(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面に磁気センサが実装されると共に裏面に導電性のシールド層が形成され、少なくとも、該磁気センサと電流の検出対象である被検出導体との間の該磁気センサの実装箇所に対向する部位に、該シールド層を位置させて配置された基板と、
前記シールド層を所定電位部に接続したシールド接続回路と、
前記磁気センサにより検出される磁気に基づいて、前記被検出導体に流れる電流を算出する電流算出手段とを備えた電流検出装置であって、
前記基板は前記被検出導体の通電方向と平行に配置され、
前記磁気センサの感磁面は前記基板の表面と垂直であり、
前記シールド層は、前記磁気センサと対向した前記基板の裏面の箇所を、前記被検出導体の電流検出部の通電方向と直交する方向で挟んで対向した第１起点部及び第２起点部に基づいて設定された、該第１起点部から前記シールド層の端部に至る第１所定範囲と、該第２起点部から前記シールド層の端部に至る第２所定範囲とを除いて、前記基板の裏面に形成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、導体に流れる電流により生じる磁束を磁気センサで検出することによって、該電流の大きさを求めるようにした電流検出装置が知られている。そして、電流検出の精度を高めるために、磁気センサと電流検出の対象である被検出導体と他の導体とを、被検出導体を流れる電流により生じる磁束が磁気センサの感磁面と略直交すると共に、他の導体を流れる電流により生じる磁束が磁気センサの感磁面と略平行となるように配置した構成が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
この構成によれば、他の導体を流れる電流により生じる磁束の影響を排除して、被検出導体を流れる電流により生じる磁束のみを磁気センサの感磁面に通過させることができるため、電流検出の精度を高めることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００１−７４７８３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
電流検出精度を低下させる要因として、上述した被検出導体以外の導体を流れる電流により生じる磁界の他に、被検出導体を流れる電流に重畳するノイズについても考慮する必要がある。
【０００６】
例えば、モータとそのドライブ回路を導体（バスバー）で接続してモータを駆動する場合、ドライブ回路からモータに供給される電流（相電流）は、一般的に直流電圧をスイッチングして生成される。そのため、バスバーに流れる電流には、スイッチングノイズが重畳し易く、このスイッチングノイズが、バスバーと磁気センサ間の浮遊容量を介して静電誘導ノイズとして磁気センサに伝播すると、磁気センサの検出誤差が生じる要因となる。
【０００７】
そこで、図５（ａ）に示したように、バスバー１００を流れる電流により生じる磁束Ｂ11を検出するための磁気センサ１２０，１２１が実装された基板１３０の下面の全面に導電性のシールド層１３１を形成して、このシールド層１３１を接地する構成とすることが考えられる。
【０００８】
この構成によれば、バスバー１００を流れる電流に重畳したスイッチングノイズに起因して、浮遊容量１４０を介してシールド層１３１に流入する電流（静電誘導ノイズ）１４１を、接地電位部１１２に逃がすことができるため、この静電誘導ノイズの影響によって磁気センサ１２０，１２１の検出誤差が生じることを防止することができる。そのため、電流の検出精度を高めることができる。
【０００９】
しかし、このように、回路基板１３０の下面にシールド層１３１を形成した場合、図５（ｂ）に示したように、バスバー１００の通電量が変化して磁気センサ１２０を通過する磁束Ｂ11が変化したときに、この磁束Ｂ11の変化を打ち消すようにシールド層１３１に渦電流１５０が流れる。
【００１０】
そして、この渦電流１５０によって生じる磁束が磁気センサ１２０の感磁面を透過して磁気センサ１２０による磁気の検出レベルが増減するため、実際にバスバー１００を流れる電流の変化に対する磁気センサ１２０の応答遅れが生じてしまう。磁気センサ１２１についても同様である。
【００１１】
そこで、本発明は、磁気センサを搭載した回路基板の下面にシールド層を形成したときに、シールド層に生じる渦電流によって、検出電流の変化に対する磁気センサの応答遅れが生じることを抑制し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】
【００１２】
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、本発明の電流検出装置は、表面に磁気センサが実装されると共に裏面に導電性のシールド層が形成され、少なくとも、該磁気センサと電流の検出対象である被検出導体との間の該磁気センサの実装箇所に対向する部位に、該シールド層を位置させて配置された基板と、前記シールド層を所定電位部に接続したシールド接続回路と、前記磁気センサにより検出される磁気に基づいて、前記被検出導体に流れる電流を算出する電流算出手段とを備えた電流検出装置であって、前記基板は前記被検出導体の通電方向と平行に配置され、前記磁気センサの感磁面は前記基板の表面と垂直であり、前記シールド層は、前記磁気センサと対向した前記基板の裏面の箇所を、前記被検出導体の電流検出部の通電方向と直交する方向で挟んで対向した第１起点部及び第２起点部に基づいて設定された、該第１起点部から前記シールド層の端部に至る第１所定範囲と、該第２起点部から前記シールド層の端部に至る第２所定範囲とを除いて、前記基板の裏面に形成されていることを特徴とする。
【００１３】
かかる本発明によれば、前記シールド層は、前記磁気センサと対向した前記基板の裏面の箇所と、前記シールド層の端部との間の前記所定範囲を除いて、前記基板の裏面に形成されている。そのため、前記磁気センサの周囲における前記シールド層の通電経路を前記所定範囲の非導通箇所で遮断して、前記磁気センサを透過する磁束の変化に応じて前記シールド層に渦電流が生じることを抑制することができる。そして、これにより、前記被検出導体を流れる電流の変化に対して、前記磁気センサの応答遅れが生じることを抑制することができる。
【００１７】
さらに本発明によれば、前記磁気センサの前記第１起点部側の前記シールド層における通電経路を前記第１所定範囲の非導電性部分で遮断すると共に、前記磁気センサの前記第２起点部側の前記シールド層における通電経路を前記第２所定範囲の非導電性部分で遮断することができる。そのため、前記磁気センサの感磁面が前記基板の表面と垂直且つ前記被検出導体の電流検出部における通電方向と直交した実装態様である場合に、前記センサを透過する磁束の変化に応じて前記シールド層に渦電流が生じることを抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】第１実施形態の電流検出装置の構成図。
【図２】第１実施形態における基板の配置態様と、シールド層の形態の説明図。
【図３】第２実施形態における基板の配置態様と、シールド層の形態の説明図。
【図４】第３実施形態における基板の配置態様と、シールド層の形態の説明図。
【図５】シールド層を設けることによる効果と、シールド層に生じる渦電流の説明図。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
本発明に関連する電流検出装置の実施形態である第１実施形態及び第２実施形態と、本発明の電流検出装置の実施形態である第３実施形態について、図１〜４を参照して説明する。
【００２８】
［第１実施形態］
先ず、図１〜図２を参照して、第１実施形態の電流検出装置について説明する。図１を参照して、第１実施形態の電流検出装置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（本発明の被検出導体に相当する）に流れる電流を、第１磁気センサ２３及び第２磁気センサ２４を用いて検出する。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
次に、図２（ａ），図２（ｂ）を参照して、第１実施形態における第１磁気センサ２３と第２磁気センサ２４の配置について説明する。
【００３２】
図２（ａ）を参照して、第１磁気センサ２３と第２磁気センサ２４は基板５０の表面に実装され、基板５０の裏面には導電性のシールド層５１が形成されている。シールド層５１は、シールド接続回路５２により接地電位部５３（本発明の所定電位部に相当する）に接続され、これにより、バスバー１０から浮遊容量を介してシールド層５１に流入したノイズによる電流（静電誘導ノイズ）を、シールド層５１から接地電位部５３に逃がして、静電誘導ノイズが基板５０の表面に伝播することを防止している。
【００３３】
なお、シールド層５１の接続先は接地電位部５３に限らず、ＰＤＵ３の電源の正極電位等、他の電位部に接続してもよい。
【００３４】
また、基板５０は、バスバー１０の電流測定箇所１１での通電方向Ｄ1と平行に配置され、基板５０とバスバー１０は、図示しない配置部材等によって、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の電流検出箇所１１の上方でバスバー１０の通電方向Ｄ1と直交すると共に、第１磁気センサ２３とバスバー１０の電流検出箇所１１間の距離と、第２磁気センサ２４とバスバー１０の電流検出箇所１１間の距離が等しくなる位置に、配置されている。
【００３５】
この場合、バスバー１０の電流検出箇所１１を流れる電流により生じる磁界について、第１磁気センサ２３で検出される磁束Ｂ1と第２磁気センサ２４で検出される磁束Ｂ2は、向きが逆で大きさが同じになる。
【００３６】
そのため、図１に示したように、アンプ３３により、アンプ３０による第１磁気センサ２３の磁気検出信号Ｓ1の増幅出力と、アンプ３２による第２磁気センサ２４の磁気検出信号Ｓ2の増幅出力との差を増幅することによって、バスバー１０以外の外部からの磁界に依る磁束分が打ち消される。
【００３７】
次に、図２（ｂ）は、説明の便宜上、図２（ａ）に示した基板５０のシールド層５１のみを示したものであり、シールド層５１には、第１磁気センサ２３の感磁面（第１実施形態では基板５０の表面と平行な面とされている）の中心部と対向した箇所２３ａからシールド層５１の端部５１ａまで、シールド層５１の上面から下面に亘るスリット５５が設けられている。
【００３８】
このように、シールド層５１は、スリット５５の部分（本発明の磁気センサの実装箇所と対向した箇所からシールド層の端部までの間の所定範囲に相当する）を除いて、基板５０の裏面に形成されており、第１磁気センサ２３の周囲のシールド層５１の通電経路が、スリット５５により遮断されている。
【００３９】
そのため、バスバー１０を流れる電流の変化に応じて磁束Ｂ１が変化したときに、第１磁気センサ２３の周囲に渦電流Ｉ１が生じることを防止することができる。そして、渦電流Ｉ１の発生を防止することによって、バスバー１０の通電量の変化に対して、第１磁気センサ２３の磁気検出信号の応答遅れが生じることを抑制することができる。
【００４０】
また、図２（ｂ）では、第１磁気センサ２３に対してスリット５５を設けることについて説明したが、第２磁気センサ２４に対しても同様のスリットが設けられている。そして、これにより、バスバー１０の通電量の変化に対して、第２磁気センサ２４の磁気検出信号の応答遅れが生じることを抑制している。
【００４１】
［第２実施形態］
次に、図３（ａ）及び図３（ｂ）を参照して、第２実施形態について説明する。図３（ａ）の横断面図で示したように、第２実施形態の電流検出装置においては、バスバー１０を挿通したコア６０が配置されている。そして、コア６０のエアギャップ６１内に、磁気センサ６２が表面に実装されると共に裏面にシールド層６４が形成された基板６３が配置されている。
【００４２】
基板６２は、バスバー１０を流れる電流により生じて、コア６０により集磁された磁束Ｂ３の向きと直交して配置され、磁気センサ６２の感磁面は基板６３の表面と平行とされている。また、シールド層６４は、シールド接続回路６５により接地電位部６６に接続されている。
【００４３】
シールド層６４を設けることによって、バスバー１０を流れる電流にノイズ（スイッチングノイズ等）が重畳し、このノイズによる電流が、バスバー１０とコア６０間の浮遊容量を介してバスバー１０からコア６０に伝播したときに、この電流をシールド層６４から接地電位部６６に逃がすことができる。そして、これにより、ノイズによる電流がコア６０から基板６３に伝播して、磁気センサ６２の磁気検出に影響を与えることを防止している。
【００４４】
また、図３（ｂ）は、説明の便宜上、図３（ａ）に示した構成を、基板６３についてはシールド層６４のみを示した上面図である。シールド層６４には、磁気センサ６２の感磁面（第２実施形態では基板６３の表面と平行な面とされている）の中心部と対向した箇所６２ａからシールド層６４の端部６４ａまで、シールド層６４の上面から下面に亘るスリット６７が設けられている。
【００４５】
このように、シールド層６４は、スリット６７の部分（本発明の磁気センサの実装箇所と対向した箇所からシールド層の端部までの間の所定範囲に相当する）を除いて、基板６３の裏面に形成されており、磁気センサ６２の周囲のシールド層６４の通電経路が、スリット６７により遮断されている。
【００４６】
そのため、バスバー１０を流れる電流の変化に応じて磁束Ｂ３が変化したときに、磁気センサ６２の周囲に渦電流Ｉ３が生じることを防止することができる。そして、渦電流Ｉ３の発生を防止することによって、バスバー１０の通電量の変化に対して、磁気センサ６２の磁気検出信号の応答遅れが生じることを抑制することができる。
【００４７】
また、図３（ｂ）に示したように、磁気センサ６２の感磁面の中心部と対向する箇所６２ａから端部６４ａに至る範囲にスリット６７を設けることことが望ましいが、磁気センサ６２の感磁面の中心部と対向する箇所６２ａと端部６４ａの間にスリットを設けることによって、渦電流の発生を抑制する効果を得ることができる。
【００４８】
なお、第２実施形態では、磁気センサを１個しか用いないため、図１に示した構成において、第１磁気センサ２３を磁気センサ６２とし、アンプ３０の増幅出力をマイクロコンピュータ４０のＡＤ変換ポートＡＤに入力する構成となる。この場合、第２磁気磁気センサ２４、アンプ３２，３３は不要である。
【００４９】
［第３実施形態］
次に、図４（ａ）及び図４（ｂ）を参照して、第３実施形態について説明する。図４（ａ）の横断面図に示したように、第３実施形態の電流検出装置においては、基板８１がバスバー１０と平行に配置されている。そして、磁気センサ８０の感磁面が基板と垂直とされ、磁気センサ８０が基板８１を介してバスバー１０と対向する位置に配置されている。
【００５０】
この場合、バスバー１０を流れる電流により生じる磁束Ｂ６が、磁気センサ８０により検出される。また、バスバー１０を流れる電流に重畳するノイズが、バスバー１０と磁気センサ８０間の浮遊容量を介して、磁気センサ８０に伝播されることを防止するため、基板８１の裏面にはシールド層８２が形成されている。シールド層８２は、シールド接続回路８３により接地電位部８４に接続されている。
【００５１】
図４（ｂ）は、説明の便宜上、図４（ａ）に示した構成を、基板８１についてはシールド層のみを示した上面図である。シールド層８２には、磁気センサ８０の実装箇所と対向する箇所Ｐ１を、バスバー１０の通電方向と直交する方向でＰ１から等間隔で挟んだ箇所Ｐ２，Ｐ３（本発明の第１起点部及び第２起点部に相当する）から、シールド層８２の端部までの範囲（本発明の第１起点部からシールド層の端部に至る第１所定範囲、及び第２起点部からシールド層の端部に至る第２所定範囲に相当する）に、スリット８５，８６が設けられている。
【００５２】
シールド層８２にスリット８５，８６を設けることによって、磁気センサ８０の周囲の通電経路が遮断されるため、バスバー１０を流れる電流の変化に応じて磁束Ｂ６が変化したときに、磁束Ｂ６の変化分を打ち消す渦電流Ｉ５が生じることを回避することができる。そして、この渦電流Ｉ５の発生により、バスバー１０を流れる電流の変化に対する磁気センサ８０の磁気検出信号の応答遅れが生じることを防止することができる。
【００５３】
なお、第３実施形態では、磁気センサを１個しか用いないため、図１に示した構成において、第１磁気センサ２３を磁気センサ８０とし、アンプ３０の増幅出力をマイクロコンピュータ４０のＡＤ変換ポートＡＤに入力する構成となる。この場合、第２磁気センサ２４、アンプ３２，３３は不要である。
【００５４】
なお、上記第１実施形態〜第３実施形態において、磁気センサが実装された基板の裏面に、スリットを除いた全ての部分にシールド層を形成することで、バスバーに重畳するノイズに対する磁気センサの耐性を高めることができる。
【００５５】
また、上記第１実施形態〜第３実施形態で使用する磁気センサの例としてホール素子を示したが、他の種類の磁気センサを用いてもよい。
【符号の説明】
【００５６】
１…電流検出装置、２３…第１磁気センサ、２４…第２磁気センサ、１０…バスバー（被検出導体）、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、５０…基板、５１…シールド層、５２…シールド接続回路、５３…接地電位部、５５…スリット。
【図１】
0005500956.tif 000002
【図２】
0005500956.tif 000003
【図３】
0005500956.tif 000004
【図４】
0005500956.tif 000005
【図５】
0005500956.tif 000006