JP2009150654A - 電流センサ - Google Patents

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絵未 蔭山
Takashi Sato
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Abstract

【課題】導体を切断せずにシールド板内に挿入することにより、組み付け工数を低減した電流センサを提供する。
【解決手段】コア7が、バスバ2の電流の流れ方向であるY軸の軸周りを囲むように配置されている。ホールICが、バスバ2に電流が流れたときに発生する磁界の磁束密度を検出して電気信号に変換する。センサケース6が、バスバ2を保持する。コア7が、第1の分割シールド板26、第2の分割シール板27に分割されて設けられている。そして、第1の分割シールド板26、第2の分割シールド板27の各々が、センサケース6の外側面に固定されるように設けられている。
【選択図】図3

Description

本発明は、電流センサに係り、特に、電流が流れる導体と、前記導体の前記電流の流れ方向を軸とした軸周りを囲むように配置されると共にギャップが設けられた環状のシールド板と、前記導体に電流が流れたときに発生する磁界の磁束密度を検出して電気信号に変換する磁電変換素子と、を有する電流センサに関するものである。
上述した電流センサとして、図11に示すようなものが一般的に知られている(例えば特許文献1〜3)。電流センサ1は、電流が流れる導体としてのバスバ2と、バスバ2の電流の流れ方向Y2を軸とした軸周りを囲むように配置されたシールド板としての環状コア7と、バスバ2に電流が流れたときに発生する磁界の磁束密度を検出して電気信号に変換する磁電変換素子としてのホールIC3と、を有している。このホールIC3は、コア7に設けたギャップ内に配置されている。
上述した構成の電流センサ1は、バスバ2に電流が流れるとその電流に応じた磁束密度の磁界が発生する。ホールIC3は、コア7により収束された磁界の磁束密度を電気信号に変換して、電流に応じた信号として出力する。また、コア7は、外部からの磁界の影響をシールドする機能も有している。
上述した電流センサ1は、コア7の流れ方向Y2の開口からバスバ2を挿入する必要がある。このため、図12に示すように、バスバ本体36の一部を切り取ったバスバ端子37を筐体38内に収容されたコア7内に挿入した後、バスバ端子37の両端をバスバ本体36に接続する必要があり、組み付け工数が多い、という問題があった。
特開2001−66328号公報 特開2006−78255号公報 特開2005−308527号公報
そこで、本発明は、上記のような問題点に着目し、導体を切断せずにシールド板内に挿入することにより、組み付け工数を低減した電流センサを提供することを課題とする。
上記課題を解決するためになされた請求項1記載の発明は、電流が流れる導体と、前記導体の前記電流の流れ方向を軸とした軸周りを囲むように配置されると共にギャップが設けられた環状のシールド板と、前記導体に電流が流れたときに発生する磁界の磁束密度を検出して電気信号に変換する磁電変換素子と、を有する電流センサにおいて、前記導体を保持するケースを有し、前記シールド板が、複数の分割シールド板に分割されて設けられ、そして、前記分割シールド板の各々が、前記ケースの外側面に固定されるように設けられていることを特徴とする電流センサに存する。
請求項2記載の発明は、前記磁電変換素子が、前記ケース内に収容されるように設けられたことを特徴とする請求項1に記載の電流センサに存する。
請求項3記載の発明は、前記シールド板が、前記ギャップが設けられた平板上の上板部と、前記ギャップの貫通方向に対向する平板状の下板部と、前記上板部の軸周り方向の一端、及び、前記下板部の軸周り方向の一端、間に設けられた平板状の第1の側板部と、前記上板部の軸周り方向の他端、及び、前記下板部の軸周り方向の他端、間に設けられた平板状の第2の側板部と、から構成され、そして、前記分割シールド板が、前記ギャップよりも前記軸周り方向の一端側の上板部、及び、前記第1の側板部、から構成された第1の分割シールド板と、前記ギャップよりも前記軸周り方向の他端側の上板部、前記第2の側板部、及び、前記下板部、から構成された第2の分割シールド板と、から構成されていることを特徴とする請求項1又は2に記載の電流センサに存する。
以上説明したように請求項1記載の発明によれば、シールド板が、複数の分割シールド板に分割されて設けられ、そして、分割シールド板の各々が、ケースの外側面に固定されるように設けられているので、シールド板の電流の流れ方向の開口から導体を通す作業を行わなくても、ケースの外側面に分割シールド板を固定するだけでシールド板内に導体を貫通させることができる。このため、導体を切断せずにシールド板内に貫通させることができ、組み付け工数を低減した電流センサを得ることができる。
請求項2記載の発明によれば、磁電変換素子が、ケース内に収容されるように設けられるので、磁電変換素子も簡単に保持できる。
請求項3記載の発明によれば、分割シールド板が、ギャップよりも軸周り方向の一端側の上板部、及び、第1の側板部、から構成された第1の分割シールド板と、ギャップよりも軸周り方向の他端側の上板部、第2の側板部、及び、下板部、から構成された第2の分割シールド板と、から構成されている。従って、第1の分割シールド板を第1の側板部と平行方向に動かしてケースに固定することができ、第2の分割シールド板を下板部と平行方向に動かしてケースに固定することができる。即ち、第1の分割シールド板及び第2の分割シールド板を互いに異なる方向に動かしてケースに固定することができるため、狭い組み付けスペースでも組み付けることができる。
第1実施形態
以下、本発明の第1実施形態を図1〜図6に基づいて説明する。図1などに示すように、本発明の電流センサ1は、導体としてのバスバ2と、磁電変換素子としてのホールIC3と、回路基板4と、外部接続端子5と、ケースとしてのセンサケース6と、シールド板としてのコア7と、を備えている。バスバ2は、電流が流れる平板状の導体から構成されている。バスバ2の両端には各々、取付孔8が設けられている。ホールIC3は、バスバ2に電流が流れたときに発生する磁界の磁束密度を検出して電気信号に変換する。ホールIC3は、回路基板4上に搭載される。
回路基板4は、平板状に形成されている。回路基板4は、図5に示すように、後述するセンサケース6内の底面上に搭載される。そして、回路基板4の底面とは逆側の面にホールIC3が搭載されている。回路基板4は、図3に示すように、センサケース6に設けた後述するボス9が圧入されるボス圧入孔10と、後述する外部接続端子5が挿入される端子挿入孔11と、が設けられている。回路基板4は、その表面にホールIC3の端子と、後述する外部接続端子5と、を接続するための図示しない導電パターンが形成されている。
外部接続端子5は、ホールIC3への電源が供給される電源供給端子と、ホールIC3からの電気信号を出力する出力端子と、から構成されている。外部接続端子5は、図3に示すように、回路基板4と平行な一端部12と、一端部12に対して直交するように折り曲げられた回路基板4と直交する他端部13と、から構成されている。外部接続端子5は、一端部12が回路基板4のホールIC3の搭載面とは反対側の面から突出されるように、上記他端部13が回路基板4に設けた端子挿入孔11に挿入される。その後、外部接続端子5は、他端部13が半田付けされて回路基板4に電気的に接続されて固定される。
センサケース6は、樹脂などの絶縁部材で設けられている。センサケース6は、上側が開口された箱型に設けられている。センサケース6は、ボス9と、バスバ収容溝14と、ハウジング部15と、バスバ係止爪16と、かしめ嵌合部17と、位置決めピン18と、が設けられている。上記ボス9は、図5に示すように、センサケース6の底面から上側に向かって立設されている。回路基板4のボス圧入孔10にこのボス9を圧入することにより、回路基板4がセンサケース6に位置決めされて固定される。
バスバ収容溝14は、センサケース6の図面下側の底壁部にセンサケース6内に向かって凹んで設けられている。このバスバ収容溝14は、電流の流れ方向であるY軸方向に沿って設けられている。バスバ収容溝14は、X軸方向に対向する一対の縁部にバスバ2を係止するバスバ係止爪16が突設されている。上記ハウジング部15は、図1などに示すように、筒状に形成されていて、センサケース6の図面前側の側壁部にセンサケース6外に向かって突出して設けられている。このハウジング部15内に上述した外部接続端子5の一端部12が収納される。
かしめ嵌合部17は、図3などに示すように、センサケース6の図面前後側の側壁部のX軸方向の両端部に各々設けられた溝である。位置決めピン18は、図4に示すように、センサケース6の図面左側の側壁部及び図面下側の底壁部にセンサケース6外に向かって突出して設けられている。後述するコア7の位置決め孔20(図3)内にこの位置決めピン18を挿入することにより、コア7とセンサケース6とが位置決めされる。
コア7は、図1などに示すように、バスバ2の電流の流れ方向であるY軸の周りを囲むように配置される。コア7は、上板部21と、下板部22と、第1の側板部23と、第2の側板部24と、から構成されていて、断面略矩形状の環状に形成されている。上板部21は、平板状に設けられていて、Y軸周り方向Y1の中心にギャップ25が設けられている。下板部22は、平板状に設けられていて、ギャップ25の貫通方向であるZ軸方向に上板部21と対向するように設けられている。上記上板部21、バスバ2、及び、下板部22、とは、互いにXY平面に平行に設けられている。
第1の側板部23は、平板状に設けられていて、上板部21のY軸周り方向Y1の図面左側の端部(一端)、及び、下板部22のY軸周り方向Y1の図面左側の端部(一端)、間に設けられている。第2の側板部24は、平板状に設けられていて、上板部21のY軸周り方向Y1の図面右側の端部(他端)、及び、下板部22のY軸周り方向Y1の図面右側の端部(他端)、間に設けられている。第1の側板部23と第2の側板部24とは、互いにZY平面に平行に設けられている。第1の側板部23と第2の側板部24とは、上板部21及び下板部22に直交するように設けられている。
また、上述したコア7は、図3などに示すように、第1の分割シールド板26と、第2の分割シールド板27と、の2部品に分割されている。第1の分割シールド板26は、ギャップ25よりもY軸周り方向Y1の左側の上板部21、及び、第1の側板部23、から構成されている。第2の分割シールド板27は、ギャップ25よりもY軸周り方向Y1の右側の上板部21、第2の側板部24、及び、下板部22、から構成されている。即ち、コア7は、第1の側板部23と下板部22との連結部で分割されている。
また、上述した第1分割シールド板26及び第2分割シールド板27には各々、かしめ部19と、位置決め孔20とが設けられている。第1の分割シールド板26においてかしめ部19は、ギャップ25よりもY軸周り方向Y1の図面左側の上板部21、第1の側板部23のZ軸方向の中央部、及び、第1の側板部23の下端部、にそれぞれ一対ずつ設けられている。第2の分割シールド板27においてかしめ部19は、ギャップ25よりもY軸周り方向Y1の図面右側の上板部21、第2の側板部24のZ軸方向の中央部、及び、下板部22の図面左側の端部にそれぞれ一対ずつ設けられている。
位置決め孔20は、センサケース6に設けた位置決めピン18(図4)が挿入される。第1の分割シールド板26において位置決め孔20は、第1の側板部23に設けられている。第2の分割シールド板27において位置決め孔20は、下板部22に設けられている。
次に、上述したコア7とホールIC3との位置関係について説明する。図6は、Z軸上におけるバスバ2からの距離と磁束密度との関係を示すグラフである。同図に示すように、バスバ2からの磁界の磁束密度は、バスバ2から離れるに従って減少して最小値φminとなり、その後、コア7からの漏れ磁束の影響によりギャップ25に近づくに従って増加し、ギャップ25の中心部で最大φmaxとなる。
同図から明らかなように、磁束密度の最小φminとなる位置Pmin付近である領域A1は、ギャップ25の領域A2に比べて磁束密度の変化が平坦である。即ち、領域A1では、領域A2に比べてコア7の寸法幅W(図2)によらず配置位置の変動に応じた磁束密度の変化が小さい。そこで、本実施例では、予め測定した磁束密度が最小φminとなる位置Pminに配置する。即ち、センサケース6の上端と底面との距離及びボス9の位置が、ホールIC3が予め測定した磁束密度が最小φminとなる位置Pminに配置するように設定されている。なお、この磁束密度が最小φminとなる位置Pminは、製品毎に異なる。
このように配置すれば、ホールIC3の配置位置が多少変動しても磁束密度の変化が平坦な領域A1内にホールIC3を配置することができる。従って、周囲温度の変化に起因してセンサケース6が伸縮して、ホールIC3の配置位置が変動しても上述したように磁束密度の変化が小さいため、ホールIC3の出力変動はほとんどなく、精度良く電流を測定することができる。
次に、上述した電流センサ1の組み立て手順について説明する。まず、回路基板4上にホールIC3を搭載して電気的に接続する。また、外部接続端子5の他端部13を回路基板4の端子挿入孔11に挿入して、外部接続端子5の他端部13を回路基板4に半田付けする。これにより、外部接続端子5が回路基板4に電気的に接続されると共に固定される。次に、上述したホールIC3及び外部接続端子5が固定された回路基板4をセンサケース6の上側開口からセンサケース6内に挿入して底面上に搭載する。
このとき、センサケース6のハウジング部15内に外部接続端子5の一端部12が収容されるように、回路基板4をセンサケース6の底面上に搭載する。また、センサケース6に設けたボス9が回路基板4に設けたボス圧入孔10に圧入されるように、回路基板4をセンサケース6の底面上に搭載する。このようにボス圧入孔10にボス9が圧入されることにより、回路基板4がセンサケース6の底面上に位置決めされて固定される。
また、バスバ2をセンサケース6に設けたバスバ収容溝14内に収容する。このとき、図4に示すように、バスバ2をZ軸方向の図面上側に動かしてバスバ収容溝14に収容する。バスバ2をバスバ収容溝14に近づけると、バスバ2によってバスバ係止爪16が押される。これにより、バスバ係止爪16がZ軸方向の図面上側に撓み、バスバ2のバスバ収容溝14内への進入を許容する。その後、バスバ2がバスバ係止爪16よりもZ軸方向の図面上側に位置すると、バスバ係止爪16が復元してバスバ2の下面に係止する。これにより、バスバ2がバスバ収容溝14内に固定される。
上述したように回路基板4及びバスバ2をセンサケース6に固定した後、センサケース6の外側面に第1の分割シールド板26及び第2の分割シールド板27をそれぞれ固定する。このとき、例えば、第1の分割シールド板26をX軸方向の図面右側に向かって動かしてセンサケース6の図面左側の外側面に設けた位置決めピン18に位置決め孔20を挿入して、第1の分割シールド板26とセンサケース6との位置決めを行う。その後、かしめ部19をかしめて、第1の分割シールド板26をセンサケース6に固定する。このとき、上板部21に設けたかしめ部19の先端がセンサケース6の突部28に引っかかるようにかしめる。また、第1の側板部23に設けたかしめ部19がかしめ嵌合部17に嵌合するようにかしめる。
また、第2の分割シールド板27をX軸方向の図面左側に向かって動かしてセンサケース6の図面下側の外側面に設けた位置決めピン18に位置決め孔20を挿入して、第2の分割シールド板27とセンサケース6との位置決めを行う。その後、かしめ部19をかしめて、第2の分割シールド板27をセンサケース6に固定する。このとき、上板部21に設けたかしめ部19の先端がセンサケース6の突部28に引っかかるようにかしめる。また、第2の側板部24に設けたかしめ部19がかしめ嵌合部17に嵌合するようにかしめる。
上述したように第1の分割シールド板26及び第2の分割シールド板27を固定すると、図2に示すように、第1の分割シールド板26の第1の側板部23のZ軸方向の図面下側の端部と、第2の分割シールド板27の下板部22のX軸方向の図面左側の端部と、が連結して、環状のコア7が形成される。そして、このコア7内にバスバ2が挿入される。
上述した電流センサ1によれば、コア7が、第1の分割シールド板26、第2の分割シールド板27に分割されて設けられ、そして、第1の分割シールド板26、第2の分割シールド板27の各々が、センサケース6の外側面に固定されるように設けられている。これにより、コア7のY軸方向の開口からバスバ2を通す作業を行わなくても、センサケース6の外側面に第1の分割シールド板26、第2の分割シールド板27を固定するだけでコア7内にバスバ2を貫通させることができる。このため、バスバ2を切断せずにコア7内に貫通させることができ、組み付け工数を低減した電流センサ1を得ることができる。
また、上述した電流センサ1によれば、ホールIC3が、センサケース6内に収容されるように設けられるので、ホールIC3も簡単に保持できる。
第2実施形態
次に、本発明の第2実施形態を図7〜図10に基づいて説明する。なお、図7〜図10において、図1〜図6について上述した第1実施形態で既に説明した部分と同等の部分については同一符号を付してその詳細な説明を省略する。第1の実施形態では、センサケース6は、電流センサ1専用のものを用いていたが例えば図7〜図10に示すようにバッテリターミナル29のターミナルケース30と一体に設けることも考えられる。
バッテリターミナル29は、バスバ2と、このバスバ2を収容するターミナルケース30と、を有している。バスバ2には、バッテリポストへの取付孔31と、オルタネータの取付孔32と、が設けられている。このバスバ2の取付孔31及び取付孔32周辺は、ターミナルケース30から露出されている。また、ターミナルケース30の下面には、図9に示すように、複数の負荷に接続するためのメス型の端子金具33が収容されたハウジング34が突設されている。バスバ2は、ターミナルケース30内で分岐されて各端子金具33に電気的に接続される。
ターミナルケース30には、電流センサ用のセンサケース6が一体に設けられている。このセンサケース6内にバスバ2の一部が保持されている。また、ターミナルケース30には、センサケース6の図7〜図10中左側の外側面を形成すると共に第2の分割シールド板27を挿入するための挿入孔35が設けられている。
センサケース6は、第1実施形態と同様に、上側が開口された箱型に設けられている。センサケース6は、図示しないボス9と、ハウジング部15と、図示しないかしめ嵌合部17と、図示しない位置決めピン18と、が設けられている。ハウジング部15は、第1実施形態と異なり、ターミナルケース30の図7〜図10中の左側の外側面から突出して設けられている。電流センサを構成する、ホールIC3、回路基板4、外部接続端子5、コア7は上述した第1実施形態と同様の構成のため、ここでは詳細な説明は省略する。
次に、上述したバッテリターミナル29の組み立て手順について説明する。上記ターミナルケース30は、バスバ2をインサートした状態で形成されている。これにより、ターミナル30のセンサケース6内には既にバスバ2が保持されている。次に、第1実施形態と同様の手順で、ホールIC3及び外部接続端子5を固定した回路基板4をセンサケース6に固定する。
その後、センサケース6の外側面に第1の分割シールド板26及び第2の分割シールド板27をそれぞれ固定する。このとき、例えば、図10に示すように、第1の分割シールド板26をZ軸方向の下側に向かって動かして挿入孔35に挿入させる。さらに、第1の分割シールド板26をZ軸方向の下側に向かって動かしてセンサケース6の図7〜図10中右側の外側面に設けた位置決めピン18に位置決め孔20を挿入して、第1の分割シールド板26とセンサケース6との位置決めを行う。その後、かしめ部19をかしめて、第1の分割シールド板26をセンサケース6に固定する。
これに対して、第2の分割シールド板27は、第1実施形態と同様に、X軸方向の図10中右側に向かって動かしてセンサケース6の下外側面に設けた位置決めピン18に位置決め孔20を挿入して、第2の分割シールド板27とセンサケース6との位置決めを行う。その後、第1実施形態と同様に、かしめ部19をかしめて、第2の分割シールド板27をセンサケース6に固定する。
上述した第2実施形態の電流センサによれば、分割シールド板が、ギャップ25よりも軸周り方向Y1の図7〜図10中の右側の上板部21、及び、第1の側板部23、から構成された第1の分割シールド板26と、ギャップ25よりも軸周り方向の図7〜図10中の左側の上板部21、第2の側板部24、及び、下板部22、から構成された第2の分割シールド板27と、から構成されている。従って、第1の分割シールド板26を第1の側板部23と平行なZ軸方向に動かしてセンサケース6に固定することができ、第2の分割シールド板27を下板部22と平行なX軸方向に動かしてセンサケース6に固定することができる。これにより、第2実施形態に示すように、挿入孔25のX軸方向の幅が大きく取れなくて、X軸方向からの第1の分割シールド板26の組み付けが困難な場合であっても、第1の分割シールド板26をZ軸方向に動かしてセンサケース6に固定することができる。即ち、第1の分割シールド板26及び第2の分割シールド板27を互いに異なる方向に動かしてセンサケース6に固定することができるため、狭い組み付けスペースでも組み付けることができる。
なお、上述した第2実施形態によれば、バッテリターミナル29のターミナルケース30に一体にセンサケース6を設けていたが、本発明はこれに限ったものではない。例えば、ジャンクションボックスのケースに一体に設けるようにしてもよい。
なお、上述した第1及び第2実施形態によれば、コア7を下板部22と第1の側板部23との連結部で分割していたが、本発明はこれに限ったものではない。コア7は分割していればどの部分を分割してもよい。
また、上述した第1及び第2実施形態によれば、コア7を第1の分割シールド板26と第2の分割シールド板27との2部品に分割していたが、本発明はこれに限ったものではない。例えば、3部品以上に分割することも考えられる。
また、前述した実施形態は本発明の代表的な形態を示したに過ぎず、本発明は、実施形態に限定されるものではない。即ち、本発明の骨子を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。
第1実施形態における本発明の電流センサを示す斜視図である。 図1に示す電流センサの側面図である。 図1に示す電流センサの分解斜視図である。 図1に示す電流センサの分解側面図である。 図1に示す電流センサのI−I線断面図である。 ギャップの中心を通りバスバと垂直な軸上におけるバスバからの距離と、磁束密度との関係を示すグラフである。 第2実施形態における本発明の電流センサを組み込んだバッテリターミナルの上板部である。 図7に示すバッテリターミナルの側面図である。 図7に示すバッテリターミナルの下面図である。 図7に示すバッテリターミナルの部分斜視図である。 従来の電流センサの一例を示す斜視図である。 従来の電流センサの一例を示す斜視図である。
符号の説明
1 電流センサ
2 バスバ(導体)
3 ホールIC(磁電変換素子)
6 ケース
7 コア(シールド板)
21 上板部
22 下板部
23 第1の側板部
24 第2の側板部
25 ギャップ
26 第1の分割シールド板
27 第2の分割シールド板

Claims (3)

  1. 電流が流れる導体と、前記導体の前記電流の流れ方向を軸とした軸周りを囲むように配置されると共にギャップが設けられた環状のシールド板と、前記導体に電流が流れたときに発生する磁界の磁束密度を検出して電気信号に変換する磁電変換素子と、を有する電流センサにおいて、
    前記導体を保持するケースを有し、
    前記シールド板が、複数の分割シールド板に分割されて設けられ、そして、
    前記分割シールド板の各々が、前記ケースの外側面に固定されるように設けられていることを特徴とする電流センサ。
  2. 前記磁電変換素子が、前記ケース内に収容されるように設けられたことを特徴とする請求項1に記載の電流センサ。
  3. 前記シールド板が、前記ギャップが設けられた平板上の上板部と、前記ギャップの貫通方向に対向する平板状の下板部と、前記上板部の軸周り方向の一端、及び、前記下板部の軸周り方向の一端、間に設けられた平板状の第1の側板部と、前記上板部の軸周り方向の他端、及び、前記下板部の軸周り方向の他端、間に設けられた平板状の第2の側板部と、から構成され、そして、
    前記分割シールド板が、前記ギャップよりも前記軸周り方向の一端側の上板部、及び、前記第1の側板部、から構成された第1の分割シールド板と、前記ギャップよりも前記軸周り方向の他端側の上板部、前記第2の側板部、及び、前記下板部、から構成された第2の分割シールド板と、から構成されている
    ことを特徴とする請求項1又は2に記載の電流センサ。
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