JP2012163454A

JP2012163454A - 電流検出機構および駆動装置

Info

Publication number: JP2012163454A
Application number: JP2011024416A
Authority: JP
Inventors: Hiroyoshi Senba; 太芳戰場
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2011-02-07
Filing date: 2011-02-07
Publication date: 2012-08-30

Abstract

【課題】バスバに流れる電流の検出をより適正に行なえるようにする。
【解決手段】バスバ６０の周囲を囲むように配置された磁気コア５６のギャップ部５８に磁気検出素子としてのホール素子５４が配置され、バスバ６０には、このホール素子５４に対向する位置で表面から凹んだ凹部６２が形成されている。これにより、バスバ６０の発熱によりホール素子５４が受ける熱量が抑制され、ホール素子５４の温度上昇を抑制することができる。この結果、ホール素子５４による磁気の検出をより適正に行なえる、即ちバスバ６０に流れる電流の検出をより適正に行なえるようにすることができる。
【選択図】図４

Description

本発明は、電流検出機構および駆動装置に関する。

従来、この種の電流検出機構としては、バスバと、ギャップ部を有しバスバが貫通するコアと、コアのギャップ部に配置される磁束密度検出素子としてのホール素子と、を備えるものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。この機構では、ケーブルを接続するためのボルトが固定されたバスバを、コアと共にモールドして樹脂ケースと一体にすることにより、構造上の強度を高めている。

特開２００６−１９４６５０号公報

しかしながら、上述の電流検出機構では、バスバの発熱によりホール素子が過熱するおそれがある。ホール素子は、バスバを流れる電流により生じる磁気を検出するために、コアのギャップ部に配置する必要があるが、同時にバスバの周囲に配置されることになる。このため、特にこうした検出機構を小型化が要請される装置に用いる場合、バスバの発熱量が大きくなりやすいのにも拘わらず、素子をバスバから離して配置することができず、素子が過熱することにより期待される性能を発揮することができないおそれがあった。

本発明の電流検出機構および駆動装置は、バスバに流れる電流の検出をより適正に行なえるようにすることを主目的とする。

本発明の電流検出機構および駆動装置は、上述の主目的を達成するために以下の手段を採った。

本発明の電流検出機構は、
バスバと、ギャップ部を有し前記バスバの周囲を該ギャップ部を残して囲むように配置された磁気コアと、前記磁気コアのギャップ部に配置された磁気検出素子とを備え、前記バスバに流れる電流を検出するための電流検出機構であって、
前記バスバには、少なくとも前記磁気検出素子に対向する位置で表面から凹んだ凹部または少なくとも前記磁気検出素子に対向する位置で表面から裏面に貫通する貫通孔が形成されている、
ことを特徴とする。

この電流検出機構では、バスバの周囲を囲むように配置された磁気コアのギャップ部に磁気検出素子が配置され、バスバには、少なくとも磁気検出素子に対向する位置で表面から凹んだ凹部、または、少なくとも磁気検出素子に対向する位置で表面から裏面に貫通する貫通孔が形成されている。したがって、バスバの発熱により磁気検出素子が受ける熱量が抑制され、磁気検出素子の温度上昇を抑制することができる。この結果、磁気検出素子による磁気の検出をより適正に行なえる、即ちバスバに流れる電流の検出をより適正に行なえるようにすることができる。

この本発明の電流検出機構において、前記バスバには、前記磁気検出素子に対向する位置で表面から直方体状に凹んだ前記凹部が形成されている、ものとすることもできる。

本発明の駆動装置は、本発明の電流検出機構、即ち、基本的には、バスバと、ギャップ部を有し前記バスバの周囲を該ギャップ部を残して囲むように配置された磁気コアと、前記磁気コアのギャップ部に配置された磁気検出素子とを備え、前記バスバに流れる電流を検出するための電流検出機構であって、前記バスバには、少なくとも前記磁気検出素子に対向する位置で表面から凹んだ凹部または少なくとも前記磁気検出素子に対向する位置で表面から裏面に貫通する貫通孔が形成されていることを特徴とする電流検出機構と、駆動軸に動力を出力する電動機と、前記電流検出機構を用いて検出された電流に基づいて前記電動機を駆動するインバータとを備え、前記電流検出機構と前記インバータとを含む複数の部品が筐体に収納されてなることを要旨とする。

この本発明の駆動装置は、本発明の電流検出機構が筐体に収納されてなるから、本発明の電流検出機構が奏する効果、例えば磁気検出素子による磁気の検出をより適正に行なえるようにすることができる効果などと同様の効果を奏することができる。なお、本発明の電流検出機構が奏する効果は、バスバやインバータを含む部品の発熱により筐体内の温度上昇が生じやすい本発明の駆動装置において、特に有効となる。

この本発明の駆動装置において、前記筐体が前記電動機と共に車両前部の収納部に収納されてなるものとすることもできる。したがって、電動機を含む機器の発熱により収納部内の温度上昇、即ち筐体外部の雰囲気温度の上昇が生じやすい本発明の駆動装置において、本発明の電流検出機構が奏する効果は、特に有効となる。ここで、車両前部の収納部には内燃機関が収納されているものとすることもできる。

本発明の一実施例としての電流検出機構５０を用いる駆動装置４０を搭載したハイブリッド自動車２０の構成の概略を示す構成図である。走行に必要な機器が車両前部のエンジンルーム２１に格納された様子を説明する説明図である。実施例の駆動装置４０の構成の概略を示す説明図である。図３の電流検出機構５０のＡ−Ａ断面を示す断面図である。実施例のバスバ６０の外観を示す斜視図である。変形例のバスバ１６０の外観を示す斜視図である。変形例のバスバ２６０の外観を示す斜視図である。

次に、本発明を実施するための形態を実施例を用いて説明する。

図１は、本発明の一実施例としての電流検出機構５０を用いる駆動装置４０を搭載したハイブリッド自動車２０の構成の概略を示す構成図であり、図２は、走行に必要な機器が車両前部のエンジンルーム２１内に格納された様子を説明する説明図であり、図３は、実施例の駆動装置４０の構成の概略を示す説明図である。実施例のハイブリッド自動車２０は、図１に示すように、ガソリンや軽油などを燃料とする内燃機関として構成されたエンジン２２と、エンジン２２の運転制御を行なうエンジン用電子制御ユニット（以下、エンジンＥＣＵという）２４と、エンジン２２のクランクシャフトにキャリアが接続されると共に駆動輪３６ａ，３６ｂにデファレンシャルギヤ３４を介して連結された駆動軸３２にリングギヤが接続されたプラネタリギヤ３０と、同期発電電動機として構成されて回転子がプラネタリギヤ３０のサンギヤに接続されたモータＭＧ１と、同期発電電動機として構成されて回転子が駆動軸３２に接続されたモータＭＧ２と、モータＭＧ１，ＭＧ２を駆動するためのインバータ４３，４４と、モータＭＧ１，ＭＧ２を駆動制御するモータ用電子制御ユニット（以下、モータＥＣＵという）４２と、例えばリチウムイオン二次電池として構成されてインバータ４３，４４を介してモータＭＧ１，ＭＧ２と電力をやりとりするバッテリ７０と、エンジンＥＣＵ２４やモータＥＣＵ４２と通信により接続されて車両全体をコントロールするハイブリッド用電子制御ユニット（以下、ハイブリッドＥＣＵという）７２とを備える。モータＥＣＵ４２は、モータＭＧ１，ＭＧ２の回転子の回転位置を検出する図示しない回転位置センサからの信号や、モータＭＧ１，ＭＧ２の各三相のうちＶ相，Ｗ相に流れる相電流を検出する電流センサ５１Ｖ，５１Ｗ，５２Ｖ，５２Ｗからの信号などを入力すると共に、こうして入力した信号に基づいてインバータ４３，４４の図示しないスイッチング素子をスイッチング制御することによりモータＭＧ１，ＭＧ２の駆動制御を行なう。また、図２に示すように、車両前部のエンジンルーム２１には、エンジン２２と、ケース３１に収納されたプラネタリギヤ３０およびモータＭＧ１，ＭＧ２と、ケース４９に収納された状態の駆動装置４０とが格納されおり、車両後部の図示しないリヤシート後方には、バッテリ７０が格納されている。

実施例の駆動装置４０は、図３に示すように、ＣＰＵやＲＯＭ，ＲＡＭなどが基板上に実装されたモータＥＣＵ４２と、インバータ４３，４４と、インバータ４３，４４が共用する電力ラインに取り付けられた平滑用のコンデンサ４８と、電流センサ５１Ｖ，５１Ｗ，５２Ｖ，５２Ｗをそれぞれ含む４つの電流検出機構５０とを備え、これらの部品がケース４９に収納されてたものとして構成されている。インバータ４３，４４は、スイッチング素子（ＩＧＢＴなどのパワートランジスタ素子）が基板上に実装され水冷用の冷却管を含むパワーモジュール４５と、制御回路（ゲート駆動回路など）が実装されたドライブ基板４６とにより構成されている。図中、電流検出機構５０は、説明を分かりやすくするため、４つを代表して電流センサ５２Ｖを含む機構のみを図示した。

図４は、図３の電流検出機構５０のＡ−Ａ断面を示す断面図であり、図５は、実施例のバスバ６０の外観を示す斜視図である。電流検出機構５０は、図４に示すように、インバータ４２とモータＭＧ２のＶ相とを接続する電力ラインを導体（銅やアルミニウムなど）により構成する板状のバスバ６０と、電流センサ５２Ｖとにより構成されている。電流センサ５２Ｖは、バスバ６０の一面に対向する位置にギャップ部５８が形成され且つバスバ６０が内部を貫通するように電磁鋼板の積層体によりコの字状に形成された磁気コア５６と、磁気コア５６のギャップ部５８に配置され磁束密度を検出するホール素子５４と、ホール素子５４に制御電流を印加してギャップ部５８の磁束密度に応じた出力電圧を入力可能に構成された制御基板５３とを有する。磁気コア５６は、その表面が樹脂部５７によりモールドされており、制御基板５３が取り付けられたセンサ用ケース５９に樹脂部５７を介して固定されている。

バスバ６０は、図４および図５に示すように、磁気コア５６のギャップ部５８に対向する位置、即ちホール素子５４に対向する位置にバスバ６０の表面から直方体状に凹んだ凹部６２が形成されている。一般に、ハイブリッド自動車や電気自動車のエンジンやモータ，モータ駆動用の駆動装置を格納するエンジンルーム内の雰囲気温度は、エンジンやモータなどの複数の機器や装置からの発熱により高くなりやすい。また、近年、モータ駆動に要求される電力の高電力化や装置の小型化の要請のため、モータ駆動用の駆動装置も発熱しやすい。例えば、実施例の駆動装置４０において、発熱源としてのバスバ６０やインバータ４３，４４を含む複数の部品を収納するケース４９内では、実施例のパワーモジュール４５のようにスイッチング素子を冷却水により冷却するものとしても、バスバ６０の小型化（断面積の減少）のために内部温度が高くなりやすい。こうしたケース４９内の温度上昇の傾向に対して、モータＥＣＵ４２の基板やインバータ４３，４４のドライブ基板４６については、ケース４９のサイズに許容される範囲内で発熱源としてのバスバ６０からある程度離した状態でケース４９に収納することができ、モータＥＣＵ４２やドライブ基板４６に実装された各種素子を空冷によりある程度保護することができる。しかしながら、相電流を検出する例えば電流センサ５２Ｖのホール素子５４については、その機能上、バスバ６０から離して配置することができない。このため、実施例の電流検出機構５０では、バスバ６０におけるホール素子５４に対向する位置に凹部６２を形成することによって、バスバ６０の発熱によりホール素子５４が受ける熱量を抑制するものとした。これにより、ホール素子をその耐熱温度の範囲内でより確実に使用することができ、ホール素子５４による磁気の検出すなわち電流センサ５２Ｖによる電流の検出をより適正に行なえるようにすることができるものとなる。なお、実施例では、電流センサ５１Ｖ，５１Ｗ，５２Ｗについても、電流センサ５２Ｖについての電流検出機構５０と同様の機構が適用されているものとした。

以上説明した実施例の電流検出機構５０では、バスバ６０の周囲を囲むように配置された磁気コア５６のギャップ部５８に磁気検出素子としてのホール素子５４が配置され、バスバ６０には、このホール素子５４に対向する位置で表面から凹んだ凹部６２が形成されているから、バスバ６０の発熱によりホール素子５４が受ける熱量が抑制され、ホール素子５４の温度上昇を抑制することができる。この結果、ホール素子５４による磁気の検出をより適正に行なえる、即ちバスバ６０に流れる電流の検出をより適正に行なえるようにすることができる。

実施例の電流検出機構５０では、バスバ６０には、ホール素子５４に対向する位置でバスバ６０の表面から直方体状に凹んだ凹部６２が形成されているものとしたが、凹部の形状はその一部が曲線をもって凹んだ形状であるものとしてもよいし、図６の変形例のバスバ１６０に例示するように、バスバ１６０の表面から、ホール素子５４に対向する位置を含んでこの位置よりバスバ１６０の幅方向に広い範囲で凹んだ凹部１６２が形成されているなどとしてもよい。

実施例の電流検出機構５０では、バスバ６０には、ホール素子５４に対向する位置でバスバ６０の表面から凹んだ凹部６２が形成されているものとしたが、図７の変形例のバスバ２６０に例示するように、ホール素子５４に対向する位置で表面から裏面に貫通する貫通孔２６２が形成されているものとしてもよいし、ホール素子５４に対向する位置を含んでこの位置よりバスバの幅方向に広い範囲を表面から裏面に貫通する貫通孔が形成されているなどとしてもよい。なお、図７の例では、板状のバスバ２６０の厚さｔ１と、バスバ２６０の厚さ方向と同方向の貫通孔２６２の貫通方向の深さｄ１は同一となっている。

実施例の電流検出機構５０では、電流センサ５２Ｖを構成するホール素子５４を有するものとしたが、ホール素子５４に代えて、増幅器などが集積回路としてパッケージ化されたホールＩＣを用いて電流センサを構成するものとしてもよい。

実施例の電流検出機構５０を用いる駆動装置４０では、モータＥＣＵ４２やインバータ４３，４４などの複数の部品をケース４９に収納するものとしたが、モータＥＣＵ４２についてはケース４９に収納しないものとしてもよい。

実施例の電流検出機構５０では、バスバ６０は板状（断面が直方体状）であるものとしたが、バスバ６０は断面が円形の棒状であるものとしてもよい。

実施例の電流検出機構５０を用いる駆動装置４０は、ハイブリッド自動車２０に搭載されているものとしたが、自動車以外の車両などの移動体または建設設備などの移動しない機械に組み込まれているものとしても構わない。

実施例の主要な要素と課題を解決するための手段の欄に記載した発明の主要な要素との対応関係について説明する。実施例では、バスバ６０が「バスバ」に相当し、磁気コア５６が「磁気コア」に相当し、ホール素子５４が「磁気検出素子」に相当し、凹部６２が「凹部」に相当する。また、貫通孔２６２が「貫通孔」に相当し、モータＭＧ１やモータＭＧ２が「電動機」に相当し、インバータ４３やインバータ４４が「インバータ」に相当し、バスバ１６０，２６０も「バスバ」に相当し、凹部１６２も「凹部」に相当する。

なお、実施例の主要な要素と課題を解決するための手段の欄に記載した発明の主要な要素との対応関係は、実施例が課題を解決するための手段の欄に記載した発明を実施するための形態を具体的に説明するための一例であることから、課題を解決するための手段の欄に記載した発明の要素を限定するものではない。即ち、課題を解決するための手段の欄に記載した発明についての解釈はその欄の記載に基づいて行なわれるべきものであり、実施例は課題を解決するための手段の欄に記載した発明の具体的な一例に過ぎないものである。

以上、本発明を実施するための形態について実施例を用いて説明したが、本発明はこうした実施例に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々なる形態で実施し得ることは勿論である。

本発明は、電流検出機構や駆動装置の製造産業などに利用可能である。

２０ハイブリッド自動車、２１エンジンルーム、２２エンジン、２４エンジン用電子制御ユニット（エンジンＥＣＵ）、３０プラネタリギヤ、３１ケース、３２駆動軸、３４デファレンシャルギヤ、３６ａ，３６ｂ駆動輪、４０駆動装置、４２モータ用電子制御ユニット（モータＥＣＵ）、４３，４４インバータ、４５パワーモジュール、４６ドライブ基板、４８コンデンサ、４９ケース、５０電流検出機構、５１Ｖ，５１Ｗ，５２Ｖ，５２Ｗ電流センサ、５３制御基板、５４ホール素子、５６磁気コア、５７樹脂部、５８ギャップ部、５９センサ用ケース、６０，１６０，２６０バスバ、６２，１６２凹部、７０バッテリ、７２ハイブリッド用電子制御ユニット（ハイブリッドＥＣＵ）、２６２貫通孔、ＭＧ１，ＭＧ２モータ。

Claims

バスバと、ギャップ部を有し前記バスバの周囲を該ギャップ部を残して囲むように配置された磁気コアと、前記磁気コアのギャップ部に配置された磁気検出素子とを備え、前記バスバに流れる電流を検出するための電流検出機構であって、
前記バスバには、少なくとも前記磁気検出素子に対向する位置で表面から凹んだ凹部または少なくとも前記磁気検出素子に対向する位置で表面から裏面に貫通する貫通孔が形成されている、
ことを特徴とする電流検出機構。
請求項１記載の電流検出機構であって、
前記バスバには、前記磁気検出素子に対向する位置で表面から直方体状に凹んだ前記凹部が形成されている、
電流検出機構。
請求項１または２記載の電流検出機構と、
駆動軸に動力を出力する電動機と、
前記電流検出機構を用いて検出された電流に基づいて前記電動機を駆動するインバータとを備え、
前記電流検出機構と前記インバータとを含む複数の部品が筐体に収納されてなる
駆動装置。
請求項３記載の駆動装置であって、
前記筐体が前記電動機と共に車両前部の収納部に収納されてなる、
駆動装置。