(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
平行に延びている複数のバスバの夫々に流れる電流を計測する電流センサユニットであり、
複数の前記バスバが貫通するようにモールドされている樹脂モールド体であって、夫々のバスバに隣接するように各バスバに対応する電流センサ素子がその内部に配置されている樹脂モールド体と、
前記樹脂モールド体に埋設されているシールド板と、
を備えており、
前記樹脂モールド体は、複数の前記バスバの並び方向と延設方向の双方と交差する方向を向く側面に、複数の前記バスバに亘って延びており、底へ行くほど溝幅が狭くなるように傾斜している傾斜側面を有する嵌合溝を備えているとともに、前記嵌合溝の底にシールド板位置決め用の突起が設けられており、
前記シールド板は、前記突起に係合する貫通孔を備えているとともに、前記嵌合溝の底面と前記傾斜側面との境界に接するように前記嵌合溝に嵌合しており、
前記嵌合溝に、前記シールド板を覆うように、前記樹脂モールド体を形成する樹脂よりも硬度の低い樹脂が充填されている、電流センサユニット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電流センサユニットに関する。特に、平行に延びている複数のバスバの夫々に流れる電流を計測する電流センサ素子を備えた電流センサユニットに関する。
【背景技術】
【０００２】
三相交流を出力するインバータなどでは、各相の電流を計測する電流センサ素子を備えた電流センサユニットが用いられることがある（例えば特許文献１）。特許文献１の電流センサユニットは、電流が流れる複数のバスバが貫通する本体を備えている。バスバとは、細長金属板（あるいは金属棒）を使った導電体である。本体の内部には、各バスバに対向するように電流センサ素子が配置されている。また、本体の内部には、各バスバとそれに対応する電流センサ素子を囲むようにシールド板が備えられている。電流センサ素子は、一般に磁電変換素子であり、シールド板は、外部の磁界（ノイズ磁界）を遮断するために備えられている。複数のシールド板の一部は、本体の内部で、樹脂によってモールドされ、支持されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１５−１０８５５４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
シールド板が硬い樹脂でモールドされていると、樹脂から応力を受け、歪を生じる。シールド板の歪は、シールド板の劣化や当初の設計からの位置ずれの原因となり、期待した磁界遮断効果が得られない虞がある。
【０００５】
本明細書は、複数のバスバが貫通している樹脂モールド体にシールド板を埋設した電流センサユニットに関し、樹脂モールド体からシールド板に加わる応力を低減する技術を提供する。シールド板に加わる応力を低減することで、シールド板が歪んだり位置ずれを生じたりすることが防止される。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本明細書が開示する電流センサユニットは、平行に延びている複数のバスバの夫々に流れる電流を計測するユニットである。電流センサユニットは、樹脂モールド体とシールド板を備えている。樹脂モールド体は、複数のバスバが貫通するようにモールドされたものである。樹脂モールド体には、夫々のバスバに隣接するように各バスバに対応する電流センサ素子が配置されている。シールド板は、樹脂モールド体に埋設されている。樹脂モールド体は、複数のバスバの並び方向と延設方向の双方と交差する方向を向く側面に嵌合溝を備えている。嵌合溝は、複数のバスバに亘って延びており、底へ行くほど溝幅が狭くなるように傾斜している傾斜側面を有している。また、その嵌合溝の底にシールド板位置決め用の突起が設けられている。シールド板は、位置決め用の突起に係合する貫通孔が設けられているとともに、嵌合溝の底面と傾斜側面との境界に接するように嵌合している。そして、その嵌合溝に、シールド板を覆うように、樹脂モールド体を形成する樹脂よりも硬度の低い樹脂が充填されている。この電流センサユニットは、シールド板を囲むように一種類の樹脂が充填されているのではなく、樹脂モールド体に設けられた溝に嵌合するようにシールド板が取り付けられ、その上から硬度の低い別の樹脂が充填される。シールド板は、嵌合溝の底面と傾斜側面との境界、及び、位置決め用の突起により正確に位置が定まる。それゆえ、シールド板は、全体を樹脂モールド体の硬い樹脂で覆わなくとも、位置が正確に定まる。そして、シールド板を覆うように嵌合溝に充填される別の樹脂は、樹脂モールド体を形成する樹脂よりも硬度が低い。それゆえ、シールド板は、樹脂モールド体から高い応力を受けることがなく、また、シールド板を覆う別の樹脂も、シールド板に高い応力を加えずに済む。この電流センサユニットは、シールド板に加わる応力が低減されるので、シールド板が歪んだり位置ずれを生じたりすることが防止される。なお、樹脂の硬度は、例えば、ロックウェル硬度で評価される。
【０００７】
本明細書が開示する技術の詳細とさらなる改良は以下の「発明を実施するための形態」にて説明する。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】実施例の電流センサユニットの斜視図である。
【図２】複数のバスバとセンサ基板の分解斜視図である。
【図３】複数のバスバとセンサ基板の斜視図である。
【図４】樹脂モールド体からシールド板を分離した分解斜視図である。
【図５】図１のV−V線に沿った断面図である。
【図６】図１のVI−VI線に沿った断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
図面を参照して実施例の電流センサユニット２を説明する。図１に、電流センサユニット２の斜視図を示す。電流センサユニット２は、その本体（樹脂モールド体２０）を６本のバスバ３ａ〜３ｆが貫通しており、６本のバスバ３ａ〜３ｆの夫々の電流を計測するユニットである。６本のバスバ３ａ〜３ｆは、例えば、２個の三相交流モータに交流電力を供給するインバータの内部に備えられており、２組の三相交流を伝送する導体である。図に示すバスバ３ａ〜３ｆは、インバータの内部で配策されている長いバスバの一部である。なお、以下では、６本のバスバ３ａ〜３ｆのいずれか１個を区別なく示すときには、バスバ３と称する。図１のV−V線に沿った断面図は図５に示し、VI−VI線に沿った断面図は図６に示す。それら断面図については後で説明する。
【００１０】
樹脂モールド体２０の内部には、複数の電流センサ素子を取り付けたセンサ基板と、２枚のシールド板が配置されている。図２に、６本のバスバ３とセンサ基板１２の分解図を示す。図３に、複数のバスバ３にセンサ基板１２を取り付けた状態の斜視図を示す。図２と図３では、樹脂モールド体２０と２枚のシールド板は図示を省略している。
【００１１】
各バスバ３ａ〜３ｆは、細長金属板で作られており、平坦面が互いに対向するように、平行に延びている。図中の座標系のＸ方向がバスバの延設方向に相当し、Ｙ方向が複数のバスバ３の並び方向に相当する。各バスバ３は、その一部に、切欠５、６が設けられている。切欠５、６は、バスバの幅広面を平面視したときに両方の縁を切り欠くように設けられており、それら切欠５、６によって、バスバの断面積が他の部分の断面積よりも小さくなる小断面部４が形成されている。図２では、バスバ３ａと３ｆにのみ、切欠を示す符号５、６と小断面部を示す符号４を付しており、他のバスバ３ｂ〜３ｅの切欠と小断面部には符号を省略している。図３では、バスバ３ａにのみ、切欠を示す符号５、６と小断面部を示す符号４を付しており、他のバスバ３ｂ〜３ｆにはそれらの符号を省略した。また、図３では、バスバ３ａに対応する電流センサ素子にのみ、符号７ａを付し、他のバスバ３ｂ〜３ｆの夫々に対応する電流センサ素子には符号を省略した。
【００１２】
複数のバスバ３の小断面部４は、バスバ３の並び方向に沿って順に互い違いになるように配置されている。複数のバスバ３の切欠５には、センサ基板１２が嵌合する。センサ基板１２には、各バスバ３の切欠５に隣接する幅広部分５ａが嵌合するスリット１３ａ〜１３ｆが設けられている。また、センサ基板１２の各バスバ３の小断面部４に対向する位置に、電流センサ素子７ａ〜７ｆが取り付けられている。電流センサ素子７ａ〜７ｆのいずれか１個を区別なく示すときには、電流センサ素子７と称する。なお、センサ基板１２には、外部のコントローラからのケーブルを接続するコネクタや、そのコネクタの端子と各電流センサ素子７を接続するプリント配線などが実装されているが、それらの図示は省略してある。
【００１３】
バスバ３ａとそのバスバ３ａを流れる電流を計測する電流センサ素子７ａについて説明する。電流センサ素子７ａは、磁電変換素子であり、対応するバスバ３ａを流れる電流に起因してバスバ３ａの周囲に発生する誘導磁界を検知する。電流センサ素子７ａは、例えば、ホール素子である。電流センサ素子７ａは、貫いた磁界（磁束）の大きさによりその両端電圧が変化する。電流センサユニット２の上位のコントローラは、電流センサ素子７ａの両端電圧に、所定の変換係数を乗じ、バスバ３ａを流れる電流の大きさを特定する。
【００１４】
他の電流センサ素子７ｂ〜７ｆについても同様であり、各電流センサ素子７ｂ〜７ｆは、対応するバスバ３ｂ〜３ｆに流れる電流に起因する磁界（磁束）を計測し、その計測結果に基づいて、各バスバ３ｂ〜３ｆを流れる電流の大きさが特定される。以下では、説明の便宜上、「バスバを流れる電流に起因する磁界」を単純に、「バスバの磁界」と称する。
【００１５】
磁電変換素子である電流センサ素子７は、対応するバスバ以外のバスバの磁界、及び、電流センサユニット２の外部の磁界（ノイズ磁界）も検知してしまう可能性がある。ここで、バスバの磁界は、バスバを流れる電流密度が高いほど、大きくなる。バスバ３に切欠５、６を設け、断面積が他の部分よりも小さい小断面部４を構成し、磁電変換素子である電流センサ素子７をその小断面部４の近傍に配置することで、電流センサ素子７が計測する磁界を大きくする。また、隣接するバスバの小断面部４をバスバ延設方向でずらして設けることで、隣接するバスバの磁界の影響を抑え、電流センサ素子７のＳＮ比を高めている。さらに、電流センサユニット２は、バスバ３の延設方向（Ｘ方向）、及び、並び方向（Ｙ方向）の双方と交差する方向（Ｚ方向）で、複数のバスバ３と複数の電流センサ素子７を挟み込む一対のシールド板を備えている。一対のシールド板が、ノイズ磁界を低減する。
【００１６】
電流センサユニット２が備えるシールド板について説明する。樹脂モールド体２０は、図２の状態の複数のバスバ３が貫通するようにモールドされ、形成されている。別言すれば、樹脂モールド体２０は、平行に延びている複数のバスバ３の一部を覆うようにモールドされている。詳しくは後述するが、樹脂モールド体２０には、センサ基板１２が嵌合する基板用溝が形成されている。センサ基板１２は、樹脂モールド体２０が形成された後に、基板用溝に配置される。複数の電流センサ素子７は、樹脂モールド体２０の内部に配置されることになる。図４に樹脂モールド体２０を含む電流センサユニット２の斜視図を示す。ただし、図４の樹脂モールド体２０は、またシールド板１４、１５を取り付ける前のものである。図４では、シールド板１４、１５を、樹脂モールド体２０から分離して描いてある。樹脂モールド体２０は、複数のバスバ３を囲み、それらが樹脂モールド体２０を貫通するように形成される。図４における樹脂モールド体２０の上面、即ち、複数のバスバ３の延設方向（Ｘ方向）と並び方向（Ｙ方向）の双方と交差する方向（Ｚ方向）を向く一方の側面に、嵌合溝２１が設けられている。嵌合溝２１は、複数のバスバ３の並び方向に沿って延びているとともに、複数のバスバ３に亘って延びている。なお、嵌合溝内の突条２３は、バスバ３の切欠６に隣接する幅広部分を覆っている部分である。嵌合溝２１の底面には、シールド板１５の位置決め用の突起２２が設けられている。
【００１７】
嵌合溝２１と同様の溝（嵌合溝２６）が、図４における樹脂モールド体２０の下面、即ち、複数のバスバ３の延設方向（Ｘ方向）と並び方向（Ｙ方向）の双方と交差する方向（Ｚ方向）を向く他方の側面に設けられている。図４では嵌合溝２６は見えないが、構造は嵌合溝２１と同じである。ただし、嵌合溝２６の底面には別の溝が設けられている。その別の溝については図５、図６を参照して説明する。
【００１８】
シールド板１４は、樹脂モールド体２０の上面に設けられた嵌合溝２１に嵌合し、シールド板１５は、樹脂モールド体２０の下面に設けられた嵌合溝２６に嵌合する。シールド板１４には、複数の突条２３の夫々に対応したスリット１４ａが設けられている。また、シールド板１４には、突起２２が嵌合する貫通孔１４ｈが設けられている。同様に、シールド板１５には、下面の嵌合溝２６の複数の突条の夫々に対応したスリット１５ａが設けられているとともに、嵌合溝２６の底から延びる突起が嵌合する貫通孔１５ｈが設けられている。
【００１９】
ここからは、図４とともに、図５及び図６を参照してシールド板１４、１５と樹脂モールド体２０の関係を説明する。図５は、図１のV−V線に沿った断面図であり、図６は図１のVI−VI線に沿った断面図である。
【００２０】
図５と図６に示すように、嵌合溝２１の側面２１ａ、２１ｂは、底面へ行くほど嵌合溝２１の幅が狭くなるように傾斜している。この側面を以下では傾斜側面２１ａ、２１ｂと称する。シールド板１４は、嵌合溝２１の底面と傾斜側面２１ａ、２１ｂとの境界に接するように嵌合している。また、図６に示すように、シールド板１４の貫通孔１４ｈは、嵌合溝２１の底面に設けられた突起２２に嵌合している。
【００２１】
樹脂モールド体２０の下面の嵌合溝２６についても同様である。嵌合溝２６の側面２６ａ、２６ｂは、底へ行くほど溝の幅が狭くなるように傾斜している。この側面を以下では傾斜側面２６ａ、２６ｂと称する。シールド板１５は、嵌合溝２６の底面と傾斜側面２６ａ、２６ｂとの境界に接するように嵌合している。なお、図６において、嵌合溝２６の左側の傾斜側面２６ｂは、その傾斜側面２６ｂに続いて基板用溝２８（後述）が続いており、傾斜側面２６ｂと嵌合溝２６の底面との境界が存在しない。しかし、図６の嵌合溝２６の左側の傾斜側面２６ｂ以外は、傾斜側面と溝の底面との境界が存在し、シールド板１５は、その境界に接するように嵌合溝２６に嵌合する。図６に示すように、シールド板１５の貫通孔１５ｈは、嵌合溝２６の底面に設けられた突起２７に嵌合している。
【００２２】
嵌合溝２６の底面には、さらに別の溝（基板用溝２８）が設けられている。基板用溝２８は、その側面に、溝幅がステップ状に狭くなる段差２８ａを備えている。その段差２８ａにセンサ基板１２が嵌合している。基板用溝２８は、センサ基板１２が設置された後に、シールド板１５によって塞がれる。
【００２３】
嵌合溝２１には、シールド板１４を覆うように、別の樹脂２９が充填されている。別の樹脂２９には、樹脂モールド体２０を形成する樹脂よりも硬度の低い樹脂が使われている。樹脂の硬度は、例えば、ロックウェル硬度で比較される。例えば、樹脂モールド体２０には、エポシキ樹脂（ロックウェル硬度：Ｍ８０〜１００）が採用され、別の樹脂２９には、ポリカーボネート（ロックウェル硬度：Ｍ７８）が採用される。別の樹脂２９には、ロックウェル硬度試験には適さないほど柔らかい樹脂充填材を用いてもよい。嵌合溝２１に嵌合しているシールド板１４、嵌合溝２６に嵌合しているシールド板１５は、別の樹脂２９によって、樹脂モールド体２０に封止される。なお、嵌合溝２６の底面に設けられている基板用溝２８はシールド板１５で塞がれているので、基板用溝２８に別の樹脂２９が侵入することを抑制する。
【００２４】
複数のバスバ３と複数の電流センサ素子７を挟み込むように配置されている一対のシールド板１４、１５は、フェライトなどの強磁性体で作られており、電流センサ素子７を外部のノイズ磁界から遮断する。
【００２５】
傾斜側面２１ａ、２１ｂを備えるとともに、突起２２を備える嵌合溝２１と、シールド板１４を覆うように嵌合溝２１に充填されている別の樹脂２９の利点について述べる。なお、以下の説明は、傾斜側面２６ａ、２６ｂを備えるとともに突起２７を有する嵌合溝２６と、シールド板１５を覆うように嵌合溝２６に充填されている別の樹脂２９についても該当する。
【００２６】
仮に、シールド板１４、１５を、硬度の高い樹脂モールド体２０で完全に封止してしまうと、シールド板１４、１５は、樹脂モールド体２０の構成樹脂から応力を受け、歪みを生じる。シールド板１４、１５の歪には、シールド板の劣化や、当初の位置（設計上の配置位置）からの位置ずれの原因となり、期待した磁界遮断効果が得られない虞がある。さらに、強磁性体は、応力を受けるとその磁気特性が変化する（磁歪効果）。強磁性体で作られているシールド板１４、１５が応力を受けるとその磁気特性が変化し、この点も、当初の磁界遮断効果が得られない原因となり得る。実施例のシールド板１４（シールド板１５）は、樹脂モールド体２０に設けられた嵌合溝２１（嵌合溝２６）に嵌合しており、その上から、硬度の低い別の樹脂２９で覆われる。シールド板１４（シールド板１５）は、その全体が硬い樹脂の樹脂モールド体２０で覆われてはいないので、樹脂モールド体２０の樹脂から強い応力を受けることがない。また、シールド板１４（シールド板１５）を覆っている別の樹脂２９は、樹脂モールド体２０の樹脂よりも硬度が低いため、この別の樹脂２９も、シールド板１４（シールド板１５）に高い応力を加えることがない。それゆえ、シールド板１４（シールド板１５）の歪みが抑えられる。
【００２７】
また、シールド板１４は、嵌合溝２１の傾斜側面２１ａ、２１ｂと底面との境界に接するように嵌合溝２１に嵌合しているとともに、その貫通孔１４ｈが突起２２に嵌合している。この構造により、シールド板１４は、樹脂モールド体２０における位置が正確に定まる。シールド板１５も同様であり、嵌合溝２６の傾斜側面２６ａ、２６ｂと底面との境界に接するように嵌合溝２６に嵌合しているとともに、その貫通孔１５ｈが突起２７に嵌合している。この構造により、シールド板１５は、樹脂モールド体２０における位置が正確に定まる。シールド板１４、１５の樹脂モールド体２０に対する相対位置（即ち、バスバ３と電流センサ素子７に対する相対位置）が正確に定まるので、シールド板１４、１５は、設計上の性能を発揮することができる。
【００２８】
実施例で説明した技術に関する留意点を述べる。嵌合溝の対向する側面のうち、一方が傾斜しており、他方は底面に対して垂直になっていてもよい。また、電流センサユニットが備える電流センサ素子７の数は、６個に限られるものではない。
【００２９】
図６に示されているように、嵌合溝２１の中に突き出ている突条２３と、シールド板１４のスリット１４ａとの間には隙間が存在する。突条２３とスリット１４ａとの間に隙が存在しても、シールド板１４は、対向する傾斜側面２１ａ、及び、対向する傾斜側面２１ｂの夫々と底面との境界に接しているとともに、貫通孔１４ｈが突起２２に嵌合しているので、その位置が正確に定まる。なお、スリット１４ａの幅を、突条２３の幅と同じにして、スリット１４ａと突条２３もシールド板１４の位置決めに寄与するように構成してもよい。嵌合溝２６に嵌合するシールド板１５についても同様である。
【００３０】
図５、図６に示すように、シールド板１５は、その表面の全てが樹脂に接するように埋設されていなくともよい。樹脂モールド体２０のシールド板１５と接する面の一部に溝（例えば前述した基板用溝２８）や孔が設けられており、それら溝や孔に対応するシールド板１５の領域は樹脂モールド体２０に接していない。それでも、溝や孔以外の部分でシールド板１５は樹脂モールド体２０に接して固定されており、シールド板１５は樹脂モールド体２０に埋設されているといえる。
【００３１】
実施例における別の樹脂２９が、請求項における「樹脂モールド体を形成する樹脂よりも硬度の低い樹脂」の一例に相当する。
【００３２】
以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成し得るものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。
【符号の説明】
【００３３】
２：電流センサユニット
３、３ａ〜３ｆ：バスバ
４：小断面部
５、６：切欠
７、７ａ〜７ｆ：電流センサ素子
１２：センサ基板
１３ａ〜１３ｆ：スリット
１４、１５：シールド板
１４ａ、１５ａ：スリット
１４ｈ、１５ｈ：貫通孔
２０：樹脂モールド体
２１、２６：嵌合溝
２１ａ、２１ｂ、２６ａ、２６ｂ：傾斜側面
２２、２７：突起
２３：突条
２８：基板用溝
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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