WO2016093059A1

WO2016093059A1 - 電流センサ

Info

Publication number: WO2016093059A1
Application number: PCT/JP2015/083017
Authority: WO
Inventors: 松本　直樹; 裕二稲垣
Original assignee: 株式会社東海理化電機製作所
Priority date: 2014-12-09
Filing date: 2015-11-25
Publication date: 2016-06-16
Also published as: JP2016109601A

Abstract

電流センサ１は、基部の両端から同じ方向に延在する一対の側部の１１ｂ間にギャップＧを有する環状のコア１１と、コアの一対の側部に部分的に設けられ、一対の側部の対向端面を除くコアの外周面を覆う部分モールド部１４と、ギャップ内に配置される磁気検出素子１２が表面実装された回路基板１３と、コア及び回路基板を収容する収容部２ａを有するホルダ部材２とを備えている。ホルダ部材の収容部内には、コアのギャップを所定の位置に位置決めする基準位置決め部２０と、回路基板を押し当てて磁気検出素子を所定の位置に位置決めする位置決め用壁部２１とが設けられている。部分モールド部には、基準位置決め部にコアを位置決めするコア位置決め部１４ａ，１４ｂが設けられている。

Description

電流センサ

本発明は、電流の大きさを検出する電流センサに関する。

ギャップを有するリング状の磁気コアの中央にバスバーを通し、磁気コアのギャップに配設された磁気検出素子で、バスバーに流れる電流により磁気コアに発生する磁界を検出する磁気比例式の電流センサが知られている（例えば、特許文献１参照。）。

特許文献１に記載された電流センサは、ホルダの収容部に磁気検出素子を収容し、ホルダを磁気コアのギャップに凹凸嵌合する構造とされている。磁気コアのギャップを形成する両端面間の中央にはホルダが位置決めされ、ホルダの収容部に収容された磁気検出素子は、磁気コアの両端面間の中央に配置される。

特開２０１０－７１８２２号公報

特許文献１記載の電流センサにおいては、ホルダの収容部に磁気検出素子を挿入することを考慮して、ホルダの収容部に設けた収容空間は、磁気検出素子に対して多少のクリアランスが形成される大きさに設定することが好適である。

しかしながら、ホルダの収容部と磁気検出素子との間のクリアランスの存在により、磁気検出素子と磁気コアとの位置合わせの精度が低下してしまう。磁気検出素子と磁気コアとの位置合わせの精度が確保されていたとしても、ホルダと磁気コアとの組付精度によって磁気検出素子の検出精度が大きく影響されてしまう。

磁気検出素子と磁気コアとの位置決め精度を高めるためには、磁気コアのギャップに対する磁気検出素子の位置精度を向上させつつ、磁気コアのギャップを形成する両端面の間隔を狭くすることが必要になる。

本発明の目的は、コアのギャップに対する磁気検出素子の位置決め精度を向上させた電流センサを提供することにある。

［１］本発明の一実施態様による電流センサは、基部の両端から同じ方向に延在する一対の側部の間にギャップを有する環状のコアと、前記コアの前記一対の側部に部分的に設けられ、前記一対の側部の対向端面を除く前記コアの外周面を覆う部分モールド部と、前記ギャップ内に配置される磁気検出素子と、前記磁気検出素子が表面実装された回路基板と、前記コア及び前記回路基板を収容する収容部を有するホルダ部材とを備え、前記ホルダ部材の前記収容部内には、前記コアの前記ギャップを所定の位置に位置決めする基準位置決め部と、前記回路基板に当接し前記磁気検出素子を所定の位置に位置決めする位置決め用壁部とが設けられ、前記部分モールド部には、前記基準位置決め部に前記コアを位置決めするコア位置決め部が設けられる。

［２］［１］記載の実施態様において、前記コア位置決め部は、前記部分モールド部の側壁対向面に設けられており、前記側壁対向面の間には、前記基準位置決め部及び前記位置決め用壁部が設けられてもよい。

［３］［１］記載の実施態様において、前記コア位置決め部は、前記部分モールド部のギャップ対向端面に設けられており、前記ギャップ対向端面の間には、前記基準位置決め部及び前記位置決め用壁部が設けられてもよい。

［４］［１］又は［２］記載の実施態様において、前記基準位置決め部の部分モールド部と対向する壁面及び前記位置決め用壁部の回路基板押し当て面となる壁面は、前記コアの前記対向端面と同一面上に配置されてもよい。
［５］［１］記載の実施態様において、前記コア位置決め部は、前記部分モールド部の側壁対向面に設けられており、前記側壁対向面の間には、前記基準位置決め部のみが設けられてもよい。
［６］［１］～［５］の何れかに記載の実施態様において、前記基準位置決め部及び前記位置決め用壁部は、前記ホルダ部材と一体に形成されてもよい。

本発明の一実施態様によると、簡単な構成をもってコアのギャップに対する磁気検出素子の位置決め精度を向上させることができる電流センサを提供することができる。

図１は、本発明の好適な第１の実施形態に係る電流センサの内部を示す平面図である。図２は、図１のＩＩ－ＩＩ線矢視断面図である。図３は、第２の実施形態に係る電流センサの内部を示す平面図である。図４は、図３のＩＶ－ＩＶ線矢視断面図である。図５は、第３の実施形態に係る電流センサの内部を示す平面図である。

以下、本発明の好適な実施形態を添付図面に基づいて具体的に説明する。

［第１の実施形態］
（電流センサの全体構成）
図１において、全体を示す符号１は、第１の実施形態に係る典型的な磁気比例式の電流センサの全体構成を示している。電流センサ１は、例えば車両のモータやバッテリーに流れる電流を非接触状態で検出する。

電流センサ１は、コア収容部２ａ及び基板収容部２ｂを有する箱状のホルダ部材２と、ホルダ部材２に一体形成されたコネクタ３と、ホルダ部材２内に組み付けられたセンサ部品を被覆保護するモールド部材４（以下、「カバー部材４」という。）とから構成される。

カバー部材４は、ホルダ部材２内に溶融樹脂を射出成形するインサート成形によりホルダ部材２に一体としている。ホルダ部材２の材質としては、例えばポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）樹脂などが用いられる。カバー部材４の材質としては、例えばポリブチレンサクシネート（ＰＢＳ）樹脂などが用いられる。

ホルダ部材２のコア収容部２ａの内部底面には、軸線方向両側に開口する長方形筒状の筒部２ｃが突出して形成されている。筒部２ｃの内部には、電流が流れる長尺平板状のバスバー５が挿入貫通される。筒部２ｃの外部には、バスバー５への通電電流により磁路を形成する長方形環状のコア１１が挿入されている。

ホルダ部材２の基板収容部２ｂには、バスバー５を流れる電流によりコア１１に発生する磁界の強さを検出する磁気検出素子１２と、磁気検出素子１２及び図示しない周辺回路が表面実装された回路基板１３とが組み付け保持されている。コア１１、磁気検出素子１２、及び回路基板１３からなるセンサ部品を組み付け保持したホルダ部材２によりセンサ本体１０が構成される。

磁気検出素子１２は、例えばパッケージにホール素子を収容したホールＩＣから構成される。磁気検出素子１２の全面は、コア１１のギャップＧに発生する磁力線の方向に向けて配置されており、磁気検出素子１２の全面にわたって磁力線が通過するようになっている。

磁気検出素子１２の複数の端子は、回路基板１３を介してコネクタ３のターミナル３ａと電気的に接続されている。磁気検出素子１２は、バスバー５に電流が流れた際にコア１１のギャップＧに生じる磁界を検出し、その検出した磁界をバスバー５に流れる電流の値に比例した電圧信号に変換してコネクタ３に供給する。コネクタ３を介して磁気検出素子１２の電圧信号の情報が図示しない車載装置へ送られる。

コア１１は、長方形の短辺側を形成する基部１１ａと、基部１１ａの両端から同じ方向に延在する一対の側部１１ｂ，１１ｂとからなり、一対の側部１１ｂの対向端面間には、回路基板１３に表面実装された磁気検出素子１２を配置するギャップＧが形成されている。

コア１１の基部１１ａ及び一対の側部１１ｂには、部分モールド部１４が部分的にモールドされている。一対の側部１１ｂに部分的にモールドされた部分モールド部１４は、一対の側壁を連結する底壁１４ｃを有している。部分モールド部１４によりホルダ部材２のコア収容部２ａにコア１１の配置位置が位置決めされる。

コア１１は、パーマロイや電磁鋼板等の強磁性部材からなり、例えば薄板状のコア片を複数枚に積層し、積層したコア片をプレス加工することで形成される。ギャップＧは、コア１１の側部１１ｂにおける部分モールド部１４の一部をダイシングブレードにより切除することで形成される。

部分モールド部１４は、インサート成形の際にホルダ部材２内に注入された溶融樹脂からなるカバー部材４と接合することにより、カバー部材４と部分モールド部１４との接合面が相互に融着一体化する。部分モールド部１４の材質としては、カバー部材４のＰＢＴ樹脂との相溶性などを考慮して樹脂を選択することが好ましい。

（位置決め手段の構成）
電流センサ１には、回路基板１３に表面実装された磁気検出素子１２の位置精度を高めるための位置決め手段がホルダ部材２とコア１１とに設けられている。

ホルダ部材２のコア収容部２ａの内部底面には、図１及び図２に示すように、コア１１のギャップＧを所定の位置に位置決めするための四角柱状の基準位置決め部２０が突出している。基準位置決め部２０の部分モールド部１４と対向する壁面は、部分モールド部１４のギャップ対向面と同一面上に配置されている。

基準位置決め部２０の一辺部には、回路基板１３を押し当てて磁気検出素子１２を所定の位置に位置決めするための位置決め用壁部２１が立設されている。

位置決め用壁部２１における回路基板１３の押し当て面となる壁面は、磁気検出素子１２の位置決め位置の基準となる基準面として構成されており、部分モールド部１４のギャップ対向端面と同一面上に配されている。基準面には、回路基板１３が押し当てた状態で取り付けられるため、回路基板１３と部分モールド部１４のギャップ対向端面との間にクリアランスは発生しない。

一方、コア１１の側部１１ｂにおける部分モールド部１４の側壁対向面には、ホルダ部材２の基準位置決め部２０にコア１１を位置決めするための一対の第１及び第２のコア位置決め部１４ａ，１４ｂが突出している。コア位置決め部１４ａ，１４ｂの対向壁面と底壁１４ｃの壁面とにより形成される空間は、基準位置決め部２０及び位置決め用壁部２１に位置決めされる位置決め空間部として構成されている。

第１及び第２のコア位置決め部１４ａ，１４ｂのうち、回路基板１３側の第１のコア位置決め部１４ａには、対向する第２のコア位置決め部１４ｂの対向壁面に向けて先鋭した三角形帯状の突状部１４ｄが形成されている。突状部１４ｄの頂部は、部分モールド部１４のギャップ対向端面の位置よりも位置決め用壁部２１の厚さ分だけ短い位置に配置されている。

一方の第２のコア位置決め部１４ｂの対向壁面は、部分モールド部１４のギャップ対向端面に平行な位置決め面として構成されている。位置決め面は、コア１１のギャップＧを形成する対向端面と同一面上に配置されている。

第２のコア位置決め部１４ｂの位置決め面と部分モールド部１４のギャップ対向端面とを一緒に共加工することが好適である。これにより、第２のコア位置決め部１４ｂの位置決め面の加工精度を高めることができるため、コア１１のギャップＧ内において磁気検出素子１２の位置決め位置を設定する場合と同等の位置精度が確保されている。

（第１の実施形態の効果）
第１の実施形態に係る電流センサ１は、ホルダ部材２側の基準位置決め部２０の位置決め用壁部２１を磁気検出素子１２の位置決め位置の基準となる基準面として構成するとともに、位置決め用壁部２１と対向する部分モールド部１４の第２のコア位置決め部１４ｂをギャップ対向端面に平行な位置決め面として構成することで、上記効果に加えて、以下の効果を有する。

コア１１のギャップＧの間隔を大きく設定する必要がないため、磁気検出素子１２側の位置精度を高めることで、ホルダ部材２に組み付けられる後組み付けのコア１１においては組み付け公差が減少する。その結果、センサ部品の干渉確率を低減することができるようになり、ギャップＧを狭くすることが可能となる。

表面実装タイプの磁気検出素子１２であっても、ギャップＧを小さくすることが可能になり、電流センサ１の検出精度の低下を防止することができる。

コア１１のギャップＧの間隔を狭くすることで、コア１１のギャップＧに対する磁気検出素子１２の位置精度を向上させつつ、コア１１と磁気検出素子１２との位置決め精度を高めることができる。

コア１１のギャップＧと磁気検出素子１２との位置を調整する装置等が不要であり、コア１１のギャップＧと磁気検出素子１２との位置ずれを単純な構造で防止することができる。

ホルダ部材２とカバー部材４とを安定した状態で一体化することができるので、正確な電流検出が長期間にわたって十分に確保することが可能となる。

インサート成形でセンサ本体１０のセンサ部品の封止を行う構成となっているので、組付作業がしやすくなって歩留りを向上させることができるようになり、大量生産に適する電流センサ１が得られる。

［第２の実施形態］
図３及び図４を参照すると、これらの図には、第２の実施形態に係る電流センサ１の一構成例が示されている。

第１の実施形態にあっては、コア１１の一対の側部１１ｂにおける部分モールド部１４の側壁対向面にコア位置決め部１４ａ，１４ｂを対向して設けた構成であったものを、第２の実施形態では、部分モールド部１４のギャップ対向端面をコア位置決め部１４ａ，１４ｂとして構成した点で第１の実施形態とは異なっている。

なお、図３及び図４において、第１の実施形態と実質的に同じ部材には同一の部材名と符号を付している。従って、これらの部材に関する詳細な説明は省略する。

図３及び図４において、ホルダ部材２のコア収容部２ａの内部底面には、基準位置決め部２０と位置決め用壁部２１とが部分モールド部１４のギャップ対向端面に対応して形成されている。

一方、部分モールド部１４のギャップ対向端面は、ホルダ部材２の基準位置決め部２０の所定の位置にコア１１を位置決めするための第１及び第２のコア位置決め部１４ａ，１４ｂとして構成されている。コア位置決め部１４ａ，１４ｂのギャップ対向端面は、コア１１のギャップＧを形成する対向端面と同一面上に配置されている。

（第２の実施形態の効果）
第２の実施形態に係る電流センサ１は、第１の実施形態の効果に加えて、以下の効果を有する。

コア１１のギャップＧと磁気検出素子１２との位置を調整する装置等を用いることなく、コア１１のギャップＧ内において磁気検出素子１２の配置位置を位置決めする構成となっており、検出精度が高い電流センサ１が得られる。

［第３の実施形態］
図５を参照すると、同図には、第３の実施形態に係る電流センサ１の一構成例が示されている。なお、図５において、上記第１の実施形態と実質的に同じ部材には同一の部材名と符号を付しており、それらの部材に関する詳細な説明は省略する。

第１の実施形態にあっては、コア１１の一対の側部１１ｂにおける部分モールド部１４の基準位置決め部２０及び位置決め用壁部２１に対応してコア位置決め部１４ａ，１４ｂを設けた構成であったものを、第３の実施形態では、位置決め用壁部２１を除く基準位置決め部２０に対応してコア位置決め部１４ａ，１４ｂを設けた点で第１の実施形態とは異なっている。

ホルダ部材２のコア収容部２ａの内部底面には、コア１１のギャップＧを位置決めするための四角柱状の基準位置決め部２０が突出しており、回路基板１３に表面実装された磁気検出素子１２を位置決めするための四角柱状の位置決め用壁部２１が基準位置決め部２０の隅角部に突出している。

コア１１の側部１１ｂにおける部分モールド部１４の側壁対向面には、コア位置決め部１４ａ，１４ｂの対向壁面と底壁１４ｃの壁面とに囲まれる空間が形成されている。空間は、基準位置決め部２０に位置決めされる位置決め空間部として構成されている。

コア位置決め部１４ａ，１４ｂは、部分モールド部１４のギャップ対向端面とコア１１のギャップＧを形成する対向端面に平行な位置決め面として構成されている。位置決め面は、コア１１の対向端面及び部分モールド部１４のギャップ対向端面と同一面上に配置されている。

（第３の実施形態の効果）
第３の実施形態に係る電流センサ１にあっても、第１の実施形態と同様の効果が得られる。

なお、上記各実施形態における磁気検出素子１２としては、ホールＩＣを用いたが、ホールＩＣに代えて、ホール素子や磁気抵抗素子などを用いることができる。また、車両のモータやバッテリーに接続される電路に電流センサ１を適用することができるが、これらの電路以外の他の電路に適用することができることは勿論である。

以上の説明からも明らかなように、本発明に係る代表的な実施形態及び図示例を例示したが、本発明の電流センサは特許請求の範囲に記載された範囲内において多様な設計上の変更が可能であり、上記実施形態及び図示例に限定されるものではない。

なお、上記実施形態及び図示例の中で説明した特徴の組合せの全てが発明の課題を解決するための手段に必須であるとは限らない点に留意すべきである。

本発明は、ハイブリッド車や電気自動車で使用される駆動モータ、バッテリーに流れる電流を検出するための磁気検出素子を有する電流センサに適用できる。

１　電流センサ
２　ホルダ部材
２ａ　コア収容部
１１　コア
１２　磁気検出素子
１３　回路基板
１４　部分モールド部
１４ａ，１４ｂ　コア位置決め部
１４ｃ　底壁
１４ｄ　突状部
２０　基準位置決め部
２１　位置決め用壁部
Ｇ　ギャップ

Claims

基部の両端から同じ方向に延在する一対の側部の間にギャップを有する環状のコアと、
前記コアの前記一対の側部に部分的に設けられ、前記一対の側部の対向端面を除く前記コアの外周面を覆う部分モールド部と、
前記ギャップ内に配置される磁気検出素子と、
前記磁気検出素子が表面実装された回路基板と、
前記コア及び前記回路基板を収容する収容部を有するホルダ部材とを備え、
前記ホルダ部材の前記収容部内には、前記コアの前記ギャップを所定の位置に位置決めする基準位置決め部と、前記回路基板に当接し前記磁気検出素子を所定の位置に位置決めする位置決め用壁部とが設けられ、
前記部分モールド部には、前記基準位置決め部に前記コアを位置決めするコア位置決め部が設けられる電流センサ。
前記コア位置決め部は、前記部分モールド部の側壁対向面に設けられており、前記側壁対向面の間には、前記基準位置決め部及び前記位置決め用壁部が設けられる、請求項１に記載の電流センサ。
前記コア位置決め部は、前記部分モールド部のギャップ対向端面に設けられており、前記ギャップ対向端面の間には、前記基準位置決め部及び前記位置決め用壁部が設けられる、請求項１に記載の電流センサ。
前記基準位置決め部の部分モールド部と対向する壁面及び前記位置決め用壁部の回路基板押し当て面となる壁面は、前記コアの前記対向端面と同一面上に配置される、請求項１又は２に記載の電流センサ。
前記コア位置決め部は、前記部分モールド部の側壁対向面に設けられており、前記側壁対向面の間には、前記基準位置決め部のみが設けられる、請求項１に記載の電流センサ。
前記基準位置決め部及び前記位置決め用壁部は、前記ホルダ部材と一体に形成される、請求項１～５の何れか１項に記載の電流センサ。