(57)【要約】【課題】磁気センサと補償コイルを備えた電流センサの径方向におけるサイズをより小型化する。【解決手段】磁気センサを有するセンサユニット５０と、測定対象電流によって磁気センサの感度軸方向に磁束を発生させるバスバーＢと、補償電流によって感度軸方向に磁束を発生させる補償コイルＣとを備える。補償コイルＣは、感度軸方向における位置が異なる第１及び第２のコイルブロックＣ１，Ｃ２を含み、バスバーＢは、第１及び第２のコイルブロックＣ１，Ｃ２によって感度軸方向から挟まれる位置に配置されている。本発明によれば、バスバーＢと補償コイルＣが径方向に重ならないことから、電流センサの径方向におけるサイズをより小型化することが可能となる。【選択図】図１１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁気センサと、
測定対象電流によって前記磁気センサの感度軸方向に磁束を発生させるバスバーと、
補償電流によって前記感度軸方向に磁束を発生させる補償コイルと、を備え、
前記補償コイルは、前記感度軸方向における位置が異なる第１及び第２のコイルブロックを含み、
前記バスバーは、前記第１及び第２のコイルブロックによって前記感度軸方向から挟まれる位置に配置されていることを特徴とする電流センサ。
【請求項２】
前記バスバーは、前記感度軸方向と直交する径方向における幅が前記感度軸方向における厚さよりも大きい形状を有していることを特徴とする請求項１に記載の電流センサ。
【請求項３】
前記補償コイルが巻回されたボビンをさらに備え、
前記ボビンは、前記第１のコイルブロックが巻回された第１の巻芯部と、前記第２のコイルブロックが巻回された第２の巻芯部と、前記第１の巻芯部の前記感度軸方向における端部に位置する第１の鍔部と、前記第２の巻芯部の前記感度軸方向における端部に位置し、前記第１の鍔部と対向する第２の鍔部とを含み、
前記磁気センサは、前記第１及び第２の巻芯部に挿入され、
前記バスバーは、前記第１及び第２の鍔部によって前記感度軸方向から挟まれる位置に配置されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の電流センサ。
【請求項４】
前記磁束の磁路となるコアをさらに備え、
前記コアは、前記ボビンに設けられた位置決め部によって位置決めされていることを特徴とする請求項３に記載の電流センサ。
【請求項５】
前記磁気センサ、前記バスバー、前記補償コイル及び前記ボビンを収容する外装体をさらに備え、
前記外装体は、前記第１及び第２の鍔部に挟まれた前記バスバーを、前記感度軸方向と直交する径方向から覆う突起を有していることを特徴とする請求項３又は４に記載の電流センサ。
【請求項６】
前記バスバーは、前記測定対象電流が互いに逆方向に流れる第１及び第２の電流経路を含み、
前記第１の電流経路と前記第２の電流経路の距離は、前記磁気センサの近傍において局所的に狭められていることを特徴とする請求項３乃至５のいずれか一項に記載の電流センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は電流センサに関し、特に、磁気センサと補償コイルを備えたクローズドループ型の電流センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
磁気センサを用いた電流センサとしては、特許文献１に記載された電流センサが知られている。特許文献１に記載された電流センサは、計測対象電流が流れるバスバーと、バスバーからの磁束を受ける磁気センサと、バスバーからの磁束を打ち消すための補償コイルを備えている。特許文献１に記載された電流センサは、磁束を打ち消すための補償コイルを備えていることから、いわゆるクローズドループ制御を行うことが可能となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１０−２７６４２２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、特許文献１に記載された電流センサは、磁気センサの感度軸方向から見て、バスバーが補償コイルの径方向における外周側に位置していることから、電流センサ全体の径方向におけるサイズが大型化するという問題があった。
【０００５】
したがって、本発明は、磁気センサと補償コイルを備えた電流センサの径方向におけるサイズをより小型化することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明による電流センサは、磁気センサと、測定対象電流によって磁気センサの感度軸方向に磁束を発生させるバスバーと、補償電流によって感度軸方向に磁束を発生させる補償コイルと、を備え、補償コイルは、感度軸方向における位置が異なる第１及び第２のコイルブロックを含み、バスバーは、第１及び第２のコイルブロックによって感度軸方向から挟まれる位置に配置されていることを特徴とする。
【０００７】
本発明によれば、バスバーと補償コイルが径方向に重ならないことから、電流センサの径方向におけるサイズをより小型化することが可能となる。
【０００８】
本発明において、バスバーは、感度軸方向と直交する径方向における幅が感度軸方向における厚さよりも大きい形状を有していても構わない。これによれば、電流センサの軸方向におけるサイズの増大を抑制しつつ、測定可能な最大電流量を高めることが可能となる。
【０００９】
本発明による電流センサは、補償コイルが巻回されたボビンをさらに備え、ボビンは、第１のコイルブロックが巻回された第１の巻芯部と、第２のコイルブロックが巻回された第２の巻芯部と、第１の巻芯部の感度軸方向における端部に位置する第１の鍔部と、第２の巻芯部の感度軸方向における端部に位置し、第１の鍔部と対向する第２の鍔部とを含み、磁気センサは、第１及び第２の巻芯部に挿入され、バスバーは、第１及び第２の鍔部によって感度軸方向から挟まれる位置に配置されていても構わない。これによれば、ボビンによってバスバーを感度軸方向に位置決めすることが可能となる。
【００１０】
本発明による電流センサは、磁束の磁路となるコアをさらに備え、コアは、ボビンに設けられた位置決め部によって位置決めされていても構わない。これによれば、コアと磁気センサ及び補償コイルとの位置関係を固定することが可能となる。
【００１１】
本発明による電流センサは、磁気センサ、バスバー、補償コイル及びボビンを収容する外装体をさらに備え、外装体は、第１及び第２の鍔部に挟まれたバスバーを、感度軸方向と直交する径方向から覆う突起を有していても構わない。これによれば、バスバーの径方向位置のずれを防止することが可能となる。
【００１２】
本発明において、バスバーは、測定対象電流が互いに逆方向に流れる第１及び第２の電流経路を含み、第１の電流経路と第２の電流経路の距離は、磁気センサの近傍において局所的に狭められていても構わない。これによれば、バスバーから生じる磁束を効率よく磁気センサに印加することが可能となる。
【発明の効果】
【００１３】
このように、本発明によれば、磁気センサと補償コイルを備えた電流センサの径方向におけるサイズをより小型化することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】図１は、本発明の好ましい実施形態による電流センサ１の外観を示す略斜視図である。
【図２】図２は、外装体から取り出した状態における電流センサ１の略分解斜視図である。
【図３】図３は、ケース１１の構造を説明するための略斜視図である。
【図４】図４は、リッド１２の構造を説明するための略斜視図である。
【図５】図５は、本体部１０をｘ方向から見た正面図である。
【図６】図６は、本体部１０をｙ方向から見た側面図である。
【図７】図７は、本体部１０をｚ方向から見た上面図である。
【図８】図８は、センサユニット５０の構造を説明するための略斜視図である。
【図９】図９は、支持体５１に支持された可飽和磁性体Ｍを示す略斜視図である。
【図１０】図１０は、磁気センサＳの構造を説明するための模式的な斜視図である。
【図１１】図１１は、本体部１０の略分解斜視図である。
【図１２】図１２は、ボビン３０の構造を説明するための略斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、添付図面を参照しながら、本発明の好ましい実施形態について詳細に説明する。
【００１６】
図１は、本発明の好ましい実施形態による電流センサ１の外観を示す略斜視図である。また、図２は、外装体から取り出した状態における電流センサ１の略分解斜視図である。
【００１７】
図１及び図２に示すように、本実施形態による電流センサ１は、ケース１１及びリッド１２からなる外装体と、外装体に収容された本体部１０からなり、底面であるｘｙ面からバスバーＢ及び端子２１が導出された構成を有している。実使用時においては、図示しない回路基板の実装面と電流センサ１のｘｙ面が向かい合うように実装され、測定対象電流が流れる電流経路にバスバーＢが挿入される。
【００１８】
外装体を構成するケース１１及びリッド１２は、樹脂などの絶縁材料からなり、本体部１０を保護する役割を果たす。図３に示すように、ケース１１は本体部１０を収容する箱状体であり、その底面には、バスバーＢを外部に導出させるための一対のスロット１１ａ，１１ｂが設けられている。図４に示すように、リッド１２は、ケース１１の上部を閉塞する天板部１２ａと、ケース１１と嵌合する枠状部１２ｂと、天板部１２ａのｘ方向における略中央部に設けられ、ｙ方向に延在する突起１２ｃとを備えている。
【００１９】
図５は本体部１０をｘ方向から見た正面図であり、図６は本体部１０をｙ方向から見た側面図であり、図７は本体部１０をｚ方向から見た上面図である。
【００２０】
図５〜図７に示すように、電流センサ１の本体部１０は、基板２０と、基板２０に載置されたボビン３０と、ボビン３０と嵌合するバスバーＢと、ボビン３０に巻回された補償コイルＣと、ボビン３０を取り囲む枠状のコア４０と、ボビン３０に挿入され、磁気センサを有するセンサユニット５０を備えている。
【００２１】
図８及び図９に示すように、センサユニット５０は、樹脂などからなる支持体５１と、支持体５１の一部でありｘ方向に延在する軸状部５０ａに保持された可飽和磁性体Ｍと、可飽和磁性体Ｍに巻回された検出コイルＬｐと、検出コイルＬｐを径方向から覆う磁気シールド５２を備えている。図８に示すように、ボビン３０の中心部にはｘ方向に延在する中空部３９が設けられており、この中空部３９にセンサユニット５０が挿入される。
【００２２】
図１０に示すように、可飽和磁性体Ｍと検出コイルＬｐは磁気センサＳを構成する。可飽和磁性体Ｍの材料については特に限定されないが、アモルファス磁性金属を用いることが好ましい。アモルファス磁性金属は、単層構造であっても構わないし、複数のアモルファス磁性金属膜を厚み方向に積層した構造であっても構わない。
【００２３】
磁気センサＳは、ｘ方向を長手方向とする可飽和磁性体Ｍに検出コイルＬｐが巻回された構成を有していることから、ｘ方向の磁界に応じて検出コイルＬｐのインダクタンスが変化する。つまり、磁気センサＳの感度軸方向はｘ方向である。検出コイルＬｐは、支持体５１に設けられた端子５３を介して、基板２０に実装された図示しない検出回路に接続される。検出回路は、基板２０に設けられた端子２１を介して電流センサ１の外部に接続される。尚、検出回路については、基板２０に設けても構わないし、一部又は全部を電流センサ１の外部に設けても構わない。
【００２４】
磁気シールド５２は、フェライトなどの高透磁率材料からなり、磁気センサＳを外乱磁界から遮蔽する役割を果たす。本発明において、磁気シールド５２を用いることは必須でないが、磁気センサＳを磁気シールド５２によって径方向から覆うことにより、ＳＮ比を高めることが可能となる。
【００２５】
補償コイルＣは、補償電流によって磁気センサＳにｘ方向の磁束を与えることにより、クローズドループ制御を行うために設けられる。補償電流は、端子５４を介して補償コイルＣに供給される。本実施形態においては、補償コイルＣが２つのコイルブロックＣ１，Ｃ２にｘ方向に分割されており、両者は直列接続されている。バスバーＢは、測定対象電流が流れる電流経路であり、バスバーＢに電流が流れると、磁気センサＳにはｘ方向の磁束が与えられる。コア４０は、パーマロイなどの磁性金属材料からなる枠状体であり、測定対象電流によって発生する磁束の磁路として機能する。
【００２６】
このような構成により、バスバーＢに図７に示す測定対象電流Ｉが流れると、磁気センサＳにはｘ方向の磁束φが印加されるとともに、コア４０には図７に示す方向に磁束φが流れる。そして、クローズドループ制御により磁束φを打ち消す電流が補償コイルＣに流れ、その電流値を基板２０等に設けられた検出回路を用いて測定することにより、バスバーＢに流れる測定対象電流Ｉの電流量を測定することが可能となる。
【００２７】
コア４０は、ｘ方向に延在するコア部分４１，４２と、ｙ方向に延在するコア部分４３，４４からなる枠状体であり、測定対象電流Ｉが流れると、コア部分４１，４２にはいずれもｘプラス方向に磁束φが流れ、この磁束φはコア部分４３にてぶつかり、磁気センサＳに対してｘマイナス方向の磁束φを与える。そして、磁気センサＳを通過した磁束φは、コア部分４４に印加され、２つのコア部分４１，４２に分配される。これにより、測定対象電流Ｉにより発生した磁束φが効率よく磁気センサＳに印加されることから、バスバーＢに流れる測定対象電流Ｉを感度良く測定することが可能となる。
【００２８】
図１１は本体部１０の略分解斜視図であり、図１２はボビン３０の構造を説明するための略斜視図である。
【００２９】
図１２に示すように、ボビン３０は、巻芯部３１，３２と、巻芯部３１のｘ方向における両側に設けられた鍔部３３，３４と、巻芯部３２のｘ方向における両側に設けられた鍔部３５，３６と、鍔部３４と鍔部３５を繋ぐ接続部３７を有している。図８を用いて説明したように、巻芯部３１，３２及び接続部３７には、ｘ方向に延在する中空部３９が形成されており、ここにセンサユニット５０が挿入される。
【００３０】
図１１に示すように、巻芯部３１には補償コイルＣのコイルブロックＣ１が巻回され、巻芯部３２には補償コイルＣのコイルブロックＣ２が巻回される。コイルブロックＣ１を構成するワイヤとコイルブロックＣ２を構成するワイヤは、鍔部３４，３５及び接続部３７を貫通して設けられた図示しない貫通孔を介して互いに接続される。２つのコイルブロックＣ１，Ｃ２は、ｘ方向における位置が相違し、コイルブロックＣ１，Ｃ２間には鍔部３４，３５によって定義されるギャップ３８が形成される。そして、ギャップ３８にはバスバーＢが挿入される。
【００３１】
その結果、バスバーＢは、コイルブロックＣ１，Ｃ２によってｘ方向から挟まれることになり、バスバーＢのｘ方向における位置がボビン３０の鍔部３４，３５によって位置決めされる。また、ギャップ３８内に位置する接続部３７の外径形状は、ギャップ３８に挿入されるバスバーＢの内径形状と整合している。このため、ボビン３０の接続部３７によって、バスバーＢのｙ方向及びｚマイナス方向における位置も位置決めされる。さらに、本体部１０をケース１１及びリッド１２からなる外装体に収容すると、ギャップ３８内に位置するバスバーＢが図４に示したリッド１２の突起１２ｃで覆われる。これにより、バスバーＢのｚプラス方向への移動が制限され、バスバーＢの位置ずれが防止される。
【００３２】
図１１に示すように、バスバーＢはｚ方向に１８０°折り返された形状を有しており、測定対象電流が一方向（例えばｚプラス方向）に流れる電流経路Ｂ１と、測定対象電流が逆方向（例えばｚマイナス方向）に流れる電流経路Ｂ２を有している。そして、電流経路Ｂ１と電流経路Ｂ２のｙ方向における距離は、折り返す部分において局所的に狭められている。ここで、バスバーＢの折り返し部分は、ボビン３０の中空部３９に挿入された磁気センサＳを周回する部分であり、この部分における電流経路Ｂ１，Ｂ２の距離を短縮することによって、バスバーＢから生じる磁束を効率よく磁気センサＳに印加することが可能となる。
【００３３】
また、バスバーＢのうちギャップ３８内に位置する部分は、ｘ方向における厚さＴよりも、ｘ方向と直交する径方向における幅Ｗの方が大きい形状を有している。これにより、ギャップ３８のｘ方向における幅を狭く設計しても、バスバーＢの導体面積が十分に確保されることから、電流センサ１のｘ方向におけるサイズを抑えつつ、測定可能な最大電流量を高めることが可能となる。また、基板２０にはバスバーＢとの干渉を防止するための切り欠き部２２が設けられており、バスバーＢは切り欠き部２２を通過するよう配置される。これにより、基板２０を避けるようバスバーＢをｙ方向に迂回させる必要がないことから、電流センサ１のｙ方向におけるサイズを縮小することができる。
【００３４】
さらに、図１２に示すように、ボビン３０の鍔部３３〜３６には、一部がｘ方向又はｙ方向に突出した位置決め部３３ａ〜３６ａがそれぞれ形成されている。これら位置決め部３３ａ〜３６ａは、ボビン３０に装着されるコア４０をｚ方向に位置決めする役割を果たす。したがって、コア４０をボビン３０の上側から挿入し、ボビン３０の位置決め部３３ａ〜３６ａと干渉する位置までコア４０を押し下げることにより、コア４０を正しい位置に固定することが可能となる。
【００３５】
以上説明したように、本実施形態による電流センサ１は、磁気センサＳの外周方向に補償コイルＣが配置されているとともに、補償コイルＣがｘ方向に分割されてコイルブロックＣ１，Ｃ２を構成している。そして、分割されたコイルブロックＣ１，Ｃ２間にバスバーＢが挿入されていることから、補償コイルＣとバスバーＢが径方向に重ならず、その結果、電流センサ１のｙ方向及びｚ方向におけるサイズを縮小することが可能となる。電流センサ１のｘ方向におけるサイズについては、コイルブロックＣ１，Ｃ２間にバスバーＢが挿入されることで僅かに拡大するが、図１１に示すように、厚みＴの薄いバスバーＢを用いることによって、ｘ方向におけるサイズの増大を最小限に抑えることが可能となる。
【００３６】
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は、上記の実施形態に限定されることなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能であり、それらも本発明の範囲内に包含されるものであることはいうまでもない。
【００３７】
例えば、上記実施形態では、補償コイルＣをｘ方向に２分割しているが、補償コイルＣの分割数がこれに限定されるものではない。したがって、より多くのバスバーＢを配置する必要がある場合には、補償コイルＣの分割数を３以上としても構わない。
【符号の説明】
【００３８】
１    電流センサ
１０    本体部
１１    ケース
１１ａ，１１ｂ    スロット
１２    リッド
１２ａ    天板部
１２ｂ    枠状部
１２ｃ    突起
２０    基板
２１    端子
２２    切り欠き部
３０    ボビン
３１，３２    巻芯部
３３〜３６    鍔部
３３ａ〜３６ａ    位置決め部
３７    接続部
３８    ギャップ
３９    中空部
４０    コア
４１〜４４    コア部分
５０    センサユニット
５０ａ    軸状部
５１    支持体
５２    磁気シールド
５３，５４    端子
Ｂ    バスバー
Ｂ１，Ｂ２    電流経路
Ｃ    補償コイル
Ｃ１    第１のコイルブロック
Ｃ２    第２のコイルブロック
Ｌｐ    検出コイル
Ｍ    可飽和磁性体
Ｓ    磁気センサ
φ    磁束
【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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