JP6870115B2 - 電流センサ - Google Patents

Description

本発明は、導体に流れる被測定電流によって生じる磁界に基づいて電流を測定する電流センサに関する。

多相の導体を流れる被測定電流を測定する電流センサとして、各相の導体ごとに磁界を検出する複数の磁気センサを備えるものが知られている。各磁気センサにおいては、各相毎に磁気シールドで導体を覆い、隣接導体が発生する誘導磁界を含む外来磁場を遮ることによって測定精度を高めている。

このような多相の導体用の電流センサにおいて各相毎に磁気シールドで導体を覆う場合、電流センサの測定精度を安定させるためには、磁気シールドを導体に対して精度良く位置決めする必要がある。

この種の磁気シールドは、従来、電流センサのケースを組み立てるときにケースに組み込むことで、導体（バスバ）に対して位置決めしたものが知られている（下記特許文献１参照）。しかしながら、当該構成では磁気シールドの固定が不十分であり、振動等が外部から付与されると位置ズレが発生して測定精度が低下するおそれがある。

そこで、電流センサのケースの蓋部に磁気シールドをインサート成形することにより、蓋部と磁気シールドとを一体化し、導体（バスバ）に対して磁気シールドを位置決めしたものが知られている（下記特許文献２参照）。

特開２０１５−１４５８３８号公報 特開２０１７−１０２０２２号公報

特許文献２に記載されている電流センサは、インサート成形時において隣り合う磁気シールドの間に押え部材を当接させて、互いに隣り合う磁気シールドの間で両磁気シールドを押える構造が採用されている。

当該構成によれば、インサート成形時において隣り合う磁気シールドの間に押え部材を当接させるためのスペースを確保する必要があり、磁気シールドの間隔が比較的大きくなる。このため、大型の電流センサであれば問題は生じないが、電流センサを設置する機器の仕様によっては、小型化する必要性が生じることがある。

そこで、磁気シールドのサイズを小さくして、電流センサを小型化することが考えられるが、磁気シールドのサイズを小さくすると、磁気センサを十分な広さで覆うことができず、外来磁場の影響を受け易くなって測定精度が低下するおそれがある。

本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであり、測定精度を低下させることなく小型化が可能な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、電気伝導体からなる複数のバスバと、各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複数の磁気センサと、前記磁気センサが実装された回路基板と、前記バスバ及び前記回路基板を固定する合成樹脂からなるケースと、前記ケースと共に前記回路基板を収納する合成樹脂からなる蓋部と、前記蓋部にインサート成形された磁気シールドとを備え、前記磁気シールドはその周縁部に複数の切欠を有し、前記蓋部には、前記磁気シールドの前記切欠の端縁が露出する穴部が形成されていることを特徴とする。

本発明によれば、蓋部に磁気シールドをインサート成形する際に、磁気シールドの切欠に例えば金型内に形成した押え部を当てて磁気シールドを固定できる。これにより、隣り合う磁気シールド間の距離を近づけることができるので、従来に比べて小型化することが可能となる。

また、本発明の電流センサにおいて、前記磁気シールドは、９０度ずつ向きの異なる４つの辺を有し、前記切欠は、前記磁気シールドの四隅に設けられていることが好ましい。当該構成により、本発明における磁気シールドの形状は平面視矩形状となる。平面視矩形状の磁気シールドの四隅に切欠を設けることにより、蓋部に磁気シールドをインサート成形する際に、例えば各切欠に治具を当接して磁気シールドを確実に位置決めすることができ、成形制度が向上する。

このとき、前記切欠は平面視四角形状に形成され、前記磁気シールドは前記切欠間が突出する４つの突出部により平面視十字形状に形成されており、一方の直線上に位置する２つの突出部は、前記バスバの電流方向に沿って突出することが好ましい。

切欠が平面視四角形状に形成されていることにより、蓋部に磁気シールドをインサート成形する際に、磁気シールドの四隅の直角に交わる切欠端縁に例えば治具を当接させることができ、磁気シールドの位置決め精度が一層向上する。また、平面視十字形状の磁気シールドは、一方の直線上に位置する２つの突出部がバスバの電流方向に沿って突出するので、バスバの電流方向に直交して磁気シールド内を通過する磁束が曲がりにくく、高い測定精度を得ることができる。

更に、前記磁気シールドは、複数枚の板状の磁性体が厚さ方向に積層され、カシメ部によって一体的に連結され、前記カシメ部は、平面視十字形状に形成された前記磁気シールドにおける前記バスバの電流方向に沿って突出する突出部に設けられていることが好ましい。

バスバの電流方向に直交して磁気シールド内を通過する磁束は、当該磁束の通過方向に対して長さの長い部分に集中する。磁気シールドは平面視十字形状であることにより、バスバの電流方向に沿って突出する突出部を通過する磁束は比較的少ない。この磁束の少ない位置にカシメ部を形成することで、カシメ部で生じる磁束の乱れも小さくなる。よって、カシメ部による磁束乱れの影響を小さくすることができ、測定精度の低下を抑えることができる。

また、本発明の電流センサにおいて、前記磁気シールドは、前記切欠に沿った一部の表面が露出していることが好ましい。当該構成によれば、磁気シールドをインサート成形する際に、磁気シールドの切欠の端縁と金型との間への樹脂の流入が防止されるので、バリの発生を防止することができる。よって、バリが剥がれて異物となる等の不都合が防止できる。

本発明によれば、電流センサにおいて、切欠を設けた磁気シールドを蓋部にインサート成形したことにより、測定精度を低下させることなく小型化を可能とすることができる。

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。 蓋部を取り除いて回路基板を露出させた状態を示す説明的平面図。 図１のＩＩＩ−ＩＩＩ線断面図。 バスバに対する磁気センサ及び磁気シールドの平面視における位置関係を模式的に示す説明図。 磁気シールドの外観形状を示す斜視図。 蓋部の射出成形工程における金型の概要を示す説明的断面図。 蓋部の内側面を示す斜視図。

本発明の実施形態の一例である電流センサ１について、図１〜図７を参照して説明する。図１は、本実施形態の電流センサ１の外観を示す斜視図である。図２は、図１の電流センサ１の蓋部４を取り除いて回路基板７を露出させた状態を示す説明図である。図３は、図１のＩＩＩ−ＩＩＩ線断面図である。

図４は、バスバ２に対する磁気センサ６及び蓋部磁気シールド８の平面視における位置関係を模式的に示す説明図である。図５は、蓋部磁気シールド８の外観形状を示す斜視図である。図６は、蓋部４の射出成形工程における金型の概要を示す説明的断面図である。図７は、蓋部４の内側面を示す斜視図である。

本実施形態の電流センサ１は、図１に示すように、電気伝導体として金属により形成された３本のバスバ２（入力側端子２ａ、出力側端子２ｂ）と、バスバ２の一部を収容して一側面（図において上面）が開放された箱形状のケース３と、ケース３の開放面（図において上面）を閉塞する蓋部４とを備えている。この蓋部４は、ケース３と共に後述する回路基板７を収納するものである。なお、符号５で示すものは、後述する磁気センサ６を実装した回路基板７から延びるコネクタである。

バスバ２は、図２に示すように、入力側端子２ａと出力側端子２ｂとの間に延びる中間部２ｃが合成樹脂製のケース３に埋設されてケース３に一体に保持されている。バスバ２は、中間部２ｃが磁気センサ６により電流が検出される電流検出位置となっており、中間部２ｃは入力側端子２ａから出力側端子２ｂに至る方向が電流方向となる（図２の矢印Ｉ）。

回路基板７は、図３に示すように、バスバ２に所定の間隔を空けて重なり合う位置でケース３の内部に取り付け固定されており、図２に示すように、各バスバ２に対応して３個の磁気センサ６を搭載している。磁気センサ６は、バスバ２から発生する誘導磁界を測定するセンサであり、感磁面がバスバ２の一側面に向くように配置されている。

また、磁気センサ６は、図２に示すように、感度方向Ｓが、バスバ２の電流方向Ｉと直交するように配置されている。磁気センサ６としては、磁気抵抗効果素子の他、ホール素子等、他の種類の素子を採用してもよい。

図３に示すように、蓋部４には蓋部磁気シールド８がインサート成形により一体成形されて埋設されている。蓋部磁気シールド８は、図４に示すように、平面視長方形状（９０度ずつ向きの異なる４つの辺を有する形状）であって周縁部の四隅に切欠８ａが形成されている。切欠８ａは平面視四角形状（正確には四角形の１つの角で隣り合う一対の辺）であることにより、蓋部磁気シールド８は、隣り合う切欠８ａ間により４つの突出部８Ｂ，８Ｂ，８ｂ，８ｂを備えている。

蓋部磁気シールド８は、図４に示すように、四隅の切欠８ａにより切欠間が４つの突出部８Ｂ，８Ｂ，８ｂ，８ｂが形成されることで平面視十字形状となっている。そして、図２に示すように、蓋部磁気シールド８は、一方の直線上に位置する２つの突出部８Ｂ，８Ｂがバスバ２の電流方向Ｉに沿って突出し、他方の直線上に位置する２つの突出部８ｂ，８ｂがバスバ２の電流方向Ｉに直交する方向に向かって突出する姿勢となるように、蓋部４の内部に設けられる。

また、蓋部磁気シールド８は、バスバ２の電流方向Ｉに沿った長さよりも、バスバ２の電流方向Ｉに直交する方向に沿った長さが長くなるように形成されている。

蓋部磁気シールド８は、図５に示すように、複数枚の金属板（板状の磁性体）が厚さ方向に積層され、カシメ加工による潰し凹部が形成されたカシメ部８ｃによって一体的に連結されている。

カシメ部８ｃは、蓋部４をケース３に取り付けたとき、図４に示すように、バスバ２の電流方向Ｉに沿って突出する２つの突出部８Ｂ，８Ｂの夫々に形成されている。磁束は、蓋部磁気シールド８の長さが大となっている部分（突出部８ｂ，８ｂ）に集中するため、バスバ２の電流方向Ｉに沿って突出する２つの突出部８Ｂ，８Ｂに設けたカシメ部８ｃに流れる磁束は少ない。カシメ部８ｃでは、磁束が乱れるおそれがあるが、カシメ部８ｃに流れる磁束が少ないことにより、カシメ部８ｃが形成されていることによる測定精度の悪化を抑制することができる。

蓋部４は、合成樹脂材料の射出成形によって形成される。蓋部４を射出成形するとき、蓋部磁気シールド８は、図６に示すように第１金型１０（図６において下側にある金型）と第２金型１１（図６において上側にある金型）とに挟持されて金型空間Ｃ内に保持される。第１金型１０は、蓋部磁気シールド８の四隅の切欠８ａの端縁に当接する押え部１０ａを備えている。

蓋部磁気シールド８は、その四隅に切欠８ａを備えていることにより、第１金型１０に、各切欠８ａに当接する押え部１０ａを設けておけばよく、例えば従来のように蓋部磁気シールド８の側縁の全長にわたって当接する押え部を設ける必要がない。これにより、第１金型１０の押え部１０ａは極めて小さくなり、その分、互いに隣り合う蓋部磁気シールド８同士の距離を小さくして小型化できる。

例えば、従来の電流センサにおいては、隣り合う磁気シールド同士の距離は５ｍｍよりも小さくできなかったが、本実施形態の電流センサ１によれば、蓋部磁気シールド８同士の距離を０．５〜３．０ｍｍ程度まで狭めることができる。なお、蓋部磁気シールド８同士の距離を余り小さくすると、蓋部磁気シールド８の磁気容量が飽和しやすくなるため好ましくない。

また、蓋部磁気シールド８が四隅の切欠８ａによって平面視十字形状であることで、押え部１０ａによる位置決め精度も高い。これにより、蓋部４でケース３を閉塞したとき、磁気センサ６の感度方向Ｓ（バスバ２の幅方向）に対して、蓋部磁気シールド８の２つの端縁を高精度に直角となるように蓋部磁気シールド８を固定することができ、蓋部磁気シールド８内を通過する磁束を曲がりにくくして、測定精度の悪化を防止することができる。

更に、蓋部４は、第１金型１０の押え部１０ａによって、図７に蓋部４の内側面（ケース３内部側で回路基板７に対向する面）を示すように、蓋部磁気シールド８の切欠８ａに対応する部分に穴部４ａが形成される。蓋部４の穴部４ａには、蓋部磁気シールド８の切欠８ａの端縁に沿って表面が露出する露出面８ｄが形成されている。

露出面８ｄは、図６に示すように、第１金型１０の押え部１０ａに形成されている段部１０ｂが切欠８ａに沿った端部に当接することにより形成される。第１金型１０と第２金型１１とで形成される金型空間Ｃ内を蓋部磁気シールド８の表面に沿って流れる溶融樹脂は、押え部１０ａと蓋部磁気シールド８の端縁とが接触している部分に入り込もうとする。このとき、段部１０ｂが切欠８ａに沿った面（露出面８ｄとなる）に当接していることにより、蓋部磁気シールド８に沿った溶融樹脂の流れが段部１０ｂが当接してる面（露出面８ｄとなる）に遮られる。

これにより、押え部１０ａと蓋部磁気シールド８の端縁とが接触している部分に溶融樹脂が入り込むことがなく、薄板状のバリが蓋部磁気シールド８の端縁に沿って形成されることがない。従って、蓋部磁気シールド８がインサート成形された蓋部４の成形品質が高く、バリが離脱して異物となることを防止することができる。

なお、本実施形態の電流センサ１においては、図３に示すように、ケース３の底部にケース側磁気シールド９が埋設されており、ケース３を蓋部４で閉塞することにより、蓋部磁気シールド８とケース側磁気シールド９の間に磁気センサ６が配置されるようになっている。しかしながら、蓋部磁気シールド８が設けられていることにより、電流センサ１の取り付け位置等の使用環境によっては、ケース側磁気シールド９を設けなくてもよい。

１…電流センサ
２…バスバ
３…ケース
４…蓋部
４ａ…穴部
６…磁気センサ
７…回路基板
８…蓋部磁気シールド（磁気シールド）
８ａ…切欠
８Ｂ，８ｂ…突出部
８ｃ…カシメ部
８ｄ…露出面（切欠に沿った一部の表面）

Claims (6)

1. 電気伝導体からなる複数のバスバと、
   各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複数の磁気センサと、
   前記磁気センサが実装された回路基板と、
   前記バスバ及び前記回路基板を固定する合成樹脂からなるケースと、
   前記ケースと共に前記回路基板を収納する合成樹脂からなる蓋部と、
   前記蓋部にインサート成形された磁気シールドとを備え、
   前記磁気シールドはその周縁部に複数の切欠を有し、
   前記複数の切り欠きのそれぞれは、インサート成形時に金型空間内に前記磁気シールドを保持する押え部が当接する端縁を備え、
   前記蓋部には、前記磁気シールドの前記切欠の前記端縁が露出する穴部が形成されていることを特徴とする電流センサ。
2. 前記磁気シールドは、９０度ずつ向きの異なる４つの辺を有し、
   前記切欠は、前記磁気シールドの四隅に設けられ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. 前記切欠は平面視四角形状に形成され、前記磁気シールドは前記切欠間が突出する４つの突出部により平面視十字形状に形成されており、一方の直線上に位置する２つの突出部は、前記バスバの電流方向に沿って突出することを特徴とする請求項２に記載の電流センサ。
4. 電気伝導体からなる複数のバスバと、
   各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複数の磁気センサと、
   前記磁気センサが実装された回路基板と、
   前記バスバ及び前記回路基板を固定する合成樹脂からなるケースと、
   前記ケースと共に前記回路基板を収納する合成樹脂からなる蓋部と、
   前記蓋部にインサート成形された磁気シールドとを備え、
   前記磁気シールドはその周縁部に複数の切欠を有し、
   前記蓋部には、前記磁気シールドの前記切欠の端縁が露出する穴部が形成されており、
   前記磁気シールドは、複数枚の板状の磁性体が厚さ方向に積層され、カシメ部によって一体的に連結され、
   前記カシメ部は、平面視十字形状に形成された前記磁気シールドにおける前記バスバの電流方向に沿って突出する突出部に設けられていることを特徴とする電流センサ。
5. 前記磁気シールドは、前記切欠に沿った一部の表面が露出していることを特徴とする請求項１から４の何れか一項に記載の電流センサ。
6. 請求項１から４の何れか一項に記載の電流センサの製造方法であって、
   四隅に切欠を備える磁気シールドの前記四隅の切欠の端縁に当接する押え部を備える第１金型と、第２金型とで前記磁気シールドを挟持することにより、前記第１金型および前記第２金型により形成される金型空間内に前記磁気シールドを保持し、
   前記金型空間内に合成樹脂材料を射出成形して、前記磁気シールドがインサート成形により埋設された蓋部を形成することを備えること
   を特徴とする電流センサの製造方法。

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