JP2002257867A

JP2002257867A - 電流検出装置

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Publication number: JP2002257867A
Application number: JP2001056773A
Authority: JP
Inventors: Katsutoshi Fukazawa; 勝利深沢; Masaaki Hatsumi; 正明初見; Kenichi Nakano; 健一中野
Original assignee: Stanley Electric Co Ltd
Current assignee: Stanley Electric Co Ltd
Priority date: 2001-03-01
Filing date: 2001-03-01
Publication date: 2002-09-11

Abstract

(57)【要約】【課題】非接触式の電流検出装置において、小型化が
可能で、精度が高く、また組立て作業性、生産性の良い
ものにする。【解決手段】被検出電流が流れる電流バー１を、ある
中心位置を取囲むように例えばΩ形状に成形し、その中
心部に磁気検出素子であるホール素子２を配置する。ま
た、ホール素子２の両面に集磁コア３ａ，３ｂを接着あ
るいは接触させ、このホール素子２を中心部に有した電
流バー１を樹脂ケース４に収容する。そして、上記ホー
ル素子２の出力から電流バー１に流れる電流を検出す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、特に車載用に適し
た電流検出装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】図７はこの種の一般的な電流検出装置の
構成を示す分解斜視図である。同図において、１０１は
回路素子１０２及びランド穴１０３を設けたプリント基
板で、ホール素子１０４の取付け穴も設けられている。
１０５はホール素子１０４挿入用のギャップ１０６を有
した筒状のコアで、フェライトや珪素鋼板などから形成
されている。１０７は上記コア１０５が収納されるコネ
クタ一体型のケースで、コネクタ端子１０８が取り付け
られており、またコア１０５の内部を貫通する筒体１０
９が設けられ、この筒体１０９に電流が流れる電流バー
１１０が挿入されるようになっている。

【０００３】上記構成の電流検出装置は、次のようにし
て形成される。

【０００４】（１）ホール素子１０４の出力を増幅する
回路とコネクタ端子接続用のランド穴１０３を設けたプ
リント基板１０１に、リードタイプのホール素子１０４
を矢印Ａ方向に直立させて実装する。

【０００５】（２）端子内蔵コネクタを一体成型（イン
サート成形）したケース１０７に、ギャップ１０６を有
したコア１０５を矢印Ｂ方向に挿入する。

【０００６】（３）コア１０５のギャップ１０６にホー
ル素子１０４が矢印Ｃ方向に入るようにプリント基板１
０１をケース１０７に挿入し、コネクタ端子１０８とプ
リント基板１０１を半田付け等により接続する。

【０００７】（４）この状態で回路の調整を行った後、
モールド材を充填してコア１０５とプリント基板１０１
の固定を行うとともに、蓋がなくても耐防水性が確保で
きるようにし、またコア１０５やプリント基板１０１の
耐振動性が確保できるようにする。

【０００８】（５）電流バー１１０をケース１０７の筒
体１０９に挿入し、コネクタ端子１０８から供給した電
源により回路を駆動する。

【０００９】以上のようにして形成された電流検出装置
は、電流バー１１０に電流が流れるとホール素子１０４
がそれを検知し、その検知出力をプリント基板１０１で
増幅して、ケース内のコネクタ端子１０８から外部に出
力する。これにより、電流バスバー１１０を流れる電流
値を検出することができる。

【００１０】次に、この電流検出原理について説明す
る。

【００１１】電流バー１１０に流れる電流の大きさに応
じて、アンペアの右ねじの法則により磁界が発生する。
この磁界をコア１０５により集磁し、ホール素子１０４
が検出可能な磁束密度にする。そして、コア１０５のギ
ャップ１０６に挿入されたホール素子１０４が、そのギ
ャップ部に発生した磁束密度に応じた電圧を出力し、こ
のホール素子１０４の出力電圧をプリント基板１０１に
実装された電子回路により適当なレベルまで増幅する。
これにより、電流バー１１０の電流の大きさに比例した
出力を得ることができる。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記のよう
な電流検出装置にあっては、次のような問題点があっ
た。

【００１３】（１）コアが持つ問題点コアは磁性体により形成されているが、この磁性体の持
つヒステリシスにより、電流バーに電流が流れた後０に
戻ってもコアのギャップ部には残留磁束と呼ばれる磁束
密度が残ってしまう。そして、この磁束密度をホール素
子が検出して誤差として出力してしまうという問題があ
る。

【００１４】すなわち、図８に示すように、結果として
センサがヒステリシスを持ってしまう。図８の（ａ）は
磁性体のヒステリシス曲線、（ｂ）はセンサのヒステリ
シス特性を示しており、ａ，ｂはそれぞれ残留磁束密
度、センサのヒステリシス分である。

【００１５】また、比較的大きな電流を検出する場合は
電流バーの断面積も大きくなるが、コアの内径は電流バ
ーの断面とケースの電流バーガイド部に支配されるた
め、大電流用途ではコアサイズが大きくなり、結果的に
センサの外形も大きくなってしまうという問題点があ
る。（２）回路（ホール素子）が持つ問題点ホール素子が持つ感度（磁界に対する出力）と、不平衡
電圧（磁界０のときの出力電圧）のばらつき、また増幅
回路に使用しているオペアンプのオフセット電圧のばら
つきをキャンセルするため、プリント基板に実装されて
いる抵抗器の定数を一つ一つのセンサに対して調整する
必要があった。この調整方法には、ボリウム（可変抵
抗）による調整や、レーザートリミングによる調整など
がある。

【００１６】図９に上記ホール素子によるばらつきの様
子を示す。同図の（ａ）はホール素子の感度のばらつ
き、（ｂ）はホール素子の不平衡電圧のばらつきを示し
ている。

【００１７】また、最終的にケース内を樹脂モールド材
にて充填を行うが、上述のようにレーザートリミング等
の調整作業を行ってから樹脂充填を行う必要があるの
で、回路調整面は上部から調整しやすい位置に制限さ
れ、プリント基板を立てるなどの構造的に小型化を図る
ことが困難であった。

【００１８】また、上述のようにリードタイプのホール
素子を使用しているが、他の部品が面実装部品を使用し
て自動実装できるのに対して、ホール素子のみ手付けに
よる実装のため、作業性、生産性を悪化させるという問
題がある。

【００１９】本発明は、上記のような問題点に鑑みてな
されたもので、小型化が可能で、精度が高く、また組立
て作業性、生産性の良い電流検出装置を提供することを
目的としている。

【００２０】

【課題を解決するための手段】本発明に係る電流検出装
置は、次のように構成したものである。

【００２１】（１）非接触式の電流検出装置であって、
被検出電流が流れる電流バーを、ある中心位置を取囲む
ように成形し、その中心部に磁気検出素子を配置し、こ
の磁気検出素子の出力から前記電流バーに流れる電流を
検出するようにした。

【００２２】（２）上記（１）において、電流バーは１
段構成であるようにした。

【００２３】（３）上記（１）において、電流バーは多
段構成であるようにした。

【００２４】（４）上記（１）ないし（３）何れかにお
いて、磁気検出素子の磁気検出面に磁性体チップを設け
た。

【００２５】（５）上記（４）において、磁性体チップ
は電流バーの中心部に収容されるようにした。

【００２６】（６）上記（４）または（５）において、
磁性体チップはフランジを有しているようにした。

【００２７】（７）上記（４）ないし（６）何れかにお
いて、磁性体チップは電流バーと共にケース内に収容さ
れるようにした。

【００２８】（８）上記（４）ないし（７）何れかにお
いて、磁性体チップは抵抗率の高い材料で形成した。

【００２９】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例を図面につ
いて説明する。

【００３０】図１は本発明の第１の実施例による非接触
式の電流検出装置の構成を示す図であり、（ａ）は全体
の分解斜視図、（ｂ）はそのＸ−Ｘ線断面図（透視
図）、（ｃ）は上面図である。

【００３１】図１において、１は被検出電流が流れる電
流バーで、ある中心位置を取囲むように成形されてい
る。２はその電流バー１の中心部に配置された磁気検出
素子であるホール素子、３ａ，３ｂはこのホール素子２
の両側の磁気検出面に設けられた磁性体チップである集
磁コアで、抵抗率の高い材料で形成され、ここではホー
ル素子２の両面にそれぞれ接着されているが、片面に接
着あるいは接触するような構成であっても良い。また、
一方の集磁コア３ａにはフランジが設けられている。４
はコネクタ端子５を取付けた樹脂ケースで、電流バー１
とその中心穴に嵌合もしくは内包されたホール素子２の
集磁コア３ａ，３ｂを一体的に収容している。

【００３２】上記集磁コア３ａ，３ｂの形状は、センサ
としての外形、検出電流、ホール素子２の感度及びヒス
テリシスの影響などを考慮した最適な厚みを持ったもの
となっており、フェライトやアモルファス、またパーマ
ロイなどの材料を用いることができる。そして、この集
磁コア３ａ，３ｂを設けたホール素子２の出力から電流
バー１に流れる電流を検出することができる。

【００３３】図２は本発明の第２の実施例による非接触
式の電流検出装置の構成を示す図であり、（ａ）は全体
の分解斜視図、（ｂ）は縦方向の断面図（透視図）、
（ｃ）は上面図である。

【００３４】図２において、図１と同一符号は同一構成
要素を示しているので説明は省略する。１ａ，１ｂは図
１の電流バー１に相当する２段構成の電流バーで、両者
の中心部は一致し、ねじにより樹脂ケース４内で一体的
に固定される。

【００３５】図３は本発明の第３の実施例による非接触
式の電流検出装置の構成を示す図であり、（ａ）は全体
の分解斜視図、（ｂ）は縦方向の断面図（透視図）、
（ｃ）は上面図である。

【００３６】図３において、図１及び図２と同一符号は
同一構成要素を示しているので説明は省略する。６はホ
ール素子２及びその増幅回路などを搭載したプリント基
板で、ホール素子２が電流センサ１ａ，１ｂの中心部に
位置するように、電流センサ１ａ，１ｂと共に樹脂ケー
ス４内に収容される。

【００３７】以上、本発明の各実施例の構成について述
べたが、本発明では電流バーの形状を、円形、Ω形、ロ
の字形など、中心部を囲うような形状としており、検出
する電流の大きさや磁気検出素子の感度により、１段構
成、２段構成、あるいはエッジワイズ巻線などの多段構
成を採るようにしている。また、用途に応じてプリント
基板６を同一ケース内に一体的に収容した構成としてい
る。

【００３８】このような構成にすることで、電流バーの
中心部には流れる電流の大きさに比例した磁界が発生
し、その中心部にホール素子２を設置することにより、
電流バーに流れる電流に比例した電圧出力を得ることが
できる。この電流バーは、樹脂ケース４とインサート成
形により一体成形することができる。

【００３９】電流バーが１段構成の場合は、比較的大電
流の用途に向いており、ホール素子２の高さ方向の位置
は最も磁界が強い場所である電流バー１の高さ方向の中
心としているが、ホール素子２のリード引き出しの都合
から多少のオフセットがあっても良い。ホール素子２を
電流バー１の高さ方向の中心に設置する場合は、電流バ
ーのギャップ部分にリードを通すかリードをフォーミン
グすることで電流バーの１上面あるいは下面を通し、リ
ードが電流バー１に接触しないようにする必要がある。

【００４０】電流バーが２段構成の場合は、ホール素子
２あるいはプリント基板６が電流バー１ａと２ｂの間に
入ることにより、リードあるいはプリント基板６が電流
バー１ａ，２ｂと接触することを避けることができる。
プリント基板６に実装するホール素子２は、面実装タイ
プのものを使用し、プリント基板６にはホール素子２が
入る穴が空いていて、そこにホール素子２を逆向きに実
装する。

【００４１】図４に上記電流バー１に発生する磁界の様
子を示す。また、図５の（ａ），（ｂ）に面実装タイプ
のホール素子の実装状態を示す。

【００４２】上記ホール素子２は、増幅回路、オフセッ
ト補償回路などを内蔵したものの場合、樹脂ケース４の
コネクタ端子５に直接半田付けあるいはスポット溶接等
で接続する。また、周辺回路を持たない通常の素子の場
合は、増幅回路、オフセット補償回路などをプリント基
板６に上に構成している。プリント基板６とコネクタ端
子５の接続は、プリント基板６の所定の位置にコネクタ
端子用の穴を設け、半田付けにより行う。

【００４３】従来のようにコアを用いた電流センサの場
合、コアのギャップ部に発生する磁界はホール素子が検
出するのに十分な強さであるので、それほどゲイン（増
幅率）の高い増幅回路は必要なかったが、本実施例の電
流バーを用いた電流センサの場合、ホール素子２が検出
できる磁界の強さにするにはかなりの電流を流すかゲイ
ンを上げて対応する必要があるが、電流バーに流す電流
は車載要件等で決まっており、またゲインを上げるとＳ
／Ｎ比が悪化する。そこで、ホール素子２の上下面を磁
性体のチップで挟み込むことにより、発生する磁束が集
磁されて、結果的にホール素子２の感度を上げることが
できる。

【００４４】上記磁性体のチップの形状は、高さ方向に
長くしていくと集磁効果は上がっていくが、残留ヒステ
リシスも増加することになり、またケースの外形も大き
くなるため、電流バーに流す電流の大きさと、ホール素
子２の感度、ヒステリシスの有無などのバランスを見て
厚みを決定する必要がある。

【００４５】実験では、５ｍｍ角のフェライトチップで
３倍程度の集磁効果が得られた。このときのヒステリシ
スは無視できるレベルであった。

【００４６】また、集磁コア３ａ，３ｂの取付けについ
ては、図６の（ａ），（ｂ）に示すように、そのチップ
を電流バー１の中心穴に接着あるいは樹脂充填により固
定することにより位置精度を出すことができる。このと
き、電流バー１と集磁コア３ａ，３ｂが接触するが、絶
縁抵抗の高いニッケルフェライト等のコアを用いること
で、電気的には電流バー１が短絡されることはない。図
６中、７はガウスメータプローブを示している。

【００４７】また、最終的に車載要件を満たすために防
水構造が必要になる場合には、モールド樹脂の充填や、
樹脂の蓋を超音波溶着するなどして、防水、振動対策を
行う。

【００４８】このように、本発明では、従来のようなロ
の字形状のコアに電流バーを貫通させる方式に比べ、例
えばΩ型の電流バーの中心部に磁気検出素子を設置する
ことにより、小型化することができ、レイアウトの自由
度がアップする。

【００４９】また、集磁コアを素子に付加することによ
り、磁界の強さを上げることができる。その結果、ゲイ
ンを極端に上げる必要がなくなり、Ｓ／Ｎ比の悪化を防
止することができる。

【００５０】また、コアによるヒステリシスの影響がほ
とんどないので、センサとしての精度が向上し、電流バ
ーの短絡も防止することができる。

【００５１】なお、本発明は、前述のハイブリッドカー
や電気自動車のモータ制御、バッテリ監視用アイドリン
グ制御、電動パワーステアリング用モータ制御など、使
用温度範囲が広く、かつ非接触で比較的大きな電流（数
十Ａ〜数百Ａ）を検出したい用途に最適である。

【００５２】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
小型化が可能で、精度が高く、また組立て作業性、生産
性の良い電流検出装置を実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例による電流検出装置の
構成を示す斜視図

【図２】本発明の第２の実施例による電流検出装置の
構成を示す斜視図

【図３】本発明の第３の実施例による電流検出装置の
構成を示す斜視図

【図４】電流バーに発生する磁界の様子を示す図

【図５】面実装タイプのホール素子の実装状態を示す
図

【図６】集磁コアの取付け方法を示す説明図

【図７】一般的な電流検出装置の構成を示す分解斜視
図

【図８】ヒステリシス特性を示す説明図

【図９】ホール素子のばらつきの様子を示す説明図

【符号の説明】

１電流バー１ａ電流バー１ｂ電流バー２ホール素子３ａ集磁コア３ｂ集磁コア４樹脂ケース５コネクタ端子

フロントページの続き (72)発明者中野健一東京都目黒区中目黒２丁目９番13号スタンレー電気株式会社内Ｆターム(参考） 2G017 AA01 AB03 AC07 AD53 AD64 2G025 AA05 AB02 2G035 AA01 AB01 AC01 AD66

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】非接触式の電流検出装置であって、被検
出電流が流れる電流バーを、ある中心位置を取囲むよう
に成形し、その中心部に磁気検出素子を配置し、この磁
気検出素子の出力から前記電流バーに流れる電流を検出
することを特徴とする電流検出装置。
【請求項２】電流バーは１段構成であることを特徴と
する請求項１記載の電流検出装置。
【請求項３】電流バーは多段構成であることを特徴と
する請求項１記載の電流検出装置。
【請求項４】磁気検出素子の磁気検出面に磁性体チッ
プを設けたことを特徴とする請求項１ないし３何れか記
載の電流検出装置。
【請求項５】磁性体チップは電流バーの中心部に収容
されるようにしたことを特徴とする請求項４記載の電流
検出装置。
【請求項６】磁性体チップはフランジを有しているこ
とを特徴とする請求項４または５記載の電流検出装置。
【請求項７】磁性体チップは電流バーと共にケース内
に収容されていることを特徴とする請求項４ないし６何
れか記載の電流検出装置。
【請求項８】磁性体チップは抵抗率の高い材料で形成
されていることを特徴とする請求項４ないし７何れか記
載の電流検出装置。