JP2010112767A - 電流センサ - Google Patents
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Abstract
【課題】リング状磁気コアがバスバーの幅方向外側にはみ出す量を減らすことにより小型化を図ることの可能な電流センサを提供する。
【解決手段】バスバー12の長手方向の中間部に前記長手方向に沿う所定長の開口57が形成され、開口57によってバスバー12が長手方向の中間部で部分的に高抵抗電流路51と低抵抗電流路52とに分岐している。高抵抗電流路51にはバスバー12の幅方向の端部側の一部に切欠55が形成され、低抵抗電流路52にはバスバー12の長さ方向に関して切欠55と同じ位置に切欠58が形成されている。切欠58により、開口57はバスバー12の長さ方向に関して一部がリング状磁気コア15の径方向の厚みよりも幅広となっている。なお、開口57は、切欠58によって幅広となっている前記一部以外の部分はリング状磁気コア15の径方向の厚みよりも幅狭となっている。
【選択図】図1
【解決手段】バスバー12の長手方向の中間部に前記長手方向に沿う所定長の開口57が形成され、開口57によってバスバー12が長手方向の中間部で部分的に高抵抗電流路51と低抵抗電流路52とに分岐している。高抵抗電流路51にはバスバー12の幅方向の端部側の一部に切欠55が形成され、低抵抗電流路52にはバスバー12の長さ方向に関して切欠55と同じ位置に切欠58が形成されている。切欠58により、開口57はバスバー12の長さ方向に関して一部がリング状磁気コア15の径方向の厚みよりも幅広となっている。なお、開口57は、切欠58によって幅広となっている前記一部以外の部分はリング状磁気コア15の径方向の厚みよりも幅狭となっている。
【選択図】図1
Description
本発明は、例えばハイブリットカーや電気自動車のバッテリー電流やモータ駆動電流、工作機械のモータに流れる電流をホール素子等の磁気検出素子を用いて測定する電流センサに関する。
ホール素子等の磁気検出素子を用いてバスバーに流れる電流(被測定電流)を非接触状態で検出する電流センサとして、以下に示す磁気比例式や磁気平衡式のものが従来から知られている。
磁気比例式電流センサは、図5に例示のように、ギャップGを有するリング状の磁気コア820(高透磁率で残留磁気が少ない珪素鋼板やパーマロイコア等)と、ギャップGに配置されたホール素子816(磁気検出素子の例示)とを有する。磁気コア820は、被測定電流Iinの流れるバスバー810が貫通する配置である。したがって、被測定電流IinによってギャップG内に磁界が発生し、これがホール素子816の感磁面に印加される。磁界の強さは被測定電流Iinに比例するので、ホール素子816の出力電圧から被測定電流Iinが求められる。なお、磁気比例式電流センサの回路構成は、例えば図6に示されるものである。この回路では、定電流駆動されるホール素子816の出力電圧を差動増幅回路で増幅してセンサ出力としている。
磁気平衡式電流センサは、磁気比例式電流センサの構成に加えて、図7に例示のように、磁気コア820に巻線を設けてなる負帰還用コイルLFBを有する。この構成においては、被測定電流IinによってギャップG内に第1の磁界が発生してこれがホール素子816の感磁面に印加される一方、ホール素子816の感磁面に印加される前記第1の磁界を相殺する(ゼロにする)第2の磁界を発生するように負帰還用コイルLFBに電流が供給される。この供給した電流から被測定電流Iinが求められる。なお、磁気平衡式電流センサの回路構成は、例えば図8に示されるものである。この回路では、負帰還電流を検出抵抗で電圧に変換し、これを差動増幅回路で増幅してセンサ出力としている。
ハイブリッドカーやEV(電気自動車)のバッテリに流れる充放電電流をモニタする電流センサや、インバータ用の三相モータ駆動電流をモニタする電流センサ等は、バスバーに流れる電流(被測定電流)が例えば200A〜600Aあるいはそれ以上と非常に大きい。このため、バスバーの形状が必然的に大きくなるとともにバスバーを囲うコアが大型化し、電流センサ本体が大きくなり、コストアップの原因となっている。その改善策として、下記特許文献1では、被測定電流を分流し、小電流の方を検出する電流センサが提案されている。
特開平10−73619号公報
特許文献1の図1及び図2に示される構成では、磁性体コアの厚み部分がそのままバスバーの幅方向外側にはみ出すため、電流センサの幅が大きくなりやすいという問題がある。また、同文献の図6、図9、図10及び図13等は、バスバーに形成された切欠部を通る折り曲げラインに沿ってバスバーをほぼ直角に折り曲げた構造であるが、この構造であってもコア厚み部分がそのままバスバーの幅方向外側にはみ出し、電流センサの幅が大きくなりやすいという問題がある。
本発明はこうした状況を認識してなされたものであり、その目的は、リング状磁気コアがバスバーの幅方向外側にはみ出す量を減らすことにより小型化を図ることの可能な電流センサを提供することにある。
本発明のある態様は、電流センサである。この電流センサは、
被測定電流を所定の比率で分流するように中間部で部分的に高抵抗電流路と低抵抗電流路とに分岐している、一体形成されたバスバーと、
前記高抵抗電流路を囲む、ギャップ部を有するリング状磁気コアと、
前記ギャップ部に位置する磁気検出素子とを備え、
前記バスバーは、中間部に形成された開口によって前記高抵抗電流路と前記低抵抗電流路とに分岐し、
前記高抵抗電流路は、前記バスバーの幅方向の端部側に切欠が形成されていて、
前記リング状磁気コアは、前記ギャップ部を含むリング形状が前記開口と前記切欠とを通るように配置されている。
被測定電流を所定の比率で分流するように中間部で部分的に高抵抗電流路と低抵抗電流路とに分岐している、一体形成されたバスバーと、
前記高抵抗電流路を囲む、ギャップ部を有するリング状磁気コアと、
前記ギャップ部に位置する磁気検出素子とを備え、
前記バスバーは、中間部に形成された開口によって前記高抵抗電流路と前記低抵抗電流路とに分岐し、
前記高抵抗電流路は、前記バスバーの幅方向の端部側に切欠が形成されていて、
前記リング状磁気コアは、前記ギャップ部を含むリング形状が前記開口と前記切欠とを通るように配置されている。
ある態様の電流センサにおいて、
前記開口は、前記被測定電流の流れる方向に関して一部が前記リング状磁気コアの厚みよりも幅広であり、かつ、当該一部以外の部分は前記リング状磁気コアの厚みよりも幅狭であり、
前記リング状磁気コアは、前記ギャップ部を含むリング形状が前記開口のうち前記幅広の部分を通るように配置されているとよい。
前記開口は、前記被測定電流の流れる方向に関して一部が前記リング状磁気コアの厚みよりも幅広であり、かつ、当該一部以外の部分は前記リング状磁気コアの厚みよりも幅狭であり、
前記リング状磁気コアは、前記ギャップ部を含むリング形状が前記開口のうち前記幅広の部分を通るように配置されているとよい。
ある態様の電流センサにおいて、前記ギャップ部が前記開口よりも前記切欠に近い位置に存在するとよい。
ある態様の電流センサにおいて、前記ギャップ部の長さが前記高抵抗電流路の厚み又は前記高抵抗電流路の前記切欠のある位置における幅よりも長いとよい。
ある態様の電流センサにおいて、
前記バスバー上に絶縁されて固定配置されたプリント基板をさらに備え、
前記リング状磁気コアの前記ギャップ部は、前記切欠又は前記開口の上方の近接する位置に存在し、
前記プリント基板は、前記高抵抗電流路と前記低抵抗電流路とを跨ぐように前記バスバーの幅方向に広がった基部と、前記基部の幅方向の一部から前記リング状磁気コアの前記ギャップ部に延びる延在部とを有し、前記基部は前記被測定電流の流れる方向の一端が前記リング状磁気コアに当接し、前記ギャップ部に位置する前記延在部に前記磁気検出素子が表面実装されているとよい。
前記バスバー上に絶縁されて固定配置されたプリント基板をさらに備え、
前記リング状磁気コアの前記ギャップ部は、前記切欠又は前記開口の上方の近接する位置に存在し、
前記プリント基板は、前記高抵抗電流路と前記低抵抗電流路とを跨ぐように前記バスバーの幅方向に広がった基部と、前記基部の幅方向の一部から前記リング状磁気コアの前記ギャップ部に延びる延在部とを有し、前記基部は前記被測定電流の流れる方向の一端が前記リング状磁気コアに当接し、前記ギャップ部に位置する前記延在部に前記磁気検出素子が表面実装されているとよい。
なお、以上の構成要素の任意の組合せ、本発明の表現を方法やシステムなどの間で変換したものもまた、本発明の態様として有効である。
本発明によれば、バスバーは中間部に形成された開口によって高抵抗電流路と低抵抗電流路とに分岐し、前記高抵抗電流路はバスバーの幅方向の端部側に切欠が形成され、リング状磁気コアはギャップ部を含むリング形状が前記開口と前記切欠とを通るように配置されているので、前記リング状磁気コアのリング形状の前記切欠を通る部分の厚みの分だけ前記リング状磁気コアが前記バスバーの幅方向外側にはみ出す量を減らすことができ、電流センサの小型化を図ることが可能となる。
以下、図面を参照しながら本発明の好適な実施の形態を詳述する。なお、各図面に示される同一または同等の構成要素、部材等には同一の符号を付し、適宜重複した説明は省略する。また、実施の形態は発明を限定するものではなく例示であり、実施の形態に記述されるすべての特徴やその組み合わせは必ずしも発明の本質的なものであるとは限らない。
(第1の実施の形態)
図1は、本発明の第1の実施の形態に係る電流センサ100の構成を示す、(A)は平面図、(B)は同平面図のB-B'断面図である。
図1は、本発明の第1の実施の形態に係る電流センサ100の構成を示す、(A)は平面図、(B)は同平面図のB-B'断面図である。
電流センサ100(磁気比例式)は、被測定電流の経路としてのバスバー12と、リング状磁路を成すリング状磁気コア15と、磁気検出素子としてのホール素子25とを備える。
バスバー12は、一体形成された平板形状(例えば銅板)であり、長手方向の両端部に位置する取付け孔91,92を介して例えばネジやリベットによって被測定電流Iinの経路を成すように取り付けられる。バスバー12の長手方向(被測定電流Iinの流れる方向)の中間部に前記長手方向に沿う所定長の開口57(スリット)が形成され、開口57によってバスバー12が長手方向の中間部で部分的に高抵抗電流路51と低抵抗電流路52とに分岐している。換言すれば、被測定電流Iinの全てが流れる未分岐電流路(バスバー12の両端部の分岐していない電流路)の間に高抵抗電流路51と低抵抗電流路52とが挟まれている。したがって、被測定電流Iinは所定の比率(例えば1:2)で高抵抗電流路51と低抵抗電流路52とに分流される。なお、分流比は高抵抗電流路51及び低抵抗電流路52の抵抗の逆数比に等しい。
高抵抗電流路51にはバスバー12の幅方向の端部側の一部に切欠55が形成され、低抵抗電流路52にはバスバー12の長さ方向に関して切欠55と同じ位置に切欠58が形成されている。切欠58により、開口57はバスバー12の長さ方向に関して一部(切欠58の存在位置)がリング状磁気コア15の径方向(リング形状の内側と外側とを結ぶ方向)の厚みよりも幅広となっている(図1(A)でWD>WC)。なお、開口57は、切欠58によって幅広となっている前記一部以外の部分はリング状磁気コア15の径方向の厚みよりも幅狭となっている(図1(A)でWB<WC)。開口57の前記一部以外の部分の幅WBはなるべく狭く(例えばバスバー12の厚み程度に)したほうが、高抵抗電流路51及び低抵抗電流路52の抵抗を小さくできて望ましい。
好ましくは分割されていない方形のリング状磁気コア15は、ギャップ部Gを含むリング形状が開口57のうち切欠58によって幅広となっている部分と切欠55とを通るように配置されて高抵抗電流路51を囲んでいる。リング状磁気コア15のギャップ部Gにホール素子25が位置する。ホール素子25は不図示のプリント基板に実装されて例えば図6に示す回路を成すように接続され、ホール素子25の出力電圧から被測定電流Iinが求められる。ギャップ部Gは好ましくは開口57よりも切欠55に近い位置に存在するとよく、図1(B)ではギャップ部Gは切欠55の上方に切欠55と近接して存在する。ギャップ部Gの長さLGはバスバー12の厚みLB(高抵抗電流路51の厚み)よりも大きい(LG>LB)ため、バスバー12が一体形成されかつリング状磁気コア15が分割されていなくても、高抵抗電流路51をギャップ部Gに通すことで、高抵抗電流路51を囲むようにリング状磁気コア15を配置することができる。
本実施の形態によれば、下記の効果を奏することができる。
(1) バスバー12は長さ方向の中間部に形成された開口57によって高抵抗電流路51と低抵抗電流路52とに分岐し、高抵抗電流路51はバスバー12の幅方向の端部側の一部に切欠55が形成され、リング状磁気コア15はギャップ部Gを含むリング形状が開口57と切欠55とを通るように配置されているので、リング状磁気コア15のリング形状の切欠55を通る部分の厚みの分だけリング状磁気コア15がバスバー12の幅方向外側にはみ出す量を減らすことができ、電流センサ100の小型化を図ることが可能となる。特に、図1に示すようにリング状磁気コア15の径方向の厚みが切欠55内に収まるようにした場合、バスバー12の幅WAからリング状磁気コア15がはみ出さなくなり、小型化の効果が顕著である。
(2) バスバー12に形成された開口57は、リング状磁気コア15のギャップ部Gを含むリング形状が通れるように切欠58によって長さ方向の一部がリング状磁気コア15の径方向の厚みよりも幅広となっている一方、当該一部以外の部分はリング状磁気コア15の径方向の厚みよりも幅狭となっているため、開口57が長さ方向の全域に渡ってリング状磁気コア15の径方向の厚みよりも幅広となっている場合と比較して高抵抗電流路51及び低抵抗電流路52の抵抗を小さくできて好ましい。
(3) リング状磁気コア15のギャップ部Gは切欠55の上方に切欠55と近接して存在する(開口57よりも切欠55に近い位置に存在する)ため、ギャップ部Gが切欠55よりも開口57に近い位置に存在する場合と比較して低抵抗電流路52に流れる電流による磁気的影響を受けにくく、信頼性の高い電流検出が可能となる。
(4) 被測定電流Iinよりも小さな電流が流れる高抵抗電流路51をリング状磁気コア15で囲む構成としているので、被測定電流Iinの全てが流れる電流路を囲む場合と比較してリング状磁気コア15が小型で済みコスト安である。
(5) バスバー12が一体形成されているため、すなわち高抵抗電流路51と低抵抗電流路52、及びそれらの両側の分岐していない部分がネジやリベット等による結合ではなく一体形成されているため、分岐箇所をネジやリベット等で結合する分離構造のバスバーを用いる場合と比較して、分岐箇所の接触抵抗の変化による分流割合への影響がないので、分流割合の変化による電流検出精度の悪化を防止して高精度に電流検出することが可能となる。
(第2の実施の形態)
図2は、本発明の第2の実施の形態に係る電流センサ200の構成を示す、(A)は平面図、(B)は同平面図のB-B'断面図である。図3は、同電流センサ200のプリント基板31の構成を示す、(A)は平面図、(B)は同平面図の部分的な拡大図、(C)は同拡大図のC-C'断面図である。本実施の形態の電流センサ200は、第1の実施の形態の電流センサ100と比較して、バスバー12上に絶縁板29を介してプリント基板31が固定配置されている点と、ホール素子25がプリント基板31に表面実装されている点とにおいて相違し、その他の点で一致する。以下、相違点を中心に説明する。
図2は、本発明の第2の実施の形態に係る電流センサ200の構成を示す、(A)は平面図、(B)は同平面図のB-B'断面図である。図3は、同電流センサ200のプリント基板31の構成を示す、(A)は平面図、(B)は同平面図の部分的な拡大図、(C)は同拡大図のC-C'断面図である。本実施の形態の電流センサ200は、第1の実施の形態の電流センサ100と比較して、バスバー12上に絶縁板29を介してプリント基板31が固定配置されている点と、ホール素子25がプリント基板31に表面実装されている点とにおいて相違し、その他の点で一致する。以下、相違点を中心に説明する。
好ましくは略コの字型であるプリント基板31は、図3(A)のように、基部32と、第1及び第2の延在部33,34とを有する。基部32は、高抵抗電流路51と低抵抗電流路52とを跨ぐようにバスバー12の幅方向に広がった部分である。第1の延在部33は、基部32の幅方向の一部(高抵抗電流路51側の一部)からリング状磁気コア15のギャップ部Gに延びる部分である。第2の延在部34は、基部32の幅方向の一部(低抵抗電流路52側の一部)から第1の延在部33と同方向に延びる部分である。なお、絶縁板29もプリント基板31と同様の形状である。
基部32は、バスバー12の長さ方向の一端32a(第1及び第2の延在部33,34の延びる側の端部)がリング状磁気コア15に当接し、これによりプリント基板31がバスバー12の長さ方向に関してリング状磁気コア15に対して位置決めされる。なお、リング状磁気コア15は、図2(B)に示すようにホルダ80に保持されてバスバー12との相対位置が固定されている。リング状磁気コア15のギャップ部Gに位置する第1の延在部33にホール素子25が表面実装されてプリント基板31上の導電パターン39と例えば半田付けにより電気的に接続される。ホール素子25は好ましくは、図3(C)のように、プリント基板31に形成された開口37に落とし込んで表面実装される。
本実施の形態によれば、第1の実施の形態の効果に加え、リング状磁気コア15のギャップ部Gに位置する第1の延在部33にホール素子25を表面実装しているため、リード線タイプのホール素子をプリント基板のスルーホールに挿通実装する場合と比較して、ホール素子のリード線の変形や曲がり等によってリード線同士がショートする事故をなくすことができて信頼性が高い。また、プリント基板31に形成された開口37にホール素子25を落とし込んで表面実装することにより、プリント基板31及びホール素子25のトータル厚みhを薄くすることができ、ひいてはリング状磁気コア15のギャップ部Gの長さを短くでき、外部磁界の影響を受けにくくなって有利である。また、プリント基板31を略コの字型としているので、バスバー12の幅方向に関するプリント基板31の長さを抑えつつ十分な基板面積を確保でき、簡単な構成の1枚基板にホール素子25及び電子部品を全て配置することができて好都合である。
以上、実施の形態を例に本発明を説明したが、実施の形態の各構成要素には請求項に記載の範囲で種々の変形が可能であることは当業者に理解されるところである。以下、変形例について触れる。
実施の形態ではリング状磁気コア15のギャップ部Gの長さLGがバスバー12の厚みLB(高抵抗電流路51の厚み)よりも大きい場合(LG>LB)を説明したが、ギャップ部Gの長さLGが高抵抗電流路51の切欠55のある位置における幅よりも大きい場合も、高抵抗電流路51をギャップ部Gに通すことで、高抵抗電流路51を囲むようにリング状磁気コア15を配置することができる。
実施の形態では開口57の幅を広げるための切欠58が低抵抗電流路52に形成される場合を説明したが、変形例では切欠58は高抵抗電流路51に形成されてもよく、高抵抗電流路51及び低抵抗電流路52の双方に形成されてもよい。
実施の形態では電流検出の方式が磁気比例式である場合を説明したが、変形例では、リング状磁気コアに巻線を施して負帰還用コイルを構成し、図8に例示の回路を用いることで電流検出の方式を磁気平衡式としてもよい。
実施の形態ではリング状磁気コア15のギャップ部Gが切欠55の上方に切欠55と近接して存在する場合を説明したが、変形例ではギャップ部Gは図4に示すようにリング状磁気コア15の上辺の切欠55寄りに存在してもよい。この場合、プリント基板31をリング状磁気コア15の上方に配置し、ホール素子25のリード線をプリント基板31の貫通孔(図には現れず)に挿通してプリント基板31上の導電パターンと例えば半田付けにより電気的に接続してもよい。バスバー12とリング状磁気コア15とプリント基板31はホルダ80により保持される。
12 バスバー
15 リング状磁気コア
25 ホール素子
29 絶縁板
31 プリント基板
32 基部
33 第1の延在部
34 第2の延在部
55,58 切欠
57 開口
100,200 電流センサ
15 リング状磁気コア
25 ホール素子
29 絶縁板
31 プリント基板
32 基部
33 第1の延在部
34 第2の延在部
55,58 切欠
57 開口
100,200 電流センサ
Claims (5)
- 被測定電流を所定の比率で分流するように中間部で部分的に高抵抗電流路と低抵抗電流路とに分岐している、一体形成されたバスバーと、
前記高抵抗電流路を囲む、ギャップ部を有するリング状磁気コアと、
前記ギャップ部に位置する磁気検出素子とを備え、
前記バスバーは、中間部に形成された開口によって前記高抵抗電流路と前記低抵抗電流路とに分岐し、
前記高抵抗電流路は、前記バスバーの幅方向の端部側に切欠が形成されていて、
前記リング状磁気コアは、前記ギャップ部を含むリング形状が前記開口と前記切欠とを通るように配置されている、電流センサ。 - 請求項1に記載の電流センサにおいて、
前記開口は、前記被測定電流の流れる方向に関して一部が前記リング状磁気コアの厚みよりも幅広であり、かつ、当該一部以外の部分は前記リング状磁気コアの厚みよりも幅狭であり、
前記リング状磁気コアは、前記ギャップ部を含むリング形状が前記開口のうち前記幅広の部分を通るように配置されている、電流センサ。 - 請求項1又は2に記載の電流センサにおいて、前記ギャップ部が前記開口よりも前記切欠に近い位置に存在する、電流センサ。
- 請求項1から3のいずれかに記載の電流センサにおいて、前記ギャップ部の長さが前記高抵抗電流路の厚み又は前記高抵抗電流路の前記切欠のある位置における幅よりも長い、電流センサ。
- 請求項1から4のいずれかに記載の電流センサにおいて、
前記バスバー上に絶縁されて固定配置されたプリント基板をさらに備え、
前記リング状磁気コアの前記ギャップ部は、前記切欠又は前記開口の上方の近接する位置に存在し、
前記プリント基板は、前記高抵抗電流路と前記低抵抗電流路とを跨ぐように前記バスバーの幅方向に広がった基部と、前記基部の幅方向の一部から前記リング状磁気コアの前記ギャップ部に延びる延在部とを有し、前記基部は前記被測定電流の流れる方向の一端が前記リング状磁気コアに当接し、前記ギャップ部に位置する前記延在部に前記磁気検出素子が表面実装されている、電流センサ。
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WO2013005458A1 (ja) * | 2011-07-04 | 2013-01-10 | アルプス・グリーンデバイス株式会社 | 電流センサ |
JP2013044705A (ja) * | 2011-08-26 | 2013-03-04 | Asahi Kasei Electronics Co Ltd | 電流検出装置 |
JP2015210272A (ja) * | 2014-04-28 | 2015-11-24 | タイコ エレクトロニクス アンプ コリア カンパニーTyco Electronics AMP Korea Co.,Ltd | ハイブリッド電流センサアセンブリ |
WO2022030140A1 (ja) * | 2020-08-03 | 2022-02-10 | 株式会社村田製作所 | 電流センサ |
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