JP2017015588A - 電流検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】電流経路に抵抗体を容易に挿入でき、且つ電流により生じる電圧値を容易に取り出すことができる、コンパクトで且つ搭載が容易な電流検出装置を提供する。
【解決手段】測定対象の電流を流す単位金属部材１１Ａ、１１Ｂ，１１Ｃと、該単位金属部材より電圧信号を取得する電圧端子部１４，１４と、複数の前記単位金属部材を並列して保持する保持部材１６と、を備えた。そして、複数の単位金属部材１１Ａ、１１Ｂ，１１Ｃが保持部材１６と配線パターンが形成された基板１７に挟持され、それぞれの単位金属部材の電圧端子部１４，１４が基板のそれぞれの配線パターンに接続された。
【選択図】図２

Description

本発明は、抵抗器を用いて電流を検出する装置に係り、特に車載用３相交流モータ等の駆動電流等を検出するのに好適な電流検出装置に関する。

３相交流モータの駆動電流等の制御に用いられる電流検出においては、例えばホール素子を用いた磁気検出方式が用いられている。しかしながら、磁気検出方式の電流検出装置においては、磁性材料からなるコアに電流経路を通す構造であることや、隣り合う層が互いに影響を受けないようにするために、磁気シールドを設ける必要がある。このため、電流検出装置自体が大型となってしまうという問題点がある。

一方、車載用３相交流モータの駆動電流等を検出するのに、電流経路にシャント抵抗器を介挿し、既知の抵抗値のシャント抵抗器において生じる電圧値により、電流を検出する方式の電流検出装置が検討されている。特許文献１においては、係る方式により３相交流モータの駆動電流等を検出し、ＣＰＵがインバータ回路に駆動信号を送出し、駆動電流等を制御する技術が開示されている。

特開２００５−２１８２１３号公報

シャント抵抗器による電流検出方式は、高い抵抗値精度と低い抵抗温度係数が得られる抵抗器を使用することで、正確な電流検出ができる等のメリットがある。しかしながら、３相交流モータの駆動電流等を制御するインバータ回路の出力電流経路にシャント抵抗器を挿入し、且つ駆動電流により生じる電圧値を取り出すためには、インバータ回路と３相交流モータを接続するバスバー等の回路配線の途中に抵抗器を挿入せねばならず、且つ抵抗器において生じる電圧を取り出し、制御回路に送出せねばならない。

本発明は、上述の事情に基づいてなされたもので、電流経路に抵抗体を容易に挿入でき、且つ電流により生じる電圧値を容易に取り出すことができる、コンパクトで且つ搭載が容易な電流検出装置を提供することを目的とする。

本発明の電流検出装置は、測定対象の電流を流す単位金属部材と、該単位金属部材より電圧信号を取得する電圧端子部と、複数の前記単位金属部材を並列して保持する保持部材と、を備えたことを特徴とする。そして、複数の前記単位金属部材が前記保持部材と配線パターンが形成された前記基板に挟持され、それぞれの前記単位金属部材の電圧端子部が前記基板のそれぞれの配線パターンに接続された、ことを特徴とする。

本発明によれば、単位金属部材は抵抗体と、その両端に生じる電圧信号を取得する電圧端子部を備え、複数の単位金属部材が並列して保持部材に保持される。それ故、例えば自動車を駆動する３相交流モータの電流を検出するに際して、３相の単位金属部材が並列して保持部材に保持されているので、３相のバスバー等に容易に接続可能で、且つコンパクトな構造が得られ、狭いエンジンルーム等に容易に搭載が可能である。

本発明の実施例１の電流検出装置の斜視図である。 上記電流検出装置の分解斜視図であり、基板の搭載前の図である。 上記電流検出装置の分解斜視図であり、単位金属部材の搭載中の図である。 本発明の実施例２の電流検出装置の斜視図である。 上記電流検出装置の分解斜視図であり、基板の搭載前の図である。 上記電流検出装置の分解斜視図であり、単位金属部材の搭載中の図である。 上記電流検出装置の回路構成例を示す図である。

以下、本発明の実施形態について、図１乃至図７を参照して説明する。なお、各図中、同一または相当する部材または要素には、同一の符号を付して説明する。

図１−３は本発明の実施例１の電流検出装置を示す。この電流検出装置１０は、車載用３相交流モータの駆動電流等を検出するための装置であって、駆動電流等を制御するインバータ回路出力端とモータＭとの間に挿入して用いられる（図７参照）。すなわち、測定対象の電流を流すための単位金属部材（シャント抵抗器）１１Ａ、１１Ｂ，１１Ｃが、３相交流モータのＵ相、Ｖ相、Ｗ相にそれぞれ駆動電流等を供給するインバータ回路の出力電流経路に挿入される。

シャント抵抗器１１Ａ、１１Ｂ，１１Ｃは、それぞれ抵抗体１２と、その両端に固定された電極（端子部材）１３を備える（図２−３参照）。抵抗体１２はＣｕ−Ｍｎ系、Ｃｕ−Ｎｉ系、Ｎｉ−Ｃｒ系等の抵抗温度係数がＣｕ等の金属材よりも格段に小さい抵抗合金材からなる金属材で構成されている。電極（端子部材）１３はＣｕ、Ｃｕ系合金、Ａｌ等の高導電性の金属材からなる。抵抗体１２の両端の電極（端子部材）１３には、電圧端子１４が立設されている。

なお、単位金属部材として、抵抗体と電極（端子部材）からなるシャント抵抗器を例示したが、Ｃｕ、Ｃｕ−Ｎｉ系等の単一の抵抗合金材からなる金属板に一対の電圧端子１４を立設した構造でもよい。また、板状の単位金属部材（シャント抵抗器）を例示したが、棒状や線状のものでもよい。

シャント抵抗器１１Ａ、１１Ｂ，１１Ｃは、それぞれ固定用孔１５を備え、インバータ回路の出力電流経路である電流線（例えばバスバー）とボルト締め等で接続固定される。なお、単位金属部材と電流線（例えばバスバー）との接続は、ボルト締めに限らず、溶接等により行っても良い。単位金属部材の両端をバスバー等の端部に接続し易い構造にすることで、搭載が容易な電流検出装置とすることができる。

単位金属部材（シャント抵抗器）の長さは同一としてもよいが、図１等で示すように、少なくとも２種類としてもよい。即ち、シャント抵抗器１１Ｂは、シャント抵抗器１１Ａ，１１Ｃよりも長く、固定用孔１５部分が出っ張っている。これにより、測定対象電流経路の３相のバスバー等に接続する際のボルト締め等の固定作業がしやすくなる。

電流検出装置１０は、シャント抵抗器１１Ａ、１１Ｂ，１１Ｃが保持部材１６と基板１７に挟持され、一体的なユニットとして構成されている。基板１７は、ボルト締めや接着剤等によって保持部材１６およびシャント抵抗器１１Ａ、１１Ｂ，１１Ｃと一体化される。従って、基板１７も保持部材１６の一部ということができる。

保持部材１６は、絶縁性の樹脂等により成形されている。そして、凹部１６ａが形成されており、シャント抵抗器の抵抗体１２部分が凹部１６ａに収まる。これにより、抵抗体１２と電極（端子部材）１３との接合部の強度を保つことができる。また、保持部材１６は、電圧端子１４の周辺において単位金属部材を保持している。

保持部材１６は、単位金属部材の両端（電極（端子部材）１３）を除く部位を保持している。保持部材１６の凹部１６ａの間は凸部１６ｂとなっており、隣接するシャント抵抗器間の電気的絶縁が図られている（図３参照）。この実施例では、保持部材１６は単位金属部材（シャント抵抗器）１１Ａ、１１Ｂ，１１Ｃをその幅方向に並列して保持する。

シャント抵抗器の抵抗体１２の両側に配置された電圧端子１４，１４間には、抵抗体１２に流れる電流とその抵抗値の積である電圧が生じる。電圧端子１４は、基板１７に形成された電圧信号を伝達するための配線パターン（図示省略）と接続される。配線パターンは、基板１７に搭載された電子部品１８に接続され、また、コネクタ１９に接続される（図２参照）。そして、配線パターンは、それぞれの単位金属部材より取得された、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の電圧信号毎に形成されている。

コネクタ１９は他の制御装置に電圧信号もしくは電圧に基づく制御信号等を出力するために用いられる。電子部品１８は、アンプ、Ａ／Ｄ変換器、制御回路などを必要に応じて搭載する。従って、駆動電流等により抵抗体１２に生じた電圧は電圧端子１４，１４間から取り出され、必要に応じ基板１７上で増幅等の処理が施され、コネクタ１９に接続した他の制御装置に電流の検出信号として送出される。

図４−６は本発明の実施例２の電流検出装置を示す。この電流検出装置１０ｘは、板状の単位金属部材（シャント抵抗器）１１Ａ、１１Ｂ，１１Ｃの連結において、シャント抵抗器の厚み方向に並列するように連結した例である。このように連結すると、電流検出装置１０ｘをより小型化できる。

この実施例においても、保持部材１６には板状のシャント抵抗器を厚み方向に挟持する凹部１６ａが形成されており、単位金属部材（シャント抵抗器）１１Ａ、１１Ｂ，１１Ｃの抵抗体１２部分が凹部１６ａに収まり、３相に対応した複数の単位金属部材（シャント抵抗器）が保持される。そして、保持部材１６の凹部１６ａの間は凸部１６ｂとなっており、隣接するシャント抵抗器間の電気的絶縁が図られている（図６参照）。

基板１７の裏面にも、シャント抵抗器同士の間隔を保持するスペーサー２０が形成されている。この実施例においても、シャント抵抗器１１Ａ、１１Ｂ，１１Ｃが保持部材１６と基板１７に挟持され、一体的なユニットとして構成されている。そして、シャント抵抗器１１Ａ，１１Ｂ，１１Ｃの上端面の抵抗体１２の両側部分は電圧端子部１４ａであり、基板１７に形成された配線パターン（図示省略）と接続される（図５参照）。電圧端子部１４ａには、実施例１と同様の電圧検出端子を立設してもよい。

配線パターンは、基板１７に搭載された電子部品１８に接続され、また、コネクタ１９に接続される。従って、この実施例においても、電流により抵抗体１２に生じた電圧は電圧端子部１４ａ，１４ａから取り出され、必要に応じ基板１７上で増幅等の処理が施され、コネクタ１９に接続した他の制御装置に電流の検出信号として送出される。配線パターンは、それぞれの単位金属部材より取得された電圧信号毎に形成されていることは実施例１と同様である。

図７は電流検出装置１０，１０ｘの回路構成例を示す。３相に対応したシャント抵抗器１１Ａ，１１Ｂ，１１Ｃが保持部材１６により連結され、抵抗体１２の両端に生じた電圧を検出する電圧端子部１４（１４ａ）が基板１７の３相に対応したそれぞれの配線パターンに接続されている。そして、基板１７において、電子部品１８として増幅回路を採用した場合、電圧端子部１４（１４ａ）の信号が増幅され、制御装置へ好ましい大きさに調整された３相分の電圧信号が出力される。

従って、この電流検出装置は、複数相に対応した単位金属部材が並列して、保持部材１６と基板１７に挟持されて保持され、且つ、複数相に対応した電圧信号を出力する回路が、基板１７上に形成されており、これらが一体的に構成されたコンパクトな構造である。それ故、この電流検出装置１０，１０ｘを例えばインバータ回路とモータとの間の複数相のバスバー等に接続することで、複数相の駆動電流等の検出電圧信号を基板１７上に設けたコネクタ１９から取り出すことができる。

そして、単位金属部材の両端を電流経路のバスバー等に容易に接続可能で、基板の配線パターンから電圧信号を出力可能であるので、例えば車載用３相交流モータを配置した狭い空間においても、複数相の電流経路および外部の制御装置との接続が容易であり、コンパクトで且つ搭載が容易な電流検出装置が得られる。

本実施例では３相交流モータに対応した３連構造の電流検出装置を示したが、電流検出の対象によって、２以上の単位金属部材（シャント抵抗器）を配列した電流検出装置を構成することができる。

これまで本発明の一実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されず、その技術的思想の範囲内において種々異なる形態にて実施されてよいことは言うまでもない。

本発明は、抵抗器を用いた電流検出装置、具体的には、車載用３相交流モータの電流検出、三相の商用電源、その他、測定対象の電流配線が並んで配置される部位での電流検出装置に好適に利用可能である。

Claims (7)

1. 測定対象の電流を流す単位金属部材と、
   該単位金属部材より電圧信号を取得する電圧端子部と、
   複数の前記単位金属部材を並列して保持する保持部材と、を備えた電流検出装置。
2. 前記単位金属部材は板状であり、前記保持部材は前記単位金属部材をその厚み方向に並列して保持する、請求項１に記載の電流検出装置。
3. 前記単位金属部材は、長さが少なくとも２種類である、請求項１に記載の電流検出装置。
4. 前記電圧信号を伝達するための配線パターンが形成された基板を備える、請求項１に記載の電流検出装置。
5. 前記配線パターンは、それぞれの単位金属部材より取得された電圧信号毎に形成されている、請求項４に記載の電流検出装置。
6. 複数の前記単位金属部材が前記保持部材と配線パターンが形成された前記基板に挟持され、それぞれの前記単位金属部材の電圧端子部が前記基板のそれぞれの配線パターンに接続された、請求項５に記載の電流検出装置。
7. 前記保持部材は、前記単位金属部材の両端部を除く部分を保持する、請求項１に記載の電流検出装置。

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