JP2007218729A - 電流センサ - Google Patents

Abstract

【課題】検出精度の向上を実現した電流センサを提供する。
【解決手段】電流センサ１は、細長形状の導電体で形成され、長手方向に折り曲げられることで、本体部５と交差する方向に延びた第１導体部６と、第１導体部６に対向する第２導体部８とにより区画される嵌合溝４が形成されたバスバー２と、ホール素子９をモールドするとともにホール素子９に接続されたリードフレーム１０の端部１１が突出されるように、嵌合溝４に嵌合固定されたパッケージ３とを備えている。
【選択図】図３

Description

本発明は、バスバーに流れる電流を検知する電流センサに関する。

従来、この種の電流センサとして、バスバーに流れた電流により生じた磁界強度を磁気センサにより検出することで、バスバーに流れた電流を検出するものがある。このような電流センサでは、検出可能な磁束とするために、磁束を集めるためのコアが設けられる。

構成の簡易化としてコアレスを図るために、例えば、バスバーをＵ字形状とすることで、対向配置されて互いに逆方向に電流が流れる導体部を形成し、それら導体部の中間位置に磁気センサを設けた構成が提案されている（例えば、特許文献１，２参照）。

このように構成することで、対向配置された導体部に流れる電流（バスバーに流れる電流）により発生する磁界は、導体部の中間位置で増幅されるため、コアを設けなくても磁気センサからの検出信号に基づく電流検知が可能となる。
特開平０５−２２３８４９号公報 特開平０８−１９４０１６号公報

しかしながら、上記従来の構成の電流センサであると、磁気センサは導体（バスバー）に対して固定されておらず、互いに別部材に固定された磁気センサと導体の位置関係が不安定である。このため、磁気センサの出力値にバラツキが生じる虞があり、検出精度が悪いという問題があった。また、磁気センサと導体との位置決めを確実に行うには、作業に精度が求められるため、製造が煩雑であるという問題があった。

本発明は、こうした実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、検出精度の向上を実現した電流センサを提供することにある。

上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、細長形状の導電体が長手方向に折り曲げられることで、本体部分と交差する方向に延びた第１導体部と該第１導体部に対向する第２導体部とにより区画される嵌合溝が形成されたバスバーと、導電体に流れる電流を磁気的に検出する磁気検出素子をモールドするとともに該磁気検出素子に接続されたリードフレームの端部が突出されるように、前記嵌合溝に嵌合固定されたパッケージと、を備えたことを要旨とする。

上記の構成によれば、磁気検出素子をモールドしたパッケージが、バスバーの嵌合溝に嵌合固定されているため、磁気検出素子のバスバーに対する位置関係は変動することなく確実に安定したものとされる。このため、磁気検出素子からの出力が安定し、電流センサによる検出精度の向上を実現することができる。また、パッケージをバスバーの嵌合溝に挿入するのみの作業で、バスバーに対して磁気検出素子を位置決めすることができるため、容易な方法で検出精度を確保できる。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の電流センサにおいて、前記パッケージには凹部が形成されており、前記リードフレームの端部が固定された基板の一部分が前記凹部に設置された状態で前記パッケージとともに前記嵌合溝の内部に配置されていることを要旨とする。

上記の構成によれば、基板はその一部分がパッケージの凹部に設置された状態でバスバーの嵌合溝に配置されているため、基板の嵌合溝に対するガタツキが防止される。
請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の電流センサにおいて、前記基板に、前記嵌合溝に挿入配置するための延設部を設けたことを要旨とする。

上記の構成によれば、基板はバスバーの嵌合溝に挿入された延設部を有するため、基板上にバスバーに流れる電流を検知するためのスペースを設ける必要がなく、基板上のスペースを有効に活用することができる。

本発明によれば、電流センサの検出精度の向上を実現することができる。

以下、本発明を具体化した一実施形態を図面に従って説明する。図１及び図２に示すように、電流センサ１は、導電体としての金属板（本実施形態では銅板）により細長形状に形成されたバスバー２と、バスバー２に固定された樹脂製のパッケージ３とを備えている。

バスバー２には、金属板が長手方向に沿ってコの字形状に折り曲げられることで、その内部に嵌合溝４が形成されている。嵌合溝４は、第１導体部６と接続導体部７と第２導体部８とにより区画形成されている。第１導体部６は、バスバー２の本体部５に直交する方向に延びている。接続導体部７は、第１導体部６に直交する方向に延びるとともに、本体部５に対して平行に延びている。第２導体部８は、接続導体部７に直交する方向に延びるとともに、第１導体部６に対して平行となるように対向している。

図３に示すように、パッケージ３は、磁気検出素子としてのホール素子９をモールドするとともに、そのパッケージ３からは、ホール素子９に接続されたリードフレーム１０の端部１１が突出されている。この端部１１の先端部はＬ字状に折り曲げられている。ホール素子９は、該ホール素子９をモールドしたパッケージ３が嵌合溝４に固定されていることで、第１導体部６と第２導体部８の中間位置に配置されている。

パッケージ３は、バスバー２の嵌合溝４の内部と略同じ形状とされており、嵌合溝４を区画する第１導体部６の内側面と、接続導体部７の内側面と、第２導体部８の内側面とに面接触している。また、パッケージ３において、嵌合溝４の開口側（図３の右方）であって、前記リードフレーム１０の端部１１が折り曲げられた側（図３の下方）の領域には、凹部１２が形成されている。

図１〜図３に示すように、リードフレーム１０の端部１１のＬ字状に折り曲げられた先端部が、基板１３に貫通固定されている。基板１３には、嵌合溝４に挿入配置するための延設部１４が設けられている。本実施の形態では、リードフレーム１０が基板１３に半田付けにより固定されるとともに、延設部１４が凹部１２に配置されてから、パッケージ３と基板１３とが一体的に嵌合溝４に挿入されることで、バスバー２にパッケージ３及び基板１３が固定されている。なお、図示は省略するが、基板１３には、ホール素子９の検出信号をモニタするためのＥＣＵが設けられており、そのＥＣＵにリードフレーム１０が接続されている。

次に、上記の構成の電流センサ１の作用について説明する。
図３に示すように、バスバー２に電流Ｉが流れると、バスバー２周辺に磁場が形成される。すると、ホール素子９は磁界強度に応じた電圧を、リードフレーム１０を介して、基板１３上に設けられたＥＣＵ（図示略）に出力する。そして、ＥＣＵは、ホール素子９からの検出信号（電圧値）に基づいて、バスバー２に流れた電流値を検知する。

このとき、図４に示すように、バスバー２の嵌合溝４内には、第１導体部６にて発生する磁場Ｂ１と、第２導体部８にて発生する磁場Ｂ２との合成磁場が発生する。ホール素子９は、第１導体部６と第２導体部８の中間位置に配置されているため、ホール素子９により検出される磁場（＝Ｂ１＋Ｂ２）は、バスバー２が直線状の場合に比べて２倍の値となる。

ここで、本実施の形態とは異なり、ホール素子９がパッケージ３にモールドされておらず、基板１３のガタツキ等によりホール素子９と第１導体部６及び第２導体部８との間の距離（ギャップ）が変動してしまう場合、ホール素子９の出力値が変動してしまう。そうすると、適正な電流値を検出することはできない。

この点、本実施の形態では、ホール素子９がパッケージ３にモールドされているため、ホール素子９のバスバー２に対する位置決めが確実になされるため、ホール素子９の出力変動を防止することができ、出力が安定する。

本実施形態の構成によれば、以下に記載の効果を得ることができる。
（１）ホール素子９をモールドしたパッケージ３が、バスバー２の嵌合溝４に嵌合固定されているため、ホール素子９のバスバー２に対する位置関係は変動することなく確実に安定したものとされる。このため、ホール素子９からの出力が安定し、電流センサ１による検出精度の向上を実現することができる。

（２）パッケージ３をバスバー２の嵌合溝４に挿入するのみの作業で、バスバー２に対してホール素子９を位置決めすることができるため、容易な方法で検出精度を確保できる。

（３）基板１３の延設部１４がパッケージ３の凹部１２に設置された状態でバスバー２の嵌合溝４に配置されているため、基板１３の嵌合溝４に対するガタツキが防止される。
（４）基板１３の端部から突出されるように、バスバー２の嵌合溝４に挿入配置するための延設部１４が設けられているため、基板１３の中央付近にバスバー２に流れる電流を検知するためのスペースを設ける必要がなく、基板１３上のスペースを有効に活用することができる。

（５）バスバー２は、嵌合溝４が形成されることで、対向する第１導体部６と第２導体部８との中間部にホール素子９が配置されている。このため、バスバー２の嵌合溝４内で、バスバー２に流れる電流Ｉにより発生する磁場が、直線状のバスバー２に電流が流れることで発生する磁場よりも増幅するため、電流センサ１をコアレス構造としても、ホール素子９からの検出信号に基づいてバスバー２に流れる電流を検知することが可能となる。

（５）ホール素子９がバスバー２に形成された嵌合溝４内の磁場を検出するのに際して、嵌合溝４内にはバスバー２によるシールド効果があり、外部磁界の影響を受けにくい。このため、ホール素子９はバスバー２に流れる電流により発生した磁場を安定して検出することができる。

（６）パッケージ３は樹脂製であるから、いわばスペーサ（緩衝材）としての役目を果たす。従って、ホール素子９の嵌合溝４に対する位置関係を好適に維持できるとともに、耐振性を向上できる。

（７）パッケージ３は、嵌合溝４の内面（第１導体部６、接続導体部７及び第２導体部８の内側面）に面接触しているため、接触面積が大きくなり、嵌合状態を安定保持することができる。

なお、本実施形態は上記構成に限らず、以下の態様に変更してもよい。
・上記実施の形態では、パッケージ３とともに、基板１３に設けられた延設部１４がバスバー２の嵌合溝４に挿入配置されている場合について説明したが、例えば図５に示すように、基板２１がバスバー２の嵌合溝４に挿入配置されない構成としてもよい。この場合も、ホール素子９はバスバー２に対して確実に位置決めされるため、ホール素子９による検出信号は安定する。

・上記実施の形態では、基板１３はパッケージ３の凹部１２に設置された状態で、バスバー２の嵌合溝４に挿入配置されている場合について説明したが、パッケージ３とともに基板１３を嵌合溝４に嵌合固定してもよい。その場合、図６（ａ）に示すように、パッケージ２２にピン２３を設け、図６（ｂ）に示すように、そのピン２３を基板１３に形成された係合溝に係合した状態でパッケージ２２及び基板２４を嵌合溝４に挿入すればよい。このように構成すれば、バスバー２の嵌合溝４には、パッケージ２２とともに基板２４が嵌合固定されているため、基板２４は嵌合溝４に確実に固定され、基板２４のバスバー２に対するガタツキが防止される。また、パッケージ２２の基板２４に対する位置決めを容易に行うことができる。

・上記実施の形態では、バスバー２は銅板で形成されているものとしたが、バスバー２は例えばアルミニウム等の他の金属板で形成してもよい。
・上記実施の形態では、磁気検出素子としてホール素子９を用いたが、バスバー２に流れる電流により形成される磁場を検出する素子であれば、例えばホールＩＣや磁気抵抗効果（ＭＲＥ）素子等の他の素子を用いてもよい。

次に、上記実施形態及び別例から把握できる技術的思想について、それらの効果とともに追記する。
（イ）請求項１に記載の電流センサにおいて、前記パッケージとともに前記リードフレームの端部が固定された基板が前記嵌合溝に嵌合固定されていることを特徴とする電流センサ。この構成によれば、バスバーの嵌合溝には、パッケージとともに基板が嵌合固定されているため、基板は嵌合溝に確実に固定され、バスバーに対するガタツキが防止される。

（ロ）上記（イ）に記載の電流センサにおいて、前記パッケージに形成されたピンが、前記基板に形成された係合溝に係合されていることを特徴とする電流センサ。この構成によれば、パッケージに形成されたピンが基板に形成された係合溝に係合固定された状態で、基板がパッケージとともにバスバーの嵌合溝に嵌合固定されている。このため、パッケージの基板に対する位置決めを容易に行うことができる。

電流センサの斜視図。 電流センサの分解斜視図。 電流センサの断面図。 電流センサの作用を説明するための説明図。 別例の電流センサの断面図。 （ａ），（ｂ）は別例の電流センサの断面図。

符号の説明

１…電流センサ、２…バスバー、３，２２…パッケージ、４…嵌合溝、５…本体部分、６…第１導体部、８…第２導体部、９…ホール素子（磁気検出素子）、１０…リードフレーム、１１…リードフレームの端部、１２…凹部、１３，２１，２４…基板、１４…延設部。

Claims (3)

1. 細長形状の導電体が長手方向に折り曲げられることで、本体部分と交差する方向に延びた第１導体部と該第１導体部に対向する第２導体部とにより区画される嵌合溝が形成されたバスバーと、
   導電体に流れる電流を磁気的に検出する磁気検出素子をモールドするとともに該磁気検出素子に接続されたリードフレームの端部が突出されるように、前記嵌合溝に嵌合固定されたパッケージと、
   を備えたことを特徴とする電流センサ。
2. 前記パッケージには凹部が形成されており、前記リードフレームの端部が固定された基板の一部分が前記凹部に設置された状態で前記パッケージとともに前記嵌合溝の内部に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の電流センサ。
3. 前記基板に、前記嵌合溝に挿入配置するための延設部を設けたことを特徴とする請求項２に記載の電流センサ。

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