JP5937819B2 - 電流センサ用ループコア及び電流センサ - Google Patents

Description

本発明は、ループコア及びそのループコアを使用した電流センサに関する。

測定対象の電線に流れる電流を測定するための電流センサが従来から知られている。この種の電流センサは、測定対象の電線を挿入するループコアと、ループコアの脚部に巻回されたコイル、及びこの電線に流れる電流により誘導される磁界を検出するためのホール素子またはフラックスゲートセンサにおける磁気プローブから構成される。

この電流センサに使用されるループコアとしては各種のものが提案されている。その１つに、例えば特許文献１に記載されている様な２つの環状部を有するものがある。

この従来技術のループコアの構成を図５に示す。このループコアでは、無端状に成形された板状のコア材１によって上下一対の脚部２１，２２と左右一対のヨーク部３１，３２が形成されている。左右のヨーク部３１，３２の中央を対向するヨーク側に向かって前記脚部２１，２２と平行にＵ字形に突出させ、これらＵ字形の先端の間に所定のギャップ４を形成することにより、上下の脚部の間に中間脚部５が形成されている。

この中間脚部５と上下の脚部２１，２２、及び左右のヨーク部３１，３２によって、測定対象の電線を挿通する第１の環状部６と、この電線に流れる電流により誘導される磁界を検出するための磁気プローブＰを収容する第２の環状部７が形成されている。

図６は、図５のようなループコアを使用した電流センサの斜視図である。図６に示すように、ループコアの下方の脚部２２の周囲には、ボビン８を介して第１の巻線９が巻回されている。上方の脚部２１、第２の環状部内のプローブＰ及び中間脚部５の周囲には、ボビン１０を介して第２の巻線１１が巻回されている。

このような第１と第２の環状部６，７を有するループコアでは、第１の環状部内に挿入された電線に流れる電流によってループコア内に磁界が発生する。この発生した磁界により発生する磁束を、第２の環状部内に配置したプローブＰによって検出することにより、電線に流れる電流の大きさを測定する。

特許第４７３３２４４号公報

ところで、この種のループコアで主に使用されるフラックスゲートセンサは、電流の検出精度に優れている特徴がある。しかし、そのことは、測定時における外乱の一つである外部磁界の影響、特に、外部磁界の磁束がプローブＰに侵入することによる影響が無視できない。

このような外部磁界の影響を排除するためには、種々の方法が考えられるが、その１つにループコアの脚部に継ぎ目をなくすことで、外部磁界の磁束が脚部を通過しやすくし、プローブ側を経由する割合を抑制する方法がある。しかし、通常、ループコアは、その中心部で２分割された複数の分割コアを組み合わせて作製されることから、脚部に継ぎ目をなくすことは難しい。

特に、この種のループコアは、ギャップを有する中間脚部５を有することから、特許文献１に示すように上下の脚部２１，２２の部分で分割コア同士を接合することが多い。その結果、図７に示すように、上下の脚部に設けられた接合部２１ｇの磁気抵抗が大きくなることにより外部磁界の磁束がプローブＰを経由する割合が増加し、測定誤差の原因となる。

本発明は、前記のような従来技術の問題点を解決するために提案されたものである。すなわち、本発明は、脚部に設けられた分割コアの接合部に改良を施すことにより、ギャップ部の磁気抵抗に比べ接合部の磁気抵抗を小さくし、外部磁界の磁束がプローブ側を経由する割合を低減したループコイルと、このループコイルの使用により検出精度の向上を可能とした電流センサを提供することを目的とする。

本発明のループコイルは、次のような特徴を有する。
（１）無端状に成形された板状のコア材によって上下一対の脚部と左右一対のヨーク部が形成されている。
（２）左右のヨーク部の中央を対向するヨーク側に向かって前記脚部と平行にＵ字形に突出させ、これらＵ字形の先端の間に所定のギャップを形成することにより、上下の脚部の間に中間脚部が形成されている。
（３）中間脚部と上下の脚部、及び左右のヨーク部によって、測定対象の電線を挿通する第１の環状部と、この電線に流れる電流により誘導される磁界を検出するための磁気プローブを収容する第２の環状部が形成されている。
（４）無端状のループコアが、上下の脚部に形成された分割線において、左右に分割された複数の分割コアを接合して構成されている。
（５）前記複数の分割コアの上下の脚部のうち少なくとも一方の脚部のそれぞれが、脚部とヨーク部の接続辺である一端から他端側になるにしたがって幅が細い台形状に形成されており、各分割コアの斜辺同士が接合されている。

また、前記の様なループコイルと、前記第２の環状部によって囲われるスペースに配置される磁気プローブと、前記電流センサ用ループコアの脚部にボビンを介して巻回されたコイルを有することを特徴とする電流センサも本件発明の一態様である。

本発明によれば、次のような効果が発揮される。脚部に形成する接合部が脚部の長さ方向に沿って斜めに形成されているので、外部磁界の磁束が接合部分に大きく遮られることなく、脚部の長さ方向に通過することになる。その結果、脚部からプローブを経由する外部磁界の磁束量が低減され、電流測定に当たって外部磁界の影響を低減することが可能となり、測定精度の高い電流センサを得ることができる。

本発明のループコアの一実施形態を示す分解斜視図。 図１の実施形態における外部磁界の磁束の流れを示す斜視図。 図１のループコアを使用した電流センサの組立方法を示す斜視図。 図１の実施形態における分割コアの組み立て方法と、地磁気の流れを示す平面図。 従来のループコアの斜視図。 従来のループコアを使用した電流センサの斜視図。 従来のループコアにおける外部磁界の影響を説明する断面図。

以下、本件発明の実施形態について、図面を参照して説明する。なお、図５〜図７に示した従来技術と同一の部分については、同一の符号を付し、説明は省略する。

１．ループコアの構成
図１は、本実施形態のループコアの斜視図であって、図１の中央部分が組み立て状態のループコアの構成を、図１の外周部分がその部品を分解して示すものである。

本実施形態のループコアは、図１の組み立て状態に示すように、無端状のループコアが、上下の脚部に形成された分割線Ｃにおいて、左右に（ヨーク部３１，３２と平行な方向に）分割された２つの分割コア１ａ，１ｂを接合して構成されている。この場合、上下の脚部に形成される分割線Ｃが、脚部を構成する板状のコア材の長さ方向に対して斜めに形成されている。

そのため、図１の各部品の形状に示すように、一方の分割コア１ａは、三角形状をした上下の脚部２１ａ，２２ａを備え、他方の分割コア１ｂは、同じく三角形状をした上下の脚部２１ｂ，２２ｂを備えている。２つの分割コア１ａ，１ｂの三角形状の脚部は、両者を組み合わせることで、四角形の帯状をした上下の脚部を構成する形状になっている。

２つの分割コア１ａ，１ｂの接合部分、すなわち脚部の分割線Ｃの部分は、圧接、接着、溶接などの手段で接合されている。この場合、本実施形態では、上方の脚部２１ａ，２１ｂの接合部と、下方の脚部２２ａ，２２ｂの接合部は、両者共に密着しており、ギャップが存在しない構成である。

すなわち、本実施形態では、上下の脚部に形成する接合部（分割線Ｃ）を脚部の長さ方向に沿って設けることで、図２に示すように、外部磁界の磁束の流れ方向（図２の一点鎖線で示す）と、接合部とがほぼ同様な方向となり、接合部を横切る外部磁界の磁束量が少なくなる。その結果、脚部全体としてみると、外部磁界の磁束に対する磁気抵抗が減少し、プローブを経由する外部磁界の磁束量を抑制することができる。

本実施形態では、前記のようにして構成された上下の脚部２１ａ，２１ｂと、下方の脚部２２ａ，２２ｂの外側に、シールド板Ｓ１，Ｓ２が設けられている。このシールド板Ｓ１，Ｓ２は、上下の脚部の表面に密着して配置され、脚部と一体になっている。

２．電流センサの組立
前記のような構成を有する本実施形態のループコアを使用して、電流センサを組み立てる方法の一例を図３によって説明する。

まず、上下の脚部に装着する２つのコイルを予め製造する。すなわち、下方の脚部に装着するコイルを、ボビン８の周囲に巻線９を巻回する。上方の脚部に装着するコイルは、ボビン１０の周囲に巻線１１を巻回すると共に、ボビン１０内部にプローブＰを組み込む。この場合、プローブＰは、その上下に、上部の脚部２１ａ，２１ｂを挿入する空隙と、中間脚部５を挿入する空隙が存在するように、ボビン１０に対して取り付ける。

このようにして、製造された２つのコイルの両側から、左右の分割コア１ａ，１ｂを組み込む。その場合、上方の脚部２１ａ，２１ｂを、上方のボビン１０のプローブＰの上側の空隙部に、中間脚部５をボビン１０のプローブＰの下側の空隙部に挿入する。下方の脚部２２ａ，２２ｂを下方のコイルボビン８の内側に挿入する。

各ボビン８，１０の内部では、各分割コア１ａ，１ｂの先端が細くなった三角形状の脚部２１ａと２１ｂ、及び脚部２２ａと２２ｂが斜めになった分割線Ｃに沿って滑りながらボビンの奥まで入り込み、最終的には、図４の（ｂ）に示すように、三角形の脚部が組み合わされて四角形の帯状の脚部が形成される。この場合、三角形状の脚部２１ａ，２１ｂと２２ａ，２２ｂを、ボビン８，１０内部に楔状に押し込むことになるので、脚部に対するボビン８，１０の固定を強固に行うことができ、脚部２１ａ，２１ｂと２２ａ，２２ｂの接合部を確実に密着させることができる。

図１のように、脚部の外側にシールド板Ｓ１，Ｓ２を設ける場合には、予め一方の分割コアの脚部の外側にシールド板を固定してから、左右の分割コアをボビン内部に挿入する。また、ボビンの内面にシールド板Ｓ１，Ｓ２を接合しておいてから、左右の分割コアをボビン内に挿入することもできる。

３．実施形態の効果
以上の通り、本実施形態では、分割線を脚部の長さ方向に対して斜めに形成することにより、分割コアの接合部を外部磁界の磁束の流れる方向に沿った形状とすることができる。その結果、脚部の外部磁界に対する磁気抵抗が低減するので、プローブ側を経由する外部磁界の磁束量が減り、外部磁界による測定精度の低下を抑制できる。

本実施形態では、三角形状の脚部をスライドさせながら楔のようにコイルボビン内部で組み合わせているので、左右の分割コアの結合強度が高く、また接合部の密着性も優れている。

脚部の外側にシールド板Ｓ１，Ｓ２を設けた場合には、脚部の長さ方向に流れる外部磁界の磁束はシールド板Ｓ１，Ｓ２を通過しやすくなる為、脚部内に侵入する外部磁界の磁束量を低減することが可能になる。

４．他の実施形態
本発明は前記の実施形態に限定されるものではなく、以下のような他の実施形態も包含する。

（１）下方の脚部２２ａ，２２ｂの接合部は密着させ、上方の脚部２１ａ，２１ｂの接合部に若干のギャップを形成することができる。その場合、脚部の長さ方向に沿って走る外部磁界の磁束は、ギャップの存在しない、下方の脚部２２ａ，２２ｂの接合部側を通過し、ギャップのある上方の脚部２１ａ，２１ｂ側に回り込むことがないので、プローブＰを経由する外部磁界の磁束の量を抑制できる。

（２）上方の脚部２１ａ，２１ｂの接合部、あるいは下方の脚部２２ａ，２２ｂの接合部のみを斜めの分割線によって形成することもできる。その場合、斜めの接合部を密着させて磁気抵抗を低減させ、他方の分割線については、従来技術に示したような脚部の長さ方向と直交する形状とし、その部分を密着あるいはギャップを持たせてもよい。

（３）シールド板Ｓ１，Ｓ２を設けることなく、脚部のみによってループコアを構成することもできる。

（４）本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。

１…コア材
１ａ，１ｂ…分割コア
２１，２２，２１ａ，２２ａ，２１ｂ，２２ｂ…脚部
３１，３２…ヨーク部
４…ギャップ
５…中間脚部
６…第１の環状部
７…第２の環状部
８，１０…ボビン
９，１１…巻線
Ｓ１，Ｓ２…シールド板
Ｐ…プローブ

Claims (5)

1. 無端状に成形された板状のコア材によって上下一対の脚部と左右一対のヨーク部が形成され、
   左右のヨーク部の中央を対向するヨーク側に向かって前記脚部と平行にそれぞれＵ字形に突出させ、これらＵ字形の先端の間に所定のギャップを形成することにより、上下の脚部の間に中間脚部が形成され、
   この中間脚部と上下の脚部、及び左右のヨーク部によって、測定対象の電線を挿通する第１の環状部と、この電線に流れる電流により誘導される磁界を検出するための磁気プローブを収容する第２の環状部が形成された電流センサ用ループコアであって、
   前記電流センサ用ループコアは、左右に分割された複数の分割コアを接合して構成され、 前記複数の分割コアの上下の脚部のうち少なくとも一方の脚部のそれぞれが、脚部とヨーク部の接続辺である一端から他端側になるにしたがって幅が細い台形状に形成されており、各分割コアの斜辺同士が接合されていることを特徴とする電流センサ用ループコア。
2. 前記斜辺が、第２の環状部を構成する上方の脚部に形成されていることを特徴とする、請求項１に記載の電流センサ用ループコア。
3. 前記斜辺が、第１の環状部を構成する下方の脚部に形成され、第２の環状部を形成する上方の脚部の分割線にはギャップが存在することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の電流センサ用ループコア。
4. 請求項１から請求項３の何れか１項に記載の電流センサ用ループコアと、
   前記第２の環状部によって囲われるスペースに配置される磁気プローブと、
   前記電流センサ用ループコアの脚部にボビンを介して巻回されたコイルと、
   を有することを特徴とする電流センサ。
5. 前記ボビンの内部に、左右の分割コアに形成された前記斜辺を有する脚部が挿通され、前記ボビンの内壁が左右の分割コアの脚部によって楔状に押圧されていることを特徴とする請求項４に記載の電流センサ。

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