JP2012063256A - 電流検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】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、振動による磁性体コア及びその支持部の摩耗が生じにくい構造を実現すること。
【解決手段】電流検出装置１は、磁性体コア１０とホール素子２０とを収容して保持する絶縁筐体４０を備える。絶縁筐体４０の本体ケース４１には、電流検出用バスバー３０が通される貫通孔であるバスバー孔４５が形成されている。本体ケース４１の内側面におけるバスバー孔４５の縁部には、磁性体コア１０の中空部１１に挿入されて磁性体コア１０を支持するとともに、磁性体コア１０と電流検出用バスバー３０との間に挟み込まれる状態で磁性体コア１０を位置決めするコア位置決め部４３が突出して形成されている。コア位置決め部４３における電流検出用バスバー３０に対向する面には、磁性体コア１０と電流検出用バスバー３０とにより挟み込まれる圧力によって塑性変形する突起部４３１が形成されている。
【選択図】図５

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。

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。

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。

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。

特許文献１に示されるように、電流検出装置においては、磁性体コア及び磁電変換素子は、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、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。なお、筐体は、一般に、絶縁性の樹脂部材により構成されている。

従来の電流検出装置においては、筐体に、磁性体コアを位置決めする支持部が形成されている。例えば、特許文献１に示される電流検出装置において、磁性体コアの支持部は、筐体における、磁性体コアの外周面及び内周面各々に沿う形状の窪みの部分である。

特開２００９−１２８１１６号公報

しかしながら、従来の電流検出装置においては、筐体における磁性体コアの支持部は、その寸法公差によって磁性体コアを支持部に組み込むことができなくなることを回避するため、磁性体コアとの間に若干の隙間（遊び）が生じるように設けられる。そのため、従来の電流検出装置は、磁性体コア及びその支持部が、車両などの振動を受ける環境において衝突を繰り返すことによって早く摩耗するという問題点を有している。

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、振動による磁性体コア及びその支持部の摩耗が生じにくい構造を実現することを目的とする。

本発明に係る電流検出装置は、バスバーに流れる電流を検出する電流検出装置であり、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、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、磁性体コアのギャップ部に配置され、磁性体コアの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、バスバーが通される貫通孔が形成され、磁性体コア及び磁電変換素子を収容する絶縁性の筐体である。
（４）第４の構成要素は、筐体の内側面における貫通孔の縁部に突出して形成され、磁性体コアの中空部に挿入されて磁性体コアを支持するとともに、磁性体コアとバスバーとの間に挟み込まれる状態で磁性体コアを位置決めするコア位置決め部である。

また、本発明に係る電流検出装置において、コア位置決め部におけるバスバー又は磁性体コアに対向する面に、磁性体コアとバスバーとにより挟み込まれる圧力によって塑性変形する突起部が形成されていれば、より好適である。

また、本発明に係る電流検出装置が、筐体の内側面に突出してコア位置決め部と一連に形成され、磁性体コアのギャップ部において磁電変換素子が嵌め込まれる空間を形成する素子位置決め部をさらに備えることが考えられる。

本発明に係る電流検出装置において、磁性体コアを支持するコア位置決め部は、磁性体コアのギャップ部において磁性体コアとバスバーとの間に挟み込まれる状態で磁性体コアを位置決めする。即ち、コア位置決め部は、磁性体コアとの間に若干の隙間（遊び）が生じる状態で設けられた場合でも、磁性体コアの中空部における磁性体コアとバスバーとの間に挿入されることにより、バスバーから受ける圧力によって弾性変形し、磁性体コアの内側の周面に密接する。そのため、磁性体コア及びコア位置決め部は、車両などの振動を受ける環境において衝突を繰り返すという現象が生じず、振動による摩耗が生じにくい。

また、コア位置決め部におけるバスバー又は磁性体コアに対向する面の突起部が、磁性体コアとバスバーとにより挟み込まれる圧力によって塑性変形すれば、バスバー、コア位置決め部及び磁性体コアの各々の寸法公差が、突起部の塑性変形の程度によって吸収される。そのため、寸法公差によって磁性体コアとバスバーとの間の隙間にコア位置決め部を挿入できなくなる事態を回避できる。

また、磁電変換素子の位置を定める素子位置決め部が、コア位置決め部と一連に形成されていれば、磁性体コア及び磁電変換素子の相互間の位置決めの精度が高まり、好適である。

本発明の実施形態に係る電流検出装置１の分解斜視図である。 電流検出装置１が備える電流検出用バスバー３０の三面図である。 電流検出装置１が備える筐体における本体ケースの正面図である。 電流検出装置１の平面図である。 電流検出装置１の電流通過方向から見た断面図である。 電流検出装置１の電流通過方向に直交する方向から見た断面図である。

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。

以下、図１〜図６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、絶縁筐体４０及び電子基板５０を備える。

＜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と併せて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、ギャップ部１２と併せて円形状の中空部１１を囲む円環状に形成されている。

＜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。このホール素子２０には、電力の入力用及び検出信号の出力用の接続端子２１が伸び出て形成されている。

ホール素子２０は、予め定められた検出中心点が、磁性体コア１０のギャップ部１２の中心点に位置し、かつ、その表裏の面がギャップ部１２に形成される磁束の方向に対して直交するように配置される。ホール素子２０は、その検出中心点が、磁性体コア１０における対向する両端部の投影面の中心を結ぶ線上に位置する状態が、理想の配置状態である。

＜電子基板＞
電子基板５０は、ホール素子２０がその接続端子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に対して増幅などの処理を施す回路とコネクタ５１とが実装されている。

コネクタ５１は、不図示の電線に設けられた相手側コネクタが接続される部品である。さらに、電子基板５０には、ホール素子２０接続端子２１とコネクタ５１の端子とを電気的に接続する回路が設けられている。例えば、電子基板５０には、外部から電線及びコネクタ５１を介して入力される電力をホール素子２０の接続端子２１へ供給する回路、及び、ホール素子２０の検出信号を増幅し、増幅後の信号をコネクタ５１の端子に出力する回路などが設けられている。これにより、電流検出装置１は、コネクタ５１に接続されたコネクタ付き電線を通じて、電流検出信号を電子制御ユニットなどの外部の回路へ出力することができる。

＜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の部材であり、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。

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。

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、磁性体コア１０の中空部１１を貫通する棒状の導体の両端部分に加工が施された部材からなる。電流検出用バスバー３０において、加工された両端部分は、電流伝送経路の前段及び後段各々の接続端と連結される端子部３２である。即ち、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棒状の貫通部３１と、その両側の端部に形成された端子部３２とを有する導体からなる部材である。

貫通部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。

本実施形態における端子部３２は、平板状である。また、電流検出用バスバー３０における貫通部３１は、例えば、円柱状又は楕円柱状などの棒状に形成されている。各図において、平板状の端子部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。

電流検出用バスバー３０の基材は、棒状の金属部材の両端における一定範囲の部分が、プレス機などを用いたプレス加工によって平板状に押しつぶされた構造を有する部材である。その際、棒状の金属部材の両端のうちの少なくとも一方は、磁性体コア１０の中空部１１に棒状の金属部材が挿通された後に、平板状にプレス加工される。

図１及び図２に示される電流検出用バスバー３０の元となる金属部材は円柱状の部材であり、円柱状の金属部材の両端の加工により製造される電流検出用バスバー３０の貫通部３１は円柱状である。なお、電流検出用バスバー３０の元となる金属部材は、断面が楕円の楕円棒状又は断面が矩形の角棒状であることも考えられる。また、元となる棒状の金属部材は、断面が四角形又はその他の多角形である棒状であることも考えられる。但し、電流検出用バスバー３０の貫通部３１の断面形状は、磁性体コア１０の中空部１１の輪郭形状と相似な形状であることが望ましい。

電流検出用バスバー３０において、平板状の端子部３２の幅は、磁性体コア１０の中空部１１の直径（最大幅）よりも大きく形成されている。そのため、予め製造された電流検出用バスバー３０の貫通部３１に対して磁性体コア１０を装着することはできない。従って、磁性体コア１０と、その磁性体コア１０の中空部１１に貫通した状態の電流検出用バスバー３０とのセットが作られた後に、電流検出用バスバー３０が前段及び後段の他のバスバーに接続される。そこで、平板状の端子部３２には、ネジ止め用の貫通孔３２ｚが形成されており、これにより、平板状の端子部３２は、ネジにより前段及び後段の他のバスバーと連結される。

＜絶縁筐体＞
絶縁筐体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及びコネクタ５１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絶縁性の部材である。絶縁筐体４０は、本体ケース４１及び本体ケース４１に取り付けられる蓋部材４２の２つの部材を含む。本体ケース４１及び蓋部材４２の各々は、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。

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。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の両端子部３２が内側から外側へ挿入される貫通孔であるバスバー孔４５が形成されている。

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、磁性体コア１０と、ホール素子２０と、コネクタ５１を含む電子基板５０とを挟み込みつつ、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における他方の端子部３２が、蓋部材４２のバスバー孔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て保持される。

図４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の平面図である。図４に示されるように、本体ケース４１及び蓋部材４２（絶縁筐体４０）は、電流検出用バスバー３０の端子部３２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、ホール素子２０と、電子基板５０とを挟み込みつつ、それらを一定の位置関係に保持する。

また、電流通過方向（Ｘ軸方向）に直交する平面（Ｙ−Ｚ平面）に沿う方向における磁性体コア１０及びホール素子２０の絶縁筐体４０内での位置は、コア位置決め部４３及び素子位置決め部４４によって保持される。さらに、磁性体コア１０及びホール素子２０は、本体ケース４１及び蓋部材４２の間に挟み込まれることによって、電流通過方向（Ｘ軸方向）における位置が保持される。

また、本体ケース４１の側壁の内側面には、基板支持部４９が突出して形成されている。この基板支持部４９は、電子基板５０に形成された欠け部５２に嵌り込み、電子基板５０を予め定められた位置に保持する。また、電流検出用バスバー３０は、本体ケース４１及び蓋部材４２を貫通する状態で本体ケース４１により保持される。

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。

以下、図１、図３、図５及び図６を参照しつつ、本体ケース４１による磁性体コア１０及びホール素子２０の保持の構造について説明する。なお、図５は、図４に示される平面図におけるＡ−Ａ断面の図であり、図６は、図４に示される平面図におけるＢ−Ｂ断面の図である。

図１及び図３に示されるように、絶縁筐体４０を構成する２つの部材の一方である本体ケース４１の内側の面には、電流通過方向（Ｘ軸方向）において突出するコア位置決め部４３及び素子位置決め部４４が形成されている。

コア位置決め部４３は、本体ケース４１の内側面におけるバスバー孔４５の縁部における複数の箇所に分断された状態で突出して形成されている。本実施形態では、２つのコア位置決め部４３が、端子部３２を通すことが可能なスリット状の隙間の両側の２箇所において対向して形成されている。

コア位置決め部４３における電流検出用バスバー３０の貫通部３１に対向する面である内側面は、電流検出用バスバー３０の貫通部３１の外周面に沿う形状に形成されている。また、コア位置決め部４３における磁性体コア１０に対向する面である外側面は、中空部１１を形成する磁性体コア１０の内周面に沿う形状に形成されている。そして、図５に示されるように、コア位置決め部４３は、磁性体コア１０の中空部１１に挿入されて磁性体コア１０を支持するとともに、磁性体コア１０と電流検出用バスバー３０の貫通部３１との間に挟み込まれる状態で磁性体コア１０を位置決めする。

また、コア位置決め部４３の内側面には、磁性体コア１０と電流検出用バスバー３０の貫通部３１とにより挟み込まれる圧力によって塑性変形する３つ以上の突起部４３１が形成されている。これら突起部４３１各々は、電流通過方向（Ｘ軸方向）、即ち、電流検出用バスバー３０がバスバー孔４５を貫通する方向に沿って伸びて形成されている。

また、突起部４３１は、コア位置決め部４３の内側面における３箇所以上において電流検出用バスバー３０の貫通部３１を挟み込むように形成されている。３つ以上の突起部４３１が設けられることにより、コア位置決め部４３は、突起部４３１のみによって磁性体コア１０を安定的に支持する。図５に示される例では、電流検出用バスバー３０の貫通部３１を挟んで対向する一対の突起部４３１が２組設けられている。

本体ケース４１において、磁性体コア１０を支持するコア位置決め部４３は、電流検出用バスバー３０の貫通部３１がバスバー孔４５に挿入される前の状態、即ち、自然状態においては、磁性体コア１０との間に若干の隙間（遊び）が生じる状態で設けられている。そして、コア位置決め部４３は、磁性体コア１０の中空部１１における磁性体コア１０と電流検出用バスバー３０との間に挿入された状態においては、電流検出用バスバー３０から受ける圧力によって外側へ弾性変形し、磁性体コア１０の内側の周面に密接する。即ち、電流検出用バスバー３０は、コア位置決め部４３を磁性体コア１０に密接させるためのくさびとして機能する。

以上に示した構造を備えた電流検出装置１において、磁性体コア１０及びコア位置決め部４３は、車両などの振動を受ける環境において衝突を繰り返すという現象が生じず、振動による摩耗が生じにくい。その結果、電流検出装置１は、磁性体コア１０とそれを支持する部分とに隙間が形成される従来の電流検出装置よりも耐久性が高い。

また、コア位置決め部４３の内側面に樹脂製の突起部４３１が存在することにより、電流検出用バスバー３０、コア位置決め部４３及び磁性体コア１０の各々の寸法公差が、突起部４３１の塑性変形の程度によって吸収される。そのため、寸法公差によって磁性体コア１０と電流検出用バスバー３０との間の隙間にコア位置決め部４３を挿入できなくなる事態を回避できる。

一方、素子位置決め部４４は、磁性体コア１０のギャップ部１２に配置されたホール素子２０の周囲を取り囲んで一連に形成されている。素子位置決め部４４が取り囲む空間は、磁性体コア１０のギャップ部１２においてホール素子２０が嵌め込まれる空間である。即ち、この素子位置決め部４４は、その内側の空間にホール素子２０が嵌め込まれることにより、ホール素子２０をギャップ部１２内の予め定められた位置に保持する。

また、本実施の形態において、素子位置決め部４４は、複数のコア位置決め部４３のうちの一つと一連に形成されている。そのため、コア位置決め部４３及び素子位置決め部４４の相対的な位置の誤差が小さくなり、磁性体コア１０及びホール素子２０の相互間の位置決めの精度が高まる。

＜その他＞
以上に示した電流検出装置１においては、コア位置決め部４３の内側面に３つ以上の突起部４３１が形成されているが、同様の３つ以上の突起部４３１が、コア位置決め部４３の外側面に形成されることも考えられる。その場合の突起部４３１は、磁性体コア１０の内側の周面に当接し、磁性体コア１０と電流検出用バスバー３０とにより挟み込まれる圧力によって塑性変形する。

また、以上に示した実施形態では、磁性体コア１０は、ギャップ部１２と併せて円環状に形成されているが、磁性体コア１０は、他の形状であってもよい。例えば、磁性体コア１０が、ギャップ部１２と併せて多角形の環状であり、電流検出用バスバー３０の貫通部３１の断面形状が、磁性体コア１０の中空部１１が形成する多角形と相似な多角形であることも考えられる。この場合、コア位置決め部４３の内側面及び外側面は、多角形状の電流検出用バスバー３０の貫通部３１の外側面の輪郭形状及び磁性体コア１０の内側面の輪郭形状の各々に沿う形状に形成される。

１ 電流検出装置
１０ 磁性体コア
１１ 磁性体コアの中空部
１２ 磁性体コアのギャップ部
２０ ホール素子
２１ 接続端子
３０ 電流検出用バスバー
３１ 貫通部
３２ 端子部
３２ｚ 貫通孔
４０ 絶縁筐体
４１ 本体ケース
４２ 蓋部材
４３ コア位置決め部
４４ 素子位置決め部
４３１ コア位置決め部の突起部
４５ バスバー孔
４７ 爪部（ロック機構）
４８ 枠部（ロック機構）
４９ 基板支持部
５０ 電子基板
５１ コネクタ
５２ 電子基板の欠け部

Claims (3)

1. 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磁性体コアと、
   前記磁性体コアの前記ギャップ部に配置され、前記磁性体コアの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、を備えた電流検出装置であって、
   前記バスバーが通される貫通孔が形成され、前記磁性体コア及び前記磁電変換素子を収容する絶縁性の筐体と、
   前記筐体の内側面における前記貫通孔の縁部に突出して形成され、前記磁性体コアの前記中空部に挿入されて前記磁性体コアを支持するとともに、前記磁性体コアと前記バスバーとの間に挟み込まれる状態で前記磁性体コアを位置決めするコア位置決め部と、を備えることを特徴とする電流検出装置。
2. 前記コア位置決め部における前記バスバー又は前記磁性体コアに対向する面に、前記磁性体コアと前記バスバーとにより挟み込まれる圧力によって塑性変形する突起部が形成されている、請求項１に記載の電流検出装置。
3. 前記筐体の内側面に突出して前記コア位置決め部と一連に形成され、前記磁性体コアの前記ギャップ部において前記磁電変換素子が嵌め込まれる空間を形成する素子位置決め部をさらに備える、請求項１又は請求項２に記載の電流検出装置。

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