(57)【要約】      （修正有）【課題】プリント配線板に半田付けされた電流センサを電力変換装置のパワーモジュールと導電部材に挟み込んで連結材で締め付け接続する場合に、リード端子の半田付け部に応力を集中させることがない信頼性の高い電流センサを得る。【解決手段】電流センサ１のケース６、カバー７の貫通孔と中空導体１０との間に所定の隙間を設けることで、中空導体１０がケース６、カバー７に固定されないため、プリント配線板３に実装した状態でパワーモジュール２の端子と導電部材４を直かに締結した場合でもリード端子１１の半田付け部に応力が集中しない。【選択図】図４
2020160034.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
端子と、孔を有する導電部材との間に連結材により締付け配置され、前記端子を通して流れる電流を検出する電流センサであって、
絶縁性樹脂で形成された筐体と、前記筐体を貫通する貫通孔と、前記貫通孔と同軸に内蔵した中空導体と、前記貫通孔内を流れる電流により発生する磁束を検出する磁気検出素子を備え、
前記中空導体と前記筐体との間には、相互に所定の可動範囲を持つための隙間を有し、前記筐体には、検出信号出力先の電子回路部を有するプリント基板と半田付けするための出力端子を有することを特徴とする電流センサ
【請求項２】
前記筐体には、半田付けする前記プリント配線板に挿入する突起部を有することを特徴とする請求項１記載の電流センサ
【請求項３】
前記中空導体の軸方向の長さは、前記貫通孔の軸方向の長さより長いことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の電流センサ
【請求項４】
前記連結材はおすネジで、前記端子にはめすネジが切ってあることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれかに記載の電流センサ
【請求項５】
前記筐体には、前記貫通孔側面に凹部を有し、前記中空導体には前記凹部に対応し所定の隙間を持つ凸部を有したことを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれかに記載の電流センサ
【請求項６】
前記筐体には、前記貫通孔側面に凸部を有し、前記中空導体には前記凸部に対応し所定の隙間を持つ凹部を有したことを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれかに記載の電流センサ
【請求項７】
前記筐体及び前記中空導体の前記凸部及び凹部の両方または一方が円弧形状または台形形状であり、前記中空導体が、勘合可能でかつ取り外し可能なことを特徴とする請求項５又は請求項６に記載の電流センサ
【請求項８】
前記貫通孔を流れる電流は、前記貫通孔を囲むように配置したギャップ付コアのギャップ内に配置した磁気検出素子により検出することを特徴とする請求項１〜請求項７のいずれかに記載の電流センサ
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は、被検出電流貫通孔内に非固定の中空導体を備えた電流センサに関する。
【背景技術】
【０００２】  従来の電流センサは、例えば直流を交流に変換する電力変換装置に搭載されたパワーモジュールの出力電流を検出する目的で使用され、電力変換装置内のパワーモジュール端子と電力変換装置の出力端子を接続する導電部材（バスバー）を囲むように配置された環状磁性体コアに発生する磁束を、コアの一部に設けたギャップ内に配置したホール素子などの磁電変換素子により検出する様に構成されている。（例えば、特許文献１参照）【０００３】  また従来の電流センサでは、被検出電流を流す円筒形状の導電部材をケースの貫通孔に一体成形した構造が提案されている。（例えば、特許文献２参照）
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平９−９３７７１号広報
【特許文献２】特開２００９−１６８７２３号広報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】  特許文献１に示す従来の電流センサでは、バスバーを通電用と電流センサを貫通する細いバスバーに分岐し、この細いバスバーに取り付けられた電流センサで検出することで、電流センサを小型化されている。この構造では、分岐された細いバスバーにより電流センサは小型化されるが、本流のバスバーと分流のバスバーの２つのバスバーと、その固定用端子を用意する必要があることから、構成部品が増え、電力変換装置が複雑化、大型化する問題がある。【０００６】  特許文献２に示す従来の電流センサは、バッテリターミナル連結部（本発明のパワーモジュール端子に相当）とワイヤハーネス端子部（本発明のバスバーに相当）との間に円筒形状の導電部カラーを有し、カラーは電流センサの貫通孔と同軸にケースと一体成形されている。前記バッテリターミナル連結部、ワイヤーハーネス端子部とカラーは、スタットボルトにナットで締付けて固定するように構成されている。この固定方法では、ナットで締め付けることにより、カラーに一体化された電流センサケースにも回転方向の力が加わる。この力を緩和するために、電流センサの検出出力信号はコネクタによりケーブル経由で次段の電子回路部へ出力しており、コネクタ、ケーブル類の部品とそれらの組立のためのコストがかかり、スペースも大きくなるという問題がある。【０００７】  本発明は上記のような問題点を解決するためになされたもので、パワーモジュールの端子とバスバーで共締めされる円筒形の導電部と、電流センサケースの貫通孔との間に所定の隙間を持たせることで、電流センサケースに与える締付け応力を緩和し、電流センサの検出出力信号を電力変換装置の計測制御回路を有するプリント配線板に直接半田付けにより出力することができる電流センサを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】  この発明の電流センサは、端子と、孔を有する導電部材との間に連結材により締付け配置され、前記端子を通して流れる電流を検出する電流センサであって、絶縁性樹脂で形成された筐体と、前記筐体を貫通する貫通孔と、前記貫通孔と同軸に内蔵した中空導体と、前記貫通孔内を流れる電流により発生する磁束を検出する磁気検出素子を備え、前記中空導体と前記筐体との間には、相互に所定の可動範囲を持つための隙間を有し、前記筐体には、検出信号を出力する電子回路部を有するプリント配線板と半田付けするための出力端子を有するものである。
【発明の効果】
【０００９】  この発明によれば、電力変換装置のプリント配線板に半田付け実装された電流センサに内蔵された中空導体は、パワーモジュールの端子と接続を行う一方の接続面と、この接続面と対向する面に電力変換装置の一部品である導電部材を接続する他方の接続面を有し、上下および回転方向に可動するため、連結材の締付けによる応力が電流センサのケースを通じてリードの半田付け部に加わることを防ぐと共に、組立てが容易で信頼性の高い電流センサを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の実施の形態１における電流センサを含んだ電力変換装置の部分斜視図である。
【図２】本発明の実施の形態１における電流センサの分解斜視図である。
【図３】本発明の実施の形態１における電流センサを含んだ電力変換装置の部分平面図である。
【図４】図３のＡ−Ａ断面図である。
【図５】（ａ）本発明の実施形態１における円筒導体の断面図である。（ｂ）（ｃ）本発明の実施形態２における円筒導体の断面図である。
【図６】（ａ）（ｂ）本発明の実施形態２における電流センサの斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１における電力変換装置１００のプリント配線板３に実装された電流センサ１を示す組付け斜視図、図２は電流センサ１の構成する主要部分解斜視図、図３は電力変換装置１００のプリント配線板３に実装された電流センサ１を示す組付け平面図、図４は図３のＡ−Ａ断面図、図５（ａ）は電流センサ貫通孔内部の中空導体の断面図である。
【００１２】  図１に示されるように、電流センサ１、パワーモジュール２、プリント配線板３及びバスバー４が、ネジ等の連結材５の締結によって組み合わされている。
【００１３】  電流センサ１は、パワーモジュール２からバスバー４に流れる電流の大きさを検出するように構成されたセンサである。このような電流センサ１は、図２に示されるように、ケース６と、カバー７と、コア８と、回路部９と、中空導体１０と、を備えて構成されている。
【００１４】  ケース６と、カバー７は、電流センサ１の外観をなすものであり、絶縁物の樹脂材料で成形されたものである。また、ケース６は、貫通孔１２と、コア８と、回路部９や中空導体１０が収容される収容スペース１３と、回路部９と外部とを電気的に接続するためのリード端子１１と、を有している。収容スペース１３は、貫通孔１２の周囲に設けられている。また、リード端子１１は、電力変換装置の計測制御回路を有するプリント配線板３に半田付け接続される。
【００１５】  コア８は、当該コア８の中空部分を貫通するように被測定電流が流れることによって発生する磁束を集中させる部品である。コア８は、例えば１枚の磁性板材を積層または環状に巻き付けて構成、あるいは磁性線材を環状に加工すると共に、環状磁性体コアの一部にギャップ１４を設けている。
【００１６】  回路部９は、コア８に集中する磁束の大きさを検出するための磁電変換素子１５（図４参照）やその信号を処理するための電子部品が実装されたものである。磁電変換素子１５は、コアギャップ１４内に配置されている。
【００１７】  コア８及び回路部９は、図２に示されるように、ケース６の収容スペース１３に収容された状態でカバー７が勘合されている。カバー７にはプリント配線板３の穴に挿入する突起部７ａを有し、突起部７ａはプリント配線板３の厚さ以上の高さを持つ円柱形状をしており、貫通孔１２の一部をなす。
また、前記突起部７ａは中空導体１０の落下防止機能及び電流センサ１に収納された回路部９とコア８及びプリント配線板３と前記中空導体１０との絶縁機能としての役目を持つ。
【００１８】  中空導体１０は、図２及び図５（ａ）に示されるように、中空円筒状であると共に、貫通孔１２に配置された電気抵抗の小さい純銅、黄銅等の導電性の部品である。また、中空導体１０は、ケース６の貫通孔１２に対して自由度を持って挿入されている。中空導体１０は、貫通孔１２の軸方向の長さよりも長く形成され、当該中空導体１０の軸方向における一方の接続面１０ａ及び他方の接続面１０ｂの両端が貫通孔１２から突出する長さとなっている。したがって、電流センサ１をパワーモジュール２の端子とバスバー４に挟み込んで締結しても中空導体１０の両接続面１０ａ、１０ｂに応力がかかり、電流センサ１のリード端子１１半田付け部には応力が集中しない。
また、上記記載の中空導体１０の両接続面１０ａ、１０ｂは各々段差１０ｃ、１０ｄを付けて形成され、カバー７を勘合することで、脱落防止と共に上下移動かつ回転するよう装着される。
【００１９】  バスバー４は、電力変換装置のパワーモジュール２と図示しない電力変換装置出力端子台を接続するための板状の接続部品である。バスバー４は、両端側に貫通した孔部を有している。孔部一端側には螺子５が差し込まれ、電流センサ１を挟み込むようにパワーモジュール２の端子（めねじ）に締付けられている。
【００２０】  連結材５は、バスバー４及び電流センサ１の中空導体１０に差し込む状態でパワーモジュール２に組み付ける締結部品である。連結材５を導電性の良い部材にすると、中空導体１０と連結材５の両方に電流が流れることで電流容量を稼ぐことができ、前記中空導体１０の断面積を減らすことが可能となる。
【００２１】  次に、上記構成のパワーモジュール２、電流センサ１、及びバスバー４の組み付け構造について説明する。連結材５は、電流センサ１の中空導体１０の中空部分及びバスバー４の孔部を貫通した状態とされる。ここで、電流センサ１の中空導体１０の中空部分は、連結材５のネジ切り部分に対して隙間を持っている。
【００２２】  そして、図３及び図４に示されるように、電流センサ１がパワーモジュール２の端子とバスバー４とで挟まれた状態となっている。具体的には、中空導体１０の一方の接続面１０ａがパワーモジュール２の端子に接触すると共に、他方の接続面１０ｂがバスバー４に接触する。この状態で連結材５によりパワーモジュール２の端子に締め付けられる。これにより、図４に示されるように、電流センサ１がバスバー４と共にパワーモジュール２に装着された構造となる。また、図４に示されるように、電流センサ１のコア８が連結材５を囲むように配置される。
【００２３】  次に、電流センサ１の電流検出方法と検出信号の外部回路への出力方法について説明する。上記のように電流センサ１は、電力変換装置１００のプリント配線板３に組み付けられた状態でパワーモジュール２からバスバー４を通じて電力変換装置の出力端子（図示せず）に接続した電気機器（モーター等）（図示せず）に電流が流れる。このとき、パワーモジュール２とバスバー４とを接続する中空導体１０及び連結材５を通じて電流が流れるが、中空導体１０の抵抗は連結材５よりも小さいことから、主に中空導体１０を通じて電流が流れる。
【００２４】  そして、中空導体１０及び連結材５に電流が流れることによって当該電流の大きさに対応した磁束がコア８に集中する。この磁束が磁電変換素子１５によって検出される。また、回路部９では磁電変換素子１５によって検出された磁束の大きさに対応した信号が処理される。こうして、電流の大きさが検出される。電流センサ１で検出された電流の大きさに対応した検出信号は、リード端子１１を介して出力される。リード端子１１はプリント配線板３に半田付け実装され、外部回路である電力変換装置の計測制御回路に検出信号が出力される。
【００２５】  続いて、本実施形態に係る効果について説明する。本実施形態では、電流センサ１の中空導体１０は、ケース６の貫通孔１２に上下移動かつ回転するよう装着されており、カバー７を勘合することにより脱落防止し、プリント配線板３に実装した状態でパワーモジュール２の端子とバスバー４を連結材５で直かに締結できることが特徴となっている。すなわち、貫通孔１２の側面と中空導体１０は隙間を持ち、貫通孔１２より突出した中空導体１０の両接続面１０ａ、１０ｂを挟み込んで固定される。
【００２６】  これにより、連結材５の締め付け時に、プリント配線板３に実装された電流センサ１のリード端子１１の半田付けに応力を与えることなく、パワーモジュール２とバスバー４を接続することができ、半田クラック等による導通不良を起こすことなく、電流センサ１の電流検出特性の変動を抑制することができる。したがって、検出信号出力のためのコネクタやケーブルが不要となり、低コスト、省スペースとなる。
【００２７】  また、本実施形態では、中空導体１０の両接続面１０ａ、１０ｂが貫通孔１２から突出するように貫通孔１２に装着されている。このため、中空導体１０がパワーモジュール２の端子及びバスバー４の両方に接触して連結材５で締結するので、中空導体１０に確実に電流を流すことができる。
また、パワーモジュール２の端子及びバスバー４が中空導体１０のみに接触することによって連結材５の締め付けによる半田付け部への応力を抑制することができる。
なお本実施の形態ではカバー７に突起部７ａを設けたが、突起部７ａがなくても、ケース６に落下防止機能及び絶縁機能を持たせることで同様の効果を得ることができる。
【００２８】実施の形態２
本実施形態では、第１実施形態と異なる部分について説明する。図５（ｂ）は実施の形態２における中空導体の断面図、図６は実施の形態２における電流センサの斜視図である。本実施形態では、図６（ａ）及び図５（ｂ）に示されるように、貫通孔１２内面の一部全周が突起した突起部１２ａを有している。
【００２９】  突起部１２ａは、中空導体１０の挿入方向を問わず当該貫通孔１２の中央に配置され、中空導体１０には凹み溝１０ｅが上下及び回転方向に可動できる範囲で設けてある。また、凹み溝１０ｅは突起部１２ａと位置合わせすることなく挿入できるよう全周に配置し、凹み溝及び突起形状の両方又は一方を台形又は円弧状にすることで、勘合しやすくし、用途によって中空導体１０を取外し可能な構成としている。
【００３０】  上記のように貫通孔１２の内面に突起部１２ａを設けることにより、中空導体１０の凹み溝１０ｅ嵌合することで脱落を防止できる。また、中空導体１０と貫通孔１２との間には隙間が存在し、パワーモジュール２の端子とバスバー４に挟まれる形態で連結材５により締結される。
【００３１】  上記各実施形態で示された電流センサ１の構成は一例であり、上記で示した構成に限定されることなく、本発明を実現できる他の構成とすることもできる。例えば、図６（ｂ）及び図５（Ｃ）に示されるように、筐体の貫通孔１２の内面を凹み溝とすれば中空導体１０の側面を突起形状にすれば同様な効果を得られる。
また、中空導体１０の外周形状は貫通孔１２との間に隙間が存在すれば多角形でも良い。
【符号の説明】
【００３２】  １  電流センサ、２  パワーモジュール、３  プリント配線板、４  バスバー、
５  連結材、６  ケース、７  カバー、８  コア、９  回路部、
１０  中空導体、１１  リード端子、１２  貫通孔、１３  収納スペース、
１４  コアギャップ、１５  磁電変換素子、１００  電力変換装置
【図１】
2020160034.tif 000003
【図２】
2020160034.tif 000004
【図３】
2020160034.tif 000005
【図４】
2020160034.tif 000006
【図５】
2020160034.tif 000007
【図６】
2020160034.tif 000008