(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁性体で形成され、基部と前記基部に設けられて互いに離間する複数の腕部とを有するコアと、
一対の対向する前記腕部によって形成され開口を有する複数のギャップの内部の夫々に挿通される導体と、
前記ギャップの内部に配置され、前記導体に対して前記腕部の長手方向の開口側に離間して設けられた検出素子と、を備え、
前記複数の腕部のうち前記コアの両端部に設けられた腕部が他の腕部よりも前記長手方向に突出している電流センサ。
【請求項２】
前記複数のギャップのうち最も外側のギャップを除く少なくとも１つの内側のギャップを構成する一対の腕部の突出長さが互いに異なる請求項１に記載の電流センサ。
【請求項３】
前記複数のギャップを構成する一対の腕部につき、前記コアの端部に近い腕部ほど前記長手方向に突出する請求項１または２に記載の電流センサ。
【請求項４】
前記コアの最外側に位置する腕部のうち、長手方向に沿った中間領域に凹部を形成することにより、前記腕部の先端に、前記検出素子側に突出する突起部を設けてある請求項１から３のいずれか一項に記載の電流センサ。
【請求項５】
前記複数のギャップのうち最も外側のギャップを除く内側のギャップを構成する一対の腕部の一方に、長手方向に沿った中間領域に凹部を形成することにより、当該腕部の先端から前記検出素子側に突出する突起部を設けてある請求項１から４のいずれか一項に記載の電流センサ。
【請求項６】
前記内側のギャップを構成する一対の腕部の両方に、前記凹部を形成することにより、当該腕部の先端から前記検出素子側に突出する突起部を設けてある請求項５に記載の電流センサ。
【請求項７】
前記複数のギャップを有し、両端部の腕部が他の腕部よりも長手方向に突出するコアの複数を連接して一体形成してある請求項１から６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、複数のギャップを有するコアを備える電流センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、自動車等に搭載されるインバータ装置に用いられ、複数のコア部を有する電流センサが開示されている。複数のコア部は、隣接するコアの間にそれぞれギャップが形成され、複数のギャップに導電部材及びセンサ素子がそれぞれ配置されている。電流センサは、導電部材を流れる電流の変化に応じてギャップに生じる磁界変化をセンサ素子によって検出し、その検出信号を出力する。ギャップが形成される複数のコア部は一体化されて電流センサに装着されている。このため、電流センサはコンパクトに構成することができ、複数のコア部の組付け性も向上する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１４−２０９８０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１の電流センサでは、センサ素子は複数のギャップにおいて検出誤差が最も低い位置、例えば幅方向の中央位置に夫々配置される。ただし、センサ素子をギャップに配置する際には多少の位置ずれが生じる。
【０００５】
複数のコア部に並んで形成される複数のギャップのうち、両端側を除くギャップには、隣接する両側にもコアを挟んでギャップが存在する。これらのギャップは、その両側のギャップとの間で互いの磁束の影響を受けて磁束を打消し合うため、対称形の磁場が形成され易い。一方、両端側のギャップでは、隣接する両側のうち一方にはコアを挟んだ位置にギャップが存在しない。このため、これらのギャップには非対称の磁場が形成され、センサ素子の位置に発生する磁場の分布に偏りが生じる。そうなると、ギャップに対称形の磁場が存在する場合に比べてセンサ素子の位置ずれによる検出誤差は大きくなる。
【０００６】
上記実情に鑑み、複数のギャップの一部に発生する磁場分布の偏りを抑制できる電流センサが求められている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係る電流センサの特徴構成は、磁性体で形成され、基部と前記基部に設けられて互いに離間する複数の腕部とを有するコアと、一対の対向する前記腕部によって形成され開口を有する複数のギャップの内部の夫々に挿通される導体と、前記ギャップの内部に配置され、前記導体に対して前記腕部の長手方向の開口側に離間して設けられた検出素子と、を備え、前記複数の腕部のうち前記コアの両端部に設けられた腕部が他の腕部よりも前記長手方向に突出している点にある。
【０００８】
複数のギャップを有するコアを用いた電流センサにあっては、ギャップに配置した導体に通電した場合、コアの中央部のギャップにおける磁界の形成態様と、コアの両端のギャップにおける磁界の形成態様とは異なる。これは、ギャップを取り囲む磁性体の形状や体積に関係すると考えられる。例えば、ギャップを挟んで対向する腕部の先端部どうしに亘って形成される磁場の分布が、ギャップの延出方向を挟んで左右均等とはならず、ギャップの延出方向に対して傾斜することが多い。そのため、検出素子の設置が正確に行われず、ギャップの幅方向の何れか一方に偏位した場合に、歪んだ磁界の影響を受け、検出誤差が発生し易いこととなる。
【０００９】
そこで、本構成では、複数の腕部のうちコアの両端部に設けられた腕部が他の腕部よりも長手方向に突出する。これにより、ギャップの両側にある磁性体のボリュームの差などに起因する磁界の乱れを矯正し、検出素子を配置する位置での磁場をギャップの中心線を挟んで左右均等に分布させることができる。その結果、ギャップの内部において検出素子の位置ずれが生じても、磁力線の検出強度はそれほど影響されない。よって、検出素子の取付誤差に拘らず安定した検出精度を発揮する電流センサを得ることができる。
【００１０】
本発明に係る電流センサにあっては、前記複数のギャップのうち最も外側のギャップを除く少なくとも１つの内側のギャップを構成する一対の腕部の突出長さが互いに異なっていてもよい。
【００１１】
特定のギャップに着目した場合、腕部の幅が異なることでも磁界の不均衡が生じる。そこで、本構成のように、内側のギャッブを構成する一対の腕部の突出長さが互いに異なるように設定することで、夫々のギャップでの磁場分布の偏りを抑制することができる。
【００１２】
本発明に係る電流センサにあっては、前記複数のギャップを構成する一対の腕部につき、前記コアの端部に近い腕部ほど前記長手方向に突出してもよい。
【００１３】
特定のギャップに着目した場合、当該ギャップがコアの中央にある場合を除き、当該ギャップを挟んで両側に存在するコアのボリュームは異なる。そのため、オフセットした位置にあるギャップに配置された導体に通電したとき、上記のような磁界の不均衡が生じる。そこで本構成では、複数のギャップを構成する一対の腕部につき、コアの端部に近い腕部ほど長手方向に突出している。これにより、複数のギャップに発生する磁界の不均衡を解消し、検出素子の検出精度を高めることができる。
【００１４】
本発明に係る電流センサは、前記コアの最外側に位置する腕部のうち、長手方向に沿った中間領域に凹部を形成することにより、前記腕部の先端に、前記検出素子側に突出する突起部を設けて構成することができる。
【００１５】
本構成の如く、腕部の中間領域に凹部を形成することにより、腕部の先端に突起部を設け、しかも、当該突起部にギャップの延出方向に沿った幅を持たせることで、対向する突起部が夫々有する平面間に磁力線が集中し、安定した磁界が形成される。検出素子は、この安定した磁界の内部に配置されるから、検出素子の配置誤差の影響が出にくく、安定した検出性能を得ることができる。
【００１６】
本発明に係る電流センサは、前記複数のギャップのうち最も外側のギャップを除く内側のギャップを構成する一対の腕部の一方に、長手方向に沿った中間領域に凹部を形成することにより、当該腕部の先端から前記検出素子側に突出する突起部を設けて構成することができる。
【００１７】
最も外側のギャップに限らず、その他の内側のギャップにおいても検出素子側に突起部を設けることで、突起部の角部が基準となって、検出素子周辺における磁場の分布状態を整えることができる。つまり、検出素子の周辺の磁界を所期の状態に近付けることができ、検出素子の位置誤差に起因した検出誤差が生じ難くなる。このように、コアに形成された何れのギャップにおいても検出精度が高まる結果、検出精度のより高い電流センサを得ることができる。
【００１８】
本発明に係る電流センサは、前記内側のギャップを構成する一対の腕部の両方に、前記凹部を形成することにより、当該腕部の先端から前記検出素子側に突出する突起部を設けて構成することができる。
【００１９】
本構成の如く、一対の腕部の両方に凹部を形成することで、一対の両腕部の両方に検出素子側に突出する突起部が設けられ、検出素子周辺の磁界は、双方の突起部の角部等を基準に形成される。よって、磁力線の分布状態がより確定的なものとなり、しかも、磁力線の収束度も高まるなど、検出素子の近傍により適切な磁界を形成することができる。そのため、検出素子の配置誤差の許容度が高く、検出精度のより高い電流センサを得ることができる。
【００２０】
本発明に係る電流センサにあっては、前記複数のギャップを有し、両端部の腕部が他の腕部よりも長手方向に突出するコアの複数を連接して一体形成することができる。
【００２１】
例えば、自動車などでは、幾つもの電力供給先にケーブルを敷設する場合がある。その場合、ケーブルに流れる電流量を測定する必要があるが、この測定は例えば一か所に集約できれば便利である。
そこで、本構成の如く、両端部の腕部が他の腕部よりも長手方向に突出するコアを一つのユニットとし、複数のコアを一体形成することで、コアの設置の手間が軽減され、電流センサに係る各種配線作業やメンテナンス等が容易となる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】第１実施形態に係る電流センサの斜視図である。
【図２】第１実施形態の同上正面図である。
【図３】従来のコアの正面図である。
【図４】図３の領域Ａのギャップでの磁場の分布を示す図である。
【図５】領域Ａのギャップでの素子位置のずれと検出誤差との関係を示すグラフである。
【図６】領域Ｂのギャップでの素子の位置ずれと検出誤差との関係を示すグラフである。
【図７】本実施形態における領域Ａのギャップでの磁場の分布を示す図である。
【図８】本実施形態における領域Ａのギャップでの素子の位置ずれと検出誤差との関係を示すグラフである。
【図９】第１実施形態の変形例の正面図である。
【図１０】第２実施形態に係る電流センサの正面図である。
【図１１】第２実施形態の変形例の正面図である。
【図１２】第３実施形態に係る電流センサの正面図である。
【図１３】第３実施形態の変形例の正面図である。
【図１４】第４実施形態に係る電流センサの正面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
〔第１実施形態〕
〔全体構成〕
以下に、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
本実施形態の電流センサは、検出素子が所期の位置と異なる位置に配置された場合でも、導体に流れる被測定電流を精度良く測定できるよう構成される。
【００２４】
導体に電流が流れると、電流の大きさに応じて導体の周りに磁界が発生する（アンペールの右手の法則）。本電流センサは、このような磁界において磁束密度を検出し、検出された磁束密度に基づいて導体に流れる電流（電流値）を測定する。
【００２５】
図１には本実施形態に係る電流センサ１００の斜視図を示す。導体２０は平板状を呈している。以下では理解を容易にするために、導体２０の厚さ方向をＸ方向とし、導体２０が延在する方向（延在方向）をＹ方向とし、導体２０の幅方向をＺ方向として説明する。これらＸＹＺ方向は、夫々、互いに直交する。図２は、導体２０のＹ方向視における電流センサ１００の模式図である。
【００２６】
本電流センサ１００は、コア１０、導体２０、検出素子３０を備えて構成される。コア１０は、直線状あるいはＵ字状等のギャップ４０を複数備えた磁性体で形成される。本実施形態では、コア１０は金属磁性体からなる平板を積層して形成される。金属磁性体とは、軟磁性の金属であり、電磁鋼板（珪素鋼板）やパーマロイ、パーメンジュール等が相当する。平板は、このような金属磁性体を打ち抜き加工して形成される。
【００２７】
コア１０が基部１０ｂと基部１０ｂに設けられＺ方向に突出形成されて互いに離間する複数の腕部１１とを有し、一対の対向する腕部１１の間に開口を有するギャップ４０が夫々形成されている。本実施形態では、複数のギャップ４０のうち最も外側のギャップ４０が一対の腕部１１ａ及び１１と１１ｂ及び１１とによって構成される。このうち、コア１０の両端部に設けられた腕部１１ａ，１１ｂが、他の腕部１１よりも長手方向に高さＨ１だけ突出しており、腕部１１ａ，１１ｂを除く腕部１１の突出長さは全て同じに設定されている。
【００２８】
導体２０は、平板状であって所定の幅を有する長尺状に構成され、被測定電流が流される。被測定電流とは、電流センサ１００で検出する検出対象としての電流である。このような導体２０は、コア１０に形成されたギャップ４０に挿通される。本実施形態に係る導体２０は、図１及び図２に示されるように、導体２０のＹＺ面が、コア１０の内壁１０ａと平行になるように挿通される。コア１０と導体２０とは離間しているため互いに絶縁状態にある。このような導体２０は、例えば、図示しない３相モータと当該３相モータに通電するインバータとを接続するバスバーに直列接続される。
【００２９】
検出素子３０は、ギャップ４０の内部であって、導体２０よりもギャップ４０の開口端部に近い側に配置される。検出素子３０と導体２０との間には空隙が形成され、互いに絶縁されている。導体２０に通電されると、コア１０に磁界が発生する。当該磁界は、検出素子３０の近傍ではＸ方向に沿ったものとなる。
【００３０】
検出素子３０は、検出方向をＸ方向に一致させて配置される。これにより、検出素子３０は、導体２０に流れる被測定電流により形成される磁界の強さを効果的に検出することができる。
【００３１】
比較例として、コア１０に形成される複数の腕部１１の突出長さが全て同じ電流センサを図３に示す。こうした電流センサでは、コア１０の端部の領域Ａと、コア１０の中央部の領域Ｂとにおいては、それぞれのギャップ４０に形成される磁界が異なる。
【００３２】
図４は、図３の領域ＡのＹ方向（図１参照）における断面であり、導体２０に所定の電流を流した際に、コア１０の周囲に生じる磁場分布が示されている。図４では、所謂「等高線」のように同じ磁場の強度が線（以下「強度線」とする）で繋いで示される。したがって、図４において、強度線同士の間隔が広い部位は磁場の強度の変化量が小さく、強度線同士の間隔が狭い部位は磁場の強度の変化量が大きいことを示している。
【００３３】
図４において、一対の腕部１１が対向する部分には強度線の間隔が広い部位が存在する。ただし、ギャップ４０の位置がコア１０の両端部の何れかに偏位している場合には、当該ギャップ４０に対して両側のコア１０のボリュームが異なるため、領域Ａでの強度線の分布がギャップ４０の中心線を挟んで左右対称とはならない。このため、領域Ａのギャップ４０においても強度線の分布に偏りが生じており、検出素子３０がプラス方向に位置ずれし強度線を越えたときに検出誤差が急激に増大する（図５参照）。一方、図３の領域Ｂのギャップ４０では、両側のコア１０のボリュームが同じである。このため、強度線の分布がギャップ４０の中心線を挟んで左右対称となる。したがって、ギャップ４０が何れの方向に位置ずれした場合でも検出誤差は少ない（図６参照）。
【００３４】
本実施形態では、一般的なコア１０の領域Ａのギャップ４０に生じる強度線の分布に偏りに対し、図７に示すように、最も外側のギャップ４０を構成する双方の腕部１１の突出長さのうち、コア１０の端部に位置する腕部１１ａほど長くし、領域Ａでの強度線の分布が左右均等に近づくように構成している。
【００３５】
図７は本実施形態のコア１０の領域ＡにおけるＹ方向での断面であり、図４と同様にコア１０の周囲に生じる磁場分布が示されている。図７に示されるように、コア１０の一対の腕部１１のうち外側の腕部１１ａの突出長さを大きくすることで、検出素子３０の上下に間隔を有して強度線が形成される。ギャップ４０の両側にある磁性体のボリュームの差などに起因する磁界の乱れが矯正され、検出素子３０を配置する位置での磁場をギャップの中心線を挟んで左右均等に分布させることができる。このため、検出素子３０の位置が左右方向に多少ずれたとしても、磁力線の検出強度はそれほど影響されず、検出誤差の上昇度合は小さい（図８参照）。
このように、検出素子３０の位置が所期の位置に対し特にＸ方向にずれた場合でも、検出素子３０を通る磁束密度が大きく変化しないので、位置ずれに対するロバスト性を向上することができる。したがって、精度良く電流を検出することが可能となる。
【００３６】
〔第１実施形態の変形例〕
上記の実施形態では、ギャップ４０を形成する複数の腕部１１のうち、両端部に位置する腕部１１ａ，１１ｂを除く腕部１１の突出長さが全て同じ例を示した。本実施形態では、図９に示すように、複数のギャップ４０を構成する一対の腕部１１，１１につき、コア１０の端部に近い腕部１１ほど長手方向に突出している。すなわち、複数の腕部１１の突出長さがコア１０の中央から両端部に向けて高さＨ１〜Ｈ３の順で段階的に大きく構成されている。なお、高さＨ１〜Ｈ３はギャップ４０の磁界の形成状態に応じて適宜調整される。
【００３７】
特定のギャップ４０に着目した場合、当該ギャップ４０がコア１０の中央にある場合を除き、当該ギャップ４０を挟んで両側に存在するコア１０のボリュームは異なる。そのため、オフセットした位置にあるギャップ４０に挿入配置された導体２０に通電したとき、上記のような磁界の不均衡が生じる。そこで、複数のギャップ４０を構成する一対の腕部１１につき、コア１０の端部に近い腕部１１ほど、突出長さを長く構成している。これにより、複数のギャップ４０に発生する磁界の不均衡を解消し、検出素子３０の検出精度を高めることができる。
【００３８】
夫々のギャップ４０における検出素子３０の位置は、当該ギャップ４０を構成する一対の腕部１１のうち長さの短い腕部１１の先端位置を基準に設定する。具体的には、長さの短い腕部１１の先端から、ギャップ４０の幅の半分の寸法長さだけ引退した位置に検出素子３０を配置する。ギャップ４０の幅方向の位置については中央位置とする。この位置であれば、一対の腕部１１に亘って形成される磁界がＸ方向に沿って最も変化が少なくなる。よって、検出素子３０の設置位置に誤差が生じた場合でも、安定した検出結果を得ることができる。
【００３９】
腕部１１ａ，１１ｂを除く複数の腕部１１は、例えば、腕部１１の並び方向に沿って腕部１１の長さを変更し、腕部１１の先端部が並び方向に沿って凹凸になってもよい。また、全ての腕部１１の長さが異なるものであってもよい。ただし、この場合も、腕部１１ａ，１１ｂを除く複数の腕部１１の突出長さは、腕部１１ａ，１１ｂの突出長さよりも小さく設定される。
【００４０】
〔第２実施形態〕
本実施形態では、図１０に示すように、コア１０の腕部１１のうち、長手方向に沿った中間領域に凹部１２が形成されている。凹部１２はギャップ４０を形成する一対の腕部１１，１１のうち、端部側の腕部１１に形成されている。凹部１２により、腕部１１の先端に検出素子３０側に突出する突起部１３が設けられる。なお、他の構成については第１実施形態と同様である。
【００４１】
最も外側のギャップ４０の形成する腕部１１ａ、１１ｂの中間領域に凹部１２を形成することにより、腕部１１ａ，１１ｂの先端に突起部１３を設け、しかも、当該突起部１３にギャップ４０の延出方向に沿った幅を持たせることで、対向する突起部１３が夫々有する平面間に磁力線が集中し、安定した磁場が形成される。検出素子３０は、この安定した磁場の内部に配置されるから、検出素子３０の配置誤差の影響が出にくく、安定した検出性能を得ることができる。
【００４２】
最も外側のギャップ４０に限らず、その他の内側のギャップ４０においても検出素子３０側に突出する突起部１３を形成することで、突起部１３の角部が基準となって、検出素子周辺における磁場の分布状態を整えることができる。つまり、検出素子３０の周辺の磁界を所期の状態に近付けることができ、検出素子３０の位置誤差に起因した検出誤差が生じ難くなる。このように、コア１０に形成された何れのギャップ４０においても検出精度が高まる結果、検出精度のより高い電流センサ１００を得ることができる。
【００４３】
尚、ギャップ４０の奥行き方向に沿った突起部１３の幅は、例えば、ギャップ４０の幅の半分程度を目安とする。こうすることで、対向する突起部１３の角部どうしに亘って磁界が形成され、検出素子３０の位置で安定した磁場分布を得ることができる。
【００４４】
また、検出素子３０の位置は、当該ギャップ４０を構成する一対の腕部１１のうち長さの短い腕部１１の先端位置を基準とし、当該短い腕部１１の突起部１３のうちギャップの奥側に位置する角部の近傍に設定する。この位置であれば、形成される磁場の分布が検出素子３０の周囲においてＸ方向に沿って変動の少ないものとなる。よって、検出素子３０の位置誤差のうち、特にＸ方向に沿った位置誤差の影響を受け難くなり、検出精度に優れた電流センサを得ることができる。
【００４５】
〔第２実施形態の変形例〕
本実施形態では、図１１に示すように、複数の腕部１１の突出長さをコア１０の中央から両端側に向けて順に大きくなるように構成してある。ただし、この変形例は一例であって、腕部１１ａ，１１ｂを除く複数の腕部１１は、突出長さの並びに凹凸が存在してもよく、全てを異なる突出長さで構成してもよい。
【００４６】
〔第３実施形態〕
本実施形態では、図１２に示すように、コア１０において内側のギャップ４０を構成する一対の腕部１１において、ギャップ４０に対向する部位の両方に凹部１２が形成されている。これにより、腕部１１の先端から検出素子３０側に突出し、ギャップ４０の延出方向に沿う突起部１３が腕部１１の両側に形成されるギャップ４０に対して夫々設けられている。なお、他の構成については第１実施形態と同様である。
【００４７】
一対の腕部１１において、ギャップ４０に対向する部位の両方に凹部１２が形成されることで、一対の腕部１１，１１の両方に検出素子３０側に突出する突起部１３に設けられ、検出素子３０の周辺の磁界は、双方の突起部１３，１３の角部等を基準に形成される。よって、磁力線の分布状態がより確定的なものとなり、しかも、磁力線の収束度も高まるなど、検出素子３０の近傍により適切な磁界を形成することができる。そのため、検出素子３０の配置誤差の許容度が高く、検出精度のより高い電流センサ１００を得ることができる。
【００４８】
〔第３実施形態の変形例〕
本実施形態では、図１３に示すように、複数の腕部１１の突出長さをコア１０の中央から両端側に向けて順に大きくなるように構成してある。ただし、この変形例は一例であって、腕部１１ａ，１１ｂを除く複数の腕部１１は、突出長さの並びに凹凸が存在してもよく、全てを異なる突出長さで構成してもよい。
【００４９】
〔第４実施形態〕
上記実施形態では、単体のコア１０の構成を例に示したが、本実施形態のように、複数のコア１０を連接して一体形成してもよい。図１４では、複数のギャップ４０を有し、両端部の腕部１１ａ、１１ｂが他の腕部１１よりも長手方向に突出するコア１０Ａと、同じく両端部の腕部１５ａ、１５ｂが他の腕部１５よりも長手方向に突出するコア１０Ｂとを連接して一体形成している。
【００５０】
これにより、異なる電力供給先にケーブルを配設する場合等において、ケーブルに流れる電流量の測定を一か所に集約することができる。また、両端部の腕部の長さが長いコア１０を一つのユニットとし、複数のコアを一体形成することで、コア１０の設置の手間が軽減され、電流センサに係る各種配線作業やメンテナンス等が容易となる。
【産業上の利用可能性】
【００５１】
本発明に係る電流センサは、各種の電気機器に広く利用することができる。
【符号の説明】
【００５２】
１０    コア
１０ｂ  基部
１１，１１ａ，１１ｂ  腕部
１２    凹部
１３    突起部
２０    導体
３０    検出素子
４０    ギャップ
１００  電流センサ
【図１】
0006572744.tif 000002
【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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【図１３】
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【図１４】
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