(57)【要約】【課題】  被測定電流に対応した直流磁界をビラリ効果による磁束の変調により検出する構成を採り、振動子となる圧電体材料には電極を適正に配置し、分極を容易，確実に行うことができ、車載用途等に好ましく適用できる電流センサを提供すること【解決手段】  電流センサは、２つの磁性体リングを圧電体リング１の表裏へそれぞれ接合させて一体化し、当該環状部位の内外に線材を巻き回してピックアップコイルとする構成を採る。圧電体リング１には表裏それぞれに電極７，７を設け、外周には電極片８を２つ設けて電極７，７と電気的に接続して外部への引き出し電極とする。圧電体リング１は厚み方向に分極を施し、電極間に所定の交流電圧を加えることで直径方向に振動させる。磁性体リングへ機械的な振動力が加わり逆磁歪効果（ビラリ効果）による磁束の変調が起き、被測定電流によって発生する磁界の強さをピックアップコイルにより検出する。【選択図】        図２
2008026053.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被測定電流によって発生する磁界の強さをピックアップコイルにより検出する電流センサであって、環状に形成した圧電体リングと、環状に形成した第１磁性体リングおよび第２磁性体リングとを備え、
前記圧電体リングは表裏それぞれに電極を設けて厚み方向に分極を施し、前記２つの磁性体リングは前記圧電体リングの表裏へそれぞれ接合させて一体化し、当該環状部位の内外に線材を巻き回して前記ピックアップコイルとすることを特徴とする電流センサ。
【請求項２】
前記圧電体リングは外周，内周それぞれに電極を設けて直径方向に分極を施す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】
前記圧電体リングの外周に電極片を設け、当該電極片は前記圧電体リングの表裏に設けた電極と電気的に接続させて外部への引き出し電極とす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４】
前記磁性体リングの外周に電極片を設け、当該電極片は前記圧電体リングに設けた電極と電気的に接続させて外部への引き出し電極とすることを特徴とする請求項１あるいは２の何れかに記載の電流センサ。
【請求項５】
被測定電流によって発生する磁界の強さをピックアップコイルにより検出する電流センサであって、筒状に形成した圧電体筒体と、筒状に形成した磁性体筒体とを備えて、
前記圧電体筒体は外周，内周それぞれに電極を設けて直径方向に分極を施し、当該圧電体筒体と前記磁性体筒体とを同心に重ね合わせて一体に接合し、当該筒状部位の内外に線材を巻き回して前記ピックアップコイルとすることを特徴とする電流センサ。
【請求項６】
前記圧電体筒体は上下の端面それぞれに電極を設けて筒軸方向に分極を施すことを特徴とする請求項５に記載の電流センサ。
【請求項７】
前記圧電体筒体の端面に電極片を設け、当該電極片は前記圧電体筒体の外周，内周に設けた電極と電気的に接続させて外部への引き出し電極とすることを特徴とする請求項５に記載の電流センサ。
【請求項８】
前記磁性体筒体に電極片を設け、当該電極片は前記圧電体筒体に設けた電極と電気的に接続させて外部への引き出し電極とすることを特徴とする請求項５あるいは６の何れかに記載の電流センサ。
【請求項９】
前記電極あるいは前記電極片は、スパッタ法、電極ペーストの塗布あるいは印刷、導電接着剤の塗布あるいは印刷、メッキなどの形成方法により形成することを特徴とする請求項１から８の何れか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、被測定電流によって発生する磁界の強さをピックアップコイルにより検出する電流センサに関するもので、より具体的には、ピックアップコイルを連係した磁性体材料には所定に振動力を加えることで逆磁歪効果（ビラリ効果）を起こさせて変調し、被測定電流に対応した磁界の変化を検出するような構成において、磁性体材料へ振動力を加えるための圧電体振動子の改良に関する。
【背景技術】
【０００２】
直流電流を非接触に検出する電流センサに関して、大電流の測定が行えること、そして比較的に高温となるような厳しい環境でも測定が行えることが強く求められる用途がある。例えば車両に搭載する車載用途などでは、小型で堅牢であること、および動作温度が広いことなど、一般産業用途を超える仕様となり、具体的には５０アンペア程度の電流が測定でき、車両のエンジン室では少なくとも１３０℃程度で動作できることが必要になる。また近年は、燃料電池車やハイブリット車などに注目があり、電流センサは重要な部品になっている。
【０００３】
大電流の検出が行える電流センサとしては、例えばホール素子を用いたものがよく知られている。これは環状の磁性体コアに設けたギャップ部位にホール素子を配置し、被測定電流が流れる電線は環状部位の内側に位置させ、被測定電流によって発生する磁界の強さをホール素子により検出（ホール電圧）する構成を採る。しかし、ホール素子による電流センサは、磁性体コアのギャップ部位にホール素子を挟む構成のため小型化が難しく、高温環境で使用することに困難があり欠点が多い。
【０００４】
また、非特許文献１に見られるように、ビラリ効果を利用することで電流センサを構成するようにした技術の提案がある。このものは、図１に示す本発明に係る代表的な構成例を援用して説明するが、環状の磁性体リング２（３）に対して圧電体リング１を接合させて一体化し、当該環状部位の内外に線材を巻き回してピックアップコイル４としており、直流電流Ｉによって発生する直流磁界の強さをピックアップコイル４により検出する構成を採る。ピックアップコイル４と交錯する磁束、つまり直流磁界の強さを検出するにはこれを変調する必要があり、このため圧電体リング１は所定の交流電圧を加えて直径方向に振動させ、磁性体リング２（３）へ機械的な振動力を加えることで逆磁歪効果（ビラリ効果）を起こさせて磁束の変調を行う。これにより、被測定電流Ｉに対応した磁界の変化を検出することができ、電流の検出が行える。
【非特許文献１】電気学会マグネティックス研究会  ＭＡＧ−０５−３４  ビラリ効果を利用した大電流センサ  忠津孝・笹田一郎
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、非特許文献１に見られるようなビラリ効果を利用した電流センサにあっては、以下に示すような問題がある。圧電体リング１には対に電極を設け、所定方向について分極を施す必要がある。そこで分極処理は高電圧を加えるため、対になる電極が接近した配置では放電してしまい、分極できない問題がある。このため、圧電体材料に対しては、電極を適正に設けること、および分極を容易，確実に行えるような改善が求められている。
【０００６】
この発明は上記した課題を解決するもので、その目的は、被測定電流に対応した直流磁界をビラリ効果による磁束の変調により検出する構成を採り、振動子となる圧電体材料には電極を適正に配置し、分極を容易，確実に行うことができ、車載用途等に好ましく適用できる電流センサを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記した目的を達成するために、本発明に係る電流センサは、被測定電流によって発生する磁界の強さをピックアップコイルにより検出する電流センサであって、環状に形成した圧電体リングと、環状に形成した第１磁性体リングおよび第２磁性体リングとを備えて、圧電体リングは表裏それぞれに電極を設けて厚み方向に分極を施し、２つの磁性体リングは圧電体リングの表裏へそれぞれ接合させて一体化し、当該環状部位の内外に線材を巻き回してピックアップコイルとする構成にする。
【０００８】
圧電体リングは外周，内周それぞれに電極を設けて直径方向に分極を施すようにしてもよい。また、圧電体リングの外周に電極片を設け、当該電極片は圧電体リングの表裏に設けた電極と電気的に接続させて外部への引き出し電極とする構成にすることもできる。
【０００９】
上記の各破滅委を前提とし、さらに、磁性体リングの外周に電極片を設け、当該電極片は圧電体リングに設けた電極と電気的に接続させて外部への引き出し電極とする構成にするとよい。
【００１０】
また、別の解決手段としては、被測定電流によって発生する磁界の強さをピックアップコイルにより検出する電流センサであって、筒状に形成した圧電体筒体と、筒状に形成した磁性体筒体とを備えて、圧電体筒体は外周，内周それぞれに電極を設けて直径方向に分極を施し、当該圧電体筒体と磁性体筒体とを同心に重ね合わせて一体に接合し、当該筒状部位の内外に線材を巻き回してピックアップコイルとする構成にする。
【００１１】
この場合に、圧電体筒体は上下の端面それぞれに電極を設けて筒軸方向に分極を施すこともよい。また、圧電体筒体の端面に電極片を設け、当該電極片は圧電体筒体の外周，内周に設けた電極と電気的に接続させて外部への引き出し電極とする構成にすることもできる。さらに、磁性体筒体に電極片を設け、当該電極片は圧電体筒体に設けた電極と電気的に接続させて外部への引き出し電極とする構成にするとよい。
【００１２】
上記の各発明を前提とし、電極あるいは電極片は、スパッタ法、電極ペーストの塗布あるいは印刷、導電接着剤の塗布あるいは印刷、メッキなどの形成方法により形成するとよい。
【００１３】
したがって本発明では、電極および電極片（引き出し電極）は、圧電体材料の厚さや形状に応じて適正な位置に設けることになる。つまり、圧電体材料に対して電極は適正な部位となり、電極片（引き出し電極）は外面の適宜な位置となる。そこで、電極間の距離を広く設定することで高電圧耐性を高くでき、分極処理において高電圧を加えた際に放電，短絡を防止でき、このため分極を容易，確実に行える。
【発明の効果】
【００１４】
本発明に係る電流センサでは、圧電体材料に対して電極は適正な部位となり、電極片（引き出し電極）は外面の適宜な位置となる。したがって、電極間の距離を広く設定することで高電圧耐性を高くでき、分極処理において高電圧を加えた際に放電，短絡を防止でき、このため分極を容易，確実に行える。その結果、車載用途等に好ましく適用できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
図１は本発明の好適な一実施の形態を示している。本実施形態において電流センサは、環状に形成した圧電体リング１と、環状に形成した第１磁性体リング２および第２磁性体リング３とを備え、これら２つの磁性体リング２，３は圧電体リング１の表裏へそれぞれ接合させて一体化し、当該環状部位の内外に線材を巻き回してピックアップコイル４とする構成にしている。
【００１６】
第１磁性体リング２，第２磁性体リング３には少なくとも一方に当該環状部位を遮断するギャップ５を設けている。なお、このギャップ５は、必ずしも設ける必要はない。圧電体リング１は分極させてあり、電極間に所定の交流電圧を加えることにより直径方向に振動するようになっている。被測定電流Ｉが流れる電線６は環状部位の内側に位置させ、被測定電流Ｉによって発生する磁界の強さをピックアップコイル４により検出する。
【００１７】
（圧電体リング１の電極）
圧電体リング１には、図２（ａ）に示すように、表裏それぞれに電極７，７を設けており、外周には図２（ｂ）に示すように電極片８を２つ設け、当該電極片８，８は圧電体リング１の表裏に設けた電極７，７と電気的に接続させて外部への引き出し電極とする構成にしている。
【００１８】
ここでは、圧電体リング１は厚み方向に分極を施している。つまり、分極処理は具体的には、対向する２面に焼き付け用の銀ペーストを塗布して導電性皮膜（分極電極７，７）を形成し、８０〜１２０℃に加熱したシリコンオイル中に入れて、分極電極７，７間に２〜３ＫＶ／ｍｍの電圧を２０〜６０分間加える処理を行い、分極させる。
【００１９】
この場合、電線６を環状部位内に位置させるので、被測定電流Ｉによる磁束は磁性体リング２，３について周回方向に発生する。圧電体リング１に交流電圧を加えた場合、磁界が一定、つまり直流磁界の状態でも磁束密度は対応量の増減を起こし、磁束の変化が生じる。すなわち、磁性体リング２，３へ機械的な振動力を加えることで逆磁歪効果（ビラリ効果）を起こさせて磁束の変調を行う。この磁束の変化のためピックアップコイル４では起電力を生じ、 ピックアップコイル４の出力は、直流磁界の大きさ、すなわち被測定電流Ｉの大きさに比例して増減する。したがって、被測定電流Ｉに対応した磁界の変化を検出することができ、電流の検出が行える。
【００２０】
圧電体リング１については、上記した構成に限定されるものではなく、例えば図３に示すように、圧電体リング１には外周，内周それぞれに電極７，７を設けて直径方向に分極を施すこともよい。
【００２１】
また、外部への引き出し電極は、磁性体リング２，３の側に設ける構成にしてもよい。つまり、図４に示すように、磁性体リング２，３の外周に電極片８，８を設け、当該電極片８，８は圧電体リング１に設けた電極７，７と電気的に接続させて外部への引き出し電極とする構成を採る。これによると、圧電体リング１が薄厚であっても電極間の距離を広くでき、高電圧に対する耐性を高くできるので、分極処理において高電圧を加えた際に放電，短絡を防止でき、分極を容易，確実に行える。
【００２２】
また、電極７あるいは電極片８は、スパッタ法、電極ペーストの塗布あるいは印刷、導電接着剤の塗布あるいは印刷、メッキなどの形成方法により形成することができる。さらにまた、電極片８つまり引き出し電極は分極の処理を行った後に形成することもよい。
【００２３】
本発明に係る電流センサは、圧電体材料と磁性体材料からなる構成なので、高温環境で使用することに何ら問題がなく、動作温度の範囲が広い。そして、電流の検出動作にはビラリ効果による磁束の変調を利用しているので、ホール素子による構成と違って小型化することができ、外乱磁界の影響を受けない検出が行える。また、ホール素子は半導体のため放射線耐性が弱く低い欠点があるが、本発明に係る電流センサは放射線耐性が強く高いと言える。さらに、ホール素子は磁性体コアのギャップに配置する構成のため感度が低く、これに対してビラリ効果による電流検出の構成では高感度になり、大電流の検出が行える。
【００２４】
この場合、電極７および電極片８（引き出し電極）は、圧電体リング１の厚さや形状に応じて適正な位置に設けることになる。つまり、圧電体材料に対して電極７は適正な部位となり、電極片８（引き出し電極）は外面の適宜な位置となる。そこで、電極間の距離を広く設定することで高電圧耐性を高くでき、分極処理において高電圧を加えた際に放電，短絡を防止でき、このため分極を容易，確実に行える。したがって、本発明に係る電流センサは車載用途等に好ましく適用できる。
【００２５】
（電流センサの筒型の構成例）
図５は本発明に係る電流センサの他例を示す斜視図である。この電流センサは、筒状に形成した圧電体筒体１０と、筒状に形成した磁性体筒体１１とを備えて、圧電体筒体１０と磁性体筒体１１とを同心に重ね合わせて一体に接合し、当該筒状部位の内外に線材を巻き回してピックアップコイル４とする構成にしている。また、磁性体筒体１１のは当該筒状部位を遮断するギャップ５を設けている。そして、圧電体筒体１０は電極間に所定の電圧を加えることにより直径方向に振動するようになっている。
【００２６】
ここでは圧電体筒体１０の外側に磁性体筒体１１を同心に重ね合わせているが、これは逆に磁性体筒体１１の外側に圧電体筒体１０を同心に重ね合わせる構成にしてもよい。
【００２７】
（圧電体筒体１０の電極）
圧電体筒体１０には、図６（ａ）に示すように、外周，内周それぞれに電極７，７を設けており、端面には図６（ｂ）に示すように電極片８を２つ設け、当該電極片８，８は圧電体筒体１０の外周，内周に設けた電極７，７と電気的に接続させて外部への引き出し電極とする構成にしている。ここでは、圧電体リング１は直径方向に分極を施している。
【００２８】
圧電体筒体１０については、上記した構成に限定されるものではなく、例えば図７に示すように、上下の端面それぞれに電極７，７を設けて筒軸方向に分極を施すこともよい。
【００２９】
また、外部への引き出し電極は、磁性体筒体の側に設ける構成にすることもよい。つまり、図８に示すように、磁性体筒体１１，１２の端面に電極片８，８を設け、当該電極片８，８は圧電体筒体１０に設けた電極７，７と電気的に接続させて外部への引き出し電極とする構成を採る。
【００３０】
本発明にあっては、電流センサは図５に示す筒型に構成しても電流検出の動作は変わりなく、図１に示すリング型と同様な作用となり同様に大電流の検出が行える。また、振動子となる圧電体筒体１０についても同様であり、電極７および電極片８は適正に配置することができ、分極を容易，確実に行うことができる。
【産業上の利用可能性】
【００３１】
本発明では直流大電流の検出を非接触に行えて動作温度が広範囲となることから、ハイブリッド車や電気自動車などの車載用途、そして太陽光発電，風力発電，燃料電池などの大電流センサの用途に有効である。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明に係る電流センサの好適な一実施の形態を示す斜視図である。
【図２】圧電体リングを示し、（ａ）は電極および分極を説明する斜視図、（ｂ）は外部電極を説明する側面図である。
【図３】圧電体リングの他例を示し、電極および分極を説明する斜視図である。
【図４】電流センサを示し、圧電体リングのための外部電極を説明する側面図である。
【図５】本発明に係る電流センサの他の実施形態を示す斜視図である。
【図６】圧電体筒体を示し、（ａ）は電極および分極を説明する斜視図、（ｂ）は外部電極を説明する平面図である。
【図７】圧電体筒体の他例を示し、電極および分極を説明する斜視図である。
【図８】電流センサを示し、圧電体筒体のための外部電極を説明する平面図である。
【符号の説明】
【００３３】
１  圧電体リング
２  第１磁性体リング
３  第２磁性体リング
４  ピックアップコイル
５  ギャップ
６  電線
７  電極
８  電極片
１０  圧電体筒体
１１，１２  磁性体筒体
【図１】
2008026053.tif 000003
【図２】
2008026053.tif 000004
【図３】
2008026053.tif 000005
【図４】
2008026053.tif 000006
【図５】
2008026053.tif 000007
【図６】
2008026053.tif 000008
【図７】
2008026053.tif 000009
【図８】
2008026053.tif 000010