(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、センサ体へ線材を巻き回すコイル形成を比較的に容易に作業でき、配線済みの電線に対して後工程で簡単に組み付けでき、設計変更等に伴う測定対象の電線の変更が容易に行えて、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】  略半円形状の圧電体板材１の表裏に対して、同一形状の第１磁性体板材２および第２磁性体板材３とを挟み合わせに接合させて一体化してセンサ体４とするが、このセンサ体４は２つ組備えてそれぞれにピックアップコイル５を設け、測定にはセンサ体４，４は２つ組を互いの端縁を突き合わせて磁気的に連結させる。圧電体板材１の表裏には電極膜を設けて厚み方向へ分極させ、ピックアップコイル５は外形に沿って線材を巻き回すことで形成する。電線７に対して挟み合わせに装着でき、測定が行える。【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、
略半円形状あるいは略コ字形状の圧電体板材の表裏に対して、同一形状の第１磁性体板材および第２磁性体板材とを挟み合わせに接合させて一体化してセンサ体とし、
前記センサ体は２つ組備えて各センサ体において前記圧電体板材の表裏には電極膜を設けて厚み方向へ分極させ、外形に沿って線材を巻き回して前記ピックアップコイルとし、測定には前記センサ体は２つ組を互いの端縁を突き合わせて磁気的に連結させることを特徴とする電流センサ。
【請求項２】
前記センサ体の互いの端縁が突き合う狭間には所定のギャップを設定し、当該ギャップを要求特性に応じて調整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３】
前記センサ体は樹脂材料からなる成形体へ収容させ、それら２つ組の成形体は一方の端縁側で互いを開閉可能に連結してあることを特徴とする請求項１または２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、磁性体材料へ圧電体振動子を一体に接合させるセンサ本体の構造の改良に関する。
【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、特許文献１に見られるように、逆磁歪効果（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、環状の磁性体部材に対して圧電体部材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としており、直流電流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により検出する構成を採る。ピックアップコイルと交錯する磁束、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、このため圧電体部材は所定の交流電圧を加えて直径方向に振動させ、磁性体部材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。
【特許文献１】特開２００６−９８３３２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、特許文献１に見られるような逆磁歪効果（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。
【０００６】
測定対象の電線へ装着する際に、当該電線の配線に対して後工程で組み付けることが難しく、設計変更等に伴う測定対象の電線の変更が容易でないという問題がある。つまり、測定の原理から明らかであるが、被測定電流が流れる電線は環状部位の内側に位置させて貫通状態にする必要があり、これは電線側の配線が完了した後では作業できない。また、装着が完了した後は電線側の配線をいったん切断しなければ外すことができなく、変更先の電線側でも配線の切断と再接続が必要になり煩雑で手間がかかる。
【０００７】
ピックアップコイルは、環状のセンサ体へ線材を巻き回すことで形成しているが、製造作業の面からは、環状部位の内外へ線材を巻き回す作業は容易ではなく、手間がかかる問題がある。
【０００８】
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、センサ体へ線材を巻き回すコイル形成を比較的に容易に作業でき、配線済みの電線に対して後工程で簡単に組み付けでき、設計変更等に伴う測定対象の電線の変更が容易に行え、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】
【０００９】
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、略半円形状あるいは略コ字形状の圧電体板材の表裏に対して、同一形状の第１磁性体板材および第２磁性体板材とを挟み合わせに接合させて一体化してセンサ体とするが、センサ体は２つ組備えて各センサ体において圧電体板材の表裏には電極膜を設けて厚み方向へ分極させ、外形に沿って線材を巻き回してピックアップコイルとし、測定にはセンサ体は２つ組を互いの端縁を突き合わせて磁気的に連結させる構成にする（請求項１）。
【００１０】
また、センサ体の互いの端縁が突き合う狭間には所定のギャップを設定し、当該ギャップを要求特性に応じて調整する（請求項２）。
【００１１】
また、センサ体は樹脂材料からなる成形体へ収容させ、それら２つ組の成形体は一方の端縁側で互いを開閉可能に連結する構成にする（請求項３）。
【００１２】
したがって本発明では、略半円形状あるいは略コ字形状のセンサ体は２つ組を備えて、測定にはそれら２つ組のセンサ体は互いの端縁を突き合わせて磁気的に連結させることから、電線に対して挟み合わせに装着でき、測定が行える。
【００１３】
また、センサ体それぞれは略半円形状あるいは略コ字形状なので、環状に閉じていなく端縁を有し、環状に閉じた部材と違って線材を巻き付けるのは作業が容易である。
【発明の効果】
【００１４】
本発明に係る電流センサでは、略半円形状あるいは略コ字形状のセンサ体は２つ組の互いの端縁を突き合わせて磁気的に連結させることから、電線に対して挟み合わせに装着でき、すなわち、配線済みの電線に対して後工程で簡単に組み付けでき、設計変更等に伴う測定対象の電線の変更が容易に行える。
【００１５】
センサ体それぞれは略半円形状あるいは略コ字形状なので、環状に閉じていなく端縁を有し、線材を巻き付けるのは作業が容易である。したがって、センサ体へ線材を巻き回すコイル形成を比較的に容易に作業でき、製造作業が容易になるメリットがある。
【００１６】
２つ組のセンサ体はギャップを有した形態で環状になることから、圧電体材料の部分が２つに分断した状態となっているが、これは何ら不都合がなく、それぞれは磁性体材料に対して圧電体振動子として適正に機能することができ、センサ出力は良好に得ることができる。
【００１７】
また、電流センサとしてはギャップを設けたものになるが、ギャップを変更することで出力特性を適宜に調整でき、これにより要求特性を適正に得ることができる。その結果、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。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
図１は本発明の好適な一実施の形態を示している。本実施形態の電流センサは、略半円形状の圧電体板材１の表裏に対して、同一形状の第１磁性体板材２および第２磁性体板材３とを挟み合わせに接合させて一体化してセンサ体４とするが、このセンサ体４は２つ組備えてそれぞれにピックアップコイル５を設け、測定にはセンサ体４，４は２つ組を互いの端縁を突き合わせて磁気的に連結させる構成にしている。
【００１９】
各センサ体４において、圧電体板材１の表裏には電極膜を設けて厚み方向へ分極させ、ピックアップコイル５は外形に沿って線材を巻き回すことで形成している。そして、各センサ体４は、図２に示す成形体６へ収容させている。それら２つ組の成形体６，６は樹脂材料から形成してあり、一方の端縁側で互いを開閉可能に連結している。
【００２０】
測定には、開状態の成形体６，６の内側へ配線済みの電線７を位置させ、図３に示すように、挟み合わせに閉状態とする。ここで、２つ組のセンサ体４，４は、突き合わせることで磁気的には環状に連結するが、突き合う狭間に所定のギャップを有し、成形体６の当該部位がギャップ部材になっている。したがって、成形体６の当該部位の厚みを適宜に変更することにより、ギャップを調整することができる。
【００２１】
圧電体板材１は厚み方向へ分極させてあるので、表裏の電極膜の間に所定の交流電圧を加えることで直径方向に振動する。そして、被測定電流Ｉが流れる電線７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５により検出する。圧電体板材１の形状は略半円形状に限らなく、例えば略コ字形状に形成することもよい。また、成形体６も適宜な形状に形成することができる。
【００２２】
この場合、電線７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板材２，３について周回方向に発生する。圧電体板材１に交流電圧を加えることでは、磁界が一定であるとき、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、磁性体板材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５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、つまり被測定電流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。
【００２３】
この電流センサは、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、この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】
本発明にあっては、略半円形状あるいは略コ字形状のセンサ体４は２つ組を備えて、測定にはそれら２つ組のセンサ体４，４は互いの端縁を突き合わせて磁気的に連結させることから、電線７に対して挟み合わせに装着でき、測定が行える。すなわち、配線済みの電線７に対して後工程で簡単に組み付けでき、設計変更等に伴う測定対象の電線７の変更が容易に行える。
【００２５】
センサ体４それぞれは略半円形状あるいは略コ字形状なので、環状に閉じていなく端縁を有し、環状に閉じた部材と違って線材を巻き付けるのは作業が容易である。したがって、センサ体４へ線材を巻き回すコイル形成を比較的に容易に作業でき、製造作業が容易になるメリットがある。
【００２６】
２つ組のセンサ体４，４はギャップを有した形態で環状になることから、圧電体材料の部分が２つに分断した状態となっているが、これは何ら不都合がなく、それぞれは磁性体材料に対して圧電体振動子として適正に機能することができる。図４は電流センサの出力特性を示すグラフ図であり、ギャップを有した本発明に係る構成（ａ）と、ギャップを有しない従来の構成（ｂ）とをシミュレーションした結果である。同図から明らかなように、ギャップを有しない従来の構成（ｂ）はヒステリシスが大きい出力特性になっており、それに比べて、ギャップを有した本発明に係る構成（ａ）ではヒステリシスが小さい出力特性であるが、センサ出力は良好に得ることができることを確認した。
【００２７】
また、電流センサとしてはギャップを設けたものになるが、ギャップを変更することで出力特性を適宜に調整でき、これにより要求特性を適正に得ることができる。その結果、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。
【産業上の利用可能性】
【００２８】
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】
【００２９】
【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】センサ体を収容させる成形体を示す斜視図である。
【図３】測定を行う際の電流センサの状態を示す斜視図である。
【図４】電流センサの出力特性を示すグラフ図である。
【符号の説明】
【００３０】
１  圧電体板材
２  第１磁性体板材
３  第２磁性体板材
４  センサ体
５  ピックアップコイル
６  成形体
７  電線
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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