JP2013122400A - 電流センサ - Google Patents

Abstract

【課題】プリント基板にアセンブリした後、検出素子の位置ずれを防止することが可能な電流センサを提供する。
【解決手段】電流センサ１００は、３相モータと当該３相モータに通電するインバータとを接続する導体からなり、互いに並設される少なくとも３つの長尺状のバスバー１０と、当該バスバー１０の夫々を囲って集磁し、周方向の一部に開口部２１を有するコア２０と、磁界の強さを検出する検出部３０のラジアルリード線３２を貫通孔４１に挿通した状態で検出部３０を収容し、当該検出部３０をコア２０の開口部２１に配置するホルダ４０と、を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、導体に流れる電流を測定する電流センサに関する。

近年、モータとインバータとを備えるハイブリッド車両や電気自動車が普及している。モータの回転を適切に制御する上で、モータに流れる電流を測定することは重要である。このような電流の測定方法として、モータとインバータとを接続する導体に流れる電流に応じて当該導体の周囲に生じる磁界を検出し、当該検出された磁界に基づいて導体に流れる電流を演算して求めるものがある（例えば特許文献１）。

特許文献１に記載の電流センサは、電流が流れる電流路の周囲に磁界を集磁する磁性材料が配置される。当該磁性材料には所定のギャップが形成され、当該ギャップに磁気センサが配置される。この磁気センサは、プリント基板にアセンブリされる。

特開２００９−１２１８６４号公報

特許文献１に記載の電流センサが有する磁気センサは、リード型のものが用いられる。このようなリード型の磁気センサをプリント基板にアセンブリした後、磁気材料のギャップに配置する工程を考えた場合、磁気センサの所期の位置がずれないように、搬送する際に専用トレイが必要となったり、前記ギャップに配置する工程において細心の注意を図る必要がある。このため、コストアップの要因となる。

本発明の目的は、上記問題に鑑み、検出素子の位置ずれを防止することが可能な電流センサを提供することにある。

上記目的を達成するための本発明に係る電流センサの特徴構成は、
３相モータと当該３相モータに通電するインバータとを接続する導体からなり、互いに並設される少なくとも３つの長尺状のバスバーと、
前記バスバーの夫々を囲って集磁し、周方向の一部に開口部を有するコアと、
磁界の強さを検出する検出部のラジアルリード線を貫通孔に挿通した状態で前記検出部を収容し、前記検出部を前記コアの開口部に配置するホルダと、
を備えている点にある。

このような特徴構成とすれば、検出部がホルダに収容されるので、検出部と周囲との接触を抑制できる。このため、ラジアルリード線が曲がることがないので、バスバー及びコアに対する検出部の位置ずれを防止することができる。また、検出部の位置ずれを防止できるので、バスバーに流れる被測定電流により生じる磁界の強さを精度良く測定することが可能となる。したがって、当該磁界の強さに基づき、電流検出を精度良く行うことが可能となる。

また、前記検出部を収容する前記ホルダに形成された収容空間の高さは、前記検出部の高さよりも高く構成されていると好適である。

このような構成とすれば、検出部がホルダの収容空間内に完全に収容されるので、検出部が周囲に接触することがない。このため、ラジアルリード線が曲がることがないので、バスバー及びコアに対する検出部の位置ずれを防止することができる。

また、前記検出部を収容する前記ホルダに形成された収容空間と前記貫通孔との間が、前記貫通孔に近づくにつれて開口面積が狭くなるように構成されていると好適である。

このような構成とすれば、ラジアルリード線を貫通孔に適切に案内することができる。したがって、製造時間を短縮できる。

また、前記ホルダは、プリント基板に形成された前記ラジアルリード線が挿入されるリード線挿入孔と前記貫通孔との位置を合わせて、前記プリント基板に設けられた孔部に圧入される突出部を有すると好適である。

このような構成とすれば、プリント基板のリード線挿入孔と、貫通孔との位置決めを適切に行うことができるので、プリント基板と検出部との位置決めを適切に行うことが可能となる。

電流センサを模式的に示した斜視図である。 電流センサを模式的に示した部分断面図である。 ホルダの斜視図である。 ホルダの斜視図である。 検出センサをアセンブリした状態を模式的に示した図である。

以下、本発明の実施の形態について、詳細に説明する。本発明に係る電流センサ１００は、導体に流れる被測定電流を測定することが可能なように構成されている。ここで、導体に電流が流れる場合には、当該電流の大きさに応じて導体を軸心として磁界が発生し（アンペアの法則）、当該磁界により磁束が発生する。本電流センサ１００は、このような磁束の密度を検出し、検出された磁束密度に基づいて導体に流れる電流（電流値）を測定する。

図１には本実施形態に係る電流センサ１００の斜視図が示される。図１には、平板状の導体からなるバスバー１０が示されるが、当該バスバー１０が延設する方向を延設方向Ａとする。図２には、バスバー１０の延設方向Ａ視における電流センサ１００を模式的に示した部分断面図が示される。以下に図１及び図２を用いて説明する。

本電流センサ１００は、バスバー１０、コア２０、検出部３０、ホルダ４０を備えて構成される。バスバー１０は、上述のように平板状の導体から構成される。このバスバー１０は、図示しない３相モータと当該３相モータに通電するインバータとを接続するのに利用される。３相モータは、ハイブリッド車両や電気自動車等の動力源に用いられる。インバータは、バッテリ等から出力される直流電力を交流電力に変換する。バスバー１０は、このようなインバータにより交流電力に変換された電圧及び電流を３相モータに供給する。したがって、バスバー１０は、図２に示されるように、少なくとも３つを有して構成される。

バスバー１０は、長尺状で構成され、少なくとも３つが互いに並設される。本実施形態では、３つのバスバー１０は、平板状の幅方向に沿う方向視で互いに重なり合うように並設される。平板状の幅方向とは、バスバー１０の幅と平行な方向であり、本実施形態では図２におけるＢの方向が相当する。互いに重なり合うように並設されるとは、隣接する２つのバスバー１０の厚さ方向の面どうしが、互いに対向するように配設されている状態を示す。したがって、同じ厚さのバスバー１０を並設した場合、厚さ方向（Ｂの方向）視で見ると後方に配置されるバスバー１０が前方に配置されるバスバー１０に隠れて見えない状態になる。なお、図１においては、理解を容易にするために、バスバー１０は１つのみ示される。

コア２０は、バスバー１０の夫々を囲って集磁する。バスバー１０の夫々を囲うとは、３つのバスバー１０が３つのコア２０で囲まれていることを意味する。したがって、コア２０の径方向内側にバスバー１０が貫通挿入されている状態を示す。ここで、コア２０は、金属磁性体からなる単層平板で構成される。金属磁性体とは、金属製の磁性体であり、電磁鋼板（珪素鋼板）やパーマロイが相当する。このような磁性体として、特性及び入手性の良い方向性電磁鋼板を用いることが可能である。もちろん、入手性や板厚の種類が豊富な等方性電磁鋼板を用いることも可能である。コア２０は、このような金属磁性体を打ち抜いた後、曲げることにより構成される。このようなコア２０が、バスバー１０を囲むことにより、バスバー１０の周囲に生じる磁束を集磁し易くなる。

コア２０は、周方向の一部に開口部２１を有する。コア２０は周方向の一部に開口部２１を有することにより、Ｃ字状やＵ字状で構成される。図１においては、Ｃ字状のコア２０が示される。もちろん、Ｕ字状で構成することも可能である。上述のように、コア２０の径方向内側にはバスバー１０が挿通される。本実施形態では、バスバー１０は図１及び図２に示されるように、コア２０の開口部２１に対して、幅方向の面が対向するように挿通される。コア２０に挿通されたバスバー１０は、少なくともコア２０の内周面と空隙を有して構成される。これにより、コア２０とバスバー１０とを絶縁することが可能となる。

検出部３０は、検出方向を開口部２１の間隔方向（Ｂの方向）に沿うように配置される。ここで、上述のように、コア２０にはバスバー１０に流れる電流に応じて生じた磁束が集磁される。集磁された磁束は、開口部２１を飛び越える。これにより、コア２０と検出部３０とで磁路が形成されることになる。したがって、検出部３０は、バスバー１０に流れる被測定電流により形成される磁界の強さを検出することが可能となる。

本実施形態に係る検出部３０は、ラジアルリード線３２を有して構成される。したがって、本検出部３０は面実装部品ではなく、プリント基板に形成されたスルーホールにラジアルリード線３２を挿入して半田付けされる。

図３にはホルダ４０の表側の斜視図が示され、図４にはホルダ４０の裏面側の斜視図が示される。本実施形態に係るホルダ４０は複数の検出部３０を保持するように構成される。図３及び図４に示されるホルダ４０は、最大７つの検出部３０を保持することが可能に構成されている。

図３及び図４に示されるように、ホルダ４０は、貫通孔４１と収容空間Ｘとを有して構成される。貫通孔４１には、ラジアルリード線３２が挿通される。ここで、本実施形態に係るラジアルリード線３２は１つの検出部３０につき、３つ設けられる。このため、貫通孔４１も１つの収容空間Ｘに対して３つ設けられる。

収容空間Ｘは、検出部３０の高さよりも高く、貫通孔４１にラジアルリード線３２が挿通された状態で検出部３０を収容する。収容空間Ｘとは、壁部４２で囲まれた空間に相当する。したがって、収容空間Ｘの高さが検出部３０の高さよりも高く構成されているとは、壁部４２の高さが検出部３０よりも高いことを示す。このため、検出部３０を収容空間Ｘの最も深い位置に配置した場合には、検出部３０は収容空間Ｘに隠れることになる。したがって、検出部３０をホルダ４０を介してプリント基板５０にアセンブリした場合には、ホルダ４０の壁部４２により外力が検出部３０に作用しなくなるので、所期の位置からずれないようにすることが可能となる。

また、ホルダ４０は突出部４３を有して構成される。突出部４３は、プリント基板５０に形成されたラジアルリード線３２が挿入されるリード線挿入孔５１と貫通孔４１との位置を合わせて、プリント基板５０に設けられた孔部５２に圧入される。これにより、プリント基板５０に対してホルダ４０が適切に位置決めされる。一方、検出部３０はホルダ４０の貫通孔４１にラジアルリード線３２が貫通挿入される。したがって、プリント基板５０に対して検出部３０の位置決めを適切に行うことが可能となると共に、ホルダ４０によりコア２０の開口部２１に検出部３０を配置することが可能となる。

図５には、ホルダ４０を介してプリント基板５０にアセンブリされた検出部３０が示される。なお、理解を容易にするために、図５では、１つの検出部３０に係る部位を拡大した図が示される。図５に示されるように、収容空間Ｘと貫通孔４１との間が、貫通孔４１に近づくにつれて開口面積が狭くなるように構成されている。これにより、ラジアルリード線３２を、収容空間Ｘから貫通孔４１に適切に案内することが可能となる。したがって、収容空間Ｘと貫通孔４１との間は、案内部に相当する。

ここで、収容空間Ｘの内形は、検出部３０の外形に対して所定の間隔を有する形状で構成されている。ここで、収容空間Ｘの高さは、上述のように検出部３０が完全に隠れるように設定されている。したがって、上述の開口面積が狭くなる案内部は、検出部３０が完全に隠れることが可能となる位置から始まる。

これにより、収容空間Ｘに検出部３０を挿入する際、ラジアルリード線３２が案内部に案内されて貫通孔４１に挿入し易くなる。したがって、検出部３０の位置決めを適切に行うことが可能となる。

ここで、検出部３０のアセンブリは以下のように行われる。まず、プリント基板５０にホルダ４０を固定する。この際、ホルダ４０の突出部４３をプリント基板５０の孔部５２に圧入するように固定する。これにより、プリント基板５０のリード線挿入孔５１と、ホルダ４０の貫通孔４１との位置を適切に位置決めすることが可能となる。

その後、ホルダ４０の収容空間Ｘにプリント基板５０に対向する側から検出部３０を挿入する。この際、上述の案内部により検出部３０がリード線挿入孔５１に対して適切な位置に配置される。このような状態で、検出部３０を挿入した側から蓋がされる。この状態でプリント基板５０を上側、蓋を下側に配設することで、検出部３０は、収容空間Ｘにおける内形が一様な部位の底部分９０から所定のギャップＹが形成される。このギャップＹを維持した状態で、ラジアルリード線３２がプリント基板５０に設けられる電極と半田付けされる。その後、蓋が取り除かれる。この結果、収容空間Ｘの開口部と、検出部３０の頂部とが一致して配設されるので、検出部３０に外力が作用し、ラジアルリード線３２が曲がることを防止できる。したがって、検出部３０を所期の位置で維持することが可能となる。このような検出部３０のプリント基板５０へのアセンブリは、ホルダ４０で固定可能な検出部３０を一括で行っても良いし、個別に行っても良い。

このように、本電流センサ１００によれば、検出部３０がホルダ４０の収容空間内に収容されるので、検出部３０と周囲との接触を抑制できる。このため、ラジアルリード線３２が曲がることがないので、バスバー１０及びコア２０に対する検出部３０の位置ずれを防止することができる。また、検出部３０の位置ずれを防止できるので、バスバー１０に流れる被測定電流により生じる磁界の強さを精度良く測定することが可能となる。したがって、当該磁界の強さに基づき、電流検出を精度良く行うことが可能となる。

〔その他の実施形態〕
上記実施形態では、ホルダ４０とプリント基板５０とは、プリント基板５０に設けられた孔部５２に突出部４３を圧入して固定されるとして説明した。しかしながら、本発明の適用範囲はこれに限定されるものではない。孔部５２に突出部４３を圧入して固定する以外の方法により固定することも当然に可能である。

上記実施形態では、収容空間Ｘと貫通孔４１との間は、貫通孔４１に近づくにつれて開口面積が狭くなるように構成されているとして説明した。しかしながら、本発明の適用範囲はこれに限定されるものではない。収容空間Ｘに貫通孔４１が付設される構成とすることも当然に可能である。

上記実施形態では、収容空間Ｘの内形は、検出部３０の外形に対して所定の間隔を有する形状で構成されているとして説明した。しかしながら、本発明の適用範囲はこれに限定されるものではない。収容空間Ｘの内形は、検出部３０の外形に対して独立して構成することも当然に可能である。

上記実施形態では、収容空間Ｘが、検出部３０を連続する壁部４２で囲むように構成されているように図示した。しかしながら、本発明の適用範囲はこれに限定されるものではない。収容空間Ｘは、断続的に立設する壁部４２で収容空間Ｘを構成することも当然に可能である。

上記実施形態では、複数のバスバー１０が、互いに高さ方向の面が対向するように並設されるとして説明した。しかしながら、本発明の適用範囲はこれに限定されるものではない。互いに幅方向の面が対向するように併設することも当然に可能である。

上記実施形態では、コア２０は、金属磁性体からなる単層平板で構成されるとして説明した。しかしながら、本発明の適用範囲はこれに限定されるものではない。コア２０は、金軸磁性体からなる平板を積層して構成することも可能である。

上記実施形態では、収容空間Ｘの高さは、検出部３０の高さよりも高く構成されているとして説明した。しかしながら、本発明の適用範囲はこれに限定されるものではない。収容空間Ｘの高さと検出部３０の高さとを等しく構成することも当然に可能である。

本発明は、導体に流れる電流を測定する電流センサに用いることが可能である。

１０：バスバー
２０：コア
２１：開口部
３０：検出部
３２：ラジアルリード線
４０：ホルダ
４１：貫通孔
４３：突出部
５０：プリント基板
５１：リード線挿入孔
５２：孔部
１００：電流センサ
Ｘ：収容空間

Claims (4)

1. ３相モータと当該３相モータに通電するインバータとを接続する導体からなり、互いに並設される少なくとも３つの長尺状のバスバーと、
   前記バスバーの夫々を囲って集磁し、周方向の一部に開口部を有するコアと、
   磁界の強さを検出する検出部のラジアルリード線を貫通孔に挿通した状態で前記検出部を収容し、前記検出部を前記コアの開口部に配置するホルダと、
   を備える電流センサ。
2. 前記検出部を収容する前記ホルダに形成された収容空間の高さは、前記検出部の高さよりも高く構成されている請求項１に記載の電流センサ。
3. 前記検出部を収容する前記ホルダに形成された収容空間と前記貫通孔との間が、前記貫通孔に近づくにつれて開口面積が狭くなるように構成されている請求項１又は２に記載の電流センサ。
4. 前記ホルダは、プリント基板に形成された前記ラジアルリード線が挿入されるリード線挿入孔と前記貫通孔との位置を合わせて、前記プリント基板に設けられた孔部に圧入される突出部を有する請求項１から３の何れか一項に記載の電流センサ。

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