JP2009140680A - 電流センサ付端子台 - Google Patents

Abstract

【課題】別々に設けられる端子台と電流センサを一体とし、さらに端子台を階段形状とした場合にも、小型化を可能とする電流センサ付端子台を提供することである。
【解決手段】電流センサ付端子台１０において、階段形状を有する端子台２０と、上段面２４に設けられ、一方側からの導体線１２と他方側からの導体線１４とを接続して上段側電流路を形成する上段側接続端子３２と、下段面２２に設けられ、一方側からの導体線１６と他方側からの導体線１８とを接続して下段側電流路を形成する下段側接続端子３４であって、端子台の下段面２２と立上壁２６とにより規定される領域を作業領域として用いて下段面２２に設けられる下段側接続端子３４と、下段側接続端子３４の接続作業領域に着脱可能に設けられ、上段側電流路の電流を検出する着脱式電流センサ部４０とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、電流センサ付端子台に係り、特に、階段形状を有する端子台であって、電流センサが設けられる電流センサ付端子台に関する。

端子台は、２つの導体線を接続して電流路を形成するためのもので、電気機器等に用いられている。また、電流センサは、電流路の電流を検出し、電気機器等の制御のために広く用いられている。このように、電流センサと、端子台とが同じ電流路に対して設けられている。このような場合に、最近の省スペース化や小型化の傾向を反映して、電流センサと端子台とを一体化することが望ましい。そこで、例えば、特許文献１には、少なくとも２極の接続端子を有する端子台であって、接続端子に夫々敷設された導電金具を有し、端子台の筐体内部には、導電金具に流れる電流を検出する電流センサと、２つの接続金具の間の電圧を検出する電圧センサと、検出された電流および電圧を或るレベルに変換する電子回路が設けられるセンサ付変換器内蔵端子台が開示されている。

また、特許文献２には、電流路を接続する接続端子と、その接続端子の設けられた電気絶縁性の端子台と、接続端子に接続される電流路を囲んで端子台に配設される強磁性の環状コアとを備え、その環状コア中に発生する磁界の大きさを検出することで電流路を流れる電流の検出が可能な電流センサ内蔵端子台が述べられている。ここでは、環状コアの内周に接続端子が配置される電流センサ内蔵端子台が開示されている。

特開平６−２０１７３７号公報 特開平１１−１２１０６７号公報

上記の特許文献１の構成を用いることで、電流センサと端子台を一体にすることができる。しかし、さらに、スペースを有効に活用するためには、端子台を階段形状とし、上段側と下段側の双方に電流路を配置することが望ましいことがある。そこで、特許文献１の構成を用いて端子台を階段形状にすることも考えられる。この場合、下段側に配置されることになる電流路の電流を検出する電流センサについては、端子台における断面積の広い下段側の内部に内蔵することができる。一方、上段側に配置されることになる電流路の電流を検出する電流センサについては、断面積の狭い上段側の内部に内蔵することができないことがあり、この場合には、端子台の外部に設けて階段形状を拡張する必要があり、小型化が困難となる場合がある。

また、特許文献２の構成を用いることで、電流センサと端子台を一体にすることができ、端子台を階段形状にすることも考えられる。しかし、特許文献２の構成における電流センサは、接続端子が、内周に配置される環状コア中に発生する磁界の大きさを検出するので、接続端子よりも環状コアが外側に配置されることとなる。これにより、小型化が困難となる場合がある。

本発明は、端子台と電流センサを一体とし、さらに端子台を階段形状とした場合にも、小型化を可能とする電流センサ付端子台を提供することである。

本発明に係る電流センサ付端子台において、下段面と、上段面と、下段面から立ち上がって下段面と上段面とを接続する立上壁と、を含む階段形状の端子台と、上段面に設けられ、一方側からの導体線と他方側からの導体線とを接続して上段側電流路を形成する上段側接続端子と、下段面に設けられ、一方側からの導体線と他方側からの導体線とを接続して下段側電流路を形成する下段側接続端子であって、端子台の下段面と立上壁とにより規定される領域を作業領域として用いて下段面に設けられる下段側接続端子と、下段側接続端子の接続作業領域に着脱可能に設けられ、上段側電流路の電流を検出する着脱式電流センサ部と、を備えることを特徴とする。

また、着脱式電流センサ部は、ホール素子を含んで構成されることが好ましい。

また、着脱式電流センサ部は、端子台への固定手段を有していることが好ましい。

上記構成により、階段形状の端子台において、上段側電流路の電流を検出する着脱式電流センサ部を下段側接続端子の接続作業領域に、着脱することができる。したがって、階段形状の端子台において、通常は、デッドスペースになりがちな下段側接続端子の接続作業領域を有効に活用して、電流センサ付端子台の小型化を図ることができる。

以下に図面を用いて本発明に係る実施の形態につき、詳細に説明する。なお、以下では、回転電機と電源回路を接続するための端子台を説明するが、これ以外の物体の接続のための端子台であってもよい。また、以下では、上段と下段にそれぞれ３列の電流路が配置される２段３列接続用の階段形状の端子台として説明するが、電流路の列数に限定はなく、また階段の段数は３段またはそれ以上であってもよい。また、以下では、端子台の内蔵電流センサおよび着脱式電流センサは、回転電機の３相の電流路のうちいずれか２相に取り付けられるものとして説明するが、３相の電流路全てに取り付けられるものとしてもよい。

図１は、電流センサ付端子台１０において導体線を接続する様子を示す図である。図２は、電流センサ付端子台１０の斜視図である。図３は、図２におけるＡ−Ａに沿った断面図である。図４は、図２におけるＢ−Ｂに沿った断面図である。図５は、図２におけるＣ−Ｃに沿った断面図である。図６は、図２におけるＤ−Ｄに沿った断面図である。

電流センサ付端子台１０は、２段の段数で構成される階段形状を有する端子台であって、３相回転電機４のＵ相、Ｖ相、Ｗ相の配線にそれぞれ接続される３つの導体線１４と、電源回路６にそれぞれ接続される３つの導体線１２を接続して、３つの上段側電流路１３が形成され、上段側に３列に並べて配置される。そして、もう１つの３相回転電機５にそれぞれ接続される３つの導体線１８と、電源回路６にそれぞれ接続される３つの導体線１６を接続して、３つの下段側電流路１７が形成され、下段側に３列に並べて配置される。さらに、その上段側電流路１３、下段側電流路１７の電流を検出するための電流センサを備えている。

電流センサ付端子台１０は、階段形状を有し電流センサを内蔵する端子台２０と、端子台２０に配置される上段側接続端子３２と下段側接続端子３４と、さらに、端子台２０に着脱可能な着脱式電流センサ部４０とを含んで構成される。なお、以下では、まず、端子台２０の各要素について詳細な説明を行い、その後、上段側接続端子３２、下段側接続端子３４、着脱式電流センサ部４０の順に説明を行う。

端子台２０について、図２、図３、図４を用いて説明する。上記のように端子台２０は、電源回路６に接続される導体線１２，１６と、回転電機４，５に接続される導体線１４，１８とを接続するために用いられるものである。端子台２０は、下段面２２と、上段面２４と、立上壁２６とを含んで２段の階段が構成される階段形状を有し、上段端子締結部２１と、下段端子締結部２３と、端子台側固定部５１と、端子台側基板部６０と、内蔵電流センサ部２９と、下段側貫通孔２５とを含んで構成される。

下段面２２は、階段形状を有する端子台２０の下段部を構成する面である。上段面２４は、端子台２０の上段部を構成する面である。立上壁２６は、下段面２２から立ち上がって、下段面２２と上段面２４を接続する面である。また、図２、図３において、端子台２０の下段面２２の上方であって、立上壁２６の側方である領域は、下段側電流路１７を形成するために、端子台２０の上方から、下段側接続端子３４と、下段端子締結部２３の締結を行うための領域である。そこで、この領域を下段側接続作業領域３９と呼ぶことができる。

上段端子締結部２１は、端子台２０の上段部に配置され、上段側電流路１３を形成するために、後述する上段側接続端子３２と締結するナット等の部材である。上段端子締結部２１は、上段面２４において、上段側接続端子３２が挿入される開口を有している。

下段端子締結部２３は、端子台２０の下段部に配置され、下段側電流路１７を形成するために、上段端子締結部２１と同様に、後述する下段側接続端子３４と締結するナット等の部材である。下段端子締結部２３は、下段面２２において、下段側接続端子３４が挿入される開口を有している。

下段側貫通孔２５は、端子台２０において、下段面２２の高さの位置に下段面２２と平行な向きに配置される貫通孔である。下段側貫通孔２５は、下段側電流路１７を形成するための導体線１６を、端子台２０の一方側から、その内部を通過させて下段面２２に配置させるための貫通孔である。また、下段側貫通孔２５は、３相回転電機５のＵ相、Ｖ相、Ｗ相の導体線１６を挿入するために３つ設けられている。

端子台側固定部５１は、端子台２０の上段面２４に配置される凸部等の形状を有する適当な固定手段であって、後述する着脱側固定部５２と係合することにより、着脱式電流センサ部４０を端子台２０に固定する機能を有する。

端子台側基板部６０は、端子台２０に内蔵される回路基板で、端子台側回路基板部６４と、端子台側出力コネクタ部６２と、端子台側中継コネクタ部５８とを含んで構成される。端子台側回路基板部６４は、次に説明する内蔵電流センサ部２９のための回路基板としての機能を有し、また着脱式電流センサ部４０と接続され、その各信号を外部へ伝達するための中継基板としての機能を有する。

端子台側回路基板部６４は、端子台２０の階段形状の外形に沿った略Ｌ字型の形状を有する基板である。端子台側回路基板部６４は、後述する内蔵電流センサ部２９が取り付けられることとなる２つの下段側電流路１７の間を通過するように、端子台２０の内部に配置される。

端子台側中継コネクタ部５８は、着脱側中継コネクタ部５６と接続して、端子台側基板部６０と着脱側基板部５０とを電気的および機械的に接続するコネクタである。端子台側中継コネクタ部５８は、端子台側基板部６０に設けられ、端子台２０の下段面２２から上方に向けてコネクタの口が配置されている。

端子台側出力コネクタ部６２は、内蔵電流センサ部２９および着脱式電流センサ部４０の信号を出力するためのコネクタであって、端子台の内部から外部に向けて延設される。なお、端子台側出力コネクタ部６２に接続される図示されていない計測器を用いて、上段側電流路１３と下段側電流路１７の電流を計測することができる。また、端子台側出力コネクタ部６２は、端子台２０から延伸したワイヤの先端に取り付けられてもよい。

図３に示される内蔵電流センサ部２９は、端子台２０の内部に内蔵される電流センサであって、下段側電流路１７の電流を検出する機能を有する。内蔵電流センサ部２９は、内蔵ホール素子２７と、内蔵環状コア２８とを含んで構成される。内蔵電流センサ部２９は、３相回転電機５におけるＵ相、Ｖ相、Ｗ相に対応した下段側電流路１７の中の２つの電流を検出するために、下段側電流路１７が通過する２つの下段側貫通孔２５の周りに取り付けられる。そして、内蔵電流センサ部２９の信号を図示されていない計測器に入力することにより、下段側電流路１７の電流を計測することができる。また、内蔵電流センサ部２９の取り付けられていない下段側電流路１７の電流値については、回転電機５における３相の配線の中性点において、キルヒホッフの法則を用いて計測することができる。

内蔵環状コア２８は、内蔵ホール素子２７と協働することで、下段側電流路１７の電流を検出する機能を有する。内蔵環状コア２８は、磁性体材質で構成された部材であって、下段側電流路１７を通す下段側貫通孔２５の周りに円環状に配置され、下段側電流路１７を流れる電流によって発生した磁束を内部に通す機能を有し、その一部に設けられた空隙部分には内蔵ホール素子２７が配置される。

内蔵ホール素子２７は、内蔵環状コア２８の空隙部分に配置される。内蔵ホール素子２７は、ホール効果を利用した磁気センサで、下段側電流路１７に流れる電流によって生成される磁界を電気信号に変換し出力する機能を有し、下段側電流路１７の電流を検出するために配置される。

次に、上段側接続端子３２について、図２、図５を用いて説明する。上段側接続端子３２は、上段端子締結部２１と締結することによって、上段側電流路１３を形成するためのボルト等の部材である。上段側接続端子３２は、電源回路６に接続される導体線１２と、回転電機４に接続される導体線１４とを接続して、上段側電流路１３を形成する。上段側接続端子３２は、３相の回転電機４のＵ相、Ｖ相、Ｗ相の上段側電流路１３に対応して、それぞれ３つの上段側接続端子３２が設けられる。

次に、下段側接続端子３４について、図２、図６を用いて説明する。下段側接続端子３４は、上段側接続端子３２と同様に、下段端子締結部２３と締結することによって、下段側電流路１７を形成するためのボルト等の部材である。下段側接続端子３４は、電源回路６に接続される導体線１６と、回転電機５に接続される導体線１８とを接続して下段側電流路１７を形成する。下段側接続端子３４は、３相の回転電機５のＵ相、Ｖ相、Ｗ相の下段側電流路１７に対応して、それぞれ３つの下段側接続端子３４が設けられる。

次に、着脱式電流センサ部４０について、図２、図４、図６を用いて説明する。着脱式電流センサ部４０は、端子台２０の上段部において形成される上段側電流路１３の電流を検出する機能を有する。着脱式電流センサ部４０は、着脱側ホール素子４２と、着脱側環状コア４４と、着脱側基板部５０と、着脱側固定部５２と、上段側貫通孔４５とを含んで構成される。なお、着脱式電流センサ部４０は、回転電機４におけるＵ相、Ｖ相、Ｗ相に対応した上段側電流路１３において、２つの上段側電流路１３に取り付けられる。そして、着脱式電流センサ部４０の信号を図示されていない計測器に入力して、電流を計測することができる。なお、着脱式電流センサ部４０が取り付けられていない上段側電流路１３の電流値については、回転電機４における中性点において、キルヒホッフの法則により算出される。

着脱側固定部５２は、凹部形状を有する適当な固定手段であって、端子台側固定部５１と係合することによって、着脱式電流センサ部４０を端子台２０に固定する機能を有する。

上段側貫通孔４５は、上段側電流路１３を形成するために、導体線１４を着脱式電流センサ部４０の一方側から、着脱式電流センサ部４０の内部を通過させて、上段面２４に配置させるための貫通孔である。また、上段側貫通孔４５は、着脱式電流センサ部４０によって電流が検出される上段側電流路１３の個数に対応して、２つ設けられている。なお、着脱式電流センサ部４０によって電流が検出されない上段側電流路１３を構成する導体線１４については、図２に示されるように、上段側貫通孔４５を通過せずに上段面２４に向けて配置される。

着脱側環状コア４４は、内蔵環状コア２８と同様の機能と構成を備え、一部に空隙を有する略コの字型の環状形状を有し、上段側電流路１３を通過させる上段側貫通孔４５の周りを囲むように配置される。着脱側ホール素子４２は、内蔵ホール素子２７と同様の機能と構成を備え、着脱側環状コア４４の空隙部に配置される。なお、着脱側環状コア４４と着脱側ホール素子４２は、着脱式電流センサ部４０に内蔵されている。

着脱側基板部５０は、着脱側回路基板部５４と着脱側中継コネクタ部５６とを含んで構成される。着脱側回路基板部５４は、着脱式電流センサ部４０に内蔵される回路基板である。着脱側中継コネクタ部５６は、コネクタ等の接続手段であって、端子台側中継コネクタ部５８と接続することにより、着脱側基板部５０と端子台側基板部６０とを電気的および機械的に接続する。したがって、端子台側出力コネクタ部６２に接続される図示されていない計測器を用いて、上段側電流路１３の電流を計測することができる。なお、着脱側基板部５０は、図２、図４に示されるように、着脱側中継コネクタ部５６と端子台側中継コネクタ部５８を接続できるように配置される。

図７は、電流センサ付端子台１０を組み立てる工程を示すフローチャートである。図１〜図６と同様の要素について同一の符号を付し、詳細な説明は省略する。まず、端子台２０の下段部の下段面２２に向けて、一方側から回転電機５に接続された３つの導体線１８を配置し、他方側から電源回路６に接続された３つの導体線１６については、下段側貫通孔２５を通過させて下段面２２に配置する（Ｓ２）。

次に、端子台２０の下段面２２の上部から下段側接続端子３４と下段端子締結部２３とを締結し、下段側電流路１７を形成する（Ｓ４）。

そして、着脱式電流センサ部４０を端子台２０の下段面２２と立上壁２６によって区画される下段側接続作業領域３９に配置し、着脱側中継コネクタ部５６と端子台側中継コネクタ部５８とを接続する。そして、着脱式電流センサ部４０の着脱側固定部５２と端子台２０の端子台側固定部５１とを係合させて、着脱式電流センサ部４０を端子台２０に固定する（Ｓ６）。

次に、端子台２０の上段面２４に向けて、一方側から回転電機４に接続された２つの導体線１４を着脱式電流センサ部４０の上段側貫通孔４５を通過させて配置し、残り１つの導体線１４は上段側貫通孔４５を通過させずに配置する。そして、他方側から電源回路６に接続された３つの導体線１２を配置する（Ｓ８）。

そして、端子台２０の上段面２４の上部から上段側接続端子３２と上段端子締結部２１とを締結し上段側電流路１３を形成する（Ｓ１０）。このように、電流センサ付端子台１０を生成することができるが、必要に応じて着脱式電流センサ部４０は、取り外すことができる。したがって、階段形状の端子台において、通常は、デッドスペースになりがちな下段側接続端子３４の下段側接続作業領域３９を有効に活用することができる。また、端子台２０の下段面２２と、着脱式電流センサ部４０の底面によって区画される領域が、十分に広い場合には、着脱式電流センサ部４０が取り付けられたままの状態であっても、下段側接続端子３４と下段端子締結部２３との締結を解除することができる。

電流センサ付端子台において導体線を接続する様子を示す図である。 本発明に係る電流センサ付端子台の斜視図である。 図２におけるＡ−Ａに沿った断面図である。 図２におけるＢ−Ｂに沿った断面図である。 図２におけるＣ−Ｃに沿った断面図である。 図２におけるＤ−Ｄに沿った断面図である。 本発明に係る電流センサ付端子台を組み立てる工程を示すフローチャートである。

符号の説明

４，５ 回転電機、６ 電源回路、１０ 電流センサ付端子台、１２，１４，１６，１８ 導体線、１３ 上段側電流路、１７ 下段側電流路、２０ 端子台、２１ 上段端子締結部、２２ 下段面、２３ 下段端子締結部、２４ 上段面、２５ 下段側貫通孔、２６ 立上壁、２７ 内蔵ホール素子、２８ 内蔵環状コア、２９ 内蔵電流センサ部、３２ 上段側接続端子、３４ 下段側接続端子、３９ 下段側接続作業領域、４０ 着脱式電流センサ部、４２ 着脱側ホール素子、４４ 着脱側環状コア、４５ 上段側貫通孔、５０ 着脱側基板部、５１ 端子台側固定部、５２ 着脱側固定部、５４ 着脱側回路基板部、５６ 着脱側中継コネクタ部、５８ 端子台側中継コネクタ部、６０ 端子台側基板部、６２ 端子台側出力コネクタ部、６４ 端子台側回路基板部。

Claims (3)

1. 下段面と、上段面と、下段面から立ち上がって下段面と上段面とを接続する立上壁と、を含む階段形状の端子台と、
   上段面に設けられ、一方側からの導体線と他方側からの導体線とを接続して上段側電流路を形成する上段側接続端子と、
   下段面に設けられ、一方側からの導体線と他方側からの導体線とを接続して下段側電流路を形成する下段側接続端子であって、端子台の下段面と立上壁とにより規定される領域を作業領域として用いて下段面に設けられる下段側接続端子と、
   下段側接続端子の接続作業領域に着脱可能に設けられ、上段側電流路の電流を検出する着脱式電流センサ部と、
   を備えることを特徴とする電流センサ付端子台。
2. 請求項１に記載の電流センサ付端子台において、
   着脱式電流センサ部は、ホール素子を含んで構成されることを特徴とする電流センサ付端子台。
3. 請求項１または請求項２に記載の電流センサ付端子台において、
   着脱式電流センサ部は、端子台への固定手段を有していることを特徴とする電流センサ付端子台。

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