JP2021039030A - 電流センサ - Google Patents

Abstract

【課題】隣同士のバスバーで引き起こされる電磁誘導の影響を低減することができる電流センサを提供する。【解決手段】第１バスバー２０は、第１検出素子５０に対応する部分であると共に第３バスバー４０に対向する部分が凹んだ第１凹部２３を有する。第２バスバー３０は、第２検出素子６０に対応する部分であると共に第３バスバー４０に対向する部分が凹んだ第２凹部３３を有する。第３バスバー４０は、第３検出素子７０に対応する部分であると共に第１凹部２３に対向する部分が凹んだ第３凹部４３と第２凹部３３に対向する部分が凹んだ第４凹部４４とを有する。第１凹部２３及び第２凹部３３は、投影面８０における形状が仮想線８１に対して線対称の形状である。第３凹部４３及び第４凹部４４は、投影面８０における形状が仮想線８１に対して線対称の形状である。【選択図】図４

Description

本発明は、電流センサに関する。

従来より、３本のバスバーに流れる電流を検出する電流センサが、例えば特許文献１で提案されている。各バスバーは、一方向に沿った直線状の配線部品である。各バスバーは、平行に配置される。電流を検出するための検出部は、バスバー毎に設置される。

また、各バスバーは、検出部に対応する位置が凹んだ凹部を有する。凹部の形状及び凹みの方向は、各バスバーで同じである。これにより、各バスバーのうちの検出部に対応する部分は、バスバーのうちの凹部が設けられていない部分よりも隣のバスバーとの距離が長くなる。

特許第６４６２８５０号公報

上記従来の技術において、隣同士のバスバーで引き起こされる電磁誘導の影響をさらに低減するためには、隣同士の検出部の距離を大きくしなければならない。しかし、従来の技術では、各バスバーが全て同じ形状であるので、隣同士のバスバー自体の距離を大きくしなければならない。

本発明は上記点に鑑み、隣同士のバスバーで引き起こされる電磁誘導の影響を低減することができる電流センサを提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、第１バスバー（２０）、第２バスバー（３０）、第３バスバー（４０）、第１検出素子（５０）、第２検出素子（６０）、及び第３検出素子（７０）を含む。

第１バスバー、第２バスバー、及び第３バスバーは、交流電流が流れると共に一方向に沿った形状であり、並列に配置される。第１検出素子、第２検出素子、及び第３検出素子は、第１バスバー、第２バスバー、第３バスバーのそれぞれに対応して設けられ、各バスバーに流れる交流電流をそれぞれ検出する。

第３バスバーは、第１バスバーと第２バスバーとの間に配置される。第１バスバーは、第１検出素子に対応する部分であると共に第３バスバーに対向する部分が凹んだ第１凹部（２３）を有する。第２バスバーは、第２検出素子に対応する部分であると共に第３バスバーに対向する部分が凹んだ第２凹部（３３）を有する。第３バスバーは、第３検出素子に対応する部分であると共に第１凹部に対向する部分が凹んだ第３凹部（４３）と第２凹部に対向する部分が凹んだ第４凹部（４４）とを有する。

各バスバーの並列方向に垂直な垂直方向に各バスバーが投影される面を投影面（８０）と定義する。投影面において並列方向及び垂直方向に垂直な方向を直線方向と定義する。投影面に投影された第３バスバーのうちの第３凹部及び第４凹部が形成されていない部分において並列方向の幅の中心位置を通ると共に直線方向に平行な直線を仮想線（８１）と定義する。

第１凹部及び第２凹部は、投影面における形状が仮想線に対して線対称の形状である。第３凹部及び第４凹部は、投影面における形状が仮想線に対して線対称の形状である。

これによると、各バスバーが仮想線に対して線対称の形状になるので、第３バスバーの第３凹部の底部から第１バスバーの第１凹部の底部までの距離を長く確保することができる。同様に、第３バスバーの第４凹部の底部から第２バスバーの第２凹部の底部までの距離を長く確保することができる。したがって、隣同士のバスバーで引き起こされる電磁誘導の影響を低減することができる。

なお、この欄及び特許請求の範囲で記載した各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。

第１実施形態に係る電流センサの断面図である。 図１に示された電流センサの一部斜視図である。 各バスバーの平面図である。 各バスバーが投影された投影面を示した図である。 各バスバーの変形例が投影された投影面を示した図である。 各バスバーの変形例が投影された投影面を示した図である。 各バスバーの変形例が投影された投影面を示した図である。 各バスバーの変形例が投影された投影面を示した図である。 各バスバーの変形例が投影された投影面を示した図である。 各バスバーの変形例を示した断面図である。 第２実施形態に係る各バスバーが投影された投影面を示した図である。 第３実施形態に係る各バスバーが投影された投影面を示した図である。 第３実施形態に係る各バスバーの変形例が投影された投影面を示した図である。

以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、図中、同一符号を付してある。

（第１実施形態）
以下、第１実施形態について図を参照して説明する。本実施形態に係る電流センサは、インバータ装置からモータ等に供給される３相交流電流を検出する際に用いられる。電流センサは、バスバーが一体化された構成を備える。

具体的には、図１、図２、及び図３に示されるように、電流センサ１は、シールド板１０、１１、３本のバスバー２０、３０、４０、及び３個の検出素子５０、６０、７０を備える。

シールド板１０、１１は、各バスバー２０、３０、４０から発生する磁界や外部からの外乱磁界を遮蔽する。各シールド板１０、１１は、電磁鋼板によって構成される。各シールド板１０、１１は、１枚の電磁鋼板によって構成されていても良いし、複数の電磁鋼板が積層されて構成されていても良い。

シールド板１０、１１は、各バスバー２０、３０、４０それぞれに設けられる。シールド板１０は、平板状に形成されている。シールド板１１は、長方形状の板材の両端が平行に対向するように折り曲げられた形状に形成されている。

シールド板１１は、折り曲げられた端部の側がシールド板１０に向けられた状態で配置される。これにより、各シールド板１０、１１は、収容空間１２、１３、１４を構成する。各シールド板１０、１１は、収容空間１２〜１４に各バスバー２０、３０、４０の一部と各検出素子５０、６０、７０を収容する。なお、各シールド板１０、１１は、図示しない樹脂部品等の保持部品で保持される。これにより、２枚のシールド板１０、１１の間に収容空間１２〜１４が形成される。

各バスバー２０、３０、４０は、３相交流電流が流れる導体部品である。各バスバー２０、３０、４０は、銅板等の板材がプレス加工されることで形成される。各バスバー２０、３０、４０は、一方向に沿った形状である。各バスバー２０、３０、４０には異なる位相の電流が流れる。

各バスバー２０、３０、４０は、一端部２１、３１、４１と他端部２２、３２、４２との間の一部が収容空間１２〜１４に位置するように並列に配置される。各バスバー２０、３０、４０が並列に配置される方向を並列方向とする。各バスバー２０、３０、４０の一端部２１、３１、４１は例えばインバータ装置に接続される。各バスバー２０、３０、４０の他端部２２、３２、４２は例えばモータ等の負荷装置に接続される。

ここで、３本のバスバー２０、３０、４０を、第１バスバー２０、第２バスバー３０、第３バスバー４０と定義する。第３バスバー４０は、第１バスバー２０と第２バスバー３０との間に配置される。各バスバー２０、３０、４０は、板面が同じ面に位置するように、並列に配置される。各バスバー２０、３０、４０は、位置ずれや回転防止のためにモールド樹脂にインサート成形される。

各検出素子５０、６０、７０は、各バスバー２０、３０、４０に流れる交流電流をそれぞれ検出する部品である。各検出素子５０、６０、７０は、第１バスバー２０、第２バスバー３０、第３バスバー４０のそれぞれに対応して設けられる。各検出素子５０、６０、７０は、収容空間１２〜１４において、バスバー２０、３０、４０の上方に配置される。

各検出素子５０、６０、７０は、磁気抵抗素子あるいはホール素子を用いた磁気検出方式を採用している。各検出素子５０、６０、７０は、各バスバー２０、３０、４０に交流電流が流れることによって各バスバー２０、３０、４０の周方向に発生する信号磁界を検出する。各検出素子５０、６０、７０は、信号磁界の強度に比例する信号を出力する。

なお、磁気抵抗素子には、ＧＭＲ素子（Giant Magneto Resistance；ＧＭＲ）、ＴＭＲ素子（Tunneling Magneto Resistance；ＴＭＲ）、ＡＭＲ素子（Anisotropic Magneto Resistance；ＡＭＲ）が含まれる。以上が、本実施形態に係る電流センサ１の構成である。

次に、各バスバー２０、３０、４０の具体的な形状について説明する。図２及び図３に示されるように、各バスバー２０、３０、４０は、各検出素子５０、６０、７０に対応する部分の形状が一端部２１、３１、４１や他端部２２、３２、４２とは異なる。

第１バスバー２０は、第１検出素子５０に対応する部分に第１凹部２３及び第１段差部２４を有する。第１凹部２３は、第１バスバー２０のうちの第３バスバー４０に対向する部分が凹んだ部分である。第１段差部２４は、第１バスバー２０に対応したシールド板１１の両端が配置される部分である。

第２バスバー３０は、第２検出素子６０に対応する部分に第２凹部３３及び第２段差部３４を有する。第２凹部３３は、第３バスバー４０に対向する部分が凹んだ部分である。第２段差部３４は、第２バスバー３０に対応したシールド板１１の両端が配置される部分である。

第３バスバー４０は、第３検出素子７０に対応する部分に第３凹部４３、第４凹部４４、第３段差部４５、及び第４段差部４６を有する。第３凹部４３は、第３バスバー４０のうちの第１凹部２３に対向する部分が凹んだ部分である。第４凹部４４は、第３バスバー４０のうちの第２凹部３３に対向する部分が凹んだ部分である。つまり、第３バスバー４０はくびれた形状である。

第３段差部４５は、第３バスバー４０に対応したシールド板１１の両端のうちの一端側が配置される部分である。第４段差部４６は、第３バスバー４０に対応したシールド板１１の両端のうちの他端側が配置される部分である。

続いて、図４に示されるように、各バスバー２０、３０、４０の並列方向に垂直な垂直方向に各バスバー２０、３０、４０が投影される面を投影面８０と定義する。垂直方向は、図４の紙面垂直方向と同じである。また、投影面８０において並列方向及び垂直方向に垂直な方向を直線方向と定義する。

さらに、投影面８０に投影された第３バスバー４０のうちの第３凹部４３及び第４凹部４４が形成されていない部分において並列方向の幅の中心位置を通ると共に直線方向に平行な直線を仮想線８１と定義する。

上記の定義のもと、第１バスバー２０の第１凹部２３及び第２バスバー３０の第２凹部３３は、投影面８０における形状が仮想線８１に対して線対称の形状である。第３バスバー４０の第３凹部４３及び第４凹部４４は、投影面８０における形状が仮想線８１に対して線対称の形状である。

本実施形態では、投影面８０に投影される第１凹部２３及び第２凹部３３の形状の種類と第３凹部４３及び第４凹部４４の形状の種類とが同じである。具体的には、第１バスバー２０の第１凹部２３及び第２バスバー３０の第２凹部３３は、投影面８０における形状が矩形状である。同様に、第３バスバー４０の第３凹部４３及び第４凹部４４は、投影面８０における形状が矩形状である。

なお、第１段差部２４及び第２段差部３４は、仮想線８１に対して線対称の形状になっていても良いし、なっていなくても良い。同様に、第３段差部４５及び第４段差部４６は、仮想線８１に対して線対称の形状になっていても良いし、なっていなくても良い。

また、第１凹部２３及び第２凹部３３の深さと第３凹部４３及び第４凹部４４の深さとが同じである。深さとは、投影面８０において、隣のバスバーの側の端から並列方向における凹部のうちの最も底の部分までの距離である。例えば、第１バスバー２０において、隣の第３バスバー４０の側の端から第１凹部２３のうちの最も底の部分までの距離が第１凹部２３の深さとなる。

以上の各バスバー２０、３０、４０の形状によると、第３凹部４３の底部が仮想線８１に近づけられると共に、第１凹部２３の底部が第３バスバー４０から遠ざけられる。このため、第３バスバー４０の第３凹部４３の底部から第１バスバー２０の第１凹部２３の底部までの距離を長く確保することができる。同様に、第３バスバー４０の第４凹部４４の底部から第２バスバー３０の第２凹部３３の底部までの距離を長く確保することができる。したがって、隣同士のバスバー２０、３０、４０で引き起こされる電磁誘導の影響を低減することができる。

さらに、隣同士のバスバー２０、３０、４０の間隔を広く確保する必要がない。すなわち、並列方向において、第１バスバー２０のうちの第３バスバー４０側とは反対側の端から、第２バスバー３０のうちの第３バスバー４０側とは反対側の端までの距離を変化させる必要がない。したがって、電流センサ１の全体のサイズを大型化せずに済む。

変形例として、図５に示されるように、各バスバー２０、３０、４０は、各段差部２４、３４、４５、４６を有していなくても良い。また、各凹部２３、３３、４３、４４の形状の種類が同じであっても、深さが異なっていても良い。

変形例として、図６に示されるように、第１バスバー２０の第１凹部２３及び第２バスバー３０の第２凹部３３は、投影面８０における形状が台形状になっていても良い。同様に、第３バスバー４０の第３凹部４３及び第４凹部４４は、投影面８０における形状が台形状になっていても良い。

変形例として、図７に示されるように、第１バスバー２０の第１凹部２３及び第２バスバー３０の第２凹部３３は、投影面８０における形状が円形状になっていても良い。同様に、第３バスバー４０の第３凹部４３及び第４凹部４４は、投影面８０における形状が円形状になっていても良い。ここで、円形状は、円弧の一部を指す。また、円形状は、真円の円弧の一部だけでなく、楕円の円弧の一部や、任意の曲線の一部も含む。

変形例として、図８に示されるように、第１バスバー２０の第１凹部２３及び第２バスバー３０の第２凹部３３は、投影面８０における形状が三角形状になっていても良い。同様に、第３バスバー４０の第３凹部４３及び第４凹部４４は、投影面８０における形状が三角形状になっていても良い。

変形例として、図９に示されるように、第１バスバー２０の第１凹部２３及び第２バスバー３０の第２凹部３３は、投影面８０における形状が階段状になっていても良い。同様に、第３バスバー４０の第３凹部４３及び第４凹部４４は、投影面８０における形状が階段状になっていても良い。さらに、各凹部２３、３３、４３、４４の形状としては、仮想線８１に対する対称の形状であれば、任意の形状でも構わない。

変形例として、図１０に示されるように、各バスバー２０、３０、４０は、平板状ではなく、円柱状に形成されたものでも良い。もちろん、円柱状に限られず、楕円柱、四角柱等の多角柱でも構わない。各バスバー２０、３０、４０が柱状であったとしても、投影面８０における各凹部２３、３３、４３、４４の形状が仮想線８１に対して対称になっていれば良い。

（第２実施形態）
本実施形態では、主に第１実施形態と異なる部分について説明する。図１１に示されるように、第１バスバー２０は、第１突出部２５を有する。第１突出部２５は、第１検出素子５０に対応する部分のうちの第３バスバー４０の側とは反対側の部分が、第３バスバー４０の側とは反対側に突出した部分である。第１突出部２５は、第１バスバー２０のうちの第１凹部２３の底部を構成する。

同様に、第２バスバー３０は、第２突出部３５を有する。第２突出部３５は、第２検出素子６０に対応する部分のうちの第３バスバー４０の側とは反対側の部分が、第３バスバー４０の側とは反対側に突出した部分である。第２突出部３５は、第２バスバー３０のうちの第２凹部３３の底部を構成する。

上記の構成によると、並列方向において、各突出部２５、３５が設けられていない場合よりも第１突出部２５の先端から第２突出部３５の先端までの距離が長くなる。しかしながら、第１凹部２３及び第２凹部３３は第３凹部４３及び第４凹部４４よりも深く形成することができる。したがって、電磁誘導の影響をさらに低減することができる。

（第３実施形態）
本実施形態では、主に第１実施形態と異なる部分について説明する。図１２に示されるように、投影面８０に投影される第１凹部２３及び第２凹部３３の形状の種類と第３凹部４３及び第４凹部４４の形状の種類とが異なる。具体的には、投影面８０に投影される第１凹部２３及び第２凹部３３の形状は三角形状である。これに対し、第３凹部４３及び第４凹部４４の形状は円形状である。これにより、第１実施形態と同様の効果が得られる。

変形例として、投影面８０に投影される第１凹部２３及び第２凹部３３の形状が円形状であり、第３凹部４３及び第４凹部４４の形状が三角形状でも良い。例えば、三角形状、円形状、矩形状、台形状、階段状、任意の形状のうちの２つの種類を任意に組み合わせれば良い。

変形例として、図１３に示されるように、第１バスバー２０は第１突出部２５を有し、第２バスバー３０は第２突出部３５を有していても良い。例えば、投影面８０に投影される第１凹部２３及び第２凹部３３の形状は任意の形状であり、第３凹部４３及び第４凹部４４の形状は矩形状である。

（他の実施形態）
上記各実施形態で示された電流センサ１の構成は一例であり、上記で示した構成に限定されることなく、本発明を実現できる他の構成とすることもできる。例えば、各突出部２５、３５の外縁部の形状は、角形状ではなく、曲線形状でも構わない。

また、直線方向における第１、第２凹部２３、３３と第３、第４凹部４３、４４の最大長さは異なっていても良い。例えば、図８に示された三角形状の底辺に対応する部分の長さについて、第１、第２凹部２３、３３の底辺に対応する部分の長さが第３、第４凹部４３、４４の底辺に対応する部分よりも長くなるように、各凹部２３、３３、４３、４４が形成されていても良い。

２０、３０、４０ バスバー
２３、３３、４３、４４ 凹部
２５、３５ 突出部
５０、６０、７０ 検出素子
８０ 投影面
８１ 仮想線

Claims (6)

1. 交流電流が流れると共に一方向に沿った形状であり、並列に配置された第１バスバー（２０）、第２バスバー（３０）、及び第３バスバー（４０）と、
   前記第１バスバー、前記第２バスバー、前記第３バスバーのそれぞれに対応して設けられ、前記各バスバーに流れる前記交流電流をそれぞれ検出する第１検出素子（５０）、第２検出素子（６０）、及び第３検出素子（７０）と、
   を含み、
   前記第３バスバーは、前記第１バスバーと前記第２バスバーとの間に配置され、
   前記第１バスバーは、前記第１検出素子に対応する部分であると共に前記第３バスバーに対向する部分が凹んだ第１凹部（２３）を有し、
   前記第２バスバーは、前記第２検出素子に対応する部分であると共に前記第３バスバーに対向する部分が凹んだ第２凹部（３３）を有し、
   前記第３バスバーは、前記第３検出素子に対応する部分であると共に前記第１凹部に対向する部分が凹んだ第３凹部（４３）と前記第２凹部に対向する部分が凹んだ第４凹部（４４）とを有し、
   前記各バスバーの並列方向に垂直な垂直方向に前記各バスバーが投影される面を投影面（８０）と定義し、前記投影面において前記並列方向及び前記垂直方向に垂直な方向を直線方向と定義し、前記投影面に投影された前記第３バスバーのうちの前記第３凹部及び前記第４凹部が形成されていない部分において前記並列方向の幅の中心位置を通ると共に前記直線方向に平行な直線を仮想線（８１）と定義すると、
   前記第１凹部及び前記第２凹部は、前記投影面における形状が前記仮想線に対して線対称の形状であり、
   前記第３凹部及び前記第４凹部は、前記投影面における形状が前記仮想線に対して線対称の形状である電流センサ。
2. 前記第１バスバーは、前記第１検出素子に対応する部分のうちの前記第３バスバーの側とは反対側の部分が、前記第３バスバーの側とは反対側に突出した第１突出部（２５）を有し、
   前記第２バスバーは、前記第２検出素子に対応する部分のうちの前記第３バスバーの側とは反対側の部分が、前記第３バスバーの側とは反対側に突出した第２突出部（３５）を有する請求項１に記載の電流センサ。
3. 前記投影面に投影される前記第１凹部及び前記第２凹部の形状の種類と前記第３凹部及び前記第４凹部の形状の種類とが同じである請求項１または２に記載の電流センサ。
4. 前記第１凹部及び前記第２凹部は、前記投影面における形状が矩形状であり、
   前記第３凹部及び前記第４凹部は、前記投影面における形状が矩形状である請求項３に記載の電流センサ。
5. 前記第１凹部及び前記第２凹部は、前記投影面における形状が台形状であり、
   前記第３凹部及び前記第４凹部は、前記投影面における形状が台形状である請求項３に記載の電流センサ。
6. 前記投影面に投影される前記第１凹部及び前記第２凹部の形状の種類と前記第３凹部及び前記第４凹部の形状の種類とが異なる請求項１または２に記載の電流センサ。

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