JP2012122793A

JP2012122793A - 電流センサ

Info

Publication number: JP2012122793A
Application number: JP2010272406A
Authority: JP
Inventors: Makoto Nakao; 真中尾
Original assignee: Tokai Rika Co Ltd
Current assignee: Tokai Rika Co Ltd
Priority date: 2010-12-07
Filing date: 2010-12-07
Publication date: 2012-06-28

Abstract

【課題】部品組付点数の削減を可能にするとともに、大量生産に対応できる電流センサを提供する。
【解決手段】電流センサ１は、バスバー１１、及びコア１２を一体化したバスバー組立体に磁気検出素子１３を組付けたセンサ部品組立体に対して、コネクタ２０を電気的に接続した状態で組付けたインサート部品組立体と、インサート部品組立体をインサートとして、溶融樹脂を射出成形するインサート成形により一体化したハウジング２とにより構成されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、電流の大きさを検出する電流センサに関する。

ホール素子等の磁気検出素子を用いて、バスバーに流れる電流を非接触状態で検出する電流センサがある（例えば、特許文献１参照）。

上記特許文献１記載の電流センサを製造するには、コア、ホール素子、及びホール素子の駆動制御回路などのセンサ構成部品を収容部内に取り付け、配線材を介して接続した後、流動性を有する封止材を収容部内に流し込んで硬化させるか、あるいは滴下（ポッティング）して硬化させることで、センサ構成部品が収容部内に封止固定される。

特開２００５−３０８５２６号公報

この種の電流センサは、所定の出力特性が得られるように、コア及びホール素子などのセンサ構成部品を精度よく、確実に位置決め固定しなければならないため、構造が複雑化するばかりでなく、部品点数も増加する。構造の複雑化や部品点数の増加は、製造コストや組立コストなどの高騰に繋がり、量産上好ましくない。また、封止材による封止に時間がかかるために効率が悪くなり、量産性に乏しい。

本発明の目的は、部品組付点数の削減を可能にするとともに、大量生産に対応できる電流センサを提供することにある。

［１］本発明は、バスバー、及びコアを一体化したバスバー組立体に磁気検出素子を組付けたセンサ部品組立体に対して、コネクタを電気的に接続した状態で組付けたインサート部品組立体と、前記インサート部品組立体をインサートとして、溶融樹脂を射出成形するインサート成形により一体化したハウジングとにより構成されてなることを特徴とする電流センサが提供される。

［２］上記［１］記載の前記コネクタは、前記磁気検出素子の複数の端子のそれぞれに溶接するターミナルを有し、前記ターミナルには、溶接作業時に溶接電極との干渉を防止するための切欠部が形成されてなることを特徴とする。

［３］上記［２］記載の前記ターミナルは、千鳥状に配置されてなることを特徴とする。

［４］上記［１］記載の前記バスバーは、幅方向の両端に係合部を有し、前記コアを一体化させる溶融樹脂が前記係合部に固着されてなることを特徴とする。

本発明によると、組付作業がしやすくなって歩留りがよく、生産性を向上させることができる。

本発明の好適な実施の形態に係る電流センサを示す斜視図である。電流センサのセンサ本体を示す斜視図である。センサ本体を一体化した状態を示す斜視図である。電流センサのコネクタを拡大して示す斜視図である。図４の矢視Ｖ方向からみた溶接部分を説明するための図である。電流センサのバスバーを示す平面図である。

以下、本発明の好適な実施の形態を添付図面に基づいて具体的に説明する。

（電流センサの全体構成）
図１において、全体を示す符号１は、この実施の形態における典型的な非接触タイプの電流センサの全体構成を示している。この電流センサ１は、例えば車両のモータやバッテリーなどに流れる電流の大きさを検出するために用いられる。

この電流センサ１の基本の構成は、図１に示すように、磁気検出素子を有するセンサ本体（センサ部品組立体）１０に対して、外部装置と電気的に接続するためのコネクタ２０を組付けたインサート部品組立体と、このインサート部品組立体を一体的にインサート成形したモールド部材２（以下、「ハウジング２」という。）とを備えることにある。

図示例によれば、このハウジング２は、バスバー１１、及びコア１２を一体化したバスバー組立体に磁気検出素子１３を組付けた図３に示すセンサ部品組立体に対して、図４に示すコネクタ２０を電気的に接続保持した状態で組付けたインサート部品組立体をインサートとして、溶融樹脂を射出成形するインサート成形により一体としている。この溶融樹脂としては、絶縁性及び耐湿性に優れる材料が好ましく、例えばポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）樹脂などが用いられる。

（センサ本体の構成）
このセンサ本体１０は、図２に示すように、電流が流れる導電体である長尺平板状のバスバー１１と、そのバスバー１１が挿入貫通する貫通空間を有する環状に形成されたコア１２と、バスバー１１を流れる電流によってコア１２に発生する磁界の強さを検出する磁気検出素子１３とからなるセンサ構成部品により主に構成されている。

このセンサ本体１０は、ハウジング２のインサート成形前に、バスバー１１及びコア１２の位置関係を保持した状態で射出金型内にセットした後、溶融樹脂を射出成形するインサート成形によりホルダ１４に一体化したバスバー組立体として形成される。そして、このバスバー組立体と一体形成されたコア１２のギャップ１２ａ内に磁気検出素子１３を挿入して配置することで、このセンサ本体１０が、図３に示すセンサ部品組立体として形成される。

このバスバー１１のコア両側に延出した両端部には、図２及び図３に示すように、円形のボルト挿通孔１１ａ，１１ａがそれぞれ形成されている。そのボルト挿通孔１１ａを介してボルトやリベットなどの固定手段により検出電流が流れる構成になっている。

このコア１２は、バスバー１１への通電電流によって磁路を形成する。コア１２は、パーマロイや電磁鋼板等の強磁性部材からなり、例えば薄板状のコア片を複数枚に積層し、積層したコア片をプレス加工することで形成される。コア１２の環状の一部には、図２及び図３に示すように、磁気検出素子１３を挿入して配置するための間隙（ギャップ）１２ａが形成されている。

このホルダ１４は、図３に示すように、コア１２のギャップ１２ａを露呈した状態で、バスバー１１の一部に被覆した樹脂部からコア１２の貫通空間を介してコア１２を縦横に掛け渡した複数の枠片からなる樹脂部によりバスバー１１とコア１２とを一体化している。このホルダ１４におけるバスバー側の溶融樹脂部の表面には、コネクタ２０を位置決め保持するリブ１４ａが突出して形成されている。

ホルダ１４の材料としては、特に限定するものではないが、ハウジング２のＰＰＳ樹脂との相溶性などを考慮して樹脂を選択することが好ましい。このホルダ１４の樹脂とハウジング２の樹脂とは、ハウジング２のインサート成形の際に互いに溶着して成形されることで、ハウジング２の密着性、及び防水性などが確保されている。

この磁気検出素子１３は、特に限定するものではないが、図２及び図３に示すように、１つのパッケージに２個のホール素子を収容したホールＩＣから構成される（以下、「ホールＩＣ１３」という。）。このホールＩＣ１３の全面は、コア１２のギャップ１２ａ内に発生する磁力線の方向に向けて配置されており、ホールＩＣ１３の全面にわたって磁力線が通過するようになっている。

このホールＩＣ１３の４つの端子１３ａ〜１３ｄは、図２及び図３に示すように、ホールＩＣ１３の全面に沿う方向に一列に並んでバスバー長さ方向に交互にずらして千鳥状に配置されており、出力端子として機能している。この端子１３ａ〜１３ｄは、コネクタ２０のターミナル２１と電気的に接続されており、バスバー１１に電流が流れた際に生じる磁界強度に応じた電流をコネクタ２０に供給するようになっている。なお、４つの端子１３ａ〜１３ｄの配列としては、図示例に限定されるものではなく、例えば縦方向と横方向にそれぞれ千鳥状に交互に配置した構成であってもよい。

（コネクタの構成）
このコネクタ２０は、図４に示すように、ホールＩＣ１３の４本の端子１３ａ〜１３ｄと同一本数のターミナル２１をインサート成形により樹脂ケース２２に一体としている。この樹脂ケース２２の材質としては、特に限定するものではないが、ホルダ１４の材料と同様に、ハウジング２のＰＰＳ樹脂との相溶性などを考慮して樹脂を選択することが好ましい。

このターミナル２１は、図４に示すように、入力ターミナル２１ａ〜２１ｄと出力ターミナル２１ｅ〜２１ｈとを有している。この入力ターミナル２１ａ〜２１ｄは、ホールＩＣ１３の端子１３ａ〜１３ｄに対応して一列に並んでおり、樹脂ケース２２のホールＩＣ対向側面から突出して水平方向に延びている。一方の出力ターミナル２１ｅ〜２１ｈは、バスバー長さ方向に二列に並んで、樹脂ケース２２の上面から突出して垂直方向に延びている。

この入力ターミナル２１ａ〜２１ｄは、図４及び図５に示すように、樹脂ケース２２の溶融樹脂が入り込んだ部分をクランク状に折り曲げており、ホールＩＣ１３の４つの端子１３ａ〜１３ｄとは逆の千鳥状に配置されている。このコネクタ２０は、出力ターミナル２１ｅ〜２１ｈに接続された外部コネクタと電気的に接続される。なお、コネクタ２０の構造や形状などは図示例に限定されるものではなく、例えば４つの端子１３ａ〜１３ｄと対応して縦方向と横方向にそれぞれ千鳥状に交互に配置した構成であってもよく、ターミナル２１を圧入により樹脂ケース２２内に保持する構成としてもよい。

このコネクタ２０の入力ターミナル２１ａ〜２１ｄとホールＩＣ１３の端子１３ａ〜１３ｄとは、図５に示すように、ハウジング２のインサート成形前に電気的に接続される。この電気的な接続は、バスバー組立体のホルダ１４のリブ１４ａにコネクタ２０を位置決め保持して入力ターミナル２１ａ〜２１ｄと端子１３ａ〜１３ｄとを重ね合わせた状態で、入力ターミナル２１ａ〜２１ｄと端子１３ａ〜１３ｄとを長手方向に対して直角方向に抵抗溶接することで接着される。このコネクタ２０の入力ターミナル２１ａ〜２１ｄとホールＩＣ１３の端子１３ａ〜１３ｄとの溶接部分は千鳥配置となる。

ところで、ホールＩＣ１３の端子１３ａ〜１３ｄの間の距離は小さいので、例えばコネクタ２０の入力ターミナル２１ａ及び２１ｃより長尺に形成された入力ターミナル２１ｂ及び２１ｄ間に存在する短尺の入力ターミナル２１ｃと、ホールＩＣ１３の端子１３ａ及び１３ｃより短尺に形成された端子１３ｂ及び１３ｄ間に存在する長尺の端子１３ｃとを長手方向に対して直角方向に溶接する際は、一対の抵抗溶接用チップ１００，１００が長尺の入力ターミナル２１ｂ及び２１ｄに干渉して溶接しにくい。そこで、この実施の形態では、抵抗溶接用チップ１００との干渉を防止する構造を採用している。

この実施の形態によると、入力ターミナル２１ａ及び２１ｃより長尺の入力ターミナル２１ｂ及び２１ｄの対向端面には、図５に示すように、矩形凹状に切欠した切欠部２３が形成されている。この切欠部２３が入力ターミナル２１ｂ及び２１ｄに形成されているので、抵抗溶接用チップ１００と入力ターミナル２１ｂ及び２１ｄとが干渉することなく、入力ターミナル２１ｃと端子１３ｃとを容易に溶接することができる。

なお、図５においては、コネクタ２０の入力ターミナル２１ｂ及び２１ｄの対向端面に切欠部２３を形成した一構成例を説明したが、図示例に限定されるものではないことは勿論である。抵抗溶接用チップ１００との干渉を防止する切欠部２３の形状や配置位置などは、コネクタ２０の入力ターミナル２１ａ〜２１ｄやホールＩＣ１３の端子１３ａ〜１３ｄの長さ寸法、個数や配置位置などに応じて適宜に設定することができる。その一例としては、コネクタ２０の長尺の入力ターミナル２１ｂとホールＩＣ１３の短尺の端子１３ｂとを長手方向に対して直角方向に溶接する際に、長尺の端子１３ａ及び１３ｃの対向端面に切欠部２３を形成することで、一対の抵抗溶接用チップ１００，１００が端子１３ａ及び１３ｃと干渉することを防止することができる。

（インサート部品組立体の構成）
このコネクタ２０の入力ターミナル２１ａ〜２１ｄと、ホールＩＣ１３の端子１３ａ〜１３ｄとが電気的に接続された後、センサ本体１０とコネクタ２０とからなるインサート部品組立体をインサートとして、溶融樹脂を射出成形するインサート成形によりハウジング２により被覆保護され、図１に示す電流センサ１が得られる。このハウジング２は、バスバー１１の両端部を貫通させ、出力ターミナル２１ｅ〜２１ｈを外部に露出させる接続口２０ａ、センサ本体１０、及びコネクタ２０の外観形態を形成する。電流センサ１の外観形態を形成するハウジング２とコネクタ２０の外観形態を形成する樹脂ケース２２とは、ハウジング２のインサート成形時に、同一の溶融性を有する樹脂材料同士が溶け合って強固な結合が得られ、ハウジング２の密着性、及び防水性が確保される。

（実施の形態の効果）
上記実施の形態に係る電流センサ１によると、以下の効果を有する。
（１）ホールＩＣ１３をコネクタ２０のターミナル２１に抵抗溶接で接着させて、インサート成形で電流センサ１の全ての構成部品の封止を行う構成となっているので、乾燥に時間がかかる封止材を用いる必要がなく、ＩＣを実装する基板を用いる必要もない。これにより、組付作業がしやすくなって歩留りがよく、大量生産に適する電流センサ１が得られる。
（２）入力ターミナル２１ａ〜２１ｄ、及び端子１３ａ〜１３ｄを長さ方向に交互にずらした千鳥状に配置しているので、入力ターミナル２１ａ〜２１ｄ、及び端子１３ａ〜１３ｄの狭ピッチ化を実現することが可能になり、センサ全体の小型化も検討できる。
（３）コネクタ２０の入力ターミナル２１ａ〜２１ｄ、及び／又はホールＩＣ１３の端子１３ａ〜１３ｄに切欠部２３を形成しているので、入力ターミナル２１ａ〜２１ｄ、及び端子１３ａ〜１３ｄの狭ピッチ化、又はホールＩＣ１３の複数化により、入力ターミナル２１ａ〜２１ｄと端子１３ａ〜１３ｄの溶接間隔が狭くなった場合でも、抵抗溶接用チップ１００との干渉を防止して容易に溶接することができる。それに加えて、溶接箇所に発生する熱逃げを防止することができる。

長尺板状に形成されたバスバー１１がインサート成形によってホルダ１４と一体形成されているが、ホルダ１４とバスバー１１との間の取付強度が弱まると、外部からの衝撃が加わることで位置ずれなどを生じる場合がある。

この実施の形態では、バスバー１１には、図１及び図６に示すように、インサート成形部分のバスバー幅方向両側端縁に半円状に切り欠いた係合切欠部１１ｂが形成されている。バスバー１１及びコア１２をホルダ１４によってインサート成形する際に、バスバー１１の係合切欠部１１ｂに溶融樹脂が入り込んだ状態で、ホルダ１４がバスバー１１に固定される。

なお、バスバー１１の幅方向両側端縁に半円状の係合切欠部１１ｂを切欠形成することで、バスバー１１に対してホルダ１４の位置ずれなどを防止した係合部の一構成例を例示したが、半円状の係合切欠部１１ｂに代えて、係合切欠部の形状としては、矩形状であってもよく、あるいはバスバー１１に形成された凸部、孔部又は凹部であってもよい。

上記構成によれば、振動などの衝撃を受けたとしても、単純な構造で、バスバー１１に対してホルダ１４の位置ずれなどが防止できる。それに加えて、バスバー１１に対してハウジング２を安定した状態で一体化できるので、正確な電流検出が長期間にわたって十分に確保することが可能となる。

以上の説明からも明らかなように、本発明の電流センサを上記実施の形態、変形例、及び図示例に基づいて説明したが、本発明は上記実施の形態などに限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の態様において実施することが可能である。本発明にあっては、次に示すような他の変形例も可能である。

（１）磁気検出素子としてホールＩＣ１３を用いたが、ホールＩＣに代えて、ホール素子や磁気抵抗素子などを用いることができる。
（２）車両のモータやバッテリーに接続される電路に電流センサ１を適用することができるが、これらの電路以外の他の電路に適用することができる。

１…電流センサ、２…ハウジング、１０…センサ本体、１１…バスバー、１１ａ…ボルト挿通孔、１１ｂ…係合切欠部、１２…コア、１２ａ…ギャップ、１３…ホールＩＣ、１３ａ〜１３ｄ…端子、１４…ホルダ、１４ａ…リブ、２０…コネクタ、２１…ターミナル、２１ａ〜２１ｄ…入力ターミナル、２１ｅ〜２１ｈ…出力ターミナル、２２…樹脂ケース、２３…切欠部、１００…抵抗溶接用チップ

Claims

バスバー、及びコアを一体化したバスバー組立体に磁気検出素子を組付けたセンサ部品組立体に対して、コネクタを電気的に接続した状態で組付けたインサート部品組立体と、
前記インサート部品組立体をインサートとして、溶融樹脂を射出成形するインサート成形により一体化したハウジングとにより構成されてなることを特徴とする電流センサ。
前記コネクタは、前記磁気検出素子の複数の端子のそれぞれに溶接するターミナルを有し、
前記ターミナルには、溶接作業時に溶接電極との干渉を防止するための切欠部が形成されてなることを特徴とする請求項１記載の電流センサ。
前記ターミナルは、千鳥状に配置されてなることを特徴とする請求項２記載の電流センサ。
前記バスバーは、幅方向の両端に係合部を有し、
前記コアを一体化させる溶融樹脂が前記係合部に固着されてなることを特徴とする請求項１記載の電流センサ。