(57)【要約】【課題】バスバーを複数の電流経路に分岐させた構造を有する電流センサにおいて、温度差に起因する測定誤差を低減する。【解決手段】電流センサ１は、バスバーＢから発生する磁界を検出する磁気センサＭを備え、バスバーＢは、スリットＳＬ１によって電流経路１１，１２に分離され、電流経路１１はスリットＳＬ２によって電流経路１３，１４に分離されている。スリットＳＬ２よりもスリットＳＬ１の方がｘ方向に沿った長さが長い。磁気センサＭは、電流経路１３から発生する磁界を検出する。これによれば、電流経路１２によって生じる熱の回り込みが電流経路１３，１４に対してほぼ等しく生じる。これにより、電流経路１３と電流経路１４の温度差が小さくなることから、スリットＳＬ１とスリットＳＬ２の長さが同じである場合と比べ、温度差に起因する測定誤差が低減される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
測定対象電流が流れるバスバーと、
前記バスバーから発生する磁界を検出する磁気センサと、を備え、
前記バスバーは、前記測定対象電流が流れる方向に沿って形成された第１のスリットによって第１の電流経路と第２の電流経路に分離され、
前記第１の電流経路は、前記測定対象電流が流れる方向に沿って形成された第２のスリットによって第３の電流経路と第４の電流経路に分離され、
前記第１のスリットの方が前記第２のスリットよりも前記測定対象電流が流れる方向に沿った長さが長く、
前記磁気センサは、少なくとも前記第３の電流経路から発生する磁界を検出することを特徴とする電流センサ。
【請求項２】
前記バスバーの導体幅は、前記第１の電流経路と前記第２の電流経路とで等しく、且つ、前記第３の電流経路と前記第４の電流経路とで等しいことを特徴とする請求項１に記載の電流センサ。
【請求項３】
前記第２の電流経路は、前記測定対象電流が流れる方向に沿って形成された第３のスリットによって第５の電流経路と第６の電流経路に分離され、
前記第１のスリットの方が前記第３のスリットよりも前記測定対象電流が流れる方向に沿った長さが長いことを特徴とする請求項１又は２に記載の電流センサ。
【請求項４】
前記第３の電流経路は、前記測定対象電流が流れる方向に沿って形成された第４のスリットによって第７の電流経路と第８の電流経路に分離され、
前記第２のスリットの方が前記第３のスリットよりも前記測定対象電流が流れる方向に沿った長さが長く、
前記磁気センサは、少なくとも前記第７の電流経路から発生する磁界を検出す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。
【請求項５】
前記バスバーは、前記測定対象電流が互いに逆方向に流れる第１及び第２の区間と、前記第１の区間の一端と前記第２の区間の一端を接続する第３の区間を含み、
前記第１及び第２のスリットは、前記第１乃至第３の区間に亘って設けられ、
前記磁気センサは、前記第１乃至第３の区間に囲まれた領域に配置されていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の電流センサ。
【請求項６】
前記第１乃至第３の区間のうち、前記第３の電流経路を構成する部分を囲み、他の電流経路の少なくとも一部を囲まない磁気コアをさらに備え、
前記磁気センサは、前記磁気コアに囲まれた領域に配置されていることを特徴とする請求項５に記載の電流センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
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及び２に記載された電流センサは、測定対象電流が流れるバスバーを磁気センサの近傍で分岐させた構成が開示されている。一例として、特許文献１の図７にはバスバーに３本のスリットを設け、これによりバスバーを４分岐させた構成が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第６１４４５９７号公報
【特許文献２】国際公開第２０１５／１１５２３８号パンフレット
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１の図７に記載された構成では、４本に分岐された各電流経路の導体幅が同じであっても、他の電流経路から熱が回り込む条件に差があることから、電流経路ごとに温度差が生じ、その結果、各電流経路に流れる電流量にばらつきが生じてしまう。つまり、バスバーを単純に４分岐させても、各電流経路に流れる電流は正確に１／４とはならず、このため、磁気センサを用いた電流測定に誤差が生じるという問題があった。
【０００５】
したがって、本発明は、バスバーを複数の電流経路に分岐させた構造を有する電流センサにおいて、温度差に起因する測定誤差を低減することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明による電流センサは、測定対象電流が流れるバスバーと、バスバーから発生する磁界を検出する磁気センサとを備え、バスバーは、測定対象電流が流れる方向に沿って形成された第１のスリットによって第１の電流経路と第２の電流経路に分離され、第１の電流経路は、測定対象電流が流れる方向に沿って形成された第２のスリットによって第３の電流経路と第４の電流経路に分離され、第１のスリットの方が第２のスリットよりも測定対象電流が流れる方向に沿った長さが長く、磁気センサは、少なくとも第３の電流経路から発生する磁界を検出することを特徴とする。
【０００７】
本発明によれば、第２のスリットよりも第１のスリットの方が長いことから、第２の電流経路によって生じる熱の回り込みが第３の電流経路と第４の電流経路に対してほぼ等しく生じる。これにより、第３の電流経路と第４の電流経路の温度差が小さくなることから、第１のスリットと第２のスリットの長さが同じである場合と比べ、温度差に起因する測定誤差を低減することが可能となる。
【０００８】
本発明において、バスバーの導体幅は、第１の電流経路と第２の電流経路とで等しく、且つ、第３の電流経路と第４の電流経路とで等しくても構わない。これによれば、第１及び第２の電流経路に測定対象電流のほぼ１／２ずつを流し、第３及び第４の電流経路に測定対象電流のほぼ１／４ずつを流すことができる。
【０００９】
本発明において、第２の電流経路は、測定対象電流が流れる方向に沿って形成された第３のスリットによって第５の電流経路と第６の電流経路に分離され、第１のスリットの方が第３のスリットよりも測定対象電流が流れる方向に沿った長さが長くても構わない。これによれば、第１の電流経路と第２の電流経路をほぼ同条件となることから、第３〜第６の電流経路に測定対象電流のほぼ１／４ずつを流すことが可能となる。
【００１０】
本発明において、第３の電流経路は、測定対象電流が流れる方向に沿って形成された第４のスリットによって第７の電流経路と第８の電流経路に分離され、第２のスリットの方が第３のスリットよりも測定対象電流が流れる方向に沿った長さが長く、磁気センサは、少なくとも第７の電流経路から発生する磁界を検出するものであって構わない。これによれば、バスバーがより多くの電流経路に分割されていることから、磁気センサに印加される磁界が低減する。このため、より大電流を測定することが可能となる。
【００１１】
本発明において、バスバーは、測定対象電流が互いに逆方向に流れる第１及び第２の区間と、第１の区間の一端と第２の区間の一端を接続する第３の区間を含み、第１及び第２のスリットは、第１乃至第３の区間に亘って設けられ、磁気センサは、第１乃至第３の区間に囲まれた領域に配置されていても構わない。これによれば、より高感度な電流測定を行うことが可能となる。
【００１２】
本発明による電流センサは、第１乃至第３の区間のうち、第３の電流経路を構成する部分を囲み、他の電流経路の少なくとも一部を囲まない磁気コアをさらに備え、磁気センサは、磁気コアに囲まれた領域に配置されていても構わない。これによれば、他の電流経路から発生する磁界や外乱磁界を磁気コアによって遮蔽することが可能となる。
【発明の効果】
【００１３】
このように、本発明によれば、バスバーを複数の電流経路に分岐させた構造を有する電流センサにおいて、温度差に起因する測定誤差を低減することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】図１は、本発明の第１の実施形態による電流センサ１の外観を示す模式的な平面図である。
【図２】図２は、電流経路１３の周囲に磁気コア３１を配置した例を示す模式図である。
【図３】図３は、参考例による電流センサの外観を示す模式的な平面図である。
【図４】図４は、本発明の第２の実施形態による電流センサ２の外観を示す模式的な平面図である。
【図５】図５は、本発明の第３の実施形態による電流センサ３の外観を示す略斜視図である。
【図６】図６は、本発明の第３の実施形態による電流センサ３の外観を示す略側面図である。
【図７】図７は、本発明の第４の実施形態による電流センサ４の外観を示す略斜視図である。
【図８】図８は、本発明の第５の実施形態による電流センサ５の外観を示す略斜視図である。
【図９】図９は、本発明の第６の実施形態による電流センサ６の外観を示す略斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
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。
【００１６】
図１は、本発明の第１の実施形態による電流センサ１の外観を示す模式的な平面図である。
【００１７】
図１に示すように、第１の実施形態による電流センサ１は、測定対象電流Ｉが流れるバスバーＢと、バスバーＢと重なる位置に設けられた磁気センサＭとを備える。バスバーＢは、銅（Ｃｕ）などの良導体からなる金属板であり、測定対象電流Ｉが流れるｘ方向に沿って３つのスリットＳＬ１〜ＳＬ３が設けられている。磁気センサＭ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。
【００１８】
スリットＳＬ１は、バスバーＢの幅方向であるｙ方向における中央部に設けられており、スリットＳＬ１によってバスバーＢは電流経路１１と電流経路１２に分離される。電流経路１１のｙ方向における導体幅Ｗ１１と、電流経路１２のｙ方向における導体幅Ｗ１２は互いに等しい。このため、電流経路１１と電流経路１２に流れる電流量は互いに等しい。つまり、電流経路１１，１２には、それぞれ測定対象電流Ｉの１／２ずつが流れる。
【００１９】
スリットＳＬ２は、電流経路１１の幅方向であるｙ方向における中央部に設けられており、スリットＳＬ２によって電流経路１１は電流経路１３と電流経路１４に分離される。同様に、スリットＳＬ３は、電流経路１２の幅方向であるｙ方向における中央部に設けられており、スリットＳＬ３によって電流経路１２は電流経路１５と電流経路１６に分離される。電流経路１３〜１６のｙ方向における導体幅Ｗ１３〜Ｗ１６は互いに等しい。スリットＳＬ１〜ＳＬ３のｙ方向におけるスリット幅Ｗ１〜Ｗ３も互いに等しい。
【００２０】
特に限定されるものではないが、本実施形態においては、ｚ方向から見て電流経路１３と重なる位置に磁気センサＭが配置されている。磁気センサＭは、電流経路１３〜１６に流れる電流によって発生する磁界を検出可能である限り、どの位置に配置しても構わない。磁気センサＭの感磁方向は矢印Ｐで示す方向（ｙ方向）であり、これにより、電流経路１３に流れる電流によって生じる磁界が磁気センサＭによって検出される。尚、図１に示す例では、磁気センサＭが電流経路１３上に配置されているが、図２に示す変形例のように、電流経路１３を取り囲む磁気コア３１を付加し、磁気コア３１に設けられたギャップＧに磁気センサＭを設けても構わない。この場合、磁気センサＭの感磁方向Ｐは、磁気コア３１の周方向とされる。
【００２１】
図１に示すように、スリットＳＬ１のｘ方向における長さＬ１は、スリットＳＬ２，ＳＬ３のｘ方向における長さＬ２よりも長い。スリットＳＬ１〜ＳＬ３のｘ方向における中心位置は互いに一致している。これにより、電流経路１１には、スリットＳＬ２によって分断されていない領域Ａ１１が入口部分及び出口部分の両方に形成される。同様に、電流経路１２には、スリットＳＬ３によって分断されていない領域Ａ１２が入口部分及び出口部分の両方に形成される。ここで、電流経路１１に流れる電流量と電流経路１２に流れる電流量は互いに一致することから、領域Ａ１１と領域Ａ１２の温度は必ず一致する。
【００２２】
電流経路１１は、スリットＳＬ２によって途中で２つの電流経路１３，１４に分離される。ここで、電流経路１３，１４は、領域Ａ１１からの熱の影響を等しく受ける。しかしながら、電流経路１３，１４に対しては、領域Ａ１２からの熱の回り込みが生じるため、領域Ａ１２から離れた電流経路１４よりも、領域Ａ１２に近い電流経路１３において、領域Ａ１２からの熱の回り込みの影響が大きくなる。このため、電流経路１３と電流経路１４の温度は完全には一致せず、電流経路１３の方が僅かに高くなる傾向がある。
【００２３】
電流経路１２は、スリットＳＬ３によって途中で２つの電流経路１５，１６に分離される。ここで、電流経路１５，１６は、領域Ａ１２からの熱の影響を等しく受ける。しかしながら、電流経路１５，１６に対しては、領域Ａ１１からの熱の回り込みが生じるため、領域Ａ１１から離れた電流経路１６よりも、領域Ａ１１に近い電流経路１５において、領域Ａ１１からの熱の回り込みの影響が大きくなる。このため、電流経路１５と電流経路１６の温度は完全には一致せず、電流経路１５の方が僅かに高くなる傾向がある。
【００２４】
電流経路１３，１５と電流経路１４，１６の温度差は、スリットＳＬ１が長くなるほど低減される。これは、スリットＳＬ１が長くなればなるほど、電流経路１３，１４に対する領域Ａ１２からの熱の回り込みの影響がより等しくなり、且つ、電流経路１５，１６に対する領域Ａ１１からの熱の回り込みの影響がより等しくなるからである。
【００２５】
図３は、参考例による電流センサの外観を示す模式的な平面図である。図３に示す電流センサは、スリットＳＬ１〜ＳＬ３のｘ方向における長さがいずれもＬ０である点において、本実施形態による電流センサ１と相違している。この場合、電流経路１３〜１６のうち、端部に位置する電流経路１４，１６よりも中央に位置する電流経路１３，１５の方が高温になる。これは、電流経路１３，１５の方が他の電流経路からの熱の回り込みが大きいからである。例えば、電流経路１４については電流経路１３のみが隣接するため、熱の回り込みはほぼ電流経路１３のみから生じるのに対し、電流経路１３については電流経路１４，１５によって挟まれているため、熱の回り込みが電流経路１４，１５の両方から生じる。その結果、より高温となる電流経路１３，１５の抵抗値が電流経路１４，１６の抵抗値よりも高くなるため、電流経路１３〜１６に流れる電流は、それぞれ測定対象電流Ｉの１／４ずつとはならない。このため、磁気センサＭによって得られた測定値を４倍しても、測定対象電流Ｉの値とは一致しなくなる。
【００２６】
これに対し、本実施形態による電流センサ１は、中央に位置するスリットＳＬ１の長さを両側のスリットＳＬ２，ＳＬ３よりも長くしていることから、熱の回り込みに起因する温度差が大幅に低減される。このため、電流経路１３〜１６に流れる電流は、それぞれ測定対象電流Ｉのほぼ１／４ずつとなり、磁気センサＭによって得られた測定値を４倍すれば、測定対象電流Ｉの値にほぼ近い値を得ることが可能となる。
【００２７】
図４は、本発明の第２の実施形態による電流センサ２の外観を示す模式的な平面図である。
【００２８】
図４に示すように、第２の実施形態による電流センサ２は、バスバーＢにスリットＳＬ４〜ＳＬ７が設けられている点において、第１の実施形態による電流センサ１と相違している。スリットＳＬ４は電流経路１３のｙ方向における中央部に設けられており、これにより電流経路１３は電流経路１７，１８に分離される。スリットＳＬ５は電流経路１４のｙ方向における中央部に設けられており、これにより電流経路１４は電流経路１９，２０に分離される。スリットＳＬ６は電流経路１５のｙ方向における中央部に設けられており、これにより電流経路１５は電流経路２１，２２に分離される。スリットＳＬ７は電流経路１６のｙ方向における中央部に設けられており、これにより電流経路１６は電流経路２３，２４に分離される。
【００２９】
図４に示すように、スリットＳＬ４〜ＳＬ７のｘ方向における長さＬ３は、スリットＳＬ２，ＳＬ３のｘ方向における長さＬ２よりも短い。また、スリットＳＬ１〜ＳＬ７のｘ方向における中心位置は互いに一致している。そして、図４に示す例では、ｚ方向から見て電流経路１７と重なる位置に磁気センサＭが配置されている。
【００３０】
本実施形態においては、スリットＳＬ４〜ＳＬ７よりもスリットＳＬ２，ＳＬ３の方が長いことから、電流経路１３に流れる電流はほぼ等しく電流経路１７，１８に分配され、電流経路１４に流れる電流はほぼ等しく電流経路１９，２０に分配され、電流経路１５に流れる電流はほぼ等しく電流経路２１，２２に分配され、電流経路１６に流れる電流はほぼ等しく電流経路２３，２４に分配される。そのメカニズムは、第１の実施形態において説明したとおりである。
【００３１】
そして、本実施形態においては、バスバーＢが８つの電流経路１７〜２４に分割されていることから、各電流経路１７〜２４に流れる電流量は、測定対象電流Ｉのほぼ１／８ずつとなる。このように、本実施形態においては、各電流経路に流れる電流量がより小さいことから、磁気センサＭが飽和しにくく、このため、より大電流の測定が可能となる。
【００３２】
バスバーＢの分割数については、第１及び第２の実施形態のように４分割又は８分割である必要はなく、上記の法則に従って、１６分割、３２分割、或いはそれ以上に分割しても構わない。
【００３３】
図５は、本発明の第３の実施形態による電流センサ３の外観を示す略斜視図である。
【００３４】
図５に示すように、第３の実施形態による電流センサ３は、バスバーＢがクランク状に折り曲げられたＵバー形状を有している点において、第１の実施形態による電流センサ１と相違している。より具体的に説明すると、バスバーＢは、測定対象電流Ｉが＋ｚ方向に流れる区間Ｂ１と、測定対象電流Ｉが−ｚ方向に流れる区間Ｂ２と、測定対象電流Ｉが＋ｘ方向に流れる区間Ｂ３〜Ｂ５を有している。区間Ｂ３は、区間Ｂ１の一端と区間Ｂ２の一端を接続する部分である。区間Ｂ１の他端は区間Ｂ４に接続され、区間Ｂ２の他端は区間Ｂ５に接続されている。これにより、測定対象電流Ｉは、区間Ｂ４，Ｂ１，Ｂ３，Ｂ２，Ｂ５の順に流れる。このように、本実施形態においては、バスバーＢが各区間の接続部において９０°折り曲げられた構成を有している。そして、スリットＳＬ１〜ＳＬ３は、区間Ｂ１〜Ｂ５に亘って形成されている。磁気センサＭは、図６に示すように、区間Ｂ１〜Ｂ３に囲まれた領域内に配置される。
【００３５】
図７は、本発明の第４の実施形態による電流センサ４の外観を示す略斜視図である。
【００３６】
図７に示すように、第４の実施形態による電流センサ４は、バスバーＢがクランク状に折り曲げられたＵバー形状を有している点において、第２の実施形態による電流センサ２と相違している。バスバーＢの折り曲げ形状は第３の実施形態による電流センサ３と同じであり、区間Ｂ１〜Ｂ５を有している。そして、スリットＳＬ１〜ＳＬ７は、区間Ｂ１〜Ｂ５に亘って形成されている。
【００３７】
第３及び第４の実施形態が例示するように、本発明においてバスバーＢが平板状である必要はなく、Ｕバー形状を有していても構わない。
【００３８】
図８は、本発明の第５の実施形態による電流センサ５の外観を示す略斜視図である。
【００３９】
図８に示すように、第５の実施形態による電流センサ５は、区間Ｂ１〜Ｂ３のうち、電流経路１８〜２４を囲むことなく電流経路１７を選択的に囲む磁気コア３２をさらに備えている点において、第４の実施形態による電流センサ４と相違している。磁気コア３２は、ｚ方向に開口した筒状体であり、電流経路１７をｘ方向及びｙ方向から囲んでいる。そして、図示しないが、磁気センサＭは磁気コア３２に囲まれた領域に配置される。
【００４０】
本実施形態によれば、磁気センサＭが筒状の磁気コア３２によってｘ方向及びｙ方向から囲まれることから、他の電流経路１８〜２４から発生する磁界や外乱磁界が磁気コア３２によってバイパスされる。これにより、磁気センサＭには電流経路１７によって発生する磁界のみが印加されることから、より正確な測定が可能となり、電流量の検出誤差が低減される。
【００４１】
図９は、本発明の第６の実施形態による電流センサ６の外観を示す略斜視図である。
【００４２】
図９に示すように、第６の実施形態による電流センサ６は、区間Ｂ１〜Ｂ３のうち、電流経路１８〜２０，２３〜２４を囲むことなく電流経路１７，２１，２２を選択的に囲む磁気コア３３をさらに備えている点において、第６の実施形態による電流センサ６と相違している。磁気コア３３は、磁気コア３２と同様、ｚ方向に開口した筒状体であり、電流経路１７，２１，２２をｘ方向及びｙ方向から囲んでいる。そして、図示しないが、磁気センサＭは磁気コア３３に囲まれた領域に配置される。
【００４３】
本実施形態が例示するように、磁気コアは複数の電流経路を取り囲むものであっても構わない。
【００４４】
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。
【実施例】
【００４５】
図１に示す形状を有する実施例のバスバーと、図３に示す形状を有する比較例のバスバーを想定し、電流を流した場合の到達温度をシミュレーションした。いずれのバスバーも銅（Ｃｕ）からなる厚さ１ｍｍの板状体とし、ｙ方向における導体幅は２２ｍｍとした。実施例のバスバーにおいては、スリットＳＬ１の長さＬ１を４８ｍｍとし、スリットＳＬ２の長さＬ２を２０ｍｍとした。一方、比較例のバスバーにおいては、スリットＳＬ１〜ＳＬ３の長さＬ０をいずれも２０ｍｍとした。また、スリット幅Ｗ１〜Ｗ３はいずれも２ｍｍとした。
【００４６】
上記の条件において、１０００Ａの電流を２秒間通電した後の到達温度をシミュレーションした。その結果、比較例のバスバーでは、内側に位置する電流経路１３，１５の温度が５５．１４４℃、外側に位置する電流経路１４，１６の温度が５４．６０８℃であり、その差は０．５３６℃（誤差約１％）であった。これに対し、実施例のバスバーでは、内側に位置する電流経路１３，１５の温度が５７．１０５℃、外側に位置する電流経路１４，１６の温度が５７．０８７℃であり、その差は０．０１８℃（誤差約０．０３％）であった。
【符号の説明】
【００４７】
１〜６    電流センサ
１１〜２４    電流経路
３１〜３３    磁気コア
Ａ１１，Ａ１２    領域
Ｂ    バスバー
Ｂ１〜Ｂ３    区間
Ｇ    ギャップ
Ｉ    測定対象電流
Ｍ    磁気センサ
Ｐ    感磁方向
ＳＬ１〜ＳＬ７    スリット
Ｗ１〜Ｗ３    スリット幅
Ｗ１１〜Ｗ１６    導体幅
【図１】
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【図２】
2020173152.tif 000004
【図３】
2020173152.tif 000005
【図４】
2020173152.tif 000006
【図５】
2020173152.tif 000007
【図６】
2020173152.tif 000008
【図７】
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【図８】
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【図９】
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