JP2007178241A - 電流検出機構及びその電流検出機構を構成するための組立方法 - Google Patents

Abstract

【課題】機器内に配線される既存の被測定電流導体の接合部を利用し、最小の部品点数で小型かつ容易に組立可能な電流検出機構を構成すること。
【解決手段】被測定電流導体ピン１０ａと１０ｂは、相互に接合される。被測定電流導体ピン１０ａは、プリント配線基板１６上の被測定電流導体パターン上に実装され、被測定電流導体ピン１０ｂは被測定電流導体線１５に取り付けられている。磁気センサ１４はプリント配線基板１６に実装される。磁性体コア１３は、空隙部１３ａと中央貫通穴１３ｂを備えている。コネクタ部材１１は被測定電流導体ピン１０ｂを収納する。支持部材１２は磁性体コア１３を支持する。支持部材１２の中央部には、被測定電流導体ピン１０ａを貫通する貫通穴１２ｃが設けられている。支持部材１２の貫通穴１２ｃに隣接して立設された突起状の嵌合部１２ａが設けられている。
【選択図】図１

Description

本発明は、電流検出機構及びその電流検出機構を構成するための組立方法に関し、より詳細には、機器内に配線された被測定電流導体に流れる電流を検出するために、既存の配線及びその接合部を利用することで各構成要素をできるだけ少なくして電流検出機構部の小型化を図るとともに、容易に組立を可能にした電流検出機構及びその電流検出機構を構成するための組立方法に関する。

近年、産機インバータ等で用いられてきたインバータのベクトル制御技術が、１９９９年の省エネ法改正以降、エアコン等の家電においても広く用いられるようになってきた。ベクトル制御においては磁極の位置を推定するためにＵＶＷ各相の電流検出が必須となる。電流検出には発熱ロスの少ないホールＣＴ型電流センサが広く用いられている（例えば、特許文献１参照）。

この特許文献１に記載の電流センサは、電流からの磁束を集磁するコアを貫通する被測定電流導体であるバスバーが準備されている。このバスバーは、機器内の被測定電流導体端部に直列に接続されている。

また、例えば、特許文献２に記載の電流センサは、コアに巻いたコイル状の被測定電流導体が装備されており、このコイル状の被測定電流導体の両端がそれぞれ機器内部の被測定電流導体端部に直列に接続されている。

機器内の被測定電流導体のレイアウトは、これら電流センサや、電流センサに装着されるバスバーやコイル状の被測定電流導体の寸法をもとに設計される。

特開２００２−２４３７６８号公報 特開平９−２４３６６７号公報

しかしながら、従来のような電流センサによる被測定電流値の検出では、これら電流センサや電流センサに装着される被測定電流導体の寸法により機器内の被測定電流導体パターンや配置に制約を受け、更に電流センサに内蔵されるコアを貫通する被測定電流導体を準備して取り付ける必要があるため、電流センサの装着に手間がかかり、また、機器内のプリント配線基板の小型化が難しく、さらに配線の引き回しが長くなるために被測定電流導体パターンでの電圧降下が発生してしまうという問題がある。

本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、機器内に配線される既存の被測定電流導体の接合部を利用し、その周辺部に磁気センサと磁性体コア及びこれらの部品の取り付けを容易にする支持部材又はコネクタ部材からなる電流検出機構を構成することで、電流検出部の小型化、小占有面積化を図ると共に、従来一般的に使われていたようないわゆる「電流センサ」とよばれる部品を用いることなく、少ない構成要素により電流検出機構の組立をユーザが容易にできることを可能にした電流検出機構及びその電流検出機構を構成するための組立方法を提供することにある。

本発明は、このような目的を達成するためになされたもので、請求項１に記載の発明は、脱着可能な２つの被測定電流導体の接合部に配置され、該接合部の周囲を取り囲むように少なくとも１つの空隙部を有する磁性体コアと、前記空隙部に配置された磁気センサを備えたことを特徴とする電流検出機構である。

また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記接合部に、前記磁性体コア又は前記被測定電流導体のうちの少なくとも１つを支持する支持部材を配置することを特徴とする。

また、請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の発明において、前記接合部が、コネクタにより構成され、前記被測定電流導体のうちの一方の被測定電流導体を収納する一方のコネクタ部材が、前記被測定電流導体の他方の被測定電流導体と接合されることを特徴とする。

また、請求項４に記載の発明は、請求項１，２又は３に記載の発明において、前記一方のコネクタ部材に嵌合されるように、前記他方の被測定電流導体を収納する他方のコネクタ部材を配置していることを特徴とする。

また、請求項５に記載の発明は、請求項３又は４に記載の発明において、前記一方のコネクタ部材又は前記他方のコネクタ部材のいずれかに前記磁性体コアを支持する機構を備えている。

また、請求項６に記載の発明は、請求項５に記載の発明において、前記磁性体コアを支持する機構が、前記磁性体コアに嵌め合わされる突起状の嵌合部であることを特徴とする。

また、請求項７に記載の発明は、請求項１又は２に記載の発明において、前記接合部が、端子台と圧着端子により構成されていることを特徴とする。

また、請求項８に記載の発明は、請求項２乃至７のいずれかに記載の発明において、前記支持部材が、前記磁性体コアに嵌め合わされる突起状の嵌合部を有していることを特徴とする。

また、請求項９に記載の発明は、請求項１乃至８のいずれかに記載の発明において、前記他方の被測定電流導体の接合部及び前記磁気センサが、被測定電流導体パターンを有するプリント配線基板上に取り付けられていることを特徴とする。

また、請求項１０に記載の発明は、請求項２乃至９のいずれかに記載の発明において、前記支持部材又は前記他方のコネクタ部材が、少なくとも１つ以上の係止部を有し、該係止部により前記プリント配線基板に引っ掛けて取り付けることを特徴とする。

また、請求項１１に記載の発明は、請求項１乃至１０のいずれかに記載の発明において、前記磁気センサが、ホール効果を利用したホール素子であることを特徴とする。

また、請求項１２に記載の発明は、請求項１乃至１１のいずれかに記載の発明において、前記磁気センサが、該磁気センサの信号を増幅する機能を有する半導体集積回路とともに１つのパッケージに収納されていることを特徴とする。

また、請求項１３に記載の発明は、請求項１乃至１２のいずれかに記載の電流検出機構を構成するための組立方法において、前記磁気センサと、前記他方の被測定電流導体の接合部又は前記他方のコネクタ部材を取り付ける第１のステップと、前記２つの被測定電流導体の接合部の周囲を取り囲み、前記空隙部に前記磁気センサが位置するように前記磁性体コアを取り付ける第２のステップと、前記一方の被測定電流導体の接合部又は前記一方のコネクタ部材を取り付ける第３のステップを有することを特徴とする。

また、請求項１４に記載の発明は、請求項１３に記載の発明において、前記第１のステップと前記第２のステップとの間に、前記支持部材を取り付ける中間のステップを有することを特徴とする。

本発明によれば、機器内に配線される既存の被測定電流導体の接合部を利用し、その周辺部に磁気センサと磁性体コア及びこれらの部品の取り付けを容易にする支持部材又はコネクタ部材からなる電流検出機構を構成することで電流検出部の小型化、小占有面積化を図るとともに、少ない構成要素で電流検出機構の組立をユーザが容易にできることを可能にした。また、既存の被測定電流導体の接合部を利用して電流検出機構を構成しているため、機器内部の被測定電流導体のレイアウトに自由度が増し、配線の引き回しを最短にすることが可能になるため、配線の引き回しによる電圧降下を抑えることができる。

特に、被測定電流をプリント配線基板内に実装された電子部品に接続する場合では、導体パターンの抵抗とそこを流れる被測定電流により発生する発熱が大きな問題となり、流すことができる電流値に限界があったが、本方式を用いることにより、被測定電流導体パターン長をゼロまたは最短にすることが可能となり、装置の小型化・省電力化に大きく寄与する。また、プリント配線基板上の他の信号線パターンの配置に自由度が出来、信号線パターンを最短化することにより、ノイズ等の影響が低減でき信頼性を向上させることが可能となる。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。

図１（ａ），（ｂ）は、本発明の電流検出機構の実施例１を説明するための構成図で、図１（ａ）は側面図、図１（ｂ）は、組立斜視図である。
プリント配線基板１６は、被測定電流導体パターンを有する機器内に設けられている。また、被測定電流導体ピン１０ａと１０ｂは、相互に接合されるように構成されている。また、この被測定電流導体ピン１０ａは、プリント配線基板１６上の被測定電流導体パターン上に実装され、被測定電流導体ピン１０ｂは被測定電流導体線１５に取り付けられている。また、磁気センサ１４は、プリント配線基板１６に実装されている。磁性体コア１３は、空隙部１３ａと中央貫通穴１３ｂを備えている。

また、コネクタ部材１１は、被測定電流導体ピン１０ｂを収納している。支持部材１２は、磁性体コア１３を支持するものである。この支持部材１２の中央部には、被測定電流導体ピン１０ａを貫通する貫通穴１２ｃが設けられている。また、この支持部材１２の貫通穴１２ｃに隣接して立設された突起状の嵌合部１２ａが設けられている。

また、磁性体コア１３は、中央貫通穴１３ｂを介して支持部材の嵌合部１２ａにより支持固定される。また、係止部１２ｂは、プリント配線基板１６と支持部材１２を係止するためのものである。

上述の磁気センサ１４は、ホール効果を利用したホール素子であることが望ましい。また、磁性体コア１３の形状は、図示では四角形状をしているが、これに限定されることなくリング状であってもよく、多角形状であってもよい。さらに、飽和磁束密度を増加させるために、角部を円弧形で面取りした形状であることが望ましい。また、磁性体コア１３の材質としては、パーマロイ、フェライト、珪素鋼板、電磁軟鉄などが用いられる。

コネクタや支持部材の材質としては、ＰＢＴ、ＡＢＳ、ジュラコン、ポリエステル、ＰＰＯ、ポリアミド、ＰＰＳ、ナイロン６６などが考えられる。

図３は、実施例１に基づく電流検出機構の組立方法について説明するためのフローチャートを示す図である。
まず、磁気センサ１４及び被測定電流導体ピン１０ａをプリント配線基板１６に半田実装する（ステップ１）。次に、支持部材１２を係止部１２ｂによりプリント配線基板に取り付ける。被測定電流導体ピン１０ａは支持部材１２の貫通穴１２ｃに貫通される（ステップ２）。

次に、磁性体コア１３を支持部材１２に取り付ける。磁性体コア１３は嵌合部１２ａにより支持固定される。磁気センサ１４は、磁性体コア１３の空隙部１３ａに位置するように配置される（ステップ３）。

次に、コネクタ部材１１を磁性体コア１３の中央貫通穴１３ｂに差込み、被測定電流導体ピン１０ａと１０ｂを接合させる（ステップ４）。

支持部材１２が、磁性体コア１３を支持する嵌合部１２ａを有し、被測定電流導体１０ａを既に収納しているコネクタ部材であってもよく、その場合、支持部材１２をプリント配線基板１６に取り付けるステップ２を省略することができる。

図２は、本発明の電流検出機構の実施例２を説明するための組立斜視図で、２つの被測定電流導体の接合を、圧着端子を端子台にねじ止めすることで行なう場合の電流検出機構の組立斜視図である。

プリント配線基板２６は、機器内に設けられており、その上には被測定電流導体パターンを有している。端子台２０は４脚を備えており、プリント配線基板２６上の被測定電流導体パターン上に半田実装されるものである。磁気センサ２４は、端子台２０と同様にプリント配線基板２６上の被測定電流導体パターン上に半田実装されるものである。

支持部材２２は、側部に設けられた係止部２２ｂによりプリント配線基板２６に取り付けられる。その際、端子台２０は支持部材２２の中央に設けられた貫通穴２２ｃに貫通される。また、支持部材２２は、貫通穴２２ｃに隣接して立設された突起状の嵌合部２２ａを備えている。磁性体コア２３は、図１に示した磁性体コアと同様に空隙部２３ａと中央貫通穴２３ｂを備えている。圧着端子２５ａは、端子台２０にネジ２５ｂによりネジ止めするもので、両方の被測定電流導体を接合するように構成されている。

図４は、実施例２に基づく電流検出機構の組立方法について説明するためのフローチャートを示す図である。

まず、磁気センサ２４及び端子台２０をプリント配線基板２６上の配線パターン上に半田実装する（ステップ１）。次に、支持部材２２を係止部２２ｂによりプリント配線基板２６にとりつける。端子台２０は支持部材２２の貫通穴２２ｃに貫通される（ステップ２）。

次に、磁性体コア２３を支持部材２２に取り付ける。磁性体コア２３は、突起状の嵌合部２２ａにより支持固定される。磁気センサ２４は、磁性体コアの空隙部２３ａに位置するように配置される（ステップ３）。

次に、圧着端子２５ａを端子台２０にねじ２５ｂによりねじ止めし、２つの被測定電流導体を接合する（ステップ４）。

本発明の電流検出機構の実施例１を説明するための構成図で、（ａ）は側面図、（ｂ）は、組立斜視図である。 本発明の電流検出機構の実施例２を説明するための組立斜視図である。 実施例１に基づく電流検出機構の組立方法について説明するためのフローチャートを示す図である。 実施例２に基づく電流検出機構の組立方法について説明するためのフローチャートを示す図である。

符号の説明

１０ａ，１０ｂ 被測定電流導体ピン
１１ コネクタ部材
１２，２２ 支持部材
１２ａ，２２ａ 嵌合部
１２ｂ，２２ｂ 係止部
１２ｃ，２２ｃ 貫通穴
１３，２３ 磁性体コア
１３ａ，２３ａ 空隙部
１３ｂ，２３ｂ 中央貫通穴
１４，２４ 磁気センサ
１５ 被測定電流導体線
１６，２６ プリント配線基板
２０ 端子台
２５ａ 圧着端子
２５ｂ ネジ

Claims (14)

1. 脱着可能な２つの被測定電流導体の接合部に配置され、該接合部の周囲を取り囲むように少なくとも１つの空隙部を有する磁性体コアと、前記空隙部に配置された磁気センサを備えたことを特徴とする電流検出機構。
2. 前記接合部に、前記磁性体コア又は前記被測定電流導体のうちの少なくとも１つを支持する支持部材を配置することを特徴とする請求項１に記載の電流検出機構。
3. 前記接合部が、コネクタにより構成され、前記被測定電流導体のうちの一方の被測定電流導体を収納する一方のコネクタ部材が、前記被測定電流導体の他方の被測定電流導体と接合されることを特徴とする請求項１又は２に記載の電流検出機構。
4. 前記一方のコネクタ部材に嵌合されるように、前記他方の被測定電流導体を収納する他方のコネクタ部材を配置していることを特徴とする請求項１，２又は３に記載の電流検出機構。
5. 前記一方のコネクタ部材又は前記他方のコネクタ部材のいずれかに前記磁性体コアを支持する機構を備えていることを特徴とする請求項３又は４に記載の電流検出機構。
6. 前記磁性体コアを支持する機構が、前記磁性体コアに嵌め合わされる突起状の嵌合部であることを特徴とする請求項５に記載の電流検出機構。
7. 前記接合部が、端子台と圧着端子により構成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の電流検出機構。
8. 前記支持部材が、前記磁性体コアに嵌め合わされる突起状の嵌合部を有していることを特徴とする請求項２乃至７のいずれかに記載の電流検出機構。
9. 前記他方の被測定電流導体の接合部及び前記磁気センサが、被測定電流導体パターンを有するプリント配線基板上に取り付けられていることを特徴とする請求項１乃至８のいずれかに記載の電流検出機構。
10. 前記支持部材又は前記他方のコネクタ部材が、少なくとも１つ以上の係止部を有し、該係止部により前記プリント配線基板に引っ掛けて取り付けることを特徴とする請求項２乃至９のいずれかに記載の電流検出機構。
11. 前記磁気センサが、ホール効果を利用したホール素子であることを特徴とする請求項１乃至１０のいずれかに記載の電流検出機構。
12. 前記磁気センサが、該磁気センサの信号を増幅する機能を有する半導体集積回路とともに１つのパッケージに収納されていることを特徴とする請求項１乃至１１のいずれかに記載の電流検出機構。
13. 請求項１乃至１２のいずれかに記載の電流検出機構を構成するための組立方法において、
    前記磁気センサと、前記他方の被測定電流導体の接合部又は前記他方のコネクタ部材を取り付ける第１のステップと、
    前記２つの被測定電流導体の接合部の周囲を取り囲み、前記空隙部に前記磁気センサが位置するように前記磁性体コアを取り付ける第２のステップと、
    前記一方の被測定電流導体の接合部又は前記一方のコネクタ部材を取り付ける第３のステップを有することを特徴とする電流検出機構を構成するための組立方法。
14. 前記第１のステップと前記第２のステップとの間に、前記支持部材を取り付ける中間のステップを有することを特徴とする請求項１３に記載の電流検出機構を構成するための組立方法。
    

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