JP2013113630A - 電流検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】測定電流値の領域が大幅に異なる複数種類の測定領域での電流値を高感度で測定することが可能で、かつ、小型化及び低コスト化を図ることも可能となる電流検出装置を提供すること。
【解決手段】磁性材で断面略コ字形に形成された磁気遮蔽部材１１と、磁気遮蔽部材１１の略コ字形の内側に、磁性材で断面略Ｌ字形に形成された一対の分割部材１２Ａ、１２Ｂの端部を近接させて全体として断面略コ字形状に配置された内部遮蔽部材１２と、分割部材１２Ａ、１２Ｂの端部間の隙間において、電流路２０及び内部遮蔽部材１２の積層方向に配置された複数の磁気検出手段１３と、を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、自動車の電装品等、例えばモータの電流路などに流れる電流の値を、該電流路近傍に設けた磁気検出手段を用いることで検出する電流検出装置に関する。

従来、自動車の車載バッテリと車両電装品とを接続する電流路（例えば、バスバー）に流れる電流を検出するために、電流検出装置が用いられている。この電流検出装置は、例えば特許文献１に示すように、リング状のコアと、このコアの一部分が開放されて形成された磁気ギャップと、この磁気ギャップ内に配置されたホール素子とを備え、リング状のコアに挿通された電流路に流れる電流値を、磁気ギャップ内に配置されたホール素子によって検出するという構成である。

この電流検出装置では、電流路に流れる電流によって前記リング状のコア内に磁界が生じた場合、磁気ギャップ内のホール素子がその磁界に応じたホール効果による電圧（ホール電圧）を発生する。このとき、前記コアは電流路に流れる電流によって発生する磁界を強めるように機能する。前記ホール素子が発生するホール電圧は、前記コア内の磁界の強さに対応するとともに、この磁界を発生させる電流路に流れる電流値にも対応するため、電流値検出を可能にする。

特開２００７‐１５５４００号公報

ところで、近時、電気自動車（ＥＶ）、ハイブリッド車（ＨＥＶ）、プラグインハイブリッド車（ＰＨＶ）などでは、大電流化が進んでいる。しかしながら、従来の電流検出装置は、１種類の測定領域での電流値の検出を行う構成のものが一般的であって、例えば大電流と小電流との２種類の電流値を同じ装置で高感度に検出するといったことは困難であった。

このような事情から、電流値が大きく異なる２種類の異なる測定領域に対して電流値を測定するような場合には、それぞれ専用の電流検出装置を用意することが必要となっている。その結果、設置スペースがそれだけ多く必要であるとともに、コストの点でも嵩んでくる。

そこで、例えば単一の電流検出装置で、大電流用と小電流用の２種類のセンサを搭載させた構成のものも考えられる。その場合、大電流用センサは小電流用センサに比べてセンササイズが大きくなるので、余計に設置スペースが必要となり、どうしても大型化が避けられない。しかも、このような大型化された電流検出装置を一つの電流路に対して配設することが必要となるので、特に自動車のようなスペースの限られた場所での設置は、困難を伴う。

本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、大電流用と小電流用など測定電流値の検出領域が大幅に異なる複数種類の検出領域での電流値を高感度で測定することが可能になるとともに、小型化及び低コスト化を図ることも可能となる電流検出装置を提供することにある。

前述した目的を達成するために、本発明に係る電流検出装置は、下記（１）〜（４）を特徴としている。
（１） 磁性材で断面略コ字形に形成された、該断面において縦横４面のうちの３面が該略コ字形によって取り囲まれた電流路に対して該電流路の電流が流れる方向に対して横断的に設置される磁気遮蔽部材と、
前記磁気遮蔽部材の前記略コ字形の内側に、磁性材で断面略Ｌ字形に形成された一対の分割部材の端部を近接させて全体として断面略コ字形状に配置された、該断面において縦横４面のうちの、前記３面とは異なる別の３面が該略コ字形によって取り囲まれた電流路に対して該電流路の電流が流れる方向に対して横断的に設置される内部遮蔽部材と、
前記分割部材の端部間の隙間において、前記電流路及び前記内部遮蔽部材の積層方向に配置された、磁束密度の大きさまたは磁界の強さの検出可能な範囲が異なる複数の磁気検出手段と、
を備えたこと。
（２） 上記（１）に記載の電流検出装置において、
前記隙間は、前記電流路の幅方向の中央に位置する、
こと。
（３） 磁性材で断面略コ字形に形成された、該断面において縦横４面のうちの３面が該略コ字形によって取り囲まれた電流路に対して該電流路の電流が流れる方向に対して横断的に設置される磁気遮蔽部材と、
前記磁気遮蔽部材の前記略コ字形の内側に、磁性材で断面略コ字形状に形成され且つ中央に位置する面に開口が形成された、該断面において縦横４面のうちの、前記３面とは異なる別の３面が該略コ字形によって取り囲まれた電流路に対して該電流路の電流が流れる方向に対して横断的に設置される内部遮蔽部材と、
前記内部遮蔽部材の前記開口において、前記電流路及び前記内部遮蔽部材の積層方向に配置された、磁束密度の大きさまたは磁界の強さの検出可能な範囲が異なる複数の磁気検出手段と、
を備えたこと。
（４） 上記（３）に記載の電流検出装置において、
前記開口は、前記電流路の幅方向の中央に位置する、
こと。

上記（１）の構成の電流検出装置によれば、測定電流値の検出領域が大幅に異なる複数種類の測定領域での電流値を高感度に測定することが可能となる。しかも、従来のものに比べて、磁気遮蔽部材の内側に、内部遮蔽部材と複数の磁気検出手段とを追加的に設置するだけで済むので、小型化及び低コスト化を図ることも可能となる。
また、上記（２）の構成の電流検出装置によれば、電流路の中央部に隙間が設置されており、より精度の高い磁気検出が可能となる。
また、上記（３）の構成の電流検出装置によれば、上記（１）の構成の電流検出装置と同様、測定可能な電流値の検出可能領域が大幅に異なる複数種類の測定領域での電流値を高感度で測定することが可能となる。しかも、従来のものに比べて、磁気遮蔽部材の内側に、内部遮蔽部材と複数の磁気検出手段とを追加的に設置するだけで済むので、小型化及び低コスト化を図ることも可能となる。
また、上記（４）の構成の電流検出装置によれば、電流路の中央部に開口が設置されており、より精度の高い磁気検出が可能となる。

本発明によれば、測定電流値の検出領域が大幅に異なる複数種類の測定領域での電流値を高感度に測定することが可能となる。しかも、従来のものに比べて、磁気遮蔽部材の内側に、内部遮蔽部材と複数の磁気検出手段とを追加的に設置するだけで済むので、小型化及び低コスト化を図ることも可能となる。

以上、本発明について簡潔に説明した。更に、以下に説明される発明を実施するための形態を添付の図面を参照して通読することにより、本発明の詳細は更に明確化されるであろう。

図１は、本発明の実施形態に係る電流検出装置の一部分解斜視図である。 図２は、図１に示す電流検出装置の正面図である。 図３は、図２に示す電流検出装置におけるIII-III線矢視断面図である。 図４は、図２に示した電流検出装置の内部遮蔽部材の隙間に設けた複数の磁気検出手段である第１及び第２のセンサ部に対する磁束の通過状態を示す説明図である。 図５は、本発明の変形例に係る電流検出装置である、検出部が開口であるタイプのものを示す平面図である。

以下に、本発明に係る電流検出装置の好適な実施形態について、添付図面を参照しながら説明する。なお、本実施形態では、電流路を流れる電流によって発生する磁界の強さを検出する磁気検出器として、ホール素子を採用している。

本実施形態の電流検出装置１０は、電流路となる導体部材（以下、これを板状良導体の導電板からなる「バスバー」とよぶ）２０の電流値を検出するためのものであり、該電流検出装置１０の外形をなす誘電材料で形成された、筐体としてのベースブロック（図示せず）と、このベースブロックの上面に設置された磁気遮蔽部材１１と、この磁気遮蔽部材１１の内側に設置され、電流路となるバスバー２０を外側から取り囲む内部遮蔽部材１２と、この内部遮蔽部材１２の検出部を構成する後述の隙間Ｇの部分に配置した磁気検出手段１３と、を備えている。

磁気遮蔽部材１１は、適宜の磁性材で断面略コ字形に形成されており、図示外のベースブロックに対して、上方（Ｙ方向）が開口する状態で設置されている。即ち、本発明の磁気遮蔽部材１１は、電流路となるバスバー２０に対してこの全周４面、つまりＸ−Ｙ面に沿った方向のうちの３面方向（±Ｘ方向及び−Ｙ方向）から取り囲むようにして、その電流Ｉの流れるＺ方向に対して横断的に設置されている。つまり、バスバー２０の長さ（Ｚ）方向に対して直交する±Ｘ方向に設置される。換言すれば、バスバー２０は、この磁気遮蔽部材１１に対してその床面の直上に非接触状態で設置されるように構成されている。

内部遮蔽部材１２は、それぞれ適宜の磁性材で断面略Ｌ字形に形成された一対の分割部材１２Ａ、１２Ｂから構成されており、全体として断面略コ字形を呈している。この内部遮蔽部材１２である分割部材１２Ａ、１２Ｂは、磁気遮蔽部材１１の略コ字形状内側において、各分割部材１２Ａ、１２Ｂの近接する端部が所定の隙間Ｇを保持して、全体として断面がコ字形状になるように配置されている。また、この内部遮蔽部材１２は、磁気遮蔽部材１１とは異なり、バスバー２０に対して開放された残りの１面方向を含む３面方向（即ち、±Ｘ方向及び＋Ｙ方向）から取り囲むような状態で設置される。しかしながら、バスバー２０に流れる電流Ｉの方向に対しては、磁気遮蔽部材１１と同じ状態で、つまり、バスバー２０の長さ（Ｚ）方向に対して横断的に、即ち、これに直交するＸ方向に設置される。つまり、この内部遮蔽部材１２は、バスバー２０に対してその上面の直上に非接触状態で設置される。

また、この内部遮蔽部材１２を構成する一対の分割部材１２Ａ、１２Ｂについては、互いに鏡面対称となるように各対応部位が同一寸法に形成されており、これによりバスバー２０の中央部に隙間Ｇが形成される。この隙間Ｇは、内部遮蔽部材１２の長さ方向を一端側から他端側に至るまで、全長Ｗに亘って形成されている。なお、本実施形態では、隙間Ｇが形成された場合について説明するが、例えば図５に示すように、内部遮蔽部材１４の中央に位置する面に開口Ｓが形成された構成であっても構わない。

磁気検出手段１３は、測定すべき電流Ｉに対応する磁束密度Ｂの大きさ（若しくは磁界の強さでもよい）の検出範囲が異なる複数のものから構成されており、内部遮蔽部材１２の検出部となる隙間Ｇに対応して、上下（図２の上下方向）積層する状態で立体的に設置されている。例えば本実施形態の磁気検出手段１３は、図３に示すように隙間Ｇを上から覆う状態で配置した配線板、例えば誘電体からなるプリント基板３０において、その表裏両面に搭載されている。

即ち、この磁気検出手段１３は、大電流に対応する磁束密度Ｂの大きさ（若しくは磁界の強さ）を検出可能な対象とする第１のセンサ部１３Ａと、小電流に対応する磁束密度Ｂの大きさ（若しくは磁界の強さ）を検出可能な対象とする第２のセンサ部１３Ｂと、の２種類のもので構成されている。なお、磁束密度Ｂと磁界の強さＨについては、周知のマクスウェル方程式の補助式である、Ｂ＝μＨ（但し、μ；透磁率）の関係によりよく知られており、どちらを使用してもよい。

本実施形態の第１のセンサ部１３Ａ及び第２のセンサ部１３Ｂには、いずれも、周知のホール効果を利用して磁束密度Ｂの大きさ若しくは磁界の強さを検出するホール素子を用いている。因みに、これらのセンサ部１３Ａ、１３Ｂは、検出感度が異なる物性特性のもので構成されている。

また、これらのセンサ部１３Ａ、１３Ｂは、磁束Φを確実に感受させるようにしている。そのため、単一面積当たりの磁束Φをできるだけ多く貫通させることができるように、磁束Φの方向に対して垂直方向の大きさを大きく、つまり背高構造とするのが好ましい。なお、これらは、プリント基板３０上に実装される図示外の制御部か若しくは適宜の部位に設置されている図示外の制御部と図示外の配線で接続される。これにより、各ホール素子からこの制御部に入力する検出信号に応じて所定の演算処理がなされることで、磁気検出手段１３設置部位付近でのバスバー２０に流れる所望の電流値の検出が行われるようになっている。

なお、本発明の磁気検出手段１３にとしては、ホール素子に限定されるものではない。

次に、本実施形態の作用について説明する。
例えば、バスバー２０に電流が流れると、そのバスバー２０の回りに磁界が発生し、その磁界の強さに対応する磁束密度Ｂが生じる。この磁束密度Ｂに応じて、内部遮蔽部材１２内部には磁路Ｒ（図２参照）が形成されるが、図４に示すようにこの磁路Ｒの終端部である、隙間Ｇを臨む内部遮蔽部材１２の両端部１２Ｃ、１２Ｄの間では、磁気的フラックス、つまり磁束Φの流れが生じている。

従って、磁気検出手段１３である第１のセンサ部１３Ａ及び第２のセンサ部１３Ｂに対して、それぞれここを貫通する磁束Φの密度、つまり磁束密度Ｂの値に応じた磁界の強さに対応して電場、即ちホール電場が生成される。

このようにして、第１のセンサ部１３Ａ及び第２のセンサ部１３Ｂである各ホール素子からは、検出された電場、つまりは電圧が検出信号として図示外の制御部へ出力される。制御部では、検出信号が増幅回路で増幅され、検出した磁界の強さに比例した値の電圧値を出力する。つまり、ホール素子からの出力に基づいて、バスバー２０に流れる電流値の検出が行われるわけである。

ここで、例えば電流路であるバスバー２０に流れる電流値Ｉが大電流Ｉ_１である場合には、その電流値Ｉ_１の検出可能領域に対応した高感度の磁気特性を有する第１のセンサ部１３Ａのホール素子が、確実にその大電流値に対応した磁界の強さＢ_１を高感度で検出できる。

一方、電流路であるバスバー２０に流れる電流値Ｉが小電流Ｉ_２である場合には、その電流値Ｉ_２の検出可能領域に対応した高感度の磁気特性を有する第２のセンサ部１３Ｂのホール素子が、確実にその小電流値に対応した磁界の強さＢ_２を高感度で検出できる。

従って、以上説明してきたように、本実施形態に係る電流検出装置１０によれば、２台、２種類の高感度な電流検出装置を使用しなくても、バスバー２０に流れる大電流及び小電流の両方の電流値を高感度で検出可能となる。

しかも、本実施形態によれば、従来の１台の電流検出装置において、小型の内部遮蔽部材１２と、検出領域の異なる別の磁気検出手段１３の第１のセンサ部１３Ａ又は第２のセンサ部１３Ｂのいずれかと、を追加するだけでよい。別言すれば、２部品を追加するだけで２種の電流値検出が実現できる。その結果、２台の高精度電流検出装置を用いる場合に比べれば、小型化及び低コスト化を図ることが可能となる。

また、従来の電流検出装置であれば、電流検出可能領域から外れた電流値がたまたま流れたときに大きな測定誤差が発生したり、検出可能領域を大きく外れた電流値の測定ときに測定計器の針が振り切れるといった事態が発生する虞があった。しかしながら、本実施形態に係る電流検出装置１０によれば、このようなトラブルも解消できる。

さらに、本実施形態では、磁気遮蔽部材１１の内側に、前述したように、内部遮蔽部材１２と、検出領域の異なる別の磁気検出手段の第１のセンサ部１３Ａ又は第２のセンサ部１３Ｂのいずれかと、を追加して設置するだけで済む。このため、外形的な寸法は従来のものと同一寸法に収まるので、従来とおなじ設置場所に設置可能となる。しかも、重量的に見ても、従来の単一測定領域を有する電流検出装置と比べて、ユニットとしてそれほどの重量アップとならずに済む。

また、本実施形態によれば、磁気遮蔽部材１１に囲まれたその内側に磁気検出手段１３が設置されているので、従来のものと同様、外乱をもたらす外部磁界に対して耐性を備えている。このため、隣接電流路などの存在による外部磁界影響が懸念される設置環境下でも、良好な検出精度での使用が可能となる。

さらに、本実施形態によれば、磁気検出手段１３を構成する、第１及び第２のセンサ部１３Ａ及び１３Ｂが、検出部である隙間Ｇにおいて、上下方向に積層するように立体的に設置されている。つまり、磁気検出手段１３を構成する第１のセンサ部１３Ａ及び第２のセンサ部１３Ｂが、プリント基板３０の表裏両面に個別に設置されているため、設置スペースが小さくて済み、電流検出装置として大幅な小型化が可能である。

なお、本発明は上述した実施形態に何ら限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の形態で実施し得るものである。即ち、本実施形態では、自動車用などに設置されたバスバー２０を流れる電流値の検出用として適用してあるが、勿論これに限定されるものではない。各種分野への幅広い適用が期待できる。

１０ 電流検出装置
１１ 磁気遮蔽部材
１２ 内部遮蔽部材
１２Ａ、１２Ｂ 分割部材
１２Ｃ、１２Ｄ 内部遮蔽部材の両端部
１３ 磁気検出手段
１３Ａ 第１のセンサ部
１３Ｂ 第２のセンサ部
１４ 内部遮蔽部材
２０ 導体部材（導電板；バスバー）
３０ プリント基板
Ｂ 磁束密度
Ｂ_１ 大電流値に対応する磁界の強さ
Ｂ_２ 小電流値に対応する磁界の強さ
Ｇ 隙間（検出部）
Ｉ 電流
Ｉ_１ 大電流
Ｉ_２ 小電流
Ｒ 磁路
Ｓ 開口（検出部）
Ｗ 磁気遮蔽部材の幅
Φ 磁束（磁気的フラックス）

Claims (4)

1. 磁性材で断面略コ字形に形成された、該断面において縦横４面のうちの３面が該略コ字形によって取り囲まれた電流路に対して該電流路の電流が流れる方向に対して横断的に設置される磁気遮蔽部材と、
   前記磁気遮蔽部材の前記略コ字形の内側に、磁性材で断面略Ｌ字形に形成された一対の分割部材の端部を近接させて全体として断面略コ字形状に配置された、該断面において縦横４面のうちの、前記３面とは異なる別の３面が該略コ字形によって取り囲まれた電流路に対して該電流路の電流が流れる方向に対して横断的に設置される内部遮蔽部材と、
   前記分割部材の端部間の隙間において、前記電流路及び前記内部遮蔽部材の積層方向に配置された、磁束密度の大きさまたは磁界の強さの検出可能な範囲が異なる複数の磁気検出手段と、
   を備えたことを特徴とする電流検出装置。
2. 前記隙間は、前記電流路の幅方向の中央に位置する、
   ことを特徴とする請求項１に記載の電流検出装置。
3. 磁性材で断面略コ字形に形成された、該断面において縦横４面のうちの３面が該略コ字形によって取り囲まれた電流路に対して該電流路の電流が流れる方向に対して横断的に設置される磁気遮蔽部材と、
   前記磁気遮蔽部材の前記略コ字形の内側に、磁性材で断面略コ字形状に形成され且つ中央に位置する面に開口が形成された、該断面において縦横４面のうちの、前記３面とは異なる別の３面が該略コ字形によって取り囲まれた電流路に対して該電流路の電流が流れる方向に対して横断的に設置される内部遮蔽部材と、
   前記内部遮蔽部材の前記開口において、前記電流路及び前記内部遮蔽部材の積層方向に配置された、磁束密度の大きさまたは磁界の強さの検出可能な範囲が異なる複数の磁気検出手段と、
   を備えたことを特徴とする電流検出装置。
4. 前記開口は、前記電流路の幅方向の中央に位置する、
   ことを特徴とする請求項３に記載の電流検出装置。

Images