WO2018012034A1 - Current sensor - Google Patents
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- G01R15/20—Adaptations providing voltage or current isolation, e.g. for high-voltage or high-current networks using galvano-magnetic devices, e.g. Hall-effect devices, i.e. measuring a magnetic field via the interaction between a current and a magnetic field, e.g. magneto resistive or Hall effect devices
Definitions
- the present invention relates to a current sensor.
- Patent Document 1 when an electric wire that is not a measurement object is arranged adjacent to the electric wire that is a measurement object, the magnetic sensor is affected by a magnetic field generated from the electric wire that is not the measurement object. In order to reduce the influence of the electric wire outside the measurement target, it is conceivable to make the direction of the sensitivity axis of the magnetic sensor orthogonal to the direction of the magnetic field generated from the electric wire outside the measurement target, as described in Patent Document 1. However, the method of Patent Document 1 has a disadvantage that the magnetic sensor must be accurately arranged at a very limited position.
- an annular core is arranged so as to surround the electric wire, and the magnetic sensor is arranged at the core cut formed in the magnetic path, thereby affecting the influence of the positional deviation of the magnetic sensor.
- the magnetic sensor is arranged at the core cut formed in the magnetic path, thereby affecting the influence of the positional deviation of the magnetic sensor.
- the present invention has been made in view of such circumstances, and an object of the present invention is to provide a current sensor capable of detecting a magnetic field with high accuracy while minimizing the size and suppressing the influence of displacement.
- the magnetic field shaping member is a plate-like member that extends substantially parallel to a plane orthogonal to the second direction, and the magnetic field shaping member faces the magnetic sensor.
- the outer surface and the direction of the sensitivity axis of the magnetic sensor are substantially parallel to the first direction, and the fixing member is the same side in the second direction with respect to the first electric wire.
- fix it closely Member, spaced apart and fixed to a position that overlaps at least a portion of the second direction of at least a portion and the magnetic field forming member at least a portion and the magnetic sensor of the first electric wire is a current sensor.
- the magnetic field shaping member stabilizes the magnetic flux vector in the vicinity of the magnetic sensor, and the magnetic sensor and the magnetic field shaping member fixed to each other are slightly positioned with respect to the first electric wire and the second electric wire. Even in the case of deviation, the magnetic flux vector in the vicinity of the magnetic sensor is unlikely to change.
- the magnetic flux generated by the current flowing through the second electric wire is close to the normal direction of the first outer surface in the vicinity of the magnetic field forming member, even when the magnetic sensor is displaced from the center of the second electric wire in the z direction, 2 Not easily affected by the magnetic flux generated by the wires. Therefore, it is possible to detect the magnetic field with high accuracy while reducing the size as compared with the case of using the core and suppressing the influence of the positional deviation.
- the magnetic sensor is arranged at the approximate center of the magnetic field shaping member in the first direction, the magnetic sensor is arranged at a position where there are many magnetic flux components parallel to the direction of the sensitivity axis.
- a change in sensitivity of the magnetic sensor due to a positional deviation between the first electric wire and the magnetic sensor can be suppressed as compared with the case where the magnetic sensor is disposed at another position.
- the width of the magnetic field forming member in the first direction is larger than the thickness of the first electric wire in the first direction.
- the width of the magnetic field shaping member in the first direction is larger than the thickness of the first electric wire in the first direction, and if there is no magnetic field shaping member, the first electric wire and the magnetic sensor are displaced in the first direction. Even when the influence of the magnetic sensor is large, the magnetic field forming member can suppress the change in sensitivity of the magnetic sensor due to the positional deviation between the first electric wire and the magnetic sensor.
- the magnetic field forming member is located between the first electric wire and the magnetic sensor.
- the magnetic field forming member is located between the first electric wire and the magnetic sensor, the magnetic flux density in the vicinity of the magnetic sensor is smaller than when there is no magnetic field forming member, and a large current is generated by the magnetic sensor. Can be measured.
- the magnetic sensor is located between the first electric wire and the magnetic field forming member.
- the magnetic field shaping member is disposed at the same position and the magnetic field shaping member is disposed between the first electric wire and the magnetic sensor. Compared to the case of arrangement, the size can be reduced. Further, since the magnetic field is not easily blocked by the magnetic field shaping member, the signal-to-noise ratio can be reduced, and a small magnetic field change can be easily detected by the magnetic sensor.
- the current sensor of the present invention includes two magnetic field shaping members, and the magnetic sensor is located between one magnetic field shaping member and the other one magnetic field shaping member.
- the magnetic field forming member is located between the first electric wire and the magnetic sensor, the magnetic flux density in the vicinity of the magnetic sensor is smaller than when there is no magnetic field forming member, and a large current is generated by the magnetic sensor. Further, since the magnetic field forming members are arranged on both sides of the magnetic sensor, the change in the vector of the magnetic flux in the vicinity of the magnetic sensor with respect to the positional deviation is small as compared with the case where there is one magnetic field forming member.
- the fixing member includes a first substrate and a second substrate, the magnetic field forming member is fixed to the first substrate, and the magnetic sensor is fixed to the second substrate.
- the first substrate and the second substrate are fixed to each other by thermal welding.
- the degree of freedom in design is high compared to the case where it is fixed to one substrate, Since the first substrate and the second substrate are fixed by thermal welding, the magnetic field forming member and the magnetic sensor can be fixed with high positional accuracy.
- the present invention it is possible to detect the magnetic field with high accuracy while reducing the size and suppressing the influence of the positional deviation.
- FIG. 2 is a cross-sectional view of the current sensor taken along line 2-2 in FIG.
- FIG. 2 is the schematic which shows the relationship between the vector of magnetic flux, and a magnetic sensor when the center of an electric wire and the center of a magnetic sensor are substantially in agreement.
- FIG. 2 it is the schematic which shows the relationship between the vector of magnetic flux, and a magnetic sensor when the center of an electric wire and the center of a magnetic sensor have shifted
- FIG. 1 is a perspective view of a current sensor 100 of the present embodiment.
- FIG. 2 is a cross-sectional view of the current sensor 100 taken along a line 2-2 in FIG. 1 and parallel to the xz plane.
- the x direction, the y direction, and the z direction orthogonal to each other are defined.
- the x direction is expressed without distinguishing the x1 direction and the x2 direction that are opposite to each other.
- the y direction represents the y1 direction and the y2 direction that are opposite to each other without distinction.
- the z direction represents the z1 direction and the z2 direction that are opposite to each other without distinction.
- the current sensor 100 is a magnetic sensor that detects a magnetic field generated by a current flowing through the first electric wire 110, the fixing member 120, and the first electric wire 110 having a width in the z direction larger than the thickness in the x direction. 130, a magnetic field forming member 140 that includes a soft magnetic body and forms a magnetic field, and a second electric wire 180 (also referred to as an adjacent electric wire) having a width in the z direction larger than a thickness in the x direction.
- the fixing member 120 fixes the first electric wire 110, the magnetic sensor 130, and the magnetic field forming member 140.
- the second electric wire 180 is fixed to the first electric wire 110, the magnetic sensor 130, and the magnetic field forming member 140 by a fixing member (not shown).
- FIG. 13 is a schematic diagram showing the relationship between the magnetic flux vector generated by the current flowing through the second electric wire 180 and the magnetic sensor 130 and the first electric wire 110 in the case of the comparative example.
- magnetic flux lines are also formed around the second electric wire 180 in an elliptical shape.
- the magnetic field by the second electric wire 180 is substantially parallel to the z direction at a position facing the center in the z direction of the second electric wire 180 in the x direction.
- the magnetic field shaping member 140 stabilizes the magnetic flux vector in the vicinity of the magnetic sensor 130, and the magnetic sensor 130 and the magnetic field shaping member 140 fixed to each other are connected to the first first electric wire 110 and the second electric wire. Even when the position is slightly shifted from 180, the magnetic flux vector in the vicinity of the magnetic sensor 130 is unlikely to change. In particular, since the magnetic flux generated by the current flowing through the second electric wire 180 is close to the normal direction of the first outer surface 141 near the magnetic field forming member 140, the magnetic sensor 130 is shifted from the center of the second electric wire 180 in the z direction. Even if it exists, it is hard to receive the influence of the magnetic flux which the 2nd electric wire 180 generate
- the magnetic field forming member 140 is located between the first electric wire 110 and the magnetic sensor 130, the magnetic flux density near the magnetic sensor 130 is smaller than when the magnetic field forming member 140 is not provided.
- the magnetic sensor 130 can measure up to a large current.
- the first substrate 122 to which the magnetic field forming member 140 is fixed and the second substrate 123 to which the magnetic sensor 130 is fixed are prepared separately, so that the design of the first substrate 122 and the magnetic sensor 130 can be improved as compared with the case of fixing to one substrate. Since the first substrate 122 and the second substrate 123 are fixed by heat welding with a high degree of freedom, the magnetic field forming member 140 and the magnetic sensor 130 can be fixed with high positional accuracy.
- FIG. 8 is a partial cross-sectional view of the first modified example in the same cross section as FIG.
- the first substrate 222 and the second substrate shown in FIG. 8 respectively. 223, boss 226, magnetic sensor 230, and magnetic field forming member 240 are used.
- the magnetic sensor 130 is fixed to the z1 side of the second substrate 123, whereas in the first modification (FIG. 8), the magnetic sensor 230 is z2 of the second substrate 223. It is fixed on the side. Therefore, the boss 226 of the first modification (FIG. 8) is longer in the z direction than the boss 126 of the first embodiment (FIG. 2), and the first substrate 222 and the second substrate 223 of the first modification (FIG. 8). Is larger than the distance between the first substrate 122 and the second substrate 123 in the z direction in the first embodiment (FIG. 2). Other configurations are the same as those of the first embodiment.
- the relative positional relationship between the magnetic field forming member 240 and the magnetic sensor 230 shown in FIG. 8 and the first electric wire 110 and the second electric wire 180 shown in FIG. 2 is the same as that in the first embodiment. Therefore, the same effect as the first embodiment can be obtained.
- FIG. 9 is a partial cross-sectional view of the second modified example in the same cross section as FIG.
- a locking claw 326, a magnetic sensor 330, and a magnetic field forming member 340 are used.
- the second substrate 123 is fixed to the first substrate 122 by the boss 126, whereas in the second modification (FIG. 9), the second substrate 323 is the locking claw 326.
- the first substrate 322 is fixed. Since the surface on the z1 side of the first substrate 122 and the surface on the z2 side of the second substrate 323 are in close contact, the first substrate 122 and the second substrate 323 can be more firmly fixed. Other configurations are the same as those of the first embodiment.
- the major difference between the first embodiment (FIG. 2) and the second embodiment (FIG. 10) is the position of the magnetic field forming member 440 and the magnetic sensor 430.
- the difference between the first embodiment (FIG. 2) and the second embodiment (FIG. 10) will be mainly described.
- a magnetic field forming member 440 is embedded and fixed inside the first substrate 422 of the second embodiment (FIG. 10).
- a magnetic sensor 430 is fixed to the surface on the z1 side of the second substrate 423 of the second embodiment (FIG. 10).
- the first substrate 422 of the second embodiment (FIG. 10) is located on the z1 side of the second substrate 423.
- the magnetic sensor 430 is located between the first electric wire 410 and the magnetic field forming member 440 in the z direction.
- Both the magnetic sensor 430 and the magnetic field forming member 440 are disposed at positions overlapping the second electric wire 480 in the x direction. That is, the magnetic sensor 430 and the magnetic field shaping member 440 are located on the z2 side with respect to the z1 side end of the second electric wire 480.
- the magnetic field forming member 440 Since the magnetic field forming member 440 has a strong force for forming a magnetic field, even if the magnetic sensor 430 and the magnetic field forming member 440 are slightly displaced in the z direction with respect to the second electric wire 480, the magnetic force generated by the second electric wire 480 is increased. The magnetic field near the sensor 430 does not change significantly. In the vicinity of the magnetic field forming member 440, the magnetic field generated by the second electric wire 480 is fixed substantially parallel to the z direction. Therefore, even if the magnetic sensor 430 is disposed at a position shifted in the z direction from the center in the z direction of the second electric wire 480, the magnetic sensor 430 is hardly affected by the second electric wire 480 and moves slightly in the z direction. However, the degree of influence on the measured value is difficult to change.
- the magnetic sensor 430 since the magnetic sensor 430 is located between the first electric wire 410 and the magnetic field shaping member 440, the magnetic field shaping member 440 is arranged at the same position, and the magnetic field shaping member 440 is replaced with the first electric wire 410. And the magnetic sensor 430 can be reduced in size. Further, since the magnetic field is not easily blocked by the magnetic field shaping member 440, the signal-to-noise ratio can be reduced, and the magnetic sensor 430 can easily detect a small change in the magnetic field.
- the distal second substrate 523-2, the distal boss 526-2, the distal magnetic field shaping member 540-2, the distal first outer surface 541-2, and the distal second outer surface 542 of the third embodiment (FIG. 11) -2 corresponds to the second substrate 423, the boss 426, the magnetic field forming member 440, the first outer surface 441, and the second outer surface 442 of the second embodiment (FIG. 10), respectively.
- the proximal magnetic field shaping member 540-1 and the distal magnetic field shaping member 540-2 may be referred to as the magnetic field shaping member 540 without being distinguished from each other.
- FIG. 11 has the structure which combined 1st Embodiment (FIG. 2) and 2nd Embodiment (FIG. 10).
- the current sensor 500 includes two magnetic field shaping members 540, and the magnetic sensor 530 is located between one magnetic field shaping member 540 and another magnetic field shaping member 540. This is different from the first embodiment (FIG. 2) and the second embodiment (FIG. 10).
- the current sensor 500 according to the third embodiment (FIG. 11) will be described mainly with respect to differences between the current sensor 100 according to the first embodiment (FIG. 2) and the current sensor 400 according to the second embodiment (FIG. 10). To do.
- the magnetic field vector around the magnetic field shaping member 540 of the third embodiment is the same as the magnetic field shaping member 540 in the x direction. Even if it moves slightly, it does not change greatly compared to the case where the magnetic field shaping member 540 is not provided. Since the magnetic sensor 430 is fixed in the formed magnetic field between the two magnetic field forming members 540, even if the magnetic sensor 430 moves slightly in the x direction, the magnetic flux vector near the magnetic sensor 530 changes greatly. Absent.
- the magnetic field forming member 540 is located between the first electric wire 510 and the magnetic sensor 530, the magnetic flux density near the magnetic sensor 530 is smaller than when the magnetic field forming member 540 is not provided. Since the magnetic sensor 530 can measure up to a large current, and the magnetic field forming members 540 are disposed on both sides of the magnetic sensor 530, the magnetic sensor with respect to the positional deviation compared to the case where the number of the magnetic field forming members 540 is one. The change in the magnetic flux vector near 530 is small.
- FIG. 12 is a graph showing the relationship between the positional deviation (horizontal axis) and the adjacent influence variation (vertical axis) in the experiment.
- the positional deviation represents the deviation between the center of the magnetic sensor 130 and the center of the first electric wire 110 in the z direction in mm.
- the adjacent influence variation represents the ratio of the change amount of the measurement value to the measurement value when the positional deviation is 0 mm.
- the positional shift is positive in the z1 direction and negative in the z1 direction.
- the sign of the adjacent influence variation represents the difference in the direction of the magnetic flux vector.
- a graph 181 represents the case of the second embodiment shown in FIG.
- the width in the z direction of the narrow region 412 shown in FIG. 10 is 5 mm
- the width in the z direction of the second electric wire 480 is 12.5 mm
- the distance in the z direction between the center of the magnetic sensor 430 and the first electric wire 410 in the z direction is 3.
- the distance in the z direction between the first outer surface 441 of the magnetic field shaping member 440 and the center of the magnetic sensor 430 in the z direction was 3 mm
- the thickness in the z direction of the magnetic field shaping member 440 was 1 mm.
- Graph 182 represents the case of the third embodiment shown in FIG.
- the width in the z direction of the narrow region 512 shown in FIG. 11 is 5 mm
- the width in the z direction of the second electric wire 580 is 12.5 mm
- the distance in the z direction between the center of the magnetic sensor 530 and the first electric wire 510 in the z direction is 3.
- the spacing in the z direction between the proximal first outer surface 441-1 of the proximal magnetic field shaping member 540-1 and the center of the magnetic sensor 530 in the z direction is 1.5 mm
- the z of the proximal magnetic field shaping member 540-1 The thickness in the direction is 1 mm
- the distance in the z direction between the distal first outer surface 441-2 of the distal magnetic field shaping member 540-2 and the center of the magnetic sensor 530 in the z direction is 3 mm
- the distal magnetic field shaping member 540-2 The thickness in the z direction was 1 mm.
- Graph 183 represents a comparative example in which the magnetic field forming member 440 is not used under the same conditions as in the second embodiment shown in FIG.
- the absolute value of the adjacent influence variation increases as the positional deviation in the z direction increases (that is, the deviation from the measured value when the positional deviation is 0 mm increases).
- the change in the adjacent influence variation is smaller than that in the comparative example (graph 183). That is, in the second embodiment and the third embodiment, the influence on the measurement value due to the displacement in the z direction is smaller than in the comparative example.
- the present invention can be applied to various current sensors.
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Abstract
Description
本発明は、電流センサに関するものである。 The present invention relates to a current sensor.
電線に流れる電流により発生する磁界を、電線付近に配置した磁気センサで検出する電流センサが知られている。磁気センサの大きさに比べて大きな直径をもつ電線が測定対象となる場合、電流が流れる方向に直交する方向に磁気センサがずれても、磁気センサ付近における磁束のベクトルの方向は大きく変化しない。 There is known a current sensor that detects a magnetic field generated by a current flowing in an electric wire with a magnetic sensor arranged near the electric wire. When an electric wire having a diameter larger than the size of the magnetic sensor is an object to be measured, the direction of the magnetic flux vector in the vicinity of the magnetic sensor does not change greatly even if the magnetic sensor is displaced in a direction orthogonal to the direction in which the current flows.
しかしながら、特許文献1に記載のように、断面の厚さが幅に比べて小さい電線が測定対象となる場合、電線の周りに楕円形の磁束線が形成される。そのため、幅方向の一端側に配置された磁気センサが厚さ方向にわずかにずれた場合でも、磁気センサ付近における磁束のベクトルの方向が大きく変化するという不利益がある。
However, as described in
また、特許文献1に記載のように、測定対象の電線に隣接して、測定対象外の電線が配置されている場合、測定対象外の電線から発生する磁界により磁気センサが影響を受ける。測定対象外の電線による影響を低減するには、特許文献1に記載のように、磁気センサの感度軸の方向と測定対象外の電線から発生する磁界の方向とを直交させることが考えられる。しかし、特許文献1の方法では、極めて限定された位置に正確に磁気センサを配置しなければならないという不利益がある。
In addition, as described in
そこで、特許文献2に記載のように、電線を囲むように環状のコアを配置し、磁路中に形成されたコアの切れ目に磁気センサを配置することにより、磁気センサの位置ずれによる影響を低減する方法がある。しかしながら、電線に流れる電流が大きい場合、磁界を正確に測定するには、断面積の大きなコアを使用する必要があり、電流センサが大型化し、高コスト化するという不利益がある。
Therefore, as described in
本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、小型化を図りつつ、位置ずれによる影響を抑えて高精度に磁界を検出できる電流センサを提供することにある。 The present invention has been made in view of such circumstances, and an object of the present invention is to provide a current sensor capable of detecting a magnetic field with high accuracy while minimizing the size and suppressing the influence of displacement.
本発明は、第1方向における厚みより第1方向に直交する第2方向における幅が大きい第1電線と、第1方向における厚みより第2方向における幅が大きい第2電線と、第1電線を流れる電流により発生する磁界を検出する磁気センサと、軟質磁性体を含み磁界を成形する磁界成形部材と、第1電線と磁気センサと磁界成形部材とを固定する固定部材と、を備え、磁気センサが、第1方向において第2電線と重なる位置に配置されており、磁界成形部材が、第2方向に直交する平面に略平行に広がる板状部材であり、磁界成形部材が、磁気センサに対向する外面を含み、外面と磁気センサの感度軸の向きとが第1方向に略平行であり、固定部材が、磁気センサと磁界成形部材とを、第1電線に対して第2方向の同じ側で近接して固定し、固定部材が、第1電線の少なくとも一部と磁気センサの少なくとも一部と磁界成形部材の少なくとも一部とを第2方向において重なる位置に離間して固定する、電流センサである。 The present invention relates to a first electric wire having a width in a second direction orthogonal to the first direction than a thickness in the first direction, a second electric wire having a width in the second direction larger than a thickness in the first direction, and the first electric wire. A magnetic sensor comprising: a magnetic sensor for detecting a magnetic field generated by a flowing current; a magnetic field forming member for forming a magnetic field including a soft magnetic material; and a fixing member for fixing the first electric wire, the magnetic sensor, and the magnetic field forming member. Is disposed at a position overlapping the second electric wire in the first direction, and the magnetic field shaping member is a plate-like member that extends substantially parallel to a plane orthogonal to the second direction, and the magnetic field shaping member faces the magnetic sensor. The outer surface and the direction of the sensitivity axis of the magnetic sensor are substantially parallel to the first direction, and the fixing member is the same side in the second direction with respect to the first electric wire. And fix it closely Member, spaced apart and fixed to a position that overlaps at least a portion of the second direction of at least a portion and the magnetic field forming member at least a portion and the magnetic sensor of the first electric wire is a current sensor.
本実施形態によれば、磁界成形部材により磁気センサの近傍における磁束のベクトルが安定し、互いに固定された磁気センサと磁界成形部材とが、第1電線と第2電線とに対してわずかに位置ずれした場合でも、磁気センサの近傍における磁束のベクトルが変わりにくい。特に、第2電線に流れる電流により発生する磁束が、磁界成形部材付近で第1外面の法線方向に近くなるので、磁気センサがz方向において第2電線の中央からずれている場合でも、第2電線が発生する磁束の影響を受けにくい。従って、コアを使用する場合に比べて小型化を図りつつ、位置ずれによる影響を抑えて高精度に磁界を検出できる。 According to the present embodiment, the magnetic field shaping member stabilizes the magnetic flux vector in the vicinity of the magnetic sensor, and the magnetic sensor and the magnetic field shaping member fixed to each other are slightly positioned with respect to the first electric wire and the second electric wire. Even in the case of deviation, the magnetic flux vector in the vicinity of the magnetic sensor is unlikely to change. In particular, since the magnetic flux generated by the current flowing through the second electric wire is close to the normal direction of the first outer surface in the vicinity of the magnetic field forming member, even when the magnetic sensor is displaced from the center of the second electric wire in the z direction, 2 Not easily affected by the magnetic flux generated by the wires. Therefore, it is possible to detect the magnetic field with high accuracy while reducing the size as compared with the case of using the core and suppressing the influence of the positional deviation.
好適には本発明の電流センサにおいて、磁気センサが、第1方向において磁界成形部材の略中央に配置されている。 Preferably, in the current sensor according to the present invention, the magnetic sensor is disposed substantially at the center of the magnetic field forming member in the first direction.
この構成によれば、磁気センサが、第1方向において磁界成形部材の略中央に配置されているので、感度軸の方向に平行な磁束の成分が多い位置に磁気センサが配置される。その結果、他の位置に配置する場合に比べて、第1電線と磁気センサとの位置ずれによる磁気センサの感度の変化を抑えられる。 According to this configuration, since the magnetic sensor is arranged at the approximate center of the magnetic field shaping member in the first direction, the magnetic sensor is arranged at a position where there are many magnetic flux components parallel to the direction of the sensitivity axis. As a result, a change in sensitivity of the magnetic sensor due to a positional deviation between the first electric wire and the magnetic sensor can be suppressed as compared with the case where the magnetic sensor is disposed at another position.
好適には本発明の電流センサにおいて、磁界成形部材の第1方向における幅が、第1電線の第1方向における厚みよりも大きい。 Preferably, in the current sensor of the present invention, the width of the magnetic field forming member in the first direction is larger than the thickness of the first electric wire in the first direction.
この構成によれば、磁界成形部材の第1方向における幅が、第1電線の第1方向における厚みよりも大きく、磁界成形部材がなければ第1電線と磁気センサとの第1方向の位置ずれの影響が大きい場合でも、磁界成形部材により、第1電線と磁気センサとの位置ずれによる磁気センサの感度の変化を抑えられる。 According to this configuration, the width of the magnetic field shaping member in the first direction is larger than the thickness of the first electric wire in the first direction, and if there is no magnetic field shaping member, the first electric wire and the magnetic sensor are displaced in the first direction. Even when the influence of the magnetic sensor is large, the magnetic field forming member can suppress the change in sensitivity of the magnetic sensor due to the positional deviation between the first electric wire and the magnetic sensor.
好適には本発明の電流センサにおいて、磁界成形部材が、第1電線と磁気センサとの間に位置する。 Preferably, in the current sensor of the present invention, the magnetic field forming member is located between the first electric wire and the magnetic sensor.
この構成によれば、磁界成形部材が、第1電線と磁気センサとの間に位置しているので、磁界成形部材がない場合に比べて磁気センサ付近の磁束密度が小さく、磁気センサで大電流まで計測することができる。 According to this configuration, since the magnetic field forming member is located between the first electric wire and the magnetic sensor, the magnetic flux density in the vicinity of the magnetic sensor is smaller than when there is no magnetic field forming member, and a large current is generated by the magnetic sensor. Can be measured.
好適には本発明の電流センサにおいて、磁気センサが、第1電線と磁界成形部材との間に位置する。 Preferably, in the current sensor of the present invention, the magnetic sensor is located between the first electric wire and the magnetic field forming member.
この構成によれば、磁気センサが第1電線と磁界成形部材との間に位置しているので、磁界成形部材を同じ位置に配置して磁界成形部材を第1電線と磁気センサとの間に配置する場合に比べて、小型化できる。また、磁界が磁界成形部材により遮られにくいので、信号対ノイズ比を低減することができ、磁気センサで小さな磁界変化を検出しやすくなる。 According to this configuration, since the magnetic sensor is located between the first electric wire and the magnetic field shaping member, the magnetic field shaping member is disposed at the same position and the magnetic field shaping member is disposed between the first electric wire and the magnetic sensor. Compared to the case of arrangement, the size can be reduced. Further, since the magnetic field is not easily blocked by the magnetic field shaping member, the signal-to-noise ratio can be reduced, and a small magnetic field change can be easily detected by the magnetic sensor.
好適には本発明の電流センサにおいて、2つの磁界成形部材を備え、磁気センサが、1つの磁界成形部材と他の1つの磁界成形部材との間に位置する。 Preferably, the current sensor of the present invention includes two magnetic field shaping members, and the magnetic sensor is located between one magnetic field shaping member and the other one magnetic field shaping member.
この構成によれば、磁界成形部材が、第1電線と磁気センサとの間に位置しているので、磁界成形部材がない場合に比べて磁気センサ付近の磁束密度が小さく、磁気センサで大電流まで計測することができ、さらに、磁気センサの両側に磁界成形部材が配置されているので、磁界成形部材が1つの場合に比べて、位置ずれに対する磁気センサ付近の磁束のベクトルの変化が小さい。 According to this configuration, since the magnetic field forming member is located between the first electric wire and the magnetic sensor, the magnetic flux density in the vicinity of the magnetic sensor is smaller than when there is no magnetic field forming member, and a large current is generated by the magnetic sensor. Further, since the magnetic field forming members are arranged on both sides of the magnetic sensor, the change in the vector of the magnetic flux in the vicinity of the magnetic sensor with respect to the positional deviation is small as compared with the case where there is one magnetic field forming member.
好適には本発明の電流センサにおいて、固定部材が、第1基板と第2基板とを含み、磁界成形部材が、第1基板に固定されており、磁気センサが、第2基板に固定されており、第1基板と第2基板とが、熱溶着により相互に固定されている。 Preferably, in the current sensor of the present invention, the fixing member includes a first substrate and a second substrate, the magnetic field forming member is fixed to the first substrate, and the magnetic sensor is fixed to the second substrate. The first substrate and the second substrate are fixed to each other by thermal welding.
この構成によれば、磁界成形部材を固定した第1基板と磁気センサを固定した第2基板とを別々に用意することで、1つの基板に固定した場合に比べて設計の自由度が高く、熱溶着で第1基板と第2基板とが固定されているので、磁界成形部材と磁気センサとを高い位置精度で固定することができる。 According to this configuration, by providing separately the first substrate to which the magnetic field forming member is fixed and the second substrate to which the magnetic sensor is fixed, the degree of freedom in design is high compared to the case where it is fixed to one substrate, Since the first substrate and the second substrate are fixed by thermal welding, the magnetic field forming member and the magnetic sensor can be fixed with high positional accuracy.
本発明によれば、小型化を図りつつ、位置ずれによる影響を抑えて高精度に磁界を検出できる。 According to the present invention, it is possible to detect the magnetic field with high accuracy while reducing the size and suppressing the influence of the positional deviation.
(第1実施形態)
以下、本発明の第1実施形態に係る電流センサについて説明する。図1は、本実施形態の電流センサ100の斜視図である。図2は、図1の2-2線を通り、xz平面に平行な断面における電流センサ100の断面図である。
(First embodiment)
Hereinafter, the current sensor according to the first embodiment of the present invention will be described. FIG. 1 is a perspective view of a
本明細書において、互いに直交するx方向、y方向、及びz方向を規定する。x方向は、互いに逆を向くx1方向とx2方向とを区別せずに表す。y方向は互いに逆を向くy1方向とy2方向とを区別せずに表す。z方向は互いに逆を向くz1方向とz2方向とを区別せずに表す。これらの方向は、相対的な位置関係を説明するために便宜上規定するのであって、実際の使用時の方向を限定するわけではない。構成要素の形状は、「略」という記載があるかないかにかかわらず、本明細書で開示された実施形態の技術思想が実現される限り、記載された表現に基づく厳密な幾何学的な形状に限定されない。 In this specification, the x direction, the y direction, and the z direction orthogonal to each other are defined. The x direction is expressed without distinguishing the x1 direction and the x2 direction that are opposite to each other. The y direction represents the y1 direction and the y2 direction that are opposite to each other without distinction. The z direction represents the z1 direction and the z2 direction that are opposite to each other without distinction. These directions are defined for convenience in order to explain the relative positional relationship, and do not limit the directions in actual use. Regardless of whether there is a description of “substantially”, the shape of the component is a strict geometric shape based on the described expression as long as the technical idea of the embodiment disclosed in this specification is realized. It is not limited.
図2に示すように、電流センサ100は、x方向における厚みよりz方向における幅が大きい第1電線110と、固定部材120と、第1電線110を流れる電流により発生する磁界を検出する磁気センサ130と、軟質磁性体を含み磁界を成形する磁界成形部材140と、x方向における厚みよりz方向における幅が大きい第2電線180(隣接電線とも呼ばれる)とを含む。固定部材120は、第1電線110と磁気センサ130と磁界成形部材140とを固定する。第2電線180は、図示しない固定部材により、第1電線110と磁気センサ130と磁界成形部材140とに対して固定されている。
As shown in FIG. 2, the
(第1電線)
図1に示すように、第1電線110は、磁気センサ130付近でy方向に直線的に延びている。本実施形態の第1電線110は、インバータに搭載されたバスバーである。第1電線110は、z方向に所定幅をもつ通常領域111と、通常領域111のy方向の途中に部分的に設けられた狭領域112とを含む。狭領域112のz方向の幅は、通常領域111のz方向の幅よりも小さい。狭領域112のz2側端縁は、通常領域111のz2側端縁からy方向に直線的かつ連続的に形成されている。狭領域112のz1側端縁は、通常領域111のz1側端縁からz方向にずれた位置に形成されている。図2に示すように、狭領域112は、xz平面に平行な断面で見ると、各辺がx方向とz方向とのいずれかに沿った略直方体である。
(First electric wire)
As shown in FIG. 1, the first
(第2電線)
図1に示すように、第2電線180は、y方向に直線的に延びている。本実施形態の第2電線180は、インバータに搭載されたバスバーである。図2に示すように、第2電線180は、xz平面に平行な断面で見ると、各辺がx方向とz方向とのいずれかに沿った略直方体である。第2電線180は全体的に、第1電線110の通常領域111と同様の形状をもつ。z方向における第2電線180の両端の位置は、z方向における第1電線110の通常領域111の両端の位置と略同一である。図2に示すように、第2電線180は、第1電線110をx1方向に平行移動させたものに類似しているが、狭領域112とx方向において重なる部分においても、z方向の幅が通常領域111と同じである点で異なる。
(Second electric wire)
As shown in FIG. 1, the second
(固定部材)
図1に示すように、固定部材120は、主固定部材121と第1基板122と第2基板123とを含み、絶縁材料で形成されている。
(Fixing member)
As shown in FIG. 1, the fixing
主固定部材121は、y方向に所定の長さにわたって、密着して狭領域112を囲んでいる。主固定部材121は、狭領域112のz1側端縁よりz1側に、xy平面に平行な上面124をもつ。主固定部材121は、上面124からz1方向に突出した4つの爪125をもつ。
The
第1基板122は、xy平面に平行に広がった平板状部材であり、主固定部材121の爪125により、上面124に固定可能である。図2に示すように、第1基板122の内部には、後述の磁界成形部材140が、埋設されて固定されている。第1基板122と主固定部材121とは、着脱可能である。図1に示すように、第2基板123は、第1基板122のz1側で、xy平面に平行に広がった平板状部材である。第2基板123のz1側の面には、後述の磁気センサ130が固定されている。
The
固定部材120は、さらに4つのボス126を含む。第1基板122と第2基板123とは、4つのボス126により、製造時に熱溶着により相互に固定されている。第2基板123は、第1基板122のz1側で熱溶着されている。第1基板122と第2基板123との間に隙間があるので、発生する熱が逃げやすい。
The fixing
(磁気センサ)
図2に示す磁気センサ130は、磁気抵抗効果素子やホール素子などの磁電変換素子で構成されている。磁気センサ130は、yz平面に平行な平面を中心として対称的な形状をもち、x方向を感度軸の方向とする。磁気センサ130のx方向の中心が、第1電線110のx方向の中心に一致している。磁気センサ130は、第1電線110のz1側に離間して配置されている。
(Magnetic sensor)
The
(磁界成形部材)
磁界成形部材140は、z方向において第1電線110と磁気センサ130との間に位置する。磁界成形部材140は、第1基板122内部でxy平面に略平行に広がる板状部材である。磁界成形部材140は、各面がxy平面とyz平面とxz平面とのいずれかに平行な略直方体である。磁界成形部材140は、xy平面に平行なz1側の第1外面141と、xy平面に平行なz2側の第2外面142とをもつ。第1外面141は、磁気センサ130に対向する。第1外面141と磁気センサ130の感度軸の向き(すなわち、x方向)とは、いずれも、x方向に略平行である。第2外面142は、第1電線110に対向する。
(Magnetic field forming member)
The magnetic
(相対的な位置関係)
固定部材120は、磁気センサ130と磁界成形部材140とを、第1電線110に対してz方向の同じ側(すなわち、z1側)で近接して固定する。磁界成形部材140は、第1電線110と磁気センサ130との間に位置する。磁界成形部材140は、x方向において第1電線110の略中央に配置されている。磁気センサ130は、x方向において磁界成形部材140の略中央に配置されている。すなわち、x方向において、第1電線110の中心と、磁気センサ130の中心と、磁界成形部材140の中心とは、略一致する。
(Relative positional relationship)
The fixing
固定部材120は、第1電線110の少なくとも一部と磁気センサ130の少なくとも一部と磁界成形部材140の少なくとも一部とをz方向において重なる位置に離間して固定する。磁気センサ130と磁界成形部材140との各々のx方向における幅は、第1電線110のx方向における厚みよりも大きい。磁界成形部材140のx方向における幅は、磁気センサ130のx方向における幅よりも大きい。磁気センサ130は、x方向において、磁界成形部材140に重ならない。
The fixing
磁気センサ130と磁界成形部材140とは、いずれも、x方向において第2電線180と重なる位置に配置されている。すなわち、磁気センサ130と磁界成形部材140とは、第2電線180のz1側端部よりもz2側に位置する。
Both the
(第1電線による磁界)
図3は、磁界成形部材140がない比較例の場合の、第1電線110を流れる電流により発生する磁束のベクトルと磁気センサ130との関係を示す概略図である。図3の場合、x方向において、第1電線110の中心と磁気センサ130の中心とが略一致している。従って、磁気センサ130における磁束のベクトルの方向(矢印161で示す方向)は、x方向に略平行である。
(Magnetic field by the first wire)
FIG. 3 is a schematic diagram showing the relationship between the
図4は、磁界成形部材140がない比較例の場合の、第1電線110を流れる電流により発生する磁束のベクトルと磁気センサ130との関係を示す概略図である。図4の場合、x方向において、磁気センサ130の中心は、第1電線110の中心からx1方向にずれている。例えば、バスバーである第1電線110が、インバータなどの大電流を必要とする機器に接続されている場合、第1電線110に流れる電流により電流センサ100の構成要素や周辺部材が熱膨張し、このようなずれが発生する。
FIG. 4 is a schematic diagram showing the relationship between the
第1電線110はx方向の厚みよりもz方向の幅のほうが大きい。そのため、第1電線110のx方向の両側では、z方向の位置が変わっても磁束のベクトルが大きく変化しない。これに対して、第1電線110のz方向の両側では、x方向の位置の変化に対する磁束のベクトルの向きの変化が大きい。すなわち、図4の例では、磁気センサ130における磁束のベクトルの方向(矢印162で示す方向)は、x方向に平行ではない。その結果、磁束のベクトルのx方向の成分が図3の場合に比べて小さくなり、図3と同じ大きさの電流が第1電線110に流れても、検出値は小さくなる。
The width of the first
図5は、磁界成形部材140がある本実施形態の場合の、第1電線110を流れる電流により発生する磁束のベクトルと磁気センサ130との関係を示す概略図である。図5の場合、x方向において、第1電線110の中心と磁気センサ130の中心と磁界成形部材140の中心とが略一致している。全体としてx方向の中心を通りyz平面に平行な平面を中心として対称的であるため、磁束のベクトルも同じ平面を中心として対称的となる。従って、磁気センサ130における磁界の方向(矢印163で示す方向)は、x方向に略平行である。
FIG. 5 is a schematic diagram showing the relationship between the
図6は、磁界成形部材140がある本実施形態の場合の、第1電線110を流れる電流により発生する磁束のベクトルと磁気センサ130との関係を示す概略図である。図6の場合、x方向における磁気センサ130の中心と磁界成形部材140の中心とが、x方向における第1電線110の中心からx1方向にずれている。x方向において、磁気センサ130の中心と磁界成形部材140の中心とは略一致している。磁気センサ130と磁界成形部材140とは、固定部材120において製造時に熱溶着で固定されているので、大きくずれない。しかし、磁気センサ130及び磁界成形部材140と第1電線110とは着脱可能であるため、熱膨張などでずれるおそれがある。
FIG. 6 is a schematic diagram showing the relationship between the
磁界成形部材140は、軟質磁性体で形成されているので、周辺の磁界を成形する力が大きい。磁界成形部材140の周辺における磁界のベクトルは、磁界成形部材140がx方向にわずかに移動しても、磁界成形部材140が無い場合に比べると大きく変化しない。磁気センサ130は、その成形された磁界の中に固定されているため、図5の場合と図6の場合とで、磁気センサ130付近の磁束のベクトルは大きく変わらない。すなわち、磁気センサ130と第1電線110とのx方向の位置がずれたとしても、磁気センサ130における磁界の方向(矢印164で示す方向)は、x方向に略平行に維持される。
Since the magnetic
図7は、実験における位置ずれ(横軸)と感度誤差(縦軸)との関係を示すグラフである。位置ずれは、x方向における磁気センサ130の中心と第1電線110の中心とのずれをmmで表す。感度誤差は、位置ずれ0mmの場合の測定値に対する測定値の変化量の比率をパーセントで表す。なお、各位置の測定値が、位置ずれ0mmの場合の測定値より小さい場合、感度誤差はマイナスで表される。図1に示す狭領域112のz方向の幅は10mm、狭領域112のx方向の厚みは2mm、磁界成形部材140と第1電線110とのz方向の間隔は1mm、磁界成形部材140のz方向の厚みは1mm、磁気センサ130と第1電線110とのz方向の間隔は2.5mmとした。
FIG. 7 is a graph showing the relationship between the positional deviation (horizontal axis) and the sensitivity error (vertical axis) in the experiment. The positional deviation represents the deviation between the center of the
グラフ171は、図3及び図4に示す比較例の場合を表す。グラフ172は、図5及び図6に示す本実施形態の場合を表す。グラフ171とグラフ172とのいずれも、位置ずれが大きくなるほど、感度誤差が小さくなる(すなわち、位置ずれ0mmの場合の測定値に対するずれが大きくなる)。本実施形態(グラフ172)の場合のほうが、比較例(グラフ171)の場合よりも感度誤差の変化が小さい。すなわち、比較例の場合よりも、本実施形態の方が、x方向の位置ずれによる測定値への影響が小さい。
(第2電線による磁界)
まず、本実施形態とは異なり、磁界成形部材140(図2)がない比較例の場合について考える。図13は、比較例の場合の、第2電線180を流れる電流により発生する磁束のベクトルと磁気センサ130及び第1電線110との関係を示す概略図である。図13に示すように、xz平面に平行な断面で見たとき、第2電線180の周囲にも、楕円状に磁束線(矢印191及び矢印192で示される)が形成される。第2電線180のz方向における中央とx方向に対向する位置で、第2電線180による磁界がz方向に略平行となる。
(Magnetic field by the second wire)
First, unlike the present embodiment, a case of a comparative example without the magnetic field forming member 140 (FIG. 2) will be considered. FIG. 13 is a schematic diagram showing the relationship between the magnetic flux vector generated by the current flowing through the second
磁界成形部材140(図2)がない場合、磁気センサ130に対する第2電線180の磁界による影響をできるだけ除外するには、第2電線180のz方向中央部分に対向して、磁気センサ130を配置することが好ましい。そのためには、狭領域112のz方向の幅を、通常領域111のz方向の幅の半分未満にする必要がある。また、磁気センサ130がz方向にずれると、第2電線180による磁束のベクトルのx方向成分が変化して、測定値への影響度が変化する。
In the absence of the magnetic field shaping member 140 (FIG. 2), in order to eliminate as much as possible the influence of the magnetic field of the second
磁界成形部材140(図2)がない場合、狭領域112のz方向の幅を大きくすると、第2電線180のz方向中央からz方向にずれた位置に磁気センサ130を配置する必要がある。図13に示すように第2電線180のz方向中央からz方向にずれた位置では、磁気センサ130における第2電線180による磁界のベクトルがz方向に平行ではない。従って、磁気センサ130が第2電線180による磁界の影響を受けやすい。また、磁気センサ130がz方向にずれると、第2電線180による磁束のベクトルのx方向成分が変化して、測定値への影響度が変化する。
In the absence of the magnetic field forming member 140 (FIG. 2), if the width of the
次に、本実施形態のように、磁界成形部材140(図2)がある場合について考える。図14は、本実施形態の場合の、第2電線180を流れる電流により発生する磁束のベクトルと磁気センサ130及び第1電線110との関係を示す概略図である。磁界成形部材140は、磁界を成形する力が強いため、図13の矢印191及び矢印192に示すように、磁界成形部材140付近では、第2電線180による磁界は、z方向に略平行に固定される。磁気センサ130と磁界成形部材140とが、第2電線180に対してz方向にわずかに位置ずれした場合でも、第2電線180による磁気センサ130付近の磁界は大きく変わらない。従って、第2電線180のz方向中央からz方向にずれた位置に磁気センサ130を配置しても、磁気センサ130は、第2電線180による影響を受けにくく、z方向にわずかに移動しても測定値への影響度が変化しにくい。
Next, consider the case where there is a magnetic field forming member 140 (FIG. 2) as in this embodiment. FIG. 14 is a schematic diagram showing the relationship between the magnetic flux vector generated by the current flowing through the second
(まとめ)
本実施形態によれば、磁界成形部材140により磁気センサ130の近傍における磁束のベクトルが安定し、互いに固定された磁気センサ130と磁界成形部材140とが、第1第1電線110と第2電線180とに対してわずかに位置ずれした場合でも、磁気センサ130の近傍における磁束のベクトルが変わりにくい。特に、第2電線180に流れる電流により発生する磁束が、磁界成形部材140付近で第1外面141の法線方向に近くなるので、磁気センサ130がz方向において第2電線180の中央からずれている場合でも、第2電線180が発生する磁束の影響を受けにくい。従って、コアを使用する場合に比べて小型化を図りつつ、位置ずれによる影響を抑えて高精度に磁界を検出できる。
(Summary)
According to this embodiment, the magnetic
本実施形態によれば、磁気センサ130が、x方向において磁界成形部材140の略中央に配置されているので、感度軸の方向に平行な磁束の成分が多い位置に磁気センサ130が配置される。その結果、他の位置に配置する場合に比べて、第1電線110と磁気センサ130との位置ずれによる磁気センサ130の感度の変化を抑えられる。
According to the present embodiment, since the
本実施形態によれば、磁界成形部材140のx方向における幅が、第1電線110のx方向における厚みよりも大きく、磁界成形部材140がなければ第1電線110と磁気センサ130とのx方向の位置ずれの影響が大きい場合でも、磁界成形部材140により、第1電線110と磁気センサ130との位置ずれによる磁気センサ130の感度の変化を抑えられる。
According to this embodiment, the width of the magnetic
本実施形態によれば、磁界成形部材140が、第1電線110と磁気センサ130との間に位置しているので、磁界成形部材140がない場合に比べて磁気センサ130付近の磁束密度が小さく、磁気センサ130で大電流まで計測することができる。
According to the present embodiment, since the magnetic
本実施形態によれば、磁界成形部材140を固定した第1基板122と磁気センサ130を固定した第2基板123とを別々に用意することで、1つの基板に固定した場合に比べて設計の自由度が高く、熱溶着で第1基板122と第2基板123とが固定されているので、磁界成形部材140と磁気センサ130とを高い位置精度で固定することができる。
According to the present embodiment, the
(第1実施形態の第1変形例)
図8は、図2と同じ断面における第1変形例の部分断面図である。第1変形例では、図2に示す第1基板122、第2基板123、ボス126、磁気センサ130、及び磁界成形部材140の代わりに、それぞれ、図8に示す第1基板222、第2基板223、ボス226、磁気センサ230、及び磁界成形部材240が使用される。
(First modification of the first embodiment)
FIG. 8 is a partial cross-sectional view of the first modified example in the same cross section as FIG. In the first modification, instead of the
第1実施形態(図2)では、磁気センサ130が第2基板123のz1側に固定されているのに対し、第1変形例(図8)では、磁気センサ230が第2基板223のz2側に固定されている。そのため、第1変形例(図8)のボス226は、第1実施形態(図2)のボス126よりz方向に長く、第1変形例(図8)における第1基板222と第2基板223とのz方向の間隔は、第1実施形態(図2)における第1基板122と第2基板123とのz方向の間隔よりも大きい。その他の構成は、第1実施形態と同様である。
In the first embodiment (FIG. 2), the
第1変形例でも、図8に示す磁界成形部材240及び磁気センサ230と、図2に示す第1電線110及び第2電線180との相対的な位置関係は、第1実施形態の場合と同じであるので、第1実施形態と同様の効果が得られる。
Also in the first modification, the relative positional relationship between the magnetic
(第1実施形態の第2変形例)
図9は、図2と同じ断面における第2変形例の部分断面図である。第2変形例では、図2に示す第1基板122、第2基板123、ボス126、磁気センサ130、及び磁界成形部材140の代わりに、それぞれ、図9に示す第1基板322、第2基板323、係止爪326、磁気センサ330、及び磁界成形部材340が使用される。
(Second modification of the first embodiment)
FIG. 9 is a partial cross-sectional view of the second modified example in the same cross section as FIG. In the second modification, instead of the
第1実施形態(図2)では、第2基板123がボス126で第1基板122に固定されているのに対し、第2変形例(図9)では、第2基板323が係止爪326で第1基板322に固定されている。第1基板122のz1側の面と第2基板323のz2側の面とが密着しているので、第1基板122と第2基板323とをより強固に固定できる。その他の構成は、第1実施形態と同様である。
In the first embodiment (FIG. 2), the
第2変形例でも、図9に示す磁界成形部材340及び磁気センサ330と、図2に示す第1電線110及び第2電線180との相対的な位置関係は、第1実施形態の場合と同じであるので、第1実施形態と同様の効果が得られる。
Also in the second modification, the relative positional relationship between the magnetic
(第2実施形態)
次に、本発明の第2実施形態に係る電流センサについて説明する。図10は、図2と同じ断面における第2実施形態の電流センサ400の断面図である。第2実施形態(図10)の第1電線410、通常領域411、狭領域412、固定部材420、主固定部材421、第1基板422、第2基板423、上面424、爪425、ボス426、磁気センサ430、磁界成形部材440、第1外面441、第2外面442、及び第2電線480は、それぞれ、第1実施形態(図2)の第1電線110、通常領域111、狭領域112、固定部材120、主固定部材121、第1基板122、第2基板123、上面124、爪125、ボス126、磁気センサ130、磁界成形部材140、第1外面141、第2外面142、及び第2電線180に対応する。
(Second Embodiment)
Next, a current sensor according to a second embodiment of the present invention will be described. FIG. 10 is a cross-sectional view of the
第1実施形態(図2)と第2実施形態(図10)との大きな違いは、磁界成形部材440と磁気センサ430との位置である。以下、第1実施形態(図2)と第2実施形態(図10)との相違点を中心に説明する。
The major difference between the first embodiment (FIG. 2) and the second embodiment (FIG. 10) is the position of the magnetic
第1実施形態(図2)と同様に、第2実施形態(図10)の第1基板422の内部には、磁界成形部材440が埋設されて固定されている。第1実施形態(図2)と同様に、第2実施形態(図10)の第2基板423のz1側の面には、磁気センサ430が固定されている。ただし、第1実施形態(図2)とは異なり、第2実施形態(図10)の第1基板422は、第2基板423のz1側に位置する。磁気センサ430は、z方向において第1電線410と磁界成形部材440との間に位置する。
Similarly to the first embodiment (FIG. 2), a magnetic
磁界成形部材440は、第1基板422内部でxy平面に略平行に広がる、軟質磁性体で形成された板状部材である。磁界成形部材440は、各面がxy平面とyz平面とxz平面とのいずれかに平行な略直方体である。磁界成形部材440は、xy平面に平行なz2側の第1外面441と、xy平面に平行なz1側の第2外面442とをもつ。第1外面441は、磁気センサ430に対向する。第1外面441と磁気センサ430の感度軸の向き(すなわち、x方向)とは、いずれも、x方向に略平行である。
The magnetic
第1基板422、第2基板423との間は、製造時にボス426を介して熱溶着されている。第2基板423のz2側の面を主固定部材421の上面424に密着させた状態で、第1基板422が、爪425により主固定部材421に固定されている。
The
第1実施形態(図2)と同様に、第2実施形態(図10)の磁界成形部材440の周辺における磁界のベクトルは、磁界成形部材440がx方向にわずかに移動しても、磁界成形部材440が無い場合に比べると大きく変化しない。磁気センサ430は、磁界成形部材440のz2側で、その成形された磁界の中に固定されているため、x方向にわずかに移動しても、磁気センサ430付近の磁束のベクトルは大きく変わらない。すなわち、磁気センサ430と第1電線410とのx方向の位置がずれたとしても、磁気センサ430における磁界の方向は、x方向に略平行に維持される。
Similar to the first embodiment (FIG. 2), the magnetic field vector around the magnetic
磁気センサ430と磁界成形部材440とは、いずれも、x方向において第2電線480と重なる位置に配置されている。すなわち、磁気センサ430と磁界成形部材440とは、第2電線480のz1側端部よりもz2側に位置する。
Both the
磁界成形部材440は、磁界を成形する力が強いため、磁気センサ430と磁界成形部材440とが、第2電線480に対してz方向にわずかに位置ずれした場合でも、第2電線480による磁気センサ430付近の磁界は大きく変わらない。磁界成形部材440付近では、第2電線480による磁界は、z方向に略平行に固定される。従って、第2電線480のz方向中央からz方向にずれた位置に磁気センサ430を配置しても、磁気センサ430は、第2電線480による影響を受けにくく、z方向にわずかに移動しても測定値への影響度が変化しにくい。
Since the magnetic
(まとめ)
本実施形態によれば、第1実施形態(図2)の磁界成形部材140が第1電線110と磁気センサ130との間に位置していることによる効果を除いて、第1実施形態(図2)と同様の効果が得られる。
(Summary)
According to the present embodiment, the first embodiment (FIG. 2) is used except for the effect that the magnetic
本実施形態によれば、磁気センサ430が第1電線410と磁界成形部材440との間に位置しているので、磁界成形部材440を同じ位置に配置して磁界成形部材440を第1電線410と磁気センサ430との間に配置する場合に比べて、小型化できる。また、磁界が磁界成形部材440により遮られにくいので、信号対ノイズ比を低減することができ、磁気センサ430で小さな磁界変化を検出しやすくなる。
According to the present embodiment, since the
(第3実施形態)
次に、本発明の第3実施形態に係る電流センサについて説明する。図11は、図2と同じ断面における第3実施形態の電流センサ500の断面図である。第3実施形態(図11)の第1電線510、通常領域511、狭領域512、固定部材520、主固定部材521、第1基板522、近位第2基板523-1、上面524、爪525、近位ボス526-1、磁気センサ530、近位磁界成形部材540-1、近位第1外面541-1、近位第2外面542-1、及び第2電線580は、それぞれ、第1実施形態(図2)の第1電線110、通常領域111、狭領域112、固定部材120、主固定部材121、第1基板122、第2基板123、上面124、爪125、ボス126、磁気センサ130、磁界成形部材140、第1外面141、第2外面142、及び第2電線180に対応する。
(Third embodiment)
Next, a current sensor according to a third embodiment of the invention will be described. FIG. 11 is a cross-sectional view of the
第3実施形態(図11)の遠位第2基板523-2、遠位ボス526-2、遠位磁界成形部材540-2、遠位第1外面541-2、及び遠位第2外面542-2は、それぞれ、第2実施形態(図10)の第2基板423、ボス426、磁界成形部材440、第1外面441、及び第2外面442に対応する。以下、近位磁界成形部材540-1と遠位磁界成形部材540-2とを区別せずに、磁界成形部材540とよぶ場合がある。
The distal second substrate 523-2, the distal boss 526-2, the distal magnetic field shaping member 540-2, the distal first outer surface 541-2, and the distal second outer surface 542 of the third embodiment (FIG. 11) -2 corresponds to the
第3実施形態(図11)は、第1実施形態(図2)と第2実施形態(図10)とを組み合わせた構成をもつ。第3実施形態(図11)は、電流センサ500が2つの磁界成形部材540を備え、磁気センサ530が1つの磁界成形部材540と他の1つの磁界成形部材540との間に位置する点で、第1実施形態(図2)及び第2実施形態(図10)と異なる。以下、第3実施形態(図11)の電流センサ500が、第1実施形態(図2)の電流センサ100と第2実施形態(図10)の電流センサ400と異なっている点を中心に説明する。
3rd Embodiment (FIG. 11) has the structure which combined 1st Embodiment (FIG. 2) and 2nd Embodiment (FIG. 10). In the third embodiment (FIG. 11), the
第1実施形態(図2)及び第2実施形態(図10)と同様に、第3実施形態(図11)の磁界成形部材540の周辺における磁界のベクトルは、磁界成形部材540がx方向にわずかに移動しても、磁界成形部材540が無い場合に比べると大きく変化しない。磁気センサ430は、2つの磁界成形部材540の間で、その成形された磁界の中に固定されているため、x方向にわずかに移動しても、磁気センサ530付近の磁束のベクトルは大きく変わらない。すなわち、磁気センサ530と第1電線510とのx方向の位置がずれたとしても、磁気センサ530における磁界の方向は、x方向に略平行に維持される。磁気センサ530が2つの磁界成形部材540で挟まれているので、磁界成形部材540が1つの場合に比べると、磁気センサ530と磁界成形部材540とが第1電線510に対して相対的にx方向に移動したときの磁気センサ530付近における磁束のベクトルの変化が小さい。
Similar to the first embodiment (FIG. 2) and the second embodiment (FIG. 10), the magnetic field vector around the magnetic field shaping member 540 of the third embodiment (FIG. 11) is the same as the magnetic field shaping member 540 in the x direction. Even if it moves slightly, it does not change greatly compared to the case where the magnetic field shaping member 540 is not provided. Since the
磁気センサ530と磁界成形部材540とは、いずれも、x方向において第2電線580と重なる位置に配置されている。すなわち、磁気センサ530と磁界成形部材540とは、第2電線580のz1側端部よりもz2側に位置する。
Both the
磁界成形部材540は、磁界を成形する力が強いため、磁気センサ530と磁界成形部材540とが、第2電線580に対してz方向にわずかに位置ずれした場合でも、第2電線580による磁気センサ530付近の磁界は大きく変わらない。磁界成形部材540付近では、第2電線580による磁界は、z方向に略平行に固定される。従って、第2電線580のz方向中央からz方向にずれた位置に磁気センサ530を配置しても、磁気センサ530は、第2電線580による影響を受けにくく、z方向にわずかに移動しても測定値への影響度が変化しにくい。
Since the magnetic field shaping member 540 has a strong force for shaping the magnetic field, even if the
(まとめ)
本実施形態によれば、第1実施形態(図2)及び第2実施形態(図10)の磁界成形部材140(または、磁界成形部材440)が磁気センサ130(または、磁気センサ430)の片側にのみ位置していることによる効果を除いて、第1実施形態(図2)及び第2実施形態(図10)と同様の効果が得られる。
(Summary)
According to this embodiment, the magnetic field shaping member 140 (or magnetic field shaping member 440) of the first embodiment (FIG. 2) and the second embodiment (FIG. 10) is one side of the magnetic sensor 130 (or magnetic sensor 430). The same effects as those of the first embodiment (FIG. 2) and the second embodiment (FIG. 10) can be obtained except for the effect due to being located only at.
本実施形態によれば、磁界成形部材540が、第1電線510と磁気センサ530との間に位置しているので、磁界成形部材540がない場合に比べて磁気センサ530付近の磁束密度が小さく、磁気センサ530で大電流まで計測することができ、さらに、磁気センサ530の両側に磁界成形部材540が配置されているので、磁界成形部材540が1つの場合に比べて、位置ずれに対する磁気センサ530付近の磁束のベクトルの変化が小さい。
According to this embodiment, since the magnetic field forming member 540 is located between the first
図12は、実験における位置ずれ(横軸)と隣接影響変動(縦軸)との関係を示すグラフである。位置ずれは、z方向における磁気センサ130の中心と第1電線110の中心とのずれをmmで表す。隣接影響変動は、位置ずれ0mmの場合の測定値に対する測定値の変化量の比率を表す。位置ずれは、z1方向を正、z1方向を負とする。隣接影響変動の符号は、磁束のベクトルの方向の違いを表す。
FIG. 12 is a graph showing the relationship between the positional deviation (horizontal axis) and the adjacent influence variation (vertical axis) in the experiment. The positional deviation represents the deviation between the center of the
(比較)
グラフ181は、図10に示す第2実施形態の場合を表す。図10に示す狭領域412のz方向の幅は5mm、第2電線480のz方向の幅は12.5mm、z方向における磁気センサ430の中心と第1電線410とのz方向の間隔は3.5mm、磁界成形部材440の第1外面441とz方向における磁気センサ430の中心とのz方向の間隔は3mm、磁界成形部材440のz方向の厚みは1mmとした。
(Comparison)
A
グラフ182は、図11に示す第3実施形態の場合を表す。図11に示す狭領域512のz方向の幅は5mm、第2電線580のz方向の幅は12.5mm、z方向における磁気センサ530の中心と第1電線510とのz方向の間隔は3.5mm、近位磁界成形部材540-1の近位第1外面441-1とz方向における磁気センサ530の中心とのz方向の間隔は1.5mm、近位磁界成形部材540-1のz方向の厚みは1mm、遠位磁界成形部材540-2の遠位第1外面441-2とz方向における磁気センサ530の中心とのz方向の間隔は3mm、遠位磁界成形部材540-2のz方向の厚みは1mmとした。
グラフ183は、図10に示す第2実施形態と同様の条件において、磁界成形部材440を使用しない比較例の場合を表す。グラフ181とグラフ182とグラフ183とのいずれも、z方向の位置ずれが大きくなるほど、隣接影響変動の絶対値が大きくなる(すなわち、位置ずれ0mmの場合の測定値に対するずれが大きくなる)。第2実施形態(グラフ181)と第3実施形態(グラフ182)との場合のほうが、比較例(グラフ183)の場合よりも隣接影響変動の変化が小さい。すなわち、比較例の場合よりも、第2実施形態及び第3実施形態の方が、z方向の位置ずれによる測定値への影響が小さい。
本発明は上述した実施形態には限定されない。すなわち、当業者は、本発明の技術的範囲またはその均等の範囲内において、上述した実施形態の構成要素に関し、様々な変更、コンビネーション、サブコンビネーション、並びに代替を行ってもよい。 The present invention is not limited to the embodiment described above. That is, those skilled in the art may make various modifications, combinations, subcombinations, and alternatives regarding the components of the above-described embodiments within the technical scope of the present invention or an equivalent scope thereof.
本発明は、様々な電流センサに適用可能である。 The present invention can be applied to various current sensors.
100…電流センサ、110…第1電線、120…固定部材、122…第1基板
123…第2基板、130…磁気センサ、140…磁界成形部材、141…第1外面
180…第2電線
222…第1基板、223…第2基板、230…磁気センサ、240…磁界成形部材
322…第1基板、323…第2基板、326…係止爪、330…磁気センサ
340…磁界成形部材
400…電流センサ、410…第1電線、420…固定部材、422…第1基板
423…第2基板、430…磁気センサ、440…磁界成形部材、441…第1外面
480…第2電線
500…電流センサ、510…第1電線、520…固定部材、522…第1基板
523-1…近位第2基板、523-2…遠位第2基板、530…磁気センサ
540-1…近位磁界成形部材、540-2…遠位磁界成形部材
541-1…近位第1外面、541-2…遠位第1外面、580…第2電線
DESCRIPTION OF
Claims (7)
前記第1方向における厚みより前記第2方向における幅が大きい第2電線と、
前記第1電線を流れる電流により発生する磁界を検出する磁気センサと、
軟質磁性体を含み前記磁界を成形する磁界成形部材と、
前記第1電線と前記磁気センサと前記磁界成形部材とを固定する固定部材と、
を備え、
前記磁気センサが、前記第1方向において前記第2電線と重なる位置に配置されており、
前記磁界成形部材が、前記第2方向に直交する平面に略平行に広がる板状部材であり、
前記磁界成形部材が、前記磁気センサに対向する外面を含み、
前記外面と前記磁気センサの感度軸の向きとが前記第1方向に略平行であり、
前記固定部材が、前記磁気センサと前記磁界成形部材とを、前記第1電線に対して前記第2方向の同じ側で近接して固定し、
前記固定部材が、前記第1電線の少なくとも一部と前記磁気センサの少なくとも一部と前記磁界成形部材の少なくとも一部とを前記第2方向において重なる位置に離間して固定する、
電流センサ。 A first electric wire having a larger width in a second direction perpendicular to the first direction than a thickness in the first direction;
A second electric wire having a width in the second direction larger than a thickness in the first direction;
A magnetic sensor for detecting a magnetic field generated by a current flowing through the first electric wire;
A magnetic field forming member that includes a soft magnetic material and forms the magnetic field;
A fixing member that fixes the first electric wire, the magnetic sensor, and the magnetic field forming member;
With
The magnetic sensor is disposed at a position overlapping the second electric wire in the first direction;
The magnetic field shaping member is a plate-like member extending substantially parallel to a plane orthogonal to the second direction;
The magnetic field shaping member includes an outer surface facing the magnetic sensor;
The outer surface and the direction of the sensitivity axis of the magnetic sensor are substantially parallel to the first direction;
The fixing member fixes the magnetic sensor and the magnetic field forming member in proximity to the first electric wire on the same side in the second direction,
The fixing member fixes at least a part of the first electric wire, at least a part of the magnetic sensor, and at least a part of the magnetic field shaping member to be spaced apart and fixed in a position overlapping in the second direction;
Current sensor.
請求項1に記載の電流センサ。 The magnetic sensor is disposed at substantially the center of the magnetic field forming member in the first direction;
The current sensor according to claim 1.
請求項1または請求項2に記載の電流センサ。 A width of the magnetic field forming member in the first direction is larger than a thickness of the first electric wire in the first direction;
The current sensor according to claim 1 or 2.
請求項1乃至請求項3に記載の電流センサ。 The magnetic field shaping member is located between the first electric wire and the magnetic sensor;
The current sensor according to claim 1.
請求項1乃至請求項3に記載の電流センサ。 The magnetic sensor is located between the first electric wire and the magnetic field forming member;
The current sensor according to claim 1.
前記磁気センサが、1つの前記磁界成形部材と他の1つの前記磁界成形部材との間に位置する、
請求項1乃至請求項3に記載の電流センサ。 Two magnetic field shaping members,
The magnetic sensor is located between one magnetic field shaping member and the other magnetic field shaping member;
The current sensor according to claim 1.
前記磁界成形部材が、前記第1基板に固定されており、
前記磁気センサが、前記第2基板に固定されており、
前記第1基板と前記第2基板とが、熱溶着により相互に固定されている、
請求項1乃至6の何れか1項に記載の電流センサ。 The fixing member includes a first substrate and a second substrate;
The magnetic field shaping member is fixed to the first substrate;
The magnetic sensor is fixed to the second substrate;
The first substrate and the second substrate are fixed to each other by thermal welding;
The current sensor according to claim 1.
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