JP2019070563A - 電流センサ - Google Patents

Abstract

【課題】検出精度の低下を抑制できる電流センサを提供すること。【解決手段】電流センサ１００は、バスバ４０と、バスバ４０に対向配置されて、バスバ４０から発生する交流磁界を電気信号に変換する磁気検出素子１２と、電気信号が流れる信号線４ａ、５ａと、基準電位とされる基準電位線４ｂ、５ｂとを含むセンサ素子１０とを有している。また、電流センサ１００は、センサ素子１０が実装されるものであり、基材２１と、基材２１に形成された、信号線に電気的に接続された内層配線２２ａと基準電位線に電気的に接続された表層配線２２ｂとを含む配線と、を有する配線基板２０を備えている。配線基板２０は、内層配線２２ａと表層配線２２ｂとが交差して配置されることで、交流磁界による鎖交磁束が印加される領域が２つ以上に分割されている。【選択図】図１

Description

本開示は、電流センサに関する。

従来、電流センサの一例として、特許文献１に開示された電流センサがある。

電流センサは、搭載基板の一面に、磁電変換素子を有したセンサチップ及び処理回路部を有した回路チップが搭載されている。また、電流センサは、センサチップの第１パッドと回路チップの第３パッドとが第１ワイヤで電気的に接続されており、センサチップの第２パッドと回路チップの第４パッドとが第２ワイヤで電気的に接続されている。そして、電流センサは、搭載基板の一面の上方から一面側を見たときに第１ワイヤと第２ワイヤとが交差するように設けられている。

これにより、電流センサは、磁電変換素子側の第１領域と、処理回路部側の第２領域が形成される。このため、電流センサは、第１領域及び第２領域に磁束が貫通したときに各領域に発生した誘起起電力が互いに相殺されるので、磁電変換素子から出力される電気信号が誘起起電力の影響を受けにくくなる。

特開２０１５−１４８４７０号公報

しかしながら、電流センサは、ワイヤ上で誘起起電力をキャンセルするだけでは不十分で、検出精度が低下する可能性がある。

本開示は、上記問題点に鑑みなされたものであり、検出精度の低下を抑制できる電流センサを提供することを目的とする。

上記目的を達成するために本開示は、
電流経路に流れる電流を検知する電流センサであって、
電流経路（４０）と、
電流経路に対向配置されて、電流経路に交流電流が流れることで電流経路から発生する交流磁界を電気信号に変換する磁気検出素子（１２）と、電気信号が流れる信号線（４ａ、５ａ）と、基準電位とされる基準電位線（４ｂ、５ｂ）と、を含む磁気検出部（１０）と、
磁気検出部が実装されるものであり、信号線に電気的に接続された信号用配線と、基準電位線に電気的に接続された基準電位用配線とを含む配線が絶縁基材に形成された配線基板（２０）と、を備え、
配線基板は、信号用配線と基準電位用配線との一部が絶縁基材の内部に設けられ信号用配線と基準電位用配線とが交差して配置されることで、交流磁界による鎖交磁束が印加される領域が２つ以上に分割されていることを特徴とする。

このように、本開示では、交流磁界による鎖交磁束が印加される領域が２つ以上に分割されている。これによって、本開示では、基準電位から見た場合に、信号用配線を正の誘導電圧と負の誘導電圧が生じる領域にわけるとともに、基準電位用配線を正の誘導電圧と負の誘導電圧が生じる領域にわけることができる。従って、本開示では、誘導電圧が打ち消し合い、信号用配線に重畳するノイズ信号を低減することができ、検出精度の低下を抑制できる。

また、本開示のさらなる特徴は、
電流経路に流れる電流を検知する電流センサであって、
電流経路（４０）と、
電流経路に対向配置されて、電流経路に交流電流が流れることで電流経路から発生する交流磁界を電気信号に変換する磁気検出素子（１２）と、電気信号が流れる信号線（４ａ、５ａ）と、基準電位とされる基準電位線（４ｂ、５ｂ）と、を含む磁気検出部（１０）と、
磁気検出部が実装されるものであり、絶縁基材（２１）と、絶縁基材に形成された、信号線に電気的に接続された信号用配線（２２ａ）と基準電位線に電気的に接続された基準電位用配線（２２ｂ）とを含む配線と、を有する配線基板（２０）と、を備え、
基準電位用配線は、絶縁基材における実装面と平行に形成された平板状の部位を含み、交流磁界による鎖交磁束が信号用配線に印加されないように、平板状の部位が信号用配線と対向配置されている点にある。

このように、本開示では、平板状の基準電位用配線が信号用配線に対向配置されている。このため、本開示では、交流磁界が信号用配線に鎖交することを抑制できる。従って、本開示では、信号用配線に重畳するノイズ信号を低減することができ、検出精度の低下を抑制できる。

なお、特許請求の範囲、及びこの項に記載した括弧内の符号は、一つの態様として後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものであって、本開示の技術的範囲を限定するものではない。

第１実施形態における電流センサの概略構成を示す平面図である。 図１のII‐II線に沿う断面である。 第１実施形態における電流センサの概略構成を示す回路図である。 変形例１における電流センサの概略構成を示す回路図である。 変形例２における電流センサの概略構成を示す回路図である。 第２実施形態における電流センサの概略構成を示す斜視図である。 図６のVII‐VII線に沿う断面である。 第２実施形態における電流センサの概略構成を示す平面図である。

以下において、図面を参照しながら、本開示を実施するための複数の形態を説明する。各形態において、先行する形態で説明した事項に対応する部分には同一の参照符号を付して重複する説明を省略する場合がある。各形態において、構成の一部のみを説明している場合は、構成の他の部分については先行して説明した他の形態を参照し適用することができる。

図１、図２、図３を用いて、本実施形態の電流センサ１００に関して説明する。電流センサ１００は、バスバ４０に流れる電流を検知するものである。本実施形態では、一例として磁気平衡式の電流センサ１００を採用している。また、電流センサ１００は、例えば集磁コアを必要としないコアレス電流センサを採用できる。電流センサ１００の回路構成に関しては、後程説明する。なお、図１では、電流センサ１００の各構成要素の位置関係を示すために、第１磁気シールド３１やバスバ４０を点線で図示し、配線基板２０における基材２１の内部に設けられている内層配線２２ｂを実線で図示している。

電流センサ１００は、センサ素子１０、配線基板２０、第１磁気シールド３１、第２磁気シールド３２、バスバ４０、ハウジング５０などを備えている。電流センサ１００は、第２磁気シールド３２、バスバ４０、センサ素子１０、配線基板２０、第１磁気シールド３１の順で積層されたセンサ相と言える。なお、本実施形態では、第１磁気シールド３１、第２磁気シールド３２、ハウジング５０を備えた電流センサ１００を採用している。しかしながら、本開示は、第１磁気シールド３１、第２磁気シールド３２、ハウジング５０を備えていなくてもよい。また、各構成要素が積層された方向は、積層方向と言える。

センサ素子１０は、特許請求の範囲における磁気検出部に相当する。センサ素子１０は、リードフレームの一部である搭載部１とリード線５、信号処理部２、磁気検出チップ３、第１ワイヤ４、封止樹脂部６、第２ワイヤ７などを含んでいる。

磁気検出チップ３は、バスバ４０の一部に対向配置されて、バスバ４０に交流電流が流れることでバスバ４０から発生する交流磁界を電気信号に変換する磁気検出素子１２を含んでいる。磁気検出素子１２は、表面に電極が露出している。また、磁気検出素子１２は、例えば、巨大磁気抵抗素子（ＧＭＲ）、異方性磁気抵抗素子（ＡＭＲ）、トンネル磁気抵抗素子（ＴＭＲ）、又はホール素子などを採用できる。なお、本実施形態では、平板形状の磁気検出チップ３を採用している。また、磁気検出チップ３は、直方体形状を有しているとも言える。

信号処理部２は、磁気検出素子１２と電気的に接続されており、磁気検出素子１２で変換された電気信号を所定電圧値に調整する処理部である。信号処理部２は、表面に電極が露出している。なお、本実施形態では、平板形状の信号処理部２を採用している。また、信号処理部２は、直方体形状を有しているとも言える。

搭載部１には、信号処理部２と磁気検出チップ３とが、この順序で積層されて搭載されている。信号処理部２は、例えば接着剤などを介して搭載部１に実装されている。同様に、磁気検出チップ３は、例えば接着剤などを介して信号処理部２に実装されている。そして、信号処理部２は、第１ワイヤ４を介して、自身の電極とリード線５とが電気的に接続されている。一方、磁気検出チップ３は、第２ワイヤ７を介して、自身の電極と信号処理部２の電極とが電気的に接続されている。なお、図１では、図面が煩雑になることを避けるために第２ワイヤ７を図示していない。

第１ワイヤ４は、電気信号が流れる信号線の一部である信号用ワイヤ４ａと、基準電位とされる基準電位線の一部であるグランド用ワイヤ４ｂとを含んでいる。リード線５は、リードフレームにおける搭載部１と分離された部位であり、搭載部１の周辺の複数個設けられている。リード線５は、電気信号が流れる信号線の一部である信号用リード５ａと、基準電位とされる基準電位線の一部であるグランド用リード５ｂとを含んでいる。

このように、信号用ワイヤ４ａと信号用リード５ａは、特許請求の範囲における信号線に含まれる。グランド用ワイヤ４ｂとグランド用リード５ｂは、基準電位線に含まれる。なお、本実施形態では、基準電位としてグランド電位を採用している。

封止樹脂部６は、搭載部１、信号処理部２、磁気検出チップ３、第１ワイヤ４、第２ワイヤ７を覆って封止している。封止樹脂部６は、これらに接しつつ、これらを覆っていると言える。また、封止樹脂部６は、リード線５の一部を外部に露出しつつ、他の部位を覆っている。

ここで、図３を用いて、センサ素子１０の回路構成に関して説明する。本実施形態では、第１抵抗１１、磁気検出素子１２、オペアンプ１３、フィードバックコイル１４、第２抵抗１５などを備えたセンサ素子１０を採用している。センサ素子１０は、電源Ｖｄｄとグランドとの間に、第１抵抗１１と磁気検出素子１２とが直列に接続されている。オペアンプ１３は、特許請求の範囲における供給部に相当する。オペアンプ１３は、第１抵抗１１と磁気検出素子１２との間の電圧Ｖ２と、基準電圧Ｖ１とが印加される。オペアンプ１３は、基準電圧Ｖ１と電圧Ｖ２が印加されると、フィードバックコイル１４が相殺磁界を形成するためのフィードバック電流Ｉｆｂをフィードバックコイル１４に供給する。フィードバック電流Ｉｆｂは、特許請求の範囲における相殺電流に相当する。

フィードバックコイル１４は、特許請求の範囲における電磁石に相当する。フィードバックコイル１４は、オペアンプ１３の出力端とグランドとの間において、第２抵抗１５と直列に接続されている。フィードバックコイル１４は、バスバ４０に対向して配置されており、磁気検出素子１２が検知する磁界を相殺するための相殺磁界を発生する。つまり、フィードバックコイル１４は、フィードバック電流Ｉｆｂが流れることで相殺磁界を発生する。磁気検出素子１２が検知する磁界は、バスバ４０に電流が流れることでバスバ４０から発生する誘導磁界である。

オペアンプ１３は、フィードバックコイル１４から発生する相殺磁界と、バスバ４０から発生する誘導磁界とが相殺して、基準電圧Ｖ１と電圧Ｖ２が等しくなるように、フィードバック電流Ｉｆｂを制御する。そして、電流センサ１００は、フィードバック電流Ｉｆｂに基づいてバスバ４０に流れる電流を検知することができる。つまり、電流センサ１００は、センサ素子１０におけるフィードバックコイル１４と第２抵抗１５との間の出力電圧Ｖｏｕｔに基づいて、バスバ４０に流れる電流を検知することができる。第２抵抗１５は、特許請求の範囲におけるフィードバック抵抗に相当する。なお、本実施形態では、信号処理部２を備えたセンサ素子１０を採用している。しかしながら、センサ素子１０は、信号処理部２を備えていなくてもよい。

しかしながら、センサ素子１０の回路構成は、これに限定されない。図４に示す変形例１や図５に示す変形例２のような回路構成であっても採用できる。なお、図４、図５において図３と同じ構成要素に関しては、図３と同じ符号を付与している。

変形例１のセンサ素子１０は、図４に示すように、上下磁気検出素子１２を備えたハーフブリッジ構成をなしている。つまり、変形例１のセンサ素子１０は、二つのフィードバックコイル１４が直列に接続されるとともに、磁気検出素子１２が直列に接続された回路構成を成している。そして、オペアンプ１３は、二つの磁気検出素子１２間の電圧Ｖ２と、基準電圧Ｖ１とが印加される。なお、図４における二つのバスバ４０は、同一のバスバ４０である。

変形例２のセンサ素子１０は、図５に示すように、上下磁気検出素子１２を備えたフルブリッジ構成をなしている。つまり、変形例２のセンサ素子１０は、四つのフィードバックコイル１４が直列に接続されており、直列に接続された二つの磁気検出素子１２を二組含んだ回路構成を成している。そして、オペアンプ１３は、一方の直列接続された磁気検出素子１２間の電圧Ｖ１と、他方の直列接続された磁気検出素子１２間の電圧Ｖ２とが印加される。なお、図５における四つのバスバ４０は、同一のバスバ４０である。

配線基板２０は、センサ素子１０と、後程説明する第１磁気シールド３１とが実装されている。詳述すると、配線基板２０は、樹脂やセラミックスなどの電気絶縁性の基材２１に、導電体の配線が形成されたものである。配線基板２０は、例えば直方体形状を有している。配線基板２０は、ハウジング５０に固定するための部位として、例えば貫通穴が形成されている。配線基板２０は、貫通穴に、ハウジング５０に設けられた固定部が挿入されて、ハウジング５０と固定される。しかしながら、配線基板２０とハウジング５０の工程構造は、これに限定されない。基材２１は、特許請求の範囲における絶縁基材に相当する。

配線基板２０は、一方の面にセンサ素子１０が形成されており、反対面に第１磁気シールド３１が形成されている。つまり、センサ素子１０は、配線基板２０における、バスバ４０が形成されたハウジング５０と対向する側の面に形成されている。センサ素子１０と第１磁気シールド３１とは、配線基板２０を介して対向する位置関係となるように配置されているとも言える。なお、配線基板２０におけるセンサ素子１０が実装された面は、実装面とも言える。

配線基板２０は、配線の一部として、信号線に電気的に接続された信号用配線である内層配線２２ｂと、基準電位線に電気的に接続された基準電位用配線である表層配線２２ａとを含んでいる。つまり、内層配線２２ｂは、基材２１に形成された導電性の層間接続部材を介して信号用リード５ａと電気的に接続されている。一方、表層配線２２ａは、グランド用リード５ｂに形成された導電性の接続部材を介してグランド用リード５ｂと電気的に接続されている。さらに、配線基板２０は、配線の一部として、電源用配線を含んでいる。なお、図１では、図面が煩雑になることを避けるために、信号用リード５ａ上に内層配線２２ｂを図示している。

後程説明するが、電流センサ１００は、バスバ４０に交流電流が流れることでバスバ４０から交流磁界が発生する。そして、配線基板２０は、内層配線２２ｂが基材２１の内部に設けられ、表層配線２２ａと内層配線２２ｂとが交差して配置されることで、この交流磁界による鎖交磁束が印加される領域が２つ以上に分割されている。つまり、配線基板２０は、図１に示すように、配線基板２０の実装面に対する垂直方向（以下、単に垂直方向と称する）からの透視図において、表層配線２２ａと内層配線２２ｂとが交差するように設けられている。また、ここでは、直線的に設けられた直線部位と、直線部位に対して傾斜して設けられた傾斜部位とを含んでいる表層配線２２ａと内層配線２２ｂを採用している。そして、表層配線２２ａと内層配線２２ｂは、傾斜部位にて交差するように設けられている。なお、垂直方向は、積層方向と同一方向を示している。

以下においては、信号処理部２の出力部から両配線２２ａ、２２ｂが交差する部位までにおける、信号線と基準電位線とで挟まれた領域と、両配線２２ａ、２２ｂで挟まれた領域を第１領域と称する。また、両配線２２ａ、２２ｂが交差する部位から先における、両配線２２ａ、２２ｂで挟まれた領域を第２領域と称する。ここで、信号処理部２の出力部は、信号処理部２と信号用ワイヤ４ａ及びグランド用ワイヤ４ｂとが接続された部位である。

なお、図１におけるＶ_ｏｕｔ１は、磁気検出素子１２で変換された電気信号を信号処理部２で所定電圧値に調整された出力電圧である。一方、図１におけるＶ_ｏｕｔ２は、信号用ワイヤ４ａ、信号用リード５ａ、表層配線２２ａを通った後の出力電圧である。なお、磁気検出素子１２で変換された電気信号は、第２ワイヤ７を介して信号処理部２に伝達されて信号処理部２で所定電圧値に調整され、信号用ワイヤ４ａ、信号用リード５ａ、表層配線２２ａを介して、外部機器に伝達される。外部機器は、電流センサ１００の外部に設けられた制御システムや電子制御装置などである。外部機器に伝達される電気信号は、センサ信号とも言える。

このように、本開示は、表層配線２２ａと内層配線２２ｂとが交差するように設けられた配線基板２０を採用している。しかしながら、本開示は、これに限定されない。配線基板２０は、信号用配線と基準電位用配線との一部が基材２１の内部に設けられ信号用配線と基準電位用配線とが交差して配置されることで、交流磁界による鎖交磁束が印加される領域が２つ以上に分割されていればよい。例えば、配線基板２０は、信号用配線が基材２１の内部に設けられ部位と基材２１の表面に設けられた部位とを含み、基準電位用配線が基材２１の内部に設けられ部位と基材２１の表面に設けられた部位とを含むものであってもよい。

第１磁気シールド３１と第２磁気シールド３２は、磁性材料によって構成されている。第１磁気シールド３１と第２磁気シールド３２は、センサ素子１０に対する外乱磁界を抑制するものであり、バスバ４０の一部とセンサ素子１０とを挟み込みつつ対向配置された対を成すものである。つまり、第１磁気シールド３１と第２磁気シールド３２とは、垂直方向において間隔をあけて対向配置されており、センサ素子１０やバスバ４０を挟みこむように配置されている。よって、バスバ４０の一部やセンサ素子１０は、第１磁気シールド３１と第２磁気シールド３２との対向領域内に配置されていると言える。

本実施形態では、垂直方向に厚みを有しＸＹ平面において矩形状をなしている第１磁気シールド３１と第２磁気シールド３２を採用している。つまり、各磁気シールド３１、３２は、板状部材と言うことができる。この各磁気シールド３１、３２は、例えば、板状の磁性材料が積層されて構成されている。さらに、各磁気シールド３１、３２は、図２に示すように、センサ素子１０の対向領域、及びバスバ４０の対向領域を覆うことができる程度の大きさである。

各磁気シールド３１，３２は、ＸＹ平面に沿う面が平坦であり、ＸＹ平面と平行に設けられている。なお、各磁気シールド３１，３２は、平行に配置されているため、平行平板シールドとも言える。しかしながら、磁気シールド３１，３２は、ここで説明した構成に限定されない。また、当然ながら、第１磁気シールド３１と第２磁気シールド３２は、これらで挟まれたセンサ素子１０とバスバ４０との間で磁界を遮蔽するものではない。よって、第１磁気シールド３１と第２磁気シールド３２は、センサ素子１０の検出対象である磁界を遮蔽するものではない。

バスバ４０は、特許請求の範囲における電流経路に相当する。バスバ４０は、バスバ４０に交流電流が流れることでバスバ４０から交流磁界を発生する。つまり、バスバ４０は、交流電流が流れると、周囲に交流磁界を発生させる。バスバ４０は、例えばインバータとモータとを接続している。バスバ４０は、図１に示すように、例えば、板状の導電性部材を採用できる。バスバ４０は、センサ素子１０と対向する対向部を含んでいる。この対向部は、第１磁気シールド３１と第２磁気シールド３２で挟み込まれている部位である。対向部は、平坦な部位であり、且つ、垂直方向に直交する平面に対して平行に設けられている。バスバ４０は、少なくとも一部がハウジング５０に内装されている。

ハウジング５０は、例えば樹脂などによって構成されており、図２に示すように、第２磁気シールド３２とバスバ４０とを一体的に保持している。ハウジング５０は、インサート成形などによって、第２磁気シールド３２と各バスバ４０とを一体的に保持した構成とすることができる。第２磁気シールド３２は、図２に示すように、ハウジング５０の一部と、バスバ４０の一部を介して、センサ素子１０と対向する位置関係となるように配置されている。

このように、本実施形態では、センサ素子１０と、第１磁気シールド３１と、第２磁気シールド３２と、バスバ４０とが、配線基板２０やハウジング５０によって一体的に構成された例を採用している。しかしながら、本開示は、これに限定されない。

また、このように構成された電流センサ１００の出力電圧は、以下のようになる。
出力電圧：Ｖ_ｏｕｔ２＝Ｖ_ｏｕｔ１−２×（Ｖ_Ｎ１−Ｖ_Ｎ２）
第１誘導電圧：Ｖ_Ｎ１＝ｄφ_１／ｄｔ＝Ｓ_１・ｄＢ_１／ｄｔ
第２誘導電圧：Ｖ_Ｎ２＝ｄφ_２／ｄｔ＝Ｓ_２・ｄＢ_２／ｄｔ
第１鎖交磁束ＩＦ１：ｄφ_１／ｄｔ
第２鎖交磁束ＩＦ２：ｄφ_２／ｄｔ
Ｂ_１は第１領域の磁束密度である。Ｂ_２は第１領域の磁束密度である。Ｓ_１は第１領域の鎖交面積である。Ｓ_２は第１領域の鎖交面積である。

電流センサ１００は、バスバ４０の周辺に生じる交流磁界が信号用配線である内層配線２２ｂに鎖交すると、磁束密度、鎖交面積に比例した誘導電圧が内層配線２２ｂ上に発生する。このため、信号用配線と基準電圧用配線とが平行に設けられた電流センサでは、信号用配線上に発生した誘導電圧が、ノイズ信号としてセンサ信号に重畳することになる。

これに対して、電流センサ１００は、信号用配線である内層配線２２ｂと、基準電位用配線である表層配線２２ａとを交差させて、鎖交磁束が印加される領域を２つ以上に分割している。これによって、電流センサ１００は、グランドから見たときに、信号用配線である内層配線２２ｂを正の誘導電圧と負の誘導電圧が生じる領域に分けることができる。従って、電流センサ１００は、誘導電圧が打ち消し合い、信号用配線である内層配線２２ｂに重畳するノイズ信号を低減することができ、検出精度の低下を抑制できる。

（第２実施形態）
ここで、図６、図７、図８を用いて、第２実施形態の電流センサ１１０に関して説明する。ここでは、電流センサ１１０における電流センサ１００と異なる点を中心に説明する。電流センサ１１０は、複数のセンサ相を有する点が電流センサ１００と異なる。つまり、電流センサ１１０は、複数の電流センサ１００を備えているとも言える。図８においては、図面が煩雑になることを避けるために配線基板２０及びバスバ４０を点線で図示している。また、図８では、各配線２２ａ〜２２ｃの位置関係をわかりやすくするために、基材２１の内部に設けられている箇所も図示している。

なお、電流センサ１１０の構成要素において、電流センサ１００と同様である箇所に関しては、電流センサ１００と同じ符号を付与している。よって、電流センサ１００と同じ符号が付与されている箇所は、上記実施形態を参照して適用できる。さらに、電流センサ１１０におけるセンサ素子１０の回路構成は、電流センサ１００と同様である。よって、センサ素子１０の回路構成は、上記実施形態を参照して適用できる。

以下においては、互いに直交する３方向をＸ方向、Ｙ方向、Ｚ方向と示す。また、Ｘ方向とＹ方向とによって規定される平面をＸＹ平面、Ｘ方向とＺ方向とによって規定される平面をＸＺ平面、Ｙ方向とＺ方向とによって規定される平面をＹＺ平面と示す。Ｚ方向は、垂直方向に相当する。

電流センサ１１０は、例えば、特開２０１６−１７８７９９号公報に記載されているように、昇圧回路と、二つのインバータと、二つのモータジェネレータ（以下モータ）とを備えたシステムに適用できる。つまり、電流センサ１１０は、リアクトルを有した昇圧回路と、昇圧回路で昇圧された直流電力を三相交流電力に変換する二つのインバータと、各インバータからの三相交流電力が印加されて動作する二つのモータとともに車両に搭載される。

そして、電流センサ１１０は、インバータとモータとの間に流れる電流、及びリアクトルを流れるリアクトル電流を検出する構成を有している。詳述すると、電流センサ１１０は、インバータとモータを電気的に接続している六つのバスバ４０のそれぞれに流れる電流を個別に検出するとともに、他のバスバ４０に流れるリアクトル電流を検出する。

電流センサ１１０は、一組のインバータとモータに対応した第１センサ相Ｐ１、第２センサ相Ｐ２、第３センサ相Ｐ３と、他の一組のインバータとモータに対応した第４センサ相Ｐ４、第５センサ相Ｐ５、第６センサ相Ｐ６とを備えている。さらに、電流センサ１１０は、リアクトル電流を検出するためのリアクトル電流相ＩＬを備えている。なお、電流センサ１１０は、リアクトル電流相ＩＬを備えていなくてもよい。

第１センサ相Ｐ１〜第３センサ相Ｐ３は、一組のインバータとモータにおけるＶ相、Ｕ相、Ｗ相に対応して設けられており、インバータとモータとの間における各相のそれぞれに流れる電流を個別に検出するために設けられている。同様に、第４センサ相Ｐ４〜第６センサ相Ｐ６は、他の一組のインバータとモータにおけるＶ相、Ｕ相、Ｗ相に対応して設けられており、インバータとモータとの間における各相のそれぞれに流れる電流を個別に検出するために設けられている。このように、電流センサ１１０は、電流経路であるバスバ４０に流れる電流を検知するセンサである。

なお、本実施形態で用いているシステムでは、三つのセンサ相Ｐ１〜Ｐ３のいずれかにおいて、電流検出の結果に誤差が生じた場合であっても、他の二つの相の電流検出の結果に誤差が生じていなければ動作に影響しにくい。また、三つのセンサ相Ｐ４〜Ｐ６に関しても同様である。このため、三つのセンサ相Ｐ１〜Ｐ３や、三つのセンサ相Ｐ４〜Ｐ６では、一つのバスバに対して、冗長的に二つのセンサ素子１０を配置する必要がない。

このように、本実施形態では、一例として、六つのセンサ相Ｐ１〜Ｐ６に加えて、リアクトル電流相ＩＬを備えた電流センサ１１０を採用している。しかしながら、本開示は、これに限定されず、複数のセンサ相、すなわち少なくとも二つのセンサ相を備えていればよい。

なお、複数のセンサ相、すなわち少なくとも二つのセンサ相を備えた構成は、上記実施形態に適用することもできる。つまり、電流センサ１００は、例えば、六つのセンサ相Ｐ１〜Ｐ６に加えて、リアクトル電流相ＩＬを備えた構成であっても採用でき、上記と同様の効果を奏することができる。

各センサ相Ｐ１〜Ｐ６、及びリアクトル電流相ＩＬは、電流センサ１００と同様の構成を有している。このため、電流センサ１１０は、八つのセンサ素子１０と、八つの第１磁気シールド３１と、八つの第２磁気シールド３２を備えている。そして、電流センサ１１０は、各センサ相Ｐ１〜Ｐ６、及びリアクトル電流相ＩＬに共通に設けられた配線基板２０を備えている。また、電流センサ１１０は、各センサ相Ｐ１〜Ｐ６のそれぞれに、一つずつバスバ４０が設けられている。さらに、電流センサ１１０は、リアクトル電流相ＩＬに、例えばＵ字形状の一つのバスバ４０が設けられている。

各センサ相Ｐ１〜Ｐ６は、図６に示すように、積層方向に直交する方向に隣り合って配置されている。ここでは、各センサ相Ｐ１〜Ｐ６がＸ方向に並んで配置されている例を採用している。言い換えると、各センサ相Ｐ１〜Ｐ６は、後程説明する対向部４１において電流が流れる方向（Ｙ方向）が平行となるように配置されている。各センサ相Ｐ１〜Ｐ６の第１磁気シールド３１は、Ｚ方向の位置及びＹ方向の位置が同じで、Ｘ方向の位置が異なる。センサ素子１０、第２磁気シールド３２、バスバ４０に関しても同様である。なお、バスバ４０に関しては、バスバ４０の各部におけるＺ方向の位置及びＹ方向の位置が同じで、バスバ４０の各部におけるＸ方向の位置が異なる。

各センサ相Ｐ１〜Ｐ６は、同様の構成を有している。よって、図７では、第３センサ相Ｐ３を代表例として採用している。第３センサ相Ｐ３は、センサ素子１０と、第１磁気シールド３１と、第２磁気シールド３２と、バスバ４０とを含んでいる。センサ素子１０は、バスバ４０の一部に対向配置されて、バスバ４０に交流電流が流れることでバスバ４０から発生する交流磁界を検知して電気信号に変換する磁気検出素子１２を含んでいる。

バスバ４０は、インバータとモータとを接続している。バスバ４０は、図６、図７に示すように、例えば、板状の導電性部材が屈曲した形状をなしている。バスバ４０は、対向部４１と、第１端子部４２と、第２端子部４３とが一体物として構成されており、例えば第１端子部４２に第１ねじ穴４４が設けられている。

対向部４１は、センサ素子１０が対向する部位であり、第１磁気シールド３１と第２磁気シールド３２で挟み込まれている部位である。対向部４１は、平坦な部位であり、且つ、ＸＹ平面に対して平行に設けられている。対向部４１は、少なくとも一部がハウジング５０に内装されている。

対向部４１は、一方の端部に第１端子部４２が設けられており、他方の端部に第２端子部４３が設けられている。このため、対向部４１は、第１端子部４２と第２端子部４３との間に設けられた部位である。

第１端子部４２は、例えばモータ側の端子である。第１端子部４２は、対向部４１から第１磁気シールド３１側ではなく第２磁気シールド３２側に屈曲した部位である。本実施形態では、対向部４１に対して直角に屈曲している第１端子部４２を採用している。

このため、第１端子部４２は、第２磁気シールド３２の一つの側面と対向する部位、すなわち、積層方向に直交する方向において、第２磁気シールド３２とオーバーラップする部位を含んでいる。つまり、第１端子部４２は、積層方向に直交する方向において、センサ素子１０とオーバーラップする部位を含んでいない。

第１端子部４２は、モータと電気的及び機械的に接続するために、厚み方向に貫通した第１ねじ穴４４が設けられている。第１端子部４２は、例えば、外面がハウジング５０から露出した状態で、ハウジング５０に埋設されている。

ハウジング５０は、第１ねじ穴４４に対向する位置に、第２ねじ穴５２が設けられている。電流センサ１１０は、第１ねじ穴４４と第２ねじ穴５２にねじが挿入されてモータとねじ止めされることで、モータと電気的及び機械的に接続される。

第２端子部４３は、例えばインバータ側の端子である。第２端子部４３は、対向部４１から第１磁気シールド３１側ではなく第２磁気シールド３２側に屈曲した部位である。本実施形態では、対向部４１に対して直角に屈曲している第２端子部４３を採用している。

このため、第２端子部４３は、第２磁気シールド３２の一つの側面と対向する部位、すなわち、積層方向に直交する方向において、第２磁気シールド３２とオーバーラップする部位を含んでいる。つまり、第２端子部４３は、積層方向に直交する方向において、センサ素子１０とオーバーラップする部位を含んでいない。

このように、バスバ４０は、第１端子部４２と第２端子部４３とが平行に設けられている。つまり、バスバ４０は、ＹＺ平面において、第１端子部４２と第２端子部４３とが平行である。

なお、第２端子部４３は、図７に示すように、例えば、外面がハウジング５０から突出した対向部４１の端部に設けられている。このため、第２端子部４３は、ハウジング５０に埋設されていない。

電流センサ１１０の配線基板２０は、図８に示すように、信号用配線である内層配線２２ｂと、基準電位用配線である表層配線２２ａに加えて、電源用配線２２ｃが設けられている。なお、図８では、各配線２２ａ〜２２ｃをわかりやすくするために異なる線種などを用いて図示している。具体的には、内層配線２２ｂを実線、電源用配線２２ｃを一点鎖線で図示している。さらに、表層配線２２ａは、二点鎖線で囲いハッチングを施している。

つまり、表層配線２２ａは、上記実施形態と異なり平板状をなしている。表層配線２２ａは、べた状の配線である。この表層配線２２ａは、基材２１における実装面、すなわちＸＹ平面と平行に形成されている。そして、表層配線２２ａは、平板状の部位が内層配線２２ｂと対向配置されている。つまり、内層配線２２ｂは、表層配線２２ａの対向領域に含まれている。なお、表層配線２２ａは、全体が平板状をなしてなくてもよく、平板状の部位を含んでいればよい。

このように、電流センサ１１０では、平板状の表層配線２２ａが内層配線２２ｂに対向配置されている。このため、電流センサ１１０では、交流磁界が内層配線２２ｂに鎖交することを抑制できる。従って、電流センサ１１０では、内層配線２２ｂに重畳するノイズ信号を低減することができ、検出精度の低下を抑制できる。

なお、この点は、センサ相が一つの構成である電流センサにも適用することができる。つまり、電流センサ１００における表層配線１１ａと内層配線２２ｂのかわりに、電流センサ１１０の表層配線１１ａと内層配線２２ｂを用いた場合であっても、同様の効果を奏することができる。

また、配線基板２０には、電流センサ１１０と外部機器とを電気的に接続するためのコネクタ６０が設けられている。コネクタ６０は、各配線２２ａ〜２２ｃと電気的に接続さら端子と、端子を囲うコネクタケースなどを含んでいる。

さらに、本実施形態では、図８に示すように、第２抵抗１５とフィードバック配線１６とが形成された配線基板２０を採用している。フィードバック配線１６は、第２抵抗１５に電気的に接続された二本の配線を含んでいる。電流センサ１１０は、フィードバック配線１６が二つのリード線のそれぞれと電気的に接続されている。そして、電流センサ１１０は、フィードバック配線１６と第２抵抗１５とが電気的に接続されている。

そして、フィードバック配線１６は、鎖交磁束によってフィードバック配線１６に発生する誘導電圧がキャンセルされるように交差して配置されている。つまり、フィードバック配線１６は、二本の配線が交差するように配置されている。フィードバック配線１６は、二本の配線が交差することなく直線的に設けることもできる。しかしながら、電流センサ１１０は、二本の配線が交差するように設けられたフィードバック配線１６を備えている。このため、電流センサ１１０は、フィードバック配線１６にノイズ信号が重畳することを抑制できるので、検出精度の低下をより一層抑制できる。

なお、この点は、第１実施形態に適用することもできる。つまり、電流センサ１００のフィードバック配線１６は、配線基板２０に設けられており、且つ、鎖交磁束によってフィードバック配線１６に発生する誘導電圧がキャンセルされるように交差して配置されていてもよい。このようにすることで電流センサ１００は、電流センサ１１０と同様の効果を奏することができる。

１…搭載部、２…信号処理部、３…磁気検出チップ、４…第１ワイヤ、４ａ…信号用ワイヤ、４ｂ…グランド用ワイヤ、５…リード線、５ａ…信号用リード、５ｂ…グランド用リード、６…封止樹脂部、７…第２ワイヤ、１０…センサ素子、１１…第１抵抗、１２…磁気検出素子、１３…オペアンプ、１４…フィードバックコイル、１５…第２抵抗、１６…フィードバック配線、２０…配線基板、２１…基材、２２ａ…表層配線、２２ｂ…内層配線、２２ｃ…電源用配線、３１…第１磁気シールド、３２…第２磁気シールド、４０…バスバ、４１…対向部、４２…屈曲部、４３…端子部、４４…第１ねじ穴、５０…ハウジング、５１…固定部、５２…第２ねじ穴、６０…コネクタ、Ｐ１…第１センサ相、Ｐ２…第２センサ相、Ｐ３…第３センサ相、Ｐ４…第４センサ相、Ｐ５…第５センサ相、Ｐ６…第６センサ相、ＩＬ…リアクトル電流相、１００，１１０…電流センサ

Claims (6)

1. 電流経路に流れる電流を検知する電流センサであって、
   前記電流経路（４０）と、
   前記電流経路に対向配置されて、前記電流経路に交流電流が流れることで前記電流経路から発生する交流磁界を電気信号に変換する磁気検出素子（１２）と、前記電気信号が流れる信号線（４ａ、５ａ）と、基準電位とされる基準電位線（４ｂ、５ｂ）と、を含む磁気検出部（１０）と、
   前記磁気検出部が実装されるものであり、絶縁基材（２１）と、前記絶縁基材に形成された、前記信号線に電気的に接続された信号用配線（２２ａ）と前記基準電位線に電気的に接続された基準電位用配線（２２ｂ）とを含む配線と、を有する配線基板（２０）と、を備え、
   前記配線基板は、前記信号用配線と前記基準電位用配線との一部が前記絶縁基材の内部に設けられ前記信号用配線と前記基準電位用配線とが交差して配置されることで、前記交流磁界による鎖交磁束が印加される領域が２つ以上に分割されている電流センサ。
2. 電流経路に流れる電流を検知する電流センサであって、
   前記電流経路（４０）と、
   前記電流経路に対向配置されて、前記電流経路に交流電流が流れることで前記電流経路から発生する交流磁界を電気信号に変換する磁気検出素子（１２）と、前記電気信号が流れる信号線（４ａ、５ａ）と、基準電位とされる基準電位線（４ｂ、５ｂ）と、を含む磁気検出部（１０）と、
   前記磁気検出部が実装されるものであり、絶縁基材（２１）と、前記絶縁基材に形成された、前記信号線に電気的に接続された信号用配線（２２ａ）と前記基準電位線に電気的に接続された基準電位用配線（２２ｂ）とを含む配線と、を有する配線基板（２０）と、を備え、
   前記基準電位用配線は、前記絶縁基材における実装面と平行に形成された平板状の部位を含み、前記交流磁界による鎖交磁束が前記信号用配線に印加されないように、前記平板状の部位が前記信号用配線と対向配置されている電流センサ。
3. 前記磁気検出素子が検知する前記交流磁界を相殺するための相殺磁界を発生する電磁石（１４）と、
   前記相殺磁界を形成するための相殺電流を前記電磁石に供給する供給部（１３）と、
   前記電磁石とグランドとをフィードバック配線（１６）を介して電気的に接続しているフィードバック抵抗（１５）と、を備え、
   前記フィードバック配線は、前記配線基板に設けられており、前記鎖交磁束によって前記フィードバック配線に発生する誘導電圧がキャンセルされるように交差して配置されている請求項１又は２に記載の電流センサ。
4. 前記磁気検出部は、前記電気信号を所定電圧値に調整する信号処理部（２）を、さらに含んでいる請求項１乃至３のいずれか一項に記載の電流センサ。
5. 前記磁気検出部に対する外乱磁界を抑制するものであり、前記電流経路の一部と前記磁気検出部とを挟み込みつつ対向配置された対を成す第１磁気シールド（３１）と第２磁気シールド（３２）と、を備えている請求項１乃至４のいずれか一項に記載の電流センサ。
6. 前記第２磁気シールド、前記電流経路、前記磁気検出部、前記第１磁気シールドの順で積層されたセンサ相を複数備えており、
   複数の前記センサ相は、積層方向に直交する方向に隣り合って配置されている請求項５に記載の電流センサ。

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