(57)【要約】【課題】部品コスト及び組み立て工数を極力削減し、かつ最小のスペースにて安定で精度の高い電流検出装置を提供する。【解決手段】基板１２上に電気回路と、この電気回路に接続された電流経路１４とが形成されると共に、上記電流経路１４に流れる電流を検出するようにした電流検出装置において、上記電流経路１４は、上記基板１２上の所定個所１６を取り囲むような形状に配設され、上記所定個所１６またはその近傍に電流の大きさに応じて発生する磁束を電圧に変換する磁気検出素子１７を設けた構成とする。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に電気回路と、この電気回路に接続された電流経路とが形成されると共に、上記電流経路に流れる電流を検出するようにした電流検出装置において、上記電流経路は、上記基板上の所定個所を取り囲むような形状に配設され、上記所定個所またはその近傍に電流の大きさに応じて発生する磁束を電圧に変換する磁気検出素子を設けたことを特徴とする電流検出装置。
【請求項２】
上記基板を多層構造とし、各層にそれぞれ電流経路を形成すると共に、各層間に跨る複数個の層間接続導体を設けて各層の電流経路を接続したことを特徴とする請求項１記載の電流検出装置。
【請求項３】
多層構造の基板上に電気回路と、この電気回路に接続された電流経路とが形成されると共に、上記電流経路に流れる電流を検出するようにした電流検出装置において、上記電流経路は、上記基板上の所定個所または各層におけるその対応個所を取り囲むように各層に設けられ、上記所定個所または対応個所を取り囲む電流経路の終端部とその下層の電流経路の始端部とを層間接続導体で接続することにより、各層の電流経路を全体としてコイル状に形成すると共に、上記所定個所またはその近傍に電流の大きさに応じて発生する磁束を電圧に変換する磁気検出素子を設けたことを特徴とする電流検出装置。
【請求項４】
上記電流経路には、上記所定個所近傍の電流密度が大きくなるようにスリットを形成したことを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１項記載の電流検出装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、モータ電流等の電流検出装置、特に電動パワーステアリング装置等の車載用電装品における非接触型電流検出装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来のこの種電流検出装置は、被検出電流の経路となるバスバーがＣ字型の磁気コアを貫通する構成とされ、バスバーに流れる被検出電流によって発生される磁界をＣ字型の磁気コアによって集磁すると共に、磁気コアのギャップ部位に設置したホール素子によって電圧に変換し、増幅回路にて所定の増幅を行なって電流検出出力（被検出電流に比例した電圧値）を得るようにしていた。
また、磁気コアを用いない方式として、被検出電流経路である導体板金をＵ字状あるいはコ字状に湾曲させ、その中央部にホール素子を配置して被検出電流に比例した電圧値を得るようにした装置もある。（例えば特許文献１及び２参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００１−１７４４８６号公報（段落００１６、図１、図５）
【特許文献２】
特開２００３−４７７１号公報（段落００１１、図７）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
従来の非接触型電流検出装置は以上のように構成されていたため、次に示すような問題点があった。即ち、Ｃ字型の磁気コアを用いるものにおいては、磁気コアの形状が大きくなり、小型の制御装置、特に車載用制御装置においてはその搭載性に問題を生じる場合があった。また、部品点数及び組み立て工数も大きくコスト的にも不利となるものであった。更に、磁気コアの持つヒステリシス特性の影響により電流検出精度や検出の安定性に悪影響を及ぼす場合があった。
更にまた、磁気コアを用いない方式においては、実用的な検出感度を得るためには、磁気検出素子近傍での被検出電流密度を大きくする必要があり、そのため、被検出電流経路である導体の幅をある程度細くする必要があった。しかし、そのため、モータ電流等の数十アンペア以上の電流を検出する必要がある場合には、被検出電流経路導体の磁気検出素子近傍においての熱集中が懸念され、また、通常は被検出電流経路導体と磁気検出素子とを樹脂モールド等により固定及びパッケージする必要があるため、放熱の問題や容積の増加の問題あるいはコスト増加の問題がある。更に、電流検出部は電流検出を必要とする制御回路基板とは別体構成であるため、電流検出部の取り付けや制御回路基板との接続配線が必要である等の問題点があった。
【０００５】
この発明は、上記のような問題点を解消するためになされたものであり、部品コスト及び組み立て工数を極力削減し、かつ最小のスペースにて、安定で精度の高い電流検出装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る電流検出装置は、基板上に電気回路と、この電気回路に接続された電流経路とが形成されると共に、上記電流経路に流れる電流を検出するようにした電流検出装置において、上記電流経路は、上記基板上の所定個所を取り囲むような形状に配設され、上記所定個所またはその近傍に電流の大きさに応じて発生する磁束を電圧に変換する磁気検出素子を設けたものである。
電流検出を必要とするモータ駆動回路や電源回路等の動力または電力制御回路においては多くの場合、それを構成する電力制御用半導体素子から発生する熱を効率よく放熱するための放熱手段（ヒートシンク）をもともと有している。
この発明は、モータ電流等の被検出電流を電流経路パターンに流した時に生ずる熱を上記放熱手段を共有することで有効に放熱し、少ないスペースで安定に電流の検出を可能とするものである。特に、電力制御用半導体素子を金属基板（アルミ基板）やセラミック基板上に配置した構成の場合に有効な手段である。
【０００７】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
以下、この発明の実施の形態１を図にもとづいて説明する。図１は、実施の形態１の構成を示す概略図であり、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は側面図である。
この図に示されるように、実施の形態１の電流検出装置１は、電流検出を必要とするモータ駆動回路等の制御回路を形成し、放熱用のヒートシンク１１を有するアルミ基板１２上に配設され、７０μｍ程度のフィラー入りエポキシ膜等の絶縁層１３を介して形成される上記モータ駆動回路等の電流検出を行なうものである。上記電気回路の電流検出経路として、アルミ基板１２上に被検出電流経路パターン１４が形成される。この被検出電流経路パターン１４は、例えば厚み８０μｍ程度の銅箔により形成され、この銅箔に０．２ｍｍ幅程度の切り込み（スリット）１５が図示のような形状で設けられる。即ち、電流経路が図１（Ａ）に矢印で示すように、所定個所１６を中心とした円弧状となるように、スリット１５を形成する。
【０００８】
この結果、所定個所１６には、被検出電流の大きさに比例した数の磁束が発生するため、所定個所１６またはその近傍に磁束密度を電圧に変換する磁気検出素子、例えばホール素子１７を設けることにより、被検出電流に比例した電圧出力を得ることができる。１８はホール素子１７に動作電圧を印加する電圧源、１９はホール素子１７の電圧出力を取り出すリード線であり、アルミ基板１２に接続するためのパッド２０に接続されている。ホール素子１７の電圧出力は増幅回路２１によって必要な程度に増幅され、被検出電流に対応した電流検出出力２２として外部に取り出されるものである。
【０００９】
なお、被検出電流経路パターン１４の所定個所１６の周りに流れる電流によって所定個所１６に生じる磁束密度は、電流の大きさが同じとすると円弧状線路の半径が小さいほど大きくなる。したがって被検出電流経路パターン１４の周回径を小さく、また被検出電流経路パターン１４の幅を細くした方が検出感度を大きくすることができる。しかしながら、電流経路の周回径を小さくし、経路幅を細くすると、大きな電流が電流経路に流れた場合に、その部位での発熱が過大となる。そこで、被検出電流経路パターン１４にスリット１５を適所に入れることにより、実際に電流が流れる経路を円弧の内周側に集中させながら、熱的には外側の導体パターンとの十分な接続を持たせて放熱性を確保している。この結果、ホール素子１７の検出点近傍での被検出電流の電流密度を大きくして検出感度を十分に高めることができる。
【００１０】
実施の形態２．
次に、この発明の実施の形態２を図にもとづいて説明する。図２は、実施の形態２の構成を示す側面図である。平面図は図１（Ａ）と同じであるため省略する。
また、図２において、図１と同一または相当部分には同一符号を付して説明を省略する。図１と異なる点は、アルミ基板１２に代えて多層セラミック基板３０（図２は４層の場合を例示している）とし、この多層セラミック基板３０の第１層３０ａ上に図１（Ａ）に示す電流検出回路を配置し、第２層３０ｂ〜第４層３０ｄの各層にも同形状の被検出電流経路パターン１４を形成すると共に、可能な限り多くのバイア（層間接続導体）３１を設けて各層に形成された被検出電流経路パターン１４間を電気的及び熱的に結合し、被検出電流経路パターン１４の電気抵抗及び熱抵抗を低減させる構成とした点である。なお、３２は多層セラミック基板３０とヒートシンク１１とを結合する高熱伝導性絶縁接着層である。
このような構成とすることにより、許容可能な被測定電流値を大きくすることができる。
【００１１】
実施の形態３．
次に、この発明の実施の形態３を図にもとづいて説明する。図３は、実施の形態３の構成を示す概略図で、実施の形態２と同様に、多層セラミック基板３０を用いるものである（図３は５層の場合を例示している）。図３において、図１（Ａ）及び図２と同一または相当部分には同一符号を付して説明を省略する。図２と異なる点は、比較的小さな（１０アンペア程度までの）電流を精度良く低コストにて検出することを可能とする構成としたものであり、多層セラミック基板３０の各層３０ａ〜３０ｅにそれぞれ形成される被検出電流経路パターンの所定個所１６を囲む円弧状電流経路１４ａ〜１４ｅのうち、第１層の円弧状電流経路１４ａの終端部ａｅと第２層の円弧状電流経路１４ｂの始端部ｂｓとをバイア（層間接続導体）３１で接続し、第２層の円弧状電流経路１４ｂの終端部ｂｅと第３層の円弧状電流経路１４ｃの始端部ｃｓとをバイア（層間接続導体）で接続し、以下同様に上層の円弧状電流経路の終端部と、その下層の円弧状電流経路の始端部とをバイアで接続することにより各層の電流経路を直列接続し、全体として複数巻きコイル状に形成する点である。
【００１２】
このように構成された被検出電流経路に電流を流した場合、コイル状の電流経路の中心における磁束密度の大きさはコイルの巻き数に比例する。つまり、図３の如く多層構造の被検出電流経路パターン１４ａ〜１４ｅを複数巻きコイル形状にすることにより、磁気コア等を用いることなく低コストにて電流検出感度を上げることができ、低電流域での検出精度を高めることが可能となる。
なお、図１〜図３に示した被検出電流経路パターン１４やスリット１５の形状は一例であり、取り扱う電流値や基板の熱抵抗等の特性や被検出電流経路パターンを形成する金属の物性や膜厚やホール素子の感度等にもとづく磁気的及び熱的シミュレーションにより最適な形状が決定されることは云うまでもない。
【００１３】
また、以上の説明においては磁気検出素子としてホール素子を例示したが、他の磁気検出素子を用いても同様な効果を期待することができる。また、ホール素子の樹脂モールド内に増幅回路を内蔵した、いわゆるホールＩＣを用いても同様に構成することができる。
【００１４】
【発明の効果】
この発明に係る電流検出装置は、基板上に電気回路と、この電気回路に接続された電流経路とが形成されると共に、上記電流経路に流れる電流を検出するようにした電流検出装置において、上記電流経路は、上記基板上の所定個所を取り囲むような形状に配設され、上記所定個所またはその近傍に電流の大きさに応じて発生する磁束を電圧に変換する磁気検出素子を設けたものであるため、部品コスト及び組み立て工数を極力削減して、かつ最小のスペースにて、安定で精度の高い非接触型電流検出装置を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態１の構成を示す概略図で、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は側面図である。
【図２】この発明の実施の形態２の構成を示す側面図である。
【図３】この発明の実施の形態３の構成を示す概略図である。
【符号の説明】
１  電流検出装置、      １１  ヒートシンク、      １２  アルミ基板、
１３  絶縁層、      １４  被検出電流経路パターン、
１５  スリット、    １６  所定個所、      １７  ホール素子、
１８  電圧源、      １９  リード線、      ２０  パッド、
２１  増幅回路、      ２２  電流検出出力、
３０  多層セラミック基板、      ３１  バイア、
３２  高熱伝導性絶縁接着層。
【図１】
2004354106.tif 000003
【図２】
2004354106.tif 000004
【図３】
2004354106.tif 000005