JP6101138B2 - バッテリターミナル一体型電流センサ - Google Patents

Description

本発明は、バッテリターミナル一体型電流センサに関する。

従来より、バッテリからワイヤハーネスに流れる電流の大きさを検出するための電流センサがバッテリターミナルに組み付けられた構造が、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、電流センサはセンサ部が開口したスリットを有すると共に、このスリットにはワイヤハーネスに接続された板状のハーネス側端子が差し込まれる。そして、ハーネス側端子とバッテリターミナルとがボルトで共締めされる構造が提案されている。

特開２００２−１４１０５４号公報

しかしながら、上記従来の技術では、ハーネス側端子とバッテリターミナルとがボルトで共締めされることに伴って、バッテリターミナルの長手方向とハーネス側端子の長手方向とが必ず平行になるように両者が組み付けられる。また、ハーネス側端子が電流センサのスリットに差し込まれているので、バッテリターミナルに対する電流センサの向きも決まってしまう。このため、バッテリターミナルに対する電流センサの組み付けの自由度が限定されているという問題がある。

本発明は上記点に鑑み、バッテリターミナルの接続対象毎に電流センサの組み付けの自由度を向上させることができるバッテリターミナル一体型電流センサ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、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）に固定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、を有する電流センサ（２０）を備えている。

また、一端側がバッテリに接続される連結部（１２）と、連結部（１２）の他端側において当該連結部（１２）の一面（１３）から突出するように設けられたバスバー接続用のスタッドボルト（１４）と、を有するバッテリターミナル（１０）を備えている。

そして、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電流センサ（２０）が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（２０）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、以下の点を特徴としている。

すなわち、バッテリターミナル（１０）の連結部（１２）は、スタッドボルト（１４）の中心軸を中心に回動する電流センサ（２０）の位置を、連結部（１２）の長手方向を基準とした所定の角度で固定するための第１引っ掛け部（１６）を有している。

また、電流センサ（２０）のケース（２１）は、第１引っ掛け部（１６）に引っ掛かることにより、スタッドボルト（１４）の中心軸を中心とした電流センサ（２０）の回動を禁止する第２引っ掛け部（２８）を有している。第１引っ掛け部（１６）は、連結部（１２）の長手方向を基準とした角度に応じて複数設けられており、第２引っ掛け部（２８）は、複数の第１引っ掛け部（１６）のうちのいずれかに引っ掛けられることにより、予め設定された角度のいずれかの角度で電流センサ（２０）をバッテリターミナル（１０）に固定することを特徴とする。

これによると、バッテリターミナル（１０）の連結部（１２）の第１引っ掛け部（１６）と電流センサ（２０）のケース（２１）の第２引っ掛け部（２８）とが互いに引っ掛かることで電流センサ（２０）の回動が禁止される。このため、第１引っ掛け部（１６）の位置に応じてバッテリターミナル（１０）に対する電流センサ（２０）の組み付けの自由度を向上させることができる。

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。

本発明の一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。 バッテリターミナルを一面側から見た平面図である。 （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。 （ａ）はバッテリターミナルに電流センサを組み付けたときに連結部の一面に平行な方向において当該連結部の長手方向に対して垂直な方向から見た図であり、（ｂ）は電流センサのコネクタ部側を見た図である。 バッテリターミナルに対して電流センサの組み付け角度を変化させたときにバッテリターミナルの他面側から見た平面図である。 バッテリターミナルに対して電流センサの組み付け角度を変化させたときに電流センサ側から見た平面図である。 電流センサを含んだ組み付け構造の平面図である。 図８のIX−IX断面図である。 図８のX−X断面図である。

以下、本発明の一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。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。

連結部１２は、一端側に固定部１１が設けられていると共に、他端側に一面１３から突出したスタッドボルト１４が設けられている。また、図３に示されるように、連結部１２は他端側に第１引っ掛け部１６を有している。この第１引っ掛け部１６は、電流センサ２０がスタッドボルト１４に組み付けられる際に、スタッドボルト１４の中心軸を中心に回動する電流センサ２０の位置を、連結部１２の長手方向を基準とした所定の角度で固定するための位置決め手段である。

第１引っ掛け部１６は連結部１２の長手方向を基準とした角度に応じて複数設けられている。本実施形態では、第１引っ掛け部１６は、連結部１２の他端側の端部において、当該連結部１２の長手方向を０°とすると、−４５°と０°と＋４５°の３方向にそれぞれ突出した部分である。すなわち、３つの第１引っ掛け部１６が連結部１２に設けられている。言い換えると、連結部１２の他端側の端部に当該連結部１２の長手方向を中心として所定の角度に複数の溝１７が設けられていることにより、隣同士の溝１７に挟まれた部分が第１引っ掛け部１６としてそれぞれ機能する。

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４（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。

さらに、図４（ａ）及び図４（ｂ）に示されるように、ケース２１は、当該ケース２１のうちバッテリターミナル１０の一面１３に向かい合う壁面２１ａに第２引っ掛け部２８を有している。この第２引っ掛け部２８は、電流センサ２０がスタッドボルト１４に組み付けられる際に、バッテリターミナル１０の第１引っ掛け部１６に引っ掛かることにより、スタッドボルト１４の中心軸を中心とした電流センサ２０の回動を禁止するための回動禁止手段である。

第２引っ掛け部２８は、ケース２１の壁面２１ａから突出した２つの突起部として構成されている。このような第２引っ掛け部２８は、図５（ａ）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に組み付けられたときに連結部１２のいずれかの溝１７に配置される。

上述のように、第１引っ掛け部１６は複数設けられているので、第２引っ掛け部２８は複数の第１引っ掛け部１６のうちのいずれかに引っ掛けられることとなる。例えば、図５（ｂ）に示されるように、２つの突起部である第２引っ掛け部２８が、連結部１２の長手方向に位置する第１引っ掛け部１６を挟むように配置される。これにより、第２引っ掛け部２８の一方の突起部でスタッドボルト１４の中心軸を中心とした電流センサ２０の一方向の回転が禁止され、第２引っ掛け部２８の他方の突起部で電流センサ２０の他方向の回転が禁止される。

さらに、第２引っ掛け部２８は、電流センサ２０がバッテリターミナル１０に組み付けられたときに、連結部１２の一面１３とは反対側の他面１８から突出するようにケース２１に設けられている。これにより、第２引っ掛け部２８が第１引っ掛け部１６に確実に引っ掛かるので、バッテリターミナル１０に対して電流センサ２０を確実に固定することができる。

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２９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４（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２９に配置されている。

コア２２及び回路部２３は、図４（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。なお、収容部２６に充填された充填剤の表面がケース２１の壁面２１ａの一部となる。

カラー２４は、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。本実施形態では、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。したがって、カラー２４の両端部は貫通孔２５から突出している。

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にはナット１５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。まず、電流センサ２０のカラー２４にバッテリターミナル１０のスタッドボルト１４が差し込まれる。このとき、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、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に差し込まれる。

具体的には、上述のように、バッテリターミナル１０の連結部１２には３方向に突出した３つの第１引っ掛け部１６が設けられているので、図６及び図７に示されるように、５つの組み付けパターンがある。なお、図６は電流センサ２０の位置を固定したときのバッテリターミナル１０の回転位置の変化を示しており、図７はバッテリターミナル１０の位置を固定したときの電流センサ２０の回転位置の変化を示している。

図６（ａ）では、電流センサ２０の第２引っ掛け部２８のうちの一方の突起部が、＋４５°の方向に突出した第１引っ掛け部１６に引っ掛かるように、電流センサ２０がバッテリターミナル１０に組み付けられている。これによると、第２引っ掛け部２８の一方の突起部が第１引っ掛け部１６に引っ掛かるので、電流センサ２０の一方向の回転が禁止される。つまり、図６（ａ）において時計回りの方向に電流センサ２０の回転が禁止される。また、第２引っ掛け部２８の他方の突起部が連結部１２に引っ掛かるので、電流センサ２０の他方向の回転が禁止される。つまり、図６（ｂ）において反時計回りの方向に電流センサ２０の回転が禁止される。したがって、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＋９０°になるように、バッテリターミナル１０に対する電流センサ２０の位置が固定される。このような位置関係を電流センサ２０側から見ると、図７（ｅ）に示される位置関係となる。

また、図６（ｂ）では、電流センサ２０の第２引っ掛け部２８が＋４５°の方向に突出した第１引っ掛け部１６を挟むように電流センサ２０がバッテリターミナル１０に組み付けられている。これにより、第２引っ掛け部２８の両方の突起部が第１引っ掛け部１６に引っ掛かるので、電流センサ２０の両方向の回転が禁止される。したがって、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＋１３５°になるように、バッテリターミナル１０に対する電流センサ２０の位置が固定される。この場合の位置関係を電流センサ２０側から見ると、図７（ｄ）となる。

図６（ｃ）では、電流センサ２０の第２引っ掛け部２８が０°の方向に突出した第１引っ掛け部１６を挟むように電流センサ２０がバッテリターミナル１０に組み付けられている。これにより、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１８０°すなわち平行になるように、バッテリターミナル１０に対する電流センサ２０の位置が固定される。この場合の位置関係を電流センサ２０側から見ると、図７（ｃ）となる。

そして、図６（ｄ）では、電流センサ２０の第２引っ掛け部２８が−４５°の方向に突出した第１引っ掛け部１６を挟むように電流センサ２０がバッテリターミナル１０に組み付けられている。これにより、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２２５°になるように、バッテリターミナル１０に対する電流センサ２０の位置が固定される。この場合の位置関係を電流センサ２０側から見ると、図７（ｂ）となる。

さらに、図６（ｅ）では、電流センサ２０の第２引っ掛け部２８のうちの他方の突起部が、−４５°の方向に突出した第１引っ掛け部１６に引っ掛かるように、電流センサ２０がバッテリターミナル１０に組み付けられている。これによると、第２引っ掛け部２８の一方の突起部が第１引っ掛け部１６に引っ掛かるので、電流センサ２０の一方向の回転が禁止される。また、第２引っ掛け部２８の一方の突起部が連結部１２に引っ掛かるので、電流センサ２０の他方向の回転が禁止される。したがって、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＋２７０°になるように、バッテリターミナル１０に対する電流センサ２０の位置が固定される。このような位置関係を電流センサ２０側から見ると、図７（ａ）に示される位置関係となる。

上記のように、電流センサ２０の第２引っ掛け部２８がバッテリターミナル１０の第１引っ掛け部１６に引っ掛かるように電流センサ２０がバッテリターミナル１０に組み付けられる。また、スタッドボルト１４の軸を中心軸とした電流センサ２０の回転角度が所望の角度となるように、バッテリターミナル１０に対して電流センサ２０が組み付けられる。

そして、電流センサ２０の上にバスバー３０が位置するように、スタッドボルト１４にバスバー３０の孔部３１が差し込まれる。これにより、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を貫通した状態となる。

本実施形態では、例えば、図８に示されるように、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。

なお、電流センサ２０のコネクタ部２７の開口方向すなわち信号の取り出し方向とバスバー３０の長手方向とが干渉しないように、電流センサ２０のコネクタ部２７の開口方向とバスバー３０の長手方向とは垂直になっている。これは、電流センサ２０に設けられたガイドによって電流センサ２０に対するバスバー３０の向きが固定される。

そして、図９及び図１０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１０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ている。

なお、図２、図５、図９、及び図１０の各図では、スタッドボルト１４やナット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。

以上説明したように、本実施形態では、バッテリターミナル１０の第１引っ掛け部１６と電流センサ２０の第２引っ掛け部２８とが互いに引っ掛かることにより第１引っ掛け部１６及び第２引っ掛け部２８が回り止めとなって機能することが特徴となっている。これによりバッテリターミナル１０に対する電流センサ２０の回動を禁止することができる。したがって、第１引っ掛け部１６の位置に応じて電流センサ２０を所望の位置に固定できるので、バッテリターミナル１０に対する電流センサ２０の組み付けの自由度を向上させることができる。

また、本実施形態では、バッテリターミナル１０の第１引っ掛け部１６は、連結部１２の長手方向を基準とした角度に応じて複数設けられているので、第２引っ掛け部２８は複数の第１引っ掛け部１６のうちのいずれかに引っ掛けられることとなる。このため、予め設定された角度のいずれかの角度で電流センサ２０をバッテリターミナル１０に固定することができる。

すなわち、バッテリターミナル１０が固定されるバッテリや設置環境等に応じて専用のバッテリターミナル１０を設計する必要がない。また、バッテリターミナル１０に対する電流センサ２０の回転位置を規定するための別部品も不要となる。もちろん、別部品を用意するための設計や、別部品を管理するための管理工数も無くなるというメリットがある。

（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、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。

さらに、バッテリターミナル１０の第１引っ掛け部１６の形状や電流センサ２０の第２引っ掛け部２８の形状は一例である。したがって、お互いが引っ掛かることによってバッテリターミナル１０に対して電流センサ２０の位置が固定できる形状であれば他の形状でも良い。例えば、第１引っ掛け部１６は連結部１２に設けられた貫通孔であり、第２引っ掛け部２８はこの貫通孔２５にはめ込まれる突起部であっても良い。もちろん、この逆の関係でも良い。

１０ バッテリターミナル
１２ 連結部
１３ 連結部の一面
１４ スタッドボルト
１６ 第１引っ掛け部
２０ 電流センサ
２１ ケース
２２ コア
２４ カラー
２５ 貫通孔
２８ 第２引っ掛け部
４０ ナット

Claims (2)

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）に固定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、を有する電流センサ（２０）と、
   一端側がバッテリに接続される連結部（１２）と、前記連結部（１２）の他端側において当該連結部（１２）の一面（１３）から突出するように設けられたバスバー接続用のスタッドボルト（１４）と、を有するバッテリターミナル（１０）と、
   を備え、
   前記スタッドボルト（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電流センサ（２０）が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バッテリターミナル付き電流センサであって、
   前記バッテリターミナル（１０）の連結部（１２）は、前記スタッドボルト（１４）の中心軸を中心に回動する前記電流センサ（２０）の位置を、前記連結部（１２）の長手方向を基準とした所定の角度で固定するための第１引っ掛け部（１６）を有し、
   前記電流センサ（２０）のケース（２１）は、前記第１引っ掛け部（１６）に引っ掛かることにより、前記スタッドボルト（１４）の中心軸を中心とした前記電流センサ（２０）の回動を禁止する第２引っ掛け部（２８）を有し、
   前記第１引っ掛け部（１６）は、前記連結部（１２）の長手方向を基準とした角度に応じて複数設けられており、
   前記第２引っ掛け部（２８）は、前記複数の第１引っ掛け部（１６）のうちのいずれかに引っ掛けられることにより、予め設定された角度のいずれかの角度で前記電流センサ（２０）を前記バッテリターミナル（１０）に固定することを特徴とするバッテリターミナル付き電流センサ。
2. 前記第２引っ掛け部（２８）は、前記電流センサ（２０）が前記バッテリターミナル（１０）に組み付けられたときに、前記連結部（１２）の一面（１３）とは反対側の他面（１８）から突出するように前記ケース（２１）に設けられていることを特徴とする請求項１に記載のバッテリターミナル付き電流センサ。

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