JP6101137B2 - 電流センサ - Google Patents

Description

本発明は、スタッドボルトにナットが締め付けられることでバッテリターミナルに固定される電流センサに関する。

従来より、コアに発生する磁束の大きさを検出する電流センサが、例えば特許文献１で提案されている。具体的に、特許文献１では、電流が流れる導電部材が貫通する開口部と、開口部を囲むコアと、を備えた電流センサの構成が提案されている。

導電部材は、バッテリターミナルに取付けられたワイヤハーネス接続用のスタッドボルトである。また、電流センサの開口部には、ナットの締付力を受けるカラーが一体成形されている。そして、電流センサは、スタッドボルトがカラーを貫通した状態で当該スタッドボルトにナットが締付けられることによりバッテリターミナルに装着される。

特許第４７９８１４１号公報

しかしながら、上記従来の技術では、カラーが電流センサの開口部に一体成形されているので、ナットがスタッドボルトに締め付けられると、ナットの締め付けによってカラーがスタッドボルトの軸の径方向に広げられる。これに伴い、電流センサの開口部が径方向に広げられるので、開口部を囲むように位置するコアが開口部の広がりに応じて変形してしまう。したがって、電流センサの電流検出特性が変動してしまうという問題がある。

本発明は上記点に鑑み、スタッドボルトにナットが締め付けられることでバッテリターミナルに固定される電流センサにおいて、磁束の大きさを検出するためのコアの特性変動を抑制することができる構造を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、電流センサは、貫通孔（２５）を有するケース（２１）と、中空筒状であると共に貫通孔（２５）に配置された導電性のカラー（２４）と、ケース（２１）に収容されていると共に貫通孔（２５）を囲むように配置されたコア（２２）と、を備えている。

また、電流センサは、バッテリに接続されるバッテリターミナル（１０）に設けられたバスバー接続用のスタッドボルト（１４）が、カラー（２４）の中空部分を貫通した状態で当該スタッドボルト（１４）にナット（４０）が締め付けられることによりバッテリターミナル（１０）に装着されるようになっている。

さらに、電流センサは、カラー（２４）に電流が流れることによってコア（２２）に発生する磁束の大きさに基づいて当該電流の大きさを検出するように構成されており、カラー（２４）は、スタッドボルト（１４）に対して圧入され、当該カラー（２４）の軸方向における一方の端部（２４ａ）及び他方の端部（２４ｂ）の両端が貫通孔（２５）から突出するように貫通孔（２５）に圧入されていることを特徴とする。

これによると、貫通孔（２５）の壁面とカラー（２４）とが一体化され、かつ、スタッドボルト（１４）とカラー（２４）とが圧入固定されているので、図１１（ａ）に示されるように、ナット（４０）がスタッドボルト（１４）に締め付けられる前に、予めカラー（２４）に反発力Ｆ１が作用している。すなわち、カラー（２４）をスタッドボルト（１４）に押し込む力に対する反発力Ｆ１がカラー（２４）においてスタッドボルト（１４）の先端方向に作用する。

このような状態でスタッドボルト（１４）にナット（４０）が締め付けられると、カラー（２４）にはナット（４０）からカラー（２４）側への締め付け力Ｆ２が作用する。すなわち、締め付け力Ｆ２は、反発力Ｆ１に対して逆方向に作用する。このため、ナット（４０）の締め付け時に反発力Ｆ１と締め付け力Ｆ２とが打ち消し合った分だけカラー（２４）に発生する応力Ｆ３が小さくなる。

したがって、図１１（ｂ）に示されるように、カラー（２４）がスタッドボルト（１４）に圧入されずにナット（４０）の締め付け時にカラー（２４）に発生する応力がカラー（２４）に直接印加される構造に対して、ナット（４０）の締め付けによる応力がカラー（２４）を介してケース（２１）に伝わりにくくなる。これに伴い、ケース（２１）とコア（２２）との相対位置がずれにくくなる。したがって、磁束の大きさを検出するためのコア（２２）の特性変動を抑制することができる。

なお、この欄及び特許請求の範囲で記載した各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。

本発明の第１実施形態に係る電流センサを含んだ組付図である。 バッテリターミナル、電流センサ、バスバー、及びナットの分解図である。 （ａ）は電流センサのケースとコアとの分解図であり、（ｂ）はケースにコアを収容した模式図である。 電流センサのケースとカラーとの分解図である。 電流センサを含んだ組み付け構造の平面図である。 図５のVI−VI断面図である。 図５のVII−VII断面図である。 第２実施形態に係る電流センサのケースとカラーとの分解図である。 （ａ）は第３実施形態に係る電流センサのケースとカラーとの分解図であり、（ｂ）はケースの貫通孔にカラーを圧入固定した模式図である。 （ａ）は第４実施形態に係る電流センサのケースとカラーとの分解図であり、（ｂ）はケースの貫通孔にカラーを圧入固定した模式図である。 （ａ）はカラーがスタッドボルトに圧入された構造、（ｂ）はカラーがスタッドボルトに圧入されない構造においてカラーに作用する応力を示した断面図である。

以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、図中、同一符号を付してある。

（第１実施形態）
以下、本発明の第１実施形態について図を参照して説明する。図１に示されるように、バッテリターミナル１０、電流センサ２０、及びバスバー３０が、ナット４０によるねじ締めによって組み合わされている。

バッテリターミナル１０は、例えば図示しないバッテリの正端子に組み付けられる接続部品である。バッテリターミナル１０は、電気抵抗の小さな黄銅等の銅合金板材が金型により成形されて構成されている。具体的には、バッテリターミナル１０は、図２に示されるように、バッテリの正端子に取付けられる内周が環状の固定部１１と、この固定部１１から突出するように一体に設けられた板状の連結部１２と、この連結部１２の一面１３から突出するように設けられたスタッドボルト１４と、を有している。

固定部１１は、ナット１５が締められることで径が小さくなることによりバッテリの正端子に強固に固定されるように構成されている。スタッドボルト１４は、バスバー３０に電流を流すためのバスバー接続用の導電部材である。また、スタッドボルト１４は、少なくともその先端がねじ切りされており、ナット４０が締められるようになっている。

電流センサ２０は、バッテリからバッテリターミナル１０を介してバスバー３０に流れる電流の大きさを検出するように構成されたセンサである。このような電流センサ２０は、図３（ａ）に示されるように、ケース２１と、コア２２と、回路部２３と、カラー２４と、を備えて構成されている。

ケース２１は、電流センサ２０の外観をなすものであり、樹脂材料が成形されたものである。また、ケース２１は、貫通孔２５と、コア２２や回路部２３が収容される収容部２６と、回路部２３と外部とを電気的に接続するためのコネクタ部２７と、を有している。収容部２６は、貫通孔２５の周囲に設けられている。また、コネクタ部２７には、図示しない電流検出装置と接続されたケーブルのコネクタが接続される。

コア２２は、当該コア２２の中空部分を貫通するように測定対象の電流が流れることによって当該コア２２に磁束を発生させる部品である。コア２２は、例えば１枚の板材が環状に曲げられると共に、板材の両端が一定の磁気ギャップ２８を介して対向配置されて構成されている。このようなコア２２は、図３（ｂ）に示されるように、ケース２１の収容部２６に収容されている。

回路部２３は、コア２２に発生する磁束の大きさを検出するための図示しないホールＩＣや、ホールＩＣからの信号を処理するための図示しない回路チップ等が実装されたものである。ホールＩＣは、コア２２の磁気ギャップ２８に配置されている。

コア２２及び回路部２３は、図３（ｂ）に示されるように、ケース２１の収容部２６に収容された状態で当該収容部２６に充填されたウレタン等の図示しない充填剤によって封止されている。

カラー２４は、図４に示されるように、中空円筒状であると共に、貫通孔２５に配置された純銅等の導電性の部品である。また、カラー２４は、ケース２１の貫通孔２５に圧入固定されている。カラー２４は貫通孔２５の軸方向の長さよりも長く形成されている。言い換えると、カラー２４は、当該カラー２４の軸方向における一方の端部２４ａ及び他方の端部２４ｂの両端が貫通孔２５から突出する長さとなっている。したがって、カラー２４の両端部２４ａ、２４ｂは貫通孔２５から突出するように貫通孔２５に圧入されている。

バスバー３０は、バッテリターミナル１０と他の電気機器とを接続するための板状の接続部品である。バスバー３０は、一端側に貫通した孔部３１を有している。孔部３１にはスタッドボルト１４が差し込まれる。また、バスバー３０は、他端側に図示しないワイヤハーネス等が接続される。

ナット４０は、スタッドボルト１４に電流センサ２０及びバスバー３０が差し込まれた状態でスタッドボルト１４の先端に組み付けられる締結部品である。

次に、上記構成のバッテリターミナル１０、電流センサ２０、及びバスバー３０の組み付け構造について説明する。バッテリターミナル１０のスタッドボルト１４が電流センサ２０のカラー２４の中空部分及びバスバー３０の孔部３１を貫通した状態とされる。ここで、電流センサ２０のカラー２４は、スタッドボルト１４に対して圧入される。

また、電流センサ２０は、スタッドボルト１４の軸を中心軸として回動可能になっている。したがって、図５に示されるように、電流センサ２０がバッテリターミナル１０に対して所望の位置に配置されるように電流センサ２０のカラー２４がスタッドボルト１４に圧入されている。本実施形態では、バッテリターミナル１０の連結部１２の長手方向と電流センサ２０のコネクタ部２７の開口方向とが平行となると共に、当該コネクタ部２７の開口方向とバスバー３０の長手方向とが垂直になるようにそれぞれの位置が調整されている。

そして、図６及び図７に示されるように、電流センサ２０がバッテリターミナル１０の連結部１２とバスバー３０とで挟まれた状態となっている。具体的には、カラー２４の一方の端部２４ａがバッテリターミナル１０の連結部１２に接触すると共に、他方の端部２４ｂがバスバー３０に接触する。この状態でスタッドボルト１４にナット４０が締め付けられる。これにより、図１に示されるように、電流センサ２０がバスバー３０と共にバッテリターミナル１０に装着された構造となる。また、図７に示されるように、電流センサ２０のコア２２がスタッドボルト１４を囲むように配置される。

なお、図２、図６、及び図７の各図では、スタッドボルト１４とナット４０の各ねじ切り部分を省略している。実際には、スタッドボルト１４が雄ねじ、ナット４０が雌ねじになっている。

次に、電流センサ２０の電流検出方法について説明する。上記のように電流センサ２０がバッテリターミナル１０に組み付けられた状態でバッテリからバッテリターミナル１０及びバスバー３０を通じて電気機器に電流が流れる。このとき、バッテリターミナル１０とバスバー３０とを接続するスタッドボルト１４及びカラー２４を通じて電流が流れるが、カラー２４の抵抗はスタッドボルト１４よりも小さいことから、主にカラー２４を通じて電流が流れる。

そして、カラー２４に電流が流れることによって当該電流の大きさに対応した磁束がコア２２に発生する。この磁束がホールＩＣによって検出される。また、回路部２３ではホールＩＣによって検出された磁束の大きさに対応した信号が処理される。こうして、電流の大きさが検出される。電流センサ２０で検出された電流の大きさに対応した信号は、コネクタ部２７を介して外部に出力される。

続いて、本実施形態に係る効果について説明する。本実施形態では、電流センサ２０のカラー２４は、ケース２１の貫通孔２５に圧入されていると共に、スタッドボルト１４に対して圧入されることが特徴となっている。すなわち、貫通孔２５の壁面とカラー２４とが一体化され、かつ、スタッドボルト１４とカラー２４とが圧入固定される。

これにより、ナット４０の締め付け前に、予めスタッドボルト１４の先端側への反発力がカラー２４に作用する。また、スタッドボルト１４にナット４０を締め付けたときにナット４０からカラー２４側への締め付け力が反発力に対して逆方向に作用する。このため、ナット４０の締め付け時に反発力と締め付け力とが打ち消し合った分だけカラー２４に発生する応力が小さくなるので、スタッドボルト１４へのナット４０の締め付けによる応力をカラー２４を介してケース２１に伝わりにくくすることができる。これに伴って、ケース２１とケース２１の収容部２６に配置されたコア２２との相対位置がずれにくくなる。したがって、カラー２４に電流が流れたときに電流に応じた磁束の大きさを検出するためのコア２２の特性変動を抑制することができる。

また、カラー２４は中空円筒状をなしている。このような形状により、電流センサ２０のカラー２４の軸とスタッドボルト１４の軸とが同軸上に配置されると共にカラー２４が円形をなしているので、バッテリターミナル１０に対する電流センサ２０の回動方向の自由度が増加する。したがって、バッテリターミナル１０に対する電流センサ２０を所望の位置に組み付けすることができる。

さらに、本実施形態では、カラー２４の両端部２４ａ、２４ｂが貫通孔２５から突出するように貫通孔２５に圧入されている。このため、カラー２４がバッテリターミナル１０及びバスバー３０の両方に接触するので、カラー２４に確実に電流を流すことができる。また、バッテリターミナル１０及びバスバー３０がケース２１に接触することによってケース２１が変形することを防止することができる。

（第２実施形態）
本実施形態では、第１実施形態と異なる部分について説明する。本実施形態では、図８に示されるように、ケース２１の貫通孔２５は、当該貫通孔２５の壁面の一部が突出した突出部２５ａを有している。

突出部２５ａは、貫通孔２５に対するカラー２４の挿入方向すなわち貫通孔２５の開口方向に沿って貫通孔２５の壁面の一部が突出した部分である。このようなケース２１の貫通孔２５に対してカラー２４が圧入されている。図示しないが、貫通孔２５にカラー２４が圧入された状態では、カラー２４は突出部２５ａと接触している。言い換えると、カラー２４と貫通孔２５の壁面との間には隙間が存在する。この状態でカラー２４がスタッドボルト１４に圧入される。

上記のように貫通孔２５に突出部２５ａを設けることにより、ナット４０の締め付けによってカラー２４が応力を受けたとしても、突出部２５ａが潰れていくので、カラー２４が受けた応力がケース２１に伝わりにくくなる。このため、ナット４０の締め付け時にケース２１をより変形しにくくすることができる。

また、カラー２４が貫通孔２５の壁面の全体に接触するのではなく、当該壁面の一部に接触しているので、ケース２１がカラー２４から面で応力を受けにくくなる。したがって、ナット４０の締め付け時にケース２１を割れにくくすることができる。

（第３実施形態）
本実施形態では、第１、第２実施形態と異なる部分について説明する。本実施形態では、図９（ａ）に示されるように、カラー２４は、当該カラー２４を軸方向すなわち貫通孔２５に対するカラー２４の挿入方向から見たときの外周形状が四角形状をなしている。

ここで、カラー２４の全体が四角柱をなしているのではなく、カラー２４の他方の端部２４ｂが四角形の平板状になっている。これに伴い、ケース２１の貫通孔２５のうちカラー２４の他方の端部２４ｂ側には、当該他方の端部２４ｂがはめ込まれる四角形状の溝２５ｂが形成されている。

そして、上記の形状のカラー２４がケース２１の貫通孔２５に圧入されている。これにより、図９（ｂ）に示されるように、ケース２１の溝２５ｂにはカラー２４の四角形状の端部２４ｂがはめ込まれる。これにより、ナット４０の締め付け時にカラー２４の他方の端部２４ｂの角部が回り止めとして機能するので、カラー２４の応力をケース２１に伝わりにくくすることができる。

（第４実施形態）
本実施形態では、第３実施形態と異なる部分について説明する。本実施形態では、図１０（ａ）に示されるように、カラー２４の他方の端部２４ｂが八角形状の平板状になっている。このため、ケース２１には、当該他方の端部２４ｂがはめ込まれる八角形状の溝２５ｃが形成されている。

このようなカラー２４がケース２１の貫通孔２５に圧入されることで、図１０（ｂ）に示されるように、ケース２１の溝２５ｃにカラー２４の八角形状の端部２４ｂがはめ込まれる。これにより、第３実施形態と同様に、ナット４０の締め付け時にカラー２４の他方の端部２４ｂの角部が回り止めとして機能する。

（他の実施形態）
上記各実施形態で示された電流センサ２０の構成は一例であり、上記で示した構成に限定されることなく、本発明を実現できる他の構成とすることもできる。例えば、カラー２４の両端部２４ａ、２４ｂはケースの表面と同一面に位置していても良い。これにより、ケース２１に対してバッテリターミナル１０及びバスバー３０が押さえつけられても、ケース２１が潰されることはない。

また、第３、第４実施形態では、カラー２４の他方の端部２４ｂの平面形状が四角形状と八角形状の例について説明したが、これは一例であり、他の多角形状でも良い。また、カラー２４の一部が平面形状になっているのではなく、カラー２４の全体が多角柱になっていても良い。

そして、バッテリターミナル１０に接続されるバッテリの種類は様々であるが、バッテリターミナル１０は例えば車載バッテリに接続されるものでも良い。

１０ バッテリターミナル
１４ スタッドボルト
２１ ケース
２２ コア
２４ カラー
２５ 貫通孔
４０ ナット

Claims (4)

1. 貫通孔（２５）を有するケース（２１）と、
   中空筒状であると共に、前記貫通孔（２５）に配置された導電性のカラー（２４）と、
   前記ケース（２１）に収容されていると共に、前記貫通孔（２５）を囲むように配置されたコア（２２）と、を備え、
   バッテリに接続されるバッテリターミナル（１０）に設けられたバスバー接続用のスタッドボルト（１４）が、前記カラー（２４）の中空部分を貫通した状態で当該スタッドボルト（１４）にナット（４０）が締め付けられることにより前記バッテリターミナル（１０）に装着されるようになっており、
   さらに、前記カラー（２４）に電流が流れることによって前記コア（２２）に発生する磁束の大きさに基づいて当該電流の大きさを検出するように構成された電流センサであって、
   前記カラー（２４）は、前記スタッドボルト（１４）に対して圧入され、当該カラー（２４）の軸方向における一方の端部（２４ａ）及び他方の端部（２４ｂ）の両端が前記貫通孔（２５）から突出するように前記貫通孔（２５）に圧入されていることを特徴とする電流センサ。
2. 前記カラー（２４）は、中空円筒状をなし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. 前記貫通孔（２５）は、当該貫通孔（２５）の壁面の一部が突出した突出部（２５ａ）を有していることを特徴とする請求項２に記載の電流センサ。
4. 前記カラー（２４）は、当該カラー（２４）を軸方向から見たときの外周形状が多角形状をなしていることを特徴とする請求項１に記載の電流センサ。

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