JP5683511B2 - 電流センサ - Google Patents

Description

この発明は、例えばハイブリットカーや電気自動車のバッテリ電流やモータ駆動電流、工作機械のモータに流れる電流をホール素子等の磁気検出素子を用いて測定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（被測定電流）を非接触状態で検出する電流センサとして、磁気比例式のものが従来から知られている。
この電流センサは、被測定電流の経路の周囲を囲み所定幅のギャップ部を有するリング状の磁気コアと、前記ギャップ部に位置する磁気検出素子とを備え、バスバーに流れる電流によりギャップ部内の磁界が発生し、この磁界が磁気検出素子の感磁面に印加される。この磁界の強さは、被測定電流に比例するので、磁気検出素子の出力電圧から被測定電流の値が求められる。

下記特許文献１には、磁性体コアのギャップを小さくすることで感度を向上させた電流検出器が開示されている。ここで、磁性体コアは、プリント基板の一方の側面に密着して固定され、磁気検出素子は、感磁面をギャップの側面に平行にしてギャップのほぼ中心点に配置されている。
また、特許文献２に示される電流センサでは、樹脂部材の部品収容室（収容部）内に、その底部側から、磁気コア、磁気検出素子が表面に搭載された基板の順で配置されており、磁気検出素子は磁気コアのギャップ部内に配置されている。
従って、基板の裏面側（上方）から電流センサを見て、ギャップ部内に配置された磁気検出素子は、基板によって覆われており、上方から見ることができない。

実開平６-４６７９号公報 特許第４４５９０１１号明細書

例えば、ハイブリッド車やＥＶ（電気自動車）に用いられる「バッテリ電流モニタ用電流センサ」や「インバータの三相交流モニタ用電流センサ」は、外部からの著しく大きな電磁ノイズが絶えず印加される環境下で使用される。
このため、電流センサの磁気検出素子は、本来は被測定電流が発生する磁界だけを感知するべきところ、外部磁界（ノイズ）も感知してしまい、センサ出力精度が悪化することがあった。

上記特許文献１の電流検出器では、磁気検出素子は、プリント基板に半田づけされているだけであり、磁気検出素子のギャップ部内での位置が正確に定めることができず、外部磁界(電磁ノイズ)の影響を受け易いという問題点があった。
また、上記特許文献２の電流センサでは、部品収容室内の磁気コアのギャップ部内に配置された磁気検出素子は、基板によって覆われているので、ギャップ部と磁気検出素子との位置関係をカメラなどの光学的手法によって確認することができない。
従って、この電流センサでは、磁気検出装置がギャップ部を形成するコアの両端面間の中心位置（ギャップ部の中心位置）に対して一方の端面側にずれて配置され、そのずれ量が大きいほど、外乱磁界による特性変動が大きくなってしまうという問題点があった。

この発明は、かかる問題点を解決することを課題とするものであって、磁気検出素子が磁気コアのギャップ部において中心部に安定かつ正確に位置決めされることで、外部磁界の影響を受けにくい電流センサを提供することを目的とする。

この発明に係る電流センサは、被測定電流の経路であるバスバーの周囲を囲み、所定幅のギャップ部を有する、前記バスバーの軸線に対して垂直断面が口の字の磁気コアと、前記ギャップ部に位置する磁気検出素子と、前記磁気コアにかぶせて設けられているとともに前記磁気検出素子を保持するサポートとを備えた電流センサであって、
前記サポートは、その中間部に形成され前記磁気検出素子を内部空間に収容する収容部と、
前記サポートの周縁部の内壁部に形成され前記磁気コアの周面に当接する当接部と、
前記サポートの前記両側にそれぞれ一対前記磁気コア側に延びて形成され、先端部の係止部で磁気コアの両側面に形成された被係止部に係止する腕部と、を備え、
前記サポートは、前記当接部が前記磁気コアの前記周面と当接し、かつ前記腕部の前記係止部が磁気コアの前記軸線に沿って直線状に形成された被係止部に係止することで、前記磁気コアに対して位置決めされ、
前記磁気検出素子は、前記収容部の内部空間の壁部に当接して位置ずれが規制された状態で前記ギャップ部の中心部に配置されており、
前記磁気コアは、前記被係止部を外部に露出しているとともに前記バスバーと樹脂部材を介して一体であり、
前記腕部は、弾性を有しており、腕部が前記磁気コアの前記被係止部に係止している状態において、前記係止部が磁気コアの被係止部に弾性的に係止している。

この発明に係る電流センサによれば、サポートは、当接部が磁気コアの周面と当接し、かつ腕部の係止部が磁気コアの被係止部に係止することで、磁気コアに対して位置決めされ、磁気検出素子は、サポートの収容部の内部空間の壁部に当接して位置ずれが規制された状態で前記ギャップ部の中心部に配置されるので、磁気検出素子は、磁気コアのギャップ部において中心部に安定かつ正確に位置決めされ、外部磁界の影響を受けにくい。

この発明の実施の形態１に係る電流センサを示す分解斜視図である。 図１の電流センサを示す正断面図である。 図１の電流センサを示す平面図である。 図１のサポートを示す正面図である。 図１のサポートを裏側から視たときの斜視図である。 図２の要部拡大図である。 この発明の実施の形態２に係る電流センサを示す分解斜視図である。 図７の電流センサを示す正断面図である。 図８の電流センサを示す側断面図である。

以下、この発明の各実施の形態について図に基づいて説明するが、各図において、同一、または相当部材、部位については同一符号を付して説明する。

実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１に係る電流センサを示す分解斜視図、図２は図１の電流センサを示す正断面図、図３は図１の電流センサを示す平面図である。
この電流センサは、被測定電流の経路である、バスバー１２の周囲を囲った、ギャップ部２１を有するリング状の磁気コア２０（高透磁率で残留磁気が少ない珪素鋼板やパーマロイコア等）と、磁気コア２０にかぶせて設けられたサポート３０と、このサポート３０の上側に配置されたプリント基板１３に搭載されているとともにギャップ部２１に配置された磁気検出素子１１とを備えている。

バスバー１２は、平板形状（例えば銅板）であり、長手方向の両端部に位置する取付け孔（図示せず）を介して例えばネジやリベットによって被測定電流の経路をなすように取り付けられる。
磁気検出素子１１は、その端子ピン１０がプリント基板１３のスルーホールに挿通されて例えば半田付けによりプリント基板１３と電気的に接続される。なお、プリント基板１３は、例えば図示しない樹脂部材によって磁気コア２０及びサポート３０との位置関係が固定される。

図４及び図５に示すサポート３０では、その中心部であってギャップ部２１内に突出した収容部３１が設けられている。
この収容部３１は、その内部空間に磁気検出素子１１が収納されている。
内部空間を画成する壁部のうち、バスバー１２の軸線方向に沿った方向の壁部には、磁気検出素子１１を収容部３１の内部空間内に収納するための開口部３５が形成されている。この開口部３５の端面は、磁気検出素子１１を収容部３１の内部空間内に挿入するのを容易にするために、内側から外側に向かって拡大した傾斜面３６である。また、壁部のうち天井部には、端子ピン１０を導入するための導入穴３８が形成されている。この導入穴３８には、上側凸部３４が形成されている。
また、サポート３０は、その周縁部の内壁部であってその四隅には、内側に突出して磁気コア２０の周面の四隅と当接する当接部３２がそれぞれ設けられている。また、その両側には、磁気コア２０側に延び先端部に係止部である突起部３３を有する腕部３７が設けられている。

磁気コア２０は、その両側側面に±Ｙ方向に延びた被係止部である溝部２２が形成されている。サポート３０は、その突起部３３が溝部２２に係止することで、±Ｚ方向、±Ｘ方向の位置が決められ、またその当接部３２が磁気コア２０の周面と当接することで、±Ｙ方向の位置が決められる。
サポート３０における収容部３１は、その内部空間に磁気検出素子１１が収容保持された場合に、内部空間の対向した側壁部に磁気検出素子１１が当接して磁気検出素子１１内部の素子の±Ｘ方向の中心がギャップ部２１の中心に位置するように形成されている。
これにより、収容部３１の内部空間に収納される磁気検出素子１１は、自動的に±Ｘ方向に関してギャップ部２１の中心に位置決めされる。また、磁気検出素子１１は、収容部３１の内部空間において、磁気検出素子１１がその背壁部に当接して＋Ｙの位置ずれが規制され、その底壁部に当接してで−Ｚ方向の位置ずれが規制され、その上側凸部３４に当接して+Ｚ方向の位置ずれが規制される。
このように、収容部３１の内部空間の寸法は、磁気検出素子１１を位置ずれなく保持できるように磁気検出素子１１のサイズに合わせて設定されている。

サポート３０は、ある程度の弾性を有するように樹脂等で作られているため、腕部３７の先端部の突起部３３同士の距離が磁気コア２０の±Ｘ方向の長さよりも短くても突起部３３は溝部２２に係止可能となっている。
突起部３３は、−Ｚ方向に向かって±Ｘ方向の幅が小さくなったテーパー付形状であり、溝部２２に容易に係止する。

この実施の形態の電流センサでは、バスバー１２に被測定電流が流れると、磁気コア２０のギャップ部２１には磁界が発生し、この磁界により磁気検出素子１１には、磁界の大きさに比例した出力電圧が印加される。
従って、磁界の強さは、被測定電流の大きさに比例するので、磁気検出素子１１の出力電圧からバスバー１２に流れる被測定電流の大きさが求められる。

この実施の形態の電流センサによれば、磁気検出素子１１が収納される収容部３１がギャップ部２１の中心に位置しているので、磁気検出素子１１が磁気コア２０のギャップ部２１の中心に安定かつ正確に位置決めされることとなり、外部磁界の影響を受けにくく信頼性の高い電流センサを実現することができる。

また、磁気検出素子１１は、収容部３１の内部空間の両側、底側の壁部及び上側凸部３４により、±Ｘ、＋Ｙ及び±Ｚ方向に関して位置ずれが規制されるので、この点からも外部磁界の影響を受けにくい。

また、この実施の形態では、磁気検出素子１１は、磁気コア２０のギャップ部２１の中心に配置できるため、磁気検出素子１１とギャップ部２１との位置関係を外部から確認することができ、磁気検出素子１１をプリント基板１３に端子ピン１０を介して実装する前に電流センサの出力特性を調整することができる。

さらに、磁気検出素子１１の端子ピン１０をプリント基板１３へ半田付けする際に、±Ｚ方向を反転させる、つまり端子ピン１０を下側に向けてリフローはんだ工程を経る場合があるが、収容部３１の内部空間の底側壁部及び上側凸部３４により±Ｚ方向に関して位置ずれが規制されるので、この点からも外部磁界の影響を受けにくく信頼性の高い電流センサを実現することができる。

実施の形態２．
図７はこの発明の実施の形態２に係る電流センサを示す分解斜視図、図８は図７の正断面図、図９は図８の側断面図である。
この実施の形態の電流センサでは、磁気コア２０がその一部が外部に露出して樹脂部材４０と一体成形されている。この樹脂部材４０には、サポート３０の収容部３１が嵌入する凹部４１が形成されている。
他の構成は、実施の形態１の磁気センサと同じである。

この実施の形態では、磁気コア２０が樹脂部材４０と一体成形されているので、磁気コア２０の位置ずれを抑制することができる。
また、磁気コア２０は、その上面、両側面の上側が外部に露出しているので、サポート３０をかぶせて設けることが可能で、かつ突起部３３を溝部２２に係止することができる。
さらに、実施の形態１では、収容部３１の開口部３５側は開放されており、磁気検出素子１１の−Ｙ方向の位置ずれを規制することができなかったが、この実施の形態では、サポート３０の収容部３１が凹部４１に嵌入されたときには、磁気検出素子１１は、−Ｙ方向側では、凹部４１の内壁面Ａに当接しているので、磁気検出素子１１は、磁気検出素子１１の−Ｙ方向の位置ずれも規制される。
他の効果は、実施の形態１の電流センサと同じである。

なお、この実施の形態１，２では、磁気コア２０に被係止部として溝部２２を形成し、サポート３０の腕部３７をスナップフィット形状とし、弾性的に溝部２２に係止する例を示したが、磁気コア２０に突起部を形成し、腕部３７の先端部にこの突起部に係止する、凹部または穴を形成してもよい。

１０ 端子ピン、１１ 磁気検出素子、１２ バスバー（経路）、１３ プリント基板、２０ 磁気コア、２１ ギャップ部、２２ 溝部（被係止部）３０ サポート、３１ 収容部、３２ 当接部、３３ 突起部（係止部）、３４ 上側凸部、３５ 開口部、３６ 傾斜面、３７ 腕部、３８ 導入穴、４０ 樹脂部材、４１ 凹部。

Claims (3)

1. 被測定電流の経路であるバスバーの周囲を囲み、所定幅のギャップ部を有する、前記バスバーの軸線に対して垂直断面が口の字の磁気コアと、前記ギャップ部に位置する磁気検出素子と、前記磁気コアにかぶせて設けられているとともに前記磁気検出素子を保持するサポートとを備えた電流センサであって、
   前記サポートは、その中間部に形成され前記磁気検出素子を内部空間に収容する収容部と、
   前記サポートの周縁部の内壁部に形成され前記磁気コアの周面に当接する当接部と、
   前記サポートの前記両側にそれぞれ一対前記磁気コア側に延びて形成され、先端部の係止部で磁気コアの両側面に形成された被係止部に係止する腕部と、を備え、
   前記サポートは、前記当接部が前記磁気コアの前記周面と当接し、かつ前記腕部の前記係止部が磁気コアの前記軸線に沿って直線状に形成された被係止部に係止することで、前記磁気コアに対して位置決めされ、
   前記磁気検出素子は、前記収容部の内部空間の壁部に当接して位置ずれが規制された状態で前記ギャップ部の中心部に配置されており、
   前記磁気コアは、前記被係止部を外部に露出しているとともに前記バスバーと樹脂部材を介して一体であり、
   前記腕部は、弾性を有しており、腕部が前記磁気コアの前記被係止部に係止している状態において、前記係止部が磁気コアの被係止部に弾性的に係止していることを特徴とする電流センサ。
2. 前記収容部には、前記経路の軸線方向に沿った方向の前記壁部に前記磁気検出素子を収容部の前記内部空間に挿入する開口部が形成され、かつこの開口部の端面は、内側から外側に向かって拡大した傾斜面であることを特徴とする請求項１に記載の電流センサ。
3. 前記樹脂部材は、前記収容部を嵌入する凹部を有していることを特徴とする請求項１に記載の電流センサ。

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