JP5154335B2 - 電流センサ - Google Patents

Description

本発明は、電流センサに関する。

従来の技術として、電流が流れる導体と、強磁性体によって形成され、リングの一部分に空隙を有する強磁性体コアと、空隙に設けられたホール素子と、を備えた電流センサが知られている（例えば、特許文献１参照）。

この電流センサによると、リングの中央部に導体を挿入し、導体に流れる電流による磁界が強磁性体コアを経由してホール素子に作用し、ホール素子は、磁界の強さに基づいたホール電圧の出力を行う。
特開昭６４−８３１５４号公報

しかし、従来の電流センサは、分布が均一な磁界を得るためには、大きな強磁性体コアが必要となるので、小型化が困難であり、また、コストが掛かるという問題があった。

従って本発明の目的は、コストを抑え、小型化することができる電流センサを提供することにある。

（１）本発明は上記目的を達成するため、流れる電流に基づいて周囲の空間に磁界を発生させる導体と、前記導体の周囲の空間に発生する前記磁界内に配置される磁気センサと、前記導体の周囲の空間に発生する前記磁界内に配置される第１の磁性体と、前記導体の周囲の空間に発生する前記磁界内で、かつ前記第１の磁性体と共に前記磁気センサを挟むように配置される第２の磁性体と、を備え、前記磁気センサが、前記第１の磁性体の端部から漏れ出し又は吸い込まれ、前記第２の磁性体の端部に吸い込まれる又は漏れ出す前記磁界に基づいた出力信号を出力し、前記第１の磁性体の端部と前記第２の磁性体の端部が、前記磁気センサを介して重ならないように配置され、さらに、前記第１の磁性体の端部が、前記磁気センサの前記磁界を感知する面に垂直な中心線より第１の方向側に配置され、前記第２の磁性体の端部が、前記磁気センサの前記中心線より前記第１の方向の反対方向側に配置された電流センサを提供する。

（２）本発明は上記目的を達成するため、前記第１の磁性体及び前記第２の磁性体は、軟磁性体によって形成される前記（１）に記載の電流センサを提供する。

（３）本発明は上記目的を達成するため、前記第１の磁性体及び前記第２の磁性体は、平板形状を有する前記（１）に記載の電流センサを提供する。

（４）本発明は上記目的を達成するため、前記磁気センサは、ホールセンサである前記（１）に記載の電流センサを提供する。

このような発明によれば、コストを抑え、小型化することができる。

以下に、本発明の電流センサの実施の形態を図面を参考にして詳細に説明する。

[第１の実施の形態]
（電流センサの構成）
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る電流センサの概略図である。電流センサ１は、バスバー２を流れる電流４によって発生する磁界５の強さを磁気センサ７で検出し、磁気センサの出力に基づいてＥＣＵ（Electronic Control Unit）（図示せず）によって電流の大きさを測定するものであり、図１に示すように、バスバー（導体）２と、磁路変更部６と、磁気センサ７と、を備えて概略構成されている。

なお、電流４は、バスバー２を流れているものに限定されず、電流センサ１は、電線等の導体を流れる電流４を測定するように構成されても良い。

（バスバーの構成）
バスバー２は、一例として、銅又は銅の合金からなる金属材料によってコ字状に形成され、凹部２０と、凹部２０の両端に設けられた取付部２４と、を備えて概略構成されている。

なお、バスバー２の形状は、上記に限定されず、例えば、凹部２０が半円形状であるといった、凹部２０内に同一方向の磁界５が形成され、磁路変更部６を介した磁路を形成する形状であれば良い。ここで、磁路とは、磁界５の経路を示すものである。

凹部２０は、一例として、取付部２４に対して直角に曲げられた一対の平行部２１、２３と、平行部２１、２３に挟まれ、平行部２１、２３に対して直角に曲げられた垂直部２２と、を備えて構成されている。

取付部２４は、一例として、ボルト（図示せず）が挿入される開口２５が設けられ、測定対象の電流４が流れる電子回路を有する基板（図示せず）等にボルトを介して固定される。

バスバー２は、一例として、基板等に取り付けられた状態において、基板の電子回路、及びボルトを介して電流４がバスバー２を流れるように構成されている。

バスバー２を流れる電流４は、進行方向に対して右ねじの方向に磁界５を発生させ、平行部２１、２３、垂直部２２に流れる電流４によって、凹部２０には、図１において右から左方向に揃った磁界５が形成される。

なお、電流センサ１は、一例として、樹脂等によって凹部２０内を封止しても良い。

（磁路変更部の構成）
図２は、本発明の第１の実施の形態に係る図１の矢印Ａ方向から見た電流センサの側面図である。

磁路変更部６は、図２に示すように、フェライト又はパーマロイ等の軟磁性体によって平板形状に形成された第１の磁性体（第１の磁路変更部）６０、及び第２の磁性体（第２の磁路変更部）６１を備えて構成されている。

第１及び第２の磁性体６０、６１は、軟磁性体とすることによって、磁化を防止し、効果的に磁界５を集中させる、言い換えるなら、効果的に第１及び第２の磁性体６０、６１を介した磁路が形成されるものである。

第１の磁性体６０は、図２に示すように、平行部２３に対向する基板３の面側、言い換えるなら、磁気センサ７が配置された実装面に対向する面側に設けられている。

また第１の磁性体６０は、図２に示すように、磁界５を集中させてその磁路８を第１の磁路８０として変更する。

第２の磁性体６１は、図２に示すように、磁気センサ７の上側、言い換えるなら、平行部２１と対向する磁気センサ７の面側に設けられている。

また第２の磁性体６１は、図２に示すように、第１の磁性体６０の内部を伝播した磁界５、すなわち、第１の磁路８０を第２の磁路８１として変更する。図２に示す検出磁路８２は、第１の磁路８０と第２の磁路８１を繋ぐ磁路であり、磁気センサ７は、この検出磁路８２を経由する磁界５を検出対象としてこの磁界５に基づいた出力信号を出力する。

第１の磁性体６０は、図２に示すように、磁気センサ７の中心線ｍよりも図２において右側に配置され、第２の磁性体６１は、中心線ｍよりも図２において左側に配置される。なお、本実施の形態における中心線ｍは、磁気センサ７の中心と一致するとするが、磁界５を感知する面の中心、又は重心であれば良い。

これは、導体から導体へと伝播する磁界５が、端部、すなわち尖った場所から尖った場所へと伝播し易い性質によるものである。よって第１及び第２の磁性体６０、６１の端部は、互いに近い位置にあるのが望ましいが、中心線ｍを越えないほうがより良好な結果が得られる。言い換えるなら、第１の磁性体６０は、磁界５が漏れ出す端部と、第２の磁性体６１の磁界５が吸い込まれる端部とが、磁気センサ７を介して重ならないように設けられる。

なお、本実施の形態において、第１の磁性体６０と第２の磁性体６１の間には、基板３が介在しているが、第１の磁性体６０を磁気センサ７の下側に設けても良い。

基板３は、磁気センサ７と電気的に接続される。本実施の形態において、基板３上に磁気センサ７を設けているが、これに限定されず、基板３を廃し、磁気センサ７の出力を直接ＥＣＵ（図示せず）に接続し、電流４の大きさを測定するようにしても良い。

（磁気センサの構成）
磁気センサ７は、一例として、ホール素子、磁気抵抗素子又は巨大磁気抵抗効果素子等を用いて構成された磁界感応型のセンサであり、本実施の形態においては、ホール素子を用いたホールセンサについて説明する。

なお、磁気センサ７は、一例として、磁気抵抗素子によって構成されたとき、ホール素子とは、磁界５を感知する面が９０°異なるため、図２に示す長手方向を横にした状態ではなく、縦にした状態に配置される。

ホール素子を用いた磁気センサ７は、磁界５の方向に対して垂直方向に配置する必要があるが、図２に示すように、磁路変更部６によって磁路８が変更され、磁気センサ７の磁界５を感知する面に垂直に近い方向から検出磁路８２を経由する磁界５が貫通するので、正確な磁界５の強さを検出することができる。
（第１の実施の形態の動作）
以下に、本実施の形態における電流センサの動作を各図を参照して詳細に説明する。

電流センサ１は、測定対象の電流４がバスバー２に流されると、凹部２０の形状により図２に示す磁界５が発生する。

凹部２０の内部に発生した磁界５は、まず、第１の磁性体６０に集中する。第１の磁性体６０を伝播する磁界５は、第１の磁路８０を介して第１の磁性体６０の上側の端部から漏れ出し、漏れ出した磁界５は、検出磁路８２を介して第２の磁性体６１の下側の端部から吸い込まれ、第２の磁路８１を介して第２の磁性体６１の端部から外部に向けて漏れ出す。

こうして図２に示す磁路８が形成され、磁気センサ７の磁界５を感知する面には、垂直に近い検出磁路８２を経由する磁界５が貫通するので、磁気センサ７は、バスバー２を流れる電流４の大きさに比例した出力電圧をＥＣＵに出力し、ＥＣＵは、出力された出力電圧に基づいて電流４の大きさを測定することができる。

（第１の実施の形態の効果）
（１）上記した第１の実施の形態における電流センサ１によれば、磁路変更部６によって磁路８を変更し、磁路８の変更によって形成された検出磁路８２は、磁気センサ７の磁界５を感知する面に対して略垂直方向から貫通するので、正確な電流４の大きさを測定することができる。

（２）上記した第１の実施の形態における電流センサ１によれば、第１及び第２の磁性体６０、６１を軟磁性体によって形成するので、磁化を防止することができ、また、磁化が防止されることによって、第１及び第２の磁性体６０、６１を介した磁路８が確実に形成されるので、より正確な電流４の大きさを測定することができる。

（３）上記した第１の実施の形態における電流センサ１によれば、第１及び第２の磁性体６０、６１は平板形状を有するので、第１の磁性体６０の端部から第２の磁性体６１の端部を介す磁路８が形成され易く、その結果、検出磁路８２を磁気センサ７の磁界５を感知する面に対して略垂直方向に形成することができ、さらに正確な電流４の大きさを測定することができる。

（４）上記した第１の実施の形態における電流センサ１によれば、磁界５が漏れ出す第１の磁性体６０の端部と、磁界５が吸い込まれる第２の磁性体６１の端部とが、磁気センサ７を介して重ならないので、強度の大きい検出磁路８２を経由する磁界５を形成し、磁気センサ７の精度を向上させることができる。

（５）上記した第１の実施の形態における電流センサ１によれば、従来のような大きなコアを使う必要がないので、電流センサ１を小型化することができる。

（６）上記した第１の実施の形態における電流センサ１によれば、従来のような大きなコアを使う必要がないので、コストを下げることができる。

（７）上記した第１の実施の形態における電流センサ１によれば、磁気センサ７としてホールセンサを用いるので、第１及び第２の磁性体６０、６１と重ねることができるので、より小型化することができる。

[第２の実施の形態]
（電流センサの構成）
図３は、本発明の第２の実施の形態に係る電流センサの概略図である。本実施の形態における電流センサ１Ａは、図３に示すように、平板形状のバスバー２Ａと、磁路変更部６Ａと、磁気センサ７Ａと、を備えている。

バスバー２Ａは、第１の実施の形態におけるバスバー２と同様の部材によって形成され、図３に示すように、開口２１Ａが両端に設けられており、第１の実施の形態における開口２５と同様に、測定対象の電流が流れる電子回路を有する基板（図示せず）等にボルトを介して固定される。

磁路変更部６Ａは、図３に示すように、板形状を有し、バスバー２Ａ上に設けられた第１の磁性体６０Ａと、板形状を有する第２の磁性体６１Ａと、を備え、第１及び第２の磁性体６０Ａ、６１Ａは、共に軟磁性体である。

磁気センサ７Ａは、第１の実施の形態の磁気センサ７と同様の構成を有し、本実施の形態においてホール素子からなるものとする。

（第２の実施の形態の動作）
以下に、本実施の形態における電流センサの動作を各図を参照して詳細に説明する。

電流センサ１Ａは、測定対象の電流４Ａがバスバー２Ａに流されると、図３に示す磁界５Ａが発生する。

磁界５Ａは、まず、第１の磁性体６０Ａに集中する。第１の磁性体６０Ａを伝播する磁界５Ａは、第１の磁路８０Ａを介して第１の磁性体６０Ａの上側の端部から漏れ出し、漏れ出した磁界５Ａは、検出磁路８２Ａを介して第２の磁性体６１Ａの下側の端部から吸い込まれ、第２の磁路８１Ａを介して第２の磁性体６１Ａの端部から外部に向けて漏れ出す。

こうして、図３に示す磁路８Ａが形成され、磁気センサ７Ａの磁界５Ａを感知する面には、垂直に近い検出磁路８２Ａを経由する磁界５Ａが貫通するので、磁気センサ７Ａは、バスバー２Ａを流れる電流４Ａの大きさに比例した出力電圧をＥＣＵに出力し、ＥＣＵは、出力された出力電圧に基づいて電流４Ａの大きさを測定することができる。

（第２の実施の形態の効果）
（１）上記した第２の実施の形態における電流センサ１Ａによれば、バスバー２Ａを板形状とすることができるので、さらに小型化することができる。

なお、本発明は、上記した実施の形態に限定されず、本発明の技術思想を逸脱あるいは変更しない範囲内で種々の変形が可能である。

本発明の第１の実施の形態に係る電流センサの概略図である。 本発明の第１の実施の形態に係る図１の矢印Ａ方向から見た電流センサの側面図である。 本発明の第２の実施の形態に係る電流センサの概略図である。

符号の説明

１、１Ａ…電流センサ、２、２Ａ…バスバー、３…基板、４、４Ａ…電流、５、５Ａ…磁界、６、６Ａ…磁路変更部、７、７Ａ…磁気センサ、８、８Ａ…磁路、２０…凹部、２１…平行部、２１Ａ…開口、２２…垂直部、２３…平行部、２４…取付部、２５…開口、６０、６０Ａ…第１の磁性体、６１、６１Ａ…第２の磁性体、８０、８０Ａ…第１の磁路、８１、８１Ａ…第２の磁路、８２、８２Ａ…検出磁路

Claims (4)

1. 流れる電流に基づいて周囲の空間に磁界を発生させる導体と、
   前記導体の周囲の空間に発生する前記磁界内に配置される磁気センサと、
   前記導体の周囲の空間に発生する前記磁界内に配置される第１の磁性体と、
   前記導体の周囲の空間に発生する前記磁界内で、かつ前記第１の磁性体と共に前記磁気センサを挟むように配置される第２の磁性体と、
   を備え、
   前記磁気センサが、前記第１の磁性体の端部から漏れ出し又は吸い込まれ、前記第２の磁性体の端部に吸い込まれる又は漏れ出す前記磁界に基づいた出力信号を出力し、
   前記第１の磁性体の端部と前記第２の磁性体の端部が、前記磁気センサを介して重ならないように配置され、
   さらに、前記第１の磁性体の端部が、前記磁気センサの前記磁界を感知する面に垂直な中心線より第１の方向側に配置され、
   前記第２の磁性体の端部が、前記磁気センサの前記中心線より前記第１の方向の反対方向側に配置された電流センサ。
2. 前記第１の磁性体及び前記第２の磁性体は、軟磁性体によって形成される請求項１に記載の電流センサ。
3. 前記第１の磁性体及び前記第２の磁性体は、平板形状を有する請求項１に記載の電流センサ。
4. 前記磁気センサは、ホールセンサである請求項１に記載の電流センサ。

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