JP6379451B2

JP6379451B2 - 電流センサの製造方法

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Publication number: JP6379451B2
Application number: JP2013131776A
Authority: JP
Inventors: 健奥村; 繁樹新実; 憲一田口; 神谷　彰; 彰神谷; 隆黒住; 公宏田村; 克樹片岡
Original assignee: Aisin Seiki Co Ltd; Aisin Corp
Current assignee: Aisin Corp
Priority date: 2012-12-20
Filing date: 2013-06-24
Publication date: 2018-08-29
Anticipated expiration: 2033-06-24
Also published as: EP2746782A2; US20140176124A1; CN103884897A; EP2746782A3; JP2014139556A; US9310394B2; EP2746782B1; CN103884897B

Description

本発明は、電流が印加されるバスバーおよび当該バスバーの周囲に配置されたコアを保持するハウジングと、前記ハウジングに対向配置した状態で当該ハウジングに固定される回路基板と、前記電流を検出するための検出素子とを備え、前記検出素子が、前記ハウジングに保持される素子本体および前記回路基板の貫通孔に固定される複数の接続端子を有する電流センサの製造方法に関する。

近年、モータとインバータとを備えるハイブリッド車両や電気自動車が普及しており、このような分野においてモータの回転を適切に制御する上で、モータに流れる電流を測定することは重要である。
このような電流の測定方法として、モータとインバータとを接続するバスバーに印加される電流に応じて当該バスバーの周囲に生じる磁界を検出素子（磁気センサ）で検出し、その検出された磁界に基づいてバスバーに印加された電流を演算して求める電流センサがある（例えば特許文献１）。

特許文献１に記載の電流センサは、電流が印加されるバスバーと磁界を集磁するコアとが、コアをバスバーの周囲に配置してハウジングに保持されている。当該コアには所定のギャップが形成され、そのギャップに検出素子の素子本体が配置されている。
検出素子は、複数の接続端子を回路基板に半田付けなどで固定した後、素子本体がギャップに配置されるように、回路基板とハウジングとに亘って組み付けられている。

特開２００９−１２１８６４号公報

従来の電流センサでは、複数の接続端子を回路基板に固定した後、素子本体をハウジングに保持することによって、検出素子が回路基板とハウジングとに亘って組み付けられている。
したがって、複数の接続端子を回路基板に固定した段階で、素子本体の回路基板に対する姿勢が拘束される。一方、回路基板はハウジングに対して対向する所定姿勢で、当該ハウジングに固定される。

このため、素子本体をハウジングに保持されるように組み付けるにあたって、素子本体の回路基板に対する姿勢に誤差が生じている場合は、その姿勢を修正するなどの操作が必要で、検出素子の回路基板とハウジングとに亘る組み付けに手間を要する。
そこで、検出素子の組付けを容易にするために、コアと素子本体とのギャップを拡げるなどにより組み付け精度を粗く設定すると、検出精度が低下するおそれがある。
また、素子本体のコアに対する組み付け精度を粗く設定してあると、回路基板とハウジングの熱膨張率の違いに起因して、温度変化に伴う素子本体のコアに対する姿勢変化が大きくなり、この点においても、検出精度が低下するおそれがある。

本発明は上記実情に鑑みてなされたものであって、検出素子の組み付けの容易化を図りながら、検出精度の向上を図ることができる電流センサの製造方法を提供することを目的とする。

本発明による電流センサの特徴構成は、電流が印加されるバスバーおよび当該バスバーの周囲に配置されたコアを保持するハウジングと、前記ハウジングに対向配置した状態で当該ハウジングに固定される回路基板と、前記電流を検出するための検出素子とを備え、前記検出素子が、前記ハウジングに保持される素子本体および前記回路基板の貫通孔に固定される複数の接続端子を有すると共に、前記回路基板の両面のうち前記ハウジングに対向する面に、前記接続端子が挿通し、前記ハウジングの側から前記回路基板の側に向けて径が縮小するガイド孔を設けた板状部材を配置してある点にある。

本構成の電流センサは、回路基板の両面のうちハウジングに対向する面に、検出素子の接続端子が挿通し、ハウジングの側から回路基板の側に向けて径が縮小するガイド孔を設けた板状部材を配置してある。
このため、素子本体をハウジングの所定位置に組み付けた後、複数の接続端子の夫々を板状部材に設けたガイド孔に挿通することにより、それらの接続端子を回路基板の貫通孔に入り込むように案内することができる。

したがって、高い検出精度が得られるように、素子本体のコアに対する組み付け精度を高く設定しながら、複数の接続端子の夫々を回路基板の貫通孔に確実に入り込ませて、検出素子を回路基板とハウジングとに亘って容易に組み付けることができる。
しかも、素子本体のコアに対する組み付け精度を高く設定したことにより、回路基板とハウジングとの熱膨張率の違いに起因する、素子本体のコアに対する姿勢変化も抑制することができる。
よって、本構成の電流センサであれば、検出素子の回路基板とハウジングとに亘る組み付けの容易化を図りながら、検出精度の向上を図ることができる。

本発明の他の特徴構成は、前記ハウジングが前記素子本体の複数を保持し、前記ハウジングと前記回路基板とを位置決めする係合部及び被係合部を、前記ハウジングと前記回路基板とに各別に設け、前記係合部あるいは前記被係合部の位置が、前記複数の素子本体を配置した領域の中央部に設定してある点にある。

回路基板とハウジングは熱膨張率が異なるために、使用に際する熱変形により回路基板とハウジングとの相対位置がずれ易い。
本構成であれば、ハウジングと回路基板とを位置決めする係合部あるいは被係合部の位置を、複数の素子本体を配置した領域のうちの、領域中央部から離れた一箇所に配置してある場合に比べて、係合部あるいは被係合部と接続端子との最大距離を略半減することができる。
よって、高い検出精度を長期に亘って維持し易い。

また、前記回路基板の表面及び裏面における前記貫通孔の周囲にランドが形成され、前記板状部材における前記回路基板のランドに対向する位置に凹部が形成されてあると好適である。

このような構成とすれば、回路基板の表面及び裏面の夫々のランドにおいてフィレットを形成することができる。したがって、検出素子の半田固着強度を高めることができるので、検出素子の半田付けの信頼性を向上することが可能となる。

更に、前記凹部が、前記回路基板の板幅方向に沿って前記板状部材を貫通するように形成しても良い。

このような構成とすれば、回路基板の板幅方向から凹部を介して接続端子に形成されたフィレットを目視することができる。このため、検出素子の実装不良を外観検査等により見つけ易くすることができる。したがって、例えば製造工程において半田付け不良があった場合でも、不良品を外観検査等により抽出し易くすることができるので、品質を高めることが可能となる。

本発明による電流センサの製造方法の特徴構成は、電流が印加されるバスバーおよび当該バスバーの周囲に配置されたコアを保持するハウジングに設けた保持部に、前記電流を検出するための複数の検出素子の素子本体を、当該素子本体から延出する複数の接続端子を、互いに隣り合う接続端子どうしが離間するように屈曲させ、さらに夫々の接続端子の端部を屈曲させて当該端部の延出方向を前記ハウジングから回路基板に向かう方向に揃えてある状態で保持させる工程と、前記ハウジングに対向する状態で前記ハウジングに固定される回路基板に対し、当該回路基板の両面のうち前記ハウジングに対向する面に、前記ハウジングの側から前記回路基板の側に向けて径が縮小する複数のガイド孔を設けた板状部材を取り付ける工程と、前記複数の素子本体を保持したハウジングに前記回路基板および前記板状部材を接近させ、前記ハウジングと前記回路基板とを位置合わせしつつ、前記接続端子の端部の夫々を対応する前記板状部材のガイド孔および前記回路基板の貫通孔に挿通し、前記回路基板を前記ハウジングに固定する工程と、前記夫々の接続端子の端部を前記回路基板に半田付けする工程と、を備えた点にある。

すなわち、バスバーおよびコアを保持するハウジングに設けた保持部の夫々に、複数の検出素子の素子本体を保持させることにより、各素子本体をコアに対して精度良く組み付けておくことができる。
そして、回路基板および回路基板のハウジングに対向する面に取り付けた板状部材をハウジングに接近させることにより、ハウジングと回路基板とを位置合わせしつつ、接続端子のハウジングから回路基板に向かう方向に揃えた端部の夫々を対応するガイド孔および回路基板の貫通孔に挿通して、回路基板をハウジングに固定する。

検出素子の夫々の接続端子は、隣り合うものどうしが離間するように屈曲し、さらに端部を回路基板の側に曲げてある。
このため、板状部材におけるガイド孔として、接続端子を導入し易い大きなガイド孔を設けても、それらのガイド孔を互いに干渉しないように配置することができると共に、回路基板が熱膨張してハウジングに対して変位した場合に、接続端子が曲がり変形して上記変位を吸収することができる。

また、接続端子の屈曲方向を同一方向ではなく互いに離間する方向に設定してある。よって、回路基板がハウジングに対して特定方向に変位した場合に、各接続端子に作用する外力の方向は一定でも夫々の接続端子の曲がり方向が異なるため、各接続端子の曲がり態様が異なるものとなる。これにより、回路基板が何れの方向に変位した場合でも、素子本体が受ける外力の影響が平均化され、素子本体の取付安定性が高まることとなる。

さらに、複数の接続端子の端部の夫々を回路基板の貫通孔に容易に挿通しながら、端部が貫通孔に挿通された接続端子の回路基板に対する移動を許容する状態で、回路基板をハウジングに固定することができる。
そして、回路基板をハウジングに固定した後、回路基板の貫通孔に挿通した接続端子の端部の夫々を回路基板に半田付けすることにより、検出素子を回路基板とハウジングとに亘って組み付けることができる。
したがって、各接続端子を残留応力が少ない状態で回路基板に半田付けすることができ、各素子本体のコアに対する組み付け姿勢を安定させ易い。

電流センサを模式的に示す斜視図である。電流センサの複数を備えたセンサユニットの平面図である。図２におけるIII −III 線断面図である。電流センサの拡大断面図である。電流センサの組み付け工程を示す断面図である。電流センサの組み付け工程を示す断面図である。電流センサの組み付け工程を示す断面図である。第２実施形態を示すセンサユニットの平面図である。第３実施形態を示す電流センサの拡大図である。その他の実施形態に係る凹部を示す図である。その他の実施形態に係る凹部を示す図である。

以下に本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
〔第１実施形態〕

図１は、本発明による電流センサＡの概略を示し、図２，図３は、電流センサＡの複数をユニット化してあるセンサユニットＵを示し、図４は、センサユニットＵに設けてある電流センサＡの拡大断面図を示す。
図１に示すように、電流センサＡは、バスバー１に印加される被測定電流を測定するために、バスバー１に流れる被測定電流により発生する磁界の磁束密度を検出し、検出された磁束密度に基づいてバスバー１に流れる電流（電流値）を測定する。

図２〜図４に示すように、電流センサＡは、導電体からなる帯板状のバスバー１、金属磁性体からなるコア２、電流を検出するための検出素子としてのホールＩＣ３、樹脂材料を有して形成してあるプリント基板（回路基板）４、ガイド孔５ａを設けた板状部材としての樹脂材料で形成してある端子ガイド板５、樹脂材料で形成してあるハウジング６などを備えている。

バスバー１は、図示しない３相モータと当該３相モータに通電するインバータとを接続するために使用される。３相モータは、ハイブリッド車両や電気自動車等の動力源に用いられ、３相モータとインバータとの組み合わせ毎に三本のバスバー１を有している。
センサユニットＵは、図２に示すように、三本のバスバー１の夫々に対応する三つの電流センサＡを一列に並べてユニット化してある。また、測定するべき電流が増えれば、さらに電流センサＡを加えてユニット化してもよい。

コア２は、複数の磁性鋼板を積層して両端部どうしの間にギャップ２ａを有するＵ字状に形成され、バスバー１の外周側を周方向に囲んで集磁する。バスバー１は、板面がコア２に対向するように、コア２の内周側に間隔を隔てて挿通してある。
ハウジング６は、各電流センサＡ毎に対応するバスバー１及びバスバー１の周囲に配置されたコア２を例えば組み付けて、これらのバスバー１及びコア２を一体に保持している。

プリント基板４は、ハウジング６に対向配置した状態で当該ハウジング６に一体に固定され、各電流センサＡ毎に対応する回路パターンがプリントされている。
ホールＩＣ３は、ハウジング６に保持される素子本体３ａおよびプリント基板４の貫通孔（スルーホール）４ａに通して対応する回路パターンに半田付けで固定される複数（本実施形態では三本）の接続端子３ｂを備える。

素子本体３ａは、その検出面がコア２に対向する姿勢で、ギャップ２ａの幅方向中央位置に位置決め状態で保持されるように組み付けてある。
すなわち、ハウジング６には、各電流センサＡ毎に対応するホールＩＣ３の素子本体３ａをプリント基板４の側から嵌め込み可能な保持部としての、複数（本実施形態では三つ）の有底の矩形保持穴６ａがプリント基板４の側に開口するように設けられている。
そして、これらの保持穴６ａの夫々に素子本体３ａを嵌め込むことで、素子本体３ａがギャップ２ａの幅方向中央位置に、バスバー１の通電による発熱に伴う素子本体３ａの熱膨張を許容できる程度のクリアランスで保持されている。

したがって、コア２にはバスバー１に流れる電流に応じて生じた磁束が集磁され、集磁された磁束はギャップ２ａを飛び越える。これにより、コア２と素子本体３ａとで磁路が形成され、ホールＩＣ３は、バスバー１に流れる被測定電流により形成される磁界の強さを検出することが可能となる。

ホールＩＣ３は、接続端子３ｂとしてのピン状のラジアルリード線の三本を、素子本体３ａの厚み方向に沿う一側端面に並設してある。
したがって、ホールＩＣ３は面実装部品ではなく、プリント基板４に形成された複数の貫通孔４ａの夫々に接続端子（ラジアルリード線）３ｂを挿入してプリント基板４に半田付けされる。

端子ガイド板５には、素子本体３ａが保持穴６ａに保持されている各ホールＩＣ３毎の三本の接続端子３ｂがハウジング６の側から各別に挿通される複数（本実施形態では９個）のガイド孔５ａが貫通形成されている。

各ガイド孔５ａは、ハウジング６の側からプリント基板４の側に向けて径が縮小する円錐面を備えた漏斗状に貫通形成され、各保持穴６ａに保持された素子本体３ａの接続端子３ｂを先端部分がプリント基板４の貫通孔４ａに挿通されるように案内する。

三本の接続端子３ｂのうちの互いに隣り合うものどうしは、素子本体３ａからの立ち上がり部分を素子本体３ａを挟んで互いに逆向きの横方向に屈曲させてある。また、横方向に屈曲させた三本の接続端子３ｂの先端部分の夫々を、プリント基板４の板面に対して直交する方向に沿うように更に屈曲させてある。

このため、互いに隣り合う接続端子３ｂの先端部分を、素子本体３ａの特定の側に集中して並ばないように配置して、プリント基板４における端子挿通用の貫通孔４ａを分散配置することができる。
これにより、接続端子３ｂの先端部分を貫通孔４ａに確実に案内できるように、端子ガイド板５に最大径が大きなガイド孔５ａを形成しても、それらのガイド孔５ａを互いに干渉しないように配置することができる。

端子ガイド板５には、プリント基板４に貫通形成した係合孔７に押し込まれる円柱状の係合ピン７ａが設けられている。
端子ガイド板５は、係合ピン７ａをプリント基板４のハウジング６に対向する側から係合孔７に押し込むことにより、プリント基板４の表裏両面のうちハウジング６に対向する面に取付けられている。

ハウジング６とプリント基板４とに亘って、ハウジング６とプリント基板４とを位置決め状態で係合固定する係合部８及び被係合部８ａを設け、係合部８及び被係合部８ａの位置を、複数の素子本体３ａを配置した領域の外周部の一箇所に設定してある。

係合部８は、プリント基板４と端子ガイド板５とに亘って形成された係合孔で構成され、被係合部８ａは、ハウジング６に突設してある円柱状の係合ピンで構成されている。
そして、プリント基板４と端子ガイド板５とに亘って一連に連続させた係合孔（係合部）８に係合ピン（被係合部）８ａを押し込むことにより、プリント基板４及び端子ガイド板５が、ハウジング６からの脱落が阻止された状態で、ハウジング６に位置決め状態で互いに固定される。

上記電流センサＡ（センサユニットＵ）の製造方法を説明する。
電流センサＡの製造方法は、図５，図６に示すように、バスバー１およびコア２を保持しているハウジング６に設けてある保持穴６ａに、予め、各電流センサＡ毎に対応する複数のホールＩＣ３の素子本体３ａを保持させる（素子本体保持工程）。

素子本体保持工程において各保持穴６ａに保持される素子本体３ａから延出されている複数（本実施形態では９本）の接続端子３ｂは、予め、素子本体３ａを挟んで互いに離間する方向に広げつつプリント基板４の側に向けて斜めに屈曲させ、さらに夫々の接続端子３ｂの端部を屈曲させて当該端部の延出方向をハウジング６からプリント基板４に対して垂直に向かう方向に揃えてある。
次に、係合ピン７ａを係合孔７に押し込むことにより、プリント基板４のハウジング６に対向する面に端子ガイド板５を取り付ける（ガイド板取付け工程）。

図６，図７に示すように、複数の素子本体３ａを保持したハウジング６にプリント基板４およびプリント基板４に取り付けた端子ガイド板５を接近させ、係合孔８に係合ピン８ａを押し込んでプリント基板４とハウジング６とを位置合わせしつつ、接続端子３ｂの端部の夫々を対応する端子ガイド板５のガイド孔５ａおよびプリント基板４の貫通孔４ａに挿通する。
これにより、端部が貫通孔４ａに挿通された接続端子３ｂのプリント基板４に対する移動を許容する状態で、ハウジング６及びプリント基板４を端子ガイド板５と共に互いに固定する（基板固定工程）。

さらに、図７に示すように、プリント基板４の貫通孔４ａに挿通した接続端子３ｂの夫々を回路パターンに半田付けする（半田工程）。
したがって、各接続端子３ｂを残留応力が少ない状態でプリント基板４に半田付けすることができ、各素子本体３ａのコア２（ギャップ２ａ）に対する組み付け姿勢を安定させ易い。

なお、三本の接続端子３ｂが挿通される三つのガイド孔５ａ及び貫通孔４ａが隣り合わせに一列に並べて形成されている場合は、各接続端子３ｂを素子本体３ａの同じ側に向けて互いに離間するように屈曲させてあってもよい。

〔第２実施形態〕
図８は本発明の第２実施形態を示す。
本実施形態では、プリント基板４をハウジング６に位置決め状態で固定するための係合部を構成する係合孔８、及び、被係合部を構成する係合ピン８ａの位置を、複数の素子本体３ａを配置した領域の略中央部に設定してある。

本実施形態であれば、係合孔８又は係合ピン８ａから接続端子３ｂまでの最大距離を最も短く設定することができる。
したがって、使用に伴う熱変形などにより、プリント基板４とハウジング６との相対位置が変動しても、接続端子３ｂの変形量を少なくして、接続端子３ｂの変形に伴う素子本体３ａのずれ動きを抑制することができ、高い検出精度を長期に亘って維持し易い。
その他の構成は第１実施形態と同様である。

〔第３実施形態〕
図９は本発明の第３実施形態を示す。
本実施形態では、プリント基板４の表面及び裏面における貫通孔４ａの周囲にランド１１が形成され、端子ガイド板５におけるプリント基板４のランド１１に対向する位置に凹部１２が形成されてある。本実施形態では、プリント基板４の表面とはプリント基板４の面のうち端子ガイド板５の側を向く面である。プリント基板４の裏面とはプリント基板４の面のうち端子ガイド板５と反対の側を向く面である。上記実施形態と同様に、本実施形態でもプリント基板４には接続端子３ｂを固定する貫通孔４ａが形成される。

貫通孔４ａの周囲とは、プリント基板４の表面及び裏面に沿った、貫通孔４ａを中心とした周りである。このような貫通孔４ａに接続端子３ｂを挿入し、プリント基板４の裏面のランド１１に半田を溶着することにより、プリント基板４の表面及び裏面の夫々のランド１１には、フィレットが形成される。また、貫通孔４ａの内部にも半田が入り込む。これにより、接続端子３ｂのプリント基板４に対する半田固着強度を向上させることができる。

端子ガイド板５におけるプリント基板４のランド１１に対向する位置とは、プリント基板４の表面のランド１１に対向する位置である。端子ガイド板５は、このような位置に凹部１２が形成される。この凹部１２の開口幅（プリント基板４の板幅方向の長さ及び板長方向の長さに相当）は、当該凹部１２に対向するランド１１と同程度であれば良い。もちろん、開口幅をランド１１よりも大きくすることも可能であるし、小さくすることも可能である。また、凹部１２の深さ（プリント基板４の板厚方向の長さに相当）は、端子ガイド板５に対向するランド１１に形成されるフィレットの高さ以下であれば良い。すなわち、所定の深さの凹部１２を形成し、ホールＩＣ３を半田付けする際の半田量を調整すると好適である。

また、本実施形態における凹部１２は、プリント基板４の板幅方向に沿って端子ガイド板５を貫通するように形成される。プリント基板４の板幅方向とは、図９において紙面手前から奥側へ沿った方向である。端子ガイド板５を貫通するとは、板幅方向に壁部を有することがない状態をいう。したがって、凹部１２を紙面手前側から見た場合、紙面奥側の情景が見える状態をいう。これにより、凹部１２を介して目視により端子ガイド板５の側のランド１１に形成されたフィレットを確認することができるので、半田付けが適切に行われているか否かを外観検査等により確認することが可能となる。

〔その他の実施形態〕
本発明による電流センサＡは、一つの電流センサＡ毎のハウジング６、回路基板４及び端子ガイド板５を備えるものであってもよい。

本発明による電流センサＡは、電動モータとインバータとを接続するバスバー以外の、各種バスバーに流れる電流を測定する電流センサとして用いることができる。

上記第３実施形態では、凹部１２がプリント基板４の板幅方向に沿って端子ガイド板５を貫通するように形成されているとして説明した。しかしながら、図１０に示されるように、端子ガイド板５の側のランド１１が対向する部位のみに凹部１２を形成する構成とすることも可能である。係る構成であっても、プリント基板４の表面及び裏面のランド１１にフィレットを形成することができるので、半田固着強度を高めることが可能となる。更には、図１１に示されるように、プリント基板４の板幅方向の一方の側にのみ壁部１３を設け、凹部１２がプリント基板４の板幅方向に沿って貫通しないように構成することも可能である。

本発明は、電流が印加されるバスバーおよび当該バスバーの周囲に配置されたコアを保持するハウジングと、前記ハウジングに対向配置した状態で当該ハウジングに固定される回路基板と、前記電流を検出するための検出素子とを備え、前記検出素子が、前記ハウジングに保持される素子本体および前記回路基板の貫通孔に固定される複数の接続端子を有する電流センサの製造方法に用いることが可能である。

１バスバー
２コア
３検出素子（ホールＩＣ）
３ａ素子本体
３ｂ接続端子
４回路基板
４ａ貫通孔
５板状部材（端子ガイド板）
５ａガイド孔
６ハウジング
６ａ保持部
８係合部
８ａ被係合部
１１ランド
１２凹部

Claims

電流が印加されるバスバーおよび当該バスバーの周囲に配置されたコアを保持するハウジングに設けた保持部に、前記電流を検出するための複数の検出素子の素子本体を、当該素子本体から延出する複数の接続端子を、互いに隣り合う接続端子どうしが離間するように屈曲させ、さらに夫々の接続端子の端部を屈曲させて当該端部の延出方向を前記ハウジングから回路基板に向かう方向に揃えてある状態で保持させる工程と、
前記ハウジングに対向する状態で前記ハウジングに固定される回路基板に対し、当該回路基板の両面のうち前記ハウジングに対向する面に、前記ハウジングの側から前記回路基板の側に向けて径が縮小する複数のガイド孔を設けた板状部材を取り付ける工程と、
前記複数の素子本体を保持したハウジングに前記回路基板および前記板状部材を接近させ、前記ハウジングと前記回路基板とを位置合わせしつつ、前記接続端子の端部の夫々を対応する前記板状部材のガイド孔および前記回路基板の貫通孔に挿通し、前記回路基板を前記ハウジングに固定する工程と、
前記夫々の接続端子の端部を前記回路基板に半田付けする工程と、を備えた電流センサの製造方法。