は、磁気コア20に囲まれた領域内に位置する内部領域を構成する。これに対し、入力配線部15及び出力配線部16は、磁気コア20に囲まれた領域外に位置する外部領域を構成する。
入力配線部15及び出力配線部16には、z方向から見て磁気コア20と重なる位置にスリットSL1,SL2がそれぞれ設けられている。このため、入力配線部15及び出力配線部16に流れる測定対象電流Iは、スリットSL1,SL2によって分流される。スリットSL1,SL2の開口軸方向は、磁気コア20と同じくz方向である。特に限定されるものではないが、図2に示す例ではスリットSL1,SL2の平面形状が矩形であり、y方向を長手方向としている。
図3は、本実施形態による電流センサの模式的なyz断面図であり、図1に示す矢印Aから見た状態を示している。
図3に示す断面は、出力配線部16に設けられたスリットSL2を横断しており、この断面において出力配線部16は2つの電流パス16a,16bに分離される。ここで、電流パス16a,16bの断面積が等しければ、電流パス16a,16bにはそれぞれ測定対象電流Iの半分がx方向に流れる。このため、電流パス16aからは図3に示す磁界φaが発生し、電流パス16bからは図3に示す磁界φbが発生する。磁界φaと磁界φbはいずれも左回り(反時計回り)であることから、スリットSL2の内部においては磁界φaと磁界φbが打ち消される。また、スリットSL2の外部においても、スリットSL2に近い領域、特にスリットSL2のz方向においては、磁界φaと磁界φbが部分的に打ち消されることによって磁界強度が低減する。そして、本実施形態においては、z方向から見てスリットSL2が磁気コア20と重なっていることから、磁気コア20に印加される磁界が図3に示す領域Bにおいて低減することになる。
当然ながら、入力配線部15に設けられたスリットSL1についても同様の効果をもたらす。
このように、本実施形態による電流センサは、入力配線部15及び出力配線部16にそれぞれスリットSL1,SL2が設けられていることから、バスバーの外部領域を構成する入力配線部15及び出力配線部16から発生する磁界が磁気コア20に与える影響を大幅に低減することが可能となる。これにより、スリットSL1,SL2を設けない場合と比べて磁気コア20が飽和しにくくなることから、より大電流の測定が可能となる。
入力配線部15及び出力配線部16の形状や、スリットSL1,SL2の形状については特に限定されない。例えば、図4に示す第1の変形例によるバスバー10Aのように、スリットSL1,SL2の平面形状に丸みを持たせても構わない。これによれば、測定対象電流Iの流れがよりスムーズとなる。また、図5に示す第2の変形例によるバスバー10Bのように、スリットSL1,SL2のx方向における幅を拡大し、磁気コア20の厚み以上としても構わない。これによれば、バスバー10に対する磁気コア20の取り付け位置がx方向にずれたとしても、磁気コア20とスリットSL1,SL2との重なりを確保することができる。さらに、図6に示す第3の変形例によるバスバー10Cのように、入力配線部15及び出力配線部16のy方向における幅が第1及び第2の部分11,12に向かって徐々に狭くなるテーパー形状を有していても構わない。これによれば、測定対象電流Iの流れがよりスムーズとなる。
さらには、図7に示す第4の変形例によるバスバー10Dのように、スリットSL1,SL2のx方向における幅を中央部において狭くし、両端部において広くしても構わない。これによれば、入力配線部15及び出力配線部16から発生する磁界が磁気コア20に与える影響を低減しつつ、入力配線部15及び出力配線部16の面積が十分に確保されることから、放熱性を高めることが可能となる。また、図8に示す第5の変形例によるバスバー10Eのように、スリットSL1,SL2を第1及び第2の部分11,12まで延在させても構わない。図8に示す例では、スリットSL1,SL2のy方向における幅を第1及び第2の部分11,12において狭くしている。第1及び第2の部分11,12に設けられたスリットSL1,SL2は、磁気センサ40が配置されるz方向位置よりも低い位置で終端する。これによれば、バスバー10Eの内部領域から発生する磁界のうち、磁気センサ40に寄与しない成分が低減されることから、磁気センサ40及び磁気コア20がより飽和しにくくなる。
図9は、第6の変形例によるバスバー10Fの構造を示す略斜視図である。第6の変形例によるバスバー10Fは、U字型に折り返された部分を2箇所有しており、第1〜第4の部分11〜14において測定対象電流Iがz方向に流れる。ここで、第1の部分11と第2の部分12のx方向における間隔は、第1の部分11と第3の部分13のx方向における間隔や、第2の部分12と第4の部分14のx方向における間隔よりも広く、この部分に磁気センサ40が配置される。第1の部分11と第3の部分13は折り返し部17にてx方向に接続され、第2の部分12と第4の部分14は折り返し部18にてx方向に接続され、第1の部分11と第2の部分12は折り返し部19にてx方向に接続される。そして、磁気コア20は、バスバー10の第1〜第4の部分11〜14を収容するように配置される。バスバー10の折り返し部17〜19は、磁気コア20の外部に位置していても構わない。
図10は、バスバー10Fをy方向から見た略側面図である。
図10に示すように、バスバー10Fの入力配線部15から出力配線部16に向かって測定対象電流Iが流れると、第3の部分13、第1の部分11、第2の部分12及び第4の部分14の順に測定対象電流Iが流れる。この時、第1及び第4の部分11,14には図3に示す下方向(−z方向)に測定対象電流Iが流れ、第2及び第3の部分12,13には図3に示す上方向(+z方向)に測定対象電流Iが流れる。つまり、第1及び第4の部分11,14と第2及び第3の部分12,13には、互いに逆方向に測定対象電流Iが流れることになる。
これにより、バスバー10Fの模式的なxy断面図である図11に示すように、第1の部分11から発生する磁束φ1と、第2の部分12から発生する磁束φ2は、磁気センサ40が配置される領域Cにおいて同じ向き(−y方向)となる。これに対し、第3の部分13から発生する磁束φ3と、第4の部分14から発生する磁束φ4は、領域Cにおいて磁束φ1,φ2とは逆向き(+y方向)となることから、領域Cにおける磁界のy方向成分が磁束φ3,φ4によって減少する。これにより、第3及び第4の部分13,14が存在しない場合と比べ、磁気センサ40に印加される磁界が弱められることから、測定対象電流Iが大電流であっても磁気センサ40が飽和しにくくなる。同様な理由で、磁気コア20の飽和も防ぐことができ、大電流でも測定精度を維持しつつ、小型化及び低消費電流化を図ることができる。
磁束φ3,φ4が磁気センサ40に与える影響は、第1の部分11と第3の部分13のx方向におけるギャップG、並びに、第2の部分12と第4の部分14のx方向におけるギャップGによって調整することが可能である。つまり、ギャップGを大きくすると、第3及び第4の部分13,14と磁気センサ40との距離が離れることから、磁束φ3,φ4が磁気センサ40に与える影響が小さくなる。このため、磁気センサ40に印加される磁界を弱める効果は小さくなる。これに対し、ギャップGを小さくすると、第3及び第4の部分13,14と磁気センサ40との距離が縮まることから、磁束φ3,φ4が磁気センサ40に与える影響が大きくなる。このため、磁気センサ40に印加される磁界を弱める効果は大きくなる。但し、ギャップGが小さすぎると、第1の部分11と第3の部分13が接触したり、第2の部分12と第4の部分14が接触したりするおそれが生じることから、これを防止するために、ギャップGに非磁性の絶縁材料を介在させても構わない。
磁気センサ40のz方向における高さ位置は、折り返し部17,18と折り返し部19の中間位置に配置することが好ましい。これによれば、折り返し部17〜19から発生する磁束が磁気センサ40に影響を低減することが可能となる。
以上説明したように、本実施形態においては、入力配線部15及び出力配線部16にそれぞれスリットSL1,SL2が設けられ、これらがz方向から見て磁気コア20と重なっていることから、バスバー10の外部領域から発生する磁界が磁気コア20に与える影響を低減することが可能となる。これにより、測定対象電流Iが大電流であっても磁気コア20が容易に飽和しないことから、より大電流を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、バスバー10が単一の金属板からなり、これを折り曲げ加工することによって作製できることから、部品点数を削減することができるとともに、製造ばらつきがほとんど生じない。このため、製造ばらつきに起因する測定誤差を低減することも可能となる。
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。
10,10A〜10F バスバー
11 第1の部分
12 第2の部分
13 第3の部分
14 第4の部分
15 入力配線部
16 出力配線部
16a,16b 電流パス
17〜19 折り返し部
20 磁気コア
30 回路基板
40 磁気センサ
C1 検出コイル
C2 補償コイル
I 測定対象電流
M 可飽和磁性体
SL1,SL2 スリット
11 第1の部分
12 第2の部分
13 第3の部分
14 第4の部分
15 入力配線部
16 出力配線部
16a,16b 電流パス
17〜19 折り返し部
20 磁気コア
30 回路基板
40 磁気センサ
C1 検出コイル
C2 補償コイル
I 測定対象電流
M 可飽和磁性体
SL1,SL2 スリット
Claims (4)
- 磁気センサと、
前記磁気センサを囲む環状の磁気コアと、
測定対象電流が流れるバスバーと、を備え、
前記バスバーは、前記磁気コアに囲まれた領域内に位置する内部領域と、前記磁気コアに囲まれた領域外に位置する外部領域とを有し、
前記外部領域には、前記磁気コアの開口軸方向から見て前記磁気コアと重なる位置に、前記測定対象電流を分流させるスリットが設けられていることを特徴とする電流センサ。 - 前記バスバーの前記内部領域は、測定対象電流が互いに逆方向に流れる第1及び第2の部分を含み、
前記磁気センサは、前記第1の部分と前記第2の部分の間に配置されていることを特徴とする請求項1に記載の電流センサ。 - 前記バスバーの前記内部領域は、前記第1の部分から見て前記磁気センサとは反対側に設けられ、前記第1の部分とは逆方向に前記測定対象電流が流れる第3の部分と、前記第2の部分から見て前記磁気センサとは反対側に設けられ、前記第2の部分とは逆方向に前記測定対象電流が流れる第4の部分とをさらに含むことを特徴とする請求項2に記載の電流センサ。
- 前記スリットは、前記バスバーの前記外部領域から前記内部領域に亘って延在す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。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2019065625A JP2020165762A (ja) | 2019-03-29 | 2019-03-29 | 電流センサ |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2019065625A JP2020165762A (ja) | 2019-03-29 | 2019-03-29 | 電流センサ |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2020165762A true JP2020165762A (ja) | 2020-10-08 |
Family
ID=72716058
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2019065625A Pending JP2020165762A (ja) | 2019-03-29 | 2019-03-29 | 電流センサ |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2020165762A (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US11543469B2 (en) | 2021-01-29 | 2023-01-03 | Tdk Corporation | Current sensor, and electric control apparatus including the current sensor |
-
2019
- 2019-03-29 JP JP2019065625A patent/JP2020165762A/ja active Pending
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US11543469B2 (en) | 2021-01-29 | 2023-01-03 | Tdk Corporation | Current sensor, and electric control apparatus including the current sensor |
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