JP2012037351A - 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させる。
【解決手段】絶縁性のケース２の壁部３の内面３ａに沿って非磁性の金属板１４を配置し、金属板に磁性のコア１３を重ねて配置して、壁部３とコアとの間に金属板１４を介在させ、ケース内に充填したモールド剤１７で壁部３と金属板１４及び金属板とコア１３とを接着固定させ、壁部３の膨張収縮を金属板１４で吸収させてコア１３への応力負荷を緩和させた電流センサ構造１を採用する。金属板１４をコア１３の幅と同等ないしそれよりも幅広に形成した。
【選択図】図１

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熱や吸湿等による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（電線）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、例えば図４に示す如く、コア（複数層の磁性板１３’で構成される）１３の板厚方向の表面１３ａ’をケース２３の表側の壁部２４の内面２４ａに薄肉のモールド剤１７ｄで接着固定させるために、ケース２３が矢印Ｂ１の如くコア厚み直交方向に急激な温度・湿度変化で膨張収縮を起こした際に、薄肉のモールド剤１７ｄを介してコア１３が矢印Ｂ４の如くケース２３の膨張収縮の影響を受けて（ケース２３の膨張収縮でコア１３が応力を生じて）、コア１３の形状が変化することで、電流センサの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、絶縁性のケースの壁部の内面に沿って非磁性の金属板を配置し、該金属板に磁性のコアを重ねて配置して、該壁部と該コアとの間に該金属板を介在させ、該ケース内に充填したモールド剤で該壁部と該金属板及び該金属板と該コアとを接着固定させ、該壁部の膨張収縮を該金属板で吸収させて該コアへの応力負荷を緩和させたことを特徴とする。

上記構成により、ケースの壁部が厚み直交方向（幅方向）に膨張収縮を生じた際に、壁部に接着された金属板が壁部と一体的に変形して（金属板の変形量は壁部の変形量よりも小さい）壁部の膨張収縮を吸収することで、コアに加わる応力負荷が軽減されて、コアの有害な変形が防止される。

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、前記金属板を前記コアの幅と同等ないしそれよりも幅広に形成したことを特徴とする。

上記構成により、コアが金属板に幅方向のはみ出しなく支持されて、ケースの壁部の膨張収縮の影響が直接コアに伝わることが阻止され、金属板がケースの壁部の膨張収縮を確実に吸収する。「幅広」とは例えば上下左右方向といった二次元方向に広いことが好ましい。幅方向は金属板の厚み直交方向である。

請求項１記載の発明によれば、金属板でケースの壁部の膨張収縮を吸収させることで、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、コアの変形を確実に防止することができる。このように、ケースとコアとの間に非磁性の金属板を配置するだけの簡単な構造で、低コストにコアの変形を防止することができる。これにより、電流センサの電流検出精度を低コストで高めることができる。

請求項２記載の発明によれば、ケースの膨張収縮の影響が直接コアに伝わることなく金属板で確実に受け止め吸収されて、コアの変形が一層確実に防止される。

本発明の電流センサ構造の一実施形態を示す、（ａ）は前方視斜視図、（ｂ）は後方視分解斜視図である。 （ａ）は同じく電流センサ構造を示す平面図、（ｂ）はケース内の構造を示す（ａ）のＡ−Ａ断面図である。 同じくケース内にモールド剤を充填した状態を示す断面図である。 従来の電流センサ構造の説明例を示す断面図（枠内は要部拡大図）である。

図１〜図３は、本発明に係る電流センサ構造の一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（後面）３ａに沿って矩形環状の非磁性の金属板１４が配設され、金属板１４の裏面（後面）１４ａに沿って矩形不連続環状の金属磁性体の磁性コア１３が配設され、すなわちケース２の前壁３と磁性コア１３との間に非磁性の金属板１４が配設されたことを特徴としている。

金属板１４は上辺部１４ｂと下辺部１４ｃと左右の側辺部１４ｄとで成り、内側に各辺部１４ｂ〜１４ｄで囲まれた矩形状の開口１４ｅを有し、上辺部１４ｂの下半中央に開口１４ｅに連通した切欠部１４ｆを有している。金属板１４の四つ角部の外周面１４ｇは円弧状に形成されている。開口１４ｅ内にケース２の枠壁１２が挿通され、枠壁１２の上部に設けられた突部１５が切欠部１４ｆに係合して金属板１４が位置決めされる。金属板１４の厚みは、例えばケース２の周壁８や枠壁１２の厚みの略１／２程度、コア１３の前後方向の厚みの略１／５程度と薄く設定されている。

コア１３は、中央にスリット状の切欠部１３ｆを有する水平な上辺部１３ｂと、水平な下辺部１３ｃと左右の垂直な側辺部１３ｄと、各辺部１３ｂ〜１３ｄで囲まれた矩形状の開口１３ｅとを有している。コア１３の四つ角部の外周面１３ｇは円弧状に形成されている。切欠部１３ｆに図２のホール素子（検出部）１６が配置される。図２の例では切欠部１３ｆを図１よりも幅広に形成している。

図１（ｂ）の如く金属板１４はコア１３よりも一回り大きく形成され、金属板１４の各辺部１４ｂ〜１４ｄの長さと幅はコア１３の各辺部１３ｂ〜１３ｄの長さと幅よりも少し大きく、金属板１４の開口１４ｅはコア１３の開口１３ｅよりも少し小さく形成されている。コア１３の切欠部１３ｆは金属板１４の上辺部１４ｂの中央に対向する。ケース２の周壁８の上下左右の内周面４ａ〜７ａの間隔すなわち前壁３の裏面３ａの上下左右の幅寸法は金属板１４の上下左右の幅寸法よりも少し大きく、枠壁１２の外周面の上下左右の幅寸法は金属板１４の開口１４ｅの上下左右の幅寸法よりも少し小さい。

図２（ａ）の如く、金属板１４は枠壁１２の外周面に沿ってケース２の周壁８の内側の空間にスライド式に挿入され、図２（ｂ）の如く、金属板１４の前面１４ａ’がケース２の前壁３の後面３ａに接触し、次いでコア１３が金属板１４の上から枠壁１２を開口１３ｅに貫通させてケース２の内側空間２ａに装着され、コア１３の前面１３ａ’が金属板１４の後面１４ａに接触する。

なお、図２（ａ）の例では、金属板１４の四つ角部１４ｇ’を面取りしないでコア１３よりも径方向外側に突出させ、金属板１４の開口１４ｅをコア１３の開口１３ｅと同等ないし少し大きくし、コア１３の切欠部１３ｆを図１の例よりも大きくした例を示している。どちらかと言うと、図１（ｂ）の如く金属板１４がコア１３を幅方向のはみ出しなく完全に受け止める大きさであることが好ましい。

図２（ｂ）の如くコア１３は複数枚の磁性金属板１３’を積層して構成されている。磁性金属板１３’は電磁鋼板やパーマロイ（鉄とニッケルの合金）等である。磁性金属板１３’に接触する金属板１４は非磁性であることが必須である。金属板１４の板厚は一枚の磁性金属板１３’の板厚よりも厚い。図２（ｂ）で符号１４ｅは、金属板１４の内側の開口（空間）、１３ｅは、コア１３の内側の開口（空間）をそれぞれ示している。

図２（ｂ）の如く、ケース２の前壁３を下（水平）にした状態で、ケース２の後部（上部）開口２ｂ（図１）から溶融状態のモールド剤１７（図３）がケース２内に充填されて、図３の如く、金属板１４やコア１３がモールド剤１７の内部に埋入されつつ、モールド剤１７が、ケース２の前壁３と金属板１４の前面１４ａ’との間の狭い隙間１８と、金属板１４とコア１３との間の狭い隙間１９に進入し、モールド剤１７の硬化（固化）に伴って、金属板１４がケース２の前壁３の内面３ａに薄い膜状モールド剤１７ａで接着固定され、コア１３の前面１３ａ’が金属板１４の後面１４ａに薄い膜状モールド剤１７ｂで接着固定される。

同時に、金属板１４の径方向の側面１４ｈとコア１３の径方向の側面１３ｈとがケース２の周壁８の内面８ａにモールド剤１７で接着固定され、コア１３よりも幅方向に突出した金属板１４の後面１４ａとコア１３の後面１３ａがモールド剤１７で覆われて、モールド剤１７の露出表面１４ｃ（図４参照）がケース２の後壁（後壁は存在しない）の代役をする。

モールド剤１７としては、ウレタン樹脂やエポキシ樹脂やＰＢＴ（ポリブチレンテレフタレート）樹脂等が挙げられる。金属板１４やコア１３の熱膨張収縮変形量（熱膨張収縮率）はケース２の熱膨張収縮変形量（熱膨張収縮率）よりも小さい。

図３の矢印Ｂ１の如くケース２の前壁３が厚み直交方向に大きく膨張ないし収縮した際に、金属板１４が薄肉のモールド剤１７ａを介してケース２の膨張・収縮力の影響を受けて、矢印Ｂ２の如くケース２よりも小さく膨張ないし収縮して、ケース２の膨張・収縮を吸収し、ケース２の膨張・収縮に対して金属板１４が応力を吸収し、矢印Ｂ３の如くコア１３が金属板１４よりも小さく膨張ないし収縮して、コア１３への応力負荷が緩和され、コア１３の有害な変形が防止される。

ケース２の膨張・収縮に伴う金属板１４の変形量（歪み）はケース２の変形量（歪み）よりも小さいから、金属板１４の変形に伴うコア１３の変形量すなわち応力は極めて小さく抑えられる。ケース２と金属板１４との間及び金属板１４とコア１３との間のモールド剤１７ａ，１７ｂは薄肉であるので、ケース２や金属板１４の変形を薄いモールド剤１７ａ，１７ｂが変形して吸収する量は極僅かである（殆ど期待できない）。

金属板１４がケース２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）、コア１３の変形が防止されることで、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１３ｆ内のホール素子１６（図２）との間隔が正確に規定され、ホール素子１６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。金属板１４はケース２とコア１３との間にギャップ２０を形成するための所謂仕切り板であり、簡単な形状でよいので、安価で済む。

コア１３を構成する各磁性金属板１３’は薄板であり、板厚方向よりも長手方向と幅方向とにすなわち厚み直交方向にケース２の膨張収縮の影響を受けやすいので、コア１３の変形を防止するためには、磁性金属板１３’の径方向ではなく板厚方向に非磁性金属板１４を重ねて配置することが必須である。各磁性金属板１３’は径方向の位置ずれなく相互に固定されている。

図１，図２において、ケース２の中央の開口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。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）にケース２を固定するべく、ケース２の一方の側壁６の外面にロックアーム２１、他方の側壁７と上下の壁部４，５との外面にガイドレール２２がそれぞれ設けられている。ケース２の前壁３の上部に設けられた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はホール素子（検出部）１６の各リード線（図示せず）に接続される。

なお、上記実施形態においては略矩形状のコア１３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、上記非磁性の金属板１４でコアとケースとの間にギャップ２０を形成して、コアの変形を防止することができる。

また、本発明は、電流センサ構造１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ケースの熱膨張収縮及び吸湿等の膨張収縮に伴う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 電流センサ構造
２ ケース
３ 壁部
３ａ 内面
１３ コア
１４ 金属板
１７ モールド剤

Claims (2)

1. 絶縁性のケースの壁部の内面に沿って非磁性の金属板を配置し、該金属板に磁性のコアを重ねて配置して、該壁部と該コアとの間に該金属板を介在させ、該ケース内に充填したモールド剤で該壁部と該金属板及び該金属板と該コアとを接着固定させ、該壁部の膨張収縮を該金属板で吸収させて該コアへの応力負荷を緩和させたことを特徴とする電流センサ構造。
2. 前記金属板を前記コアの幅と同等ないしそれよりも幅広に形成したことを特徴とする請求項１記載の電流センサ構造。

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