JP6524877B2

JP6524877B2 - 電流センサ

Info

Publication number: JP6524877B2
Application number: JP2015199266A
Authority: JP
Inventors: 卓馬江坂; 江介野村; 亮輔酒井
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2015-10-07
Filing date: 2015-10-07
Publication date: 2019-06-05
Anticipated expiration: 2035-10-07
Also published as: JP2017072467A

Description

本発明は、磁気シールド機能を備えた電流センサに関する。

従来より、相互に対向する磁気シールド用の第１遮蔽体及び第２遮蔽体と、第１遮蔽体と第２遮蔽体との間に配置される感磁素子と、第１遮蔽体と第２遮蔽体との間を通るバスバーと、を３相分備えた装置が、例えば特許文献１で提案されている。感磁素子は、バスバーに流れる電流を検出する素子である。

特開２０１５−４９１８４号公報

しかしながら、上記従来の技術では、第１遮蔽体及び第２遮蔽体がバスバー毎に分割されているので、部品点数が多くなってしまう。そこで、バスバー毎に分割されていた第１遮蔽体及び第２遮蔽体をそれぞれ１枚のシールド板で構成することが考えられる。これにより、２枚のシールド板の間に３本のバスバー及び３個の感磁素子が配置されるので、構成が簡素化される。

しかし、各遮蔽体よりも各シールド板の表面積が大きくなるので、各シールド板が各バスバーから発生する磁界と外乱磁界とを集磁しやすい構造になってしまう。このため、各シールド板の一部が磁気飽和してしまう。したがって、各シールド板の磁気シールド機能が低下してしまい、各感磁素子が磁気ノイズの影響を受けやすくなってしまうという問題がある。

本発明は上記点に鑑み、２枚のシールド板で磁気シールドを図る構成において、磁気シールドの機能の低下を抑制することができる電流センサを提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、平行平板状に対向配置された２枚のシールド板（２０）を備えている。また、３相交流電流が流れると共に、一端部（３０ａ）と他端部（３０ｂ）との間の一部が各シールド板の間の収容空間（２１）に位置するように並列に配置された３本のバスバー（３０）を備えている。さらに、収容空間に各バスバーに対応して設けられ、各バスバーに流れる３相交流電流をそれぞれ検出する３個の検出素子（４０）を備えている。

そして、各シールド板は、各バスバーのうちの隣同士の間に対応する部分であって各バスバーに対向しない部分それぞれに、各バスバーの長手方向に沿って設けられたスリット（２２）と、スリットによって各バスバーの配列方向に分けられた一方の部分と他方の部分とを支持する支持部（２３）と、を有している。

これによると、各バスバーから発生する磁界と外乱磁界とが支持部に集磁しやすくなるので、支持部を意図的に磁気飽和させることができる。言い換えると、各シールド板のうち各検出素子に対応する部分の磁気飽和を回避することができる。したがって、各シールド板のうち各検出素子に対応した部分の磁気シールドの機能の低下を抑制することができる。

なお、この欄及び特許請求の範囲で記載した各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。

本発明の第１実施形態に係る電流センサの斜視図である。図１のII−II断面図である。図１に示されたシールド板の平面図である。シールド板の磁気飽和部分を説明するための図であり、（ａ）はスリットが設けられていないシールド板の平面図、（ｂ）はスリットが設けられたシールド板の平面図である。支持部が磁気飽和したときに磁気シールド機能を発揮する部分を説明するための平面図である。本発明の第２実施形態に係るシールド板の平面図である。本発明の第３実施形態に係るシールド板の平面図である。本発明の第４実施形態に係るシールド板の平面図である。

以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、図中、同一符号を付してある。

（第１実施形態）
以下、本発明の第１実施形態について図を参照して説明する。本実施形態に係る電流センサは、インバータ装置からモータ等に供給される３相交流電流を検出する際に用いられるものである。また、電流センサは、バスバーが一体化された構成を備えている。

具体的には、図１及び図２に示されるように、電流センサ１０は、２枚のシールド板２０、３本のバスバー３０、及び３個の検出素子４０を備えて構成されている。

シールド板２０は、各バスバー３０から発生する磁界や外部からの外乱磁界を遮蔽する役割を果たすものである。各シールド板２０は、平行平板状に対向配置された電磁鋼板によって構成されている。各シールド板２０は、例えば全体形状が矩形状あるいは長方形状になっている。各シールド板２０は、１枚の電磁鋼板によって構成されていても良いし、複数の電磁鋼板が積層されて構成されていても良い。

また、各シールド板２０は、一方と他方とで挟んだ収容空間２１を構成している。各シールド板２０は、この収容空間２１に各バスバー３０の一部と各検出素子４０を収容している。なお、各シールド板２０は、図示しない樹脂部品等の保持部品で保持されている。これにより、２枚のシールド板２０の間に収容空間２１が形成されている。

バスバー３０は、３相交流電流が流れる導体部品である。各バスバー３０は、一端部３０ａと他端部３０ｂとの間の一部が収容空間２１に位置するように並列に配置されている。各バスバー３０の一端部３０ａは例えばインバータ装置に接続される。また、各バスバー３０の他端部３０ｂは例えばモータ等の負荷装置に接続される。

ここで、３本のバスバー３０を、第１バスバー３１、第１バスバー３１の隣の第２バスバー３２、第２バスバー３２の隣の第３バスバー３３と定義する。例えば、第１バスバー３１にＵ相の電流が流れる。第２バスバー３２にＶ相の電流が流れる。さらに、第３バスバー３３にＷ相の電流が流れる。

検出素子４０は、各バスバー３１〜３３に流れる３相交流電流を検出するものである。３個の検出素子４０は、各バスバー３１〜３３に対応して設けられている。図２に示されるように、各検出素子４０は、収容空間２１において各バスバー３０の上に配置されている。

検出素子４０は、外部の磁場の影響を受けたときに抵抗値が変化するセンシング部を有している。検出素子４０は対応する各バスバー３１〜３３の近接位置に配置されている。また、検出素子４０の上に図示しないバイアス磁石が配置されている。

バイアス磁石は、バスバー３０に測定対象の被測定電流が流れることによって生じる信号磁界に対して垂直方向にバイアス磁界を発生させる磁界発生手段である。すなわち、バイアス磁石は、被測定電流が流れる方向、つまりバスバー３０の長手方向にＮ極とＳ極とが並ぶようにバスバー３０の上方に配置されている。これにより、バイアス磁石はバイアス磁界を検出素子４０に印加する。

一方、検出素子４０は、バスバー３０に流れる被測定電流の電流方向すなわちバスバー３０の長手方向とバイアス磁界とが平行になるように収容空間２１に配置されている。言い換えると、検出素子４０は、バスバー３０に流れる被測定電流によって生成される信号磁界とバイアス磁界とが垂直になるように収容空間２１に収容されている。これにより、検出素子４０には、バイアス磁界及び信号磁界で構成される合成磁界が印加されるようになっている。

そして、バスバー３０に被測定電流が流れることで信号磁界が発生し、信号磁界及びバイアス磁界で構成される合成磁界が被測定電流の大きさに応じて変化することにより磁気ベクトル角度θが変化する。したがって、検出素子４０はその角度変化によりセンシング部の抵抗値が変化したことを検出する。以上が、本実施形態に係る電流センサ１０の構成である。

次に、各シールド板２０の具体的な形状について説明する。図１〜図３に示されるように、各シールド板２０は、各バスバー３１〜３３のうちの隣同士の間に対応する部分それぞれに、スリット２２及び支持部２３を有している。

スリット２２は、各バスバー３１〜３３の長手方向に沿って設けられた切り込み部分である。また、支持部２３は、スリット２２によって各バスバー３１〜３３の配列方向に分けられたシールド板２０のうちの一方の部分と他方の部分とを支持する肉持ち部である。

そして、スリット２２は、各シールド板２０のうち、第１バスバー３１と第２バスバー３２との間に対応する部分と、第２バスバー３２と第３バスバー３３との間に対応する部分とに、それぞれ設けられている。また、２つのスリット２２は、バスバー３０の長手方向において互いに逆方向に開口するように設けられている。

つまり、一方のスリット２２はバスバー３０の長手方向における一方向に開口し、他方のスリットは当該一方向の逆方向に開口している。これにより、支持部２３は各バスバー３１〜３３の配列方向に互い違いに設けられている。したがって、各シールド板２０は、波状に繰り返された形状にレイアウトされている。

各シールド板２０を上記の構成とすることで、各シールド板２０に発生する磁気飽和領域をコントロールすることができる。例えば、図４（ａ）の上段に示されるように、各シールド板２０にスリット２２が設けられていない形状では、各バスバー３１〜３３から発生する磁界や外乱磁界が各シールド板２０の中央部分すなわち第２バスバー３２に対応した部分に集磁しやすくなる。

このため、図４（ａ）の下段に示されるように、当該部分が受ける磁界（Ｂｍａｘ）が磁気飽和してしまい、当該部分の磁気シールド機能が低下してしまう。つまり、図４（ａ）の上段に示された斜線の領域の磁気抵抗が下がってしまう。したがって、第２バスバー３２に対応した検出素子４０が外乱磁界等の影響を受けてしまう。

これに対し、図４（ｂ）の上段に示されるように、各シールド板２０にスリット２２が設けられた形状では、外乱磁界等が支持部２３に集磁しやすくなる。つまり、図４（ｂ）の上段に斜線で示された支持部２３の領域の磁気抵抗を積極的に下げることができる。このため、支持部２３を意図的に磁気飽和させることができる。

また、図４（ｂ）の下段に示されるように、各シールド板２０のうち各バスバー３１〜３３に対応する部分が受ける磁界（Ｂｍａｘ）が抑えられて磁気飽和が回避されるので、当該部分の磁気シールドの機能の低下を抑制することができる。

したがって、図５に示されるように、各シールド板２０は、各バスバー３１〜３３に対応する３つの部分に分割された構造と等価とみなすことができる。すなわち、各磁気シールド板２０のうち各検出素子４０に対応する部分は磁気飽和しないので、各磁気シールド板２０は図５に示された各部分の磁気シールド機能を発揮させることができる。

（第２実施形態）
本実施形態では、第１実施形態と異なる部分について説明する。図６に示されるように、２つのスリット２２は、各バスバー３０の長手方向において同じ方向に開口するように設けられている。

つまり、１枚のシールド板２０において、２つのスリット２２はシールド板２０を櫛状にレイアウトするように設けられている。これにより、２つの支持部２３は各バスバー３０の長手方向のうちの一方向側に配置されている。

（第３実施形態）
本実施形態では、第１、第２実施形態と異なる部分について説明する。図７に示されるように、スリット２２は、各バスバー３０の長手方向における一方と他方の両方向に開口するように設けられている。このため、支持部２３は、各バスバー３０の長手方向において両方向に開口した２つのスリット２２の間に設けられている。これにより、各シールド板２０は、串団子状にレイアウトされている。

（第４実施形態）
本実施形態では、第１〜第３実施形態と異なる部分について説明する。図８に示されるように、スリット２２は、各シールド板２０のうち、第１バスバー３１と第２バスバー３２との間に対応する部分と、第２バスバー３２と第３バスバー３３との間に対応する部分とに、窓状に設けられている。窓状のスリット２２は、各バスバー３０の長手方向に沿ってシールド板２０を開口している。

したがって、支持部２３は、各シールド板２０のうち、第１バスバー３１と第２バスバー３２との間に対応する部分を２カ所で支持している。また、支持部２３は、第２バスバー３２と第３バスバー３３との間に対応する部分を２カ所で支持している。これにより、各シールド板２０は、はしご状にレイアウトされている。

（他の実施形態）
上記各実施形態で示された電流センサ１０の構成は一例であり、上記で示した構成に限定されることなく、本発明を実現できる他の構成とすることもできる。例えば、２枚のシールド板２０のうちの一方は第１実施形態で示されたスリット２２を有し、他方は第２実施形態で示されたスリットを有する組み合わせでも良い。もちろん、他の組み合わせでも構わない。

２０シールド板
２１収容空間
２２スリット
２３支持部
３０バスバー
３０ａ一端部
３０ｂ他端部
４０検出素子

Claims

平行平板状に対向配置された２枚のシールド板（２０）と、
３相交流電流が流れると共に、一端部（３０ａ）と他端部（３０ｂ）との間の一部が前記各シールド板の間の収容空間（２１）に位置するように並列に配置された３本のバスバー（３０）と、
前記収容空間に前記各バスバーに対応して設けられ、前記各バスバーに流れる前記３相交流電流をそれぞれ検出する３個の検出素子（４０）と、
を備え、
前記各シールド板は、前記各バスバーのうちの隣同士の間に対応する部分であって前記各バスバーに対向しない部分それぞれに、前記各バスバーの長手方向に沿って設けられたスリット（２２）と、前記スリットによって前記各バスバーの配列方向に分けられた一方の部分と他方の部分とを支持する支持部（２３）と、を有している電流センサ。
前記各バスバーを、第１バスバー（３１）、前記第１バスバーの隣の第２バスバー（３２）、前記第２バスバーの隣の第３バスバー（３３）と定義すると、
前記スリットは、前記各シールド板のうち、前記第１バスバーと前記第２バスバーとの間に対応する部分と、前記第２バスバーと前記第３バスバーとの間に対応する部分とに、前記長手方向において互いに逆方向に開口するように設けられている請求項１に記載の電流センサ。
前記各バスバーを、第１バスバー（３１）、前記第１バスバーの隣の第２バスバー（３２）、前記第２バスバーの隣の第３バスバー（３３）と定義すると、

前記スリットは、前記各シールド板のうち、前記第１バスバーと前記第２バスバーとの間に対応する部分と、前記第２バスバーと前記第３バスバーとの間に対応する部分とに、前記長手方向において同じ方向に開口するように設けられている請求項１に記載の電流センサ。
前記各バスバーを、第１バスバー（３１）、前記第１バスバーの隣の第２バスバー（３２）、前記第２バスバーの隣の第３バスバー（３３）と定義すると、
前記スリットは、前記各シールド板のうち、前記第１バスバーと前記第２バスバーとの間に対応する部分と、前記第２バスバーと前記第３バスバーとの間に対応する部分とに、前記長手方向における一方と他方の両方向に開口するように設けられている請求項１に記載の電流センサ。
前記各バスバーを、第１バスバー（３１）、前記第１バスバーの隣の第２バスバー（３２）、前記第２バスバーの隣の第３バスバー（３３）と定義すると、
前記スリットは、前記各シールド板のうち、前記第１バスバーと前記第２バスバーとの間に対応する部分と、前記第２バスバーと前記第３バスバーとの間に対応する部分とに、窓状に設けられている請求項１に記載の電流センサ。