(57)【要約】【課題】  １つのコアで複数のレンジを持つ電流センサを構成する場合において、より高精度で電流値を検知する。【解決手段】  ギャップを有する環状のコア２において、そのギャップは、Ｖ字状の凸面２１と、これに平行に対向する凹面２２とで画定されている。ギャップは、凸面２１の凸内面２１１と凹面２２の凹内面２２１とで画定された第１ギャップ３１と、第１ギャップ３１のギャップ長とは異なるギャップ長となるように凸面２１の凸外面２１２と凹面２２の凹外面２２２とで画定された第２ギャップ３２とからなる。第１ギャップ３１には、凸内面２１１及び凹内面２２１に対して平行な感磁面４１ａを有する第１感磁素子４１が配置され、第２ギャップ３２には、凸外面２１２及び凹外面２２２に対して平行な感磁面４２ａを有する第２感磁素子４２が配置される。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ギャップを有する環状のコアと、前記ギャップに配置された感磁素子とを備える電流センサであって、
前記コアは、前記ギャップを介して対向する２つの壁面を有し、
一方の壁面は、前記電流が流れる方向に向かって見たときに当該コアの周方向に向かって頂点が突出するＶ字状の凸面として形成され、
前記凸面に対向する他方の壁面は、前記凸面に対応するＶ字状の凹面として形成され、
前記ギャップは、第１ギャップと第２ギャップとからなり、
前記第１ギャップは、前記凸面のＶ字状の両脚のうち前記コアの径方向内側の脚による凸内面と、前記凹面のＶ字状の両脚のうち前記コアの径方向内側の脚による凹内面とで画定され、
前記第２ギャップは、前記凸面のＶ字状の両脚のうち前記コアの径方向外側の脚による凸外面と、前記凹面のＶ字状の両脚のうち前記コアの径方向外側の脚による凹外面とで画定され、
前記凸内面と前記凹内面とは互いに平行で、前記凸外面と前記凹外面とは互いに平行で、前記凸内面と前記凹内面との間の距離と、前記凸外面と前記凹外面との間の距離とは互いに異なり、
前記感磁素子として、第１感磁素子と第２感磁素子とを備え、
前記第１感磁素子は、その感磁面が前記凸内面及び前記凹内面に対して平行となるように前記第１ギャップ内に配置され、
前記第２感磁素子は、その感磁面が前記凸外面及び前記凹外面に対して平行となるように前記第２ギャップ内に配置されることを特徴とする電流センサ。
【請求項２】
請求項１に記載の電流センサにおいて、前記凸面及び前記凹面のＶ字状の頂点の角度は９０度であ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、感磁素子を用いた電流センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、自動車に搭載されるバッテリは、平坦路を走行する場合には放電電流が小さく、車両の発進時や坂路を走行する場合には放電電流が大きくなる。すなわち、自動車に搭載されるバッテリは、放電電流の値が広い範囲で変化する。広い範囲の電流を検知する場合には、検知精度を向上させるために、複数のレンジを有する電流センサを用いることが一般的である。そこで、バッテリの残存量を放電電流の積算値から求めるために、複数のレンジを有する電流センサが提案されている（特許文献１）。
【０００３】
この電流センサは、ギャップを有する環状のコアと、前記ギャップに配置された感磁素子とを備えている。ここで、コアは、ギャップを画定し互いに平行な切り離し端の対向間隔を、当該コアの幅方向へ段付きに異ならしめるように形成されている。そして、段付きの各面は、互いの面が平行となるように形成されている。これにより、ギャップ長（切り離し端の対向間隔）の異なる複数のギャップが画定されている。これらの複数のギャップのそれぞれには、感磁面が切り離し端の面に平行となるように感磁素子が配置されている。このようにして、電流センサは感磁素子が感知した磁束密度に応じて電流値を検知する。
【０００４】
上記のような電流センサが配置された電流路に電流が流れると、電流路の周囲に磁界が発生し、コア（ひいては、コアのギャップ）の径方向に沿う磁束が生じる。ギャップ長が小さいギャップでは被測定電流が小さい範囲であっても充分な磁束密度が得られるが、磁束密度に対する磁気センサの出力の直線性が保たれる範囲も電流が小さい範囲に限られる。一方、ギャップ長が大きいギャップでは被測定電流の広い範囲で磁気センサの出力の直線性が保証される。しかしながら、被測定電流がある程度小さくなると磁束密度が全体的に小さくなるので、磁気センサの出力の直線性が保証されなくなる。このことより、広い範囲の電流値を検知する場合には、電流センサは、小さな電流値を検知するためのレンジとして、ギャップ長が短いギャップ内に配置された感磁素子を小さな電流値を検知するために用い、大きな電流値を検知するためのレンジとして、ギャップ長が長いギャップ内に配置された感磁素子を大きな電流値を検知するために用いるように構成される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平７−２１８５５２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１に記載の電流センサでは、異なるギャップ長のギャップが近接しているので、近接するギャップに磁束が漏れてしまう。更に、コアの切り離し端の段付きの各面が互いに平行且つ各感磁素子の感磁面が互いに平行に構成されている。一方、感磁素子は、感磁面に対して法線方向に入射する磁束を検知しやすい。このため、感磁素子は、近接するギャップから漏れた磁束の影響を受けやすく、検知した電流値に誤差が生じやすいという問題がある。
【０００７】
本発明は、以上に鑑み、１つのコアで複数のレンジを持つ電流センサであって、より高い精度で電流値を検知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】
【０００８】
本発明は、ギャップを有する環状のコアと、前記ギャップに配置された感磁素子とを備える電流センサであって、前記コアは、前記ギャップを介して対向する２つの壁面を有し、一方の壁面は、前記電流が流れる方向に向かって見たときに当該コアの周方向に向かって頂点が突出するＶ字状の凸面として形成され、前記凸面に対向する他方の壁面は、前記凸面に対応するＶ字状の凹面として形成され、前記ギャップは、第１ギャップと第２ギャップとからなり、前記第１ギャップは、前記凸面のＶ字状の両脚のうち前記コアの径方向内側の脚による凸内面と、前記凹面のＶ字状の両脚のうち前記コアの径方向内側の脚による凹内面とで画定され、前記第２ギャップは、前記凸面のＶ字状の両脚のうち前記コアの径方向外側の脚による凸外面と、前記凹面のＶ字状の両脚のうち前記コアの径方向外側の脚による凹外面とで画定され、前記凸内面と前記凹内面とは互いに平行で、前記凸外面と前記凹外面とは互いに平行で、前記凸内面と前記凹内面との間の距離と、前記凸外面と前記凹外面との間の距離とは互いに異なり、前記感磁素子として、第１感磁素子と第２感磁素子とを備え、前記第１感磁素子は、その感磁面が前記凸内面及び前記凹内面に対して平行となるように前記第１ギャップ内に配置され、前記第２感磁素子は、その感磁面が前記凸外面及び前記凹外面に対して平行となるように前記第２ギャップ内に配置されることを特徴とする。
【０００９】
本発明によれば、第１ギャップを画定する凸内面と凹内面との間に生じる磁束が、第１感磁素子の感磁面に対して法線方向に入射し、第２ギャップを画定する凸外面と凹外面との間に生じる磁束が、第２感磁素子の感磁面に対して法線方向に入射する。このとき、凸内面と凹内面との間の距離（すなわち、第１ギャップのギャップ長）と、凸外面と凹外面との間の距離（すなわち、第１ギャップのギャップ長）とが異なっている。これにより、第１ギャップ内に生じる磁束密度と、第２ギャップ内に生じる磁束密度とは異なるものとなる。
【００１０】
更に、凸内面と凹内面と第１感磁素子の感磁面とは互いに平行であり、凸外面と凹外面と第２感磁素子の感磁面とは互いに平行である。また、凸内面と凸外面とはＶ字状の頂点で交差する。すなわち、第１ギャップを画定する凸内面に対して平行である「第１ギャップを画定する凹内面を含む面」及び「第１感磁素子の感磁面を含む面」と、第２ギャップを画定する凸外面に対して平行である「第２ギャップを画定する凹外面を含む面」及び「第２感磁素子の感磁面を含む面」とは、互いに交差する。
【００１１】
これにより、第１ギャップから磁束が漏れた場合であっても、当該漏れた磁束が第２感磁素子の感磁面に対して法線方向に入射せず、第２ギャップから磁束が漏れた場合であっても、当該漏れた磁束が第１感磁素子の感磁面に対して法線方向に入射しない。
【００１２】
従って、第１感磁素子の感磁面に対して法線方向に入射する磁束は、第１ギャップに生じた磁束であるので、第１感磁素子は、第２ギャップから磁束が漏れた場合であっても、第１ギャップに生じる磁束をより良く感知できる。同様に、第２感磁素子の感磁面に対して法線方向に入射する磁束は、第２ギャップに生じた磁束であるので、第２感磁素子は、第１ギャップから磁束が漏れた場合であっても、第２ギャップに生じる磁束をより良く感知できる。従って、本発明の電流センサでは、複数のレンジを持つために、１つのコアに複数のギャップ長を設けた電流センサであっても、より精度高く電流値を検知できる。
【００１３】
本発明において、前記凸面及び前記凹面のＶ字状の頂点の角度は９０度であることが好ましい。これにより、第１感磁素子の感磁面及び第２感磁素子の感磁面は互いに直交する。これにより、第１感磁素子及び第２感磁素子は、第１ギャップと第２ギャップとで互いに漏れた磁束の影響を著しく低減（もしくは、最小限に）できる。ここで、本発明において、Ｖ字状の頂点の角度が９０度とは、正確に９０度である必要はなく、近接するギャップから漏れた磁束の影響を著しく低減できる程度の角度であれば、多少の誤差があってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の実施形態の電流センサの構成を示す斜視図。
【図２】実施形態の電流センサの構成を示す上面図。
【図３】実施形態の電流センサのコア及びギャップの拡大図。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
本発明の実施形態の電流センサの構成について説明する。図１に示されるように、本実施形態の電流センサ１は、磁性材料から成る円環状のコア２を備えている。なお、本実施形態のコア２は、円環状のものであるが環状のものであればよく、例えば方形環状のものであってもよい。電流センサ１は、導線等の電気が流れる電流路Ｐの周囲を囲むようにコア２を配置する。このとき、コア２の径方向の面が、電流路Ｐを流れる電流の流れる方向が法線方向となるようにコア２を配置する。
【００１６】
コア２は、その周方向の全長のうちの一部の区間部分に、該周方向に間隔を存する空隙（空間）部分であるギャップ（３１，３２）が形成されている。詳細には、コア２は、ギャップ（３１，３２）を介して対向する２つの壁面のうち一方の壁面２１が、電流が流れる方向に向かって見たときに、当該コア２の周方向に向かって頂点２１ａが突出するＶ字状の凸面として形成されている。以下、この一方の壁面２１を「凸面」といい、凸面２１のＶ字状の両脚のうちコア２の径方向内側の脚による壁面を凸内面２１１といい、凸面２１のＶ字状の両脚のうちコア２の径方向外側の脚による壁面を凸外面２１２という。このとき、コア２は、凸面２１の頂点２１ａの角度が約９０度となるように形成されている。すなわち、凸内面２１１を含む面と凸外面２１２を含む面とがほぼ直角に交わる。
【００１７】
また、コア２は、凸面２１に対向する他方の壁面２２が、凸面２１に対応したＶ字状の凹面として形成されている。すなわち、他方の壁面２２は、電流が流れる方向に向かって見たときに、当該コア２の周方向に向かって頂点２２ａが引っ込んだＶ字状の切欠きとなる凹面として形成されている。以下、この他方の壁面２２を「凹面」といい、凹面２２のＶ字状の両脚のうちコア２の径方向内側の脚による壁面を凹内面２２１といい、凹面２２のＶ字状の両脚のうちコア２の径方向外側の脚による壁面を凹外面２２２という。
【００１８】
凸面２１及び凹面２２は、凸内面２１１と凹内面２２１とが略平行となり、且つ凸外面２１２と凹外面２２２とが略平行となるように形成されている。このため、凹面２２の頂点２２ａの角度が約９０度となり、凹内面２２１を含む面と凹外面２２２を含む面とがほぼ直角に交わる。
【００１９】
ギャップ（３１，３２）は、第１ギャップ３１と第２ギャップ３２とからなる。第１ギャップ３１は、凸内面２１１と凹内面２２１とによって画定される。第２ギャップ３２は、凸外面２１２と凹外面２２２とによって画定される。また、図２に示されるように、コア２は、第１ギャップ３１のギャップ長（すなわち、凸内面２１１と凹内面２２１との間の距離。以下、「第１ギャップ長」という）Ｌ１と、第２ギャップ３２のギャップ長（すなわち、凸外面２１２と凹外面２２２との間の距離。以下、「第２ギャップ長」という）Ｌ２とが異なるように形成されている。本実施形態では、第１ギャップ長Ｌ１は、第２ギャップ長Ｌ２よりも長く形成されている。これにより、電流路Ｐを電流が流れたときに第１ギャップ３１に発生する磁束密度は、第２ギャップ３２に発生する磁束密度に比べて小さいものとなる。
【００２０】
第１ギャップ３１内には、感磁面４１ａに入射する磁束によって、当該ギャップ３１内の磁界の強さを検知（感知）する第１感磁素子４１が配置され、第２ギャップ３２内には、感磁面４２ａに入射する磁束によって、当該ギャップ３２内の磁界の強さを検知（感知）する第２感磁素子４２が配置される。このとき、第１感磁素子４１は、その感磁面４１ａが凸内面２１１及び凹内面２２１に略平行となるように配置される。同様に、第２感磁素子４２は、その感磁面４２ａが凸外面２１２及び凹外面２２２に略平行となるように配置される。
【００２１】
本実施形態では、第１感磁素子４１及び第２感磁素子４２はホール素子（リード型のホール素子）である。第１感磁素子４１及び第２感磁素子４２は、各感磁面４１ａ，４２ａに入射する磁束、すなわち、各ギャップ３１，３２内の磁束密度に応じた電圧を出力する。電流センサ１は、これらの第１感磁素子４１及び第２感磁素子４２から出力された電圧（すなわち各ギャップ（３１，３２）の磁界の強さ）に応じて電流路Ｐの電流値を検知する。
【００２２】
また、上述したように「第１ギャップ長Ｌ１＞第２ギャップ長Ｌ２」であるので、電流センサ１は、大きな電流を検知するための大レンジとして第１感磁素子４１を用い、小さな電流を検知するための小レンジとして第２感磁素子４２を用いる。
【００２３】
電流センサ１が以上のように構成されているので、電流路Ｐに電流が流れたときには、コア２の周方向に沿う磁束が発生する。このときのコア２の第１ギャップ３１及び第２ギャップ３２内を通る磁束について、図３を参照して説明する。
【００２４】
磁性体であるコア２に設けられたギャップ（３１，３２）内を通る磁束は、コア２のギャップを画定する壁面間の最短距離を通る。すなわち、第１ギャップ３１内を通る磁束は、凸内面２１１と凹内面２２１との間の最短距離を通る。このとき、凸内面２１１と凹内面２２１とは略平行に形成されているので、第１ギャップ３１内の磁束線の方向は、当該２つの面２１１，２２１とに対してほぼ法線方向となる。これにより、第１ギャップ３１内の磁束は、第１感磁素子４１の感磁面４１ａに対して、ほぼ法線方向に入射する。従って、第１感磁素子４１は、第１ギャップ３１内の磁界の強さを高精度に感知できる。
【００２５】
同様に、第２ギャップ３２内を通る磁束は、凸外面２１２と凹外面２２２との間の最短距離を通る。このとき、凸外面２１２と凹外面２２２とは略平行に形成されているので、第２ギャップ３２内の磁束線の方向は、当該２つの面２１１，２２１とに対してほぼ法線方向となる。これにより、第２ギャップ３２内の磁束は、第２感磁素子４２の感磁面４２ａに対して、ほぼ法線方向に入射する。従って、第２感磁素子４２は、第２ギャップ３２内の磁界の強さを高精度に感知できる。
【００２６】
一方、第１ギャップ３１と第２ギャップ３２は近接しているので、それぞれのギャップを通る磁束が、互いに漏れてしまう（図３の破線）。
【００２７】
このように漏れた磁束は、近接するギャップ内に配置された感磁素子の感磁面に対して法線方向には入射しない。すなわち、第２ギャップ３２から第１ギャップ３１に漏れた磁束は、第１感磁素子４１の感磁面４１ａに対して法線方向に入射しない。これにより、第１感磁素子４１は、第２ギャップ３２から漏れた磁束に対する感度が低くなり、第１ギャップ３１内の磁界の強さを高精度に感知できる。同様に、第１ギャップ３１から第２ギャップ３２に漏れた磁束は、第２感磁素子４２の感磁面４２ａに対して法線方向に入射しない。これにより、第２感磁素子４２は、第１ギャップ３１から漏れた磁束に対する感度が低くなり、第２ギャップ３２内の磁界の強さを高精度に感知できる。
【００２８】
ここで、第１ギャップ３１を通る磁束とは、第２ギャップ３２から第１ギャップ３１に漏れた磁束を含まず、第１ギャップ３１を画定する壁面である凸内面２１１及び凹内面２２１との間を通る磁束のことである。同様に、第２ギャップ３２を通る磁束とは、第１ギャップ３１から第２ギャップ３２に漏れた磁束を含まず、第２ギャップ３２を画定する壁面である凸外面２１２及び凹外面２２２との間を通る磁束のことである。
【００２９】
以上のように、本実施形態の電流センサ１は、電流路Ｐを流れる電流が小さい場合には、第２感磁素子４２によって高精度に電流を検知できると共に、電流路Ｐを流れる電流が大きい場合には、第１感磁素子４１によって高精度に電流を検知できる。
【００３０】
また、凸面２１の頂点２１ａと凹面２２の頂点２２ａとは、それぞれの角度が約９０度となるように形成されている。これにより、第１ギャップ３１から第２ギャップ３２に磁束が漏れた場合であっても、第２感磁素子４２の感磁面４２ａに入射する磁束の角度がほぼ平行となり、当該漏れた磁束が第２感磁素子４２に対して与える影響を最小限にできる。同様に、第２ギャップ３２から第１ギャップ３１に磁束が漏れた場合であっても、第１感磁素子４１の感磁面４１ａに入射する磁束の角度がほぼ平行となり、当該漏れた磁束が第１感磁素子４１に対して与える影響を最小限にできる。
【００３１】
なお、本実施形態の電流センサ１では、凸面２１の頂点２１ａ及び凹面２２の頂点２２ａのそれぞれの角度が約９０度となるように形成しているがこれに限らず、凸面２１の頂点２１ａの角度（鋭角）が０度より大きく１８０度より小さくし、凹面２２の頂点２１ａの角度をこれに対応するように（凸内面２１１と凹内面２２１が略平行、且つ凸外面２１２と凹外面２２２とが略平行となるように）形成すればよい。これにより、段付きの各面が互いに平行となるように形成されているものに比べて、近接するギャップに漏れた磁束が、感磁素子の感磁面に対して法線方向に入射することを防止できる。
【００３２】
また、本実施形態では、「第１ギャップ長Ｌ１＞第２ギャップ長Ｌ２」としているが、「第１ギャップ長Ｌ１＜第２ギャップ長Ｌ２」としてもよく、この場合には、電流路Ｐを流れる電流が小さい場合、第１感磁素子４１によって高精度に電流を検知できると共に、電流路Ｐを流れる電流が大きい場合には、第２感磁素子４２によって高精度に電流を検知できる。
【００３３】
また、本実施形態の電流センサ１では、感磁素子をホール素子で構成しているが、ホール素子以外の磁気センサ、例えば、ホールＩＣ又は磁気抵抗素子であってもよい。
【符号の説明】
【００３４】
１…電流センサ、２…コア、２１…凸面（一方の壁面、凸面）、２１ａ…頂点、２１１…凸内面、２１２…凸外面、２２…凹面（他方の壁面、凹面）、２２ａ…頂点、２２１…凹内面、２２２…凹外面、３１…第１ギャップ（ギャップ、第１ギャップ）、３２…第２ギャップ（ギャップ、第２ギャップ）、４１…第１感磁素子（感磁素子、第１感磁素子）、４１ａ…感磁面、４２…第２感磁素子（感磁素子、第２感磁素子）、４２ａ…感磁面。
【図１】
2013127424.tif 000003
【図２】
2013127424.tif 000004
【図３】
2013127424.tif 000005