JP2015172531A - シールド部材及びそれを用いた電流検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】小型で製造コストを低減することができるシールド部材及びそれを用いた電流検出装置を提供する。
【解決手段】この電流センサ装置１は、図１（ａ）〜図１（ｃ）に示すように、検出対象の電流が流れるバスバ、及び電流を検出する検出部を含んで構成される第１の電流センサユニット１１〜第２の電流センサユニット１３を個別に収容する第１の収容部６０１〜第２の収容部６０３が連続して一体的に形成されたシールド部材６を備えて概略構成されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、シールド部材及びそれを用いた電流検出装置に関する。

従来の技術としてバスバーと、バスバーに流れる電流によって発生する磁界が感磁面に印加されるようにバスバーに対して配置された磁気検出素子と、磁気検出素子を磁気遮蔽する磁気シールド体とを、三相交流モータのＵ相、Ｖ相及びＷ相のそれぞれに備えた電流センサが知られている（例えば、特許文献１参照。）。

またこの電流センサの磁気シールド体は、バスバーと磁気検出素子とを環状に囲む環状囲み部を構成することで、外部磁界から磁気遮蔽している。

特開２０１０−２２７７号公報

しかし、従来の電流センサは、Ｕ相、Ｖ相及びＷ相のそれぞれに磁気シールド体が必要であり、体格が大きくなると共に、部品点数が増加し、製造コストが高くなる問題があった。

従って、本発明の目的は、小型で製造コストを低減することができるシールド部材及びそれを用いた電流検出装置を提供することにある。

本発明の一態様は、検出対象の電流が流れるバスバ、及び電流を検出する検出部を含んで構成される複数の電流検出ユニットを個別に収容する複数の収容部が連続して一体的に形成されたシールド部材を提供する。

本発明によれば、小型で製造コストを低減することができる。

図１（ａ）は、第１の実施の形態に係る電流センサ装置の斜視図であり、図１（ｂ）は、電流センサ装置の第１の電流センサユニット〜第３の電流センサユニットの斜視図であり、図１（ｃ）は、図１（ｂ）のI（ｃ）-I（ｃ）線で切断した断面を矢印方向から見た断面図である。 図２（ａ）は、第１の実施の形態に係る電流センサ装置に用いられるシールド部材の斜視図であり、図２（ｂ）は、第２の実施の形態に係る電流センサ装置に用いられるシールド部材の斜視図であり、図２（ｃ）は、第３の実施の形態に係る電流センサ装置に用いられるシールド部材の斜視図である。

（実施の形態の要約）
実施の形態に係るシールド部材は、検出対象の電流が流れるバスバ、及び電流を検出する検出部を含んで構成される複数の電流検出ユニットを個別に収容する複数の収容部が連続して一体的に形成されている。

このシールド部材は、電流検出ユニットを収容する収容部が、連続して一体的に形成されているので、電流検出ユニットごとにシールド部材を用意する場合と比べて、部品点数が削減されると共に、小型になり、製造コストが低減される。

[第１の実施の形態]
（電流センサ装置１の構成）
図１（ａ）は、第１の実施の形態に係る電流センサ装置の斜視図であり、図１（ｂ）は、電流センサ装置の第１の電流センサユニット〜第３の電流センサユニットの斜視図であり、図１（ｃ）は、図１（ｂ）のI（ｃ）-I（ｃ）線で切断した断面を矢印方向から見た断面図である。なお、以下に記載する実施の形態に係る各図において、図形間の比率は、実際の比率とは異なる場合がある。

この電流検出装置としての電流センサ装置１は、一例として、ハイブリッド車両等に搭載される三相交流モータのＵ相、Ｖ相及びＷ相の電流を検出するための装置である。このＵ相、Ｖ相及びＷ相は、それぞれ１２０°ずつ位相が異なる電流である。なお電流センサ装置１は、車両に搭載された三相交流モータ用に限定されず、電流の検出が必要な個所に適宜利用可能である。

この電流センサ装置１は、図１（ａ）〜図１（ｃ）に示すように、検出対象の電流が流れるバスバ、及び電流を検出する検出部を含んで構成される複数の電流検出ユニットとしての第１の電流センサユニット１１〜第３の電流センサユニット１３を個別に収容する複数の収容部としての第１の収容部６０１〜第３の収容部６０３が連続して一体的に形成されたシールド部材６を備えて概略構成されている。

また電流センサ装置１は、シールド部材６に収容された第１の電流センサユニット１１〜第３の電流センサユニット１３を覆うように形成されたモールド体８を備えている。

（第１の電流センサユニット１１〜第３の電流センサユニット１３の構成）
第１の電流センサユニット１１は、第１のバスバ２１と、第１の磁気センサ４１と、を備えて構成されている。また第２の電流センサユニット１２は、第２のバスバ２２と、第２の磁気センサ４２と、を備えて構成されている。さらに第３の電流センサユニット１３は、第３のバスバ２３と、第３の磁気センサ４３と、を備えて構成されている。

第１のバスバ２１と第１の磁気センサ４１は、第１の絶縁体５１により一体とされている。また第２のバスバ２２と第２の磁気センサ４２は、第２の絶縁体５２により一体とされている。さらに第３のバスバ２３と第３の磁気センサ４３は、第３の絶縁体５３により一体とされている。

また第１の電流センサユニット１１は、シールド部材６の第１の収容部６０１に収容されている。第２の電流センサユニット１２は、シールド部材６の第２の収容部６０２に収容されている。第３の電流センサユニット１３は、シールド部材６の第３の収容部６０３に収容されている。

（第１のバスバ２１〜第３のバスバ２３の構成）
第１のバスバ２１〜第３のバスバ２３は、短手方向の断面が細長い長方形を有している。この第１のバスバ２１〜第３のバスバ２３は、例えば、銅、銅合金及び黄銅等の導電性を有する板部材を用いて長細い板形状となるように形成されている。

第１の電流センサ装置１が検出対象の電流が流れる基板等に配置された場合、第１のバスバ２１には、例えば、検出対象であるＵ相の電流２ａが流れるように構成されている。第２のバスバ２２には、例えば、Ｖ相の電流２ｂが流れるように構成されている。第３のバスバ２３には、Ｗ相の電流２ｃが流れるように構成されている。なお、図１（ａ）に点線で示す電流２ａ〜電流２ｃは、第１のバスバ２１〜第３のバスバ２３に流れる電流を模式的に示したものである。

第１のバスバ２１は、第１の絶縁体５１により一部が覆われる基部２１０と、基部２１０の一方を折り曲げて形成される折曲部２１１と、折曲部２１１をさらに折り曲げて形成される取付部２１２と、基部２１０の他方を折り曲げて形成される折曲部２１３と、折曲部２１３をさらに折り曲げて形成される取付部２１４と、を備えている。また取付部２１２には、貫通孔２１２ａが形成され、取付部２１４には、貫通孔２１４ａが形成されている。

貫通孔２１２ａ及び貫通孔２１４ａには、検出対象の電流２ａが流れる基板に取り付けられる際にねじが挿入される孔である。

第２のバスバ２２は、第１のバスバ２１と同様に、基部２２０と、基部２２０の一方を折り曲げて形成される折曲部２２１と、折曲部２２１をさらに折り曲げて形成される取付部２２２と、基部２２０の他方を折り曲げて形成される折曲部２２３と、折曲部２２３をさらに折り曲げて形成される取付部２２４と、を備えている。取付部２２２には、貫通孔２２２ａが形成され、取付部２２４には、貫通孔２２４ａが形成されている。

第３のバスバ２３は、第１のバスバ２１と同様に、基部２３０と、基部２３０の一方を折り曲げて形成される折曲部２３１と、折曲部２３１をさらに折り曲げて形成される取付部２３２と、基部２３０の他方を折り曲げて形成される折曲部２３３と、折曲部２３３をさらに折り曲げて形成される取付部２３４を備えている。取付部２３２には、貫通孔２３２ａが形成され、取付部２３４には、貫通孔２３４ａが形成されている。

（第１の磁気センサ４１〜第３の磁気センサ４３の構成）
第１の磁気センサ４１〜第３の磁気センサ４３は、検出対象の電流がバスバに流れることによって生じる磁場を検出して検出信号を出力する磁気検出素子を含んで構成されている。この磁気検出素子は、例えば、ホール素子及び磁気抵抗素子等である。

第１の磁気センサ４１は、図１（ｃ）に示すように、第１のバスバ２１の基部２１０と対向するように配置される。第２の磁気センサ４２は、第２のバスバ２２の基部２２０と対向するように配置される。第３の磁気センサ４３は、第３のバスバ２３の基部２３０と対向するように配置される。

（第１の絶縁体５１〜第３の絶縁体５３の構成）
第１の絶縁体５１〜第３の絶縁体５３は、例えば、磁性を持たない樹脂材料を用いて形成される。第１の絶縁体５１は、例えば、第１のバスバ２１と第１の磁気センサ４１との位置決めが行われた状態で金型にセットされ、この金型に溶融樹脂を流し込むことにより形成される。従って第１の絶縁体５１は、例えば、絶縁性及び耐湿性に優れる材料が好ましく、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）樹脂等が用いられる。第２の絶縁体５２及び第３の絶縁体５３は、第１の絶縁体５１と同じ樹脂材料を用いて同様に形成されている。

（シールド部材６の構成）
図２（ａ）は、第１の実施の形態に係る電流センサ装置に用いられるシールド部材の斜視図である。

このシールド部材６は、例えば、パーマロイ、電磁鋼板及びフェライト等の軟磁性体材料を用いて形成される。シールド部材６は、細長い板形状の部材を複数回折り曲げて形成される。

シールド部材６は、図２（ａ）に示すように、第１の収容部６０１〜第３の収容部６０３が並んで一体的に形成されている。この第１の収容部６０１〜第３の収容部６０３は、上述の１枚の部材を折り曲げることにより形成される。従って第１の収容部６０１は、第３の壁部６３を第２の収容部６０２と共用している。また第２の収容部６０２は、第５の壁部６５を第３の収容部６０３と共用している。

第１の収容部６０１には、第１の電流センサユニット１１が収容される。第２の収容部６０２は、第２の電流センサユニット１２が収容される。第３の収容部６０３は、第３の電流センサユニット１３が収容される。

第１の収容部６０１は、図２（ａ）に示すように、第１の壁部６１、第２の壁部６２及び第３の壁部６３に囲まれて形成されている。この第１の壁部６１〜第３の壁部６３は、板形状の部材を折り曲げて形成されている。

第１の壁部６１は、第１の電流センサユニット１１の第１の側面１１ａと対向している。第２の壁部６２は、第２の側面１１ｂと対向している。第３の壁部６３は、第３の側面１１ｃと対向している。第１の電流センサユニット１１の第４の側面１１ｄは、第１の壁部６１と第３の壁部６３との間に露出している。従って第１の収容部６０１は、第１の電流センサユニット１１の３つの側面を覆う形状を有している。

第２の収容部６０２は、第３の壁部６３、第４の壁部６４及び第５の壁部６５に囲まれて形成されている。この第３の壁部６３〜第５の壁部６５は、板形状の部材を折り曲げて形成されている。

第３の壁部６３は、第２の電流センサユニット１２の第１の側面１２ａと対向している。第４の壁部６４は、第２の側面１２ｂと対向している。第５の壁部６５は、第３の側面１２ｃと対向している。第２の電流センサユニット１２の第４の側面１２ｄは、第３の壁部６３と第５の壁部６５との間に露出している。従って第２の収容部６０２は、第２の電流センサユニット１２の３つの側面を覆う形状を有している。

第３の収容部６０３は、第５の壁部６５、第６の壁部６６及び第７の壁部６７に囲まれて形成されている。この第５の壁部６５〜第７の壁部６７は、板形状の部材を折り曲げて形成されている。

第５の壁部６５は、第３の電流センサユニット１３の第１の側面１３ａと対向している。第６の壁部６６は、第２の側面１３ｂと対向している。第７の壁部６７は、第３の側面１３ｃと対向している。第３の電流センサユニット１３の第４の側面１３ｄは、第５の壁部６５と第７の壁部６７との間に露出している。従って第３の収容部６０３は、第３の電流センサユニット１３の３つの側面を覆う形状を有している。

上述のように、第１の収容部６０１〜第２の収容部６０３は、連続して一列に並んで形成されると共に、一体的に形成されている。なお第１の壁部６１〜第７の壁部６７は、一枚の板を折り曲げて作成されることが好ましいが、これに限定されず、少なくとも一部が溶接等で接合して一体とされても良い。

電流２ａが、第１のバスバ２１に流れると、第１のバスバ２１の周囲に磁場が生じる。第１の磁気センサ４１は、この磁場に応じて検出信号を出力するが、この磁場が、外部磁場の影響を受けると乱れ、第１の磁気センサ４１が精度の高い検出を行えなくなる。しかし、第１の電流センサユニット１１は、第１の壁部６１〜第３の壁部６３により囲まれているので、外部磁場の影響を抑制することが可能となる。同様に、第２の電流センサユニット１２が第３の壁部６３〜第５の壁部６５に囲まれ、第３の電流センサユニット１３が第５の壁部６５〜第７の壁部６７に囲まれるので、外部磁場の影響を抑制することが可能となる。

なお、変形例として、シールド部材６は、第１の壁部６１及び第７の壁部６７を延長して、第１の電流センサユニット１１及び第３の電流センサユニット１３の４つの側面を囲むように構成されても良い。この場合、第３の壁部６３と第５の壁部６５の間、つまり第２の電流センサユニット１２の側面１２ｄは、露出しているが、第２の壁部６２及び第６の壁部６５が基板に接触するように配置することで、外部磁場の影響を低減することが可能となる。

（モールド体８の構成）
モールド体８は、図１（ｂ）に示す状態の第１の電流センサユニット１１〜第３の電流センサユニット１３を樹脂によって封止して得られたものである。この樹脂による封止は、例えば、エポキシ樹脂を主成分に、シリカ充填材等を加えた熱硬化性成形材料を用いて行われる。

（第１の実施の形態の効果）
本実施の形態に係る電流センサ装置１は、小型で製造コストを低減することができる。具体的には、電流センサ装置１は、第１の電流センサユニット１１〜第３の電流センサユニット１３を収容する第１の収容部６０１〜第３の収容部６０３が、連続して一体的に形成されているので、電流検出ユニットごとにシールド部材を用意する場合と比べて、部品点数が削減されると共に、小型になり、製造コストが低減される。

シールド部材６は、１枚の細長い板部材を、少なくとも６回折り曲げることによって、第１の収容部６０１〜第３の収容部６０３を形成するので、この構成を備えないものと比べて、板部材を切り出す際等において無駄になる部分が少ないので、製造コストをさらに低減することができる。

電流センサ装置１は、シールド部材６により、収容部内に作用する外部磁場の影響を抑制することから集磁用のコアがなくても検出精度を確保できるので、集磁用のコアを用いる構成と比べて、部品点数が削減されると共に製造コストが低減される。

［第２の実施の形態］
第２の実施の形態は、シールド部材の形状が第１の実施の形態と異なっている。

図２（ｂ）は、第２の実施の形態に係る電流センサ装置に用いられるシールド部材の斜視図である。なお以下に記載する実施の形態において、第１の実施の形態と同じ機能及び構成を有する部分は、第１の実施の形態と同じ符号を付し、その説明は省略するものとする。

本実施の形態のシールド部材６ａは、図２（ｂ）に示すように、第１の収容部６０１〜第３の収容部６０３が、側面の一部が開放された円筒を連結したような形状を有している。シールド部材６ａには、円筒の一部のような形状を有する第１の湾曲部６１ａ〜第３の湾曲部６３ａが形成されている。

この第１の収容部６０１は、第１の湾曲部６１ａに囲まれて形成されている。第２の収容部６０２は、第２の湾曲部６２ａに囲まれて形成されている。第３の収容部６０３は、第３の湾曲部６３ａに囲まれて形成されている。

［第３の実施の形態］
第３の実施の形態は、上述の実施の形態と比べて、多くの収容部を備えている点で異なっている。

図２（ｃ）は、第３の実施の形態に係る電流センサ装置に用いられるシールド部材の斜視図である。このシールド部材６ｂは、第１の収容部６０１〜第６の収容部６０６を備えている。またシールド部材６ｂは、第１の実施の形態のシールド部材６よりもさらに折り曲げられることにより、第１の壁部６１〜第１３の壁部７３が形成されている。

第１の収容部６０１〜第３の収容部６０３は、第１の実施の形態と同様に、第１の壁部６１〜第７の壁部６７により形成されている。

第４の収容部６０４は、第７の壁部６７、第８の壁部６８及び第９の壁部６９に囲まれて形成されている。この第４の収容部６０４は、第７の壁部６７を第３の収容部６０３と共用すると共に、第９の壁部６９を第５の収容部６０５と共用している。

第５の収容部６０５は、第９の壁部６９、第１０の壁部７０及び第１１の壁部７１に囲まれて形成されている。この第５の収容部６０５は、第９の壁部６９を第４の収容部６０４と共用すると共に、第１１の壁部７１を第６の収容部６０６と共用している。

第６の収容部６０６は、第１１の壁部７１、第１２の壁部７２及び第１３の壁部７３に囲まれて形成されている。この第６の収容部６０６は、第１１の壁部７１を第５の収容部６０５と共用している。

この電流センサ装置１は、６つの電流センサユニットを備えるので、３相の電流の検出に冗長性を持たせることができる。

なお変形例として、電流センサ装置１は、用途に応じて３相とは異なる電流の検出を行うように構成されても良い。

他の変形例として、電流センサ装置１のシールド部材は、収容部が一次元的に並んで形成されるものに限定されない。またシールド部材の形状は、上述の実施の形態の形状に限定されず、他の形状であっても良い。

以上述べた少なくとも１つの実施の形態の電流センサ装置１によれば、小型で製造コストを低減することが可能となる。

以上、本発明のいくつかの実施の形態及び変形例を説明したが、これらの実施の形態及び変形例は、一例に過ぎず、特許請求の範囲に係る発明を限定するものではない。これら新規な実施の形態及び変形例は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更等を行うことができる。また、これら実施の形態及び変形例の中で説明した特徴の組合せの全てが発明の課題を解決するための手段に必須であるとは限らない。さらに、これら実施の形態及び変形例は、発明の範囲及び要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１…電流センサ装置、２ａ〜２ｃ…電流、６，６ａ，６ｂ…シールド部材、８…モールド体、１１…第１の電流センサユニット、１１ａ〜１１ｄ…第１の側面〜第４の側面、１２…第２の電流センサユニット、１２ａ〜１２ｄ…第１の側面〜第４の側面、１３…第３の電流センサユニット、１３ａ〜１３ｄ…第１の側面〜第４の側面、２１〜２３…第１のバスバ〜第３のバスバ、４１〜４３…第１の磁気センサ〜第３の磁気センサ、５１〜５３…第１の絶縁体〜第３の絶縁体、６１ａ〜６３ａ…第１の湾曲部〜第３の湾曲部、６１〜７３…第１の壁部〜第１３の壁部、２１０…基部、２１１…折曲部、２１２…取付部、２１２ａ…貫通孔、２１３…折曲部、２１４…取付部、２１４ａ…貫通孔、２２０…基部、２２１…折曲部、２２２…取付部、２２２ａ…貫通孔、２２３…折曲部、２２４…取付部、２２４ａ…貫通孔、２３０…基部、２３１…折曲部、２３２…取付部、２３２ａ…貫通孔、２３３…折曲部、２３４…取付部、２３４ａ…貫通孔、６０１〜６０６…第１の収容部〜第６の収容部

Claims (4)

1. 検出対象の電流が流れるバスバ、及び前記電流を検出する検出部を含んで構成される複数の電流検出ユニットを個別に収容する複数の収容部が連続して一体的に形成されたシールド部材。
2. 前記複数の収容部は、１枚の部材を折り曲げることにより形成される、
   請求項１に記載のシールド部材。
3. 前記収容部は、少なくとも前記電流検出ユニットの３つの側面を覆う形状を有する、
   請求項１又は２に記載のシールド部材。
4. 前記複数の電流検出ユニットと、
   請求項１乃至３のいずれか１項に記載の前記シールド部材と、
   を備えた電流検出装置。

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