特開 2024-10331 電流センサ、電流センサを備える電力変換装置、及び、電流センサの回路基板の締結方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024010331

(43)【公開日】2024-01-24

(54)【発明の名称】電流センサ、電流センサを備える電力変換装置、及び、電流センサの回路基板の締結方法

(51)【国際特許分類】

   G01R 15/20 20060101AFI20240117BHJP

【ＦＩ】

G01R15/20 C

【審査請求】未請求

【請求項の数】9

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022111615

(22)【出願日】2022-07-12

(71)【出願人】

【識別番号】509186579

【氏名又は名称】日立Ａｓｔｅｍｏ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110002572

【氏名又は名称】弁理士法人平木国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】片桐 一重

(72)【発明者】

【氏名】菅野 清隆

【テーマコード（参考）】

2G025

【Ｆターム（参考）】

2G025AA00

2G025AA01

2G025AA15

2G025AB01

2G025AC01

(57)【要約】

【課題】コスト増を抑制しながら電流センサの耐振性を確保することを目的とする。
【解決手段】電流センサ１は、エアギャップ１１を有しバスバー１３０の外周を囲む磁気コア１０と、エアギャップ１１に配置されエアギャップ１１を通過する磁束に応じてバスバー１３０に流れる電流を検出する電流検出素子２０と、電流検出素子２０が実装される回路基板４０と、磁気コア１０を保持する樹脂ケース５０と、回路基板４０を樹脂ケース５０に締結する締結部材７０と、を備える。樹脂ケース５０は、回路基板４０との対向面５３に設けられ回路基板４０に沿った方向において電流検出素子２０を挟んで間隔を空けて配置され回路基板４０を支持する複数の台座６１，６２を有する。複数の台座６１，６２は、締結部材７０の締結箇所に配置される第１台座６１と、第１台座６１よりも対向面５３からの高さが高い第２台座６２と、を有する。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

導体に流れる電流を検出する電流センサであって、
エアギャップを有し、前記導体の外周を囲む磁気コアと、
前記エアギャップに配置され、前記エアギャップを通過する磁束に応じて前記導体に流れる前記電流を検出する電流検出素子と、
前記電流検出素子が実装される回路基板と、
前記磁気コアを保持する樹脂ケースと、
前記回路基板を前記樹脂ケースに締結する締結部材と、を備え、
前記樹脂ケースは、前記回路基板との対向面に設けられ、前記回路基板に沿った方向において前記電流検出素子を挟んで間隔を空けて配置され、前記回路基板を支持する複数の台座を有し、
前記複数の台座は、前記締結部材が前記回路基板を前記樹脂ケースに締結する箇所に配置される第１台座と、前記第１台座よりも前記対向面からの高さが高い第２台座と、を有する
ことを特徴とする電流センサ。

【請求項2】

前記複数の台座の少なくとも１つは、前記締結部材が前記回路基板を前記樹脂ケースに締結する方向に沿って視た場合、前記磁気コアと重複する箇所に配置される
ことを特徴とする請求項１に記載の電流センサ。

【請求項3】

前記回路基板は、長方形状に形成され、
前記磁気コア及び前記電流検出素子のそれぞれは、前記回路基板の長手方向に沿って互いに間隔を空けて複数配置されており、
前記第１台座は、前記回路基板の前記長手方向の一端部に対応する箇所と、前記回路基板の前記長手方向の他端部に対応する箇所と、に少なくとも配置され、
前記第２台座は、複数の前記第１台座の間に配置される
ことを特徴とする請求項１に記載の電流センサ。

【請求項4】

前記回路基板は、長方形状に形成され、
前記磁気コア及び前記電流検出素子のそれぞれは、前記回路基板の長手方向に沿って互いに間隔を空けて複数配置されており、
前記第１台座は、前記回路基板の短手方向の一端部に対応する箇所に配置され、
前記第２台座は、前記第１台座よりも前記回路基板の前記短手方向の他端部に近い箇所であって、前記第１台座よりも前記回路基板の前記長手方向の一端部及び他端部にそれぞれ近い箇所に少なくとも配置される
ことを特徴とする請求項１に記載の電流センサ。

【請求項5】

前記締結部材は、前記第１台座から前記回路基板に向かう方向に突出して設けられた熱カシメ用の樹脂製のボスであり、
前記回路基板は、前記ボスが挿入される貫通孔を有する
ことを特徴とする請求項１に記載の電流センサ。

【請求項6】

前記樹脂ケースは、前記第１台座を貫通し前記対向面を通過するねじ穴を有し、
前記締結部材は、前記ねじ穴に螺合するねじであり、
前記回路基板は、前記ねじが挿入される貫通孔を有する
ことを特徴とする請求項１に記載の電流センサ。

【請求項7】

請求項１～請求項６の何れか一項に記載の電流センサと、
前記導体であるバスバーに接続されるパワーモジュールと、
前記パワーモジュールを制御する制御回路が実装された制御基板を有するコントローラと、を備え、
前記制御基板は、前記回路基板に実装されたコネクタによって前記回路基板と接続されており、
前記第２台座は、前記締結部材が前記回路基板を前記樹脂ケースに締結する方向に沿って視た場合、前記コネクタと重複する箇所に配置される
ことを特徴とする電力変換装置。

【請求項8】

請求項１～請求項６の何れか一項に記載の電流センサと、
前記導体であるバスバーに接続されるパワーモジュールと、
前記パワーモジュールを制御する制御回路を有するコントローラと、を備え、
前記制御回路は、前記回路基板に実装され、
前記回路基板は、前記電流センサと前記コントローラとに共用されている
ことを特徴とする電力変換装置。

【請求項9】

請求項１～請求項６の何れか一項に記載の電流センサにおいて前記回路基板を前記樹脂ケースに締結する締結方法であって、
前記回路基板を前記第２台座に着座させる工程と、
前記第２台座に着座させた前記回路基板を、前記締結部材によって前記樹脂ケースに締結する工程と、を有する
ことを特徴とする電流センサの回路基板の締結方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、電流センサ、電流センサを備える電力変換装置、及び、電流センサの回路基板の締結方法に関する。

【背景技術】

【0002】

自動車等の車両に搭載される電力変換装置のバスバー等の導体に流れる電流を検出する電流センサが知られている。この種の電流センサでは、導体の外周を囲む磁気コアに形成されたエアギャップにホールＩＣ等の電流検出素子を配置し、エアギャップを通過する磁束を検出することによって導体に流れる電流を検出する。電流センサは、ねじ等の締結部材を用いて、電流検出素子が実装された回路基板を、磁気コアを保持するケースに締結することによって、耐振性を確保している。

【0003】

特許文献１には、ホールＩＣを保持部材に収納して基板に係合させることによって耐振性を確保する電流検出装置が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０２１－０８１２６２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

しかしながら、特許文献１に開示された電流検出装置は、ホールＩＣを収納する保持部材を別途用意する必要があるので部品点数及び工数が増加し、コスト増を招く。加えて、特許文献１に開示された電流検出装置は、電流検出装置の振動によって基板が振動すると、基板に係合された保持部材及びホールＩＣも振動するので、ホールＩＣの耐振性を確保することが難しい。

【0006】

本発明は、上記に鑑みてなされたものであり、コスト増を抑制しながら電流センサの耐振性を確保することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

上記課題を解決するために、本発明の電流センサは、導体に流れる電流を検出する電流センサであって、エアギャップを有し、前記導体の外周を囲む磁気コアと、前記エアギャップに配置され、前記エアギャップを通過する磁束に応じて前記導体に流れる前記電流を検出する電流検出素子と、前記電流検出素子が実装される回路基板と、前記磁気コアを保持する樹脂ケースと、前記回路基板を前記樹脂ケースに締結する締結部材と、を備え、前記樹脂ケースは、前記回路基板との対向面に設けられ、前記回路基板に沿った方向において前記電流検出素子を挟んで間隔を空けて配置され、前記回路基板を支持する複数の台座を有し、前記複数の台座は、前記締結部材が前記回路基板を前記樹脂ケースに締結する箇所に配置される第１台座と、前記第１台座よりも前記対向面からの高さが高い第２台座と、を有することを特徴とする。

【発明の効果】

【0008】

本発明によれば、コスト増を抑制しながら電流センサの耐振性を確保することができる。
上記以外の課題、構成および効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】本実施形態の電流センサが搭載される電力変換装置を説明する図。

【図2】本実施形態の電流センサの分解斜視図。

【図3】回路基板を樹脂ケースに締結後の電流センサの側面図。

【図4】図３に示す電流センサから樹脂ケース及び締結部材の図示を省略した図。

【図5】図３に対応する平面図。

【図6】回路基板を樹脂ケースに締結前の電流センサの状態を模式的に示す図。

【図7】回路基板を樹脂ケースに締結後の電流センサの状態を模式的に示す図。

【図8】図８（ａ）は締結部材が熱カシメ用のボスである場合において回路基板を樹脂ケースに締結前の回路基板及び樹脂ケースの状態を模式的に示す図、図８（ｂ）は回路基板を樹脂ケースに締結後の図８（ａ）に対応する図。

【図9】図９（ａ）は締結部材がねじである場合において回路基板を樹脂ケースに締結前の回路基板及び樹脂ケースの状態を模式的に示す図、図９（ｂ）は回路基板を樹脂ケースに締結後の図９（ａ）に対応する図。

【図10】図１０（ａ）は複数の台座の配置例を模式的に示す平面図、図１０（ｂ）は図１０（ａ）に対応する側面図。

【図11】図１１（ａ）は複数の台座の他の配置例を模式的に示す平面図、図１１（ｂ）は複数の台座の他の配置例を模式的に示す平面図。

【図12】カバーを備える電流センサを模式的に示す図。

【図13】図１３（ａ）は電流センサの電力変換装置への搭載例を模式的に示す平面図、図１３（ｂ）は図１３（ａ）に対応する側面図。

【図14】図１４（ａ）は電流センサの電力変換装置への他の搭載例を模式的に示す平面図、図１４（ｂ）は図１４（ａ）に対応する側面図。

【発明を実施するための形態】

【0010】

以下、本発明の実施形態について図面を用いて説明する。なお、各実施形態において同一の符号を付された構成については、特に言及しない限り、各実施形態において同様の機能を有し、その説明を省略する。

【0011】

［電流センサの構成］
図１～図１２を用いて、電流センサ１の構成について説明する。図１は、本実施形態の電流センサ１が搭載される電力変換装置１００を説明する図である。

【0012】

電力変換装置１００は、電気自動車等の車両に搭載される電力変換装置である。電力変換装置１００は、バッテリＢ、車両システムＳ及びモータＭに接続される。電力変換装置１００は、車両システムＳからの制御指令に基づいて、バッテリＢの直流電力を交流電力に変換して、車両を駆動するモータＭに供給する。電力変換装置１００は、モータＭからの回生電力をバッテリＢに回送する。

【0013】

電力変換装置１００は、バッテリＢから供給された直流電力を蓄えるコンデンサ１１０と、直流電力を三相交流電力に変換する三相インバータ回路等を有するパワーモジュール１２０と、を備える。更に、電力変換装置１００は、パワーモジュール１２０と負荷であるモータＭとを接続する導体であるバスバー１３０と、パワーモジュール１２０を制御するコントローラ１４０と、バスバー１３０に流れる電流を検出する電流センサ１と、を備える。バスバー１３０は、パワーモジュール１２０からモータＭに供給されるＵ相、Ｖ相、Ｗ相の各出力電流が流れる３つのバスバー１３０によって構成されてもよい。コントローラ１４０は、車両システムＳからの制御指令に基づいてモータＭのトルク及び回転数を制御するべく、パワーモジュール１２０の動作を制御する。この際、コントローラ１４０は、パワーモジュール１２０の出力電流、モータＭの角度、及び、バッテリＢからの入力電圧等を監視して、制御指令の範囲の中で最適な効率でモータＭが駆動するよう、パワーモジュール１２０の動作を制御する。このため、電流センサ１は、モータＭの駆動制御に必須であり、自動車に搭載されるので高い信頼性を確保する必要がある。

【0014】

図２は、本実施形態の電流センサ１の分解斜視図である。図３は、回路基板４０を樹脂ケース５０に締結後の電流センサ１の側面図である。図４は、図３に示す電流センサ１から樹脂ケース５０及び締結部材７０の図示を省略した図である。図５は、図３に対応する平面図である。

【0015】

電流センサ１は、磁気コア１０と、電流検出素子２０と、コネクタ３０と、回路基板４０と、樹脂ケース５０と、締結部材７０と、カバー８０と、を備える。なお、図２～図５では、カバー８０の図示が省略されている。

【0016】

磁気コア１０、電流検出素子２０及びバスバー１３０は、Ｕ相、Ｖ相及びＷ相の相毎に纏めて配置されることが多い。そのため、電流センサ１では、Ｕ相、Ｖ相及びＷ相の相毎に、磁気コア１０、電流検出素子２０及びバスバー１３０が水平方向に並列して配置される。電流センサ１は、バスバー１３０等が並列して配置される方向に長尺の形状を有する。

【0017】

本実施形態では、バスバー１３０等の並列方向に沿ってＸ軸を定義し、バスバー１３０の延びる方向に沿ってＹ軸を定義し、回路基板４０から樹脂ケース５０に向かう方向に沿ってＺ軸を定義する。Ｘ軸方向は、回路基板４０の長手方向に対応する。Ｙ軸方向は、回路基板４０の短手方向に対応する。Ｚ軸方向は、締結部材７０が回路基板４０を樹脂ケース５０に締結する方向（以下「締結部材７０の締結方向」とも称する）に対応する。

【0018】

磁気コア１０は、導体であるバスバー１３０の外周を囲む磁性体である。磁気コア１０は、エアギャップ１１を有し、Ｃ字状又はＵ字状に形成される。磁気コア１０には、バスバー１３０への通電時に発生する電界によって磁束が流れる。磁気コア１０は、Ｘ軸方向（回路基板４０の長手方向）に沿って互いに間隔を空けて複数配置される。

【0019】

電流検出素子２０は、例えば、ホールＩＣによって構成される。電流検出素子２０は、図４に示すようにエアギャップ１１に配置され、エアギャップ１１を通過する磁束に応じてバスバー１３０に流れる電流を検出する。電流検出素子２０は、Ｘ軸方向（回路基板４０の長手方向）に沿って互いに間隔を空けて複数配置される。電流検出素子２０は、図４に示すような倒立状態で配置される。すなわち、電流検出素子２０は、磁束を検出する検出部２１がエアギャップ１１に配置され、検出部２１から突出する端子２２が回路基板４０に接合される。端子２２は、はんだ付けによって回路基板４０に接合されてもよい。電流検出素子２０は、検出された電流を、回路基板４０及びコネクタ３０を介してコントローラ１４０に送信する。コネクタ３０は、後述するコントローラ１４０の制御基板１４２と、電流センサ１の回路基板４０とを接続するコネクタである。

【0020】

回路基板４０は、電流検出素子２０が実装される回路基板である。回路基板４０は、Ｘ軸方向を長手方向としＹ軸方向を短手方向とする長方形状に形成される。回路基板４０は、樹脂ケース５０に対向し電流検出素子２０が実装される第１主面４１と、第１主面４１の反対面でありコネクタ３０が実装される第２主面４２と、を有する。回路基板４０は、締結部材７０が挿入される貫通孔４３を有する。貫通孔４３は、締結部材７０が回路基板４０を樹脂ケース５０に締結する箇所（以下「締結部材７０の締結箇所」とも称する）に対応する箇所に複数配置される。

【0021】

樹脂ケース５０は、磁気コア１０を保持し、回路基板４０を固定するケースである。樹脂ケース５０は、Ｘ軸方向（回路基板４０の長手方向）を長手方向とし、Ｙ軸方向（回路基板４０の短手方向）を短手方向とする直方体状に形成される。樹脂ケース５０は、磁気コア１０を保持する保持部５１と、電流センサ１を電力変換装置１００に取り付けるための取り付け孔５２と、回路基板４０に対向する対向面５３と、対向面５３に形成され内部にエアギャップ１１が配置された開口部５４と、を有する。保持部５１は、対向面５３とは反対側に配置される。取り付け孔５２は、樹脂ケース５０の長手方向の両端部にそれぞれ配置される。取り付け孔５２には、ブッシュが嵌合され、電力変換装置１００への取り付け及び位置決めのためのピンが挿入されてもよい。開口部５４は、Ｚ軸方向（締結部材７０の締結方向）に沿って視た場合、磁気コア１０のエアギャップ１１及び電流検出素子２０に対応する箇所に複数配置される。

【0022】

締結部材７０は、回路基板４０を樹脂ケース５０に締結する締結部材である。締結部材７０は、図２に示すような熱カシメ用の樹脂製のボス、又は、ねじによって構成される。締結部材７０は、Ｚ軸方向の締結力を回路基板４０に加えることによって、回路基板４０を樹脂ケース５０に締結する。締結部材７０は、複数の締結箇所で回路基板４０を樹脂ケース５０に締結する。締結部材７０の締結箇所は、回路基板４０に沿った方向において、電流検出素子２０を挟んで間隔を空けて複数配置される。例えば、締結部材７０の締結箇所は、回路基板４０の長手方向の一端部４４ａ及び他端部４４ｂと、回路基板４０の長手方向において一端部４４ａと他端部４４ｂとの間と、に配置されてもよい。

【0023】

上記のように、電流検出素子２０は、倒立状態で配置される。すなわち、電流検出素子２０は、磁束を検出する検出部２１がエアギャップ１１に配置され、検出部２１から突出する端子２２が回路基板４０に接合される。この倒立状態の配置構造により、電流センサ１の振動によって回路基板４０が振動すると、電流検出素子２０の端子２２と回路基板４０との接合部に加わる応力が大きくなり、疲労破壊を起こす可能性がある。したがって、電流センサ１は、耐振性を確保することが重要である。倒立状態の電流検出素子２０を磁気コア１０及びバスバー１３０と共に相毎に纏めて配置し、且つ、耐振性を確保するためには、締結部材７０の締結箇所を電流検出素子２０付近に数多く配置して、回路基板４０の剛性を高めることが考えられる。しかし、この手法では、回路基板４０及び樹脂ケース５０の各サイズを大きくして締結部材７０を数多く用意する必要があるので、部品単価、部品点数及び工数が増加し、コスト増を招く。

【0024】

そこで、本実施形態では、回路基板４０及び樹脂ケース５０の各サイズの拡大及び締結部材７０の増加を抑制することによってコスト増を抑制しながら、回路基板４０の振動を抑制することによって耐振性を確保することが可能な電流センサ１を提供する。このような電流センサ１を提供するために、本実施形態の電流センサ１では、樹脂ケース５０が複数の台座６１，６２を有する。

【0025】

複数の台座６１，６２は、樹脂ケース５０の回路基板４０との対向面５３に設けられる。複数の台座６１，６２は、回路基板４０に沿った方向において、電流検出素子２０を挟んで間隔を空けて配置される。複数の台座６１，６２は、回路基板４０を支持する。複数の台座６１，６２は、樹脂製であり、樹脂ケース５０の他の部分と一体的に成形される。複数の台座６１，６２は、第１台座６１と、第２台座６２と、を有する。

【0026】

第１台座６１は、対向面５３から回路基板４０に向かって張り出すように形成される。第１台座６１は、締結部材７０の締結箇所に配置される。すなわち、第１台座６１は、回路基板４０に沿った方向において、電流検出素子２０を挟んで間隔を空けて複数配置される。例えば、第１台座６１は、回路基板４０の長手方向の一端部４４ａ及び他端部４４ｂにそれぞれ対応する箇所と、回路基板４０の長手方向において一端部４４ａと他端部４４ｂとの間に対応する箇所と、に配置されてもよい。

【0027】

第２台座６２は、対向面５３から回路基板４０に向かって張り出すように形成される。但し、第２台座６２の対向面５３からの高さＨ２は、第１台座６１の対向面５３からの高さＨ１よりも高い。第２台座６２は、回路基板４０に沿った方向において、第１台座６１又は他の第２台座６２との間に電流検出素子２０を挟むように、第１台座６１又は他の第２台座６２と間隔を空けて配置される。例えば、第１台座６１が回路基板４０の長手方向の一端部４４ａ及び他端部４４ｂにそれぞれ対応する箇所に配置される場合、第２台座６２は、回路基板４０の長手方向において複数の第１台座６１の間に配置されてもよい。

【0028】

上記のような電流センサ１の回路基板４０を樹脂ケース５０に締結する方法について、図６～図９（ｂ）を用いて説明する。図６は、回路基板４０を樹脂ケース５０に締結前の電流センサ１の状態を模式的に示す図である。図７は、回路基板４０を樹脂ケース５０に締結後の電流センサ１の状態を模式的に示す図である。図８（ａ）は、締結部材７０が熱カシメ用のボス７１である場合において回路基板４０を樹脂ケース５０に締結前の回路基板４０及び樹脂ケース５０の状態を模式的に示す図である。図８（ｂ）は、回路基板４０を樹脂ケース５０に締結後の図８（ａ）に対応する図である。

【0029】

回路基板４０の締結方法として、締結部材７０が熱カシメ用のボス７１である場合を例に挙げて説明する。締結部材７０であるボス７１は、樹脂製であり、第１台座６１から回路基板４０に向かう方向（－Ｚ軸方向）に突出して設けられる。ボス７１は、第１台座６１及び樹脂ケース５０と一体的に成形される。ボス７１は、回路基板４０の貫通孔４３に挿入される。ボス７１の第１台座６１からの突出長さは、回路基板４０の厚さよりも十分に長い。

【0030】

回路基板４０の締結方法として、まず、図６に示すように、回路基板４０を第２台座６２に着座させる工程を行う。具体的には、回路基板４０の貫通孔４３にボス７１を挿入して回路基板４０を樹脂ケース５０の対向面５３に近付けていく。回路基板４０は、第１台座６１よりも対向面５３からの高さが高い第２台座６２に着座する。

【0031】

続いて、回路基板４０の締結方法として、第２台座６２に着座させた回路基板４０を、締結部材７０によって樹脂ケース５０に締結する工程を行う。具体的には、図８（ａ）に示すように、熱カシメ用の治具Ｋを用いて、ボス７１を加熱しながらボス７１の頭部７２をＺ軸方向に押圧する。すると、図８（ｂ）に示すように、溶融したボス７１はＺ軸方向に圧縮されて、ボス７１の頭部７２が回路基板４０の第２主面４２に圧着する。更に、溶融したボス７１は、回路基板４０の第１主面４１と第１台座６１との隙間、及び、回路基板４０の貫通孔４３とボス７１との隙間に充填される。回路基板４０は、ボス７１の頭部７２と第１台座６１との間に挟持される。回路基板４０は、樹脂ケース５０に締結される。

【0032】

回路基板４０が樹脂ケース５０に締結されると、図７に示すように、回路基板４０は、締結部材７０の締結力によって、第２台座６２への着座箇所を頂部とする凸状に曲げられた状態で樹脂ケース５０に固定される。このような状態で固定された回路基板４０の支点間距離Ｄ２は、第１台座６１と第２台座６２との間の距離になる。回路基板４０の支点間距離Ｄ２は、第２台座６２が無い場合の回路基板４０の支点間距離Ｄ１よりも短くなる。

【0033】

これにより、本実施形態の電流センサ１は、電流センサ１が振動しても、回路基板４０の振幅及び加速度を大幅に低減することができるので、回路基板４０の振動を抑制することができる。したがって、本実施形態の電流センサ１は、電流検出素子２０の端子２２と回路基板４０との接合部に加わる応力を大幅に低減することができ、耐振性を確保することができる。

【0034】

加えて、本実施形態の電流センサ１は、短い支点間距離Ｄ２で回路基板４０が樹脂ケース５０に固定される状態を、締結部材７０の締結力を利用して実現すると共に、複数の台座６１，６２及び締結部材７０という比較的簡単な手法によって実現することができる。すなわち、本実施形態の電流センサ１は、回路基板４０及び樹脂ケース５０の各サイズを増加させて、締結部材７０の締結箇所を電流検出素子２０付近に数多く配置する必要が無い。したがって、本実施形態の電流センサ１は、部品単価、部品点数及び工数の増加を抑制することができるので、コスト増を抑制することができる。

【0035】

このようなことから、本実施形態の電流センサ１は、コスト増を抑制しながら耐振性を確保することができる。

【0036】

なお、締結部材７０が回路基板４０を締結する工程の締結力によって回路基板４０は第１台座６１に着座するが、締結部材７０が回路基板４０に接触していれば、回路基板４０の支点間距離が短くなる。したがって、本実施形態の電流センサ１では、回路基板４０が第１台座６１に必ずしも接触していなくても、回路基板４０の振動を抑制することができ、耐振性を確保することができる。また、回路基板４０が曲げた状態で固定されても回路基板４０及び電流検出素子２０の接合部に発生する応力が許容値以下に納まるよう、締結部材７０の締結力、複数の台座６１，６２の高さ、回路基板４０の強度、並びに、電流検出素子２０の接合部強度及びレイアウト等が予め設計されている。

【0037】

また、本実施形態の電流センサ１において、締結部材７０は、第１台座６１から回路基板４０に向かう方向に突出して設けられた熱カシメ用の樹脂製のボス７１であってもよい。回路基板４０は、ボス７１が挿入される貫通孔４３を有する。

【0038】

これにより、本実施形態の電流センサ１は、締結部材７０が非磁性体であるので、磁気コア１０を流れる磁束が締結部材７０に影響されて変化することがない。したがって、本実施形態の電流センサ１は、締結部材７０の締結箇所を比較的自由に設定することができ、電流検出素子２０付近に設定することができる。ゆえに、本実施形態の電流センサ１は、締結部材７０の締結箇所から電流検出素子２０までの距離を短くすることができるので、電流検出素子２０付近の回路基板４０の振動を更に抑制することができる。よって、本実施形態の電流センサ１は、コスト増を抑制しながら耐振性を確実に確保することができる。

【0039】

また、本実施形態の回路基板４０の締結方法は、回路基板４０を第２台座６２に着座させる工程と、第２台座６２に着座させた回路基板４０を、締結部材７０によって樹脂ケース５０に締結する工程と、有する。

【0040】

これにより、本実施形態の回路基板４０の締結方法は、複数の台座６１，６２によって回路基板４０の支点間距離を短くしながら、既存の締結部材７０の締結力を利用した比較的簡単な手法によって、回路基板４０を短い支点間距離Ｄ２で樹脂ケース５０に固定することができる。よって、本実施形態の回路基板４０の締結方法は、コスト増を抑制しながら電流センサ１の耐振性を確保することができる。

【0041】

上記の説明では、締結部材７０が熱カシメ用のボス７１であった。しかしながら、締結部材７０は、ねじ７５であってもよい。

【0042】

図９（ａ）は、締結部材７０がねじ７５である場合において回路基板４０を樹脂ケース５０に締結前の回路基板４０及び樹脂ケース５０の状態を模式的に示す図である。図９（ｂ）は、回路基板４０を樹脂ケース５０に締結後の図９（ａ）に対応する図である。

【0043】

締結部材７０がねじ７５である場合、樹脂ケース５０は、図９（ａ）に示すように、第１台座６１を貫通し対向面５３を通過するねじ穴５５を有する。締結部材７０であるねじ７５は、ねじ穴５５に螺合するねじである。ねじ７５は、回路基板４０の貫通孔４３に挿入される。ねじ７５の胴部の長さは、回路基板４０の厚さ及び第１台座６１の高さＨ１の合計よりも十分に長い。

【0044】

回路基板４０の締結方法として、回路基板４０を第２台座６２に着座させる工程では、回路基板４０の貫通孔４３を樹脂ケース５０のねじ穴５５に位置合わせしながら、回路基板４０を樹脂ケース５０の対向面５３に近付けていく。回路基板４０を締結部材７０によって樹脂ケース５０に締結する工程では、ねじ７５を貫通孔４３及びねじ穴５５に挿入し、既存のドライバーを用いてねじ７５を締め付ける。回路基板４０は、ねじ７５の頭部７６と第１台座６１との間に挟持される。回路基板４０は、樹脂ケース５０に締結される。

【0045】

これにより、本実施形態の電流センサ１は、締結部材７０が熱カシメ用のボス７１である場合と同様に、回路基板４０の支点間距離を短くすることができ、耐振性を確保することができる。更に、本実施形態の電流センサ１は、締結部材７０が熱カシメ用のボス７１である場合よりも、ねじ７５の軸力によって締結部材７０の締結力を大きくすることができると共に、ボス７１の加熱が不要なので回路基板４０の締結工程を簡単にすることができる。よって、本実施形態の電流センサ１は、コスト増を更に抑制しながら耐振性を確実に確保することができる。

【0046】

図１０（ａ）～図１１（ｂ）を用いて、本実施形態の電流センサ１における複数の台座６１，６２の配置例について説明する。図１０（ａ）は、複数の台座６１，６２の配置例を模式的に示す平面図である。図１０（ｂ）は、図１０（ａ）に対応する側面図である。

【0047】

複数の台座６１，６２の少なくとも１つは、締結部材７０の締結方向に沿って視た場合、磁気コア１０と重複する箇所に配置されてもよい。

【0048】

これにより、本実施形態の電流センサ１は、複数の台座６１，６２の少なくとも１つによって構成される回路基板４０の支点から電流検出素子２０までの距離を短くすることができるので、電流検出素子２０付近の回路基板４０の振動を更に抑制することができる。よって、本実施形態の電流センサ１は、コスト増を抑制しながら耐振性を確実に確保することができる。

【0049】

また、第１台座６１は、回路基板４０の長手方向の一端部４４ａに対応する箇所と、回路基板４０の長手方向の他端部４４ｂに対応する箇所と、に少なくとも配置されてもよい。第２台座６２は、複数の第１台座６１の間に配置されてもよい。

【0050】

これにより、本実施形態の電流センサ１は、回路基板４０が曲げた状態で固定されても、回路基板４０及び電流検出素子２０の接合部に発生する応力を許容値以下に納め易くすることができる。したがって、本実施形態の電流センサ１は、回路基板４０及び電流検出素子２０の接合部に発生する歪みを許容値以下に納め易くすることができる。よって、本実施形態の電流センサ１は、コスト増を抑制しながら耐振性を確保すると共に、長期信頼性を確保し易くすることができる。

【0051】

図１１（ａ）は、複数の台座６１，６２の他の配置例を模式的に示す平面図である。図１１（ｂ）は、複数の台座６１，６２の他の配置例を模式的に示す平面図である。

【0052】

また、第１台座６１は、回路基板４０の短手方向の一端部４５ａに対応する箇所に配置されてもよい。第２台座６２は、第１台座６１よりも回路基板４０の短手方向の他端部４５ｂに近い箇所であって、第１台座６１よりも回路基板４０の長手方向の一端部４４ａ及び他端部４４ｂにそれぞれ近い箇所に少なくとも配置される。

【0053】

これにより、本実施形態の電流センサ１は、締結部材７０の締結箇所が回路基板４０の短手方向の一端部４５ａにしか配置されない場合であっても、回路基板４０の支点を、回路基板４０に沿った方向において電流検出素子２０を挟んだ箇所に配置することができる。これにより、回路基板４０は、第１台座６１と第２台座６２との高低差によって、許容応力内で凹状に曲げられた状態で樹脂ケース５０に固定され、締結部材７０の締結箇所及び第２台座６２での両持ち支持にて支持される。よって、本実施形態の電流センサ１は、コスト増を抑制しながら耐振性を確保することができる。

【0054】

なお、締結部材７０の締結箇所の数は１つであってもよい。すなわち、締結部材７０及び第１台座６１のそれぞれの数は１つであってもよい。この場合、例えば、締結部材７０の締結箇所を、回路基板４０の中央部に対応する箇所としてもよい。そして、回路基板４０の中央部に貫通孔４３を配置すると共に、回路基板４０の対応する樹脂ケース５０の対向面５３の中央部に第１台座６１を配置してもよい。第２台座６２は、回路基板４０に沿った方向において第１台座６１と共に電流検出素子２０を挟んだ箇所に１又は複数配置してもよい。これにより、回路基板４０は、締結部材７０の締結箇所を底部とする凹状に曲げられた状態で樹脂ケース５０に固定され、両持ち支持にて支持される。よって、本実施形態の電流センサ１は、コスト増を抑制しながら耐振性を確保することができる。

【0055】

図１２を用いて、本実施形態の電流センサ１が備えるカバー８０について説明する。図１２は、カバー８０を備える電流センサ１を模式的に示す図である。

【0056】

カバー８０は、樹脂ケース５０に取り付けられ、樹脂ケース５０に締結された回路基板４０を覆う。カバー８０は、ねじ止め又はスナップフィットによって、樹脂ケース５０に取り付けられてもよい。カバー８０は、カバー８０の裏面８１から回路基板４０に向かって延びる突起部８２を有する。突起部８２は、締結部材７０を構成する。突起部８２は、第１台座６１に対応する箇所に複数配置される。突起部８２は、カバー８０が樹脂ケース５０に取り付けられると、回路基板４０を押圧する。

【0057】

これにより、本実施形態の電流センサ１は、カバー８０の締結力を回路基板４０の締結に利用することができるので、ボス７１又はねじ７５が不要となり、回路基板４０の小型化及び形状の簡素化を図ることができる。したがって、本実施形態の電流センサ１は、部品単価、部品点数及び工数を減少させることができ、コスト減を図ることができる。よって、本実施形態の電流センサ１は、コスト増を更に抑制しながら耐振性を確保することができる。

【0058】

なお、突起部８２を備えたカバー８０は、ボス７１又はねじ７５が設けられた電流センサ１に適用することも可能である。この場合、例えば、突起部８２がボス７１の頭部７２を押圧することができるので、ボス７１の締結力を大きくしなくて済む。これにより、本実施形態の電流センサ１は、回路基板４０が曲げた状態で固定されても、回路基板４０及び電流検出素子２０の接合部に発生する応力を許容値以下に納め易くすることができる。よって、本実施形態の電流センサ１は、コスト増を抑制しながら耐振性を確保すると共に、長期信頼性を確保し易くすることができる。

【0059】

［電流センサの電力変換装置への搭載例］
図１３（ａ）～図１４（ｂ）を用いて、電流センサ１の電力変換装置１００への搭載例について説明する。図１３（ａ）は、電流センサ１の電力変換装置１００への搭載例を模式的に示す平面図である。図１３（ｂ）は、図１３（ａ）に対応する側面図である。

【0060】

電流センサ１は、樹脂ケース５０の取り付け孔５２と、電力変換装置１００の筐体１５０に設けられた取り付け孔とに、取り付けピンを挿入すること等によって、電力変換装置１００に取り付けることができる。

【0061】

電力変換装置１００のコントローラ１４０は、パワーモジュール１２０を制御する制御回路１４１が実装された制御基板１４２を有する。制御基板１４２は、回路基板４０に実装されたコネクタ３０によって回路基板４０と接続されている。電流センサ１の樹脂ケース５０の第２台座６２は、締結部材７０の締結方向に沿って視た場合、コネクタ３０と重複する箇所に配置される（図３）。

【0062】

これにより、本実施形態の電力変換装置１００は、電流センサ１の回路基板４０を制御基板１４２に接続する際に、コネクタ３０を介して回路基板４０に加わる荷重を第２台座６２によって受け止めることができる。したがって、本実施形態の電力変換装置１００は、電流センサ１の取り付け時に回路基板４０に発生する応力を低減することができる。ゆえに、本実施形態の電力変換装置１００は、回路基板４０及び電流検出素子２０の接合部に発生する歪みを許容値以下に納め易くすることができる。よって、本実施形態の電力変換装置１００は、コスト増を抑制しながら電流センサ１の耐振性を確保すると共に、電流センサ１の長期信頼性を確保し易くすることができる。

【0063】

図１４（ａ）は、電流センサ１の電力変換装置１００への他の搭載例を模式的に示す平面図である。図１４（ｂ）は、図１４（ａ）に対応する側面図である。

【0064】

電力変換装置１００のコントローラ１４０は、パワーモジュール１２０を制御する制御回路１４１を有する。制御回路１４１は、回路基板４０に実装されていてもよい。すなわち、回路基板４０は、電流センサ１とコントローラ１４０とに共用されていてもよい。

【0065】

制御回路１４１は、制御基板１４２に実装される電子部品及び制御基板１４２の配線パターンによって実現される。制御回路１４１を実現する電子部品及び配線パターンを回路基板４０に集約することによって、回路基板４０を、電流センサ１とコントローラ１４０とで共用することができる。

【0066】

これにより、本実施形態の電力変換装置１００は、制御基板１４２及びコネクタ３０が不要となるので、部品点数及び工数を減少させることができ、コスト減を図ることができる。よって、本実施形態の電力変換装置１００は、コスト増を更に抑制しながら電流センサ１の耐振性を確保することができる。

【0067】

なお、本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記の実施形態は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、或る実施形態の構成の一部を他の実施形態の構成に置き換えることが可能であり、また、或る実施形態の構成に他の実施形態の構成を加えることも可能である。また、各実施形態の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。

【符号の説明】

【0068】

１…電流センサ、１０…磁気コア、１１…エアギャップ、２０…電流検出素子、３０…コネクタ、４０…回路基板、４３…貫通孔、４４ａ…回路基板の長手方向の一端部、４４ｂ…回路基板の長手方向の他端部、４５ａ…回路基板の短手方向の一端部、４５ｂ…回路基板の短手方向の他端部、５０…樹脂ケース、５３…対向面、５５…ねじ穴、６１…第１台座、６２…第２台座、７０…締結部材、７１…ボス、７５…ねじ、１００…電力変換装置、１２０…パワーモジュール、１３０…バスバー、１４０…コントローラ、１４１…制御回路、１４２…制御基板

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】