JP5991449B1 - 電流検出器 - Google Patents

Abstract

【課題】高さと占有体積を抑え、端子接続部の機械的強度を確保しつつ端子接続方向の変更を容易とした端子台一体型電流検出器を提供する。【解決手段】電流検出器１は電流検出部１００と端子台部２００と導体バー３００から構成され、端子台部２００は電流検出部１００と高さが等しい第１端子台部２１０と電流検出部１００より高い第２端子台部２２０から構成される。電流検出部１００に内包された複数のコア１０１は軸方向が電流検出部２００の高さ方向となる向きに配置され、第２端子台部２２０の高さは端子接続部２０１に対してその周囲に必要な樹脂厚さが確保されるよう設定される。端子接続部２０１は端子台部２００の設置面２００Ｂにも設けることができる。【選択図】図１

Description

本発明は端子台を一体化した電流検出器の構造に関する。

電力変換装置における電流検出器と端子台の典型的な構成は、例えば特許文献１に記載されている。特許文献１の電力変換装置ではインバータ部と電流検出器と出力端子台はヒートシンクのベース上面にこの順に並んで取り付けられている。電流検出器はコアの軸方向がベース上面に平行となる向きに取り付けられ、インバータ部の出力端子はベース上面に平行な向きに延びて電流検出器を通り、出力端子台に接続されている。
特許文献１は主回路コンデンサとインバータ部との接続距離を短くする技術に関するものであるため、インバータ部から電流検出器を介して出力端子台に連なる部分については小型化の工夫は為されていない。

これに対し、特許文献２には電力変換装置において電力変換部の電力バスバー延設方向をコンパクト化する構成が記載されている。この電力変換装置では、電流検出器は電力変換部の電力バスバー延設方向に配置されているが、端子台は電力バスバー延設方向とは垂直方向に電流検出器と並んで配置されている。そして、端子台は電力変換装置のケースに固定され、電流検出器は略コの字形状の端子側出力バスバーによって端子台に固定されている。

一方、特許文献３には電力変換装置の端子台を兼ねる電流検出器が記載されている。この電流検出器ではボルトを圧着接続したバスバーがコアや磁束密度検出素子や回路基板と一緒に樹脂でモールドされている。

特開２０１１−２１７５９４号公報 特開２０１３−０４８５３９号公報 特開２００６−１９４６５０号公報

特許文献１に記載されたような典型的な構成では、電流検出器と端子台が並ぶ方向に電力変換装置が大きくなってしまうという課題のほかに、電流検出器の高さが突出してしまうという課題があった。実際、特許文献１の電力変換装置ではインバータ部や出力端子台に対して電流検出器が突出している様子が見て取れる。これは、電流検出器は通常コアの軸方向より径方向のほうが大きく、その径方向が高さ方向となる向きに電流検出器を取り付けているためである。

特許文献２は電流検出器と端子台が並ぶ方向に電力変換装置が大きくなってしまう課題を解決したものであるが、電流検出器の高さの課題は解決されておらず、しかも、端子台を電流検出器の上に配置したためこの部分は却って高さが増している。
特許文献２の構造はさらに、複数の電流検出器をひとつの端子台にそれぞれバスバーで固定しているため組立工程が複雑となるうえ構造的に脆弱である。また、その固定用バスバーが電力変換装置のケースに近接しているため電気絶縁性に問題が生じるおそれがあった。

特許文献３は電流検出器が端子台を兼ねることで部品数の削減と電力変換装置の小型化を図ったものであるが、やはり電流検出器の高さの問題は解決されていない。
また、端子台を兼ねる部分の樹脂形状に特段の工夫はなく、機械的強度に課題が残る。
さらに、特許文献２および特許文献３共通の課題として、端子台の端子接続面がひとつに定まっているため、端子の接続方向を変更しようとすると大きな設計変更が必要になるという問題があった。

本発明は上記課題に着目して為されたものであり、電流検出器の高さを抑えるとともに電流検出器および端子台の占有体積も抑え、端子接続部の機械的強度を確保しつつ端子接続方向の変更を容易とした端子台一体型電流検出器を提供することを目的としている。

上記目的を達成するために、本発明の電流検出器は、一体成型された電流検出部および端子台部と、これに組み込む複数の導体バーとを備え、電流検出部に内包された複数のコアは軸方向が電流検出部の高さ方向となるよう配置され、端子台部は電流検出部と高さが等しい第１端子台部と電流検出部より高い第２端子台部から構成され、導体バーは電流検出部を貫通する第１導体部と電流検出器の設置面に沿って延在する第２導体部と第２端子台部の側面に沿って延在する第３導体部から成る。

そして、端子台部の短手方向の長さは端子台部の設置面に端子接続部を設ける面積を確保できるよう設定され、第２端子台部の高さは第２端子台部の側面に端子接続部を設ける面積を確保できるよう設定される。
端子接続部は端子接続穴とその出入口に埋め込まれたナットと、端子接続穴に相対する導体バーの第２導体部もしくは第３導体部に設けた貫通孔により構成される。

さらに、本発明の電流検出器は導体バーの第２導体部を覆う保護カバーを有する。

本発明の電流検出器では内包するコアの軸方向が電流検出部の高さ方向を向く配置としたため、電流検出部の高さが抑えられている。そして、これによって得られた電流検出部上部の空間に導体バーを突出させて電流検出対象との接続部とし、さらに導体バーの突出高さ程度に端子台部を高くすることで端子接続部の樹脂厚を確保している。このように空間を無駄なく使うことで、占有体積を抑えた端子台一体型電流検出器を実現した。

本発明の電流検出器ではさらに、端子台部の短手方向の長さも適切に設定することで、外形を変更することなく端子接続部を設ける位置を変更できるようになった。

また、導体バーの第２導体部を覆う保護カバーを用意することで、筐体との間の電気絶縁性の問題を解決した。

第１実施形態の電流検出器を示す斜視図である。 第１実施形態の電流検出器を図１とは異なる方向から示す斜視図である。 第１実施形態の電流検出器の構造を説明する模式図である。 第２実施形態の電流検出器の構造を説明する模式図である。 第２実施形態の変形例を説明する模式図である。 第３実施形態の電流検出器を示す斜視図である。 第３実施形態の電流検出器を図６とは異なる方向から示す斜視図である。

次に、図面を参照して、本発明の第１〜第３実施形態を説明する。ただし、以下に示す実施形態は本発明の技術的思想を例示するものであって、本発明を限定するものではない。
［第１実施形態］

第１実施形態の電流検出器１は、図１および図２に示すように電流検出部１００と端子台部２００と導体バー３００により構成される。
電流検知部１００は略直方体状で、設置面１００Ｂを有している。以下、設置面１００Ｂに垂直な方向を高さ方向とする。なお、設置面１００Ｂは設置先の相対する面と密着するとは限らない。

電流検出部１００は図３に示すように、ギャップ１０１ｇを有する環状の磁性体から成る３個のコア１０１と、各ギャップに配置された３個の磁束密度検出素子１０２と、磁束密度検出素子１０２を搭載する回路基板１０３と、回路基板１０３に接続されたコネクタ１０４とを内包し、各コア１０１の環内を貫通する３個の貫通孔１００ｈを有する。
これら３個のコア１０１は軸方向が電流検出部１００の高さ方向となる向きで電流検出部１００の長手方向に並んで配置されており、このため電流検出部１００は高さ方向の辺が最短辺となっている。なお、図３では矩形環状のコアを示したがコアは円形環状のものでもよく、その場合は電流検出部１００の長辺方向に沿って千鳥に配置することも考えられる。

端子台部２００は図３に示すように、電流検出部１００と高さおよび長手方向の長さが等しい略直方体状の第１端子台部２１０と、電流検出部１００より高さ方向が高く長手方向が短い略直方体状の第２端子台部２２０から構成される。
電流検出部１００と第１端子台部２１０と第２端子台部２２０は電流検出部１００の設置面１００Ｂと同一平面上に密着配置した形状に樹脂で一体成型されて共通の設置面１Ｂを有する断面Ｌ字状の構造体を成す。図中の破線は電流検出部１００と第１端子台部２１０と第２端子台部２２０を区別するために便宜的に引いた仮想線である。
このような構造体は、コア１０１と磁束密度検出素子１０２と回路基板１０３とコネクタ１０４と、後に述べる端子接続用のナット２０１ｎを金型に設置して、そこにエポキシ樹脂やフェノール樹脂などの熱硬化性樹脂を流し込んで加熱硬化させることで製作することができる。もしくは、電流検出部が蓋つき中空となった箱型構造体を製作してコア１０１等は後から電流検出部１００内に固定してもよい。

導体バー３００は図３のように、連続した平角導体から成る第１導体部３１０と第２導体部３２０と第３導体部３３０から構成される。
第１導体部３１０は平角導体の幅方向が電流検出部１００の長手方向となる向きで電流検出部１００の貫通孔１００ｈを貫通し、電流検出部１００の設置面１００Ｂに対向する面１００Ｔ側に突出する。第１導体部３１０が突出した空間はコア１０１をいわば横倒しにしたことで生まれたもので、電流検出対象との電気的接続をこの空間で行えば高さを抑えつつ電流検出対象との距離を詰めることができる。
第１導体部３１０に続く第２導体部３２０は設置面１Ｂに沿って貫通孔１００ｈから第２端子台部の外端まで延在し、さらに続く第３導体部３３０は第２端子台部２２０の外端側の側面２２０Ｒに沿って延在して終端を成す。

端子台部２００は図３に示すように、第２端子台部２２０の側面２２０Ｒに端子接続部２０１を有する。端子接続部２０１は第２端子台部２２０の側面２２０Ｒに設けた略円筒状の端子接続穴２０１ｈと、端子接続穴２０１ｈ出入口に埋め込まれたナット２０１ｎと、導体バー３００の第３導体部３３０に開けられた貫通孔３３０ｈにより構成される。
このとき、機械的強度および電気絶縁性の要請によりあらかじめ定められた樹脂厚ｔに対して、第２端子台部の高さｈ２２０は樹脂厚ｔの２倍と接続端子穴の最大径ｄｍａｘ（本実施例の場合ナット２０１ｎの外径）との和より大きい必要がある。また、後に示す第２実施形態のために、端子台部の幅ｗ２００は樹脂厚ｔと接続端子穴の最大径ｄｍａｘとの和より大きくしておく。

この電流検出器１を例えばパワー半導体モジュールとともに電力変換装置の筐体内に設置する際の手順は以下のとおりである。複数のコアと端子台を一体化してあるため工数が少なく、複雑な工程を含まないことがわかる。
（１）導体バー３００を電流検出部１００の貫通孔１００ｈに差し込む（導体バー３本）。
（２）導体バー３００の貫通孔３３０ｈに圧着端子を合わせてネジ留めする（３箇所）。
（３）これを電力変換装置筐体内の設置位置に置く。
（４）電流検出部１００の締結部１０５を電力変換装置の筐体にネジ留めする（２箇所）。
（５）電流検出部１００の隣にパワー半導体モジュールをネジ留めする。
（６）電源ケーブルを圧着端子に差し込んで圧着する（電源ケーブル３本）。
（７）導体バー３００とパワー半導体モジュールの導体バーを溶接する（導体バー３組）。
［第２実施形態］

第２実施形態の電流検出器２は図４に示すように、第１実施形態の電流検出器１とは端子接続部２０１の位置のみが変更されている。
端子接続部２０１は端子台部２００の設置面２００Ｂに設けた略円筒状の端子接続穴２０１ｈと、端子接続穴２０１ｈ出入口に埋め込まれたナット２０１ｎと、導体バー３００の第２導体部３２０に開けられた貫通孔３２０ｈにより構成される。
このとき、端子台部の幅ｗ２００が樹脂厚ｔと接続端子穴の最大径ｄｍａｘとの和より大きい設計にしてあるため、端子台部２００の外形寸法を変えることなく端子接続部２０１の位置を変更することができる。

第２実施形態では導体バー３００が電流検出部１００の貫通孔１００ｈと端子接続部２０１で支えられることになるので、変形例として、図５に示す電流検出器２’のように第３導体部を省略した構造も考えられる。
［第３実施形態］

第３実施形態の電流検出器３は、図６および図７に示すように、第１実施形態の電流検出器１に樹脂製の保護カバー４００を追加したものである。保護カバー４００は嵌合部４０１を有し、第２端子台部２２０の側面に設けた嵌合用突起２２１に嵌合固定される。このとき、第２端子台部２２０の長手方向を第１端子台部２１０の長手方向より短くしてあることで嵌合固定の構造を作りやすくなっている。
電流検出器１の設置面１Ｂが設置先の相対する面と近接している場合は、このように保護カバー４００を追加することで電気絶縁性の問題を容易に回避することができる。

第２実施形態の電流検出器２についても同じ要領で保護カバーを用意することができる。電流検出器２の場合は電流検出部１００の設置面１００Ｂの領域のみ覆うカバーとし、電流検出部１００の側面に嵌合用突起を設ければよい。

１ 電流検出器
１Ｂ 設置面
１００ 電流検出部
１００Ｂ 設置面
１００ｈ 貫通孔
１０１ コア
１０１ｇ ギャップ
１０２ 磁束密度検出素子
１０３ 回路基板
１０４ コネクタ
１０５ 締結部
２００ 端子台部
２００Ｂ 設置面
２０１ 端子接続部
２０１ｈ 端子接続穴
２０１ｎ ナット
２１０ 第１端子台部
２２０ 第２端子台部
２２１ 嵌合用突起
２２０Ｒ 側面
３００ 導体バー
３１０ 第１導体部
３２０ 第２導体部
３２０ｈ 貫通孔
３３０ 第３導体部
３３０ｈ 貫通孔
４００ 保護カバー
４０１ 嵌合部
ｄｍａｘ 端子接続穴の最大径
ｈ２２０ 第２端子台部の高さ
ｔ 樹脂厚
ｗ２００ 端子台部の短手方向の長さ

Claims (6)

1. 複数のコアを内包し、各コアを貫通する複数の貫通孔を有する電流検出部と、
   複数の端子接続部を有する端子台部と、
   前記貫通孔を貫通する複数の導体バーとを備える電流検出器であって、
   前記電流検出部は略直方体状で、最短辺方向を高さ方向としたとき、高さ方向に垂直な面を設置面とし、前記複数のコアは軸方向が前記高さ方向となる向きで前記電流検出部の長手方向に並べて配置されており、
   前記端子台部は前記電流検出部と高さが等しい略直方体状の第１端子台部と、前記電流検出部より高い略直方体状の第２端子台部から構成され、
   前記電流検出部と前記第１端子台部と前記第２端子台部は樹脂で一体成型されて断面Ｌ字状の構造体を成し、
   前記導体バーは連続した平角導体から成る第１導体部と第２導体部と第３導体部から構成され、該第１導体部は平角導体の幅方向が前記電流検出部の長手方向となる向きで前記貫通孔を貫通して前記設置面に対向する面側に突出し、前記第２導体部は前記設置面に沿って該貫通孔から前記第２端子台部の外端まで延在し、前記第３導体部は該第２端子台部の外端側の側面に沿って延在することを特徴とする電流検出器。
2. 前記端子接続部は前記端子台部に設けた略円筒状の端子接続穴を有し、
   前記端子台部の短手方向の長さはあらかじめ定めた樹脂厚と前記端子接続穴の最大径との和より大きく、前記第２端子台部の高さは該樹脂厚の２倍と該端子接続穴の最大径との和より大きいことを特徴とする請求項１記載の電流検出器。
3. 前記端子接続部は、前記端子台部の設置面の、前記導体バーの第２導体部が相対する部位に設けられた前記端子接続穴と、該端子接続穴の出入口に埋め込まれたナットとを有し、
   該導体バーの第２導体部は該端子接続穴に相対する部位に貫通孔を有することを特徴とする請求項２記載の電流検出器。
4. 前記電流検出器は前記導体バーの第２導体部の一部を覆う保護カバーを有することを特徴とする請求項３に記載の電流検出器。
5. 前記端子接続部は、前記端子台部の側面の、前記導体バーの第３導体部が相対する部位に設けられた前記端子接続穴と、該端子接続穴の出入口に埋め込まれたナットとを有し、
   該導体バーの第３導体部は該端子接続穴に相対する部位に貫通孔を有することを特徴とする請求項２記載の電流検出器。
6. 前記電流検出器は前記導体バーの第２導体部を覆う保護カバーを有することを特徴とする請求項５に記載の電流検出器。