JP5537224B2 - 電流センサ組立体およびその組立方法 - Google Patents

電流センサ組立体およびその組立方法 Download PDF

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Description

本発明は、バスバーに流れる電流を検知する電流センサを複数有する電流センサ組立体およびその組立方法に関する。
ハイブリッド車や電気自動車等に用いられる車両用電気機器においては、モータジェネレータの端子とPCUのインバータの端子とは、バスバーを用いて電気的に接続される。また、バスバ−に流れる電流を検知するために電流センサが用いられる。このようなバスバーを用いた端子間の接続構造、および、電流センサを開示するものとして、下記の特許文献1から特許文献5が挙げられる。
従来バスバーには、横断面が矩形の平型バスバーが多く用いられている。また、モータジェネレータの端子位置およびPCUのインバータの端子位置との関係から、複数の平型バスバーを並べて配置する場合には、平型バスバーの横断面の長手方向の辺が延びる方向に沿って、平型バスバーが配置される。その結果、電流センサも平型バスバーの配置ピッチに合わせて並べる必要がある。このため、電流センサを並べて配置した場合、電流センサ組立体が大型化する。
また、モータジェネレータの端子位置およびPCUのインバータの端子位置との関係から、平型バスバーに対して曲げ加工を行なう必要がある。この場合、電流センサに平型バスバーを通過させた後に平型バスバーに対して曲げ加工を行なう。しかし、平型バスバーに対する曲げ加工、特に平型バスバーの横断面の長手方向の辺が延びる方向に沿う折り曲げ加工は、加工上の制約が多い。また、平型バスバーと電流センサとの間の位置関係が変化(隙間の変化)してしまい、電流センサ組立体の歩留まりを低下させる。
特開平09−093771号公報 特開2009−156803号公報 特開2009−156802号公報 特開2003−045231号公報 特開2004−104872号公報
この発明が解決しようとする課題は、電流センサ組立体が大型化する点、平型バスバーの曲げ加工に制約が多い点、平型バスバーの曲げ加工に起因して、電流センサ組立体の歩留まりが低下する点にある。したがって、この発明の目的は、上記課題を解決するためになされたものであり、電流センサ組立体の小型化、バスバーの曲げ加工を容易にし、電流センサ組立体の歩留まりを向上させることが可能な構造を有する、電流センサ組立体およびその組立方法を提供することにある。
この発明に基づいた電流センサ組立体においては、横断面が円形の複数の丸棒バスバーと、上記丸棒バスバーを通過させるように略環状形状に設けられる電流センサコアおよび電流センサ素子を有する複数の電流センサと、上記電流センサコアに上記丸棒バスバーを通過させるため、上記丸棒バスバーを通過させる貫通孔を含み、複数の上記電流センサコアを一体化した樹脂ケースとを備え、上記丸棒バスバーと上記樹脂ケースとの間には、上記丸棒バスバーの上記樹脂ケースに対する取付け位置を固定するための位置決め構造が設けられる。
上記電流センサ組立体の他の形態においては、上記位置決め構造は、上記樹脂ケースに対する上記丸棒バスバーの軸方向の位置を固定するため、上記丸棒バスバーには、上記軸方向に対して交差する方向に張出すフランジが設けられ、上記樹脂ケースには、上記フランジを上記軸方向側から受ける拡径部が設けられる。
上記電流センサ組立体の他の形態においては、上記位置決め構造は、上記樹脂ケースに対する上記丸棒バスバーの軸周りの位置を固定するため、上記丸棒バスバーには、上記軸方向に対して交差する方向に張出す凸部が設けられ、上記樹脂ケースには、上記凸部を上記軸方向に対して交差する方向から受け入れる凹部が設けられる。
この発明に基づいた電流センサ組立体の組立方法においては、略環状形状の電流センサコアを複数配列する工程と、ぞれぞれの上記電流センサコアを貫通する貫通孔を有するように上記電流センサコアを樹脂で一体化した樹脂ケースを形成する工程と、上記樹脂ケースに設けられたそれぞれの上記貫通孔に対して、横断面が円形の複数の丸棒バスバーを貫通させて位置決めする工程と、それぞれの上記丸棒バスバーに対して端子加工を施す工程と、電流センサ素子を上記電流センサコアの所定位置に装着する工程とを備える。
上記電流センサ組立体の組立方法の他の形態においては、上記樹脂ケースに対して、上記丸棒バスバーの位置決めを行なった後に、それぞれの上記丸棒バスバーに対して曲げ加工を施す工程をさらに含む。
この発明に基づいた電流センサ組立体およびその組立方法によれば、電流センサ組立体の小型化、バスバーの曲げ加工を容易にし、電流センサ組立体の歩留まりを向上させることが可能な構造を有する、電流センサ組立体およびその組立方法を提供することが可能となる。
モータジェネレータへの電力供給系の概略図である。 実施の形態における電流センサ組立体の全体構成を示す斜視図である。 実施の形態における電流センサ組立体の内部構造を示す部分斜視図である。 図3中のIV−IV線矢視断面図である。 横断面が矩形の平型バスバーを用いた場合の、図3中のIV−IV線矢視に相当する断面図である。 実施の形態における樹脂ケースの全体構成を示す斜視図である。 図6中のVII−VII線矢視断面図である。 図6中のVIII−VIII線矢視断面図である。 丸棒バスバー用の電流センサコアの製造工程を示す概念図である。 平型バスバー用の電流センサコアの製造工程を示す概念図である。 平型バスバーの製造工程を示す概念図である。 実施の形態における電流センサ組立体の組立方法を示す第1工程図である。 実施の形態における電流センサ組立体の組立方法を示す第2工程図である。 実施の形態における電流センサ組立体の組立方法を示す第3工程図である。 実施の形態における電流センサ組立体の組立方法を示す第4工程図である。 実施の形態における電流センサ組立体の組立方法を示す第5工程図である。
本発明に基づいた実施の形態における電流センサ組立体およびその組立方法について、以下、図を参照しながら説明する。なお、以下に説明する実施の形態において、個数、量などに言及する場合、特に記載がある場合を除き、本発明の範囲は必ずしもその個数、量などに限定されない。また、同一の部品、相当部品に対しては、同一の参照番号を付し、重複する説明は繰り返さない場合がある。
(モータジェネレータへの電力供給系)
本実施の形態おける電流センサ組立体を車両駆動装置に適用した一例について、以下、図1を参照して説明する。なお、図1は、モータジェネレータへの電力供給系の概略図である。車両駆動装置は、エンジンと、電動機と発電機とを兼ね、主に発電機として動作するモータジェネレータMG1と、主に電動機として動作するモータジェネレータMG2とを備えている。
モータジェネレータMG1、MG2への電力供給系については、ニッケル水素又はリチウムイオン等の二次電池からなるバッテリ106と、パワーコントロールユニット(以下「PCU」という)110とから構成される。PCU110は、バッテリ106から供給される直流電圧を昇圧する昇圧コンバータ105と、昇圧コンバータ105からの直流電圧を交流電圧に変換してモータジェネレータMG1、MG2に供給するインバータ103、104とから構成される。
モータジェネレータMG1、MG2が発電機として動作するときは、モータジェネレータMG1、MG2からの交流電圧がインバータ103、104で直流電圧に変換され、さらに昇圧コンバータ105で逆に降圧された後、バッテリ106に充電される。
モータジェネレータMG1とインバータ103との間のU相、V相、W相は、それぞれバスバー11,12,13により連結され、モータジェネレータMG2とインバータ104との間のU相、V相、W相は、それぞれバスバー21,22,23により連結される。
バスバー11,12,13,21,22,23には、モータジェネレータMG1、MG2のそれぞれに流れるモータ電流(すなわち、インバータ出力電流)を検出するための電流センサ組立体200が設けられている。この電流センサ組立体200では、モータジェネレータMG1、MG2のそれぞれに流れるモータ電流の、U相、V相、W相のうちの2相分のモータ電流(たとえば、V相電流ivおよびW相電流iw)を検知するように配置されている。
(電流センサ組立体200の構成)
次に、図2から図11を参照して、本実施の形態における電流センサ組立体200の構成について説明する。まず、図2から図4を参照して、電流センサ組立体200概略構成について説明する。なお、図2は、電流センサ組立体200の全体構成を示す斜視図、図3は、電流センサ組立体200の内部構造を示す部分斜視図、図4は、図3中のIV−IV線矢視断面図である。また、図3および図4において、内部構造を明確に示すため、樹脂ケース250は破線で図示している。
この電流センサ組立体200は、横断面が円形の複数の丸棒バスバー211,212,213,221,222,223を有している。丸棒バスバー211は、モータジェネレータMG1のW相の接続、丸棒バスバー212は、モータジェネレータMG1のV相の接続、丸棒バスバー213は、モータジェネレータMG1のU相の接続に用いられる。丸棒バスバー221は、モータジェネレータMG2のW相の接続、丸棒バスバー222は、モータジェネレータMG2のV相の接続、丸棒バスバー223は、モータジェネレータMG1のU相の接続に用いられる。
丸棒バスバー211,212,213,221,222,223には、モータジェネレータMG1,MG2の端子位置およびPCUのインバータ103,104の端子位置との関係から、所定の曲げ加工が施されている。さらに、各丸棒バスバー211,212,213,221,222,223の両端部には、連結用の端子加工が施されている。端子加工としては、211,212,213,221,222,223の両端部に、接続用孔211cを有する平板状部211bを設ける。なお、曲げ加工を施す必要のないバスバーも存在する。
電流センサ組立体200は、樹脂ケース250を有している。この樹脂ケース250は、丸棒バスバー211,212,221,222を保持する本体部251と、丸棒バスバー213,223を保持する耳部252,252とを有している。
樹脂ケース250の本体部251の内部には、図3に示すように、略環状形状の電流センサコア271c,272c,273c,274cが設けられ、樹脂ケース250の本体部251と電流センサコア271c,272c,273c,274cとは一体化されている。
丸棒バスバー211,212,213,221,222,223と、樹脂ケース250(本体部251および耳部252,252)との間には、丸棒バスバー211,212,213,221,222,223の樹脂ケース250に対する取付け位置を固定するための位置決め構造が設けられる。
具体的には、丸棒バスバー211,212,213,221,222,223には、その軸方向に対して交差する方向に張出すフランジ2122と、さらにこのフランジ2122から軸方向に対して交差する方向に張出す凸部2121とが設けられている。
一方、樹脂ケース250には、丸棒バスバー211,212,213,221,222,223を通過させる貫通孔253が設けられ、各貫通孔253の樹脂ケース250の表面には、上記フランジ2122を軸方向側から受ける拡径部254と、上記凸部2121を軸方向に対して交差する方向から受け入れる凹部256とが設けられている。
このように、丸棒バスバー211,212,213,221,222,223の表面にフランジ2122を設けることで、フランジ2122は拡径部254により支持されることから、丸棒バスバーの軸方向の位置決めを容易に行なうこと可能となる。
また、丸棒バスバー211,212,213,221,222,223の表面に凸部2121を設けることで、凸部2121は凹部256により支持されることから、丸棒バスバーの軸周りの回転が規制され、丸棒バスバーの軸周り方向の位置決めを容易に行なうこと可能となる。
なお、丸棒バスバーの軸方の位置決めが問題にならない場合には、丸棒バスバーの軸周りの回転のみを規制する位置決め構造のみを採用すること、または、丸棒バスバーの軸周りの位置決めが問題にならない場合には、丸棒バスバーの軸方向の移動を規制する位置決め構造のみを採用することも可能である。
図4に示すように、電流センサコア271c,272c,273c,274cには、それぞれスリット271s,272s,273s,274sが設けられ、この各スリット271s,272s,273s,274sには、それぞれ電流センサ素子281,282,283,284が挿入されている。
電流センサ素子281,282,283,284は、樹脂ケース250に設けられた開口部261から、電流センサコア271c,272c,273c,274cに設けられたスリット271s,272s,273s,274sから挿入され、基板260に固定されている。
電流センサコア271cと電流センサ素子281とにより、丸棒バスバー211の電流センサ271を構成し、電流センサコア272cと電流センサ素子282とにより、丸棒バスバー212の電流センサ272を構成し、電流センサコア273cと電流センサ素子283とにより、丸棒バスバー221の電流センサ273を構成し、電流センサコア274cと電流センサ素子284とにより、丸棒バスバー222の電流センサ274を構成する。
基板260からは、電流センサ271,272,273,274から得られた電気信号を出力するためのケーブル230およびコネクタ240が連結されている(図2および図3参照)。
ここで、図5に、背景技術における電流センサ組立体の断面構造を示す。背景技術においては、バスバーに横断面が矩形の平型バスバー211,212,213,221,222,223を用いている。図4に示す本実施の形態における電流センサ組立体200に相当する箇所には、同じ符合を付している。本実施の形態における丸棒バスバーと背景技術における平型バスバーとは同じ断面積を有している。
図4と図5との対比からも明らかなように、本実施の形態においては(図4)、丸棒バスバーを用いていることから、電流センサコアも、丸棒バスバーの周囲を取囲むように設けられる略環状形状となる。
一方、背景技術の場合には(図5)、平型バスバーを用いていることから、電流センサコアも、平型バスバーの周囲を取囲む、長方形形状となる。その結果、同じ機能を有している場合であっても、平型バスバーの配置ピッチ(L2)よりも、丸棒バスバーの配置ピッチ(L1)の方を小さくすることができる。また、丸棒バスバーの曲げ加工は容易に行なうことができるため、電流センサコアの配置ピッチを最小限にするこができる。
その結果、本実施の形態に示すように、電流センサコアを複数並べて配置した場合には、図4に示す平型バスバーを用いた電流センサ組立体に比べて、電流センサ組立体を小型化することが可能になる。
(電流センサ組立体200の組立方法)
次に、図6から図16を参照して、電流センサ組立体200の組立方法について説明する。まず、図6から図8を参照して、樹脂ケース250の具体的構造について説明する。なお、図6は、樹脂ケース250の全体構成を示す斜視図、図7は、図6中のVII−VII線矢視断面図、図8は、図6中のVIII−VIII線矢視断面図である。
略環状形状の電流センサコア271c,272c,273c,274cを複数配列した状態で、ぞれぞれの電流センサコア271c,272c,273c,274cを貫通する貫通孔253を有するように電流センサコア271c,272c,273c,274cを樹脂で一体化した樹脂ケース250を形成する。
樹脂ケース250は、貫通孔253を有し、電流センサコア271c,272c,273c,274cが一体化された本体部251と、本体部251の長手方向の両端において、貫通孔253が設けられる耳部252,252とを有している。貫通孔253の表面には、位置決め構造としての凹部256および拡径部254が形成されている。
樹脂ケース250の本体部251には、電流センサ素子281,282,283,284を固定する基板260も、電流センサコア271c,272c,273c,274cとともに一体化されている。また、本体部251には、電流センサ素子281,282,283,284に設けられる各スリット271s,272s,273s,274sに電流センサ素子281,282,283,284を挿入し、電流センサ素子281,282,283,284を基板260に固定するための開口部261が形成されている。
ここで、図9および図10を参照して、本実施の形態における電流センサコアの製造と、従来の電流センサコアの製造とを比較する。なお、図9は、丸棒バスバー用の電流センサコアの製造工程を示す概念図、図10は、平型バスバー用の電流センサコアの製造工程を示す概念図である。
図9に示すように、本実施の形態における電流センサコアは、環状形状を有していることから、所定幅に成型した帯状のコア材T1を巻き芯CPに巻き付けることにより製造することができる。なお、スリットは、後加工により成形する。
一方、図10に示すように、平型バスバー用の電流センサコアは、所定幅に成型した帯状のコア材T1を巻き芯CPに巻き付けた後に(図10(A))、全体形状を矩形形状にするために成形加工を施す必要がある(図10(B))。このように、本実施の形態における電流センサコアは、平型バスバー用の電流センサコアの製造工程に対して、その工程を少なくすることができるため、製造コストを低減させることが可能となる。
次に、図11を参照して、平型バスバーの製造について説明する。なお、図11は、平型バスバーの製造工程を示す概念図である。平型バスバーはその横断面が矩形形状であるため、図11に示すように、鋼板T2からプレス型を用いて打ち抜くことにより(プレス加工)、平型バスバーT21を製造していた。
そのため、プレス加工用の取代(隣接する製品の間に要する余裕部分)が必要となり、鋼板に対する歩留まりが課題となる。また、予め曲げられた形状を有する平型バスバーを製造する場合には、プレス加工用の取代がさらに大きくなり、歩留まりの悪化、製造コストの上昇が課題となる。
一方、本実施の形態における丸棒バスバーの場合には、丸棒の素材を必要な長さに切断すれば良いため、丸棒バスバーに要する材料コストの低減を図ることが可能になる。また、丸棒に対する曲げ加工も容易に行なうことができるため、さらに製造コストの低減を図ることが可能となる。
次に、図12から図16を参照して、図6の樹脂ケース250を準備する工程に引き続き、電流センサ組立体200の組立方法について説明する。なお、図12から図16は、電流センサ組立体の組立方法を示す第1から5工程図である。なお、丸棒バスバー221,222,223を一例として説明するが、丸棒バスバー211,212,213も同様である。
まず、図12を参照して、表面にフランジ2122および凸部2121が設けられた、所定長さの丸棒バスバー221,222,223を準備する。次に、図13を参照して、丸棒バスバー221,222,223の一方端側に対して所定の曲げ加工を施す(図13中のXで囲まれた流域)。なお、モータジェネレータの端子位置およびPCUのインバータの端子位置との関係から、バスバーへの曲げ加工が不要な場合もある。
次に、図14を参照して、丸棒バスバー221,222,223の曲げ加工が施されていない端部側から、樹脂ケース250に設けられた貫通孔253に対して丸棒バスバー221,222,223を通過させる。このとき、丸棒バスバー221,222,223と樹脂ケース250との間に設けられた位置決め構造により、両者を容易に位置決めすることができる。
次に、図15を参照して、樹脂ケース250を通過した反対側の丸棒バスバー221,222,223に対して曲げ加工を施す。なお、モータジェネレータの端子位置およびPCUのインバータの端子位置との関係から、バスバーへの曲げ加工が不要な場合もある。
次に、図16を参照して、丸棒バスバー221,222,223の両端部に対して、端子加工を行なう。端子加工としては、丸棒バスバー221,222,223の両端部に、接続用孔211cを有する平板状部211bを設ける。以上の工程により、本実施の形態における電流センサ組立体200が完成する。
(作用・効果)
以上、本実施の形態における電流センサ組立体200によれば、バスバーに丸棒バスバーを用いることで、電流センサコアにも、略環状形状の採用が可能となり、電流センサ組立体をより小型化することが可能になる。また、丸棒バスバーに要する費用の低減を図ることが可能になる。さらに、電流センサコアに略環状形状を採用することが可能となり、電流センサコアの製造コストの低減も可能となる。
また、丸棒バスバーと樹脂ケースとの間に位置決め構造を設けることで、製造工程時における両者の間の位置決めを容易に実現することができる。その結果、電流センサ組立体200の製造工程における歩留まりが向上し、電流センサ組立体200の製造コストを低減させることが可能になる。
また、丸棒バスバーに対する曲げ加工が容易であることから、丸棒バスバーが装着されていない状態での電流センサ組立体をユニット化することが可能となり、汎用製品として用いることも可能となる。
以上、本発明の実施の形態について説明したが、今回開示された実施の形態は全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および範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。
11,12,13,21,22,23 バスバー、103,104 インバータ、105 昇圧コンバータ、106 バッテリ、110 パワーコントロールユニット(PCU)、200 電流センサ組立体、211,212,213,221,222,223 丸棒バスバー、211b 平板状部、211c 接続用孔、2121 凸部、2122 フランジ、230 ケーブル、240 コネクタ、250 樹脂ケース、251 本体部、252 耳部、253 貫通孔、254 拡径部、256 凹部、260 基板、261 開口部、271,272,273,274 電流センサ、271c,272c,273c,274c 電流センサコア、271s,272s,273s,274s スリット、281,282,283,284 電流センサ素子、MG1,MG2 モータジェネレータ。

Claims (3)

  1. 横断面が円形の複数の丸棒バスバーと、
    前記丸棒バスバーを通過させるように略環状形状に設けられる電流センサコアおよび電流センサ素子を有する複数の電流センサと、
    前記電流センサコアに前記丸棒バスバーを通過させるため、前記丸棒バスバーを通過させる貫通孔を含み、複数の前記電流センサコアを一体化した樹脂ケースと、を備え、
    前記丸棒バスバーと前記樹脂ケースとの間には、前記丸棒バスバーの前記樹脂ケースに対する取付け位置を固定するための位置決め構造が設けられ
    前記位置決め構造は、前記樹脂ケースに対する前記丸棒バスバーの軸周りの位置を固定するため、前記丸棒バスバーには、前記軸方向に対して交差する方向に張出す凸部が設けられ、前記樹脂ケースには、前記凸部を前記軸方向に対して交差する方向から受け入れる凹部が設けられる、電流センサ組立体。
  2. 前記位置決め構造は、前記樹脂ケースに対する前記丸棒バスバーの軸方向の位置を固定するため、前記丸棒バスバーには、前記軸方向に対して交差する方向に張出すフランジが設けられ、前記樹脂ケースには、前記フランジを前記軸方向側から受ける拡径部が設けられる、請求項1に記載の電流センサ組立体。
  3. 略環状形状の電流センサコアを複数配列する工程と、
    それぞれの前記電流センサコアを貫通する貫通孔を有するように前記電流センサコアを樹脂で一体化した樹脂ケースを形成する工程と、
    前記樹脂ケースに設けられたそれぞれの前記貫通孔に対して、横断面が円形の複数の丸棒バスバーを貫通させて位置決めする工程と、
    それぞれの前記丸棒バスバーに対して端子加工を施す工程と、
    電流センサ素子を前記電流センサコアの所定位置に装着する工程と、
    を備え、
    前記樹脂ケースに対して、前記丸棒バスバーの位置決めを行なった後に、
    それぞれの前記丸棒バスバーに対して曲げ加工を施す工程をさらに含む、電流センサ組立体の組立方法。
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