(57)【要約】【課題】  電流センサにおいて、測定対象の回路に対して検出回路を電気接続せずに電流検出が可能であると共に、低コストで小型化を可能にすること。【解決手段】  回路に接続される一方の電極部１１が形成された第１の導電体１２Ａと該第１の導電体１２Ａに接合されていると共に回路に接続される他方の電極部１１が形成され第１の導電体１２Ａよりも抵抗値の高い第２の導電体１２Ｂとで構成された電流熱変換部１３と、第１の導電体１２Ａから第２の導電体１２Ｂにわたって封止樹脂１４を介して設置された互いに異種金属である第１の素線１５Ａ及び第２の素線１５Ｂを有し、第１の導電体１２Ａ及び第２の導電体１２Ｂの一方に第１の素線１５Ａ及び第２の素線１５Ｂの接合点１６が配されていると共に他方に第１の素線１５Ａ及び第２の素線１５Ｂの電極端１７が配されている熱電対部１８と、を備えている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
回路に接続される一方の電極部が形成された第１の導電体と該第１の導電体に接合されていると共に前記回路に接続される他方の電極部が形成され前記第１の導電体よりも抵抗値の高い第２の導電体とで構成された電流熱変換部と、
前記第１の導電体から前記第２の導電体にわたって絶縁体を介して設置された互いに異種金属である第１の素線及び第２の素線を有し、前記第１の導電体及び前記第２の導電体の一方に前記第１の素線及び前記第２の素線の接合点が配されていると共に他方に前記第１の素線及び前記第２の素線の電極端が配されている熱電対部と、を備えていることを特徴とする電流センサ。
【請求項２】
請求項１に記載の電流センサにおいて、
前記第１の素線及び前記第２の素線が、前記第１の導電体及び前記第２の導電体の表面に前記絶縁体である封止樹脂によって封止状態に固定されていることを特徴とする電流センサ。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の電流センサにおいて、
前記電流熱変換部が、前記第１の導電体と前記第２の導電体との接合方向に長く形成されていることを特徴とする電流センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回路に流れる電流を検出可能な電流センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
種々の回路に流れる電流を測定する技術として、従来、シャント抵抗、カレントトランス（ＣＴ）、ホール素子等を用いたものが使用されている。上記シャント抵抗を用いた電流検出では、回路にシャント抵抗を接続し、電流を電圧に変換してシャント抵抗に接続した検出回路で電圧を測定して電流を検出している。このシャント抵抗を用いた電流検出では、直流及び交流の両方の電流計測が可能である。
【０００３】
また、カレントトランスを用いた電流検出では、交流電流が流れる測定対象の回路を環状コアに巻回された１次側コイルに接続すると共に環状コアに巻回された２次側コイルに生じる電圧を検出回路で電流を検出している。
さらに、ホール素子を用いた電流検出では、例えば特許文献１に示すように、回路近傍にホール効果を利用した磁気センサであるホール素子を設置し、このホール素子によって回路の電流に応じて発生した磁界を捉えて電流を検出している。このホール素子では、測定対象の回路に非接触で電流を検出することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−２０４０２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記従来の技術には、以下の課題が残されている。
すなわち、シャント抵抗を用いた電流検出では、検出回路もシャント抵抗を介して測定対象の回路に電気的に接続させる必要があった。しかしながら、高電圧電源の電流検出を行う場合や大電流によるインパルス雑音等に対応して、検出回路の安全性や信頼性を確保するため、このような用途に応じて検出回路を測定対象の回路に電気的に接続せずに電流を検出する方法が要望されている。このため、従来、図４に示すように、高電圧電源１からの回路Ｃに直接接続する場合、シャント抵抗２の電圧を検出する検出回路３にカレントトランス４を挿入して電気的に分離して電流検出を行っていた。しかしながら、カレントトランス４を挿入することで形状が大きくなると共に部品数が増え、コストの増大とセンサ形状の大型化とを招いてしまう不都合があった。また、ホール素子を用いた電流検出では、高価なホール素子（磁気センサ）を使用するため、やはり高コストになってしまう不都合があった。
【０００６】
本発明は、前述の課題に鑑みてなされたもので、測定対象の回路に対して検出回路を電気接続せずに電流検出が可能であると共に、低コストで小型化が可能な電流センサを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、前記課題を解決するために以下の構成を採用した。すなわち、本発明の電流センサは、回路に接続される一方の電極部が形成された第１の導電体と該第１の導電体に接合されていると共に前記回路に接続される他方の電極部が形成され前記第１の導電体よりも抵抗値の高い第２の導電体とで構成された電流熱変換部と、前記第１の導電体から前記第２の導電体にわたって絶縁体を介して設置された互いに異種金属である第１の素線及び第２の素線を有し、前記第１の導電体及び前記第２の導電体の一方に前記第１の素線及び前記第２の素線の接合点が配されていると共に他方に前記第１の素線及び前記第２の素線の電極端が配されている熱電対部と、を備えていることを特徴とする。
【０００８】
この電流センサでは、第１の導電体及び第２の導電体の一方に第１の素線及び第２の素線の接合点が配されていると共に他方に第１の素線及び第２の素線の電極端が配されている熱電対部を備えているので、電流熱変換部に流れる電流に応じて第１の導電体と第２の導電体との間で温度差が生じると共に熱電対部に起電力が発生することで、電流を検出することができる。
すなわち、測定対象の回路に接続された電流熱変換部に電流が流れると、第１の導電体よりも抵抗値の高い第２の導電体が第１の導電体よりも高いジュール熱で発熱し、電流に応じて第１の導電体と第２の導電体との間で温度差が生じる。この温度差により、第１の導電体から第２の導電体にわたって設置された熱電対部に起電力が生じる。このとき、電流熱変換部で生じるジュール熱による温度差は、通過する電流量に比例するため、上記起電力も電流量に比例することから、この起電力によって電流を検出することができる。
このように、検出回路に接続される熱電対部を、測定対象の回路に接続された電流熱変換部に電気接続を行わずに、回路の電流検出が可能である。また、熱電対部の起電力を測定することで電流を検出できるため、簡易な検出回路で済み、低コストで作製可能である。さらに、熱電対部が簡易な構成で安価であるため、部材コストも安く、小型化も可能である。
【０００９】
また、本発明の電流センサは、前記第１の素線及び前記第２の素線が、前記第１の導電体及び前記第２の導電体の表面に前記絶縁体である封止樹脂によって封止状態に固定されていることを特徴とする。
すなわち、この電流センサでは、第１の素線及び第２の素線が、第１の導電体及び第２の導電体の表面に絶縁体である封止樹脂によって封止状態に固定されているので、第１の素線及び第２の素線を電流熱変換部と電気的に絶縁すると共に保護することができる。
【００１０】
また、本発明の電流センサは、前記電流熱変換部が、前記第１の導電体と前記第２の導電体との接合方向に長く形成されていることを特徴とする。
すなわち、この電流センサでは、電流熱変換部が、第１の導電体と第２の導電体との接合方向に長く形成されているので、細長い電流熱変換部によって第１の導電体と第２の導電体との間の熱伝導性を低下させて明確に温度差を生じさせることができ、より正確に電流を検出することが可能になる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、以下の効果を奏する。
すなわち、本発明に係る電流センサによれば、電流熱変換部の第１の導電体及び第２の導電体の一方に第１の素線及び第２の素線の接合点が配されていると共に他方に第１の素線及び第２の素線の電極端が配されている熱電対部を備えているので、電流熱変換部に流れる電流に応じて第１の導電体と第２の導電体との間で温度差が生じると共に熱電対部に起電力が発生することで、電流を検出することができる。したがって、電流熱変換部に電気接続を行わずに、回路の電流検出が可能であると共に、熱電対部が安価であり、検出回路も簡単であるため、低コスト化及び小型化が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明に係る電流センサの一実施形態を示す平面図である。
【図２】図１のＡ−Ａ線矢視断面図である。
【図３】本実施形態において、測定対象の回路に接続した電流センサの等価回路図である。
【図４】本発明に係る従来例において、測定対象の回路に接続した電流検出回路の等価回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明に係る電流センサの一実施形態を、図１から図３を参照しながら説明する。なお、以下の説明に用いる各図面では、各部材を認識可能又は認識容易な大きさとするために縮尺を適宜変更している。
【００１４】
本実施形態の電流センサ１０は、図１から図３に示すように、測定対象の回路Ｃに接続される一方の電極部１１が形成された第１の導電体１２Ａと該第１の導電体１２Ａに接合されていると共に回路Ｃに接続される他方の電極部１１が形成され第１の導電体１２Ａよりも抵抗値の高い第２の導電体１２Ｂとで構成された電流熱変換部１３と、第１の導電体１２Ａから第２の導電体１２Ｂにわたって封止樹脂（絶縁体）１４を介して設置された互いに異種金属である第１の素線１５Ａ及び第２の素線１５Ｂを有し、第２の導電体１２Ｂに第１の素線１５Ａ及び第２の素線１５Ｂの接合点１６が配されていると共に第１の導電体１２Ａに第１の素線及び第２の素線１５Ｂの電極端１７が配されている熱電対部１８と、を備えている。
【００１５】
上記第１の素線１５Ａ及び第２の素線１５Ｂは、第１の導電体１２Ａ及び第２の導電体１２Ｂの表面に絶縁体である封止樹脂１４によって封止状態に固定されている。
上記第１の導電体１２Ａは、銅でブロック状に形成されていると共に、上記第２の導電体１２Ｂは、銅とニッケルとの合金でブロック状に形成されている。すなわち、銅で形成された第１の導電体１２Ａは、その抵抗値がほぼ０Ωであるのに対して、不純物としてニッケルが添加された第２の導電体１２Ｂは、その抵抗値が約０．１ｍΩに設定されている。
【００１６】
また、ブロック状の第１の導電体１２Ａと第２の導電体１２Ｂとは、互いに端面で接合されている。すなわち、電流熱変換部１３は、ブロック状の第１の導電体１２Ａと第２の導電体１２Ｂとの接合方向に長くされた直方体形状に形成されている。ここで、上記接合方向は、第１の導電体１２Ａと第２の導電体１２Ｂとの接合面に対して直交する方向である。なお、一対の電極部１１は、電流熱変換部１３の両端部に形成されている。
【００１７】
上記第１の素線１５Ａ及び第２の素線１５Ｂは、それぞれ熱電対を構成する＋側材料及び−側材料であって既知の異種金属材料で形成されている。例えば、＋側材料及び−側材料として、クロメル及びアルメル、銅及びコンスタンタン、白金ロジウム及び白金、鉄及びコンスタンタンなどの組み合わせが採用可能である。
【００１８】
この電流センサ１０により測定対象の回路Ｃの電流を検出する場合、図３に示すように、高電圧電源１に接続された回路Ｃに電流熱変換部１３を接続する。すなわち、この電流熱変換部１３は、従来のシャント抵抗と同様に測定対象の回路Ｃに接続される。さらに、この電流熱変換部１３に取り付けられた熱電対部１８の一対の電極端１７に検出回路２３を接続する。なお、図３に示す符号１９は、回路Ｃ中の負荷部である。
【００１９】
測定対象の回路Ｃに接続された電流熱変換部１３に電流が流れると第１の導電体１２Ａよりも抵抗値の高い第２の導電体１２Ｂが第１の導電体１２Ａよりも高いジュール熱で発熱し、電流に応じて第１の導電体１２Ａと第２の導電体１２Ｂとの間で温度差が生じる。この温度差により、第１の導電体１２Ａから第２の導電体１２Ｂにわたって設置された熱電対部１８に起電力が生じる。このとき、電流熱変換部１３で生じるジュール熱による温度差は、通過する電流量に比例するため、上記起電力も電流量に比例することから、この起電力によって電流を検出することができる。
【００２０】
このように本実施形態の電流センサ１０では、第１の導電体１２Ａ及び第２の導電体１２Ｂの一方に第１の素線１５Ａ及び第２の素線１５Ｂの接合点１６が配されていると共に他方に第１の素線１５Ａ及び第２の素線１５Ｂの電極端１７が配されている熱電対部１８を備えているので、電流熱変換部１３に流れる電流に応じて第１の導電体１２Ａと第２の導電体１２Ｂとの間で温度差が生じると共に熱電対部１８に起電力が発生することで、電流を検出することができる。
【００２１】
したがって、検出回路２３に接続される熱電対部１８を、測定対象の回路Ｃに接続された電流熱変換部１３に電気接続を行わずに、回路Ｃの電流検出が可能である。また、熱電対部１８の起電力を測定することで電流を検出できるため、簡易な検出回路２３で済み、低コストで作製可能である。さらに、熱電対部１８が簡易な構成で安価であるため、部材コストも安く、小型化も可能である。
【００２２】
また、第１の素線１５Ａ及び第２の素線１５Ｂが、第１の導電体１２Ａ及び第２の導電体１２Ｂの表面に絶縁体である封止樹脂１４によって封止状態に固定されているので、第１の素線１５Ａ及び第２の素線１５Ｂを電流熱変換部１３と電気的に絶縁すると共に保護することができる。
【００２３】
さらに、電流熱変換部１３が、第１の導電体１２Ａと第２の導電体１２Ｂとの接合方向に長く形成されているので、細長い電流熱変換部１３によって第１の導電体１２Ａと第２の導電体１２Ｂとの間の熱伝導性を低下させて明確に温度差を生じさせることができ、より正確に電流を検出することが可能になる。
【００２４】
なお、本発明の技術範囲は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
【符号の説明】
【００２５】
３，２３…検出回路、１０…電流センサ、１１…電極部、１２Ａ…第１の導電体、１２Ｂ…第２の導電体、１３…電流熱変換部、１４…封止樹脂（絶縁体）、１５Ａ…第１の素線、１５Ｂ…第２の素線、１６…第１の素線と第２の素線との接合点、１７…第１の素線及び第２の素線の電極端、１８…熱電対部、Ｃ…測定対象の回路
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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