JP2004037354A - 電流検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】マザー基板上に設けられた配線パターンを利用して電流検出をすることができる小型の電流検出装置を実現することを目的とする。
【解決手段】モジュール基板上に設けられたホール素子２３と、ホール素子の出力を増幅するとともに電圧値として出力する回路部２６と、回路部の出力に接続されるとともにモジュール基板の底面から側面に亘って設けられた外部電極２７と、その一端側がホール素子の上面の少なくとも一部を覆うように固定して設けられるとともにその他端側がモジュール基板の側面に固定して設けられた略Ｌ字状コア２５とを有する電流検出モジュールを、電流検出したい配線パターン３０の上部にマザー基板３１を介して配設するとともに、配線パターンが略Ｌ字状コアで形成される磁路を横切るように配設したものである。
【選択図】　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、基板上に形成された配線パターンに流れる電流を検出するための電流検出装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、一般にこの種の電流検出器は、図５に示されるような構成を有していた。すなわち、図５（ａ）は従来の電流検出器の構成を示す上面図であり、図５（ｂ）はその断面図であり、図５（ｃ）はその底面図である。図５において、１１は電流検出器で、下記構成となっていた。すなわち１２は基板で、この基板１２上にはホール素子１３が実装され、このホール素子１３を挟むように基板１２の上下にコア１５が構成されている。このコア１５にはコイル１４が巻回されており、その両端の一部は半田で固定されている。１６はホール素子１３の出力から電流値を検出するためのチップ部品やＩＣからなる回路部であり、端子１７を介して検出された電流値が電圧値として出力される。また前記電流検出器１１はマザー基板１８に設けた抜き穴１８ａにコイル１４と端子１７を挿入し、半田１９ｂで接続、固定するように構成されている。
【０００３】
そして、この従来の電流検出器は以下のような方法で製造されていた。すなわち、基板１２上にホール素子１３、および回路部１６を構成するチップ部品やＩＣ等を実装した後、コア１５のギャップ部より予め巻回されたコイル１４をコア１５の磁路を横切る位置に挿入しておき、その状態でコア１５のギャップ部内にホール素子１３が配置されるようにコア１５を固定して、続いてコイル１４を基板１２に固定していた。次に端子１７を基板１２に半田１９ａにより接続、固定するものであった。また上記方法で製造した電流検出器１１を、マザー基板１８に設けた抜き穴１８ａに上記コイル１４のリード部１４ａおよび端子１７を差した後、半田１９ｂで接続、固定するものであった。
【０００４】
以上のように製造された電流検出器は、以下のように動作するものであった。すなわち、コイル１４にはマザー基板１８に流れる電流がそのまま流れるようになっており、この電流によりコア１５に磁束を発生させ、この発生した磁束でホール素子１３の出力電圧を変化させ、この変化を増幅検出することでマザー基板１８に流れる電流の大きさを検出するように構成されていた。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の構成では、その機構上コイルが必ず必要であるとともにそのコイルについては絶縁処理が必ず必要になるものであり、電流検出器としての小型化に限界があるとともに、組み立てが複雑で作業性が悪いため、生産性が悪くなり、コストアップにつながるという課題を有するものであった。
【０００６】
本発明は、上記従来の課題を解決するためのものであり、非常に簡単な構成により、別途コイルを用いることなく、マザー基板上に設けられた配線パターンを利用して電流検出をすることができるとともに、小型で製造しやすい電流検出装置を実現することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために本発明の電流検出装置は、マザー基板上に電流検出モジュールを面実装して所望の配線パターンの電流検出を行う電流検出装置であって、前記電流検出モジュールは、モジュール基板上に設けられたホール素子と、前記ホール素子の出力を増幅するとともに電圧値として出力する回路部と、前記回路部の出力に接続されるとともに前記モジュール基板の底面から側面に亘って設けられた端面電極と、その一端側が前記ホール素子の上面の少なくとも一部を覆うように固定して設けられるとともにその他端側が前記モジュール基板の側面に固定して設けられた略Ｌ字状の磁性体とを有し、前記電流検出モジュールを電流検出したい配線パターンの上部に前記マザー基板を介して配設するとともに前記配線パターンが前記磁性体で形成される磁路を横切るように配設したことを特徴とするものである。
【０００８】
この構成により、本電流検出装置を電流検出したい配線パターンの上部にマザー基板を介して配設するとともに前記配線パターンが前記磁性体で形成される磁路を横切るように配設することで、従来の電流検出器では予め巻回されたコイルをコアのギャップ部よりコアの磁路を横切る位置に挿入し、コアのギャップ部内にホール素子が配置されるようにコアを固定しコイルに流れる電流を検出していたのに対し、コイルを用いずにマザー基板の配線パターンに流れる電流を直接検出することができるものである。また、電流検出したい配線パターンの上部に前記マザー基板を介して配設することで、配線パターンと本電流検出装置の絶縁が確保可能なため、従来の電流センサではコイルに対し絶縁が必要であったが、絶縁処理を不要とすることができるものである。
【０００９】
また、本発明は、特に磁性体の一端側とホール素子の上面とが絶縁性接着樹脂材料を介して固定されていることを特徴とするものであり、これにより、磁性体の一端側とホール素子の上面のギャップを一定に保つことが可能となる。すなわち、磁性体と配線パターンに流れる電流により構成される磁気回路において前記ギャップ長が変化すれば、一定電流値でもホール素子に発生する磁束が変化するため、前記ギャップを一定にすることにより安定した磁気特性を確保することができるものである。
【００１０】
また、本発明は、特に磁性体の他端側とモジュール基板の側面とが絶縁性接着樹脂材料または半田を介して固定されていることを特徴とするものであり、これにより、磁性体の他端側と配線パターンの位置を一定に保つことが可能となる。すなわち、磁性体と配線パターンに流れる電流により構成される磁気回路において前記ギャップ長が変化すれば、一定電流値でもホール素子に発生する磁束が変化するため、前記ギャップを一定にすることにより安定した磁気特性を確保することができるものである。
【００１１】
また、本発明は、特にマザー基板を介して略Ｌ字状の磁性体と対向する位置に凹状の磁性体を配設し、この略Ｌ字状の磁性体と凹状の磁性体とで磁路を形成したことを特徴とするものであり、これにより、前記略Ｌ字状の磁性体と凹状の磁性体と配線パターンに流れる電流により構成される磁気回路において、配線パターンに流れる電流により発生しホール素子部に発生する磁束を大きくすることができるものである。
【００１２】
また、本発明は、特にマザー基板上に電流検出モジュールを面実装して所望の配線パターンの電流検出を行う電流検出装置であって、前記電流検出モジュールは、モジュール基板上に設けられたホール素子と、前記ホール素子の出力を増幅するとともに電圧値として出力する回路部と、前記回路部の出力に接続されるとともに前記モジュール基板の底面から側面に亘って設けられた端面電極と、その中央部が前記ホール素子の上面で固定して設けられるとともにその両端部がモジュール基板の両側面に固定して設けられた略Ｍ字状または略Ｅ字状の磁性体とを有し、前記電流検出モジュールを電流検出したい配線パターンの上部に前記マザー基板を介して配設するとともに前記配線パターンを略Ｕ字状に形成してそれぞれが前記ホール素子を挟んでその左右に形成される磁路を横切るように配設したことを特徴とするものであり、これにより、本電流検出装置を電流検出したい配線パターンの上部にマザー基板を介して配設するとともに前記配線パターンが前記磁性体で形成される磁路を横切るように配設することで、従来の電流検出器では予め巻回されたコイルをコアのギャップ部よりコアの磁路を横切る位置に挿入し、コアのギャップ部内にホール素子が配置されるようにコアを固定しコイルに流れる電流を検出していたのに対し、コイルを用いずにマザー基板の配線パターンに流れる電流を直接検出することができるものである。また、電流検出したい配線パターンの上部に前記マザー基板を介して配設することで、配線パターンと本電流検出装置の絶縁が確保可能なため、従来の電流センサではコイルに対し絶縁が必要であったが、絶縁処理を不要とすることができるものである。
【００１３】
また、本発明は、特に磁性体の中央部とホール素子の上面とが絶縁性接着樹脂材料を介して固定されていることを特徴とするものであり、これにより、磁性体の一端側とホール素子の上面のギャップを一定に保つことが可能となる。すなわち、磁性体と配線パターンに流れる電流により構成される磁気回路において前記ギャップ長が変化すれば、一定電流値でもホール素子に発生する磁束が変化するため、前記ギャップを一定にすることにより安定した磁気特性を確保することができるものである。
【００１４】
また、本発明は、特に磁性体の両端部とモジュール基板の両側面とが絶縁性接着樹脂材料または半田を介して固定されていることを特徴とするものであり、これにより、磁性体の他端側と配線パターンの位置を一定に保つことが可能となる。すなわち、磁性体と配線パターンに流れる電流により構成される磁気回路において前記ギャップ長が変化すれば、一定電流値でもホール素子に発生する磁束が変化するため、前記ギャップを一定にすることにより安定した磁気特性を確保することができるものである。
【００１５】
また、本発明は、特にマザー基板を介して略Ｍ字状または略Ｅ字状の磁性体と対向する位置に略Ｍ字状またはＥ字状の磁性体を配設し、この前記マザー基板を挟んで配設された２つの略Ｍ字状または略Ｅ字状の磁性体によりホール素子を挟んでその左右にそれぞれ磁路を形成したことを特徴とするものであり、これにより、前記略Ｍ字状または略Ｅ字状の磁性体と略Ｍ字状またはＥ字状の磁性体と配線パターンに流れる電流により構成される磁気回路において、配線パターンに流れる電流により発生しホール素子部に発生する磁束を大きくすることができるものである。
【００１６】
また、本発明は、特に磁性体の材料としてフェライト、パーマロイ、ケイ素鋼板の少なくとも１つを選んだことを特徴とするものであり、これにより、磁性体と配線パターンに流れる電流により構成される磁気回路において、配線パターンに流れる電流により発生しホール素子部に発生する磁束を大きくするとともに、良好な磁気特性を確保することができるものである。
【００１７】
また、本発明は、特に磁性体が一枚の板状の磁性材料からなることを特徴とするものであり、これにより、磁性材料の加工が容易となり、かつモジュール基板への磁性材料の取り付けが容易になることで、安価な電流検出装置を提供することができるものである。
【００１８】
【発明の実施の形態】
（実施の形態１）
以下に、本発明の実施の形態１における電流検出装置について、図面を用いて説明する。図１（ａ）は本発明の実施の形態１における電流検出装置の構成を示す上面図であり、図１（ｂ）は同断面図、図１（ｃ）は同底面図である。
【００１９】
図１において、２１は電流検出モジュールであり、電流検出したい配線パターン３０の上部にマザー基板３１を介して配設されており、これにより、所望の配線パターン３０の電流検出が可能となっている。その具体的な構成は、以下の通りである。
【００２０】
すなわち、モジュール基板２２上にホール素子２３が実装され、このホール素子２３を磁性体材料からなるＬ字状コア２５の一端側で覆うようにＬ字状コア２５の他端側がモジュール基板２２に絶縁性接着樹脂（図示せず）を介して固定されている。またモジュール基板２２上には、ホール素子２３の出力から電流値を導き出すためのチップ部品２６ａやＩＣ２６ｂ等からなる回路部２６が形成されているとともに、モジュール基板２２の側面および底面にそれぞれ側面電極２７ａおよび底面電極２７ｂが形成されて外部電極２７が形成されている。
【００２１】
ここで、Ｌ字状コア２５の一端側とホール素子２３の上面とは絶縁性接着樹脂（図示せず）を介して固定されており、これにより、ギャップを一定に保つことができるため、Ｌ字状コア２５と配線パターン３０に流れる電流により形成される磁気回路の磁気特性を安定させることができ、安定した電流検出を行うことができるものである。
【００２２】
なお、以上のように構成された電流検出モジュール２１の実装は、電流検出したい配線パターン３０が形成された面とは逆の面上に配置するとともに、その際、電流検出モジュール２１のＬ字状コアで形成される磁路と、電流検出を行いたい部分の配線パターン３０とが、ほぼ垂直に交差するように配置されている。
【００２３】
そして、以上のように構成され、配置された電流検出モジュール２１は以下のように動作するものである。すなわち、マザー基板３１に設けられた配線パターン３０に流れる電流により、配線パターン周囲に右ネジの法則にしたがった磁束が発生する。次にマザー基板３１を介して配線パターン３０の反対面に設けたＬ字状コア２５により前記磁束が部分的に磁束密度が強化され、前記Ｌ字状コア２５の一端に設けたホール素子２３に配線パターン３０に流れる電流値に比例した磁束が印加されることになる。この磁束でホール素子２３の出力電圧を変化させ、この変化を回路部２６で増幅検出することでマザー基板３１の配線パターン３０に流れる電流の大きさを検出できるものである。
【００２４】
なお、本実施の形態において、より電流検出の能力を向上させるために、図２に示すように、電流検出したい部分の配線パターン３０が形成されたマザー基板３１の下面側に、電流検出モジュール２１のＬ字状コア２５と対向するように、磁性体材料からなるコ字状コア３２を配設してやると、ホール素子２３に発生する磁束をより大きくすることができるため、より検出能力を高めることができる。
【００２５】
（実施の形態２）
次に、本発明の実施の形態２における電流検出装置について、図面を用いて説明する。なお、実施の形態１と同様の構成については同一の符号を付してその説明を省略する。図３（ａ）は本発明の実施の形態２における電流検出装置の構成を示す上面図であり、（ｂ）は同断面図、（ｃ）は同底面図である。
【００２６】
ここで、実施の形態１と大きく異なる構成は、モジュール基板２２上のほぼ中央に設けられたホール素子２３をＭ字状コア３５で覆う構成であり、Ｍ字状コア３５の両端はモジュール基板２２の両側面に絶縁性接着樹脂（図示せず）を介して固定されているとともに、その略中央部がホール素子２３上に絶縁性接着樹脂（図示せず）を介して固定されており、これにより、ギャップを一定に保つことができるため、Ｍ字状コア３５で形成される磁気回路の磁気特性を安定させることができ、安定した電流検出を行うことができるものである。
【００２７】
また、Ｍ字状コア３５によりホール素子２３を挟んで左右に形成される磁路を垂直に横切るようにＵ字状の配線パターン３４がマザー基板３１の電流検出モジュール３３の搭載面とは逆の面に形成されており、これにより、ホール素子２３に発生する磁束をより大きくすることができるため、電流検出としての能力を高めることができるものである。
【００２８】
そして、以上のように構成され、配置された電流検出モジュール３３は以下のように動作するものである。すなわち、マザー基板３１に設けられた配線パターン３４に流れる電流により、配線パターン周囲に右ネジの法則にしたがった磁束が発生する。次にマザー基板３１を介して配線パターン３４の反対面に設けたＭ字状コア３５により前記磁束が部分的に磁束密度が強化され、前記Ｍ字状コア３５の一端に設けたホール素子２３に配線パターン３４に流れる電流値に比例した磁束が印加されることになる。この磁束でホール素子２３の出力電圧を変化させ、この変化を回路部２６で増幅検出することでマザー基板３１の配線パターン３４に流れる電流の大きさを検出できるものである。
【００２９】
なお、本実施の形態において、より電流検出の能力を向上させるために、図４に示すように、電流検出モジュール３３の第１のＭ字状コア３５ａと対向するように、磁性体材料からなる第２のＭ字状コア３５ｂを配設してやると、ホール素子２３に発生する磁束をより大きくすることができるため、より検出能力を高めることができる。
【００３０】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明によれば、非常に簡単な構成により、別途コイルを用いることなく、マザー基板上に設けられた配線パターンを利用して電流検出をすることができるとともに、小型で製造しやす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】（ａ）本発明の実施の形態１における電流検出装置の構成を示す上面図
（ｂ）同断面図
（ｃ）同下面図
【図２】（ａ）同実施の形態における他の電流検出装置の構成を示す断面図
（ｂ）同下面図
【図３】（ａ）本発明の実施の形態２における電流検出装置の構成を示す上面図
（ｂ）同断面図
（ｃ）同下面図
【図４】（ａ）同実施の形態における他の電流検出装置の構成を示す断面図
（ｂ）同下面図
【図５】（ａ）従来の電流検出装置の構成を示す上面図
（ｂ）同断面図
（ｃ）同下面図
【符号の説明】
１１　電流検出器
１２　基板
１３　ホール素子
１４　コイル
１５　コア
１６　回路部
１７　端子
１８　マザー基板
１９　半田
２１　電流検出モジュール
２２　モジュール基板
２３　ホール素子
２５　Ｌ字状コア
２６　回路部
２７　外部電極
２７ａ　側面電極
２７ｂ　底面電極
３０　配線パターン
３１　マザー基板
３２　コ字状コア
３３　電流検出モジュール
３４　Ｕ字状の配線パターン
３５　Ｍ字状コア
３５ａ　第１のＭ字状コア
３５ｂ　第２のＭ字状コア

Claims (10)

1. マザー基板上に電流検出モジュールを面実装して所望の配線パターンの電流検出を行う電流検出装置であって、前記電流検出モジュールは、モジュール基板上に設けられたホール素子と、前記ホール素子の出力を増幅するとともに電圧値として出力する回路部と、前記回路部の出力に接続されるとともに前記モジュール基板の底面から側面に亘って設けられた端面電極と、その一端側が前記ホール素子の上面の少なくとも一部を覆うように固定して設けられるとともにその他端側が前記モジュール基板の側面に固定して設けられた略Ｌ字状の磁性体とを有し、前記電流検出モジュールを電流検出したい配線パターンの上部に前記マザー基板を介して配設するとともに前記配線パターンが前記磁性体で形成される磁路を横切るように配設したことを特徴とする電流検出装置。
2. 磁性体の一端側とホール素子の上面および前記磁性体の他端側とモジュール基板の側面とが絶縁性接着樹脂材料を介して固定されていることを特徴とする請求項１記載の電流検出装置。
3. 磁性体の他端側とモジュール基板の側面とが絶縁性接着樹脂材料または半田を介して固定されていることを特徴とする請求項１記載の電流検出装置。
4. マザー基板を介して略Ｌ字状の磁性体と対向する位置に凹状の磁性体を配設し、この略Ｌ字状の磁性体と凹状の磁性体とで磁路を形成したことを特徴とする請求項１記載の電流検出装置。
5. マザー基板上に電流検出モジュールを面実装して所望の配線パターンの電流検出を行う電流検出装置であって、前記電流検出モジュールは、モジュール基板上に設けられたホール素子と、前記ホール素子の出力を増幅するとともに電圧値として出力する回路部と、前記回路部の出力に接続されるとともに前記モジュール基板の底面から側面に亘って設けられた端面電極と、その中央部が前記ホール素子の上面で固定して設けられるとともにその両端部がモジュール基板の両側面に固定して設けられた略Ｍ字状または略Ｅ字状の磁性体とを有し、前記電流検出モジュールを電流検出したい配線パターンの上部に前記マザー基板を介して配設するとともに前記配線パターンを略Ｕ字状に形成してそれぞれが前記ホール素子を挟んでその左右に形成される磁路を横切るように配設したことを特徴とする電流検出装置。
6. 磁性体の中央部とホール素子の上面および前記磁性体の両端部とモジュール基板の両側面とが絶縁性接着樹脂材料を介して固定されていることを特徴とする請求項５記載の電流検出装置。
7. 磁性体の両端部とモジュール基板の両側面とが絶縁性接着樹脂材料または半田を介して固定されていることを特徴とする請求項６記載の電流検出装置。
8. マザー基板を介して略Ｍ字状または略Ｅ字状の磁性体と対向する位置に略Ｍ字状またはＥ字状の磁性体を配設し、この前記マザー基板を挟んで配設された２つの略Ｍ字状または略Ｅ字状の磁性体によりホール素子を挟んでその左右にそれぞれ磁路を形成したことを特徴とする請求項６記載の電流検出装置。
9. 磁性体の材料としてフェライト、パーマロイ、ケイ素鋼板の少なくとも１つを選んだことを特徴とする請求項１または５記載の電流検出装置。
10. 磁性体が一枚の板状の磁性材料からなることを特徴とする請求項１または５記載の電流検出装置。

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