(57)【要約】【課題】本発明は、外部磁界の影響を除去して高精度の電流の測定を可能にし、電流バーへの取り付けが容易な電流センサの取り付け方法を得ることを目的とする。【解決手段】本発明の電流センサは、上ケース２および下ケース３はバネ４によって第１の電流バーに当接される構成であって、上ケース２および下ケース３の延伸方向が第１の電流バー１１の延伸方向に平行であり、第１の電流バー１１が上ケース２と下ケース３とに挟まれる位置に電流センサを位置させる第１の段階と、上ケース２および下ケース３の延伸方向が第１の電流バー１１の延伸方向に垂直になるように電流センサ取り付けユニットを回転させて第１の電流バー１１を上ケース２および下ケース３とで挟む第２の段階と、を備えた取り付け方法である。【選択図】図１１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電流バーを流れる電流により発生する磁界を検出する第１のセンサユニットと、
前記電流バーを介して前記第１のセンサユニットと対向し、前記電流バーを流れる電流により発生する磁界の向きが、前記第１のセンサユニットにおける向きと逆方向になる位置に配置された第２のセンサユニットと、
を備えた電流センサの取り付け方法であって、
前記第１のセンサユニットを保持し、一方向に延伸している上ケースと、
前記第２のセンサユニットを保持し、前記上ケースと平行に延伸し、前記上ケースと間隔を空けて対向している下ケースと、
前記上ケースおよび前記下ケースを互いに近づける方向に付勢させる付勢手段と、
を備えた電流センサ取り付けユニットを用い、
前記上ケースおよび前記下ケースの延伸方向が前記電流バーの延伸方向に平行であり、前記電流バーが前記上ケースと前記下ケースとに挟まれる位置に前記電流センサを位置させる第１の段階と、
前記上ケースおよび前記下ケースの延伸方向が前記電流バーの延伸方向に垂直になるように前記電流センサ取り付けユニットを回転させて前記電流バーを前記上ケースおよび前記下ケースとで挟む第２の段階と、
を備えた電流センサの取り付け方法。
【請求項２】
前記第２の段階の後に、
前記上ケースと前記下ケースとが離間する方向の動きを制限するストッパを前記上ケースの延伸方向の先端部および前記下ケースの延伸方向の先端部間に配置させる第３の段階を付加した電流センサの取り付け方法。
【請求項３】
電流バーを流れる電流により発生する磁界を検出する第１のセンサユニットと、
前記電流バーを介して前記第１のセンサユニットと対向し、前記電流バーを流れる電流により発生する磁界の向きが、前記第１のセンサユニットにおける向きと逆方向になる位置に配置された第２のセンサユニットと、
を備えた電流センサであって、
前記第１のセンサユニットを保持し、一方向に延伸している上ケースと、
前記第２のセンサユニットを保持し、前記上ケースと平行に延伸し、前記上ケースと間隔を空けて対向している下ケースと、
前記上ケースおよび前記下ケースを互いに近づける方向に付勢させる付勢手段と、を備えた電流センサ取り付けユニット、
を備えた電流センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、導体を流れる電流からの磁界を検出することによって電流値の測定を可能にする電流センサの取り付け方法および電流センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
電流センサは、導体を流れる電流を測定するセンサとして知られている。電流センサの検出原理としては、電流が作る磁界を検出する方法が知られている。このような磁界を検出することにより電流を測定する方法は、電気回路中に電流センサを電気的に接続する必要がなく、電気回路の電気特性に与える影響が少ないという長所がある。一方、この方法は、地磁気などの外部からの磁界を受けると測定誤差を生じてしまうという短所がある。
【０００３】
この短所を解決する為に、導体を挟むように２つの磁気センサを配置して、この二つの磁気センサの差動出力をとることにより外部磁界の影響を除去する方法が知られている。この電流センサの検出原理をより詳しく説明すると、電流が流れる導体に対し、互いに１８０°反対の方向にそれぞれ磁気センサを配置することで、導体を流れる電流による一方の磁気センサと他方の磁気センサを貫く磁界が、互いに大きさは同じで方向が逆になるようになる。そして、外部磁界はいずれの磁気センサに対しても同じ大きさで同じ向きであるから、この２つの磁気センサの出力の差をとることにより外部磁界の影響を排除する、というものである（特許文献１参照。）。
【０００４】
ところで、電流が流れる導体は、銅線の場合もあるが、剛体である場合もある。特に、ハイブリッド自動車や電気自動車などのモータを駆動する電流を流す為に、電流バーと呼ばれる断面が長方形の板状の金属導体を用いる場合もある。このような導体を流れる電流を測定する電流センサも知られている（特許文献２参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開昭６３−２５３２６４号公報
【特許文献２】特開平３−２２９１６１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
導体を流れる電流が作り出す磁界は、導体からの距離によって異なることは知られている。従って、特許文献１における電流センサは、導体から２つの磁気センサまでの距離が等しい必要があり、この距離が異なると測定精度を悪化させる要因になってしまう。
【０００７】
また、電流センサを電流バーに取り付ける際に、特許文献２のようにリング状の電流センサの中央の空洞に電流バーを差し込む方法は、電流バーの少なくとも一端が開放されていなければならず、組み立てに制約があり、簡単に取り付けることはできない。
【０００８】
本発明は上記従来の課題を解決するもので外部磁界の影響を除去して高精度の電流の測定を可能にし、電流バーへの取り付けが容易で、測定精度が高い電流センサの取り付け方法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】
【０００９】
上記目的を達成するために、本発明は以下の手段を有している。
【００１０】
請求項１に記載の発明は、電流バーを流れる電流により発生する磁界を検出する第１のセンサユニットと、前記電流バーを介して前記第１のセンサユニットと対向し、前記電流バーを流れる電流により発生する磁界の向きが、前記第１のセンサユニットにおける向きと逆方向になる位置に配置された第２のセンサユニットと、を備えた電流センサの取り付け方法であって、前記第１のセンサユニットを保持し、一方向に延伸している上ケースと、前記第２のセンサユニットを保持し、前記上ケースと平行に延伸し、前記上ケースと間隔を空けて対向している下ケースと、前記上ケースおよび前記下ケースを互いに近づける方向に付勢させる付勢手段と、を備えた電流センサ取り付けユニットを用い、前記上ケースおよび前記下ケースの延伸方向が前記電流バーの延伸方向に平行であり、前記電流バーが前記上ケースと前記下ケースとに挟まれる位置に前記電流センサを位置させる第１の段階と、前記上ケースおよび前記下ケースの延伸方向が前記電流バーの延伸方向に垂直になるように前記電流センサ取り付けユニットを回転させて前記電流バーを前記上ケースおよび前記下ケースとで挟む第２の段階と、を備えた電流センサの取り付け方法である。
【００１１】
請求項１に記載の発明は、２つのセンサ部により外部磁界の影響を除去し、しかも電流センサの電流バーへの取り付けが簡単であり、さらに、上ケースと下ケースとを付勢手段により電流バーに押し付けることによりクリアランスを無くすことができるので、上ケースと電流バーとの距離および下ケースと電流バーとの距離を所定の距離にすることができるので、電流バーと第１のセンサユニット間の距離および電流バーと第２の電流センサユニット間の距離も精度良く所定の距離にすることができるので、電流の検出精度を向上させることができるという作用効果を有する。
【００１２】
請求項２に記載の発明は、特に、前記第２の段階の後に、前記上ケースと前記下ケースとが離間する方向の動きを制限するストッパを前記上ケースの延伸方向の先端部および前記下ケースの延伸方向の先端部間に配置させる第３の段階を付加した電流センサの取り付け方法である。
【００１３】
請求項２に記載の発明は、上記構成により、付勢力を超える慣性力等が電流センサ取り付けユニットに加わっても、電流センサを電流バーに固定し続けることができるという作用効果を有する。
【００１４】
請求項３に記載の発明は、電流バーを流れる電流により発生する磁界を検出する第１のセンサユニットと、前記電流バーを介して前記第１のセンサユニットと対向し、前記電流バーを流れる電流により発生する磁界の向きが、前記第１のセンサユニットにおける向きと逆方向になる位置に配置された第２のセンサユニットと、を備えた電流センサであって、前記第１のセンサユニットを保持し、一方向に延伸している上ケースと、前記第２のセンサユニットを保持し、前記上ケースと平行に延伸し、前記上ケースと間隔を空けて対向している下ケースと、前記上ケースおよび前記下ケースを互いに近づける方向に付勢させる付勢手段と、を備えた電流センサ取り付けユニット、を備えた電流センサである。
【００１５】
請求項３に記載の発明は、２つのセンサ部により外部磁界の影響を除去し、しかも電流センサの電流バーへの取り付けが簡単であり、さらに、上ケースと下ケースとを付勢手段により電流バーに押し付けることによりクリアランスを無くすことができるので、上ケースと電流バーとの距離および下ケースと電流バーとの距離を所定の距離にすることができるので、電流バーと第１のセンサユニット間の距離および電流バーと第２の電流センサユニット間の距離も精度良く所定の距離にすることができるので、電流の検出精度を向上させることができるという作用効果を有する。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の電流センサは、外部磁界の影響を除去し、しかも電流センサの電流バーへの取り付けが簡単で、測定精度が高いという優れた効果を有するものである。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の一実施の形態における電流センサ取り付けユニットの正面図
【図２】本発明の一実施の形態における電流センサ取り付けユニット内部の主要部の正面図
【図３】本発明の一実施の形態における電流センサ取り付けユニットの左側面図
【図４】本発明の一実施の形態における電流センサ取り付けユニットの平面図
【図５】（ａ）本発明の一実施の形態における電流センサ取り付けユニットの上ケースの正面図、（ｂ）同平面図、（ｃ）図５（ａ）のＡＡ断面図
【図６】（ａ）本発明の一実施の形態における電流センサ取り付けユニットの下ケースの正面図、（ｂ）図６（ａ）のＡＡ断面図
【図７】本発明の一実施の形態における電流センサ取り付けユニットの主要部の右側面図
【図８】（ａ）本発明の一実施の形態におけるストッパの正面図、（ｂ）同平面図
【図９】（ａ）本発明の一実施の形態における電流センサの取り付け方法を示す概略斜視図、（ｂ）同正面図
【図１０】本発明の一実施の形態における電流センサの取り付け方法を示す正面図
【図１１】（ａ）本発明の一実施の形態における電流センサの取り付け方法を示す正面図、（ｂ）同斜視図
【図１２】本発明の一実施の形態における電流センサを取り付けた斜視図
【発明を実施するための形態】
【００１８】
（一実施の形態）
本発明の一実施の形態について、図面を用いて説明する。
【００１９】
図１は本発明の一実施の形態における電流センサ取り付けユニットの正面図、図２は本発明の一実施の形態における電流センサ取り付けユニット内部の主要部の正面図、図３は本発明の一実施の形態における電流センサ取り付けユニットの左側面図、図４は本発明の一実施の形態における電流センサ取り付けユニットの平面図、図５（ａ）は本発明の一実施の形態における電流センサ取り付けユニットの上ケースの正面図、図５（ｂ）は同平面図、図５（ｃ）は図５（ａ）のＡＡ断面図、図６（ａ）は本発明の一実施の形態における電流センサ取り付けユニットの下ケースの正面図、図６（ｂ）は図６（ａ）のＡＡ断面図、図７は本発明の一実施の形態における電流センサ取り付けユニットの主要部の右側面図、図８（ａ）は本発明の一実施の形態におけるストッパの正面図、図８（ｂ）は同平面図である。
【００２０】
本実施の形態における電流センサは、図２に示すように、磁気を検出する第１のセンサユニット７と第２のセンサユニット８とを備えて、電流の周りに発生する磁界を第１のセンサユニット７と第２のセンサユニット８とで検出することにより電流を検出する。第１のセンサユニット７と第２のセンサユニット８には磁気センサ（図示せず）を備えている。磁気センサとしては、磁気抵抗素子を用いている。さらに、この磁気抵抗素子にバイアス磁界を印加するための磁石も備えている。なお、磁気抵抗素子でなくホール素子を用いることもできるが、その場合には、バイアス磁石は不要とすることができる。磁気抵抗素子にバイアス磁界を印加すると、出力の直線性の向上やヒステリシスの低減に貢献する。
【００２１】
第１のセンサユニット７および第２のセンサユニット８は第１の電流バー１１を挟んで対向するように配置されている。第１のセンサユニット７と第２のセンサユニット８とは接続線９により電気的に接続され、第１のセンサユニット７は接続線１０によって基板６上に実装された電気回路６ａと接続される。なお、図２において、第１の電流センサ取り付けユニット１の外形および第１の電流バー１１の外形を一点鎖線で示している。
【００２２】
第１の電流センサ取り付けユニット１は、図１、図３、および図４に示すように、上ケース２、下ケース３および付勢手段としてのバネ４を備えている。上ケース２は、第１のセンサユニット７を保持している。下ケース３は第２のセンサユニット８を保持している。上ケース２は一方向に延伸している。また下ケース３も一方向に延伸しており、その延伸方向は上ケース２と同一方向である。上ケース２と下ケース３は間に空間を挟んで平行に位置している。また、上ケース２における下ケース３と対向する面には、上ケース突起２ｂが形成されており、同様に、下ケース３における上ケース２と対向する面には、下ケース突起３ｂが形成されている。上ケース突起２ｂと下ケース突起３ｂは第１の電流バー１１に直接当接する部分である。上ケース２および下ケース３における第１の電流バー１１との当接する面は、高精度に平坦にしないと、第１のセンサユニット７と第１の電流バー１１間の距離および第２のセンサユニット８と第１の電流バー１１間の距離の所定の距離の精度が低下してしまうが、上ケース２および下ケース３における第１の電流バー１１に対向する面の全面で第１の電流バー１１に当接するようにすると、これらの面の全面の平面度を保つ必要がある。しかし、上ケース突起２ｂおよび下ケース突起３ｂを設けることで、これらにおける第１の電流バー１１に当接する面の平面度さえ確保すればよいので、上ケース２および下ケース３の製造時の管理が容易になる。
【００２３】
図５および図７に示すように、上ケース連結部２ａは、上ケース２の延伸方向に対する垂直な方向に延伸しており、その断面は９０°の扇形である。上ケース２には平面視方向に見て、上ケース連結部２ａに隣接して上ケース連結穴２ｄが形成されている。上ケース連結穴２ｄは上ケースの９０°の扇形形状の穴を形成したものであり、その形状は、平面視した際に、上ケース連結部２ａの断面である９０°の扇形と合せると半円形状になるような形状である。
【００２４】
同様に、図６に示すように、下ケース連結部３ａは、下ケース３の延伸方向に対する垂直な方向に延伸しており、その断面は９０°の扇形である。下ケース３には平面視方向に見て、下ケース連結部３ａに隣接して下ケース連結穴３ｄが形成されている。下ケース連結穴３ｄは下ケース３の９０°の扇形形状の穴を形成したものであり、その形状は、平面視した際に、下ケース連結部３ａの断面である９０°の扇形と合せると半円形状になるような形状である。
【００２５】
図７は、説明のためバネ４および接続線９を除去した構成を示している。この図７に示すように、上ケース連結部２ａは下ケース連結穴３ｄに下ケース連結部３ａは上ケース連結穴２ｄにそれぞれ挿入されている。
【００２６】
バネ４は上ケース２および下ケース３の延伸方向に対する垂直な方向に延伸しており、上ケース２および下ケース３を互いに近づける方向に付勢している。これにより上ケース２、下ケース３は第１の電流バー１１に押し付けられ、上ケース突起２ｂおよび下ケース突起３ｂがそれぞれ第１の電流バー１１に当接する。
【００２７】
上ケース２の延伸方向、即ちバネ４が取り付けられた側の反対側の先端には図５（ｂ）に示すように上ケース係合孔２ｃが形成されている。同様に、下ケース３の延伸方向、即ちバネ４が取り付けられた側の反対側の先端には下ケース係合孔（図示せず）が形成されている。上ケース係合孔２ｃおよび下ケース係合孔は同一の形状であり、円と凸形状の孔を組み合わせた、所謂鍵穴のような形状になっている。
【００２８】
図８に示すように、ストッパ５の平面図においても円に凸形状の突起が組み合わさった形状になっており、上ケース係合孔２ｃおよび下ケース係合孔を通過可能になっている。しかし、ストッパ５を回転させることで通過できない構成になっている。これにより、ストッパ５の突起と上ケース係合孔２ｃおよび下ケース係合孔の突起状の孔の位置を合わせることで、ストッパ５を第１の電流センサ取り付けユニット１に係合させる。その後、ストッパを回転させることで、ストッパ５の突起と上ケース係合孔２ｃおよび下ケース係合孔の突起状の孔の位置をずらすことになり、ストッパ５が上ケース係合孔２ｃおよび下ケース係合孔から抜けることを防止することができる。
【００２９】
図９（ａ）は、本発明の一実施の形態における電流センサの取り付け方法を示す斜視図、図９（ｂ）は同正面図である。但し、図９（ｂ）においては第３の電流バー１３を省略して記載している。なお、図９（ａ）、（ｂ）および後述する図１０、図１１（ｂ）および図１２においては、図面の簡略化のため、第１の電流センサ取り付けユニット１の詳細な形状を省略して記載している。
【００３０】
本実施の形態においては、電流バーは、第１の電流バー１１、第２の電流バー１２および第３の電流バー１３の３本が設けられている。ハイブリッド自動車や電気自動車などに用いるモータは３相であることが多いことを考え、本実施の形態においては３本にしている。
【００３１】
まず、第１の電流センサ取り付けユニット１を第１の電流バー１１と第２の電流バー１２の間に配置させている。このとき、第１の電流センサ取り付けユニット１の延伸方向、即ち、上ケース２および下ケース３の延伸方向を第１の電流バー１１および第２の電流バー１２の延伸方向に対し平行になるように配置させている。
【００３２】
図１０は、本発明の一実施の形態における電流センサの取り付け方法を示す正面図である。図９の状態から第１の電流センサ取り付けユニット１を第１の電流バー１１に近づけたものである。このとき、上ケース２および下ケース３により第１の電流バー１１を挟むような位置にしている。言い換えれば、上ケース連結部２ａおよび下ケース連結部３ａと第１の電流バー１１の高さを同じになるようにしている。そして、第１の電流センサ取り付けユニット１の延伸方向を上ケース２および下ケース３の延伸方向に対し平行になるように配置させている。この状態が第１の段階である。このとき、第１の電流センサ取り付けユニット１を平面視した際、即ち、図１０において紙面の上から見た場合、上ケース連結部２ａおよび下ケース連結部３ａを上ケース２および下ケース３の内部に納まるような外形にしていると、図１０に示すように、上ケース連結部２ａおよび下ケース連結部３ａの幅は上ケース２および下ケース３の幅よりも狭くなり、そこに第１の電流バー１１が係合する形になっている。これにより第１の電流センサ取り付けユニット１の配置の際の位置決めが容易になる。
【００３３】
図１１（ａ）は本発明の一実施の形態における電流センサの取り付け方法を示す正面図、図１１（ｂ）は同斜視図である。図１１（ａ）においては、第３の電流バー１３を省略して記載している。図１０の状態から、第１の電流センサ取り付けユニット１を時計回り方向に９０°回転させることにより図１１の状態になる。この図１１の状態においては、上ケース２および下ケース３の延伸方向は、第１の電流バー１１の延伸方向に対して垂直になっている。そして、第１の電流バー１１は上ケース２および下ケース３に挟まれた状態になっている。この状態が第２の段階である。このとき、図１１（ａ）に示すようにストッパ５を第１の電流センサ取り付けユニット１に係合させてもよい。このようにすることで、バネ４による付勢力を超えるような慣性力が第１の電流センサ取り付けユニット１に加わっても第１の電流センサ取り付けユニット１が第１の電流バー１１から離れてしまうことを防止することができる。
【００３４】
この第２の段階において、第１の電流バー１１を流れる電流による磁界は、第１の電流バー１１の周りにループ状に発生しているので、第１の電流バー１１の上側に発生している磁界と下側に発生している磁界は逆方向になる。従って、第１のセンサユニット７の配置場所における磁界と第２のセンサユニット８の配置場所における磁界とは逆方向となる。また、第１のセンサユニット７と第１の電流バー１１との距離および第２のセンサユニット８と第１の電流バー１１との距離を等しくしているので、それぞれの位置における磁界の大きさも等しくなる。つまり、第１のセンサユニット７の位置における磁界と第２のセンサユニット８の位置における磁界とは大きさが同じで方向が逆になっている。一方、地磁気などの外部磁界は、第１のセンサユニット７と第２のセンサユニット８の位置に対し、同一ベクトルの磁界として検出される。従って、第１のセンサユニット７からの出力と第２のセンサユニット８からの出力との差をとれば外部磁界の影響を除去した検出値を得ることができる。
【００３５】
同様にして、第２の電流バー１２に第２の電流センサ取り付けユニット２１を、第３の電流バー１３に第３の電流センサ取り付けユニット２２を取り付けることで図１２に示すように３本の電流バーのそれぞれに電流センサを取り付けることができる。
【００３６】
このような取り付け方法を行なうことで、第１の電流バー１１と第２の電流バー１２との間が狭くても第１の電流センサ取り付けユニット１の取り付けが可能となる。また、バネ４による付勢力によって上ケース２および下ケース３を第１の電流バー１１に当接させるので、第１の電流バー１１の厚みにバラツキがあっても、第１の電流バー１１と第１のセンサユニット７間の距離と第１の電流バー１１と第２のセンサユニット８間の距離を等しくすることができるので、精度良く外乱磁界の除去を行なうことができる。
【産業上の利用可能性】
【００３７】
本発明に係る電流センサの取り付け方法は、電流を測定するためのセンサの取り付け方法として有用である。
【符号の説明】
【００３８】
１  第１の電流センサ取り付けユニット
２  上ケース
２ａ  上ケース連結部
２ｂ  上ケース突起
２ｃ  上ケース係合孔
２ｄ  上ケース連結穴
３  下ケース
３ａ  下ケース連結部
３ｂ  下ケース突起
３ｄ  下ケース連結穴
４  バネ
５  ストッパ
６  基板
６ａ  電気回路
７  第１のセンサユニット
８  第２のセンサユニット
９  接続線
１０  接続線
１１  第１の電流バー
１２  第２の電流バー
１３  第３の電流バー
２１  第２の電流センサ取り付けユニット
２２  第３の電流センサ取り付けユニット
【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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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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