JP6651053B2 - 電流センサ - Google Patents

Description

本発明は、被測定電流によって生じる磁界に基づいて電流値を算出する電流センサ、特に隣接するバスバからの影響を低減させる電流センサに関する。

被測定電流によって生じる磁界に基づいて電流値を算出する電流センサとしては、特許文献１に記載のものが知られている。特許文献１に記載の電流センサは、３相交流モータに３相交流電力を伝達するバスバの近傍に設けられ、これらの各バスバの電流を磁電変換素子によって計測している。

この種のバスバにおける電流センサは、複数の金属板を、その板厚面を上下に配置して縦に並列に配置し、板厚の端面の一方（上方）から矩形状に切り欠きを設け、その切り欠き部分に磁電変換素子を配置してバスバに流れる電流を計測している。

当該特許文献１における電流センサにおいては、隣に位置するバスバの延伸方向から見た横断面の形状が、延伸方向に沿ってステップ状に変化する箇所の前後のいずれかで、検出対象のバスバの電流を検出する際に、磁電変換素子の高さ位置を、隣に位置するバスバの形状に応じて調整する技術が開示されている。

具体的には、隣に位置するバスバの前記横断面形状が延伸方向に沿ってステップ状に変化した箇所３１の下流側において、当該隣に位置するバスバの側面に対向する位置にある測定対象のバスバに切り欠き３２を設け、切り欠き部の底面の高さを低くして、その底面に対向する形で設けられる磁電変換素子３３により測定対象のバスバに流れる電流を検出している。

特開２０１５−１５２４１８号公報

特許文献１に記載の電流センサにおいては、図５に示すように、隣に位置するバスバのステップ状に形状が変化する箇所３１や、測定対象のバスバにおいて磁電変換素子３３が配置される箇所３４では、横断面の面積が小さくなり、電気抵抗の上昇を招くという不都合がある。

本発明は、電流センサの改良を目的とし、詳細には電気抵抗の上昇を抑えると共に隣に位置するバスバからの磁界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に、本発明の電流センサは、平行に配置された複数のバスバと、前記バスバに流れる電流によって生じる誘導磁界を検出する磁電変換素子とを備える電流センサであって、電流の流れる方向を延伸方向とし、隣に位置するバスバが配置される方向を横方向とし、延伸方向から見たときに横方向に直交する方向を縦方向としたときに、前記複数のバスバは、少なくとも第１バスバと、前記第１バスバの隣に位置する第２バスバを有し、前記第１バスバは、縦方向の一端縁から他端縁に向けて凹み、前記磁電変換素子が配置される第１底面を有する第１検出用凹部と、前記第１検出用凹部から延伸方向に間隔を空けて設けられ縦方向の他端縁から一端縁に向けて凹む第１調整凹部とを有し、前記第２バスバは、縦方向の一端縁から他端縁に向けて凹み、前記磁電変換素子が配置される第２底面を有する第２検出用凹部と、前記第２検出用凹部から延伸方向に間隔を空けて設けられ縦方向の他端縁から一端縁に向けて凹む第２調整凹部とを有し、前記磁電変換素子は、感度軸を前記横方向に向けて設けた第１磁電変換素子と、前記感度軸を前記横方向に向けて設けた第２磁電変換素子とからなり、前記第２バスバは、前記第２調整凹部が設けられた箇所の側面が前記第１磁電変換素子に対面する位置に配置され、前記第１バスバは、前記第１調整凹部が設けられた箇所の側面が前記第２磁電変換素子に対面する位置に配置されていることを特徴とする。

本発明の電流センサによれば、第１バスバ及び第２バスバは、共に縦方向の一方から凹む検出用凹部と、他方から凹む調整凹部を有している。また、第１バスバの第１検出用凹部に配置される第１磁電変換素子の横方向に第２バスバの調整凹部が設けられた箇所の側面が位置し、第２バスバの第２検出用凹部に配置される第２磁電変換素子の横方向に第１バスバの調整凹部が設けられた箇所の側面が位置することになる。

このように、第１バスバ及び第２バスバ共に調整凹部を設けたことで、検出用凹部の深さを浅くできるので、特許文献１に記載のバスバのように極端に電気抵抗が高くなる箇所がない。よって、本発明によれば、電気抵抗の上昇を抑えると共に、隣に位置するバスバからの磁界の影響を低減することができる。

また、当該構成により、第１バスバ及び第２バスバの各凹部の箇所が、縦方向に相互に対称となる方向からの凹部となり、第１バスバ及び第２バスバを合わせた全体構成として、強度の調和が図られ、全体として強度の向上を図ることができる。

また、本発明の電流センサにおいては、前記第１検出用凹部と前記第１調整凹部は、縦方向の深さが同一の深さに形成され、前記第２検出用凹部と前記第２調整凹部は、縦方向の深さが同一の深さに形成されていることが好ましい。当該構成によれば、バスバにおいて凹部が設けられている箇所の断面積および強度が共通化されるため、特定箇所において電気抵抗が上昇したり応力が集中したりすることがなく、全体としてバスバの電気特性の安定化及び強度アップを図るとことができる。

また、本発明の電流センサにおいては、前記第１検出用凹部と前記第１調整凹部との間の延伸方向の長さは、前記第１検出用凹部及び前記第１調整凹部が設けられている箇所の縦方向の長さ以上の長さに形成され、前記第２検出用凹部と前記第２調整凹部との間の延伸方向の長さは、前記第２検出用凹部及び前記第２調整凹部が設けられている箇所の縦方向の長さ以上の長さに形成されていることが好ましい。

バスバに外部から力が加わると、検出用凹部と調整凹部の間の箇所の延伸方向の長さが短い場合、当該箇所の電気抵抗が大となり、或いは当該箇所に応力が集中するおそれがある。本発明においては、当該箇所の延伸方向の長さを検出用凹部及び調整凹部が設けられている箇所の縦方向の長さと同等以上にしているので、当該箇所における電気抵抗上昇や応力集中を防止することができる。つまり、本発明では、検出用凹部が設けられた箇所も、調整凹部が設けられた箇所も、検出用凹部と調整凹部の間の箇所も、同じぐらいの幅となる為、機械的な強度の低下も、電気抵抗の上昇も、最小限に抑制できる。

また、本発明の電流センサにおいては、前記第１磁電変換素子及び前記第２磁電変換素子は、共通の基板の一方の面に実装されていることが好ましい。当該構成によれば、第１磁電変換素子及び第２磁電変換素子を共通の基板で取り扱うことができ、一方の面への実装であるので実装が容易であり、構成を簡素化することができる。

また、本発明の電流センサにおいては、前記第１検出用凹部、前記第１調整凹部、前記第２検出用凹部、及び前記第２調整凹部は、いずれも延伸方向の長さと縦方向の深さが同一に形成され、前記第１磁電変換素子及び前記第２磁電変換素子は、いずれも同一の特性を有する磁電変換素子であることが好ましい。

当該構成によれば、各バスバにおける磁電変換素子の取り付け箇所の条件が共通化され、さらに磁電変換素子の特性も同一に統一されるため、各磁電変換素子の測定結果を補正等により調整する場合、共通の補正で対応が可能となる。よって、このような補正等のプログラムを容易に制作することができ、温度センサを設ける場合も１箇所に設ければよい。また、全ての凹部において、延伸方向の長さと、縦方向の深さが同一のため、電気抵抗の高い位置が集中せず、電気抵抗の上昇を抑制できる。

本発明の電流センサによれば、電気抵抗の上昇を抑えると共に隣に位置するバスバからの磁界の影響を低減することができる。

本発明の実施形態の一例である電流センサの概要を示す斜視図。 本実施形態における第１バスバ及び第２バスバを側面から見た状態を示す説明図であり、（Ａ）は図１のＩＩ（Ａ）線矢視図、（Ｂ）は図１のＩＩ（Ｂ）−ＩＩ（Ｂ）線断面図。 図１のＩＩＩ−ＩＩＩ線断面図。 図１のＩＶ−ＩＶ線断面図。 従来の電流センサの概要を示す斜視図。

次に、本発明の実施形態について、図１〜図４を参照して説明する。本実施形態の電流センサ１は、図１に示すように、平行に３本のバスバが配置され、各バスバに切り欠き部が設けられ、当該切り欠き部に対して磁電変換素子を実装した基板を配置したものとなっている。磁電変換素子としては、例えば、磁気抵抗効果素子を用いることができる。

図１において、各バスバは、手前側と奥側に第１バスバ１０が配置され、その間に第２バスバ２０が配置されている。この第１バスバ１０及び第２バスバ２０は、図１及び図２に示すように、金属板をプレス加工等することにより形成したものであり、板厚方向を縦方向（図１におけるＺ方向）及び延伸方向（図１におけるＹ方向）に向けて設置されている。また、これらのバスバの側面は、図１においてＸ方向に向いた状態となる。

本実施形態においては、電流は、図１において右上方から左下方に向けて流れる（図１における矢印Ａ）。第１バスバ１０は、図１及び図２（Ａ）に示すように、延伸方向の上流側の位置に、上端部から下方に向けて角Ｕ字状（矩形状）に凹む第１検出用凹部１１が設けられ、凹部が設けられていない第１中間部１２を挟んで、下流側に下端部から上方に向けて凹む第１調整凹部１３が設けられている。第１検出用凹部１１の底面は第１バスバ１０の板厚面となっており、この板厚面が第１底面１１ａとなっている。

本実施形態では、図２（Ａ）に示すように、第１検出用凹部１１と第１調整凹部１３は、延伸方向の長さ及び縦方向の深さが同一に形成されている。また、第１中間部１２の延伸方向の長さ１２Ｌは、第１検出用凹部１１が位置する第１バスバ１０の縦方向の高さ１１Ｌ、及び第１調整凹部１３が位置する第１バスバ１０の縦方向の高さ１３Ｌよりも長くなっている。

第２バスバ２０は、本実施形態においては、第１バスバ１０と左右対称の位置関係にある。具体的には、延伸方向の上流側の位置に、下端部から上方に向けて凹む第２調整凹部２３が設けられており、凹部が設けられていない第２中間部２２を挟んで、下流側に上端部から下方に向けて凹む第２検出用凹部２１が設けられている。第２検出用凹部２１の底面は第２バスバ２０の板厚面となっており、この板厚面が第２底面２１ａとなっている。

この第２バスバ２０においても第１バスバ１０と同様に、第２中間部２２の延伸方向の長さ２２Ｌは、第２検出用凹部２１が位置する第２バスバ２０の縦方向の高さ２１Ｌ、及び第２調整凹部２３が位置する第２バスバ２０の縦方向の高さ２３Ｌよりも長くなっている。

本実施形態における磁電変換素子は、図１乃至図４に示すように、第１磁電変換素子１４と第２磁電変換素子２４とから構成される。この第１磁電変換素子１４及び第２磁電変換素子２４は、共通の基板２に実装されている。本実施形態では、第１磁電変換素子１４が第１底面１１ａに対向し、第２磁電変換素子２４が第２底面２１ａに対向するように、基板２の裏面に位置するように配置されている。なお、基板２のその他の構成については図示を省略している。

第１磁電変換素子１４は、基板２の表面と平行な表面が第１バスバ１０の第１底面１１ａに対して平行となるように配置されている。また、第１磁電変換素子１４は、図１に示すように、その感度軸である第１感度軸１４ａ（図１における第１磁電変換素子１４内の矢印）がＸ方向に向くように配置されている。また、第１磁電変換素子１４は、隣に位置する第２バスバ２０の側面、具体的には、第２調整凹部２３の側面に対面する位置に配置されている。すなわち、第１感度軸１４ａを第２バスバ２０に向けて延ばした場合、第２バスバ２０の第２調整凹部２３が設けられている箇所の第２バスバ２０の本体部分に突き当たるようになっている。

第２磁電変換素子２４も、第１磁電変換素子１４と同様に、基板２の表面と平行な表面が第２バスバ２０の第２底面２１ａに対して平行となるように配置されている。また、第２磁電変換素子２４の第２感度軸２４ａ（図１における第２磁電変換素子２４内の矢印）は、隣に位置する第１バスバ１０の側面、具体的には、第１調整凹部１３の側面に直交するものとなっている。すなわち、第２感度軸２４ａを第１バスバ１０に向けて延ばした場合、第１バスバ１０の第１調整凹部１３が設けられている箇所の第１バスバ１０の本体部分に突き当たるようになっている。

次に、本実施形態の電流センサ１において、第１バスバ１０及び第２バスバ２０の電流を検出する際の作動について説明する。図２（Ａ）及び（Ｂ）において、符号Ａ_１，Ａ_２で示す点線は、第１バスバ１０及び第２バスバ２０内の電流の流れの中心を示している。

第１バスバ１０に電流が流れると、図２（Ａ）に示すように、右側からの電流の流れが第１検出用凹部１１の存在により下方に湾曲する。電流は、第１検出用凹部１１が位置する第１バスバ１０の縦方向の高さ１１Ｌの中心位置よりもやや上方の位置を通過してそのまま第１中間部１２に流れる。

電流が第１中間部１２を通過する際には、その下流側の第１調整凹部１３の存在により上方に湾曲する。また、電流は、第１調整凹部１３が位置する第１バスバ１０の縦方向の高さ１３Ｌの中心位置よりもやや下方の位置を通過して、凹部の存在しない下流側の第１バスバ１０を流れる。

一方、第２バスバ２０に電流が流れると、図２（Ｂ）に示すように、右側からの電流の流れが第２調整凹部２３の存在により上方に湾曲する。電流は、第２調整凹部２３が位置する第２バスバ２０の縦方向の高さ２３Ｌの中心位置よりもやや下方の位置を通過してそのまま第２中間部２２に流れる。

電流が第２中間部２２を通過する際には、その下流側の第２検出用凹部２１の存在により下方に湾曲する。また、電流は、第２検出用凹部２１が位置する第２バスバ２０の縦方向の高さ２１Ｌの中心位置よりもやや上方の位置を通過して、凹部の存在しない下流側の第２バスバ２０を流れる。

本実施形態では、図２（Ｂ）において符号Ｃ_２で示す電流の中心の横方向の位置に第１磁電変換素子１４が位置するように基板２を配置している。これにより、図３に示すように、第１磁電変換素子１４において、隣に位置する第２バスバ２０からの磁界Ｍ_２の影響を低減している。

また、図２（Ａ）において符号Ｃ_１で示す電流の中心の横方向の位置に第２磁電変換素子２４が位置するように基板２を配置している。これにより、図４に示すように、第２磁電変換素子２４において、隣に位置する第１バスバ１０からの磁界Ｍ_１の影響を低減している。

また、本実施形態では、図２（Ａ）及び図２（Ｂ）に示すように、各バスバの側面視の形状において、極端に電流路が狭くなる部分を設けていない。これにより、各バスバにおける局所的な電気抵抗の上昇を防止することができ、各バスバの機械的強度の低下も防止することができる。

なお、上記実施形態では、第１バスバ１０を２本、第２バスバ２０を１本としているが、第２バスバ２０を２本、第１バスバ１０を１本としてもよい。また、各バスバの本数は、３本に限らず、任意の本数とすることができる。

また、第１中間部１２の延伸方向の長さ１２Ｌは、第１検出用凹部１１が位置する第１バスバ１０の縦方向の高さ１１Ｌ、及び第１調整凹部１３が位置する第１バスバ１０の縦方向の高さ１３Ｌよりも長くなっている。このように設定することにより、電流路の断面積が第１中間部１２において小さくなって抵抗が高くなることが防止されている。抵抗上昇などの不具合が生じない限り、第１中間部１２の延伸方向の長さ１２Ｌは、第１検出用凹部１１が位置する第１バスバ１０の縦方向の高さ１１Ｌ、及び第１調整凹部１３が位置する第１バスバ１０の縦方向の高さ１３Ｌと同一としてもよく、これらの高さよりも短くしてもよい。これは、第２バスバにおける第２中間部２２の延伸方向の長さ２２Ｌについても同様である。

また、第１バスバ１０及び第２バスバ２０の形状を、図１乃至図４で示す形状としているが、これに限らず、異なる形状としてもよい。例えば、各バスバの凹部が形成されている箇所の角部を直角に形成しているが、角度を変更してもよく、角部を直線状または円弧状に面取りしてもよい。

また、磁電変換素子としては、磁気抵抗効果素子の他、ホール素子等、他の種類の素子を用いてもよい。ホール素子の場合、本発明においては、感磁面の法線方向を感度軸方向と定義する。

１…電流センサ
２…基板
１０…第１バスバ
１１…第１検出用凹部
１１ａ…第１底面
１２…第１中間部
１３…第１調整凹部
１４…第１磁電変換素子
１４ａ…第１感度軸
２０…第２バスバ
２１…第２検出用凹部
２１ａ…第２底面
２２…第２中間部
２３…第２調整凹部
２４…第２磁電変換素子
２４ａ…第２感度軸

Claims (5)

1. 平行に配置された複数のバスバと、
   前記バスバに流れる電流によって生じる誘導磁界を検出する磁電変換素子とを備える電流センサであって、
   電流の流れる方向を延伸方向とし、隣に位置するバスバが配置される方向を横方向とし、延伸方向から見たときに横方向に直交する方向を縦方向としたときに、
   前記複数のバスバは、少なくとも第１バスバと、前記第１バスバの隣に位置する第２バスバを有し、
   前記第１バスバは、縦方向の一端縁から他端縁に向けて凹み、前記磁電変換素子が配置される第１底面を有する第１検出用凹部と、前記第１検出用凹部から延伸方向に間隔を空けて設けられ縦方向の他端縁から一端縁に向けて凹む第１調整凹部とを有し、
   前記第２バスバは、縦方向の一端縁から他端縁に向けて凹み、前記磁電変換素子が配置される第２底面を有する第２検出用凹部と、前記第２検出用凹部から延伸方向に間隔を空けて設けられ縦方向の他端縁から一端縁に向けて凹む第２調整凹部とを有し、
   前記磁電変換素子は、感度軸を前記横方向に向けて設けた第１磁電変換素子と、前記感度軸を前記横方向に向けて設けた第２磁電変換素子とからなり、
   前記第２バスバは、前記第２調整凹部が設けられた箇所の側面が前記第１磁電変換素子に対面する位置に配置され、
   前記第１バスバは、前記第１調整凹部が設けられた箇所の側面が前記第２磁電変換素子に対面する位置に配置されていることを特徴とする電流センサ。
2. 前記第１検出用凹部と前記第１調整凹部は、縦方向の深さが同一の深さに形成され、
   前記第２検出用凹部と前記第２調整凹部は、縦方向の深さが同一の深さに形成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。
3. 前記第１検出用凹部と前記第１調整凹部との間の延伸方向の長さは、前記第１検出用凹部及び前記第１調整凹部が設けられている箇所の縦方向の長さ以上の長さに形成され、
   前記第２検出用凹部と前記第２調整凹部との間の延伸方向の長さは、前記第２検出用凹部及び前記第２調整凹部が設けられている箇所の縦方向の長さ以上の長さに形成されていることを特徴とする請求項２に記載の電流センサ。
4. 前記第１磁電変換素子及び前記第２磁電変換素子は、共通の基板の一方の面に実装されていることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の電流センサ。
5. 前記第１検出用凹部、前記第１調整凹部、前記第２検出用凹部、及び前記第２調整凹部は、いずれも延伸方向の長さと縦方向の深さが同一に形成され、
   前記第１磁電変換素子及び前記第２磁電変換素子は、いずれも同一の特性を有する磁電変換素子であることを特徴とする請求項４に記載の電流センサ。