JP2018004269A

JP2018004269A - 電流センサ

Info

Publication number: JP2018004269A
Application number: JP2016126810A
Authority: JP
Inventors: 健奥村; Takeshi Okumura; 守津田; Mamoru Tsuda
Original assignee: Aisin Seiki Co Ltd
Current assignee: Aisin Corp
Priority date: 2016-06-27
Filing date: 2016-06-27
Publication date: 2018-01-11
Also published as: US20170370968A1; CN107543949A

Abstract

【課題】本体にインサート成形されて一体化されたバスバーの端部の位置が精度よく設定される電流センサを提供する。【解決手段】６本以上のバスバー３０と、磁性体からなり、基部４１と、基部４２から垂直方向に延出されて互いに離間する７つ以上の腕部４２とを、有し、バスバー３０の夫々が隣接する腕部４２の間に形成されるギャップ６０に挿通されたコア４０と、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）、または、ポリフタルアミド（ＰＰＡ）を用いてバスバー３０とコア４０とがインサート成形された状態で、バスバー３０及びコア４０を一体的に保持する本体と、を備える。【選択図】図４

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、３相交流モータ（以下、単にモータとも称する）とインバータとを備えるハイブリッド自動車や電気自動車が普及している。これらの車両においては、モータに流れる電流を測定してモータの回転を適切に制御している。モータのＵ相、Ｖ相、Ｗ相の端子は夫々導体（バスバー）を介してインバータと接続されており、各バスバーを流れる電流の大きさは電流センサにより測定される。

特許文献１に記載の電流センサでは、磁性体からなる複数のコアと複数のバスバーとが、成形樹脂を用いたインサート成形により構成されている。電流センサにおいては、コアの内部空間にバスバーを挿通した状態で、バスバーを流れる電流の大きさに応じて当該バスバーの周囲に生じる磁束を検出素子で検出し、検出された磁束の大きさに基づいてバスバーを流れる電流の大きさを演算により求める。

特開２０１４−００６１１６号公報

特許文献１で開示された電流センサは、インサート成形により６本のバスバーと互いに分離され千鳥状に配置された６つのコア（磁性体コア）とを樹脂製の本体と一体化し、その後ホール素子（検出素子）を装着して組み立てられる。

上述したように、バスバーの両端はそれぞれモータとインバータとに接続されるので、電流センサでは、本体に支持されるバスバーの端部の位置精度を高くする必要がある。インサート成形によりバスバーと本体とを一体化する場合には、バスバーの両端を金型内で保持した状態で金型内に溶融樹脂を充填するのが一般的である。金型内でのバスバーの保持は、本体が形成され金型から取り出されるまで継続され、バスバーと本体とが一体化される。しかし、樹脂成形後の本体におけるバスバーの端部は、金型内でバスバーが保持されている位置からずれてしまうことがある。

一般に、樹脂製品の硬化時における収縮度合いは、製品表面が最も小さく、製品内部ほど大きくなる。本体の内部において樹脂収縮が発生するとバスバーが応力を受ける。したがて、樹脂成形後の本体（電流センサ）におけるバスバーの端部の位置ずれは、この応力によるものと考えられる。

そこで、本体にインサート成形されて一体化されたバスバーの端部の位置が精度よく設定される電流センサが求められている。

本発明に係る電流センサの特徴構成は、６本以上のバスバーと、磁性体からなり、基部と、前記基部から垂直方向に延出されて互いに離間する７つ以上の腕部とを、有し、前記バスバーの夫々が隣接する前記腕部の間に形成されるギャップに挿通されたコアと、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）、または、ポリフタルアミド（ＰＰＡ）を用いて前記バスバーと前記コアとがインサート成形された状態で、前記バスバー及び前記コアを一体的に保持する本体と、を備える点にある。

本構成によれば、６本以上のバスバーと７つ以上の腕部を有する一体化されたコアとを樹脂でインサート成形することで、電流センサが構成される。この一体化されたコアは、本体の内部において骨部として機能させることができる。つまり、本体の内部において樹脂収縮が発生しても、一体化されたコアの骨部としての保持機能によってコアの内側における樹脂収縮の影響が軽減される。その結果、コアの内側に配置されるバスバーの端部の位置ずれを防止することができる。また、電流センサは、一体化されたコアが本体にインサートされて組付けられるので、電流センサにコアを簡易に組付けることができる。また、一体化されたコアが用いられることで、本体の長手方向の寸法を短くすることができ、電流センサをコンパクトに構成することができる。

さらに、本構成の電流センサは、本体が、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）、または、ポリフタルアミド（ＰＰＡ）を用いて樹脂成形されている。ＰＰＳ及びＰＰＡは、いずれも絶縁性に優れ難燃性を有する。これにより、電流センサにおいて絶縁性が適正に保持されるとともに電流センサの耐久性を向上させることができる。

電流センサの他の特徴構成は、前記本体は、前記バスバーを保持する端部が前記バスバーの延出方向に突出して形成された突出部を有する点にある。

電流センサでは、バスバーは隣接する他のバスバーと絶縁状態で配置される。こうした絶縁状態にするには、隣接するバスバーにおいて、所定の沿面距離を確保する必要がある。そこで、本構成によれば、本体において、バスバーを保持する端部がバスバーの延出方向に突出して形成された突出部を有する。これにより、本体の外面には隣接するバスバーの間に窪み部が形成される。こうした窪み部により隣接するバスバーの沿面距離は長くなる。これにより、隣接するバスバーを絶縁状態にして配置することができる。また、隣接するバスバーの空間距離を変えずに沿面距離を長くする構成であるため、電流センサをコンパクトに構成することができる。

電流センサの他の特徴構成は、前記本体は、各々の前記バスバーを挟んで両側に形成された一対の穴部を有する点にある。

バスバーを樹脂成形により本体と一体化する際には、金型にバスバーの両端部が保持される。しかし、そのように保持しても成形後の本体においてバスバーの端部の位置精度が十分でない場合がある。そこで、本構成では、本体が各々のバスバーを挟んで両側に形成された一対の穴部を有する。こうすると、穴部の位置に例えば突起物等を配置してバスバーを挟んだ状態で、樹脂成形して本体を形成することができる。その結果、本体でのバスバーの位置が安定するため、電流センサにおいてバスバーの端部の位置精度を向上させることができる。

電流センサの一方斜視図である。電流センサの他方斜視図である。電流センサの要部平面図である。バスバーとコアとの位置関係を示す部分斜視図である。電流センサの内部構造を示す要部断面図である。別形態の内部構造を示す要部断面図である。別形態の内部構造を示す要部断面図である。

以下、本発明の実施形態について、図面を用いて詳細に説明する。

〔第１実施形態〕
図１〜図５に示すように、電流センサ１０は、本体２０、バスバー３０、コア４０、及び、磁気センサ５０を備える。本体２０は、樹脂からなり、インサート成形によりバスバー３０及びコア４０と一体化されている。バスバー３０を流れる電流はコア４０及び磁気センサ５０を用いて計測される。

図１及び図２に示すように、本体２０は、バスバー３０がインサート成形されている中央部２０２と中央部２０２の長手方向の両側に形成された端部２２２を有している。端部２２２は中央部２０２よりも厚さ（図１においては上下方向）が薄く、且つ、本体２０の表面２０４から段差を有して表面２０４と平行に形成されている。端部２２２のそれぞれには、電流センサ１０を他部材に取付けて固定するための取付穴２２４が形成されている。

本体２０の表面２０４には、磁気センサ５０が配置されるセンサ保持穴２１０が６個形成されている。また、本体２０には、表面２０４から裏面２０６にかけて、各々のバスバー３０を挟んで形成され、その内周面の一面からバスバー３０を臨むことができる一対の中間拘束穴２１２が６組（６対）形成されている。６組の中間拘束穴２１２は本体２０の長手方向に平行で且つ一直線状に配置されている。中間拘束穴２１２は穴部の一例である。必要に応じて、樹脂でインサート成形する際、バスバー３０を挟む両側の一対の中間拘束穴２１２の位置に突起物等を配置することで、バスバー３０を本体２０の所定位置に保持することができる。

バスバー３０は、長方形の板状であり、銅や銅合金のような導電性の高い金属にからなる。電流センサ１０は６本のバスバー３０（３０ａ〜３０ｆ）を有する。バスバー３０ａ〜３０ｆは、一方の端部３１が不図示の２個の３相交流モータのＵ相、Ｖ相、Ｗ相の端子に接続され、他方の端部３２が不図示のインバータに接続される。これにより、バスバー３０には、２個の３相交流モータへの通電電流が流れる。

電流センサ１０のセンサ本体はコア４０と磁気センサ５０とで構成される。コア４０は、電磁鋼板等の磁性体を複数枚積層して構成されている。図４及び図５に示すように、コア４０は、本体２０の長手方向に設けられる基部４１と、基部４１から垂直方向に延出されて互いに離間する７つの腕部４２とを有する。コア４０の７つの腕部４２はバスバー３０ａ〜３０ｆを挟む位置に配置される。すなわち、バスバー３０がコア４０に形成されたギャップ６０に挿通される。

磁気センサ５０は、ホール素子等の磁束の大きさに応じた電圧（信号）が出力される素
子である。図５に示すように、磁気センサ５０は、本体２０のセンサ保持穴２１０（図１参照）に挿入されて、隣接する腕部４２の間に形成されるギャップ６０に配置される。回路基板１５は、本体２０の上面に固定されて磁気センサ５０の出力を処理する。回路基板１５は、磁気センサ５０と接続され、磁気センサ５０に電力を供給する。回路基板１５からは、センサ出力をインバータのコントローラ（インバータの制御回路を実装した基板）に伝達するための信号線１６が上方に向けて延びている。

本体２０は、樹脂成形された状態で、バスバー３０及びコア４０を一体的に保持する。成形樹脂としては、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）やポリフタルアミド（ＰＰＡ）等が用いられる。ＰＰＳ及びＰＰＡは、いずれも絶縁性に優れ難燃性を有する。これにより、電流センサ１０において絶縁性が適正に保持されるとともに電流センサ１０の耐久性を向上させることができる。ＰＰＳとＰＰＡとを比較した場合、ＰＰＡの方が、比重が小さく、且つ絶縁性及び難燃性が高いため、本体２０の成形樹脂としてはＰＰＡの方が好ましい。

図３に示すように、本体２０は、バスバー３０を保持する端面２０８がバスバー３０の延出方向に突出して形成されている。すなわち、本体２０は、バスバー３０が延出される側の端面２０８において、バスバー３０の延出方向に突出して形成された突出部２１６を有する。隣接する突出部２１６の間には窪み部２１８が形成される。このような窪み部２１８が形成されることで隣接するバスバー３０の沿面距離が長くなる。これにより、隣接するバスバー３０を絶縁状態にして配置することができる。また、隣接するバスバー３０の空間距離を変えずに沿面距離を長くする構成であるため、電流センサ１０をコンパクトに構成することができる。

図４は、電流センサ１０において、本体２０を省略してバスバー３０とコア４０との相対的配置を表した図である。コア４０の腕部４２は、バスバー３０（３０ａ〜３０ｆ）を囲むように配置される。
バスバー３０ａ〜３０ｃが、一つのＵＶＷ３相の出力電流を伝達し、バスバー３０ｄ〜３０ｆが他のＵＶＷ３相の出力電流を伝達する。図２、図３に示すように、バスバー３０は、一方の端部３１が本体２０から延出し、他方の端部３２は本体２０の端面２１４に相当する位置で直角に折れ曲げられている。他方の端部３２には、モータのパワーケーブルを固定する孔部３３が設けられている。

電流センサ１０は、上述したように２個の３相交流モータとインバータとの間に接続されて使用される。３相交流モータに通電がなされると、バスバー３０に電流が流れる。電流が流れるとバスバー３０の周囲には磁束が発生する。発生する磁束の大きさは流れる電流の大きさに比例する。発生した磁束は磁気抵抗の小さいコア４０に集められてコア４０内を通る。コア４０は腕部４２を有するため、対向する腕部４２の先端側のギャップ６０では、磁束は空気中を通る。該ギャップ６０には磁気センサ５０が配置されているので、磁気センサ５０でギャップ６０における磁束の大きさを検出し、これに基づいてバスバー３０を流れる電流の大きさを求める。

〔他の実施形態〕
（１）電流センサ１０は、本体２０に、７本以上のバスバー３０と、８つ以上の腕部４２を有するコア４０とをインサート成形してもよい。電流センサ１０が、例えば７本のバスバー３０を有する場合には、６本のバスバーを３相交流モータ用とし、１本のバスバーを他の機能に用いてもよい。尚、モータは３相出力であるので、モータが追加される毎に、バスバー３０が３本、コア４０の腕部４２が３つ増すことになる。

（２）第１実施形態においては、本体２０に１つのコア４０がインサート成形された例を示したが、本体２０には、一体化されたコア４０ａと共に、１本のバスバー３０ｇに流れる電流を検出するためのコア４０ｂをインサートしてもよい（図６）。コア４０ａは、基部４１ａと７つの腕部４２ａとを有し、隣接する腕部４２ａとの間のギャップ６０にバスバー３０ａ〜３０ｆと磁気センサ５１とが配置される。一方、コア４０ｂでは、１つのギャップ６０にバスバー３０ｇと磁気センサ５２とが配置される。これにより、電流センサ１０は、モータ以外の装置によってバスバー３０ｇに発生する電流をコア４０ａとは別のコア４０ｂを用いて検出することができる。

（３）電流センサ１０に対して、例えば３つのモータを接続する場合には、本体２０にインサートされるコア４０を、６相用の一体化されたコア４０ｃと３相用の一体化されたコア４０ｄとに分離して配置してもよい（図７）。コア４０ｃは、基部４１ｃと７つの腕部４２ｃとを有し、隣接する腕部４２ｃとの間のギャップ６０にバスバー３０ａ〜３０ｆと磁気センサ５３とが配置される。一方、コア４０ｄは、基部４１ｄと４つの腕部４２ｄとを有し、隣接する腕部４２ｄとの間のギャップ６０にバスバー３０ｇ〜３０ｉと磁気センサ５４とが配置される。

本発明に係る電流センサは、バスバーに流れる電流を測定する電流センサに広く用いることができる。

１０：電流センサ
２０：本体
３０：バスバー
３１，３２：端部
４０：コア
４１：基部
４２：腕部
５０：磁気センサ
６０：ギャップ
２１２：中間拘束穴（穴部）
２１６：突出部
２１８：窪み部

Claims

６本以上のバスバーと、
磁性体からなり、基部と、前記基部から垂直方向に延出されて互いに離間する７つ以上の腕部とを、有し、前記バスバーの夫々が隣接する前記腕部の間に形成されるギャップに挿通されたコアと、
ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）、または、ポリフタルアミド（ＰＰＡ）を用いて前記バスバーと前記コアとがインサート成形された状態で、前記バスバー及び前記コアを一体的に保持する本体と、を備える電流センサ。
前記本体は、前記バスバーを保持する端部が前記バスバーの延出方向に突出して形成された突出部を有する請求項１に記載の電流センサ。
前記本体は、各々の前記バスバーを挟んで両側に形成された一対の穴部を有する請求項１又は２に記載の電流センサ。