JP4639851B2

JP4639851B2 - 電流センサ付き連結部材

Info

Publication number: JP4639851B2
Application number: JP2005058044A
Authority: JP
Inventors: 正人石原; 隆重斉藤; 祐宏荒谷
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2005-03-02
Filing date: 2005-03-02
Publication date: 2011-02-23
Anticipated expiration: 2025-03-02
Also published as: US7491097B2; US20060216800A1; JP2006244831A

Description

本発明は、電流センサが固定された、バッテリのバッテリポストとハーネスとを電気的に接続する電流センサ付き連結部材に関するものである。

従来、例えば特許文献１に示すように、バッテリとハーネスとの間に、電流センサを配置する電流センサの取付け構造が知られている。

特許文献１においては、バッテリのバッテリポストに接続されるバッテリ側端子と、ハーネスの先端に接続されるハーネス側端子との間に、長片状の導電性金属板からなる中継部材が介在され、電流センサはこの中継部材に装着されている。このように構成すると、電流センサを配置する構成であっても、バッテリ側端子及びハーネス側端子は既存のものを使用することができる。
特開２００２−１４１０５４号公報

ところで、上記において、電流センサは環状の検出器（ホール素子と集磁コアを有する）を合成樹脂によるインサート成形によって埋め込み、集磁コアの中心にスリットを設け、中継部材を相通可能な構成となっている。

しかしながら、集磁コアを有する構成であると、センサ形状が限定され、体格の小型化が困難であり、電流センサの配置が制限されるという問題がある。しかしながら、集磁コアのない構成とすると電流センサの感度が低下する。

本発明は上記問題点に鑑み、バッテリのバッテリポストとハーネスとを電気的に接続する連結部材に電流センサを固定した電流センサ付き連結部材において、感度を向上することを目的とする。

上記目的を達成する為に、請求項１〜４に記載の発明は、電流センサが固定された、バッテリのバッテリポストとハーネスとを電気的に接続する電流センサ付き連結部材に関するものである。

先ず請求項１に記載のように、連結部材は、一部が切り欠かれることにより、電流密度が他の領域よりも高い所定領域を有し、この切り欠かれた部位に電流センサの少なくとも一部が圧入されて、電流センサの検出部位が、所定領域の表面に配置されることを特徴とする。

このように本発明によると、連結部材に意図的に電流密度の高い所定領域を設け、当該所定領域の表面に電流センサの検出部位（磁電変換素子）を配置する。従って、電流センサの検出部位に作用する磁束密度が高くなり、センサの感度を向上することができる。さらに、連結部材は、一部が切り欠かれて所定領域が構成されており、切り欠かれた部位に電流センサの少なくとも一部が圧入される。従って、切り欠きによって所定領域の断面積を小さくすることができるとともに、この切り欠かれた部位を利用して、検出部位が所定領域の表面に配置されるように電流センサを連結部材に固定することができる。従って、インサート成形や接着に比べると、固定方法が簡素であり、製造コストを低減することができる。

さらには、請求項２に記載のように、電流センサ及び連結部材の少なくとも一方が凹部を有し、他方が凹部に対応する凸部を有し、対応する凹部及び凸部が嵌合された構成としても良い。嵌合によっても電流センサの検出部位を所定領域の表面に配置するように固定することができる。圧入固定と組み合わせると、連結部材に対する電流センサの固定信頼性を向上できる。

請求項３に記載の電流センサ付き連結部材では、連結部材が、電流密度が他の領域よりも高い所定領域を有し、所定領域の表面に、電流センサの検出部位が配置されるように、電流センサが連結部材に固定され、電流センサ及び連結部材の少なくとも一方が凹部を有し、他方が前記凹部に対応する凸部を有し、対応する凹部及び凸部が嵌合されていることを特徴とする。これにより、請求項２と同様の効果を奏することができる。

尚、連結部材は、例えば請求項４に記載のように、一端側がバッテリポストに接続されるバッテリターミナルに連結固定され、他端側がハーネスの接続端子に連結固定される。

以下、本発明の実施の形態を図に基づいて説明する。
（第１の実施の形態）
図１及び図２（ａ）、（ｂ）は、本実施形態における電流センサ付き連結部材、特に連結部材への電流センサの取り付け構造を説明するための概略図である。図１は、斜視図であり、図２（ａ）は、図１を電流センサのカバー側から見た平面図、図２（ｂ）は図２（ａ）のＡ−Ａ断面における部分断面図である。

本実施形態における電流センサの取付け構造は、図１に示すように、自動車に搭載されたバッテリ（図示せず）のバッテリポスト（電極）と、負荷に接続されたハーネス（図示せず）とを連結する連結部材１０に、電流センサ２０を固定することにより構成される。

連結部材１０は導電材料からなる。本実施形態においては、真鍮（銅・亜鉛合金）板をＬ字状に加工してなり、その両端に連結固定用の貫通孔１１，１２を設けている。貫通孔１１は、バッテリポストに接続されたバッテリターミナルの貫通孔（図示せず）と整合し、締結手段によって締付固定されるように構成されている。また、貫通孔１２は、ハーネスのバッテリ側の端部に設けられた接続端子の貫通孔（図示せず）と整合し、締結手段によって締付固定されるように構成されている。

また、図２（ａ）に示すように、貫通孔１１，１２の間に電流センサ２０を圧入固定するための切り欠き部１３を設けている。本実施形態において、切り欠き部１３は、所定領域において板厚方向に完全に削除されて構成されている。この切り欠き部１３を設けることで、バッテリとハーネスとの間の電流経路としての連結部材１０に、他の領域よりも断面積の小さな狭領域（電流経路の狭い領域）１４を構成している。この効果については後述する。このように構成される連結部材１０は、周知の加工技術（例えばプレス加工等）を用いて形成することができる。

電流センサ２０は、少なくとも磁電変換素子を有するセンサ部２１と、センサ部２１の出力を外部に出力するコネクタ部２２とにより構成される。

本実施形態におけるセンサ部２１は、カバー２１ａ及びケース２１ｂからなる筐体内に、磁電変換素子を有するセンサチップ２１ｃ（図２（ａ）の一点鎖線）とその処理回路（図示せず）を収納してなる。そして、バッテリからの放電電流或いはバッテリへの充電電流が連結部材１０を流れる際の電流の強弱に応じて発生する磁束を、磁電変換素子により検知することにより、上記放電電流或いは充電電流を検出する。

また、図２（ａ），（ｂ）に示すように、連結部材１０の切り欠き部１３に筐体の一部を圧入し、電流センサ２０を連結部材１０に固定した状態で、少なくともセンサチップ２１ｃが狭領域１４上に配置されるように構成されている。従って、従来のホール素子による電流センサとは異なり、集磁コアを必要としない構成となっている。

磁電変換素子としては、特に限定されるものではない。本実施形態においては、ホール素子よりも感度の高い異方性磁気抵抗効果素子（以下ＡＭＲ素子と示す）を適用している。

尚、本実施形態においては、連結部材１０の切り欠き部１３に対して、センサ部２１の筐体の一部を圧入させるだけでなく、連結部材１０の上下両面をセンサ部２１の筐体にて狭持する構成としている。従って、電流センサ２０を連結部材１０にしっかりと固定することができる構成でありながら、インサート成形や接着といった方法に比べて、固定方法が簡素であり、製造コストを低減することができる。

次に、本実施形態の特徴部分について、図３（ａ），（ｂ）を用いて説明する。図３は、本実施形態の特徴部分を説明するための図であり、（ａ）は切り欠き部１３の幅を説明するための図であり、（ｂ）はＦＥＭ解析結果を示す図である。

本実施形態においては、上述したように真鍮板を加工して連結部材１０を形成しており、その際、図３（ａ）に示すように、強度向上のために、幅方向の切り欠き部１３の非形成端側もＬ字状に折曲している。それにより、図３（ａ）に示す幅（Ｘ）方向の長さを２２ｍｍとしている。そして、幅方向の中点を基準（０）として、切り欠き部１３形成領域におけるＸ方向の磁束密度Ｂｘをシミュレートした。尚、図３（ｂ）においては、点線が切り欠き部１３の幅（Ｘ方向）が５ｍｍ、一点鎖線が切り欠き部１３の幅１０ｍｍの場合を示しており、比較例として切り欠き部１３のないものを実線で合わせて示した。

図３（ｂ）に示すように、切り欠き部１３の幅が大きくなるほど、同一電流により発生する磁束密度Ｂｘが高くなった。具体的には、切り欠き部１３なし（実線）と比較して、切り欠き部１３の幅５ｍｍ（点線）のものは磁束密度Ｂｘが約２０％向上し、切り欠き部１３の幅１０ｍｍ（一点鎖線）のものは磁束密度Ｂｘが約５０％向上した。

これは、連結部材１０の電流センサ２０の配置領域に切り欠き部１３を設けることにより、電流経路が狭く（断面積が小さく）なり（すなわち狭領域１４となり）、同一電流であっても電流密度が高くなるためである。従って、電流センサ２０配置領域に対応して連結部材１０に切り欠き部１３を設けることで、センサチップ２１ｃの配置領域が他の領域よりも電流密度の高い領域となり、ＡＭＲ素子の抵抗変化率を大きく、すなわち感度を向上することができる。

尚、切り欠き部１３の切り欠き幅が大きい、すなわち、狭領域１４の電流密度が高い（断面積が小さい）ほど電流密度は高くなるが、その反面、連結部材１０の強度は低下する。また、連結部材１０に固定された電流センサ２０及びハーネスは、バッテリポストを支点とした片持ち梁構造であるので、外力の印加にともなって連結部材１０を含む電流センサ２０及びハーネスが振動する。従って、連結部材１０における切り欠き部１３の切り欠き量（幅、長さ）は、所定の振動（例えば振動試験）に対する強度を確保できる（形状を維持できる）範囲内で最大の電流密度となるように決定されればよい。

このように、本実施形態に示す電流センサ２０の取付け構造によると、連結部材１０に電流センサ２０を圧入固定するための切り欠き部１３を設けることで、ワンタッチで電流センサ２０を連結部材１０に固定することができる。さらに、この固定状態で、切り欠き部１３を設けたことにより構成された狭領域１４に、電流センサ２０のセンサチップ２１ｃが配置されるので、センサ感度を向上することができる。尚、切り欠き部１３の切り欠き幅によって、磁束密度Ｂｘが高い値で安定する範囲が異なるので、当該安定領域にセンサチップ２１ｃが配置されるように電流センサ２０を構成すると感度向上により効果的である。

また、集磁コアが不要であるので、電流センサ２０の体格を小型化することができる。従って、取りまわしの自由度も向上する。

（第２の実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態を、図４及び図５に基づいて説明する。図４は、本実施形態における電流センサ２０の取付け構造を説明するための図であり、（ａ）は連結部材１０の電流センサ２０接触面側から見た平面図、（ｂ）は連結部材１０との接触面側から見た電流センサ２０の平面図、（ｃ）は取付けた状態を示す平面図、（ｄ）は（ｃ）のＢ−Ｂ断面における部分断面図である。図５は、ＦＥＭ解析結果を示す図であり、二点鎖線が本実施形態に示す構成の場合を示しており、比較例として切り欠き部１３のないものを実線で、切り欠き部１３の幅（Ｘ方向）が５ｍｍのものを破線で合わせて示した。実線、破線については、図３（ｂ）と対応している。

第２の実施形態における電流センサ２０の取付け構造は、第１の実施形態によるものと共通するところが多いので、以下、共通部分については詳しい説明は省略し、異なる部分を重点的に説明する。

第２の実施形態において、第１の実施形態と異なる点は、電流センサ２０と連結部材１０とを、嵌合によって固定する点である。

図４（ａ）に示すように、本実施形態に示す連結部材１０は、切り欠き幅５ｍｍの切り欠き部１３を有しており、これにより電流密度が高い狭領域１４が構成されている。また、切り欠き部１３の底面からアーチ状に屹立する突起部１５を設けており、当該突起部１５の一部に嵌合凸部１６を設けている。尚、突起部１５は、切り欠き部１３形成時に同時に構成しても良いし、別部材を切り欠き部１３の底面に固定して構成しても良い。

また、図４（ｂ）に示すように、電流センサ２０を構成するケース２１の連結部材１０との接触面に、連結部材１０の嵌合凸部１６に対応する嵌合凹部２３を設けている。また、ケース２１の連結部材１０との接触面には、さらに連結部材１０の突起部１５と切り欠き部１３の周囲領域と接して、嵌合する際の位置決め基準となる位置決め部２４を設けている。

そして、連結部材１０の突起部１５と切り欠き部１３の周囲領域と切り欠き部１３の周囲領域が、図４（ｃ），（ｄ）に示すように電流センサの２０の位置決め部２４に接し、連結部材１０の幅方向および長手方向において、電流センサ２０が所定位置に位置決めされる。そして、この位置決め状態で、嵌合凸部１６が嵌合凹部２３に嵌合し、電流センサ２０が連結部材１０に嵌合固定される。尚、本実施形態においては、突起部１５がアーチ状に設けられて可撓性を有しているので、嵌合凹部２３に対して嵌合凸部１６を配置させやすい構成となっている。

また、この固定状態において、電流センサ２０のセンサチップ２１ｃが連結部材１０の狭領域１４上に配置される。ここで、本実施形態においては、切り欠き部１３にアーチ状の突起部１５を設けているが、磁束密度Ｂｘは、図５に示すように、第１の実施形態で示した同じ切り欠き幅で突起部１５のないもの（破線）とほぼ同一の値を示した。このように本実施形態に示す電流センサ２０の取付け構造においても、ワンタッチで電流センサ２０を連結部材１０に固定することができ、センサ感度を向上することができる。

尚、嵌合凸部１６の形状を、取付け方向に対して逆方向に外力が生じた際に抜けにくい形状（取り付け先端側の傾斜が大きい形状）とすると、電流センサ２０を連結部材１０によりしっかりと固定することができる。また、嵌合固定だけでなく、第１の実施形態に示した圧入固定を組み合わせると、ワンタッチで固定できる構成でありながらより強固なものとすることができる。例えば、突起部１５を２つの位置決め部２４の間に圧入固定する構成とすれば良い。

また、本実施形態においては、突起部１５に嵌合凸部１６が設けられる構成を示したが、突起部１５を有さず、狭領域１４に嵌合凸部１６を設けた構成としても良い。嵌合凸部１６及び嵌合凹部２３の個数も各１つに限定されるものではない。複数とすることにより、固定状態を安定化してもよい。

以上本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態のみに限定されず、種々変更して実施することができる。

本実施形態においては、磁電変換素子としてＡＭＲ素子を適用する例を示した。しかしながら、ＡＭＲ素子以外にも、例えばそれ以外の磁気抵抗効果素子（例えばトンネル磁気抵抗効果素子）やホール素子を適用することができる。ホール素子を適用する場合であっても、ホール素子を有するセンサチップが配置される狭領域１４の電流密度が高いので、集磁コアを不要とできる。また、磁気抵抗効果素子の場合、感度を向上できる。

また、本実施形態において、板厚方向に完全に削除された切り欠き部１３を設けることによって、連結部材１０の電流センサ２０（センサチップ２１ｃ）配置領域である狭領域１４の電流密度を他の領域よりも高くするように構成例を示した。しかしながら、電流密度を高める構成は上記例に限定されるものではない。例えば、板厚方向に一部残した構成としても良い。

第１の実施形態における電流センサの取付け構造を説明するための概略斜視図である。第１の実施形態における電流センサの取付け構造を説明するための概略図であり、（ａ）は図１を電流センサのカバー側から見た平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ断面における部分断面図である。第１の実施形態における特徴部分を説明するための図であり、（ａ）は切り欠き部の幅を説明するための図、（ｂ）はＦＥＭ解析結果を示す図である。第２の実施形態における電流センサの取付け構造を説明するための図であり、（ａ）は電流センサ接触面側から見た連結部材の平面図、（ｂ）は連結部材との接触面側から見た電流センサの平面図、（ｃ）は取付けた状態を示す平面図、（ｄ）は（ｃ）のＢ−Ｂ断面における部分断面図である。図４に示す構成におけるＦＥＭ解析結果を示す図である。

符号の説明

１０・・・連結部材
１３・・・切り欠き部
１４・・・狭領域
１５・・・突起部
１６・・・嵌合凸部
２０・・・電流センサ
２１・・・センサ部
２１ａ・・・カバー
２１ｂ・・・ケース
２１ｃ・・・センサチップ
２３・・・嵌合凹部

Claims

電流センサが固定された、バッテリのバッテリポストとハーネスとを電気的に接続する連結部材であって、
前記連結部材は、一部が切り欠かれることにより、電流密度が他の領域よりも高い所定領域を有し、
前記切り欠かれた部位に前記電流センサの少なくとも一部が圧入されて、前記電流センサの検出部位が、前記所定領域の表面に配置されることを特徴とする電流センサ付き連結部材。
前記電流センサ及び前記連結部材の少なくとも一方が凹部を有し、他方が前記凹部に対応する凸部を有し、
対応する前記凹部及び前記凸部が嵌合されていることを特徴とする請求項１に記載の電流センサ付き連結部材。
電流センサが固定された、バッテリのバッテリポストとハーネスとを電気的に接続する連結部材であって、
前記連結部材は、電流密度が他の領域よりも高い所定領域を有し、
前記所定領域の表面に、前記電流センサの検出部位が配置されるように、前記電流センサが前記連結部材に固定され、
前記電流センサ及び前記連結部材の少なくとも一方が凹部を有し、他方が前記凹部に対応する凸部を有し、
対応する前記凹部及び前記凸部が嵌合されていることを特徴とする電流センサ付き連結部材。
前記連結部材は、一端側が前記バッテリポストに接続されるバッテリターミナルに連結固定され、他端側が前記ハーネスの接続端子に連結固定されることを特徴とする請求項１〜３いずれか１項に記載の電流センサ付き連結部材。