(57)【要約】【課題】クランプした被検出電路に電流が流れることによって被検出電路の周囲に発生する磁束であって、異なる複数の電流領域において発生する磁束をそれぞれ良好に収集して磁電変換部に導くようにする。【解決手段】クランプした被検出電路２に電流Ｉが流れることによってこの被検出電路２の周囲に発生する磁束を収集して磁電変換部３に導く磁気コア１であって、磁束をそれぞれ収集して磁電変換部３に導くコア体４，５を備え、各コア体４，５は、互いに異なる強さの磁界において透磁率が最大となる磁化特性を有すると共に一体化されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
クランプした被検出電路に電流が流れることによって当該被検出電路の周囲に発生する磁束を収集して磁電変換部に導く磁気コアであって、
前記磁束をそれぞれ収集して前記磁電変換部に導く複数のコア体を備え、当該複数のコア体は、互いに異なる強さの磁界において透磁率が最大となる磁化特性を有すると共に一体化されている磁気コア。
【請求項２】
前記複数のコア体は、材質が互いに異なる磁性材料で構成されている請求項１記載の磁気コア。
【請求項３】
請求項１または２記載の磁気コア、および前記磁電変換部を備えている電流センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、クランプした被検出電路に電流が流れることによってこの被検出電路の周囲に発生する磁束を収集して磁電変換部に導く磁気コア、およびこの磁気コアを備えた電流センサに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
この種の電流センサとして、出願人が下記の特許文献１において開示した電流センサ（分割型変流器）が既に知られている。この電流センサは、パーマロイなどのような高透磁率の磁性材料で形成された透磁性金属板を積層することで形成された磁気コア部を備えている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１０−２３２６１２号公報（第４−５頁、第１−３図）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところが、上記した電流センサには、以下のような改善すべき課題が存在している。すなわち、この電流センサでは、磁気コア部は、材質が同じ種類の磁性材料（一つの種類の磁性材料）で形成された透磁性金属板を積層することで形成されている。この場合、磁気コア部で収集し得る磁束の密度（磁束密度）の上限（飽和磁束密度）は磁性材料で決まっている（飽和磁束密度は磁性材料毎に異なっている）。また、磁気コア部に加えられる磁界を次第に強め、この磁界の強さが磁性材料の透磁率が最大となる磁界の強さを超えたときには、磁気コア部内の磁束密度が徐々にその上限に近づくことから、この磁束密度が徐々に頭打ち気味になる。したがって、磁気コア部に加えられる磁界の強さが、磁性材料の透磁率が最大となる磁界の強さを超える領域では、被検出電路に流れる電流の電流値と、磁気コア部に収集される磁束の密度（つまり、磁気コア部によって磁電変換部に導かれる磁束密度）との比例関係が大きく崩れることから、被検出電路に流れる電流の電流値を磁電変換部において正確に検出するのが困難となる。
【０００５】
一方、透磁率が最大となる磁界の強さが大きな（別の見方をすれば、飽和磁束密度に達する磁界の強さが大きな）磁性材料を使用したり、磁気コア部にギャップを形成したりする構成を採用することで、検出し得る電流の最大電流値を大きくすることが可能である。しかしながら、この構成を採用したときには、磁気コア部に加えられる磁界が弱い領域（小電流領域）において、この磁界の強さの変化に対する磁気コア部に収集される磁束の密度（つまり、磁気コア部によって磁電変換部に導かれる磁束密度）の変化量が小さくなることから、やはり被検出電路に流れる電流の電流値を磁電変換部において正確に検出するのが難しいという課題が生じる。
【０００６】
本発明は、かかる課題を解決するためになされたものであり、クランプした被検出電路に電流が流れることによって被検出電路の周囲に発生する磁束を収集して磁電変換部に導く磁気コアであって、異なる複数の電流領域において発生する磁束をそれぞれ良好に収集して磁電変換部に導き得る磁気コア、およびこの磁気コアを備えた電流センサを提供することを主目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成すべく請求項１記載の磁気コアは、クランプした被検出電路に電流が流れることによって当該被検出電路の周囲に発生する磁束を収集して磁電変換部に導く磁気コアであって、前記磁束をそれぞれ収集して前記磁電変換部に導く複数のコア体を備え、当該複数のコア体は、互いに異なる強さの磁界において透磁率が最大となる磁化特性を有すると共に一体化されている。
【０００８】
請求項２記載の磁気コアは、請求項１記載の磁気コアにおいて、前記複数のコア体は、材質が互いに異なる磁性材料で構成されている。
【０００９】
請求項３記載の電流センサは、請求項１または２記載の磁気コア、および前記磁電変換部を備えている。
【発明の効果】
【００１０】
請求項１記載の磁気コアによれば、互いに異なる強さの磁界において透磁率が最大となる磁化特性を有すると共に一体化された複数のコア体を備えているため、被検出電路に流れる電流について、電流値が一の電流領域（例えば小電流領域）に含まれる場合だけでなく、この一の電流領域とは異なる電流領域（例えば大電流領域）に含まれる場合についても、この電流が被検出電路に流れることによって被検出電路の周囲に発生する磁束を各電流領域に対応したコア体で良好に収集して磁電変換部に導くことができる。したがって、この磁気コアを備えた請求項３記載の電流センサによれば、異なる電流領域の電流をそれぞれ正確に検出することができる。
【００１１】
請求項２記載の磁気コア、およびこの磁気コアを備えた請求項３記載の電流センサによれば、上記の効果に加えて、材質が互いに異なる磁性材料で複数のコア体を構成するため、例えば、材質が同じ種類の異方性磁性材料を使用すると共に、容易軸と困難軸のずらす角度を変える工程を製造工程に追加して異なる磁化特性の複数のコア体を構成する場合と比較して、磁気コアを容易に製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】磁気コア１および電流センサ６の構成図である。
【図２】他の磁気コア１Ａおよび他の電流センサ６Ａの構成図である。
【図３】磁気コア１，１Ａを構成するコア体４，５についての磁界Ｈに対する透磁率μの特性図である。
【図４】磁気コア１，１Ａを構成するコア体４，５についての磁界Ｈに対する磁束密度Ｂの特性図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、磁気コアおよび電流センサの実施の形態について、添付図面を参照して説明する。
【００１４】
最初に、磁気コアおよび電流センサの各構成について、図面を参照して説明する。
【００１５】
まず、図１に示す磁気コアとしての磁気コア１の構成について説明する。この磁気コア１は、同図に示すように環状体に形成されて、クランプした被検出電路２に電流Ｉが流れることによってこの被検出電路２の周囲に発生する不図示の磁束を収集して、後述するギャップ１１内に配設されている後述の磁電変換部３に導く磁気コアであって、複数のコア体（複数の一例として、本例では２つのコア体４，５）を備えている。
【００１６】
このコア体４，５は、図示はしないが、例えば、共通のケースに収容されたり、互いに接着などの手法によって連結されたりすることによって一体化されている。また、コア体４，５は、それぞれが被検出電路２を取り囲む閉磁路を形成することで、上記の磁束を個別に収集して磁電変換部３に導くように構成されている。また、コア体４，５のそれぞれの一部には、全体として磁気コア１の１つのギャップ１１を構成するギャップ１２，１３が形成されている。
【００１７】
図１に示す磁気コア１では、コア体４，５は、平面視形状（矢印Ａ方向から見た形状）が同一に形成されて、互いに幅方向に積層される構成であるが、図２に示す磁気コア１Ａのように、直径の異なる複数のコア体を径方向に積層する構成（１つのコア体に対してその内周側や外周側に他のコア体を積層する構成）を採用することもできる。図２の磁気コア１Ａでは、一例として小径のコア体４Ａの外周側に、このコア体４Ａよりも大径のコア体５Ａを積層する構成（コア体５Ａ内にコア体４Ａを配置する構成）を採用している。なお、磁気コア１と同一の構成については同一の符号を付して重複する説明を省略する。
【００１８】
また、上記の磁気コア１を構成する複数のコア体としての２つのコア体４，５は、図３に示すように、互いに異なる強さの磁界Ｈにおいて透磁率μが最大となる磁化特性を有している。具体的には、コア体４は、初透磁率がμ１であり、磁界Ｈ１において最大透磁率μ２（＞μ１）となる磁化特性を有する磁性材料で構成されている。一方、コア体５は、初透磁率が初透磁率μ１よりも小さいμ３であり、磁界Ｈ１よりも強い磁界Ｈ２において最大透磁率μ４（一例として、初透磁率μ１よりも小さく初透磁率μ３よりも大きい透磁率）となる磁化特性を有する磁性材料（コア体４の磁性材料とは異なる磁性材料）で構成されている。なお、磁性材料としては、例えば、パーマロイ、ケイ素鋼、フェライトなどの材質の異なる公知の磁性材料から磁化特性の異なる任意の磁性材料を適宜選択する。
【００１９】
これにより、２つのコア体４，５は、一例として図４に示すような磁界Ｈに対する磁束密度Ｂの特性をそれぞれ有している。具体的には、コア体４は、第１磁界領域ＲＥ１（＜Ｈ１）において、磁界Ｈの変化に対して磁束密度Ｂがほぼリニアに変化する特性（直線性の特性）を有し、コア体５は、第１磁界領域ＲＥ１においては、磁界Ｈの変化に対して磁束密度Ｂはほぼゼロに近い状態に維持され、第２磁界領域ＲＥ２（Ｈ１を超えＨ２未満の領域）において、磁界Ｈの変化に対して磁束密度Ｂがほぼリニアに変化する特性（直線性の特性）を有している。なお、コア体４Ａ，５Ａも、コア体４，５についての上記した特性と同じ特性を有しているものとする。
【００２０】
したがって、２つのコア体４，５を備えた磁気コア１、および２つのコア体４Ａ，５Ａを備えた磁気コア１Ａは、被検出電路２の周囲に発生する磁界Ｈの強さが第１磁界領域ＲＥ１内となる小電流領域内に含まれる電流Ｉ、および被検出電路２の周囲に発生する磁界Ｈの強さが第２磁界領域ＲＥ２内となる大電流領域内に含まれる電流Ｉを検出可能となっている。
【００２１】
次に、図１に示す電流センサとしての電流センサ６の構成について説明する。この電流センサ６は、上記の磁気コア１、磁電変換部３および増幅部７を備え、磁電変換部３を通過する磁束の磁束密度Ｂに比例した後述の出力電圧Ｖ２を出力する。
【００２２】
磁電変換部３は、例えばホール素子などのような磁束を電圧Ｖ１に変換して出力する磁電変換素子を有して、磁気コア１のギャップ１１を通過する磁束量（磁束密度Ｂに比例する量）に応じた電圧値の電圧Ｖ１を出力する。増幅部７は、この電圧Ｖ１を増幅して出力電圧Ｖ２として出力する。なお、図２に示す電流センサ６Ａは、磁気コア１Ａ以外の構成は電流センサ６と同一であるため、同一の構成については同一の符号を付して重複する説明を省略する。
【００２３】
続いて、磁気コア１，１Ａおよび電流センサ６，６Ａの被検出電路２に流れる電流Ｉについての検出動作について図面を参照して説明する。なお、磁気コア１Ａおよび電流センサ６Ａの検出動作は、磁気コア１および電流センサ６の検出動作と同じであるため、磁気コア１および電流センサ６を例に挙げて説明する。この場合、磁気コア１は被検出電路２に予めクランプされているものとする。
【００２４】
まず、被検出電路２に電流Ｉが流れることによって被検出電路２の周囲に磁界Ｈが発生しているときには、コア体４，５のうちの透磁率μのより高いコア体４が磁気飽和するまでは、このコア体４が主として磁束を収集する。このため、コア体４が磁気飽和に達しない小電流領域内では、コア体４が主として磁束を収集して磁電変換部３に導き、このコア体４に収集されている磁束量（磁束密度Ｂ）は、被検出電路２に電流Ｉが流れることによって被検出電路２の周囲に発生している磁界Ｈの強さに比例して変化する。
【００２５】
磁電変換部３は、この磁束を電圧Ｖ１に変換して出力し、増幅部７がこの電圧Ｖ１を増幅して出力電圧Ｖ２として出力する。この出力電圧Ｖ２は、コア体４が収集して磁電変換部３に導いた磁束量（磁束密度Ｂ）に比例した電圧値となっているため、第１磁界領域ＲＥ１における磁界Ｈと磁束密度Ｂとの関係から予め求めた係数で、電流センサ６から出力される出力電圧Ｖ２の電圧値を補正することにより、被検出電路２に流れる電流Ｉ（小電流領域の電流）を検出することが可能になっている。
【００２６】
また、コア体４が磁気飽和に達した状態となる大電流領域内では、コア体４に収集されている磁束量（磁束密度Ｂ）はほぼ一定（一定の磁束）の状態で、コア体５に収集されている磁束量（磁束密度Ｂ）が、被検出電路２に電流Ｉが流れることによって被検出電路２の周囲に発生している磁界Ｈの強さに比例して変化する。磁電変換部３は、このコア体４から導かれる一定の磁束と、このコア体５から導かれる電流Ｉの電流値に比例した磁束の合計磁束（全体として、被検出電路２に電流Ｉが流れることによって被検出電路２の周囲に発生している磁界Ｈの強さに比例した磁束）を電圧Ｖ１に変換して出力し、増幅部７がこの電圧Ｖ１を増幅して出力電圧Ｖ２として出力する。このため、第２磁界領域ＲＥ２における磁界Ｈと磁束密度Ｂとの関係から予め求めた係数で、電流センサ６から出力されるこの出力電圧Ｖ２の電圧値を補正することにより、被検出電路２に流れる電流Ｉ（大電流領域の電流）を検出することが可能になっている。
【００２７】
このように、この磁気コア１（１Ａ）によれば、互いに異なる強さの磁界Ｈにおいて透磁率が最大となる磁化特性を有すると共に一体化されたコア体４，５（４Ａ，５Ａ）を備えているため、被検出電路２に流れる電流Ｉについて、電流値が一の電流領域（例えば小電流領域）に含まれる場合だけでなく、この一の電流領域とは異なる電流領域（例えば大電流領域）に含まれる場合についても、この電流Ｉが被検出電路２に流れることによって被検出電路２の周囲に発生する磁束を各電流領域に対応したコア体４，５（４Ａ，５Ａ）で良好に収集して磁電変換部３に導くことができる。したがって、この磁気コア１（１Ａ）を備えた電流センサ６（６Ａ）によれば、異なる電流領域の電流Ｉをそれぞれ正確に検出することができる。
【００２８】
なお、上記の例では、磁気コア１（１Ａ）を構成するコア体４，５（４Ａ，５Ａ）を、磁化特性が互いに異なる異種の磁性材料（異なる材質の磁性材料）で形成する構成を採用することで、コア体の製造を容易にしているが、異方性磁性材料については、容易軸と困難軸のずらす角度を変えることによって、材質が同じ種類の磁性材料を用いたとしても、その磁化特性（透磁率が最大となる磁界の強さ）を異なるものにすることが可能である。このため、この容易軸と困難軸のずらす角度を変える工程を製造工程に追加することにより、製造工程が増えるものの、材質が同じ種類の異方性磁性材料を使用しつつ、異なる磁化特性のコア体４，５（４Ａ，５Ａ）を形成して磁気コアを構成することもできる。
【００２９】
また、磁気コアを２つのコア体で構成する例について説明したが、２つに限定されず、３つ、４つなど、更に多くのコア体（磁化特性の異なるコア体）で磁気コアを構成することもできる。また、磁気コアについては、被検出電路２をクランプする構成である限り、分割型および非分割型のいずれであってもよい。
【符号の説明】
【００３０】
１，１Ａ  磁気コア
２  被検出電路
３  磁電変換部
４，４Ａ  コア体
５，５Ａ  コア体
６，６Ａ  電流センサ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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