JP7311080B2

JP7311080B2 - 電流センサ

Info

Publication number: JP7311080B2
Application number: JP2019038019A
Authority: JP
Inventors: 満男伊藤; 陽介森上
Original assignee: Kohshin Electric Corp
Current assignee: Kohshin Electric Corp
Priority date: 2019-02-13
Filing date: 2019-02-13
Publication date: 2023-07-19
Anticipated expiration: 2039-02-13
Also published as: JP2020134497A

Description

本発明は、複数相の電流を検出する複数相一体型電流センサの構造に関するものである。

従来の電流センサは、バスバーの電流を検出するために、電流により生じる磁束を間隙部に集めるＣ形形状のコアと、コアの間隙部に挿入され磁束密度を検出する感磁素子と、それらを保持し、且つ、バスバーを通す開口部を設けたケースで構成される。

３相モータ等の電流を検出する３相一体型の電流センサにおいては、通常、水平方向に３本並んでいるバスバーの電流を同時に検出できるように、前記Ｃ形形状コアと感磁素子及びケースの開口部が水平方向に３個横並びに構成されており開口部は所定のバスバーが貫通できるように３個が同一の大きさとなっている（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１４－１３９５５６号公報（第１０頁、第３図）

上記のように従来の電流センサにおいて水平方向に並んでいるバスバーは、電流センサで検出する電流を発生させる電力変換装置の端子ピッチ寸法に合わせて配置されるのが望ましいが、電力変換装置の端子ピッチ寸法は統一されていない。例えば所定同一定格品の端子ピッチは、Ａ社が４７ｍｍ、Ｂ社が４８ｍｍ、Ｃ社が４１ｍｍと３１ｍｍと異なっている。よって、同一ピッチの開口部を備えた電流センサがない場合は、直線のバスバーで電力変換装置から電流センサへの電流経路を形成することができない。
この場合は、電力変換装置から電流センサの開口部までの電流経路を形成するため、クランク形状のバスバーを使用するなど、直線のバスバーを使用することに比べて経済的でない方法をとる必要がある。

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、バスバーピッチの異なる直線バスバーの電流を１種類の電流センサで検出することが可能となる複数相一体型電流センサを提供することを目的とするものである。

本発明の電流センサは、複数の非可とう性導体に流れる電流を検出する電流センサであって、
被検出電流により生じる磁束を集める磁性材料からなるコアを備え、前記コアは前記非可とう性導体の水平方向と垂直方向を取り囲むように配置され、水平方向の一部に空気からなる間隙部を設け、
前記間隙部に挿入された前記磁束を検出する磁気検出素子を備え、前記コアと前記磁気検出素子は前記非可とう性導体１本当たりに１つずつ配置され、前記複数の非可とう性導体は水平方向に配置され、
前記コアは、前記非可とう性導体毎で前記コアの水平方向の寸法と前記間隙部の水平方向の寸法が異なる形状であり、前記コアの水平方向の寸法が他より長い場合、前記間隙部の水平方向の寸法は、他より長いことを特徴とする。

この発明によれば、複数の導体ピッチを１種類の電流センサで検出することが可能となり、導体の所定ピッチへの調整加工が不要となる。また、使用するピッチに合わせた電流センサを新規開発する必要がないため、安価に電力変換装置と電流センサを使用した装置を構成することができる。

本発明の実施の形態１の電流センサにおいて、バスバーピッチが狭い時に使用した場合の外観図。本発明の実施の形態１の電流センサにおいて、バスバーピッチが広い時に使用した場合の外観図。本発明の実施の形態１の電流センサにおいて、バスバーピッチが狭い時に使用した場合の斜視図。本発明の実施の形態１の電流センサにおいて、バスバーピッチが広い時に使用した場合の斜視図。本発明の実施の形態１の電流センサの内部構造図。バスバーは、コア開口部中心を通した時の状態。本発明の実施の形態１の電流センサのコアの間隙寸法を示した図。

実施の形態１
図１は本発明の実施の形態１における電流センサ１において、ピッチＰ１が狭いバスバー２ａ，２ｂ，２ｃを電流センサ１の開口部６ａ、６ｂ、６ｃに貫通させた場合の外観図であり、図３はその斜視図である。図２は、ピッチＰ２が広いバスバー２ａ，２ｂ，２ｃを電流センサ１の開口部６ａ、６ｂ、６ｃに貫通させた場合の外観図であり、図４はその斜視図である。
図３において、電力変換装置７は３相電圧、電流の周波数、大きさを制御し出力端子８ａ、８ｂ、８ｃに出力し、それらに接続されたバスバー２ａ、２ｂ、２ｃを介して３相モータ（図示せず）に接続されている。電流センサ１の中央の開口部６ｂは、バスバー２ｂが貫通できる四角形状であり、左右の開口部６ａ、６ｃは水平方向に長い四角形状である。電力変換装置７の出力端子８ａ、８ｂ、８ｃはピッチＰ１が狭く、バスバー２ａ、２ｃは開口部６ａ、６ｃの枠中の開口部６ｂ側に偏って配置されている。
図４において、電力変換装置９の出力端子１０ａ、１０ｂ、１０ｃのピッチＰ２が広く、バスバー２ａ、２ｃは、開口部６ａ、６ｃの枠中の外側に偏って配置されている。

図５は、電流センサ１の内部構造図である。コア３ａ、３ｂ、３ｃは開口部６ａ、６ｂ、６ｃの周囲を取り巻くように配置されたＣ形形状を有し、左右に配置されたコア３ａ，３ｃは、中央に配置されたコア３ｂよりも水平方向に長くなっている。感磁素子４ａ、４ｂ、４ｃは、コア３ａ、３ｂ、３ｃの間隙部に挿入する形でプリント基板５に固定され、その出力信号は電子回路（図示せず）により検出され出力される。

図６は、コアの間隙寸法を示したものである。左右のコア３ａ、３ｃの間隙寸法はＷ２、中央のコア３ｂの間隙寸法はＷ１で、Ｗ１＜Ｗ２の関係となっている。

本実施の形態によれば、中央のコア３ｂよりも水平方向に広い空間をもたせる為に、左右のコア３ａ、３ｃのコア磁路長を長くすることにより生じるコア３ａ、３ｃ磁気飽和特性悪化を、間隙寸法Ｗ２を広くすることでコア３ａ、３ｃ磁気抵抗を増加させることで改善し、感磁素子４ａ、４ｃの検出誤差を低減することができる。

磁路長の短い中央のコア３ｂには、間隙寸法Ｗ２より狭い間隙寸法Ｗ１にすることで間隙部に発生する磁束密度を大きく得ることができる。感磁素子４ｂは、間隙部に発生した磁束密度に比例した電圧を出力し、感磁素子と同一集積回路内又はプリント基板上に構成された電子回路により所望の電圧に増幅して使用されるが、磁束密度を大きくすることで感磁素子４ｂが発生する電圧を大きくすることができるため、電子回路の増幅率を下げることができる。これにより、感磁素子及び電子回路から発生する誤差の増幅も低減させることができるため、電子回路の設計、部品選定、調整を簡易化、低コスト化することができる。

本実施の形態では、３本のバスバー２ａ、２ｂ、２ｃのピッチは同一の場合を示したが、Ｐ１とＰ２の寸法を組み合わせた違うピッチ同士でも構わない。また、開口部６ａ、６ｂ、６ｃは四角形状としたが、バスバーが貫通できれば円形状でも楕円形状でもよい。また、電流センサ１は３相一体型を示したが、開口部が６ａ、６ｂのみの２相一体型でもよい。

１：電流センサ
２ａ～２ｃ：バスバー
３ａ～３ｃ：コア（磁性体）
４ａ～４ｃ：感磁素子
５：プリント基板
６ａ～６ｃ：開口部
７：出力端子ピッチが狭い電力変換装置
８ａ～８ｃ：電力変換装置７の出力端子
９：出力端子ピッチが広い電力変換装置
１０ａ～１０ｃ：電力変換装置９の出力端子
Ｐ１、Ｐ２：バスバーピッチ
Ｗ１、Ｗ２：コアの間隙寸法

Claims

複数の非可とう性導体に流れる電流を検出する電流センサであって、
被検出電流により生じる磁束を集める磁性材料からなるコアを備え、前記コアは前記非可とう性導体の水平方向と垂直方向を取り囲むように配置され、水平方向の一部に空気からなる間隙部を設け、
前記間隙部に挿入された前記磁束を検出する磁気検出素子を備え、前記コアと前記磁気検出素子は前記非可とう性導体１本当たりに１つずつ配置され、前記複数の非可とう性導体は水平方向に配置され、
前記コアは、前記非可とう性導体毎で前記コアの水平方向の寸法と前記間隙部の水平方向の寸法が異なる形状であり、前記コアの水平方向の寸法が他より長い場合、前記間隙部の水平方向の寸法は、他より長いことを特徴とする電流センサ。
前記複数の非可とう性導体は同一面上に水平方向に配置された３本のバスバーであり、中央に配置された前記コアの前記水平方向の寸法よりも、その外両側に配置された前記コアの前記水平方向の寸法が長いことを特徴とする請求項１に記載の電流センサ。