JP7155191B2 - 電流センサ - Google Patents

Description

本発明は、電流センサに関する。

従来の電流センサに関する技術として、例えば、特許文献１には、バスバー付きハウジングと、シャント抵抗と、を備える電流センサが開示されている。バスバー付きハウジングは、ハウジングと、第１バスバーと、第２バスバーと、を有する。ハウジングは、絶縁性の樹脂材料で形成される。第１バスバーは、ハウジングに一部が埋設されるようにインサートされ、バッテリポストに取り付けられる。第２バスバーは、第１バスバーとは離間配置された状態でハウジングに一部が埋設されるようにインサートされ、ワイヤハーネスに接続される。シャント抵抗は、第１バスバーと第２バスバーとを電気的に接続する。

特開２０１９－２１１４６４号公報

ところで、上述の特許文献１に記載の電流センサは、例えば、シャント抵抗で発生する熱の影響を抑制する点で更なる改善の余地がある。

本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであって、シャント抵抗で発生する熱の影響を抑制することができる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に、本発明に係る電流センサは、導電性を有し、バッテリポストに締結されるバッテリ端子部と、板状に形成され、前記バッテリ端子部と導通接続される電流検出用のシャント抵抗と、板状に形成され、前記シャント抵抗と導通接続される回路基板とを備え、前記シャント抵抗は、前記回路基板の主面に立設されていることを特徴とする。

また、上記電流センサでは、前記シャント抵抗は、前記回路基板の主面の法線方向に沿って延在するものとすることができる。

また、上記電流センサでは、前記シャント抵抗は、前記回路基板の主面と垂直に交わるものとすることができる。

上記目的を達成するために、本発明に係る電流センサは、導電性を有し、バッテリポストに締結されるバッテリ端子部と、板状に形成され、前記バッテリ端子部と導通接続される電流検出用のシャント抵抗と、板状に形成され、前記シャント抵抗と導通接続される回路基板とを備え、前記シャント抵抗は、前記回路基板の主面と垂直に交わることを特徴とする。

また、上記電流センサでは、絶縁性を有し、前記シャント抵抗、及び、前記回路基板を内蔵するハウジングを備え、前記ハウジングは、凹部状に形成された肉抜き部を有するものとすることができる。

本発明に係る電流センサは、シャント抵抗と回路基板とが互いに対向せず正対しない配置とすることができるので、シャント抵抗で発生する熱の影響を抑制することができる、という効果を奏する。

図１は、実施形態に係る電流センサの概略構成を表す回路図である。 図２は、実施形態に係る電流センサの概略構成を表す斜視図である。 図３は、実施形態に係る電流センサの概略構成を表す分解斜視図である。 図４は、実施形態に係る電流センサの概略構成を表す斜視図である。 図５は、実施形態に係る電流センサの概略構成を表す分解斜視図である。 図６は、実施形態に係る電流センサのバスバーアッセンブリの概略構成を表す分解斜視図である。 図７は、実施形態に係る電流センサの概略構成を表す断面図である。 図８は、実施形態に係る電流センサの概略構成を表す側面図である。 図９は、実施形態に係る電流センサの概略構成を表す分解斜視図である。 図１０は、実施形態に係る電流センサについてのシミュレーションの結果の一例を表す模式図である。 図１１は、比較例に係る電流センサについてのシミュレーションの結果の一例を表す模式図である。 図１２は、実施形態に係る電流センサについてのシミュレーションの結果の一例を表す線図である。 図１３は、変形例に係る電流センサの概略構成を表す部分斜視図である。である。

以下に、本発明に係る実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施形態によりこの発明が限定されるものではない。また、下記実施形態における構成要素には、当業者が置換可能かつ容易なもの、あるいは実質的に同一のものが含まれる。

なお、以下の説明では、互いに交差する第１方向、第２方向、及び、第３方向のうち、第１方向を「軸線方向Ｘ」といい、第２方向を「第１幅方向Ｙ」といい、第３方向を「第２幅方向Ｚ」という。ここでは、軸線方向Ｘと第１幅方向Ｙと第２幅方向Ｚとは、相互に略直交する。軸線方向Ｘは、典型的には、電流センサが設けられるバッテリポストの中心軸線Ｃ（図２等参照）に沿う方向、バッテリの高さ方向、回路基板の法線Ｎ（図６参照）に沿う法線方向等に相当する。第１幅方向Ｙは、典型的には、バッテリ端子部とセンサ部とが並ぶ方向、バッテリの短辺方向等に相当する。第２幅方向Ｚは、典型的には、バッテリ端子部の締付方向、バッテリの長辺方向等に相当する。典型的には、電流センサが車両に設置され当該車両が水平面に位置する状態で、軸線方向Ｘは、鉛直方向に沿い、第１幅方向Ｙ、第２幅方向Ｚは、水平方向に沿う。以下の説明で用いる各方向は、特に断りのない限り、各部が相互に組み付けられた状態での方向を表すものとする。

［実施形態］
図１、図２、図３に示す本実施形態の電流センサ１は、車両Ｖに搭載されたバッテリＢの充放電電流を計測するためのセンサである。バッテリＢを含む車両Ｖの電源システムＳにおいては、近年、車両Ｖの電装品の種類、数の増加等に伴ってバッテリＢの消耗が相対的に増加する傾向にあり、このような傾向に対応すべく、当該バッテリＢの状態をより適正に監視したいという要請がある。このような要請に対応すべく、電源システムＳは、電流センサ１によってバッテリＢの充放電電流を検出し、検出した電流（電流値）に基づいて、バッテリＢの残存容量監視、バッテリＢの消耗（劣化度合い）検出、オルタネータ等の発電機Ｇの動作制御による燃費向上処理等を行う。

本実施形態の電流センサ１は、バッテリ取付構造を有して構成されるものであり、ここでは、バッテリ端子（バッテリ端子部２）と一体化されたバッテリ端子一体型センサを構成する。ここで、バッテリＢは、車両Ｖに蓄電装置として搭載されるものである。バッテリＢは、バッテリ液や種々の構成部品を収容するバッテリ筐体ＢａにバッテリポストＰが立設される。バッテリポストＰは、鉛電極であり、バッテリ筐体Ｂａのうちの１つの面、典型的には、バッテリＢを車両Ｖに搭載した状態で鉛直方向上側に位置する面に立設される。バッテリポストＰは、バッテリ筐体Ｂａの鉛直方向上側の面から鉛直方向上側に向けて突出する。バッテリポストＰは、円柱状、より詳細には、先端側に進むにつれて径が小さくなるようテーパが付けられた円柱状に形成される。バッテリポストＰは、中心軸線Ｃが鉛直方向、ここでは、軸線方向Ｘに沿うように配置され、軸線方向Ｘに沿って柱状に延在する。バッテリポストＰは、１つのバッテリＢにおいて、正極（プラス（＋）極）として１つ、負極（マイナス（－）極）として１つ、合計２つ設けられる（図２、図３等には一方側のみを図示）。

バッテリ端子一体型センサを構成する電流センサ１は、上記のように構成されるバッテリポストＰに締結される。本実施形態の電流センサ１は、バッテリＢの負極側のバッテリポストＰに設けられ、バッテリＢと発電機Ｇ、車両負荷部Ｌ、接地部（車両ボディ等）ＧＮＤ等との間に介在し、バッテリポストＰとこれらとの間に流れる電流を検出する。ここでは、電流センサ１は、負極側のバッテリポストＰに締結され当該バッテリポストＰと電気的に接続されると共に、接地部ＧＮＤ側の電線（例えば、アース線）Ｗの末端に設けられた接続端子Ｔと電気的に接続される。そして、電流センサ１は、接続端子ＴとバッテリポストＰとの間に介在しこれらを相互に電気的に接続した上で、当該接続端子Ｔと当該バッテリポストＰとの間に流れる電流を検出する。

本実施形態の電流センサ１は、いわゆるシャント式の電流センサである。すなわち、電流センサ１は、シャント抵抗４０（図５等参照も参照）に電流を流し、通電した際の電圧降下と当該シャント抵抗４０の抵抗値とからオームの法則を用いて電流値を計測するものである。電流センサ１は、典型的には、シャント抵抗４０に流れる電流に応じてシャント抵抗４０の両端に発生する電圧（検出電圧）を増幅器ＡＰによって増幅して出力し、当該増幅器ＡＰの出力に基づいてシャント抵抗４０を流れる電流を検出する。シャント式の電流センサ１は、例えば、いわゆるホールＩＣ等を用いた磁気検出式の電流センサと比較すると、電子部品の選定幅が広く高精度化や低価格化に柔軟に対応可能、シャント抵抗４０として温度変化の少ない合金を用いることで温度特性が良好、外部磁界の影響が少ない、コア・シールド板等が不要であり軽量、等の利点がある。

そして、本実施形態の電流センサ１は、電流の検出に際してシャント抵抗４０で発生する熱に対して、各部を放熱に配慮したレイアウトとすることで、当該シャント抵抗４０で発生する熱の影響を低減した構成を実現している。以下、各図を参照して電流センサ１の各構成について詳細に説明する。

具体的には、電流センサ１は、図２、図３、図４、図５、図６に示すように、バッテリ端子部２と、端子接続部３と、センサ部４と、スタッドボルト５と、ハウジング６と、出力端子７と、回路基板８と、モールド材９と、締付機構１０とを備える。以下では、主に図２、図３、図４、図５、図６を参照しつつ、適宜図７、図８、図９も参照して電流センサ１の各部について説明する。

バッテリ端子部２と端子接続部３とセンサ部４とは、一体となってバスバーアッセンブリＢＡを構成する。言い換えれば、電流センサ１は、バスバーアッセンブリＢＡを備えるものであるということができる。バスバーアッセンブリＢＡは、ＢＴバスバー２０と、ＧＮＤバスバー３０と、シャント抵抗４０とを含み、これらが一体となって構成される。ＢＴバスバー２０は、バッテリ端子部２を構成する第１のバスバーである。ＧＮＤバスバー３０は、端子接続部３を構成する第２のバスバーである。シャント抵抗４０は、ＢＴバスバー２０とＧＮＤバスバー３０とに渡って導通接続され、センサ部４を構成する電流検出用の抵抗器である。

ＢＴバスバー２０、ＧＮＤバスバー３０、及び、シャント抵抗４０は、それぞれ導電性を有する板状の金属導体である。ＢＴバスバー２０、ＧＮＤバスバー３０、及び、シャント抵抗４０は、種々の加工が施されることで、それぞれバッテリ端子部２、端子接続部３、センサ部４に応じた形状に形成される。ＢＴバスバー２０、及び、ＧＮＤバスバー３０は、導電性が良好な金属、例えば、銅（Ｃｕ）又は銅合金によって構成される。一方、シャント抵抗４０は、ＢＴバスバー２０、ＧＮＤバスバー３０とは異なる異種金属、例えば、温度に応じて抵抗値が変動し難く温度特性が良好な銅・マンガン・ニッケル（Ｃｕ－Ｍｎ－Ｎｉ）系合金、銅・ニッケル（Ｃｕ－Ｎｉ）系合金、ニッケル・クロム（Ｎｉ－Ｃｒ）系合金等によって構成される。

バッテリ端子部２は、導電性を有しバッテリポストＰに締結される部分であり、上述のＢＴバスバー２０によって構成される。バッテリ端子部２は、本体部２１と、電極部２２とを含んで構成される。バッテリ端子部２は、例えば、ＢＴバスバー２０に対してプレス折り曲げ加工等を施すことにより、本体部２１、及び、電極部２２が一体で形成される。

本体部２１は、バッテリポストＰに締結される主たる部分である。本体部２１は、一対の板状部２０ａ、２０ｂ、及び、屈曲連結部２０ｃを含んで構成される。一対の板状部２０ａ、２０ｂは、それぞれ種々の凹凸形状や切り欠き形状が付された略矩形環状で、かつ、板状に形成される。各板状部２０ａ、２０ｂは、板厚方向が軸線方向Ｘに沿い、かつ、第１幅方向Ｙ、及び、第２幅方向Ｚに沿って延在する。一対の板状部２０ａ、２０ｂは、軸線方向Ｘに沿って間隔をあけた状態で当該軸線方向Ｘに沿って相互に対向して位置する。本体部２１は、バッテリポストＰに締結された状態で、板状部２０ａが鉛直方向の上側（バッテリポストＰの設置面とは反対側）に位置し、板状部２０ｂが鉛直方向の下側（バッテリポストＰの設置面側）に位置する。板状部２０ａと板状部２０ｂとは、第１幅方向Ｙの一方側（電極部２２側とは反対側）の端部同士が屈曲連結部２０ｃを介して連続するように一体で形成される。これにより、本体部２１は、屈曲連結部２０ｃを挟んで、全体として略Ｕ字状に折り返された状態に形成され、板状部２０ａと板状部２０ａとが軸線方向Ｘに対向しそれぞれ上下に略平行に板状に積層された状態となる。

一対の板状部２０ａ、２０ｂは、それぞれポスト挿入孔２０ｄ、２０ｅが形成されることで、上述したようにそれぞれ略矩形環状に形成される。ポスト挿入孔２０ｄ、２０ｅは、バッテリポストＰが挿入される孔であり、それぞれ板状部２０ａ、２０ｂを軸線方向Ｘに沿って貫通している。ポスト挿入孔２０ｄ、２０ｅは、バッテリポストＰの外径形状に応じた略円形状に形成される。ポスト挿入孔２０ｄとポスト挿入孔２０ｅとは、一対の板状部２０ａ、２０ｂが屈曲連結部２０ｃを介して上下に積層された状態で軸線方向Ｘに沿って対向する位置関係で形成される。ポスト挿入孔２０ｄ、２０ｅは、各内周壁面にバッテリポストＰのテーパに対応したテーパが形成されており、当該バッテリポストＰが挿入された状態で当該各内周壁面がバッテリポストＰと接触する。

そして、本体部２１は、一対の板状部２０ａ、２０ｂと屈曲連結部２０ｃとに渡ってスリット（間隙）２０ｆが形成される。スリット２０ｆは、一対の板状部２０ａ、２０ｂの屈曲連結部２０ｃ側の端部において、第１幅方向Ｙに沿って延在しポスト挿入孔２０ｄ、２０ｅと連続すると共に、屈曲連結部２０ｃにおいて軸線方向Ｘに沿って延在する。言い換えれば、スリット２０ｆは、ポスト挿入孔２０ｄ、２０ｅから板状部２０ａ、２０ｂの一部を分断するようにして屈曲連結部２０ｃまで延在して形成される。本体部２１は、一対の板状部２０ａ、２０ｂの屈曲連結部２０ｃ側の端部において、当該スリット２０ｆが形成された部分が締付端部２０ｇを構成する。締付端部２０ｇは、バッテリ端子部２をバッテリポストＰに締結する際に締付機構１０によって締め付けられる部分となる。

電極部２２は、第１幅方向Ｙに沿って本体部２１と並んで位置しシャント抵抗４０が接合される部分である。電極部２２は、一対の板状部２０ａ、２０ｂの一方、ここでは、板状部２０ｂと一体となり導通接続されている（図７参照）。電極部２２は、延設部２０ｈ、及び、接合片部２０ｉを含んで構成される。延設部２０ｈは、板状部２０ｂの第１幅方向Ｙの端部２０ｂａ（図７参照）から軸線方向Ｘに沿って折り返されるようにして板状に形成される。延設部２０ｈは、板厚方向が第１幅方向Ｙに沿い、かつ、軸線方向Ｘ、及び、第２幅方向Ｚに沿って延在する。延設部２０ｈは、板状部２０ｂの端部２０ｂａから軸線方向Ｘに沿って一方側に略垂直に屈曲して形成される。延設部２０ｈは、板状部２０ｂの端部２０ｂａから軸線方向Ｘに沿って板状部２０ａ側に延在し、かつ、板状部２０ａの端部２０ａａの端面とは間隔をあけて位置する。接合片部２０ｉは、延設部２０ｈの第２幅方向Ｚの一方側の端部から第１幅方向Ｙに沿って折り返されるようにして板状に形成される。接合片部２０ｉは、板厚方向が第２幅方向Ｚに沿い、かつ、軸線方向Ｘ、及び、第１幅方向Ｙに沿って延在する。接合片部２０ｉは、延設部２０ｈの端部から第１幅方向Ｙに沿って本体部２１側とは反対側に略垂直に屈曲して形成される。

端子接続部３は、導電性を有し電線Ｗの接続端子Ｔが電気的に接続される部分であり、上述のＧＮＤバスバー３０によって構成される。端子接続部３は、第１幅方向Ｙに沿ってバッテリ端子部２と間隔をあけて並んで位置し、締結部３１と、電極部３２とを含んで構成される。端子接続部３は、例えば、ＧＮＤバスバー３０に対してプレス折り曲げ加工等を施すことにより、締結部３１、及び、電極部３２が一体で形成される。

締結部３１は、接続端子Ｔが締結され電気的に接続される部分である。締結部３１は、板状部３０ａを含んで構成される。板状部３０ａは、略矩形板状に形成され、スタッドボルト５や接続端子Ｔ、電線Ｗ等を介して接地部ＧＮＤ等に電気的に接続され接地される。板状部３０ａは、板厚方向が軸線方向Ｘに沿い、かつ、第１幅方向Ｙ、及び、第２幅方向Ｚに沿って延在する。板状部３０ａは、ボルト挿入孔３０ｂが形成される。ボルト挿入孔３０ｂは、スタッドボルト５の軸部５ａが挿入される孔であり、板状部３０ａを軸線方向Ｘに沿って貫通している。

ここで、スタッドボルト５は、端子接続部３の締結部３１と接続端子Ｔとを締結し電気的に接続する締結部材である。スタッドボルト５は、軸部５ａが基部５ｂから突出して形成される。スタッドボルト５は、軸部５ａがボルト挿入孔３０ｂに挿入され接続端子Ｔが組み付けられた状態で当該軸部５ａにナット５ｃが螺合されることで端子接続部３の締結部３１と接続端子Ｔとを締結し導通接続する。

電極部３２は、第１幅方向Ｙに沿ってバッテリ端子部２の電極部２２と間隔をあけて並んで位置しシャント抵抗４０が接合される部分である。電極部３２は、板状部３０ａと一体となり導通接続されている。電極部３２は、接合片部３０ｃ、及び、接地端子部３０ｄを含んで構成される。接合片部３０ｃは、板状部３０ａの第２幅方向Ｚの一方の端部から軸線方向Ｘに沿って折り返されるようにして板状に形成される。接合片部３０ｃは、板厚方向が第２幅方向Ｚに沿い、かつ、軸線方向Ｘ、及び、第１幅方向Ｙに沿って延在する。接合片部３０ｃは、板状部３０ａの端部から軸線方向Ｘに沿って一方側（電極部２２の延設部２０ｈと同じ側）に略垂直に屈曲して形成される。接地端子部３０ｄは、接合片部３０ｃから第１幅方向Ｙの一方側に延在し、かつ、軸線方向Ｘに沿って板状部３０ａ側に屈曲して形成される。接地端子部３０ｄは、当該屈曲端部が軸線方向Ｘに沿ってタブ状に形成される。接地端子部３０ｄは、回路基板８と電気的に接続されることで、当該回路基板８を接合片部３０ｃ、板状部３０ａ、スタッドボルト５、接続端子Ｔ、電線Ｗ等を介して接地部ＧＮＤ等に電気的に接続し接地する。

センサ部４は、第１幅方向Ｙに沿ってバッテリ端子部２と並んで位置しバッテリ端子部２と導通接続され電流を検出する部分である。ここでは、センサ部４は、第１幅方向Ｙに沿ってバッテリ端子部２と端子接続部３との間に位置する。本実施形態のセンサ部４は、シャント式のセンサ部を構成するものであり、上述のシャント抵抗４０を含んで構成される。

シャント抵抗４０は、板状に形成され、バッテリ端子部２の一対の板状部２０ａ、２０ｂの一方、ここでは、電極部２２を介して板状部２０ｂと導通接続される。シャント抵抗４０は、バッテリ端子部２の電極部２２の接合片部２０ｉの端面と端子接続部３の電極部３２の接合片部３０ｃの端面とが第１幅方向Ｙに沿って対向して位置した状態で、接合片部２０ｉと接合片部３０ｃとの間に位置する。そして、シャント抵抗４０は、接合片部２０ｉと接合片部３０ｃとに接合される。このセンサ部４において、バッテリ端子部２の接合片部２０ｉは、シャント抵抗４０が接合される一方側の電極（バッテリＢの負極側の電極）をなし、端子接続部３の接合片部３０ｃは、シャント抵抗４０が接合される他方側の電極（接地部ＧＮＤ側の電極）をなす。

シャント抵抗４０は、略矩形板状に形成され、板厚方向が第２幅方向Ｚに沿い、かつ、軸線方向Ｘ、及び、第１幅方向Ｙに沿って延在する。そして、シャント抵抗４０は、第１幅方向Ｙの両端部がそれぞれレーザー溶接、電子ビーム溶接、ろう付け等の種々の接合手段によって接合片部２０ｉ、接合片部３０ｃに接合され、導通接続される。この構成により、シャント抵抗４０は、バッテリ端子部２を構成するＢＴバスバー２０と端子接続部３を構成するＧＮＤバスバー３０とに渡って導通接続される。

シャント抵抗４０は、軸線方向Ｘの端面に一対の端子部４０ａを含んで構成される。一対の端子部４０ａは、シャント抵抗４０に流れる電流に応じて当該シャント抵抗４０の接合片部２０ｉ側の端部と接合片部３０ｃ側の端部との間に発生する電圧（電位差）を回路基板８に出力する出力端子である。一対の端子部４０ａは、シャント抵抗４０の軸線方向Ｘの一方側の端面において、第１幅方向Ｙに沿って間隔をあけて位置し、当該端面から軸線方向Ｘに沿って突出してタブ状に形成される。シャント抵抗４０は、当該一対の端子部４０ａが回路基板８と電気的に接続されることで、両端部に発生する電圧（電位差）を回路基板８に出力する。

ハウジング６は、絶縁性を有し、センサ部４（シャント抵抗４０）、出力端子７、回路基板８等を内蔵し保護する保護部材である。ハウジング６は、例えば、絶縁性を有し、かつ、高い耐熱性を有するポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）樹脂等によって構成される。また、ＰＰＳ等の樹脂は、ハウジング６の強度を上げるためにガラス繊維が含まれる。ハウジング６は、例えば、インサート成形等によってバスバーアッセンブリＢＡ、スタッドボルト５、出力端子７等と一体で成形された後、内部に回路基板８が組み付けられる。

例えば、バスバーアッセンブリＢＡは、ＢＴバスバー２０とＧＮＤバスバー３０とシャント抵抗４０とが一体化されボルト挿入孔３０ｂにスタッドボルト５が組み付けた状態で、ハウジング６のインサート成形用の金型内に出力端子７と共にインサート（セット）される。そして、ハウジング６は、この金型内に絶縁性の樹脂が注入され成形されることで、バスバーアッセンブリＢＡ、スタッドボルト５、出力端子７等と一体化されて形成される。

ハウジング６は、バスバーアッセンブリＢＡ、スタッドボルト５、出力端子７を内部に内蔵した状態でこれらの一部を外部に露出させる。具体的には、ハウジング６は、センサカバー部６１と、ボルト保持部６２と、基板カバー部６３と、コネクタハウジング部６４とを含んで構成され、これらが一体で形成される。

センサカバー部６１は、センサ部４を構成するシャント抵抗４０が埋設され、当該シャント抵抗４０を覆い保護する部分である。ここでは、センサカバー部６１は、センサ部４のシャント抵抗４０の全体と共にバッテリ端子部２の電極部２２の全体、及び、端子接続部３の電極部３２の全体も埋設されこれらを覆い保護する。センサカバー部６１は、電極部２２、シャント抵抗４０、及び、電極部３２の一連の形状にあわせて、軸線方向Ｘに沿って視て略Ｌ字型形状に形成される。ハウジング６は、図７、図８に示すように、バッテリ端子部２を構成する本体部２１の大部分を外部に露出させた上で、本体部２１を構成する板状部２０ａ、２０ｂの電極部２２側の端部２０ａａ、２０ｂａもこのセンサカバー部６１の内部に埋設され一体化される。

ボルト保持部６２は、端子接続部３のボルト挿入孔３０ｂに挿通されたスタッドボルト５が埋設されこれを保持する部分である。ボルト保持部６２は、第１幅方向Ｙに沿ってセンサカバー部６１と隣接した位置で、かつ、略Ｌ字型形状に形成された当該センサカバー部６１の内側の位置に設けれる。ボルト保持部６２は、軸線方向Ｘに沿ってセンサカバー部６１に対して段差を有して形成される。ここでは、ボルト保持部６２は、端子接続部３の板状部３０ａの一方の面、及び、スタッドボルト５の軸部５ａを軸線方向Ｘの一方側に沿って露出させつつ、当該板状部３０ａ、及び、当該スタッドボルト５の基部５ｂが埋設されこれらを覆い保護する。ボルト保持部６２は、板状部３０ａ、及び、スタッドボルト５の基部５ｂの形状にあわせて、軸線方向Ｘに沿って視て略矩形状に形成される。ボルト保持部６２から露出する板状部３０ａの一方の面、及び、スタッドボルト５の軸部５ａは、センサカバー部６１とボルト保持部６２とによって囲われた空間部６２ａに露出する。この空間部６２ａは、センサカバー部６１とボルト保持部６２との段差に応じて形成され、スタッドボルト５の軸部５ａに組み付けられる接続端子Ｔやナット５ｃが位置する。

基板カバー部６３は、回路基板８を内部に収容し、当該回路基板８を覆い保護する部分である。基板カバー部６３は、第１幅方向Ｙ、及び、第２幅方向Ｚに沿ってセンサカバー部６１と隣接した位置で、かつ、第２幅方向Ｚに対してセンサカバー部６１を挟んでボルト保持部６２とは反対側の位置に設けれる。基板カバー部６３は、ボルト保持部６２と同様に、軸線方向Ｘに沿ってセンサカバー部６１に対して段差を有して形成される。基板カバー部６３は、略矩形板状に形成される回路基板８の形状にあわせて、軸線方向Ｘに沿って視て略矩形状に形成される。

基板カバー部６３は、図９に示すように、ハウジング６を成形した後に、当該基板カバー部６３の内部に回路基板８を組み付けるための設置開口部６３ａが形成されている。設置開口部６３ａは、回路基板８の形状にあわせて、略矩形状の空間部として形成され、軸線方向Ｘの一方側（スタッドボルト５の軸部５ａが突出する側とは反対側）に向けて開口する。設置開口部６３ａは、端子接続部３の接地端子部３０ｄ、シャント抵抗４０の端子部４０ａ、出力端子７の端部が露出する。この設置開口部６３ａは、基板カバー部６３の内部に回路基板８が組み付けられた後、モールド材９によって封止される。

コネクタハウジング部６４は、出力端子７と共にコネクタ部ＣＮを構成する部分である。コネクタハウジング部６４は、基板カバー部６３から第２幅方向Ｚに沿って一方側（ボルト保持部６２側とは反対側）に突出して形成される。コネクタハウジング部６４は、当該第２幅方向Ｚの一方側に開口した筒状に形成されており、内部に出力端子７の端部を露出させるようにして当該出力端子７を保持する。

出力端子７は、回路基板８と電気的に接続され、センサ部４によって検出したセンサ出力を外部に出力する端子である。ここでは、出力端子７は、導電性を有し、略Ｌ字型に形成された一対の屈曲端子によって構成される。出力端子７は、上述したように、インサート成形によってコネクタハウジング部６４の内部に埋設され一体化される。出力端子７は、コネクタハウジング部６４に埋設された状態で、一方の端部が第２幅方向Ｚに沿ってコネクタハウジング部６４内に露出し、他方の端部が軸線方向Ｘに沿って上述の設置開口部６３ａ内に露出する。コネクタハウジング部６４と出力端子７とによって構成されるコネクタ部ＣＮは、相手コネクタとコネクタ嵌合することで当該相手コネクタと電気的に接続され、センサ出力の出力先、例えば、車両Ｖにおける上位ＥＣＵと回路基板８とを電気的に接続する。

回路基板８は、電子部品が実装され電子回路を構成するものである。回路基板８は、シャント抵抗４０と導通接続されると共に、例えば、上述した増幅器ＡＰ（図１参照）等、種々の機能を実現する電子部品が実装される。回路基板８は、例えば、いわゆるプリント回路基板（ＰＣＢ：Ｐｒｉｎｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ Ｂｏａｒｄ）によって構成される。回路基板８は、エポキシ樹脂、ガラスエポキシ樹脂、紙エポキシ樹脂やセラミック等の絶縁性の材料からなる絶縁層に、銅等の導電性の材料によって配線パターン（プリントパターン）が印刷されることで当該配線パターンによって回路体が構成される。回路基板８は、略矩形板状に形成され、基板カバー部６３の内部に収容された状態で、板厚方向が軸線方向Ｘに沿い、かつ、第１幅方向Ｙ、及び、第２幅方向Ｚに沿って延在する。

回路基板８は、軸線方向Ｘに沿って貫通する複数のスルーホール８ａを有する。回路基板８は、図９に示すように、上述した設置開口部６３ａを介して基板カバー部６３内に組み付けられる。この場合に、回路基板８は、この複数のスルーホール８ａに軸線方向Ｘに沿って端子接続部３の接地端子部３０ｄ、シャント抵抗４０の端子部４０ａ、出力端子７等を挿通させるようにして当該基板カバー部６３内に組み付けられる。回路基板８は、スルーホール８ａに挿通された端子接続部３の接地端子部３０ｄ、シャント抵抗４０の端子部４０ａ、出力端子７等が回路体にハンダ付されることでこれらを電気的に接続する電子回路を構成する。そして、設置開口部６３ａは、基板カバー部６３の内部に回路基板８が組み付けられた後、モールド材９が充填されることで当該モールド材９によって封止される。モールド材９は、典型的には、ハウジング６を構成する樹脂材料よりも柔らかい樹脂材料によって構成される。モールド材９は、例えば、絶縁性を有し、かつ、高い密着性を有するウレタン樹脂等によって構成される。

回路基板８は、上記のようにして接続される一対の端子部４０ａを介してシャント抵抗４０の両端部に発生する電圧（電位差）が入力される。回路基板８は、入力された電圧（検出電圧）を増幅器ＡＰによって増幅し当該増幅した検出電圧そのものを出力端子７を介して上位ＥＣＵに出力してもよい（アナログ出力）。この場合、上位ＥＣＵは、当該入力された検出電圧に基づいて電流値を算出する。また、回路基板８は、電子部品としてマイクロコンピュータが実装され、増幅器ＡＰによって増幅した検出電圧に基づいて当該マイクロコンピュータによって電流値を算出し、当該算出した電流値を表す検出信号を出力端子７を介して上位ＥＣＵに出力してもよい（デジタル出力）。

そして、上記のように構成される回路基板８は、基板カバー部６３の内部に収容された状態で、図６等に示すように、軸線方向Ｘの一方側の主面８ｂの法線Ｎが軸線方向Ｘに沿い、当該主面８ｂ上に法線方向（ここでは、軸線方向Ｘ）に沿うようにして上述のシャント抵抗４０が立設されている。

すなわち、本実施形態のシャント抵抗４０は、回路基板８の主面８ｂに立設されている。ここでは、シャント抵抗４０は、典型的には、端子部４０ａをスルーホール８ａに対して軸線方向Ｘに沿って直線状に挿入できる程度の角度で主面８ｂに対して立設されている。より具体的には、本実施形態のシャント抵抗４０は、回路基板８の主面８ｂと垂直に交わるように主面８ｂ上に立設される。言い換えれば、シャント抵抗４０は、回路基板８の主面８ｂの法線Ｎに沿った法線方向（ここでは、軸線方向Ｘ）に沿って延在する。ここで、シャント抵抗４０が主面８ｂと垂直に交わるように主面８ｂ上に立設されるという場合、厳密に言えば、例えば、公差等の範囲内で多少の誤差は許容されるものである。またここでは、シャント抵抗４０は、回路基板８の主面８ｂにおいて、第２幅方向Ｚの一方側の端部（端子接続部３側の端部）に立設される。

上記のように構成される電流センサ１は、バッテリ端子部２のポスト挿入孔２０ｄ、２０ｅ内にバッテリポストＰが挿入された状態で、締付機構１０によって締付端部２０ｇを締め付けることでバッテリポストＰに締結される。締付機構１０は、第２幅方向Ｚに沿ってバッテリ端子部２の締付端部２０ｇを締め付けることで、バッテリ端子部２をバッテリポストＰに締結する機構である。ここでは一例として、締付機構１０は、貫通部材としての板ナット１１、締結部材としての締結ボルト１２、押圧力変換部材としてのブラケット１３を含んで構成され、これらが協働して締付端部２０ｇを第２幅方向Ｚに沿って締め付ける力を発生させる。この締付機構１０は、板ナット１１が第２幅方向Ｚに沿ってスリット２０ｆを横断するような位置関係で締付端部２０ｇに挿通されると共に、当該板ナット１１に締結ボルト１２、ブラケット１３が組み付けられることで、締付端部２０ｇに装着される。

詳細な説明を省略するが、この締付機構１０は、バッテリ端子部２をバッテリポストＰに締結する場合、ポスト挿入孔２０ｄ、２０ｅ内にバッテリポストＰが挿入された状態で、締結ボルト１２を軸線方向Ｘに沿って締め付けていく。これにより、締付機構１０は、締結ボルト１２と板ナット１１との間に軸線方向Ｘに沿った締付力を発生させる。そして、締付機構１０は、発生させた当該締付力を、板ナット１１とブラケット１３との作用によって第２幅方向Ｚに沿った押圧力に変換する。そして、締付機構１０は、変換した当該押圧力によって、板ナット１１とブラケット１３とを介して、締付端部２０ｇを第２幅方向Ｚに沿ってスリット２０ｆの幅を狭くするように締め付ける。この結果、締付機構１０は、ポスト挿入孔２０ｄ、２０ｅの径を縮小させ、バッテリ端子部２をバッテリポストＰに締結し導通することができる。なお、締付機構１０は、上記の形式に限らず、例えば、ボルト、及び、ナットを含んで構成され、ボルトを第２幅方向Ｚに沿って締め付けていくことで締付端部２０ｇを第２幅方向Ｚに沿って締め付ける形式のものであってもよい。

そして、電流センサ１は、スタッドボルト５の軸部５ａに接続端子Ｔが組み付けられてナット５ｃが螺合されることで軸部５ａに接続端子Ｔが締結され、接続端子Ｔと端子接続部３の締結部３１とが導通接続される。

この状態で、電流センサ１は、接続端子ＴとバッテリポストＰとの間に流れる電流をセンサ部４によって検出し、当該検出したセンサ出力をコネクタ部ＣＮを介して上位ＥＣＵに出力する。すなわち、電流センサ１は、シャント抵抗４０に流れる電流に応じてシャント抵抗４０の両端に発生する電圧（検出電圧）を増幅器ＡＰによって増幅して出力し、当該増幅器ＡＰの出力に基づいてシャント抵抗４０を流れる電流を検出する。この場合、実際に電流値を算出する主体は、回路基板８上に実装されるマイクロコンピュータであってもよいし、センサ出力の出力先である上位ＥＣＵであってもよい。

そして、本実施形態の電流センサ１は、上記のようにシャント抵抗４０が回路基板８の主面８ｂと垂直に交わるように主面８ｂ上に立設されることで、電流の検出に際してシャント抵抗４０で発生する熱が回路基板８に与える影響を抑制することができる。

この電流センサ１において、シャント抵抗４０で発生した熱の大部分は、ハウジング６より熱伝導率が高いＢＴバスバー２０やＧＮＤバスバー３０を通して放熱される。一方、シャント抵抗４０で発生した熱のうちＢＴバスバー２０やＧＮＤバスバー３０を通して放熱されなかった熱の一部は、端子部４０ａ等を介して回路基板８側に伝わるが、電流センサ１は、回路基板８上において耐熱性が低い電子部品を端子部４０ａから離れた位置に実装しておくことで熱の影響を抑制し当該電子部品の温度上昇を低減することができる。

この場合に、電流センサ１は、シャント抵抗４０と回路基板８とが主面８ｂの法線方向に沿って互いに対向せず正対しない配置とされていることで、シャント抵抗４０と主面８ｂとの間の空間部分にシャント抵抗４０で発生した熱が籠もり難くすることができる。この結果、電流センサ１は、良好な放熱性を確保することができ、シャント抵抗４０側から回路基板８側に伝わる熱を低減することができる。

また、電流センサ１は、シャント抵抗４０と回路基板８とが上記のような位置関係で配置されることで、熱源であるシャント抵抗４０と回路基板８とを相対的に離間させて配置とすることができる。この点でも、電流センサ１は、シャント抵抗４０側から回路基板８側に伝わる熱を低減することができる。

また、電流センサ１は、シャント抵抗４０と回路基板８とが上記のような位置関係で配置されることで、シャント抵抗４０を覆うハウジング６のセンサカバー部６１に空気層（外気）を隣接させることができる。そして、電流センサ１は、センサカバー部６１に隣接する空気層を対流する外気によって当該センサカバー部６１を介してシャント抵抗４０の熱を放熱し冷却することができることで、良好な放熱性を確保することができる。この点でも、電流センサ１は、シャント抵抗４０側から回路基板８側に伝わる熱を低減することができる。

図１０は、本実施形態に係る電流センサ１についてのシミュレーションの結果の一例を表す模式図である。一方、図１１は、比較例に係る電流センサ１Ａについてのシミュレーションの結果の一例を表す模式図である。比較例に係る電流センサ１Ａは、バッテリ端子部２Ａを構成するＢＴバスバー２０Ａと端子接続部３を構成するＧＮＤバスバー３０Ａとに渡って導通接続されるセンサ部４Ａのシャント抵抗４０Ａが軸線方向Ｘに沿って回路基板８Ａと対向し平行に正対して配置されている点で本実施形態の電流センサ１と異なる。比較例に係る電流センサ１Ａのその他の構成は、多少の形状の相違はあるが本実施形態の電流センサ１と概ね同様の構成である。

図１０、図１１に示すシミュレーションの結果は、電流センサ１、１Ａのそれぞれのシャント抵抗４０、４０Ａに対して１００Ａの電流を連続して通電した場合の熱解析の結果を表している。この熱解析では、ハウジング６等も設けられた状態で行っているが、図１０、図１１では、当該ハウジング６等の図示を省略している。

図１１からも明らかなように、比較例に係る電流センサ１Ａは、シャント抵抗４０Ａが軸線方向Ｘに沿って回路基板８Ａと対向し正対して配置されていることで、シャント抵抗４０Ａと回路基板８Ａとの間の空間部分にシャント抵抗４０Ａで発生した熱が籠もり易い傾向にあることが明らかである。また、比較例に係る電流センサ１Ａは、シャント抵抗４０と回路基板８Ａとが上記のような位置関係で配置されることで、熱源であるシャント抵抗４０Ａと回路基板８Ａとが近接する範囲が相対的に広いことから、シャント抵抗４０Ａ側から回路基板８Ａ側に熱が伝わり易い傾向にあることが明らかである。

これに対して、図１０からも明らかなように、本実施形態に係る電流センサ１は、比較例に係る電流センサ１Ａと比較して、シャント抵抗４０と主面８ｂとの間の空間部分にシャント抵抗４０で発生した熱が籠もり難く、シャント抵抗４０側から回路基板８側に伝わる熱を低減することができることが明らかである。

図１２は、電流センサ１、１Ａの所定の地点における温度上昇の傾向を比較した線図である。図１２は、回路基板８、８Ａにおいて、シャント抵抗４０、４０Ａの一対の端子部４０ａ、４０Ａａ間の中心位置から第２幅方向Ｚに沿って８ｍｍ離間した地点Ｐ１、Ｐ２での温度比較を表している。図１２は、横軸を経過時間、縦軸を温度としている。図１２中、線Ｌ１は、電流センサ１の回路基板８における地点Ｐ１の温度を表し、線Ｌ２は、電流センサ１Ａの回路基板８Ａにおける地点Ｐ２の温度を表している。ここでは、線Ｌ１、Ｌ２は、１００Ａ通電時における各地点Ｐ１、Ｐ２の２５℃からの温度上昇を表している。

図１２からも明らかなように、比較例に係る電流センサ１Ａは、地点Ｐ２の最大温度が５８℃（ΔＴ＝＋３３℃）となるのに対して、本実施形態に係る電流センサ１は、地点Ｐ１の最大温度が４０℃（ΔＴ＝＋１５℃）となり、シャント抵抗４０で発生する熱の影響が抑制されることが明らかである。

以上で説明した電流センサ１は、バッテリポストＰに締結されたバッテリ端子部２と導通接続されたシャント抵抗４０によって電流を検出する。この構成において、電流センサ１は、シャント抵抗４０と回路基板８とが互いに対向せず正対しない配置とすることができるので、上記のように、シャント抵抗４０で発生する熱の影響を抑制することができる。この結果、電流センサ１は、例えば、回路基板８に実装される電子部品として耐熱性が相対的に低い電子部品を用いた場合であっても適正な耐熱性能を確保することができる。また、電流センサ１は、例えば、連続通電可能な電流上限値を引き上げることも可能である。

ここでは、以上で説明した電流センサ１は、シャント抵抗４０が回路基板８の主面８ｂの法線方向に沿って延在し、当該回路基板８の主面８ｂと垂直に交わる配置とされる。この構成により、電流センサ１は、熱源であるシャント抵抗４０と回路基板８とを極力離間させて配置とすることができるので、シャント抵抗４０で発生する熱の影響をより好適に抑制することができる。

また、以上で説明した電流センサ１は、図２、図３、図４、図５等に示すように、ハウジング６が肉抜き部６１ａを有することで、更に放熱性を向上することができる。この肉抜き部６１ａは、ハウジング６のセンサカバー部６１に凹部状に形成された空間部であり、ここでは、シャント抵抗４０と第２幅方向Ｚに沿って隣接する位置に形成される。この構成により、電流センサ１は、当該肉抜き部６１ａを、シャント抵抗４０を覆うセンサカバー部６１と隣接する空気層として機能させることができ、当該肉抜き部６１ａ内を対流する外気によっても当該センサカバー部６１を介してシャント抵抗４０の熱を放熱し冷却することができる。この結果、電流センサ１は、更に良好な放熱性を確保することができ、シャント抵抗４０で発生する熱の影響をより好適に抑制することができる。

なお、上述した本発明の実施形態に係る電流センサは、上述した実施形態に限定されず、特許請求の範囲に記載された範囲で種々の変更が可能である。

以上の説明では、バッテリ端子部２は、導電性を有する金属板のプレス折り曲げ加工等により、一対の板状部２０ａ、２０ｂ、及び、屈曲連結部２０ｃが一体で形成されるものとして説明したがこれに限らない。バッテリ端子部２は、例えば、屈曲連結部２０ｃを備えず、相互に別体に形成された一対の板状部２０ａ、２０ｂの２層分割構造とした上で、別体に構成される一対の板状部２０ａ、２０ｂを一体化する構成を有するものであってもよい。

以上の説明では、シャント抵抗４０は、回路基板８の主面８ｂの法線方向に沿って延在し、当該回路基板８の主面８ｂと垂直に交わる配置とされるものとして説明したがこれに限らず、回路基板８の主面８ｂに立設されていればよい。

以上の説明では、バッテリ端子部２は、本体部２１と電極部２２とが一体で形成されるものとして説明したがこれに限らない。バッテリ端子部２は、本体部２１と電極部２２とが別体構造とされた上で、本体部２１と電極部２２とがボルト締結等によって導通接続される構成であってもよい。この場合、電流センサ１は、例えば、バッテリ端子部２の本体部２１とそれ以外の部分が別体で構成された上で、上記のように本体部２１と電極部２２とがボルト締結等によって導通接続されることで全体がアッセンブリとされる構成であってもよい。

なお、以上の説明では、設置開口部６３ａは、シャント抵抗４０の端子部４０ａ等が露出するものとして説明したが、これに加え、図１３に示すように、シャント抵抗４０の本体部分（測定区分）の端部４０ｂもハウジング６から露出するように構成されてもよい。なおここでは、図１３は、回路基板８、モールド材９の図示を省略しいる。

シャント抵抗４０の端部４０ｂは、一対の端子部４０ａの間において、本体部分の軸線方向Ｘの端末に位置する部分である。図１３に示すシャント抵抗４０の当該端部４０ｂは、ハウジング６から設置開口部６３ａ内に一部が突出しており、当該ハウジング６によっては完全に被覆（シール）されていない。

なお、このシャント抵抗４０の端部４０ｂは、電流センサ１の最終形態上では、端子部４０ａ等と共にモールド材９に覆われることで外部には露出していない。この場合、電流センサ１は、上記のようにシャント抵抗４０の端部４０ｂをハウジング６から設置開口部６３ａ側に露出させた状態で、当該設置開口部６３ａにハウジング６よりも柔らかいモールド材（ポッティング材）９を充填することで、端子部４０ａにかかる応力を緩和することができる。また、電流センサ１は、これらの部分を上記のようにしてモールド材（ポッティング材）９で覆うことで、熱膨張収縮時に端子部４０ａが受ける応力を抑制することができ、端子部４０ａやハンダ（回路基板８基板等の接続部分）の寿命を延ばすことができる。

この結果、電流センサ１は、上記のように適正な耐熱性能を確保した上で、耐久性も向上することができる。

また、電流センサ１は、回路基板８には、バッテリＢの状態検知のため、当該バッテリＢのバッテリ温度を推定するための温度センサが配置されていてもよい。電流センサ１は、通電時、回路基板８には温度分布ができるため、よりバッテリＢに近いバッテリ端子部２の温度と、回路基板８上で温度が略一致する位置に温度センサを搭載することで、バッテリ温度の検出精度を上げることができる。この場合、温度センサは、例えば、サーミスタや温度ＩＣ等を用いることができる。なお、上述した各図においては、増幅器ＡＰ、マイクロコンピュータ、温度センサ、コンデンサ等、回路基板８上に実装された種々の電子部品の図示は省略されている。

１ 電流センサ
２ バッテリ端子部
３ 端子接続部
４ センサ部
５ スタッドボルト
６ ハウジング
７ 出力端子
８ 回路基板
９ モールド材
１０ 締付機構
２０ ＢＴバスバー
２０ａ、２０ｂ 板状部
２０ｃ 屈曲連結部
２０ｄ、２０ｅ ポスト挿入孔
２０ｆ スリット
２０ｇ 締付端部
２０ｈ 延設部
２０ｉ 接合片部
２１ 本体部
２２ 電極部
３０ ＧＮＤバスバー
３０ａ 板状部
３０ｂ ボルト挿入孔
３０ｃ 接合片部
３０ｄ 接地端子部
３１ 締結部
３２ 電極部
４０ シャント抵抗
４０ａ 端子部
６１ センサカバー部
６１ａ 肉抜き部
６２ ボルト保持部
６２ａ 空間部
６３ 基板カバー部
６３ａ 設置開口部
６４ コネクタハウジング部
Ｂ バッテリ
ＢＡ バスバーアッセンブリ
ＣＮ コネクタ部
Ｐ バッテリポスト
Ｖ 車両
Ｘ 軸線方向（第１方向）
Ｙ 第１幅方向（第２方向）
Ｚ 第２幅方向（第３方向）

Claims (4)

1. 導電性を有し、バッテリポストに締結されるバッテリ端子部と、
   板状に形成され、前記バッテリ端子部と導通接続される電流検出用のシャント抵抗と、
   板状に形成され、前記シャント抵抗と導通接続される回路基板とを備え、
   前記シャント抵抗は、前記回路基板の主面に立設されており、板厚方向が前記主面の法線方向と交差する方向に沿い、かつ、当該法線方向に沿って延在する矩形板状に形成され、当該法線方向の端面から当該法線方向に沿って突出して形成され前記回路基板と電気的に接続される端子部を含んで構成されることを特徴とする、
   電流センサ。
2. 前記シャント抵抗は、前記回路基板の主面と垂直に交わる、
   請求項１に記載の電流センサ。
3. 導電性を有し、バッテリポストに締結されるバッテリ端子部と、
   板状に形成され、前記バッテリ端子部と導通接続される電流検出用のシャント抵抗と、
   板状に形成され、前記シャント抵抗と導通接続される回路基板とを備え、
   前記シャント抵抗は、前記回路基板の主面と垂直に交わり、板厚方向が前記主面の法線方向と交差する方向に沿い、かつ、当該法線方向に沿って延在する矩形板状に形成され、当該法線方向の端面から当該法線方向に沿って突出して形成され前記回路基板と電気的に接続される端子部を含んで構成されることを特徴とする、
   電流センサ。
4. 絶縁性を有し、前記シャント抵抗、及び、前記回路基板を内蔵するハウジングを備え、
   前記ハウジングは、凹部状に形成された肉抜き部を有する、
   請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の電流センサ。

Images