JP6251967B2 - Current sensor - Google Patents
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Description
本発明は、導体に流れる電流を測定する電流センサに関する。 The present invention relates to a current sensor that measures a current flowing through a conductor.
従来、大電流用電流センサとして、ギャップを有する磁性体よりなるコアと磁気検出素子とを用いたものが広く利用されてきた。このような電流センサは、例えばハイブリッド車両や電気自動車にあっては、バッテリ監視やモータ制御用に用いられる。一方、車載用部品に対しては、小型、軽量化が求められており、電流センサも例外ではない。電流センサを小型、軽量化するにはコアの小型化、すなわち磁路断面積の縮小が有効である。しかしながら、コアの小型化に伴い、ギャップ断面積を縮小すると、ギャップの磁束密度分布が大きくなり、磁気検出素子の位置ずれに対する感度変動が大きくなる。このような感度変動は、機械的外乱による出力ノイズの増大や、検出素子の温度特性に起因する感度温度特性の悪化の要因となる。このような課題に対応する技術として下記に出展を示す特許文献1及び2に記載のものがある。 Conventionally, as a current sensor for large current, a sensor using a core made of a magnetic material having a gap and a magnetic detection element has been widely used. Such a current sensor is used for battery monitoring or motor control in, for example, a hybrid vehicle or an electric vehicle. On the other hand, miniaturization and weight reduction are required for in-vehicle components, and current sensors are no exception. To reduce the size and weight of the current sensor, it is effective to reduce the size of the core, that is, to reduce the magnetic path cross-sectional area. However, if the gap cross-sectional area is reduced with the miniaturization of the core, the magnetic flux density distribution in the gap increases, and the sensitivity fluctuation with respect to the positional deviation of the magnetic detection element increases. Such sensitivity fluctuation causes an increase in output noise due to mechanical disturbance and a deterioration in sensitivity temperature characteristic due to the temperature characteristic of the detection element. As a technique corresponding to such a problem, there are those described in Patent Documents 1 and 2 which exhibit the following.
特許文献1に記載の電流センサは、導体が挿通される環状の磁性体コアのギャップに磁電変換素子が設けられる。この磁性体コアは、ギャップのコア断面積が環状部のコア断面積よりも大きく形成される。これにより、磁性体コアの大型化を抑制し、ギャップの磁束密度が均一となる領域が拡大される。 In the current sensor described in Patent Document 1, a magnetoelectric conversion element is provided in a gap of an annular magnetic core through which a conductor is inserted. This magnetic core is formed such that the core cross-sectional area of the gap is larger than the core cross-sectional area of the annular portion. Thereby, the enlargement of the magnetic core is suppressed, and the region where the magnetic flux density of the gap is uniform is enlarged.
特許文献2に記載の電流センサは、導体が挿通される環状の磁気コアのエアギャップに磁界センサが設けられる。この磁気コアは、エアギャップの両端面には、当該エアギャップの幅を狭めるように凸部が形成される。これにより、エアギャップの両端面に向かって磁束密度が減少することが抑制され、磁気コアの外形サイズを変更することなくエアギャップ内の磁束密度が均一となる領域が拡大される。 In the current sensor described in Patent Document 2, a magnetic field sensor is provided in an air gap of an annular magnetic core through which a conductor is inserted. In this magnetic core, convex portions are formed on both end faces of the air gap so as to narrow the width of the air gap. Thereby, it is suppressed that magnetic flux density reduces toward the both end surfaces of an air gap, and the area | region where the magnetic flux density in an air gap becomes uniform, without changing the external size of a magnetic core, is expanded.
ここで、電流センサに用いられるギャップを有する環状の磁性体よりなるコアにおいて、当該コアに挿通される導体に検出対象である電流が流れている場合、通常、コア内の磁束はギャップの近傍で小さくなり、ギャップの反対側で大きくなる。特許文献1に記載の技術では、ギャップのコア断面積が大きく構成されているのに対し、ギャップの反対側では断面積が小さいままである。このため、検出対象の電流を通電した場合に、ギャップを通る磁束の量が増加するのに対して磁路の断面積が小さくなる。したがって、コア内の磁気飽和が早くなるので、検出対象の電流が小さい場合であっても飽和し、大電流の検出用途には適さない。 Here, in a core made of an annular magnetic body having a gap used for a current sensor, when a current to be detected flows through a conductor inserted through the core, the magnetic flux in the core is usually near the gap. Smaller and larger on the other side of the gap. In the technique described in Patent Document 1, the core cross-sectional area of the gap is configured to be large, whereas the cross-sectional area remains small on the opposite side of the gap. For this reason, when the current to be detected is energized, the amount of magnetic flux passing through the gap increases, whereas the cross-sectional area of the magnetic path decreases. Therefore, since the magnetic saturation in the core is accelerated, even when the current to be detected is small, the core is saturated and is not suitable for use in detecting a large current.
一方、特許文献2に記載の技術では、磁気コアのエアギャップ端面が互いに平行である面の間に磁界センサが配置されている。電流センサの更なる小型化を鑑みた場合、磁気コアの形状はU字状が適している。このようなU字状の磁気コアにおいて、溝部における互いに対向する面が平行な場合、磁界センサの検出方向の磁束密度は溝部の開口端に向かって指数関数的に減少していくので、当該開口端に特許文献2に記載の凸部を設けても磁束密度の均一化は容易ではない。したがって、磁界センサの位置ずれに対して検出感度が大きく変わる可能性がある。 On the other hand, in the technique described in Patent Document 2, the magnetic field sensor is disposed between the surfaces where the air gap end faces of the magnetic core are parallel to each other. In view of further downsizing of the current sensor, a U-shape is suitable for the shape of the magnetic core. In such a U-shaped magnetic core, when the mutually facing surfaces of the groove are parallel, the magnetic flux density in the detection direction of the magnetic field sensor decreases exponentially toward the opening end of the groove. Even if the protrusions described in Patent Document 2 are provided at the ends, it is not easy to make the magnetic flux density uniform. Therefore, there is a possibility that the detection sensitivity changes greatly with respect to the positional deviation of the magnetic field sensor.
本発明の目的は、上記問題に鑑み、大電流の測定に対応でき、検出感度の耐位置ずれ性を向上した電流センサを提供することにある。 In view of the above problems, an object of the present invention is to provide a current sensor that can cope with measurement of a large current and has improved resistance to misalignment of detection sensitivity.
上記目的を達成するための本発明に係る電流センサの特徴構成は、溝部を有する磁性体の平板が積層されたコアと、前記コアの前記溝部の底側に挿通され、被測定電流を流す平板状の導体と、前記溝部における前記導体よりも前記溝部の開口部の側に、検出方向を前記溝部の間隔方向に沿うように配置され、磁界の強さを検出する検出素子と、を備え、前記コアは、前記導体に対向する面が前記導体の板幅を規定する面と平行に形成され、前記開口部側の端部が前記導体と対向しているU字状部と、前記U字状部の前記開口部側の端部から前記開口部の側に向けて形成され、前記U字状部の前記開口部側の端部の前記溝部の間隔方向に沿う溝幅及び当該溝幅と同じ溝幅を有する溝底部側の前記導体と対向する2つの面により規定される前記溝部の間隔方向に沿う溝幅よりも広い溝幅を有すると共に前記U字状部の前記開口部側の端部の前記溝部の間隔方向に沿うコア幅及び当該コア幅と同じコア幅を有する前記溝底部側の前記導体と対向する前記2つの面により規定される前記溝部の間隔方向に沿うコア幅よりも狭いコア幅を有する幅狭部と、前記幅狭部のうちの前記コア幅が最も狭い位置から前記溝部の開口部の側に向けて形成され、前記幅狭部のうちの前記コア幅が最も狭い位置の前記溝幅よりも狭い溝幅を有すると共に前記幅狭部のうちの前記コア幅が最も狭い位置の前記溝部の間隔方向に沿うコア幅よりも広いコア幅を有する幅広部と、を有し、前記検出素子が、前記幅広部のうちの前記コア幅が最も広い部分の前記溝部の深さ方向の位置よりも前記開口部の奥側に配置されてある点にある。 In order to achieve the above object, the current sensor according to the present invention includes a core in which magnetic flat plates having grooves are stacked, and a flat plate that is inserted into the bottom side of the grooves of the core and allows a current to be measured to flow. A detection element that detects the strength of the magnetic field, and is arranged so that the detection direction is along the interval direction of the groove, closer to the opening of the groove than the conductor in the groove. The core has a U-shaped portion formed such that a surface facing the conductor is parallel to a surface defining a plate width of the conductor, and an end on the opening side faces the conductor; and the U-shape A groove width along the gap direction of the groove portion at the opening side end portion of the U-shaped portion and the groove width formed from the end portion of the opening portion side toward the opening side. said groove being defined by two opposing surfaces and the conductor of the groove bottom side of the same groove width Said groove having the same core width and the U-shaped portion of the opening side of the core width and the core width of the along the spacing direction of the groove end and having a wide groove width than the groove width along the spacing direction A narrow portion having a narrower core width than the core width along the interval direction of the groove defined by the two surfaces facing the conductor on the bottom side, and the core width of the narrow portions is the narrowest Formed from the position toward the opening side of the groove, and the core width of the narrow portion is narrower than the groove width of the narrowest portion and the core of the narrow portion. A wide portion having a core width wider than the core width along the interval direction of the groove portion at the position where the width is the narrowest, and the detection element has the portion of the wide portion where the core width is the widest Arranged at the back side of the opening from the position in the depth direction of the groove. It lies in the fact are.
このような特徴構成とすれば、コアの溝底部の側では、溝部における互いに対向し合う面の間隔を狭くすることができるため、磁路に沿ったコアの断面積を大きくすることができる。したがって、コアが磁気飽和し難くすることができるので、被測定電流が大電流であっても適切に測定することが可能となる。また、本特徴構成とすれば、溝部における互いに対向し合う面の間隔が、一旦、コアの幅狭部において広くなった後、コアの開口部の側に向けて当該間隔が狭くなるように構成するので、溝部の表面を通過する磁束を開口部に向って増加させることができる。このため、コアの溝部の深さ方向に検出感度が一定となる領域を設定することができる。このような領域に検出素子を配置することにより、検出素子の位置が溝部の深さ方向に対して位置ずれした場合であっても、検出感度を一定に維持することができる。また、溝部の間隔方向の位置ずれに対する検出感度の変化も抑制できる。このため、検出素子の位置が溝部の間隔方向に対して位置ずれをした場合であっても、検出感度の低下を抑制することができる。したがって、本特徴構成によれば、大電流を測定可能な検出素子の位置ずれに対し検出感度の安定性を向上した電流センサを提供することが可能となる。 With such a characteristic configuration, on the groove bottom portion side of the core, the interval between the mutually facing surfaces in the groove portion can be reduced, so that the cross-sectional area of the core along the magnetic path can be increased. Therefore, since the core can be made hard to be magnetically saturated, it is possible to appropriately measure even if the current to be measured is a large current. In addition, according to the present characteristic configuration, the interval between the mutually facing surfaces in the groove portion is once increased in the narrow portion of the core, and then the interval is reduced toward the opening portion of the core. Thus, the magnetic flux passing through the surface of the groove can be increased toward the opening. For this reason, the area | region where detection sensitivity becomes constant can be set to the depth direction of the groove part of a core. By arranging the detection element in such a region, the detection sensitivity can be kept constant even when the position of the detection element is displaced with respect to the depth direction of the groove. Moreover, the change of the detection sensitivity with respect to the position shift in the interval direction of the groove portions can be suppressed. For this reason, even if it is a case where the position of a detection element has shifted | deviated to the space | interval direction of a groove part, the fall of a detection sensitivity can be suppressed. Therefore, according to this characteristic configuration, it is possible to provide a current sensor that improves the stability of detection sensitivity with respect to the positional deviation of the detection element capable of measuring a large current.
また、前記U字状部と前記幅狭部との境界である第1境界部と、前記幅狭部と前記幅広部との境界である第2境界部との前記溝部の深さ方向における中点が、前記導体の板幅方向の中央位置より前記溝部の開口部の側であって前記検出素子よりも前記溝部の奥側の位置に設けられてあると好適である。 Further, the first boundary portion which is a boundary between the U-shaped portion and the narrow portion and the second boundary portion which is a boundary between the narrow portion and the wide portion in the depth direction of the groove portion. It is preferable that the point is provided at a position closer to the opening of the groove than the center position in the plate width direction of the conductor and closer to the inner side of the groove than the detection element.
このような構成とすれば、導体における溝部の開口部の側の部分に間隔方向に対向するコアの溝幅を大きくすることができる。このため、当該対向する部分のコア溝部の対向面間の磁気抵抗を大きくすることが可能となる。したがって、磁気飽和がし難いコアを構成することができるので、大電流を流しても検出精度が悪化し難い小型の電流センサを実現することが可能となる。 With such a configuration, it is possible to increase the groove width of the core that faces the opening portion side of the groove portion in the conductor in the interval direction. For this reason, it becomes possible to increase the magnetic resistance between the opposing surfaces of the core groove part of the opposing part. Therefore, since a core that is difficult to cause magnetic saturation can be formed, it is possible to realize a small current sensor that does not easily deteriorate the detection accuracy even when a large current is passed.
また、前記幅狭部を形成する前記コアの内壁部及び前記幅広部を形成する前記コアの内壁部の夫々が、互いに対向する平行な面で形成されてあると好適である。 In addition, it is preferable that the inner wall portion of the core that forms the narrow portion and the inner wall portion of the core that forms the wide portion are formed of parallel surfaces facing each other.
このような構成とすれば、幅狭部の断面積を一様にすることができる。また、コアを打ち抜き加工で形成する場合には、形成し易くなる。 With such a configuration, the cross-sectional area of the narrow portion can be made uniform. Further, when the core is formed by punching, it is easy to form.
また、前記検出素子が前記幅狭部の内壁部に対向する位置に設けられてあると好適である。 Further, it is preferable that the detection element is provided at a position facing the inner wall portion of the narrow portion.
このような構成とすれば、検出素子よりも溝部の開口部の側に幅広部、即ち溝幅の狭い領域を設けることができるので、外部磁界の影響を低減できる。したがって、例えば、被測定電流が流れる配線に電流センサが設けられ、上記電流センサの近傍に上記被測定電流とは異なる電流が流れる配線が配置された場合であっても、電流センサの被測定電流以外の電流により生じる磁界の影響を低減することができるので、検出精度の高い電流センサを実現することが可能となる。 With such a configuration, it is possible to provide a wide portion, that is, a region having a narrow groove width, on the side of the opening of the groove portion relative to the detection element, so that the influence of the external magnetic field can be reduced. Therefore, for example, even when a current sensor is provided in a wiring through which a current to be measured flows and a wiring through which a current different from the current to be measured is disposed in the vicinity of the current sensor, Since it is possible to reduce the influence of a magnetic field generated by a current other than the above, it is possible to realize a current sensor with high detection accuracy.
また、前記幅狭部を形成する前記コアの内壁部及び前記幅広部を形成する前記コアの内壁部の夫々が、円弧状に形成されるように構成することも可能である。 Further, the inner wall portion of the core that forms the narrow portion and the inner wall portion of the core that forms the wide portion may each be formed in an arc shape.
このような構成とすれば、コアの溝幅が次第に変化するように構成できるので、磁束密度や磁気抵抗が大きく変化することを抑制できる。したがって、磁束分布を一様することが可能となる。 With such a configuration, the groove width of the core can be configured to gradually change, so that a large change in magnetic flux density and magnetic resistance can be suppressed. Therefore, the magnetic flux distribution can be made uniform.
また、前記検出素子が前記幅広部の内壁部に対向する位置に設けられ、前記導体の前記開口部側の端部が前記幅狭部の内壁部に対向する位置に設けられてあると好適である。 Preferably, the detection element is provided at a position facing the inner wall portion of the wide portion, and an end portion on the opening side of the conductor is provided at a position facing the inner wall portion of the narrow portion. is there.
このような構成とすれば、検出素子と導体とが近づきすぎないようにすることができる。このため、導体を流れる電流によって形成される磁界の内、その強度が導体との距離と相間を持つ成分を低減できる。したがって、検出素子に伝達される磁界はコアにより集磁された磁界が主体となり、磁界分布の制御が容易になる。 With such a configuration, it is possible to prevent the detection element and the conductor from being too close to each other. For this reason, in the magnetic field formed by the current flowing through the conductor, the component whose strength has a distance and a phase with the conductor can be reduced. Therefore, the magnetic field transmitted to the detection element is mainly the magnetic field collected by the core, and the control of the magnetic field distribution becomes easy.
また、前記U字状部と前記幅狭部との境界である第1境界部が前記導体の板幅方向の中央位置より前記溝部の開口部の側に設けられてあると好適である。 Further, it is preferable that a first boundary portion, which is a boundary between the U-shaped portion and the narrow portion, is provided on the opening side of the groove portion from the center position in the plate width direction of the conductor.
このような構成とすれば、コア内磁束が高いコア開口部と反対側の領域でコア幅を広くできコア内の磁束密度が低減できる。したがって、大電流でも飽和しにくく直線性の良い検出が可能となる。 With such a configuration, the core width can be increased in the region opposite to the core opening where the magnetic flux in the core is high, and the magnetic flux density in the core can be reduced. Therefore, it is difficult to saturate even with a large current, and detection with good linearity is possible.
また、前記幅狭部と前記幅広部との境界である第2境界部で前記コアの溝部の間隔方向における溝幅が最も広くなり、前記第2境界部が前記検出素子よりも前記コアの溝底部の側であって、前記導体の板幅方向の中央位置より前記溝部の開口部の側に設けられてあると好適である。 Further, the groove width in the interval direction of the groove portion of the core is the widest at the second boundary portion which is a boundary between the narrow portion and the wide portion, and the second boundary portion is a groove of the core than the detection element. It is preferable that it is provided on the side of the bottom, that is, on the side of the opening of the groove from the center position in the plate width direction of the conductor.
このような構成とすれば、導体における溝部の開口部の側の部分に間隔方向に対向することができる。このため、当該対向する部分の磁気抵抗を大きくすることが可能となる。したがって、磁気飽和がし難いコアを構成することができるので、大電流を流しても検出精度が悪化し難い小型の電流センサを実現することが可能となる。 With such a configuration, it is possible to face the portion of the conductor on the side of the opening of the groove in the interval direction. For this reason, it is possible to increase the magnetic resistance of the facing portion. Therefore, since a core that is difficult to cause magnetic saturation can be formed, it is possible to realize a small current sensor that does not easily deteriorate the detection accuracy even when a large current is passed.
本発明に係る電流センサは、導体に流れる被測定電流を測定することが可能なように構成されている。ここで、導体に電流が流れる場合には、当該電流の大きさに応じて導体を軸心として磁界が発生する(アンペールの右手の法則)。本電流センサは、このような磁界の強さを検出し、検出された磁界の強さに基づいて導体に流れる電流(電流値)を測定する。 The current sensor according to the present invention is configured to be able to measure a current to be measured flowing through a conductor. Here, when a current flows through a conductor, a magnetic field is generated with the conductor as an axis according to the magnitude of the current (Amper's right-hand rule). The current sensor detects the strength of such a magnetic field, and measures the current (current value) flowing through the conductor based on the detected strength of the magnetic field.
1.第1の実施形態
第1の実施形態に係る電流センサ100の斜視図が図1に示される。図1には、平板状の導体からなる導体10が示されるが、以下では理解を容易にするために、導体10が延在する方向を延在方向Aとし、導体10の厚さ方向をB、導体10の幅方向(板幅方向)をCとして説明する。図2には、導体10の延在方向A視における電流センサ100を模式的に示した図が示される。ただし、検出素子30が有するリード線は省略している。以下、図1及び図2を用いて説明する。
1. First Embodiment A perspective view of a
本電流センサ100は、コア20及び検出素子30を備えて構成される。コア20は、被測定電流が流れる平板状の導体10が板幅方向を深さ方向に一致させて挿通される溝部21を有する磁性体から構成される。導体10は、上述のように平板状で構成される。例えば、この導体10は、図示しない3相モータと当該3相モータに通電するインバータとを接続するのに利用されるバスバーが相当する。導体10には、A方向に沿って被測定電流が流れ、本電流センサ100はこの電流を測定する。
The
導体10の板幅方向とは、導体10を構成する平板の幅に沿った方向であり、図1におけるC方向が相当する。本実施形態に係るコア20は、溝部21を有する金属磁性体よりなる平板を図1及び図2のA方向に積層して形成される。上記金属磁性体は、軟磁性の金属であり、電磁鋼板(珪素鋼板)やパーマロイ、パーメンジュール等が相当する。
The plate width direction of the
コア20は、図1及び図2のA方向視において、溝部21が一様な形状を形成するように構成される。コア20には、溝底部22の側にAC面に平行な導体10の面が、溝部21の深さ方向(C方向)に一致し、且つコア20の積層方向(A方向)と被測定電流の流れ方向を一致させて挿通される。コア20に挿通された導体10は、少なくともコア20の内壁面24と空隙を有して構成される。これにより、コア20と導体10とを絶縁することが可能となる。コア20と導体10の間に絶縁体を設けることによりコア20と導体10の接触を防ぎ、コア20と導体10の間の絶縁耐圧をあげることができる。
The
検出素子30は、溝部21における導体10よりも溝部21の開口部26の側に、検出方向を溝部21の間隔方向(B方向)に沿うように配置される。溝部21の開口部26とは、溝部21の開口端部である。このため、検出素子30は、導体10よりも溝部21の開口端部に近い側に配置される。また、コア20の溝部21に配置された検出素子30と導体10との間は、空隙を有して構成される。これにより、検出素子30と導体10とを絶縁することが可能となる。検出素子30と導体10の間に絶縁体を設けることにより検出素子30と導体10の接触を防ぎ、検出素子30と導体10の間の絶縁耐圧をあげることができる。ここで、溝部21の導体10の上端よりコア20の開口部側には、導体10に流れる電流に応じて生じた磁界が集磁される。集磁された磁界は、検出素子30の配された近傍ではコア20の溝部21の間隔方向(B方向)の磁界となる。
The
検出素子30は、検出方向をB方向に一致させて配置される。したがって、導体10に流れる被測定電流により形成される磁界の強さを効果的に検出することが可能となる。
The
本実施形態に係るコア20は、U字状部50、幅狭部60、幅広部70から構成される。U字状部50は、導体10に対向する面が導体10の板幅を規定する面と平行に形成される。U字状部50は、A方向視がU字状に構成される。U字状とは、図1及び図2に示されるように溝底部22が円弧状に形成されているものに限定されず、溝底部22が円弧状の一部に直線部分を有する形状に形成されているものも含まれる。また、導体10に対向する面とは、導体10が有する面のうちAC面に平行な面であり、符合51が付された面である。導体10の板幅を規定する面とは、導体10が有する面のうちAC面に平行な面である。A方向視におけるU字状部50のコア20の幅(以下「コア幅」とする)は、一様であっても良いし、溝底部22の側の幅が面51の側の幅よりも広くても良い。
The core 20 according to this embodiment includes a
このように、U字状部50を構成することにより、コア20と導体10との空隙を小さく保つことができ、U字状部50のコア断面積を大きくすることができるので、コア20内を通る磁束密度を小さくすることが可能となる。したがって、コア20のサイズを大きくすることなく、コア内部の磁束密度を少なくすることができ、磁束飽和を抑制できる。
Thus, by configuring the
幅狭部60は、U字状部50の開口部26側の端部から開口部26の側に向けて形成され、U字状部50の開口部26側の端部の溝部21の間隔方向に沿う溝幅よりも広い溝幅を有すると共にU字状部50の開口部26側の端部の溝部21の間隔方向に沿うコア幅よりも狭いコア幅を有するように形成される。U字状部50の開口部26側の端部とはU字状部50のうち最も開口部26に近い側の部分である。幅狭部60は、このような部分から開口部26の側に向けて延在して設けられる。このような部分は、U字状部50と幅狭部60との境界である第1境界部55が相当する。したがって、幅狭部60は、第1境界部55から開口部26の側に向けて設けられる。ここで、本実施形態では、上述のようにU字状部50は導体10に対向する面が導体10の板幅を規定する面と平行に形成される。したがって、第1境界部55は、導体10に対向する位置に設けられる。本実施形態では、第1境界部55が導体10の板幅方向の中央位置Lに対向するように設けられる。
The
溝部21の間隔方向に沿う溝幅とは、溝部21のB方向の幅が相当する。本実施形態に係るコア20の幅狭部60は、開口奥側から幅広部70まで溝幅が一様に構成される。開口奥側とは、溝部21を開口部26の側から見て溝底部22の側である。したがって、幅狭部60は、第1境界部55における溝部21の溝幅よりも広い溝幅を有して構成される。すなわち、互いに対向するU字状部50のコア20の面51どうしの間隔よりも、互いに対向する幅狭部60のコア20の面61どうしの間隔の方が長くなるように構成される。
The groove width along the interval direction of the
また、溝部21の間隔方向に沿うコア幅とは、溝部21のB方向のコア20の幅が相当する。本実施形態に係るコア20の幅狭部60は、当該幅狭部60を形成するコア20の内壁部が互いに対向する平行な面で形成される。幅狭部60を形成するコア20の内壁部とは、上述の面61である。また、幅狭部60を形成するコア20の外壁面62は、当該面61と互いに平行に構成される。このため、本実施形態では、幅狭部60は開口奥側から幅広部70までコア幅が一様に構成される。したがって、幅狭部60は、第1境界部55におけるコア幅よりも狭いコア幅を有して構成される。
Further, the core width along the interval direction of the
幅広部70は、幅狭部60のうちのコア幅が最も狭い位置から溝部21の開口部26の側に向けて形成され、幅狭部60のうちのコア幅が最も狭い位置の溝幅よりも狭い溝幅を有すると共に幅狭部60のうちのコア幅が最も狭い位置の溝部21の間隔方向に沿うコア幅よりも広いコア幅を有するように形成される。本実施形態では、上述のように幅狭部60のコア幅は開口奥側から幅広部70まで一様に構成される。幅広部70は、幅狭部60のコア幅の最も狭い位置のコア幅よりも広いコア幅を有することから、幅狭部60のうちのコア幅が最も狭い位置とは、本実施形態では第1境界部55から開口部26の側に向けて延在する幅狭部60のうち、開口部26に最も近い位置にあたる。幅広部70は、このような部分から開口部26の側に向けて延在して設けられる。このような部分は、幅狭部60と幅広部70との境界である第2境界部65が相当する。したがって、幅広部70は、第2境界部65から開口部26の側に向けて設けられる。
The
本実施形態に係るコア20の幅広部70は、開口奥側から開口部26まで溝幅が一様に構成される。したがって、幅広部70は、第2境界部65における溝部21の溝幅よりも狭い溝幅を有して構成される。すなわち、互いに対向する幅狭部60のコア20の面61どうしの間隔よりも、互いに対向する幅広部70のコア20の面71どうしの間隔の方が短くなるように構成される。
The
また、本実施形態に係るコア20の幅広部70は、当該幅広部70を形成するコア20の内壁部が互いに対向する平行な面で形成される。幅広部70を形成するコア20の内壁部とは、上述の面71である。また、幅広部70を形成するコア20の外壁面72は、当該面71と互いに平行に構成される。このため、本実施形態では、幅広部70は開口奥側から開口部26までコア幅が一様に構成される。したがって、幅広部70は、第2境界部65におけるコア幅よりも広いコア幅を有して構成される。
Moreover, the
また、コア20は、第1境界部55と第2境界部65との溝部21の深さ方向における中点Mが、導体10の板幅方向の中央位置Lより溝部21の開口部26の側であって検出素子30よりも溝部21の奥側の位置に設けられている。上述のように、第1境界部55とはU字状部50と幅狭部60との境界であり、第2境界部65とは幅狭部60と幅広部70の境界である。このため、第1境界部55と第2境界部65との溝部21の深さ方向における中点Mとは、図2に示されるように幅狭部60の深さ方向の中心に相当する。したがって、コア20は、溝部21の開口部26の側から見て、検出素子30、中点M、中央位置Lの順に並ぶように構成される。
Further, the
また、本実施形態では、中点Mが導体10と対向する位置に設けられる。中点Mが導体10と対向するとは、中点Mが導体10のAC面に平行な面に対向することを意味する。したがって、中点Mは、導体10の溝部21の開口部26の側の端部11よりも開口部26の奥側に位置するように構成される。
In the present embodiment, the midpoint M is provided at a position facing the
このように構成されたコア20に対して、検出素子30は、幅広部70のうちのコア幅が最も広い部分の深さ方向の位置よりも開口部26の奥側に配置される。本実施形態では幅広部70のコア幅は、上述のように一様に構成される。したがって、検出素子30は、幅広部70よりも開口部26の奥側の位置、すなわち第2境界部65よりも開口部26の奥側に配置される。したがって、本実施形態では、検出素子30は幅狭部60の内壁部(面61)に対向する位置に設けられる。
With respect to the core 20 configured in this manner, the
2.第2の実施形態
次に、本発明の電流センサ100の第2の実施形態について説明する。上記第1の実施形態では、幅狭部60を形成するコア20の内壁部及び幅広部70を形成するコア20の内壁部の夫々が、互いに対向する平行な面で形成されているとして説明した。本実施形態に係るコア20は、幅狭部60及び幅広部70の夫々の内壁面が平行な面でない点で上記実施形態と異なる。以下、第2実施形態の電流センサ100について、第1の実施形態と異なる点を中心に説明する。
2. Second Embodiment Next, a second embodiment of the
第2の実施形態に係る電流センサ100の斜視図が図3に示される。また、図4には、導体10の延在方向A視における第2の実施形態に係る電流センサ100を模式的に示した図が示される。ただし、検出素子30が有するリード線は省略している。以下、図3及び図4を用いて説明する。
A perspective view of the
本実施形態に係る電流センサ100が備えるコア20も、U字状部50、幅狭部60、幅広部70を有して構成される。本実施形態では、幅狭部60を形成するコア20の内壁部及び幅広部70を形成するコア20の内壁部の夫々が、円弧状に形成される。幅狭部60を形成するコア20の内壁部とは、幅狭部60が有する面のうち、溝部21を向く面69である。幅広部70を形成するコア20の内壁部とは、幅広部70が有する面のうち、溝部21を向く面79である。また、円弧状とは、所定の半径を有する円の円弧の一部からなる形状である。
The core 20 included in the
U字状部50と幅狭部60との境界を第1境界部55とし、幅狭部60と幅広部70との境界を第2境界部65とすると、本実施形態に係る幅狭部60の面69は、第1境界部55から第2境界部65に向かうにつれて次第に溝部21のB方向の中央部から遠ざかるように形成される。これにより、幅狭部60は、開口部26の側に向う程、溝部21の間隔方向に沿うコア幅が狭くなるように構成される。一方、本実施形態に係る幅広部70の面79は、第2境界部65から溝部21の開口部26に向かうにつれて次第に溝部21のB方向の中央部に近づくように形成される。これにより、幅広部70は、開口部26の側に向う程、溝部21の間隔方向に沿うコア幅が広くなるように構成される。
When the boundary between the
また、本実施形態においても、第1境界部55と第2境界部65との溝部21の深さ方向における中点Mが、導体10の板幅方向の中央位置Lより溝部21の開口部26の側であって、検出素子30よりも溝部21の奥側の位置に設けられる。したがって、上記第1の実施形態と同様に、溝部21の開口部26の側から見て、検出素子30、中点M、中央位置Lの順で並ぶように構成される。
Also in this embodiment, the midpoint M in the depth direction of the
本実施形態では、検出素子30は、幅広部70の内壁部に対向する位置に設けられる。すなわち、検出素子30は、B方向両側が面79に対向して配置される。また、導体10の開口部26の側の端部11が幅狭部60の内壁部に対向する位置に設けられる。すなわち、導体10の開口部26の側の端部11が、B方向両側が面69に対向して配置される。また、第1境界部55が導体10の板幅方向の中央位置Lより溝部21の開口部26の側に設けられる。
In the present embodiment, the
3.感度特性
次に、本発明に係る電流センサ100の感度特性について説明する。図5には、検出素子30の溝部21の深さ方向の位置と感度との関係が示される。図5の縦軸は相対感度を示し、横軸は溝部21の深さ方向の位置を示す。図5において、本実施形態に係る電流センサ100の特性は(a)を付して示される。また、比較例として、U字状部50のみで形成されたコア(コア断面積が一様なコア)の特性も示される。この特性については、(b)を付して示される。
3. Sensitivity Characteristics Next, sensitivity characteristics of the
図5に示されるように、比較例の特性を示す(b)の場合には、導体10に対して通電された時の相対感度は、コア20の開口部26の端部に向う程、大きく減少する。一方、本発明に係る電流センサ100の特性を示す(a)では、一点鎖線で囲まれた領域Rにおいて、相対感度が大きく変化していない。すなわち、このような深さ方向の位置では相対感度が大きく変化しないことから、検出素子30が配置される位置に対する依存性が小さいことがわかる。
As shown in FIG. 5, in the case of (b) indicating the characteristics of the comparative example, the relative sensitivity when the
本電流センサ100では、コア20の開口部26に向かって互いに対向する溝部21の内壁部どうしの距離が小さくなるようにコア20を構成し、且つ、内壁部どうしの距離が小さくなる領域に検出素子30を配置することにより、溝部21の表面を通過する磁束を開口部26に向けて増加させ、開口部26の側の磁束を補償する。これにより、検出素子30の近傍では均一な感度を実現することが可能となる。
In the
コア20の溝底部22の近傍では、互いに対向するコア20の内壁部の距離を小さくしているので、磁路に沿ったコア断面積を大きくすることができ、磁気飽和し難く大電流でも直線性のよい電流センサ100を実現できる。
In the vicinity of the
また、図6には、検出素子30の溝部21の間隔方向の位置における相対感度が示される。図6の縦軸は相対感度を示し、横軸は溝部21の間隔方向の位置を示す。図6においても、図5と同様に、本実施形態に係る電流センサ100の特性は(a)を付して示される。また、比較例として、U字状部50のみで形成されたコア(コア断面積が一様なコア)の特性も示される。この特性については、(b)を付して示される。
FIG. 6 shows the relative sensitivity at the position of the
図6に示されるように、比較例の特性を示す(b)の場合には、溝部21の間隔方向の中央部から離れるほど、相対感度が大きくなっている。一方、本電流センサ100の(a)にあっては、溝部21の間隔方向の中央部から離れても(b)ほど、相対感度が大きくなっていない。このように、本発明の電流センサ100の効果が溝部21の間隔方向の位置においても現れていることがわかった。
As shown in FIG. 6, in the case of (b) indicating the characteristics of the comparative example, the relative sensitivity increases as the distance from the central portion in the interval direction of the
このように、本発明の電流センサ100によれば、振動等による検出素子30の位置ずれによる出力への影響、検出素子30の位置の温特による感度への影響を低減することができ、高精度な電流センサ100を実現することが可能である。
As described above, according to the
4.その他の実施形態
上記実施形態では、第1境界部55と第2境界部65との溝部21の深さ方向における中点Mが、導体10の板幅方向の中央位置Lより溝部21の開口部26の側であって検出素子30よりも溝部21の奥側の位置に設けられているとして説明した。しかしながら、本発明の適用範囲はこれに限定されるものではない。第1境界部55と第2境界部65との溝部21の深さ方向における中点Mが、導体10の板幅方向の中央位置Lより溝部21の奥側に位置するように設けることも可能であるし、中点Mが検出素子30よりも溝部21の開口部26の側に位置するように設けることも当然に可能である。
4). Other Embodiments In the above embodiment, the midpoint M in the depth direction of the
上記実施形態では、第1境界部55と第2境界部65との溝部21の深さ方向における中点Mが、導体10と対向する位置に設けられているとして説明した。しかしながら、本発明の適用範囲はこれに限定されるものではない。中点Mが導体10と対向しない位置に設けることも当然に可能である。
In the above-described embodiment, it has been described that the midpoint M in the depth direction of the
上記第1の実施形態では、検出素子30が幅狭部60の内壁部に対向する位置に設けられるとして説明した。しかしながら、本発明の適用範囲はこれに限定されるものではない。検出素子30を幅広部70の内壁部に対向する位置に設けることも当然に可能である。
In the first embodiment, the
上記第2の実施形態では、検出素子30が幅広部70の内壁部に対向する位置に設けられ、導体10の開口部26側の端部が幅狭部60の内壁部に対向する位置に設けられているとして説明した。しかしながら、本発明の適用範囲はこれに限定されるものではない。検出素子30が幅広部70の内壁部に対向しない位置に設けることも可能であるし、導体10の開口部26側の端部が幅狭部60の内壁部に対向しない位置に設けることも可能である。
In the second embodiment, the
上記第2の実施形態では、第1境界部55が導体10の板幅方向の中央位置より溝部21の開口部26の側に設けられているとして説明した。しかしながら、本発明の適用範囲はこれに限定されるものではない。第1境界部55が導体10の板幅方向の中央位置より溝部21の奥側に設けることも当然に可能である。
In the second embodiment, it has been described that the
上記第2の実施形態では、幅狭部60を形成するコア20の内壁部及び幅広部70を形成するコア20の内壁部の夫々が、円弧状に形成されているとして説明した。しかしながら、本発明の適用範囲はこれに限定されるものではない。例えば、幅狭部60を形成するコア20の内壁部及び幅広部70を形成するコア20の内壁部の夫々が、図7に示されるように、コア20の内壁部がA方向視において直線状に形成することも当然に可能である。また、幅狭部60を形成するコア20の内壁部及び幅広部70を形成するコア20の内壁部の夫々が、図8に示されるように、コア20の内壁部がA方向視において階段状に形成することも当然に可能である。
In the second embodiment, the inner wall portion of the core 20 that forms the
上記第1の実施形態では、検出素子30が幅狭部60の内壁部に対向する位置に設けられるとして説明した。上記第2の実施形態では、検出素子30が幅広部70の内壁部に対向する位置に設けられるとして説明した。したがって、第1の実施形態及び第2の実施形態に係る検出素子30は、U字状部50の内壁部に対向しない位置に設けられる。すなわち検出素子30は、U字状部50の開口部26の側の端部よりも、溝部21における開口部26の側に設けられる。
In the first embodiment, the
本発明は、導体に流れる電流を測定する電流センサに用いることが可能である。 The present invention can be used for a current sensor for measuring a current flowing through a conductor.
10:導体
20:コア
21:溝部
26:開口部
30:検出素子
50:U字状部
55:第1境界部
60:幅狭部
65:第2境界部
70:幅広部
L:中央位置
M:中点
10: Conductor 20: Core 21: Groove part 26: Opening part 30: Detection element 50: U-shaped part 55: First boundary part 60: Narrow part 65: Second boundary part 70: Wide part L: Center position M: Midpoint
Claims (9)
前記コアの前記溝部の底側に挿通され、被測定電流を流す平板状の導体と、
前記溝部における前記導体よりも前記溝部の開口部の側に、検出方向を前記溝部の間隔方向に沿うように配置され、磁界の強さを検出する検出素子と、を備え、
前記コアは、前記導体に対向する面が前記導体の板幅を規定する面と平行に形成され、前記開口部側の端部が前記導体と対向しているU字状部と、前記U字状部の前記開口部側の端部から前記開口部の側に向けて形成され、前記U字状部の前記開口部側の端部の前記溝部の間隔方向に沿う溝幅及び当該溝幅と同じ溝幅を有する溝底部側の前記導体と対向する2つの面により規定される前記溝部の間隔方向に沿う溝幅よりも広い溝幅を有すると共に前記U字状部の前記開口部側の端部の前記溝部の間隔方向に沿うコア幅及び当該コア幅と同じコア幅を有する前記溝底部側の前記導体と対向する前記2つの面により規定される前記溝部の間隔方向に沿うコア幅よりも狭いコア幅を有する幅狭部と、前記幅狭部のうちの前記コア幅が最も狭い位置から前記溝部の開口部の側に向けて形成され、前記幅狭部のうちの前記コア幅が最も狭い位置の前記溝幅よりも狭い溝幅を有すると共に前記幅狭部のうちの前記コア幅が最も狭い位置の前記溝部の間隔方向に沿うコア幅よりも広いコア幅を有する幅広部と、を有し、
前記検出素子が、前記幅広部のうちの前記コア幅が最も広い部分の前記溝部の深さ方向の位置よりも前記開口部の奥側に配置されてある電流センサ。 A core on which flat plates of magnetic material having grooves are laminated;
A flat conductor that is inserted into the bottom of the groove of the core and allows a current to be measured to flow;
A detection element that is arranged on the side of the opening of the groove than the conductor in the groove so that the detection direction is along the interval direction of the groove, and detects the strength of the magnetic field,
The core has a U-shaped portion formed such that a surface facing the conductor is parallel to a surface defining a plate width of the conductor, and an end on the opening side faces the conductor; and the U-shape A groove width along the gap direction of the groove portion at the opening side end portion of the U-shaped portion and the groove width formed from the end portion of the opening portion side toward the opening side. The end of the U-shaped portion on the opening side has a groove width wider than the groove width along the gap direction of the groove portion defined by two surfaces facing the conductor on the groove bottom side having the same groove width Than the core width along the gap direction of the groove defined by the two surfaces facing the conductor on the groove bottom side having the same core width as the core width. A narrow portion having a narrow core width, and whether the core width of the narrow portions is the narrowest position. The groove portion is formed toward the opening side of the groove portion, and the core width of the narrow portion has a groove width that is narrower than the groove width of the narrowest portion and the core width of the narrow portion. A wide portion having a core width wider than the core width along the interval direction of the groove portion at the narrowest position, and
The current sensor in which the detection element is disposed on the back side of the opening portion with respect to the position in the depth direction of the groove portion of the widest portion where the core width is the widest.
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