(57)【要約】【課題】本発明は、大電流にも対応でき、検出精度の高い電流センサを提供することを目的とするものである。【解決手段】電流線１１と近接して配置され、電流線１１を流れる電流により発生する被測定磁界を検出することにより電流線１１を流れる電流を測定する電流センサ１２であって、電流センサ１２は被測定磁界を検出する磁気検出部１３と、この磁気検出部１３を収納するケース１４とからなり、磁気検出部１３と電流線１１との間のケース１４の内側からケース１４の外表面に引き出された熱伝導シート１５を備えたものであり、この構成により磁気検出部１３の温度上昇を抑制することができる。【選択図】図１
2012141236.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電流線と近接して配置され、前記電流線を流れる電流により発生する被測定磁界を検出することにより前記電流線を流れる電流を測定する電流センサであって、前記電流センサは前記被測定磁界を検出する磁気検出部と、この磁気検出部を収納するケースとからなり、前記磁気検出部と前記電流線との間の前記ケースの内側から前記ケースの外表面に引き出された熱伝導シートを備えたことを特徴とする電流センサ。
【請求項２】
前記熱伝導シートは、グラファイトシートを用いたことを特徴とする請求項１記載の電流センサ。
【請求項３】
前記磁気検出部と前記熱伝導シートとは接触していないことを特徴とする請求項１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、被測定電流が流れる電流線の周囲に発生する磁界により、被測定電流を検出する電流センサに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年ハイブリッドカー、ＥＶ車等のバッテリー電流や、電気モータの駆動電流等を検知するために電流センサが必要となってきている。これに対して、図４のように、電流が流れるバスバー１の一面に一体に取り付けられた電流センサ２で、ホール素子３に印加される磁界をキャンセルする電流をキャンセルコイル４に流すことによって、バスバー１に流れる電流を測定する磁気平衡型電流センサが提案されている。
【０００３】
なお、この出願の発明に関連する先行技術文献情報としては、例えば、特許文献１が知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−２１５９７０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記従来の構成によれば、磁気平衡型とすることで周囲の温度に対する変動は小さくなるものの、５００Ａ程度の大きな電流を流す電流線では、その表面での温度は非常に高くなる可能性があり、磁気平衡型を用いてもオフセットの温度特性等により、その精度の劣化が課題となってくる。
【０００６】
本発明は、大電流を流すものであっても、精度の良い検出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】
【０００７】
本発明は上記課題を解決するために、電流線と近接して配置され、この電流線を流れる電流により発生する被測定磁界を検出することにより電流線を流れる電流を測定する電流センサであって、この電流センサは被測定磁界を検出する磁気検出部と、この磁気検出部を収納するケースとからなり、磁気検出部と電流線との間のケースの内側からケースの外表面に引き出された熱伝導シートを備えたものである。
【発明の効果】
【０００８】
上記構成により、電流線の表面が高温となり、熱伝導あるいは熱輻射により電流センサに熱が伝わったとしても、ケース内部に設けた熱伝導シートからケースの外側に熱が運ばれ、熱伝導シートから空気中に放熱されるため、磁気検出部は高温にはなりにくくなる。結果として、電流線に大電流を流しても、電流センサの検出精度の劣化を防ぐことができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の一実施の形態における電流センサの断面図
【図２】本発明の一実施の形態における磁気検出素子の断面図
【図３】本発明の一実施の形態における電流センサの動作を説明するための回路図
【図４】従来の電流センサの斜視図
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の一実施の形態における電流センサについて、図面を参照しながら説明する。
【００１１】
図１は、本発明の一実施の形態における電流センサの断面図であり、電流が流れる電流線１１に近接させて電流センサ１２が設置されたものであり、電流センサ１２を電流が流れる方向に垂直に切った断面図を示したものである。電流線１１は銅からなり、その断面が約２０ｍｍ×５ｍｍの矩形形状をしたものを用い、幅が広い方の面上に１〜２ｍｍ空間をあけて電流センサ１２が配置されている。
【００１２】
電流センサ１２は、磁気検出部１３と、この磁気検出部１３を収納するケース１４から構成されている。ケース１４はポリブチレンテレフタレート（以下ＰＢＴと記す）からなり、その外形は平面形状が約８ｍｍ×８ｍｍ、高さ約４ｍｍとなっている。
【００１３】
磁気検出部１３は、ケース１４の内部にその底面から浮いた状態で固定されており、ケース１４の内部底面には厚さ約０．０２ｍｍの熱分解グラファイトシートからなる熱伝導シート１５が接着されている。熱伝導シート１５はケース１４の内部側面を通って、ケース１４の外表面まで引き出されている。ここで熱伝導シート１５と磁気検出部１３とは接触しないようにしている。
【００１４】
以上のように構成することにより、電流線１１に大電流が流れ発熱し、電流センサ１２の電流線１１と対向している面に熱が伝わったとしても、ケース１４を構成しているＰＢＴの熱伝導率０．２Ｗ・ｍ-1・Ｋ-1に対して、熱分解グラファイトシートの面方向の熱伝導率が１０００Ｗ・ｍ-1・Ｋ-1と約５０００倍も大きいため、内部底面に到達した熱は、熱伝導シート１５を伝わって、外表面に運ばれる。さらにＰＢＴの比熱容量１７００Ｊ・ｋｇ-1・Ｋ-1に対して、熱分解グラファイトシートの比熱容量８５０Ｊ・ｋｇ-1・Ｋ-1が約半分と小さいため、外表面に設けられた熱伝導シート１５の表面から空中に熱を放熱させることができる。電流線１１と電流センサ１２の間に空間があいている場合は、電流線１１からの熱の伝わり方は、輻射によるものが多くなる。この場合、電流センサ１２の上面（電流線１１と対向している面とは反対側の面）には輻射熱が届かないため、ケース１４の内部底面から引き出した熱伝導シート１５を電流センサ１２の上面に貼り付けることが望ましい。このようにすることにより、電流センサ１２の上面から効率よく放熱することができ、磁気検出部１３の温度上昇を抑えることができる。
【００１５】
さらにグラファイトシートは反磁性を有しているため、磁気検出部１３への外乱磁場の影響を低減することができる。
【００１６】
なお、ケース１４の内部底面と熱伝導シート１５との間に、ケース１４の材料よりも熱伝導率の小さい断熱シートを挟んでも良い。このようにすることによりさらに磁気検出部１３の温度上昇を抑えることができる。ただしこの場合も、熱伝導シート１５と磁気検出部１３とは接触しないようにすることが望ましい。
【００１７】
また、本実施の形態では、電流線１１とケース１４との間に空間を設けているが、接触していても良い。ただしこの場合、電流線１１からケース１４への熱伝導を小さくするために、ケース１４の電流線１１と対向する面に突起を設け、突起のみで接触するようにすることが望ましい。
【００１８】
次に磁気検出部について説明する。磁気検出部は、絶縁基板上に形成された磁気抵抗素子からなる磁気検出素子と、このまわりを絶縁被覆した銅線を巻回してなるキャンセルコイルとから構成されている。
【００１９】
図２は磁気検出素子１６の断面図であり、図２（ａ）は、磁気検出素子１６を水平に切った時の断面図であり、図２（ｂ）は図２（ａ）のＡ−Ａ線で切った時の断面図である。
【００２０】
図２に示すように、セラミック等の絶縁基板２１上に形成された磁気抵抗素子２０ａ、２０ｂ、２０ｃ、２０ｄからなり、これらはＮｉ−Ｃｏ等の強磁性体からなる厚み約０．１μｍの磁気抵抗薄膜である。そして、磁気抵抗素子２０ａ、２０ｂおよび磁気抵抗素子２０ｃ、２０ｄは各々直列に接続され、パターンの長手方向が互いに直交している。入力電極２２ａは絶縁基板２１上に形成されているもので、磁気抵抗素子２０ａおよび磁気抵抗素子２０ｄと電気的に接続されている。第１の出力電極２２ｂも絶縁基板２１上に形成されており、磁気抵抗素子２０ａおよび磁気抵抗素子２０ｂと電気的に接続されている。同様にしてグランド電極２２ｃ、第２の出力電極２２ｄも絶縁基板２１上に形成されており、各々磁気抵抗素子２０ｂおよび磁気抵抗素子２０ｃ、磁気抵抗素子２０ｃおよび磁気抵抗素子２０ｄと電気的に接続されている。
【００２１】
２３は絶縁層で、この絶縁層２３は厚みが約１μｍのＳｉＯ2薄膜からなり、磁気抵抗素子２０ａ、２０ｂ、２０ｃ、２０ｄを覆うことにより後述する薄膜磁石２４からなるバイアス磁界発生手段との電気的絶縁を行うものである。
【００２２】
２４は薄膜磁石で、この薄膜磁石２４は厚みが約０．６μｍのＣｏＰｔ等からなり、絶縁層２３の上に蒸着、スパッタ法等により形成した後、露光、エッチングによりパターニングすることにより、磁気抵抗素子２０ａ、２０ｂ、２０ｃ、２０ｄの磁気検出方向と４５度をなす方向に長手方向を有する複数の略長方体に分割されているものである。そして、この複数の略長方体形状の薄膜の幅方向にきわめて大きな磁界を印加することにより、略長方体形状の薄膜が幅方向に磁化されて、薄膜磁石２４を得ることができ、磁気抵抗素子２０ａ、２０ｂ、２０ｃ、２０ｄの磁気検出方向に対して４５度をなす方向にバイアス磁界ＨBが印加されることになる。この磁気検出素子１６は、バイアス磁界ＨBの方向と電流Ｉの方向とがほぼ一致するように配置される。
【００２３】
キャンセルコイル１７は表面を絶縁被覆した銅線を巻回してなり、磁気検出素子１６を囲んで周回させるとともに、その巻回軸が電流Ｉと垂直（すなわち電流Ｉによって誘起される磁界と同じ方向）になるように設けられている。
【００２４】
図３は本発明の一実施の形態における電流センサ１２の動作を説明するための回路図を示したもので、磁気検出素子１６の入力電極２２ａとグランド電極２２ｃとの間には定電圧を印加する電源２６が接続されている。また、この図３において、２７は第１の出力電極２２ｂと第２の出力電極２２ｄの電位差を検出する検出部で、この検出部２７の出力信号によって電流制御部２８がキャンセルコイル１７に流れる電流を制御している。２９は出力変換部で、この出力変換部２９はキャンセルコイル１７に流れる電流による負荷抵抗３０での電圧降下を増幅して出力端子３１に出力するものである。
【００２５】
電流線１１に流れる電流が零の時、バイアス磁界ＨBのみが磁気抵抗素子２０ａ、２０ｂ、２０ｃ、２０ｄに対して一定の角度（４５度）をなすように印加されるため、磁気抵抗素子２０ａ、２０ｂ、２０ｃ、２０ｄは実質的に同一の抵抗値となる。このため、磁気抵抗素子ブリッジは平衡し、第１の出力電極２２ｂと第２の出力電極２２ｄは同電位となり、検出部２７から信号は出力されない。これにより、キャンセルコイル１７と負荷抵抗３０に電流が流れないため、出力端子３１には出力電圧は現れないことになる。
【００２６】
電流線１１に電流Ｉが流れると、この電流Ｉによる磁界ＨIが発生して磁界検出素子に印加され、磁気抵抗素子２０ａ、２０ｃの抵抗が小さくなるとともに、磁気抵抗素子２０ｂ、２０ｄの抵抗が大きくなる。このため、磁気抵抗素子ブリッジの平衡が破れ、第１の出力電極２２ｂと第２の出力電極２２ｄとの間に電位差が発生する。この電位差は検出部２７で検出されて電流制御部２８に入力される。電流制御部２８はこの電位差に基づいてキャンセルコイル１７に電流を流して、この電流による磁界Ｈcを発生させ、磁気抵抗素子２０ａ、２０ｂ、２０ｃ、２０ｄに印加される正味の磁界を薄膜磁石２４から発生するバイアス磁界ＨBのみとすることにより、磁気抵抗素子ブリッジの電位差を零にするように動作する。こうして再び磁気抵抗素子ブリッジが平衡した時、負荷抵抗３０の両端に発生する電圧をモニターして適度に増幅すれば、電流線１１に流れる電流に対応した信号が出力端子３１に出力されることになる。
【００２７】
以上のように構成することにより、電流線に大電流が流れることにより電流線が発熱しても、高い精度で電流値を検出することができる。
【産業上の利用可能性】
【００２８】
本発明に係る電流センサは、大電流にも対応でき、検出精度の高い電流センサを提供することができ、産業上有用である。
【符号の説明】
【００２９】
１１  電流線
１２  電流センサ
１３  磁気検出部
１４  ケース
１５  熱伝導シート
１６  磁気検出素子
１７  キャンセルコイル
２０ａ、２０ｂ、２０ｃ、２０ｄ  磁気抵抗素子
２１  絶縁基板
２２ａ  入力電極
２２ｂ  第１の出力電極
２２ｃ  グランド電極
２２ｄ  第２の出力電極
２３  絶縁層
２４  薄膜磁石
２６  電源
２７  検出部
２８  電流制御部
２９  出力変換部
３０  負荷抵抗
３１  出力端子
【図１】
2012141236.tif 000003
【図２】
2012141236.tif 000004
【図３】
2012141236.tif 000005
【図４】
2012141236.tif 000006