(57)【要約】【課題】電力線の発熱による影響を受けにくい電流検出装置を提供する。【解決手段】電力線２に隣接する位置に配置され、電流によって電力線２の周りに生じる磁界の強さに対応した電圧を出力する磁気電気変換素子１０を備える。また、磁気電気変換素子１０の出力電圧を増幅する増幅機能を少なくとも有する信号処理回路基板１１を備える。信号処理回路基板１１は、電力線２の周辺であって、電力線２の鉛直方向真上以外の位置に設けられている。【選択図】図１
2009300353.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電源と負荷とを接続する電気回路の電力線を流れる電流を検出する電流検出装置であって、
上記電力線に隣接する位置に配置され、上記電流によって上記電力線の周りに生じる磁界の強さに対応した電圧を出力する磁気電気変換素子と、
該磁気電気変換素子の出力電圧を増幅する増幅機能を少なくとも有する信号処理回路基板と、
を備え、上記信号処理回路基板は、上記電力線の周辺であって、該電力線の鉛直方向真上以外の位置に設けられていることを特徴とする電流検出装置。
【請求項２】
請求項１において、上記磁気電気変換素子は、上記電力線の鉛直方向真上以外の位置に設けられていることを特徴とする電流検出装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２において、上記磁気電気変換素子および上記信号処理回路基板は、上記電力線の鉛直方向真下に設けられていることを特徴とする電流検出装置。
【請求項４】
請求項１ないし請求項３のいずれか１項において、上記電力線は水平方向に延びる水平部と、該水平部の端縁から鉛直方向上側へ延出する鉛直部とを有するＬ字型に形成され、上記電流検出装置は、上記水平部のうち上記鉛直部と隣接する部分に取り付けられていることを特徴とする電流検出装置。
【請求項５】
請求項１ないし請求項４のいずれか１項において、他装置との配線接続部を備え、該配線接続部は、上記電力線の鉛直方向上側に設けられていることを特徴とする電流検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電力線に流れる電流を測定でき、該電力線の発熱による影響を受けにくい電流検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、電気回路の電流検出装置として、配線に非接触で電流を検出できるホール素子を用いたものが知られている（特許文献１）。
【０００３】
これは、例えば図９に示すごとく、電力線（バスバー）９２を流れる電流を検出するもので、電力線９２の周りに設けた磁性体９６と、その磁性体９６の周方向の一部に設けたホール素子９３と、増幅器（オペアンプ）９５を備えた信号処理回路基板９４とを備えている。電力線９２に電流が流れると、磁性体９６に沿って電力線９２の周囲に磁界が発生し、磁束がホール素子９３を通過する。ホール素子９３には電流が流されており、この電流が流れる向きと、磁界の向きとの双方に直交する方向に電圧（ホール電圧）が発生する。この電圧を用いて、電力線９２を流れる電流を検出する。
【０００４】
ホール素子９３に生じる電圧は小さいので、増幅器９５にて電圧が増幅される。また、増幅した後の各種信号処理が、信号処理回路基板９４にて行われる。
【０００５】
【特許文献１】特許第２５２６０７０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところが、従来の電流検出装置９１は、信号処理回路基板９４が電力線９２の真上に配置されていたため、電力線９２を流れる電流によって生じた熱を受けて、信号処理回路基板９４の温度が上昇しやすいという問題があった。
そのため、増幅器９５が熱によって破壊されるおそれがあった。また、増幅器９５はシリコン等の半導体素子を用いているため、温度上昇に伴う電気特性（電圧増幅率）の変化が比較的大きい。そのため、増幅器９５の温度が上昇すると、電力線９２を流れる電流を正確に測定できなくなる場合があった。
【０００７】
特に、電力線９２に数１００Ａ程度の大きな電流を流した場合、電力線９２の発熱量が大きくなり、増幅器９５の温度が上昇しやすくなる。そのため、増幅器９５の電圧増幅率が変化して、電力線９２を流れる電流を正確に測定しにくくなる。
【０００８】
また、従来の電流検出装置９１は増幅器９５以外にも、ホール素子９３等の、温度の影響を受けやすい部品が電力線９２の真上に配置されていた。そのため、電流の正確な測定が困難になっていた。
【０００９】
本発明は、かかる従来の問題点に鑑みてなされたもので、電力線の発熱による影響を受けにくい電流検出装置を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、電源と負荷とを接続する電気回路の電力線を流れる電流を検出する電流検出装置であって、
上記電力線に隣接する位置に配置され、上記電流によって上記電力線の周りに生じる磁界の強さに対応した電圧を出力する磁気電気変換素子と、
該磁気電気変換素子の出力電圧を増幅する増幅機能を少なくとも有する信号処理回路基板と、
を備え、上記信号処理回路基板は、上記電力線の周辺であって、該電力線の鉛直方向真上以外の位置に設けられていることを特徴とする電流検出装置にある（請求項１）。
【００１１】
次に、本発明の作用効果につき説明する。
上記電流検出装置においては、信号処理回路基板が、電力線の鉛直方向真上以外の位置に設けられているため、電力線の発熱による影響を小さくできる。
すなわち、電力線の発熱により周囲の空気が暖められ、温度上昇した空気が上方に移動するため、電力線の鉛直方向真上以外の位置に信号処理回路基板を配置することにより、信号処理回路基板が受ける熱を少なくできる。その結果、増幅器の温度が上昇しにくくなり、増幅器が熱によって破壊されることを防止できる。また、増幅器の電気特性を一定に保つことができるため、電力線を流れる電流を正確に測定できる。
【００１２】
以上のごとく、本発明によれば、電力線の発熱による影響を受けにくい電流検出装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
上述した本発明における好ましい実施の形態につき説明する。
本発明の電流検出装置は、例えば電気自動車やハイブリッド自動車等の交流モータを駆動するための電力変換装置に用いることができる。車両の電力変換装置は大電流が流れるため、電力線の発熱量が多く、本発明による効果が特に高い。
【００１４】
また、上記磁気電気変換素子は、上記電力線の鉛直方向真上以外の位置に設けられていることが好ましい（請求項２）。
この場合には、磁気電気変換素子が受ける熱を少なくできる。その結果、磁気電気変換素子の温度が上昇しにくくなり、センサ出力特性を一定に保つことが可能となる。これにより、電力線を流れる電流を正確に測定することができる。
【００１５】
また、上記磁気電気変換素子および上記信号処理回路基板は、上記電力線の鉛直方向真下に設けられていることが好ましい（請求項３）。
この場合には、磁気電気変換素子および信号処理回路基板が電力線から受ける熱の量を一層少なくすることができる。
【００１６】
また、上記電力線は水平方向に延びる水平部と、該水平部の端縁から鉛直方向上側へ延出する鉛直部とを有するＬ字型に形成され、上記電流検出装置は、上記水平部のうち上記鉛直部と隣接する部分に取り付けられていることが好ましい（請求項４）。
この場合には、電流検出装置が受ける熱を更に少なくできる。すなわち、鉛直部が形成されておらず、電力線が全て水平部からなる場合は、発生した熱により電流検出装置が暖まりやすいが、上記構成にすると、鉛直部のほとんどの部分は電流検出装置よりも高い位置にあるため、鉛直部から発生した熱の影響を電流検出装置が受けにくくなる。そのため、増幅装置や磁気電気変換素子等の温度が上昇しにくくなり、電力線を流れる電流を正確に測定することができる。
【００１７】
また、他装置との配線接続部を備え、該配線接続部は、上記電力線の鉛直方向上側に設けられていることが好ましい（請求項５）。
この場合には、電流検出装置の上方に設けられた、制御装置等の他装置との配線接続を容易にしつつ、電力線の発熱による影響を少なくすることができる。
すなわち、仮に配線接続部が電力線の下側に設けられていたとすると、電流検出装置の上方に設けられた他装置と電流検出装置とをリード線等で接続する際に、電力線を避ける必要があるため、配線接続が困難になってしまう。しかし本例のように、配線接続部を電力線の上方に設けることにより、他装置と電流検出装置との配線接続を容易にすることができる。
【実施例】
【００１８】
（実施例１）
本発明の実施例にかかる電流検出装置につき、図１〜図５を用いて説明する。
本例の電流検出装置１は、図１〜３に示すごとく、電源５と負荷６とを接続する電気回路４の電力線２を流れる電流を検出する。また、この電流検出装置１には、電力線２に隣接する位置に、電流によって電力線２の周りに生じる磁界の強さに対応した電圧を出力する磁気電気変換素子１０が配置されている。また、磁気電気変換素子１０の出力電圧を増幅する増幅機能を少なくとも有する信号処理回路基板１１を備える。信号処理回路基板１１は、電力線２の周辺であって、電力線２の鉛直方向真上以外の位置に設けられている。
【００１９】
磁気電気変換素子１０は、電力線２の鉛直方向真上以外の位置に設けられている。より詳しくは、磁気電気変換素子１０および信号処理回路基板１１は、電力線２の鉛直方向真下に設けられている。
【００２０】
また、図２に示すごとく、電流検出装置１は、他装置との配線接続部（コネクタ）１３を備え、該配線接続部１３は、電力線２の鉛直方向上側に設けられている。
【００２１】
より詳細に説明する。本例の電流検出装置１は、図１、図２に示すごとく、２本の電力線２ａ，２ｂの電流を別々に測定できるよう構成されている。この電力線２ａ，２ｂには、数１００Ａ程度の比較的大きな電流が流れる。
【００２２】
図２に示すごとく、電力線２はバスバーからなり、この電力線２の周りに磁性体１４が配置されている。そして、磁性体１４の隙間に、磁気電気変換素子１０が設けられている。磁気電気変換素子１０はホール素子であり、ＩｎＳｂ、ＧａＡｓ、Ｓｉ等の半導体から構成される。
【００２３】
電力線２に電流が流れると、磁性体１４に沿って電力線２の周りに磁界が発生し、磁束が磁性体１４を通過する。磁気電気変換素子１０には電流が流されており、この電流の向きと、磁界の向きとの双方に垂直な方向に電圧（ホール電圧）が発生する。この電圧に基づいて、電力線２を流れる電流が検出される。
【００２４】
ホール電圧は小さいので、増幅器（オペアンプ）１２にて電圧を増幅する必要がある。電圧を増幅した後、信号処理回路基板１１にて例えばＡ／Ｄ変換等の各種信号処理を行う。信号処理回路１１はワイヤ１６によってコネクタ用基板１８と接続され、配線接続部１３から出力信号を取り出せるようになっている。配線接続部１３は、複数個の接続端子１３ａを備え、各接続端子１３ａが、後述する制御装置３（図４参照）とリード線１７にて接続される。
【００２５】
次に、図３に示すごとく、本例の電流検出装置１は、電気自動車やハイブリッド自動車等の車両の電力変換装置４０に用いられる。この電力変換装置４０は、電源５と負荷６との間に配されて両者の間の電力を変換する。
電力変換装置４０は、インバータ部４１と、コンバータ部４２とを備えている。このインバータ部４１は１２個の半導体モジュール４３を備えている。
各半導体モジュール４３は、ＩＧＢＴ（Insulated
Gate Bipolar Transistor）４３ａとフライホイールダイオード４３ｂとから構成される。
なお、上記電源５は高電圧直流電源であり、上記負荷６は回転電機（三相交流モータジェネレータ）である。
【００２６】
半導体モジュール４３は、インバータ部４１において、互いに直列接続された２個一組の状態で、正極電源線４５と負極電源線４６との間に６組接続されている。そして、正極電源線４５側の半導体モジュール４３と、負極電源線４６側の半導体モジュール４３との間から、三相交流モータジェネレータである負荷６の各相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）の電極とそれぞれ接続する電力線２が配線されている。１個の負荷６に接続される３本の電力線２のうち、２本の電力線２の電流を測定できるように、本例の電流検出装置１が設けられている。
また、この電力変換装置４は、各々の負荷６に１個ずつ、合計２個の電流検出装置１が設けられている。
【００２７】
図４に示すごとく、半導体モジュール４３と冷却管４７との積層体４８が形成されている。そして、半導体モジュール４３の各信号端子が制御装置３に接続され、この制御装置３にて半導体モジュール４３の制御がされる。冷却管４７は例えばアルミニウム製の管であり、内部に冷却液が流れるようになっている。この冷却管４７によって、発熱する半導体モジュール４３を冷却している。
また、図示するごとく、制御装置３は積層体４８の鉛直方向上側に配置されている。これは、冷却管４７の結露によって生じた水滴が滴下して、制御装置３に付着することを防止する等の理由により、このような位置関係になっている。
【００２８】
一方、半導体モジュール４３の下端から、一対の電極端子（図示せず）が突出しており、これらの電極に電力線２が接続されている。上述したように、１個の負荷６（図３参照）に３本の電力線２が接続され、このうち２本の電力線２に、本例の電流検出装置１が設けられる。
また、電流検出装置１の配線接続部１３は電力線２の上側に形成され、この配線接続部１３と、制御装置側コネクタ３１とが、複数のリード線１７を束ねたフラットケーブル１７０にて接続されている。このフラットケーブル１７を通って、電流検出装置１の出力信号が制御装置３に送信される。また、配線接続部１３の接続端子１３ａの一部は、電流検出装置１への電力供給に用いられる。
【００２９】
なお、本例の電流検出装置１は、図４に示すごとく、信号処理回路基板１１とコネクタ用基板１８とが、これらの基板１１，１８の端部にてワイヤ１６を使って接続されているが、図５に示すごとく、基板１１，１８の中央位置にて配線接続してもよい。この場合、ワイヤ１６は、２個の磁性体１４の間を通ることになる。
【００３０】
次に、本例の作用効果につき説明する。
図１及び図２に示すごとく、本例の電流検出装置１は、信号処理回路基板１１が、電力線２の鉛直方向真上以外の位置に設けられているため、電力線２の熱Ｈによる影響を小さくできる。
すなわち、電力線２の熱Ｈにより周囲の空気が暖められ、上方に移動する。そのため、電力線２の鉛直方向真上以外の位置に信号処理回路基板１１を配置することにより、信号処理回路基板１１が受ける熱Ｈを少なくできる。その結果、増幅器１２の温度が上昇しにくくなり、増幅器１２が熱Ｈによって破壊されることを防止できる。また、増幅器１２の電気特性を一定に保つことができるため、電力線２を流れる電流を正確に測定できる。
【００３１】
また、図２に示すごとく、磁気電気変換素子１０は、電力線２の鉛直方向真上以外の位置に設けられている。
これにより、磁気電気変換素子１０が受ける熱Ｈを少なくできる。その結果、磁気電気変換素子１０の温度が上昇しにくくなり、センサ出力を一定に保つことが可能となる。そのため、電力線２を流れる電流を正確に測定することができる。
【００３２】
より詳しくは、磁気電気変換素子１０および信号処理回路基板１１は、電力線２の鉛直方向真下に設けられている。
この位置に設けると、磁気電気変換素子１０および信号処理回路基板１１は、電力線２から発生する熱Ｈの影響を最も受けにくくなる。
【００３３】
また、本例の電流検出装置１は、配線接続部１３が電力線２の鉛直方向上側に設けられている。
これにより、電流検出装置１の上方に設けられた、制御装置３との配線接続を容易にしつつ、電力線２の発熱による影響を少なくすることができる。
すなわち、仮に配線接続部１３が電力線２の下方に設けられていたとすると、制御装置３と電流検出装置１とをフラットケーブル１７０にて接続する際に、電力線２を避ける必要があるため、配線接続が困難になってしまう。しかし本例のように、配線接続部１３を電力線２の上方に設けることにより、制御装置３と電流検出装置１との配線接続を容易にすることができる。
【００３４】
また、図５に示すごとく、信号処理回路基板１１とコネクタ用基板１８とを、これらの基板１１，１８の中央位置にてワイヤ１６を用いて接続することができる。この場合は、信号処理回路基板１１の回路構成を、よりシンプルなものにすることができる。すなわち、信号処理回路基板１１は、左側部分１１ａと右側部分１１ｂとが同じ回路になっている。そのため、上記構成にすることにより、図４等と比較して、右側部分１１ｂとワイヤ１６とを接続する信号線等（図示せず）を短くすることができる。これにより、信号処理回路基板１１の回路構成をシンプルにすることができる。
【００３５】
また、本例の電流検出装置１は、車両の電力変換装置４０に用いられている。車両の電力変換装置４０は大きな電流が流れるため、電力線２の発熱量が多く、本発明による効果が特に大きい。
【００３６】
一方、本例の電流検出装置１は、図１、図２に示すごとく、複数本（本例では２本）の電力線２の電流を、一個の電流検出装置１で検出できる構成になっている。この場合は、電力線２が一本の場合と比較して、電流検出装置１が受ける熱Ｈの量が多い。そのため、本発明の効果が特に高い。
【００３７】
以上のごとく、本例によれば、電力線２の発熱による影響を受けにくい電流検出装置１を提供することができる。
【００３８】
（実施例２）
本例は、図６、図７に示すごとく、電力線２の形状を変えた例である。図６、図７の電力線２は、水平方向に延びる水平部２０と、水平部２０の端縁２１から鉛直方向上側へ延出する鉛直部２２とを有するＬ字型に形成され、電流検出装置１は、水平部２０のうち鉛直部２２と隣接する部分に取り付けられている。
その他の構成は実施例１と同様である。
【００３９】
次に、本例の作用効果につき説明する。
上述のごとく電力線２をＬ字型にすることにより、電流検出装置１が受ける熱を少なくできる。すなわち、例えば図１０に示すごとく、鉛直部２２が形成されておらず、電力線９２が全て水平部９２２からなる場合は、水平部９２２から発生した熱Ｈにより電流検出装置９２が温まりやすいが、本例（図６、図７）のようにすると、鉛直部２２のほとんどの部分は電流検出装置１よりも高い位置にあるため、鉛直部２２から発生した熱の影響を電流検出装置１が受けにくくなる。そのため、増幅器１２や磁気電気変換素子１０等の温度が上昇しにくくなり、電力線２を流れる電流を正確に測定することができる。また、温度上昇による増幅器１２の破壊も防止できる。
【００４０】
（実施例３）
本例は、図８に示すごとく、電力線２の形状を変えた例である。図８の電力線２は、水平方向に延びる水平部２０と、水平部２０の一方の端縁２１ａから鉛直方向上側に延出する第１の鉛直部２２ａと、水平部２０の他方の端縁２１ｂから鉛直方向上側に延出する第２の鉛直部２２ｂとを備え、電流検出装置１は、これら２個の鉛直部２２ａ，２２ｂに挟まれた水平部２０に設けられている。
その他の構成は、実施例１と同様である。
【００４１】
次に、本例の作用効果につき説明する。
本例は、鉛直部２２ａ，２２ｂを２箇所設けたので、電力線２のうち殆どの部分は電流検出装置１よりも高い位置にある。そのため、電力線２から発生した熱Ｈの影響を電流検出装置１が受けにくく、増幅器１２や磁気電気変換素子１０等の温度上昇を効果的に防止できる。
その他、実施例１と同様の作用効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】実施例１における、電流検出装置の斜視図。
【図２】実施例１における、電流検出装置の断面図。
【図３】実施例１における、電流検出装置を使用した電気回路。
【図４】実施例１における、制御装置、積層体、電流検出装置の位置関係を表した断面図。
【図５】実施例１における、信号処理回路基板とコネクタ用基板とを、基板中央位置にて配線した電流検出装置の断面図。
【図６】実施例２における、電流検出装置の斜視図。
【図７】実施例２における、電流検出装置および電力線の断面図。
【図８】実施例３における、電流検出装置および電力線の断面図。
【図９】従来例における、電流検出装置の斜視図。
【図１０】鉛直部を形成していない場合の、電流検出装置および電力線の断面図。
【符号の説明】
【００４３】
１  電流検出装置
１０  磁気電気変換素子
１１  信号処理回路基板
１２  増幅器
１３  配線接続部（コネクタ）
１４  磁性体
１６  ワイヤ
１７  リード線
１７０  フラットケーブル
２  電力線
２０  水平部
２１  （電力線の）端縁
２２  鉛直部
４  電気回路
４０  電力変換装置
５  電源
６  負荷
【図１】
2009300353.tif 000003
【図２】
2009300353.tif 000004
【図３】
2009300353.tif 000005
【図４】
2009300353.tif 000006
【図５】
2009300353.tif 000007
【図６】
2009300353.tif 000008
【図７】
2009300353.tif 000009
【図８】
2009300353.tif 000010
【図９】
2009300353.tif 000011
【図１０】
2009300353.tif 000012