JP2013156123A - Current detector and magnetic core - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、バスバーなどの送電路に流れる電流を検出する電流検出装置及びそれに用いられる磁性体コアに関する。 The present invention relates to a current detection device that detects a current flowing in a power transmission path such as a bus bar and a magnetic core used in the current detection device.
ハイブリッド自動車又は電気自動車などの車両には、バッテリに接続されたバスバーに流れる電流を検出する電流検出装置が搭載されることが多い。また、そのような電流検出装置としては、磁気比例方式の電流検出装置又は磁気平衡方式の電流検出装置が採用される場合がある。なお、本明細書において、電流の検出及び磁束の検出という用語は、それぞれ電流の大きさの検出及び磁束の強さの検出を意味し、それぞれ電流の計測及び磁束の計測と同義である。 A vehicle such as a hybrid vehicle or an electric vehicle is often equipped with a current detection device that detects a current flowing through a bus bar connected to a battery. As such a current detection device, a magnetic proportional current detection device or a magnetic balance current detection device may be employed. In the present specification, the terms current detection and magnetic flux detection mean detection of current magnitude and magnetic flux strength, respectively, and are synonymous with measurement of current and measurement of magnetic flux, respectively.
磁気比例方式又は磁気平衡方式の電流検出装置は、例えば、特許文献1に示されるように、磁性体コアと磁電変換素子(磁気感応素子)とを備える。磁性体コアは、両端がギャップ部を介して対向し、バスバーが貫通する中空部の周囲を囲んで一連に形成された概ねリング状の磁性体である。磁性体の中空部は、被検出電流が通過する空間である。
For example, as disclosed in
また、従来の電流検出装置において、磁性体コアは、概ねリング状かつ磁性材料からなる複数の薄い板状部材が、接着剤を介して積層された構造を有している。以下、そのような構造を有する磁性体コアのことを積層タイプの磁性体コアと称する。 In the conventional current detection device, the magnetic core has a structure in which a plurality of thin plate-like members that are substantially ring-shaped and made of a magnetic material are laminated via an adhesive. Hereinafter, the magnetic core having such a structure is referred to as a laminated type magnetic core.
また、磁電変換素子は、磁性体コアのギャップ部に配置され、中空部を貫通して配置されたバスバーなどの送電路を流れる電流に応じて変化する磁束を検出し、磁束の検出信号を電気信号として出力する素子である。磁電変換素子としては、通常、ホール素子が採用される。 In addition, the magnetoelectric conversion element is disposed in the gap portion of the magnetic core, detects a magnetic flux that changes according to a current flowing through a power transmission path such as a bus bar disposed through the hollow portion, and electrically detects the magnetic flux detection signal. It is an element that outputs as a signal. As the magnetoelectric conversion element, a Hall element is usually adopted.
特許文献1に示されるように、電流検出装置においては、磁性体コア及び磁電変換素子は、絶縁性の筐体によって一定の位置関係に保持されることが多い。この筐体は、電流検出装置を構成する複数の部品を一定の位置関係に位置決めする。なお、筐体は、一般に、絶縁性の樹脂部材により構成されている。
As shown in
また、従来の電流検出装置においては、筐体に、磁性体コアを位置決めする支え部が形成されている。例えば、特許文献1に示される電流検出装置において、磁性体コアを支える部分は、磁性体コアにおける複数の部位の表裏の面を挟んで保持する把持部が形成されたホルダの部分である。また、特許文献2及び特許文献3に示される電流検出装置において、磁性体コアを支える部分は、筐体における、磁性体コアの外周面及び内周面各々に沿う形状の窪みの部分である。
Moreover, in the conventional electric current detection apparatus, the support part which positions a magnetic body core is formed in the housing | casing. For example, in the current detection device disclosed in
また、特許文献3には、磁性体コアが、樹脂材料からなる容器と容器の蓋に固定された金属材料からなる板バネとの間に挟み込まれる構造が示されている。 Patent Document 3 discloses a structure in which a magnetic core is sandwiched between a container made of a resin material and a leaf spring made of a metal material fixed to the lid of the container.
特許文献1,2に示される電流検出装置においては、筐体における磁性体コアの支え部は、その寸法公差によって磁性体コアの表裏の面に強い圧力が加わることを回避するため、磁性体コアとの間に若干の隙間(遊び)が生じるように設けられる必要がある。そのため、特許文献1,2に示される電流検出装置において、磁性体コアは、車両などの振動を受ける環境において、筐体内で振動しやすい。そのため、特許文献1,2に示される電流検出装置は、車両などの振動を受ける環境において、磁性体コアの振動による異音を発しやすいという問題点を有している。
In the current detection devices disclosed in
さらに、特許文献1,2に示される電流検出装置は、車両などの振動を受ける環境において、磁性体コア及びそれを支える部分が、磁性体コアの振動によって早く摩耗するという問題点も有している。
Furthermore, the current detection devices disclosed in
また、特許文献1,2に示される電流検出装置において、筐体における磁性体コアの支え部と磁性体コアとの間の隙間(遊び)を無くすと、筐体及び磁性体コアの寸法公差によって磁性体コアの支え部から磁性体コアの表裏の面に対して強い圧力が加わるおそれがある。
In addition, in the current detection devices disclosed in
一方、特許文献3に示される磁性体コアの支持構造において、板バネにより磁性体コアを押さえる力が弱すぎると、筐体内での磁性体コアの振動は十分に抑えられず、上記の異音及び摩耗の問題を回避することができない。従って、板バネが、比較的強い圧力で磁性体コアを押さえることが必要となる。 On the other hand, in the support structure of the magnetic core shown in Patent Document 3, if the force pressing the magnetic core by the leaf spring is too weak, the vibration of the magnetic core in the housing cannot be sufficiently suppressed, and the above abnormal noise And the problem of wear cannot be avoided. Therefore, it is necessary for the leaf spring to hold down the magnetic core with a relatively strong pressure.
電流検出装置において、強い圧力が磁性体コアの表面に加わると、磁気歪みの作用により電流の検出信号に誤差が生じるという問題が生じる。さらに、導電性の板バネが磁性体コアに接触することそのものによっても、ノイズ磁波が板バネを通じて磁性体コアに伝わることによって電流の検出信号に誤差が生じることもある。 When a strong pressure is applied to the surface of the magnetic core in the current detection device, there is a problem that an error occurs in the current detection signal due to the action of magnetostriction. Further, even when the conductive leaf spring contacts the magnetic core itself, an error may occur in the current detection signal due to the noise magnetic wave being transmitted to the magnetic core through the leaf spring.
また、弾性を有する樹脂が、溶融樹脂の射出によって磁性体コアと筐体との隙間に充填された場合、磁性体コアに残留応力が生じ、これが電流の検出誤差につながる。 Further, when the resin having elasticity is filled in the gap between the magnetic core and the casing by injection of the molten resin, residual stress is generated in the magnetic core, which leads to a current detection error.
本発明は、磁性体コア及び磁電変換素子を備える電流検出装置において、磁性体コアの表面に加わる圧力などに起因する電流検出誤差を抑制しつつ、筐体内での磁性体コアの振動に起因する異音及び摩耗の発生を抑制することを目的とする。 The present invention relates to a current detection device including a magnetic core and a magnetoelectric conversion element, which is caused by vibration of the magnetic core in the housing while suppressing a current detection error due to pressure applied to the surface of the magnetic core. The purpose is to suppress the generation of abnormal noise and wear.
本発明の第1の態様に係る電流検出装置は、磁性材料からなる磁性体コアと、前記磁性体コア及び前記磁性体コアに生じる磁束を検出する磁電変換素子を収容する筐体と、を備える。前記磁性体コアは、電流が通過する中空部の周囲を囲む環状経路に沿って一連に形成された本体部と、前記本体部から外側に張り出して形成された張出部と、を有する。前記筐体は、前記磁性体コアの前記張出部が固定されたコア固定部を有する。 A current detection device according to a first aspect of the present invention includes a magnetic core made of a magnetic material, and a housing that houses the magnetic core and a magnetoelectric conversion element that detects a magnetic flux generated in the magnetic core. . The magnetic core has a main body portion formed in series along an annular path surrounding the periphery of a hollow portion through which an electric current passes, and an overhang portion formed to protrude outward from the main body portion. The housing includes a core fixing portion to which the protruding portion of the magnetic core is fixed.
本発明の第2の態様に係る電流検出装置は、第1の態様に係る電流検出装置の一態様である。第2の態様に係る電流検出において、前記磁性体コアには、2つの前記張出部が、前記本体部における前記中空部の両側の2箇所の外縁部に形成されている。 The current detection device according to the second aspect of the present invention is an aspect of the current detection device according to the first aspect. In the current detection according to the second aspect, the two overhang portions are formed on the magnetic body core at two outer edge portions on both sides of the hollow portion in the main body portion.
本発明の第3の態様に係る電流検出装置は、第1の態様又は第2の態様に係る電流検出装置の一態様である。第3の態様に係る電流検出において、前記筐体の前記コア固定部は、前記筐体の内側に突起して形成され、貫通部と抜け止め部とを有する。前記貫通部は、前記磁性体コアの前記張出部に形成された孔を通る部分である。前記抜け止め部は、前記貫通部の先端に連なり溶融成形により前記張出部の孔よりも大きく成形された部分である。 The current detection device according to the third aspect of the present invention is an aspect of the current detection device according to the first aspect or the second aspect. In the current detection according to the third aspect, the core fixing portion of the casing is formed to protrude inside the casing and includes a through portion and a retaining portion. The penetrating portion is a portion that passes through a hole formed in the protruding portion of the magnetic core. The retaining portion is a portion that is continuous with the tip of the penetrating portion and is formed larger than the hole of the protruding portion by melt molding.
本発明の第4の態様に係る電流検出装置は、第1の態様から第3の態様のいずれかに係る電流検出装置の一態様である。第4の態様に係る電流検出において、前記磁性体コアは磁性材料からなる粉体の焼結により成形された部材である。 The current detection device according to the fourth aspect of the present invention is an aspect of the current detection device according to any one of the first to third aspects. In the current detection according to the fourth aspect, the magnetic core is a member formed by sintering powder made of a magnetic material.
また、本発明は、上記各態様に係る電流検出装置が備える磁性体コアの発明として捉えられてもよい。 Moreover, this invention may be grasped | ascertained as invention of the magnetic body with which the electric current detection apparatus which concerns on each said aspect is provided.
第1の態様において、磁性体コアは、磁束の主要ルート(環状経路)を形成する本体部から外側へ張り出した張出部において筐体に固定される。磁性体コアの張出部が強固に固定されても、磁性体コアにおける磁束の主要ルートを形成する本体部は圧迫されない。従って、第1の態様において、磁性体コアは、その張出部において多少強い圧力を受けても、磁束の主要ルートの部分における歪みはほとんど生じず、電流検出誤差に及ぼす影響は小さい。さらに、非導電性の筐体の接触は、磁性体コアの磁気に影響しない。従って、磁性体コアに強い力が加わること、及び磁性体コアに導電性部材が接触することに起因する電流検出の誤差は抑制される。 In the first aspect, the magnetic core is fixed to the housing at the projecting portion that projects outward from the main body forming the main route (annular path) of the magnetic flux. Even if the protruding portion of the magnetic core is firmly fixed, the main body forming the main route of the magnetic flux in the magnetic core is not compressed. Therefore, in the first aspect, even if the magnetic core is subjected to a slightly strong pressure at the overhanging portion, the distortion in the main route portion of the magnetic flux hardly occurs and the influence on the current detection error is small. Furthermore, the contact of the non-conductive casing does not affect the magnetism of the magnetic core. Therefore, an error in current detection caused by a strong force applied to the magnetic core and the contact of the conductive member with the magnetic core is suppressed.
さらに、第1の態様において、磁性体コアの張出部が筐体のコア固定部に強固に固定されることにより、筐体内での磁性体コアの振動に起因する異音及び摩耗の発生が抑制される。 Furthermore, in the first aspect, the protruding portion of the magnetic core is firmly fixed to the core fixing portion of the casing, so that abnormal noise and wear due to the vibration of the magnetic core in the casing are generated. It is suppressed.
また、第2の態様においては、磁性体コアは、本体部における中空部の両側の2箇所で固定される。そのため、磁性体コアが、数少ない固定箇所において安定した状態で固定される。 Moreover, in the 2nd aspect, a magnetic body core is fixed in two places of the both sides of the hollow part in a main-body part. Therefore, the magnetic core is fixed in a stable state at a few fixed places.
また、第3の態様においては、磁性体コアの張出部は、孔を通る貫通部と溶融成形により成形された抜け止め部とにより構成されるコア固定部に固定される。この場合、磁性体コアの張出部は、ネジ留め又は挟み込みなどによって固定される場合に比べ、比較的受ける圧力が小さい状態で固定される。そのため、磁性体コアの固定構造が電流検出誤差に及ぼす影響はさらに低減される。 Moreover, in the 3rd aspect, the overhang | projection part of a magnetic body core is fixed to the core fixing | fixed part comprised by the penetration part which passes along a hole, and the retaining part shape | molded by melt molding. In this case, the overhanging portion of the magnetic core is fixed in a state where the pressure applied is relatively small as compared with the case where the protruding portion is fixed by screwing or pinching. For this reason, the influence of the magnetic core fixing structure on the current detection error is further reduced.
ところで、複数の板状部材が積層された積層タイプの磁性体コアは、張出部を有するような異形に成形されると、歩留まりが悪化し製造コストが増大する。また、積層タイプの磁性体コアは、複数の板状部材の位置関係誤差及び接着層の寸法誤差などによる寸法誤差が生じやすい。また、磁性体コアのサイズが小さいほど、磁性体コアの寸法誤差の影響が大きくなり、磁束(電流)の検出精度の悪化がより顕著となる。 By the way, when a laminated type magnetic core in which a plurality of plate-like members are laminated is formed into an irregular shape having an overhanging portion, the yield deteriorates and the manufacturing cost increases. In addition, the laminated type magnetic core is likely to cause a dimensional error due to a positional relationship error between a plurality of plate-like members and a dimensional error of the adhesive layer. Further, the smaller the size of the magnetic core, the greater the influence of the dimensional error of the magnetic core, and the more serious the detection accuracy of the magnetic flux (current) becomes.
一方、磁性材料からなる粉体の焼結により成形された焼結タイプの磁性体コアは、張出部を有するような異形に成形された場合でも、高い歩留まりで製造可能であり、製造コストが抑制される。さらに、焼結タイプの磁性体コアは、複数の部材を位置決めしつつ接合するという寸法誤差を引き起こしやすい工程を経ずに製造できるため、高い寸法精度で製造可能である。そのため、第4の態様によれば、磁性体コアの寸法誤差に起因する電流の検出誤差が生じにくい。さらに、第4の態様は、積層タイプの磁性体コアが採用される場合に比べ、製造の工数及びコストを低減できる点においても優れている。 On the other hand, a sintered type magnetic core formed by sintering powder made of a magnetic material can be manufactured with a high yield even when it is formed in an irregular shape having an overhanging portion, and the manufacturing cost is low. It is suppressed. Furthermore, a sintered type magnetic core can be manufactured with a high dimensional accuracy because it can be manufactured without a process that tends to cause a dimensional error in which a plurality of members are joined while being positioned. Therefore, according to the fourth aspect, a current detection error due to the dimensional error of the magnetic core is unlikely to occur. Furthermore, the 4th aspect is excellent also in the point which can reduce the man-hour and cost of manufacture compared with the case where a lamination | stacking type magnetic body core is employ | adopted.
以下、添付の図面を参照しながら、本発明の実施形態について説明する。以下の実施形態は、本発明を具体化した一例であり、本発明の技術的範囲を限定する事例ではない。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. The following embodiment is an example embodying the present invention, and is not an example of limiting the technical scope of the present invention.
まず、図1及び図2を参照しつつ、本発明の実施形態に係る電流検出装置1の概略構成について説明する。なお、図2(a)は電流検出装置1の平面図、図2(b)は電流検出装置1の正面図、図2(c)は電流検出装置1の側面図である。
First, a schematic configuration of a
電流検出装置1は、電気自動車又はハイブリッド自動車などの車両において、バッテリとモータなどの機器とを電気的に接続するバスバーに流れる電流を検出する装置である。図1に示されるように、電流検出装置1は、磁性体コア10、ホール素子20、絶縁筐体40、回路基板50、コネクタ60、第一ネジ71及び第二ネジ72を備える。
The
また、図1及び図2に示されるように、絶縁筐体40は、相互に組み合わされる容器部材41と蓋部材42とにより構成されている。また、回路基板50は、ホール素子20及びコネクタ60が実装される基板である。
Further, as shown in FIGS. 1 and 2, the insulating
以下の説明において、絶縁筐体40を構成する容器部材41と蓋部材42とが組み合わされる方向、即ち、容器部材41と蓋部材42とが対向する方向を第一方向と称する。また、第一方向に直交する絶縁筐体40の幅方向を第二方向と称する。また、第一方向及び第二方向に直交する絶縁筐体40の高さ方向を第三方向と称する。各図に示された座標軸において、X軸方向が第一方向を示し、Y軸方向が第二方向を示し、Z軸方向が第三方向を示す。
In the following description, the direction in which the
<磁性体コア>
磁性体コア10は、パーマロイ、フェライト又はケイ素鋼などの磁性材料からなる粉体の焼結により成形された部材(磁性体)である。即ち、磁性体コア10は、磁性材料からなる固体粉末の集合体が、型枠内で圧縮され、さらに、その磁性体材料の融点よりも低い温度で加熱されることによって固化及び成形された部材である。
<Magnetic core>
The
磁性体コア10は、電流が通過する中空部11の周囲を囲む環状経路に沿って一連に形成された本体部101と、本体部101から外側に張り出して形成された張出部102とにより構成されている。
The
磁性体コア10の本体部101は、両端面13が数ミリメートル程度のギャップ部12を介して対向し、電流が通過する中空部11の周囲を囲んで一連に形成された形状を有している。即ち、磁性体コア10の本体部101は、狭いギャップ部12と併せて環状に形成されている。
The
本実施形態においては、磁性体コア10の本体部101は、ギャップ部12と併せて、角部が丸められた矩形状の中空部11を囲む概ね矩形の環状に形成されている。なお、磁性体コア10の本体部101が、ギャップ部12と併せて、円形状の中空部11を囲む円環状に形成されている場合もある。
In the present embodiment, the
検出対象電流が流れるバスバーなどの送電路30は、磁性体コア10の中空部11を貫通して配置される。なお、図1において、送電路30が、仮想線(二点鎖線)により描かれている。磁性体コア10において、本体部101は、中空部11を通過する電流によって生じる磁束の主要ルートを形成している。
A
一方、磁性体コア10の張出部102は、本体部101から外側に張り出して形成された部分である。磁性体コア10の張出部102は、絶縁筐体40に固定される部分である。張出部102には、絶縁筐体40の一部が挿入される孔14が形成されている。
On the other hand, the protruding
本実施形態における張出部102の孔14は、筒状の貫通孔であるが、張出部102の縁から切れ込んで形成された孔であってもよい。磁性体コア10の張出部102は、孔14に挿入された絶縁筐体40の一部に固定される。その詳細については後述する。
Although the
本実施形態においては、2つの張出部102が、本体部101における中空部11の両側の2箇所の外縁部に形成されている。これにより、磁性体コア10が張出部102において固定された場合に、磁性体コア10は、少ない固定箇所において安定した状態で固定される。
In the present embodiment, the two
磁性体コア10において、2つの張出部102は、本体部101における中空部11の両側の外縁部のうち、本体部101の重心位置を通る直線上の位置に形成されていることが望ましい。これにより、磁性体コア10が張出部102において固定された場合に、磁性体コア10の自重によって張出部102に加わるトルクが小さくなり、磁性体コア10は、より安定した状態で固定される。
In the
<ホール素子(磁電変換素子)>
ホール素子20は、磁性体コア10のギャップ部12において、磁性体コア10に生じる磁束を検出するセンサである。本実施形態において、ホール素子20は、素子の本体部である磁気検知部21と磁気検知部21の底面から張り出した複数のリード端子22とを備えたリード線タイプのICである。複数のリード端子22には、電力の入力用の端子及び検出信号の出力用の端子が含まれる。複数のリード端子22は、回路基板50に形成されたホール素子実装孔53に挿入され、半田により回路基板50の配線パターンに固着されている。
<Hall element (magnetoelectric conversion element)>
The
ホール素子20の磁気検知部21は、磁性体コア10のギャップ部12に配置される。その状態において、ホール素子20は、磁性体コア10の中空部11を通過する電流に応じて変化する磁束を検出し、磁束の検出信号を電気信号として出力する。なお、ホール素子20は、磁電変換素子の一例である。
The
ホール素子20は、磁気検知部21における予め定められた部位である検出中心部を予め定められた方向に沿って通過する磁束を最も高い感度で検出する。一般に、ホール素子20によって最も高い感度で検出される磁束の通過経路を示す基準直線は、磁気検知部の概ね中心を通り、かつ、磁気検知部21の表裏の面に直交する直線である。
The
電流検出装置1において、磁気検知部21の検出中心部が磁性体コア10のギャップ部12の中心点に位置し、かつ、磁気検知部21の基準直線が、磁性体コア10における対向する両端面13の投影面の中心を結ぶ直線と重なる状態が、磁気検知部21の理想の配置状態である。
In the
<回路基板及びコネクタ>
回路基板50は、ホール素子20がそのリード端子22の部分において実装されたプリント回路基板である。また、回路基板50には、ホール素子20の他、コネクタ60のリード端子62と、ホール素子20から出力される磁束の検出信号の安定化処理などを施す回路とが実装されている。
<Circuit board and connector>
The
回路基板50には、2本の第一ネジ71各々が貫通する2つの第一貫通孔51と、1本の第二ネジ72が貫通する1つの第二貫通孔52とが形成されている。電流検出装置1において、第一ネジ71は、コネクタ60の本体部61を回路基板50に固定するためのネジである。また、第二ネジ72は、回路基板50を絶縁筐体40の容器部材41に固定するためのネジである。
The
コネクタ60は、不図示の電線に設けられた相手側コネクタが接続される部品である。コネクタ60は、本体部61とリード端子62とを備えている。本体部61は、相手側コネクタが接続される接続口610が形成された部分である。リード端子62は、本体部61内の金属端子と回路基板50の配線パターンとを電気的に接続する導電性の端子である。
The
コネクタ60における複数のリード端子62は、回路基板50に形成されたコネクタ実装孔54に挿入され、半田により回路基板50の配線パターンに固着されている。
A plurality of
また、回路基板50には、ホール素子20のリード端子22とコネクタ60のリード端子62とを電気的に接続する回路が設けられている。例えば、回路基板50には、外部から電線及びコネクタ60を介して入力される電力をホール素子20のリード端子22へ供給する回路、及び、ホール素子20の検出信号に対して安定化処理などを施し、処理後の信号をコネクタ60のリード端子62に出力する回路などが設けられている。これにより、電流検出装置1は、コネクタ60に接続されたコネクタ付電線を通じて、電流検出信号を電子制御ユニットなどの外部の回路へ出力することができる。
The
コネクタ60の本体部61には、2本の第一ネジ71各々が締め込まれるネジ孔630が頭頂部に形成された突起部である2つのネジ座63と、それらネジ座63と同じ高さで形成された突起部である2つの支柱部64とが形成されている。
The
コネクタ60の本体部61は、2つのネジ座63及び2つの支柱部64各々の頭頂部が回路基板50の表面に接する状態で、2本の第一ネジ71によって2箇所において回路基板50に固定されている。ネジ座63及び支柱部64からなる同じ高さの4つの突起部が回路基板50の表面に接することにより、コネクタ60の本体部61は、回路基板50に対して安定した姿勢で固定される。
The
<絶縁筐体>
絶縁筐体40を構成する容器部材41及び蓋部材42は、それぞれ絶縁性の樹脂材料の一体成形部材である。容器部材41及び蓋部材42の各々は、例えば、ポリアミド(PA)、ポリプロピレン(PP)又はABS樹脂などの絶縁性の樹脂からなる一体成形部材である。
<Insulated housing>
The
図1に示されるように、容器部材41は、開口部を有する箱状に形成され、蓋部材42は、容器部材41に取り付けられることによって容器部材41の開口部を塞ぐ。また、容器部材41及び蓋部材42には、送電路30が通される貫通孔である電流通過孔401が形成されている。
As shown in FIG. 1, the
容器部材41の内側面には、電流通過孔401の周囲を囲む筒状の外側枠部411が形成されている。同様に、蓋部材42の内側面には、電流通過孔401の周囲を囲む筒状の内側枠部421が形成されている。容器部材41と蓋部材42とが組み合わされると、外側枠部411の内側に内側枠部421が嵌り込み、2重の筒をなす。外側枠部411及び内側枠部421は、電流通過孔401を貫通するバスバーなどの送電路30と回路基板50に実装された部品との間の電気的な遮蔽板を構成している。
A cylindrical
容器部材41は、磁性体コア10、ホール素子20、回路基板50及びコネクタ60を一定の位置関係で支持するとともにそれらを収容する部材である。但し、コネクタ60は、一部が露出する状態で絶縁筐体40に収容されている。
The
より具体的には、図1に示されるように、容器部材41の内側には、磁性体コア10、ホール素子20及びコネクタ60の本体部61の各々を予め定められた位置で支持するコア位置決め部43、コア固定部49、素子位置決め部44及びコネクタ位置決め部45が形成されている。さらに、容器部材41の内側には、回路基板50がその1箇所において固定された基板固定部46も形成されている。
More specifically, as shown in FIG. 1, core positioning for supporting each of the
また、蓋部材42は、磁性体コア10、ホール素子20、コネクタ60及び回路基板50を支持する容器部材41に対し、回路基板50を挟み込みつつ、容器部材41の開口部を塞ぐ状態で容器部材41に取り付けられる。
The
容器部材41及び蓋部材42には、それらを組み合わせ状態で保持するロック機構47が設けられている。図1に示されるロック機構47は、容器部材41の側面に突出して形成された爪部471と、蓋部材42の側方に形成された環状の枠部472とを備える。容器部材41の爪部471が、蓋部材42の枠部472が形成する孔に嵌り込むことにより、容器部材41及び蓋部材42は、それらが組み合わされた状態で保持される。以下、各部品の支持構造について説明する。
The
<磁性体コアの支持構造>
次に、図3から図6を参照しつつ、絶縁筐体40における磁性体コア10の支持構造について説明する。
<Support structure of magnetic core>
Next, a support structure for the
図3は、容器部材41における磁性体コア10を支える部分の正面図である。図4は、容器部材41における磁性体コア10を支える部分の断面図及び磁性体コア10の側面図である。図4に示される断面は、図3に示されるII−II平面での断面である。図5は電流検出装置1における磁性体コア10を位置決めする部分の正面図である。図6は、電流検出装置1における磁性体コア10を位置決めする部分の断面図である。図6に示される断面は、図5に示されるIII−III平面での断面である。
FIG. 3 is a front view of a portion of the
図3から図6に示されるように、容器部材41に形成されたコア位置決め部43は、2つのコア内縁側面支え部43aと、2つのコア外縁側面支え部43bと、により構成されている。さらに、容器部材41には、磁性体コア10の張出部102が固定される2つのコア固定部49も形成されている。
As shown in FIG. 3 to FIG. 6, the
2つのコア内縁側面支え部43aは、容器部材41に突起して形成され、その側面において磁性体コア10の内縁側の側面におけるギャップ部12の両側の部分に接する。2つのコア外縁側面支え部43bは、容器部材41に突起して形成され、その側面において磁性体コア10の外縁側の側面におけるギャップ部12の両側の部分に接する。
The two core inner edge side
図5に示されるように、2つのコア内縁側面支え部43a及び2つのコア外縁側面支え部43bは、磁性体コア10における両端面13各々の近傍の側面を挟み込むことにより、第三方向(Z軸方向)における磁性体コア10の位置を保持する。
As shown in FIG. 5, the two core inner edge side
また、容器部材41の内側面には、素子位置決め部44が、コア位置決め部43により支えられた磁性体コア10のギャップ部12内へ起立して形成されている。この素子位置決め部44は、磁性体コア10のギャップ部12に嵌り込むことにより、第二方向(Y軸方向)における磁性体コア10の移動を制限する。
An
即ち、素子位置決め部44は、その側面において磁性体コア10の両端面13各々に接することにより、ホール素子20の第二方向における位置を保持する。なお、後述するように、素子位置決め部44は、ホール素子20を支持する部分であるが、磁性体コア10の移動を制限する部分でもある。
That is, the
図5に示される磁性体コア10は、容器部材41のコア内縁側面支え部43a、コア外縁側面支え部43b及び素子位置決め部44によって第二方向及び第三方向の位置が保持されている。換言すれば、コア内縁側面支え部43a、コア外縁側面支え部43b及び素子位置決め部44は、磁性体コア10の側面に接して磁性体コア10の側面側への移動を制限する部分である。
The
また、図3から図6に示されるように、コア固定部49は、容器部材41の内側面に突起して柱状に形成されている。また、図3及び図4に示されるように、磁性体コア10が固定される前の状態において、コア固定部49の先端部491から途中の部分は、磁性体コア10の張出部102における孔14に通すことが可能な太さで形成されている。また、コア固定部49の根元部分は、段差部492を介して磁性体コア10の張出部102における孔14よりも大きな太さで形成されている。
Further, as shown in FIGS. 3 to 6, the
なお、図4において容器部材41に収容された磁性体コア10が仮想線(二点鎖線)により描かれている。
In FIG. 4, the
図4及び図6に示されるように、コア固定部49は、磁性体コア10の張出部102の孔14に通され、その後、コア固定部49の先端部491は、溶融成形によって張出部102の孔14よりも大きく成形される。これにより、磁性体コア10の張出部102は、コア固定部49に固定された状態となる。
As shown in FIGS. 4 and 6, the
なお、コア固定部49の先端部491の溶融成形の工程は、例えば、コア固定部49の先端部491が、超音波加熱器又はヒータを内蔵した金型などの加熱器によって加熱されつつ押しつぶされる工程である。
In the melt molding process of the
即ち、図6に示されるように、磁性体コア10の張出部102が固定された後のコア固定部49は、張出部102に形成された孔14を通る貫通部493と、その貫通部493の先端に連なる抜け止め部491Aとを有する。抜け止め部491Aは、溶融成形により張出部102の孔14よりも大きく成形された部分である。
That is, as shown in FIG. 6, the
図6に示されるように、磁性体コア10の張出部102は、コア固定部49の段差部492と抜け止め部491Aとの間に挟み込まれることにより、コア固定部49に固定される。
As shown in FIG. 6, the protruding
本実施形態においては、磁性体コア10は、コア位置決め部43によって第二方向(Y軸方向)及び第三方向(Z軸方向)の位置が保持され、コア固定部49によって第一方向(X軸方向)の位置が保持される。
In the present embodiment, the
<ホール素子の支持構造>
次に、図1、図3及び図5を参照しつつ、絶縁筐体40におけるホール素子20の支持構造について説明する。
<Hall element support structure>
Next, a support structure for the
図3及び図5に示されるように、容器部材41の内側面には、素子位置決め部44が、磁性体コア10のギャップ部12内へ起立して形成されている。素子位置決め部44は、磁性体コア10のギャップ部12の位置においてホール素子20の磁気検知部21が嵌め入れられる窪み441(空間)を形成している。本実施形態においては、素子位置決め部44は、磁気検知部21が嵌め入れられる窪み441を取り囲む壁状に形成されている。
As shown in FIGS. 3 and 5, an
素子位置決め部44は、それが形成する窪み441に嵌め入れられたホール素子20の磁気検知部21に対して周囲から接することによりホール素子20の磁気検知部21を一定の位置で支持する。これにより、ホール素子20は、そのリード端子22が第一方向(X軸方向)に平行に延び出た状態で保持される。
The
素子位置決め部44は、主として第二方向及び第三方向(Y−Z平面方向)におけるホール素子20の位置を保持する。また、ホール素子20はごく軽量な部品である。そのため、素子位置決め部44は、その内側面とホール素子20の磁気検知部21との摩擦抵抗により、第一方向(X軸方向)においても、ホール素子20の位置をある程度は保持できる。
The
さらに、素子位置決め部44は、その外側面において磁性体コア10の両端面13と接することにより、磁性体コア10の第二方向(Y軸方向)の位置を保持する。前述したように、素子位置決め部44は、ホール素子20の磁気検知部21を位置決めする機能と、磁性体コア10を位置決めする機能を兼ね備えている。
Furthermore, the
また、後述するように、回路基板50は、ホール素子20の磁気検知部21が素子位置決め部44によって位置決めされた状態で、容器部材41内に固定される。その際、ホール素子20のリード端子22が、回路基板50のホール素子実装孔53に嵌り込む。その後、ホール素子20のリード端子22は、半田により回路基板50に固着される。従って、第一方向(X軸方向)におけるホール素子20の位置は、固定された回路基板50により保持される。
As will be described later, the
<コネクタの支持構造>
次に、図1を参照しつつ、絶縁筐体40におけるコネクタ60の支持構造について説明する。コネクタ60は、容器部材41に形成されたコネクタ位置決め部45によって支持される。
<Connector support structure>
Next, a support structure of the
コネクタ位置決め部45は、コネクタ60のリード端子62が第一方向(X軸方向)に平行に延び出る状態で、相互に直交する第一方向(X軸方向)、第二方向(Y軸方向)及び第三方向(Z軸方向)の3方向においてコネクタ60の本体部61を嵌め入れ構造により位置決めする部分である。即ち、コネクタ位置決め部45は、3次元方向においてコネクタ60の位置を保持する。
The
<回路基板の支持構造>
次に、図1を参照しつつ、絶縁筐体40における回路基板50の支持構造について説明する。
<Circuit board support structure>
Next, a support structure of the
回路基板50は、その1箇所において基板固定部46に固定される。図1に示されるように、基板固定部46は、容器部材41の内側面から突起して形成された部分である。基板固定部46には、1つの基板固定部46のみが形成されている。
The
図1に示されるように、基板固定部46の先端部分461には、第二ネジ72が締め込まれるネジ孔460が形成されている。さらに、基板固定部46の先端部分461は、回路基板50に形成された第二貫通孔52に対してその内側面に密接しつつ嵌り込む大きさで形成されている。
As shown in FIG. 1, a
また、基板固定部46の先端部分461は、それよりも根元側の部分に対し、段差部462を介して細く形成されている。基板固定部46における段差部462から先端までの長さは、回路基板50の厚みとほぼ同じ、或いは回路基板50の厚みよりもわずかに短く形成されている。
Further, the
回路基板50は、磁性体コア10、ホール素子20及びコネクタ60が、それぞれコア位置決め部43、コア固定部49、素子位置決め部44及びコネクタ位置決め部45によって支持された状態で、容器部材41に取り付けられる。
The
図1に示されるように、回路基板50の縁部には、位置決め用の切れ込み部55が形成されている。また、容器部材41の側壁の内側面には、回路基板50の切れ込み部55に嵌り込むガイドリブ48が形成されている。
As shown in FIG. 1,
回路基板50は、容器部材41のガイドリブ48が切れ込み部55に嵌る向きで、容器部材41に取り付けられる。これにより、ホール素子20のリード端子22がホール素子実装孔53に嵌り込み、コネクタ60のリード端子22がコネクタ実装孔54に嵌り込み、さらに、基板固定部46の先端部分461が第二貫通孔52に嵌り込む。さらに、コネクタ60の2つのネジ座63に形成されたネジ孔630と回路基板50の2つの第一貫通孔51とが重なる。
The
そして、2本の第一ネジ71がコネクタ60のネジ座63のネジ孔630に締め込まれることにより、コネクタ60が回路基板50に固定される。また、1本の第二ネジ72が基板固定部46のネジ孔460に締め込まれることにより、回路基板50は、基板固定部46の段差部462と第二ネジ72の頭部との間に挟み込まれ、基板固定部46に固定される。
Then, the two
また、回路基板50の切れ込み部55に嵌り込んだ容器部材41のガイドリブ48は、第二ネジ72が基板固定部46のネジ孔460に締め込まれる際に、回路基板50の連れ回りを防止する役割を果たす。即ち、ガイドリブ48は、回路基板50の縁部に接して回路基板50が基板固定部46に固定された部位を中心に回転することを制限する。
Further, the
また、ホール素子実装孔53に挿入されたホール素子20のリード端子22、及びコネクタ実装孔54に挿入されたコネクタ60のリード端子22は、半田により回路基板50に固着される。
Further, the
全ての部品が容器部材41内に収容されると、蓋部材42が容器部材41に組み合わされ、容器部材41及び蓋部材42は、ロック機構47により絶縁筐体40として合体した状態で保持される。
When all the components are accommodated in the
<効果>
電流検出装置1において、磁性体コア10は、磁束の主要ルート(環状経路)を形成する本体部101から外側へ張り出した張出部102において絶縁筐体40のコア固定部49に固定される。磁性体コア10の張出部102が強固に固定されても、磁性体コア10における磁束の主要ルートを形成する本体部101は圧迫されない。
<Effect>
In the
従って、電流検出装置1において、磁性体コア10は、その張出部102において多少強い圧力を受けても、磁束の主要ルートの部分における歪みはほとんど生じず、電流検出誤差に及ぼす影響は小さい。さらに、非導電性のコア固定部49の接触は、磁性体コア10の磁気に影響しない。従って、磁性体コア10に強い力が加わること、及び磁性体コア10に導電性部材が接触することに起因する電流検出の誤差は抑制される。
Therefore, in the
さらに、電流検出装置1において、磁性体コア10の張出部102が絶縁筐体40のコア固定部49に強固に固定されることにより、絶縁筐体40内での磁性体コア10の振動に起因する異音及び摩耗の発生が抑制される。
Furthermore, in the
また、磁性体コア10は、本体部101における中空部11の両側の2箇所で固定される。そのため、磁性体コア10は、数少ない固定箇所において安定した状態で固定される。特に、2つの張出部102が、本体部101における中空部11の両側の外縁部のうち、本体部101の重心位置を通る直線上の位置に形成されていれば、磁性体コア10は、より安定した状態で固定される。
Further, the
また、磁性体コア10の張出部102は、孔14を通る貫通部493と溶融成形により成形された抜け止め部491Aとにより構成されるコア固定部49に固定される。この場合、磁性体コア10の張出部102は、ネジ留め又は挟み込みなどによって固定される場合のように強い圧力を受けることなく固定される。そのため、磁性体コア10の固定構造が電流検出誤差に及ぼす影響はさらに低減される。
Further, the overhanging
また、磁性材料からなる粉体の焼結により成形された焼結タイプの磁性体コア10は、張出部102を有するような異形に成形された場合でも、高い歩留まりで製造可能であり、製造コストが抑制される。さらに、焼結タイプの磁性体コア10は、複数の部材を位置決めしつつ接合するという寸法誤差を引き起こしやすい工程を経ずに製造できるため、高い寸法精度で製造可能である。その結果、磁性体コア10の寸法誤差に起因する電流の検出誤差が生じにくい。
In addition, the sintered
さらに、焼結タイプの磁性体コア10が採用された場合、積層タイプの磁性体コアが採用される場合に比べ、製造の工数及びコストを低減できる点においても優れている。
Furthermore, when the sintered type
<その他>
電流検出装置1において、磁性体コア10が、張出部102を1つのみ有すること、或いは3つ以上の張出部102を有することも考えられる。
<Others>
In the
また、電流検出装置1において、磁性体コア10の張出部102が、溶融成形によって一部が成形されるコア固定部49に固定される場合の他、他の固定構造により絶縁筐体40に固定されることも考えられる。
Further, in the
例えば、磁性体コア10の張出部102が、基板固定部46と同様の構造を有するコア固定部に対してネジにより固定されるこが考えられる。この場合、ネジは、合成樹脂などの非導電性の材料で構成されることが望ましい。
For example, it is conceivable that the overhanging
また、磁性体コア10の張出部102が、容器部材41の一部と蓋部材42の一部とにより挟み込まれることによって絶縁筐体40内に固定されることも考えられる。
It is also conceivable that the protruding
1 電流検出装置
10 磁性体コア
11 磁性体コアの中空部
12 磁性体コアのギャップ部
13 磁性体コアの端面
14 孔
20 ホール素子
21 ホール素子の磁気検知部
22 ホール素子のリード端子
30 送電路
40 絶縁筐体
41 容器部材
42 蓋部材
43 コア位置決め部
43a コア内縁側面支え部
43b コア外縁側面支え部
44 素子位置決め部
45 コネクタ位置決め部
46 基板固定部
47 ロック機構
48 ガイドリブ
49 コア固定部
50 回路基板
51 第一貫通孔
52 第二貫通孔
53 ホール素子実装孔
54 コネクタ実装孔
55 回路基板の切れ込み部
60 コネクタ
61 コネクタの本体部
62 コネクタのリード端子
63 コネクタのネジ座
64 コネクタの支柱部
71 第一ネジ
72 第二ネジ
101 磁性体コアの本体部
102 磁性体コアの張出部
401 電流通過孔
411 外側枠部
421 内側枠部
441 窪み
460 基板固定部のネジ孔
461 基板固定部の先端部分
462 基板固定部の段差部
471 爪部(ロック機構)
472 枠部(ロック機構)
491 コア固定部の先端部
491A コア固定部の抜け止め部
492 コア固定部の段差部
493 コア固定部の貫通部
610 コネクタの接続口
630 コネクタのネジ座のネジ孔
DESCRIPTION OF
472 Frame (locking mechanism)
491 Core fixing portion
Claims (5)
前記磁性体コア及び前記磁性体コアに生じる磁束を検出する磁電変換素子を収容する筐体と、を備える電流検出装置であって、
前記磁性体コアは、
電流が通過する中空部の周囲を囲む環状経路に沿って一連に形成された本体部と、
前記本体部から外側に張り出して形成された張出部と、を有し、
前記筐体は、
前記磁性体コアの前記張出部が固定されたコア固定部を有することを特徴とする電流検出装置。 A magnetic core made of a magnetic material;
A housing for housing the magnetic core and a magnetoelectric conversion element that detects magnetic flux generated in the magnetic core,
The magnetic core is
A body part formed in series along an annular path surrounding the periphery of the hollow part through which the current passes;
And a projecting portion formed to project outward from the main body portion,
The housing is
A current detection device comprising a core fixing portion to which the protruding portion of the magnetic core is fixed.
電流が通過する中空部の周囲を囲む環状経路に沿って一連に形成された本体部と、
前記本体部から外側に張り出して形成された張出部と、を有することを特徴とする磁性体コア。 A magnetic core for magnetic flux detection made of a magnetic material,
A body part formed in series along an annular path surrounding the periphery of the hollow part through which the current passes;
And a projecting portion formed to project outward from the main body.
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