特開 2024-153254 電流センサ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024153254

(43)【公開日】2024-10-29

(54)【発明の名称】電流センサ

(51)【国際特許分類】

   G01R 15/20 20060101AFI20241022BHJP

【ＦＩ】

G01R15/20 A

【審査請求】未請求

【請求項の数】7

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023067034

(22)【出願日】2023-04-17

(71)【出願人】

【識別番号】000006895

【氏名又は名称】矢崎総業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100134832

【弁理士】

【氏名又は名称】瀧野 文雄

(74)【代理人】

【識別番号】100165308

【弁理士】

【氏名又は名称】津田 俊明

(74)【代理人】

【識別番号】100115048

【弁理士】

【氏名又は名称】福田 康弘

(72)【発明者】

【氏名】福原 聡明

(72)【発明者】

【氏名】三輪 恭也

【テーマコード（参考）】

2G025

【Ｆターム（参考）】

2G025AA05

2G025AB02

2G025AC01

(57)【要約】

【課題】低コストで省サイズである構成で大電流を測定する。
【解決手段】バスバ１１０を、両端の間において、上側部分１１３と、下側部分１１４と、の２つの部分に分け、磁性体部材１２０が、底部分１２１と、一対の壁部分１２２と、を有するようにし、磁性体部分１２０の底部分１２１を、バスバ１１０の上側部分１１３と下側部分１１４との間に配置し、第１の磁気センサ１３０を、一対の壁部分１２２の間に配置する。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

バスバと、
磁性体部材と、
第１の磁気センサと、を有する電流センサであって、
前記バスバは、両端の間において、上側部分と、下側部分と、の２つの部分に分かれており、
前記磁性体部材は、底部分と、一対の壁部分と、を有し、
前記バスバの長手方向をＸ軸方向とし、前記バスバの幅方向をＹ軸方向とし、前記Ｘ軸方向および前記Ｙ軸方向に垂直な方向をＺ軸方向としたときに、
前記磁性体部分の底部分は、
前記Ｘ軸方向および前記Ｙ軸方向に広がっており、
前記バスバの上側部分と下側部分との間に配置されており、
前記一対の磁性体部材の壁部分は、前記バスバの底部の前記Ｙ軸方向の両端に接続されており、
前記一対の磁性体部材の壁部材の各々は、前記Ｙ軸方向および前記Ｚ軸方向に広がっており、
第１の磁気センサは、前記一対の壁部分の間に配置されている、電流センサ。

【請求項2】

前記バスバの下側部分と前記磁性体部材の底部分との間の距離は、前記バスバの上側部分と前記磁性体部材の底部分との間の距離より大きい、請求項１に記載の電流センサ。

【請求項3】

第２の磁気センサをさらに有し、
前記磁性部材は、一対の対向部分をさらに有し,、
前記一対の壁部分の各々は、
前記第１の磁気センサが配置される部分である第１の壁部分と、
前記第１の壁部分から前記Ｘ軸方向にずれて配置された第２の壁部分と、を有し、
前記一対の対向部分の各々は、前記Ｘ軸方向および前記Ｙ軸方向に広がっており、前記第２の壁部分の端部に接続されており、当該第２の壁部分の端部から他方の対向部分に向かって延びており、
前記第２の磁気センサは、前記一対の対向部分の間に配置されている、請求項１または２に記載の電流センサ。

【請求項4】

前記第２の壁部分の前記Ｚ軸方向の長さは、前記第１の壁部分より前記Ｚ軸方向の長さが短い、請求項３に記載の電流センサ。

【請求項5】

前記一対の壁部分の各々において、前記第１の壁部分と前記第２の壁部分との間に、切欠部分が形成されている、請求項３に記載の電流センサ。

【請求項6】

前記第１の磁気センサと前記第２の磁気センサとは、同じ性能を有する磁気センサである、請求項３に記載の電流センサ。

【請求項7】

前記第１の磁気センサと前記第２の磁気センサの前記Ｚ方向の位置は、同じである、請求項３に記載の電流センサ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、電流センサに関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１は、広範囲の電流値を測定することが可能な電流センサを開示している。この電流センサでは、透磁部材が、断面がＣ字状またはＯ字状である閉塞部と、断面がＵ字状である開放部と、閉塞部に配置された磁気センサと、開放部に配置された磁気センサと、を有しており、閉塞部に配置された磁気センサを用いて小電流を測定し、開放部に配置された磁気センサを用いて大電流を測定する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特許６６２５５８８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

特許文献１に開示された電流センサでは、透磁部材内に発生する磁束密度が飽和磁束密度を超える電流がバスバを流れたときに、測定精度が低下する。このとき、透磁部材の厚さを大きくすることや、透磁部材とバスバとの間の距離を大きくすることで、透磁部材内に発生する磁束密度を下げることが可能である。しかしながら、透磁部材の厚さを大きくした場合、製造コストが上昇してしまい、磁性体部材とバスバとの間の距離を大きくした場合、電流センサのサイズが上昇してしまう。

【0005】

そこで、本発明は、低コストで省サイズである構成で大電流を測定することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

上記課題を解決するため、本発明に係る一実施形態に係る電流センサは、バスバと、磁性体部材と、第１の磁気センサと、を有する電流センサであって、前記バスバは、両端の間において、上側部分と、下側部分と、の２つの部分に分かれており、前記磁性体部材は、底部分と、一対の壁部分と、を有し、前記バスバの長手方向をＸ軸方向とし、前記バスバの幅方向をＹ軸方向とし、前記Ｘ軸方向および前記Ｙ軸方向に垂直な方向をＺ軸方向としたときに、前記磁性体部分の底部分は、前記Ｘ軸方向および前記Ｙ軸方向に広がっており、前記バスバの上側部分と下側部分との間に配置されており、前記一対の磁性体部材の壁部分は、前記バスバの底部の前記Ｙ軸方向の両端に接続されており、前記一対の磁性体部材の壁部材の各々は、前記Ｙ軸方向および前記Ｚ軸方向に広がっており、第１の磁気センサは、前記一対の壁部分の間に配置されている。

【発明の効果】

【0007】

本発明によれば、低コストで省サイズである構成で大電流を測定することが可能になる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】本発明の一実施形態に係る固定構造を有する電流センサ１００を示す図である。

【図2】バスバ１１０を流れる電流により発生する磁場の磁束を説明する図である。

【図3】バスバ１１０の上側部分１１３を流れる電流による磁場の方向と下側部分１１４を流れる電流により発生する磁場の方向との関係を説明する図である。

【図4】バスバ１１０を流れる電流により発生する磁場の磁束を説明する図である。

【発明を実施するための形態】

【0009】

＜電流センサ１００＞
図１は、本発明の一実施形態に係る固定構造を有する電流センサ１００を示す図である。電流センサ１００は、バスバ１１０と、磁性体部材１２０と、第１の磁気センサ１３０と、を有する。本実施形態では、バスバ１１０の長手方向を、Ｘ軸方向とし、バスバ１１０の幅方向を、Ｙ軸方向とし、バスバ１１０の長手方向および幅方向に垂直な方向を、Ｚ軸方向とする。

【0010】

バスバ１１０は、電気導電体により構成される。バスバ１１０は、その両端に、第１の接続部１１１と第２の接続部１１２と、を有しており、測定対象である経路に第１の接続部１１１、第２の接続部１１２が接続され、測定対象の電流が流される。

【0011】

バスバ１１０は、図１に示すように、第１の接続部１１１と第２の接続部１１２の間において、上側部分１１３と、下側部分１１４と、の２つの部分に分かれている。つまり、バスバ１１０は、両端の間において、上側部分１１３と、下側部分１１４と、の２つの部分に分かれている。バスバ１１０は、図１に示した例のように、上側部分１１３を含む上側のバスバと下側部分１１４を含む下側のバスバの２枚のバスバにより構成されるようにしても良い。

【0012】

磁性体部材１２０は、例えば、磁性体により構成される。このため、バスバ１１０を流れる電流による磁場は、磁性体部材１２０内に集磁される。

【0013】

磁性体部材１２０は、底部分１２１と、一対の壁部分１２２と、を有する。底部分１２１は、Ｘ軸方向およびＹ軸方向に広がっており、図１に示されるように、バスバ１１０の上側部分１１３と下側部分１１４との間に配置される。一対の壁部分１２２は、底部分１２１のＹ軸方向の両端に接続されており、一対の壁部分１２２の各々は、Ｘ軸方向およびＺ軸方向に広がっている。一対の壁部分１２２は、図１、２に示すように、Ｘ軸方向およびＺ軸方向に広がった面が互いに向き合うように配置されている。

【0014】

このため、バスバ１１０を流れる電流による磁束は、図２に示すように、磁性体部材１２０内に通る。磁性体部材１２０の底部分１２１では、磁束は集中し、磁束密度は高くなるが、一対の壁部分１２２では、磁束は集中することなく、一対の壁部分１２２の間における磁束密度は低くなる。図２に示した例において、バスバ１１０内の電流は、紙面の裏側から表側に向けて流れている。

【0015】

第１の磁気センサ１３０は、Ｙ軸方向の磁場を測定する磁気センサであり、例えば、ホール素子である。ホール素子は、ホール効果を利用し、磁場に比例した電圧を出力する素子である。

【0016】

第１の磁気センサ１３０は、外部磁場に影響されることなく、磁性体部材１２０内に発生した磁場を測定することができる位置に配置される。第１の磁気センサ１３０は、例えば、図１に示すように、磁性体部材１２０の一対の壁部分１２２の間に配置される。第１の磁気センサ１３０、例えば、図１に示すように、基板ＰＢ上に設置される。

【0017】

本実施形態では、磁性体部材１２０の底部分１２１は、バスバ１１０の上側部分１１３と下側部分１１４との間に配置される。このため、本実施形態では、図２に示すように、磁性体部材１２０の近辺では、電流は、バスバ１１０の上側部分１１３と下側部分１１４に分流される。結果、バスバ１１０に大電流が流れたとしても、磁性体部材１２０の底部分１２１の上側を流れる電流（上側部分１１３を流れる電流）の大きさは抑制され、磁性体部材１２０の底部分１２１の上側を流れる電流により磁性体部材１２０内に発生する磁場の大きさが抑制される。

【0018】

また、本実施形態では、磁性体部材１２０の底部分１２１の下側を流れる電流（下側部分１１４を流れる電流）により磁性体部材１２０に発生する磁場の方向Ｂ２は、図３に示すように、磁性体部材１２０の底部分１２１の上側を流れる電流（上側部分１１３を流れる電流）により磁性体部材１２０に発生する磁場の方向Ｂ１とは逆方向である。このため、磁性体部材１２０の底部分１２１の下側を流れる電流により磁性体部材１２０に発生する磁場によって、磁性体部材１２０の底部分１２１の上側を流れる電流により磁性体部材１２０内に発生する磁場の強さが弱められ、磁性体部材１２０内に発生する磁場の磁束密度が抑制される。このため、本実施形態では、磁性体部材の厚さを大きくすることや、磁性体部材とバスバとの間の距離を大きくすることなく、大電流を測定することが可能である。よって、本実施形態では、低コストで省サイズである構成で大電流を測定することが可能である。図３に示した例において、バスバ１１０内の電流は、紙面の裏側から表側に向けて流れている。

【0019】

バスバ１１０の下側部分１１４と磁性体部材１２０の底部分１２１との間の距離は、例えば、バスバ１１０の上側部分１１３と磁性体部材１２０の底部分１２１との間の距離と同等以上にする。例えば、バスバ１１０の下側部分１１４と磁性体部材１２０の底部分１２１との間の距離は、バスバ１１０の上側部分１１３と磁性体部材１２０の底部分１２１との間の距離より大きくすると良い。このとき、バスバ１１０の上側部分１１３と磁性体部材１２０の底部分１２１との間の距離と、バスバ１１０の下側部分１１４と磁性体部材１２０の底部分１２１との間の距離と、の差は、バスバ１１０を流れる電流の考慮し、適宜決定するようにすると良い。

【0020】

＜小電流用の磁気センサ＞
電流センサ１００は、小電流を測定するために、第２の磁気センサ１４０をさらに有するようにしても良い。

【0021】

このとき、磁性体部材１２０の壁部分１２２の各々は、第１の磁気センサ１３０が配置される部分である第１の壁部分１２２１の他に、第２の壁部分１２２２をさらに有するようにすると良い。第２の壁部分１２２２は、第１の壁部分１２２１からＸ軸方向にずれて配置されており、第１の壁部分１２２１よりＺ軸方向の長さが短い。このとき、磁性体部材１２０の壁部分１２２の各々は、第１の壁部分１２２１と第２の壁部分１２２２との間に形成された切欠部分１２２３をさらに有するようにすると良い。そして、磁性体部材１２０は、一対の対向部分１２３をさらに有するようにする良い。

【0022】

一対の対向部分１２３の各々は、Ｘ軸方向およびＹ軸方向に広がっている。このとき、一対の対向部分１２３の各々は、第２の壁部分１２２２の端部に接続されており、この端部から他方の対向部分１２３に向かって延びている。つまり、一対の対向部分１２３は、互いに向き合う方向に、２つの第２の壁部分１２２２の端部から延びている。

【0023】

このため、バスバ１１０を流れる電流による磁束は、図４に示すように、磁性体部材１２０内を通る。磁性体部材１２０の底部分１２１に加え、一対の壁部分１２２、一対の対向部分１２３においても、磁束は集中し、磁束密度は高くなる。このため、一対の対向部分１２３の間における磁束密度は、一対の壁部分１２２の第１の壁部分１２２１の間における磁束密度より高くなる。図４に示した例において、バスバ１１０内の電流は、紙面の裏側から表側に向けて流れている。

【0024】

第２の磁気センサ１４０は、Ｙ軸方向の磁場を測定する磁気センサであり、例えば、ホール素子である。第２の磁気センサ１４０は、磁性体部材１２０の底部分１２１、第２の壁部分１２２２、対向部分１２３内を通る磁場を測定でき、外部磁場の影響が少ない位置に配置される。第１の磁気センサ１３０は、例えば、図１に示すように、磁性体部材１２０の一対の対向部分１２３の間に配置される。

【0025】

このため、第２の磁気センサ１４０は、第１の磁気センサ１３０よりも小さい電流により発生した磁場も測定することが可能になる。このため、電流センサ１００は、大電流に加え、小電流も測定することが可能になる。

【0026】

第２の磁気センサ１４０は、例えば、第１の磁気センサ１３０と同じ性能を有する磁気センサとすると良い。このようにすることで、部品の種類の増加を抑制することが可能になり、コストを抑制することが可能である。

【0027】

第２の磁気センサ１４０は、例えば、第１の磁気センサ１３０と同じ高さに設置するようにすると良い。つまり、第１の磁気センサ１３０と第２の磁気センサ１４０のＺ軸方向の位置を同じにすると良い。このようにすることで、第１の磁気センサ１３０が設置された基板に、第２の磁気センサ１４０も設置することが可能になる。

【0028】

以上、本発明の好適な実施の形態により本発明を説明した。ここでは特定の具体例を示して本発明を説明したが、特許請求の範囲に記載した本発明の趣旨および範囲から逸脱することなく、これら具体例に様々な修正および変更が可能である。

【符号の説明】

【0029】

１００ 電流センサ
１１０ バスバ
１１１ 第１の接続部
１１２ 第２の接続部
１１３ 上側部分
１１４ 下側部分
１２０ 磁性体部材
１２１ 磁性体部材１２０の底部
１２２ 磁性体部材１２０の壁部
１２２１ 壁部分１２２の第１の壁部分
１２２２ 壁部分１２２の第２の壁部分
１２２３ 壁部分１２２の切欠部分
１２３ 対向部分
１３０ 第１の磁気センサ
１４０ 第２の磁気センサ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】