WO2011158633A1 - 電流センサ、及び、電流センサアレイ - Google Patents

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WO2011158633A1
WO2011158633A1 PCT/JP2011/062199 JP2011062199W WO2011158633A1 WO 2011158633 A1 WO2011158633 A1 WO 2011158633A1 JP 2011062199 W JP2011062199 W JP 2011062199W WO 2011158633 A1 WO2011158633 A1 WO 2011158633A1
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magnetic
current sensor
pair
current
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PCT/JP2011/062199
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加藤学
神谷彰
加藤幸裕
Original Assignee
アイシン精機株式会社
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R15/00—Details of measuring arrangements of the types provided for in groups G01R17/00 - G01R29/00, G01R33/00 - G01R33/26 or G01R35/00
    • G01R15/14—Adaptations providing voltage or current isolation, e.g. for high-voltage or high-current networks
    • G01R15/20—Adaptations providing voltage or current isolation, e.g. for high-voltage or high-current networks using galvano-magnetic devices, e.g. Hall-effect devices, i.e. measuring a magnetic field via the interaction between a current and a magnetic field, e.g. magneto resistive or Hall effect devices
    • G01R15/202—Adaptations providing voltage or current isolation, e.g. for high-voltage or high-current networks using galvano-magnetic devices, e.g. Hall-effect devices, i.e. measuring a magnetic field via the interaction between a current and a magnetic field, e.g. magneto resistive or Hall effect devices using Hall-effect devices

Definitions

  • the present invention provides a plurality of magnetic bodies arranged in an annular shape so as to surround a conductor through which a current to be measured flows, and one of the gaps between the plurality of magnetic bodies so that the detection direction is along the gap interval direction.
  • the present invention relates to a current sensor including a detection element that is arranged and detects a strength of a magnetic field formed by a current to be measured, and a current sensor array.
  • a current flows through a conductor connecting the electrical device and a power source. Measuring the current (current value) flowing through such a conductor is important for appropriately controlling an electric device, and has been conventionally performed by various methods.
  • the methods there is a method in which a magnetic field generated around the conductor is detected according to a current flowing through the conductor, and a current flowing through the conductor is calculated based on the detected magnetic field (for example, patent document). 1 and Patent Document 2).
  • the current detector described in Patent Document 1 is configured using a wound iron core as a core.
  • the wound iron cores the potential of the layer closest to the conductor through which the current to be measured flows is stabilized so that the potential fluctuation in the conductor does not affect the detection unit.
  • the magnetic balance type current measuring device described in Patent Document 2 is configured using a permalloy laminated core as a core. In this apparatus, the core is accommodated in the case so that stress is not applied to the permalloy.
  • the core is configured using a single-layer plate-like magnetic body (for example, Patent Document 3).
  • the core of the current sensor described in Patent Document 3 is formed by bending a single-layer plate-like magnetic body into a “C” shape, and a detection element composed of a Hall element is provided in a gap formed between the end portions of the core. Be placed.
  • the core described in Patent Document 3 has a width dimension on the side opposite to the gap that is larger than a width dimension on the gap side where the current sensor is disposed, so that sufficient magnetic flux can be secured in the cross section of the core. .
  • an object of the present invention is to provide a current sensor that has good electrical characteristics and can be reduced in size and weight, and a current sensor array including the current sensor.
  • the current sensor includes a first magnetic body and a pair of second magnetic bodies that are annularly disposed so as to surround a conductor through which a current to be measured flows, and the pair of first magnetic bodies.
  • a detection element arranged in a gap between two magnetic bodies, the detection direction being arranged in the gap interval direction and detecting the strength of a magnetic field formed by the current to be measured, wherein the first magnetic body comprises: A flat plate made of a metal magnetic material is formed by being bent so as to have an opening between one end and the other end, and at least one of the pair of second magnetic materials is disposed apart from the first magnetic material.
  • the detection element is arranged in the gap so as to be separated from each of the pair of second magnetic bodies.
  • the first magnetic body formed by bending the metal magnetic body so as to have an opening is formed of a flat plate, and thus processing is easy. For this reason, the magnetic circuit through which the magnetic flux in the magnetic field formed by the measured current flowing through the conductor can be easily configured. Therefore, the manufacturing cost can be reduced.
  • the detection element is disposed in the gap between the pair of second magnetic bodies, the magnetic flux penetrating the detection element can be increased by bringing the second magnetic body closer to the detection element. For this reason, since the detection sensitivity of a detection element can be raised, it becomes possible to raise the detection accuracy of a current sensor.
  • the density of magnetic flux passing through the first magnetic body (magnetic flux density) can be controlled. For this reason, since it can be used in a region having linearity in the relationship between the current flowing through the conductor and the magnetic flux, a current sensor with good electrical characteristics can be realized. Furthermore, since the density (magnetic flux density) of the magnetic flux passing through the first magnetic body can be controlled, it is not necessary to increase the width of the first magnetic body, and it is not necessary to increase the thickness. Therefore, the current sensor can be realized with a reduced size and weight.
  • the first magnetic body is made of a single layer flat metal magnetic body.
  • Such a configuration further facilitates the processing of the first magnetic body. Therefore, the manufacturing cost can be reduced.
  • the first magnetic body may be made of a metal magnetic body having a two-layer structure flat plate.
  • the cross-sectional area of the magnetic circuit can be increased when a metal magnetic material having the same thickness as the single-layer flat plate is used. For this reason, magnetic saturation is suppressed, the linearity of the current sensor is improved, and the permeance coefficient can be reduced. Therefore, the hysteresis of the current sensor can be reduced.
  • the cross-sectional area of the magnetic circuit is the same as that of a single-layer flat plate, the generation of eddy current can be suppressed by changing the metal magnetic material from one layer to two layers. Therefore, the frequency response of the current sensor can be improved.
  • the pair of second magnetic bodies is made of a single layer flat metal magnetic body.
  • the pair of second magnetic bodies can also reduce the manufacturing cost in the same manner as the first magnetic bodies. Therefore, a current sensor can be realized at low cost.
  • the pair of second magnetic bodies may be made of a metal magnetic body having a two-layer structure flat plate.
  • the pair of second magnetic bodies can also improve the characteristics of the current sensor, like the first magnetic bodies.
  • the plate width of the opening bottom of the opening is set wider than the plate width of the one end side and the other end side.
  • the magnetic flux density at the bottom of the opening of the first magnetic body can be reduced more than the magnetic flux density at one end side and the other end side of the first magnetic body. Therefore, it is possible to configure a current sensor having a detection characteristic with high linearity up to a larger current, that is, a current sensor having a wide measurement range capable of measuring with high accuracy.
  • the pair of second magnetic bodies is disposed on the deeper side of the opening than the opening end of the opening.
  • the opening end portion functions as an antenna that receives a magnetic flux propagating in the air from a device or the like arranged around the current sensor or radiates a magnetic flux to the device or the like. Can be prevented. Therefore, for example, even when a plurality of current sensors are arranged side by side, it is possible to reduce the influence of the magnetic field generated by the measured current flowing through the conductor that is the control target of the adjacent current sensor. A sensor can be realized.
  • a pair of the second magnetic bodies are provided so as to sandwich the detection element, and the pair of second magnetic bodies are held by a holder made of a non-magnetic body, and the holder holds the detection element. It is preferable that it is fixed to the attached circuit board.
  • the pair of second magnetic bodies sandwiching the detection element is held by a holder made of a non-magnetic body, and the holder is fixed to the circuit board to which the detection element is attached.
  • the pair of second magnetic bodies are positioned on the circuit board via the holder.
  • the detection element is also positioned on the circuit board. Therefore, the detection element and the pair of second magnetic bodies are held in a predetermined positional relationship on the same circuit board, and the detection element in the gap between the pair of second magnetic bodies The position of is difficult to change.
  • the difference in detection sensitivity accompanying the change in the relative position between the second magnetic body and the detection element in the gap it is calculated that there is a different tendency depending on the direction of mutual position change as shown in FIG.
  • the extending direction (longitudinal direction) of the conductor is the A direction
  • the gap width direction is the B direction
  • the direction perpendicular to the A direction and the B direction is the C direction.
  • the relationship between the “positional deviation amount” and the “sensitivity deviation ratio” when the arranged state is 0 and the detection element is displaced in each of the A, B, and C directions is shown.
  • the change in the relative position between the second magnetic body and the detection element has an effect on the sensitivity in any direction, and is particularly affected by the change in the relative position in the B direction. Therefore, from the above results, according to the characteristic configuration of the present invention, the position of the detection element in the gap between the pair of second magnetic bodies is difficult to change. Therefore, the sensor has a stable sensitivity. Moreover, such an operational effect can be maintained even when the environmental temperature varies, and deterioration of the temperature characteristics of the sensor sensitivity can be suppressed.
  • the second magnetic body is held by the holder by insert molding.
  • the integration of the second magnetic body and the molding resin is higher and the holding reliability is higher than in the case of integration by press-fitting or adhesion. Therefore, stable sensor sensitivity can be obtained over a long period of time. Further, according to the insert molding, it is possible to easily drive a pair of second magnetic bodies into an integral holder. For this reason, the production efficiency of the current sensor is improved and the cost can be reduced.
  • a part of the second magnetic body is exposed from the holder.
  • the second magnetic body extending from a part of the second magnetic body exposed from the holder and A magnetic body having the same base material and extending from a part of the second magnetic body can be fixed to the mold at the time of insert molding. Moreover, by excising after molding, the positional accuracy of the second magnetic body with respect to the holder is improved, and variations in the magnetic circuit can be suppressed. For this reason, the adjustment range of the sensor can be narrowed, and at the same time, the adjustment becomes easy.
  • a magnetic body made of the same base material as the second magnetic body extending from a part of the second magnetic body that forms a pair is made of the same base material, that is, the paired second magnetic body is formed of the same base material.
  • the second magnetic body is formed by insert molding in a state where the second magnetic bodies to be paired are not separated from each other, and the magnetic body extending from a part of the second magnetic body is cut off after being molded. The relative position accuracy of is improved. Further, the adjustment range of the sensor can be further narrowed, and at the same time, the adjustment becomes easy.
  • the exposed surface portion of the holder from which a part of the second magnetic body is exposed is configured to be directed in a direction orthogonal or substantially orthogonal to the detection direction of the detection element.
  • the magnetic body made of the same base material as the second magnetic body extending from a part of the second magnetic body can be extended in a direction orthogonal or substantially orthogonal to the detection direction of the detection element. Is possible.
  • the variation in shape at the time of excision after insert molding can suppress the occurrence of variations in the magnetic circuit without changing the distance between the paired second magnetic bodies or between the second and second magnetic bodies. Therefore, the adjustment range of the sensor can be narrowed, and at the same time, adjustment becomes easy.
  • the detection element is fixed to the circuit board in a state where the detection unit is located at the center of the gap between the pair of second magnetic bodies, and the fixed part of the holder with respect to the circuit board is: It is preferable that a plurality of the fixed portions are provided and arranged at the target positions with the gap as the center.
  • the detection unit since the detection unit is located at the center between the pair of second magnetic bodies, the sensor sensitivity shift of the detection element can be minimized. For this reason, it is possible to improve the sensor accuracy.
  • a plurality of fixed portions are arranged at the target position with the gap as the center. Therefore, in the center of the gap, the thermal strain in the holder cancels and is canceled. Therefore, the detection unit of the detection element can always be positioned at the center between the pair of second magnetic bodies.
  • a plurality of the current sensors described above may be configured as a current sensor array in which a plurality of the current sensors are individually fixed to one circuit board with an interval in the gap interval direction.
  • the current sensor 1 is configured to be able to measure the current to be measured flowing through the conductor 5.
  • a magnetic field is generated with the conductor 5 as an axis according to the magnitude of the current (Ampere's law), and a magnetic flux is generated by the magnetic field.
  • the current sensor 1 detects the density of such magnetic flux, and measures the current (current value) flowing through the conductor 5 based on the detected magnetic flux density.
  • FIG. 1 is a perspective view of a current sensor 1 according to this embodiment. In FIG. 1, the conductor 5 is shown. The direction in which the conductor 5 extends is defined as an extending direction A.
  • FIG. 2 schematically shows the current sensor 1 as viewed in the extending direction A of the conductor 5. This will be described below with reference to FIGS.
  • the current sensor 1 includes a plurality of magnetic bodies 10 arranged in an annular shape so as to surround a conductor 5 through which a current to be measured flows, and one of the gaps between the plurality of magnetic bodies 10 with a detection direction as a gap direction. And a detecting element 13 for detecting the strength of the magnetic field formed by the current to be measured.
  • the current sensor 1 includes the first magnetic body 11, the second magnetic body 12, and the detection element 13.
  • the first magnetic body 11 is composed of a single-layer flat plate made of a metal magnetic body.
  • the metal magnetic body is a metallic magnetic body, and corresponds to an electromagnetic steel plate (silicon steel plate) or permalloy.
  • an electromagnetic steel plate silicon steel plate
  • a single-layer flat plate is a flat plate composed of one layer.
  • the flat plate consisting of one layer refers to one that is configured without having at least a plurality of layers (not stacked).
  • the thickness of such a single-layer flat plate is preferably 0.25 mm to 0.7 mm, and more preferably 0.5 mm ⁇ 10%.
  • the first magnetic body 11 is formed by bending so as to have an opening 21 between one end 11A and the other end 11B of the single-layer flat plate.
  • One end 11A of the single-layer flat plate is one end of the single-layer flat plate, and the other end 11B of the single-layer flat plate is the other end of the single-layer flat plate.
  • reference numerals 11A and 11B are attached. “Folded” is not limited to be formed so as to have a sharp corner, but includes that the corner is rounded.
  • the first magnetic body 11 is bent at a predetermined portion of such a single-layer flat plate, and is formed to have an opening 21 at one end 11A and the other end 11B.
  • the first magnetic body 11 is formed by bending a single-layer flat plate at two locations, and in the extending direction A shown in FIG. The bottom of the letter “U” has a flat shape.
  • the plate width of the opening bottom portion 22 of the opening portion 21 is set wider than the plate width on the one end 11A side and the other end 11B side.
  • the opening bottom 22 of the opening 21 corresponds to the back side of the opening 21.
  • the plate width is the width of the first magnetic body 11 formed of a single-layer flat plate, and corresponds to the length in the extending direction A in FIG. 1 in this embodiment.
  • the plate width on the side facing the opening 21 is indicated by the reference symbol X.
  • the one end 11A side and the other end 11B side are closer to the one end 11A and the other end 11B than the opening bottom 22 is.
  • the plate widths on the one end 11A side and the other end 11B side are indicated by reference signs Y and Z, respectively.
  • the first magnetic body 11 is configured such that the plate width X is wider than the plate widths Y and Z.
  • the wide plate width is preferably set so that the width of the portion of the first magnetic body 11 located on the opposite side of the opening 21 is maximized.
  • FIG. 3 shows the relationship between the current to be measured and the magnetic flux passing through the first magnetic body 11 when the first magnetic body 11 having a narrow opening bottom 22 is used, and the plate width of the opening bottom 22.
  • the relationship between the current to be measured and the magnetic flux passing through the first magnetic body 11 when the wide first magnetic body 11 is used is shown.
  • the first magnetic body 11 having a narrow plate width at the opening bottom 22 is used, a state in which the magnetic flux is saturated at I1 [A] is shown. That is, the electrical characteristic has linearity only below I1 [A].
  • the current to be measured is preferably I1 [A] or less. That is, it is not easy to accurately measure a current larger than I1 [A].
  • the magnetic flux is not saturated until the current to be measured reaches I2 [A] which is larger than I1 [A]. For this reason, when the current sensor 1 has such characteristics, the current to be measured can be accurately measured up to I2 [A].
  • widening the plate width of the opening bottom 22 in the first magnetic body 11 can improve the linearity of the detection characteristics of the current sensor 1, so that the current to be measured can be accurately measured. It is possible to configure the current sensor 1 with a wide measurement range.
  • the second magnetic body 12 consists of a pair. In FIG. 1 and FIG. 2, one side is denoted by reference numeral 12 ⁇ / b> A and the other is denoted by reference numeral 12 ⁇ / b> B.
  • a gap 50 is provided between the pair of second magnetic bodies 12.
  • the gap 50 is arranged so that the width direction of the gap 50 coincides with the opening width direction of the opening 21.
  • the opening width direction of the opening 21 is a direction along the width of the opening 21 and corresponds to a direction orthogonal to the extending direction A in FIG. In the following description, this direction will be described as the width direction B.
  • the width direction of the gap 50 is a direction along the width of the gap 50.
  • the gap 50 is arranged such that the width direction of the gap 50 coincides with the width direction B described above.
  • At least one of the pair of second magnetic bodies 12 is disposed apart from the first magnetic body 11.
  • both one of the second magnetic body 12 and the other 12 ⁇ / b> B are disposed apart from the first magnetic body 11. Therefore, a gap 70 is provided between the first magnetic body 11 and one of the second magnetic bodies 12A, and a gap 71 is provided between the first magnetic body 11 and the other 12B of the second magnetic body 12. .
  • the pair of second magnetic bodies 12 in the present embodiment is composed of a single layer flat metal magnetic body.
  • the single-layer flat metal magnetic body is a metal magnetic body made of a single-layer flat plate, and is made of an electromagnetic steel plate (silicon steel plate) or permalloy. Equivalent to. Of course, it may be a grain-oriented electrical steel sheet or an isotropic electrical steel sheet.
  • the first magnetic body 11 and the pair of second magnetic bodies 12 are arranged in an annular shape so as to surround the conductor 5 through which the current to be measured flows, as shown in FIG.
  • the annular shape is not limited to an annular shape, and may be a polygonal shape or a shape in which a corner of the polygon is rounded.
  • the current sensor 1 is arranged so that the conductor 5 penetrates the region surrounded by the first magnetic body 11 and the pair of second magnetic bodies 12.
  • the detection element 13 is arranged in the gap 50 so as to be separated from each of the pair of second magnetic bodies 12.
  • the gap 50 is a gap formed between one second magnetic body 12A and the other second magnetic body 12B.
  • the detection element 13 is arranged in such a gap 50 so as to be separated from each of the pair of second magnetic bodies 12. Therefore, a gap 90 is formed between the detection element 13 and the one second magnetic body 12A, and a gap 91 is formed between the detection element 13 and the other second magnetic body 12B.
  • the detection element 13 arranged in this way is arranged so that the detection direction is along the interval direction of the gap 50, and detects the strength of the magnetic field formed by the current to be measured.
  • a magnetic field is generated around the conductor 5. Since the pair of second magnetic bodies 12 is disposed at a predetermined position where such a magnetic field is generated, the gap 50 between one second magnetic body 12A and the other second magnetic body 12B is , Become the path of magnetic flux.
  • the direction in which the magnetic flux passes is determined according to the direction of the current. It is preferable to use a Hall element as the detection element 13 for detecting the strength of such a magnetic field.
  • the Hall element is an element utilizing the Hall effect in which an electromotive force appears in a direction orthogonal to both the current and the magnetic field when an element in which a current flows is placed in a magnetic field perpendicular to the current. Therefore, the detection element 13 is arranged so that the detection direction is along the interval direction of the gap 50. Thereby, it is possible to appropriately detect the strength of the magnetic field generated in the gap 50.
  • the first magnetic body 11 formed by bending the metal magnetic body so as to have the opening 21 is formed of a single-layer flat plate, so that processing is easy. For this reason, the magnetic circuit through which the magnetic flux in the magnetic field formed by the current to be measured flowing through the conductor 5 can be easily configured. Therefore, the manufacturing cost can be reduced.
  • the pair of second magnetic bodies 12 are arranged apart from the first magnetic body 11, the magnetic flux penetrating the detection element 13 can be increased. For this reason, since the detection sensitivity of the detection element 13 can be raised, it becomes possible to raise the detection accuracy of the current sensor 1.
  • the pair of second magnetic bodies 12 are disposed apart from the first magnetic body 11, the density of magnetic flux passing through the first magnetic body 11 (magnetic flux density) can be controlled. For this reason, since it can be used in the area
  • the current sensors 1 can be arranged side by side on each of the plurality of conductors 5.
  • a magnetic flux circulating between one and the other of the adjacent current sensors 1 may be generated depending on the magnitude of the current flowing through the conductor 5.
  • Such a magnetic flux is indicated by a dashed line B1 and a one-dot chain line B2 in FIG.
  • Such a magnetic flux causes the detection accuracy of the other current sensor 1 to deteriorate.
  • the pair of second magnetic bodies 12 on the deeper side of the opening than the opening end of the opening 21.
  • the opening end is an end of the opening 21 that connects the one end 11A and the other end 11B of the first magnetic body 11.
  • the opening back side corresponds to the back side of the opening 21 formed by the first magnetic body 11 and is the opening back side (opening bottom 22 side) with respect to the opening 21 in the opening direction C.
  • the pair of second magnetic bodies 12 are arranged on the back side of the opening end of the opening 21, and the first magnetic body 11 is configured to have a portion protruding from the pair of second magnetic bodies 12. .
  • the sensor 1 can be realized.
  • the first magnetic body 11 and the second magnetic body 12 are described as being composed of a single-layer flat metal magnetic body.
  • the first magnetic body 11 and the second magnetic body 12 are used. Is different from the first embodiment in that it is made of a metal magnetic material having a two-layer structure flat plate.
  • the second embodiment is the same as the first embodiment, and therefore, different points will be mainly described below.
  • FIG. 5 shows a perspective view of the current sensor 1 according to the present embodiment
  • FIG. 6 shows a schematic view of the current sensor 1 as viewed in the extending direction A of the conductor 5.
  • the first magnetic body 11 according to the present embodiment is composed of a metal magnetic body having a two-layer structure flat plate.
  • the pair of second magnetic bodies 12 according to the present embodiment is also composed of a metal magnetic body having a two-layer structure plate.
  • the thickness of the metal magnetic body according to the present embodiment is the same as the thickness of the metal magnetic body according to the first embodiment, the cross-sectional area of the magnetic circuit can be enlarged. For this reason, magnetic saturation is suppressed, the linearity of the current sensor 1 is improved, and the permeance coefficient can be reduced. Therefore, the hysteresis of the current sensor 1 can be reduced.
  • the thicknesses of the first magnetic body 11 and the pair of second magnetic bodies 12 according to the present embodiment are the same as the thicknesses of the first magnetic body 11 and the pair of second magnetic bodies 12 according to the first embodiment. It is possible to be the same. In such a case, the generation of eddy current can be suppressed by changing the metal magnetic material from one layer to two layers. Therefore, the frequency response of the current sensor 1 can be improved.
  • the current sensors 1 side by side on each of the plurality of conductors 5.
  • Such an example is shown in FIG.
  • the pair of second magnetic bodies 12 are propagated in the air from devices or the like arranged around the current sensor 1 by arranging the second magnetic body 12 on the deeper side of the opening than the opening end of the opening 21.
  • the incoming magnetic flux can be prevented from penetrating the detection element 13. Therefore, the influence of the current to be measured flowing through the conductor 5 that is the measurement target of the adjacent current sensor 1 can be reduced, so that the current sensor 1 with high accuracy can be realized.
  • FIG. 9 shows a current sensor 1 according to this embodiment.
  • the first magnetic body 11 and the conductor 5 are integrated together by a housing 30 made of a nonmagnetic material (for example, synthetic resin).
  • the housing 30 makes it possible to keep the relative positional relationship between the first magnetic body 11 and the conductor 5 constant.
  • the pair of second magnetic bodies 12 is held by a holder 40 made of a non-magnetic body, and the holder 40 is fixed to a circuit board 41 to which the detection element 13 is attached. is there.
  • the holder 40 is made of synthetic resin, and is formed by integrally casting the pair of second magnetic bodies 12 by insert molding. As shown in FIG. 10, the outer shape of the holder 40 is formed in a block shape having a height with a “+” shape, and the detection element 13 is positioned in a central region including the center of the “+” shape.
  • the hole 40a to be made is formed.
  • the penetration direction of the hole 40 a is along the thickness direction of the second magnetic body 12.
  • the direction along the thickness direction of the second magnetic body 12 is referred to as a C direction (see FIGS. 1 and 2).
  • the C direction is orthogonal to the conductor extending direction A and the gap width direction B.
  • the center of the hole 40a is formed so as to coincide with the center of the gap 50 (first gap) between the pair of embedded second magnetic bodies 12, as shown in FIG.
  • the holder 40 and the detection element 13 are fixed to the circuit board 41 so that the detection portion 13a of the detection element 13 is positioned at the same position.
  • the holder 40 can be fixed to the circuit board 41 by, for example, a technique such as engagement, fitting, screwing, adhesion, or caulking.
  • the fixed portion 40b of the holder 40 with respect to the circuit board 41 is provided in four places, one on each side of the “+” shape (see FIG. 11B), and each fixed portion 40b is
  • the holes 40a are arranged at equidistant positions with the center of the hole 40a as the center.
  • the relative positional relationship between the detection element 13 and the second magnetic body 12 can be maintained, and the detection system can be maintained.
  • a part of the second magnetic body 12 is formed so as to be exposed to the peripheral surface of the holder 40.
  • 40 and the metal second magnetic body 12 are configured to be exposed to the same temperature environment.
  • the holder 40 is formed such that an exposed surface portion 40c of the holder 40 from which a part of the second magnetic body 12 is exposed faces in a direction orthogonal or substantially orthogonal to the detection direction of the detection element 13. Specifically, the exposed surface portion 40 c is directed in the extending direction A of the conductor 5.
  • FIG.11 (a) the cyclic
  • the circuit board 41 is attached to the housing 30 and defines each position of the first magnetic body 11, the second magnetic body 12, and the detection element 13 in a state of surrounding the conductor 5.
  • the pair of second magnetic bodies 12 are positioned on the circuit board 41 via the holder 40.
  • the detection element 13 is also positioned on the circuit board 41, the position of the detection element 13 in the gap 50 (first gap) between the pair of second magnetic bodies is difficult to change, and variation in sensitivity is small.
  • a sensor with stable sensitivity is possible.
  • the second magnetic body 12 is integrated with the holder 40 by insert molding, the holding reliability is high, stable sensitivity can be obtained over a long period of time, and the production efficiency of the current sensor 1 is improved. Cost can be reduced.
  • the same base material as the second magnetic body 12 extending from a part of the second magnetic body 12 exposed from the holder 40 is used.
  • a magnetic body extending from a part of the second magnetic body 12 can be fixed to the mold at the time of insert molding. Further, by excising after molding, the positional accuracy of the second magnetic body 12 with respect to the holder 40 is improved, and variations in the magnetic circuit can be suppressed. Therefore, the adjustment range of the sensor can be narrowed, and at the same time, the adjustment becomes easy.
  • a magnetic body made of the same base material as the second magnetic body 12 extending from a part of the second magnetic body 12 to be paired is made of the same base material, that is, becomes a pair.
  • the second magnetic body 12 is formed from the same base material, and insert molding is performed in a state where the paired second magnetic bodies 12 are not separated from each other, and a magnetic body extending from a part of the second magnetic body 12 is formed.
  • the portion where the part of the second magnetic body 12 is exposed is directed in a direction orthogonal or substantially orthogonal to the detection direction of the detection element 13, and thus extends from a part of the second magnetic body 12.
  • a magnetic body made of the same base material as that of the second magnetic body 12 can be extended in a direction orthogonal or substantially orthogonal to the detection direction of the detection element 13.
  • the shape variation at the time of excision after insert molding can suppress the occurrence of variations in the magnetic circuit without changing the distance between the paired second magnetic bodies 12 or between the first and second magnetic bodies, The adjustment range of the sensor can be narrowed, and at the same time, the adjustment becomes easy.
  • the detection part 13a is located in the center between a pair of 2nd magnetic bodies, the shift
  • the holding state of the holder 40 with respect to the circuit board 41 stress due to a difference in linear expansion coefficient between the holder 40 and the circuit board 41 when the environmental temperature changes, or the circuit board 41 when the environmental temperature changes.
  • the variation of the relative position between the detection element 13 and the second magnetic body 12 due to the difference in linear expansion coefficient between the holder 40 and the holder 40 is suppressed, and the sensor accuracy can be maintained with respect to the environmental temperature change.
  • the pair of second magnetic bodies 12 has been described as being disposed separately from the first magnetic body 11.
  • the scope of application of the present invention is not limited to this. It is only necessary that one of the second magnetic body 12 and one of the other 12B is disposed away from the first magnetic body 11. Even with such a configuration, it is natural that the same effect as described above can be obtained.
  • the first magnetic body 11 has been described on the assumption that the plate width of the opening bottom 22 of the opening 21 is set wider than the plate width on the one end 11A side and the other end 11B side.
  • the scope of application of the present invention is not limited to this.
  • the first magnetic body 11 may be configured with a uniform plate width from the opening end to the opening bottom 22.
  • the current sensor 1 configured by providing one current sensor 1 for one conductor 5 has been described as an example.
  • the present invention is not limited to this embodiment.
  • the current sensor 1 can be arranged on each of the plurality of conductors 5 to form the current sensor array 2.
  • the plurality of current sensors 1 are individually fixed to one circuit board 41 with an interval in the width direction B of the gap 50 (first gap), the whole of the plurality of current sensors 1 is collected. It can be handled and can be installed easily.
  • each current sensor 1 is fixed individually with an interval, the adverse effects of thermal distortion between the circuit board and each current sensor 1 are not transmitted to each other, and the sensor accuracy of each current sensor 1 is improved. Can be maintained.
  • a first magnetic body and a pair of second magnetic bodies are annularly arranged so as to surround a conductor through which a current to be measured flows, and a detection direction is set in a gap between the pair of second magnetic bodies. It can be used for a current sensor provided with a detection element that is arranged along the interval direction and detects the strength of a magnetic field formed by a current to be measured, and a current sensor array including such a current sensor. .

Abstract

　電気的特性の良い、小型軽量化が可能な電流センサは、被測定電流が流れる導体を囲うように環状に配置された第１磁性体及び一対の第２磁性体と、当該一対の第２磁性体の間のギャップに、検出方向をギャップの間隔方向に配置されて、被測定電流により形成される磁界の強さを検出する検出素子とを備え、被測定電流により形成される磁界の強さを検出する検出素子を備えた電流センサは、第１磁性体が、金属磁性体からなる単層平板の一端と他端との間に開口部を有するように折り曲げて形成されると共に、一対の第２磁性体の少なくとも一方が、第１磁性体と離間して配置され、検出素子が、ギャップに一対の第２磁性体の夫々と離間して配置されてある。

Description

電流センサ、及び、電流センサアレイ
　本発明は、被測定電流を流す導体を囲うように環状に配置される複数の磁性体と、前記複数の磁性体間のギャップの一つに、検出方向を前記ギャップの間隔方向に沿うように配置されて、被測定電流により形成される磁界の強さを検出する検出素子とを備えた電流センサ、及び、電流センサアレイに関する。
　電気機器を駆動する場合、当該電気機器と電源とを接続する導体に電流が流れる。このような導体に流れる電流（電流値）を測定することは、電気機器を適切に制御する上で重要なものであり、従来、各種の方法で行われてきた。その方法の一つとして、導体に流れる電流に応じて当該導体の周囲に生じる磁界を検出し、当該検出された磁界に基づいて前記導体に流れる電流を演算して求めるものがある（例えば特許文献１及び特許文献２）。
　特許文献１に記載される電流検出器は、コアに巻き鉄心を用いて構成される。この巻き鉄心のうち、被測定電流が流れる導体に最も近い層の電位を安定させ、導体における電位変動が検出部に影響しないようにしている。また、特許文献２に記載される磁気平衡式電流計測装置は、コアにパーマロイの積層コアを用いて構成される。この装置では、パーマロイに応力が加わらないようにコアがケース内に収容される。
　特許文献１や特許文献２に記載される技術のように、巻き鉄心や積層コアを用いた場合には、コアのサイズが大きくなり、コア自体が重くなる。このため、電流センサを小型軽量化することは容易ではない。例えば、電流センサを車両に搭載する場合には、搭載スペースの確保や低燃費化の観点から小型軽量化された電流センサが望まれる。また、巻き鉄心や積層コアの製造工程は複雑で製造コストが高くなってしまう。
　そこで、従来の電流センサのコアよりも小型軽量化を行うべく、単層板状の磁性体を用いてコアを構成しているものがある（例えば特許文献３）。特許文献３に記載の電流センサのコアは、単層板状の磁性体を「Ｃ」字形に屈曲させて形成され、コアの端部間に形成されたギャップに、ホール素子からなる検出素子を配置される。ここで、単層板状の磁性体を用い、磁束が流れる経路の面積が小さくなる場合には、磁性体が磁束飽和し易くなり、電流センサの電気的特性が悪化する（例えばリニアリティが低下する）。そこで、特許文献３に記載のコアは、電流センサを配置するギャップ側の幅寸法よりも反ギャップ側の幅寸法の方が大きくして、充分な磁束をコア断面内に確保できるようにしている。
特開平６－１９４３８８号公報 特開平７－２３９３４７号公報 特開２００８－２３３０１３号公報
　しかしながら、特許文献３に記載の技術では、磁性体が磁束飽和し難いように厚い単層板状の磁性体を使用する必要があった。また、ギャップ内でのコアと検出素子との相対的な位置関係が変化しやすく、特に、温度変化の激しい設置環境においては各部材の熱膨張等の影響が加わって、更にその傾向が強くなっていた。その結果、センサ感度の低下や応答性の低下等の電気的特性の悪化を来し易い問題点があった。
　本発明の目的は、上記問題に鑑み、電気的特性の良い、小型軽量化が可能な電流センサ、及び当該電流センサからなる電流センサアレイを提供することにある。
　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、被測定電流が流れる導体を囲うように環状に配置された第１磁性体及び一対の第２磁性体と、前記一対の第２磁性体の間のギャップに、検出方向を前記ギャップの間隔方向に配置されて、前記被測定電流により形成される磁界の強さを検出する検出素子とを備え、前記第１磁性体が、金属磁性体からなる平板の一端と他端との間に開口部を有するように折り曲げて形成されると共に、前記一対の第２磁性体の少なくとも一方が、前記第１磁性体と離間して配置され、前記検出素子が、前記ギャップに前記一対の第２磁性体の夫々と離間して配置されてある点にある。
　このような特徴構成とすれば、開口部を有するように金属磁性体を折り曲げて形成される第１磁性体が平板で構成されているので、加工が容易である。このため、導体に流れる被測定電流により形成される磁界中の磁束が通る磁気回路を容易に構成することができる。したがって、製造コストを低減することができる。
　また、検出素子が、一対の第２磁性体のギャップに配置されるので、第２磁性体を検出素子に近づけることにより検出素子を貫通する磁束を増やすことができる。このため、検出素子の検出感度を上げることができるので、電流センサの検出精度を高めることが可能となる。
　また、一対の第２磁性体の少なくとも一方が第１磁性体と離間して配置されるので、第１磁性体を通る磁束の密度（磁束密度）を制御することができる。このため、導体に流れる電流と磁束との関係においてリニアリティのある領域で使用することができるので、電気的特性の良い電流センサを実現できる。
　更に、第１磁性体を通る磁束の密度（磁束密度）を制御することができるので、第１磁性体の幅を広くする必要も無いし、厚さを厚くする必要も無い。したがって、電流センサを小型軽量化して実現することが可能となる。
　また、前記第１磁性体が、単層平板の金属磁性体からなると好適である。
　このような構成とすれば、更に第１磁性体の加工が容易になる。したがって、製造コストを低減することができる。
　あるいは、前記第１磁性体が、二層構造平板の金属磁性体からなっても良い。
　このような構成とすれば、単層平板と同じ厚さの金属磁性体を用いる場合には、磁気回路の断面積を拡大することができる。このため、磁気飽和が抑制され、電流センサのリニアリティが向上すると共に、パーミアンス係数を小さくすることができる。したがって、電流センサのヒステリシスを低減することができる。
　一方、磁気回路の断面積が単層平板の場合と同じであれば、金属磁性体を一層から二層にすることにより、渦電流の発生を抑制することができる。したがって、電流センサの周波数応答を向上させることができる。
　また、前記一対の第２磁性体が、単層平板の金属磁性体からなると好適である。
　このような構成とすれば、一対の第２磁性体も、第１磁性体と同様に、製造コストを低減することができる。したがって、低コストで電流センサを実現することが可能となる。
　あるいは、前記一対の第２磁性体が、二層構造平板の金属磁性体からなっても良い。
　このような構成とすれば、一対の第２磁性体も、第１磁性体と同様に、電流センサの特性を向上させることができる。
　また、前記第１磁性体は、前記開口部の開口底部の板幅が、前記一端側及び前記他端側の板幅よりも広く設定されていると好適である。
　このような構成とすれば、第１磁性体の開口底部の磁束密度を、第１磁性体の一端側及び他端側の磁束密度よりも低減することができる。したがって、より大電流までリニアリティの高い検出特性を有する電流センサ、すなわち、精度良く測定することが可能な広い測定レンジを有する電流センサを構成することが可能となる。
　また、前記一対の第２磁性体が、前記開口部の開口端部より開口奥側に配置されていると好適である。
　このような構成とすれば、一対の第２磁性体よりも突出する第１磁性体の開口端部に、磁束が通り難くすることができる。このため、当該開口端部が、電流センサの周囲に配置される機器等から空気中を伝搬してくる磁束が入力されたり、前記機器等に磁束を放射したりするアンテナのように機能することを防止できる。したがって、例えば、電流センサを複数並べて配置した場合であっても、隣接する電流センサの制御対象である導体を流れる被測定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。
　また、前記第２磁性体は、前記検出素子を挟むように一対設けられて、前記一対の第２磁性体は、非磁性体で構成されたホルダによって保持され、前記ホルダは、前記検出素子を取り付けた回路基板に固定してあると好適である。
　このような構成とすれば、検出素子を挟む位置の一対の第２磁性体は、非磁性体で構成されたホルダによって保持され、ホルダは、前記検出素子を取り付けた回路基板に固定してあるから、一対の第２磁性体は、ホルダを介して回路基板上に位置決めされる。一方、検出素子も回路基板上に位置決めされる。したがって、検出素子と一対の第２磁性体とは、同じ回路基板上で、予め決められた位置関係のまま保持されていることになり、前記一対の第２磁性体間のギャップ内における検出素子の位置が変化し難い。
　ギャップ内での第２磁性体と検出素子との相対位置の変化に伴う、検出感度のずれについて説明すると、図８に示すように、相互の位置変化の方向によって異なった傾向があることが計算によって解る。
　図８は、導体の延設方向（長手方向）をＡ方向とし、ギャップ幅方向をＢ方向とし、前記Ａ方向とＢ方向とに直交する方向をＣ方向として、ギャップの中央部に検出素子を配置した状態を０とし、検出素子が各Ａ・Ｂ・Ｃ方向へずれた時の「位置ずれ量」と「感度のずれの割合」との関係を示している。この計算結果から見られるように、第２磁性体と検出素子との相対位置変化は、何れの方向であっても感度に影響があり、特に、Ｂ方向での相対位置変化による影響が大きい。したがって、以上の結果から、本発明の特徴構成によれば、前記一対の第２磁性体間のギャップ内における検出素子の位置が変化し難いから、それに伴って、測定感度の変動も少なく、ばらつきが少なく、感度の安定したセンサとなる。
　また、このような作用効果は、環境温度の変動があっても維持することができ、センサ感度の温度特性の悪化を抑制することができる。
　また、前記第２磁性体は、インサート成形によって前記ホルダに保持されていると好適である。
　このような構成とすれば、圧入や接着によって一体化するのに比べて、第２磁性体と成形用樹脂との一体性がより高く、保持の信頼性も高い。したがって、長期にわたって、安定したセンサ感度を得ることができる。
　また、インサート成形によれば、一対の第２磁性体どうしを、一体のホルダに打ち込むことが簡単に実施できる。このため、電流センサの製作効率が向上し、コストダウンを図れる。
　また、前記第２磁性体の一部が、前記ホルダから露出させてあると好適である。
　このような構成とすれば、前記第２磁性体の一部が、前記ホルダから露出させてあるから、前記ホルダから露出された前記第２磁性体の一部より伸びた前記第２磁性体と同一母材よりなる磁性体を有し、前記第２磁性体の一部より伸びた磁性体をインサート成型時に型に対して固定することができる。また、成型後切除することによりホルダに対する第２磁性体の位置精度が向上し、磁気回路のばらつきを抑制することができる。このため、センサの調整範囲が狭くできると同時に調整が容易になる。さらに対となる前記第２磁性体の一部より伸びた前記第２磁性体と同一母材よりなる磁性体が同一母材よりなる、すなわち対となる前記第２磁性体は同一母材より形成され、かつ対となる第２磁性体が互いに分離されていない状態でインサート成型を行い、第２磁性体の一部より伸びた磁性体を成型後切除することにより、対となる第２磁性体の相対位置精度が向上する。また、さらにセンサの調整範囲が狭くできると同時に調整が容易になる。
　また、記第２磁性体の一部が露出する前記ホルダにおける露出面部は、前記検出素子の検出方向に直交又はほぼ直交する方向に向けて構成してあると好適である。
　このような構成とすれば、前記第２磁性体の一部より伸びた前記第２磁性体と同一母材よりなる磁性体を前記検出素子の検出方向に直交又はほぼ直交する方向に伸ばすことが可能である。また、インサート成型後の切除時の形状ばらつきが、対となる第２磁性体間または第２と第２の磁性体間の距離を変えることがなく磁気回路のばらつきの発生を抑制できる。したがって、センサの調整範囲が狭くできると同時に調整が容易になる。
　また、前記検出素子は、検出部が、前記一対の第２磁性体の間のギャップの中心に位置する状態に前記回路基板に固定してあり、前記回路基板に対する前記ホルダの被固定部は、複数設けてあり、それら被固定部は、前記ギャップを中心にして対象位置に振り分けて配置してあると好適である。
　このような構成とすれば、一対の第２磁性体間の中心に検出部が位置することで、検出素子のセンサ感度のずれを最小にすることができる。このため、センサ精度の向上を図ることができる。
　また、一対の第２磁性体を保持するホルダに、熱膨張や熱収縮が発生する場合であっても、複数の被固定部が、前記ギャップを中心にして対象位置に振り分けて配置してあるから、ギャップの中心においては、ホルダ内の熱歪みが打ち消し有ってキャンセルされることになる。したがって、常に、前記一対の第２磁性体間の中心に、検出素子の検出部を位置させることができる。
　その結果、温度変化のある設置環境下であっても、対となる第２磁性体と検出素子の相対位置の変動が抑制され、設置環境の温度変化がある場合であっても、センサ精度の維持を図ることができる。
　また、上述の電流センサの複数を、一つの回路基板に、前記ギャップの間隔方向に間隔をあけて個別に固定してある電流センサアレイとしても良い。
　このような構成とすれば、本複数の電流センサを、一つの回路基板に固定してあるから、全体をまとめて取り扱うことができ、設置性の向上を図れる。一方、各電流センサは、間隔をあけて個別に固定されているから、複数のホルダを一体化し、各検出素子近傍でホルダを回路基板に固定する場合に比較して、環境温度が変化したときのホルダと回路基板の線膨張率差による応力が抑制される。逆に複数のホルダを一体化したものを回路基板の狭い領域のみで固定すると、環境温度が変化したときの回路基板とホルダの線膨張率差に起因する検出素子と第２磁性体の相対位置の変動が抑制され、環境温度変化に対して各電流センサのセンサ精度の維持を図ることができる。
第１実施形態に係る電流センサを模式的に示した斜視図である。 第１実施形態に係る電流センサを導体の延設方向から見た図である。 被測定電流と磁束との関係を示す図である。 第１実施形態に係る複数の電流センサを備えた場合の例を示す図である。 第２実施形態に係る電流センサを模式的に示した斜視図である。 第２実施形態に係る電流センサを導体の延設方向から見た図である。 第２実施形態に係る複数の電流センサを備えた場合の例を示す図である。 ギャップ内での検出素子の位置変化と検出感度のずれを示す図である。 第３実施形態に係る電流センサを導体の延設方向から見た図である。 ホルダを模式的に示す図である。 ホルダの成形状況を示す斜視図である。 複数の電流センサを備えた電流センサアレイの例を示す導体の延設方向から見た図である。
〔第１実施形態〕
　以下、本発明に係る電流センサ１に関して説明する。本電流センサ１は、導体５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５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５を軸心として磁界が発生し（アンペアの法則）、磁界により磁束が発生する。本電流センサ１は、このような磁束の密度を検出し、検出された磁束密度に基づいて導体５に流れる電流（電流値）を測定する。図１には本実施形態に係る電流センサ１の斜視図が示される。図１には、導体５が示されるが、当該導体５が延設する方向を延設方向Ａとする。図２には、導体５の延設方向Ａ視における電流センサ１を模式的に示した図が示される。以下に図１及び図２を用いて説明する。
　電流センサ１は、被測定電流を流す導体５を囲うように環状に配置される複数の磁性体１０と、前記複数の磁性体１０間のギャップの一つに、検出方向を前記ギャップの間隔方向に沿うように配置されて、被測定電流により形成される磁界の強さを検出する検出素子１３とを備えて構成してある。
　ちなみに、本実施形態では、本電流センサ１は、第１磁性体１１、第２磁性体１２、検出素子１３を備えて構成される。第１磁性体１１は、金属磁性体からなる単層平板で構成される。金属磁性体とは、金属製の磁性体であり、電磁鋼板（珪素鋼板）やパーマロイが相当する。このような磁性体として、特性及び入手性の良い方向性電磁鋼板を用いることが可能である。もちろん、入手性や板厚の種類が豊富な等方性電磁鋼板を用いることも可能である。単層平板とは１層からなる平板である。１層からなる平板とは、少なくとも複数の層を有さずに（積層されずに）構成されたものを示す。このような単層平板の厚さとして、０．２５ｍｍから０．７ｍｍのものを用いると好適であり、０．５ｍｍ±１０％以内のものであると更に好適である。
　第１磁性体１１は、単層平板の一端１１Ａと他端１１Ｂとの間に開口部２１を有するように折り曲げて形成される。単層平板の一端１１Ａとは単層平板の一方の端部であり、単層平板の他端１１Ｂとは単層平板の他方の端部である。図１において符号１１Ａ及び１１Ｂを付して示される。折り曲げて形成されるとは、とがった角部を有するように折り曲げて形成されることに限定されるものではなく、角部が丸みを有するように形成されることも含む。第１磁性体１１は、このような単層平板の所定の部位で折り曲げられ、一端１１Ａと他端１１Ｂとで開口部２１を有するように形成される。本実施形態では、第１磁性体１１は、単層平板を２箇所で折り曲げて形成され、図２に示される延設方向Ａ視において、文字「コ」の角部が丸くされた形状、すなわち文字「Ｕ」の底部が平坦とされた形状で構成される。
　また、第１磁性体１１は、開口部２１の開口底部２２の板幅が、一端１１Ａ側及び他端１１Ｂ側の板幅よりも広く設定される。開口部２１の開口底部２２とは、開口部２１の奥側に相当する。板幅とは、単層平板で構成される第１磁性体１１の幅であり、本実施形態では図１における延設方向Ａの長さが相当する。開口部２１と対向する側の板幅は、符号Ｘを付して示される。また、一端１１Ａ側及び他端１１Ｂ側とは、開口底部２２よりも一端１１Ａ及び他端１１Ｂに近い側である。一端１１Ａ側及び他端１１Ｂ側の板幅は、夫々符号Ｙ及びＺを付して示される。本実施形態に係る第１磁性体１１は、板幅Ｘが板幅Ｙ及びＺよりも広くなるように構成される。このように板幅を広く設定するのは、第１磁性体１１において、開口部２１の反対側に位置する部分の幅が最大になるように構成すると好適である。
　ここで、図３には、開口底部２２の板幅が狭い第１磁性体１１を用いた場合の被測定電流と第１磁性体１１を通る磁束との関係、及び開口底部２２の板幅が広い第１磁性体１１を用いた場合の被測定電流と第１磁性体１１を通る磁束との関係が示される。開口底部２２の板幅が狭い第１磁性体１１を用いた場合には、Ｉ１〔Ａ〕で磁束が飽和している状態が示される。すなわち、Ｉ１〔Ａ〕以下でのみ電気的特性にリニアリティがある。このため、電流センサ１がこのような特性を有する場合には、被測定電流がＩ１〔Ａ〕以下であることが好ましい。すなわち、Ｉ１〔Ａ〕より大きい電流の測定を精度良く行うことは容易ではない。一方、開口底部２２の板幅が広い第１磁性体１１を用いた場合には、被測定電流が、Ｉ１〔Ａ〕より大きいＩ２〔Ａ〕まで磁束が飽和していない。このため、電流センサ１がこのような特性を有する場合には、被測定電流がＩ２〔Ａ〕まで精度良く測定することが可能である。このように、第１磁性体１１における、開口底部２２の板幅を広くすることは、電流センサ１の検出特性のリニアリティを向上することができるので、被測定電流を精度良く測定することが可能な広い測定レンジの電流センサ１を構成することが可能となる。
　第２磁性体１２は、一対からなる。図１及び図２には、一方に符号１２Ａを付して示し、他方に符号１２Ｂを付して示される。この一対の第２磁性体１２の間には、ギャップ５０を有して構成される。このギャップ５０は、当該ギャップ５０の幅方向が、開口部２１の開口幅方向と一致するように配置される。開口部２１の開口幅方向とは、開口部２１の幅に沿った方向であり、本実施形態では図１における延設方向Ａと直交する方向が相当する。以下の説明ではこの方向を幅方向Ｂとして説明する。ギャップ５０の幅方向とは、ギャップ５０の幅に沿った方向である。ギャップ５０は、当該ギャップ５０の幅方向が上述の幅方向Ｂと一致するように配置される。
　また、一対の第２磁性体１２は、少なくともいずれか一方が第１磁性体１１と離間して配置される。本実施形態では、図２に示されるように、第２磁性体１２の一方１２Ａ及び他方１２Ｂの双方が第１磁性体１１と離間して配置される。したがって、第１磁性体１１と第２磁性体１２の一方１２Ａとの間にはギャップ７０を有し、第１磁性体１１と第２磁性体１２の他方１２Ｂとの間にはギャップ７１を有する。
　本実施形態における一対の第２磁性体１２は、単層平板の金属磁性体から構成される。単層平板の金属磁性体とは、上述の第１磁性体１１と同様に、金属磁性体とは、単層の平板からなる金属製の磁性体であり、電磁鋼板（珪素鋼板）やパーマロイが相当する。もちろん、方向性電磁鋼板であっても良いし、等方性電磁鋼板であっても良い。
　このような第１磁性体１１と一対の第２磁性体１２とは、図２に示されるように、被測定電流が流れる導体５を囲うように、環状で配置される。環状とは、円環状に限定されるものではなく、多角形であっても良いし、多角形の角部が丸くなったものでも良い。このように、電流センサ１は、導体５が第１磁性体１１と一対の第２磁性体１２とで囲まれた領域を貫通するように配置される。
　検出素子１３は、ギャップ５０に一対の第２磁性体１２の夫々と離間して配置される。ギャップ５０とは、一方の第２磁性体１２Ａと他方の第２磁性体１２Ｂとの間に形成される隙間である。検出素子１３は、このようなギャップ５０に一対の第２磁性体１２の夫々と離間して配置される。したがって、検出素子１３と一方の第２磁性体１２Ａとの間にはギャップ９０が形成され、検出素子１３と他方の第２磁性体１２Ｂとの間にはギャップ９１が形成される。
　このように配置される検出素子１３は、検出方向をギャップ５０の間隔方向に沿うように配置されて、被測定電流により形成される磁界の強さを検出する。ここで、上述のように導体５に電流が流れると導体５を中心に磁界が発生する。このような磁界が発生している所定の位置に一対の第２磁性体１２を配置していることから、一方の第２磁性体１２Ａと他方の第２磁性体１２Ｂとの間のギャップ５０は、磁束の通り道になる。磁束が通る方向は電流の向きに応じて決まる。このような磁界の強さを検出する検出素子１３は、ホール素子を用いると好適である。ホール素子は、電流が流れている素子を当該電流に垂直な磁界中におくと、電流と磁場の両方に直交する方向に起電力が現れるホール効果を利用した素子である。したがって、検出素子１３は、検出方向をギャップ５０の間隔方向に沿うように配置される。これにより、ギャップ５０に生じる磁界の強さを適切に検出することが可能となる。
　このように、本電流センサ１によれば、開口部２１を有するように金属磁性体を折り曲げて形成される第１磁性体１１が単層平板で構成されているので、加工が容易である。このため、導体５に流れる被測定電流により形成される磁界中の磁束が通る磁気回路を容易に構成することができる。したがって、製造コストを低減することができる。また、一対の第２磁性体１２が第１磁性体１１と離間して配置されるので、検出素子１３を貫通する磁束を増やすことができる。このため、検出素子１３の検出感度を上げることができるので、電流センサ１の検出精度を高めることが可能となる。また、一対の第２磁性体１２が第１磁性体１１と離間して配置されるので、第１磁性体１１を通る磁束の密度（磁束密度）を制御することができる。このため、導体５に流れる電流と磁束との関係においてリニアリティのある領域で使用することができるので、電気的特性の良い電流センサ１を実現できる。更に、第１磁性体１１を通る磁束の密度（磁束密度）を制御することができるので、第１磁性体１１の幅を広くする必要も無いし、厚さを厚くする必要も無い。したがって、電流センサ１を小型軽量化して実現することが可能となる。
　ここで、上記では、電流センサ１が１本の導体５に対して１つ設けられている場合の例を挙げて説明した。例えば、図４に示されるように複数の導体５の夫々に、電流センサ１を並べて配置することも可能である。係る場合には、導体５に流れる電流の大きさに応じて隣接する電流センサ１の一方と他方との間を、循環する磁束が生じることがある。このような磁束が、図４において波線Ｂ１及び一点鎖線Ｂ２で示される。このような磁束は、他方の電流センサ１の検出精度を悪化させる原因となる。
　このため、例えば、一対の第２磁性体１２を、開口部２１の開口端部より開口奥側に配置すると好適である。開口端部とは、第１磁性体１１の一端１１Ａと他端１１Ｂとを結ぶ開口部２１の端部である。開口奥側とは、第１磁性体１１により形成される開口部２１の奥側が相当し、開口方向Ｃにおける開口部２１よりも開口奥側（開口底部２２側）である。一対の第２磁性体１２は、開口部２１の開口端部よりも奥側に配置され、第１磁性体１１は、一対の第２磁性体１２よりも突出する部分を有して構成される。
　これにより、一対の第２磁性体１２よりも開口部２１の開口端部側に突出する第１磁性体１１の部分に、磁束が通り易くすることができるので、当該部分が、電流センサ１の周囲に配置される機器等から空気中を伝搬してくる磁束が検出素子１３を貫通するのを抑制できる。したがって、例えば、複数の電流センサ１を並べて配置した場合であっても、隣接する電流センサ１の測定対象である導体５を流れる被測定電流による影響を低減することができるので、高精度な電流センサ１を実現することが可能となる。
〔第２実施形態〕
　次に、第２実施形態について説明する。第１実施形態では、第１磁性体１１及び第２磁性体１２が単層平板の金属磁性体から構成されるとして説明したが、第２実施形態では第１磁性体１１及び第２磁性体１２が二層構造平板の金属磁性体から構成される点で、上記第１実施形態と異なる。それ以外は、第１実施形態と同様であるので、以下では異なる点を中心に説明する。
　図５には本実施形態に係る電流センサ１の斜視図が示され、図６には導体５の延設方向Ａ視における電流センサ１を模式的に示した図が示される。図１及び図２に示されるように、本実施形態に係る第１磁性体１１は、二層構造平板の金属磁性体から構成される。また、本実施形態に係る一対の第２磁性体１２も、二層構造平板の金属磁性体から構成される。
　ここで、本実施形態に係る金属磁性体の厚さを、上記第１実施形態に係る金属磁性体の厚さと同じものとすれば、磁気回路の断面積を拡大することができる。このため、磁気飽和が抑制され、電流センサ１のリニアリティが向上すると共に、パーミアンス係数を小さくすることができる。したがって、電流センサ１のヒステリシスを低減することができる。
　或いは、本実施形態に係る第１磁性体１１及び一対の第２磁性体１２の夫々の厚さを、上記第１実施形態に係る第１磁性体１１及び一対の第２磁性体１２の厚さと同じとすることも可能である。係る場合、金属磁性体を一層から二層にすることにより、渦電流の発生を抑制することができる。したがって、電流センサ１の周波数応答を向上させることができる。
　もちろん、本実施形態の変形例として、第１磁性体１１及び一対の第２磁性体１２の一方のみを二層構造平板の金属磁性体から構成することも当然に可能である。更には、第１磁性体１１及び一対の第２磁性体１２の少なくとも一方を３層以上の平板からなる金属磁性体から構成することも当然に可能である
　また、本実施形態でも、複数の導体５の夫々に、電流センサ１を並べて配置することも可能である。このような例が、図７に示される。本実施形態であっても、一対の第２磁性体１２を、開口部２１の開口端部より開口奥側に配置することにより、電流センサ１の周囲に配置される機器等から空気中を伝搬してくる磁束が検出素子１３を貫通するのを抑制できる。したがって、隣接する電流センサ１の測定対象である導体５を流れる被測定電流による影響を低減することができるので、高精度な電流センサ１を実現することが可能となる。
〔第３実施形態〕
　次に、第３実施形態について説明する。図９には、本実施形態に係る電流センサ１が示される。本実施形態に係る電流センサ１は、図９に示すように、第１磁性体１１と、導体５とは、非磁性体（例えば、合成樹脂）よりなる筺体３０によって一体にまとめられている。この筺体３０によって第１磁性体１１と導体５との相対位置関係を一定に維持することが可能となっている。
　また、一対の第２磁性体１２は、図９に示すように、非磁性体で構成されたホルダ４０によって保持され、前記ホルダ４０は、前記検出素子１３を取り付けた回路基板４１に固定してある。
　前記ホルダ４０は、合成樹脂によって構成してあり、一対の第２磁性体１２を、インサート成形によって一体に鋳込んで形成してある。ホルダ４０の外形は、図１０に示すように、「＋」字形で高さを備えたブロック状に成形してあり、「＋」形状の中心を含む中央領域には、前記検出素子１３を位置させる穴４０ａが形成してある。穴４０ａの貫通方向は、前記第２磁性体１２の厚み方向に沿う。便宜上、前記第２磁性体１２の厚み方向に沿う方向をＣ方向という（図１、図２参照）。Ｃ方向は、導体の延設方向Ａ、及び前記ギャップの幅方向Ｂと直交関係にある。
　前記穴４０ａの中心は、図９に示すように、埋めこまれた一対の第２磁性体１２間のギャップ５０（第１ギャップ）の中心と一致するように形成してあり、且つ、その中心に前記検出素子１３の検出部１３ａが位置するように、前記ホルダ４０と検出素子１３とは前記回路基板４１に固定されている。
　前記回路基板４１へのホルダ４０の固定は、例えば、係合や嵌合や螺合や接着やカシメ等の手法によって固定することができる。
　因みに、前記回路基板４１に対する前記ホルダ４０の被固定部４０ｂは、「＋」形状の各辺に一個所ずつ、合計４個所設けてあり（図１１（ｂ）参照）、各被固定部４０ｂは、前記穴４０ａの中心をセンターとした等距離の位置に振り分けて配置してある。この被固定部４０ｂの配置によれば、例えば、環境温度の変動に伴ってホルダ４０に熱変形が発生しても、被固定部４０ｂから等距離の位置にあるホルダ中心では夫々の変形量が打ち消し合うから、実質的に変位することが無くなる。その結果、検出素子１３と第２磁性体１２との相対位置関係を保ち、検出制度の維持を図ることができる。
　また、ホルダ４０の成形時には、図１０、図１１に示すように、前記第２磁性体１２の一部が、前記ホルダ４０の周面に暴露されるように形成してあり、樹脂製のホルダ４０と金属製の第２磁性体１２とが、同様の温度環境に暴露できるように構成されている。
　また、ホルダ４０は、第２磁性体１２の一部が露出するホルダ４０における露出面部４０ｃが、前記検出素子１３の検出方向に直交又はほぼ直交する方向に向くように形成してある。具体的には、前記露出面部４０ｃは、前記導体５の延設方向Ａに向けてある。
　以上のホルダ４０の製作方法の一例を説明する。まず、図１１（ａ）に示すように、予め、一対の第２磁性体１２となる部分を備えた環状のインサート材Ｋを用意する。このインサート材Ｋの内の、前記一対の第２磁性体１２となる部分にのみ樹脂が鋳込まれるようにインサート成形を実施する。次に、脱型後、樹脂部から露出したインサート材Ｋの部分を切断する。これにより、図１１（ｂ）に示すように、ホルダ４０の前記露出面部４０ｃに第２磁性体１２の切断端部が露出した状態の成形品が形成できる。
　更には、一対の第２磁性体１２どうしの相対位置関係を維持したままインサート成形を実施できるから、高い部品精度を得ることができる。
　また、前記回路基板４１は、前記筺体３０に取り付けてあり、導体５を囲う状態での前記第１磁性体１１、第２磁性体１２、検出素子１３の各位置を規定している。
　このように、本電流センサ１によれば、一対の第２磁性体１２は、ホルダ４０を介して回路基板４１上に位置決めされる。一方、検出素子１３も回路基板４１上に位置決めされているから、前記一対の第２磁性体間のギャップ５０（第１ギャップ）内における検出素子１３の位置が変化し難く、感度のばらつきが少なく、感度の安定したセンサが可能となる。
　また、インサート成形によって第２磁性体１２がホルダ４０に一体化してあるから、保持の信頼性が高く、長期にわたって、安定した感度を得ることができると共に、電流センサ１の製作効率が向上し、コストダウンを図れる。
　前記第２磁性体１２の一部が、前記ホルダ４０から露出させてあるから、前記ホルダ４０から露出された前記第２磁性体１２の一部より伸びた前記第２磁性体１２と同一母材よりなる磁性体を有し、前記第２磁性体１２の一部より伸びた磁性体をインサート成型時に型に対して固定することができる。また、成型後切除することによりホルダ４０に対する第２磁性体１２の位置精度が向上し、磁気回路のばらつきを抑制することができる。したがって、センサの調整範囲が狭くできると同時に調整が容易になる。さらに対となる第２磁性体１２において前記対となる第２磁性体１２の一部より伸びた前記第２磁性体１２と同一母材よりなる磁性体が同一母材よりなる、すなわち対となる前記第２磁性体１２は同一母材より形成され、かつ対となる第２磁性体１２が互いに分離されていない状態でインサート成型を行い、第２磁性体１２の一部より伸びた磁性体を成型後切除することにより、対となる第２磁性体１２の相対位置精度が向上し、さらにセンサの調整範囲が狭くできると同時に調整が容易になる。
　更には、前記第２磁性体１２の一部が露出する部分は、前記検出素子１３の検出方向に直交又はほぼ直交する方向に向けてあるから、前記第２磁性体１２の一部より伸びた前記第２磁性体１２と同一母材よりなる磁性体を前記検出素子１３の検出方向に直交又はほぼ直交する方向に伸ばすことが可能である。また、インサート成型後の切除時の形状ばらつきが、対となる第２磁性体１２間または第１と第２の磁性体間の距離を変えることがなく磁気回路のばらつきの発生を抑制できるので、センサの調整範囲が狭くできると同時に調整が容易になる。
　また、一対の第２磁性体間の中心に検出部１３ａを位置させてあるから、検出素子１３のセンサ感度のずれを最小にして、センサ精度の向上を図ることができる。
　また、回路基板４１に対するホルダ４０の保持状態の工夫によって、環境温度が変化したときのホルダ４０と回路基板４１の線膨張率差による応力を抑制したり、環境温度が変化したときの回路基板４１とホルダ４０の線膨張率差に起因する検出素子１３と第２磁性体１２の相対位置の変動が抑制され、環境温度変化に対してセンサ精度の維持を図ることができる。
〔その他の実施形態〕
　上記実施形態では、一対の第２磁性体１２は、双方が第１磁性体１１と離間して配置さ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。第２磁性体１２の一方１２Ａ及び他方１２Ｂの一方が、第１磁性体１１と離間して配置されていれば良い。このような構成であっても、上述と同様の効果を得られることは当然である。
　上記実施形態では、第１磁性体１１は、開口部２１の開口底部２２の板幅が、一端１１Ａ側及び他端１１Ｂ側の板幅よりも広く設定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。第１磁性体１１を、開口端部から開口底部２２まで一様な板幅で構成することも当然に可能である。
　上記実施形態では、１本の導体５に対して１つの電流センサ１が設けて構成された電流センサ１を例に挙げて説明した。しかし、その実施形態に限るものではなく、例えば、図１２に示されるように複数の導体５の夫々に、電流センサ１を並べて電流センサアレイ２とすることも可能である。
　この場合、前記電流センサ１の複数を、一つの回路基板４１に、前記ギャップ５０（第１ギャップ）の幅方向Ｂに間隔をあけて個別に固定すれば、複数の電流センサ１の全体をまとめて取り扱うことができ、設置性の向上を図れる。一方、各電流センサ１は、間隔をあけて個別に固定されているから、回路基板と各電流センサ１の熱歪みの悪影響が、相互に伝達されないようになり、各電流センサ１のセンサ精度の維持を図ることができる。
　尚、上述のように、図面との対照を便利にするために符号を記したが、該記入により本発明は添付図面の構成に限定されるものではない。また、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、種々なる態様で実施し得ることは勿論である。
　本発明は、被測定電流が流れる導体を囲うように第１磁性体と一対の第２磁性体とが環状に配置され、当該一対の第２磁性体の間のギャップに、検出方向をギャップの間隔方向に沿うように配置されて、被測定電流により形成される磁界の強さを検出する検出素子を備えた電流センサ、及びこのような電流センサからなる電流センサアレイに用いることが可能である。
　１：電流センサ
　２：電流センサアレイ
　５：導体
　１０：磁性体
　１１：第１磁性体
　１１Ａ：一端
　１１Ｂ：他端
　１２：第２磁性体
　１３：検出素子
　１３ａ：検出部
　２１：開口部
　２２：開口底部
　４０：ホルダ
　４０ｂ：被固定部
　４０ｃ：露出面部
　４１：回路基板
　５０：第１ギャップ（ギャップ）
　７０：ギャップ
　７１：ギャップ

Claims (13)

  1. 　被測定電流が流れる導体を囲うように環状に配置された第１磁性体及び一対の第２磁性体と、
    　前記一対の第２磁性体の間のギャップに、検出方向を前記ギャップの間隔方向に配置されて、前記被測定電流により形成される磁界の強さを検出する検出素子とを備え、
    　前記第１磁性体が、金属磁性体からなる平板の一端と他端との間に開口部を有するように折り曲げて形成されると共に、
    　前記一対の第２磁性体の少なくとも一方が、前記第１磁性体と離間して配置され、
    　前記検出素子が、前記ギャップに前記一対の第２磁性体の夫々と離間して配置されてある電流センサ。
  2. 　前記第１磁性体が、単層平板の金属磁性体からなる請求項１に記載の電流センサ。
  3. 　前記第１磁性体が、二層構造平板の金属磁性体からなる請求項１に記載の電流センサ。
  4. 　前記一対の第２磁性体が、単層平板の金属磁性体からなる請求項１から３のいずれか一項に記載の電流センサ。
  5. 　前記一対の第２磁性体が、二層構造平板の金属磁性体からなる請求項１から３のいずれか一項に記載の電流センサ。
  6. 　前記第１磁性体は、前記開口部の開口底部の板幅が、前記一端側及び前記他端側の板幅よりも広く設定されている請求項１から５のいずれか一項に記載の電流センサ。
  7. 　前記一対の第２磁性体が、前記開口部の開口端部より開口奥側に配置されている請求項１から６のいずれか一項に記載の電流センサ。
  8. 　前記第２磁性体は、前記検出素子を挟むように一対設けられて、前記一対の第２磁性体は、非磁性体で構成されたホルダによって保持され、前記ホルダは、前記検出素子を取り付けた回路基板に固定してある請求項１から７のいずれか一項に記載の電流センサ。
  9. 　前記第２磁性体は、インサート成形によって前記ホルダに保持されている請求項８に記載の電流センサ。
  10. 　前記第２磁性体の一部が、前記ホルダから露出させてある請求項８又は９に記載の電流センサ。
  11. 　前記第２磁性体の一部が露出する前記ホルダにおける露出面部は、前記検出素子の検出方向に直交又はほぼ直交する方向に向けて構成してある請求項１０に記載の電流センサ。
  12. 　前記検出素子は、検出部が、前記一対の第２磁性体の間のギャップの中心に位置する状態に前記回路基板に固定してあり、
    　前記回路基板に対する前記ホルダの被固定部は、複数設けてあり、それら被固定部は、前記ギャップを中心にして対象位置に振り分けて配置してある請求項１０に記載の電流センサ。
  13. 　請求項１０～１２のいずれか一項に記載の電流センサの複数を、一つの回路基板に、前記ギャップの間隔方向に間隔をあけて個別に固定してある電流センサアレイ。
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