JPWO2019117174A1 - 電流センサ - Google Patents

Abstract

出力をコネクタを介して外部に出力する電流センサであって、コネクタを挿抜してもセンサの精度に影響を与えることのない電流センサ１は、バスバ２とその一部を収容するケース１０を備える。ケース１０は、上面が開放された箱状のケース本体１１と、その上面を覆う蓋部１２とからなる。ケース本体１１には基板４が３箇所のカシメ部１３〜１５で固定される。基板４は、３箇所のカシメ部１３〜１５で囲まれる領域が固定領域４ａであり、カシメ部１３，１４から突出する領域が延設部４ｂである。蓋部１２は、蓋側ストッパ１９が２個設けられる。ケース本体１１の内側には、本体側ストッパ２５が３箇所に設けられる。コネクタ６に他の機器のコネクタを挿抜する場合、延設部４ｂに撓みが生じるが、本体側ストッパ２５及び蓋側ストッパ１９により撓みが抑えられる。

Description

本発明は、被測定電流によって生じる磁界に基づいて電流値を算出する電流センサに関する。

電流によって生じる磁界に基づいて電流値を算出する電流センサとしては、特許文献１に記載のものが知られている。特許文献１に記載の電流センサは、被測定電流が流れる導体と、被測定電流が発生する誘導磁界を測定する磁気センサとを、蓋を有するケースに収納するものであって、ケースの底部及び蓋部に一体成形により固定された磁気シールドを備えている。

特許文献１の電流センサでは、磁気センサの信号は、基板に実装されたコネクタをケースの側壁に設けられた開口部で露出させ、外部からコネクタを接続することで、外部への出力が可能となっている。

特開２０１７−１０２０２２号公報

特許文献１に記載の電流センサでは、基板の端部にコネクタが設けられており、接続される相手側のコネクタの着脱方向は、基板の面に対して平行となるように形成されている。このため、相手側のコネクタを挿抜する場合であっても基板の面と垂直方向にはさほど力はかからない。

一方で、電流センサにおいては、接続される機器の位置関係等の理由により、基板の面に対して垂直方向に向けてコネクタを実装する場合がある。この場合、基板側のコネクタに対して相手側のコネクタを挿抜する際に、基板の面と垂直方向に直接力が加わるため、基板に歪みが生じるおそれがある。

このように基板に歪みが生じると、基板に実装された磁気センサと導体とのクリアランス、及び磁気センサと磁気シールドとのクリアランスに変動が生じて磁気センサの精度が低下するおそれがある。

本発明は、上記課題を解決するために、電流センサでセンサの出力をコネクタを介して外部に出力するものにおいて、コネクタを挿抜する場合であってもセンサの精度に影響を与えることのない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、本発明の電流センサは、電流が流れるバスバと、前記バスバに流れる電流によって生じる誘導磁界を検出する磁気センサと、前記磁気センサが実装される絶縁性の基板と、前記基板に実装され、前記基板を介して前記磁気センサに接続され、前記磁気センサからの信号を外部に出力可能なコネクタと、前記バスバの一部と前記基板とを収容し、ケース本体及び蓋部を有するケースとを備えた電流センサであって、前記基板は前記ケース本体に対して複数の固定部で固定され、前記磁気センサは前記複数の固定部で囲まれる固定領域内に設けられ、前記コネクタは、前記固定領域から延びる延設部に設けられ、前記ケース本体及び前記蓋部に、前記延設部の表面及び裏面に対して間隔を介して対向するストッパを備えていることを特徴とする電流センサ。

本発明の電流センサによれば、磁気センサは、複数の固定部で囲まれる固定領域内に設けられ、コネクタは固定領域から延びる延設部に設けられている。また、延設部の表面及び裏面には、間隔を介して対向するストッパが設けられている。従って、コネクタに対して相手側のコネクタを挿抜した場合、延設部はストッパとの間隔のみ板厚方向に撓むことができ、固定領域は複数の固定部で囲まれているため撓みは抑制される。このため、バスバと磁気センサとの位置関係に変動が生じないので、電流センサの精度を確保することができる。

本発明の電流センサにおいては、前記磁気センサは、ＸＹ平面において前記誘導磁界の感度方向がＸ方向となるように配置され、前記複数の固定部のうち、前記磁気センサと前記コネクタとの間に配置される第１固定部が、Ｘ方向に向けて２箇所に配置されており、前記コネクタが設けられる前記延設部は、前記第１固定部を挟んで前記固定領域と隣り合うことが好ましい。

本発明の電流センサによれば、磁気センサとコネクタとの間に、第１固定部としてＸ方向に２箇所に配置されている。従って、コネクタの挿抜が行われた際にコネクタが固定されている延設部に撓みが生じた場合、Ｘ方向の撓みは２箇所の第１固定部によって抑制される。このため、固定領域においてもＸ方向の撓みが抑制され、磁気センサの感度方向には影響が及ばないため、電流センサの精度を確保することができる。

また、本発明の電流センサにおいては、前記固定部は、前記磁気センサを挟んで前記第１固定部とはＹ方向の反対位置に１箇所に形成された第２固定部を備えていることが好ましい。当該構成によれば、固定領域はＸ方向の２箇所の固定部と、Ｙ方向の１箇所の固定部に囲まれて三角形となるので、延設部に撓みが生じた場合でも固定領域内の撓みは最小限に抑制される。

また、本発明の電流センサにおいて、前記蓋部に磁気シールドが設けられているときは、磁気シールドと磁気センサとの位置関係に変動が生じないことになるため、磁気シールドを有する電流センサの精度を確保することができる。

本発明によれば、電流センサでセンサの出力をコネクタを介して外部に出力するものにおいて、コネクタを挿抜する場合であってもセンサの精度に影響を与えることのない電流センサを提供することができる。

本発明の実施形態の一例である電流センサの外観を示す斜視図。 図１の電流センサの蓋部を取り外した状態を示す説明図。 図２の電流センサをさらに分解して蓋部を反転させた状態を示す斜視図。 図１の電流センサのＩＶ−ＩＶ線断面図。 図１の電流センサのＶ−Ｖ線断面図。 図１の電流センサを裏面から見た状態を示す斜視図。

次に、本発明の実施形態の一例である電流センサについて、図１〜図６を参照して説明する。本実施形態の電流センサ１は、例えばハイブリッド車両や電気自動車に用いられる制御装置等の大電流を必要とする機器に用いることができるセンサである。

図１は、本発明の実施形態の一例である電流センサ１の外観を示す斜視図である。図２は、電流センサ１の蓋部１２を取り外した状態であり、蓋部１２に設けられた蓋部磁気シールド１７と、基板４に設けられた磁気センサ５を点線で示している。図３は、電流センサ１の分解図であり、バスバ２をケース本体１１から分離し、基板４をケース本体１１から分離し、蓋部１２を反転させた状態を示している。

図１に示すように、本実施形態の電流センサ１は、内部に電流が流れるバスバ２と、バスバ２の一部を収容するケース１０を備えている。図２に示すように、ケース１０は、上面が開放された箱状のケース本体１１と、ケース本体１１の上面を覆う蓋部１２とからなる。このケース本体１１及び蓋部１２は、共に絶縁性の合成樹脂で形成されており、２本の固定ビス３で互いに固定されている。

また、図２に示すように、ケース本体１１には絶縁性の基板４が３箇所のカシメ部１３，１４，１５で固定されて収容されている。このカシメ部１３，１４，１５は、ケース本体１１の一部を円柱状に突出させ、後述するカシメ穴２４に円柱状部分を挿通させて上方から加熱変形させたものであり、本発明における複数の固定部に相当する。

本実施形態では、カシメ部１３，１４，１５は、図２においてＸ方向に向けて併設されたカシメ部１３及び１４と、これらのカシメ部１３，１４からＹ方向の右側に離れて１箇所に設けられたカシメ部１５とから構成される。本実施形態では、カシメ部１３，１４が本発明における第１固定部に相当し、カシメ部１５が本発明における第２固定部に相当する。

この第２固定部であるカシメ部１５は、磁気センサ５を挟んで第１固定部であるカシメ部１３，１４とはＹ方向の反対位置に設けられている。なお、ケース本体１１の内部には、本体側磁気シールド１６が樹脂と一体成形されて設けられている（図４〜図６参照）。

本実施形態においては、基板４の領域のうち、３箇所のカシメ部１３，１４，１５で囲まれる領域が固定領域４ａとなっている。また、基板４のうち、カシメ部１３，１４から、図２においてＹ方向の左側の領域が、固定領域４ａから延びる延設部４ｂとなっている。即ち、第１固定部に相当するカシメ部１３，１４を挟んで延設部４ｂが設けられる。延設部４ｂには、後述するコネクタ６が実装される。よって、コネクタ６は、固定領域４ａと、誘導磁界の方向であるＸ方向と重ならない位置に実装される。また、カシメ部１３，１４は、基板４の短辺と平行な方向に並んでいるので、コネクタ６が実装される延設部４ｂは、曲がりやすくなっている。

基板４の固定領域４ａの裏面には磁気センサ５が実装されている。磁気センサ５は、バスバ２に流れる電流によって生じる誘導磁界を検出するセンサである。本実施形態においては、磁気センサ５の誘導磁界の感度方向が、図２における矢印Ｓで示すＸＹ平面のＸ方向となるように基板４に固定されている。

基板４の延設部４ｂの表面には、コネクタ６が実装されている。コネクタ６は、内部に設けられた導電性の端子（図示省略）が、基板４に設けられた回路パターン（図示省略）に接続され、基板４を介して磁気センサ５に接続されている。また、コネクタ６は、他の機器のコネクタ（図示省略、以下同様。）に接続されて、磁気センサ５の信号をケース１０の外部に出力可能となっている。

図２に示すように、蓋部１２には金属製の蓋部磁気シールド１７が設けられている。本実施形態では、蓋部磁気シールド１７は、蓋部１２を成形する際に、射出成形金型（図示省略、以下同様。）の内部に配置されて原料の樹脂と共に一体に成形されている。また、蓋部１２には、コネクタ６を外部に露出させるコネクタ開口１８が設けられている。

図３に示すように、蓋部１２は、裏面側のコネクタ開口１８の近傍に、蓋側ストッパ１９（ストッパ）が２個設けられている。また、蓋部１２の裏面側の周囲を囲む外壁には、ケース本体１１に対してＹ方向の位置決めを行うＹ方向位置決め突起２０が２箇所に設けられている。

同様に、外壁のＸ方向には、Ｘ方向の位置決めを行うＸ方向位置決め凹部２１が２箇所に設けられている。また、蓋部１２の裏面側において、固定ビス３が挿通される挿通穴２２の近傍は、Ｚ方向の位置決めを行う蓋側Ｚ方向位置決め部２３となっている。

図３に示すように、基板４は、略四角形状の絶縁性の板材であり、ケース本体１１に設けられたカシメ部１３，１４，１５が挿通されるカシメ穴２４が３箇所に形成されている。

ケース本体１１の内側には、基板４の裏面に対向する本体側ストッパ２５（ストッパ）が３箇所に設けられている。また、図３においては、カシメ部１３，１４，１５は基板４にかしめる前の状態を示しており、基板４のカシメ穴２４に挿通可能なように円柱状となっている。

ケース本体１１の外壁部分には、Ｙ方向の位置決めを行うＹ方向位置決め凹部２６と、Ｘ方向の位置決めを行うＸ方向位置決め突起２７がそれぞれ２箇所に形成されている。また、固定ビス３がネジ止めされるネジ穴２８の近傍には、Ｚ方向の位置決めを行う本体側Ｚ方向位置決め部２９が形成されている。

バスバ２は、Ｙ方向に延びる板状の部材であり、磁気センサ５に対向する被検出部２ａは他の部分に比べてＸ方向の幅が狭くなるように形成されている。また、バスバ２の一方の側辺には切り欠き部２ｂが形成されている。この切り欠き部２ｂは、バスバ２をケース本体１１に一体成形する際に、射出成形金型の位置決め凸部（図示省略）で位置決めするためのものである。これにより、バスバ２がケース本体１１に対して逆方向に取り付けられることが防止される。

次に、図４及び図５を参照して、本実施形態の電流センサ１の内部構造について説明する。図４は、電流センサ１のＸ方向の中心位置における図１のＩＶ−ＩＶ線断面図である。図５は、図４よりも手前側で外壁に近い箇所を切断したＶ−Ｖ線断面図である。

図４に示すように、基板４は、ケース本体１１に対してカシメ部１３及び１５で位置決め固定されている。基板４の裏面側には固定領域４ａに磁気センサ５が実装され、表面側の延設部４ｂにはコネクタ６が実装されている。基板４の延設部４ｂの裏面側には、本体側ストッパ２５が間隔Ｇを介して対向するように配置されている。

図５に示すように、基板４の延設部４ｂの表面側には、蓋側ストッパ１９が間隔Ｇを介して基板４に対向するように配置されている。また、基板４の延設部４ｂの裏面側には、本体側ストッパ２５が間隔Ｇを介して対向するように配置されている。

本実施形態においては、この間隔Ｇの最小値は、蓋側ストッパ１９、本体側ストッパ２５及び基板４のそれぞれの寸法公差を考慮し、ストッパ側と基板４が最も接近する場合であってもゼロより小さくなることがないように設定されている。

また、間隔Ｇの最大値は、基板４上におけるコネクタ６、磁気センサ５及びカシメ部１３，１４，１５の位置関係から、延設部４ｂを撓ませた場合であっても、磁気センサ５の出力に変化が出ない大きさに設定している。本実施形態では、間隔Ｇは、０ｍｍ〜０．１ｍｍの間となるように設定されている。

また、蓋部１２とケース本体１１の外壁部は、図５に示すように、蓋側Ｚ方向位置決め部２３と本体側Ｚ方向位置決め部２９が当接して蓋部１２とケース本体１１とがＺ方向に位置決めされている。その他の箇所においては、蓋部１２とケース本体１１の外壁部の間には間隔ｇが形成されている。

また、図１に示すように、蓋部１２とケース本体１１とは、Ｘ方向の位置決めは、蓋部１２に設けられたＸ方向位置決め凹部２１とケース本体１１に設けられたＸ方向位置決め突起２７に嵌合することよって行われている。同様に、Ｙ方向の位置決めは、蓋部１２に設けられたＹ方向位置決め突起２０と、ケース本体１１に設けられたＹ方向位置決め凹部２６に嵌合することよって行われている。

図６は、本実施形態の電流センサ１を裏面側から見た斜視図である。ケース本体１１の裏面には、本体側磁気シールド１６をケース本体１１と一体成形する際に、射出成形金型に設けられたシールド押さえ部（図示省略）によって形成された凹部３０が形成されている。この凹部３０は、本実施形態では、本体側磁気シールド１６の４辺に２個ずつ、合計８個設けられている。

ここで、図６において、ケース本体１１の側面において点線で示す円形の箇所は、射出成形金型のゲート位置３１である。また、図６において、本体側磁気シールド１６の中央にＹ方向に延びている一点鎖線は、いわゆる樹脂のウエルドライン３２である。なお、このウエルドライン３２は、製品としては表面に表れていない。

本実施形態においては、本体側磁気シールド１６を射出成形金型内で支持する際に生じる凹部３０を、このウエルドライン３２からＸ方向にずらして２箇所に設けている。これにより、ケース本体１１に歪みが生じてウエルドライン３２に応力が発生した場合であっても、ウエルドライン３２から亀裂が生じにくい構造となっている。

本実施形態の電流センサ１は、上記構成となっているので、コネクタ６に他の機器のコネクタが差し込まれた場合、コネクタ６が基板４に対してＺ方向に押されることになる。このとき、基板４は、延設部４ｂが第１固定部であるカシメ部１３及び１４を結ぶ線を境としてＺ方向の下方に撓む。

延設部４ｂの裏面側には、図３に示すように、３個の本体側ストッパ２５が設けられているので、このように延設部４ｂが撓んだ場合であっても本体側ストッパ２５によって間隔Ｇの分だけ撓む。他の機器のコネクタが装着された後は、延設部４ｂは自己の弾性により元の位置に戻り、基板４の撓みは解消される。

このとき、カシメ部１３，１４，１５によって囲まれている基板４の固定領域４ａは、延設部４ｂの撓みによってわずかに影響を受けるが、他の機器のコネクタが装着された後は、延設部４ｂの撓みが解消するので、固定領域４ａに実装されている磁気センサ５とバスバ２の被検出部２ａとの位置関係には影響が残らない。

また、カシメ部１３及び１４は、Ｘ方向に配列されており、この配列方向は磁気センサ５の感度方向Ｓと同一となっている。よって、仮にコネクタ６に生じる影響によって磁気センサ５が実装されている固定領域４ａに若干の位置変動が生じた場合であっても、磁気センサ５の感度方向Ｓは変化しないので、磁気センサ５の感度には実質的な影響はない。

このように、本実施形態の電流センサ１によれば、コネクタ６に対する他の機器のコネクタの挿抜による磁気センサ５への影響は生じないか、生じた場合でも実質的に影響を与えるものではないため、安定して電流センサ１の精度を保つことができる。

上記実施形態において、蓋側ストッパ１９及び本体側ストッパ２５と基板４との間隔Ｇは、延設部４ｂの撓みを抑えるために小さい方がよいが、各部材の寸法公差で間隔Ｇが最小になった場合でもゼロより小さくならないようにする必要がある。間隔Ｇがマイナスになると、蓋側ストッパ１９又は本体側ストッパ２５と基板４が常に当接し、基板４を変形状態とすることになるため、延設部４ｂに撓みが生じて固定領域４ａの磁気センサ５の位置にも影響が及ぶためである。

また、本実施形態においては、基板４をケース本体１１に固定する固定部を、第１固定部としてカシメ部１３及び１４を設け、第２固定部としてカシメ部１５を設けている。このように３個のカシメ部１３，１４，１５で固定領域４ａを形成する場合、固定領域４ａは三角形となるため、外部からの影響を受けにくくなる。

なお、上記実施形態においては、カシメ部１３，１４，１５を３箇所に設定しているが、これに限らず、４箇所以上としてもよい。また、上記実施形態では、基板４と蓋側ストッパ１９との間隔Ｇと、基板４と本体側ストッパ２５との間隔Ｇを共通の大きさとしているが、これに限らず、それぞれ寸法を設定してもよい。

また、ケース１０は、蓋部１２及びケース本体１１の２部材で形成しており、蓋部１２がケース本体１１よりも厚さが薄く形成されているが、上記実施形態の形状に限らず、蓋部１２の厚さをケース本体１１の厚さよりも厚く形成してもよい。

また、上記実施形態では、基板４とケース本体１１とを固定する固定部をカシメ部１３，１４，１５としているが、これに限らず、カシメ穴２４をケース本体１１に設けた円柱部に圧入するようにしてもよく、ビス止めやリベット止め等の他の固定手段を用いてもよい。

また、上記実施形態では、各ストッパは、楕円状の突起により形成しているが、これに限らず、円柱状や角柱状等、基板４の撓みを最小限に抑えることができる形状であればよい。

また、上記実施形態では、蓋部磁気シールド１７及び本体側磁気シールド１６を、蓋部１２及びケース本体１１に一体成形で固定しているが、これに限らず、基板４と同様にカシメ部によりかしめ止めしてもよく、他の固定方法で固定してもよい。

１…電流センサ
２…バスバ
４…基板
４ａ…固定領域
４ｂ…延設部
５…磁気センサ
６…コネクタ
１０…ケース
１１…ケース本体
１２…蓋部
１３〜１５…カシメ部
１６…本体側磁気シールド
１７…蓋部磁気シールド
１８…コネクタ開口
１９…蓋側ストッパ
２５…本体側ストッパ

Claims (4)

1. 電流が流れるバスバと、
   前記バスバに流れる電流によって生じる誘導磁界を検出する磁気センサと、
   前記磁気センサが実装される絶縁性の基板と、
   前記基板に実装され、前記基板を介して前記磁気センサに接続され、前記磁気センサからの信号を外部に出力可能なコネクタと、
   前記バスバの一部と前記基板とを収容し、ケース本体及び蓋部を有するケースとを備えた電流センサであって、
   前記基板は前記ケース本体に対して複数の固定部で固定され、前記磁気センサは前記複数の固定部で囲まれる固定領域内に設けられ、
   前記コネクタは、前記固定領域から延びる延設部に設けられ、
   前記ケース本体及び前記蓋部に、前記延設部の表面及び裏面に対して間隔を介して対向するストッパを備えていることを特徴とする電流センサ。
2. 前記磁気センサは、ＸＹ平面において前記誘導磁界の感度方向がＸ方向となるように配置され、
   前記複数の固定部のうち、前記磁気センサと前記コネクタとの間に配置される第１固定部が、Ｘ方向に向けて２箇所に配置されており、
   前記コネクタが設けられる前記延設部は、前記第１固定部を挟んで前記固定領域と隣り合うことを特徴とする請求項１に記載の電流センサ。
3. 前記固定部は、前記磁気センサを挟んで前記第１固定部とはＹ方向の反対位置に１箇所に形成された第２固定部を備え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. 前記蓋部に磁気シールドが設けられていることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の電流センサ。