特許 6516058 電流センサ及びこれに用いるバスバーの製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B1)

(11)【特許番号】6516058

(24)【登録日】2019年4月26日

(45)【発行日】2019年5月22日

(54)【発明の名称】電流センサ及びこれに用いるバスバーの製造方法

(51)【国際特許分類】

   G01R 15/00 20060101AFI20190513BHJP

   G01R 15/20 20060101ALI20190513BHJP

【ＦＩ】

   G01R15/00 300

   G01R15/20 C

【請求項の数】3

【全頁数】8

(21)【出願番号】特願2018-198714(P2018-198714)

(22)【出願日】2018年10月22日

【審査請求日】2018年11月21日

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】000003067

【氏名又は名称】ＴＤＫ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100115738

【弁理士】

【氏名又は名称】鷲頭 光宏

(74)【代理人】

【識別番号】100121681

【弁理士】

【氏名又は名称】緒方 和文

(72)【発明者】

【氏名】堀 竜麿

【審査官】 島▲崎▼ 純一

(56)【参考文献】

【文献】 特表２０００−５０２４４８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１５−０３４７７４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００２−３１８２５１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１５−１３２５１６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−０８５２２８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００３−３２９７１１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２０１５／１３３６２１（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 国際公開第２０１７／１８７７３３（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 国際公開第２０１５／０７５６２３（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 米国特許出願公開第２０１５／０１６０２６７（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０１Ｒ １５／００

Ｇ０１Ｒ １５／２０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

測定対象電流が流れるバスバーと、
前記バスバーから発生する磁界を検出する磁気センサと、を備え、
前記バスバーは、前記測定対象電流の一部が流れる検出配線部と、前記測定対象電流の残りの部分が流れる複数の分岐配線部とを有し、
前記磁気センサは、前記検出配線部に流れる前記測定対象電流の前記一部によって発生する磁界を検出し、
前記検出配線部は、前記複数の分岐配線部よりも電流経路が長く、
前記検出配線部と前記複数の分岐配線部は、電流方向と垂直な断面の形状が互いに等しいことを特徴とする電流センサ。

【請求項2】

前記バスバーは、前記検出配線部の一端及び前記複数の分岐配線部の一端に接続された入力配線部と、前記検出配線部の他端及び前記複数の分岐配線部の他端に接続された出力配線部とをさらに有し、前記検出配線部、前記複数の分岐配線部、前記入力配線部及び前記出力配線部からなる部分は、厚さが一定の金属板からなることを特徴とする請求項１に記載の電流センサ。

【請求項3】

電流センサに用いるバスバーの製造方法であって、厚さが一定の金属板を用意し、前記金属板をパンチング加工することにより、入力配線部と、出力配線部と、一端が前記入力配線部に接続され、他端が前記出力配線部に接続された検出配線部と、一端がいずれも前記入力配線部に接続され、他端がいずれも前記出力配線部に接続された複数の分岐配線部とを有し、前記検出配線部の幅と前記複数の分岐配線部の幅が同じであるバスバーを作製することを特徴とするバスバーの製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は電流センサ及びこれに用いるバスバーの製造方法に関し、特に、大電流の測定に適した電流センサ及びこれに用いるバスバーの製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

電流センサは、測定対象電流によって発生する磁界を磁気センサによって検出するタイプが一般的である。例えば、特許文献１には、測定対象電流が流れるバスバーを２分岐し、一方の分岐バーに流れる電流によって発生する磁界を磁気センサによって検出するタイプの電流センサが開示されている。

【0003】

特許文献１に記載された電流センサは、バスバーを２分岐し、その一方の分岐バーに磁気センサを割り当てていることから、バスバーに流れる測定対象電流が大電流であっても、分岐バーに流れる電流の電流量が抑えられることから、大電流の測定に適している。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２００２−２５７８６６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

特許文献１に記載された電流センサにおいては、２つの分岐バーの長さが同じであることから、単位断面積当たりの電流密度は同じであり、したがって、単位断面積当たりの発熱量も同じである。しかしながら、２つの分岐バーは断面積自体が互いに異なっていることから、熱容量が互いに相違する。このため、実際には２つの分岐バーには温度差が生じ、これにより電気抵抗率に差が生じることから、測定対象電流の分流比が変化してしまう。その結果、測定対象電流の測定値に誤差が生じるという問題があった。

【0006】

したがって、本発明は、バスバーに流れる測定対象電流を分流させることによって大電流の測定を可能とした電流センサにおいて、バスバーの温度差に起因する測定誤差を低減することを目的とする。また、本発明は、このような電流センサに用いるバスバーの製造方法を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明による電流センサは、測定対象電流が流れるバスバーと、バスバーから発生する磁界を検出する磁気センサとを備え、バスバーは、測定対象電流の一部が流れる検出配線部と、測定対象電流の残りの部分が流れる分岐配線部とを有し、磁気センサは、検出配線部に流れる測定対象電流の一部によって発生する磁界を検出し、検出配線部は、分岐配線部よりも電流経路が長く、検出配線部と分岐配線部は、電流方向と垂直な断面の形状が互いに等しいことを特徴とする。

【0008】

本発明によれば、分岐配線部よりも検出配線部の電流経路の方が長いことから、検出配線部に流れる電流の電流量をより低減することが可能となる。これにより、大電流の測定が可能となる。しかも、検出配線部と分岐配線部の断面形状が互いに等しいことから、電流経路の長さの差に起因する発熱量の差が熱容量の差によって相殺される。これにより、バスバーの温度差に起因する測定誤差を低減することが可能となる。

【0009】

本発明において、バスバーは分岐配線部を複数有しても構わない。これによれば、検出配線部に流れる電流の電流量がよりいっそう低減することから、より大電流を測定することが可能となる。

【0010】

本発明において、バスバーは、検出配線部の一端及び分岐配線部の一端に接続された入力配線部と、検出配線部の他端及び分岐配線部の他端に接続された出力配線部とをさらに有し、検出配線部、分岐配線部、入力配線部及び出力配線部からなる部分は、厚さが一定の金属板からなるものであっても構わない。これによれば、厚さが一定の金属板をパンチング加工することによって容易にバスバーを作製することが可能となる。

【0011】

本発明によるバスバーの製造方法は、電流センサに用いるバスバーの製造方法であって、厚さが一定の金属板を用意し、金属板をパンチング加工することにより、入力配線部と、出力配線部と、一端が入力配線部に接続され、他端が出力配線部に接続された検出配線部と、一端が入力配線部に接続され、他端が出力配線部に接続された分岐配線部とを有し、検出配線部の幅と分岐配線部の幅が同じであるバスバーを作製することを特徴とする。

【0012】

本発明によれば、厚さが一定の金属板をパンチング加工することにより、加工幅が一定である検出配線部及び分岐配線部を有するバスバーを作製していることから、検出配線部と分岐配線部の加工精度が完全に一致する。このため、加工精度の差に起因する測定誤差を低減することが可能となる。

【発明の効果】

【0013】

このように、本発明によれば、バスバーに流れる測定対象電流を分流させることによって大電流の測定を可能とした電流センサにおいて、バスバーの温度差に起因する測定誤差を低減することが可能となる。また、本発明によれば、このような電流センサに用いるバスバーの製造方法を提供することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】図１は、本発明の好ましい実施形態による電流センサの外観を示す略斜視図である。

【図2】図２は、本発明の好ましい実施形態による電流センサにおいて、ケース２０の上蓋を除去した状態を示す略斜視図である。

【図3】図３は、バスバー１０の形状を説明するための平面図である。

【図4】図４は、変形例によるバスバー１０Ａの形状を説明するための平面図である。

【図5】図５は、領域Ａに印加される磁束の方向を説明するための模式図である。

【図6】図６は、磁気コア４１を有する磁気センサ４０を領域Ａに配置した例を示す模式図である。

【発明を実施するための形態】

【0015】

以下、添付図面を参照しながら、本発明の好ましい実施形態について詳細に説明する。

【0016】

図１は、本発明の好ましい実施形態による電流センサの外観を示す略斜視図である。

【0017】

図１に示すように、本実施形態による電流センサは、測定対象電流Ｉが流れるバスバー１０と、バスバー１０に取り付けられたケース２０とを有している。バスバー１０は、銅（Ｃｕ）などの良導体からなる金属板であり、ｙ方向における厚みは一定である。特に限定されるものではないが、本実施形態による電流センサは、測定対象電流Ｉが大電流である場合を想定して、２枚のバスバー１０を重ねて使用している。２つのバスバー１０は、入力配線部１３及び出力配線部１４において、接続プレート１８を介して固定される。このため、２つのバスバー１０は接しておらず、これにより接触抵抗に起因する測定誤差の発生を防止している。入力配線部１３、出力配線部１４及び接続プレート１８にはネジ穴１９が設けられており、ネジ穴１９を用いて測定対象となる機器に固定される。

【0018】

ケース２０の内部には磁気センサが収容される。図２は、ケース２０の上蓋を除去した状態を示す略斜視図である。図２に示すように、ケース２０の内部には、回路基板３０と、回路基板３０に搭載された磁気センサ４０が収容されている。ケース２０は、それ自体が磁気コアであっても構わない。磁気センサ４０の種類については特に限定されないが、フラックスゲートセンサ、ＭＩ（磁気インピーダンス）センサ、ホールセンサ、ＡＭＲセンサ、ＧＭＲセンサ、ＴＭＲセンサなどを用いることができる。図１に示した端子電極Ｅ１〜Ｅ４は、回路基板３０から導出されたものであり、使用する磁気センサ４０の種類に応じて所定の素子に接続される。例えば、磁気センサ４０がフラックスゲートセンサであれば、端子電極Ｅ１，Ｅ２が検出コイルの一端及び他端に接続され、端子電極Ｅ３，Ｅ４が補償コイルの一端及び他端に接続される。

【0019】

図３は、バスバー１０の形状を説明するための平面図である。

【0020】

図３に示すように、バスバー１０は、入力配線部１３と出力配線部１４の間に接続された検出配線部１１及び分岐配線部１２Ａ，１２Ｂを有する。検出配線部１１と分岐配線部１２Ａ，１２Ｂは並列に接続されており、このため、入力配線部１３から出力配線部１４に測定対象電流Ｉが流れると、測定対象電流Ｉの一部である電流Ｉｄが検出配線部１１に流れ、測定対象電流Ｉの残りの部分である電流Ｉｂ_Ａ，Ｉｂ_Ｂがそれぞれ分岐配線部１２Ａ，１２Ｂに流れる。したがって、Ｉ＝Ｉｄ＋Ｉｂ_Ａ＋Ｉｂ_Ｂである。

【0021】

検出配線部１１は、ｚ方向に延在する第１及び第２の部分１１_１，１１_２と、ｘ方向に延在する第３の部分１１_３からなり、電流Ｉｄは、第１の部分１１_１、第３の部分１１_３及び第２の部分１１_２の順に流れる。したがって、第１の部分１１_１に流れる電流Ｉｄの向きと、第２の部分１１_２に流れる電流Ｉｄの向きは互いに逆である。そして、磁気センサ４０は、検出配線部１１の第１の部分１１_１と第２の部分１１_２に挟まれた領域Ａに配置される。

【0022】

一方、２つの分岐配線部１２Ａ，１２Ｂは、いずれもｘ方向に延在しており、入力配線部１３と出力配線部１４を最短距離で接続している。したがって、電流経路の長さとしては、分岐配線部１２Ａ，１２Ｂよりも検出配線部１１の方が長い。これにより、検出配線部１１に流れる電流Ｉｄがより低減される。本実施形態において２つの分岐配線部１２Ａ，１２Ｂを並列に設けているのは、分岐配線部１２Ａ，１２Ｂの抵抗値を下げることによって検出配線部１１に流れる電流Ｉｄをより減らすためである。分岐配線部の本数については２本に限定されず、図４に示す変形例によるバスバー１０Ａのように、３つの分岐配線部１２Ａ〜１２Ｃを並列に設けても構わない。

【0023】

模式図である図５に示すように、領域Ａに磁気センサ４０を配置すると、検出配線部１１に流れる電流Ｉｄによって領域Ａには同方向の磁束が印加される。図５に示す例では、検出配線部１１の第１の部分１１_１に流れる電流Ｉｄによって反時計回りの磁束φ１が発生し、検出配線部１１の第２の部分１１_２に流れる電流Ｉｄによって時計回りの磁束φ２が発生するため、領域Ａに印加される磁束の向きはいずれもｙ方向となる。したがって、領域Ａに磁気センサ４０を配置し、磁気センサ４０によってｙ方向における磁界の強度を検出すれば、検出配線部１１に流れる電流Ｉｄの量を検出することが可能となる。そして、検出配線部１１に流れる電流Ｉｄと、分岐配線部１２Ａ，１２Ｂに流れる電流Ｉｂ_Ａ，Ｉｂ_Ｂの分流比は既知であることから、電流Ｉｄの検出値に基づいて測定対象電流Ｉを算出することが可能となる。

【0024】

図６に示すように、磁気センサ４０は磁気コア４１を備えていても構わない。図６に示す例では、ｚ方向に開口した環状の磁気コア４１を用い、磁気コア４１に囲まれた領域に検出配線部１１、可飽和磁性体Ｍ及びその周囲に巻回された検出コイルＣを配置している。つまり、図１及び図２に示すケース２０自体が磁気コア４１である場合にこのような構成を得ることができる。このような磁気コア４１を用いれば、外乱磁界が磁気コア４１をバイパスすることから、外乱磁界の影響を低減することが可能となる。

【0025】

本実施形態においては、バスバー１０のｙ方向における厚みが一定であり、且つ、検出配線部１１及び分岐配線部１２Ａ，１２Ｂの導体幅、つまり、電流方向に対して垂直な幅も一定である。具体的には、検出配線部１１を構成する第１及び第２の部分１１_１，１１_２のｘ方向における幅、検出配線部１１を構成する第３の部分１１_３のｚ方向における幅、分岐配線部１２Ａ，１２Ｂのｚ方向における幅は、互いに一致している。このことは、検出配線部１１と分岐配線部１２Ａ，１２Ｂの電流方向と垂直な断面形状が互いに等しいことを意味する。

【0026】

このため、分岐配線部１２Ａ，１２Ｂのそれぞれの長さを２Ｌとし、検出配線部１１の長さをｋＬとすると、検出配線部１１、分岐配線部１２Ａ及び分岐配線部１２Ｂの抵抗値の比は、ｋ：２：２となり、したがって、検出配線部１１に流れる電流Ｉｄ、分岐配線部１２Ａに流れる電流Ｉｂ_Ａ、分岐配線部１２Ａに流れる電流Ｉｂ_Ａの比は、２：ｋ：ｋとなる。そして、検出配線部１１及び分岐配線部１２Ａ，１２Ｂは互いに同じ断面積を有していることから、検出配線部１１、分岐配線部１２Ａ及び分岐配線部１２Ｂにおける発熱量の比も、２：ｋ：ｋとなる。

【0027】

ここで、検出配線部１１は、分岐配線部１２Ａ，１２Ｂに対してｋ／２倍の長さを有しており、且つ、検出配線部１１及び分岐配線部１２Ａ，１２Ｂは互いに同じ断面積を有していることから、検出配線部１１、分岐配線部１２Ａ及び分岐配線部１２Ｂの体積、つまり熱容量の比は、ｋ：２：２となる。このことは、分岐配線部１２Ａ，１２Ｂの方が検出配線部１１よりもｋ／２倍速く熱を放出することを意味する。つまり、分岐配線部１２Ａ，１２Ｂは、それぞれ検出配線部１１よりもｋ／２倍の熱を発生する代わりに、ｋ／２倍速く熱を放出することから、検出配線部１１と分岐配線部１２Ａ，１２Ｂの間で温度差が生じにくい。その結果、温度差に起因する抵抗値の変化が抑えられることから、測定対象電流Ｉを設計通りに分流させることが可能となり、温度差に起因する測定誤差が低減される。

【0028】

バスバー１０は、銅（Ｃｕ）などからなる厚さが一定の金属板を用意し、この金属板に対してパンチング加工を施すことにより、検出配線部１１、分岐配線部１２Ａ，１２Ｂ、入力配線部１３及び出力配線部１４からなるバスバー１０を一工程で作製することができる。金属板に対するパンチング加工においては、平面位置によって金属板の厚みや加工幅が異なっていると、平面位置によってパンチング条件に差が生じることから、設計通りの形状に加工することが困難である。これに対し、本実施形態のバスバー１０は、使用する金属板の厚みが一定であり、且つ、検出配線部１１及び分岐配線部１２Ａ，１２Ｂの加工幅が一定であることから、高い加工精度を確保することが可能となる。これにより、加工精度のばらつきに起因する測定誤差についても低減することが可能となる。

【0029】

また、分流比を変更する場合には、同じ導体幅を持つ分岐配線部の本数を変更すればよい。分岐配線部の本数を変更した場合であっても、検出配線部と分岐配線部の導体幅を一致させておけば、発熱量の差が熱容量の差によって相殺されることから、温度差に起因する測定誤差を低減することが可能となる。

【0030】

また、本実施形態においては、２枚のバスバー１０を重ねて使用することにより、バスバー１０に流れる電流密度が半分に抑えられている。同じ電流密度は、２倍の厚みを有するバスバーを用いることによっても得られるが、この場合、使用する金属板の厚みが厚くなることからパンチング加工時における加工精度が低下する。これに比べ、２枚のバスバー１０を重ねて使用すれば、金属板の厚みが半分となることから、パンチング加工時における加工精度を高めることが可能となる。しかも、金属板の厚みが薄いことから、高周波電流が流れた場合の表皮効果に起因する測定誤差も抑制される。

【0031】

以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は、上記の実施形態に限定されることなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能であり、それらも本発明の範囲内に包含されるものであることはいうまでもない。

【符号の説明】

【0032】

１０，１０Ａ バスバー
１１ 検出配線部
１１_１ 第１の部分
１１_２ 第２の部分
１１_３ 第３の部分
１２Ａ〜１２Ｃ 分岐配線部
１３ 入力配線部
１４ 出力配線部
１８ 接続プレート
１９ ネジ穴
２０ ケース
３０ 回路基板
４０ 磁気センサ
４１ 磁気コア
Ａ 領域
Ｃ 検出コイル
Ｅ１〜Ｅ４ 端子電極
Ｉ 測定対象電流
Ｍ 可飽和磁性体
φ１，φ２ 磁束

【要約】

【課題】バスバーに流れる測定対象電流を分流させることによって大電流の測定を可能とした電流センサにおいて、バスバーの温度差に起因する測定誤差を低減することを目的とする。
【解決手段】本発明による電流センサは、測定対象電流Ｉが流れるバスバー１０と、領域Ａに配置される磁気センサを備える。バスバー１０は、測定対象電流Ｉの一部が流れる検出配線部１１と、測定対象電流Ｉの残りの部分が流れる分岐配線部１２Ａ，１２Ｂとを有する。検出配線部１１は、分岐配線部１２Ａ，１２Ｂよりも電流経路が長く、且つ、検出配線部１１と分岐配線部１２Ａ，１２Ｂは、電流方向と垂直な断面の形状が互いに等しい。本発明によれば、電流経路の長さの差に起因する発熱量の差が熱容量の差によって相殺されることから、バスバーの温度差に起因する測定誤差を低減することが可能となる。
【選択図】図３

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】