JP2014035322A - コアホルダ及び電流センサ - Google Patents

Abstract

【課題】コアの磁気特性の変化を抑制するコアホルダ及び電流センサを提供する。
【解決手段】コアホルダ３は、コア２が一方向から挿入開口３４を介して収容部３３に挿入され、この挿入される方向から挿入開口３４を介して射出成形によりコア２と一体にインサート成形される本体部３Ａを有し、本体部３Ａは、収容部３３に設けられコア２を点当てで支持する支持部としての突起部３２１（３３１）を有して概略構成されている。
【選択図】図４

Description

本発明は、コアホルダ及び電流センサに関する。

従来の技術として、コアとホール素子とをケース本体内の部品収容室に収容する電流センサが知られている（例えば、特許文献１参照。）。

この電流センサは、部品収容室内をモールド剤で充填することで、コアとホール素子を一体的に固定している。

特開２００９−２２２７２９号公報

しかし、従来の電流センサは、成形によりコアに付加される成形圧によってコア内部に応力が発生し、また残留応力として残る。このコア内部の応力によりコアの残留磁化が大きくなるなど、磁気特性が変化して電流の検出精度が低下する問題がある。

従って、本発明の目的は、コアの磁気特性の変化を抑制するコアホルダ及び電流センサを提供することにある。

［１］本発明は、上記目的を達成するため、コアが一方向から挿入開口を介して収容部に挿入され、この挿入される方向から前記挿入開口を介して射出成形により前記コアと一体にインサート成形される本体部を有し、前記本体部は、前記収容部に設けられ前記コアを点当てで支持する支持部を有することを特徴とするコアホルダを提供する。

［２］前記コアは、測定対象の電流が流れるバスバーの近傍に配置され、前記コアを一部に含んで前記電流により磁路が形成されることを特徴とする上記［１］に記載のコアホルダであってもよい。

［３］また、前記コアは、前記挿入開口から前記本体部の前記収容部に挿入される方向の前記コアの投影面積が、前記方向と交差するその他の方向の前記コアの投影面積よりも小さいことを特徴とする上記［１］又は［２］に記載のコアホルダであってもよい。

［４］本発明は、上記目的を達成するため、上記［１］乃至［３］のいずれか１に記載のコアホルダを備えた電流センサを提供する。

本発明によれば、コアの磁気特性の変化を抑制するコアホルダ及び電流センサを提供することができる。

図１は、第１の実施の形態に係る電流センサの斜視図である。 図２は、第１の実施の形態に係るコアとコアホルダの斜視図である。 図３（ａ）は、第１の実施の形態に係るコアホルダを収容部側から見た概略図であり、（ｂ）は、コアを第１の側面から見た概略図である。 図４（ａ）は、図２においてコアがコアホルダに収容されてインサート成形された状態のＢ−Ｂ断面図であり、（ｂ）は、図２（ｂ）のＡ方向からコアホルダを見た図である。 図５は、第２の実施の形態に係るコアとコアホルダの斜視図である。 図６（ａ）は、図５においてコアがコアホルダに収容されてインサート成形された状態のＥ−Ｅ断面図であり、（ｂ）は、（ａ）の変形例を示す断面図である。

（実施の形態の要約）
実施の形態に係るコアホルダ３は、コア２が一方向から挿入開口３４を介して収容部３３に挿入され、この挿入される方向から挿入開口３４を介して射出成形によりコア２と一体にインサート成形される本体部３Ａを有し、本体部３Ａは、収容部３３に設けられコア２を点当てで支持する支持部としての突起部３２１（３３１）を有する。

[第１の実施の形態]
（電流センサ１の構成）
図１は、第１の実施の形態に係る電流センサの斜視図である。図２は、第１の実施の形態に係るコアとコアホルダの斜視図である。図３（ａ）は、第１の実施の形態に係るコアホルダを収容部側から見た概略図であり、（ｂ）は、コアを第１の側面から見た概略図である。図４（ａ）は、図２においてコアがコアホルダに収容されてインサート成形された状態のＢ−Ｂ断面図であり、（ｂ）は、図２（ｂ）のＡ方向からコアホルダを見た図である。なお、実施の形態に係る各図において、部品と部品との比率は、実際の比率とは異なる場合がある。

この電流センサ１は、例えば、バスバー４に流れる電流により発生する磁場６を、コア２を介して磁気センサ５で検出するものである。この磁気センサ５は、例えば、検出した磁場６に応じた検出信号を電流センサ１に接続された変換器に出力する。変換器は、例えば、取得した検出信号を電流値に変換することで、バスバー４に流れる電流の電流値を得ることができるように構成されている。

本実施の形態に係る電流センサ１は、インサート成形時の外からの圧力からコア２を保護するためのコアホルダ３を備えている。

このコアホルダ３は、コア２が一方向から挿入開口３４を介して収容部３３に挿入され、この挿入される方向から挿入開口３４を介して射出成形によりコア２と一体にインサート成形される本体部３Ａを有し、本体部３Ａは、収容部３３に設けられコア２を点当てで支持する支持部としての突起部３２１を有して概略構成されている。

また、図１〜図３に示すように、コアホルダ３は、磁力線６０が湧き出す又は吸い込まれる第１の磁極となる第１の端面２２と磁力線６０が吸い込まれる又は湧き出す第２の磁極となる第２の端面２３とを有するコア２の外周面２０を外からの圧力から保護する第１の保護壁３０と、コア２の内周面２１、第１の端面２２、及び第２の端面２３を外からの圧力から保護する第２の保護壁３１と、第１の保護壁３０及び第２の保護壁３１と一体となり、コア２の少なくとも一方の側面を外からの圧力から保護する側面保護壁３２と、を備えて概略構成されている。なお、第１の磁極と第２の磁極は、Ｎ極とＳ極、又はＳ極とＮ極である。

また電流センサ１は、電流が流れるバスバー４と、磁場を検出する磁気センサ５と、を備えている。

なお、磁力線６０の向きは、バスバー４に流れる電流の向きに依存して変化する。本実施の形態では、電流は、例えば、図１の紙面において右から左に流れるとするので、磁力線６０は、第１の端面２２から湧き出し、第２の端面２３に吸い込まれる。しかし電流が、例えば、図１の紙面において左から右に流れる場合、磁力線６０の向きは逆になるので、第２の端面２３から湧き出し、第１の端面２２に吸い込まれる。

（コア２の構成）
コア２は、例えば、電磁鋼板（ケイ素鋼板）を馬蹄形状にプレス加工により打ち抜き、それを複数枚数かしめて一体となるように形成される。そして、コア２は、測定対象の電流が流れるバスバー４の近傍に配置され、コア２を一部に含んでバスバー４に流れる電流により磁路が形成される。

コア２は、例えば、図２に示すように、第１の側面２５側から見て、楕円に近い形状を有している。第１の端面２２は、磁力線６０が湧き出す又は吸い込まれる第１の磁極となる面であり、この第１の端面２２に対向する第２の端面２３は、磁力線６０が吸い込まれる又は湧き出す第２の磁極となる面である。第１の端面２２及び第２の端面２３は、このコア２の長径方向に形成されている。磁気センサ５は、第１の端面２２及び第２の端面２３によって囲まれる領域、すなわちギャップ２４に配置される。この配置は、第１の端面２２と第２の端面２３の間に存在する磁力線６０と、磁気センサ５の検出面と、が実質的に垂直に交わるような位置関係となるように行われることが好ましい。

（コアホルダ３の構成）
コア２、コアホルダ３及びバスバー４は、一例として、コア２、コアホルダ３及びバスバー４を組み付けた状態でインサート成形により一体とされる。このインサート成形の際、金型の治具は、例えば、コアホルダ３の後述する第１の端面保護部３１１と第２の端面保護部３１２の間に挿入され、コアホルダ３等は金型に取り付けられる。

コアホルダ３は、例えば、金型への樹脂１００の注入、及び注入された樹脂１００の硬化等に伴って付加されるコアホルダ３の外からの圧力（以下にそれらを成形圧と記載する。）を緩和する観点から、このインサート成形に用いられる樹脂１００を用いて形成されることが好ましい。つまり同じ樹脂を用いることが、樹脂の膨張や収縮に伴って、コアホルダ３に付加される成形圧を抑制する点で有利となるからである。本実施の形態では、この樹脂１００は、一例として、ポリフェニレンスルファイド（Polyphenylenesulfide‐PPS）を用いるものとする。従ってコアホルダ３は、例えば、ポリフェニレンスルファイドを用いて形成される。

コアホルダ３は、例えば、図１〜図４に示すように、本体部３Ａの第１の保護壁３０、第２の保護壁３１及び側面保護壁３２によって形成される収容部３３に、コア２を収容できるように構成されている。

コアホルダ３は、本体部３Ａの収容部３３にコア２を収容することにより、インサート成形に伴って付加される成形圧からコア２を保護するものである。ここで、図４（ａ）、（ｂ）に示すように、本体部３Ａの側面保護壁３２の内壁部３２０ａには、コア２、すなわち、コア２の端部（第２の側面２６）を支持する支持部としての突起部３２１が形成されている。本実施の形態では、図４（ｂ）に示すように、４ヶ所の突起部３２１が形成されている。

コア２は、一方向（図２に示すＡ方向）から挿入開口３４を介して収容部３３に挿入される。図４（ａ）に示すように、コア２は、コア２の端部（第２の側面２６）が突起部３２１に支持された状態で挿入開口３４側から成形圧を受けながら、射出成形により本体部３Ａと一体にインサート成形される。収容部３３においてコア２が占有する空間以外の領域は、樹脂１００により充填される。これにより、コア２と本体部３Ａはインサート成形により一体とされる。

上記示した支持部としての突起部３２１は、コア２、すなわちコア２の端部（第２の側面２６）を点当てで支持する。突起部３２１の先端は細く、コア２を面ではなく点で支持するものである。なお、点当てで支持するとは、コア２を広い面積で支持する面当てで支持するものではなく、コア２を小さい領域で支持することを意味する。また、点当てで支持するとは、突起部３２１を複数配置すること、複数配置することにより線状にコア２を支持することも含む。

ここで、インサート成形に伴ってコアに付加される成形圧により、コアの磁気特性が変化する場合があることが知られている。成形圧がコアの周面側から付加される場合は、磁気特性の変化が大きいことが分かっている。

この磁気特性の変化とは、一例として、磁気ヒステリシス曲線が開いて行くことである。コアの磁気ヒステリシス曲線が開くことにより、磁界がない、つまりバスバーに電流が流れていないときでもコアに磁化が残り（残留磁化）、磁気センサに検出される。つまり電流センサ１のオフセットが変化してしまう。従って磁気センサが、コアの残留磁化により、バスバーに流れる電流によって発生する磁場を正確に検出できず、電流の検出精度が低下する。

しかし本実施の形態では、コア２は、点当てで支持された状態でコアホルダ３に収容されているので、コア２の外周面２０、内周面２１、第１の端面２２及び第２の端面２３に、成形圧が付加され難くなっている。よってコア２は、インサート成形を行った後でも、インサート成形が行われる前と実質的に変わらない磁気特性を有することが可能となる。なお、本実施の形態では、コアホルダ３は、コア２の一方の側面が露出する構造であるが、これに限定されず、蓋等によって露出する側面を覆っても良い。

この収容部３３とコア２とのクリアランスは、例えば、金型に注入された樹脂１００が、収容部３３とコア２の隙間に入り込まない程度であることが好ましい。このクリアランスは、一例として、０．１ｍｍ〜０．２ｍｍである。

コアホルダ３の第１の保護壁３０は、例えば、図１及び図３に示すように、コア２の外周面２０を覆うように形成されている。この第１の保護壁３０の両端部により、挿入開口３４が形成される。

第２の保護壁３１は、コア２の内周面２１を保護する内周面保護部３１０と、内周面保護部３１０に形成され、測定対象の電流が流れるバスバー４を保持するバスバー保持部３１０ａと、を備える。

また第２の保護壁３１は、第１の端面２２を保護する第１の端面保護部３１１と、第２の端面２３を保護する第２の端面保護部３１２と、第１の端面保護部３１１と第２の端面保護部３１２との間からバスバー保持部３１０ａまでバスバー４を挿入可能なスリット３５と、を備えている。言い換えるなら、第２の保護壁３１は、例えば、コア２の第１の側面２５から第２の側面２６に貫通する孔２１０と、コア２のギャップ２４と、に対応する部分を連結したスリット３５が形成されている。

このスリット３５は、例えば、コア２のギャップ２４に対応する部分よりも肉厚であり、かつバスバー４が取り付けられる部分が、バスバー保持部３１０ａとなっている。このバスバー保持部３１０ａは、コア２の孔２１０に対応して形成されている。バスバー４は、流れる電流によって発生する磁場６が、効率良くコア２の内部に磁路を形成するように、コア２の孔２１０の中心が、磁場６の中心となるように配置されることが好ましい。従ってバスバー保持部３１０ａは、挿入されたバスバー４に発生する磁場６の中心が、実質的に、コア２の孔２１０の中心となるように形成されている。

またスリット３５のコア２のギャップ２４に対応する部分には、例えば、磁気センサ５が挿入される。

（磁気センサ５の構成）
磁気センサ５は、例えば、磁場に応じた電気信号を出力するホールセンサ及びＧＭＲ（Giant Magneto Resistive）センサ等を用いることができる。本実施の形態では、磁気センサ５としてホールセンサを用いる。

また磁気センサ５は、例えば、磁気検出素子を樹脂でモールドしたセンサ、ベアチップ、及び制御回路等を集積したセンサＩＣ（Integrated Circuit）等であっても良い。

（バスバー４の構成）
バスバー４は、例えば、導電性を有する材料を用いて板形状に形成されている。導電性を有する材料は、一例として、銅及び銅合金等である。

バスバー４は、例えば、図１に示すように、細長い板形状の基部４０の一方端部が９０°に曲げられたＬ字形状を有する。基部４０の他方端部には、例えば、コネクタ部４２が形成されている。

このコネクタ部４２は、例えば、測定対象の電流がバスバー４を経由して流れるように、電子回路に電気的に接続されるように構成されている。

（第１の実施の形態の効果）
第１の実施の形態に係るコアホルダ３は、コア２の磁気特性の変化を抑制することができる。具体的には、コアホルダ３は、収容部３３にコア２を点当てで支持した状態で収容することにより、磁気特性を変化させる原因となる、外周面２０、内周面２１、第１の端面２２及び第２の端面２３に付加される成形圧を低減することができる。その結果、コア２の残留磁化が抑制され、コアに残留磁化が発生する場合と比べて、オフセットの変化を抑制することができるのでオフセットの設定の手間が抑制され、電流センサ１の検出精度が向上する。

またコアホルダ３は、収容部３３によりコア２を点当てで支持した状態で保持し、バスバー保持部３１０ａによりバスバー４を保持するので、コア２とバスバー４の位置ずれを抑制することができる。インサート成形を行うとき、コアとバスバーを組み付けた状態で金型に入れ、金型に樹脂を注入すると、注入の際に発生する圧力により、バスバーが倒れるなどして、コアとバスバーの位置ずれが発生する場合があった。しかし、本実施の形態では、コアホルダ３により、コア２とバスバー４を保持し、コア２とバスバー４の位置関係を保持することができるので、金型への取り付けが容易であり、またインサート成形時の位置ずれ等を抑制することができるので、電流センサ１の検出精度が向上する。

さらに電流センサ１は、コアホルダ３によって、コア２とバスバー４の組み付けが容易になると共にインサート成形に起因する位置ずれが抑制されるので、製造が容易となり、製造コストを抑えることができる。

またコアホルダ３は、バスバー４が、コア２の孔２１０を通すことができない形状を有する場合であっても、コア２の外周面２０から内周面２１に向う方向に、バスバー４をスリット３５に挿入することができるので、コアの孔に挿入する場合と比べて、バスバー４の形状の自由度が高い。従って電流センサ１は、設置の自由度が高い。

[第２の実施の形態]
図５は、第２の実施の形態に係るコアとコアホルダの斜視図である。また、図６（ａ）は、図５においてコアがコアホルダに収容されてインサート成形された状態のＥ−Ｅ断面図であり、（ｂ）は、（ａ）の変形例を示す断面図である。

第２の実施の形態は、第１の実施の形態において、コア２をコアホルダ３の収容部３３に挿入する方向を変更したものである。この挿入する方向を、挿入開口３４から本体部３Ａの収容部３３に挿入される方向のコア２の投影面積の違いで表現すれば、次のようになる。すなわち、コア２は、挿入開口３４から本体部３Ａの収容部３３に挿入される方向のコア２の投影面積が、方向Ｄと交差するその他の方向のコア２の投影面積よりも小さいものとする。

図５、図６（ａ）に示すように、コア２の厚さをＨとすると、図５で示す挿入する方向Ｄ、及び、図６（ａ）で示す成形圧Ｐの方向のコア２の投影面積は、Ｈ×Ｗ１であり、この投影面積は、コア２の短辺Ｗ１に対して長辺Ｗ２の側の投影面積Ｈ×Ｗ２よりも小さい。上記の例は、図５、図６（ａ）に示すコア形状の場合の投影面積が小さくなる方向であり、したがって、成形圧が小さくなる方向である。

一般に、コア２において、挿入開口３４から本体部３Ａの収容部３３に挿入される方向のコア２の投影面積が、方向Ｄと交差するその他の方向のコア２の投影面積よりも小さいものとすることができる。図６（ａ）に示す位置関係の場合、上下方向のコア２の投影面積は、上下方向と交差するその他の方向のコア２の投影面積よりも小さい。

図６（ａ）に示すように、コア２は、支持部としての突起部３３１により点当てで支持されている。または、複数の突起部３３１により、点状、又は線状に支持されている。

図６（ｂ）は、図６（ａ）の変形例である。コア２を面により支持する構成とされているが、コア２の投影面積が他の方向の投影面積よりも小さいので、成形圧を低減することができる。

（第２の実施の形態の効果）
第２の実施の形態では、第１の実施の形態に加えてさらに次のような効果を有する。すなわち、コア２において、挿入開口３４から本体部３Ａの収容部３３に挿入される方向のコア２の投影面積を、方向Ｄと交差するその他の方向のコア２の投影面積よりも小さいものとする構成としているので、成形圧を低減することができる。この投影面積の減少により、第１の実施の形態での点当て支持による成形圧の低減と組み合せることにより、コア２への成形圧を大幅に緩和することが可能になる。これにより、コア２の残留磁化が抑制され、コアに残留磁化が発生する場合と比べて、オフセットの変化を抑制することができるのでオフセットの設定の手間が抑制され、電流センサ１の検出精度が向上する。

以上、本発明のいくつかの実施の形態を説明したが、これらの実施の形態は、一例に過ぎず、特許請求の範囲に係る発明を限定するものではない。これら新規な実施の形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更等を行うことができる。また、これら実施の形態の中で説明した特徴の組合せの全てが発明の課題を解決するための手段に必須であるとは限らない。さらに、これら実施の形態は、発明の範囲及び要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１…電流センサ
２…コア
３…コアホルダ
３Ａ…本体部
４…バスバー
５…磁気センサ
６…磁場
２０…外周面
２１…内周面
２２…第１の端面
２３…第２の端面
２４…ギャップ
２５…第１の側面
２６…第２の側面
３０…第１の保護壁
３１…第２の保護壁
３２…側面保護壁
３３…収容部
３４…挿入開口
３５…スリット
４０…基部
４２…コネクタ部
６０…磁力線
１００…樹脂
２１０…孔
３１０…内周面保護部
３１０ａ…バスバー保持部
３１１…第１の端面保護部
３１２…第１の端面保護部
３２１、３３１…突起部

Claims (4)

1. コアが一方向から挿入開口を介して収容部に挿入され、この挿入される方向から前記挿入開口を介して射出成形により前記コアと一体にインサート成形される本体部を有し、
   前記本体部は、前記収容部に設けられ前記コアを点当てで支持する支持部を有することを特徴とするコアホルダ。
2. 前記コアは、測定対象の電流が流れるバスバーの近傍に配置され、前記コアを一部に含んで前記電流により磁路が形成されることを特徴とする請求項１に記載のコアホルダ。
3. 前記コアは、前記挿入開口から前記本体部の前記収容部に挿入される方向の前記コアの投影面積が、前記方向と交差するその他の方向の前記コアの投影面積よりも小さいことを特徴とする請求項１又は２に記載のコアホルダ。
4. 請求項１乃至３のいずれか１項に記載のコアホルダを備えた電流センサ。

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