JP5985257B2

JP5985257B2 - 電流センサ

Info

Publication number: JP5985257B2
Application number: JP2012125296A
Authority: JP
Inventors: 彬宜坂本; 詩迪彭
Original assignee: Yazaki Corp
Current assignee: Yazaki Corp
Priority date: 2012-05-31
Filing date: 2012-05-31
Publication date: 2016-09-06
Anticipated expiration: 2032-05-31
Also published as: US9086440B2; US20130320968A1; JP2013250160A

Description

本発明は、三相交流の各相が流れる電流路それぞれの電流値を検出する電流センサに関する。

近年、電子機器の小型化に伴って、容易にバスバー等に取り付けられる電流センサが必要となってきている。バスバーに流れる三相交流の各相の電流値を検出する電流センサは知られている（特許文献１参照）。

特許文献１の電流センサ１００は、図６に示す通り、ハウジング２００とハウジング２００を覆うカバー３００とハウジング２００内に組み付けられるシールド４００と基板５００とバスバー６００とを備えている。組み付け手順は、以下の通りである。まず、ハウジング２００内に形成された収容部２０１にシールド４００を配置し、シールド４００を貫通するようにバスバー６００を凹部２０２に合わせて配置する。ここで、バスバー６００に切欠６０１を形成しておき、切欠６０１と凹部２０２を画成する壁面とを嵌合することで長手方向の位置決めを行う。

バスバー６００の配置後、各相の磁気検出素子５１０を搭載した基板５００をバスバー６００上に配置する。このとき、基板５００のガイド部５０１を凸部２０３の間に通す。これにより基板５００及び磁気検出素子５１０がバスバー６００に対して確実に位置決めされる。最後にハウジング２００にカバー３００を嵌合させて完成となる。

特開２０１０−２２７７号公報

特許文献１に記載される電流センサ１００においては、シールド４００はバスバー６００と基板５００をハウジング２００に取り付けることによりハウジング２００内に確実に位置決めされる。しかしながら、従来の電流センサは、バスバー６００を組み付けた後に基板５００を取り付けなければならない。このため、バスバーに電流センサを後付けするという要求に応えることができず、従来の電流センサを適用できる用途が限定される。また、従来の電流センサは、ハウジング３００にバスバー６００を組み付ける工程が必要となるため、電流センサを組み立てるための作業性が劣る。

また、単純に従来の電流センサからバスバー６００を取り除いてしまうと、基板５００及び磁気検出素子５１０がバスバー６００に対して位置決めされていたため、磁気検出素子５１０とシールド４００との位置決め精度が低下してしまう。磁気検出素子５１０とシールド４００の位置関係は、電流検出の精度向上や隣接する相からの磁気干渉を抑えるために厳密である必要があることを踏まえると、上述の位置決め精度の低下は許容できない。

本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、シールドと磁気検出素子との位置決め精度を維持しつ、バスバーに簡便に組み付けることができる電流センサを提供することにある。

前述した目的を達成するために、本発明に係る電流センサは、下記（１）〜（４）を特徴としている。
（１）三相交流の各相が流れるバスバーの電流値をそれぞれ検出する電流センサであって、
前記バスバー毎に設けられるシールドと、
各相に対応した磁気検出素子が実装された平板状の基板と、
前記シールド及び前記基板が内部に組付けられると共に、上下方向、左右方向、及び奥行方向を有するハウジングと、
を備え、
前記ハウジングには、前記シールドが格納・固定される格納部が形成され、
前記シールドは、対応する前記バスバーを左右方向に挟むように配置される左右一対の支柱部を少なくとも備え、各前記支柱部は、上下方向及び奥行方向に沿って延在する平板状の形状を有し、前記シールドは、奥行方向の奥側に向けて前記ハウジングの内部に組付けられ、各前記支柱部の奥行方向の手前側の端面には奥行方向の奥側に向けて窪む切欠部がそれぞれ形成されており、
前記基板は、左右方向及び奥行方向に沿って延在する平板状の形状を有し、前記基板は、奥行方向の奥側に向けて前記ハウジングの内部に組付けられ、前記基板の奥行方向の奥側の端面には、奥行方向の手前側に向けて窪む凹部が形成されており、
前記シールド及び前記基板が前記ハウジングの内部に組付けられた状態にて、各前記支柱部の切欠部と前記基板の凹部とが互いに係合している、
こと。
（２）上記（１）の構成の電流センサであって、
前記ハウジングには、前記バスバーが挿通される貫通孔が設けられている、
こと。
（３）上記（２）の構成の電流センサであって、
前記格納部は、前記ハウジング内に形成された立壁と前記貫通孔を画成する外壁との間に形成されている、
こと。
（４）上記（１）から（３）のいずれか１つの構成の電流センサであって、
前記基板が、一枚の平板状に形成されている、
こと。

上記（１）の電流センサによれば、シールドがハウジング内に確実に固定されるため、シールドとバスバーの相対的位置関係が正確に決まる。また、基板に形成された凹部とシールドの切欠部によって基板とシールドが位置決めされるため、基板とシールドとの相対的位置関係も決まる。このシールド、バスバー及び基板の位置関係によって、電流の検出能力を安定させ、耐震性が優れ、組み付け性を良好にした電流センサを提供できる。
上記（２）の電流センサによれば、組み付けられた電流センサにバスバーを挿通させるため、電流センサを適用できる用途範囲が拡大する。
上記（３）の電流センサによれば、シールドをハウジングに固定する構造を簡便に実現できる。
上記（４）の電流センサによれば、部品点数を減らすことができる。

本発明によれば、シールドをハウジング内に固定させ、シールドと磁気検出素子を実装した基板とを位置決めさせることにより、安定した精度での電流検出を実現でき、また、バスバーに対する組み付け性を良好にした電流センサを提供できる。

以上、本発明について簡潔に説明した。更に、以下に説明される発明を実施するための形態（以下、「実施形態」という。）を添付の図面を参照して通読することにより、本発明の詳細は更に明確化されるであろう。

図１は、本発明に係る電流センサの一実施形態を示す分解斜視図である。図２（ａ）及び図２（ｂ）は、図１の組み付けを具体的に示す分解斜視図で、図２（ａ）はシールドとハウジング、図２（ｂ）はシールドと基板の位置関係を示す。図３は、図１のハウジングへ基板を組み付ける状態を示す分解斜視図である。図４は、図１の組み付け完了後の部分断面図である。図５（ａ）及び図５（ｂ）は、図１の組み付け状態を示す斜視図で、図５（ａ）はカバー組み付け前、図５（ｂ）はカバー組み付け後の状態を示す。図６は、従来技術の電流センサの分解斜視図である。

以下、本発明に係る好適な実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。

図１から図５に基づいて、本発明の一実施形態である電流センサを説明する。

図１は電流センサ１０の分解斜視図である。本発明の実施形態である電流センサ１０は、三相交流の各相が流れるバスバーの電流値をそれぞれ検出するものである。電流センサ１０は、ハウジング２０と、ハウジング内に組み付けられるシールド４０及び基板５０と、を備えている。また、電流センサ１０は、さらに、ハウジングの開口部２１を覆うカバー３０を備える。基板５０には、電流検出信号を送る回路と磁気検出素子５１が実装されている。電流センサ１０は、電流センサ１０を挿通する３本のバスバー６０それぞれに流れる電流を検出する。電流センサ１０は、例えば、自動車の車載バッテリと車両電装品とを接続する電流路に取り付けられる。

ハウジング２０とカバー３０は、略箱形状を成し、絶縁性の合成樹脂等から成形される。基板５０は、一枚の平板状に形成され、基板５０上には、各相のバスバー６０の電流を検出するために、各相に対応して１つの磁気検出素子５１が実装されている。実施形態では、３つの磁気検出素子５１が１つの基板５０に実装されている。シールド４０は、例えば、鉄やパーマロイやケイ素鋼板などの高透磁率の材料からなり、薄板で形成されている。本実施形態のシールド４０は、左右一対の形状を成し、それぞれに垂直方向に延びる支柱部４１と支柱部４１の先端から略直角方向に延びる屈曲部４２とを備えている。シールド４０の形状は、特に実施形態に限定されず、支柱部４１のみでも良く、左右一体化されていても良い。シールド４０は、バスバー６０毎に設けられる。

磁気検出素子５１は、バスバー６０で生じる磁界を測定する素子であり、例えば、磁場の中のキャリアが受けるローレンツ力による生じるホール効果を利用した半導体ホール素子やアモルファスワイヤによる磁気インピーダンス効果を利用した磁気インピーダンス素子、等である。電流センサ１０は、基板５０に実装された増幅回路等を介して、磁気検出素子５１で検出された磁界に比例した値の電圧値を出力する。

三相交流の各相が流れる複数のバスバー６０は、交流電流等が流れる平板上に形成された導体などであり、ハウジング２０に形成された複数の貫通孔２２とカバー３０に形成された複数の開口孔３２をそれぞれ挿通して、磁気検出素子５１上部に配置される。

図２の分解斜視図を用いて各構成の関連と組み付け手順を説明する。

まず、図２（ａ）の分解斜視図を用いて、シールド４０とハウジング２０との組み付け構造を説明する。ハウジング２０には、シールド４０が圧入される複数の格納部２３が設けられている。格納部２３の幅は、シールド４０の肉厚とほぼ等しく形成されているため、シールド４０が格納部２３に圧入されると、シールド４０はハウジング２０内に固定される。この格納部２３は大きく分けて２種類の空間から構成される。ハウジング２０の底面から上方向に向かって突出するハウジング２０と一体形成された複数の立壁２４の側面同士で（２つの立壁２４間）形成される格納部２３Ａと、複数の立壁２４と貫通孔２２を画成する外壁２５間で形成される格納部２３Ｂである。格納部２３Ａは、シールド４０の支柱部４１を保持し、格納部２３Ｂは、屈曲部４２を保持する。

次に、図２（ｂ）の分解斜視図を用いて、シールド４０と基板５０との組み付け構造を説明する。シールド４０の支柱部４１の側部には、基板５０がハウジング２０に組み付けられる向きに窪んだ切欠部４３が形成されている。切欠部４３がシールド４０に形成されている位置は、シールド４０及び基板５０がハウジング２０内部に収容された際に基板５０と交差する部分である。

また、基板５０には、磁気検出素子５１が実装されているが、磁気検出素子５１に隣接して幾つかの電子部品及び回路が実装されている。この実装領域部５２は、実装に必要なある程度の面積を確保する必要があるが、それ以外は細幅で形成されている。換言すれば、細幅で形成されている部分は実装領域部５２に比べ、基板５０がハウジング２０に組み付けられる向きとは反対の向きに窪んでいる。この細幅で形成されている部分を凹部５３とする。そして、シールド４０の切欠部４３と凹部５３との位置を合わせ、つまり、シールド４０の切欠部４３に基板５０の一部が位置し、基板５０の凹部５３にシールド４０の一部が位置するようにシールド４０と基板５０とを相対的に接近させることで、一対のシールド４０間に磁気検出素子５１が配置され、シールド４０の屈曲部４２と磁気検出素子５１との相対的位置関係が決まる。このとき、シールド４０の切欠部４３と基板５０の凹部５３とは、互いに接触する、または互いに係合する形状であってもよい。

図３の分解斜視図では、ハウジング２０に圧入固定されるシールド４０を仮想的に点線で表している。ハウジング２０にシールド４０が圧入され、基板５０がハウジング２０内組み付けられる。基板５０の凹部５３とシールド４０の切欠部４３とが位置決めされると共に、立壁２４の上側と底側間で形成される複数の支持部２６に係止される。図３の一実施形態においては、立壁２４Ａと２４Ｂとの間に支持部２６Ａが形成されている。

上述した、シールド４０及び基板５０を組み付け、貫通孔２２にバスバー６０を挿通させた断面図が図４に示されている。磁気検出素子５１の上にバスバー６０が配置され、それを取り囲むようにシールド４０が配置されている。シールド４０の屈曲部４２は、貫通孔２２の中心に向かって長さＬを保持して突出している。上述したシールド４０と磁気検出素子５１との配置により、電流センサ１０は、バスバー６０に流れる電流を検出する。

本発明の電流センサ１０によれば、シールド４０がハウジング２０内に確実に固定されるため、安定した電流検出と磁気干渉の防止を行えるシールド４０とバスバー６０の相対的位置関係が正確に決まる。また、基板５０に形成された凹部５３とシールド４０の切欠部４３が位置決めされるため、基板５０とシールド４０との相対的位置関係も決まる。これらシールド４０、基板５０及びバスバー６０の位置関係によって、電流の検出能力を安定させ、耐震性が優れ、組み付け性を良好にした電流センサ１０を提供できる。また、一枚の基板５０上に３つの磁気検出素子５１が実装されているため、三相個々に基板５０を作る必要が無く、部品点数が削減されコストダウンを図れる。

図５（ａ）の斜視図は、ハウジング２０に複数のシールド４０及び磁気検出素子５１が実装された一枚の基板５０が組み付けられた状態を示している。また、図５（ｂ）の斜視図は、ハウジング２０の開口部２１にカバー３０が組み付けられた状態を示している。カバー３０に形成された複数の孔３７に、ハウジング２０に形成された複数の突起２７を挿通させ、突起２７の先端を熱溶融して、カバー３０は、ハウジング２０に固定される。この固定構造により、基板５０等、がハウジングから抜け出ることを防止している。尚、カバー３０のハウジング２０への固定手段は、特に実施形態に限定されるものではなく、例えば、ネジやボルトでの締結、開口部２１においてカバー３０を熱溶着、等がある。また、耐震性が確保されるのであれば係合手段でも良い。

以上、上述したように、バスバー６０は、電流センサ１０の各部品が組み付けられた後、ハウジング２０に形成された複数の貫通孔２２とカバー３０に形成された複数の開口孔３２を挿通するため、電流センサを適用できる用途範囲が拡大する。

尚、本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、適宜、変形、改良、等が可能である。その他、上述した実施形態における各構成要素の材質、形状、寸法、数値、形態、数、配置箇所、等は本発明を達成できるものであれば任意であり、限定されない。

１０電流センサ
２０ハウジング
２１開口部
２２貫通孔
２３格納部
２４立壁
３０カバー
３２開口孔
４０シールド
４１支柱部
４２屈曲部
４３切欠部
５０基板
５１磁気検出素子
５３凹部
６０バスバー

Claims

三相交流の各相が流れるバスバーの電流値をそれぞれ検出する電流センサであって、
前記バスバー毎に設けられるシールドと、
各相に対応した磁気検出素子が実装された平板状の基板と、
前記シールド及び前記基板が内部に組付けられると共に、上下方向、左右方向、及び奥行方向を有するハウジングと、
を備え、
前記ハウジングには、前記シールドが格納・固定される格納部が形成され、
前記シールドは、対応する前記バスバーを左右方向に挟むように配置される左右一対の支柱部を少なくとも備え、各前記支柱部は、上下方向及び奥行方向に沿って延在する平板状の形状を有し、前記シールドは、奥行方向の奥側に向けて前記ハウジングの内部に組付けられ、各前記支柱部の奥行方向の手前側の端面には奥行方向の奥側に向けて窪む切欠部がそれぞれ形成されており、
前記基板は、左右方向及び奥行方向に沿って延在する平板状の形状を有し、前記基板は、奥行方向の奥側に向けて前記ハウジングの内部に組付けられ、前記基板の奥行方向の奥側の端面には、奥行方向の手前側に向けて窪む凹部が形成されており、
前記シールド及び前記基板が前記ハウジングの内部に組付けられた状態にて、各前記支柱部の切欠部と前記基板の凹部とが互いに係合している、
ことを特徴とする電流センサ。
前記ハウジングには、前記バスバーが挿通される貫通孔が設けられている、
ことを特徴とする請求項１に記載の電流センサ。
前記格納部は、前記ハウジング内に形成された立壁と前記貫通孔を画成する外壁との間に形成されている、
ことを特徴とする請求項２に記載した電流センサ。
前記基板が、一枚の平板状に形成されている、
ことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の電流センサ。