JP5107779B2

JP5107779B2 - 電流センサ

Info

Publication number: JP5107779B2
Application number: JP2008110213A
Authority: JP
Inventors: 絵未蔭山
Original assignee: Yazaki Corp
Current assignee: Yazaki Corp
Priority date: 2008-04-21
Filing date: 2008-04-21
Publication date: 2012-12-26
Anticipated expiration: 2028-04-21
Also published as: JP2009258048A

Description

本発明は、電流センサに係り、特に、電流が流れる導体と、前記導体の長手方向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、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、例えば図８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１〜４）。同図に示すように、電流センサ１０は、電流が流れる電線２（導体）と、電線２の長手方向を軸として軸周りを囲むように配置された環状の収容ケース７と、を有している。上記収容ケース７内には、電線２の長手方向を軸として軸周りを囲むように配置された環状のコア（図示せず）と、コアのギャップ内に配置された磁電変換素子としてのホール素子（図示せず）と、が収容されている。収容ケース７は、その中央に電線２を貫通して保持する電線貫通孔７４（導体貫通孔）が設けられている。

上述した構成の電流センサ１０は、電線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。ホール素子は、コア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。しかしながら、上記電線２の端部にかしめられる端子部Ｔは大きいものが多く、この端子部Ｔを収容ケース７中央に設けた電線貫通孔７４に通すことができない。このため、上述した電流センサ１０は、収容ケース７の電線貫通孔７４に電線２を通した後に、電線２の端部に端子部Ｔをかしめる必要があり、電線２の収容ケース７に対する取り付けが非常に煩雑であった。

このような問題を解決するために、コア又はケースを分割する電流センサが提案されている（特許文献５、６）。この電流センサによれば、電線の端部に端子部をかしめた状態でコア又はケースに取り付けることができる。しかしながら、上述した電流センサは、コア又はケースを複数のパーツに分割している。このため、１つのコア又はケースを構成する複数のパーツを別々の製造工程で製造した後に組み立てる必要があり、製造効率、組み付け効率が悪い、という問題があった。
特開２００１−６６３２８号公報特開２００６−７８２５５号公報特開２００５−３０８５２７号公報特開２００３−１２１４７６号公報特開平９−２９２４１３号公報特開２００１−８３１８４号公報

そこで、本発明は、上記のような問題点に着目し、製造効率及び組み付け効率の向上を図った電流センサを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、電流が流れる導体と、前記導体の長手方向を軸として軸周りを囲むように配置された前記長手方向と直交する分割方向に２分割されたシールド板と、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、を有する電流センサにおいて、前記シールド板が、前記２分割された各々が互いに同一形状となり、かつ、前記２分割された各々が前記分割方向に沿った直線を対称軸として線対称となるように、設けられ、前記分割方向が、前記磁電変換素子と前記導体とを結ぶ直線と直交する方向であ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、前記導体が貫通する導体貫通孔を分割するように前記分割方向に分割された前記シールド板を収容する収容ケースと、前記磁電変換素子に電気的に接続されたコネクタと、を有する電流センサであって、前記磁電変換素子が、前記シールド板に囲まれた空間に配置されるように設けられ、前記コネクタが、前記収容ケースに設けたコネクタ貫通孔から前記長手方向に沿って突出するように設けられ、そして、前記収容ケースが、前記コネクタ貫通孔を分割す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、前記収容ケースを構成する一対の分割ケース同士を係止するための複数の係止手段が、前記導体貫通孔及び前記コネクタ貫通孔を挟むように前記一対の分割ケースの各々に設けら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。

請求項４記載の発明は、前記磁電変換素子が、予め測定された前記導体と前記シールド板との間において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の変化が最小となる位置に配置されていることを特徴とする請求項１〜３何れか１項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、シールド板が、２分割された各々が同一形状となり、かつ、２分割された各々が分割方向及び長手方向の両方に直交する方向に対称となるように、設けられているので、２分割した各々を同じ製造工程で製造することができる。また、２分割された各々の分割方向及び長手方向の両方に直交する方向の配置を気にする必要がない。これにより、製造効率及び組み付け効率の向上を図ることができる。

請求項２記載の発明によれば、コネクタが、収容ケースに設けたコネクタ貫通孔から長手方向に沿って突出するように設けられ、そして、収容ケースが、コネクタ貫通孔を分割するように設けられているので、磁気変換素子をシールド板に囲まれた空間に配置しても簡単にコネクタを収容ケースから突出するように収容ケースに取り付けることができる。

請求項３記載の発明によれば、導体貫通孔が、一対の係止手段のうちのコネクタ貫通孔とは反対側の係止手段に最も近づけて設けられているので、導体を可能な限りシールド板に近づけて設けることができる。これにより、収容ケースの伸縮や振動などにより、磁電変換素子の配置位置が変動しても誤差を小さく抑えることができ、精度良く電流を測定することができる。

請求項４記載の発明によれば、磁電変換素子が、予め測定された導体とシールド板との間において導体に電流が流れたときに発生する磁界の磁束密度の変化が最小となる位置に配置されているので、磁束密度の変化が平坦な位置に磁電変換素子を配置できるため、ガタツキによる測定誤差を小さくすることができる。

以下、本発明の実施形態を図１〜図４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、導体としての電線２と、磁電変換素子としてのホールＩＣ３と、回路基板４と、コネクタ５と、シールド板としてのシールド６と、収容ケース７と、を備えている。電線２は、電流が流れる芯線とこの芯線を覆う被覆部とから構成された被覆電線である。ホールＩＣ３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。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、その表面にホールＩＣ３の端子と、後述するコネクタ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。コネクタ５は、図示しない電源供給端子及び出力端子と、これら端子を収容するコネクタハウジング５１と、から構成されている。電源供給端子は、ホールＩＣ３への電源を供給するための端子である。出力端子は、ホールＩＣ３からの電気信号を出力するための端子である。電源供給端子及び出力端子は、一端が上記回路基板４を介してホールＩＣ３に電気的に接続され、他端がコネクタハウジング５１の開口から露出するように設けられている。

コネクタハウジング５１は、図２に示すように、筒状に形成されていて、搭載部５１１と、コネクタ部５１２と、ケース嵌合溝５１３と、から構成されている。搭載部５１１は、回路基板４上に搭載されている。コネクタ部５１２は、図１に示すように、後述する収容ケース７のコネクタ貫通孔７３（図２）から突出して相手側コネクタとコネクタ接続する。ケース嵌合溝５１３は、搭載部５１１−コネクタ部５１２間に設けられ、後述する収容ケース７のコネクタ貫通孔７３の縁部と嵌合する。

シールド６は、電線２の長手方向であるＺ軸の周りを囲むように配置される。シールド６は、断面略矩形状の環状に形成されていて、Ｚ軸方向（長手方向）と直交するＸ軸方向（分割方向）に２分割された一対の分割シールド６１、６２から構成されている。一対の分割シールド６１、６２は各々、コの字型に設けられると共に互いに同一形状に設けられている。一対の分割シールド６１、６２は、図３に示すように、Ｘ軸方向に沿った直線Ｌ１を対称軸とした線対称に形成されている。また、シールド６は、Ｘ軸、Ｚ軸の両方に直交するＹ軸方向に対向する一対のギャップＧ１、Ｇ２が設けられている。

収容ケース７は、樹脂などの絶縁部材で箱型に設けられている。図２に示すように、収容ケース７のＺ軸方向に対向する一対の面にはそれぞれ、電線２が貫通する一対の電線貫通孔７４が設けられている。また、収容ケース７のＺ軸方向に対向する一対の面の一方には、コネクタ５が貫通して突出されるコネクタ貫通孔７３が設けられている。上記コネクタ貫通孔７３及び電線貫通孔７４は、Ｙ軸方向に沿って並んで設けられている。収容ケース７は、シールド６と同様にＸ軸方向（分割方向）に２分割された一対の分割ケース７１、７２から構成されている。

上記一対の分割ケース７１、７２はそれぞれ、図２及び図４に示すように、受皿状に設けられている。一対の分割ケース７１、７２は、上記電線貫通孔７４及びコネクタ貫通孔７３がＸ軸方向に分割されるように設けられている。分割ケース７１には、コネクタ貫通孔７３及び電線貫通孔７４を挟むようにＹ軸方向に並んで配置された一対の係止凸部７５（＝係止手段）が設けられている。また、分割ケース７１には、一対の突出部７６と、この突出部７６に設けられた一対の係止孔７７と、が設けられている。一対の突出部７６は、分割ケース７１のＺ軸方向に対向する一対の面のうちコネクタ貫通孔７３が設けられていない面に設けられている。一対の突出部７６は、分割ケース７２に向かって突出して設けられ、Ｙ軸方向に並んで配置されている。

一方、分割ケース７２には、図２に示すように、一対の突出部７８（＝係止手段）と、一対の突出部７８に設けた一対の係止孔７９と、が設けられている。一対の突出部７８は、分割ケース７２のコネクタ貫通孔７３及び電線貫通孔７４を挟むようにＹ軸方向に並んで配置されている。一対の突出部７８は、分割ケース７１に向かって突出して設けられ、Ｙ軸方向に沿って配置されている。一対の係止孔７９は、分割ケース７１に設けた一対の係止凸部７５と係止するように設けられている。また、分割ケース７２には、Ｚ軸方向に対向する一対の面のうちコネクタ貫通孔７３が設けられていない面にＹ軸方向に並んで配置された一対の係止凸部（図示せず）が設けられている。この図示しない一対の係止凸部は、分割ケース７１に設けた係止孔７７と係止するように設けられている。

また、図４に示すように、分割ケース７１、７２にはそれぞれ、基板支持溝８０と、シールド固定ピン８１と、が設けられている。基板支持溝８０は、分割ケース７１、７２のＺ軸方向に対向する内面にＸ軸方向に沿って設けられている。シールド固定ピン８１は、分割ケース７１、７２の内面にＹ軸方向に突出して設けられていて、図３に示すように、上記分割シールド６１、６２のギャップＧ１、Ｇ２の端面と嵌合する。

次に、上述した構成の電流センサ１の組み立て手順について説明する。まず、分割ケース７１のシールド固定ピン８１に分割シールド６１のギャップＧ１、Ｇ２の端面を嵌合させて、分割ケース７１に分割シールド６１を取り付ける。同様に、分割ケース７２のシールド固定ピン８１に分割シールド６２のギャップＧ１、Ｇ２の端面を嵌合させて、分割ケース７２に分割シールド６２を取り付ける。次に、分割ケース７１と分割ケース７２とをＸ軸方向に沿って互いに近づけて、分割ケース７１の係止凸部７５と分割ケース７２の係止孔７９とを係止させると共に分割ケース７１の係止孔７７と分割ケース７２の図示しない係止凸部とを係止させて、分割ケース７１と分割ケース７２とを固定する。このとき、分割ケース７１、７２にそれぞれ設けた電線貫通孔７４間に電線２を挟んで電線２を保持する。これにより、電線２のＺ軸周りをシールド６が囲むように配置される。

また、分割ケース７１、７２に設けた基板支持溝８０内に回路基板４を差し込むようにすると共に分割ケース７１、７２に設けたコネクタ貫通孔７３の縁部をコネクタ５に設けたケース嵌合溝５１３に差し込むようにして、収容ケース７に回路基板４及びこれに接続されたコネクタ５を取り付ける。これにより、シールド６に囲まれた空間にホールＩＣ３が配置される。

上述した電流センサ１によれば、２分割された分割シールド６１、６２の各々が互いに同一形状となり、かつ、２分割された分割シールド６１、６２の各々がＸ軸（分割方向）に沿った直線Ｌ１を対称軸として線対称となるように、シールド６が設けられている。これにより、分割シールド６１、６２を同じ製造工程で製造することができる。また、分割シールド６１、６２のＹ軸方向の両端をひっくり返しても同じ形状であるため、Ｙ軸方向の配置を気にする必要がない。これにより、製造効率及び組み付け効率の向上を図ることができる。

また、上述した電流センサ１によれば、コネクタ５が、収容ケース７に設けたコネクタ貫通孔７３からＺ軸方向に沿って突出するように設けられ、そして、収容ケース７が、コネクタ貫通孔７３を分割するように設けられている。これにより、ホールＩＣ３をシールド６に囲まれた空間に配置しても簡単にコネクタ５を収容ケース７から突出するように収容ケース７に取り付けることができる。また、コネクタ貫通孔７３以外の部分については分割ケース７１、７２を互いに同一形状に設けることができるので、製造効率の向上を図ることができる。

次に、上述した電流センサ１のホールＩＣ３の配置位置の詳細について図５及び図６を参照して説明する。本発明者は、上述した図１〜図４に示す電流センサ１を用いて、ホールＩＣ３の位置がシールド６の中心位置Ｐｃ（図３参照）からＸ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向のそれぞれにずらしたときの電流測定誤差を測定した。結果を図５に示す。同図に示すように、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向の３方向を比べるとＹ軸方向のズレによる電流測定誤差が最も大きくなることが分かった。

次に、本発明者は、シールド６−電線２間の距離Ｌ２（図３参照）が３．５mm、６mm、８．５mm、１１mmの電流センサ１をそれぞれ作製して、中心位置Ｐｃを通りＹ軸方向に沿った直線Ｌ３上の配置位置におけるホールＩＣ３の検出磁束密度を測定した。結果を図６に示す。同図に示すように、ホールＩＣ３の検出磁束密度は、電線２から離れるに従って減少して最小となり、その後、シールド６のギャップＧ１からの漏れ磁束の影響により電線２から離れてシールド６の上端に近づくに従って増加する。同図から明らかなように、磁束密度の変化が最小となる位置Ｐmin付近は電線２付近やシールド６付近に比べて磁束密度の変化が平坦である。即ち、位置ＰminにホールＩＣ３を配置すれば、振動などによるホールＩＣ３のＹ軸方向の位置ズレが発生しても磁束密度の変化が少なく、電流測定誤差が小さくなる、ということが分かった。そこで、本実施形態ではホールＩＣ３は、予め測定した磁束密度の変化が最小となる位置に配置する。なお、この磁束密度の変化が最小となる位置Ｐminは、図６に示すように距離Ｌ２によって異なる。また、位置Ｐminは、シールド６の形状などによっても異なる。

このように配置すれば、ホールＩＣ３の配置位置が多少変動しても磁束密度の変化が平坦な領域内にホールＩＣ３を配置することができる。従って、周囲温度の変化に起因してホールＩＣ３を保持するケースの伸縮や振動などにより、ホールＩＣ３の配置位置が変動しても上述したように磁束密度の変化が小さいため、ホールＩＣ３の出力変動はほとんどなく、精度良く電流を測定することができる。

次に、上述した電流センサ１の電線２の配置位置の詳細について図７を参照して説明する。本発明者は、上述した図１〜図４に示す電流センサ１を用いて、シールド６−電線２間の距離Ｌ２を変えたときのガタツキによる誤差を測定した。結果を図７に示す。なお、ホールＩＣ３は、各距離Ｌ２におけるＹ軸方向の磁束密度の変化が最小となる位置Ｐminに配置した。同図に示すように、電線２をシールド６に近づけるに従ってガタツキによる誤差が小さくなることが分かった。そこで、本発明の実施形態では、一対の係止凸部７５及び一対の突出部７８のうちコネクタ貫通孔７３とは反対側、即ち下端側の係止凸部７５及び突出部７８に最も近づけて電線貫通孔７４を設けた。これにより、電線２を可能な限りシールド６下端に近づけることができる。このように配置すれば、ホールＩＣ３を保持するケースの伸縮や振動などにより、ホールＩＣ３の配置位置が変動しても誤差を小さく抑えることができ、精度良く電流を測定することができる。

なお、上述した実施形態では、ホール素子ＩＣがシールド６上端寄りに設けられていて、電線貫通孔７４を下端側の係止凸部７５及び突出部７８に最も近づけて設けることにより、電線２がシールド６下端に可能な限り近づけるように配置していたが、本発明はこれに限ったものではない。例えば、ホール素子ＩＣがシールド６の下端寄りに設けられている場合は、電線貫通孔７４を上端側の係止凸部７５及び突出部７８に最も近づけて設けることにより、電線２をシールド６上端に可能な限り近づけるように配置してもよい。

また、上述した実施形態では、シールド６を断面略矩形状に設けていたが、本発明はこれに限ったものではない。シールド６の断面形状としては、分割シールド６１、６２を互いに同一形状にすることができ、かつ、分割シールド６１、６２を互いに直線Ｌを対称軸として線対称にすることができる形状であればよい。

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Ｉ−Ｉ線断面図である。図１に示す収容ケースの部分拡大斜視図である。ホールＩＣの位置をシールド６の中心位置ＰｃからＸ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向のそれぞれにずらしたときの電流測定誤差を測定した結果を示すグラフである。シールド−電線間の距離が３．５mm、６mm、８．５mm、１１mmの電流センサをそれぞれ作製して、中心位置を通りＹ軸方向に沿った直線上の配置位置におけるホールＩＣ３の検出磁束密度を測定した結果を示すグラフである。シールド−電線間の距離を変えたときのガタツキによる誤差を測定した結果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。

符号の説明

１電流センサ
２電線（導体）
３ホールＩＣ（磁電変換素子）
５コネクタ
６シールド（シールド板）
７収容ケース
７３コネクタ貫通孔
７４電線貫通孔（導体貫通孔）

Claims

電流が流れる導体と、前記導体の長手方向を軸として軸周りを囲むように配置された前記長手方向と直交する分割方向に２分割されたシールド板と、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、を有する電流センサにおいて、
前記シールド板が、前記２分割された各々が互いに同一形状となり、かつ、前記２分割された各々が前記分割方向に沿った直線を対称軸として線対称となるように、設けられ、
前記分割方向が、前記磁電変換素子と前記導体とを結ぶ直線と直交する方向である
ことを特徴とする電流センサ。
前記導体が貫通する導体貫通孔を分割するように前記分割方向に分割された前記シールド板を収容する収容ケースと、前記磁電変換素子に電気的に接続されたコネクタと、を有する電流センサであって、
前記磁電変換素子が、前記シールド板に囲まれた空間に配置されるように設けられ、
前記コネクタが、前記収容ケースに設けたコネクタ貫通孔から前記長手方向に沿って突出するように設けられ、そして、
前記収容ケースが、前記コネクタ貫通孔を分割す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。
前記収容ケースを構成する一対の分割ケース同士を係止するための複数の係止手段が、前記導体貫通孔及び前記コネクタ貫通孔を挟むように前記一対の分割ケースの各々に設けられている
ことを特徴とする請求項２に記載の電流センサ。
前記磁電変換素子が、予め測定された前記導体と前記シールド板との間において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の変化が最小となる位置に配置されている
ことを特徴とする請求項１〜３何れか１項に記載の電流センサ。