JP2013142623A - 電流センサ - Google Patents

Abstract

【課題】安定したセンシングを行うことができるとともに外乱の影響を受けにくくすることができる電流センサを提供する。
【解決手段】第１の回路基板２０と第２の回路基板３０との間において磁電変換素子実装面２１，３１が対向する状態で断面が長方形のバスバー８０の長辺にて構成される面が第１の回路基板２０の第１の磁電変換素子実装面２１および第２の回路基板３０の第２の磁電変換素子実装面３１と対向する状態で挟持する。第１の回路基板２０の第１の磁電変換素子実装面２１に第１のホールＩＣ４０が実装され、バスバー８０に流れる被測定電流の大きさに応じた信号を出力する。第２の回路基板３０の第２の磁電変換素子実装面３１に第２のホールＩＣ５０が実装され、バスバー８０に流れる被測定電流の大きさに応じた信号を出力する。
【選択図】図１

Description

本発明は、電流センサに関するものである。

磁電変換素子を実装した回路基板に対し被測定対象物を配置する場合において、被測定対象物に対し回路基板を直交（貫通）する状態で取り付ける構造が知られている（例えば特許文献１）。

特開２００６−１９４６５０号公報

ところで、被測定対象物と回路基板（磁電変換素子）との位置決めについて取り付けのガタがあると、磁界の強さ（磁力）がばらつき、そのために検出精度に悪影響を与えてしまう。

本発明の目的は、安定したセンシングを行うことができるとともに外乱の影響を受けにくくすることができる電流センサを提供することにある。

請求項１に記載の発明では、一方の面が第１の磁電変換素子実装面となる第１の回路基板と、一方の面が第２の磁電変換素子実装面となり、当該第２の磁電変換素子実装面が前記第１の回路基板の第１の磁電変換素子実装面と対向する状態で前記第１の回路基板との間に、断面が長方形のバスバーの長辺にて構成される面が前記第１の磁電変換素子実装面および前記第２の磁電変換素子実装面と対向する状態で挟持する第２の回路基板と、前記第１の回路基板の第１の磁電変換素子実装面に実装され、前記バスバーに流れる被測定電流の大きさに応じた信号を出力する第１の磁電変換素子と、前記第２の回路基板の第２の磁電変換素子実装面に実装され、前記バスバーに流れる被測定電流の大きさに応じた信号を出力する第２の磁電変換素子と、を備えたことを要旨とする。

請求項１に記載の発明によれば、第２の回路基板の第２の磁電変換素子実装面と第１の回路基板の第１の磁電変換素子実装面とが対向する状態で第１の回路基板と第２の回路基板との間に、断面が長方形のバスバーの長辺にて構成される面が第１の回路基板の第１の磁電変換素子実装面および第２の回路基板の第２の磁電変換素子実装面と対向する状態で挟持される。第１の回路基板の第１の磁電変換素子実装面に実装された第１の磁電変換素子から、バスバーに流れる被測定電流の大きさに応じた信号が出力される。また、第２の回路基板の第２の磁電変換素子実装面に実装された第２の磁電変換素子から、バスバーに流れる被測定電流の大きさに応じた信号が出力される。

よって、被測定対象物が第１の回路基板と第２の回路基板との間に挟持され、被測定対象物と磁電変換素子とを正確に位置決めすることができ、安定したセンシングを行うことができる。また、被測定対象物と第１の磁電変換素子とを接近して配置することができるとともに被測定対象物と第２の磁電変換素子とを接近して配置することができ、より強い磁界が加わるようになり外乱の影響を受けにくくなる。

請求項２に記載のように、請求項１に記載の電流センサにおいて、前記バスバーと前記第１の回路基板との間に第１の絶縁シートを介在させるとともに前記バスバーと前記第２の回路基板との間に第２の絶縁シートを介在させるとよい。

請求項３に記載のように、請求項２に記載の電流センサにおいて、前記第１の磁電変換素子は、前記第１の回路基板における前記バスバーと対向する部位に配置され、前記第２の磁電変換素子は、前記第２の回路基板における前記バスバーと対向する部位に配置されているとよい。

本発明によれば、安定したセンシングを行うことができるとともに外乱の影響を受けにくくすることができる。

（ａ）は実施形態における電流センサの平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線での縦断面図、（ｃ）は電流センサの左側面図。 電流センサの斜視図。 電流センサの分解斜視図。 電流センサの電気的構成図。 ホールＩＣの出力特性を示す特性図。 出力波形を示す波形図。

以下、本発明を具体化した一実施形態を図面に従って説明する。
なお、図面において、水平面を、直交するＸ，Ｙ方向で規定するとともに、上下方向をＺ方向で規定している。

図１，２，３に示すように、電流センサ１０は、第１の回路基板２０と、第２の回路基板３０と、第１の磁電変換素子としての第１のホールＩＣ４０と、第２の磁電変換素子としての第２のホールＩＣ５０と、第１の絶縁シート６０と、第２の絶縁シート７０とを備えている。被測定対象物としてのバスバー８０は断面が長方形をなす帯状の導電板であり、Ｘ方向に延設されると共に断面長方形の長辺がＹ方向となっている。

第１の回路基板２０および第２の回路基板３０は水平に配置され、かつ、第２の回路基板３０の上方に第１の回路基板２０が対向する状態で配置される。また、第１の回路基板２０と第２の回路基板３０との間においてバスバー８０が配置され、バスバー８０は第１の回路基板２０と第２の回路基板３０とにより挟持される。長方形をなす第１の回路基板２０および第２の回路基板３０はＹ方向に延びている。

第１の回路基板２０は、一方の面である下面が第１の磁電変換素子実装面２１となっている。第２の回路基板３０は、一方の面である上面が第２の磁電変換素子実装面３１となっている。

第１の回路基板２０の第１の磁電変換素子実装面２１には、四箇所にわたりバスバー位置決め用突起２２，２３，２４，２５が形成されている。バスバー位置決め用突起２２，２３，２４，２５によりバスバー８０が位置決めされるようになっている。詳しくは、突起２２と突起２３がＹ方向にバスバー８０の幅分だけ離間して配置されているとともに、突起２４と突起２５が突起２２，２３からＸ方向に離間し、かつ、Ｙ方向にバスバー８０の幅分だけ離間して配置されている。

同様に、第２の回路基板３０の第２の磁電変換素子実装面３１には、四箇所にわたりバスバー位置決め用突起３２，３３，３４，３５が形成されている。バスバー位置決め用突起３２，３３，３４，３５によりバスバー８０が位置決めされるようになっている。詳しくは、突起３２と突起３３がＹ方向にバスバー８０の幅分だけ離間して配置されているとともに、突起３４と突起３５が突起３２，３３からＸ方向に離間し、かつ、Ｙ方向にバスバー８０の幅分だけ離間して配置されている。

また、第２の回路基板３０は、第２の磁電変換素子実装面３１が第１の回路基板２０の第１の磁電変換素子実装面２１と対向する状態で配置される。この状態で第１の回路基板２０と第２の回路基板３０との間に、断面が長方形のバスバー８０の長辺にて構成される面（上面と下面）が第１の回路基板２０の第１の磁電変換素子実装面２１および第２の回路基板３０の第２の磁電変換素子実装面３１と対向する状態で挟持する構成となっている。

第１のホールＩＣ４０が第１の回路基板２０の第１の磁電変換素子実装面２１に実装されている。第１のホールＩＣ４０は、第１の回路基板２０におけるバスバー８０と対向する部位に配置されている。ホールＩＣ４０は、バスバー８０に流れる被測定電流の大きさに応じた信号を出力する。詳しくは、第１の回路基板２０の一方の面に、パッケージングされた第１のホールＩＣ４０が実装されている。ホールＩＣ４０は、ホール素子と周辺回路をワンチップ化したものである。そして、ホールＩＣ４０を用いてバスバー８０に流れる被測定電流の大きさを磁界Ｂ１の強さとして測定することができる。

第２のホールＩＣ５０が第２の回路基板３０の第２の磁電変換素子実装面３１に実装されている。第２のホールＩＣ５０は、第２の回路基板３０におけるバスバー８０と対向する部位に配置されている。ホールＩＣ５０は、バスバー８０に流れる被測定電流の大きさに応じた信号を出力する。詳しくは、第２の回路基板３０の一方の面に、パッケージングされた第２のホールＩＣ５０が実装されている。ホールＩＣ５０は、ホール素子と周辺回路をワンチップ化したものである。そして、ホールＩＣ５０を用いてバスバー８０に流れる被測定電流の大きさを磁界Ｂ１の強さとして測定することができる。

バスバー８０と第１の回路基板２０との間に第１の絶縁シート６０が介在されている。バスバー８０と第２の回路基板３０との間に第２の絶縁シート７０が介在されている。第１の絶縁シート６０の幅および第２の絶縁シート７０の幅はバスバー８０の幅と同一である。つまり、第１の回路基板２０とバスバー８０とが対向する部位全体に絶縁シート６０が配置されているとともに、第２の回路基板３０とバスバー８０とが対向する部位全体に絶縁シート７０が配置されている。また、第１の絶縁シート６０は第１のホールＩＣ４０とバスバー８０との間に位置しているとともに、第２の絶縁シート７０は第２のホールＩＣ５０とバスバー８０との間に位置している。絶縁シート６０，７０により、バスバー８０に大電流が流れた際にアークによるショートを防止することができる。

電流センサ１０の電気的構成について、図４に示すように、第１のホールＩＣ４０に差動増幅回路９０が接続されている。また、第２のホールＩＣ５０に差動増幅回路９０が接続されている。差動増幅回路９０は第１のホールＩＣ４０の出力（信号ＳＧ１）と第２のホールＩＣ５０の出力（信号ＳＧ２）を入力する。そして、差動増幅回路９０は第１のホールＩＣ４０の出力（信号ＳＧ１）と第２のホールＩＣ５０の出力（信号ＳＧ２）との差動をとるとともに増幅して出力する（信号ＳＧ３を出力する）。

図５に示すように、第１のホールＩＣ４０の出力特性Ｃ１は磁界の強さ（磁力）に対して比例した出力となる。一方、第２のホールＩＣ５０の出力特性Ｃ２は磁界の強さ（磁力）に対して反比例した出力となる。

次に、電流センサ１０の作用を説明する。
バスバー８０に電流が流れると、ホールＩＣ４０，５０には、電流の大きさに応じた強さの磁界Ｂ１が加わる。ホールＩＣ４０，５０の出力レベルは磁界Ｂ１の強さに応じたものとなる。

バスバー８０に電流が流れてホールＩＣ４０，５０による電流の測定値（ホールＩＣの出力値）が出力される。
また、図４に示すように、差動増幅回路９０において第１のホールＩＣ４０の出力（信号ＳＧ１）と第２のホールＩＣ５０の出力（信号ＳＧ２）が入力され、その差動がとられるとともに増幅して出力される（信号ＳＧ３が出力される）。このとき、図５に示すように、第１のホールＩＣ４０の出力特性Ｃ１は磁界の強さ（磁力）に対して比例した出力となるとともに第２のホールＩＣ５０の出力特性Ｃ２は磁界の強さ（磁力）に対して反比例した出力となる。

その結果、図６に示すように、差動増幅回路９０の出力信号ＳＧ３においてはノイズ成分が相殺され、ノイズ低減を図ることができる。
このようにして、２枚の回路基板２０，３０の間において回路基板２０，３０をバスバー８０に平行な状態でバスバー８０を挟み込む構成とした。これにより、ホールＩＣ４０，５０をバスバー８０に接近した状態で取り付けることができる。

このように、ホールＩＣ４０，５０を実装した回路基板２０，３０をバスバー８０に対して平行に取り付けて２枚の回路基板２０，３０でバスバー８０を挟み込む構成とすることにより、回路基板２０，３０とバスバー８０を位置決めすることができる。また、Ｚ方向について挟み込みによりガタとなる隙間を無くすことができる。これにより、バスバー８０とホールＩＣ４０，５０の位置関係が安定し、センシング精度を向上することができる。また、ホールＩＣ４０，５０を位置決めできるとともにホールＩＣ４０，５０とバスバー８０とを接近して配置できる。具体的には、バスバー８０とホールＩＣ４０，５０との距離Ｌ（図１（ｃ）参照）を短くすることができる。そのため、より強力な磁力（磁界）でセンシングできるようになる。その結果、外乱の影響を受けにくくなり、精度が向上する。

以上のごとく本実施形態によれば、以下のような効果を得ることができる。
（１）第１の回路基板２０は、一方の面が第１の磁電変換素子実装面２１となっている。また、第２の回路基板３０は、一方の面が第２の磁電変換素子実装面３１となっている。そして、第２の回路基板３０の第２の磁電変換素子実装面３１が第１の回路基板２０の第１の磁電変換素子実装面２１と対向している。この状態で、第２の回路基板３０と第１の回路基板２０との間に、断面が長方形のバスバー８０の長辺にて構成される面が第１の回路基板２０の第１の磁電変換素子実装面２１および第２の回路基板３０の第２の磁電変換素子実装面３１と対向する状態で挟持されている。また、第１の回路基板２０の第１の磁電変換素子実装面２１に第１のホールＩＣ４０が実装され、第１のホールＩＣ４０からバスバー８０に流れる被測定電流の大きさに応じた信号が出力される。第２の回路基板３０の第２の磁電変換素子実装面３１に第２のホールＩＣ５０が実装され、第２のホールＩＣ５０からバスバー８０に流れる被測定電流の大きさに応じた信号が出力される。よって、バスバー８０が第１の回路基板２０と第２の回路基板３０との間に挟持され、バスバー８０とホールＩＣ４０，５０とを正確に位置決めすることができ、安定したセンシングを行うことができる。また、バスバー８０と第１のホールＩＣ４０とを接近して配置することができるとともにバスバー８０と第２のホールＩＣ５０とを接近して配置することができ、より強い磁界が加わるようになり外乱の影響を受けにくくなる。

このようにして、安定したセンシングを行うことができるとともに外乱の影響を受けにくくすることができる。
（２）バスバー８０と第１の回路基板２０との間に第１の絶縁シート６０を介在させるとともにバスバー８０と第２の回路基板３０との間に第２の絶縁シート７０を介在させた。これにより、バスバー８０に大電流が流れたときにアークが飛んでショートするのを防止して絶縁性を確保することができる。

（３）第１のホールＩＣ４０は、第１の回路基板２０におけるバスバー８０と対向する部位に配置され、第２のホールＩＣ５０は、第２の回路基板３０におけるバスバー８０と対向する部位に配置されている。これにより、ホールＩＣ４０，５０の絶縁性を確保することができる。また、ホールＩＣ４０，５０をバスバー８０に接近して配置することができる。

実施形態は前記に限定されるものではなく、例えば、次のように具体化してもよい。
・ホールＩＣ４０，５０（磁電変換素子）は、回路基板２０，３０におけるバスバー８０と対向する部位に配置したが、ホールＩＣ４０，５０（磁電変換素子）は、回路基板２０，３０におけるバスバー８０と対向しない部位に配置してもよい。

・回路基板２０，３０において複数のホールＩＣ（磁電変換素子）を実装してもよい。
・２つのホールＩＣ４０，５０（磁電変換素子）の出力の差動をとったが、これに代わり、２つのホールＩＣ（磁電変換素子）の出力を平均化して誤差低減を図ってもよい。

・他にも、１つのホールＩＣ（磁電変換素子）が故障したときに他のホールＩＣ（磁電変換素子）を使用する構成としてもよい。つまり、１つのホールＩＣ（磁電変換素子）の出力が閾値以下となったときに他のホールＩＣ（磁電変換素子）で測定するようにしてもよい。

・磁電変換素子としてホールＩＣ（ホール素子）を用いたが、これに代わり他の磁電変換素子、例えば磁気抵抗素子を用いてもよい。
このように第１の磁電変換素子および第２の磁電変換素子は磁気抵抗素子である場合、第１の磁電変換素子と第２の磁電変換素子とは直列に接続され、第１の磁電変換素子と第２の磁電変換素子との間の電圧が出力されるようにしてもよい。

２０…第１の回路基板、２１…第１の磁電変換素子実装面、３０…第２の回路基板、３１…第２の磁電変換素子実装面、４０…第１のホールＩＣ、５０…第２のホールＩＣ、６０…第１の絶縁シート、７０…第２の絶縁シート、８０…バスバー。

Claims (3)

1. 一方の面が第１の磁電変換素子実装面となる第１の回路基板と、
   一方の面が第２の磁電変換素子実装面となり、当該第２の磁電変換素子実装面が前記第１の回路基板の第１の磁電変換素子実装面と対向する状態で前記第１の回路基板との間に、断面が長方形のバスバーの長辺にて構成される面が前記第１の磁電変換素子実装面および前記第２の磁電変換素子実装面と対向する状態で挟持する第２の回路基板と、
   前記第１の回路基板の第１の磁電変換素子実装面に実装され、前記バスバーに流れる被測定電流の大きさに応じた信号を出力する第１の磁電変換素子と、
   前記第２の回路基板の第２の磁電変換素子実装面に実装され、前記バスバーに流れる被測定電流の大きさに応じた信号を出力する第２の磁電変換素子と、
   を備えたことを特徴とする電流センサ。
2. 前記バスバーと前記第１の回路基板との間に第１の絶縁シートを介在させるとともに前記バスバーと前記第２の回路基板との間に第２の絶縁シートを介在させたことを特徴とする請求項１に記載の電流センサ。
3. 前記第１の磁電変換素子は、前記第１の回路基板における前記バスバーと対向する部位に配置され、
   前記第２の磁電変換素子は、前記第２の回路基板における前記バスバーと対向する部位に配置されていることを特徴とする請求項２に記載の電流センサ。