JP5609418B2 - 電流検出装置 - Google Patents

Description

本発明は、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。

ハイブリッド自動車又は電気自動車などの車両には、バッテリに接続されたバスバーに流れる電流を検出する電流検出装置が搭載されることが多い。また、そのような電流検出装置としては、磁気比例方式の電流検出装置又は磁気平衡方式の電流検出装置が採用される場合がある。

磁気比例方式又は磁気平衡方式の電流検出装置は、例えば、特許文献１に示されるように、磁性体コアと磁電変換素子（磁気感応素子）とを備える。磁性体コアは、両端がギャップ部を介して対向し、バスバーが貫通する中空部の周囲を囲んで一連に形成された概ねリング状の磁性体である。磁性体の中空部は、被検出電流が通過する空間（電流検出空間）である。

また、磁電変換素子は、磁性体コアのギャップ部に配置され、中空部を貫通して配置されたバスバーを流れる電流に応じて変化する磁束を検出し、磁束の検出信号を電気信号として出力する素子である。磁電変換素子としては、通常、ホール素子が採用される。

特許文献１に示されるように、従来の電流検出装置においては、磁性体コアとバスバーと磁電変換素子とが、絶縁性の筐体によって一定の位置関係に保持されることが多い。この筐体は、樹脂などの部材からなり、電流検出装置を構成する複数の部品を一定の位置関係に位置決めする。

特開２００９−１２８１１６号公報

ところで、電気自動車及びハイブリッド自動車などの車両に搭載される電流検出装置においては、装置の小型化への要求がますます高まっている上、バスバーに流れる電流が増大している。そのため、昨今の車両におけるバスバーは、発熱して高温になりやすい。

そして、スペースの制約からバスバーと電流検出装置を構成する各部品との間に十分な間隔を設けることができない条件の下では、従来の電流検出装置は、以下に示されるような問題点を有している。第１の問題点は、バスバーと構成部品とを一定の位置関係に保持する樹脂製の筐体が、バスバーの発熱により過剰に高温化して変形することである。第２の問題点は、電流検出装置の電流検出特性が、バスバーの発熱による環境温度の変動によって変化し、その特性変化が電流の検出誤差の増大を招くことである。

本発明は、バスバーに流れる電流を検出する電流検出装置において、装置を大型化することなく、バスバーの高温化による筐体の変形及び電流検出誤差の増大を回避できることを目的とする。

本発明に係る電流検出装置は、以下に示す各構成要素を備える。
（１）第１の構成要素は、両端がギャップ部を介して対向し、電流が流れるバスバーが貫通する中空部の周囲を囲んで一連に形成された磁性体コアである。
（２）第２の構成要素は、ギャップ部に配置され、中空部を通過する電流に応じて変化する磁束を検出する磁電変換素子である。
（３）第３の構成要素は、磁性体コアとバスバーと磁電変換素子とを一定の位置関係に保持し、少なくとも一部にバスバーと接触する導体からなる放熱部を含む筐体である。放熱部には、前記バスバーを挟み込む２つのバスバー接触部が設けられ、一方のバスバー接触部は、バスバーを他方のバスバー接触部に対して弾性付勢する板バネ状に形成されている。

また、本発明に係る電流検出装置において、筐体は、相互に組み合わされることにより、磁性体コアとバスバーと磁電変換素子とを一定の位置関係に保持する導体の部材及び絶縁体の部材からなり、導体の部材が放熱部であることが考えられる。

また、本発明に係る電流検出装置において、筐体は、磁性体コアとバスバーと磁電変換素子とを一定の位置関係に保持するとともに、磁性体コアとバスバーにおける中空部を貫通する部分と磁電変換素子とを覆うことが考えられる。

本発明に係る電流検出装置においては、磁性体コア、バスバー及び磁電変換素子を一定の位置関係に保持する筐体が、バスバーで発生する熱を放熱するヒートシンクとして機能する。そのため、本発明によれば、バスバーが過剰に高温化することが防止され、バスバーの高温化による筐体の変形及び電流検出誤差の増大を回避することができる。また、放熱部には、バスバーを挟み込む２つのバスバー接触部が設けられ、一方のバスバー接触部は、バスバーを他方のバスバー接触部に対して弾性付勢する板バネ状に形成されているため、放熱部がより安定的にバスバーと接触することができる。

また、筐体が、相互に組み合わされる導体の部材（放熱部）及び絶縁体の部材で構成されていれば、当該電流検出装置の周囲の部材との絶縁性を確保、及び装置の軽量化などの面で好適である。

また、筐体が、バスバーの一部と、磁性体コアと、磁電変換素子とを覆う場合、バスバーにおける筐体内の部分は、他の部分よりも熱がこもって高温化しやすい。従って、バスバーにおける特に高温化しやすい部分に配置される筐体が、ヒートシンクとして機能すれば、バスバーの高温化防止効果がより高まり好適である。

本発明の実施形態に係る電流検出装置１の分解斜視図である。 電流検出装置１が備える電流検出用バスバー３０の三面図である。 電流検出用バスバー３０の元となる部材の平面図である。 電流検出装置１の平面図である。 電流検出装置１の断面図である。 電流検出装置１が予め敷設されたバスバーに連結される様子を模式的に示す斜視図である。

以下、添付の図面を参照しながら、本発明の実施形態について説明する。以下の実施形態は、本発明を具体化した一例であり、本発明の技術的範囲を限定する事例ではない。

まず、図１〜図５を参照しつつ、本発明の実施形態に係る電流検出装置１の構成について説明する。電流検出装置１は、電気自動車又はハイブリッド自動車などの車両において、バッテリとモータなどの機器とを電気的に接続するバスバーに流れる電流を検出する装置である。図１に示されるように、電流検出装置１は、磁性体コア１０、ホール素子２０、電流検出用バスバー３０、筐体４０及び電子基板５０を備える。

＜磁性体コア＞
磁性体コア１０は、フェライト又はケイ素鋼などからなる磁性体であり、両端が数ミリメートル程度のギャップ部１２を介して対向し、中空部１１の周囲を囲んで一連に形成された形状を有している。即ち、磁性体コア１０は、狭いギャップ部１２を有するものの概ね環状に形成されている。本実施形態における磁性体コア１０は、円形状の中空部１１を囲む円環状に形成されている。

＜ホール素子（磁電変換素子）＞
ホール素子２０は、磁性体コア１０のギャップ部１２に配置され、磁性体コア１０の中空部１１を通過する電流に応じて変化する磁束を検出し、磁束の検出信号を電気信号として出力する磁電変換素子の一例である。

＜電子基板＞
電子基板５０は、ホール素子２０がその端子２１の部分において実装されたプリント回路基板である。また、電子基板５０には、ホール素子２０の他、ホール素子２０から出力される磁束の検出信号を増幅する回路と、その回路と外部の他の回路とを接続するコネクタ５１とが実装されている。従って、コネクタ５１は、ホール素子２０に対して電気的に接続されており、ホール素子２０は、コネクタ５１を含む電子基板５０を介して、外部の回路と接続される。

＜電流検出用バスバー＞
電流検出用バスバー３０は、銅などの金属からなる導体であり、バッテリと電装機器とを電気的に接続するバスバーの一部である。即ち、電流検出用バスバー３０には、検出対象の電流が流れる。また、電流検出用バスバー３０は、バッテリに対して予め接続されたバッテリ側のバスバーと、電装機器に対して予め接続された機器側のバスバーとは独立した部材である。そして、電流検出用バスバー３０は、その両端が予め敷設された他のバスバー（バッテリ側のバスバー及び機器側のバスバー）に対して接続される。

なお、電流検出用バスバー３０の三面図である図２において、図２（ａ）は平面図、図２（ｂ）は側面図、図２（ｃ）は正面図である。また、図２において、電流検出用バスバー３０と組み合わされる磁性体コア１０が、仮想線（二点鎖線）により示されている。

図１及び図２に示されるように、電流検出用バスバー３０は、概ね、中央部分において一定の範囲を占める第１部分３１とその両側の第２部分３２とにより構成されている。第１部分３１は、磁性体コア１０の中空部１１を電流通過方向に沿って貫通する部分である。電流通過方向は、磁性体コア１０の厚み方向であり、環状の磁性体コア１０を筒とみなした場合におけるその筒の軸心方向であり、さらに、環状の磁性体コア１０が形成する面に直交する方向でもある。各図において、電流通過方向は、Ｘ軸方向として記されている。以下の説明において、電流通過方向（Ｘ軸方向）を第１方向と称する。

電流検出用バスバー３０は、磁性体コア１０の中空部１１を第１方向に沿って貫通する第１部分３１と、その第１部分３１に対し第１方向の両側各々に連なる平板状の第２部分３２とが形成された導体からなる部材である。各図において、平板状の第２部分３２の幅方向及び厚み方向は、それぞれＹ軸方向及びＺ軸方向として記されている。以下の説明において、平板状の第２部分３２の幅方向（Ｙ軸方向）及び厚み方向（Ｚ軸方向）をそれぞれ第２方向及び第３方向と称する。

図３に示されるように、電流検出用バスバー３０は、平板状の金属部材３０Ｙにおける一部分３１Ｙが、その一部分３１Ｙの第１方向（Ｘ軸方向）における両側に形成された切り込み３４に沿って、第２方向（Ｙ軸方向）における両側から折り返された構造を有する部材である。金属部材３０Ｙにおける切り込み３４は、一部分３１Ｙの第１方向（Ｘ軸方向）における両側において、第２方向（Ｙ軸方向）の両端から内側へ向けて形成されている。そして、折り返された一部分３１Ｙが、電流検出用バスバー３０の第１部分３１を構成し、折り返された一部分３１Ｙの両側の部分が第２部分３２を構成する。このような電流検出用バスバー３０の作製は容易である。

電流検出用バスバー３０において、第１部分３１の断面の輪郭形状は、第２部分３２に対し、第２方向（Ｙ軸方向）においてくびれた形状を有している。その結果、電流検出装置１において、電流検出用バスバー３０が採用されることにより、バスバーの幅との関係において比較的小さな磁性体コア１０を採用することができ、磁性体コア１０を含む装置全体の大型化を回避できる。

さらに、電流検出用バスバー３０において、第１部分３１の断面の輪郭形状は、最小幅Ｄ４が第２部分３２の厚みＤ６（最小幅）よりも大きく形成されている。これにより、第１部分３１における導体の断面積は、第２部分３２における導体の断面積と比較して大幅に小さくならない。特に、平板状の金属部材３０Ｙの一部が折り返された構造を有する電流検出用バスバー３０においては、第１部分３１における導体の断面積と、第２部分３２における導体の断面積とは同じである。

但し、電流検出用バスバー３０においては、第１部分３１と第２部分３２との間における切り込み３４が形成された部分については、導体の断面積がその前後の部分の導体の断面積よりも小さくなる。しかしながら、実験の結果、切り込み３４の幅がごく狭い幅である場合、切り込み３４が形成された部分におけるインピーダンスの増大は、電流検出用バスバー３０全体としてはほとんど無視できる程度に小さいことがわかっている。そのため、電流検出用バスバー３０において、幅のごく狭い切り込み３４が形成されている場合、第１部分３１における過剰な発熱を防止できる。

また、電流検出用バスバー３０の第２部分３２には、他のバスバーとの連結用のネジが通されるネジ止め用の孔３２Ｚが形成されている。この孔３２Ｚが形成された第２部分３２は、他のバスバーと連結される端子部である。

図６は、電流検出装置１における電流検出用バスバー３０の第２部分３２（端子部）が、予め敷設された他のバスバー９に対し、ネジ８によって連結される様子を模式的に示す斜視図である。なお、図６において、便宜上、筐体４０の記載は省略されている。図６に示されるように、他のバスバー９における、電流検出用バスバー３０の第２部分３２と連結される部分は、例えば、端子台としての構造を備え、ネジ止め用の孔９Ａが形成されている。なお、第２部分３２に形成された端子部は、ネジ止め用の孔３２Ｚの他、他のバスバー９との嵌め合い機構などの他の構造を有することも考えられる。

＜筐体＞
筐体４０は、磁性体コア１０と電流検出用バスバー３０とホール素子２０が実装された電子基板５０とを一定の位置関係で保持する部材であり、絶縁体である本体ケース４１と、本体ケース４１に取り付けられる導体である蓋部材４２とを含む。

本体ケース４１は、例えば、ポリアミド（ＰＡ）、ポリプロピレン（ＰＰ）又はＡＢＳ樹脂などの絶縁性の樹脂からなる一体成型部材である。一方、蓋部材４２は、例えば、銅、アルミニウムなどの金属からなる一体成型部材である。

本体ケース４１は、開口部を有する箱状に形成され、蓋部材４２は、本体ケース４１に取り付けられることによって本体ケース４１の開口部を塞ぐ。本体ケース４１には、その内側の面において突出する第１保持部４３及び第２保持部４４が形成されている。そして、本体ケース４１は、第１保持部４３及び第２保持部４４により、磁性体コア１０と、中空部１１を貫通する電流検出用バスバー３０と、ギャップ部１２に配置されたホール素子２０とを、それらが相互に接触しない状態で保持する。

より具体的には、第１保持部４３は、磁性体コア１０とその中空部１１を貫通する電流検出用バスバー３０の第１部分３１との隙間に嵌り込むことにより、磁性体コア１０と電流検出用バスバー３０とを、それらが相互に接触しない状態で保持する。また、第２保持部４４は、磁性体コア１０とそのギャップ部１２に配置されたホール素子２０との隙間に嵌り込むことにより、磁性体コア１０とホール素子２０とを、それらが相互に接触しない状態で保持する。

また、本体ケース４１及び蓋部材４２には、電流検出用バスバー３０の両端の第２部分３２が内側から外側へ挿入されるスリット孔４５が形成されている。磁性体コア１０の中空部１１を貫通する電流検出用バスバー３０における一方の第２部分３２が、本体ケース４１のスリット孔４５に通された状態において、本体ケース４１の第１保持部４３及び第２保持部４４は、磁性体コア１０、ホール素子２０及び電流検出用バスバー３０を相互に接触しない状態で一定の位置関係に保持する。

また、蓋部材４２は、磁性体コア１０、ホール素子２０及び電流検出用バスバー３０を保持する本体ケース４１に対し、電子基板５０を挟み込みつつ、本体ケース４１の開口部を塞ぐように取り付けられる。その際、電流検出用バスバー３０における他方の第２部分３２が、蓋部材４２のスリット孔４５に対して内側から外側へ通され、電子基板５０が本体ケース４１と蓋部材４２との間に挟み込まれる。

図４及び図５は、本体ケース４１及び蓋部材４２が組み合わされた状態における電流検出装置１の平面図及び断面図である。図４及び図５に示されるように、電子基板５０が本体ケース４１と蓋部材４２との間に挟み込まれることにより、電子基板５０に実装されたコネクタ５１は、本体ケース４１に形成された欠け部４６に嵌り込んだ状態で保持される。

さらに、本体ケース４１及び蓋部材４２には、それらを組み合わせ状態で保持するロック機構４７，４８が設けられている。図１に示されるロック機構４７，４８は、本体ケース４１の側面に突出して形成された爪部４７と、蓋部材４２の側方に形成された環状の枠部４８とを備える。本体ケース４１の爪部４７が、蓋部材４２の枠部４８が形成する孔に嵌り込むことにより、本体ケース４１及び蓋部材４２は、それらが組み合わされた状態で保持される。このように、筐体４０は、磁性体コア１０と電流検出用バスバー３０と電子基板５０に実装されたホール素子２０とを一定の位置関係に保持する。

また、図１及び図５に示されるように、筐体４０を構成する蓋部材４２の内側の面には、電流検出用バスバー３０に接触する２つのバスバー接触部４９ａ，４９ｂが突出して形成されている。２つのバスバー接触部４９ａ，４９ｂは、スリット孔４５の縁部に対向して設けられ、スリット孔４５に通された電流検出用バスバー３０を挟み込む。

図５に示される例では、一方のバスバー接触部４９ｂは、電流検出用バスバー３０に当接し、電流検出用バスバー３０の長手方向に対して直交する方向において、その可撓性により弾性変形可能な板状に形成されている。即ち、一方のバスバー接触部４９ｂは、電流検出用バスバー３０を他方のバスバー接触部４９ａに対して弾性付勢する板バネ状に形成されている。これにより、２つのバスバー接触部４９ａ，４９ｂは、電流検出用バスバー３０に対して安定的に接触し、接触不良が生じることが回避される。

なお、蓋部材４２の内側の面には、バスバー接触部４９ａ，４９ｂ以外にも、筐体４０に収容される部品を位置決めするための突起部が形成されているが、図１においては、バスバー接触部４９ａ，４９ｂ以外の突起部の記載は省略されている。

また、図４及び図５に示されるように、本体ケース４１及び蓋部材４２（筐体４０）は、電流検出用バスバー３０の第２部分３２における孔３２Ｚが形成された部分（端子部）と、電子基板５０のコネクタ５１とが外部に露出する状態で、磁性体コア１０と電流検出用バスバー３０の第１部分３１とホール素子２０とを覆いつつ保持する。

以上に示した電流検出装置１においては、磁性体コア１０、電流検出用バスバー３０に接触及びホール素子２０を一定の位置関係に保持する筐体４０において、蓋部材４１は、熱伝導性の高い導体である。そのため、蓋部材４１が、電流検出用バスバー３０で発生する熱を放熱するヒートシンクとして機能する。従って、電流検出装置１によれば、電流検出用バスバー３０が過剰に高温化することが防止され、電流検出用バスバー３０の高温化による本体ケース４１の変形及び電流検出誤差の増大を回避することができる。

また、電流検出装置１においては、筐体４０が、相互に組み合わされる絶縁体の本体ケース４１及び導体の蓋部材４２で構成されている。そのため、少なくとも本体ケース４１側においては、周囲の部材との絶縁性を確保することができる点において好適である。また、筐体４０全体を金属製とする場合に比べ、装置を軽量化できる。

また、筐体４０によって磁性体コア１０、電流検出用バスバー３０、ホール素子２０及び電子基板５０が一定の位置関係に保持された電流検出装置１は、予め敷設された前段及び後段のバスバーに対する取り付けが容易である。

また、電流検出装置１においては、筐体４０が、電流検出用バスバー３０の一部と、磁性体コア１０と、ホール素子２０とを覆うため、筐体４０内に配置される電流検出用バスバー３０の第１部分３１は、バスバー全体の他の部分よりも熱がこもって高温化しやすい。電流検出装置１においては、バスバーにおける特に高温化しやすい部分に配置される筐体４０が、ヒートシンクとして機能するため、バスバーの高温化防止効果がより高まり好適である。

以上に示した実施形態では、筐体４０は、絶縁体である本体ケース４１と、導体である蓋部材４２とにより構成されている。しかしながら、筐体４０が、導体である本体ケース４１と、絶縁体である蓋部材４２とにより構成されることも考えられる。この場合、バスバー接触部４９ａ，４９ｂは、本体ケース４１の内側面に形成される。そのような構成を備えた電流検出装置も、前述した電流検出装置１と同様の効果を奏する。もちろん、本体ケース４１及び蓋部材４２の両方が導体であることも考えられる。

１ 電流検出装置
８ ネジ
９ 他のバスバー
１０ 磁性体コア
１１ 中空部
１２ ギャップ部
２０ ホール素子
２１ 端子
３０ 電流検出用バスバー
３０Ｙ 金属部材
３１ 第１部分
３２ 第２部分（端子部）
３２Ｚ 孔
３４ 切り込み
４０ 筐体
４１ 本体ケース
４２ 蓋部材
４３ 第１保持部
４４ 第２保持部
４５ スリット孔
４７ 爪部（ロック機構）
４８ 枠部（ロック機構）
４９ａ，４９ｂ バスバー接触部
５０ 電子基板
５１ コネクタ

Claims (3)

1. 両端がギャップ部を介して対向し、電流が流れるバスバーが貫通する中空部の周囲を囲んで一連に形成された磁性体コアと、
   前記ギャップ部に配置され、前記中空部を通過する電流に応じて変化する磁束を検出する磁電変換素子と、
   前記磁性体コアと前記バスバーと前記磁電変換素子とを一定の位置関係に保持し、少なくとも一部に前記バスバーと接触する導体からなる放熱部を含む筐体と、
   を備え、
   前記放熱部には、前記バスバーを挟み込む２つのバスバー接触部が設けられ、一方の前記バスバー接触部は、前記バスバーを他方の前記バスバー接触部に対して弾性付勢する板バネ状に形成されていることを特徴とする電流検出装置。
2. 前記筐体は、相互に組み合わされることにより、前記磁性体コアと前記バスバーと前記磁電変換素子とを一定の位置関係に保持する導体の部材及び絶縁体の部材からなり、前記導体の部材が前記放熱部である、請求項１に記載の電流検出装置。
3. 前記筐体は、前記磁性体コアと前記バスバーと前記磁電変換素子とを一定の位置関係に保持するとともに、前記磁性体コアと前記バスバーにおける前記中空部を貫通する部分と前記磁電変換素子とを覆う、請求項１又は請求項２に記載の電流検出装置。

Images