磁気コア及びこれを利用した電流センサユニット
【課題】容易に加工できると共に、小型化を図ることができ、かつ、エアギャップを通過する磁束を、ホール素子でより確実に検出できる磁気コアを提供すること。
【解決手段】板状の磁性体１２を略環状に曲げて磁気コア１０を形成する。磁性体１２の両端部１２ａ，１２ｂは、その環状曲げ形態における内周側と外周側とにずらすようにして、かつ、所定間隔空けて重なるように配設され、これらの間にエアギャップ１４が形成されている。
【解決手段】板状の磁性体１２を略環状に曲げて磁気コア１０を形成する。磁性体１２の両端部１２ａ，１２ｂは、その環状曲げ形態における内周側と外周側とにずらすようにして、かつ、所定間隔空けて重なるように配設され、これらの間にエアギャップ１４が形成されている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、被計測電流を検出するための電流センサ用の磁気コア及びこれを利用した電流センサユニットに関する。
【背景技術】
【０００２】
図１４は、電流センサ用の磁気コアの一例を示す図である。
【０００３】
この磁気コア５１０は、略Ｃ字状の外観形状を有しており、その両端部が所定間隔空けて対向配置されることで、所定のエアギャップ５１４が形成された構成とされている。
【０００４】
そして、磁気コア５１０に囲まれた空間内に、所定の電流経路を貫通するようにして配設すると、その電流経路を流れる被計測電流によって発生する磁束が、磁気コア５１０により形成される磁路内に収束される。この収束された磁束を、エアギャップ５１４に配設したホール素子５２０で検出することで、前記被計測電流が検出される。
【０００５】
このような磁気コア５１０は、通常、ケイ素鋼板やパーマロイ等の板材を積層したものや、これらの条材を打ち抜き加工したもの、或いは、パーマロイやフェライト等の粉を固めた粉合材等で形成されている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上述のような磁気コア５１０では、板材を積層したり、所定太さの条材を打ち抜いたり、また、粉材を固める等の複雑な加工を行う必要があり、製造コスト増を招く。
【０００７】
また、板材の積層体や、所定太さの条材の打ち抜き加工体、粉材を固めたもの等で構成されているため、磁気コア５１０が大型になるという問題もある。
【０００８】
特に、上述のような磁気コア５１０では、両端面５１０ａ，５１０ｂ間のエアギャップ５１４の磁束を、ホール素子５２０でより確実に検出するためには、エアギャップ５１４の断面をある程度大きくする必要があり、そうすると、磁気コア５１０全体が大型化する傾向にある。
【０００９】
すなわち、磁気コア５１０のエアギャップ５１４における磁束を検出するためには、該エアギャップ５１４を通過する磁束がホール素子５２０を通過するようにする必要がある。そのためには、エアギャップ５１４の断面（即ち、端面５１０ａ，５１０ｂ）の大きさをホール素子５２０と略同じかそれよりも大きくすることが要請される。
【００１０】
そして、磁気コア５１０の中間部の断面積を、エアギャップ５１４（端面５１０ａ，５１０ｂ）の空間断面積よりも小さくしてしまうと、以下の理由により、磁気コア５１０で磁束が飽和し易くなってしまう。
【００１１】
つまり、磁気コア５１０で生じる起磁力Ｕは、下記式（１）で表される。
【００１２】
Ｕ＝Ｎ・Ｉ＝Ｈｇ・Ｌｇ＋Σ（Ｈｍ・Ｌｍ）・・・（１）
（但し、Ｎは磁気コアに対する電流経路の巻数、Ｉはその電流経路に流れる電流値、Ｈｇはエアギャップでの磁界の強さ、Ｌｇはエアギャップの長さ、Ｈｍは磁気コアでの磁界の強さ、Ｌｍは磁気コアの長さ）
ここで、磁束密度と透磁率と磁界の強さの間に、Ｂｇ＝μ0・Ｈｇ、Ｂｍ＝μｍ・Ｈｍ、（但し、Ｂｇはエアギャップでの磁束密度、μ0は真空の透磁率、Ｂｍは磁気コアでの磁束密度、μｍは磁気コアの透磁率）の関係があり、式（１）を下記式（２）と表すことができる。
【００１３】
Ｕ＝Ｎ・Ｉ＝Ｈｇ・Ｌｇ＋Σ（Ｈｍ・Ｌｍ）＝Ｂｇ・Ｌｇ／μ0＋Σ（Ｂｍ・Ｌｍ／μm ）・・・（２）
そして、磁気コア５１０の透磁率μｍは、通常、１００００〜１０００００程度であり、真空の透磁率μ0は１．２６×１０-6、であるから、磁気コア５１０の長さが十分に短い場合、式（２）の第２項”Σ（Ｂｍ・Ｌｍ／μm ）”は、第１項”Ｂｇ・Ｌｇ／μ0”と比較して遙かに小さい値なので、相対的に無視できる。
【００１４】
とすると、Ｎ・Ｉ＝Ｂｇ・Ｌｇ／μ0、から、エアギャップ５１４での磁束密度は、下記式（３）で表される。
【００１５】
Ｂｇ＝Ｎ・Ｉ×（μ0／Ｌｇ）・・・（３）
つまり、エアギャップ５１４での磁束密度Ｂｇは、磁気コア５１０に対する電流経路の巻数Ｎ、その電流経路に流れる電流値Ｉ、エアギャップ５１４の長さLｇに応じた値となる。
【００１６】
一方、磁気コア５１０によって構成される磁気回路において、磁束Φは一定であることから、下記式（４）が成立する。
【００１７】
Φ＝Ｂｇ・Ａｇ＝Ｂｍ・Ａｍ・・・（４）
（但し、Ａｇはエアギャップの空間断面積、Ａｍは磁気コアの断面積）
そして、エアギャップ５１４の空間断面積Ａｇと、磁気コア５１０の断面積Ａｍとが等しい場合には、式（４）から、Φ＝Ｂｇ＝Ｂｍ、となり、エアギャップ５１４での磁束密度Ｂｇと、磁気コア５１０での磁束密度Ｂｍ、とは同じとなる。
【００１８】
ところが、エアギャップ５１４の断面積Ａｇと、磁気コア５１０の断面積Ａｍとが異なる場合には、式（４）から、磁気コア５１０での磁束密度Ｂｍは、下記式（５）のように表される。
【００１９】
Ｂｍ＝Ｂｇ×（Ａｇ／Ａｍ）・・・（４）
とすると、エアギャップ５１４の断面積Ａｇよりも、磁気コア５１０の断面積Ａｍを小さくすると、磁気コア５１０で磁束が飽和し易くなってしまう。
【００２０】
このため、磁気コア５１０の断面積Ａｍを、例えばその中間部（端面５１０ａ，５１０ｂを除く部分）においてエアギャップ５１４の空間断面積Ａｇ（端面５１０ａ，５１０ｂの面積と略同じ）よりも小さくするのは好ましくなく、磁気コア５１０の中間部の断面積を、エアギャップ５１４の空間断面積Ａｇ（端面５１０ａ，５１０ｂの面積と略同じ）と略同じか、或いは、それよりも大きくする必要がある。
【００２１】
以上より、磁気コア５１０の中間部の断面積を、ホール素子５２０の大きさと同じかそれよりも大きな断面積を持たせる必要があり、従って、磁気コア５１０が大型化することになるのである。
【００２２】
そこで、本発明の第１の課題は、容易に加工できかつ小型化を図ることができる磁気コア及びこれを利用した電流センサユニットを提供することであり、第２の課題は、上記第１の課題を前提とした上で、エアギャップにおける磁束を、ホール素子でより確実に検出できる磁気コア及びこれを利用した電流センサユニットを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２３】
第１の課題を解決するため、この発明に係る磁気コアは、両端部間にエアギャップを形成するようにして略環状に曲げられた板状の磁性体を備えている。
【００２４】
また、第２の課題を解決するため、前記磁性体の前記両端部は、前記磁性体の略環状曲げ形態における内周側と外周側とにずらすように配設されていてもよい。
【００２５】
また、磁性体の前記両端部は、前記磁性体の略環状曲げ形態における内周側と外周側とで所定間隔空けて重なるように配設されていてもよい。
【００２６】
さらに、前記磁性体を複数備え、断面積の合計が増大されるよう、複数の前記磁性体が重ね合わせられて構成されてもよい。
【００２７】
さらにまた、複数の前記磁性体のうちいずれかの磁性体の前記エアギャップの部分が省略されてもよい。
【００２８】
また、前記磁性体の前記エアギャップと反対側の部分にスリットが形成されてもよい。
【００２９】
さらに、少なくとも、略環状の磁気コアと、前記エアギャップに設置されるホール素子とをパッケージに収納し、前記パッケージに、略環状の前記磁気コアの中空部に電流経路を挿通させる挿通孔が形成されてもよい。
【発明の効果】
【００３０】
この発明の磁気コアによると、板状の磁性体を曲げることで容易に磁気コアを製造できる上、磁性体の略環状曲げ形態における内外周方向の厚み寸法を小さくして、磁気コアの小型化を図ることができ、第１の課題を達成できる。
【００３１】
また、前記磁性体の両端部は、その磁性体の略環状曲げ形態における内周側と外周側とにずらすように配設されているため、両端部間で、磁束の通過空間であるエアギャップを広げることができる。このため、エアギャップを通過する磁束を、ホール素子でより確実に検出でき、第２の課題を達成できる。
【００３２】
また、前記磁性体の両端部が、前記磁性体の略環状曲げ形態における内周側と外周側とで所定間隔空けて重なるような位置関係で配設されていると、磁束の通過空間であるエアギャップをより確実に広げることができ、エアギャップを通過する磁束を、ホール素子でより確実に検出できる。
【００３３】
さらに、磁気コアの断面積を補足するよう、複数の磁性体を重ね合わせて構成すれば、貫通電流に対する磁束密度の飽和を防止することができる。したがって、貫通電流と磁束密度との比例関係を広い電流範囲で保つことができ、広い電流範囲で電流測定を行うことができる。
【００３４】
さらにまた、複数の磁性体のうちいずれかの磁性体のエアギャップの部分が省略されることで、エアギャップの範囲が、省略された磁性体の板厚の分だけ広がることになり、エアギャップを通過する磁束を、ホール素子でより確実に検出できる。
【００３５】
また、磁性体のエアギャップと反対側の部分にスリットを形成することで、このスリットが第２のエアギャップとなり、その部分における磁束密度の飽和が防止される。したがって、貫通電流と磁束密度との比例関係を広い電流範囲で保つことができ、広い電流範囲で電流測定を行うことができる。
【００３６】
特に、電流経路となるハーネス等への設置を容易にするために、その磁気コアと、そのエアギャップに設置されるホール素子とをパッケージに一体的に収納しておき、パッケージに、略環状の前記磁気コアの中空部に電流経路を挿通させる挿通孔を形成しておく構成を採る場合には、電流センサユニット全体の小型化を図ることができ、またエアギャップを通過する磁束を、ホール素子でより確実に検出し得る電流センサユニットを提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３７】
｛第１の実施の形態｝
以下、この発明の第１の実施の形態に係る磁気コアについて説明する。
【００３８】
図１は磁気コア１０を示す斜視図である。
【００３９】
この磁気コア１０は、両端部間にエアギャップ１４を形成するようにして略環状に曲げられた板状の磁性体１２を備えた構成とされている。
【００４０】
ここでは、略帯板状の磁性体１２を準備し、その両端部間に所定間隔を空けるようにして、該磁性体１２を略方形環状に折曲げて、磁気コア１０を形成している。板状の磁性体１２としては、例えば、ケイ素鋼板やパーマロイなどが用いられる。
【００４１】
この磁気コア１０は、所定の被測定電流が流れる電流経路２５を囲う程度の大きさの環状に形成される。なお、板状の磁性体１２は、略円環状、或いは、多角形の環状に曲げられた形態であってもよい。また、磁性体１２の板厚や、板幅（電流経路２５に沿う方向での長さ寸法）は、任意の寸法に設定できる。例えば、板厚に関して、一般的な流通品であるケイ素鋼板の板厚０．５ｍｍ程度としてもよい。
【００４２】
また、この磁気コア１０の両端部１２ａ，１２ｂは、その略環状曲げ形態における内周側と外周側とにずらすように配設されると共に、該略環状曲げ形態における内周側と外周側とで所定間隔空けて重なるように配設されている。そして、その両端部１２ａ，１２ｂが重なり合うように対向する部分間に、エアギャップ１４が形成されている。
【００４３】
磁気コア１０の両端部１２ａ，１２ｂの間隔寸法は、それらの間にホール素子２０（或いはホール素子を内蔵したホールＩＣ）を配設可能な程度の大きさに形成されている。また、磁気コア１０の両端部１２ａ，１２ｂの重なり合い領域の大きさは、好ましくは、エアギャップ１４に配設されることとなるホール素子２０（或いはホール素子を内蔵したホールＩＣ）と略同じか或いはそれよりも大きく、より好ましくは略同じに設定されている。
【００４４】
このように構成された磁気コア１０は、次のようにして用いられる。
【００４５】
すなわち、図１の被測定電流が流れる電流経路２５周りに、磁気コア１０が配設されると共に、そのエアギャップ１４内にホール素子２０（或いはホール素子を内蔵したホールＩＣ）が配設される。
【００４６】
この場合の具体的構成として、この磁気コア１０及びホール素子２０（或いはホール素子を内蔵したホールＩＣ）は、図２及び図３の如く、ホール素子２０に接続される電線２０ａ及びコンデンサ２１等の所定の部品とともに、挿通孔２２が形成されたパッケージ２３内に収納され、電流センサユニット２４として一体的に組み付けられて設置される。なお、図２及び図３において符号２３ａで示す部分はコネクタ部となっている。
【００４７】
そして、電流センサユニット２４の挿通孔２２に、電流経路２５となるハーネス２５ａを挿通させ、ハーネス２５ａの端部に露出した芯線部２８にグランド端子等の所定の端子部材２６をかしめ固定する。
【００４８】
尚、電流センサ２４には、パッケージ２３の一側下面より下方に適宜長さ延設配置された断面矩形の支持片部２７ａが設けられるとともに、支持片部２７ａの下端部の一側面より一側方に突出されたいわゆる二叉状の左右対の保持片部２７ｂが設けられている。
【００４９】
そして、図２及び図３のように、上記保持片部２７ｂでグランド端子等の所定の端子部材２６をさらにかしめることで、電流センサユニット２４が当該端子部材２６に固定されるとともに、ハーネス２５ａを位置決め支持する。このようにして、電流センサユニット２４をハーネス２５ａに容易に設置できる。また、ハーネス２５ａを中心軸として電流センサユニット２４を自由に回転させることができるため、設置の自由度が大きく、また、端子部材２６の向きの自由度も広がるものとなる。
【００５０】
あるいは、電流センサユニット２４の挿通孔２２にハーネス２５ａを貫通させるだけでよいため、図２及び図３のようにハーネス２５ａと端子部材２６とを接続する部分に電流センサユニット２４を設置するのではなく、例えば図４のように、電流センサユニット２４をハーネス２５ａの中間位置に設置することもできる。即ち、電流センサユニット２４をハーネス２５ａに沿ってどこにでも容易に設置できる。尚、図４においては、電流センサユニット２４がハーネス２５ａに遊嵌されるだけでよいため、支持片部２７ａ及び保持片部２７ｂは省略される。
【００５１】
この状態で、電流経路２５に所定方向に電流が流れると、その周りに磁束が発生し、この磁束は磁気コア１０によって形成される磁気回路を通過する。
【００５２】
図５は、エアギャップ１４における磁束１８の分布を示している。同図に示すように、磁性体１２の一方側の端部１２ａ側の一方面と、他方側の端部１２ｂの他方面間を結ぶように、磁束１８が分布している。このため、両端部１２ａ，１２ｂの重なり合い形状及び大きさに応じて、磁束の通過空間であるエアギャップ１４が形成される。そして、この両端部１２ａ，１２ｂの重なり合い部分間のエアギャップ１４内に、ホール素子２０を配設することで、上記被計測電流によって発生してエアギャップ１４を通過する磁束を、ホール素子２０で検出できる。この磁束の検出結果に応じて、被計測電流値を求めることができる。
【００５３】
以上のように構成された磁気コア１０によると、板状の磁性体１２を曲げることで容易に磁気コア１０を製造できる。また、磁気コア１０は板材により形成されているため、その略環状曲げ形態における内外周方向の厚み寸法を小さくすることができるので、磁気コア１０の小型化を図ることができる。
【００５４】
また、磁性体１２の両端部１２ａ，１２ｂは、その略環状曲げ形態における内周側と外周側とにずらすように配設されているため、両端部１２ａ，１２ｂ間で、磁束の通過空間であるエアギャップ１４を広げることができる。このため、エアギャップ１４を通過する磁束を、ホール素子２０でより確実に検出できる。
【００５５】
しかも、磁性体１２の両端部１２ａ，１２ｂが、磁性体１２の略環状曲げ形態における内周側と外周側とで所定間隔空けて重なるような位置関係で配設されているため、その重なり合いの大きさに応じて、磁束の通過空間であるエアギャップ１４をより確実に広げることができる。このため、エアギャップ１４における磁束を、ホール素子２０でより確実に検出できる。
【００５６】
図６は図１に示した第１の実施の形態に関する第１変形例に係る磁気コア１１０を示す図である。
【００５７】
この磁気コア１１０は、上記磁気コア１０と同様に、板状の磁性体１１２を略方形（正方形及び長方形を含む）環状に曲げて形成したものである。この磁気コア１１０が、磁気コア１０と異なる点は、その両端部１１２ａ，１１２ｂをその略環状曲げ形態の内外周にずらさずに、対向配置した点である。
【００５８】
この磁気コア１１０の場合でも、板状の磁性体１１２を曲げることで容易に磁気コア１１０を製造できる上、磁性体１１２の略環状曲げ形態における内外周方向の厚み寸法を小さくして、磁気コア１１０の小型化を図ることができる。
【００５９】
図７は図１に示した第１の実施の形態に関する第２変形例に係る磁気コア２１０を示す図である。
【００６０】
この磁気コア２１０は、上記磁気コア１０と同様に、板状の磁性体２１２を略方形環状に曲げて形成すると共に、その両端部２１２ａ，２１２ｂを、その曲げ形態における内周側と外周側とにずらすように配設している。
【００６１】
この磁気コア２１０が磁気コア１０と異なる点は、その両端部２１２ａ，２１２ｂを、重なり合わないように配設した点である。
【００６２】
この磁気コア２１０の場合でも、板状の磁性体２１２を曲げることで容易に磁気コア２１０を製造できるため、磁性体２１２の略環状曲げ形態における内外周方向の厚み寸法を小さくして、磁気コア２１０の小型化を図ることができる。
【００６３】
また、磁性体２１２の両端部２１２ａ，２１２ｂが、その環状曲げ形態における内周側と外周側とにずらすように配設されているため、図６に示す場合よりも、磁束２１８の通過空間であるエアギャップ２１４を広げることができる。このため、エアギャップ２１４を通過する磁束２１８を、該エアギャップ２１４に配設されたホール素子でより確実に検出できる。
【００６４】
以上をまとめると、図１及び図５に示す磁気コア１０、図６に示す磁気コア１１０、図７に示す磁気コア２１０のいずれによっても、板状の磁性体１２，１１２，２１２を曲げることで容易に磁気コア１０，１１０，２１０を製造できる上、その略環状曲げ形態における内外周方向の厚み寸法を小さくして、その小型化を図ることができる。
【００６５】
もっとも、図６に示す磁気コア１１０では、一方側の端部１１２ａの一辺と、他方側の端部１１２ｂの他辺とを結ぶようにして、磁束１１８が分布している。このため、磁束１１８の分布空間であるエアギャップ１１４が、比較的小さくなる。
【００６６】
そこで、図７に示す磁気コア２１０のように、磁性体２１２の両端部２１２ａ，２１２ｂを、その環状曲げ形態における内周側と外周側とにずらすことで、図６に示す場合よりも、磁束２１８の通過空間であるエアギャップ２１４を広げることができる。このため、該エアギャップ２１４内に収るようにホール素子を配設して、エアギャップ２１４を通過する磁束２１８を、該エアギャップ２１４に配設されたホール素子でより確実に検出できる。
【００６７】
そして、さらに、図１及び図５に示す磁気コア１０のように、磁性体１２の両端部１２ａ，１２ｂを、その略環状曲げ形態における内周側と外周側とで所定間隔空けて重なるように配設することで、磁束１８の通過空間であるエアギャップ１４をより大きく広げることができる。このため、該エアギャップ１４内に収るようにホール素子２０を配設して、エアギャップ１４を通過する磁束１８を、該エアギャップ１４に配設されたホール素子２０でより確実に検出できる。
【００６８】
｛第２の実施の形態｝
第１の実施の形態においては、磁気コア１０の板厚の例として０．５ｍｍ程度のものを説明したが、この磁気コア１０の板厚が薄いため、狭い電流範囲しか測定することができない。
【００６９】
例えば、図８は、第１の実施の形態のように板厚が０．５ｍｍ程度の磁気コア１０を適用した場合の電流に対する磁束密度の変化を示す図である。図８において、横軸は磁気コア１０の中空部を貫通する電流経路２５に流れる電流（以下「貫通電流」と称す）、縦軸は磁束密度をそれぞれ示している。
【００７０】
図８において、貫通電流が−ＩｓからＩｓの間は、この貫通電流に対して磁束密度が比例することから、貫通電流と磁束密度の相関曲線は原点Ｏを通る直線となる。
【００７１】
しかしながら、図８において、貫通電流が−ＩｓとＩｓの部分で変曲点Ｉｆ１，Ｉｆ２が現れることから、貫通電流が−Ｉｓ以下の状態とＩｓ以上の状態では、原点Ｏを通る直線Ｌ１から遊離してしまい、貫通電流と磁束密度との比例関係が崩れてしまう。これは、図９のように、磁気コア１０のエアギャップ１４と反対側の部分３１を中心として磁束密度の飽和が発生し、この部分３１を中心とした飽和が、エアギャップ１４における磁束密度に影響を与えるためである。
【００７２】
そこで、この発明の第２の実施の形態に係る磁気コア１０は、図１０〜図１２の如く、第１の磁性体４１と第２の磁性体４２とを重ね合わせて構成することで、磁気コア１０の板厚を厚く構成し、この２つの磁性体４１，４２の複合体である磁気コア１０の断面積の合計を増大させることで、貫通電流に対する磁束密度の飽和を防止するよう構成されている。
【００７３】
第１の磁性体４１は、図１１の如く、両端部間にエアギャップ１４を形成するようにして略環状に折曲した形状に形成されている点で、図１に示した第１の実施の形態と同様であるが、この磁性体４１板厚が例えば１ｍｍ程度の厚いケイ素鋼板等が使用されている。そして、このような板厚の厚い硬質な磁性体（ケイ素鋼板等）を略環状に折曲形成するため、折曲部４３には丸みを形成することで、硬質な磁性体に割れが生じることがないように形成されている。
【００７４】
第２の磁性体４２は、図１０の如く、第１の磁性体４１の内周面に密接して磁気コア１０の板厚を補足するためのもので、図１２の如く、板厚が例えば０．５ｍｍ程度の厚いケイ素鋼板等が使用されて略環状に曲げられて形成されている。このため、第２の磁性体４２の折曲部４４は、第１の磁性体４１の折曲部４３の内周に対応して丸みを帯びた形状とされている。
【００７５】
また、第２の磁性体４２は、第１の磁性体４１の全長に亘ってその内周面に設置されるのではなく、貫通電流の実現し得る電流値レンジを考慮した場合に、磁気コア１０において磁束密度の飽和が発生する部分を少なくとも含む範囲で設置される。即ち、磁気コア１０のエアギャップ１４においては、磁束密度の飽和が発生しにくいため、このエアギャップ１４に対応する部分４５（図１２参照）においては第２の磁性体４２が省略される。このようにエアギャップ１４の対応部分４５で第２の磁性体４２が省略されることで、図１０のように、エアギャップ１４の範囲が第２の磁性体４２の板厚の分だけ広がることになり、エアギャップ１４を通過する磁束を、ホール素子２０でより確実に検出できる。
【００７６】
尚、単一の磁気コア１０の板厚をそのまま厚く形成することが容易であれば、例えばその板厚を１．５ｍｍに増大することにより磁束密度の飽和を防止しても良い。しかし、ケイ素鋼板等は板厚が厚いと折曲することが困難になり、略環状の磁気コア１０を形成するためには、その板厚に限界がある。このため、この実施形態では、複数の磁性体４１，４２を重ね合わせることで、その複合体である磁気コア１０の板厚を増大している。
【００７７】
かかる構成の磁気コア１０は、第１の実施の形態と同様に、図２及び図３または図４の如く、ホール素子２０に接続される電線２０ａ及びコンデンサ２１等の所定の部品とともに、挿通孔２２が形成されたパッケージ２３内に収納され、電流センサユニット２４として一体的に組み付けられて設置される。
【００７８】
この電流センサユニット２４の磁気コア１０を用いれば、第１の実施の形態の薄厚の磁気コア１０において特に磁束密度の飽和が生じ得る部分の厚さ（断面面積）を、第１の磁性体４１と第２の磁性体４２の板厚の合計値（１．０＋０．５＝１．５ｍｍ）に増大することができる。したがって、磁束密度の飽和を防止することができ、図８において、原点Ｏを通る直線Ｌ１のように、貫通電流と磁束密度との比例関係を広い電流範囲で保つことができ、第１の実施の形態よりも広い電流範囲の電流測定を行うことができる。
【００７９】
尚、この実施形態では、第１の磁性体４１と第２の磁性体４２という２個の部材を重ね合わせることで、その複合体としての磁気コア１０の板厚を増大していたが、３個以上の磁性体を重ね合わせることで、磁気コア１０の板厚を増大しても差し支えない。
【００８０】
｛第３の実施の形態｝
上述のように、貫通電流が上昇すると、図９の如く、磁気コア１０のエアギャップ１４と反対側の部分３１を中心として磁束密度の飽和が発生し、この部分３１を中心とした飽和が、エアギャップ１４における磁束密度に影響を与える。
【００８１】
このことを考慮し、この発明の第３の実施の形態に係る磁気コア１０は、図１３の如く、略環状の磁気コア１０の磁束密度の飽和が発生する中心部分３１にスリット４６を形成し、このスリット４６を第２のエアギャップとすることで、その部分３１における磁束密度の飽和を防止するものである。
【００８２】
即ち、この磁気コア１０は、エアギャップ１４と反対側の部分３１にスリット４６が形成されることで、磁気コア１０が環方向に分断された２個の磁性体４７，４８により構成されることになる。
【００８３】
これにより、図８において、原点Ｏを通る直線Ｌ１のように、貫通電流と磁束密度との比例関係を広い電流範囲で保つことができ、第１の実施の形態よりも広い電流範囲の電流測定を行うことができる。
【００８４】
尚、磁気コア１０の一部にスリット４６を形成すると、貫通電流に対して磁束密度の低下が生じて電流センサとしての感度は低下するが、貫通電流の全レンジにおいて当該貫通電流と磁束密度との比例関係を保つことができ、第１の実施の形態よりも広い電流範囲の電流測定を行うことができる点で有利である。
【００８５】
尚、上記の第２の実施の形態と第３の実施の形態とを組み合わせて、図１０に示したように複数の磁性体４１，４２を重ね合わせて磁気コア１０を構成しながら、図１３の如く、略環状の磁気コア１０の磁束密度の飽和が発生する中心部分３１にスリット４６を形成してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００８６】
【図１】この発明の第１の実施の形態に係る磁気コアを示す斜視図である。
【図２】この発明の磁気コアを有する電流センサユニットの一例を示す要部斜視図である。
【図３】同斜視図である。
【図４】この発明の磁気コアを有する電流センサユニットの他の例を示す要部斜視図である。
【図５】同上の磁気コアにおける磁束の分布を示す図である。
【図６】第１変形例に係る磁気コア及びその磁束の分布を示す図である。
【図７】第２変形例に係る磁気コア及びその磁束の分布を示す図である。
【図８】磁気コアにおける貫通電流と磁束密度との相関を示す図である。
【図９】磁気コアにおける磁束密度の飽和の発生中心位置を示す斜視図である。
【図１０】この発明の第２の実施の形態に係る磁気コアを示す斜視図である。
【図１１】磁気コアの一部を構成する第１の磁性体を示す斜視図である。
【図１２】磁気コアの一部を構成する第２の磁性体を示す斜視図である。
【図１３】この発明の第３の実施の形態に係る磁気コアを示す斜視図である。
【図１４】従来の電流センサに使用される磁気コアを示す斜視図である。
【符号の説明】
【００８７】
１０，１１０，２１０ 磁気コア
１２，１１２，２１２ 磁性体
１２ａ，１２ｂ，１１２ａ，１１２ｂ，２１２ａ，２１２ｂ 磁性体の端部
１４，１１４，２１４ エアギャップ
１８，１１８，２１８ 磁束
２０ ホール素子
２０ａ 電線
２１ コンデンサ
２２ 挿通孔
２３ パッケージ
２４ 電流センサユニット
２５ 電流経路
４１ 第１の磁性体
４２ 第２の磁性体
４６ スリット
４７，４８ コア部材
【技術分野】
【０００１】
この発明は、被計測電流を検出するための電流センサ用の磁気コア及びこれを利用した電流センサユニットに関する。
【背景技術】
【０００２】
図１４は、電流センサ用の磁気コアの一例を示す図である。
【０００３】
この磁気コア５１０は、略Ｃ字状の外観形状を有しており、その両端部が所定間隔空けて対向配置されることで、所定のエアギャップ５１４が形成された構成とされている。
【０００４】
そして、磁気コア５１０に囲まれた空間内に、所定の電流経路を貫通するようにして配設すると、その電流経路を流れる被計測電流によって発生する磁束が、磁気コア５１０により形成される磁路内に収束される。この収束された磁束を、エアギャップ５１４に配設したホール素子５２０で検出することで、前記被計測電流が検出される。
【０００５】
このような磁気コア５１０は、通常、ケイ素鋼板やパーマロイ等の板材を積層したものや、これらの条材を打ち抜き加工したもの、或いは、パーマロイやフェライト等の粉を固めた粉合材等で形成されている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上述のような磁気コア５１０では、板材を積層したり、所定太さの条材を打ち抜いたり、また、粉材を固める等の複雑な加工を行う必要があり、製造コスト増を招く。
【０００７】
また、板材の積層体や、所定太さの条材の打ち抜き加工体、粉材を固めたもの等で構成されているため、磁気コア５１０が大型になるという問題もある。
【０００８】
特に、上述のような磁気コア５１０では、両端面５１０ａ，５１０ｂ間のエアギャップ５１４の磁束を、ホール素子５２０でより確実に検出するためには、エアギャップ５１４の断面をある程度大きくする必要があり、そうすると、磁気コア５１０全体が大型化する傾向にある。
【０００９】
すなわち、磁気コア５１０のエアギャップ５１４における磁束を検出するためには、該エアギャップ５１４を通過する磁束がホール素子５２０を通過するようにする必要がある。そのためには、エアギャップ５１４の断面（即ち、端面５１０ａ，５１０ｂ）の大きさをホール素子５２０と略同じかそれよりも大きくすることが要請される。
【００１０】
そして、磁気コア５１０の中間部の断面積を、エアギャップ５１４（端面５１０ａ，５１０ｂ）の空間断面積よりも小さくしてしまうと、以下の理由により、磁気コア５１０で磁束が飽和し易くなってしまう。
【００１１】
つまり、磁気コア５１０で生じる起磁力Ｕは、下記式（１）で表される。
【００１２】
Ｕ＝Ｎ・Ｉ＝Ｈｇ・Ｌｇ＋Σ（Ｈｍ・Ｌｍ）・・・（１）
（但し、Ｎは磁気コアに対する電流経路の巻数、Ｉはその電流経路に流れる電流値、Ｈｇはエアギャップでの磁界の強さ、Ｌｇはエアギャップの長さ、Ｈｍは磁気コアでの磁界の強さ、Ｌｍは磁気コアの長さ）
ここで、磁束密度と透磁率と磁界の強さの間に、Ｂｇ＝μ0・Ｈｇ、Ｂｍ＝μｍ・Ｈｍ、（但し、Ｂｇはエアギャップでの磁束密度、μ0は真空の透磁率、Ｂｍは磁気コアでの磁束密度、μｍは磁気コアの透磁率）の関係があり、式（１）を下記式（２）と表すことができる。
【００１３】
Ｕ＝Ｎ・Ｉ＝Ｈｇ・Ｌｇ＋Σ（Ｈｍ・Ｌｍ）＝Ｂｇ・Ｌｇ／μ0＋Σ（Ｂｍ・Ｌｍ／μm ）・・・（２）
そして、磁気コア５１０の透磁率μｍは、通常、１００００〜１０００００程度であり、真空の透磁率μ0は１．２６×１０-6、であるから、磁気コア５１０の長さが十分に短い場合、式（２）の第２項”Σ（Ｂｍ・Ｌｍ／μm ）”は、第１項”Ｂｇ・Ｌｇ／μ0”と比較して遙かに小さい値なので、相対的に無視できる。
【００１４】
とすると、Ｎ・Ｉ＝Ｂｇ・Ｌｇ／μ0、から、エアギャップ５１４での磁束密度は、下記式（３）で表される。
【００１５】
Ｂｇ＝Ｎ・Ｉ×（μ0／Ｌｇ）・・・（３）
つまり、エアギャップ５１４での磁束密度Ｂｇは、磁気コア５１０に対する電流経路の巻数Ｎ、その電流経路に流れる電流値Ｉ、エアギャップ５１４の長さLｇに応じた値となる。
【００１６】
一方、磁気コア５１０によって構成される磁気回路において、磁束Φは一定であることから、下記式（４）が成立する。
【００１７】
Φ＝Ｂｇ・Ａｇ＝Ｂｍ・Ａｍ・・・（４）
（但し、Ａｇはエアギャップの空間断面積、Ａｍは磁気コアの断面積）
そして、エアギャップ５１４の空間断面積Ａｇと、磁気コア５１０の断面積Ａｍとが等しい場合には、式（４）から、Φ＝Ｂｇ＝Ｂｍ、となり、エアギャップ５１４での磁束密度Ｂｇと、磁気コア５１０での磁束密度Ｂｍ、とは同じとなる。
【００１８】
ところが、エアギャップ５１４の断面積Ａｇと、磁気コア５１０の断面積Ａｍとが異なる場合には、式（４）から、磁気コア５１０での磁束密度Ｂｍは、下記式（５）のように表される。
【００１９】
Ｂｍ＝Ｂｇ×（Ａｇ／Ａｍ）・・・（４）
とすると、エアギャップ５１４の断面積Ａｇよりも、磁気コア５１０の断面積Ａｍを小さくすると、磁気コア５１０で磁束が飽和し易くなってしまう。
【００２０】
このため、磁気コア５１０の断面積Ａｍを、例えばその中間部（端面５１０ａ，５１０ｂを除く部分）においてエアギャップ５１４の空間断面積Ａｇ（端面５１０ａ，５１０ｂの面積と略同じ）よりも小さくするのは好ましくなく、磁気コア５１０の中間部の断面積を、エアギャップ５１４の空間断面積Ａｇ（端面５１０ａ，５１０ｂの面積と略同じ）と略同じか、或いは、それよりも大きくする必要がある。
【００２１】
以上より、磁気コア５１０の中間部の断面積を、ホール素子５２０の大きさと同じかそれよりも大きな断面積を持たせる必要があり、従って、磁気コア５１０が大型化することになるのである。
【００２２】
そこで、本発明の第１の課題は、容易に加工できかつ小型化を図ることができる磁気コア及びこれを利用した電流センサユニットを提供することであり、第２の課題は、上記第１の課題を前提とした上で、エアギャップにおける磁束を、ホール素子でより確実に検出できる磁気コア及びこれを利用した電流センサユニットを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２３】
第１の課題を解決するため、この発明に係る磁気コアは、両端部間にエアギャップを形成するようにして略環状に曲げられた板状の磁性体を備えている。
【００２４】
また、第２の課題を解決するため、前記磁性体の前記両端部は、前記磁性体の略環状曲げ形態における内周側と外周側とにずらすように配設されていてもよい。
【００２５】
また、磁性体の前記両端部は、前記磁性体の略環状曲げ形態における内周側と外周側とで所定間隔空けて重なるように配設されていてもよい。
【００２６】
さらに、前記磁性体を複数備え、断面積の合計が増大されるよう、複数の前記磁性体が重ね合わせられて構成されてもよい。
【００２７】
さらにまた、複数の前記磁性体のうちいずれかの磁性体の前記エアギャップの部分が省略されてもよい。
【００２８】
また、前記磁性体の前記エアギャップと反対側の部分にスリットが形成されてもよい。
【００２９】
さらに、少なくとも、略環状の磁気コアと、前記エアギャップに設置されるホール素子とをパッケージに収納し、前記パッケージに、略環状の前記磁気コアの中空部に電流経路を挿通させる挿通孔が形成されてもよい。
【発明の効果】
【００３０】
この発明の磁気コアによると、板状の磁性体を曲げることで容易に磁気コアを製造できる上、磁性体の略環状曲げ形態における内外周方向の厚み寸法を小さくして、磁気コアの小型化を図ることができ、第１の課題を達成できる。
【００３１】
また、前記磁性体の両端部は、その磁性体の略環状曲げ形態における内周側と外周側とにずらすように配設されているため、両端部間で、磁束の通過空間であるエアギャップを広げることができる。このため、エアギャップを通過する磁束を、ホール素子でより確実に検出でき、第２の課題を達成できる。
【００３２】
また、前記磁性体の両端部が、前記磁性体の略環状曲げ形態における内周側と外周側とで所定間隔空けて重なるような位置関係で配設されていると、磁束の通過空間であるエアギャップをより確実に広げることができ、エアギャップを通過する磁束を、ホール素子でより確実に検出できる。
【００３３】
さらに、磁気コアの断面積を補足するよう、複数の磁性体を重ね合わせて構成すれば、貫通電流に対する磁束密度の飽和を防止することができる。したがって、貫通電流と磁束密度との比例関係を広い電流範囲で保つことができ、広い電流範囲で電流測定を行うことができる。
【００３４】
さらにまた、複数の磁性体のうちいずれかの磁性体のエアギャップの部分が省略されることで、エアギャップの範囲が、省略された磁性体の板厚の分だけ広がることになり、エアギャップを通過する磁束を、ホール素子でより確実に検出できる。
【００３５】
また、磁性体のエアギャップと反対側の部分にスリットを形成することで、このスリットが第２のエアギャップとなり、その部分における磁束密度の飽和が防止される。したがって、貫通電流と磁束密度との比例関係を広い電流範囲で保つことができ、広い電流範囲で電流測定を行うことができる。
【００３６】
特に、電流経路となるハーネス等への設置を容易にするために、その磁気コアと、そのエアギャップに設置されるホール素子とをパッケージに一体的に収納しておき、パッケージに、略環状の前記磁気コアの中空部に電流経路を挿通させる挿通孔を形成しておく構成を採る場合には、電流センサユニット全体の小型化を図ることができ、またエアギャップを通過する磁束を、ホール素子でより確実に検出し得る電流センサユニットを提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３７】
｛第１の実施の形態｝
以下、この発明の第１の実施の形態に係る磁気コアについて説明する。
【００３８】
図１は磁気コア１０を示す斜視図である。
【００３９】
この磁気コア１０は、両端部間にエアギャップ１４を形成するようにして略環状に曲げられた板状の磁性体１２を備えた構成とされている。
【００４０】
ここでは、略帯板状の磁性体１２を準備し、その両端部間に所定間隔を空けるようにして、該磁性体１２を略方形環状に折曲げて、磁気コア１０を形成している。板状の磁性体１２としては、例えば、ケイ素鋼板やパーマロイなどが用いられる。
【００４１】
この磁気コア１０は、所定の被測定電流が流れる電流経路２５を囲う程度の大きさの環状に形成される。なお、板状の磁性体１２は、略円環状、或いは、多角形の環状に曲げられた形態であってもよい。また、磁性体１２の板厚や、板幅（電流経路２５に沿う方向での長さ寸法）は、任意の寸法に設定できる。例えば、板厚に関して、一般的な流通品であるケイ素鋼板の板厚０．５ｍｍ程度としてもよい。
【００４２】
また、この磁気コア１０の両端部１２ａ，１２ｂは、その略環状曲げ形態における内周側と外周側とにずらすように配設されると共に、該略環状曲げ形態における内周側と外周側とで所定間隔空けて重なるように配設されている。そして、その両端部１２ａ，１２ｂが重なり合うように対向する部分間に、エアギャップ１４が形成されている。
【００４３】
磁気コア１０の両端部１２ａ，１２ｂの間隔寸法は、それらの間にホール素子２０（或いはホール素子を内蔵したホールＩＣ）を配設可能な程度の大きさに形成されている。また、磁気コア１０の両端部１２ａ，１２ｂの重なり合い領域の大きさは、好ましくは、エアギャップ１４に配設されることとなるホール素子２０（或いはホール素子を内蔵したホールＩＣ）と略同じか或いはそれよりも大きく、より好ましくは略同じに設定されている。
【００４４】
このように構成された磁気コア１０は、次のようにして用いられる。
【００４５】
すなわち、図１の被測定電流が流れる電流経路２５周りに、磁気コア１０が配設されると共に、そのエアギャップ１４内にホール素子２０（或いはホール素子を内蔵したホールＩＣ）が配設される。
【００４６】
この場合の具体的構成として、この磁気コア１０及びホール素子２０（或いはホール素子を内蔵したホールＩＣ）は、図２及び図３の如く、ホール素子２０に接続される電線２０ａ及びコンデンサ２１等の所定の部品とともに、挿通孔２２が形成されたパッケージ２３内に収納され、電流センサユニット２４として一体的に組み付けられて設置される。なお、図２及び図３において符号２３ａで示す部分はコネクタ部となっている。
【００４７】
そして、電流センサユニット２４の挿通孔２２に、電流経路２５となるハーネス２５ａを挿通させ、ハーネス２５ａの端部に露出した芯線部２８にグランド端子等の所定の端子部材２６をかしめ固定する。
【００４８】
尚、電流センサ２４には、パッケージ２３の一側下面より下方に適宜長さ延設配置された断面矩形の支持片部２７ａが設けられるとともに、支持片部２７ａの下端部の一側面より一側方に突出されたいわゆる二叉状の左右対の保持片部２７ｂが設けられている。
【００４９】
そして、図２及び図３のように、上記保持片部２７ｂでグランド端子等の所定の端子部材２６をさらにかしめることで、電流センサユニット２４が当該端子部材２６に固定されるとともに、ハーネス２５ａを位置決め支持する。このようにして、電流センサユニット２４をハーネス２５ａに容易に設置できる。また、ハーネス２５ａを中心軸として電流センサユニット２４を自由に回転させることができるため、設置の自由度が大きく、また、端子部材２６の向きの自由度も広がるものとなる。
【００５０】
あるいは、電流センサユニット２４の挿通孔２２にハーネス２５ａを貫通させるだけでよいため、図２及び図３のようにハーネス２５ａと端子部材２６とを接続する部分に電流センサユニット２４を設置するのではなく、例えば図４のように、電流センサユニット２４をハーネス２５ａの中間位置に設置することもできる。即ち、電流センサユニット２４をハーネス２５ａに沿ってどこにでも容易に設置できる。尚、図４においては、電流センサユニット２４がハーネス２５ａに遊嵌されるだけでよいため、支持片部２７ａ及び保持片部２７ｂは省略される。
【００５１】
この状態で、電流経路２５に所定方向に電流が流れると、その周りに磁束が発生し、この磁束は磁気コア１０によって形成される磁気回路を通過する。
【００５２】
図５は、エアギャップ１４における磁束１８の分布を示している。同図に示すように、磁性体１２の一方側の端部１２ａ側の一方面と、他方側の端部１２ｂの他方面間を結ぶように、磁束１８が分布している。このため、両端部１２ａ，１２ｂの重なり合い形状及び大きさに応じて、磁束の通過空間であるエアギャップ１４が形成される。そして、この両端部１２ａ，１２ｂの重なり合い部分間のエアギャップ１４内に、ホール素子２０を配設することで、上記被計測電流によって発生してエアギャップ１４を通過する磁束を、ホール素子２０で検出できる。この磁束の検出結果に応じて、被計測電流値を求めることができる。
【００５３】
以上のように構成された磁気コア１０によると、板状の磁性体１２を曲げることで容易に磁気コア１０を製造できる。また、磁気コア１０は板材により形成されているため、その略環状曲げ形態における内外周方向の厚み寸法を小さくすることができるので、磁気コア１０の小型化を図ることができる。
【００５４】
また、磁性体１２の両端部１２ａ，１２ｂは、その略環状曲げ形態における内周側と外周側とにずらすように配設されているため、両端部１２ａ，１２ｂ間で、磁束の通過空間であるエアギャップ１４を広げることができる。このため、エアギャップ１４を通過する磁束を、ホール素子２０でより確実に検出できる。
【００５５】
しかも、磁性体１２の両端部１２ａ，１２ｂが、磁性体１２の略環状曲げ形態における内周側と外周側とで所定間隔空けて重なるような位置関係で配設されているため、その重なり合いの大きさに応じて、磁束の通過空間であるエアギャップ１４をより確実に広げることができる。このため、エアギャップ１４における磁束を、ホール素子２０でより確実に検出できる。
【００５６】
図６は図１に示した第１の実施の形態に関する第１変形例に係る磁気コア１１０を示す図である。
【００５７】
この磁気コア１１０は、上記磁気コア１０と同様に、板状の磁性体１１２を略方形（正方形及び長方形を含む）環状に曲げて形成したものである。この磁気コア１１０が、磁気コア１０と異なる点は、その両端部１１２ａ，１１２ｂをその略環状曲げ形態の内外周にずらさずに、対向配置した点である。
【００５８】
この磁気コア１１０の場合でも、板状の磁性体１１２を曲げることで容易に磁気コア１１０を製造できる上、磁性体１１２の略環状曲げ形態における内外周方向の厚み寸法を小さくして、磁気コア１１０の小型化を図ることができる。
【００５９】
図７は図１に示した第１の実施の形態に関する第２変形例に係る磁気コア２１０を示す図である。
【００６０】
この磁気コア２１０は、上記磁気コア１０と同様に、板状の磁性体２１２を略方形環状に曲げて形成すると共に、その両端部２１２ａ，２１２ｂを、その曲げ形態における内周側と外周側とにずらすように配設している。
【００６１】
この磁気コア２１０が磁気コア１０と異なる点は、その両端部２１２ａ，２１２ｂを、重なり合わないように配設した点である。
【００６２】
この磁気コア２１０の場合でも、板状の磁性体２１２を曲げることで容易に磁気コア２１０を製造できるため、磁性体２１２の略環状曲げ形態における内外周方向の厚み寸法を小さくして、磁気コア２１０の小型化を図ることができる。
【００６３】
また、磁性体２１２の両端部２１２ａ，２１２ｂが、その環状曲げ形態における内周側と外周側とにずらすように配設されているため、図６に示す場合よりも、磁束２１８の通過空間であるエアギャップ２１４を広げることができる。このため、エアギャップ２１４を通過する磁束２１８を、該エアギャップ２１４に配設されたホール素子でより確実に検出できる。
【００６４】
以上をまとめると、図１及び図５に示す磁気コア１０、図６に示す磁気コア１１０、図７に示す磁気コア２１０のいずれによっても、板状の磁性体１２，１１２，２１２を曲げることで容易に磁気コア１０，１１０，２１０を製造できる上、その略環状曲げ形態における内外周方向の厚み寸法を小さくして、その小型化を図ることができる。
【００６５】
もっとも、図６に示す磁気コア１１０では、一方側の端部１１２ａの一辺と、他方側の端部１１２ｂの他辺とを結ぶようにして、磁束１１８が分布している。このため、磁束１１８の分布空間であるエアギャップ１１４が、比較的小さくなる。
【００６６】
そこで、図７に示す磁気コア２１０のように、磁性体２１２の両端部２１２ａ，２１２ｂを、その環状曲げ形態における内周側と外周側とにずらすことで、図６に示す場合よりも、磁束２１８の通過空間であるエアギャップ２１４を広げることができる。このため、該エアギャップ２１４内に収るようにホール素子を配設して、エアギャップ２１４を通過する磁束２１８を、該エアギャップ２１４に配設されたホール素子でより確実に検出できる。
【００６７】
そして、さらに、図１及び図５に示す磁気コア１０のように、磁性体１２の両端部１２ａ，１２ｂを、その略環状曲げ形態における内周側と外周側とで所定間隔空けて重なるように配設することで、磁束１８の通過空間であるエアギャップ１４をより大きく広げることができる。このため、該エアギャップ１４内に収るようにホール素子２０を配設して、エアギャップ１４を通過する磁束１８を、該エアギャップ１４に配設されたホール素子２０でより確実に検出できる。
【００６８】
｛第２の実施の形態｝
第１の実施の形態においては、磁気コア１０の板厚の例として０．５ｍｍ程度のものを説明したが、この磁気コア１０の板厚が薄いため、狭い電流範囲しか測定することができない。
【００６９】
例えば、図８は、第１の実施の形態のように板厚が０．５ｍｍ程度の磁気コア１０を適用した場合の電流に対する磁束密度の変化を示す図である。図８において、横軸は磁気コア１０の中空部を貫通する電流経路２５に流れる電流（以下「貫通電流」と称す）、縦軸は磁束密度をそれぞれ示している。
【００７０】
図８において、貫通電流が−ＩｓからＩｓの間は、この貫通電流に対して磁束密度が比例することから、貫通電流と磁束密度の相関曲線は原点Ｏを通る直線となる。
【００７１】
しかしながら、図８において、貫通電流が−ＩｓとＩｓの部分で変曲点Ｉｆ１，Ｉｆ２が現れることから、貫通電流が−Ｉｓ以下の状態とＩｓ以上の状態では、原点Ｏを通る直線Ｌ１から遊離してしまい、貫通電流と磁束密度との比例関係が崩れてしまう。これは、図９のように、磁気コア１０のエアギャップ１４と反対側の部分３１を中心として磁束密度の飽和が発生し、この部分３１を中心とした飽和が、エアギャップ１４における磁束密度に影響を与えるためである。
【００７２】
そこで、この発明の第２の実施の形態に係る磁気コア１０は、図１０〜図１２の如く、第１の磁性体４１と第２の磁性体４２とを重ね合わせて構成することで、磁気コア１０の板厚を厚く構成し、この２つの磁性体４１，４２の複合体である磁気コア１０の断面積の合計を増大させることで、貫通電流に対する磁束密度の飽和を防止するよう構成されている。
【００７３】
第１の磁性体４１は、図１１の如く、両端部間にエアギャップ１４を形成するようにして略環状に折曲した形状に形成されている点で、図１に示した第１の実施の形態と同様であるが、この磁性体４１板厚が例えば１ｍｍ程度の厚いケイ素鋼板等が使用されている。そして、このような板厚の厚い硬質な磁性体（ケイ素鋼板等）を略環状に折曲形成するため、折曲部４３には丸みを形成することで、硬質な磁性体に割れが生じることがないように形成されている。
【００７４】
第２の磁性体４２は、図１０の如く、第１の磁性体４１の内周面に密接して磁気コア１０の板厚を補足するためのもので、図１２の如く、板厚が例えば０．５ｍｍ程度の厚いケイ素鋼板等が使用されて略環状に曲げられて形成されている。このため、第２の磁性体４２の折曲部４４は、第１の磁性体４１の折曲部４３の内周に対応して丸みを帯びた形状とされている。
【００７５】
また、第２の磁性体４２は、第１の磁性体４１の全長に亘ってその内周面に設置されるのではなく、貫通電流の実現し得る電流値レンジを考慮した場合に、磁気コア１０において磁束密度の飽和が発生する部分を少なくとも含む範囲で設置される。即ち、磁気コア１０のエアギャップ１４においては、磁束密度の飽和が発生しにくいため、このエアギャップ１４に対応する部分４５（図１２参照）においては第２の磁性体４２が省略される。このようにエアギャップ１４の対応部分４５で第２の磁性体４２が省略されることで、図１０のように、エアギャップ１４の範囲が第２の磁性体４２の板厚の分だけ広がることになり、エアギャップ１４を通過する磁束を、ホール素子２０でより確実に検出できる。
【００７６】
尚、単一の磁気コア１０の板厚をそのまま厚く形成することが容易であれば、例えばその板厚を１．５ｍｍに増大することにより磁束密度の飽和を防止しても良い。しかし、ケイ素鋼板等は板厚が厚いと折曲することが困難になり、略環状の磁気コア１０を形成するためには、その板厚に限界がある。このため、この実施形態では、複数の磁性体４１，４２を重ね合わせることで、その複合体である磁気コア１０の板厚を増大している。
【００７７】
かかる構成の磁気コア１０は、第１の実施の形態と同様に、図２及び図３または図４の如く、ホール素子２０に接続される電線２０ａ及びコンデンサ２１等の所定の部品とともに、挿通孔２２が形成されたパッケージ２３内に収納され、電流センサユニット２４として一体的に組み付けられて設置される。
【００７８】
この電流センサユニット２４の磁気コア１０を用いれば、第１の実施の形態の薄厚の磁気コア１０において特に磁束密度の飽和が生じ得る部分の厚さ（断面面積）を、第１の磁性体４１と第２の磁性体４２の板厚の合計値（１．０＋０．５＝１．５ｍｍ）に増大することができる。したがって、磁束密度の飽和を防止することができ、図８において、原点Ｏを通る直線Ｌ１のように、貫通電流と磁束密度との比例関係を広い電流範囲で保つことができ、第１の実施の形態よりも広い電流範囲の電流測定を行うことができる。
【００７９】
尚、この実施形態では、第１の磁性体４１と第２の磁性体４２という２個の部材を重ね合わせることで、その複合体としての磁気コア１０の板厚を増大していたが、３個以上の磁性体を重ね合わせることで、磁気コア１０の板厚を増大しても差し支えない。
【００８０】
｛第３の実施の形態｝
上述のように、貫通電流が上昇すると、図９の如く、磁気コア１０のエアギャップ１４と反対側の部分３１を中心として磁束密度の飽和が発生し、この部分３１を中心とした飽和が、エアギャップ１４における磁束密度に影響を与える。
【００８１】
このことを考慮し、この発明の第３の実施の形態に係る磁気コア１０は、図１３の如く、略環状の磁気コア１０の磁束密度の飽和が発生する中心部分３１にスリット４６を形成し、このスリット４６を第２のエアギャップとすることで、その部分３１における磁束密度の飽和を防止するものである。
【００８２】
即ち、この磁気コア１０は、エアギャップ１４と反対側の部分３１にスリット４６が形成されることで、磁気コア１０が環方向に分断された２個の磁性体４７，４８により構成されることになる。
【００８３】
これにより、図８において、原点Ｏを通る直線Ｌ１のように、貫通電流と磁束密度との比例関係を広い電流範囲で保つことができ、第１の実施の形態よりも広い電流範囲の電流測定を行うことができる。
【００８４】
尚、磁気コア１０の一部にスリット４６を形成すると、貫通電流に対して磁束密度の低下が生じて電流センサとしての感度は低下するが、貫通電流の全レンジにおいて当該貫通電流と磁束密度との比例関係を保つことができ、第１の実施の形態よりも広い電流範囲の電流測定を行うことができる点で有利である。
【００８５】
尚、上記の第２の実施の形態と第３の実施の形態とを組み合わせて、図１０に示したように複数の磁性体４１，４２を重ね合わせて磁気コア１０を構成しながら、図１３の如く、略環状の磁気コア１０の磁束密度の飽和が発生する中心部分３１にスリット４６を形成してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００８６】
【図１】この発明の第１の実施の形態に係る磁気コアを示す斜視図である。
【図２】この発明の磁気コアを有する電流センサユニットの一例を示す要部斜視図である。
【図３】同斜視図である。
【図４】この発明の磁気コアを有する電流センサユニットの他の例を示す要部斜視図である。
【図５】同上の磁気コアにおける磁束の分布を示す図である。
【図６】第１変形例に係る磁気コア及びその磁束の分布を示す図である。
【図７】第２変形例に係る磁気コア及びその磁束の分布を示す図である。
【図８】磁気コアにおける貫通電流と磁束密度との相関を示す図である。
【図９】磁気コアにおける磁束密度の飽和の発生中心位置を示す斜視図である。
【図１０】この発明の第２の実施の形態に係る磁気コアを示す斜視図である。
【図１１】磁気コアの一部を構成する第１の磁性体を示す斜視図である。
【図１２】磁気コアの一部を構成する第２の磁性体を示す斜視図である。
【図１３】この発明の第３の実施の形態に係る磁気コアを示す斜視図である。
【図１４】従来の電流センサに使用される磁気コアを示す斜視図である。
【符号の説明】
【００８７】
１０，１１０，２１０ 磁気コア
１２，１１２，２１２ 磁性体
１２ａ，１２ｂ，１１２ａ，１１２ｂ，２１２ａ，２１２ｂ 磁性体の端部
１４，１１４，２１４ エアギャップ
１８，１１８，２１８ 磁束
２０ ホール素子
２０ａ 電線
２１ コンデンサ
２２ 挿通孔
２３ パッケージ
２４ 電流センサユニット
２５ 電流経路
４１ 第１の磁性体
４２ 第２の磁性体
４６ スリット
４７，４８ コア部材
【特許請求の範囲】
【請求項１】
両端部間にエアギャップを形成するようにして略環状に曲げられた板状の磁性体を備えた磁気コア。
【請求項２】
請求項１記載の磁気コアであって、
前記磁性体の前記両端部は、前記磁性体の略環状曲げ形態における内周側と外周側とにずらすように配設されている、磁気コア。
【請求項３】
請求項１又は請求項２記載の磁気コアであって、
前記磁性体の前記両端部は、前記磁性体の略環状曲げ形態における内周側と外周側とで所定間隔空けて重なるように配設されている、磁気コア。
【請求項４】
請求項１から請求項３のいずれかに記載の磁気コアであって、
前記磁性体を複数備え、
断面積の合計が増大されるよう、複数の前記磁性体が重ね合わせられて構成された、磁気コア。
【請求項５】
請求項４記載の磁気コアであって、
複数の前記磁性体のうちいずれかの磁性体の前記エアギャップの部分が省略された、磁気コア。
【請求項６】
請求項１から請求項５のいずれかに記載の磁気コアであって、
前記磁性体の前記エアギャップと反対側の部分にスリットが形成された、磁気コア。
【請求項７】
請求項１から請求項６のいずれかに記載の略環状の磁気コアと、
前記エアギャップに設置されるホール素子と、
少なくとも前記磁気コア及び前記ホール素子を収納するパッケージと
を備え、
前記パッケージに、略環状の前記磁気コアの中空部に電流経路を挿通させる挿通孔が形成されたことを特徴とする電流センサユニット。
【請求項１】
両端部間にエアギャップを形成するようにして略環状に曲げられた板状の磁性体を備えた磁気コア。
【請求項２】
請求項１記載の磁気コアであって、
前記磁性体の前記両端部は、前記磁性体の略環状曲げ形態における内周側と外周側とにずらすように配設されている、磁気コア。
【請求項３】
請求項１又は請求項２記載の磁気コアであって、
前記磁性体の前記両端部は、前記磁性体の略環状曲げ形態における内周側と外周側とで所定間隔空けて重なるように配設されている、磁気コア。
【請求項４】
請求項１から請求項３のいずれかに記載の磁気コアであって、
前記磁性体を複数備え、
断面積の合計が増大されるよう、複数の前記磁性体が重ね合わせられて構成された、磁気コア。
【請求項５】
請求項４記載の磁気コアであって、
複数の前記磁性体のうちいずれかの磁性体の前記エアギャップの部分が省略された、磁気コア。
【請求項６】
請求項１から請求項５のいずれかに記載の磁気コアであって、
前記磁性体の前記エアギャップと反対側の部分にスリットが形成された、磁気コア。
【請求項７】
請求項１から請求項６のいずれかに記載の略環状の磁気コアと、
前記エアギャップに設置されるホール素子と、
少なくとも前記磁気コア及び前記ホール素子を収納するパッケージと
を備え、
前記パッケージに、略環状の前記磁気コアの中空部に電流経路を挿通させる挿通孔が形成されたことを特徴とする電流センサユニット。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【公開番号】特開２００６−１７４５７（Ｐ２００６−１７４５７Ａ）
【公開日】平成１８年１月１９日（２００６．１．１９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００４−１８３９８１（Ｐ２００４−１８３９８１）
【出願日】平成１６年６月２２日（２００４．６．２２）
【出願人】（３９５０１１６６５）株式会社オートネットワーク技術研究所 (2,668)
【出願人】（０００１８３４０６）住友電装株式会社 (6,135)
【出願人】（０００００２１３０）住友電気工業株式会社 (12,747)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年１月１９日（２００６．１．１９）
【国際特許分類】
【出願日】平成１６年６月２２日（２００４．６．２２）
【出願人】（３９５０１１６６５）株式会社オートネットワーク技術研究所 (2,668)
【出願人】（０００１８３４０６）住友電装株式会社 (6,135)
【出願人】（０００００２１３０）住友電気工業株式会社 (12,747)
【Ｆターム（参考）】
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