JP5960403B2 - 電流センサ - Google Patents

Description

本発明は、電流センサに関する。

この種の従来の電流センサとして、特許文献１に開示されたものがある。この電流センサ５０は、図７に示すように、電流が流れる導体であるバスバー５１と、バスバー５１を流れる電流値を算出するセンサ本体５２と、このセンサ本体５２を収容するハウジング５３と、バスバー５１及びセンサ本体５２を外側から囲む磁気シールド部材５４と、この磁気シールド部材５４をハウジング５３との間で固定する下カバー５５とを備えている。

センサ本体５２は、磁界強度（磁束密度）を検出する磁気検出素子であるホール素子５２ａと、ホール素子５２ａが固定され、ホール素子５２ａの検出した磁気量に基づいて電流値を算出する演算回路を有する回路基板５２ｂとから構成されている。

磁気シールド部材５４は、略コ字形状に形成されている。ホール素子５２ａは、このコ字形状の磁気シールド部材５４に囲まれる位置に配置される。

バスバー５１に電流が通電されると、バスバー５１から電流量に比例する磁界が発生する。センサ本体５２は、この磁界をホール素子５２ａが検出し、検出した磁界の大きさに基づいた電流値を算出する。又、磁気シールド部材５４は外部磁界を遮蔽する。

ここで、ホール素子５２ａは、磁気シールド部材５４によって外部磁界の悪影響がないとみなし、磁気シールド部材５４内のＺ方向の中央位置（図４のＺ＝０の位置）に設置されるのが通常である。

特開２０１０−２４３４４０号公報

しかしながら、磁気シールド部材５４は、外部磁界の内部侵入を完全に防止することができない。そのため、磁気シールド部材５４の内部に侵入する外部磁界によって検出誤差が発生する恐れがある。特に、電流センサ５０が外部磁界の強い状況下に設置される場合には、外部磁界に対して強い電流センサ５０が要望される。

そこで、本発明は、前記した課題を解決すべくなされたものであり、外部磁界に対して強い電流センサを提供することを目的とする。

本発明は、電流が流れる導体と、磁気を検出する磁気検出素子を有し、前記磁気検出素子の検出した磁気量に基づいて電流値を算出するセンサ本体と、前記導体及び前記磁気検出素子を囲む外側位置に配置された磁気シールド部材とを備えた電流センサであって、前記磁気検出素子は、一方向の磁気感度を持ち、その磁気感度方向が前記導体を流れる電流による磁束の検出に適した方向とし、且つ、前記磁気感度方向の外部磁界のうち前記磁気シールド部材の開口部を介して侵入する侵入外部磁界（磁気シールド部材の開口部を介して該磁気シールド部材内に侵入する外部磁界を「侵入外部磁界」と定義する）において、前記磁気検出素子の位置における前記侵入外部磁界による磁束の向きが磁気感度方向とほぼ直交する位置に配置されたことを特徴とする電流センサである。

本発明によれば、磁気検出素子は、導体を流れる電流によって発生する磁界を検出するが、磁気シールド部材の内部に侵入する外部磁界を検出しない。従って、電流センサは、外部磁界に対して強い。

本発明の一実施形態を示し、電流センサの斜視図である。 本発明の一実施形態を示し、電流センサの断面図である。 本発明の一実施形態を示し、外部磁界を印加した場合にあって、磁気シールド部材内に侵入する外部磁界の状態を示す模式図である。 本発明の一実施形態を示し、磁気シールド部材内のＺ方向の座標を示す図である。 本発明の一実施形態を示し、Ｚ方向位置に対する外部磁界のＺ方向透過率を示す特性線図である。 本発明の一実施形態を示し、各周波数毎のＺ方向の磁束密度を示す特性線図である。 従来例を示し、電流センサの分解斜視図である。

以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。

図１〜図６は本発明の一実施形態を示す。図１及び図２に示すように、電流センサ１は、電流が流れる導体であるバスバー２と、バスバー２を流れる電流値を算出するセンサ本体３と、このセンサ本体３を収容する樹脂ケース６と、樹脂ケース６に固定され、バスバー２及びセンサ本体３を外側から囲む磁気シールド部材１０とを備えている。

バスバー２は、ストレート状の金属プレートである。バスバー２は、その中央箇所が樹脂ケース６内を貫通し、その両端部が樹脂ケース６より露出している。

樹脂ケース６は、バスバー２、センサ本体３をインサート部品としてインサート樹脂成形により形成されている。樹脂ケース６は、外部出力用コネクタ部６ａを一体に有する。

磁気シールド部材１０は、底面部１１と、この底面部１１の両端より上方に突出する一対の側面壁１２とから略コ字形状に形成されている。磁気シールド部材１０は、樹脂ケース６に例えば圧入によって固定されている。磁気シールド部材１０は、強磁性材である。

センサ本体３は、磁界強度（磁束密度）を検出する磁気検出素子であるホール素子４と、ホール素子４が固定され、ホール素子４の検出した磁気量に基づいて電流値を算出する演算回路を有する回路基板５とから構成されている。

ホール素子４は、磁気シールド部材１０の底面部１１の上方位置に配置されている。ホール素子４は、一方向のみの磁気感度を持っている。ホール素子４は、その磁気感度方向がバスバー２を流れる電流による磁界強度（磁束密度）の検出に適した方向（Ｚ方向）で、且つ、外部磁界による磁束の向きが直交する位置に配置されている。

外部磁界による磁束の向きが直交する位置は、例えば次のようにして決定する。磁気シールド部材１０への外部磁界の内部侵入は、磁気シールド部材１０の形状等によって異なる。コ字形状のシールド部材１０の内部領域について、想定される外部磁界（他の電流経路からの磁界、磁石等）に基づき磁場シュミレーションを行う。例えば、磁場シュミレーションで図３に示すような結果が得られる。図３のａ，ｂ，ｃの位置は、ホール素子４の磁気感度方向と外部磁界による磁束の向き（Ｙ方向の向き）が直交する位置となり、このいずれかの位置にホール素子４を配置する。

図４に示すように、磁気シールド部材１０の内部をＺ方向の座標（Ｚ＝０が中央）とし、外部磁界のＺ方向透過率を調べると、図５に示す特性線が得られた。つまり、外部磁界のＺ方向透過率は、Ｚ＝４の位置で０（ゼロ）となり、この位置（図３のａ位置に相当）に配置する。この位置では、Ｚ方向を感度方向とするホール素子４は、外部磁界を検出しない。

上記構成において、バスバー２に電流が通電されると、バスバー２から電流量に比例する磁界が発生する。センサ本体３は、この磁界をホール素子４が検出し、検出した磁界の大きさに基づいた電流値を算出する。

ここで、ホール素子４は、バスバー２を流れる電流によって発生する磁界を検出するが、上記したように、磁気シールド部材１０の内部に侵入する外部磁界を検出しない。従って、電流センサ１は、磁気シールド部材１０内に侵入する外部磁界によって検出誤差を発生せず、外部磁界に対して強い。

又、外部磁界について、各周波数毎のＺ方向の磁束密度を示す特性線が図６に示されている。図６に示すように、外部磁界のＺ方向透過率が０の位置（Ｚ＝４）は、磁束密度が周波数で変化し難い位置となる。従って、電流センサ１の出力応答特性が向上するという利点もある。

前記実施形態では、ホール素子４は、その磁気感度方向に対し、外部磁界による磁束の向き（Ｙ方向の向き）が直交する位置に配置されているが、外部磁界による磁束の向き（Ｙ方向の向き）が正確に直交する位置がないときには、極力直交する位置、ほぼ直交する位置に配置する。

前記実施形態では、導体は、バスバー２にて形成されているが、バスバー２以外で形成しても良い。

前記実施形態では、磁気検出素子は、ホール素子４であるが、バスバー２に流れる電流による磁界強度（磁束密度）を検出できるものであれば良い。

１ 電流センサ
２ バスバー（導体）
３ センサ本体
４ ホール素子（磁気検出素子）
１０ 磁気シールド部材

Claims (1)

1. 電流が流れる導体と、磁気を検出する磁気検出素子を有し、前記磁気検出素子の検出した磁気量に基づいて電流値を算出するセンサ本体と、前記導体及び前記磁気検出素子を囲む外側位置に配置された磁気シールド部材とを備えた電流センサであって、
   前記磁気検出素子は、
   一方向の磁気感度を持ち、その磁気感度方向が前記導体を流れる電流による磁束の検出に適した方向とし、且つ、
   前記磁気感度方向の外部磁界のうち前記磁気シールド部材の開口部を介して侵入する侵入外部磁界において、前記磁気検出素子の位置における前記侵入外部磁界による磁束の向きが磁気感度方向とほぼ直交する位置に配置されたことを特徴とする電流センサ。

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