JP2012163401A - Current sensor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、導体の内部を流れる電流を測定するための電流センサに関するものである。 The present invention relates to a current sensor for measuring a current flowing through a conductor.
HV(ハイブリッドカー)やEV(電気自動車)のモータやバッテリにおいて充電時や放電時に、導体の内部を流れる電流の値を測定する電流センサが存在する。このような電流センサは、外部(例えば、近接している他相のバスバなどの導体)からの大きな磁界ノイズが絶えず印加される環境下で使用される。そのため、電流センサに備わる磁気検出素子の位置合わせの精度が低く磁気検出素子が所定の位置に配置されていないと、磁気検出素子は外部の磁界ノイズを感知し、電流センサは測定精度の低下により測定誤差を生じ易くなってしまう。 There is a current sensor that measures the value of a current flowing through a conductor during charging or discharging in an HV (hybrid car) or EV (electric car) motor or battery. Such a current sensor is used in an environment in which a large magnetic field noise from the outside (for example, a conductor such as a bus bar of another phase in the vicinity) is constantly applied. For this reason, if the magnetic detection element provided in the current sensor has low alignment accuracy and the magnetic detection element is not arranged at a predetermined position, the magnetic detection element senses external magnetic field noise, and the current sensor has a decrease in measurement accuracy. Measurement errors are likely to occur.
ここで、特許文献1には、磁気検出素子をリング状磁気コアのギャップ部において前記リング状磁気コアの両端面間の中央の位置に安定かつ正確に配置するため、磁気検出素子を樹脂のホルダに挿入して、このホルダをリング状磁気コアのギャップ部に嵌め込んだ構造の電流センサが開示されている。
Here, in
しかしながら、特許文献1の電流センサのように磁気検出素子をホルダに挿入するためには、磁気検出素子を挿入するための挿入穴を磁気検出素子よりも大きく形成し、挿入穴と磁気検出素子の間にクリアランスを設ける必要がある。このように挿入穴と磁気検出素子の間にクリアランスを設けると、磁気検出素子の位置決めを正確に行うことが出来ず、磁気検出素子の位置合わせの精度が低下してしまう。一方、挿入穴と磁気検出素子の間にクリアランスを設けずに磁気検出素子をホルダに圧入とすると、磁気検出素子に応力が作用して、電流センサの測定精度に影響を及ぼしてしまう。また、リング状磁気コアのギャップ部が広い場合には、ホルダを大きくする必要があるため、無駄な樹脂材料が多くなって製造コストが増大してしまう。
However, in order to insert the magnetic detection element into the holder as in the current sensor of
そこで、本発明は上記した問題点を解決するためになされたものであり、磁気検出素子の高精度な位置合わせを行うことができる電流センサを提供すること、を課題とする。 Therefore, the present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a current sensor that can perform highly accurate alignment of the magnetic detection elements.
上記課題を解決するためになされた本発明の一態様は、金属の磁性体から構成されギャップを備える環状コアと前記ギャップの内部に設けた磁気検出素子とを有する電流センサにおいて、前記磁気検出素子を実装した樹脂基板と、前記樹脂基板を固定した金属製の磁性部材と、を有し、前記磁性部材は、前記ギャップにて前記環状コアに係合して固定されていること、を特徴とする。 One aspect of the present invention made to solve the above-described problem is a current sensor having an annular core made of a metal magnetic material and having a gap, and a magnetic detection element provided in the gap. And a metal magnetic member to which the resin substrate is fixed, and the magnetic member is fixed by engaging with the annular core at the gap. To do.
この態様によれば、環状コアと磁性部材はともに金属で形成されており加工精度を高めることができるので、環状コアと磁性部材との位置合わせの精度を高めることができる。そして、磁気検出素子を実装した樹脂基板は磁性部材に固定しているので、環状コアと磁気検出素子との位置合わせの精度も高めることができる。そしてこれにより、電流センサの測定精度が向上する。 According to this aspect, since both the annular core and the magnetic member are made of metal and the processing accuracy can be increased, the alignment accuracy between the annular core and the magnetic member can be increased. And since the resin board | substrate which mounted the magnetic detection element is being fixed to the magnetic member, the precision of alignment with a cyclic | annular core and a magnetic detection element can also be improved. This improves the measurement accuracy of the current sensor.
また、環状コアに磁性部材を係合するので、外部磁界は磁性部材を通るため磁気検出素子に達し難くなる。そのため、電流センサは外部磁界のノイズに強くなり、電流センサへの外部磁界の影響が低減する。 In addition, since the magnetic member is engaged with the annular core, the external magnetic field passes through the magnetic member, so that it is difficult to reach the magnetic detection element. Therefore, the current sensor is resistant to external magnetic field noise, and the influence of the external magnetic field on the current sensor is reduced.
上記の態様においては、前記環状コアは、前記磁性部材が係合する凹部を備えること、が好ましい。 In said aspect, it is preferable that the said annular core is provided with the recessed part which the said magnetic member engages.
この態様によれば、磁性部材を環状コアの凹部に嵌め込んで係合させることにより、環状コアと磁性部材との位置合わせを容易に行うことができる。そしてこれにより、磁性部材に固定された樹脂基板に実装した磁気検出素子は、環状コアとの位置合わせを精度よく、かつ容易に行うことができる。 According to this aspect, it is possible to easily align the annular core and the magnetic member by fitting the magnetic member into the concave portion of the annular core to be engaged. Thus, the magnetic detection element mounted on the resin substrate fixed to the magnetic member can be accurately and easily aligned with the annular core.
上記の態様においては、前記凹部は、前記環状コアの外周面の位置から内径方向に凹むように形成されていること、が好ましい。 In said aspect, it is preferable that the said recessed part is formed so that it may dent in the internal diameter direction from the position of the outer peripheral surface of the said annular core.
この態様によれば、環状コアの外周面の近傍で磁性部材を環状コアに固定することができるので、外部磁界は磁性部材を通り易くなるため、さらに磁気検出素子に達し難くなる。そのため、電流センサへの外部磁界の影響がさらに低減するため、電流センサの測定精度が向上する。 According to this aspect, since the magnetic member can be fixed to the annular core in the vicinity of the outer peripheral surface of the annular core, the external magnetic field easily passes through the magnetic member, and therefore, it is more difficult to reach the magnetic detection element. Therefore, the influence of the external magnetic field on the current sensor is further reduced, so that the measurement accuracy of the current sensor is improved.
上記の態様においては、前記磁性部材は、前記環状コアに係合する凸部を備えること、が好ましい。 In said aspect, it is preferable that the said magnetic member is provided with the convex part engaged with the said annular core.
この態様によれば、磁性部材の凸部を環状コアのギャップの内部に挿入するようにして環状コアに係合させることにより、環状コアと磁性部材との位置合わせを容易に行うことができる。そしてこれにより、磁性部材に固定された樹脂基板に実装した磁気検出素子は、環状コアとの位置合わせを精度よく、かつ容易に行うことができる。 According to this aspect, the annular core and the magnetic member can be easily aligned by engaging the annular core with the convex portion of the magnetic member inserted into the gap of the annular core. Thus, the magnetic detection element mounted on the resin substrate fixed to the magnetic member can be accurately and easily aligned with the annular core.
上記の態様においては、前記凸部は、前記環状コアの外周面の位置から内径方向に突出した状態で係合していること、が好ましい。 In said aspect, it is preferable that the said convex part is engaged in the state protruded in the internal diameter direction from the position of the outer peripheral surface of the said annular core.
この態様によれば、環状コアの外周面の近傍で磁性部材を環状コアに固定することができるので、外部磁界は磁性部材を通り易くなるため、磁気検出素子にさらに達し難くなる。そのため、電流センサへの外部磁界の影響がさらに低減するため、電流センサの測定精度が向上する。 According to this aspect, since the magnetic member can be fixed to the annular core in the vicinity of the outer peripheral surface of the annular core, the external magnetic field easily passes through the magnetic member, so that it is more difficult to reach the magnetic detection element. Therefore, the influence of the external magnetic field on the current sensor is further reduced, so that the measurement accuracy of the current sensor is improved.
上記の態様においては、前記磁性部材は中央に開口部を備え、前記開口部の位置に前記磁気検出素子が前記樹脂基板に実装される箇所が位置するようにして前記樹脂基板が前記磁性部材に固定されていること、が好ましい。 In the above aspect, the magnetic member has an opening in the center, and the resin substrate is attached to the magnetic member such that a position where the magnetic detection element is mounted on the resin substrate is positioned at the opening. It is preferable that it is fixed.
この態様によれば、磁気検出素子の検出信号を取り込むために樹脂基板に接続するハーネスなどの回路部品の配線が行い易くなり、樹脂基板と磁性部材との固定が容易となる。 According to this aspect, it becomes easy to wire circuit components such as a harness connected to the resin substrate in order to capture the detection signal of the magnetic detection element, and the resin substrate and the magnetic member can be easily fixed.
本発明に係る電流センサによれば、磁気検出素子の高精度な位置合わせを行うことができる。 According to the current sensor of the present invention, the magnetic detection element can be aligned with high accuracy.
以下、本発明を具体化した実施の形態について、添付図面を参照しつつ詳細に説明する。 DESCRIPTION OF EXEMPLARY EMBODIMENTS Hereinafter, embodiments of the invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
〔電流センサの構成〕
図1,図2に示すように、本実施例の電流センサ1は、環状コア10、ホールIC12、コンデンサ14、樹脂基板16、磁性板18、ハーネス20などを有する。なお、図1は電流センサ1の正断面図であり、図2は電流センサ1の側面図(図1を下から見たときの図)である。
[Configuration of current sensor]
As shown in FIGS. 1 and 2, the
環状コア10は、例えば、積層鋼板や、パーマロイや、圧粉磁心等のフェライト系磁性材料などの金属の磁性体から構成され、環状に形成されている。環状コア10は、図1で図示されたような四角形状に限定されず、円形状に形成されていてもよい。環状コア10は、間隙としてギャップ22を備え、このギャップ22の内部にホールIC12が配置されている。この環状コア10は、内周面の内側に不図示の測定対象の導体を貫通させたときに、当該導体を流れる電流によって発生する磁束を通過させる磁路を形成する。
The
ホールIC12は、ホール素子と信号変換回路を組み込んだ磁気検出素子である。このホールIC12は、ホール効果を利用して磁界を検出する磁気検出素子であり、不図示の測定対象の導体の内部を流れる電流によってギャップ22の内部に発生する磁界の強さを出力電圧として検出する。そして、磁界の強さは測定対象の導体の内部を流れる電流の大きさに比例するので、ホールIC12の出力電圧から測定対象の導体の内部を流れる電流の値を求めることができる。本実施例では、ホールIC12は、はんだ付けなどにより樹脂基板16に実装されている。なお、ホールIC12を複数搭載することも考えられる。
The Hall IC 12 is a magnetic detection element incorporating a Hall element and a signal conversion circuit. The
樹脂基板16は、平板状の基板であって、ホールIC12やコンデンサ14などを搭載し、ハーネス20が接続されている。そして、樹脂基板16は磁性板18と接合している。樹脂基板16と磁性板18との接合方法は、粘着テープによる接合、接着材による接合、ねじによる接合、かしめによる接合、圧入による接合、溶接による接合、溶着による接合のいずれでもよい。
The
磁性板18は、平板状の金属の磁性体から構成されている。磁性板18は、開口部24を備え、この開口部24の両側の部分26,28において磁束流れ方向(図2の左右方向)に繋がっている。この磁性板18は、環状コア10のギャップ22の部分に設けた凹部30に嵌め込まれるようにして、環状コア10に係合して固定されている。凹部30は、環状コア10の外周面52の位置から内径方向に凹むように形成されている(図5参照)。また、開口部24の位置にホールIC12を樹脂基板16に実装する箇所が位置するようにして、樹脂基板16と磁性板18とを固定している。
The
ここで、環状コア10と磁性板18は、ともに金属であるため、加工精度を高めることができるので、環状コア10と磁性板18との位置合わせの精度を高めることができる。そして、ホールIC12は、樹脂基板16を介して磁性板18と一体化しているため、環状コア10と磁性板18との位置合わせの精度を高めることにより、環状コア10とホールIC12との位置合わせの精度も高めることができる。
Here, since both the
また、環状コアが高透磁率であると、環状コアは外部磁界も集束してしまい、集束した外部磁界の影響を受けて電流センサは測定精度の低下により電流の測定値に誤差を生じるおそれがある。しかし、本実施の形態においては、図1と図2に示すように、ギャップ22に磁性板18を嵌め込んでいる。そして、磁性板18は、開口部24の両側の部分26,28において磁束流れ方向(図2の左右方向)に繋がっている。そのため、外部磁界は磁性板18を通るので、ホールIC12には達しない。これにより、電流センサ1は、外部磁界の影響を受け難くなり、測定精度が低下せず、電流の測定値に誤差を生じない。
Also, if the annular core has a high permeability, the annular core also focuses the external magnetic field, and the current sensor may cause an error in the current measurement value due to a decrease in measurement accuracy due to the influence of the focused external magnetic field. is there. However, in the present embodiment, as shown in FIGS. 1 and 2, the
〔電流センサの製造方法〕
次に、このような構成の電流センサ1の製造方法について説明する。まず、図3と図4に示すように、ホールIC12やコンデンサ14などを搭載した樹脂基板16と磁性板18とについて、磁性板18の側面32からホールIC12までの距離が所定の距離L(図4参照)となるように不図示の治具等で位置決めを行いながら、樹脂基板16の面34と磁性板18の面36とを接合する。このように、磁性板18とホールIC12との位置合わせを行って樹脂基板16と磁性板18とを接合することにより、図4に示す磁性板サブアッセンブリ38を形成する。
[Manufacturing method of current sensor]
Next, a method for manufacturing the
次に、図5に示すように、環状コア10と磁性板サブアッセンブリ38を接合する。このとき、予め凹部30の面40とギャップ22の中心線との間の距離が所定の距離Lとなるように、環状コア10を加工しておく。そして、環状コア10の凹部30に磁性板サブアッセンブリ38を嵌合させて接合する。これにより、前記の図1に示すように、ホールIC12をギャップ22の中心線上に配置した電流センサ1を製造することができる。
Next, as shown in FIG. 5, the
このとき、環状コア10の中心軸方向(図6の上下方向)における磁性板サブアッセンブリ38の位置決めとして、図6に示すように、環状コア10の面42と磁性板サブアッセンブリ38の面44が一致するように不図示の治具等で位置合わせを行う。これにより、前記の図2に示すような電流センサ1を製造することができる。
At this time, as shown in FIG. 6, the
なお、図7に示すように、環状コア10のギャップ22の部分にギャップ22の内側に向って突出した突起部46を形成し、かつ、磁性板サブアッセンブリ38の磁性板18に嵌合部48を形成しておく例も考えられる。そして、突起部46と嵌合部48とを嵌合させることにより、環状コア10の面42と磁性板サブアッセンブリ38の面44が一致するように位置合わせを行うことも考えられる。なお、図7に示す例では、突起部46と嵌合部48は2箇所形成しているが、これに限定されず、3箇所や4箇所形成してもよい。
As shown in FIG. 7, a
〔変形例〕
その他、変形例として以下の実施例も考えられる。まず、第1の変形例の電流センサ1Aは、図8に示すように、磁性板18に凸部50を設けている。そして、凸部50が樹脂基板16とは反対側に位置するようにして、樹脂基板16と磁性板18を接合して磁性板サブアッセンブリ38を形成する。そして、凸部50が環状コア10の外周面52の位置から内径方向に突出した状態で凸部50をギャップ22に嵌め込むようにして、磁性板18を環状コア10に係合させて固定する。このようにして、環状コア10に磁性板サブアッセンブリ38を固定する。
[Modification]
In addition, the following embodiments can be considered as modified examples. First, as shown in FIG. 8, the
このように第1の変形例によれば、環状コア10に前記の凹部30を形成する必要がなくなるので、製造コストを低減できる。また、磁性板18が環状コア10の外周面52よりも外径側まで設けられているので、外部磁界は磁性板18を通り易くなるため、ホールIC12には達しない。そのため、電流センサ1Aは、外部磁界の影響を受け難くなり、測定精度が低下せず、電流の測定値に誤差を生じない。
As described above, according to the first modification, it is not necessary to form the
次に、第2の変形例の電流センサ1Bは、図9に示すように、磁性板18の厚みを大きくして、磁性板18が環状コア10の外周面52よりも外径側に突出している。このような第2の変形例によれば、外部磁界は磁性板18を通り易くなるため、ホールIC12には達しなくなる。そのため、電流センサ1Bは、外部磁界の影響を受け難くなり、測定精度が低下せず、電流の測定値に誤差を生じない。
Next, as shown in FIG. 9, the
次に、第3の変形例の電流センサ1Cは、図10に示すように、磁性板18を凹形状として、樹脂基板16を磁性板18の中に嵌め込んでいる。このように第3の変形例によれば、樹脂基板16と磁性板18の接合状態がより強固になり、磁性板18および環状コア10とホールIC12との位置合わせの精度を高く維持することができる。
Next, as shown in FIG. 10, in the
次に、第4の変形例の電流センサ1Dは、図11に示すように、図1に示す例とは樹脂基板16と磁性板18の配置を逆にして、環状コア10の内径側に磁性板18を配置し、環状コア10の外径側に樹脂基板16を配置している。
Next, as shown in FIG. 11, the
その他、ハーネス20を環状コア10の内側から樹脂基板16に実装してもよい。また、磁性板18を嵌め込む位置を、環状コア10の内径側にしてもよい。
In addition, the
〔本実施例の効果〕
前記の実施例によれば、環状コア10と磁性板18はともに金属で形成されており加工精度を高めることができるので、環状コア10と磁性板18との位置合わせの精度を高めることができる。そして、ホールIC12をはんだ付けなどで実装した樹脂基板16は磁性板18に固定しているので、環状コア10とホールIC12との位置合わせの精度も高めることができる。そしてこれにより、電流センサ1の測定精度が向上する。
[Effect of this embodiment]
According to the embodiment described above, both the
また、環状コア10に磁性板18を係合するので、外部磁界は磁性板18を通るため、ホールIC12に達し難くなる。そのため、電流センサ1は外部磁界のノイズに強くなり、電流センサ1への外部磁界の影響が低減する。
Further, since the
また、磁性板18を環状コア10の凹部30に嵌め込んで係合させることにより、環状コア10と磁性板18との位置合わせを容易に行うことができる。そしてこれにより、磁性板18に固定された樹脂基板16に実装したホールIC12は、環状コア10との位置合わせを精度よく、かつ容易に行うことができる。
Further, the
また、凹部30は、環状コア10の外周面52の位置から内径方向に凹むように形成されているので、環状コア10の外周面52の近傍で磁性板18を環状コア10に固定することができる。そのため、外部磁界は磁性板18を通り易くなるため、さらにホールIC12に達し難くなる。したがって、電流センサ1への外部磁界の影響がさらに低減するため、電流センサ1の測定精度が向上する。
Further, since the
また、磁性板18の凸部50を環状コア10のギャップ22の内部に挿入するようにして環状コア10に係合させることにより、環状コア10と磁性板18との位置合わせを容易に行うことができる。そしてこれにより、磁性板18に固定された樹脂基板16に実装したホールIC12は、環状コア10との位置合わせを精度よく、かつ容易に行うことができる。
Further, the
また、磁性板18の凸部50は、環状コア10の外周面52の位置から内径方向に突出した状態で係合しているので、環状コア10の外周面52の近傍で磁性板18を環状コア10に固定することができる。そのため、外部磁界は磁性板18を通り易くなるため、ホールIC12にさらに達し難くなる。そのため、電流センサ1への外部磁界の影響がさらに低減するため、電流センサ1の測定精度が向上する。
Further, since the
また、磁性板18は中央に開口部24を備え、開口部24にホールIC12を樹脂基板16に実装させる箇所が位置するようにして樹脂基板16が磁性板18に固定されている。そのため、ホールIC12の検出信号を取り込むために樹脂基板16に接続するハーネス20などの回路部品の配線が行い易くなり、樹脂基板16と磁性板18との固定が容易となる。
In addition, the
なお、上記した実施の形態は単なる例示にすぎず、本発明を何ら限定するものではなく、その要旨を逸脱しない範囲内で種々の改良、変形が可能であることはもちろんである。例えば、ホールIC12が実装された樹脂基板16を環状コア10に直接固定することも考えられる。これにより、ケーシングやホルダ等を介さずに直接的に環状コア10に対し位置決め、固定でき、ホールIC12の高精度な位置合わせを行うことができる。
It should be noted that the above-described embodiment is merely an example and does not limit the present invention in any way, and various improvements and modifications can be made without departing from the scope of the invention. For example, it is conceivable to directly fix the
1 電流センサ
10 環状コア
12 ホールIC
16 樹脂基板
18 磁性板
22 ギャップ
24 開口部
30 凹部
38 磁性板サブアッセンブリ
1
16
Claims (6)
前記磁気検出素子を実装した樹脂基板と、
前記樹脂基板を固定した金属製の磁性部材と、を有し、
前記磁性部材は、前記ギャップにて前記環状コアに係合して固定されていること、
を特徴とする電流センサ。 In a current sensor having an annular core made of a metal magnetic body and having a gap, and a magnetic detection element provided inside the gap,
A resin substrate on which the magnetic detection element is mounted;
A metal magnetic member to which the resin substrate is fixed,
The magnetic member is engaged and fixed to the annular core at the gap;
A current sensor.
前記環状コアは、前記磁性部材が係合する凹部を備えること、
を特徴とする電流センサ。 The current sensor of claim 1,
The annular core has a recess with which the magnetic member is engaged;
A current sensor.
前記凹部は、前記環状コアの外周面の位置から内径方向に凹むように形成されていること、
を特徴とする電流センサ。 The current sensor of claim 2,
The recess is formed to be recessed in the inner diameter direction from the position of the outer peripheral surface of the annular core;
A current sensor.
前記磁性部材は、前記環状コアに係合する凸部を備えること、
を特徴とする電流センサ。 The current sensor of claim 1,
The magnetic member includes a convex portion that engages with the annular core;
A current sensor.
前記凸部は、前記環状コアの外周面の位置から内径方向に突出した状態で係合していること、
を特徴とする電流センサ。 The current sensor of claim 4,
The convex portion is engaged in a state protruding in the inner diameter direction from the position of the outer peripheral surface of the annular core,
A current sensor.
前記磁性部材は中央に開口部を備え、前記開口部の位置に前記磁気検出素子が前記樹脂基板に実装される箇所が位置するようにして前記樹脂基板が前記磁性部材に固定されていること、
を特徴とする電流センサ。 The current sensor according to any one of claims 1 to 5,
The magnetic member has an opening in the center, and the resin substrate is fixed to the magnetic member so that a position where the magnetic detection element is mounted on the resin substrate is located at the position of the opening.
A current sensor.
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