JP2018204978A - 電流センサ - Google Patents

Abstract

【課題】簡単な構成でケースにコアを位置精度良く固定しつつコアが受ける応力を抑制できる電流センサを提供する。【解決手段】直線状の基部１１と、一対の第１腕部１２，１３と、一対の第２腕部１４，１５と、を備え、積層方向に沿って視たときの外形が矩形状であるとともに、一対の第２腕部１４，１５の間にギャップが形成されるコア１０と、ギャップに配置された磁気センサ２１と、コア１０及び磁気センサ２１を収容するケース３０と、を備え、ケース３０は矩形筒状であって底面を有し、コア１０は積層方向に垂直な面が底面に対向し、ケース３０の内周壁は、圧入によりコア１０に当接する複数の第１凸部３４を有し、複数の第１凸部３４は、少なくとも一部が一対の第１腕部１２，１３の夫々を挟んで対向する位置に設けられる。【選択図】図５

Description

本発明は、導電体に流れる電流を測定する電流センサに関する。

近年、モータを駆動源とするハイブリッド車両や電気自動車が普及している。モータ出力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、例えばＤＣブラシレスモータとインバータとを接続するバスバーに流れる電流に応じて当該バスバーの周囲に生じる磁界を磁性体からなるコアで集磁してホール素子等の磁気センサにより検出し、当該検出された磁界に基づいてバスバー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）。

特許文献１に記載の電流センサは、一部にギャップが設けられた環状のコアと、当該ギャップに配置される磁気センサと、コア及び磁気センサとを収容する筒状のケースとを備える。ケースはバスバーが貫通する筒状部を有しており、筒状部の外面にコアを嵌め込み固定している。

特許文献２に記載の電流センサは、略長方形の外形を有するコアの外側の角部がＬ字状に切り欠かれて構成されている。コアを収容するケースには、コアのＬ字状の角部に対応する位置にＬ字状のリブを形成してコアの位置決めをしている。この状態で、ケースの内部にはポッティング材等の封止材が充填され、ケース内にコアが固定されてる。

特開２０１３−２０５１９４号公報 特開２００２−２９６３０５号公報

磁性体からなるコアは、外周側の磁束密度が小さく、特に外側コーナーには殆ど磁束密度が集中しない。しかし、コアの内周側は磁束密度が大きく、特に内側コーナーに局部的に磁束密度が集中する。

特許文献１の電流センサでは、コアの内周側がケースに設けられた筒状部の外面に当接することでコアがケースに固定される。コアの内周側は、広範囲において磁束密度が大きい。このため、コアの内周側に筒状部の外面が当接し応力が作用することで、磁束を円滑に通過させることができずに飽和状態となって、残留磁束密度が増大してコアのヒステリシスが大きくなり易い。その結果、電流センサの検出精度を低下させる要因となっていた。こうしたコアにおいて磁束が飽和しないようにするには、コアのサイズを大きくする必要があり、電流センサにおいてコスト高の要因になる。

特許文献２の電流センサでは、ケースの内部にはポッティング材等の封止材を充填するため、充填圧によってコアが移動してしまい、電流センサにおいてケースの内部にコアを確実に位置決めすることができない。

上記実情に鑑み、簡単な構成でケースにコアを位置精度良く固定しつつコアが受ける応力を抑制できる電流センサが求められている。

電流センサの特徴構成は、電磁鋼板を積層して構成され、直線状の基部と、前記基部の両端から延設される一対の第１腕部と、一対の前記第１腕部の端部の夫々から対向する他方の前記第１腕部に向けて延設される一対の第２腕部と、を有し、積層方向に沿って視たときの外形が矩形状であるとともに、一対の前記第２腕部が対向する位置にギャップが形成されるコアと、前記ギャップに配置された磁気センサと、前記コア及び前記磁気センサを収容する樹脂製のケースと、を備え、前記ケースは矩形筒状であって底面を有し、前記コアは積層方向に垂直な面が前記底面に対向し、前記ケースの内周壁は、圧入により前記コアに当接する複数の第１凸部を有し、複数の前記第１凸部は、少なくとも一部が一対の前記第１腕部の夫々を挟んで対向する位置に設けられる点にある。

本構成によれば、ケースの内周壁の第１凸部は、外形が矩形状のコアのうち直線状の基部の両端から延設される一対の第１腕部を挟んで対向する位置に設けられており、圧入により一対の第１腕部の夫々が第１凸部によって両側から押圧される。これにより、コアはケースの内部において正確に位置決めすることができると共に、剛性の高い第１腕部の延設方向の両側から押圧しているので第１腕部の変形を抑制できる。また、コアのうち第１腕部を挟んで対向する位置はコアの角部に近接する位置である。したがって、第１凸部はコアのうち角部に近い部位に当接する。矩形状のコアにおいて角部は他の領域に比べて磁束密度が低い領域である。このため、第１凸部がコアに当接しても磁束密度にほとんど影響しない。すなわち、コアのうち磁束密度に影響の少ない部位に応力をかけるので、磁束密度が飽和し難い。これにより、電流センサは、コアのサイズを大きくすることなくコアにおける磁束密度の飽和を回避して電流センサの検出精度を高めることができる。

他の特徴構成は、前記ケースは、前記磁気センサを収容する筒状のセンサ収容部を備え、前記センサ収容部は、前記ギャップに配置されるとともに、一対の前記第２腕部に対向する位置に、圧入により当該第２腕部に当接する第２凸部を有する点にある。

本構成によれば、圧入によりコアのうち一対の第２腕部にケースに備えられたセンサ収容部の第２凸部が当接する。これにより、矩形状のコアは、第１腕部に沿う方向に加えて、第１腕部に直交する第２腕部に沿う方向においても、ケースに対する位置決めが可能になる。その結果、電流センサのケース内におけるコアの位置精度を高めることができる。

他の特徴構成は、前記ケースの前記底面には、前記第１凸部に隣接する領域に凹部が設けられている点にある。

電流センサでは、コアを収容するケースは樹脂によって形成されている。一方、コアは電磁鋼板が積層されて構成されている。このため、ケースにコアを収容する際に第１凸部がコアの外面に摺接されると、第１凸部は表面が削られて樹脂の削りカスが発生することがある。こうした樹脂の削りカスがケースの底面に存在すると、コアと樹脂の削りカスが接触して底面に対してコアが傾斜姿勢になるおそれがある。そこで、本構成では、ケースの底面には、第１凸部に隣接する領域に凹部が設けられている。これにより、コアの外面と第１凸部との摺接により樹脂の削りカスが発生したとしても、発生した樹脂の削りカスを凹部に溜めることができる。すなわち、凹部を樹脂の削りカスの溜り部として用いることができる。その結果、コアのうち底面に対向する部位が樹脂の削りカスに接触し難くなり、コアは適正な姿勢に保持され易くなる。

他の特徴構成は、前記第１凸部は、前記コアの積層方向の厚さの半分以下の領域において前記コアに当接する点にある。

本構成によれば、第１凸部は、コアの積層方向の厚さの半分以下の領域においてコアに当接するため、ケースにおいてコアの積層方向に沿う第１凸部の領域が少ない。その結果、コアにおいて磁束の流れが阻害される領域を低減することができる。また、例えば第１凸部をケースの底面近くの領域に設けることで、コアはケースに圧入し易くなる。

他の特徴構成は、前記ケースに収容された前記コアを覆うカバーを備え、前記カバーは、前記コアに対向する内面に第１突出部を有し、前記ケースの前記底面は、前記第１突出部に対向する位置に第２突出部を有し、前記コアは、前記第１突出部と第２突出部とによって挟持される点にある。

本構成によれば、コアは、カバーに設けられた第１突出部と、ケースの底面に設けられた第２突出部によって挟持される。これにより、コアは、ケース内の積層方向においても位置保持することができる。その結果、電流センサにおいてケース内のコアの位置精度を高めることができる。

他の特徴構成は、前記コアは、外側の角部の一部が積層方向に切り欠かれた段部を有し、前記段部が前記第１突出部と前記第２突出部によって挟持される点にある。

本構成によれば、第１突出部と第２突出部によってコアが挟持される領域が、コアの外側の角部の一部が積層方向に切り欠かれた段部によって構成されている。矩形状のコアにおいて角部は他の領域に比べて磁束密度が低い領域である。したがって、コアは、磁束密度の小さい領域においてカバー及びケースの突出部によって挟持される。これにより、電流センサは、コアのサイズを大きくすることなくコアにおける磁束密度の飽和を回避することができる。

第１実施形態の電流センサの分解斜視図である。 第１実施形態の電流センサの斜視図である。 第１実施形態の電流センサの平面図である。 第１実施形態のケース及びコアを示す平面図である。 第１実施形態の電流センサの要部平断面図である。 図５のＶＩ−ＶＩ矢視断面図である。 図５のＶＩＩ−ＶＩＩ矢視断面図である。 第２実施形態のコアの斜視図である。 第２実施形態の電流センサの要部平断面図である。

以下に、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。

〔第１実施形態〕
図１〜４に示すように、電流センサ１００は、コア１０と、磁気センサ２１が接続された回路基板２０と、コア１０及び磁気センサ２１を収容する樹脂製のケース３０と、樹脂製のカバー４０と、を備えて構成される。電流センサ１００は導体であるバスバー１が貫通挿入されており、当該バスバー１は、例えば、図示しない３相モータと３相モータに通電するインバータとに接続される。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１は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。そのため、本実施形態の電流センサ１００は、バスバー１、コア１０、及び、磁気センサ２１を３組備えており、複数のバスバー１に流れる電流を被測定対象とする。

ケース３０は、コア１０及び磁気センサ２１を収容する収容部３１を３つ備えている。夫々の収容部３１は、矩形筒状であって、底面３２と側壁３３とを有し、コア１０は積層方向に垂直な面が底面３２（図４参照）に対向する。底面３２には中央部に開口３２ａが形成されている。

カバー４０は、ケース３０の収容部３１全体を覆う形状に形成されている。カバー４０がケース３０に装着されることで、カバー４０がケース３０に収容されたコア１０を覆うことになる。カバー４０には、バスバー１の挿入孔４１と、バスバー１を挿入する筒状のバスバー挿入部４２とが備えられている。

電流センサ１００は、ケース３０の収容部３１にコア１０が収容され、ケース３０に収容されたコア１０に対して回路基板２０とカバー４０とが順に配置される（図１では回路基板２０がカバー４０に装置着された状態）。カバー４０はビス等のねじ部材６０を用いてケース３０に固着される。ケース３０及びカバー４０には、ねじ部材６０が差し込まれる孔部３０ａ，４０ａが夫々設けられている。

図１に示すように、コア１０は、電磁鋼板を積層して構成され、積層方向に沿って視たときの外形が矩形状に形成されている。コア１０は、直線状の基部１１と、基部１１の両端から垂直に延設される一対の第１腕部１２，１３と、一対の第１腕部１２，１３の端部１２ａ，１３ａの夫々から対向する他方の第１腕部１３，１２に向けて垂直に延設される一対の第２腕部１４，１５と、を備える。コア１０のうち、一対の第２腕部１４，１５の間にギャップＳが形成される。このように、コア１０はＣ字状に形成されている。

コア１０の基部１１は、積層方向に沿って視たときの外周側において長手方向の中央部分に所定幅の拡張部１９を有する。コア１０の基部１１に拡張部１９を設けることで、コア１０の領域が拡大するため、コア１０において磁束密度の飽和が起こり難くすることができる（図４参照）。

回路基板２０には、磁気センサ２１として例えばホールＩＣが実装されている。磁気センサ２１は、ギャップＳに配置される。

ケース３０は、側壁３３の内側（内周壁３３ａ）に、コア１０の圧入によりコア１０に当接する複数の第１凸部３４を有する。複数の第１凸部３４は、少なくとも一部が一対の第１腕部１２，１３の夫々を挟んで対向する位置に設けられている（図５参照）。

ケース３０は、磁気センサ２１を収容する筒状のセンサ収容部３５を有する。センサ収容部３５は底面３２から立設されてギャップＳに配置される。センサ収容部３５は、一対の第２腕部１４，１５に対向する位置に、圧入により第２腕部１４，１５に当接する第２凸部３６を有する（図５参照）。ケース３０は、底面３２の外側に車体の取付部位（不図示）に固定される取付片５５を有し、取付片５５には貫通孔５６が形成されている（図１参照）。

図５に示すように、ケース３０の内周壁３３ａに形成された第１凸部３４は、一対の第１腕部１２，１３を挟んで対向する位置に設けられており、コア１０の圧入により一対の第１腕部１２，１３の夫々が第１凸部３４によって両側から押圧される。これにより、コア１０はケース３０の内部において第１腕部１２（１３）に沿う方向の位置決めおよび固定が可能になると共に、剛性の高い第１腕部１２（１３）の延設方向の両側から押圧しているので第１腕部１２（１３）の変形を抑制できる。コア１０のうち第１腕部１２，１３を挟んで対向する位置はコア１０の角部１７に近接する位置である。したがって、第１凸部３４はコア１０のうち角部１７に近い部位に当接する。矩形状のコア１０において角部１７は他の領域に比べて磁束密度が低い領域である。このため、第１凸部３４がコア１０に当接しても磁束密度にほとんど影響しない。すなわち、コア１０のうち磁束密度に影響の少ない部位に応力をかけるので、磁束密度が飽和し難い。これにより、コア１０のサイズを大きくすることなくコア１０における磁束密度の飽和を回避して電流センサ１００の検出精度を高めることができる。

また、ケース３０のセンサ収容部３５は、一対の第２腕部１４，１５に対向する位置に第２凸部３６，３６を有し、コア１０の圧入により一対の第２腕部１４，１５に第２凸部３６、３６が当接する。これにより、矩形状のコア１０は、第１腕部１２（１３）に沿う方向に加えて、第１腕部１２（１３）に直交する第２腕部１４（１５）に沿う方向においても、ケース３０に対する位置決めが可能になる。その結果、電流センサ１００のケース３０内におけるコア１０の位置精度を高めることができる。

電流センサ１００のケース３０は樹脂によって成形されている。このため、コア１０を収容する際に第１凸部３４がコア１０の外面に摺接されると、第１凸部３４は表面が削られて樹脂の削りカスが発生することがある。こうした樹脂の削りカスがケース３０の底面３２に存在すると、コア１０と樹脂の削りカスが接触して底面３２に対してコア１０が傾斜姿勢になるおそれがある。

そこで、図６に示すように、ケース３０の底面３２には、第１凸部３４に隣接する領域に凹部３７が設けられている。これにより、コア１０の外面と第１凸部３４との摺接により樹脂の削りカスが発生したとしても、発生した樹脂の削りカスを凹部３７に溜めることができる。すなわち、凹部３７を樹脂の削りカスの溜り部として用いることができる。その結果、コア１０のうち底面３２に対向する部位が樹脂の削りカスに接触し難くなり、コア１０は適正な姿勢に保持され易くなる。図４では、２つの第１凸部３４に対して１つの凹部３７が横長に形成されている。凹部３７は複数の第１凸部３４に対して個別に設けられていてもよい。

図６に示すように、第１凸部３４は、コア１０の積層方向の厚さＴの半分以下の領域においてコア１０に当接する。すなわち、コア１０の積層方向において、第１凸部３４とコア１０とが当接する領域Ｄは、コア１０の積層方向の厚さＴの半分以下である。これにより、ケース３０においてコア１０の積層方向に沿う第１凸部３４の領域を少ない。その結果、コア１０において磁束の流れが阻害される領域をを低減することができる。また、第１凸部３４は内周壁３３ａにおいて底面３２に近い領域に設けられているため、コア１０はケース３０に圧入し易くなる。

図１及び図７に示すように、カバー４０の内面は第１突出部４３を有しており、ケース３０の底面３２は第１突出部４３に対向する位置に第２突出部５１を有する。コア１０は、積層方向においてカバー４０の第１突出部４３とケース３０の第２突出部５１とによって挟持することができる。

図１及び図７に示すように、コア１０は、外側の角部１７の一部が積層方向に切り欠かれた段部１８を有する。コア１０の角部１７は積層方向の上部及び下部が切り欠かれており、カバー４０に対向する段部１８ａとケース３０の底面３２に対向する段部１８ｂとを有する。コア１０は、段部１８（１８ａ，１８ｂ）が第１突出部４３と第２突出部５１とによって挟持される。ここで、矩形状のコア１０では、角部１７は他の領域に比べて磁束密度が低い領域である。このため、コア１０の段部１８ａ，１８ｂが第１突出部４３及び第２突出部５１に挟持されても磁束密度にほとんど影響しない。すなわち、コア１０のうち磁束密度に影響の少ない部位を切り欠くので、コア１０の磁束密度が飽和し難い。

図１に示すように、第２突出部５１はケース３０の底面３２の４カ所に設けられ、第１突出部４３は、カバー４０の外周側の２か所（コア１０の基部１１の両側に相当する位置）に設けられている。本実施形態では、第１突出部４３は回路基板２０の形状及び配置（図３参照）の関係で２か所のみに設けられている。回路基板２０の形状及び配置を変更して第１突出部４３を第２突出部５１と同じく４カ所に設けてもよい。

図１及び図２に示すように、ケース３０は、側壁３３においてコア１０の外側の角部１７が対応する部位に縦溝３８が形成されている。カバー４０の第１突出部４３は、縦溝３８に沿ってケース３０に挿入されてコア１０の段部１８ａに当接する。これにより、カバー４０の第１突出部４３及びコア１０の段部１８の外側は縦溝３８から露出する。これにより、電流センサ１００はケース３０の外方からコア１０の積層方向における挟持状態を確認することができる。

〔第２実施形態〕
第１実施形態では、コア１０の外側の角部１７に段部１８を設ける例を示したが、図８に示すように、コア１０は外側の角部１７に段部を有しない形状であってもよい。このような形状のコア１０であると、図９に示すように、ケース３０の第１凸部３４は、コア１０の外部の角部１７であって第１腕部１２，１３を挟んで対向する位置に設けることができる。したがって、本実施形態のように、コア１０の圧入により第１凸部３４がコア１０の角部１７に当接することで、コア１０が受ける応力をより抑制することができる。

〔別実施形態〕
（１）上記実施形態では、３相に流れる電流を夫々計測する電流センサ１００の例を示したが、電流センサ１００は、１〜２相、又は、４相以上に流れる電流を計測するものあってもよい。電流センサ１００は、自動車のモータとインバータとの間の電流路に限らず、他の種々の電流路の電流検出に採用してもよい。

（２）上記の実施形態では、カバー４０にバスバー挿入部４２を設ける例を示したが、これに代えてケース３０にバスバー挿入部を設けてもよい。また、上記の実施形態では、電流センサ１００がカバー４０を備える例を示したが、回路基板２０がケース３０にビス止め等によって固定される場合には、電流センサ１００はカバー４０を備えずに構成してもよい。

本発明に係る電流センサは、各種の電気機器に広く利用することができる。

１ ：バスバー
１０ ：コア
１１ ：基部
１２、１３ ：第１腕部
１２ａ，１３ａ ：端部
１４、１５ ：第２腕部
１７ ：角部
１８ ：段部
２１ ：磁気センサ
３０ ：ケース
３１ ：収容部
３２ ：底面
３３ ：側壁
３３ａ ：内周壁
３４ ：第１凸部
３５ ：センサ収容部
３６ ：第２凸部
３７ ：凹部
４０ ：カバー
４３ ：第１突出部
５１ ：第２突出部
１００ ：電流センサ
Ｄ ：第１凸部の当接領域
Ｓ ：ギャップ
Ｔ ：コアの積層方向の厚さ

Claims (6)

1. 電磁鋼板を積層して構成され、直線状の基部と、前記基部の両端から延設される一対の第１腕部と、一対の前記第１腕部の端部の夫々から対向する他方の前記第１腕部に向けて延設される一対の第２腕部と、を有し、積層方向に沿って視たときの外形が矩形状であるとともに、一対の前記第２腕部の間にギャップが形成されるコアと、
   前記ギャップに配置された磁気センサと、
   前記コア及び前記磁気センサを収容する樹脂製のケースと、を備え、
   前記ケースは矩形筒状であって底面を有し、前記コアは積層方向に垂直な面が前記底面に対向し、
   前記ケースの内周壁は、圧入により前記コアに当接する複数の第１凸部を有し、
   複数の前記第１凸部は、少なくとも一部が一対の前記第１腕部の夫々を挟んで対向する位置に設けられる電流センサ。
2. 前記ケースは、前記磁気センサを収容する筒状のセンサ収容部を備え、
   前記センサ収容部は、前記ギャップに配置されるとともに、一対の前記第２腕部に対向する位置に、圧入により当該第２腕部に当接する第２凸部を有する請求項１に記載の電流センサ。
3. 前記ケースの前記底面には、前記第１凸部に隣接する領域に凹部が設けられている請求項１又は２に記載の電流センサ。
4. 前記第１凸部は、前記コアの積層方向の厚さの半分以下の領域において前記コアに当接する請求項１から３のいずれか一項に記載の電流センサ。
5. 前記ケースに収容された前記コアを覆うカバーを備え、
   前記カバーは、前記コアに対向する内面に第１突出部を有し、
   前記ケースの前記底面は、前記第１突出部に対向する位置に第２突出部を有し、
   前記コアは、前記第１突出部と前記第２突出部とによって挟持される請求項１から４のいずれか一項に記載の電流センサ。
6. 前記コアは、外側の角部の一部が積層方向に切り欠かれた段部を有し、
   前記段部が前記第１突出部と前記第２突出部によって挟持される請求項５に記載の電流センサ。

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