(57)【要約】【課題】複数の導体に流れる電流値を正確に計測する電流センサを小型に構成する。【解決手段】異なる方向に沿って形成される２つの導体挿通部１１ｓ，１２ｓと、これら導体挿通部１１ｓ，１２ｓから外表面に連なるギャップ部１１ｇ，１２ｇとを磁性体で成るコア１０に形成する。導体挿通部１１ｓ，１２ｓに対して導体Ｂ１，Ｂ２を挿通し、ギャップ部１１ｇ，１２ｇに磁気センサＳ１，Ｓ２を配置している。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被測定電流が供給される２系統の導体と、
前記２系統の導体を各別に挿通するよう異なる方向に沿って形成される２つの導体挿通部、及び、２つの前記導体挿通部の夫々から互いの前記導体挿通部とは反対方向に形成され外表面に連なるギャップ部を有し、磁性体で成るコアと、
前記ギャップ部の夫々に配置されて前記導体に流れる被測定電流による磁界の強さを測定する磁気センサとを備える電流センサ。
【請求項２】
前記導体挿通部、前記ギャップ部及び夫々の導体挿通部に挿通される前記導体どうしが互いに直交方向に捻れた関係となるよう形成してある請求項１記載の電流センサ。
【請求項３】
前記コアが、夫々の前記導体に対して直交方向に捻れた関係にある軸芯を中心にして電磁鋼板を渦巻き状に密巻して形成してある請求項２記載の電流センサ。
【請求項４】
前記コアが、前記軸芯を通り各導体の導通方向に平行な２つの面に対して対称構造である請求項３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、詳しくは、複数の導体を流れる電流の電流値を個別に計測可能な電流センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
上記のように電流センサとして特許文献１には、単一の磁性体に複数の空隙を形成し、各々の空隙に対して導体（文献では電流経路）を配置し、空隙に形成された一対の凸部に挟まれる位置に対して磁気センサを配置した構成が示されている。
【０００３】
この電流センサでは、複数の導体に電流が流れた場合には、その電流を取り囲む位置の磁性体に磁束が流れ、この磁束を磁気センサで計測することにより電流値を計測できるように構成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００５‐５５４０５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
例えば、３相モータの各相に流れる電流値を計測するためには、通常３つの電流センサを必要とする。これに対して特許文献１に記載されるように、単一のコア（磁性体）を用いることにより部品点数が少なく小型に電流センサを構成することも可能となる。
【０００６】
このように単一のコアを用いるものでは、小型化が可能である反面、例えば、所定の導体に電流が流れた場合には、コアに流れる磁束が、近接する磁気センサに影響を与えることもあり、検出精度を低下させることが想像されている。
【０００７】
本発明の目的は、単一のコアを用いるものでありながら複数の導体に流れる電流値を正確に計測する電流センサを小型に構成する点にある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の特徴は、被測定電流が供給される２系統の導体と、前記２系統の導体を各別に挿通するよう異なる方向に沿って形成される２つの導体挿通部、及び、２つの前記導体挿通部の夫々から互いの前記導体挿通部とは反対方向に形成され外表面に連なるギャップ部を有し、磁性体で成るコアと、前記ギャップ部の夫々に配置されて前記導体に流れる被測定電流による磁界の強さを測定する磁気センサとを備える点にある。
【０００９】
この構成によると、コアに形成された２つの導体挿通部に導体を挿通し、これらの導体挿通部に連なるギャップ部に磁気センサを配置することにより単一のコアを用いた２つの電流センサを構成できる。導体に電流が流れコアに磁束が発生する際の現象を考えると、導体において電流が流れる方向に直交する姿勢の仮想平面上において、導体を取り囲む領域に磁束が流れると捉えることも可能である。
【００１０】
また、導体挿通部が異なる方向に形成されているため、各々の導体に電流が流れた際に形成される磁束が、異なる姿勢の仮想平面に沿う領域に流れるため、互いの磁束の影響を抑制できる。
従って、単一のコアを用いるものでありながら複数の導体に流れる電流値を正確に計測する電流センサが小型に構成される。
【００１１】
本発明は、前記導体挿通部、前記ギャップ部及び夫々の導体挿通部に挿通される前記導体どうしが互いに直交方向に捻れた関係となるよう形成しても良い。
【００１２】
この構成を前述した仮想平面を用いて説明すると、一方の導体挿通部に配置された導体に電流が流れた場合にコアにおいて磁束が形成される仮想平面と、他方の導体挿通部に配置された導体に電流が流れた場合にコアにおいて磁束が形成される仮想平面とが互いに直交することになる。通常、磁気センサは被測定電流を流す導体に流れる電流が作る磁界に対して感度が最大となるように配され、その直交方向の磁界に対しては著しく感度が低くなる。上記のように導体挿通部に配置された導体が互いに直交方向にねじれた配置とすることにより、一方の導体を流れる電流により形成される磁界を検出する磁気センサは他方の導体を流れる電流によって形成される磁界に対して著しく低感度となる。このため、他方の導体を流れる電流による磁気センサの出力への影響を抑制でき、精度の良い電流センサを構成できる。
【００１３】
本発明は、前記コアが、夫々の前記導体に対して直交方向に捻れた関係にある軸芯を中心にして電磁鋼板を渦巻き状に密巻して形成して良い。
【００１４】
これによると、コアを構成する電磁鋼板が積層状態になるため、コア内の渦電流に起因する鉄損を低減して、高感度の電流センサを構成することが可能となる。
【００１５】
本発明は、前記コアが、前記軸芯を通り各導体の導通方向に平行な２つの面に対して対称構造であっても良い。
【００１６】
これによると、一方の導体挿通部を通る導体に流れる電流による磁界が、他方の導体挿通部を通る導体に流れる磁界に対して直交する姿勢となる。従って、一方の導体挿通部を通る導体に流れる電流による磁界が、他方の導体挿通部につながるギャップ部に配置された磁気センサに作用する磁界成分を小さくすることが可能となり、精度の良い電流センサが構成できる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】電流センサの斜視図である。
【図２】電流センサの断面図である。
【図３】図２のIII−III線断面図である。
【図４】バスバーに流れる電流と磁界との関係を示す斜視図である。
【図５】別実施形態（ａ）の電流センサの斜視図である。
【図６】別実施形態（ａ）の電流センサの断面図である。
【図７】別実施形態（ｂ）の電流センサの斜視図である。
【図８】別実施形態（ｂ）の電流センサの断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
〔基本構成〕
図１〜図３に示すように、磁性体により棒状に形成されるコア１０を備え、コア１０の一方の端部側に第１バスバーＢ１（導体の一例）と、第１ホール素子Ｓ１（磁気センサの一例）とを備え、コア１０の他方の端部側に第２バスバーＢ２（導体の一例）と、第２ホール素子Ｓ２（磁気センサの一例）とを備えて電流センサが構成されている。
【００１９】
コア１０は、磁性体材料を用いて四角柱状に成形され、一方の端面を切り込む形態で第１溝部１１が形成され、一方の端面に対向する他方の端面を切り込む形態で第２溝部１２が形成されている。第１溝部１１は、コア１０のうち平行姿勢の一対の面に対して直交する姿勢の溝状に形成され、第２溝部１２は、コア１０のうち第１溝部１１が形成された面と異なる一対の面に対して直交する姿勢の溝状に形成されている。
【００２０】
このように、導体挿通部とギャップ部とが二組形成されている。また、第１導体挿通部１１ｓと第２導体挿通部１２ｓとは互いに直交方向（異なる方向）に捻れた関係で形成されると共に、コア１０の長手方向に沿うコア軸芯Ｘに対しても直交する。
【００２１】
第１溝部１１は、第１バスバーＢ１が挿通する第１導体挿通部１１ｓと、この第１導体挿通部１１ｓからコア１０の外表面に連なる部位に形成される第１ギャップ部１１ｇとを一体的に形成した溝状に形成されている。これと同様に、第２溝部１２は、第２バスバーＢ２が挿通する第２導体挿通部１２ｓと、この第２導体挿通部１２ｓからコア１０の外表面に連なる部位に形成される第２ギャップ部１２ｇとを一体的に形成した溝状に形成されている。
【００２２】
第１溝部１１の第１ギャップ部１１ｇに挿入する形態で第１ホール素子Ｓ１が配置されている。また、第２溝部１２の第２ギャップ部１２ｇに挿入する形態で第２ホール素子Ｓ２が配置されている。
【００２３】
コア１０は、酸化鉄を主成分とするフェライトで構成されるものであるが、電磁鋼板を積層したものや、鉄やニッケルなどの磁性体のブロックを用いても良い。
【００２４】
この電流センサは、コア１０と第１バスバーＢ１と第２バスバーＢ２とを、樹脂製のケースに収容し、このケースの内部に液状の樹脂Ｒを注入し、固化させることにより樹脂Ｒでオーバーモールドしている。これによりコア１０と第１バスバーＢ１と第２バスバーＢ２とが樹脂Ｒに埋め込む状態となる。また、第１ホール素子Ｓ１と第２ホール素子Ｓ２とは、樹脂Ｒに形成された凹部に嵌め込む状態で配置されている。尚、この第１ホール素子Ｓ１と第２ホール素子Ｓ２とを樹脂Ｒに埋め込むように電流センサを構成しても良い。尚、第１パスバーＢ１及び第２バスバーＢ２とコア１０ならびに第１ホール素子Ｓ１及び第２ホール素子Ｓ２が絶縁できるのであればオーバーモールド以外の手段を用いても良い。
【００２５】
尚、樹脂Ｒでオーバーモールドする際に、モールド型を用い、樹脂Ｒでのオーバーモールドの後にモールド型を取り外すように構成しても良い。
【００２６】
この電流センサは、ハイブリッド型の乗用車等の車両においてインバータから３相モータに電力を供給する電力供給系を構成するものを想定している。この実施形態では３相のうちの２相に流れる電流を計測可能な構成だけを示しているが、リーク電流が無ければ３相の電流は０となるため、各相の電流を検視するために３相の電流を測定する必要は無い。
【００２７】
〔検出形態〕
この磁気センサは、導体としての第１バスバーＢ１と第２バスバーＢ２とに電流（被測定電流）が同時に供給された際にも、夫々の電流に影響を受けることなく電流値を高い精度で計測できる点に特徴を有している。
【００２８】
つまり、コア１０のうち、第１導体挿通部１１ｓを取り囲む領域と、第１ギャップ部１１ｇとで第１溝部１１に対応する磁気回路が形成されている。これと同様に、コア１０のうち、第２導体挿通部１２ｓを取り囲む領域と、第２ギャップ部１２ｇとで第２溝部１２に対応する磁気回路が形成されている。
【００２９】
第１バスバーＢ１に電流が供給された際には、第１バスバーＢ１に流れる電流により、第１溝部１１に対応する磁気回路に磁束が流れ、第１ギャップ部１１ｇにおいて第１ホール素子Ｓ１を貫くことになる。これにより、第１バスバーＢ１に流れる電流を第１ホール素子Ｓ１で計測することが可能となる。
【００３０】
また、図４に示すように、第１バスバーＢ１に電流が流れた場合には、第１バスバーＢ１において電流が流れる方向と直交する第１仮想平面Ｐ１において、第１バスバーＢ１を取り囲む領域に磁束が流れると捉えることが可能である。これに対して、第２バスバーＢ２に電流が流れた場合には、第２バスバーＢ２において電流が流れる方向と直交する第２仮想平面Ｐ２において、第２バスバーＢ２を取り囲む領域に磁束が流れると捉えることが可能である。
【００３１】
尚、第１バスバーＢ１に対応する磁気回路は、第１バスバーＢ１の長手方向に沿う所定の幅を持つものであるが、理解を容易にするために第１仮想平面Ｐ１を用いて説明している。第２バスバーＢ２についても、理解を容易にするために第２仮想平面Ｐ２を用いて説明している。
【００３２】
同図から理解できるように、第１仮想平面Ｐ１と第２仮想平面Ｐ２とは互いに直交する姿勢の関係にあり、これら、第１仮想平面Ｐ１と第２仮想平面Ｐ２とに同時に磁束が流れることがあっても、夫々の磁束が影響する現象を排除して誤差を招くことなく高精度での計測が可能となるのである。
【００３３】
〔別実施形態〕
本発明は、上記した実施形態以外に以下のように構成しても良い。
【００３４】
（ａ）図５及び図６に示すように、コア１０として等方性磁性鋼板を、コア軸芯Ｘを中心にした渦巻き状に密巻することにより構成する。更に、前述した実施形態と同様に方向を設定してコア１０の一方の端面にコア軸芯Ｘに対して直交する姿勢の第１溝部１１を形成し、他方の端面には第１溝部１１に直交する姿勢の第２溝部１２を形成する。
【００３５】
第１溝部１１は、第１バスバーＢ１が挿通する第１導体挿通部１１ｓと、この第１導体挿通部１１ｓからコア１０の外表面に連なる部位に形成され第１ホール素子Ｓ１が配置される第１ギャップ部１１ｇとで成されている。第２溝部１２は、第２バスバーＢ２が挿通する第２導体挿通部１２ｓと、この第２導体挿通部１２ｓからコア１０の外表面に連なる部位に形成され第２ホール素子Ｓ２が配置される第２ギャップ部１２ｇとで形成されている。
【００３６】
この別実施形態（ａ）では、第１バスバーＢ１と第２バスバーＢ２とが直交方向に捻れた関係となり、更に、これらがコア軸芯Ｘに対して直交方向に捻れた関係となる。これにより、電磁鋼板を密巻にした円柱状の素材を切削加工することにより第１溝部１１と第２溝部１２が形成されることになる。特に、通常は電磁鋼板の表面に絶縁性の被膜を形成しており、渦電流に起因する応答遅れを低減して応答性の良い電流センサを構成することが可能となる。また、電磁鋼板はフェライトに比べ透磁率が高く飽和磁束密度も高いため、小型で外乱の影響を受けにくい電流センサの構成が可能となる。
【００３７】
（ｂ）図７及び図８に示すように、磁性体材料を用いて四角柱状に成形されたコア１０の一方の端部側に対して第１バスバーＢ１が挿通する第１導体挿通部１１ｓと、この第１導体挿通部１１ｓからコア１０の外表面に連なる部位に形成され第１ホール素子Ｓ１が配置される第１ギャップ部１１ｇとを形成する。これと同様に、コア１０の他方の端部側に対して第２バスバーＢ２が挿通する第２導体挿通部１２ｓと、この第２導体挿通部１２ｓからコア１０の外表面に連なる部位に形成され第２ホール素子Ｓ２が配置される第２ギャップ部１２ｇとを形成する。
【００３８】
この別実施形態（ｂ）では、第１導体挿通部１１ｓが、コア１０の長手方向に沿うコア軸芯Ｘに対して直交する姿勢で断面形状が円形で形成されている。また、第２導体挿通部１２ｓが、コア軸芯Ｘと第１導体挿通部１１ｓとに対して直交する姿勢で断面形状が円形で形成されている。このように導体挿通部の断面形状を円形にすることで、例えば、バスバーが板状に形成されるものと比較してコア１０の小型化を可能にし、電流センサ全体での小型化が実現する。
【００３９】
（ｃ）コア１０に対して形成される複数の導体挿通部の方向が直交（９０度）以外の角度であっても良い。本発明では、例えば、各々の導体が延びる方向が直交することを理想としているが、６０度や４５度であっても良い。
【００４０】
（ｄ）上記全実施形態に対してギャップ部に配されるホール素子などの磁気センサの出力信号を処理する回路を、磁気センサと同一のパッケージに収容しても良い。
【産業上の利用可能性】
【００４１】
本発明は、バスバーに流れる電流をコアから磁気センサに導き、この磁気センサの計測に基づき電流値を求める電流センサに利用することができる。
【符号の説明】
【００４２】
１０          コア
１１ｓ        導体挿通部（第１導体挿通部）
１２ｓ        導体挿通部（第２導体挿通部）
１１ｇ        ギャップ部（第１ギャップ部）
１２ｇ        ギャップ部（第２ギャップ部）
Ｂ１          導体（第１バスバー）
Ｂ２          導体（第２バスバー）
Ｓ１          磁気センサ（第１ホール素子）
Ｓ２          磁気センサ（第２ホール素子）
Ｘ            軸芯（コア軸芯）
【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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