(57)【要約】【課題】磁性流体を用いて雰囲気温度に影響されることなく精度良く電流値を検出することができる電流センサを提供すること。【解決手段】磁性流体を収容した樹脂ケース３０を備える磁気コア１０を用いる電流センサ１において、樹脂ケース３０は、断面が略Ｈ状をなす環状の容器本体３１と、この容器本体３１の上下の開放面を塞ぐ第１蓋体３２および第２蓋体３３とから形成されており、第２蓋体３３の内面にＰＴＣヒータ４０がスクリーン印刷により設けられている。【選択図】  図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁性流体を収容したケースを備えるコアを用いる電流センサにおいて、
前記ケース内面にＰＴＣヒータが設けられている
ことを特徴とする電流センサ。
【請求項２】
請求項１に記載する電流センサにおいて、
前記ケースは、複数のケース片が接合されて形成されており、
前記ＰＴＣヒータは、前記複数のケース片の少なくとも１つに印刷により設けられている
ことを特徴とする電流センサ。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載する電流センサにおいて、
前記コアは、環状部分を備えており、
前記環状部分に、前記ケース内面の内周及び外周に沿って前記ＰＴＣの各電極が設けられ、両電極を並列に接続するようにＰＴＣインク層が形成されている
ことを特徴とする電流センサ。
【請求項４】
請求項３に記載する電流センサにおいて、
前記ＰＴＣインク層は、導電性粒子と半導体粒子を備え、
前記導電性粒子がミアンダパターンで配置されている
ことを特徴とする電流センサ。
【請求項５】
請求項３又は請求項４に記載する電流センサにおいて、
前記電極は、磁性を持たない材料で形成されている
ことを特徴とする電流センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁性流体を用いた電流センサに関するものである。より詳細には、雰囲気温度に影響されることなく正確に電流値を検出することができる電流センサに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、ＨＶ（ハイブリッドカー）やＥＶ（電気自動車）のモータやバッテリにおいて、充電時や放電時に流れる電流などの電流値を検出する電流センサが存在する。ここで、特許文献１には、モータやバッテリに出入りする電流を測定する際に用いられる電流センサにおいて、磁気コアとして磁性流体を用いた電流センサが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第４３１０３７３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記した電流センサでは、磁性流体の特性から、温度変化による出力電流値の誤差が大きくなってしまう。そして、ＨＶやＥＶに搭載される電流センサの場合、雰囲気温度が広範囲で変化する（温度変化が大きい）ため、電流値を精度良く検出することができないという問題があった。
【０００５】
そこで、本発明は上記した問題点を解決するためになされたものであり、磁性流体を用いて雰囲気温度に影響されることなく精度良く電流値を検出することができる電流センサ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】
【０００６】
上記課題を解決するためになされた本発明の一形態は、磁性流体を収容したケースを備えるコアを用いる電流センサにおいて、前記ケース内面にＰＴＣヒータが設けられている
ことを特徴とする。
【０００７】
この電流センサでは、ケース内面にＰＴＣヒータが設けられているため、電流の測定前にＰＴＣヒータへ電流を流すことにより磁性流体を昇温させることができる。そして、ＰＣＴヒータは自己制御作用によって一定温度に制御することができるため、雰囲気温度にかかわらず、コア内の磁性流体の温度を一定に保つことができる。これにより、温度変化による出力電流値の誤差が小さくなるので、精度良く電流値を検出することができる。また、過熱による磁性流体の劣化なども発生しない。
【０００８】
上記した電流センサにおいて、前記ケースは、複数のケース片が接合されて形成されており、前記ＰＴＣヒータは、前記複数のケース片の少なくとも１つに印刷により設けられていることが望ましい。
【０００９】
このような構成にすることにより、ケース内にＰＴＣヒータを設けた電流センサであっても、容易に製造することができる。つまり、ＰＴＣヒータを設けたことによる生産性の低下を防ぐことができる。
【００１０】
上記した電流センサにおいて、前記コアは、環状部分を備えており、前記環状部分に、前記ケース内面の内周及び外周に沿って前記ＰＴＣの各電極が設けられ、両電極を並列に接続するようにＰＴＣインク層が形成されていることが望ましい。
【００１１】
このようにＰＴＣインク層を形成することにより、コアの環状部分において、ＰＴＣヒータの電流経路が並列に設けられる。そのため、コアの環状部分において、周方向と直交する方向における磁性流体の温度ばらつきを低減することができる。これにより、温度変化による出力電流値の誤差が一層小さくなるので、より一層正確に電流値を検出することができる。
【００１２】
上記した電流センサにおいて、前記ＰＴＣインク層は、導電性粒子と半導体粒子を備え、前記導電性粒子がミアンダパターンで配置されていることが望ましい。
【００１３】
このようにＰＴＣインク層に備わる導電性粒子をミアンダパターンで配置することにより、高い発熱効率を得ることができる。ここで、発熱効率とは、単位電力当たりの発熱温度で示されるため、発熱効率が高いと、省電力でより高温で発熱でき、あるいは電力を一定としたときに所定温度に到達するまでの時間を短くすることができる。
【００１４】
上記した電流センサにおいて、前記電極は、磁性を持たない材料で形成されていることが望ましい。
【００１５】
このように磁性を持たない材料でＰＴＣヒータの電極を形成することにより、センサ出力への悪影響をなくすことができる。これにより、電流値の検出精度を一層向上させることができる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明に係る磁気センサによれば、上記した通り、磁性流体を用いて雰囲気温度に影響されることなく精度良く電流値を検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】第１の実施の形態に係る電流センサの全体構成を示す図である。
【図２】磁気コアの断面図である。
【図３】図２のＡ−Ａ断面図である。
【図４】ＰＴＣヒータの概略構成を模式的に示す図である。
【図５】出力誤差の比較結果を示す図である。
【図６】第２の実施の形態に係る電流センサに備わるＰＴＣヒータの概略構成を模式的に示す図である。
【図７】ＰＴＣヒータの別の配置例を示す図である。
【図８】ＰＴＣヒータの別の配置例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明の電流センサを具体化した実施の形態について、図面に基づき詳細に説明する。
【００１９】
［第１の実施の形態］
まず、第１の実施の形態について説明する。そこで、第１の実施の形態に係る電流センサについて、図１〜図４を参照しながら説明する。図１は、第１の実施の形態に係る電流センサの全体構成を示す図である。図２は、磁気コアの断面図である。図３は、図２のＡ−Ａ断面図である。図４は、ＰＴＣヒータの概略構成を模式的に示す図である。
【００２０】
図１に示すように、本実施の形態に係る電流センサ１は、磁気コア１０と検出コイル１２と励磁コイル１４などを有する。
磁気コア１０は、樹脂ケース３０、第１環状磁路１８、第２環状磁路２０、第１接続磁路２２、第２接続磁路２４、ＰＴＣヒータ４０などを備える。なお、図１においては、説明の便宜上、磁気コア１０は樹脂ケース３０を透過させて内部の各磁路が見えるように示し、後述するＰＴＣヒータ４０（図４参照）を省略している。
【００２１】
第１環状磁路１８、第２環状磁路２０、第１接続磁路２２、第２接続磁路２４は、磁気回路を構成するものであり磁性流体により形成されている。第１環状磁路１８、第２環状磁路２０は、環状に形成された磁路であり、本実施例では円環状に形成されているが、これに限定されず四角環状に形成されていてもよい。第１環状磁路１８と第２環状磁路２０とは、第１接続磁路２２と第２接続磁路２４とにより接続されている。
【００２２】
検出コイル１２は、磁気コア１０に発生する磁束を検出する手段であり、第１環状磁路１８と第２環状磁路２０とを一体的に巻き込むようにして、磁気コア１０の外周面の外側に巻かれている。
【００２３】
励磁コイル１４は、磁気コア１０を励磁する手段であり、第１接続磁路２２を巻き込むようにして、磁気コア１０の内部にて巻かれている。つまり、励磁コイル１４は、第１接続磁路２２の外周面の外側に巻かれている。
【００２４】
樹脂ケース３０は、図２、図３に示すように、断面が略Ｈ状をなす環状の容器本体３１と、この容器本体３１の上下の開放面を塞ぐ第１蓋体３２および第２蓋体３３とから形成されている。つまり、樹脂ケース３０は、３つのケース片（容器本体３１、第１蓋体３２および第２蓋体３３）が接合されて形成されている。そして、容器本体３１と第１蓋体３２とで閉鎖される空間、および容器本体３１および第２蓋体３３で閉鎖される空間にて２つの環状流路が形成されている。容器本体３１は、内周壁３４と外周壁３５とこの内外周壁の対向面をその高さの中間部で接続する形態の仕切中底３６と、この仕切中底３６において互いに１８０度離れて設けられた第１穴３７と第２穴３８とを備えている。また、第２蓋体３３の内面にＰＴＣヒータ４０が設けられている。なお、ＰＴＣヒータ４０の詳細については後述する。
【００２５】
そして、上記の２つの環状流路に収容されている磁性流体によって、２つの磁路である第１環状磁路１８と第２環状磁路２０とが形成されている。また、この第１環状磁路１８と第２環状磁路２０を繋ぐ仕切中底３６の第１穴３７と第２穴３８に収容される磁性流体によって、第１接続磁路２２と第２接続磁路２４とが形成されている。磁性流体としては、例えば、強磁性微粒子を分散させたコロイド溶液を使用することができる。この磁性流体は、樹脂ケース３０に設けられた注入穴３９から注入されて充填される。なお、注入穴３９は、磁性流体の注入後にキャップ３２ａで塞がれる。
【００２６】
ＰＴＣヒータ４０は、樹脂ケース３０内に収容された磁性流体（第２環状磁路２０）を加熱するものである。図４に示すように、ＰＴＣヒータ４０は、スクリーン印刷により、樹脂ケース３０の下部、つまり第２蓋体３３の内面に設けられている。このように、樹脂ケース３０を構成するケース片の１つである第２蓋体３３に、スクリーン印刷によりＰＴＣヒータ４０を形成しているので、容易に製造することができる。すなわち、ＰＴＣヒータ４０を設けたことによる電流センサ１の生産性の低下を防ぐことができる。そして、このＰＴＣヒータ４０は、第２蓋体３３の内周側に設けられた電極４１と、第２蓋体３３の外周側に設けられた電極４２と、両電極４１，４２を接続するように設けられたＰＴＣインク層４３とを備えている。
【００２７】
両電極４１，４２は、磁性を持たない材料で形成されており、例えば、銅やアルミニウムなどを使用することができる。なお、本実施の形態では、電極４１，４２を銅により形成している。このような電極４１，４２を用いることにより、ＰＴＣヒータ４０への通電時に、電流センサ１からの出力への悪影響をなくすことができる。
【００２８】
ＰＴＣインク層４３には、導電性粒子４４と半導体粒子４５とが含まれている。そして、ＰＴＣインク層４３において、温度が低い場合には、導電性粒子４４が互いに接触して導通状態となっている（図４に示す状態）。なお、図４では、導電性粒子４４が互いに接触した状態を模式的に実線で示している。そして、本実施の形態では、ＰＴＣインク層４３において、導電性粒子４４がほぼ直線状に配置されている。これにより、電極４１，４２がＰＴＣインク層４３の導電性粒子４４により並列に接続される。一方、温度が高い場合には、温度上昇に伴い半導体粒子４５が熱膨張して、接触していた導電性粒子４４間に隙間が生じることにより、非導通状態となっている。
【００２９】
このように、ＰＴＣインク層４３には、温度が高くなると抵抗値が上がり、電流が流れにくくなる特性がある。このＰＴＣインク層４３の特性により、ＰＴＣヒータ４０では、磁性流体を一定温度に加熱することができるようになっている。そして、電極４１，４２がＰＴＣインク層４３の導電性粒子４４によって並列に接続されるため、第２環状磁路２０において、周方向と直交する方向における磁性流体の温度ばらつきを確実に低減することができる。なお、本実施の形態では、電流センサ１の電流測定時に、ＰＴＣヒータ４０によって磁性流体を８０℃に加熱する。
【００３０】
上記のように構成された電流センサ１は、以下のようにして不図示の被検出導線に流れる電流を計測する。すなわち、励磁コイル１４に交番電流を流して磁気コア１０を励磁させたときに、図１に示した磁気回路の磁気が平衡状態にあれば、検出コイル１２に磁束が検出されない。そこで、被計測電流が流れる不図示の被検出導線を、第１環状磁路１８と第２環状磁路２０とを貫通させるようにして配置する。すると、図１に示した磁気回路に新たな磁束が生じるので、図１に示した磁気回路の磁気の平衡状態が崩れ、検出コイル１２と鎖交する磁束は、第１環状磁路１８と第２環状磁路２０とで大きさが異なりその和がゼロにならず、検出コイル１２に起電力が発生する。そして、電流センサ１は、この検出コイル１２に発生する起電力をもとに被検出導線を流れる電流値を計測する。
【００３１】
そして、電流検出時には、ＰＴＣヒータ４０に通電されて磁性流体（第２環状磁路２０）が一定温度（８０℃）に加熱される。これにより、被検出導線を流れる電流値を計測する際には、磁性流体の温度が、雰囲気温度にかかわらず、常に一定温度に維持されている。そして、このときの出力誤差がゼロとなるように電流センサの出力調整が行われている。従って、温度変化によるセンサ出力の誤差がなくなるので、電流センサ１によって被検出導線を流れる精度良く電流値を検出することができる。また、ＰＴＣヒータ４０の自己制御性により、過熱による磁性流体の劣化なども発生しない。
【００３２】
ここで、ＰＴＣヒータ４０により磁性流体を加熱した場合（ヒータ加熱あり：本発明）と加熱しない場合（ヒータ加熱なし）とで出力誤差の比較を行ったので、その結果を図５に示す。図５では、横軸を雰囲気温度（℃）とし、縦軸を出力誤差（％）として示している。そして、本発明の出力誤差を実線で示し、ヒータ加熱なしの場合における出力誤差を破線で示す。
【００３３】
図５に示すように、温度変化による電流センサの出力電流値の誤差は、磁性流体をＰＴＣヒータによる加熱がない場合には、温度変化によって出力電流値の誤差が変動しているのに対し、本発明では、温度変化によって出力電流値の誤差が変動していない。例えば、温度が−２０℃において、ヒータ加熱なしの場合には出力誤差が約２％であったのに対して、本発明の場合には出力誤差が０％となっている。また、温度が７０℃において、ヒータ加熱なしの場合には出力誤差が約−３６．０％であったのに対して、本発明の場合の出力誤差は０％になっている。このように、電流センサ１によれば、温度変化による出力誤差をなくすことができる。
【００３４】
以上、詳細に説明したように第１の実施の形態に係る電流センサ１によれば、磁性流体を収容した樹脂ケース３０を構成する第２蓋体３３の内面にＰＴＣヒータ４０が設けられている。これにより、電流検出前にＰＴＣヒータ４０へ通電することにより、雰囲気温度にかかわらず、磁気コア１０内の磁性流体の温度を一定に保つことができる。従って、温度変化による出力電流値の誤差をなくすことができ、精度良く電流値を検出することができる。
【００３５】
［第２の実施の形態］
次に、第２の実施の形態について説明する。第２の実施の形態は、第１の実施の形態と基本的な構成はほぼ同じであるが、ＰＴＣヒータの構成が若干異なっている。そのため、以下では、第１の実施の形態と同じ構成については図面に同じ符号を付してその説明を適宜省略し、第１の実施の形態との相違点について説明する。そこで、第２の実施の形態に係る電流センサに備わるＰＴＣヒータついて、図６を参照しながら説明する。図６は、第２の実施の形態に係る電流センサの主要部を示す図である。
【００３６】
図６に示すように、第２の実施の形態におけるＰＴＣヒータ５０は、ＰＴＣヒータ４０と同様に、スクリーン印刷により、樹脂ケース３０の下部、つまり第２蓋体３３の内面に設けられている。そして、このＰＴＣヒータ５０も、第２蓋体３３の内周側に設けられた電極４１と、第２蓋体３３の外周側に設けられた電極４２と、両電極４１，４２を接続するように設けられたＰＴＣインク層５３とを備えている。
【００３７】
そして、ＰＴＣインク層５３には、導電性粒子５４と半導体粒子４５とが含まれているが、導電性粒子５４は、ＰＴＣインク層４３において、直線状に配置されておらず、ミアンダパターンで配置されている。なお、図６では、導電性粒子５４が互いに接触した状態を模式的に実線で示している。
【００３８】
このように、ＰＴＣインク層５３の導電性粒子５４がミアンダパターンで配置されていることにより、ＰＴＣヒータ５０では高い発熱効率を得ることができる。そして、発熱効率とは、単位電力当たりの発熱温度で示されるため、発熱効率が高いと、省電力でより高温で発熱でき、あるいは電力を一定としたときに所定温度に到達するまでの時間を短くすることができる。これにより、電流計測時に短時間で磁性流体を所定温度まで加熱することができ、温度変化による出力電流値の誤差をなくすことができ、精度良く電流値を検出することができる。
【００３９】
なお、上記した実施の形態は単なる例示にすぎず、本発明を何ら限定するものではなく、その要旨を逸脱しない範囲内で種々の改良、変形が可能であることはもちろんである。例えば、上記した第１の実施の形態では、ＰＴＣヒータ４０を第２蓋体３３の内面に設けているが、ＰＴＣヒータ４０は樹脂ケース３０の内面であればこれ以外にも設けることができ、例えば、図７に示すように、ＰＴＣヒータ４０を第１蓋体３２の内面に設けてもよい。
【００４０】
同様に、上記した第２の実施の形態では、ＰＴＣヒータ５０を第２蓋体３３の内面に設けているが、ＰＴＣヒータ５０は、樹脂ケース３０の内面であればこれ以外にも設けることができ、例えば、図８に示すように、ＰＴＣヒータ５０を第１蓋体３２の内面に設けてもよい。
【符号の説明】
【００４１】
１      電流センサ
１０    磁気コア
１２    検出コイル
１４    励磁コイル
１８    第１環状磁路
２０    第２環状磁路
２２    第１接続磁路
２４    第２接続磁路
３０    樹脂ケース
３１    容器本体
３２    第１蓋体
３３    第２蓋体
４０    ＰＴＣヒータ
４１    電極
４２    電極
４３    ＰＴＣインク層
４４    導電性粒子
４５    半導体粒子
【図１】
2012063206.tif 000003
【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】
2012063206.tif 000009
【図８】
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