JP4856862B2 - 電流センサ - Google Patents

Description

本発明は、ホール素子等の磁電変換素子を用いて電流検出体を通る電流の大きさを検出する電流センサに関する。

この種の従来の電流センサとしては、図８及び図９に示すものがある。

図８及び図９に示すように、電流センサ１００のケース１０１は、内部に部品収容室１０２が形成されたケース本体１０３と、この上面に固定され、部品収容室１０２を塞ぐ蓋体（図示せず）とから構成されている。ケース本体１０３及び蓋体（図示せず）の中央には、電流検出体であるブスバー１１０が貫通する貫通孔１０４が形成されており、このブスバー１１０は貫通孔１０４内で固定されている。ブスバー１１０に検出電流が通電される。

部品収容室１０２にはコア１０５と基板１０６とが収容されている。コア１０５は、略方形枠状を有し、その一箇所にギャップ１０５ａが形成されている。基板１０６には磁電変換素子であるホール素子１０７が搭載され、このホール素子１０７は、コア１０５のギャップ１０５ａ内に配置されている。部品収容室１０２内は、コア１０５及び基板１０６の所定位置への配置後に注入されるモールド剤（図示せず）で充填される。モールド剤の充填によりコア１０５及びホール素子１０７の変位防止、保護等が図られる。

上記構成において、ブスバー１１０に検出電流が通電されると、この電流に比例した磁界がコア１０５に発生し、この発生磁界の大きさに比例した電圧値をホール素子１０７が出力する。以上により、検出電流の大きさを検出する。

上記従来例に類似する技術は、例えば、特許文献１に開示されている。
特開平６−２３５７３５号公報

ところで、図９に示すように、部品収容室１０２のコア収容領域を仕切る内壁面１０３ａと外壁面１０３ｂは、コア１０５の内外周面に対して所定の隙間ｄ１，ｄ２が出来るよう設定される。これは、モールド剤（図示せず）の注入時にモールド剤が行き渡らずに空間が発生したり、モールド剤の行き渡る量が少なくて気泡が発生したりしないように、モールド剤の流動路を上記隙間ｄ１，ｄ２によって確保するためである。

しかしながら、ケース１０３の内壁面１０３ａ及び外壁面１０３ｂとコア１０５との間には所定の隙間ｄ１，ｄ２があるため、モールド剤（図示せず）を注入すると、モールド剤の流動圧を受けてコア１０５が位置ずれを起こす。コア１０５の位置がずれると、コア１０５ホール素子１０７との相対的な位置ずれが発生し、ホール素子１０７の特性にバラツキが出るという問題がある。

そこで、本発明は、前記した課題を解決すべくなされたものであり、コアの位置ずれに伴う磁電変換素子との相対的な位置ずれを極力防止でき、特性のバラツキを少なくできる電流センサを提供することを目的とする。

請求項１の発明は、ギャップを有するコアと、前記コアの前記ギャップ内に配置されるように磁電変換素子を搭載した基板とを、ケース内の部品収容室に収容し、該部品収容室内をモールド剤で充填した電流センサであって、前記ケースは、前記コアの前記部品収容室内での、前記コアの前記ギャップを形成する端面と直交する方向への移動を規制する第１位置規制突起を、前記ギャップの幅よりも前記第１位置規制突起間の幅を狭くするとともに前記磁電変換素子の配置スペースを確保するように前記ギャップ内に有し、前記基板は、前記モールド剤で充填した際に発生した気泡が外に抜けるように前記磁電変換素子の近傍に設けた開口部を有することを特徴とする。

この電流センサでは、モールド剤の注入に際してコアに外力が作用すると、部品収容室内でのコアの移動が位置規制突起によって極力阻止される。また、基板の開口部からモールド剤を注入することによって、基板の下方領域、つまり、磁電変換素子の周囲には気泡が発生しないようにできる。又、部品収容室内に基板の開口部以外よりモールド剤を注入し、基板の下方領域、つまり、磁電変換素子の周囲に仮に気泡が発生しても発生した気泡が開口部より外に抜ける。さらに、この電流センサでは、磁電変換素子の近傍で発生した気泡が開口部より確実に外に抜ける。加えて、コアのギャップの位置を所定の範囲に規制できる。

請求項２の発明は、請求項１に記載された電流センサであって、前記ケースは、前記コアの前記部品収容室内での、前記コアの前記ギャップを形成する端面と平行で前記コアの中心に向かう方向への移動を規制する第２位置規制突起をさらに有することを特徴とする。

この電流センサでは、請求項１の発明の作用に加え、コアのギャップを形成する端面と同一方向への移動を規制できる。

請求項３の発明は、請求項１又は請求項２の電流センサであって、検出電流が通電される電流検出体を有し、前記ケースには、前記コアの中心を貫通する貫通孔が設けられ、この貫通孔内に前記電流検出体が貫通した状態で一体に固定されていることを特徴とする。

この電流センサでは、請求項１又は請求項２の発明の作用に加え、電流検出体とコアとの相対的位置が振動等によって変動することがない。

請求項１の発明によれば、モールド剤の注入に際してコアに外力が作用すると、部品収容室内でのコアの移動が位置規制突起によって阻止される。従って、コアの位置ずれに伴う磁電変換素子との相対的な位置ずれを極力防止でき、特性のバラツキを少なくできる。また、基板の開口部からモールド剤を注入することによって、基板の下方領域、つまり、磁電変換素子の周囲には気泡が発生しないようにできる。又、部品収容室内に基板の開口部以外よりモールド剤を注入し、基板の下方領域、つまり、磁電変換素子の周囲に仮に気泡が発生しても発生した気泡が開口部より外に抜ける。従って、磁電変換素子の周囲に発生する気泡が温度上昇により膨脹し、膨脹した気泡によって磁電変換素子が変位する事態を防止でき、出力の安定性及び信頼性が向上する。さらに、磁電変換素子の近傍で発生した気泡が開口部より確実に外に抜ける。従って、膨脹した気泡による磁電変換素子の変位を確実に防止でき、出力の安定性及び信頼性が更に向上する。加えて、コアのギャップの位置を所定の範囲に規制できる。従って、磁電変換素子をコアのギャップ内の所定の位置に確実に配置でき、特性のバラツキを更に少なくできる。

請求項２の発明によれば、請求項１の発明の効果に加え、コアのギャップを形成する端面と同一方向への移動を規制できる。

請求項３の発明によれば、請求項１又は請求項２の発明の効果に加え、電流検出体とコアとの相対的位置が振動等によって変動することがない。従って、磁電変換素子からは、常に所定の出力特性が得られ、検出出力の信頼性が向上する。

以下、本発明の参考例及び実施の形態を図面に基づいて説明する。

（参考例）
図１〜図４は本発明の参考例を示し、図１は電流センサ１Ａの分解斜視図、図２は電流センサ１Ａの第１及び第２位置規制突起１１ａ，１１ｂ，１２ａ，１２ｂを示す要部斜視図、図３は電流センサ１Ａの第１及び第２位置規制突起１１ａ，１１ｂ，１２ａ，１２ｂを示す要部断面図、図４は第１位置規制突起１１ａ，１１ｂの規制範囲を示す拡大断面図である。

図１に示すように、電流センサ１Ａのケース２は、内部に部品収容室３が形成されたケース本体４と、この上面に固定され、部品収容室３を塞ぐ蓋体（図示せず）とから構成されている。ケース本体４と蓋体（図示せず）の中心には貫通孔５が形成されている。この貫通孔５には、電流検出体であるブスバー６が貫通した状態で一体に固定されている。このブスバー６は、後述するコア１０の中心を貫通するように配置されたブスバー６に検出電流が通電される。

部品収容室３は、図１に示すように、内壁部４ａと外壁部４ｂに囲まれれて形成されている。部品収容室３の底面の内周側は低段差面７に形成されていると共に、低段差面７の外側の一部は低段差面７より高い高段差面８に形成されている。低段差面７と高段差面８との間には段差壁面４ｃが形成されている。

部品収容室３の低段差面７は方形枠形状を有し、この方形枠形状の領域にコア１０が収容されている。コア１０は、ギャップ１０ａを有する方形枠形状の強磁性体にて形成され、ブスバー６への通電電流によって磁路を形成する。又、図３に示すように、部品収容室３のコア収容領域を形成する内壁部４ａ、一部の外壁部４ｂ及び段差壁面４ｃは、コア１０との間でそれぞれ所定の隙間ｄ１，ｄ２（図３に示す）が出来る寸法に設定されている。つまり、モールド剤（図示せず）の流動路を隙間ｄ１，ｄ２によって確保するためである。

又、図２及び図３に詳しく示すように、内壁部４ａと外壁部４ｂ及び段差壁面４ｃとのほぼ対向位置には第１位置規制突起１１ａ，１１ｂと第２位置規制突起１２ａ，１２ｂが設けられている。内壁部４ａ及び段差壁面４ｃの第１位置規制突起１１ａ，１１ｂは、コア１０のギャップ１０ａ内に突出する位置に配置されている。内壁部４ａの第１位置規制突起１１ａと段差壁面４ｃの第１位置規制突起１１ｂとは、図４に詳しく示すように、コア１０のギャップ１０ａを形成する端面１０ｂの直交方向Ｙ（以下、Ｙ方向）にシフトした位置に配置されている。これにより、図４にて仮想線で示すように、コア１０のＹ方向への移動を規制している。つまり、内外の第１位置規制突起１１ａ，１１ｂの間の範囲Ｅは、コア１０の端面１０ｂが入り込むことが出来ない領域であり、この領域が後述するホール素子１５の配置スペースとして確保される。

内壁部４ａ及び外壁部４ｂの第２位置規制突起１２ａ，１２ｂは、図２及び図３に示すように、互いに対向し、且つ、コア１０の内周面及び外周面に突出する位置に配置されている。つまり、第２位置規制突起１２ａ，１２ｂは、コア１０のギャップ１０ａを形成する端面１０ｂと同一方向Ｘ（以下、Ｘ方向）の移動を規制する。又、各第２位置規制突起１２ａ，１２ｂの上面はテーパ状に形成されており、コア１０を挿入し易いようになっている。

部品収容室３の高段差面８上には、図１に示すように、基板１３Ａが収容されている。基板１３Ａには位置決め孔１３ａが形成され、この位置決め孔１３ａに高段差面４ｂの位置決めピン１４を挿入することによって基板１３が所定の位置に収容される。基板１３Ａには磁電変換素子であるホール素子１５が搭載されている。ホール素子１５は、コア１０のギャップ１０ａ内に配置されている。

又、部品収容室３内は、コア１０及び基板１３Ａの所定位置への配置後に注入されるモールド剤（図示せず）で充填されている。

又、図１に示すように、ケース本体４にはコネクタ部１６が一体に設けられ、このコネクタ部１６の端子（図示せず）は基板１３Ａにまで延設されている。このコネクタ部１６を介して外部より電源供給を受けると共に、ホール素子１５の検出出力を出力するようになっている。

上記構成において、検出電流がブスバー６に通電されると、この電流に比例した磁界がコア１０に発生し、コア１０に発生した磁界の大きさに比例する電圧がホール素子１５より出力される。

次に、電流センサ１の組み付け作業を簡単に説明する。ケース本体４にはインサート成形や圧入によってブスバー６が貫通されている。このケース本体４の部品収容室３にコア１０及び基板１３Ａを所定の位置に収容する。基板１３Ａに搭載されたホール素子１５はコア１０のギャップ１０ａ内に配置される。次に、部品収容室３内にモールド剤（図示せず）を注入する。最後に、ケース本体４の上面に蓋体（図示せず）を固定すれば完了する。

上記組み付け作業中のモールド剤（図示せず）の注入時には、モールド剤（図示せず）の流動圧等によってコア１０に外力が作用する。しかし、部品収容室３内でのコア１０の移動が第１及び第２位置規制突起１１ａ，１１ｂ，１２ａ，１２ｂによって阻止される。従って、コア１０の位置ずれに伴うホール素子１５との相対的な位置ずれを防止でき、特性のバラツキを少なくできる。

具体的には、第１位置規制突起１１ａ，１１ｂは、コア１０のギャップ１０ａ内に突出する位置に設けられているため、図４に示すように、コア１０のギャップ１０ａの位置を所定の範囲に規制できる。つまり、コア１０の端面１０ｂの直交方向Ｙの移動を規制できる。従って、ホール素子１５をコア１０のギャップ１０ａ内の所定の位置に確実に配置でき、特性のバラツキを更に少なくできる。

又、第２位置規制突起１２ａ，１２ｂは、コア１０のギャップ１０ａを形成する端面１０ｂと同一方向Ｘの移動を規制する位置に設けられているため、コア１０のギャップ１０ａを形成する端面１０ｂと同一方向Ｘへの移動を規制でき、特性のバラツキの減少に寄与する。

（実施の形態）
図５〜図７は本発明の実施の形態を示し、図５は電流センサ１Ｂの斜視図、図６は基板１３Ｂの斜視図、図７は基板１３Ｂの下方に発生した気泡２２が抜ける状態を示す断面図である。

図５において、本発明の実施の形態の電流センサ１Ｂは、前記参考例のものと同様に、ケース２内にはブスバー（図示せず）が貫通した状態で一体に設けられている。又、ケース２内の部品収容室３にはコア１０と基板１３Ｂとが収容され、基板１３Ｂに搭載された磁電変換素子であるホール素子１５がコア１０のギャップ１０ａ内に配置されている。又、ケース２にはコア１０の部品収容室３内における移動を規制する第１及び第２位置規制突起が設けられている。第１及び第２位置規制突起の構造も上記参考例のものと同様である。

本発明の実施の形態に係る電流センサ１Ｂは、図６に詳しく示すように、基板１３Ｂのホール素子１５の近傍位置に開口部である孔２０が形成されている点が特徴である。

本発明の実施の形態においても、前記参考例と同様に、モールド剤２１の注入時にあって部品収容室３内でのコア１０の移動が第１及び第２位置規制突起（図示せず），（図示せず）によって極力阻止される。従って、コア１０の位置ずれに伴うホール素子１５との相対的な位置ずれを極力防止でき、特性のバラツキを少なくできる。

又、本発明の実施の形態では、基板１３Ｂの孔２０からモールド剤２１を注入することによって、基板１３Ｂの下方領域、つまり、ホール素子１５の周囲には気泡２２が発生しないようにできる。又、部品収容室３内に基板１３Ｂの孔２０以外よりモールド剤２１を注入し、基板１３Ｂの下方領域、つまり、ホール素子１５の周囲に仮に気泡２２が発生しても、図７に示すように、発生した気泡２２が孔２０より外に抜ける。従って、ホール素子１５の周囲に発生する気泡が温度上昇により膨脹し、膨脹した気泡２２によってホール素子１５が変位する事態を防止でき、出力の安定性及び信頼性が向上する。

この本発明の実施の形態では、孔２０をホール素子１５の近傍に設けているため、基板１３Ｂの下方で発生した気泡２２が孔２０より確実に外に抜ける。従って、膨脹した気泡２２によるホール素子１５の変位を確実に防止でき、出力の安定性及び信頼性が更に向上する。

この本発明の実施の形態では、開口部は孔２０にて形成したが、基板１３Ｂへの切り欠きによって形成しても良い。

上記した参考例及び本発明の実施の形態では、ケース２には、コア１０の中心を貫通する貫通孔５が設けられ、この貫通孔５内に検出電流が通電されるブスバー６，（図示せず）が固定されているため、ブスバー６とコア１０との相対的位置が振動等によって変動することがない。従って、ホール素子１５からは、常に所定の出力特性が得られ、検出出力の信頼性が向上する。

上記した参考例及び本発明の実施の形態では、検出電流をブスバー６に通電する構成であるが、検出電流体は、ワイヤーハーネス等であっても良いことはもちろんである。

さらに、上記した参考例及び本発明の実施の形態では、磁電変換素子はホール素子１５であるが、磁界の強度を電気量に変換できる素子であれば良い。

本発明の参考例に係る電流センサの分解斜視図である。 本発明の参考例に係る電流センサの第１及び第２位置規制突起を示す一部斜視図である。 本発明の参考例に係る電流センサの第１及び第２位置規制突起を示す一部断面図である。 本発明の参考例に係る第１位置規制突起の規制範囲を示す拡大断面図である。 本発明の実施の形態に係る電流センサの斜視図である。 本発明の実施の形態に係る電流センサにおける基板の斜視図である。 本発明の実施の形態に係る電流センサにおける基板の下方に発生した気泡が抜ける状態を示す断面図である。 従来の電流センサの分解斜視図である。 従来の電流センサの要部断面図である。

符号の説明

１Ａ，１Ｂ 電流センサ
２ ケース
４ ケース本体
１０ コア
１０ａ ギャップ
１０ｂ 端面
１１ａ，１１ｂ 第１位置規制突起（位置規制突起）
１２ａ，１２ｂ 第２位置規制突起（位置規制突起）
１３Ｂ 基板
１５ ホール素子（磁電変換素子）
２１ モールド剤
Ｘ コアの端面の同一方向
Ｙ コアの端面の直交方向

Claims (3)

1. ギャップを有するコアと、前記コアの前記ギャップ内に配置されるように磁電変換素子を搭載した基板とを、ケース内の部品収容室に収容し、該部品収容室内をモールド剤で充填した電流センサであって、
   前記ケースは、前記コアの前記部品収容室内での、前記コアの前記ギャップを形成する端面と直交する方向への移動を規制する第１位置規制突起を、前記ギャップの幅よりも前記第１位置規制突起間の幅を狭くするとともに前記磁電変換素子の配置スペースを確保するように前記ギャップ内に有し、前記基板は、前記モールド剤で充填した際に発生した気泡が外に抜けるように前記磁電変換素子の近傍に設けた開口部を有することを特徴とする電流センサ。
2. 請求項１に記載された電流センサであって、
   前記ケースは、前記コアの前記部品収容室内での、前記コアの前記ギャップを形成する端面と平行で前記コアの中心に向かう方向への移動を規制する第２位置規制突起をさらに有することを特徴とする電流センサ。
3. 請求項１又は請求項２に記載された電流センサであって、
   検出電流が通電される電流検出体を有し、
   前記ケースには、前記コアの中心を貫通する貫通孔が設けられ、この貫通孔内に前記電流検出体が貫通した状態で一体に固定されていることを特徴とする電流センサ。

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