電圧・電流検出装置
【課題】磁気方式で電圧及び電流の両方の検出が行われる場合に、従来よりも磁性体コアの数を少なくすることができ、ひいては磁性体コアの取り付け工数及び配置スペースを低減できること。
【解決手段】電圧・電流検出装置１が備える磁性体コア１０は、面対称な第一の環状経路Ｒ１と、その第一の環状経路Ｒ１の対称面Ｆ０に対して相互に対称に形成された第二の環状経路Ｒ２及び第三の環状経路Ｒ３と、の各々に沿って一体に形成された磁性体からなる。第二の環状経路Ｒ２及び第三の環状経路Ｒ３は、それぞれが第一の環状経路Ｒ１の一部をなす一連の部分経路Ｒ１１１の半分ずつを含むとともに対称面Ｆ０に沿う中央経路Ｒｃを共通に含む。さらに、磁性体コア１０には、第一の環状経路Ｒ１における部分経路Ｒ１１１以外の１箇所及び中央経路Ｒ１の１箇所の各々に第一のギャップ部１５１及び第二のギャップ部１５２の各々が形成されている。
【解決手段】電圧・電流検出装置１が備える磁性体コア１０は、面対称な第一の環状経路Ｒ１と、その第一の環状経路Ｒ１の対称面Ｆ０に対して相互に対称に形成された第二の環状経路Ｒ２及び第三の環状経路Ｒ３と、の各々に沿って一体に形成された磁性体からなる。第二の環状経路Ｒ２及び第三の環状経路Ｒ３は、それぞれが第一の環状経路Ｒ１の一部をなす一連の部分経路Ｒ１１１の半分ずつを含むとともに対称面Ｆ０に沿う中央経路Ｒｃを共通に含む。さらに、磁性体コア１０には、第一の環状経路Ｒ１における部分経路Ｒ１１１以外の１箇所及び中央経路Ｒ１の１箇所の各々に第一のギャップ部１５１及び第二のギャップ部１５２の各々が形成されている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電圧と電流との両方を検出可能な電圧・電流検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ハイブリッド自動車又は電気自動車などの電動車両には、バッテリからモータなどの負荷に印加された電圧を検出する電圧検出装置、及びバッテリに接続されたバスバーなどの電力線に流れる電流を検出する電流検出装置が搭載されることが多い。
【０００３】
従来、車両に搭載される小型の電圧検出装置及び電流検出装置としては、磁気平衡方式の電圧検出装置、及び磁気比例方式の電流検出装置が知られている。磁気平衡方式の電圧検出装置は、例えば、特許文献１などに示されている。また、磁気比例方式の電流検出装置は、例えば、特許文献２及び特許文献３などに示されている。
【０００４】
磁気平衡方式の電圧検出装置、及び磁気比例方式の電流検出装置は、特許文献１から特許文献３に示されるように、磁性体コアと磁電変換素子とを備える。磁性体コアは、両端がギャップ部を介して対向し、中空部の周囲を囲んで一連に形成された概ねリング状の磁性体である。
【０００５】
磁電変換素子は、磁性体コアのギャップ部に配置され、磁性体コアのギャップ部に生じる磁束を検出し、磁束の検出信号を電気信号として出力する素子である。磁電変換素子としては、通常、ホール素子が採用される。
【０００６】
磁気平衡方式の電圧検出装置において、磁性体コアは、被検出電圧の検出点と電気的に接続される一次側コイルと、磁電変換素子の検出信号のレベルに応じた電流が供給される二次側コイルとが巻き付けられ、コアコイルのコアとして機能する。
【０００７】
また、磁気平衡方式の電圧検出装置は、磁電変換素子の検出信号のレベルに応じた電流を二次側コイルに供給することによって磁性体コアのギャップ部の磁束を平衡させるフィードバック回路を備える。そして、磁気平衡方式の電圧検出装置において、フィードバック回路が二次側コイルに対して出力する電流のレベルが、被検出電圧のレベルに相当する。なお、特許文献１において、フィードバック回路は、作動増幅回路及びプッシュプル回路（電流バッファ）として示されている。
【０００８】
一方、磁気比例方式の電流検出装置において、磁性体コアの中空部は、被検出電流が通過する空間（電流検出空間）であり、磁性体コアは、その中空部を通過する被検出電流の周囲に生じる磁束を強化する役割を果たす。磁気比例方式の電流検出装置において、磁電変換素子の検出信号のレベルが、被検出電流のレベルに相当する。
【０００９】
ところで、電動車両のバッテリは、多数のセル電池が直列に接続された組電池である。そのような組電池の状態を正確に監視するためには、セル電池各々の出力電圧及び出力電流を検出することが望ましい。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開平８−８６８１３号公報
【特許文献２】特開平１０−１０４２７９号公報
【特許文献３】特開２００９−５８４５１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、従来の磁気方式の電圧検出装置及び電流検出装置において、磁性体コアは、電圧及び電流各々の検出点ごとに個別に必要である。そのため、従来の磁気方式の電圧検出装置及び電流検出装置は、組電池のように検出点の数が非常に多い検出対象に適用されると、磁性体コアの数が非常に多くなり、磁性体コアの取り付け工数及び配置スペースが著しく増大するという問題点を有している。
【００１２】
本発明は、磁気方式で電圧及び電流の両方の検出が行われる場合に、従来よりも磁性体コアの数を少なくすることができ、ひいては磁性体コアの取り付け工数及び配置スペースを低減できることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
第１発明に係る電圧・電流検出装置は、磁気平衡方式により電圧を検出するとともに磁気比例方式により電流を検出する装置であり、以下に示す各構成要素を備える。
（１）第１の構成要素は、磁性体コアである。この磁性体コアは、面対称な第一の環状経路と、その第一の環状経路の対称面に対して相互に対称に形成され、それぞれが第一の環状経路の一部をなす一連の部分経路の半分ずつを含むとともに前記対称面に沿う中央経路を共通に含む第二の環状経路及び第三の環状経路と、の各々に沿って一体に形成された磁性体からなる。さらに、当該磁性体コアには、第一の環状経路における前記部分経路以外の１箇所及び前記中央経路の１箇所の各々に第一のギャップ部及び第二のギャップ部の各々が形成されている。
（２）第２の構成要素は、第一のギャップ部の磁束を検出する電圧検出用の第一の磁電変換素子である。
（３）第３の構成要素は、第二のギャップ部の磁束を検出する電流検出用の第二の磁電変換素子である。
（４）第４の構成要素は、磁性体コアにおける第一のギャップ部の両側の部分の一方に巻かれ、被検出電圧の検出点と電気的に接続される一次側コイルである。
（５）第５の構成要素は、磁性体コアにおける第一のギャップ部の両側の部分の他方に巻かれた二次側コイルである。
（６）第６の構成要素は、第一の磁電変換素子の検出信号のレベルに応じた電流を二次側コイルに供給することにより第一のギャップ部の磁束を平衡させるフィードバック回路である。
【００１４】
第２発明に係る電圧・電流検出装置は、第１発明に係る電圧・電流検出装置の構成要素を備え、さらに、以下の構成要素を備える。
（７）第７の構成要素は、第二の環状経路及び第三の環状経路の両方の中空部を貫通し、被検出電流の伝送経路における前段及び後段各々の接続端と連結される端子部が両端部分に形成された電流検出用の導電部材である。
【００１５】
第３発明に係る電圧・電流検出装置は、第２発明に係る電圧・電流検出装置において、さらに、以下の構成を有する。即ち、磁性体コアは扁平に形成され、電流検出用の導電部材は、磁性体コアにおける中央経路に沿う部分を跨ぐ曲げ部が形成されている。
【００１６】
第４発明に係る電圧・電流検出装置は、第２発明に係る電圧・電流検出装置において、さらに、以下の構成を有する。即ち、電流検出用の導電部材は一の直線に沿って形成され、磁性体コアは、電流検出用の導電部材を跨ぐ部分が形成されている。
【００１７】
第５発明に係る電圧・電流検出装置は、第２発明から第４発明のいずれかの発明に係る電圧・電流検出装置において、さらに、以下の構成を有する。即ち、一次側コイルの一端は、電流検出用の導電部材に対して電気的に接続されている。
【発明の効果】
【００１８】
第１発明に係る電圧・電流検出装置において、１つの磁性体コアが、電圧検出用の磁性体コアと、電流検出用の磁性体コアとを兼ねる。そのため、第１発明によれば、磁気方式で電圧及び電流の両方の検出が行われる場合に、従来よりも磁性体コアの数を半分にすることができ、ひいては磁性体コアの取り付け工数及び配置スペースを大幅に低減できる。その効果は、電圧及び電流の検出点の数が多い場合に特に顕著となる。
【００１９】
また、第１発明によれば、後述するように、被検出電圧により生じる磁束と、被検出電流により生じる磁束とが、１つの磁性体コア内で干渉することによる電圧及び電流の検出不良が生じることもない。
【００２０】
また、第２発明によれば、電圧・電流検出装置を、被検出電流の伝送経路の途中に設けられた端子台などの接続端に対して後付けすることが可能となる。
【００２１】
また、第３発明に係る電圧・電流検出装置において、成形が難しい磁性体からなる磁性体コアは、比較的作りやすい扁平な形状で形成される。また、成形が容易な金属板又は被覆電線などが、電流検出用の導電部材として採用可能である。従って、第３発明によれば、磁性体コア及び電流検出用の導電部材の製造が容易となる。
【００２２】
一方、第４発明に係る電圧・電流検出装置は、被検出電流の伝送経路が直線状に形成されるべき場所への設置が可能である。
【００２３】
また、第５発明に係る電圧・電流検出装置は、検出対象が組電池である場合のように、電流の検出点が、電圧の検出点でもある場合に適用される。第５発明によれば、当該電圧・電流検出装置が取り付けられる際に、一次側コイルの両端のうちの一端を電圧の検出点に接続する手間が省かれる。その効果は、電圧及び電流の検出点の数が多い場合に特に顕著となる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の第１実施形態に係る電圧・電流検出装置１の三面図である。
【図２】電圧・電流検出装置１が備える磁性体コア１０の平面図である。
【図３】電圧・電流検出装置１が備えるフィードバック回路を含む電圧検出系回路の概略図である。
【図４】被検出電流が流れることによって磁性体コア１０に生じる磁束を矢印によって表す図である。
【図５】本発明の第２実施形態に係る電圧・電流検出装置１Ａの三面図である。
【図６】本発明の第３実施形態に係る電圧・電流検出装置１Ｂの三面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、添付の図面を参照しながら、本発明の実施形態について説明する。以下の実施形態は、本発明を具体化した一例であり、本発明の技術的範囲を限定する事例ではない。
【００２６】
本発明の各実施形態に係る電圧・電流検出装置１，１Ａ，１Ｂは、例えば、電気自動車又はハイブリッド自動車などの電動車両に搭載される。そして、電圧・電流検出装置１，１Ａ，１Ｂは、組電池を構成する複数のセル電池各々の電圧及び電流、或いは、バッテリとモータなどの機器とを電気的に接続するバスバーにおける電圧及び電流を検出する。
【００２７】
＜第１実施形態＞
まず、図１から図３を参照しつつ、本発明の第１実施形態に係る電圧・電流検出装置１の構成について説明する。なお、図１（ａ）は、電圧・電流検出装置１の平面図、図１（ｂ）は、電圧・電流検出装置１の正面図、図１（ｃ）は、電圧・電流検出装置１の側面図である。
【００２８】
図１に示されるように、電圧・電流検出装置１は、１つの磁性体コア１０と、２つのホール素子２１，２２と、一次側コイル３１及び二次側コイル３２と、電流検出用バスバー５０と、電圧検出系回路６０と、電流検出系回路７０とを備えている。さらに、電圧・電流検出装置１は、２つのホール素子２１，２２、電圧検出系回路６０及び電流検出系回路７０が実装された電子基板４０を備え、その電子基板４０には、コネクタ４２及び端子付き電線４３も実装されている。以下、２つのホール素子２１，２２のうちの一方を第一ホール素子２１、他方を第二ホール素子２２と称する。
【００２９】
＜磁性体コア＞
磁性体コア１０は、フェライト又はケイ素鋼などの磁性体からなる一体の部材である。図１及び図２に示されるように、磁性体コア１０は、面対称な第一の環状経路Ｒ１と、基準平面Ｆ０に対して相互に対称に形成された第二の環状経路Ｒ２及び第三の環状経路Ｒ３と、の各々に沿って一体に形成されている。基準平面Ｆ０は、第一の環状経路Ｒ１の対称面である。以下、磁性体コア１０において、第一の環状経路Ｒ１に沿う部分を第一コア部１１、第二の環状経路Ｒ２に沿う部分を第二コア部１２、第三の環状経路Ｒ３に沿う部分を第三コア部１３と称する。
【００３０】
また、第一の環状経路Ｒ１の中空部のことを第一の中空部１４１、第二の環状経路Ｒ２の中空部のことを第二の中空部１４２、第三の環状経路Ｒ３の中空部のことを第三の中空部１４３と称する。磁性体コア１０は、第一の中空部１４１、第二の中空部１４２及び第三の中空部１４３の各々を囲う３つの環状経路Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３に沿って一体に形成されている。
【００３１】
また、磁性体コア１０が沿う第二の環状経路Ｒ２及び第三の環状経路Ｒ３は、それぞれが第一の環状経路Ｒ１の一部をなす一連の部分経路Ｒ１１の半分ずつを含み、さらに、基準平面Ｆ０に沿う中央経路Ｒｃを共通に含む。部分経路Ｒ１１は、基準平面Ｆ０に対して面対称な経路である。
【００３２】
以下、磁性体コア１０において、部分経路Ｒ１１に沿う部分のことを第一共通部１１１、中央経路Ｒｃに沿う部分のことを第二共通部１１２と称する。従って、第二コア部１２及び第三コア部１３は、第一コア部１１の一部である第一共通部１１１の半分ずつを含み、さらに、第二共通部１１２を共通に含む。
【００３３】
また、磁性体コア１０には、第一の環状経路Ｒ１における部分経路Ｒ１１以外の１箇所に第一のギャップ部１５１が形成され、さらに、中央経路Ｒｃの１箇所に第二のギャップ部１５２が形成されている。即ち、第一のギャップ部１５１は、第一コア部１１における第一共通部１１１以外の部分の１箇所に形成され、第二のギャップ部１５２は、第二共通部１１２の１箇所に形成されている。なお、図１及び図２において、第一のギャップ部１５１は、基準平面Ｆ０からずれた一に形成されているが、第一のギャップ部１５１が基準平面Ｆ０に沿う位置に形成されることも考えられる。
【００３４】
また、本実施形態における磁性体コア１０は、一の平面に沿って扁平に形成されている。また、磁性体コア１０は、電子基板４０に対し、スペーサ４１を介して固定されている。本実施形態において、スペーサ４１は、電子基板４０と磁性体コア１０との間に、電流検出用バスバー５０が通る隙間を形成するための部材である。
【００３５】
＜ホール素子＞
第一ホール素子２１は、第一のギャップ部１５１に配置され、第一のギャップ部１５１に生じる磁束を検出し、その磁束の検出信号を電気信号として出力する磁電変換素子の一例である。また、第二ホール素子２２は、第二のギャップ部１５２に配置され、第二のギャップ部１５２に生じる磁束を検出し、その磁束の検出信号を電気信号として出力する磁電変換素子の一例である。第一ホール素子２１は、電圧検出用の磁電変換素子であり、第二ホール素子２２は、電流検出用の磁電変換素子である。第一ホール素子２１及び第二ホール素子２２は、電子基板４０に実装されている。
【００３６】
磁性体コア１０と、第一ホール素子２１及び第二ホール素子２２の各々とは、電子基板４０を介してそれぞれの位置関係が固定されている。
【００３７】
＜コイル＞
一次側コイル３１は、磁性体コア１０における第一のギャップ部１５１の両側の部分の一方に巻かれ、被検出電圧の検出点と電気的に接続されるコイルである。また、二次側コイル３２は、磁性体コア１０における第一のギャップ部１５１の両側の部分の他方に巻かれたコイルである。一次側コイル３１及び二次側コイル３２は、磁気平衡方式での電圧検出用のコイルである。
【００３８】
本実施形態においては、一次側コイル３１の第一の端部３１１は、予め電流検出用バスバー５０に対して抵抗素子を介して電気的に接続されている。また、一次側コイル３１の第二の端部３１２は、予め端子付き電線４３に対して電気的に接続されている。端子付き電線４３は、一方の端部に端子４３１が設けられた電線である。端子付き電線４３の他方の端部は、電子基板４０に固定されるとともに、一次側コイル３１の第二の端部３１２と電気的に接続されている。
【００３９】
端子付き電線４３の端子４３１は、例えば、第一の電流伝送経路を構成する第一のバスバー８１に設けられた端子部８１１に対し、ボルトなどの固定具によって連結される。また、二次側コイル３２の両端部は、電圧検出系回路６０と接続されている。その詳細については後述する。なお、図１において、第一のバスバー８１と、電流検出用バスバー５０の接続先となる第二のバスバー８２及び第三のバスバー８３とは、仮想線（二点鎖線）で描かれている。
【００４０】
一般に、一次側コイル３１は、二次側コイル３２よりも巻き数が多い。そのため、本実施形態においては、第一のギャップ部１５１が、基準平面Ｆ０よりも二次側コイル３２側へずれた位置に形成されている。これにより、磁性体コア１０の第一コア部１１において、巻き数の多い一次側コイル３１を巻くために十分な領域が確保される。
【００４１】
＜電流検出用バスバー＞
電流検出用バスバー５０は、第二の中空部１４２及び第三の中空部１４３の両方を貫通する導電部材である。電流検出用バスバー５０の両端部分には、被検出電流の伝送経路における前段及び後段各々の接続端と連結される端子部５１が形成されている。
【００４２】
例えば、電流検出用バスバー５０の各端子部５１は、被検出電流の伝送経路の一部を構成する前段の第二のバスバー８２の端子部８２１と、被検出電流の伝送経路の一部を構成する後段の第三のバスバー８３の端子部８３１との各々に対し、ボルトなどの固定具によって連結される。
【００４３】
電流検出用バスバー５０は、例えば、銅などの金属からなる板状の導電部材であり、両端の端子部５１が前段及び後段各々の接続端と連結されることにより、被検出電流の伝送経路の一部を構成する。電流検出用バスバー５０は、端子部５１が電子基板４０の外側へ張り出す状態で、電子基板４０に固定されている。なお、電流検出用バスバー５０の代わりに、両端部分に端子部が設けられた被覆電線もしくはエナメル線などが採用されることも考えられる。電流検出用バスバー５０は、電流検出用の導電部材の一例である。
【００４４】
本実施形態において、電流検出用バスバー５０には、磁性体コア１０における第二共通１１２、即ち、中央経路Ｒｃに沿う部分を跨ぐ曲げ部５２が形成されている。これにより、磁性体コア１０が扁平な形状であっても、電流検出用バスバー５０は、磁性体コア１０の第二の中空部１４２及び第三の中空部１４３の両方を貫通することができる。
【００４５】
＜電圧検出系回路＞
電圧検出系回路６０は、磁気平衡方式での電圧検出に関する電子回路である。図３は、電圧検出系回路６０の概略図である。図３に示されるように、電圧検出系回路６０は、フィードバック回路６１と、分圧回路６２とを含む。
【００４６】
フィードバック回路６１は、第一ホール素子２１における検出信号出力端子に接続された差動増幅回路６１１と、二次側コイル３２の第一の端部３２１に接続されたプッシュプル回路６１２とを含む。
【００４７】
一次側コイル３１に被検出電圧Ｖｉｎに応じた電流が流れた場合、被検出電圧Ｖｉｎに応じた磁束が、磁性体コア１０の第一コア部１１に生じる。その磁束は、当然ながら、第一のギャップ部１５１にも生じる。そのため、第一ホール素子２１が、被検出電圧Ｖｉｎに応じた検出信号を出力する。差動増幅回路６１１は、第一ホール素子２１の検出信号を増幅し、プッシュプル回路６１２は、差動増幅回路６１１の出力電圧の正負及びレベルに応じた電流を、二次側コイル３２に供給する。
【００４８】
また、差動増幅回路６１１及びプッシュプル回路６１２のゲインは、一次側コイル３１の電流によって生じる磁束が、二次側コイル３２の電流に起因する逆方向の磁束よって打ち消されるように、即ち、第一のギャップ部１５１の磁束が平衡状態となるように、予め調整されている。即ち、フィードバック回路６１は、第一ホール素子２１の検出信号のレベルに応じた電流を二次側コイル３２に供給することにより、第一のギャップ部１５１の磁束を平衡させる回路である。
【００４９】
また、２つの抵抗素子６２１，６２２からなる分圧回路６２は、二次側コイル３２の第二の端部３２２に接続され、フィードバック回路６１が二次側コイル３２に出力する電流のレベルを、電圧信号Ｖｏｕｔとして出力する回路である。この電圧信号Ｖｏｕｔのレベルが、被検出電圧Ｖｉｎのレベルの指標値となる。
【００５０】
＜電流検出系回路＞
電流検出系回路７０は、例えば、第二ホール素子２２から出力される磁束の検出信号を増幅する回路などを含む。
【００５１】
電圧検出系回路６０及び電流検出系回路７０は、コネクタ４２の端子と電気的に接続され、コネクタ４２を介して、外部の回路と電気的に接続される。例えば、電圧検出系回路６０及び電流検出系回路７０は、外部の回路からコネクタ４２を通じて電力の供給を受け、コネクタ４２を通じて、電圧及び電流の検出信号を出力する。
【００５２】
なお、電圧検出系回路６０及び電流検出系回路７０の他、２つのホール素子２１，２２各々に対して一定の電流を供給する電源回路などが、電子基板４０に実装されることも考えられる。
【００５３】
＜被検出電圧により生じる磁束の説明＞
前述したように、磁性体コア１０において、一次側コイル３１の電流によって生じる磁束は、フィードバック回路６１の作用により、二次側コイル３２の電流に起因する逆方向の磁束と平衡し、第一のギャップ部１５１の磁束は平衡状態となる。
【００５４】
また、磁性体コア１０において、被検出電圧Ｖｉｎに起因して生じる磁束は、第二コア部１２及び第三コア部１３にも生じる。しかしながら、第二コア部１２及び第三コア部１３は、基準平面Ｆ０に対して対象な経路に沿っているため、第二コア部１２及び第三コア部１３においても、検出電圧Ｖｉｎに起因する磁束と二次側コイル３２の電流による逆方向の磁束とが平衡状態となる。
【００５５】
従って、被検出電圧Ｖｉｎに応じた電流が一次側コイル３１に流れた場合でも、フィードバック回路６１の作用により、磁性体コア１０には、電流の検出に悪影響を及ぼすような偏った磁束は生じない。
【００５６】
＜被検出電流により生じる磁束の説明＞
被検出電流が、電流検出用バスバー５０に沿って、第二の中空部１４２及び第三の中空部１４３を通過すると、磁性体コア１０に磁束が生じる。図４は、被検出電流が流れることによって磁性体コア１０に生じる磁束を矢印によって表す図である。
【００５７】
図４において、第二の中空部１４２及び第三の中空部１４３の位置に示されるマークは、被検出電流の向きを表す。図４に示されるように、被検出電流は、第二の中空部１４２及び第三の中空部１４３の各々を逆方向に通過する。当然ながら、第二の中空部１４２を通過する電流の大きさと、第三の中空部１４３を通過する電流の大きさは等しい。
【００５８】
図４において、環状の実線に記した矢印は、被検出電流が第二の中空部１４２を通過することによって生じる磁束の向きを表す。また、環状の点線に記した矢印は、被検出電流が第三の中空部１４３を通過することによって生じる磁束の向きを表す。
【００５９】
図４に示されるように、第二コア部１２及び第三コア部１３において、第二共通部１１２及び第二のギャップ部には、第二の中空部１４２の被検出電流による磁束と、第三の中空部１４３の被検出電流による磁束とが、同じ方向に生じる。このことは、被検出電流が２つの中空部１４２，１４３を通過することにより、第二のギャップ部１５２に生じる磁束が強化されることを示している。
【００６０】
従来の一般的な磁気比例方式の電流検出装置において、被検出電流は、磁性体コアにおける１つの中空部を１回だけ通過する。従って、第二のギャップ部１５２に配置された第二ホール素子２２は、従来の電流検出装置が備えるホール素子に比べ、被検出電流に応じた磁束をより高感度で検出できる。
【００６１】
また、図４に示されるように、被検出電流に起因して生じる磁束は、第一コア部１１にも生じる。磁性体コア１０において、第二コア部１２及び第三コア部１３は、基準平面Ｆ０に対して相互に対象な第二の環状経路Ｒ２及び第三の環状経路Ｒ３に沿っており、第一コア部１１は、基準平面Ｆ０に対して面対称な第一の環状経路Ｒ１に沿っている。そのため、第一コア部１１において、第二の中空部１４２の被検出電流による磁束と、第三の中空部１４３の被検出電流による磁束とは、同じ大きさで向きが反対となり、平衡状態となる。
【００６２】
また、第二の中空部１４２及び第三の中空部１４３を通る被検出電流の向きが、図４に示される向きと逆である場合、磁束の向きは、図４に示される矢印の向きと反対の向きとなる。従って、被検出電流の向きが図４に示される向きと逆である場合も、第一コア部１１における磁束は平衡状態となる。
【００６３】
従って、被検出電流が電流検出用バスバー５０に流れた場合でも、磁性体コア１０の形状の特性により、磁性体コア１０の第一コア部１１には、電圧の検出に悪影響を及ぼすような偏った磁束は生じない。
【００６４】
＜効果＞
電圧・電流検出装置１において、１つの磁性体コア１０が、電圧検出用の磁性体コアと、電流検出用の磁性体コアとを兼ねる。そのため、電圧・電流検出装置１によれば、従来よりも磁性体コアの数を半分にすることができ、ひいては磁性体コアの取り付け工数及び配置スペースを大幅に低減できる。その効果は、電圧及び電流の検出点の数が多い場合に特に顕著となる。
【００６５】
また、前述したように、電圧・電流検出装置１においては、被検出電圧Ｖｉｎにより生じる磁束と、被検出電流により生じる磁束とが、１つの磁性体コア１０内で干渉することによる電圧及び電流の検出不良が生じることもない。
【００６６】
また、電圧・電流検出装置１は、電流検出用バスバー５０を備えるため、被検出電流の伝送経路の途中に設けられた端子台などの接続端に対して後付けすることが可能である。
【００６７】
また、電圧・電流検出装置１において、成形が難しい磁性体からなる磁性体コア１０は、比較的作りやすい扁平な形状で形成される。また、電流検出用バスバー５０は、成形が容易であるため、電流検出用バスバー５０に曲げ部５２を設けることは容易である。従って、電圧・電流検出装置１において、磁性体コア１０及び電流検出用バスバー５０の製造は容易である。なお、その効果は、電流検出用バスバー５０が、成形が容易な被覆電線などに置き換えられた場合でも同様に得られる。
【００６８】
また、電圧・電流検出装置１において、一次側コイル３１の第一の端部３１１が、電流検出用バスバー５０に対して予め電気的に接続されている。このような電圧・電流検出装置１は、検出対象が組電池である場合のように、電流の検出点が、電圧の検出点でもある場合に適用される。電圧・電流検出装置１が採用されることにより、その取り付けの際に、一次側コイル３１の第一の端部３１１を電圧の検出点に接続する手間が省かれる。その効果は、電圧及び電流の検出点の数が多い場合に特に顕著となる。
【００６９】
＜第２実施形態＞
次に、図５を参照しつつ、本発明の第２実施形態に係る電圧・電流検出装置１Ａについて説明する。この電圧・電流検出装置１Ａは、磁性体コア１０と一部の形状が異なる磁性体コア１０Ａを備える点、及び電流検出用バスバー５０と形状が異なる電流検出用バスバー５０Ａを備える点のみが、図１に示された電圧・電流検出装置１と異なる。図５において、図１に示される構成要素と同じ構成要素は、同じ参照符号が付されている。以下、電圧・電流検出装置１Ａにおける電圧・電流検出装置１と異なる点についてのみ説明する。
【００７０】
電圧・電流検出装置１Ａにおいて、電流検出用バスバー５０Ａは、一の直線に沿う棒状に形成されている。また、磁性体コア１０Ａは、その電流検出用バスバー５０Ａを跨ぐ部分が形成されている。より具体的には、磁性体コア１０Ａの第二コア部１２及び第三コア部１３のうち、第二共通部１１２は、その他の部分から起立した２つの起立部１１３を含む。これにより、磁性体コア１０Ａの第二共通部１１２は、電流検出用バスバー５０Ａを跨いで形成されている。
【００７１】
図５に示されるような電圧・電流検出装置１Ａも、本発明の実施形態の一例である。電圧・電流検出装置１Ａが採用されることにより、電圧・電流検出装置１が採用された場合と同様の効果が得られる。また、電圧・電流検出装置１Ａは、被検出電流の伝送経路が直線状に形成されるべき場所への設置が可能である。
【００７２】
＜第３実施形態＞
次に、図６を参照しつつ、本発明の第３実施形態に係る電圧・電流検出装置１Ｂについて説明する。この電圧・電流検出装置１Ｂは、磁性体コア１０と一部の形状が異なる磁性体コア１０Ｂを備える点、及び電流検出用バスバー５０と形状が異なる電流検出用バスバー５０Ａを備える点のみが、図１に示された電圧・電流検出装置１と異なる。図６において、図１に示される構成要素と同じ構成要素は、同じ参照符号が付されている。以下、電圧・電流検出装置１Ｂにおける電圧・電流検出装置１と異なる点についてのみ説明する。
【００７３】
電圧・電流検出装置１Ｂにおいて、電流検出用バスバー５０Ａは、一の直線に沿う棒状に形成されている。また、磁性体コア１０Ｂは、その電流検出用バスバー５０Ａを跨ぐ部分が形成されている。より具体的には、磁性体コア１０Ｂにおける第一共通部１１１及び第二共通部１１２以外の部分のうち、第二コア部１２の一部と第三コア部１３の一部との各々が、その他の部分から起立した２つの起立部１１４を含む。これにより、磁性体コア１０Ｂにおける第二コア部１２の一部と第三コア部１３の一部とは、電流検出用バスバー５０Ａを跨いで形成されている。
【００７４】
図６に示されるような電圧・電流検出装置１Ｂも、本発明の実施形態の一例である。電圧・電流検出装置１Ｂが採用されることにより、電圧・電流検出装置１が採用された場合と同様の効果が得られる。また、電圧・電流検出装置１Ｂも、電圧・電流検出装置１Ａと同様に、被検出電流の伝送経路が直線状に形成されるべき場所への設置が可能である。
【００７５】
＜その他＞
以上に示された各実施形態において、一次側コイル３１の第一の端部３１１は、予め電流検出用バスバー５０，５０Ａに対して電気的に接続されているが、そうでなくてよい。例えば、一次側コイル３１の第一の端部３１１が、第二の端部３１２と同様に、予め端子付き電線に接続されることも考えられる。
【００７６】
また、一次側コイル３１の第二の端部３１２を電圧の検出点に接続する手段として、端子付き電線４３に代えて、両端に端子部が設けられた電圧検出用バスバーが採用されることも考えられる。この場合、第一の電流伝送経路を構成する第一のバスバー８１は、第二の電流伝送経路と同様に、予め前段のバスバーと後段のバスバーとに分断されている。そして、電圧検出用バスバーは、第一の電流伝送経路における前段及び後段の各バスバーに設けられた端子部に接続される。
【００７７】
また、被検出電流が、被覆電線などのように、第二の中空部１４２及び第三の中空部１４３に後から通すことが可能な媒体を流れる場合には、電圧・電流検出装置１，１Ａ，１Ｂにおいて、電流検出用バスバー５０，５０Ａが省かれることも考えられる。
【符号の説明】
【００７８】
１，１Ａ，１Ｂ 電圧・電流検出装置
Ｒ１ 第一の環状経路
Ｒ２ 第二の環状経路
Ｒ３ 第三の環状経路
Ｒ１１ 部分経路
１０，１０Ａ，１０Ｂ 磁性体コア
１１ 第一コア部
１２ 第二コア部
１３ 第三コア部
１３ 第三コア部
２１ 第一ホール素子
２２ 第二ホール素子
３１ 一次側コイル
３２ 二次側コイル
４０ 電子基板
４１ スペーサ
４２ コネクタ
４３ 端子付き電線
５０，５０Ａ 電流検出用バスバー
５１ 端子部
５２ 曲げ部
６０ 電圧検出系回路
６１ フィードバック回路
６２ 分圧回路
７０ 電流検出系回路
８１ 第一のバスバー
８２ 第二のバスバー
８３ 第三のバスバー
１１１ 第一共通部
１１２ 第二共通部
１１３，１１４ 起立部
１４１ 第一の中空部
１４２ 第二の中空部
１４３ 第三の中空部
１５１ 第一のギャップ部
１５２ 第二のギャップ部
３１１ 一次側コイルの第一の端部
３１２ 一次側コイルの第二の端部
３２１ 二次側コイルの第一の端部
３２２ 二次側コイルの第二の端部
４３１ 端子
６１１ 差動増幅回路
６１２ プッシュプル回路
６２１，６２２ 抵抗素子
８１１ 第一のバスバーの端子部
８２１ 第二のバスバーの端子部
８３１ 第三のバスバーの端子部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電圧と電流との両方を検出可能な電圧・電流検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ハイブリッド自動車又は電気自動車などの電動車両には、バッテリからモータなどの負荷に印加された電圧を検出する電圧検出装置、及びバッテリに接続されたバスバーなどの電力線に流れる電流を検出する電流検出装置が搭載されることが多い。
【０００３】
従来、車両に搭載される小型の電圧検出装置及び電流検出装置としては、磁気平衡方式の電圧検出装置、及び磁気比例方式の電流検出装置が知られている。磁気平衡方式の電圧検出装置は、例えば、特許文献１などに示されている。また、磁気比例方式の電流検出装置は、例えば、特許文献２及び特許文献３などに示されている。
【０００４】
磁気平衡方式の電圧検出装置、及び磁気比例方式の電流検出装置は、特許文献１から特許文献３に示されるように、磁性体コアと磁電変換素子とを備える。磁性体コアは、両端がギャップ部を介して対向し、中空部の周囲を囲んで一連に形成された概ねリング状の磁性体である。
【０００５】
磁電変換素子は、磁性体コアのギャップ部に配置され、磁性体コアのギャップ部に生じる磁束を検出し、磁束の検出信号を電気信号として出力する素子である。磁電変換素子としては、通常、ホール素子が採用される。
【０００６】
磁気平衡方式の電圧検出装置において、磁性体コアは、被検出電圧の検出点と電気的に接続される一次側コイルと、磁電変換素子の検出信号のレベルに応じた電流が供給される二次側コイルとが巻き付けられ、コアコイルのコアとして機能する。
【０００７】
また、磁気平衡方式の電圧検出装置は、磁電変換素子の検出信号のレベルに応じた電流を二次側コイルに供給することによって磁性体コアのギャップ部の磁束を平衡させるフィードバック回路を備える。そして、磁気平衡方式の電圧検出装置において、フィードバック回路が二次側コイルに対して出力する電流のレベルが、被検出電圧のレベルに相当する。なお、特許文献１において、フィードバック回路は、作動増幅回路及びプッシュプル回路（電流バッファ）として示されている。
【０００８】
一方、磁気比例方式の電流検出装置において、磁性体コアの中空部は、被検出電流が通過する空間（電流検出空間）であり、磁性体コアは、その中空部を通過する被検出電流の周囲に生じる磁束を強化する役割を果たす。磁気比例方式の電流検出装置において、磁電変換素子の検出信号のレベルが、被検出電流のレベルに相当する。
【０００９】
ところで、電動車両のバッテリは、多数のセル電池が直列に接続された組電池である。そのような組電池の状態を正確に監視するためには、セル電池各々の出力電圧及び出力電流を検出することが望ましい。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開平８−８６８１３号公報
【特許文献２】特開平１０−１０４２７９号公報
【特許文献３】特開２００９−５８４５１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、従来の磁気方式の電圧検出装置及び電流検出装置において、磁性体コアは、電圧及び電流各々の検出点ごとに個別に必要である。そのため、従来の磁気方式の電圧検出装置及び電流検出装置は、組電池のように検出点の数が非常に多い検出対象に適用されると、磁性体コアの数が非常に多くなり、磁性体コアの取り付け工数及び配置スペースが著しく増大するという問題点を有している。
【００１２】
本発明は、磁気方式で電圧及び電流の両方の検出が行われる場合に、従来よりも磁性体コアの数を少なくすることができ、ひいては磁性体コアの取り付け工数及び配置スペースを低減できることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
第１発明に係る電圧・電流検出装置は、磁気平衡方式により電圧を検出するとともに磁気比例方式により電流を検出する装置であり、以下に示す各構成要素を備える。
（１）第１の構成要素は、磁性体コアである。この磁性体コアは、面対称な第一の環状経路と、その第一の環状経路の対称面に対して相互に対称に形成され、それぞれが第一の環状経路の一部をなす一連の部分経路の半分ずつを含むとともに前記対称面に沿う中央経路を共通に含む第二の環状経路及び第三の環状経路と、の各々に沿って一体に形成された磁性体からなる。さらに、当該磁性体コアには、第一の環状経路における前記部分経路以外の１箇所及び前記中央経路の１箇所の各々に第一のギャップ部及び第二のギャップ部の各々が形成されている。
（２）第２の構成要素は、第一のギャップ部の磁束を検出する電圧検出用の第一の磁電変換素子である。
（３）第３の構成要素は、第二のギャップ部の磁束を検出する電流検出用の第二の磁電変換素子である。
（４）第４の構成要素は、磁性体コアにおける第一のギャップ部の両側の部分の一方に巻かれ、被検出電圧の検出点と電気的に接続される一次側コイルである。
（５）第５の構成要素は、磁性体コアにおける第一のギャップ部の両側の部分の他方に巻かれた二次側コイルである。
（６）第６の構成要素は、第一の磁電変換素子の検出信号のレベルに応じた電流を二次側コイルに供給することにより第一のギャップ部の磁束を平衡させるフィードバック回路である。
【００１４】
第２発明に係る電圧・電流検出装置は、第１発明に係る電圧・電流検出装置の構成要素を備え、さらに、以下の構成要素を備える。
（７）第７の構成要素は、第二の環状経路及び第三の環状経路の両方の中空部を貫通し、被検出電流の伝送経路における前段及び後段各々の接続端と連結される端子部が両端部分に形成された電流検出用の導電部材である。
【００１５】
第３発明に係る電圧・電流検出装置は、第２発明に係る電圧・電流検出装置において、さらに、以下の構成を有する。即ち、磁性体コアは扁平に形成され、電流検出用の導電部材は、磁性体コアにおける中央経路に沿う部分を跨ぐ曲げ部が形成されている。
【００１６】
第４発明に係る電圧・電流検出装置は、第２発明に係る電圧・電流検出装置において、さらに、以下の構成を有する。即ち、電流検出用の導電部材は一の直線に沿って形成され、磁性体コアは、電流検出用の導電部材を跨ぐ部分が形成されている。
【００１７】
第５発明に係る電圧・電流検出装置は、第２発明から第４発明のいずれかの発明に係る電圧・電流検出装置において、さらに、以下の構成を有する。即ち、一次側コイルの一端は、電流検出用の導電部材に対して電気的に接続されている。
【発明の効果】
【００１８】
第１発明に係る電圧・電流検出装置において、１つの磁性体コアが、電圧検出用の磁性体コアと、電流検出用の磁性体コアとを兼ねる。そのため、第１発明によれば、磁気方式で電圧及び電流の両方の検出が行われる場合に、従来よりも磁性体コアの数を半分にすることができ、ひいては磁性体コアの取り付け工数及び配置スペースを大幅に低減できる。その効果は、電圧及び電流の検出点の数が多い場合に特に顕著となる。
【００１９】
また、第１発明によれば、後述するように、被検出電圧により生じる磁束と、被検出電流により生じる磁束とが、１つの磁性体コア内で干渉することによる電圧及び電流の検出不良が生じることもない。
【００２０】
また、第２発明によれば、電圧・電流検出装置を、被検出電流の伝送経路の途中に設けられた端子台などの接続端に対して後付けすることが可能となる。
【００２１】
また、第３発明に係る電圧・電流検出装置において、成形が難しい磁性体からなる磁性体コアは、比較的作りやすい扁平な形状で形成される。また、成形が容易な金属板又は被覆電線などが、電流検出用の導電部材として採用可能である。従って、第３発明によれば、磁性体コア及び電流検出用の導電部材の製造が容易となる。
【００２２】
一方、第４発明に係る電圧・電流検出装置は、被検出電流の伝送経路が直線状に形成されるべき場所への設置が可能である。
【００２３】
また、第５発明に係る電圧・電流検出装置は、検出対象が組電池である場合のように、電流の検出点が、電圧の検出点でもある場合に適用される。第５発明によれば、当該電圧・電流検出装置が取り付けられる際に、一次側コイルの両端のうちの一端を電圧の検出点に接続する手間が省かれる。その効果は、電圧及び電流の検出点の数が多い場合に特に顕著となる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の第１実施形態に係る電圧・電流検出装置１の三面図である。
【図２】電圧・電流検出装置１が備える磁性体コア１０の平面図である。
【図３】電圧・電流検出装置１が備えるフィードバック回路を含む電圧検出系回路の概略図である。
【図４】被検出電流が流れることによって磁性体コア１０に生じる磁束を矢印によって表す図である。
【図５】本発明の第２実施形態に係る電圧・電流検出装置１Ａの三面図である。
【図６】本発明の第３実施形態に係る電圧・電流検出装置１Ｂの三面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、添付の図面を参照しながら、本発明の実施形態について説明する。以下の実施形態は、本発明を具体化した一例であり、本発明の技術的範囲を限定する事例ではない。
【００２６】
本発明の各実施形態に係る電圧・電流検出装置１，１Ａ，１Ｂは、例えば、電気自動車又はハイブリッド自動車などの電動車両に搭載される。そして、電圧・電流検出装置１，１Ａ，１Ｂは、組電池を構成する複数のセル電池各々の電圧及び電流、或いは、バッテリとモータなどの機器とを電気的に接続するバスバーにおける電圧及び電流を検出する。
【００２７】
＜第１実施形態＞
まず、図１から図３を参照しつつ、本発明の第１実施形態に係る電圧・電流検出装置１の構成について説明する。なお、図１（ａ）は、電圧・電流検出装置１の平面図、図１（ｂ）は、電圧・電流検出装置１の正面図、図１（ｃ）は、電圧・電流検出装置１の側面図である。
【００２８】
図１に示されるように、電圧・電流検出装置１は、１つの磁性体コア１０と、２つのホール素子２１，２２と、一次側コイル３１及び二次側コイル３２と、電流検出用バスバー５０と、電圧検出系回路６０と、電流検出系回路７０とを備えている。さらに、電圧・電流検出装置１は、２つのホール素子２１，２２、電圧検出系回路６０及び電流検出系回路７０が実装された電子基板４０を備え、その電子基板４０には、コネクタ４２及び端子付き電線４３も実装されている。以下、２つのホール素子２１，２２のうちの一方を第一ホール素子２１、他方を第二ホール素子２２と称する。
【００２９】
＜磁性体コア＞
磁性体コア１０は、フェライト又はケイ素鋼などの磁性体からなる一体の部材である。図１及び図２に示されるように、磁性体コア１０は、面対称な第一の環状経路Ｒ１と、基準平面Ｆ０に対して相互に対称に形成された第二の環状経路Ｒ２及び第三の環状経路Ｒ３と、の各々に沿って一体に形成されている。基準平面Ｆ０は、第一の環状経路Ｒ１の対称面である。以下、磁性体コア１０において、第一の環状経路Ｒ１に沿う部分を第一コア部１１、第二の環状経路Ｒ２に沿う部分を第二コア部１２、第三の環状経路Ｒ３に沿う部分を第三コア部１３と称する。
【００３０】
また、第一の環状経路Ｒ１の中空部のことを第一の中空部１４１、第二の環状経路Ｒ２の中空部のことを第二の中空部１４２、第三の環状経路Ｒ３の中空部のことを第三の中空部１４３と称する。磁性体コア１０は、第一の中空部１４１、第二の中空部１４２及び第三の中空部１４３の各々を囲う３つの環状経路Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３に沿って一体に形成されている。
【００３１】
また、磁性体コア１０が沿う第二の環状経路Ｒ２及び第三の環状経路Ｒ３は、それぞれが第一の環状経路Ｒ１の一部をなす一連の部分経路Ｒ１１の半分ずつを含み、さらに、基準平面Ｆ０に沿う中央経路Ｒｃを共通に含む。部分経路Ｒ１１は、基準平面Ｆ０に対して面対称な経路である。
【００３２】
以下、磁性体コア１０において、部分経路Ｒ１１に沿う部分のことを第一共通部１１１、中央経路Ｒｃに沿う部分のことを第二共通部１１２と称する。従って、第二コア部１２及び第三コア部１３は、第一コア部１１の一部である第一共通部１１１の半分ずつを含み、さらに、第二共通部１１２を共通に含む。
【００３３】
また、磁性体コア１０には、第一の環状経路Ｒ１における部分経路Ｒ１１以外の１箇所に第一のギャップ部１５１が形成され、さらに、中央経路Ｒｃの１箇所に第二のギャップ部１５２が形成されている。即ち、第一のギャップ部１５１は、第一コア部１１における第一共通部１１１以外の部分の１箇所に形成され、第二のギャップ部１５２は、第二共通部１１２の１箇所に形成されている。なお、図１及び図２において、第一のギャップ部１５１は、基準平面Ｆ０からずれた一に形成されているが、第一のギャップ部１５１が基準平面Ｆ０に沿う位置に形成されることも考えられる。
【００３４】
また、本実施形態における磁性体コア１０は、一の平面に沿って扁平に形成されている。また、磁性体コア１０は、電子基板４０に対し、スペーサ４１を介して固定されている。本実施形態において、スペーサ４１は、電子基板４０と磁性体コア１０との間に、電流検出用バスバー５０が通る隙間を形成するための部材である。
【００３５】
＜ホール素子＞
第一ホール素子２１は、第一のギャップ部１５１に配置され、第一のギャップ部１５１に生じる磁束を検出し、その磁束の検出信号を電気信号として出力する磁電変換素子の一例である。また、第二ホール素子２２は、第二のギャップ部１５２に配置され、第二のギャップ部１５２に生じる磁束を検出し、その磁束の検出信号を電気信号として出力する磁電変換素子の一例である。第一ホール素子２１は、電圧検出用の磁電変換素子であり、第二ホール素子２２は、電流検出用の磁電変換素子である。第一ホール素子２１及び第二ホール素子２２は、電子基板４０に実装されている。
【００３６】
磁性体コア１０と、第一ホール素子２１及び第二ホール素子２２の各々とは、電子基板４０を介してそれぞれの位置関係が固定されている。
【００３７】
＜コイル＞
一次側コイル３１は、磁性体コア１０における第一のギャップ部１５１の両側の部分の一方に巻かれ、被検出電圧の検出点と電気的に接続されるコイルである。また、二次側コイル３２は、磁性体コア１０における第一のギャップ部１５１の両側の部分の他方に巻かれたコイルである。一次側コイル３１及び二次側コイル３２は、磁気平衡方式での電圧検出用のコイルである。
【００３８】
本実施形態においては、一次側コイル３１の第一の端部３１１は、予め電流検出用バスバー５０に対して抵抗素子を介して電気的に接続されている。また、一次側コイル３１の第二の端部３１２は、予め端子付き電線４３に対して電気的に接続されている。端子付き電線４３は、一方の端部に端子４３１が設けられた電線である。端子付き電線４３の他方の端部は、電子基板４０に固定されるとともに、一次側コイル３１の第二の端部３１２と電気的に接続されている。
【００３９】
端子付き電線４３の端子４３１は、例えば、第一の電流伝送経路を構成する第一のバスバー８１に設けられた端子部８１１に対し、ボルトなどの固定具によって連結される。また、二次側コイル３２の両端部は、電圧検出系回路６０と接続されている。その詳細については後述する。なお、図１において、第一のバスバー８１と、電流検出用バスバー５０の接続先となる第二のバスバー８２及び第三のバスバー８３とは、仮想線（二点鎖線）で描かれている。
【００４０】
一般に、一次側コイル３１は、二次側コイル３２よりも巻き数が多い。そのため、本実施形態においては、第一のギャップ部１５１が、基準平面Ｆ０よりも二次側コイル３２側へずれた位置に形成されている。これにより、磁性体コア１０の第一コア部１１において、巻き数の多い一次側コイル３１を巻くために十分な領域が確保される。
【００４１】
＜電流検出用バスバー＞
電流検出用バスバー５０は、第二の中空部１４２及び第三の中空部１４３の両方を貫通する導電部材である。電流検出用バスバー５０の両端部分には、被検出電流の伝送経路における前段及び後段各々の接続端と連結される端子部５１が形成されている。
【００４２】
例えば、電流検出用バスバー５０の各端子部５１は、被検出電流の伝送経路の一部を構成する前段の第二のバスバー８２の端子部８２１と、被検出電流の伝送経路の一部を構成する後段の第三のバスバー８３の端子部８３１との各々に対し、ボルトなどの固定具によって連結される。
【００４３】
電流検出用バスバー５０は、例えば、銅などの金属からなる板状の導電部材であり、両端の端子部５１が前段及び後段各々の接続端と連結されることにより、被検出電流の伝送経路の一部を構成する。電流検出用バスバー５０は、端子部５１が電子基板４０の外側へ張り出す状態で、電子基板４０に固定されている。なお、電流検出用バスバー５０の代わりに、両端部分に端子部が設けられた被覆電線もしくはエナメル線などが採用されることも考えられる。電流検出用バスバー５０は、電流検出用の導電部材の一例である。
【００４４】
本実施形態において、電流検出用バスバー５０には、磁性体コア１０における第二共通１１２、即ち、中央経路Ｒｃに沿う部分を跨ぐ曲げ部５２が形成されている。これにより、磁性体コア１０が扁平な形状であっても、電流検出用バスバー５０は、磁性体コア１０の第二の中空部１４２及び第三の中空部１４３の両方を貫通することができる。
【００４５】
＜電圧検出系回路＞
電圧検出系回路６０は、磁気平衡方式での電圧検出に関する電子回路である。図３は、電圧検出系回路６０の概略図である。図３に示されるように、電圧検出系回路６０は、フィードバック回路６１と、分圧回路６２とを含む。
【００４６】
フィードバック回路６１は、第一ホール素子２１における検出信号出力端子に接続された差動増幅回路６１１と、二次側コイル３２の第一の端部３２１に接続されたプッシュプル回路６１２とを含む。
【００４７】
一次側コイル３１に被検出電圧Ｖｉｎに応じた電流が流れた場合、被検出電圧Ｖｉｎに応じた磁束が、磁性体コア１０の第一コア部１１に生じる。その磁束は、当然ながら、第一のギャップ部１５１にも生じる。そのため、第一ホール素子２１が、被検出電圧Ｖｉｎに応じた検出信号を出力する。差動増幅回路６１１は、第一ホール素子２１の検出信号を増幅し、プッシュプル回路６１２は、差動増幅回路６１１の出力電圧の正負及びレベルに応じた電流を、二次側コイル３２に供給する。
【００４８】
また、差動増幅回路６１１及びプッシュプル回路６１２のゲインは、一次側コイル３１の電流によって生じる磁束が、二次側コイル３２の電流に起因する逆方向の磁束よって打ち消されるように、即ち、第一のギャップ部１５１の磁束が平衡状態となるように、予め調整されている。即ち、フィードバック回路６１は、第一ホール素子２１の検出信号のレベルに応じた電流を二次側コイル３２に供給することにより、第一のギャップ部１５１の磁束を平衡させる回路である。
【００４９】
また、２つの抵抗素子６２１，６２２からなる分圧回路６２は、二次側コイル３２の第二の端部３２２に接続され、フィードバック回路６１が二次側コイル３２に出力する電流のレベルを、電圧信号Ｖｏｕｔとして出力する回路である。この電圧信号Ｖｏｕｔのレベルが、被検出電圧Ｖｉｎのレベルの指標値となる。
【００５０】
＜電流検出系回路＞
電流検出系回路７０は、例えば、第二ホール素子２２から出力される磁束の検出信号を増幅する回路などを含む。
【００５１】
電圧検出系回路６０及び電流検出系回路７０は、コネクタ４２の端子と電気的に接続され、コネクタ４２を介して、外部の回路と電気的に接続される。例えば、電圧検出系回路６０及び電流検出系回路７０は、外部の回路からコネクタ４２を通じて電力の供給を受け、コネクタ４２を通じて、電圧及び電流の検出信号を出力する。
【００５２】
なお、電圧検出系回路６０及び電流検出系回路７０の他、２つのホール素子２１，２２各々に対して一定の電流を供給する電源回路などが、電子基板４０に実装されることも考えられる。
【００５３】
＜被検出電圧により生じる磁束の説明＞
前述したように、磁性体コア１０において、一次側コイル３１の電流によって生じる磁束は、フィードバック回路６１の作用により、二次側コイル３２の電流に起因する逆方向の磁束と平衡し、第一のギャップ部１５１の磁束は平衡状態となる。
【００５４】
また、磁性体コア１０において、被検出電圧Ｖｉｎに起因して生じる磁束は、第二コア部１２及び第三コア部１３にも生じる。しかしながら、第二コア部１２及び第三コア部１３は、基準平面Ｆ０に対して対象な経路に沿っているため、第二コア部１２及び第三コア部１３においても、検出電圧Ｖｉｎに起因する磁束と二次側コイル３２の電流による逆方向の磁束とが平衡状態となる。
【００５５】
従って、被検出電圧Ｖｉｎに応じた電流が一次側コイル３１に流れた場合でも、フィードバック回路６１の作用により、磁性体コア１０には、電流の検出に悪影響を及ぼすような偏った磁束は生じない。
【００５６】
＜被検出電流により生じる磁束の説明＞
被検出電流が、電流検出用バスバー５０に沿って、第二の中空部１４２及び第三の中空部１４３を通過すると、磁性体コア１０に磁束が生じる。図４は、被検出電流が流れることによって磁性体コア１０に生じる磁束を矢印によって表す図である。
【００５７】
図４において、第二の中空部１４２及び第三の中空部１４３の位置に示されるマークは、被検出電流の向きを表す。図４に示されるように、被検出電流は、第二の中空部１４２及び第三の中空部１４３の各々を逆方向に通過する。当然ながら、第二の中空部１４２を通過する電流の大きさと、第三の中空部１４３を通過する電流の大きさは等しい。
【００５８】
図４において、環状の実線に記した矢印は、被検出電流が第二の中空部１４２を通過することによって生じる磁束の向きを表す。また、環状の点線に記した矢印は、被検出電流が第三の中空部１４３を通過することによって生じる磁束の向きを表す。
【００５９】
図４に示されるように、第二コア部１２及び第三コア部１３において、第二共通部１１２及び第二のギャップ部には、第二の中空部１４２の被検出電流による磁束と、第三の中空部１４３の被検出電流による磁束とが、同じ方向に生じる。このことは、被検出電流が２つの中空部１４２，１４３を通過することにより、第二のギャップ部１５２に生じる磁束が強化されることを示している。
【００６０】
従来の一般的な磁気比例方式の電流検出装置において、被検出電流は、磁性体コアにおける１つの中空部を１回だけ通過する。従って、第二のギャップ部１５２に配置された第二ホール素子２２は、従来の電流検出装置が備えるホール素子に比べ、被検出電流に応じた磁束をより高感度で検出できる。
【００６１】
また、図４に示されるように、被検出電流に起因して生じる磁束は、第一コア部１１にも生じる。磁性体コア１０において、第二コア部１２及び第三コア部１３は、基準平面Ｆ０に対して相互に対象な第二の環状経路Ｒ２及び第三の環状経路Ｒ３に沿っており、第一コア部１１は、基準平面Ｆ０に対して面対称な第一の環状経路Ｒ１に沿っている。そのため、第一コア部１１において、第二の中空部１４２の被検出電流による磁束と、第三の中空部１４３の被検出電流による磁束とは、同じ大きさで向きが反対となり、平衡状態となる。
【００６２】
また、第二の中空部１４２及び第三の中空部１４３を通る被検出電流の向きが、図４に示される向きと逆である場合、磁束の向きは、図４に示される矢印の向きと反対の向きとなる。従って、被検出電流の向きが図４に示される向きと逆である場合も、第一コア部１１における磁束は平衡状態となる。
【００６３】
従って、被検出電流が電流検出用バスバー５０に流れた場合でも、磁性体コア１０の形状の特性により、磁性体コア１０の第一コア部１１には、電圧の検出に悪影響を及ぼすような偏った磁束は生じない。
【００６４】
＜効果＞
電圧・電流検出装置１において、１つの磁性体コア１０が、電圧検出用の磁性体コアと、電流検出用の磁性体コアとを兼ねる。そのため、電圧・電流検出装置１によれば、従来よりも磁性体コアの数を半分にすることができ、ひいては磁性体コアの取り付け工数及び配置スペースを大幅に低減できる。その効果は、電圧及び電流の検出点の数が多い場合に特に顕著となる。
【００６５】
また、前述したように、電圧・電流検出装置１においては、被検出電圧Ｖｉｎにより生じる磁束と、被検出電流により生じる磁束とが、１つの磁性体コア１０内で干渉することによる電圧及び電流の検出不良が生じることもない。
【００６６】
また、電圧・電流検出装置１は、電流検出用バスバー５０を備えるため、被検出電流の伝送経路の途中に設けられた端子台などの接続端に対して後付けすることが可能である。
【００６７】
また、電圧・電流検出装置１において、成形が難しい磁性体からなる磁性体コア１０は、比較的作りやすい扁平な形状で形成される。また、電流検出用バスバー５０は、成形が容易であるため、電流検出用バスバー５０に曲げ部５２を設けることは容易である。従って、電圧・電流検出装置１において、磁性体コア１０及び電流検出用バスバー５０の製造は容易である。なお、その効果は、電流検出用バスバー５０が、成形が容易な被覆電線などに置き換えられた場合でも同様に得られる。
【００６８】
また、電圧・電流検出装置１において、一次側コイル３１の第一の端部３１１が、電流検出用バスバー５０に対して予め電気的に接続されている。このような電圧・電流検出装置１は、検出対象が組電池である場合のように、電流の検出点が、電圧の検出点でもある場合に適用される。電圧・電流検出装置１が採用されることにより、その取り付けの際に、一次側コイル３１の第一の端部３１１を電圧の検出点に接続する手間が省かれる。その効果は、電圧及び電流の検出点の数が多い場合に特に顕著となる。
【００６９】
＜第２実施形態＞
次に、図５を参照しつつ、本発明の第２実施形態に係る電圧・電流検出装置１Ａについて説明する。この電圧・電流検出装置１Ａは、磁性体コア１０と一部の形状が異なる磁性体コア１０Ａを備える点、及び電流検出用バスバー５０と形状が異なる電流検出用バスバー５０Ａを備える点のみが、図１に示された電圧・電流検出装置１と異なる。図５において、図１に示される構成要素と同じ構成要素は、同じ参照符号が付されている。以下、電圧・電流検出装置１Ａにおける電圧・電流検出装置１と異なる点についてのみ説明する。
【００７０】
電圧・電流検出装置１Ａにおいて、電流検出用バスバー５０Ａは、一の直線に沿う棒状に形成されている。また、磁性体コア１０Ａは、その電流検出用バスバー５０Ａを跨ぐ部分が形成されている。より具体的には、磁性体コア１０Ａの第二コア部１２及び第三コア部１３のうち、第二共通部１１２は、その他の部分から起立した２つの起立部１１３を含む。これにより、磁性体コア１０Ａの第二共通部１１２は、電流検出用バスバー５０Ａを跨いで形成されている。
【００７１】
図５に示されるような電圧・電流検出装置１Ａも、本発明の実施形態の一例である。電圧・電流検出装置１Ａが採用されることにより、電圧・電流検出装置１が採用された場合と同様の効果が得られる。また、電圧・電流検出装置１Ａは、被検出電流の伝送経路が直線状に形成されるべき場所への設置が可能である。
【００７２】
＜第３実施形態＞
次に、図６を参照しつつ、本発明の第３実施形態に係る電圧・電流検出装置１Ｂについて説明する。この電圧・電流検出装置１Ｂは、磁性体コア１０と一部の形状が異なる磁性体コア１０Ｂを備える点、及び電流検出用バスバー５０と形状が異なる電流検出用バスバー５０Ａを備える点のみが、図１に示された電圧・電流検出装置１と異なる。図６において、図１に示される構成要素と同じ構成要素は、同じ参照符号が付されている。以下、電圧・電流検出装置１Ｂにおける電圧・電流検出装置１と異なる点についてのみ説明する。
【００７３】
電圧・電流検出装置１Ｂにおいて、電流検出用バスバー５０Ａは、一の直線に沿う棒状に形成されている。また、磁性体コア１０Ｂは、その電流検出用バスバー５０Ａを跨ぐ部分が形成されている。より具体的には、磁性体コア１０Ｂにおける第一共通部１１１及び第二共通部１１２以外の部分のうち、第二コア部１２の一部と第三コア部１３の一部との各々が、その他の部分から起立した２つの起立部１１４を含む。これにより、磁性体コア１０Ｂにおける第二コア部１２の一部と第三コア部１３の一部とは、電流検出用バスバー５０Ａを跨いで形成されている。
【００７４】
図６に示されるような電圧・電流検出装置１Ｂも、本発明の実施形態の一例である。電圧・電流検出装置１Ｂが採用されることにより、電圧・電流検出装置１が採用された場合と同様の効果が得られる。また、電圧・電流検出装置１Ｂも、電圧・電流検出装置１Ａと同様に、被検出電流の伝送経路が直線状に形成されるべき場所への設置が可能である。
【００７５】
＜その他＞
以上に示された各実施形態において、一次側コイル３１の第一の端部３１１は、予め電流検出用バスバー５０，５０Ａに対して電気的に接続されているが、そうでなくてよい。例えば、一次側コイル３１の第一の端部３１１が、第二の端部３１２と同様に、予め端子付き電線に接続されることも考えられる。
【００７６】
また、一次側コイル３１の第二の端部３１２を電圧の検出点に接続する手段として、端子付き電線４３に代えて、両端に端子部が設けられた電圧検出用バスバーが採用されることも考えられる。この場合、第一の電流伝送経路を構成する第一のバスバー８１は、第二の電流伝送経路と同様に、予め前段のバスバーと後段のバスバーとに分断されている。そして、電圧検出用バスバーは、第一の電流伝送経路における前段及び後段の各バスバーに設けられた端子部に接続される。
【００７７】
また、被検出電流が、被覆電線などのように、第二の中空部１４２及び第三の中空部１４３に後から通すことが可能な媒体を流れる場合には、電圧・電流検出装置１，１Ａ，１Ｂにおいて、電流検出用バスバー５０，５０Ａが省かれることも考えられる。
【符号の説明】
【００７８】
１，１Ａ，１Ｂ 電圧・電流検出装置
Ｒ１ 第一の環状経路
Ｒ２ 第二の環状経路
Ｒ３ 第三の環状経路
Ｒ１１ 部分経路
１０，１０Ａ，１０Ｂ 磁性体コア
１１ 第一コア部
１２ 第二コア部
１３ 第三コア部
１３ 第三コア部
２１ 第一ホール素子
２２ 第二ホール素子
３１ 一次側コイル
３２ 二次側コイル
４０ 電子基板
４１ スペーサ
４２ コネクタ
４３ 端子付き電線
５０，５０Ａ 電流検出用バスバー
５１ 端子部
５２ 曲げ部
６０ 電圧検出系回路
６１ フィードバック回路
６２ 分圧回路
７０ 電流検出系回路
８１ 第一のバスバー
８２ 第二のバスバー
８３ 第三のバスバー
１１１ 第一共通部
１１２ 第二共通部
１１３，１１４ 起立部
１４１ 第一の中空部
１４２ 第二の中空部
１４３ 第三の中空部
１５１ 第一のギャップ部
１５２ 第二のギャップ部
３１１ 一次側コイルの第一の端部
３１２ 一次側コイルの第二の端部
３２１ 二次側コイルの第一の端部
３２２ 二次側コイルの第二の端部
４３１ 端子
６１１ 差動増幅回路
６１２ プッシュプル回路
６２１，６２２ 抵抗素子
８１１ 第一のバスバーの端子部
８２１ 第二のバスバーの端子部
８３１ 第三のバスバーの端子部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁気平衡方式により電圧を検出するとともに磁気比例方式により電流を検出する電圧・電流検出装置であって、
面対称な第一の環状経路と、該第一の環状経路の対称面に対して相互に対称に形成され、それぞれが前記第一の環状経路の一部をなす一連の部分経路の半分ずつを含むとともに前記対称面に沿う中央経路を共通に含む第二の環状経路及び第三の環状経路と、の各々に沿って一体に形成された磁性体からなり、前記第一の環状経路における前記部分経路以外の１箇所及び前記中央経路の１箇所の各々に第一のギャップ部及び第二のギャップ部の各々が形成された磁性体コアと、
前記第一のギャップ部の磁束を検出する電圧検出用の第一の磁電変換素子と、
前記第二のギャップ部の磁束を検出する電流検出用の第二の磁電変換素子と、
前記磁性体コアにおける前記第一のギャップ部の両側の部分の一方に巻かれ、被検出電圧の検出点と電気的に接続される一次側コイルと、
前記磁性体コアにおける前記第一のギャップ部の両側の部分の他方に巻かれた二次側コイルと、
前記第一の磁電変換素子の検出信号のレベルに応じた電流を前記二次側コイルに供給することにより前記第一のギャップ部の磁束を平衡させるフィードバック回路と、を備えることを特徴とする電圧・電流検出装置。
【請求項２】
前記第二の環状経路及び前記第三の環状経路の両方の中空部を貫通し、被検出電流の伝送経路における前段及び後段各々の接続端と連結される端子部が両端部分に形成された電流検出用の導電部材をさらに備える、請求項１に記載の電圧・電流検出装置。
【請求項３】
前記磁性体コアは扁平に形成され、
前記電流検出用の導電部材は、前記磁性体コアにおける前記中央経路に沿う部分を跨ぐ曲げ部が形成されている、請求項２に記載の電圧・電流検出装置。
【請求項４】
前記電流検出用の導電部材は一の直線に沿って形成され、
前記磁性体コアは、前記電流検出用の導電部材を跨ぐ部分が形成されている、請求項２に記載の電圧・電流検出装置。
【請求項５】
前記一次側コイルの一端は、前記電流検出用の導電部材に対して電気的に接続されている、請求項２から請求項４のいずれかに記載の電圧・電流検出装置。
【請求項１】
磁気平衡方式により電圧を検出するとともに磁気比例方式により電流を検出する電圧・電流検出装置であって、
面対称な第一の環状経路と、該第一の環状経路の対称面に対して相互に対称に形成され、それぞれが前記第一の環状経路の一部をなす一連の部分経路の半分ずつを含むとともに前記対称面に沿う中央経路を共通に含む第二の環状経路及び第三の環状経路と、の各々に沿って一体に形成された磁性体からなり、前記第一の環状経路における前記部分経路以外の１箇所及び前記中央経路の１箇所の各々に第一のギャップ部及び第二のギャップ部の各々が形成された磁性体コアと、
前記第一のギャップ部の磁束を検出する電圧検出用の第一の磁電変換素子と、
前記第二のギャップ部の磁束を検出する電流検出用の第二の磁電変換素子と、
前記磁性体コアにおける前記第一のギャップ部の両側の部分の一方に巻かれ、被検出電圧の検出点と電気的に接続される一次側コイルと、
前記磁性体コアにおける前記第一のギャップ部の両側の部分の他方に巻かれた二次側コイルと、
前記第一の磁電変換素子の検出信号のレベルに応じた電流を前記二次側コイルに供給することにより前記第一のギャップ部の磁束を平衡させるフィードバック回路と、を備えることを特徴とする電圧・電流検出装置。
【請求項２】
前記第二の環状経路及び前記第三の環状経路の両方の中空部を貫通し、被検出電流の伝送経路における前段及び後段各々の接続端と連結される端子部が両端部分に形成された電流検出用の導電部材をさらに備える、請求項１に記載の電圧・電流検出装置。
【請求項３】
前記磁性体コアは扁平に形成され、
前記電流検出用の導電部材は、前記磁性体コアにおける前記中央経路に沿う部分を跨ぐ曲げ部が形成されている、請求項２に記載の電圧・電流検出装置。
【請求項４】
前記電流検出用の導電部材は一の直線に沿って形成され、
前記磁性体コアは、前記電流検出用の導電部材を跨ぐ部分が形成されている、請求項２に記載の電圧・電流検出装置。
【請求項５】
前記一次側コイルの一端は、前記電流検出用の導電部材に対して電気的に接続されている、請求項２から請求項４のいずれかに記載の電圧・電流検出装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１２−２２０３８４（Ｐ２０１２−２２０３８４Ａ）
【公開日】平成２４年１１月１２日（２０１２．１１．１２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−８７８２９（Ｐ２０１１−８７８２９）
【出願日】平成２３年４月１２日（２０１１．４．１２）
【出願人】（３９５０１１６６５）株式会社オートネットワーク技術研究所 (2,668)
【出願人】（０００１８３４０６）住友電装株式会社 (6,135)
【出願人】（０００００２１３０）住友電気工業株式会社 (12,747)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１１月１２日（２０１２．１１．１２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年４月１２日（２０１１．４．１２）
【出願人】（３９５０１１６６５）株式会社オートネットワーク技術研究所 (2,668)
【出願人】（０００１８３４０６）住友電装株式会社 (6,135)
【出願人】（０００００２１３０）住友電気工業株式会社 (12,747)
【Ｆターム（参考）】
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