JP2014074678A - 電流検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】省スペース化を図ることを可能とした電流検出装置を提供する。
【解決手段】電流検出装置は、直流電力及び交流電力を相互変換するインバータユニット１の内部に設けられた制御ユニット８と、制御ユニット８に接続される複数のバスバー１１〜１６と、磁性コアを用いることなくバスバー１１〜１３に流れる電流を検出する複数の磁気検出素子２１〜２３とを備えている。複数のバスバー１１〜１６及び複数の磁気検出素子２１〜２３が、制御ユニット８の投影面積内に配置されている。
【選択図】図３

Description

本発明は、電流検出装置に係り、特に、バスバーに流れる電流を検出する電流検出装置に関する。

バスバーに流れる電流により発生する磁束を計測することでバスバーの通電電流を検出する電流センサが多用されている。この種の電流センサの従来例としては、例えばホールＩＣ型電流センサが提案されている（例えば、特許文献１参照。）。

上記特許文献１記載の従来のホールＩＣ型電流センサは、ホールＩＣホルダーの収容部にホールＩＣを嵌め込み保持するとともに、ホールＩＣホルダーの一対の固定腕を板状のバスバーの両側に挟持固定する構成となっている。かかる構成によれば、低コスト・小型化し、車載用電力変換装置の組立性を簡素化することができるとしている。

特開２００５−２１８２１９号公報

上記特許文献１記載の従来のホールＩＣ型電流センサは、ホールＩＣを嵌め込み保持するとともに、バスバーの両側を挟持固定するホールＩＣホルダーを必要とする。外部との電気的接続に複数のバスバーを用いる場合は、複数のバスバーごとにホールＩＣホルダーを設置する設置スペースが拡大することとなる。ホールＩＣホルダーの設置スペースを個別に確保することは、設置スペースが限られている車載には不向きである。

本発明の目的は、省スペース化を図ることを可能とした電流検出装置を提供することにある。

［１］本発明は、直流電力及び交流電力を相互変換するインバータユニットの内部に設けられた制御ユニットと、前記制御ユニットに接続される複数のバスバーと、磁性コアを用いることなく前記バスバーに流れる電流を検出する複数の磁気検出素子と、を備えており、前記複数のバスバー及び前記複数の磁気検出素子が、前記制御ユニットの投影面積内に配置されてなることを特徴とする電流検出装置にある。

［２］上記［１］記載の発明にあって、前記複数のバスバーがモールド成形されたバスバー集合体と、前記複数の磁気検出素子がモールド成形された磁気検出素子集合体とからなり、前記バスバー集合体と前記磁気検出素子集合体とが、固定手段を介して固定されてなることを特徴とする。

［３］上記［１］又は［２］記載の発明にあって、前記複数のバスバーには、前記制御ユニットに電気的に接続する端子部が設けられてなることを特徴とする。

［４］上記［１］〜［３］のいずれかに記載の発明にあって、前記磁気検出素子は、ホールＩＣであることを特徴とする。

本発明によれば、電流検出装置の省スペース化や小型化を達成することが可能となる。

本発明の実施の形態に係る電流検出装置を用いたインバータユニットを搭載したハイブリッド車のモータ駆動系の一構成例を説明するための模式図である。 インバータユニットに装着される第１の実施の形態に係る電流検出装置を模式的に示す分解斜視図である。 インバータユニットに装着される第２の実施の形態に係る電流検出装置を模式的に示す分解斜視図である。

以下、本発明の好適な実施の形態を添付図面に基づいて具体的に説明する。

［第１の実施の形態］
（車載用モータ駆動系の構成）
図１において、符号１は、ハイブリッド車のインバータユニットを示している。このインバータユニット１には、駆動軸を駆動させる駆動用モータ２と、エンジンの動力により発電する発電用モータ３とが三相のケーブル４，５によりそれぞれ電気的に接続されている。

エンジンからの動力は、駆動用の動力と発電用の動力とに分割される。エンジンからの発電用の動力に基づいて発電用モータ３が発電した三相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）交流電力は、インバータユニット１により直流電力に変換される。その直流電力は、コンバータ６により降圧したのち、直流電源であるバッテリ７に蓄電される。一方、バッテリ７の直流電力は、コンバータ６により昇圧したのち、インバータユニット１により三相交流電力に変換される。その三相交流電力は、駆動用モータ２に供給される。

このインバータユニット１の内部には、図１に示すように、制御ユニット８，８及び電流センサユニット９，９等の各種の構成部品が装着されている。この制御ユニット８は、図示しない基板に実装した半導体素子等が樹脂材により直方体状にモールド成形された半導体モジュールであり、バスバーに対して非接触で電流を検出する電流センサユニット９の検出結果に基づき電流値の演算等を行う構成となっている。なお、インバータユニット１の内部には、半導体素子等が動作する際に発生する熱を冷却する所謂パワーカードが備えられている。

（電流検出装置の構成）
ところで、インバータメーカーやセンサメーカーから仕様部品を別々に納入して組み立てる場合は、部品点数を削減させることで、組立工数を低減させることができる構造が望まれる。従って、この第１の実施の形態に係る車載用モータ駆動系の主要な基本構成は、インバータユニット１の一構成部品である電流検出装置にある。

図示例による電流検出装置は、一対の電流センサユニット９，９を備えている。この電流センサユニット９は、同一構造を有しているので、以下の説明では、片側の構造及び部材のみを説明する。

この電流センサユニット９は、図２に示すように、バスバー集合体１０と磁気検出素子集合体２０とをインサート成形により樹脂材に一体としている。ハイブリッド車用の駆動用モータ２と発電用モータ３とは三相交流電力で駆動されるため、インバータユニット１及び駆動用モータ２の電気接続と、インバータユニット１及び発電用モータ３の電気接続とには、第１〜第６の６本のバスバー１１〜１６が用いられる。

図示例による電流センサユニット９は、図２に示すように、第１〜第３のバスバー１１〜１３を備えたバスバー集合体１０を形成している。このバスバー１１〜１３は、銅や銅合金等の導電性材料からなる板状の部材である。その一端部は、樹脂材でモールド成形されており、その他端部が端子部として樹脂材から突出している。第１のバスバー１１にはＵ相の交流電力、第２のバスバー１２にはＶ相の交流電力、及び第３のバスバー１３にはＷ相の交流電力がインバータユニット１から供給される。

一方、第４〜第６のバスバー１４〜１６は、図２に示すように、第１〜第３のバスバー１１〜１３と同様に、銅や銅合金等の導電性材料からなる部材である。このバスバー１４〜１６のそれぞれの一端部は、第１〜第３のバスバー１１〜１３に電気接続された状態で、樹脂材によりモールド成形されており、そのバスバー１４〜１６の他端部が、樹脂材の上面から制御ユニット８に向けて突出している。

このバスバー１４〜１６の他端部は、図２に示すように、制御ユニット８に設けられた３本の棒状の接続端子８ａ〜８ｃのそれぞれに対応して、溶接により電気接続される棒状の端子部として構成されている。第４のバスバー１４にはＵ相の交流電力、第５のバスバー１５にはＶ相の交流電力、第６のバスバー１６にはＷ相の交流電力が発電用モータ３から供給される。

この電流センサユニット９は更に、図２に示すように、第１〜第３の磁気検出素子２１〜２３を備えた磁気検出素子集合体２０を形成している。第１〜第３のバスバー１１〜１３に対して、非接触で電流を検出する第１〜第３の磁気検出素子２１〜２３が一個ずつ配置されている。この磁気検出素子２１〜２３は、増幅器などが集積回路としてパッケージ化されたホールＩＣからなり、磁性コアを有しないコアレス型の電流センサとして用いられる。

図示例にあっては、バスバー１１〜１６と磁気検出素子２１〜２３とは、制御ユニット８を下方向に投影した投影面積内に散在した状態で配置する構成を採用している。そのため、隣接するバスバー１１〜１６の磁気干渉を避ける構成が効果的に得られる。

この磁気検出素子２１〜２３は、図２に示すように、基板２４に搭載されており、対応する第１〜第３のバスバー１１〜１３のそれぞれに電流が流されることで発生する磁界を検出する。磁気検出素子２１〜２３の検出結果は、図示しない３本の信号線を介して制御ユニット８に出力される。この制御ユニット８では、インバータユニット１と駆動用モータ２との間に供給される電流値、及びインバータユニット１と発電用モータ３との間に供給される電流値のそれぞれが認識される。

（第１の実施の形態の効果）
以上のように構成された電流センサユニット９によれば、上記効果に加えて、次の効果が得られる。

（１）電流センサユニット９の構造を簡素化することができるので、例えば自動車メーカー側がインバータやセンサの自動車部品メーカーから仕様部品を別々に納入して、自動車メーカー側において組み立てる場合は、部品点数が削減されていることから、自動車メーカー側における組立工数を低減させ、自動車メーカー側での組立作業を改善することができる。
（２）インバータユニット１の投影面積を小さくすることができることに加えて、インバータユニット１の占有面積を狭小化することができる。

［第２の実施の形態］
図３を参照すると、同図には、第２の実施の形態に係る電流センサユニット９が例示されている。上記第１の実施の形態では、複数のバスバー１１〜１６及び複数の磁気検出素子２１〜２３をインサートとして、溶融樹脂を射出成形するインサート成形により一体化した構成を例示したが、この第２の実施の形態にあっては、バスバー集合体１０と磁気検出素子集合体２０とを別体に形成した電流センサユニット９を例示している。

なお、同図において、上記第１の実施の形態と実質的に同じ部材には同一の部材名と符号を付している。従って、これらの部材に関する詳細な説明は省略する。

このバスバー集合体１０は、図３に示すように、樹脂材でモールド成形された第１〜第６の６本のバスバー１１〜１６により構成されており、インバータユニット１に電気接続する端子部となる第４〜第６のバスバー１４〜１６を含んで電流検出用の第１〜第３のバスバー１１〜１３が相互に一体化された集合体として形成されている。

一方の磁気検出素子集合体２０は、図３に示すように、樹脂材でモールド成形された第１〜第３の磁気検出素子２１〜２３により構成されており、第１〜第３のバスバー１１〜１３に対応した位置に形成されている。

このバスバー集合体１０と磁気検出素子集合体２０とは、図３に示すように、制御ユニット８の接続面とは上下方向に並列に配置され、溶接やボルト締付等の固定手段を用いて固定される。電流センサユニット９の占有面積を小さくすることができることから、インバータユニット１を上方からみたときの投影面積内に散在した状態で配置する構成を採用することができる。

（第２の実施の形態の効果）
上記のように構成された第２の実施の形態に係る電流センサユニット９は、上記第１の実施の形態の効果に加えて、以下の効果を有する。

（１）電流センサユニット９をコンパクトに配置することができる。これにより、制御ユニット８の投影面積内に電流センサユニット９の集中化を図ることができる。
（２）インバータユニット１の小型化を図ることができるとともに、制御ユニット８や電流センサユニット９の配置レイアウトの自由度を向上させることができる。

［変形例］
以上より、本発明の電流センサを上記実施の形態及び図示例に基づいて説明したが、本発明は上記実施の形態及び図示例に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の態様において実施することが可能である。本発明にあっては、次に示すような変形例も可能である。

（１）上記各実施の形態、及び図示例では、制御ユニット８の接続端子８ａ〜８ｃとバスバー集合体１０のバスバー１４〜１６とを溶接により接続した一例を例示したが、これに限定されるものではなく、例えば制御ユニット８の接続部分を雌型の接続端子とし、その雌型の接続端子とバスバーとを嵌め合うことで電気的に接続される嵌合型の接続構造としてもよい。
（２）上記各実施の形態、及び図示例では、駆動用モータ２側の電流センサユニット９と、発電用モータ３側の電流センサユニット９とを別体に形成した一例を例示したが、これに限定されるものではなく、例えば一対の電流センサユニット９を一体化してもよい。
（３）車両のモータやバッテリに接続される電路以外の他の電路に適用することができる。
（４）磁性コアを用いずに電流検出を行うコアレス電流センサ以外であってもよく、例えば磁性コアを用いて電流検出を行う電流センサに適用することができる。
（５）上記各実施の形態、及び図示例においては、ハイブリッド車に搭載される一例を例示したが、例えば電気自動車などの他の車両に適用することができることは勿論である。

以上の説明からも明らかなように、本発明に係る代表的な実施の形態、変形例及び図示例を例示したが、上記実施の形態、変形例及び図示例は特許請求の範囲に係る発明を限定するものではない。従って、上記実施の形態、変形例及び図示例の中で説明した特徴の組合せの全てが発明の課題を解決するための手段に必須であるとは限らない点に留意すべきである。

１…インバータユニット、２…駆動用モータ、３…発電用モータ、４，５…ケーブル、６…コンバータ、７…バッテリ、８…制御ユニット、８ａ〜８ｃ…接続端子、９…電流センサユニット、１０…バスバー集合体、１１〜１６…バスバー、２０…磁気検出素子集合体、２１〜２３…磁気検出素子、２４…基板

Claims (4)

1. 直流電力及び交流電力を相互変換するインバータユニットの内部に設けられた制御ユニットと、
   前記制御ユニットに接続される複数のバスバーと、
   磁性コアを用いることなく前記バスバーに流れる電流を検出する複数の磁気検出素子と、
   を備えており、
   前記複数のバスバー及び前記複数の磁気検出素子が、前記制御ユニットの投影面積内に配置されてなることを特徴とする電流検出装置。
2. 前記複数のバスバーがモールド成形されたバスバー集合体と、前記複数の磁気検出素子がモールド成形された磁気検出素子集合体とからなり、
   前記バスバー集合体と前記磁気検出素子集合体とが、固定手段を介して固定されてなることを特徴とする請求項１記載の電流検出装置。
3. 前記複数のバスバーには、前記制御ユニットに電気的に接続する端子部が設けられてなることを特徴とする請求項１又は２記載の電流検出装置。
4. 前記磁気検出素子は、ホールＩＣであることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の電流検出装置。

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