(57)【要約】【課題】コアレスタイプの電流検出装置において、寸法公差及び熱膨張による磁電変換素子とバスバーとの間隔のばらつきを防止でき、ひいては電流の検出感度のばらつきを防止できること。【解決手段】電流検出装置１０は、ホール素子１が実装された電子基板２と、金属製のスペーサ５と、電流検出用バスバー６とを備える。電子基板２におけるホール素子１の両側の位置における複数の第一貫通孔２１と、筒状のスペーサ５の貫通孔と、電流検出用バスバー６の複数の第三貫通孔６２とに通された複数のネジ４及びそれらと螺合した複数のネジ受け部６３からなる連結機構が、電子基板２、スペーサ５及び電流検出用バスバー６を連結する。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電流が流れることにより生じる磁気を検出する磁電変換素子を備えた電流検出装置であって、
第一の面に前記磁電変換素子が実装され、前記磁電変換素子の両側の位置に複数の第一貫通孔が形成された電子基板と、
前記第一貫通孔に連通する第二貫通孔が形成され、第一の端が前記電子基板の前記第一の面に接する複数の筒状部材と、
複数の前記筒状部材の前記第二貫通孔に連通する複数の第三貫通孔、及び電流伝送経路の前段及び後段各々の接続端と連結される端子部が形成され、前記磁電変換素子との間に隙間が形成される状態で複数の前記筒状部材における前記第一の端と反対側の第二の端と接する導体からなる電流検出用バスバーと、
前記第一貫通孔、前記第二貫通孔及び前記第三貫通孔に通された複数のネジ及びそれらと螺合した複数のネジ受け部からなり、前記電子基板、複数の前記筒状部材及び前記電流検出用バスバーを連結する連結機構と、を備えることを特徴とする電流検出装置。
【請求項２】
前記連結機構により前記電子基板と連結され、前記電子基板と前記電流検出用バスバーとの間の空間を覆うカバー部材をさらに備える、請求項１に記載の電流検出装置。
【請求項３】
前記電子基板の接地パターンと電気的に接続された導電体の膜が、前記カバー部材の外側の面に形成されている、請求項２に記載の電流検出装置。
【請求項４】
前記ネジ受け部は、前記電流検出用バスバーにおける前記第三貫通孔の縁部のバーリング加工された部分である、請求項１から請求項３のいずれかに記載の電流検出装置。
【請求項５】
複数の前記筒状部材各々は金属の部材である、請求項１から請求項４のいずれかに記載の電流検出装置。
【請求項６】
複数の前記筒状部材各々は前記電子基板に実装されている、請求項４に記載の電流検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電線に流れる電流を検出する電流検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ハイブリッド自動車又は電気自動車などの車両には、バッテリに接続されたバスバーに流れる電流を検出する電流検出装置が搭載されることが多い。また、そのような電流検出装置としては、磁気比例方式の電流検出装置又は磁気平衡方式の電流検出装置が採用される場合がある。
【０００３】
磁気比例方式又は磁気平衡方式の電流検出装置には、特許文献１に示されるように、磁性体コアと磁電変換素子（磁気感応素子）とを備える第１のタイプと、特許文献２に示されるように、バスバーに対してごくわずかな隙間を隔てて配置された磁電変換素子を備える第２のタイプとが存在する。磁電変換素子は、磁気を検出し、磁気の強さを表す検出信号を電気信号として出力する素子である。磁電変換素子としては、通常、ホール素子が採用される。
【０００４】
第１のタイプにおける磁性体コアは、両端がギャップ部を介して対向し、中空部の周囲を囲んで一連に形成された概ねリング状の磁性体である。磁性体コアの中空部は、被検出電流が通過する空間（電流検出空間）である。磁性体コアは、中空部を流れる電流の変化に応じて変化する周囲の磁気を増幅する役割を果たす。なお、第１のタイプにおいて、磁電変換素子は、磁性体コアのギャップ部に配置される。
【０００５】
一方、第２のタイプの電流検出装置は、磁電変換素子と、その磁電変換素子をバスバーの近傍で支持する支持具とを備えるが、磁性体コアを備えないコアレスタイプである。そのため、第２のタイプの電流検出装置は、小型化できる点で優れている。
【０００６】
ところで、コアレスタイプの電流検出装置において、磁電変換素子は、電流の伝送経路の近傍において磁気の微小な変化を検出するため、バスバーに対する磁電変換素子の位置にばらつきが生じた場合、電流の検出感度が大きくばらつく。そのため、コアレスタイプの電流検出装置において、磁電変換素子をバスバーに対して高い精度で位置決めすることが、装置の品質の安定化のために重要である。
【０００７】
特許文献２に示される電流検出装置において、磁電変換素子（磁気検出素子）は、電子基板に実装され、その電子基板は、樹脂製のハウジングに取り付けられ、そのハウジングは、ネジなどによって電流検出用のバスバーに取り付けられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００９−１２８１１６号公報
【特許文献２】特開２０１０−２４３４４０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、特許文献２に示されるように、磁電変換素子が実装された電子基板が、その電子基板よりも大きな樹脂製のハウジングを介してバスバーに取り付けられた場合、ハウジングの寸法公差及び熱膨張により、磁電変換素子とバスバーとの間隔のばらつきが生じやすい。即ち、従来のコアレスタイプの電流検出装置は、ハウジングの寸法公差及び熱膨張に起因する電流の検出感度のばらつきが生じやすいという問題点を有している。
【００１０】
本発明は、コアレスタイプの電流検出装置において、寸法公差及び熱膨張による磁電変換素子とバスバーとの間隔のばらつきを防止でき、ひいては電流の検出感度のばらつきを防止できることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明に係る電流検出装置は、以下に示す各構成要素を備える。
（１）第１の構成要素は、電流が流れることにより生じる磁気を検出する磁電変換素子である。
（２）第２の構成要素は、第一の面に前記磁電変換素子が実装され、前記磁電変換素子の両側の位置に複数の第一貫通孔が形成された電子基板である。
（３）第３の構成要素は、前記第一貫通孔に連通する第二貫通孔が形成され、第一の端が前記電子基板の前記第一の面に接する複数の筒状部材である。
（４）第４の構成要素は、複数の前記筒状部材の前記第二貫通孔に連通する複数の第三貫通孔、及び電流伝送経路の前段及び後段各々の接続端と連結される端子部が形成され、前記磁電変換素子との間に隙間が形成される状態で複数の前記筒状部材における前記第一の端と反対側の第二の端と接する導体からなる電流検出用バスバーである。
（５）第５の構成要素は、前記第一貫通孔、前記第二貫通孔及び前記第三貫通孔に通された複数のネジ及びそれらと螺合した複数のネジ受け部からなり、前記電子基板、複数の前記筒状部材及び前記電流検出用バスバーを連結する連結機構である。
【００１２】
また、本発明に係る電流検出装置が、次に示す構成要素をさらに備えることが考えられる。即ち、第６の構成要素は、前記連結機構により前記電子基板と連結され、前記電子基板と前記電流検出用バスバーとの間の空間を覆うカバー部材である。さらにこの場合、前記電子基板の接地パターンと電気的に接続された導電体の膜が、前記カバー部材の外側の面に形成されていれば好適である。
【００１３】
また、本発明に係る電流検出装置において、前記ネジ受け部が、前記電流検出用バスバーにおける前記第三貫通孔の縁部のバーリング加工された部分であることが考えられる。
【００１４】
また、本発明に係る電流検出装置において、複数の前記筒状部材各々が金属の部材であることが考えられる。さらにこの場合、複数の前記筒状部材各々が前記電子基板に実装されていることも考えられる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明に係る電流検出装置は、コアレスタイプであるため、バスバーの周囲のスペースが狭い場合に適している。また、本発明に係る電流検出装置において、磁電変換素子が実装された電子基板は、ネジを含む連結機構により、ネジが貫通する筒状部材を挟んで電流検出用バスバーと連結される。即ち、筒状部材は、電子基板の磁電変換素子と電流検出用バスバーとの間の隙間を一定に維持するスペーサである。本発明に係る電流検出装置において、筒状部材は、電子基板とバスバーとの間の狭い隙間においてネジの周囲を囲む小さな部材であるため、寸法公差及び熱膨張はごくわずかしか生じない。
【００１６】
従って、本発明に係る電流検出装置が採用されれば、寸法公差及び熱膨張による磁電変換素子とバスバーとの間隔のばらつきはほとんど生じず、電流の検出感度のばらつきは防止される。
【００１７】
また、電子基板と電流検出用バスバーとの間の空間を覆うカバー部材が、連結機構により電子基板と連結されていれば、電子基板における磁電変換素子の実装面への異物の浸入が防止され、回路の短絡などの不都合が回避される。
【００１８】
また、本発明に係る電流検出装置において、電子基板の接地パターンと電気的に接続された導電体の膜が、カバー部材の外側の面に形成されていれば、磁気ノイズ及び電波ノイズは、磁電変換素子へ至る前に遮断される。その結果、磁電変換素子が、磁気ノイズ又は電波ノイズの影響を受け、電流の検出感度が変動することを防止できる。
【００１９】
また、本発明に係る電流検出装置において、ネジ受け部が、電流検出用バスバーにおけるバーリング加工された部分であれば、ナットなどの独立した部材がネジ受け部として採用される場合に比べ、電子基板、筒状部材及び電流検出用バスバーの連結の作業が容易となる。
【００２０】
また、金属の部材は、樹脂部材と比べて線熱膨張係数が格段に小さいため、スペーサとして機能する筒状部材が金属の部材であれば好適である。また、筒状部材が、金属の部材である場合、その筒状部材をハンダによって電子基板へ実装することは容易である。そして、筒状部材が電子基板に対して実装されていれば、筒状部材が独立した部材である場合よりも、電子基板、筒状部材及び電流検出用バスバーの連結の作業が容易となる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の第１実施形態に係る電流検出装置１０の斜視図である。
【図２】電流検出装置１０の平面図である。
【図３】電流検出装置１０の断面図である。
【図４】本発明の第２実施形態に係る電流検出装置１０Ａの斜視図である。
【図５】電流検出装置１０Ａの平面図である。
【図６】電流検出装置１０Ａの断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、添付の図面を参照しながら、本発明の実施形態について説明する。以下の実施形態は、本発明を具体化した一例であり、本発明の技術的範囲を限定する事例ではない。
【００２３】
本発明の各実施形態に係る電流検出装置１０，１０Ａは、電気自動車又はハイブリッド自動車などの車両において、バッテリとモータなどの機器とを電気的に接続するバスバーに流れる電流を検出するコアレスタイプの電流検出装置である。
【００２４】
＜第１実施形態＞
以下、図１から図３を参照しつつ、本発明の第１実施形態に係る電流検出装置１０の構成について説明する。図１から図３に示されるように、電流検出装置１０は、ホール素子１、電子基板２、コネクタ３、２つのネジ４、２つのスペーサ５及び電流検出用バスバー６を備えている。２つのネジ４は、電子基板２、２つのスペーサ５及び電流検出用バスバー６を連結する連結機構を構成する。なお、図３は、図２に示されるＤ−Ｄ平面の断面図である。
【００２５】
＜ホール素子（磁電変換素子）＞
ホール素子１は、電流が流れるバスバーの近傍に配置され、そのバスバーに電流が流れることにより生じる磁気を検出し、磁気の検出信号を電気信号として出力する磁電変換素子の一例である。
【００２６】
＜電子基板及びコネクタ＞
電子基板２は、一方の面にホール素子１が実装され、他方の面にコネクタ３が実装されたプリント回路基板である。コネクタ３は、ホール素子１と電気的に接続され、不図示の電線に設けられた相手側コネクタが接続される部品である。電子基板２には、ホール素子１及びコネクタ３の他、ホール素子１とコネクタ３の端子とを電気的に接続する回路、及び、ホール素子１から出力される磁気の検出信号に対して増幅などの処理を施す回路なども実装されている。
【００２７】
例えば、電子基板２には、外部から電線及びコネクタ３を介して入力される電力をホール素子１へ供給する回路、及び、ホール素子１の検出信号を増幅し、増幅後の信号をコネクタ３の端子に出力する回路などが設けられている。これにより、電流検出装置１０は、コネクタ３に接続されたコネクタ付き電線を通じて、電流検出信号を電子制御ユニットなどの外部の回路へ出力することができる。
【００２８】
コネクタ３は、電子基板２の接地パターンと電気的に接続されたグランド端子を含む。そして、電子基板２の接地パターンは、コネクタ３のグランド端子及びそのグランド端子に接続されるグランド用電線を介して、車両のボディなどの接地導体と電気的に接続される。
【００２９】
また、電子基板２におけるホール素子１の両側の位置に２つの第一貫通孔２１が形成されている。これら第一貫通孔２１は、ネジ４が通される孔である。
【００３０】
＜スペーサ＞
２つのスペーサ５は、電子基板２の第一貫通孔２１に連通する第二貫通孔が形成された筒状の部材である。スペーサ５の一方の端は、電子基板２におけるホール素子１が実装された面に接し、スペーサ５の他方の端は、電流検出用バスバー６の表面に接する。２つのスペーサ５は、線膨張係数の小さな筒状の部材である。
【００３１】
例えば、スペーサ５は、鉄、アルミニウム又は銅などの金属の部材である。スペーサ５が金属の部材である場合、スペーサ５が、ハンダによって電子基板２へ予め実装されることが考えられる。また、スペーサ５が、ポリブチレンテレフタレートなどの樹脂にガラスが混合された材料からなる筒状の部材であることも考えられる。ガラスが重量比で３０％程度混合された樹脂材料は、一般的な樹脂よりも格段に線膨張係数が小さい。
【００３２】
＜電流検出用バスバー＞
電流検出用バスバー６は、銅などの金属からなる板状の導体であり、バッテリと電装機器とを電気的に接続するバスバーの一部である。即ち、電流検出用バスバー６には、検出対象の電流が流れる。また、電流検出用バスバー６は、バッテリに対して予め接続されたバッテリ側のバスバーと、電装機器に対して予め接続された機器側のバスバーとは独立した部材である。そして、電流検出用バスバー６は、その両端が予め敷設された他のバスバー（バッテリ側のバスバー及び機器側のバスバー）に対して接続される。
【００３３】
電流検出用バスバー６は、その中央部分が電子基板２に実装されたホール素子１と対向し、その両端部に、予め敷設された前段及び後段の他のバスバーに対して連結される端子部６１が形成されている。図１から図３に示される端子部６１は、前段及び後段の他のバスバーとの連結用のボルトが通される貫通孔が形成された部分である。電流検出用バスバー６と、これに連結された前段及び後段の他のバスバーとは、バッテリから電装機器へ至る電流伝送経路を形成する。
【００３４】
また、電流検出用バスバー６には、２つの筒状のスペーサ５の貫通孔に連通する２つの第三貫通孔６２が形成されている。そして、電流検出用バスバー６は、その一方の面において、ホール素子１との間に隙間が形成される状態で２つの筒状のスペーサ５における電子基板２側と反対側の端と接する。
【００３５】
＜連結機構＞
電子基板２、２つのスペーサ５及び電流検出用バスバー６を連結する連結機構は、２つのネジ４と、電流検出用バスバー６の一部に形成されたネジ受け部６３とにより構成されている。ネジ受け部６３の内側には、ネジ４と螺合するねじ山が形成されている。ネジ受け部６３は、電流検出用バスバー６における第三貫通孔６２の縁部のバーリング加工された部分である。
【００３６】
２つのネジ４は、電子基板２における２つの第一貫通孔２１、２つの筒状のスペーサ５各々の貫通孔（第二貫通孔）及び電流検出用バスバー６の第三貫通孔６２に通され、さらに、２つのネジ受け部６３各々と螺合している。ネジ６３がネジ受け部６３に対して締め込まれることにより、ネジ６３のヘッド部と電流検出用バスバー６との間に電子基板２とスペーサ５とが密着した状態で挟み込まれる。このように、２つのネジ４及び２つのネジ受け部６３は、電子基板２、２つのスペーサ５及び電流検出用バスバー６を、ホール素子１と電流検出用バスバー６との間に一定の隙間が形成される状態で連結する連結機構を構成している。
【００３７】
＜効果＞
電流検出装置１０は、コアレスタイプであるため、バスバーの周囲のスペースが狭い場合に適している。また、電流検出装置１０において、２つのスペーサ５は、電子基板２のホール素子１と電流検出用バスバー６との間の隙間を一定に維持する。スペーサ５は、電子基板２と電流検出用バスバー６との間の狭い隙間においてネジ４の周囲を囲む小さな部材であるため、寸法公差及び熱膨張はごくわずかしか生じない。従って、寸法公差及び熱膨張によるホール素子１と電流検出用バスバー６との間隔のばらつきはほとんど生じず、電流の検出感度のばらつきは防止される。
【００３８】
また、ネジ受け部６３が、電流検出用バスバー６におけるバーリング加工された部分であるため、ナットなどの独立した部材がネジ受け部６３として採用される場合に比べ、電子基板２、スペーサ５及び電流検出用バスバー６の連結の作業は容易である。
【００３９】
また、金属の部材は、樹脂部材と比べて線熱膨張係数が格段に小さいため、スペーサ５が金属の部材であれば、スペーサ５の熱膨張による電流の検出感度のばらつきの防止効果がより高まる。また、スペーサ５が、電子基板２に対して実装されていれば、スペーサ５が独立した部材である場合よりも、電子基板２、スペーサ５及び電流検出用バスバー６の連結の作業が容易となる。
【００４０】
＜第２実施形態＞
次に、図４から図６を参照しつつ、本発明の第２実施形態に係る電流検出装置１０Ａについて説明する。この電流検出装置１０Ａは、図１から図３に示された電流検出装置１０に対し、カバー部材７が追加された構成を有している。図４から図６において、図１から図３に示される構成要素と同じ構成要素は、同じ参照符号が付されている。以下、電流検出装置１０Ａにおける電流検出装置１０と異なる点についてのみ説明する。
【００４１】
電流検出装置１０Ａが備えるカバー部材７は、２つのネジ４及び２つのネジ受け部６３からなる連結機構によって電子基板２と連結され、電子基板２と電流検出用バスバー６との間の空間を覆う部材である。カバー部材７は、例えば、ポリアミド（ＰＡ）、ポリプロピレン（ＰＰ）又はＡＢＳ樹脂などの絶縁性の樹脂からなる一体成型部材である。
【００４２】
図４から図６に示される例では、カバー部材７は、コネクタ３における相手側コネクタとの接続端の部分みが外部に露出する状態で、電子基板２におけるホール素子１の実装面に対し反対側の面から、電子基板２の側面を経て電流検出用バスバー６の側面に至る範囲を覆う箱状に形成されている。
【００４３】
また、カバー部材７には、電子基板２における２つの第一貫通孔２１に連通する２つの第四貫通孔７１が形成されている。２つのネジ４は、カバー部材７における２つの第四貫通孔７１、電子基板２における２つの第一貫通孔２１、２つの筒状のスペーサ５各々の貫通孔（第二貫通孔）及び電流検出用バスバー６の第三貫通孔６２に通され、さらに、２つのネジ受け部６３各々と螺合している。このように、２つのネジ４及び２つのネジ受け部６３は、電子基板２、２つのスペーサ５及び電流検出用バスバー６を連結するともに、カバー部材７を電子基板２に連結する。
【００４４】
また、カバー部材７の外側の面には、電子基板２の接地パターンと電気的に接続された導電体の膜８が形成されている。この導電体の膜８は、例えば、銅、銅の合金、アルミニウムなどの金属の膜である。
【００４５】
また、導電体の膜８は、金属製のネジ４及び電流検出用バスバー６と非接触の状態で形成されている。例えば、導電体の膜８は、カバー部材７におけるネジ４と接触する部分及び電流検出用バスバー６と接触する部分を隠すマスクを用いてメッキを施すことにより形成される。
【００４６】
また、カバー部材７が、第一の樹脂部材と第二の樹脂部材とが二色成形により合成された部材であることも考えられる。この場合、第一の樹脂部材は、カバー部材７におけるネジ４と接触する部分及び電流検出用バスバー６と接触する部分を形成し、第二の樹脂部材は、その他の部分を形成する。また、第一の樹脂部材は、ポリカーボネートなどのメッキがのらない樹脂の部材であり、第二の樹脂部材は、ＡＢＳなどのメッキがのる樹脂の部材である。そして、そのような第一の樹脂部材と第二の樹脂部材とが合成された部材に対してメッキを施すことにより、導電体の膜８が形成されることも考えられる。
【００４７】
また、導電体の膜８と電子基板２の接地パターンとを電気的に接続する構造として、以下に示すような構造が考えられる。例えば、カバー部材７における導電体の膜８が形成された部分に小さな貫通孔が設けられ、その貫通孔に充填された導体が、導電体の膜８と電子基板２の接地パターンとに接触する構造が考えられる。
【００４８】
＜効果＞
電流検出装置１０Ａが採用された場合、電流検出装置１０が採用された場合と同様の効果が得られる。さらに、電流検出装置１０Ａが採用された場合、カバー部材７が、電子基板２への異物の付着が防止され、回路の短絡などの不都合が回避される。
【００４９】
また、電流検出装置１０Ａにおいては、電子基板２の接地パターンと電気的に接続された導電体の膜８が、カバー部材７の外側の面に形成されている。そのため、磁気ノイズ及び電波ノイズは、ホール素子１へ至る前に遮断される。その結果、ホール素子１が、磁気ノイズ又は電波ノイズの影響を受け、電流の検出感度が変動することを防止できる。
【００５０】
＜その他＞
以上に示された電流検出装置１０，１０Ａは、電子基板２の第一貫通孔２１、筒状のスペーサ５、電流検出用バスバー６の第三貫通孔６２及びネジ４を２つずつ備えているが、それらが３以上ずつ設けられることも考えられる。例えば、電子基板２に複数のホール素子１が横並びに実装される場合、電子基板２及び電流検出用バスバー６の幅が若干広くなる。そのような場合、３組又は４組の第一貫通孔２１、スペーサ５、第三貫通孔６２及びネジ４が、複数のホール素子１の両側に分かれて三角形の頂点又は四角形の頂点を形成する位置に設けられることも考えられる。
【符号の説明】
【００５１】
１  ホール素子
２  電子基板
３  コネクタ
４  ネジ
５  スペーサ
６  電流検出用バスバー
７  カバー部材
８  導電体の膜
１０，１０Ａ  電流検出装置
２１  第一貫通孔
６１  端子部
６２  第三貫通孔
６３  ネジ受け部
７１  第四貫通孔
【図１】
2012141262.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
2012141262.tif 000006
【図５】
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【図６】
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