(57)【要約】【課題】検出できる電流の範囲を広げることができると共に、電流の検出精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、導体２に流れる電流を検出する電流センサ１であって、導体２が通る導体貫通穴７を包囲するように設けられ、ギャップ部１０を有する略環状の磁性体コア３と、ギャップ部１０に配置され、ギャップ部１０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５と、を備える。ギャップ部１０は、感磁素子が配置される感磁素子配置部１１と、感磁素子配置部１１よりも外側に配置され、感磁素子配置部１１側の間隙幅Ｗ１よりも磁性体コア３の外周３ｂ側の間隙幅Ｗ２が狭くなるように形成された磁界ブロック部１３と、を有している。【選択図】図２
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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、
前記ギャップ部は、
前記感磁素子が配置されると共に間隙幅が一定の感磁素子配置部と、
前記感磁素子配置部に対し、前記導体が配置される側とは反対側に配置され、前記感磁素子配置部側の間隙幅よりも前記磁性体コアの外周側の間隙幅が狭くなる磁界ブロック部と、を有している、
電流センサ。
【請求項２】
前記磁性体コアは、前記磁界ブロック部の間隙幅を前記感磁素子配置部側から前記磁性体コアの外周側に向かって徐々に狭くする、テーパ状の突出部を有している、
請求項１記載の電流センサ。
【請求項３】
前記突出部は、前記導体通過領域の中心を基準とした径方向の線に対し線対称に形成されている、
請求項２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、導体に流れる電流を検出する電流センサに関する。
【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。この電流センサでは、環状磁性体コアのギャップ部外周側にコアと一体化して形成された磁気シールドが、外部磁界のギャップ内への侵入を遮蔽する。このために、ギャップ内の磁界の乱れを低減することができ、電流の検出精度を向上させることができる。
【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】
しかしながら、上記従来の電流センサでは、環状磁性体コアのギャップ部外周側にコアと一体化して形成された磁気シールドが、ギャップ部全体を覆っているので、磁気飽和しやすいという問題がある。つまり、電流センサにおいて検出できる電流の範囲が狭くなる。
【０００５】
そこで、本発明の目的は、検出可能な電流の範囲を広げることができると共に、電流の検出精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にある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一側面に係る電流センサは、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、ギャップ部は、感磁素子が配置される感磁素子配置部と、感磁素子配置部よりも外側に配置され、感磁素子配置部側の間隙幅よりも磁性体コアの外周側の間隙幅が狭くなるように形成された磁界ブロック部と、を有している。
【０００７】
この構成の電流センサでは、ギャップ部における磁性体コアの外周側が閉じることなく開口しているので、磁気飽和が発生するおそれを低減することができる。更に、感磁素子配置部側の間隙幅よりも磁性体コアの外周側の間隙幅が狭くなるように形成された磁界ブロック部が、感磁素子配置部よりも外側に配置されているので、外部から侵入する磁気の影響を低減することができる。この結果、検出可能な電流の範囲を広げることができると共に、電流の検出精度を向上させることができる。
【０００８】
磁性体コアは、磁界ブロック部の間隙幅が、感磁素子配置部側から磁性体コアの外周側に向かって徐々に狭くするようなテーパ状の突出部を有していてもよい。
【０００９】
この構成の電流センサでは、磁界ブロック部における間隙幅が、感磁素子配置部側から磁性体コアの外周側に向けて徐々に狭くなるように形成されるので、磁界ブロック部において発生する磁束が不均一となることが抑制される。これにより、このように不均一となった磁束から受ける磁束の影響が低減されるので、電流センサにおける検出精度を更に向上させることができる。
【００１０】
突出部は、導体通過領域の中心を基準とした径方向の線に対し線対称に形成されていてもよい。
【００１１】
この構成の電流センサでは、磁界ブロック部における間隙幅が、導体通過領域の中心を基準とした径方向の線に対し線対称に形成されるので、磁界ブロック部において発生する磁束が不均一となることが抑制される。これにより、このように不均一となった磁束から受ける影響が低減されるので、電流センサにおける検出精度を更に向上させることができる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、検出可能な電流の範囲を広げることができると共に、電流の検出精度を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】一実施形態に係る電流センサを示す平面図である。
【図２】図１に示すギャップ部を拡大した平面図である。
【図３】実施例としての電流センサと比較例としての電流センサとを示す平面図である。
【図４】実施例及び比較例の磁束密度の計測結果を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、図面を参照して一実施形態に係る電流センサ１について説明する。図面の説明において、同一要素には同一符号を付し、重複する説明を省略する。図面の寸法比率は、説明のものと必ずしも一致していない。
【００１５】
図１は、一実施形態に係る電流センサ１を示す平面図である。同図において、電流センサ１は、例えば電気自動車やハイブリッド車など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。
【００１６】
図１に示すように、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、所定の間隙を有するギャップ部１０が設けられている。ギャップ部１０については、後段にて詳述する。磁性体コア３は、例えば、鉄又は鉄合金（電磁鋼板など）で形成されている。磁性体コア３は、例えば、プレス抜き加工などにより作製される。
【００１７】
また、電流センサ１は、磁性体コア３のギャップ部１０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１０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。
【００１８】
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、又はブラケットを介してネジ止めされている。
【００１９】
磁性体コア３の形状は、ギャップ部１０を除いて真円形状をなしている。磁性体コア３は、そ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、導体貫通穴７の中心位置Ｇからギャップ部１０までの距離が導体貫通穴７の中心位置Ｇから磁性体コア３におけるギャップ部１０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。ギャップ部１０を挟んだ磁性体コア３の両端部は、すなわち、後述する感磁素子配置部１１と磁界ブロック部１３とを形成する端部は、磁性体コア３の磁極部１１ａとなっている。
【００２０】
図２は、ギャップ部１０を拡大した平面図である。図２に示すように、ギャップ部１０は、感磁素子配置部１１と、磁界ブロック部１３と、を有している。
【００２１】
感磁素子配置部１１は、感磁素子５が配置される領域であり、磁性体コア３の内周３ａに接するように配置されている。感磁素子配置部１１の間隙幅Ｗ１は、径方向において一定である。感磁素子配置部１１の領域を形成する磁極部１１ａの長さＬ１は、少なくとも、後述する感磁素子５の磁性体コア３の径方向における長さＬ２を有している。
【００２２】
磁界ブロック部１３は、感磁素子配置部１１よりも磁性体コア３の径方向において外側に配置されている。磁界ブロック部１３は、感磁素子配置部１１側の間隙幅Ｗ１よりも磁性体コア３の外周３ｂ側の間隙幅Ｗ２が狭くなるように形成されている。言い換えれば、磁性体コア３は、磁界ブロック部１３の感磁素子配置部１１側の間隙幅Ｗ１よりも磁性体コア３の外周３ｂ側の間隙幅Ｗ２を狭くするような、突出部３ｃを有している。
【００２３】
更に、磁界ブロック部１３は、その間隙幅が、感磁素子配置部１１側から磁性体コア３の外周３ｂ側に向かって徐々に狭くなるように形成されている。言い換えれば、磁性体コア３は、磁界ブロック部１３の間隙部を感磁素子配置部１１側から磁性体コア３の外周３ｂ側に向かって徐々に狭くするようなテーパ状の突出部３ｃを有している。
【００２４】
更に、磁界ブロック部１３は、その間隙幅が、導体通過領域７の中心Ｇを基準とした径方向の線（図２に示す一点鎖線）に対し線対称に形成されている。言い換えれば、磁性体コア３の突出部３ｃは、導体通過領域７の中心を基準とした径方向の線に対し線対称に形成されている。
【００２５】
突出部３ｃは、例えば、プレス抜き加工などにより、一体に作製されるので、磁界ブロック部１３を形成するために他の部品と取り付けたりするなど、部品点数が増加するようなことはない。
【００２６】
図１に示すように、感磁素子５は、感磁素子配置部１１における間隙幅の中心に配置されるように基板６に実装されている。更に、感磁素子５は、感磁素子配置部１１における磁性体コア３の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。
【００２７】
磁極部１１ａの長さＬ１、ギャップ幅Ｗ１，Ｗ２、テーパ状の突出部３ｃの形状は、被検出電流の幅、検出精度などを考慮して適宜調節される。
【００２８】
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。
【００２９】
図１及び図２に示すように、上記実施形態の電流センサ１では、ギャップ部１０における磁性体コア３の外周３ｂ側が閉じることなく開口しているので、磁気飽和が発生するおそれを低減することができる。これにより、電流センサ１において検出可能な電流の範囲を広げることができる。言い換えると、導体２に流れる電流値を高くしても感磁素子５が磁束感度検出制限に達することを抑制できる。
【００３０】
更に、感磁素子配置部１１側の間隙幅Ｗ１よりも磁性体コア３の外周３ｂ側の間隙幅Ｗ２が狭くなるように形成された磁界ブロック部１３が、感磁素子配置部１１よりも外側に配置されているので、電流センサ１の外部から侵入する磁束の影響を低減することができる。電流センサ１の外部から侵入するおそれがある磁束としては、隣接する電極において発生する磁束や、電流センサ１の周辺に配置されたモータにおいて発生する磁束などがある。これにより、電流センサ１における電流の検出精度を向上させることができる。
【００３１】
上記実施形態の電流センサ１では、磁界ブロック部１３の間隙幅が、感磁素子配置部１１側から磁性体コア３の外周３ｂ側に向かって徐々に狭くなるように形成されている。このため、磁界ブロック部１３において発生する磁束が不均一となることが抑制されるので、感磁素子５がこのように不均一となった磁束から受ける磁束の影響を低減できる。これにより、電流センサ１における検出精度を更に向上させることができる。
【００３２】
次に、上記実施形態の電流センサ１が、電流センサ１の外部から侵入する磁束（外部ノイズ）の影響を低減することができる点について下記に示す実施例に基づいて説明する。ただし、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
【００３３】
図３は、実施例としての電流センサ１と比較例としての電流センサ１０１を示す平面図である。図４は、実施例及び比較例の磁束密度の計測結果を示すグラフである。まず、実施例としての電流センサ１と、比較例としての電流センサ１０１とを準備した。実施例としての電流センサ１は、上述した実施形態で説明した電流センサ１と同じである。比較例としての電流センサ１０１は、電流センサ１と比べてギャップ部１１０の形状が異なっている。以下、この異なる点について説明し、その他の点については電流センサ１と同じであるので、ここでは詳細な説明を省略する。
【００３４】
電流センサ１０１のギャップ部１１０は、磁界ブロック部１３を有していない。すなわち、ギャップ部１１０は、一定の間隙幅Ｗ３で形成されており、磁性体コア１０３の内周１０３ａ側と外周１０３ｂ側とで間隙幅が同じである。感磁素子１０５は、ギャップ部１１０における磁性体コア１０３の径方向の中心部に配置され、ギャップ部１１０における間隙幅方向の中心に配置されている。
【００３５】
電流センサ１と電流センサ１０１とに所定の電流を与えた時、磁性体コア３の径方向（図３及び図４における矢印方向）に発生する磁束密度を計測した。この磁束密度の計測結果を図４に示す。図４における径方向が０の位置は、図３の被測定電流路中心を示している。
【００３６】
図４によれば、電流センサ１に比べ電流センサ１０１の方が磁束密度のピークが高くなることが分かる。つまり、電流センサ１０１の外部からの磁束の影響を受けていることが分かる。これにより、上記実施形態の電流センサ１、すなわち、図２に示すような感磁素子配置部１１側の間隙幅Ｗ１よりも磁性体コア３の外周３ｂ側の間隙幅Ｗ２が狭くなるように形成されたギャップ部１０を備えている電流センサ１が、外部磁界に対する耐性を有していることが分かった。
【００３７】
以上、一実施形態について説明したが、本発明は、上記実施形態に限られるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。
【００３８】
上記実施形態では、磁界ブロック部１３が、感磁素子配置部１１側の間隙幅Ｗ１よりも磁性体コア３の外周３ｂ側の間隙幅Ｗ２が徐々に狭くなるように形成されている例を挙げて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば、感磁素子配置部１１側から磁性体コア３の外周３ｂ側に向かって段階的に狭くなってもよい。言い換えれば、階段状の突出部が形成されていてもよい。
【００３９】
上記実施形態では、円環状の磁性体コア３を例に挙げて説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。導体２が通る導体貫通穴７を包囲するものであれば、例えば、矩形環状（正方形環状）、長方形環状、楕円環状などの磁性体コアとして構成することも可能である。
【符号の説明】
【００４０】
１…電流センサ、２…導体、３…磁性体コア、３ａ…内周、３ｂ…外周、３ｃ…突出部、４…ギャップ部、５…感磁素子、６…基板、７…導体貫通穴（導体通過領域）、１０…ギャップ部、１１…感磁素子配置部、１１ａ…磁極部、１３…磁界ブロック部。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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