(57)【要約】【課題】電流路における電流値を精度良く測定可能な電流センサを提供すること。【解決手段】電流センサは、電流路に接続される抵抗器１０と、抵抗器１０において生じる電位差と抵抗器１０の電気抵抗値とに基づいて電流値を算出する制御部３０と、制御部３０が実装された回路基板２０と、抵抗器１０の両極と回路基板２０上の一対の接点２１とを繋ぐ一対の端子４０と、を備える。回路基板２０は、一対の接点２１の各々と、制御部３０の実装箇所と、の回路基板２０上における距離が同一であるように、構成されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電流路における電流値を測定する電流センサであって、
前記電流路に接続される抵抗器と、
前記抵抗器において生じる電位差と前記抵抗器の電気抵抗値とに基づいて前記電流値を算出する制御部と、
前記制御部が実装される回路基板と、
前記回路基板に前記抵抗器の両極を電気的に接続するために前記回路基板上に設けられた一対の接点と、を備え、
前記回路基板は、
前記制御部が実装される箇所と、前記一対の接点の各々と、の間の伝熱距離が等しいように、構成されている、
電流センサ。
【請求項２】
請求項１に記載の電流センサにおいて、
前記回路基板が、
前記制御部が実装される箇所と、前記一対の接点の各々と、の間の該回路基板上の物理的な距離が等しいように、構成されている、
電流センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電流路における電流値を測定する電流センサ、に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、電流路における電流値を測定するための各種の電流センサが提案されている。そのような電流センサの一例として、シャント抵抗方式に準じて電流値を測定するセンサ（シャント式電流センサ）が挙げられる。シャント式電流センサは、電流路に抵抗器を接続すると共に、抵抗器において通電時に生じる電位差（Ｖ）と、抵抗器の既知の抵抗値（Ｒ）と、をオームの法則（Ｖ＝Ｒ・Ｉ）に適用することにより、電流値（Ｉ）を測定（算出）するようになっている。
【０００３】
例えば、従来のシャント式電流センサの一つ（以下「従来センサ」という。）は、車両に適用され、車載バッテリと各種の電装品等との間を繋ぐ電流路における電流値を測定するようになっている（例えば、特許文献１を参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１３−０９６８８０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、シャント式電流センサは、一般に、電圧検出用のマイクロコンピュータ（マイコン。例えば、ＩＣ）を備えている。マイコンは作動時に発熱するため、マイコンが搭載された回路基板上には、通常、マイコンを中心として周囲に熱が広がるような温度分布が生じる。この温度分布の影響により、回路基板と抵抗器と繋ぐ一対の端子が回路基板に接続される一対の接点に温度差が生じ得る。一対の接点に温度差が生じると、一対の接点の間において熱起電力に差が生じると共に、それら接点同士の間に電位差が生じることになる。その結果、電流センサによる電流値の測定精度が低下することとなり得る。
【０００６】
そこで、上述した従来センサでは、回路基板上において、一対の接点とマイコンとが互いに離間して（遠く離れるように）配置されている。これにより、マイコンの発熱による一対の接点に対する熱的影響の抑制が図られるようになっている。しかし、従来センサでは、一対の接点とマイコンとを出来る限り離間させることから、回路基板が大型化する（ひいては電流センサが大型化する）ことが懸念される。更に、回路基板上において、一対の接点の各々と、マイコンと、の距離が異なっている。そのため、回路基板上の温度分布の影響を完全には排除できず、一対の接点の温度差に起因した電流値の測定精度の低下が依然として懸念される。
【０００７】
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、電流路における電流値を精度良く測定可能な電流センサ、を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前述した目的を達成するために、本発明に係る電流センサは、下記（１）及び（２）を特徴としている。
（１）
電流路における電流値を測定する電流センサであって、
前記電流路に接続される抵抗器と、
前記抵抗器において生じる電位差と前記抵抗器の電気抵抗値とに基づいて前記電流値を算出する制御部と、
前記制御部が実装される回路基板と、
前記回路基板に前記抵抗器の両極を電気的に接続するために前記回路基板上に設けられた一対の接点と、を備え、
前記回路基板は、
前記制御部が実装される箇所と、前記一対の接点の各々と、の間の伝熱距離が等しいように、構成されている、
電流センサであること。
（２）
上記（１）に記載の電流センサにおいて、
前記回路基板が、
前記制御部が実装される箇所と、前記一対の接点の各々と、の間の該回路基板上の物理的な距離が等しいように、構成されている、
電流センサであること。
【０００９】
上記（１）の構成の電流センサによれば、回路基板が、回路基板に抵抗器の両極を電気的に接続するために回路基板上に設けられた一対の接点の各々と、制御部が実装される箇所と、の間の伝熱距離が等しいように、構成されている。ここで、「伝熱距離」とは、制御部から一対の接点の各々まで熱が伝達するにあたり、その伝達の媒介となる物質の特性（例えば、回路基板の樹脂材料、回路基板の厚さ、回路を構成する金属材料、並びに、制御部の実装箇所と接点との間での回路密度および他の回路部品の有無など）に基づき、実際の熱伝達の容易さ及び困難さを考慮した距離である。この伝熱距離は、事前の実験および周知の熱伝達の理論式に基づく計算機シミュレーション等によって特定し得る。
【００１０】
上記構成の電流センサでは、制御部（ＩＣ等）において生じた熱量が、回路基板を介し、一対の接点に同様に伝わるため、一対の接点に実質的な温度差が生じない。よって、一対の接点の間において熱起電力に実質的な差が生じず、そのような熱起電力の差に起因して電流センサによる電流値の測定精度が低下することを防止できる。
【００１１】
したがって、本構成の電流センサは、電流路における電流値を精度良く測定可能である。
【００１２】
上記（２）の構成の電流センサによれば、回路基板が、一対の接点の各々と、制御部が実装される箇所と、の間の回路基板上の物理的な距離が等しいように、構成されている。換言すると、一対の接点の各々が、制御部の実装箇所を中心とした所定半径の仮想円周上に配置される。そのため、上記（１）のように伝熱距離を特定する処理を行うことなく、物理的な距離にのみ着目すればよいため、上記（１）に比べて容易に回路基板を設計できる。また、回路基板の実際の熱伝達の容易さが回路基板の全体においてほぼ同程度であると見なせば、物理的な距離を等しくすることにより、実用上十分な程度に電流値の測定精度が低下することを防止できると考えられる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、電流路における電流値を精度良く測定可能な電流センサを提供できる。
【００１４】
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。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】図１は、本発明の実施形態に係る電流センサを模式的に示した斜視図である。
【図２】図２は、図１に示した回路基板の上面図である。
【図３】図３は、図１に示した電流センサの使用例として、電流センサを車両に搭載した場合の機能ブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
＜実施形態＞
以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態に係る電流センサ１について説明する。
【００１７】
図１に示すように、電流センサ１は、抵抗器１０と、回路基板２０と、回路基板２０に実装された制御部３０と、抵抗器１０と回路基板２０とを繋ぐ一対の端子４０と、を備える。電流センサ１は、抵抗器１０が接続された電流路における電流値を測定するためのシャント式電流センサである。
【００１８】
図１に示すように、金属製の抵抗器１０は、抵抗部分１１と、抵抗部分１１の両端にそれぞれ繋がる一対の端部１２と、を有する平板状のバスバーである。本例では、抵抗器１０は、抵抗部分１１が棒状に延びる棒状の形状を有する。抵抗部分１１の抵抗値は既知である。抵抗器１０は、例えば、銅マンガン合金、及び、銅ニッケル合金等によって形成されている。
【００１９】
各端部１２には、抵抗器１０を電流路に直列に接続（介装）する際に使用する貫通孔１３が形成されている（後述する図３も参照）。また、各端部１２の所定箇所である電圧検出部１４には、一対の端子４０のうち対応する端子４０の一端部が、ハンダ付け等によって電気的に接続されるように固定されている。
【００２０】
樹脂製の回路基板２０は、平板状の形状を有する。回路基板２０上には、互いに所定距離だけ離れて位置する一対のスルーホール２１（貫通孔）が形成されている。各スルーホール２１には、一対の端子４０のうち対応する端子４０の他端部が、ハンダ付け等によって電気的に接続されるように固定されている。
【００２１】
回路基板２０上には、回路基板２０に実装された制御部３０と、一対のスルーホール２１（換言すると、スルーホール２１に固定された一対の端子４０）と、を電気的に接続するように、一対の回路パターン２２が形成されている。本例では、各回路パターン２２は、互いに逆向きに並んで配置されたＬ字状の形状を有する。回路パターン２２は、例えば、銅によって形成されている。
【００２２】
制御部３０は、具体的には、マイクロコンピュータである。制御部３０は、電流路に接続された抵抗器１０に通電した際に抵抗器１０の抵抗部分１１に生じる電位差（Ｖ）と抵抗部分１１の既知の抵抗値（Ｒ）とを用いて、オームの法則（Ｖ＝Ｒ・Ｉ）によって電流路における電流値（Ｉ）を算出するようになっている。
【００２３】
制御部３０は、種々のＩＣを内蔵している（後述する図３も参照）。このため、制御部３０は、作動状態において発熱し、回路基板２０上の発熱源となる。
【００２４】
一対の端子４０は、立体的に屈曲しながら、抵抗器１０と回路基板２０との間を繋いでいる。本例では、一対の端子４０は、抵抗器１０と回路基板２０との間の熱膨張差（相対位置の変化）を吸収でき、且つ、変形し易いように、幅狭の薄板部材で構成されている。一対の端子４０は、例えば、抵抗器１０と同様、例えば、銅マンガン合金、及び、銅ニッケル合金等によって形成されている。
【００２５】
上記のように構成された電流センサ１において、作動状態において制御部３０が発熱すると、制御部３０が実装された回路基板２０上に、制御部３０を中心として制御部３０から離れるにつれて徐々に温度が低下するような温度分布が生じる。この温度分布の影響により、回路基板２０における一対のスルーホール２１の位置（一対の端子４０と一対の回路パターン２２との接点）に温度差が生じ得る。以下、端子４０と回路パターン２２との接点を単に「接点」と呼ぶ。
【００２６】
一対の接点に温度差が生じると、一対の接点の間において熱起電力に差が生じ得る。一対の接点の間において熱起電力に差が生じると、それら接点同士の間に電位差が生じることとなり、電流センサ１による電流値の測定精度が低下することとなり得る。
【００２７】
そこで、電流センサ１では、図２に示すように、回路基板２０上において、発熱源である制御部３０の基準位置３０ａを中心とした半径Ｒの仮想円周Ｃ上に、一対のスルーホール２１（一対の接点）の各々が配置されている。即ち、一対のスルーホール２１（一対の接点）の各々と、制御部３０の基準位置３０ａと、の回路基板２０上における距離が同一となっている。ここで、基準位置３０ａは、例えば、制御部３０の重心位置、制御部３０において最も温度が高くなる位置等に定められ得る。
【００２８】
これにより、制御部３０において生じた熱量が、回路基板２０を介し、一対の接点に同様に伝わる。よって、一対の接点に実質的な温度差が生じないので、一対の接点の間において熱起電力に実質的な差が生じない。この結果、そのような熱起電力の差に起因して電流センサ１による電流値の測定精度が低下することを防止できる。
【００２９】
なお、本例では、回路基板２０が、一対の接点の各々と、制御部３０が実装される箇所と、の間の回路基板２０上の物理的な距離が等しいように、構成されている。しかし、電流値の測定精度を更に向上させるべく、実際に制御部から一対の接点の各々まで熱を伝達する媒介となる物質の特性（例えば、回路基板２０の樹脂材料、回路基板２０の厚さ、回路パターン２２を構成する金属材料、並びに、制御部３０の実装箇所と接点との間での回路密度および他の回路部品の有無など）に基づき、実際の熱伝達の容易さ及び困難さを考慮した距離（伝熱距離）が等しいように、回路基板２０が構成されてもよい。なお、この伝熱距離は、事前の実験および周知の熱伝達の理論式に基づく計算機シミュレーション等によって特定し得る。
【００３０】
更に、電流センサ１では、回路基板２０上において一対の接点を制御部３０の近くに配置しても、一対の接点に実質的な温度差が生じない。このため、一対の接点を制御部３０の近くに配置することにより、上述した従来の電流センサと比べて、回路基板２０の寸法を小さくすることができる。
【００３１】
以下、図３を参照しながら、電流センサ１を、車両のバッテリに繋がる電流路における電流値Ｉを測定するためのシャント式電流センサとして使用する例について説明する。なお、図３では、回路基板２０の記載が省略されている。
【００３２】
図３に示すように、バッテリＢの負極およびスタータモータＭの負極は、車両のフレーム等にボディアースされている。その結果、バッテリＢの負極は、このフレーム等を介してスタータモータＭの負極と接続された状態となっている。なお、バッテリＢの正極は、スタータモータＭの正極と直接接続されている。抵抗器１０は、バッテリＢの負極とアースポイントとを繋ぐ電流路（即ち、スタータモータＭとバッテリＢとを車両のフレーム等を介して繋ぐ電流路）に介装されている。抵抗器１０の端部は、バッテリＢの負極端子（バッテリポスト）に直接接続されてもよい。抵抗器１０の抵抗値は既知である。
【００３３】
なお、バッテリＢの正極は、スタータモータＭだけでなく、他の負荷類（図示省略）の正極とも接続されている。他の負荷類の負極は、通常、スタータモータＭと同様にボディアースされている。そのため、電流センサ１は、スタータモータＭを流れる電流だけでなく、他の負荷類を流れる電流も測定できるようになっている。
【００３４】
回路基板２０上に実装された制御部３０は、増幅器３１、ＡＤ変換器３２（ＡＤＣ。アナログ・デジタル・コンバータ）、演算部３３、メモリ３４、及び、ＣＰＵ３５、を含んで構成されている。
【００３５】
増幅器３１は、抵抗器１０（シャント抵抗）の両端に発生する電位差に対応するアナログ信号を増幅し、増幅後のアナログ信号を出力するようになっている。増幅器３１の増幅率（電圧利得。ゲイン）は調整可能となっている。
【００３６】
ＡＤ変換器３２は、増幅器３１が出力する増幅後のアナログ信号を所定のサンプリングタイムでサンプリングして（ＡＤ変換して）、デジタル信号（電位差のサンプリング値）を出力する。ＡＤ変換器３２におけるサンプリングタイムは調整可能である。
【００３７】
演算部３３は、ＡＤ変換器３２が出力する電位差のサンプリング値に基づいて、バッテリＢに向けて流れる電流値Ｉ（図３を参照）を算出するようになっている。具体的には、電流値Ｉは、ＡＤ変換器３２が出力する電位差のサンプリング値（Ｖ）と、既知の抵抗器１０の抵抗部分１１の抵抗値（Ｒ）とを用いて、オームの法則（Ｖ＝Ｒ・Ｉ）によって算出される。
【００３８】
メモリ３４は、例えば、ＥＥＰＲＯＭ（ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｌｙ  ｅｒａｓａｂｌｅ  ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ  ｒｅａｄ  ｏｎｌｙ  ｍｅｍｏｒｙ）であり、演算部３３で算出された電流値Ｉのデータ群を記憶できるようになっている。また、演算部３３は、メモリ３４に記憶されている電流値Ｉのデータ群を読み取ることができるようになっている。
【００３９】
ＣＰＵ３５は、増幅器３１、ＡＤ変換器３２、及び、演算部３３と接続されている。ＣＰＵ３５は、車両に搭載された種々のセンサ信号に基づいて、増幅器３１の増幅率を調整すると共に、ＡＤ変換の際のサンプリングタイムを調整する。また、ＣＰＵ３５は、演算部３３を制御することで、演算部３３で算出された電流値Ｉのデータ群をメモリ３４に記憶させ、且つ、メモリ３４が記憶している電流値Ｉのデータ群を演算部３３に送出させる。メモリ３４に記憶された電流値Ｉのデータ群は、例えば、バッテリＢの劣化状態（エンジンＥＧの始動性能）を評価する際などに利用され得る。
【００４０】
以上、本発明の実施形態に係る電流センサによれば、抵抗器１０の抵抗部分１１の両極と回路基板２０の一対のスルーホール２１（一対の回路パターン２２）とを一対の端子４０によって繋ぐにあたり、回路基板２０が、一対のスルーホール２１の位置（よって、端子４０と回路パターン２２との接点）の各々と、制御部３０の実装箇所と、の回路基板２０上における距離が同一であるように、構成されている。換言すると、制御部３０の実装箇所を中心とした円周上に、一対の接点の各々が配置されている。そのため、制御部３０において生じた熱量が、回路基板２０を介し、一対の接点に同様に伝わるので、一対の接点に実質的な温度差が生じない。よって、一対の接点の間において熱起電力に実質的な差が生じず、そのような熱起電力の差に起因して電流センサ１による電流値の測定精度が低下することを防止できる。したがって、電流センサ１は、電流路における電流値を精度良く測定可能である。
【００４１】
更には、電流センサ１では、回路基板２０上において一対の接点を制御部３０の近くに配置しても、一対の接点に実質的な温度差が生じない。このため、一対の接点を制御部３０の近くに配置することによって、上述した従来の電流センサと比べて、回路基板２０の寸法を小さくすることができる。
【００４２】
＜他の態様＞
なお、本発明は上記各実施形態に限定されることはなく、本発明の範囲内において種々の変形例を採用できる。例えば、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。
【００４３】
例えば、上記実施形態では、回路基板２０上に配置された一対の回路パターン２２は、互いに逆向きに並んで配置されたＬ字状の形状を有するが（図２を参照）、一対のスルーホール２１（一対の接点）の各々と、制御部３０の基準位置３０ａと、の回路基板２０上における距離が同一となる限りにおいて、一対の回路パターン２２の形状はどのような形状を有していても良い。一対の回路パターン２２の形状は、互いに同一の形状、若しくは、互いに対称な形状であることが好ましい。また、回路基板２０上の異なる位置に制御部３０を含む複数のマイクロコンピュータ（ＩＣを含む）が実装されている場合、一対のスルーホール２１（一対の接点）から最も近くに配置されたマイクロコンピュータの実装位置と、一対のスルーホール２１（一対の接点）の各々と、の回路基板２０上における伝熱距離が同一であること、又は、物理的な距離が同一であることが好適である。
【００４４】
ここで、上述した本発明に係る電流センサの実施形態の特徴をそれぞれ以下（１）及び（２）に簡潔に纏めて列記する。
（１）
電流路における電流値を測定する電流センサ（１）であって、
前記電流路に接続される抵抗器（１０）と、
前記抵抗器において生じる電位差と前記抵抗器の電気抵抗値とに基づいて前記電流値を算出する制御部（３０）と、
前記制御部が実装される回路基板（２０）と、
前記回路基板（２０）に前記抵抗器（１０）の両極を電気的に接続するために前記回路基板上に設けられた一対の接点（２１）と、を備え、
前記回路基板（２０）は、
前記制御部（３０）が実装される箇所と、前記一対の接点（２１）の各々と、の間の伝熱距離が等しいように、構成されている、
電流センサ。
（２）
上記（１）に記載の電流センサにおいて、
前記回路基板（２０）が、
前記制御部（３０）が実装される箇所と、前記一対の接点（２１）の各々と、の間の該回路基板上の物理的な距離が等しいように、構成されている、
電流センサ。
【符号の説明】
【００４５】
１  電流センサ
１０  抵抗器
２０  回路基板
２１  一対のスルーホール（一対の接点）
３０  制御部
４０  一対の端子
【図１】
2018155626.tif 000003
【図２】
2018155626.tif 000004
【図３】
2018155626.tif 000005