JP2010044025A - 電流センサ - Google Patents

Abstract

【課題】小型化が可能で、外部に対する磁界の漏れを防止する電流センサを提供する。
【解決手段】電流センサ１は、磁気シールド２の開口２１内に、バスバー４と、基板４上に設けられた磁気センサ５とが挿入されている。電流９がバスバー３を流れるとき、本体２０と凹凸部２２を経由する磁路７が形成される。さらに電流センサ１は、凹凸部２２によって磁束密度が略均一な磁界６を形成し、その磁束密度が略均一な磁界６内に磁気センサ５を配置するので、正確な電流９を測定することができる。
【選択図】図２

Description

本発明は、電流センサに関する。

従来の技術として、電流が流れる導体と、強磁性体によって形成され、リングの一部分に空隙を有する強磁性体コアと、空隙に設けられたホール素子と、を備えた電流センサが知られている（例えば、特許文献１参照）。

この電流センサによると、リングの中央部に導体を挿入し、導体に流れる電流による磁界が強磁性体コアを経由してホール素子に作用し、ホール素子は、磁界の強さに基づいたホール電圧の出力を行う。
特開昭６４−８３１５４号公報

しかし、従来の電流センサは、磁束密度が均一な磁界を得るためには、大きな強磁性体コアが必要となるため、小型化が困難であった。

従って本発明の目的は、小型化が可能で、外部に対する磁界の漏れを防止する電流センサを提供することにある。

（１）本発明は上記目的を達成するため、筒形状に形成され、流れる電流に基づいて磁界を発生させる導体を囲うように設けられ、前記磁界の経路である磁路を変更する磁路変更部と、前記磁路変更部の対向する内壁に間隔を有して設けられ、変更された前記磁路が階段状に形成された一方端部から他端部へと伝播することによって前記間隔に磁束密度が略均一な磁界を形成する磁界形成部と、前記略均一な磁界内に設けられ、前記略均一な磁界に基づいて出力信号を出力する磁気センサと、を備えた電流センサを提供する。

（２）本発明は上記目的を達成するため、前記磁路変更部及び前記磁界形成部は、軟磁性体によって形成される前記（１）に記載の電流センサを提供する。

（３）本発明は上記目的を達成するため、前記磁界形成部は、前記導体との距離が離れるにつれて前記一方端部と他端部との前記間隔が狭く形成される前記（１）に記載の電流センサを提供する。

（４）本発明は上記目的を達成するため、前記磁界形成部は、前記磁路変換部の本体との間に空隙を有する前記（１）に記載の電流センサを提供する。

（５）本発明は上記目的を達成するため、軟磁性体によって筒形状に形成され、流れる電流に基づいて磁界を発生させる導体を囲うように設けられ、前記磁界の経路である磁路を変更する磁路変更部と、前記磁路変更部の対向する内壁に間隔を有して設けられ、変更された前記磁路が階段状に形成された一方端部から他端部へと伝播することによって前記間隔に磁束密度が略均一な磁界を形成し、前記磁界が弱くなるにつれて前記一方端部と他端部との前記間隔が狭く形成され、前記磁路変換部の本体との間に空隙を有する磁界形成部と、前記略均一な磁界内に配置され、前記略均一な磁界に基づいて出力信号を出力する磁気センサと、を備えた電流センサを提供する。

このような発明によれば、小型化が可能で、外部に対する磁界の漏れを防止するができる。

以下に、本発明の電流センサの実施の形態を図面を参考にして詳細に説明する。

[実施の形態]
（電流センサの構成）
図１は、本発明の実施の形態に係る電流センサの概略図である。電流センサ１は、バスバー３を流れる電流によって発生する磁界の強度を後述する磁気センサで検出し、磁気センサの出力に基づいてＥＣＵ（Electronic Control Unit）（図示せず）によって電流の大きさを測定するものであり、図１に示すように、磁気シールド（磁路変更部）２と、バスバー（導体）３と、後述する磁気センサと、を備えて概略構成されている。

なお、電流は、バスバー３を流れているものに限定されず、電線等の導体を流れる電流を測定するように構成されても良い。

（磁気シールドの構成）
図２は、本発明の実施の形態に係る図１におけるＡ−Ａ線断面図である。磁気シールド２は、図２に示すように、軟磁性体によって筒形状に形成された本体２０と、本体２０に形成され、バスバー３が挿入される開口２１と、開口２１の対向する内壁に設けられた凹凸部（磁界形成部）２２と、凹凸部２２と本体２０との間に形成された空隙部２６と、を備えて概略構成されている。

本体２０は、図１及び図２に示すように、筒形状を有していることから、バスバー３に流れる電流９によって発生する磁界６が、外部に漏れるのを防止することができる。本体２０は、軟磁性体によって形成されることで磁化し難く、磁路７が本体２０を経由し易くなるように構成されている。

凹凸部２２は、本体２０と同様に軟磁性体によって形成され、図２に示すように、一例として、第１の凸部２３と、第２の凸部２４と、第３の凸部２５と、が左右対称となるように、階段状に形成されており、バスバー３からの距離が離れている順、言い換えるなら、磁界６の強度が弱い順に左右の間隔が狭く形成されている。

凹凸部２２は、第１〜第３の凸部２３〜２５によって磁束密度が略均一な磁界６を領域８に形成することができ、また、領域８における磁界６の強度を向上させることができる。なお、凹凸部２２に形成される凸部の個数、及び間隔は、上記に限定されず、用途に応じて変更可能である。

また凹凸部２２は、本体２０との間に空隙部２６を有している。これは、バスバー３を流れる電流９によって形成された磁界６の磁路７が、確実に凹凸部２２を経由するようにするために設けられている。

（バスバーの構成）
バスバー３は、図１に示すように、一例として、銅又は銅の合金からなる金属材料によって中央部にコ字状部分が形成され、その両端部には、取付部３０が形成されている。

取付部３０は、一例として、ねじ（図示せず）が挿入されるねじ穴３１が設けられ、測定対象の電流９が流れる電子回路を有する基板（図示せず）等にねじを介して固定される。

バスバー３は、一例として、基板等に取り付けられた状態において、基板の電子回路、及びねじを介して電流９がバスバー３を流れるように構成されている。

バスバー３を流れる電流９は、進行方向、すなわち、図２において表側から裏側に向かう方向に対して右ねじの方向に磁界６を発生させ、図２に示す磁路７を形成している。

（磁気センサの構成）
磁気センサ５は、図２に示すように、図示しない電子回路等を有する基板４上に設けられている。また、磁気センサ５は、バスバー３及び基板４と共に、本体２０内の開口２１に挿入され、一例として、樹脂部材によって開口２１内は封止されている。さらに磁気センサ５は、左右の凹凸部２２の第１〜第３の凸部２３〜２５同士が作る間隔中に磁界６を感知する面が挿入されるように配置される。

図３は、本発明の実施の形態に係る磁気センサの配置を変更した場合の図１のＡ−Ａ線断面図である。

磁気センサ５は、一例として、ホール素子、磁気抵抗素子又は巨大磁気抵抗効果素子等を用いて構成された磁界感応型のセンサであり、平行方向からの磁界６の変化に基づいて出力信号を出力する磁気センサ５は、磁界６を感知する面が磁界６と平行となるように基板４上に配置され、垂直方向からの磁界６の変化に基づいて出力信号を出力する磁気センサ５は、磁界６を感知する面が磁界６と垂直となるように、図３に示すように、基板４上に立てて配置される。例えば、ホール素子によって構成された磁気センサ５は、図３に示すように、凹凸部２２から漏れ出す磁界６に対して、磁界６を感知する面を垂直にする必要があるため、基板４上に立てて配置される。

（動作）
以下に、本実施の形態における電流センサの動作を各図を参照して詳細に説明する。

電流センサ１は、測定対象の電流９がバスバー３に流されると、図２に示す磁界６が発生する。

バスバー３の周囲に発生した磁界６は、図２に示すように、本体２０の内部を経由して、右側の凹凸部２２から漏れ出して左側の凹凸部２２に吸い込まれ、本体２０内部に戻る磁路７を形成する。

具体的には、左側にある第１の凸部２３から漏れ出した磁界６は、右側にある第１の凸部２３に吸い込まれ、左側にある第２の凸部２４から漏れ出した磁界６は、右側にある第２の凸部２４に吸い込まれ、左側にある第３の凸部２５から漏れ出した磁界６は、右側にある第３の凸部２５に吸い込まれる。

凹凸部２２は、磁界６の強さによって凸部と凸部の間隔を変えているので、図２に示す領域８の磁界６は、磁束密度が略均一な磁界となる。

磁気センサ５は、その磁束密度が略均一な磁界内に配置、すなわち、磁束密度が略均一な磁界が形成された領域８を検出領域とするように配置されているので、その磁界６に基づいた出力信号をＥＣＵに出力することができ、ＥＣＵは、出力された出力信号に基づいて電流９の大きさを測定することができる。

（効果）
（１）上記した実施の形態における電流センサ１によれば、凹凸部２２によって磁気センサ５の検出領域に磁束密度が略均一な磁界６を形成することができるので、正確な電流９を測定することができる。

（２）上記した実施の形態における電流センサ１によれば、本体２０及び凹凸部２２は、軟磁性体によって形成され、バスバー３によって形成される磁界６によって磁化され難いので、本体２０及び凹凸部２２を経由した磁路７が形成される。

（３）上記した実施の形態における電流センサ１によれば、凹凸部２２は、磁界６の強度が弱くなる場所に応じて、凸部と凸部の間隔を変えているので、領域８に磁束密度が略均一な磁界６を形成することができる。

（４）上記した実施の形態における電流センサ１によれば、凹凸部２２と本体２０との間に空隙部２６を備えているので、磁路７が本体２０内部で閉じることなく確実に凹凸部２２を経由し、その結果、領域８に磁束密度が略均一な磁界６を形成することができる。

（５）上記した実施の形態における電流センサ１によれば、従来のコアを必要としないので、小型化が可能となる。

（６）上記した実施の形態における電流センサ１によれば、外部に対する磁界６の漏れを防止することができるので、複数の電流センサ１を隣接して配置することができる。

（７）上記した実施の形態における電流センサ１によれば、凹凸部２２によって領域８内の磁界６の強度も向上するので、さらに正確な電流９を測定することができる。

（８）上記した実施の形態における電流センサ１によれば、凹凸部２２によって自由に磁束密度が略均一な磁界６を形成することができるので、磁気センサ５の配置に自由度が増し、設計が容易になる。

なお、本発明は、上記した実施の形態に限定されず、本発明の技術思想を逸脱あるいは変更しない範囲内で種々の変形が可能である。

本発明の実施の形態に係る電流センサの概略図である。 本発明の実施の形態に係る図１におけるＡ−Ａ線断面図である。 本発明の実施の形態に係る磁気センサの配置を変更した場合の図１のＡ−Ａ線断面図である。

符号の説明

１…電流センサ、２…磁気シールド、３…バスバー、４…基板、５…磁気センサ、６…磁界、７…磁路、８…領域、９…電流、２０…本体、２１…開口、２２…凹凸部、２３…第１の凸部、２４…第２の凸部、２５…第３の凸部、２６…空隙部、３０…取付部、３１…ねじ穴

Claims (5)

1. 筒形状に形成され、流れる電流に基づいて磁界を発生させる導体を囲うように設けられ、前記磁界の経路である磁路を変更する磁路変更部と、
   前記磁路変更部の対向する内壁に間隔を有して設けられ、変更された前記磁路が階段状に形成された一方端部から他端部へと伝播することによって前記間隔に磁束密度が略均一な磁界を形成する磁界形成部と、
   前記略均一な磁界内に設けられ、前記略均一な磁界に基づいて出力信号を出力する磁気センサと、
   を備えた電流センサ。
2. 前記磁路変更部及び前記磁界形成部は、軟磁性体によって形成される請求項１に記載の電流センサ。
3. 前記磁界形成部は、前記導体との距離が離れるにつれて前記一方端部と他端部との前記間隔が狭く形成される請求項１に記載の電流センサ。
4. 前記磁界形成部は、前記磁路変換部の本体との間に空隙を有する請求項１に記載の電流センサ。
5. 軟磁性体によって筒形状に形成され、流れる電流に基づいて磁界を発生させる導体を囲うように設けられ、前記磁界の経路である磁路を変更する磁路変更部と、
   前記磁路変更部の対向する内壁に間隔を有して設けられ、変更された前記磁路が階段状に形成された一方端部から他端部へと伝播することによって前記間隔に磁束密度が略均一な磁界を形成し、前記磁界が弱くなるにつれて前記一方端部と他端部との前記間隔が狭く形成され、前記磁路変換部の本体との間に空隙を有する磁界形成部と、
   前記略均一な磁界内に配置され、前記略均一な磁界に基づいて出力信号を出力する磁気センサと、
   を備えた電流センサ。

Images