JP2021025903A - 電流センサ - Google Patents

Abstract

【課題】ケースと蓋部とをスナップフィットで固定する構成において、スナップフィットによる組み付け時にスナップフィットの破壊を防止することができる電流センサを提供する。【解決手段】ケース２００は、バスバー１００の一部が配置される凹状の収容部２０６を有する。蓋部６００は、ケース２００の収容部２０６の開口部２１０を閉じるように、開口部２１０の開口方向に沿ってケース２００に固定される。スナップフィット７００は、蓋部６００に設けられる。引っ掛かり部８００は、ケース２００の外壁面２１１、２１２に設けられる。引っ掛かり部８００は、スナップフィット７００が引っ掛かることにより開口方向におけるスナップフィット７００の移動を規制する。スナップフィット７００は、開口方向及び垂直方向に垂直な幅方向の幅が先端部７０４から根元部７０１に向かって広くなるように形成されている。【選択図】図１

Description

本発明は、電流センサに関する。

従来より、バスバーに流れる電流を検出する電流センサが、例えば特許文献１で提案されている。バスバーは一面を有する。電流センサは、バスバーの一面の上方に配置された検出部を備える。

特開２０１５−１９４４７２号公報

上記従来の電流センサとして、バスバーが樹脂製のケースに固定された構成が知られている。ケースは、検出部を収容するための収容部を有する。収容部は、充填材で埋められる。これにより、充填材の表面がケースの表面の一部を構成する。

しかし、収容部を充填材で埋める構成を製造するためには、充填材の用意、充填、固化等の多くの工程が必要である。また、収容部の空間を埋めるために充填材の量が必要である。したがって、簡易及び安価でケースの収容部を閉じる構成が求められていた。

そこで、ケースの収容部を蓋部で閉じる構成が考えられる。ケースと蓋部とはスナップフィットで固定される。スナップフィットは、ケースと蓋部のどちらに設けられていても良い。これにより、ケースの収容部を充填材で埋める必要がない。また、ケースと蓋部とを相対的に近づけることでスナップフィットが引っ掛かる。よって、ケースの収容部を容易に閉じることができる。

しかし、スナップフィットによる組み付け時、スナップフィットの変形によってスナップフィットの根元に応力が集中する。このため、スナップフィットが壊れてしまう可能性がある。

本発明は上記点に鑑み、ケースと蓋部とをスナップフィットで固定する構成において、スナップフィットによる組み付け時にスナップフィットの破壊を防止することができる電流センサを提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、電流センサは、ケース（２００）、検出部（３００）、蓋部（６００）、スナップフィット（７００）、及び引っ掛かり部（８００）を含む。

ケースは、収容部（２０６）を有する。収容部は、バスバー（１００）の一端部（１０１）と他端部（１０２）との間の一部が配置される凹状のものである。検出部は、収容部に収容されると共にバスバーに流れる電流を検出する。

蓋部は、ケースの収容部の開口部（２１０）を閉じるように、開口部の開口方向に沿ってケースに固定される。スナップフィットは、ケース及び蓋部のいずれか一方に設けられる。

引っ掛かり部は、スナップフィットが蓋部に設けられる場合はケースの第１外壁面（２１１、２１２）に設けられ、スナップフィットがケースに設けられる場合は蓋部の第２外壁面（６０３、６０４）に設けられる。引っ掛かり部は、スナップフィットが引っ掛かることにより開口方向におけるスナップフィットの移動を規制する。

スナップフィットは、根元部（７０１）及び先端部（７０４）を有する。根元部は、開口方向に垂直な垂直方向に弾性変形可能にケースまたは蓋部に固定される。先端部は、引っ掛かり部に引っ掛かる。スナップフィットは、開口方向及び垂直方向に垂直な幅方向の幅が先端部から根元部に向かって広くなるように形成されている。

これによると、スナップフィットのうちの根元部側の幅が先端部側の幅よりも広いので、根元部の弾性変形の際に根元部に発生する応力が開口方向に分散される。したがって、スナップフィットによる組み付け時にスナップフィットの破壊を防止することができる。

なお、この欄及び特許請求の範囲で記載した各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。

第１実施形態に係る電流センサの斜視図である。 図１に示された電流センサの分解斜視図である。 スナップフィットを示した拡大図である。 根元部が幅広になっていないスナップフィットの応力分布の位置を示した図である。 図１に示されたスナップフィットの応力分布の位置を示した図である。 図４及び図５に示されたスナップフィットの応力分布を示した図である。 スナップフィットの変形例を示した図である。 スナップフィットの変形例を示した図である。 第２実施形態に係る電流センサの斜視図である。 第３実施形態に係る電流センサの斜視図である。

以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、図中、同一符号を付してある。

（第１実施形態）
以下、第１実施形態について図を参照して説明する。本実施形態に係る電流センサは、例えば、インバータ装置からモータ等に供給される３相交流電流を検出する。図１及び図２に示されるように、電流センサ１は、バスバー１００、ケース２００、検出部３００、プリント基板４００、シールド板５００、及び蓋部６００を備える。

バスバー１００は、一端部１０１と他端部１０２とを有する板状の配線部品である。バスバー１００には、被測定電流が流れる。バスバー１００の一端部１０１は、例えばインバータ装置に接続される。バスバー１００の他端部１０２は、例えばモータ等の負荷装置に接続される。

ケース２００は、樹脂材料が成形された部品である。本実施形態では、ケース２００の外形は四角柱である。ケース２００は、第１側部２０１、第２側部２０２、第３側部２０３、第４側部２０４、底部２０５、収容部２０６、貫通孔２０７、及びコネクタ部２０８を有する。

各側部２０１〜２０４は、ケース２００の側面部分を構成する。第１側部２０１と第２側部２０２とが対向配置される。第３側部２０３と第４側部２０４とが対向配置される。底部２０５は、各側部２０１〜２０４によって構成された管状部分の一方の開口部分を閉じる部分である。

収容部２０６は、ケース２００の一部が凹状に凹んだことにより構成された空間部である。すなわち、収容部２０６は、ケース２００の各側部２０１〜２０４及び底部２０５によって構成される。

貫通孔２０７は、バスバー１００が挿入される部分である。貫通孔２０７は、ケース２００の第３側部２０３及び第４側部２０４に設けられている。貫通孔２０７は、第３側部２０３の一部及び第４側部２０４の一部を貫通する。これにより、貫通孔２０７は、収容部２０６に通じる。バスバー１００が貫通孔２０７に通されることにより、バスバー１００の一端部１０１と他端部１０２との間の一部が収容部２０６に配置される。バスバー１００は、ケース２００に固定される。

コネクタ部２０８は、プリント基板４００に実装された電気部品と外部装置とを電気的に接続するための接続部分である。コネクタ部２０８は、ケース２００の底部２０５から突出する。コネクタ部２０８は、ケース２００の底部２０５のうち第１側部２０１側に位置している。コネクタ部２０８は、複数の端子２０９を有する。複数の端子２０９には、図示しないケーブルが接続される。

検出部３００は、バスバー１００に流れる電流を検出する。検出部３００は、バスバー１００に電流が流れることでバスバー１００から発生する誘導磁界を検知して電気信号に変換する。検出部３００は、プリント基板４００に実装される。検出部３００は、プリント基板４００が収容部２０６に配置されることで収容部２０６に収容されると共に、バスバー１００の上方に配置される。

検出部３００は、例えば、センサチップ、バイアス磁石、及び回路チップが基板に実装されたＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）として構成される。センサチップとしては、例えば、ＧＭＲ素子（Giant Magneto Resistance）、ＴＭＲ素子（Tunneling Magneto Resistance）、ＡＭＲ素子（Anisotropic Magneto Resistance）、ホール素子である。

プリント基板４００は、検出部３００等の電気部品が実装された部品である。プリント基板４００は、ケース２００の収容部２０６に収容されることで、コネクタ部２０８の各端子２０９に電気的に接続される。

シールド板５００は、バスバー１００から発生する磁界や外部からの外乱磁界を遮蔽するための部品である。シールド板５００は、平行平板状に対向配置された電磁鋼板によって構成される。つまり、シールド板５００はケース２００の収容部２０６に２枚配置される。２枚のシールド板５００の間には、プリント基板４００、検出部３００、及びバスバー１００の一部が配置される。

シールド板５００は、例えば全体形状が矩形状あるいは長方形状になっている。各シールド板５００は、１枚の電磁鋼板によって構成されていても良いし、複数の電磁鋼板が積層されて構成されていても良い。

蓋部６００は、ケース２００の収容部２０６の開口部２１０を閉じるための部品である。蓋部６００は、収容部２０６の開口部２１０の開口方向に沿ってケース２００に固定される。蓋部６００は、樹脂材料が成形された部品である。蓋部６００を構成する樹脂材料はケース２００と同じでも良いし、異なっていても良い。以上が、本実施形態に係る電流センサ１の全体構成である。

上記の電流センサ１において、ケース２００と蓋部６００とはスナップフィット７００を介して固定される。スナップフィット７００は、蓋部６００に設けられる。また、ケース２００は、スナップフィット７００が引っ掛かる引っ掛かり部８００を有する。引っ掛かり部８００は、ケース２００の第１側部２０１の外壁面２１１及び第２側部２０２の外壁面２１２に設けられる。引っ掛かり部８００は、各外壁面２１１、２１２から突出した部分である。

スナップフィット７００は、蓋部６００のうちケース２００の第１側部２０１に対応する第５側部６０１に２個設けられている。また、スナップフィット７００は、蓋部６００のうちケース２００の第２側部２０２に対応する第６側部６０２に２個設けられている。

図３に示されるように、スナップフィット７００は、根元部７０１、外縁部７０２、窓部７０３、及び先端部７０４を有する。根元部７０１は、収容部２０６の開口方向に垂直な垂直方向に弾性変形可能に蓋部６００の各側部６０１、６０２に固定される部分である。本実施形態では、垂直方向は第１側部２０１の第１外壁面２１１に垂直な方向である。

外縁部７０２は、開口方向及び垂直方向に垂直な幅方向におけるスナップフィット７００の端部である。幅方向は、第１側部２０１の外壁面２１１及び第２側部２０２の外壁面２１２に沿った方向である。窓部７０３は、開口方向に沿って設けられた貫通孔である。窓部７０３のサイズは、少なくとも引っ掛かり部８００が通るサイズであれば良い。

先端部７０４は、引っ掛かり部８００に引っ掛かる部分である。先端部７０４は、引っ掛かり部８００が窓部７０３に引っ掛かることにより引っ掛かり部８００に引っ掛かる。引っ掛かり部８００はスナップフィット７００が引っ掛かることにより開口方向におけるスナップフィット７００の移動を規制する。

また、スナップフィット７００は、幅方向の幅が先端部７０４から根元部７０１に向かって広くなるように形成されている。本実施形態では、スナップフィット７００の外縁部７０２は、開口方向に沿って曲線状に形成されている。すなわち、外縁部７０２は、スナップフィット７００の幅方向の幅が連続して幅広になるように形成されている。

さらに、図１〜図３に示されるように、ケース２００はガイド２１３を有する。ガイド２１３は、蓋部６００が開口方向に沿ってケース２００に取り付けられる際に、スナップフィット７００の先端部７０４を接触させて引っ掛かり部８００に導くための部分である。ガイド２１３は、ケース２００の第１側部２０１の外壁面２１１及び第２側部２０２の外壁面２１２に設けられる。

ガイド２１３は、複数のスナップフィット７００のうちの最も外側のスナップフィット７００のさらに外側に設けられている。ガイド２１３は、隣同士のスナップフィット７００の間に設けられている。ガイド２１３は、スナップフィット７００の外縁部７０２の形状に対応している。よって、隣同士のスナップフィット７００の間のガイド２１３は、台形形状である。

ガイド２１３は、ケース２００の第１側部２０１において、外壁面２１１を基準とした垂直方向の高さが、スナップフィット７００よりも高くなっている。同様に、ガイド２１３は、ケース２００の第２側部２０２において、外壁面２１２を基準とした垂直方向の高さが、スナップフィット７００よりも高くなっている。

蓋部６００の第５側部６０１の外壁面６０３の一部及び第６側部６０２の外壁面６０４の一部は、スナップフィット７００の外表面を構成している。したがって、ガイド２１３は、外壁面２１１を基準とした垂直方向の高さが、第５側部６０１の外壁面６０３よりも高くなっている。同様に、ガイド２１３は、外壁面２１２を基準とした垂直方向の高さが、第６側部６０２の外壁面６０４よりも高くなっている。

次に、電流センサ１の製造方法について説明する。まず、ケース２００の収容部２０６の底に１枚のシールド板５００を配置する。続いて、ケース２００の貫通孔２０７にバスバー１００を通してケース２００にバスバー１００を固定する。この後、検出部３００等が実装されたプリント基板４００及び１枚のシールド板５００を収容部２０６に収容する。

また、蓋部６００を用意する。ケース２００の位置を固定すると共に、ケース２００の収容部２０６の上方に蓋部６００を配置する。そして、ケース２００と蓋部６００とを開口方向に相対的に近づける。これにより、スナップフィット７００の先端部７０４が窓部７０３を介して引っ掛かり部８００に引っ掛かる。ケース２００と蓋部６００とが幅方向に多少ずれていたとしても、スナップフィット７００の先端部７０４がガイド２１３に沿って開口方向に移動する。したがって、スナップフィット７００は、引っ掛かり部８００に確実に引っ掛かる。こうして、電流センサ１が完成する。

発明者らは、図４に示されたスナップフィット７００の根元部７０１が幅広ではない形状と、図５に示されたスナップフィット７００の根元部７０１が幅広である形状と、について、スナップフィット７００の変位時の応力分布を調べた。具体的には、スナップフィット７００の先端部７０４を垂直方向に１．５ｍｍ変位させたときのスナップフィット７００の応力分布を調べた。

スナップフィット７００における応力分布は、０点を基準点とする図４のＡの位置と図５のＢの位置とした。シミュレーション結果を図６に示す。図６では、０点からの距離と最大主応力との関係を示している。

図６に示されるように、根元部７０１が幅広ではない形状では、根元部７０１に応力が集中している。このため、蓋部６００の材料強度に対して応力の余裕がない。根元部７０１が幅広ではない形状では、スナップフィット７００のうち曲がる部分、すなわちスナップフィット７００における開口方向の可動域が狭い。よって、根元部７０１が破壊されやすい。

これに対し、根元部７０１が幅広である形状では、０点から幅広の形状が終わるまで応力が集中していない。すなわち、根元部７０１の弾性変形の際に、幅広の形状によって根元部７０１に発生する応力が開口方向に分散される。幅広の形状によってスナップフィット７００における開口方向の可動域が拡大する。このため、蓋部６００の材料強度に対して応力の余裕が充分残る。したがって、スナップフィット７００による組み付け時にスナップフィット７００の破壊を防止することができる。

本実施形態では、スナップフィット７００の外縁部７０２が滑らかな曲線状に形成されているので、根元部７０１に掛かる応力を開口方向に連続的に分散することができる。また、ケース２００にガイド２１３が設けられているので、ケース２００に対する蓋部６００の安定的な組付けが可能になる。さらに、垂直方向におけるガイド２１３の高さがスナップフィット７００よりも高いので、蓋部６００の組み付け後にスナップフィット７００に接触しにくくなる。このため、接触による蓋部６００の外れが生じにくいという効果が得られる。

なお、本実施形態の記載と特許請求の範囲の記載との対応関係については、ケース２００の第１側部２０１の外壁面２１１及び第２側部２０２の外壁面２１２が特許請求の範囲の「第１外壁面」に対応する。また、蓋部６００の第５側部６０１の外壁面６０３及び第６側部６０２の外壁面６０４が特許請求の範囲の「第２外壁面」に対応する。

変形例として、図７に示されるように、スナップフィット７００は、先端部７０４の先端から根元部７０１に向かって連続して幅広になっていても良い。また、図８に示されるように、スナップフィット７００は、外縁部７０２が階段状に形成されていても良い。これによると、スナップフィット７００は、開口方向に段階的に幅広になる。ガイド２１３は、スナップフィット７００に対応した形状に形成される。

変形例として、スナップフィット７００は、各側部２０１、２０２に１個ずつ設けられていても良い。また、スナップフィット７００は、各側部２０１、２０２に幅方向に３個以上設けられていても良い。

変形例として、スナップフィット７００の先端部７０４に設けられた爪が穴に引っ掛かる引っ掛かり構造でも良い。この場合、引っ掛かり部８００は、各外壁面２１１、２１２の一部が凹んだ部分である。

変形例として、スナップフィット７００がケース２００に設けられ、引っ掛かり部８００が蓋部６００に設けられても良い。例えば、スナップフィット７００は、ケース２００の第１側部２０１及び第２側部２０２に設けられる。引っ掛かり部８００は、蓋部６００の第５側部６０１の外壁面６０３及び第６側部６０２の外壁面６０４に設けられる。

（第２実施形態）
本実施形態では、主に第１実施形態と異なる部分について説明する。図９に示されるように、ガイド２１３は、隣同士のスナップフィット７００のうちの最も外側のスナップフィット７００のさらに外側に設けられる。ガイド２１３は、隣同士のスナップフィット７００の間には設けられていない。このような構成においても、第１実施形態と同様の効果が得られる。

変形例として、スナップフィット７００が３つ以上の場合、ガイド２１３は、全てのスナップフィット７００のうちの最も外側のスナップフィット７００のさらに外側に設けられる。

（第３実施形態）
本実施形態では、主に第１、第２実施形態と異なる部分について説明する。図１０に示されるように、ガイド２１３は、隣同士のスナップフィット７００の間に設けられている。ガイド２１３は、隣同士のスナップフィット７００のうちの最も外側のスナップフィット７００のさらに外側には設けられていない。このような構成においても、第１実施形態と同様の効果が得られる。

変形例として、スナップフィット７００が３つ以上の場合、ガイド２１３は、全てのスナップフィット７００のうちの隣同士のスナップフィット７００の間に設けられる。

（他の実施形態）
上記各実施形態で示された電流センサ１の構成は一例であり、上記で示した構成に限定されることなく、本発明を実現できる他の構成とすることもできる。例えば、電流センサ１の外観は四角柱状に限られない。電流センサ１の外観は多角柱状、円柱状、あるいは楕円柱状でも構わない。

２００ ケース
２０６ 収容部
２１０ 開口部
２１１、２１２ ケースの外壁面
６００ 蓋部
６０３、６０４ 蓋部の外壁面
７００ スナップフィット
７０１ 根元部
７０４ 先端部
８００ 引っ掛かり部

Claims (6)

1. バスバー（１００）の一端部（１０１）と他端部（１０２）との間の一部が配置される凹状の収容部（２０６）を有するケース（２００）と、
   前記ケースの前記収容部に収容されると共に、前記バスバーに流れる電流を検出する検出部（３００）と、
   前記ケースの前記収容部の開口部（２１０）を閉じるように、前記開口部の開口方向に沿って前記ケースに固定される蓋部（６００）と、
   前記ケース及び前記蓋部のいずれか一方に設けられたスナップフィット（７００）と、
   前記スナップフィットが前記蓋部に設けられる場合は前記ケースの第１外壁面（２１１、２１２）に設けられ、前記スナップフィットが前記ケースに設けられる場合は前記蓋部の第２外壁面（６０３、６０４）に設けられ、前記スナップフィットが引っ掛かることにより前記開口方向における前記スナップフィットの移動を規制する引っ掛かり部（８００）と、
   を含み、
   前記スナップフィットは、前記開口方向に垂直な垂直方向に弾性変形可能に前記ケースまたは前記蓋部に固定される根元部（７０１）と、前記引っ掛かり部に引っ掛かる先端部（７０４）と、を有し、前記開口方向及び前記垂直方向に垂直な幅方向の幅が前記先端部から前記根元部に向かって広くなるように形成されている電流センサ。
2. 前記スナップフィットは、前記幅方向の端部である外縁部（７０２）を有し、
   前記外縁部は、前記開口方向に沿って曲線状に形成されている請求項１に記載の電流センサ。
3. 前記スナップフィットは、前記蓋部に設けられ、
   前記引っ掛かり部は、前記ケースの前記第１外壁面に設けられ、
   前記ケースは、前記第１外壁面に、前記蓋部が前記開口方向に沿って前記ケースに取り付けられる際に前記スナップフィットの前記先端部を接触させて前記引っ掛かり部に導くガイド（２１３）を有する請求項１または２に記載の電流センサ。
4. 前記ガイドは、前記ケースの前記第１外壁面を基準とした前記垂直方向の高さが、前記スナップフィットよりも高くなっている請求項３に記載の電流センサ。
5. 前記スナップフィットは、前記幅方向に複数設けられ、
   前記引っ掛かり部は、前記複数のスナップフィットそれぞれに対応して設けられ、
   前記ガイドは、前記複数のスナップフィットのうちの最も外側のスナップフィットのさらに外側に設けられている請求項３または４に記載の電流センサ。
6. 前記スナップフィットは、前記幅方向に複数設けられ、
   前記引っ掛かり部は、前記複数のスナップフィットそれぞれに対応して設けられ、
   前記ガイドは、前記複数のスナップフィットのうちの隣同士のスナップフィットの間に設けられている請求項３ないし５のいずれか１つに記載の電流センサ。

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