JP2009156803A

JP2009156803A - 電流センサ

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Publication number: JP2009156803A
Application number: JP2007337790A
Authority: JP
Inventors: Kiyonari Tajima; 聖也田島
Original assignee: Tokai Rika Co Ltd
Current assignee: Tokai Rika Co Ltd
Priority date: 2007-12-27
Filing date: 2007-12-27
Publication date: 2009-07-16
Anticipated expiration: 2027-12-27
Also published as: JP4891217B2

Abstract

【課題】小型であるとともに、検出精度が安定した電流センサを提供する。
【解決手段】電流センサ１は、導電体からなり、コ字状の導体部２３が形成されたバスバー２と、バスバー２に流れる電流を磁気的に検出するホール素子３１とを備える。ホール素子３１と、処理回路と、外部との接続端子３４とが樹脂材料によるモールド成形により形成されてなる半導体パッケージ３が、バスバー２の導体部２３の内部にホール素子３１が位置するように配置された状態で、バスバー２の両端部が露出するように、バスバー２と半導体パッケージ３とが樹脂材料によるモールド成形により一体に形成される。
【選択図】図１

Description

この発明は、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の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。同電流センサは、検出可能な磁束を得るために、磁束を集めるためのコアが設けられている（例えば、特許文献１参照。）。しかしながら、特許文献１に記載の電流センサでは、コアを設けるための配置スペースが必要であり、電流センサの大型化を招いていた。

そこで、コアをなくした電流センサが提案されている（例えば、特許文献２参照。）。特許文献２に記載の電流センサでは、バスバーをコ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が形成され、それら導体部の中間位置に磁気センサが設けられている。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、導体部の中間位置において増幅されるため、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２００２−２４３７６８号公報特開２００７−２１８７２９号公報

ところで、上記特許文献２に記載の電流センサでは、前記磁気センサを構成する磁気検出素子が収容されたパッケージは制御装置等が設けられる基板に設けられている。この基板は、バスバーの側方へ大きく突出して設けられ、電流センサの大型化を招いていた。また、上記特許文献１に記載の電流センサでは、磁気検出素子は基板に設けられており、同様に電流センサの大型化を招いていた。これらの電流センサは、バスバーに対して磁気検出素子が設けられた基板を組み付けて使用するものであり、組み付ける際にバスバーに対して磁気検出素子がずれて、検出精度が低下するおそれがあった。そのため、小型であるととともに、検出精度が安定した電流センサが求められていた。

この発明は、こうした実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、小型であるとともに、検出精度が安定した電流センサを提供することにある。

以下、上記目的を達成するための手段及びその作用効果について説明する。
請求項１に記載の発明は、導電体からなり、コ字状の導体部が形成されたバスバーと、同バスバーに流れる電流を磁気的に検出する磁気検出素子とを備えた電流センサにおいて、前記磁気検出素子と、同磁気検出素子からの出力を処理する処理回路と、外部との接続端子とが樹脂材料によるモールド成形により形成されてなる半導体パッケージが、前記導体部の内部に同磁気検出素子が位置するように配置された状態で、前記バスバーの両端部が露出するように、同バスバーと前記半導体パッケージとが樹脂材料によるモールド成形により一体に形成されることをその要旨としている。

同構成によれば、磁気検出素子及び処理回路等が収容されて半導体パッケージが形成されるため、従来のように磁気検出素子と基板に設けられた処理回路とが別々に配置されるものと比較して、小型にすることができる。また、バスバーの導体部に磁気検出素子が位置するようにバスバーと半導体パッケージとが製造段階で一体に形成されるため、従来のようにバスバーに組み付ける際に、バスバーに対して磁気検出素子がずれることがなく、検出精度を安定させることができる。さらに、磁気検出素子等は半導体パッケージにモールドされ、バスバーと半導体パッケージとがさらにモールドされており、防水性がある。

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、前記モールド成形により前記半導体パッケージの接続端子を囲繞するコネクタハウジングが形成されることをその要旨としている。

同構成によれば、コネクタハウジングがモールド成形により形成されるため、半導体パッケージの接続端子が保護されるとともに、外部端子を接続する際に位置決めが行い易くなる。また、半導体パッケージの端子をコネクタ端子としたことにより、従来のように外部の基板等への接続が不要である。なお、コネクタハウジングは、半導体パッケージをモールド成形する際でもよいし、バスバーと半導体パッケージとを一体にモールド成形する際に形成してもよい。

請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の電流センサにおいて、更に前記半導体パッケージに前記バスバーの温度を検出する温度検出手段を収容することをその要旨としている。

同構成によれば、半導体パッケージに温度検出手段を設けたため、バスバーの温度を検出することができるともに、別途設けたものと比較して小型化することができる。
請求項４に記載の発明は、請求項１〜３のいずれか一項に記載の電流センサの前記バスバーが車両のバッテリーに接続される電路に適用されることをその要旨としている。

同構成によれば、バスバーが車両のバッテリーに接続される電路に適用される、すなわち電流センサが車両のバッテリーと接続される電路の電流検出に適用される。車両のバッテリー及びその電路は雨水に曝されることが有り得るが本発明の電流センサは防水性があるため、特に車両のバッテリーに接続される電路への適用は効果的である。

本発明によれば、小型であるとともに、検出精度が安定した電流センサを提供することができる。

以下、本発明の一実施形態について図１〜図４を参照して説明する。
図１に示されるように、電流検出対象である車両のバッテリーに接続される電路上に設けられる電流センサ１は、導電体としての帯状の金属板（本実施形態では銅板とする。）がコ字状に塑性変形されてなるバスバー２と、同バスバー２に流れる電流を磁気的に検出する磁気検出素子等が収容された半導体パッケージ３とを備えている。これらバスバー２及び半導体パッケージ３は、絶縁性を有する樹脂製のハウジング４により覆われている。

バスバー２のコ字状をなす導体部２３の両端には、第１接続孔２１ａが形成された第１接続部２１と、第２接続孔２２ａが形成された第２接続部２２とが設けられている。これら第１接続部２１と第２接続部２２とは、ハウジング４の外部に突出するとともに、同軸上で逆方向へ延出している。なお、バスバー２の導体部２３の形成方法としては、コ字状の型を用いて鋳造によって形成してもよい。

図２に示されるように、半導体パッケージ３は、磁気検出素子としてのホール素子３１と、バスバー２の温度を検出する温度検出手段としてのサーミスタ３２と、これらホール素子３１及びサーミスタ３２からの出力を処理する処理回路３３とが導電性ペーストによりリードフレームに実装され、絶縁性を有する樹脂材料により直方体状にモールド成形されてなる。リードフレームの一部は、外部との接続端子３４としてモールド部分から外部へ突出している。ホール素子３１は、磁界を検出できる感磁軸が半導体パッケージ３の長側面３ａに垂直に設けられているため、図１に示されるように、半導体パッケージ３は、バスバー２に流れる電流Ｉによって発生する磁束がホール素子３１の長側面３１ａを垂直に通過するように配置されている。

図２に示されるように、ハウジング４は、絶縁性を有する樹脂材料によるモールド成形により一体形成され、バスバー２の導体部２３、及び半導体パッケージ３を覆う本体ハウジング４１と、ハウジング４の外面から突出した接続端子３４を覆うコネクタハウジング４２とからなっている。言い換えれば、半導体パッケージ３の接続端子３４がコネクタハウジング４２に囲繞されて露出した状態となっている。つまり、半導体パッケージ３の接続端子３４がコネクタ端子となっている。電流センサ１は、ハウジング４によって、バスバー２と半導体パッケージ３とが一体に形成されている。

次に、電流センサ１の製造方法について図３及び図４を参照して説明する。
まず、外部との接続端子３４が形成されたリードフレームにホール素子３１、サーミスタ３２、及び処理回路３３を導電性ペーストにより実装する。リードフレームに実装されたホール素子３１、サーミスタ３２、及び処理回路３３を接続端子３４が突出するように、直方体状にモールド成形する。これにより、半導体パッケージ３が形成される。

そして、図３に示されるように、導体部２３を流れる電流によって発生する磁束が半導体パッケージ３の長側面３ａを通過するように同半導体パッケージ３をバスバー２のコ字状の導体部２３内に配置する。バスバー２の導体部２３に半導体パッケージ３を配置した状態で、バスバー２及び半導体パッケージ３をモールド成形する。これにより、図４に示されるように、本体ハウジング４１及びコネクタハウジング４２からなるハウジング４が形成される。以上で、電流センサ１の製造が完了となる。

次に、前述した電流センサ１の作用について説明する。
図１に示されるように、バスバー２に電流Ｉが流れると、バスバー２の導体部２３に磁界ＭＦが形成される。すると、ホール素子３１は磁界強度に応じた電圧を処理回路３３に出力する。また、サーミスタ３２は、バスバー２の温度を検出し、その温度に応じた電圧を処理回路３３に出力する。正確には、バスバー２に電流が流れることにより発生するジュール熱がハウジング４及び半導体パッケージ３を介してサーミスタ３２に伝達され、同サーミスタ３２が温度を検出する。バスバー２の温度を検出することにより、バスバー２に接続されたバッテリーが異常発熱等を検知することができるようになる。処理回路３３はホール素子３１の出力値及びサーミスタ３２の出力値を演算して接続端子（リードフレーム）３４を介して接続端子３４に接続された図示しない外部機器の制御装置等に出力する。

このとき、バスバー２の導体部２３には、磁束が集中することとなる。すなわち、導体部２３の内部では、磁界の向きが同じであることから、磁界が密になり、磁界が強められる。そして、このように磁束が集中する導体部２３内にホール素子３１が配置されていることからホール素子３１（正確には、その長側面３１ａ。）を垂直に通過する磁束密度、すなわち磁界強度が十分に確保され、バスバー２に流れる電流を磁気的に検出することができる。すなわち、電流によって発生した磁界をホール素子３１により電圧に変換して検出する。

以上、説明した実施形態によれば、以下の作用効果を奏することができる。
（１）磁気検出素子としてのホール素子３１及び演算装置としての処理回路３３等が収容されて半導体パッケージ３が形成されるため、従来のように磁気検出素子と基板に設けられた演算装置とが別々に配置されるものと比較して、小型にすることができる。また、バスバー２の導体部２３にホール素子３１が位置するようにバスバー２と半導体パッケージ３とが製造段階で一体に形成されるため、従来のようにバスバーに組み付ける際に、バスバーに対して磁気検出素子がずれることがなく、検出精度を安定させることができる。さらに、ホール素子３１等は半導体パッケージ３にモールドされ、バスバー２と半導体パッケージ３とがさらにモールドされており、防水性がある。

（２）コネクタハウジング４２がモールド成形により形成されるため、半導体パッケージ３の接続端子３４が保護されるとともに、外部端子を接続する際に位置決めが行い易くなる。また、半導体パッケージの端子をコネクタ端子としたことにより、従来のように外部の基板等への接続が不要である。

（３）半導体パッケージ３に温度検出手段としてのサーミスタ３２を設けたため、バスバー２の温度を検出することができるともに、別途設けたものと比較して小型化することができる。

（４）車両のバッテリー及びその電路は雨水に曝されることが有り得るが本実施形態の電流センサ１は防水性があるため、耐久性を向上させることができる。
（５）バスバー２の両端に取付部としての第１接続部２１及び第２接続部２２が設けられたことにより、電流センサ１をバスバー２と一体に電路に取り付けることができる。

なお、上記実施形態は、これを適宜変更した以下の形態にて実施することができる。
・上記実施形態では、車両のバッテリーに接続される電路に電流センサ１を適用したが、車両のバッテリーに接続される電路に限らず他の電路に適用してもよい。

・上記実施形態では、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。
・上記実施形態では、半導体パッケージ３にホール素子３１と、サーミスタ３２と、処理回路３３とを収容したが、これらの他に必要な回路を収容してもよい。

・上記実施形態では、温度検出手段としてサーミスタ３２を半導体パッケージ３に収容したが、温度検出が必要なければ、温度検出手段を省略した構成を採用してもよい。
・上記実施形態では、コネクタハウジング４２は、をバスバー２と半導体パッケージ３とを一体にモールド成形する際に形成したが、半導体パッケージ３をモールド成形する際に形成してもよい。

・上記実施形態では、ホール素子３１の接続端子３４をコネクタハウジング４２で覆ったが、コネクタハウジング４２を省略した構成にしてもよい。
・上記実施形態では、磁気検出素子としてホール素子３１を用いたが、ホール素子３１に限らずＧＭＲ（ＧｉａｎｔＭａｇｎｅｔｏＲｅｓｉｓｔｉｖｅ）素子等の磁気検出素子を用いてもよい。

電流センサの構成を示す透過斜視図。電流センサのＡ−Ａ断面図。バスバー及び半導体パッケージを示す斜視図。電流センサの外観を示す斜視図。

符号の説明

１…電流センサ、２…バスバー、３…半導体パッケージ、３ａ…長側面、４…ハウジング、２１…第１接続部、２１ａ…第１接続孔、２２…第２接続部、２２ａ…第２接続孔、２３…導体部、３１…ホール素子、３２…サーミスタ、３３…処理回路、３４…接続端子、４１…本体ハウジング、４２…コネクタハウジング、Ｉ…電流、ＭＦ…磁界。

Claims

導電体からなり、コ字状の導体部が形成されたバスバーと、同バスバーに流れる電流を磁気的に検出する磁気検出素子とを備えた電流センサにおいて、
前記磁気検出素子と、同磁気検出素子からの出力を処理する処理回路と、外部との接続端子とが樹脂材料によるモールド成形により形成されてなる半導体パッケージが、前記導体部の内部に同磁気検出素子が位置するように配置された状態で、前記バスバーの両端部が露出するように、同バスバーと前記半導体パッケージとが樹脂材料によるモールド成形により一体に形成される
ことを特徴とする電流センサ。
前記モールド成形により前記半導体パッケージの接続端子を囲繞するコネクタハウジングが形成される
ことを特徴とする請求項１に記載の電流センサ。
前記半導体パッケージに前記バスバーの温度を検出する温度検出手段を収容する
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の電流センサ。
前記バスバーは、車両のバッテリーに接続される電路に適用される
ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の電流センサ。