(57)【要約】【課題】チョークコイルに磁気センサを容易に配置し、組立製造コストの減少と製品の小型化を図った、ローコストな電流検出装置を提供することを目的とする。【解決手段】入力電流または出力電流を平滑するチョークコイルと、チョークコイルの内部に磁気センサ１ａを内蔵して、入力電流または出力電流を検出する電流検出装置において、チョークコイルは閉磁路を構成する外周磁脚５ａとギャップを設ける中心磁脚５ｂを備えた一対のコア５と、中心磁脚５ｂに装着される空芯コイル６からなり、その空芯コイル６の巻線の一部にスペース６ｂを設け、そのスペース６ｂと中心磁脚５ｂのギャップに磁気センサ１ａを配置したことを特徴とする。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力電流または出力電流を平滑するチョークコイルと、該チョークコイルの内部に磁気センサを内蔵して、該入力電流または出力電流を検出する電流検出装置において、
該チョークコイルは閉磁路を構成する外周磁脚とギャップを形成する中心磁脚を備えた一対のコアと、該中心磁脚に装着される空芯コイルからなり、該空芯コイルの巻線の一部にスペースを設け、該スペースから該ギャップに該磁気センサを挿入・配置されたことを特徴とする電流検出装置。
【請求項２】
前期空芯コイルは断面が四角形状の銅線を絶縁処理した平角線を用いたことを特徴とする請求項１記載の電流検出装置。
【請求項３】
前記一対のコアはフェライト材料からなるＥＥコア、ＥＰコアを用いたことを特徴とする請求項１記載の電流検出装置。
【請求項４】
前記空芯コイルと前記コアの絶縁を確保するために、中心磁脚を包むコア内周部に絶縁樹脂からなる枠を設けたことを特徴とする請求項１記載の電流検出装置。
【請求項５】
前記枠には、該磁気センサを狭持する凹部を設けたことを特徴とする請求項４記載の電流検出装置。
【請求項６】
前期磁気センサはホール素子からなるホールＩＣを用いたことを特徴とする請求項１記載の電流検出装置。
【請求項７】
前記空芯コイルおよび磁気センサを固定する基台を設けたことを特徴とする請求項１記載の電流検出装置。
【請求項８】
外部回路基板の固定を強化するために前期チョークコイルを収納する外部端子を備えた金属ケースを設けたことを特徴とする請求項１乃至７記載の電流検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、チョークコイルに磁気センサを内蔵した電流検出装置に関する。  
【背景技術】
【０００２】
電流制御装置において、定電圧、定電流制御するため、一般的に出力側に電流または電圧検出用の検出抵抗を負荷と直列に接続した検出回路により、検出回路から得られた検出信号を制御回路にフィードバックし安定化を図っている。この方式は常に検出抵抗に電流を流しているため電力損失が大きく、検出抵抗の発熱による抵抗変化等、大電流を流す電力用回路では大きな問題となる。
【０００３】
この問題を解決するために、入力電流または出力電流を平滑するチョークコイルと、チョークコイル内部に電流検出手段としてホール素子などの磁気センサを具えた電流検出装置が知られている。
【０００４】
図１はチョークコイルに磁気センサを内蔵した電流検出装置を用いた一般的な電流制御回路図を示す。
図１において、１はチョークコイルに磁気センサ１ａを内蔵した電流検出装置、２はスイッチング素子、３は制御回路、４はモータ等の負荷である。このように、チョークコイルの内部に磁気センサ１ａを内蔵した電流検出装置は、チョークコイルに流れる電流によって発生する磁束を磁気センサ１ａで検知し、電圧増幅処理等をしてこの電流に比例した信号電圧を制御回路に出力している。なお、この電流制御回路の回路構成は周知のものであり、詳細な回路説明は省略する。また磁気センサ１ａはホール素子および電圧増幅回路等を組み込んだホールＩＣを用いている。
【０００５】
図４に電流検出装置１の断面図を示す。
図４に示すように、チョークコイルは、チョークコアに巻線が施されたものである。チョークコアは、Ｅ字状コア１１とＩ字状コア１２とを組み合わせた閉磁路回路とし、Ｅ字状コア１１の中心磁脚１１ａに巻線されたコイル１３が施され、中心磁脚１１ａの先端部とＩ字状コア１２との間にギャップ１５が設けられている。なお、このギャップ１５はコイル１３に大電流が流れてチョークコイルが飽和し、チョークコイルのインダクタンスが急減してチョークコイルとしての機能が失われるのを阻止するためのものである。磁気センサ１ａはこのギャップ１５に配置して、チョークコイルに流れる電流に応じて中心磁脚１１ａとＩ字状コア１２間を貫通する磁束を検出する。このことにより、制御信号を得ることができる。特許文献１参照。
【特許文献１】特開２００２−１８１８５１号公報
【特許文献２】特開２００１−１９４３９２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記のような電流検出装置は、チョークコイルに流れる電流に応じた磁束を精度よく磁気センサで検出するために、磁気センサとコアとの配置が重要である。特にＥ字状コア１１の中心磁脚１１ａとＩ字状コア１２との間のギャップ１５に磁気センサ１ａを配置することが電流検出装置の検出精度を上げるうえで重要な課題となる。
【０００７】
本発明は、上記問題に鑑みてなされたもので、チョークコイルに磁気センサを容易に配置し、組立製造コストの減少と製品の小型化を図った、ローコストな電流検出装置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】
【０００８】
上記課題を解決するために、本発明の電流検出装置は、入力電流または出力電流を平滑するチョークコイルと、チョークコイルの内部に磁気センサを内蔵して、入力電流または出力電流を検出する電流検出装置において、チョークコイルは閉磁路を構成する外周磁脚とギャップを設ける中心磁脚を備えた一対のコアと、中心磁脚に装着される空芯コイルからなり、その空芯コイルの巻線の一部にスペースを設け、そのスペースから中心磁脚のギャップに磁気センサを挿入・配置されたことを特徴とする。
【０００９】
そして、前期空芯コイルは断面が四角形状の銅線を絶縁処理した平角線を用いたり、前記一対のコアはフェライト材料からなるＥＥコア、ＥＰコアを用いたり、前記空芯コイルとコアの絶縁を確保するためにコア内周部に装着する絶縁樹脂からなる枠を設ける。前期磁気センサはホール素子からなるホールＩＣを用いる。
【００１０】
さらに、チョークコイルおよび磁気センサを固定する基台を設けるとともに、実装基板との固定を強化するために前期チョークコイルを収納する端子を備えた金属ケースを設ける。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の電流検出装置は、チョークコイルに閉磁路を構成する外周磁脚とギャップを設ける中心磁脚を備えた一対のコアと、中心磁脚に装着される空芯コイルからなり、その空芯コイルの巻線の一部にスペースを設けることにより、磁気センサを容易にスペース部と中心磁脚のギャップに装着・配置することができる。磁気センサにはホール素子からなるホールＩＣ用いることにより、部品点数の低減と回路の簡略化ができ小型・ローコスト化が可能となる。
そして、中心磁脚を包むコア内周部に装着する絶縁樹脂からなる枠を設けることにより空芯コイルとコアとの絶縁を確保するとともに、枠には磁気センサを配置する凹部を設けて位置決めを容易にし、量産における特性ばらつきを小さくする。
また、基台や金属ケースを設けることにより、回路基板への実装を強固にでき、振動衝撃等にも耐えられる信頼性の高い、組立製造コストの減少と製品の小型化を図った、ローコストな電流検出装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
本発明の電流検出装置の最良の形態を以下の実施例を参照して説明する。
【００１３】
チョークコイルに磁気センサを内蔵した電流検出装置を用いた一般的な電流制御回路を図１示す。
図１において、１はチョークコイルに磁気センサ１ａを内蔵した電流検出装置、２はスイッチング素子、３は制御回路、４はモータ等の負荷である。
このように、チョークコイルの内部に磁気センサ１ｂを内蔵した電流検出装置は、チョークコイルに流れる電流によって発生する磁束を磁気センサ１ａで検知し、電圧増幅等の付加回路により、この電流に比例した信号電圧を制御回路に出力する。また、磁気センサ１ａはホール素子および他の回路、例えば増幅回路等を組み込んだホールＩＣを用いることにより部品点数の削減および回路の簡略ができ、小型化に効果的である。
【００１４】
なお、この電流制御回路の回路構成は周知のものであり、詳細な回路説明は省略する。
図１の電流制御回路の動作は以下となる。
入力電圧Ｖｉｎは、スイッチング素子２のオン／オフにより、チョークコイル１に流れる電流が変化した繰り返し波形となる。ホールＩＣ１ａはコア５のギャップ（中心磁脚５ｂ間）を貫通する磁束変化に応じた電圧を出力し、コンデンサ、抵抗で構成される積分回路によって出力電圧を平滑した後、制御回路に与えることにより出力電圧Ｖｏｕｔを制御する。なお、ホールＩＣ１ａはチョークコイル１に流れる電流が変化した繰り返し波形に応じた磁束を検出する。
また、上記のように、実施例では、電流検出装置は電流制御回路に用いたが、入力電流または出力電流の平滑用のチョークコイルをもつスイッチング電源やＤＣ−ＤＣコンバータ等、他の形式にも当然、適用可能である。
【００１５】
次に、この磁気センサを用いた電流検出装置を図２、図３を用いて説明する。
図２は、本発明の一実施例である電流検出装置を説明するための概略断面図を示す。図３にその分解斜視図を示す。
図２、図３より、１ａは磁気センサ、５はフェライトからなるコア、６はコイルを形成する空芯コイル、７は枠、８は基台、９は金属ケースから構成された電流検出装置である。実施例では、磁気センサとして、ホール素子とその出力信号を増幅する増幅回路を具えたホールＩＣからなり、例えば、Melexis製  型番MLX90251の４端子のものを用いた。
【００１６】
ここで、チョークコイルとなる一対のコア５は、コアの外周に閉磁路となる外周磁脚５ａと中心に中心磁脚５ｂを具え、一方が開口した所謂ＥＰコアであり、空芯コイル６を収納する空間５ｃと空芯コイルの端部６ｃを引き出す凹部５ｄと磁気センサの端子１ｂを引き出す凹部５ｅが外周磁脚の一側面（底面側に相当する）に設けられている。また、中心磁脚５ｂは外周磁脚５ａより短くして磁気飽和（直流重畳特性）を良好にするギャップが設けられている。また、このギャップ（中心磁脚５ｂの径内）に磁気センサ１ａが配置される。なお、コア５にＥＰコアを用いたがＥＥコアを用いてもよい。
【００１７】
空芯コイル６は、断面が四角形状の銅線に絶縁被膜で覆われた平角線を用いてエッジワイズ巻きしたものである。その巻線の中心部に磁気センサ１ａを挿入するスペース６ｂを設けたものである。このスペース６ｂの間隔は磁気センサの厚み程度であり、磁気センサを挿入できる間隔があればよい。また、スペース６ｂの位置は、巻線の中心磁脚の長さと巻数に応じたギャップ位置に設けることが作業場より効果的である。常に中心とは限らなくともよい。
また、実施例では空芯コイル６に平角線を用いたが断面が円形の絶縁皮膜導線を用いてもよいが、平角線に対し巻線の占有面積が大きく、外形が大きくなる傾向になり、コアもそれに応じた収納部の空間５ｃが必要となる。
【００１８】
枠７は、空芯コイル６とコア５との絶縁を確保する絶縁樹脂からなり、凹部７ｃにコア５の中心磁脚５ｂを収納し、コア内周部（空間５ｃ）に装着する。そして、中心磁脚５ｂの先端部（径内）に相当する部分に磁気センサ１ａを収納する凹部７ａを具えている。また、空芯コイル６の端子となる端部６ｃが引き出される凹部７ｄと磁気センサ１ａの端子１ｂが引き出される切欠け部７ｅが設けてある。このように、枠には空芯コイル６とコア５との絶縁を確保し、磁気センサ１ａを位置決めする凹部７ａを設けることにより、中心磁脚のギャップの磁束が均一な箇所に配置することができる。このように、位置ずれを防止し、量産における特性ばらつきを小さくすることができる。
【００１９】
基台８は、絶縁性および耐熱性の樹脂を用いた薄い四角板状のもので空芯コイル６と磁気センサ１ａを固定するために、空芯コイル６の端子となる端部６ｃが引き出される穴８ｂと磁気センサ１ａの端子１ｂが引き出される穴８ａが設けてある。
なお、この基台８には、一般的な回路基板を用い、その上面または下面に回路パターンを形成し、回路形成の一部にしたり、空芯コイルの端子、磁気センサの端子を半田付けにより固定してもよい。
【００２０】
金属ケース９は、端子９ｂを具え、車載用等の振動衝撃等を考慮したもので、実装基板に金属ケースの端子９ｂを固定するためのものである。振動衝撃等を考慮しない場合は、金属ケースを用いなくともよい。
次に、本発明の電流検出装置の組立方法を説明する。
【００２１】
（１）まず、一対のコア５にそれぞれ枠７を中心磁脚５ｂとコア内周の形状に合わせて装着する。強固にするためにはコア５（内周部または中心磁脚）と枠７の間に接着剤を用いて固定してもよい。
（２）つぎに、枠を装着した一対のコア５の中心磁脚に相当する部分に空芯コイル６の中心部６ａを挿入、空芯コイルの端子６ｃ、６ｃが枠７の凹部７ｃ，７ｃに通るように配置を整え、一対のコア５と５を噛み合わせる。このとき、外周磁脚５ａの開口面に接着剤を塗布し固定してもよい。
（３）つぎに、空芯コイルを収納したコアに、コア５ｂの切欠き部５ｅおよび枠７の切欠き部７ｅから磁気センサ１ａを挿入し、空芯コイル６のスペース６ｂを通して、枠７の凹部７ａ（対向する中心磁脚のギャップ部）に収納する。この時も、磁気センサの外周に接着剤を塗布して固定してもよい。
（４）空芯コイルの端子６ｃと磁気センサの端子１ｂを基台８の所定の穴８ａ、８ｂに通し、接着剤を用いて基台８とコア底面側（５ｄ、５ｅ側）を固定する。
また、この基台８は、一般的な回路基板を用い、その上面または下面に回路パターンを形成し、回路形成の一部にしたり、空芯コイルの端子、磁気センサの端子を半田付けにより固定をしてもよい。
（５）最後に、金属ケース９に、組み立てられたコアを収納し、接着剤を用いて固定する。接着剤の塗布位置はケース内周部またはコア外周部である。
【００２２】
以上、説明したように、本発明の電流検出装置は、空芯コイルの巻線の一部にスペースを設け、コア内周部に装着する枠を設けることにより空芯コイルとコアとの絶縁を確保し、磁気センサを容易に装着し、中心磁脚のギャップの磁束が均一な箇所に配置することができる。このように、位置ずれを防止し、量産における特性ばらつきを小さくすることができる。また、磁気センサにはホール素子からなるホールＩＣ用いることにより、部品点数の低減と回路の簡略化ができ小型・ローコスト化が可能となる。
さらにまた、基台や金属ケースを設けることにより、実装基板への固定を強固にでき、振動衝撃等にも耐えられる信頼性の高い、組立製造コストの減少と製品の小型化を図った、ローコストな電流検出装置を得ることができる等の効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】電流検出装置を用いた電流制御回路
【図２】本発明の一実施例である電流検出装置の説明のための断面図
【図３】本発明の一実施例である電流検出装置の分解斜視図
【図４】従来の電流検出装置
【符号の説明】
【００２４】
１  電流検出装置
１ａ  磁気センサ
２  スイッチング素子
３  制御回路
４  負荷
５  コア
５ａ  外周磁脚
５ｂ  中心磁脚
６  空芯コイル
６ｂ  スペース
７  枠
８  基台
９  金属ケース
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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