專利名稱：電流傳感器的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及測定在導體中流動的電流的電流傳感器。
背景技術：
近幾年，正在普及將馬達作為驅動源的混合動力(hybrid)車輛和電動汽車。在恰當地控制馬達輸出的基礎上，測定在馬達中流動的電流是非常重要的。作為這樣的電流的測定方法，例如有如下測定方法，即，通過由磁性體形成的磁芯，對與在連接無刷直流馬達和變頻器(inverter)的導電條(bus bar)中流動的電流相對應地在該導電條的周圍產生的磁場進行聚磁，并通過霍爾元件等磁檢測元件進行檢測，基于該檢測到的磁場來運算并求出在導電條中流動的電流。另一方面，在考慮將電流傳感器安裝到混合動力車輛和電動汽車上的情況下，這樣的用于測定在馬達中流動的電流的電流傳感器需要實現小型化、輕型化、多聯化。通過實現小型化和多聯化，排列設置的導電條之間的距離變短，磁芯的外形尺寸也變小。由此，導致不能確保檢測靈敏度的線性度(linearity)，或者磁滯特性惡化。另外，也可能使干擾增力口。因此，研究了在下面表示了出處的專利文獻I以及2所記載的技術。專利文獻I所記載的電流傳感器具有:導體，其流動有被測定電流；環狀的磁性屏蔽板，其圍繞上述導體且 具有間隙；磁電轉換元件，其配置于上述環狀的磁性屏蔽板的內偵U。磁電轉換元件檢測電流所產生的磁場的磁通量密度。該磁電轉換元件配置于上述環狀的磁性屏蔽板的間隙和上述導體之間，且配置于在導體中流動的電流所產生的磁場的磁通量密度最小的位置附近。專利文獻2所記載的電流測量裝置具有磁性體磁芯、第一磁傳感器以及第二磁傳感器、電流檢測電路。磁性體磁芯包圍電流流動的電流通路，并具有多個間隙。第一磁傳感器以及第二磁傳感器分別配置于不同的間隙中。電流檢測電路在檢測電流通路中流動的電流時，根據第一磁傳感器的輸出和第二磁傳感器的輸出對磁性體磁芯的殘留磁通量密度進行補償，從而消除因磁滯引起的誤差。專利文獻3所記載的電流檢測裝置具有:多個導電條，其流動有電流；多個電流傳感器，其檢測在該多個導電條中流動的電流。上述多個導電條中的至少一部分相互平行，上述多個電流傳感器配設在平行設置的導電條上，且位于沿著各導電條交替錯開的位置。專利文獻1:日本特開2008-151743號公報專利文獻2:日本特開2006-71457號公報專利文獻3:日本特開2006-112968號公報在專利文獻I所記載的技術中，在從環狀的磁性屏蔽板的間隙端面離開的位置上配置磁電轉換元件，因此屏蔽板所具有的使磁通量密度增大的效果難以到達至磁電轉換元件的內部，因此所檢測的磁通量密度大幅減小。因此，磁電轉換元件的S/N比變小。另外，由于磁通量密度減小，因此需要利用高靈敏度的磁電轉換元件。 另外，在專利文獻2所記載的技術中，兩個U字形的磁性體磁芯的開口部相向，從而形成具有兩個間隙的形狀。因此，當外部磁場產生時，磁性體磁芯對該外部磁場進行聚磁，被聚磁的磁場經過兩個間隙過渡到相反一側的磁性體磁芯，因此對位于兩個間隙中的第一磁傳感器以及第二磁傳感器帶來大的影響。這樣，在專利文獻2所記載的技術中，對外部磁場很敏感。另外，在專利文獻3所記載的技術中，多個電流傳感器的檢測部以及磁屏蔽板配置在沿著各導電條交替錯開的位置，即，從與導電條的延伸方向垂直的方向觀察的情況下，多個電流傳感器以交錯狀配置。但是，在專利文獻3的形狀中，磁屏蔽板與檢測部隔開，因此屏蔽效果并不理想。另外，為了提高屏蔽效果，需要使磁屏蔽板在導電條的延伸方向上變大，但是在該情況下，裝置會變大。
發明內容鑒于上述問題，本實用新型的目的在于，提供一種小型且能夠正確地測定電流的電流傳感器。為了達到上述目的，本實用新型的電流傳感器的特征結構為，具有:至少3個導電條，該導電條由用于連接三相馬達和對該三相馬達通電的變頻器的平板狀的導體形成，并且沿著與上述平板狀的導體的厚度平行的方向排列設置；多個磁芯，由U字形的磁性體形成的平板層疊而形成該磁芯，在平板層疊而形成的上述磁芯的U字形的槽的內側插通有各上述導電條，該導電條的板寬方向的面和平板層疊而形成的上述磁芯的U字形的U槽內側的側壁的面相互平行；檢測元件，其配置在上述磁芯的各開口部側，其檢測方向沿著上述開口部的間隔方向，用于檢測磁場的強度；在從上述導電條的軸向觀察時，上述磁芯和與插通于該磁芯的U槽中的導電條相鄰的另外的導電條之間的間隙為上述開口部在間隔方向上的長度的1/2，上述間隙的公差將上述間隙作為中央值，設定為從相互相鄰的導電條之間的間隔的值減去上述開口部在間隔方向上的長度的3/2的值而得出的值。若做成這樣的特征結構，則能夠按照U字形的磁芯的開口部的形狀來設定能夠最大限度地抑制外部磁場(例如來自排列設置的導電條的磁場等干擾)的磁芯的板寬以及磁芯與相鄰的導電條之間的間隙，能夠針對成為目標的外部磁場的影響度，容易地確定使從磁芯的開口部到檢測元件為止的深度最小的磁芯的形狀，從而能夠容易地設計小型的磁芯，其中，上述磁芯的板寬是磁芯在經過導電條截面且與導電條的厚度方向平行的方向上的尺寸。另外，優選為，上述檢測元件配置在從上述開口部向上述U字形的底部一側進入至少1.5mm以上的位置。根據這樣的結構，能夠使位于開口部和檢測元件之間的磁芯發揮對外部磁場進行屏蔽的作用。即，在外部磁場到達檢測元件之前，能夠由磁芯吸引該外部磁場，因此能夠減少外部磁場的影響。另外，優選為，在上述U字形的磁芯的構成部位中，相對于經過上述導電條的截面且與導電條的寬度方向垂直的面和磁芯相交差的面的截面積，經過上述導電條截面中央且與導電條的厚度方向垂直的面和磁芯相交差的面的截面積更大。在此，在U字形的磁芯中最容易產生磁飽和的部位是磁芯內磁通量多的底部。另一方面，經過導電條的截面且與導電條的寬度方向垂直的面和磁芯相交差的面的截面積越大，底部的磁芯內磁通量越多。因此，通過使與上述導電條的寬度方向垂直的面和磁芯相交的面的截面積變小為，該截面中的磁通量密度與經過導電條截面中央且與導電條的厚度方向垂直的面和磁芯相交的面的截面中的磁通量密度相等的程度，從而能夠實現磁芯的小型化，并且將底部的磁通量密度保持得低，從而能夠抑制磁飽和。另外，優選為，以具有上述磁芯的板寬的一半以下的半徑的圓的圓弧形狀對上述磁芯的上述開口部一側的外側角部進行磨邊，上述磁芯的板寬是上述開口部處的上述磁芯在與導電條的厚度方向平行的方向上的尺寸。根據這樣的結構，能夠使磁芯的U槽上端的開口部的板寬維持大的值。因此，外部磁場容易被磁芯吸引，因此能夠減弱到達至檢測元件的外部磁場。即，能夠提高磁芯對外部磁場的屏蔽效果，因此能夠高精度地測定電流。另外，在從上述間隔方向觀察上述磁芯時上述導電條的與上述磁芯重疊的部分的上述開口部一側形成有缺口。根據這樣的結構，能夠將檢測元件配置于更靠近磁芯的U槽的里側的位置。因此，能夠減小來自相鄰的導電條的磁場對檢測元件的影響。另外，通過將檢測元件配置于磁芯的里側，磁芯的磁路長度變短，因此能夠使退磁磁場增加，從而能夠減少磁滯。
圖1是示意性地示出電流傳感器的立體圖。圖2是示意性地示出電流傳感器的主觀圖。圖3A及圖3B是示意性地示出在排列設置的導電條上配設電流傳感器的情況的例子的圖。圖4A及圖4B是示意性地示出本電流傳感器的優點的圖。圖5是電流傳感器的側視圖。圖6是示出與磁芯的尺寸設定有關的特性的圖。圖7是示出與磁芯的尺寸設定有關的特性的圖。
具體實施方式
下面，對本實用新型的實施方式進行詳細說明。本實用新型的電流傳感器100能夠測定導體中流動的被測定電流。在此，在導體中流動電流的情況下，按照該電流的大小，以導體作為軸心產生磁場(安培的右手法則)。本電流傳感器100在這樣的磁場中檢測磁通量密度，基于檢測到的磁通量密度來測定導體中流動的電流(電流值)。圖1示出了本實施方式中的電流傳感器100的立體圖。圖1示出了由平板狀的導體形成的導電條10，將該導電條10延伸的方向設為延伸方向A，將導電條10的厚度方向設為B，將導電條10的寬度方向設為C。圖2是示意性地示出了從導電條10的延伸方向A觀察的電流傳感器100的圖。下面，利用圖1以及圖2來進行說明。本電流傳感器100具有導電條10、磁芯20、檢測元件30。如上述那樣，導電條10由平板狀的導體構成。該導電條10用于連接未圖示的三相馬達和對該三相馬達進行通電的變頻器。三相馬達用作為混合動力車輛和電動汽車等的動力源。變頻器將從電池等輸出的直流電轉換為交流電。導電條10將這樣的通過變頻器轉換成交流電的電供給至三相馬達。此外，如上述三相馬達的再生制動那樣用于發電時，電的流動會反向，但是結構與上述變頻器-三相馬達相同。因此，導電條10沿著與導電條10的厚度平行的方向(圖3A及圖3B中的B方向)排列設置有至少3個。圖3A及圖3B示出了表示這樣的多個導電條10排列設置的情況的圖。圖3B是從導電條10延伸的方向觀察時的示意圖，圖3A是其俯視圖。如圖3A及圖3B所示，從導電條10的上面觀察時，磁芯20配置為之字狀(交錯狀)，以便即使多個導電條10彼此的間隔小，也能夠將磁芯20配置在各導電條10上。即，附設在相互相鄰的導電條10上的磁芯20交替錯開地配置在導電條10的延伸方向的跟前側和里側。因此，在相鄰的磁芯20之間僅配置有導電條10，附設在該導電條10上的磁芯20沿著導電條10的延伸方向錯開位置而配置。通過這樣配置導電條10，能夠縮短導電條10之間的間距。此外，在圖1中，為了便于理解,僅示出了一個導電條10，在圖2中示出了兩個導電條10。在這樣的導電條10中流動著要利用本電流傳感器100測定的被測定電流。返回圖1以及圖2，將由U字形的金屬磁性體形成的平板進行層疊而形成磁芯20。上述金屬磁性體是軟磁性金屬，電磁鋼板(娃鋼板)、強磁性鐵鎳合金(permalloy)、帕明杜爾鐵鈷系高磁導率合金(permendure)等相當于該軟磁性金屬。磁芯20的層疊面是與圖1以及圖2中的BC面平行的面。另外，如圖1以及圖2所示，在本實施方式的磁芯20的形成U字形的U槽底部22一側插通導電條10，其中，導電條10的與AC面平行的各面和磁芯20的U槽側壁23的面相互平行,且磁芯的層疊方向和被測定電流的流動方向一致。插通于磁芯20的導電條10至少與磁芯20的內表面具有空隙。由此，能夠使磁芯20和導電條10絕緣。另外，如上述那樣，具有多個導電條10，因此，磁芯20也配置有多個(參照圖3A及圖3B)。另外，就磁芯20而言，在磁芯20的構成部位之中，與側壁部41的截面積相比，底部42的截面積更大，其中，側壁部41的截面積是指，與經過導電條10且平行于AB面的面相交差的磁芯20的截面的一側的面積，底部42的截面積是指，與經過導電條10的中央且平行于AC面的面相交差的磁芯20的截面的面積。在磁性體中，最容易產生磁飽和的部位是磁芯內磁通量多的底部42。另外，側壁部41的截面積越大，底部42的磁通量密度越大。因此，使側壁部41的截面積縮小為使側壁部41的磁芯內磁通量密度與底部42的磁芯內磁通量密度相等的大小，由此實現小型化，而且能夠將底部42的磁通量密度保持得低，從而抑制磁飽和。檢測元件30配置在U字形的開口部21側，其檢測方向沿著開口部21的間隔方向(B方向)。開口部21是指U槽的開口端部。因此，檢測元件30配置于比導電條10靠近U槽的開口端部的一側。另外,在配置于磁芯20的U槽中的檢測元件30和導電條10之間具有空隙。由此，能夠使檢測元件30和導電條10絕緣。在此，與導電條10中流動的電流相對應地產生的磁場聚集在磁芯20。被聚集的磁場在配置有檢測元件30的附近形成磁芯20的開口部21的間隔方向的磁場。檢測元件30以使檢測方向與B方向一致的方式配置。因此，能夠有效地檢測由在導電條10中流動的被測定電流形成的磁場的強度。在此，由于構成磁芯20的磁性體的頑磁和磁芯20的形狀所引起的退磁磁場(隨著磁芯20的磁化，為了消除磁芯20的磁化而在內部產生的磁場)對檢測元件30要檢測的磁滯帶來影響，因此通過使退磁磁場變大，能夠減少檢測元件30要檢測的磁滯。另一方面，磁導系數Pc越小，退磁磁場越大。用下面的式(I)表示，由包括檢測元件30的間隙部和磁芯20形成的磁路的磁導系數Pc。磁滯現象為檢測誤差之一，指在對導電條10進行通電之后使電流變成O時檢測元件30檢測的磁場。
權利要求1.一種電流傳感器，其特征在于， 具有: 至少3個導電條，該導電條由用于連接三相馬達和對該三相馬達通電的變頻器的平板狀的導體形成，并且沿著與上述平板狀的導體的厚度平行的方向排列設置， 多個磁芯，由U字形的磁性體形成的平板層疊而形成該磁芯，在平板層疊而形成的上述磁芯的U字形的槽的內側插通有各上述導電條，該導電條的板寬方向的面和平板層疊而形成的上述磁芯的U字形的U槽內側的側壁的面相互平行， 檢測元件，其配置在上述磁芯的各開口部側，其檢測方向沿著上述開口部的間隔方向，用于檢測磁場的強度； 在從上述導電條的軸向觀察時，上述磁芯和與插通于該磁芯的U槽中的導電條相鄰的另外的導電條之間的間隙為上述開口部在間隔方向上的長度的1/2，上述間隙的公差將上述間隙作為中央值，設定為從相互相鄰的導電條之間的間隔的值減去上述開口部在間隔方向上的長度的3/2的值而得出的值。
2.根據權利要求1所述的電流傳感器，其特征在于， 上述檢測元件配置在從上述開口部向上述U字形的底部一側進入至少1.5mm以上的位置。
3.根據權利要求1或者2所述的電流傳感器，其特征在于， 在上述U字形的磁芯的構成部位中，相對于經過上述導電條的截面且與導電條的寬度方向垂直的面和磁芯相交差的面的截面積的一側，經過上述導電條截面中央且與導電條的厚度方向垂直的面和磁芯相交差的面的截面積更大。
4.根據權利要求1或2所述的電流傳感器，其特征在于， 以具有上述磁芯的板寬的一半以下的半徑的圓的圓弧形狀對上述磁芯的上述開口部一側的外側角部進行磨邊，上述磁芯的板寬是上述開口部處的上述磁芯在與導電條的厚度方向平行的方向上的尺寸。
5.根據權利要求1或2所述的電流傳感器，其特征在于， 在從上述間隔方向觀察上述磁芯時上述導電條的與上述磁芯重疊的部分的上述開口部一側形成有缺口。
專利摘要本實用新型提供一種小型且能夠正確測定電流的電流傳感器。電流傳感器具有排列設置的至少3個導電條；多個磁芯，平板的磁性體磁芯以U字形層疊而形成，在U槽底部一側插通有各導電條，導電條的與AC面平行的面和磁芯的U槽側壁的面相互平行且磁芯的層疊方向和被測定電流的流動方向一致；檢測元件，配置于該U字形的開口部一側，用于檢測磁場強度；在從導電條的軸向觀察時，磁芯和與插通于該磁芯的U槽中的導電條相鄰的另外的導電條之間的間隙為開口部在間隔方向上的長度G的1/2，間隙的公差將上述間隙的優選值作為中央值，設定為從相互相鄰的導電條之間的間隔的值減去開口部在間隔方向上的長度的3/2的值而得出的值。
文檔編號G01R19/00GK203054064SQ20132002676
公開日2013年7月10日 申請日期2013年1月18日 優先權日2012年1月20日
發明者安井彰廣, 加藤學, 巖瀨榮一郎, 奧村健, 神谷彰 申請人:愛信精機株式會社