(57)【要約】【課題】磁気比例式の電流センサにおいて、磁気センサを基板に実装すると基板はバスバーの長手方向と平行に配置されなければならず、設置角度を変更することができない。したがって、互いに平行に配置された複数個のバスバーに配置された基板を１枚の基板に統合することが困難となる。【解決手段】電流センサ１０は、電流路となるメインバスバー１２に接続するサブバスバー１４を備える。サブバスバー１４は、メインバスバー１２の長手方向Ｌ１とは異なる角度に電流測定部２６が延伸するようにメインバスバー１２に接続される。これによりメインバスバー１２に流れる電流の一部がサブバスバー１４に分流される。また、電流センサ１０は、一部を切り欠いた環形状に形成され、中空部１７に電流測定部が挿入されるコア１６と、磁気センサ２０が組み付けられるとともに、磁気センサ２０とともにコア１６のギャップ部１８に挿入される基板２２と、を備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電流路となるバスバーの長手方向とは異なる角度に電流測定部が延伸するように前記バスバーに接続され、前記バスバーに流れる電流の一部が分流されるサブバスバーと、
一部を切り欠いた環形状に形成され、中空部に前記電流測定部が挿入されるコアと、
磁気センサが組み付けられるとともに、前記磁気センサとともに前記コアの切り欠き部に挿入される基板と、
を備えることを特徴とする電流センサ。
【請求項２】
請求項１記載の電流センサであって、
インバータから前記バスバーを介して回転電機に電流が供給され、
前記基板は、前記インバータ及び回転電機の制御回路が形成された主基板であることを特徴とする電流センサ。
【請求項３】
請求項１または２に記載の電流センサであって、
前記コアを前記電流測定部に固定する固定部材を備え、
前記固定部材には、前記切り欠き部に対応する位置に基板挿入スロットが形成されていることを特徴とする電流センサ。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか一つに記載の電流センサであって、
複数個の前記バスバーが互いに平行となるように配置され、
前記バスバーの長手方向に対して前記電流測定部が垂直に延伸するように、各前記バスバーに前記サブバスバーが接続され、
各前記電流測定部に対して前記コアが挿入され、
前記基板には、各前記コアの切り欠き部に挿入される複数個の前記磁気センサが組み付けられていることを特徴とする電流センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は電流センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
回転電機を駆動源とするいわゆるハイブリッド車両や電気自動車等には、電力源となるバッテリやインバータ等の電力変換器が搭載されている。また、電力変換器から回転電機に電流を供給する電流路として、従来からバスバー（Ｂｕｓ  Ｂａｒ）と呼ばれる金属板が使用されている。バスバーは細長い平板形状の金属板であり、ケーブル等の被覆電線に比べて導体の断面積が大きく、また導体が露出しており放熱効果が高いことから、大電流供給に適している。
【０００３】
回転電機に供給される電流量を測定するため、従来はバスバーに電流センサが配置されている。この電流センサとして磁気比例（オープンループ）式のものが広く使用されている。磁気比例式の電流センサは、バスバーの周りを囲むコアと、コアのギャップ部（切り欠き部）に配置される磁気センサとを含んで構成される。
【０００４】
バスバーに電流が流れると電流の向きに対して右回りの磁界が発生し（いわゆる右ねじの法則）、この磁界はコアの磁路に収束される。さらにコアのギャップ部に配置された磁気センサが磁界の強さを検出し、検出された磁界の強さに基づいて電流量が算出される。
【０００５】
図９に従来の電流センサ１００を示す。図９においては電流の供給先となる回転電機が三相交流式のものであり、これに伴い３本のバスバー１０１が平行に配置されている。それぞれのバスバー１０１に磁性体コア１０２が挟み込まれ、磁性体コア１０２のギャップ部１０４に磁気センサ１０５が配置される。また、ワイヤハーネスやピン等の接続配線１０７を介して磁気センサ１０５と基板１１０の増幅回路１０６とが電気的に接続される。基板１１０には増幅回路１０６や増幅後の信号を演算処理する演算回路１０８等が実装されている。
【０００６】
近年、上述の電流センサの小型化や簡素化を達成するための様々な手法が提案されている。例えば特許文献１においては、増幅回路や演算回路等の後段回路が実装された基板上に磁気センサも実装して接続配線を不要とすることで電流センサの小型化、簡素化を図っている。また、特許文献２においてはメインバスバーにサブバスバーを接続し、サブバスバーを流れる小電流を小型の磁性体コアで測定するように構成して磁性体コアの小型化を図っている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１０−２２３７２２号公報
【特許文献２】特開２００８−１７０２４４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
磁気センサを実装した基板の更なる簡素化を図るため、隣接配置された複数個のバスバーにそれぞれ配置される基板を１枚の基板に統合することが考えられる。しかし、磁気センサを基板上に実装すると、基板の設置角度は磁気センサの検出角度に基づく制限を受け、その結果各バスバーに配置される基板を１枚の基板に統合することができなくなる。
【０００９】
すなわち、図１０に示すように、バスバー１０１にはその長手方向Ｌ１に沿って電流が流れており、この電流方向Ｌ１に対する垂直面上に磁界が発生する。したがって磁性体コアの磁路はバスバー１０１の長手方向Ｌ１に対して垂直となるように配置されなければならない。さらに磁気センサの検出面（感磁面）１１２は磁性体コアの磁路１１１に対して垂直となるように配置しなければならない。このことから、磁気センサの検出面１１２はバスバー１０１の長手方向Ｌ１と平行に配置されなければならない。また、磁気センサを基板に実装する場合は磁気センサの検出面１１２が基板の実装面と平行となるように磁気センサを基板に配置する。これに伴い、磁気センサが実装された基板もバスバー１０１の長手方向Ｌ１と平行となるように設置する必要がある。
【００１０】
磁気センサ１０５を基板１１０に実装した従来の電流センサユニット１００’Ａ〜１００’Ｃをバスバー１０１Ａ〜１０１Ｃに配置した様子を図１１に示す。各バスバー１０１Ａ〜１０１Ｃは平行に配置されており、各電流センサユニット１００’Ａ〜１００’Ｃを１枚の基板に統合するにはバスバー１０１の長手方向Ｌ１に対して基板１１０を非平行に配置する必要がある。しかし、上述した制約により基板１１０はバスバー１０１の長手方向Ｌ１と平行でなければならず、この設置角度は変更することができない。この結果、それぞれの基板１１０を一枚の基板に統合することができなくなってしまう。
【００１１】
そこで本発明は、磁気センサを基板に実装しても隣接する基板との統合が可能な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】
【００１２】
本発明は電流センサに関する。電流センサは、電流路となるバスバーの長手方向とは異なる角度に電流測定部が延伸するようにバスバーに接続され、バスバーに流れる電流の一部が分流されるサブバスバーと、一部を切り欠いた環形状に形成され、中空部に電流測定部が挿入されるコアと、磁気センサが組み付けられるとともに、磁気センサとともにコアの切り欠き部に挿入される基板と、を備える。
【００１３】
また、上記発明において、インバータからバスバーを介して回転電機に電流が供給され、基板は、インバータ及び回転電機の制御回路が形成された主基板であることが好適である。
【００１４】
また、上記発明において、コアを電流測定部に固定する固定部材を備え、固定部材には、切り欠き部に対応する位置に基板挿入スロットが形成されていることが好適である。
【００１５】
また、上記発明において、複数個のバスバーが互いに平行となるように配置され、バスバーの長手方向に対して電流測定部が垂直に延伸するように、各バスバーにサブバスバーが接続されていることが好適である。さらに、各電流測定部に対してコアが挿入され、基板には、各コアの切り欠き部に挿入される複数個の磁気センサが組み付けられていることが好適である。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、磁気センサを基板に実装しても隣接する基板同士の統合が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本実施形態に係る電流センサの構成部品を例示する図である。
【図２】本実施形態に係る電流センサの組み立て過程を説明する図である。
【図３】本実施形態に係る電流センサの組み立て過程を説明する図である。
【図４】本実施形態に係る電流センサを例示する図である。
【図５】本実施形態に係る電流センサにおける電流の流れを説明する図である。
【図６】他の実施形態に係る電流センサを例示する図である。
【図７】上記他の実施形態に係る電流センサの断面図である。
【図８】他の実施形態に係る電流センサを例示する図である。
【図９】従来の電流センサを例示する図である。
【図１０】電流センサの設置角度を説明する図である。
【図１１】磁気センサを基板に実装した際の従来の電流センサを例示する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
図１には、本実施形態に係る電流センサが部品ごとに示されている。電流センサ１０はメインバスバー１２に電気的に接続されるサブバスバー１４と、サブバスバー１４を挟み込むコア１６と、コア１６のギャップ部１８に配置される磁気センサ２０と、磁気センサ２０が実装された（組み付けられた）基板２２を含んで構成されている。
【００１９】
メインバスバー１２は所定方向に延びる板状部材であり、図示しないインバータから回転電機に交流電流を供給する電流路として使用される。回転電機は例えば三相交流型のものであり、各相の交流電流を回転電機に供給するために３本のメインバスバー１２が用いられる。各メインバスバー１２は長手方向Ｌ１に垂直な方向に沿って互いに平行に配置される。なお、説明を簡略にするため、図１ではメインバスバー１２を１個のみ示す。
【００２０】
メインバスバー１２は絶縁保護膜等に覆われずに露出状態であり、被覆電線に比べて放熱効果が高くなるように構成されている。またメインバスバー１２の断面積は被覆電線の導線の断面積に比べて大きくなるように形成されている。このような特徴を備えることからメインバスバー１２は被覆電線と比較して大電流の供給に適した構造となっている。またメインバスバー１２は導電性、放熱性の高い金属材料から構成され、例えば銅やアルミから構成される。
【００２１】
メインバスバー１２は略長方形形状の平板部１３を備えるとともに、平板部１３の両側端部（長手方向Ｌ１から見た側端）に繋がる接続部１５Ａ、１５Ｂとを備えている。平板部１３の長手方向Ｌ１の両端にはインバータや回転電機の端子や連結用のバスバーが接続される。また、接続部１５Ａ、１５Ｂは平板部１３に対して所定の角度（図１においては９０°）に曲げられている。
【００２２】
また、サブバスバー１４はメインバスバー１２の接続部１５Ａ、１５Ｂに接続される。サブバスバー１４は略長方形形状の平板をクランク状に折り曲げた形状をしており、両端部に設けられた接続部２４Ａ、２４Ｂと、接続部２４Ａと接続部２４Ｂとを繋ぐ電流測定部２６とを含んで構成されている。サブバスバー１４はメインバスバー１２と同様に高導電性、高放熱性の金属材料から構成され、例えば銅やアルミから構成される。
【００２３】
電流測定部２６は接続部２４Ａ及び接続部２４Ｂに対して折り曲げられており、サブバスバー１４をメインバスバー１２に連結させたときに、メインバスバー１２の長手方向Ｌ１とサブバスバー１４の電流測定部２６の長手方向Ｌ２とが所定の角度をなすように折り曲げられる。この所定の角度は、電流測定部２６に挟み込まれたコア１６のギャップ部１８に挿入される基板２２の設置角度に応じて定められる。後述する様に、電流測定部２６と基板２２とは互いに平行となるように配置されることから、所定の角度とは、電流センサ１０を組み立てる際の、メインバスバー１２の長手方向Ｌ１に対する基板２２の設置角度αに等しい。
【００２４】
例えば、設置角度αが９０°であるとき、メインバスバー１２をサブバスバー１４に連結させた際に、メインバスバー１２の長手方向Ｌ１と、サブバスバー１４の電流測定部２６の長手方向Ｌ２との成す角が９０°（＝α）となるようにサブバスバー１４の形状を定める。具体的には、接続部２４Ａ、２４Ｂの長手方向Ｌ３をメインバスバー１２の長手方向Ｌ１と平行となるように形成し、接続部２４Ａ、２４Ｂの長手方向Ｌ３と電流測定部２６の長手方向Ｌ２とが垂直となる様にサブバスバー１４を形成する。
【００２５】
また、サブバスバー１４の断面積はメインバスバー１２の断面積よりも小さくなるように形成されている。サブバスバー１４の断面積をメインバスバー１２の断面積よりも小さくすることにより、サブバスバー１４を流れる電流量はメインバスバー１２を流れる電流量よりも少なくなる。したがってサブバスバー１４の電流測定部２６に生じる磁界もメインバスバー１２に生じる磁界と比較して弱いものとなる。
【００２６】
また、サブバスバー１４の接続部２４Ａ、２４Ｂには締結孔２７Ａ、２７Ｂが設けられている。メインバスバー１２への連結の際にはこれらの締結孔２７Ａ、２７Ｂがメインバスバー１２の接続部１５Ａ及び１５Ｂの締結孔２８Ａ、２８Ｂと位置合わせされ、その後締結孔２７Ａ、２７Ｂ及び締結孔２８Ａ、２８Ｂに締結部材２９が挿入（螺入）される。
【００２７】
また、コア１６は一部を切り欠いた環形状（Ｃ字形状）をしており、磁路ＭＰ上にギャップ部１８（切り欠き部）が形成されている。ギャップ部１８は磁路ＭＰに対して垂直にコア１６を切り欠くことによって形成されており、また中空部１７と繋がっている。コア１６は透磁性の高い材料から構成され、例えばアモルファス合金やパーマロイ等から構成される。コア１６は従来のようにメインバスバー１２に挟み込まれる代わりにサブバスバー１４に挟み込まれる。上述したように、サブバスバー１４の電流量はメインバスバー１２の電流量と比較して少なく、したがって発生する磁界もメインバスバー１２と比較して弱くなる。メインバスバー１２にコアを挟み込む場合、磁気飽和を防ぐために大型のコアを使用する必要があるが、サブバスバー１２においては磁界が弱められる分、従来よりも小型のコア１６を使用することが可能となる。
【００２８】
また、磁気センサ２０は磁路ＭＰに収束された磁束を検出する素子であり、例えばホール素子から構成される。また、磁気センサ２０は基板２２上に実装される。この実装の際に、磁気センサ２０の検出面３８が基板の実装面２３と平行となるように磁気センサ２０が基板２２に組み付けられる。
【００２９】
基板２２には磁気センサ２０の他に実装面２３に磁気センサ２０の出力信号を増幅する増幅器３４や増幅後の信号を演算処理する演算器３６が実装されている。基板２２は例えばガラスエポキシ基板やベークライト基板等の樹脂基板から構成される。
【００３０】
次に、本実施形態に係る電流センサ１０の組み立てについて説明する。まず、コア１６のギャップ部１８から中空部１７にサブバスバー１４の電流測定部２６を挿入する。このとき、電流測定部２６の長手方向Ｌ２に対して磁路ＭＰが垂直となるようにコア１６を挿入する。ここで垂直とは長手方向Ｌ２に対して９０°であることのみに限られず、電流測定部２６の長手方向Ｌ２に沿って流れる電流に基づいて発生する磁束を収束し得る角度であればよく、例えば長手方向Ｌ２に対して８０°〜１００°までの角度範囲を含むものとする。
【００３１】
次に、図２に示すようにコア１６が配置されたサブバスバー１４をメインバスバー１２に連結させる。具体的には、メインバスバー１２の接続部１５Ａ及び１５Ｂにある締結孔２８Ａ、２８Ｂとサブバスバー１４の接続部２４Ａ、２４Ｂにある締結孔２７Ａ、２７Ｂとを位置合わせする。その後、ねじ等の締結手段２９をそれぞれの締結孔に挿入（螺入）することによってサブバスバー１４がメインバスバー１２に連結固定される。サブバスバー１４がメインバスバー１２と連結されることでサブバスバー１４はメインバスバー１２の主電流に対する分流路として機能する。また、上述したようにサブバスバー１４の電流測定部２６の長手方向Ｌ２はメインバスバー１２の長手方向Ｌ１に対して垂直に延伸する。
【００３２】
次に、図３に示すように、磁気センサ２０を基板２２とともにコア１６のギャップ部１８に挿入する。このとき、ギャップ部１８はコア１６の磁束ＭＰに対して垂直に形成されているので、基板２２をギャップ部１８に挿入すると磁気センサ２０の検出面（感磁面）３８は磁路ＭＰに対して垂直に配置される。また、検出面３８は基板２２の実装面２３に対して平行となるように基板２２上に実装されているから、基板２２も磁路ＭＰに対して垂直となる。ここで垂直とは磁路ＭＰに対して９０°であることのみに限られず、検出面３８が磁路ＭＰを精度よく検出できる角度であればよく、例えば磁路ＭＰに対して８０°〜１００°までの角度範囲を含むものとする。
【００３３】
以上のような配置構造を採る事で、メインバスバー１２の長手方向Ｌ１に対して垂直に基板２２が配置される。このような配置構造を採った電流センサ１０が、平行に配置された３個のメインバスバー１２のそれぞれに配置され、それぞれのメインバスバー１２に配置された基板２２の実装面２３は互いに平行となる。さらに各メインバスバー１２に連結される各サブバスバー１４の電流測定部２６を一直線上に配置するようにサブバスバー１４をメインバスバー１２に連結することにより、それぞれのメインバスバー１２に配置されるそれぞれの基板２２も一直線上に配置される。したがって、各基板２２を１枚の基板に統合することが可能となる。それぞれの基板２２を統合した様子を図４に示す。各メインバスバー１２Ａ〜１２Ｃに配置される基板２２を１枚に統合することで、従来個別に配置されていた基板の簡素化を図ることができる。
【００３４】
次に、図５を用いて電流センサ１０内の電流の流れ及びメインバスバー１２の電流量の算出過程について説明する。メインバスバー１２の平板部１３には、長手方向Ｌ１に沿って主電流Ｉ１が流れる。さらに接続部２４Ａから主電流Ｉ１の分岐電流Ｉ２がサブバスバー１４に流入する。分岐電流Ｉ２は接続部２４Ａの長手方向Ｌ３→電流測定部２６の長手方向Ｌ２→接続部２４Ｂの長手方向Ｌ３との順に流れ方向を変更させながらサブバスバー１４内を流れ、接続部２４Ｂで主電流Ｉ１に合流する。ここで、電流測定部２６に流れる電流に注目すると、長手方向Ｌ２に電流が流れることで長手方向Ｌ２から見て右回りに磁界が発生する。この磁界はコア１６内の磁路ＭＰに収束される。磁路ＭＰに対して垂直に配置された磁気センサ２０の検出面３８が磁路ＭＰにおける磁界の強さを検出する。検出された磁界の強さに基づいて分岐電流Ｉ２の電流量が算出される。さらに分岐電流Ｉ２の電流量と、メインバスバー１２とサブバスバー１４との断面積比とに基づいて主電流Ｉ１の電流量が算出される。ここで、メモリ等の記憶部を基板２２に実装し、記憶部にメインバスバー１２とサブバスバー１４との断面積比を予め記憶させておいてもよい。
【００３５】
なお、上述の実施形態においては、それぞれのメインバスバー１２に配置された基板２２を一つの基板に統合したが、これに加えて、統合された基板をさらに回転電機やインバータの制御回路やその他車両の制御システムが組み込まれた主基板（マザーボード）に統合させてもよい。これは主基板がメインバスバー１２に対して垂直に配置されているときに可能となる。主基板に電流センサ１０を統合させることにより、さらなる部品の簡素化を図ることができる。
【００３６】
また、本実施形態に係る電流センサ１０は図６に示すように、コア１６と電流測定部２６とを固定する固定部材４２を備えてもよい。この固定部材４２には、基板２２をコア１６のギャップ部１８に挿入するスロット４０が形成されている。固定部材４２は樹脂等の絶縁材料から構成され、例えばインサート成形により形成される。
【００３７】
図６のＡ平面による断面図を図７に示す。サブバスバー１４の電流測定部２６にコア１６を配置した状態でこれらを覆うように固定部材４２が成形される。電流測定部２６とコア１６とを覆う事によって両者が固定される。なお、図６、７においてはメインバスバー１２の一部も固定部材４２で覆っているが、固定部材４２で覆うことによる放熱効果の低下を避けたいのであれば、メインバスバー１２を固定部材４２で覆わないようにしてもよい。
【００３８】
上記成形の際に、コア１６のギャップ部１８及び中空部１７に樹脂が入り込まないような金型を使用する。例えばギャップ部１８及び中空部１７を塞ぐ板部が形成された金型を使用する。この板部は、図６における基板２２と幅、厚さが等しく形成されていてもよい。このような金型を使用して固定部材４２の成形を行うことで、固定部材４２には基板２２と等しい開口幅を備え、コア１６のギャップ部１８まで到達するスロット４０が形成される。基板２２をスロット４０に挿入し、基板２２の磁気センサ２０をコア１６のギャップ部１８に位置合わせすることでそれぞれのメインバスバー１２の電流センサが組み立てられる。
【００３９】
また、図８に示すように、メインバスバー１２がＬ字形状である場合に、固定部材４２もこのＬ字形状に沿って成形しても良い。この際、固定部材４２を硬化させる前にメインバスバー１２の端部にある接続孔４４の下部に当該接続孔４４と同径のナット（図示せず）を埋め込む。メインバスバー１２の端部に回転電機側のバスバー等を接続する際には回転電機側バスバーの接続孔とメインバスバー１２の接続孔４４とを位置合わせして両接続孔およびナットにボルトを挿入（螺入）することで、両バスバーが固定される。固定部材４２に複数枚のバスバーを固定する手段を追加することで組み付け性が向上する。
【符号の説明】
【００４０】
１０  電流センサ、１２  メインバスバー、１３  平板部、１４  サブバスバー、１５Ａ，１５Ｂ  メインバスバー接続部、１６  コア、１７  中空部、１８  ギャップ部、２０  磁気センサ、２２  基板、２３  基板の実装面、２４Ａ，２４Ｂ  サブバスバー接続部、２６  電流測定部、２７Ａ，２７Ｂ  サブバスバー締結孔、２８Ａ，２８Ｂ  メインバスバー締結孔、２９  締結手段、３４  増幅器、３６  演算器、３８  検出面、４０  スロット、４２  固定部材、４４  接続孔。
【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７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図６】
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