JP2022123790A

JP2022123790A - 電流検出器

Info

Publication number: JP2022123790A
Application number: JP2021021335A
Authority: JP
Inventors: 真弘庄司; Masahiro Shoji; 良太青木; Ryota Aoki; 秀樹庄司; Hideki Shoji
Original assignee: Toyo System Co Ltd
Current assignee: Toyo System Co Ltd
Priority date: 2021-02-12
Filing date: 2021-02-12
Publication date: 2022-08-24
Also published as: US20220260614A1; EP4043889A1

Abstract

【課題】コイルの巻線の巻厚が不均一であっても、容易に電流の測定精度を高めることができる電流検出器を提供する。【解決手段】電流検出器は、環状のコイルが外装ケース内に固定された磁気平衡式の電流検出器である。コイルは磁性体コアと磁性体コアを収容する環状のコア収容ケースとを含んで成る。外装ケースは導体が挿通される挿通孔が内側に形成されており、コイル収容空間を有している。コア収容ケースは、第１突出部と、コイル収容空間の内壁面に当接して内壁面とコイルとの間に隙間を形成し、かつ磁性体コアと外装ケースの挿通孔に装着された導体とが直交するように位置決めする第２突出部と、を有する。【選択図】図３

Description

本発明は、磁気平衡式の電流検出器に関する。

従来、図１の右図のようなコイルが採用された、磁気平衡式の電流検出器が知られている。

磁気平衡式の電流検出器に採用されているコイル２０は、図１の左図に示すような磁性体コア２１を上下から挟み込んで内包する収容ケース２２の上から、磁気検知素子であるホール素子が検知する磁気を常に０とするためのフィードバック電流を流す巻線２３が巻かれた図１の右図のような構造となっている。

そして収容ケース２２は、その上面に複数の突起部２４が設けられており、これらの突起部２４はホール素子が実装される基板２５とコイル２０とを固定する構成である（図２参照）。

また図２は、従来の磁気平衡式の電流検出器を分解した図であるが、磁気平衡式の電流検出器に採用されているコイル２０は、図２に示すように、コイル２０の絶縁を確保しつつ測定対象の電流が流れる導体との位置決めをするための外装ケース２６に、コイル２０を寝かせた状態でその下面側の表面を外装ケース２６の内壁２７に接触させた状態ではめ込まれて、外装ケース２６内でコイル２０が動かないようにモールド材が充填されるなどして固定される構造となっていることが一般的である。

このとき、コイル２０が外装ケース２６に対して傾いた状態で固定されると、導体を流れる電流の測定精度が低下してしまう。そのため、コイル２０が外装ケース２６に対して傾いた状態で固定されないようにする必要があるが、巻線２３の巻厚が不均一であるとコイル２０の表面は凸凹した状態となるので、コイル２０の表面を外装ケース２６の内壁２７に接触させた状態ではめ込まれたコイル２０を、傾きのない状態で外装ケース２６内に固定することは難しい。

巻線加工時の巻線速度を低速化することで、巻厚の不均一性を極力少なくすることは可能だが、その分加工費が上がり、また巻厚の不均一性を完全になくすことは非常に困難である。このような課題を解決できる技術が求められている。

しかしながら、図１及び図２で示したような従来型の電流検出器においては、その点が考慮されていないので、巻線２３の巻厚の不均一性がある場合に、磁性体コア２１が外装ケース２６に対して傾いた状態で固定されてしまう可能性があり、結果的に電流の測定精度が低下することを防止できない。

そこで本発明は、コイルの巻線の巻厚が不均一であっても、容易に電流の測定精度を高めることができる電流検出器を提供することを目的とする。

本発明の電流検出器は、
環状のコイルが外装ケース内に固定された磁気平衡式の電流検出器であって、
前記コイルは、測定対象である導体に流れる電流が生じさせる磁束を収束する環状の磁性体コアと、該磁性体コアを収容する環状のコア収容ケースと、該コア収容ケースに巻き付けられて該環状のコイルを形成する導電性の巻線と、を含んで成り、
前記外装ケースは、前記導体が挿通されて前記電流検出器を該導体に対して位置決めする挿通孔が内側に形成されており、該挿通孔を周囲から囲む環状の空間であって前記コイルを収容するコイル収容空間を有しており、
前記磁性体コアに収束した磁束を検知する磁束検知素子を実装した基板を備え、
前記コア収容ケースは、
前記基板の方向に突出する複数の突出部であって前記コア収容ケースを該基板に固定する第１突出部と、
前記第１突出部が突出する方向の反対側に突出する複数の突出部であって、前記コイル収容空間の内壁面に当接して該内壁面と前記コイルとの間に隙間を形成し、かつ前記磁性体コアと前記外装ケースの挿通孔に装着された前記導体とが直交するように位置決めする第２突出部と、を有する
ことを特徴とする。

本発明によれば、電流検出器は、外装ケースが有する挿通孔により電流の測定対象である導体に対して位置決めされる。

そして、コア収容ケースに設けられた、第１突出部が突出する方向の反対側に突出する第２突出部により、磁性体コアと外装ケースの挿通孔に装着された導体とが直交するように位置決めされる。

また、コイルと、内壁面との間に隙間が形成されるので、コイルの巻線の巻厚が不均一なためにコイルの表面に凸凹があっても、コイルの表面が内壁面にあたることはなく、コイルが外装ケースに対して傾いた状態で固定されることを防止できる。

これにより、巻線の巻厚が不均一であっても、容易に電流の測定精度を高めることができる。

本発明の電流検出器において、
前記外装ケースは、前記複数の第２突出部それぞれが当接する部分に、該複数の第２突出部それぞれの先端部が嵌合されて、又は該複数の第２突出部それぞれの先端部に嵌合されて、前記コイルが前記導体の周囲を回転すること及び該コイルが該導体に近づき又は離れる方向に移動することを規制する移動規制部を有することが好ましい。

コイルが、コイル収容空間内において動いてしまうと、導体との位置関係がずれてしまい、電流の測定精度が低下する。

本発明によれば、電流検出器の外装ケースの、複数の第２突出部それぞれが当接する部分に設けられた移動規制部により、コイル収容空間内においてコイルが導体の周囲を回転したり、導体に近づき又は離れる方向に移動したりすることが規制されるので、導体との位置関係を容易に一定とすることができる。

これにより、導体との位置関係のずれに伴う電流の測定精度の低下を防止できる。

従来の電流検出器に用いられるコイルの構造及びコア収容ケースの構造の一例を示す図。従来の電流検出器の構造を示す図。本発明の電流検出器の構造の一例を示す図。本発明の電流検出器に用いられるコイルの構造の一例を示す図。本発明の電流検出器に用いられるコア収容ケースの構造の一例を示す図。本発明の電流検出器の使用状態を示す図。本発明の電流検出器に用いられるコア収容ケースの変更例を示す図。

図３～６を用いて、本実施形態の電流検出器について説明する。なお同一の構成については、同一の符号を付して説明を省略することがある。

まず、本実施形態の電流検出器１の全体構成について説明する。図３は、本実施形態の電流検出器１の分解図である。

本実施形態の電流検出器１は、図３に示すように、環状のコイル１０と、コイル１０を収容して固定する外装ケース３０と、コイル１０に固定される基板５０とで構成される、磁気平衡式の電流検出器である。

なお本実施形態においてコイル１０は円環状であるが、「環状」とは、円環状のみに限定されず、電流検出器用のコイルとしての機能を損なわない限りにおいて、例えば四角環状などの多角形をなす環状の形状のコイルが用いられてもよい。後述する環状の磁性体コア１０１、環状のコア収容ケース１０３、コイル収容空間３０３の形状についても同様である。

外装ケース３０は、図３に示すように、導体が挿通されて電流検出器１を導体に対して位置決めする挿通孔３０１が内側に形成されており、挿通孔３０１を周囲から囲む環状の空間であってコイル１０を収容するコイル収容空間３０３を有している。

図４の上図は、本実施形態のコイル１０を基板５０が固定される方向から見た図であり、図４の下図は、本実施形態のコイル１０の断面図である。

コイル１０は、図４に示すように、測定対象である導体に流れる電流が生じさせる磁束を収束する環状の磁性体コア１０１と、磁性体コア１０１を収容する環状のコア収容ケース１０３と、コア収容ケース１０３に巻き付けられて環状のコイル１０を形成する導電性の巻線１０５と、を含んで構成されている。

なお、コイル１０の基板５０側の表面にはコア収容ケース１０３が有する複数の第１突出部１１１（１１１ａ、１１１ｂ）が、反対側の表面にはコア収容ケース１０３が有する複数の第２突出部１１３が、それぞれ突出している。

磁性体コア１０１の素材としては、例えばケイ素鋼、パーマロイ、フェライト、アモルファス合金等の素材が適宜用いられてよい。また、磁性体コア１０１は、後述する磁束検知素子５０１を配置するエアギャップを有している。なお当該エアギャップは、磁束検知素子５０１を配置するのに十分な深さ、幅等を有していればよい。すなわち例えば磁性体コア１０１は基板５０側から見た場合にＣ字型となるような隙間部分を有しており、当該隙間部分がエアギャップを形成していてもよい。あるいは例えばエアギャップは磁性体コア１０１を貫通しないスリットにより形成されていてもよい。

図５の上図は、本実施形態のコア収容ケース１０３を基板５０が固定される方向から見た図であり、図５の下図は、本実施形態のコア収容ケース１０３の断面図である。また、図６の左図は、本実施形態の電流検出器１の使用状態を示す斜視図であり、図６の右図は、本実施形態の電流検出器１の使用状態を示す断面図である。

コア収容ケース１０３は、図５に示すように、基板５０の方向（図における上側）に突出する複数の突出部であってコア収容ケース１０３を基板５０に固定する第１突出部１１１（１１１ａ、１１１ｂ）と、第１突出部１１１が突出する方向の反対側（図における下側）に突出する複数の突出部であって、コイル収容空間３０３の内壁面３１１に当接して内壁面３１１とコイル１０との間に隙間Ｇａを形成（図４参照）し、かつ磁性体コア１０１と外装ケース３０の挿通孔３０１に装着された導体９０とが直交するように（図６参照）位置決めする第２突出部１１３と、を有している。

続いて、本実施形態の電流検出器１の細部について説明する。図３に示すように、環状のコイル１０の第１突出部１１１（１１１ａ、１１１ｂ）には、基板５０が、基板固定ネジ５３３により固定されている。また、その外側（図における上側）にさらに外装ケース蓋３３１が配置され、外装ケース固定ネジ３３３により外装ケース３０に固定されている。

なお、外装ケース３０の、第２突出部１１３それぞれが当接する内壁面３１１は、導体９０と直交する平面を形成している。そのため、磁性体コア１０１が、当該内壁面３１１が形成する平面に対して平行となるように位置決めすることで、磁性体コア１０１は導体９０に対して直交することとなる。

コア収容ケース１０３は、図５に示すように、例えば第１突出部１１１が設けられた側の第１部材１０３ａと、第２突出部１１３が設けられた側の第２部材１０３ｂとで構成されている。第１部材１０３ａと、第２部材１０３ｂとは、磁性体コア１０１をはめ込むための溝をそれぞれが有しており、図５の下図でいうところの上下方向から磁性体コア１０１を挟み込むようにして磁性体コア１０１をはめ込んで、磁性体コア１０１を収容している。

第１突出部１１１は、本実施形態においては３つ設けられている。そのうち１つの第１突出部１１１ｂは、基板５０に実装された磁束検知素子５０１を、磁性体コア１０１のエアギャップの位置に案内する素子挿入部１３１を有している。

第１突出部１１１の高さ（図５における上下方向の長さ）は、コイル１０の巻線１０５の基板５０側の表面が基板５０に接触しない高さに調整されている。

第２突出部１１３は、本実施形態においては第１突出部１１１のちょうど反対側の位置に３つ設けられており、第２突出部１１３の高さ（図５における上下方向の長さ）は、コイル１０の巻線１０５の内壁面３１１側の表面が内壁面３１１に接触しない高さに調整されている。

基板５０は、磁性体コア１０１に収束した磁束を検知する磁束検知素子５０１を実装している電子基板である。

磁束検知素子５０１は、例えばホール素子である。磁束検知素子５０１は、第１突出部１１１ｂの基板５０側に設けられた素子挿入部１３１の開口部から挿入されて、磁性体コア１０１の有するエアギャップの位置に配置されている。

図６においては、例えば導体９０は、図の横方向に向けて外装ケース３０の挿通孔３０１に挿通されている。そして、第２突出部１１３によって、磁性体コア１０１と外装ケース３０の挿通孔３０１に装着された導体９０とが側面視において直交するように位置決めされる。

また外装ケース３０は、第２突出部１１３それぞれが当接する部分に第２突出部１１３それぞれの先端部が嵌合されて、コイル１０が外装ケース３０内で導体９０の周囲を回転すること及びコイル１０が導体９０に近づき又は離れる方向（図６の右図における上下方向および奥行き方向）に移動することを規制する移動規制部３１３が設けられていてもよい。

図６においては、第２突出部１１３が当接する部分に第２突出部１１３の先端部の形状に合う形状（本実施形態においては円形）の窪みが移動規制部３１３として設けられており、当該窪みに第２突出部１１３の先端部がはめ込まれてコイル１０が外装ケース３０内で回転したり、導体９０に近づき又は離れる方向に移動したりすることを規制している。また移動規制部３１３の位置は、第２突出部１１３の先端部がはめ込まれたときにコイル１０の挿通孔３０１側の表面が外装ケース３０の挿通孔３０１側の内壁面にあたらない位置でありかつ、コイル１０の外周側の表面が外装ケース３０の内壁面にあたらない位置に調整されている。

あるいは例えば、第２突出部１１３の先端部に窪み１３３が設けられており、当該窪み１３３に嵌合する形状に調整された突起部であって、外装ケース３０の内壁面３１１の第２突出部１１３が当接する位置に配置された突起部（図示せず）が当該窪み１３３に嵌合される構造であってもよい。この場合、当該突起部（図示せず）が移動規制部３１３として機能する。

以上述べてきたように、本発明によれば、コイルの巻線の巻厚が不均一であっても、容易に電流の測定精度を高めることができる電流検出器を提供することができる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこれに限定されない。本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、種々の変更が可能である。

例えば図７は、第２突出部１１３の配置位置のバリエーションを示している。

図７の左上図では、第１突出部１１１（１１１ａ、１１１ｂ）が２つ、第２突出部１１３が２つ、設けられている。図７の右上図では、第１突出部１１１（１１１ａ、１１１ｂ）が４つ、第２突出部１１３が４つ、設けられている。

あるいは図７の左下図のように、第１突出部１１１（１１１ａ、１１１ｂ）が２つ、第２突出部１１３が４つ、というように、第１突出部１１１と第２突出部１１３とが異なる数量設けられていてもよい。

あるいはさらに、図７の右下図のように、第１突出部１１１と第２突出部１１３とが異なる位置に設けられていてもよい。

また各図においては、素子挿入部１３１を有しない第１突出部１１１ａ、複数の第２突出部１１３は円柱状である例のみを示したが、これに限定されず、例えば三角柱、四角柱その他の多角柱などであってもよい。

このように、複数の第１突出部１１１の配置位置、数量及び形状は、コア収容ケース１０３を基板５０に固定できる限りにおいて適宜に変更されてよい。

また、複数の第２突出部１１３の配置位置、数量及び形状は、磁性体コア１０１と外装ケース３０の挿通孔３０１に装着された導体９０とが直交するように位置決めできる限りにおいて適宜に変更されてよい。

１…電流検出器、１０…コイル、１０１…磁性体コア、１０３…コア収容ケース、１１１…第１突出部、１１３…第２突出部、１０５…巻線、３０…外装ケース、３０１…挿通孔、３０３…コイル収容空間、３１１…内壁面、３１３…移動規制部、５０…基板、５０１…磁束検知素子、９０…導体、Ｇａ…隙間。

本発明の電流検出器は、
環状のコイルが外装ケース内に固定された磁気平衡式の電流検出器であって、
前記コイルは、測定対象である導体に流れる電流が生じさせる磁束を収束する環状の磁性体コアと、該磁性体コアを収容する環状のコア収容ケースと、該コア収容ケースに巻き付けられて該環状のコイルを形成する導電性の巻線と、を含んで成り、
前記外装ケースは、前記導体が挿通される挿通孔と、該挿通孔を囲む環状の空間であって前記コイルを収容するコイル収容空間とを有しており、
前記磁性体コアに収束した磁束を検知する磁束検知素子を実装した基板を備え、
前記コア収容ケースは、
前記基板と前記外装ケースの前記コイル収容空間の内壁面との間に配置され、
前記コア収容ケースの外表面から前記基板の方向に突出する突出部であって前記コア収容ケースを該基板に固定する第１突出部が設けられ、
前記コア収容ケースの外表面から前記第１突出部が突出する方向の反対側に突出する複数の突出部であって、前記コイル収容空間の内壁面に当接して前記コア収容ケースを該外装ケースに対して支持する第２突出部が設けられ、
前記複数の第２突出部それぞれが突出する高さは、該複数の第２突出部それぞれの先端部が前記コイル収容空間の前記内壁面に当接したときに、該内壁面と前記コイルとの間に隙間を形成し、かつ前記コア収容ケースに収容された前記磁性体コアが形成する環と前記外装ケースの前記挿通孔に装着された前記導体とが直交するように位置決めする高さにされていることを特徴とする。

そして、コア収容ケースに設けられた、第１突出部が突出する方向の反対側に突出する第２突出部は、コア収容ケースに収容された磁性体コアが形成する環と外装ケースの挿通孔に装着された導体とが直交するように位置決めする高さにされる。

本発明の電流検出器において、
前記外装ケースは、前記第２突出部が当接する部分に、前記コイルが前記導体の周囲を回転すること及び該コイルが該導体に近づき又は離れる方向に移動することを規制する移動規制部を有することが好ましい。

本発明の電流検出器は、
環状のコイルが外装ケース内に固定された磁気平衡式の電流検出器であって、
前記コイルは、測定対象である導体に流れる電流が生じさせる磁束を収束する環状の磁性体コアと、該磁性体コアを直接に被包して該磁性体コアを収容する環状のコア収容ケースと、該コア収容ケースに巻き付けられて該環状のコイルを形成する導電性の巻線と、を含んで成り、
前記外装ケースは、前記導体が挿通される挿通孔と、該挿通孔を囲む環状の空間であって前記コイルを収容するコイル収容空間とを有しており、
前記磁性体コアに収束した磁束を検知する磁束検知素子を実装した基板を備え、
前記コア収容ケースは、前記基板と前記外装ケースの前記コイル収容空間の内壁面との間に配置され、
前記コア収容ケースの外表面から前記基板の方向に突出する突出部であって前記コア収容ケースを該基板に固定する第１突出部が設けられ、
前記コア収容ケースの外表面から前記第１突出部が突出する方向の反対側に突出する複数の突出部であって、前記コイル収容空間の内壁面に当接して前記コア収容ケースを該外装ケースに対して支持する第２突出部が設けられ、
前記複数の第２突出部それぞれが突出する高さは、該複数の第２突出部それぞれの先端部が前記コイル収容空間の前記内壁面に当接したときに、該内壁面と前記コイルとの間に隙間を形成し、かつ前記コア収容ケースに収容された前記磁性体コアが形成する環と前記外装ケースの前記挿通孔に装着された前記導体とが直交するように位置決めする高さにされている
ことを特徴とする。

そして、磁性体コアを直接に被包して当該磁性体コアを収容するコア収容ケースに設けられた、第１突出部が突出する方向の反対側に突出する第２突出部は、コア収容ケースに収容された磁性体コアが形成する環と外装ケースの挿通孔に装着された導体とが直交するように位置決めする高さにされる。

Claims

環状のコイルが外装ケース内に固定された磁気平衡式の電流検出器であって、
前記コイルは、測定対象である導体に流れる電流が生じさせる磁束を収束する環状の磁性体コアと、該磁性体コアを収容する環状のコア収容ケースと、該コア収容ケースに巻き付けられて該環状のコイルを形成する導電性の巻線と、を含んで成り、
前記外装ケースは、前記導体が挿通されて前記電流検出器を該導体に対して位置決めする挿通孔が内側に形成されており、該挿通孔を周囲から囲む環状の空間であって前記コイルを収容するコイル収容空間を有しており、
前記磁性体コアに収束した磁束を検知する磁束検知素子を実装した基板を備え、
前記コア収容ケースは、
前記基板の方向に突出する複数の突出部であって前記コア収容ケースを該基板に固定する第１突出部と、
前記第１突出部が突出する方向の反対側に突出する複数の突出部であって、前記コイル収容空間の内壁面に当接して該内壁面と前記コイルとの間に隙間を形成し、かつ前記磁性体コアと前記外装ケースの挿通孔に装着された前記導体とが直交するように位置決めする第２突出部と、を有する
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、
前記外装ケースは、前記複数の第２突出部それぞれが当接する部分に、該複数の第２突出部それぞれの先端部が嵌合されて、又は該複数の第２突出部それぞれの先端部に嵌合されて、前記コイルが前記導体の周囲を回転すること及び該コイルが該導体に近づき又は離れる方向に移動することを規制する移動規制部を有することを特徴とする電流検出器。