(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2024093862
(43)【公開日】2024-07-09
(54)【発明の名称】電流検出器
(51)【国際特許分類】
G01R 15/20 20060101AFI20240702BHJP
G01R 15/00 20060101ALI20240702BHJP
【ＦＩ】
G01R15/20 C
G01R15/00 500
【審査請求】未請求
【請求項の数】3
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2022210483
(22)【出願日】2022-12-27
(71)【出願人】
【識別番号】000175722
【氏名又は名称】サンコール株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100154014
【弁理士】
【氏名又は名称】正木 裕士
(74)【代理人】
【識別番号】100154520
【弁理士】
【氏名又は名称】三上 祐子
(72)【発明者】
【氏名】村上 建二
【テーマコード（参考）】
2G025
【Ｆターム（参考）】
2G025AA00
2G025AA03
2G025AB01
2G025AB02
2G025AB05
2G025AC01
(57)【要約】
【課題】冗長性を持たせることができると共に、異なる検出方式の電流センサの弱点を相互に補完することができる電流検出器を提供する。
【解決手段】測定対象となる電流Ｉが流れるバスバー２を有している。このバスバー２は、右側面２１ｄ側から左側面２０ｃ側に向かって電流Ｉが流れるようになっている。その電流Ｉが流れるバスバー２の経路上には、該電流Ｉを異なる検出方式で検出するシャント抵抗３，磁気センサ４が設けられている。シャント抵抗３は、バスバー２に流れる電流Ｉを抵抗体３０に流し、その両端の電圧から電流の大きさを検出するもので、磁気センサ４は、バスバー２に流れる電流Ｉによって生じる磁界成分Ｍを検出するものである。
【選択図】図１
【解決手段】測定対象となる電流Ｉが流れるバスバー２を有している。このバスバー２は、右側面２１ｄ側から左側面２０ｃ側に向かって電流Ｉが流れるようになっている。その電流Ｉが流れるバスバー２の経路上には、該電流Ｉを異なる検出方式で検出するシャント抵抗３，磁気センサ４が設けられている。シャント抵抗３は、バスバー２に流れる電流Ｉを抵抗体３０に流し、その両端の電圧から電流の大きさを検出するもので、磁気センサ４は、バスバー２に流れる電流Ｉによって生じる磁界成分Ｍを検出するものである。
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
測定対象となる電流が流れるバスバーを有し、
前記バスバーの一端面側から他端面側に向かって前記電流が流れる前記バスバーの経路上には、該電流を異なる検出方式で検出する電流センサが設けられてなる電流検出器。
前記バスバーの一端面側から他端面側に向かって前記電流が流れる前記バスバーの経路上には、該電流を異なる検出方式で検出する電流センサが設けられてなる電流検出器。
【請求項2】
前記電流センサは、
前記バスバーに流れる電流によって生じる磁界成分を検出する磁気センサと、
前記バスバーに流れる電流を抵抗体に流し、その両端の電圧から電流の大きさを検出するシャント抵抗と、を含んでなる請求項１に記載の電流検出器。
前記バスバーに流れる電流によって生じる磁界成分を検出する磁気センサと、
前記バスバーに流れる電流を抵抗体に流し、その両端の電圧から電流の大きさを検出するシャント抵抗と、を含んでなる請求項１に記載の電流検出器。
【請求項3】
前記磁気センサは、前記バスバーの経路のうち、直線状に形成されている位置に設けられてなる請求項２に記載の電流検出器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、電流検出器に関する。
【背景技術】
【0002】
従来、接触式の電流センサとして、シャント抵抗（例えば、特許文献１参照）、非接触式の電流センサとして、磁気センサ（例えば、特許文献２参照）が知られている。
【0003】
ところで、近年、１つの電流センサが破損してしまっても、別の電流センサを用いて電流検出を続けられるように異なる検出方式の電流センサをそれぞれ用いて、冗長性を持たせたいという要望が高まってきている。
【0004】
そこで、このような要望に応えるべく、冗長性を持たせる方法として、シャント抵抗と、磁気センサとを、並列に並べて配置することで、冗長性を持たせる方法が提案されている（例えば、特許文献３参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【特許文献1】特開２０２１－１９０５４３号公報
【特許文献2】特開２０１０－０１４４７７号公報
【特許文献3】特開２０２０－０９１２６１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
しかしながら、上記のような方法は、冗長性を持たせることができるものの、設置スペースが増大してしまうという問題があった。
【0007】
さらには、シャント抵抗は、設置スペースを小さくすることができるものの、バスバーに流れる電流の発熱の影響を受けやすいという弱点を備え、磁気センサは、バスバーに流れる電流の発熱の影響を受けにくいものの、設置スペースが大きくなるという弱点を備えている。しかしながら、上記のような方法は、何れの弱点も解決できていないという問題があった。
【0008】
そこで、本発明は、上記問題に鑑み、冗長性を持たせることができると共に、異なる検出方式の電流センサの弱点を相互に補完することができる電流検出器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】
【0009】
上記本発明の目的は、以下の手段によって達成される。なお、括弧内は、後述する実施形態の参照符号を付したものであるが、本発明はこれに限定されるものではない。
【0010】
請求項１の発明によれば、測定対象となる電流（Ｉ）が流れるバスバー（２，２Ａ）を有し、
前記バスバー（２，２Ａ）の一端面（右側面２１ｄ，２１Ａｄ）側から他端面（左側面２０ｃ）側に向かって前記電流（Ｉ）が流れる前記バスバー（２，２Ａ）の経路上には、該電流（Ｉ）を異なる検出方式で検出する電流センサ（シャント抵抗３，磁気センサ４）が設けられてなることを特徴としている。
前記バスバー（２，２Ａ）の一端面（右側面２１ｄ，２１Ａｄ）側から他端面（左側面２０ｃ）側に向かって前記電流（Ｉ）が流れる前記バスバー（２，２Ａ）の経路上には、該電流（Ｉ）を異なる検出方式で検出する電流センサ（シャント抵抗３，磁気センサ４）が設けられてなることを特徴としている。
【0011】
請求項２の発明によれば、上記請求項１に記載の電流検出器（１，１Ａ）において、
前記電流センサは、
前記バスバー（２，２Ａ）に流れる電流（Ｉ）によって生じる磁界成分（Ｍ）を検出する磁気センサ（４）と、
前記バスバー（２，２Ａ）に流れる電流（Ｉ）を抵抗体（３０）に流し、その両端の電圧から電流の大きさを検出するシャント抵抗（３）と、を含んでなることを特徴としている。
前記電流センサは、
前記バスバー（２，２Ａ）に流れる電流（Ｉ）によって生じる磁界成分（Ｍ）を検出する磁気センサ（４）と、
前記バスバー（２，２Ａ）に流れる電流（Ｉ）を抵抗体（３０）に流し、その両端の電圧から電流の大きさを検出するシャント抵抗（３）と、を含んでなることを特徴としている。
【0012】
請求項３の発明によれば、上記請求項２に記載の電流検出器（１，１Ａ）において、
前記磁気センサ（４）は、前記バスバー（２，２Ａ）の経路のうち、直線状に形成されている位置に設けられてなることを特徴としている。
前記磁気センサ（４）は、前記バスバー（２，２Ａ）の経路のうち、直線状に形成されている位置に設けられてなることを特徴としている。
【発明の効果】
【0013】
次に、本発明の効果について、図面の参照符号を付して説明する。なお、括弧内は、後述する実施形態の参照符号を付したものであるが、本発明はこれに限定されるものではない。
【0014】
請求項１に係る発明によれば、一端面（右側面２１ｄ，２１Ａｄ）側から他端面（左側面２０ｃ）側に向かって電流（Ｉ）が流れるバスバー（２，２Ａ）の経路上には、該電流（Ｉ）を異なる検出方式で検出する電流センサ（シャント抵抗３，磁気センサ４）が設けられているから、冗長性を持たせることができると共に、異なる検出方式の電流センサの弱点を相互に補完することができる。なお、この異なる検出方式で検出する電流センサとしては、請求項２に係る発明によるバスバー（２，２Ａ）に流れる電流（Ｉ）によって生じる磁界成分（Ｍ）を検出する磁気センサ（４）と、バスバー（２，２Ａ）に流れる電流（Ｉ）を抵抗体（３０）に流し、その両端の電圧から電流の大きさを検出するシャント抵抗（３）とが好適である。
【0015】
請求項３に係る発明によれば、磁気センサ（４）が、バスバー（２，２Ａ）の経路のうち、直線状に形成されている位置に設けられているから、シールド又はケーシングを施すなどの処理が容易となる。
【図面の簡単な説明】
【0016】
【発明を実施するための形態】
【0017】
以下、本発明に係る電流検出器の一実施形態を、図面を参照して具体的に説明する。なお、以下の説明において、上下左右の方向を示す場合は、図示正面から見た場合の上下左右をいうものとする。
【0018】
＜電流検出器の説明＞
本実施形態に係る電流検出器は、インバータ、バッテリー等で使用されるもので、図１に示すように、電流検出器１は、バスバー２と、シャント抵抗３と、磁気センサ４と、で構成されている。以下、各構成について詳しく説明する。
本実施形態に係る電流検出器は、インバータ、バッテリー等で使用されるもので、図１に示すように、電流検出器１は、バスバー２と、シャント抵抗３と、磁気センサ４と、で構成されている。以下、各構成について詳しく説明する。
【0019】
＜バスバーの説明＞
バスバー２は、銅等の金属からなり、図１に示すように、例えば、厚み約３ｍｍ～５ｍｍの厚板状で、左バスバー２０と、右バスバー２１と、で構成されている。左バスバー２０は、図１（ａ）に示すように、上面２０ａ、下面２０ｂ、左側面２０ｃ、右側面２０ｄからなる長尺の矩形状に形成されている。そして、図１（ｂ）に示すように、この左バスバー２０の左側面２０ｃ側には、図示しないボルトの軸部を通過させるための円形状（図１（ａ）参照）の左貫通孔２０ｅが、左バスバー２０の上面２０ａから下面２０ｂに向かって貫通して設けられている。
バスバー２は、銅等の金属からなり、図１に示すように、例えば、厚み約３ｍｍ～５ｍｍの厚板状で、左バスバー２０と、右バスバー２１と、で構成されている。左バスバー２０は、図１（ａ）に示すように、上面２０ａ、下面２０ｂ、左側面２０ｃ、右側面２０ｄからなる長尺の矩形状に形成されている。そして、図１（ｂ）に示すように、この左バスバー２０の左側面２０ｃ側には、図示しないボルトの軸部を通過させるための円形状（図１（ａ）参照）の左貫通孔２０ｅが、左バスバー２０の上面２０ａから下面２０ｂに向かって貫通して設けられている。
【0020】
一方、右バスバー２１は、図１（ａ）に示すように、上面２１ａ、下面２１ｂ、左側面２１ｃ、右側面２１ｄからなる長尺の矩形状に形成されている。そして、図１（ｂ）に示すように、この右バスバー２１の右側面２１ｄ側には、図示しないボルトの軸部を通過させるための円形状（図１（ａ）参照）の右貫通孔２１ｅが、右バスバー２１の上面２１ａから下面２１ｂに向かって貫通して設けられている。
【0021】
＜シャント抵抗の説明＞
シャント抵抗３は、接触式の電流センサであって、上記説明したバスバー２に流れる電流を抵抗体に流し、その両端の電圧から電流の大きさを検出するものである。さらに詳しく説明すると、シャント抵抗３は、図１に示すように、抵抗体３０と、測定端子３１とで構成されている。抵抗体３０は、図１（ａ）に示すように、例えば、厚み約３ｍｍ～５ｍｍの厚板状で短尺の矩形状に形成されており、例えば、Ｃｕ－Ｍｎ系合金、Ｃｕ－Ｎｉ系合金、Ｎｉ－Ｃｒ系合金、等で形成されている。かくして、このような抵抗体３０は、図１に示すように、抵抗体３０の左側面３０ａが、左バスバー２０の右側面２０ｄに溶接Ｙ１により接合され、抵抗体３０の右側面３０ｂが、右バスバー２１の左側面２１ｃに溶接Ｙ１により接合されている。これにより、抵抗体３０は、左バスバー２０と右バスバー２１との間に挟み込まれ、バスバー２と一体的に形成されることとなる。
シャント抵抗３は、接触式の電流センサであって、上記説明したバスバー２に流れる電流を抵抗体に流し、その両端の電圧から電流の大きさを検出するものである。さらに詳しく説明すると、シャント抵抗３は、図１に示すように、抵抗体３０と、測定端子３１とで構成されている。抵抗体３０は、図１（ａ）に示すように、例えば、厚み約３ｍｍ～５ｍｍの厚板状で短尺の矩形状に形成されており、例えば、Ｃｕ－Ｍｎ系合金、Ｃｕ－Ｎｉ系合金、Ｎｉ－Ｃｒ系合金、等で形成されている。かくして、このような抵抗体３０は、図１に示すように、抵抗体３０の左側面３０ａが、左バスバー２０の右側面２０ｄに溶接Ｙ１により接合され、抵抗体３０の右側面３０ｂが、右バスバー２１の左側面２１ｃに溶接Ｙ１により接合されている。これにより、抵抗体３０は、左バスバー２０と右バスバー２１との間に挟み込まれ、バスバー２と一体的に形成されることとなる。
【0022】
一方、測定端子３１は、電流検出用のプリント基板（図示せず）を実装可能なもので、銅，錫メッキ等で形成されており、図１に示すように、一対設けられ、さらに、棒状の軸部３１ａを備えている。この軸部３１ａは、電流値を測定する際に用いられる電圧測定端子であって、その直径は、例えば、約１ｍｍ～１．５ｍｍに形成されている。そして、図１（ｂ）に示すように、一対の測定端子３１のうち一方の測定端子３１の軸部３１ａの下面３１ａ１は、左バスバー２０の右側面２０ｄ側の上面２０ａに接触し、その軸部３１ａの下面３１ａ１側の外周面が溶接Ｙ２により接合されている。これにより、図１に示すように、左バスバー２０の右側面２０ｄ側の上面２０ａには、一対の測定端子３１のうち一方の測定端子３１の軸部３１ａが立った状態で設けられることとなる。
【0023】
また、図１（ｂ）に示すように、一対の測定端子３１のうち他方の測定端子３１の軸部３１ａの下面３１ａ１は、右バスバー２１の左側面２１ｃ側の上面２１ａに接触し、その軸部３１ａの下面３１ａ１側の外周面が溶接Ｙ２により接合されている。これにより、図１に示すように、右バスバー２１の左側面２１ｃ側の上面２１ａには、一対の測定端子３１のうち他方の測定端子３１の軸部３１ａが立った状態で設けられることとなる。
【0024】
かくして、このようにして、シャント抵抗３は、図１（ａ）に示すように、電流Ｉが流れるバスバー２の経路上に設けられることとなる。すなわち、インバータ、バッテリー等に設置されたバスバー２に測定対象である電流Ｉが、図１（ａ）に示すように、右バスバー２１の右側面２１ｄ側から、左バスバー２０の左側面２０ｃ側に向かって流れると、シャント抵抗３の抵抗体３０に電流Ｉが流れることとなる。これにより、抵抗体３０の両端、すなわち、左側面３０ａ及び右側面３０ｂに電圧（電位差）が生じ、この電圧（電位差）を一対の測定端子３１がそれぞれ検出することとなる。これによって、一対の測定端子３１に実装される電流検出用のプリント基板（図示せず）が、一対の測定端子３１にてそれぞれ検出された電圧を電流に換算し、もって、電流値を測定することができることとなる。
【0025】
＜磁気センサの説明＞
磁気センサ４は、非接触式の電流センサであって、上記説明したバスバー２に流れる電流Ｉ（図１（ａ）参照）によって生じる磁界成分を検出するものである。さらに詳しく説明すると、磁気センサ４は、図１（ａ）に示すように、短尺の横長矩形状の素子基板４０と、この素子基板４０の上面４０ａに配置されているホール素子や磁気抵抗素子などのＩＣチップ４１と、で構成されている。
磁気センサ４は、非接触式の電流センサであって、上記説明したバスバー２に流れる電流Ｉ（図１（ａ）参照）によって生じる磁界成分を検出するものである。さらに詳しく説明すると、磁気センサ４は、図１（ａ）に示すように、短尺の横長矩形状の素子基板４０と、この素子基板４０の上面４０ａに配置されているホール素子や磁気抵抗素子などのＩＣチップ４１と、で構成されている。
【0026】
かくして、このような磁気センサ４は、図１に示すように、バスバー２、すなわち、右バスバー２１の上面２１ａのほぼ中央位置に配置されている。より詳しく説明すると、磁気センサ４は、図１（ｂ）に示すように、右バスバー２１の上面２１ａに接触しないように、右バスバー２１から浮いた位置、すなわち、右バスバー２１に対して、鉛直上向き方向（図示上方向）に離間した位置に配置されている。そしてこの位置を固定するため、図１（ｂ）に示すように、磁気センサ４の素子基板４０の下面４０ｂと、右バスバー２１の上面２１ａとの間を埋めるように断面視矩形状の樹脂５を配置し、素子基板４０の下面４０ｂ及び右バスバー２１の上面２１ａを樹脂５でモールド若しくは樹脂ケーシングするようにする。これにより、磁気センサ４は、図１（ｂ）に示すように、右バスバー２１の上面２１ａに接触しないように、右バスバー２１から浮いた位置に配置されることとなる。
【0027】
かくして、このようにして、磁気センサ４は、図１（ａ）に示すように、電流Ｉが流れるバスバー２の経路上に設けられることとなる。すなわち、インバータ、バッテリー等に設置されたバスバー２に測定対象である電流Ｉが、図１（ａ）に示すように、右バスバー２１の右側面２１ｄ側から、左バスバー２０の左側面２０ｃ側に向かって流れると、バスバー２に流れる電流Ｉに対して垂直方向に磁界成分Ｍが生じることとなる。この際、この磁界成分Ｍを、磁気センサ４のＩＣチップ４１が検出することによって、電流値を測定できることとなる。
【0028】
したがって、本実施形態においては、１本のバスバー２、すなわち、右バスバー２１の右側面２１ｄ側から左バスバー２０の左側面２０ｃ側に向かって、測定対象である電流Ｉが流れるバスバー２の経路上に、異なる電流検出方式の電流センサ（シャント抵抗３，磁気センサ４）を設けるようにしている。このようにすれば、従来のように、１つの電流センサが破損してしまっても、別の電流センサを用いて電流検出を続けられるように異なる検出方式の電流センサをそれぞれ用いて、冗長性を持たせることが可能となる。
【0029】
そしてさらには、本実施形態においては、１本のバスバー２に異なる電流検出方式の電流センサ（シャント抵抗３，磁気センサ４）を設けているため、設置スペースを小さくすることができると共に、バスバー２に流れる電流Ｉの発熱の影響を受けにくくすることができる。すなわち、従来においては、シャント抵抗と、磁気センサとを、並列に並べて配置しているだけであるため、磁気センサが設けられている１本のバスバーにおいては、設置スペースが大きくなるという弱点があり、シャント抵抗が設けられている１本のバスバーにおいては、バスバーに流れる電流の発熱の影響を受けやすいという弱点がある。しかしながら、本実施形態においては、１本のバスバー２に異なる電流検出方式の電流センサ（シャント抵抗３，磁気センサ４）を設けているため、設置スペースを小さくすることができ、さらには、発熱の影響を受けにくい磁気センサ４を設けていることによって、従来のようにシャント抵抗だけが設けられている１本のバスバーよりも発熱の影響を受けにくくすることができる。それゆえ、本実施形態においては、異なる電流検出方式の電流センサ（シャント抵抗３，磁気センサ４）の弱点を相互に補完することが可能となる。
【0030】
したがって、本実施形態によれば、冗長性を持たせることができると共に、異なる検出方式の電流センサの弱点を相互に補完することができる。
【0031】
＜変形例の説明＞
なお、本実施形態において示した電流検出器１はあくまで一例であり、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において種々の変形・変更が可能である。例えば、本実施形態においては、１本のバスバー２に、１個のシャント抵抗３、１個の磁気センサ４だけを設ける例を示したが、それに限らず、シャント抵抗３を複数、磁気センサ４を複数設けても良いし、それ以外の電流センサを設けるようにしても良い。
なお、本実施形態において示した電流検出器１はあくまで一例であり、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において種々の変形・変更が可能である。例えば、本実施形態においては、１本のバスバー２に、１個のシャント抵抗３、１個の磁気センサ４だけを設ける例を示したが、それに限らず、シャント抵抗３を複数、磁気センサ４を複数設けても良いし、それ以外の電流センサを設けるようにしても良い。
【0032】
また、本実施形態において例示したバスバー２の形状はあくまで一例であり、どのような形状でも良い。例えば、本実施形態においては、左貫通孔２０ｅ及び右貫通孔２１ｅを設ける例を示したが、設けなくとも良い。さらには、Ｕ字状でも良いし、コ字状でも良く、図２に示すような、電流検出器１Ａのバスバー２Ａのような形状でも良い。この点、図２を参照して具体的に説明する。なお、図１に示す電流検出器１と同一の構成については、同一の符号を付し、詳細な説明は省略することとする。
【0033】
図２に示す電流検出器１Ａと図１に示す電流検出器１との相違は、バスバーの形状が異なるのみでそれ以外は同一である。すなわち、図２に示すバスバー２Ａは、銅等の金属からなり、左バスバー２０と、右バスバー２１Ａと、で構成されている。右バスバー２１Ａは、曲げ加工が施された形状からなり、右バスバー２１Ａの中央部分から左側面２１Ａｃ側は直線状に形成されているものの、右バスバー２１Ａの中央部分から右側面２１Ａｄ側に向かって立ち上がり状に曲げ加工されている。そして、この右バスバー２１Ａの左側面２１Ａｃが、抵抗体３０の右側面３０ｂに溶接Ｙ１により接合されている。そしてさらに、右バスバー２１Ａの左側面２１Ａｃ側の上面２１ａには、溶接Ｙ２により接合されることで、測定端子３１の軸部３１ａが立った状態で設けられ、右バスバー２１Ａの中央部分から左側面２１Ａｃ側の直線部分に、磁気センサ４が設けられている。したがって、このようなバスバー２Ａの形状にしても、冗長性を持たせることができると共に、異なる検出方式の電流センサの弱点を相互に補完することができる。
【0034】
ところで、図２では、磁気センサ４を、右バスバー２１Ａの中央部分から左側面２１Ａｃ側の直線部分に設ける例を示したが、それに限らず、曲げ加工が施された部分に設けるようにしても良い。しかしながら、磁気センサ４は、直線部分に設けた方が好ましい。磁気センサ４は、誤測定防止のためにシールドを施したり、又は、物理的なダメージ（損傷）を防止するためにケーシングを施したりなどの処理が必要であるが、曲げ加工が施された部分に配置されているとこの処理が困難なためである。そのため、シールド又はケーシングを施すなどの処理が容易となるため、磁気センサ４は、直線部分に設けた方が好ましい。
【符号の説明】
【0035】
１，１Ａ 電流検出器
２，２Ａ バスバー
２０ｃ 左側面（他端面）
２０ｅ 左貫通孔
２１ｄ，２１Ａｄ 右側面（一端面）
２１ｅ 右貫通孔
３ シャント抵抗（電流センサ）
３０ 抵抗体
４ 磁気センサ（電流センサ）
Ｉ 電流
Ｍ 磁界成分
２，２Ａ バスバー
２０ｃ 左側面（他端面）
２０ｅ 左貫通孔
２１ｄ，２１Ａｄ 右側面（一端面）
２１ｅ 右貫通孔
３ シャント抵抗（電流センサ）
３０ 抵抗体
４ 磁気センサ（電流センサ）
Ｉ 電流
Ｍ 磁界成分
【図1】
【図2】