JP2021139799A - 電流センサ - Google Patents

Abstract

【課題】バスバーが固定される部分と磁性体コアが収容される部分とを一体に備えたものにおいて、磁性体コアの精度低下を抑制する。【解決手段】電流センサは、バスバーを流れる電流を検出する磁性体コアと、磁性体コアが収容されたセンサ本体部と、バスバーが固定される少なくとも１つの端子台と、設置するためのベース部と、を備え、センサ本体部と端子台とは、隙間を隔ててベース部上に設けられている。【選択図】図１

Description

本発明は、バスバーを流れる電流を検出する電流センサに関する。

従来、特許文献１に開示された端子台が知られている。
特許文献１に開示された端子台は、樹脂によって形成された本体と、モータの端子とインバータとを接続するバスバーと、バスバーを流れる電流を検出する磁性体コアとを有している。バスバーは、インサート成形によって本体と一体化されている。磁性体コアは、本体に収容されている。

特開２０１７−１１７６４３号公報

ところで、バスバーは電流が流れることにより発熱するが、従来のように、バスバーがインサート成形によって本体と一体化されていると共に本体に磁性体コアが収容されているものにあっては、バスバーに発生した熱が本体に伝わると共に本体を介して磁性体コアに伝わる。そうすると、熱によって磁性体コアの特性が変化し、電流検知の精度が悪くなるという問題がある。

本発明は、前記問題点に鑑み、バスバーが固定される部分と磁性体コアが収容される部分とを一体に備えたものにおいて、磁性体コアの精度低下を抑制することを目的とする。

本発明の一態様に係る電流センサは、バスバーを流れる電流を検出する磁性体コアと、前記磁性体コアが収容されたセンサ本体部と、前記バスバーが固定される少なくとも１つの端子台と、設置するためのベース部と、を備え、前記センサ本体部と前記端子台とは、隙間を隔てて前記ベース部上に設けられている。
また、前記センサ本体部と前記端子台とは、前記ベース部から上方に突出すると共に前記隙間を隔てて水平方向で対向し、前記センサ本体部は、前記センサ本体部と前記端子台との対向方向で前記バスバーが貫通する貫通孔であって周囲を前記磁性体コアで囲まれた貫通孔を有し、前記端子台は、前記対向方向で前記貫通孔に対応する位置に前記バスバーが載置されて支持される支持面を有している。

また、前記対向方向及び上下方向に直交する第１方向における前記貫通孔の幅は前記バスバーの幅よりも大であり、前記支持面の高さは、前記貫通孔の内面の下面よりも高い位置にあり、前記支持面と前記貫通孔の内面の上面との上下方向に関する距離は、前記バスバーの厚みよりも大きい。
また、前記端子台は、複数設けられ、複数の端子台は、前記第１方向で間隔をあけて並べて配置されている。

また、前記端子台は、前記支持面に載置されて支持された前記バスバーを挟む一対の規制部を有している。
また、前記センサ本体部と前記端子台と前記ベース部とが樹脂により一体形成されている。

上記の構成によれば、センサ本体部と端子台とが隙間を隔ててベース部上に設けられているので、バスバーの発熱が磁性体コアに伝わりにくくなり、磁性体コアの精度低下を抑制することができる。

バスバー及び電流センサの斜視図である。 電流センサの斜視図である。 バスバー及び電流センサの正面図である。 バスバー及び電流センサの側面断面図である。 バスバー及び電流センサの平面図である。 バスバー及び電流センサの背面図である。

以下、本発明の一実施形態について、図面を適宜参照しつつ説明する。
図１は、電力変換装置に組み込まれる電流検出装置１を示している。電力変換装置は、例えば、農業機械や建設機械等に搭載される車載用電力変換装置である。電力変換装置は、バッテリの直流電力を、モータの駆動に適した交流電力に変換する。また、電力変換装置は、モータにより発電された交流電力を、バッテリを充電可能な直流電力に変換する。電力変換装置は、３相交流モータとインバータとを備えている。

電流検出装置１は、３相交流モータとインバータとの間に設けられ、モータとインバータとの間を流れる電流を検出する。詳しくは、電流検出装置１は、バスバー２と電流センサ３とを有している。バスバー２の一方の端部は、モータの端子に接続され、他方の端部はインバータに接続される。電流センサ３は、バスバー２を流れる電流の大きさを検出する。電流センサ３で検出された検出値に基づいて、例えば、モータの回転が適切に制御される。

以下の説明において、上下方向Ｖに直交する水平方向のうちの一方向を第１方向（図１〜図３、図５、図６に矢印Ａで示す方向）として説明し、上下方向Ｖ及び第１方向Ａに直交する方向を第２方向（図１、図２、図４、図５に矢印Ｂで示す方向）として説明する。また、第１方向Ａの一方の方向を第１方向一方Ａ１、第１方向Ａの他方の方向を第１方向他方Ａ２として説明する。また、第２方向Ｂの一方の方向を第２方向一方Ｂ１、第２方向Ｂの他方の方向を第２方向他方Ｂ２として説明する。

図１に示すように、バスバー２は、帯板材の導体によって形成されている。
図２に示すように、電流センサ３は、電力変換装置のケース等にボルト等によって取り付けられるセンサ台４と、バスバー２を流れる電流を検出する磁性体コア５とを有している。磁性体コア５で検出された検出値に基づいてバスバー２を流れる電流の大きさが演算により求められる。

図１、図２に示すように、センサ台４は、電力変換装置のケース等の設置部１８（図４参照）に設置するためのベース部６と、磁性体コア５が収容されるセンサ本体部７と、バスバー２が取り付けられる端子台８とを有している。センサ本体部７と端子台８とは、ベース部６上に設けられている。ベース部６、センサ本体部７及び端子台８は、樹脂で一体形成されている。

図５に示すように、センサ台４は、第１方向Ａが第２方向Ｂよりも長い平面視矩形状を呈している。センサ台４（ベース部６）の底面は、平面度を出すようにして平坦状に形成されている。センサ台４の底面の平面度を出すことにより、バスバー２を電流が流れることにより発生する熱を電力変換装置のケース等に効率よく逃がすことができる。また、センサ台４（ベース部６）の底面に熱伝導性のよい材料を取り付けてもよい。センサ台４の底面と電力変換装置のケース等との間に熱伝導性のよい材料を配置することで、バスバー２で発生した熱を電力変換装置のケース等に効率よく伝えることができる。

図２、図５に示すように、ベース部６は、第１方向Ａが第２方向Ｂよりも長い矩形体形状に形成されている。ベース部６には、センサ台４を電力変換装置のケース等に取り付けるためのボルトが挿通されるボルト挿通孔９がベース部６を上下方向Ｖに貫通して形成されている。
図２〜図６に示すように、センサ本体部７は、ベース部６における第２方向Ｂ中央部から第２方向一方Ｂ１寄りに配置されている。センサ本体部７は、ベース部６から上方に突出している。センサ本体部７は、ベース部６の第１方向一方Ａ１の端部（一端部）から第１方向他方Ａ２の端部（他端部）にわたって設けられている。センサ本体部７は、バスバー２が貫通する貫通孔１０であって周囲を磁性体コア５で囲まれた貫通孔１０を有している。貫通孔１０は、第２方向Ｂでセンサ本体部７を貫通している。また、貫通孔１０は、第１方向Ａが上下方向Ｖよりも長い断面矩形状に形成されている。センサ本体部７は、複数の貫通孔１０を有している。本実施形態では、３つの貫通孔１０（第１貫通孔１０Ａ、第２貫通孔１０Ｂ、第３貫通孔１０Ｃ）を有している。複数の貫通孔１０は、第１方向Ａに間隔をあけて並べて形成されている。

センサ本体部７の第１方向Ａの両端部には、センサ台４を電力変換装置のケース等に取り付けるためのボルトが挿通されるボルト挿通孔１１がセンサ本体部７及びベース部６を上下方向Ｖに貫通して形成されている。
磁性体コア５は、例えば、貫通孔１０の周囲を覆う筒状に形成され、センサ本体部７内に埋設されて収容されている。

図１、図２に示すように、端子台８は、複数設けられている。本実施形態では、センサ台４は、３つの端子台８（第１端子台８Ａ、第２端子台８Ｂ、第３端子台８Ｃ）を有している。したがって、図１に示すように、センサ台４には、３つのバスバー２が取り付け可能である。複数の端子台８は、ベース部６から上方に突出している。第２方向Ｂにおいて、第１端子台８Ａは第１貫通孔１０Ａに対応し、第２端子台８Ｂは第２貫通孔１０Ｂに対応し、第３端子台８Ｃは第３貫通孔１０Ｃに対応している。

図２〜図５に示すように、複数の端子台８は、ベース部６における第２方向Ｂ中央部から第２方向他方Ｂ２寄りに配置されている。また、複数の端子台８は、第１方向Ａに間隔をあけて並べて配置されている。詳しくは、第１端子台８Ａは、ベース部６の第１方向Ａの一端部から第１方向他方Ａ２に所定距離離れた位置に設けられている。第３端子台８Ｃは、ベース部６の第１方向Ａの他端部から第１方向一方Ａ１に所定距離離れた位置に設けられている。第２端子台８Ｂは、第１端子台８Ａ及び第３端子台８Ｃと第１方向Ａに間隔をあけて設けられている。なお、第１端子台８Ａと第２端子台８Ｂとの間の間隔、第２端子台８Ｂと第３端子台８Ｃとの間の間隔は、同じであってもよいし、異なっていてもよい。

図４、図５に示すように、センサ本体部７と複数の端子台８とは、隙間１２を隔てて第２方向Ｂで対向している。つまり、第２方向Ｂは、センサ本体部７と端子台８との対向方向である。隙間１２は、例えば、数ミリである。
各端子台８は、四角ブロック状の台本体部８ａと、一対の規制部８ｂとを有している。台本体部８ａの上面は、バスバー２が載置されて支持される支持面８ｃとされている。支持面８ｃは、第２方向Ｂで貫通孔１０に対応する位置に設けられている。支持面８ｃには、ネジ穴１３が形成されている。ネジ穴１３は、内周面に雌ネジを切って形成された穴である。

バスバー２は、以下のようにして、端子台８に取り付けられる。
先ず、図１、図４に示すように、バスバー２を、長手方向が第２方向Ｂに沿う状態にして貫通孔１０を貫通させると共にバスバー２の長手方向の中途部を支持面８ｃに載せる。そして、取付ネジ１４を上方からバスバー２を挿通させると共にネジ穴１３にネジ込むことにより、バスバー２が支持面８ｃに取り付けられる。なお、バスバー２が支持面８ｃの第２方向他方Ｂ２の端部から下方に延びる部位を有する場合は、該部位を台本体部８ａに取り付けてもよい。つまり、バスバー２が取り付けられる面は、台本体部８ａの第２方向他方Ｂ２の端面８ｄ（図２参照）であってもよい。

図３、図６に示すように、貫通孔１０の第１方向Ａの幅Ｗ１はバスバー２の幅Ｗ２よりも大である。支持面８ｃの高さは、貫通孔１０の内面の下面１０ａよりも高い位置にある。また、支持面８ｃと貫通孔１０の内面の上面１０ｂとの上下方向Ｖに関する距離１５は、バスバー２の厚１６みよりも大きい。したがって、バスバー２は、貫通孔１０の内面と間隔を有している。つまり、バスバー２は、貫通孔１０の内面と非接触である。

図１、図２に示すように、一対の規制部８ｂの一方は、端子台８の上面の第１方向一方Ａ１の端部から上方に立ち上がっており、他方は、端子台８の上面の第１方向他方Ａ２の端部から上方に立ち上がっている。各規制部８ｂは、第２方向Ｂに沿う方向に延伸して形成されており、一対の規制部８ｂでバスバー２を挟んでいる。図５に示すように、一対の規制部８ｂの間隔１７は、バスバー２の幅Ｗ２と同寸法に形成されている。一対の規制部８ｂによって、バスバー２の取付ネジ１４（ネジ穴）の軸心回り及び第１方向Ａのがたつ
きを規制することができる。

本実施形態の電流センサ３にあっては、センサ本体部７と端子台８との間には、隙間１２が設けられているので、バスバー２を電流が流れることにより発生する熱は、センサ本体部７に直接伝わらない。つまり、バスバー２に発生する熱は、端子台８からベース部６に伝わり、ベース部６からセンサ本体部７に伝わる。これにより、バスバー２の発熱が伝達される距離が長くなり、磁性体コア５への熱伝導率が低下する。したがって、バスバー２の発熱が磁性体コア５に伝わりにくくなり、磁性体コア５の精度低下を抑制することができる。

また、バスバー２には、電力変換装置が搭載される機械の振動が伝わるが、バスバー２の中間部をボルト止めするため、振動の腹部分が固定され、バスバー２の振動が抑制される。また、電流センサ３に端子台８を一体化することにより、電流センサ３と端子台８とを別体で形成する場合に比べて、部品点数を少なくすることができる。また、端子台８を電流センサ３に一体化することにより、電流センサ３を固定する固定点が増え、耐振性を向上することができる。

本実施形態の電流センサ３は、バスバー２を流れる電流を検出する磁性体コア５と、磁性体コア５が収容されたセンサ本体部７と、バスバー２が固定される少なくとも１つの端子台８と、設置するためのベース部６と、を備え、センサ本体部７と端子台８とは、隙間１２を隔ててベース部６上に設けられている。
この構成によれば、センサ本体部７と端子台８とが隙間１２を隔ててベース部６上に設けられているので、バスバー２の発熱が磁性体コア５に伝わりにくくなり、磁性体コア５の精度低下を抑制することができる。

また、センサ本体部７と端子台８とは、ベース部６から上方に突出すると共に隙間１２を隔てて水平方向で対向し、センサ本体部７は、センサ本体部７と端子台８との対向方向（第２方向Ｂ）でバスバー２が貫通する貫通孔１０であって周囲を磁性体コア５で囲まれた貫通孔１０を有し、端子台８は、対向方向Ｂで貫通孔１０に対応する位置にバスバー２が載置されて支持される支持面８ｃを有している。

この構成によっても、バスバー２の発熱が磁性体コア５に伝わりにくくなることによる磁性体コア５の精度低下の抑制を図ることができる。
また、対向方向Ｂ及び上下方向Ｖに直交する第１方向Ａにおける貫通孔１０の幅Ｗ１はバスバー２の幅Ｗ２よりも大であり、支持面８ｃの高さは、貫通孔１０の内面の下面１０ａよりも高い位置にあり、支持面８ｃと貫通孔１０の内面の上面１０ｂとの上下方向Ｖに関する距離１５は、バスバー２の厚みよりも大きい。

これにより、バスバー２と貫通孔１０の内面との間に間隔を形成することができる。
また、端子台８は、複数設けられ、複数の端子台８は、第１方向Ａで間隔をあけて並べて配置されている。
この構成によれば、バスバー２から伝わる熱を端子台８の間から逃がすことができる。
また、端子台８は、支持面８ｃに載置されて支持されたバスバー２を挟む一対の規制部８ｂを有している。

この構成によれば、バスバー２のがたつきを抑制することができる。
また、センサ本体部７と端子台８とベース部６とが樹脂により一体形成されている。
これにより、成形の容易化を図ることができる。
以上、本発明の一実施形態について説明したが、今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

２ バスバー
５ 磁性体コア
６ ベース部
７ センサ本体部
８ 端子台
８ｂ 規制部
８ｃ 支持面
１０ 貫通孔
１０ａ 下面
１０ｂ 上面
１２ 隙間
１５ 距離
Ａ 第１方向
Ｂ 対向方向（第２方向）
Ｖ 上下方向
Ｗ１ 幅
Ｗ２ 幅

Claims (6)

1. バスバーを流れる電流を検出する磁性体コアと、
   前記磁性体コアが収容されたセンサ本体部と、
   前記バスバーが固定される少なくとも１つの端子台と、
   設置するためのベース部と、
   を備え、
   前記センサ本体部と前記端子台とは、隙間を隔てて前記ベース部上に設けられている電流センサ。
2. 前記センサ本体部と前記端子台とは、前記ベース部から上方に突出すると共に前記隙間を隔てて水平方向で対向し、
   前記センサ本体部は、前記センサ本体部と前記端子台との対向方向で前記バスバーが貫通する貫通孔であって周囲を前記磁性体コアで囲まれた貫通孔を有し、
   前記端子台は、前記対向方向で前記貫通孔に対応する位置に前記バスバーが載置されて支持される支持面を有している請求項１に記載の電流センサ。
3. 前記対向方向及び上下方向に直交する第１方向における前記貫通孔の幅は前記バスバーの幅よりも大であり、
   前記支持面の高さは、前記貫通孔の内面の下面よりも高い位置にあり、
   前記支持面と前記貫通孔の内面の上面との上下方向に関する距離は、前記バスバーの厚みよりも大きい請求項２に記載の電流センサ。
4. 前記端子台は、複数設けられ、
   複数の端子台は、前記第１方向で間隔をあけて並べて配置されている請求項３に記載の電流センサ。
5. 前記端子台は、前記支持面に載置されて支持される前記バスバーを挟む一対の規制部を有している請求項２〜４のいずれか１項に記載の電流センサ。
6. 前記センサ本体部と前記端子台と前記ベース部とが樹脂により一体形成されている請求項１〜５のいずれか１項に記載の電流センサ。

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