(57)【要約】【課題】小型化を図ることを可能とした電流センサを提供する。【解決手段】電流センサ１０は、電流が流れる板状の導体１１と、導体１１に流れる電流を検出する磁気検出素子１２と、磁気検出素子１２を実装する回路基板１３と、導体１１の表裏両面側に配置された一対の面の間に磁気検出素子１２及び回路基板１３を囲む磁気シールド１４とを備えている。回路基板１３は、導体１１の幅方向端面に対向して縦に配置されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電流が流れる板状の導体と、
前記導体に流れる電流を検出する磁気検出素子と、
前記磁気検出素子を実装する回路基板と、
前記導体の表裏両面側に配置された一対の面の間に前記磁気検出素子及び前記回路基板を囲む磁気シールドと、
を備えており、
前記回路基板は、前記導体の幅方向端面に対向して縦に配置されたことを特徴とする電流センサ。
【請求項２】
前記磁気検出素子の感磁面は、前記電流により発生する磁界の磁束方向と平行、かつ、前記導体の幅方向と平行な平面として規定されて配置されたことを特徴とする請求項１記載の電流センサ。
【請求項３】
前記磁気検出素子の感磁面は、前記電流により発生する磁界の磁束方向と平行であり、前記導体の幅方向端面に対向して配置されたことを特徴とする請求項１記載の電流センサ。
【請求項４】
前記磁気シールドと一体形成されたハウジングを備えており、
前記ハウジングは、連結壁部を介して対向配置した第１及び第２の側壁部を有するとともに、前記第１及び第２の側壁部の間に前記導体を収容する保持空間、及び前記第２の側壁部の内面から所定の高さだけ上がった段差面をもつ側壁端部を介して前記保持空間に向けて前記導体を導入する導入開口を有しており、
前記側壁端部の内部には、前記磁気検出素子及び前記回路基板が設けられ、
前記側壁端部の前記段差面とは反対側の面には、前記導入開口を開閉するクランプ部材が支持されていることを特徴とする請求項１記載の電流センサ。
【請求項５】
前記クランプ部材のハウジング対向面には、前記第１の側壁部の端部を嵌め込み固定する第１及び第２のクランプ片が突出して形成されており、
前記第２のクランプ片は、前記導入開口内に嵌め込み固定されることを特徴とする請求項４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検出する電流センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
導体に流れる電流が発生する磁束を計測することで、導体の通電電流を検出する電流センサが提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
上記特許文献１に記載された電流センサは、平板状のバスバーの幅方向両側端面を周回するコ字形状のコア部とコア部から平行に延びる二つのシールド部とを有する磁気シールドコアを備えている。
【０００４】
コア部の対向面には、所定間隔のギャップ部を隔てて一対の突出部が突出して形成されている。ギャップ部には、回路基板に実装された磁気検出素子が配置されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１４−１０９５１８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記特許文献１記載の電流センサは、磁気検出素子をギャップ部に配置する構成が必要になり、回路基板、磁気検出素子やバスバー等の構成部品の配置位置の自由度が限られる。そのため、電流センサの体格を小さくすることには限界がある。
【０００７】
従って、本発明の目的は、小型化を図ることを可能とした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】
【０００８】
［１］本発明は、電流が流れる板状の導体と、前記導体に流れる電流を検出する磁気検出素子と、前記磁気検出素子を実装する回路基板と、前記導体の表裏両面側に配置された一対の面の間に前記磁気検出素子及び前記回路基板を囲む磁気シールドと、を備えており、前記回路基板は、前記導体の幅方向端面に対向して縦に配置されたことを特徴とする電流センサにある。
【０００９】
［２］上記［１］記載の前記磁気検出素子の感磁面は、前記電流により発生する磁界の磁束方向と平行、かつ、前記導体の幅方向と平行な平面として規定されて配置されたことを特徴とする。
【００１０】
［３］上記［１］記載の前記磁気検出素子の感磁面は、前記電流により発生する磁界の磁束方向と平行であり、前記導体の幅方向端面に対向して配置されたことを特徴とする。
【００１１】
［４］上記［１］記載の発明にあっては、前記磁気シールドと一体形成されたハウジングを備えており、前記ハウジングは、連結壁部を介して対向配置した第１及び第２の側壁部を有するとともに、前記第１及び第２の側壁部の間に前記導体を収容する保持空間、及び前記第２の側壁部の内面から所定の高さだけ上がった段差面をもつ側壁端部を介して前記保持空間に向けて前記導体を導入する導入開口を有しており、前記側壁端部の内部には、前記磁気検出素子及び前記回路基板が設けられ、前記側壁端部の前記段差面とは反対側の面には、前記導入開口を開閉するクランプ部材が支持されていることを特徴とする。
【００１２】
［５］上記［４］記載の前記クランプ部材のハウジング対向面には、前記第１の側壁部の端部を嵌め込み固定する第１及び第２のクランプ片が突出して形成されており、前記第２のクランプ片は、前記導入開口内に嵌め込み固定されることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によると、小型化を図ることを可能とした電流センサが得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明に好適な第１の実施の形態に係る電流センサを説明するための要部断面図である。
【図２】第１の実施の形態に係る電流センサの構成部品の配置位置を説明するための要部断面図である。
【図３】第２の実施の形態に係る電流センサの構成部品の配置位置を説明するための要部断面図である。
【図４】第３の実施の形態に係る電流センサを説明するための要部断面図であり、（ａ）はバスバーを組み付ける前の状態を説明するための図、（ｂ）はバスバーを組み付けた状態を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の好適な実施の形態を添付図面に基づいて具体的に説明する。
【００１６】
［第１の実施の形態］
（電流センサの構成）
図１において、全体を示す符号１０は、この第１の実施の形態における典型的な非接触式の電流センサを模式的に示している。この電流センサ１０は、例えばハイブリッド車や電気自動車における駆動モータとバッテリー等の外部装置とに流れる電流の大きさを検出するために用いられる。
【００１７】
電流センサ１０は、図１に示すように、電流が流れる電流路となる導体である平板状のバスバー１１と、バスバー１１に流れる電流が発生する磁界を検出する磁気検出素子１２と、磁気検出素子１２を実装する回路基板１３と、バスバー１１の表裏両面側に対向して配置された一対のシールド面の間に磁気検出素子１２及び回路基板１３を囲む磁気シールド１４とを備えている。
【００１８】
バスバー１１、磁気検出素子１２、回路基板１３及び磁気シールド１４は、図１に示すように、ハウジング２０の内部に固定されて一体化している。ハウジング２０には、図示しない制御ユニット等の外部装置に電気的に接続されるコネクタハウジング２１が形成されている。ハウジング２０の材料としては、絶縁性及び耐湿性に優れる材料が好ましく、例えばポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）樹脂などが用いられる。
【００１９】
磁気検出素子１２は、図１及び図２に示すように、回路基板１３に表面実装する面実装タイプであり、磁気検出素子１２の磁気検出方向は、回路基板１３の実装面に対して平行である。磁気検出素子１２としては、例えば増幅器等の電子部品が集積回路としてパッケージ化されたホールＩＣが用いられる。
【００２０】
回路基板１３には、磁気検出素子１２からの出力を処理する図示しない処理回路が形成されており、コネクタハウジング２１の内部には、処理回路に電気的に接続された４本の接続端子１５，…，１５が突出している。
【００２１】
磁気シールド１４は、図１及び図２に示すように、電流による磁界以外の外乱磁界の影響を低減させるために用いられるものであり、相対する長尺帯状の平板部１４ａ，１４ａの一側端同士が連結板部１４ｂをもって折り曲げ形成された略Ｕ字状のシールド部を有している。一対の平板部１４ａの開口部であるギャップ１６は、バスバー１１に流れる電流に対して交差する方向に開放している。
【００２２】
磁気シールド１４の素材としては、例えば珪素鋼板からなる方向性電磁鋼板や無方向性電磁鋼板等の磁性板材が用いられる。磁気シールド１４は、２枚以上の電磁鋼板を積層して折り曲げ形成されたものであっても構わない。
【００２３】
（磁気シールド内の部品配置構造）
図示例による電流センサ１０は、バスバー１１、磁気検出素子１２、及び回路基板１３を磁気シールド１４の一対の平板部１４ａ間に配置した構造に主要な特徴部を有している。
【００２４】
磁気シールド１４の底部側には、図１及び図２に示すように、バスバー１１の幅方向の一端面を連結板部１４ｂに対向させた状態でバスバー１１が貫通して配置されている。バスバー１１は、例えば銅や銅合金等の金属材料からなる。
【００２５】
一方、磁気シールド１４の端部側には、図１及び図２に示すように、回路基板１３の実装面をバスバー１１の長さ方向に向けた状態で、回路基板１３が縦に配置されている。図示例では、回路基板１３の一部がギャップ１６から外部に向けて延在している。磁気シールド１４内のバスバー１１及び回路基板１３の位置関係により、磁気検出素子１２をギャップ１６から離間させることができるとともに、バスバー１１に近づけることができる。
【００２６】
磁気検出素子１２の感磁面は、図２に示すように、バスバー１１に流れる電流Ａにより発生する磁界の磁束Ｂの方向と平行、かつ、バスバー１１の幅方向Ｗと平行な平面として規定されて配置されている。換言すれば、感磁面の平面を規定する法線ベクトル１２ａがバスバー１１に流れる電流Ａの流れ方向に平行な方向となるように配置されている。磁気検出素子１２の磁気検出方向は、バスバー１１の長さ方向に対して略垂直（バスバー板厚方向と略平行）な方向であり、ギャップ１６の間隔方向に実質的に一致している。
【００２７】
ギャップ１６の開口間隔Ｇと、ギャップ１６の開口端から磁気検出素子１２の感磁面までのシールド端長さＬとの関係は、図２に示すように、開口間隔Ｇとシールド端長さＬとを同じ寸法に設定するか、あるいは開口間隔Ｇをシールド端長さＬよりも小さく設定することが好適である(（Ｌ／Ｇ）≧１)。この寸法関係を満たすことで、隣接するバスバーから発生する磁界の影響を最小限に抑えることができるようになり、バスバー１１に流れる電流を高感度で測定することができる。
【００２８】
（第１の実施の形態の効果）
以上のように構成された電流センサ１０を採用することで、上記効果に加えて以下の効果が得られる。
【００２９】
（１）隣接するバスバーから発生する磁界の影響が最小限に抑えられることから、磁気検出素子１２を通過する磁界を弱めることなく、出力を大きくして測定範囲を拡げることができる。
（２）バスバーの平面に回路基板を平行に配置する構成と比較して、磁気シールド１４のギャップ１６の開口間隔Ｇを小さく形成することができることと相まって、シールド端長さＬを小さくすることができる。
（３）シールド端長さＬは、例えばコネクタハウジング２１の開口最大長さ（４本の接続端子１５の配列ピッチ方向の最大長さ）の設計許容範囲内に収めることが可能であり、電流センサ１０の小型化を図ることができる。
【００３０】
［第２の実施の形態］
図３を参照すると、同図には、第２の実施の形態に係る電流センサ１０の構成部品の配置例が模式的に示されている。
【００３１】
上記第１の実施の形態では、回路基板１３の実装面をバスバー１１の長さ方向に向けた状態で配置した構成であったものを、この第２の実施の形態にあっては、回路基板１３の実装面をバスバー１１の幅方向に向けた状態で配置した点で、上記第１の実施の形態とは異なっている。従って、上記第１の実施の形態で用いた部材符号と同じ部材符号を用いることで、その部材に関する詳細な説明は省略する。
【００３２】
回路基板１３がバスバー１１の幅方向端面に対向して縦に配置された構成については、この第２の実施の形態においても、上記第１の実施の形態と同様の構成を備えている。
【００３３】
磁気検出素子１２の感磁面は、図３に示すように、バスバー１１の幅方向端面に対向して配置されている。磁気検出素子１２の感磁面の平面を規定する法線ベクトル１２ａは、バスバー１１に流れる電流Ａの流れ方向に対して垂直な方向となるように配置されている。磁気検出素子１２の磁気検出方向は、バスバー１１の長さ方向に対して略垂直（バスバー板厚方向と略平行）な方向であり、ギャップ１６の間隔方向に実質的に一致している。バスバー１１に流れる電流Ａにより発生する磁界の磁束Ｂは、磁気検出素子１２の感磁面を平行に通過する。
【００３４】
（第２の実施の形態の効果）
第２の実施の形態に係る電流センサ１０にあっても、上記第１の実施の形態と同様に、磁気検出素子１２をギャップ部に配置する構成が不要になり、磁気検出素子１２、回路基板１３やバスバー１１の配置位置の自由度を向上させることができる。
【００３５】
［第３の実施の形態］
図４（ａ）及び（ｂ）を参照すると、これらの図には、第３の実施の形態に係る電流センサ１０の一構成例が模式的に例示されている。
【００３６】
この第３の実施の形態では、ハウジング２０の構成を除いて、他の構成は上記第１の実施の形態と同様の構成を備えている。従って、上記第１の実施の形態で用いた部材符号と同じ部材符号を用いることで、その部材に関する詳細な説明は省略する。
【００３７】
図４（ａ）及び（ｂ）において、磁気検出素子１２、回路基板１３、及び磁気シールド１４がハウジング２０にインサート成形されている。ハウジング２０は、連結壁部２２を介して対向配置した第１及び第２の側壁部２３ａ，２３ｂを有しており、縦断面形状が略Ｕ字形状に形成されている。
【００３８】
ハウジング２０の底部側には、図４（ａ）及び（ｂ）に示すように、バスバー１１を収容する保持空間２０ａが形成されている。ハウジング２０の底部側とは反対側から保持空間２０ａに向けてバスバー１１を導入する導入開口２０ｂが形成されている。導入開口２０ｂは、第２の側壁部２３ｂの内面から所定の高さだけ上がった段差面２３ｄをもつ側壁端部２３ｃを介して保持空間２０ａよりも小さく形成されている。
【００３９】
ハウジング２０の側壁端部２３ｃの内部には、図４（ａ）及び（ｂ）に示すように、バスバー１１の幅方向端面に対向して縦に配置される回路基板１３と、感磁面の平面を規定する法線ベクトル１２ａがバスバー１１に流れる電流の流れ方向に対して平行な方向となるように配置される磁気検出素子１２とがインサート成形されている。
【００４０】
なお、磁気検出素子１２及び回路基板１３の配置形態は、図示例に限定されるものではなく、回路基板１３がバスバー１１の幅方向端面に対向して縦に配置される構成であれば、磁気検出素子１４の感磁面をバスバー１１の幅方向端面に対向して配置する構成であっても構わない。また、バスバー１１及びハウジング２０は、締め付けることにより互いにクランプ固定される。
【００４１】
ハウジング２０の側壁端部２３ｃの段差面２３ｄとは反対側には、図４（ａ）及び（ｂ）に示すように、導入開口２０ｂを開閉するクランプ部材２４が回転軸２５を回転中心として回転可能に支持されている。クランプ部材２４のハウジング対向面には、上下一対の第１及び第２のクランプ片２４ａ，２４ｂが突出して形成されている。
【００４２】
ハウジング２０の第１の側壁部２３ａの端部は、図４（ａ）及び（ｂ）に示すように、第１のクランプ片２４ａと第２のクランプ片２４ｂとにより嵌め込み固定されるとともに、導入開口２０ｂ内には、第２のクランプ片２４ｂが嵌め込み固定される。第２のクランプ片２４ｂを嵌め込み固定する位置は、磁気シールド１４のギャップ１６の開口間隔の変動を防止する位置である。
【００４３】
（第３の実施の形態の効果）
以上のように構成された電流センサ１０を採用することで、上記効果に加えて、以下の効果が得られる。
【００４４】
（１）既設のバスバー１１に後付けすることができる。
（２）バスバー１１に容易に着脱自在であり、バスバー１１に対する配置位置を調整することができる。
【００４５】
［変形例］
本発明における電流センサ１０は、次に示すような変形例も可能である。
【００４６】
磁気シールド１４としては、バスバー１１を流れる電流により発生した磁束を集磁するコアに適用することができる。
【００４７】
磁気シールド１４の板厚、磁気シールド１４のギャップ間隔やバスバー１１の板厚などについては、磁気検出素子１２の仕様に応じて適宜に選択すればよい。
【００４８】
車両のモータやバッテリーに接続される電路以外の他の電路に適用することができる。
【００４９】
以上の説明からも明らかなように、本発明に係る代表的な各実施の形態、変形例及び図示例を例示したが、上記各実施の形態、変形例及び図示例は特許請求の範囲に係る発明を限定するものではない。従って、上記各実施の形態、変形例及び図示例の中で説明した特徴の組合せの全てが本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点に留意すべきである。
【符号の説明】
【００５０】
１０…電流センサ、１１…バスバー、１２…磁気検出素子、１２ａ…法線ベクトル、１３…回路基板、１４…磁気シールド、１４ａ…平板部、１４ｂ…連結板部、１５…接続端子、１６…ギャップ、２０…ハウジング、２０ａ…保持空間、２０ｂ…導入開口、２１…コネクタハウジング、２２…連結壁部、２３ａ…第１の側壁部、２３ｂ…第２の側壁部、２３ｃ…側壁端部、２３ｄ…段差面、２４…クランプ部材、２４ａ…第１のクランプ片、２４ｂ…第２のクランプ片、２５…回転軸、Ａ…電流、Ｂ…磁束、Ｇ…開口間隔、Ｌ…シールド端長さ、Ｗ…幅方向
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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