(57)【要約】【課題】小型化及びコストダウンを図りつつ検出特性を向上するようにした非接触検出の電流センサを提供する。【解決手段】検出対象電路に介挿されるバスバー７ｕ〜７ｗをプリント配線板９に挟み込んだ状態に内蔵し、プリント配線板９に、プリント配線板９を挟んでバスバー７ｕ〜７ｗを囲むように導体パターン１０を形成し、導体パターン１０の途中に抵抗体１２を設け、抵抗体１２の端子間電圧によりバスバー７ｕ〜７ｗの電流を非接触検出する。【選択図】図２
2009210496.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
検出対象電路に介挿されるバスバーをプリント配線板に挟み込んだ状態に内蔵し、
前記プリント配線板に、該プリント配線板を挟んで前記バスバーを囲むように導体パターンを形成し、
前記導体パターンの途中に抵抗体を設け、
前記抵抗体の端子間電圧により前記バスバーの電流を非接触検出することを特徴とする電流センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、負荷給電路等の電流を非接触検出する電流センサに関し、詳しくは、小型化及びコストダウンを図りつつ検出特性を向上する新規な構成に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、電気自動車（ＥＶ）やハイブリッド車（ＨＥＶ）等の車両においては、電源装置のインバータから走行用のモータに給電される電流を検出して、前記インバータを制御する。
【０００３】
そして、前記モータ等の各種負荷給の給電路等の電流（交流電流やパルス電流や直流電流等）は、多くの場合、磁気検知素子であるホール素子を用いた電流センサにより非接触に検出される（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
前記従来のホール素子タイプの電流センサは、概略図６に示すように構成され、例えば前記モータの給電路等に介挿されるバスバー１００とセンサ本体２００とを備える。センサ本体２００は、フェライトコア等の磁性体コア、ホール素子、そのバイアス回路等を内蔵し、バスバー１００が中央部の孔２０１を貫通する。
【０００５】
そして、バスバー１００の電流変化に基づく前記磁性体コアの磁力線の変化によりホール素子の出力電圧が変化し、ホール素子の出力電圧により、バスバー１００を通流する電流、すなわち、前記モータの給電路の電流や、その電源であるインバータの入力の電流を非接触検出する。なお、実際には、前記モータは３相ブラシレスモータ等であり、電流センサはモータの相毎やインバータの入力毎に上記のバスバー１００とセンサ本体２００の構成を備え、各相の電流を個別に検出する。
【０００６】
このような構成の非接触検出タイプの電流センサは、例えば前記インバータの２００Ｖ〜３００Ｖの高電圧の電路を検出対象の電路とする場合、高電圧側と低電圧側（制御系側）とを電気的に絶縁分離して前記検出対象の電路の電流を検出できるため、シャント抵抗により前記高電圧側の電流を直接検出する接触検出タイプの電流センサに比して、前記制御系側の安全に優れ、しかも、前記シャント抵抗のような高電圧大電流に耐える大型の部品は不要であり、その上、測定側（前記高電圧側）に損失を発生させることもない。
【特許文献１】特開２００２−３０３６４２号（要約書、段落［００３７］、図３等）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
前記従来の非接触検出タイプの電流センサは、図６からも明らかなように、バスバー１００より大型のセンサ本体２００を要し、大型で嵩張る問題がある。また、ホール素子やそのバスバ回路等を要し、高価である。さらに、車両の振動等によってバスバー１００と本体ケース２００の距離変動等が生じ易く、検出特性にばらつきが生じ易い問題もある。
【０００８】
本発明は、小型化及びコストダウンを図りつつ検出特性を向上するようにした非接触検出タイプの電流センサを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記した目的を達成するために、本発明の電流センサは、検出対象電路に介挿されるバスバーをプリント配線板に挟み込んだ状態に内蔵し、前記プリント配線板に、該プリント配線板を挟んで前記バスバーを囲むように導体パターンを形成し、前記導体パターンの途中に抵抗体を設け、前記抵抗体の端子間電圧により前記バスバーの電流を非接触検出することを特徴としている（請求項１）。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の電流センサの場合、プリント配線板（プリント配線基板とも称される）にバスバーが貫通状態で内蔵されてプリント配線板とバスバーが一体化される。また、バスバーを囲むコイルを形成するようにプリント配線板に導体パターンが形成されるので、バスバーを１次側、導体パターンの前記コイルを２次側とする変成器が前記プリント配線板内に形成され、その磁電変換構造が導体パターンによって形成される。
【００１１】
そして、バスバーに電流（１次側電流）が流れると、導体パターンに相当する電流（２次側電流）が流れる。このとき、導体パターンの途中に設けられた抵抗体の端子間電圧が導体パターンの電流に応じて変化し、抵抗体の端子間電圧から検出対象電路の電流が非接触検出される。
【００１２】
この場合、プリント配線板にバスバーが内蔵されてプリント配線板とバスバーが一体化され、しかも、プリント配線板に導体パターンが形成され、抵抗体もプリント配線板に設けられるため、前記図６のセンサ本体２００のようなバスバーを囲む大型の部品がなく、極めて小型に形成できる。なお、部品の組立作業等が不要である利点もある。
【００１３】
また、高価なホール素子等に代えて、導体パターン及び安価な抵抗体を用いて形成されるので、極めて安価である。
【００１４】
さらに、導体パターンがプリント配線板に形成され、抵抗体もプリント配線板に設けられるので、車両等の振動の多い環境下であっても、振動等による検出特性のばらつきはほとんどなく、前記磁電変換構造の変換特性が向上して電流センサの検出特性が向上する。
【００１５】
したがって、小型化及びコストダウンを図りつつ検出特性を向上するようにした、従来にない新規な非接触検出の電流センサを提供することができる。なお、前記トランスの２次側の巻数や線径等は、導体パターンの本数や太さを変えることで容易に調整することができ、設計や製造の自由度が大きくなる利点もある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
つぎに、本発明をより詳細に説明するため、一実施形態について、図１〜図５を参照して詳述する。
【００１７】
本実施形態は、電気自動車（ＥＶ）やハイブリッド車（ＨＥＶ）等の車両の電流センサに適用した場合を示し、図１は車両１の模式図、図２は車両１の走行用のモータ２の給電路部分の構成を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）はその正面図である。図３は図２の電流センサ３の拡大した模式図、図４はその一部の断面図である。図５は図１のインバータ４の回路結線図である。
【００１８】
図１に示すように、車両１は例えば水素ニッケル電池等で構成された走行用のバッテリ４を搭載し、このバッテリ４の出力はインバータ５に給電される。
【００１９】
インバータ５は例えば図５に示すように、ＩＧＢＴや電力用ＦＥＴが形成する複数個のスイッチング半導体Ｑの周知の３相フルブリッジ回路で形成され、後述のインバータ制御に基づくＵ、Ｖ、Ｗの各相のスイッチング半導体Ｑのスイッチングにより、３００Ｖい高電圧の３相Ｕ、Ｖ、Ｗの出力を電流センサ３を介してモータ２に給電する。なお、図５の５ｐ、５ｎは正、負の直流端子、５ｕ、５ｖ、５ｗは３相の出力端子であり、ｇは各スイッチング半導体Ｑのゲート端子である。
【００２０】
そして、図２の（ａ）、（ｂ）に示すように、バッテリ４とインバータ５の入力側は正極側のバスバー６ａ及び負極側のバスバー６ｂにより接続され、インバータ５の出力側は電流センサ３の３相のバスバー７ｕ、７ｖ、７ｗの一端に接続される。なお、バスバー７ｕ、７ｖ、７ｗの他端は端子台等を介してモータ２に接続される。また、図２の（ｂ）に示すように、電流センサ３は適当な高さのシャーシ８の上面にボルト締め等で固定される。
【００２１】
検出対象電路であるモータ２の３相給電路に介挿された電流センサ３の各相のバスバー７ｕ〜７Ｗは、プリント配線板９に適当な間隔で並べた状態でプリント配線板９に挟み込まれて内蔵される。
【００２２】
プリント配線板９はいわゆる両面基板であり、図３、図４に示すように、例えばプリント配線板９の表面中央に、バスバー７ｕ〜７Ｗそれぞれを横切る適当な長さ及び太さの各相の導体パターン１０が両面に形成される。また、両面の導体パターン１０の端部はプリント配線板９の例えばスルーホール（ビアホールを含む）１１により電気的に接続される。
【００２３】
したがって、図４からも明らかなように、プリント配線板９に、このプリント配線板９を挟んでバスバー７ｕ〜７ｗそれぞれを囲むように導体パターン１０が形成され、プリント配線板９の両面の各相の導体パターン１０と、その両端部のスルーホール１１とにより、各相のバスバー７ｕ〜７ｗが貫通したコアに相当するループコイルが形成される。
【００２４】
このとき、各相のバスバー７ｕ〜７ｗと、前記ループコイルとにより、プリント配線板９内に、バスバー７ｕ〜７ｗそれぞれを１次側、前記ループコイルを２次側とする各相の変成器が形成され、バスバー７ｕ〜７ｗそれぞれに電流（１次側電流）が流れると、前記変成器の磁電変換により各相の導体パターン１０に１次側電流に相当する電流（２次側電流）が流れる。
【００２５】
さらに、例えばプリント配線板９の表面側の各相の導体パターン１０の途中に、チップ部品である抵抗体１２が設けられ、各相の前記ループ状のコイルの２次側電流が各相の抵抗体１２を通流することにより、各相の抵抗体１２の端子間にバスバー７ｕ〜７ｗそれぞれの電流に応じた例えば数百ｍＶ程度の電圧（端子間電圧）が発生し、これらの端子間電圧によりモータ２の各相の電流が非接触に検出される。
【００２６】
そして、基板表面側の各相の導体パターン１０は、抵抗体１２の両端子の部分から引出線パターン１３が分枝して形成され、各相の抵抗体１２の端子間電圧は引出線パターン１３を通ってプリント配線板９に設けられたチップＩＣ構成のインバータ制御のＥＣＵ１４に取り込まれる。ＥＣＵ１４は、各相の抵抗体１２の端子間電圧に基づくマイクロコンピュータのフィードバック制御（ソフトウエア制御）を実行し、各相のインバータ制御信号を形成して、これらのインバータ制御信号を図２に示す制御信号ケーブル１５を介してインバータ５の各相のスイッチング半導体Ｑのゲートｇに与える。
【００２７】
なお、バスバー７ｕ〜７ｗは、プリント配線板９の製造工程において、硬化前のプリント配線板９にバスバー７ｕ〜７ｗを押し入れる等してプリント配線板９に内蔵される。また、導体パターン１０や引出線パターン１３は、例えば銅パターンであり、プリント配線板９のパターン形成工程により、プリント配線板９の他の電極や配線等のパターンとともに形成される。また、抵抗体１２やＥＣＵ１４は、例えばプリント配線板９の表面実装工程により自動挿入でプリント配線板９に実装される。
【００２８】
以上のように、前記実施形態の場合、プリント配線板９内に形成された各相の前記変成器の磁電変換構造が、各相の導体パターン１０によって形成され、導体パターン１０の途中に設けられた抵抗体１２の端子間電圧からモータ２の給電路（検出対象電路）の電流が非接触に検出される。
【００２９】
この場合、プリント配線板９にバスバー７ｕ〜７ｗが内蔵されてプリント配線板９とバスバー７ｕ〜７ｗが一体化され、しかも、プリント配線板９に各相の導体パターン１０が形成され、抵抗体１２もプリント配線板に設けられるため、極めて小型に形成できる。しかも、部品の組立作業等はほとんど必要がない。
【００３０】
また、高価なホール素子等に代えて、導体パターン１０及び安価な抵抗体１２を用いて形成されるので、極めて安価である。
【００３１】
さらに、導体パターン１０がプリント配線板９に形成され、抵抗体１２もプリント配線板１２に設けられるので、車両１振動等による検出特性のばらつきはほとんどなく、前記磁電変換構造の変換特性が向上して電流センサ３の検出特性が向上する。
【００３２】
したがって、小型化及びコストダウンを図りつつ検出特性を向上するようにした、従来にない新規な非接触検出タイプの電流センサ３を提供することができる。なお、前記ループコイルの線径や巻き数は、各相の導体パターン１０の幅を変えたり各相の導体パターン１０を複数パターンとすること等によって容易に調整することができ、設計や製造の自由度が大きくなる利点もある。
【００３３】
そして、本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない限りにおいて上述したもの以外に種々の変更を行なうことが可能であり、例えば前記実施形態においては、検出対象電路が３相電路であって、３相の電流検出を行うため、プリント配線板９に３本のバスバー７ｕ〜７ｗを内蔵してバスバー７ｕ〜７ｗ毎に導体パターン１０を形成し、３相分（３個）の抵抗体１２を設けたが、検出対象電路が単相電路の場合には、プリント配線板９に単相用の１本のバスバーを内蔵してそのバスバーについて導体パターン等を形成し、１個の抵抗体１２を設ければよい。また、検出対象電路が３相より多相の電路の場合には、プリント配線板９に各相のバスバーを内蔵してバスバーの個数の導体パターンを形成し、相毎に抵抗体１２を設ければよい。さらに、バッテリ４とインバータ５との間に本発明の電流センサを設け、インバータ５の入力電流を非接触検出するようにしてもよい。そして、本発明は、インバータ５の入力電流等のモータ２の相電流以外の検出したい部分（どこであってもよい）の電流の検出にも適用することができ、この場合、それに必要な個数のバスバーをプリント配線板に内蔵して導体パターンを形成し、相毎に抵抗体を設ければよい。
【００３４】
つぎに、プリント配線板９は、いわゆる片面基板やフレキシブル基板であってもよく、例えば片面基板の場合、配線パターンの形成面（例えば裏面）に導体パターン１０を形成して部品実装面（例えば表面）に抵抗体１２等を実装し、部品実装面の導体パターン１０に対応する位置には、導体パターン１０の代わりにジャンパー線を実装して本発明を実施すればよい。
【００３５】
また、導体パターン１０等は、アルミパターン等の銅パターン以外の種々の導体パターンであってもよく、プリント配線板９にどのような部品が実装されていてもよい。
【００３６】
そして、本発明の電流センサは検出対象電路の電流の大きさ等はどのようであってもよく、本発明は、電気自動車（ＥＶ）、ハイブリッド車（ＨＥＶ）、燃料電池車（ＦＣＶ）等の車両の種々の電流の非接触検出に適用することができる。さらに、本発明は、車両に限らず、種々の機械や装置等の非接触検出タイプの電流センサに適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明の一実施形態が適用される車両の模式図である。
【図２】図１の走行用のモータの給電路部分の構成を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）はその正面図である。
【図３】図２の電流センサ３の拡大した模式図である。
【図４】図３の一部の断面図である。
【図５】図１のインバータの回路結線図である。
【図６】従来例の斜視図である。
【符号の説明】
【００３８】
７ｕ〜７ｗ    バスバー
９    プリント配線板
１０    導体パターン
１２    抵抗体
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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