(57)【要約】【課題】導体を流れる電流により生じる磁気を、コアを用いずに磁気センサにより検出する場合において、導体と磁気センサ間の位置ずれに対する耐性を高めた電流検出装置を提供する。【解決手段】第１磁気センサ２３及び第２磁気センサ２４を、単一の基板２０に磁気検出方向ｅ1，ｅ2を基板２０の実装面と垂直な方向として実装し、基板２０を、第１磁気センサ２３と第２磁気センサ２４を結ぶ線分ｄが、バスバー１０の第１部分１１の通電方向ｂと直交する断面１１ａの重心ｇで第１部分１１の通電方向ｂと直交し、第１磁気センサ２３及び第２磁気センサ２４から重心ｇまでの距離が同一となり、且つ、第１磁気センサ２３及び第２磁気センサ２４が、断面１１ａの短辺方向で対向する位置に配置する。第１磁気センサ２３と第２磁気センサ２４の出力の差に基づいて、バスバー１０に流れる電流を検出する。【選択図】  図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
導体に流れる電流により生じる磁気を、磁束を収束させるためのコアを用いることなく、一対の磁気センサにより検出して該電流を求める電流検出装置において、
前記導体の所定部分は、該所定部分の通電方向と直交する断面の形状が該形状の重心に対して対称であり、
前記一対の磁気センサを、前記導体の前記所定部分を挟んで、磁気検出方向を前記所定部分を流れる電流により生じる磁界の向きに合わせて配置すると共に、前記一対の磁気センサを結ぶ線分が、前記所定部分の通電方向と直交する断面の重心で前記所定部分の通電方向と直交し、且つ、前記一対の磁気センサから該重心位置までの距離が同一となる位置に配置した磁気センサ配置手段と、
前記一対の磁気センサが、前記所定部分に流れる電流により生じる磁気の検出極性を同一として配置されているときは、前記一対の磁気センサの出力の差に基づいて、前記導体に流れる電流により生じる磁気を検出し、前記一対の磁気センサが、前記所定部分に流れる電流により生じる磁気の検出極性を逆にして配置されているときには、前記一対の磁気センサの出力の和に基づいて、前記所定部分に流れる電流により生じる磁気を算出する磁気算出手段と、
前記磁気算出手段により算出された磁気に基づいて、前記導体に流れる電流を算出する電流算出手段とを備えたことを特徴とする電流検出装置。
【請求項２】
請求項１記載の電流検出装置において、
前記所定部分の通電方向と直交する断面は、前記一対の磁気センサを結ぶ線分の方向の幅が、該方向と直交する方向の幅よりも狭い形状であることを特徴とする電流検出装置。
【請求項３】
請求項２記載の電流検出装置において、
前記所定部分の通電方向と直交する断面は長方形であることを特徴とする電流検出装置。
【請求項４】
請求項１から請求項３のうちいずれか１項記載の電流検出装置において、
前記磁気センサ配置手段は、前記一対の磁気センサが実装された単一の基板を用いて、前記一対の磁気センサを配置していることを特徴とする電流検出装置。
【請求項５】
請求項４記載の電流検出装置において、
前記基板は前記所定部分の通電方向及び前記一対の磁気センサを結ぶ線分の方向と平行に配置され、前記一対の磁気センサは、磁気検出方向を前記基板と垂直な方向として前記基板に実装されていることを特徴とする電流検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、導体に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。
【背景技術】
【０００２】
従来より、エアギャップを含む閉磁路を形成するように設けられたコアに導体を貫通させ、このギャップに配置された磁気センサにより、導体を流れる電流により生じる磁気を検出して、導体を流れる電流を求めるようにした電流検出装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
特許文献１に記載された電流検出装置によれば、導体を流れる電流により生じる磁気をコアに集中させることができるため、磁気の検出感度を高めることができる。また、外部からコア内に侵入した磁気ノイズは、エアギャップ以外の箇所からコア外に出て行くため、外来磁気ノイズの影響を回避することができる。さらに、導体と磁気センサ間の位置ずれが生じても、磁気の検出レベルへの影響が小さいという利点がある。
【０００４】
しかしながら、コアを設けることによって、部品コストが高くなると共に、コアを設けるために部品の搭載スペースも多くなるという不都合がある。さらに、コアの温度変化の影響を受けて、電流の検出精度が悪化するという不都合がある。
【０００５】
そこで、導体を流れる電流により生じる磁気を、コアを用いずに磁気センサにより検出して、電流を求めるようにした電流検出装置が提案されている（例えば、特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００５−３０８６３５号公報
【特許文献２】国際公開第ＷＯ２００６／０９０７６９号パンフレット
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
導体を流れる電流により生じる磁気を、コアを用いずに磁気センサにより検出する場合、磁気の大きさは導体からの距離に反比例する。そのため、導体と磁気センサとの位置関係のずれが電流の検出誤差に影響を与える。
【０００８】
そこで、本発明は、導体を流れる電流により生じる磁気をコアを用いずに磁気センサにより検出する場合において、導体と磁気センサ間の位置ずれに対する耐性を高めた電流検出装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は上記目的を達成するためになされたものであり、導体に流れる電流により生じる磁気を、磁束を収束させるためのコアを用いることなく、一対の磁気センサにより検出して該電流を求める電流検出装置に関する。
【００１０】
そして、前記導体の所定部分は、該所定部分の通電方向と直交する断面の形状が該形状の重心に対して対称であり、前記一対の磁気センサを、前記導体の前記所定部分を挟んで、磁気検出方向を前記所定部分を流れる電流により生じる磁界の向きに合わせて配置すると共に、前記一対の磁気センサを結ぶ線分が、前記所定部分の通電方向と直交する断面の重心で前記所定部分の通電方向と直交し、且つ、前記一対の磁気センサから該重心位置までの距離が同一となる位置に配置した磁気センサ配置手段と、前記一対の磁気センサが、前記所定部分に流れる電流により生じる磁気の検出極性を同一として配置されているときは、前記一対の磁気センサの出力の差に基づいて、前記導体に流れる電流により生じる磁気を検出し、前記一対の磁気センサが、前記所定部分に流れる電流により生じる磁気の検出極性を逆にして配置されているときには、前記一対の磁気センサの出力の和に基づいて、前記所定部分に流れる電流により生じる磁気を算出する磁気算出手段と、前記磁気算出手段により算出された磁気に基づいて、前記導体に流れる電流を算出する電流算出手段とを備えたことを特徴とする。
【００１１】
かかる本発明によれば、前記一対の磁気センサが、前記磁気センサ配置手段により、前記一対の磁気センサを、前記導体の前記所定部分を挟んで、磁気検出方向を該所定部分を流れる電流により生じる磁界の向きに合わせて配置されている。また、前記磁気センサ配置手段により、前記一対の磁気センサを結ぶ線分が、前記所定部分の通電方向と直交する断面の重心位置で前記所定部分の通電方向と直交し、且つ、前記一対の磁気センサから該重心位置までの距離が同一となる位置に配置した前記磁気センサを結ぶ線分が、前記所定部分における通電方向の断面の重心位置で前記所定部分での通電方向と直交し、且つ、前記一対の磁気センサから該重心位置までの距離が同一となるように配置されている。
【００１２】
このように前記一対の磁気センサを配置した場合、前記所定部分の通電方向と直交する断面の形状が、該形状の重心に対して対称となっているため、前記一対の磁気センサの位置が前記導体の前記所定部分に対して、前記一対の磁気センサを結ぶ線分及び前記所定部分における通電方向と垂直な方向にずれても、該方向は前記一対の磁気センサの磁気検出方向であるため、磁気検出レベルの変動に与える影響は小さくなる。そのため、前記一対の磁気センサと前記所定部分間の、前記一対の磁気センサを結ぶ線分及び前記所定部分における通電方向と垂直な方向の位置ずれに対する耐性を高めることができる。
【００１３】
また、前記一対の磁気センサと前記所定部分間の位置が、前記一対の磁気センサを結ぶ線分の方向にずれたときは、一方の磁気センサが前記所定部分から離れると共に、他方の磁気センサが前記所定部分に近づく。そのため、一方の磁気センサによる磁気の検出レベルが増加すると共に、他方の磁気センサによる磁気の検出レベルが減少する。
【００１４】
そこで、前記磁気算出手段により、前記一対の磁気センサが前記所定部分に流れる電流により生じる磁気の検出極性を同一として配置されているときは、前記一対の磁気センサの出力の差に基づいて、前記導体に流れる電流により生じる磁気を検出し、また、前記一対の磁気センサが、前記所定部分に流れる電流により生じる磁気の検出極性を逆にして配置されているときには、前記一対の磁気センサの出力の和に基づいて、前記所定部分に流れる電流により生じる磁気を算出することによって、前記一対の磁気センサと前記所定部分間の、前記一対の磁気センサを結ぶ線分の方向の位置ずれに対する耐性を高めることができる。
【００１５】
また、前記所定部分の通電方向と直交する断面は、前記一対の磁気センサを結ぶ線分の方向の幅が、該方向と直交する方向の幅よりも狭い形状であることを特徴とする。
【００１６】
かかる本発明によれば、前記所定部分を流れる電流により生じる磁界の向きが、前記一対の磁気センサの付近で前記一対の磁気センサの磁気検出方向と略平行になる範囲を拡大することができる。そのため、前記一対の磁気センサと前記所定部分間の、前記磁気センサの検出方向の位置ずれに対する耐性を高めることができる。
【００１７】
さらに、前記断面を長方形とすることによって、前記所定部分を流れる電流により生じる磁界の向きが、前記一対の磁気センサの付近で前記一対の磁気センサの磁気検出方向と略平行になる範囲を拡大する効果を高めて、前記一対の磁気センサと前記所定部分間の、前記磁気センサの検出方向の位置ずれに対する耐性を一層高めることができる。
【００１８】
また、前記磁気センサ配置手段は、前記一対の磁気センサが実装された単一の基板を用いて、前記一対の磁気センサを配置していることを特徴とする。
【００１９】
かかる本発明によれば、前記一対の磁気センサが単一の基板に実装されているため、前記一対の磁気センサ間の位置ずれが生じ難い。そのため、前記一対の磁気センサ間の位置ずれにより、前記電流算出手段により算出される電流の誤差が生じることを抑制することができる。
【００２０】
また、前記基板は前記所定部分の通電方向及び前記一対の磁気センサを結ぶ線分の方向と平行に配置され、前記一対の磁気センサは、磁気検出方向を前記基板と垂直な方向として前記基板に実装されていることを特徴とする。
【００２１】
かかる本発明によれば、前記一対の磁気センサを、磁気検出面を前記基板と平行にして、前記基板の表面に実装することができる。そのため、前記一対の磁気センサの前記基板への実装強度を高めて、振動等による前記一対の磁気センサの位置ずれをさらに抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の電流検出装置の構成図。
【図２】バスバーと、第１磁気センサ及び第２磁気センサが実装された基板との配置態様を示した説明図。
【図３】バスバーと、第１磁気センサ及び第２磁気センサとの配置態様を示した説明図。
【図４】バスバーと第１磁気センサ及び第２磁気センサ間の位置ずれに対する耐性向上についての説明図。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
本発明の実施の形態について、図１〜４を参照して説明する。図１は、本発明の電流検出装置１の全体構成図であり、この電流検出装置１は、車両に搭載されたモータ２とそのＰＤＵ（Power Drive Unit）３間を接続するバスバー１０（本発明の導体に相当する）に流れる電流を、バスバー１０を挟んで配置された第１磁気センサ２２及び第２磁気センサ２３（本発明の一対の磁気センサに相当する）を用いて検出する。
【００２４】
電流検出装置１は、第１磁気センサ２３及び第２磁気センサ２４と、第１磁気センサ２３の磁気検出信号Ｓ1を増幅するアンプ３０と、第２磁気センサ２４の磁気検出信号Ｓ2を増幅するアンプ３２と、アンプ３０及びアンプ３２の出力の差を増幅して出力するアンプ３３と、アンプ３３の出力Ｓ3が入力されるマイクロコンピュータ４０とを備えている。なお、本実施の形態では、第１磁気センサ２３及び第２磁気センサ２４にホール素子を用いている。
【００２５】
マイクロコンピュータ４０は、メモリ（図示しない）に保持された電流検出用のプログラムを実行することにより、磁気算出手段４１及び電流算出手段４２として機能する。磁気算出手段４１は、Ａ／Ｄ（アナログ／デジタル）変換入力ポートＡＤに入力されて、デジタル値に変換された磁気検出信号Ｓ3に基づいて、バスバー１０に流れる電流により生じる磁界の強さＨを算出する。また、電流算出手段４２は、磁気算出手段４１により算出された磁界の強さＨに基づいて、バスバー１０に流れる電流を算出する。
【００２６】
次に、図２，図３（ａ），図３（ｂ）を参照して、本実施の形態における第１磁気センサ２３及び第２磁気センサ２４とバスバー１０の配置について説明する。
【００２７】
図２を参照して、バスバー１０は金属板を切断して形成したものであり、第１部分１１と、第１部分１１と平行な第３部分１３と、第１部分１１の端部及び第３部分の端部と直角に接続された第２部分１２とから成る。なお、第１部分１１の第１磁気センサ２３及び第２磁気センサ２４で挟まれた部分が、本発明の導体の所定部分に相当する。モータ２の駆動時には、図中ａ，ｂ，ｃの向きにＰＤＵ３からモータ２に電流が流れる。
【００２８】
第１部分１１は、Ｙ方向の全域に亘って、Ｙ方向と直交する断面が同一の長方形（本発明の重心に対して対称な形状、及び磁気センサ２３，２４を結ぶ線分の方向の幅が、該方向と直交する方向の幅よりも狭い形状に相当する）となっている。
【００２９】
バスバー１０の第１部分１１は、Ｘ方向及びＹ方向と平行に配置された基板２０に設けられたスリット２１に挿入されている。また、基板２０の表面には、第１部分１１を挟んで対向した第１磁気センサ２３及び第２磁気センサ２４と、第１磁気センサ２３及び第２磁気センサ２４から出力される検出信号を増幅するためのアンプＩＣ２２（図１に示したアンプ３０，３２，３３を含む）とが実装されている。
【００３０】
次に、図３（ａ）は、図２のＡ側から見たときの基板２０に実装された第１磁気センサ２３及び第２磁気センサ２４と、バスバー１０との配置を示している。第１磁気センサ２３と第２磁気センサ２４を結ぶ線分ｄが、バスバー１０の第１部分１１の中間部の通電方向ｃと直交する位置に、基板２０が配置されている。
【００３１】
また、図３（ｂ）は、図１のＢ側から見たときの基板２０に実装された第１磁気センサ２３及び磁気センサ２４と、バスバー１０との配置を示している。第１磁気センサ２３と第２磁気センサ２４を結ぶ線分ｄが、バスバー１０の中間部の通電方向ｂと直交する断面１１ａ（長方形となる）の重心（断面の長方形の対角線の交点の位置）ｇを通っている。
【００３２】
また、第１磁気センサ２３と第２磁気センサ２４は、磁気の検出方向ｅ1，ｅ2を基板２０の実装面と垂直な向きとして、基板２０に実装されている。この場合、バスバー１０の検出部分である断面１１ａを流れる電流により生じる磁界の向きは、第１磁気センサ２３と第２磁気センサ２４の箇所で逆向きになるため、この磁界に対する第１磁気センサ２３と第２磁気センサ２４の磁気検出の極性は逆になる。
【００３３】
このように、第１磁気センサ２３と第２磁気センサ２４を単一の基板２０に実装することによって、第１磁気センサ２３と第２磁気センサ２４間の位置ずれが生じることを抑制することができる。また、第１磁気センサ２３と第２磁気センサ２４を、磁気の検出方向を基板２０の実装面と垂直な向きとして、基板２０に実装することにより、第１磁気センサ２３と第２磁気センサ２４の磁気検出面を基板２０の実装面と平行にすることができる。
【００３４】
そして、これにより、第１磁気センサ２３及び第２磁気センサ２４と基板２０を、面で接続することができるため、第１磁気センサ２３及び第２磁気センサ２４と基板２０の接続強度を高めて、車両の振動等による第１磁気センサ２３及び第２磁気センサ２４間の位置ずれを抑制することができる。
【００３５】
さらに、第１磁気センサ２３及び第２磁気センサ２４と、断面１１ａの重心ｇとの距離は同一であり、第１磁気センサ２３と第２磁気センサ２４は、断面（長方形）１１ａの短辺方向ｆで対向している。
【００３６】
以上、図２と図３（ａ）及び図３（ｂ）を参照して説明したように、バスバー１０の第１部分１１と、基板２０に実装された第１磁気センサ２３及び第２磁気センサ２４とは、以下の関係を満たして配置されている。なお、バスバー１０の第１部分１１と、第１磁気センサ２３及び第２磁気センサ２４とを、以下の関係を満たして配置した基板２０と、基板２０及びバスバー１０を車両に固定する部材（図示しない）とにより、本発明の磁気センサ配置手段が構成される。
(1) 第１磁気センサ２３と第２磁気センサ２４を結ぶ線分ｄが、バスバー１０の第１部分１１の中間部で通電方向ｂと直交する断面１１ａの重心ｇで、第１部分１１の中間部の通電方向ｂと直交している。
(2) 第１磁気センサ２３と断面１１ａの重心ｇ間の距離と、第２磁気センサ２４と断面１１ａの重心ｇ間の距離とが、同一である。
(3) 第１磁気センサ２３と第２磁気センサ２４が、断面１１ａ（長方形）の短辺方向ｆで対向している。
(4) 第１磁気センサ２３と第２磁気センサ２４の磁気検出方向ｅ1，ｅ2が、基板２０の実装面と垂直となっている。
【００３７】
次に、上記(1)〜(4)の関係を満たして、バスバー１０の第１部分１１と、第１磁気センサ２３及び第２磁気センサ２４とを配置することによる効果について、図４（ａ）及び図４（ｂ）を参照して説明する。図４（ａ）及び図４（ｂ）は、バスバー１０の第１部分１１の中間部と、第１磁気センサ２３及び第２磁気センサ２４とを通り、第１部分１１の通電方向ｂと直交する断面での、第１部分１１の断面１１ａと第１磁気センサ２３及び第２磁気センサ２４との位置関係を示したものである。
【００３８】
図４（ａ）を参照して、バスバー１０の第１部分１１の中間部の断面１１ａを長方形とすることにより、断面１１ａを流れる電流により生じる磁束Ｆを楕円状とすることができる。そして、この場合、第１磁気センサ２３及び第２磁気センサ２４付近における磁束Ｆの向きが、断面１１ａ（長方形）の長辺方向（図中Ｙ方向）とほぼ平行になる範囲ｈ1，ｈ2が広くなる。
【００３９】
そのため、車両の振動等により、バスバー１０の第１部分１１に対する第１磁気センサ２３及び第２磁気センサ２４の位置がＹ方向にずれても、このずれがｈ1，ｈ2の範囲内であれば、第１磁気センサ２３及び第２磁気センサ２４の磁気検出レベルはほとんど変化しない。
【００４０】
したがって、バスバー１０の第１部分１１に対する第１磁気センサ２３及び第２磁気センサ２４のＹ方向の位置ずれに対する耐性を高めて、該ずれにより、図１に示した磁気算出手段４１により算出される磁気のレベル、及び該磁気のレベルに基づいて電流算出手段４２により算出される電流に誤差が生じることを抑制することができる。
【００４１】
また、図４（ｂ）は、バスバー１０の第１部分１１に対する第１磁気センサ２３及び第２磁気センサ２４との位置が、断面１１ａの短辺方向（図中Ｘ方向）にずれて、第１磁気センサ２３がｘ1の位置にずれると共に、第２磁気センサ２４がｘ2の位置にずれた場合を示している。
【００４２】
この場合、第１磁気センサ２３と断面１１ａの間隔が広がるため、第１磁気センサ２３により検出される磁気のレベル（絶対値）が減少する。一方、第２磁気センサ２４と断面１１ａの間隔が狭くなるため、第２磁気センサ２４により検出される磁気のレベル（絶対値）が増加する。
【００４３】
そして、第１部分１１の断面である検出部分１１ａの形状は長方形であって、重心に対して対称な形状であるため、第１磁気センサ２３と第２磁気センサ２４で検出される磁気の増減のレベルは同一となる。また、上述したように、第１磁気センサ２３と第２磁気センサ２４の、断面１１ａに流れる電流により生じる磁界の向きに対する磁気の検出極性は逆となっている。
【００４４】
そして、図１に示したように、磁気算出手段４１は、第１磁気センサ２３の検出信号Ｓ1と第２磁気センサ２４の検出信号Ｓ2の差分を増幅したＳ3を用いて、磁気を算出しているが、Ｘ方向の位置ずれが生じても、Ｓ1とＳ2の差分ΔＳは位置ずれが生じていないときからほとんど変化しない。
【００４５】
そのため、バスバー１０の検出部分１１ａに対する第１磁気センサ２３及び第２磁気センサ２４の、Ｘ方向の位置ずれに対する耐性を高めて、Ｘ方向の位置ずれにより、図１に示した磁気算出手段４１により算出される磁気のレベル、及び該磁気のレベルに基づいて電流算出手段４２により算出される電流に誤差が生じることを抑制することができる。
【００４６】
なお、本実施の形態では、バスバー１０の第１部分１１の中間部の通電方向（Ｙ方向）と直交する断面の形状を長方形としたが、該断面が他の形状であっても、該形状が重心に対して対称な形状であれば、第１部分１１と第１磁気センサ２３及び第２磁気センサ２４間のＺ方向及びＸ方向の位置ずれに対する耐性を高めるという効果を得ることができる。
【００４７】
また、本実施の形態では、第１磁気センサ２３及び第２磁気センサ２４を単一の基板２０に実装したが、第１磁気センサ２３と第２磁気センサ２４を異なる基板に実装する場合や、第１磁気センサ２３と第２磁気センサ２４を基板に実装せずに配置する場合であっても、本発明の効果を得ることができる。
【００４８】
また、本実施の形態では、本発明の磁気センサとしてホール素子を用いたが、他の種類の磁気センサを用いてもよい。
【符号の説明】
【００４９】
１…電流検出装置、１０…バスバー、１１…バスバーの第１部分、２０…（第１磁気センサ及び第２磁気センサが実装された）基板、２３…第１磁気センサ、２４…第２磁気センサ、４０…マイクロコンピュータ、４１…磁気算出手段、４２…電流算出手段
【図１】
2010204026.tif 000003
【図２】
2010204026.tif 000004
【図３】
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【図４】
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