JP2017026392A - スイッチボックス及び過電流防止方法 - Google Patents

Abstract

【課題】大型化を招くことなく、スイッチング素子に流れる電流を高精度に検出してスイッチング素子を保護することが可能なスイッチボックス及び過電流防止方法を提供する。
【解決手段】導体パターンを有する回路基板４０と、回路基板４０に実装されたスイッチング素子４５と、一端側に接続端子部２１Ａ，２１Ｂを有し、他端側に回路基板４０の導体パターンに接続されてスイッチング素子４５に対して導体パターンを介して導通される実装部４２を有するバスバー４１と、回路基板４０に実装されてバスバー４１に電流が流れることで生じる磁界を検出する磁気センサ４６と、を備え、磁気センサ４６は、回路基板４０とバスバー４１との間に形成される隙間Ｇ内に配置された状態で回路基板４０に実装されている。
【選択図】図５

Description

本発明は、車両の電源システムなどに設けられるスイッチボックス及び過電流防止方法に関する。

例えば、メインバッテリーのほかにバックアップ用の予備バッテリーであるセカンドバッテリーを備えた車両用の電源システムでは、メインバッテリーとセカンドバッテリーとの間に、スイッチング素子を備えたスイッチボックスが設けられており、このスイッチボックスのスイッチング素子によってセカンドバッテリーからの電流の供給が制御される（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１３−１９８３１８号公報

ところで、スイッチボックス内のスイッチング素子に過電流が流れると、スイッチング素子が損傷するおそれがある。このため、スイッチボックスでは、シャント抵抗を設けてこの電圧降下を監視することにより過電流を検出し、スイッチング素子が損傷する前にスイッチング素子をオフにする。これでスイッチング素子への過電流を防止することが考えられるが、シャント抵抗を設けることで、スイッチボックスが大型化してしまい、しかも、シャント抵抗が発熱部品となり、温度要求を満たさなくなるおそれがある。また、スイッチング素子に流れる電流を検出するカレントトランスのような電流センサを設け、この電流センサで検出された電流値を監視し、スイッチング素子への過電流を防止することも考えられるが、この場合も、電流センサを設けることで、スイッチボックスが大型化するという問題があった。

本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、大型化を招くことなく、スイッチング素子に流れる電流を高精度に検出してスイッチング素子を保護することが可能なスイッチボックス及び過電流防止方法を提供することにある。

前述した目的を達成するために、本発明に係るスイッチボックスは、下記（１）〜（５）を特徴としている。
（１） 導体パターンを有する回路基板と、
該回路基板に実装されたスイッチング素子と、
一端側に電流入出力部を有し、他端側に前記回路基板の前記導体パターンに接続されて前記スイッチング素子に対して前記導体パターンを介して導通される実装部を有するバスバーと、
前記回路基板に実装されて前記バスバーに電流が流れることで生じる磁界を検出する磁気センサと、
を備え、
前記磁気センサは、前記回路基板と前記バスバーとの間に形成される隙間内に配置された状態で前記回路基板に実装されている
ことを特徴とするスイッチボックス。
（２） 前記回路基板には、前記スイッチング素子が複数実装され、
前記バスバーの前記実装部は、前記導体パターンを介して前記スイッチング素子と導通する複数の分合流接続部を有し、
前記磁気センサは、前記分合流接続部よりも前記電流入出力部側に配置されている
ことを特徴とする（１）に記載のスイッチボックス。
（３） 前記バスバーは、前記電流入出力部と前記実装部との間に、前記電流入出力部と前記実装部とに沿う方向と直交する方向に折り曲げられた折り曲げ部を有し、
前記磁気センサは、前記折り曲げ部の近傍に配置されている
ことを特徴とする（１）または（２）に記載のスイッチボックス。
（４） 前記バスバー及び前記回路基板を介して前記磁気センサの表裏を覆う磁性材料から形成された一対のシールド板を備える
ことを特徴とする（１）乃至（３）のいずれかに記載のスイッチボックス。
（５） 複数の前記バスバーが並列に配置されて前記回路基板に実装され、
少なくとも一つのバスバーは、その延在方向に対して直交する方向に延びる側方延在部を有し、該側方延在部の端部が前記電流入出力部とされている
ことを特徴とする（１）または（２）に記載のスイッチボックス。

上記（１）の構成のスイッチボックスでは、磁気センサからの検出信号に基づいて、バスバーに流れる電流の電流値を求めてスイッチング素子への過電流を判定し、スイッチング素子への電流を遮断させて過電流による損傷を防ぐことができる。
また、磁気センサは、回路基板にバスバーを実装することで形成される回路基板とバスバーとの間の隙間内に配置された状態で回路基板に実装されているので、大型化を抑制できる。
つまり、構造を変更したり大型化を招くことなく、スイッチング素子に流れる電流を高精度に検出してスイッチング素子を保護することができる。
上記（２）の構成のスイッチボックスでは、分合流接続部よりも電流入出力部側では、大きな電流が安定して流れ、生じる磁界の磁束密度も大きくなる。したがって、磁気センサを分合流接続部よりも電流入出力部側に配置したことにより、磁性体材料からなる集磁部材などを用いることなく、磁気センサによって確実に磁界を検出させることができ、電流検出の誤差を抑制できる。
上記（３）の構成のスイッチボックスでは、電流が流れる際に生じる磁界の磁束密度が大きくなる折り曲げ部の近傍に磁気センサを配置させたので、磁気センサによってさらに確実に磁界を検出させることができ、電流検出の誤差をより抑制できる。また、折り曲げ部によって電流入出力部と実装部との間の寸法誤差を吸収させることができる。
上記（４）の構成のスイッチボックスでは、バスバー及び回路基板を介して磁気センサの表裏が一対のシールド板によって覆われているので、例えば、ケーブルや車体のボディが近傍に配置されたとしても、バスバーに電流が流れることで生じる磁界を安定化させることができる。これにより、ノイズによる影響を極力抑え、磁気センサによって確実に磁界を検出させることができ、電流検出の誤差を抑制できる。
上記（５）の構成のスイッチボックスでは、例えば、近傍に配策されたケーブルに流れる電流によって生じる外部からの磁界の向きに応じて、磁気センサの実装位置を、側方延在部を有するバスバーの側方延在部と回路基板との間または側方延在部のないバスバーと回路基板との間で選択することにより、外部からの磁界の影響を軽減し、過電流の検出精度を高めることができる。
また、側方延在部を有するバスバーの電流入出力部及び側方延在部のないバスバーの電流入出力部の位置が異なることとなるので、規格外の大型で複雑形状の端子を用いたり、筐体の外観を大きく変えることによるコストアップなく、車種毎に大きさが異なる車両の設置スペースへ容易に設置でき、また、電流入出力部に大径のケーブルを接続することができる。
このように、外部からの磁界による過電流検出精度の低下が抑えられ、かつ接続電線の取り回しの自由度が高められ、さらに、各種の車両に対応可能な電流入出力部を有するスイッチボックスを提供できる。

また、上述した目的を達成するために、本発明に係る過電流防止方法は、下記（６）を特徴としている。
（６） 導体パターンを有する回路基板と、
該回路基板に実装されたスイッチング素子と、
一端側に電流入出力部を有し、他端側に前記回路基板の前記導体パターンに接続されて前記スイッチング素子に対して前記導体パターンを介して導通される実装部を有するバスバーと、
前記回路基板に実装されて前記バスバーに電流が流れることで生じる磁界を検出する磁気センサと、
を備えたスイッチボックスにおける過電流防止方法であって、
前記磁気センサからの検出結果に基づいて、前記バスバーに所定以上の電流値の電流が所定時間以上流れた際に、前記スイッチング素子への電流を遮断させる
ことを特徴とする過電流防止方法。

上記（６）の構成の過電流防止方法では、磁気センサからの検出信号に基づいて、バスバーに流れる電流の電流値を求めてスイッチング素子への過電流を確実に防止し、スイッチング素子を保護することができる。

本発明によれば、大型化を招くことなく、スイッチング素子に流れる電流を高精度に検出してスイッチング素子を保護することが可能なスイッチボックス及び過電流防止方法を提供できる。

以上、本発明について簡潔に説明した。更に、以下に説明される発明を実施するための形態（以下、「実施形態」という。）を添付の図面を参照して通読することにより、本発明の詳細は更に明確化されるであろう。

図１は、第１実施形態に係るスイッチボックスの斜視図である。 図２は、筐体内に収容される回路基板の斜視図である。 図３は、バスバーの斜視図である。 図４は、バスバーを示す図であって、図４（ａ）はバスバーの平面図、図４（ｂ）はバスバーの側面図、図４（ｃ）はバスバーの正面図である。 図５は、磁気センサの配置を説明する回路基板の一部の斜視図である。 図６は、磁気センサの配置を説明する回路基板及びバスバーの概略断面図である。 図７は、磁気センサの配置を説明する回路基板におけるバスバーの先端側から視た概略正面図である。 図８は、バスバーにおける電流の流れを示す図であって、図８（ａ）は電流の流れがストレートのバスバーの斜視図、図８（ｂ）は電流の流れが分合流接続部で分流されるバスバーの斜視図である。 図９は、電流の流れがストレートのバスバー及び電流の流れが分合流接続部で分流されるバスバーのそれぞれの周囲に生じる磁束密度の長手方向に沿う変動を示すグラフである。 図１０は、第２実施形態を説明する回路基板に実装されたバスバーの斜視図である。 図１１は、磁気センサの配置を説明する回路基板の一部の斜視図である。 図１２は、磁気センサの配置を説明する回路基板及びバスバーの概略断面図である。 図１３は、磁気センサの配置を説明する回路基板におけるバスバーの先端側から視た概略正面図である。 図１４は、バスバーの実装部における長手方向の検出位置に対する検出磁束密度の増加率を示すグラフである。 図１５は、第３実施形態を説明する回路基板に実装されたバスバーの斜視図である。 図１６は、シールド板の配置を説明する回路基板に実装されたバスバーの平面図である。 図１７は、シールド板の配置を説明する回路基板及びバスバーの概略断面図である。 図１８は、シールド板の配置を説明する回路基板におけるバスバーの先端側から視た概略正面図である。 図１９は、磁気センサに対するシールド板の配置とノイズカット率との関係を示すグラフである。 図２０は、第４実施形態を説明する筐体内に収容される回路基板の斜視図である。 図２１は、第４実施形態を説明する筐体内に収容される回路基板の平面図である。 図２２は、第４実施形態を説明する筐体内に収容される回路基板の側面図である。 図２３は、バスバーに流れる電流の向き及び磁界の向きを説明する回路基板の平面図である。 図２４は、磁気センサの実装位置を説明するバスバー及び磁気センサの概略平面図である。 図２５は、バスバーの側方延在部で発生する磁界の磁束密度の増減率を示すグラフ図である。 図２６は、バスバーの側方延在部の形成位置と磁束密度の最大となる傾き角との関係を説明するバスバーの平面図である。

本発明に関する具体的な実施形態について、各図を参照しながら以下に説明する。

（第１実施形態）
図１は、第１実施形態に係るスイッチボックスの斜視図である。
図１に示すように、本実施形態に係るスイッチボックス１０は、直方体形状の筐体１１を有している。このスイッチボックス１０は、例えば、自動車等の車両の電源システムに組み込まれて使用される。

このスイッチボックス１０は、筐体１１の前面部１１ａに、二つの接続端子部（電流入出力部）２１Ａ，２１Ｂが露出されている。接続端子部２１Ａ，２１Ｂには、接続相手の端子部がボルトによって締結されて接続される。これらの接続端子部２１Ａ，２１Ｂには、接続相手の端子部と締結するためのボルトが挿通されるボルト挿通孔２２が形成されている。

また、筐体１１の前面部１１ａには、コネクタ２３が設けられており、このコネクタ２３の嵌合凹部２３ａが前面部１１ａに露出している。このコネクタ２３には、ワイヤハーネスの制御線に設けられた相手方コネクタが嵌合されて接続される。

この筐体１１は、下ケース３１と上ケース３２とから構成されている。上ケース３２は、下ケース３１に対して着脱される。

図２は、筐体内に収容される回路基板の斜視図である。
図２に示すように、スイッチボックス１０には、筐体１１内に、導体パターンを有する回路基板４０が収容されている。この回路基板４０には、二つのバスバー４１が実装されている。これらのバスバー４１は、その端部がボルト挿通孔２２を有する接続端子部２１Ａ，２１Ｂとされている。また、コネクタ２３も回路基板４０に実装されている。

回路基板４０には、スイッチング素子４５及び磁気センサ４６が実装されている。また、回路基板４０には、スイッチング素子４５及び磁気センサ４６以外の電子部品４７も実装されている。スイッチング素子４５は、ＭＯＳＦＥＴなどの半導体素子である。

図３は、バスバーの斜視図である。図４は、バスバーを示す図であって、図４（ａ）はバスバーの平面図、図４（ｂ）はバスバーの側面図、図４（ｃ）はバスバーの正面図である。

図３及び図４（ａ）〜（ｃ）に示すように、バスバー４１は、例えば、銅、銅合金、アルミ、アルミ合金、金、ステンレス鋼（ＳＵＳ）等の金属板から形成されたもので、平面視長方形状に形成されている。このバスバー４１は、接続端子部２１Ａ，２１Ｂとなる一端部以外の部分が実装部４２とされており、この実装部４２は、その両側部に、それぞれ同一方向へ向けて屈曲されて延在された複数本の端子４３を有する複数の分合流接続部４４が形成されている。本例では、バスバー４１の実装部４２における両側部の三箇所に分合流接続部４４が設けられている。

このバスバー４１は、その分合流接続部４４の端子４３を回路基板４０に形成されたスルーホールに挿し込んで回路基板４０の導体パターンとハンダ付けすることで、導体パターンと導通接続された状態で回路基板４０に固定される。

バスバー４１には、固定金具５１が取り付けられている。この固定金具５１は、バスバー４１が、一端側から挿通される挿通孔５２を有している。また、この固定金具５１は、その両端部に、ネジ孔５３が形成されている。この固定金具５１は、回路基板４０に形成された孔部へ回路基板４０の裏面側から挿し込んだネジをネジ孔５３へねじ込むことで、回路基板４０の縁部近傍に固定される。これにより、バスバー４１は、接続端子部２１Ａ，２１Ｂとされる一端側が、固定金具５１によって回路基板４０に支持されている。

一対のバスバー４１は、互いに平行に配置された状態で回路基板４０に実装されている。そして、回路基板４０に実装されたスイッチング素子４５は、一対一組とされてバスバー４１同士の間において、バスバー４１の長手方向に沿って配列されている。

図５は、磁気センサの配置を説明する回路基板の一部の斜視図である。図６は、磁気センサの配置を説明する回路基板及びバスバーの概略断面図である。図７は、磁気センサの配置を説明する回路基板におけるバスバーの先端側から視た概略正面図である。

図５から図７に示すように、バスバー４１は、回路基板４０に実装された状態で、回路基板４０に対して隙間Ｇをあけた状態に配置される。回路基板４０に実装された磁気センサ４６は、一方のバスバー４１（図２中左側のバスバー４１）における回路基板４０との間の隙間Ｇに設けられており、バスバー４１に対して近接位置に配置されている。磁気センサ４６は、ホール効果を利用して磁力を電気信号に変換して出力するホール素子を備えたホールＩＣである。磁気センサ４６は、バスバー４１の分合流接続部４４よりも接続端子部２１Ａ，２１Ｂ側において、バスバー４１に対向する位置に配置されている。磁気センサ４６は、バスバー４１に電流が流れることによってバスバー４１の周囲に生じる磁力を電気信号に変換して出力する。

上記構成のスイッチボックス１０は、一端が接続端子部２１Ａとされたバスバー４１と、一端が接続端子部２１Ｂとされたバスバー４１との間に実装されたスイッチング素子４５とが導体パターンで導通されており、これらのスイッチング素子４５によってスイッチ部が構成されている。接続端子部２１Ａ，２１Ｂの間の回路がスイッチ部によって開閉制御される。スイッチボックス１０には、コネクタ２３に接続された制御線を介して、電源システムを制御する制御部から送信される制御信号によってスイッチ部の開閉が制御される。スイッチボックス１０は、車両の電源システムを構成するメインバッテリー及びセカンドバッテリーの間に設けられ、接続端子部２１Ａ，２１Ｂの間の回路がスイッチ部によって閉じることで、セカンドバッテリーから電流が供給される。

このとき、スイッチボックス１０を制御する制御部は、スイッチボックス１０の磁気センサ４６からの電気信号に基づいて、バスバー４１に流れる電流値を求め、この電流値を監視する。そして、制御部は、閾値である所定値以上の電流値の電流が所定時間継続してバスバー４１に流れた場合に、スイッチング素子４５へ過電流が流れるたと判定し、スイッチ部を閉じる。これにより、スイッチング素子４５への過電流が防止される。なお、いずれかのスイッチング素子４５が損傷している場合には、回路基板４０に実装されたマイコン等の制御部がスイッチング素子４５の故障を判定し、正常なスイッチング素子４５の個数に応じた電流値を閾値に設定して、過電流の有無を判定する。

このように、第１実施形態に係るスイッチボックス１０及び過電流防止方法によれば、磁気センサ４６からの検出信号である電気信号に基づいて、スイッチング素子４５への過電流を判定し、スイッチング素子４５への電流を遮断させて過電流による損傷を防ぐことができ、スイッチング素子４５を保護することができる。

また、磁気センサ４６は、回路基板４０にバスバー４１を実装することで形成される回路基板４０とバスバー４１との間の隙間Ｇ内に配置された状態で回路基板４０に実装されている。したがって、シャント抵抗や電流センサを用いる場合と比較して、大型化を抑制できる。また、磁気センサ４６は、シャント抵抗のような発熱部品でないので、温度要求を満たさなくなるおそれもない。

つまり、構造を変更したり大型化を招くことなく、スイッチング素子４５に流れる電流を高精度に検出してスイッチング素子４５を保護することができる。

ところで、図８（ａ）に示すように、バスバー４１の一端から他端へ向かって電流がストレートに流れる場合（図８（ａ）中矢印Ａ参照）では、長手方向にわたって電流が安定して流れるため、図９中点線で示すように、バスバー４１の周囲に生じる磁界の磁束密度は、あまり変動することはない。これに対して、図８（ｂ）に示すように、バスバー４１に流れる電流が分合流接続部４４で側方へ分流する場合（図８（ｂ）中矢印Ｂ参照）では、分合流接続部４４よりも接続端子部２１Ａ側において大きな電流が安定して流れるが、分合流接続部４４において分流されるため、図９中実線で示すように、バスバー４１の周囲に生じる磁界の磁束密度は、分合流接続部４４において大きく減少するように変動する。

本実施形態では、大きな電流が安定して流れるため生じる磁界の磁束密度も安定して大きくなる分合流接続部４４よりも接続端子部２１Ａ側に、磁気センサ４６を配置したことにより、例えば、磁性体材料からなる集磁部材などを用いることなく、磁気センサ４６によって確実に磁界を検出させることができ、電流検出の誤差を抑制できる。

（第２実施形態）
次に、第２実施形態について説明する。なお、第１実施形態と同一構造部分は同一符号を付して説明を省略する。
図１０は、第２実施形態を説明する回路基板に実装されたバスバーの斜視図である。図１１は、磁気センサの配置を説明する回路基板の一部の斜視図である。図１２は、磁気センサの配置を説明する回路基板及びバスバーの概略断面図である。図１３は、磁気センサの配置を説明する回路基板におけるバスバーの先端側から視た概略正面図である。

図１０から図１３に示すように、第２実施形態に係るスイッチボックス１０では、バスバー４１の接続端子部２１と実装部４２との間に、折り曲げ部５７が形成されている。この折り曲げ部５７は、接続端子部２１と実装部４２とに沿う方向と直交する方向に折り曲げられている。具体的には、折り曲げ部５７は、実装部４２側において回路基板４０側である下方へ屈曲させ、さらに、回路基板４０の下面側に達する箇所において回路基板４０から離間する先端側へ屈曲させることで形成されている。そして、回路基板４０に実装された磁気センサ４６は、実装部４２の端部である折り曲げ部５７の近傍に配置されている。具体的には、磁気センサ４６は、折り曲げ部５７から１０ｍｍ以内に配置されている。

ここで、図１４に示すように、折り曲げ部５７が設けられていないバスバー４１では、検出磁束密度は、実装部４２の長手方向にわたってほぼ増減することはない（図１４中点線参照）。これに対して、折り曲げ部５７を形成したバスバー４１では、実装部４２において、折り曲げ部５７に近づくにしたがって検出磁束密度が大きく増加する（図１４中実線参照）。特に、折り曲げ部５７からの距離が１０ｍｍ以内の範囲では、検出磁束密度の増加率が大きくなる。

第２実施形態に係るスイッチボックス１０では、電流が流れる際に生じる磁界の磁束密度が大きくなる折り曲げ部５７の近傍に磁気センサ４６を配置させたので、磁気センサ４６によってさらに確実に磁界を検出させることができ、電流検出の誤差をより抑制できる。特に、検出磁束密度の増加率が大きくなる折り曲げ部５７から１０ｍｍ以内に配置させることで、磁気センサ４６によって確実に磁界を検出させることができる。また、折り曲げ部５７によって接続端子部２１Ａと実装部４２との間の寸法誤差を吸収させることができる。

（第３実施形態）
次に、第３実施形態について説明する。なお、第１実施形態と同一構造部分は同一符号を付して説明を省略する。
図１５は、第３実施形態を説明する回路基板に実装されたバスバーの斜視図である。図１６は、シールド板の配置を説明する回路基板に実装されたバスバーの平面図である。図１７は、シールド板の配置を説明する回路基板及びバスバーの概略断面図である。図１８は、シールド板の配置を説明する回路基板におけるバスバーの先端側から視た概略正面図である。

図１５から図１８に示すように、第３実施形態に係るスイッチボックス１０では、磁気センサ４６の上下を覆うように、一対のシールド板５５が設けられている。一方のシールド板５５は、バスバー４１の上方に配置されており、他方のシールド板５５は、回路基板４０の下方側に配置されている。シールド板５５は、例えば、炭素鋼、冷間圧延鋼、フェライト、あるいはパーマロイなどの磁性材料から形成されている。シールド板５５は、矩形状に形成されており、その角部近傍には、孔部５５ａが形成されている。なお、シールド板５５は、磁気センサ４６の上下を覆う大きさであれば、その形状は矩形状に限らず、また、それぞれのシールド板５５は、それぞれ異なる形状及び異なる材料から形成されたものでも良い。

シールド板５５は、筐体１１を構成する上ケース３２及び下ケース３１にインサート成形によって一体的に設けられている。シールド板５５は、上ケース３２及び下ケース３１を形成する樹脂が孔部５５ａに入り込むことで、上ケース３２及び下ケース３１に対して強固に固定される。なお、シールド板５５は、バスバー４１及び回路基板４０に対して直接固定してもよい。

ここで、車両に搭載されるスイッチボックス１０は、その近傍に、ケーブルＣや車体のボディＢが配置されることがある（図１８参照）。ケーブルＣが近傍に配置されていると、ケーブルＣに電流が流れる際に生じる磁界が磁気センサ４６に影響を与えて検出誤差が生じるおそれがある。また、磁性材料である金属製のボディＢが近傍に配置されていると、バスバー４１の磁界がボディＢへ通ることで変動し、やはり磁気センサ４６での検出誤差が生じるおそれがある。

これに対して、第３実施形態に係るスイッチボックス１０では、電流が流れるケーブルＣから発生する磁界は、主にシールド板５５を通ることで、シールド板５５の間の磁気センサ４６への到達が抑制される。また、近傍に金属製のボディＢ等が配置されている場合では、シールド板５５によって、バスバー４１から発生する磁界がボディＢへ通ることによる変動が抑制される。

このように、第３実施形態に係るスイッチボックス１０によれば、バスバー４１及び回路基板４０を介して磁気センサ４６の表裏が一対のシールド板５５によって覆われているので、例えば、ケーブルＣや車体のボディＢが近傍に配置されたとしても、バスバー４１に電流が流れることで生じる磁界を安定化させることができる。これにより、ノイズによる影響を極力抑え、磁気センサ４６によって確実に磁界を検出させることができ、電流検出の誤差を抑制できる。

例えば、冷間圧延鋼からなるシールド板５５を用いた場合、断面視において、磁気センサ４６の磁気検出点４６ａを各シールド板５５のそれぞれ対向側の縁部を繋ぐ対角線Ｌｔの交点に配置し、対角線Ｌｔと垂線Ｌｓとのなす角θを、６０°以上とすることが好ましい。

図１９に示すように、シールド板５５を設けることによるノイズカット率は、対角線Ｌｔと垂線Ｌｓとのなす角θによって変動し、θが６０°以上となると、ノイズカット率は７０％以上となる。したがって、対角線Ｌｔと垂線Ｌｓとのなす角θを６０°以上とすることで、ノイズカット率を７０％以上として磁気センサ４６による検出精度を大幅に高めることができる。

（第４実施形態）
次に、第４実施形態について説明する。なお、第１実施形態と同一構造部分は同一符号を付して説明を省略する。

図２０は、第４実施形態を説明する筐体内に収容される回路基板の斜視図である。図２１は、第４実施形態を説明する筐体内に収容される回路基板の平面図である。図２２は、第４実施形態を説明する筐体内に収容される回路基板の側面図である。図２３は、バスバーに流れる電流の向き及び磁界の向きを説明する回路基板の平面図である。図２４は、磁気センサの実装位置を説明するバスバー及び磁気センサの概略平面図である。図２５は、バスバーの側方延在部で発生する磁界の磁束密度の増減率を示すグラフ図である。図２６は、バスバーの側方延在部の形成位置と磁束密度の最大となる傾き角との関係を説明するバスバーの平面図である。

図２０及び図２１に示すように、第４実施形態に係るスイッチボックス１０では、一方のバスバー４１の端部が上方へ屈曲されており、この上方への屈曲部分が接続端子部２１Ａとされている。また、他方のバスバー４１は、一端側に、バスバー４１の長手方向と直交する方向へ延在する側方延在部６１を有している。そして、この側方延在部６１の端部が上方へ屈曲されており、この上方へ屈曲された部分が接続端子部２１Ｂとされている。これにより、筐体１１の前面部１１ａには、一方の接続端子部２１Ａが露出され、筐体１１の一側部には、他方の接続端子部２１Ｂが露出されている。この第４実施形態に係るスイッチボックス１０では、図２１及び図２２に示すように、他方のバスバー４１に形成された側方延在部６１の下方位置に、回路基板４０に実装された磁気センサ４６が配置されている。

この第４実施形態に係るスイッチボックス１０では、側方延在部６１を流れることによって生じる磁界に対して、バスバー４１の長手方向に沿って配置されたケーブルＣに電流が流れる際に生じる磁界が９０°異なる方向となる。

ここで、側方延在部６１のないバスバー４１では、バスバー４１に沿うケーブルＣに電流が流れることで生じる磁界とバスバー４１を電流が流れることで生じる磁界とが同じ向きとなる。このため、ケーブルＣ及びバスバー４１を電流が流れることで生じる磁界が互いに相殺あるいは合算される。このため、ケーブルＣと磁気センサ４６との距離が十分取れない場合や、想定以上の電流がケーブルＣを流れる場合、ケーブルＣを電流が流れることで生じる磁界が影響し、磁気センサ４６からの信号に基づくスイッチング素子４５への過電流の判定精度が低下し、スイッチング素子４５が過電流から確実に保護されなかったり、過電流でない場合も過電流と判断して頻繁にスイッチング素子４５がオフされるような不具合が生じ、電源システムに重大な影響を及ぼすおそれがある。

これに対して、第４実施形態に係るスイッチボックス１０では、側方延在部６１を流れることによって生じる磁界に対して、バスバー４１の長手方向に沿って配置されたケーブルＣに電流が流れる際に生じる磁界が約９０°異なる方向となるので、側方延在部６１の下方位置に設けた磁気センサ４６では、ケーブルＣに電流が流れることによって生じる磁界とは約９０°異なる方向である側方延在部６１に電流が流れることによって生じる磁束密度を良好に検出できる。

なお、ケーブルＣの配置がバスバー４１の長手方向と直交する方向である場合、磁気センサ４６は、側方延在部６１のないバスバー４１の下方側に配置する。このようにすれば、バスバー４１を流れることによって生じる磁界に対して、バスバー４１と直交する方向に沿って配置されたケーブルＣに電流が流れる際に生じる磁界が約９０°異なる方向となる。したがって、バスバー４１の下方位置に設けた磁気センサ４６では、ケーブルＣに電流が流れることによって生じる磁界とは約９０°異なる方向であるバスバー４１に電流が流れることによって生じる磁束密度を良好に検出できる。

このように、第４実施形態に係るスイッチボックス１０によれば、例えば、近傍に配策されたケーブルＣに流れる電流によって生じる外部からの磁界の向きに応じて、磁気センサ４６の実装位置を、側方延在部６１を有するバスバー４１の側方延在部６１と回路基板４０との間または側方延在部６１のないバスバー４１と回路基板４０との間で選択することにより、外部からの磁界の影響を軽減し、過電流の検出精度を高めることができる。

ところで、電源システムのスイッチボックスでは、バスバー４１の接続端子部２１Ａ，２１Ｂには、一般的に、大電流を流すために大径の接続電線が接続される。したがって、スイッチボックス１０が設置される車両の設置スペースが狭い場合、接続端子部２１Ａ，２１Ｂを筐体１１の同一面である前面部１１ａに設けると、これらの接続端子部２１Ａ，２１Ｂに接続電線が接続できなかったり、接続電線の取り回しが困難となる場合がある。したがって、規格外の大型で複雑形状の端子をケーブル側の端子として用いることが必要になるなどコストアップの要因となる。

これに対して、第４実施形態に係るスイッチボックス１０では、側方延在部６１を有するバスバー４１の接続端子部２１Ｂ及び側方延在部６１のないバスバー４１の接続端子部２１Ａの位置が異なることとなるので、規格外の大型で複雑形状の端子を用いたり、筐体１１の外観を大きく変えることによるコストアップなく、車種毎に大きさが異なる車両の設置スペースへ容易に設置でき、また、接続端子部２１Ａ，２１Ｂに大径の接続電線を接続することができる。

このように、第４実施形態によれば、外部からの磁界による過電流検出精度の低下が抑えられ、かつ接続電線の取り回しの自由度が高められ、さらに、各種の車両に対応可能な接続端子部２１Ａ，２１Ｂを有するスイッチボックスを提供できる。

ところで、図２３に示すように、バスバー４１の端部に側方延在部６１を形成した場合、接続端子部２１Ｂから実装部４２を通り、回路基板４０のスイッチング素子４５へ電流Ｉが流れると、側方延在部６１では、この側方延在部６１に沿う方向（図２３中矢印Ｄ１）に対して傾き角θだけ傾いた方向（図２３中矢印Ｄ２）に沿って電流が流れる。そのため、側方延在部６１を流れる電流によって生じる磁界は、側方延在部６１と直交する方向（図２３中矢印Ｅ１）に対して傾き角θだけ傾いた方向（図２３中矢印Ｅ２）が最大となる。

したがって、図２４に示すように、磁気センサ４６は、側方延在部６１と直交する方向（図２４中矢印Ｅ１）に対して傾き角θだけ傾いた方向（図２４中矢印Ｅ２）に配置して回路基板４０に実装するのが好ましい。このようにすると、磁気センサ４６で検出する磁束密度が大きくなるため、バスバー４１に流れる電流値の検出誤差が低減され、より高精度な過電流判定が可能である。

ここで、図２５に示すように、側方延在部６１に流れる電流で生じる磁界の磁束密度の増減率は、側方延在部６１と直交する方向（図２３中矢印Ｅ１）に対して傾き角θだけ傾いた方向（図２３中矢印Ｅ２）が頂点となる。このため、磁気センサ４６を、側方延在部６１と直交する方向（図２４中矢印Ｅ１）に配置して回路基板４０に実装した場合、実装ずれ（回転ずれ０±Ｘ）による磁束密度の増減が大きくなり（図２５におけるＦ１参照）、電流値の検出精度のバラツキが大きくなる。

これに対して、磁気センサ４６を側方延在部６１と直交する方向（図２３中矢印Ｅ１）に対して傾き角θだけ傾いた方向（図２３中矢印Ｅ２）に配置して回路基板４０に実装すれば、回路基板４０に対する磁気センサ４６の実装位置のずれ（回転ずれθ±Ｘ）による磁束密度の増減が極力小さくなり（図２５におけるＦ２参照）、電流値の検出精度のバラツキを抑え、検出精度の向上を図ることができる。

なお、図２６に示すように、例えば、バスバー４１の一端側に形成していた側方延在部６１の形成位置を、バスバー４１の他端側に変更（図２６中二点鎖線参照）するなど、バスバー４１における側方延在部６１の形成位置によって、側方延在部６１を流れる電流による磁界の磁束密度の最大となる傾き角θが変化する。したがって、側方延在部６１の下方で回路基板４０に実装させる磁気センサ４６の配置は、平面内で回転させて側方延在部６１の形成位置で変化する傾き角θに合わせることが好ましい。

なお、上記実施形態では、一対のバスバー４１の一方側に、電流検出を行うための磁気センサ４６を設けたが、両方のバスバー４１に磁気センサ４６を設けても良い。

また、上記実施形態では、一つのバスバー４１に一つの磁気センサ４６を設けたが、スイッチング素子４５と同数の磁気センサ４６を設け、これらの磁気センサ４６の検出信号に基づいて、各スイッチング素子４５における過電流をそれぞれ監視してもよい。

尚、本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、適宜、変形、改良、等が可能である。その他、上述した実施形態における各構成要素の材質、形状、寸法、数、配置箇所、等は本発明を達成できるものであれば任意であり、限定されない。

ここで、上述した本発明に係るスイッチボックス及び過電流防止方法の実施形態の特徴をそれぞれ以下［１］〜［６］に簡潔に纏めて列記する。
［１］ 導体パターンを有する回路基板（４０）と、
該回路基板に実装されたスイッチング素子（４５）と、
一端側に電流入出力部（接続端子部２１Ａ，２１Ｂ）を有し、他端側に前記回路基板の前記導体パターンに接続されて前記スイッチング素子に対して前記導体パターンを介して導通される実装部（４２）を有するバスバー（４１）と、
前記回路基板に実装されて前記バスバーに電流が流れることで生じる磁界を検出する磁気センサ（４６）と、
を備え、
前記磁気センサは、前記回路基板と前記バスバーとの間に形成される隙間（Ｇ）内に配置された状態で前記回路基板に実装されている
ことを特徴とするスイッチボックス。
［２］ 前記回路基板には、前記スイッチング素子が複数実装され、
前記バスバーの前記実装部は、前記導体パターンを介して前記スイッチング素子と導通する複数の分合流接続部（４４）を有し、
前記磁気センサは、前記分合流接続部よりも前記電流入出力部側に配置されている
ことを特徴とする［１］に記載のスイッチボックス。
［３］ 前記バスバーは、前記電流入出力部と前記実装部との間に、前記電流入出力部と前記実装部とに沿う方向と直交する方向に折り曲げられた折り曲げ部（５７）を有し、
前記磁気センサは、前記折り曲げ部の近傍に配置されている
ことを特徴とする［１］または［２］に記載のスイッチボックス。
［４］ 前記バスバー及び前記回路基板を介して前記磁気センサの表裏を覆う磁性材料から形成された一対のシールド板（５５）を備える
ことを特徴とする［１］乃至［３］のいずれかに記載のスイッチボックス。
［５］ 複数の前記バスバーが並列に配置されて前記回路基板に実装され、
少なくとも一つのバスバーは、その延在方向に対して直交する方向に延びる側方延在部（６１）を有し、該側方延在部の端部が前記電流入出力部とされている
ことを特徴とする［１］または［２］に記載のスイッチボックス。
［６］ 導体パターンを有する回路基板と、
該回路基板に実装されたスイッチング素子と、
一端側に電流入出力部を有し、他端側に前記回路基板の前記導体パターンに接続されて前記スイッチング素子に対して前記導体パターンを介して導通される実装部を有するバスバーと、
前記回路基板に実装されて前記バスバーに電流が流れることで生じる磁界を検出する磁気センサと、
を備えたスイッチボックスにおける過電流防止方法であって、
前記磁気センサからの検出結果に基づいて、前記バスバーに所定以上の電流値の電流が所定時間以上流れた際に、前記スイッチング素子への電流を遮断させる
ことを特徴とする過電流防止方法。

１０ スイッチボックス
２１Ａ，２１Ｂ 接続端子部（電流入出力部）
４０ 回路基板
４１ バスバー
４２ 実装部
４４ 分合流接続部
４５ スイッチング素子
４６ 磁気センサ
５５ シールド板
５７ 折り曲げ部
Ｇ 隙間

Claims (6)

1. 導体パターンを有する回路基板と、
   該回路基板に実装されたスイッチング素子と、
   一端側に電流入出力部を有し、他端側に前記回路基板の前記導体パターンに接続されて前記スイッチング素子に対して前記導体パターンを介して導通される実装部を有するバスバーと、
   前記回路基板に実装されて前記バスバーに電流が流れることで生じる磁界を検出する磁気センサと、
   を備え、
   前記磁気センサは、前記回路基板と前記バスバーとの間に形成される隙間内に配置された状態で前記回路基板に実装されている
   ことを特徴とするスイッチボックス。
2. 前記回路基板には、前記スイッチング素子が複数実装され、
   前記バスバーの前記実装部は、前記導体パターンを介して前記スイッチング素子と導通する複数の分合流接続部を有し、
   前記磁気センサは、前記分合流接続部よりも前記電流入出力部側に配置されている
   ことを特徴とする請求項１に記載のスイッチボックス。
3. 前記バスバーは、前記電流入出力部と前記実装部との間に、前記電流入出力部と前記実装部とに沿う方向と直交する方向に折り曲げられた折り曲げ部を有し、
   前記磁気センサは、前記折り曲げ部の近傍に配置されている
   ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のスイッチボックス。
4. 前記バスバー及び前記回路基板を介して前記磁気センサの表裏を覆う磁性材料から形成された一対のシールド板を備える
   ことを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載のスイッチボックス。
5. 複数の前記バスバーが並列に配置されて前記回路基板に実装され、
   少なくとも一つのバスバーは、その延在方向に対して直交する方向に延びる側方延在部を有し、該側方延在部の端部が前記電流入出力部とされている
   ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のスイッチボックス。
6. 導体パターンを有する回路基板と、
   該回路基板に実装されたスイッチング素子と、
   一端側に電流入出力部を有し、他端側に前記回路基板の前記導体パターンに接続されて前記スイッチング素子に対して前記導体パターンを介して導通される実装部を有するバスバーと、
   前記回路基板に実装されて前記バスバーに電流が流れることで生じる磁界を検出する磁気センサと、
   を備えたスイッチボックスにおける過電流防止方法であって、
   前記磁気センサからの検出結果に基づいて、前記バスバーに所定以上の電流値の電流が所定時間以上流れた際に、前記スイッチング素子への電流を遮断させる
   ことを特徴とする過電流防止方法。

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