JP2012255685A

JP2012255685A - 電流センサ

Info

Publication number: JP2012255685A
Application number: JP2011128028A
Authority: JP
Inventors: Naoki Isobe; 直希磯部
Original assignee: Tokai Rika Co Ltd
Current assignee: Tokai Rika Co Ltd
Priority date: 2011-06-08
Filing date: 2011-06-08
Publication date: 2012-12-27

Abstract

【課題】検出精度が高く、小型化することができる電流センサを提供する。
【解決手段】電流センサ１は、図１（ａ）及び（ｂ）に示すように、主に、絶縁材料を用いて形成された下部筐体２ｂと、下部筐体２ｂと一体とされたバスバー３と、下部筐体２ｂに設けられ、バスバー３を流れる電流３ａに基づいて発生する磁場３ｂを検出して検出信号を出力するセンサＩＣ４と、センサＩＣ４と電気的に接続され、バスバー３と共に下部筐体２ｂと一体とされた複数の端子６ａ〜端子６ｃと、を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、電流センサに関する。

従来の技術として、銅等の非磁性材料からなる支持板上に設けられたホール素子と、検出対象である電流が流れる電路導体と、を近接させて一体に樹脂封止した磁電変換装置が知られている（例えば、特許文献１参照。）。

この磁電変換装置は、ホール素子と電路導体とを近接させて樹脂封止しているので、相互の位置関係の精度を高めることができる。

特開平４−３６４４７２号公報

しかし、従来の磁電変換装置は、支持板に発生する磁場が外乱磁場となり、電路導体を流れる電流の検出精度が低下する問題がある。この支持板に発生する磁場は、電路導体に流れる電流により発生する磁場を打ち消す渦電流に応じて発生するもので、支持板を用いる限り不可避である。

従って、本発明の目的は、検出精度が高く、小型化することができる電流センサを提供することにある。

本発明の一態様は、絶縁材料を用いて形成された筐体と、筐体と一体とされた導電体と、筐体に設けられ、導電体を流れる電流に基づいて発生する磁場を検出して検出信号を出力する磁気センサと、磁気センサと電気的に接続され、導電体と共に筐体と一体とされた複数の端子と、を備えた電流センサを提供する。

本発明によれば、検出精度が高く、小型化することができる電流センサを提供することができる。

図１（ａ）は、実施の形態に係る電流センサの斜視図であり、（ｂ）は、電流センサの上面図であり、（ｃ）は、図１（ｂ）のI（ｃ）-I（ｃ）線で切断した面を矢印の方向から見た断面図であり、（ｄ）は、変形例に係る電流センサの要部断面図である。

（実施の形態の要約）
実施の形態に係る電流センサは、絶縁材料を用いて形成された筐体と、筐体と一体とされた導電体と、筐体に設けられ、導電体を流れる電流に基づいて発生する磁場を検出して検出信号を出力する磁気センサと、磁気センサと電気的に接続され、導電体と共に筐体と一体とされた複数の端子と、を備える。

[実施の形態]
（電流センサ１の構成）
図１（ａ）は、実施の形態に係る電流センサの斜視図であり、（ｂ）は、電流センサの上面図であり、（ｃ）は、図１（ｂ）のI（ｃ）-I（ｃ）線で切断した面を矢印の方向から見た断面図であり、（ｄ）は、変形例に係る電流センサの要部断面図である。なお、図１（ｂ）に示す磁気検出素子４０及び周辺回路部４１は、模式的に示したものであり、形状及び配置は、センサＩＣ（integrated circuit）４により異なる。また、実施の形態に係る各図において、部品と部品との比率は、実際の比率とは異なる場合がある。

この電流センサ１は、図１（ａ）及び（ｂ）に示すように、主に、絶縁材料を用いて形成された下部筐体２ｂと、下部筐体２ｂと一体とされた導電体としてのバスバー３と、下部筐体２ｂに設けられ、バスバー３を流れる電流３ａに基づいて発生する磁場３ｂを検出して検出信号を出力する磁気センサとしてのセンサＩＣ４と、センサＩＣ４と電気的に接続され、バスバー３と共に下部筐体２ｂと一体とされた複数の端子６ａ〜端子６ｃと、を備える。

・筐体２の構成
筐体２は、例えば、図１（ｃ）の紙面上側に開口が形成された箱形状を有する。この筐体２は、例えば、上部筐体２ａと、下部筐体２ｂと、を備えて構成されている。筐体２は、例えば、ポリスチレン系、ポリエチレン系、ポリアミド系、アクリロニトリル／ブダジエン／スチレン（ＡＢＳ）等の合成樹脂材料を用いて形成された絶縁体である。なお、特に、下部筐体２ｂは、例えば、バスバー３及び端子６ａ〜端子６ｃを一体化したものであり、溶融樹脂を射出成形するインサート成形により形成される。この溶融樹脂は、例えば、絶縁性及び耐湿性に優れる材料が好ましく、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）樹脂等が用いられる。

筐体２は、例えば、その内部がエポキシ樹脂を主成分としたシリカ充填材等を加えた熱硬化性成形材料を用いて封止されても良い。

・バスバー３の構成
バスバー３は、例えば、銅、銅合金又は黄銅等の導電性を有する板部材を打ち抜いて長細い板形状となるように形成されたものである。このバスバー３は、例えば、図１（ｃ）に示すように、短手方向の断面が長方形状となっている。このバスバー３の両端部には、例えば、円形状の孔であるねじ孔３０及びねじ孔３１が形成されている。

バスバー３は、一例として、基板に取り付けられた場合、基板の電子回路、及びねじを介して電流３ａが流れるように構成されている。基板への取り付けは、測定対象となる電流が流れる電源ライン上にバスバー３を配置し、ねじ孔３０及びねじ孔３１に挿入されたねじを締め付けることにより行われる。

バスバー３は、その内部に電流が流れると、例えば、図１（ｃ）に示すように、電流の進行方向、すなわち、図１（ｃ）に紙面の表側から裏側に向う方向に対して右ねじの方向に、略同心円形状、又は略楕円形状の磁場３ｂが発生する。センサＩＣ４は、この磁場３ｂを検出し、検出した磁場３ｂに応じた検出信号を出力する。

・センサＩＣ４の構成
センサＩＣ４は、磁気検出素子４０と、磁気検出素子４０と電気的に接続された周辺回路部４１と、を含むセンサＩＣである。

磁気検出素子４０は、例えば、ホール素子、ＭＲ素子（Magneto Resistive Device）等の磁場の強さに応じた検出信号を出力する素子である。本実施の形態に係る磁気検出素子４０は、一例として、ホール素子である。

周辺回路部４１は、例えば、磁気検出素子４０から出力された検出信号の処理を行うように構成されている。一例として、周辺回路部４１は、磁気検出素子４０から出力された検出信号（アナログ信号）をデジタル化するように構成されている。この周辺回路部４１は、例えば、パッド４ａ、ワイヤ５ａ及び端子６ａを介して車両の接地回路と接続される。また、周辺回路部４１は、例えば、端子６ｂ、ワイヤ５ｂ及びパッド４ｂを介して動作に必要な電圧Ｖ_ｃｃが車両の電源回路から入力する。さらに、周辺回路部４１は、例えば、パッド４ｃ、ワイヤ５ｃ及び端子６ｃを介してデジタル信号に変換された検出信号を出力する。

パッド４ａ〜パッド４ｃは、例えば、センサＩＣ４の表面に設けられ、ワイヤボンディングにより、それぞれがワイヤ５ａ〜ワイヤ５ｃと電気的に接続されている。このパッド４ａ〜パッド４ｃは、例えば、金、銅等の導電性を有する金属材料を用いて形成される。

ワイヤ５ａ〜ワイヤ５ｂは、例えば、金、銅等の導電性を有する金属材料を用いて形成された線材である。

センサＩＣ４は、例えば、下部筐体２ｂに配置される。センサＩＣ４を配置する位置は、バスバー３の近傍の磁場３ｂの磁束密度が高い領域である。

なお、センサＩＣ４の配置に関する変形例として、センサＩＣ４を配置する位置は、例えば、図１（ｄ）に示すように、バスバー３の上方であっても良い。センサＩＣ４をバスバー３の上方に配置する場合は、下部筐体２ｂとバスバー３が一体とされているので、センサＩＣ４を配置し易くなる。

センサＩＣ４の配置は、バスバー３が下部筐体２ｂと一体とされた後に行われるので、バスバー３とセンサＩＣ４の相対的な位置を精度良く決めることができる。このバスバー３とセンサＩＣ４の相対的な位置決め精度が向上することは、つまり、電流センサ１の検出精度が向上することである。コアを有する電流センサの場合、コア、磁気検出素子及びバスバーのお互いの相対位置を精度良く決める必要があり、累積交差が大きくなる。しかし、本実施の形態に係る電流センサ１は、コアを持たない構成であるので、バスバー３とセンサＩＣ４との相対位置を精度良く決めれば良い。また、この電流センサ１は、バスバー３が下部筐体２ｂと一体とされた状態でセンサＩＣ４を下部筐体２ｂに取り付けるので、位置決めの精度を容易に向上させることができる。

また、センサＩＣ４は、例えば、リードフレーム上に配置された状態で下部筐体２ｂに配置されないので、リードフレームのような金属板に発生する渦電流に起因する磁場の影響を排除することができる。

・端子６ａ〜端子６ｃの構成
端子６ａ〜端子６ｃは、例えば、金、銅等の導電性を有する金属材料、又はその合金材料を用いて長細い板形状に形成される。この端子６ａの一方端部は、ワイヤボンディングにより、ワイヤ５ａが電気的に接続されている。端子６ｂの一方端部は、ワイヤボンディングにより、ワイヤ５ｂが電気的に接続されている。端子６ｃの一方端部は、ワイヤボンディングにより、ワイヤ５ｃが電気的に接続されている。

電流センサ１は、例えば、端子６ａ〜端子６ｃを介して車両のＥＣＵ（Electronic Control Unit）に電気的に接続されている。

以下に、本実施の形態に係る電流センサ１の動作について、各図を参照しながら説明する。電流センサ１が、車両に搭載されている場合を例として説明する。

（電流センサ１の動作）
電流センサ１は、車両の電源がオン状態にされると、端子６ｂ、ワイヤ５ｂ、パッド４ｂ及び周辺回路部４１を介して電圧Ｖ_ｃｃが入力すると共に、バスバー３に電流３ａが流れる。

バスバー３に電流３ａが流れると、バスバー３の周囲に電流３ａに応じた磁場３ｂが発生する。

磁気検出素子４０は、磁場３ｂに応じた検出信号を周辺回路部４１に出力する。周辺回路部４１は、当該検出信号をデジタル化してパッド４ｃ、ワイヤ５ｃを介して端子６ｃから車両のＥＣＵに出力する。車両のＥＣＵは、取得した検出信号に基づいてバスバー３に流れる電流３ａの電流値を算出する。

（実施の形態の効果）
本実施の形態に係る電流センサ１は、下部筐体２ｂがバスバー３と一体となるように成形されるので、バスバー３を後から配置する場合と比べて、バスバー３とセンサＩＣ４の相対的な位置を容易に決めることができ、両者の位置関係が安定する。特に、電流センサ１は、バスバー３の上方にセンサＩＣ４を配置することが容易となる。この際、バスバー３とセンサＩＣ４の間には、下部筐体２ｂ、つまり、絶縁材料が介在するので、バスバー３の取り付けに伴う応力がセンサＩＣ４に及ぼす影響を緩和することができる。

また、本実施の形態に係る電流センサ１は、端子６ａ〜端子６ｃが下部筐体２ｂと一体とされ、センサＩＣ４と端子６ａ〜端子６ｃがワイヤ５ａ〜ワイヤ５ｃにより電気的に接続されるので、センサＩＣ４にリードフレームのような金属板が必要なくなり、金属板に発生する渦電流に起因する外乱磁場が発生しない。従って、電流センサ１は、磁場３ｂの検出精度が高くなり、電流３ａの検出精度が高くなる。

さらに、本実施の形態に係る電流センサ１は、コアを必要としないので、コアが必要な場合と比べて、小型化することができる。

なお、上記の実施の形態では、筐体２内は、空間になっていたが、これに限定されず、樹脂で一体的にモールドされていても良い。

以上、本発明のいくつかの実施の形態及び変形例を説明したが、これらの実施の形態及び変形例は、一例に過ぎず、特許請求の範囲に係る発明を限定するものではない。これら新規な実施の形態及び変形例は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更等を行うことができる。また、これら実施の形態及び変形例の中で説明した特徴の組合せの全てが発明の課題を解決するための手段に必須であるとは限らない。さらに、これら実施の形態及び変形例は、発明の範囲及び要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１…電流センサ、２…筐体、２ａ…上部筐体、２ｂ…下部筐体、３…バスバー、３ａ…電流、３ｂ…磁場、４…センサＩＣ、４ａ〜４ｃ…パッド、５ａ〜５ｃ…ワイヤ、６ａ〜６ｃ…端子、３０、３１…ねじ孔、４０…磁気検出素子、４１…周辺回路部

Claims

絶縁材料を用いて形成された筐体と、
前記筐体と一体とされた導電体と、
前記筐体に設けられ、前記導電体を流れる電流に基づいて発生する磁場を検出して検出信号を出力する磁気センサと、
前記磁気センサと電気的に接続され、前記導電体と共に前記筐体と一体とされた複数の端子と、
を備えた電流センサ。
前記磁気センサは、前記導電体の上方に設けられる請求項１に記載の電流センサ。
前記磁気センサは、磁気検出素子と、前記磁気検出素子から出力された前記検出信号の処理を行う周辺回路部と、を備える請求項２に記載の電流センサ。
前記磁気センサと前記複数の端子は、ワイヤにより電気的に接続される請求項３に記載の電流センサ。