JP4479758B2 - 電流センサ用コア - Google Patents

Description

本発明は、測定対象の電流に応じて発生する磁界をホール素子で検出することにより電流を検出するように構成された電流センサに用いられる電流センサ用コアに関する。

電流センサ用コアの一例として、特許文献１に記載された構成が知られている。この構成においては、電流センサ用コアは、磁性体製の板材からなるコア断片を３枚積層して構成されており、中央部に貫通口が形成されていると共に、周囲部の一部にホール素子を配設するギャップが形成されている。
特開２００２−２９６３０５号公報

しかし、上記構成の場合、電流センサ用コアの構成が大きく、しかも、電流センサの全体構成の中に占めるコアの割合も大きいため、電流センサを小形化することが困難であるという問題点があった。特に、上記構成の電流センサにより、大電流を測定しようとすると、コア断片の積層枚数を増やしたり、断面積を大きくしたりする必要があり、コアの構成が更に大きくなるという問題点があった。

そこで、本発明の目的は、コアひいては電流センサを小形化することができると共に、電流センサの測定可能電流範囲を大きくすることができる電流センサ用コアを提供することにある。

請求項１の発明によれば、測定対象の電流に応じて発生する磁界をホール素子で検出することにより電流を検出するように構成された電流センサに用いられるものであって、前記磁界の磁路を形成する電流センサ用コアにおいて、コア本体を、粒状の軟磁性材料を配合した樹脂で射出成形することにより形成したので、コア本体ひいては電流センサを小形化することができると共に、大電流を測定するときに、コア本体の磁気飽和を抑制でき、電流センサの測定可能電流範囲を大きくすることができる。また、請求項１の発明によれば、コア本体を環状に構成すると共に、コア本体の内側から外側へ向かう方向に多層成形し、コア本体の外側の層ほど、軟磁性材料の配合割合を増やすように構成したので、コア本体内を流れる磁束を均一にすることができ、特性を向上させることができる。

この場合、請求項２の発明のように、前記樹脂の中に前記軟磁性材料の他に非磁性材料を配合し、前記樹脂と前記樹脂以外の材料との重量の割合を固定し、前記軟磁性材料と前記非磁性材料の重量の割合を変えることにより、測定レンジを調整するように構成することが好ましい。また、請求項３の発明のように、前記樹脂の中に強度向上用のガラス繊維を配合するときには、前記ガラス繊維の重量を前記樹脂側に入れるように構成することが好ましい。

以下、本発明の第１の実施例について、図１及び図２を参照しながら説明する。図１（ａ）は、本実施例の電流センサ用コアの全体構成を示す斜視図である。コア本体１は、ほぼ矩形環状に構成されており、環状部分の一部にギャップ２が形成されている。上記コア本体１は、粒状の軟磁性材料である例えばパーマロイ３（図１（ｂ）参照）を配合した樹脂（非磁性材料）４を、成形型（図示しない）を用いて射出成形することにより形成されたものである。尚、コア本体１の強度を高くしたい場合には、樹脂４にガラス繊維（非磁性材料）を混合させるように構成しても良い。

上記コア本体１のギャップ２内には、電流センサのホールＩＣ（ホール素子）５が挟持されるようにして配設される構成となっている。上記ホールＩＣ５は、測定対象の電流、即ち、コア本体１の貫通孔６を貫通するように配置された導体７を流れる電流に応じて発生する磁界を検出する素子である。コア本体１は、上記磁界の磁路を形成するコアである。

尚、上記した構成の電流センサ用コア（コア本体１）を組み込む電流センサとしては、周知構成の電流センサを適宜用いるように構成すれば良い。この場合、電流センサのうちのコア本体１を配設する部分の構造は、コア本体１の形状に合わせて適宜変更するように構成すれば良い。

さて、上記した構成のコア本体１は、大電流を測定するときに、コア本体１の磁気飽和を抑制することができて、電流センサの測定可能電流範囲を大きくすることができるという特性を有する。以下、この特性について説明する。

まず、特開２００６−７１４５６号公報に記載されているように、積層鉄心から構成されたコアであっても、多数に分割すると、コア内の磁束密度は低下する。飽和磁束密度は、物質で固有であるため、コア内の磁束密度が低下するということは、大電流を測定可能であることを意味していることになる。

本実施例のコア本体１において、樹脂４に配合する粒状の軟磁性材料３の割合を例えば５０％とすると、ミクロで見れば、各粒状の軟磁性材料３はばらばらであり（図１（ｂ）参照）、コアが多数に分割されていることになる。そのため、特開２００６−７１４５６号公報の記載によれば、本実施例のコア本体１は、大電流まで磁気飽和することなく測定できることになる。これにより、電流センサの測定可能電流範囲を大きくすることが可能となる。そして、本実施例によれば、コア本体１ひいては電流センサを小形化することができる。

この場合、樹脂４に配合する粒状の軟磁性材料３の割合を、更に少なくすると、より一層多数に分割されることになるため、配合割合を少なくすることで、測定可能電流範囲を大きくすることが可能となる。従って、コア本体１の形状が同じであっても、樹脂４に配合する粒状の軟磁性材料３の割合を変えることで、電流センサの他の部品を変更することなく、多種類の測定レンジに対応可能な構成とすることができる。

また、樹脂４の中に、軟磁性材３を配合する際に、例えばアルミナ等の非磁性材料を配合するように構成しても良い。そして、この構成の場合、樹脂４と、樹脂４以外の材料（即ち、軟磁性材３と樹脂４以外の例えばアルミナ等の非磁性材料とを含む材料）との重量の割合を固定し、軟磁性材料３とアルミナ等の非磁性材料の重量の割合を変えることにより（即ち、軟磁性材料３の重量の割合を増やすときには、アルミナ等の非磁性材料の重量の割合を減らすことにより、反対に、軟磁性材料３の重量の割合を減らすときには、アルミナ等の非磁性材料の重量の割合を増やすことにより）、測定レンジ（測定可能電流範囲）を調整することが好ましい。このように構成すると、測定レンジを調整しながら、成形条件を同一にすることができる。

更に、上記構成の場合、成形体の強度を高くするために、樹脂４の中にガラス繊維等を配合するときには、ガラス繊維等の重量は、樹脂４側に入れることが好ましい。即ち、ガラス繊維等の重量は、樹脂４以外の材料（即ち、軟磁性材３と、樹脂４以外の例えばアルミナ等の非磁性材料とを含む材料）側には入れない。

一方、配合する軟磁性材料３の重量が同じ場合、図２（ａ）、（ｂ）に示すように、軟磁性材料３の粒子径を小さくすると、より一層多分割にしたことになるため、上記粒子径を小さくするほど、磁気飽和をより抑制することができる。即ち、軟磁性材料３の粒子の大きさを調整することにより、コア本体１の磁気飽和を抑制するように構成することが可能である。

図３は、本発明の第２の実施例を示すものである。尚、第１の実施例と同一構成には、同一符号を付している。この第２の実施例では、コア本体１を環状に構成すると共に、コア本体１の内外方向に多層例えば２層成形する場合に、外側の層１ｂほど、軟磁性材料３の配合割合を増やすように構成した。上述した以外の第２の実施例の構成は、第１の実施例の構成と同じ構成となっている。従って、第２の実施例においても、第１の実施例とほぼ同じ作用効果を得ることができる。

ところで、第１の実施例のコア本体１においては、磁束は、コア本体１の内側部分を流れ易いという特性がある。これに対して、第２の実施例によれば、コア本体１の外側の層１ｂほど、軟磁性材料３の配合割合を増やすように構成し、外側部分を磁束が流れ易いように構成したので、コア本体１内を流れる磁束を内側外側にかかわらずほぼ均一にすることができ、特性を向上させることができる。

図４は、本発明の第３の実施例を示すものである。尚、第１の実施例と同一構成には、同一符号を付している。この第３の実施例では、コア本体１を環状に構成すると共に、コア本体１の厚さ方向（図４中の左右方向）に多層例えば３層成形する場合に、層１ｃ、１ｄ、１ｅ毎に、軟磁性材料３の配合割合を調整するように構成した。

尚、上述した以外の第３の実施例の構成は、第１の実施例の構成と同じ構成となっている。従って、第３の実施例においても、第１の実施例とほぼ同じ作用効果を得ることができる。

図５は、本発明の第４の実施例を示すものである。尚、第１の実施例と同一構成には、同一符号を付している。この第４の実施例では、コア本体１の表面に、耐環境性の表面処理を施した。上述した以外の第４の実施例の構成は、第１の実施例の構成と同じ構成となっている。

従って、第４の実施例においても、第１の実施例とほぼ同じ作用効果を得ることができる。特に、第４の実施例によれば、コア本体１の表面に、耐環境性の表面処理を施したので、耐環境性を高くすることができる。

図６は、本発明の第５の実施例を示すものである。尚、第１の実施例と同一構成には、同一符号を付している。この第５の実施例では、コア本体１の成形時に、磁界を図６中の矢印で示すように印加するように構成した。上述した以外の第５の実施例の構成は、第１の実施例の構成と同じ構成となっている。従って、第５の実施例においても、第１の実施例とほぼ同じ作用効果を得ることができる。

特に、第５の実施例では、コア本体１の成形時に、磁界を印加するように構成したので、軟磁性材料３の結晶方位を揃えることができ、コア本体１の特性を向上させることができる。

尚、上記各実施例においては、コア本体１を矩形環状に構成したが、コア本体１における矩形環状の各コーナー部を丸めるように構成しても良い。また、上記各実施例では、コア本体１の形状を、ほぼ矩形環状（長方形環状）に形成したが、これに限られるものではなく、ほぼ正方形環状、ほぼ円環状、または、楕円環状に形成しても良い。

本発明の第１の実施例を示すものであり、（ａ）はコア本体及びホールＩＣの斜視図、（ｂ）はコア本体の一部分の拡大図 （ａ）は軟磁性材料の粒子径が大きい場合を説明する図、（ｂ）は軟磁性材料の粒子径が小さい場合を説明する図 本発明の第２の実施例を示すコア本体の正面図 本発明の第３の実施例を示すコア本体の側面図 本発明の第４の実施例を示す図３相当図 本発明の第５の実施例を示す図３相当図

符号の説明

図面中、１はコア本体、２はギャップ、３は軟磁性材料、４は樹脂、５はホールＩＣ、６は貫通孔、７は導体を示す。

Claims (3)

1. 測定対象の電流に応じて発生する磁界をホール素子で検出することにより電流を検出するように構成された電流センサに用いられるものであって、前記磁界の磁路を形成する電流センサ用コアにおいて、
   コア本体を、粒状の軟磁性材料を配合した樹脂で射出成形することにより形成し、
   前記コア本体を環状に構成すると共に、前記コア本体の内側から外側へ向かう方向に多層成形し、前記コア本体の外側の層ほど、前記軟磁性材料の配合割合を増やすことを特徴とする電流センサ用コア。
2. 前記樹脂の中に前記軟磁性材料の他に非磁性材料を配合し、前記樹脂と前記樹脂以外の材料との重量の割合を固定し、前記軟磁性材料と前記非磁性材料の重量の割合を変えることにより、測定レンジを調整することを特徴とする請求項１記載の電流センサ用コア。
3. 前記樹脂の中に強度向上用のガラス繊維を配合するときには、前記ガラス繊維の重量を前記樹脂側に入れることを特徴とする請求項２記載の電流センサ用コア。

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