JP2004101384A

JP2004101384A - 電流検出装置

Info

Publication number: JP2004101384A
Application number: JP2002264501A
Authority: JP
Inventors: Shinichi Tamura; 田村　真一
Original assignee: Yazaki Corp
Current assignee: Yazaki Corp
Priority date: 2002-09-10
Filing date: 2002-09-10
Publication date: 2004-04-02

Abstract

【課題】周囲温度の変化によるコアのギャップ寸法への影響を低減して電流を高精度に検出（即ち、測定）できるようにした電流検出装置（２０）を提供すること。
【解決手段】磁性金属製のコア（２１）は非磁性金属製のホルダ（２２）に保持される。当該ホルダ（２２）は、コア（２１）と合成樹脂製のケース（２３）の取付面（２３ｃ）との間に介在されるように、ケース（２３）に固定される。
【選択図】　　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電流検出装置に関し、より詳細には、電流測定対象である導体（例えば、電線、等）を切断することなく当該導体に流れる電流の大きさを検出（測定）することができる電流検出装置のコア固定構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の電流検出装置には、環状のコアをインサート成形により合成樹脂製のケースと一体成形して固定した構造のものや、合成樹脂製のケース内に合成樹脂製モールド材を充填して該コアをケースに固定した構造のもの、等がある。当該コアは、ケイ素鋼板等の磁性金属で形成されており、その環状本体にはギャップが設けられ、当該ギャップ内には磁電変換素子が配設される。このような従来の電流検出装置においては、コアの材料である金属の熱膨張係数よりも、コアをケースに固定するための部材（即ち、モールド材やケースの一部分）の材料である合成樹脂の熱膨張係数の方が、著しく大きくなっている。よって、電流検出装置の周囲温度の変化による寸法変化は、コアよりも該コアをケースに固定するための樹脂部材の方が大きくなる。それ故、これらの熱膨張係数の差によって（換言すれば、寸法変化の差によって）コアに大きな応力が作用するため、コアのギャップ寸法に変化（即ち、ギャップを画成するコアの端面間の距離に変化）が生じる。
【０００３】
ギャップ寸法の変化は、ギャップを通過する磁束密度に変化をもたらし、例えば電流測定対象の導体に流れる電流が同一であるにも係わらず、周囲温度の変化によって磁電変換素子の出力信号が変化する、いわゆる温度ドリフトが生じ、電流検出精度（換言すれば、電流測定精度）に多大な影響を与える。
【０００４】
そこでコアと該コアをケースに固定するための樹脂部材との熱膨張係数の差に配慮した電流検出装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。図６は、特許文献１で開示されている電流検出装置の分解斜視図である。図６では、コア１２のギャップ１２ａ近傍の部分だけに合成樹脂製の取付部１５が一体成形され、該取付部１５がネジ１６によって合成樹脂製のケース１３に固定された電流検出装置１０が示されている。即ち、電流検出装置１０は、取付部１５を用いることでコア１２と一体化される合成樹脂の総量を減少させ、周囲温度の変化によるコア１２のギャップ１２ａへの影響を少なくして、電流測定精度の向上を図ったものである。
【０００５】
【特許文献１】
実開平６−８６０８０号公報（第４−７頁、第１図）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、取付部１５を用いることで合成樹脂の総量は減少しているものの、電流測定精度に直接影響するギャップ１２ａ近傍のコア１２の部分が、依然として合成樹脂製の取付部１５と一体化されているため、温度変化による取付部１５の寸法変化がギャップ１２ａの寸法に直接影響を与えてしまう。それ故、電流測定精度を向上させる観点から、更なる改善の余地があった。
【０００７】
本発明は、前述した課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、周囲温度の変化によるコアのギャップ寸法への影響を低減して電流を高精度に検出（即ち、測定）できるようにした電流検出装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
前述した目的を達成するために、本発明の電流検出装置は、請求項１に記載したように、
磁性金属製の環状本体の一部を切欠くようにギャップが設けられたコアと、
前記コアの磁束密度を検出し且つ電気信号に変換するために、前記ギャップに配置された磁電変換素子と、
前記コアに取付けられ、該コアを保持するホルダと、
前記ホルダが取付けられた前記コアを収容する合成樹脂製のケースと、
を備える電流検出装置であって、
前記ホルダが非磁性金属製であり、
前記コアと前記ケースの取付面との間に前記ホルダが介在されるように、前記ホルダが前記ケースに固定されていることを特徴としている。
【０００９】
請求項１に記載の発明によれば、磁性金属製のコアを非磁性金属製のホルダに保持させ、コアと合成樹脂製のケースの取付面との間にホルダが介在するようにホルダをケースに固定しているので、周囲温度の変化によるケースの寸法変化がコアに与える影響を低減することができる。よって、周囲温度の変化によるコアのギャップの寸法変化が低減される。また、ホルダは非磁性金属製であり、磁性金属製のコアに磁気的な影響を与えずに済むので、電流検出装置の電流検出精度に影響を与えない。
【００１０】
また、コアおよびホルダが共に金属製であることから、双方の熱膨張係数の差は、金属と合成樹脂との熱膨張係数の差と比較して、極めて小さい。従って、周囲温度の変化によるコアのキャップの寸法変化は、概ねコア自体の膨張（または収縮）によるものだけとなり、従来の電流検出装置と比較して大幅に低減することができる。従って、電流を高精度に検出（即ち、測定）可能な電流検出装置を提供することができる。
【００１１】
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の実施の形態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。
【００１２】
【発明の実施の形態】
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は本発明に係る電流検出装置の実施形態の分解斜視図、図２は組立前のコアおよびホルダの斜視図、そして図３は電流検出装置の縦断面図である。
【００１３】
図１〜図３に示されるように、本発明の電流検出装置２０は、コア２１と、ホルダ２２と、ケース２３と、固定手段２４と、磁電変換素子２９と、を備えている。コア２１は、磁性金属製の環状本体２１ａを有し、そして当該環状本体２１ａの一部を切欠く（即ち、切断する）ようにギャップ２１ｂが設けられている。コア２１の環状本体２１ａを形成する磁性金属材料の例としては、ケイ素鋼板、鉄、等が挙げられる。本実施形態では環状本体２１ａの材料にケイ素鋼板を用いた。ケイ素鋼板の熱膨張係数α１は、略１１．２×１０^−６／Ｋである。ギャップ２１ｂ内、即ち、ギャップ２１ｂを画成する環状本体２１ａの端面間には、磁電変換素子２９が配置される。磁電変換素子２９は、コア２１のギャップ２１ｂを通過する磁束密度を検出し、該検出した磁束密度をその磁束密度の強さに応じた電気信号に変換して出力する。磁電変換素子２９の例としては、ホール素子、ホールＩＣ、等が挙げられる。
【００１４】
ホルダ２２は、コア２１に取付けられ、該コア２１を保持するためのものであって、例えば、アルミニウム、オーステナイト系ステンレス鋼（例えば、ＳＵＳ３０４）、等の非磁性金属材料を成形して形成されている。ただし、アルミニウムは、オーステナイト系ステンレス鋼と比較して安価であるため、コスト面を考慮するとホルダ２２の材料として有利である。尚、アルミニウムの熱膨張係数α２は、略２３．７×１０^−６／Ｋであり、またオーステナイト系ステンレス鋼の熱膨張係数α３は、略１６．３×１０^−６／Ｋである。
【００１５】
図２に示されるように、ホルダ２２は、矩形金属板から成る環状本体２２ａを有し、該環状本体２２ａから、３対の把持腕２２ｂが、垂直に立ち上げられて形成されている。夫々の把持腕２２ｂは、互いに対向して配設された一対の把持腕から構成され、各一対の把持腕２２ｂの間隔は、コア２１の環状本体２１ａの幅寸法と略同じ距離に設定されている。そして、図１に示されるように、夫々の把持腕２２ｂでコア２１の環状本体２１ａを挟持するようにホルダ２２の環状本体２２ａ上にコア２１を配置した後、コア２１の環状本体２１ａを抱え込むように夫々の把持腕２２ｂの先端を略９０°折り曲げて、ホルダ２２がコア２１に取付けられる。尚、ホルダ２２の環状本体２２ａの四隅には、固定手段２４の一部を構成する取付孔２２ｄが設けられている。
【００１６】
図１に示されるように、ケース２３は、ホルダ２２が取付けられたコア２１を収容するためのものであって、合成樹脂を射出成形して、例えば一面が開放された有底箱状に形成されている。ケース２３には、コア２１の中空部（中央孔）２１ｃおよびホルダ２２の中空部（中央孔）２２ｃに嵌め込まれる筒状部２３ａが設けられ、該筒状部２３ａ内に電流測定対象である導体（例えば、電線、等）Ｃを挿通させることによって、該導体Ｃがコア２１の中空部２１ｃ内に挿通されるようになっている。
【００１７】
また、ホルダ２２が取付けられるケース２３の取付面２３ｃには、ホルダ２２の取付孔２２ｄに対応する位置に、固定手段２４の一部を構成する４本のピン２３ｂが突設されている。図３にも示されるように、ピン２３ｂの基部は、取付孔２２ｄの寸法より大きな外径寸法を有し、ピン２３ｂを取付孔２２ｄに挿入しながらホルダ２２をケース２３内に収容したとき、ホルダ２２の底面がピン２３ｂの基部上面に当接して、ホルダ２２の底面とケース２３の取付面２３ｃとの間に空間が形成されるようになっている。尚、このようにホルダ２２とケース２３との接触面積を極力少なくするようにホルダ２２の底面とケース２３の取付面２３ｃとの間に空間を形成することは周囲温度によるケース２３の膨張（または収縮）による影響を低減する上で望ましいが、前述のような基部をピン２３ｂに設けず、ホルダ２２の底面とケース２３の取付面２３ｃを接触させてもよい。ケース２３の側壁２３ｆには、磁電変換素子２９からの電気信号を外部に取り出すためのコネクタ部２３ｅが形成されており、そして３本のＬ字形のターミナル２５がケース２３の内側から側壁２３ｆを貫通し、それらの先端がコネクタ部２３ｅ内に配設されている。
【００１８】
ケース２３を構成する合成樹脂材料は、特に限定しないが、例えばＡＢＳ樹脂を用いた場合、その熱膨張係数α４は、略７〜１０×１０^−５／Ｋである。当該熱膨張係数α４は、コア２１の材料であるケイ素鋼板の熱膨張係数α１、ホルダ２２の材料であるアルミニウムの熱膨張係数α２またはオーステナイト系ステンレス鋼の熱膨張係数α３と比較して一桁大きな値を有している。
【００１９】
図１〜図３に示されるように、電流検出装置２０の組立は、次のように行なわれる。即ち、ホルダ２２の３対の把持腕２２ｂでコア２１の環状本体２１ａを挟持するようにホルダ２２の環状本体２２ａ上にコア２１を配置した後、コア２１を抱え込むように夫々の把持腕２２ｂの先端を略９０°折り曲げ、コア２１をホルダ２２に保持させる。次いで、ホルダ２２の取付孔２２ｄに、それぞれケース２３のピン２３ｂを挿入させながら、ホルダ２２をケース２３内に収容する。このとき、ピン２３ｂの基部上面にホルダ２２の底面が当接して位置決めが行なわれる。そしてピン２３ｂの先端を加熱溶融させ、熱溶着によってホルダ２２をケース２３に固定する。次に、コア２１のギャップ２１ｂ内に磁電変換素子２９が配置されるように、ケース２３内にある３本のターミナル２５の基端を、回路基板２６に形成された導通孔２６ａに挿入してハンダ付けし、磁電変換素子２９の３本の出力端子がハンダ付けにより固定されている回路基板２６をケース２３に取付ける。
【００２０】
尚、上述した実施形態においては、固定手段２４として、取付孔２２ｄにピン２３ｂを挿入し、ピン２３ｂを溶融させて熱溶着するものを用いたが、ホルダ２２をケース２３にネジ止めしてもよく、また接着剤で接着するようにしてもよい。
【００２１】
次に、本実施形態の作用を説明する。例えば電気回路に流れる電流の大きさを測定する場合、先ず、電流測定対象となる電気回路の導体Ｃをケース２３の筒状部２３ａ内に挿通させて、該導体Ｃがコア２１の中空部２１ｃ内に配置されるようにする。導体Ｃの周囲には電流の大きさに比例した磁界が発生し、当該磁界の影響をコア２１が受ける。磁電変換素子２９は、コア２１のギャップ２１ｂを通過する磁束密度を検出し且つ当該磁束密度の大きさに略比例した電圧（即ち、電気信号）を出力する。当該電気信号は、コネクタ部２３ｅ内のターミナル２５を介して電流検出装置２０から外部の測定装置（不図示）へ送信され、導体Ｃに流れる電流値や電流波形が当該測定装置により表示される。尚、ホルダ２２は非磁性金属製であり、磁性金属製のコア２１に磁気的な影響を与えずに済むので、電流検出装置２０の電流検出精度には影響しない。
【００２２】
電流検出装置２０の周囲温度が変化すると、大きな熱膨張係数α４を有する合成樹脂製のケース２３は、膨張（または収縮）して寸法を大きく変化させる。しかしながら、コア２１とケース２３の取付面２３ｃとの間にはコア２１とケース２３の取付面２３ｃとを非接触状態にするように金属製のホルダ２２が介在するので、ケース２３の寸法変化がコア２１に与える影響を低減することができる。よって、周囲温度の変化によるコア２１のギャップ２１ｂの寸法変化が低減される。尚、ケース２３の膨張（または収縮）による直接的な影響を避ける目的でコア２１とケース２３が完全に非接触状態となるようにすることが望ましい。
【００２３】
また、周囲温度の変化により、ホルダ２２自体も膨張（または収縮）して寸法を変化させるが、コア２１の熱膨張係数とホルダ２２の熱膨張係数との差は、コア２１の熱膨張係数とケース２３の熱膨張係数との差と比較して、著しく小さいため、ホルダ２２の寸法変化がコア２１に与える影響は極めて小さい。従って、周囲温度の変化によるコア２１のキャップ２１ｂの寸法変化は、概ねコア２１自体の膨張（または収縮）による変化分だけとなり、従来の電流検出装置と比較してキャップの寸法変化を大幅に低減することができる。従って、周囲温度の変化による影響が低減されるので、電流を高精度に検出（即ち、測定）することができる。
【００２４】
次に、電流検出装置の変形例を図４および図５を参照して説明する。図４は変形例のホルダの斜視図、そして図５は変形例の電流検出装置の縦断面図である。尚、以下の説明において、既に図１〜図３で説明した電流検出装置２０と同一の構成要素については、同一符号を付して説明を簡略化または省略する。
【００２５】
図４に示されるように、電流検出装置３０に用いられる非磁性金属製のホルダ３２は、本体３２ａの一端がクランク状に折り曲げられて取付部３２ｂが形成されている。取付部３２ｂには、取付孔３２ｃが設けられている。
【００２６】
図５に示されるように、電流検出装置３０は、以下のように組立られる。ホルダ３２の本体３２ａ上にコア２１を配置し、そして把持腕２２ｂの先端を略９０°折り曲げて、コア２１をホルダ３２に保持させる。コア２１が取付けられたホルダ３２は、その取付部３２ｂを合成樹脂製のケース２８内に形成された取付凸部２３ｇに当接させた状態でケース２８内に収容される。次に、コア２１のギャップ２１ｂ内に磁電変換素子２９が配置されるように、回路基板２６を取付部３２ｂ上に載せ、回路基板２６のネジ穴、取付部３２ｂの取付孔３２ｃおよび取付凸部２３ｇのネジ穴にネジ３３を挿入して、該ネジ３３で回路基板２６およびホルダ３２をケース２８に共締めして固定し、且つ３本のターミナル２５を回路基板２６にハンダ付けする。
【００２７】
この変形例においては、回路基板２６およびホルダ３２を、ネジ３３で共締めするようにしたので、電流検出装置３０の組立が容易となる。
【００２８】
尚、本発明は、前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、前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。
【００２９】
【発明の効果】
以上、説明したように、本発明によれば、磁性金属製のコアを非磁性金属製のホルダに保持させ、コアと合成樹脂製のケースの取付面との間にホルダが介在するようにホルダをケースの取付面に固定しているので、周囲温度の変化によるケースの寸法変化がコアに与える影響を低減することができる。よって、周囲温度の変化によるコアのギャップの寸法変化が低減される。また、ホルダは非磁性金属製であり、磁性金属製のコアに磁気的な影響を与えずに済むので、電流検出装置の電流検出精度に影響を与えない。
【００３０】
また、コアおよびホルダが共に金属製であることから、双方の熱膨張係数の差は、金属と合成樹脂との熱膨張係数の差と比較して、極めて小さい。従って、周囲温度の変化によるコアのキャップの寸法変化は、概ねコア自体の膨張（または収縮）によるものだけとなり、従来の電流検出装置と比較して大幅に低減することができる。従って、電流を高精度に検出（即ち、測定）可能な電流検出装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る電流検出装置の実施形態の分解斜視図である。
【図２】組立前のコアおよびホルダの斜視図である。
【図３】電流検出装置の縦断面図である。
【図４】電流検出装置の変形例に係るホルダの斜視図である。
【図５】電流検出装置の変形例の縦断面図である。
【図６】従来の電流検出装置の分解斜視図である。
【符号の説明】
２０　　電流検出装置
２１　　コア
２１ａ　本体
２１ｂ　ギャップ
２１ｃ　中空部
２２　　ホルダ
２２ｄ　取付孔（固定手段）
２３　　ケース
２３ｂ　ピン（固定手段）
２３ｃ　取付面
２４　　固定手段
２９　　磁電変換素子
Ｃ　　　導体

Claims

磁性金属製の環状本体の一部を切欠くようにギャップが設けられたコアと、
前記コアの磁束密度を検出し且つ電気信号に変換するために、前記ギャップに配置された磁電変換素子と、
前記コアに取付けられ、該コアを保持するホルダと、
前記ホルダが取付けられた前記コアを収容する合成樹脂製のケースと、
を備える電流検出装置であって、
前記ホルダが非磁性金属製であり、
前記コアと前記ケースの取付面との間に前記ホルダが介在されるように、前記ホルダが前記ケースに固定されていることを特徴とする電流検出装置。