JP2013148513A - Current sensor - Google Patents
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Abstract
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。 The present invention relates to a current sensor that measures a current flowing through a conductor.
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及び2)。 In recent years, hybrid vehicles and electric vehicles equipped with a motor and an inverter have become widespread. In order to properly control the rotation of the motor, it is important to measure the current flowing through the motor. As a method for measuring such current, a magnetic field generated around the conductor is detected according to the current flowing through the conductor connecting the motor and the inverter, and the current flowing through the conductor is calculated based on the detected magnetic field. There is what is required (for example, Patent Documents 1 and 2).
特許文献1及び2に記載の電流センサは、コアとホールICとを備えて構成される。コアは導体に流れる電流によって発生する磁場を強めるように導体の周囲に設けられる。このコアの周方向の一部にはギャップが形成され、当該ギャップ内に発生する磁力線の方向にホール素子の検出面が直交するように、ギャップ内にホールICが配置される。 The current sensor described in Patent Documents 1 and 2 includes a core and a Hall IC. The core is provided around the conductor so as to strengthen the magnetic field generated by the current flowing through the conductor. A gap is formed in a part of the core in the circumferential direction, and the Hall IC is disposed in the gap so that the detection surface of the Hall element is orthogonal to the direction of the lines of magnetic force generated in the gap.
ここで、車両においては、モータに流れる電流が大きいため発熱の観点から板状の導体が用いられている。また、モータは3相モータが用いられるので、導体も複数連ねて配置される。一方、車両にあっては、燃費向上の観点から各装備品の小型化が図られている。このため、モータとインバータとを接続する導体においても同様に小型化が図られ、互いに隣接し合う板状の導体は、軸方向(電流が流れる方向)に交差する断面の長手方向が対向するように配置されてきた。 Here, in a vehicle, a plate-like conductor is used from the viewpoint of heat generation because a large current flows through the motor. In addition, since a three-phase motor is used as the motor, a plurality of conductors are arranged in series. On the other hand, in the vehicle, the size of each equipment is reduced from the viewpoint of improving fuel consumption. For this reason, the conductors connecting the motor and the inverter are similarly reduced in size so that the adjacent plate-like conductors face each other in the longitudinal direction of the cross section intersecting the axial direction (direction in which the current flows). Has been placed in.
しかしながら、板状の導体をこのように配置すると、隣接する板状の導体との距離が縮まる。このため、特許文献1及び2に記載の技術を用いて電流を測定すると、隣接する板状の導体に流れる電流に起因する磁界の影響を受けて正確に電流測定ができないといった問題があった。 However, when the plate-like conductors are arranged in this way, the distance between the adjacent plate-like conductors is reduced. For this reason, when the current is measured using the techniques described in Patent Documents 1 and 2, there is a problem that the current cannot be measured accurately due to the influence of the magnetic field caused by the current flowing in the adjacent plate-like conductor.
本発明の目的は、上記問題に鑑み、モータとインバータとを接続するバスバーが、互いに並設して配置されている場合であっても、正確に電流測定を行うことが可能な電流センサを提供することにある。 In view of the above problems, an object of the present invention is to provide a current sensor that can accurately measure current even when bus bars connecting a motor and an inverter are arranged in parallel with each other. There is to do.
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平板状の導体からなり、前記平板状の厚み方向に沿う方向視で互いに重複するように並設される少なくとも3つのバスバーの夫々が、方向性電磁鋼板をU字状に積層して形成され、前記U字状の底部の側に前記バスバーの板幅方向を前記U字状のU溝の深さ方向に一致させて挿通されるコアと、
前記U字状の開口部の側に検出方向を前記開口部の間隔方向に沿うように配置され、磁界の強さを検出する検出素子と、
を備えている点にある。
In order to achieve the above object, the characteristic configuration of the current sensor according to the present invention is:
Each of at least three bus bars is formed of a flat conductor connecting a three-phase motor and an inverter that energizes the three-phase motor, and is juxtaposed so as to overlap each other when viewed in the thickness direction of the flat plate. The directional magnetic steel sheets are formed in a U-shape, and are inserted into the U-shaped bottom portion side so that the width direction of the bus bar coincides with the depth direction of the U-shaped U-groove. The core,
A detection element arranged on the U-shaped opening side so that the detection direction is along the interval direction of the opening, and detecting the strength of the magnetic field;
It is in the point equipped with.
このような特徴構成とすれば、検出素子をバスバーに近づけることができるので、検出素子を開口部から離間させることができる。このため、開口部と検出素子との間のコアを、外部磁界(例えば隣接するバスバーからの磁界)に対するシールドとして作用させることができる。すなわち、外部磁界が検出素子に達するまでに当該外部磁界をコアに引き寄せることができるので、外部磁界の影響を低減しつつ、当該コアに挿通されるバスバーからの磁界を適切に検出することが可能となる。したがって、モータとインバータとを接続するバスバーが、互いに並設して配置されている場合であっても、正確に電流測定を行うことが可能となる。 With such a characteristic configuration, the detection element can be brought close to the bus bar, so that the detection element can be separated from the opening. For this reason, the core between the opening and the detection element can act as a shield against an external magnetic field (for example, a magnetic field from an adjacent bus bar). In other words, since the external magnetic field can be attracted to the core before the external magnetic field reaches the detection element, it is possible to appropriately detect the magnetic field from the bus bar inserted through the core while reducing the influence of the external magnetic field. It becomes. Therefore, even when the bus bars connecting the motor and the inverter are arranged in parallel with each other, current measurement can be accurately performed.
また、前記検出素子は、前記開口部と、前記バスバーにおける前記開口部の側の縁部との中央部よりも前記縁部の側に配置されていると好適である。 In addition, it is preferable that the detection element is disposed on the edge side with respect to a central part of the opening and an edge on the opening side of the bus bar.
このような構成とすれば、隣接するバスバーからの磁界による検出素子への影響を低減することができる。したがって、正確に電流測定を行うことが可能となる。 With such a configuration, it is possible to reduce the influence on the detection element due to the magnetic field from the adjacent bus bar. Therefore, accurate current measurement can be performed.
また、前記バスバーは、前記コアを前記間隔方向から見て前記コアと重複する部分の前記開口部の側が切り欠かれていると好適である。 In the bus bar, it is preferable that the opening side of a portion overlapping the core when the core is viewed from the interval direction is notched.
このような構成とすれば、検出素子を更にコアの奥側に配置することが可能となる。したがって、隣接するバスバーからの磁界による検出素子への影響を低減することができる。 With such a configuration, the detection element can be further arranged on the back side of the core. Therefore, the influence on the detection element by the magnetic field from the adjacent bus bar can be reduced.
また、本発明に係る電流センサの製造方法は、
トラック状の外周面を有する芯棒に方向性電磁鋼板を積層して環状の積層コアを作製する積層工程と、
前記環状の積層コアに接着剤を含浸して固着させる固着工程と、
前記固着された環状の積層コアを複数に分割する分割工程と、
を有している点に特徴がある。
Moreover, the manufacturing method of the current sensor according to the present invention includes:
A laminating step of laminating a directional electrical steel sheet on a core rod having a track-shaped outer peripheral surface to produce an annular laminated core;
An adhering step of impregnating and adhering an adhesive to the annular laminated core; and
A dividing step of dividing the fixed annular laminated core into a plurality of parts;
There is a feature in having.
このような特徴構成とすれば、電流センサに用いるコアを簡便に製造することが可能となる。したがって、電流センサの製造コストを低減することができる。 With such a characteristic configuration, the core used for the current sensor can be easily manufactured. Therefore, the manufacturing cost of the current sensor can be reduced.
1.電流センサ
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。
1. Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail. The
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を模式的に示した図が示される。以下に図1及び図2を用いて説明する。
FIG. 1 is a perspective view of a
本電流センサ100は、バスバー10、コア20、検出素子30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。
The
バスバー10は、平板状の厚み方向に沿う方向視で互いに重複するように少なくとも3つ並設される。平板状の厚み方向とは、バスバー10の厚さに平行な方向であり、本実施形態では図2におけるBの方向が相当する。互いに重複するように並設されるとは、隣接する2つのバスバー10の幅方向の面どうしが、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、同じ板幅のバスバー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。バスバー10をこのように配置することにより、3相モータとインバータとの間を省スペースで配線することが可能となる。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。
At least three
コア20は、方向性電磁鋼板60をU字状に積層して形成される。方向性電磁鋼板60とは、金属製の磁性体であり、珪素鋼板が相当する。U字状に積層するとは、U字状の方向性電磁鋼板60が積層された状態をいう。このため、積層面は、図1及び図2におけるAの方向に平行な面となる。コア20は、このようなU字状の方向性電磁鋼板60が積層された状態で構成される。
The
コア20のU字状の底部22の側には、バスバー10の夫々が、当該バスバー10の板幅方向をU字状のU溝の深さ方向に一致させて挿通される。U字状の底部22とは、U字状を形成するU溝の底部分が相当する。したがって、コア20のU溝の底部分の側に、バスバー10が挿通される。バスバー10の板幅方向をU字状のU溝の深さ方向に一致させるとは、U溝の内面に対して、バスバー10の板幅方向の面が対向するように配置することをいう。したがって、バスバー10は、図1及び図2に示されるように、バスバー10の板幅方向の面とコア20のU溝の深さ方向の面とが互いに平行にな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。
Each of the bus bars 10 is inserted into the
検出素子30は、U字状の開口部21の側に検出方向を開口部21の間隔方向に沿うように配置される。開口部21とは、U溝の開口端部である。したがって、検出素子30は、コア20のU溝内における、開口端部の側に配置される。このため、検出素子30は、バスバー10よりもU溝の開口端部に近い側に配置される。ここで、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の側ではコア20の開口部21が形成するギャップを飛び越える。
The
検出素子30は、このようなギャップの間隔方向に対して、検出方向を一致させて配置される。これにより、コア20と検出素子30とで磁路が形成されることになる。したがって、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。
The
本実施形態では、検出素子30は、開口部21と、バスバー10における開口部21の側の縁部との中央部よりも縁部の側に配置される。開口部21とはU溝の開口端部である。バスバー10における開口部21の側の縁部とは、U溝に貫通挿入されたバスバー10のうち、最も開口部21に近い側の部位に相当する。検出素子30は、開口部21とバスバー10のうち最も開口部21に近い側の部位との間において、バスバー10に近い側に配置される。これにより、検出素子30から開口部21までの間に、コア20が存在することになるので、隣接するバスバー10との間隔が狭くなった場合でも、隣接するバスバー10からの磁束の影響を低減することが可能となる。したがって、バスバー10に流れる電流を精度良く測定することが可能となる。
In the present embodiment, the
ここで、図3には、図1におけるIII−III線断面図が示される。図3に示されるように、バスバー10は、コア20を間隔方向から見てコア20と重複する部分の開口部21の側が切り欠かれている。間隔方向とは、U字状を構成する一対の直線部分の対向方向にあたり、図1におけるBの方向である。この方向から本実施形態に係るバスバー10を見た場合、バスバー10はコア20の開口部21の側が切り欠かれ切欠部11が形成されている。これにより、検出素子30をよりU溝の奥側に配置することが可能となる。したがって、隣接するバスバー10との間隔が狭くなった場合でも、隣接するバスバー10からの磁束の影響を低減することが可能となるので、バスバー10に流れる電流を精度良く測定することが可能となる。
Here, FIG. 3 shows a cross-sectional view taken along line III-III in FIG. As shown in FIG. 3, the
ただし、バスバー10に対する切欠部11の切欠深さ(図3におけるC方向の深さ)は、バスバー10に流れる電流に応じて設定される。すなわち、切欠深さを大きくすることにより、検出素子30が配置される位置は開口部21の奥側にすることができるが、バスバー10の断面積が小さくなるので、抵抗が大きくなる。電流が流れた際に、発熱の原因となるのを防止するためである。このため、切欠部11の切欠深さは、バスバー10に流れる電流の大きさに応じて設定される。これにより、バスバー10の発熱を抑えつつ、精度良く電流を測定することが可能となる。
However, the notch depth (the depth in the C direction in FIG. 3) of the
このように本発明に係る電流センサ100によれば、検出素子30がバスバー10に流れる電流により発生する磁界の強さを、隣接するバスバー10からの磁界の影響を低減しつつ検出することが可能となる。したがって、モータとインバータとを接続するバスバー10が、互いに並設して配置されている場合であっても、正確に電流測定を行うことが可能となる。
As described above, according to the
2.電流センサの製造方法
次に、電流センサ100の製造方法、特に電流センサ100に用いられるコア20の製造方法について図4を用いて説明する。コア20を製造するにあたり、トラック上の外周面55を有する芯棒50が用意される(#01)。トラック上とは、対向する一対の直線部分51と当該直線部分51の両端を繋ぐ一対の円弧上部52とを有する外周縁が該当する。このため、トラック上の外周面55とは、このような外周縁を軸方向に所定の幅Lで延設して形成される面が相当する。
2. Next, a method for manufacturing the
このような芯棒50に方向性電磁鋼板60を巻くことにより積層される(#02)。この際、積層される方向性電磁鋼板60の板幅は、予めコア20の幅に合わせられている。したがって、芯棒50には、コア20の幅に切断されたシート状の方向性電磁鋼板60が巻かれる。このような予め所定の幅に切断された方向性電磁鋼板60を芯棒50に巻く構成とすると、(1)従来の設備を利用できる、(2)設備のスペースを広げる必要が無い、(3)以下に示すスポット溶接を行い易い、(4)巻き速度を速くして作業効率を向上し易い、といった利点がある。このような方向性電磁鋼板60の積層は、厚みが所定値になるまで幾重にも施される。このような工程は、積層工程と称される。
The
積層された方向性電磁鋼板60は、以下の焼鈍工程において巻きが解けないように所定の箇所においてスポット的に溶接(スポット溶接)される(#03)。これは、溶接工程と称される。溶接後、積層された方向性電磁鋼板60の径方向内側の芯棒50が取り出される(#04)。この結果、方向性電磁鋼板60が環状に巻かれた環状の積層コア(巻きコア)61が作製される。積層された状態の形状を方向性電磁鋼板60に記憶させると共に、方向性電磁鋼板60内部の歪を取り除くために、積層コア61に対して焼鈍が行われる(#05)。これは、焼鈍工程と称される。また、この焼鈍工程により、コア20の磁気特性を安定化させることが可能となる。
The laminated grain-oriented
次に、環状の積層コア61において、更に積層した方向性電磁鋼板60が分離しないように(ばらけないように)、方向性電磁鋼板60が接着剤70で固着される。これは、例えば接着剤70が貯留された貯留層71に環状の積層コア61を浸して当該環状の積層コア61に接着剤70を含浸させ、それを乾燥させることにより固着させる(#06)。このような工程は、固着工程と称される。
Next, in the annular
固着工程により、積層した方向性電磁鋼板60が固着された環状の積層コア61は、例えばグラインダ80を用いて、複数に分割される(#07)。このような工程は分割工程と称される。このようなグラインダ80には砥石が用いられる。レーザーを用いて分割した場合には、焼鈍工程により安定化された磁気特性が悪化するからである。特に、環状の積層コア61の分割にあっては、軸方向視において、上述の一対の直線部分51の夫々の中点を通るように軸方向に沿って行うことで、環状の積層コア61から、同時に2つのコア20を得ることが可能となる(#08)。本発明に係る電流センサ100に用いられるコア20の製造方法は、このような工程からなる。
In the fixing step, the annular
このように製造されたコア20を、バスバー10が貫通するよう配置され、更にコア20のU溝の開口部21に検出素子30が配置される。このような工程は、周知の技術を用いて構成することが可能であるので、説明は省略する。
The core 20 manufactured in this way is arranged so that the
3.その他の実施形態
上記実施形態では、検出素子30は、コア20のU溝の奥側に配置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。検出素子30が、開口部21の近傍に配置することも当然に可能である。
3. Other Embodiments In the above embodiment, the
上記実施形態では、検出素子30は、開口部21と、バスバー10における開口部21の側の縁部との間において、バスバー10に近い側に配置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。検出素子30を開口部21に近い側に配置することも当然に可能である。
In the above embodiment, the
上記実施形態では、バスバー10は、コア20を間隔方向Bから見てコア20と重複する部分の開口部21の側に切欠部11が形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。バスバー10に切欠部11を形成せずに電流センサ100を構成することも当然に可能である。
In the above-described embodiment, the
上記実施形態では、電流センサ100に用いられるコア20の製造方法における分割工程において、環状の積層コア61の軸方向視において、一対の直線部分51の夫々の中点を通るように行うとして説明した。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。他の位置で分割することも当然に可能である。
In the embodiment described above, in the dividing step in the method for manufacturing the
また、分割工程において、環状の積層コア61の軸方向に沿って当該環状の積層コア61を複数に分割する前に、環状の積層コア61の軸方向に所定の長さを有し、軸方向に直交する方向に分割して複数の環状の積層コア61を形成した後、更に、上述の分割工程を行うことも可能である。
Further, in the dividing step, the annular
上記実施形態では、積層された方向性電磁鋼板60に対してスポット的に溶接した後、積層された方向性電磁鋼板60の芯棒50を取り出し、焼鈍工程を行うとして説明した。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。焼鈍工程の後に芯棒50を取り出すように工程を組むことも可能であるし、各工程の順序を適宜変更することは当然に可能である。
In the said embodiment, after spot-welding with respect to the laminated directional
上記実施形態では、3つのバスバー10が並設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。4つ以上のバスバー10を用いて構成することも当然に可能である。
In the above embodiment, the description has been given assuming that the three
本発明は、導体に流れる電流を測定する電流センサに利用可能である。 The present invention is applicable to a current sensor that measures a current flowing through a conductor.
10:バスバー
20:コア
21:開口部
22:底部
30:検出素子
50:芯棒
60:方向性電磁鋼板
61:環状の積層コア
70:接着剤
100:電流センサ
B:間隔方向
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10: Bus bar 20: Core 21: Opening part 22: Bottom part 30: Detection element 50: Core rod 60: Directional electrical steel sheet 61: Annular laminated core 70: Adhesive 100: Current sensor B: Spacing direction
Claims (4)
前記U字状の開口部の側に検出方向を前記開口部の間隔方向に沿うように配置され、磁界の強さを検出する検出素子と、
を備えている電流センサ。 Each of at least three bus bars is formed of a flat conductor connecting a three-phase motor and an inverter that energizes the three-phase motor, and is juxtaposed so as to overlap each other when viewed in the thickness direction of the flat plate. The directional magnetic steel sheets are formed in a U-shape, and are inserted into the U-shaped bottom portion side so that the width direction of the bus bar coincides with the depth direction of the U-shaped U-groove. The core,
A detection element arranged on the U-shaped opening side so that the detection direction is along the interval direction of the opening, and detecting the strength of the magnetic field;
Equipped with a current sensor.
前記環状の積層コアに接着剤を含浸して固着させる固着工程と、
前記固着された環状の積層コアを複数に分割する分割工程と、
を有する電流センサの製造方法。 A laminating step of laminating a directional electrical steel sheet on a core rod having a track-shaped outer peripheral surface to produce an annular laminated core;
An adhering step of impregnating and adhering an adhesive to the annular laminated core; and
A dividing step of dividing the fixed annular laminated core into a plurality of parts;
The manufacturing method of the current sensor which has.
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