(57)【要約】【課題】  磁気コアの端部間のエアギャップで発生する磁束を検出する磁電変換素子が外部から混入する磁束に影響されにくく、且つ低コストで製造することが可能な磁気比例式及び磁気平衡式の磁気コア及びこれを用いた電流センサを提供する。【解決手段】  磁気コア１は、１枚の略長方形の板状の磁性材２を略環状に屈曲して、磁性材２の第１の端部３と第２の端部４の間にエアギャップ部５を形成し、磁気コア１の内部には中空部６を有するように構成される。また、第１の端部３は第２の端部４に向かって凸形状に加工されている。さらにまた、第２の端部４は第１の端部３に向かって凹形状に加工されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１枚の板状の磁性材と、前記磁性材を略環状に屈曲し、前記磁性材の端部間に設けられた空隙による１つのエアギャップ部により、磁気回路が形成される磁気コアにおいて、前記磁性材の第１の端部が第２の端部に向かって凸形状に加工され、且つ第２の端部が第１の端部に向かって凹形状に加工されることを特徴とする磁気コア。
【請求項２】
少なくとも２枚の板状の磁性材からなり、前記第１の端部と前記第２の端部を一対として含み、前記板状の磁性材を組み合わせてなる請求項１記載の磁気コア。
【請求項３】
前記第１の端部と前記第２の端部間でエアギャップが形成されてなる請求項１または請求項２記載の磁気コア。
【請求項４】
前記第１の端部と前記第２の端部間で形成されるエアギャップに対向する方向の磁束を発生することを特徴とする磁気コア。
【請求項５】
前記第１の端部と前記第２の端部間で形成されるエアギャップに互いに対向する方向の磁束を検出するときに最大の感度を有する磁電変換素子を配置することを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか一項に記載の磁気コアを備えた磁気比例式電流センサ。
【請求項６】
前記第１の端部と前記第２の端部間で形成されるエアギャップに互いに対向する方向の磁束を検出するときに最大の感度を有する磁電変換素子と、請求項１ないし請求項４のいずれか一項に記載の磁気コアに被測定電流で発生する磁束を打ち消す目的で配置されるコイルとを備えた磁気平衡式電流センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  この発明は、導体を流れる被測定電流の計測に利用する磁気回路の一部を成す磁気コア、ならびに前記磁気コアを備えて構成した電流センサに関するものである。
【背景技術】
【０００２】  被測定電流の計測に利用する磁気コアは、被測定電流の流れる導体を取り囲む様に設置し、磁気コアに設けたエアギャップ部とともに磁気回路を形成する。磁気コアを利用した電流センサは、エアギャップ部に設置した磁電変換素子を通じて、被測定電流により磁気回路に生じた磁束の大きさを測定することで、非接触で被測定電流の大きさを測定する。【０００３】  従来の電流センサを構成する磁気コアの例として、１枚あるいは複数枚の板状の磁性材に曲げ等の何らかの加工を施し、エアギャップ部とともに磁気回路を構成した磁気コアがある。（例えば、特許文献１、２または３、４参照）
また、集磁板の周囲にシールド筒を嵌着した磁気コアがある（例えば、特許文献５参照）
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０００−２８４０００
【特許文献２】特開２００６−１７４５７
【特許文献３】特開２００８−２３３０１３
【特許文献４】特開２００３−２１５１６９
【特許文献５】特開平８−２３６３３８
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】  上記特許文献１に開示されている電流検出装置の磁気コアは、板材から曲げ加工を施して作製した、２つのコの字型の磁性材を連結することで構成され、フェライトなどの磁性材を焼結して形成した磁気コアに比べて薄型となる利点がある。また他の実施例には、周縁部を折り曲げた、別の２つのコの字型の磁性材を連結することで構成した磁気コアが示され、集磁効果を向上する利点がある。また磁気コアで形成されるエアギャップ部には磁電変換素子を備えている。しかしながら、エアギャップ部に配置される磁電変換素子は、外部から混入する磁束に影響されやすく電流検出の精度が低下するという問題点があった。【０００６】  上記特許文献２に開示されている電流センサユニットの磁気コアは、１枚の長方形の板状磁性材に曲げ加工を施して形成され、フェライトなどの磁性材を焼結して形成した磁気コアに比べて加工が容易であり、かつ小型となる利点がある。また他の実施例には、エアギャップ部の間隔や重なり面積の調整、磁性コアの分割、あるいは磁性材を追加して構成した磁気コアが示されている。しかしながら、エアギャップ部に配置される磁電変換素子は、外部から混入する磁束に影響されやすく電流検出の精度が低下するという問題点があった。【０００７】  上記特許文献３に開示されている電流センサ用の磁気コアは、１枚の板状磁性材に曲げ加工を施して形成され、フェライトなどの磁性材を焼結して形成した磁気コアに比べて加工が容易となる利点がある。また、磁気コアのエアギャップ部を形成する磁性材の端部に向かって、磁性材の幅が傾斜するように加工して構成した磁気コアであるため、エアギャップ部における磁束の大きさの調整、つまりは被測定電流範囲が調整できる効果がある。しかしながら，エアギャップ部に配置される磁電変換素子は、外部から混入する磁束に影響されやすく電流検出の精度が低下するという問題点があった。【０００８】  上記特許文献４に開示されている電流センサ用の磁気コアは、薄板状の母材から切り取った長尺部材を環状に曲げ成形することで、複数の部材を溶接等により結合させてコアを製造するのに比べて、漏れ磁束による磁気的損失の発生の少ないコアが容易に製造される効果がある。しかしながら、エアギャップ部に配置される磁電変換素子は、外部から混入する磁束に影響されやすく電流検出の精度が低下するという問題点があった。【０００９】  上記特許文献５に開示されている電流センサ用の磁気コアは、集磁板の周囲にシールド筒を嵌着させることで、外部から混入する磁束の影響を低減する効果がある。しかしながら、外部から混入する磁束に影響されにくく電流検出するにはシールド筒を設置する必要があり低コスト化できないという問題点があった。【００１０】  本発明は、このような事情に鑑みなされたものであり、磁気コアの端部間のエアギャップで発生する磁束を検出する磁電変換素子が外部から混入する磁束に影響されにくく、且つ低コストで製造することが可能な磁気比例式及び磁気平衡式電流センサ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】
【００１１】  この目的を達成するため本発明は、磁性材である板材を略環状に屈曲することで成る磁気コアであり、前記磁気コアは、第１の端部が凸形状に形成され、前記第１の端部と逆の端部である第２の端部が凹形状に形成され、前記第１の端部と前記第２の端部間で形成されるエアギャップ部には第１の感度方向と第２の感度方向が互いに対向する方向に感度を有する磁電変換素子を備える電流センサを提供するものである。【００１２】  この磁気コア及び磁電変換素子を備えた電流センサは、磁気コアの第１の端部と第２の端部で形成されるエアギャップ部から混入する外部磁束に対して第１の感度方向と第２の感度方向が互いに対向する方向に感度を有する磁電変換素子によって外部磁束で検出される磁電変換素子の出力電圧は打ち消され、電流検出の精度を向上させることができる。【００１３】    また、この磁気コア及び磁電変換素子を備えた電流センサは、磁気コアの第１の端部と第２の端部で形成されるエアギャップ部から混入する外部磁束に対して磁電変換素子の出力電圧を打ち消すことができるので外部磁界による電流検出の精度低下を防ぐための磁気シールドの設置を無くすことができ低コスト化できる。
【発明の効果】
【００１４】  本発明によれば、磁気コアの端部間のエアギャップで発生する磁束を検出する磁電変換素子が外部から混入する磁束に影響されにくく、且つ低コストで製造することが可能な磁気比例式及び磁気平衡式の磁気コア及びこれを用いた電流センサを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】この発明の実施形態１による磁気コアの斜視図である。
【図２】この発明の実施形態１による磁気コアの平面図である。
【図３】この発明の実施形態１による磁気コアの一部の断面図である。
【図４】この発明の実施形態１による磁気コアの一部の断面図である。
【図５】この発明の実施形態２による磁気コアの斜視図である。
【図６】この発明の実施形態２による磁気コアの一部の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】  次に、本発明の実施形態に係る磁気コア及びこれを用いた電流センサについて図面を参照して説明する。なお、以下に記載される実施形態は、本発明を説明するための例示であり、本発明をこれらの実施形態にのみ限定するものではない。したがって、本発明は、その要旨を逸脱しない限り、様々な形態で実施することができる。
【００１７】  （実施形態１）
図１は、この発明の実施の形態１による磁気コアの斜視図を示すもので、図２は図１の平面図、図３は図２におけるＡＡ’断面（ＹＺ面）を示す断面図（磁気コア１の一部の断面図）である。図１及び２において、磁気コア１は、１枚の略長方形の板状の磁性材２を略環状に屈曲して、磁性材２の第１の端部３と第２の端部４の間にエアギャップ部５を形成し、磁気コア１の内部には中空部６を有するように構成される。また、第１の端部３は第２の端部４に向かって凸形状に曲げ加工されている。さらにまた、第２の端部４は第１の端部３に向かって凹形状に曲げ加工されている。
また、電流センサとして構成するためには、少なくとも磁気コア１の中空部６に被測定電流の流れる導体、ならびにエアギャップ部５の所定の位置に磁電変換素子が設置される。
さらにまた、図３には第１の端部３と第２の端部４の間に形成されるエアギャップ部５を示すと共に磁気コア１の中空部６に導体を設置して被測定電流を流したときにエアギャップ部５に発生する磁束の方向７を示す。
【００１８】  まず、磁気コア１の作製方法について説明する。
磁気コア１の主たる構成を成す磁性材２は、透磁率の大きい軟磁性材料を利用し、例えばケイ素鋼やパーマロイなどが用いられる。磁性材２は、磁気コア１へ加工する前は、母材から略長方形状に打ち抜かれた板材として用意される。
略長方形状の板材である磁性材２は、最初に端部の加工を行う。本実施形態では、磁気コア１の中空部６側に位置することになる第１の端部３のみを加工するが、第１の端部に限るものではない。第１の端部３は、第２の端部４に向かって、つまりは図３のＹＺ断面において下向きに凸となるように、プレス加工などにより凸型の形状が形成される。
次に、第１の端部３と反対側の第２の端部４は第１の端部３に向かって、つまりは図３のＹＺ断面において上向きに凹となるように、プレス加工などにより凹型の形状が形成される。
次に、磁性材２を略環状に屈曲し、磁気コア１を形成する。そのときエアギャップ部５も形成する。
【００１９】  本実施形態１における磁気コア１の機能について説明する。
図４は、図３と同様に第１の端部３と第２の端部４の間に形成されるエアギャップ部５を示すと共に磁気コア１の中空部６に導体を設置して被測定電流を流したときにエアギャップ部５に発生する磁束の方向７を示し、さらにエアギャップ部５に磁電変換素子８を配置している。また、磁電変換素子８は、第１の感度方向９と第２の感度方向１０が互いに対向する方向に感度を有する。
磁電変換素子８はエアギャップ部５に発生する磁束の方向７の互いに対向する方向の磁束を検出するときに最大の感度となる。しかし、外部から混入する磁束１１に対して磁電変換素子８の感度は打ち消され最小の感度となる。つまり本実施形態１の磁気コア１と磁電変換素子８によってエアギャップ部に配置される磁電変換素子は、外部から混入する磁束の影響を低減でき電流検出の精度を向上できる効果がある。
また、本実施形態１の磁気コア１と磁電変換素子８によってエアギャップ部に配置される磁電変換素子は、外部から混入する磁束の影響を低減できるため磁気シールドの設置をしなくとも電流検出の精度が向上できることから低コスト化の効果もある。
さらにまた、磁気シールドの設置をしなくとも電流検出の精度が向上できることから小型化の効果もある。
【００２０】  （実施形態２）
図５は、この発明の実施形態２による磁気コアの斜視図である。図６は図５におけるＡＡ’断面（ＹＺ面）を示す断面図（磁気コア１２の一部の断面図）である。
図５において、磁気コア１２は１枚の略長方形の板状の磁性材２を略環状に屈曲して、磁性材２の第１の端部１３と第２の端部１４の間にエアギャップ部５を形成し、磁気コア１２の内部には中空部６を有するように構成される。また、第１の端部１３は第２の端部１４に向かって凸形状に打ち抜き加工されている。さらにまた、第２の端部１４は第１の端部１３に向かって凹形状に打ち抜き加工されている。
電流センサとして構成するためには、少なくとも磁気コア１２の中空部６に被測定電流の流れる導体、ならびにエアギャップ部５と第１の端部１３と第２の端部１４の面と沿って磁電変換素子８が設置される。
【００２１】  図６は、第１の端部１３と第２の端部１４の間に形成されるエアギャップ部５を示すと共に磁気コア１２の中空部６に導体を設置して被測定電流を流したときにエアギャップ部５に発生する磁束の方向１５を示し、さらにエアギャップ部５と第１の端部１３と第２の端部１４の面と沿って磁電変換素子８を配置している。また、磁電変換素子８は、第１の感度方向９と第２の感度方向１０が互いに対向する方向に感度を有する。
磁電変換素子８はエアギャップ部５の周囲に発生する磁束の方向１５の互いに対向する成分の磁束を検出するときに最大の感度となる。しかし、外部から混入する磁束１１に対して磁電変換素子８の感度は打ち消され最小の感度となる。つまり本実施形態２の磁気コア１２と磁電変換素子８によってエアギャップ部５と第１の端部１３と第２の端部１４の面と沿って配置される磁電変換素子８は、外部から混入する磁束の影響を低減でき電流検出の精度を向上できる効果がある。
また、本実施形態２の磁気コア１２と磁電変換素子８によってエアギャップ部５と第１の端部１３と第２の端部１４の面と沿って配置される磁電変換素子８は、外部から混入する磁束の影響を低減できるため磁気シールドの設置をしなくとも電流検出の精度が向上できることから低コスト化の効果もある。
さらにまた、磁気シールドの設置をしなくとも電流検出の精度が向上できることから小型化の効果もある。
【符号の説明】
【００２２】１、１２・・・磁気コア、２・・・磁性材、３、１３・・・第１の端部、４、１４・・・第２の端部、５・・・エアギャップ部、６・・・中空部、７、１５・・・磁束の方向、８・・・磁電変換素子、９・・・第１の感度方向、１０・・・第２の感度方向、１１・・・外部から混入する磁束
【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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