JP2020067326A

JP2020067326A - 電流センサ

Info

Publication number: JP2020067326A
Application number: JP2018199049A
Authority: JP
Inventors: 裕己浅妻; Yuki ASAZUMA
Original assignee: TDK Corp
Current assignee: TDK Corp
Priority date: 2018-10-23
Filing date: 2018-10-23
Publication date: 2020-04-30

Abstract

【課題】バスバーに流れる測定対象電流を分流させることなく、大電流の測定が可能な電流センサを提供する。【解決手段】本発明による電流センサは、バスバー１０と磁気センサ４０を備える。バスバー１０は、磁気センサ４０を挟む位置に設けられ、測定対象電流Ｉが互いに逆方向に流れる第１及び第２の部分１１，１２と、第１の部分１１とは逆方向に測定対象電流Ｉが流れる第３の部分１３と、第２の部分１２とは逆方向に測定対象電流Ｉが流れる第４の部分１４とを含む。本発明によれば、バスバーの第１及び第３の部分１１，１３から発生する磁束の一部が互いに打ち消し合い、バスバーの第２及び第４の部分１２，１４から発生する磁束の一部が互いに打ち消し合うことから、磁気センサに印加される磁界が低減される。これにより磁気センサの飽和が抑えられることから、バスバーに流れる測定対象電流を分流させることなく、大電流を測定することが可能となる。【選択図】図２

Description

本発明は電流センサに関し、特に、大電流の測定に適した電流センサに関する。

電流センサは、測定対象電流によって発生する磁界を磁気センサによって検出するタイプが一般的である。例えば、特許文献１には、測定対象電流が互いに逆方向に流れるようバスバーをＵ字型に折り返し、平面視で、測定対象電流が一方向に流れる部分と測定対象電流が逆方向に流れる部分の間に磁気センサを配置した構成を有する電流センサが開示されている。特許文献１に記載された電流センサは、バスバーと磁気センサが磁気コアによって覆われており、これにより外乱磁界が磁気コアをバイパスすることから、外乱磁界に起因する測定誤差を低減することが可能となる。

しかしながら、特許文献１に記載された電流センサは、バスバーから発生する磁界の多くが磁気センサに印加されることから、バスバーに流れる測定対象電流が大電流である場合、磁気センサが飽和してしまう。これに対し、特許文献２に記載された電流センサは、バスバーに切り欠きを設けることによって測定対象電流を分流させ、分流された測定対象電流の一部によって発生する磁界を磁気センサによって検出することにより、大電流の測定を可能としている。

特許第５６８０２８７号公報特許第３３０１５２６号公報

しかしながら、特許文献２に記載された電流センサは、発熱によってバスバーの温度分布が不均一になると、抵抗値の差によって分流比が変化してしまい、その結果、測定誤差が生じるという問題があった。

したがって、本発明は、バスバーに流れる測定対象電流を分流させることなく、大電流の測定が可能な電流センサを提供することを目的とする。

本発明による電流センサは、磁気センサと、磁気センサを挟む位置に設けられ、測定対象電流が互いに逆方向に流れる第１及び第２の部分と、第１の部分から見て磁気センサとは反対側に設けられ、第１の部分とは逆方向に測定対象電流が流れる第３の部分と、第２の部分から見て磁気センサとは反対側に設けられ、第２の部分とは逆方向に測定対象電流が流れる第４の部分とを含むバスバーとを備えることを特徴とする。

本発明によれば、バスバーの第１及び第３の部分から発生する磁束の一部が互いに打ち消し合い、バスバーの第２及び第４の部分から発生する磁束の一部が互いに打ち消し合うことから、磁気センサに印加される磁界が低減される。これにより磁気センサの飽和が抑えられることから、バスバーに流れる測定対象電流を分流させることなく、大電流を測定することが可能となる。

本発明において、バスバーは、測定対象電流が第３の部分、第１の部分、第２の部分及び第４の部分の順に流れるよう折り返された単一の金属板からなるものであっても構わない。これによれば、部品点数を削減することが可能となる。

本発明において、磁気センサは、第１の部分と第２の部分を繋ぐ第１の折り返し位置と、第１の部分と第３の部分を繋ぐ第２の折り返し位置の中間位置に配置されていても構わない。これによれば、折り返し位置から発生する磁界の影響が低減されることから、より正確な測定が可能となる。

本発明による電流センサは、バスバーの第１乃至第４の部分を覆う磁気コアをさらに備えるものであっても構わない。これによれば、外乱磁界が磁気コアをバイパスすることから、外乱磁界に起因する測定誤差を低減することが可能となる。また、磁気コアに流れる磁束の一部も互いに打ち消し合うことから、小型の磁気コアを用いることが可能となる。

このように、本発明によれば、バスバーに流れる測定対象電流を分流させることなく、大電流の測定を行うことが可能となる。

図１は、本発明の好ましい実施形態による電流センサの外観を示す略斜視図である。図２は、本発明の好ましい実施形態による電流センサの略分解斜視図である。図３は、バスバー１０をｙ方向から見た略側面図である。図４は、バスバー１０の模式的なｘｙ断面図である。図５は、変形例によるバスバー１０Ａをｙ方向から見た略側面図である。

以下、添付図面を参照しながら、本発明の好ましい実施形態について詳細に説明する。

図１は、本発明の好ましい実施形態による電流センサの外観を示す略斜視図である。また、図２は、本実施形態による電流センサの略分解斜視図である。

図１及び図２に示すように、本実施形態による電流センサは、測定対象電流Ｉが流れるバスバー１０と、バスバー１０を取り囲む環状の磁気コア２０と、磁気コア２０内に収容された回路基板３０と、回路基板３０に搭載された磁気センサ４０とを備えている。バスバー１０は、銅（Ｃｕ）などの良導体からなる金属板であり、厚みが一定の金属板を折り曲げ加工することによって作製することができる。磁気センサ４０の種類については特に限定されないが、フラックスゲートセンサ、ＭＩ（磁気インピーダンス）センサ、ホールセンサ、ＡＭＲセンサ、ＧＭＲセンサ、ＴＭＲセンサなどを用いることができる。図２に示す例では、磁気センサ４０が可飽和磁性体Ｍ、検出コイルＣ１及び補償コイルＣ２によって構成されている。

磁気コア２０は、フェライトやパーマロイなどの高透磁率材料からなり、ｚ方向に開口部を有する環状部材である。本発明において磁気コア２０を設けることは必須でないが、これを設ければ、外乱磁界が磁気コア２０をバイパスすることから、外乱磁界に起因する測定誤差を低減することが可能となる。

バスバー１０は、Ｕ字型に折り返された部分を２箇所有している。具体的には、測定対象電流Ｉがｘ方向に流れる入力配線部１５及び出力配線部１６と、測定対象電流Ｉがｚ方向に流れる第１〜第４の部分１１〜１４とを有している。ここで、第１の部分１１と第２の部分１２のｘ方向における間隔は、第１の部分１１と第３の部分１３のｘ方向における間隔や、第２の部分１２と第４の部分１４のｘ方向における間隔よりも広く、この部分に磁気センサ４０が配置される。第１の部分１１と第３の部分１３は折り返し位置１７にてｘ方向に接続され、第２の部分１２と第４の部分１４は折り返し位置１８にてｘ方向に接続され、第１の部分１１と第２の部分１２は折り返し位置１９にてｘ方向に接続される。そして、磁気コア２０は、バスバー１０の第１〜第４の部分１１〜１４を収容するように配置される。バスバー１０の折り返し位置１７〜１９は、磁気コア２０の外部に位置していても構わない。

図３は、バスバー１０をｙ方向から見た略側面図である。

図３に示すように、バスバー１０の入力配線部１５から出力配線部１６に向かって測定対象電流Ｉが流れると、第３の部分１３、第１の部分１１、第２の部分１２及び第４の部分１４の順に測定対象電流Ｉが流れる。この時、第１及び第４の部分１１，１４には図３に示す下方向（−ｚ方向）に測定対象電流Ｉが流れ、第２及び第３の部分１２，１３には図３に示す上方向（＋ｚ方向）に測定対象電流Ｉが流れる。つまり、第１及び第４の部分１１，１４と第２及び第３の部分１２，１３には、互いに逆方向に測定対象電流Ｉが流れることになる。

これにより、バスバー１０の模式的なｘｙ断面図である図４に示すように、第１の部分１１から発生する磁束φ１と、第２の部分１２から発生する磁束φ２は、磁気センサ４０が配置される領域Ａにおいて同じ向き（−ｙ方向）となる。これに対し、第３の部分１３から発生する磁束φ３と、第４の部分１４から発生する磁束φ４は、領域Ａにおいて磁束φ１，φ２とは逆向き（＋ｙ方向）となることから、領域Ａにおける磁界のｙ方向成分が磁束φ３，φ４によって減少する。これにより、第３及び第４の部分１３，１４が存在しない場合と比べ、磁気センサ４０に印加される磁界が弱められることから、測定対象電流Ｉが大電流であっても磁気センサ４０が飽和しにくくなる。同様な理由で、磁気コア２０の飽和も防ぐことができ、大電流でも測定精度を維持しつつ、小型化及び低消費電流化を図ることができる。

磁束φ３，φ４が磁気センサ４０に与える影響は、第１の部分１１と第３の部分１３のｘ方向におけるギャップＧ、並びに、第２の部分１２と第４の部分１４のｘ方向におけるギャップＧによって調整することが可能である。つまり、ギャップＧを大きくすると、第３及び第４の部分１３，１４と磁気センサ４０との距離が離れることから、磁束φ３，φ４が磁気センサ４０に与える影響が小さくなる。このため、磁気センサ４０に印加される磁界を弱める効果は小さくなる。これに対し、ギャップＧを小さくすると、第３及び第４の部分１３，１４と磁気センサ４０との距離が縮まることから、磁束φ３，φ４が磁気センサ４０に与える影響が大きくなる。このため、磁気センサ４０に印加される磁界を弱める効果は大きくなる。但し、ギャップＧが小さすぎると、第１の部分１１と第３の部分１３が接触したり、第２の部分１２と第４の部分１４が接触したりするおそれが生じることから、これを防止するために、ギャップＧに非磁性の絶縁材料を介在させても構わない。

磁気センサ４０のｚ方向における高さ位置は、折り返し位置１７，１８と折り返し位置１９の中間位置に配置することが好ましい。これによれば、折り返し位置１７〜１９から発生する磁束が磁気センサ４０に影響を低減することが可能となる。

以上説明したように、本実施形態においては、測定対象電流Ｉが流れるバスバー１０が第３及び第４の部分１３，１４を有していることから、磁気センサ４０に印加される磁界が弱められる。これにより、測定対象電流Ｉが大電流であっても磁気センサ４０が容易に飽和しないことから、より大電流を測定することが可能となる。

しかも、本実施形態においては、バスバー１０が単一の金属板からなり、これを折り曲げ加工することによって作製できることから、部品点数を削減することができるとともに、製造ばらつきがほとんど生じない。このため、製造ばらつきに起因する測定誤差を低減することも可能となる。

尚、上記実施形態では、第３の部分１３、第１の部分１１、第２の部分１２及び第４の部分１４の順に測定対象電流Ｉが流れるよう、バスバー１０を折り返しているが、第１及び第４の部分１１，１４に流れる測定対象電流Ｉの向きと、第２及び第３の部分１２，１３に流れる測定対象電流Ｉの向きが互いに逆方向である限り、バスバー１０の折り返し形状については特に限定されない。一例として、図１〜図３に示したバスバー１０の代わりに、図５に示すバスバー１０Ａを用いても構わない。図５に示すバスバー１０Ａは、入力配線部１５から出力配線部１６に向かって測定対象電流Ｉを流すと、第３の部分１３、第４の部分１４、第２の部分１２及び第１の部分１１の順に測定対象電流Ｉが流れる。この場合であっても、第３及び第４の部分１３，１４によって磁気センサ４０に印加される磁界が弱められることから、大電流の測定が可能となる。但し、図１〜図３に示すバスバー１０の方が、形状が対称形であるため測定誤差が小さいというメリットがある。

以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は、上記の実施形態に限定されることなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能であり、それらも本発明の範囲内に包含されるものであることはいうまでもない。

１０，１０Ａバスバー
１１第１の部分
１２第２の部分
１３第３の部分
１４第４の部分
１５入力配線部
１６出力配線部
１７〜１９折り返し位置
２０磁気コア
３０回路基板
４０磁気センサ
Ａ領域
Ｃ１検出コイル
Ｃ２補償コイル
Ｇギャップ
Ｉ測定対象電流
Ｍ可飽和磁性体
φ１〜φ４磁束

Claims

磁気センサと、
前記磁気センサを挟む位置に設けられ、測定対象電流が互いに逆方向に流れる第１及び第２の部分と、前記第１の部分から見て前記磁気センサとは反対側に設けられ、前記第１の部分とは逆方向に前記測定対象電流が流れる第３の部分と、前記第２の部分から見て前記磁気センサとは反対側に設けられ、前記第２の部分とは逆方向に前記測定対象電流が流れる第４の部分とを含むバスバーと、を備えることを特徴とする電流センサ。
前記バスバーは、前記測定対象電流が前記第３の部分、前記第１の部分、前記第２の部分及び前記第４の部分の順に流れるよう折り返された単一の金属板からなることを特徴とする請求項１に記載の電流センサ。
前記磁気センサは、前記第１の部分と前記第２の部分を繋ぐ第１の折り返し位置と、前記第１の部分と前記第３の部分を繋ぐ第２の折り返し位置の中間位置に配置されていることを特徴とする請求項２に記載の電流センサ。
前記バスバーの前記第１乃至第４の部分を覆う磁気コアをさらに備えることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の電流センサ。