JP2013142547A - 電流センサ - Google Patents

Abstract

【課題】被測定対象物と磁電変換素子とを正確に位置決めして安定したセンシングを行うことができるとともに電流分布が安定して高精度に測定することができる電流センサを提供する。
【解決手段】回動規制部材５０，５１により、第１の部材２０の被測定対象物挟持面２１に形成した凹部２２にバスバー７０が嵌合して第１の部材２０と第２の部材３０の間にバスバー７０を挟持した状態で第１の部材２０と第２の部材３０の回動を規制する。そして、ホールＩＣ６０，６２が第１の部材２０、第２の部材３０に固定され、バスバー７０に流れる被測定電流の大きさに応じた信号が出力される。
【選択図】図１

Description

本発明は、電流センサに関するものである。

磁電変換素子を実装した回路基板に対し被測定対象物を配置する場合において、被測定対象物に対し回路基板を直交（貫通）する状態で取り付ける構造が知られている（例えば特許文献１）。

特開２００６−１９４６５０号公報

ところで、被測定対象物と回路基板（磁電変換素子）との位置決めについて取り付けのガタがあると、磁界の強さ（磁力）がばらつき、そのために検出精度に悪影響を与えてしまう。

本発明の目的は、被測定対象物と磁電変換素子とを正確に位置決めして安定したセンシングを行うことができるとともに電流分布が安定して高精度に測定することができる電流センサを提供することにある。

請求項１に記載の発明では、被測定対象物挟持面を有する第１の部材と、被測定対象物挟持面を有し、当該被測定対象物挟持面が前記第１の部材の被測定対象物挟持面と対向する第２の部材と、前記第１の部材の端部と前記第２の部材の端部とを連結し、前記第１の部材と前記第２の部材とを回動可能に支持する連結部材と、前記第１の部材の被測定対象物挟持面および前記第２の部材の被測定対象物挟持面の少なくとも一方の面に形成した凹部に被測定対象物が嵌合して前記第１の部材と前記第２の部材の間に前記被測定対象物を挟持した状態で前記第１の部材と前記第２の部材の回動を規制する回動規制部材と、前記第１の部材および前記第２の部材の少なくとも一方に固定され、前記被測定対象物に流れる被測定電流の大きさに応じた信号を出力する磁電変換素子と、を備えたことを要旨とする。

請求項１に記載の発明によれば、連結部材により、第１の部材の端部と第２の部材の端部とが連結され、第１の部材と第２の部材とが回動可能に支持される。第１の部材の被測定対象物挟持面および第２の部材の被測定対象物挟持面の少なくとも一方の面に形成した凹部に被測定対象物が嵌合して第１の部材と第２の部材の間に被測定対象物が挟持される。この状態で、回動規制部材により、第１の部材と第２の部材の回動が規制される。そして、第１の部材および第２の部材の少なくとも一方に固定された磁電変換素子から、磁電変換素子により、被測定対象物に流れる被測定電流の大きさに応じた信号が出力される。

よって、被測定対象物が第１の部材と第２の部材との間に挟持され、被測定対象物と磁電変換素子とを正確に位置決めすることができ、安定したセンシングを行うことができる。また、被測定対象物には貫通孔を設ける等の加工が不要となり、電流分布が安定して高精度に測定することができる。

請求項２に記載のように、請求項１に記載の電流センサにおいて、前記回動規制部材は、前記第１の部材および前記第２の部材の一方に形成した突起と、他方に形成され前記第１の部材と前記第２の部材の間に前記被測定対象物を挟持した状態で前記突起に係合する係合部とからなるとよい。

請求項３に記載のように、請求項１または２に記載の電流センサにおいて、前記被測定対象物は、断面が長方形をなすバスバーであるとよい。

本発明によれば、被測定対象物と磁電変換素子とを正確に位置決めして安定したセンシングを行うことができるとともに電流分布が安定して高精度に測定することができる。

（ａ）は実施形態の電流センサの一部断面平面図、（ｂ）は電流センサの正面図、（ｃ）は電流センサの右側面図、（ｄ）は電流センサの下面図。 実施形態の電流センサの斜視図。 （ａ）は実施形態の電流センサの平面図、（ｂ）は電流センサの正面図。 実施形態の電流センサの斜視図。 別例の電流センサの右側面図。

以下、本発明を具体化した一実施形態を図面に従って説明する。
なお、図面において、水平面を、直交するＸ，Ｙ方向で規定するとともに、上下方向をＺ方向で規定している。

図１，２に示すように、電流センサ１０は、第１の部材２０と、第２の部材３０と、連結部材４０と、回動規制部材５０，５１と、磁電変換素子としてのホールＩＣ６０，６２を備えている。被測定対象物としてのバスバー７０は断面が長方形をなす帯状の導電板であり、Ｘ方向に延設されると共に断面長方形の長辺がＺ方向となっている。

樹脂製の第１の部材２０は四角板状をなし、一つの面が被測定対象物挟持面２１となっている。樹脂製の第２の部材３０も四角板状をなし、一つの面が被測定対象物挟持面３１となっている。Ｙ方向において第１の部材２０の被測定対象物挟持面２１と第２の部材３０の被測定対象物挟持面３１とが対向している。

第１の部材２０の被測定対象物挟持面２１と第２の部材３０の被測定対象物挟持面３１とは、同一形状、同一寸法となっている。第１の部材２０と第２の部材３０とは立設した状態で使用され、第１の部材２０の被測定対象物挟持面２１と第２の部材３０の被測定対象物挟持面３１はＸ−Ｚ面に形成されている（立設面となっている）。

第１の部材２０と第２の部材３０とは、端部としての下面部において連結部材４０により連結されている。連結部材４０は樹脂よりなり、板状をなしている。板状の連結部材４０は第１の部材２０の下面部と第２の部材３０とをＵ字状につないでいる。連結部材４０により、図３，４に示すように、第１の部材２０と第２の部材３０は下端を回動中心にして第１の部材２０の上側と第２の部材３０の上側とは開閉できるようになっている。詳しくは、Ｕ字状の連結部材４０における中央部において薄肉部４１が形成されており、この薄肉部４１を中心にして回動しやすくなっている。

このようにして、第１の部材２０は被測定対象物挟持面２１を有するとともに、第２の部材３０は被測定対象物挟持面３１を有し、被測定対象物挟持面３１が第１の部材２０の被測定対象物挟持面２１と対向している。そして、連結部材４０により、第１の部材２０の端部と第２の部材３０の端部とを連結し、第１の部材２０と第２の部材３０とを回動可能に支持している。

図３，４に示すように、第１の部材２０の被測定対象物挟持面２１には凹部（溝）２２が形成されている。凹部２２はバスバー７０の延設方向であるＸ方向に延びている。凹部２２には、図１，２に示すように、被測定対象物としてのバスバー７０が嵌合し、第１の部材２０と第２の部材３０の間にバスバー７０が挟持される。凹部（溝）２２の深さはバスバー７０を嵌入した状態で第１の部材２０の被測定対象物挟持面２１と面一となる深さとなっている。つまり、凹部２２の内面とバスバー７０の外表面とは密着しているとともに被測定対象物挟持面３１とバスバー７０の外表面とは密着している。即ち、断面長方形のバスバー７０における４つの辺のうち３つの辺は凹部２２の内面に面接触するとともに残りの１つの辺は被測定対象物挟持面３１に面接触している。

回動規制部材５０は、図４に示すように、四角形状の突起５０ａと、コ字状をなす係合部５０ｂとからなる。突起５０ａは、第２の部材３０の右側面に形成されている。係合部５０ｂは、第１の部材２０の右側面に形成されている。コ字状をなす係合部５０ｂの両基端が第１の部材２０の右側面から突出して先端側が突起５０ａに向かって延び、先端側は突起５０ａを外周側から囲うようになっている。係合部５０ｂは、第１の部材２０と第２の部材３０の間にバスバー７０を挟持した状態で突起５０ａに係合する。

同様に、回動規制部材５１も、四角形状の突起５１ａと、コ字状をなす係合部５１ｂとからなる。突起５１ａは、第２の部材３０の左側面に形成されている。係合部５１ｂは、第１の部材２０の左側面に形成されている。コ字状をなす係合部５１ｂの両基端が第１の部材２０の左側面から突出して先端側が突起５１ａに向かって延び、先端側は突起５１ａを外周側から囲うようになっている。係合部５１ｂは、第１の部材２０と第２の部材３０の間にバスバー７０を挟持した状態で突起５１ａに係合する。

第１の部材２０と第２の部材３０の間にバスバー７０を挟持した状態で回動規制部材５０における突起５０ａに係合部５０ｂが係合するとともに回動規制部材５１における突起５１ａに係合部５１ｂが係合することによって第１の部材２０と第２の部材３０の回動が規制される。即ち、第１の部材２０と第２の部材３０とが開いている状態で第１の部材２０と第２の部材３０との間にバスバー７０を挟み込んで、第１の部材２０と第２の部材３０を閉じて突起５０ａ，５１ａに係合部５０ｂ，５１ｂを嵌め入れることにより係合して回動が阻止される。

図１に示すように、第１の部材２０の内部には、ホールＩＣ６０を実装した回路基板６１が配置（樹脂モールド）されている。即ち、回路基板６１の一方の面に、パッケージングされたホールＩＣ６０が実装されている。回路基板６１は立設した状態で第１の部材２０の内部にバスバー７０と対向する状態で配置されている。

また、第２の部材３０の内部には、ホールＩＣ６２を実装した回路基板６３が配置（樹脂モールド）されている。即ち、回路基板６３の一方の面に、パッケージングされたホールＩＣ６２が実装されている。回路基板６３は立設した状態で第２の部材３０の内部にバスバー７０と対向する状態で配置されている。ホールＩＣ６０とホールＩＣ６２とはバスバー７０を挟んで対向している。

ホールＩＣ６０，６２は、ホール素子と周辺回路をワンチップ化したものである。そして、ホールＩＣ６０，６２は、バスバー７０に流れる被測定電流の大きさに応じた信号を出力する。つまり、ホールＩＣ６０，６２を用いてバスバー７０に流れる被測定電流の大きさを磁界Ｂ１の強さとして測定することができる。

２つのホールＩＣ６０，６２の出力は差動がとられて出力されるようになっている。
次に、電流センサ１０の作用を説明する。
バスバー７０に電流が流れると、ホールＩＣ６０，６２には、電流の大きさに応じた強さの磁界Ｂ１が加わる。ホールＩＣ６０，６２の出力レベルは磁界Ｂ１の強さに応じたものとなる。

バスバー７０に電流が流れてホールＩＣ６０，６２による電流の測定値（ホールＩＣの出力値）が出力される。そして、２つのホールＩＣ６０，６２の出力は差動がとられて出力される。これによりノイズの影響を受けにくい。

なお、２つのホールＩＣ６０，６２の出力の差動をとるのではなく、２つのホールＩＣ６０，６２の出力を平均化して出力してもよい。こうすると、ホールＩＣ個体の出力ばらつきや温度による変動の影響を少なくすることができる（誤差を少なくできる）。

このようにして、挟持体（第１の部材２０と第２の部材３０と連結部材４０）を用いて折り曲げて取り付ける構成とし、バスバー７０は挟み込んで固定し、回路基板６１，６３とホールＩＣ（磁電変換素子）６０，６２は内蔵（樹脂モールド）する構成とした。また、バスバー７０と電流センサ（ホールＩＣ６０，６２）の位置関係を、回路基板６１，６３やバスバー７０を加工することなく固定した。これにより、バスバー７０や電流センサの位置関係のばらつきが低減される。その結果、センシング精度の向上を図ることができる。

また、バスバー７０に取付用貫通孔を設けておらず（貫通孔や切欠による位置決めや取付を行っておらず）、電流分布が安定する。その結果、センシング精度の向上を図ることができる。

以上のごとく本実施形態によれば、以下のような効果を得ることができる。
（１）回動規制部材５０により、第１の部材２０の被測定対象物挟持面２１に形成した凹部２２にバスバー７０が嵌合して第１の部材２０と第２の部材３０の間にバスバー７０を挟持した状態で第１の部材２０と第２の部材３０の回動を規制する。そして、ホールＩＣ６０，６２が第１の部材２０、第２の部材３０に固定され、ホールＩＣ６０，６２からバスバー７０に流れる被測定電流の大きさに応じた信号が出力される。

よって、バスバー７０が第１の部材２０と第２の部材３０との間に挟持され、バスバー７０とホールＩＣ６０，６２とを正確に位置決めすることができ、安定したセンシングを行うことができる。また、バスバー７０には貫通孔を設ける等の加工が不要となり、電流分布が安定して高精度に測定することができる。

（２）センサに設けた貫通孔にバスバーを挿入する方式ではバスバーを挿入するための隙間を設ける必要があるが、本実施形態では凹部２２に嵌める方式であるのでバスバーとの隙間を少なくでき、取付精度が高いものとなる。

（３）回動規制部材５０，５１は、第１の部材２０および第２の部材３０の一方に形成した突起５０ａ，５１ａと、他方に形成され第１の部材２０と第２の部材３０の間にバスバー７０を挟持した状態で突起５０ａ，５１ａに係合する係合部５０ｂ，５１ｂとからなる。よって、簡単な構成にて第１の部材２０と第２の部材３０の回動を規制することができる。

実施形態は前記に限定されるものではなく、例えば、次のように具体化してもよい。
・バスバー７０は、第１の部材２０の被測定対象物挟持面２１に形成した凹部２２に嵌合したが、第２の部材３０の被測定対象物挟持面３１に形成した凹部に嵌合してもよい。あるいは、図５に示すように、第１の部材２０の被測定対象物挟持面２１に形成した凹部２５および第２の部材３０の被測定対象物挟持面３１に形成した凹部３５にバスバー７０が嵌合していてもよい。要は、第１の部材２０の被測定対象物挟持面２１および第２の部材３０の被測定対象物挟持面３１の少なくとも一方の面に形成した凹部にバスバー７０が嵌合する構成であればよい。

・ホールＩＣ（６０，６２）は、第１の部材２０および第２の部材３０に固定したが、第１の部材２０または第２の部材３０に固定してもよい。要は、ホールＩＣは、第１の部材２０および第２の部材３０の少なくとも一方に固定され、バスバー７０に流れる被測定電流の大きさに応じた信号を出力するものであればよい。

・回動規制部材５０，５１は、第２の部材３０に形成した突起５０ａ，５１ａと、第１の部材２０に形成した係合部５０ｂ，５１ｂとからなっていたが、第１の部材２０に形成した突起と、第２の部材３０に形成した係合部とからなっていてもよい。要は、回動規制部材５０，５１は、第１の部材２０および第２の部材の一方に形成した突起と、他方に形成され第１の部材と第２の部材の間に被測定対象物を挟持した状態で突起に係合する係合部とからなるものであればよい。

・磁電変換素子（ホールＩＣ）を実装した回路基板６１，６３は部材２０，３０にモールド（埋設）したが、これに代わり、部材２０，３０の表面に固定してもよい。
・磁電変換素子としてホールＩＣ（ホール素子）を用いたが、これに代わり他の磁電変換素子、例えば磁気抵抗素子（ＧＭＲ等）を用いてもよい。

・被測定対象物としてバスバー７０を用いたが、これに限定されない。例えば、丸棒であってもよい。

２０…第１の部材、２１…被測定対象物挟持面、２２…凹部、３０…第２の部材、３１…被測定対象物挟持面、４０…連結部材、５０…回動規制部材、５０ａ…突起、５０ｂ…係合部、５１…回動規制部材、５１ａ…突起、５１ｂ…係合部、６０…ホールＩＣ、６２…ホールＩＣ、７０…バスバー。

Claims (3)

1. 被測定対象物挟持面を有する第１の部材と、
   被測定対象物挟持面を有し、当該被測定対象物挟持面が前記第１の部材の被測定対象物挟持面と対向する第２の部材と、
   前記第１の部材の端部と前記第２の部材の端部とを連結し、前記第１の部材と前記第２の部材とを回動可能に支持する連結部材と、
   前記第１の部材の被測定対象物挟持面および前記第２の部材の被測定対象物挟持面の少なくとも一方の面に形成した凹部に被測定対象物が嵌合して前記第１の部材と前記第２の部材の間に前記被測定対象物を挟持した状態で前記第１の部材と前記第２の部材の回動を規制する回動規制部材と、
   前記第１の部材および前記第２の部材の少なくとも一方に固定され、前記被測定対象物に流れる被測定電流の大きさに応じた信号を出力する磁電変換素子と、
   を備えたことを特徴とする電流センサ。
2. 前記回動規制部材は、前記第１の部材および前記第２の部材の一方に形成した突起と、他方に形成され前記第１の部材と前記第２の部材の間に前記被測定対象物を挟持した状態で前記突起に係合する係合部とからなることを特徴とする請求項１に記載の電流センサ。
3. 前記被測定対象物は、断面が長方形をなすバスバーであることを特徴とする請求項１または２に記載の電流センサ。