(57)【要約】      （修正有）【課題】導電路を一巡する集磁コアにギャップを設け、そのギャップに磁電変換素子を配置する電流検出装置では、漏れ磁束が発生し、検出精度を下げる。【解決手段】本明細書が開示する電流検出装置は、集磁コア４と、磁電変換素子６と、集磁板８を備えている。集磁コア４は、一部にギャップ部が形成されているとともに、ギャップ部以外の部分では導電路２を一巡する。磁電変換素子６は、ギャップ部に配置されている。集磁板８は、軟質磁性材製で作られており、ギャップ部近傍の集磁コア４の外周と磁電変換素子６の間を延びている。この集磁板８が、検出精度を低下させる漏れ磁束の発生を抑える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
一部にギャップ部が形成されているとともに、前記ギャップ部以外の部分では導電路を一巡する集磁コアと、
前記ギャップ部に配置された磁電変換素子と、
前記ギャップ部近傍の前記集磁コアの外周と前記磁電変換素子の間を延びている軟質磁性材製の集磁板を備えている電流検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本明細書は、導電路を流れている電流値を検出する電流検出装置を開示する。
【背景技術】
【０００２】
導電路の周囲に導電路を一巡する集磁コアを設けると、その導電路を流れている電流値に比例する密度の磁束がその集磁コアに生じる。その集磁コアの一部にギャップ部を形成すると、そのギャップ部を前記磁束が通過する。そのギャップ部に磁電変換素子を配置すると、磁束の変化に対応して磁電変換素子の電気的特性が変化する。その変化を電気信号に変換して出力する回路を磁電変換素子に接続しておくと、導電路を流れている電流値に比例する電気信号が得られ、その電気信号から導電路を流れている電流値を検出することができる。上記の原理を利用して電流を検出する装置が特許文献１に開示されている。本明細書では、磁電変換素子と、その変化に対応する電気信号を出力する回路を合わせたものを、磁電変換装置という。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１３−０５４０１６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
この種の検出装置は、集磁コアを通過する磁束密度と、磁電変換装置の出力値が比例することを前提としている。しかしながら、実際には、集磁コアから漏れ磁束が発生し、両者が必ずしも比例しない。
【０００５】
図７は、紙面垂直方向に延びる導電路２と、それを一巡する集磁コア４と、集磁コア４のギャップ部Ｇに配置された磁電変換素子６と、磁電変換素子６に接続されている回路基板１２を示している。磁電変換素子６は、リード端子６Ａによって、回路基板１２に接続され、機械的に固定されている。なお、磁電変換素子６と集磁コア４は、樹脂にモールドされて両者が固定されていてもよい。回路基板１２には、磁電変換素子６の電気的特性の変化に対応する電気信号を生成し、図示しないマイコンに出力する回路が実装されており、基板の表面には配線パターンが形成されている。
【０００６】
図７のＦ１は、集磁コア４のギャップＧを通過する磁束であって磁電変換素子６を通過する磁束を示している。この磁束Ｆ１を利用して導電路６を流れる電流値が検出される。Ｆ２は、ギャップ部Ｇの存在によって生じる漏れ磁束であってリード端子６Ａに鎖交する磁束を示している。リード端子６Ａに鎖交する磁束Ｆ２によってリード端子６Ａには起電圧が生じる。またＦ３は、ギャップ部Ｇの存在によって生じる漏れ磁束であって回路基板１２の配線パターンに鎖交する磁束を示している。配線パターンに鎖交する磁束Ｆ３によって配線パターンに起電圧が生じる。Ｆは、集磁コア４内の磁束を示している。
【０００７】
回路基板１２から図示しないマイコンに出力される電気信号には、磁束Ｆ１に比例する量に加えて、リード端子６Ａに生じた起電圧と、配線パターンに生じた起電圧が重畳したものとなっており、導電路２の電流値に比例しないものが含まれている。
【０００８】
漏れ磁束によって検出値が不正確になる影響は、導電路２の電流値が急速に変化する場合に顕著となる。図８の（Ａ）は、電流値の時間変化を示しているのに対し、（Ｂ）は回路基板１２からの出力信号の大きさの時間変化を示している。（Ｂ）に例示するように、オーバーシュートＢ１やアンダーシュートＢ２が発生する。電気自動車やプラグインハイブリッド車（外部給電装置から充電可能なハイブリッド車）の場合、これまでのハイブリッド車に比して、通電電流の最大値が高く、オーバーシュートＢ１やアンダーシュートＢ２の影響が大きく表れる。
【０００９】
本明細書では、電流検出装置の検出精度の低下を防止する技術を開示する。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本明細書が開示する電流検出装置は、集磁コアと磁電変換素子に加えて集磁板を備えている。集磁コアの一部にはギャップ部が形成されているとともに、そのギャップ部以外の部分では導電路を一巡している。磁電変換素子はギャップ部に配置されている。集磁板は軟質磁性材で形成されており、ギャップ部近傍の集磁コアの外周と磁電変換素子の間を延びている。集磁コアと回路基板の間と、集磁コアとリード端子の間に、集磁板が介在する位置関係となる。
【００１１】
上記の集磁板が存在すると、リード端子に鎖交する漏れ磁束と、回路基板の配線パターンに鎖交する漏れ磁束を抑制することができ、検出精度の低下をもたらす原因を除去することができる。
【００１２】
本明細書が開示する技術の詳細とさらなる改良は以下の「発明を実施するための形態」にて説明する。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】実施例の電流検出装置の模式的斜視図である。
【図２】集磁板と磁電変換素子の位置関係を示す図である。
【図３】実施例の電流検出装置の平面図である。
【図４】実施例の電流検出装置を回路基板側から見た図である。
【図５】集磁板と磁電変換素子を通過する磁束を示す図である。
【図６】電流値と磁電変換装置の出力の関係を示す図である。
【図７】従来の電流検出装置を示す図である。
【図８】従来の磁電変換装置の出力を示す図である。
【図９】従来の電流検出装置の問題点を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
図１は、導電路２と、それを一巡する集磁コア４と、集磁コア４のギャップ部Ｇに配置されている磁電変換素子６と、磁電変換素子６を実装している回路基板１２と、一対の集磁板８，１０を示している。図１では、図を見やすくするために、集磁板１０を除外して示している。実際には、磁電変換素子６の近傍をｘ軸の正方向から見た図２に示されているように、集磁板１０の先端は、磁電変換素子６の側面の一部を覆っている。実施例の電流検出装置を図１のＺ方向からみた平面図を図３に示し、図１の集磁板８、１０と磁電変換素子６を回路基板１２の側からみた図を図４に示す。図３、図４から理解されるように、集磁板８と１０は、磁電変換素子６を挟んで対称形である。
【００１５】
導電路２の断面形状は円に限られず、任意の形状でよい。集磁コア４は、コの字形状であり、３辺４ａ，４ｂ，４ｃを備えている。辺４ａと辺４ｃの間にギャップ部Ｇが残されている。ギャップ部Ｇを除外すると、集磁コア４は導電路２を一巡している。磁電変換素子６は、リード端子６ａ，６ｂ，６ｃによって、回路基板１２に接続され、機械的に固定されている。回路基板１２には、磁電変換素子６の電気的特性の変化に対応した電気信号を生成し、図示しないマイコンに出力する回路が実装されており、基板の表面には配線パターンが形成されている。
【００１６】
集磁板８は、集磁コア４の辺４ａの回路基板１２側の端面の一部を覆っており、磁電変換素子６の側面の一部を覆っており、両者を接続している。両者の接続部は緩やかに湾曲しており、集磁コア４とリード端子６ａ，６ｂ、６ｃの間を延びている。集磁板８は軟質磁性材で形成されている。この実施例では、集磁板８は、比透磁率が８０００程度のパーマロイで形成されている。その厚みは、０．５ｍｍで必要な効果が得られた。集磁板８は、電磁鋼板、ソフトフェライト等で形成してもよい。
【００１７】
集磁板１０は、集磁板８に鏡対称であり、重複説明を省略する。図２に示すように、集磁板８，１０の磁電変換素子６側の先端のｚ方向幅は、先端に向けて狭くなっており、その先細先端８ａ，１０ａは、磁電変換素子６内に収容されている感磁部６ｄに対向する。集磁板８の先細先端８ａと集磁板１０の先細先端１０ａの間に、感磁部６ｄが挟み込まれている。
【００１８】
図５は、集磁板８と磁電変換素子６を通過する磁束を示している。ギャップ部Ｇの近傍で集磁コア４の外周面から発生する漏れ磁束は、集磁板８によって磁電変換素子６の感磁部６ｄに向けて案内される。集磁板８、１０によって、リード端子６ａ，６ｂ，６ｃに鎖交する漏れ磁束の発生が抑制され、回路基板１２の配線パターンに鎖交する漏れ磁束の発生が抑制される。なお、図５の６ｅ、６ｆは、磁電変換素子６内の集磁部品である。
【００１９】
集磁板８，１０によって、回路基板１２の出力に、漏れ磁束に起因する起電力が重畳することが防止され、図８に例示した誤差の発生が防止される。
【００２０】
図６を参照して実施例の電流検出装置の効果を説明する。図６の一点鎖線が、導電路２を流れる電流値と、回路基板１２からの出力電圧の関係を示す。実線は、従来の技術による場合を示し、図８に示したオーバーシュートとアンダーシュートの影響によって、電流値が大きくなると検出値が比例しなくなる。電流値が大きくなるほどオーバーシュートとアンダーシュートが大きくなるからである。集磁板８，１０を利用すると、オーバーシュートとアンダーシュートが抑えられ、一点鎖線が示すように、電流値が大きくなっても比例関係を維持することができる。
【００２１】
図９は、従来の電流検出回路の別の問題点を説明する図である。集磁コアのギャップ部Ｇでは、磁束密度が一様でなく、場所によって磁束密度が敏感に変化する。導電路に近い位置では磁束密度が高く、導電路から離れた位置では磁束密度が低い。そのために、磁電変換素子６の位置によって、検出値が変化するという問題が生じる。導電路に近い位置に配置すると大きな電流値を検出し、導電路から離れた位置に配置すると小さな電流値を検出してしまう。
【００２２】
集磁板８，１０を利用すると、上記の設置位置に対する依存性が鈍感化され、設置位置のばらつきに起因して検出結果がばらつくという問題を軽減することができる。
【００２３】
以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成し得るものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。
【符号の説明】
【００２４】
２：導電路
４：集磁コア
６：磁電変換素子
８：集磁板
１０：集磁板
１２：回路基板
Ｇ：ギャップ部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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