JP2009042003A - 電流センサ - Google Patents

Abstract

【課題】集磁コアのギャップ内に磁電変換素子が配置されてなる電流センサであって、特性の温度依存性や経時変化が小さく、安価に製造できる電流センサを提供する。
【解決手段】ギャップ１１ｇを有するリング形状の集磁コア１１が該ギャップ１１ｇの周りを一つの開口部１２ａに連なる内部空間１２ｂに露出するようにして樹脂ケース１２中にインサート成形されてなるコア内蔵ケース１０と、磁電変換素子２１を搭載すると共に、該磁電変換素子２１に連結するターミナルピン２２が樹脂ホルダ２３の一端面から露出するようにしてインサート成形されてなる素子ホルダ２０とからなり、磁電変換素子２１がギャップ１１ｇ内に配置されるようにして、素子ホルダ２０が、開口部１２ａを介してコア内蔵ケース１０に差し込み固定されてなる電流センサ１００とする。
【選択図】図２

Description

本発明は、集磁コアのギャップ内に磁電変換素子が配置されてなる電流センサに関する。

集磁コアのギャップ内に磁電変換素子が配置されてなる電流センサが、例えば、特開２００６−７８２５５号公報（特許文献１）と特開２００６−５１９３７５号公報（特許文献２）に開示されている。

図６は、特許文献１に開示されている従来の電流センサで、電流センサ８０の分解斜視図である。

図６に示す電流センサ８０では、ギャップ８１を有するコア８２と、該ギャップ８１内に配置されるホール素子８３とを、ケース本体８４内の部品収容室８５に収容し、該部品収容室８５内をポッティングによるモールド剤（図示せず）で充填している。ケース本体８４と蓋体（図示せず）の中心には貫通孔８６が形成され、ブスバー８７が貫通した状態で一体に固定されている。このブスバー８７に、検出電流が通電される。又、ケース本体８４にはコネクタ部８８が一体に設けられ、このコネクタ部８８の端子（図示せず）は基板８９にまで延設されている。このコネクタ部８８を介して外部より電源供給を受けると共に、ホール素子８３の検出出力を出力するようになっている。

図７は、特許文献２に開示されている従来の電流センサで、電流センサ９０の分解斜視図である。

図７に示す電流センサ９０は、外枠部９１と、カバー９２と、磁気回路９３と、磁界検知器９４と、接続端子９５とを備える。磁気回路９３は、エアギャップ９６を備える円環状コアで、ブラケット９７により固定される。磁界検知器５は、検知セル９８を円環状コアのエアギャップ９６内へ挿入するようにして取り付けられ、外枠部９１に挿入された接続端子９５に接続される。また、外枠部９１とカバー９２には、測定する電流が流れる導電体を貫通配置するための中央開孔９９が設けられている。
特開２００６−７８２５５号公報 特開２００６−５１９３７５号公報

図６に示す電流センサ８０の構造は、部品収容室８５内をポッティングによるモールド剤で充填する構造で、部品収容室８５内に収容されるコア８２とホール素子８３を防水できるため、現在多くの電流センサで用いられている構造である。しかしながら、この構造においては、ポッティングによるモールド剤が熱により膨張・収縮するため、ギャップ８１およびホール素子８３に応力が加わり、特性の温度依存性や経時変化が大きい。また、ポッティングによるモールド剤の硬化には２時間程度の高温放置が必要で、これが製造コストの増大要因となっている。

一方、図７に示す電流センサ９０の構造は、外枠部９１の部品収容室内をポッティングによるモールド剤で充填していないため、図６の電流センサ８０における特性の温度依存性や経時変化といった問題は比較的少ない。しかしながら、図７の電流センサ９０においては、磁気回路９３と磁界検知器９４の固定構造が複雑で部品点数が多くなり、この場合にも製造コストが増大してしまう。

そこで本発明は、集磁コアのギャップ内に磁電変換素子が配置されてなる電流センサであって、特性の温度依存性や経時変化が小さく、安価に製造できる電流センサを提供することを目的としている。

請求項１に記載の電流センサは、ギャップを有するリング形状の集磁コアが該ギャップの周りを一つの開口部に連なる内部空間に露出するようにして樹脂ケース中にインサート成形されてなるコア内蔵ケースと、磁電変換素子を搭載すると共に、該磁電変換素子に連結するターミナルピンが樹脂ホルダの一端面から露出するようにしてインサート成形されてなる素子ホルダとからなり、前記磁電変換素子が前記ギャップ内に配置されるようにして、前記素子ホルダが、前記開口部を介して前記コア内蔵ケースに差し込み固定されてなることを特徴としている。

上記電流センサは、コア内蔵ケースと素子ホルダが組み合わされて構成されている。上記コア内蔵ケースにおいて、樹脂ケース中にインサート成形されているリング形状の集磁コアは、ギャップの周りを一つの開口部に連なる内部空間に露出している。また、上記素子ホルダに搭載される磁電変換素子は、上記コア内蔵ケースの内部空間に露出している集磁コアのギャップ内に配置される。従って、上記電流センサにおける集磁コアのギャップと磁電変換素子は、従来の電流センサのようにポッティングによるモールド剤中に埋め込まれることなく、上記内部空間中に露出した状態にある。このため、上記電流センサは、モールド樹脂による熱応力で特性変動が生じることがない。

また、上記電流センサの集磁コアは、樹脂ケース中にインサート成形されて固定されている。このため、該集磁コアを固定するための特別な部品も必要なく、上記したように、モールド剤のポッティング工程および硬化熱処理工程も不要である。従って、上記電流センサにおいては、従来の電流センサに較べて、製造コストも低減することができる。

以上のようにして、上記電流センサは、集磁コアのギャップ内に磁電変換素子が配置されてなる電流センサであって、特性の温度依存性や経時変化が小さく、安価に製造できる電流センサとすることができる。

請求項２に記載のように、上記電流センサにおいては、前記ターミナルピンが前記内部空間内に納まるようにして、前記素子ホルダが、前記コア内蔵ケースに差し込み固定されてなることが好ましい。これにより、上記電流センサにおけるターミナル部の防水性能を確保することができる。

また、請求項３に記載のように、上記電流センサにおいては、前記コア内蔵ケースと前記素子ホルダを差し込み固定する際の互いの位置決め機構が、前記樹脂ケースと前記樹脂ホルダにそれぞれ設けられてなることが好ましい。この場合、例えば請求項４に記載のように、前記位置決め機構が、前記樹脂ケースと前記樹脂ホルダにそれぞれ設けられた凹部と凸部の組み合わせからなる構成としてもよいし、請求項５に記載のように、前記位置決め機構が、前記樹脂ケースと前記樹脂ホルダにそれぞれ設けられたテーパ面の組み合わせからなる構成としてもよい。

これにより、製造コストを増大させることなく、コア内蔵ケースと素子ホルダの互いの位置決めを確保することができる。

上記電流センサにおける前記コア内蔵ケースと前記素子ホルダは、接着剤に限らず、例えば請求項６に記載のように、レーザ溶着により固定することができる。

また、上記電流センサにおける前記磁電変換素子は、例えば請求項７に記載のように、ホールＩＣとすることができる。

さらに、請求項８に記載のように、前記磁電変換素子は、複数個、前記素子ホルダに搭載されていてよい。また、請求項９に記載のように、温度センサ素子が、磁電変換素子と共に、前記素子ホルダに搭載されていてもよい。

上記電流センサは、特性の温度依存性や経時変化が小さく安価に製造できるため、請求項１０に記載のように、低コスト且つ過酷な温度環境下で使用される車載用の電流センサとして好適である。

以下、本発明を実施するための最良の形態を、図に基づいて説明する。

図１は、本発明の電流センサの一例で、電流センサ１００の透視斜視図である。

図２（ａ），（ｂ）は、それぞれ、図１の電流センサ１００におけるコア内蔵ケース１０と素子ホルダ２０の模式的な断面図である。また、図２（ｃ）は、電流センサ１００の模式的な断面図で、図２（ａ）のコア内蔵ケース１０と図２（ｂ）の素子ホルダ２０が組み合わされた状態を示している。

図１と図２（ｃ）に示すように、電流センサ１００は、図２（ａ）のコア内蔵ケース１０と図２（ｂ）の素子ホルダ２０が組み合わされて構成されている。

図２（ａ）のコア内蔵ケース１０においては、磁性体からなりギャップ１１ｇを有するリング形状の集磁コア１１が、ギャップ１１ｇの周りを一つの開口部１２ａに連なる内部空間１２ｂに露出するようにして、樹脂ケース１２中にインサート成形されている。尚、図１においては、樹脂ケース１２のギャップ１１ｇ周りにおける内部空間１２ｂの図示を、図を見やすくするために省略している。また、コア内蔵ケース１０において、符号１２ｈで示した部分は、被測定電流が流れるブスバー等の導電体を貫通配置するための中央貫通孔である。

上記したように、集磁コア１１と樹脂ケース１２は一体化して製造されるが、このインサート成形には、例えば特開２００３−１２７１８５号公報に開示されている加熱ピン抜き成形法を採用することができる。これによれば、樹脂ケース１２に対して、インサート品である集磁コア１１の位置ずれを十分に抑制することができる。

図２（ｂ）の素子ホルダ２０においては、ホール素子やホールＩＣからなるベアチップの磁電変換素子２１が搭載されると共に、該磁電変換素子２１に連結するターミナルピン２２が、樹脂ホルダ２３の一端面から露出するようにしてインサート成形されている。尚、素子ホルダ２０において、符号２３ｚで示した部分は、樹脂ホルダ２３の鍔部であり、符号２４で示した部分は、コンデンサ等のその他の搭載電子部品を模式的に図示したものである。

上記電流センサ１００では、図２（ｃ）に示すように、磁電変換素子２１が集磁コア１１のギャップ１１ｇ内に配置されるようにして、素子ホルダ２０が、開口部１２ａを介してコア内蔵ケース１０に差し込み固定される。素子ホルダ２０とコア内蔵ケース１０の固定は、鍔部２３ｚの周りで、樹脂ホルダ２３と樹脂ケース１２を接着剤により固定してもよいし、これに限らず、例えばレーザ溶着により固定してもよい。

以上のように、図１および図２に示す電流センサ１００は、コア内蔵ケース１０と素子ホルダ２０が組み合わされて構成されている。コア内蔵ケース１０において、樹脂ケース１２中にインサート成形されているリング形状の集磁コア１１は、ギャップ１１ｇの周りを一つの開口部１２ａに連なる内部空間１２ｂに露出している。また、素子ホルダ２０に搭載される磁電変換素子２１は、上記コア内蔵ケース１０の内部空間１２ｂに露出している集磁コア１１のギャップ１１ｇ内に配置される。従って、電流センサ１００における集磁コア１１のギャップ１１ｇと磁電変換素子２１は、図６に示した従来の電流センサ８０のようにポッティングによるモールド剤中に埋め込まれることなく、図２（ｃ）に示すように、内部空間１２ｂ中に露出した状態にある。このため、電流センサ１００は、モールド樹脂による熱応力の発生がなく、図６の電流センサ８０に較べて、特性の温度依存性や経時変化を小さくすることができる。

また、電流センサ１００の集磁コア１１は、樹脂ケース１２中にインサート成形されて固定されている。このため、図７に示した従来の電流センサ９０と異なり、該集磁コア１１を固定するための特別な部品も必要なく、部品点数を最小限にすることができる。また、上述したように、モールド剤のポッティング工程および硬化熱処理工程も不要である。従って、電流センサ１００においては、図６や図７に示した従来の電流セン８０，９０に較べて、製造コストも低減することができる。

以上のようにして、図１および図２に示す電流センサ１００は、集磁コア１１のギャップ１１ｇ内に磁電変換素子２１が配置されてなる電流センサであって、特性の温度依存性や経時変化が小さく、安価に製造できる電流センサとすることができる。

尚、図１および図２に示す電流センサ１００において、素子ホルダ２０に搭載されている磁電変換素子２１は、ホール素子やホールＩＣに限らず、磁気抵抗素子（ＭＲＥ）等のその他の磁電変換素子であってもよい。また、これらの磁電変換素子は、ベアチップであることが好ましいが、これに限らず、パッケージ化された電子部品であってもよい。

図３（ａ），（ｂ）は、それぞれ、素子ホルダ２０ａ，２０ｂの模式的な上面図で、素子ホルダへ搭載される磁電変換素子の別の構成例を示した図である。

図３（ａ）の素子ホルダ２０ａにおいては、２個の磁電変換素子２１ａ，２１ｂが搭載されている。このように、電流センサ１００の素子ホルダ２０に搭載される磁電変換素子２１は、１個に限らず、複数個であってよい。この場合には、例えば磁電変換素子２１ａは０Ａ近傍を精度よく測定できる高感度の磁電変換素子とし、磁電変換素子２１ｂは大電流の計測が可能な低感度の磁電変換素子とすることで、広い電流範囲に亘って高精度の電流計測が可能となる。

図３（ｂ）の素子ホルダ２０ｂにおいては、チップサーミスタ等の温度センサ素子２５が、磁電変換素子２１と共に搭載されている。これによれば、電流計測だけでなく温度計測も可能な、温度センサ付電流センサとすることができる。

次に、図１および図２に示した電流センサ１００のより好ましい形態について説明する。

電流センサ１００においては、図２（ｃ）に示すように、ターミナルピン２２が内部空間１２ｂ内に納まるようにして、素子ホルダ２０が、コア内蔵ケース１０に差し込み固定されていることが好ましい。これにより、電流センサ１００におけるターミナル部の防水性能を確保することができる。尚、前述した接着剤やレーザ溶着による素子ホルダ２０とコア内蔵ケース１０の固定も、鍔部２３ｚの周りの全周に亘って行うことが好ましい。これにより、電流センサ１００におけるターミナル部の防水性能の確保がより確実なものとなる。

電流センサ１００では、磁電変換素子２１が、集磁コア１１のギャップ１１ｇの中心に精度良く挿入される必要がある。このため、電流センサ１００においては、コア内蔵ケース１０と素子ホルダ２０を差し込み固定する際の互いの位置決め機構が、樹脂ケース１２と樹脂ホルダ２３にそれぞれ設けられていることが好ましい。

図４（ａ），（ｂ）は、コア内蔵ケースと素子ホルダの組み合わせを示した図で、それぞれ、開口部側の側面から視たコア内蔵ケース１０ｃと素子ホルダ２０ｃの要部の模式的な断面図である。尚、図４（ａ），（ｂ）に示すコア内蔵ケース１０ｃおよび素子ホルダ２０ｃにおいて、図２（ａ），（ｂ）に示したコア内蔵ケース１０および素子ホルダ２０と同様の部分については、同じ符号を付した。

図４（ａ），（ｂ）に示すコア内蔵ケース１０ｃと素子ホルダ２０ｃの組み合わせにおいては、樹脂ケース１２と樹脂ホルダ２３にそれぞれ設けられた凸部１２ｉと凹部２３ｉの組み合わせで、位置決め機構が構成されている。逆に、樹脂ケース１２側に凹部を形成し、樹脂ホルダ２３側に凸部を形成して、これらの組み合わせで、位置決め機構を構成するようにしてもよい。これによれば、製造コストを増大させることなく、コア内蔵ケース１０ｃと素子ホルダ２０ｃの互いの位置決めを確保することができる。

図５（ａ），（ｂ）は、別のコア内蔵ケースと素子ホルダの組み合わせを示した図で、それぞれ、上方から視たコア内蔵ケース１０ｄと素子ホルダ２０ｄの要部の模式的な断面図である。尚、図５（ａ），（ｂ）のコア内蔵ケース１０ｄおよび素子ホルダ２０ｄにおいても、図２（ａ），（ｂ）に示したコア内蔵ケース１０および素子ホルダ２０と同様の部分については、同じ符号を付した。

図５（ａ），（ｂ）に示すコア内蔵ケース１０ｄと素子ホルダ２０ｄの組み合わせにおいては、樹脂ケース１２と樹脂ホルダ２３にそれぞれ設けられたテーパ面１２ｔ，２３ｔの組み合わせで、位置決め機構が構成されている。これによっても、製造コストを増大させることなく、コア内蔵ケース１０ｄと素子ホルダ２０ｄの互いの位置決めを確保することができる。

以上に示したように、上記した電流センサは、集磁コアのギャップ内に磁電変換素子が配置されてなる電流センサであって、特性の温度依存性や経時変化が小さく、安価に製造できる電流センサとなっている。このため、上記した本発明の電流センサは、特に、低コスト且つ過酷な温度環境下で使用される車載用の電流センサとして好適である。

本発明の電流センサの一例で、電流センサ１００の透視斜視図である。 （ａ），（ｂ）は、それぞれ、図１の電流センサ１００におけるコア内蔵ケース１０と素子ホルダ２０の模式的な断面図である。また、（ｃ）は、電流センサ１００の模式的な断面図である。 （ａ），（ｂ）は、それぞれ、素子ホルダ２０ａ，２０ｂの模式的な上面図で、素子ホルダへ搭載される磁電変換素子の別の構成例を示した図である。 （ａ），（ｂ）は、コア内蔵ケースと素子ホルダの組み合わせを示した図で、それぞれ、開口部側の側面から視たコア内蔵ケース１０ｃと素子ホルダ２０ｃの要部の模式的な断面図である。 （ａ），（ｂ）は、別のコア内蔵ケースと素子ホルダの組み合わせを示した図で、それぞれ、上方から視たコア内蔵ケース１０ｄと素子ホルダ２０ｄの要部の模式的な断面図である。 特許文献１に開示されている従来の電流センサで、電流センサ８０の分解斜視図である。 特許文献２に開示されている従来の電流センサで、電流センサ９０の分解斜視図である。

符号の説明

８０，９０，１００ 電流センサ
１０，１０ｃ，１０ｄ コア内蔵ケース
１１ 集磁コア
１１ｇ ギャップ
１２ 樹脂ケース
１２ａ 開口部
１２ｂ 内部空間
１２ｈ 中央貫通孔
１２ｉ 凸部
１２ｔ テーパ面
２０，２０ａ〜２０ｄ 素子ホルダ
２１，２１ａ，２１ｂ 磁電変換素子
２２ ターミナルピン
２３ 樹脂ホルダ
２３ｚ 鍔部
２３ｉ 凹部
２３ｔ テーパ面
２５ 温度センサ素子

Claims (10)

1. ギャップを有するリング形状の集磁コアが該ギャップの周りを一つの開口部に連なる内部空間に露出するようにして樹脂ケース中にインサート成形されてなるコア内蔵ケースと、
   磁電変換素子を搭載すると共に、該磁電変換素子に連結するターミナルピンが樹脂ホルダの一端面から露出するようにしてインサート成形されてなる素子ホルダとからなり、
   前記磁電変換素子が前記ギャップ内に配置されるようにして、前記素子ホルダが、前記開口部を介して前記コア内蔵ケースに差し込み固定されてなることを特徴とする電流センサ。
2. 前記ターミナルピンが前記内部空間内に納まるようにして、前記素子ホルダが、前記コア内蔵ケースに差し込み固定されてなることを特徴とする請求項１に記載の電流センサ。
3. 前記コア内蔵ケースと前記素子ホルダを差し込み固定する際の互いの位置決め機構が、前記樹脂ケースと前記樹脂ホルダにそれぞれ設けられてなることを特徴とする請求項１または２に記載の電流センサ。
4. 前記位置決め機構が、前記樹脂ケースと前記樹脂ホルダにそれぞれ設けられた凹部と凸部の組み合わせからなることを特徴とする請求項３に記載の電流センサ。
5. 前記位置決め機構が、前記樹脂ケースと前記樹脂ホルダにそれぞれ設けられたテーパ面の組み合わせからなることを特徴とする請求項３に記載の電流センサ。
6. 前記コア内蔵ケースと前記素子ホルダが、レーザ溶着により固定されてなることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載の電流センサ。
7. 前記磁電変換素子が、ホールＩＣであることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一項に記載の電流センサ。
8. 前記磁電変換素子が、複数個、前記素子ホルダに搭載されてなることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか一項に記載の電流センサ。
9. 温度センサ素子が、前記素子ホルダに搭載されてなることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか一項に記載の電流センサ。
10. 前記電流センサが、車載用であることを特徴とする請求項１乃至９のいずれか一項に記載の電流センサ。

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