JP2013162003A - コアホルダ及び電流センサ - Google Patents

Abstract

【課題】インサート成形を行うことにより発生する各部品の位置ずれ、及びコアの磁気特性の変化、を抑制するコアホルダ及び電流センサを提供する。
【解決手段】コアホルダ３ａは、磁力線６０が湧き出す第１の端面２２と磁力線６０が吸い込まれる第２の端面２３とを有するコア２ａの外周面２０を外からの圧力から保護する第１の保護壁３０と、コア２ａの内周面２１、第１の端面２２、及び第２の端面２３を外からの圧力から保護する第２の保護壁３１と、第１の保護壁３０及び第２の保護壁３１と一体となり、コア２ａの少なくとも一方の側面を外からの圧力から保護する側面保護壁３２と、第１の保護壁３０、第２の保護壁３１及び側面保護壁３２により形成され、コア２ａを収容する収容部３３と、第１の保護壁３０及び第２の保護壁３１の少なくともいずれかに形成され、収容部３３に収容されたコアを保持するコア保持部３６と、を備えて概略構成されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、コアホルダ及び電流センサに関する。

従来の技術として、コアとホール素子とをケース本体内の部品収容室に収容する電流センサが知られている（例えば、特許文献１参照。）。

この電流センサは、部品収容室内をモールド剤で充填することで、コアとホール素子の位置ずれを防止することができる。

特開２００９−２２２７２９号公報

しかし、従来の電流センサは、モールド剤の硬化によってコアに負荷される圧力により、コア内部に応力が発生する。この応力により、コアの残留磁化が大きくなるなど、磁気特性が変化して電流の検出精度が低下する問題がある。

従って、本発明の目的は、インサート成形を行うことにより発生する各部品の位置ずれ、及びコアの磁気特性の変化、を抑制するコアホルダ及び電流センサを提供することにある。

本発明の一態様は、磁力線が湧き出す第１の端面と磁力線が吸い込まれる第２の端面とを有するコアの外周面を外からの圧力から保護する第１の保護壁と、コアの内周面、第１の端面、及び第２の端面を外からの圧力から保護する第２の保護壁と、第１の保護壁及び第２の保護壁と一体となり、コアの少なくとも一方の側面を外からの圧力から保護する側面保護壁と、第１の保護壁、第２の保護壁及び側面保護壁により形成され、コアを収容する収容部と、第１の保護壁及び第２の保護壁の少なくともいずれかに形成され、収容部に収容されたコアを保持する保持部と、を備えたコアホルダを提供する。

本発明によれば、インサート成形を行うことにより発生する各部品の位置ずれ、及びコアの磁気特性の変化、を抑制することができる。

図１（ａ）は、実施の形態に係る電流センサの斜視図であり、（ｂ）は、コアとコアホルダの斜視図である。 図２（ａ）は、実施の形態に係るコアホルダを収容部側から見た概略図であり、（ｂ）は、コアを第１の側面から見た概略図である。

（実施の形態の要約）
実施の形態に係るコアホルダは、磁力線が湧き出す第１の端面と磁力線が吸い込まれる第２の端面とを有するコアの外周面を外からの圧力から保護する第１の保護壁と、コアの内周面、第１の端面、及び第２の端面を外からの圧力から保護する第２の保護壁と、第１の保護壁及び第２の保護壁と一体となり、コアの少なくとも一方の側面を外からの圧力から保護する側面保護壁と、第１の保護壁、第２の保護壁及び側面保護壁により形成され、コアを収容する収容部と、第１の保護壁及び第２の保護壁の少なくともいずれかに形成され、収容部に収容されたコアを保持する保持部と、を備える。

[実施の形態]
（電流センサ１の構成）
図１（ａ）は、実施の形態に係る電流センサの斜視図であり、（ｂ）は、コアとコアホルダの斜視図である。図２（ａ）は、実施の形態に係るコアホルダを収容部側から見た概略図であり、（ｂ）は、コアを第１の側面から見た概略図である。なお、実施の形態に係る各図において、部品と部品との比率は、実際の比率とは異なる場合がある。

この電流センサ１は、例えば、バスバに流れる電流により発生する磁場を、コアを介して磁気センサに検出させるものである。この磁気センサは、例えば、検出した磁場に応じた検出信号を電流センサ１に接続された変換器に出力する。変換器は、例えば、取得した検出信号を電流値に変換することで、バスバに流れる電流の電流値を得ることができるように構成されている。

電流センサ１は、例えば、図１（ａ）に示すように、複数のコア（コア２ａ〜コア２ｄ）、複数のコアホルダ（コアホルダ３ａ〜コアホルダ３ｄ）、複数のバスバ（バスバ４ａ〜バスバ４ｄ）を備えている。この複数のコアホルダは、例えば、ホルダ３として一体とされている。

以下の実施の形態においては、コア２ａ、コアホルダ３ａ及びバスバ４ａの組み合わせで構成される電流センサについて説明する。他のコア２ｂ〜コア２ｄ、コアホルダ３ｂ〜コアホルダ３ｄ、及びバスバ４ｂ〜バスバ４ｄのそれぞれの組み合わせで構成される磁気センサについては、コア２ａ、コアホルダ３ａ及びバスバ４ａの組み合わせで構成される磁気センサと構成が同様であるので、その詳細な説明は省略する。

本実施の形態に係る電流センサ１は、収容されたコア２ａを保持し、さらにインサート成形に基づいて負荷される、外からの圧力からコア２ａを保護するコアホルダ３ａを備えている。また電流センサ１は、コア２ａ、コアホルダ３ａ及びバスバ４ａの相対的な位置を保ったまま、金型に取り付けることができるので、バスバ４ａの倒れ等を抑制する。

このコアホルダ３ａは、磁力線６０が湧き出す第１の端面２２と磁力線６０が吸い込まれる第２の端面２３とを有するコア２ａの外周面２０を外からの圧力から保護する第１の保護壁３０と、コア２ａの内周面２１、第１の端面２２、及び第２の端面２３を外からの圧力から保護する第２の保護壁３１と、第１の保護壁３０及び第２の保護壁３１と一体となり、コア２ａの少なくとも一方の側面を外からの圧力から保護する側面保護壁３２と、第１の保護壁３０、第２の保護壁３１及び側面保護壁３２により形成され、コア２ａを収容する収容部３３と、第１の保護壁３０及び第２の保護壁３１の少なくともいずれかに形成され、収容部３３に収容されたコアを保持する保持部としてのコア保持部３６と、を備えて概略構成されている。

また電流センサ１は、電流が流れるバスバ４ａと、磁場を検出する磁気センサ５と、を備えている。

なお、磁力線６０の向きは、バスバ４ａに流れる電流の向きに依存して変化する。本実施の形態では、電流は、例えば、図１（ａ）の紙面において右から左に流れるとするので、磁力線６０は、第１の端面２２から湧き出し、第２の端面２３に吸い込まれる。しかし電流が、例えば、図１（ａ）の紙面において左から右に流れる場合、磁力線６０の向きは逆になるので、第２の端面２３から湧き出し、第１の端面２２に吸い込まれる。

（コア２ａの構成）
コア２ａは、例えば、プレス加工により、馬蹄形状となるように板を打ち抜いて形成された複数の強磁性体を重ね合わせ、一体となるようにかしめて形成されている。この強磁性体は、例えば、電磁鋼板（ケイ素鋼板）である。なお、コア２ａは、例えば、１つの強磁性体で作製されても良い。

コア２ａは、例えば、図２（ｂ）に示すように、第１の側面２５側から見て、楕円に近い形状を有している。第１の端面２２及び第２の端面２３は、このコア２ａの長径方向に形成されている。磁気センサ５は、第１の端面２２及び第２の端面２３によって囲まれる領域、すなわちギャップ２４に配置される。この配置は、第１の端面２２と第２の端面２３の間に存在する磁力線６０と、磁気センサ５の検出面と、が実質的に垂直に交わるような位置関係となるように行われることが好ましい。

（コアホルダ３ａの構成）
コアホルダ３ａは、例えば、図１（ｂ）及び図２（ａ）に示すように、コア保持部３６を有している。このコア保持部３６は、例えば、第１の保護壁３０に形成されている。

コア保持部３６は、一例として、両側面にスリットが形成され、図２（ａ）の紙面上下方向に弾性変形するように構成されている。また先端には、爪３６０が形成されている。コア２ａがコアホルダ３ａの収容部３３に収容されるとき、まずコア２ａの第２の側面２６が爪３６０に接触し、コア保持部３６を収容部３３の外側に弾性変形させる。次に、コア２ａが収容部３３に収容されると、コア保持部３６が元の位置に戻り、爪３６０がコア２ａの第１の側面２５に接触する。この接触により、コア２ａは、コアホルダ３ａに保持される。なお、コア保持部３６の形成位置や形状は、上記に限定されない。またコア保持部３６は、例えば、コアホルダ３ａの蓋が、コア２ａの露出する第１の側面２５に被せられ、この蓋を介してコア２ａを保持する構成であっても良い。

コア２ａ、コアホルダ３ａ及びバスバ４ａは、一例として、コア２ａ、コアホルダ３ａ及びバスバ４ａを組み付けた状態でインサート成形により一体とされる。このインサート成形の際、金型の治具は、例えば、コアホルダ３ａの後述する第１の端面保護部３１１と第２の端面保護部３１２の間に挿入され、コアホルダ３ａ等は金型に取り付けられる。

コアホルダ３ａは、例えば、金型への樹脂の注入、及び注入された樹脂の硬化等に伴って負荷されるコアホルダ３ａの外からの圧力（以下にそれらを成形圧と記載する。）を緩和する観点から、このインサート成形に用いられる樹脂を用いて形成されることが好ましい。つまり同じ樹脂を用いることが、樹脂の膨張や収縮に伴って、コアホルダ３ａに負荷される成形圧を抑制する点で有利となるからである。本実施の形態では、この樹脂は、一例として、ポリフェニレンスルファイド（Polyphenylenesulfide‐PPS）を用いるものとする。従ってコアホルダ３ａは、例えば、ポリフェニレンスルファイドを用いて形成される。

コアホルダ３ａは、例えば、図１（ａ）、（ｂ）及び図２（ａ）に示すように、第１の保護壁３０、第２の保護壁３１及び側面保護壁３２によって形成される収容部３３に、コア２ａを収容できるように構成されている。

コアホルダ３ａは、収容部３３にコア２ａを収容することにより、インサート成形に伴って負荷される成形圧からコア２ａを保護するものである。

ここで、インサート成形に伴ってコアに負荷される成形圧により、コアの磁気特性が変化する場合があることが知られている。成形圧が、コアの側面側から負荷される場合は磁気特性の変化が小さく、コアの周面側から負荷される場合は、磁気特性の変化が大きいことが分かっている。

この磁気特性の変化とは、一例として、磁気ヒステリシス曲線が開いて行くことである。コアの磁気ヒステリシス曲線が開くことにより、磁界がない、つまりバスバに電流が流れていないときでもコアに磁化が残り（残留磁化）、磁気センサに検出される。つまり電流センサ１のオフセットが変化してしまう。従って磁気センサが、コアの残留磁化により、バスバに流れる電流によって発生する磁場を正確に検出できず、電流の検出精度が低下する。

しかし本実施の形態では、コア２ａは、コアホルダ３ａに収容されているので、コア２ａの外周面２０、内周面２１、第１の端面２２及び第２の端面２３に、成形圧が負荷され難くなっている。よってコア２ａは、インサート成形を行った後でも、インサート成形が行われる前と実質的に変わらない磁気特性を有することが可能となる。なお、本実施の形態では、コアホルダ３ａは、コア２ａの一方の側面が露出する構造であるが、これに限定されず、蓋等によって露出する側面を覆っても良い。

この収容部３３とコア２ａとのクリアランスは、例えば、金型に注入された樹脂が、収容部３３とコア２ａの隙間に入り込まない程度であることが好ましい。このクリアランスは、一例として、０．１ｍｍ〜０．２ｍｍである。

コアホルダ３ａの第１の保護壁３０は、例えば、図１（ｂ）及び図２（ａ）に示すように、コア２ａの外周面２０を覆うように形成されている。この第１の保護壁３０の両端部により、挿入開口３４が形成される。

第２の保護壁３１は、コア２ａの内周面２１を保護する内周面保護部３１０と、内周面保護部３１０に形成され、測定対象の電流が流れるバスバ４ａを保持するバスバ保持部３１０ａと、を備える。

また第２の保護壁３１は、第１の端面２２を保護する第１の端面保護部３１１と、第２の端面２３を保護する第２の端面保護部３１２と、内周面保護部３１０と第１の端面保護部３１１の境界に形成された第１の段差部３１３と、内周面保護部３１０と第２の端面保護部３１２の境界に形成された第２の段差部３１４と、を備える。

バスバ保持部３１０ａは、例えば、図１（ｂ）に示すように、第１の端面保護部３１１と第２の端面保護部３１２の間隔よりも厚いバスバ４ａが挿入可能となるように、短手方向の幅が当該間隔より広い形状を有している。従って第２の保護壁３１には、第１の段差部３１３と第２の段差部３１４が形成される。またバスバ保持部３１０ａは、バスバ４ａの第１の端面保護部３１１及び第２の端面保護部３１２方向の抜けを防止している。

またバスバ保持部３１０ａは、コア２ａの孔２１０に対応して形成されている。バスバ４ａは、流れる電流によって発生する磁場６が、効率良くコア２ａの内部に磁路を形成するように、コア２ａの孔２１０の中心が、磁場６の中心となるように配置されることが好ましい。従ってバスバ保持部３１０ａは、挿入されたバスバ４ａに発生する磁場６の中心が、実質的に、コア２ａの孔２１０の中心となるように形成されている。

コアホルダ３ａは、例えば、内周面保護部３１０、第１の段差部３１３及び第２の段差部３１４により、コア２ａと収容部３３の相対的な位置を決定させることが可能となる。またコアホルダ３ａは、例えば、第１の端面保護部３１１がコア２ａの第１の端面２２に接触し、第２の端面保護部３１２がコア２ａの第２の端面２３に接触するように構成されることで、よりコア２ａとコアホルダ３ａの相対的な位置を決定させることが可能となる。

また第１の端面保護部３１１と第２の端面保護部３１２の間隔、つまりコア２ａのギャップ２４に対応する部分には、例えば、磁気センサ５が挿入される。

（磁気センサ５の構成）
磁気センサ５は、例えば、磁場に応じた電気信号を出力するホールセンサ及びＧＭＲ（Giant Magneto Resistive）センサ等を用いることができる。本実施の形態では、磁気センサ５としてホールセンサを用いることとする。

また磁気センサ５は、例えば、磁気検出素子を樹脂でモールドしたセンサ、ベアチップ、及び制御回路等を集積したセンサＩＣ（Integrated Circuit）であっても良い。

（バスバ４ａの構成）
バスバ４ａは、例えば、導電性を有する材料を用いて板形状に形成されている。導電性を有する材料は、一例として、銅及び銅合金等である。

バスバ４ａは、例えば、測定対象の電流がバスバ４ａを経由して流れるように、電子回路に電気的に接続されるように構成されている。

（実施の形態の効果）
本実施の形態に係るコアホルダ３ａは、インサート成形を行うことにより発生する、各部品、すなわちコア２ａ、コアホルダ３ａ、バスバ４ａの位置ずれ、及びコア２ａの磁気特性の変化、を抑制することができる。具体的には、コアホルダ３ａは、収容部３３に収容されたコア２ａを、コア保持部３６によって保持することができるので、コア２ａとコアホルダ３ａの相対的な位置ずれを抑制することができる。

またコアホルダ３ａは、第１の段差部３１３及び第２の段差部３１４により、コアホルダ３ａにコア２ａを収容するだけで、コア２ａとコアホルダ３ａの相対的な位置精度が向上する。従って電流センサ１は、コア２ａとコアホルダ３ａの相対的な位置合わせが、コア２ａを収容することで簡単に行えるので、他の方法と比べて、製造が容易となり、製造コストが抑制される。

またコアホルダ３ａは、収容部３３にコア２ａを収容することにより、磁気特性を変化させる原因となる、外周面２０、内周面２１、第１の端面２２及び第２の端面２３に負荷される成形圧を抑制することができる。その結果、コア２ａの残留磁化が抑制され、コアに残留磁化が発生する場合と比べて、オフセットの変化を抑制することができるのでオフセットの設定の手間が抑制され、電流センサ１の検出精度が向上する。さらにコアホルダ３ａは、コア保持部３６により、コア２ａの収容を確実なものとすることができるので、コア保持部がない場合と比べて、効果的に成形圧を抑制することができる。

またコアホルダ３ａは、収容部３３によりコア２ａを保持し、バスバ保持部３１０ａによりバスバ４ａを保持するので、コア２ａとバスバ４ａの位置ずれを抑制することができる。インサート成形を行うとき、コアとバスバを組み付けた状態で金型に入れ、金型に樹脂を注入すると、注入の際に発生する圧力により、バスバが倒れるなどして、コアとバスバの位置ずれが発生する場合があった。しかし、本実施の形態では、コアホルダ３ａにより、コア２ａとバスバ４ａを保持し、コア２ａとバスバ４ａの位置関係を保持することができるので、金型への取り付けが容易であり、またインサート成形時の位置ずれ等を抑制することができるので、電流センサ１の検出精度が向上する。

さらに電流センサ１は、コアホルダ３ａによって、コア２ａとバスバ４ａの組み付けが容易になると共にインサート成形に起因する位置ずれが抑制されるので、製造が容易となり、製造コストを抑えることができる。

電流センサ１は、ホルダ３によって一体とされた複数のコアホルダと、複数のコアと、複数のバスバと、の相対的な位置決めが容易であり、金型への取り付けも容易であるので、製造効率が良く、製造コストが抑制される。また電流センサ１は、複数のコアのそれぞれに負荷される成形圧を抑制するので、成形圧が負荷される場合と比べて、それぞれのオフセットの変化が少ないことからオフセットの設定の手間が大きく抑制され、また電流の検出精度が高い。

以上、本発明のいくつかの実施の形態を説明したが、これらの実施の形態は、一例に過ぎず、特許請求の範囲に係る発明を限定するものではない。これら新規な実施の形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更等を行うことができる。また、これら実施の形態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。さらに、これら実施の形態は、発明の範囲及び要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１…電流センサ
２ａ〜２ｄ…コア
３…ホルダ
３ａ〜３ｄ…コアホルダ
４ａ〜４ｄ…バスバ
５…磁気センサ
６…磁場
２０…外周面
２１…内周面
２２…第１の端面
２３…第２の端面
２４…ギャップ
２５…第１の側面
２６…第２の側面
３０…第１の保護壁
３１…第２の保護壁
３２…側面保護壁
３３…収容部
３４…挿入開口
３６…コア保持部
６０…磁力線
２１０…孔
３１０…内周面保護部
３１０ａ…バスバ保持部
３１１…第１の端面保護部
３１２…第２の端面保護部
３１３…第１の段差部
３１４…第２の段差部
３６０…爪

Claims (4)

1. 磁力線が湧き出す第１の端面と前記磁力線が吸い込まれる第２の端面とを有するコアの外周面を外からの圧力から保護する第１の保護壁と、
   前記コアの内周面、前記第１の端面、及び前記第２の端面を前記外からの圧力から保護する第２の保護壁と、
   前記第１の保護壁及び前記第２の保護壁と一体となり、前記コアの少なくとも一方の側面を前記外からの圧力から保護する側面保護壁と、
   前記第１の保護壁、前記第２の保護壁及び前記側面保護壁により形成され、前記コアを収容する収容部と、
   前記第１の保護壁及び前記第２の保護壁の少なくともいずれかに形成され、前記収容部に収容された前記コアを保持する保持部と、
   を備えたコアホルダ。
2. 前記第２の保護壁が、
   前記コアの内周面を覆う内周面保護部と、
   前記内周面保護部に形成され、測定対象となる電流が流れるバスバを保持するバスバ保持部と、
   を備えた請求項１に記載のコアホルダ。
3. 前記第２の保護壁が、
   前記第１の端面を保護する第１の端面保護部と、
   前記第２の端面を保護する第２の端面保護部と、
   前記内周面保護部と前記第１の端面保護部の境界に形成された第１の段差部と、
   前記内周面保護部と前記第２の端面保護部の境界に形成された第２の段差部と、
   を備え、
   前記内周面保護部、前記第１の段差部及び前記第２の段差部により、前記コアと前記収容部の相対的な位置が決定する請求項２に記載のコアホルダ。
4. 請求項１乃至３のいずれか１項に記載のコアホルダを少なくとも１つ備えた電流センサ。
   
   

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