JP5026944B2 - 電流センサ - Google Patents

Description

本発明は、電流センサに係り、特に、電流が流れる導体と、前記導体の前記電流の流れ方向を軸とした軸周りを囲むように配置されると共にギャップが設けられた環状のシールド板と、前記導体に電流が流れたときに発生する磁界の磁束密度を検出して電気信号に変換する磁電変換素子と、を有する電流センサに関するものである。

上述した電流センサとして、図７に示すようなものが一般的に知られている（例えば特許文献１〜３）。電流センサ１は、電流が流れる導体としてのバスバ２と、バスバ２の電流の流れ方向Ｙを軸として軸周りを囲むように配置されたシールド板としての環状のコア７と、バスバ２に電流が流れたときに発生する磁界の磁束密度を検出して電気信号に変換する磁電変換素子としてのホールＩＣ３と、を有している。このホールＩＣ３は、コア７に設けたギャップ内に配置されている。

上述した構成の電流センサ１は、バスバ２に電流が流れるとその電流に応じた磁束密度の磁界が発生する。ホールＩＣ３は、コア７により収束された磁界の磁束密度を電気信号に変換して、電流に応じた信号として出力する。また、コア７は、外部からの磁界の影響をシールドする機能も有している。

上述した電流センサ１は、例えば車両内に搭載されたバッテリからの放電電流、充電電流を計測するために用いられる。しかしながら、図８に示すように、上述した電流センサ１を車両内のボンネット２２（車体）の近くにギャップ２０をボンネット２２側に向けて配置すると、検出精度が低下する、という問題があった。この検出精度の低下は、図７に示すように、比較的ギャップ２０の幅が狭い場合は（図７ではギャップ２０の幅が、バスバ２の幅よりも狭くなっている）、特に問題とならない。しかしながら、図８に示すように、比較的ギャップ２０の幅が広い場合（図８ではギャップ２０の幅がバスバ２の幅よりも大きくなっている）、検出精度の低下が顕著に現れて問題となる。
特開２００１−６６３２８号公報 特開２００６−７８２５５号公報 特開２００５−３０８５２７号公報

そこで、本発明は、上記のような問題点に着目し、車両内に搭載したときの検出精度の低下を防止した電流センサを提供することを課題とする。

本発明者らは、上述したコア７のギャップ２０をボンネット２２（車体）側に向けて車両内に電流センサ１を配置したときに電流検出精度が悪くなる原因を鋭意探求したところ、下記に示すことが分かった。図８中、φは、バスバ２に電流が流れることにより発生する磁束である。同図に示すように、磁束φは、コア７内を軸回りに流れる。このとき、図８に示すようにギャップ２０をボンネット２２（車体）側に向けて配置すると、ギャップ２０間の磁束φがボンネット２２に引き寄せられてしまい磁束φが逃げてしまう。この磁束φの逃げはギャップ２０が大きいほど多くなる。これにより、外乱の影響を受けやすくなり、電流検出精度が悪くなることを見い出し、本発明を完成するに至った。

即ち、請求項１記載の発明は、電流が流れる導体と、前記導体の前記電流の流れ方向を軸とした軸周りを囲むように配置されると共にギャップが設けられたシールド板と、前記導体に電流が流れたときに発生する磁界の磁束密度を検出して電気信号に変換する磁電変換素子と、を有する車両に搭載された電流センサにおいて、前記ギャップが近傍車体から離れた側に設けられるように、前記シールド板が配置されることを特徴とする電流センサに存する。なお、近傍車体とは、電流センサの電流計測に影響を与える範囲内にある車体のことを言う。

請求項２記載の発明は、前記ギャップの幅が前記導体の幅より大きくなるように、前記シールド板が設けら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に存する。

請求項３記載の発明は、前記シールド板が、底壁部と、前記底壁部の軸周り方向の両端から立設された互いに平行な一対の立壁部と、から成る断面Ｕ字状に形成されていることを特徴とする請求項２に記載の電流センサに存する。

以上説明したように請求項１記載の発明によれば、ギャップが近傍車体から離れた側に設けられるように、シールド板が配置されるので、ギャップ間の磁束が車体の影響を受け難くなり、車両内に搭載したときの検出精度の低下を防止することができる。

請求項２に記載の発明によれば、ギャップの幅が導体の幅より大きくなるように、シールド板が設けられているので、ギャップから導体をシールド板内に挿入することができ、組み付け作業が容易となる。また、ギャップを大きくしても、ギャップが近傍車体から離れた側に設けられているため、ギャップ間の磁束が車体の影響を受け難くなり、車両内に搭載したときの検出精度の低下を防止することができる。

請求項３記載の発明によれば、シールド板が断面Ｕ字状に形成されているので、ギャップの幅を底面の幅と同等の大きさにすることができるので、ギャップから導体をシールド板内に挿入しやすくなり、組み付け作業性が容易となる。また、ギャップを大きくしても、ギャップが近傍車体から離れた側に設けられているため、ギャップ間の磁束が車体の影響を受け難くなり、車両内に搭載したときの検出精度の低下を防止することができる。

以下、本発明の実施形態を図１〜図６に基づいて説明する。図１などに示すように、本発明の電流センサ１は、導体としてのバスバ２と、磁電変換素子としてのホールＩＣ３と、回路基板４と、外部接続端子５と、センサケース６と、シールド板としてのコア７と、を備えている。バスバ２は、電流が流れる平板状の導体から構成されている。バスバ２の両端には各々、取付孔８が設けられている。ホールＩＣ３は、バスバ２に電流が流れたときに発生する磁界の磁束密度を検出して電気信号に変換する。ホールＩＣ３は、回路基板４上に搭載される。

回路基板４は、平板状に形成されている。回路基板４は、図４に示すように、後述するセンサケース６内の底面上に搭載される。そして、回路基板４の底面側の面にホールＩＣ３が搭載されている。また、回路基板４は、図２に示すように、センサケース６に設けた後述するボス９が圧入されるボス圧入孔１０と、後述する外部接続端子５が挿入される端子挿入孔１１と、が設けられている。回路基板４は、その表面にホールＩＣ３の端子と、後述する外部接続端子５と、を接続するための図示しない導電パターンが形成されている。

外部接続端子５は、ホールＩＣ３への電源が供給される電源供給端子と、ホールＩＣ３からの電気信号を出力する出力端子と、から構成されている。外部接続端子５は、図２に示すように、回路基板４と平行な一端部１２と、一端部１２に対して直交するように折り曲げられた回路基板４と直交する他端部１３と、から構成されている。外部接続端子５は、一端部１２が回路基板４のホールＩＣ３の搭載面から突出されるように、他端部１３が回路基板４に設けた端子挿入孔１１に挿入される。その後、外部接続端子５は、他端部１３が半田付けされて回路基板４に電気的に接続されて固定される。

センサケース６は、樹脂などの絶縁部材で設けられている。センサケース６は、上側が開口された箱型に設けられている。センサケース６は、ボス９と、バスバ収容溝１４と、ハウジング部１５と、かしめ嵌合部１６と、位置決め突部１７と、が設けられている。上記ボス９は、図４に示すように、センサケース６の底面から上側に向かって立設されている。回路基板４のボス圧入孔１０にこのボス９を圧入することにより、回路基板４がセンサケース６に位置決めされて固定される。

バスバ収容溝１４は、図２及び図３などに示すように、バスバ２が圧入される溝であり、センサケース６の図面左右側の側壁部の高さを図面前後側の側壁部の高さよりも高くすることにより形成されている。即ち、図面左右側の側壁部間の距離Ｌ１（図３）がバスバ収容溝１４の溝幅となり、図面前後側の側壁部の上面がバスバ収容溝１４の底面となる。

かしめ嵌合部１６は、図２などに示すように、センサケース６の図面左右側の側壁部に設けられた溝である。かしめ嵌合部１６は、センサケース６の図面左右側の側面部にそれぞれＹ軸方向に並んで一対ずつ設けられている。位置決め突部１７は、センサケース６の図面左右側の側壁部に設けられた突部である。位置決め突部１７は、センサケース６の図面左右側の側面部にそれぞれＹ軸方向に並んで一対ずつ設けられている。この一対の位置決め突部１７間にコア７を挿入することにより、コア７とセンサケース６とが位置決めされる。

コア７は、図１などに示すように、バスバ２の電流の流れ方向であるＹ軸周りを囲むように配置される。コア７は、底壁部１８と、一対の立壁部１９と、から成る断面Ｕ字状に形成されている。底壁部１８は、平板状に設けられている。一対の立壁部１９は、底壁部１８のＹ軸周り方向の両端に立設されて設けられている。一対の立壁部１９は、互いに平行に設けられると共に底壁部１８に対して垂直に設けられている。よって、図３などに示すように、一対の立壁部１９の底壁部１８から離れた側の端部間にギャップ２０を設けることができる。このギャップ２０の幅は底壁部１８の幅とほぼ同じとなり、当然コア７内に挿入されるバスバ２の幅よりも大きくなる。また、上述した一対の立壁部１９の底壁部１８から離れた側の端部にはそれぞれ一対のかしめ部２１が設けられている。

次に、上述した電流センサ１の組み立て手順について説明する。まず、回路基板４上にホールＩＣ３を搭載して電気的に接続する。また、外部接続端子５の他端部１３を回路基板４の端子挿入孔１１に挿入して、外部接続端子５の他端部１３を回路基板４に半田付けする。これにより、外部接続端子５が回路基板４に電気的に接続されると共に固定される。次に、上述したホールＩＣ３及び外部接続端子５が固定された回路基板４をセンサケース６の上側開口からセンサケース６内に挿入して底面上に搭載する。

このとき、センサケース６のハウジング部１５内に外部接続端子５の一端部１２が収容されるように、回路基板４をセンサケース６の底面上に搭載する。また、センサケース６に設けたボス９が回路基板４に設けたボス圧入孔１０に圧入されるように、回路基板４をセンサケース６の底面上に搭載する。このようにボス圧入孔１０にボス９が圧入されることにより、回路基板４がセンサケース６の底面上に位置決めされて固定される。

次に、バスバ２をセンサケース６に設けたバスバ収容溝１４内に収容する。その後、センサケース６の外側面にコア７を固定する。このとき、図１に示すように、センサケース６の左右側の側壁部に設けた一対の位置決め突部１７間にコア７を挿入するように、ギャップ２０をセンサケース６側に向けて図面下側に向かって組み付けする。これにより、ギャップ２０からバスバ２、回路基板４がコア７内に挿入される。そして、コア７の底壁部１８がセンサケース６の左右側の側壁部の上面に当接したら、かしめ部２１をかしめてコア７をセンサケース６に固定する。このとき、かしめ部２１がかしめ嵌合部１６に嵌合するようにかしめる。

次に、上述した構成での電流センサ１の車両内での配置位置について図６を参照して説明する。電流センサ１は車載バッテリのターミナル付近に配置されることが多い。従って、電流センサ１の近傍に車体の近傍車体としてのボンネット２が位置することが多い。このとき、図５に示すように、ギャップ２０がボンネット２から離れた側に設けられるように、コア７を配置する。なお、近傍車体とは、電流センサ１の電流計測に影響を与える範囲内にある車体のことを言う。

本発明者らは、図５に示す配置位置の電流センサ１（本発明品）におけるボンネット２２−コア７端の距離Ｌ２に対する電流センサ１の出力変動量と、図８に示す従来の配置位置の電流センサ１（従来品）におけるボンネット２２−コア７端の距離Ｌ２に対する電流センサ１の出力変動量と、を計測して、本発明の効果を確認した。結果を図６に示す。同図に示すように、従来品は電流センサ１がボンネット２２に近づくに従って出力変動量が大きくなり、３０ｍｍ以内に近づくと出力変動量が０．２Ａ以上になる。これに対して、本発明品は、電流センサ１がボンネット２２に近づいても従来品ほど出力変動が大きくならず、１５ｍｍ以内に近づいても出力変動量が０．２Ａよりも小さく抑えることができることが分かった。

即ち、上述した電流センサ１によれば、ギャップ２０がボンネット２２から離れた側に設けられるように、コア７が配置されるので、ギャップ２０間の磁束がボンネット２２の影響を受け難くなり、車両内に搭載したときの検出精度の低下を防止することができる。

また、上述した電流センサ１によれば、ギャップ２０の幅がバスバ２の幅より大きくなるように、コア７が設けられているので、ギャップ２０からバスバ２をコア７内に挿入することができ、組み付け作業が容易となる。また、上述した電流センサ１によれば、コア７が断面Ｕ字状に形成されているので、ギャップ２０の幅を底壁部１８の幅と同等の大きさにすることができるので、ギャップ２０からバスバ２をコア７内に挿入することができ、組み付け作業が容易となる。そして、このように組み付け作業性を向上させるためにギャップ２２を大きくしても、上述したように、ギャップ２０が近傍のボンネット２２から離れた側に設けられているため、ギャップ２０間の磁束がボンネット２２の影響を受け難くなり、車両内に搭載したときの検出精度の低下を防止することができる。

なお、上述した実施形態では、ギャップ２２の幅がバスバ２の幅より大きくなるように、コア７が設けられていたが、本発明はこれに限ったものではない。例えば、ギャップ２２の幅がバスバ２の幅より小さくなるように、コア７が設けられている電流センサ１でも、図５に示すように配置すれば同様の効果を得ることができる。

また、上述した実施形態では、コア７が断面Ｕ字状に形成されていたが、本発明はこれに限ったものではない。コア７の形状はギャップ２２が設けられていればよく、例えば従来のようにＣ字状であってもよい。

また、前述した実施形態は本発明の代表的な形態を示したに過ぎず、本発明は、実施形態に限定されるものではない。即ち、本発明の骨子を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。

本発明の電流センサを示す斜視図である。 図１に示す電流センサの分解斜視図である。 図１に示す電流センサの側面図である。 図１に示す電流センサのＩ−Ｉ線断面図である。 図１に示す電流センサとボンネットとの配置位置を説明するための説明図である。 図５に示す本発明の配置位置の電流センサにおけるボンネット−コア端の距離に対する出力変動量と、図８に示す従来の配置位置の電流センサにおけるボンネット−コア端の距離に対する出力変動量と、を示すグラフである。 従来の電流センサの一例を示す斜視図である。 従来の電流センサの問題点を説明するための説明図である。

符号の説明

２ バスバ（導体）
３ ホールＩＣ（磁電変換素子）
７ コア（シールド板）
１８ 底壁部
１９ 立壁部
２０ ギャップ

Claims (3)

1. 電流が流れる導体と、前記導体の前記電流の流れ方向を軸とした軸周りを囲むように配置されると共にギャップが設けられたシールド板と、前記導体に電流が流れたときに発生する磁界の磁束密度を検出して電気信号に変換する磁電変換素子と、を有する車両に搭載された電流センサにおいて、
   前記ギャップが近傍車体から離れた側に設けられるように、前記シールド板が配置されることを特徴とする電流センサ。
2. 前記ギャップの幅が前記導体の幅より大きくなるように、前記シールド板が設けら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。
3. 前記シールド板が、底壁部と、前記底壁部の軸周り方向の両端から立設された互いに平行な一対の立壁部と、から成る断面Ｕ字状に形成されていることを特徴とする請求項２に記載の電流センサ。

Images