JP2017044486A - 電流センサ - Google Patents
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Abstract
【課題】小型の電流センサを提供する。【解決手段】電流センサ1は、複数の溝部11が形成され、かつ隣接する溝部11の間を隔てる隔壁部12を有する磁性体のコア10であって、各溝部11には対応する導体が挿通され、コア10は露出面を有することと、各溝部11の開口部分14に生じる磁束密度を検出する検出素子20と、コア10の露出面が露出された状態でコア10を収容し、且つ底部34が備えられた収容部31が形成されたハウジング30であって、当該ハウジング30は、少なくとも導体とコア10との間の絶縁性を確保するように導体を囲む第1突出部32と、収容部31の底部34の外面35から導体の挿通方向に沿って少なくとも導体とコア10との間の絶縁性を確保するように導体の部分を囲む第2突出部33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。
従来、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きた。これらの車両には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が重要である。そこで、このような電流を測定すべく、モータとインバータとを接続するバスバー(本願「導体」に相当)に印加される電流に応じて当該バスバーの周囲に生じる磁界の磁束密度を検出素子で検出し、その検出された磁束密度に基づいてバスバーに印加された電流を演算して求められてきた。このような電流は精度良く測定する必要があることから、前記磁束密度を精度良く検出する技術が検討されてきた(例えば特許文献1)。
特許文献1に記載の電流センサは、モータ制御用のインバータの3相電流を測定するために、周方向の一部に開口部を有するコアを少なくとも複数設けて構成され、夫々のコアの開口部にバスバーに流れる電流により発生する磁界の磁束密度を検出する検出素子が設けられる。
この種の電流センサでは、検出精度を高めるために、コアとバスバーとの位置関係がずれないようにすることが重要である。このため、バスバーに対して位置決めされたハウジングにコアを強固に固定する必要がある。例えば、ハウジングに複数のコアを接着剤で固定する場合には夫々のコアの周囲に接着剤を注入するスペースが必要となり、インサート成形で固定する場合には夫々のコアの周囲に樹脂が流入するスペースが必要となる。
このため、特許文献1に記載の技術では、複数のコアが並ぶ方向にハウジングを大きくする必要があることから、電流センサがサイズアップし、電流センサの搭載スペースが大きくなっていた。また、バスバーには数百Aオーダの電流が流れることがあることから、バスバーとコアとの間の絶縁性を十分に確保する必要があるが、一般的にはバスバーとコアとの間の樹脂の厚みを厚くして絶縁性を確保する手段がとられていることが多く、この点からもハウジングのサイズアップの要因となっていた。
そこで、小型の電流センサが求められる。
本発明に係る電流センサの特徴構成は、複数の溝部が形成され、かつ隣接する溝部の間を隔てる隔壁部を有する磁性体のコアであって、各溝部には対応する導体が挿通され、前記コアは、前記導体の挿通方向に直交する面の一方が露出する露出面を有することと、各溝部の開口部分に設けられ、対応する開口部分に生じる磁束密度を検出する検出素子と、前記コアの露出面が露出された状態で前記コアを収容し、且つ底部が備えられた収容部が形成されたハウジングであって、前記ハウジングは、前記導体が前記コアを挿通する方向に関して、少なくとも前記導体と前記コアとの間の絶縁性を確保するように前記導体を囲み、且つ、前記コアの露出面から所定の第1の高さ以上に突出する第1突出部と、前記収容部の底部の外面から前記導体の挿通方向に沿って少なくとも前記導体と前記コアとの間の絶縁性を確保するように前記導体の部分を囲み、且つ、前記収容部の底部の外面から前記第1の高さとは異なる第2の高さ以上に突出する第2突出部と、を備えている点にある。
このような特徴構成とすれば、複数の導体に流れる電流の電流値を測定するのに必要なコアを一体で構成できるので、別体で構成されたコアを複数設ける場合に比べて、電流センサのサイズを小型化できる。また、ハウジングの収容部に収容されたコアの露出の有無に拘らず、夫々に適した高さを有して導体を囲む突出部が設けられるので、コアと導体との絶縁性を確保することができる。また、導体に沿って設けた第1突出部及び第2突出部によりコアと導体との間の絶縁性を確保するので、絶縁性を導体に沿って確保しない場合に比べて、ハウジングが有する面のうち導体の挿通方向に直交する面の大きさを小さくすることができる。したがって、本構成によれば小型の電流センサを実現することができる。
また、前記コアは、前記コアの厚みよりも薄い厚みを有し且つ前記コアの外周面から突出する耳部を備え、前記耳部が前記ハウジングに固定されると好適である。
このような構成とすれば、コアは上述したように一体的に形成されているので、コアをハウジングに固定する際に使用される固定具(例えばネジ)の使用数を低減できる。したがって、ハウジングへのコアの固定におけるコアの圧縮歪みを低減できるので、磁気特性の悪化を抑制できる。また、コアに設けられる耳部も別体でコアを形成された場合に比べて少なくて良いので、コアを小型化できる。更には、例えば樹脂成形設備や接着設備などのコアをハウジングに固定する設備も不要となるので、製造コストも低減できる。
また、前記検出素子が基板に実装され、前記耳部が接続導体を介して前記基板の接地部と接続されていると好適である。
このような構成とすれば、コアに集磁された磁束に含まれるノイズを基板の接地部を介して逃がすことができるので、磁気特性を高めることが可能となる。
また、前記耳部は、前記コアの幅方向に関する前記コアの重心位置に設けられると好適である。
このような構成とすれば、コアをハウジングに固定後、何らかの理由でコアが収容部で位置ずれした場合でも、収容部の内壁部と当接し難くでき、コアに応力が生じないようにすることができ、磁気特性の悪化を防止できる。
本発明に係る電流センサ1は、導体に流れる被測定電流を測定することが可能な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発生する。本電流センサ1は、このような磁束の磁束密度を検出し、検出された磁束密度に基づいて導体に流れる電流(電流値)を測定する。
図1には電流センサ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を貫通する導体2が延出する方向を方向Aとし、複数の導体2が並ぶ方向を方向Bとし、方向A及び方向Bの双方に直交する方向を方向Cとする。図2には電流センサ1をA方向から見た図(正面図)が示され、図3には電流センサ1をC方向から見た図(側面図)が示される。また、図4には電流センサ1の各部を展開した図が示される。以下、図1−図4を用いて説明する。
本電流センサ1は、コア10、検出素子20、ハウジング30を備えて構成される。ここで、電流センサ1は導体2が貫通挿入され、当該導体2は図示しない3相モータと当該3相モータに通電するインバータとを接続するのに利用される。3相モータは、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。導体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3相モータに供給する。したがって、本実施形態では導体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、このような複数の導体2に流れる電流を被測定対象とする。
コア10は、複数の溝部11、かつ隣接する溝部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4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4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。
図1−図4に示されるように、各溝部11には対応する導体2が挿通され、コア10は、導体2の挿通方向に直交する面の一方が露出する露出面を有する。本実施形態では、導体2の挿通方向とは、A方向である。このため、「導体2の挿通方向に直交する面」とは、コア10が有する面のうち、BC面に平行な2つの面が相当し、当該2つの面のうちの少なくとも一方が露出される。これら2つの面は、理解を容易にするために、第1面21及び第2面22とする。本実施形態では、第1面21が上述した露出面とされる。
このようにコア10が、導体2の夫々を囲むことにより、導体2の周囲に生じる磁束を集磁し易くなる。なお、溝部11に挿通された導体2は、少なくとも溝部11や隔壁部12や外壁部13の内面との間に後述するハウジング30の一部が介在される。
検出素子20は、各溝部11の開口部分14に設けられ、対応する開口部分14に生じる磁束密度を検出する。上述したように、本実施形態のコア10は3つの溝部11を有し、開口部分14も3つ有する。導体2に流れる電流により、導体2の周囲に磁界が生じ、コア10が集磁する。この時、開口部分14の夫々には、夫々の開口部分14を有する隔壁部12や外壁部13等で集磁された磁束が生じる。検出素子20は、このような磁束の磁束密度を検出するために、夫々の開口部分14に配置される。このような検出素子20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20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。
ハウジング30は、収容部31、第1突出部32、第2突出部33を有する。収容部31は、コア10の露出面が露出された状態でコア10を収容し、且つ底部34が備えられる。本実施形態では、コア10は、第1面21が露出された状態で収容部31に収容される。底部34とは、収容部31にコア10を収容した際に、ハウジング30においてコア10の第2面22が対向する面である。
第1突出部32は、導体2がコア10を挿通する方向に関して、少なくとも導体2とコア10との間の絶縁性を確保するように導体2を囲み、且つ、コア10の露出面から所定の第1の高さH1以上に突出して設けられる。コア10を挿通する方向とは、コア10を導体2が貫通する方向と一致するA方向である。したがって、第1突出部32は、ハウジング30においてコア10の第2面22が対向する面からA方向に沿って設けられる。また、第1突出部32は、導体2とコア10との間の絶縁性を確保するために、導体2を囲むように形成される。
ここで、図5には、図2のV−V線における断面図が示される。コア10の露出面から所定の第1の高さH1とは、ハウジング30の上端からの突出高さを意味するのもではなく、図5に示されるようにA方向に沿ったコア10の第1面21からの高さである。この第1突出部32のコア10の露出面からの高さ(上述した「第1の高さH1」)は、導体2とコア10との沿面距離に応じて設定される。沿面距離は、公知の規格により導体2とコア10との間に介在されるハウジングの材料に応じて設定されたものである。第1の高さH1は、例えば5mm以上に設定すると好適である。
第2突出部33は、収容部31の底部34の外面35から導体2の挿通方向に沿って少なくとも導体2とコア10との間の絶縁性を確保するように導体2の部分を囲み、且つ、収容部31の底部34の外面35から第1の高さH1とは異なる第2の高さH2以上に突出して設けられる。収容部31の底部34の外面35とは、ハウジング30が有する面のうち、BC面に平行な外面である。導体2の挿通方向とはA方向である。したがって、第2突出部33は、ハウジング30が有する面のうち、BC面に平行な外面からA方向に沿って設けられる。また、第2突出部33は、導体2とコア10との間の絶縁性を確保するために、導体2の一部を囲むように形成される。
底部34の外面35から所定の第2の高さH2とは、図5に示されるように、A方向に沿った外面35からの高さである。この「第2の高さ」は、上述した導体2とコア10との沿面距離に応じて設定され、例えば0.5mm以上に設定すると好適である。
このようなハウジング30は、例えば樹脂成形により構成される。この時、ハウジング30には、コア10及び検出素子20が実装される基板40の夫々をネジで締結固定するための複数のネジ孔36、ネジ孔37、及び電流センサ1を固定する際に利用される貫通孔38が設けられる。また、検出素子20が、挿入されるスペース39も設けられる。
このようなハウジング30に対して、コア10は耳部15を介して固定される。耳部15は、コア10の厚みよりも薄い厚みを有し且つコア10の外周面17からB方向に突出して設けられる。上述したように、本実施形態では、コア10は金属磁性体からなる単層平板を積層して構成される(好ましくは、7枚以上の単層平板を積層して構成される)。この時、耳部15を有する金属磁性体の平板と、耳部15を有さない金属磁性体の平板との2種類を形成し、これらを積層することで少なくとも耳部15の厚みはコア10の厚みよりも薄くすることができる。また、耳部15は、コア10の厚み方向に中央部に構成すると良い。すなわち、コア10におけるA方向の中央部に構成すると良い。上述した7枚の単層平板を積層して構成する場合には、中央に位置する3〜5枚目の単層平板に耳部15を設けると良い。これにより、コア10をハウジング30に固定する際にネジ70による圧縮歪みを低減することができる。
更に、耳部15は、コア10の幅方向(すなわちC方向)に関するコア10の重心位置、好ましくはコア10におけるC方向に沿った中央位置に構成すると良い。これにより、コア10をハウジング30に固定後、何らかの理由でコア10が収容部31で位置ずれした場合でも、収容部31の内壁部と当接し難くでき、コア10に応力が生じないようにすることができ、磁気特性の悪化を防止できる。耳部15には、夫々の中央部に孔部16が設けられ、当該孔部16とネジ孔36とを一致させた状態でネジ70を介してコア10がハウジング30に締結固定される。
また、検出素子20が実装される基板40にも孔部41が設けられ、孔部41とネジ孔37とを一致させた状態でネジ71を介して基板40がハウジング30に締結固定される。この時、耳部15が、接続導体80を介して基板40の接地部と接続すると好適である。これにより、コア10に集磁された磁束に含まれるノイズを基板40の接地部を介して逃がすことができるので、磁気特性を高めることが可能となる。本実施形態のコア10は、上述したように一体的に構成されているので、少なくとも1か所で基板40の接地部と接続すれば良いので、別体で構成されたコアに比べて使用する接続導体80の数を削減できる。したがって、コンパクトで且つ部材費のコストダウンを図ることができる。
電流センサ1は、ハウジング30にコア10を収容した状態でネジ70で固定し、更に検出素子20が実装された基板40をハウジング30にネジ71で固定して構成される。この際、ネジ70とネジ71とに亘って、接続導体80を設けておくと良い。このように電流センサ1は1方向から組み付けることができるので、専用の設備を導入する必要がなく、製造コストを低減できる。また、各部の固定はネジで行うことができるので、手組み工程で構成することができる。
〔その他の実施形態〕
上記実施形態では、コア10は3つのC字状のもの有する例に挙げて説明したが、コア10は図6に示されるようにU字状のものを用いて構成することも可能である。この時も、耳部15は厚み方向の中央部に構成すると良い。また、耳部15は、コア10の外周面17からB方向に沿って設けると好適である。
上記実施形態では、コア10は3つのC字状のもの有する例に挙げて説明したが、コア10は図6に示されるようにU字状のものを用いて構成することも可能である。この時も、耳部15は厚み方向の中央部に構成すると良い。また、耳部15は、コア10の外周面17からB方向に沿って設けると好適である。
上記実施形態では、ハウジング30の収容部31に収容されたコア10は、第1面21が露出されているとして説明したが、コア10は第2面22のみが露出された状態で収容部31に収容するように構成することも可能であるし、第1面21及び第2面22の双方が露出された状態で収容部31に収容するように構成することも可能である。この時は、第1突出部32の第1の高さH1及び第2突出部33の第2の高さH2は、夫々、コア10と導体2との沿面距離に応じて設定すると良い。
上記実施形態では、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4のA方向に積層して形成されるとして説明したが、コア10は例えば磁性体粉末を焼結して構成することも可能である。
上記実施形態ではコア10は、当該コア10の厚みよりも薄い厚みを有し且つコア10の外周面17からB方向に突出する耳部15を介してハウジング30に固定されるとして説明したが、耳部15はB方向とは異なる方向に突出して設けることも可能である。また、コア10に耳部15を設けずに構成することも可能である。この場合には、例えばハウジング30の収容部31にコア10を収容した際に、コア10と係止する係止部をハウジング30に設けておき、当該係止部によりコア10を固定するように構成することも可能であるし、その他の方法により固定することも可能である。
上記実施形態では、検出素子20が基板40に実装され、耳部15が接続導体80を介して基板40の接地部と接続されているとして説明したが、耳部15が基板40の接地部にされないように構成することも可能である。
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。
1:電流センサ
2:導体
10:コア
11:溝部
12:隔壁部
14:開口部分
15:耳部
20:検出素子
30:ハウジング
31:収容部
32:第1突出部
33:第2突出部
34:底部
35:外面
40:基板
80:接続導体
H1:第1の高さ
H2:第2の高さ
2:導体
10:コア
11:溝部
12:隔壁部
14:開口部分
15:耳部
20:検出素子
30:ハウジング
31:収容部
32:第1突出部
33:第2突出部
34:底部
35:外面
40:基板
80:接続導体
H1:第1の高さ
H2:第2の高さ
Claims (4)
- 複数の溝部が形成され、かつ隣接する溝部の間を隔てる隔壁部を有する磁性体のコアであって、各溝部には対応する導体が挿通され、前記コアは、前記導体の挿通方向に直交する面の一方が露出する露出面を有することと、
各溝部の開口部分に設けられ、対応する開口部分に生じる磁束密度を検出する検出素子と、
前記コアの露出面が露出された状態で前記コアを収容し、且つ底部が備えられた収容部が形成されたハウジングであって、
前記ハウジングは、
前記導体が前記コアを挿通する方向に関して、少なくとも前記導体と前記コアとの間 の絶縁性を確保するように前記導体を囲み、且つ、前記コアの露出面から所定の第1の 高さ以上に突出する第1突出部と、
前記収容部の底部の外面から前記導体の挿通方向に沿って少なくとも前記導体と前記 コアとの間の絶縁性を確保するように前記導体の部分を囲み、且つ、前記収容部の底部 の外面から前記第1の高さとは異なる第2の高さ以上に突出する第2突出部と、
を備える電流センサ。 - 前記コアは、前記コアの厚みよりも薄い厚みを有し且つ前記コアの外周面から突出する耳部を備え、前記耳部が前記ハウジングに固定される請求項1に記載の電流センサ。
- 前記検出素子が基板に実装され、
前記耳部が接続導体を介して前記基板の接地部と接続されている請求項2に記載の電流センサ。 - 前記耳部は、前記コアの幅方向に関する前記コアの重心位置に設けられる請求項2又は3に記載の電流センサ。
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