(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
被検出電流の流れ方向を軸とした軸周りを、一部を隙間として残して取り囲むように配置されたシールドと、
前記シールドをインサート成形したケースと、
前記被検出電流の発生する磁界が印加される磁電変換素子とを備え、
前記シールドは、底面部と、前記底面部の両側から各々立ち上がる側面部とを有し、前記底面部の少なくとも一部が前記ケースの成形樹脂内に埋設され、両側の前記側面部が共に全面的に前記ケースと非接触であることを特徴する電流センサ。
【請求項２】
請求項１に記載の電流センサにおいて、前記シールドがコの字型であることを特徴する電流センサ。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の電流センサにおいて、前記シールドが単層構造を成していることを特徴とする電流センサ。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか一項に記載の電流センサにおいて、前記シールドは、前記ケースの成形樹脂に埋設される部分に凹部、凸部または貫通穴を有することを特徴とする電流センサ。
【請求項５】
請求項１から４のいずれか一項に記載の電流センサにおいて、前記被検出電流を流す為のバスバーが前記ケースにインサート成形され又は前記ケースに挿通されていることを特徴とする電流センサ。
【請求項６】
請求項１から４のいずれか一項に記載の電流センサにおいて、前記被検出電流を流す為のバスバーを挿通可能な貫通穴が前記ケースに設けられていることを特徴とする電流センサ。
【請求項７】
請求項１から４のいずれか一項に記載の電流センサにおいて、
前記被検出電流を流す為のバスバーが前記ケースにインサート成形され、
前記バスバーは、前記ケースの成形樹脂に埋設される部分に切欠又は貫通穴を有し、
前記切欠又は前記貫通穴を埋めている成形樹脂部分に延びるネジ穴が前記ケースに設けられ、
前記ネジ穴に螺合するネジによって、前記磁電変換素子を搭載した回路基板が前記ケースに固定されることを特徴とする電流センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ホール素子等の磁電変換素子を用いて例えばモータの駆動電流やバッテリー電流を検出する電流センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
下記特許文献１は、被測定電流を囲むコアと、前記コアのギャップに配置されたホール素子とを備える電流センサを開示する。前記コアはケース内の部品収容室に配置され、配置後に部品収容室はモールド剤で充填される。つまり、前記コアは樹脂充填によって固定される。
【０００３】
下記特許文献２は、リング形状のコアがギャップの周りを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た電流センサを開示する。前記コアは、ギャップの周りを除く大部分が成形樹脂内に埋まっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開2006-78255号公報
【特許文献２】特開2009-42003号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１及び２の電流センサのようにコアの全て又は大部分が充填樹脂又は成形樹脂内に埋まっている構成は、一見すると保持の安定性が高いものの、温度変化による充填樹脂や成形樹脂の寸法変化によりコアのギャップ距離が変動し、電流検出の温度特性を悪化させるという問題があることを本発明者は見出した。こうした問題は、隙間を有するシールドで被測定電流を囲む場合にも同様に生じる。
【０００６】
本発明はこうした状況を認識してなされたものであり、その目的は、温度特性の良好な電流センサを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明のある態様は、電流センサである。この電流センサは、
被検出電流の流れ方向を軸とした軸周りを、一部を隙間として残して取り囲むように配置されたシールドと、
前記シールドをインサート成形したケースと、
前記被検出電流の発生する磁界が印加される磁電変換素子とを備え、
前記シールドは、底面部と、前記底面部の両側から各々立ち上がる側面部とを有し、前記底面部の少なくとも一部が前記ケースの成形樹脂内に埋設され、両側の前記側面部が共に全面的に前記ケースと非接触であることを特徴する。
【００１１】
前記シールドはコの字型であってもよい。
【００１２】
前記シールドは単層構造を成していてもよい。
【００１３】
前記シールドは、前記ケースの成形樹脂に埋設される部分に凹部、凸部または貫通穴を有してもよい。
【００１４】
前記被検出電流を流す為のバスバーが前記ケースにインサート成形され又は前記ケースに挿通されてもよい。
【００１５】
前記被検出電流を流す為のバスバーを挿通可能な貫通穴が前記ケースに設けられていてもよい。
【００１６】
前記電流センサにおいて、
前記被検出電流を流す為のバスバーが前記ケースにインサート成形され、
前記バスバーは、前記ケースの成形樹脂に埋設される部分に切欠又は貫通穴を有し、
前記切欠又は前記貫通穴を埋めている成形樹脂部分に延びるネジ穴が前記ケースに設けられ、
前記ネジ穴に螺合するネジによって、前記磁電変換素子を搭載した回路基板が前記ケースに固定されてもよい。
【００１７】
なお、以上の構成要素の任意の組合せ、本発明の表現を方法やシステムなどの間で変換したものもまた、本発明の態様として有効である。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、シールドの全て又は大部分が成形樹脂内に埋まっている場合と比較して温度特性の良好な電流センサを実現可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の実施の形態に係る電流センサの構成を示す分解斜視図。
【図２】図１のII-II断面図。
【図３】図１のIII-III断面図。
【図４】図１に示すバスバー１０の斜視図。
【図５】図１に示すバスバー１０及びシールド２０の斜視図。
【図６】図１に示すシールド２０の斜視図。
【図７】図１に示す電流センサから回路基板４０を除いた斜視図。
【図８】図１に示す電流センサ（１辺インサート）と図１４に示す比較例の場合（３辺インサート）との間で、環境温度と特性変動率との関係を比較した特性比較図。
【図９】シールド２０の側面部２２,２３の内側面がケース３０の成形樹脂と接触する参考例に係る電流センサの構成を示す斜視図（回路基板４０は図示省略）。
【図１０】シールド２０の側面部２２,２３の、内側面から厚み方向の所定位置までがケース３０の成形樹脂に埋まっている参考例に係る電流センサの構成を示す斜視図（回路基板４０は図示省略）。
【図１１】バスバー１０をインサート成形しない実施の形態に関し、バスバー１０を挿通していない状態の電流センサの構成を示す斜視図（回路基板４０は図示省略）。
【図１２】図１に示すバスバー１０の別の例を示す斜視図。
【図１３】図１に示すシールド２０の別の例を示す斜視図。
【図１４】比較例に係る電流センサの斜視図（磁気検出素子は図示省略）。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、図面を参照しながら本発明の好適な実施の形態を詳述する。なお、各図面に示される同一または同等の構成要素、部材、処理等には同一の符号を付し、適宜重複した説明は省略する。また、実施の形態は発明を限定するものではなく例示であり、実施の形態に記述されるすべての特徴やその組み合わせは必ずしも発明の本質的なものであるとは限らない。
【００２１】
図１は、本発明の実施の形態に係る電流センサの構成を示す斜視図である。図２は、図１のII-II断面図である。なお、図１においては、磁電変換素子５０を搭載した回路基板４０を電流センサから分解状態で示している。図３は、図１のIII-III断面図である。
【００２２】
電流センサ１００は、バスバー１０と、シールド２０（磁気シールド）と、ケース３０と、回路基板４０と、ホール素子等の磁電変換素子５０とを備える。
【００２３】
バスバー１０（黄銅材等の導体）は、被検出電流の経路を成す。バスバー１０の取付用貫通孔１１Ａ,１１Ｂは、ネジ止め等によってバスバー１０を不図示の対象物に取り付けるために設けられる。図４に示すように、バスバー１０には連通用貫通穴１２Ａ,１２Ｂが形成される。
【００２４】
シールド２０は、被検出電流の流れ方向を軸とした軸周り（すなわちバスバー１０の軸周り）を、一部を残して取り囲むように配置される（図５も参照）。シールド２０は、例えばコの字型であり、底面部２１と、側面部２２,２３とを有する。側面部２２,２３は、底面部２１の両側（ここでは両端）から各々立ち上がる。側面部２２,２３の先端同士は隙間となっている。すなわち、側面部２２,２３の先端同士の隙間を残して、バスバー１０の軸周りはシールド２０に囲まれる。底面部２１に形成された凸部２１Ａ,２１Ｂ（図６参照）は、後述のケース３０からのズレ防止のために設けられる。シールド２０は、高透磁率の例えば珪素鋼板であり、好ましくは１％珪素鋼板（１％ＬＳＳＰ：ＳｉＯ2の含有率が約１％の鋼板）からなる単層構造であるとよい。シールド２０の肉厚は、例えば１ｍｍ〜２ｍｍ程度である。
【００２５】
絶縁樹脂製のケース３０は、バスバー１０及びシールド２０をインサート成形したものであり、基部３１と、側壁３２Ａ,３２Ｂとを有する。基部３１は、内側にバスバー１０の中間部とシールド２０の底面部２１とを一体に保持する。基部３１の上面には、回路基板４０を固定するためのネジ穴３０１が２つ設けられる。なお、ネジ穴３０１は２つあるが、図１等には２つのうち１つのみが現れる（他の一つは側壁３２Ｂに隠れて見えない）。ネジ穴３０１は、バスバー１０の連通用貫通穴１２Ａ,１２Ｂを埋めている成形樹脂部分に延びる。側壁３２Ａ,３２Ｂは、被検出電流の方向の両側において基部３１から立ち上がる。
【００２６】
側方から見て側壁３２Ａ,３２Ｂの間（隙間）は、側壁非形成領域となっている。この側壁非形成領域に、シールド２０の側面部２２,２３が側壁３２Ａ,３２Ｂに非接触で延在する。すなわち、シールド２０は、底面部２１の少なくとも一部（例えば両端部を除く中間部全体）のみがケース３０の成形樹脂内に埋設される一方、側面部２２,２３は前記成形樹脂内に埋設されない（例えばケース３０に非接触である（図７も参照））。シールド２０のうち前記成形樹脂内に埋設されない非埋設部（底面部２１の両端と側面部２２,２３）は、被検出電流の流れ方向を軸とした軸周りに沿う長さが、ケース３０の成形樹脂内に埋設された埋設部（底面部２１の中間部全体）よりも長い。
【００２７】
回路基板４０は、ネジ穴３０１に螺合するネジ４０５Ａ,４０５Ｂによってケース３０の基部３１の上面に固定される。すなわち、回路基板４０の貫通孔４０１Ａ,４０１Ｂを通して、ネジ４０５Ａ,４０５Ｂがネジ穴３０１にそれぞれ螺着される。回路基板４０には、磁電変換素子５０が所定位置に搭載保持される。磁電変換素子５０には、バスバー１０を流れる被検出電流の発生する磁界が印加される。磁電変換素子５０から得られる出力電圧を増幅等してセンサ出力を得るための公知の回路（不図示）が回路基板４０に形成される。
【００２８】
本実施の形態によれば、下記の効果を奏することができる。
【００２９】
(1) 樹脂の熱膨張率は金属の熱膨張率よりも大きいため、図１４に示す比較例のようにシールド２０の全て又は大部分がケース８３０の成形樹脂内に埋まっていると、温度変化によるシールド２０の隙間長（側面部２２,２３の先端同士の距離）の変化が大きく、電流検出の温度特性が悪化するという問題がある。この点、本実施の形態では、シールド２０は、底面部２１の少なくとも一部のみがケース３０の成形樹脂内に埋設される一方、側面部２２,２３は前記成形樹脂内に埋設されないため、シールド２０の全て又は大部分がケース３０の成形樹脂内に埋まっている場合と比較して、温度変化によるシールド２０の隙間長の変化が小さく、電流検出の温度特性が良好となる。図８は、図１に示す電流センサ１００（１辺インサート）と図１４に示す比較例の場合（３辺インサート）との間で、環境温度と特性変動率との関係を比較した特性比較図である。なお、縦軸の特性は、シールド２０が飽和しない範囲の一定の被検出電流を流した後の残留磁気（ヒステリシス）を２５℃を基準（1.00）とした比率で示す。シールド２０の側面部２２,２３の先端同士の隙間が温度変化に伴って長くなると残留磁気は小さくなり、隙間が温度変化に伴って短くなると残留磁気は大きくなる。本図より、図１４に示す比較例の場合は、−３０℃〜８０℃の温度変化に対して＋３５％〜−２０％の誤差が生じるのに対し、図１に示す電流センサ１００では、誤差は±５％以内に収まっている。
【００３０】
(2) シールド２０が単層構造であるため、複数層の積層構造である場合と異なり、積層に伴う寸法精度悪化や製造コストアップを防止できる。具体的には、シールド２０を積層構造にすると、ワニスとシールド材の線膨張係数差による、シールド２０への応力の影響や積層枚数分の寸法誤差の重ね合わせによる、製品寸法精度の悪化が考えられるが、単層構造にすることによって、製品寸法精度の悪化及びそれに伴う特性への悪影響を低減することができる。また、シールド２０を積層構造にする場合、コの字の内側になるにつれて厚み分だけ短くなるように製作したシールド材が積層数分必要となり、その寸法管理コストや、積層数分の製造コスト・材料コスト、及び積層したコの字シールド間を固定する為にワニスに浸し固定する等のコストアップ要因が加わるが、単層構造にすることによってそのようなコストアップ要因を無くすことができる。
【００３１】
(3) 単層構造の場合、十分な電流測定範囲を確保するためにはシールド２０の厚み（断面積）確保が課題となるが、一般的な電流センサで用いられる珪素鋼板では、流通性のある最も大きい厚さのものを用いても、複数枚積層する必要がある。これに対し、本実施の形態では、シールド２０に１％珪素鋼板を用いることで、単層構造であっても一定の断面積を確保でき、磁気飽和領域を大きくすることができる、すなわち電流測定範囲を大きくすることができる。
【００３２】
(4) インサート成形にて固定されるバスバー１０及びシールド２０には連通用貫通穴１２Ａ,１２Ｂ及び凸部２１Ａ,２１Ｂを設けており、抜け止めの効果を成している。
【００３３】
(5) バスバー１０の抜け止め効果を奏する連通用貫通穴１２Ａ,１２Ｂに流入された成形樹脂部分を、ネジ４０５Ａ,４０５Ｂを螺着するためネジ穴３０１の形成部分として併用することで、ネジ穴３０１の形成用にケース３０の幅を広げる必要を無くし、小型化を図ることができる。
【００３４】
以上、実施の形態を例に本発明を説明したが、実施の形態の各構成要素や各処理プロセスには請求項に記載の範囲で種々の変形が可能であることは当業者に理解されるところである。以下、変形例について触れる。
【００３６】
バスバー１０は、インサート成形せずに、後からケース３０の挿通孔（貫通穴）に挿通する構成であってもよい。図１１は、バスバー１０をインサート成形しない実施の形態に関し、バスバー１０を挿通していない状態の電流センサの構成を示す斜視図である。但し、本図において回路基板４０は図示は省略している。ケース３０には、バスバー１０を挿通するための挿通孔３５が、基部３１を貫いて設けられている。この場合、ケース３０のネジ穴３０１は、挿通孔３５にかからないようにずらしている。
【００３７】
バスバー１０は、ケース３０の成形樹脂に埋設される部分に、連通用貫通穴１２Ａ,１２Ｂ（図４）に替えて、図１２に示すように連通用切欠１２Ｃ,１２Ｄを有してもよい。この場合、ケース３０のネジ穴３０１は、バスバー１０の連通用切欠１２Ｃ,１２Ｄを埋めている成形樹脂部分に延びるように設ける。
【００３８】
シールド２０は、ケース３０の成形樹脂に埋設される部分である底面部２１に、凸部２１Ａ,２１Ｂ（図６）に替えて、貫通穴２１Ｃ（図１３）あるいは凹形状（図示省略）を有してもよい。
【００３９】
シールド２０は、コの字型に限らず、隙間を有する他の形状、例えばＵ字型や半円弧型であってもよい。
【００４０】
磁電変換素子５０は、ホール素子に限らず、スピンバルブ型巨大磁気抵抗効果素子等のＭＲ素子であってもよい。
（参考例）
図９は、シールド２０の側面部２２,２３の内側面がケース３０の成形樹脂と接触する参考例に係る電流センサの構成を示す斜視図（回路基板４０は図示省略）である。図１０は、シールド２０の側面部２２,２３の、内側面から厚み方向の所定位置までがケース３０の成形樹脂に埋まっている参考例に係る電流センサの構成を示す斜視図（回路基板４０は図示省略）である。本図の例では、図９の側壁３２Ｃの厚みを大きくし、シールド２０の側面部２２,２３の厚みの半分程度までがケース３０の成形樹脂に埋まっている。この場合も、シールド２０の側面部２２,２３の外側面は全面的に露出する。このように、シールド２０の側面部２２,２３の外側面の大部分がケース３０の成形樹脂から露出していれば、シールド２０の全て又は大部分がケース３０の成形樹脂内に埋まっている場合（図１４参照）と比較して、温度変化によるシールド２０の隙間長の変化が小さく、電流検出の温度特性が良好となる。
【符号の説明】
【００４１】
１０  バスバー
２０  シールド
２１  底面部
２２,２３  側面部
３０  ケース
３１  基部
３２Ａ,３２Ｂ  側壁
４０  回路基板
５０  磁電変換素子
１００  電流センサ
【図１】
0005690209.tif 000002
【図２】
0005690209.tif 000003
【図３】
0005690209.tif 000004
【図４】
0005690209.tif 000005
【図５】
0005690209.tif 000006
【図６】
0005690209.tif 000007
【図７】
0005690209.tif 000008
【図９】
0005690209.tif 000009
【図１０】
0005690209.tif 000010
【図１１】
0005690209.tif 000011
【図１２】
0005690209.tif 000012
【図１３】
0005690209.tif 000013
【図１４】
0005690209.tif 000014
【図８】
0005690209.tif 000015