JP3729666B2 - 電流センサ - Google Patents
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は電流センサに係り、さらに詳しくは、電流を検出する際に磁気検出素子に対する外部磁界による磁気的な影響を磁気シールドケースを用いることなく効果的に抑制することができるようにした電流センサに関する。
【０００２】
【従来の技術】
図８は、ホール素子からなる磁気検出素子やフラックスゲート型の磁気検出素子を用いた従来からある電流センサの概要を示す説明図であり、磁気コア１は、その適宜位置に空隙ｔが設けられており、該空隙ｔ内に磁気検出素子２を配置することにより構成されている。
【０００３】
また、磁気コア１には、負帰還がかかるように二次巻線４が施されており、磁気コア１の囲繞空間内を挿通させた一次巻線３の側に直流の電流ｉが入力された際には、磁気検出素子２の負帰還動作により直流の電流センサとして、高周波域の電流ｉが入力された場合には、一次巻線３の変流動作により広帯域の電流センサとしてそれぞれ機能させることができるようになっている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来からある上記電流センサによる場合には、磁気検出素子２と組み合わせたことにより直流の電流ｉも測定することはできるものの、磁気コア１に空隙ｔを設けた上で磁気検出素子２を配置するという磁気的にバランスの悪い構造が採用されている結果、外部磁界Ｍの影響を受けやすくなり、磁気シールドケースが必要になるなど、適宜の磁気遮蔽構造を採用せざるを得ない不都合があった。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は従来技術にみられた上記課題に鑑みてなされたものであり、そのうち、第１の発明の構成上の特徴は、水平基部と、該水平基部の左右両側にて同一方向へと同長に直立させた各長寸突出部と、水平基部の中央位置にて長寸突出部よりはやや短寸にして同一方向へと直立させた短寸突出部とで形成された二つのＥ形鉄心材を、対応するそれぞれの長寸突出部の先端面相互と短寸突出部の先端面相互とが対面する位置関係で組み合わせてなるＥＥ形鉄心と、該ＥＥ形鉄心内に区画形成される二つの鉄心窓のうちの一方の鉄心窓から導入して他方の鉄心窓から導出される一次側導体と、前記ＥＥ形鉄心における短寸突出部の側に囲繞配置される二次側導体と、短寸突出部相互間に空隙を介在させて配設される磁気検出素子とで構成したことにある。
【０００６】
また、第２の発明の構成上の特徴は、水平基部と、該水平基部の左右両側にて同一方向へと同長に直立させた各長寸突出部と、水平基部の中央位置にて長寸突出部よりはやや短寸にして同一方向へと直立させた短寸突出部とで形成されたＥ形鉄心材と、Ｉ形鉄心材とをＥ形鉄心材の長寸突出部の先端面と短寸突出部の先端面とがＩ形鉄心材の一側面に対面する位置関係で組み合わせてなるＥＩ形鉄心と、該ＥＩ形鉄心内に区画形成される二つの鉄心窓のうちの一方の鉄心窓から導入して他方の鉄心窓から導出される一次側導体と、前記ＥＩ形鉄心における短寸突出部の側に囲繞配置される二次側導体と、短寸突出部とＩ形鉄心材の一側面との間に空隙を介在させて配設される磁気検出素子とで構成したことにある。
【０００７】
これらの発明における前記磁気検出素子は、それぞれの短寸突出部の先端部に形成された溝穴により形成される空間部を介して配設されたフラックスゲート型の磁気検出素子や、短寸突出部の先端面相互間に介在させたホール素子とすることができる。また、前記一次側導体の周面には、絶縁性の合成樹脂材で覆った樹脂被覆層を設けておくのが好ましい。
【０００８】
さらに、請求項１〜３，５〜７のいずれかに記載の電流センサにおける前記一次側導体は、ＥＥ形鉄心における一方の鉄心窓からの導入と他方の鉄心窓からの導出と、二次側導体の収容とを自在に折曲形成された板状のコ字形導体部と、該コ字形導体部の両側開放端から各別に内方へと延設され、かつ、相互間に間隙を介在させて直進させた一対の延設部とを少なくとも備え、コ字形導体部から延設部の途中位置へと至る周面には、絶縁性の合成樹脂材で覆った樹脂被覆層を設けて形成するものであってもよい。この場合、Ｅ形鉄心材の長寸突出部が外接するコ字形導体部の樹脂被覆層の各外表面には、前記長寸突出部を位置決めするための一対のガイド用リブをそれぞれ隆設しておくのが好ましい。
【０００９】
【発明の実施の形態】
図１は本発明に係る電流センサの一例についての分解斜視図を、図２はこれを組み立てた後の全体斜視図を、図３は図２におけるＡ−Ａ線矢視方向での縦断面図をそれぞれ示す。これらの図によれば、電流センサ１１の全体は、二つのＥ形鉄心材１３を組み合わせてなるＥＥ形鉄心１２と、被測定導体である一次側導体２０と、ボビン２２に巻線２３を施してなる二次側導体２１と、フラックスゲート型の磁気検出素子２５とで構成されている。
【００１０】
このうち、ＥＥ形鉄心１２を構成しているＥ形鉄心材１３のそれぞれは、水平基部１４と、該水平基部１４の左右両側にて同一方向へと同長に直立させた各長寸突出部１５と、水平基部１４の中央位置にて長寸突出部１５よりはやや短寸にして同一方向へと直立させた短寸突出部１６とで形成されている。しかも、各短寸突出部１６の先端部には、先端面１６ａの側を開口させた溝穴１８がそれぞれ設けられている。
【００１１】
また、二つのＥ形鉄心材１３は、対応するそれぞれの長寸突出部１５，１５の先端面１５ａ，１５ａ相互と短寸突出部１６，１６の先端面１６ａ，１６ａ相互とを対面させた位置関係のもとで組み合わせることにより、長寸突出部１５，１５の先端面１５ａ，１５ａ相互は密接し、短寸突出部１６，１６の先端面１６ａ，１６ａ相互は空隙ｔを介在させ、かつ、溝穴１８，１８相互間に磁気検出素子２５を収容するための空間部１９を確保した状態となってＥＥ形鉄心１２が形成されることになる。なお、図中の符号１２ａはＥＥ形鉄心１２における一方の鉄心窓を、１２ｂは他方の鉄心窓をそれぞれ示す。
【００１２】
一次側導体２０としては、ＥＥ形鉄心１２における一方の鉄心窓１２ａから導入して他方の鉄心窓１２ｂから導出することができるものであれば、例えば図示例のように略Ｕ字形を呈する導電性金属材により形成された固定タイプのほか、被測定電線などの適宜形状を呈する非固定タイプのものなども用いることができる。また、一次側導体２０の周面には、絶縁性の合成樹脂材で覆った樹脂被覆層（図示せず）を設けておくのが好ましい。
【００１３】
二次側導体２１については、ＥＥ形鉄心１２における短寸突出部１６の側の外周面に周回配置できるようにして形成されたボビン２２に対し適宜巻数の二次巻線２３を施すことにより形成されている。
【００１４】
一方、図４は、本発明に係る電流センサの他例についての要部構成を示す説明図であり、電流センサ３１の全体は、Ｅ形鉄心材３３とＩ形鉄心材３９とを組み合わせてなるＥＩ形鉄心３２と、被測定導体としての一次側導体４０と、ボビン４２に巻線４３を施してなる二次側導体４１と、フラックスゲート型の磁気検出素子２５とで構成されている。
【００１５】
このうち、ＥＩ形鉄心３２を構成しているＥ形鉄心材３３は、水平基部３４と、該水平基部３４の左右両側にて同一方向へと同長に直立させた各長寸突出部３５と、水平基部３４の中央位置にて長寸突出部３５よりはやや短寸にして同一方向へと直立させた短寸突出部３６とで形成されている。しかも、短寸突出部３６の先端部には、先端面３６ａの側を開口させた溝穴３８が設けられている。
【００１６】
また、Ｅ形鉄心材３３とＩ形鉄心材３９とは、Ｅ形鉄心材３３の長寸突出部３５の先端面３５ａと短寸突出部３６の先端面３６ａとがＩ形鉄心材３９の一側面３９ａと対面する位置関係で組み合わせることにより、長寸突出部３５の先端面３５ａと一側面３９ａとは相互は密接し、短寸突出部３６の先端面３６ａと一側面３９ａとは相互に空隙ｔを介在させ、かつ、溝穴３８内への磁気検出素子２５の収容を自在にしてＥＩ形鉄心３２が形成されることになる。なお、図中の符号３２ａはＥＩ形鉄心３２における一方の鉄心窓を、３２ｂは他方の鉄心窓をそれぞれ示す。また、一次側導体４０と二次側導体４１との構成は、図１に示す一次側導体２０と二次側導体２１とほぼ同じであるので、その説明は省略する。
【００１７】
図５は、ホール素子からなる磁気検出素子２６を用いた場合の本発明に係る電流センサを例示する要部説明図であり、そのうち、（イ）はＥＥ形鉄心１２と磁気検出素子２６との組合せからなる図３に対応させた電流センサ１１を、（ロ）はＥＩ形鉄心３２と磁気検出素子２６との組合せからなる図４に対応させた電流センサ３１をそれぞれ示す。
【００１８】
この場合、図５（イ）の電流センサ１１は、Ｅ形鉄心材１３における短寸突出部の先端部に溝穴１８を設けることなく、先端面１６ａ，１６ａ相互間に形成される空隙ｔを比較的大きくとり、該空隙ｔ内にホール素子からなる磁気検出素子２６を介在させ、他の構成は図３におけると同様にして形成されている。
【００１９】
また、図５（ロ）の電流センサ３１は、Ｅ形鉄心材３３における短寸突出部３６の先端部に溝穴３８を設けることなく、短寸突出部３６の先端面３６ａとＩ形鉄心材３９の一側面３９ａとの相互間に形成される空隙ｔを比較的大きくとり、該空隙ｔ内にホール素子からなる磁気検出素子２６を介在させ、他の構成は図４におけると同様にして形成されている。
【００２０】
図６は、本発明のさらなる他例を示す分解斜視図であり、電流センサ１１１の全体は、二つのＥ形鉄心材１１３を組み合わせてなるＥＥ形鉄心１１２と、絶縁処理が施された被測定導体としての一次側導体１２０と、ボビン１２２に巻線１２３を施してなる二次側導体１２１と、フラックスゲート型の磁気検出素子１２５とで構成されている。
【００２１】
このうち、ＥＥ形鉄心１１２を構成しているＥ形鉄心材１１３のそれぞれは、水平基部１１４と、該水平基部１１４の左右両側にて同一方向へと同長に直立させた一対の長寸突出部１１５，１１５と、水平基部１１４の中央位置にて長寸突出部１１５よりはやや短寸にして同一方向へと直立させた短寸突出部１１６とで形成されている。しかも、短寸突出部１１６の先端部には、先端面１１６ａの側を開口させた溝穴１１８がそれぞれ設けられており、二つのＥ形鉄心材１１３をそれぞれの先端面１１５ａ，１１５ａ相互と，先端面１１６ａ，１１６ａ相互とを突き合わせながら組み合わせた際に磁気検出素子１２５を収容するための空間部１１９を確保することができるようになっている。なお、二次側導体１２１と磁気検出素子１２５とは、図１の二次側導体２１と磁気検出素子２５と同様にして構成されているので、その説明は省略する。
【００２２】
また、一次側導体１２０は、ＥＥ形鉄心１１２における一方の鉄心窓１１２ａから導入された後、Ｕターンするようにして他方の鉄心窓１１２ｂから導出させることができるように折曲された導電性に富む板状の金属金具１２６により形成されている。
【００２３】
これを具体的に説明すれば、一次側導体１２０は、二次側導体１２１の収容が自在な囲繞空間１３２を確保すべく折曲形成されたコ字形導体部１２７と、該コ字形導体部１２７の両側開放端から各別に内方へと延設され、かつ、相互間に間隙ｓを介在させて平行もしくは非平行に直進させた一対の延設部１２８，１２８と、これら延設部１２８から各別に外方へと折曲された一対の取付け用支脚部１２９，１２９とからなる連結金具１２６によりその全体が構成されている。
【００２４】
また、一次側導体１２０に対して行われる絶縁処理は、コ字形導体部１２７から延設部１２８の途中位置へと至る周面に絶縁性の合成樹脂材を覆設して樹脂被覆層１３０を一体形成することにより行われている。
【００２５】
この場合、各Ｅ形鉄心材１１３におけるそれぞれの長寸突出部１１５が外接する側に位置するコ字形導体部１２７の樹脂被覆層１３０の外表面１３０ａには、これら長寸突出部１１５を位置決めするための一対のガイド用リブ１３１，１３１を樹脂被覆層１３０と一体に隆設しておくのが好ましい。
【００２６】
なお、図６に示す電流センサ１１１については、図４に示すと同様にＥ形鉄心材とＩ形鉄心材とを組み合わせてなるＥＩ形鉄心により形成するものであってもよい。
【００２７】
次に、上記構成からなる本発明のうち、図１に示す第１の発明につき、その作用を説明すれば、電流センサ１１を構成しているＥＥ形鉄心１２は、二つのＥ形鉄心材１３をそれぞれの長寸突出部１５，１５相互は密接させ、短寸突出部１６，１６相互は空隙ｔを介在させ、かつ、空間部１９を形成した状態のもとで組み合わされているので、一次側導体２０に流れた電流ｉは、ＥＥ形鉄心１２の中心に位置する空間部１９内に配置されているフラックスゲート型の磁気検出素子２５と、短寸突出部１６の側に囲繞配置されている二次側導体２１とで測定できることになる。
【００２８】
しかも、ＥＥ形鉄心１２は、二つのＥ形鉄心材１３のそれぞれの長寸突出部１５，１５相互を密接させ、短寸突出部１６，１６相互間に空隙ｔを介在させることにより形成されているので、図３に示すように外部磁界Ｍも磁気検出素子２５と二次側導体２１とが位置している短寸突出部１６の側は磁気抵抗が大きくなって流れずらい一方で、その周辺部に位置する長寸突出部１５の側は流れやすいことになる。
【００２９】
すなわち、図３によれば、一次側導体２０の磁束ａと二次側導体２１の磁束ｂとは相互に反対方向に流れて常に打ち消し合うことになる。また、外部磁界Ｍによる磁束ｃは、ＥＥ形鉄心１２の短寸突出部１６の側は磁気抵抗により流れずらく、したがって外側部に位置する長寸突出部１５の側を経て通過することになる。
【００３０】
つまり、電流センサ１１は、ＥＥ形鉄心１２における長寸突出部１５の側が外部磁気のシールド機能を果たすことになるので、従来は必要であった磁気シールドケースを用いることなく磁気検出素子２５と二次側導体２１とが受ける外部磁界Ｍからの影響を効果的に抑制することができることになる。
【００３１】
また、図４に示す第２の発明によれば、電流センサ３１を構成しているＥＩ形鉄心３２は、Ｅ形鉄心材３３の長寸突出部３５の先端面３５ａと短寸突出部３６の先端面３６ａとがＩ形鉄心材３９の一側面３９ａと対面するように組み合わせて形成されている。しかも、長寸突出部３５の先端面３５ａと一側面３９ａとは相互に密接し、短寸突出部３６の先端面３６ａと一側面３９ａとは相互に空隙ｔを介在させ、かつ、溝穴３８内に磁気検出素子２５を収容しているので、一次側導体４０に流れた電流ｉは、ＥＩ形鉄心３２の中心に位置する溝穴３８内に配置されているフラックスゲート型の磁気検出素子２５と、短寸突出部３６の側に囲繞配置されている二次側導体４１とで測定できることになる。
【００３２】
また、電流センサ３１が外部磁界Ｍから受ける影響は、ＥＩ形鉄心３２における長寸突出部３５の側が外部磁気のシールド機能を果たすことになるので、図３に示すと同じ理由により従来は必要であった磁気シールドケースを用いることなく効果的に抑制することができることになる。
【００３３】
なお、図１に示す電流センサ１１を、図５（イ）に示すようにＥ形鉄心材１３における短寸突出部の先端部に溝穴１８を設けることなく、空隙ｔ内にホール素子からなる磁気検出素子２６を介在させて形成させたり、図４に示す電流センサ３１を、図５（ロ）に示すようにＥ形鉄心材３３における短寸突出部３６の先端部に溝穴３８を設けることなく、空隙ｔ内にホール素子からなる磁気検出素子２６を介在させて形成する場合には、その全体構造をより簡素化することができる。また、上記した第１の発明と第２の発明とにおいて、一次側導体２０，４０の周面に絶縁性の合成樹脂材で覆った樹脂被覆層が設けられている場合には、二次側導体２１，４１とのショートを防止できるほか、安全面からも好ましい構造とすることができ、さらには、ＥＥ形鉄心１２やＥＩ形鉄心３２との間にガタツキが生じないようにすることもできる。
【００３４】
一方、図６に示す他例によれば、電流センサ１１１を構成している一次側導体１２０におけるコ字形導体部１２７から延設部１２８の途中位置へと至る周面には、絶縁性の合成樹脂材を覆設してなる樹脂被覆層１３０が設けられているので、二次側導体１２１との間を完全に絶縁することができる。
【００３５】
また、Ｅ形鉄心材１１３の長寸突出部１１５が外接するコ字形導体部１２７の樹脂被覆層１３０の各外表面１３０ａに長寸突出部１１５を位置決めするための一対のガイド用リブ１３１，１３１を隆設してある場合には、二つのＥ形鉄心材１１３を正確に位置決めして突き合わせることにより、ＥＥ形鉄心１１２と一次側導体１２０とを安定的に組み合わせることができる。
【００３６】
【発明の効果】
以上述べたように本発明のうち、第１の発明によれば、電流センサを構成しているＥＥ形鉄心は、二つのＥ形鉄心材をそれぞれの長寸突出部相互は密接させ、短寸突出部相互は空隙を介在させ、かつ、空間部を形成した状態のもとで組み合わされているので、一次側導体に流れた電流は、ＥＥ形鉄心の中心に位置する空間部内に配置されているフラックスゲート型の磁気検出素子と、短寸突出部に囲繞配置されている二次側導体とで測定することができる。しかも、電流センサは、ＥＥ形鉄心における長寸突出部の側が外部磁気のシールド機能を果たすことになるので、従来は必要であった磁気シールドケースを用いることなく磁気検出素子と二次側導体とが受ける外部磁界による影響を効果的に抑制することができる。
【００３７】
また、第２の発明によれば、電流センサを構成しているＥＩ形鉄心は、Ｅ形鉄心材の長寸突出部の先端面と短寸突出部の先端面とがＩ形鉄心材の一側面に対面する位置関係で組み合わされているので、長寸突出部の先端面と一側面とは相互に密接し、短寸突出部の先端面と一側面とは相互に空隙を介在させ、かつ、溝穴内に磁気検出素子を収容しているので、一次側導体に流れた電流は、ＥＩ形鉄心の中心に位置する溝穴内に配置されているフラックスゲート型の磁気検出素子と、短寸突出部に囲繞配置されている二次側導体とで測定することができる。しかも、電流センサが外部磁界から受ける影響は、ＥＩ形鉄心における長寸突出部の側が外部磁気のシールド機能を果たすことになるので、第１の発明と同様に従来は必要であった磁気シールドケースを用いることなく効果的に抑制することができる。
【００３８】
なお、電流センサをＥＥ形鉄心における短寸突出部の先端部に溝穴を設けずに空隙内にホール素子からなる磁気検出素子介在させて形成させたり、ＥＩ形鉄心における短寸突出部の先端部に溝穴を設けずに空隙内にホール素子からなる磁気検出素子を介在させて形成する場合には、その全体構造をより簡素化することができる。また、第１，２の発明において、一次側導体の周面に絶縁性の合成樹脂材で覆った樹脂被覆層が設けられている場合には、二次側導体とのショートを防止できるほか、安全面からも好ましい構造とすることができ、さらには、ＥＥ形鉄心やＥＩ鉄心との間にガタツキが生じないようにすることもできる。
【００３９】
さらに、請求項１〜３，５〜７のいずれかに記載の発明において、電流センサを構成している一次側導体におけるコ字形導体部から延設部の途中位置へと至る周面には、絶縁性の合成樹脂材を覆設してなる樹脂被覆層が設けられているので、二次側導体との間を完全に絶縁することにより、従来は必要であった磁気シールドケースを用いることなく磁気検出素子と二次側導体とが受ける外部磁界による影響を効果的に抑制することができる。また、コ字形導体部の樹脂被覆層の各外表面に長寸突出部を位置決めするための一対のガイド用リブが隆設されている場合には、二つのＥ形鉄心材を正確に位置決めして突き合わせることにより、ＥＥ形鉄心と一次側導体とをより安定的に組み合わせることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一例を示す分解斜視図。
【図２】図１に示す一例を組み立てた後の全体斜視図。
【図３】図２におけるＡ−Ａ線縦断面図。
【図４】本発明の他例についての要部構造を示す説明図。
【図５】本発明の変形例についての要部構造を（イ），（ロ）として示す説明図。
【図６】本発明のさらなる他例を示す分解斜視図。
【図７】図６に示す他例を組み立てた後の要部構造を示す縦断面図。
【図８】従来からある電流センサの要部構造を例示する説明図。
【符号の説明】
１１，３１，１１１ 電流センサ
１２，１１２ ＥＥ形鉄心
１２ａ，１１２ａ，１２ｂ，１１２ｂ 鉄心窓
１３，３３，１１３ Ｅ形鉄心材
１４，３４，１１４ 水平基部
１５，３５，１１５ 長寸突出部
１５ａ，３５ａ，１１５ａ 先端面
１６，３６，１１６ 短寸突出部
１６ａ，３６ａ，１１６ａ 先端面
１８，３８，１１８ 溝穴
１９，１１９ 空間部
２０，４０ 一次側導体
２１，４１，１２１ 二次側導体
２２，４２，１２２ ボビン
２３，４３，１２３ 巻線
２５，２６，１２５ 磁気検出素子
３２ ＥＩ形鉄心
３９ Ｉ形鉄心材
３９ａ 一側面
１２０ 一次側導体
１２６ 金属金具
１２７ コ字形導体部
１２８ 延設部
１２９ 取付け用支脚部
１３０ 樹脂被覆層
１３０ａ 外表面
１３１ ガイド用リブ
１３２ 囲繞空間
ｔ 空隙
ｓ 間隙
【産業上の利用分野】
本発明は電流センサに係り、さらに詳しくは、電流を検出する際に磁気検出素子に対する外部磁界による磁気的な影響を磁気シールドケースを用いることなく効果的に抑制することができるようにした電流センサに関する。
【０００２】
【従来の技術】
図８は、ホール素子からなる磁気検出素子やフラックスゲート型の磁気検出素子を用いた従来からある電流センサの概要を示す説明図であり、磁気コア１は、その適宜位置に空隙ｔが設けられており、該空隙ｔ内に磁気検出素子２を配置することにより構成されている。
【０００３】
また、磁気コア１には、負帰還がかかるように二次巻線４が施されており、磁気コア１の囲繞空間内を挿通させた一次巻線３の側に直流の電流ｉが入力された際には、磁気検出素子２の負帰還動作により直流の電流センサとして、高周波域の電流ｉが入力された場合には、一次巻線３の変流動作により広帯域の電流センサとしてそれぞれ機能させることができるようになっている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来からある上記電流センサによる場合には、磁気検出素子２と組み合わせたことにより直流の電流ｉも測定することはできるものの、磁気コア１に空隙ｔを設けた上で磁気検出素子２を配置するという磁気的にバランスの悪い構造が採用されている結果、外部磁界Ｍの影響を受けやすくなり、磁気シールドケースが必要になるなど、適宜の磁気遮蔽構造を採用せざるを得ない不都合があった。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は従来技術にみられた上記課題に鑑みてなされたものであり、そのうち、第１の発明の構成上の特徴は、水平基部と、該水平基部の左右両側にて同一方向へと同長に直立させた各長寸突出部と、水平基部の中央位置にて長寸突出部よりはやや短寸にして同一方向へと直立させた短寸突出部とで形成された二つのＥ形鉄心材を、対応するそれぞれの長寸突出部の先端面相互と短寸突出部の先端面相互とが対面する位置関係で組み合わせてなるＥＥ形鉄心と、該ＥＥ形鉄心内に区画形成される二つの鉄心窓のうちの一方の鉄心窓から導入して他方の鉄心窓から導出される一次側導体と、前記ＥＥ形鉄心における短寸突出部の側に囲繞配置される二次側導体と、短寸突出部相互間に空隙を介在させて配設される磁気検出素子とで構成したことにある。
【０００６】
また、第２の発明の構成上の特徴は、水平基部と、該水平基部の左右両側にて同一方向へと同長に直立させた各長寸突出部と、水平基部の中央位置にて長寸突出部よりはやや短寸にして同一方向へと直立させた短寸突出部とで形成されたＥ形鉄心材と、Ｉ形鉄心材とをＥ形鉄心材の長寸突出部の先端面と短寸突出部の先端面とがＩ形鉄心材の一側面に対面する位置関係で組み合わせてなるＥＩ形鉄心と、該ＥＩ形鉄心内に区画形成される二つの鉄心窓のうちの一方の鉄心窓から導入して他方の鉄心窓から導出される一次側導体と、前記ＥＩ形鉄心における短寸突出部の側に囲繞配置される二次側導体と、短寸突出部とＩ形鉄心材の一側面との間に空隙を介在させて配設される磁気検出素子とで構成したことにある。
【０００７】
これらの発明における前記磁気検出素子は、それぞれの短寸突出部の先端部に形成された溝穴により形成される空間部を介して配設されたフラックスゲート型の磁気検出素子や、短寸突出部の先端面相互間に介在させたホール素子とすることができる。また、前記一次側導体の周面には、絶縁性の合成樹脂材で覆った樹脂被覆層を設けておくのが好ましい。
【０００８】
さらに、請求項１〜３，５〜７のいずれかに記載の電流センサにおける前記一次側導体は、ＥＥ形鉄心における一方の鉄心窓からの導入と他方の鉄心窓からの導出と、二次側導体の収容とを自在に折曲形成された板状のコ字形導体部と、該コ字形導体部の両側開放端から各別に内方へと延設され、かつ、相互間に間隙を介在させて直進させた一対の延設部とを少なくとも備え、コ字形導体部から延設部の途中位置へと至る周面には、絶縁性の合成樹脂材で覆った樹脂被覆層を設けて形成するものであってもよい。この場合、Ｅ形鉄心材の長寸突出部が外接するコ字形導体部の樹脂被覆層の各外表面には、前記長寸突出部を位置決めするための一対のガイド用リブをそれぞれ隆設しておくのが好ましい。
【０００９】
【発明の実施の形態】
図１は本発明に係る電流センサの一例についての分解斜視図を、図２はこれを組み立てた後の全体斜視図を、図３は図２におけるＡ−Ａ線矢視方向での縦断面図をそれぞれ示す。これらの図によれば、電流センサ１１の全体は、二つのＥ形鉄心材１３を組み合わせてなるＥＥ形鉄心１２と、被測定導体である一次側導体２０と、ボビン２２に巻線２３を施してなる二次側導体２１と、フラックスゲート型の磁気検出素子２５とで構成されている。
【００１０】
このうち、ＥＥ形鉄心１２を構成しているＥ形鉄心材１３のそれぞれは、水平基部１４と、該水平基部１４の左右両側にて同一方向へと同長に直立させた各長寸突出部１５と、水平基部１４の中央位置にて長寸突出部１５よりはやや短寸にして同一方向へと直立させた短寸突出部１６とで形成されている。しかも、各短寸突出部１６の先端部には、先端面１６ａの側を開口させた溝穴１８がそれぞれ設けられている。
【００１１】
また、二つのＥ形鉄心材１３は、対応するそれぞれの長寸突出部１５，１５の先端面１５ａ，１５ａ相互と短寸突出部１６，１６の先端面１６ａ，１６ａ相互とを対面させた位置関係のもとで組み合わせることにより、長寸突出部１５，１５の先端面１５ａ，１５ａ相互は密接し、短寸突出部１６，１６の先端面１６ａ，１６ａ相互は空隙ｔを介在させ、かつ、溝穴１８，１８相互間に磁気検出素子２５を収容するための空間部１９を確保した状態となってＥＥ形鉄心１２が形成されることになる。なお、図中の符号１２ａはＥＥ形鉄心１２における一方の鉄心窓を、１２ｂは他方の鉄心窓をそれぞれ示す。
【００１２】
一次側導体２０としては、ＥＥ形鉄心１２における一方の鉄心窓１２ａから導入して他方の鉄心窓１２ｂから導出することができるものであれば、例えば図示例のように略Ｕ字形を呈する導電性金属材により形成された固定タイプのほか、被測定電線などの適宜形状を呈する非固定タイプのものなども用いることができる。また、一次側導体２０の周面には、絶縁性の合成樹脂材で覆った樹脂被覆層（図示せず）を設けておくのが好ましい。
【００１３】
二次側導体２１については、ＥＥ形鉄心１２における短寸突出部１６の側の外周面に周回配置できるようにして形成されたボビン２２に対し適宜巻数の二次巻線２３を施すことにより形成されている。
【００１４】
一方、図４は、本発明に係る電流センサの他例についての要部構成を示す説明図であり、電流センサ３１の全体は、Ｅ形鉄心材３３とＩ形鉄心材３９とを組み合わせてなるＥＩ形鉄心３２と、被測定導体としての一次側導体４０と、ボビン４２に巻線４３を施してなる二次側導体４１と、フラックスゲート型の磁気検出素子２５とで構成されている。
【００１５】
このうち、ＥＩ形鉄心３２を構成しているＥ形鉄心材３３は、水平基部３４と、該水平基部３４の左右両側にて同一方向へと同長に直立させた各長寸突出部３５と、水平基部３４の中央位置にて長寸突出部３５よりはやや短寸にして同一方向へと直立させた短寸突出部３６とで形成されている。しかも、短寸突出部３６の先端部には、先端面３６ａの側を開口させた溝穴３８が設けられている。
【００１６】
また、Ｅ形鉄心材３３とＩ形鉄心材３９とは、Ｅ形鉄心材３３の長寸突出部３５の先端面３５ａと短寸突出部３６の先端面３６ａとがＩ形鉄心材３９の一側面３９ａと対面する位置関係で組み合わせることにより、長寸突出部３５の先端面３５ａと一側面３９ａとは相互は密接し、短寸突出部３６の先端面３６ａと一側面３９ａとは相互に空隙ｔを介在させ、かつ、溝穴３８内への磁気検出素子２５の収容を自在にしてＥＩ形鉄心３２が形成されることになる。なお、図中の符号３２ａはＥＩ形鉄心３２における一方の鉄心窓を、３２ｂは他方の鉄心窓をそれぞれ示す。また、一次側導体４０と二次側導体４１との構成は、図１に示す一次側導体２０と二次側導体２１とほぼ同じであるので、その説明は省略する。
【００１７】
図５は、ホール素子からなる磁気検出素子２６を用いた場合の本発明に係る電流センサを例示する要部説明図であり、そのうち、（イ）はＥＥ形鉄心１２と磁気検出素子２６との組合せからなる図３に対応させた電流センサ１１を、（ロ）はＥＩ形鉄心３２と磁気検出素子２６との組合せからなる図４に対応させた電流センサ３１をそれぞれ示す。
【００１８】
この場合、図５（イ）の電流センサ１１は、Ｅ形鉄心材１３における短寸突出部の先端部に溝穴１８を設けることなく、先端面１６ａ，１６ａ相互間に形成される空隙ｔを比較的大きくとり、該空隙ｔ内にホール素子からなる磁気検出素子２６を介在させ、他の構成は図３におけると同様にして形成されている。
【００１９】
また、図５（ロ）の電流センサ３１は、Ｅ形鉄心材３３における短寸突出部３６の先端部に溝穴３８を設けることなく、短寸突出部３６の先端面３６ａとＩ形鉄心材３９の一側面３９ａとの相互間に形成される空隙ｔを比較的大きくとり、該空隙ｔ内にホール素子からなる磁気検出素子２６を介在させ、他の構成は図４におけると同様にして形成されている。
【００２０】
図６は、本発明のさらなる他例を示す分解斜視図であり、電流センサ１１１の全体は、二つのＥ形鉄心材１１３を組み合わせてなるＥＥ形鉄心１１２と、絶縁処理が施された被測定導体としての一次側導体１２０と、ボビン１２２に巻線１２３を施してなる二次側導体１２１と、フラックスゲート型の磁気検出素子１２５とで構成されている。
【００２１】
このうち、ＥＥ形鉄心１１２を構成しているＥ形鉄心材１１３のそれぞれは、水平基部１１４と、該水平基部１１４の左右両側にて同一方向へと同長に直立させた一対の長寸突出部１１５，１１５と、水平基部１１４の中央位置にて長寸突出部１１５よりはやや短寸にして同一方向へと直立させた短寸突出部１１６とで形成されている。しかも、短寸突出部１１６の先端部には、先端面１１６ａの側を開口させた溝穴１１８がそれぞれ設けられており、二つのＥ形鉄心材１１３をそれぞれの先端面１１５ａ，１１５ａ相互と，先端面１１６ａ，１１６ａ相互とを突き合わせながら組み合わせた際に磁気検出素子１２５を収容するための空間部１１９を確保することができるようになっている。なお、二次側導体１２１と磁気検出素子１２５とは、図１の二次側導体２１と磁気検出素子２５と同様にして構成されているので、その説明は省略する。
【００２２】
また、一次側導体１２０は、ＥＥ形鉄心１１２における一方の鉄心窓１１２ａから導入された後、Ｕターンするようにして他方の鉄心窓１１２ｂから導出させることができるように折曲された導電性に富む板状の金属金具１２６により形成されている。
【００２３】
これを具体的に説明すれば、一次側導体１２０は、二次側導体１２１の収容が自在な囲繞空間１３２を確保すべく折曲形成されたコ字形導体部１２７と、該コ字形導体部１２７の両側開放端から各別に内方へと延設され、かつ、相互間に間隙ｓを介在させて平行もしくは非平行に直進させた一対の延設部１２８，１２８と、これら延設部１２８から各別に外方へと折曲された一対の取付け用支脚部１２９，１２９とからなる連結金具１２６によりその全体が構成されている。
【００２４】
また、一次側導体１２０に対して行われる絶縁処理は、コ字形導体部１２７から延設部１２８の途中位置へと至る周面に絶縁性の合成樹脂材を覆設して樹脂被覆層１３０を一体形成することにより行われている。
【００２５】
この場合、各Ｅ形鉄心材１１３におけるそれぞれの長寸突出部１１５が外接する側に位置するコ字形導体部１２７の樹脂被覆層１３０の外表面１３０ａには、これら長寸突出部１１５を位置決めするための一対のガイド用リブ１３１，１３１を樹脂被覆層１３０と一体に隆設しておくのが好ましい。
【００２６】
なお、図６に示す電流センサ１１１については、図４に示すと同様にＥ形鉄心材とＩ形鉄心材とを組み合わせてなるＥＩ形鉄心により形成するものであってもよい。
【００２７】
次に、上記構成からなる本発明のうち、図１に示す第１の発明につき、その作用を説明すれば、電流センサ１１を構成しているＥＥ形鉄心１２は、二つのＥ形鉄心材１３をそれぞれの長寸突出部１５，１５相互は密接させ、短寸突出部１６，１６相互は空隙ｔを介在させ、かつ、空間部１９を形成した状態のもとで組み合わされているので、一次側導体２０に流れた電流ｉは、ＥＥ形鉄心１２の中心に位置する空間部１９内に配置されているフラックスゲート型の磁気検出素子２５と、短寸突出部１６の側に囲繞配置されている二次側導体２１とで測定できることになる。
【００２８】
しかも、ＥＥ形鉄心１２は、二つのＥ形鉄心材１３のそれぞれの長寸突出部１５，１５相互を密接させ、短寸突出部１６，１６相互間に空隙ｔを介在させることにより形成されているので、図３に示すように外部磁界Ｍも磁気検出素子２５と二次側導体２１とが位置している短寸突出部１６の側は磁気抵抗が大きくなって流れずらい一方で、その周辺部に位置する長寸突出部１５の側は流れやすいことになる。
【００２９】
すなわち、図３によれば、一次側導体２０の磁束ａと二次側導体２１の磁束ｂとは相互に反対方向に流れて常に打ち消し合うことになる。また、外部磁界Ｍによる磁束ｃは、ＥＥ形鉄心１２の短寸突出部１６の側は磁気抵抗により流れずらく、したがって外側部に位置する長寸突出部１５の側を経て通過することになる。
【００３０】
つまり、電流センサ１１は、ＥＥ形鉄心１２における長寸突出部１５の側が外部磁気のシールド機能を果たすことになるので、従来は必要であった磁気シールドケースを用いることなく磁気検出素子２５と二次側導体２１とが受ける外部磁界Ｍからの影響を効果的に抑制することができることになる。
【００３１】
また、図４に示す第２の発明によれば、電流センサ３１を構成しているＥＩ形鉄心３２は、Ｅ形鉄心材３３の長寸突出部３５の先端面３５ａと短寸突出部３６の先端面３６ａとがＩ形鉄心材３９の一側面３９ａと対面するように組み合わせて形成されている。しかも、長寸突出部３５の先端面３５ａと一側面３９ａとは相互に密接し、短寸突出部３６の先端面３６ａと一側面３９ａとは相互に空隙ｔを介在させ、かつ、溝穴３８内に磁気検出素子２５を収容しているので、一次側導体４０に流れた電流ｉは、ＥＩ形鉄心３２の中心に位置する溝穴３８内に配置されているフラックスゲート型の磁気検出素子２５と、短寸突出部３６の側に囲繞配置されている二次側導体４１とで測定できることになる。
【００３２】
また、電流センサ３１が外部磁界Ｍから受ける影響は、ＥＩ形鉄心３２における長寸突出部３５の側が外部磁気のシールド機能を果たすことになるので、図３に示すと同じ理由により従来は必要であった磁気シールドケースを用いることなく効果的に抑制することができることになる。
【００３３】
なお、図１に示す電流センサ１１を、図５（イ）に示すようにＥ形鉄心材１３における短寸突出部の先端部に溝穴１８を設けることなく、空隙ｔ内にホール素子からなる磁気検出素子２６を介在させて形成させたり、図４に示す電流センサ３１を、図５（ロ）に示すようにＥ形鉄心材３３における短寸突出部３６の先端部に溝穴３８を設けることなく、空隙ｔ内にホール素子からなる磁気検出素子２６を介在させて形成する場合には、その全体構造をより簡素化することができる。また、上記した第１の発明と第２の発明とにおいて、一次側導体２０，４０の周面に絶縁性の合成樹脂材で覆った樹脂被覆層が設けられている場合には、二次側導体２１，４１とのショートを防止できるほか、安全面からも好ましい構造とすることができ、さらには、ＥＥ形鉄心１２やＥＩ形鉄心３２との間にガタツキが生じないようにすることもできる。
【００３４】
一方、図６に示す他例によれば、電流センサ１１１を構成している一次側導体１２０におけるコ字形導体部１２７から延設部１２８の途中位置へと至る周面には、絶縁性の合成樹脂材を覆設してなる樹脂被覆層１３０が設けられているので、二次側導体１２１との間を完全に絶縁することができる。
【００３５】
また、Ｅ形鉄心材１１３の長寸突出部１１５が外接するコ字形導体部１２７の樹脂被覆層１３０の各外表面１３０ａに長寸突出部１１５を位置決めするための一対のガイド用リブ１３１，１３１を隆設してある場合には、二つのＥ形鉄心材１１３を正確に位置決めして突き合わせることにより、ＥＥ形鉄心１１２と一次側導体１２０とを安定的に組み合わせることができる。
【００３６】
【発明の効果】
以上述べたように本発明のうち、第１の発明によれば、電流センサを構成しているＥＥ形鉄心は、二つのＥ形鉄心材をそれぞれの長寸突出部相互は密接させ、短寸突出部相互は空隙を介在させ、かつ、空間部を形成した状態のもとで組み合わされているので、一次側導体に流れた電流は、ＥＥ形鉄心の中心に位置する空間部内に配置されているフラックスゲート型の磁気検出素子と、短寸突出部に囲繞配置されている二次側導体とで測定することができる。しかも、電流センサは、ＥＥ形鉄心における長寸突出部の側が外部磁気のシールド機能を果たすことになるので、従来は必要であった磁気シールドケースを用いることなく磁気検出素子と二次側導体とが受ける外部磁界による影響を効果的に抑制することができる。
【００３７】
また、第２の発明によれば、電流センサを構成しているＥＩ形鉄心は、Ｅ形鉄心材の長寸突出部の先端面と短寸突出部の先端面とがＩ形鉄心材の一側面に対面する位置関係で組み合わされているので、長寸突出部の先端面と一側面とは相互に密接し、短寸突出部の先端面と一側面とは相互に空隙を介在させ、かつ、溝穴内に磁気検出素子を収容しているので、一次側導体に流れた電流は、ＥＩ形鉄心の中心に位置する溝穴内に配置されているフラックスゲート型の磁気検出素子と、短寸突出部に囲繞配置されている二次側導体とで測定することができる。しかも、電流センサが外部磁界から受ける影響は、ＥＩ形鉄心における長寸突出部の側が外部磁気のシールド機能を果たすことになるので、第１の発明と同様に従来は必要であった磁気シールドケースを用いることなく効果的に抑制することができる。
【００３８】
なお、電流センサをＥＥ形鉄心における短寸突出部の先端部に溝穴を設けずに空隙内にホール素子からなる磁気検出素子介在させて形成させたり、ＥＩ形鉄心における短寸突出部の先端部に溝穴を設けずに空隙内にホール素子からなる磁気検出素子を介在させて形成する場合には、その全体構造をより簡素化することができる。また、第１，２の発明において、一次側導体の周面に絶縁性の合成樹脂材で覆った樹脂被覆層が設けられている場合には、二次側導体とのショートを防止できるほか、安全面からも好ましい構造とすることができ、さらには、ＥＥ形鉄心やＥＩ鉄心との間にガタツキが生じないようにすることもできる。
【００３９】
さらに、請求項１〜３，５〜７のいずれかに記載の発明において、電流センサを構成している一次側導体におけるコ字形導体部から延設部の途中位置へと至る周面には、絶縁性の合成樹脂材を覆設してなる樹脂被覆層が設けられているので、二次側導体との間を完全に絶縁することにより、従来は必要であった磁気シールドケースを用いることなく磁気検出素子と二次側導体とが受ける外部磁界による影響を効果的に抑制することができる。また、コ字形導体部の樹脂被覆層の各外表面に長寸突出部を位置決めするための一対のガイド用リブが隆設されている場合には、二つのＥ形鉄心材を正確に位置決めして突き合わせることにより、ＥＥ形鉄心と一次側導体とをより安定的に組み合わせることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一例を示す分解斜視図。
【図２】図１に示す一例を組み立てた後の全体斜視図。
【図３】図２におけるＡ−Ａ線縦断面図。
【図４】本発明の他例についての要部構造を示す説明図。
【図５】本発明の変形例についての要部構造を（イ），（ロ）として示す説明図。
【図６】本発明のさらなる他例を示す分解斜視図。
【図７】図６に示す他例を組み立てた後の要部構造を示す縦断面図。
【図８】従来からある電流センサの要部構造を例示する説明図。
【符号の説明】
１１，３１，１１１ 電流センサ
１２，１１２ ＥＥ形鉄心
１２ａ，１１２ａ，１２ｂ，１１２ｂ 鉄心窓
１３，３３，１１３ Ｅ形鉄心材
１４，３４，１１４ 水平基部
１５，３５，１１５ 長寸突出部
１５ａ，３５ａ，１１５ａ 先端面
１６，３６，１１６ 短寸突出部
１６ａ，３６ａ，１１６ａ 先端面
１８，３８，１１８ 溝穴
１９，１１９ 空間部
２０，４０ 一次側導体
２１，４１，１２１ 二次側導体
２２，４２，１２２ ボビン
２３，４３，１２３ 巻線
２５，２６，１２５ 磁気検出素子
３２ ＥＩ形鉄心
３９ Ｉ形鉄心材
３９ａ 一側面
１２０ 一次側導体
１２６ 金属金具
１２７ コ字形導体部
１２８ 延設部
１２９ 取付け用支脚部
１３０ 樹脂被覆層
１３０ａ 外表面
１３１ ガイド用リブ
１３２ 囲繞空間
ｔ 空隙
ｓ 間隙
Claims (10)
- 水平基部と、該水平基部の左右両側にて同一方向へと同長に直立させた各長寸突出部と、水平基部の中央位置にて長寸突出部よりはやや短寸にして同一方向へと直立させた短寸突出部とで形成された二つのＥ形鉄心材を、対応するそれぞれの長寸突出部の先端面相互と短寸突出部の先端面相互とが対面する位置関係で組み合わせてなるＥＥ形鉄心と、該ＥＥ形鉄心内に区画形成される二つの鉄心窓のうちの一方の鉄心窓から導入して他方の鉄心窓から導出される一次側導体と、前記ＥＥ形鉄心における短寸突出部の側に囲繞配置される二次側導体と、短寸突出部相互間に空隙を介在させて配設される磁気検出素子とで構成したことを特徴とする電流センサ。
- 前記磁気検出素子は、それぞれの短寸突出部の先端部に形成された溝穴により形成される空間部を介して配設されたフラックスゲート型の磁気検出素子であることを特徴とする請求項１記載の電流センサ。
- 前記磁気検出素子は、短寸突出部の先端面相互間に介在させたホール素子であることを特徴とする請求項１記載の電流センサ。
- 前記一次側導体の周面には、絶縁性の合成樹脂材で覆った樹脂被覆層を設けたことを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の電流センサ。
- 水平基部と、該水平基部の左右両側にて同一方向へと同長に直立させた各長寸突出部と、水平基部の中央位置にて長寸突出部よりはやや短寸にして同一方向へと直立させた短寸突出部とで形成されたＥ形鉄心材と、Ｉ形鉄心材とをＥ形鉄心材の長寸突出部の先端面と短寸突出部の先端面とがＩ形鉄心材の一側面に対面する位置関係で組み合わせてなるＥＩ形鉄心と、該ＥＩ形鉄心内に区画形成される二つの鉄心窓のうちの一方の鉄心窓から導入して他方の鉄心窓から導出される一次側導体と、前記ＥＩ形鉄心における短寸突出部の側に囲繞配置される二次側導体と、短寸突出部とＩ形鉄心材の一側面との間に空隙を介在させて配設される磁気検出素子とで構成したことを特徴とする電流センサ。
- 前記磁気検出素子は、短寸突出部の先端部に形成された溝穴を介して配設されたフラックスゲート型の磁気検出素子であることを特徴とする請求項５記載の電流センサ。
- 前記磁気検出素子は、短寸突出部の先端面とＩ形鉄心材の一側面との間に介在させたホール素子であることを特徴とする請求項５記載の電流センサ。
- 前記一次側導体の周面には、絶縁性の合成樹脂材で覆った樹脂被覆層を設けたことを特徴とする請求項５ないし７のいずれかに記載の電流センサ。
- 前記一次側導体は、ＥＥ形鉄心における一方の鉄心窓からの導入と他方の鉄心窓からの導出と、二次側導体の収容とを自在に折曲形成された板状のコ字形導体部と、該コ字形導体部の両側開放端から各別に内方へと延設され、かつ、相互間に間隙を介在させて直進させた一対の延設部とを少なくとも備え、コ字形導体部から延設部の途中位置へと至る周面には、絶縁性の合成樹脂材で覆った樹脂被覆層を設けたことを特徴とする請求項１〜３，５〜７のいずれかに記載の電流センサ。
- Ｅ形鉄心材の長寸突出部が外接するコ字形導体部の樹脂被覆層の各外表面には、前記長寸突出部を位置決めするための一対のガイド用リブをそれぞれ隆設したことを特徴とする請求項９記載の電流センサ。
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