JP5598559B2 - 電流センサ - Google Patents

Description

本発明は、導線及びコアを備える電流センサに関する。

導線及びコアを備える電流センサに関する先行技術文献として、例えば特許文献１が知られている。

特開２００３−１４７８９号公報

例えば、導線とコアとの位置関係の精度が良いほど、個々の電流センサ間の電気的特性のばらつきが抑えられる。ところが、従来技術では、導線とコアとの位置関係を精度良く決めることが難しかった。本発明は、導線とコアとの位置関係を精度良く決めることを容易に行うことができる、電流センサの提供を目的とする。

上記目的を達成するため、本発明は、
導線と、
前記導線と嵌め合う孔部と、前記孔部に連通するギャップとを有するコアと、
前記ギャップに配置され磁電変換部がモールド樹脂によって覆われた磁束検出部を有する磁気センサと、
前記磁束検出部を支持する支持部材とを備え、
前記支持部材は、前記磁束検出部を収容し支持するセンサ支持部と、前記コアを収容し支持するコア支持部とを有し、前記センサ支持部と前記コア支持部とが一体化した一つの樹脂部品であり、
前記磁束検出部は前記センサ支持部に挿入されて収容されることにより固定され、前記コアは前記磁束検出部とは反対方向から前記コア支持部に挿入されて収容される、電流センサを提供するものである。

本発明によれば、導線とコアとの位置関係を精度良く決めることを容易に行うことができる。

本発明の一実施形態である電流センサの斜視図である。 本発明の一実施形態である電流センサの斜視図である。 本発明の一実施形態である電流センサの分解斜視図である。 導線とコアとの組み付け手順を示した図である。 導線とコアとの組み付け手順を示した図である。 センサホルダの外形図である。 電流センサを構成するサブアッセンブリの斜視図である。 サブアッセンブリの正面図である。 図８のＡ−Ａにおける断面図である。 シミュレーションをしたときの導線とコアとの関係を示した図である。 Ｚ軸方向のギャップ中央における磁束密度のシミュレーション結果である。 方向性電磁鋼板の磁化容易方向に長手方向が一致するように形成されたコアを使用した場合の磁気センサの出力電圧の直線性を実測したグラフである。 方向性電磁鋼板の磁化容易方向に長手方向が一致しないように形成されたコアを使用した場合の磁気センサの出力電圧の直線性を実測したグラフである。 無方向性電磁鋼板から形成されたコアを使用した場合の磁気センサの出力電圧の直線性を実測したグラフである。 導線とコアとの嵌め合いの一例を示した図である。 導線とコアとの嵌め合いの一例を示した図である。 電流センサの端子配列の一例を示した表である。 電流センサの端子配列の一例を示した表である。 本発明の一実施形態である電流センサの斜視図である。 カバーを取り除いた電流センサの斜視図である。 センサホルダの斜視図である。 センサホルダの外形図である。

図１は、本発明の一実施形態である電流センサ１の上方からの斜視図である。図２は、電流センサ１の下方からの斜視図である。図３は、電流センサ１の分解斜視図である。電流センサ１は、導線１０に流れる電流によって発生した磁束（磁界）を検出し、その検出した磁束（磁界）の変化に応じた検出信号を出力するデバイスである。電流センサ１から出力される検出信号を用いることによって、導線１０に流れる電流の大きさを測定できる。電流センサ１は、例えば、導線１０と、コア２０と、磁気センサ３０と、センサホルダ４０と、カバー５０とを備えている。

コア２０は、導線１０に流れる電流によって発生した磁束を集め、その磁束が通る経路を形成する。コア２０は、導線１０と嵌め合う円孔部２１と、円孔部２１に連通するギャップ２２とを有している。磁気センサ３０は、ギャップ２２に配置される磁束検出部３２と、磁束検出部３２によって検出された磁束に応じた検出信号を外部に出力するためのリード部３３とを有している。センサホルダ４０は、磁気センサ３０の磁束検出部３２を支持する支持部材である。カバー５０は、コア２０を覆う被覆部である。

図４，図５は、導線１０とコア２０の円孔部２１との組み付け手順を示した図である。導線１０は、円孔部２１に組み付けられる前は、直線状の棒体である。図４に示されるように、直線状の導線１０が、円孔部２１の円孔中心を通る軸線方向から円孔部２１に挿通される。

導線１０と円孔部２１は、嵌め合いの関係を有するように成形されているため、導線１０が円孔部２１に挿通されることにより、導線１０とコア２０との位置関係を所定の寸法通りに精度良く決めることを容易に行うことができる。また、導線１０と円孔部２１は嵌め合いの関係を有するので、円孔部２１がギャップ２２と連通していても、導線１０がその連通方向にギャップ２２内を移動することによってコア２０から外れることを防止できる。

また、導線１０と円孔部２１は嵌め合いの関係を有するので、導線の周りに単に間隔を空けてコアが配置されている構成に比べて、電流センサの小型化とコストダウンを容易にできる。また、そのような大きな間隔が無いため、磁気センサの磁気感度（導線を流れる単位電流あたりのギャップ内の磁界強度）が向上し、外部誘導ノイズを低減できる。また、磁気感度等の電気的特性の電流センサ間のばらつきを抑えることができる。また、コアと導体がほぼ密着されているため、導体を効率的にコアを介して放熱できる。そのため、導体に大電流が流れても、放熱性が良いため、電流センサ全体の温度上昇を抑えられる。

次に、図５に示されるように、導線１０は、円孔部２１と挿通部１１で嵌まり合った後、円孔部２１に嵌まり合ってない部位で曲げ加工されている。このように、円孔部２１の軸線方向におけるコア２０の両端側で導線１０が曲げ加工されることによって、挿通部１１と先端部１２との間に曲げ部１３が形成される。挿通部１１は、導線１０の円孔部２１との嵌め合い部位を含んだ直線部である。電流センサ１は、不図示の取付相手部材に先端部１２で取り付けられることが可能である。

なお、導線１０と円孔部２１との嵌め合い方式は、嵌め合いによるストレスによって電流センサ１としての電気的特性が変化しないように、すきまばめ（円孔部２１の内径の最小許容寸法よりも導線１０の外径の最大許容寸法が小さい）であることが好ましい。

次に、電流センサ１の各構成について更に詳細に説明する。

図３に示されるように、導線１０は、円孔部２１に嵌め合い可能な円状断面を有し、線径が一定の導体である。また、導線１０に流れる電流がコア２０に流出しないように、導線１０と円孔部２１との間に絶縁体が介在していることが好ましい。この絶縁体は、導線１０の被膜でもよいし、コア２０の被膜でもよいし、導線１０と円孔部２１との間に配置された絶縁性部材でもよい。導線１０の具体例として、エナメル被覆銅線が挙げられる。また、絶縁皮膜等の絶縁層の具体例として、エナメル皮膜、ポリウレタン皮膜、ポリイミド皮膜、ポリアミドイミド皮膜などが挙げられる。

導線１０は、コア２０に対して回転可能な嵌め合いで、円孔部２１と嵌め合っているとよい。これにより、導線１０の先端部１２が取り付けられる部材（例えば、基板など）の取り付け実装面の向きに応じて、先端部１２を任意の方向に向けることができる。本実施形態の場合、導線１０は円孔部２１と嵌め合い可能な円状断面を有しているので、導線１０はコア２０の円孔部２１の軸線を中心に回転できる。また、曲げ部１３の位置（例えば、曲げ部１３間の間隔）を変更しても、多様な取り付け実装面を有する部材に電流センサ１を先端部１２で実装することができる。

コア２０は、ギャップ２２が途中に形成される磁束経路であり、導線１０の挿通部１１の周囲に配置されたＵ字状部位を有する軟磁性体である。ギャップ２２は、コア２０の一部が空間的に開放された部位であり、円孔部２１に空間的に繋がっている。コア２０は、ギャップ２２及び円孔部２１を形成するように対置する一対の延在部２３，２４と、ギャップ２２及び円孔部２１が形成されるように延在部２３と延在部２４とを連結する連結部２５とを有している。

コア２０は、同形の複数の薄板２０ａが密着して積層する構成を有している。薄板２０ａは、例えば、電磁鋼板を打ち抜くことによって製造される。薄板２０ａは、互いに接着材によって接着されてもよいし、接着されてなくてもよい。互いに接着されてない場合、詳細は後述するが、コア２０の形状が保持されるように、複数の薄板２０ａはセンサホルダ４０等によって固定されることが好ましい。

磁気センサ３０は、直方体状の磁束検出部３２と、磁束検出部３２の一側面から延びるリード部３３とを有している。磁束検出部３２は、ギャップ２２のギャップ長方向にギャップ２２を貫く磁束密度（磁界強度）を検出し、その検出した磁束密度（磁界強度）に応じた電圧を出力する磁電変換部３１を有している。ギャップ２２のギャップ長方向とは、円孔部２１の軸線に平行なＸ軸方向に直交し、且つ、円孔部２１とギャップ２２との連通方向に平行なＹ軸方向に直交する、Ｚ軸方向である。

磁電変換部３１は、例えば、磁束検出部３２に内蔵され、モールド樹脂等の絶縁体によって覆われている。磁電変換部３１の具体例として、ホール効果を利用するホール素子が挙げられる。磁電変換部３１の出力電圧は、リード部３３が取り付けられる不図示の基板等の取付相手部材を介して外部に供給される。また、磁電変換部３１から電圧を出力させるための制御電流が、外部からリード部３３を介して磁電変換部３１に供給される。

図１７は、電流センサ１の端子配列の一例を示した表である。符号３３ａ〜３３ｅは、リード部３３に構成される各リード端子（図８参照）を表し、符号１２ａ，１２ｂは、導線１０の先端部１２における電流測定端子（図８参照）を表す。センサ駆動電源端子３３ｂとセンサグランド端子３３ｃとの間に印加される電源電圧が、磁電変換部３１の動作電圧である。磁電変換部３１の出力電圧は、一方の先端部１２における測定電流路端子１２ａと他方の先端部１２における測定電流路端子１２ｂとの間に流れる電流の大きさに応じて、出力電圧端子３３ｄから出力される。テスト端子３３ａ，３３ｅは、磁電変換部３１の検査時に使用される端子である。

センサホルダ４０は、磁束検出部３２がギャップ２２内を動かないように磁束検出部３２を保持する樹脂部品である。図６は、センサホルダ４０の外形図である。図６（ａ）は、センサホルダ４０の平面図、図６（ｂ）は、センサホルダ４０の一方の側面図、図６（ｃ）は、センサホルダ４０の正面図、図６（ｄ）は、センサホルダ４０の背面図、図６（ｅ）は、センサホルダ４０の下面図である。図６（ｂ）の側面図に対して反対側の側面図については、図６（ｂ）と同様のため、省略する。図７は、磁気センサ３０を収容するセンサホルダ４０と、導線１０とコア２０との嵌め合い品（図５参照）とが組み付いたサブアッセンブリの斜視図である。図８は、図７のサブアッセンブリの正面図であり、図９は、図８のＡ−Ａにおける断面図である。

磁気センサ３０は、例えば、図５に示した導線１０とコア２０との嵌め合い品（コアアッセンブリ）に取り付けられたセンサホルダ４０に組み付けられる。磁気センサ３０が予め取り付けられたセンサホルダ４０が、コアアッセンブリに組み付けられてもよい。図７のサブアッセンブリ（ホルダアッセンブリ）は、図３に示したカバー５０で覆われる前に、導線１０、コア２０、磁気センサ３０及びセンサホルダ４０のうちいずれかの組み合わせの部品同士で、仮固定されてよい。例えば、エポキシ樹脂等の接着剤が塗布されて熱硬化される。

センサホルダ４０は、図３及び図６〜図９に示されるように、磁気センサ３０の磁束検出部３２を支持するセンサ支持部４１と、導線１０を支持する導線支持部４６と、コア２０を延在部２３を押さえることにより支持するコア支持部４２とを有している。センサ支持部４１は、詳細は後述するが、導線１０を支持する導線支持部としても機能する。このように、センサホルダ４０は、磁束検出部３２と導線１０とコア２０のそれぞれの支持部が一体化した支持機構を有している。このような一体支持機構を有するセンサホルダ４０を使用することにより、導線１０とコア２０と磁束検出部３２との位置関係を精度良く決めることを容易に行うことができる。また、電流センサ１を容易に小型化できる。

センサ支持部４１とコア支持部４２は、ギャップ２２のギャップ長方向に平行な上下方向に配置され、上段に配置されたセンサ支持部４１と下段に配置されたコア支持部４２は隔壁４８によって区切られている。導線支持部４６は、コア支持部４２の側面部からＸ軸方向に延出している。

センサ支持部４１は、ギャップ２２内に挿入されて配置される部位であって、磁束検出部３２を収容する磁束検出部用収容部４３（以下、単に「収容部４３」とも称する）を有している。収容部４３は、磁束検出部３２を覆うように収容する箱形部位である。磁束検出部３２が収容部４３に収容されることにより、磁束検出部３２がギャップ２２内に固定される。収容部４３は、Ｙ軸方向に開口する開口部を有し、磁束検出部３２はこの開口部から挿入される。

収容部４３のコア支持部４２側の周壁である隔壁４８は、磁束検出部３２のリード部３３側の側面に引っ掛かって磁束検出部３２を係止する弾性的な爪部４４を有している（図３，図６，図９を参照）。爪部４４は、磁束検出部３２が圧入されて収容部４３に収容されるように形成されたスナップフィットとして機能する。爪部４４によって、磁束検出部３２を収容部４３内に強固に固定でき、磁束検出部３２が収容部４３から容易に抜け出ることを防止できる。また、組み立て性、生産性が向上する。爪部４４は、隔壁４８以外の収容部４３を構成する周壁に形成されてもよい。

また、センサ支持部４１は、導線１０を支持する導線支持部としても機能し、導線１０の円孔部２１との嵌め合い部位（例えば、挿通部１１）を支持する嵌め合い部位支持部を有する。センサ支持部４１は、例えば図６に示されるように、嵌め合い部位支持部として、当接側面４９を有している。センサ支持部４１は、例えば図９に示されるように、円孔部２１の軸線方向且つギャップ２２のギャップ長方向に直交するＹ軸方向から導線１０の挿通部１１を円孔部２１の内周面に向けて押さえることによって、導線１０を支持する当接側面４９を有している。当接側面４９が挿通部１１に接触して押さえることにより、導線１０とコア２０との位置関係を精度良く決めることを容易に行うことができる。

導線支持部４６は、図３，図６〜図８に示されるように、導線１０の円孔部２１と嵌め合っていない部位である非嵌め合い部位（例えば、先端部１２）を支持する非嵌め合い部位支持部である。この非嵌め合い部位は、導線１０が円孔部２１と嵌め合いされない部位である。導線支持部４６は、導線１０の先端部１２をＹ軸方向から支持するＵ字状の腕部４６ａを有している。腕部４６ａによって、導線１０とコア２０との位置関係を精度良く決めることを容易に行うことができる。また、腕部４６ａと先端部１２が嵌め合わせの関係を有することにより、先端部１２を強固に固定でき、生産性、組み付け性が向上する。また、導線１０が円孔部２１を中心に回転可能に円孔部２１に嵌め合いされていても、腕部４６ａは、先端部１２がＹ軸方向の一方の方向に移動することを規制できる。

コア支持部４２は、図３，図６〜図９に示されるように、コア２０の延在部２３を収容する延在部用収容部４５（以下、単に「収容部４５」とも称する）を有している。収容部４５は、延在部２３を覆うように収容する箱形部位である。延在部２３が収容部４５に収容されることにより、センサホルダ４０とコア２０が互いに組み付けられる。収容部４５は、Ｙ軸方向に開口する開口部を有し、延在部２３はこの開口部から挿入される。つまり、センサホルダ４０とコア２０が互いに組み付けられる際、延在部２３がコア支持部４２の収容部４５に挿入されると同時に、センサ支持部４１はギャップ２２内に挿入される。

また、図９に示されるように、ギャップ２２のギャップ長方向において、延在部２３のギャップ２２側とは反対側の角部には、収容部４５のギャップ２２側とは反対側の周壁４７の角部に引っ掛かる爪部２６が形成されてもよい。爪部２６によって、延在部２３を収容部４５内に挿入完了後に強固に固定でき、延在部２３が収容部４５から容易に抜け出ることを防止できる。また、組み立て性、生産性が向上する。爪部２６は、延在部２３の別の部位に形成されてもよい。

また、コア２０が複数の薄板２０ａが積層されて構成された積層型コアの場合、延在部２３が収容部４５に収容されることによって、コア２０の形状を強固に保持できる。特に、複数の薄板２０ａが接着剤等によって互いに接着されずに積層された構成の場合、薄板２０ａがばらばらにならないように、コア２０の形状を強固に保持できる。

カバー５０は、図１〜図３に示されるように、導線１０の挿通部１１及び曲げ部１２、コア２０、並びにセンサホルダ４０のセンサ支持部４１及びコア支持部４２を覆う絶縁性の被覆部である。カバー５０の材質として、樹脂材が挙げられる。これにより、例えば、コア２０が不図示の外部導体と接触することより、電流センサ１としての電気的特性が変化することを防止できる。また、カバー５０は、粉体塗装から形成された封止樹脂でもよい。これにより、導線１０と円孔部２１との間の微小な嵌め合いクリアランスや、センサ支持部４１と導線１０との間の隙間などに粉体塗装が浸入するので、導線１０とコア２０との位置関係を精度良く決めることを容易に行うことができる。

なお、リード部３３の折り曲げ加工は、カバー５０が設けられる前に実施されてもよいし、カバー５０が設けられた後に実施されてもよい。

図１９は、本発明の一実施形態である電流センサ２の上方からの斜視図である。図２０は、カバー１５０を取り除いた電流センサ２の上方からの斜視図である。電流センサ２は、例えば、導線１０と、コア２０と、磁気センサ１３０と、センサホルダ１４０と、カバー１５０とを備えている。上述の実施形態と同様の構成及び効果についての説明は省略又は簡略する。

コア２０は、導線１０と嵌め合う孔部として、円孔部２１を有し、導線１０と嵌め合う孔部に連通するギャップとして、ギャップ２２を有する点は、上述の実施形態と同様である。また、カバー１５０は、少なくともコア２０を覆う絶縁性の被覆部であり、上述のカバー５０と同様である。

磁気センサ１３０は、ギャップ２２に配置される直方体状の磁束検出部１３２と、磁束検出部１３２の一側面から延びるリード部１３３とを有している。磁束検出部１３２は、ギャップ２２のギャップ長方向にギャップ２２を貫く磁束密度（磁界強度）を検出し、その検出した磁束密度（磁界強度）に応じた電圧を出力する磁電変換部を有している。なお、磁気センサ１３０は、上述の磁気センサ３０でもよいし、他の検出形式の磁気センサでもよい。

図１８は、電流センサ２の端子配列の一例を示した表である。符号１３３ａ〜１３３ｄは、リード部１３３に構成される各リード端子（図２０参照）を表し、符号１２ａ，１２ｂは、導線１０の先端部１２における電流測定端子（図２０参照）を表す。センサ駆動電源端子１３３ａとセンサグランド端子１３３ｃとの間に印加される電源電圧が、磁束検出部１３２の磁電変換部の動作電圧である。磁電変換部の出力電圧は、一方の先端部１２における測定電流路端子１２ａと他方の先端部１２における測定電流路端子１２ｂとの間に流れる電流の大きさに応じて、出力電圧端子１３３ｂから出力される。テスト端子１３３ｄは、磁電変換部の検査時に使用される端子である。

センサホルダ１４０は、磁束検出部１３２がギャップ２２内を動かないように磁束検出部１３２を保持する樹脂部品である。図２１は、センサホルダ１４０の斜視図である。図２１（ａ）は、センサホルダ１４０の上方からの斜視図、図２１（ｂ）は、センサホルダ１４０の下方からの斜視図である。図２２は、センサホルダ１４０の外形図であり、図２２（ａ）は平面図、図２２（ｂ）は正面図、図２２（ｃ）は下面図、図２２（ｄ）は側面図、図２２（ｅ）は背面図である。図２２（ｄ）の側面図に対して反対側の側面図については、図２２（ｄ）と同様のため、省略する。

センサホルダ１４０は、磁気センサ１３０の磁束検出部１３２を支持するセンサ支持部１４１と、コア２０を延在部２３を押さえることにより支持するコア支持部１４２と、コア２０を延在部２４を押さえることにより支持するコア支持部１８２とを有している。センサ支持部１４１は、詳細は後述するが、導線１０を支持する導線支持部としても機能する。このように、センサホルダ１４０は、磁束検出部１３２と導線１０とコア２０のそれぞれの支持部が一体化した支持機構を有している。このような一体支持機構を有するセンサホルダ１４０を使用することにより、導線１０とコア２０と磁束検出部１３２との位置関係を精度良く決めることを容易に行うことができる。また、電流センサ２を容易に小型化できる。

センサ支持部１４１とコア支持部１４２とコア支持部１８２は、ギャップ２２のギャップ長方向に平行な上下方向に配置されている。中段に配置されたセンサ支持部１４１と上段に配置されたコア支持部１８２は、隔壁１８８によって区切られ、中段に配置されたセンサ支持部１４１と下段に配置されたコア支持部１４２は隔壁１４８によって区切られている。

センサ支持部１４１は、ギャップ２２内に挿入されて配置される部位であって、磁束検出部１３２を収容する磁束検出部用収容部１４３（以下、単に「収容部１４３」とも称する）を有している。収容部１４３は、磁束検出部１３２を覆うように収容する箱形部位である。磁束検出部１３２が収容部１４３に収容されることにより、磁束検出部１３２がギャップ２２内に固定される。収容部１４３は、Ｙ軸方向に開口する開口部を有し、磁束検出部１３２はこの開口部から挿入される。

収容部１４３のコア支持部１４２側の周壁である隔壁１４８は、磁束検出部１３２のリード部１３３側の側面に引っ掛かって磁束検出部１３２を係止する弾性的な爪部１４４を有している。爪部１４４は、磁束検出部１３２が圧入されて収容部１４３に収容されるように形成されたスナップフィットとして機能する。爪部１４４によって、磁束検出部１３２を収容部１４３内に強固に固定でき、磁束検出部１３２が収容部１４３から容易に抜け出ることを防止できる。また、組み立て性、生産性が向上する。爪部１４４は、隔壁１４８以外の収容部１４３を構成する周壁に形成されてもよい。

例えば、収容部１４３のコア支持部１８２側の周壁である隔壁１８８は、磁束検出部１３２のリード部１３３側の側面に引っ掛かって磁束検出部１３２を係止する弾性的な爪部１８４を有している。爪部１８４も、爪部１４４と同様の機能及び効果を有している。爪部１８４は、磁束検出部１３２が挿入されてくる方向に向かって隔壁１８８から延出する板状の延出部１８８ａに、爪部１４４と対向するように形成されている。延出部１８８ａは、隔壁１８８を支点に撓みやすいように弾性的に形成されている。延出部１８８ａがこのような弾性を有することによって、磁束検出部１３２の挿入時の組み付け性が向上する。爪部１８４は、延出部１８８ａの延出方向の先端部に形成されている。

また、センサ支持部１４１は、導線１０を支持する導線支持部としても機能し、導線１０の円孔部２１との嵌め合い部位（例えば、挿通部１１）を支持する嵌め合い部位支持部を有する。センサ支持部１４１は、例えば、嵌め合い部位支持部として、当接側面１４９を有している。当接側面１４９は、上述の当接側面４９（図９参照）と同様の機能及び効果を有している。

コア支持部１４２は、コア２０の延在部２３を収容する延在部用収容部１４５（以下、単に「収容部１４５」とも称する）を有している。収容部１４５は、延在部２３を覆うように収容する箱形部位である。延在部２３が収容部１４５に収容されることにより、センサホルダ１４０とコア２０が互いに組み付けられる。収容部１４５は、Ｙ軸方向に開口する開口部を有し、延在部２３はこの開口部から挿入される。つまり、センサホルダ１４０とコア２０が互いに組み付けられる際、延在部２３がコア支持部１４２の収容部１４５に挿入されると同時に、センサ支持部１４１はギャップ２２内に挿入される。

収容部１４５は、コア２０が圧入して収容されるように形成された突起部１９１を有している。収容部１４５を構成する周壁１４７の内面に突起部１９１を設けることによって、延在部２３が収容部１４５に挿入される際に周壁１４７の内面と延在部２３との間の隙間が拡がる。これにより、延在部２３と収容部１４５との組み付け性が向上するとともに、突起部１９１で延在部２３を突起部１９１の突出方向に押さえつけることができるため、コア２０をセンサホルダ４０に強固に固定できる。図示の場合の突起部１９１は、円孔部２１の軸線方向に、収容部１４５の周壁１４７の内面から突き出ている。

コア２０が複数の薄板２０ａが積層されて構成された積層型コアの場合、延在部２３が収容部１４５に収容されることによって、コア２０の形状を強固に保持できる。特に、複数の薄板２０ａが接着剤等によって互いに接着されずに積層された構成の場合、薄板２０ａがばらばらにならないように、コア２０の形状を強固に保持できる。また、突起部１９１を有することによって、薄板２０ａの各配置位置のずれを更に抑えやすくなるため、電流の検出特性が安定する。

また、図２０に示されるように、ギャップ２２のギャップ長方向において、延在部２３のギャップ２２側とは反対側の角部には、収容部１４５のギャップ２２側とは反対側の周壁１４７の角部に引っ掛かる爪部２６が形成されてもよい。爪部２６によって、延在部２３を収容部１４５内に挿入完了後に強固に固定でき、延在部２３が収容部１４５から容易に抜け出ることを防止できる。また、組み立て性、生産性が向上する。爪部２６は、延在部２３の別の部位に形成されてもよい。

コア支持部１８２は、延在部２３とは別の延在部である延在部２４を収容する延在部用収容部１８５（以下、単に「収容部１８５」とも称する）を有している。収容部１８５は、コア２０の円孔部２１の軸線方向でコア２０の延在部２４を挟んで収容する一対の壁部１８７を有している。壁部１８７は、コア２０の円孔部２１の軸線方向において、収容部１８５の両端に設けられている。延在部２４が壁部１８７に挟まれて収容されることにより、センサホルダ１４０とコア２０が互いに組み付けられる。センサホルダ１４０とコア２０が互いに組み付けられる際、延在部２４がコア支持部１８２の収容部１８５に挿入されると同時に、センサ支持部１４１はギャップ２２内に挿入される。

収容部１８５は、コア２０が圧入して収容されるように形成された突起部１９２を有している。収容部１８５を構成する壁部１８７の内面に突起部１９２を設けることによって、延在部２４が収容部１８５に挿入される際に壁部１８７の内面と延在部２４との間の隙間が拡がる。これにより、延在部２４と収容部１８５との組み付け性が向上するとともに、突起部１９２で延在部２４を突起部１９２の突出方向に押さえつけることができるため、コア２０をセンサホルダ４０に強固に固定できる。図示の場合の突起部１９２は、円孔部２１の軸線方向に、収容部１８５の壁部１８７の内面から突き出ている。

コア２０が複数の薄板２０ａが積層されて構成された積層型コアの場合、延在部２４が収容部１８５に収容されることによって、コア２０の形状を強固に保持できる。特に、複数の薄板２０ａが接着剤等によって互いに接着されずに積層された構成の場合、薄板２０ａがばらばらにならないように、コア２０の形状を強固に保持できる。また、突起部１９２を有することによって、薄板２０ａの各配置位置のずれを更に抑えやすくなるため、電流の検出特性が安定する。

次に、電流センサのコンピュータ上のシミュレーション結果について説明する。

図１０の３つの場合において、導線１０に同じ電流を流すことにより、円筒状のコア２０の一部に形成されたギャップ中に発生する磁束密度についてシミュレーションを行った。図１０（ａ）は、コア２０がφ２の内径とφ６の外径を有する場合であり、図１０（ｂ）は、コア２０がφ４の内径とφ８の外径を有する場合であり、図１０（ｃ）は、コア２０がφ６の内径とφ１０の外径を有する場合である。φ＊は、直径（単位ｍｍ）を表す。図１０の各場合の導線１０の直径は、いずれも２ｍｍである。図１０（ａ）は、導線とコアの円孔部が嵌め合った構成を想定し、図１０（ｂ），図１０（ｃ）は、導線とコアの円孔部が嵌め合ってない構成を想定している。

図１１は、図１０の３つの場合についての、Ｚ軸方向のギャップ中央における磁束密度のシミュレーション結果である。ｄは、Ｚ軸方向のギャップ中央におけるＹ軸方向の長さを表し、ギャップのコア外径側端部を０ｍｍとし、ギャップのコア内径側端部を２ｍｍとする。

図１１に示されるように、導線とコアが嵌め合わない図１０（ｂ）のφ４−φ８及び図１０（ｃ）のφ６−φ１０の場合、導線とギャップに間隙がある。このため、ギャップ中において導線に近い位置ほど磁束密度は低下し、平らにならない。ギャップ内に配置されるホール素子は、磁束密度に比例した信号を出力する。したがって、ホール素子を導線に近づけるほど、ホール素子と導線との間の寸法のばらつきに対して一定の信号を精度良く出力する電流センサを生産することが難しい。

これに対し、導線とコアが嵌め合う図１０（ａ）のφ２−φ６の場合、他の場合に比べて、ギャップ中において導線に近い位置ほど磁束密度の分布が平らになる。したがって、ホール素子を導線に近づけるほど、ホール素子と導線との間の寸法のばらつきに対して一定の信号を精度良く出力する電流センサを容易に生産することができる。つまり、ホール素子の磁束検出点が、Ｙ軸方向におけるギャップの中心位置（この場合、ｄ＝１ｍｍ）に対して、円孔部と嵌め合う導線側に位置するように、ホール素子をギャップ内に配置するとよい。

例えば、図９に示されるように、磁束検出部３２は、Ｙ軸方向におけるギャップ２２の中心位置に対して、円孔部２１と嵌め合う導線１０の挿通部１１側に位置する磁束検出点３１ａを有するとよい。磁束検出点３１ａは、磁電変換部３１が磁束を検出するための検出基準点（磁束感知点）である。また、磁束検出点３１ａがＹ軸方向におけるギャップ２２の中心位置に対して挿通部１１側に存在すると、外部誘導ノイズ（特にＹ方向の外部誘導ノイズ）の影響を小さくできる。また、磁束検出点３１ａがＺ方向におけるギャップ２２の中心位置に存在することでも、外部誘導ノイズ（特にＹ方向の外部誘導ノイズ）の影響を小さくできる。よって磁束検出点３１ａの位置は、Ｚ方向におけるギャップ２２の中心位置で、更にＹ軸方向におけるギャップ２２の中心位置に対して挿通部１１側となるのが最も良い。

次に、電流センサを実際に作成して、電流センサを構成する磁気センサの出力電圧の実測結果について説明する。

図１２，図１３は、方向性電磁鋼板から形成されたコア２０を使用した場合の磁気センサ３０の出力電圧の直線性を実測したグラフである。図１２は、コア２０の延在部２３，２４が延在する方向（図９において、コア２０の長手方向に相当するＹ軸方向）が方向性電磁鋼板の圧延方向に一致するように形成されたコア２０を使用した場合を示している。一方、図１３は、延在部２３，２４を連結する連結部２５が延在する方向（図９において、コア２０の短手方向に相当するＺ軸方向）が方向性電磁鋼板の圧延方向に一致するように形成されたコア２０を使用した場合を示している。また、図１４は、無方向性電磁鋼板から形成されたコア２０を使用した場合の磁気センサ３０の出力電圧の直線性を実測したグラフである。

図１２〜図１４において、横軸は、導線１０に供給される入力電流Ｉを表し、縦軸は、磁気センサ３０の出力電圧の一次近似直線（出力電圧＝磁気感度×入力電流Ｉ＋オフセット電圧）に対する誤差を百分率で示した値である。このように定義した場合、コアの飽和及びヒステリシスが大きいほど、各グラフの上下のデータの開きは大きくなり、磁気センサ３０の出力電圧の直線性が悪いことを示す。

上下のデータの開き幅（ヒステリシス幅）の最大値は、図１２の場合、０．２７％であり、図１３の場合、０．５０％であり、図１４の場合、０．４９％であり、図１２の場合の直線性が一番優れているという結果が得られた。つまり、コア２０の延在部２３，２４が延在する長手方向が方向性電磁鋼板の圧延方向に一致するように、コア２０が形成されることによって、磁気センサ３０の直線性を向上させることができる。

以上、本発明の好ましい実施例について詳説したが、本発明は、上述した実施例に制限されることはなく、本発明の範囲を逸脱することなく、上述した実施例に種々の変形、組み合わせ、改良、置換などを行うことができる。

例えば、磁束検出手段としてホール素子を例示したが、磁束検出手段は、異方性（非等方性）磁気抵抗（ＡＭＲ）素子でもよいし、巨大磁気抵抗（ＧＭＲ）素子でもよい。

また、例えば、導線１０と嵌め合う円孔部２１を例示したが、導線と嵌め合う孔部であれば、円孔形状以外の孔部でもよい。例えば、楕円状の孔部でもよいし、多角形状の孔部でもよい。この場合、孔部の形状に合わせて、導線の形状も孔部と嵌め合い可能に形成されるとよい。

また、図１５に示されるように、導線１０の周囲に配置されるコア６０は、円孔部とギャップとの間に突起部６１を有している。突起部６１を設けることより、ギャップのギャップ長が導線１０の外径よりも大きくても、導線１０をコア６０の円孔部に嵌め合いできる。これにより、導線１０とコア６０との位置関係を精度良く決めることを容易に行うことができる。また、突起部６１が形成されている場合、ギャップに配置される磁束検出部の磁束検出点を導体に近づけることにより、磁気感度を向上させることができる。

また、図１５において、コア６０は、円孔部とギャップとの間に窪み部６２を有している。ギャップに配置されるセンサホルダを窪み部６２に引っ掛けることで、センサホルダをギャップ内に容易に位置決めできる。

また、図１６に示されるように、導線１０は、コア２０の両端側の部位７４が潰されることにより導線１０の直径方向に膨出するように形成された隆起部７５を有してもよい。コア２０の両端が隆起部７５に引っ掛かることによって、コア２０が導線１０の挿通部１１の挿通方向（Ｘ軸方向）にスライドすることを容易に規制できる。

１，２ 電流センサ
１０ 導線
１１ 挿通部
１２ 先端部
１３ 曲げ部
２０ コア
２０ａ 薄板
２１ 円孔部
２２ ギャップ
２３，２４ 延在部
２５ 連結部
２６ 爪部
３０，１３０ 磁気センサ
３１ 磁電変換部
３１ａ 磁束検出点
３２ 磁束検出部
３３，１３３ リード部
４０，１４０ センサホルダ（支持部材の一例）
４１，１４１ センサ支持部（導線支持部／嵌め合い部位支持部の一例）
４２，１４２，１８２ コア支持部
４３，１４３ 磁束検出部用収容部
４４，１４４，１８４ 爪部
４５，１４５，１８５ 延在部用収容部
４６ 導線支持部（被嵌め合い部位支持部の一例）
４６ａ 腕部
４７，１４７ 周壁
４８，１４８，１８８ 隔壁
４９，１４９ 当接側面
５０，１５０ カバー
６０ コア
７５ 隆起部
１８７ 壁部
１８８ａ 延出部
１９１，１９２ 突起部

Claims (21)

1. 導線と、
   前記導線と嵌め合う孔部と、前記孔部に連通するギャップとを有するコアと、
   前記ギャップに配置され磁電変換部がモールド樹脂によって覆われた磁束検出部を有する磁気センサと、
   前記磁束検出部を支持する支持部材とを備え、
   前記支持部材は、前記磁束検出部を収容し支持するセンサ支持部と、前記コアを収容し支持するコア支持部とを有し、前記センサ支持部と前記コア支持部とが一体化した一つの樹脂部品であり、
   前記磁束検出部は前記センサ支持部に挿入されて収容されることにより固定され、前記コアは前記磁束検出部とは反対方向から前記コア支持部に挿入されて収容される、電流センサ。
2. 前記コアは、前記ギャップを形成するように対置する一対の延在部を有し、
   前記コア支持部は、前記一対の延在部を収容する延在部用収容部を有する、請求項１に記載の電流センサ。
3. 前記延在部用収容部は、前記一対の延在部のうち一方の延在部を収容する箱部を有する、請求項２に記載の電流センサ。
4. 前記延在部用収容部は、前記一対の延在部のうち前記一方の延在部とは別の延在部を挟んで収容する壁部を有する、請求項３に記載の電流センサ。
5. 前記延在部用収容部は、前記コアが圧入されて収容されるように形成された突起部を有る、請求項２から４のいずれか一項に記載の電流センサ。
6. 前記支持部材は、前記導線を支持する導線支持部を有する、請求項１から５のいずれか一項に記載の電流センサ。
7. 前記導線支持部は、前記導線の前記孔部との嵌め合い部位を支持する嵌め合い部位支持部を有する、請求項６に記載の電流センサ。
8. 前記嵌め合い部位支持部は、前記ギャップに配置された、請求項７に記載の電流センサ。
9. 前記嵌め合い部位支持部は、前記磁束検出部を収容する磁束検出部用収容部を有する、請求項７又は８に記載の電流センサ。
10. 前記磁束検出部用収容部は、前記磁束検出部を係止する爪部を有する、請求項９に記載の電流センサ。
11. 前記導線支持部は、前記導線の前記孔部と嵌め合っていない部位である非嵌め合い部位を支持する非嵌め合い部位支持部を有する、請求項６から１０のいずれか一項に記載の電流センサ。
12. 前記非嵌め合い部位支持部は、前記孔部と前記ギャップとの連通方向に平行な方向で前記非嵌め合い部位を支持する、請求項１１に記載の電流センサ。
13. 前記コアは、複数の薄板が積層する構成を有する、請求項１から１２のいずれか一項に記載の電流センサ。
14. 前記複数の薄板は、接着剤によって互いに接着されずに積層する、請求項１３に記載の電流センサ。
15. 前記導線は、前記コアに対して回転可能な、請求項１から１４のいずれか一項に記載の電流センサ。
16. 前記コアは、方向性電磁鋼板から作られた、請求項１から１５のいずれか一項に記載の電流センサ。
17. 前記コアは、前記ギャップを形成するように対置する一対の延在部を有し、
    前記コアは、前記延在部の延在方向が前記方向性電磁鋼板の圧延方向に一致するように形成された、請求項１６に記載の電流センサ。
18. 前記コアを覆う絶縁性の被覆部を備える、請求項１から１７のいずれか一項に記載の電流センサ。
19. 前記被覆部は、粉体塗装から作られた、請求項１８に記載の電流センサ。
20. 前記磁束検出部は、前記孔部と前記ギャップとの連通方向における前記ギャップの中心位置に対して前記孔部側に位置する磁束検出点を有する、請求項１から１９のいずれか一項に記載の電流センサ。
21. 前記磁束検出点は、前記ギャップのギャップ長方向における前記ギャップの中心に位置する、請求項２０に記載の電流センサ。

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