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JP2018004269A - 電流センサ - Google Patents

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健 奥村
守 津田
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Abstract

【課題】本体にインサート成形されて一体化されたバスバーの端部の位置が精度よく設定される電流センサを提供する。【解決手段】6本以上のバスバー30と、磁性体からなり、基部41と、基部42から垂直方向に延出されて互いに離間する7つ以上の腕部42とを、有し、バスバー30の夫々が隣接する腕部42の間に形成されるギャップ60に挿通されたコア40と、ポリフェニレンサルファイド(PPS)、または、ポリフタルアミド(PPA)を用いてバスバー30とコア40とがインサート成形された状態で、バスバー30及びコア40を一体的に保持する本体と、を備える。【選択図】図4

Description

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。
近年、3相交流モータ(以下、単にモータとも称する)とインバータとを備えるハイブリッド自動車や電気自動車が普及している。これらの車両においては、モータに流れる電流を測定してモータの回転を適切に制御している。モータのU相、V相、W相の端子は夫々導体(バスバー)を介してインバータと接続されており、各バスバーを流れる電流の大きさは電流センサにより測定される。
特許文献1に記載の電流センサでは、磁性体からなる複数のコアと複数のバスバーとが、成形樹脂を用いたインサート成形により構成されている。電流センサにおいては、コアの内部空間にバスバーを挿通した状態で、バスバーを流れる電流の大きさに応じて当該バスバーの周囲に生じる磁束を検出素子で検出し、検出された磁束の大きさに基づいてバスバーを流れる電流の大きさを演算により求める。
特開2014−006116号公報
特許文献1で開示された電流センサは、インサート成形により6本のバスバーと互いに分離され千鳥状に配置された6つのコア(磁性体コア)とを樹脂製の本体と一体化し、その後ホール素子(検出素子)を装着して組み立てられる。
上述したように、バスバーの両端はそれぞれモータとインバータとに接続されるので、電流センサでは、本体に支持されるバスバーの端部の位置精度を高くする必要がある。インサート成形によりバスバーと本体とを一体化する場合には、バスバーの両端を金型内で保持した状態で金型内に溶融樹脂を充填するのが一般的である。金型内でのバスバーの保持は、本体が形成され金型から取り出されるまで継続され、バスバーと本体とが一体化される。しかし、樹脂成形後の本体におけるバスバーの端部は、金型内でバスバーが保持されている位置からずれてしまうことがある。
一般に、樹脂製品の硬化時における収縮度合いは、製品表面が最も小さく、製品内部ほど大きくなる。本体の内部において樹脂収縮が発生するとバスバーが応力を受ける。したがて、樹脂成形後の本体(電流センサ)におけるバスバーの端部の位置ずれは、この応力によるものと考えられる。
そこで、本体にインサート成形されて一体化されたバスバーの端部の位置が精度よく設定される電流センサが求められている。
本発明に係る電流センサの特徴構成は、6本以上のバスバーと、磁性体からなり、基部と、前記基部から垂直方向に延出されて互いに離間する7つ以上の腕部とを、有し、前記バスバーの夫々が隣接する前記腕部の間に形成されるギャップに挿通されたコアと、ポリフェニレンサルファイド(PPS)、または、ポリフタルアミド(PPA)を用いて前記バスバーと前記コアとがインサート成形された状態で、前記バスバー及び前記コアを一体的に保持する本体と、を備える点にある。
本構成によれば、6本以上のバスバーと7つ以上の腕部を有する一体化されたコアとを樹脂でインサート成形することで、電流センサが構成される。この一体化されたコアは、本体の内部において骨部として機能させることができる。つまり、本体の内部において樹脂収縮が発生しても、一体化されたコアの骨部としての保持機能によってコアの内側における樹脂収縮の影響が軽減される。その結果、コアの内側に配置されるバスバーの端部の位置ずれを防止することができる。また、電流センサは、一体化されたコアが本体にインサートされて組付けられるので、電流センサにコアを簡易に組付けることができる。また、一体化されたコアが用いられることで、本体の長手方向の寸法を短くすることができ、電流センサをコンパクトに構成することができる。
さらに、本構成の電流センサは、本体が、ポリフェニレンサルファイド(PPS)、または、ポリフタルアミド(PPA)を用いて樹脂成形されている。PPS及びPPAは、いずれも絶縁性に優れ難燃性を有する。これにより、電流センサにおいて絶縁性が適正に保持されるとともに電流センサの耐久性を向上させることができる。
電流センサの他の特徴構成は、前記本体は、前記バスバーを保持する端部が前記バスバーの延出方向に突出して形成された突出部を有する点にある。
電流センサでは、バスバーは隣接する他のバスバーと絶縁状態で配置される。こうした絶縁状態にするには、隣接するバスバーにおいて、所定の沿面距離を確保する必要がある。そこで、本構成によれば、本体において、バスバーを保持する端部がバスバーの延出方向に突出して形成された突出部を有する。これにより、本体の外面には隣接するバスバーの間に窪み部が形成される。こうした窪み部により隣接するバスバーの沿面距離は長くなる。これにより、隣接するバスバーを絶縁状態にして配置することができる。また、隣接するバスバーの空間距離を変えずに沿面距離を長くする構成であるため、電流センサをコンパクトに構成することができる。
電流センサの他の特徴構成は、前記本体は、各々の前記バスバーを挟んで両側に形成された一対の穴部を有する点にある。
バスバーを樹脂成形により本体と一体化する際には、金型にバスバーの両端部が保持される。しかし、そのように保持しても成形後の本体においてバスバーの端部の位置精度が十分でない場合がある。そこで、本構成では、本体が各々のバスバーを挟んで両側に形成された一対の穴部を有する。こうすると、穴部の位置に例えば突起物等を配置してバスバーを挟んだ状態で、樹脂成形して本体を形成することができる。その結果、本体でのバスバーの位置が安定するため、電流センサにおいてバスバーの端部の位置精度を向上させることができる。
電流センサの一方斜視図である。 電流センサの他方斜視図である。 電流センサの要部平面図である。 バスバーとコアとの位置関係を示す部分斜視図である。 電流センサの内部構造を示す要部断面図である。 別形態の内部構造を示す要部断面図である。 別形態の内部構造を示す要部断面図である。
以下、本発明の実施形態について、図面を用いて詳細に説明する。
〔第1実施形態〕
図1〜図5に示すように、電流センサ10は、本体20、バスバー30、コア40、及び、磁気センサ50を備える。本体20は、樹脂からなり、インサート成形によりバスバー30及びコア40と一体化されている。バスバー30を流れる電流はコア40及び磁気センサ50を用いて計測される。
図1及び図2に示すように、本体20は、バスバー30がインサート成形されている中央部202と中央部202の長手方向の両側に形成された端部222を有している。端部222は中央部202よりも厚さ(図1においては上下方向)が薄く、且つ、本体20の表面204から段差を有して表面204と平行に形成されている。端部222のそれぞれには、電流センサ10を他部材に取付けて固定するための取付穴224が形成されている。
本体20の表面204には、磁気センサ50が配置されるセンサ保持穴210が6個形成されている。また、本体20には、表面204から裏面206にかけて、各々のバスバー30を挟んで形成され、その内周面の一面からバスバー30を臨むことができる一対の中間拘束穴212が6組(6対)形成されている。6組の中間拘束穴212は本体20の長手方向に平行で且つ一直線状に配置されている。中間拘束穴212は穴部の一例である。必要に応じて、樹脂でインサート成形する際、バスバー30を挟む両側の一対の中間拘束穴212の位置に突起物等を配置することで、バスバー30を本体20の所定位置に保持することができる。
バスバー30は、長方形の板状であり、銅や銅合金のような導電性の高い金属にからなる。電流センサ10は6本のバスバー30(30a〜30f)を有する。バスバー30a〜30fは、一方の端部31が不図示の2個の3相交流モータのU相、V相、W相の端子に接続され、他方の端部32が不図示のインバータに接続される。これにより、バスバー30には、2個の3相交流モータへの通電電流が流れる。
電流センサ10のセンサ本体はコア40と磁気センサ50とで構成される。コア40は、電磁鋼板等の磁性体を複数枚積層して構成されている。図4及び図5に示すように、コア40は、本体20の長手方向に設けられる基部41と、基部41から垂直方向に延出されて互いに離間する7つの腕部42とを有する。コア40の7つの腕部42はバスバー30a〜30fを挟む位置に配置される。すなわち、バスバー30がコア40に形成されたギャップ60に挿通される。
磁気センサ50は、ホール素子等の磁束の大きさに応じた電圧(信号)が出力される素
子である。図5に示すように、磁気センサ50は、本体20のセンサ保持穴210(図1参照)に挿入されて、隣接する腕部42の間に形成されるギャップ60に配置される。回路基板15は、本体20の上面に固定されて磁気センサ50の出力を処理する。回路基板15は、磁気センサ50と接続され、磁気センサ50に電力を供給する。回路基板15からは、センサ出力をインバータのコントローラ(インバータの制御回路を実装した基板)に伝達するための信号線16が上方に向けて延びている。
本体20は、樹脂成形された状態で、バスバー30及びコア40を一体的に保持する。成形樹脂としては、ポリフェニレンサルファイド(PPS)やポリフタルアミド(PPA)等が用いられる。PPS及びPPAは、いずれも絶縁性に優れ難燃性を有する。これにより、電流センサ10において絶縁性が適正に保持されるとともに電流センサ10の耐久性を向上させることができる。PPSとPPAとを比較した場合、PPAの方が、比重が小さく、且つ絶縁性及び難燃性が高いため、本体20の成形樹脂としてはPPAの方が好ましい。
図3に示すように、本体20は、バスバー30を保持する端面208がバスバー30の延出方向に突出して形成されている。すなわち、本体20は、バスバー30が延出される側の端面208において、バスバー30の延出方向に突出して形成された突出部216を有する。隣接する突出部216の間には窪み部218が形成される。このような窪み部218が形成されることで隣接するバスバー30の沿面距離が長くなる。これにより、隣接するバスバー30を絶縁状態にして配置することができる。また、隣接するバスバー30の空間距離を変えずに沿面距離を長くする構成であるため、電流センサ10をコンパクトに構成することができる。
図4は、電流センサ10において、本体20を省略してバスバー30とコア40との相対的配置を表した図である。コア40の腕部42は、バスバー30(30a〜30f)を囲むように配置される。
バスバー30a〜30cが、一つのUVW3相の出力電流を伝達し、バスバー30d〜30fが他のUVW3相の出力電流を伝達する。図2、図3に示すように、バスバー30は、一方の端部31が本体20から延出し、他方の端部32は本体20の端面214に相当する位置で直角に折れ曲げられている。他方の端部32には、モータのパワーケーブルを固定する孔部33が設けられている。
電流センサ10は、上述したように2個の3相交流モータとインバータとの間に接続されて使用される。3相交流モータに通電がなされると、バスバー30に電流が流れる。電流が流れるとバスバー30の周囲には磁束が発生する。発生する磁束の大きさは流れる電流の大きさに比例する。発生した磁束は磁気抵抗の小さいコア40に集められてコア40内を通る。コア40は腕部42を有するため、対向する腕部42の先端側のギャップ60では、磁束は空気中を通る。該ギャップ60には磁気センサ50が配置されているので、磁気センサ50でギャップ60における磁束の大きさを検出し、これに基づいてバスバー30を流れる電流の大きさを求める。
〔他の実施形態〕
(1)電流センサ10は、本体20に、7本以上のバスバー30と、8つ以上の腕部42を有するコア40とをインサート成形してもよい。電流センサ10が、例えば7本のバスバー30を有する場合には、6本のバスバーを3相交流モータ用とし、1本のバスバーを他の機能に用いてもよい。尚、モータは3相出力であるので、モータが追加される毎に、バスバー30が3本、コア40の腕部42が3つ増すことになる。
(2)第1実施形態においては、本体20に1つのコア40がインサート成形された例を示したが、本体20には、一体化されたコア40aと共に、1本のバスバー30gに流れる電流を検出するためのコア40bをインサートしてもよい(図6)。コア40aは、基部41aと7つの腕部42aとを有し、隣接する腕部42aとの間のギャップ60にバスバー30a〜30fと磁気センサ51とが配置される。一方、コア40bでは、1つのギャップ60にバスバー30gと磁気センサ52とが配置される。これにより、電流センサ10は、モータ以外の装置によってバスバー30gに発生する電流をコア40aとは別のコア40bを用いて検出することができる。
(3)電流センサ10に対して、例えば3つのモータを接続する場合には、本体20にインサートされるコア40を、6相用の一体化されたコア40cと3相用の一体化されたコア40dとに分離して配置してもよい(図7)。コア40cは、基部41cと7つの腕部42cとを有し、隣接する腕部42cとの間のギャップ60にバスバー30a〜30fと磁気センサ53とが配置される。一方、コア40dは、基部41dと4つの腕部42dとを有し、隣接する腕部42dとの間のギャップ60にバスバー30g〜30iと磁気センサ54とが配置される。
本発明に係る電流センサは、バスバーに流れる電流を測定する電流センサに広く用いることができる。
10 :電流センサ
20 :本体
30 :バスバー
31,32 :端部
40 :コア
41 :基部
42 :腕部
50 :磁気センサ
60 :ギャップ
212 :中間拘束穴(穴部)
216 :突出部
218 :窪み部

Claims (3)

  1. 6本以上のバスバーと、
    磁性体からなり、基部と、前記基部から垂直方向に延出されて互いに離間する7つ以上の腕部とを、有し、前記バスバーの夫々が隣接する前記腕部の間に形成されるギャップに挿通されたコアと、
    ポリフェニレンサルファイド(PPS)、または、ポリフタルアミド(PPA)を用いて前記バスバーと前記コアとがインサート成形された状態で、前記バスバー及び前記コアを一体的に保持する本体と、を備える電流センサ。
  2. 前記本体は、前記バスバーを保持する端部が前記バスバーの延出方向に突出して形成された突出部を有する請求項1に記載の電流センサ。
  3. 前記本体は、各々の前記バスバーを挟んで両側に形成された一対の穴部を有する請求項1又は2に記載の電流センサ。
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