JP2015219140A

JP2015219140A - 電流検出装置

Info

Publication number: JP2015219140A
Application number: JP2014103383A
Authority: JP
Inventors: 希木全; Nozomi Kimata; 達之山口; Tatsuyuki Yamaguchi
Original assignee: Tokai Rika Co Ltd
Current assignee: Tokai Rika Co Ltd
Priority date: 2014-05-19
Filing date: 2014-05-19
Publication date: 2015-12-07

Abstract

【課題】小型化及び検出精度に優れた電流検出装置を提供する。【解決手段】電流検出装置１は、バスバー１０に流れる電流の一部が流れる主路と、バスバー１０に流れる電流の一部が流れる副路と、副路に装着され、副路に流れる電流を検出する検出ユニット２０と、を有し、検出ユニット２０は、副路に流れる電流を導通させる導体部２２ｂを有して構成される。【選択図】図１

Description

本発明は、電流検出装置に関し、特に、バスバーに取り付けられて電流検出を行なう電流検出装置に関する。

従来、バスバーに流れる電流を分流し、その分流した電流を検出センサにより測定し、バスバーに流れる電流を測定する電流センサがある。特許文献１によれば、このような電流センサは、高抵抗電流路は、バスバーの長手方向の中間部にコの字型に形成され、被測定電流Ｉinの流れる方向に略平行で低抵抗電流路に近い第１の折曲げラインと、第１の折曲げラインと平行で低抵抗電流路から遠い第２の折曲げラインとに沿ってそれぞれ略直角に折り曲げられて庇状になっている。そしてコの字型の高抵抗電流路の底辺（底部）は低抵抗電流路の幅内で低抵抗電流路の上方に位置する。高抵抗電流路の底辺(底部)の長手方向の中間部を囲むようにリング状磁気コアが配置される。このリング状磁気コアのギャップ部に配置されたホールＩＣにより高抵抗電流路に流れる電流に基づく磁界の強さを検出し、これに基づいて、高抵抗電流路に流れる電流、低抵抗電流路に流れる電流を算出する。これにより、バスバーに流れる電流を検出する。（例えば、特許文献１参照）。

しかし、従来の構成では、磁気コアを要することから装置として大型化するという問題があった。また、低抵抗電流路を流れる電流により発生する磁界がホールＩＣに影響するという問題があった。

特開２０１０−８５２２８号公報

従って、本発明の目的は、小型化及び検出精度に優れた電流検出装置を提供することにある。

［１］本発明は、上記目的を達成するために、バスバーに流れる電流の一部が流れる主路と、前記バスバーに流れる電流の一部が流れる副路と、前記副路に装着され、前記副路に流れる電流を検出する検出ユニットと、を有し、前記検出ユニットは、前記副路に流れる電流を導通させる導体部を有して構成されていることを特徴とする電流検出装置を提供する。

［２］前記検出ユニットは、ホール素子を備えることを特徴とする上記［１］に記載の電流検出装置であってもよい。

［３］また、前記主路、前記副路は、前記バスバーの中心線に対して対称に形成され、前記検出ユニットは、前記バスバーの中心線上に配置されていることを特徴とする上記［１］又は［２］に記載の電流検出装置であってもよい。

［４］また、前記検出ユニットは、前記バスバーの板厚内に収容されていることを特徴とする上記［１］から［３］のいずれか１に記載の電流検出装置であってもよい。

本発明によると、小型化及び検出精度に優れた電流検出装置が可能となる。

図１（ａ）は、本願発明の実施の形態に係る電流検出装置を説明するための全体斜視図であり、図１（ｂ）は、図１（ａ）のＡ−Ａ断面を示す断面図である。図２は、図１のＢ方向から見たバスバーの上平面図である。図３（ａ）は、図１のＢ方向から見た検出ユニットの上平面図であり、図３（ｂ）は、図１のＤ方向から見た検出ユニットの下平面図である。図４（ａ）は、図１のＤ方向から見たバスバーであって、電流検出装置に流れる電流を示す上平面図であり、図４（ｂ）は、図４（ａ）のＥ−Ｅ断面を示す断面図であって、電流により発生する磁界を示す断面図である。図５は、従来技術を説明するための図である。

［本発明の実施の形態］
（電流検出装置の構成）
図１（ａ）は、本願発明の実施の形態に係る電流検出装置を説明するための全体斜視図であり、図１（ｂ）は、図１（ａ）のＡ−Ａ断面を示す断面図である。

本願発明の実施の形態に係る電流検出装置１は、バスバー１０に流れる電流の一部が流れる主路と、バスバー１０に流れる電流の一部が流れる副路と、副路に装着され、副路に流れる電流を検出する検出ユニット２０と、を有し、検出ユニット２０は、副路に流れる電流を導通させる導体部２２ｂを有して構成されている。

ここで、主路は、バスバー１０に形成された貫通穴部１３及び副路を除く断面部を電流が流れる経路である。本実施の形態では、主路は、第１経路１１と第２経路１２から構成されている。

また、副路は、バスバー１０に形成された接続部１４、１５と検出素子２２の中を貫通して電流が流れる導体部２２ｂで構成されている。

本願発明の実施の形態に係る電流検出装置１は、バスバー１０に流れる電流を分流し、電流の一部を第１経路１１と第２経路１２に流し、電流の一部を接続部１４、１５を経由して検出素子２２の中に設けられた導体部２２ｂに流す。これにより、導体部２２ｂに流れた電流から電流量を測定し、バスバー１０全体に流れる電流を測定できる構成とされている。

図２は、図１のＢ方向から見たバスバーの上平面図である。バスバー１０は、電流を流すための導体で形成されており、本実施の形態では、図１等に示すような帯状の長尺形状に形成されている。

検出ユニット２０が装着される領域には、貫通穴部１３が形成されている。貫通穴部１３の両側は、電流が流れる第１経路１１と第２経路１２となる。また、バスバー１０の上流及び下流側の中央部には、貫通穴部１３の端部に接続部１４、１５が板厚方向に突設されている（図１（ａ）参照）。これにより、バスバー１０全体に流れる電流Ｉ_０は、主路である第１経路１１及び第２経路１２を流れる電流Ｉ_１、Ｉ_２と、副路である接続部１４、１５を経由する検出ユニット２０に流れる電流Ｉ_３（図４参照）に分流される。

図３（ａ）は、図１のＢ方向から見た検出ユニットの上平面図であり、図３（ｂ）は、図１のＤ方向から見た検出ユニットの下平面図である。

基板２１は、プリント配線基板（ＰＣＢ）であって、図３（ａ）に示すように、矩形の一部に接続部１４、１５に嵌合する切欠部２１ａ、２１ｂが形成されている。

図３（ｂ）に示す基板２１の表面には、接続部１４、１５と電気的な接続がされて、検出素子２２に接続される配線パターン２３ａ、２３ｂが形成されている。また、基板中央部には、検出素子２２が、配線パターン２３ａ、２３ｂにリード部２２ｃで電気的に接続されて基板上に実装されている。

検出素子２２は、図３（ｂ）に示すように、パッケージ内に、ホール素子２２ａとその近傍を通過する導体部２２ｂを収容して構成されている。ホール素子２２ａは、リード部２２ｃにより電源供給、検出信号の出力等がされる。また、導体部２２ｂは、リード部２２ｃにより配線パターン２３ａ、２３ｂと電気的に接続される。

上記のように、検出ユニット２０は、基板２１に実装された検出素子２２により構成されている。この検出ユニット２０は、図１（ａ）、（ｂ）に示すように、検出素子２２が貫通穴部１３内に収容される向きに組み付けられる。基板２１の片面がバスバー１０の表面に当て付けられた状態で、接続部１４、１５と配線パターン２３ａ、２３ｂがはんだ付け又は溶接等によって電気的に接続される。これにより、バスバー１０と検出ユニット２０によって電流検出装置１が構成される。

図４（ａ）は、図１のＤ方向から見たバスバーであって、電流検出装置に流れる電流を示す上平面図であり、図４（ｂ）は、図４（ａ）のＥ−Ｅ断面を示す断面図であって、電流により発生する磁界を示す断面図である。図４は、検出素子２２や配線パターン２３ａ、２３ｂ等が見えるように、図１のＤ方向から見た図としている。

図４（ａ）に示すように、バスバー１０全体に流れる電流Ｉ_０は、主路である第１経路１１及び第２経路１２を流れる電流Ｉ_１、Ｉ_２と、副路である接続部１４、１５を経由する検出ユニット２０に流れる電流Ｉ_３に分流される。ここで、図４（ｂ）に示すように、第１経路１１を流れる電流Ｉ_１は第１経路１１の断面積Ｓ_１、第２経路１２を流れる電流Ｉ_２は第２経路１２の断面積Ｓ_２に比例する。また、検出ユニット２０に流れる電流Ｉ_３は、ホール素子２２ａ内の導体部２２ｂの断面積Ｓ_３等により決まる。詳細には、配線パターン２３ａ、２３ｂと導体部２２ｂにかかる各電圧の和が接続部１４、１５間の電圧値となる条件から決まる。しかし、導体部２２ｂの断面積Ｓ_３が検出ユニット２０に流れる電流の律速条件となるように設定することにより、検出ユニット２０に流れる電流Ｉ_３が導体部２２ｂの断面積Ｓ_３に比例する構成とすることができる。

（電流検出動作）
上記のことから、バスバー１０に流れる電流Ｉ_０は、次のように求められる。まず、検出ユニット２０内のホール素子２２ａで、検出ユニット２０内の導体部２２ｂに流れる電流Ｉ_３により発生する磁界の強さを測定する。この測定された磁界の強さから電流Ｉ_３が換算により求まり、面積比（Ｓ_１＋Ｓ_２）/Ｓ_３を掛けることにより電流Ｉ_１＋Ｉ_２が求まる。したがって、バスバー１０に流れる電流Ｉ_０は、電流Ｉ_１＋Ｉ_２＋Ｉ_３から、Ｉ_０＝Ｉ_３（Ｓ_１＋Ｓ_２＋Ｓ_３）/Ｓ_３により求めることができる。

図４（ｂ）に示すように、第１経路１１を流れる電流Ｉ_１によって第１経路１１の周りに磁界Ｂ_１が発生すると共に、第２経路１２を流れる電流Ｉ_２によって第２経路１２の周りに磁界Ｂ_２が発生する。この磁界Ｂ_１、Ｂ_２は、アンペールの法則（右ねじの法則）に従って発生するが、ホール素子２２ａの位置においては向きが互いに逆である。したがって、ホール素子２２ａの位置において、主路（第１経路１１及び第２経路１２）を流れる電流による影響を打ち消すことができる。

図１、図４に示すように、バスバー１０の中心線ＣＬに対して、第１経路１１、第２経路１２、貫通穴部１３を対称に形成し、検出ユニット２０をこの中心線ＣＬ上に配置することにより、ホール素子２２ａの位置において、主路（第１経路１１及び第２経路１２）を流れる電流による影響を受けないようにできる。

また、図１に示すバスバー１０の板厚Ｈ内に検出素子２２、ホール素子２２ａが収まるように配置することによって、さらにホール素子２２ａを対称な位置に配置することができる。これにより、さらに、ホール素子２２ａの位置において、主路（第１経路１１及び第２経路１２）を流れる電流による影響を受けないようにできる。

（比較例）
図５は、従来技術（特許文献１）を説明するための図である。バスバー１００と高抵抗電流路１０１に電流が分流され、高抵抗電流路１０１に流れる電流により発生する磁束Ｂ_１００をコア１０２のギャップ部に配置した磁気センサ（ホール素子）１０３で検出する。この検出された磁界の強さにより、バスバー１００に流れる電流量を検出する。

しかし、図５からわかるように、紙面の左右方向には対称であるが、上下方向には対称な配置ではない。したがって、主路（バスバー１００）に流れる電流による影響を受ける。これにより、高抵抗電流路１０１に流れる電流により発生する磁束Ｂ_１００は誤差を有し、また、磁気センサ（ホール素子）１０３も主路（バスバー１００）に流れる電流による磁界の影響を受ける。よって、電流検出の精度が低下することになる。

（本発明の実施の形態の効果）
以上から、本発明の実施の形態に係る電流検出装置１は、以下のような効果を有する。
（１）検出ユニット２０は、内部に導体部２２ｂを備えたホール素子２２ａを有して構成されるので、コアを必要としない。これにより、電流検出装置の小型化が可能となる。また、コアを必要としないため、電流検出装置の低コスト化が可能となる。
（２）検出ユニット２０は、内部に導体部２２ｂを備えたホール素子２２ａを有して構成されるので、検出ユニット２０の取付精度が悪くても、検出精度が低下しないという効果を有する。
（３）本発明の実施の形態に係る電流検出装置１は、バスバー１０の中心線ＣＬに対して、第１経路１１、第２経路１２、貫通穴部１３を対称に形成し、検出ユニット２０をこの中心線ＣＬ上に配置することが可能である。このような構成にすることで、ホール素子２２ａの位置において、主路（第１経路１１及び第２経路１２）を流れる電流による影響を受けないようにできる。これにより、検出精度に優れた電流検出装置が可能となる。
（４）本発明の実施の形態に係る電流検出装置１は、図１に示すバスバー１０の板厚Ｈ内に検出素子２２、ホール素子２２ａが収まるように配置することが可能である。このような構成にすることで、さらに、ホール素子２２ａの位置において、主路（第１経路１１及び第２経路１２）を流れる電流による影響を受けないようにできる。これにより、検出精度に優れた電流検出装置が可能となる。

１…電流検出装置
１０…バスバー、１１…第１経路、１２…第２経路、１３…貫通穴部、１４、１５…接続部
２０…検出ユニット、２１…基板、２１ａ、２１ｂ…切欠部、２２…検出素子、２２ａ…ホール素子、２２ｂ…導体部、２３、２３ａ、２３ｂ…導体部
Ｉ_０、Ｉ_１、Ｉ_２、Ｉ_３…電流
Ｓ_１、Ｓ_２、Ｓ_３…断面積
ＣＬ…中心線

Claims

バスバーに流れる電流の一部が流れる主路と、
前記バスバーに流れる電流の一部が流れる副路と、
前記副路に装着され、前記副路に流れる電流を検出する検出ユニットと、を有し、
前記検出ユニットは、前記副路に流れる電流を導通させる導体部を有して構成されていることを特徴とする電流検出装置。
前記検出ユニットは、ホール素子を備えることを特徴とする請求項１に記載の電流検出装置。
前記主路、前記副路は、前記バスバーの中心線に対して対称に形成され、前記検出ユニットは、前記バスバーの中心線上に配置されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の電流検出装置。
前記検出ユニットは、前記バスバーの板厚内に収容されていることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の電流検出装置。