(57)【要約】【課題】磁束密度と入力起電力の関係について直線性が維持できる電流センサ付きリアクトルを提供する。【解決手段】環状コア１１は、平行に配置された２本の脚部１ａと、これら２本の脚部１ａの端部同士を連結するように配置された２本のヨーク部１ｂとを有する。コイル２は脚部１ａの少なくとも一方に装着される。センサコア３は脚部１ａとヨーク部１ｂとのコーナー部において、環状コア１１の外周面よりも環状コア１１の外側に向かって突出する。切欠部３ａはセンサコア３に設けられる。電流センサの磁界検出素子５は切欠部３ａ内に装着される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
平行に配置された２本の脚部と、これら２本の脚部の端部同士を連結するように配置された２本のヨーク部とを有する環状コアと、
前記脚部の少なくとも一方に装着されたコイルと、
前記脚部とヨーク部とのコーナー部において、前記脚部の磁束密度よりも磁束密度が低い部分に設けられたセンサコアと、
前記センサコアに設けられた切欠部と、
前記切欠部内に装着された電流センサの磁界検出素子と、
を備えている電流センサ付きリアクトル。
【請求項２】
前記センサコアは、前記２本の脚部の最外周面と前記ヨーク部の最外周面を結ぶ円弧面よりも環状コアの外周に向かって膨らんだ位置に設けられる請求項１又は２に記載の電流センサ付きリアクトル。
【請求項３】
前記切欠部は、前記環状コアを通る磁束の方向に対して交差するように設けられる請求項１に記載の電流センサ付きリアクトル。
【請求項４】
前記センサコアは、前記環状コアとは別体に設けられ、断熱シートを介して環状コアの表面に固定される請求項１又は２に記載の電流センサ付きリアクトル。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、コイルに流れる電流を検出する機能を備えた電流センサ付きリアクトルに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、環境対応によりＥＶ、ＨＥＶ等の環境対応車の開発が進んでいる。これらの車は電気によりモーターを駆動させるシステムであり、高圧バッテリー、コントロールユニット、モーターが組み合わされる。コントロールユニット内にはリアクトルが含まれており、リアクトルに印加される電流を検知するため、電流センサが用いられる。環境対応車の更なる高効率化に対応するには、ユニットの小型軽量化が不可避だがリアクトルと電流センサは一般的に別体であり、要求に対し不利である。
【０００３】
このような問題点を解決するため、例えば特許文献１に示すような電流センサ付きのリアクトルが提案されている。特許文献１のリアクトルでは、リアクトルを構成するコアの１部にスリットを設けておき、その内部に電流センサの磁界検出素子を配置し、その外側にコイルを巻き付けている。特許文献１には、スリットの代わりにコアに穴を開けたり、コアの外周面に磁界検出素子を配置する構成も記載されている。このような従来技術では、リアクトルの動作時においてコイルに流れる電流によりコアに磁束が発生するので、この磁束を磁界検出素子が検出することによって電流センサはコイルに流れる電流の値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】特許第５２５２２０７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に記載のリアクトルは、コアの両端が円弧状に湾曲しているＵＵコアと呼ばれるものであることから、コアを通る磁束の方向とコアの湾曲した形状とがほとんど一致している。一般的に、磁束はその発生源（リアクトルの場合はコイル）に対してループ状に形成され、磁気抵抗が最も小さく且つ最短の経路を通過しようとする。特許文献１の構造では、ＵＵコアが作る概略Ｏ型の磁路に主たる磁界が形成されるが、上記理由によりコアの最内側に磁束が集まり、その部分の磁束密度が高くなり、外周部に近づくにつれて徐々に磁束密度が低下する傾向にある。しかし、ＵＵコアは、その外周部が円弧状をしていることから、コアの外周部であっても磁束密度が高く、コイルに流れる電流が大きくなると飽和しやすい。
【０００６】
そのため、特許文献１のようにＵＵコアの一部やコアの外周面に磁界検出素子を設けた従来技術では、図９左側のグラフに示すように、コイルに流れる電流が増加して磁界検出素子への入力起磁力が大きくなるにつれて、磁束密度と入力起磁力との関係が直線的な比例関係を示すことがなくなる。その結果、電流センサの検出値の精度が低下する問題が生じる。
【０００７】
本発明は、上記のような従来技術の問題点を解消するために提案されたものである。本発明の目的は、電流センサ装着用のコア（以下、特許請求の範囲も含めてセンサコアと呼ぶ）を、リアクトル運転時における脚部の磁束密度よりも磁束密度の低い部分に設けることにより、磁束密度と入力起磁力との直線性を確保してコイル通電電流の検出精度を向上させた電流センサ付きリアクトルを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の電流センサ付きリアクトルは、次のような構成を有することを特徴とする。
（１）平行に配置された２本の脚部と、これら２本の脚部の端部同士を連結するように配置された２本のヨーク部とを有する環状コア。
（２）前記脚部の少なくとも一方に装着されたコイル。
（３）前記脚部とヨーク部とのコーナー部において、前記脚部の磁束密度よりも磁束密度が低い部分に設けられたセンサコア。
（４）前記センサコアに設けられた切欠部。
（５）前記切欠部内に装着された電流センサの磁界検出素子。
【０００９】
本発明は、次のような態様も包含する。
（６）前記センサコアは、前記２本の脚部の最外周面と前記ヨーク部の最外周面を結ぶ円弧面よりも環状コアの外周に向かって膨らんだ位置に設けられる。
（７）前記切欠部は、前記環状コアを通る磁束の方向に対して交差するように設けられる。
（８）前記センサコアは、前記環状コアとは別体に設けられ、断熱シートを介して環状コアの表面に固定される。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、センサコアが環状コアのコーナー部における磁束密度の低い部分に設けられているので、コイルの通電電流が大きくなってもセンサコアにおける飽和が発生し難く、磁束密度と入力起磁力との直線性が確保され、センサコア部分に設けた磁界検出素子によるコアの通電電流の検出精度が向上する。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】第１実施形態を示す斜視図である。
【図２】第１実施形態におけるセンサコア部分を上方から見た拡大斜視図である。
【図３】第１実施形態におけるセンサコア部分を下方から見た拡大斜視図である。
【図４】第１実施形態を示す平面図である。
【図５】第１実施形態におけるコアの磁束密度を示す平面図である。
【図６】第２実施形態を示す平面図である。
【図７】第３実施形態を示す平面図である。
【図８】第４実施形態を示す平面図である。
【図９】本発明と従来技術の電流検出特性を比較するグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の実施形態を、図面に従って具体的に説明する。
［１．第１実施形態］
（１）構成
本実施形態のリアクトルは、中央に四角形の開口部を有する環状コア１と、この環状コア１に装着されたコイル２を備える。環状コア１は、平行に配置された２本の脚部１ａと、これら２本の脚部１ａの端部同士を連結するように配置された２本のヨーク部１ｂを有し、２本の脚部１ａの外周にコイル２が装着される。
【００１３】
本実施形態において、環状コア１は、１本のヨーク部１ｂの両側に２分の１の長さの脚部１ａをそれぞれ設けた２個のＵ字形コアを、センターギャップを介して両者の脚部１ａ同士を突き合わせることで形成される。コイル２は、１本の平角導体を途中で折り返すように巻回することで、２本の脚部１ａに対する装着部２ａを形成し、２つのＵ字形コアを突き合わせる際に装着部２ａの内側に環状コア１の脚部１ａを挿入する。コイル２の両端には、コイル２を外部の電源に接続する引出部２ｂが設けられる。
【００１４】
脚部１ａとヨーク部１ｂとのコーナー部において、脚部１ａのコイル２が装着されていない部分の中で最も高い磁束密度よりも磁束密度が低い部分にセンサコア３が設けられる。例えば、センサコア３は、２本の脚部１ａの最外周面Ａ，Ｂとヨーク部１ｂの最外周面Ｃを結ぶ円弧面よりも環状コア１の外周に向かって膨らんだ位置に設けられる。
【００１５】
本実施形態においては、環状コア１は、四角形に形成された脚部１ａとヨーク部１ｂのコーナー部を斜めに面取りしたものであることから、前記の円弧面よりも外周に向かって膨らんだエッジコア１ｃ部分が形成されている。すなわち、図５に示すように、環状コア１によって形成される概略Ｏ型の磁路はコーナー部においてその内側に集中するため、エッジコア１ｃ部分は磁路にとって外側となり、相対的に磁束密度が小さくなる。そこで、センサコア３は、円弧状に形成される磁束密度が高い磁路の外側に位置するエッジコア１ｃ部分に設けられる。
【００１６】
センサコア３は、環状コア１のエッジコア１ｃ部分を切断するようにして、脚部１ａやヨーク部１ｂとは別体に設けられ、断熱シート４を挟みこんだギャップを介して環状コア１の外周に固定される。この場合、ギャップによってセンサコア３を環状コア１と完全に別体とすることなく、ギャップを環状コア１の断面の途中まで設けることにより、センサコア３と環状コア１をその一部において繋がった形状とすることも可能である。 
【００１７】
センサコア３には、環状コア１を通る磁束の方向に対して交差するように切欠部３ａが設けられる。切欠部３ａは、センサコア３の上面から下方に向かって垂直に形成されたスリットである。切欠部３ａ内に、ホール素子等の磁界検出素子５が装着される。磁界検出素子５から伸びるリード線６は、切欠部３ａを通ってセンサコア３の表面に突出している。 
【００１８】
電流センサはリード線６と接続されて磁界検出素子５を支持する基板（図示せず）と、この基板と一体に設けられたコネクタ（図示せず）を備える。基板には磁界検出素子５からの信号を処理するＡＳＩＣなどの電子部品が設けられ、この電子部品の出力部がコネクタを経由して外部機器に接続される。
【００１９】
環状コア１、センサコア３及びコイル２は、アルミニウム等の金属製或いは樹脂製のケース７内に収容される。ケース７と環状コア１及びコイル２の間の空隙部には、樹脂等の充填材８が充填される。ケース７の上縁部におけるセンサコア３に対向する位置に、電流センサがねじ止め、接着または嵌合等の手段により固定される。 
【００２０】
（２）作用・効果
本実施形態においては、コイル２に通電するとその電流により環状コア１部分に磁界が発生して、リアクトルとしての機能が発揮される。同時に、環状コア１のコーナー部に設けられたセンサコア３に対しても、コイル２の通電電流の影響により漏れ磁束が生ずることにより、センサコア３の切欠部３ａに設けられた磁界検出素子５がその漏れ磁束を検出する。センサコア３部分の漏れ磁束はコイル２の通電電流に比例することから、磁界検出素子５はコイル２の通電電流の大きさを計測することが可能となり、電流センサとして機能する。
【００２１】
この場合、脚部１ａとヨーク部１ｂとのコーナー部において、脚部１ａの磁束密度よりも磁束密度が低い部分にセンサコア３が設けられていることから、リアクトルの運転時においてセンサコア３が飽和することがなく、その部分における入力起磁力と磁束密度が、図９右側のグラフに示すように、直線的な比例関係を示すことになり、磁界検出素子５によるコイル２の通電電流の検出を高精度で行うことが可能となる。また、センサコア３が、２本の脚部１ａの最外周面とヨーク部１ｂの最外周面を結ぶ円弧面よりも環状コア１の外周に向かって膨らんだ位置に設けられているため、センサコア３自体は磁束密度が低いものの、脚部１ａからコア部に掛けての磁路は円弧面の内側に充分確保されることになるので、リアクトルの運転特性に悪影響を与えることがない。
【００２２】
また、センサコア３は、断熱シート４を介して環状コア１に設けられているので、通電時に発生するコイル２からの熱が環状コア１を経由して伝わることがなく、磁界検出素子５の熱破壊や検出精度の低下の恐れがなく、磁界検出素子５のデバイス選択肢が広がる。
【００２３】
［２．他の実施形態］
本発明は、前記の実施形態に限定されるものではなく、例えば、次のような他の実施形態も包含する。
【００２４】
（１）環状コア１の脚部１ａやヨーク部１ｂに対して別体に形成する代わりに、図６に示す第２実施形態のように、ギャップや切り込みを設けることなく、環状コア１のコーナー部と一体に設けることも可能である。
【００２５】
（２）第１実施形態では、環状コア１の４カ所のコーナー部を同じ形状としたが、１カ所又は２カ所のコーナー部分のみを外周側に膨らませて、その部分にセンサコア３を設けても良い。また、特許文献１に記載された円弧状のヨーク部１ｂを有する環状コア１などにおいては、環状コア１のコーナー部を膨らませる代わりに、図７に示す第３実施形態のように、環状コア１の外周面に別体としたセンサコア３を固定することも可能である。
【００２６】
（３）磁界検出素子５を配置する切欠部３ａは、環状コア１の上面側からコア内部に向かって形成する以外に、環状コア１の外周側からコア内部に向かって形成しても良い。また、切欠部３ａはセンサコア３を通る磁束の方向に対して直角に設けることが望ましいが、磁束検出素子の特性によっては必ずしも直角である必要はなく、図示のスリット状以外に丸穴などであっても良い。また、切欠部３ａや磁束検出素子は図４に示す円弧の完全に外側に位置する必要はなく、切欠部３ａや磁束検出素子の一部が円弧の内側に入り込んでいても良い。 
【００２７】
（４）センサコア３は、リアクトルの性能に影響を与えることがないように主磁路について最低限の断面積が維持されていれば、必ずしもコーナー部の最も外周部分に設けなくても良い。図８に示す第４実施形態のように、コーナー部の最も外周部分よりも脚部１ａ或いはヨーク部１ｂ側にずれた位置に設けることもできる。
【００２８】
（５）環状コア１は、２つのＵ字形コアを組み合わせて形成する以外に、脚部１ａとヨーク部１ｂを構成する４本のコア材を環状に組み合わせてもよい。また、脚部１ａやヨーク部１ｂはそれぞれ１部材である必要はなく、ギャップを介して接続された複数本のコア材から構成されていても良い。
【００２９】
（６）脚部１ａとヨーク部１ｂの断面積が異なる環状コア１にあっては、環状コア１のコーナー部において、断面積の小さい部材、すなわち脚部１ａまたはヨーク部１ｂの断面積と略等しい断面積が残されるように、切欠部３ａの位置を決定しても良い。このようにすると、コーナー部に残された断面積部分を主たる磁束が通ることになるので、切欠部３ａを設けたセンサコア３部分が飽和することなく、センサコア３ａ部分における入力起磁力の直線性が確保できる。 
【符号の説明】
【００３０】
１…環状コア
１ａ…脚部
１ｂ…ヨーク部
１ｃ…エッジコア
２…コイル
２ａ…装着部
２ｂ…引出部
３…センサコア
３ａ…切欠部
４…断熱シート
５…磁界検出素子
６…リード線
７…ケース
８…充填材
【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】
2019110202.tif 000009
【図８】
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【図９】
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