JP6883241B2 - Current sensor - Google Patents
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本発明は、導体に流れる電流を測定する電流センサに関する。 The present invention relates to a current sensor that measures the current flowing through a conductor.
近年、モータとインバータとを備えるハイブリッド車両や電気自動車が普及している。このようなモータの回転を適切に制御する上で、モータに流れる電流を測定することは重要である。そこで、従来、このようなモータに流れる電流を測定する技術が検討されてきた(例えば特許文献1及び2)。
In recent years, hybrid vehicles and electric vehicles equipped with a motor and an inverter have become widespread. In order to properly control the rotation of such a motor, it is important to measure the current flowing through the motor. Therefore, conventionally, techniques for measuring the current flowing through such a motor have been studied (for example,
特許文献1には、半導体素子を収容する複数のパワーカードと複数の冷却器とを積層して構成した積層ユニットが記載されている。この積層ユニットは、パワーカードとして、バッテリの直流電圧を昇圧する電圧コンバータと、昇圧された直流電圧を交流電圧に変換するインバータとを備えている。
特許文献2には、ギャップを有するコアの中央にバスバーを通し、当該バスバーに流れる電流に応じて変化するコアの磁束を、ギャップに配設されたセンサ素子で検知することにより、電流を検出する電流センサが記載されている。この電流センサは、コアとバスバーとを予めコアホルダに取り付け、コアとバスバーとが取り付けられた状態のコアホルダを樹脂で覆って、コアとバスバーとをコアホルダで一体化している。
In
ここで、ハイブリッド車両や電気自動車においては、車両に応じて昇圧部品(例えばリアクトル)やモータの数が異なることがある。このような用途に特許文献1に記載の積層ユニットを用いると、パワーカードや冷却器を積層する数(以下「積層数」とする)をバリエーションに合わせて、都度、新たに設計する必要があり、低コスト化の余地がある。また、特許文献2に記載の技術においても、特許文献1に記載の積層ユニットと同様に、上記用途への適用を考えた場合には、都度、設計する必要があり、低コスト化の余地がある。
Here, in a hybrid vehicle or an electric vehicle, the number of boosting parts (for example, a reactor) or a motor may differ depending on the vehicle. When the stacking unit described in
そこで、車両に応じて昇圧部品やモータの数が異なる場合であっても、低コストで実現することが可能な電流センサが求められる。 Therefore, there is a demand for a current sensor that can be realized at low cost even when the number of boosting parts and motors differs depending on the vehicle.
本発明に係る電流センサの特徴構成は、測定対象となる三相回転電機を流れる三相電流が通電される複数のバスバーと、前記複数のバスバーを個別に周方向に沿って囲むように配置されるコアと、前記複数のバスバー及び前記コアを収容する第1ユニットと、前記コアで集磁された磁束の密度を検出する検出素子が実装された基板と、を備え、前記第1ユニットは、前記基板が固定される固定部を有し、前記固定部は、当該固定部に隣接するバスバーに対して、前記複数のバスバーのうち互いに隣接するバスバーのピッチの半分のピッチで規定される範囲内に設けられている点にある。 The characteristic configuration of the current sensor according to the present invention is such that a plurality of bus bars on which a three-phase current flowing through a three-phase rotating electric machine to be measured is energized and the plurality of bus bars are individually surrounded along the circumferential direction. The first unit includes a core, a first unit accommodating the plurality of bus bars and the core, and a substrate on which a detection element for detecting the density of the magnetic current collected by the core is mounted . The fixing portion has a fixing portion to which the substrate is fixed, and the fixing portion is within a range defined by half the pitch of the bus bars adjacent to each other among the plurality of bus bars with respect to the bus bar adjacent to the fixing portion. lies in the fact that that provided to.
このような特徴構成とすれば、第1ユニットを共通要素とし、第2ユニットを可変要素とすることができる。このため、例えば三相回転電機の数が1つである場合には、1つの第1ユニットを第2ユニットに収容した状態で電流センサを構成し、三相回転電機の数が2つである場合には、2つの第1ユニットを第2ユニットに収容した状態で電流センサを構成し、更に三相回転電機の数が3つである場合には、3つの第1ユニットを第2ユニットに収容した状態で電流センサを構成することで、電流センサが利用されるシステムのバリエーションに応じて柔軟に対応することが可能となる。したがって、本電流センサによれば、車両に応じて昇圧部品やモータの数が異なる場合であっても、第1ユニットを共通化することができるので、第1ユニットに関しては再度設計する必要がない。このため、設計に係るコストを低減することができる。また、第1ユニットを共通化することにより、部材管理コストも低減することができ、低コストで実現することが可能となる。 With such a feature configuration, the first unit can be a common element and the second unit can be a variable element. Therefore, for example, when the number of three-phase rotating electric machines is one, the current sensor is configured with one first unit housed in the second unit, and the number of three-phase rotating electric machines is two. In the case, the current sensor is configured with the two first units housed in the second unit, and when the number of three-phase rotating electric machines is three, the three first units are used as the second unit. By configuring the current sensor in the housed state, it is possible to flexibly respond to the variation of the system in which the current sensor is used. Therefore, according to this current sensor, even if the number of boosting parts and motors differs depending on the vehicle, the first unit can be shared, so that it is not necessary to redesign the first unit. .. Therefore, the cost related to the design can be reduced. Further, by sharing the first unit, the member management cost can be reduced, and it can be realized at a low cost.
また、このような構成とすれば、複数の第1ユニットを並設して第2ユニットを構成した場合であっても、全てのバスバー間のピッチを均一にすることができる。したがって、例えば三相回転電機が有する端子との接続を簡便に行うことが可能となる。 Further, with such a configuration, even when a plurality of first units are arranged side by side to form the second unit, the pitch between all the bus bars can be made uniform. Therefore, for example, it is possible to easily connect to the terminal of the three-phase rotary electric machine.
また、前記基板には、前記測定対象の三相電流が通電されるバスバーの数に応じた前記検出素子が実装されていると好適である。 Further, it is preferable that the detection element is mounted on the substrate according to the number of bus bars to which the three-phase current to be measured is energized.
このような構成とすれば、基板とコアとの位置決めを適切に設定しておくことにより、複数の検出素子を同時にコアに対する適切な位置に配置することができる。 With such a configuration, by appropriately setting the positioning of the substrate and the core, a plurality of detection elements can be simultaneously arranged at appropriate positions with respect to the core.
また、前記複数のバスバーのうち互いに隣接するバスバーのピッチが、複数の電子部品が収容されたパワーカードと複数の冷却器とが積層された冷却ユニットのインバータが有する端子と同じピッチであると好適である。 Further, it is preferable that the pitch of the bus bars adjacent to each other among the plurality of bus bars is the same pitch as the terminals of the inverter of the cooling unit in which the power card accommodating the plurality of electronic components and the plurality of coolers are laminated. Is.
このような構成とすれば、第1ユニットにおけるバスバーのピッチと、第2ユニットにおけるバスバーのピッチとを、インバータが有する端子と同じピッチとすることができる。したがって、電流センサのバスバーとインバータの端子との接続が簡便に行うことができ、電流センサを冷却ユニットに簡便に組み付けることが可能となる。 With such a configuration, the pitch of the bus bar in the first unit and the pitch of the bus bar in the second unit can be set to the same pitch as the terminals of the inverter. Therefore, the bus bar of the current sensor and the terminal of the inverter can be easily connected, and the current sensor can be easily assembled to the cooling unit.
本発明に係る電流センサは、バスバーを流れる電流を測定することができるように構成されている。ここで、導体に電流が流れる場合には、当該電流の大きさに応じて導体を軸心として磁界が発生し、当該磁界により磁束が生じる。本電流センサは、このような磁束の密度(磁束密度)を検出し、検出された磁束密度に基づいてバスバーに流れる電流(電流値)を測定する。 The current sensor according to the present invention is configured to be able to measure the current flowing through the bus bar. Here, when a current flows through the conductor, a magnetic field is generated with the conductor as the axis according to the magnitude of the current, and a magnetic flux is generated by the magnetic field. This current sensor detects the density of such magnetic flux (magnetic flux density) and measures the current (current value) flowing through the bus bar based on the detected magnetic flux density.
図1には本実施形態に係る電流センサ1の斜視図が示される。理解を容易にするために、電流センサ1を貫通するバスバー2が延出する方向をA方向とし、複数のバスバー2が並ぶ方向をB方向とし、A方向及びB方向の双方に直交する方向をC方向とする。図2には電流センサ1をC方向から見た図(上面図)が示され、図3には電流センサ1をA方向から見た図(側面図)が示される。以下、図1−図3を用いて説明する。本電流センサ1は、バスバー2、コア10、第1ユニット20、第2ユニット30、基板40を備えて構成される。
FIG. 1 shows a perspective view of the
バスバー2には、測定対象となる三相回転電機を流れる三相電流が通電される。バスバー2は、図示しない三相回転電機(三相モータの総称)と当該三相回転電機に通電するインバータの端子との接続に利用される。三相回転電機は、ハイブリッド車両や電気自動車等の動力源に用いられる。インバータは、バッテリ等から出力される直流電力を交流電力に変換する。バスバー2は、このようなインバータにより交流電力に変換された電圧及び電流を三相回転電機に供給する。したがって、本実施形態ではバスバー2は、図1−図3に示されるように、3つから構成される。電流センサ1は、このような複数のバスバー2に流れる電流(三相電流)を測定対象とする。
The
コア10は、複数のバスバー2を個別に周方向に沿って囲むように配置される。本実施形態では、コア10は、複数の溝部11、且つ、互いに隣接する溝部11の間を隔てる隔壁部12を有して構成される。また、複数の溝部11の両外側には外壁部13を有する。本実施形態では、図1−図3に示されるように、コア10は3つの溝部11を有して構成される。したがって、本実施形態のコア10は2つの隔壁部12を有する。このようなコア10は、磁性体から構成される。本実施形態に係るコア10は、溝部11を有する金属磁性体よりなる平板を図1−図3のA方向に積層して形成される。上記金属磁性体は、軟磁性の金属であり、電磁鋼板(珪素鋼板)やパーマロイ等が相当する。このような磁性体として、例えば無方向電磁鋼板を用いることが可能である。もちろん、その他の電磁鋼板を用いることも可能である。コア10は、このような金属磁性体を打ち抜いて構成される。なお、コア10は粉末磁性体を焼結して構成することも可能である。
The
図1−図3に示されるように、各溝部11には対応するバスバー2が挿通される。したがって、コア10は複数のバスバー2の夫々を周方向に沿って囲むことになる。このようにコア10が、バスバー2の夫々を周方向に沿って囲むことにより、バスバー2の周囲に生じる磁束を集磁し易くなる。なお、本実施形態ではコア10は複数の溝部11、且つ、互いに隣接する溝部11の間を隔てる隔壁部12を有して構成されるとして説明したが、複数のバスバー2の夫々に対して個別に設けても良い(1つのコア10が1つのバスバー2を囲むように設けても良い)。係る場合、1つのコア10のA方向視がU字状に形成しても良いし、A方向視がC字状であっても良い。
As shown in FIGS. 1 to 3, a corresponding
図4には第1ユニット20の上面図が示され、図5には図4のV−V線の断面図が示される。図4及び図5に示されるように、第1ユニット20は、複数のバスバー2及びコア10を収容する。本実施形態では、複数のバスバー2とは3つのバスバー2である。第1ユニット20は、これら3つのバスバー2及びコア10の夫々の少なくとも一部を樹脂で内包して構成される。上述した溝部11には、少なくとも凹部43(後述する)が形成されるように樹脂が充填されても良い。このような第1ユニット20は樹脂成形により構成すると好適である。
FIG. 4 shows a top view of the
図1−図3に戻り、第2ユニット30は、三相回転電機の個数に応じた第1ユニット20を収容する。本実施形態では、三相回転電機は1つである。したがって、第2ユニット30は、1つの第1ユニット20を収容する。このような第2ユニット30は第1ユニット20を内包する状態で樹脂成形により構成すると好適である。
Returning to FIGS. 1 to 3, the
基板40は、コア10で集磁された磁束の密度を検出する検出素子41が実装される。検出素子41は、コア10の各溝部11の開口部分に設けられ、開口部分に生じる磁束の密度(磁束密度)を検出する。上述したように、本実施形態ではコア10は3つ設けられる。したがって、基板40には3つの検出素子41が実装される。このような検出素子41は、公知のホールICや磁気抵抗効果素子(MR素子)を用いると良い。また、夫々の検出素子41は、磁束密度の検出結果に含まれる検出誤差を小さくするために、同じプロセスで製造されたもの、好ましくは同じロットで製造されたものを用いると良い。
The
本実施形態では、基板40には、測定対象の三相電流が通電されるバスバー2の数に応じた検出素子41が実装される。本実施形態では、上述したように検出素子41は3つ備えられる。この3つの検出素子41は、1枚の基板40に実装される。
In the present embodiment, the
基板40は、第1ユニット20に固定される。このため、第1ユニット20には、基板40が固定される固定部42が設けられる。本実施形態では、基板40は第1ユニット20にネジ50を介して固定される。したがって、本実施形態では、固定部42はネジ50が螺合されるネジ孔が相当する。
The
固定部42は、当該固定部42に隣接するバスバー2に対して、複数のバスバー2のうち互いに隣接するバスバー2のピッチの半分のピッチ規定される範囲内に設けられる。本実施形態では固定部42は、互いに離間して2つ設けられる。固定部42に隣接するバスバー2とは、図2において互いの固定部42から最も近いバスバー2である。理解を容易にするために、2つの固定部42を固定部42A、42Bとし、バスバー2をバスバー2A、2B、2Cとすると、固定部42Aに隣接するバスバー2とはバスバー2Aが相当し、固定部42Bに隣接するバスバー2とはバスバー2Cが相当する。
The fixing
複数のバスバー2のうち互いに隣接するバスバー2のピッチとは、バスバー2Aとバスバー2Bとの間隔P1、及びバスバー2Bとバスバー2Cとの間隔P2が相当する。したがって、半分のピッチとは、間隔P1の半分の長さ、及び間隔P2の半分の長さが相当する。なお、本実施形態では、間隔P1と間隔P2とは同じ間隔Pで構成される。したがって、固定部42Aは、バスバー2Aから距離P/2で規定される範囲内に設けられ、固定部42Bは、バスバー2Cから距離P/2で規定される範囲内に設けられる。このように構成することにより、第1ユニット20をコンパクトに構成することが可能となる。
The pitch of the
なお、複数のバスバー2のうち互いに隣接するバスバー2のピッチが、複数の電子部品が収容されたパワーカードと複数の冷却器とが積層された冷却ユニットのインバータが有する端子と同じピッチで構成すると好適である。これにより、電流センサ1のバスバー2とインバータの端子との接続が簡便に行うことができ、電流センサ1を冷却ユニットに簡便に組み付けることが可能となる。
It should be noted that the pitch of the
このような第1ユニット20は、上述したように樹脂成形により構成される。この時、第1ユニット20には、固定部42としてのネジ孔を設けると良い。また、検出素子41が、挿入される凹部43も設けられる。基板40に実装された検出素子41は、基板40を第2ユニット30に固定する際に、当該凹部43に挿入された状態となる。なお、この凹部43は、検出素子41がコア10の溝部11を通る磁束を精度良く検出できる位置に配置されるように設けると良い。
Such a
また、検出素子41が実装される基板40にも孔部44が設けられ、孔部44とネジ孔(固定部42)とを一致させた状態でネジ50を介して基板40が第1ユニット20に締結固定される。
Further, the
〔その他の実施形態〕
上記実施形態では、第2ユニット30が1つの第1ユニット20を収容する例を挙げて説明したが、第2ユニット30は複数の第1ユニット20を収容するように構成することも可能である。図6には、2つの三相回転電機向け電流センサ1が有する第1ユニット20の上面図が示される。この場合には、図6に示されるように、三相回転電機の数に合わせて、2つの第1ユニット20が用いられる。第1ユニット20は電流センサ1が接続される三相回転電機やパワーカードの端子のピッチに合わせて設けられた状態で樹脂成形され、図7に示されるように第2ユニット30に収容される。このように本電流センサ1によれば、第1ユニット20を共通化し、電流センサ1が設けられる環境に応じて個数を増減するだけで良いので、第1ユニット20に関しては再度設計する必要がない。また、部材管理コストを低減することもできる。したがって、低コストで電流センサ1を実現することが可能となる。また、固定部42を、当該固定部42に隣接するバスバー2に対して、複数のバスバー2のうち互いに隣接するバスバー2のピッチの半分のピッチ規定される範囲内に設けたので、複数の第1ユニット20を隣接して設けても、全てのバスバー2間のピッチを均一にすることができる。
[Other Embodiments]
In the above embodiment, the example in which the
上記実施形態では、第1ユニット20の固定部42は、当該固定部42に隣接するバスバー2に対して、複数のバスバー2のうち互いに隣接するバスバー2のピッチの半分のピッチで規定される範囲内に設けられているとして説明したが、固定部42は互いに隣接するバスバー2のピッチに拘らずに設けることも可能である。
In the above embodiment, the fixed
上記実施形態では、基板40には、測定対象の三相電流が通電されるバスバー2の数に応じた検出素子41が実装されているとして説明したが、基板40にはバスバー2の数に関連しない数の検出素子41を実装することも可能である。
In the above embodiment, it has been described that the
上記実施形態では、1つの第1ユニット20に1つの基板40を固定したが、複数の第1ユニット20に対して1つの基板40を固定することも可能である。
In the above embodiment, one
上記実施形態では、複数のバスバー2のうち互いに隣接するバスバー2のピッチが、複数の電子部品が収容されたパワーカードと複数の冷却器とが積層された冷却ユニットのインバータが有する端子と同じピッチであるとして説明したが、これは単なる例示である。したがって、バスバー2のピッチを他の装置の接続端子のピッチに合わせて構成することも可能であるし、当該接続端子のピッチと無関係に構成することも可能である。
In the above embodiment, the pitch of the
上記実施形態では、基板40は第1ユニット20に固定されるとして説明したが、第2ユニット30に固定するように構成しても良い。
In the above embodiment, the
本発明は、導体に流れる電流を測定する電流センサに用いることが可能である。 The present invention can be used in a current sensor that measures the current flowing through a conductor.
1:電流センサ
2:バスバー
10:コア
20:第1ユニット
30:第2ユニット
40:基板
41:検出素子
42:固定部
1: Current sensor 2: Bus bar 10: Core 20: 1st unit 30: 2nd unit 40: Substrate 41: Detection element 42: Fixed part
Claims (3)
前記複数のバスバーを個別に周方向に沿って囲むように配置されるコアと、
前記複数のバスバー及び前記コアを収容する第1ユニットと、
前記三相回転電機の個数の前記第1ユニットを収容する第2ユニットと、
前記コアで集磁された磁束の密度を検出する検出素子が実装された基板と、
を備え、
前記第1ユニットは、前記基板が固定される固定部を有し、
前記固定部は、当該固定部に隣接するバスバーに対して、前記複数のバスバーのうち互いに隣接するバスバーのピッチの半分のピッチで規定される範囲内に設けられている電流センサ。 Multiple bus bars to which the three-phase current flowing through the three-phase rotating electric machine to be measured is energized,
A core arranged so as to individually surround the plurality of bus bars along the circumferential direction,
A first unit accommodating the plurality of bus bars and the core,
A second unit accommodating the number of the three-phase rotary electric machines and the first unit, and
A substrate on which a detection element that detects the density of magnetic flux collected by the core is mounted, and
Equipped with a,
The first unit has a fixing portion to which the substrate is fixed.
The fixing portion, to the bus bars adjacent to the fixing unit, the current sensor that provided within the range defined by half the pitch of the pitch of the adjacent bus to each other among the plurality of bus bars.
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