JP5532843B2 - 電流検出装置 - Google Patents

Description

本発明は、電流検出装置に関する。

車両等に搭載される電気接続箱には、電流検出装置が取り付けられる場合がある。このような電流検出装置としてはたとえば特許文献１に記載のものなどが知られている。
特許文献１には、電流検出対象となる導体を挿通可能なリング状の磁性体コアと、磁性体コアのギャップ部に配されて磁界の強さを検出する磁電変換素子とを備える電流検出装置が記載されている。この電流検出装置においては、磁性体コアと磁電変換素子が配置されている領域のすぐ近傍に、磁電変換素子と外部機器とを電気的に接続するための配索材などが配置される（特許文献１の図１（ａ）を参照）。

特開２００６−２９２６９２号公報

上記特許文献１に記載の装置では、磁性体コアと磁電変換素子が配置される領域と、磁電変換素子と外部機器とを電気的に接続するための配索材が配置される領域とが、ひとつの平面状に並んで設けられているので、電流検出装置の投影面積が大きいという問題がある。
本発明は上記のような事情に基づいて完成されたものであって、電流検出装置の投影面積を小型化することを目的とする。

上記課題を解決するものとして、本発明は、ギャップ部を有する磁性体コアと、前記磁性体コアを収容するコア収容部と、前記ギャップ部に配置されて前記磁性体コアで生じる磁束を検出する磁電変換素子と、前記磁電変換素子に接続され外部機器と電気的に接続する配索部材と、を備え、前記磁電変換素子を前記磁性体コアの厚み方向に対して略平行な方向に差し込んで前記ギャップ部に配置することにより、前記配索部材を前記コア収容部の前記ギャップ部に対応する位置に配し、前記磁性体コアは電流検出対象である導体を挿通可能な導体挿通部を有し、前記導体に、前記磁性体コアのギャップ部の幅寸法以下に形成され前記ギャップ部を挿通可能な挿通可能部を設けたことを特徴とする電流検出装置である。

本発明においては、磁電変換素子を前記磁性体コアの厚み方向に対して略平行な方向に差し込んでギャップ部に配置することにより、配索部材がコア収容部のギャップ部に対応する位置に配される。すなわち、本発明においては、配索部材の配される領域がコア収容部の投影面積の範囲と重なる。その結果、本発明によれば、電流検出装置の投影面積を小型化することができるのである。
また、本発明によれば、導体に、磁性体コアのギャップ部の幅寸法以下に形成されギャップ部を挿通可能な挿通可能部を設けているから、磁性体コアをより小型化することができる。

本発明は、以下の構成であってもよい。
前記磁性体コアと前記コア収容部とを備えるコアユニットに、前記磁電変換素子と前記配索部材とを備える電子ユニットを組みつけてなる構成としてもよい。
一般に、導体の一端部にはバッテリなどの他の部材と電気的に接続される端子部が設けられており、この端子部のサイズは、導体を流れる電流の量によって決まる。つまり、導体を流れる電流が大きくなると、その幅や厚みを大きくする等により端子部のサイズを大きくする必要が生じる。導体の端子部のサイズが大きくなると、導体の端子部を挿通させるための導体挿通部を大きく設定した磁性体コアが必要となる。このように、導体の端子部の大型化に合わせて磁性体コアの導体挿通部を大きくすると磁性体コア自体が大型化し、磁性体コアが大型化すると磁性体コアを配置・収容する部分を大きくする必要が生じ、電流検出装置が大型化するという問題が生じる。
しかしながら、上記構成によれば、コアユニットに電子ユニットが組みつけられるので、コアユニットの磁性体コアに導体を挿通させてから電子ユニットを組み付けることが可能である。つまり、電流検出対象となる導体を磁性体コアに挿通させる際に、端子部から挿通させる必要はない。従って導体の端子部が大型化した場合であっても、導体の一部に磁性体コアの導体挿通部あるいはギャップ部を挿通可能な部分を設けるなどの方法により磁性体コアの小型化を図ることができる。その結果、上記構成によれば、電流検出装置をさらに小型化することができる。

さらに、上記構成とすれば、各ユニットあるいはユニットを構成する部品の一部を異なる材料を用いて作製することができる。本発明の構造では、磁電変換素子と磁性体コアとの位置合わせを精度よく行うことが出来る構造とするのが好ましいのであるが、本発明では、例えば位置合わせに介在する部分のみ加工精度が良い材料を用いて、それ以外は安価な材料を用いることが可能である。その結果、上記構成によれば、装置全体としてのコストを低減するという効果も得られる。

前記コア収容部および前記配索部材のうち、いずれか一方には係合部が形成され、他方には前記係合部が係合可能な被係合部が形成されていてもよい。この構成によれば、係合部と被係合部とを係合させることにより、コア収容部と配索部材の位置合わせを容易かつ確実に行うことができる。

前記配索部材は、前記磁電変換素子に接続される素子配索材と、前記素子配索材を収容する本体部と、前記本体部と着脱自在に結合して外部機器と前記磁電変換素子とを電気的に接続するコネクタ部と、を備えていてもよい。このような構成とすると、外部機器と磁電変換素子との電気的な接続を容易に行うことができる。

前記磁性体コアと前記コア収容部とを備えるコアユニットにおいて、前記導体を前記磁性体コアの導体挿通部に挿通させた状態で、前記コア収容部はモールド成形により一体化されている構成としてもよい。

本発明によれば、電流検出装置の投影面積を小型化することができる。

実施形態１の電流検出装置の縦断面図 電子ユニットをコアユニットに組み付ける手順を説明する斜視図 電流検出装置の横断面図 電子ユニットの本体部の内部を模式的に示した模式図 電子ユニットの本体部の内部を模式的に示した模式図 実施形態２の電流検出装置において電子ユニットをコアユニットに組み付ける手順を説明する斜視図 他の実施形態で説明する電流検出装置の横断面図 図７の電流検出装置の縦断面図

＜実施形態１＞
本発明の実施形態１を図１ないし図４によって説明する。
本実施形態の電流検出装置１０は、図１に示すように、磁性体コア２１と磁性体コア２１を収容するコア収容部２５とを有するコアユニット２０と、このコアユニット２０に重ねられた略直方体状の電子ユニット３０と、を備える。
まず、コアユニット２０について説明する。コアユニット２０のコア収容部２５の上面と図１に示す右側側面からは、銅などの導電性材料からなるバスバー１１（導体）が突出している。バスバー１１はコア収容部２５の側面から突出し電気接続箱１の底面２に対して略平行に配されたバスバー本体部１２と、バスバー本体部１２から略垂直に立ち上げられた起立部１７とを有し、略Ｌ字状をなしている。バスバー本体部１２は電気接続箱１の底面２に設けた台３に載置されている。

バスバー１１の起立部１７の上端には、バッテリやインバータなどの他の部材（図示せず）と接続される端子部１３が設けられている。この端子部１３の大きさはバスバー１１を流れる電流の量によって決定される。バスバー１１の端子部１３の下側には、図２に示すように、端子部１３よりも幅寸法を小さくした首部１４と、Ｕ字状をなすＵ字部１５と、Ｕ字部１５よりもさらに幅寸法の小さいくびれ部１６（挿通可能部１６）が連なっている。バスバー１１のＵ字部１５は、展開形状がくびれ部１６よりも幅広な部分を、磁性体コア２１のバスバー挿通部２３を挿通可能なサイズに折り曲げ加工を施すことにより形成されている。
バスバー１１の起立部１７の下端は略垂直に折り曲げられてバスバー本体部１２に連なっている。バスバー１１のＵ字部１５とバスバー本体部１２の断面積は、バスバー１１の成形歩留まりを向上させるため同程度であるのが好ましい。

くびれ部１６は、幅寸法が磁性体コア２１のギャップ部２２の幅寸法Ａ以下であるとともに、その長さＣが磁性体コア２１の厚み寸法Ｂ以上となるように形成されており、磁性体コア２１のギャップ部２２を円滑に差し込むことができるようになっている。本実施形態では、くびれ部１６の長さＣは、磁性体コア２１の厚み寸法Ｂより少し大きくなるように、すなわち、磁性体コア２１を取り付けるのに必要な最小限の長さとなるように設定されている。

磁性体コア２１は図２および図３に示すように、略Ｃ字状をなしており、磁束を検出する磁電変換素子３１が配置されるギャップ部２２と、バスバー１１が挿通されるバスバー挿通部２３（導体挿通部２３）とが設けられている。

磁性体コア２１を収容するコア収容部２５と、バスバー１１が挿通された状態の磁性体コア２１とは、モールド成形により一体化されている。
コア収容部２５を構成する材料としては、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）、ナイロン、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリエチレン（ＰＥ）などの各種樹脂材料が挙げられる。これらの材料にはガラス繊維などのフィラーが入っていてもよい。これらのうち、位置合わせに介在しない部分の材料としてＰＰ、ＰＥなどの安価な樹脂を用いるのが好ましい。

コア収容部２５の上面には、磁性体コア２１のギャップ部２２の直上に相当する位置に、後述する磁電変換素子３１が挿通可能な素子挿通孔２７が形成されている。また、コア収容部２５の上面には、電子ユニット３０の本体部３２に形成されている２つの係合凸部３３，３３（係合部）と係合可能な２つの係合孔２６，２６（被係合部）が形成されている（図２および図３を参照）。

次に電子ユニット３０について説明する。電子ユニット３０は、磁性体コア２１のギャップ部２２に配置されて磁性体コア２１で生じる磁束を検出する磁電変換素子３１と、磁電変換素子３１と外部機器（図示せず）とを電気的に接続する配索部材４０とを備える。
配索部材４０は、磁電変換素子３１に接続される素子配索材３４と、素子配索材３４を収容する本体部３２とを有する。

配索部材４０の本体部３２は、図２に示すように、略直方体状をなしており、本体部３２の上面からは外部機器（図示せず）と接続される電線３６が導出されており、本体部３２の下端には２つの係合凸部３３，３３が形成されている。
本体部３２の内部は、図４および図５に示すように、静電気防止コンデンサなどの電子部品３５と、磁電変換素子３１と外部機器とを電気的に接続する素子配索材３４とが収容されている。

素子配索材３４としては、例えば、図４に示すようなプリント基板３４Ａや図５に示すようなバスバー３４Ｂ（以下、「内部バスバー３４Ｂ」という）などを用いることができる。
図４では素子配索材３４としてプリント基板３４Ａを用いた本体部３２の内部を模式的に示している。図４に示すように、プリント基板３４Ａには電子部品３５が実装されており、その上端側には外部機器に接続された電線３６の端末が接続され、下端側には磁電変換素子３１が接続される。

図５では素子配索材３４として内部バスバー３４Ｂを用いた本体部３２の内部を模式的に示している。図５に示すように、電子部品３５は隣接する内部バスバー３４Ｂを繋げるように配置され、内部バスバー３４Ｂの上端部側に外部機器に接続された電線３６の端末が接続され、内部バスバー３４Ｂの下端部側に磁電変換素子３１が接続される。

素子配索材３４に接続された磁電変換素子３１は、図１および図２に示すように係合凸部３３よりも下側、つまり本体部３２の下端部よりも下側（本体部３２の外側）に配されている。

配策索部材４０の本体部３２は樹脂材料をモールド成形するなどの方法により作製される。本体部３２を構成する材料としては、ＰＢＴ、ナイロン、ＰＰ、ＰＥなどの各種樹脂材料が挙げられる。これらの材料にはガラス繊維などのフィラーが入っていてもよい。配索部材４０の本体部３２の材料としては、コアユニット２０に取り付けられた際のがたつきを防止するという観点からＰＢＴやナイロンなどの剛性の高い材料を用いるのが好ましい。

次に、電子ユニット３０をコアユニット２０に組み付ける方法について説明する。
まずコアユニット２０を作製する。導電性の金属板から、所定形状のバスバー１１を切り出し、図１および図２に示すような形状となるように曲げ加工などを施す。このようにして作製したバスバー１１に、以下の手順により磁性体コア２１を取り付ける。まず、磁性体コア２１のギャップ部２２をバスバー１１のくびれ部１６に差し込む。本実施形態において、バスバー１１のくびれ部１６は、幅寸法が磁性体コア２１のギャップ部２２の幅寸法Ａ以下であるとともに、その長さＣが磁性体コア２１の厚み寸法Ｂ以上に形成されているので、磁性体コア２１のギャップ部２２を円滑に差し込むことができる。

次に、バスバー１１のＵ字部１５に磁性体コア２１のバスバー挿通部２３が配されるように、バスバー１１または磁性体コア２１を移動させる。ここで、Ｕ字部１５は予めバスバー挿通部２３を挿通可能に加工されているので、磁性体コア２１のバスバー挿通部２３に挿通させることができる。

次に、バスバー１１を挿通させた状態の磁性体コア２１とコア収容部２５とを、モールド成形により一体化することでコアユニット２０が得られる。このようにして作製したコアユニット２０を電気接続箱１の底面２の所定位置に取り付ける。
次に、電子ユニット３０の本体部３２に素子配索材３４を収容し、この素子配索材３４に外部機器に接続された電線３６の端末と磁電変換素子３１とを接続することにより電子ユニット３０を作製する。

このようにして作製した電子ユニット３０の磁電変換素子３１を、図１および図２における上側からコアユニット２０の素子挿通孔２７（磁性体コア２１の厚み方向に対して略平行な方向）に差し込んで磁性体コア２１のギャップ部２２に配置し、電子ユニット３０の係合凸部３３をコアユニット２０の係合孔２６に係合させることにより、電子ユニット３０がコアユニット２０の所定位置に組みつけられる。電子ユニット３０がコアユニット２０に組みつけられた状態において、電子ユニット３０（配索部材４０）とコアユニット２０（コア収容部２５）とは図３に示すように、全域にわたって重なり合っている。つまり、この状態において、電子ユニット３０は、コアユニット２０の投影面積の範囲内に配されている。

次に、本実施形態の効果について説明する。
本実施形態では、磁電変換素子３１は、図２における上側から下側方向（磁性体コア２１の厚み方向に対して略平行な方向）に差し込むことによりギャップ部２２に配置されており、配索部材４０とコア収容部２５とが全域にわたって重なり合うので、電流検出装置１０の投影面積を小さくすることができる。その結果、本実施形態によれば、電流検出装置１０を小型化することができる。

特に、本実施形態の電流検出装置１０では、コアユニット２０と電子ユニット３０とが別体であるので、電流検出対象となるバスバー１１を磁性体コア２１に挿通させる際に、端子部１３から挿通させる必要はない。加えて、本実施形態では、バスバー１１に、磁性体コア２１のギャップ部２２の幅寸法以下に形成されギャップ部２２を挿通可能なくびれ部１６（挿通可能部１６）が設けられている。
従って、本実施形態においては、バスバー１１の端子部１３が大型化した場合であっても、バスバー１１のくびれ部１６を磁性体コア２１のギャップ部２２に挿通させることによりバスバー１１を磁性体コア２１に挿通可能なので、磁性体コア２１のバスバー挿通部２３を大きくする必要がない。その結果、本実施形態によれば、磁性体コア２１の小型化を図ることができ、これにより、電流検出装置１０を確実に小型化することができる。

なお、バスバー１１に幅寸法の小さい部分を設けると、バスバー１１の抵抗値の増大が懸念されるが、本実施形態によれば、くびれ部１６の長さが、磁性体コア２１を取り付けるのに必要な最小限の長さに設定されており、くびれ部１６に隣接して展開形状が幅広なＵ字部１５を設けているから、バスバー１１の抵抗値の増大を確実に防止することができる。

上述したように、本実施形態では、コアユニット２０と電子ユニット３０とが別体であるので、各ユニット２０，３０あるいはユニットを構成する部品の一部を異なる材料を用いて作製することができる。本実施形態では磁電変換素子３１と磁性体コア２１との位置合わせを精度よく行うことが出来る構造とするのが好ましいのであるが、本実施形態では、例えば位置合わせに介在する部分のみ加工精度が良い材料を用いて、それ以外は安価な材料を用いることが可能である。その結果、本実施形態によれば、電流検出装置１０全体としてのコストを低減することができる。

また、本実施形態によれば、電子ユニット３０の本体部３２に２つの係合凸部３３，３３が形成され、コアユニット２０のコア収容部２５には係合凸部３３，３３が係合可能な２つの係合孔２６，２６が形成されているから、電子ユニット３０とコアユニット２０の位置合わせを容易かつ確実に行うことができる。

＜実施形態２＞
次に、本発明の実施形態２を図６によって説明する。本実施形態は、配索部材４０が、本体部３２と着脱自在に結合して外部機器と磁電変換素子３１とを電気的に接続するコネクタ部４１を備える点で実施形態１と相違する。上記実施形態１と同様の構成部位については同一符号を付して重複する記載は省略する。

電子ユニット３０の本体部３２には、図６に示すように、複数の端子３７が端子３７の先端部を上方に向けた状態で設けられている。本体部３２と電線３６の端末が接続されたコネクタ部４１とは互いに嵌合可能となっている。本体部３２とコネクタ部４１とは嵌合が終了すると、公知の構成のロック機構により係止される。その他の構成や作用効果は実施形態１と概ね同様である。
本実施形態によれば、本体部３２と着脱自在に結合するコネクタ部４１を備えるので、外部機器と磁電変換素子３１との電気的な接続を容易に行うことができる。

＜他の実施形態＞
本発明は上記記述及び図面によって説明した実施形態に限定されるものではなく、例えば次のような実施形態も本発明の技術的範囲に含まれる。
（１）上記実施形態では、電子ユニット３０の全域がコアユニット２０の投影面積の範囲内に配される構成のものを示したが、例えば、配索部材４０の配される領域の一部がコア収容部２５の投影面積の範囲と重なるものであってもよい。

（２）上記実施形態では、電子ユニット３０とコアユニット２０とを別体としたものを示したが、配索部材４０の少なくとも一部がコア収容部２５の投影面積の範囲に入るように配したものを１つのケースに収容した構成としてもよい。

（３）上記実施形態では、係合部と被係合部として、電子ユニット３０の本体部３２に２つの係合凸部３３，３３を設け、コアユニット２０のコア収容部２５に２つの係合孔２６，２６を設けたものを示したが、係合凸部３３や係合孔２６の数は１つであっても３以上であってもよいし、これらを設けなくてもよい。また、電子ユニット３０の本体部３２に係合孔２６を設けコア収容部２５に係合凸部３３を設けたものであってもよいし別の形態の係合部や被係合部を設けてもよい。

（４）上記実施形態では、磁性体コア２１のバスバー挿通部２３に挿通された状態のバスバー１１とコア収容部２５とがモールド成形により一体化されているものを示したが、コア収容部２５にバスバー１１の係止部を設けてバスバー１１を固定してもよい。

（５）上記実施形態では、磁性体コア２１のギャップ部２２の幅寸法Ａ以下の幅寸法の部分（くびれ部１６）を設けたバスバー１１を示したが、ギャップ部２２の幅寸法Ａ以下となるようにバスバー１１に曲げ加工を施すことにより、図7に示すように略Ｃ字状をなすＣ字部１５ａを設けてもよい。このようにすることにより、図８に示すように、くびれ部１６の長さＣ１を短く出来、電流検出装置１０を高さ方向において省スペースなものとすることが出来る。またＵ字部１５を設けた実施形態１の電流検出装置１０（幅寸法は図１中のＤ）よりも、Ｃ字部１５ａを設けた電流検出装置１０において幅寸法Ｄ１を小さくすることができ、これにより省スペースとすることができる。なお、この形態のバスバー１１に磁性体コア２１を取り付ける際には、バスバー１１のＣ字部１５ａのうちギャップ部２２の幅寸法Ａ以下の部分を磁性体コア２１のギャップ部２２に挿通させてからバスバー１１を所定位置に配する。

１０…電流検出装置
１１…バスバー（導体）
１６…くびれ部（挿通可能部）
２０…コアユニット
２１…磁性体コア
２２…ギャップ部
２３…バスバー挿通部（導体挿通部）
２５…コア収容部
２６…係合孔（被係合部）
３０…電子ユニット
３１…磁電変換素子
３２…（電子ユニットの）本体部
３３…係合凸部（係合部）
３４…素子配索材
４０…配索部材
４１…コネクタ部

Claims (5)

1. ギャップ部を有する磁性体コアと、前記磁性体コアを収容するコア収容部と、前記ギャップ部に配置されて前記磁性体コアで生じる磁束を検出する磁電変換素子と、前記磁電変換素子に接続され外部機器と電気的に接続する配索部材と、を備え、
   前記磁電変換素子を前記磁性体コアの厚み方向に対して略平行な方向に差し込んで前記ギャップ部に配置することにより、前記配索部材を前記コア収容部の前記ギャップ部に対応する位置に配し、
   前記磁性体コアは電流検出対象である導体を挿通可能な導体挿通部を有し、
   前記導体に、前記磁性体コアのギャップ部の幅寸法以下に形成され前記ギャップ部を挿通可能な挿通可能部を設けたことを特徴とする電流検出装置。
2. 前記磁性体コアと前記コア収容部とを備えるコアユニットに、前記磁電変換素子と前記配索部材とを備える電子ユニットを組みつけてなることを特徴とする請求項１に記載の電流検出装置。
3. 前記コア収容部および前記配索部材のうち、いずれか一方には係合部が形成され、他方には前記係合部が係合可能な被係合部が形成されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の電流検出装置。
4. 前記配索部材は、前記磁電変換素子に接続される素子配索材と、前記素子配索材を収容する本体部と、前記本体部と着脱自在に結合して外部機器と前記磁電変換素子とを電気的に接続するコネクタ部と、を備えることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか一項に記載の電流検出装置。
5. 前記磁性体コアと前記コア収容部とを備えるコアユニットにおいて、前記導体を前記磁性体コアの導体挿通部に挿通させた状態で、前記コア収容部はモールド成形により一体化されていることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか一項に記載の電流検出装置。

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