特許 7588728 電流センサ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-11-14

(45)【発行日】2024-11-22

(54)【発明の名称】電流センサ

(51)【国際特許分類】

   G01R 15/20 20060101AFI20241115BHJP

【ＦＩ】

G01R15/20 C

G01R15/20 B

G01R15/20 D

【請求項の数】 12

(21)【出願番号】P 2023542202

(86)(22)【出願日】2022-03-08

(86)【国際出願番号】 JP2022009898

(87)【国際公開番号】W WO2023021750

(87)【国際公開日】2023-02-23

【審査請求日】2023-11-22

(31)【優先権主張番号】P 2021134306

(32)【優先日】2021-08-19

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】000010098

【氏名又は名称】アルプスアルパイン株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100135183

【弁理士】

【氏名又は名称】大窪 克之

(74)【代理人】

【識別番号】100085453

【弁理士】

【氏名又は名称】野▲崎▼ 照夫

(74)【代理人】

【識別番号】100108006

【弁理士】

【氏名又は名称】松下 昌弘

(72)【発明者】

【氏名】田村 学

(72)【発明者】

【氏名】中山 敬介

(72)【発明者】

【氏名】田岡 隆洋

【審査官】島田 保

(56)【参考文献】

【文献】国際公開第２０１６／１９００８７（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２０１７－１５３３０６（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０２０／０１９１８３５（ＵＳ，Ａ１）

【文献】米国特許出願公開第２０２０／０１３２７２８（ＵＳ，Ａ１）

【文献】国際公開第２０１８／０５１５７５（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２０２０－１０６３０２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０００－１７４３５７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１６－００１１６８（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０１Ｒ １５／００－１７／２２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

バスバと、前記バスバに対向して配置されたシールドと、前記シールドと前記バスバとの間に配置された磁気センサと、前記バスバの一部、前記シールドおよび前記磁気センサを一体に内包する筐体と、を備え、冷却装置により冷却される電流センサであって、
前記バスバは、前記バスバ、前記磁気センサおよび前記シールドが並ぶ第１方向において、前記バスバが配置された側を一方側としたときに、前記筐体の中心よりも前記一方側に配置されており、
前記筐体の少なくとも前記一方側が、前記冷却装置に対向配置され、
前記バスバは、前記第１方向に直交する第２方向の成分を有する方向に延びる第１電流路と、前記第１電流路の前記第２方向における一端および他端からそれぞれ、前記第１方向および前記第２方向に直交する第３方向の成分を有する方向に延びる、第２電流路および第３電流路と、を有しており、
前記磁気センサは、前記第１電流路に対向して配置され、感度方向が前記第３方向であり、
前記バスバ、前記シールド、および前記磁気センサからなる測定ユニットが、前記第２方向に複数並べて配置され、
前記第１電流路の前記一端から延びる前記第２電流路と、前記他端から延びる前記第３電流路とは、前記第１方向における位置が異なっており、前記第１方向から見たときに、隣り合う前記バスバにおける、一方の前記バスバの前記第２電流路と他方の前記バスバの前記第３電流路とは、少なくとも一部が重なる位置に配置されている
ことを特徴とする電流センサ。

【請求項2】

前記第１電流路は、前記一端を有する第１平坦部と、前記他端を有する第２平坦部と、前記第１平坦部と前記第２平坦部とを繋ぐ中間部と、を有しており、
前記中間部は、前記第３方向から見たとき、前記第１方向に対して斜め方向に延びている、
請求項１に記載の電流センサ。

【請求項3】

前記磁気センサは、前記第１電流路における前記第１平坦部の前記第２平坦部側の面に対向して配置されている、
請求項２に記載の電流センサ。

【請求項4】

前記第３方向から前記第１電流路を平面視した時に、前記第２方向における前記第１平坦部の長さは、前記第２平坦部の長さと前記中間部の長さとを足した長さよりも大きい、
請求項３に記載の電流センサ。

【請求項5】

バスバと、前記バスバに対向して配置されたシールドと、前記シールドと前記バスバとの間に配置された磁気センサと、前記バスバの一部、前記シールドおよび前記磁気センサを一体に内包する筐体と、を備え、冷却装置により冷却される電流センサであって、
前記バスバは、前記バスバ、前記磁気センサおよび前記シールドが並ぶ第１方向において、前記バスバが配置された側を一方側としたときに、前記筐体の中心よりも前記一方側に配置されており、
前記筐体の少なくとも前記一方側が、前記冷却装置に対向配置され、
前記バスバは、前記第１方向に直交する第２方向の成分を有する方向に延びる第１電流路と、前記第１電流路の前記第２方向における一端および他端からそれぞれ、前記第１方向および前記第２方向に直交する第３方向の成分を有する方向に延びる、第２電流路および第３電流路と、を有しており、
前記磁気センサは、前記第１電流路に対向して配置され、感度方向が前記第３方向であり、
前記バスバは、前記磁気センサに対向する部分に放熱部を有しており、
前記放熱部は、前記冷却装置に対向し、
前記放熱部は、前記第１方向に見たときに前記磁気センサに対向する被測定部の両側となる部分に前記被測定部よりも幅広の幅広放熱部を有し、
前記幅広放熱部は、先端側開口を持つ中空部を備えている
ことを特徴とする電流センサ。

【請求項6】

前記バスバは、前記第１方向における前記一方の面に前記筐体に覆われていない露出部を備えており、
前記露出部が、前記冷却装置に対向している、
請求項１または請求項２に記載の電流センサ。

【請求項7】

前記露出部は、前記筐体よりも熱伝導率が高く、絶縁性を有するシール部材により覆われている、
請求項６に記載の電流センサ。

【請求項8】

前記筐体の前記冷却装置に対向する側における、前記バスバと前記冷却装置との間にヒートシンクが配置されている、
請求項１または請求項２に記載の電流センサ。

【請求項9】

前記バスバの前記冷却装置に対向する側に締結部材が配置され、
前記締結部材が前記バスバと接触している、
請求項１または請求項２に記載の電流センサ。

【請求項10】

前記バスバは前記筐体と一体に形成されている、
請求項１または請求項２に記載の電流センサ。

【請求項11】

前記磁気センサが設けられた基板が、前記筐体のボス部を介して、前記筐体に接続している、
請求項１または請求項２に記載の電流センサ。

【請求項12】

前記冷却装置が、前記筐体の前記一方側に対向する部分に、磁気を遮蔽する機能を有するシールド部を備えている、
請求項１または請求項２に記載の電流センサ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明はバスバに流れる電流を磁界に基づいて測定する電流センサに関する。

【背景技術】

【0002】

近年、脱炭素化への要求の高まりに伴い、自動車走行時のＣＯ₂排出量を抑制するためにエンジンからモータへのシフト、すなわち脱ガソリン車／電動化（ＥＶシフト）が進んでいる。ＥＶシフトがトラックやバスといった大型商用車両に波及するに伴い、ハイブリッド車や電気自動車におけるモータ容量も大きくなり、モータ制御に用いられる電流センサの測定電流も大きくなっている。測定電流の電流路であるバスバは、電流の大きさの２乗に比例する量の熱を発する。このため、モータ容量の増大により連続電流が大きくなることに伴って、バスバからの発熱量が大きくなる。発熱量の増大は、電流センサの精度を低下させたり、製品寿命を短くしたりといった問題を招く虞がある。しかし、発熱を抑えるためにバスバ断面を大きくすることは、電流センサの小型、軽量化の点で不利である。そこで、バスバの発熱への対応として冷却装置を設けて、冷却装置に対向した位置に電流センサを配置し、バスバを冷却可能な構成とすることが考えられる。

【0003】

特許文献１には、電流センサの温度上昇を抑制でき、かつバスバの電流値を正確に測定することを目的とする電流センサ付バスバーモジュールが記載されている。同文献に記載の電流センサ付きバスバーモジュールは、バスバおよび電流センサを厚さ方向から挟む位置に、磁界を遮蔽する少なくとも一対の遮蔽板が設けられている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特開２０１６－１１６８号公報

【発明の開示】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

特許文献１に記載の電流センサ付きバスバーモジュールは、筐体の高さ方向の中央付近にバスバが配置されており、高さ方向において、バスバと筐体の外面との間に遮蔽板などの他部品が配置されている。このため、バスバに対向する冷却装置を設けて、効率よくバスバを冷却することは困難である。
本発明の目的は、冷却装置によってバスバを効率よく冷却できる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】

【0006】

本発明は上述した課題を解決するための手段として、以下の構成を備えている。
バスバと、前記バスバに対向して配置されたシールドと、前記シールドと前記バスバとの間に配置された磁気センサと、前記バスバの一部、前記シールドおよび前記磁気センサを一体に内包する筐体と、を備え、冷却装置により冷却される電流センサであって、前記バスバは、前記バスバ、前記磁気センサおよび前記シールドが並ぶ第１方向において、前記バスバが配置された側を一方側としたときに、前記筐体の中心よりも前記一方側に配置されており、前記筐体の少なくとも前記一方側が、前記冷却装置に対向配置されることを特徴とする電流センサ。
熱を発生するパスパと冷却装置との間にシールドが設けられておらず、バスバが冷却装置に近い位置に配置されているため、冷却装置によりバスバを効率よく冷却することができる。

【0007】

前記バスバは、前記第１方向に直交する第２方向の成分を有する方向に延びる第１電流路と、前記第１電流路の前記第２方向における一端および他端からそれぞれ、前記第１方向および前記第２方向に直交する第３方向の成分を有する方向に延びる、第２電流路および第３電流路と、を有しており、前記磁気センサは、前記第１電流路に対向して配置され、感度方向が前記第３方向であってもよい。
磁気センサの感度方向を第３方向とすることで、磁気センサが第２方向に沿って複数相並べて配置された場合に、隣りの相からの磁界の影響が抑えられるため、電流センサの感度が向上する。なお、電流センサが備える磁気センサの数は、単数、複数の場合があるため、一つの測定電流に対応するバスバとシールドと磁気センサとの組を適宜「相」という。本発明は、一組の相を備えた単相の電流センサおよび複数組の相を備えた多相の電流センサのいずれにも適用することができる。

【0008】

前記バスバ、前記シールド、および前記磁気センサからなる測定ユニットが、前記第２方向に複数並べて配置されてもよい。
前記第１電流路の前記一端から延びる前記第２電流路と、前記他端から延びる前記第３電流路とは、前記第１方向における位置が異なっており、前記第１方向から見たときに、隣り合う前記バスバにおける、一方の前記バスバの前記第２電流路と他方の前記バスバの前記第３電流路とは、少なくとも一部が重なる位置に配置されてもよい。
この構成により、複数の測定ユニットを第２方向に沿って並べて配置する場合に、第１方向からの平面視において、隣り合う測定ユニットにおける一方のバスバの第２電流路と他方のバスバの第３電流路とを重ねて配置できる。したがって、複数の測定ユニットを第２方向に沿って並べて配置した場合、第２方向における電流センサのサイズを小さくすることができる。

【0009】

前記第１電流路は、前記一端を有する第１平坦部と、前記他端を有する第２平坦部と、前記第１平坦部と前記第２平坦部とを繋ぐ中間部と、を有しており、前記中間部は、前記第３方向から見たとき、前記第１方向に対して斜め方向に延びていてもよい。
この構成により、第１方向から見たとき隣り合う磁気センサにおける一方の中間部に重なるように、他方の第２電流路を配置できるため、一方の相のバスバと他方の相のバスバとの重なる面積をより大きくすることができる。

【0010】

前記磁気センサは、前記第１電流路における前記第１平坦部の前記第２平坦部側の面に対向して配置されていてもよい。この構成により、第２方向から見たときに、中間部または第２平坦部と重なる位置に磁気センサを配置できるため、第１方向における電流センサのサイズを小さくすることができる。

【0011】

この場合、前記第３方向から前記第１電流路を平面視した時に、前記第２方向における前記第１平坦部の長さは、前記第２平坦部の長さと前記中間部の長さとを足した長さよりも大きくてもよい。第１平坦部の長さを長くとることで、第１平坦部において、ほぼ第２方向に流れる成分で構成された電流が流れる領域を広くとることができる。このため、第１平坦部の第２平坦部側の面に対向するように磁気センサを配置することで電流を精度よく測定できる。

【0012】

前記バスバは、前記第１方向における前記一方側の面に前記筐体に覆われていない露出部を備えており、前記露出部が、前記冷却装置に対向していてもよい。冷却装置に対向する領域に露出部を設けることにより、バスバの冷却効率が向上する。
前記露出部は、前記筐体よりも熱伝導率が高く、絶縁性を有するシール部材により覆われていてもよい。シール機能と放熱機能とを兼ね備えた材料で露出部を覆うことにより、冷却性を確保するとともにバスバのショートおよび腐食を抑制できる。

【0013】

前記バスバは、前記磁気センサに対向する部分に放熱部を有しており、前記放熱部は、前記冷却装置に対向していてもよい。前記放熱部は、前記第１方向に沿って見たときに前記磁気センサに対向する被測定部の両側となる部分に前記被測定部よりも幅広の幅広放熱部を有していてもよい。前記幅広放熱部は、先端側開口を持つ中空部を備えていてもよい。
放熱部を設けることにより、冷却装置によるバスバの冷却効率が向上する。また、幅広放熱部、中空部を設けることにより、表面積が大きくなるため、放熱効率が向上する。

【0014】

前記筐体の前記冷却装置に対向する側における、前記バスバと前記冷却装置との間にヒートシンクが配置されていてもよい。前記バスバの前記冷却装置に対向する側に締結部材が配置され、前記締結部材が前記バスバと接触していてもよい。前記バスバは前記筐体と一体に形成されていてもよい。
これらの構成により、ヒートシンク、ナット、筐体を介してバスバの熱を放出できるため、冷却効率が向上する。

【0015】

前記磁気センサが設けられた基板が、前記筐体のボス部を介して、前記筐体に接続していてもよい。
基板と筐体とを、広い面で面接触させるのではなく、ボス部を介して部分的に接続することで、基板に設けられた磁気センサに対して筐体の熱が伝わることが抑えられる。

【0016】

前記冷却装置が、前記筐体の前記一方側に対向する部分に、磁気を遮蔽する機能を有するシールド部を備えていてもよい。
電流センサを冷却装置に対向して配置したときに、シールドと同様の機能を有する冷却装置のシールド部によって、電流センサの一方側からの外乱ノイズが電流センサに対して与える影響を抑えることができる。

【発明の効果】

【0017】

冷却装置により冷却される電流センサにおいて、バスバと冷却装置との間にシールドを設けないで、バスバを筐体の中心よりも冷却装置側に寄せて配置することにより、バスバから発生した熱を効率よく冷却することができる。

【図面の簡単な説明】

【0018】

【図1A】図１Ｂの直線Ｌｘに沿ってＸＺ平面で切断した電流センサの断面図

【図1B】図１Ａの直線Ｈに沿ってＸＹ平面で切断した、電流センサの断面図

【図2】変形例に係る電流センサの断面図

【図3】他の変形例に係る電流センサの断面図

【図4】他の変形例に係る電流センサの断面図

【図5】他の変形例に係る電流センサの断面図

【図6A】図６Ｂの直線Ｌｚに沿ってＸＺ平面で切断した電流センサの断面図

【図6B】電流センサの各部材の位置関係を示す平面図

【図7A】電流センサの冷却装置への配置を示す斜視図

【図7B】電流センサの冷却装置への配置を示す平面図

【図7C】図７Ｂに示す電流センサの変形例の平面図

【図8A】図８Ｂの直線Ｌｚに沿ってＸＺ平面で切断した変形例の電流センサの断面図

【図8B】変形例の電流センサの平面図

【図9A】図９Ｂの直線Ｌｘに沿ってＸＺ平面で切断した多相タイプの電流センサの断面図

【図9B】図９Ａの直線Ｈに沿ってＸＹ平面で切断した多相タイプの電流センサの断面図

【図9C】多相タイプの電流センサの平面図

【図10A】図１０Ｂの直線Ｌｘに沿ってＸＺ平面で切断した変形例の多相タイプの電流センサの断面図

【図10B】図１０Ａの直線Ｈに沿ってＸＹ平面で切断した変形例の多相タイプの電流センサの断面図

【図10C】変形例の多相タイプの電流センサの平面図

【図11A】図１１Ｂの直線Ｌｘに沿ってＸＺ平面で切断した変形例の電流センサの断面図

【図11B】図１１Ａの直線Ｈに沿ってＸＹ平面で切断した変形例の電流センサの断面図

【図11C】変形例の電流センサの平面図

【発明を実施するための最良の形態】

【0019】

以下、本発明の実施形態について、添付図面を参照して説明する。各図面において同じ部材には同じ番号を付して、適宜、説明を省略する。各図には、基準座標として、Ｘ－Ｙ－Ｚ座標を示す。
図１Ａは、図１Ｂの直線Ｌｘに沿ってＸＺ平面で切断した電流センサ２０を模式的に示す断面図であり、図１Ｂは、図１Ａの直線Ｈに沿ってＸＹ平面で切断した、電流センサ２０を模式的に示す断面図である。
電流センサ２０は、バスバ１と、シールド２と、磁気センサ３と、ケース４ａおよびカバー４ｂからなる筐体４と、を備えており、使用の際、冷却装置３０により冷却される。なお、電流センサ２０は電流センサ付きバスバモジュールとして実施することができる。

【0020】

バスバ１は、磁気センサ３の検出対象である被測定電流が流れる導体であり、例えば、銅、真鍮、アルミなどで構成される。バスバ１の一部は、インサート成型により筐体４のケース４ａに内包され、ケース４ａと一体に形成されている。電流によってバスバ１に生じる熱は、内包されたケース４ａを介してまたはバスバ１から直接放出（放熱）される。なお、電流センサ２０における、バスバ１、シールド２、および磁気センサ３からなる測定ユニット１０の数は、図１Ｂに示す３つに限られない。隣接する測定ユニット１０のバスバ１間の距離、複数のバスバ１の形状は同じであっても、異なっていてもよい。

【0021】

シールド２は、インサート成型により筐体４のカバー４ｂに内包される。シールド２は、バスバ１に対向して配置され、バスバ１に起因する電磁干渉を抑制する機能を有しており、例えば、同一形状の金属製の板状体を複数枚重ねて構成することができる。

【0022】

磁気センサ３は、基板５に実装されており、シールド２とバスバ１との間に配置され、バスバ１に流れる被測定電流に起因して生じる磁界を検出する。例えば、外部磁場によって電気抵抗が変化する磁気抵抗効果を利用したＧＭＲ素子やＴＭＲ素子などの磁気抵抗効果素子を磁気センサ３として用いることができる。

【0023】

筐体４は、バスバ１の一部、シールド２および磁気センサ３を一体として、内部に備えている。なお、筐体４は、バスバ１の一部を内包するケース４ａと、シールド２を内包するカバー４ｂと、からなる。ケース４ａは一方側（Ｘ１側）、カバー４ｂは他方側（Ｘ２側）に配置され、筐体４のＸ１側が冷却装置３０に対向配置される。すなわち、バスバ１の一部を内包するケース４ａが冷却装置３０により冷却されるため、大電流が流れることで発熱したバスバ１も冷却される。また、ケース４ａとカバー４ｂとが密着するように固定される。このため、ケース４ａに内包されたバスバ１からの熱はカバー４ｂを介しても放熱され、バスバ１が冷却される。また、ケース４ａとカバー４ｂとを固定することで、バスバ１、シールド２および磁気センサ３が所定の位置に固定される。

【0024】

バスバ１、磁気センサ３、シールド２が並ぶ第１方向（Ｘ軸方向）における、筐体４の幅Ｄ４の中心からＸ１側にずれた位置に、バスバ１が配置されている。すなわち、バスバ１は、筐体４のＸ軸方向の中心を通過する中心線Ｃよりも、冷却装置３０に近い位置に配置されている。冷却装置３０に対して、発熱するバスバ１をより近い位置に配置することによって、電流センサ２０を効率的に冷却できる。また、特許文献１に記載の電流センサ付きバスバーモジュールとは異なり、バスバ１と冷却装置３０との間にシールド２が設けられていない。このため、シールド２およびシールド２と一体に成型される樹脂によって、冷却装置３０のバスバ１の冷却効率が低下しない。冷却装置３０としては、外気の自然な対流や、空気や水の強制的は対流を利用した装置などが用いられる。

【0025】

図１Ｂに示すように、筐体４はボス部４１を備えている。そして、磁気センサ３が実装された基板５は、このボス部４１を介して筐体４に接続され固定されている。このように、筐体４の一部にボス部４１を設けることで、基板５と筐体４とが広い面で面接触しないため、バスバ１に生じた熱が磁気センサ３へ伝わることを抑制できる。

【0026】

図２は、変形例に係る電流センサ２０の断面図であり、図１Ａに対応する部分を示している。なお、図３から図５に示す他の変形例に係る同電流センサ２０も同様である。図２に示すように、バスバ１は、Ｘ軸方向における磁気センサ３とは反対側（Ｘ１側）の面に、筐体４のケース４ａに覆われていない露出部１４を有してもよい。

【0027】

本変形例では、筐体４のケース４ａのＸ１側の外面に、内包されたバスバ１が見える位置まで凹んだ放熱（冷却）凹部４２を設け、バスバ１におけるＸ１側の面の一部を露出させている。この放熱凹部４２内に露出しているバスバ１の面が露出部１４である。放熱凹部４２に対抗する位置に設けられた冷却装置３０により放熱凹部４２を介して露出部１４を冷却することで、ケース４ａを介さずに冷却装置３０によりバスバ１を効率よく冷却できる。

【0028】

図３は、他の変形例に係る電流センサ２０の断面図である。同図に示すように、バスバ１の露出部１４は、シール部材６によって覆われていてもよい。シール部材６は、筐体４のケース４ａよりも熱伝導率が高く、かつ、絶縁性を有する材料で構成される。このため、バスバ１表面の露出部１４をシール部材６により覆うことで、冷却性を確保しつつ、バスバ１を絶縁し腐食を抑制する対策となる。本発明において、「絶縁性を有する」とは破壊電圧が５～１０ｋＶ／ｍｍ以上であることをいう。熱伝導性と絶縁性とは一般にトレードオフの関係にあるが、熱伝導率と絶縁性とのバランスを調整した市販品などを用いることができる。シール部材６として使用可能な市販品として、絶縁高熱伝導放熱シートＦＡＬＴＯ－Ｃ、ＦＥＡＴＨＥＲ－Ｄ６、Ｒａｍｉｅｌ－ＬＴ、Ｒａｍｉｅｌ－ＮＥＯ、ＰＴ－ＳＳ、ＨＩＴＳ－Ｙ（製品名、いずれも積水ポリマテック（株）製）等が挙げられる。

【0029】

図４は、他の変形例に係る電流センサ２０の断面図である。同図に示すように、バスバ１と冷却装置３０との間にヒートシンク７を設けてもよい。ヒートシンク７は、筐体４のケース４ａのＸ１側の面に設けられており、その表面に凹凸形状の放熱フィンを備え、冷却装置３０に対向する位置に設けられている。ヒートシンク７の材料としては、熱伝導性の高い金属、アルミナ、セラミックなどが挙げられる。本変形例では、ケース４ａの放熱凹部４２内に露出部１４を覆うようにヒートシンク７を設けている。なお、ケース４ａに放熱凹部４２を設けずに、ケース４ａのＸ１側の面にヒートシンク７を密着させた構成としてもよい。また、ケース４ａのＸ１側の面にヒートシンク７の放熱フィンと同様の凹凸形状を設けた構成としてもよい。

【0030】

図５は、他の変形例に係る電流センサ２０の断面図である。同図に示すように、バスバ１の冷却装置３０に対向する側にナット（締結部材）８が配置され、ナット８がバスバ１と接触した構成としてもよい。また、同図ではケース４ａとナット８とは別々の部材として図示しているが、筐体４のケース４ａにナット８が埋設された構造であってもよい。なお、バスバ１はナット８のネジ穴に連通する図示しない貫通孔を有する。バスバ１と同様の貫通孔を備えた図示しない外部端子を、その貫通孔がナット８のネジ穴およびバスバ１の貫通孔に連通するようにバスバ１のＸ２側に配置し、外部端子の貫通孔からボルト９を挿入し、ボルト９とナット８とを締結して、図示しない外部端子をバスバ１に固定できる。また、ナット８はバスバ１に接触しているため、ナット８との接触によってバスバ１の放熱面積が増大したのと同じ効果が得られ、バスバ１の冷却効率が向上する。

【0031】

図６Ａは図６Ｂの直線Ｌｚに沿ってＸＺ平面で切断した電流センサ４０の断面図であり、図６Ｂは電流センサ４０における各部材の位置関係を示すため、各部の輪郭を点線で示した平面図である。

【0032】

図６Ｂに示すように、平面視において、電流センサ４０はバスバ１の一部に屈曲した部分を備えている点において、直線状に延びた形状のバスバ１を備えた電流センサ２０と異なっている。また、電流センサ４０が備える測定ユニット１０が一つである点においても、測定ユニット１０を複数備えた電流センサ２０（図１Ｂ参照）と異なっている。

【0033】

電流センサ４０のバスバ１は、Ｘ軸方向（第１方向）に直交するＹ軸方向（第２方向）の成分を有する方向に延びる第１電流路１１と、第１電流路１１のＹ軸方向におけるＹ１側の一端、およびＹ２側の他端からそれぞれ、Ｘ軸方向およびＹ軸方向に直交するＺ軸方向（第３方向）の成分を有する方向に延びる、第２電流路１２および第３電流路１３と、を有している。そして、磁気センサ３は、第１電流路１１に対向して配置され、その感度方向がＺ軸方向である。これにより、Ｙ軸方向に沿って電流センサ４０が複数相分並んで配置された場合に、隣接する電流センサ４０からの磁界による外乱の影響を受けにくくして、測定精度を良好にすることができる。

【0034】

「Ｚ軸方向の成分を有する方向に延びる」とは、流路の伸長方向の両端を結んだ線分について、基準軸により成分を分解した場合、Ｚ軸方向の成分が最も大きいことをいう。９０％以上がＺ軸方向の成分となることが好ましく、すべてがＺ軸方向の成分すなわちＺ軸方向に沿って流路が伸長することがより好ましい。また、「Ｙ軸方向の成分を有する方向に延びる」も上述した「Ｚ軸方向の成分を有する方向に延びる」の意義と同じである。

【0035】

図７Ａは電流センサ４０の冷却装置３０への配置を模式的に示す斜視図であり、図７Ｂは、配置された電流センサ４０における各部の輪郭を点線で示した平面図である。図７Ｃは、電流センサ４０の変形例における各部の輪郭を点線で示した平面図である。電流センサ４０は、それぞれ、バスバ１、シールド２および、磁気センサ３からなる測定ユニット１０（図６Ａ、図６Ｂ参照）を一つの相として備えている。この場合、複数の電流センサ４０を並べて配置することにより、複数の相を並べて配置することができる。

【0036】

磁気センサ３の感度軸ＳをＺ軸方向にすることで、複数の電流センサ４０をＹ軸方向に並べた場合における、隣接する電流センサ４０からの磁界の影響小さくすることができる。ある電流センサ４０のバスバ１に電流が流れたときに第１電流路１１に発生する磁界は、第１電流路１１を中心軸として同心円状に広がるため、隣接する電流センサ４０の磁気センサ３には届かない。また、第２電流路１２、第３電流路１３に発生する磁界は、それぞれ第２電流路１２、第３電流路１３を中心軸として同心円状に広がるため、隣接する電流センサ４０の磁気センサ３に達することもある。しかし、第２電流路１２、第３電流路１３に発生する磁界にはほとんどＺ軸方向の成分は含まれていないため、隣接する電流センサ４０の磁気センサ３ではほとんど検知されない。すなわち、感度軸ＳをＺ軸方向とすることにより、電流センサ４０をＹ軸方向に並べて配置することで、隣の電流センサ４０のバスバ１の電流に起因する磁界の影響を受けない。このため、電流センサ４０の測定精度が良好になる。なお、電流センサ４０は、電流センサ４０を備えたパワーカードとして、冷却装置３０に配置してもよい。

【0037】

図７Ａに示すように、冷却装置３０は、水冷パイプ口３０ａ、３０ｂから導入・排出される冷却水を循環させて冷却する。例えば、アルミで構成された冷却装置３０が用いられる。冷却装置３０は、絶縁性を確保するために、電流センサ４０と接触する面をセラミックで被覆してもよい。同図に示す冷却装置３０では、Ｘ１側に加えてＸ２側においても、電流センサ４０が冷却装置３０と接触している。このため、電流センサ４０は、Ｘ軸方向の両側から冷却装置３０により冷却される。ただし、図６Ａに示すように、バスバ１は筐体４の中心線ＣよりもＸ１側に設けられ、バスバ１のＸ１側にシールド２が設けられていないため、バスバ１の熱を冷却する効果はＸ１側の方がＸ２側よりも大きい。

【0038】

また、冷却装置３０において、電流センサ４０の筐体４の一方側（Ｘ１側）に対向する位置に、磁気を遮蔽可能なシールド部３２（図２参照）を設けてもよい。シールド部３２は、シールド２と同様の機能を有するため、冷却装置３０のシールド部３２によって、電流センサ２０、４０の一方側（Ｘ１側）からの外乱ノイズの侵入を防ぐことができる。なお、シールド部３２を設ける場合には、後述する電流センサ４０の露出部１４の絶縁性が確保された状態であることが望ましい。

【0039】

図７Ｂおよび図７Ｃは、バスバ１の形状の例を示している。バスバ１は、例えば、図７Ｂに示す、第１電流路１１を基準として第２電流路１２と第３電流路１３とが同じ側（Ｚ１側）に延びた形状（コ字型）や、図７Ｃに示す、第２電流路１２とおよび第３電流路１３とが反対側に伸びた形状（クランク型）とすることができる。なお、これらは例示であり、バスバ１はこれらの形状のもの限られない。また、バスバ１の形状が異なる電流センサ４０を並べて配置してもよい。

【0040】

図８Ａは図８Ｂの直線Ｌｚに沿ってＸＺ平面で切断した電流センサ４０の断面図である。図８Ｂは電流センサ４０における各部の位置関係を示すため、各部の輪郭を点線で示した平面図である。同図に示すようにバスバ１は、筐体４に覆われていない露出部１４を備えていてもよい。冷却装置３０に対向する領域に露出部１４を設けることにより、バスバ１の冷却効率が向上する。

【0041】

図９Ａは図９Ｂの直線Ｌｘに沿ってＸＺ平面で切断した多相タイプの電流センサ５０の断面図であり、図９Ｂは図９Ａの直線Ｈに沿ってＸＹ平面で切断した電流センサ５０の断面図であり、図９Ｃは電流センサ５０における各部の外郭を点線で示した平面図である。電流センサ５０は、３相一体になっており、Ｘ軸方向に見た場合、隣接するバスバ１の一部が重なり合うように配置されている。バスバ１に段差を設けることで、電流センサ５０のＹ軸方向の幅を小さくしている。

【0042】

電流センサ５０の磁気センサ３は、Ｙ軸方向（第２方向）に複数並べて配置されている。バスバ１における、第１電流路１１の一端１１ａおよび一端１１ａから延びる第２電流路１２と、他端１１ｂおよび他端１１ｂから延びる第３電流路１３とは、Ｘ軸方向（第１方向）における位置が異なるように配置されている。第１電流路１１は、一端１１ａを有する第１平坦部１１１と、他端１１ｂを有する第２平坦部１１２と、第１平坦部１１１と第２平坦部１１２とを繋ぐ中間部１１３と、を有している。そして、中間部１１３は、Ｚ１からＺ２方向に見たとき、Ｙ軸と交差するように伸びている。

【0043】

図９Ａに示すように、バスバ１における第２電流路１２と第３電流路１３のＸ軸方向における位置が異なる場合、バスバ１が筐体４の中心よりもＸ１側に配置されているとは、第２電流路１２と第３電流路１３とのＸ軸方向における中間点Ｍが筐体４の中心線ＣよりもＸ１側に位置することをいう。

【0044】

図９Ａ、図９Ｂに示すように、電流センサ５０のバスバ１は、Ｘ軸方向における第２電流路１２の位置と第３電流路１３の位置とが異なっている。より詳しく説明すると、バスバ１は、第１平坦部１１１と中間部１１３との接続部において、第２平坦部１１２側に屈曲し、第２平坦部１１２と中間部１１３との接続部において、第２平坦部１１２側に屈曲している。そして、各相の磁気センサ３は、第１電流路１１の第１平坦部１１１における第２平坦部１１２側（Ｘ２側）の面１１１Ｓに対向するように配置されている。そして、図９Ｃに示すように、Ｘ軸方向から見た平面視において、隣り合う一方の相におけるバスバ１の第２電流路１２と、他方の相におけるバスバ１の第３電流路１３とは、少なくとも一部が重なっている。上述した構成により、隣り合う一方の相におけるバスバ１の第２電流路１２と、他方の相におけるバスバ１の第３電流路１３とが重なっている分だけ、Ｙ軸方向における電流センサ５０のサイズを小さくすることができる。

【0045】

図９Ｂに示すように、隣り合う相のバスバ１はＸ方向における第１平坦部１１１の位置は互いに同じ位置であり、かつ第２平坦部１１２の位置も互いに同じ位置である。この構成によりＸ軸方向における電流センサ５０のサイズの増加を小さくすることができる。さらに、Ｙ方向におけるシールド２と第３電流路１３（第２平坦部１１２）の位置が同じ構成であり、Ｘ軸方向における電流センサ５０のサイズの増加をさらに小さくすることができる。

【0046】

バスバ１に厚み方向（Ｘ軸方向）で高さが異なる部分を設け、隣り合う相の一方の相（Ｙ２側の相）の第１平坦部１１１と、他方の相（Ｙ１側の相）の第２平坦部１１２とが重なるようにバスバ１を配置する。この構成により、電流センサ５０の隣接間ピッチを小さくすることができる。

【0047】

図９Ｂに示すように、Ｚ軸方向から第１電流路１１を平面視したときに、Ｙ軸方向（第２方向）における第１平坦部１１１の長さＤ１は、第２平坦部１１２の長さＤ２と中間部１１３の長さＤ３とを足した長さよりも大きい（Ｄ１＞Ｄ２＋Ｄ３）。このように、長さＤ１を長くすることにより、第１平坦部１１１において、ほぼＹ軸方に流れる被測定電流が流れる領域が広くなるため、磁気センサ３により電流を精度よく測定することができる。

【0048】

図９Ｂには、中間部１１３がＸ軸方向（第１方向）に対して斜め方向に延びているが、Ｘ軸方向に平行な方向に延びた構成としてもよい。ただし、前述したように第１平坦部１１１の長さＤ１、第２平坦部１１２の長さＤ２および中間部１１３の長さＤ３がＤ１＞Ｄ２＋Ｄ３の関係にあり、かつ第１平坦部１１１に対向して磁気センサ３を配置するスペースを確保するためには、現実的には第２平坦部１１２の長さＤ２は第３電流路１３のＹ方向の長さ寸法と同じ程度となる。したがって、中間部１１３がＸ軸方向に平行な方向に延びた構成とした場合には、バスバ１同士の絶縁を考慮すると、第２電流路１２と第３電流路１３とをＸ軸方向において重ねて配置できる寸法はあまり大きくできない。しかし、斜め方向に延びた構成とすることで、隣り合う電流センサ５０における中間部１１３に重なるように、他方の第２電流路１２を重ねて配置できるため、一方の相のバスバ１と他方の相のバスバ１との重なりを大きくして、電流センサ５０を小型化することができる。また、重なりを大きくしなかった場合には、隣り合って配置されたバスバ１同士の絶縁をより確実に得ることができ、大電流にも対応しやすくなる。

【0049】

図９Ａおよび図９Ｂに示すように、Ｘ軸方向（第１方向）における、第２電流路１２と第３電流路１３との距離が、第２電流路１２と磁気センサ３との距離よりも大きくなる位置に配置されている。別の言い方をすると、第３電流路１３は、磁気センサ３を挟んで第２電流路１２の逆側に配置されている。さらに別の言い方をすると、第３電流路１３は、磁気センサ３よりも筐体４の他方側（Ｘ２側）に配置されている。第３電流路１３を筐体４の他方側に近づけて配置することで、第３電流路１３に発生した熱を筐体４の他方側に放熱しやすくなる。

【0050】

第３電流路１３および第２平坦部１１２は、シールド２とＸ方向において、すなわちＸ軸に沿ってみた場合に、重ならない位置に配置されている。このため、第３電流路１３および第２平坦部１１２に発生した熱を、シールド２にさえぎられることなく、筐体４の他方側に効率よく放熱しやすくなる。

【0051】

さらに、第３電流路１３および第２平坦部１１２と、シールド２とは、Ｙ方向における位置が同じ、すなわちＸ軸に沿ってみた場合に、重なる位置に配置されている。このため、第３電流路１３および第２平坦部１１２に発生した熱を、シールド２にさえぎられることなく、筐体４の他方側にさらに効率よく放熱しやすくなる。

【0052】

また、図７Ａに示す冷却装置３０で冷却される場合には、筐体４の他方側に配置された冷却装置３０により第３電流路１３および第２平坦部１１２が冷却されやすい。さらに、Ｘ軸方向における電流センサ５０のサイズの増加をさらに小さくすることができる。

【0053】

図１０Ａは図１０Ｂの直線Ｌｘに沿ってＸＺ平面で切断した電流センサ５０の変形例の断面図であり、図１０Ｂは図１０Ａの直線Ｈに沿ってＸＹ平面で切断した電流センサ５０の断面図であり、図１０Ｃは電流センサ５０における各部の外郭を点線で示した平面図である。これらの図に示すように、電流センサ５０は、第１電流路１１の磁気センサ３と反対側（Ｘ１側）の面において、バスバ１が一部露出した露出部１４を備える構成としてもよい。なお、筐体４に対してバスバ１が浮き上がるのを防止するために、バスバ１の露出した部分の外周端部に部分的に筐体４に埋設されるアンカー構造を設けてもよい。また、本変形例では第１電流路１１の第１平坦部１１１のみが露出した構成を開示しているが、第２平坦部１１２も露出した構成でも良い。このような構造にすることで、放熱性・冷却性が向上する。

【0054】

図１１Ａは図１１Ｂの直線Ｌｘに沿ってＸＺ平面で切断した他の変形例の電流センサ６０の断面図であり、図１１Ｂは図１１Ａの直線Ｈに沿ってＸＹ平面で切断した電流センサ６０の断面図であり、図１１Ｃは電流センサ６０における各部の外郭を点線で示した平面図である。

【0055】

電流センサ６０のバスバ１は、磁気センサ３に対向する部分に、冷却装置３０に対向する放熱部１５を有している。バスバ１に放熱部１５を設けることにより、冷却装置３０による冷却効率が向上する。

【0056】

放熱部１５は、Ｘ軸方向から見たときに磁気センサ３に対向する被測定部１５１の両側となる部分に、Ｚ軸方向の幅Ｗ２が被測定部１５１の幅Ｗ１よりも大きい幅広放熱部１５２を有している。幅広放熱部１５２には被測定部１５１側から延びるように、先端側開口１５２ａを持つ中空部１５２ｂが形成されており、幅広放熱部１５２がヒートパイプとして機能する。この構成により、幅広放熱部１５２の表面積が大きくなり、バスバ１からの熱を冷却装置３０に対して放出しやすくなるため、冷却効率がよくなる。

【産業上の利用可能性】

【0057】

以上説明したように、本発明は、冷却装置によってバスバを効率よく冷却できるから、容量の大きなモータを備えた電気自動車やハイブリッド車に好適な電流センサとして有用である。

【符号の説明】

【0058】

１ ：バスバ
１１ ：第１電流路
１１ａ ：一端
１１ｂ ：他端
１１１ ：第１平坦部
１１１Ｓ ：第２平坦部側の面
１１２ ：第２平坦部
１１３ ：中間部
１２ ：第２電流路
１３ ：第３電流路
１４ ：露出部
１５ ：放熱部
１５１ ：被測定部
１５２ ：幅広放熱部
１５２ａ ：先端側開口
１５２ｂ ：中空部
２ ：シールド
３ ：磁気センサ
４ ：筐体
４ａ ：ケース
４ｂ ：カバー
４１ ：ボス部
４２ ：放熱凹部
５ ：基板
６ ：シール部材
７ ：ヒートシンク
８ ：ナット
９ ：ボルト
１０ ：測定ユニット
２０、４０、５０、６０：電流センサ
３０ ：冷却装置
３０ａ、３０ｂ：水冷パイプ口
３２ ：シールド部
Ｃ ：中心線
Ｍ ：中間点
Ｈ、Ｌｘ、Ｌｚ：断面の位置を示す線
Ｓ ：感度軸
Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３：Ｙ軸方向の長さ
Ｄ４：筐体の幅
Ｗ１、Ｗ２：Ｚ軸方向の幅

【図1A】

【図1B】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6A】

【図6B】

【図7A】

【図7B】

【図7C】

【図8A】

【図8B】

【図9A】

【図9B】

【図9C】

【図10A】

【図10B】

【図10C】

【図11A】

【図11B】

【図11C】