(57)【要約】      （修正有）【課題】外部磁界の影響を受けにくく、被測定電流が流れる一次導体の位置による検出誤差が小さい、高精度に電流測定が可能な磁気平衡式電流センサを提供する。【解決手段】三辺のコの字状に成形した二つの磁気コア２ａ、２ｂの両端部２ａ２、２ｂ２が対向方向で且つ両辺が互いに一定の空間距離を持って重なり、二つの磁気コア２ａ、２ｂの間に二つの磁界検出器４ａ、４ｂをそれぞれ収容する二つのエアギャップを持ち、一次導体が貫通する中央開口部を有する磁気回路が構成されるよう磁気コア２ａ、２ｂを配置している。更に、二つの磁気コア両端部２ａ２、２ｂ２をそれぞれ挿入してエアギャップが形成される磁気コア挿入孔８ａ、９ａ、８ｂ、９ｂ、磁界検出器４ａ、４ｂを設置する磁界検出器格納部７ａ、７ｂ、並びに中継端子１０などが設置された二次巻線用巻枠６ａ、６ｂを備え、二次巻線による補償回路が形成されている。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁気回路と、磁界検出器と、補償回路とを備える磁気平衡式電流センサにおいて、
磁気回路は、軟磁性材を三辺のコの字状に成形した二つの磁気コア両端部が対向方向で、且つ両辺が互いに一定の空間距離を持って重なるよう配置され、
二つの前記磁気コアの間に磁界検出器を収容する二つのエアギャップと、
一次導体が貫通する中央開口部とを有するよう磁気回路が構成され、
前記磁気回路の中央開口部に貫通させた一次導体に流れる被測定電流により生じる磁束と逆方向の磁束発生電流を流す二次巻線が、前記二つの磁気コア両端部を挿入し、前記エアギャップを形成する磁気コア挿入部と、エアギャップに前記磁界検出器を収容するための磁界検出器格納部とを備えた二つの二次巻線用巻枠に巻回され、
更に、前記二つの二次巻線用巻枠の磁界検出器格納部に格納した二つの磁界検出器は、前記磁気回路の中央開口部中心に対して対称に配置されると共に、
前記中央開口部を貫通する一次導体電流の発生磁束により、二つの磁界検出器に生じるそれぞれの出力が足し算されるよう配置した、磁気平衡式電流センサ。
【請求項２】
請求項１に記載の磁気平衡式電流センサにおいて、
二つの前記磁気コアの両端部を対向方向に重ねてエアギャップを形成した時、磁気コア両端部の二つの重なりのいずれも、一方の磁気コアが上側で、もう一方の磁気コアが下側になるよう配置し、
前記二つの二次巻線用巻枠の磁界検出器格納部に格納した二つの磁界検出器は、前記磁気回路の中央開口部中心に対して線対称に配置された、磁気平衡式電流センサ。
【請求項３】
前記二つの磁気コアの中央の一辺にそれぞれ磁気コア二次巻線を巻回し、
巻回した前記磁気コア二次巻線が、前記二次巻線用巻枠に巻回した二次巻線や、信号処理回路が実装された回路基板に接続されて、前記補償回路を形成するよう構成された請求項１または請求項２に記載の磁気平衡式電流センサ。
【請求項４】
前記二つの磁界検出器は、フラックスゲートセンサである、請求項１から請求項３いづれかに記載の磁気平衡式電流センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は、限定するものではないが、特に数１０アンペアから数１００アンペアの電流を検出する、磁気回路と磁界検出器および補償回路を備えた磁気平衡式電流センサに関する。
【背景技術】
【０００２】  磁気回路と磁界検出器と補償回路とを備える従来の磁気平衡式電流センサでは、磁気回路を構成する磁気コアとして、例えば、図１３，図１４に示すように軟磁性シートメタルを抜き、曲げ加工して形成した複数の分割コアを組み合わせたものが紹介されている。このような従来の分割コア２８ａ，２８ｂは、例えば、互いに間隔をおいて対向する第１主幹３４，３６及び第２主幹４０ａ，４０ｂと、第１主幹と略垂直に配置されて両者を接続する第３主幹３０ａ，３０ｂとをそれぞれ有し、組み合わされて磁気コア４を構成した際に、実質的に閉じられた磁気回路を形成するようになっている。【０００３】  補償回路を構成する二次巻線が巻回された二次巻線用ボビン１６ａ，１６ｂはそれぞれ、分割コア２８ａ，２８ｂの第３主幹３０ａ，３０ｂおよび第２主幹４０ａ，４０ｂに組込される。第２主幹４０ａ，４０ｂは二股に分岐しており、２つの分割コア２８ａ，２８ｂを組み合わせた際に、分岐部分の端部が互いに対向し磁界検出器８が収容される空間が形成されると共に、組み合わされた分割コアの第２主幹４０ａ，４０ｂの間に、磁界検出器８に磁界を印加するためのエアギャップが形成されている。
また、二次巻線および磁界検出器は回路基板に中継端子を介して接続され、一次導体１０が磁気回路の中央開口部を貫通するよう挿入されている。【０００４】  このように構成された磁気平衡式電流センサでは、二次巻線用ボビン１６ａ，１６ｂをコアに容易に組込できる構造となるため、磁気平衡式電流センサを安価に構成できる特長がある。（引用文献１参照）
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１２−０９８３０５
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】  上記特許文献１に開示されている従来例では、
磁界検出器８は、４辺で実質的に閉じられた磁気回路の内、１辺だけに組込されており、残りの３辺には組込されない構造となっている。
更に、検出電流によりコアに生じる磁束と逆方向の磁束発生電流を流す二次巻線は、分割コアの第２主幹４０ａ，４０ｂ部分と、第３主幹３０ａ，３０ｂ部分だけに組込され、間隔をおいて対向する第１主幹３４，３６には二次巻線が組込されない構造となっている。【０００７】  このように構成された磁気平衡式電流センサは、磁界検出器８が分割コア２８ａ，２８ｂに形成された第２主幹４０ａ，４０ｂで形成する空間部に格納されているが、形成された空間に外部の磁束が侵入して外部磁界の影響を受け易く、更には、二次巻線がある部分とない部分では一次導体の位置による検出誤差が生じ易いため、一次導体をあらかじめ電流センサ本体に組込んで位置を固定する必要があるなど、電流センサの組込場所や用途が限定されたり、測定環境により高精度検出が難しいなどの問題点があった。【０００８】  本発明の目的は、上記の問題点を解決するためになされたもので、略四角形に磁気回路を構成する４辺の磁気コアの内、対向する２辺にエアギャップを設け、それぞれのエアギャップに磁気検出器を設置し、更に磁気回路を構成する前記４辺の磁気コアのほぼ全周に、補償回路を構成する前記二次巻線を組込んだ構造とすることで、外部磁界の影響を受けにくく、しかも一次導体位置による検出誤差の小さい高精度の電流測定が可能な磁気平衡式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】
【０００９】  この目的を達成するため、本発明の磁気平衡式電流センサの磁気回路は、軟磁性体丸棒を三辺で成るコの字状に成形した二つの磁気コアの両端部が対向方向で、且つ両辺が互いに一定の空間距離を持って重なるよう配置させ、二つの前記磁気コアの間に磁界検出器を収容する二つのエアギャップを持ち、一次導体が貫通する中央開口部を有する磁気回路が構成されるようにしたものである。【００１０】  更に、二つの前記磁気コア両端部をそれぞれ挿入して前記エアギャップが形成される磁気コア挿入部、磁界検出器を設置する磁界検出器格納部、並びに巻線接続用の中継端子が設置された二次巻線用巻枠を備え、前記二次巻線用巻枠とコの字状に成形した該磁気コアの中央の一辺に二次巻線をそれぞれ巻回した後、前記中継端子で回路基板に接続して二次巻線による補償回路が形成され、磁気回路を構成する磁気コアのほぼ全周に二次巻線を形成できるようにしたものである。【００１１】  また、前記二つの磁気コアのそれぞれの両端部が挿入され、対向する二つの二次巻線用巻枠の前記磁界検出器格納部にそれぞれ設置された磁界検出器は、磁気回路の前記中央開口部を貫通する一次導体電流の発生磁束により、磁界検出器に生じるそれぞれの出力が足し算されるよう配置されたものである。【００１２】  本発明に係る好適な実施形態として、前記二つの磁気コアを両端部が対向方向に重ねてエアギャップを形成した時、磁気コア両辺の重なりの両方が、一方の磁気コアが上側で、もう一方の磁気コアが下側になるよう配置し、前記ギャップに設置する二つの前記磁界検出器を同一方向に設置したものである。
【発明の効果】
【００１３】  本発明によれば、三辺で成るコの字状に成形した二つの磁気コアの両端部が対向方向で、且つ両方の辺が一定の間隔を持って互いに重なるよう配置され、二つの前記磁気コアの間に磁界検出器が収容されるエアギャップを持った磁気回路を形成すると同時に、磁気回路の対向する辺に形成された二つの前記エアギャップにそれぞれ磁界検出器を配置し、検出電流磁束によるそれぞれの出力が合成されるようにしたので、外部磁界に対しては二つの前記磁界検出器の出力が互いに打ち消し合い、外部磁界の影響を受けにくい磁気平衡式電流センサを得ることができる。【００１４】  また、前記エアギャップの部分を囲うように組込された二つの二次巻線用巻枠と、二つの前記磁気コアの中央の一辺に、補償回路を構成する二次巻線をそれぞれ巻回したので、磁気回路を構成する磁気コアのほぼ全周に二次巻線が形成され、磁気回路の中央開口部を貫通する一次導体の位置による検出誤差の少ない磁気平衡式電流センサを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の軟磁性丸棒を成形した磁気コアの斜視図である。
【図２】本発明の実施の形態１における磁気回路部の分解斜視図である。
【図３】本発明の実施の形態１における磁気回路部の斜視図である。
【図４】本発明の実施の形態１における磁気平衡式電流センサの透視斜視図である。
【図５】本発明の実施の形態２における磁気回路部の分解斜視図である。
【図６】本発明の実施の形態２における磁気回路部の斜視図である。
【図７】本発明の実施の形態２における磁気平衡式電流センサの透視斜視図である。
【図８】本発明の実施の形態３における磁気コア部の斜視図である。
【図９】本発明の実施の形態３における磁気回路部の斜視図である。
【図１０】本発明の実施の形態３における別の磁気回路部の斜視図である。
【図１１】本発明の軟磁性丸棒を圧延成形した磁気コアの斜視図である。
【図１２】本発明の軟磁性シートメタルを抜き加工して積層した磁気コアの斜視図である。
【図１３】従来の磁気平衡式電流センサの斜視分解図である。
【図１４】従来の磁気平衡式電流センサの磁気コアを組み合わせた状態を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】  実施の形態１．
以下、本発明の実施の形態１について、図１から図４を用いて実施の形態１に係る磁気回路部１を備える磁気平衡式電流センサについて説明する。
実施の形態１に係る磁気回路部１は、軟磁性体丸棒を三辺のコの字状に成形した二つの磁気コア２ａ，２ｂと、二つの磁界検出器４ａ，４ｂと、補償回路を構成する巻枠部二次巻線５ａ，５ｂを巻回す同一形状の二つの二次巻線用巻枠６ａ，６ｂとで構成されており、前記二次巻線用巻枠６ａ，６ｂの中心部には、磁界検出器４ａ，４ｂを挿入設置する磁界検出器格納部７ａ，７ｂと、前記磁界検出器格納部７ａ，７ｂを中心として上下に該磁気コア２ａ，２ｂの両端部２ａ２，２ｂ２が挿入固定される上側磁気コア挿入孔８ａ，８ｂおよび下側磁気コア挿入孔９ａ，９ｂが、それぞれ貫通した状態で形成してある。
尚、上側磁気コア挿入孔８ａ，８ｂと下側磁気コア挿入孔９ａ，９ｂの間隔は、磁界検出器４ａ，４ｂの上下に磁気コア２ａ，２ｂの両端部２ａ２，２ｂ２が挿入されても、前記磁界検出器４ａ，４ｂと干渉しない最小寸法に設定することが望ましい。
【００１７】  二つの前記二次巻線用巻枠６ａ，６ｂには巻枠部二次巻線５ａ，５ｂを巻回し、それぞれの巻線両端を、あらかじめ二次巻線用巻枠６ａ，６ｂに設置された中継端子１０に半田付け等により接続固定してある。
また、二次巻線用巻枠６ａ，６ｂの中心部に形成された上側磁気コア挿入孔８ａ，８ｂおよび下側磁気コア挿入孔９ａ，９ｂには、前記磁気コア２ａ，２ｂの両端部２ａ２，２ｂ２が挿入固定される。
詳細には、二次巻線用巻枠６ａの磁界検出器格納部７ａの上側に設けた上側磁気コア挿入孔８ａに、磁気コア２ｂの両端部２ｂ２の一方が挿入され、二次巻線用巻枠６ｂの磁界検出器格納部７ｂの下側に設けた下側磁気コア挿入孔９ｂに、磁気コア２ｂの両端部２ｂ２のもう一方が挿入される。
【００１８】  更に、先に挿入された前記磁気コア２ｂの反対方向から、二次巻線用巻枠６ａの前記磁界検出器格納部７ａの下側に設けた下側磁気コア挿入孔９ａに、磁気コア２ａの両端部２ａ２の一方が挿入され、二次巻線用巻枠６ｂの前記磁界検出器格納部７ｂの上側に設けた上側磁気コア挿入孔８ｂに、磁気コア２ａの両端部２ａ２のもう一方が挿入固定される。
最後に、前記二次巻線用巻枠６ａ，６ｂの中継端子１０を回路基板１１に接続することにより、巻枠部二次巻線５ａと５ｂが接続され、二次巻線による補償回路が構成される。
【００１９】  磁界検出器４は、フラックスゲートコアを備えるフラックスゲートセンサであり、詳細な図示は省略するが、フラックスゲートコア１２を支持体１３の窪み内に装着した後、支持体１３の一部を含むフラックスゲートコア１２の周囲にフラックスゲートコイル１４が巻回され、支持体１３に設けたフラックスゲートコイル接続端子１５に中継接続されている。
上記のように構成された二つの磁界検出器４ａ，４ｂは、挿入固定された磁気コア２ａの側から、前記二次巻線用巻枠５ａに設けた磁界検出器格納部７ａに前記磁界検出器４ａが挿入設置され、更に磁気コア２ｂの側から前記二次巻線用巻枠５ｂに設けた磁界検出器格納部７ｂに前記磁界検出器４ｂが挿入設置されて磁気回路部１が形成される。
【００２０】  以上のように形成された、本発明の実施の形態１による磁気平衡式電流センサの磁気回路部を図３に、磁気平衡式電流センサの透視斜視図を図４に示す。
図示は省略するが、前記磁気回路部１は本体ケースに収納され、信号処理回路が実装された回路基板１１が組み込まれた後、二つの磁界検出器４ａ，４ｂの出力が足し算されるよう、それぞれのフラックスゲートコイル接続端子１５が、また補償回路を構成する巻枠部二次巻線５ａ，５ｂの前記中継端子１０が前記回路基板１１に接続され、本体カバーが装着されて磁気平衡式電流センサ３０が構成される。
【００２１】  以上のように、本発明の実施の形態１によれば、形成した磁気回路部１の磁界検出器格納部７ａ，７ｂに挿入設置された磁界検出器４ａ，４ｂ、並びに上側磁気コア挿入孔８ａ，８ｂおよび下側磁気コア挿入孔９ａ，９ｂに挿入固定された磁気コア２ａ，２ｂは、構成された磁気回路部１の中央開口部中心に対して点対称に位置しているため、同一方向の磁束が印加される外部磁界に対して、外部磁界による磁界検出器４ａと４ｂの出力が互いに打ち消し合い、外部磁界の影響を受けにくい高精度な磁気平衡式電流センサを得ることができる。
【００２２】  実施の形態２．
図５および図６は、本発明の実施の形態２による磁気平衡式電流センサの磁気回路部の分解斜視図と磁気回路部を示す斜視図であり、図７は本発明の実施の形態２における磁気平衡式電流センサの透視斜視図である。
本発明の実施の形態２は、磁気コア２ａ，２ｂと磁界検出器４ａ，４ｂの組込形態のみ実施の形態１と異なる。
実施の形態２においては、二次巻線用巻枠５ａ及び５ｂの磁界検出器格納部７ａ，７ｂの上側に設けた上側磁気コア挿入孔８ａ，８ｂに磁気コア２ａの両端部２ａ２が挿入され、磁界検出器格納部７ａ，７ｂの下側に設けた下側磁気コア挿入孔９ａ，９ｂに磁気コア２ｂの両端部２ｂ２が、前記磁気コア２ａの両端部２ａ２と逆方向から挿入固定される。
更に、二つの磁界検出器４ａ，４ｂは、いずれも磁気コア２ｂの側から前記二次巻線用巻枠６ａ，６ｂに設けた磁界検出器格納部７ａ，７ｂにそれぞれ挿入設置され、磁気回路部１が形成される。
二次巻線の接続による補償回路の構成は実施の形態１と同一であり、説明を省略する。
【００２３】  以上のように、本発明の実施の形態２によれば、形成した磁気回路部１の磁界検出器格納部７ａ，７ｂに挿入設置された磁界検出器４ａ，４ｂ、並びに上側磁気コア挿入孔８ａ，８ｂおよび下側磁気コア挿入孔９ａ，９ｂに挿入固定された磁気コア２ａ，２ｂは、構成された磁気回路部１の中央開口部中心に対して線対称に位置しているため、同一方向の磁束が印加される外部磁界に対して、磁界検出器４ａ，４ｂの磁気特性が理論上同一であり、外部磁界による磁界検出器４ａと４ｂの出力が互いにより正確に打ち消し合い、外部磁界の影響を受けにくい高精度な磁気平衡式電流センサを得ることができる。
【００２４】  実施の形態３．
図８から図１０は、本発明の実施の形態３による磁気平衡式電流センサの磁気コア部、並びに磁気回路部を示す斜視図である。
本発明の実施の形態３は、前記補償回路を構成する二次巻線の組込形態のみ実施の形態１および実施の形態２と異なる。
実施の形態３では、二つの前記磁気コア２ａ，２ｂのそれぞれの中央の一辺２ａ１，２ｂ１に、補償回路を構成する磁気コア二次巻線３ａ，３ｂを巻回して磁気コア部が形成されている。
尚、磁気コア二次巻線３ａ，３ｂは，磁気コア２ａ，２ｂに直接巻回す方法や、あらかじめソレノイド巻きした二次巻線を磁気コア２ａ，２ｂそれぞれに対して、両端部２ａ２，２ｂ２からスライドして挿入するなどの方法で行う。
【００２５】  上記方法で磁気コア２ａ，２ｂのそれぞれの前記中央の一辺２ａ１，２ｂ１に巻回した磁気コア二次巻線３ａ，３ｂの巻線両端を、前記二次巻線用巻枠６ａ，６ｂの中継端子１０で回路基板１１に接続することにより、磁気コア二次巻線３ａ，３ｂ、および巻枠部二次巻線５ａと５ｂが接続され、二次巻線による補償回路が構成される。
実施の形態３による磁気平衡式電流センサは、磁気コア二次巻線３ａ，３ｂおよび巻枠部二次巻線５ａと５ｂを接続して補償回路を構成した以外、実施の形態１または実施の形態２と同一であり、その他の説明を省略する。
【００２６】  以上、本発明の実施の形態３に示す磁気平衡式電流センサは、二次巻線が磁気コアのほぼ全周に形成されるため、検出電流が流れる一次導体の位置による検出誤差が少なく、しかも外部磁界の影響を受けにくい高精度の電流測定が可能な磁気平衡式電流センサを得ることができる。
【００２７】  尚、実施の形態１、実施の形態２および実施の形態３の磁気コアは、軟磁性丸棒をコの字形状に成形したものを使用したが、丸棒に固定するものではなく、図１１および図１２に示すように、軟磁性材を圧延成形した磁気コア、および軟磁性シートメタルを抜き加工して積層した磁気コアであっても同様の構成が可能であり、同様の効果が得られることはいうまでもない。
【符号の説明】
【００２８】１  磁気回路部、２ａ，２ｂ  磁気コア、２ａ１，２ｂ１  中央の一辺、２ａ２，２ｂ２  両端部、３ａ，３ｂ  磁気コア二次巻線、４ａ，４ｂ  磁界検出器、５ａ，５ｂ  巻枠部二次巻線、６ａ，６ｂ  二次巻線用巻枠、７ａ，７ｂ  磁界検出器格納部、８ａ，８ｂ  上側磁気コア挿入孔、９ａ，９ｂ  下側磁気コア挿入孔、１０  中継端子、１１  回路基板、１２  フラックスゲートコア、１３  支持体、１４  フラックスゲートコイル接続端子、１５  フラックスゲートコイル接続端子、１６ａ，１６ｂ  磁気コア部、３０  磁気平衡式電流センサ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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