(57)【要約】【課題】導電部材が通されるコアの通し孔を大きくしても、ヒステリシスの増加を抑制可能にする。【解決手段】板材を曲げ加工してコア１０を形成し、コア１０の両端部に対向配置された一対の対向片１０２に突起部１０６を半抜き加工により成形し、突起部１０６間にホール素子１２０を配置する。突起部１０６を設けてコアギャップ断面積を小さくすることにより、パーミアンス係数が小さくなって、ヒステリシスが小さくなる。したがって、通し孔１０８を大きくした場合のヒステリシスの増加分が相殺される。【選択図】図４
2014010012.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
コア（１０）およびホール素子（１２０、１２０ａ）を備えて、導電部材（３）に流れる電流を検出する電流センサであって、
前記コアは、板材が曲げ加工にて環状に形成されるとともに、前記導電部材が通される通し孔（１０８）が形成されたコア本体部（１００）と、前記コア本体部の両端部に形成されて対向配置された一対の対向片（１０２）と、前記対向片に形成されて対向配置された一対の突起部（１０６、１０６ａ）とを備え、
前記ホール素子は、前記突起部間に配置されていることを特徴とする電流センサ。
【請求項２】
前記突起部は、半抜き加工により成形さ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。
【請求項３】
前記突起部における前記ホール素子に対向する面は平坦な面であり、
前記突起部における前記ホール素子に対向する面の面積は、前記ホール素子のセンサチップ（１２００）における前記突起部に対向する面の面積よりも大であ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。
【請求項４】
前記コアは、前記コアにおける通し孔軸方向の寸法が異なる複数種類のコア（１０ａ、１０ｂ、１０ｃ）から選択使用されることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１つに記載の電流センサ。
【請求項５】
前記一対の対向片間で且つ前記一対の突起部に対向しない位置に配置されたホール素子（１２０ｂ、１２０ｃ）を備えることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１つに記載の電流センサ。
【請求項６】
前記一対の突起部間に配置された前記ホール素子は、前記一対の突起部に対向しない位置に配置された前記ホール素子よりも、前記通し孔から遠い側に配置されていることを特徴とする請求項５に記載の電流センサ。
【請求項７】
前記導電部材は、車両電装品に接続されたバスバーであることを特徴とする請求項１ないし６のいずれか１つに記載の電流センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、導電部材に流れる電流を検出する電流センサに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の電流センサは、板材を剪断加工して所定の形状のコア断片を形成し、このコア断片を複数枚積層一体化してコアを構成している。このコアには、導電部材が通される通し孔が形成されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
また、電流センサを例えば車両に搭載する場合、導電部材としてのバスバーが通し孔に挿入される。このバスバーの一端側は、バッテリーのターミナルに嵌合され、バスバーの他端側は、ハーネスの端部にかしめ結合されたターミナルとねじにより締結されている（例えば、特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−３０８５２６号公報
【特許文献２】特開２００１−２７２４２２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、コア断片の材料として高価な軟磁性材料であるパーマロイが使われ、また、通し孔の部分の材料は廃材となるため、材料費抑制の観点から通し孔を極力小さくして設計を行う必要があった。
【０００６】
そして、通し孔が小さい電流センサを例えば車両に搭載する場合、バスバーにおけるバッテリーのターミナルに嵌合される部位は通し孔を通過できないため、バスバーにおけるハーネス側の端部から通し孔に挿入し、その後、ハーネスにかしめ結合されたターミナルとバスバーとをねじにより締結するようにしている。
【０００７】
この場合、ハーネスにかしめ結合されたターミナルとバスバーとを締結するねじが必要であるため、部品点数の増加を招くとともに、ねじ締結の信頼性が要求される。
【０００８】
一方、バスバーにおけるバッテリーのターミナルに嵌合される部位が通過できるように、通し孔を単純に大きくした場合、廃材増加により材料費が増加するとともに、コアの磁路長が長くなるためヒステリシスが大きくなり、電流検出精度が悪化するという問題が生じる。
【０００９】
本発明は上記点に鑑みて、通し孔を大きくしても、ヒステリシスの増加を抑制可能にすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、コア（１０）およびホール素子（１２０、１２０ａ）を備えて、導電部材（３）に流れる電流を検出する電流センサであって、コアは、板材が曲げ加工にて環状に形成されるとともに、導電部材が通される通し孔（１０８）が形成されたコア本体部（１００）と、コア本体部の両端部に形成されて対向配置された一対の対向片（１０２）と、対向片に形成されて対向配置された一対の突起部（１０６、１０６ａ）とを備え、ホール素子は、突起部間に配置されていることを特徴とする。
【００１１】
これによると、突起部を設けてコアギャップ断面積を小さくすることにより、パーミアンス係数が小さくなって、ヒステリシスが小さくなる。したがって、通し孔を大きくした場合の、コアの磁路長が長くなることによるヒステリシスの増加分が相殺され、通し孔を大きくしてもヒステリシスの増加を抑制することができる。
【００１２】
なお、この欄および特許請求の範囲で記載した各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の第１実施形態に係る電流センサの分解斜視図である。
【図２】図１の電流センサの斜視図である。
【図３】図１の電流センサの斜視図である。
【図４】図１のコアおよびホール素子の平面図である。
【図５】図１の電流センサの使用状態を示す斜視図である。
【図６】図５の電流センサとバスバーの組み付け状態を示す斜視図である。
【図７】図５の電流センサとバスバーの嵌合部を示す断面図である。
【図８】図５のバスバーの斜視図である。
【図９】本発明の第２実施形態に係る電流センサにおけるコアおよびホール素子の斜視図である。
【図１０】第２実施形態に係る電流センサにおけるコアの板幅とコアギャップ部の磁束密度との関係を示す図である。
【図１１】本発明の第３実施形態に係る電流センサにおけるコアの対向片およびホール素子の斜視図である。
【図１２】図１１のコアの対向片コアおよびホール素子の正面図である。
【図１３】図１１のコアの対向片コアおよびホール素子の平面図である。
【図１４】第３実施形態に係る電流センサにおける突起部有無とコアギャップ部の磁束密度との関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、図中、同一符号を付してある。
【００１５】
（第１実施形態）
図５に示すように、本実施形態の電流センサ１は、車両に搭載されたバッテリー２からバスバー３およびハーネス（図示せず）を介して車両電装品（図示せず）に流れる電流を検出するために用いられる。。
【００１６】
図１〜図４に示すように、電流センサ１は、コア１０、回路基板１２、筺体１４等から構成されている。
【００１７】
回路基板１２には、ホール素子１２０が実装されるとともに、ホール素子１２０の駆動制御回路を構成する各種の電子部品が複数個実装されている。ホール素子１２０は、センサチップ１２００が、モールド樹脂よりなるモールド層１２０１にモールドされている。
【００１８】
コア１０は、導電性磁性材料（例えば、パーマロイ）よりなる１枚の板材を曲げ加工して形成されている。また、コア１０は、円形の環状に形成されたコア本体部１００と、コア本体部１００の両端部に形成されて平行に対向配置された一対の対向片１０２とを備えている。
【００１９】
一対の対向片１０２間にコアギャップ１０４が形成されている。また、各対向片１０２には、対向する位置に円柱状の突起部１０６が形成されている。この突起部１０６は、半抜き加工により成形されている。
【００２０】
突起部１０６間にホール素子１２０が配置されている。より詳細には、センサチップ１２００全体が突起部１０６間に位置している。そして、突起部１０６におけるホール素子１２０に対向する面は平坦な面になっている。また、突起部１０６におけるホール素子１２０と対向する面の面積は、センサチップ１２００における突起部１０６に対向する面の面積よりも大である。コア本体部１００の内側には、バスバー３が通されるコア内通し孔１０８が形成されている。
【００２１】
筺体１４は合成樹脂よりなり、コア１０が収容される環状のコア収容空間１４０が形成された円筒状のコア収容部１４２、回路基板１２が収容される略直方体の回路基板収容空間１４４が形成された略箱形状の回路基板収容部１４６、および筒形状のコネクタ装着部１４８を備えている。また、コア収容部１４２の内側には、バスバー３が通される筺体内通し孔１５０が形成されている
そして、コア収容空間１４０にコア１０が収容され、また、回路基板収容空間１４４に回路基板１２が収容された後に、コア収容空間１４０および回路基板収容空間１４４内に封止材１５２（図２の斜線部分）が充填され、封止材１５２の硬化によってコア１０および回路基板１２が封止されている。
【００２２】
コネクタ装着部１４８は回路基板収容部１４６の側方に連結され、コネクタ装着部１４８内に設けられたコネクタ端子（図示せず）と回路基板１２の電子部品とは配線材を介して接続されている。
【００２３】
図３、図７に示すように、筺体１４は、バスバー３が挿入されるバスバー挿入溝部１５４が形成されたバスバー挿入部１５６、および弾性変形可能で且つ先端に爪部１５８を有する突起片１６０を備えている。バスバー挿入部１５６および突起片１６０は、コア収容部１４２を基点として、筺体内通し孔１５０の軸方向に沿って延びている。また、バスバー挿入部１５６には、バスバー挿入溝部１５４に向かって突出するバスバー押さえ部１６２が形成されている。
【００２４】
図５〜図８に示すように、導電部材としてのバスバー３は、銅合金等の導電性金属よりなり、長手方向中間部に板状の中央板部３０を備えている。この中央板部３０には、筺体１４の爪部１５８が係合する長孔状の係合切り欠き部３２が形成されている。また、中央板部３０における係合切り欠き部３２の側方には、バスバー３の長手方向およびバスバー３の板厚方向に対して直交する方向に突出して、筺体１４のバスバー挿入溝部１５４に挿入される突出板部３４が形成されている。
【００２５】
バスバー３の一端側には、バッテリー２のターミナル２０に嵌合される略円筒状のバスバー筒部３６が形成されている。より詳細には、バスバー筒部３６は、周方向には連続しておらず、その軸線方向に見たときには円弧状になっている。そして、バスバー筒部３６の周方向両端部には、バスバー筒部３６の径方向外側に向かって延びる板状のボルト取付板部３８が形成されている。また、ボルト取付板部３８には、ボルトが挿入されるボルト挿入孔４０が形成されている。
【００２６】
バスバー３の他端側には、車両電装品に接続されたハーネス（図示せず）がかしめにて結合されている。
【００２７】
上記のように構成された電流センサ１を使用するには、まず、ハーネスが結合されたバスバー３を、バスバー筒部３６側から、筺体内通し孔１５０に挿入する。続いて、突出板部３４をバスバー挿入溝部１５４に挿入するとともに、突起片１６０の爪部１５８を係合切り欠き部３２に係合させて、電流センサ１とバスバー３の相対的な位置決めを行う（図６参照）。ここで、突出板部３４は、バスバー挿入部１５６におけるバスバー押さえ部１６２に対向する板面とバスバー押さえ部１６２とによって、密着状態で挟持されるようになっており、これによりガタつきを防止するようにしている。
【００２８】
続いて、バスバー筒部３６をバッテリー２のターミナル２０に嵌合し（図５参照）、ボルト（図示せず）をボルト挿入孔４０に挿入し、挿入したそのボルトとナット（図示せず）とを螺合させて、バスバー筒部３６をターミナル２０に圧着させる。
【００２９】
続いて、電流センサ１の検出信号を入力する外部装置のコネクタ（図示せず）をコネクタ装着部１４８に挿入し、外部装置とコネクタ装着部１４８内のコネクタ端子とを接続する。
【００３０】
そして、バスバー３に電流が流れると、その電流によってコア１０内に磁束が生じ、その磁束によってコアギャップ１０４に形成された磁路中に配置されたホール素子１２０は、当該磁束に対応したホール効果による電圧（ホール電圧）を発生する。
【００３１】
ここで、ホール素子１２０が発生するホール電圧は、コア１０内の磁束に対応するだけでなく、その磁束を発生させたバスバー３に流れる電流値にも対応するため、その電流値の検出信号といえる。そのため、ホール素子１２０の発生したホール電圧を検出信号として外部装置へ出力する。
【００３２】
本実施形態では、突起部１０６を設けてコアギャップ１０４の断面積を小さくしているため、パーミアンス係数が小さくなって、ヒステリシスが小さくなる。したがって、コア内通し孔１０８を大きくした場合の、コア１０の磁路長が長くなることによるヒステリシスの増加分が相殺され、コア内通し孔１０８を大きくしてもヒステリシスの増加を抑制することができ、電流検出精度の悪化を回避することができる。
【００３３】
また、コア内通し孔１０８および筺体内通し孔１５０を大きくすることにより、バスバー３を、バスバー筒部３６側から筺体内通し孔１５０に挿入することが可能になり、バスバー３とハーネスは分離可能にする必要がなくなる。したがって、従来のようにハーネスにターミナルをかしめ結合し、さらにそのターミナルとバスバーとをねじで締結するという、複雑な構成を採用する必要がなくなる。
【００３４】
さらに、板材を曲げ加工してコア１０を形成するため、従来のように板材を剪断加工してコア断片を形成するものと比較して、廃材を少なくすることができる。
【００３５】
（第２実施形態）
本発明の第２実施形態について説明する。本実施形態は、コア１０の構成が第１実施形態と異なり、その他に関しては第１実施形態と同様であるため、異なる部分についてのみ説明する。
【００３６】
図９に示すように、コア内通し孔１０８の軸方向（以下、通し孔軸方向という）寸法であるコア板幅が異なる複数種類のコア１０ａ、１０ｂ、１０ｃを用意する。具体的には、コア板幅がＨに設定されたコア１０ａ、コア板幅が２／３Ｈに設定されたコア１０ｂ、コア板幅が１／３Ｈに設定されたコア１０ｃを用意する。
【００３７】
また、各コア１０ａ、１０ｂ、１０ｃは、コア収容部１４２（図１参照）の底面に当接する一端面（図９の紙面下方の面）から突起部１０６までの、通し孔軸方向の寸法が等しくなっている。
【００３８】
そして、要求される測定レンジに応じて３種類のコア１０ａ、１０ｂ、１０ｃを選択使用する。具体的には、測定レンジが広い場合はコア板幅が最も大きいコア１０ａを使用し、測定レンジが狭くなるほどコア板幅が小さいコア１０ｂ、１０ｃを使用する。
【００３９】
ところで、突起部１０６が形成されていない場合、すなわち、対向片１０２が平板である場合は、コアギャップ１０４における通し孔軸方向中央部でコアギャップ部の磁束密度が最も高くなり、ここにホール素子１２０を配置することが一番望ましい。
【００４０】
したがって、対向片１０２が平板で且つコア板幅が異なるコア１０は、それぞれのコア毎にホール素子１２０の最適な位置が異なる。このため、仮に、コア板幅が最小のコア１０ｃに対してホール素子１２０を最適な位置に配置する設計を行った場合、コア板幅が最小ではないコア１０ａ、１０ｂを使用した際にホール素子１２０は最適位置にはならず、磁気回路として非効率となる。
【００４１】
これに対し、本実施形態のように対向片１０２に突起部１０６を設けた場合、図１０に示すようにコア板幅が異なっても突起部１０６間が最も磁束密度が高くなり、突起部１０６間がホール素子１２０の最適位置となる。
【００４２】
そして、各コア１０ａ、１０ｂ、１０ｃの一端面から突起部１０６までの寸法が等しいため、コア１０以外の部品を共通設計としたまま、何れのコア１０ａ、１０ｂ、１０ｃを使用した場合でもホール素子１２０を突起部１０６間に配置することができる。
【００４３】
本実施形態によると、第１実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００４４】
また、コア板幅が異なるコア１０ａ、１０ｂ、１０ｃを選択使用し、各コア１０ａ、１０ｂ、１０ｃの一端面から突起部１０６までの寸法を等しくしているため、コア１０以外の部品を共通設計としたまま、測定レンジの拡大、縮小に対応した電流センサを提供することができる。
【００４５】
（第３実施形態）
本発明の第３実施形態について説明する。本実施形態は、コア１０の構成が第２実施形態と異なり、その他に関しては第２実施形態と同様であるため、異なる部分についてのみ説明する。
【００４６】
図１１〜図１３に示すように、対向片１０２間には、第１〜３ホール素子１２０ａ、１２０ｂ、１２０ｃが、通し孔軸方向に対して直交する方向に沿って並んで配置されている。また、コア１０にけるコア収容部１４２（図１参照）の底面に当接する一端面（図１２の紙面下方の面）から第１〜３ホール素子１２０ａ、１２０ｂ、１２０ｃまでの、通し孔軸方向の寸法は等しく設定されている。
【００４７】
第１ホール素子１２０ａは、第２ホール素子１２０ｂおよび第３ホール素子１２０ｃよりもコア内通し孔１０８から遠い側に配置されている。そして、一対の対向片１０２には、第１ホール素子１２０ａを挟んで対向する位置に、それぞれ第１突起部１０６ａが形成されている。
【００４８】
第２ホール素子１２０ｂは、第１ホール素子１２０ａよりもコア内通し孔１０８に近い側に配置されている。そして、一対の対向片１０２のうち一方の対向片には、第２ホール素子１２０ｂに対向する位置に第２突起部１０６ｂが形成され、他方の対向片には、第２ホール素子１２０ｂに対向する位置に突起部１０６は形成されていない。
【００４９】
また、コア１０におけるコア収容部１４２の底面に当接する一端面から第１突起部１０６ａまでの通し孔軸方向の寸法と、コア１０におけるコア収容部１４２の底面に当接する一端面から第２突起部１０６ｂまでの通し孔軸方向の寸法は、等しく設定されている。
【００５０】
第３ホール素子１２０ｃは、第２ホール素子１２０ｂよりもコア内通し孔１０８に近い側に配置されている。そして、一対の対向片１０２における第３ホール素子１２０ｃに対向する位置には、突起部は形成されていない。
【００５１】
上記構成になる電流センサでは、図１４に示すように、コアギャップ部の磁束密度の最大値は、第１ホール素子１２０ａが配置された部位が最大となり、第３ホール素子１２０ｃが配置された部位が最小となる。すなわち、第１ホール素子１２０ａが最も高感度となり、第３ホール素子１２０ｃは感度が最小となる。したがって、測定レンジや電流検出精度の異なる複数の出力を得ることができる。
【００５２】
なお、各突起部１０６ａ、１０６ｂの突き出し量を変えて磁気特性をコントロールして、測定レンジを変更することも可能である。また、半抜き加工によると、各突起部１０６ａ、１０６ｂの突き出し量等の変更は自在かつ容易に行うことができる。
【００５３】
ところで、各ホール素子１２０ａ、１２０ｂ、１２０ｃがコアギャップ１０４の完全な中心に位置していれば外乱磁界の影響を受けないが、製造上組みつけばらつきはあるので、０には出来ない。コアギャップ１０４が大きい場合は各ホール素子１２０ａ、１２０ｂ、１２０ｃの位置ずれが大きくならないよう、特別な設計上の配慮が必要となる。
【００５４】
そして、本実施形態の電流センサでは、図１１のＡ方向からの外乱磁界の侵入に対して最も影響を受けることになり、コアギャップ１０４が広いほどその影響を受けやすくなる。
【００５５】
ここで、本実施形態のように、第１〜３ホール素子１２０ａ、１２０ｂ、１２０ｃが配置された部位のうち、第１ホール素子１２０ａ配置された部位、すなわち、第１突起部１０６ａが対向していて実質的にコアギャップが最も狭くなる部位を、コア内通し孔１０８から遠い側に配置することにより、外乱磁界を第１突起部１０６ａ側に誘導し、第２ホール素子１２０ｂおよび第３ホール素子１２０ｃへの外乱磁界の影響を小さくすることができる。
【００５６】
本実施形態によると、第１実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００５７】
また、コアギャップ部の磁束密度の最大値が異なる部位に第１〜３ホール素子１２０ａ、１２０ｂ、１２０ｃを配置することにより、測定レンジや電流検出精度の異なる複数の出力を得ることができる。
【００５８】
さらに、実質的にコアギャップが最も狭くなる部位をコア内通し孔１０８から遠い側に配置することにより、第２ホール素子１２０ｂおよび第３ホール素子１２０ｃへの外乱磁界の影響を小さくすることができる。
【００５９】
（他の実施形態）
上記各実施形態は、実施可能な範囲で任意に組み合わせが可能である。
【符号の説明】
【００６０】
３        バスバー（導電部材）
１０      コア
１００    コア本体部
１０２    対向片
１０６    突起部
１２０    ホール素子
１０８    通し孔
１０６ａ  突起部
１２０ａ  ホール素子
【図１】
2014010012.tif 000003
【図２】
2014010012.tif 000004
【図３】
2014010012.tif 000005
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
2014010012.tif 000012
【図１１】
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【図１２】
2014010012.tif 000014
【図１３】
2014010012.tif 000015
【図１４】
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