(57)【要約】【課題】小型化することができると共に検出精度を高くすることができる電流センサを提供する。【解決手段】電流センサ１は、ギャップ３３が形成されたリング形状を有し、バスバ２の周囲を囲むように配置されるコア３と、バスバ２に流れる電流７に基づいてギャップ３３に発生する磁場８に反応する感磁面５０を有して基板４上に実装され、感磁面５０の中心としての感磁点５１がコア３の厚み中心１１より内周側で、かつギャップ３３において対向する端面３１及び端面３２のいずれか一方側にずれて配置されるホール素子５と、を備えて概略構成されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ギャップが形成されたリング形状を有し、導体の周囲を囲むように配置されるコアと、
前記導体に流れる電流に基づいて前記ギャップに発生する磁場に反応する感磁面を有して基板上に実装され、前記感磁面の中心が前記コアの厚み中心より内周側で、かつ前記ギャップにおいて対向する端面のいずれか一方側にずれて配置される磁気検出素子と、
を備えた電流センサ。
【請求項２】
前記磁気検出素子は、前記ギャップの中心よりも前記端面に近い領域に前記感磁面の中心が位置するように配置される、
請求項１に記載の電流センサ。
【請求項３】
前記磁気検出素子は、前記ギャップにおける前記磁場の磁束が吸い込まれる端面近くの領域に前記感磁面の中心が位置するように配置される、
請求項２に記載の電流センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電流センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の技術として、被測定電流の経路の周囲を囲み、所定幅のギャップ部を有するリング状の磁気コアと、ギャップ部に位置する磁気検出素子と、磁気コアにかぶせて設けられているとともに磁気検出素子を保持するサポートと、を備えた電流センサが知られている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
この電流センサのサポートは、その中間部に形成され磁気検出素子を内部空間に収容する収容部と、その周縁部の内壁部に形成され磁気コアの周面に当接する当接部と、その両側にそれぞれ一対磁気コア側に延びて形成され、先端部の係止部で磁気コアの両側面に形成された被係止部に係止する腕部と、を備えている。
【０００４】
またこのサポートは、当接部が磁気コアの周面と当接し、かつ腕部の係止部が磁気コアの被係止部に係止することで、磁気コアに対して位置決めされ、磁気検出素子は、収容部の内部空間の壁部に当接して位置ずれが規制された状態でギャップ部の中心部に配置される。従ってこの電流センサは、磁気検出素子が磁気コアのギャップ部において中心部に安定かつ正確に位置決めされることで、外部磁界の影響を受け難くすることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１３−１６４２８８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、従来の電流センサは、磁気コアのギャップ部の中心部に磁気検出素子を配置するので、ギャップ部が広く形成される。従ってこの電流センサは、ギャップ部が広くなることでギャップ部の磁束密度が低下するので、磁場の検出精度を高く設定しなければならず、ＳＮ比が低下するという問題がある。
【０００７】
従って、本発明の目的は、小型化することができると共に検出精度を高くすることができる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】
【０００８】
本発明の一態様は、ギャップが形成されたリング形状を有し、導体の周囲を囲むように配置されるコアと、導体に流れる電流に基づいてギャップに発生する磁場に反応する感磁面を有して基板上に実装され、感磁面の中心がコアの厚み中心より内周側で、かつギャップにおいて対向する端面のいずれか一方側にずれて配置される磁気検出素子と、を備えた電流センサを提供する。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、小型化することができると共に検出精度を高くすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】図１（ａ）は、実施の形態に係る電流センサの斜視図であり、図１（ｂ）は、電流センサの正面図である。
【図２】図２（ａ）は、実施の形態に係る電流センサのコアのギャップにおける外乱磁場の影響をシミュレーションした概略図であり、図２（ｂ）は、磁気センサの配置を説明するためのギャップ周辺の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
（実施の形態の要約）
実施の形態に係る電流センサは、ギャップが形成されたリング形状を有し、導体の周囲を囲むように配置されるコアと、導体に流れる電流に基づいてギャップに発生する磁場に反応する感磁面を有して基板上に実装され、感磁面の中心がコアの厚み中心より内周側で、かつギャップにおいて対向する端面のいずれか一方側にずれて配置される磁気検出素子と、を備えて概略構成されている。
【００１２】
[実施の形態]
（電流センサ１の構成）
図１（ａ）は、実施の形態に係る電流センサの斜視図であり、図１（ｂ）は、電流センサの正面図である。なお、以下に記載する実施の形態に係る各図において、図形間の比率は、実際の比率とは異なる場合がある。
【００１３】
電流センサ１は、一例として、車両に搭載される鉛バッテリの電流を測定する電流センサである。この電流センサ１は、鉛バッテリの負電極に電気的に接続される。図１（ａ）及び図１（ｂ）では、電流７が、図１（ｂ）の紙面手前側から奥に向かって流れているものとしている。従って図１（ｂ）の紙面において、磁場８が時計回りに発生し、その磁場８の一部は、コア３の内部に磁路８０を形成している。
【００１４】
電流センサ１は、図１（ａ）及び図１（ｂ）に示すように、ギャップ３３が形成されたリング形状を有し、導体としてのバスバ２の周囲を囲むように配置されるコア３と、バスバ２に流れる電流７に基づいてギャップ３３に発生する磁場８に反応する感磁面５０を有して基板４上に実装され、感磁面５０の中心としての感磁点５１がコア３の厚み中心１１より内周側で、かつギャップ３３において対向する端面３１及び端面３２のいずれか一方側にずれて配置される磁気検出素子と、を備えて概略構成されている。この磁気検出素子は、一例として、ホール素子５である。
【００１５】
（バスバ２の構成）
バスバ２は、例えば、銅、銅合金及び黄銅等の導電性を有する板部材を打ち抜いて細長い板形状となるように形成されたものである。なお、バスバ２の形状は、板形状に限定されず、任意の形状で良い。
【００１６】
このバスバ２は、鉛バッテリの負電極と電気的に接続されている。バスバ２は、図１（ａ）に示すように、コア３の貫通孔３０に挿入されている。
【００１７】
（コア３の構成）
コア３は、一例として、楕円の一部が切り取られたような形状を有している。この切り取られた領域がギャップ３３となっている。このコア３は、一例として、板形状を有する複数の板状コアがプレス加工により一体とされたものである。この板状コアは、例えば、パーマロイ、電磁鋼板（ケイ素鋼板）、フェライト等の軟磁性体材料を用いて形成される。
【００１８】
このコア３は、バスバ２が挿入される貫通孔３０を有している。またギャップ３３の端部である端面３１及び端面３２は、このコア３の長径方向に位置している。
【００１９】
コア３には、例えば、図１（ｂ）に示すように、バスバ２に電流７が流れることにより、コア３の内部及びギャップ３３を介して閉じる磁路８０が形成される。ギャップ３３における磁束８１は、図１（ｂ）に示すように、端面３１から湧き出し、端面３２に吸い込まれる。
【００２０】
（ホール素子５の構成）
ホール素子５は、ホール効果に基づいて、感磁面５０を貫通する磁束８１に応じた電気信号を出力する磁気センサである。上述の感磁点５１は、この感磁面５０の中心である。
【００２１】
このホール素子５は、例えば、リジット基板である基板４に配置され、基板４に配置された増幅回路及び制御回路等と共に磁気センサ６として構成されている。この磁気センサ６は、例えば、ホール素子５がギャップ３３の磁束８１に応じた電気信号を、増幅回路を介して制御回路に出力し、制御回路が増幅された当該電気信号に基づいて電流値を算出して出力するように構成されている。
【００２２】
なおホール素子５は、例えば、ベアチップ状態で基板４に配置されても良いし、増幅回路及び制御回路等を備え、樹脂でモールドされたホールＩＣ（Integrated Circuit）の一部として基板４に配置されても良い。
【００２３】
（ホール素子５の配置について）
図２（ａ）は、実施の形態に係る電流センサのコアのギャップにおける外乱磁場の影響をシミュレーションした概略図であり、図２（ｂ）は、磁気センサの配置を説明するためのギャップ周辺の概略図である。図２（ａ）における外乱磁場９の強さは、厚み中心１１の上側がほぼ等しく、かつ下側の強い場所と比べて三分の一程度となっている。この下側の強い場所は、下側の端面３１及び端面３２の外周付近である。
【００２４】
ホール素子５は、上述のように、感磁点５１がコア３の厚み中心１１より内周側で、かつ端面３１及び端面３２のいずれか一方側にずれて配置される。具体的には、図１（ｂ）の紙面左から右にＸ軸、下から上にＹ軸を設定すると、ホール素子５は、感磁点５１が、コア３の貫通孔３０の中心と端面３１と端面３２の間の中心を通るギャップ中心１０から±△Ｘずれ、端面３１と端面３２の中心を通る厚み中心１１から＋△Ｙずれて配置される。
【００２５】
ここで、バスバ２に電流７が流れていない状態で、ギャップ３３の外側から外乱磁場９が作用している場合、ギャップ３３の磁気ベクトル９０は、一例として、図２（ａ）に示すように分布する。具体的には、外乱磁場９の影響がコア３の外周側で大きく、内周側が小さい。従って検出に関係する磁気ベクトル９０のＸ軸方向の成分は、厚み中心１１よりも上側が下側と比べて小さくなる。
【００２６】
従ってホール素子５は、図２（ａ）に示すように、厚み中心１１より内周側の配置領域１００に配置される。なお配置領域１００は、図２（ａ）に示すように、ギャップ中心１０上が除外された点線で囲まれた領域である。
【００２７】
ホール素子５は、ギャップ３３のギャップ中心１０に感磁点５１が位置するように配置されることが一般的に好ましいが、以下に示す問題がある。このギャップ中心１０上に感磁点５１が位置するようにホール素子５が配置される場合、基板４の厚み、及びホール素子５の厚みに応じてギャップ３３を広くする必要がある。
【００２８】
つまりギャップ３３は、少なくとも基板４の厚み、及び基板４から感磁面５０までの厚みの２倍以上の間隔が必要となる。そしてギャップ３３が広い場合、ギャップ３３内の磁束密度が低下するので、ホール素子５の検出感度を上げる必要がある。しかしホール素子５は、検出感度を上げると、上げる前よりも外乱磁場の影響を受け易くなり、結果的に電流センサのＳＮ比が低下し、外乱磁場に対する耐性が低下する問題がある。
【００２９】
一方本実施の形態の電流センサ１は、外乱磁場の影響が少ない内周側の配置領域１００に配置され、さらに端面３１又は端面３２側にずれて配置される。つまりホール素子５は、感磁点５１がギャップ中心１０上に位置するように配置されない。従って電流センサ１は、磁気センサ６の厚み近くまでギャップ３３を狭くすることが可能となり、磁束密度の低下が抑制されて検出感度を上げる必要がない構成とすることが可能となる。
【００３０】
また電流センサ１は、図２（ｂ）に示すように、磁気センサ６の厚み近くまでギャップ３３を狭くする場合、感磁点５１がギャップ中心１０近くの配置領域１００よりも端面３１又は端面３２に近い、点線で囲まれた配置領域１０１に位置するようにホール素子５が配置される。この配置領域１０１は、外乱磁場９の影響がギャップ中心１０近くよりも大きいが、ギャップ３３を狭くすることで外乱磁場９の影響が小さくなると共に、磁束密度が上がることにより得られる検出精度の向上と比べると、検出精度に与える影響が小さい。
【００３１】
さらにホール素子５は、ギャップ３３における磁場８の磁束８１が吸い込まれる端面３２近くの領域（例えば図２（ａ）の左側の配置領域１０１）に感磁点５１が位置するように配置されることが好ましい。これは、図１（ａ）及び図２（ａ）に示すように、ギャップ３３における磁気ベクトル９０の向きと、バスバ２に流れる電流７によって生じるギャップ３３の磁束８１の向きと、を合わせるためである。この両者の向きが反対方向である場合、小さいながらも打ち消し合って検出感度が若干低下する可能性があるからである。
【００３２】
（実施の形態の効果）
本実施の形態に係る電流センサ１は、小型化することができると共に検出精度を高くすることができる。具体的には、電流センサ１は、基板４上に実装されたホール素子５の感磁点５１がコア３の内周側でかつ端面３１又は端面３２側にずれて配置されるので、ギャップ中心１０に感磁点５１を位置させる必要がなく、ギャップ３３を狭くしてギャップ３３の磁束密度を上げることができる。電流センサ１は、ギャップ３３の磁束密度が上がるので、検出感度を上げる必要が無くなり、ＳＮ比が大きくなり、検出精度が向上する。また電流センサ１は、外乱磁場の影響が小さい位置に感磁点５１が位置するようにホール素子５を配置し、さらにＳＮ比が大きいので、外乱磁場に対する耐性が向上する。
【００３３】
電流センサ１は、基板４にホール素子５が実装されるので、ギャップ中心１０に感磁点５１が位置するように磁気センサ６を配置すると、ギャップ３３が広くなる。しかし電流センサ１は、ギャップ中心１０に感磁点５１が位置するように磁気センサ６を配置する必要がないので、ギャップ３３を狭くすることができて小型化することができる。
【００３４】
電流センサ１は、ギャップ３３の磁束８１が吸い込まれる端面３２の近くに、感磁点５１が位置するようにホール素子５が配置されるので、外乱磁場９による磁気ベクトル９０の向きと当該磁束８１の向きとがほぼ等しくなり、両者の向きが逆向きである場合と比べて、検出精度の低下を抑制することができる。
【００３５】
以上、本発明の実施の形態を説明したが、この実施の形態は、一例に過ぎず、特許請求の範囲に係る発明を限定するものではない。この新規な実施の形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更等を行うことができる。また、実施の形態の中で説明した特徴の組合せの全てが発明の課題を解決するための手段に必須であるとは限らない。さらに、実施の形態は、発明の範囲及び要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００３６】
１…電流センサ
２…バスバ
３…コア
４…基板
５…ホール素子
６…磁気センサ
７…電流
８…磁場
９…外乱磁場
１０…ギャップ中心
１１…厚み中心
３０…貫通孔
３１…端面
３２…端面
３３…ギャップ
５０…感磁面
５１…感磁点
８０…磁路
８１…磁束
９０…磁気ベクトル
１００…配置領域
１０１…配置領域
【図１】
2016099160.tif 000003
【図２】
2016099160.tif 000004