JP5047919B2 - 電流センサ - Google Patents

Description

本発明は、電線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を備えた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９に示すものを本出願人は提案している（特許文献１）。図９に示す電流センサ１は、電線２に取り付けられて、電線２に流れる電流を計測する。電流センサ１は、ホールＩＣ７と、ケース３と、シールド板４と、固定部材９と、を備えている。ホールＩＣ７は、電線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。ケース３は、絶縁性の合成樹脂等からなり、内部にホールＩＣ７が収容されている。また、ケース３には、電線２の長手方向に沿った溝部３４が設けられている。

シールド板４は、ケース３の外周面に電線２の電流の流れ方向を軸とした軸周りを囲むように取り付けられる。上記固定部材９は、ケース３に設けられた溝部３４内に電線２を通した状態で溝部３４の開口からケース３に取り付けて固定される。これにより、ケース３と固定部材９との間に電線２が狭持されて固定される。上述した電流センサ１によれば、異なる外径の電線２に対してがたつくことなく簡単に電線２に取り付けることができる。

しかしながら、従来の電流センサ１は、ケース３と固定部材９との間に電線２を挟んで固定している。このため、電線２の径が変更になると、電線２の中心位置がずれてしまい、電流センサ１の出力特性が変更される。このように出力特性が変化した場合の対応の１つとして、ホールＩＣ７から出力を取る回路をトリミングして出力を調整することが行われている。しかしながら、この方法では電線径毎に出力を測定し、回路のトリミングを行い、適切な出力が得られたか確認する作業が必要となり、コスト的に問題があった。
特願２００７−３１７０５３号公報

そこで、本発明は、上記のような問題点に着目し、電線径の大きさに依存せずにケースに対する電線の中心位置を固定することにより、電線径に依存せずに出力特性を一定にすることができる電流センサを安価に提供することを課題とする。

上記課題を解決するためになされた請求項１記載の発明は、電線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を備えた電流センサにおいて、前記磁電変換素子を内部に収容したケースと、前記電線を収容する第１溝部が各々設けられ、前記第１溝部に電線を収容した状態で前記電線を挟む一対の電線固定部と、前記ケースの外表面に設けられた前記一対の電線固定部を収容して固定する第２溝部と、を有することを特徴とする電流センサに存する。

請求項２記載の発明は、前記第１溝部の深さが、前記電線の半径よりも小さくなるように設けられた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、前記第１溝部の内周面に突起が設けられたことを特徴とする請求項１又は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、電線を挟んで固定する一対の電線固定部がケースに設けた第２溝部に収容されて固定されるので、電線径に合わせて一対の電線固定部を変更するだけで、電線径に依存せずにケースに対する電線の中心位置を固定することができる。このため、電線径に依存せずに出力特性を一定にすることができる電流センサを安価に提供することができる。

請求項２記載の発明によれば、第１溝部の深さが電線の半径よりも小さくなるように設けられている。よって、一対の電線固定部を第２溝部に挿入すると一対の電線固定部が互いに近づいて電線を強い力で挟むため一対の電線固定部間での電線の位置ずれを防止できる。

請求項３記載の発明によれば、第１溝部の内周面に突起が設けられているので、一対の電線固定部間で電線が滑って位置ずれすることを防止できる。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。本発明の電流センサ１は、図２に示すように、電線２に取り付けられて、電線２に流れる電流を計測する。電流センサ１は、図１に示すように、ケース３と、シールド板４と、一対の電線固定部５と、位置決め手段６（図３）と、を備えている。

電線２は、移動体としての自動車に配索されるワイヤハーネスを構成する。電線２は、導電性の芯線と、絶縁性の被覆部と、を備えている。芯線は、複数の素線が撚られて形成されている。芯線を構成する素線は、導電性の金属材料からなる。また、芯線は、一本の素線から構成されていてもよい。被覆部は、例えば、ポリ塩化ビニルなどの合成樹脂からなる。被覆部は、芯線を被覆している。芯線と該芯線を被覆する被覆部とで、電線２は断面形状が円形に形成されている。

ケース３は、絶縁性の合成樹脂などからなる。ケース３は、図１乃至５に示すように、ケース本体３１と、コネクタ部３２と、を一体に備えている。ケース本体３１には、図５に示すように、その上面に凹状に設けられた素子収容部３１Ａと、素子収容部３１Ａを覆うカバー部３１Ｂと、が設けられている。素子収容部３１Ａ内には、磁電変換素子であるホールＩＣ７やホールＩＣ７を搭載した配線板８等が収容される。

ホールＩＣ７は、電線２に電流が流れたときに発生する磁界の磁束密度を検知して、磁界の磁束密度の大きさに応じた電気信号に変換して出力する素子である。配線板８は、電流センサ１が取り付けられる電線２の長手方向Ｙ１に沿って配されている。配線板８の電線２寄りの外表面には、ホールＩＣ７が実装されている。

コネクタ部３２は、電線２の長手方向Ｙ１に沿ってケース本体３１と並んで設けられている。コネクタ部３２は、図５に示すように、コネクタハウジング３２Ａと、コネクタハウジング３２Ａ内に突出した端子金具３２Ｂと、を備えている。コネクタハウジング３２Ａは、一端がケース本体３１の外表面に連なり、他端が開口した有底筒状に形成されている。

端子金具３２Ｂは、導電性の金属材料を折り曲げる等して形成されている。端子金具３２Ｂの長手方向中央部は、ケース本体３１とコネクタ部３２との連結部３３内に収容され、一端はケース本体３１の素子収容部３１Ａ内に突出して配線板８と電気的に接続され、他端は相手方のコネクタの端子金具（図示せず）と電気的に接続される。

前述した構成のコネクタ部３２には相手方のコネクタが嵌合する。コネクタ部３２と相手方のコネクタとが嵌合することによって、ホールＩＣ７等に電源が供給されると共にホールＩＣ７が発する電気信号が出力される。

さらに、ケース３には、第２溝部としての溝部３４（図１、図５及び図６）と、突部３５（図３）と、が設けられている。溝部３４は、ケース３の外表面に設けられている。溝部３４は、電線２の長手方向Ｙ１に沿って設けられている。溝部３４は、ケース本体３１の底面３４Ａ（図５及び図６）と、底面３４Ａから立設した一対の側壁３４Ｂ（図１及び図５）と、一対の側壁３４Ｃ（図６）と、を備えている。

一対の側壁３４Ｂは、図５に示すように、互いに平行に電線２の長手方向Ｙ１に並んで設けられている。一対の側壁３４Ｂの外表面は各々、ケース本体３１の側面３１Ｃと面一に設けられている。一対の側壁３４Ｂには各々、図１及び図２に示すように、下端に開口が設けられた切り欠き部３４Ｄが設けられている。

一対の側壁３４Ｃは、図６に示すように、一対の側壁３４Ｂの両端を連結するように互いに平行に電線２の長手方向Ｙ１と直交する挟み方向Ｙ２に並んで設けられている。一対の側壁３４Ｃの外表面は各々、ケース本体３１の側面３１Ｄと面一に設けられている。一対の側壁３４Ｃには各々、図３に示すように、後述する電線固定部５に設けたロック爪５２と嵌合するロック穴３４Ｅが設けられている。

上記突部３５は、図３に示すように、ケース本体３１の側面３１Ｄから凸に設けられている。突部３５は、ケース３からシールド板４に向かって突出するように設けられている。突部３５は、電線２の長手方向Ｙ１及び挟み方向Ｙ２の両方向に直交する上下方向Ｙ３に沿ったリブ状に設けられている。突部３５は、複数設けられている。複数の突部３５は、電線２の長手方向Ｙ１に沿って並んで設けられ、互いに間隔をあけて平行に設けられている。ケース３にシールド板４が取り付けられると、突部３５の先端はシールド板４の後述する一対の壁４１の内面と当接し、ケース３とシールド板４とが相対的にがたつくのを防止する。

シールド板４は、パーマロイ等の透磁率の高い金属材料からなり、磁気シールド性を有する。シールド板４は、図１及び図２に示すように、一対の壁４１と、一対の壁４１のそれぞれの一端同士を互いに連結する連結壁４２と、を備え、コ字状に形成されている。一対の壁４１と連結壁４２とは、それぞれ、帯板状に形成され、互いに直交するように配されている。一対の壁４１は、互いに間隔をあけて相対し、互いに平行に配されている。一対の壁４１の間隔は、ケース３の幅（挟み方向Ｙ２）より僅かに大きくなるように形成されている。

一対の壁４１のそれぞれの壁４１の先端には、図４及び図６に示すように、折り曲げ片４１Ａが設けられている。折り曲げ片４１Ａは、それぞれの壁４１の挟み方向Ｙ２両端から該壁４１の長手方向に沿って突出している。折り曲げ片４１Ａは、シールド板４がケース３に取り付けられた後にケース３の外表面に沿うように折り曲げられて、シールド板４がケース３から脱落するのを防止する。

前述した構成のシールド板４は、電線固定部５が収容されたケース３に対して、上下方向Ｙ３に沿ってケース３に取り付けられる。シールド板４がケース３に取り付けられると、外部から磁界ノイズがシールド板４内を通ることによってケース３内に磁界ノイズが届かなくなる。このため、ホールＩＣ７が電線２に電流が流れたときに発生する磁界の磁束密度を正確に検知して、精度良く電流を測定することができる。

上記一対の電線固定部５は各々、図１に示すように、第１溝部としての溝部５１と、ロック爪５２と、が設けられている。上記溝部５１には電線２が収容される。一対の電線固定部５は、この溝部５１に電線２を収容した状態で電線２を挟む。溝部５１の深さＨは、電線２の半径Ｒよりも小さくなるように設けられている。そして、一対の電線固定部５は、電線２に力を加えずに電線２を挟んだ状態での挟み方向Ｙ２の幅が溝部３４の挟み方向Ｙ２の幅よりも大きく設けられている。

溝部５１の内周面には周方向に沿って複数の突起５１Ａが設けられている。また、溝部５１は挟んで固定したい電線２の径に合わせた大きさに設けられている。即ち、図７に示すように、径の小さい電線２を挟んで固定したい場合は溝部５１が小さく設けられている。また、図８に示すように、径の大きい電線２を挟んで固定したい場合は溝部５１が大きく設けられている。

一対の電線固定部５は、図１に示すように、互いの溝部５１を対向させた状態で下端が連結部５３によって連結されている。この連結部５３は、可撓性の部材から構成されていて、一対の電線固定部５同士の上端を近づけたり離したりすることができる。上記ロック爪５２は、一対の電線固定部５の溝部５１とは反対側の外表面にそれぞれ設けられている。ロック爪５２は、上述した溝部３４を構成する一対の側壁３４Ｃに設けたロック穴３４Ｅ（図３）と嵌合する。

位置決め手段６は、図３に示すように、シールド板４の幅方向の外縁４３と、ケース３に設けられた複数のリブ３６とを備えている。リブ３６は、ケース本体３１の両側面３１Ｄから凸に設けられ、前記上下方向Ｙ３に沿って設けられている。リブ３６は、ケース本体３１の各側面３１Ｄにそれぞれ一対(合計で四つ)設けられ、互いの間に突部３５を位置付けるように配されている。一対のリブ３６は、互いに間隔をあけて互いに平行に設けられている。一対のリブ３６の間隔は、一対の壁４１の幅より僅かに広く設けられている。前述した構成の位置決め手段６は、一対のリブ３６の間に壁４１を位置付けることによって、ケース３とシールド板４とを相対的に位置決めする。

次に、上述した構成の電流センサ１の取り付け手順について説明する。まず、図７（Ｃ）及び図８（Ｃ）に示すように、一対の電線固定部５の上端同士を離した状態にする。そして、一対の電線固定部５の上端間から電線２を溝部５１間に挿入する。その後、一対の電線固定部５の上端同士を近付ける。これにより、溝部５１に電線２が収容された状態で一対の電線固定部５間に電線２を挟むことができる。なお、上述したように溝部５１の深さＨは電線２の半径Ｒより小さく設けられている。よって、図７（Ｂ）及び図８（Ｂ）に示すように、電線２に力を加えずに挟んだ状態では一対の電線固定部５の上端同士は大きく離れている。

この電線２を挟んだ状態の一対の電線固定部５を上下方向Ｙ３に沿ってケース本体３１に近づけて溝部３４の開口から溝部３４内に挿入する。上述したように一対の電線固定部５は、電線２に力を加えずに電線２を挟んだ状態での挟み方向Ｙ２の幅が溝部３４の幅よりも大きく設けられている。また、溝部３４の深さＨが電線２の半径Ｒより小さく設けられている。よって、電線２を挟んだ状態の一対の電線固定部５を溝部３４に挿入すると一対の電線固定部５が互いに近づく。そして、電線２は一対の電線固定部５によって大きな力で挟まれて固定される。一対の電線固定部５をさらに溝部３４内に挿入するとロック爪５２がロック穴３４Ｅに嵌合して一対の電線固定部５が溝部３４に固定される。

続いて、シールド板４の一対の壁４１の間にケース３を位置づけるように、上下方向Ｙ３に沿ってシールド板４をケース３に近づけていく。そして、シールド板４の内面をケース本体３１の側面３１Ｄ、溝部３４の一対の側壁３４Ｃや電線固定部５の底壁と接触させた後、シールド板４の折り曲げ片４１Ａを折り曲げてシールド板４を取り付ける。以上のように電流センサ１を電線２に取り付けた後に、電線２に流れる電流を計測する。

上述した実施形態によれば、電線２を挟んで固定する一対の電線固定部５がケース３に設けた溝部３４に収容されて固定されるので、電線径に合わせて一対の電線固定部５を変更するだけで、電線径に依存せずにケース３に対する電線２の中心位置を固定することができる。このため、電線径に依存せずに出力特性を一定にすることができる電流センサ１を安価に提供することができる。

また、上述した実施形態によれば、溝部３４の深さＨが電線２の半径Ｒよりも小さくなるように設けられている。よって、一対の電線固定部５を溝部３４に挿入すると一対の電線固定部５が互いに近づいて電線２を強い力で挟むため一対の電線固定部５間での電線２の位置ずれを防止できる。

また、上述した実施形態によれば、溝部３４の内周面に突起５１Ａが設けられているので、一対の電線固定部５間で電線２の位置ずれを防止できる。

なお、上述した実施形態によれば、溝部５１の深さＨが電線２の半径Ｒよりも小さくなるように設けられていたが、本発明はこれに限ったものではない。例えば、電線２と一対の電線固定部５との位置ずれがほとんど起こらない場合は溝５１部の深さＨと電線２の半径Ｒとを同じに設けても良い。

また、上述した実施形態によれば、溝部５１の内周面に突起５１Ａ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、電線２と一対の電線固定部５との位置ずれがほとんど起こらない場合は溝部５１の内周面に突起５１Ａを設けなくても良い。

また、上述した実施形態では、シールド板４に囲まれた空間にホールＩＣ７を設けていたが、本発明はこれに限ったものではない。例えば、シールド板４に設けたギャップ内にホールＩＣ７を配置するようにしてもよい。

また、上述した実施形態では、溝部５１の形状は断面略半円であったが本発明はこれに限ったものではない。溝部５１としては電線２が収容されるような溝であればよく、例えば断面三角形などであってもよい。

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の一実施の形態を示す分解斜視図である。 図１に示す電流センサの正面図である。 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上面図である。 図４のＡ−Ａ線断面図である。 図４のＢ−Ｂ線断面図である。 図１に示す電流センサの径の小さい電線への取り付け手順を説明するための説明図である。 図１に示す電流センサの径の大きい電線への取り付け手順を説明するための説明図である。 従来の電流センサの一例を示す分解斜視図である。

符号の説明

１ 電流センサ
２ 電線
３ ケース
５ 電線固定部
７ ホールＩＣ（磁電変換素子）
３４ 溝部（第２溝部）
５１ 溝部（第１溝部）
５１Ａ 突起

Claims (3)

1. 電線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を備えた電流センサにおいて、
   前記磁電変換素子を内部に収容したケースと、
   前記電線を収容する第１溝部が各々設けられ、前記第１溝部に電線を収容した状態で前記電線を挟む一対の電線固定部と、
   前記ケースの外表面に設けられた前記一対の電線固定部を収容して固定する第２溝部と、
   を有することを特徴とする電流センサ。
2. 前記第１溝部の深さが、前記電線の半径よりも小さくなるように設けられた
   ことを特徴とする請求項１に記載の電流センサ。
3. 前記第１溝部の内周面に突起が設けられた
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載の電流センサ。

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