JP2010266290A - 電流検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】良好な検出精度を確保しながら、電流検出装置の小型化および製造コストの削減をいずれも達成することができる電流検出装置を提供する。
【解決手段】電流検出装置１は、基板２０の表裏面に沿って配置されたＵ〜Ｗ相のバスバー４を流れる電流を、電流に起因して生じた磁界を介して検出するための一対のホール素子１０ａ，１０ｂを備える。一対のホール素子１０ａ，１０ｂおよびバスバー４は、隣り合う他のバスバー４を流れる電流に起因して一対のホール素子１０ａ，１０ｂに作用する磁界の強さが互いに同じになるように、配置されている。
【選択図】図８

Description

本発明は、複数の導体を流れる電流を、磁気センサを用いて検出する電流検出装置に関する。

従来、電流検出装置として特許文献１に記載されたものが知られている。この特許文献１の図６に示す電流検出装置は、３つのバスバー４ａ，４ｂ，４ｃを流れる電流を検出するものであり、これらのバスバー４ａ〜４ｃは、直線状に延び、互いに平行に配置されている。この電流検出装置は、プリント基板１ａと、一対のホール素子２ａ，２ｂと、一対のホール素子２ａ’，２ｂ’と、２つの集積回路３，３’とを備えている。このプリント基板１ａは、３つの孔１１ａ，１１ｂ，１１ｃを介して、バスバー４ａ，４ｂ，４ｃに対して、それらの軸線方向に直交する状態で固定されている。

また、一対のホール素子２ａ，２ｂは、バスバー４ａを間にしてプリント基板１ａ上に取り付けられ、集積回路３は、ホール素子２ａ，２ｂの近傍の位置でプリント基板１ａ上に取り付けられている。さらに、一対のホール素子２ａ’，２ｂ’は、バスバー４ｃを間にしてプリント基板１ａ上に取り付けられ、集積回路３’は、ホール素子２ａ’，２ｂ’の近傍の位置でプリント基板１ａ上に取り付けられている。一方、３本のバスバー４ａ，４ｂ，４ｃには、３相電流が流れており、この３相電流は、位相が互いに１２０゜ずつずれることで、それらの和が値０になるように設定されている。

この電流検出装置では、一対のホール素子２ａ，２ｂおよび集積回路３によって、バスバー４ａを流れる１相の電流が検出され、一対のホール素子２ａ’，２ｂ’および集積回路３’によって、バスバー４ｃを流れる１相の電流が検出されるとともに、これらの検出結果と３相電流の上記特性とに基づき、残りの１相の電流が検出される。この場合、ホール素子２ａ，２ｂおよびホール素子２ａ’，２ｂ’がバスバー４ａ，４ｃの外側端部付近にそれぞれ配置されているので、これらのホール素子２ａ，２ｂ，２ａ’，２ｂ’と中央のバスバー４ｂとの距離が確保されることで、中央のバスバー４ｂの磁界の影響が抑制される。

再表０６／０９０７６９号公報

上記従来の電流検出装置によれば、ホール素子２ａ，２ｂ，２ａ’，２ｂ’および集積回路３，３’がいずれもプリント基板１ａ上に取り付けられているとともに、このプリント基板１ａがバスバー４ａ，４ｂ，４ｃの軸線方向に直交する状態で配置されている関係上、電流検出装置が大型化してしまうとともに、その分、製造コストの上昇を招いてしまうという問題がある。特に、電流検出装置の場合、電気回路内に配置されることが多く、その設置スペースの制約が大きい関係上、電流検出装置を可能な限り小型化することが望ましい。

本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、良好な検出精度を確保しながら、電流検出装置の小型化および製造コストの削減をいずれも達成することができる電流検出装置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、請求項１に係る発明は、互いに隣り合うとともに同一の平面（基板２０の表裏面）に沿って配置された複数の導体（バスバー４，４Ａ，４Ｂ）を流れる電流を検出する電流検出装置１，１Ａ，１Ｂであって、平面に沿うとともに複数の導体（バスバー４，４Ａ，４Ｂ）のうちの少なくとも１つの導体の両側に配置され、少なくとも１つの導体を流れる電流を、電流に起因して生じた磁界を介して検出するための一対の検出素子（ホール素子１０ａ，１０ｂ）を備え、一対の検出素子（ホール素子１０ａ，１０ｂ）および複数の導体（バスバー４）は、少なくとも１つの導体と隣り合う他の導体（バスバー４，４Ａ，４Ｂ）を流れる電流に起因して一対の検出素子（ホール素子１０ａ，１０ｂ）に作用する磁界の強さが互いに同じになるように、配置されていることを特徴とする。

この電流検出装置によれば、一対の検出素子によって、少なくとも１つの導体を流れる電流を、電流に起因して生じた磁界を介して検出することができる。また、この一対の検出素子および複数の導体が、同一の平面に沿うように配置されているので、特許文献１の電流検出装置のように、検出素子を取り付けた基板が複数の導体が沿う平面に対して直交するように配置されたものと比べて、電流検出装置を小型化することができ、その分、製造コストを削減できる。これに加えて、一対の検出素子および複数の導体が、少なくとも１つの導体と隣り合う他の導体を流れる電流に起因して一対の検出素子に作用する磁界の強さが互いに同じになるように、配置されているので、電流が検出対象の導体以外の導体（以下「検出対象以外の導体」という）を流れることで、磁界が検出対象以外の導体に発生した場合でも、一対の検出素子に作用する磁界の強さが同じになる。それにより、例えば、検出対象の導体を流れる電流を算出する際、一対の検出素子の出力の差分を用いることで、検出対象以外の導体から発生した磁界に起因する検出精度の低下を回避することができる。以上により、良好な検出精度を確保しながら、電流検出装置の小型化および製造コストの削減をいずれも達成することができる。

請求項２に係る発明は、請求項１に記載の電流検出装置１，１Ａ，１Ｂにおいて、複数の導体（バスバー４，４Ａ，４Ｂ）の各々は、所定方向に延びる第１導体部４ａ，４０ａと、第１導体部４ａ，４０ａの両端部から直角に互いに平行に延びる第２および第３導体部４ｂ，４０ｂ，４ｃとを有しており、第２および第３導体部４ｂ，４０ｂ，４ｃは、平面と平行にかつ互いに逆向きに延びており、一対の検出素子（ホール素子１０ａ，１０ｂ）は、平面に直交する方向から見て、少なくとも１つの導体の第１導体部４ａ，４０ａの中央に対して、所定方向と直交する第１方向の両側に配置されていることを特徴とする。

この電流検出装置によれば、複数の導体の各々は、所定方向に延びる第１導体部と、第１導体部の両端部から直角に互いに平行に延びる第２および第３導体部とを有し、これらの第２および第３導体部は、平面と平行にかつ互いに逆向きに延びているとともに、一対の検出素子は、平面に直交する方向から見て、少なくとも１つの導体の第１導体部の中央に対して、所定方向と直交する第１方向の両側に配置されている。各導体の第１〜第３導体部および一対の検出素子が、以上のように配置されているので、外乱などの何らかの理由によって、少なくとも１つの導体と一対の検出素子との位置関係が所定方向にずれた場合、この所定方向において、第２および第３導体部の一方が一対の検出素子に接近すると同時に、第２および第３導体部の他方が一対の検出素子から離間した状態となる。その状態で、電流が少なくとも１つの導体を流れた場合、第２および第３導体部の一方から一対の検出素子に作用する磁界が強くなると同時に、第２および第３導体部の他方から一対の検出素子に作用する磁界が弱くなるので、一対の検出素子の出力の増減分がほぼ同じ値になる。それにより、例えば、検出対象の導体を流れる電流を算出する際、一対の検出素子の出力の差分を用いることで、一対の検出素子と少なくとも１つの導体との間において、所定方向の位置ずれが発生したときでも、位置ずれが発生していないときと同様の検出精度を確保することができる。

請求項３に係る発明は、請求項２に記載の電流検出装置１において、第１導体部４ａは、平面に直交する他の平面内で、２つの平面の交線に平行な所定方向に延びており、第２および第３導体部４ｂ，４ｃは、他の平面と平行でかつ所定方向と直交する第２方向に互いに間隔を存しており、一対の検出素子（ホール素子１０ａ，１０ｂ）は、少なくとも１つの導体（バスバー４）の第１導体部４ａにおける第２方向の中央に対して、第１方向の両側に配置されていることを特徴とする。

この電流検出装置によれば、第１導体部が、平面に直交する他の平面内で、２つの平面の交線に平行な所定方向に延びており、第２および第３導体部が他の平面と平行でかつ所定方向と直交する第２方向に互いに間隔を存しているとともに、一対の検出素子は、少なくとも１つの導体の第１導体部における第２方向の中央に対して、第１方向の両側に配置されている。各導体の第１〜第３導体部および一対の検出素子が、以上のように配置されているので、外乱などの何らかの理由によって、少なくとも１つの導体と一対の検出素子との位置関係が第２方向にずれた場合、この第２方向において、第２および第３導体部の一方が一対の検出素子に接近すると同時に、第２および第３導体部の他方が一対の検出素子から離間した状態となる。その状態で、電流が少なくとも１つの導体を流れた場合、第２および第３導体部の一方から一対の検出素子に作用する磁界が強くなると同時に、第２および第３導体部の他方から一対の検出素子に作用する磁界が弱くなるので、一対の検出素子の出力の増減分がほぼ同じ値になる。それにより、例えば、検出対象の導体を流れる電流を算出する際、一対の検出素子の出力の差分を用いることで、一対の検出素子と少なくとも１つの導体との間において、第２方向の位置ずれが発生したときでも、位置ずれが発生していない場合と同様の検出精度を確保することができる。

請求項４に係る発明は、請求項１ないし３のいずれかに記載の電流検出装置１，１Ａ，１Ｂにおいて、一対の検出素子（ホール素子１０ａ，１０ｂ）は、複数の導体（バスバー４）の各々の両側に配置されているとともに、１枚の基板２０に取り付けられていることを特徴とする。

この電流検出装置によれば、複数対の検出素子が１枚の基板に取り付けられているので、電流検出装置の小型化および製造コストの削減をいずれも実現することができる。

本発明の第１実施形態に係る電流検出装置の概略構成を示す図である。 第１実施形態の電流検出装置におけるＵ〜Ｗ相用の磁気センサおよびバスバーを示す斜視図である。 Ｕ〜Ｗ相用の磁気センサおよびバスバーを示す平面図である。 Ｕ相用の磁気センサおよびバスバーの概略構成を示す斜視図である。 図４のＢ−Ｂ方向の矢視断面図である。 磁気センサの動作原理を説明するための図である。 図６のＣ方向の矢視図である。 Ｖ相用のバスバーで発生した磁界が、Ｕ相用およびＷ相用の磁気センサに及ぼす影響を説明するための平面図である。 Ｕ〜Ｗ相用の磁気センサおよびバスバーの配置の変形例を示す平面図である。 第２実施形態の電流検出装置に係るＵ〜Ｗ相用の磁気センサおよびバスバーを示す斜視図である。 第２実施形態のＵ〜Ｗ相用の磁気センサおよびバスバーを示す平面図である。 第２実施形態のバスバーの概略構成を示す斜視図である。 Ｕ〜Ｗ相用の磁気センサおよびバスバーの配置の変形例を示す平面図である。 第３実施形態の電流検出装置に係るＵ〜Ｗ相用の磁気センサおよびバスバーを示す斜視図である。 第３実施形態のＵ〜Ｗ相用の磁気センサおよびバスバーを示す平面図である。 第３実施形態のバスバーの概略構成を示す斜視図である。 Ｕ〜Ｗ相用の磁気センサおよびバスバーの配置の変形例を示す平面図である。

以下、図面を参照しながら、本発明の第１実施形態に係る電流検出装置について説明する。図１に示すように、本実施形態の電流検出装置１は、３本のバスバー４，４，４（導体）を流れる電流を検出するものであり、これらのバスバー４，４，４によって、電気モータ２とＰＤＵ３との間が接続されている。この電気モータ２は、ブラシレスＤＣモータで構成され、動力源として、図示しない車両に搭載されている。

また、ＰＤＵ３は、インバータなどを含む電気回路で構成され、車両に搭載されているとともに、車両用のバッテリ（図示せず）に接続されている。ＰＤＵ３は、後述するコントローラ１４からの制御信号が入力されると、バッテリの電力をＰＷＭ（Pulse width Modulation）制御手法によって３相電流Ｕ，Ｖ，Ｗに変換し、これらを３本のバスバー４，４，４を介して電気モータ２に供給する。

さらに、電流検出装置１は、Ｕ相用、Ｖ相用およびＷ相用の３つの磁気センサ１０，１０，１０およびコントローラ１４などを備えている。３つの磁気センサ１０は、互いに同様に構成されているので、以下、Ｕ相用の磁気センサ１０を例にとって説明する。なお、３つの磁気センサ１０はいずれも、ＰＤＵ３内の後述する基板２０上に取り付けられているが、図１では、理解の容易化のためにＰＤＵ３と別個に表示されている。

この磁気センサ１０は、一対のホール素子１０ａ，１０ｂ（検出素子）で構成されており、これらのホール素子１０ａ，１０ｂは、電流がバスバー４を流れたときに生じる磁界を検出し、その強さに応じた検出信号Ｖｓａ，Ｖｓｂをそれぞれ出力する。これらの検出信号Ｖｓａ，Ｖｓｂは、電圧信号として出力される。また、ホール素子１０ａはアンプ１１に、ホール素子１０ｂはアンプ１２にそれぞれ接続され、アンプ１１，１２は、オペアンプ１３の非反転入力端子および反転入力端子にそれぞれ接続されているとともに、オペアンプ１３の出力端子はコントローラ１４に接続されている。なお、これらのアンプ１１〜１３は、１つのＩＣチップによって構成されており、このＩＣチップは、磁気センサ１０と同様に、後述する基板２０上に取り付けられている。

以上の構成により、この電流検出装置１では、ホール素子１０ａの検出信号Ｖｓａは、アンプ１１によって所定ゲインＫ１分増幅された後、検出信号Ｖｓ１（＝Ｋ１・Ｖｓａ）として、オペアンプ１３に出力される。また、ホール素子１０ｂの検出信号Ｖｓｂは、アンプ１２によって所定ゲインＫ１分増幅された後、検出信号Ｖｓ２（＝Ｋ１・Ｖｓｂ）として、オペアンプ１３に出力される。さらに、オペアンプ１３において、これらの検出信号Ｖｓ１，Ｖｓ２に基づき、下式（１）によって表される検出信号Ｖｓ３が生成され、これがコントローラ１４に出力される。

Ｖｓ３＝Ｋ３・（Ｖｓ１−Ｖｓ２）
＝Ｋ１・Ｋ３・（Ｖｓａ−Ｖｓｂ） ……（１）
ここで、Ｋ３は所定ゲインを表している。この式（１）を参照すると明らかなように、検出信号Ｖｓ３は、２つの検出信号Ｖｓａ，Ｖｓｂの差分を増幅した値となる。本実施形態の場合、後述する理由により、ホール素子１０ａ，１０ｂから出力される検出信号Ｖｓａ，Ｖｓｂは、Ｖｓａ≧０，Ｖｓｂ≦０が成立するように構成されており、そのため、検出信号Ｖｓ３は正値として生成される。なお、検出信号Ｖｓａ，Ｖｓｂを、Ｖｓａ≦０，Ｖｓｂ≧０が成立するように構成し、検出信号Ｖｓ３を負値として生成してもよい。

一方、コントローラ１４は、ＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭおよびＩ／Ｏインターフェース（いずれも図示せず）などからなるマイクロコンピュータで構成されており、オペアンプ１３から入力された検出信号Ｖｓ３に基づき、Ｕ相用のバスバー４から生じる磁界の強さを算出するとともに、算出した磁界の強さに基づいて、Ｕ相用のバスバー４を流れる電流の値を算出する。なお、図示しないが、Ｖ，Ｗ相用の磁気センサ１０，１０も、Ｕ相用の磁気センサ１０と同様に、３つのアンプ１１〜１３を介して、コントローラ１４に接続されており、それにより、Ｖ，Ｗ相用のバスバー４，４を流れる電流の値も、コントローラ１４によって算出される。さらに、コントローラ１４は、車両の走行状態などに基づいて制御信号を算出し、これをＰＤＵ３に供給することによって、電気モータ２の運転を制御する。

次に、図２，３を参照しながら、Ｕ〜Ｗ相用の磁気センサ１０およびバスバー４の具体的な構成について説明する。なお、以下の説明では、便宜上、図２の矢印Ａ−Ａ´のＡ側を「前」、Ａ´側を「後」、図２の左側を「左」、右側を「右」、図２の上側を「上」、下側を「下」という。この点は、後述する図面においても同様である。両図に示すように、Ｕ〜Ｗ相用の３つの磁気センサ１０，１０，１０は、１枚の基板２０上に取り付けられている。この基板２０上には、前述したＩＣチップが取り付けられているとともに、ＰＤＵ３の電気回路も構成されている。すなわち、電流検出装置１とＰＤＵ３は、基板２０を共用している。

また、図３に示すように、３つの磁気センサ１０は、左右方向に等間隔で平行に並んでいるとともに、前後方向にずれた状態で平面的に配置されている。さらに、３つのバスバー４も、左右方向に等間隔でかつ互いに平行に並んでいるとともに、前後方向にずれた状態で平面的に配置されている。なお、３つの磁気センサ１０と３つのバスバー４との間における、平面的な配置の詳細およびその理由については後述する。

３つの磁気センサ１０および３つのバスバー４は、上述した平面的な配置以外の点は互いに同様に構成されているので、以下、図４，５を参照しながら、Ｕ相用の磁気センサ１０およびバスバー４を例にとって説明する。両図に示すように、基板２０には、矩形の長孔２１が形成されており、この長孔２１は、基板２０の表裏面を貫通している。磁気センサ１０のホール素子１０ａ，１０ｂは、この長孔２１を間にして、基板２０の上面に取り付けられている。

また、バスバー４は、長孔２１に通された薄板状の第１導体部４ａと、第１導体部４ａから一体に延びる２つの薄板状の第２および第３導体部４ｂ，４ｃとを備えている。この第１導体部４ａは、断面が縦長矩形の薄板状のものであり、その前後面が矩形に形成されている。第１導体部４ａは、前後面および左右端面が長孔２１の縁部に対して所定の間隔を存するとともに、基板２０に対して直交する状態で設けられている。さらに、図３，５に示すように、第１導体部４ａは、ホール素子１０ａ，１０ｂ間の中央に位置するとともに、ホール素子１０ａ，１０ｂの中心を結んだ直線が第１導体部４ａの中心を通るように、配置されている。

一方、第２および第３導体部４ｂ，４ｃは、断面が横長矩形の薄板状に形成され、互いに同一の、左右方向の幅および上下方向の厚さを有しているとともに、互いに平行に設けられている。また、第２導体部４ｂは、右端面が第１導体部４ａの右端面と面一でかつ上面が第１導体部４ａの上端面と面一になるように、第１導体部４ａの右端部の上端から基板２０の表面と平行に後方に延びている。さらに、第３導体部４ｃは、左端面が第１導体部４ａの左端面と面一でかつ上面が第１導体部４ａの下端面と面一になるように、第１導体部４ａの左端部の下端から基板２０の裏面と平行に後方に延びている。以上のように、第２および第３導体部４ｂ，４ｃは、第１導体部４ａの中心点に対して点対称な位置関係で配置されている。また、第１導体部４ａおよび第２および第３導体部４ｂ，４ｃは、互いに同じ厚さを有している。

次に、以上のように構成された磁気センサ１０を用いて、バスバー４を流れる電流を検出する際の動作原理について説明する。図６，７に示すように、バスバー４において、電流が図中の矢印Ｙ１〜Ｙ３に示す向きに流れると、第３導体部４ｃ、第１導体部４ａおよび第２導体部４ｂを流れる電流に起因して、矢印Ψ１，Ψ２，Ψ３に示す向きに磁界がそれぞれ発生する。その際、第２導体部４ｂで発生した磁界は、ホール素子１０ａのみに作用し、第３導体部４ｃで発生した磁界は、ホール素子１０ｂのみに作用するとともに、これらの磁界は同じ強さでホール素子１０ａ，１０ｂにそれぞれ作用する。なお、図６では、理解の容易化のために、磁界の向きを示す矢印Ψ１〜Ψ３は、電流の流れる方向と直交する面に対して、平行ではなく、若干、傾いた状態で描かれており、この点は、図７および後述する図８においても同様である。

また、第１導体部４ａで発生した磁界は、一対のホール素子１０ａ，１０ｂに対して逆向きに同じ強さで作用する。以上の理由により、２つのホール素子１０ａ，１０ｂの検出信号Ｖｓａ，Ｖｓｂは、両者の符号が反転した状態となるので、前述したように、検出信号Ｖｓ３は、２つの検出信号Ｖｓａ，Ｖｓｂの差分を増幅した値として算出されるとともに、そのような検出信号Ｖｓ３を用いて、磁界の強さすなわち電流値が算出される。

次に、車両の揺れなどに起因して、バスバー４と２つのホール素子１０ａ，１０ｂとの位置関係がずれた場合の検出動作について説明する。なお、以下の説明では、バスバー４の第１導体部４ａの中心がホール素子１０ａ，１０ｂ間の中央点に対して、前後方向（図６の上下方向）にずれることを「前後の位置ずれ」、左右方向（図６の左右方向）にずれることを「左右の位置ずれ」、上下方向（図７の上下方向）にずれることを「上下の位置ずれ」とそれぞれいう。また、本実施形態の場合、前後方向が第１方向に相当し、上下方向が第２方向に相当する。

まず、前後の位置ずれが発生した場合、ホール素子１０ａ，１０ｂの一方の検出信号が増大するとともに、他方の検出信号が減少する。また、第２および第３導体部４ｂ，４ｃは一定の断面形状で前後方向に延びているとともに、第２導体部４ｂとホール素子１０ａとの位置関係、および第３導体部４ｃとホール素子１０ｂとの位置関係は変化しないので、第２および第３導体部４ｂ，４ｃで発生した磁界がホール素子１０ａ，１０ｂに作用する強さは変化しない。

その結果、前後の位置ずれが発生した場合でも、前述した検出信号Ｖｓ３の値は、前後の位置ずれが発生していない場合と比べて変化しないので、電流検出装置１において、前後の位置ずれが発生していない場合と同じレベルの検出精度を確保することができる。

また、左右の位置ずれが発生した場合、第１導体部４ａが一定の断面形状で左右方向に延びており、ホール素子１０ａ，１０ｂと第１導体部４ａとの間隔が変化しないので、ホール素子１０ａ，１０ｂに対して作用する磁界の強さは変化しない。一方、第２導体部４ｂとホール素子１０ａとの間隔、および第３導体部４ｃとホール素子１０ｂとの間隔は、その一方が狭くなると同時に、他方が広くなることで、ホール素子１０ａ，１０ｂの一方に作用する磁界の強さが増大すると同時に、他方に作用する磁界の強さが減少する。この場合、第２および第３導体部４ｂ，４ｃは、互いに同一の形状および寸法の断面を有しているので、ホール素子１０ａ，１０ｂの双方における磁界の強さの増減分は、その絶対値が同一となる。

その結果、左右の位置ずれが発生した場合でも、前述した検出信号Ｖｓ３の値は、左右の位置ずれが発生していない場合と比べて変化しないので、電流検出装置１において、左右の位置ずれが発生していない場合と同じレベルの検出精度を確保することができる。

さらに、上下の位置ずれが発生した場合、第１導体部４ａが上下方向に一定の厚みを有しており、ホール素子１０ａ，１０ｂと第１導体部４ａとの間隔が変化しないことに加えて、磁束の向きが楕円形状に沿うものとなることで、ホール素子１０ａ，１０ｂに対して作用する磁界の強さは若干量しか減少しない。一方、第２導体部４ｂとホール素子１０ａとの上下方向の間隔、および第３導体部４ｃとホール素子１０ｂとの上下方向の間隔は、その一方が狭くなると同時に、他方が広くなることで、ホール素子１０ａ，１０ｂの一方に作用する磁界の強さが増大すると同時に、他方に作用する磁界の強さが減少する。この場合、第２および第３導体部４ｂ，４ｃは、互いに同一の形状および寸法の断面を有しているので、ホール素子１０ａ，１０ｂの双方における磁界の強さの増減分は、その絶対値が同一となる。

その結果、上下の位置ずれが発生した場合でも、前述した検出信号Ｖｓ３の値は、上下の位置ずれが発生していない場合と比べてほとんど変化しないので、電流検出装置１において、上下の位置ずれが発生していない場合と同じレベルの検出精度を確保することができる。

次に、図８を参照しながら、３つのバスバー４と３つの磁気センサ１０との間の平面的な配置の詳細およびその理由について説明する。同図に示すように、Ｖ相用のバスバー４の第１導体部４ａは、Ｕ，Ｗ相用のバスバー４，４の第１導体部４ａ，４ａに対して、両者の前後方向および左右方向の中央に配置されている。言い換えれば、Ｕ，Ｗ相用のバスバー４，４の第１導体部４ａ，４ａは、Ｖ相用のバスバー４の第１導体部４ａに対して、前後方向および左右方向に互いに等間隔で配置されている。

また、Ｖ相用の磁気センサ１０は、Ｕ，Ｗ相用の磁気センサ１０，１０に対して、両者の前後方向および左右方向の中央に配置されている。言い換えれば、Ｕ，Ｗ相用の磁気センサ１０，１０は、Ｖ相用の磁気センサ１０に対して、前後方向および左右方向に互いに等間隔で配置されている。

さらに、Ｕ相用の磁気センサ１０のホール素子１０ａ，１０ｂは、Ｖ相用のバスバー４の第１導体部４ａよりも後方に配置され、Ｖ相用の磁気センサ１０のホール素子１０ａ，１０ｂは、Ｕ相用のバスバー４の第１導体部４ａよりも前方で、かつＷ相用のバスバー４の第１導体部４ａよりも後方に位置するように配置され、Ｗ相用の磁気センサ１０のホール素子１０ａ，１０ｂは、Ｖ相用のバスバー４の第１導体部４ａよりも前方に位置するように配置されている。

３つのバスバー４および磁気センサ１０が以上のように平面的に配置されているのは、以下の理由による。例えば、Ｖ相用のバスバー４において、電流が図中の矢印Ｙ４，Ｙ５に示す向きに流れると、第３導体部４ｃを流れる電流に起因して、矢印Ψ４，Ψ４に示す向きに磁界が発生し、この第３導体部４ｃで発生した磁界は、Ｗ相用の磁気センサ１０のホール素子１０ａ，１０ｂに対して、同じ強さで作用する。

その際、Ｗ相のバスバー４にも、Ｖ相用のバスバー４と同じ方向に電流が流れるので、Ｗ相用の磁気センサ１０のホール素子１０ａにおいて、Ｗ相用のバスバー４の磁界に起因して生じた電圧をＶａｗとし、Ｖ相用のバスバー４の第３導体部４ｃの磁界に起因して生じた電圧をＶａｖとすると、検出信号Ｖｓａは、Ｖｓａ＝Ｖａｗ＋Ｖａｖとなる。

これと同様に、Ｗ相用の磁気センサ１０のホール素子１０ｂにおいて、Ｗ相用のバスバー４の磁界に起因して生じた電圧をＶｂｗとし、Ｖ相用のバスバー４の第３導体部４ｃの磁界に起因して生じた電圧をＶｂｖとすると、Ｖｂｖ＝Ｖａｖが成立するので、検出信号Ｖｓｂは、Ｖｓｂ＝Ｖｂｗ＋Ｖｂｖ＝Ｖｂｗ＋Ｖａｖとなる。その結果、前述した検出信号Ｖｓ３の値は下式（２）のようになる。

Ｖｓ３＝Ｋ１・Ｋ２・（Ｖｓａ−Ｖｓｂ）
＝Ｋ１・Ｋ２・［（Ｖａｗ＋Ｖａｖ）−（Ｖｂｗ＋Ｖａｖ）］
＝Ｋ１・Ｋ２・（Ｖａｗ−Ｖｂｗ） ……（２）

上式（２）を参照すると明らかなように、検出信号Ｖｓ３は、ホール素子１０ａ，１０ｂにおいて、Ｗ相用のバスバー４の磁界に起因して生じた２つの電圧Ｖａｗ，Ｖｂｗの差分を増幅した値となり、Ｖ相用のバスバー４の第３導体部４ｃの磁界の影響を受けないことが判る。これに対して、ホール素子１０ａ，１０ｂにおいて、Ｖ相用のバスバー４の第３導体部４ｃの磁界に起因して生じた電圧が異なる場合、すなわちＶｂｖ≠Ｖａｖの場合には、検出信号Ｖｓ３は、Ｗ相用のバスバー４の磁界のみに起因して生じた２つの電圧Ｖａｗ，Ｖｂｗの差分を増幅した値とならず、Ｖ相のバスバー４の磁界の影響を受けてしまうことになる。したがって、Ｖ相のバスバー４の磁界の影響を回避するために、Ｗ相用の磁気センサ１０のホール素子１０ａ，１０ｂは、Ｖ相用のバスバー４の第１導体部４ａよりも前方に配置されている。

以上と同様に、Ｖ相用のバスバー４の第２導体部４ｂでは、これを流れる電流に起因して、矢印Ψ５，Ψ５に示す向きに磁界が発生するとともに、この第２導体部４ｂで発生した磁界は、Ｕ相用の磁気センサ１０のホール素子１０ａ，１０ｂに対して、同じ強さで作用する。その結果、上述した理由により、Ｕ相用の磁気センサ１０の検出信号Ｖｓ３は、Ｕ相用のバスバー４の磁界に起因して生じた２つの電圧の差分を増幅した値となり、Ｖ相用のバスバー４の第３導体部４ｃの磁界の影響を受けないものとなる。このように、Ｖ相のバスバー４の磁界の影響を回避するために、Ｕ相用の磁気センサ１０のホール素子１０ａ，１０ｂは、Ｖ相用のバスバー４の第１導体部４ａよりも後方に配置されている。

また、以上と同じ理由により、Ｖ相用の磁気センサ１０のホール素子１０ａ，１０ｂは、Ｕ相用のバスバー４の第１導体部４ａよりも前方で、かつＷ相用のバスバー４の第１導体部４ａよりも後方に位置するように配置されている。

以上のように、第１実施形態の電流検出装置１によれば、１枚の基板２０上に配置された３つの磁気センサ１０によって、３つのバスバー４を流れる電流を検出することができるとともに、３つのバスバー４が基板２０に沿うように配置されているので、特許文献１の電流検出装置のように、検出素子を取り付けた基板が３つのバスバーが沿う平面に対して直交するように配置されたものと比べて、電流検出装置１を小型化することができ、その分、製造コストを削減できる。

また、前述したように、検出信号Ｖｓ３すなわちバスバー４を流れる電流値が、一対のホール素子１０ａ，１０ｂの検出信号の差分を増幅した値を用いて算出され、バスバー４の第１導体部４ａが、ホール素子１０ａ，１０ｂ間の中央に位置するとともに、ホール素子１０ａ，１０ｂの中心を結んだ直線が第１導体部４ａの中心を通るように、配置されているので、前後の位置ずれ、左右の位置ずれおよび上下の位置ずれが発生した場合でも、電流値の算出結果がほとんど変化することがなく、位置ずれが発生していない場合と同様の検出精度を確保することができる。

さらに、前述したように、Ｕ相用の磁気センサ１０のホール素子１０ａ，１０ｂは、Ｖ相用のバスバー４の第１導体部４ａよりも後方に配置され、Ｖ相用の磁気センサ１０のホール素子１０ａ，１０ｂは、Ｕ相用のバスバー４の第１導体部４ａよりも前方で、かつＷ相用のバスバー４の第１導体部４ａよりも後方に位置するように配置され、Ｗ相用の磁気センサ１０のホール素子１０ａ，１０ｂは、Ｖ相用のバスバー４の第１導体部４ａの下方に位置するように配置されているので、各磁気センサ１０を用いてバスバー４を流れる電流を検出した場合、検出対象以外のバスバー４で生じた磁界の影響を回避することができ、それにより、良好な検出精度を確保することができる。

なお、第１実施形態は、３つのバスバー４および３つの磁気センサ１０を前述したように配置した例であるが、３つのバスバー４および３つの磁気センサ１０の配置はこれに限らず、隣り合うバスバー４を流れる電流に起因して、一対のホール素子１０ａ，１０ｂに作用する磁界の強さが互いに同じになるような配置であればよい。例えば、第１実施形態の電流検出装置１において、３つのバスバー４および３つの磁気センサ１０の平面的な配置を、図３に示すものに代えて、図９に示すように構成してもよい。

この図９と図３を比較すると明らかなように、図９に示す構成は、図３におけるＵ相用の磁気センサ１０およびバスバー４と、Ｖ相用の磁気センサ１０およびバスバー４との位置関係を左右に入れ換えたものに相当する。したがって、図９に示す電流検出装置においても、第１実施形態の電流検出装置１と同じ作用効果を得ることができる。

次に、図１０〜１２を参照しながら、本発明の第２実施形態に係る電流検出装置１Ａについて説明する。なお、以下の説明では、第１実施形態の電流検出装置１と同じ構成に関しては、同じ符号を付すとともに、その説明は省略する。図１０〜１２を参照すると明らかなように、この電流検出装置１Ａは、バスバー４Ａが第１実施形態のバスバー４と異なっている点以外は、第１実施形態の電流検出装置１と同様に構成されているので、以下、バスバー４Ａを中心に説明する。なお、図示しないが、この電流検出装置１Ａにおいても、磁気センサ１０は、アンプ１１〜１３を介して、コントローラ１４に接続されている。

バスバー４Ａは、第１導体部４ａと、第１導体部４ａから一体に延びる２つの薄板状の第２および第３導体部４０ｂ，４ｃとを備えており、この第２導体部４０ｂのみが第１実施形態のバスバー４と異なっている。具体的には、この第２導体部４０ｂは、第３導体部４ｃと同一の、左右方向の幅および上下方向の厚さを有しているとともに、第３導体部４ｃと互いに平行に設けられている。また、第２導体部４０ｂは、右端面が第１導体部４ａの右端面と面一でかつ下面が第１導体部４ａの下端面と面一になるように、第１導体部４ａの右端部の下端から基板２０の裏面と平行に後方に延びている。

以上のように構成された第２実施形態の電流検出装置１Ａによれば、第１実施形態の電流検出装置１と同様に、電流検出装置１Ａを小型化することができ、その分、製造コストを削減できる。さらに、検出対象以外のバスバー４Ａで生じた磁界の影響を回避することができ、それにより、良好な検出精度を確保することができる。これに加えて、前後の位置ずれおよび左右の位置ずれが発生した場合でも、電流値の算出結果がほとんど変化することがなく、位置ずれが発生していない場合と同様の検出精度を確保することができる。

なお、第２実施形態は、３つのバスバー４Ａおよび３つの磁気センサ１０を図１０，１１に示すように配置した例であるが、３つのバスバー４Ａおよび３つの磁気センサ１０の配置はこれに限らず、隣り合うバスバー４Ａを流れる電流に起因して、一対のホール素子１０ａ，１０ｂに作用する磁界の強さが互いに同じになるような配置であればよい。例えば、第２実施形態の電流検出装置１Ａにおいて、３つのバスバー４Ａおよび３つの磁気センサ１０の平面的な配置を、図１１に示すものに代えて、図１３に示すように構成してもよい。このように構成した場合でも、第２実施形態の電流検出装置１Ａと同じ作用効果を得ることができる。

次に、図１４〜１６を参照しながら、本発明の第３実施形態に係る電流検出装置１Ｂについて説明する。なお、以下の説明では、第１および第２実施形態の電流検出装置１，１Ａと同じ構成に関しては、同じ符号を付すとともに、その説明は省略する。図１４〜１６を参照すると明らかなように、この電流検出装置１Ｂは、バスバー４Ｂが第２実施形態のバスバー４Ａと異なっている点と、長孔２１が基板２０に形成されていない点とを除くと、第２実施形態の電流検出装置１Ａと同様に構成されているので、以下、バスバー４Ｂを中心に説明する。なお、図示しないが、この電流検出装置１Ｂにおいても、磁気センサ１０は、アンプ１１〜１３を介して、コントローラ１４に接続されている。

図１４〜１６に示すように、バスバー４Ｂは、薄板状の第１導体部４０ａと、第１導体部４０ａから一体に延びる２つの薄板状の第２および第３導体部４０ｂ，４ｃとを備えており、この第１導体部４０ａのみが第２実施形態のバスバー４Ｂと異なっている。具体的には、この第１導体部４０ａは、第２および第３導体部４０ｂ，４ｃの左右方向の幅と同一の前後方向の幅と、第２および第３導体部４０ｂ，４ｃと同一の上下方向の厚さとを有しているとともに、基板２０の裏面と平行に設けられている。

以上のように構成された第３実施形態の電流検出装置１Ｂによれば、第１および第２実施形態の電流検出装置１，１Ａと同様に、電流検出装置１Ｂを小型化することができ、その分、製造コストを削減できる。さらに、検出対象以外のバスバー４Ｂで生じた磁界の影響を回避することができ、それにより、良好な検出精度を確保することができる。これに加えて、左右の位置ずれが発生した場合でも、電流値の算出結果がほとんど変化することがなく、位置ずれが発生していない場合と同様の検出精度を確保することができる。

なお、第３実施形態は、３つのバスバー４Ｂおよび３つの磁気センサ１０を図１４，１５に示すように配置した例であるが、３つのバスバー４Ｂおよび３つの磁気センサ１０の配置はこれに限らず、隣り合うバスバー４Ｂを流れる電流に起因して、一対のホール素子１０ａ，１０ｂに作用する磁界の強さが互いに同じになるような配置であればよい。例えば、第３実施形態の電流検出装置１Ｂにおいて、３つのバスバー４Ｂおよび３つの磁気センサ１０の平面的な配置を、図１５に示すものに代えて、図１７に示すように構成してもよい。このように構成した場合でも、第３実施形態の電流検出装置１Ｂと同じ作用効果を得ることができる。

なお、各実施形態は、一対の検出素子として、一対のホール素子１０ａ，１０ｂを用いた例であるが、本発明の一対の検出素子はこれに限らず、導体を流れる電流に起因して生じた磁界を検出できるものであればよい。

また、各実施形態は、複数の導体として、３本のバスバー４を用いた例であるが、本発明の導体はこれに限らず、導体としての機能を備えているものであればよい。例えば、導体として、電線などを用いてもよい。これに加えて、導体の数は実施形態の値３に限らず、値２または値４以上であってもよい。

さらに、各実施形態において、一対のホール素子１０ａ，１０ｂとアンプ１１〜１３を１つのＩＣチップで構成してもよい。

１ 電流検出装置
１Ａ 電流検出装置
１Ｂ 電流検出装置
４ バスバー（導体）
４Ａ バスバー（導体）
４Ｂ バスバー（導体）
４ａ 第１導体部
４０ａ 第１導体部
４ｂ 第２導体部
４０ｂ 第２導体部
４ｃ 第３導体部
１０ａ ホール素子（検出素子）
１０ｂ ホール素子（検出素子）
２０ 基板

Claims (4)

1. 互いに隣り合うとともに同一の平面に沿って配置された複数の導体を流れる電流を検出する電流検出装置であって、
   前記平面に沿うとともに前記複数の導体のうちの少なくとも１つの導体の両側に配置され、当該少なくとも１つの導体を流れる電流を、当該電流に起因して生じた磁界を介して検出するための一対の検出素子を備え、
   当該一対の検出素子および前記複数の導体は、前記少なくとも１つの導体と隣り合う他の導体を流れる電流に起因して当該一対の検出素子に作用する磁界の強さが互いに同じになるように、配置されていることを特徴とする電流検出装置。
2. 前記複数の導体の各々は、所定方向に延びる第１導体部と、当該第１導体部の両端部から直角に互いに平行に延びる第２および第３導体部とを有しており、当該第２および第３導体部は、前記平面と平行にかつ互いに逆向きに延びており、
   前記一対の検出素子は、前記平面に直交する方向から見て、前記少なくとも１つの導体の前記第１導体部の中央に対して、前記所定方向と直交する第１方向の両側に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の電流検出装置。
3. 前記第１導体部は、前記平面に直交する他の平面内で、当該２つの平面の交線に平行な前記所定方向に延びており、
   前記第２および第３導体部は、前記他の平面と平行でかつ前記所定方向と直交する第２方向に互いに間隔を存しており、
   前記一対の検出素子は、前記少なくとも１つの導体の前記第１導体部における前記第２方向の中央に対して、前記第１方向の両側に配置されていることを特徴とする請求項２に記載の電流検出装置。
4. 前記一対の検出素子は、前記複数の導体の各々の両側に配置されているとともに、１枚の基板に取り付けられていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の電流検出装置。

Images