(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、それらの接続部分での応力を緩和できる、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挿されたバスバー１と、電流測定用の回路が組込まれたフレキシブル配線板２４とを備えている。フレキシブル配線板２４をバスバー１に重ね合せるように配設した状態で、フレキシブル配線板２４において、電流測定用の回路を構成する配線パターンがバスバー１に半田付け等で電気的、機械的に接続されている。【選択図】図１
2005188972.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の経路を流れる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、
導電性を有し、前記経路に介装される配線材と、
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、を備え、
前記回路基板が、前記配線材よりも可撓性のあるもので構成されると共に、前記所定の２点で前記配線材に電気的に接続されて固定された、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、
前記回路基板には、外部接続用の引出線が一体形成されている、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、ホール素子を用いたものもあるが、大電流を流す導体の大きさに準じて部品サイズが比較的大きくなり、このため小型化の要請に合致しない場合がある。そこで、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ことが行われている。
【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上に所定の電流検出用の回路を組込むと共に、該ＰＣＢの配線とバスバーとを半田付け等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を重ね合せて両者を半田付け等した構成では、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。
【０００６】
そこで、この発明の課題は、被計測電流が流れる板状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、所定の経路を流れる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、導電性を有し、前記経路に介装される配線材と、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、を備え、前記回路基板が、前記配線材よりも可撓性のあるもので構成されると共に、前記所定の２点で前記配線材に電気的に接続されて固定されたものである。
【０００８】
また、請求項２記載のように、前記回路基板には、外部接続用の引出線が一体形成されていてもよい。
【０００９】
さらに、請求項３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】
【００１０】
以上のように、請求項１〜請求項３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の熱膨張係数の差等に起因する形状変化の差が、比較的可撓性のある回路基板の変形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。
【００１１】
さらに、請求項２記載の発明によれば、引出線を介して外部回路への接続を容易に行える。
【００１２】
また、請求項３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】
【００１３】
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。
【００１４】
図１は電圧降下式電流計測装置２０を示す斜視図であり、図２は電圧降下式電流計測装置２０を示す側面図である。
【００１５】
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。
【００１６】
この電圧降下式電流計測装置２０は、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としてフレキシブル配線板２４とを備えている。
【００１７】
バスバー１は、銅や銅合金、アルミなどの導電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は、所定負荷に電源供給を行う電流経路に介挿されている。本電圧降下式電流計測装置２０は、このバスバー１に流れる電流を測定する。なお、図１では、バスバー１の両端部には、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る孔１ｈが形成されている。
【００１８】
フレキシブル配線板２４は、例えば、一対の可撓性樹脂フィルムの間に、銅箔等により形成された所定の配線パターンを挟込んだフレキシブル配線基板（ＦＰＣ）であり、可撓性を有する配線板である。回路基板としては、かかるフレキシブル配線板２４の他、例えば、所定厚みの樹脂板を用いた一般的なプリント基板よりも可撓性（或は柔軟正）に優れたものを用いることができる。
【００１９】
このフレキシブル配線板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て、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。
【００２０】
そして、その電流測定用の回路を構成する配線部材である配線パターンが、上記バスバー１に電気的、機械的に接続されている。配線パターンとバスバー１との接続は、例えば、半田付け、或は、溶接、ねじ止等により行われる。本実施の形態では、フレキシブル配線板２４をバスバー１の一方面側に重ね合せるように配設した状態で、配線パターンとバスバー１とが半田付部２２を介して電気的、機械的に接続されている。ここで、配線パターンとバスバー１との接続点は、後述する点Ａと点Ｐｃｎに対応している。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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への電流経路に介挿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。
【００２４】
上記温度補償用抵抗体２は、例えば、フレキシブル配線板２４に含まれる配線パターンにより構成されている。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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、フレキシブル配線板２４に実装されていてもよいし、又は、フレキシブル配線板２４とは別の基板に実装されていてもよい。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
すなわち、電圧降下式電流計測装置２０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。このため、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をフレキシブル配線板２４に組込んだ上で、該フレキシブル配線板２４をバスバー１に重ね合せて配設すると、バスバー１と温度補償用抵抗体２との抵抗変化率を略同一にすることができる。
【００３８】
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とフレキシブル配線板２４との熱膨張係数の差等に起因して両者間に変化量の差が生じた場合でも、比較的可撓性あるフレキシブル配線板２４の変形によって、変化量の差が吸収される。従って、フレキシブル配線板２４の配線部材とバスバー１との接続部分での応力を緩和できる。
【００３９】
図４及び図５に、電圧降下式電流計測装置２０の取付例を示す。
【００４０】
図４は、リレーボックス等の筐体３０内の底面３０ａに重ね合せるように電圧降下式電流計測装置２０を配設した例を示しており、図５は、筐体３０内の側面３０ｂに重ね合せるように電圧降下式電流計測装置２０を配設した例を示している。
【００４１】
これらの図に示すように、本電圧降下式電流計測装置２０は、板状のバスバー１にフレキシブル配線板２４を重ね合せるように配設した薄型の構成であるため、筐体３０内の底面３０ａや側面３０ｂに重ね合せるようにして省スペースで組込むことができる。特に、フレキシブル配線板２４自体が薄型であるため、本電圧降下式電流計測装置２０の全体構成の薄型化に貢献する。
【００４２】
なお、図４及び図５に示す例では、バスバー１の両端部の一側部を屈曲し、その屈曲片１ｂを筐体３０に貫通させて外方に導出させている（図５参照）。そして、その屈曲片１ｂの導出端部に、バッテリや負荷Ｍに至る配線を適宜接続している。
【００４３】
また、フレキシブル配線板２４には、外部接続用の引出線２５が一体形成されている。この引出線２５は、例えば、電流検出用の回路の検出信号を外部に出力する信号線を含んでいる。そして、この引出線２５を介して、電流測定用の回路が所定の制御部に接続される。
【００４４】
このようにフレキシブル配線板２４に引出線２５を一体形成しておくことで、該引出線２５を介して、電流検出用の回路と外部回路との接続を容易に行える。
【００４５】
このため、特に  上記電位差比較装置３、電流制御装置４及び電流計測装置５を、フレキシブル配線板２４とは別の基板に実装する場合において、当該フレキシブル基板２４と別の基板とを接続するのに有効である。
【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斜視図である。
【図２】同上の電圧降下式電流計測装置を示す側面図である。
【図３】電流センタ装置の回路ブロック図である。
【図４】電圧降下式電流計測装置の取付例を示す斜視図である。
【図５】電圧降下式電流計測装置の取付例を示す斜視図である。
【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
２０  電圧降下式電流計測装置
２４  フレキシブル配線板
【図１】
2005188972.tif 000003
【図２】
2005188972.tif 000004
【図３】
2005188972.tif 000005
【図４】
2005188972.tif 000006
【図５】
2005188972.tif 000007