(57)【要約】  【課題】  導電路を切断することなく電流を検出可能な状態にセッティングすることが可能であり且つ精度が高い電流センサを実現可能な磁気センサおよびそれを用いた電流センサを提供する。  【解決手段】  周回方向に垂直な少なくとも１つの断面において分離可能に形成された環状磁路５１と、環状磁路５１の少なくとも一部を囲むように巻かれたコイル３２とを少なくとも有しており、環状磁路５１の分離可能な断面の断面積が、環状磁路５１の周回方向に垂直な他の断面の断面積よりも大きいことを特徴とする磁気センサおよびそれを用いた電流センサとする。導電路を切断することなく電流を検出可能な状態にセッティングすることが可能であり且つ精度が高い電流センサを実現可能な磁気センサおよびそれを用いた電流センサを得ることができる。【選択図】  図１
2013113718.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
周回方向に垂直な少なくとも１つの断面において分離可能に形成された第１の環状磁路と、
該第１の環状磁路の少なくとも一部を囲むように巻かれた第１のコイルとを少なくとも有しており、
該第１の環状磁路の分離可能な前記断面の断面積が、前記第１の環状磁路の周回方向に垂直な他の断面の断面積よりも大きいことを特徴とする磁気センサ。
【請求項２】
前記第１の環状磁路と同一の形状および構造を有しており、前記第１の環状磁路と全体的に対向するとともに、分離可能な断面が前記第１の環状磁路の分離可能な前記断面と同じ位置になるように配置された第２の環状磁路と、
前記第１および第２の環状磁路における、互いに対向する部分であり、且つ分離可能な前記断面を含まない部分である第１部分同士を接続する第１の接続磁路と、
前記第１および第２の環状磁路における、互いに対向する部分であり、且つ分離可能な前記断面を含まない部分であるとともに前記第１部分と異なる部分である第２部分同士を接続する第２の接続磁路と、
前記第１の接続磁路の少なくとも一部を囲むように巻かれた第２のコイルとをさらに有しており、
前記第１のコイルは、前記第１および第２の環状磁路の少なくとも一部を纏めて囲むように巻かれていることを特徴とする請求項１に記載の磁気センサ。
【請求項３】
請求項１に記載の磁気センサを備え、前記第１の環状磁路の内側を通過するように、測定対象の電流を流すための導電路が配置されることを特徴とする電流センサ。
【請求項４】
請求項２に記載の磁気センサを備え、前記第１および第２の環状磁路の内側を通過するように、測定対象の電流を流すための導電路が配置され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、磁気センサおよびそれを用いた電流センサに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
２つの離隔した環状磁路およびそれらを接続する２つの接続磁路からなる磁気回路と、接続磁路に巻回された励磁コイルと、２つの環状磁路を一体的に取り巻くように巻き付けられた検出用コイルとを備えた電流センサが提案されている（例えば、特許文献１を参照。）。また、被測定電流が流れる導電路を切断することなく環状磁路の内側へ収容するために、分離可能な環状磁路を備えた電流センサが提案されている（例えば、特許文献２を参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第４３１０３７３号公報
【特許文献２】特開２００６−８４１７６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、特許文献１にて提案された電流センサは、高精度な電流測定ができるものの、被測定電流が流れる導電路を切断することなく環状磁路の内側へ収容することができないという問題があった。また、特許文献２にて提案された電流センサのように、環状磁路を分割可能にした場合には、分割部にズレが生じた場合に環状磁路の磁気抵抗が変化するため、電流の測定精度が低くなるという問題があった。
【０００５】
本発明はこのような従来の技術における問題点に鑑みて案出されたものであり、その目的は、導電路を切断することなく電流を検出可能な状態にセッティングすることが可能であり且つ精度が高い電流センサを実現可能な磁気センサおよびそれを用いた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】
【０００６】
本発明の磁気センサは、周回方向に垂直な少なくとも１つの断面において分離可能に形成された第１の環状磁路と、該第１の環状磁路の少なくとも一部を囲むように巻かれた第１のコイルとを少なくとも有しており、該第１の環状磁路の分離可能な前記断面の断面積が、前記第１の環状磁路の周回方向に垂直な他の断面の断面積よりも大きいことを特徴とするものである。
【０００７】
本発明の電流センサは、前記磁気センサを備え、前記第１の環状磁路の内側を通過するように、測定対象の電流を流すための導電路が配置されることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の磁気センサによれば、導電路を切断することなく電流を検出可能な状態にセッティングすることが可能であり且つ精度が高い電流センサを実現可能な磁気センサを得ることができる。
【０００９】
本発明の電流センサによれば、導電路を切断することなく電流を検出可能な状態にセッティングすることが可能であり且つ精度が高い電流センサを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の実施の形態の例の電流センサを模式的に示す斜視図である。
【図２】本発明の実施の形態の例の電流センサを模式的に示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の磁気センサおよびそれを用いた電流センサを添付の図面を参照しつつ詳細に説明する。
【００１２】
図１，図２は、本発明の実施の形態の例の電流センサを模式的に示す斜視図である。本例の電流センサは、図１、図２に示すように、円弧状磁路１１〜１４と、接続磁路２１，２２と、コイル３１，３２とを有している。なお、図１は、円弧状磁路１１，１３が同じ円周上に配置されるとともに互いに接合されて環状磁路５１が形成され、円弧状磁路１２，１４が同じ円周上に配置されるとともに互いに接合されて環状磁路５２が形成された状態を示している。そして、環状磁路５１，５２の内側を通過するように、測定対象の電流を流すための導電路４１が配置されている。なお、本例の電流センサは、導電路４１が配置されない場合には、環状磁路５１および環状磁路５２の周回方向（図１のθ方向，−θ方向）の磁界を検出する磁気センサとして機能する。また、図２は、環状磁路５１が円弧状磁路１１と円弧状磁路１３とに分離され、環状磁路５２が円弧状磁路１２と円弧状磁路１４とに分離された状態を示しており、導電路４１の図示を省略している。
【００１３】
環状磁路５１は、略円環状の形状を有しており、周回方向（図１のθ方向，−θ方向）に垂直な断面６１，６２において円弧状磁路１１，１３に分離可能に形成されている。そして、環状磁路５１は、分離可能な断面６１，６２の断面積が、環状磁路５１の周回方向（図１のθ方向，−θ方向）に垂直な他の断面の断面積よりも大きくなるようにされている。すなわち、環状磁路５１は、分離可能な部分における周回方向（図１のθ方向，−θ方向）に垂直な断面６１，６２の断面積が、環状磁路５１の他の部分における周回方向（図１のθ方向，−θ方向）に垂直な断面の断面積よりも大きくなるようにされている。つまり、環状磁路５１は、分離可能な部分が他の部分よりも膨らんだ形状を有している。
【００１４】
環状磁路５２は、環状磁路５１と同一の形状および構造を有しており、環状磁路５１と全体的に対向するとともに、周回方向（図１のθ方向，−θ方向）に垂直な分離可能な断面６３，６４において円弧状磁路１２，１４に分離可能に形成されている。そして、環状磁路５２の分離可能な断面６３，６４が、環状磁路５１の分離可能な断面６１，６２と同じ位置になるように配置されている。そして、環状磁路５２は、分離可能な断面６３，６４の断面積が、環状磁路５２の周回方向（図１のθ方向，−θ方向）に垂直な他の断面の断面積よりも大きくなるようにされている。すなわち、環状磁路５２は、分離可能な部分における周回方向（図１のθ方向，−θ方向）に垂直な断面６３，６４の断面積が、環状磁路５２の他の部分における周回方向（図１のθ方向，−θ方向）に垂直な断面の断面積よりも大きくなるようにされている。つまり、環状磁路５２は、分離可能な部分が他の部分よりも膨らんだ形状を有している。
【００１５】
円弧状磁路１１〜１４は同一の形状を有しおり、それぞれ、略半円の円弧状の形状を有している。円弧状磁路１１，１２は、所定の間隔を開けて互いに対向するように配置されている。そして、円弧状磁路１１，１２の各々の中央部であり且つ互いに対向する部分である第１部分７１同士が接続磁路２１によって接続されている。円弧状磁路１３，１４は、所定の間隔を開けて互いに対向するように配置されている。そして、円弧状磁路１３，１４の各々の中央部であり且つ互いに対向する部分である第２部分７２同士が接続磁路２２によって接続されている。
【００１６】
そして、円弧状磁路１１，１３が同じ円周上に配置されるとともに互いに接合されて環
状磁路５１が形成される。より詳細には、円弧状磁路１１の一方の端面６１ａと円弧状磁路１３の一方の端面６１ｂとが接合されるとともに、円弧状磁路１１の他方の端面６２ａと円弧状磁路１３の他方の端面６２ｂとが接合されて、環状磁路５１が形成される。よって、円弧状磁路１１の端面６１ａと円弧状磁路１３の端面６１ｂとの接合面が、環状磁路５１における分離可能な断面６１となり、円弧状磁路１１の端面６２ａと円弧状磁路１３の端面６２ｂとの接合面が、環状磁路５１における分離可能な断面６２となる。
【００１７】
同様に、円弧状磁路１２，１４が同じ円周上に配置されるとともに互いに接合されて環状磁路５２が形成される。より詳細には、円弧状磁路１２の一方の端面６３ａと円弧状磁路１４の一方の端面６３ｂとが接合されるとともに、円弧状磁路１２の他方の端面６４ａと円弧状磁路１４の他方の端面６４ｂとが接合されて、環状磁路５２が形成される。よって、円弧状磁路１２の端面６３ａと円弧状磁路１４の端面６３ｂとの接合面が、環状磁路５２における分離可能な断面６３となり、円弧状磁路１２の端面６４ａと円弧状磁路１４の端面６４ｂとの接合面が、環状磁路５２における分離可能な断面６４となる。
【００１８】
なお、環状磁路５１，５２において、第１部分７１は、分離可能な断面６１〜６４を含まない部分であり、第２部分７２は、分離可能な断面６１〜６４を含まない部分であるとともに第１部分７１と異なる部分である。
【００１９】
コイル３１は、接続磁路２１を囲むように巻かれている。また、コイル３２は、環状磁路５１，５２（円弧状磁路１３，１４）を纏めて囲むように巻かれている。なお、図１，図２においては、環状磁路５１，５２の一部である円弧状磁路１３，１４の一部にコイル３２が巻き付けられた例を示したが、センサの感度を高めるためには、環状磁路５１，５２の全体に渡ってコイル３２が巻き付けられているのが望ましい。すなわち、円弧状磁路１１，１２の全体および円弧状磁路１３，１４の全体に渡ってコイル３２が巻き付けられることが望ましい。同様に、コイル３１は接続磁路２１の全体に渡って巻き付けられるのが望ましい。また、コイル３１の両端には端子３１ａ，３１ｂが設けられており、コイル３２の両端には端子３２ａ，３２ｂが設けられている。
【００２０】
本例の電流センサにおいて、コイル３１には交流が流される。例えば、ある瞬間に、端子３１ａから入って端子３１ｂから出る向きに電流が流れると、コイル３１において、図１のｚ方向に向かう磁界が発生し、これによって、接続磁路２１において、図１のｚ方向に向かう磁束が発生する。この磁束は、環状磁路５１の第１部分７１において、図１のθ方向と−θ方向とに分離し、環状磁路５１の第２部分７２において合流した後に、接続磁路２２を図１の−ｚ方向に進む。そして、環状磁路５２の第２部分７２において、図１のθ方向と−θ方向とに再び分離し、環状磁路５２の第１部分７１において、再び合流した後に、接続磁路２１を図１のｚ方向に向かう。このようにして、環状磁路５１，５２および接続磁路２１，２２によって構成された磁路を磁束が流れる。
【００２１】
このとき、導電路４１に電流が流れていない場合には、環状磁路５１にはコイル３２の内部を図１のθ方向に向かう磁束が存在し、環状磁路５２にはコイル３２の内部を図１の−θ方向に向かう磁束が存在する。この逆向きの２つの磁束は等しいため、互いに打ち消し合ってコイル３２を貫く磁束は０となる。コイル３１に流れる電流の向きが逆になると、各磁路中の磁束の向きも逆になるが、同様に、コイル３２を貫く磁束は０となる。よって、コイル３１に交流を流しても、コイル３２の両端の端子３２ａ，３２ｂ間に誘導起電力は生じない。
【００２２】
導電路４１に図１のｚ方向に向かう電流ｉが流れると、導電路４１の周囲に図１のθ方向の磁界が発生し、これによって、環状磁路５１，５２の両方において、図１のθ方向に向かう磁束が発生する。これに対して、前述したように、コイル３１を流れる交流によっ
て生じる磁束は、環状磁路５１と環状磁路５２とで逆向きになる。このため、環状磁路５１，５２の一方では、コイル３１を流れる交流による磁束の向きと導電路４１を流れる電流による磁束の向きとが一致して磁束が増加し、環状磁路５１，５２の他方では、コイル３１を流れる交流による磁束の向きと導電路４１を流れる電流による磁束の向きとが逆になって磁束が減少する。
【００２３】
しかしながら、外部磁界の変化にともなう磁性体の透磁率の変化が線形ではないことにより、コイル３１に流れる交流によって発生する環状磁路５１，５２の磁束が、導電路４１を流れる電流ｉによって生じる磁界によって増加する量と減少する量とが等しくならない。これにより、導電路４１を流れる電流ｉの大きさに応じた誘導起電力がコイル３２に発生する。よって、コイル３２の両端に設けられた端子３２ａ，３２ｂ間の電圧を測定することにより、導電路４１を流れる電流ｉの大きさを求めることができる。このようにして、本例の電流センサは、電流センサとして機能する。
【００２４】
また、本例の電流センサは、円弧状磁路１１と円弧状磁路１３とを分離し、円弧状磁路１２と円弧状磁路１４とを分離することができる。よって、本例の電流センサは、導電路４１を切断することなく、導電路４１を流れる被測定電流を検出可能な状態にセッティングすることができる。
【００２５】
さらに、本例の電流センサは、環状磁路５１，５２において、分離可能な断面６１〜６４の断面積が、環状磁路５１，５２の他の部分における周回方向（図１のθ方向，−θ方向）に垂直な断面の断面積よりも大きくされている。これにより、分離可能な断面６１〜６４において接合時にズレが生じた場合においても、接合面（断面６１〜６４）における断面積が、環状磁路５１，５２の他の部分における断面積よりも小さくなる不具合を生じ難くすることができる。これにより、接合面（断面６１〜６４）のズレによる環状磁路５１，５２の磁気抵抗の増加を低減できるので、精度の高い電流センサを得ることができる。よって、本例の電流センサによれば、導電路を切断することなく電流を検出可能な状態にセッティングすることが可能であり且つ精度が高い電流センサを得ることができる。
【００２６】
本例の電流センサにおいて、円弧状磁路１１〜１４および接続磁路２１，２２は、例えば、鉄，ニッケル，コバルト等の強磁性体を使用して形成することができる。また、特許文献１に記載されたように、内部に磁性流体が封入された構造体を使用しても構わない。この場合には、磁性流体が存在する部分が円弧状磁路１１〜１４および接続磁路２１，２２として機能する。さらに、固体状の超常磁性体を用いて円弧状磁路１１〜１４および接続磁路２１，２２を構成しても構わない。
【００２７】
（変形例）
本発明は上述した実施の形態の例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更，改良が可能である。
【００２８】
例えば、上述した実施の形態の例においては、接続磁路２１にコイル３１が巻き付けられた例を示したが、これに限定されるものではない。例えば、接続磁路２１，２２の両方にコイル３１を巻き付けるようにしても構わない。この場合には、接続磁路２１に発生させる磁束の向きと接続磁路２２に発生させる磁束の向きとが逆になるようにする必要がある。
【００２９】
また、上述した実施の形態の例においては、環状磁路５１，５２の各々が２つの分離可能な断面を有する例を示したが、これに限定されるものではない。環状磁路５１，５２の各々が１つの分離可能な断面のみを有するようにしても良く、環状磁路５１，５２の各々が３つ以上の分離可能な断面を有していても構わない。
【００３０】
またさらに、上述した実施の形態の例においては、環状磁路５１，５２の内側を通過するように、測定対象の電流を流すための導電路４１が配置されて、電流センサとして用いられる例を示したが、これに限定されるものではない。環状磁路５１，５２の周回方向（図１のθ方向，−θ方向）の磁界を検出する磁気センサとして用いても構わない。
【００３１】
さらにまた、上述した実施の形態の例においては、環状磁路５１，５２と、接続磁路２１，２２と、コイル３１，３２とを有する例を示したが、これに限定されるものではない。例えば、環状磁路５１およびそれを囲むように巻かれたコイル３２のみによって構成された磁気センサまたは電流センサであっても構わない。その場合には、環状磁路５１の内側を通過するように測定対象の電流を流す導電路４１を配置すればよい。
【符号の説明】
【００３２】
２１，２２：接続磁路
３１，３２：コイル
４１：導電路
５１，５２：環状磁路
６１，６２，６３，６４：分離可能な断面
７１：第１部分
７２：第２部分
【図１】
2013113718.tif 000003
【図２】
2013113718.tif 000004