JP2009210496A - Current sensor - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、負荷給電路等の電流を非接触検出する電流センサに関し、詳しくは、小型化及びコストダウンを図りつつ検出特性を向上する新規な構成に関する。 The present invention relates to a current sensor for non-contact detection of current in a load power supply path and the like, and more particularly to a novel configuration for improving detection characteristics while reducing size and cost.
従来、電気自動車(EV)やハイブリッド車(HEV)等の車両においては、電源装置のインバータから走行用のモータに給電される電流を検出して、前記インバータを制御する。 Conventionally, in a vehicle such as an electric vehicle (EV) or a hybrid vehicle (HEV), the inverter is controlled by detecting a current supplied from a power supply device inverter to a running motor.
そして、前記モータ等の各種負荷給の給電路等の電流(交流電流やパルス電流や直流電流等)は、多くの場合、磁気検知素子であるホール素子を用いた電流センサにより非接触に検出される(例えば、特許文献1参照)。 In many cases, the current (AC current, pulse current, DC current, etc.) of the power supply path for various loads such as the motor is detected in a non-contact manner by a current sensor using a Hall element that is a magnetic sensing element. (For example, see Patent Document 1).
前記従来のホール素子タイプの電流センサは、概略図6に示すように構成され、例えば前記モータの給電路等に介挿されるバスバー100とセンサ本体200とを備える。センサ本体200は、フェライトコア等の磁性体コア、ホール素子、そのバイアス回路等を内蔵し、バスバー100が中央部の孔201を貫通する。
The conventional Hall element type current sensor is configured as shown in FIG. 6, and includes a
そして、バスバー100の電流変化に基づく前記磁性体コアの磁力線の変化によりホール素子の出力電圧が変化し、ホール素子の出力電圧により、バスバー100を通流する電流、すなわち、前記モータの給電路の電流や、その電源であるインバータの入力の電流を非接触検出する。なお、実際には、前記モータは3相ブラシレスモータ等であり、電流センサはモータの相毎やインバータの入力毎に上記のバスバー100とセンサ本体200の構成を備え、各相の電流を個別に検出する。
Then, the output voltage of the Hall element changes due to a change in the magnetic field lines of the magnetic core based on the current change of the
このような構成の非接触検出タイプの電流センサは、例えば前記インバータの200V〜300Vの高電圧の電路を検出対象の電路とする場合、高電圧側と低電圧側(制御系側)とを電気的に絶縁分離して前記検出対象の電路の電流を検出できるため、シャント抵抗により前記高電圧側の電流を直接検出する接触検出タイプの電流センサに比して、前記制御系側の安全に優れ、しかも、前記シャント抵抗のような高電圧大電流に耐える大型の部品は不要であり、その上、測定側(前記高電圧側)に損失を発生させることもない。
前記従来の非接触検出タイプの電流センサは、図6からも明らかなように、バスバー100より大型のセンサ本体200を要し、大型で嵩張る問題がある。また、ホール素子やそのバスバ回路等を要し、高価である。さらに、車両の振動等によってバスバー100と本体ケース200の距離変動等が生じ易く、検出特性にばらつきが生じ易い問題もある。
As is clear from FIG. 6, the conventional non-contact detection type current sensor requires a
本発明は、小型化及びコストダウンを図りつつ検出特性を向上するようにした非接触検出タイプの電流センサを提供することを目的とする。 An object of the present invention is to provide a non-contact detection type current sensor that improves detection characteristics while reducing size and cost.
上記した目的を達成するために、本発明の電流センサは、検出対象電路に介挿されるバスバーをプリント配線板に挟み込んだ状態に内蔵し、前記プリント配線板に、該プリント配線板を挟んで前記バスバーを囲むように導体パターンを形成し、前記導体パターンの途中に抵抗体を設け、前記抵抗体の端子間電圧により前記バスバーの電流を非接触検出することを特徴としている(請求項1)。 In order to achieve the above-described object, the current sensor of the present invention incorporates a bus bar inserted in a detection target electric circuit in a state of being sandwiched between printed wiring boards, and the printed wiring board sandwiches the printed wiring board. A conductor pattern is formed so as to surround the bus bar, a resistor is provided in the middle of the conductor pattern, and the current of the bus bar is detected in a non-contact manner by the voltage between the terminals of the resistor (claim 1).
本発明の電流センサの場合、プリント配線板(プリント配線基板とも称される)にバスバーが貫通状態で内蔵されてプリント配線板とバスバーが一体化される。また、バスバーを囲むコイルを形成するようにプリント配線板に導体パターンが形成されるので、バスバーを1次側、導体パターンの前記コイルを2次側とする変成器が前記プリント配線板内に形成され、その磁電変換構造が導体パターンによって形成される。 In the case of the current sensor of the present invention, the bus bar is incorporated in a printed wiring board (also referred to as a printed wiring board) in a through state, and the printed wiring board and the bus bar are integrated. In addition, since a conductor pattern is formed on the printed wiring board so as to form a coil surrounding the bus bar, a transformer with the bus bar as the primary side and the coil of the conductor pattern as the secondary side is formed in the printed wiring board. The magnetoelectric conversion structure is formed by the conductor pattern.
そして、バスバーに電流(1次側電流)が流れると、導体パターンに相当する電流(2次側電流)が流れる。このとき、導体パターンの途中に設けられた抵抗体の端子間電圧が導体パターンの電流に応じて変化し、抵抗体の端子間電圧から検出対象電路の電流が非接触検出される。 When a current (primary side current) flows through the bus bar, a current (secondary side current) corresponding to the conductor pattern flows. At this time, the voltage between the terminals of the resistor provided in the middle of the conductor pattern changes according to the current of the conductor pattern, and the current of the detection target circuit is detected in a non-contact manner from the voltage between the terminals of the resistor.
この場合、プリント配線板にバスバーが内蔵されてプリント配線板とバスバーが一体化され、しかも、プリント配線板に導体パターンが形成され、抵抗体もプリント配線板に設けられるため、前記図6のセンサ本体200のようなバスバーを囲む大型の部品がなく、極めて小型に形成できる。なお、部品の組立作業等が不要である利点もある。
In this case, the bus bar is built in the printed wiring board, the printed wiring board and the bus bar are integrated, the conductor pattern is formed on the printed wiring board, and the resistor is also provided on the printed wiring board. There is no large part surrounding the bus bar like the
また、高価なホール素子等に代えて、導体パターン及び安価な抵抗体を用いて形成されるので、極めて安価である。 Moreover, since it is formed using a conductor pattern and an inexpensive resistor instead of an expensive Hall element or the like, it is extremely inexpensive.
さらに、導体パターンがプリント配線板に形成され、抵抗体もプリント配線板に設けられるので、車両等の振動の多い環境下であっても、振動等による検出特性のばらつきはほとんどなく、前記磁電変換構造の変換特性が向上して電流センサの検出特性が向上する。 Furthermore, since the conductor pattern is formed on the printed wiring board and the resistor is also provided on the printed wiring board, there is almost no variation in detection characteristics due to vibration even in an environment with a lot of vibration such as a vehicle. The conversion characteristic of the structure is improved and the detection characteristic of the current sensor is improved.
したがって、小型化及びコストダウンを図りつつ検出特性を向上するようにした、従来にない新規な非接触検出の電流センサを提供することができる。なお、前記トランスの2次側の巻数や線径等は、導体パターンの本数や太さを変えることで容易に調整することができ、設計や製造の自由度が大きくなる利点もある。 Accordingly, it is possible to provide a novel non-contact detection current sensor which has been improved in detection characteristics while reducing the size and cost. Note that the number of turns and the wire diameter on the secondary side of the transformer can be easily adjusted by changing the number and thickness of the conductor patterns, and there is an advantage that the degree of freedom in design and manufacturing is increased.
つぎに、本発明をより詳細に説明するため、一実施形態について、図1〜図5を参照して詳述する。 Next, in order to describe the present invention in more detail, one embodiment will be described in detail with reference to FIGS.
本実施形態は、電気自動車(EV)やハイブリッド車(HEV)等の車両の電流センサに適用した場合を示し、図1は車両1の模式図、図2は車両1の走行用のモータ2の給電路部分の構成を示し、(a)は平面図、(b)はその正面図である。図3は図2の電流センサ3の拡大した模式図、図4はその一部の断面図である。図5は図1のインバータ4の回路結線図である。
This embodiment shows a case where the present invention is applied to a current sensor of a vehicle such as an electric vehicle (EV) or a hybrid vehicle (HEV). FIG. 1 is a schematic diagram of the vehicle 1 and FIG. The structure of a feed path part is shown, (a) is a top view, (b) is the front view. 3 is an enlarged schematic view of the
図1に示すように、車両1は例えば水素ニッケル電池等で構成された走行用のバッテリ4を搭載し、このバッテリ4の出力はインバータ5に給電される。
As shown in FIG. 1, a vehicle 1 is equipped with a traveling
インバータ5は例えば図5に示すように、IGBTや電力用FETが形成する複数個のスイッチング半導体Qの周知の3相フルブリッジ回路で形成され、後述のインバータ制御に基づくU、V、Wの各相のスイッチング半導体Qのスイッチングにより、300Vい高電圧の3相U、V、Wの出力を電流センサ3を介してモータ2に給電する。なお、図5の5p、5nは正、負の直流端子、5u、5v、5wは3相の出力端子であり、gは各スイッチング半導体Qのゲート端子である。
For example, as shown in FIG. 5, the
そして、図2の(a)、(b)に示すように、バッテリ4とインバータ5の入力側は正極側のバスバー6a及び負極側のバスバー6bにより接続され、インバータ5の出力側は電流センサ3の3相のバスバー7u、7v、7wの一端に接続される。なお、バスバー7u、7v、7wの他端は端子台等を介してモータ2に接続される。また、図2の(b)に示すように、電流センサ3は適当な高さのシャーシ8の上面にボルト締め等で固定される。
As shown in FIGS. 2A and 2B, the input side of the
検出対象電路であるモータ2の3相給電路に介挿された電流センサ3の各相のバスバー7u〜7Wは、プリント配線板9に適当な間隔で並べた状態でプリント配線板9に挟み込まれて内蔵される。
The
プリント配線板9はいわゆる両面基板であり、図3、図4に示すように、例えばプリント配線板9の表面中央に、バスバー7u〜7Wそれぞれを横切る適当な長さ及び太さの各相の導体パターン10が両面に形成される。また、両面の導体パターン10の端部はプリント配線板9の例えばスルーホール(ビアホールを含む)11により電気的に接続される。
The printed
したがって、図4からも明らかなように、プリント配線板9に、このプリント配線板9を挟んでバスバー7u〜7wそれぞれを囲むように導体パターン10が形成され、プリント配線板9の両面の各相の導体パターン10と、その両端部のスルーホール11とにより、各相のバスバー7u〜7wが貫通したコアに相当するループコイルが形成される。
Therefore, as is clear from FIG. 4, the
このとき、各相のバスバー7u〜7wと、前記ループコイルとにより、プリント配線板9内に、バスバー7u〜7wそれぞれを1次側、前記ループコイルを2次側とする各相の変成器が形成され、バスバー7u〜7wそれぞれに電流(1次側電流)が流れると、前記変成器の磁電変換により各相の導体パターン10に1次側電流に相当する電流(2次側電流)が流れる。
At this time, each
さらに、例えばプリント配線板9の表面側の各相の導体パターン10の途中に、チップ部品である抵抗体12が設けられ、各相の前記ループ状のコイルの2次側電流が各相の抵抗体12を通流することにより、各相の抵抗体12の端子間にバスバー7u〜7wそれぞれの電流に応じた例えば数百mV程度の電圧(端子間電圧)が発生し、これらの端子間電圧によりモータ2の各相の電流が非接触に検出される。
Further, for example, a
そして、基板表面側の各相の導体パターン10は、抵抗体12の両端子の部分から引出線パターン13が分枝して形成され、各相の抵抗体12の端子間電圧は引出線パターン13を通ってプリント配線板9に設けられたチップIC構成のインバータ制御のECU14に取り込まれる。ECU14は、各相の抵抗体12の端子間電圧に基づくマイクロコンピュータのフィードバック制御(ソフトウエア制御)を実行し、各相のインバータ制御信号を形成して、これらのインバータ制御信号を図2に示す制御信号ケーブル15を介してインバータ5の各相のスイッチング半導体Qのゲートgに与える。
The
なお、バスバー7u〜7wは、プリント配線板9の製造工程において、硬化前のプリント配線板9にバスバー7u〜7wを押し入れる等してプリント配線板9に内蔵される。また、導体パターン10や引出線パターン13は、例えば銅パターンであり、プリント配線板9のパターン形成工程により、プリント配線板9の他の電極や配線等のパターンとともに形成される。また、抵抗体12やECU14は、例えばプリント配線板9の表面実装工程により自動挿入でプリント配線板9に実装される。
The bus bars 7u to 7w are built into the printed
以上のように、前記実施形態の場合、プリント配線板9内に形成された各相の前記変成器の磁電変換構造が、各相の導体パターン10によって形成され、導体パターン10の途中に設けられた抵抗体12の端子間電圧からモータ2の給電路(検出対象電路)の電流が非接触に検出される。
As described above, in the case of the embodiment, the magnetoelectric conversion structure of the transformer of each phase formed in the printed
この場合、プリント配線板9にバスバー7u〜7wが内蔵されてプリント配線板9とバスバー7u〜7wが一体化され、しかも、プリント配線板9に各相の導体パターン10が形成され、抵抗体12もプリント配線板に設けられるため、極めて小型に形成できる。しかも、部品の組立作業等はほとんど必要がない。
In this case, the
また、高価なホール素子等に代えて、導体パターン10及び安価な抵抗体12を用いて形成されるので、極めて安価である。
Further, since the
さらに、導体パターン10がプリント配線板9に形成され、抵抗体12もプリント配線板12に設けられるので、車両1振動等による検出特性のばらつきはほとんどなく、前記磁電変換構造の変換特性が向上して電流センサ3の検出特性が向上する。
Furthermore, since the
したがって、小型化及びコストダウンを図りつつ検出特性を向上するようにした、従来にない新規な非接触検出タイプの電流センサ3を提供することができる。なお、前記ループコイルの線径や巻き数は、各相の導体パターン10の幅を変えたり各相の導体パターン10を複数パターンとすること等によって容易に調整することができ、設計や製造の自由度が大きくなる利点もある。
Accordingly, it is possible to provide a novel non-contact detection type
そして、本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない限りにおいて上述したもの以外に種々の変更を行なうことが可能であり、例えば前記実施形態においては、検出対象電路が3相電路であって、3相の電流検出を行うため、プリント配線板9に3本のバスバー7u〜7wを内蔵してバスバー7u〜7w毎に導体パターン10を形成し、3相分(3個)の抵抗体12を設けたが、検出対象電路が単相電路の場合には、プリント配線板9に単相用の1本のバスバーを内蔵してそのバスバーについて導体パターン等を形成し、1個の抵抗体12を設ければよい。また、検出対象電路が3相より多相の電路の場合には、プリント配線板9に各相のバスバーを内蔵してバスバーの個数の導体パターンを形成し、相毎に抵抗体12を設ければよい。さらに、バッテリ4とインバータ5との間に本発明の電流センサを設け、インバータ5の入力電流を非接触検出するようにしてもよい。そして、本発明は、インバータ5の入力電流等のモータ2の相電流以外の検出したい部分(どこであってもよい)の電流の検出にも適用することができ、この場合、それに必要な個数のバスバーをプリント配線板に内蔵して導体パターンを形成し、相毎に抵抗体を設ければよい。
The present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications other than those described above can be made without departing from the spirit thereof. For example, in the above-described embodiment, the detection target electric circuit Is a three-phase circuit, and in order to detect a three-phase current, the printed
つぎに、プリント配線板9は、いわゆる片面基板やフレキシブル基板であってもよく、例えば片面基板の場合、配線パターンの形成面(例えば裏面)に導体パターン10を形成して部品実装面(例えば表面)に抵抗体12等を実装し、部品実装面の導体パターン10に対応する位置には、導体パターン10の代わりにジャンパー線を実装して本発明を実施すればよい。
Next, the printed
また、導体パターン10等は、アルミパターン等の銅パターン以外の種々の導体パターンであってもよく、プリント配線板9にどのような部品が実装されていてもよい。
The
そして、本発明の電流センサは検出対象電路の電流の大きさ等はどのようであってもよく、本発明は、電気自動車(EV)、ハイブリッド車(HEV)、燃料電池車(FCV)等の車両の種々の電流の非接触検出に適用することができる。さらに、本発明は、車両に限らず、種々の機械や装置等の非接触検出タイプの電流センサに適用することができる。 The current sensor of the present invention may have any current magnitude in the detection target circuit, and the present invention can be applied to electric vehicles (EV), hybrid vehicles (HEV), fuel cell vehicles (FCV), etc. It can be applied to non-contact detection of various currents of a vehicle. Furthermore, the present invention can be applied not only to vehicles but also to non-contact detection type current sensors such as various machines and devices.
7u〜7w バスバー
9 プリント配線板
10 導体パターン
12 抵抗体
7u-
Claims (1)
前記プリント配線板に、該プリント配線板を挟んで前記バスバーを囲むように導体パターンを形成し、
前記導体パターンの途中に抵抗体を設け、
前記抵抗体の端子間電圧により前記バスバーの電流を非接触検出することを特徴とする電流センサ。 Built-in bus bar inserted in the printed circuit board, inserted into the detection target circuit,
On the printed wiring board, a conductor pattern is formed so as to surround the bus bar with the printed wiring board interposed therebetween,
A resistor is provided in the middle of the conductor pattern,
A current sensor, wherein the current of the bus bar is detected in a non-contact manner by a voltage between terminals of the resistor.
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JP2008055807A JP2009210496A (en) | 2008-03-06 | 2008-03-06 | Current sensor |
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2008
- 2008-03-06 JP JP2008055807A patent/JP2009210496A/en active Pending
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KR20180133598A (en) * | 2017-06-07 | 2018-12-17 | 현대자동차주식회사 | Current sensor |
KR102287317B1 (en) * | 2017-06-07 | 2021-08-10 | 현대자동차주식회사 | Current sensor |
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