本発明は、被測定電流によって生じる磁界に基づいて電流値を算出する電流センサ、特に隣接するバスバからの影響を低減させる電流センサに関する。

被測定電流によって生じる磁界に基づいて電流値を算出する電流センサとしては、特許文献1に記載のものが知られている。特許文献1に記載の電流センサは、3相交流モータに3相交流電力を伝達するバスバの近傍に設けられ、これらの各バスバの電流を磁電変換素子によって計測している。

この種のバスバにおける電流センサは、複数の金属板を、その板厚面を上下に配置して縦に並列に配置し、板厚の端面の一方(上方)から矩形状に切り欠きを設け、その切り欠き部分に磁電変換素子を配置してバスバに流れる電流を計測している。

当該特許文献1における電流センサにおいては、隣に位置するバスバの延伸方向から見た横断面の形状が、延伸方向に沿ってステップ状に変化する箇所の前後のいずれかで、検出対象のバスバの電流を検出する際に、磁電変換素子の高さ位置を、隣に位置するバスバの形状に応じて調整する技術が開示されている。

具体的には、隣に位置するバスバの前記横断面形状が延伸方向に沿ってステップ状に変化した箇所31の下流側において、当該隣に位置するバスバの側面に対向する位置にある測定対象のバスバに切り欠き32を設け、切り欠き部の底面の高さを低くして、その底面に対向する形で設けられる磁電変換素子33により測定対象のバスバに流れる電流を検出している。

特開2015−152418号公報

特許文献1に記載の電流センサにおいては、図5に示すように、隣に位置するバスバのステップ状に形状が変化する箇所31や、測定対象のバスバにおいて磁電変換素子33が配置される箇所34では、横断面の面積が小さくなり、電気抵抗の上昇を招くという不都合がある。

本発明は、電流センサの改良を目的とし、詳細には電気抵抗の上昇を抑えると共に隣に位置するバスバからの磁界の影響を低減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に、本発明の電流センサは、平行に配置された複数のバスバと、前記バスバに流れる電流によって生じる誘導磁界を検出する磁電変換素子とを備える電流センサであって、電流の流れる方向を延伸方向とし、隣に位置するバスバが配置される方向を横方向とし、延伸方向から見たときに横方向に直交する方向を縦方向としたときに、前記複数のバスバは、少なくとも第1バスバと、前記第1バスバの隣に位置する第2バスバを有し、前記第1バスバは、縦方向の一端縁から他端縁に向けて凹み、前記磁電変換素子が配置される第1底面を有する第1検出用凹部と、前記第1検出用凹部から延伸方向に間隔を空けて設けられ縦方向の他端縁から一端縁に向けて凹む第1調整凹部とを有し、前記第2バスバは、縦方向の一端縁から他端縁に向けて凹み、前記磁電変換素子が配置される第2底面を有する第2検出用凹部と、前記第2検出用凹部から延伸方向に間隔を空けて設けられ縦方向の他端縁から一端縁に向けて凹む第2調整凹部とを有し、前記磁電変換素子は、感度軸を前記横方向に向けて設けた第1磁電変換素子と、前記感度軸を前記横方向に向けて設けた第2磁電変換素子とからなり、前記第2バスバは、前記第2調整凹部が設けられた箇所の側面が前記第1磁電変換素子に対面する位置に配置され、前記第1バスバは、前記第1調整凹部が設けられた箇所の側面が前記第2磁電変換素子に対面する位置に配置されていることを特徴とする。

本発明の電流センサによれば、第1バスバ及び第2バスバは、共に縦方向の一方から凹む検出用凹部と、他方から凹む調整凹部を有している。また、第1バスバの第1検出用凹部に配置される第1磁電変換素子の横方向に第2バスバの調整凹部が設けられた箇所の側面が位置し、第2バスバの第2検出用凹部に配置される第2磁電変換素子の横方向に第1バスバの調整凹部が設けられた箇所の側面が位置することになる。

このように、第1バスバ及び第2バスバ共に調整凹部を設けたことで、検出用凹部の深さを浅くできるので、特許文献1に記載のバスバのように極端に電気抵抗が高くなる箇所がない。よって、本発明によれば、電気抵抗の上昇を抑えると共に、隣に位置するバスバからの磁界の影響を低減することができる。

また、当該構成により、第1バスバ及び第2バスバの各凹部の箇所が、縦方向に相互に対称となる方向からの凹部となり、第1バスバ及び第2バスバを合わせた全体構成として、強度の調和が図られ、全体として強度の向上を図ることができる。

また、本発明の電流センサにおいては、前記第1検出用凹部と前記第1調整凹部は、縦方向の深さが同一の深さに形成され、前記第2検出用凹部と前記第2調整凹部は、縦方向の深さが同一の深さに形成されていることが好ましい。当該構成によれば、バスバにおいて凹部が設けられている箇所の断面積および強度が共通化されるため、特定箇所において電気抵抗が上昇したり応力が集中したりすることがなく、全体としてバスバの電気特性の安定化及び強度アップを図るとことができる。

また、本発明の電流センサにおいては、前記第1検出用凹部と前記第1調整凹部との間の延伸方向の長さは、前記第1検出用凹部及び前記第1調整凹部が設けられている箇所の縦方向の長さ以上の長さに形成され、前記第2検出用凹部と前記第2調整凹部との間の延伸方向の長さは、前記第2検出用凹部及び前記第2調整凹部が設けられている箇所の縦方向の長さ以上の長さに形成されていることが好ましい。

バスバに外部から力が加わると、検出用凹部と調整凹部の間の箇所の延伸方向の長さが短い場合、当該箇所の電気抵抗が大となり、或いは当該箇所に応力が集中するおそれがある。本発明においては、当該箇所の延伸方向の長さを検出用凹部及び調整凹部が設けられている箇所の縦方向の長さと同等以上にしているので、当該箇所における電気抵抗上昇や応力集中を防止することができる。つまり、本発明では、検出用凹部が設けられた箇所も、調整凹部が設けられた箇所も、検出用凹部と調整凹部の間の箇所も、同じぐらいの幅となる為、機械的な強度の低下も、電気抵抗の上昇も、最小限に抑制できる。

また、本発明の電流センサにおいては、前記第1磁電変換素子及び前記第2磁電変換素子は、共通の基板の一方の面に実装されていることが好ましい。当該構成によれば、第1磁電変換素子及び第2磁電変換素子を共通の基板で取り扱うことができ、一方の面への実装であるので実装が容易であり、構成を簡素化することができる。

また、本発明の電流センサにおいては、前記第1検出用凹部、前記第1調整凹部、前記第2検出用凹部、及び前記第2調整凹部は、いずれも延伸方向の長さと縦方向の深さが同一に形成され、前記第1磁電変換素子及び前記第2磁電変換素子は、いずれも同一の特性を有する磁電変換素子であることが好ましい。

当該構成によれば、各バスバにおける磁電変換素子の取り付け箇所の条件が共通化され、さらに磁電変換素子の特性も同一に統一されるため、各磁電変換素子の測定結果を補正等により調整する場合、共通の補正で対応が可能となる。よって、このような補正等のプログラムを容易に制作することができ、温度センサを設ける場合も1箇所に設ければよい。また、全ての凹部において、延伸方向の長さと、縦方向の深さが同一のため、電気抵抗の高い位置が集中せず、電気抵抗の上昇を抑制できる。

本発明の電流センサによれば、電気抵抗の上昇を抑えると共に隣に位置するバスバからの磁界の影響を低減することができる。

本発明の実施形態の一例である電流センサの概要を示す斜視図。

本実施形態における第1バスバ及び第2バスバを側面から見た状態を示す説明図であり、(A)は図1のII(A)線矢視図、(B)は図1のII(B)−II(B)線断面図。

図1のIII−III線断面図。

図1のIV−IV線断面図。

従来の電流センサの概要を示す斜視図。

次に、本発明の実施形態について、図1〜図4を参照して説明する。本実施形態の電流センサ1は、図1に示すように、平行に3本のバスバが配置され、各バスバに切り欠き部が設けられ、当該切り欠き部に対して磁電変換素子を実装した基板を配置したものとなっている。磁電変換素子としては、例えば、磁気抵抗効果素子を用いることができる。

図1において、各バスバは、手前側と奥側に第1バスバ10が配置され、その間に第2バスバ20が配置されている。この第1バスバ10及び第2バスバ20は、図1及び図2に示すように、金属板をプレス加工等することにより形成したものであり、板厚方向を縦方向(図1におけるZ方向)及び延伸方向(図1におけるY方向)に向けて設置されている。また、これらのバスバの側面は、図1においてX方向に向いた状態となる。

本実施形態においては、電流は、図1において右上方から左下方に向けて流れる(図1における矢印A)。第1バスバ10は、図1及び図2(A)に示すように、延伸方向の上流側の位置に、上端部から下方に向けて角U字状(矩形状)に凹む第1検出用凹部11が設けられ、凹部が設けられていない第1中間部12を挟んで、下流側に下端部から上方に向けて凹む第1調整凹部13が設けられている。第1検出用凹部11の底面は第1バスバ10の板厚面となっており、この板厚面が第1底面11aとなっている。

本実施形態では、図2(A)に示すように、第1検出用凹部11と第1調整凹部13は、延伸方向の長さ及び縦方向の深さが同一に形成されている。また、第1中間部12の延伸方向の長さ12Lは、第1検出用凹部11が位置する第1バスバ10の縦方向の高さ11L、及び第1調整凹部13が位置する第1バスバ10の縦方向の高さ13Lよりも長くなっている。

第2バスバ20は、本実施形態においては、第1バスバ10と左右対称の位置関係にある。具体的には、延伸方向の上流側の位置に、下端部から上方に向けて凹む第2調整凹部23が設けられており、凹部が設けられていない第2中間部22を挟んで、下流側に上端部から下方に向けて凹む第2検出用凹部21が設けられている。第2検出用凹部21の底面は第2バスバ20の板厚面となっており、この板厚面が第2底面21aとなっている。

この第2バスバ20においても第1バスバ10と同様に、第2中間部22の延伸方向の長さ22Lは、第2検出用凹部21が位置する第2バスバ20の縦方向の高さ21L、及び第2調整凹部23が位置する第2バスバ20の縦方向の高さ23Lよりも長くなっている。

本実施形態における磁電変換素子は、図1乃至図4に示すように、第1磁電変換素子14と第2磁電変換素子24とから構成される。この第1磁電変換素子14及び第2磁電変換素子24は、共通の基板2に実装されている。本実施形態では、第1磁電変換素子14が第1底面11aに対向し、第2磁電変換素子24が第2底面21aに対向するように、基板2の裏面に位置するように配置されている。なお、基板2のその他の構成については図示を省略している。

第1磁電変換素子14は、基板2の表面と平行な表面が第1バスバ10の第1底面11aに対して平行となるように配置されている。また、第1磁電変換素子14は、図1に示すように、その感度軸である第1感度軸14a(図1における第1磁電変換素子14内の矢印)がX方向に向くように配置されている。また、第1磁電変換素子14は、隣に位置する第2バスバ20の側面、具体的には、第2調整凹部23の側面に対面する位置に配置されている。すなわち、第1感度軸14aを第2バスバ20に向けて延ばした場合、第2バスバ20の第2調整凹部23が設けられている箇所の第2バスバ20の本体部分に突き当たるようになっている。

第2磁電変換素子24も、第1磁電変換素子14と同様に、基板2の表面と平行な表面が第2バスバ20の第2底面21aに対して平行となるように配置されている。また、第2磁電変換素子24の第2感度軸24a(図1における第2磁電変換素子24内の矢印)は、隣に位置する第1バスバ10の側面、具体的には、第1調整凹部13の側面に直交するものとなっている。すなわち、第2感度軸24aを第1バスバ10に向けて延ばした場合、第1バスバ10の第1調整凹部13が設けられている箇所の第1バスバ10の本体部分に突き当たるようになっている。

次に、本実施形態の電流センサ1において、第1バスバ10及び第2バスバ20の電流を検出する際の作動について説明する。図2(A)及び(B)において、符号A₁,A₂で示す点線は、第1バスバ10及び第2バスバ20内の電流の流れの中心を示している。

第1バスバ10に電流が流れると、図2(A)に示すように、右側からの電流の流れが第1検出用凹部11の存在により下方に湾曲する。電流は、第1検出用凹部11が位置する第1バスバ10の縦方向の高さ11Lの中心位置よりもやや上方の位置を通過してそのまま第1中間部12に流れる。

電流が第1中間部12を通過する際には、その下流側の第1調整凹部13の存在により上方に湾曲する。また、電流は、第1調整凹部13が位置する第1バスバ10の縦方向の高さ13Lの中心位置よりもやや下方の位置を通過して、凹部の存在しない下流側の第1バスバ10を流れる。

一方、第2バスバ20に電流が流れると、図2(B)に示すように、右側からの電流の流れが第2調整凹部23の存在により上方に湾曲する。電流は、第2調整凹部23が位置する第2バスバ20の縦方向の高さ23Lの中心位置よりもやや下方の位置を通過してそのまま第2中間部22に流れる。

電流が第2中間部22を通過する際には、その下流側の第2検出用凹部21の存在により下方に湾曲する。また、電流は、第2検出用凹部21が位置する第2バスバ20の縦方向の高さ21Lの中心位置よりもやや上方の位置を通過して、凹部の存在しない下流側の第2バスバ20を流れる。

本実施形態では、図2(B)において符号C₂で示す電流の中心の横方向の位置に第1磁電変換素子14が位置するように基板2を配置している。これにより、図3に示すように、第1磁電変換素子14において、隣に位置する第2バスバ20からの磁界M₂の影響を低減している。

また、図2(A)において符号C₁で示す電流の中心の横方向の位置に第2磁電変換素子24が位置するように基板2を配置している。これにより、図4に示すように、第2磁電変換素子24において、隣に位置する第1バスバ10からの磁界M₁の影響を低減している。

また、本実施形態では、図2(A)及び図2(B)に示すように、各バスバの側面視の形状において、極端に電流路が狭くなる部分を設けていない。これにより、各バスバにおける局所的な電気抵抗の上昇を防止することができ、各バスバの機械的強度の低下も防止することができる。

なお、上記実施形態では、第1バスバ10を2本、第2バスバ20を1本としているが、第2バスバ20を2本、第1バスバ10を1本としてもよい。また、各バスバの本数は、3本に限らず、任意の本数とすることができる。

また、第1中間部12の延伸方向の長さ12Lは、第1検出用凹部11が位置する第1バスバ10の縦方向の高さ11L、及び第1調整凹部13が位置する第1バスバ10の縦方向の高さ13Lよりも長くなっている。このように設定することにより、電流路の断面積が第1中間部12において小さくなって抵抗が高くなることが防止されている。抵抗上昇などの不具合が生じない限り、第1中間部12の延伸方向の長さ12Lは、第1検出用凹部11が位置する第1バスバ10の縦方向の高さ11L、及び第1調整凹部13が位置する第1バスバ10の縦方向の高さ13Lと同一としてもよく、これらの高さよりも短くしてもよい。これは、第2バスバにおける第2中間部22の延伸方向の長さ22Lについても同様である。

また、第1バスバ10及び第2バスバ20の形状を、図1乃至図4で示す形状としているが、これに限らず、異なる形状としてもよい。例えば、各バスバの凹部が形成されている箇所の角部を直角に形成しているが、角度を変更してもよく、角部を直線状または円弧状に面取りしてもよい。

また、磁電変換素子としては、磁気抵抗効果素子の他、ホール素子等、他の種類の素子を用いてもよい。ホール素子の場合、本発明においては、感磁面の法線方向を感度軸方向と定義する。

1…電流センサ 2…基板 10…第1バスバ 11…第1検出用凹部 11a…第1底面 12…第1中間部 13…第1調整凹部 14…第1磁電変換素子 14a…第1感度軸 20…第2バスバ 21…第2検出用凹部 21a…第2底面 22…第2中間部 23…第2調整凹部 24…第2磁電変換素子 24a…第2感度軸