JP2014077682A - 電流センサ - Google Patents

Abstract

【課題】検出対象の電流の数等の変更に柔軟に対応することができる電流センサを提供する。
【解決手段】この電流センサ１は、図１（ａ）及び（ｂ）に示すように、検出対象の電流が流れることで周囲に磁場を生じさせるバスバ３、一部にギャップ４０が形成された環形状を有し、環の中央にバスバ３が挿入されるコア４、及びギャップ４０に配置され、ギャップ４０における磁場の変化を検出する磁気センサ５、が一体となった電流センサユニット２を複数有し、この複数の電流センサユニット２が、さらに一体化されて概略構成されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、電流センサに関する。

従来の技術として、測定対象の電流が流れるバスバ、バスバ上に両端部が固定され、バスバから離れて延びる中間部を有するサブバスバ、及びサブバスバを中間部において囲んで配置され、サブバスバを流れる電流に起因した磁界を測定する磁気センサが組み込まれている磁性体コア、を備えた電流センサが知られている（例えば、特許文献１参照。）。

この電流センサは、サブバスバを同じ側に向けた姿勢に置いて互いに平行に並べて複数配置することが可能である。この複数の電流センサは、各サブバスバを囲む各磁性体コアが、共通する基板に支持されているので、全体がコンパクトに構成されている。

特開２００７−２１２３０６号公報

しかし、従来の電流センサは、検出対象の電流の数が異なる電流センサを製造する場合、電流センサ全体の構造の検討が必要になり、製造コストや製造に掛かる期間が増える問題がある。また、従来の電流センサは、検出対象の電流の数に応じて、磁性体コア等の位置決めをそれぞれに行う必要があり、目的の精度に到達することは難しくなる。

従って、本発明の目的は、検出対象の電流の数等の変更に柔軟に対応することができる電流センサを提供することにある。

本発明の一態様は、検出対象の電流が流れることで周囲に磁場を生じさせるバスバ、一部にギャップが形成された環形状を有し、環の中央にバスバが挿入されるコア、及びギャップに配置され、ギャップにおける磁場の変化を検出する磁気センサ、が一体となった電流センサユニットを複数有し、この複数の電流センサユニットが、さらに一体化された電流センサを提供する。

本発明によれば、検出対象の電流の数等の変更に柔軟に対応することができる。

図１（ａ）は、第１の実施の形態に係る電流センサの斜視図であり、（ｂ）は、電流センサユニットの斜視図である。 図２は、第１の実施の形態に係るコアの概略図である。 図３（ａ）は、第２の実施の形態に係る電流センサの分解斜視図であり、（ｂ）は、電流センサの上面図である。 図４（ａ）は、第３の実施の形態に係る電流センサを側面から見た分解斜視図であり、（ｂ）は、電流センサの取付部を説明するための要部断面図である。

（実施の形態の要約）
実施の形態に係る電流センサは、検出対象の電流が流れることで周囲に磁場を生じさせるバスバ、一部にギャップが形成された環形状を有し、環の中央にバスバが挿入されるコア、及びギャップに配置され、ギャップにおける磁場の変化を検出する磁気センサ、が一体となった電流センサユニットを複数有し、この複数の電流センサユニットが、さらに一体化されて概略構成されている。

この電流センサは、電流センサユニット単位で目標の位置決め精度を達成することが可能であり、さらに検出対象の電流の数に応じて電流センサユニットを一体化するので、検出対象の電流の数等の変更に柔軟に対応することができる。

[第１の実施の形態]
（電流センサ１の構成）
図１（ａ）は、第１の実施の形態に係る電流センサの斜視図であり、（ｂ）は、電流センサユニットの斜視図である。なお、実施の形態に係る各図において、描かれた画像と画像の比率は、実際の比率とは異なる場合がある。

電流センサ１は、一例として、車両に搭載されるセンサである。この電流センサ１は、一例として、主に、三相モータに流れる電流を測定する目的で使用される。この三相モータは、例えば、ハイブリッド車両等の駆動源として用いられるものであり、１２０°ずつ位相が異なるＵ相の電流Ｉ_Ｕ、Ｖ相の電流Ｉ_Ｖ、及びＷ相の電流Ｉ_Ｗが流れる。電流センサ１は、この電流Ｉ_Ｕ、電流Ｉ_Ｖ、及び電流Ｉ_Ｗを測定するように構成されている。

この電流センサ１は、図１（ａ）及び（ｂ）に示すように、検出対象の電流が流れることで周囲に磁場を生じさせるバスバ３、一部にギャップ４０が形成された環形状を有し、環の中央にバスバ３が挿入されるコア４、及びギャップ４０に配置され、ギャップ４０における磁場の変化を検出する磁気センサ５、が一体となった電流センサユニット２を複数有し、この複数の電流センサユニット２が、さらに一体化されて概略構成されている。

この電流センサ１は、図１（ａ）に示すように、複数の電流センサユニット２が、本体１０により一体化されている。この本体１０の上部には、一例として、プリント配線基板１２が配置されているが、これに限定されず、電流センサユニット２の磁気センサ５の端子と電気的に接続されるリードフレーム等が配置されても良い。このプリント配線基板１２に形成された配線は、例えば、磁気センサ５の端子と電気的に接続し、外部装置と電気的に接続している。なお、電流センサユニット２の間隔は、例えば、検出対象の電流が流れる電流路の間隔に基づいて定められる。この電流路は、バスバ３に電気的に接続されるものである。

この本体１０は、例えば、絶縁性及び耐湿性に優れる材料が好ましく、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）樹脂、アクリロニトリル／ブタジエン／スチレン（ＡＢＳ）樹脂等の合成樹脂材料を用いて形成される。本実施の形態に係る本体１０は、ＡＢＳ樹脂を用いてインサート成形により形成される。具体的には、本体１０は、複数の電流センサユニット２が配置されたキャビティと、このキャビティと対となるコアとの間に、溶融樹脂が流し込まれ、この樹脂が硬化することにより形成される。このインサート成形により、複数の電流センサユニット２が一体化される。

（電流センサユニット２の構成）
電流センサユニット２は、例えば、図１（ｂ）に示すように、バスバ３、コア４及び磁気センサ５が、インサート成形により一体とされたものである。このインサート成形時に流し込まれた溶融樹脂が、固まることで本体２０を形成している。

この電流センサユニット２は、バスバ３、コア４及び磁気センサ５が、位置決めされた状態で一体化される。つまり電流センサユニット２は、バスバ３に流れる電流を磁気センサ５で検出できるように構成されている。

従って電流センサユニット２は、感度やオフセット電圧等の電気的な調整が行われた状態にあるものである。

（バスバ３の構成）
バスバ３は、例えば、銅、銅合金及び黄銅等の導電性を有する板部材を打ち抜いて細長く曲がりのない板形状となるように形成されたものである。なお、バスバ３の形状は、板形状に限定されず、任意の形状で良い。

（コア４の構成）
図２は、第１の実施の形態に係るコアの概略図である。図２では、電流３０が、図２の紙面手前側から奥に向かって流れているものとしている。従って図２の紙面において、磁場８が時計回りに発生し、その磁場８の一部は、コア４の内部に磁路８０を形成している。

このコア４は、図２に示すように、バスバ３が挿入される挿入孔４３を有している。またコア４は、環形状の一部が切り取られたような形状を有している。このコア４は、一例として、板形状を有する複数の板状コアが重ねられたものである。板状コアは、例えば、パーマロイ、電磁鋼板、フェライト等の軟磁性体材料を用いて形成される。

具体的には、環形状の一部が切り取られた部分の端部である第１の端面４１及び第２の端面４２は、このコア４の長径方向に形成されている。磁気センサ５は、この第１の端面４１及び第２の端面４２によって囲まれるギャップ４０に配置される。

この磁気センサ５の配置は、第１の端面４１と第２の端面４２の間の磁場８の磁力線と、磁気センサ５の検出面と、が実質的に直交するような位置関係となるように行われることが好ましい。磁気センサ５は、この第１の端面４１及び第２の端面４２から湧き出し、吸い込まれる磁力線に基づいて信号を出力するように構成されている。

（磁気センサ５の構成）
この磁気センサ５は、例えば、端子５１、端子５２及び端子５３を備えている。端子５１は、例えば、ＧＮＤと電気的に接続される。端子５２は、例えば、電流センサ１が動作するのに必要な電圧が供給される端子である。端子５３は、検出信号を出力する端子である。この端子５１、端子５２及び端子５３は、例えば、金、銅等の導電性を有する金属材料、又はその合金材料を用いて形成される。なお、ＧＮＤと電気的に接続とは、例えば、低インピーダンスであるＬｏ出力側への接続を意味するものとする。

磁気センサ５は、例えば、ホールセンサ等の磁場の強さに応じた検出信号を出力するセンサである。

（電流センサ１の製造）
まず、電流センサユニット２を必要な数だけ用意する。本実施の形態では、一例として、３つの電流センサユニット２を用意する。

次に、この３つの電流センサユニット２をキャビティに配置し、キャビティと、このキャビティと対となるコアと、の間に溶融樹脂を射出する。温度を下げ、溶融樹脂が硬化した後、キャビティから取り出して電流センサ１を得る。

（第１の実施の形態の効果）
本実施の形態に係る電流センサ１は、検出対象の電流の数等の変更に柔軟に対応することができる。具体的には、この電流センサ１は、検出対象の電流の数に合わせて、予め製造し、電気的な調整が済んでいる複数の電流センサユニット２をインサート成形により一体とすることで得られる。従って電流センサ１は、複数のバスバ、コア及び磁気センサを位置決めしてから一体とする場合と比べて、電流センサユニット２単位で必要な位置決めの精度を達成すること、電気的な特性を合わせること等が可能であると共に、検出対象の電流の数等の変更に柔軟に対応することができる。さらに、電流センサ１は、検出対象の電流が流れる電流路の間隔に合わせて、電流センサユニット２の間隔を定めることができるので、電流路の配列の変更等に柔軟に対応することができる。

また電流センサ１は、測定対象の電流の数や、電流路の配列が変更されても、用意する電流センサユニット２の数や間隔等を変更すれば良いので、用途に合わせた電流センサ１の構造の検討に費やす時間が短縮され、製造コストが下がり、さらに製造期間が短縮される。

また電流センサ１は、電流センサユニット２に使われる部品が共通であることから、部品単価が下がり、安価に製造される。さらに電流センサ１を製造するための設備投資が抑制される。

電流センサ１は、電流センサユニット２ごとに精度の検査、及び電気的な調整等を行った電流センサユニット２を用いて製造されるので、複数のバスバ、コア及び磁気センサを位置決めしてから一体とする場合と比べて、製造に起因する精度の低下が抑制され、歩留まりが向上する。

［第２の実施の形態］
第２の実施の形態は、ケース７に配置された複数の電流センサユニット２を一体化する点で、上記の第１の実施の形態とは異なっている。

図３（ａ）は、第２の実施の形態に係る電流センサの分解斜視図であり、（ｂ）は、電流センサの上面図である。なお、以下の各実施の形態において、第１の実施の形態と同じ機能及び構成を有する部分については、第１の実施の形態と同じ符号を付し、その説明は省略するものとする。

本実施の形態に係る電流センサ１は、例えば、図３（ａ）及び（ｂ）に示すように、複数の電流センサユニット２と、この複数の電流センサユニット２のそれぞれのバスバ３が差し込まれる複数のスリット７５を有するケース７と、ケース７のスリット７５に差し込まれて取り付けられた複数の電流センサユニット２とケース７との間に充填された充填剤９と、を備えて概略構成されている。

ケース７は、対となる第１の側面部７０と第２の側面部７１に複数のスリット７５が形成されている。このスリット７５は、電流センサユニット２のバスバ３が挿入されるように構成されている。このケース７は、例えば、ポリプロピレン系、ポリスチレン系、ポリエチレン系、ポリアミド系、アクリロニトリル／ブタジエン／スチレン（ＡＢＳ）等の合成樹脂材料を用いて形成される。

またケース７は、スリット７５の間隔が、電流センサユニット２を接触させた際のバスバ３の間隔以上である。つまり、ケース７は、例えば、検出対象の電流が流れる電流路の間隔に合わせてスリット７５が形成されている。

充填剤９は、一例として、シリコーン、ポリウレタン等のポッティング剤である。充填剤９は、ケース７に電流センサユニット２が取り付けられた状態で、ケース７と電流センサユニット２の間に充填される。なお充填剤９は、ポッティング剤に限定されず、ケース７と電流センサユニット２との間に充填可能で、時間が経過した後に硬化するものであれば良い。

また充填剤９は、例えば、スリット７５から漏れ出さないように保護されたケース７に充填される。従って、図３（ｂ）に示すように、バスバ３が挿入されたスリット７５の上部の隙間に充填剤９が充填される。また図３（ｂ）では、電流センサ１は、電流センサユニット２の端子５１〜端子５３側までは充填剤９が充填されていないが、上部が覆われるほど充填剤９が充填されても良い。また、電流センサ１は、電流センサユニット２の上部にプリント配線基板１２を配置して、このプリント配線基板１２を覆うように充填されても良い。なお充填剤９の充填の量は、これら限定されず、用途に応じて任意である。

（第２の実施の形態の効果）
本実施の形態に係る電流センサ１は、検出対象の電流の数に合わせて、予め製造し、電気的な調整が済んでいる複数の電流センサユニット２をケース７に配置して、充填剤９を用いて一体とするものである。従って電流センサ１は、複数のバスバ、コア及び磁気センサを位置決めしてから一体とする場合と比べて、電流センサユニット２単位で必要な位置決めの精度を達成すること、電気的な特性を合わせること等が可能であると共に、検出対象の電流の数や電流路の配列等の変更に柔軟に対応することができる。

［第３の実施の形態］
第３の実施の形態は、ケース７に取付部７６が設けられている点で、上記の各実施の形態と異なっている。

図４（ａ）は、第３の実施の形態に係る電流センサを側面から見た分解斜視図であり、（ｂ）は、電流センサの取付部を説明するための要部断面図である。

本実施の形態に係る電流センサ１は、例えば、図４（ａ）及び（ｂ）に示すように、複数の電流センサユニット２のそれぞれのバスバ３が差し込まれる複数のスリット７５、及び複数の電流センサユニット２のそれぞれが取り付けられる複数の取付部７６、を有するケース７を備えて概略構成されている。

ケース７は、図４（ａ）及び（ｂ）に示すように、対となる第１の側面部７０及び第２の側面部７１のスリット７５の両側に、取付部７６が形成されている。また電流センサユニット２は、この取付部７６に対応する位置に凹部６１が複数形成されている。

取付部７６は、側面部を切り欠いて形成された細長い板形状の板部７７と、その先端部に形成された凸部７８と、を備えて概略構成されている。この板部７７は、例えば、図４（ｂ）に示すように、ケース７の内側に向けて傾斜するように構成されている。

電流センサユニット２がケース７に挿入されると、凸部７８が電流センサユニット２の側面に接触するため、板部７７がケース７の外方向に撓む。さらに電流センサユニット２がケース７に挿入されると、取付部７６の凸部７８が、板部７７の弾性力に基づいて、電流センサユニット２の凹部６１に嵌り込み、電流センサユニット２がケース７に取り付けられる。

なお、取付部７６の形状は、上記の例に限定されず、ケース７に電流センサユニット２が取り付けられるものであれば良い。また取付部７６は、検出対象の電流が流れる電流路の配列に基づいて形成されるスリット７５に合わせて形成される。

また、電流センサ１は、ケース７に電流センサユニット２を取り付けた後、ポッティング剤等を用いて、電流センサユニット２とケース７とを一体とするような構成であっても良い。

（第３の実施の形態の効果）
本実施の形態に係る電流センサ１は、ケース７に取付部７６が設けられているので、電流センサユニット２とケース７とを、容易に一体化することができる。

以上述べた少なくとも１つの実施の形態の電流センサ１によれば、検出対象の電流の数や電流路の配列等の変更に柔軟に対応することが可能となる。

以上、本発明のいくつかの実施の形態及び変形例を説明したが、これらの実施の形態及び変形例は、一例に過ぎず、特許請求の範囲に係る発明を限定するものではない。これら新規な実施の形態及び変形例は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更等を行うことができる。また、これら実施の形態及び変形例の中で説明した特徴の組合せの全てが発明の課題を解決するための手段に必須であるとは限らない。さらに、これら実施の形態及び変形例は、発明の範囲及び要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１…電流センサ
２…電流センサユニット
３…バスバ
４…コア
５…磁気センサ
７…ケース
８…磁場
９…充填剤
１０…本体
１２…プリント配線基板
２０…本体
３０…電流
４０…ギャップ
４１…第１の端面
４２…第２の端面
４３…挿入孔
５１…端子
５２…端子
５３…端子
６１…凹部
７０…第１の側面部
７１…第２の側面部
７５…スリット
７６…取付部
７７…板部
７８…凸部
８０…磁路

Claims (4)

1. 検出対象の電流が流れることで周囲に磁場を生じさせるバスバ、一部にギャップが形成された環形状を有し、環の中央に前記バスバが挿入されるコア、及び前記ギャップに配置され、前記ギャップにおける前記磁場の変化を検出する磁気センサ、が一体となった電流センサユニットを複数有し、この複数の前記電流センサユニットが、さらに一体化された電流センサ。
2. 複数の前記電流センサユニットのそれぞれの前記バスバが差し込まれる複数のスリットを有するケースと、
   前記ケースの前記スリットに差し込まれて取り付けられた複数の前記電流センサユニットと前記ケースとの間に充填された充填剤と、
   を備えた請求項１に記載の電流センサ。
3. 複数の前記電流センサユニットのそれぞれの前記バスバが差し込まれる複数のスリット、及び複数の前記電流センサユニットのそれぞれが取り付けられる複数の取付部、を有するケースを備えた請求項１に記載の電流センサ。
4. 前記ケースは、前記スリットの間隔が前記電流センサユニットを接触させた際の前記バスバの間隔以上である請求項２又は３に記載の電流センサ。

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