JP2012037298A - 電流センサ構造 - Google Patents

Abstract

【課題】ケースの膨張収縮に伴ってコアに生じる応力を緩和させ、コアの変形を簡単且つ確実に防止する。
【解決手段】複数の磁性板１３’，３３’を積層した略環状の磁性コア１３，３３を絶縁性のケース２，３２内に収容し、磁性コアをモールド剤１９でケースに固定する電流センサ構造１で、磁性板厚み方向に突出する複数の突起１４，３４をケース２の磁性板厚み方向の壁部３又は磁性コア３３の磁性板厚み方向の面３３ａに設け、突起を介して面３３ａを壁部３に支持させ、面と壁部との間に突起高さ寸法の隙間２０を形成し、隙間にモールド剤を充填し、ケースの磁性板厚み直交方向の膨張収縮変形を隙間内のモールド剤で吸収させることで、磁性コアへの応力負荷を防止した。
【選択図】図２

Description

本発明は、ケース内にコアをモールド剤で固定した際のケースの膨張収縮に伴うコアの変形を防いだ電流センサ構造に関するものである。

従来、例えばハイブリッドカーを含む自動車の電気接続箱等に搭載される電流センサとして種々の構造が提案されている。例えば、特許文献１には、絶縁樹脂製のケースの内側に矩形非連続環状の金属磁性体のコアを収容し、コアの切欠部内にホール素子を配置し、コアの内側に導電金属製のバスバーを貫通させ、コアの外周面とケースの内周面との間に絶縁性のモールド剤を注入して、コアとケースとを固定させ、バスバーに流れる電流で生じる磁界をコアで増幅してホール素子で検出させる電流センサにおいて、ケースの径方向の内周面に設けた位置決め突起をコアの径方向の外周面に当接させて、モールド剤注入時のコアの位置ずれを防止した構造が記載されている。

また、特許文献２には、ホール素子を用い、ワイヤハーネスをコア内に貫通させてケースにバンドで固定させ、ケースのコネクタ部を介して電源供給を受けると共に検出電圧を出力する構造の電流センサが記載されている。

特開２００９−２２２７２９号公報（図１〜図３） 特許第４４１８３３２号公報（図１〜図２）

しかしながら、上記従来の電流センサ構造にあっては、例えば特許文献１においてケース内面の突起をコアの径方向外周面に当接させて、モールド剤充填時の圧力によるコアの位置ずれを防いでいるものの、コアの板厚方向の表面をケースの表側の壁部の内面に薄肉のモールド剤で接着固定させるために、ケースが急激な温度・湿度変化による膨張収縮を起こした際に、薄肉のモールド剤を介してコアがケース膨張収縮方向の応力を受けて（ケースの膨張収縮がコアに応力を加えて）、コアの形状が変化することで、出力すなわち電流検出精度が低下し兼ねないという問題を生じた。

本発明は、上記した点に鑑み、ケースの膨張収縮に伴ってコアに生じる応力を緩和させ、コアの変形を簡単且つ確実に防止することのできる電流センサ構造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、本発明の請求項１に係る電流センサ構造は、複数の磁性板を積層した略環状の磁性コアを絶縁性のケース内に収容し、該磁性コアをモールド剤で該ケースに固定する電流センサ構造において、磁性板厚み方向に突出する複数の突起が前記ケースの磁性板厚み方向の壁部又は前記磁性コアの磁性板厚み方向の面に設けられ、該突起を介して該面が該壁部に支持され、該面と該壁部との間に突起高さ寸法の隙間が形成され、該隙間に前記モールド剤が充填され、該ケースの磁性板厚み直交方向の膨張収縮変形が該隙間内の該モールド剤で吸収されることで、該磁性コアへの応力負荷が防止されたことを特徴とする。

上記構成により、絶縁樹脂製のケースの壁部が磁性板厚み直交方向すなわち磁性板長手方向や幅方向に膨張収縮変形した際に、ケースの磁性板厚み方向の壁部と磁性コアの磁性板厚み方向の面との間にモールド剤が突起の高さと同じ寸法の厚みで形成されているから、モールド剤がケースの膨張収縮方向に歪んでケースの膨張収縮変形を吸収し、磁性コアへのケースの膨張収縮変形の伝播を阻止ないし緩和することで、磁性コアの応力負荷が緩和され、磁性コアの有害な変形が防止される。複数の突起で磁性コアとケースの壁部との間の隙間が確保され、且つ隙間内のモールド剤の厚みが確保される。膨張収縮変形量（膨張収縮率）はケース、モールド剤、磁性コアの順で小さい。

請求項２に係る電流センサ構造は、請求項１記載の電流センサ構造において、前記突起が仮想三角形の頂点位置に一つずつ配置されたことを特徴とする。

上記構成により、磁性コアが三つの突起でケースの壁部にぐらつきなく安定に三点支持され、磁性コアとケースの壁部との間の隙間と、隙間内に充填されるモールド剤の厚みとが均一に確保され、且つケースの壁部に対する磁性コアの磁性板厚み方向の位置ずれが防止される。

請求項３に係る電流センサ構造は、請求項１又は２記載の電流センサ構造において、前記ケースの前記突起が該ケースに一体樹脂成形されたことを特徴とする。

上記構成により、ケースの樹脂成形時にケースの壁部に各突起が一体に且つ同時に樹脂形成される。

請求項４に係る電流センサ構造は、請求項１又は２記載の電流センサ構造において、前記複数の磁性板にそれぞれ前記突起と該突起の裏側の凹部とが設けられ、該裏側の凹部に後側の突起が係合し、前端の磁性板の該突起が前記壁部に当接したことを特徴とする。

上記構成により、各磁性板が突起と凹部との係合で位置決め且つ固定されて剛性を増し、ケースの膨張収縮を吸収した際のモールド剤の変形を各磁性板が磁性コアとして同時に受け止めて磁性コアの変形を阻止する。突起は各磁性板のプレス成形時に同時に加工される。

請求項１記載の発明によれば、突起でケースの磁性板厚み方向の壁部とコアの磁性板厚み方向の面との間の隙間と、隙間内に充填されたモールド剤の厚みを確保することで、ケースの磁性板厚み直交方向の膨張収縮変形をモールド剤で確実に吸収し、ケースの膨張収縮に伴ってコアに生じる応力を緩和させて、コアの変形を確実に防止することができ、これにより、電流検出の精度を高めることができる。また、突起は、絶縁樹脂製のケースに一体樹脂成形で簡単に形成することができ、あるいは磁性板にプレス加工で簡単に形成することができるから、ケースとコアとの隙間を保つために新たな部品を必要とせず、構造を簡素化・低コスト化することができる。

請求項２記載の発明によれば、磁性コアをケースの壁部に三つの突起で三点支持することで、磁性コアの磁性板厚み方向の位置ずれを防止すると共に、隙間内のモールド剤の厚みを均一化して、モールド剤によるケースの膨張収縮変形の吸収を確実に行わせることができる。

請求項３記載の発明によれば、突起を絶縁樹脂製のケースに一体樹脂成形することで、ケースとコアとの隙間を保つために新たな部品を必要とせず、構造を簡素化・低コスト化することができる。

請求項４記載の発明によれば、突起と凹部との係合で各磁性板を相互に固定して、磁性コアの剛性を高めて変形しにくくすることができると共に、突起を磁性板のプレス成形時に同時にプレス加工で形成することで、ケースとコアとの隙間を保つために新たな部品を必要とせず、構造を簡素化・低コスト化することができる。

本発明の電流センサ構造の第一の実施形態におけるケースの一形態を示す、（ａ）は前方視斜視図、（ｂ）は後方視斜視図である。 同じくケースの内部構造を示す平面図である。 同じくケースと磁性コアとの接触状態を示す図２のＡ−Ａ断面図である。 本発明の電流センサ構造の第二の実施形態におけるケースの内部構造を示す平面図である。 同じくケースと磁性コアとの接触状態を示す図４のＢ−Ｂ断面図（円内は要部拡大図）である。

図１〜図３は、本発明に係る電流センサ構造の第一の実施形態を示すものである。

この電流センサ構造１は、図１（ａ）の如く、絶縁樹脂製のケース２が、前側（表面側）の垂直な壁部３と、上下左右の壁部４〜７で成る周壁８と、前側の壁部３のほぼ中央に貫通して設けられた矩形状の開口９と、開口９から前方に突出形成された略凹字状の電線ガイド壁１０と、前側の壁部３の上部に水平に設けられたコネクタ１１と、図１（ｂ）の如く、開口９に連通して前側の壁部３の裏面（内面）３ａに突出形成された回路貫通用の枠壁１２とを有し、枠壁１２の外側で前側の壁部３の裏面３ａに、金属磁性体の磁性コア１３（図２）の板厚方向前側の面１３ａ（図３）を当接させる複数の突起１４が設けられたことを特徴としている。

本例において、突起１４は壁部３の上側の左右に一つずつ、下側の中央に一つ、計三つ設けられている。図３の如く、本例の突起１４は半球状ないし略半球状に形成され、湾曲面１４ａと湾曲面１４ａの一部である先端頂部（頂点）１４ｂとを有している。各突起１４の大きさや形状は同一である。各突起１４はケース２の壁部３に一体に樹脂成形されている。枠壁１２の周囲において壁部３は、上下の突起１４を有する上下の壁部分３ｂ，３ｃと、突起１４のない左右の壁部分３ｄとで矩形状に連続している。各壁部分３ｂ〜３ｄの裏面（内面）３ａは垂直な同一面をなしている。開口９から枠壁１２内に電線やバスバー等の図示しない回路が貫通配置される。

枠壁１２の水平な下壁部１２ａは前側の電線ガイド壁１０の下壁部１０ａに同一面で続いている。枠壁１２の外側にケース２の周壁８が枠壁１２とほぼ同じ突出幅で形成されている。図１（ａ）の左側の垂直な壁部（側壁）６の外面側にロックアーム１５、右側と下側の壁部５，７の外面にガイドレール１６がそれぞれ設けられ、例えば電気接続箱等の取付固定側のスルーブラケット（図示せず）がこれら（１５，１６）に挿入係合される。上側の入出力用のコネクタ１１はケース２と一体のハウジング（符号１１で代用）と、ハウジング内の複数の端子１１ａとで成り、各端子１１ａは図２のホール素子（センサ本体）１７の各リード線（図示せず）に接続される。ケース２の周壁８は後部開口１８（図１（ｂ））を有している。

図２の如く、ケース２の後部開口１８から矩形非連続環状の磁性コア１３がケース２内に組み付けられる。「非連続環状」は、周上の一部（上部）にスリット状の切欠部１３ｅを有することによる。切欠部１３ｅ内にホール素子１７が配置される。

コア１３の上辺部１３ｂの垂直な前面１３ａ（図３）がケース２の前壁３の上側の二つの突起１４に当接し、コア１３の下辺部１３ｃの垂直な前面１３ａ（図３）がケース２の前壁３の下側の一つの突起１４に当接する。その状態でケース２を水平にして後部（上部）開口１８からモールド剤１９（図３）がコア１３とケース２の前壁３との間の隙間２０に充填される。

モールド剤１９としては、エポキシ樹脂やＰＢＴ（ポリブチレンテレフタレート）樹脂やウレタン樹脂等が挙げられる。モールド剤１９の膨張収縮変形量（膨張収縮率）はケース２の膨張収縮変形量（膨張収縮率）よりも小さく、コア１３の膨張収縮率はモールド剤１９の膨張収縮率よりも小さい。

図３（図２のＡ−Ａ断面）の如く、ケース２の壁部３の裏面（後面）３ａとコア１３の前面１３ａとの間に、突起１４の突出高さと同じ寸法の従来よりも広い隙間（ギャップ）２０が設けられているので（従来の隙間はほぼゼロである）、この隙間２０にモールド剤１９が充填され、モールド剤１９でケース２の壁部３の裏面３ａとコア１３の前面１３ａとが接着固定される。隙間２０の大きさは、モールド剤１９がケース２の壁部３の上下左右方向の膨張収縮を十分吸収できるだけの寸法であることが好ましい。

そして、モールド剤１９が固化（硬化）した状態で、ケース２の壁部３の膨張収縮変形が隙間２０内のモールド剤１９に伝わっても、モールド剤１９が厚いので、その膨張収縮を吸収し、コア１３への応力負荷を軽減し（緩和させ）、それにより、コア１３の変形が防止され、コア１３による磁界の増幅作用が精度良く行われ、且つコア１３の切欠部１３ｅ内のホール素子１７との間隔が正確に規定され、ホール素子１７の特性のばらつきが防止されて、電流検出が精度良く行われる。

また、ケース２に突起１４を一体樹脂成形するだけで済み、ケース２とコア１３との間の隙間２０を保つための新たな部品を必要としないから、コストアップが防止される。また、突起１４を三つとして仮想三角形の頂点に配置するようにしたから、各突起１４とコア１３の面１３ａとが隙間なく確実に三点接触し、コア１３のぐらつきが防止されて、ケース２の壁部３に対するコア１３の位置決めが安定して精度良く行われる。

図３の如く、コア１３は、複数枚の磁性金属板１３’を板厚方向に重ねて構成される積層コアであり、磁性金属板１３’の板厚方向すなわちコア１３の板厚方向の前面１３ａに突起１４の先端１４ｂが当接する。各突起１４はコア１３の図２の水平な上辺部１３ｂと下辺部１３ｃとの幅方向中央に位置（当接）する。図３で符号１３ｆはコア１３の内側の矩形状の空間である。

図２において上側の二つの突起１４をコア１３の垂直な左右の側辺部１３ｄの上部に位置（当接）させることも可能である。突起１４の断面形状は図３の略半円状に限らず、略矩形状や略台形状とすることも可能である。コア１３を安定支持させる上では点接触の断面略半円状であることが好ましい。

図２の如く、コア１３の径方向の外周面１３ｇとケース２の周壁８の内面８ａとの間、及びコア１３の内周面１３ｈとケース２の枠壁１２との間には隙間２１，２２が形成され、これらの隙間２１，２２にもモールド剤１９が充填されて、コア１３とケース２とが径方向に接着固定される。

コア１３は各磁性金属板１３’の板厚方向よりも長手方向と幅方向とにケース２の膨張収縮の影響を受けやすいので（ケース２の壁部３に最も近い磁性板１３’の表面積は板厚方向よりも長手方向と幅方向に大きいので）、コア１３の変形を防止するためには、コア１３の径方向ではなく板厚方向に突起１４を配置する必要がある。これは以下の実施形態においても同様である。

図２においてコア１３の後面１３ｊ（図３）の上にもモールド剤１９が充填されて、コア１３がモールド剤１９で完全に封止され、後面１３ｊ側のモールド剤１９がケース２の後壁（存在しない）の代用となる。コネクタ１１の各端子１１ａの後端はホール素子１７のリード線にハンダ接続され、前方からコネクタ１１内に入出力用の相手側コネクタ（図示せず）が嵌合接続される。

図４〜図５は、本発明に係る電流センサ構造の第二の実施形態を示すものである。

この電流センサ構造３１は、上記第一の実施形態の突起１４をケース２に設けたのに対して、第二の実施形態では突起３２を磁性コア３３に設けたことを特徴としている。その他の構成は第一の実施形態と同様であるので、同じ構成部分には同じ符号を付して詳細な説明を省略する。

図４で、符号３２はケース、１２は、ケース３２の枠壁、１７は、コア３３の切欠部３３ｅ間のホール素子、１１ａは、コネクタ１１の端子、１５は、ケース外周の固定用のロック部、１６は同じくガイド部をそれぞれ示している。

図４の例で、各突起３４は図２の例とは少し異なる位置、すなわち上側の二つの突起３４がコア３３の上辺部３３ｂではなく左右の側辺部３３ｄの上部に配置されている。下側の一つの突起３４の位置はコア３３の下辺部３３ｃの中央で同じである。

図５の如く（図３の例でも同様であるが）、コア３３は、電磁鋼板、パーマロイ（鉄−ニッケルの合金）等の板状の磁性体（磁性金属板）３３’を積層して構成されており、各磁性金属板３３’の前面３３ａに突起３４を同じ位置に同じ方向にプレスで打ち出し形成しつつ、突起３４の突出反対側（裏側）に突起３４と同じ大きさ形状の凹部３５を形成する、すなわち磁性金属板３３’に絞り加工を施すことで、中間層の各磁性金属板３３’の突起３４を隣接の各磁性金属板３３’の凹部３５にそれぞれ隙間なく嵌合させて、各磁性金属板３３’を相互に固定させている。

そして、後端の磁性金属板３３’の凹部３５は空のままとし、前端の磁性金属板３３’の前面３３ａの突起３４をケース３２の前壁３の内面（裏面）３ａに当接させて、ケース３２の前壁３と前端の磁性金属板３３’との間に従来よりも広い隙間２０を形成し（従来の隙間はほぼゼロである）、この隙間２０内に厚肉に充填されたモールド剤１９でケース３２の膨張収縮を吸収し、コア３３に伝わる膨張収縮応力を軽減させる。これら作用及び効果（説明を省略）は第一の実施形態と同様である。

コア３３は複数枚の磁性金属板３３’で成り、各磁性金属板３３’は突起３４と凹部３５で位置ずれなく係合固定されているので、モールド剤１９で膨張収縮を完全に吸収できない場合は、前端の磁性金属板３３’のみが膨張収縮力を受けるのではなく、全ての磁性金属板３３’が同時に膨張収縮力を受けることで、コア３３の膨張収縮応力が極めて小さく抑えられる。

本例の突起３２は断面台形状に形成され、平坦な先端（前端）面３４ａと上下左右のテーパ状傾斜面３４ｂとを有する。凹部３５も突起３４と同様に平坦な底面（符号３５で代用）と上下左右のテーパ状傾斜面３５ｂとを有する。突起３４の上下左右の傾斜面３４ｂが突起突出方向（隣接）の凹部３５の上下左右の傾斜面３５ｂに隙間なく嵌ることで、各磁性金属板３３’の固定力が高められる。

図５で、符号３３ｆはコア３３の内側の矩形状の空間である。なお、コア３３の中間層に係合用の凹凸３４，３５を設けることは（前端の突起３４は設けられていない）、特開２００５−１０８９７６号で公知である。各突起３４は各磁性金属板３３’にプレス加工で簡単に形成することができ、ケース３２とコア３３との隙間２０を保つために新たな部品を必要としないから安価で済む。図４の例のケース３２は図１のケース２から突起１４を削除した形態のもので、その他のケース構造は同じである。

なお、上記各実施形態においては略矩形状のコア１３，３３を用いたが、例えば円形非連続環状のコア（図示せず）とそれに対応する形状のケース（図示せず）を用いた場合でも、上記各突起１４，３４でコア１３，３３とケース２，３２との間に隙間２０を形成することができる。また、上記各実施形態においては、ケース２又はコア３３に突起１４，３４を設けたが、ケース２とコア３３との両方に突起１４，３４を（例えばケース２に上側の二つの突起１４、コア３３に下側の一つの突起３４というように）場所を変えて重ならないように設けることも可能である。

また、本発明は、電流センサ構造１，３１としてのみならず電流センサ自体として、あるいは電流センサのコア固定構造や、電流センサの形成方法や電流センサのコア固定方法等としても有効なものである。

本発明に係る電流センサ構造は、例えばハイブリッドカーを含む自動車の電源分配用の電気接続箱やジャンクションブロック等に搭載される電流センサの膨張収縮によるコアの変形を防いで電流検出精度を高めるために利用することができる。

１，３１ 電流センサ構造
２，３２ ケース
３ 壁部
１３，３３ 磁性コア
１３’，３３’ 磁性板
１４，３４ 突起
１９ モールド剤
２０ 隙間
３３ａ 前面（面）
３５ 凹部

上記構成により、絶縁樹脂製のケースの壁部が磁性板厚み直交方向すなわち磁性板長手
方向や幅方向に膨張収縮変形した際に、ケースの磁性板厚み方向の壁部と磁性コアの磁性
板厚み方向の面との間にモールド剤が突起の高さと同じ寸法の厚みで形成されているから
、モールド剤がケースの膨張収縮方向に歪んでケースの膨張収縮変形を吸収し、磁性コア
へのケースの膨張収縮変形の伝播を阻止ないし緩和することで、磁性コアの応力負荷が緩
和され、磁性コアの有害な変形が防止される。複数の突起で磁性コアとケースの壁部との
間の隙間が確保され、且つ隙間内のモールド剤の厚みが確保される。

モールド剤１９としては、エポキシ樹脂やＰＢＴ（ポリブチレンテレフタレート）樹脂
やウレタン樹脂等が挙げられる。

Claims (4)

1. 複数の磁性板を積層した略環状の磁性コアを絶縁性のケース内に収容し、該磁性コアをモールド剤で該ケースに固定する電流センサ構造において、磁性板厚み方向に突出する複数の突起が前記ケースの磁性板厚み方向の壁部又は前記磁性コアの磁性板厚み方向の面に設けられ、該突起を介して該面が該壁部に支持され、該面と該壁部との間に突起高さ寸法の隙間が形成され、該隙間に前記モールド剤が充填され、該ケースの磁性板厚み直交方向の膨張収縮変形が該隙間内の該モールド剤で吸収されることで、該磁性コアへの応力負荷が防止されたことを特徴とする電流センサ構造。
2. 前記突起が仮想三角形の頂点位置に一つずつ配置されたことを特徴とする請求項１記載の電流センサ構造。
3. 前記ケースの前記突起が該ケースに一体樹脂成形されたことを特徴とする請求項１又は２記載の電流センサ構造。
4. 前記複数の磁性板にそれぞれ前記突起と該突起の裏側の凹部とが設けられ、該裏側の凹部に後側の突起が係合し、前端の磁性板の該突起が前記壁部に当接したことを特徴とする請求項１又は２記載の電流センサ構造。

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