(57)【要約】【課題】  電力の損失や製造コストを抑制しながら、回路を流れる電流の大きさを精度よく検出することができる電流検出装置を提供する。【解決手段】  回路１０に流れる電流を検出するための電流検出装置１であって、一部に間隙Ｇが設けられ、間隙Ｇを介して２つの端面３２ｃが対向し、２つの端面の近傍３２ｂが間隙Ｇに向かってそれぞれテーパ状に形成された磁性体コア３２と、回路１０の一部として設けられ、磁性体コア３２に導線を巻き付けることにより構成されたコイルＬと、磁性体コア３２の間隙Ｇに配置され、コイルＬに通電されているときに２つの端面３２ｃの間に生じる磁界の強さを検出する磁気検出部４０と、磁気検出部４０によって検出された磁界の強さに応じて、回路１０に流れる電流の大きさを検出する電流検出部１４と、を備えている。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
回路（１０）に流れる電流を検出するための電流検出装置（１）であって、
一部に間隙（Ｇ）が設けられ、当該間隙を介して２つの端面（３２ｃ、５３ｃ、７２ｃ、７３ｃ）が対向し、当該２つの端面の近傍（３２ｂ、５３ｂ、７２ｂ、７３ｂ）が前記間隙に向かってそれぞれテーパ状に形成された磁性体コア（３２、５３、７１）と、
前記回路の一部として設けられ、前記磁性体コアに導線を巻き付けることにより構成されたコイル（Ｌ）と、
前記磁性体コアの前記間隙に配置され、前記コイルに通電されているときに前記２つの端面の間に生じる磁界の強さを検出する磁気検出部（４０、６０）と、
当該磁気検出部によって検出された磁界の強さに応じて、前記回路に流れる電流を検出する電流検出部（１４）と、
を備えていることを特徴とする電流検出装置。
【請求項２】
前記磁性体コア（３２、５３）は環状に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の電流検出装置。
【請求項３】
前記２つの端面は、互いに平行に延びるとともに同じ形状および大きさに形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の電流検出装置。
【請求項４】
前記磁性体コアの前記導線が巻き付けられた部位（３２ａ、５３ａ、７２ａ、７３ａ）は、一定の断面形状および断面の大きさを有し、前記導線が巻き付けられた部位以外の前記２つの端面の近傍（３２ｂ、５３ｂ、７２ｂ、７３ｂ）が、テーパ状に形成されていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の電流検出装置。
【請求項５】
前記磁性体コア（５３）は、平面状の設置面（５３ｄ）を有し、当該設置面を介して平板状の台座（５１）に取り付けられていることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載の電流検出装置。
【請求項６】
前記コイル、前記磁性体コアおよび前記磁気検出部は一体化されていることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１項に記載の電流検出装置。
【請求項７】
前記磁気検出部は、半導体磁気抵抗効果素子（４２、４２ａ、４２ｃ）によって前記磁界の強さを検出することを特徴とする請求項１ないし６のいずれか１項に記載の電流検出装置。
【請求項８】
前記磁気検出部は、複数の短絡電極を有する第１の半導体磁気抵抗効果素子（４２）と、短絡電極を有さない第２の半導体磁気抵抗効果素子（４２ａ、４２ｃ）とによって構成された、前記磁界の強さを電圧として出力するブリッジ回路（２１）を有し、
前記電流検出部は、前記ブリッジ回路から出力された電圧に応じて、前記回路に流れる電流を検出することを特徴とする請求項７に記載の電流検出装置。
【請求項９】
前記ブリッジ回路は、ハーフブリッジ回路またはフルブリッジ回路であることを特徴とする請求項８に記載の電流検出装置。
【請求項１０】
短絡電極を有さない第３の半導体磁気抵抗効果素子（６１ａ、６１ｂ）で前記磁気検出部と一体に構成され、一定の基準電圧を生成するための基準電圧生成部（２２）と、
前記ブリッジ回路から出力された電圧と、前記基準電圧生成部で生成された前記一定の基準電圧との比較結果を出力する比較部（２３）と、
をさらに備え、
前記電流検出部は、前記比較部による比較結果に基づいて、前記回路に流れる電流を検出することを特徴とする請求項１ないし９のいずれか１項に記載の電流検出装置。
【請求項１１】
前記第１および第２の半導体磁気抵抗効果素子（４２、４２ｃ）は、互いにほぼ同じ長さを有する帯状に形成されるとともに並設され、
前記第３の半導体磁気抵抗効果素子は、前記ブリッジ回路を取り囲むように帯状に延びていることを特徴とする請求項１０に記載の電流検出装置。
【請求項１２】
前記比較部は、前記磁性体コアが取り付けられた前記台座の一方の面と反対の他方の面側に配置され、
前記台座には、前記コイルに通電されているときに発生した、前記台座の前記他方の面側における磁界の強さを緩和するための磁気保護部材が設けられていることを特徴とする請求項１０または１１に記載の電流検出装置。
【請求項１３】
前記磁性体コアの前記２つの端面の間に発生した磁界の内側に、少なくとも前記第１の半導体磁気抵抗効果素子が収容されるように、前記２つの端面の大きさおよび形状が設定されていることを特徴とする請求項８ないし１２のいずれか１項に記載の電流制御装置。
【請求項１４】
前記磁性体コアの前記２つの端面の間に発生した磁界の内側に、前記第１の半導体磁気抵抗効果素子以外の半導体磁気抵抗効果素子（４２ａ〜４２ｃ、６１ａ、６１ｂ）が収容されないように、前記２つの端面の大きさおよび形状が設定されていることを特徴とする請求項８ないし１２のいずれか１項に記載の電流制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回路に流れる電流の大きさを検出するための電流検出装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の電流検出装置として、例えば特許文献１に開示されたものが知られている。この電流検出装置は、通信信号を出力するためにオン／オフされるトランジスタを過電流から保護するためのものであり、トランジスタを介して流れる電流を検出するシャント抵抗と、過電流に対する保護動作を開始するためのしきい値を設定する基準抵抗を備えており、シャント抵抗の端子電圧は、基準抵抗に定電流を供給して生じる基準抵抗の端子電圧とコンパレータで比較され、シャント抵抗の端子電圧が基準抵抗の端子電圧を超えると、トランジスタに過電流が流れているものとして、トランジスタがオフに切り換えられる。
【０００３】
また、例えば特許文献２にも電流検出装置が開示されており、電流検出の方法として、負荷電流が流れるスイッチＭＯＳトランジスタのＯＮ抵抗を検出し、このＯＮ抵抗に基づいて、電流を検出することが記載されている。また、電流検出の他の方法として、電流検出用コイルを設け、コイルを流れる電流の大きさに応じて生じる磁界の強さを、ホール素子を用いて検出することが記載されている。また、フライホイールダイオードの両端に電流検出回路を接続し、負荷電流に比例するフライホイールダイオードに流れる電流を検出することが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−１８１３４９号公報
【特許文献２】特許３７２０７７２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、上述した特許文献１に係る電流検出装置では、電流の検出をシャント抵抗により行うので、シャント抵抗で発生するジュール熱の分、比較的、大きな電力の損失が発生してしまう。また、特許文献２に記載された、スイッチＭＯＳトランジスタのＯＮ抵抗により電流検出を行う場合には、ＯＮ抵抗は、スイッチＭＯＳトランジスタの特性のばらつきや温度などの使用環境によって変動するので、電流の検出結果もばらついてしまうおそれがある。
【０００６】
また、ホール素子によって検出する場合、電流検出用コイルやホール素子は比較的、高価であること、また、ホール素子の素子単体による検出感度は低いため、増幅やそれに伴うノイズ対策を施す必要があることなど、製造コストの増大を招くとともに、素子の実装の自由度が限定されてしまう。また、フライホイールダイオードに接続した電流検出回路で検出する場合、フライホイールダイオードに接続した配線パターンの引出しにより余分なループアンテナを作ることがあり、これがノイズの発生原因になるおそれがある。
【０００７】
本発明は、以上のような課題を解決するためになされたものであり、電力の損失や製造コストを抑制しながら、回路を流れる電流の大きさを精度よく検出することができる電流検出装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の目的を達成するために、本発明に係る電流検出装置は、回路に流れる電流を検出するための電流検出装置であって、一部に間隙が設けられ、間隙を介して２つの端面が対向し、２つの端面の近傍が間隙に向かってそれぞれテーパ状に形成された磁性体コアと、回路の一部として設けられ、磁性体コアに導線を巻き付けることにより構成されたコイルと、磁性体コアの間隙に配置され、コイルに通電されているときに２つの端面の間に生じる磁界の強さを検出する磁気検出部と、磁気検出部によって検出された磁界の強さに応じて、回路に流れる電流の強さを検出する電流検出部と、を備えていることを特徴とする。
【０００９】
この構成によれば、磁性体コアに導線を巻き付けて構成したコイルに通電されると、コイルに流れる電流の大きさに応じた強さの磁界が発生する。これにより磁化される磁性体コアの一部には間隙が設けられており、この間隙を介して対向する磁性体コアの２つの端面の近傍が、間隙に向かってテーパ状に形成されている。その結果、磁性体コアを通る磁力線は、磁性体コアのテーパ状に形成された部位で収束され、間隙における磁束密度が、磁性体コアの他の部位の磁束密度よりも高くなる。このような間隙に配置された磁気検出部によって２つの端面の間の磁界の強さが検出され、検出された磁界の強さに応じて、回路を流れる電流の大きさが電流検出部によって検出される。
【００１０】
以上のように、間隙における磁束密度が高められていることにより、磁界の強さを磁気検出部によって確実に検出することができ、検出した磁界の強さに応じて、電流の大きさを精度よく検出することができる。また、回路によって駆動される負荷がある場合、回路を流れる電流の大きさを検出することで、負荷で消費される電力を検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】第１実施形態に係る電流検出装置を含む電子制御装置およびＤＣモータを示す回路図である。
【図２】図１の電流検出装置の一部を構成する電子部品を示す正面図である。
【図３】図２の電子部品に用いられるフェライトコアを示す正面図である。
【図４】図２の電子部品に用いられる磁気センサのセンサチップを示す図である。
【図５】ホール素子および各種の磁気抵抗効果素子の特性をそれぞれ示している。
【図６】（Ａ）半導体磁気抵抗効果素子に印加される磁界強度と磁気抵抗変化率との関係、および（Ｂ）磁界強度とセンサチップから出力される検出電圧などとの関係をそれぞれ示している。
【図７】第２実施形態に係る電流検出装置の一部を構成する電子部品を示す正面図である。
【図８】図７の電子部品に用いられるフェライトコアを示す正面図である。
【図９】図７の電子部品に用いられる磁気センサのセンサチップを示している。
【図１０】第３実施形態に係る電流検出装置の一部を構成する電子部品を示す正面図である。
【図１１】検出回路の他の例を示す回路図である。
【図１２】図４のセンサチップに印加される磁界の範囲の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の第１実施形態に係る電流検出装置について、図面を参照しながら説明する。図１は、本発明を適用した電流検出装置１を含む電子制御装置２、およびＤＣモータ３を示している。電子制御装置２およびＤＣモータ３は車両（図示せず）に搭載されており、ＤＣモータ３の制御回路１０が、電子制御装置２に設けたプリント基板またはセラミック基板（いずれも図示せず）に構成されている。
【００１３】
制御回路１０は、バッテリ（図示せず）の電圧を所要の電源電圧ＶＢ（例えば１２Ｖ）に変圧して供給するための電源部１１、および電源電圧ＶＢよりも電圧の低い接地部１２を備えている。電源部１１と接地部１２の間には、電源部１１側から順にコイルＬ、上述したＤＣモータ３およびスイッチ素子Ｔｒが直列に接続されている。
【００１４】
コイルＬは、ＥＭＣ対策用のノイズフィルタとして設けられている。また、スイッチ素子Ｔｒは、例えばＮチャンネル型のＭＯＳＦＥＴで構成されている。スイッチ素子ＴｒのドレインはＤＣモータ３に接続され、ソースは接地部１２に接地されており、スイッチ素子Ｔｒは、後述するようにゲートに印加される電圧によってオン／オフされ、それによりＤＣモータ３の駆動が制御される。
【００１５】
また、電源部１１と接地部１２の間には、ノイズ除去用の第１ダイオードＤ１および第１コンデンサＣ１が、コイルＬ、ＤＣモータ３およびスイッチ素子Ｔｒに並列に設けられている。第１ダイオードＤ１および第１コンデンサＣ１は互いに直列に接続されており、第１ダイオードＤ１は、電源部１１側に設けられ、そのアノードが電源部１１に接続されるとともにカソードが第１コンデンサＣ１の一方の電極に接続されている。
【００１６】
また、ノイズ除去用の第２コンデンサＣ２が、ＤＣモータ３およびスイッチ素子Ｔｒに並列に設けられており、さらに、ＤＣモータ３には第２ダイオードＤ２が並列に設けられている。この第２ダイオードＤ２のアノードは接地部１２側に接続され、カソードは電源部１１側に接続されている。第２ダイオードＤ２は、ＤＣモータ３の還流ダイオードとして設けられており、スイッチ素子Ｔｒがオフされたときに、ＤＣモータ３のコイルの電磁誘導による起電力に基づいて発生した電流を循環させることによって、スイッチ素子Ｔｒの破損を防止する。
【００１７】
また、制御回路１０は、電圧レギュレータ１３およびマイクロコンピュータ（以下「マイコン」という）１４を有している。制御回路１０では、電圧レギュレータ１３によって電源電圧ＶＢを降下させ、マイコン１４にこれを駆動するための駆動電圧（例えば５Ｖ）として供給する。
【００１８】
電流検出装置１は、上述したコイルＬおよびマイコン１４と、検出回路２１と、基準電圧生成回路２２（基準電圧生成部）と、比較回路２３（比較部）とを備えている。検出回路２１は、電圧レギュレータ１３と接地部１２の間に設けられており、直列に接続された第１抵抗Ｒ１および第２抵抗Ｒ２を有し、これらによってハーフブリッジ回路が構成されている。第１抵抗Ｒ１は、電圧レギュレータ１３側に設けられており、磁気抵抗効果素子を有していて、コイルＬに電流が流れるのに伴って発生する磁界が強いほど、抵抗値もまた大きくなるものである。電圧レギュレータ１３から入力された電圧は、第１および第２抵抗Ｒ１、Ｒ２のそれぞれの抵抗値に応じて分割され、両抵抗Ｒ１、Ｒ２の中間端子２１ａから、検出電圧として出力される。
【００１９】
基準電圧生成回路２２もまた、電圧レギュレータ１３および接地部１２の間に直列に設けられた第３抵抗Ｒ３および第４抵抗Ｒ４を有している。電圧レギュレータ１３から入力された電圧は、第３および第４抵抗Ｒ３、Ｒ４のそれぞれの抵抗値に応じて分割され、両抵抗Ｒ３、Ｒ４の間の中間端子２２ａから、一定の基準電圧として出力される。
【００２０】
比較回路２３はコンパレータで構成されており、比較回路２３には、検出回路２１から出力された検出電圧が反転入力端子から入力され、基準電圧生成回路２２から出力された基準電圧が非反転入力端子から入力される。比較回路２３は、これらを比較した比較結果を表す信号を出力し、出力された信号はマイコン１４に入力される。
【００２１】
マイコン１４は、本実施形態において電流検出部を構成するものであり、Ｉ／Ｏインターフェース、ＣＰＵ、ＲＡＭおよびＲＯＭなどを有している（いずれも図示せず）。ＣＰＵには、各種のセンサからの検出信号が、Ｉ／ＯインターフェースでＡ／Ｄ変換や整形がなされた後、入力される。ＣＰＵは、これらの入力信号に応じ、ＲＯＭに記憶された制御プログラムなどに従って、各種の制御処理を実行する。
【００２２】
また、マイコン１４は、検出回路２１から出力された検出電圧に応じ、スイッチ素子Ｔｒをオン／オフすることによって、ＤＣモータ３の回転数を、車両の運転状態などに応じて算出された目標回転数になるように制御する。具体的には、コイルＬに流れる電流の大きさに基づく検出電圧が基準電圧を上回っており、比較回路２３からの信号の電圧レベルが低いときには、ＤＣモータ３に電源部１１から電圧が正常に供給されているものとして、ＤＣモータ３の通常の制御処理が実行される。
【００２３】
その場合、マイコン１４は、ＤＣモータ３の目標回転数に応じたデューティ比のパルス幅変調信号を生成して出力し、マイコン１４から出力された信号は、ゲートドライバ１５を介して、スイッチ素子Ｔｒのゲートに印加される。スイッチ素子Ｔｒは、ゲートに印加された信号のデューティ比に基づいてオン／オフされることによって、ＤＣモータ３の回転数が目標回転数に制御される。
【００２４】
一方、比較回路２３からマイコン１４に入力される信号の電圧レベルが高いとき、すなわち、規定よりも大きな電流がコイルＬに通電されているときには、スイッチ素子Ｔｒへのパルス幅変調信号の出力を停止し、スイッチ素子Ｔｒをオフすることによって、ＤＣモータ３を停止状態に制御する。これにより、スイッチ素子Ｔｒが過電流から保護される。
【００２５】
図２は、上述した電流検出装置１の一部を構成する電子部品Ａを示している。この電子部品Ａは、電流検出装置１の構成要素のうち、コイルＬおよび検出回路２１を構成するものであり、これらは一体化され、全体として１つの電子部品Ａとして構成されており、プリント基板などに取り付けられている。
【００２６】
同図に示すように、電子部品Ａは、平板状に形成された樹脂製の台座３１と、この台座３１の一方の面側に設けられたフェライトコア３２（磁性体コア）などを有している。図３に示すように、フェライトコア３２は、環状に形成されており、一部に間隙Ｇが設けられていて、コア本体３２ａおよび縮経部３２ｂ、３２ｂを有している。コア本体３２ａの断面形状は所定の径（例えば１０ｍｍ）を有する円形に形成されており、縮経部３２ｂ、３２ｂの間に、所定の間隔で間隙Ｇが設けられていて、間隙Ｇを介して２つの端面３２ｃ、３２ｃが対向している。フェライトコア３２は、その縮経部３２ｂ、３２ｂを介して台座３１に載置されている。
【００２７】
２つの端面３２ｃ、３２ｃは、いずれも円形に形成され、互いに平行に延びるとともに同じ面積を有している。端面３２ｃの近傍の縮経部３２ｂは、テーパ状に形成されており、間隙Ｇに向かって徐々に細くなっている。その結果、各端面３２ｃの面積は、コア本体３２ａの断面積よりも小さくなっている。
【００２８】
コイルＬは、コア本体３２ａに導線を巻き付けることにより構成されている。導線は、台座３１の一方の端部をコア本体３２ａに向かって貫通して延び、コア本体３２ａに巻き付けられ、台座３１の他方の端部を貫通してフェライトコア３２と反対側に延びている。このようなコイルＬに通電されると、電流の大きさに応じた強さの磁界がフェライトコア３２に発生し、それによる磁力線Ｍは、図２に一点鎖線で示すように、フェライトコア３２の形状に沿って環状に延びている。また、発生した磁力線Ｍは、縮経部３２ｂ、３２ｂにおいて、その形状に従い、間隙Ｇに向かって収束されており、その結果、端面３２ｃ、３２ｃ間の磁束密度が、フェライトコア３２の他の部位よりも高められている。なお、両端面３２ｃ、３２ｃ間の磁力線Ｍが、間隙Ｇの外側に迂回するように広がることなく直線状に延びるように、端面３２ｃ、３２ｃ間の前述した所定の間隔が設定されている。
【００２９】
また、台座３１の中央には取付け孔３１ａが形成されている。この取付け孔３１ａは台座３１を貫通しており、取付け孔３１ａには磁気センサ３３が嵌合した状態で取り付けられている。磁気センサ３３は、センサチップ４０（磁気検出部）およびこれを封止した封止樹脂３３ａなどで構成されており、ブロック状に形成されている。磁気センサ３３が台座３１に取り付けられた状態では、そのほぼ半分が台座３１から突出しており、この台座３１から突出した部位はフェライトコア３２の間隙Ｇに配置されている。センサチップ４０は、磁気センサ３３のこの突出した部位に配置されている。
【００３０】
センサチップ４０は、半導体磁気抵抗効果素子（以下「ＳＭＲ素子」という）を有している。ＳＭＲ素子は、半導体等の基板上に半導体抵抗薄膜を形成し、さらに半導体抵抗薄膜を覆うように保護膜を形成して構成されるものである。半導体抵抗薄膜に垂直な方向に磁界が印加されると、半導体抵抗薄膜中の電子の移動距離が長くなるため、ＳＭＲ素子の抵抗値は高くなる。すなわち、ＳＭＲ素子は磁界の方向と強さの変化に応じて抵抗値が変化する性質を有している。
【００３１】
図４に示すように、センサチップ４０には検出回路２１が構成されており、センサチップ４０は、シリコン基板４１と、その表面に形成された、前述した第１抵抗Ｒ１および第２抵抗Ｒ２などを有している。第１抵抗Ｒ１は、互いに平行に延びる帯状の半導体抵抗薄膜４２、４２（第１の半導体磁気抵抗効果素子）と、同図における左側の半導体抵抗薄膜４２の一方の端部に設けられた電源用電極４３と、他方の端部同士を接続する折返し部電極４４と、各半導体抵抗薄膜４２の表面に設けられた多数の短絡電極４５を有している。多数の短絡電極４５は、互いに同じ幅を有する短冊状に形成されるとともに、半導体抵抗薄膜４２の表面全体に所定の間隔で並設されている。
【００３２】
半導体抵抗薄膜４２は、電子移動度の大きい化合物半導体によって、例えばインジウム・アンチモンによって構成され、所定の長さを有しており、電源用電極４３、折返し部電極４４および短絡電極４５は、いずれもアルミニウムで構成されている。また、電源用電極４３は、プリント基板などに設けられた前述した電圧レギュレータ１３に、リード線３３ｂを介して接続されている（図２参照）。
【００３３】
また、第２抵抗Ｒ２は、第１抵抗Ｒ１の半導体抵抗薄膜４２に並設され、これよりも短い帯状に形成されるとともに互いに平行に延びる半導体抵抗薄膜４２ａ、４２ａ（第２の半導体磁気抵抗効果素子）と、同図の右側の半導体抵抗薄膜４２ａの一方の端部に設けられたグランド用電極４６と、半導体抵抗薄膜４２ａ、４２ａの他方の端子同士を接続する折返し部電極４４を有している。
【００３４】
第２抵抗Ｒ２の半導体抵抗薄膜４２ａもまた、インジウム・アンチモンで構成されており、グランド用電極４６はアルミニウムで構成されている。また、グランド用電極４６は、電源用電極４３側とは別個のリード線３３ｂによって接地部１２に接続されている。また、第１および第２抵抗Ｒ１、Ｒ２の互いに隣接する半導体抵抗薄膜４２、４２ａの一方の端部同士は、前述した中間端子２１ａによって接続されている。この中間端子２１ａもまた、アルミニウムの電極として形成されており、前述した比較回路２３の反転入力端子に、電源用電極４３側およびグランド用電極４６側とは別個のリード線３３ｂによって接続されている。
【００３５】
また、第２抵抗Ｒ２の半導体抵抗薄膜４２ａ、４２ａの折返し部電極４４側の延長線上には、ダミー抵抗４２ｂ、４２ｂが設けられている。これらは、半導体抵抗薄膜４２ａ、４２ａの形成過程において、第１抵抗Ｒ１側の半導体抵抗薄膜４２、４２とともに形成した半導体抵抗薄膜が残留しているものであり、検出回路２１とは分断されている。
【００３６】
前述したフェライトコア３２の端面３２ｃ、３２ｃの径は、両端面３２ｃ、３２ｃ間の間隙Ｇに発生する磁界に、上述したセンサチップ４０のほぼ全体を収容できるように設定されている。
【００３７】
図５は、ホール素子および各種の磁気抵抗効果素子について、磁界の強さ（以下「磁界強度」という）の変化に応じた磁気抵抗変化率などの特性を、ＳＭＲ素子と比較して示している。一般に、磁性体コアに巻き付けられたコイルに電流が流れたときに発生する磁界強度Ｈは、次式（１）によって求められる。
Ｈ＝Ｎ・Ｉ／２Ｒ・・・（１）
Ｈ：磁界強度［Ａ／ｍ］
Ｎ：コイルの巻回数［回］
Ｉ：電流の大きさ［Ａ］
Ｒ：磁性体コアの半径［ｍｍ］
図５は、コイルＬの巻回数Ｎを１０［回］に、また、フェライトコア３２の半径Ｒを５［ｍｍ］にそれぞれ設定した場合において、第１抵抗Ｒ１として、ホール素子、ＳＭＲ素子、異方性磁気抵抗効果素子（以下「ＡＭＲ素子」という）、トンネル磁気抵抗効果素子（以下「ＴＭＲ素子」という）、および巨大磁気抵抗効果素子（以下「ＧＭＲ素子」という）のいずれかを用いたときの、間隙Ｇにおける磁界強度Ｈと第１抵抗Ｒ１の磁気抵抗変化率との関係などを示している。磁気抵抗変化率は、各素子に印加される磁界強度が０のときの各素子の抵抗値を基準として、各素子に磁界が印加されたときの各素子の抵抗値の変化率を示すものである。
【００３８】
各素子に印加される磁界強度Ｈが、例えば３０×１０３［Ａ／ｍ］のときと、２７０×１０３［Ａ／ｍ］のときの間では、ホール素子、ＳＭＲ素子およびＧＭＲ素子において、磁気抵抗変化率に差異が生じる。特に、ＳＭＲ素子に大きな差異が発生しており、磁界強度の変化に対する感度が高い一方、ＡＭＲ素子およびＴＭＲ素子においては、磁界強度が変化しても磁気抵抗変化率に差異が生じない。
【００３９】
また、温度変化に伴う素子の抵抗値の変化率を示す温度係数に関して、ＳＭＲ素子が最も大きく、１［℃］上昇するごとに−２［％］の変化が生じる。また、ホール素子およびＳＭＲ素子は、上記のように磁界強度に応じて抵抗値が変動するものであり、磁界強度の検出に適しているのに対し、ＡＭＲ素子、ＴＭＲ素子およびＧＭＲ素子は、各素子に印加される磁界の角度の変化に伴って抵抗値が変化するものであり、磁界の角度の検出に適している。なお、ＧＭＲ素子は、磁界の角度の検出に用いることができる一方、上記のように磁界強度に変化にも伴って抵抗値が変動するものの、ヒステリシスが比較的大きいため、即時性が要求される検出には適していない。
【００４０】
以上の結果、本実施形態では、ＳＭＲ素子を用いて間隙Ｇの磁界強度を検出している。なお、ＳＭＲ素子の温度係数は他の素子よりも大きいものの、前述したようにハーフブリッジ回路で検出回路２１を構成することによって、温度変化による影響を回避している。すなわち、第１および第２抵抗Ｒ１、Ｒ２の抵抗値は、温度変化に伴って同じ変化率で変化するので、両抵抗Ｒ１、Ｒ２の抵抗値に応じた検出電圧は、温度変化に対して変動せず、磁界強度の影響のみが検出電圧に反映される。
【００４１】
図６（Ａ）は、センサチップ４０に印加される磁界の強度と第１抵抗Ｒ１の磁気抵抗変化率との関係を示している。同図に示すように、第１抵抗Ｒ１では、印加される磁界が強くなるのに従い、磁気抵抗変化率がほぼリニアに増大している。また、図６（Ｂ）は、間隙Ｇでセンサチップ４０に印加される磁界強度と、検出回路２１から出力される検出電圧などとの関係の一例を示している。同図に示すように、本実施形態では、コイルＬに通電されておらず、磁界強度が０のときには、第１および第２抵抗Ｒ１、Ｒ２の抵抗値は、例えば２．５［ｋΩ］になるようにそれぞれ設定されている。
【００４２】
この状態からコイルＬに通電され、電流の大きさに応じた磁界強度が３０×１０３［Ａ／ｍ］のときには、第１抵抗Ｒ１の抵抗値は２．５５［ｋΩ］に若干、増大する。そして、図６（Ａ）に示した傾向に従い、磁界強度が増大するのに伴って、第１抵抗Ｒ１の抵抗値も増大する。一方、第２抵抗Ｒ２においても、磁界強度が増大するのに伴って抵抗値が増大するものの、短絡電極４５が設けられていないので、増大の度合いは第１抵抗Ｒ１よりも非常に小さなものであり、磁界強度が０のときの抵抗値がほぼ維持される。したがって、磁界強度が大きくなるほど、第１および第２抵抗Ｒ１、Ｒ２の間の抵抗値の差が大きくなるので、中間端子２１ａから出力される検出電圧は、磁界強度が大きいほど小さくなる。
【００４３】
磁界強度が２７０［Ａ／ｍ］前後に達すると、検出電圧の磁界強度が０のときに対する変化量が１［Ｖ］を超えており、比較回路２３での比較に用いられる電圧として、十分な変化量が確保される。本実施形態においては、前述したコア本体３２ａの断面積と端面３２ｃの面積との関係から、間隙Ｇにおける磁界強度が高められているので、より低い磁界強度、すなわちコイルＬに流れる電流値がより小さいときでも、検出用電圧として十分な変化量が確保される。
【００４４】
以上のように、第１実施形態に係る電流検出装置１によれば、フェライトコア３２の縮経部３２ｂ、３２ｂを間隙Ｇに向かってテーパ状に形成したことにより、間隙Ｇにおける磁束密度を、フェライトコア３２の他の部位よりも高めることができる。その結果、間隙Ｇに配置したセンサチップ４０による磁界強度の検出感度を向上させることができ、検出した磁界強度に応じた大きさの電流がコイルＬに通電されているか否かを確実に検出することができる。また、規定よりも大きな電流がコイルＬに通電されていることが検出されたときには、スイッチ素子Ｔｒへのパルス幅変調信号の出力を停止することによって、スイッチ素子Ｔｒの破損を確実に防止することができる。
【００４５】
また、コイルＬへの通電に伴って発生した磁界の強度に基づいて、電流の検出を行うことと、磁性体コア３２が環状に構成され、発生した磁束のほとんどがフェライトコア３２の内部を通り、磁界の影響がコイルＬの外側に及びにくいことにより、電力の損失を抑制しながら、電流の検出を行うことができる。
【００４６】
また、対向する端面３２ｃ、３２ｃが互いに平行に延びるとともに同じ形状および大きさに形成されていることにより、間隙Ｇにおける磁界を安定して発生させることができ、センサチップ４０による磁界強度の検出の精度を向上させ、ひいては電流検出の精度を向上させることができる。
【００４７】
また、コイルＬおよび検出回路２１が電子部品Ａとしてあらかじめ一体化されており、コイルＬとセンサチップ４０の間の配置を考慮する必要がないので、電流検出装置１を含む電子制御装置２の構成の自由度を向上させることができる。
【００４８】
また、磁界強度の検出に適したＳＭＲ素子を用い、多数の短絡電極４５を第１抵抗Ｒ１に設けて磁界強度の変化に対する感度を向上させ、さらに、端面３２ｃの面積をより小さくして間隙Ｇの磁界強度を高めているので、磁界強度の変化に応じた検出電圧の変化量をより大きくすることができる。その結果、比較回路２３での基準電圧との比較に、検出電圧をそのまま用いることができるので、電流検出装置１の回路構成をより簡素化でき、したがって、電流検出装置１の製造コストを抑制することができる。
【００４９】
また、検出回路２１が、多数の短絡電極４５を有する第１抵抗Ｒ１と、折返し部短絡電極４４以外に短絡電極を有さない第２抵抗Ｒ２によって、ハーフブリッジ回路として構成されていることにより、ＳＭＲ素子の温度特性に起因する検出電圧の変動が生じることを回避でき、温度変化にかかわらず、磁界強度を精度よく検出することができる。
【００５０】
また、端面３２ｃ、３２ｃの径は、両端面３２ｃ、３２ｃの間に発生した磁界の内側にセンサチップ４４が収容されるように設定されているので、第１抵抗Ｒ１の全体で磁界強度を確実に検出することができる。また、経年変化により、センサチップ４４と端面３２ｃ、３２ｃとの間の位置関係に、初期状態から若干のずれが発生したとしても、少なくとも第１抵抗Ｒ１は磁界の内側に位置するように維持されるので、経年変化などによる検出電圧の変動を回避することができる。
【００５１】
また、検出電圧は、コイルＬに流れる電流の大きさに応じて変化するので、コイルＬに通電された電流の大きさを検出電圧に基づいて検出することができる。また、ＤＣモータ３のトルクは、これに通電された電流の大きさに比例するので、本実施形態においては、コイルＬに通電された電流の大きさに基づいて、ＤＣモータ３のトルクを検出することができる。すなわち、検出した電流の大きさを、ＤＣモータ３のトルク管理に用いることができる。
【００５２】
図７は、第２実施形態に係る電流検出装置で用いられる電子部品Ｂを示している。本実施形態による電子部品Ｂは、電流検出装置を、マイコン１４を除いて構成するものであり、以下、電子部品Ｂについて、第１実施形態の電子部品Ａと同じ構成要素には同じ符号を用いて、電子部品Ａとの差異を中心として説明する。
【００５３】
本実施形態の台座５１には、シート状の磁気保護部材５２が封入されている。この磁気保護部材５２は、台座５１のほぼ全体にわたって延びており、鉄またはニッケルなどで構成されている。コイルＬへの通電に伴って発生する磁界はこの磁気保護部材５２で遮蔽されることによって、台座５１の他方の面側への磁界の影響が大きく減殺される。なお、台座５１のいずれか一方または両方の面に磁気保護部材５１を貼り付けてもよい。
【００５４】
また、図８に示すように、本実施形態のフェライトコア５３は、第１実施形態と同様、コア本体５３ａ、および縮経部５３ｂ、５３ｂを有している。本実施形態の縮経部５３ｂ、５３ｂの外縁部には、同一平面上に形成された設置面５３ｄ、５３ｄがそれぞれ設けられており、フェライトコア５３は、この平面状の設置面５３ｄ、５３ｄを介して、台座５１に載置されている。
【００５５】
また、本実施形態の磁気センサ５４は、台座５１の両面から突出しており、センサチップ６０（磁気検出部）が配置されたフェライトコア５３側と反対の面側には、センサチップ６０とは別個の回路チップ５４ａが配置されている。
【００５６】
図９は、電子部品Ｂで用いられるセンサチップ６０を示している。このセンサチップ６０では、第１抵抗Ｒ１は、多数の短絡電極４５を設けた計４つの帯状の半導体抵抗薄膜４２を有している。これらは、いずれも同じ長さを有し、互いに平行に延びるとともに３つの折返し部電極４４によって互いに接続され、全体として１つの第１抵抗Ｒ１として構成されている。また、第１抵抗Ｒ１に隣接して設けられた第２抵抗Ｒ２の半導体抵抗薄膜４２ｃ、４２ｃ（第２の磁気抵抗効果素子）は、いずれも第１抵抗Ｒ１の半導体抵抗薄膜４２とほぼ同じ長さに形成され、半導体抵抗薄膜４２と平行に延びている。
【００５７】
また、このセンサチップ６０には、基準電圧生成回路２２も設けられている。基準電圧生成回路２２は、第１および第２抵抗Ｒ１、Ｒ２を取り囲むように延びる２組の帯状の半導体抵抗薄膜６１ａ、６１ｂ（第３の半導体磁気抵抗効果素子）を有しており、一方の半導体抵抗薄膜６１ａ、６１ｂは、電源用電極４３および前述した中間端子２２ａに接続され、他方の半導体抵抗薄膜６１ａ、６１ｂは、グランド用電極および中間端子２２ａに接続されている。すなわち、電源用電極４３と中間端子２２ａの間の半導体抵抗薄膜６１ａ、６１ｂが第３抵抗Ｒ３として、また、グランド用電極４６と中間端子２２ａの間の半導体抵抗薄膜６１ａ、６１ｂが第４抵抗Ｒ４として、それぞれ設けられている。
【００５８】
また、中間端子２２ａは、帯状に延びる導体パターン６２ａ、６２ｂを介して基準電位用電極６３に接続されている。中間端子２２ａ、導体パターン６２ａ、６２ｂおよび基準電位用電極６３はいずれもアルミニウムで構成されている。
【００５９】
回路チップ５４ａには前述した比較回路２３が設けられている。上述した基準電位用電極６３は、ボンディングワイヤ５４ｂを介して、比較回路２３の非反転入力端子に接続されている（図７参照）。また、第１および第２抵抗Ｒ１、Ｒ２を接続する中間端子２１ａは、基準電位用電極６３に接続されたものとは別個のボンディングワイヤ５４ｂによって、比較回路２３の反転入力端子に接続されている。
【００６０】
また、比較回路２３から出力された信号は、電源用電極４３およびグランド用電極４６に接続されたものとは別個のリード線３３ｂを介して、プリント基板のマイコン１４に入力される。他の構成は、前述した第１実施形態の電子部品Ａと同様である。       
【００６１】
以上のように、第２実施形態に係る電流検出装置によれば、前述した第１実施形態に係る電流検出装置１と同様の効果を得ることができる。また、フェライトコア５３が平面状の設置面５３ｄ、５３ｄを介して台座５１に載置されているので、フェライトコア５３を安定して台座５１に取り付けることができ、センサチップ６０を磁界の内側に確実に保持することができる。
【００６２】
また、センサチップ６０には、検出回路２１の４つの半導体抵抗薄膜４２および２つの半導体抵抗薄膜４２ｃがほぼ同じ長さの帯状に形成されるとともに並設され、これらを取り囲むように基準電圧生成回路２２の帯状の半導体抵抗薄膜６１ａ、６１ａ、６１ｂ、６１ｂが配置されている。すなわち、検出回路２１および基準電圧生成回路２２が１つのセンサチップ６０にコンパクトに統合され、これらを同時に形成できるので、別個に構成するよりも製造コストを削減することができる。
【００６３】
また、磁気センサ５４には、比較回路２３を設けた回路チップ５４ａがセンサチップ６０とともに一体に設けられており、電流検出装置のほぼ全体を１つの電子部品Ｂだけで構成できるので、電子制御装置２の構成の自由度をより向上させることができる。また、台座５１に設けた磁気保護部材５２によって、台座５１のコイルＬと反対側への磁界の影響を抑制でき、回路チップ５４ａやプリント基板上の回路の磁界による誤作動の発生を防止することができる。
【００６４】
図１０は、第３実施形態に係る電流検出装置で用いられる電子部品Ｃを示している。本実施形態による電子部品Ｃは、前述した電子部品Ａと同じく、コイルＬおよび検出回路２１を構成するものである。以下、電子部品Ｃについて、電子部品Ａと同じ構成要素には同じ符号を用いて、電子部品Ａとの差異を中心として説明する。
【００６５】
同図に示すように、本実施形態のフェライトコア７１は、台座３１の一方の面に平行な直線状の軸線Ｓに沿って延びており、間隙Ｇを間に存して第１コア７２および第２コア７３の２つに分割されていている。第１コア７２は、円柱状のコア本体７２ａと、間隙Ｇに向かってテーパ状に形成された縮経部７２ｂとを有しており、第２コア７３は、第１コア７２と同様に形成され、コア本体７３ａおよび縮経部７３ｂを有している。また、第１および第２コア７２、７３の縮経部７２ｂ、７３ｂ側の端面７２ｃ、７３ｃが、間隙Ｇを介して対向している。端面７２ｃ、７３ｃは、台座３１に近接するように配置されている。
【００６６】
また、コイルＬは、一方のコア本体７２ａの間隙Ｇと反対側の端部から縮経部７２ｂの手前までコア本体７２ａに巻き付けられ、他方のコア本体７３ａに延び、さらに、他方のコア本体７３ａの間隙Ｇと反対側の端部まで、他方のコア本体７１ａに巻き付けられている。他の構成は、前述した第１実施形態と同様である。
【００６７】
以上のような電子部品Ｃを含む電流検出装置では、コイルＬに通電されると、フェライトコア７１が磁化され、その軸線Ｓに沿う方向に磁界が発生する。また、縮経部７２ｂ、７３ｂが上述したように形成されているので、磁力線Ｍは、縮経部７２ｂ、７３ｂの径の変化に従い、間隙Ｇに向かって収束されることによって、間隙Ｇにおける磁束密度が、フェライトコア７１の他の部位よりも高められる。
【００６８】
以上のように、第３実施形態に係る電流検出装置によれば、フェライトコア７１が台座３１の一方の面に沿って延びているので、電子部品Ｃをより小型化でき、電子部品Ｃをプリント基板などに取り付ける際、その配置の自由度を向上させることができる。
【００６９】
なお、上述した第１〜第３実施形態では、検出回路２１をハーフブリッジ回路で構成した例を説明したが、図１１に示すように、２つの検出回路２１を並列に接続したフルブリッジ回路で構成してもよい。このフルブリッジ回路２１ａでは、２つの検出回路２１の差動出力を取ることにより、ハーフブリッジ回路で構成した検出回路２１の２倍の出力を得ることができる。
【００７０】
また、上述した第１実施形態では、間隙Ｇを介して対向する端面３２ｃ、３２ｃの形状および大きさは、端面３２ｃ、３２ｃの間の磁界にセンサチップ４０の全体が収容されるように設定されるものとして説明したが、端面３２ｃ、３２ｃの形状および大きさを、第１抵抗Ｒ１の平面形状および大きさに合わせることによって、第２抵抗Ｒ２が磁界の内側に収容されないように、設定してもよい。
【００７１】
具体的には、図１２に斜線で示す領域Ｍにのみ、磁界が印加されるように、端面３２ｃ、３２ｃの形状および大きさを、領域Ｍの形状および大きさと同じに形成してもよい。前述したように、第２抵抗Ｒ２の抵抗値は、短絡電極４５を設けていなくても磁界強度の変化に応じてわずかに変化するので、第２抵抗Ｒ２が磁界の内側に収容されないように端面３２ｃ、３２ｃを形成することによって、磁界強度の変化にかかわらず、第２抵抗Ｒ２の抵抗値を一定に維持することができる。したがって、磁界強度の変化に伴う第２抵抗Ｒ２の抵抗値の変動による影響を検出電圧から除外できるので、検出電圧に基づいて、より精度よく電流を検出することができる。
【００７２】
同様に、第２実施形態のセンサチップ６０に設けられた検出回路２１および基準電圧生成回路２２のうち、第１抵抗Ｒ１のみが磁界の内側に収容されるように、端面５３ｃ、５３ｃを形成してもよい。
【００７３】
また、各実施形態では、端面の形状は円形であるものとして説明したが、少なくとも第１抵抗Ｒ１を端面の間の磁界の内側に収容できるのであれば、楕円形や長方形など、端面を任意の形状に形成してもよい。
【００７４】
また、磁気保護部材５２を設けた第２実施形態の台座５１を、台座３１に代えて第１および第３実施形態の電子部品ＡおよびＣに用いてもよい。また、回路チップ５４ａなどを設けた第２実施形態の磁気センサ５４を、磁気センサ３３に代えて電子部品ＡおよびＣに用いてもよい。その他、本発明の趣旨の範囲内で、細部の構成を適宜、変更することが可能である。
【符号の説明】
【００７５】
１    電流検出装置
１０    制御回路（回路）
１４    マイコン（電流検出部）
２２    基準電圧生成回路
２３    比較回路
３２、５３、７１    フェライトコア（磁性体コア）
３２ｃ、５３ｃ、７２ｃ、７３ｃ  端面
４０、６０    センサチップ（磁気検出部）
Ｇ    間隙
Ｌ    コイル
【図１】
2013134076.tif 000003
【図２】
2013134076.tif 000004
【図３】
2013134076.tif 000005
【図４】
2013134076.tif 000006
【図５】
2013134076.tif 000007
【図６】
2013134076.tif 000008
【図７】
2013134076.tif 000009
【図８】
2013134076.tif 000010
【図９】
2013134076.tif 000011
【図１０】
2013134076.tif 000012
【図１１】
2013134076.tif 000013
【図１２】
2013134076.tif 000014