(57)【要約】【課題】磁性体コアのギャップ部におけるコア径方向の磁束密度分布を任意に調整することで、感磁素子の配置自由度を向上させることができる電流センサを提供する。【解決手段】電流センサ１は、ギャップ部４を有する略円環状の磁性体コア３と、ギャップ部４に配置され、導体２に流れる電流によりギャップ部４に発生する磁界を検出して電圧信号に変換する感磁素子５とを備えている。磁性体コア３及び感磁素子５は、導体２を貫通させる導体貫通穴７を有する基板６に固定されている。磁性体コア３におけるギャップ部４に面した第１部分３ｂの幅Ｗａが磁性体コア３におけるギャップ部４に位置する半円状の第２部分３ｃの幅Ｗｂよりも大きくなるように、第１部分３ｂが導体通過領域７の中心から離れるコア径方向外側のみに延びている。感磁素子５は、磁性体コア３のギャップ部４におけるコア径方向の中心部に配置されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
導体に流れる電流を検出する電流センサにおいて、
前記導体が通る導体通過領域を包囲するように設けられ、ギャップ部を有する略環状の磁性体コアと、
前記ギャップ部に配置され、前記ギャップ部に発生する磁界を検出して電気信号に変換する感磁素子とを備え、
前記磁性体コアにおける前記ギャップ部に面する第１部分の幅が前記磁性体コアにおける前記ギャップ部の反対側に位置する半円状の第２部分の幅よりも大きくなるように、前記第１部分が前記導体通過領域の中心から離れる方向のみに延びていることを特徴とする電流センサ。
【請求項２】
前記磁性体コアは、前記導体通過領域の中心位置から前記ギャップ部までの距離が前記導体通過領域の中心位置から前記磁性体コアにおける前記ギャップ部以外の部分までの距離と等しくなるように形成されていると共に、前記第２部分から前記第１部分に向って前記磁性体コアの幅が徐々に大きくなるような形状を有していることを特徴とする請求項１記載の電流センサ。
【請求項３】
前記磁性体コアは、前記導体通過領域の中心位置から前記ギャップ部までの距離が前記導体通過領域の中心位置から前記磁性体コアにおける前記ギャップ部以外の部分までの距離と等しくなるように形成されており、
前記第１部分は、前記導体通過領域の反対側に突出する突起部を有することを特徴とする請求項１記載の電流センサ。
【請求項４】
前記第１部分は、前記ギャップ部における前記磁性体コアの径方向の磁束密度分布のピークが前記ギャップ部における前記磁性体コアの径方向の中心部に存在するように構成されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項記載の電流センサ。 
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、導体に流れる電流を検出する電流センサに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の電流センサとしては、例えば特許文献１に記載されているように、環状磁性体コアに設けたギャップ内に感磁素子を配置し、環状磁性体コアを貫通する導体に流れる電流によってギャップ内に発生した磁界を感磁素子により電圧に変換して出力することで、導体に流れる電流を検出するものが知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１１−２２０９８３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記従来技術のような電流センサは、インバータ等の電気機器で使用される。そして、電気機器が小型化されるに伴い、電流センサも小型化されることが望まれている。電流センサを小型化するためには、環状磁性体コアを小さくする必要があるが、環状磁性体コアが小さくなると磁気飽和しやすくなるという問題が発生する。この対策の一つとして、環状磁性体コアのギャップ間隔を広げることで磁路の磁気抵抗を増加させるというものがある。ギャップ間隔が広くなると、磁路の磁気抵抗が上がり、被測定電流により発生するギャップ内の磁束密度が減少する。しかし、環状磁性体コアのギャップ間隔を広げすぎると、ギャップ付近に発生する漏れ磁束によってギャップにおける環状磁性体コアの径方向（コア径方向）の磁束密度分布に偏りが発生する。そのような磁束密度分布の偏りは、ギャップ間隔が広くなるほど顕著であり、感磁素子の配置に制限を与える。また、環状磁性体コアのギャップ部において磁束密度がピークとなる位置に感磁素子を配置することで、精度の良い電流センサを得ることができるが、一般的な円環状の環状磁性体コアでは磁束密度のピークがコア径方向の内側に寄ってしまう。このため、感磁素子を磁束密度がピークとなる位置に配置しようとすると、感磁素子が電流母線や基板に設けられた貫通孔等と干渉する虞がある。
【０００５】
本発明の目的は、磁性体コアのギャップ部におけるコア径方向の磁束密度分布を任意に調整することで、感磁素子の配置自由度を向上させることができる電流センサを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、導体に流れる電流を検出する電流センサにおいて、導体が通る導体通過領域を包囲するように設けられ、ギャップ部を有する略環状の磁性体コアと、ギャップ部に配置され、ギャップ部に発生する磁界を検出して電気信号に変換する感磁素子とを備え、磁性体コアにおけるギャップ部に面する第１部分の幅が磁性体コアにおけるギャップ部の反対側に位置する半円状の第２部分の幅よりも大きくなるように、第１部分が導体通過領域の中心から離れる方向のみに延びていることを特徴とするものである。
【０００７】
このように本発明の電流センサにおいては、磁性体コアにおけるギャップ部に面する第１部分の幅が磁性体コアにおけるギャップ部の反対側に位置する半円状の第２部分の幅よりも大きくなるように、第１部分を導体通過領域の中心から離れる方向のみに延びる構成とすることにより、磁性体コア内の磁束が通る磁路が磁性体コアの第１部分においてコア径方向外側（導体通過領域の反対側）にシフトするようになる。このため、ギャップ部におけるコア径方向の磁束密度分布が変化し、磁束密度分布のピークがコア径方向外側に移動するようになる。このようにギャップ部におけるコア径方向の磁束密度分布を任意に調整することができる。このとき、感磁素子の配置位置は、ギャップ部におけるコア径方向の磁束密度分布に応じて適宜決定すれば良い。例えば、ギャップ部におけるコア径方向の磁束密度分布のピーク付近に感磁素子を配置することで、精度の良い電流センサを得ることができるが、従来では、ギャップ部におけるコア径方向の磁束密度分布のピークがコアの内側に寄っていたため、磁束密度分布のピーク付近に感磁素子を配置しようとすると、感磁素子が導体や導体通過領域である基板の貫通孔に干渉する虞があった。しかしながら、本発明の電流センサにおいては、磁束密度分布のピークをコア径方向外側に移動させているので、感磁素子を導体や導体通過領域である基板の貫通孔に干渉させること無く、精度の良い電流センサを得ることができる。
【０００８】
好ましくは、磁性体コアは、導体通過領域の中心位置からギャップ部までの距離が導体通過領域の中心位置から磁性体コアにおけるギャップ部以外の部分までの距離と等しくなるように形成されていると共に、第２部分から第１部分に向って磁性体コアの幅が徐々に大きくなるような形状を有している。この場合には、磁性体コアに角部を設けること無く、磁性体コアにおけるギャップ部に面する第１部分の幅を、磁性体コアにおけるギャップ部の反対側に位置する半円状の第２部分の幅よりも大きくすることができる。従って、磁性体コア内の磁路の形状が急激に変化することが防止されるため、磁性体コアの磁気飽和を防ぐことができる。
【０００９】
また、磁性体コアは、導体通過領域の中心位置からギャップ部までの距離が導体通過領域の中心位置から磁性体コアにおけるギャップ部以外の部分までの距離と等しくなるように形成されており、第１部分は、導体通過領域の反対側に突出する突起部を有していても良い。この場合には、磁性体コアを必要以上に大きくすること無く、磁性体コアにおけるギャップ部に面する第１部分の幅を、磁性体コアにおけるギャップ部の反対側に位置する半円状の第２部分の幅よりも大きくすることができる。
【００１０】
また、好ましくは、第１部分は、ギャップ部における磁性体コアの径方向の磁束密度分布のピークがギャップ部における磁性体コアの径方向の中心部に存在するように構成されている。この場合には、感磁素子の配置位置の調整を容易に行うことができる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、磁性体コアのギャップ部におけるコア径方向の磁束密度分布を任意に調整することで、感磁素子の配置自由度を向上させることができる。これにより、例えば磁性体コアのギャップ部における磁束密度分布のピークをギャップ部の中心部にシフトさせた場合には、ギャップ部の中心部に感磁素子を配置することで、電流センサの検出感度のばらつきを低減することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明に係る電流センサの第１実施形態を示す平面図である。
【図２】比較例として、従来の電流センサの一つを示す平面図である。
【図３】図１及び図２に示した磁性体コアのギャップ部における磁束密度分布を示すグラフである。
【図４】本発明に係る電流センサの第２実施形態を示す平面図である。
【図５】本発明に係る電流センサの第３実施形態を示す平面図である。
【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好適な実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。
【００１４】
図１は、本発明に係る電流センサの第１実施形態を示す平面図である。同図において、本実施形態の電流センサ１は、例えば電気自動車やハイブリッド車等の車両に搭載されるインバータで使用され、導体２に流れる電流を検出するものである。
【００１５】
電流センサ１は、略円環状の磁性体コア３を備えている。磁性体コア３には、ギャップ部４が設けられている。磁性体コア３は、例えば鉄または鉄合金（電磁鋼板等）で形成されている。磁性体コア３は、例えばプレス抜き加工等により作製される。
【００１６】
また、電流センサ１は、磁性体コア３のギャップ部４に配置された感磁素子５を備えている。感磁素子５は、導体２に流れる電流によりギャップ部４に発生する磁界（磁束密度）を検出し、その磁界を導体２に流れる電流の値に比例した電圧信号に変換して出力する。
【００１７】
磁性体コア３及び感磁素子５は、基板６に固定されている。基板６には、導体２を貫通させる円形状の導体貫通穴（導体通過領域）７が設けられている。磁性体コア３は、導体貫通穴７を包囲するように配置された状態で、基板６に接着されているか、或いはブラケットを介してネジ止めされている。
【００１８】
磁性体コア３の内周３ａの形状は、ギャップ部４を除いて真円形状をなしている。磁性体コア３は、内周３ａの中心位置が導体貫通穴７の中心位置Ｇと一致するように、基板６に固定されている。従って、磁性体コア３は、導体通過領域７の中心位置Ｇからギャップ部４までの距離が導体通過領域７の中心位置Ｇから磁性体コア３におけるギャップ部４以外の部分までの距離と等しくなるように形成されている。また、磁性体コア３の厚さは、全体的に等しくなっている。
【００１９】
磁性体コア３は、ギャップ部４に面した第１部分３ｂと、導体通過領域７を挟んでギャップ部４の反対側に位置する半円状の第２部分３ｃとを有している。ギャップ部４を挟んだ磁性体コア３の両端部は、磁性体コア３の磁極部Ｊとなっている。
【００２０】
磁性体コア３における第１部分３ｂの幅Ｗａは、磁性体コア３における第２部分３ｃの幅Ｗｂよりも大きくなっている。従って、第１部分３ｂの断面積は、第２部分３ｃの断面積よりも大きくなっている。具体的には、磁性体コア３は、磁性体コア３の幅が第２部分３ｃから第１部分３ｂに向って徐々に大きくなるような形状を有している。つまり、第１部分３ｂは、導体通過領域７の中心位置Ｇから離れるコア径方向外側（導体貫通穴７の反対側）のみに延びる延伸部３ｄを有することとなる。
【００２１】
感磁素子５は、磁性体コア３のギャップ部４における磁性体コア３の径方向（コア径方向）の中心部に配置されるように基板６に実装されている。
【００２２】
このような電流センサ１において、導体２に電流が流れると、磁性体コア３内に磁界（磁束）が発生して磁路が形成されるが、この時にギャップ部４に生じる磁界の強さが感磁素子５によって検出されて電圧信号に変換されることで、導体２に流れる電流値が検出されることとなる。
【００２３】
ここで、比較例として、従来の電流センサの一つを図２に示す。同図に示す電流センサ５０においては、磁性体コア３自体の形状が、ギャップ部４を除いて真円形状となっている。このため、磁性体コア３におけるギャップ部４に面した部分の幅Ｗは、磁性体コア３におけるギャップ部４の反対側に位置する部分の幅とほぼ等しくなっている。感磁素子５は、ギャップ部４におけるコア径方向の内側領域に配置されている。
【００２４】
このような電流センサ５０では、磁性体コア３内に発生した磁束は、磁気抵抗の少ない磁性体コア３の内側領域を通りやすくなる。このため、磁性体コア３のギャップ部４におけるコア径方向の磁束密度分布としては、図３の破線Ｑで示すように、磁性体コア３の内側領域に磁束密度のピークが存在するような分布が得られるようになる。つまり、ギャップ部４におけるコア径方向の磁束密度分布の偏りが生じている。
【００２５】
ところで、磁束密度のピーク付近では、磁束密度の変化量が少ない。このため、磁束密度のピーク付近に感磁素子５を配置するのが好適である。従って、電流センサ５０では、磁性体コア３のギャップ部４におけるコア径方向の内側領域に感磁素子５を配置している。
【００２６】
しかし、ギャップ部４におけるコア径方向の内側領域は、基板６の導体貫通穴７に近く、レイアウト上の制約がある。このため、感磁素子５の配置位置がばらつきやすくなるため、電流センサ１毎に検出感度がばらつくおそれがある。
【００２７】
これに対し本実施形態では、上述したように、磁性体コア３におけるギャップ部４に面した第１部分３ｂの幅Ｗａが磁性体コア３におけるギャップ部４の反対側に位置する半円状の第２部分３ｃの幅Ｗｂよりも大きくなるように、第１部分３ｂがコア径方向外側のみに延びている。このため、図２に示す電流センサ５０に比べて、磁性体コア３の磁極部Ｊの断面積が大きくなり、ギャップ部４の中心付近からコア径方向外側にかけての磁束実度が高くなる。また、磁極部Ｊの延伸によって磁極部Ｊにおいて磁束がコア径方向外側に若干引っ張られるようになる。従って、図２に示す電流センサ５０に比し、磁性体コア３内の磁路の形状が磁極部Ｊにおいてコア径方向外側にシフトするように変化する。その結果、磁性体コア３のギャップ部４におけるコア径方向の磁束密度分布としては、図３の実線Ｐで示すように、ギャップ部４のコア径方向中心部に磁束密度のピークが存在するような分布が得られるようになる。即ち、ギャップ部４において、磁束密度が均一となる領域を大きくすることができる。
【００２８】
本実施形態では、ギャップ部４における磁束密度のピーク付近、つまりギャップ部４の中心部に感磁素子５を配置している。これにより、特にレイアウト上の制約を受けずに感磁素子５を配置することができる。従って、感磁素子５の配置位置のばらつきが抑えられるため、電流センサ１毎の検出感度のばらつきを十分低減することができる。
【００２９】
また、本実施形態では、略円環状の磁性体コア３を用いているので、角形状の磁性体コアに比べて漏れ磁束を低減し、電流センサ１の検出感度を向上させることができる。また、磁性体コア３の内周３ａには角部が無いため、磁性体コア３内の磁路の形状が急激に変化することが無く、磁性体コア３の磁気飽和が発生しにくい。従って、電流センサ１の小型化または電流検出範囲の拡大化を図ることが可能となる。
【００３０】
図４は、本発明に係る電流センサの第２実施形態を示す平面図である。図中、上述した実施形態と同一または同等の要素には同じ符号を付し、その説明を省略する。
【００３１】
同図において、本実施形態の電流センサ１は、ギャップ部４を有する略円環状の磁性体コア３を備えている。磁性体コア３は、ギャップ部４に面した第１部分３ｅと、導体通過領域７を挟んでギャップ部４の反対側に位置する半円状の第２部分３ｃとを有している。第１部分３ｅは、磁性体コア３のコア径方向外側のみに突出する１対の突起部８を有している。従って、磁性体コア３におけるギャップ部４に面した第１部分３ｅの幅Ｗａは、磁性体コア３における導体貫通穴７を挟んでギャップ部４の反対側に位置する半円状の第２部分３ｃの幅Ｗｂよりも大きくなっている。
【００３２】
このように本実施形態においても、磁性体コア３におけるギャップ部４に面した第１部分３ｅの幅Ｗａが磁性体コア３におけるギャップ部４の反対側に位置する半円状の第２部分３ｃの幅Ｗｂよりも大きくなるように、第１部分３ｅがコア径方向外側のみに延びているので、上記第１実施形態と同様に、ギャップ部４における磁束密度のピークがコア径方向外側にシフトするように、ギャップ部４におけるコア径方向の磁束密度分布を変化させることができる。
【００３３】
また、本実施形態では、磁性体コア３の第１部分３ｅは磁性体コア３のコア径方向外側に突出する突起部８のみを有しており、磁性体コア３のコア径方向内側に突出する突起部を有していないので、磁極部Ｊと導体貫通穴７との距離を長くしなくて済む。従って、磁性体コア３の大型化を防ぐことができる。
【００３４】
図５は、本発明に係る電流センサの第３実施形態を示す平面図である。図中、上述した実施形態と同一または同等の要素には同じ符号を付し、その説明を省略する。
【００３５】
同図において、本実施形態の電流センサ１は、ギャップ部４を有する略円環状の磁性体コア３を備えている。磁性体コア３の内周３ａは、ギャップ部４を除いて長円形状をなしている。なお、ここでいう長円形状は、一部が直線状となっているものだけでなく、全体が曲線状となっている楕円形状を含んでいる。
【００３６】
磁性体コア３は、ギャップ部４に面した第１部分３ｂと、導体通過領域７を挟んでギャップ部４の反対側に位置する半円状の第２部分３ｃと、第１部分３ｂと第２部分３ｃとの間に設けられた延伸部分３ｆとを有している。
【００３７】
磁性体コア３は、基板６の導体貫通穴７の中心位置Ｇからギャップ部４までの距離Ｌａが導体貫通穴７の中心位置Ｇから磁性体コア３における導体貫通穴７を挟んでギャップ部４の反対側の部分までの距離Ｌｂよりも長くなるように、基板６に固定されている。従って、延伸部分３ｆは、導体貫通穴７の中心位置Ｇに対応する位置からギャップ部４側に延びることとなる。
【００３８】
磁性体コア３は、上記第１実施形態と同様に、磁性体コア３の幅が第２部分３ｃから第１部分３ｂに向って徐々に大きくなるような形状を有している。従って、磁性体コア３におけるギャップ部４に面した第１部分３ｂの幅Ｗａは、磁性体コア３における導体貫通穴７を挟んでギャップ部４の反対側に位置する半円状の第２部分３ｃの幅Ｗｂよりも大きくなっている。
【００３９】
以上のように本実施形態においては、磁性体コア３におけるギャップ部４に面した第１部分３ｂの幅Ｗａが磁性体コア３におけるギャップ部４の反対側に位置する半円状の第２部分３ｃの幅Ｗｂよりも大きいことに加え、導体貫通穴７の中心位置Ｇからギャップ部４までの距離Ｌａが導体貫通穴７の中心位置Ｇから磁性体コア３におけるギャップ部４の反対側の部分までの距離Ｌｂよりも長くなっているので、磁性体コア３の磁極部Ｊにおいて磁束がコア径方向外側に更に引っ張られるようになる。従って、ギャップ部４におけるコア径方向の磁束密度のピークが更にコア径方向外側にシフトするように、ギャップ部４におけるコア径方向の磁束密度分布を変化させることができる。
【００４０】
本実施形態では、磁性体コア３の内周３ａの形状がギャップ部４を除いて長円形状となっているうえで、磁性体コア３の幅が第２部分３ｃから第１部分３ｂに向って徐々に大きくなるように構成されているが、そのような構成の代わりに、磁性体コア３自体がギャップ部４を除いて長円形状を有しているうえで、上記第２実施形態のように磁性体コア３の第１部分３ｅに突起部８を設けても良い。
【００４１】
なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。例えば上記実施形態では、磁性体コア３のギャップ部４におけるコア径方向の磁束密度分布のピークをギャップ部４の中心部に位置させるようにしたが、ギャップ部４におけるコア径方向の磁束密度分布のピーク位置としては、特にそれには限られない。上記実施形態によれば、ギャップ部４におけるコア径方向の磁束密度分布を任意に調整することができるため、電流センサ１の検出感度のばらつきが低減可能になるのであれば、ギャップ部４におけるコア径方向の磁束密度分布のピーク位置をギャップ部４の中心部からずれた位置としても良い。
【符号の説明】
【００４２】
１…電流センサ、２…導体、３…磁性体コア、３ｂ…第１部分、３ｃ…第２部分、３ｅ…第１部分、４…ギャップ部、５…感磁素子、７…導体貫通穴（導体通過領域）、８…突起部。
【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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