JP5982860B2 - 自動車用電流センサ組込み中継バスバー装置 - Google Patents

Description

この発明は、電気自動車（ＥＶ）、燃料電池車（ＦＣＶ）、ハイブリッド車（ＨＶ）、プラグインハイブリッド車（ＰＨＶ、ＰＨＥＶ）等の走行用電動機（モータ）を搭載した自動車における、その電動機とインバータとの間の電力回路を構成するとともに、その電力回路を流れる電流のセンサを内蔵した自動車用電流センサ組込み中継バスバー装置に関するものである。

この種の電動機（以下、「モータ」と称する。）を搭載した自動車は、モータ（モータジェネレータも含む）やジェネレータの電力端子とパワーコントロールユニット（ＰＣＵ）のインバータの電力端子が中継バスバーを用いて接続されて、モータ等とインバータとの間の電力回路（電流路）が構成され、ＰＣＵを介して電池からモータに電力がその電流路（中継バスバー）でもって供給されたり、ジェネレータからインバータ（ＰＣＵ）を介して電池に発電電力がその電流路でもって供給されたりする。このとき、中継バスバーに電流センサが付設されて、その電流センサでもって中継バスバーを流れる電流を測定し、ＰＣＵにおいて、その測定値と電流指令値との比較に基づき、フィードバック電力（電流）制御してモータを所要の回転数やトルクを制御する。

前記電流センサは、通常、前記中継バスバーを囲むコ字状等の一部切り欠き環状磁性体コアと、そのコア切欠部（ギャップ）に設けた磁気センサとからなり、前記インバータからモータに中継バスバーを介して流れる電流によって前記切欠部に生じる磁束を前記磁気センサで検出し、その検出値（測定値）をＰＣＵに送り込む。この電流センサは中継バスバーに付設されるため、その中継バスバー装置に組み合わされたものとなる。

このような、モータ（モータジェネレータ、ジェネレータを含む、以下同じ）とインバータとの間の電力回路は、従来、ワイヤーハーネス（ケーブル）で構成されており、そのワイヤーハーネスの配設は、その配設スペースを必要とするとともに、配設工程の必要から、コスト高の要因となっていた。
このため、その電力回路を構成するとともに、その電力回路の電流センサを組み込んだ自動車用電流センサ組込み中継バスバー装置として、モータの電力端子とインバータの端子を嵌め込んで接続するコネクタ構造のものがある（特許文献１、２）。
また、樹脂成形体に中継バスバーを貫通させるとともに、その樹脂成形体内に前記電流センサを組み込んだ構造のものもある（特許文献３）。

特開２０１１−１５５８６号公報 特開２００８−１１４８３９号公報 特開２０１１−２０９１５８号公報

従来のインバータとモータとは車体内に離れて設置されてそのインバータケーシングとモータケーシングも離れていたため、前記中継バスバー装置は、そのインバータケーシング又はモータケーシングに取付けられたり、両ケーシングとは別のフレームに取付けられたりしていた。
今日、ハイブリッド車等の小型化に伴い、この種のインバータやモータを設置する車両内スペースも狭くなり、インバータとモータを同一のケーシング内に納めたり、両ケーシングを接しさせたりする等のインバータとモータの占有体積（スペース）の縮小化が図られている。

このインバータとモータの占有体積の縮小化が図られる場合、前記従来の中継バスバー装置にあっては、中継バスバーとインバータの出力端子又はモータの入力端子との接続をコネクタ構造としており（特許文献１図１、図２、特許文献２図５参照）、その構造が煩雑となっているとともに、さらなる小型化が要求されている。また、特許文献３の電流センサ組込み中継バスバー装置も、電流センサ全体を樹脂モールドして、そのモールド体内に中継バスバーを貫通する等しており、その小型化や低コスト化が十分ではない。

この発明は、前記インバータとモータを同一のケーシング内に納めたり、両ケーシングを接しさせたりする等の構造を採用した自動車において、そのインバータとモータの電力回路用電流センサ組込み中継バスバー装置の小型化を図ることを課題とする。

前記課題を達成するために、この発明は、まず、中継バスバー及びコアの基台（ベース）を樹脂プレートによって構成することとしたのである。
プレートは板状であるから、前記インバータとモータを同一のケーシング内に納めたり、両ケーシングを接しさせたりする構造を採用した自動車において、そのケーシング内に大きな設置スペースを必要とせず、また、両ケーシング間に容易に介在し得ることから、両ケーシング設置スペースの縮小化を図ることができる。

つぎに、この発明は、その樹脂プレートに中継バスバーをその樹脂成形時に一体にモールド成形することとしたのである。
中継バスバーは、電流センサのコアとの位置関係やインバータ端子とモータ端子との接続のための位置決め中心となる部材であり、樹脂プレートをケーシングに対して位置決め固定すれば、その樹脂プレートに一体の中継バスバーも位置決めされることとなって、前記コアとの位置決めやインバータ端子とモータ端子との接続の位置決めも自ずと設定される。

この発明の具体的な構成としては、モータケーシングとインバータケーシングとの間に介在される電流センサ組込み中継バスバー装置において、両端末が前記両ケーシング内に入り込む中継バスバーと、その中継バスバーが貫通し、両ケーシング間に介在される樹脂プレートと、その樹脂プレート内に位置して前記中継バスバーを囲む磁性体コアと、そのコアの切欠部に設けた磁気センサとからなり、前記中継バスバーは、前記樹脂プレートにその樹脂成形時に一体モールド成形されており、その中継バスバーを流れる電流によって前記切欠部に生じる磁場変化を前記磁気センサで検出して中継バスバーに流れる電流値を測定する電流センサが組込まれた構成を採用することができる。なお、この構成の発明では、モータには、インバータに接続されて電力（電流）制御されるモータジェネレータ及びジェネレータを含むものとする。

この構成において、この発明は、前記のように、インバータとモータを同一のケーシング内に納めたり、両ケーシングを接しさせたりする構造を採用した自動車に採用するものであるから、前記「モータケーシングとインバータケーシングとの間に介在される」には、インバータとモータを同一のケーシング内に納めた場合は、そのケーシング内において、「樹脂プレートがケーシングに取付けられたり、他の部材に取付けられたりする態様」を含み、また、モータケーシングとインバータケーシングとが別々の場合は、「その両ケーシングを樹脂プレートを介在して接するように一体化した態様」を含む。

上記樹脂プレートのモータ側の面には、前記中継バスバー、磁性体コア及び磁気センサを搭載した回路基板を囲むパッキンを設けて、このパッキンによって、モータの潤滑油がモータ内部から外部に漏れないようにすることが好ましい。また、そのパッキンを設けた樹脂プレートの反対側の面にも同様のパッキンを設けることができる。
上記磁気センサは、ホール素子、ホールＩＣ、磁気抵抗効果素子等の従来周知のものを適宜に採用することができて、その回路基板上に設けたものとすることが好ましい。その磁気センサを搭載した回路基板は、前記樹脂プレートに組み込むとともに、ビスで樹脂プレートに固定したり、樹脂カバーを被せてその樹脂カバーを樹脂プレートに嵌め込んで樹脂プレートに固定したりすることができる。

前記磁性体コアは、積層鉄板で構成したり、磁性粉末を個々に絶縁し、それを加圧成形した圧粉磁性体からなる構成としたりすることができる。圧粉コアは、高周波帯域で良好な電磁変換特性を示す、成形の自由度が高く小型化が容易といったメリットを持つとともに、中継バスバーを廃棄する際には材料の分離が容易なため、リサイクルに適している。また、圧粉は、寸法精度が高いため、樹脂プレートに嵌め込みで取付ける場合に有利である。コアは、中継バスバーと同様に、樹脂プレートの樹脂成形時に一体モールド成形したり、嵌め込み等したりして、樹脂プレートに取付ける。
そのコア及び前記中継バスバーを樹脂プレートとともに樹脂モールドする際、そのコア及び中継バスバー表面に界面封止材を塗布して、その中継バスバー及びコアと樹脂プレートとの密着性を確保することが好ましい。

この発明は、以上のように構成して、前記インバータとモータを同一のケーシング内に納めたり、両ケーシングを接しさせたりするなどの構造を採用した自動車において、中継バスバー及びコアの基台（ベース）を樹脂プレートによって構成し、その樹脂プレートに中継バスバーをその樹脂成形時に一体にモールド成形することとしたので、そのインバータとモータの電力回路用電流センサ組込み中継バスバー装置の小型化を図ることができる。

この発明の一実施形態の中継バスバー装置を自動車に組み込んだ状態の概略図 同中継バスバー装置の斜視図 同中継バスバー装置の一部を取外した下方からの斜視図 同中継バスバー装置を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は一部切断正面図、（ｃ）は下面図 図４（ｂ）のＸ−Ｘ線切断側面図 同中継バスバー装置の分解斜視図 同中継バスバー装置の要部分解斜視図 同中継バスバー装置の電流センサ部分の斜視図 他の実施形態の中継バスバー装置の斜視図 同中継バスバー装置を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は正面図 図１０（ｂ）のＸ−Ｘ線切断側面図 同中継バスバー装置の部分切断平面図 同中継バスバー装置の分解斜視図

この発明の一実施形態を図１〜図８に示し、この実施形態に係る中継バスバー装置Ｂは、図１に示すように、モータケーシングＣ_ＭとインバータケーシングＣ_Ｉとが接したその接した部分の間に介在される。この中継バスバー装置Ｂは、直線状平板からなる中継バスバー１０と、その中継バスバー１０が直交して貫通し、両ケーシング間に介在される樹脂プレート（ベースブラケット）２０と、その樹脂プレート２０内に組み込んだ電流センサ３０とからなる。

樹脂プレート２０は、その四隅に取付け孔が形成されており、この孔にカラー２１を嵌めて、両ケーシングＣ_Ｍ、Ｃ_Ｉ間に介在して前記カラー２１内にボルトを通してナット締めすることによって、両ケーシングＣ_Ｍ、Ｃ_Ｉ又は一方のケーシングに固定される。このとき、樹脂プレート２０のモータケーシングＣ_Ｍ側の表面にはゴム製シールリング（パッキン）２２が嵌め込まれており、このシールリング２２によってモータの潤滑油の浸入が阻止される。

中継バスバー１０は、三本が並列されて３相の電力回路を構成し、その両側の中継バスバー１０、１０を囲むように電流センサ３０をなすコ字状の圧粉コア３１が設けられている。中継バスバー１０とコア３１は樹脂プレート２０にその樹脂成形時に一体モールド成形されている（樹脂プレート２０に固定するために埋め込まれている）。この成形時、中継バスバー１０及びコア３１の表面には界面封止材を塗布して、樹脂プレート２０との密着性を確保する。また、中継バスバー１０及びコア３１には、突起、突条、凹条等を形成して抜け止めを行なうことが好ましい（図７の中継バスバー１０の符号１２参照）。

中継バスバー１０の両端末１１ａ、１１ｂは図１に示すように両ケーシングＣ_Ｍ、Ｃ_Ｉ内にそれぞれ入り込んでおり、その一方の端末１１ａにインバータからの電力出力端子が接続され、他方の端末１１ｂにモータの電力入力端子が接続される。それらの接続は、ケーブルを介したり、バスバーによったりするが、その端末１１ａ、１１ｂは、角ナットを組み込んだり、ピアスナットを圧入したり等によってその接続が容易にし得るようにする。

コア３１の切欠部３１ａにはホール素子３２が位置し、このホール素子３２は検出回路基板３３に搭載されている。その回路基板３３は樹脂プレート２０に上方から嵌め込まれてビス止めされ、樹脂カバー３４を樹脂プレート２０に嵌合することによって樹脂プレート２０に取付け固定される。
ホール素子３２は、中継バスバー１０を流れる電流の変化に応じてコア切欠部３１ａに生じる磁界変化を検出し、その検出信号に基づき回路基板３３からコネクタ３５等を介してインバータのＰＣＵに電流測定値が送られる。ホール素子３２は各コア切欠部３１ａの上下に２個設けられて、検出精度の向上が図られているとともに、一方が故障した場合でも、他方が有効に検出するようになっている（２重検出回路となっている）。
また、この実施形態では、２相（両端の２つの中継バスバー１０の電流値）を検出し、もう一つの相（中央の他の中継バスバー１０）の電流値は、その２つの検出値（電流値）から算出する。
なお、図１、図２、図４（ｂ）、図５から理解できるように、両ケーシングＣ_Ｍ、Ｃ_Ｉの接した部分の間に介在する樹脂プレート２０の両ケーシングＣ_Ｍ、Ｃ_Ｉとの接触面から突出する部分であって、磁性体コア３１と磁気センサ３２が内部に位置する部分（図５において、磁性体コア３１及び磁気センサ３２を内側にして包む樹脂プレート２０の上下に突出する部分）は各ケーシング内に納まっている。

上記実施形態は、コア３１を樹脂プレート２０にモールド成形によって取付けたが、図９〜図１３に示すように、樹脂プレート２０にコア嵌合孔２３を形成し、その孔２３（中継バスバー１０の樹脂被覆部）にコア３１を嵌め込み固定することによって、コア３１を樹脂プレート２０に取付けることもできる。この嵌め込みの場合、コア表面の界面封止材の塗布は不要となる。また、図１２に示すように、コア３１は、全ての中継バスバー１０、１０、１０に設けて、３相全ての電流値を検出するようにすることができる。この図９〜図１３に示す実施形態では、検出回路基板３３からホール素子３２は突出して設けられ、そのホール素子３２の位置決め用突片（挟持片）３４ａが樹脂プレート２０に設けられている。また、樹脂カバー３４を被せて樹脂プレート２０に嵌め込むことで基板３３の固定を実現している。

各実施形態において、シールリング２２は樹脂プレート２０のインバータ側の面にも設けることができる。磁性体コア３１の形状は、コ字状に限らず、円形、楕円形等と任意である。
このように、今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。この発明の範囲は、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１０ 中継バスバー
１１ａ、１１ｂ 中継バスバー端末
２０ 樹脂プレート
２２ シールリング（パッキン）
３０ 電流センサ
３１ 磁性体コア
３１ａ コアの切欠部
３２ ホール素子（磁気センサ）
３３ 回路基板
３４ 回路基板取付用樹脂カバー
Ｂ 中継バスバー装置
Ｃ_Ｍ モータケーシング
Ｃ_Ｉ インバータケーシング

Claims (8)

1. モータケーシングとインバータケーシングとを接しさせて、その両ケーシングの接した部分の間に介在される電流センサ組込み中継バスバー装置であって、
   一方の端末がインバータケーシング内に入り込み、他方の端末がモータケーシングに入り込んだ中継バスバーと、その中継バスバーが貫通し、両ケーシング間に介在されるモールド樹脂成型品の樹脂プレートと、その樹脂プレート内に位置して前記中継バスバーを囲む磁性体コアと、その磁性体コアの切欠部に設けた磁気センサとからなり、
   前記一方の端末はインバータケーシング内でインバータからの電力出力端子が接続され、他方の端末はモータケーシング内でモータの電力入力端子が接続されており、
   前記中継バスバーは、前記樹脂プレートに固定するために埋め込まれており、
   前記両ケーシングの接した部分の間に介在する前記樹脂プレートの両ケーシングとの接触面から突出する部分であって、前記磁性体コアと磁気センサが内部に位置する部分は前記各ケーシング内に納まっており、
   前記中継バスバーを流れる電流によって前記切欠部に生じる磁場変化を前記磁気センサで検出して前記中継バスバーに流れる電流値を測定する電流センサが組込まれた中継バスバー装置。
2. 前記樹脂プレートのモータ側の面に、前記中継バスバー、磁性体コア及び磁気センサを搭載した基板を囲むパッキンを設け、このパッキンによって、モータの潤滑油がモータ内部から外部に漏れないようにしたことを特徴とする請求項１に記載の中継バスバー装置。
3. 前記磁気センサを搭載した回路基板が前記樹脂プレートに組み込まれ、樹脂カバーが、その回路基板に被せられているとともに樹脂プレートに嵌め込まれて前記回路基板が位置決め固定されていることを特徴とする請求項２に記載の中継バスバー装置。
4. 前記中継バスバー表面に界面封止材が塗布されて、その中継バスバーと樹脂プレートとの密着性が確保されていることを特徴とする請求項１乃至３の何れか一つに記載の中継バスバー装置。
5. 前記磁性体コアも、前記樹脂プレートに固定するために埋め込まれていることを特徴とする請求項１乃至４の何れか一つに記載の中継バスバー装置。
6. 前記磁性体コア表面に界面封止材が塗布されて、その磁性体コアと樹脂プレートとの密着性が確保されていることを特徴とする請求項５に記載の中継バスバー装置。
7. 前記樹脂プレートに前記磁性体コアを挿入できるスペースが形成され、そのスペースを介し前記磁性体コアが前記樹脂プレートに固定するために嵌め込まれていることを特徴とする請求項１乃至４の何れか一つに記載の中継バスバー装置。
8. 前記磁性体コアが圧粉磁性体からなることを特徴とする請求項１乃至７の何れか一つに記載の中継バスバー装置。

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