JP2002303642A

JP2002303642A - 電流検出装置

Info

Publication number: JP2002303642A
Application number: JP2001104769A
Authority: JP
Inventors: Katsutoshi Fukazawa; 勝利深沢; Masaaki Hatsumi; 正明初見; Kenichi Nakano; 健一中野
Original assignee: Stanley Electric Co Ltd
Current assignee: Stanley Electric Co Ltd
Priority date: 2001-04-03
Filing date: 2001-04-03
Publication date: 2002-10-18

Abstract

(57)【要約】【課題】車載用の非接触式の電流検出装置において、
コストの低減及び小型化を図ることができ、且つ高い検
出電流の分解能が得られ、高い検出精度が得られるよう
にする。【解決手段】被検出電流が流れる電流バーを貫通させ
るコア１と、このコア１に設けたギャップ２に挿入され
るホール素子３と、このホール素子３及び増幅回路４
ａ，４ｂ、電源回路５を実装したプリント基板とを一つ
のケースに収容して電流センサを構成する。そして、こ
の電流センサの出力をＡＤコンバータ６ａ，６ｂにより
デジタル化して信号処理し、上記電流バーに流れる電流
を検出する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、特に車載用に適し
た電流検出装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】図６はこの種の一般的な電流検出装置の
構成を示す分解斜視図である。同図において、１０１は
回路素子１０２及びランド穴１０３を設けたプリント基
板で、ホール素子１０４の取付け穴も設けられている。
１０５はホール素子１０４挿入用のギャップ１０６を有
した筒状のコアで、フェライトや珪素鋼板などから形成
されている。１０７は上記コア１０５が収納されるコネ
クタ一体型のケースで、コネクタ端子１０８が取り付け
られており、またコア１０５の内部を貫通する筒体１０
９が設けられ、この筒体１０９に電流が流れる電流バー
１１０が挿入されるようになっている。

【０００３】上記構成の電流検出装置は、次のようにし
て形成される。

【０００４】（１）ホール素子１０４の出力を増幅する
回路とコネクタ端子接続用のランド穴１０３を設けたプ
リント基板１０１に、リードタイプのホール素子１０４
を矢印Ａ方向に直立させて実装する。

【０００５】（２）端子内蔵コネクタを一体成型（イン
サート成形）したケース１０７に、ギャップ１０６を有
したコア１０５を矢印Ｂ方向に挿入する。

【０００６】（３）コア１０５のギャップ１０６にホー
ル素子１０４が矢印Ｃ方向に入るようにプリント基板１
０１をケース１０７に挿入し、コネクタ端子１０８とプ
リント基板１０１を半田付け等により接続する。

【０００７】（４）この状態で回路の調整を行った後、
モールド材を充填してコア１０５とプリント基板１０１
の固定を行うとともに、蓋がなくても耐防水性が確保で
きるようにし、またコア１０５やプリント基板１０１の
耐振動性が確保できるようにする。

【０００８】（５）電流バー１１０をケース１０７の筒
体１０９に挿入し、コネクタ端子１０８から供給した電
源により回路を駆動する。

【０００９】以上のようにして形成された電流検出装置
は、電流バー１１０に電流が流れるとホール素子１０４
がそれを検知し、その検知出力をプリント基板１０１で
増幅して、ケース内のコネクタ端子１０８から外部に出
力する。これにより、電流バスバー１１０を流れる電流
値を検出することができる。

【００１０】次に、この電流検出原理について説明す
る。

【００１１】電流バー１１０に流れる電流の大きさに応
じて、アンペアの右ねじの法則により磁界が発生する。
この磁界をコア１０５により集磁し、ホール素子１０４
が検出可能な磁束密度にする。そして、コア１０５のギ
ャップ１０６に挿入されたホール素子１０４が、そのギ
ャップ部に発生した磁束密度に応じた電圧を出力し、こ
のホール素子１０４の出力電圧をプリント基板１０１に
実装された電子回路により適当なレベルまで増幅する。
これにより、電流バー１１０の電流の大きさに比例した
出力を得ることができる。

【００１２】ここで、上記のような構成の電流センサを
車両に搭載した場合、一つの電流ラインに対して、大電
流範囲（１００Ａ以上）と小電流範囲（１００Ａ未満）
を検出したい用途がある。例えば、電気自動車（ＥＶ）
やハイブリッドカー（ＨＢカー）などのバッテリの充放
電電流を監視する際、放電電流は１００Ａ以上の大電流
であるが充電電流は数Ａ〜数１０Ａの小電流であり、積
算してバッテリの残容量を計算するような場合には、す
べての範囲で誤差の少ない大電流センサを使用するか、
計測範囲の異なる二つの電流センサを組み込んでそれぞ
れの出力を検出する方法が一般的である。

【００１３】図７は従来の車載用の電流検出装置の回路
構成を示すブロック図である。電流センサ側には、電流
バーが貫通するコア１１１と、そのギャップ１１２に挿
入されたホール素子１１３と、ホール素子１１３の出力
を増幅する増幅回路１１４及び電源回路１１５がある。
そして、増幅されたセンサ出力（アナログ信号）が車載
ＣＰＵ側のＡＤコンバータ１１６によりデジタル信号に
変換されて処理されることにより、電流バーに流れる電
流が検出される。

【００１４】図８は上述の大電流センサを使用した場合
の構成を示す図である。この場合、上記構成の電流セン
サ１２０により電流バー１２１に流れる電流が検出さ
れ、その検出結果であるセンサ出力はＡＤコンバータ１
１６に送られる。

【００１５】図９は二つの電流センサを組み込んだ場合
の構成を示す図である。この場合、各電流センサ１２０
ａ，１２０ｂにより電流バー１２１に流れる電流が検出
され、各々のセンサ出力はそれぞれのＡＤコンバータ１
１６ａ，１１６ｂに送られる。また、図示していない
が、二つのセンサ出力をスイッチにより切換えて単一の
ＡＤコンバータに送るようにしても良い。

【００１６】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記のよう
な従来の電流検出装置にあっては、次のような問題点が
あった。

【００１７】（１）大電流範囲の磁気比例式電流センサ
一つで検出する場合電気自動車あるいはハイブリッドカーでは、バッテリと
動力用モータが電力線により接続されており、車両の加
速時には最大数百Ａの電流（放電電流）がバッテリから
モータに流れる。また、バッテリの容量が低下すると、
充電回路を通して数Ａ〜数十Ａの電流（充電電流）がバ
ッテリに流れる。ここで、電流センサには二つの目的が
あり、一つはバッテリの充放電電流を検出することで、
電流積算値を求めて、その結果からバッテリの残容量を
検出して充放電の最適な制御を行っている。もう一つは
モータに流れる電流を検出することで、その検出結果か
ら最適なモータ制御を行っている。

【００１８】例えば、上記の大電流センサとしてフルス
ケール３００Ａのセンサ一つでバッテリの充放電電流を
監視する場合を考えると、センサの出力は車体側のマイ
コン（ＣＰＵ）で読み込む場合が多いが、マイコン側の
読込電圧範囲は一般的に０〜５Ｖであり、したがって電
流センサの出力もフルスケールで０〜５Ｖになるように
設定されている。そして、フルスケール３００Ａのセン
サの場合、センサの分解能としては１Ａ当り約１６．７
ｍＶ／Ａ（５０００ｍＶ÷３００Ａ）となる。一方、読
込側のＡＤコンバータを８ｂｉｔ（２５６）とすると、
１データ当りの分解能は約１９．５ｍＶ／Ａ（５０００
ｍＶ÷２５６Ａ）となり、理論上１Ａ単位の検出ができ
なくなってしまう。その結果、小電流での検出精度が悪
化してしまい、したがって、分解能を１０ｂｉｔあるい
は２０ｂｉｔなど高分解能のＡＤコンバータにしないと
正確な読み込みができなくなる。この高分解能のＡＤコ
ンバータは、車載に際してコストや処理能力などの点で
問題となる場合があった。

【００１９】（２）すべての電流範囲で誤差の少ない電
流センサを使用する場合すべての電流範囲で誤差の少ない電流センサとしては、
磁気平衡式と呼ばれる電流センサが提案されているが、
回路が複雑になり、小型化も難しいため、前述のような
磁気比例式に比べてサイズやコストの面で車載用途とし
ては難しい問題を持っている。また、分解能の点から見
ると、上記（１）の場合と同様な問題を持っている。

【００２０】（３）二つのセンサを同一の電流ラインに
組み込む場合上記磁気平衡式の電流センサに対して精度的には及ばな
いが、コスト及びサイズ的に有利な磁気比例式の電流セ
ンサを二つの電流範囲に対して設ける方法であるが、こ
の場合、大電流検出用途と小電流検出用途とを分けるこ
とにより、小電流検出時の分解能を上げることができ、
安価なＡＤコンバータでも必要な検出精度を確保するこ
とができる。

【００２１】例えば、フルスケールで３００Ａのセンサ
とフルスケール３０Ａのセンサを同一の電流ラインに組
み込んだ場合、３００Ａのセンサの分解能は上記と同様
１６．７ｍｖ／Ａであり、３０Ａのセンサの分解能は１
６６．７ｍｖ／Ａとなる。そして、この二つのセンサの
出力を車体側で必要に応じて切換えるか、あるいは低分
解能の二つのＡＤコンバータを使用することにより、小
電流領域の検出精度を悪化させるこなく読み込むことが
可能となる。しかし、この場合、二つのセンサを使用す
ることにより、取付スペースやセンサの重量及びコスト
は上記（１）の場合と比べて最悪２倍となり、実用的で
はないという問題点があった。

【００２２】本発明は、上記のような問題点に鑑みてな
されたもので、コストの低減及び小型化を図ることがで
き、且つ高い検出電流の分解能が得られ、精度の高い電
流検出装置を提供することを目的としている。

【００２３】

【課題を解決するための手段】本発明に係る電流検出装
置は、次のように構成したものである。

【００２４】（１）非接触式の電流検出装置であって、
被検出電流が流れる電流バーを貫通させるコアと、この
コアに設けたギャップに挿入される複数の磁気検知素子
とを有し、前記複数の磁気検知素子を基板上に実装し、
その基板と前記コアを同一のケースに収容した。

【００２５】（２）上記（１）において、磁気検知素子
はホール素子とした。

【００２６】（３）非接触式の電流検出装置であって、
被検出電流が流れる電流バーを貫通させるコアと、この
コアに設けたギャップに挿入される磁気検知素子と、こ
の磁気検知素子の出力をそれぞれ異なるゲインで増幅す
る複数の増幅回路とを有し、前記磁気検知素子を基板上
に実装し、その基板と前記コアを同一のケースに収容し
た。

【００２７】（４）上記（３）において、磁気検知素子
はホール素子とした。

【００２８】（５）上記（３）又は（４）において、増
幅回路は所定の電流検出範囲及び分解能にゲインを設定
した。

【００２９】（６）上記（３）ないし（５）何れかにお
いて、増幅回路は磁気検知素子と同じ基板上に実装し
た。

【００３０】（７）上記（１）ないし（６）何れかにお
いて、電流検出結果は電圧信号又は電流信号で出力する
ようにした。

【００３１】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例を図面につ
いて説明する。

【００３２】図１は本発明の実施例の構成を示すブロッ
ク図であり、前述の電気自動車やハイブリッドカーなど
の車両に搭載される非接触式の電流検出装置の構成を示
している。

【００３３】同図の（ａ）において、１は被検出電流が
流れる電流バー（バスバー）を貫通させるコアで、所定
の面積及び間隔のギャップ２を有している。３はそのギ
ャップ２に挿入される磁気検知素子としてのホール素子
で、その出力はそれぞれゲインの異なる複数（ここでは
二つ）の増幅回路４ａ，４ｂにより増幅される。５は電
源回路であり、以上の各要素により電流センサが構成さ
れている。

【００３４】６ａ，６ｂは上記各々の増幅回路４ａ，４
ｂからのセンサ出力（アナログ信号）をデジタル信号に
変換して信号処理回路に送出する車載ＣＰＵ（マイコ
ン）側のＡＤコンバータである。なお、このＡＤコンバ
ータは、同図の（ｂ）に示すように、センサ出力を切換
える切換スイッチ７を設けて、単一のＡＤコンバータ６
としても良い。

【００３５】なお、その他の構成は図６と同様であるの
で、詳細説明は省略する。

【００３６】図２は複数のホール素子を使用した場合を
示す図である。ここでは同図の（ａ）に示すように、コ
ア１のギャップ２に二つのホール素子３ａ，３ｂを挿入
してあり、各々のホール素子３ａ，３ｂにそれぞれゲイ
ンの異なる増幅回路４ａ，４ｂを１：１で接続してい
る。この増幅回路４ａ，４ｂは、車両側が必要とする所
定の電流検出範囲及び分解能にゲインが設定されてい
る。また、同図の（ｂ）はプリント基板８に二つのホー
ル素子３ａ，３ｂを実装した状態を示している。

【００３７】図３は上述の電流センサの外観を示す斜視
図である。コア１と、このコア１のギャップ２に挿入さ
れたホール素子３ａ，３ｂと、このホール素子３ａ，３
ｂ及び増幅回路４ａ，４ｂを実装した一つのプリント基
板８とが一つの（同一の）ケースに収容されて、電流セ
ンサ１０が構成されている。そして、この電流センサ１
０に上述の電流バー１１が貫通している。

【００３８】図４は上記プリント基板８上にホール素子
を実装した状態を示す図である。同図の（ａ）に示すよ
うに、基板上のホール素子３をコア１のギャップ２に挿
入する。このとき、ホール素子３がコア１の断面内（ギ
ャップ２）に入るように、該コア１の形状及び面積が設
定されている。またコア１は、最大の電流検出範囲にお
いても飽和しないような構造、材料（材質）となってい
る。同図の（ｂ）は二つのホール素子３ａ，３ｂをプリ
ント基板８に実装した場合を示している。

【００３９】図５は面実装タイプのホール素子の実装状
態を示す図である。同図の（ａ），（ｂ）はプリント基
板８に一つのホール素子３を実装したときの断面図及び
上面図、同図の（ｃ），（ｄ）はプリント基板８に二つ
のホール素子３ａ，３ｂを実装したときの上面図であ
り、ホール素子３ａ，３ｂは縦横何れの方向に並べても
良い。なお、これらのホール素子３，３ａ，３ｂは、面
実装タイプでなくても良く、リードタイプのものであっ
ても良い。

【００４０】上記のように構成された電流検出装置にお
いて、電流センサ１０のコア１のギャップ２に挿入され
たホール素子３は、コア１を貫通している電流バー１１
に流れる電流に比例した電圧を出力する。この電圧は、
増幅回路４ａにより増幅され、ハーネス部材を通しセン
サ出力として車載ＣＰＵ側に送られる。このとき、増幅
回路４ａのゲイン（増幅率）は大電流範囲に設定されて
おり、例えば、０〜３００Ａの検出範囲で０〜５Ｖの出
力電圧となるように設定されている。二つのホール素子
３ａ，３ｂを備えている場合は、一方のホール素子３ａ
の出力が増幅回路４ａに入力され、所定のゲインで増幅
される。

【００４１】また、もう一つの増幅回路４ｂのゲインは
小電流範囲に設定されており、例えば、０〜３０Ａの検
出範囲で０〜５Ｖの出力電圧となるように設定されてい
る。この増幅回路４ｂからのセンサ出力もハーネス部材
を通し車載ＣＰＵ側に送られる。二つのホール素子３
ａ，３ｂを備えている場合は、もう一方のホール素子３
ｂの出力が増幅回路４ｂに入力され、所定のゲインで増
幅される。

【００４２】そして、車載ＣＰＵ側では、上記のセンサ
出力をＡＤコンバータ６ａ，６ｂ（６）によりデジタル
化して信号処理を行い、電流バー１１に流れる電流を電
圧値として検出する。なお、上記電流センサ１０の出力
形式としては、電圧出力タイプではなく、電流出力タイ
プであっても良い。

【００４３】ここで、電流センサ１０の外形は増幅回路
が増加してもそれほど大きくはならない。これは、セン
サ外形はプリント基板サイズよりもバスバーサイズに支
配される部分が大きいからである。設計手順としては、
通常、バスバーサイズ→ケース穴サイズ→コアサイズ→
ケースサイズの順となる。

【００４４】また、増幅回路の部品点数はそれほど多く
はなく、電子部品の小型化も進んでいることから、プリ
ント基板の有効面積もそれほど増加しない。更に、プリ
ント基板に実装される電子部品の中である程度面積をと
る電源回路も一つで済むので、プリント基板もそれほど
大きくはならない。

【００４５】したがって、コストの低減及び小型化を図
ることができ、且つ高い検出電流の分解能が得られ、精
度の高い電流検出装置を実現することができる。

【００４６】このように、本実施例では一つの大電流セ
ンサを使用した場合に比べて、コストや処理時間に問題
のある高分解能のＡＤコンバータを使用しなくても、検
出電流の高分解能を確保することができる。ＡＤコンバ
ータ内蔵のＣＰＵは複数のＡＤコンバータを内蔵してい
る場合が多く、分解能を上げるよりも読み取りチャンネ
ルを増やす方が現実的である。

【００４７】また、コスト及びサイズで問題のある磁気
平衡式のセンサの場合でも、小電流領域での高分解能を
得ることは難しいので、本実施例の手段は有益である。

【００４８】また、従来二つの電流センサを同一の電流
ラインに組み込む場合においても、小電流範囲検出時の
センサ出力の分解能を上げることはできるが、二つのセ
ンサを設置するための物理的スペース、重量、コストな
どの問題があった。しかし本実施例では、コア、ホール
素子、プリント基板などの構造物は若干のサイズアップ
があるが、ほぼ１センチ程度で済み、回路部品も電源回
路が１センチ程度で済むため、スペース的、コスト的な
メリットは大きい。

【００４９】なお、本発明は、電気自動車やハイブリッ
ドカーのモータ制御、バッテリ監視用アイドリング制
御、電動パワーステアリング用モータ制御など、使用温
度範囲が広く、且つ非接触で、比較的大きな電流（数十
Ａ〜数百Ａ）と小さな電流（数十Ａ以下）を検出したい
用途、また、小電流領域で検出分解能を上げて正確な電
流検出をしたい用途に最適である。

【００５０】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
コストの低減及び小型化を図ることができ、且つ高い検
出電流の分解能が得られ、精度の高い電流検出装置が得
られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例による電流検出装置の構成を
示すブロック図

【図２】複数のホール素子を使用した場合を示す構成
図

【図３】実施例の電流センサの外観を示す斜視図

【図４】基板上にホール素子を実装した状態を示す斜
視図

【図５】面実装タイプのホール素子の実装状態を示す
図

【図６】一般的な電流検出装置の構成を示す分解斜視
図

【図７】従来の車載用の電流検出装置の回路構成を示
すブロック図

【図８】従来の大電流センサを使用した場合を示す説
明図

【図９】従来の二つの電流センサを組み込んだ場合を
示す説明図

【符号の説明】

１コア２ギャップ３ホール素子３ａホール素子３ｂホール素子４ａ増幅回路４ｂ増幅回路５電源回路６ＡＤコンバータ６ａＡＤコンバータ６ｂＡＤコンバータ７スイッチ８プリント基板１０電流センサ１１電流バー

フロントページの続き (72)発明者中野健一東京都目黒区中目黒２丁目９番13号スタンレー電気株式会社内Ｆターム(参考） 2G017 AA01 AD53 BA05 2G025 AA00 AB02 2G035 AA17 AC15 AD66

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】非接触式の電流検出装置であって、被検
出電流が流れる電流バーを貫通させるコアと、このコア
に設けたギャップに挿入される複数の磁気検知素子とを
有し、前記複数の磁気検知素子を基板上に実装し、その
基板と前記コアを同一のケースに収容したことを特徴と
する電流検出装置。
【請求項２】磁気検知素子はホール素子であることを
特徴とする請求項１記載の電流検出装置。
【請求項３】非接触式の電流検出装置であって、被検
出電流が流れる電流バーを貫通させるコアと、このコア
に設けたギャップに挿入される磁気検知素子と、この磁
気検知素子の出力をそれぞれ異なるゲインで増幅する複
数の増幅回路とを有し、前記磁気検知素子を基板上に実
装し、その基板と前記コアを同一のケースに収容したこ
とを特徴とする電流検出装置。
【請求項４】磁気検知素子はホール素子であることを
特徴とする請求項３記載の電流検出装置。
【請求項５】増幅回路は所定の電流検出範囲及び分解
能にゲインが設定されていることを特徴とする請求項３
又は４記載の電流検出装置。
【請求項６】増幅回路は磁気検知素子と同じ基板上に
実装されていることを特徴とする請求項３ないし５何れ
か記載の電流検出装置。
【請求項７】電流検出結果は電圧信号又は電流信号で
出力することを特徴とする請求項１ないし６何れか記載
の電流検出装置。