JP7013222B2

JP7013222B2 - 電流センサ

Info

Publication number: JP7013222B2
Application number: JP2017238463A
Authority: JP
Inventors: 学田村; 稔安部; 敬介中山
Original assignee: Alps Electric Co Ltd; Alps Alpine Co Ltd
Current assignee: Alps Alpine Co Ltd
Priority date: 2017-12-13
Filing date: 2017-12-13
Publication date: 2022-01-31
Anticipated expiration: 2037-12-13
Also published as: JP2019105548A

Description

本発明は、被測定電流によって生じる磁界に基づいて電流値を算出する電流センサに関する。

電流によって生じる磁界に基づいて電流値を算出する電流センサとしては、特許文献１に記載のものが知られている。特許文献１に記載の電流センサは、被測定電流が流れる導体と、被測定電流が発生する誘導磁界を測定する磁気センサとを、蓋を有するケースに収納するものであって、ケースの底部及び蓋部に一体成形により固定された磁気シールドを備えている。

特許文献１の電流センサでは、磁気センサの信号は、基板に実装されたコネクタをケースの側壁に設けられた開口部で露出させ、外部からコネクタを接続することで、外部への出力が可能となっている。この特許文献１における基板側のコネクタは、ケースの側壁と蓋により位置決め固定されている。

一方で、電流センサにおいては、接続される機器の位置関係等の理由により、蓋の上方に接続端子を突出させることが必要な場合がある。この場合、特許文献１のように、ケースの側壁と蓋により接続端子を位置決めすることは困難となる。

特開２０１７－１０２０２２号公報特開２００２－０３９７８８号公報

電流センサにおいて、蓋の上方に接続端子を突出させることが必要な場合、例えば、特許文献２に記載のセンサのように、Ｕ字状又はＪ字状の接続端子をケースに一体成形することが考えられる。

しかしながら、接続端子をケースに一体成形した場合、ケースから突出する接続端子は、ケースと一体に位置決め固定されて自由度が小さくなるので、接続される相手側の機器との接続の際に接続しにくくなるおそれがある。

一方で、接続端子のケースに対する自由度を大きくするために、ケースの強度を下げると、磁気センサを実装する基板と導体とのクリアランスが変動して磁気センサの精度が低下するおそれがある。

本発明は、上記課題を解決するために、電流センサでセンサの出力を接続端子を介して外部に出力するものにおいて、接続端子の位置決め自由度が高く、しかも接続端子に多少の位置変動が生じた場合であっても、センサの精度に影響を与えることのない電流センサを提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の電流センサは、電流が流れるバスバと、前記バスバに流れる電流によって生じる誘導磁界を検出する磁気センサと、前記磁気センサが実装される絶縁性の基板と、前記バスバの一部と前記基板とを収容し、底部、側壁部及び蓋部を有するケースと、前記基板を介して前記磁気センサに接続され、前記磁気センサからの信号を前記ケースの外部に出力可能な接続端子とを備えた電流センサであって、前記接続端子は、前記基板に接続される基板接続部と、前記蓋部の上方に向けて前記ケースの外方に突出する外部接続部と、前記基板接続部と前記外部接続部との間に位置して前記ケースに固定される固定部を備え、前記固定部は、絶縁体で被覆された絶縁保持部を有し、前記絶縁保持部が前記ケースの前記底部に固定されていることを特徴とする。

本発明の電流センサによれば、接続端子は、絶縁保持部がケースの底部に固定されているので、ケースの底部から突出する絶縁保持部と、絶縁保持部から外部に突出する外部接続部の位置決め自由度を高くすることができる。また、外部接続部に被接続機器のコネクタが接続され外部接続部に位置の変動が生じた場合でも、絶縁保持部がケースの底部で保持されているため、基板接続部には影響が及ばない。よって、バスバと磁気センサとの位置関係に変動が生じないので、電流センサの精度を確保することができる。

また、本発明の電流センサにおいては、前記蓋部は、前記磁気センサの位置に合わせて磁気シールドが取り付けられ、前記接続端子を外部に導出する開口を備えており、前記絶縁保持部は、前記開口を介して前記ケースの外部に突出し、前記絶縁保持部と前記開口との間に間隙が設けられていることが好ましい。

当該構成によれば、外部接続部に被接続機器のコネクタが接続され外部接続部に位置の変動が生じた場合でも、絶縁保持部と開口との間に間隙があるため、絶縁保持部が蓋部に当接しない。これにより、蓋部に設けられた磁気シールドと磁気センサの位置関係に変動が生じることがないので、電流センサの検出精度の維持が可能となる。

また、本発明の電流センサにおいては、前記外部接続部を保護し、前記絶縁保持部に着脱自在に装着される保護カバーをさらに備え、前記絶縁保持部は、前記蓋部よりも上方位置で前記保護カバーに当接するストッパを備えていることが好ましい。

当該構成によれば、外部接続部の保護のための保護カバーを装着した際に、保護カバーが絶縁保持部に設けられたストッパに当接する。このストッパは蓋部よりも上方位置で保護カバーに当接するため、保護カバーは蓋部には当接しない。従って、保護カバーを装着した際にも、蓋部に設けられた磁気シールドと磁気センサの位置関係に変動が生じることがないので、電流センサの検出精度の維持が可能となる。

また、本発明の電流センサにおいて、前記絶縁保持部は、前記ケースの外部から前記接続端子に接触可能な露出部を備えていることが好ましい。当該構成によれば、電流センサの検査等で接続端子にテスタのプローブ等を接触させる際に、絶縁保持部に設けられた露出部に接触させることができる。従って、検査の際に保護カバーを取り外す必要がなく、容易に検査を行うことができる。

また、本発明の電流センサにおいて、前記接続端子は、複数並列して設けられており、隣接する前記露出部が千鳥状に配置されていることが好ましい。複数並列して設けられた接続端子の絶縁保持部に露出部を設ける場合、露出部を併設すると隣り合う露出部間の距離が狭くなるので、当該部分に亀裂等が生じるおそれがある。この露出部を千鳥状に配置することにより、露出部間の距離を大きくすることができるので、絶縁保持部の強度を確保することができる。

本発明によれば、電流センサでセンサの出力を接続端子を介して外部に出力するものにおいて、接続端子の位置決め自由度が高く、しかも接続端子に多少の位置変動が生じた場合であっても、センサの精度に影響を与えることのない電流センサを提供することができる。

本発明の実施形態の一例である電流センサの外観を示す斜視図。図１の電流センサの一部分解図。図１の電流センサのＩＩＩ－ＩＩＩ線断面図。（Ａ）及び（Ｂ）は図１の電流センサに用いられている端子ユニットの斜視図。

次に、本発明の実施形態の一例である電流センサについて、図１～図４を参照して説明する。本実施形態の電流センサは、例えばハイブリッド車両や電気自動車に用いられる制御装置等の大電流を必要とする機器に用いることができるセンサである。

図１は、本実施形態の電流センサの外観を示す斜視図である。図２は、電流センサの蓋部、蓋部磁気シールド、及び基板を分解した状態を示す斜視図である。図３は、端子ユニット、ケース、及び基板の状態を示す図１のＩＩＩ－ＩＩＩ線断面図である。図４は、電流センサに用いられている端子ユニットの斜視図である。

本実施形態の電流センサ１は、図１に示すように、幅方向（図１におけるＸ方向）に並列に設けられ、長手方向（図１におけるＹ方向）に延びる３本のバスバ２と、このバスバ２の一部を収容するケース１０と、ケース１０から上方（図１におけるＺ方向）に延びる端子ユニット２０を備えている。端子ユニット２０には、合成樹脂製の透明な保護カバー３が着脱自在に装着されている。

図１～図３に示すように、電流センサ１のケース１０は、蓋部１１と、側壁部１２と、底部１３とを有している。ケース１０の底部１３と側壁部１２は、一体に形成され、内部に絶縁性の基板３０等を収納している。

蓋部１１は、ケース１０の側壁部１２の上端縁に載置されてビス１１ａにより側壁部１２に固定されている。蓋部１１には、端子ユニット２０をケース１０の外部に導出する蓋部開口１１ｂが形成されている。また、蓋部１１には、蓋部磁気シールド１１ｃが一体成形で取り付けられている。なお、図２においては、蓋部磁気シールド１１ｃを蓋部１１から分離した状態を表している。

側壁部１２は、底部１３の周囲を所定の高さで囲むように形成され、内部に基板３０等を収容している。また、側壁部１２には、端子ユニット２０が装着される位置に、端子ユニット２０の一部が外部に露出するように、側壁開口１２ａが形成されている。

底部１３には、蓋部１１と同様に底部磁気シールド（図示省略）が一体成形により固定されている。また、底部１３には、バスバ２の一部が一体成形されている。このように、底部１３には、バスバ２と底部磁気シールドが一体成形されているので、両者の位置関係が保持されるため、電流センサ１の精度が安定したものとなる。

図２及び図３に示すように、ケース１０の内部には基板３０が収納されており、基板３０の表面には磁気センサ３１が実装されている。この磁気センサ３１は、バスバ２に流れる電流によって生じる誘導磁界を検出するセンサである。

基板３０には、後述する端子ユニット２０の基板接続部２３が接続されるスルーホール３２が接続端子２１の数と同数設けられている。図３に示すように、このスルーホール３２には、端子ユニット２０の基板接続部２３が挿入され、ハンダ付けされている。

端子ユニット２０は、図３に示すように、大略J字状に曲げ加工された金属製の板状部材である接続端子２１と、接続端子２１のケース１０に収容される部分に設けられた絶縁体である合成樹脂製の絶縁保持部２２とから形成されている。

接続端子２１は、基板３０に接続される基板接続部２３と、蓋部１１の上方に向けて外方に突出している外部接続部２４と、基板接続部２３及び外部接続部２４との間に設けられてケース１０に固定される固定部２５とを有している。接続端子２１は、磁気センサ３１からの信号をケース１０の外部に出力可能である。また、接続端子２１の固定部２５は、絶縁保持部２２によって被覆されている。

本実施形態の電流センサ１では、端子ユニット２０は、予め専用の射出成形金型（図示省略）によって、複数並列に配置された接続端子２１の周囲に絶縁保持部２２が一体成形されている。この絶縁保持部２２は、ケース１０の底部１３に固定される埋設部２６と、埋設部２６から上方に起立する起立部２７とを備えている。

絶縁保持部２２の起立部２７には、図４（Ｂ）に示すように、上方位置に幅方向に延びるストッパ２８が形成されている。このストッパ２８は、保護カバー３の下端部が当接する部分であり、図３に示すように、蓋部１１の表面より上方位置に形成されている。

これにより、外部接続部２４の保護のための保護カバー３を装着した際に、保護カバー３の下端部が絶縁保持部２２に設けられたストッパ２８に当接する。ストッパ２８は蓋部１１の表面より上方位置に設けられているので、保護カバー３を装着した場合であっても蓋部１１に当接しないようになっている。

また、図３に示すように、蓋部１１に設けられた蓋部開口１１ｂと起立部２７との間には間隙Ｇが形成されている。これにより、外部接続部２４或いは起立部２７に外部から力が加わった場合であっても、起立部２７が蓋部１１に当接しないようになっている。

絶縁保持部２２の起立部２７には、各接続端子２１の導通面が外部に露出するように露出部２９が形成されている。この露出部２９は、図４（Ｂ）に示すように、隣接する接続端子２１の露出部２９とはＺ方向に位置を変えて千鳥状に配置されている。

このように、露出部２９を千鳥状に配置することにより、Ｚ方向に高さをそろえて一列に並べる場合に比べて各露出部２９の間の距離を長く取ることができる。これにより、絶縁保持部２２の強度を確保することができる。

また、図４（Ａ）及び（Ｂ）に示す絶縁保持部２２の埋設部２６の側縁部分には、ケース１０を形成する樹脂と一体となって両者の結合を強化するための凹凸部２６ａが形成されている。

本実施形態の電流センサ１では、端子ユニット２０がケース１０の底部１３及び側壁部１２と一体に射出成形されている。ケース１０の底部１３には、端子ユニット２０の絶縁保持部２２の埋設部２６が埋め込まれており、埋設部２６に設けられた凹凸部２６ａによって、ケース１０の底部１３と絶縁保持部２２の埋設部２６との結合が強固なものとなっている。

また、図３に示すように、本実施形態の電流センサ１では、接続端子２１の基板接続部２３が、基板３０の裏面側からスルーホール３２に挿入されてハンダ付けがなされている。基板３０の表面にはスルーホール３２から磁気センサ３１にかけて回路パターン（図示省略）が形成されている。よって、接続端子２１は、基板３０を介して磁気センサ３１に電気的に接続される。

また、基板接続部２３と連続する固定部２５は、絶縁保持部２２により覆われており、絶縁保持部２２の埋設部２６はケース１０の底部１３に一体に成形されている。また、端子ユニット２０がＪ字状に形成されており、接続端子２１の基板接続部２３が、基板３０の裏面側からスルーホール３２に接続されている。

当該構成により、電流センサ１を他のユニットに接続する際に、外部接続部２４や絶縁保持部２２の起立部２７に外部から力が加わった場合であっても、絶縁保持部２２の埋設部２６及びケース１０の底部１３で強固に保持されているので、埋設部２６から先の基板接続部２３には外部からの影響が及ばない。従って、基板３０上に実装された磁気センサ３１とバスバ２との位置関係に変動が生じないため、電流センサ１の精度を確保することができる。

また、本実施形態の電流センサ１は、側壁開口１２ａによって、絶縁保持部２２の起立部２７が外部に露出しており、起立部２７に設けられた露出部２９によって接続端子２１の金属部分が外部に露出している。このため、本実施形態の電流センサ１の検査を行う際に、検査機器のプローブ（図示省略）が、露出部２９を介して接続端子２１に接触可能となる。従って、検査の際に、保護カバー３を取り外して外部接続部２４を露出させる必要がないため、検査の作業を容易にすることができると共に、接続端子２１に対する不要な干渉を防止することができる。

また、本実施形態においては、保護カバー３は透明の樹脂製であるため、外部接続部２４の形状が外部から視認可能である。よって、電流センサ１を他のユニットに取り付ける際にも、保護カバー３を取り外すことなく、接続可能かどうかの確認を行うことができる。

本実施形態の電流センサ１を、例えばハイブリッド車両の制御装置に用いる場合、端子ユニット２０の外部接続部２４に制御装置の他のユニットのコネクタ（図示省略）が接続される。本実施形態の電流センサ１に他のユニットを接続する場合、端子ユニット２０の外部接続部２４や絶縁保持部２２に外部から力が加わり、位置の変動が生じる場合がある。

この場合、蓋部１１には蓋部開口１１ｂが形成されており、絶縁保持部２２の起立部２７と蓋部開口１１ｂの縁部との間に間隙Ｇが形成されているため、端子ユニット２０の外部接続部２４や絶縁保持部２２の位置が変動した場合であっても、その変動による影響が蓋部１１には及ばない。従って、蓋部１１に設けられている蓋部磁気シールド１１ｃと磁気センサ３１との位置関係にも影響がないため、電流センサ１の精度を確保することができる。

なお、上記実施形態においては、絶縁保持部２２の埋設部２６をケース１０の底部１３に埋め込んでいるが、これに限らず、起立部２７の一部をケース１０の側壁部１２に埋め込むように固定してもよい。また、端子ユニット２０の外部接続部２４を蓋部１１の蓋部開口１１ｂから外方に突出させているが、蓋部１１に開口を設けることなく側壁部１２から外方に突出させてもよい。

また、上記実施形態では、ケース１０の側壁部１２に矩形状の側壁開口１２ａを設けることにより、絶縁保持部２２の露出部２９を露出させているが、これに限らず、側壁部１２に外部からプローブ等を差し込めるような孔を設けるようにしてもよい。

１…電流センサ
２…バスバ
３…保護カバー
１０…ケース
１１…蓋部
１１ｂ…蓋部開口
１１ｃ…蓋部磁気シールド
１２…側壁部
１３…底部
２０…端子ユニット
２１…接続端子
２２…絶縁保持部
２３…基板接続部
２４…外部接続部
２５…固定部
２６…埋設部
２６ａ…凹凸部
２７…起立部
２８…ストッパ
２９…露出部
３０…基板
３１…磁気センサ

Claims

電流が流れるバスバと、
前記バスバに流れる電流によって生じる誘導磁界を検出する磁気センサと、
前記磁気センサが実装される絶縁性の基板と、
底部、前記底部の周囲を囲むように形成された側壁部および前記底部と前記側壁部とにより形成された空間を覆うように配置された蓋部を有し、前記空間に前記バスバの一部と前記基板とを収容可能なケースと、
前記基板を介して前記磁気センサに接続され、前記磁気センサからの信号を前記ケースの外部に出力可能な接続端子とを備えた電流センサであって、
前記接続端子は、前記基板に接続される基板接続部と、前記蓋部の上方に向けて前記ケースの外方に突出する外部接続部と、前記基板接続部と前記外部接続部との間に位置して前記ケースに固定される固定部を備え、
前記固定部は、絶縁体で被覆された絶縁保持部を有し、前記絶縁保持部において前記ケースの前記底部に対してのみ固定されていることを特徴とする電流センサ。
前記蓋部は、前記磁気センサの位置に合わせて磁気シールドが取り付けられ、前記接続端子を外部に導出する開口を備えており、
前記絶縁保持部は、前記開口を介して前記ケースの外部に突出し、
前記絶縁保持部と前記開口との間に間隙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。
前記外部接続部を保護し、前記絶縁保持部に着脱自在に装着される保護カバーをさらに備え、
前記絶縁保持部は、前記蓋部よりも上方位置で前記保護カバーに当接するストッパを備えていることを特徴とする請求項２に記載の電流センサ。
前記絶縁保持部は、前記ケースの外部から前記接続端子に接触可能な露出部を備えていることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の電流センサ。
前記接続端子は、複数並列して設けられており、隣接する前記露出部が千鳥状に配置されていることを特徴とする請求項４に記載の電流センサ。