JP2021001831A - Current sensor and manufacturing method therefor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は電流センサ及びその製造方法に関し、特に、磁気センサを用いた電流センサ及びその製造方法に関する。 The present invention relates to a current sensor and a method for manufacturing the same, and more particularly to a current sensor using a magnetic sensor and a method for manufacturing the same.
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に記載された電流センサは、バスバーに測定対象となる電流が一方向に流れる電流経路と逆方向に流れる電流経路を設け、これらの間に磁気センサを配置した構成が開示されている。また、特許文献2には、バスバーを2分岐させ、それぞれの電流経路に磁気センサを割り当てた電流センサが開示されている。
As a current sensor using a magnetic sensor, the current sensors described in
しかしながら、特許文献1に記載された電流センサは、一方の電流経路から生じる磁界と他方の電流経路から生じる磁界が互いに強め合うことから、測定対象となる電流の電流量が大きいと磁気センサが飽和してしまうという問題があった。また、特許文献2に記載された電流センサは、バスバーを2分岐させていることから、それぞれの磁気センサに印加される磁界の強度は1/2に抑えられる。しかしながら、この場合であっても、測定対象となる電流の電流量が非常に大きい場合には、磁気センサが容易に飽和してしまう。
However, in the current sensor described in
したがって、本発明は、バスバーに流れる電流の電流量が非常に大きい場合であっても磁気センサが飽和しにくい構造を有する電流センサ及びその製造方法を提供することを目的とする。 Therefore, an object of the present invention is to provide a current sensor having a structure in which the magnetic sensor is less likely to be saturated even when the amount of current flowing through the bus bar is very large, and a method for manufacturing the same.
本発明による電流センサは、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界を検出する磁気センサとを備え、バスバーは、電流が流れる第1の方向に延在する第1及び第2の折り曲げ部と、第1及び第2の折り曲げ部の間に位置するセンシング部と、第1の折り曲げ部を介してセンシング部に接続された第1のバイパス部と、第2の折り曲げ部を介してセンシング部に接続された第2のバイパス部とを含み、第1のバイパス部は、センシング部を第1の方向と直交する第2の方向における一方側から覆い、第2のバイパス部は、センシング部を第2の方向における他方側から覆い、これにより、第1及び第2のバイパス部はセンシング部を収容する筒状構造体を構成し、磁気センサは筒状構造体の中空領域に配置されていることを特徴とする。 The current sensor according to the present invention includes a bus bar through which a current to be measured flows and a magnetic sensor that detects a magnetic field generated by the current flowing through the bus bar, and the bus bar extends in the first direction in which the current flows. A second bent portion, a sensing portion located between the first and second bent portions, a first bypass portion connected to the sensing portion via the first bent portion, and a second bent portion. The first bypass portion covers the sensing portion from one side in the second direction orthogonal to the first direction, and includes the second bypass portion connected to the sensing portion via the second bypass portion. Covers the sensing section from the other side in the second direction, whereby the first and second bypass sections form a tubular structure that houses the sensing section, and the magnetic sensor is a hollow region of the tubular structure. It is characterized by being arranged in.
本発明によれば、第1及び第2のバイパス部が筒状構造を有していることから、中空領域にはゼロ磁界となる領域が形成される。そして、センシング部及び磁気センサは、この中空領域に配置されることから、バスバーに流れる電流が大電流であっても、磁気センサが飽和することなく正しく測定することが可能となる。しかも、センシング部が第1及び第2の折り曲げ部を介して第1及び第2のバイパス部に接続されていることから、平板状である1枚の金属板を折り曲げ加工することによってバスバーを作製することが可能となる。 According to the present invention, since the first and second bypass portions have a tubular structure, a region having a zero magnetic field is formed in the hollow region. Since the sensing unit and the magnetic sensor are arranged in this hollow region, even if the current flowing through the bus bar is a large current, the magnetic sensor can be accurately measured without being saturated. Moreover, since the sensing portion is connected to the first and second bypass portions via the first and second bent portions, the bus bar is manufactured by bending one flat metal plate. It becomes possible to do.
本発明において、筒状構造体の内壁の断面形状は円形であっても構わない。これによれば、中空領域のほぼ全領域をゼロ磁界とすることが可能となる。 In the present invention, the cross-sectional shape of the inner wall of the tubular structure may be circular. According to this, it is possible to make almost the entire hollow region a zero magnetic field.
本発明において、バスバーには、第1及び第2の折り曲げ部に沿ったスリットが設けられていても構わない。これによれば、折り曲げ加工が容易になるとともに、センシング部と第1及び第2のバイパス部の分流比を所望の値に固定することが可能となる。 In the present invention, the bus bar may be provided with slits along the first and second bent portions. According to this, the bending process becomes easy, and the diversion ratio between the sensing portion and the first and second bypass portions can be fixed to a desired value.
本発明において、センシング部は第1の方向に分断されており、磁気センサは、センシング部の分断部分を電気的に接続する検出モジュールに集積されていても構わない。これによれば、センシング部と第1及び第2のバイパス部の分流比を検出モジュールによって調整することが可能となる。 In the present invention, the sensing unit is divided in the first direction, and the magnetic sensor may be integrated in a detection module that electrically connects the divided portions of the sensing unit. According to this, the diversion ratio between the sensing unit and the first and second bypass units can be adjusted by the detection module.
本発明による電流センサの製造方法は、測定対象となる電流が流れる第1の方向に延在する第1及び第2の折り曲げ部と、第1及び第2の折り曲げ部の間に位置するセンシング部と、第1の折り曲げ部を基準としてセンシング部とは反対側に位置する第1のバイパス部と、第2の折り曲げ部を基準としてセンシング部とは反対側に位置する第2のバイパス部とを有する平板状のバスバーを用意する工程と、バスバーに流れる電流によって生じる磁界を検出する磁気センサをセンシング部に搭載する工程と、第1及び第2のバイパス部がセンシング部を収容する筒状構造体を構成するよう、第1の折り曲げ部に沿ってバスバーを折り曲げることにより、第1のバイパス部によってセンシング部を第1の方向と直交する第2の方向における一方側から覆い、第2の折り曲げ部に沿ってバスバーを折り曲げることにより、第2のバイパス部によってセンシング部を第2の方向における他方側から覆う工程とを備えることを特徴とする。 The method for manufacturing a current sensor according to the present invention is a sensing unit located between the first and second bent portions extending in the first direction in which the current to be measured flows and the first and second bent portions. And the first bypass portion located on the side opposite to the sensing portion with respect to the first bent portion, and the second bypass portion located on the side opposite to the sensing portion with reference to the second bent portion. A step of preparing a flat plate-shaped bus bar to have, a step of mounting a magnetic sensor for detecting a magnetic field generated by a current flowing through the bus bar on the sensing section, and a tubular structure in which the first and second bypass sections accommodate the sensing section. By bending the bus bar along the first bent portion so as to form the above, the first bypass portion covers the sensing portion from one side in the second direction orthogonal to the first direction, and the second bent portion. It is characterized by comprising a step of covering the sensing portion from the other side in the second direction by the second bypass portion by bending the bus bar along the above.
本発明によれば、平板状である1枚の金属板を折り曲げ加工することによって、第1及び第2のバイパス部からなる筒状構造体の中空領域にセンシング部及び磁気センサを配置することが可能となる。 According to the present invention, the sensing portion and the magnetic sensor can be arranged in the hollow region of the tubular structure including the first and second bypass portions by bending one flat metal plate. It will be possible.
このように、本発明によれば、バスバーに流れる電流の電流量が非常に大きい場合であっても磁気センサが飽和しにくい構造を有する電流センサ及びその製造方法を提供することが可能となる。 As described above, according to the present invention, it is possible to provide a current sensor having a structure in which the magnetic sensor is less likely to be saturated even when the amount of current flowing through the bus bar is very large, and a method for manufacturing the same.
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。 Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
図1は、本発明の第1の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は電流センサ1をz方向から見た略側面図である。
FIG. 1 is a schematic perspective view showing the appearance of the
図1及び図2に示すように、第1の実施形態による電流センサ1は、測定対象となる電流Iが流れるバスバー10と磁気センサ20とを有している。バスバー10は、筒状構造体を構成するバイパス部11,12と、バイパス部11,12に囲まれた中空領域10aに配置されたセンシング部13とを含んでいる。バイパス部11はセンシング部13を+y方向から覆い、バイパス部12はセンシング部13を−y方向から覆っている。
As shown in FIGS. 1 and 2, the
バスバー10は、銅やアルミニウムなどの良導体とその表面を覆う絶縁膜からなる。本実施形態においては、バイパス部11,12からなる筒状構造体の内径及び外径がほぼ真円である。バイパス部11,12とセンシング部13は一体的であり、バイパス部11とセンシング部13はz方向に延在する折り曲げ部A1を介して接続され、バイパス部12とセンシング部13はz方向に延在する折り曲げ部A2を介して接続されている。これにより、バスバー10に流れる電流Iの一部がバイパス部11,12を流れ、電流Iの残りの部分がセンシング部13を流れる。本実施形態においては、センシング部13の断面積よりもバイパス部11,12の断面積の方が十分に大きく、これにより、バスバー10に流れる電流Iの大部分がバイパス部11,12を流れる。
The
図3はセンシング部13の略平面図であり、図4は図3に示すB−B線に沿った略断面図である。
FIG. 3 is a schematic plan view of the
図3及び図4に示すように、センシング部13には、x方向に延在するスリット13aが設けられており、スリット13aと重なるように磁気センサ20が搭載されている。磁気センサ20の種類については特に限定されないが、ホール素子や磁気抵抗素子などを用いることができる。また、センシング部13には、絶縁膜を介して複数(本例では4本)の配線30が設けられており、各配線30は磁気センサ20に接続されている。一例として、4本の配線30のうち2本は電源用の配線であり、残りの2本は信号用の配線である。
As shown in FIGS. 3 and 4, the
センシング部13のx方向における幅は、スリット13aが設けられた部分において狭くなり、この幅狭部13bに流れる電流によって生じる磁界が磁気センサ20に印加される。つまり、測定対象となる電流Iの一部が幅狭部13bにz方向に流れると、幅狭部13bの周囲には、右ネジの法則にしたがって磁界φが発生する。磁界φは、磁気センサ20に対してy方向成分を持つことから、磁気センサ20の感磁方向をy方向に設定すれば、磁界φの強度を検出することができる。磁界φを検出することによって得られた信号は、配線30を介して外部に出力され、電流Iの電流値に換算される。ここで、測定対象となる電流Iのうち、幅狭部13bに流れる割合は、スリット13aのx方向における幅によって調整することが可能である。
The width of the
本実施形態においては、バイパス部11,12からなる筒状構造体の内径及び外径がほぼ真円であり、その肉厚も周方向にほぼ一定である。このため、バイパス部11,12からなる筒状構造体に流れるz方向の電流の電流密度は、周方向にほぼ均等となる。その結果、筒状構造体に囲まれた中空領域10aにおいては、バイパス部11,12に流れる電流によって生じる磁界がほぼ完全に打ち消される。つまり、中空領域10aは、バイパス部11,12に流れる電流に起因する磁界がほぼ存在しないゼロ磁界領域となる。
In the present embodiment, the inner and outer diameters of the tubular structure composed of the
そして、本実施形態による電流センサ1においては、このような中空領域10aにセンシング部13及び磁気センサ20が配置されていることから、磁気センサ20に印加される磁界は、実質的に、センシング部13に流れる電流に起因する磁界のみとなる。これにより、磁気センサ20は、センシング部13に流れる電流によって生じる磁界を選択的に検出することが可能となる。
In the
図5は折り曲げ加工前におけるバスバー10の略平面図であり、図6は図5に示すC−C線に沿った略断面図である。
FIG. 5 is a schematic plan view of the
図5及び図6に示すように、折り曲げ加工前におけるバスバー10は、平板状である金属板14とその表面に形成された絶縁膜15によって構成されている。絶縁膜15の表面には、複数の配線30が形成されている。折り曲げ加工前におけるバスバー10には、z方向に延在する折り曲げ部A1,A2が定義されており、折り曲げ部A1,A2に挟まれた領域がセンシング部13であり、折り曲げ部A1を基準としてセンシング部13の反対側に位置する部分がバイパス部11であり、折り曲げ部A2を基準としてセンシング部13の反対側に位置する部分がバイパス部12である。
As shown in FIGS. 5 and 6, the
本実施形態においては、折り曲げ部A1,A2に沿ってスリットSL1,SL2が設けられている。本発明においてこのようなスリットSL1,SL2を設けることは必須でないが、スリットSL1,SL2を設けることにより、バスバー10の折り曲げ加工が容易になるとともに、センシング部13とバイパス部11,12の分流比を所望の値に固定することが可能となる。
In the present embodiment, slits SL1 and SL2 are provided along the bent portions A1 and A2. In the present invention, it is not essential to provide such slits SL1 and SL2, but by providing the slits SL1 and SL2, the
このような構造を有するバスバー10は、金属板14の表面に絶縁膜15と金属膜16が積層された構造を有する板状体を加工することによって作製することができる。例えば、金属膜16に対してパターニングを行うことによって複数の配線30を形成した後、打抜き加工によってバスバー10を図5に示す平面形状に加工することによって作製することができる。そして、センシング部13の所定の位置に磁気センサ20を搭載した後、折り曲げ部A1に沿ってバスバー10を折り曲げ加工することにより、バイパス部11によってセンシング部13を+y方向から覆うとともに、折り曲げ部A2に沿ってバスバー10を折り曲げ加工することにより、バイパス部12によってセンシング部13を−y方向から覆えば、本実施形態による電流センサ1が完成する。
The
以上説明したように、本実施形態による電流センサ1においては、センシング部13及び磁気センサ20がバイパス部11,12からなる筒状構造体の中空領域10aに配置されていることから、磁気センサ20は、センシング部13によって生じる磁界だけを選択的に検出することが可能となる。これにより、バスバー10に流れる電流Iが大電流であっても、磁気センサ20に印加される磁界強度が大幅に抑えられることから、磁気センサ20の飽和を防止することが可能となる。
As described above, in the
しかも、本実施形態においては、平板状の金属板を折り曲げ加工することによってバスバー10を作製できることから、部品点数が削減されるとともに、製造ばらつきによる測定誤差を低減することも可能となる。
Moreover, in the present embodiment, since the
図7は、本発明の第2の実施形態による電流センサ2の折り曲げ加工前の状態を示す略斜視図である。
FIG. 7 is a schematic perspective view showing a state of the
図7に示すように、第2の実施形態による電流センサ2は、スリット13cによってセンシング部13がz方向に分断されている点において、第1の実施形態による電流センサ1と相違している。本実施形態においては、センシング部13がz方向に分断されていることから、そのままではセンシング部13に電流が流れないが、スリット13cを跨ぐように検出モジュールMを搭載することによって、センシング部13に電流が流れる。検出モジュールMは、図8に示すように、センシング部13の分断部分を電気的に接続する金属層21と、金属層21に固定された回路基板22とを有し、回路基板22に磁気センサ20が集積されている。
As shown in FIG. 7, the
本実施形態においては、センシング部13とバイパス部11,12の分流比を検出モジュールMによって調整することができる。つまり、金属層21の厚さや幅に応じてセンシング部13に流れる電流の割合が変化することから、バスバー10の設計を変更することなく、分流比を調整することが可能となる。
In the present embodiment, the distribution ratio of the
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。 Although the preferred embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited to the above embodiments, and various modifications can be made without departing from the gist of the present invention, and these are also the present invention. It goes without saying that it is included in the range.
例えば、上記実施形態による電流センサ1においては、バイパス部11,12からなる筒状構造体の内径及び外径がほぼ真円であるが、筒状構造体の内径及び外径がほぼ真円である点は必須でなく、楕円形又は多角形であっても構わない。また、中空領域10aがxy方向に完全に閉塞されている必要はなく、部分的に開放されていても構わない。
For example, in the
1,2 電流センサ
10 バスバー
10a 中空領域
11,12 バイパス部
13 センシング部
13a スリット
13b 幅狭部
13c スリット
14 金属板
15 絶縁膜
16 金属膜
20 磁気センサ
21 金属層
22 回路基板
30 配線
A1,A2 折り曲げ部
I 電流
M 検出モジュール
SL1,SL2 スリット
φ 磁界
1, 2
Claims (5)
前記バスバーに流れる電流によって生じる磁界を検出する磁気センサと、を備え、
前記バスバーは、前記電流が流れる第1の方向に延在する第1及び第2の折り曲げ部と、前記第1及び第2の折り曲げ部の間に位置するセンシング部と、前記第1の折り曲げ部を介して前記センシング部に接続された第1のバイパス部と、前記第2の折り曲げ部を介して前記センシング部に接続された第2のバイパス部とを含み、
前記第1のバイパス部は、前記センシング部を前記第1の方向と直交する第2の方向における一方側から覆い、前記第2のバイパス部は、前記センシング部を前記第2の方向における他方側から覆い、これにより、前記第1及び第2のバイパス部は、前記センシング部を収容する筒状構造体を構成し、
前記磁気センサは、前記筒状構造体の中空領域に配置されていることを特徴とする電流センサ。 The bus bar through which the current to be measured flows,
A magnetic sensor for detecting a magnetic field generated by a current flowing through the bus bar is provided.
The bus bar has a first and second bent portion extending in the first direction in which the current flows, a sensing portion located between the first and second bent portions, and the first bent portion. A first bypass portion connected to the sensing portion via the above, and a second bypass portion connected to the sensing portion via the second bent portion.
The first bypass section covers the sensing section from one side in a second direction orthogonal to the first direction, and the second bypass section covers the sensing section from the other side in the second direction. The first and second bypass portions form a tubular structure that accommodates the sensing portion.
The magnetic sensor is a current sensor characterized in that it is arranged in a hollow region of the tubular structure.
前記磁気センサは、前記センシング部の分断部分を電気的に接続する検出モジュールに集積されてい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。 The sensing unit is divided in the first direction, and the sensing unit is divided in the first direction.
The current sensor according to any one of claims 1 to 3, wherein the magnetic sensor is integrated in a detection module that electrically connects a divided portion of the sensing unit.
前記バスバーに流れる電流によって生じる磁界を検出する磁気センサを前記センシング部に搭載する工程と、
前記第1及び第2のバイパス部が前記センシング部を収容する筒状構造体を構成するよう、前記第1の折り曲げ部に沿って前記バスバーを折り曲げることにより、前記第1のバイパス部によって前記センシング部を前記第1の方向と直交する第2の方向における一方側から覆い、前記第2の折り曲げ部に沿って前記バスバーを折り曲げることにより、前記第2のバイパス部によって前記センシング部を前記第2の方向における他方側から覆う工程と、を備えることを特徴とする電流センサの製造方法。 The first and second bent portions extending in the first direction in which the current to be measured flows, the sensing portion located between the first and second bent portions, and the first bent portion. A flat plate-shaped bus bar having a first bypass portion located on the side opposite to the sensing portion as a reference and a second bypass portion located on the side opposite to the sensing portion with reference to the second bent portion. And the process of preparing
A process of mounting a magnetic sensor on the sensing unit that detects a magnetic field generated by a current flowing through the bus bar, and
By bending the bus bar along the first bent portion so that the first and second bypass portions form a tubular structure accommodating the sensing portion, the sensing is performed by the first bypass portion. By covering the portion from one side in the second direction orthogonal to the first direction and bending the bus bar along the second bent portion, the sensing portion is caused by the second bypass portion. A method for manufacturing a current sensor, which comprises a step of covering from the other side in the direction of the above.
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