JP6672901B2 - Current sensor unit - Google Patents
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本発明は、電流センサユニットに関する。特に、平行に延びている複数のバスバの夫々に流れる電流を計測する電流センサ素子を備えた電流センサユニットに関する。 The present invention relates to a current sensor unit. In particular, the present invention relates to a current sensor unit including a current sensor element that measures a current flowing through each of a plurality of bus bars extending in parallel.
三相交流を出力するインバータなどでは、各相の電流を計測する電流センサ素子を備えた電流センサユニットが用いられることがある(例えば特許文献1)。特許文献1の電流センサユニットは、電流が流れる複数のバスバが貫通する本体を備えている。バスバとは、細長金属板(あるいは金属棒)を使った導電体である。本体の内部には、各バスバに対向するように電流センサ素子が配置されている。また、本体の内部には、各バスバとそれに対応する電流センサ素子を囲むようにシールド板が備えられている。電流センサ素子は、一般に磁電変換素子であり、シールド板は、外部の磁界(ノイズ磁界)を遮断するために備えられている。複数のシールド板の一部は、本体の内部で、樹脂によってモールドされ、支持されている。 In an inverter or the like that outputs three-phase alternating current, a current sensor unit including a current sensor element that measures the current of each phase may be used (for example, Patent Document 1). The current sensor unit of Patent Literature 1 includes a main body through which a plurality of bus bars through which current flows. The bus bar is a conductor using an elongated metal plate (or a metal bar). Inside the main body, a current sensor element is arranged so as to face each bus bar. A shield plate is provided inside the main body so as to surround each bus bar and the corresponding current sensor element. The current sensor element is generally a magnetoelectric conversion element, and the shield plate is provided to block an external magnetic field (noise magnetic field). Some of the plurality of shield plates are molded and supported by resin inside the main body.
シールド板が硬い樹脂でモールドされていると、樹脂から応力を受け、歪を生じる。シールド板の歪は、シールド板の劣化や当初の設計からの位置ずれの原因となり、期待した磁界遮断効果が得られない虞がある。 If the shield plate is molded with a hard resin, it receives stress from the resin and causes distortion. The distortion of the shield plate causes deterioration of the shield plate and displacement from the original design, and the expected magnetic field blocking effect may not be obtained.
本明細書は、複数のバスバが貫通している樹脂モールド体にシールド板を埋設した電流センサユニットに関し、樹脂モールド体からシールド板に加わる応力を低減する技術を提供する。シールド板に加わる応力を低減することで、シールド板が歪んだり位置ずれを生じたりすることが防止される。 The present specification relates to a current sensor unit in which a shield plate is embedded in a resin mold body through which a plurality of bus bars penetrate, and provides a technique for reducing stress applied to the shield plate from the resin mold body. By reducing the stress applied to the shield plate, the shield plate is prevented from being distorted or displaced.
本明細書が開示する電流センサユニットは、平行に延びている複数のバスバの夫々に流れる電流を計測するユニットである。電流センサユニットは、樹脂モールド体とシールド板を備えている。樹脂モールド体は、複数のバスバが貫通するようにモールドされたものである。樹脂モールド体には、夫々のバスバに隣接するように各バスバに対応する電流センサ素子が配置されている。シールド板は、樹脂モールド体に埋設されている。樹脂モールド体は、複数のバスバの並び方向と延設方向の双方と交差する方向を向く側面に嵌合溝を備えている。嵌合溝は、複数のバスバに亘って延びており、底へ行くほど溝幅が狭くなるように傾斜している傾斜側面を有している。また、その嵌合溝の底にシールド板位置決め用の突起が設けられている。シールド板は、位置決め用の突起に係合する貫通孔が設けられているとともに、嵌合溝の底面と傾斜側面との境界に接するように嵌合している。そして、その嵌合溝に、シールド板を覆うように、樹脂モールド体を形成する樹脂よりも硬度の低い樹脂が充填されている。この電流センサユニットは、シールド板を囲むように一種類の樹脂が充填されているのではなく、樹脂モールド体に設けられた溝に嵌合するようにシールド板が取り付けられ、その上から硬度の低い別の樹脂が充填される。シールド板は、嵌合溝の底面と傾斜側面との境界、及び、位置決め用の突起により正確に位置が定まる。それゆえ、シールド板は、全体を樹脂モールド体の硬い樹脂で覆わなくとも、位置が正確に定まる。そして、シールド板を覆うように嵌合溝に充填される別の樹脂は、樹脂モールド体を形成する樹脂よりも硬度が低い。それゆえ、シールド板は、樹脂モールド体から高い応力を受けることがなく、また、シールド板を覆う別の樹脂も、シールド板に高い応力を加えずに済む。この電流センサユニットは、シールド板に加わる応力が低減されるので、シールド板が歪んだり位置ずれを生じたりすることが防止される。なお、樹脂の硬度は、例えば、ロックウェル硬度で評価される。 The current sensor unit disclosed in this specification is a unit that measures a current flowing through each of a plurality of bus bars extending in parallel. The current sensor unit includes a resin mold body and a shield plate. The resin mold body is molded so that a plurality of bus bars penetrate. A current sensor element corresponding to each bus bar is arranged on the resin mold so as to be adjacent to each bus bar. The shield plate is embedded in the resin mold body. The resin mold body has a fitting groove on a side surface facing a direction intersecting both the arrangement direction and the extension direction of the plurality of bus bars. The fitting groove extends over the plurality of bus bars, and has an inclined side surface that is inclined so that the groove width becomes smaller toward the bottom. Further, a projection for positioning the shield plate is provided at the bottom of the fitting groove. The shield plate is provided with a through hole that engages with the positioning projection, and is fitted so as to be in contact with the boundary between the bottom surface of the fitting groove and the inclined side surface. The fitting groove is filled with a resin having a lower hardness than the resin forming the resin mold body so as to cover the shield plate. This current sensor unit is not filled with one kind of resin so as to surround the shield plate, but a shield plate is attached so as to fit in a groove provided in the resin mold body, and a hardness of Fill with low another resin. The position of the shield plate is accurately determined by the boundary between the bottom surface and the inclined side surface of the fitting groove and the positioning projection. Therefore, the position of the shield plate is accurately determined without covering the whole with the hard resin of the resin mold body. Another resin filled in the fitting groove so as to cover the shield plate has a lower hardness than the resin forming the resin mold body. Therefore, the shield plate does not receive high stress from the resin mold body, and another resin covering the shield plate does not need to apply high stress to the shield plate. In this current sensor unit, the stress applied to the shield plate is reduced, so that the shield plate is prevented from being distorted or displaced. In addition, the hardness of the resin is evaluated, for example, by Rockwell hardness.
本明細書が開示する技術の詳細とさらなる改良は以下の「発明を実施するための形態」にて説明する。 The details and further improvements of the technology disclosed in this specification will be described in the following “Detailed description of the invention”.
図面を参照して実施例の電流センサユニット2を説明する。図1に、電流センサユニット2の斜視図を示す。電流センサユニット2は、その本体(樹脂モールド体20)を6本のバスバ3a〜3fが貫通しており、6本のバスバ3a〜3fの夫々の電流を計測するユニットである。6本のバスバ3a〜3fは、例えば、2個の三相交流モータに交流電力を供給するインバータの内部に備えられており、2組の三相交流を伝送する導体である。図に示すバスバ3a〜3fは、インバータの内部で配策されている長いバスバの一部である。なお、以下では、6本のバスバ3a〜3fのいずれか1個を区別なく示すときには、バスバ3と称する。図1のV−V線に沿った断面図は図5に示し、VI−VI線に沿った断面図は図6に示す。それら断面図については後で説明する。
The
樹脂モールド体20の内部には、複数の電流センサ素子を取り付けたセンサ基板と、2枚のシールド板が配置されている。図2に、6本のバスバ3とセンサ基板12の分解図を示す。図3に、複数のバスバ3にセンサ基板12を取り付けた状態の斜視図を示す。図2と図3では、樹脂モールド体20と2枚のシールド板は図示を省略している。
Inside the
各バスバ3a〜3fは、細長金属板で作られており、平坦面が互いに対向するように、平行に延びている。図中の座標系のX方向がバスバの延設方向に相当し、Y方向が複数のバスバ3の並び方向に相当する。各バスバ3は、その一部に、切欠5、6が設けられている。切欠5、6は、バスバの幅広面を平面視したときに両方の縁を切り欠くように設けられており、それら切欠5、6によって、バスバの断面積が他の部分の断面積よりも小さくなる小断面部4が形成されている。図2では、バスバ3aと3fにのみ、切欠を示す符号5、6と小断面部を示す符号4を付しており、他のバスバ3b〜3eの切欠と小断面部には符号を省略している。図3では、バスバ3aにのみ、切欠を示す符号5、6と小断面部を示す符号4を付しており、他のバスバ3b〜3fにはそれらの符号を省略した。また、図3では、バスバ3aに対応する電流センサ素子にのみ、符号7aを付し、他のバスバ3b〜3fの夫々に対応する電流センサ素子には符号を省略した。
Each of the
複数のバスバ3の小断面部4は、バスバ3の並び方向に沿って順に互い違いになるように配置されている。複数のバスバ3の切欠5には、センサ基板12が嵌合する。センサ基板12には、各バスバ3の切欠5に隣接する幅広部分5aが嵌合するスリット13a〜13fが設けられている。また、センサ基板12の各バスバ3の小断面部4に対向する位置に、電流センサ素子7a〜7fが取り付けられている。電流センサ素子7a〜7fのいずれか1個を区別なく示すときには、電流センサ素子7と称する。なお、センサ基板12には、外部のコントローラからのケーブルを接続するコネクタや、そのコネクタの端子と各電流センサ素子7を接続するプリント配線などが実装されているが、それらの図示は省略してある。
The
バスバ3aとそのバスバ3aを流れる電流を計測する電流センサ素子7aについて説明する。電流センサ素子7aは、磁電変換素子であり、対応するバスバ3aを流れる電流に起因してバスバ3aの周囲に発生する誘導磁界を検知する。電流センサ素子7aは、例えば、ホール素子である。電流センサ素子7aは、貫いた磁界(磁束)の大きさによりその両端電圧が変化する。電流センサユニット2の上位のコントローラは、電流センサ素子7aの両端電圧に、所定の変換係数を乗じ、バスバ3aを流れる電流の大きさを特定する。
The
他の電流センサ素子7b〜7fについても同様であり、各電流センサ素子7b〜7fは、対応するバスバ3b〜3fに流れる電流に起因する磁界(磁束)を計測し、その計測結果に基づいて、各バスバ3b〜3fを流れる電流の大きさが特定される。以下では、説明の便宜上、「バスバを流れる電流に起因する磁界」を単純に、「バスバの磁界」と称する。
The same applies to the other
磁電変換素子である電流センサ素子7は、対応するバスバ以外のバスバの磁界、及び、電流センサユニット2の外部の磁界(ノイズ磁界)も検知してしまう可能性がある。ここで、バスバの磁界は、バスバを流れる電流密度が高いほど、大きくなる。バスバ3に切欠5、6を設け、断面積が他の部分よりも小さい小断面部4を構成し、磁電変換素子である電流センサ素子7をその小断面部4の近傍に配置することで、電流センサ素子7が計測する磁界を大きくする。また、隣接するバスバの小断面部4をバスバ延設方向でずらして設けることで、隣接するバスバの磁界の影響を抑え、電流センサ素子7のSN比を高めている。さらに、電流センサユニット2は、バスバ3の延設方向(X方向)、及び、並び方向(Y方向)の双方と交差する方向(Z方向)で、複数のバスバ3と複数の電流センサ素子7を挟み込む一対のシールド板を備えている。一対のシールド板が、ノイズ磁界を低減する。
The current sensor element 7 which is a magnetoelectric conversion element may also detect a magnetic field of a bus bar other than the corresponding bus bar and a magnetic field (noise magnetic field) outside the
電流センサユニット2が備えるシールド板について説明する。樹脂モールド体20は、図2の状態の複数のバスバ3が貫通するようにモールドされ、形成されている。別言すれば、樹脂モールド体20は、平行に延びている複数のバスバ3の一部を覆うようにモールドされている。詳しくは後述するが、樹脂モールド体20には、センサ基板12が嵌合する基板用溝が形成されている。センサ基板12は、樹脂モールド体20が形成された後に、基板用溝に配置される。複数の電流センサ素子7は、樹脂モールド体20の内部に配置されることになる。図4に樹脂モールド体20を含む電流センサユニット2の斜視図を示す。ただし、図4の樹脂モールド体20は、またシールド板14、15を取り付ける前のものである。図4では、シールド板14、15を、樹脂モールド体20から分離して描いてある。樹脂モールド体20は、複数のバスバ3を囲み、それらが樹脂モールド体20を貫通するように形成される。図4における樹脂モールド体20の上面、即ち、複数のバスバ3の延設方向(X方向)と並び方向(Y方向)の双方と交差する方向(Z方向)を向く一方の側面に、嵌合溝21が設けられている。嵌合溝21は、複数のバスバ3の並び方向に沿って延びているとともに、複数のバスバ3に亘って延びている。なお、嵌合溝内の突条23は、バスバ3の切欠6に隣接する幅広部分を覆っている部分である。嵌合溝21の底面には、シールド板15の位置決め用の突起22が設けられている。
The shield plate included in the
嵌合溝21と同様の溝(嵌合溝26)が、図4における樹脂モールド体20の下面、即ち、複数のバスバ3の延設方向(X方向)と並び方向(Y方向)の双方と交差する方向(Z方向)を向く他方の側面に設けられている。図4では嵌合溝26は見えないが、構造は嵌合溝21と同じである。ただし、嵌合溝26の底面には別の溝が設けられている。その別の溝については図5、図6を参照して説明する。
A groove (fitting groove 26) similar to the
シールド板14は、樹脂モールド体20の上面に設けられた嵌合溝21に嵌合し、シールド板15は、樹脂モールド体20の下面に設けられた嵌合溝26に嵌合する。シールド板14には、複数の突条23の夫々に対応したスリット14aが設けられている。また、シールド板14には、突起22が嵌合する貫通孔14hが設けられている。同様に、シールド板15には、下面の嵌合溝26の複数の突条の夫々に対応したスリット15aが設けられているとともに、嵌合溝26の底から延びる突起が嵌合する貫通孔15hが設けられている。
The
ここからは、図4とともに、図5及び図6を参照してシールド板14、15と樹脂モールド体20の関係を説明する。図5は、図1のV−V線に沿った断面図であり、図6は図1のVI−VI線に沿った断面図である。
Hereinafter, the relationship between the
図5と図6に示すように、嵌合溝21の側面21a、21bは、底面へ行くほど嵌合溝21の幅が狭くなるように傾斜している。この側面を以下では傾斜側面21a、21bと称する。シールド板14は、嵌合溝21の底面と傾斜側面21a、21bとの境界に接するように嵌合している。また、図6に示すように、シールド板14の貫通孔14hは、嵌合溝21の底面に設けられた突起22に嵌合している。
As shown in FIGS. 5 and 6, the side surfaces 21a and 21b of the
樹脂モールド体20の下面の嵌合溝26についても同様である。嵌合溝26の側面26a、26bは、底へ行くほど溝の幅が狭くなるように傾斜している。この側面を以下では傾斜側面26a、26bと称する。シールド板15は、嵌合溝26の底面と傾斜側面26a、26bとの境界に接するように嵌合している。なお、図6において、嵌合溝26の左側の傾斜側面26bは、その傾斜側面26bに続いて基板用溝28(後述)が続いており、傾斜側面26bと嵌合溝26の底面との境界が存在しない。しかし、図6の嵌合溝26の左側の傾斜側面26b以外は、傾斜側面と溝の底面との境界が存在し、シールド板15は、その境界に接するように嵌合溝26に嵌合する。図6に示すように、シールド板15の貫通孔15hは、嵌合溝26の底面に設けられた突起27に嵌合している。
The same applies to the
嵌合溝26の底面には、さらに別の溝(基板用溝28)が設けられている。基板用溝28は、その側面に、溝幅がステップ状に狭くなる段差28aを備えている。その段差28aにセンサ基板12が嵌合している。基板用溝28は、センサ基板12が設置された後に、シールド板15によって塞がれる。
Further grooves (substrate grooves 28) are provided on the bottom surface of the
嵌合溝21には、シールド板14を覆うように、別の樹脂29が充填されている。別の樹脂29には、樹脂モールド体20を形成する樹脂よりも硬度の低い樹脂が使われている。樹脂の硬度は、例えば、ロックウェル硬度で比較される。例えば、樹脂モールド体20には、エポシキ樹脂(ロックウェル硬度:M80〜100)が採用され、別の樹脂29には、ポリカーボネート(ロックウェル硬度:M78)が採用される。別の樹脂29には、ロックウェル硬度試験には適さないほど柔らかい樹脂充填材を用いてもよい。嵌合溝21に嵌合しているシールド板14、嵌合溝26に嵌合しているシールド板15は、別の樹脂29によって、樹脂モールド体20に封止される。なお、嵌合溝26の底面に設けられている基板用溝28はシールド板15で塞がれているので、基板用溝28に別の樹脂29が侵入することを抑制する。
The
複数のバスバ3と複数の電流センサ素子7を挟み込むように配置されている一対のシールド板14、15は、フェライトなどの強磁性体で作られており、電流センサ素子7を外部のノイズ磁界から遮断する。
The pair of
傾斜側面21a、21bを備えるとともに、突起22を備える嵌合溝21と、シールド板14を覆うように嵌合溝21に充填されている別の樹脂29の利点について述べる。なお、以下の説明は、傾斜側面26a、26bを備えるとともに突起27を有する嵌合溝26と、シールド板15を覆うように嵌合溝26に充填されている別の樹脂29についても該当する。
The advantages of the
仮に、シールド板14、15を、硬度の高い樹脂モールド体20で完全に封止してしまうと、シールド板14、15は、樹脂モールド体20の構成樹脂から応力を受け、歪みを生じる。シールド板14、15の歪には、シールド板の劣化や、当初の位置(設計上の配置位置)からの位置ずれの原因となり、期待した磁界遮断効果が得られない虞がある。さらに、強磁性体は、応力を受けるとその磁気特性が変化する(磁歪効果)。強磁性体で作られているシールド板14、15が応力を受けるとその磁気特性が変化し、この点も、当初の磁界遮断効果が得られない原因となり得る。実施例のシールド板14(シールド板15)は、樹脂モールド体20に設けられた嵌合溝21(嵌合溝26)に嵌合しており、その上から、硬度の低い別の樹脂29で覆われる。シールド板14(シールド板15)は、その全体が硬い樹脂の樹脂モールド体20で覆われてはいないので、樹脂モールド体20の樹脂から強い応力を受けることがない。また、シールド板14(シールド板15)を覆っている別の樹脂29は、樹脂モールド体20の樹脂よりも硬度が低いため、この別の樹脂29も、シールド板14(シールド板15)に高い応力を加えることがない。それゆえ、シールド板14(シールド板15)の歪みが抑えられる。
If the
また、シールド板14は、嵌合溝21の傾斜側面21a、21bと底面との境界に接するように嵌合溝21に嵌合しているとともに、その貫通孔14hが突起22に嵌合している。この構造により、シールド板14は、樹脂モールド体20における位置が正確に定まる。シールド板15も同様であり、嵌合溝26の傾斜側面26a、26bと底面との境界に接するように嵌合溝26に嵌合しているとともに、その貫通孔15hが突起27に嵌合している。この構造により、シールド板15は、樹脂モールド体20における位置が正確に定まる。シールド板14、15の樹脂モールド体20に対する相対位置(即ち、バスバ3と電流センサ素子7に対する相対位置)が正確に定まるので、シールド板14、15は、設計上の性能を発揮することができる。
The
実施例で説明した技術に関する留意点を述べる。嵌合溝の対向する側面のうち、一方が傾斜しており、他方は底面に対して垂直になっていてもよい。また、電流センサユニットが備える電流センサ素子7の数は、6個に限られるものではない。 Points to keep in mind regarding the technology described in the embodiment will be described. One of the opposite side surfaces of the fitting groove may be inclined, and the other may be perpendicular to the bottom surface. Further, the number of current sensor elements 7 provided in the current sensor unit is not limited to six.
図6に示されているように、嵌合溝21の中に突き出ている突条23と、シールド板14のスリット14aとの間には隙間が存在する。突条23とスリット14aとの間に隙が存在しても、シールド板14は、対向する傾斜側面21a、及び、対向する傾斜側面21bの夫々と底面との境界に接しているとともに、貫通孔14hが突起22に嵌合しているので、その位置が正確に定まる。なお、スリット14aの幅を、突条23の幅と同じにして、スリット14aと突条23もシールド板14の位置決めに寄与するように構成してもよい。嵌合溝26に嵌合するシールド板15についても同様である。
As shown in FIG. 6, there is a gap between the
図5、図6に示すように、シールド板15は、その表面の全てが樹脂に接するように埋設されていなくともよい。樹脂モールド体20のシールド板15と接する面の一部に溝(例えば前述した基板用溝28)や孔が設けられており、それら溝や孔に対応するシールド板15の領域は樹脂モールド体20に接していない。それでも、溝や孔以外の部分でシールド板15は樹脂モールド体20に接して固定されており、シールド板15は樹脂モールド体20に埋設されているといえる。
As shown in FIGS. 5 and 6, the
実施例における別の樹脂29が、請求項における「樹脂モールド体を形成する樹脂よりも硬度の低い樹脂」の一例に相当する。
Another
以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成し得るものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。 As described above, specific examples of the present invention have been described in detail, but these are merely examples, and do not limit the scope of the claims. The technology described in the claims includes various modifications and alterations of the specific examples illustrated above. The technical elements described in the present specification or the drawings exhibit technical usefulness alone or in various combinations, and are not limited to the combinations described in the claims at the time of filing. In addition, the technology illustrated in the present specification or the drawings can simultaneously achieve a plurality of objects, and has technical utility by achieving one of the objects.
2:電流センサユニット
3、3a〜3f:バスバ
4:小断面部
5、6:切欠
7、7a〜7f:電流センサ素子
12:センサ基板
13a〜13f:スリット
14、15:シールド板
14a、15a:スリット
14h、15h:貫通孔
20:樹脂モールド体
21、26:嵌合溝
21a、21b、26a、26b:傾斜側面
22、27:突起
23:突条
28:基板用溝
2:
Claims (1)
複数の前記バスバが貫通するようにモールドされている樹脂モールド体であって、夫々のバスバに隣接するように各バスバに対応する電流センサ素子がその内部に配置されている樹脂モールド体と、
前記樹脂モールド体に埋設されているシールド板と、
を備えており、
前記樹脂モールド体は、複数の前記バスバの並び方向と延設方向の双方と交差する方向を向く側面に、複数の前記バスバに亘って延びており、底へ行くほど溝幅が狭くなるように傾斜している傾斜側面を有する嵌合溝を備えているとともに、前記嵌合溝の底にシールド板位置決め用の突起が設けられており、
前記シールド板は、前記突起に係合する貫通孔を備えているとともに、前記嵌合溝の底面と前記傾斜側面との境界に接するように前記嵌合溝に嵌合しており、
前記嵌合溝に、前記シールド板を覆うように、前記樹脂モールド体を形成する樹脂よりも硬度の低い樹脂が充填されている、電流センサユニット。 A current sensor unit that measures a current flowing through each of a plurality of bus bars extending in parallel,
A resin molded body molded so that the plurality of bus bars are penetrated, and a resin molded body in which a current sensor element corresponding to each bus bar is disposed so as to be adjacent to each bus bar,
A shield plate embedded in the resin mold body,
With
The resin mold body extends over a plurality of the bus bars on a side surface that faces a direction intersecting both the arrangement direction and the extending direction of the plurality of bus bars, and the groove width decreases toward the bottom. With a fitting groove having an inclined side surface that is inclined, a projection for shield plate positioning is provided at the bottom of the fitting groove,
The shield plate has a through hole that engages with the protrusion, and is fitted in the fitting groove so as to contact a boundary between a bottom surface of the fitting groove and the inclined side surface,
The current sensor unit, wherein the fitting groove is filled with a resin having a lower hardness than a resin forming the resin mold body so as to cover the shield plate.
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