(57)【要約】【課題】インサート成形により構成された電流センサのコアに作用する応力を抑制することが可能な電流センサを提供する。【解決手段】電流センサ１００は、測定電流が流れるバスバー１０を囲み、当該バスバー１０を囲む経路上に隙間４９を有する磁性体のコア２０と、隙間４９の間隔方向Ｂに検出方向が沿うように隙間４９に配置され、磁界の強さを検出する検出素子３０と、コア２０の外周面２５を覆う第１の樹脂４０と、バスバー１０の外周面１１及びコア２０の内周面２４の間に設けられるとともに、第１の樹脂４０の外周面４１を覆うように設けられ、第１の樹脂４０の線膨張率よりも小さい線膨張率を有する第２の樹脂５０と、を備えた。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
測定電流が流れるバスバーを囲み、当該バスバーを囲む経路上に隙間を有する磁性体のコアと、
前記隙間の間隔方向に検出方向が沿うように前記隙間に配置され、磁界の強さを検出する検出素子と、
前記コアの外周面を覆う第１の樹脂と、
前記バスバーの外周面及び前記コアの内周面の間に設けられるとともに、前記第１の樹脂の外周面を覆うように設けられ、前記第１の樹脂の線膨張率よりも小さい線膨張率を有する第２の樹脂と、
を備える電流センサ。
【請求項２】
前記バスバーの延在方向に直交する方向を直交方向とし、
前記コアは、前記コアの直交方向の厚さと、前記コアの線膨張率と、前記第１の樹脂の直交方向の厚さと、前記第１の樹脂の線膨張率とにより演算される加重平均が、前記第２の樹脂の線膨張率以上となるように構成されてある請求項１に記載の電流センサ。
【請求項３】
前記第１の樹脂は、最低使用温度において、前記第１の樹脂の内寸が前記コアの外寸より大きくなるように構成されてある請求項１又は２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、導体に流れる電流を測定する電流センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
導体に流れる電流を測定する技術として、磁性体コアを用いた電流センサがある。このような電流センサにあっては、導体に流れる電流により生じる磁界の磁束密度を検出して電流を算出する。このような電流センサとして下記に出典を示す特許文献１−３に記載のものがある。
【０００３】
特許文献１に記載の電気機器用積層鉄芯は、積層鉄芯の表面に有機樹脂を主成分とする臨海表面張力が２２−３５ｍＮ／ｍの被膜を０．５−５００μｍ形成し、モールドして構成される。モールド樹脂と積層鉄芯との間に応力が生じた場合、積層鉄芯表面に被覆した有機樹脂とモールド樹脂との間で剥離することにより、応力が電磁鋼板に伝搬することが無く、磁気特性の劣化が防止できる。
【０００４】
特許文献２に記載の巻磁心は、軟磁性合金薄帯を巻き回し、含浸して構成され、軟磁性合金薄帯の占積率が７０−９０％、空隙部の樹脂充填率０．１〜２０％からなる。これにより、高い磁気特性と樹脂の含浸性とを両立させ、巻かれた軟磁性合金薄帯の層間絶縁の確保と軟磁性合金薄帯の磁歪による応力を吸収し磁気特性の低下を抑制している。
【０００５】
特許文献３に記載の巻コアは、電磁鋼板を巻き回し、隣接する電磁鋼板の間にはワニスが充填硬化して形成される。直線部におけるワニスの効果により曲線隅角部に張力が生じ、電磁鋼板の巻き回しの際に乱れた曲線隅角部の磁気特性を改善している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００２−２４６２３８号公報
【特許文献２】特開２００４−３９７１０号公報
【特許文献３】特開２００６−１７４５３６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１に記載の技術によれば、磁性体表面に対して平行方向に作用する応力を緩和することが可能であるが、磁性体表面に対して垂直に作用する圧縮応力に対しては緩和することができない。このため、インサート成形による磁気回路の特性悪化を完全に抑制することができない。また、特許文献２及び特許文献３に記載の技術によれば、磁性体内部に起因する応力を緩和し、磁気特性悪化を抑制するに留まり、インサート成形による応力を緩和することまで考慮されていない。
【０００８】
本発明の目的は、上記問題に鑑み、インサート成形により構成された電流センサのコアに作用する応力を抑制することが可能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】
【０００９】
上記目的を達成するための本発明に係る電流センサの特徴構成は、
測定電流が流れるバスバーを囲み、当該バスバーを囲む経路上に隙間を有する磁性体のコアと、
前記隙間の間隔方向に検出方向が沿うように前記隙間に配置され、磁界の強さを検出する検出素子と、
前記コアの外周面を覆う第１の樹脂と、
前記バスバーの外周面及び前記コアの内周面の間に設けられるとともに、前記第１の樹脂の外周面を覆うように設けられ、前記第１の樹脂の線膨張率よりも小さい線膨張率を有する第２の樹脂と、
を備えている点にある。
【００１０】
このような特徴構成とすれば、コアの外周面を覆う第１の樹脂の線膨張率を、インサート成形に使用される第２の樹脂の線膨張率よりも大きくすることができるため、溶融した第２の樹脂が固化した時間を基準に温度低下に伴って各樹脂が収縮すると、単位長さあたりの収縮量は第１の樹脂の方が第２の樹脂よりも大きくなる。このため、インサート成形される線膨張率の小さいコアに作用する、温度の低下と共に増加する第２の樹脂による圧縮応力を低減することが可能となる。したがって、インサート成形により構成された電流センサのコアに作用する応力を抑制することが可能となるので、磁気特性の悪化を抑制することができる。
【００１１】
また、前記バスバーの延在方向に直交する方向を直交方向とし、前記コアは、前記コアの直交方向の厚さと、前記コアの線膨張率と、前記第１の樹脂の直交方向の厚さと、前記第１の樹脂の線膨張率とにより演算される加重平均が、前記第２の樹脂の線膨張率以上となるように構成されてあると好適である。
【００１２】
このような構成とすれば、コアの直交方向の厚さと、コアの線膨張率と、第１の樹脂の直交方向の厚さと、第１の樹脂の線膨張率とにより求められる加重平均を、第１の樹脂の線膨張率よりも大きくすることにより、インサート成形時の第２の樹脂の固化後の収縮よりもコアと第１の樹脂との複合体の収縮の方を大きくすることができる。このため、第２の樹脂によるコアへの圧縮応力を無くすことができる。したがって、コアの磁気特性の悪化を無くすことができる。
【００１３】
また、前記第１の樹脂は、最低使用温度において、前記第１の樹脂の内寸が前記コアの外寸より大きくなるように構成されてあると好適である。
【００１４】
このような構成とすれば、第１の樹脂はコアの外周面を覆い、且つ、第１の樹脂が最も収縮する電流センサの最低使用温度において、第１の樹脂によるコアに対する圧縮応力を無くすことができる。このため、第１の樹脂が最も収縮した場合に、コアに対して圧縮応力を与えることが無いので、第１の樹脂に起因するコアへの圧縮応力に対する磁気特性の低下を無くすことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】電流センサを模式的に示した斜視図である。
【図２】電流センサの上面図である。
【図３】図１のIII−III線における断面図である。
【図４】低温時に生じる応力を模式的に示した図である。
【図５】インサート成形後の固化時に生じる応力を模式的に示した図である。
【図６】電流センサの作製方法を模式的に示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の実施の形態について、詳細に説明する。本発明に係る電流センサ１００は、導体に流れる被測定電流を測定することが可能なように構成されている。ここで、導体に電流が流れる場合には、当該電流の大きさに応じて導体を軸心として磁界が発生する（アンペールの右手の法則）。本電流センサ１００は、このような磁界において磁束密度を検出し、検出された磁束密度に基づいて導体に流れる電流（電流値）を測定する。
【００１７】
図１には本実施形態に係る電流センサ１００の斜視図が示される。図１には、円柱状の導体からなるバスバー１０が示されるが、当該バスバー１０が延在する方向を延在方向Ａとする。また、電流センサ１００が有するコア２０の隙間２１の間隔方向をＢ、延在方向Ａ及び間隔方向Ｂの双方に直交する方向を直交方向Ｃとする。図２には、直交方向Ｃ視における電流センサ１００の上面図が示される。また、図３には、図１のIII−III線における断面図が示される。ただし、図１−図３においては、検出素子３０が有するリード線は省略している。以下、図１−図３を用いて説明する。
【００１８】
本電流センサ１００は、バスバー１０、コア２０、検出素子３０、第１の樹脂４０、第２の樹脂５０を備えて構成される。バスバー１０は、上述のように円柱状の導体から構成される。このバスバー１０は、図示しない３相モータと当該３相モータに通電するインバータとを接続するのに利用される。バスバー１０には、本電流センサ１００により測定される測定電流が流れる。
【００１９】
本実施形態に係るコア２０は、バスバー１０を囲む経路上に隙間２１を有する金属磁性体よりなる平板を積層して形成される。本実施形態では、コア２０は環状、特に円環状に構成されている。バスバー１０は、円環状のコア２０の径方向内側を貫通するように配置される。このため、バスバー１０は環状のコア２０により囲まれる。なお、本実施形態では、コア２０が円環状に構成されているものとして説明するが、円環状に限らず、楕円状や多角形状に構成することも可能である。また、バスバー１０を円柱状に構成されているものとして説明するが断面が楕円、多角形の柱状でも良い。更に、バスバー１０を囲む経路上とは、バスバー１０の周方向の経路が相当する。したがって、コア２０は、周方向の一部に隙間２１を有する環状に構成される。
【００２０】
ここで、上記金属磁性体は、軟磁性の金属であり、電磁鋼板（珪素鋼板）やパーマロイ、パーメンジュール等が相当する。コア２０の積層面は、図１−図３におけるＢＣ面に平行な面となる。もちろん、コア２０は、金属磁性体を積層して構成するだけに限らず、平板状の金属磁性体を巻いた巻コアにより構成しても良い。更には、粉状の磁性体を圧縮成形もしくは焼結して構成しても良い。
【００２１】
検出素子３０は、隙間２１の間隔方向Ｂに検出方向が沿うように隙間２１に配置される。本実施形態では、隙間２１の端面２２には第２の樹脂５０が配設される。このため、検出素子３０は隙間２１の端面２２及びバスバー１０の表面に第２の樹脂５０を配設した後、構成される空間７０に配置される。なお、検出素子３０の回路電位とバスバー１０の電位との差が小さい端面２２及びバスバー１０の表面の樹脂５０を省いても良い。これにより、検出素子３０と、バスバー１０及びコア２０とを絶縁することが可能となる。ここで、コア２０により隙間２１には、バスバー１０に流れる電流に応じて生じた磁界が集中され、検出素子３０の配された近傍ではコア２０の隙間２１の間隔方向（Ｂ方向）の磁界となる。
【００２２】
検出素子３０は、検出方向がＢ方向に沿うように配置される。したがって、バスバー１０に流れる測定電流により形成される磁界の強さを効果的に検出することが可能となる。
【００２３】
第１の樹脂４０は、コア２０の外周面２５を覆う。コア２０の外周面２５とは、円環状のコア２０が有する面のうち径方向外側を向く面である。本実施形態では、第１の樹脂４０は、コア２０の外周面２５に沿った円環状に構成される。ここで、上述のようにコア２０には隙間２１が設けられる。第１の樹脂４０は、この隙間２１の径方向外側に隙間４９を有するように構成される。また、隙間４９の端面４５には、隙間２１の端面２２に配された第２の樹脂５０と同様に、所定の厚さで第２の樹脂５０が配される。
【００２４】
第２の樹脂５０は、バスバー１０の外周面１１及びコア２０の内周面２４の間に設けられるとともに、第１の樹脂４０の外周面４１を覆うように設けられる。バスバー１０の外周面１１とは、円柱状のバスバー１０の径方向外側を向く面である。コア２０の内周面２４とは、バスバー１０の外周面１１に対向する面、すなわち、円環状のコア２０が有する面のうち、径方向内側を向く面である。また、第１の樹脂４０の外周面４１とは、第１の樹脂４０の径方向外側を向く面である。
【００２５】
したがって、少なくとも、バスバー１０の径方向外側を向く面及びコア２０の径方向内側を向く面とで形成された空間に設けられるとともに、第１の樹脂４０の径方向外側を覆うように、第２の樹脂５０が配設される。このため、コア２０に挿通されたバスバー１０とコア２０との間には、少なくとも第２の樹脂５０を有して構成されるので、コア２０とバスバー１０とを絶縁することが可能となる。
【００２６】
また、第２の樹脂５０は、上述のようにコア２０の隙間２１の端面２２及び第１の樹脂４０の隙間４９の端面４５にも所定の厚さで配設される。なお、このように隙間２１及び隙間４９に第２の樹脂５０を配した場合でも、図３に示されるように少なくとも空間７０を有するように構成される。
【００２７】
また、図３に示されるように、第２の樹脂５０は、コア２０の外周面２５と第１の樹脂４０の内周面４２との間には配設されずに構成される。コア２０の外周面２５とは、上述のようにコア２０が有する面のうち径方向外側を向く面である。第１の樹脂４０の内周面４２とは、円環状の第１の樹脂４０が有する面のうち径方向内側を向く面である。このように、コア２０と第１の樹脂４０との間には第２の樹脂５０が配設されずに構成される。
【００２８】
一方、第１の樹脂４０の径方向外側には、第２の樹脂５０が配設される。また、図２に示されるように、コア２０及び第１の樹脂４０の延在方向Ａの両側にも第２の樹脂５０が配設される。詳細は後述するが、このような電流センサ１００は、別途作製された隙間４９を有する円環状の第１の樹脂４０の径方向内側に隙間２１を有する円環状のコア２０を嵌め込み、更に、コア２０の径方向内側にバスバー１０が挿通する状態で、インサート成形により第２の樹脂５０を充填して構成される。したがって、第１の樹脂４０の径方向外側の第２の樹脂５０の形状はインサート成形により用いられる金型に合わせて形成される。なお、上述の空間７０は、インサート成形後の第２の樹脂５０が当該空間７０を有するように金型を作製しておくと容易に形成できる。
【００２９】
このように、第１の樹脂４０をコア２０の嵌め込んだ状態で、第２の樹脂５０のインサート成形を行うので、第１の樹脂４０の融点は、インサート成形時の温度よりも高いと好適である。また、第２の樹脂５０は、第１の樹脂４０の線膨張率α１よりも小さい線膨張率α２を有する材料で構成される。線膨張率とは、温度を単位温度（１℃）上昇させた場合に、第１の樹脂４０及び第２の樹脂５０の夫々の長さの変化量と、温度を上昇させる前の長さとの比である。したがって、本実施形態では、第１の樹脂４０は、第２の樹脂５０よりも温度変化量が大きいことを意味する。
【００３０】
ここで、電流センサ１００は、使用温度範囲（例えば、−４０℃〜＋８０℃）が予め定められている。一方、第１の樹脂４０や第２の樹脂５０に使用される樹脂材は、温度が下げる程、収縮する特性を有する。この収縮する量は、コア２０の収縮する量よりも大きい。また、第１の樹脂４０は、電流センサ１００の最低使用温度において、第１の樹脂４０の内寸がコア２０の外寸よりも大きくなるように構成されている。本実施形態では、コア２０及び第１の樹脂４０は、円環状に構成されている。このため、第１の樹脂４０の内寸とは第１の樹脂４０の内径が相当し、コア２０の外寸とはコア２０の外径が相当する。
【００３１】
また、上述のように第１の樹脂４０及びコア２０は温度が下がれば収縮する材料で構成される。一方、同じ温度変化量であれば、コア２０の収縮量より第１の樹脂４０の収縮量の方が大きい。したがって、第１の樹脂４０は、電流センサ１００の最低使用温度範囲（例えば−４０℃）において、第１の樹脂４０の内径がコア２０の外径よりも大きくなるように構成される。
【００３２】
このため、電流センサ１００の周囲温度が最低使用温度まで低下し、図４に示されるように第１の樹脂４０が径方向内側に収縮した場合でも、コア２０に対して圧縮応力を付与しないようにすることができる（図４にあっては、理解を容易にするために誇張して記載している）。したがって、周囲温度が低下した場合でも最低使用温度範囲内では、コア２０の磁気特性が悪化することを防止できる。また、第２の樹脂５０は、第１の樹脂４０の線膨張率α１よりも小さい線膨張率α２を有する材料で構成されているので、周囲温度が低下した場合には、第２の樹脂５０よりも第１の樹脂４０の方が収縮する。このため、第１の樹脂４０は第２の樹脂５０から圧縮方力を受けることがないので、劣化することがない。
【００３３】
また、インサート成形時には、図５に示されるように、第２の樹脂５０のインサート成形時に第１の樹脂４０が加温され、径方向外側に膨張する（図５にあっては、理解を容易にするために誇張して記載している）。一方、コア２０も径方向外側に膨張するが、コア２０よりも第１の樹脂４０の方がより大きく膨張するので、インサート成形時でもコア２０に圧縮応力が作用することはない。したがって、コア２０の磁気特性の悪化を抑制できる。
【００３４】
また、本実施形態に係るコア２０は、当該コア２０の直交方向Ｃの厚さｌ１と、コア２０の線膨張率αｍと、第１の樹脂４０の直交方向Ｃの厚さｌ２と、第１の樹脂４０の線膨張率α１とにより演算される加重平均が、第２の樹脂５０の線膨張率α２以上となるように構成される。このように演算式が、（１）式に示される。
【００３５】
【数１】
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【００３６】
このように構成することにより、インサート成形時の第２の樹脂５０の固化後の収縮よりもコア２０と第１の樹脂４０との複合体の収縮の方が大きくすることができるので、第２の樹脂５０によるコア２０への圧縮応力を無くすことができる。これにより、コア２０の磁気特性の悪化を無くすことができる。
【００３７】
次に、電流センサ１００の作製方法について説明する。図６は、電流センサ１００の作製工程を模式的に示した図である。まず、周方向に開口部を有する板状の磁性体を積層して、隙間２１を有する円環状のコア２０を作製する（ステップ＃１）。また、所定の線膨張率α１を有する材料を、第１の樹脂４０の形状を有する金型に注入して、隙間４９を有する円環状の第１の樹脂４０を作製する（ステップ＃２）。
【００３８】
ステップ＃２で作製した第１の樹脂４０の径方向内側に、隙間２１と隙間４９とを軸方向に一致させて、ステップ＃１で作製したコア２０を嵌め込む。これにより、コア２０と第１の樹脂４０とからなる複合体が構成される。
【００３９】
ステップ＃３で作製した複合体及びバスバー１０を、第２の樹脂５０の形状を有する金型にセットし、第１の樹脂４０を構成する樹脂材よりも線膨張率の小さい樹脂材を注入する（ステップ＃４）。この際、第２の樹脂５０は、コア２０の外周面２５と第１の樹脂４０の内周面４２との間には配設されずに構成される。このように構成された電流センサ１００は、コア２０の線膨張率よりもインサート成形に使用される第２の樹脂５０の線膨張率α２の方が大きいので、環状のコア２０の表面が相対するコア２０の径方向内側にあっては、電流センサ１００の使用温度範囲内ではコア２０に対して引っ張り応力が作用する、又はコア２０から剥離する。このため、コア２０の磁気特性の悪化は無い。また、コア２０の径方向外側にあっては、第２の樹脂５０とコア２０との間に第１の樹脂４０が介在しているので、第１の樹脂４０と第２の樹脂５０との線膨張率の差により第２の樹脂５０の収縮によるコア２０への圧縮応力が低減される。したがって、コア２０の磁気特性の悪化を抑制できる。
【００４０】
第２の樹脂５０の温度が冷えた後、金型を外す（ステップ＃５）。このようにして、電流センサ１００を作製する。
【００４１】
このように本発明に係る電流センサ１００は、コア２０の外周面２５を覆う第１の樹脂４０の線膨張率α１を、インサート成形に使用される第２の樹脂５０の線膨張率α２よりも大きくすることができるため、溶融した第２の樹脂５０が固化した時間を基準に温度低下に伴って各樹脂が収縮すると、単位長さあたりの収縮量は第１の樹脂４０の方が第２の樹脂５０よりも大きくなる。このため、インサート成形される線膨張率の小さいコア２０に作用する、温度の低下と共に増加する第２の樹脂５０による圧縮応力を低減することが可能となる。したがって、インサート成形により構成された電流センサ１００のコア２０に作用する応力を抑制することが可能となるので、磁気特性の悪化を抑制することができる。
【００４２】
〔その他の実施形態〕
上記実施形態では、第１の樹脂４０が、コア２０の外周面２５を覆うとして説明した。しかしながら、本発明の適用範囲はこれに限定されるものではない。第１の樹脂４０が、コア２０の外周面２５の一部を覆う構成とすることも可能である。係る場合、コア２０の外周面２５の一部が第１の樹脂４０により覆われなくなるが、当該覆われなくなる部分は第２の樹脂５０との間で空間を形成したままとすることも可能であるし、第２の樹脂５０を充填することも可能である。
【００４３】
上記実施形態では、第２の樹脂５０は、コア２０の外周面２５と第１の樹脂４０の内周面４２との間には配設されずに構成されてあるとして説明した。しかしながら、本発明の適用範囲はこれに限定されるものではない。コア２０の外周面２５と第１の樹脂４０の内周面４２との間に第１の樹脂４０を配設する構成とすることも当然に可能である。
【００４４】
上記実施形態では、コア２０は、当該コア２０の直交方向Ｃの厚さｌ１と、コア２０の線膨張率αｍと、第１の樹脂４０の直交方向Ｃの厚さｌ２と、第１の樹脂４０の線膨張率α１とにより演算される加重平均が、第２の樹脂５０の線膨張率α２以上となるように構成されてあるとして説明した。しかしながら、本発明の適用範囲はこれに限定されるものではない。コア２０は、当該コア２０の直交方向Ｃの厚さｌ１と、コア２０の線膨張率αｍと、第１の樹脂４０の直交方向Ｃの厚さｌ２と、第１の樹脂４０の線膨張率α１とにより演算される加重平均が、第２の樹脂５０の線膨張率α１より小さくなるように構成することも当然に可能である。
【００４５】
上記実施形態では、第１の樹脂４０は、最低使用温度において、第１の樹脂４０の内寸がコア２０の外寸より大きくなるように構成されてあるとして説明した。しかしながら、本発明の適用範囲はこれに限定されるものではない。第１の樹脂４０は、最低使用温度において、第１の樹脂４０の内寸がコア２０の外寸より大きくなるように構成しなくても良い。
【００４６】
上記実施形態では、コア２０及び第１の樹脂４０が、円環状に構成されているとして説明した。しかしながら、本発明の適用範囲はこれに限定されるものではない。コア２０や第１の樹脂４０を延在方向Ａ視において、Ｕ字状やＶ字状に構成することも可能である。また、多角形状に構成することも当然に可能である。
【００４７】
上記実施形態では、バスバー１０が円柱状であるとして説明した。しかしながら、本発明の適用範囲はこれに限定されるものではない。バスバー１０を多角柱状に構成することも当然に可能である。
【００４８】
本発明は、導体に流れる電流を測定する電流センサに用いることが可能である。
【符号の説明】
【００４９】
１０：バスバー
１１：外周面（バスバーの外周面）
２０：コア
２１：隙間（コアの隙間）
２４：内周面（コアの内周面）
２５：外周面（コアの外周面）
３０：検出素子
４０：第１の樹脂
４１：外周面（第１の樹脂の外周面）
５０：第２の樹脂
１００：電流センサ
Ａ：延在方向
Ｂ：間隔方向
Ｃ：直交方向
ｌ１：厚さ（コアの直交方向の厚さ）
ｌ２：厚さ（第１の樹脂の直交方向の厚さ）
α１：線膨張率（第１の樹脂の線膨張率）
α２：線膨張率（第２の樹脂の線膨張率）
αｍ：線膨張率（コアの線膨張率）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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