(57)【要約】【課題】バスバーとこれに取付けられる配線材との間で、それらの接続部分に作用する応力を緩和できる、電圧降下式電流計測装置を提供すること。【解決手段】測定対象となる電流経路に介装されたバスバー１と、電流測定用の回路が組込まれた回路基板２４とを備えている。バスバー１と回路基板２４とはピン状接続部材２６を介して電気的、機械的に接続されている。バスバー１と回路基板２４との熱膨張率の相違に基づく形状変化のずれは、ピン状接続部材２６の弾性作用により吸収される。【選択図】図１
2005188973.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被計測電流が流れる経路に介装され、前記被計測電流を計測する電圧降下式電流計測装置であって、
前記経路に介装される導電性の配線材と、
前記配線材上に配設され、前記配線材の所定の２点間に生じる電圧降下量に基づいて前記被計測電流を計測する回路の少なくとも一部が設けられた回路基板と、
それぞれの一端部が前記所定の２点で前記配線材に電気的に接続されると共に、それぞれの他端部が前記回路基板側に電気的に接続され、前記回路基板を前記配線材上に固定する、２つの接続部材と、
を備えた電圧降下式電流計測装置。
【請求項２】
請求項１記載の電圧降下式電流計測装置であって、
前記配線材の前記所定の２点にそれぞれ圧入孔が形成されると共に、前記各接続部材の一端部が前記各圧入孔にそれぞれ圧入されている、電圧降下式電流計測装置。
【請求項３】
請求項１又は請求項２記載の電圧降下式電流計測装置であって、
前記接続部材は、
前記回路基板と前記配線材とを所定間隔離れた位置で相互に固定している、電圧降下式電流計測装置。
【請求項４】
請求項１〜請求項３のいずれかに記載の電圧降下式電流計測装置であって、
前記被計測電流を計測する回路は、
前記配線材と、
前記配線材と同じ抵抗温度係数の材料で構成されて前記配線材に対して所定の接続点で電気的に接続されるセンス導体と、
前記配線材において前記接続点から前記被計測電流の流れる方向に一定距離離れた第１の点と前記センス導体において前記接続点から所定の距離離れた第２の点との電位差を比較する電位差比較回路と、
前記電位差比較回路からの信号に基づいて、前記第１の点と前記第２の点との電位差が等しくなるように前記センス導体に前記接続点から前記第２の点に向って計測用電流を流す電流制御回路と、
前記計測用電流に基づいて前記被計測電流を計測する電流計測回路と、
を備えて構成され、
前記回路基板には、前記配線材を除いた前記被計測電流を計測するための回路の構成要素のうち前記センス導体が少なくとも設けられる、電圧降下式電流計測装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、電圧降下式電流計測装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、自動車等に搭載された様々な負荷を駆動するに際して、電流センサで電流を計測し、計測された電流値を発電機の制御パラメータ等に使用することが行われている。
【０００３】
この場合に使用される電流センサとしては、電流経路内にシャント抵抗を配置し、このシャント抵抗に流れる電流を計測するものがある。
【０００４】
この場合、電流経路を構成するバスバーをシャント抵抗として利用し、このバスバーに重ね合せるようにＰＣＢ（プリント回路基板）を配設して、該ＰＣＢの配線とバスバーとを直接半田付けで接続するようにしたものが考えられる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上述のようにバスバーにＰＣＢを重ね合せて、ＰＣＢの配線とバスバーとを直接半田付けした構成では、例えば、車両内等における温度変化が激しい環境下においては、両者の熱膨張係数の差等によって、それらの接続部分に応力が作用し、場合によっては該接続部分が破損等する恐れがある。また例えば、バスバーをボルト締めする際のトルク及び段差等に起因した応力が、両者接続部に作用し、場合によっては該接続部分が破損する恐れがある。
【０００６】
そこで、この発明の課題は、被計測電流が流れる配線材とこれに取付けられる電流計測用の回路基板との間で、それらの接続部分に作用する応力を緩和できる、電圧降下式電流計測装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決すべく、請求項１記載の発明は、被計測電流が流れる経路に介装され、前記被計測電流を計測する電圧降下式電流計測装置であって、前記経路に介装される導電性の配線材と、前記配線材上に配設され、前記配線材の所定の２点間に生じる電圧降下量に基づいて前記被計測電流を計測する回路の少なくとも一部が設けられた回路基板と、それぞれの一端部が前記所定の２点で前記配線材に電気的に接続されると共に、それぞれの他端部が前記回路基板側に電気的に接続され、前記回路基板を前記配線材上に固定する、２つの接続部材と、を備えたものである。
【０００８】
なお、請求項２記載のように、前記配線材の前記所定の２点にそれぞれ圧入孔が形成されると共に、前記各接続部材の一端部が前記各圧入孔にそれぞれ圧入されているものであってもよい。
【０００９】
また、請求項３のように、前記接続部材は、前記回路基板と前記配線材とを所定間隔離れた位置で相互に固定していてもよい。
【００１０】
さらに、請求項４記載のように、前記被計測電流を計測する回路は、前記配線材と、前記配線材と同じ抵抗温度係数の材料で構成されて前記配線材に対して所定の接続点で電気的に接続されるセンス導体と、前記配線材において前記接続点から前記被計測電流の流れる方向に一定距離離れた第１の点と前記センス導体において前記接続点から所定の距離離れた第２の点との電位差を比較する電位差比較回路と、前記電位差比較回路からの信号に基づいて、前記第１の点と前記第２の点との電位差が等しくなるように前記センス導体に前記接続点から前記第２の点に向って計測用電流を流す電流制御回路と、前記計測用電流に基づいて前記被計測電流を計測する電流計測回路と、を備えて構成され、前記回路基板には、前記配線材を除いた前記被計測電流を計測するための回路の構成要素のうち前記センス導体が少なくとも設けられていてもよい。
【発明の効果】
【００１１】
請求項１記載の電圧降下式電流計測装置によると、配線材と回路基板とが接続部材を介して電気的接続されて固定される構成となっているため、配線基板と回路基板との熱膨張係数の差、振動、ボルト締め等に起因する形状変化の差が、その接続部材の弾性作用によって吸収される。従って、配線材と回路基板との間でそれらの接続部分での応力を緩和できる。
【００１２】
請求項２記載の電圧降下式電流計測装置によると、接続部材を圧入孔に圧入することで、接続部材を配線材に容易に接続固定することができる。
【００１３】
請求項３記載の発明によると、回路基板と配線材とを所定間隔離れた位置で固定しているため、配線基板と回路基板との熱膨張係数の差等に起因する形状変化の差が、その接続部材の傾きによってより大きな弾性作用を持たせることによって吸収される。従って、配線材と回路基板との間でそれらの接続部分での応力をより有効に緩和できる。
【００１４】
さらに、請求項４記載の発明によれば、配線材における電圧降下と、この配線材と同一の抵抗温度係数を有する材料のセンス導体の電圧降下とが、同一の温度変化による抵抗値変化を受けることを利用して、センス導体から流れ出る計測用電流を計測することで、配線材に流れる被計測電流を計測するので、温度変化に対する抵抗値の変化率を演算等によって考慮しなくても、被計測電流を容易に計測することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、この発明の実施の形態に係る電圧降下式電流計測装置について説明する。
【００１６】
図１は電圧降下式電流計測装置２０を示す側面図であり、図２は電圧降下式電流計測装置２０の要部拡大断面図である。
【００１７】
この電圧降下式電流計測装置２０は、測定対象となる所定の電流経路に流れる電流を測定するものであり、例えば、車両等において、バッテリからスタータモータへの通電電流を検出することで、バッテリの充電状態を判別する用途に用いられる。
【００１８】
この電圧降下式電流計測装置２０は、板状配線材であるバスバー１と、そのバスバー１に付設された回路基板２４と、ピン状接続部材２６とを備えている。
【００１９】
バスバー１は、銅や銅合金、アルミなどの導線性材料により形成された板状の導電性片である。このバスバー１の両端部は、所定の負荷或はバッテリー側の配線材との接続用に供されており、バスバー１は所定負荷に電源供給を行う電流経路に介装されている。なお、バスバー１は、必ずしも板状である必要はなく、例えば、棒状であってもよい。
【００２０】
回路基板２４は、ＰＣＢ（Printed Circuit Board）等の非可撓性の基板、或は、ＦＰＣ(Flexible Printed Circuit）等の可撓性を有する基板である。
【００２１】
この回路基板２４には、所定の配線パターンが形成されると共に所定の電子部品が実装されること等により、電流測定用の回路が少なくとも部分的に形成されている。電流測定用の回路の一例については後述する。
【００２２】
ピン状接続部材２６は、銅や銅合金等により形成されたピン状の部材である。本実施の形態では、２本のピン状接続部材２６が用いられている。なお、ピン状接続部材２６としては、後述するように、傾きにより応力を緩和させることができる形状のものを用いればよい。
【００２３】
各ピン状接続部材２６の一端部（図１では下端部）は、バスバー１の所定の２点（図３に示す回路では、点Ａ及び点Ｐｃｎに対応する）に電気的、機械的に接続されている。ここでは、各ピン状接続部材２６の一端部がいわゆるプレスフィット端子形状に形成されており、各ピン状接続部材２６の一端部を、バスバー１側の所定の２点に形成された接続孔に圧入して接続固定している。このように、各ピン状接続部材２６の一端部をプレスフィット端子形状に形成し、これをバスバー１の接続孔に圧入固定することで、それらの接続固定を容易に行える。
【００２４】
また、各ピン状接続部材２６の他端部（図１及び図２では上端部）は、回路基板２４に電気的、機械的に接続されている。ここでは、図２に示すように、回路基板２４にスルーホール２４ｈを形成すると共にこのスルーホール２４ｈの周囲にランド２５を形成し、各ピン状接続部材２６の他端部を、各該スルーホール２４ｈに挿入配置しハンダ２５ａを用いてランド２５に接続固定している。
【００２５】
また、ピン状接続部材２６は、回路基板２４を、バスバー１から所定間隔離れた位置に固定保持可能な程度の長さ寸法を有している。これにより、回路基板２４とバスバー１との間において、各ピン状接続部材２６の傾斜許容範囲を増大させるようにしている。
【００２６】
これらのピン状接続部材２６により、回路基板２４がバスバー１上に所定間隔離れた位置に配設された状態で、該バスバー１に電気的、機械的に接続固定されることとなる。
【００２７】
ここで、図３を参照して、本電圧降下式電流計測装置２０において適用される電流測定用の回路例について説明する。
【００２８】
この電流測定用の回路は、電圧降下を計測することによって負荷Ｍに流されるメイン電流Ｉ１を計測するものであって、概略的には、シャント抵抗であるバスバー１での電圧降下と、このバスバー１と略同一の抵抗温度係数を有する材料の温度補償用抵抗体２（センス導体）での電圧降下とが、温度変化により略同一の抵抗値変化の影響を受けることを利用して、バスバー１に近接配置して接続した温度補償用抵抗体２から流れ出る計測用電流Ｉ２を計測し、もって、バスバー１に流れるメイン電流Ｉ１を計測しようとするものである。
【００２９】
具体的には、電圧降下式電流計測装置２０は、バッテリから負荷Ｍへの電流経路に介装されたシャント抵抗としてのバスバー１と、このバスバー１の所定の接続点Ｐｃｎに接続された温度補償用抵抗体２と、バスバー１内において上記接続点Ｐｃｎからメイン電流Ｉ１の流れる方向に一定距離だけ離れた点Ａの電位と温度保証用抵抗体２内において上記接続点Ｐｃｎから所定の距離だけ離れた点Ｂの電位とを比較する電位差比較回路３と、点Ｂの電位と点Ａの電位が等しくなるまで温度補償用抵抗体２に上記接続点Ｐｃｎから点Ｂに向かって計測用電流Ｉ２を流す電流制御回路４と、この計測用電流Ｉ２に基づいてメイン電流Ｉ１を計測する電流計測回路５とを備える。
【００３０】
上記温度補償用抵抗体２は、例えば、回路基板２４に含まれる配線パターンにより構成されている。あるいは、温度補償用抵抗体２は、回路基板２４の一方面又は他方面側に、その配線パターンとは別の導体を配設することによって構成されていてもよい。
【００３１】
また、電位差比較回路３は、例えば、演算増幅器（オペアンプ）により構成されており、その非反転入力端子がバスバー１側の点Ａに接続され、反転入力端子が、温度補償用抵抗体２側の点Ｂに接続されており、両入力端子に与えられる電圧の差分が出力端子から出力されるようになっている。
【００３２】
また、電流制御回路４は、ＰチャネルＦＥＴにより構成されており、ソースが温度補償用抵抗体２の点Ｂに接続され、ドレインが電流計測回路５に接続され、ゲートが電位差比較回路３の出力端子に接続されている。
【００３３】
これにより、バスバー１にメイン電流Ｉ１が流れた際に生じる該バスバー１での電圧降下によって電位差比較回路３が電流制御回路４のゲート入力を制御し、Ａ点とＢ点の電圧降下が等しくなるようにＢ点に電流Ｉ２が流れることになる。
【００３４】
電流計測回路５は、計測用電流Ｉ２を電圧に変換するための抵抗器１１と、この抵抗器１１の一端の電位を計測するＡ／Ｄ変換器（検出回路）１２とを備える。
【００３５】
上記電位差比較回路３、電流制御回路４及び電流計測回路５は、回路基板２４に実装されていてもよいし、又は、回路基板２４とは別の基板に実装されていてもよい。
【００３６】
この電圧降下式電流計測装置２０の回路動作について説明する。
【００３７】
まず、バッテリ（＋Ｂ）からの電源電圧が供給されると、バスバー１にメイン電流Ｉ１が流れ、このメイン電流Ｉ１が負荷Ｍに流れる。
【００３８】
ここで、バスバー１にメイン電流Ｉ１が流れると、バスバー１での電圧降下によって、電位差比較回路３の非反転入力端子がローとなる。そうすると、電位差比較回路３の出力端子がローとなり、これがＰチャネルＦＥＴである電流制御回路４のゲートに与えられ、このゲート入力が制御されることで、電位差比較回路３の動作に基づきＡ点とＢ点の電圧降下が等しくなるように温度補償用抵抗体２に計測用電流Ｉ２が流れる。
【００３９】
この場合、バスバー１の抵抗値をＲ１とし、温度補償用抵抗体２の抵抗値をＲ２として、「Ｒ１×Ｉ１＝Ｒ２×Ｉ２」となるように、電位差比較回路３が電流制御回路４を制御することになる。かかる動作において、電位差比較回路３の各入力端子には電流が流れ込まないので、分流電流としての計測用電流Ｉ２は全て電流制御回路４のドレイン電流として電流計測回路５に出力される。
【００４０】
電流計測回路５の抵抗器１１に計測用電流Ｉ２が流れると、この抵抗器１１の一端に生じる電圧がＡ／Ｄ変換器１２に与えられ、これにより計測用電流Ｉ２を計測することで、メイン電流Ｉ１を計測する。
【００４１】
すなわち、抵抗器１１の抵抗値をＲｏｕｔ、抵抗器１１の両端電圧をＶｏｕｔとすると、「Ｖｏｕｔ＝Ｒｏｕｔ×Ｉ２」であり、また「Ｉ２＝（Ｒ１／Ｒ２）×Ｉ１」であるため、「Ｖｏｕｔ＝Ｒｏｕｔ×（Ｒ１／Ｒ２）×Ｉ１」である。したがって、メイン電流Ｉ１は、Ａ／Ｄ変換器１２で計測されたＶｏｕｔに基づいて、「Ｉ１＝Ｖｏｕｔ×（Ｒ２／Ｒ１）／Ｒｏｕｔ」という式により演算で求めることができる。
【００４２】
ここで、バスバー１と温度補償用抵抗体２とを略同じ抵抗温度係数の材料で構成し、しかも、それらを互いに近接配置しておくと、温度変化に対する抵抗値の変化はほぼ同一となる。つまり、上述した電流Ｉ１の導出式において、（Ｒ２／Ｒ１）はほぼ一定値となる。従って、温度補償用抵抗体２から流れ出る計測用電流Ｉ２を計測することで、温度変化に対する抵抗値の変化率を演算等によって考慮しなくても、バスバー１から流れ出るメイン電流Ｉ１を計測することができることとなる。
【００４３】
すなわち、電圧降下式電流計測装置として、図３に示す原理を利用した回路ブロックを適用した場合には、温度変化に対する、バスバー１と温度補償用抵抗体２との抵抗値変化率を略同一にするために、バスバー１と温度補償用抵抗体２とを近接配置するのが好ましい。ここでは、電流測定用の回路の構成要素である温度補償用抵抗体２を回路基板２４に組込んだ上で、該回路基板２４をバスバー１上の近傍位置に配設することで、バスバー１と温度補償用抵抗体２との抵抗変化率を可及的に略同一にすることができる。
【００４４】
このように構成された電圧降下式電流計測装置２０によると、周辺温度変化が生じた場合に、バスバー１と回路基板２４との熱膨張係数の差等に起因して両者の形状変化に差が生じた場合、さらに、ボルト締め、振動等に起因して両者の形状変化に差が生じた場合であっても、それらの形状変化の差が、そのピン状接続部材２６の弾性作用によって吸収される。従って、バスバー１と回路基板２４との間でそれらの接続部分に作用する応力を緩和できる。
【００４５】
特に、各ピン状接続部材２６は、回路基板２４を、バスバー１から浮いた位置で固定保持しているため、バスバー１と回路基板２４との形状変化の差が、ピン状接続部材２６の傾動によってより吸収され易くなり、従って、バスバー１と回路基板２４との間でそれらの接続部分での応力をより有効に緩和できる。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】この発明の実施の形態に係る電圧降下式電流計測装置を示す側面図である。
【図２】同上の電圧降下式電流計測装置の要部拡大断面図である。
【図３】電流計測装置の回路ブロック図である。
【符号の説明】
【００４７】
１  バスバー
２  温度補償用抵抗体
３  電位差比較回路
４  電流制御回路
５  電流計測装置
１１  抵抗器
２０  電圧降下式電流計測装置
２４  回路基板
２６  ピン状接続部材
【図１】
2005188973.tif 000003
【図２】
2005188973.tif 000004
【図３】
2005188973.tif 000005