JP2012042409A - Current detection apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、バスバーに流れる電流を検出する電流検出装置に関する。 The present invention relates to a current detection device that detects a current flowing in a bus bar.
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。 A vehicle such as a hybrid vehicle or an electric vehicle is often equipped with a current detection device that detects a current flowing through a bus bar connected to a battery. As such a current detection device, a magnetic proportional current detection device or a magnetic balance current detection device may be employed.
磁気比例方式又は磁気平衡方式の電流検出装置は、例えば、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。磁性体コアは、両端がギャップ部を介して対向し、バスバーが貫通する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。
For example, as disclosed in
また、磁電変換素子は、磁性体コアのギャップ部に配置され、中空部を貫通して配置されたバスバーを流れる電流に応じて変化する磁束を検出し、磁束の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。 The magnetoelectric conversion element is disposed in the gap portion of the magnetic core, detects a magnetic flux that changes according to the current flowing through the bus bar disposed through the hollow portion, and outputs a detection signal of the magnetic flux as an electric signal. It is an element. As the magnetoelectric conversion element, a Hall element is usually adopted.
特許文献1に示されるように、従来の電流検出装置においては、磁性体コアとバスバーと磁電変換素子とが、絶縁性の筐体によって一定の位置関係に保持されることが多い。この筐体は、樹脂などの部材からなり、電流検出装置を構成する複数の部品を一定の位置関係に位置決めする。
As shown in
ところで、電気自動車及びハイブリッド自動車などの車両に搭載される電流検出装置においては、装置の小型化への要求がますます高まっている上、バスバーに流れる電流が増大している。そのため、昨今の車両におけるバスバーは、発熱して高温になりやすい。 By the way, in a current detection device mounted on a vehicle such as an electric vehicle and a hybrid vehicle, there is an increasing demand for downsizing of the device, and the current flowing through the bus bar is increasing. Therefore, the bus bar in recent vehicles tends to generate heat and become high temperature.
そして、スペースの制約からバスバーと電流検出装置を構成する各部品との間に十分な間隔を設けることができない条件の下では、従来の電流検出装置は、以下に示されるような問題点を有している。第1の問題点は、バスバーと構成部品とを一定の位置関係に保持する樹脂製の筐体が、バスバーの発熱により過剰に高温化して変形することである。第2の問題点は、電流検出装置の電流検出特性が、バスバーの発熱による環境温度の変動によって変化し、その特性変化が電流の検出誤差の増大を招くことである。 Under the condition that a sufficient distance cannot be provided between the bus bar and each component constituting the current detection device due to space constraints, the conventional current detection device has the following problems. is doing. The first problem is that the resin casing that holds the bus bar and the component parts in a certain positional relationship is excessively heated and deformed due to heat generated by the bus bar. The second problem is that the current detection characteristic of the current detection device changes due to a change in environmental temperature due to heat generated by the bus bar, and the change in the characteristic causes an increase in current detection error.
本発明は、バスバーに流れる電流を検出する電流検出装置において、装置を大型化することなく、バスバーの高温化による筐体の変形及び電流検出誤差の増大を回避できることを目的とする。 SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a current detection device for detecting a current flowing through a bus bar, which can avoid the deformation of the casing and the increase in current detection error due to the high temperature of the bus bar without increasing the size of the device.
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、両端がギャップ部を介して対向し、電流が流れるバスバーが貫通する中空部の周囲を囲んで一連に形成された磁性体コアである。
(2)第2の構成要素は、ギャップ部に配置され、中空部を通過する電流に応じて変化する磁束を検出する磁電変換素子である。
(3)第3の構成要素は、磁性体コアとバスバーと磁電変換素子とを一定の位置関係に保持し、少なくとも一部にバスバーと接触する導体からなる放熱部を含む筐体である。
The current detection device according to the present invention includes the following components.
(1) The first component is a magnetic core formed in a series surrounding the periphery of a hollow portion through which a bus bar through which a current flows, with both ends opposed via a gap portion.
(2) A 2nd component is a magnetoelectric conversion element which detects the magnetic flux which is arrange | positioned at a gap part and changes according to the electric current which passes a hollow part.
(3) The third component is a housing that holds the magnetic core, the bus bar, and the magnetoelectric conversion element in a fixed positional relationship, and includes a heat radiating portion that is at least partially made of a conductor that contacts the bus bar.
また、本発明に係る電流検出装置において、筐体は、相互に組み合わされることにより、磁性体コアとバスバーと磁電変換素子とを一定の位置関係に保持する導体の部材及び絶縁体の部材からなり、導体の部材が放熱部であることが考えられる。 Further, in the current detection device according to the present invention, the casing is composed of a conductor member and an insulator member that hold the magnetic core, the bus bar, and the magnetoelectric conversion element in a fixed positional relationship by being combined with each other. The conductor member may be a heat radiating part.
また、本発明に係る電流検出装置において、筐体は、磁性体コアとバスバーと磁電変換素子とを一定の位置関係に保持するとともに、磁性体コアとバスバーにおける中空部を貫通する部分と磁電変換素子とを覆うことが考えられる。 Further, in the current detection device according to the present invention, the housing holds the magnetic core, the bus bar, and the magnetoelectric conversion element in a fixed positional relationship, and the portion that penetrates the hollow portion of the magnetic core and the bus bar and the magnetoelectric conversion It is conceivable to cover the element.
本発明に係る電流検出装置においては、磁性体コア、バスバー及び磁電変換素子を一定の位置関係に保持する筐体が、バスバーで発生する熱を放熱するヒートシンクとして機能する。そのため、本発明によれば、バスバーが過剰に高温化することが防止され、バスバーの高温化による筐体の変形及び電流検出誤差の増大を回避することができる。 In the current detection device according to the present invention, the housing that holds the magnetic core, the bus bar, and the magnetoelectric conversion element in a certain positional relationship functions as a heat sink that dissipates heat generated by the bus bar. Therefore, according to the present invention, it is possible to prevent the bus bar from being excessively heated, and to avoid the deformation of the casing and the increase in current detection error due to the high temperature of the bus bar.
また、筐体が、相互に組み合わされる導体の部材(放熱部)及び絶縁体の部材で構成されていれば、当該電流検出装置の周囲の部材との絶縁性を確保、及び装置の軽量化などの面で好適である。 In addition, if the casing is composed of conductor members (heat dissipating parts) and insulator members that are combined with each other, insulation with members around the current detection device is ensured, and the weight of the device is reduced. This is preferable.
また、筐体が、バスバーの一部と、磁性体コアと、磁電変換素子とを覆う場合、バスバーにおける筐体内の部分は、他の部分よりも熱がこもって高温化しやすい。従って、バスバーにおける特に高温化しやすい部分に配置される筐体が、ヒートシンクとして機能すれば、バスバーの高温化防止効果がより高まり好適である。 Moreover, when a housing | casing covers a part of bus bar, a magnetic body core, and a magnetoelectric conversion element, the part in the housing | casing in a bus bar tends to heat up and heat up more easily than another part. Therefore, if the housing disposed in the portion of the bus bar that is particularly prone to high temperature functions as a heat sink, the effect of preventing the high temperature of the bus bar is further enhanced.
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。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. The following embodiment is an example embodying the present invention, and is not an example of limiting the technical scope of the present invention.
まず、図1〜図5を参照しつつ、本発明の実施形態に係る電流検出装置1の構成について説明する。電流検出装置1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装置である。図1に示されるように、電流検出装置1は、磁性体コア10、ホール素子20、電流検出用バスバー30、筐体40及び電子基板50を備える。
First, the configuration of the
<磁性体コア>
磁性体コア10は、フェライト又はケイ素鋼などからなる磁性体であり、両端が数ミリメートル程度のギャップ部12を介して対向し、中空部11の周囲を囲んで一連に形成された形状を有している。即ち、磁性体コア10は、狭いギャップ部12を有するものの概ね環状に形成されている。本実施形態における磁性体コア10は、円形状の中空部11を囲む円環状に形成されている。
<Magnetic core>
The
<ホール素子(磁電変換素子)>
ホール素子20は、磁性体コア10のギャップ部12に配置され、磁性体コア10の中空部11を通過する電流に応じて変化する磁束を検出し、磁束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。
<Hall element (magnetoelectric conversion element)>
The
<電子基板>
電子基板50は、ホール素子20がその端子21の部分において実装されたプリント回路基板である。また、電子基板50には、ホール素子20の他、ホール素子20から出力される磁束の検出信号を増幅する回路と、その回路と外部の他の回路とを接続するコネクタ51とが実装されている。従って、コネクタ51は、ホール素子20に対して電気的に接続されており、ホール素子20は、コネクタ51を含む電子基板50を介して、外部の回路と接続される。
<Electronic board>
The
<電流検出用バスバー>
電流検出用バスバー30は、銅などの金属からなる導体であり、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30には、検出対象の電流が流れる。また、電流検出用バスバー30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30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。
<Bus bar for current detection>
The current
なお、電流検出用バスバー30の三面図である図2において、図2(a)は平面図、図2(b)は側面図、図2(c)は正面図である。また、図2において、電流検出用バスバー30と組み合わされる磁性体コア10が、仮想線(二点鎖線)により示されている。
In FIG. 2, which is a three-view diagram of the current
図1及び図2に示されるように、電流検出用バスバー30は、概ね、中央部分において一定の範囲を占める第1部分31とその両側の第2部分32とにより構成されている。第1部分31は、磁性体コア10の中空部11を電流通過方向に沿って貫通する部分である。電流通過方向は、磁性体コア10の厚み方向であり、環状の磁性体コア10を筒とみなした場合におけるその筒の軸心方向であり、さらに、環状の磁性体コア10が形成する面に直交する方向でもある。各図において、電流通過方向は、X軸方向として記されている。以下の説明において、電流通過方向(X軸方向)を第1方向と称する。
As shown in FIGS. 1 and 2, the current
電流検出用バスバー30は、磁性体コア10の中空部11を第1方向に沿って貫通する第1部分31と、その第1部分31に対し第1方向の両側各々に連なる平板状の第2部分32とが形成された導体からなる部材である。各図において、平板状の第2部分32の幅方向及び厚み方向は、それぞれY軸方向及びZ軸方向として記されている。以下の説明において、平板状の第2部分32の幅方向(Y軸方向)及び厚み方向(Z軸方向)をそれぞれ第2方向及び第3方向と称する。
The current
図3に示されるように、電流検出用バスバー30は、平板状の金属部材30Yにおける一部分31Yが、その一部分31Yの第1方向(X軸方向)における両側に形成された切り込み34に沿って、第2方向(Y軸方向)における両側から折り返された構造を有する部材である。金属部材30Yにおける切り込み34は、一部分31Yの第1方向(X軸方向)における両側において、第2方向(Y軸方向)の両端から内側へ向けて形成されている。そして、折り返された一部分31Yが、電流検出用バスバー30の第1部分31を構成し、折り返された一部分31Yの両側の部分が第2部分32を構成する。このような電流検出用バスバー30の作製は容易である。
As shown in FIG. 3, the current detecting
電流検出用バスバー30において、第1部分31の断面の輪郭形状は、第2部分32に対し、第2方向(Y軸方向)においてくびれた形状を有している。その結果、電流検出装置1において、電流検出用バスバー30が採用されることにより、バスバーの幅との関係において比較的小さな磁性体コア10を採用することができ、磁性体コア10を含む装置全体の大型化を回避できる。
In the current
さらに、電流検出用バスバー30において、第1部分31の断面の輪郭形状は、最小幅D4が第2部分32の厚みD6(最小幅)よりも大きく形成されている。これにより、第1部分31における導体の断面積は、第2部分32における導体の断面積と比較して大幅に小さくならない。特に、平板状の金属部材30Yの一部が折り返された構造を有する電流検出用バスバー30においては、第1部分31における導体の断面積と、第2部分32における導体の断面積とは同じである。
Further, in the current
但し、電流検出用バスバー30においては、第1部分31と第2部分32との間における切り込み34が形成された部分については、導体の断面積がその前後の部分の導体の断面積よりも小さくなる。しかしながら、実験の結果、切り込み34の幅がごく狭い幅である場合、切り込み34が形成された部分におけるインピーダンスの増大は、電流検出用バスバー30全体としてはほとんど無視できる程度に小さいことがわかっている。そのため、電流検出用バスバー30において、幅のごく狭い切り込み34が形成されている場合、第1部分31における過剰な発熱を防止できる。
However, in the current
また、電流検出用バスバー30の第2部分32には、他のバスバーとの連結用のネジが通されるネジ止め用の孔32Zが形成されている。この孔32Zが形成された第2部分32は、他のバスバーと連結される端子部である。
The
図6は、電流検出装置1における電流検出用バスバー30の第2部分32(端子部)が、予め敷設された他のバスバー9に対し、ネジ8によって連結される様子を模式的に示す斜視図である。なお、図6において、便宜上、筐体40の記載は省略されている。図6に示されるように、他のバスバー9における、電流検出用バスバー30の第2部分32と連結される部分は、例えば、端子台としての構造を備え、ネジ止め用の孔9Aが形成されている。なお、第2部分32に形成された端子部は、ネジ止め用の孔32Zの他、他のバスバー9との嵌め合い機構などの他の構造を有することも考えられる。
FIG. 6 is a perspective view schematically showing a state in which the second portion 32 (terminal portion) of the current
<筐体>
筐体40は、磁性体コア10と電流検出用バスバー30とホール素子20が実装された電子基板50とを一定の位置関係で保持する部材であり、絶縁体である本体ケース41と、本体ケース41に取り付けられる導体である蓋部材42とを含む。
<Case>
The
本体ケース41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。一方、蓋部材42は、例えば、銅、アルミニウムなどの金属からなる一体成型部材である。
The
本体ケース41は、開口部を有する箱状に形成され、蓋部材42は、本体ケース41に取り付けられることによって本体ケース41の開口部を塞ぐ。本体ケース41には、その内側の面において突出する第1保持部43及び第2保持部44が形成されている。そして、本体ケース41は、第1保持部43及び第2保持部44により、磁性体コア10と、中空部11を貫通する電流検出用バスバー30と、ギャップ部12に配置されたホール素子20とを、それらが相互に接触しない状態で保持する。
The
より具体的には、第1保持部43は、磁性体コア10とその中空部11を貫通する電流検出用バスバー30の第1部分31との隙間に嵌り込むことにより、磁性体コア10と電流検出用バスバー30とを、それらが相互に接触しない状態で保持する。また、第2保持部44は、磁性体コア10とそのギャップ部12に配置されたホール素子20との隙間に嵌り込むことにより、磁性体コア10とホール素子20とを、それらが相互に接触しない状態で保持する。
More specifically, the first holding
また、本体ケース41及び蓋部材42には、電流検出用バスバー30の両端の第2部分32が内側から外側へ挿入されるスリット孔45が形成されている。磁性体コア10の中空部11を貫通する電流検出用バスバー30における一方の第2部分32が、本体ケース41のスリット孔45に通された状態において、本体ケース41の第1保持部43及び第2保持部44は、磁性体コア10、ホール素子20及び電流検出用バスバー30を相互に接触しない状態で一定の位置関係に保持する。
The
また、蓋部材42は、磁性体コア10、ホール素子20及び電流検出用バスバー30を保持する本体ケース41に対し、電子基板50を挟み込みつつ、本体ケース41の開口部を塞ぐように取り付けられる。その際、電流検出用バスバー30における他方の第2部分32が、蓋部材42のスリット孔45に対して内側から外側へ通され、電子基板50が本体ケース41と蓋部材42との間に挟み込まれる。
The
図4及び図5は、本体ケース41及び蓋部材42が組み合わされた状態における電流検出装置1の平面図及び断面図である。図4及び図5に示されるように、電子基板50が本体ケース41と蓋部材42との間に挟み込まれることにより、電子基板50に実装されたコネクタ51は、本体ケース41に形成された欠け部46に嵌り込んだ状態で保持される。
4 and 5 are a plan view and a cross-sectional view of the
さらに、本体ケース41及び蓋部材42には、それらを組み合わせ状態で保持するロック機構47,48が設けられている。図1に示されるロック機構47,48は、本体ケース41の側面に突出して形成された爪部47と、蓋部材42の側方に形成された環状の枠部48とを備える。本体ケース41の爪部47が、蓋部材42の枠部48が形成する孔に嵌り込むことにより、本体ケース41及び蓋部材42は、それらが組み合わされた状態で保持される。このように、筐体40は、磁性体コア10と電流検出用バスバー30と電子基板50に実装されたホール素子20とを一定の位置関係に保持する。
Furthermore, the
また、図1及び図5に示されるように、筐体40を構成する蓋部材42の内側の面には、電流検出用バスバー30に接触する2つのバスバー接触部49a,49bが突出して形成されている。2つのバスバー接触部49a,49bは、スリット孔45の縁部に対向して設けられ、スリット孔45に通された電流検出用バスバー30を挟み込む。
As shown in FIGS. 1 and 5, two bus
図5に示される例では、一方のバスバー接触部49bは、電流検出用バスバー30に当接し、電流検出用バスバー30の長手方向に対して直交する方向において、その可撓性により弾性変形可能な板状に形成されている。即ち、一方のバスバー接触部49bは、電流検出用バスバー30を他方のバスバー接触部49aに対して弾性付勢する板バネ状に形成されている。これにより、2つのバスバー接触部49a,49bは、電流検出用バスバー30に対して安定的に接触し、接触不良が生じることが回避される。
In the example shown in FIG. 5, one bus
なお、蓋部材42の内側の面には、バスバー接触部49a,49b以外にも、筐体40に収容される部品を位置決めするための突起部が形成されているが、図1においては、バスバー接触部49a,49b以外の突起部の記載は省略されている。
In addition to the bus
また、図4及び図5に示されるように、本体ケース41及び蓋部材42(筐体40)は、電流検出用バスバー30の第2部分32における孔32Zが形成された部分(端子部)と、電子基板50のコネクタ51とが外部に露出する状態で、磁性体コア10と電流検出用バスバー30の第1部分31とホール素子20とを覆いつつ保持する。
As shown in FIGS. 4 and 5, the
以上に示した電流検出装置1においては、磁性体コア10、電流検出用バスバー30に接触及びホール素子20を一定の位置関係に保持する筐体40において、蓋部材41は、熱伝導性の高い導体である。そのため、蓋部材41が、電流検出用バスバー30で発生する熱を放熱するヒートシンクとして機能する。従って、電流検出装置1によれば、電流検出用バスバー30が過剰に高温化することが防止され、電流検出用バスバー30の高温化による本体ケース41の変形及び電流検出誤差の増大を回避することができる。
In the
また、電流検出装置1においては、筐体40が、相互に組み合わされる絶縁体の本体ケース41及び導体の蓋部材42で構成されている。そのため、少なくとも本体ケース41側においては、周囲の部材との絶縁性を確保することができる点において好適である。また、筐体40全体を金属製とする場合に比べ、装置を軽量化できる。
Further, in the
また、筐体40によって磁性体コア10、電流検出用バスバー30、ホール素子20及び電子基板50が一定の位置関係に保持された電流検出装置1は、予め敷設された前段及び後段のバスバーに対する取り付けが容易である。
In addition, the
また、電流検出装置1においては、筐体40が、電流検出用バスバー30の一部と、磁性体コア10と、ホール素子20とを覆うため、筐体40内に配置される電流検出用バスバー30の第1部分31は、バスバー全体の他の部分よりも熱がこもって高温化しやすい。電流検出装置1においては、バスバーにおける特に高温化しやすい部分に配置される筐体40が、ヒートシンクとして機能するため、バスバーの高温化防止効果がより高まり好適である。
Further, in the
以上に示した実施形態では、筐体40は、絶縁体である本体ケース41と、導体である蓋部材42とにより構成されている。しかしながら、筐体40が、導体である本体ケース41と、絶縁体である蓋部材42とにより構成されることも考えられる。この場合、バスバー接触部49a,49bは、本体ケース41の内側面に形成される。そのような構成を備えた電流検出装置も、前述した電流検出装置1と同様の効果を奏する。もちろん、本体ケース41及び蓋部材42の両方が導体であることも考えられる。
In the embodiment described above, the
1 電流検出装置
8 ネジ
9 他のバスバー
10 磁性体コア
11 中空部
12 ギャップ部
20 ホール素子
21 端子
30 電流検出用バスバー
30Y 金属部材
31 第1部分
32 第2部分(端子部)
32Z 孔
34 切り込み
40 筐体
41 本体ケース
42 蓋部材
43 第1保持部
44 第2保持部
45 スリット孔
47 爪部(ロック機構)
48 枠部(ロック機構)
49a,49b バスバー接触部
50 電子基板
51 コネクタ
DESCRIPTION OF
48 Frame (locking mechanism)
49a, 49b Bus
Claims (3)
前記ギャップ部に配置され、前記中空部を通過する電流に応じて変化する磁束を検出する磁電変換素子と、
前記磁性体コアと前記バスバーと前記磁電変換素子とを一定の位置関係に保持し、少なくとも一部に前記バスバーと接触する導体からなる放熱部を含む筐体と、
を備えることを特徴とする電流検出装置。 Magnetic cores formed in a series around the periphery of the hollow portion through which the both ends face each other through the gap and the bus bar through which current flows passes,
A magnetoelectric transducer that is disposed in the gap portion and detects a magnetic flux that changes in accordance with a current passing through the hollow portion;
A case that includes a heat dissipation portion that is formed of a conductor that holds the magnetic core, the bus bar, and the magnetoelectric conversion element in a fixed positional relationship and is in contact with the bus bar at least in part.
A current detection device comprising:
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