JP2019078542A - 電流センサ - Google Patents

Abstract

【課題】本明細書は、バスバを保持する電流センサにおいて、バスバの変形によってバスバのハウジングの付け根に生じ得る負荷を低減する。【解決手段】本明細書が開示する電流センサ１０は、電流センサ素子１５ａを収容しているハウジング１２を備えている。ハウジング１２には、細長板状のバスバ２１ａが貫通する貫通孔１３が設けられている。ハウジング１２の貫通孔１３の中に、バスバ２１ａを保持する保持部（狭隘部１８）が設けられている。バスバ２１ａの板面垂直方向において、貫通孔１３の一方の開口１７ａの幅が、狭隘部１８の幅よりも大きい。貫通孔１３の内部で狭隘部１８以外の部分でバスバ２１ａが変形できる空間的余裕を確保することで、バスバ変形時のハウジングとの付け根への負荷を低減することができる。【選択図】図３

Description

本明細書が開示する技術は、電流センサに関する。

電流センサ素子を収容しているとともに、細長板状のバスバが貫通する貫通孔が設けられているハウジングを備えている電流センサが知られている。例えば、特許文献１に開示されている電流センサは、樹脂製のハウジングを細長板状の複数のバスバが貫通しており、ハウジングの内部に、複数のリング状のコアと電流センサ素子が収容されている。夫々のコアは、バスバを囲むように配置されている。リング状のコアは一か所にギャップが設けられており、ハウジングの内部でそのギャップに電流センサ素子が配置されている。そのような電流センサは、例えば、電気自動車のインバータに搭載され、走行用の三相交流モータの駆動電流を伝達する各バスバ電流を計測する。

特開２０１３−２４２２９４号公報

電流センサは、ハウジングを貫通しているバスバの両端が他の電気デバイスあるいは他のバスバと接続される。バスバが短く、なおかつバスバの両端の固定箇所の高さが相違すると、バスバの両端を固定したときにバスバが変形し、バスバのハウジングへの付け根に過大な負荷（応力）が生じるおそれがある。

本明細書が開示する電流センサは、電流センサ素子と、ハウジングを備えている。ハウジングは、電流センサを収容しているとともに、電流が流れるバスバが貫通する貫通孔が設けられている。ハウジングの貫通孔の中に、バスバを保持する保持部が設けられている。バスバは細長板状であり、その保持部から貫通孔の少なくとも一方の開口部に向けて、バスバの板面垂直方向における貫通孔の幅が漸増している。この電流センサは、ハウジングの内部においてもバスバが変形する空間的余裕を有している。それゆえ、バスバ両端の固定箇所の高さが相違していても、バスバが変形可能な範囲を広く確保することができ、バスバの変形がハウジングに及ぼす影響を低減することができる。本明細書が開示する技術の詳細とさらなる改良は以下の「発明を実施するための形態」にて説明する。

実施例の電流センサの斜視図である。 図１のII−II線に沿った電流センサの断面図である。 図１のIII−III線に沿った電流センサの断面図である。 図１のIII−III線に沿った電流センサの断面図である（バスバ固定前）。

図面を参照して実施例の電流センサ１０を説明する。図１に、筐体３０に取り付けられている電流センサ１０の斜視図を示す。電流センサ１０は、電気自動車に搭載される電力変換装置の筐体３０に収容されている。図１−図４では、筐体３０の一部のみ示してある。電力変換装置は、バッテリの電力を走行用のモータの駆動電力に変換するデバイスである。走行用のモータは三相交流モータであり、電力変換装置は、バッテリの直流電力をモータ駆動に適した三相交流に変換する。電流センサ１０には、三相交流を伝送する３本のバスバ２１ａ、２１ｂ、２１ｃが通過しており、電流センサ１０は、各バスバから、電力変換装置が生成する三相交流の各相の電流を計測する。

図２に、図１のII−II線に沿った断面図を示す。電流センサ１０の本体は樹脂製のハウジング１２であり、ハウジング１２の中に３個の電流センサ素子１５ａ−１５ｃとコア１６ａ−１６ｃが埋設（収容）されている。電流センサ素子１５ａ−１５ｃとコア１６ａ−１６ｃを埋設したハウジング１２は、インサート成形により作られる。即ち、電流センサ素子１５ａ−１５ｃとコア１６ａ−１６ｃを金型のキャビティに配置し、そのキャビティに溶融樹脂を流し込んでハウジング１２が作られる。詳しくは後述するが、ハウジング１２には３個の貫通孔１３が設けられており、バスバ２１ａ−２１ｃのそれぞれは、対応する貫通孔１３に圧入されている。バスバ２１ａ−２１ｃは、細長板状を成しており、貫通孔１３は、バスバの板面垂直方向における幅が、中央で小さく、両側の開口に向かうにつれて大きくなるテーパ形状をなしている。貫通孔の軸線方向の中央の最も狭い部分（狭隘部１８）にてバスバ２１ａは圧入により固定されている。

コア１６ａは、一か所にギャップを有するリング状を成しており、磁性体で作られている。コア１６ａはハウジング１２の内部でバスバ２１ａを囲むように配置されており、電流センサ素子１５ａは、コア１６ａのギャップに位置するように配置されている。電流センサ素子１５ａは磁束を検知するホール素子である。バスバ２１ａに電流が流れると、バスバ２１ａを囲むように誘導磁界が発生する。誘導磁界は環状のコア１６ａに集中する。コア１６ａのギャップを通過する磁束を電流センサ素子１５ａ（ホール素子）が検知する。ハウジング１２には不図示のセンサ基板が取り付けられており、電流センサ素子１５ａが計測した磁束は、センサ素子に実装されたセンサ回路で電流値に変換される。バスバ２１ｂに対して電流センサ素子１５ｂとコア１６ｂが配置されており、バスバ２１ｃに対して電流センサ素子１５ｃとコア１６ｃが配置されている。電流センサ素子１５ｂとコア１６ｂ、電流センサ素子１５ｃとコア１６ｃは、電流センサ素子１５ａとコア１６ａの関係と同じであり、夫々、バスバ２１ｂ、２１ｃを流れる電流を計測する。

図３に、図１のIII−III線に沿った断面図を示す。図３は、バスバ２１ａをその長手方向でカットした断面である。なお、図４に、バスバ２１ａの一端（図中の左端）を固定する前の断面図を示してある。図３の仮想線２１ａ０は、固定する前のバスバ２１ａの形状を示している。以下では、バスバ２１ａと貫通孔１３の関係において電流センサ１０の構造を説明するが、他のバスバ２１ｂ、２１ｃとそれらに対応する貫通孔１３との関係も同様である。

先に述べたように、ハウジング１２には、バスバ２１ａを通す貫通孔１３が設けられており、その貫通孔１３は、中央部（狭隘部１８）で狭く、ハウジング１２の両側の開口１７ａ、１７ｂに向けて拡径するテーパ形状を有している。バスバ２１ａは、細長板状をなしており、貫通孔１３は、バスバ２１ａの板面と垂直方向（図中のＺ方向）における貫通孔１３の幅が、即ち、図３、図４の断面における貫通孔１３の幅が、中央から開口１７ａ、１７ｂに向けて漸増するテーパ形状を成している。貫通孔１３は、貫通孔軸線方向（図中のＸ方向）と板面垂直方向（図中のＺ方向）の双方と直交する方向（図中のＹ方向）では、幅が一定である。

バスバ２１ａは、貫通孔１３の軸線方向のほぼ中央の狭隘部１８に圧入され固定されている。貫通孔１３は、軸線方向のほぼ中央の狭隘部１８から両側の開口１７ａ、１７ｂに向けて拡径しており、バスバ２１ａは、狭隘部１８以外では、板面垂直方向（即ち図中のＺ方向）に揺動可能である。一方、バスバ２１ａは、その両端が、板面垂直方向に沿って挿入されるボルト２６にて筐体３０に固定されている。筐体３０には、２個の端子台３１、３２が設けられており、バスバ２１ａの一端が端子台３１に固定されており他端が端子台３２に固定されている。バスバ２１ａは、端子台３１にて他のバスバ２３とボルト２６で共締めされており、端子台３２にてさらに別のバスバ２２とボルト２６で共締めされている。こうして、バスバ２１ａは、他のバスバ２２、２３を介して他のデバイスと接続される。

製造公差などに理由により、端子台３１の筐体３０の底面からの高さＨ１と、端子台３２の筐体３０の底面からの高さＨ２が同じでない可能性がある。図３、図４に示すように、バスバ２１ａの両端の夫々を筐体３０の端子台３１、３２の夫々に固定すると、端子台３１、３２の高さの相違ｄＨにより、バスバ２１ａが板面垂直方向に変形する。ハウジング１２の貫通孔１３が一方の開口１７ａから他方の開口１７ｂまで狭隘部１８と同じ内寸であり、かつ、バスバ２１ａのハウジング１２からの突出部分（図４における長さＬ１）が短いと、バスバ２１ａの変形によりハウジング１２への付け根に過大な負荷（応力）が生じ得る。実施例の電流センサ１０では、貫通孔１３を軸線方向の中央から開口に向かって拡径するテーパ形状とすることで、バスバ２１ａの取り付けに伴う変形によるハウジング１２に生じる負荷を低減する。具体的には、ハウジング１２に、バスバ２１ａの板面垂直方向において中央の狭隘部１８から開口１７ａ、１７ｂに向けて拡径する貫通孔１３を設ける。テーパ形状の貫通孔１３により、開口１７ａよりも内側においてもバスバ２１ａの変形（図３の点線範囲Ａ参照）が許容されるので、バスバ２１ａの変形に伴うハウジング１２への負荷が軽減される。

図３、図４は、バスバ２１ａが通過する貫通孔１３の構造を示しているが、バスバ２１ｂ、２１ｃの夫々が通過する貫通孔１３も同様の構造を有している。

実施例で説明した技術に関する留意点を述べる。実施例の電流センサ１０では、貫通孔１３は、両側の開口１７ａ、１７ｂの夫々の側で幅が中央から開口へ向かって漸増するテーパ形状であった。本明細書が開示する技術では、貫通孔の中央の狭隘部１８から少なくとも一方の開口１７ａ（１７ｂ）に向けて幅が漸増していればよい。図３、図４に示すように、バスバ２１ａはハウジング１２の両側に延びており、ハウジング１２のいずれか一方の側で変形すれば、他方の側では変形が生じない場合がある。バスバ２１ａが変形する側で貫通孔１３の幅がテーパ状に漸増していればよい。しかし、貫通孔１３の両側で幅がテーパ状に漸増していることが望ましい。開口のいずれの側でバスバ２１ａが変形してもハウジング１２への負荷が抑えられるからである。貫通孔の幅がいずれか一方の開口の側へ向けて漸増している場合、バスバ２１ａを固定する狭隘部１８（保持部）は、必ずしも貫通孔の軸線方向の中央に位置していなくてもよい。貫通孔の内部の一部でバスバ２１ａが固定される狭隘部１８（保持部）が存在すればよい。

実施例の電流センサ１０では、貫通孔１３は、中央の狭隘部１８から両側の開口１７ａ、１７ｂへ向けて内径が徐々に拡がるテーパ形状を有している。本明細書が開示する技術は、テーパ形状に限られない。貫通孔は、バスバの板厚に垂直方向の幅が、中央の狭隘部１８からいずれか一方の開口へ向けて段階的に（ステップ状に）増加する形状であってもよい。あるいは、貫通孔は、バスバの板厚に垂直方向の幅が、中央の狭隘部１８からいずれか一方の開口へ向けて一段のみで拡がる形状であってもよい。ただし、貫通孔は、バスバの板面垂直方向（図中のＺ方向）において、内部の狭隘部１８（保持部）から開口へ向けて幅（内寸）が漸増する構造を有していることが望ましい。

図３、図４に示すように、貫通孔１３の内側のテーパ面は平面である。本明細書が開示する技術は、貫通孔１３の内側のテーパ面が湾曲していてもよい。

貫通孔１３の内部でバスバの周囲の空間を、エラストマなど柔軟な弾性体で充填してもよい。エラストマなどの弾性体を充填することで、バスバの変形を制限することなく、塵埃や水分などの貫通孔への侵入を防止することができる。

実施例の電流センサ１０では、貫通孔１３の内部でバスバを保持する狭隘部１８は、樹脂の射出成形で形成されるハウジング１２の一部であった。バスバを保持する保持部は、ハウジング１２とは別の部品であって、ハウジング１２の形成後に後から取り付けるものであってもよい。ただし、バスバを保持する保持部が、ハウジング１２の成形と同時に形成される狭隘部１８である方が、低コストである。

バスバ２１ａの長手方向においては、電流センサ素子１５ａとコア１６ａは狭隘部１８と同じ位置に配置されている。バスバ２１ａは狭隘部１８以外では、図中のＺ方向に揺動する余地があるが、狭隘部１８で固定されているので、バスバ長手方向と直交する断面においては、電流センサ素子１５ａ及びコア１６ａと、バスバ２１ａの相対位置関係は一定である。この位置関係により、電流センサ素子１５ａとコア１６ａによる電流計測精度がバスバ２１ａの揺動に影響されない。

以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成し得るものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。

１０：電流センサ
１２：ハウジング
１３：貫通孔
１５ａ−１５ｃ：電流センサ素子
１６ａ−１６ｃ：コア
１７ａ、１７ｂ：開口
１８：狭隘部
２１ａ−２１ｃ、２２、２３：バスバ
２６：ボルト
３０：筐体
３１、３２：端子台

Claims (1)

1. 電流センサ素子と、
   前記電流センサを収容しているとともに、電流が流れるバスバが貫通する貫通孔が設けられているハウジングと、
   を備えており、
   前記ハウジングの前記貫通孔の中に、前記バスバを保持する保持部が設けられており、
   前記貫通孔の少なくとも一方の開口の幅が、前記保持部の幅よりも大きい、電流センサ。

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