KR101259326B1

KR101259326B1 - 자기 코어, 당해 자기 코어를 구비한 전류 센서, 및 전류 측정 방법

Info

Publication number: KR101259326B1
Application number: KR1020127003044A
Authority: KR
Inventors: 마미코 나카; 카즈나리 오카; 츠카사 야마시타; 슈이치 이토다
Original assignee: 오므론 가부시키가이샤
Priority date: 2010-03-31
Filing date: 2011-03-15
Publication date: 2013-05-06
Also published as: JP4998631B2; CN102483431A; KR20120031306A; JP2011227062A; US20120217963A1; WO2011125431A1; EP2562551A1

Abstract

자기 코어(1)는, 전류 센서에 이용되는 것으로서, 자전(磁電) 변환 소자(20)가 지지되기 위한 제1 소자 지지구멍(5a)이 형성된 제1 개방단면(3a)과, 자전 변환 소자(20)가 지지되기 위한 제2 소자 지지구멍(5b)이 형성된, 제1 개방단면(3a)에 대향하는 제2 개방단면(3b)을 갖는 것을 특징으로 하고 있다. 이에 의해, 자기 코어(1)는, 전류 센서의 검지 감도를 높일 수 있다.

Description

자기 코어, 당해 자기 코어를 구비한 전류 센서, 및 전류 측정 방법{MAGNETIC CORE, CURRENT SENSOR PROVIDED WITH THE MAGNETIC CORE, AND CURRENT MEASURING METHOD}

본 발명은, 전류 센서의 검지 감도를 높이는 것이 가능한 자기 코어, 당해 자기 코어를 구비한 전류 센서, 및 전류 측정 방법에 관한 것이다.

근래, 전류 센서는, 많은 산업 분야에서 이용되고 있고, 고감도화 등의 요구가 매년 높아지고 있다. 그래서, 고감도화를 실현하기 위해 여러 가지의 전류 센서가 개발되어 있고, 그 한 예가, 특허 문헌 1에 개시되어 있다.

특허 문헌 1의 누전(漏電) 센서는, 링 형상의 자성체(자기 코어)로 이루어지고 자계의 변화를 감지하는 감지기와, 감지기에 부가되어 감지기에 발생하는 자계의 변화에 의해 임피던스가 변화하는 자기(磁氣) 임피던스 소자와, 자기 임피던스 소자의 임피던스 변화를 검출하는 검출기로 구성되어 있다. 도 17은, 특허 문헌 1에 기재된 종래의 자기 코어의 구조를 도시하는 도면으로, 도 17의 (a)는, 자기 코어(100a)에 절단부(101)를 마련하고, 그 절단부(101)에 자기 임피던스 소자(103)를 재치한 양상을 도시하는 개략도이다. 또한, 도 17의 (b)는, 자기 코어(100a)에 절결부(102)를 마련하고, 그 절결부(102)에 자기 임피던스 소자(103)를 재치한 양상을 도시하는 개략도이다.

상기 구성에 의해, 자기 코어(100a)(100b)의 자계의 변화를 보다 효율적으로 자기 임피던스 소자(103)에 전하는 전류 센서를 실현하고 있다.

특허 문헌 1 : 일본국 특개평10-232259호 공보(1998년 9월 2일 공개) 특허 문헌 2 : 일본국 특개평2005-49311호 공보(2005년 2월 24일 공개)

그러나, 특허 문헌 1의 자기 코어(100a)(100b)에는 다음과 같은 문제가 있다.

도 17의 (a)의 자기 코어(100a)는, 자기 코어(100a)를 절단하는 절단부(101)을 마련하고, 그 절단부(101)에 자기 임피던스 소자(103)를 재치하고 있다. 따라서, 절단부(101)의 폭을 넓게 하지 않을 수가 없고, 그 때문에 자기 코어(100a)의 감도가 저하된다. 그 결과, 도 17의 (a)의 자기 코어(100a)를 구비한 누전 센서는, 검지 감도가 낮아진다는 문제가 있다.

도 17의 (b)의 자기 코어(100b)는, 자기 코어(100b)의 일부를 노치한 절결부(102)가 자기 코어(100b)의 외연(外緣)에 따라서 형성되고, 그 절결부(102)에 자기 임피던스 소자(103)이 재치되어 있다. 그러나, 그 구조에서는, 자기 코어(100b)로부터 자속이 누설되기 어렵기 때문에, 자기 임피던스 소자(103)가 검출하는 자속도 미소하게 된다. 그 결과, 도 17의 (b)의 자기 코어(100b)를 구비한 누전 센서는, 검지 감도가 낮아진다는 문제가 있다.

이와 같이, 종래의 자기 코어(100a)(100b)를 구비한 누전 센서는, 모두 감도가 낮고, 수 10㎃ 레벨의 전류를 측정할 때에는, 검지하여야 할 값이 노이즈에 매몰되어 버린다는 문제가 있다.

또한, 특허 문헌 2에도 고감도화를 도모한 전류 센서가 개시되어 있다. 그러나, 특허 문헌 2의 전류 센서는, 자기 코어를 실드판으로 실드하여 내노이즈성을 높이는 것이고, 전류 센서의 대형화·고비용화라는 다른 문제를 초래한다는 문제가 있다.

본 발명은, 상기 문제점을 해결하기 위해 이루어진 것으로, 그 목적은, 전류 센서의 검지 감도를 높이는 것이 가능한 자기 코어, 당해 자기 코어를 구비한 전류 센서, 및 전류 측정 방법을 제공하는 것에 있다.

본 발명에 관한 자기 코어는, 상기 과제를 해결하기 위해, 전류 센서에 이용되는 자기 코어로서, 자전(磁電) 변환 소자가 지지되기 위한 제1 소자 지지구멍이 형성된 제1 개방단면(開放端面)과, 상기 자전 변환 소자가 지지되기 위한 제2 소자 지지구멍이 형성된, 상기 제1 개방단면에 대향하는 제2 개방단면을 갖는 것을 특징으로 하고 있다.

본 발명에 관한 자기 코어는, 서로 대향하는 제1 개방단면 및 제2 개방단면을 갖는다. 그리고, 제1 개방단면에는 제1 소자 지지구멍이 형성되고, 제2 개방단면에는 제2 소자 지지구멍이 형성되고, 제1 소자 지지구멍 및 제2 소자 지지구멍에 자전 변환 소자가 지지된다.

따라서 제1 개방단면 및 제2 개방단면이 존재함에 의해, 즉, 제1 개방단면과 제2 개방단면의 사이에 공극부(이하, 「자속누입부(磁束漏入部)」라고 칭한다.)가 존재함에 의해, 그 자속누입부를 통하여, 제1 소자 지지구멍 및 제2 소자 지지구멍에 대해 자기 코어로부터의 자속이 누설되기 쉽게 되어 있고, 제1 소자 지지구멍 및 제2 소자 지지구멍에 지지된 자전 변환 소자가 그 자속의 누설을 감지할 수 있다.

더하여, 자기 코어의 감도는, 자속누입부의 자기 저항이 낮은 쪽이 양호하게 되므로, 자속누입부의 폭(제1 개방단면과 제2 개방단면의 거리)이 좁은 쪽이, 자속누입부의 자기 저항은 저하된다. 이 점에서, 본 발명에 관한 자기 코어에서는, 자전 변환 소자는, 제1 개방단면 및 제2 개방단면에 형성된 제1 소자 지지구멍 및 제2 소자 지지구멍에 지지되어 있다. 따라서, 제1 개방단면과 제2 개방단면의 거리는, 그 사이에 자전 변환 소자가 재치될 정도로 넓게 할 필요가 없다. 환언하면, 소자 지지구멍이 존재하기 때문에, 제1 개방단면과 제2 개방단면의 거리를, 자전 변환 소자의 재치 스페이스를 고려하지 않고서, 좁게 할 수 있다. 따라서, 본 발명에 관한 자기 코어에서는, 자속누입부의 폭은 좁고, 그 때문에 자속누입부의 자기 저항도 저하되기 때문에, 당해 자기 코어를 이용한 전류 센서의 감도를 향상시킬 수 있다.

이와 같은 이유에 의해, 본 발명에 관한 자기 코어는, 도 17의 (a)를 참조하여 설명한 종래의 과제(자전 변환 소자를 절단부에 마련하기 위해, 절단부의 폭을 넓게 하지 않을 수가 없고, 그에 수반하여 자기 코어의 감도가 저하된다는 과제)를 해결할 수 있다.

또한, 본 발명에 관한 자기 코어에서는, 제1 소자 지지구멍 및 제2 소자 지지구멍은, 자기 코어로부터 자속이 누설되기 어려운 자기 코어의 외연에 따른 위치가 아니라, 제1 개방단면 및 제2 개방단면에 형성되어 있다. 그리고, 상기한 이유에 의해, 본 발명에 관한 자기 코어에서는, 자전 변환 소자는, 자기 코어로부터 자속이 누설되기 쉬운 제1 소자 지지구멍 및 제2 소자 지지구멍에 지지되어 있고, 미소한 전류에 의해 발생하는 자속을 보다 많이 자전 변환 소자에 모아서 감도를 향상시킬 수 있다.

따라서 본 발명에 관한 자기 코어는, 도 17의 (b)를 참조하여 설명한 종래의 과제(자기 코어의 외연에 따라서 형성된 절결부에 자전 변환 소자를 재치하기 때문에, 자기 코어로부터 자속이 누설되기 어렵고, 자전 변환 소자가 검지한 자속이 미소하게 되고, 그에 의해 자기 코어의 감도가 저하된다는 과제)를 해결할 수 있다.

이와 같이, 본 발명에 관한 자기 코어는, 상기 구성에 의해, 전류 센서의 검지 감도를 높이는 것이 가능한 자기 코어를 실현할 수 있다.

더하여, 본 발명에 관한 자기 코어는, 다음과 같은 효과도 이룬다.

즉, 종래의 전류 센서는, 노이즈 내성을 실현하는 구조(기능)가 자기 코어 자체에 없기 때문에, 수 10㎃의 전류를 측정할 때에 외부 자계의 영향을 받아, 높은 검지 감도로 전류 측정할 수가 없었다.

그러나, 본 발명에 관한 자기 코어에서는, 자속누입부가, 지자기(地磁氣) 또는 외부 전류 등에 의해 발생하는 외부 자계에 대한 실드로서의 역할을 다한다. 그 때문에, 본 발명에 관한 자기 코어는, 자기 코어를 실드재로 덮음에 의해 소형화·저비용화가 저해(沮害)되는 종래의 과제도 해결할 수 있다.

또한, 본 발명에 관한 자기 코어에서는, 상기 제1 소자 지지구멍 및 상기 제2 소자 지지구멍에서는, 상기 자전 변환 소자는, 당해 자전 변환 소자의 감자(感磁) 방향이 상기 자기 코어의 둘레방향이 되도록 지지되는 구성이면 좋다.

상기 구성으로 함에 의해, 자전 변환 소자의 두께 방향(자기 코어의 둘레방향에 대해 수직한 자기 코어의 두께 방향)에서의 사이즈가 작은 자전 변환 소자를 선택할 수 있고, 자전 변환 소자를 지지하는 제1 소자 지지구멍 및 제2 소자 지지구멍의 자기 코어의 두께 방향에서의 폭을 작게 할 수 있다. 그리고, 상기 자기 코어의 두께 방향에서의 제1 소자 지지구멍 및 제2 소자 지지구멍의 폭이 좁을수록, 자기 코어로부터 누설되는 자속이 증폭하기 때문에, 상기 구성으로 함에 의해, 자전 변환 소자의 감도를 높일 수 있다. 그 때문에, 본 발명에 관한 자기 코어는, 전류 센서의 검지 감도를 더욱 높이는 것이 가능한 자기 코어를 실현할 수 있다.

또한, 본 발명에 관한 자기 코어에서는, 상기 제1 소자 지지구멍 및 상기 제2 소자 지지구멍에는, 상기 자기 코어보다도 투자율이 낮은 저투자율 재료가 충전되어 있는 구성이면 좋다.

상기 제1 소자 지지구멍 및 상기 제2 소자 지지구멍에 저투자율 재료를 충전함에 의해, 저투자율 재료의 비투자율과 같은 배율로 감도를 향상시킬 수 있다.

그 때문에, 상기 구성으로 함에 의해, 전류 센서의 검지 감도를 더욱 높이는 것이 가능한 자기 코어를 실현할 수 있다.

또한, 본 발명에 관한 자기 코어에서는, 상기 제1 개방단면과 상기 제2 개방단면의 사이에는, 상기 자기 코어보다도 투자율이 낮은 저투자율 재료가 충전되어 있는 구성이면 좋다.

상기 제1 개방단면과 상기 제2 개방단면 사이의 자기 저항은, 그 값이 낮을 수록, 자기 코어 전체의 감도가 높아진다. 따라서, 상기 구성으로 함에 의해, 전류 센서의 검지 감도를 더욱 높이는 것이 가능한 자기 코어를 실현할 수 있다.

또한, 본 발명에 관한 자기 코어에서는, 상기 저투자율 재료는, 페라이트 함유 에폭시 수지, 자성 유체(流體), 또는 공기라도 좋다.

일반적인 자기 코어 재료로서, PB퍼멀로이, PC퍼멀로이, 어모퍼스, 규소강판 등이 알려져 있다. 본 발명에 관한 자기 코어는, 어느 재료나 이용할 수 있다. 그리고, 그와 같은 자기 코어보다도 투자율이 낮은 저투자율 재료로서, 페라이트 함유 에폭시 수지, 자성 유체, 또는 공기를 들 수 있다.

따라서 상기 제1 소자 지지구멍 및 상기 제2 소자 지지구멍에, 페라이트 함유 에폭시 수지, 자성 유체, 또는 공기를 충전함에 의해, 전류 센서의 검지 감도를 더욱 높이는 것이 가능한 자기 코어를 실현할 수 있다.

또한, 본 발명에 관한 자기 코어에서는, 상기 제1 소자 지지구멍을 형성하는 측면 중, 상기 제2 소자 지지구멍을 형성하는 측면과 대향하는 측면을 제1 측면, 상기 제2 소자 지지구멍을 형성하는 측면 중, 상기 제1 측면과 대향하는 측면을 제2 측면으로 하였을 때에, 상기 제1 소자 지지구멍 및 상기 제2 소자 지지구멍은, 지지하는 상기 자전 변환 소자의 두께 방향에서의 구멍폭이, 상기 제1 측면과 상기 제2 측면의 측면 사이 거리의 1.75배 이하인 것이 바람직하다.

상기 제1 개방단면과 상기 제2 개방단면의 거리에 관계없이, 상기 구멍폭이 상기 측면 사이 거리의 1.75배보다 크면, 제1 개방단면과 제2 개방단면의 거리를 좁게 하는 효과가 없어지는 것이 발견되었다.

따라서 상기 구성으로 함에 의해, 미소 전류에 의해서도 많은 자속을 자전 변환 소자에 모을 수 있다는 효과를 달성한다.

또한, 본 발명에 관한 자기 코어에서는, 상기 제1 개방단면과 상기 제2 개방단면의 거리는, 2㎜보다 작은 것이 바람직하다.

일반적인 자전 변환 소자의 사이즈를 고려하면, 상기 제1 개방단면과 상기 제2 개방단면의 거리가 2㎜ 이상인 경우에는, 상기 제1 소자 지지구멍 및 상기 제2 소자 지지구멍의 존재가 없어도, 자전 변환 소자를 배치할 수 있는 스페이스가 있다.

그래서, 상기 구성으로 함에 의해, 상기 제1 개방단면과 상기 제2 개방단면의 거리가 2㎜보다 작은 경우에도, 상기 제1 소자 지지구멍 및 상기 제2 소자 지지구멍에 자전 변환 소자를 지지할 수 있고, 또한, 자전 변환 소자는, 제1 소자 지지구멍 및 제2 소자 지지구멍에 대해 자기 코어로부터 누설된 자속을 확실하게 감지할 수 있다는 효과를 이룬다.

또한, 본 발명에 관한 자기 코어에서는, 상기 제1 개방단면 및 상기 제2 개방단면은, 일부가 서로 맞닿아 있는 구성이면 좋다.

일반적인 자기 코어의 구조로서, 일체형, 적층형, 도킹형 등의 여러 가지의 타입이 알려져 있고, 본 발명에 관한 자기 코어는, 어느 타입에도 적용 가능하다. 단, 어느 타입의 자기 코어라도, 상기 제1 개방단면 및 상기 제2 개방단면을 일체 접촉시키지 않고서 제조·가공하는 것이 현실적으로 곤란한 경우가 있다.

이 점에서, 본 발명에 관한 자기 코어에서는, 예를 들어 상기 제1 개방단면 및 상기 제2 개방단면의 일부가 서로 맞닿아 있다고 하여도, 자속누입부를 통하여, 제1 소자 지지구멍 및 제2 소자 지지구멍에 자기 코어로부터 자속이 누설되기 때문에, 자전 변환 소자는, 그 자속의 누설을 감지할 수 있다. 그 때문에, 상기 제1 개방단면 및 상기 제2 개방단면을 일체 접촉시키지 않고서 제조·가공하는 것이 곤란한 경우에는, 그대로 사용할 수 있다. 이에 의해, 전류 센서의 검지 감도를 높이는 것이 가능한 자기 코어를 실현함과 함께, 제조·가공상의 추가적인 공정을 불필요하게 하고, 또한 저가격화도 실현할 수 있다.

상기 제1 소자 지지구멍 및 상기 제2 소자 지지구멍은 각각, 상기 제1 개방단면 및 상기 제2 개방단면에서, 상기 자기 코어의 두께 방향과 평행한 방향에 따라서 연설(延設)되어 있는 구성이면 좋다.

또한, 본 발명에 관한 자기 코어에서는, 상기 제1 소자 지지구멍 및 상기 제2 소자 지지구멍은 각각, 상기 제1 개방단면 및 상기 제2 개방단면에서, 상기 자기 코어의 두께 방향과 수직한 방향에 따라서 연설되어 있는 구성이면 좋다.

상술한 바와 같이, 일반적인 자기 코어의 구조로서, 일체형, 적층형, 도킹형 등의 여러 가지의 타입이 알려져 있다.

따라서 예를 들면 적층형의 자기 코어를 제작할 때에는, 동일 개소에 제1 소자 지지구멍 및 제2 소자 지지구멍이 형성된 층을 복수 준비하여, 그들을 순차적으로 적층함에 의해, 본 발명에 관한 자기 코어를 간이하면서 저비용으로 제작할 수 있다. 그리고, 일체형 또는 도킹형으로 자기 코어를 제작하는 경우에도, 상기 구성으로 함에 의해, 간이하면서 저비용으로 자기 코어를 제작할 수 있다. 이에 의해, 대량 생산에 알맞는 자기 코어를 실현할 수 있다.

또한, 본 발명에 관한 전류 센서는, 상기 자기 코어를 구비하는 구성인 것이 바람직하다.

상기 구성으로 함에 의해, 고감도의 측정을 가능하게 하는 전류 센서를 실현할 수 있다.

또한, 본 발명에 관한 전류 측정 방법은,

상기 자기 코어를 구비하는 전류 센서에 의해, 피측정 전선에 흐르는 전류의 전류치를 측정하는 것이 바람직하다.

상기 구성으로 함에 의해, 고감도의 측정을 가능하게 하는 전류 측정 방법을 실현할 수 있다.

본 발명에 관한 자기 코어는, 이상과 같이, 자전 변환 소자가 지지되기 위한 제1 소자 지지구멍이 형성된 제1 개방단면과, 상기 자전 변환 소자가 지지되기 위한 제2 소자 지지구멍이 형성된, 상기 제1 개방단면에 대향하는 제2 개방단면을 갖는 구성이다.

그 때문에, 전류 센서의 검지 감도를 높이는 것이 가능한 자기 코어를 실현할 수 있다.

도 1은 본 발명에 관한 자기 코어의 개략 구조를 도시하는 도면으로, (a)는 자기 코어의 상면도를, (b)는 자기 코어의 사시도를, (c)는, 자기 코어의 특징부 확대도를 각각 도시하는 도면.
도 2는 본 발명에 관한 다른 자기 코어의 실시예를 설명하기 위한 도면.
도 3은 본 발명에 관한 또 다른 자기 코어의 실시예를 설명하기 위한 도면.
도 4는 본 발명에 관한 자기 코어의 형성 방법을 설명하기 위한 도면으로, (a)는, 자기 코어의 상면도를, (b) 및 (c)는, (a)에서의 A-A' 단면도를 도시한다.
도 5는 본 발명에 관한 자기 코어의 형성 방법을 설명하기 위한 도면으로, (a)는 일체형 자기 코어를, (b)는 도킹형 자기 코어를, (c)는 다른 도킹형 자기 코어를 설명하기 위한 도면.
도 6은 본 발명에 관한 자기 코어의 형상을 설명하기 위한 도면으로, (a)는 고리형상 자기 코어를, (b)는 4각형 형상 자기 코어를 설명하기 위한 도면.
도 7은 공지의 자기 코어 및 본 발명에 관한 자기 코어를 이용한 자속밀도의 측정 결과를 도시하는 도면으로, (a)는, 도 17(a)의 공지의 자기 코어를 이용한 측정 결과를, (b)는, 도 17(b)의 공지의 자기 코어를 이용한 측정 결과를, (c)는, (b)의 자기 코어에, 또한 공극부가 마련된 자기 코어에 의한 측정 결과를, (d)는, 소자 지지구멍이 피측정 전선과 평행하게 형성되어 있는 경우의 자기 코어에 의한 측정 결과를, (e)는, 소자 지지구멍이 피측정 전선에 대해 수직한 방향으로 형성되어 있는 경우의 자기 코어에 의한 측정 결과를, 각각 도시하는 도면.
도 8은 본 발명에 관한 자기 코어에 의해 자속밀도의 측정 감도가 향상되는 것을 설명하기 위한 도면으로, 자속누입부에 대한 자전 변환 소자의 위치 관계를 도시하는 도면.
도 9는 본 발명에 관한 자기 코어를 이용한 자속밀도의 측정 결과를 도시하는 도면으로, (a)는, 각 기호의 정의를 나타내기 위한 도면이고, (b)는, L2를 변화시킨 때의 자속밀도를, (c)는, L1을 변화시킨 때의 자속밀도를 도시하는 그래프.
도 10은 본 발명에 관한, 갭 구조 및 맞댐 구조의 자기 코어를 도시하는 도면으로, (a)는, 갭 구조의 자기 코어를, (b)는, 제1 개방단면 및 제2 개방단면이 2개소에서 접촉하고 있는 맞댐 구조의 자기 코어를, (c)는, 제1 개방단면 및 제2 개방단면이 16개소에서 접촉하고 있는 맞댐 구조의 자기 코어를, 각각 도시하는 도면.
도 11은 본 발명에 관한 자기 코어를 이용한 자속밀도의 측정 결과를 도시하는 도면으로, (a)는, 각 기호의 정의를 나타내기 위한 도면이고, (b)는, L1을 1㎜로 하였을 때의 자속밀도를, (c)는, L1을 1.5㎜로 하였을 때의 자속밀도를, (d)는, L1을 2㎜로 하였을 때의 자속밀도를 도시하는 그래프.
도 12는 자성제의 유무에 의해, 본 발명에 관한 자기 코어에 의한 자속밀도의 측정 감도가 영향을 받는 것을 설명하기 위한 도면으로, (a)는, 자속누입부 및 소자 지지구멍의 어느것에도 자성제가 봉입되지 않은 케이스를, (b)는, 자속누입부에만 자성제가 봉입되어 있는 케이스를, (c)는, 소자 지지구멍에만 자성제가 봉입되어 있는 케이스를, (d)는, 자속누입부 및 소자 지지구멍의 어느것에도 자성제가 봉입되어 있는 케이스를, 각각 도시하는 도면.
도 13은 공지의 자기 코어 및 본 발명에 관한 자기 코어를 이용한 노이즈 내성의 측정 결과를 도시하는 도면으로, (a)는, 도 17(a)의 공지의 자기 코어를 이용한 측정 결과를, (b)는, 도 17(b)의 공지의 자기 코어를 이용한 측정 결과를, (c)는, (b)의 자기 코어에, 또한 공극부가 마련된 자기 코어에 의한 측정 결과를, (d)는, 자기 코어를 이용한 측정 결과를 각각 도시하는 도면.
도 14는 본 발명에 관한 자기 코어의 노이즈 내성이 높은 것을 설명하기 위한 도면.
도 15는 자기 코어 두께와 측정 오차와의 관계를 도시하는 그래프.
도 16은 본 발명에 관한 자기 코어를 태양전지용 파워 컨디셔너의 누전 검지에 이용하는 예를 도시하는 도면.
도 17은 종래의 자기 코어의 구조를 도시하는 도면으로, (a)는, 자기 코어에 절단부를 마련하고, 그 절단부에 자기 임피던스 소자를 재치한 양상을 도시하는 개략도이고, (b)는, 자기 코어에 절결부를 마련하고, 그 절결부에 자기 임피던스 소자를 재치한 양상을 도시하는 개략도.
도 18은 본 실시의 형태에 관한 전류 센서의 외관도.
도 19는 본 실시의 형태에 관한 전류 센서의 내부 구조의 사시도.
도 20은 도 19의 수평 방향(도면의 좌우 방향)에서의, 전류 센서의 내부 구조의 한 단면도.
도 21은 본 실시의 형태에 관한 전류 센서의 조립 분해도.
도 22는 본 실시의 형태에 관한 전류 센서의 동작을 설명하기 위한 블록도.
도 23은 본 실시의 형태에 관한 전류 센서로서, 누전 검지, 및 누전량의 측정에 이용되는 전류 센서의 외관도.
도 24는 본 실시의 형태에 관한 전류 센서가 누전 검지에 이용되는 경우의, 전류 센서의 동작을 설명하기 위한 블록도.
도 25는 본 실시의 형태에 관한 자기 코어의 한 형상을 도시하는 것으로서, (a)는 상면도를, (b)는 정면도를 도시한다.
도 26은 도 25의 자기 코어를 도시하는 것으로서, (a)는 사시도를, (b)는 자속누입부 및 소자 지지구멍의 확대도를 도시한다.
도 27은 본 실시의 형태에 관한 자기 코어의 한 형상을 도시하는 것으로서, (a)는 상면도를, (b)는 사시도를 도시한다.
도 28은 본 실시의 형태에 관한 자기 코어의 한 형상을 도시하는 것으로서, (a)는 입면도를, (b)는 단면도를, (c)는 사시도를 도시한다.
도 29는 본 실시의 형태에 관한 자기 코어의 한 형상을 도시하는 것으로서, (a)는 입면도를, (b)는 단면도를, (c)는 사시도를 도시한다.
도 30은 본 실시의 형태에 관한 자기 코어의 한 형상을 도시하는 것으로서, (a)는 입면도를, (b)는 단면도를, (c)는 사시도를 도시한다.
도 31은 본 실시의 형태에 관한 자기 코어의 한 형상을 도시하는 것으로서, (a)는 상면도를, (b)는 단면도를 도시한다.
도 32는 본 실시의 형태에 관한 자기 코어의 한 형상을 도시하는 것으로서, (a)는 상면도를 (b)는 단면도를 도시한다.
도 33은 본 실시의 형태에 관한 자기 코어의 한 형상을 도시하는 것으로서, (a)는 상면도를, (b)는 단면도를 도시한다.
도 34는 본 실시의 형태에 관한 자기 코어의 한 형상을 도시하는 것으로서, (a)는 사시도를, (b)는 상면도를 도시한다.
도 35는 본 실시의 형태에 관한 자기 코어의 한 형상을 도시하는 것으로서, (a)는 사시도를, (b)는 상면도를 도시한다.
도 36은 본 실시의 형태에 관한 자기 코어의 한 형상을 도시하는 것으로서, (a)는 상면도를, (b)는 입면도를 도시한다.
도 37은 본 실시의 형태에 관한 자기 코어의 한 형상을 도시하는 것으로서, (a)는 상면도를, (b)는 입면도를 도시한다.
도 38은 본 실시의 형태에 관한 자기 코어의 한 형상을 도시하는 것으로서, (a)는 도 36의 자기 코어의 사시도를, (b)는 도 37의 자기 코어의 사시도를 도시한다.
도 39는 본 실시의 형태에 관한 자기 코어의 한 형상을 도시하는 것으로서, (a)는 상면도를, (b)는 사시도를 도시한다.
도 40은 본 실시의 형태에 관한 자기 코어의 한 형상을 도시하는 것으로서, (a)는 상면도를, (b)는 사시도를 도시한다.
도 41은 본 실시의 형태에 관한 자기 코어의 한 형상을 도시하는 것으로서, (a)는 상면도를, (b)는 사시도를 도시한다.
도 42는 본 실시의 형태에 관한 자기 코어의 한 형상을 도시하는 것으로서, (a)는 상면도를, (b)는 사시도를 도시한다.
도 43은 본 실시의 형태에 관한 자기 코어의 한 형상을 도시하는 것으로서, (a)는 상면도를, (b)는 사시도를 도시한다.
도 44는 본 실시의 형태에 관한 자기 코어의 한 형상을 도시하는 것으로서, (a)는 상면도를, (b)는 사시도를 도시한다.
도 45는 본 실시의 형태에 관한 자기 코어의 한 형상을 도시하는 것으로서, (a)는 상면도를, (b)는 사시도를 도시한다.
도 46은 본 실시의 형태에 관한 자기 코어의 한 형상을 도시하는 것으로서, (a)는 상면도를, (b)는 사시도를 도시한다.
도 47은 본 실시의 형태에 관한 자기 코어의 한 형상을 도시하는 것으로서, (a)는 사시도를, (b)는 자속누입부 및 소자 지지구멍의 확대도를 도시한다.
도 48은 본 실시의 형태에 관한 자기 코어의 한 형상을 도시하는 것으로서, (a)는 사시도를, (b)는 자속누입부 및 소자 지지구멍의 확대도를 도시한다.
도 49는 자기 코어의 두께가 작더라도, 당해 자기 코어를 구비하는 전류 센서의 감도가 저하되지 않는 것을 설명하기 위한 도면으로, (a)는 사시도를, (b)는 단면도를 도시한다.

이하, 본 발명의 한 실시의 형태에 관해, 도면을 참조하면서 설명한다. 설명의 편의상, 도면에 도시한 부재와 동일한 기능을 갖는 부재에 대해서는, 동일한 부호를 붙이고, 그 설명을 생략한다.

[1. 자기 코어(1)에 관해]

[1-1. 자기 코어(1)의 개략 구조]

이하, 본 실시 형태에 관한 자기 코어(1)의 개략 구조를 설명한다. 또한, 이해의 용이를 위해, 최초에 자기 코어(1)를 구비한 전류 센서에 관해 설명하고, 다음에 자기 코어(1)의 개략 구조를 설명한다.

우선, 전류 센서의 기본 원리를 설명하면 다음과 같다. 자성체로 형성된 자기 코어가, 피측정 전선의 전류로부터 발생하는 자계를 증폭한다. 다음에, 자전 변환 소자가, 증폭된 자계의 자속밀도를 검지하여 전기 신호로 변환한다. 그 후, 그 전기 신호가 출력 신호 처리 회로에서 처리되어, 피측정 전선의 전류치가 측정된다.

또한, 자기 코어(1)는, 전류 센서의 자기 코어에 관한 것이고, 전류 센서의 용도의 하나로서 누전 센서를 들 수 있다.

또한, 본 실시 형태에 관한 전류 센서는, 예를 들면, 태양전지·연료 전지 등의 파워 컨디셔너의 누전 검지, 하이브리드카나 플러그인 하이브리드카 등에 차량에 탑재된 배터리 감시, 또는 데이터 센터 UPS의 배터리 감시 등, 넓은 분야에 이용 가능하다.

이하, 자기 코어(1)의 개략 구조를 도 1에 의해 설명한다. 도 1은, 자기 코어(1)의 개략 구조를 도시하는 도면으로, 도 1의 (a)는 자기 코어(1)의 상면도를, 도 1의 (b)는 자기 코어(1)의 사시도를, 도 1의 (c)는, 자기 코어(1)의 특징부 확대도를 각각 도시하는 도면이다.

도 1의 (a), 및 도 1의 (b)에 도시하는 바와 같이, 자기 코어(1)는, 피측정 전선(P)에서의 전류의 흐름 방향을 축으로 한 축 주위를 둘러싸도록 고리형상으로 배치되어 있다. 그리고, 도 1의 (c)에 도시하는 바와 같이, 자기 코어(1)는, 제1 소자 지지구멍(5a)이 형성된 제1 개방단면(3a)과, 제2 소자 지지구멍(5b)이 형성된, 제1 개방단면(3a)에 대향하는 제2 개방단면(3b)을 가지며, 제1 개방단면(3a) 및 제2 개방단면(3b)은, 피측정 전선(P)에서의 전류의 흐름 방향에 평행하게 형성되어 있다.

도 1의 (c)에 도시하는 바와 같이, 제1 소자 지지구멍(5a)은, 자기 코어(1)의 두께 방향(피측정 전선(P)의 전류의 흐름 방향)과 평행하게, 제1 개방단면(3a)에 형성되어 있다. 마찬가지로, 제2 소자 지지구멍(5b)은, 자기 코어(1)의 두께 방향과 평행하게, 제2 개방단면(3b)에 형성되어 있다. 그리고, 제1 소자 지지구멍(5a) 및 제2 소자 지지구멍(5b)은, 직방형(直方形)의 홈형상으로, 또한, 서로 대향하는 위치에 형성되어 있다. 또한, 도시하지 않지만, 제1 소자 지지구멍(5a) 및 제2 소자 지지구멍(5b)에는, 자기 코어(1)가 발생하는 자속을 전기 신호로 변환하는 자전 변환 소자가 지지된다.

이상, 자기 코어(1)의 개략 구성을 설명하였다. 이후의 설명에서는, 제1 개방단면(3a)과 제2 개방단면(3b) 사이의 공극부를 「자속누입부(3)」라고 칭한다. 또한, 제1 소자 지지구멍(5a)과 제2 소자 지지구멍(5b)을 구별하지 않을 때는, 단지소자 지지구멍(5)이라고 칭한다.

[1-2. 다른 실시예]

다음에, 자기 코어(1)의 다른 실시예를 도 2, 도 3에 의해 설명한다. 또한, 도 1을 참조하여 설명한 내용에 관해서는, 그 설명을 생략한다.

도 2는, 자기 코어(1)의 다른 실시예를 설명하기 위한 도면이다. 동 도면에 도시하는 자기 코어(1)에서는, 소자 지지구멍(5)은, 자기 코어(1)의 두께 방향에 대해 수직한 방향으로 형성되어 있다. 또한, 도시하지 않지만, 소자 지지구멍(5)은, 자기 코어(1)의 두께 방향에 대해, 평행 및 수직한 방향이 아니라, 경사 방향으로 형성되어도 좋다. 단, 자기 코어(1)의 제조·가공상의 수고, 또는 비용 등을 고려하면, 도 1, 도 2에 도시하는 구조에 의해 자기 코어(1)를 제작하는 것이 바람직하다.

도 3은, 자기 코어(1)의 또 다른 실시예를 설명하기 위한 도면으로, 도 3의 (a)는, 도 1의 소자 지지구멍(5)의 제1의 변형례를, 도 3의 (b)는, 도 1의 소자 지지구멍(5)의 제2의 변형례를 각각 도시하는 도면이다.

도시한 대로, 도 3의 (a)의 소자 지지구멍(5)은, 도 1의 소자 지지구멍(5)의 하측(도면 하측)이 존재하지 않는 구성으로 실현되어 있다. 또한, 도 3의 (b)의 소자 지지구멍(5)은, 도 1의 소자 지지구멍(5)의 상측(도면 상측) 및 하측(도면 하측)이 존재하지 않고, 중앙 부근에만 존재한 구성으로 실현되어 있다. 이와 같은 구성으로 실현된 자기 코어라도, 후술하는 효과를 이룰 수 있기 때문에, 본 실시 형태의 범주에 포함된다.

[1-3. 자기 코어(1)의 형성 방법 등]

다음에, 자기 코어(1)의 형성 방법을 도 4, 및 도 5에 의해 설명한다. 도 4는, 자기 코어(1)의 형성 방법을 설명하기 위한 도면으로, 도 4의 (a)는, 자기 코어(1)의 상면도를, 도 4의 (b) 및 도 4의 (c)는, 도 4의 (a)에서의 A-A' 단면도를 도시한다. 도 4의 (b) 및 도 4의 (c)에 도시하는 바와 같이, 자기 코어(1)는, 단층(單層)으로 형성되어도, 또는, 복수의 층이 적층되어 이루어지는 것이라도 좋다.

도 5는, 자기 코어(1)의 형성 방법을 설명하기 위한 도면으로, 도 5의 (a)는 일체형 자기 코어를, 도 5의 (b)는 도킹형 자기 코어를, 도 5의 (c)는 다른 도킹형 자기 코어를 설명하기 위한 도면이다. 도 5에 도시하는 바와 같이, 자기 코어(1)는, 여러 가지의 타입으로 실현될 수 있다.

도 6은, 자기 코어(1)의 형상을 설명하기 위한 도면으로, 도 6의 (a)는 고리형상 자기 코어를, 도 6의 (b)는 4각형 형상 자기 코어를 설명하기 위한 도면이다. 도 6에 도시하는 바와 같이, 자기 코어(1)는, 여러 가지의 형상으로 실현될 수 있다.

이와 같이, 자기 코어(1)는, 여러 가지의 구조, 형상으로 실현할 수 있고, 예를 들면 도 1 등을 참조하여 설명한 고리형상 자기 코어를 4각형 형상 자기 코어로 하는 등, 적절히 변경하는 것이 가능하다.

또한, 자기 코어(1)는, 다음과 같은 구성으로 실현되어도 좋다.

구체적으로는, 상기 및 도 1 등에서는, 제1 개방단면(3a) 및 제2 개방단면(3b)은 평행하게 유지되고, 양 단면은 접촉하지 않는 것으로 하여 설명하고 있다(이하, 이 구조를 「갭 구조」라고 칭하는 경우도 있다.). 그러나, 제1 개방단면(3a) 및 제2 개방단면(3b)은, 그 일부가 서로 맞닿는 경우도 있다(이하, 이 구성을 「맞댐(突當) 구조」라고 칭하는 경우도 있다.). 왜냐하면, 자기 코어의 제조상·가공상의 실정(實情) 때문에, 제1 개방단면(3a) 및 제2 개방단면(3b)이 완전하게 평행하게 되지 않고, 또한, 제1 개방단면(3a) 및 제2 개방단면(3b)의 일부가 서로 접촉하는 경우가 있을 수 있기 때문이다. 그리고, 자기 코어(1)가 맞댐 구조라 할지라도, 갭 구조와 같은 효과(상세는 후술)를 이루기 때문에, 맞댐 구조의 자기 코어(1)도 본 실시 형태의 범주에 포함된다.

[2. 자기 코어(1)에 관한 여러 가지의 측정 결과]

다음에, 자기 코어(1)에 관한 여러 가지의 측정 결과를 설명한다.

[2-1. 감도 향상에 관한 데이터(1)]

우선, 자기 코어(1)에 의해 자속밀도의 측정 감도가 향상되는 것을 도 7에 의해 설명한다. 도 7은, 공지의 자기 코어 및 자기 코어(1)를 이용한 자속밀도의 측정 결과를 도시하는 도면으로, 동 도면의 (a)는, 도 17의 (a)의 공지의 자기 코어를 이용한 측정 결과를, 동 도면의 (b)는, 도 17의 (b)의 공지의 자기 코어를 이용한 측정 결과를, 동 도면의 (c)는, 동 도면의 (b)의 자기 코어에, 또한 공극부(본 실시 형태의 자속누입부(3)에 상당)가 마련된 자기 코어에 의한 측정 결과를, 각각 도시한다. 또한, 동 도면의 (d)는, 소자 지지구멍(5)이 피측정 전선과 평행하게 형성되어 있는 경우의 자기 코어(1)에 의한 측정 결과를, 동 도 (e)는, 소자 지지구멍(5)이 피측정 전선에 대해 수직한 방향으로 형성되어 있는 경우의 자기 코어(1)에 의한 측정 결과를, 각각 도시하는 도면이다.

또한, 각 도면에 도시하는 ×표시는, 자속밀도의 측정 포인트를 나타낸다.

또한, 각 도면에 도시하는 자기 코어를 이용한 측정 조건은, 특징이 되는 자기 코어의 형상을 제외하고, 자기 코어의 사이즈, 또는 피측정 전선에 흐르는 전류치(30㎃) 등을 동일하게 하고 있다. 또한, 도면 중 화살표로 나타내는, 동 도면의 (a)의 자기 코어에 마련된 절단부의 폭, 및 동 도면의 (b)·동 도면의 (c)의 자기 코어에 마련된 절결부의 폭은, 동 도면의 (d)·동 도 (e)의 자기 코어에 마련된 소자 지지구멍(5)의 폭과 동일하게 하고 있다.

이와 같은 조건하에, 각 도면의 자기 코어에 의한 측정 결과는, 동 도면의 (a)의 자기 코어에서는 0.018mT, 동 도면의 (b)의 자기 코어에서는 0.0015mT, 동 도면의 (c)의 자기 코어에서는 0.046mT, 동 도면의 (d)의 자기 코어에서는 0.073mT, 동 도 (e)의 자기 코어에서는 0.073mT가 되었다. 즉, 동 도면의 (d) 및 동 도 (e)의 자기 코어(1)는, 동 도면의 (a)의 자기 코어의 약 4배, 동 도면의 (b)의 자기 코어의 약 48배, 동 도면의 (c)의 자기 코어의 약 1.6배의 측정 감도를, 각각 실현하고 있다. 이것으로부터도, 자기 코어(1)는, 공지의 자기 코어에 비하여, 자속밀도의 측정 감도가 현저하게 향상되고 있음을 알 수 있다.

또한, 여기서 설명한 측정 결과, 및 후술하는 도면을 이용하여 설명하는 측정 결과는, 모두 시뮬레이션에 의해 얻어진 결과이다. 실측치와 시뮬레이션 값의 사이에 거의 차이가 인정되지 않기 때문에, 종래의 자기 코어에 대한 자기 코어(1)의 여러 가지의 효과 등을 확인하고서, 시뮬레이션은 알맞다고 생각된다.

[2-2. 감도 향상의 구조]

상기한 바와 같이, 자기 코어(1)는, 공지의 자기 코어에 비하여, 자속밀도의 측정 감도가 현저하게 향상된다. 그래서, 그 이유를 도 8에 의해 설명한다. 도 8은, 자기 코어(1)에 의해 자속밀도의 측정 감도가 향상되는 것을 설명하기 위한 도면으로, 자속누입부(3)에 대한 자전 변환 소자(20)의 위치 관계를 도시하는 도면이다.

동 도면에 도시하는 바와 같이, 자기 코어(1)의 두께 방향에 대해 수직한 방향에 소자 지지구멍(5)이 마련되어 있고, 그 소자 지지구멍(5)에는 자전 변환 소자(20)가 지지되어 있다.

자전 변환 소자(20)는, 주로, 기판(22), 센서막(24), 와이어 본딩(26), 및 몰드제(劑)(28)를 갖는다. 판형상의 기판(22)의 상부에 센서막(24)이 배설되고, 기판(22) 및 센서막(24)이 와이어 본딩(26)에 의해 고정되어 있다. 그리고, 기판(22), 센서막(24), 및 와이어 본딩(26)이 몰드제(28)로 덮이여 있다. 그 자전 변환 소자(20)는, 자속누입부(3)를 횡단하도록 소자 지지구멍(5)에 지지되어 있다.

자기 코어(1)에서는, 상기한 바와 같이 자속누입부(3)에 대한 자전 변환 소자(20)의 위치 관계가 정하여져 있다. 따라서, 자속누입부(3)를 통하여, 자기 코어(1)로부터 소자 지지구멍(5)에 자속이 누설되기 쉽게 되어 있고, 소자 지지구멍(5)에 지지되어 있는 자전 변환 소자(20)는, 상하 방향(자기 코어(1)의 두께 방향)으로부터의 자속의 누설을 감지할 수 있다.

또한, 자기 코어의 감도는, 자속누입부(3)의 자기 저항이 어느 정도 낮은 쪽이 양호하게 된다. 그리고, 자속누입부(3)의 폭(제1 개방단면(3a)과 제2 개방단면(3b)과의 거리)이 좁은 쪽이, 자속누입부(3)의 자기 저항은 저하된다. 이 점, 자기 코어(1)에서는, 자전 변환 소자(20)는, 제1 개방단면(3a) 및 제2 개방단면(3b)에 형성된 제1 소자 지지구멍(5a) 및 제2 소자 지지구멍(5b)에 지지된다. 따라서 제1 개방단면(3a)과 제2 개방단면(3b)과의 거리는, 그 속에 자전 변환 소자(20)를 마련할 수 있을 정도로는 넓게 할 필요가 없다. 환언하면, 소자 지지구멍(5)이 존재하기 때문에, 제1 개방단면(3a)과 제2 개방단면(3b)과의 거리를, 자전 변환 소자(20)의 사이즈를 고려하지 않고서, 좁게 할 수 있다. 따라서, 자기 코어(1)에서는, 자속누입부(3)의 폭은 좁고, 그 때문에 자속누입부(3)의 자기 저항도 저하된다.

이와 같은 이유에 의해, 자기 코어(1)는, 공지의 자기 코어에 비하여, 자속밀도의 측정 감도를 현저하게 향상시킬 수 있다.

또한, 자기 코어에 자속누입부가 존재하지 않는 경우에는, 자기 코어와 소자 지지구멍과의 자기 저항차가 너무 커져서(104배 정도), 자속이 소자 지지구멍에 누설되는 일은 거의 없고, 자전 변환 소자가 자속을 감지하는 일도 없다.

또한, 자전 변환 소자(20)는, GMR(Giant Magneto-Resistance)·AMR(Anisotropic Magnetoresistive) 등의 MR(magneto-resistive) 소자, 또는, MI(magneto-impedance)소자, 플럭스 게이트 소자, 홀 소자 등을 이용할 수 있다.

또한, 도 8에서는, 자기 코어(1)의 두께 방향에 대해 수직한 방향에 소자 지지구멍(5)이 마련되어 있는 것으로 하여 설명하였다. 그러나, 자기 코어(1)의 폭방향(자기 코어(1)의 두께 방향에 대해 수직한 방향)에 대해 수직한 방향에 소자 지지구멍(5)이 마련되고, 그 소자 지지구멍(5)에 자전 변환 소자(20)가 지지되어 있는 경우라도, 상기와 마찬가지의 효과를 이룰 수 있다.

[2-3. 감도 향상에 관한 데이터(2)]

또한, 자속누입부(3)의 폭(제1 개방단면(3a)과 제2 개방단면(3b)과의 거리), 소자 지지구멍(5)의 사이즈 등에 의해, 자기 코어(1)에 의한 자속밀도의 측정 감도가 영향을 받는 것을 도 9를 이용하여 설명한다. 도 9는, 자기 코어(1)를 이용한 자속밀도의 측정 결과를 도시하는 도면으로, 동 도면의 (a)는, 각 기호의 정의를 나타내기 위한 도면이고, 동 도면의 (b)는, L2를 변화시킨 때의 자속밀도를, 동 도면의 (c)는, L1을 변화시킨 때의 자속밀도를 도시하는 그래프이다.

우선, 동 도면의 (a)를 이용하여, 뒤에 나오는 각 기호의 정의를 설명한다. 또한, 동 도면의 (a)는, 도 8에서 자전 변환 소자(20)를 소거한 도면에 상당하는 것이라고 생각하면 좋다.

도 9의 (a)에 도시하는 바와 같이, W는, 자속누입부(3)의 폭(제1 개방단면(3a)과 제2 개방단면(3b)과의 거리)을 나타낸다.

L1은, 제1 소자 지지구멍(5a)을 형성하는 측면 중, 제2 소자 지지구멍(5b)을 형성하는 측면과 대향하는 측면을 측면(제1 측면)(16), 제2 소자 지지구멍(5b)을 형성하는 측면 중, 측면(16)과 대향하는 측면을 측면(제2 측면)(17)으로 하였을 때의, 측면(16)과 측면(17)과의 거리를 나타낸다.

L2는, 제1 소자 지지구멍(5a)을 형성하는 측면 중, 측면(16)을 제외한 측면을 측면(18a), 측면(18b)으로 하였을 때의, 측면(18a)과 측면(18b)과의 거리를 나타낸다. 또한, L2는, 제2 소자 지지구멍(5b)을 형성하는 측면 중, 측면(17)을 제외한 측면을 측면(19a), 측면(19b)으로 하였을 때의, 측면(19a)과 측면(19b)과의 거리이기도 하다.

이와 같이 W, L1, L2가 정의된다. 다음에, 도 9의 (b)의 측정 결과를 설명한다. 동 도면의 (b)는, L1을 1㎜로 고정한 다음, L2를 0.3㎜, 0.5㎜, 0.8㎜, 1.0㎜, 1.5㎜, 2.0㎜로 변화시키며, 또한, W를 0 내지 1㎜의 범위에서 변화시킨 때의 자속밀도를 도시한다.

이때, 동 도면의 (b)에 도시하는 바와 같이, L2가 작을수록, 측정되는 자속밀도는 커진다, 즉, 측정 감도가 향상됨을 알 수 있다. 이것으로부터, 다음의 것을 말할 수 있다. 즉, 제1 소자 지지구멍(5a) 및 제2 소자 지지구멍(5b)은, 자전 변환 소자(20)를, 자전 변환 소자(20)의 감자 방향이 자기 코어(1)의 둘레방향이 되도록 지지하는 것이 바람직하다. 이에 의해, 자전 변환 소자(20)의 두께 방향에서의 사이즈가 작은 자전 변환 소자(20)를, 도면 상하 방향에 상당하는 측면(18a)부터 측면(18b)을 향하는 방향(또는, 측면(19a)부터 측면(19b)을 향하는 방향)에 맞출 수 있고, 그에 의해 L2를 작게 할 수 있다. 즉, 자전 변환 소자(20)는, 그 두께 방향이 길이 방향보다도 짧다. 그래서, 그 두께 방향을 도면 상하 방향에 상당하는 측면(18a)부터 측면(18b)을 향하는 방향(또는, 측면(19a)부터 측면(19b)을 향하는 방향)에 맞춤에 의해, L2를 작게 할 수 있다. 그 결과, 자기 코어(1)의 측정 감도를 향상시킬 수 있다.

또한, 동 도면의 (b)에 도시하는 바와 같이, W가 작을수록, 측정되는 자속밀도는 커진다, 즉, 측정 감도가 향상됨도 알 수 있다.. 따라서, 자기 코어(1)에서는, W를 작게 함에 의해, 자기 코어(1)를 이용한 전류 센서의 측정 감도를 향상시킬 수 있다.

다음에, 동 도면의 (c)에 관해 설명한다. 동 도면의 (c)에서는, W를 0.1㎜로 고정한 다음, L1을 1.0㎜, 1.2㎜, 1.5㎜, 2.0㎜로 변화시키며, 또한, L2를 0 내지 1.5㎜의 범위에서 변화시킨 때의 자속밀도를 도시한다.

이 때, 동 도면의 (c)에 도시하는 바와 같이, L2가 작을수록, 측정되는 자속밀도는 커진다, 즉, 측정 감도가 향상됨을 알 수 있다. 이것으로부터도, 상기와 마찬가지의 이유에 의해, 제1 소자 지지구멍(5a) 및 제2 소자 지지구멍(5b)은, 자전 변환 소자(20)를, 자전 변환 소자(20)의 감자 방향이 자기 코어(1)의 둘레방향이 되도록 지지하는 것이 바람직하다고 말할 수 있다.

또한, L1을 1.0㎜, 1.2㎜, 1.5㎜, 2.0㎜로 변화시킨 때에, L1이 작은 쪽이, 측정되는 자속밀도는 커진다, 즉, 측정 감도는 향상된다. 그러나, 그 차는 근소하기 때문에, L1을 변화시킴에 의한 현저한 효과는 인정되지 않았다.

[2-4. 맞댐 구조에 관한 데이터(3)]

상술한 바와 같이, 제조상·가공상의 이유에 의해, 자기 코어(1)가 맞댐 구조가 되는 경우가 있다. 그러한 경우에도, 자기 코어(1)는, 갭 구조의 경우와 같은 효과를 갖는다. 이것을 도 10을 이용하여 설명한다.

도 10은, 갭 구조 및 자기 코어(1)를 도시하는 도면으로, 동 도면의 (a)는, 갭 구조의 자기 코어(1)를, 동 도면의 (b)는, 제1 개방단면(3a) 및 제2 개방단면(3b)이 2개소에서 접촉하고 있는 맞댐 구조의 자기 코어(1)를, 동 도면의 (c)는, 제1 개방단면(3a) 및 제2 개방단면(3b)이 16개소에서 접촉하고 있는 맞댐 구조의 자기 코어(1)를, 각각 도시하는 도면이다.

또한, 어느 자기 코어(1)도 자속누입부(3)의 폭은 30㎛으로 유지되어 있다. 또한, 동 도면의 (b) 및 동 도면의 (c)에서, 제1 개방단면(3a) 및 제2 개방단면(3b)이 서로 접촉하고 있는 점을 접촉점(7)으로 하고 있다.

또한, 접촉점(7)의 접촉면적은, 제1 개방단면(3a) 또는 제2 개방단면(3b)의 단면적보다도 충분히 작은 3μ㎡로 하고 있다. 이것은, 실제로 맞댐 구조의 자기 코어가 제작·가공될 때에, 접촉점(7)의 접촉면적은, 제1 개방단면(3a) 또는 제2 개방단면(3b)의 단면적보다도 충분히 작다는 사실을 반영한 것이다.

이와 같은 조건하에, 각 도면의 자기 코어(1)에 의한 자속밀도의 측정 결과는, 모두 2.5mT이였다. 이것으로부터, 자기 코어(1)는, 예를 들어 갭 구조였다고 하더라도, 측정 감도에 변화가 없다고 말할 수 있다. 그 때문에, 제1 개방단면(3a) 및 제2 개방단면(3b)을 일체 접촉시키지 않고서 제조·가공하는 것이 곤란한 경우에는, 갭 구조인 채로 사용할 수 있다. 이에 의해, 전류 센서의 검지 감도를 높이는 것이 가능한 자기 코어(1)를 실현함과 함께, 제조·가공상의 추가적인 공정을 불필요하게 하고, 또한 저가격화도 실현할 수 있다.

[2-5. 소자 지지구멍(5)의 사이즈, 자속누입부(3)의 폭의 영향에 관한 데이터]

또한, 소자 지지구멍(5)의 사이즈(L1, L2), 및 자속누입부(3)의 폭(W)이 측정 결과에 주는 영향에 관해 도 11을 참조하여 설명한다. 도 11은, 자기 코어(1)를 이용한 자속밀도의 측정 결과를 도시하는 도면으로, 동 도면의 (a)는, 각 기호의 정의를 나타내기 위한 도면이고, 동 도면의 (b)는, L1을 1㎜로 하였을 때의 자속밀도를, 동 도면의 (c)는, L1을 1.5㎜로 하였을 때의 자속밀도를, 동 도면의 (d)는, L1을 2㎜로 하였을 때의 자속밀도를 도시하는 그래프이다. 또한, 도 11은, 하기 표 1을 그래프화한 것이다.

[표 1]

표 1 및 도 11으로부터 얻어지는 고찰로서 다음의 것을 말할 수 있다.

우선, L1=1㎜, 1.5㎜, 2㎜의 어느 경우에도, L2가 L1의 1.75배보다도 크면, 자속누입부(3)의 폭(W)에 관계없이 자속밀도에 변화가 없어진다. 예를 들면, L1=1㎜일 때, L2=1.75㎜에서, W=0.02㎜일 때에는 1.26mT가 되고, W=0.1㎜, 0.2㎜일 때에는 1.27mT가 되고, W=1㎜일 때에는 1.25mT가 되어, 자속밀도에는 다소의 변화가 인정된다. 그러나, L2=2㎜일 때, W의 값에 관계없이, 모든 자속밀도는 1.25mT가 된다. 마찬가지의 것을, L1=1.5㎜, 2㎜의 경우에도 말할 수 있다. 즉, L2가 L1의 1.75배보다도 크면, 자속누입부(3)의 폭(W)에 관계없이 자속밀도에 변화가 없어지기 때문에, 자기 코어(1)에서는, L2를 L1의 1.75배 이하로 할 필요가 있다.

또한, L1과 W가 동일하게 되면, L2의 값에 관계없이, 자속밀도의 값이 일정한 값으로 수속한다. 그 때문에, 자기 코어(1)에서는, L1>W로 할 필요가 있다.

[2-6. 자기 코어(1)보다도 투자율이 낮은 자성제를 자속누입부(3)에 봉입(封入)]

상기 [2-2.감도 향상의 구조]에서, 자기 코어의 감도는, 자속누입부(3)의 자기 저항이 어느 정도 낮은 쪽이 양호하게 되는 것, 그를 위해서는, 자속누입부(3)의 폭(W)이 좁은 쪽이, 자속누입부(3)의 자기 저항이 저하된 것을 기술하였다. 여기서는, 자속누입부(3)의 자기 저항을 내리는 다른 방법을 도 12에 의해 설명한다.

도 12는, 자성제(저투자율 재료)의 유무에 의해, 자기 코어(1)에 의한 자속밀도의 측정 감도가 영향을 받는 것을 설명하기 위한 도면으로, 동 도면의 (a)는, 자속누입부(3) 및 소자 지지구멍(5)의 어느것에도 자성제가 봉입되지 않은 케이스를, 동 도면의 (b)는, 자속누입부(3)에만 자성제가 봉입되어 있는 케이스를, 동 도면의 (c)는, 소자 지지구멍(5)에만 자성제가 봉입되어 있는 케이스를, 동 도면의 (d)는, 자속누입부(3) 및 소자 지지구멍(5)의 어느것에도 자성제가 봉입되어 있는 케이스를, 각각 도시하는 도면이다.

또한, 자성제는, 비투자율 20이고, 자기 코어(1) 본체보다도 비투자율이 낮은 재료이다. 또한, 각 도면에 도시하는 ×표시는, 자속밀도의 측정 포인트를 나타낸다.

이와 같은 조건하에, 각 도면의 자기 코어에 의한 자속밀도의 측정 결과는, 동 도면의 (a)의 자기 코어(1)에서는 2.44mT, 동 도면의 (b)의 자기 코어(1)에서는 2.90mT, 동 도면의 (c)의 자기 코어(1)에서는 48.68mT, 동 도면의 (d)의 자기 코어(1)에서는 48.14mT이였다. 이것으로부터 특히 소자 지지구멍(5)에 자성제를 봉입함에 의해, 자속밀도의 측정 감도가 현저하게 향상함을 알았다 또한, 소자 지지구멍(5)에 자성제를 봉입하면, 자성제의 비투자율과 같은 배율로 감도가 향상함을 알았다.

그 때문에, 소자 지지구멍(5)(또는, 자속누입부(3) 및 소자 지지구멍 5)에 자기 코어보다도 비투자율이 낮은 재료를 봉입함에 의해, 자속누입부(3)의 자기 저항이 저하되는 것, 그에 의해 자기 코어(1)의 감도가 향상되는 것이 나타났다.

또한, 그러한 자성제(물질)로서, 페라이트 함유 에폭시 수지, 자성 유체, 공기 등을 이용할 수 있다.

[2-7. 노이즈 내성(耐性)에 관해]

다음에, 자기 코어(1)에 의해 노이즈 내성이 향상하는 것을 도 13을 이용하여 설명한다. 도 13은, 공지의 자기 코어 및 자기 코어(1)를 이용한 노이즈 내성의 측정 결과를 도시하는 도면으로, 동 도면의 (a)는, 도 17의 (a)의 공지의 자기 코어를 이용한 측정 결과를, 동 도면의 (b)는, 도 17의 (b)의 공지의 자기 코어를 이용한 측정 결과를, 동 도면의 (c)는, 동 도면의 (b)의 자기 코어에, 또한 공극부(본 실시 형태의 자속누입부(3)에 상당)가 마련된 자기 코어에 의한 측정 결과를, 동 도면의 (d)는, 자기 코어(1)를 이용한 측정 결과를 각각 도시한다.

또한, 각 도면에서, P는 피측정 전선을, Q는 외부 전선을 나타내고, P와 Q와의 거리를 20㎜로 하고 있다. 또한, 노이즈 내성의 판정 방법으로서는, 피측정 전선(P)에 30㎃의 전류를 흘리고, 그 때의 자속밀도를 측정한다. 또한, 외부 자계로서의 영향을 주기 위해, 피측정 전선(P)에 30㎃의 전류를 흘리면서, 외부 전선(Q)에 20A의 전류를 흘리고, 그 때의 자속밀도를 측정한다. 그리고 나서, 측정된 2개의 자속밀도에 어느 정도의 측정 오차가 생기는지를 산출한다. 그리고, 측정 오차가 작을수록 노이즈 내성이 높고, 오차가 클수록 노이즈 내성이 낮다고 판정한다는 것이다.

이와 같은 조건하에, 각 도면의 자기 코어에 의한 측정 오차는, 동 도면의 (a)의 자기 코어에서는 11.3%, 동 도면의 (b)의 자기 코어에서는 52%, 동 도면의 (c)의 자기 코어에서는 73%, 동 도면의 (d)의 자기 코어에서는 8.4%였다. 이것으로부터도, 자기 코어(1)는, 공지의 자기 코어에 비하여, 노이즈 내성이 높음을 알 수 있다. 그 이유를 도 14를 이용하여 설명한다. 도 14는, 자기 코어(1)의 노이즈 내성이 높은 것을 설명하기 위한 도면이다.

원래, 종래의 전류 센서는, 자기 코어 자체에 노이즈 내성이 없기 때문에, 수 10㎃의 전류를 측정할 때에 외부 자계의 영향을 받아, 검지하여야 할 값이 노이즈에 매몰되어 버린다는 문제가 있다.

이 점에서, 자기 코어(1)에서는, 도면 중의 파선으로 둘러싼 자속누입부(3)가, 지자기 또는 외부 전류 등에 의해 발생하는 외부 자계에 대해 실드의 역할을 다하고, 그 실드 효과에 의해, 소자 지지구멍(5)에 지지된 자전 변환 소자(20)가 외부 자계로부터 받는 영향이 경감되는 것이라고 생각된다.

또한, 자속누입부(3)가 실드로서의 역할을 다함에 의해, 종래 기술의 과제, 즉, 자기 코어를 실드재로 덮음에 의해 소형화·저비용화가 저해된다는 과제도 아울러서 해결할 수 있다.

다음에, 자기 코어의 두께가 노이즈 내성에 주는 영향을 도 15에 의해 설명한다. 도 15는, 자기 코어 두께와 측정 오차와의 관계를 도시하는 그래프이다.

동 도면에 도시하는 그래프에서는, 횡축이 자기 코어 두께(㎜), 종축이 측정 오차(%)를 나타낸다. 또한, 측정 조건은, 도 13의 (d)를 참조하여 설명한 조건과 동일하다.

동 도면에 도시하는 바와 같이, 자기 코어가 두꺼울수록, 측정 오차는 저하된다. 즉, 자기 코어가 두꺼울수록, 노이즈 내성은 향상된다. 이것은, 자기 코어가 두꺼울수록 자속누입부(3)가 커지고, 그에 수반하여 자속누입부(3)의 실드 효과가 커짐에 의한다. 그 때문에, 자기 코어의 두께를 적절히 조절함에 의해, 전류 센서의 소형화와 측정 정밀도의 향상을 양립시킬 수 있다.

[3. 자기 코어(1)에 의해 얻어지는 효과]

이하, 자기 코어(1)에 의해 얻어지는 효과를 설명한다.

도 1의 (c) 등을 참조하면, 자기 코어(1)는, 전류 센서에 이용되는 자기 코어로서, 자전 변환 소자(20)가 지지되기 위한 제1 소자 지지구멍(5a)이 형성된 제1 개방단면(3a)과, 자전 변환 소자(20)가 지지되기 위한 제2 소자 지지구멍(5b)이 형성된, 제1 개방단면(3a)에 대향하는 제2 개방단면(3b)을 갖는 것을 특징으로 하고 있다.

자기 코어(1)는, 서로 대향하는 제1 개방단면(3a) 및 제2 개방단면(3b)을 갖는다. 그리고, 제1 개방단면(3a)에는 제1 소자 지지구멍(5a)이 형성되고, 제2 개방단면(3b)에는 제2 소자 지지구멍(5b)이 형성되고, 제1 소자 지지구멍(5a) 및 제2 소자 지지구멍(5b)에 자전 변환 소자(20)가 지지된다.

따라서 제1 개방단면(3a) 및 제2 개방단면(3b)이 존재함에 의해, 즉, 제1 개방단면(3a)과 제2 개방단면(3b)의 사이에 공극부(이하, 자속누입부(3)라고 칭한다.)가 존재함에 의해, 그 자속누입부(3)를 통하여, 제1 소자 지지구멍(5a) 및 제2 소자 지지구멍(5b)에 대해 자기 코어(1)로부터의 자속이 누설되기 쉽게 되어 있고, 제1 소자 지지구멍(5a) 및 제2 소자 지지구멍(5b)에 지지된 자전 변환 소자(20)가 그 자속의 누설을 감지할 수 있다.

더하여, 자기 코어(1)의 감도는, 자속누입부(3)의 자기 저항이 낮은 쪽이 양호하게 되는 바, 자속누입부(3)의 폭(제1 개방단면(3a)과 제2 개방단면(3b)과의 거리)이 좁은 쪽이, 자속누입부(3)의 자기 저항은 저하된다. 이 점, 자기 코어(1)에서는, 자전 변환 소자(20)는, 제1 개방단면(3a) 및 제2 개방단면(3b)에 형성된 제1 소자 지지구멍(5a) 및 제2 소자 지지구멍(5b)에 지지되어 있다. 따라서, 제1 개방단면(3a)과 제2 개방단면(3b)과의 거리는, 그 사이에 자전 변환 소자(20)가 재치될 정도로는 넓게 할 필요가 없다. 환언하면, 소자 지지구멍(5)이 존재하기 때문에, 제1 개방단면(3a)과 제2 개방단면(3b)과의 거리를, 자전 변환 소자(20)의 재치 스페이스를 고려하지 않고서, 좁게 할 수 있다. 따라서, 자기 코어(1)에서는, 자속누입부(3)의 폭은 좁고, 그 때문에 자속누입부(3)의 자기 저항도 저하되기 때문에, 당해 자기 코어(1)를 이용한 전류 센서의 감도를 향상시킬 수 있다.

이와 같은 이유에 의해, 자기 코어(1)는, 도 17의 (a)를 참조하여 설명한 종래의 과제(자전 변환 소자(20)를 절단부에 마련하기 위해, 절단부의 폭을 넓게 하지 않을 수가 없고, 그에 수반하여 자기 코어(1)의 감도가 저하된다는 과제)를 해결할 수 있다.

또한, 자기 코어(1)에서는, 제1 소자 지지구멍(5a) 및 제2 소자 지지구멍(5b)은, 자기 코어(1)로부터 자속이 누설되기 어려운 자기 코어(1)의 외연에 따른 위치가 아니라, 제1 개방단면(3a) 및 제2 개방단면(3b)에 형성되어 있다. 그리고, 상기한 이유에 의해, 자기 코어(1)에서는, 자전 변환 소자(20)는, 자기 코어(1)로부터 자속이 누설되기 쉬운 제1 소자 지지구멍(5a) 및 제2 소자 지지구멍(5b)에 지지되어 있고, 미소한 전류에 의해 발생하는 자속을 보다 많이 자전 변환 소자에 모아서 감도를 향상시킬 수 있다.

따라서 자기 코어(1)는, 도 17의 (b)를 참조하여 설명한 종래의 과제(자기 코어의 외연에 따라서 형성된 절결부에 자전 변환 소자(20)를 재치하기 때문에, 자기 코어로부터 자속이 누설되기 어렵고, 자전 변환 소자(20)가 검지하는 자속이 미소하게 되고, 그에 의해 자기 코어의 감도가 저하된다는 과제)를 해결할 수 있다.

이와 같이, 자기 코어(1)는, 구성에 의해, 전류 센서의 검지 감도를 높이는 것이 가능한 자기 코어를 실현할 수 있다.

더하여, 자기 코어(1)는, 다음과 같은 효과도 이룬다.

그러나, 자기 코어(1)에서는, 자속누입부(3)가, 지자기 또는 외부 전류 등에 의해 발생하는 외부 자계에 대한 실드로서의 역할을 다한다. 그 때문에, 자기 코어(1)는, 자기 코어를 실드재로 덮음에 의해 소형화·저비용화가 저해된다는 종래의 과제도 해결할 수 있다.

또한, 도 9의 (a) 내지 도 9의 (c) 등을 참조하면, 자기 코어(1)에서는, 제1 소자 지지구멍(5a) 및 제2 소자 지지구멍(5b)에서는, 자전 변환 소자(20)는, 당해 자전 변환 소자(20)의 감자 방향이 자기 코어(1)의 둘레방향이 되도록 지지되는 구성이면 좋다.

상기 구성으로 함에 의해, 자전 변환 소자(20)의 두께 방향(자기 코어(1)의 둘레방향에 대해 수직한 자기 코어(1)의 두께 방향)에서의, 사이즈가 작은 자전 변환 소자(20)를 선택할 수 있고, 자전 변환 소자(20)를 지지하는 제1 소자 지지구멍(5a) 및 제2 소자 지지구멍(5b)의 자기 코어의 두께 방향에서의 폭을 작게 할 수 있다. 그리고, 자기 코어(1)의 두께 방향에서의 제1 소자 지지구멍(5a) 및 제2 소자 지지구멍(5b)의 폭이 좁을수록, 자기 코어(1)로부터 누설되는 자속이 증폭하기 때문에, 상기 구성으로 함에 의해, 자전 변환 소자(20)의 감도를 높일 수 있다. 그 때문에, 자기 코어(1)는, 전류 센서의 검지 감도를 더욱 높이는 것이 가능한 자기 코어를 실현할 수 있다.

또한, 도 12 등을 참조하면, 자기 코어(1)에서는, 제1 소자 지지구멍(5a) 및 제2 소자 지지구멍(5b)에는, 자기 코어(1)보다도 투자율이 낮은 저투자율 재료가 충전되어 있는 구성이면 좋다.

제1 소자 지지구멍(5a) 및 제2 소자 지지구멍(5b)에 저투자율 재료를 충전함에 의해, 저투자율 재료의 비투자율과 같은 배율로 감도를 향상시킬 수 있다.

또한, 도 12 등을 참조하면, 자기 코어(1)에서는, 제1 개방단면(3a)과 제2 개방단면(3b)의 사이에는, 자기 코어(1)보다도 투자율이 낮은 저투자율 재료가 충전되어 있는 구성이면 좋다.

제1 개방단면(3a)과 제2 개방단면(3b) 사이의 자기 저항은, 그 값이 낮을 수록, 자기 코어(1) 전체의 감도가 높아진다. 따라서, 상기 구성으로 함에 의해, 전류 센서의 검지 감도를 더욱 높이는 것이 가능한 자기 코어를 실현할 수 있다.

또한, 자기 코어(1)에서는, 저투자율 재료는, 페라이트 함유 에폭시 수지, 자성 유체, 또는 공기라도 좋다.

일반적인 자기 코어 재료로서, PB퍼멀로이, PC퍼멀로이, 어모퍼스, 규소강판 등이 알려져 있다. 자기 코어(1)는, 어느 재료나 이용할 수 있다. 그리고, 그와 같은 자기 코어보다도 투자율이 낮은 저투자율 재료로서, 페라이트 함유 에폭시 수지, 자성 유체, 또는 공기를 들 수 있다.

따라서 제1 소자 지지구멍(5a) 및 제2 소자 지지구멍(5b)에, 페라이트 함유 에폭시 수지, 자성 유체, 또는 공기를 충전함에 의해, 전류 센서의 검지 감도를 더욱 높이는 것이 가능한 자기 코어를 실현할 수 있다.

또한, 도 11 등을 참조하면, 자기 코어(1)에서는, 제1 소자 지지구멍(5a)을 형성하는 측면 중, 제2 소자 지지구멍(5b)을 형성하는 측면과 대향하는 측면을 제1 측면, 제2 소자 지지구멍(5b)을 형성하는 측면 중, 제1 측면과 대향하는 측면을 제2 측면으로 하였을 때에, 제1 소자 지지구멍(5a) 및 제2 소자 지지구멍(5b)은, 지지하는 자전 변환 소자(20)의 두께 방향에서의 구멍폭이, 제1 측면과 제2 측면의 측면 사이 거리의 1.75배 이하인 것이 바람직하다.

제1 개방단면(3a)과 제2 개방단면(3b)과의 거리에 관계없이, 구멍폭이 측면 사이 거리의 1.75배보다 크면, 제1 개방단면과 제2 개방단면의 거리를 좁게 하는 효과가 없어지는 것이 발견되었다.

따라서 상기 구성으로 함에 의해, 미소 전류에 의해서도 많은 자속을 자전 변환 소자(20)에 모을 수 있다는 효과를 이룬다.

또한, 자기 코어(1)에서는, 제1 개방단면(3a)과 제2 개방단면(3b)과의 거리는, 2㎜보다 작은 것이 바람직하다.

일반적인 자전 변환 소자(20)의 사이즈를 고려하면, 제1 개방단면(3a)과 제2 개방단면(3b)과의 거리가 2㎜ 이상인 경우에는, 제1 소자 지지구멍(5a) 및 제2 소자 지지구멍(5b)의 존재가 없어도 자전 변환 소자(20)를 배치하는 스페이스가 있다.

그래서, 상기 구성으로 함에 의해, 제1 개방단면(3a)과 제2 개방단면(3b)과의 거리가 2㎜보다 작은 경우에도, 제1 소자 지지구멍(5a) 및 제2 소자 지지구멍(5b)에 자전 변환 소자(20)를 지지할 수 있고, 또한, 자전 변환 소자(20)는, 제1 소자 지지구멍(5a) 및 제2 소자 지지구멍(5b)에 대해 자기 코어(1)로부터 누설되는 자속을 확실하게 감지할 수 있다는 효과를 이룬다.

또한, 도 10 등을 참조하면, 자기 코어(1)에서는, 제1 개방단면(3a) 및 제2 개방단면(3b)은, 일부가 서로 맞닿아 있는 구성이면 좋다.

일반적인 자기 코어의 구조로서, 일체형, 적층형, 도킹형 등의 여러 가지의 타입이 알려져 있고, 자기 코어(1)는, 어느 타입에도 적용 가능하다. 단, 어느 타입의 자기 코어라도, 제1 개방단면(3a) 및 제2 개방단면(3b)을 일체 접촉시키지 않고서 제조·가공하는 것이 현실적으로 곤란한 경우가 있다.

이 점, 자기 코어(1)에서는, 예를 들어 제1 개방단면(3a) 및 제2 개방단면(3b)의 일부가 서로 맞닿아 있다고 하여도, 자속누입부(3)를 통하여, 제1 소자 지지구멍(5a) 및 제2 소자 지지구멍(5b)에 자기 코어(1)로부터 자속이 누설되기 때문에, 자전 변환 소자(20)는, 그 자속의 누설을 감지할 수 있다. 그 때문에, 제1 개방단면(3a) 및 제2 개방단면(3b)을 일체 접촉시키지 않고서 제조·가공하는 것이 곤란한 경우에는, 그대로 사용할 수 있다. 이에 의해, 전류 센서의 검지 감도를 높이는 것이 가능한 자기 코어를 실현함과 함께, 제조·가공상의 추가적인 공정을 불필요하게 하고, 또한 저가격화도 실현할 수 있다.

도 3 등을 참조하면, 제1 소자 지지구멍(5a) 및 제2 소자 지지구멍(5b)은 각각, 제1 개방단면(3a) 및 제2 개방단면(3b)에서, 자기 코어(1)의 두께 방향과 평행한 방향에 따라서 연설되어 있는 구성이면 좋다.

또한, 도 2 등을 참조하면, 자기 코어(1)에서는, 제1 소자 지지구멍(5a) 및 제2 소자 지지구멍(5b)은 각각, 제1 개방단면(3a) 및 제2 개방단면(3b)에서, 자기 코어(1)의 두께 방향과 수직한 방향에 따라서 연설되어 있는 구성이면 좋다.

따라서 예를 들면 적층형의 자기 코어를 제작할 때에는, 동일 개소에 제1 소자 지지구멍(5a) 및 제2 소자 지지구멍(5b)이 형성된 층을 복수 준비하여, 그들을 순차적으로 적층함에 의해, 자기 코어(1)를 간이하면서 저비용으로 제작할 수 있다. 그리고, 일체형 또는 도킹형으로 자기 코어(1)를 제작하는 경우에도, 상기 구성으로 함에 의해, 간이하면서 저비용으로 자기 코어(1)를 제작할 수 있다. 이에 의해, 대량 생산에 알맞는 자기 코어(1)를 실현할 수 있다.

또한, 도 16 등을 참조하면, 본 발명에 관한 전류 센서는, 자기 코어(1)를 구비하는 구성인 것이 바람직하다.

또한, 본 발명에 관한 전류 측정 방법은, 자기 코어(1)를 구비하는 전류 센서에 의해, 피측정 전선에 흐르는 전류의 전류치를 측정하는 것이 바람직하다.

[4. 자기 코어(1)의 한 적용 사례]

자기 코어(1)를 구비한 전류 센서는, 여러 가지의 용도에 적용할 수 있고, 예를 들면, 태양전지·연료 전지 등의 파워 컨디셔너의 누전 검지, 하이브리드카나 플러그인 하이브리드카 등에 차량 탑재된 배터리 감시, 또는, 데이터 센터 UPS의 배터리 감시 등, 넓은 분야에서 이용 가능하다.

그래서, 자기 코어(1)를 구비한 전류 센서의 한 적용 사례를 도 16에 의해 설명한다. 도 16은, 자기 코어(1)를 구비한 전류 센서를 태양전지용 파워 컨디셔너의 누전 검지에 이용한 때의 도면이다.

동 도면에 도시하는 바와 같이, 솔라 패널로부터 출력된 교류 전류는, 컨버터에서 정류되어, 인버터에서 직류 전류로 변환된다. 그리고, 자기 코어(1)는, 동 도면의 화살표로 나타나는 2개의 피측정 전선의 전류로부터 발생하는 자계를 증폭한다.

여기서, 상기 2개의 피측정 전선에서의 전류는, 왕복하는 전류에 해당하고, 토탈의 전류치는 0A가 된다. 따라서 누전이 발생하고 있는 경우에는, 토탈의 전류치는 0A로는 되지 않는다. 그 때문에, 자기 코어(1)를 구비한 전류 센서는, 토탈의 전류치를 측정함에 의해, 누전의 유무를 검지할 수 있다.

또한, 도 16에서는, 피측정 전선은, 왕복하는 2개의 전선이 측정되고 있다. 그러나, 당연히, 자기 코어(1), 및 자기 코어(1)를 구비한 전류 센서는, 1개의 피측정 전선에 관해, 전류 검지할 수도 있다.

또한, 동 도면에 도시하는 예에서는, 자기 코어(1)를 구비한 누전 센서는, 국제규격에 의해 정하여진 30㎃, 50㎃, 100㎃, 150㎃의 전류치를 측정한다. 그러나, 다른 용도에 이용되는 경우에는, 자기 코어(1)는, 당연히, 여러 가지의 전류치를 측정할 수 있다.

이상, 한 적용 사례로서, 자기 코어(1)가 태양전지용 파워 컨디셔너의 누전 검지에 이용되는 케이스를 들어서 설명하였다. 그러나, 여기서 설명한 실시예는 어디까지나 한 적용 사례이고, 그 용도로 한정되는 일은 없다.

[5. 자기 코어를 구비한 전류 센서]

다음에, 자기 코어(1)를 구비한 전류 센서(30)를 도 18부터 도 24에 의해 설명한다. 또한, 도 1 등을 참조하여 설명한 내용에 관해서는, 그 설명을 생략한다.

도 18은, 전류 센서(30)의 외관도이다. 전류 센서(30)는, 그 외관이 케이스(31)에 의해 형성되어 있다. 케이스(31)에는, 도면의 상하 방향에 관통구멍이 마련되어 있고, 그 관통구멍에 피측정 전선(P)이 배치되어 있다. 그리고, 전류 센서(30)는, 피측정 전선(P)의 전류로부터 발생하는 자계를 검지함에 의해, 그 피측정 전선(P) 내를 흐르는 전류의 전류치를 측정한다.

다음에, 전류 센서(30)의 내부 구조를 도 19부터 도 21에 의해 설명한다. 도 19는, 전류 센서(30)의 내부 구조의 사시도이다. 도 20은, 도 19의 수평 방향(도면의 좌우 방향)에서의, 전류 센서(30)의 내부 구조의 한 단면도이다. 도 21은, 전류 센서(30)의 조립 분해도이다.

도 19에 도시하는 바와 같이, 전류 센서(30)는, 케이스(31)의 내부에, 자기 코어(1a·1b)와, 자속누입부(3)와, 소자 지지구멍(5)과, 자전 변환 소자(20)와, 출력 신호 처리 회로(32)와, 물림쇠(33a·33b)를 구비한다. 또한, 전류 센서(30)는, 입출력 단자(33)를 통하여, 외부 장치와 전기적으로 접속된다.

케이스(31)는, 도 21에 도시하는 바와 같이, 케이스(31a)와 케이스(31b)가 계합되고 이루어지고, 그에 의해, 도 20에 도시하는 바와 같이, 케이스(31a)가 외측 케이스로서, 케이스(31b)가 내측 케이스로서의 역할을 다한다. 즉, 케이스(31a)는 전류 센서(30)의 외관을 형성하고, 케이스(31b)는, 피측정 전선(P)이 배치되는, 상기 관통구멍의 벽면을 형성한다. 그리고, 도 20에 도시하는 바와 같이, 케이스(31a)와 케이스(31b)의 사이에, 자기 코어(1a·1b)와, 자속누입부(3)와, 소자 지지구멍(5)과, 자전 변환 소자(20)와, 출력 신호 처리 회로(32)와, 물림쇠(33a·33b)가 배설된다.

자기 코어(1)는, 자기 코어(1a)와 자기 코어(1b)로 이루어지는 2분할 가능한 도킹형이다(상세는, 도 25 등을 참조하여 설명). 자기 코어(1a·1b)는, 물림쇠(33a·33b)에 삽입됨으로써 4각형 형상이 유지된다. 이 중, 물림쇠(33a)측에서, 자기 코어(1)에는 자속누입부(3) 및 소자 지지구멍(5)이 형성되고, 물림쇠(33b)측에서, 자기 코어(1a·1b)가 밀착한 상태가 형성된다. 그 양상이 도 19 등에 도시되어 있다.

물림쇠(33a)는, 자기 코어(1a) 및 자기 코어(1b)의 물림쇠로서 기능하는 한편으로, 판형상의 출력 신호 처리 회로(32)에 연결·지지되어 있다. 출력 신호 처리 회로(32)는, 입출력 단자(33)와 전기적으로 접속되어 있고, 자전 변환 소자(20)로부터 출력된 전압을 처리하여, 피측정 전선(P)의 전류치에 대응한 전압을, 입출력 단자(33)를 통하여 외부 장치에 출력한다. 출력 신호 처리 회로(32)에는 T자형의 소기판이 마련되어 있고, 또한, 소기판에는 자전 변환 소자(20)가 고정되어 있다. 그 자전 변환 소자(20)는, 소자 지지구멍(5)에 지지되도록 위치 결정되어 있다. 즉, 도 19부터 도 21에서의 전류 센서(30)에서는, 자전 변환 소자(20)는, 출력 신호 처리 회로(32)에 고정되어 있고, 소자 지지구멍(5)과는 비접촉의 상태를 유지하면서, 소자 지지구멍(5) 내에 지지되어 있다.

또한, 자전 변환 소자(20)는, 소자 지지구멍(5)과 접촉한 상태를 유지하면서 소자 지지구멍(5) 내에 지지되어도 좋다. 따라서 자전 변환 소자(20)는, 소자 지지구멍(5)과 접촉 및/또는 비접촉의 상태를 유지하면서, 소자 지지구멍(5) 내에 지지되는 구성으로 실현된다.

또한, 자전 변환 소자를 지지, 고정하는 방법은, 여기서 설명하는 실시예로 한정되지 않는다.

다음에, 전류 센서(30)가 피측정 전선(P) 내를 흐르는 전류를 측정하는 동작을 도 22에 의해 설명한다. 도 22는, 전류 센서(30)의 동작을 설명하기 위한 블록도이다.

우선, 피측정 전선(P) 내에 전류(I)가 흐르고, 그 전류(I)에 의해 자계(H)가 발생한다. 그리고, 그 자계(H)에 의해, 자기 코어(1)에 자속(Φ)이 발생한다. 다음에, 그 자기 코어(1)에 발생한 자속(Φ)이 자속누입부(3)에 누입한다. 여기서, 자속누입부(3)에 누입한 자속을 자속(ΦH)으로 하면, 그 자속(ΦH)이 자전 변환 소자(20)에 의해 검지된다. 자전 변환 소자(20)는, 그 검지한 자속(ΦH)을 전압으로 변환하고, 그 변환한 전압(VM)을 출력 신호 처리 회로(32)에 출력한다. 그리고, 출력 신호 처리 회로(32)는, 전압(VM)을 처리하여, 피측정 전선(P)에 흐른 전류치에 대응하는 전압(V0)을 입출력 단자(33)에 출력한다. 이와 같이 하여, 전류 센서(30)는, 피측정 전선(P) 내를 흐르는 전류를 측정한다.

이와 같이 하여, 전류 센서(30)는, 피측정 전선(P) 내를 흐르는 전류의 전류치I를 측정할 수 있다. 단, 전류 센서(30)는, 전류치를 측정하는 것만이 아니고, 예를 들면 누전 검지, 및 누전량의 측정에도 이용할 수 있다. 그 것을, 도 23, 도 24에 의해 설명한다.

도 23은, 누전 검지, 및 누전량의 측정에 이용되는 전류 센서의 외관도이다. 도시하는 바와 같이, 전류 센서(30)에 마련된 관통구멍에는, 피측정 전선(P1·P2)이 배치되어 있다. 그 2개의 피측정 전선(P1·P2)에서의 전류는, 왕복하는 전류에 해당하고, 누전이 없다면 토탈의 전류치는 0A가 된다. 역으로 말하면, 누전이 발생하고 있는 경우에는, 토탈의 전류치는 0A로는 되지 않는다. 이 원리를 이용하여, 전류 센서(30)는, 누전의 유무, 그리고 누전이 있는 경우에는 그 누전량을 검지한다.

도 24는, 전류 센서가 누전 검지에 이용되는 경우의, 전류 센서의 동작을 설명하기 위한 블록도를 도시한다. 이 도 24를 이용하여, 전류 센서가 누전 검지에 이용되는 경우의 전류 센서의 동작을 설명한다.

우선, 피측정 전선(1)(P1) 내에 전류(I0)가 흐르고, 피측정 전선(2)(P2) 내에 전류(-(I0-IL))가 흐르는 케이스, 즉, IL의 전류가 누전되고 있는 케이스를 생각한다. 이 때, 피측정 전선(P1) 내에 전류(I0)가 흐르고, 그 전류(I0)에 의해 자계(H0)가 발생한다. 또한, 피측정 전선(P2) 내에 전류(-(I0-IL))가 흐르고, 그 전류(-(I0-IL))에 의해 자계(-H0+HL)가 발생한다. 그리고, 그 2개의 자계(H0 및 (-H0+HL))에 의해, 자기 코어(1)에 자속(ΦL)이 발생한다. 즉, 자속(ΦL) 은, 자기 코어(1)에의 입력 자계의 총합에 의해 발생하는 자속량을 나타낸다. 다음에, 그 자기 코어(1)에 발생한 자속(ΦL)이 자속누입부(3)에 누입한다. 여기서, 자속누입부(3)에 누입 한 자속을 자속(ΦHL)으로 하면, 그 자속(ΦHL)이 자전 변환 소자(20)에 의해 검지된다. 자전 변환 소자(20)는, 그 검지한 자속(ΦHL)을 전압으로 변환하고, 그 변환한 전압(VML)을 출력 신호 처리 회로(32)에 출력한다. 그리고, 출력 신호 처리 회로(32)는, 전압(VML)을 처리하여, 누전된 전류의 전류치에 대응하는 전압(V0L)을 입출력 단자(33)에 출력한다. 이와 같이 하여, 전류 센서(30)는, 누전 검지, 및 누전량을 측정한다.

[6. 자기 코어의 베리에이션]

다음에, 자기 코어의 여러 가지의 형상을 도 25로부터 도 48에 의해 설명한다. 단, 여기서 설명하는 자기 코어의 형상은 어디까지나 한 예이고, 이들로 한정되는 것이 아니다.

우선, 자기 코어의 한 형상을 도 25 및 도 26에 의해 설명한다. 도 25는, 자기 코어의 한 형상을 도시하는 것으로서, 도 25의 (a)는 상면도를, 도 25의 (b)는 정면도를 도시한다. 또한, 도 26은, 도 25의 자기 코어(40)를 도시하는 것으로서, 도 26의 (a)는 사시도를, 도 26의 (b)는 자속누입부(3) 및 소자 지지구멍(5)의 확대도를 도시한다.

도 25를 참조하면, 자기 코어(40)의 형상은, 윗면에서 보면 4각형 형상을 하고, 정면에서 보면 구형(矩形)을 이룬다. 또한, 자기 코어(40)는, 모두 ㄷ자형의 제1 코어부(40a) 및 제2 코어부(40b)가 도킹하여 이루어지는 단층형이다. 그 제1 코어부(40a) 및 제2 코어부(40b)는, 4각형 형상의 한 면을 구성하는 면(도 25의 (a)의 도면 상측의 면)에서 밀착하고 있다. 그리고, 그 면과 대향하는 면(도 25의 (a)의 도면 하측의 면)에서, 제1 코어부(40a) 및 제2 코어부(40b)는, 자속누입부(3) 및 소자 지지구멍(5)을 형성하고 있다. 여기서, 제1 코어부(40a)의 제1 개방단면 및 제2 코어부(40b)의 제2 개방단면은 이간하고, 그에 의해 자속누입부(3)가 형성되어 있다(도 25의 (b)). 그리고, 소자 지지구멍(5)은, 제1 개방단면에 마련된 제1 소자 지지구멍과 제2 개방단면에 마련된 제2 소자 지지구멍에 의해 형성되어 있다. 그 소자 지지구멍(5)은, 피측정 전선(도시 생략)을 흐르는 전류에 대해 방사 방향으로 형성되어 있고, 또한, 제1 코어부(40a) 및 제2 코어부(40b)를 관통하고 있다(도 26).

도 27은, 자기 코어의 한 형상을 도시하는 것으로서, 도 27의 (a)는 상면도를, 도 27의 (b)는 사시도를 도시한다.

자기 코어(41)는, 윗면에서 보면 4각형 형상을 한 단층 일체형으로 구성되어 있다. 자기 코어(41)에서는, 소자 지지구멍(5)은, 피측정 전선(도시 생략)을 흐르는 전류에 대해 평행하게 형성되어 있고, 또한, 제1 코어부(41a) 및 제2 코어부(41b)를 관통하고 있다. 또한, 제1 개방단면 및 제2 개방단면은, 이간하여 있고, 접하여 있지 않다.

도 27과 도 25를 비교하여 알 수 있는 바와 같이, 소자 지지구멍은, 피측정 전선(도시 생략)을 흐르는 전류에 대해 방사 방향 및 평행의 어느 방향으로 형성되어 있어도 좋다. 또한, 자기 코어를 윗면에서 본 때에, 자기 코어의 두께는, 두꺼워도 얇아도 좋다. 이와 같이, 자기 코어는, 그 형상이 특정한 형상으로 한정되는 것이 아니고, 여러 가지의 형상으로 할 수 있다. 따라서 장치의 설계나 전류 센서 내부의 레이아웃 등에 따라, 자기 코어의 형상을 적절히 변경할 수 있다.

다음에, 다른 실시예를 설명한다. 도 28부터 도 30은, 자기 코어의 형상이 동일한 때에, 그 자기 코어중의 소자 지지구멍의 존재 범위가 다른 양상을 도시하는 도면이다. 이하, 도 28부터 순차적으로 설명한다.

도 28은, 자기 코어의 한 형상을 도시하는 것으로서, 도 28의 (a)는 입면도(立面圖)를, 도 28의 (b)는 상면도를, 도 28의 (c)는 사시도를 도시한다.

자기 코어(42)는, 윗면에서 보면 4각형 형상을 하는 단층 일체형으로 구성되어 있다. 자기 코어(42)에서는, 소자 지지구멍(5)은, 피측정 전선(도시 생략)을 흐르는 전류에 대해 방사 방향으로 형성되어 있고, 또한, 자기 코어(42)를 관통하고 있다. 여기서, 도 28의 (b)중의 사선으로 나타나는 영역은 자기 코어를, 그 이외의 영역은 소자 지지구멍(5)을 도시하고 있다. 이것은, 도 29 이후에서도 마찬가지이다. 또한, 도시하는 바와 같이, 제1 개방단면 및 제2 개방단면은, 이간하여 있고, 접하여 있지 않다.

도 29는, 자기 코어의 한 형상을 도시하는 것으로서, 도 29의 (a)는 입면도를, 도 29의 (b)는 상면도를, 도 29의 (c)는 사시도를 도시한다.

자기 코어(43)는, 도 28의 자기 코어(42)와 다음의 점에서 상위하다. 즉, 소자 지지구멍(5)은, 자기 코어(42)를 관통하는 일 없이, 피측정 전선(도시 생략)의 측이 닫히여 있고, 피측정 전선과는 반대의 측이 개방되어 있다. 즉, 소자 지지구멍(5)은, 피측정 전선을 흐르는 전류에 대해 방사 방향에서, 한쪽의 측만이 개방되어 있다.

도 30은, 자기 코어의 한 형상을 도시하는 것으로서, 도 30의 (a)는 입면도를, 도 30의 (b)는 상면도를, 도 30의 (c)는 사시도를 도시한다.

자기 코어(44)는, 도 29의 자기 코어(43)와 다음의 점에서 상위하다. 즉, 소자 지지구멍(5)은, 피측정 전선을 흐르는 전류에 대해 방사 방향에서 양쪽의 측이 닫히여 있다. 따라서 소자 지지구멍(5)은 자기 코어(44)의 내부에 갇히고, 자속누입부(3)만을 통하여 외부와 연통하고 있다.

이상, 도 28부터 도 30을 이용하여, 자기 코어의 형상이 동일한 때에, 그 자기 코어중의 소자 지지구멍의 존재 범위가 다를 수 있는 예를 설명하였다. 마찬가지로, 도 31부터 도 33을 이용하여, 자기 코어의 형상이 동일한 때에, 그 자기 코어중의 소자 지지구멍의 존재 범위가 다를 수 있는 예를 설명한다.

도 31은, 자기 코어의 한 형상을 도시하는 것으로서, 도 31의 (a)는 상면도를, 도 31의 (b)는 입면도를 도시한다.

자기 코어(45)는, 윗면에서 보면 4각형 형상을 한 단층 일체형으로 구성되어 있다. 자기 코어(45)에서는, 소자 지지구멍(5)은, 피측정 전선(도시 생략)을 흐르는 전류에 대해 평행하게 형성되어 있고, 또한, 자기 코어(42)를 관통하고 있다. 또한, 제1 개방단면 및 제2 개방단면은, 이간하여 있고, 접하여 있지 않다.

도 32는, 자기 코어의 한 형상을 도시하는 것으로서, 도 32의 (a)는 상면도를, 도 32의 (b)는 입면도를 도시한다.

자기 코어(46)는, 도 31의 자기 코어(45)와 다음의 점에서 상위하다. 즉, 소자 지지구멍(5)은, 자기 코어(46)를 관통하는 일 없이, 도 32의 (b)의 도면 하측이 닫히여 있고, 도 32의 (b)의 상측은 개방되어 있다. 즉, 소자 지지구멍(5)은, 피측정 전선을 흐르는 전류에 대해 평행한 방향에서, 한쪽의 측만이 개방되어 있다.

도 33은, 자기 코어(47)의 한 형상을 도시하는 것으로서, 도 33의 (a)는 상면도를, 도 33의 (b)는 입면도를 도시한다.

자기 코어(47)는, 도 32의 자기 코어(46)와 다음의 점에서 상위하다. 즉, 소자 지지구멍(5)은, 피측정 전선을 흐르는 전류에 대해 평행한 방향에서 도면 상하의 양측이 닫히여 있다. 따라서 소자 지지구멍(5)은 자기 코어(47)의 내부에 갇히고, 자속누입부(3)를 통하여 외부와 연통하고 있다.

이상, 도 31부터 도 33을 이용하여, 자기 코어의 형상이 동일한 때에, 그 자기 코어중의 소자 지지구멍의 존재 범위가 다를 수 있는 예를 설명하였다. 다음에, 다른 실시예로서, 자기 코어가 단층형 또는 적층형인 예를 도 34, 도 35에 의해 설명한다.

도 34는, 자기 코어의 한 형상을 도시하는 것으로서, 도 34의 (a)는 사시도를, 도 34의 (b)는 상면도를 도시한다.

자기 코어(48)는, 윗면에서 보면 4각형 형상을 한 단층 일체형으로 구성되어 있다. 자기 코어(48)에서는, 소자 지지구멍(5)은, 피측정 전선(도시 생략)을 흐르는 전류에 대해 방사 방향으로 형성되어 있고, 또한, 자기 코어(48)를 관통하고 있다. 또한, 제1 개방단면 및 제2 개방단면은, 이간하여 있고, 접하여 있지 않다.

도 35는, 자기 코어의 한 형상을 도시하는 것으로서, 도 35의 (a)는 사시도를, 도 35의 (b)는 상면도를 도시한다.

자기 코어(49)는, 도 34의 자기 코어(48)와 다음의 점에서 상위하다. 즉, 자기 코어(49)는, 윗면에서 보면 4각형 형상을 한 것이지만, 적층형으로 구성되어 있다. 보다 구체적으로는, 자기 코어(49)는, 자기 코어(49a), 자기 코어(49b), 자기 코어(49c), 및 자기 코어(49d)가 그 순서로, 피측정 전선(도시 생략)의 방향을 향하고 적층되어 이루어진다.

즉, 본 실시의 형태에 관한 자기 코어는, 단층 일체형뿐만 아니라, 적층형에 의해서도 실현할 수 있다. 또한, 자기 코어(49)는, 자기 코어(49a) 내지 자기 코어(49d)의 4층 구조로 구성되어 있지만, 2층, 3층, 또는 5층 이상의 구조로 구성되어도 좋다.

다음에, 또 다른 실시예로서, 자기 코어가 단층형 또는 적층형인 예를 도 36부터 도 38에 의해 설명한다.

도 36은, 자기 코어의 한 형상을 도시하는 것으로서, 도 36의 (a)는 상면도를, 도 36의 (b)는 입면도를 도시한다.

자기 코어(50)는, 윗면에서 보면 4각형 형상을 한 단층 일체형으로 구성되어 있다. 자기 코어(50)에서는, 소자 지지구멍(5)은, 피측정 전선(도시 생략)을 흐르는 전류에 대해 평행하게 형성되어 있고, 또한, 자기 코어(50)를 관통하고 있다. 또한, 제1 개방단면 및 제2 개방단면은, 이간하여 있고, 접하여 있지 않다.

도 37은, 자기 코어의 한 형상을 도시하는 것으로서, 도 37의 (a)는 상면도를, 도 37의 (b)는 입면도를 도시한다.

자기 코어(51)는, 도 36의 자기 코어(50)와 다음의 점에서 상위하다. 즉, 자기 코어(51)는, 도 37의 (b)에 도시하는 바와 같이, 자기 코어(51a), 자기 코어(51b), 자기 코어(51c), 및 자기 코어(15d)가 그 순서로, 피측정 전선에 대해 평행하게 적층되어 이루어진다.

즉, 본 실시의 형태에 관한 자기 코어는, 단층 일체형뿐만 아니라, 적층형에 의해서도 실현할 수 있다. 또한, 자기 코어(51)는, 자기 코어(51a) 내지 자기 코어(51d)의 사 층구조로 구성되어 있지만, 2층, 3층, 또는 5층 이상의 구조로 구성되어도 좋다.

도 38은, 자기 코어의 한 형상을 도시하는 것으로서, 도 38의 (a)는 도 36의 자기 코어(50)의 사시도를, 도 38의 (b)는 도 37의 자기 코어(51)의 사시도를 도시한다.

동 도면으로부터 알 수 있는 바와 같이, 자기 코어(50)는 일체형으로 형성되어 있음에 대해, 자기 코어(51)는, 피측정 전선에 대해 평행하게 복수의 자기 코어가 적층된 적층 구조로 되어 있다. 이와 같이, 자기 코어는, 그 형상이 특정한 형상으로 한정되는 것이 아니고, 여러 가지의 형상으로 할 수 있다. 따라서 장치의 설계나 전류 센서 내부의 레이아웃 등에 따라, 자기 코어의 형상을 적절히 변경할 수 있다.

다음에, 다른 실시예를 도 39, 도 40에 의해 설명한다.

도 39는, 자기 코어의 한 형상을 도시하는 것으로서, 도 39의 (a)는 상면도를, 도 39의 (b)는 사시도를 도시한다.

자기 코어(53)의 형상은, 윗면에서 보면 개략 사각형 형상을 한다. 보다 구체적으로, 자기 코어(53)는, 모두 ㄷ자형의 제1 코어부(53a) 및 제2 코어부(53b)가 도킹하여 이루어지는 단층형이다. 그 제1 코어부(53a) 및 제2 코어부(53b)는, 4각형 형상의 한 면을 구성하는 면(도면 상측의 면)에서 밀착하고 있다. 그리고, 그 면과 대향하는 면(도면 하측의 면)에서, 제1 코어부(53a) 및 제2 코어부(53b)는, 자속누입부(3) 및 소자 지지구멍(5)을 형성하고 있다. 여기서, 제1 코어부(53a)의 제1 개방단면 및 제2 코어부(53b)의 제2 개방단면은 이간하고, 그에 의해 자속누입부(3)가 형성되어 있다. 그리고, 소자 지지구멍(5)은, 제1 개방단면에 마련된 제1 소자 지지구멍과 제2 개방단면에 마련된 제2 소자 지지구멍에 의해 형성되어 있다. 그 소자 지지구멍(5)은, 피측정 전선(도시 생략)을 흐르는 전류에 대해 방사 방향으로 형성되어 있고, 또한, 제1 코어부(53a) 및 제2 코어부(53b)를 관통하고 있다.

도 40은, 자기 코어의 한 형상을 도시하는 것으로서, 도 40의 (a)는 상면도를, 도 40의 (b)는 사시도를 도시한다.

자기 코어(54)는, 윗면에서 보면 4각형 형상을 한 단층 일체형으로 구성되어 있다. 자기 코어(54)에서는, 소자 지지구멍(5)은, 피측정 전선(도시 생략)을 흐르는 전류에 대해 방사 방향으로 형성되고, 또한, 자기 코어(54)를 관통하고 있다. 또한, 제1 개방단면 및 제2 개방단면은 이간하여 있고, 접하여 있지 않다.

이와 같이, 자기 코어는, 도킹형 또는 일체형의 어느 쪽이라도 실현할 수 있다.

다음에, 다른 실시예를 도 41, 도 42에 의해 설명한다.

도 41은, 자기 코어의 한 형상을 도시하는 것으로서, 도 41의 (a)는 상면도를, 도 41의 (b)는 사시도를 도시한다.

자기 코어(55)의 형상은, 윗면에서 보면 개략 사각형 형상을 한다. 보다 구체적으로, 자기 코어(55)는, 모두 ㄷ자형의 제1 코어부(55a) 및 제2 코어부(55b)가 도킹하여 이루어지는 단층형이다. 그 제1 코어부(55a) 및 제2 코어부(55b)는, 4각형 형상의 한 면을 구성하는 면(도면 상측의 면)에서 밀착하고 있다. 그리고, 그 면과 대향하는 면(도면 하측의 면)에서, 제1 코어부(55a) 및 제2 코어부(55b)는, 자속누입부(3) 및 소자 지지구멍(5)을 형성하고 있다. 여기서, 제1 코어부(55a)의 제1 개방단면 및 제2 코어부(55b)의 제2 개방단면은 이간하고, 그에 의해 자속누입부(3)가 형성되어 있다. 그리고, 소자 지지구멍(5)은, 제1 개방단면에 마련된 제1 소자 지지구멍과 제2 개방단면에 마련된 제2 소자 지지구멍에 의해 형성되어 있다. 그 소자 지지구멍(5)은, 피측정 전선(도시 생략)을 흐르는 전류에 대해 평행하게 형성되어 있고, 또한, 제1 코어부(55a) 및 제2 코어부(55b)를 관통하고 있다.

도 42는, 자기 코어의 한 형상을 도시하는 것으로서, 도 42의 (a)는 상면도를, 도 42의 (b)는 사시도를 도시한다.

자기 코어(56)는, 윗면에서 보면 4각형 형상을 한 단층 일체형으로 구성되어 있다. 자기 코어(56)에서는, 소자 지지구멍(5)은, 피측정 전선(도시 생략)을 흐르는 전류에 대해 평행하게 형성되어 있고, 또한, 자기 코어(56)를 관통하고 있다. 또한, 제1 개방단면 및 제2 개방단면은, 이간하여 있고, 접하여 있지 않다.

이와 같이, 본 실시의 형태에 관한 자기 코어는, 도킹형 및 일체형의 어느 쪽이라도 실현할 수 있다.

다음에, 다른 실시예를 도 43, 도 44에 의해 설명한다.

도 43은, 자기 코어의 한 형상을 도시하는 것으로서, 도 43의 (a)는 상면도를, 도 43의 (b)는 사시도를 도시한다.

자기 코어(57)는, 윗면에서 보면 4각형 형상을 한 단층 일체형으로 구성되어 있다. 자기 코어(57)에서는, 소자 지지구멍(5)은, 피측정 전선(도시 생략)을 흐르는 전류에 대해 방사 방향으로 형성되어 있고, 또한, 자기 코어(57)를 관통하고 있다. 또한, 제1 개방단면 및 제2 개방단면은, 이간하여 있고, 접하여 있지 않다.

도 44는, 자기 코어의 한 형상을 도시하는 것으로서, 도 44의 (a)는 상면도를, 도 44의 (b)는 사시도를 도시한다.

자기 코어(58)는, 윗면에서 보면 고리형상을 한 단층 일체형으로 구성되어 있다. 자기 코어(58)에서는, 소자 지지구멍(5)은, 피측정 전선(도시 생략)을 흐르는 전류에 대해 방사 방향으로 형성되어 있고, 또한, 자기 코어(58)를 관통하고 있다. 또한, 제1 개방단면 및 제2 개방단면은, 이간하여 있고, 접하여 있지 않다.

이와 같이, 본 실시의 형태에 관한 자기 코어는, 4각형 형상, 고리형상, 또는, 여기서는 설명을 하지 않지만, 다른 형상으로 실현할 수 있다.

다음에, 다른 실시예를 도 45, 도 46에 의해 설명한다.

도 45는, 자기 코어의 한 형상을 도시하는 것으로서, 도 45의 (a)는 상면도를, 도 45의 (b)는 사시도를 도시한다.

자기 코어(59)는, 윗면에서 보면 4각형 형상을 한 단층 일체형으로 구성되어 있다. 자기 코어(59)에서는, 소자 지지구멍(5)은, 피측정 전선(도시 생략)을 흐르는 전류에 대해 평행하게 형성되어 있고, 또한, 자기 코어(59)를 관통하고 있다. 또한, 제1 개방단면 및 제2 개방단면은, 이간하여 있고, 접하여 있지 않다.

도 46은, 자기 코어의 한 형상을 도시하는 것으로서, 도 46의 (a)는 상면도를, 도 46의 (b)는 사시도를 도시한다.

자기 코어(60)는, 윗면에서 보면 고리형상을 한 단층 일체형으로 구성되어 있다. 자기 코어(60)에서는, 소자 지지구멍(5)은, 피측정 전선(도시 생략)을 흐르는 전류에 대해 평행하게 형성되어 있고, 또한, 자기 코어(60)를 관통하고 있다. 또한, 제1 개방단면 및 제2 개방단면은, 이간하여 있고, 접하여 있지 않다.

다음에, 다른 실시예를 도 47, 도 48에 의해 설명한다.

도 47은, 자기 코어의 한 형상을 도시하는 것으로서, 도 47의 (a)는 사시도를, 도 47의 (b)는 자속누입부(3) 및 소자 지지구멍(5)의 확대도를 도시한다.

자기 코어(61)의 형상은, 상방에서 보면 4각형 형상을 한다. 보다 구체적으로, 자기 코어(61)는, 모두 ㄷ자형의 제1 코어부(61a) 및 제2 코어부(61b)가 도킹하여 이루어지는 단층형이다. 그 제1 코어부(61a) 및 제2 코어부(61b)는, 4각형 형상의 한 면을 구성하는 면(도면 상측의 면)에서 밀착하고 있다. 그리고, 그 면과 대향하는 면(도면 하측의 면)에서, 제1 코어부(61a) 및 제2 코어부(61b)는, 자속누입부(3) 및 소자 지지구멍(5)을 형성하고 있다. 여기서, 제1 코어부(61a)의 제1 개방단면 및 제2 코어부(61b)의 제2 개방단면은 이간하고, 그에 의해 자속누입부(3)가 형성되어 있다. 그리고, 소자 지지구멍(5)은, 제1 개방단면에 마련된 제1 소자 지지구멍과 제2 개방단면에 마련된 제2 소자 지지구멍에 의해 형성되어 있다. 그 소자 지지구멍(5)은, 피측정 전선(도시 생략)을 흐르는 전류에 대해 방사 방향으로 형성되어 있고, 또한, 제1 코어부(61a) 및 제2 코어부(61b)를 관통하고 있다.

도 48은, 자기 코어의 한 형상을 도시하는 것으로서, 도 48의 (a)는 사시도를, 도 48의 (b)는 자속누입부(3) 및 소자 지지구멍(5)의 확대도를 도시한다.

자기 코어(62)는, 모두 ㄷ자형의 제1 코어부(61a) 및 제2 코어부(61b)가 도킹하여 이루어지는 단층형인 점에 있어서, 도 47의 자기 코어(61)와 공통된다. 그러나, 자기 코어(62)에서는, 제1 코어부(62a)에 관한 제1 개방단면과 제2 코어부(62b)에 관한 제2 개방단면은 이간하지 않고, 서로 접하여 있다. 즉, 자기 코어(62)는, 맞댐 구조로 형성되어 있다. 그리고, 도 10을 참조하여 설명한 바와 같이, 예를 들어 맞댐 구조라도, 자기 코어(62)는, 갭 구조의 자기 코어와 같은 효과를 얻을 수 있다.

이상, 본 실시의 형태에 관한 자기 코어의 여러 가지의 형상을 도 25부터 도 48에 의해 설명하였다. 이들의 형상은, 본 실시의 형태의 한 예를 나타내는 것이고, 여기서 설명한 이외의 형상을, 장치의 설계나 전류 센서 내부의 레이아웃 등에 따라 당연히 채용할 수 있다.

다음에, 피측정 전선을 흐르는 전류에 대해 방사 방향에서의 자기 코어의 두께가, 당해 자기 코어를 구비한 전류 센서 전체로서의 감도에 영향을 주는 것이 아닌 것을 설명한다.

한 예로서, 도 1의 (a) 및 도 39의 (a)에서, 상방에서 본 때의 자기 코어의 두께를 비교한다. 이 때, 그 두께는, 도 39의 (a)의 자기 코어(53)의 쪽이, 도 1의 (a)의 자기 코어(1)보다 작은 것을 알 수 있다. 그러나, 이것은, 자기 코어(53)가 자기 코어(1)보다도 감도가 낮아지는 것을 나타내는 것은 아니다.

도 49는, 도 39의 자기 코어(53)를 참조하여, 자기 코어의 두께가 작더라도, 당해 자기 코어를 구비한 전류 센서의 감도가 저하되지 않는 것을 설명하기 위한 도면으로서, 도 49의 (a)는 사시도를, 도 49의 (b)는 단면도를 도시한다. 또한, 도 49의 (a)에서는, 피측정 전선(도시 생략)을 흐르는 전류에 대해 방사 방향을 x방향, 그 x방향에서의 자기 코어의 두께를 t로 하고 있다.

이 때, 도 49의 (b)에 도시하는 바와 같이, 자기 코어(53)의 두께(t)는, 자전 변환 소자(20)의 감자 부분의 폭보다도 크게 형성되어 있다. 그리고, 소자 지지구멍(5) 내의 자속의 크기는, x방향에서 거의 일정하다. 따라서 자기 코어(53)를 구비하는 전류 센서 전체의 감도는, 예를 들어 t가 작더라도 저하되는 일은 없다.

즉, 소자 지지구멍 내의 자속의 크기는 x방향에서 거의 일정하기 때문에, 두께(t)가 자전 변환 소자(20)의 감자 부분의 폭보다도 크면, 당해 자기 코어를 구비한 전류 센서 전체의 감도는 저하되지 않는다. 그 때문에, 상술한 바와 같이, 자기 코어(53)의 쪽이 자기 코어(1)보다도 두께(t)가 작은 것이지만, 그 것이, 자기 코어(53)를 구비하는 전류 센서 전체의 감도에 영향을 주는 것을 의미하는 것은 아니다.

본 발명은 상술한 실시 형태로 한정되는 것이 아니고, 청구항에 나타낸 범위에서 여러 가지의 변경이 가능하다. 즉, 청구항에 나타낸 범위에서 적절히 변경한 기술적 수단을 조합시켜서 얻어지는 실시 형태에 관해서도 본 발명의 기술적 범위에 포함된다.

[보충]

또한, 본원 발명은, 이하의 구성에 의해 실현되어도 좋다.

본 발명에 관한 자기 코어는, 전류 센서에 이용되는 자기 코어로서, 자전 변환 소자를 지지하기 위한 제1 소자 지지구멍이 형성된 제1 개방단면과, 상기 자전 변환 소자를 지지하기 위한 제2 소자 지지구멍이 형성된, 상기 제1 개방단면에 대향하는 제2 개방단면을 갖는 구성이라도 좋다.

본 발명에 관한 자기 코어는, 서로 대향하는 제1 개방단면 및 제2 개방단면을 갖는다. 그리고, 제1 개방단면에는 제1 소자 지지구멍이 형성되고, 제2 개방단면에는 제2 소자 지지구멍이 형성되고, 제1 소자 지지구멍 및 제2 소자 지지구멍에 의해 자전 변환 소자가 지지된다.

따라서 제1 개방단면 및 제2 개방단면이 존재함에 의해, 즉, 제1 개방단면과 제2 개방단면의 사이에 공극부(이하, 자속누입부라고 칭한다.)가 존재함에 의해, 그 자속누입부를 통하여, 제1 소자 지지구멍 및 제2 소자 지지구멍에 대해 자기 코어로부터의 자속이 누설되기 쉽게 되어 있고, 제1 소자 지지구멍 및 제2 소자 지지구멍에 지지된 자전 변환 소자가 그 자속의 누설을 감지할 수 있다.

더하여, 자기 코어의 감도는, 자속누입부의 자기 저항이 낮은 쪽이 양호하게 되는 바, 자속누입부의 폭(제1 개방단면과 제2 개방단면의 거리)이 좁은 쪽이, 자속누입부의 자기 저항은 저하된다. 이 점, 본 발명에 관한 자기 코어에서는, 자전 변환 소자는, 제1 개방단면 및 제2 개방단면에 형성된 제1 소자 지지구멍 및 제2 소자 지지구멍에 의해 지지되어 있다. 따라서, 제1 개방단면과 제2 개방단면의 거리는, 그 사이에 자전 변환 소자가 재치될 정도로는 넓게 되지 않는다. 환언하면, 제1 개방단면과 제2 개방단면의 거리는 저절로 좁아진다. 따라서, 본 발명에 관한 자기 코어에서는, 자속누입부의 폭은 좁고, 그 때문에 자속누입부의 자기 저항도 저하되기 때문에, 당해 자기 코어를 이용한 전류 센서의 감도를 향상시킬 수 있다.

또한, 본 발명에 관한 자기 코어에서는, 상기 제1 소자 지지구멍 및 상기 제2 소자 지지구멍은, 상기 자전 변환 소자를, 당해 자전 변환 소자의 감자 방향이 상기 자기 코어의 둘레방향이 되도록 지지하는 구성이면 좋다.

상기 구성으로 함에 의해, 자전 변환 소자의 두께 방향(자기 코어의 둘레방향에 대해 수직한 자기 코어의 두께 방향)에서의, 자전 변환 소자를 지지하는 제1 소자 지지구멍 및 제2 소자 지지구멍을 작게 할 수 있다. 그리고, 상기 자기 코어의 두께 방향에서의 제1 소자 지지구멍 및 제2 소자 지지구멍의 폭이 좁을수록, 자기 코어로부터 누설된 자속이 증폭하기 때문에, 상기 구성으로 함에 의해, 자전 변환 소자의 감도를 높일 수 있다. 그 때문에, 본 발명에 관한 자기 코어는, 전류 센서의 검지 감도를 더욱 높이는 것이 가능한 자기 코어를 실현할 수 있다.

일반적인 자전 변환 소자의 사이즈를 고려하면, 상기 제1 개방단면과 상기 제2 개방단면의 거리가 2㎜ 이상이면, 상기 제1 소자 지지구멍 및 상기 제2 소자 지지구멍에 자전 변환 소자를 지지할 수가 없게 된다.

그래서, 상기 구성으로 함에 의해, 상기 제1 소자 지지구멍 및 상기 제2 소자 지지구멍에 자전 변환 소자를 지지할 수 있고, 또한, 자전 변환 소자는, 제1 소자 지지구멍 및 제2 소자 지지구멍에 대해 자기 코어로부터 누설되는 자속을 확실하게 감지할 수 있다는 효과를 이룬다.

또한, 제1 소자 지지구멍(5a)의 저면을 제1 저면(도 9의 참조 번호 16), 제2 소자 지지구멍(5b)의 저면을 제2 저면으로 하였을 때(도 9의 참조 번호 17)에, 제1 소자 지지구멍(5a) 및 제2 소자 지지구멍(5b)은, 지지하는 자전 변환 소자(20)의 두께 방향에서의 구멍폭(L2)이, 제1 저면(16)과 제2 저면(17)의 측면 사이 거리(L1)의 1.75배 이하면 좋다.

또한, 소자 지지구멍에 관해, 「구멍」이라는 표현을 이용하여 설명하고 있다. 이「구멍」이라는 표현에 관해서는, 이른바 「홈」과 동의(同義)에 이용하는 것도 가능하지만, 본 명세서중에서는 통일적인 표현으로서 「구멍」을 이용하고 있다.

또한, 유지 구멍이라는 단어는, 자전 변환 소자를 배치, 격납 등 하기 위해 필요한 공간의 의미로 사용하고 있다.

산업상의 이용 가능성

본 발명은, 전류 센서의 검지 감도를 높이는 것이 가능한 자기 코어, 당해 자기 코어를 구비한 전류 센서, 및 상기 자기 코어를 구비한 전류 센서를 이용한 전류 측정 방법에 적용할 수 있다.

1 : 자기 코어
3 : 자속누입부
3a : 제1 개방단면
3b : 제2 개방단면
5 : : 소자 지지구멍
5a : 제1 소자 지지구멍
5b : 제2 소자 지지구멍
7 : 접촉점
16 : 측면(제1 측면)
17 : 측면(제2 측면)
20 : 자전 변환 소자

Claims

전류 센서에 이용되는 자기 코어로서,
자전 변환 소자가 지지되기 위한 제1 소자 지지구멍이 형성된 제1 개방단면과,
상기 자전 변환 소자가 지지되기 위한 제2 소자 지지구멍이 형성된, 상기 제1 개방단면에 대향하는 제2 개방단면을 갖고,
상기 제1 소자 지지구멍을 형성하는 측면 중, 상기 제2 소자 지지구멍을 형성하는 측면과 대향하는 측면을 제1 측면, 상기 제2 소자 지지구멍을 형성하는 측면 중, 상기 제1 측면과 대향하는 측면을 제2 측면으로 하였을 때에,
상기 제1 소자 지지구멍 및 상기 제2 소자 지지구멍은, 지지하는 상기 자전 변환 소자의 두께 방향에서의 구멍폭이, 상기 제1 측면과 상기 제2 측면의 측면 사이 거리의 1.75배 이하인 것을 특징으로 하는 자기 코어.
제1항에 있어서,
상기 제1 소자 지지구멍 및 상기 제2 소자 지지구멍에서는, 상기 자전 변환 소자는, 당해 자전 변환 소자의 감자 방향이 상기 자기 코어의 둘레방향이 되도록 지지되는 것을 특징으로 하는 자기 코어.
제1항에 있어서,
상기 제1 소자 지지구멍 및 상기 제2 소자 지지구멍에는, 상기 자기 코어보다도 투자율이 낮은 저투자율 재료가 충전되어 있는 것을 특징으로 하는 자기 코어.
제3항에 있어서,
상기 제1 개방단면과 상기 제2 개방단면의 사이에는, 상기 자기 코어보다도 투자율이 낮은 저투자율 재료가 충전되어 있는 것을 특징으로 하는 자기 코어.
제3항에 있어서,
상기 저투자율 재료는, 페라이트 함유 에폭시 수지, 자성 유체, 또는 공기인 것을 특징으로 하는 자기 코어.
제4항에 있어서,
상기 저투자율 재료는, 페라이트 함유 에폭시 수지, 자성 유체, 또는 공기인 것을 특징으로 하는 자기 코어.
삭제
제1항에 있어서,
상기 제1 개방단면과 상기 제2 개방단면의 거리는, 2㎜보다 작은 것을 특징으로 하는 자기 코어.
제1항에 있어서,
상기 제1 개방단면 및 상기 제2 개방단면은, 일부가 서로 맞닿아 있는 것을 특징으로 하는 자기 코어.
제1항에 있어서,
상기 제1 소자 지지구멍 및 상기 제2 소자 지지구멍은 각각, 상기 제1 개방단면 및 상기 제2 개방단면에서, 상기 자기 코어의 두께 방향과 평행한 방향에 따라서 연설되어 있는 것을 특징으로 하는 자기 코어.
제1항에 있어서,
상기 제1 소자 지지구멍 및 상기 제2 소자 지지구멍은 각각, 상기 제1 개방단면 및 상기 제2 개방단면에서, 상기 자기 코어의 두께 방향과 수직한 방향에 따라서 연설되어 있는 것을 특징으로 하는 자기 코어.
제1항 내지 제6항, 제8항 내지 제11항 중 어느 한 항에 기재된 자기 코어를 구비하는 것을 특징으로 하는 전류 센서.
제1항에 기재된 자기 코어를 구비한 전류 센서에 의해, 피측정 전선에 흐르는 전류의 전류치를 측정하는 것을 특징으로 하는 전류 측정 방법.