JP2015049053A - 電流検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】より小さいサイズで複数の電流路の電流を検出できる電流検出装置を提供する。
【解決手段】電流センサ１３を備えた矩形状の子基板１０の一辺に、被検出電流が流れる分岐線３を位置させるための複数の凹部１１が並んで形成される。対をなす子基板１０（１０−１及び１０−２のペア、１０−３及び１０−４のペア）の一方が親基板２０の一方の面に接続され、対をなす子基板１０の他方が親基板２０の他方の面に接続される。一方の子基板１０における複数の凹部１０は、親基板２０に近づく矢印Ａ（図１）の方向に向かって平行に凹んでおり、他方の子基板１０における複数の凹部１０は、親基板２０に近づく方向であって、矢印Ａと逆の矢印Ｂ（図１）の方向に向かって平行に凹んでいる。
【選択図】図１

Description

本発明は、回路基板上に電流センサを搭載した電流検出装置に係り、特に、分電盤等において複数の電流路に流れる電流を検出する電流検出装置に関するものである。

電流を検出する方法として、一般に、電流経路に設けた抵抗器（シャント抵抗）の電圧降下を検出する方法や、カレント・トランス（ＣＴ：current transformer）を用いる方法、磁電変換素子（ホール素子，磁気抵抗素子等）を用いる方法などが知られている。抵抗器の電圧降下を検出する方法は、直流と交流の広い周波数帯域で電流を検出できるものの、測定系と被測定系を絶縁するためにフォトカプラ等の回路を追加しなければならない。これに対し、カレント・トランスを用いる方法は、測定系と被測定系が絶縁されており、構成が比較的簡易で安価なことから、主に交流電流を扱う機器や設備において広く使用されている。

他方、ホール素子等の磁電変換素子を用いる方法は、検出対象の電流経路に発生する磁界を電圧や電気抵抗に変換することにより電流を検出するものである。この方法は、測定系と被測定系が絶縁されていることに加えて、直流と交流の広い周波数帯域で電流を検出できるなどの優れた特徴がある。

下記の特許文献１には、車載バッテリの端子に取り付けられた導電性部材（バスバー）に流れる電流を磁電変換素子によって検出するように構成された電流センサが記載されている。この電流センサは、被検出電流が流れる導電性部材を収容するスリットと、そのスリットに収容された状態の導電性部材の表面又は裏面と直交する位置に設けられた磁電変換素子及びバイアス磁石を有する。磁電変換素子及びバイアス磁石は、回路基板上に実装される。

特開２０１１−２４２３６７号公報

例えば分電盤などにおいて、多数の電流路に流れる電流をそれぞれ独立に検出しなければならない場合がある。そのような場合、電流検出のための装置はできるだけコンパクトであることや、取付け作業が容易であることなどが望まれる。

図６は、一般的なカレント・トランスを示す図であり、正面方向と側面方向から見たカレント・トランスの外観をそれぞれ示す。図６に示すカレント・トランスは、中心の孔にケーブルが挿通されるリング状のコア５１と、コアに巻回された２次巻線５２を有する。コア５１の穴を通るケーブルに被検出電流が流れると、被検出電流に比例した電流が２次巻線５２に流れる。このようなカレント・トランスを用いて分電盤等の多数のケーブルに流れる電流を検出する場合、図７に示すように、ケーブルを挿通する孔が重ならないように円形のコアを並べることになるため、無駄なスペースが多くなり、小型化が難しい。また、カレント・トランスの取付けには、コアの穴にケーブルを通す作業や、コアをケーブルや筺体などに固定する作業、コアに巻かれた２次巻線を筺体内部で引き回す作業など、煩雑な作業が必要になるという問題がある。

他方、上述した特許文献１のように、磁電変換素子などの電流センサが回路基板上に設けられた装置の場合、カレント・トランスに比べて無駄なスペースが少ない点で小型化に有利であり、取付け作業も比較的容易である。

回路基板上に電流センサが設けられた装置を用いて多数の電流路の電流を検出するには、例えば、被検出電流が流れる多数の電流路（バスバー等）を横方向に並べ、櫛状に形成された回路基板の各スリット（凹部）に電流路をそれぞれ位置させ、各スリットの直近に電流センサを配置することが考えられる。その場合、電流路（バスバー等）の列が１つだけでは横方向の幅が無駄に大きくなってしまうので、電流路の列を上下２段に配置することが考えられる。電流路の列を上下に配置する場合には、上の電流路列と下の電流路列との間隔をなるべく狭くして、装置サイズを小型化することが望まれる。

本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、より小さいサイズで複数の電流路の電流を検出できる電流検出装置を提供することにある。

本発明に係る電流検出装置は、それぞれ電流センサを有する少なくとも一対の矩形状の子基板と、前記一対の子基板が接続される親基板とを具備する。前記子基板は、被検出電流が流れる電流路をそれぞれ位置させるための複数の凹部であって、前記矩形形状の一辺に並んで形成された複数の凹部と、前記親基板との前記接続に用いられる子基板側コネクタと、前記複数の凹部が形成された前記矩形形状の一辺と対向する辺において、前記子基板側コネクタから離間する方向に突出した突出部とを有する。前記一対の子基板における一方の子基板は、前記親基板の一方の面に接続され、前記一対の子基板における他方の子基板は、前記親基板の他方の面に接続され、前記一方の子基板における前記複数の凹部は、前記親基板に近づく第１の方向に向かって平行に凹んでおり、前記他方の子基板における前記複数の凹部は、前記親基板に近づく方向であって、前記第１の方向と逆の方向に向かって平行に凹んでおり、前記子基板における前記突出部の縁と前記子基板側コネクタとの間に配線パターンが形成される。

上記の構成によれば、前記一方の子基板の凹部と前記他方の子基板の凹部とが、前記親基板に向かって互いに近づく方向に凹んでいるため、これらの凹部の内側にそれぞれ電流路を位置させることによって、電流路同士の間隔を近づけた状態にしつつ、それぞれの電流の検出が行われる。
また、前記一対の子基板が前記親基板の異なる面に接続されるため、前記子基板と前記親基板との接続部が、前記一対の子基板において互いに干渉しなくなる。これにより、前記凹部が前記親基板へ近づくように前記一対の子基板のそれぞれを前記親基板に配置させることが可能となる。
また、前記突出部の縁と前記子基板側コネクタとの間に前記配線パターンが形成されるため、前記子基板側コネクタと前記凹部との間の配線パターン数が減り、前記子基板側コネクタをより前記凹部の方に近づけて配置することが可能となる。これにより、前記子基板の前記凹部をより前記親基板に近づけることが可能になる。

好適に、前記突出部は、前記子基板の板面において前記第１の方向と垂直な方向における幅が前記子基板側コネクタより広くてよい。
これにより、前記突出部の縁と前記子基板側コネクタとの間の領域に前記配線パターンが出入りする部分の幅が広がり、この領域へより多くの配線パターンを通しやすくなる。

好適に、前記一対の子基板は互いに合同でよく、前記親基板の板面において前記第１の方向と垂直な方向における位置を揃えて前記親基板に接続されてよい。
これにより、前記一対の子基板の対応する前記凹部同士も、前記第１の方向と垂直な方向における位置が揃うようになる。

好適に、前記複数の凹部は幅が揃っていてよく、前記子基板の板面において前記第１の方向と垂直な方向へ等間隔に並んでいてよい。
これにより、前記複数の凹部の幅と間隔を、前記電流センサによって前記電流路の電流を適切に検出するために必要な最小限の幅と間隔に揃えることが可能となる。

好適に、前記複数の凹部は深さが揃っていてよい。また、前記親基板は、前記第１の方向と垂直な方向へ延びた２つの縁を有してよく、前記第１の方向において占める範囲が、前記一方の子基板に形成される前記凹部の底と前記他方の子基板に形成される前記凹部の底との間に含まれてよい。
これにより、前記凹部の内側に位置させる前記電流路を前記凹部の底に近づけても、前記電流路が前記親基板に当たらない（前記範囲に含まれない）ため、前記電流路をより前記親基板に近づけて配置すること可能となる。

本発明によれば、より小さいサイズで複数の電流路の電流を検出できる。

本発明の実施形態に係る電流検出装置の一例を示す正面図である。 図１に示す電流検出装置の平面図である。 図１に示す電流検出装置の右側面図である。 子基板の一例を示す図であり、表面から見た子基板を示す。 子基板の一例を示す図であり、裏面から見た子基板を示す。 一般的なカレント・トランスを示す図である。 多数のケーブルに流れる電流を検出するためにカレント・トランスを並べて配置する例を示す図である。

以下、図面を参照しながら本発明を説明する。
図１〜図３は、本発明の実施形態に係る電流検出装置１００の一例を示す図である。図１は電流検出装置１００を正面から見た図であり、図２は電流検出装置１００を上から見た図（平面図）であり、図３は電流検出装置１００を側面（右側）から見た図である。
図４及び図５は、電流検出装置１００に含まれる子基板１０−１〜１０−４の一例を示す図である。図４は子基板１０−１〜１０−４を表面から見た図であり、図５は子基板１０−１〜１０−４を裏面から見た図である。なお本明細書では、子基板１０−１〜１０−４における任意の一つを単に「子基板１０」と記す場合がある。

本実施形態に係る電流検出装置１００は、分電盤等において複数の電流路に流れる電流を検出する装置であり、図１〜図３に示す例では、２本のバスバー（５Ａ，５Ｂ）に形成された複数の分岐線３に流れる電流を検出する。細長い板状のバスバー５Ａ，５Ｂは同一方向へ平行に延びており、その延伸方向に複数の分岐線３が等間隔に形成される。各分岐線３は、バスバー５Ａ，５Ｂの延伸方向に対して垂直に延びている。また、バスバー５Ａの分岐線３とバスバー５Ｂの分岐線３は、互いに逆方向へ延びている。すなわち、バスバー５Ａの分岐線３は図１の紙面の表面から裏面の方向（図２の紙面の下から上の方向）へ延びており、バスバー５Ｂの分岐線３は図１の紙面の裏面から表面の方向（図２の紙面の上から下の方向）へ延びている。

電流検出装置１００は、上述した各分岐線３に流れる電流を検出するための電流センサ１３を備えた子基板１０−１〜１０−４を有するとともに、この子基板１０−１〜１０−４が共通に接続される親基板２０を有する。子基板１０−１，１０−３は、親基板２０の一方の面（図１における裏側の面）に接続され、子基板１０−２，１０−４は、親基板２０の他方の面（図１における表側の面）に接続される。子基板１０−１〜１０−４は、互いに合同な基板である。なお、子基板１０−１と１０−２のペア、並びに、子基板１０−３と１０−４のペアは、それぞれ本発明における一対の子基板の一例である。

子基板１０はやや横長の矩形形状を有しており、その矩形形状の一辺（長辺）に複数の凹部１１が形成される。複数の凹部１１は、幅と深さが揃っており、矩形形状の一辺において等間隔に並んでいる。これらの凹部１１の内側に上述した分岐線３が位置するように、バスバー（５Ａ，５Ｂ）と電流検出装置１００の相対的な配置が固定される。各凹部１１の近くには、分岐線３に流れる電流を検出するための電流センサ１３が配置される。電流センサ１３は、例えばホール素子や磁気抵抗素子などの磁電変換素子を含んでおり、凹部１１の内側に位置した分岐線３の周囲に生じる磁界に基づいて、分岐線３に流れる電流を検出する。

親基板２０の一方の面（図１における裏側の面）に接続される子基板１０−１及び１０−３の凹部１１は、親基板２０へ近づく矢印Ａの方向（図１の紙面の上から下への方向）へ平行に凹んでいる。他方、親基板２０の他方の面（図１における表側の面）に接続される子基板１０−２及び１０−４の凹部１１は、親基板２０へ近づく矢印Ｂの方向（図１の紙面の下から上への方向）へ平行に凹んでいる。図１に示すように、矢印Ｂと矢印Ａは互いに逆方向である。
すなわち、子基板１０−１及び１０−３の凹部１１と子基板１０−２及び１０−４の凹部１１は、互いに逆方向に凹んでおり、しかも、共に親基板２０へ近づく方向に凹んでいる。このような子基板１０−１及び１０−３の凹部１１の内側にバスバー５Ａの分岐線３を位置させ、子基板１０−２及び１０−４の凹部１１の内側にバスバー５Ｂの分岐線３を位置させることによって、凹部１１付近の電流センサ１３による電流の検出が可能になるだけでなく、両者の分岐線３が共に親基板２０へ近づけられることになり、その結果、バスバー５Ａとバスバー５Ｂの間隔が縮められることになる。

また、上述したペアをなす子基板１０（１０−１及び１０−２のペア，１０−３及び１０−４のペア）は、親基板２０の板面において図１の矢印Ａと垂直な矢印Ｃの方向（図１の紙面の横方向）における位置が揃うように、親基板２０と接続されている。
既に述べたように、ペアをなす子基板１０同士は合同であり、親基板２０の表面と裏面に接続され、かつ、凹部１１の凹み方向が互いに逆方向を向くように親基板２０に接続されている。そのため、ペアをなす子基板１０の配置は、図３に示すように、両基板の側面方向から見て点対称の関係にある。ここで更に、図１の矢印Ｃの方向（図１の紙面の横方向）における位置が揃うようにペアをなす子基板１０と親基板２０が接続されることによって、ペアをなす子基板１０の対応する凹部１１同士も、図１の矢印Ｃの方向（図１の紙面の横方向）における位置が揃うようになる。その結果、バスバー５Ａとバスバー５Ｂの対応する分岐線３同士も、図１の矢印Ｃの方向（図１の紙面の横方向）における位置が揃うようになり、この方向におけるサイズが全体的にコンパクトになる。

親基板２０は、バスバー５Ａ，５Ｂと同じ方向へ横長に延びた形状を有しており、その２つの縁が、図１の矢印Ｃの方向（図１の紙面の横方向）へ平行に延びている。図１における「Ｈ２」は、この２つの縁の一方から他方までの範囲、すなわち、親基板２０が図１の矢印Ａの方向（図１の紙面の縦方向）において占める範囲を表す。他方、図１における「Ｈ１」は、子基板１０−１，１０−３の凹部１１の底から子基板１０−２，１０−４の凹部１１の底までの範囲を表す。この図から明らかなように、範囲「Ｈ２」は範囲「Ｈ１」の中に含まれている。そのため、分岐線３が凹部１１の底に近づいても、分岐線３が親基板２０に当たることがないため、バスバー５Ａとバスバー５Ｂの間隔をより縮めることが可能である。

親基板２０の同じ面に接続される２つ子基板１０（１０−１及び１０−３，１０−２及び１０−４）は、親基板２０の板面において図１の矢印Ａの方向（図１の紙面の縦方向）における位置が揃い、かつ、図１の矢印Ｃの方向（図１の紙面の横方向）へ並んで配置されるように親基板２０と接続されている。この２つの子基板１０に形成される複数の凹部１１は、図１の矢印Ｃの方向（図１の紙面の横方向）へ等間隔に並んでおり、この等間隔の配置は、隣接する２つの子基板１０の境界においても保たれている。凹部１１同士に挟まれる子基板の辺の幅より、端の辺の幅が半分以下になるように子基板１０が形成されているため、隣接する２つの子基板１０の間の隙間も含めて、凹部１１が、等間隔に並ぶようになっている。

また、子基板１０は、図５において示すように、親基板２０との接続に用いられるコネクタ１４（子基板側コネクタ）を有するとともに、複数の凹部１１が形成される辺と対向する辺においてコネクタ１４から離間する方向に突出した突出部１２を有する。子基板１０における突出部１２の縁とコネクタ１４との間には、配線パターン１６が形成される。

配線パターン１６が突出部１２側に形成されることにより、コネクタ１４と凹部１１との間の配線を減らすことができるため、コネクタ１４をより凹部１１側に近づけて配置することが可能になる。コネクタ１４と凹部１１が近づくことは、コネクタ１４の接続相手である親基板側コネクタ（不図示）と凹部１１が近づくことになるため、親基板２０上における親基板側コネクタの位置を同じにして比較した場合、凹部１１がより親基板２０に近づくことになる。その結果、分岐線３が親基板２０へ近づけられることになり、バスバー５Ａとバスバー５Ｂの間隔が縮められることになる。

図５に示す子基板１０の突出部１２は、子基板１０の板面において凹部１１が凹む方向と垂直な方向（図５における紙面の横方向）に幅Ｗ２を有しており、コネクタ１４は、これと同じ方向に幅Ｗ１を有している。図５から明らかなように、突出部１２の幅Ｗ２は、コネクタ１４の幅Ｗ１より広くなっている。これにより、突出部１２の縁とコネクタ１４との間の領域に配線パターンが出入りする部分の幅が広くなるため、この領域へより多くの配線パターンを通すことが可能になる。

以上説明したように、本実施形態に係る電流検出装置１００によれば、電流センサ１３を備えた矩形状の子基板１０の一辺に、被検出電流が流れる分岐線３を位置させるための複数の凹部１１が並んで形成される。対をなす子基板１０（１０−１及び１０−２のペア、１０−３及び１０−４のペア）の一方が親基板２０の一方の面に接続され、対をなす子基板１０の他方が親基板２０の他方の面に接続される。一方の子基板１０（１０−１，１０−３）における複数の凹部１０は、親基板２０に近づく矢印Ａ（図１）の方向に向かって平行に凹んでおり、他方の子基板１０（１０−２，１０−４）における複数の凹部１０は、親基板２０に近づく方向であって、矢印Ａと逆の矢印Ｂ（図１）の方向に向かって平行に凹んでいる。
このように、対をなす一方の子基板１０の凹部１１と他方の子基板１０の凹部１１とが、親基板２０に向かって互いに近づく方向に凹んでいるため、これらの凹部１１の内側に分岐線３を位置させることにより、分岐線３同士の間隔を近づけた状態で、それぞれの電流を検出することができる。これにより、バスバー５Ａとバスバー５Ｂの間隔を狭くして、装置サイズを小型化することができる。

また、本実施形態に係る電流検出装置１００によれば、対をなす子基板１０の一方が親基板２０の一方の面に接続され、対をなす子基板１０の他方が親基板２０の他方の面に接続されるため、子基板１０と親基板２０との接続部が、対をなす２つの子基板１０において互いに干渉しなくなる。これにより、対をなす子基板１０の凹部１１をそれぞれ親基板２０に近づけて配置することが可能となり、バスバー５Ａとバスバー５Ｂの間隔を狭くして、装置サイズを小型化することができる。

また、本実施形態に係る電流検出装置１００によれば、子基板１０において複数の凹部１１が形成された一辺と対向する辺に、コネクタ１４から離間する方向へ突出した突出部１２が形成されており、この突出部１２の縁とコネクタ１４との間に配線パターン１６が形成される。これにより、コネクタ１４と凹部１１との間の配線パターン数が減り、コネクタ１４をより凹部１１側に近づけて配置できるため、子基板１０の凹部１１をより親基板２０に近づけることが可能になる。その結果、分岐線３が親基板２０へ近づけられることになるため、バスバー５Ａとバスバー５Ｂの間隔を狭くして、装置サイズを小型化することができる。

また、本実施形態に係る電流検出装置１００によれば、子基板１０の板面において凹部１１が凹む方向と垂直な方向（図５における紙面の横方向）における突出部１２の幅Ｗ２が、これと同じ方向におけるコネクタ１４の幅Ｗ１に比べて広くなっている。これにより、突出部１２の縁とコネクタ１４との間の領域に配線パターンが出入りする部分の幅が広くなるため、この領域へ配線パターンを通し易くすることができる。

また、本実施形態に係る電流検出装置１００によれば、対をなす子基板１０が互いに合同であり、親基板２０の板面において矢印Ａと垂直な矢印Ｃの方向（図１の紙面の横方向）における位置を揃えて親基板２０に接続されている。これにより、ペアをなす子基板１０の対応する凹部１１同士も、図１の矢印Ｃの方向（図１の紙面の横方向）における位置が揃うようになるため、バスバー５Ａとバスバー５Ｂの対応する分岐線３同士も、図１の矢印Ｃの方向（図１の紙面の横方向）における位置が揃うようになり、この方向における装置サイズを小型化することができる。

また、本実施形態に係る電流検出装置１００によれば、子基板１０に形成される複数の凹部１１の幅が一様に揃っており、子基板１０の板面において凹部１１が凹む方向と垂直な方向（図４，図５の紙面の横方向）へ凹部１０が等間隔に並んでいる。これにより、複数の凹部１１の幅と間隔を、電流センサ１１によって分岐線３の電流を適切に検出し得る最小限の幅と間隔に揃えることができるため、子基板１０のサイズを小型化することができる。

また、本実施形態に係る電流検出装置１００によれば、子基板１０に形成される複数の凹部１１の深さが一様に揃っており、親基板２０は、この凹部１１の凹み方向（図１の紙面の縦方向）と垂直な方向（図１の紙面の横方向）に延びた２つの縁を有する。親基板２０は、凹部１１の凹み方向（図１の紙面の縦方向）において範囲「Ｈ２」を占めている。親基板２０が占めるこの範囲「Ｈ２」は、対をなす子基板１０の一方に形成される凹部１１の底から、当該対をなす子基板１０の他方に形成される凹部１１の他方に形成される凹部１１の底までの範囲「Ｈ１」の中に含まれている。
これにより、分岐線３が凹部１１の底に近づいても、分岐線３が親基板２０に当たることがないため、バスバー５Ａとバスバー５Ｂの間隔をより狭くして、装置サイズを小型化することができる。

以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、種々のバリエーションを含んでいる。
例えば、子基板１０に形成される凹部１１の数やその幅、間隔、深さなどは任意であり、上述した図に示すものに限定されない。親基板１０に接続される子基板１０の数も任意に変更してよい。

３…分岐線、５Ａ，５Ｂ…バスバー、１０，１０−１〜１０−４…子基板、１１…凹部、１２…突出部、１３…電流センサ、１４…コネクタ、１６…配線パターン、２０…親基板、１００…電流検出装置。

Claims (5)

1. それぞれ電流センサを有する少なくとも一対の矩形状の子基板と、
   前記一対の子基板が接続される親基板と
   を具備し、
   前記子基板は、
   被検出電流が流れる電流路をそれぞれ位置させるための複数の凹部であって、前記矩形形状の一辺に並んで形成された複数の凹部と、
   前記親基板との前記接続に用いられる子基板側コネクタと、
   前記複数の凹部が形成された前記矩形形状の一辺と対向する辺において、前記子基板側コネクタから離間する方向に突出した突出部と
   を有し、
   前記一対の子基板における一方の子基板は、前記親基板の一方の面に接続され、
   前記一対の子基板における他方の子基板は、前記親基板の他方の面に接続され、
   前記一方の子基板における前記複数の凹部は、前記親基板に近づく第１の方向に向かって平行に凹んでおり、
   前記他方の子基板における前記複数の凹部は、前記親基板に近づく方向であって、前記第１の方向と逆の方向に向かって平行に凹んでおり、
   前記子基板における前記突出部の縁と前記子基板側コネクタとの間に配線パターンが形成される
   ことを特徴とする電流検出装置。
2. 前記突出部は、前記子基板の板面において前記第１の方向と垂直な方向における幅が前記子基板側コネクタより広い
   ことを特徴とする請求項１に記載の電流検出装置。
3. 前記一対の子基板は互いに合同であり、前記親基板の板面において前記第１の方向と垂直な方向における位置を揃えて前記親基板に接続される
   ことを特徴とする請求項２に記載の電流検出装置。
4. 前記複数の凹部は幅が揃っており、前記子基板の板面において前記第１の方向と垂直な方向へ等間隔に並んでいる
   ことを特徴とする請求項３に記載の電流検出装置。
5. 前記複数の凹部は深さが揃っており、
   前記親基板は、前記第１の方向と垂直な方向へ延びた２つの縁を有し、前記第１の方向において占める範囲が、前記一方の子基板に形成される前記凹部の底と前記他方の子基板に形成される前記凹部の底との間に含まれる
   ことを特徴とする請求項４に記載の電流検出装置。
   

Images