JP5414420B2 - 電流センサ及びその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は電流センサ及びその製造方法に係り、特に、電流に応じてコアに発生する磁界を、コアに形成されたギャップに挿入された磁気センサにより検出することにより電流を検出する電流センサ及びその製造方法に関する。

電流センサとして、例えば、自動車などのバッテリに流出入する電流を検出する電流センサがある。このような電流センサは、バッテリに接続された導電線に流れる電流に応じてコアに発生する磁界を、コアに形成されたギャップに挿入された磁気センサにより検出することにより電流を検出する構成とされている。この電流センサは、被測定電流とコアギャップに発生する磁束密度とが比例することから磁気比例式電流センサと呼ばれる。

磁気比例式電流センサのコアは、軟磁性体から構成される。軟磁性体は、被測定電流で発生する磁界によりわずかながら着磁する。

しかし、コアが着磁すると、被測定電流が流れていないときでも、コアギャップに磁束が発生し、磁気センサの出力にオフセットが発生する。オフセットを低減するためには、電流センサのコア材として保磁力の小さな材料が必要となる。

保磁力が小さな磁性材料としては一般にパーマロイなどが知られている。

しかしながら、パーマロイは、ニッケル合金であり、鉄鋼材の価格に比べて約１０〜５０倍程度、高価である。

このため、コア材として安価な鉄鋼材を用いることが検討されている。鉄鋼材において、保磁力が比較的小さな材料として、方向性電磁鋼板と呼ばれるものが存在する。方向性電磁鋼板は、板状をなし、一定の方向に磁化容易軸を有し、磁化容易軸方向においては極めて保磁力が小さい鋼材である。

図２３は方向性電磁板の磁化力に対する磁束密度の特性図、図２４は方向性電磁鋼板の磁化容易軸と磁化容易軸に直交する方向における保磁力と飽和磁束密度を示す図である。図２３において実線は方向性電磁鋼板の磁化容易軸方向の特性、破線は方向性電磁鋼板の磁化容易軸方向に直交する方向の特性を示す。なお、図２３において、横軸の磁化力とグラフとの交点が保磁力を示している。

図２４に示すように、ニッケル含有率７８％のパーマロイの磁気特性は、保磁力Ｈcが１．６A/m、磁束密度が0.5Ｔ程度であり、また、ニッケル含有率４５％のパーマロイの磁気特性は、保磁力Ｈcが７A/m、磁束密度１．５Ｔである。電流センサのコア材としてはニッケル含有率４５％程度のパーマロイの磁気特性が必要である。

一方、方向性電磁鋼板は、図２３及び図２４に示すように磁化容易軸方向で保磁力Ｈcが５A/m、磁束密度が２．０Ｔ程度であり、磁化容易軸方向に直交する方向では保磁力Ｈcが１８０A/m、磁束密度が１．３Ｔ程度である。このため、方向性電磁鋼板は、磁化容易軸方向では電流センサのコアとして必要な磁気特性を持つことがわかる。

したがって、方向性電磁鋼板を用いてコアを構成するときには、磁化容易軸方向を磁路とする必要がある。

図２５は方向性電磁鋼板を用いたコアの一例の構成図を示す。

方向性電磁鋼板を用いたコア３００は、図２５（Ａ）に示すように方向性電磁鋼板を磁化容易方向に巻回する工程、巻回した方向性電磁鋼板３０１の端部３０２を溶接などにより固定した後、図２５（Ｂ）に示すように巻回された方向性電磁鋼板３０１の一部を、カッター３０３などを用いて切断してギャップ３０４を形成することにより作成されている。

図２６はパーマロイを用いたコアの一例の構成図を示す。

一方、パーマロイを用いたコア４００は、パーマロイからなる板材をギャップ４０１、中心孔４０２などを含む形状にプレス加工し、複数枚、積層することにより作成される。

このように、方向性電磁鋼板を用いたコア３００は、方向性電磁鋼板を巻回する工程、巻回した方向性電磁鋼板の端部を固定する工程、一部を切断してギャップを形成する工程などを含み、製造工程が複雑であった。これに対して、パーマロイを用いたコア４００は、板材をプレス加工し、積層することにより作成できる。したがって、方向性電磁鋼板を用いたコア３００は、材料は安価であるものの、パーマロイなどを用いたコア４００に比べて作業工程が複雑となり、組み立て性が悪かった。

このため、方向性電磁鋼板を用いたコアの組み立て性を向上させることを望まれている。しかしながら、方向性電磁鋼板は、磁化容易軸を有するので、パーマロイを用いたコアと同じようにプレスして、積層した場合、磁化容易軸に直交する方向に磁束が流れるために着磁によるヒステリシスが大きい、最大測定電流が小さいという問題点があった。

方向性電磁鋼板を用いたコアをコアとして作用させるために、方向性電磁鋼板を磁化容易軸方向が直交する２種類のコア部材をプレスにより作成し、交互に積層し、全周に亘って平均の透磁率が等しくなるようにしたコアが提案されている（例えば、特許文献１、２参照）。

方向性電磁鋼板を用いたコアをこのように作成することにより、パーマロイを用いたコアとほぼ同様な製造工程により作成を行える。

次に、方向性電磁鋼板を磁化容易軸方向が直交する２種類のコア部材をプレスにより作成し、交互に積層し、全周に亘って平均の透磁率が等しくなるようにしたコアの特性について説明する。

図２７は、特許文献１、２に示される方向性電磁鋼板を積み重ねたコアの磁路を説明するための図を示す。コア部１１０'に形成される磁路を矢印、透磁率を濃淡で図式化したものである。なお、同図中、濃い部分は透磁率が低い部分、薄い部分は透磁率が高い部分を示す。

コア１１１'は長辺方向が磁化容易軸、短辺方向が磁化容易軸に対し直角方向となるように加工されている。

一方、コア１１２'は短辺方向が磁化容易軸、長辺方向が磁化容易軸に対して直角方向となるように加工されている。

このコア１１１'とコア１１２'とを重ね合わせて使用する。

図２７（ｃ）は、重ね合わせたコアをギャップＧから反時計方向に展開した図である。

コアの中心部貫く電流による磁界により発生した磁束のコア１１１'、１１２'での分布を説明する。

点ａにおいてコア１１１'とコア１１２'の透磁率を比較すると、コア１１２'の透磁率が圧倒的に高いために磁束の全てはコア１１２'を通る。点ａと点ｃとの間の区間では、コア１１２'の透磁率は、低下傾向となるのに対し、コア１１１'の透磁率は、上昇傾向となる。

点ｂにおいて、コア１１１'とコア１１２'の透磁率は略同等となるから、点ｂ付近ではコア１１１'とコア１１２'とで磁束は略均等に分布する。点ｃに近づくに従い、コア１１１'側の透磁率が高くなるため点ｃと点ｄの間の区間において、磁束はコア１１１'に移動する。

コア１１１'の点ｃと点ｄとの間の区間を通過した磁束は点ｄと点ｅの間の区間においてコア１１１'の透磁率の低下、コア１１２'の透磁率の上昇に伴って、磁束はコア１１２'側に移動し始める。点ｆと点ｇの間の区間において、全ての磁束は、コア１１２'側に移動する。同様に、点ｇと点ｉとの間の区間及び点ｋと点ｎとの間の区間においても磁束が同様に移動する。

このように、磁化容易軸方向が直交する方向性電磁鋼板からなるコア１１１'、コア１１２'を積み重ねた構成では、主に、コア１１１'、コア１１２'の磁化容易軸方向の部分を磁束が流れ、磁化容易軸方向に直角方向の部分には磁束は流れない。

特許第３７９０１４７号公報 特開２００８−２２４４８８号公報

コア１１１'とコア１１２'とは密着して組み立てられることを理想とするが、実際には、微小な空隙は存在する。空隙の透磁率は、真空の透磁率と同等であるので、コア１１１'とコア１１２'との間に空隙があると、磁束にとって、この空隙がコア１１１'とコア１１２'との間で移動する際に抵抗となる。空隙が大きい程、磁気抵抗は大きくなるから、空隙が大きい場合には、一部の磁束がコア１１１'とコア１１２'との間で移動しない場合が懸念される。

これにより、電流センサに必要なコア全体としての磁気飽和特性、すなわち、最大測定電流が低下や、保磁率、すなわち、ヒステリシスの増大など悪影響が発生するなどの課題があった。

本発明は上記の点に鑑みてなされたもので、必要な磁気特性及び出力特性を確保しつつ、安価に、かつ、効率よく製造を行うことができる電流センサ及びその製造方法を提供することを目的とする。

本発明は、ギャップを有するコアに電流に応じて発生する磁束を、該コアに形成されたギャップに挿入された磁気センサにより検出することにより電流を検出する電流センサであって、前記コアは、一定の方向に磁化容易軸を有する方向性電磁鋼板からなる第１のコア部材及び第２のコア部材を、前記磁化容易軸が互いに直交するように積層した構成とされており、前記第１のコア部材は、前記第１のコア部材の磁化容易軸に直交する方向への磁束の流れを抑制する第１のトラップ部を有し、前記第２のコア部材は、前記第２のコア部材の磁化容易軸に直交する方向への磁束の流れを抑制する第２のトラップ部を有する。

また、前記第１のトラップ部は、前記第１のコア部材に形成された貫通孔であり、前記第２のトラップ部は、前記第２のコア部材に形成された貫通孔である。

さらに、前記コアは、前記第１のコア部材及び前記第２のコア部材を交互に積層した構成とされている。

また、前記第１のトラップ部は、前記第１のコア部材に形成される磁路のうち前記第１のコア部材の磁化容易軸に直交する方向への入出力路部分に形成され、前記第２のトラップ部は、前記第２のコア部材に形成される磁路のうち前記第２のコア部材の磁化容易軸に直交する方向への入出力路部分に形成されている。

前記第１のトラップ部は、前記第１のコア部材が一体的に連結されるように構成され、前記第２のトラップ部は、前記第２のコア部材が一体的に連結されるように構成される。

また、本発明は、ギャップを有するコアに電流に応じて発生する磁束を、該コアに形成されたギャップに挿入された磁気センサにより検出することにより電流を検出する電流センサの製造方法であって、前記コアは、一定の方向に磁化容易軸を有する方向性電磁鋼板からなり、前記磁化容易軸に直交する方向への磁束の流れを抑制する第１のトラップ部を有する第１のコア部材を作成する工程と、一定の方向に磁化容易軸を有する方向性電磁鋼板からなり、前記第１のコア部材とは磁化容易軸が直交するように形成され、前記磁化容易軸に直交する方向への磁束の流れを抑制する第２のトラップ部を有する第２のコア部材を作成する工程と、前記第１のコア部材と前記第２のコア部材とを前記磁化容易軸が互いに直交するように積層する工程により製造される。

本発明によれば、コアを、一定の方向に磁化容易軸を有する方向性電磁鋼板からなる第１のコア部材及び第２のコア部材を磁化容易軸が互いに直交するように積層した構成とし、第１のコア部材に第１のコア部材の磁化容易軸に直交する方向への磁束の流れを抑制する第１のトラップ部を設け、第２のコア部材に第２のコア部材の磁化容易軸に直交する方向への磁束の流れを抑制する第２のトラップ部を設けることにより、非磁化容易軸方向への磁束流れを抑制し、第１のコア部材と第２のコア部材とで協働して、磁化容易軸部位に磁束を誘導する磁気回路を形成し、第一のコア部材と第二のコア部材の間に隙間があっても、被測定電流に対して理想の出力特性を得ることができる。

本発明の一実施例の斜視図である。 本発明の一実施例の組立図である。 第１のコア部材１１１、第２のコア部材１１２の斜視図である。 コア部１１０に形成される磁路を説明するための図である。 コア部１１０の製造工程を説明するための図である。 コア部１１０の製造工程を説明するための図である。 コア部１１０の製造工程を説明するための図である。 コア部１１０の製造工程を説明するための図である。 コア部１１０の製造工程を説明するための図である。 コア部１１０の製造工程を説明するための図である。 コア部１１０の製造工程を説明するための図である。 コア部１１０の断面図である。 本発明の一実施例の磁気特性図である。 本発明の一実施例の磁気特性を説明するための図である。 本発明に一実施例の入力電流に対する出力電圧の特性を示す図である。 本発明の一実施例の変形例の斜視図である。 本発明の一実施例の変形例の組立図である。 第１のコア部材１１１、第２のコア部材１１２の変形例の斜視図である。 本発明の一実施例の他の変形例の分解斜視図である。 本発明の一実施例の他の変形例の組み立て斜視図である。 第１のコア部材３１１、第２のコア部材３１２の変形例の平面図である。 第１のコア部材３１１及び第２のコア部材３１２の磁束分布図である。 方向性電磁鋼板の保持力に対する磁束密度の特性を示す図である。 方向性電磁鋼板とパーマロイの保磁力と飽和磁束密度の特性を説明するための図である。 方向性電磁鋼板を用いたコアの一例の構成図である。 パーマロイを用いたコアの一例の構成図である。 特許文献１、２に示される方向性電磁鋼板を積み重ねたコアの磁路を説明するための図である。

図１は本発明の一実施例の分解斜視図、図２は本発明の一実施例の組立図を示す。

本実施例の電流センサ１００は、コア部１１０及び磁気センサ１２０を含む構成とされている。

コア部１１０は、導電線が貫通している。コア部１１０は導電線に電流が流れると、流れる電流に応じた磁束が流れる。コア部１１０は、磁路を形成しており、途中にギャップ１３０を有する。ギャップ１３０には、磁気センサ１２０が挿入されている。

コア部１１０に流れる磁束は、ギャップ１３０で磁気センサ１２０を貫通する。磁気センサ１２０は、ホール素子などから構成されており、貫通する磁束に応じた電気信号を出力する。磁気センサ１２０から出力される電気信号は、導電線に流れる電流に比例した信号となる。

なお、コア部１１０は、第１のコア部材１１１と第２のコア部材１１２とを多数積層した構成とされている。

図３は第１のコア部材１１１、第２のコア部材１１２の斜視図を示す。

第１のコア部材１１１及び第２のコア部材１１２は、方向性電磁鋼板をプレス加工することにより作成されている。方向性電磁鋼板は、方向性珪素鋼板などとも呼ばれるものであり、一定方向に磁化容易軸Ａを有するものである。

第１のコア部材１１１及び第２のコア部材１１２は、共に、略長方形状の環状に形成されており、一短辺の略中央部にギャップ１３０が形成されている。なお、第１のコア部材１１１と第２のコア部材１１２は、外形上が同一に形成されている。

第１のコア部材１１１は、ギャップ１３０が形成される辺に隣接する辺に平行な方向が磁化容易軸Ａとなるように方向性電磁鋼板から切り出されている。第２のコア部材１１２は、ギャップ１３０が形成される辺に平行な方向が磁化容易軸Ａとなるように方向性電磁鋼板から切り出されている。

第１のコア部材１１１と第２のコア部材１１２とは、ギャップ１３０が一致するように積層される。これによって、第１のコア部材１１１と第２のコア部材１１２とは、第１のコア部材１１１の磁化容易軸Ａと第２のコア部材１１２の磁化容易軸Ａとが互いに直交するように積層される。

第１のコア部材１１１には、第１のトラップ部１４１、１４２、１４３が形成されている。第１のトラップ部１４１は、ギャップ１３０が形成される一短辺部分に対向する他の短辺部分に形成されている。第１のトラップ部１４２、１４３は、ギャップ１３０が形成される一短辺部分の両端部に形成されている。第１のトラップ部１４１、１４２、１４３は、第１のコア部材１１１の短辺部分に平行な方向、すなわち、磁化容易軸Ａに直交する方向への磁束の流入を抑制する。

第２のコア部材１１２には、第２のトラップ部１５１〜１５４が形成されている。第２のトラップ部１５１、１５２は、ギャップ１３０が形成される一短辺部分に隣接する一長辺部分の略両端部に形成されている。第２のトラップ部１５３、１５４は、ギャップ１３０が形成される一短辺に隣接する他の長辺の略両端部分に形成されている。第２のトラップ部１５１〜１５４は、磁束が第２のコア部材１１２の長辺方向、すなわち、磁化容易軸Ａに直交する辺への流入を抑制する。

なお、コア部１１０は、例えば、第１のコア部材１１１と第２のコア部材１１２を交互に、１１枚積層した構成とされている。このとき、第１のコア部材１１１と第２のコア部材１１２とは、角部で互いの磁化容易軸方向の辺が重なるように配置される。このとき、コア部１１０の角部において、第１のコア部材１１１に流れる磁束は第１のトラップ部１４１、１４２、１４３により、また、第２のコア部材１１２を流れる磁束は第２のトラップ部１５１〜１５４により、磁化容易軸方向に直交する方向への流れが抑制される。

図４は、コア部１１０に形成される磁路を説明するための図を示す。

図４において、濃淡は透磁率の差を図式化したものであり、濃い部分は透磁率が低く、薄い部分は透磁率が高いことを示している。

コア１１１は、長辺方向を磁化容易軸方向に、短辺を磁化容易軸方向に直角方向となるように加工されており、長辺方向の透磁率が高く、短辺方向の透磁率が低い構成とされている。一方、コア１１２は、短辺方向を磁化容易軸方向に、長辺を磁化容易軸方向に直角方向となるように加工されており、長辺方向の透磁率が低く、短辺方向の透磁率が高い構成とされている。

コア１１１とコア１１２を重ね合わせて使用する。

図５は、コア１１１、１１２を重ね合わせて反時計回りに展開した図を示す。

点ａにおいてコア１１１とコア１１２の反時計回り方向磁束の透磁率を比較すると、コア１１２の透磁率が圧倒的に高いため、磁束の全てはコア１１２を通過する。

点ａと点ｃとの間の区間では、コア１１２の透磁率は低下傾向となるのに対しコア１１１の透磁率は、増加傾向となる。なお、点ｂおいて、コア１１１の透磁率とコア１１２の等位率とは略同等となる。

このため、点ｂ付近で、磁束は、コア１１１とコア１１２とで略均等に分布する。点ｃに近づくに従い、コア１１１側の透磁率が高くなるため、点ｃと点ｄとの間の区間においては、磁束は、コア１１１からコア１１２に移動する。

点ｄを通過した磁束は、点ｄと点ｅとの間の区間では、コア１１１の透磁率が低下し、コア１１２の透磁率が増加する。このため、磁束は、コア１１１側からコア１１２側に移動する。

点ｆと点ｇとの間の区間において全ての磁束はコア１１２側に移動する。同様に点ｇと点ｉとの間の区間、点ｋと点ｎとの間の区間において磁束の移動が生じる。

以上の現象をまとめると、被測定電流によって生じた磁束は、コア１１１とコア１１２の磁化容易軸部分を通り、磁化容易軸に直角方向の部分は流れない。また、コアの四隅にてコア１１１とコア１１２との間の磁束移動が生じる磁気回路を構成する。つまり、磁気特性の良好な部分を選択的に使用して磁気回路を構成する。

なお、コア１１１とコア１１２とは密着して組み立てられることを理想とする。コア１１１とコア１１２との間に微小な空隙が存在すると、空隙の透磁率は真空の透磁率と同等であるので、コア１１１とコア１１２との間を移動する磁束にとって抵抗となる。隙間が大きいほど磁気抵抗は大きくなる。隙間によって、磁束が移動しにくくなるので、電流センサの最大測定電流に影響する磁気飽和特性、ヒステリシスに影響する保磁力が劣化する。

そこで、コア１１１とコア１１２の磁化容易軸方向と磁化容易軸方向に直角方向の部位に貫通孔を設け断面積を減少させることにより、この区間、例えば、点ｃと点ｄとの間の区間への磁束の流入を防止している。これにより、磁束のコア間の移動を確実にし、磁気飽和特性、保磁力を改善している。

コア部１１０に流れる磁束は、第１のコア部材１１１のギャップ１３０に隣接する長辺部分、及び、第２のコア部材１１２のギャップ１３０が形成された短辺部分及び第２のコア部材１１２のギャップ１３０が形成された短辺部分に対向する短辺部分を流れる。

このとき、第１のトラップ部１４１〜１４３により磁束が第１のコア部材１１１の非磁化容易軸方向である短辺部分に供給されることを抑制し、第２のコア部材１１２の短辺部分に供給されることを促進できる。また、第２のトラップ部１５１〜１５４により磁束が第２のコア部材１１２の非磁化容易方向である長辺部分に供給されることを抑制し、第１のコア部材１１１の長辺部分に供給されることを促進できる。また、第１のコア部材１１１及び第２のコア部材１１２の磁化容易軸Ａ方向の辺が重なる角部では、第１のトラップ部１４１〜１４３、第２のトラップ部１５１〜１５４により第１のコア部材１１１及び第２のコア部材１１２の厚さ方向に磁束が透過した後、互いの磁化容易軸Ａ方向の辺部分に磁束が供給される。

これにより、磁束の流れを改善でき、誤差を低減することができる。

次に、本実施例のコア部１１０の製造方法について説明する。

図５乃至図１２はコア部１１０の製造工程を説明するための図を示す。

まず、延長方向が磁化容易軸Ａとされた帯状の方向性電磁鋼板をプレス加工する。このとき、方向性電磁鋼板には、第１のコア部材１１１が作成される領域ａ１と第２のコア部材１１２が作成される領域ａ２とが交互に設けられている。

領域ａ１には、第１のトラップ部１４１〜１４３、中心孔部１４４、ギャップ１３０、取付部１４５が形成される。

このとき、図５に示すように領域ａ１では、長辺の延長方向が方向性電磁鋼板の磁化容易軸Ａの方向となるように第１のコア部材１１１が形成される。取付部１４５は、第１のコア部材１１１の外形状の４つの角部に表面側で凹状に、裏面側で凸状となるように形成される。なお、取付部１４５は、表面側の凹形状と裏面側の凸形状とは係合可能な形状とされている。

領域ａ２には、第２のトラップ部１５１〜１５４、中心孔部１５５、ギャップ１３０、取付部１５６が形成される。

領域ａ２では、図５に示すように短辺の延長方向が方向性電磁鋼板の磁化容易軸Ａの方向となるように第２のコア部材１１２が形成される。

したがって、図５に示すように第１のコア部材１１１と第２のコア部材１１２とは、方向性電磁鋼板上で互いに９０度回転した位置関係で形成される。

なお、取付部１５６は、第１のコア部材１１１の取付部１４５と同様に、第２のコア部材１１２の外形状の４つの角部に表面側で凹状に、裏面側で凸状となるように形成されており、第１のコア部材１１１の取付部１４５に対応するように形成されている。なお、取付部１５６は、表面側の凹形状と裏面側の凸形状とは係合可能な形状とされている。

次に図６に示すように領域ａ１を上型１６１と下型１６２との間に配置する。方向性電磁鋼板の領域ａ１を上型１６１と下型１６２とによりプレスすることにより、図７に示すように第１のコア部材１１１が下型１６２に抜き取られる。

次に、図８に示すように方向性電磁鋼板を矢印Ａ１方向に移動させて領域ａ２が上型１６１と下型１６２との間に位置するように配置する。また、上型１６１及び下型１６２を矢印Ｒ１方向に９０度回転させる。方向性電磁鋼板の移動は、送り出し機構１６３により行われる。送り出し機構１６３は、例えば、モータ及び送り機構などを含む構成とされている。送り出し機構１６３の送り機構は、方向性電磁鋼板に係合しており、モータの回転により方向性電磁鋼板を矢印Ａ１方向に移動させる。

上型１６１及び下型１６２の回転は、回転機構１６４によって行われる。回転機構１６４は、モータ及び減速歯車機構などを含む構成とされている。上型１６１及び下型１６２は、フレームなどを介して減速歯車機構に噛合しており、モータの回転により減速歯車機構が回転することにより、上型１６１及び１６２が９０度回転する構造とされている。

上型１６１と下型１６２により、方向性電磁鋼板の領域ａ２をプレスする。これにより、図９に示すように第２のコア部材１１２が下型１６２に抜き取られる。このとき、第２のコア部材１１２が先に抜き取られた第１のコア部材１１１を下型１６２に押し込むことになる。

第２のコア部材１１２により第１のコア部材１１１が押し込まれるときに、第１のコア部材１１１の取付部１４５の上面側の凹部に第２のコア部材１１２の取付部１５６の下面側の凸部が圧入し、第１のコア部材１１１と第２のコア部材１１２とが結合する。

また、このとき、上型１６１及び下型１６２が９０度回転しているので、第１のコア部材１１１と第２のコア部材１１２とは、磁化容易軸Ａが直交するように結合する。

次に、方正性電磁鋼板を矢印Ａ１方向に移動させ、次の領域ａ１を上型１６１と下型１６２との間に位置させる。また、上型１６１及び下型１６２を回転機構１６４により矢印Ｒ２方向に９０度回転させる。ここで、上型１６１と下型１６２により、方向性電磁鋼板の領域ａ１をプレスすることにより、下型１６２に第１のコア部材１１１が抜き取られ、第２のコア部材１１２の上に第１のコア部材１１１が積層される。

上記動作を繰り返えすことにより、図１０に示すように下型１６２に第１のコア部材１１１と第２のコア部材１１２とが交互に積層される。最後に、図１０に示すように領域ａ１を上型１６１と下型１６２との間に位置決めして、図１１に示すように第１のコア部材１１１を抜き取り、下型１６２に押し込むことにより、コア部１１０が完成する。

図１２はコア部１１０の断面図を示す。

このとき、積層された第１のコア部材１１１及び第２のコア部材１１２は、第１のコア部材１１１及び第２のコア部材１１２の抜き取り時のプレスにより、図１２に示すように取付部１４５、１５６が連結し、互いに結合する。これにより、プレス加工により積層も同時に行えるので、製造効率が向上する。

次に、本実施例の構造による効果を説明する。

図１３、図１４は本発明の一実施例における磁気特性を説明するための図を示しており、図１３は測定電流に対する磁束密度の特性、図１４は図１３の磁気特性のゼロ点付近の特性を拡大した図を示す。

図１３において、実線は、本実施例におけるコア１００のギャップ部の測定電流に対する磁束密度の特性を示す図、破線は、理想の測定電流に対する磁束密度の特性を示す図である。

測定電流−磁束密度に対する特性は、図１３に示すようにゼロ点を通る直線であることが望ましい。しかし、コア部材の磁気飽和により曲がりが生じる。理想の磁束密度Ｂ0に対して０．９９倍の磁束密度Ｂ１（０．９９Ｂ0）、となる電流値を最大測定電流Ｉmとして定義する。

図１５は、コアの善し悪しを最大計測電流とヒステリシス幅により評価した結果を示す図である。

図１５において「トラップ有り」とは、第１のトラップ部１４１〜１４３を形成した第１のコア部材１１１と第２のトラップ部１５１〜１５４を形成した第２のコア部材１１２を交互に積層して作成したコア１００の特性である。また、図１５において「トラップ無し」とは、第１のトラップ部１４１〜１４３が形成されていない第１のコア部材と第２のトラップ部１５１〜１５４が形成されていない第２のコア部材を交互に積層して作成したコアの特性である。なお、「トラップ有り」のコア１００と「トラップ無し」のコアとは、材料、外形寸法、加工方法、熱処理方法などのトラップの有無以外の他の要素は、同一である。

図１５において、トラップ有りのコア１００とトラップ無しのコアの最大計測電流を比較すると、トラップ有りのコア１００が３３８．１Ａであるのに対し、トラップ無しのコアでは、３２２．９Ａである。このように、トラップ有りのコア１００は、トラップ無しのコアに対して５％有利となる。

ヒステリシス幅は、トラップ有りのコア１００が、０．１２９ｍＴ（０．２５Ａに相当）であるのに対し、トラップ無しのコアは、０．１０９ｍＴ（０．２１８Ａに相当）である。トラップ有りのコア１００及びトラップ無しのコアの双方とも最大測定電流に対して、無視できる程度の量であり、大差はない。

このように、本実施例によれば、コア部１１０を、一定の方向に磁化容易軸を有する方向性電磁鋼板からなる第１のコア部材１１１及び第２のコア部材１１２を磁化容易軸が互いに直交するように積層した構成とし、第１のコア部材１１１に第１のコア部材１１１の磁化容易軸に直交する方向への磁束の流入を抑止する第１のトラップ部１４１〜１４３を設け、第２のコア部材１１２に第２のコア部材１１２の磁化容易軸に直交する方向への磁束の流入を抑止する第２のトラップ部１５１〜１５４を設けることにより、磁化容易軸方向に直交する方向への磁束の流入を抑止し、第１のコア部材１１１と第２のコア部材１１２とで磁気特性が改善された磁気回路を構成できるため、コア全体としての磁気特性を改善することができる。

なお、本実施例では、第１のトラップ部１４１〜１４３及び第２のトラップ部１５１〜１５４の形状を四角形状としたが、円形状としてもよい。

図１６は本発明の一実施例の変形例の斜視図、図１７は本発明の一実施例の変形例の組立図、図１８は第１のコア部材１１１、第２のコア部材１１２の変形例の斜視図を示す。同図中、図１乃至図３と同一構成部分には同一符号を付し、その説明は省略する。

本変形例は、第１のトラップ部２４１〜２４４及び第２のトラップ部２５１〜２５４の形状が円形状とされている。第１のトラップ部２４１〜２４４及び第２のトラップ部２５１〜２５４を円形状とすることにより、強度を確保しやすく、変形などが生じ難くなる。

また、本実施例では、第１のトラップ部１４１〜１４３、２４１〜２４４及び第２のトラップ部１５１〜１５４、２５１〜２５４を貫通孔としたが、これに限定されるものではなく、切欠、あるいは、板厚を薄くするような構成であってもよく、要は、第１のコア部材１１１及び第２のコア部材１１２の各々で磁化容易軸方向に延長する部材への磁束の流れを抑止できるような形状、あるいは、構造であればこれに限定されるものではない。

また、透磁率は、第１のトラップ部１４１〜１４３、２４１〜２４４及び第２のトラップ部１５１〜１５４、２５１〜２５４が形成された部分とそれ以外の部分とでは必然的に異なる構成となっており、全周に亘って等しくはならない構成とされている。

図１９は、本発明の一実施例の他の変形例の分解斜視図、図２０は本発明の一実施例の他の変形例の組み立て斜視図、図２１は、第１のコア部材３１１、第２のコア部材３１２の変形例の平面図を示す。

本変形例の電流センサ３００は、コア部３１０の構成がコア部１１０、２１０とは相違する。本変形例の第１のコア部材３１１は、第１のコア部材１１１、２１１と、第２のコア部材３１２は第２のコア部材１１２、２１２と同じ材料、同じ外形状とされており、第１のトラップ部３４１、第２のトラップ部３５１、３５２の個数、形状、位置などが相違する。

第１のコア部材３１１には、第１のトラップ部３４１が形成され、第２のコア部材３１２には、第２のトラップ部３５１、３５２が形成された構成とされている。第１のトラップ部材３４１、第２のコア部材３５１、３５２は、円形状とされている。

第１のトラップ部材３４１、３４２は、第１のコア部材３１１の長辺のギャップＧが形成されていない側の短辺に近接して形成されている。

第２のトラップ部材３５１は、第２のコア部材３１２の短辺のうちギャップＧが形成されていない側の短辺の略中央部分に形成されている。

なお、トラップ部の数を第１のトラップ部３４１、３４２及び第２のトラップ部３５１の必要最小限の数で構成し、かつ、形状を円形状とすることにより、強度を確保しやすく、変形などが生じ難くなる。

図２２は、第１のコア部材３１１及び第２のコア部材３１２の磁束分布図を示す。図２２（Ａ）は第１のコア部材３１１の磁束分布を濃淡で示しており、図２２（Ｂ）は第２のコア部材３１２の磁束分布を濃淡で示している。

図２２（Ａ）、図２２（Ｂ）は、第１のコア部材３１１と第２のコア部材３１２を積層し、中央部に略１００Ａの電流を貫通させたときの磁束分布を示しており、図２２（Ａ）、図２２（Ｂ）に示すように第１のトラップ部３４１、第２のトラップ部３５１の周囲では、濃度が薄く、磁束密度が低くなっており、第１のトラップ部３４１、第２のトラップ部３５１の有効に働いていることが分かる。

なお、上記実施例では、第１のトラップ部１４１〜１４３、２４１〜２４４、３４１、３４２及び第２のトラップ部１５１〜１５４、２５１〜２５４、３５１を貫通孔としたが、これに限定されるものではなく、切欠、あるいは、板厚を薄くするような構成であってもよく、要は、第１のコア部材１１１、２１１、３１１及び第２のコア部材１１２、２１２、３１２の各々で磁化容易軸方向に延長する部材への磁束の流れを抑止できるような形状、あるいは、構造であればこれに限定されるものではない。

また、透磁率は、第１のトラップ部１４１〜１４３、２４１〜２４４、３４１、３４２及び第２のトラップ部１５１〜１５４、２５１〜２５４、３５１が形成された部分とそれ以外の部分とでは必然的に異なる構成となっており、全周に亘って等しくはならない。

本発明は上記実施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形例が考えられることは言うまでもない。

１００、２００、３００ 電流センサ
１１０、２１０、３１０ コア部
１１１、２１１、３１１ 第１のコア部材、１１２、２１２、３１２ 第２のコア部材
１２０ 磁気センサ
１３０ ギャップ
１４１〜１４３、２４１〜２４４、３４１ 第１のトラップ部、１４４ 中心孔部
１４５、１５６ 取付部
１５１〜１５４、２５１〜２５４、３５１、３５２ 第２のトラップ部
１６１ 上型、１６２ 下型

Claims (6)

1. ギャップを有するコアに電流に応じて発生する磁束を、該コアに形成されたギャップに挿入された磁気センサにより検出することにより電流を検出する電流センサであって、
   前記コアは、
   一定の方向に磁化容易軸を有する方向性電磁鋼板からなる第１のコア部材及び第２のコア部材を、前記磁化容易軸が互いに直交するように積層した構成とされており、
   前記第１のコア部材は、前記第１のコア部材の磁化容易軸に直交する方向への磁束の流れを抑制する第１のトラップ部を有し、
   前記第２のコア部材は、前記第２のコア部材の磁化容易軸に直交する方向への磁束の流れを抑制する第２のトラップ部を有する電流センサ。
2. 前記第１のトラップ部は、前記第１のコア部材に形成された貫通孔であり、
   前記第２のトラップ部は、前記第２のコア部材に形成された貫通孔である請求項１記載の電流センサ。
3. 前記コアは、前記第１のコア部材及び前記第２のコア部材を交互に積層した構成とされている請求項１又は２記載の電流センサ。
4. 前記第１のトラップ部は、前記第１のコア部材に形成される磁路のうち前記第１のコア部材の磁化容易軸に直交する方向への入出力路部分に形成され、
   前記第２のトラップ部は、前記第２のコア部材に形成される磁路のうち前記第２のコア部材の磁化容易軸に直交する方向への入出力路部分に形成されている請求項１乃至３のいずれか一項記載の電流センサ。
5. 前記第１のトラップ部は、前記第１のコア部材が一体的に連結されるように構成され、
   前記第２のトラップ部は、前記第２のコア部材が一体的に連結されるように構成される請求項１乃至４のいずれか一項記載の電流センサ。
6. ギャップを有するコアに電流に応じて発生する磁束を、該コアに形成されたギャップに挿入された磁気センサにより検出することにより電流を検出する電流センサの製造方法であって、
   前記コアは、
   一定の方向に磁化容易軸を有する方向性電磁鋼板からなり、前記磁化容易軸に直交する方向への磁束の流れを抑制する第１のトラップ部を有する第１のコア部材を作成する工程と、
   一定の方向に磁化容易軸を有する方向性電磁鋼板からなり、前記第１のコア部材とは磁化容易軸が直交するように形成され、前記磁化容易軸に直交する方向への磁束の流れを抑制する第２のトラップ部を有する第２のコア部材を作成する工程と、
   前記第１のコア部材と前記第２のコア部材とを前記磁化容易軸が互いに直交するように積層する工程により製造される電流センサの製造方法。