JP2011112559A - 電流センサ - Google Patents

Abstract

【課題】磁性体コアのギャップ中における磁束密度が均一な領域を狭くすることなく、磁性体コアを小型化することのできる電流センサを提供する。
【解決手段】磁性体コア１２に挿通されたバスバー１８に流れる電流の大きさを、磁性体コア１２のギャップ１４中に配置された磁電変換素子１６によって検出する電流センサ１０であって、磁性体コア１２は、ギャップ１４に隣接する第１の部分１２ａと、第１の部分１２ａ以外の第２の部分１２ｂとを備えている。第１の部分１２ａの断面積が、第２の部分１２ｂの断面積よりも大きく形成されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、電流センサに関する。

車両に搭載される電気接続箱には、電流経路となるバスバーに流れる電流の大きさを検出するための電流センサが設置される場合がある。この電流センサとしては、磁気比例式の電流センサが用いられる場合が多い。

磁気比例式の電流センサとは、電流経路となる導体を挿通させた磁性体コアのギャップ中にホール素子等の磁電変換素子を配置するとともに、その磁電変換素子によってギャップ中の磁界の強さを電圧信号に変換することで導体に流れる電流の大きさを検出するものである。

磁気比例式の電流センサは、例えば、ハイブリッドカーや電気自動車のバッテリとインバータとの間に流れる電流を検出するために用いられる。また、車両に搭載された鉛バッテリの充放電電流を検出するための手段としても用いられる（特許文献１を参照）。

ところで、電気接続箱を小型化するためには、電気接続箱の内部に搭載される電流センサが小型化されていることが好ましい。電流センサを小型化するためには、その電流センサの投影面積の多くを占めている磁性体コアをできるだけ小さくすることが有効である。

しかし、磁性体コアを小さくした場合、磁性体コアが磁気飽和しやすくなるために、電流センサによって検出可能な電流値の範囲が小さくなってしまい、この結果、例えばハイブリッドカーのバッテリとインバータとの間に流れる大電流を検出することが困難になってしまうという問題がある。

また、磁性体コアを小さくした場合、磁性体コアの断面積が小さくなるために、磁性体コアのギャップ中における磁束密度が均一な領域が狭くなってしまう。このため、ギャップ中に配置する磁電変換素子の位置合わせの作業が困難になってしまうという問題がある。

そこで、従来、磁性体コアの磁気飽和をなくすための構造が提案されているが（特許文献２を参照）、しかし、これらの磁性体コアはその構造が複雑であり、製造コストが高くなってしまうという問題がある。

特開２００６−２９２６９２号公報 特開２００８−２３３０１３号公報

本発明は上記のような事情に基づいて完成されたものであって、磁性体コアのギャップ中における磁束密度が均一な領域を狭くすることなく、磁性体コアを小型化することのできる電流センサを提供することを目的とする。

本発明の電流センサは、磁性体コアに挿通された導体に流れる電流の大きさを、前記磁性体コアのギャップ中に配置された磁電変換素子によって検出する電流センサであって、前記磁性体コアは、前記ギャップに隣接する第１の部分と、前記第１の部分以外の第２の部分とを備えており、前記第１の部分の断面積が、前記第２の部分の断面積よりも大きく形成されていることを特徴とする電流センサである。

本発明の電流センサによれば、磁性体コアは、ギャップに隣接する第１の部分と、第１の部分以外の第２の部分を有しており、第１の部分の断面積が、第２の部分の断面積よりも大きく形成されている。したがって、磁性体コアのギャップ中における磁束密度が均一な領域を狭くすることなく、磁性体コアの全体としての小型化を達成することが可能である。

本発明の電流センサにおいて、前記磁性体コアは、磁性材料からなる粉体を圧縮もしくは圧縮した後に焼結して成形されたものであることが好ましい。
このような構成によれば、第１の部分と第２の部分とで断面形状の大きさが異なる磁性体コアをより容易に製造することが可能である。

本発明によれば、磁性体コアのギャップ中における磁束密度が均一な領域を狭くすることなく、磁性体コアを小型化することのできる電流センサを提供することが可能である。

実施形態１の電流センサの斜視図である。 実施形態２の電流センサの斜視図である。

＜実施形態１＞
以下、本発明の実施形態１について図面を参照しながら詳細に説明する。
図１に示すように、本実施形態に係る電流センサ１０は、全体として略Ｃ字状に形成された磁性体コア１２と、磁性体コア１２のギャップ１４中に配置された磁電変換素子１６とを備えている。

磁性体コア１２は、例えばパーマロイなどの磁性材料からなる板材を略Ｃ字状に打ち抜いて形成したものである。磁性体コア１２は、その全体の形状が略「Ｃ」字状に形成されており、電流経路となる金属製のバスバー１８の周囲を取り囲むようにして配置されている。言い換えると、バスバー１８は、略Ｃ字状に形成された磁性体コア１２の中心部１３に挿通されている。バスバー１８が、本発明の「導体」に対応している。

磁性体コア１２には所定の大きさのギャップ１４が形成されており、このギャップ１４中には例えばホール素子などの磁電変換素子１６が配置されている。バスバー１８に電流Ｅが流れることで発生した磁束は磁性体コア１２に集束されるとともに、磁性体コア１２に設けられたギャップ１４中には磁界が発生する。このギャップ１４中の磁界の強さを、磁電変換素子１６によって電圧信号に変換することでバスバー１８に流れる電流Ｅの大きさを検出することが可能となっている。なお、図１においては、磁電変換素子１６からの出力電圧を増幅する増幅回路などは省略している。

図１に示すように、磁性体コア１２は、ギャップ１４に隣接する第１の部分１２ａと、第１の部分１２ａ以外の第２の部分１２ｂを備えている。第１の部分１２ａの断面積は、第２の部分１２ｂの断面積よりも大きく形成されている。なお、ここでいう「断面積」とは、略Ｃ字状に形成された磁性体コア１２の各部における磁束の通過面の面積のことを意味している。

また、磁性体コア１２は、磁性材料からなる板材を略Ｃ字状に打ち抜くことで形成されているために、第１の部分１２ａの幅寸法Ｗ１１は、第２の部分１２ｂの幅寸法Ｗ１２と同じとなっている。

ところで、磁性体コア１２を小型化するためには、略Ｃ字状に形成された磁性体コア１２の断面積を全周にわたって小さくしたほうがよいとも思える。

しかし、ギャップ１４に隣接する第１の部分１２ａの断面積を小さくした場合、ギャップ１４中における磁束密度が均一な領域が狭くなってしまうために、ギャップ１４中に配置する磁電変換素子１６の位置合わせの作業が困難になってしまう。

そこで、本実施形態の電流センサ１０においては、第１の部分１２ａの断面積を、第２の部分１２ｂの断面積よりも大きく形成している。これにより、ギャップ１４中における磁束密度が均一な領域を狭くすることなく（つまり、磁束の発生面Ｓ１の面積を小さくすることなく）、磁性体コア１２の全体としての小型化を達成している。

以上説明したように、本実施形態の電流センサ１０によれば、ギャップ１４中における磁束密度が均一な領域を狭くすることなく、磁性体コア１２の小型化を達成することが可能である。したがって、電流センサ１０を小型化することが可能であり、ひいては、電流センサ１０が搭載される電気接続箱の小型化を達成することが可能である。

＜実施形態２＞
次に、本発明の実施形態２について図面を参照しながら詳細に説明する。
本実施形態では、磁性体コアの形状が実施形態１とは相違している。その他の構成は実施形態１と概ね同様であり、上記実施形態１と同様の構成については同一の符号を付して重複する説明は省略する。

図２に示すように、本実施形態に係る電流センサ２０は、全体として略Ｃ字状に形成された磁性体コア２２と、磁性体コア２２のギャップ２４中に配置された磁電変換素子１６とを備えている。

上記実施形態１とは異なり、磁性体コア２２は、例えばパーマロイやフェライトなどの磁性材料からなる粉体を成形型内で圧縮もしくは圧縮した後に焼結することで成形されたものである（いわゆる圧粉コアと呼ばれるものである）。磁性体コア２２は、その全体の形状が略「Ｃ」字状に形成されており、電流経路となる金属製のバスバー１８の周囲を取り囲むようにして配置されている。言い換えると、バスバー１８は、略Ｃ字状に形成された磁性体コア２２の中心部２３に挿通されている。

磁性体コア２２には所定の大きさのギャップ２４が形成されており、このギャップ２４中には例えばホール素子などの磁電変換素子１６が配置されている。バスバー１８に電流Ｅが流れることで発生した磁束は磁性体コア２２に集束されるとともに、磁性体コア２２に設けられたギャップ２４中には磁界が発生する。このギャップ２４中の磁界の強さを、磁電変換素子１６によって電圧信号に変換することでバスバー１８に流れる電流Ｅの大きさを検出することが可能となっている。なお、図２においては、磁電変換素子１６からの出力電圧を増幅する増幅回路などは省略している。

図２に示すように、磁性体コア２２は、ギャップ２４に隣接する第１の部分２２ａと、第１の部分２２ａ以外の第２の部分２２ｂを備えている。第１の部分２２ａの断面積は、第２の部分２２ｂの断面積よりも大きく形成されている。

また、磁性体コア２２は、磁性材料からなる粉体を成形型内で圧縮もしくは圧縮した後に焼結することで成形されているために、上記実施形態１とは異なり、第１の部分２２ａの幅寸法Ｗ２１と、第２の部分２２ｂの幅寸法Ｗ２２とを異ならせることが可能となっている。

本実施形態の電流センサ２０によれば、第１の部分２２ａの幅寸法Ｗ２１と、第２の部分２２ｂの幅寸法Ｗ２２とを異ならせることが可能である。したがって、第１の部分２２ａと第２の部分２２ｂとで断面形状の大きさが異なる磁性体コア２２をより容易に製造することが可能である。

また、本実施形態の電流センサ２０によれば、第１の部分２２ａの断面積を、第２の部分２２ｂの断面積よりも大きく形成することが可能である。これにより、ギャップ２４中における磁束密度が均一な領域を狭くすることなく（つまり、磁束の発生面Ｓ２の面積を小さくすることなく）、磁性体コア２２の全体としての小型化と、材料使用量の削減による低コスト化を達成することが可能であるとともに、実施形態１において採用した形状よりも高精度な電流センサを得ることが可能である。

磁性体コア２２を、磁性材料からなる板材で製造することも可能であり、第１の部分２２ａの断面積を、第２の部分２２ｂの断面積よりも大きく形成することが可能である。これにより、ギャップ２４中における磁束密度が均一な領域を狭くすることなく（つまり、磁束の発生面Ｓ２の面積を小さくすることなく）、磁性体コア２２の全体としての小型化を達成することが可能であり、実施形態１の形状よりも高精度な電流センサを得ることが可能である。

以上説明したように、本実施形態の電流センサ２０によれば、ギャップ２４中における磁束密度が均一な領域を狭くすることなく、磁性体コア２２の小型化を達成することが可能である。したがって、電流センサ２０の小型化、ひいては、電気接続箱の小型化を達成することが可能である。

１０、２０・・・電流センサ
１２、２２・・・磁性体コア
１２ａ、２２ａ・・・第１の部分
１２ｂ、２２ｂ・・第２の部分
１４、２４・・・ギャップ
１６・・・磁電変換素子
１８・・・バスバー（導体）
Ｅ・・・電流

Claims (2)

1. 磁性体コアに挿通された導体に流れる電流の大きさを、前記磁性体コアのギャップ中に配置された磁電変換素子によって検出する電流センサであって、
   前記磁性体コアは、前記ギャップに隣接する第１の部分と、前記第１の部分以外の第２の部分とを備えており、前記第１の部分の断面積が、前記第２の部分の断面積よりも大きく形成されていることを特徴とする電流センサ。
2. 前記磁性体コアは、磁性材料からなる粉体を圧縮もしくは圧縮した後に焼結して成形されたものであることを特徴とする請求項１に記載の電流センサ。

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