JP2014194346A - 電流センサ - Google Patents

Abstract

【課題】バッテリポスト等の周囲に空きスペースが少ない場合でも装着が可能で、取付作業性も良好かつ、ヒステリシスの低減が可能な電流センサを提供する。
【解決手段】第１及び第２の磁性体２Ａ，２Ｂの内側に配置される通電用導体５及び感磁素子としてのホールＩＣ６とを備え、通電用導体５には、第１及び第２の磁性体２Ａ，２Ｂの内側領域を貫通する向きに貫通穴４が形成され、かつ前記内側領域を貫通する向きの電流が流れ、通電用導体５に流れる電流によって発生する磁界が、ホールＩＣ６に印加される構成である。
【選択図】図１

Description

本発明は、バッテリ電流を検出する電流センサに係り、とくにバッテリポスト（バッテリの正負電極端子）に装着するのに適した電流センサに関する。

従来、車載用の補機バッテリ（動力用のメインバッテリ以外のバッテリ）等のバッテリポストに装着して用いる電流センサとしては、下記特許文献１及び特許文献２がある。

特許第３６９７１５４号公報 特開２０１０−２８７３８６号公報

特許文献１や特許文献２の場合、バッテリポストに一端部が取り付けられた板状バスバーが側方に延長し、板状バスバーの他端部にハーネス端子を接続する構造となっている。このため、バッテリポストの周辺に充分な空きスペースが無い場合、取り付けが困難な場合が生じる。また、バッテリとの接続に際し、バッテリポストに固着されたバッテリ端子と電流センサ、電流センサとハーネス端子との２箇所を締結する必要があり、取り付け工数がかかってしまう問題があった。

本発明はこうした状況を認識してなされたものであり、その目的は、小スペースで取付対象の周囲に空きスペースが少ない場合でも装着可能で、取付作業性の良好かつ、ヒステリシスの低減が可能な電流センサを提供することにある。

本発明のある態様は電流センサである。この電流センサは、両端部において相互に対向する第１及び第２の磁性体と、前記第１及び第２の磁性体の内側に配置される通電用導体及び感磁素子とを備え、
前記通電用導体には、前記第１及び第２の磁性体の内側領域を貫通する向きに貫通部が形成され、かつ前記内側領域を貫通する向きの電流が流れ、前記通電用導体に流れる電流によって発生する磁界が、前記感磁素子に印加されることを特徴とする。

前記態様において、前記貫通部をバッテリ端子のボルトが貫通し、前記ボルトに螺合するナットによって前記通電用導体はハーネス端子とともに前記バッテリ端子に締結されるとよい。

前記態様において、前記バッテリ端子及び前記ハーネス端子に対する係止部を有するとよい。

前記態様において、前記第１及び第２の磁性体及び前記通電用導体はケースに設けられており、前記貫通部が開口した前記通電用導体の両端面は前記ケースから露出しているとよい。

前記態様において、前記ケースは前記第１及び第２の磁性体及び前記通電用導体と共に樹脂で一体成型されているとよい。

前記態様において、前記通電用導体の体積抵抗率は、鉄よりも小さいとよい。

なお、以上の構成要素の任意の組合せ、本発明の表現を方法やシステムなどの間で変換したものもまた、本発明の態様として有効である。

本発明に係る電流センサによれば、バッテリポスト等の周囲に空きスペースが少ない場合でも装着が可能であり、取付作業性も良好である。

本発明に係る電流センサの実施の形態を示す平断面図。 実施の形態の上方より見た斜視図。 同じく下方より見た斜視図。 同分解斜視図。 実施の形態において、電流センサをバッテリ端子に装着する場合の分解斜視図。 本発明の実施の形態及び変形例の磁気回路を説明するものであって、（Ａ）は実施の形態、（Ｂ）は変形例１、（Ｃ）は変形例２をそれぞれ示す概略構成図。 電流センサの比較例を示す概略構成図。

以下、図面を参照しながら本発明の好適な実施の形態を詳述する。なお、各図面に示される同一または同等の構成要素、部材、処理等には同一の符号を付し、適宜重複した説明は省略する。また、実施の形態は発明を限定するものではなく例示であり、実施の形態に記述されるすべての特徴やその組み合わせは必ずしも発明の本質的なものであるとは限らない。

図１乃至図６（Ａ）を用いて本発明に係る電流センサの実施の形態を説明する。これらの図において、電流センサ１は、第１及び第２の磁性体２Ａ，２Ｂと、図５のボルト２１が挿通する貫通部としての貫通穴４を有する通電用導体５（バスバー相当の部品）と、感磁素子としてのホールＩＣ６を固着した基板７と、それらが設けられるケース１０とを有している。

ケース１０は第１及び第２の磁性体２Ａ，２Ｂ及び通電用導体５と共に樹脂で一体成型されている。同時に、ケース１０の上側にコネクタ部１１が一体に形成されている。第１及び第２の磁性体２Ａ，２Ｂは、Ｕ字（コ字）形状で同材質の高透磁率磁性材であって、両端部において磁気ギャップＧを介し相互に対向する配置である。通電用導体５の外周面には一体成型前に予め回り止め加工（ローレット加工等）が施されている。

図１及び図６（Ａ）に示すように、通電用導体５は貫通穴４を有する円筒形であり、その軸方向厚みはケース１０の肉厚よりも大きく、貫通穴４が開口した通電用導体５の両端面はケース１０から露出している。つまり、通電用導体５には、第１及び第２の磁性体２Ａ，２Ｂの内側領域を貫通する向きに貫通穴４が形成され、かつ前記内側領域を貫通する向きの電流が流れる構成である。ここでは通電用導体５の配置は第１の磁性体２Ａの内側であり、貫通穴４の中心は第１の磁性体２Ａの内側に位置する。通電用導体５の材質は、銅等の体積抵抗率が鉄よりも小さい良導体である。この理由は、図５に示すバッテリ端子２０のボルト２１が鉄製であり、ボルト２１を通電用導体５の貫通穴４に挿通して固着した場合のボルト２１に分流する電流の影響を少なくするためである。

ケース１０の片面（下面）には基板配置凹部１５が形成されており、ここにホールＩＣ６を搭載（固定配置）した基板７が収納固着されている。コネクタ部１１に設けられたコネクタピン１２の端部が基板７に電気接続され、ホールＩＣ６の検出磁界に応じた出力信号がコネクタピン１２に取り出されるようになっている。

ケース１０の上面には図５のハーネス端子３０の位置決めのための係止部として、係止凸部１６が形成され、下面にはバッテリ端子２０に対する係止部として、係止凸部１７が形成されている。図示は省略するがハーネス端子３０には電源用コードが接続されている。

図５を用いて電流センサ１とバッテリ端子２０及びハーネス端子３０との取付構造について説明する。バッテリ端子２０はバッテリポストに固着される締結導体部２２と、ここから延長する平板導体部２３と、平板導体部２３から垂直に立ち上がったボルト２１とを有している。そして、ボルト２１を電流センサ１が有する通電用導体５の貫通穴４に、さらにハーネス端子３０の穴３１に挿通し、スプリングワッシャ２５を嵌め、ボルト２１に螺合するナット２６を締め付けることで、通電用導体５とハーネス端子３０とを平板導体部２３上に締結する。このとき、ケース１０の上下面に、係止凸部１６，１７が形成されているため、電流センサ１はバッテリ端子２０に対して回転せずに一定姿勢で取り付けられ、同様にハーネス端子３０は電流センサ１に一定姿勢で取り付けられる。さらに、係止凸部１６は、ハーネス端子３０を、係止凸部１７は、バッテリ端子２０をそれぞれ複数方向に取り付け可能なように形成されている。また、コネクタ部１１の引き出し方向が、ボルト２１に対して垂直方向であるため、高さ方向を低くすることができる。

前述したように、通電用導体５は、銅等の体積抵抗率が鉄よりも小さい良導体で構成されているから、バッテリポスト、バッテリ端子２０、通電用導体５、及びハーネス端子３０の経路でバッテリからの電流の殆どが流れ、ボルト２１を経由してハーネス端子３０に流れる電流は少ない。従って、ナット２６の締め付けトルクを常に一定以上とすれば、ボルト２１に流れる電流に起因する電流検出精度の低下は無視できる。

図１を用いて本実施の形態の動作を、図７の比較例と対比して以下に説明する。

図１の実施の形態の場合、Ｕ字（コ字）形状の第１及び第２の磁性体２Ａ，２Ｂは、両端部において磁気ギャップＧを介し相互に対向し、全体として通電用導体５及びホールＩＣ６とを内側に取り囲んで、外部磁界から磁気遮蔽している。

そして、通電用導体５に流れる電流によって発生する磁界（通電用導体５を周回する磁界）が感磁面（ホールＩＣ６に内蔵のホール素子の感磁面であって、位置Ｐにあるものとする）に印加され、ホールＩＣ６はその印加磁界に応じた出力信号をコネクタ部１１に出力する。

通電用導体５に通電後、電流が零になっても第１及び第２の磁性体２Ａ，２Ｂにヒステリシス特性に起因して残留磁化が残る場合がある。この対策として、ホールＩＣ６の感磁面位置Ｐを、磁性体２Ａの両端縁を結ぶ第１の直線Ｌ１と、磁性体２Ｂの両端縁を結ぶ第２の直線Ｌ２との間とする。これによって、感磁面位置Ｐにおいて、磁性体２Ａが磁化されたことにより発生する磁界と、磁性体２Ｂが磁化されたことにより発生する磁界とが互いに打ち消し合う方向となるため、磁性体２Ａ，２Ｂの残留磁化に起因する測定精度の低下を低減できる。なお、磁性体２Ａ側に通電用導体５がある場合、磁性体２Ａの方が２Ｂよりも強く磁化されるため、感磁面Ｐの位置を磁性体２Ｂ寄り位置、つまり第２の直線Ｌ２に近づけた方が、より好ましい。

一方、図７の比較例はボルト２１が貫通する通電用導体５の周囲にＣ字形磁性体４０を配置し、その空隙に感磁素子としてのホールＩＣ６を挿入した電流センサである。この場合、外部磁界でＣ字形磁性体４０の空隙の磁束が影響を受けるきらいがあるとともに、Ｃ字形磁性体４０の残留磁化もホールＩＣ６の出力信号に影響する問題がある。さらに、ホールＩＣ６を搭載する基板４１はＣ字形磁性体４０の外側に配置することになり、小形化の点でも不利となる。また、本実施の形態のような構成にすることによって、従来のＣ字形磁性体の電流センサと比較して、バッテリ端子が小さくでき（図５におけるＹ寸法）、締結導体部２２に締結されるバッテリポストと電流センサの距離を小さくできるため、バッテリポスト近傍の狭いスペースに装着可能とし、かつヒステリシスの低減可能な電流センサが実現可能となる。

本実施の形態によれば、下記の効果を奏することができる。

(1) バッテリ端子２０のボルト２１の周囲にバスバー相当部品として機能する電流センサ１の通電用導体５を設けるため、バッテリポスト等の周囲に空きスペースが少ない場合でも装着が可能である。

(2) 通電用導体５の貫通穴４をバッテリ端子２０のボルト２１が貫通し、ボルト２１に螺合するナット２６によって通電用導体５はハーネス端子３０とともにバッテリ端子２０に締結される構成であり、ナット止め作業が１箇所で済み、取付作業性が良好である。

(3) ケース１０にバッテリ端子２０及びハーネス端子３０に対する係止凸部１６，１７を形成したので、バッテリ端子２０に対する電流センサの取付姿勢を安定化させることができる。

(4) 通電用導体５の体積抵抗率を鉄よりも小さくしており（換言すれば通電用導体５の体積抵抗率をボルト２１（通常鉄製）の体積抵抗率よりも小さくしており）、ボルト２１側に流れる電流の影響を低減している。

(5) ケース１０を第１及び第２の磁性体２Ａ，２Ｂ及び通電用導体５と共に樹脂で一体成型することで、製造工数の低減が可能である。

(6) 両端部において相互に対向する第１及び第２の磁性体２Ａ，２Ｂの内側に通電用導体５及び感磁素子としてのホールＩＣ６を配置したので、通電用導体５及びホールＩＣ６を外部磁界から磁気遮蔽でき、外部磁界の影響を受けにくい構成とすることができる。

(7) 磁性体２Ａが磁化されたことにより発生する磁界と、磁性体２Ｂが磁化されたことにより発生する磁界とが互いに打ち消し合う位置に、ホールＩＣ６の感磁面（位置Ｐ）を配置することで、第１及び第２の磁性体２Ａ，２Ｂのヒステリシス特性に起因する測定誤差の発生を排除もしくは低減できる。

(8) 第１及び第２の磁性体２Ａ，２Ｂに用いる磁性材料特有の保磁力（ヒステリシス特性）に関わらず、電流センサ１の検出出力のヒステリシスを低減することが可能なため、廉価な磁性材料で優れた電流センサの検出出力特性を実現でき、コストダウンが可能となる。

以上、実施の形態を例に本発明を説明したが、実施の形態の各構成要素や各処理プロセスには請求項に記載の範囲で種々の変形が可能であることは当業者に理解されるところである。以下、変形例について触れる。

図６（Ａ）は上記実施の形態の概略構成であり、第１及び第２の磁性体２Ａ，２Ｂの内側に円筒状の通電用導体５及び基板７上のホールＩＣ６を配置し、通電用導体５の貫通穴４にバッテリ端子のボルト２１が挿入された構成を示す。

図６（Ｂ）は変形例１であって、通電用導体５の形状を変更し、ホールＩＣ６に対向する部分を平坦面５ａとしたものである。これにより、平坦面５ａに平行な方向のホールＩＣ６の取付位置のばらつきに起因する出力変動を少なくすることができる。その他の構成は前述の実施の形態と同様である。

図６（Ｃ）は変形例２であって、通電用導体５の形状を変更し、角筒状としたものであり、その一面である平坦面５ｂをホールＩＣ６に対向させている。この場合も、平坦面５ｂに平行な方向のホールＩＣ６の取付位置のばらつきに起因する出力変動を少なくすることができる。その他の構成は前述の実施の形態と同様である。

上記実施の形態及び変形例１，２では通電用導体に設ける貫通部として貫通穴を例示したが、バッテリ端子側のボルトが貫通可能な貫通切欠部であってもよい。

上記実施の形態及び変形例１，２では、感磁素子としてホールＩＣを例示したが、ホール素子、ＭＲ素子、ＧＭＲ素子等でも適用可能である。

１ 電流センサ
２Ａ，２Ｂ 磁性体
４ 貫通穴
５ 通電用導体
６ ホールＩＣ
７ 基板
１０ ケース
１１ コネクタ部
１２ コネクタピン
１５ 基板配置凹部
１６，１７ 係止凸部
２０ バッテリ端子
２１ ボルト
２６ ナット
３０ ハーネス端子

Claims (6)

1. 両端部において相互に対向する第１及び第２の磁性体と、
   前記第１及び第２の磁性体の内側に配置される通電用導体及び感磁素子とを備え、
   前記通電用導体には、前記第１及び第２の磁性体の内側領域を貫通する向きに貫通部が形成され、かつ前記内側領域を貫通する向きの電流が流れ、
   前記通電用導体に流れる電流によって発生する磁界が、前記感磁素子に印加されることを特徴とする電流センサ。
2. 前記貫通部をバッテリ端子のボルトが貫通し、前記ボルトに螺合するナットによって前記通電用導体はハーネス端子とともに前記バッテリ端子に締結されることを特徴とする請求項１に記載の電流センサ。
3. 前記バッテリ端子及び前記ハーネス端子に対する係止部を有することを特徴とする請求項２に記載の電流センサ。
4. 前記第１及び第２の磁性体及び前記通電用導体はケースに設けられており、前記貫通部が開口した前記通電用導体の両端面は前記ケースから露出していることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の電流センサ。
5. 前記ケースは前記第１及び第２の磁性体及び前記通電用導体と共に樹脂で一体成型されていることを特徴とする請求項４に記載の電流センサ。
6. 前記通電用導体の体積抵抗率は、鉄よりも小さいことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載の電流センサ。

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