JP6018544B2 - 電流センサユニット - Google Patents

Description

本発明は、電流センサユニットに関する。

例えば、ハイブリッド車において、モータとインバータとを接続するバスバーを通電する電流値の検出に関して、磁気検知式の電流センサが知られている。磁気検知式の電流センサでは、バスバーの周囲に発生する磁界（バスバー磁界）により電流値を検出するために、電流センサにバスバーを貫通させた状態でバスバーを貫通方向において固定する必要がある。

従来、電流センサにバスバーを固定する方法として、電流センサを構成する樹脂製の凸部を熱溶融させてバスバーを固定する方法が知られている（特許文献１参照）。また、バスバ−を電流センサにねじ止めすることで固定する方法が知られている（特許文献２参照）。また、インサートモールド成型によりバスバーを固定する方法が知られている（特許文献３参照）。

特開２０１０−２２３８６８号公報 特開２０１０−２４３４４０号公報 特開２０１１−１３３３１４号公報

しかしながら、特許文献１の技術では凸部を熱溶融させる熱処理設備が必要であり、特許文献２の技術ではねじの部品点数が増加し、特許文献３の技術ではインサートモールド成型の成型難易度が高い、という不都合がある。

そこで、本発明は、簡易な構成で電流センサにバスバ−を容易に取り付け／取り外し可能な電流センサユニットを提供することを課題とする。

前記課題を解決するための手段として、本発明は、弾性変形可能なバスバーと、前記バスバーの周囲に発生する磁束により前記バスバーに通電する電流量を測定する電流センサと、を備える電流センサユニットであって、前記電流センサは、前記バスバーが貫通する貫通孔と、前記貫通孔の開口から所定距離離れた位置に設けられ、前記貫通孔の貫通方向と直交すると共に前記バスバーの弾性変形方向に突出した突出片と、を備え、前記バスバーは、前記突出片が差し込まれる穴部を備え、前記バスバーが前記貫通孔に貫通した状態、かつ、前記バスバーを傾け前記貫通孔の開口縁部を支点として前記バスバーを弾性変形させた状態で、前記突出片と前記穴部との嵌合状態が解除され、前記バスバーの貫通方向における移動が可能になり、前記バスバーが前記貫通孔に貫通した状態、かつ、前記バスバーが弾性変形されていない状態で、前記突出片が前記穴部に差し込み、前記バスバーの貫通方向における移動が規制されることを特徴とする電流センサユニットである。

このような構成によれば、バスバーが貫通孔に貫通した状態、かつ、バスバーを傾け貫通孔の開口縁部を支点としてバスバーを弾性変形させた状態で、突出片と穴部との嵌合状態が解除され、バスバーの貫通方向における移動が可能になる。
一方、バスバーが貫通孔に貫通した状態、かつ、バスバーが弾性変形されていない状態で、突出片が穴部に差し込み、バスバーの貫通方向における移動が規制される。
このようにして、突出片及び穴部を備え、そして、バスバーの弾性を利用した簡易な構成によって、電流センサにバスバ−を取り付け／取り外しできる。

また、電流センサユニットにおいて、前記突出片は、前記貫通孔の入口側に配置されていることが好ましい。

このような構成によれば、突出片が貫通孔の入口側に配置されているので、バスバーを貫通孔に貫通させる際、バスバーの入口側を把持し、バスバーを貫通孔に差し込みながら、バスバーを弾性変形させることができる。すなわち、バスバーの一部分を把持しながら、バスバーの差し込みと変形とをすることができ、バスバーの取り付け作業性が向上する。

また、電流センサユニットにおいて、前記電流センサは、前記バスバーを囲むように配置されるコアと、前記磁気を検出する磁気検出素子を搭載する板状の基板と、を備え、前記基板は、前記貫通方向において前記コアから突出し、前記突出片は、前記基板の突出側に配置されていることが好ましい。

このような構成によれば、基板が貫通方向においてコアから突出しているので、貫通孔のコアの突出側（後記する実施形態では後側）にスペースが形成される。そして、突出片が前記突出側に配置されているので、前記スペースを有効利用できる。

また、電流センサユニットにおいて、複数の前記バスバーと、複数の前記電流センサと、複数の前記突出片と、を備え、複数の前記バスバーと複数の前記電流センサとの誤組を防止するように、前記貫通孔の中心からの前記突出片のオフセット量は異なることが好ましい。

このような構成によれば、貫通孔の中心からの突出片のオフセット量は異なるので、複数のバスバーと複数の電流センサとの誤組を防止できる。

本発明によれば、簡易な構成で電流センサにバスバ−を容易に取り付け／取り外し可能な電流センサユニットを提供することができる。

本実施形態に係る電流センサユニットの平面図である。 本実施形態に係る電流センサユニットの斜視図である。 本実施形態に係る電流センサユニットの斜視図である。 本実施形態に係る電流センサユニットの斜視図である。 本実施形態に係る電流センサユニットの平面図である。 本実施形態に係る電流センサユニットの底面図である。 本実施形態に係る電流センサユニットの断面図であり、図５のＸ１−Ｘ１線断面に対応している。 本実施形態に係る電流センサユニットの断面図であり、図７のＸ２−Ｘ２線断面に対応している。 本実施形態に係る電流センサユニットの斜視図である。 本実施形態に係る電流センサユニットの斜視図である。 本実施形態に係る電流センサユニットの組み付け状況を説明する断面図であり、第１バスバーの差し込み開始時を示している。 本実施形態に係る電流センサユニットの組み付け状況を説明する断面図であり、第１バスバーの弾性変形時を示している。 本実施形態に係る電流センサユニットの組み付け状況を説明する断面図であり、第１バスバーの非変形時を示している。

本発明の一実施形態について、図１〜図１３を参照して説明する。

≪電流センサユニットの構成≫
電流センサユニット１は、ハイブリッド車、電気自動車、燃料電池車等の電動車両に搭載され、三相交流を発生するインバータ１０１と駆動力を発生するモータ（図示しない）とを接続する３本のバスバーを含むと共に、各バスバーを通電する電流値を検出するユニットである。

電流センサユニット１は、３本のバスバーである第１バスバー１０、第２バスバー２０及び第３バスバー３０と、電流センサ集合体４０と、第１突出片９１、第２突出片９２及び第３突出片９３と、を備えている。

＜バスバー＞
第１バスバー１０、第２バスバー２０及び第３バスバー３０は、銅合金等の金属製の薄板片であって、その厚さ方向において弾性変形可能であると共に導電性を有している。第１バスバー１０、第２バスバー２０及び第３バスバー３０は、三相交流を構成するＵ相、Ｖ相及びＷ相に対応している。第１バスバー１０、第２バスバー２０及び第３バスバー３０は、電流センサ集合体４０の後方から前方に向かって差し込まれ、電流センサ集合体４０を貫通するようになっている。第１バスバー１０、第２バスバー２０及び第３バスバー３０の後端がインバータ１０１側であり、前端がモータ側である。

＜第１バスバー＞
第１バスバー１０は、後記する第１電流センサ５０の第１貫通孔５２よりも長く構成されており、第１貫通孔５２に貫通装着された場合に第１貫通孔５２の前後に突出するようになっている（図５、図６参照）。第１バスバー１０は、差し込み側である先端側（前側）から順に、第１前突出部分１１と、第１貫通孔内部分１２と、第１後突出部分１３と、を備えている。

第１貫通孔内部分１２は、第１バスバー１０が第１電流センサ５０に所定に取り付けられた場合において、第１貫通孔５２内に配置される部分である。第１前突出部分１１は、第１貫通孔内部分１２の前側（第１貫通孔５２の出口側）で外部に突出する部分である。第１後突出部分１３は、第１貫通孔内部分１２の後側（第１貫通孔５２の入口側）で外部に突出する部分である。

第１後突出部分１３には、上下方向に延びる第１差し込み孔１３ａ（穴部）が形成されている。すなわち、第１差し込み孔１３ａは、第１貫通孔５２の入口側に配置されている。第１差し込み孔１３ａは、第１突出片９１が上方から差し込まれる孔であり（図７参照）、第１突出片９１が第１差し込み孔１３ａに差し込まれると、第１バスバー１０の前後方向（第１バスバー１０、第１貫通孔５２の貫通方向）における移動が規制されるようになっている。

＜第２バスバー＞
第２バスバー２０は、第１バスバー１０と同様の構成であり、第２前突出部分２１と、第２貫通孔内部分２２と、第２後突出部分２３と、を備えている。第２後突出部分２３には、第２差し込み孔２３ａ（穴部）が形成されている。第２差し込み孔２３ａは、第２突出片９２が差し込まれる孔である。

＜第３バスバー＞
第３バスバー３０は、第１バスバー１０と同様の構成であり、第３前突出部分３１と、第３貫通孔内部分３２と、第３後突出部分３３と、を備えている。第３後突出部分３３には、第３差し込み孔３３ａ（穴部）が形成されている。第３差し込み孔３３ａは、第３突出片９３が差し込まれる孔である。

＜電流センサ集合体＞
電流センサ集合体４０は、第１電流センサ５０と、第２電流センサ６０と、第３電流センサ７０とを備え、これらが集合し一体に構成されたものである。具体的には、第１電流センサ５０の第１ハウジング５１（図７参照）と、第２電流センサ６０の第２ハウジング６１と、第３電流センサ７０の第３ハウジング７１とが樹脂製であって一体に形成されているので、第１電流センサ５０、第２電流センサ６０及び第３電流センサ７０が一体で構成されている。

第１電流センサ５０は第１バスバー１０に通電する電流値を検出するセンサである。第２電流センサ６０は第２バスバー２０に通電する電流値を検出するセンサである。第３電流センサ７０は第３バスバー３０に通電する電流値を検出するセンサである。

＜第１電流センサ＞
第１電流センサ５０は、第１ハウジング５１と、第１コア５５と、板状の基板５６と、を備えている。なお、基板５６は、左右方向に延びており、第１電流センサ５０、第２電流センサ６０及び第３電流センサ７０で共有されている。

＜第１電流センサ−第１ハウジング＞
第１ハウジング５１は、樹脂製の筐体であり、その内部に第１コア５５及び基板５６を収容している。第１ハウジング５１は、前後方向に延び第１バスバー１０が前後方向に貫通する第１貫通孔５２を有している。第１貫通孔５２の上方に配置される第１ハウジング５１の第１上壁部５３は、第１貫通孔５２の入口（後側開口）よりも後方に延びている。第１貫通孔５２の下方に配置される第１ハウジング５１の第１下壁部５４は、第１貫通孔５２の出口（前側開口）より前方に延びている。

第１バスバー１０の厚さ方向に対応する第１貫通孔５２の上下高さΔＴ５２は、第１バスバー１０の厚さΔＴ１０よりも大きく、第１バスバー１０は、第１貫通孔５２を斜めの状態で貫通可能となっている（図１３参照）。

すなわち、第１バスバー１０が前側の徐々に高くなる斜めの状態で貫通した場合、第１バスバー１０は、入口の下方に配置された第１下壁部５４の第１後角部５４ａ（貫通孔の開口縁部）と、出口の上方に配置された第１上壁部５３の第１前角部５３ａとに接触するようになっている（図１３参照）。

＜第１電流センサ−第１コア＞
第１コア５５は、前からの正面視において右方が開口したＣ字形を呈しており（図８参照）、第１バスバー１０及び基板５６を囲むように配置されている。なお、図８では、第１ハウジング５１等は省略している。第１コア５５は、適宜な磁性材料で形成された磁路であり、磁束密度を高めるためのものである。

＜第１電流センサ−基板＞
基板５６は、第１バスバー１０に通電することで、第１バスバー１０の周囲に発生する磁気（磁力の強さ）を検出し、第１バスバー１０を流れる電流の電流値を検出するものである。基板５６は、磁気を検出する第１磁気検出素子５７を備えており、第１磁気検出素子５７はホール効果を利用したホール素子で構成されている。そして、第１磁気検出素子５７（基板５６）は、磁束密度に比例した起電圧を、外部のＥＣＵ（図示しない）に出力するようなっている。

基板５６は、前後方向（第１貫通孔５２の貫通方向）において、第１コア５５から後方に突出している（図７参照）。これに対応して、第１ハウジング５１の第１上壁部５３も、第１コア５５から後方に突出している。そして、第１突出片９１は、基板５６の突出側（後側）に配置されている。すなわち、基板５６（第１上壁部５３）が後方に突出したことにより、基板５６（第１上壁部５３）の下方かつ第１貫通孔５２の後方にスペースが形成されており、そして、このスペースに第１突出片９１が配置されているので、前記スペースが有効利用されている。

＜第２電流センサ＞
第２電流センサ６０は、第１電流センサ５０と同様の構成であり、第２ハウジング６１と、第２コア６５と、基板５６の一部と、を備えている（図７参照）。第２ハウジング６１は、前後方向に延び第２バスバー２０が前後方向に貫通する第２貫通孔６２を有している。

＜第３電流センサ＞
第３電流センサ７０は、第１電流センサ５０と同様の構成であり、第３ハウジング７１と、第３コア７５と、基板５６の一部と、を備えている（図７参照）。第３ハウジング７１は、前後方向に延び第３バスバー３０が前後方向に貫通する第３貫通孔７２を有している。

＜第１突出片＞
第１突出片９１は、第１差し込み孔１３ａに差し込まれる細長の円柱体であって、第１ハウジング５１と一体の樹脂製である。第１突出片９１は、第１貫通孔５２の後方（入口側）に配置され（図７、図１０参照）、第１上壁部５３から下方に向かって突出している。すなわち、第１突出片９１は、上下方向において、第１後角部５４ａと対向する第１上壁部５３から下方に向かって突出している。

このように第１突出片９１が第１貫通孔５２の入口側に配置されているので、第１バスバー１０を第１電流センサ５０に組み付ける場合において第１バスバー１０を弾性変形させるとき、第１バスバー１０を持ち変えずにそのまま湾曲させて弾性変形可能であり、組み付け作業が良好となっている。

これに対して、第１突出片９１が第１貫通孔５２の出口側に配置されている場合、第１貫通孔５２の出口側から突出する第１バスバー１０を把持し弾性変形させる必要があり、手間を要してしまう。

第１突出片９１の突出長さΔＬ９１は、第１貫通孔５２の上下高さΔＴ５２よりも長く、非変形の第１バスバー１０が第１貫通孔５２で斜め状態になったとしても、第１突出片９１が第１差し込み孔１３ａに差し込まれる長さに設定されている（図１３参照）。すなわち、第１バスバー１０が、第１後角部５４ａ及び第１前角部５３ａを支点として斜めの状態かつ非変形の状態（側面視で直線状態）において、第１突出片９１が第１差し込み孔１３ａに差し込まれる長さに設定されている。つまり、第１貫通孔５２の出口から後方に遠ざかるにつれて、第１突出片９１の突出長さΔＬ９１が長くなる関係となっている。

そして、第１突出片９１が第１差し込み孔１３ａに差し込まれると、第１バスバー１０の前後方向における移動が規制されるようになっている。これにより、その後に、第１バスバー１０が第１電流センサ５０から脱落しないようになっている。

また、第１突出片９１の突出長さΔＬ９１は、第１後角部５４ａを支点として第１後突出部分１３を下方に屈曲させて第１バスバー１０を変形させた場合（第１後突出部分１３の変形時）、第１突出片９１が第１差し込み孔１３ａから抜け、第１バスバー１０が前後方向において移動可能となる長さに設定されている。すなわち、第１バスバー１０の剛性が高く第１バスバー１０が変形し難くなるにつれて、第１突出片９１の突出長さΔＬ９１が小さくなる関係となっている。

＜第２突出片＞
第２突出片９２は、第１突出片９１と同様に、第２差し込み孔２３ａに差し込まれる細長の円柱体である。第２突出片９１は、第２貫通孔６２（図７、図１０参照）の後方（入口側）に配置され、第２上壁部から下方に向かって突出している。

＜第３突出片＞
第３突出片９３は、第１突出片９１と同様に、第３差し込み孔３３ａに差し込まれる細長の円柱体である。第３突出片９３は、第３貫通孔７２（図７、図１０参照）の後方（入口側）に配置され、第３上壁部から下方に向かって突出している。

＜第１突出片等のオフセット量＞
図５に示すように、第１突出片９１（第１差し込み孔１３ａ）の第１貫通孔５２（第１貫通孔内部分１２）の第１中心軸線Ｏ５２（第１貫通孔５２の中心）からの第１オフセット量ΔＬ９１と、第２突出片９２（第２差し込み孔２３ａ）の第２貫通孔６２（第２貫通孔内部分２２）の第２中心軸線Ｏ６２からの第２オフセット量ΔＬ９２と、第３突出片９３（第３差し込み孔３３ａ）の第３貫通孔７２（第３貫通孔内部分３２）の第３中心軸線Ｏ７２からの第３オフセット量ΔＬ９３とは、相互に異なっており、同一でない（ΔＬ９１≠ΔＬ９２≠ΔＬ９３）。

これにより、第１バスバー１０、第２バスバー２０及び第３バスバー３０の間において、誤組が防止されるようになっている。すなわち、例えば、第１バスバー１０は、オフセット量が一致しない第２電流センサ６０及び第３電流センサ７０に組み付け不能となっている。

また、第１突出片９１は第１中心軸線Ｏ５２の右方にオフセットし、第２突出片９２は第２中心軸線Ｏ６２の左方にオフセットし、第３突出片９３は第３中心軸線Ｏ７２の左方にオフセットしている。すなわち、オフセット方向が、第１突出片９１と第２突出片９２第３突出片９３との間で逆向きとなっており、誤組が防止されるようになっている。

≪電流センサユニットの組み付け方法≫
電流センサユニット１の組み付け方法について、図１１〜図１３を参照して説明する。以下、第１バスバー１０について説明するが、第２バスバー２０、第３バスバー３０についても同様である。

＜差し込み開始時＞
図１１に示すように、第１バスバー１０を前側が高くなるように斜めに傾けながら、第１バスバー１０の前側を第１貫通孔５２に差し込む。

＜変形時＞
その後、第１貫通孔５２から後方に突出する第１バスバー１０の後側部分（主に第１後突出部分１３）を、第１後角部５４ａ（貫通孔の開口縁部）を支点として下方に屈曲させる（図１２参照）。そうすると、第１バスバー１０は、上向きに凸状で湾曲し、第１突出片９１に引っかからずに、さらに差し込み進む。

＜非変形時＞
図１３に示すように、第１バスバー１０を所定位置まで差し込むと、第１バスバー１０の後側部分（主に第１後突出部分１３）の屈曲をやめる。そうすると、第１バスバー１０は、その剛性によりスプリングバックし、つまり、第１後突出部分１３が上方に揺動し、第１突出片９１が第１差し込み孔１３ａに差し込まれる。これにより、第１バスバー１０は前後方向において移動不能となる。そして、第１バスバー１０が第１センサ５０に取り付けられる。

≪電流センサユニットの効果≫
このような電流センサユニット１によれば次の効果を得る。
第１突出片９１は第１ハウジング５１と一体成型品であり、第１バスバー１０に第１差し込み孔１３ａを備える構成であるので、部品点数は増加しない。また、簡易な構成であるので電流センサユニット１を製造容易である。

第１バスバー１０自体の弾性を利用して、第１バスバー１０を変形／非変形させ、第１突出片９１への差し込み／被差し込みを切り替えるので、第１バスバー１０の脱着が容易である。すなわち、第１バスバー１０と第１電流センサ５０とを相互に容易に取り付け／取り外しできる。

≪変形例≫
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこれに限定されず、例えば、次のように変更できる。

前記した実施形態では、第１バスバ−１０が薄板状である構成を例示したが、その他に例えば、細長丸棒状、細長三角柱状でもよい。

前記した実施形態では、第１突出片９１及び第１差し込み孔１３ａが第１貫通孔５２の入口側（後側、差し込み手前側）に配置された構成を例示したが、その他に例えば、第１貫通孔５２の出口側（前側、差し込み奥側）に配置された構成でもよい。

前記した実施形態では、第１電流センサ５０が第１コア５５を備える構成を例示したが、その他に例えば、第１コア５５を備えないコアレス型である構成でもよい。第２電流センサ６０、第３電流センサ７０についても同様である。

１ 電流センサユニット
１０ 第１バスバー
１３ 第１後突出部分
１３ａ 第１差し込み孔（穴部）
５０ 第１電流センサ
５１ 第１ハウジング
５２ 第１貫通孔
５４ａ 第１後角部（貫通孔の開口縁部）
５５ 第１コア
５６ 基板
５７ 第１磁気検出素子
９１ 第１突出片
１０１ インバータ
Ｏ５２ 第１中心軸線

Claims (4)

1. 弾性変形可能なバスバーと、
   前記バスバーの周囲に発生する磁束により前記バスバーに通電する電流量を測定する電流センサと、を備える電流センサユニットであって、
   前記電流センサは、前記バスバーが貫通する貫通孔と、前記貫通孔の開口から所定距離離れた位置に設けられ、前記貫通孔の貫通方向と直交すると共に前記バスバーの弾性変形方向に突出した突出片と、を備え、
   前記バスバーは、前記突出片が差し込まれる穴部を備え、
   前記バスバーが前記貫通孔に貫通した状態、かつ、前記バスバーを傾け前記貫通孔の開口縁部を支点として前記バスバーを弾性変形させた状態で、前記突出片と前記穴部との嵌合状態が解除され、前記バスバーの貫通方向における移動が可能になり、
   前記バスバーが前記貫通孔に貫通した状態、かつ、前記バスバーが弾性変形されていない状態で、前記突出片が前記穴部に差し込み、前記バスバーの貫通方向における移動が規制される
   ことを特徴とする電流センサユニット。
2. 前記突出片は、前記貫通孔の入口側に配置されている
   ことを特徴とする請求項１に記載の電流センサユニット。
3. 前記電流センサは、前記バスバーを囲むように配置されるコアと、前記磁気を検出する磁気検出素子を搭載する板状の基板と、を備え、
   前記基板は、前記貫通方向において前記コアから突出し、
   前記突出片は、前記基板の突出側に配置されている
   ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の電流センサユニット。
4. 複数の前記バスバーと、複数の前記電流センサと、複数の前記突出片と、を備え、
   複数の前記バスバーと複数の前記電流センサとの誤組を防止するように、前記貫通孔の中心からの前記突出片のオフセット量は異なる
   ことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の電流センサユニット。

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