JP2008020404A

JP2008020404A - 電流検出機構及びその組付方法

Info

Publication number: JP2008020404A
Application number: JP2006194319A
Authority: JP
Inventors: Kenji Kuriyama; 憲治栗山; Kenji Suzuki; 健治鈴木
Original assignee: Asahi Kasei Electronics Co Ltd
Current assignee: Asahi Kasei Electronics Co Ltd
Priority date: 2006-07-14
Filing date: 2006-07-14
Publication date: 2008-01-31

Abstract

【課題】電流検出部での発熱ロスを無くし、プリント配線基板上の被測定電流パターン周囲に、電流検出機構を容易に配置することができ、かつ、小型・小占有面積化を実現すること。
【解決手段】磁気センサ１と保持部材２と磁性体コア３を構成部品とし、磁気センサ１をプリント配線基板４に実装するステップと、保持部材２をプリント配線基板４に組み付けるステップと、磁性体コア３を保持部材２に組み付けるステップというわずか３つのステップで電流検出機構を完成させる。磁性体コア３は、少なくとも１つの空隙部を有し、被測定電流配線パターン５の断面を取り囲むように配置する。磁気センサ１は、プリント配線基板４に実装し、更に磁性体コア３の空隙部内に配置する。保持部材２は、プリント配線基板４と磁性体コア３の間に配置して、それぞれの部品を保持固定する。
【選択図】図２

Description

本発明は、電流検出機構及びその組付方法に関し、より詳細には、プリント配線基板の被測定電流配線パターンに流れる電流を検出するために、既存のプリント配線基板上の被測定電流配線パターンの周囲に電流検出機構を配置し、各構成要素をできるだけ少なくして電流検出機構の小型化を図るとともに、容易に組み付けを可能にした電流検出機構及びその組付方法に関する。

１９９９年の省エネ法改正以降、産機インバータのベクトル制御技術が、エアコン等の家電インバータに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、磁極位置を推定するために、ＵＶＷ各相の電流検出が必要であり、そのために電流検出器が採用されてきた。この電流検出器としては、従来からシャント抵抗器やホールＣＴ（例えば、特許文献１参照）が主に使用されている。

この特許文献１に記載の電流検出装置は、例えば、自動車のバッテリーの負荷電流を電路に非接触の状態で検出する電流検出装置に関するもので、電路の周囲を取り囲む強磁性体で形成されたコアと、このコアに設けられたギャップ中に設置されるホール素子から構成されるものである。この電流検出装置は、少なくとも上面が開放されたケースと、フェライトや珪素鋼板により長方形の略ロ字状に形成されたコアと、基板に搭載したホール素子等の磁電変換素子と、基板上に搭載される磁電変換素子の調整及び出力の増幅のための回路素子と、電路となるバスバーとから構成されている。

特開２００２−２４３７６８号公報

しかしながら、従来のようにシャント抵抗器を用いると、電流検出部での発熱ロスが発生してしまうという問題がある。これに対して、ホールＣＴを用いると、電流検出部での発熱ロスはほとんど発生しない。従来のホールＣＴ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。

しかしながら、従来のホールＣＴによる被測定電流値の検出では、これらホールＣＴやホールＣＴ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、更にホールＣＴ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いという問題があった。

本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、その目的とすることころは、プリント配線基板の被測定電流配線パターンを利用し、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保持部材からなり、電流検出機構の小型化、小占有面積化を図るとともに、従来一般的に使われていたようなホールＣＴ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付をユーザーが容易にできるようにした電流検出機構及びその組付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、プリント配線基板上に設けられた被測定電流配線パターンに流れる電流を検出するように構成された電流検出機構において、前記被測定電流配線パターンに流れる電流により発生する磁束を集磁するとともに、少なくとも１つの空隙部を有し、前記被測定電流配線パターンの断面を取り囲むように配置されている磁性体コアと、該磁性体コアにより集磁した磁束を検出するとともに、前記プリント配線基板に実装され、前記磁性体コアの前記空隙部内に配置されている磁気センサと、前記プリント配線基板と前記磁性体コアの間に配置され、前記プリント配線基板と前記磁性体コアとを保持固定する保持部材とを備えたことを特徴とする。

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、前記プリント配線基板に少なくとも一つの凹部又は穴を設け、前記保持部材の前記プリント配線基板と接する内側表面に少なくとも一つの凸部を設け、前記プリント配線基板の凹部又は穴と前記保持部材の凸部とを嵌合することで、前記保持部材を前記プリント配線基板に保持固定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、前記磁性体コアの内側表面に少なくとも一つの凹部を設け、前記保持部材の前記磁性体コアと接する外側表面に少なくとも一つの凸部を設け、前記磁性体コアの凹部と前記保持部材の凸部とを嵌合することで、前記磁性体コアを前記保持部材に保持固定す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、前記保持部材の外側端部に前記磁性体コアをガイドするガイド部材を設けたことを特徴とする。

また、請求項５に記載の発明は、請求項１乃至４のいずれかに記載の発明において、前記保持部材の前記磁性体コアと接する外側表面に少なくとも一つの係止部を設け、前記保持部材に前記磁性体コアを嵌め込むことにより、前記磁性体コアと前記保持部材とを保持固定することを特徴とする。

また、請求項６に記載の発明は、請求項１乃至５のいずれかに記載の発明において、前記磁気センサは、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７に記載の発明は、請求項１乃至６のいずれかに記載の電流検出機構の組付方法において、前記磁気センサを、前記プリント配線基板に実装する第１のステップと、前記保持部材を、前記プリント配線基板に組み付ける第２のステップと、前記保持部材と前記磁性体コアとを保持固定する第３のステップとを有することを特徴とする。

本発明における磁気センサとしては、ホール効果を利用したホールセンサ、磁気抵抗効果を利用した磁気抵抗素子など、様々な磁気センサの適用が可能であり、アナログ出力型の磁気センサが望ましい。

また、磁性体については、様々な磁性材料が適用できるが、珪素鋼板や、パーマロイ、電磁軟鉄などのソフトマグネティック金属材料を打ち抜き積層したものやフェライトを焼成したものが望ましい。

また、磁気センサが検出する磁束密度を高めるため、磁性体コアの空隙部の距離は短いほど望ましい。そのため、磁性体コアの形状は、Ｕ字形状、コ字形状、Ｃ字形状となることが好ましく、更に、角部は面取りを行っても良い。

保持部材としては、絶縁体が望まく、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、様々な材料が適用可能であるが、弾性変形し難燃性、耐トラッキング性の優れているＰＢＴを使用することが望ましい。

本発明によれば、プリント配線基板の被測定電流配線パターンを利用し、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保持部材からなる電流検出機構を構成することで、電流検出機構の小型化、小占有面積化を図るとともに、従来一般的に使われていたようなホールＣＴ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み付けをユーザーが容易にできるようにした電流検出機構及びその組付方法を提供することができる。

以下、図面を参照して本発明の実施例について説明する。
図１は、本発明における電流検出機構の一実施例を示す側面図である。本発明の電流検出機構は、プリント配線基板４上に設けられた被測定電流配線パターン５に流れる電流を検出するためのもので、プリント配線基板上４に形成されている被測定電流配線パターン５の断面を取り囲むように、かつ保持部材２を嵌合するように磁性体コア３が配置され、保持部材２の先端部に形成される磁性体コア３の空隙部３ｂには磁気センサ１が配置されている。

保持部材２は、プリント配線基板４と磁性体コア３の位置がずれないようにするためのもので、プリント配線基板４と磁性体コア３との間に配置され、プリント配線基板４に設けられた表裏一対の基板穴４ａ，４ａに保持部材２の内側表面に対向して設けられた上下一対の凸部２ａ，２ａを落とし込むことでプリント配線基板４と保持部材２が保持固定される。なお、基板穴４ａは貫通孔であってもよい。図１にはその場合が示されている。

また、磁性体コア３の内側表面に対向して設けられた上下一対の凹部３ａ，３ａに保持部材２の外側表面に設けられた上下一対の凸部２ｂ，２ｂを嵌合させることで、磁性体コア３と保持部材２とが固定される。このようにしてプリント配線基板４と磁性体コア３を定位置に固定することができる。

なお、この実施例では、保持固定をより確実にするために、基板穴４ａ，４ａを表裏一対とし、凸部２ａ，２ａを及び凹部３ａ，３ｂを上下一対としてあるが、一対とすることなく１つの基板穴あるいは1つの凸部、凹部で構成しても保持固定できることは明らかである。

また、本発明の電流検出機構は、図１に示した被測定電流パターン５の奥行き方向に流れる電流により発生する磁束を磁気センサ１で検出するように構成されている。

図２は、図１に示した本発明に係る電流検出機構の組付方法を説明するための斜視図である。まず、磁気センサ１をプリント配線基板４に実装する（第１のステップ）。この磁気センサ１の実装位置は、プリント配線基板４に設けられた基板穴４ａの近傍で、磁性体コア３の組み付け方向の延長線上であり、プリント配線基板４上に凸状に配置されている。

次に、保持部材２をプリント配線基板４に組み付ける（第２のステップ）。つまり、保持部材２の内側表面に設けられた凸部２ａ，２ａをプリント配線基板４に設けられた基板穴４ａ，４ａに落とし込むようにして組み付けられる。これによって、プリント配線基板４に実装された磁気センサ１は、保持部材２の組み付け方向の延長線上に位置していることになる。

次に、保持部材２に磁性体コア３を組み付ける（第３のステップ）。つまり、磁性体コア３の内側表面に設けられた凹部３ａ，３ａと保持部材２の外側表面に設けられた凸部２ｂ，２ｂとを嵌合することにより、保持部材２の先端部において磁性体コア３の空隙部３ｂが形成されるように組み付けられる。これによって、磁性体コア３の空隙部３ｂに磁気センサ１が位置することになる。

図３は、プリント配線基板への磁気センサの他の実装状態を示す側面図である。図１に示した実装状態は、プリント配線基板４上に磁気センサ１を凸状に取り付けたものであるが、図３に示した実装状態は、プリント配線基板４に磁気センサ実装用の基板孔４ｂを設け、この基板孔４ｂに磁気センサ１落とし込み状態にして実装したものである。

このように、プリント配線基板４に基板孔４ｂを設け、この基板孔４ｂに磁気センサ１を落としこむように実装することで、磁性体コア３の空隙部３ｂをより小さくすることができ、その結果、磁気センサ１を配置する空隙部３ｂの磁束密度を高めることができ、より大きな磁気センサ信号を得ることができる。

図４（ａ）乃至（ｃ）は、保持部材に設けられた凸部の配置パターン及び形状を示す図で、図４（ａ）は上面図、図４（ｂ）は側面図、図４（ｃ）は下面図をそれぞれ示している。図１に示した実施例においては、同一表面上には１つの凸部２ａと１つの凸部２ｂを設けたものであるが、この実施例においては、同一表面上に２つの凸部２ａ，２ａ（プリント配線基板との嵌合用）及び凸部２ｂ，２ｂ（磁性体コアとの嵌合用）を設け、それぞれ上下一対にして設けた例を示している。

なお、この実施例のようにいずれの凸部も２つに限定されることなく、同一表面上に複数の凸部を種々のパターンで設けてもよいことは明らかである。また、この凸部２ａの配置パターンに対応してプリント配線基板上に基板穴４ａ及び基板孔４ｂを設けることも明らかであり、また、凸部２ｂの配置パターンに対応して磁性体コア３の凹部３ａを設けることも明らかである。

このように、プリント配線基板及び磁性体コアに保持部材を嵌合する際に、この保持部材２のプリント配線基板４への組み付け、保持部材２への磁性体コア３の組み付けが行いやすいように、凸部２ａ及び凸部２ｂは半球状であることが望ましい。また、プリント配線基板４と保持部材２、保持部材２と磁性体コア３を嵌合する部分は、それぞれ２つ以上あることが望ましく、それにより嵌合部を中心とした円周方向へのずれが無くなる。

図５は、本発明に係る電流検出機構の他の実施例及びその組付方法を説明するための斜視図で、図４に示した保持部材２に、磁性体コア３のガイドを行なうための保持部材２にガイド部材２ｃを設けたものである。つまり、保持部材２の外側端部両側にガイド部材２ｃ，２ｃを設け、そのガイド部材２ｃ，２ｃに沿って磁性体コア３を組み付けるようになっている。

この場合の組付方法は、図２において説明した組付方法と同じであるが、図２の場合と異なる点は、磁気センサ１の実装状態が図３に示すような落とし込み状態であり、保持部材２の凸部２ａ及び凸部２ｂが図４に示したような配置パターンを有している点である。

図６は、本発明に係る電流検出機構の更に他の実施例及びその組付方法を説明するための斜視図で、図５に示した組付方法と異なる点は、磁性体コア３として、これまでの実施例のようなコ字形状とするのではなく、Ｃ字形状の磁性体コア３を用いている点である。

保持部材２に設けられるガイド部材２ｃは、保持部材２の外側端部片側だけに設けられている。この場合には、ガイド部材２ｃの設けられていない側面方向から磁性体コア３を保持部材２に嵌め込むようになっている。

図７は、本発明に係る電流検出機構の更に他の実施例及びその組付方法を説明するための斜視図で、図６に示した組付方法と異なる点は、保持部材２の外側表面に設けられた係止部２ｄを用いている点である。

保持部材２に設けた係止部２ｄにより磁性体コア３の側面方向のずれを防止し、また、磁性体コア３をＣ字形状にして、保持部材２の正面で磁性体コア３の正背面方向のずれを防止している。なお、図８には、図７における保持部材２に磁性体コア３を嵌め込んだ状態を示している。磁性体コア３の側面が保持部材２の係止部２ｄの係止面に接するようにして嵌め込まれている。

本発明における電流検出機構の一実施例を示す側面図である。図１に示した本発明に係る電流検出機構の組付方法を説明するための斜視図である。プリント配線基板への磁気センサの他の実装状態を示す側面図である。保持部材に設けられた凸部の配置パターン及び形状を示す図で、（ａ）は上面図、（ｂ）は側面図、（ｃ）は下面図をそれぞれ示している。本発明に係る電流検出機構の他の実施例及びその組付方法を説明するための斜視図である。本発明に係る電流検出機構の更に他の実施例及びその組付方法を説明するための斜視図である。本発明に係る電流検出機構の更に他の実施例及びその組付方法を説明するための斜視図である。図７における保持部材に磁性体コアを嵌め込んだ状態を示す斜視図である。

符号の説明

１磁気センサ
２保持部材
２ａ，２ｂ保持部材の凸部
２ｃガイド部材
２ｄ係止部
３磁性体コア
３ａ磁性体コアの凹部
３ｂ磁性体コアの空隙部
４プリント配線基板
４ａ基板穴（保持部材嵌合用）
４ｂ基板孔（磁気センサ実装用）
５被測定電流配線パターン

Claims

プリント配線基板上に設けられた被測定電流配線パターンに流れる電流を検出するように構成された電流検出機構において、
前記被測定電流配線パターンに流れる電流により発生する磁束を集磁するとともに、少なくとも１つの空隙部を有し、前記被測定電流配線パターンの断面を取り囲むように配置されている磁性体コアと、
該磁性体コアにより集磁した磁束を検出するとともに、前記プリント配線基板に実装され、前記磁性体コアの前記空隙部内に配置されている磁気センサと、
前記プリント配線基板と前記磁性体コアの間に配置され、前記プリント配線基板と前記磁性体コアとを保持固定する保持部材と
を備えたことを特徴とする電流検出機構。
前記プリント配線基板に少なくとも一つの凹部又は穴を設け、前記保持部材の前記プリント配線基板と接する内側表面に少なくとも一つの凸部を設け、前記プリント配線基板の凹部又は穴と前記保持部材の凸部とを嵌合することで、前記保持部材を前記プリント配線基板に保持固定することを特徴とする請求項１に記載の電流検出機構。
前記磁性体コアの内側表面に少なくとも一つの凹部を設け、前記保持部材の前記磁性体コアと接する外側表面に少なくとも一つの凸部を設け、前記磁性体コアの凹部と前記保持部材の凸部とを嵌合することで、前記磁性体コアを前記保持部材に保持固定す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。
前記保持部材の外側端部に前記磁性体コアをガイドするガイド部材を設けた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。
前記保持部材の前記磁性体コアと接する外側表面に少なくとも一つの係止部を設け、前記保持部材に前記磁性体コアを嵌め込むことにより、前記磁性体コアと前記保持部材とを保持固定することを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の電流検出機構。
前記磁気センサは、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５のいずれかに記載の電流検出機構。
請求項１乃至６のいずれかに記載の電流検出機構の組付方法において、前記磁気センサを、前記プリント配線基板に実装する第１のステップと、前記保持部材を、前記プリント配線基板に組み付ける第２のステップと、前記保持部材と前記磁性体コアとを保持固定する第３のステップとを有することを特徴とする電流検出機構の組付方法。