(57)【要約】【課題】モータとインバータとを接続するバスバーが、互いに並設して配置されている場合であっても、正確に電流測定を行うことが可能な電流センサを提供する。【解決手段】電流センサ１００は、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平板状の導体からなり、当該平板状の厚み方向に沿う方向視で互いに重複するように並設される少なくとも３つのバスバー１０の夫々が、方向性電磁鋼板をＵ字状に積層して形成され、Ｕ字状の底部２２の側にバスバー１０の板幅方向をＵ字状のＵ溝の深さ方向に一致させて挿通されるコア２０と、Ｕ字状の開口部２１の側に検出方向を開口部２１の間隔方向に沿うように配置され、磁界の強さを検出する検出素子３０と、を備えている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
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平板状の導体からなり、前記平板状の厚み方向に沿う方向視で互いに重複するように並設される少なくとも３つのバスバーの夫々が、方向性電磁鋼板をＵ字状に積層して形成され、前記Ｕ字状の底部の側に前記バスバーの板幅方向を前記Ｕ字状のＵ溝の深さ方向に一致させて挿通されるコアと、
前記Ｕ字状の開口部の側に検出方向を前記開口部の間隔方向に沿うように配置され、磁界の強さを検出する検出素子と、
を備えている電流センサ。
【請求項２】
前記検出素子は、前記開口部と、前記バスバーにおける前記開口部の側の縁部との中央部よりも前記縁部の側に配置されている請求項１に記載の電流センサ。
【請求項３】
前記バスバーは、前記コアを前記間隔方向から見て前記コアと重複する部分の前記開口部の側が切り欠かれている請求項１又は２に記載の電流センサ。
【請求項４】
トラック状の外周面を有する芯棒に方向性電磁鋼板を積層して環状の積層コアを作製する積層工程と、
前記環状の積層コアに接着剤を含浸して固着させる固着工程と、
前記固着された環状の積層コアを複数に分割する分割工程と、
を有する電流センサの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
近年、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いる。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は重要である。このような電流の測定方法として、モータとインバータとを接続する導体に流れる電流に応じて当該導体の周囲に生じる磁界を検出し、当該検出された磁界に基づいて導体に流れる電流を演算して求めるものがある（例えば特許文献１及び２）。
【０００３】
特許文献１及び２に記載の電流センサは、コアとホールＩＣとを備えて構成される。コアは導体に流れる電流によって発生する磁場を強めるように導体の周囲に設けられる。このコアの周方向の一部にはギャップが形成され、当該ギャップ内に発生する磁力線の方向にホール素子の検出面が直交するように、ギャップ内にホールＩＣが配置される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−１５５４００号公報
【特許文献２】特開２００５−３０８５２６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ここで、車両においては、モータに流れる電流が大きいため発熱の観点から板状の導体が用いられている。また、モータは３相モータが用いられるので、導体も複数連ねて配置される。一方、車両にあっては、燃費向上の観点から各装備品の小型化が図られている。このため、モータとインバータとを接続する導体においても同様に小型化が図られ、互いに隣接し合う板状の導体は、軸方向（電流が流れる方向）に交差する断面の長手方向が対向するように配置されてきた。
【０００６】
しかしながら、板状の導体をこのように配置すると、隣接する板状の導体との距離が縮まる。このため、特許文献１及び２に記載の技術を用いて電流を測定すると、隣接する板状の導体に流れる電流に起因する磁界の影響を受けて正確に電流測定ができないといった問題があった。
【０００７】
本発明の目的は、上記問題に鑑み、モータとインバータとを接続するバスバーが、互いに並設して配置されている場合であっても、正確に電流測定を行うことが可能な電流センサを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するための本発明に係る電流センサの特徴構成は、
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平板状の導体からなり、前記平板状の厚み方向に沿う方向視で互いに重複するように並設される少なくとも３つのバスバーの夫々が、方向性電磁鋼板をＵ字状に積層して形成され、前記Ｕ字状の底部の側に前記バスバーの板幅方向を前記Ｕ字状のＵ溝の深さ方向に一致させて挿通されるコアと、
前記Ｕ字状の開口部の側に検出方向を前記開口部の間隔方向に沿うように配置され、磁界の強さを検出する検出素子と、
を備えている点にある。
【０００９】
このような特徴構成とすれば、検出素子をバスバーに近づけることができるので、検出素子を開口部から離間させることができる。このため、開口部と検出素子との間のコアを、外部磁界（例えば隣接するバスバーからの磁界）に対するシールドとして作用させることができる。すなわち、外部磁界が検出素子に達するまでに当該外部磁界をコアに引き寄せることができるので、外部磁界の影響を低減しつつ、当該コアに挿通されるバスバーからの磁界を適切に検出することが可能となる。したがって、モータとインバータとを接続するバスバーが、互いに並設して配置されている場合であっても、正確に電流測定を行うことが可能となる。
【００１０】
また、前記検出素子は、前記開口部と、前記バスバーにおける前記開口部の側の縁部との中央部よりも前記縁部の側に配置されていると好適である。
【００１１】
このような構成とすれば、隣接するバスバーからの磁界による検出素子への影響を低減することができる。したがって、正確に電流測定を行うことが可能となる。
【００１２】
また、前記バスバーは、前記コアを前記間隔方向から見て前記コアと重複する部分の前記開口部の側が切り欠かれていると好適である。
【００１３】
このような構成とすれば、検出素子を更にコアの奥側に配置することが可能となる。したがって、隣接するバスバーからの磁界による検出素子への影響を低減することができる。
【００１４】
また、本発明に係る電流センサの製造方法は、
トラック状の外周面を有する芯棒に方向性電磁鋼板を積層して環状の積層コアを作製する積層工程と、
前記環状の積層コアに接着剤を含浸して固着させる固着工程と、
前記固着された環状の積層コアを複数に分割する分割工程と、
を有している点に特徴がある。
【００１５】
このような特徴構成とすれば、電流センサに用いるコアを簡便に製造することが可能となる。したがって、電流センサの製造コストを低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】電流センサを模式的に示した斜視図である。
【図２】電流センサを模式的に示した正面図である。
【図３】図１のIII−III線断面図である。
【図４】電流センサが有するコアの製造方法を模式的に示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
１．電流センサ
以下、本発明の実施の形態について、詳細に説明する。本発明に係る電流センサ１００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（アンペアの法則）、当該磁界により磁束が発生する。本電流センサ１００は、このような磁束の密度を検出し、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。
【００１８】
図１には本実施形態に係る電流センサ１００の斜視図が示される。図１には、平板状の導体からなるバスバー１０が示されるが、当該バスバー１０が延設する方向を延設方向Ａとする。図２には、バスバー１０の延設方向Ａ視における電流センサ１００を模式的に示した図が示される。以下に図１及び図２を用いて説明する。
【００１９】
本電流センサ１００は、バスバー１０、コア２０、検出素子３０を備えて構成される。バスバー１０は、上述のように平板状の導体から構成される。このバスバー１０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。バスバー１０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、バスバー１０は、図２に示されるように、少なくとも３つを有して構成される。
【００２０】
バスバー１０は、平板状の厚み方向に沿う方向視で互いに重複するように少なくとも３つ並設される。平板状の厚み方向とは、バスバー１０の厚さに平行な方向であり、本実施形態では図２におけるＢの方向が相当する。互いに重複するように並設されるとは、隣接する２つのバスバー１０の幅方向の面どうしが、互いに対向するように配設されている状態を示す。したがって、同じ板幅のバスバー１０を並設した場合、厚さ方向（Ｂの方向）視で見ると後方に配置されるバスバー１０が前方に配置されるバスバー１０に隠れて見えない状態になる。バスバー１０をこのように配置することにより、３相モータとインバータとの間を省スペースで配線することが可能となる。なお、図１においては、理解を容易にするために、バスバー１０は１つのみ示される。
【００２１】
コア２０は、方向性電磁鋼板６０をＵ字状に積層して形成される。方向性電磁鋼板６０とは、金属製の磁性体であり、珪素鋼板が相当する。Ｕ字状に積層するとは、Ｕ字状の方向性電磁鋼板６０が積層された状態をいう。このため、積層面は、図１及び図２におけるＡの方向に平行な面となる。コア２０は、このようなＵ字状の方向性電磁鋼板６０が積層された状態で構成される。
【００２２】
コア２０のＵ字状の底部２２の側には、バスバー１０の夫々が、当該バスバー１０の板幅方向をＵ字状のＵ溝の深さ方向に一致させて挿通される。Ｕ字状の底部２２とは、Ｕ字状を形成するＵ溝の底部分が相当する。したがって、コア２０のＵ溝の底部分の側に、バスバー１０が挿通される。バスバー１０の板幅方向をＵ字状のＵ溝の深さ方向に一致させるとは、Ｕ溝の内面に対して、バスバー１０の板幅方向の面が対向するように配置することをいう。したがって、バスバー１０は、図１及び図２に示されるように、バスバー１０の板幅方向の面とコア２０のＵ溝の深さ方向の面とが互いに平行になるように挿通される。コア２０に挿通されたバスバー１０は、少なくともコア２０の内面と空隙を有して構成される。これにより、コア２０とバスバー１０とを絶縁することが可能となる。
【００２３】
検出素子３０は、Ｕ字状の開口部２１の側に検出方向を開口部２１の間隔方向に沿うように配置される。開口部２１とは、Ｕ溝の開口端部である。したがって、検出素子３０は、コア２０のＵ溝内における、開口端部の側に配置される。このため、検出素子３０は、バスバー１０よりもＵ溝の開口端部に近い側に配置される。ここで、コア２０には、バスバー１０に流れる電流に応じて生じた磁束が集磁される。集磁された磁束は、開口部２１の側ではコア２０の開口部２１が形成するギャップを飛び越える。
【００２４】
検出素子３０は、このようなギャップの間隔方向に対して、検出方向を一致させて配置される。これにより、コア２０と検出素子３０とで磁路が形成されることになる。したがって、バスバー１０に流れる被測定電流により形成される磁界の強さを検出することが可能となる。
【００２５】
本実施形態では、検出素子３０は、開口部２１と、バスバー１０における開口部２１の側の縁部との中央部よりも縁部の側に配置される。開口部２１とはＵ溝の開口端部である。バスバー１０における開口部２１の側の縁部とは、Ｕ溝に貫通挿入されたバスバー１０のうち、最も開口部２１に近い側の部位に相当する。検出素子３０は、開口部２１とバスバー１０のうち最も開口部２１に近い側の部位との間において、バスバー１０に近い側に配置される。これにより、検出素子３０から開口部２１までの間に、コア２０が存在することになるので、隣接するバスバー１０との間隔が狭くなった場合でも、隣接するバスバー１０からの磁束の影響を低減することが可能となる。したがって、バスバー１０に流れる電流を精度良く測定することが可能となる。
【００２６】
ここで、図３には、図１におけるIII−III線断面図が示される。図３に示されるように、バスバー１０は、コア２０を間隔方向から見てコア２０と重複する部分の開口部２１の側が切り欠かれている。間隔方向とは、Ｕ字状を構成する一対の直線部分の対向方向にあたり、図１におけるＢの方向である。この方向から本実施形態に係るバスバー１０を見た場合、バスバー１０はコア２０の開口部２１の側が切り欠かれ切欠部１１が形成されている。これにより、検出素子３０をよりＵ溝の奥側に配置することが可能となる。したがって、隣接するバスバー１０との間隔が狭くなった場合でも、隣接するバスバー１０からの磁束の影響を低減することが可能となるので、バスバー１０に流れる電流を精度良く測定することが可能となる。
【００２７】
ただし、バスバー１０に対する切欠部１１の切欠深さ（図３におけるＣ方向の深さ）は、バスバー１０に流れる電流に応じて設定される。すなわち、切欠深さを大きくすることにより、検出素子３０が配置される位置は開口部２１の奥側にすることができるが、バスバー１０の断面積が小さくなるので、抵抗が大きくなる。電流が流れた際に、発熱の原因となるのを防止するためである。このため、切欠部１１の切欠深さは、バスバー１０に流れる電流の大きさに応じて設定される。これにより、バスバー１０の発熱を抑えつつ、精度良く電流を測定することが可能となる。
【００２８】
このように本発明に係る電流センサ１００によれば、検出素子３０がバスバー１０に流れる電流により発生する磁界の強さを、隣接するバスバー１０からの磁界の影響を低減しつつ検出することが可能となる。したがって、モータとインバータとを接続するバスバー１０が、互いに並設して配置されている場合であっても、正確に電流測定を行うことが可能となる。
【００２９】
２．電流センサの製造方法
次に、電流センサ１００の製造方法、特に電流センサ１００に用いられるコア２０の製造方法について図４を用いて説明する。コア２０を製造するにあたり、トラック上の外周面５５を有する芯棒５０が用意される（＃０１）。トラック上とは、対向する一対の直線部分５１と当該直線部分５１の両端を繋ぐ一対の円弧上部５２とを有する外周縁が該当する。このため、トラック上の外周面５５とは、このような外周縁を軸方向に所定の幅Ｌで延設して形成される面が相当する。
【００３０】
このような芯棒５０に方向性電磁鋼板６０を巻くことにより積層される（＃０２）。この際、積層される方向性電磁鋼板６０の板幅は、予めコア２０の幅に合わせられている。したがって、芯棒５０には、コア２０の幅に切断されたシート状の方向性電磁鋼板６０が巻かれる。このような予め所定の幅に切断された方向性電磁鋼板６０を芯棒５０に巻く構成とすると、（１）従来の設備を利用できる、（２）設備のスペースを広げる必要が無い、（３）以下に示すスポット溶接を行い易い、（４）巻き速度を速くして作業効率を向上し易い、といった利点がある。このような方向性電磁鋼板６０の積層は、厚みが所定値になるまで幾重にも施される。このような工程は、積層工程と称される。
【００３１】
積層された方向性電磁鋼板６０は、以下の焼鈍工程において巻きが解けないように所定の箇所においてスポット的に溶接（スポット溶接）される（＃０３）。これは、溶接工程と称される。溶接後、積層された方向性電磁鋼板６０の径方向内側の芯棒５０が取り出される（＃０４）。この結果、方向性電磁鋼板６０が環状に巻かれた環状の積層コア（巻きコア）６１が作製される。積層された状態の形状を方向性電磁鋼板６０に記憶させると共に、方向性電磁鋼板６０内部の歪を取り除くために、積層コア６１に対して焼鈍が行われる（＃０５）。これは、焼鈍工程と称される。また、この焼鈍工程により、コア２０の磁気特性を安定化させることが可能となる。
【００３２】
次に、環状の積層コア６１において、更に積層した方向性電磁鋼板６０が分離しないように（ばらけないように）、方向性電磁鋼板６０が接着剤７０で固着される。これは、例えば接着剤７０が貯留された貯留層７１に環状の積層コア６１を浸して当該環状の積層コア６１に接着剤７０を含浸させ、それを乾燥させることにより固着させる（＃０６）。このような工程は、固着工程と称される。
【００３３】
固着工程により、積層した方向性電磁鋼板６０が固着された環状の積層コア６１は、例えばグラインダ８０を用いて、複数に分割される（＃０７）。このような工程は分割工程と称される。このようなグラインダ８０には砥石が用いられる。レーザーを用いて分割した場合には、焼鈍工程により安定化された磁気特性が悪化するからである。特に、環状の積層コア６１の分割にあっては、軸方向視において、上述の一対の直線部分５１の夫々の中点を通るように軸方向に沿って行うことで、環状の積層コア６１から、同時に２つのコア２０を得ることが可能となる（＃０８）。本発明に係る電流センサ１００に用いられるコア２０の製造方法は、このような工程からなる。
【００３４】
このように製造されたコア２０を、バスバー１０が貫通するよう配置され、更にコア２０のＵ溝の開口部２１に検出素子３０が配置される。このような工程は、周知の技術を用いて構成することが可能であるので、説明は省略する。
【００３５】
３．その他の実施形態
上記実施形態では、検出素子３０は、コア２０のＵ溝の奥側に配置されているとして説明した。しかしながら、本発明の適用範囲はこれに限定されるものではない。検出素子３０が、開口部２１の近傍に配置することも当然に可能である。
【００３６】
上記実施形態では、検出素子３０は、開口部２１と、バスバー１０における開口部２１の側の縁部との間において、バスバー１０に近い側に配置されるとして説明した。しかしながら、本発明の適用範囲はこれに限定されるものではない。検出素子３０を開口部２１に近い側に配置することも当然に可能である。
【００３７】
上記実施形態では、バスバー１０は、コア２０を間隔方向Ｂから見てコア２０と重複する部分の開口部２１の側に切欠部１１が形成されているとして説明した。しかしながら、本発明の適用範囲はこれに限定されるものではない。バスバー１０に切欠部１１を形成せずに電流センサ１００を構成することも当然に可能である。
【００３８】
上記実施形態では、電流センサ１００に用いられるコア２０の製造方法における分割工程において、環状の積層コア６１の軸方向視において、一対の直線部分５１の夫々の中点を通るように行うとして説明した。しかしながら、本発明の適用範囲はこれに限定されるものではない。他の位置で分割することも当然に可能である。
【００３９】
また、分割工程において、環状の積層コア６１の軸方向に沿って当該環状の積層コア６１を複数に分割する前に、環状の積層コア６１の軸方向に所定の長さを有し、軸方向に直交する方向に分割して複数の環状の積層コア６１を形成した後、更に、上述の分割工程を行うことも可能である。
【００４０】
上記実施形態では、積層された方向性電磁鋼板６０に対してスポット的に溶接した後、積層された方向性電磁鋼板６０の芯棒５０を取り出し、焼鈍工程を行うとして説明した。しかしながら、本発明の適用範囲はこれに限定されるものではない。焼鈍工程の後に芯棒５０を取り出すように工程を組むことも可能であるし、各工程の順序を適宜変更することは当然に可能である。
【００４１】
上記実施形態では、３つのバスバー１０が並設されているとして説明した。しかしながら、本発明の適用範囲はこれに限定されるものではない。４つ以上のバスバー１０を用いて構成することも当然に可能である。
【００４２】
本発明は、導体に流れる電流を測定する電流センサに利用可能である。
【符号の説明】
【００４３】
１０：バスバー
２０：コア
２１：開口部
２２：底部
３０：検出素子
５０：芯棒
６０：方向性電磁鋼板
６１：環状の積層コア
７０：接着剤
１００：電流センサ
Ｂ：間隔方向
【図１】
2013148513.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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