JP2019109080A - 電流センサ - Google Patents

Abstract

【課題】製造コストを抑制することが可能な電流センサを提供する。【解決手段】被測定電流が流れる導体を取り囲むように配置され、ギャップを有する磁性体コアと、ギャップに配置され、一方向に延びて並設される３本以上のリード２３を有する磁気センサ２１と、リード２３が挿入可能な挿入孔２５を有し、リード２３が取付けられる基板２４と、を備え、３本以上のリード２３は、直線状であって基板の挿入孔２５に挿入される少なくとも１本の第１リード３１、及び、一方向に屈曲する屈曲部３３を有し磁気センサ２１から遠い側の端部３４が基板２４に支持される複数の第２リード３２によって構成され、第１リード３１に隣接する第２リード３２の本数は、リード２３の総数の半分に１を加えた数以下である。【選択図】図３

Description

本発明は、導体に流れる電流を測定する電流センサに関する。

従来、基板（例えばプラスチック基板等）に実装される電子部品の一つとして、素子が内包されたモールド部からリードが延出して設けられたリード付き電子部品（以下「リード部品」とする）が利用されてきた。この種のリード部品を基板へ実装する際には、リードを所期の形状にフォーミングした後、基板に装着して半田付け工程において溶着することにより行われる（例えば特許文献１）。

特許文献１に記載の電流センサは、被測定電流が流れる導体を囲むように配置されたギャップを有する環状磁性体コアと、ギャップ内に配置されたリード端子を有する磁電変換素子と、磁電変換素子の駆動回路等が実装される基板とを備えて構成される。磁電変換素子は、リード端子を略直角に折り曲げて素子支持部が形成され、この素子支持部のうち、少なくとも一箇所以上の素子支持部の先端部を更に基板側へ略直角に折り曲げて形成した位置決め用曲げ部を、基板に設けた実装用リード端子挿入孔に挿入して実装される。

特開２０１３−２４８５１号公報

特許文献１に記載の技術は、リードフォーミングを行う際、リードの曲げ部の箇所が多く、複数の工程を経て形成する必要がある。このため、製造コスト高の要因となる。

そこで、製造コストを抑制することが可能な電流センサが求められる。

本発明に係る電流センサの特徴構成は、被測定電流が流れる導体を取り囲むように配置され、ギャップを有する磁性体コアと、前記ギャップに配置され、一方向に延びて並設される３本以上のリードを有する磁気センサと、 前記リードが挿入可能な挿入孔を有し、前記リードが取付けられる基板と、を備え、３本以上の前記リードは、直線状であって前記基板の前記挿入孔に挿入される少なくとも１本の第１リード、及び、一方向に屈曲する屈曲部を有し磁気センサから遠い側の端部が前記基板に支持される複数の第２リードによって構成され、前記第１リードに隣接する前記第２リードの本数は、前記リードの総数の半分に１を加えた数以下である点にある。

本構成とすれば、磁気センサが有する３本以上のリードのうち、基板に支持される複数の第２リードは、屈曲部を１カ所にすることができ、且つ、同じ方向に屈曲させることができる。したがって、磁気センサを基板に実装するのに要するリードフォーミングを簡便に行うことができるので、製造コストを低減することが可能となる。

また、３本以上のリードのうち、少なくとも１本で構成される第１リードは、基板に設けられた挿入孔に挿入されるため、第１リードと挿入孔とによって、基板に対する磁気センサの位置決めを容易に行うことができる。
ただし、磁気センサの第２リードは一方向に屈曲される構成であることから、仮に、第１リードに隣接する第２リードの本数がリードの総数の半分を大きく超えると、基板に実装される磁気センサの姿勢が不安定になる可能性がある。そこで、本構成では、第１リードに隣接する第２リードの本数をリードの総数の半分に１を加えた数以下にしている。これにより、３本以上のリードの並列方向において第１リードと第２リードとが適度に分散されることになるため、磁気センサを安定的に基板に実装することができる。

他の特徴構成は、前記磁気センサは、４本の前記リードを有し、前記第１リードは、４本の前記リードのうち並列方向において中央寄りの２本の何れか一方によって構成され、且つ、前記基板に対して電気的に接続されない点にある。

本構成によれば、４本のリードのうち、直線状の第１リードは１本であり、残りの３本が屈曲部を有する第２リードになる。磁気センサは、例えばホール素子によって構成され、電源端子、接地端子、出力端子の３つの端子を備えることがある。このため、３本の第２リードを３つの各端子に配分することができる。これにより、磁気センサが有する４本のリードを効率よく接続することができる。

他の特徴構成は、前記第１リードは前記基板に半田付けされない点にある。

本構成によれば、基板に対して第２リードのみを半田付けして磁気センサを取付けることができるため、表面実装型の電子部品と同様に、基板に磁気センサを簡易に実装することができる。

他の特徴構成は、前記第１リードは、前記リードにおいて前記挿入孔の内面に対向する部位に突出部を有し、前記突出部によって前記挿入孔に圧入可能に構成される点にある。

本構成によれば、第１リードが突出部によって挿入孔に圧入可能になる。第１リードが突出部によって挿入孔に圧入されることで、基板に対する第１リードの位置が安定する。これにより、基板に対する磁気センサの位置決めを精度良く行うことができる。また、磁気センサの姿勢が保持され易くなるため、基板に第２リードを半田付けする際の作業性が向上する。

第１実施形態に係る電流センサの側断面図である。 第１実施形態に係る電流センサの要部分解図である。 第１実施形態に係る電流センサの要部斜視図である。 第２実施形態に係る電流センサの要部分解図である。 第３実施形態に係る電流センサの要部分解図である。 第３実施形態に係る電流センサの部分断面図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。

〔第１実施形態〕
本発明に係る電流センサは、基板に対して磁気センサを立設した状態で実装することができるように構成される。図１〜図３は、第１実施形態に係る電流センサ１の構成例および電流センサ１が備える磁気センサ２１を示す。図１に示すように、電流センサ１は、被測定電流が流れる導体２を取り囲むように配置され、ギャップ１１を有する磁性体コア（以下、コアと称する）３と、ギャップ１１に配置され、３本以上のリード２３を有する磁気センサ２１と、リード２３が取付けられる基板２４とを備える。図１〜図３に示すように、基板２４には、１本のリード２３が挿入可能な挿入孔２５が形成されている。

電流センサ１は、樹脂ケース１３内に、ギャップ１１を有する環状のコア３が導体２を取り囲むように収納されて構成されている。電流センサ１においては、磁気センサ２１の駆動やその出力を所定の値に増幅するなどの目的で、磁気センサ２１は駆動回路や増幅回路が形成された基板２４に実装される。

導体２は環状のコア３の溝部１２を貫通するように設けられる。本実施形態では、導体２は三相回転電機と、当該三相回転電機の回転を制御するインバータとを電気的に接続するバスバーが相当する。三相回転電機の場合にはバスバーは３本設けられる。この場合、磁気センサ２１はこれら３本の導体２の夫々に設けられる。ただし、図１ではバスバーの１本のみが示される。

磁気センサ２１には素子２２が封入される。素子２２とは、本実施形態では、導体２を流れる電流に応じて導体２の周囲に生じる磁束の磁束密度を検出するホール素子が相当する。ホール素子は、コア３のギャップ１１に生じる磁束の磁束密度を検出する。磁気センサ２１は、このようなホール素子を内包した状態で樹脂を用いて成形される。磁気センサ２１は、このホール素子の検出面がコア３のギャップ１１に生じる磁束と直交するように配置される。

図２及び図３に示すように、磁気センサ２１に延設される３本以上（本実施形態では４本）のリード２３は、一方向に延びて並設されており、第１リード３１、及び、第２リード３２によって構成される。第１リード３１は、直線状であって基板２４の挿入孔２５に挿入される少なくとも１本のリード２３（本実施形態では１本）である。第２リード３２は、一方向に屈曲する屈曲部３３を有し、磁気センサ２１から遠い側の端部３４が基板２４に支持される複数のリード２３（本実施形態では３本）である。第２リード３２は、磁気センサ２１から延出する方向に対して直角の角度を有するように屈曲される。本実施形態における、第１リード３１に隣接する第２リード３２の本数は、リード２３の総数（４本）の半分に１を加えた数以下（２本）である。

４本のリード２３は導体で形成され、素子２２の端子と電気的に接続される。本実施形態では、素子２２は電源端子、接地端子、出力端子の３つの端子を備えている。磁気センサ２１において、４本のリード２３のうち３本の第２リード３２が素子２２の３つの端子と電気的に接続され、１本の第１リード３１は素子２２の３つの端子の何れにも電気的に接続されない未接続端子（所謂、ＮＣ端子）に接続されている。これら４本のリード２３は素子２２と共に樹脂を用いて磁気センサ２１にインサート成形される。

第１リード３１を基板２４の挿入孔２５に挿入することにより、磁気センサ２１の実装位置が固定され、磁気センサ２１が自立する。この状態で第２リード３２が基板２４に半田付けされることで、基板２４に磁気センサ２１が実装される。

図１及び図３に示されるように、本実施形態では、直線状の第１リード３１の延在方向に垂直な断面積は、基板２４の挿入孔２５の断面積よりも小さい。また、第１リード３１は基板２４に半田付けされていない。本実施形態では、第２リード３２のみを基板２４に半田付けして磁気センサ２１を基板２４に取付けることができるため、基板２４に磁気センサ２１を簡易に実装することができる。

本実施形態のように、３本以上のリード２３を第１リード３１及び第２リード３２によって構成することで、磁気センサ２１は、基板２４の挿入孔２５に挿入される１本の第１リード３１を直線状にしたままで、基板２４に支持される３本の第２リード３２を同方向に１カ所だけ屈曲させて屈曲部３３を形成することができる。したがって、磁気センサ２１を基板２４に実装するのに要するリードフォーミングを簡便に行うことができるので、製造コストを低減することが可能となる。

また、３本以上のリード２３のうち、少なくとも１本で構成される第１リード３１は、基板２４に設けられた挿入孔２５に挿入されるため、第１リード３１と挿入孔２５とによって、基板２４に対する磁気センサ２１の位置決めを容易に行うことができる。

ただし、磁気センサ２１の第２リード３２は一方向に屈曲される構成であることから、仮に、第１リード３１に隣接する第２リード３２の本数がリード２３の総数の半分を大きく超えると、基板２４に実装される磁気センサ２１の姿勢が不安定になる可能性がある。そこで、本実施形態では、第１リード３１に隣接する第２リード３２の本数をリード２３の総数の半分に１を加えた数以下にしている。これにより、３本以上のリード２３の並列方向において第１リード３１と第２リード３２とが適度に分散されることになるため、磁気センサ２１を安定的に基板２４に実装することができる。

〔第２実施形態〕
第１実施形態では、磁気センサ２１において、４本のリード２３が、１本の第１リード３１と３本の第２リード３２とによって構成された例を示した。第２実施形態では、図４に示すように、４本のリード２３は、第１リード３１及び第２リード３２が２本ずつである。４本のリード２３は、並列方向において外側の２本が第１リード３１であり、中央寄りの２本が第２リード３２である。基板２４には２つの挿入孔２５が形成され、挿入孔２５は第１リード３１に対応する位置に設けられている。このように、第１リード３１を４本のリード２３の並列方向の両側に設けることで、基板２４に対する磁気センサ２１の位置及び向きが定まる。これにより、基板２４に対する磁気センサ２１の位置決めをさらに容易に行うことができる。

〔第３実施形態〕
第３実施形態は、第１実施形態と同じく、磁気センサ２１において、４本のリード２３が、１本の第１リード３１と３本の第２リード３２とによって構成されている。ただし、第１リード３１の形状が第１実施形態とは異なる。本実施形態では、図５及び図６に示すように、第１リード３１は、挿入孔２５の内面２６に対向する部位に突出部３５を有し、突出部３５によって挿入孔２５に圧入可能に構成される。突出部３５は、第１リード３１の一部を挿入孔２５の内面２６に向けて湾曲する形状にすることで構成されている。

基板２４に磁気センサ２１を取付ける際に、第１リード３１が突出部３５によって挿入孔２５に圧入されると、基板２４に対する第１リード３１の位置が安定する。これにより、基板２４に対する磁気センサ２１の位置決めを容易に且つ精度良く行うことができる。また、磁気センサ２１の姿勢が保持され易くなるため、基板２４に第２リード３２を半田付けする際の作業性が向上する。突出部３５は、第１リード３１の一部が挿入孔２５の内面２６に向けて膨出する形状であってもよい。

〔他の実施形態〕
上記の実施形態では、素子２２がホール素子であるとして説明したが、素子２２は他の機能を有する素子であっても良い。したがって、磁気センサ２１はホールＩＣとは異なる機能を有するものであっても良い。

上記の実施形態では、複数のリード２３は、使用されていない未使用リードを含む４本からなるとして説明したが、複数のリード２３は５本以上であっても良いし、３本であっても良い。また、未使用リードを有さずに構成することも可能である。複数のリード２３が奇数本（例えば３本、５本、７本等）である場合において、リード２３の並列方向の両側に第２リード３２を１本ずつ配置し、且つ、第１リード３１と第２リード３２とが交互になるように配置して複数のリード２３を構成してもよい。

本発明は、磁性体コアを有する電流センサに広く用いることが可能である。

１ ：電流センサ
２ ：導体
３ ：コア
１１ ：ギャップ
２１ ：磁気センサ
２２ ：素子
２３ ：リード
２４ ：基板
２５ ：挿入孔
２６ ：内面
３１ ：第１リード
３２ ：第２リード
３３ ：屈曲部
３４ ：端部
３５ ：突出部

Claims (4)

1. 被測定電流が流れる導体を取り囲むように配置され、ギャップを有する磁性体コアと、
   前記ギャップに配置され、一方向に延びて並設される３本以上のリードを有する磁気センサと、
   前記リードが挿入可能な挿入孔を有し、前記リードが取付けられる基板と、を備え、
   ３本以上の前記リードは、直線状であって前記基板の前記挿入孔に挿入される少なくとも１本の第１リード、及び、一方向に屈曲する屈曲部を有し磁気センサから遠い側の端部が前記基板に支持される複数の第２リードによって構成され、
   前記第１リードに隣接する前記第２リードの本数は、前記リードの総数の半分に１を加えた数以下である電流センサ。
2. 前記磁気センサは、４本の前記リードを有し、
   前記第１リードは、４本の前記リードのうち並列方向において中央寄りの２本の何れか一方によって構成され、且つ、前記基板に対して電気的に接続されない請求項１に記載の電流センサ。
3. 前記第１リードは前記基板に半田付けされない請求項１又は２に記載の電流センサ。
4. 前記第１リードは、前記リードにおいて前記挿入孔の内面に対向する部位に突出部を有し、前記突出部によって前記挿入孔に圧入可能に構成される請求項１から３のいずれか一項に記載の電流センサ。

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