JP2020085676A - 電流検出器 - Google Patents

Abstract

【課題】出力特性の向上と合わせて熱対策を施す技術を提供する。
【解決手段】電流センサ１００は、被検出電流の導通により発生した磁界を収束させる磁性体コア１０６と、磁性体コア１０６に収束した磁界の強度に応じた検出信号を出力するホール素子１１０と、被検出電流の大きさに応じた検出信号を出力する信号回路を有する回路基板１２０と、回路基板１２０の導電パターンから外方へ熱を伝導して放出させるとともに、容量結合を低減させる銅板１３０とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、各種の回路方式を用いた電流検出器に関する。

例えば従来、ホール素子を適用した磁電変換形の電流検出器に関する先行技術が知られている（例えば、特許文献１参照。）。この電流検出器は、磁性体コアに収束させた磁界をホール素子で磁電変換し、主回路電流に比例したホール電圧を増幅して取り出すことでインバータ等の制御に応用することができる。特にこの先行技術は、電流検出器の各所に存在する浮遊静電容量が出力特性に及ぼす悪影響に着目し、ホール素子や増幅器からなる回路の一部を導電性シールド板で静電的にシールドし、各所の浮遊静電容量を減少させるものとしている。

特開昭６３−３０２３７１号公報

上述した先行技術の電流検出器は、その製造過程においてプリント基板とホール素子、磁性体コアをシールド板で包含し、これらをケースに装着した状態でケース内部に充填樹脂を注入し、これにカバーを装着して全ての部品を充填樹脂で封止している。充填樹脂はケース内でプリント基板や磁性体コア、シールド板等の保持ないし絶縁を図る上では有用である。

しかしながら、充填樹脂はそれ自身が高誘電体であることから、せっかくシールド板等を配置してケース外部からのノイズの影響を排除しても、ケース内部では相変わらず主回路導体やプリント基板等の電気的な構成要素間に充填樹脂による容量結合が生じることは避けられない。このような容量結合は、検出対象である一次電流の急峻な電圧変化に対する電流検出器の出力特性（いわゆるｄＶ／ｄｔ特性）に悪影響を及ぼす。

そうかといって、充填樹脂にはケース内での部品の保持の他に増幅器やトランジスタ等の電子部品が発する熱を伝導して外部に逃がすという放熱の役割もあるため、なんらの対策をすることなく、ｄＶ／ｄｔ特性の改善だけのためにいきなり充填樹脂を廃止することは電流検出器にとって現実的でない。

そこで本発明は、出力特性の向上と合わせて熱対策を施す技術を提供するものである。

本発明は電流検出器を提供する。本発明の電流検出器は、一次導体での被検出電流の導通により発生する磁界を磁性体コアで収束させつつ、その磁界強度を検出素子により検出し、電流検出回路において磁気検出信号の増幅を行い、被検出電流の大きさに応じた電流検出信号を出力する。電流検出信号は、回路方式が磁気比例式（オープンループタイプ）であれば被検出電流の大きさに応じた電圧信号となり、クローズドループタイプの磁気平衡式であればフィードバック電流信号となり、フラックスゲートタイプの磁気平衡式であれば二次コイル電流を用いた電圧信号となる。

そして本発明の電流検出器は、ｄＶ／ｄｔ特性の改善及び放熱対策を両立させた構成として遮蔽放熱体を有する。遮蔽放熱体は、増幅器をはじめとする回路素子の負荷による発熱時、そのような熱を回路基板の外方へ伝導して放出する放熱経路を構成するとともに、それ自身の構成部材が電流検出回路と一次導体との間に生じる容量結合をも低減するものである。これにより、充填樹脂等に頼ることなく回路素子の放熱を良好に行い、かつ、ｄＶ／ｄｔ特性をも改善することができる。

回路素子からの熱伝導は、回路基板に担持される導電パターンを通じて好適に行われる。特に、負荷による発熱源とする増幅器やスイッチング素子（トランジスタ、ＭＯＳＦＥＴ）等の回路素子は、通常、回路基板において電源供給パターンに接続されていることから、電源供給パターンを遮蔽放熱体による放熱経路の一部に組み込むことが効果的である。また、遮蔽放熱体を電源供給パターンと電気的にも接続することで容量結合を効果的に遮断ないし低減することができる。

回路基板を積層構造（多層基板）とした場合、その外面には導電パターン上に回路素子が実装される表面層が位置し、内部には導電パターンを埋設して担持する内層が位置する。回路基板の内層においては短絡等が起きにくいため、電源供給パターンを極力幅広に形成することができ、最大で回路基板の両側縁部に渡る領域にまで広げることができる（いわゆるベタパターン）。これにより、電源供給パターンの熱容量を可能な限り大きく確保し、放熱性を高めることができる。

また、電源供給回路が極性の異なる両電源を用いて動作する場合、内部で隣接する２つの内層にそれぞれ正極パターン及び負極パターンを担持することができる。正極パターン及び負極パターンのいずれか一方のみを遮蔽放熱体に電気的接続している場合、他方からは直接的に遮蔽放熱体へ熱伝導することは困難であるが、回路基板の内層で２つが隣接し、かつ、各パターンが極力幅広に形成されていることから、他方から一方への熱抵抗を極力小さくし、他方のパターンから一方のパターンへの熱伝導を効果的に行うことができる。

本発明の電流検出器は、各種の構成部品をケース体の内部に収容することができる。ケース体は、その内部に収容する磁性体コアや回路基板、また、被検出電流が導通する一次導体の配置に応じた形態を有するものとなる。このとき、ケース体の内面に遮蔽放熱体を密着させて配置することで、遮蔽放熱体からケース体に効果的に熱を逃がすことができる。また、ケース体は外気に触れて熱を放出することができる。

また、各種の構成部品をケース体の内部に収容する場合においても、ケース体内部を広く充填樹脂等により充填する必要はない。すなわち、充填樹脂等に頼ることなく回路素子からの効果的な放熱が可能であるため、ケース体の内部に余計な誘電体を配置する必要がない。好ましくは、遮蔽放熱体をケース体の内面に接着する程度のことは有効である。特に、熱伝導性の可塑剤等を用いれば、上記のような遮蔽放熱体からケース体への熱の放出がより促進される。

本発明によれば、出力特性の向上と合わせて熱対策を施すことができる。

一実施形態の電流センサの構成を概略的に示す分解斜視図である。 一実施形態の電流センサの構成を概略的に示す分解斜視図である。 電流センサの使用形態を示す斜視図である。 電流センサの各部と一次導体との間の容量結合について説明する図である。 ケース体の内部を示す斜視図である。 電流センサの水平断面図である。 電流センサの回路構成と銅板による放熱経路との関係を示した図である。 銅板による放熱経路と銅板からの放熱態様を示した図である。 回路基板の積層構造を層別に分解して示した平面図である。 本実施形態の電流センサの放熱性を比較例との対比により検証した結果を一覧表にして示した図である。 本実施形態の電流センサのｄＶ／ｄｔ特性を観測した結果を示す図である。 比較例についてｄＶ／ｄｔ特性を観測した結果を示す図である。 水冷機能付きの銅板を用いた例を示す図である。

以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。以下の実施形態では、電流検出器の一例として磁気平衡式のクローズドループタイプを挙げているが、本発明はこれに限られるものではなく、フラックスゲートタイプ電流センサであってもよいし、ホールＩＣタイプ電流センサであってもよい。

図１及び図２は、一実施形態の電流センサ１００の構成を概略的に示す分解斜視図である。図１と図２とでは、斜視する方向が反転している。また図３は、電流センサ１００の使用形態を示す斜視図である。

図１及び図２に示されているように、電流センサ１００は、分割式のケース体１０２，１０４を備えており、これらケース体１０２，１０４は相互に組み合わされた状態で内部に電流センサ１００の各種構成部品を収容する。構成部品としては、磁性体コア１０６、二次巻線１０８、ホール素子１１０、回路基板１２０等がある。なお、図１、図２には主要な構成要素のみを図示しており、その他の構成要素は適宜省略している。

〔磁性体コア〕
磁性体コア１０６は一例としてＣ字環形状をなしており、その一部にエアギャップ１０６ａが形成されている。磁性体コア１０６は、その内側にバスバー等の一次導体ＢＵを貫通させることで、被検出電流により発生する磁界を収束させる（磁気回路）。あるいは、一次導体ＢＵへの被検出電流の導通により磁性体コア１０６に磁界が発生（収束）する。

〔検出素子〕
ホール素子１１０は、磁性体コア１０６のエアギャップ１０６ａ内に配置されている。ホール素子１１０は、その感磁面を磁性体コア１０６の断面（磁気回路断面）に対向させることで、磁性体コア１０６に発生（収束）する磁界の強度に応じた電圧信号（磁気検出信号）を出力する。

〔二次巻線〕
二次巻線１０８は、磁性体コア１０６の周方向の一部（エアギャップ１０６ａの除く部分）に巻かれており、この二次巻線１０８はフィードバック電流が導通されることで、被検出電流の導通により発生する磁界とは逆方向（打ち消す方向）の磁界を発生させる。なお、二次巻線１０８の巻き方向及び巻き数Ｎは電流センサ１００の使用条件等に合わせて適宜に設定することができる。

〔回路基板〕
回路基板１２０にはホール素子１１０の他に、増幅器（オペアンプ）やトランジスタ等をパッケージした回路素子１２２が実装されている。また、回路基板１２０はリード端子１２８を有しており、これらリード端子１２８を用いて電流センサ１００全体が他の基板等に実装可能となっている。なお、回路基板１２０には導電パターンが形成（担持）されているが、図１、図２ではほとんどの図示を省略している。また、実際には回路素子１２２の他にも各種の回路素子（電子部品）が実装されているが、ここでは図示を省略している。

〔電流検出回路〕
回路基板１２０には、上記のホール素子１１０や回路素子１２２を含む電流検出回路が形成されている。電流検出回路は、例えばホール素子１１０から出力される電圧信号を増幅し、また、各種の電気的処理を行って電流検出信号を出力する。電流検出回路への電源供給や電流検出回路からの信号出力は、上記のリード端子１２８を通じて行われる。

〔遮蔽放熱体〕
本実施形態の電流センサ１００は、特徴的な構成要素として遮蔽放熱体を備える。ここでは遮蔽放熱体の一例として銅板１３０を用いているが、板形状又は立体形状の銅、アルミニウム等でもよい。

このような銅板１３０は、磁性体コア１０６に合わせてのＣ字環形状をなしており、磁性体コア１０６やホール素子１１０を含む回路基板１２０とともにケース体１０２，１０４内に収容されるものとなっている。また、銅板１３０と磁性体コア１０６（二次巻線１０８）との間には絶縁材１４０が介在して収容される。絶縁材１４０もまた、銅板１３０に合わせたＣ字環形状に成形されている。

また、上記の銅板１３０は回路基板１２０に接続（半田付け）されるものとなっており、銅板１３０の一端にはそのための接続部１３２が形成されている。接続部１３２はタブ状をなして銅板１３０の一端から突出しており、また、その全体が折り曲げられて銅板１３０の表面に垂直な方向に延びている。

対する回路基板１２０にも接続パターン１２４が形成されている。接続パターン１２４は、接続部１３２を面実装することが可能な大きさ面積を有して回路基板１２０の表面層に担持されている。なお、これらの接続関係についてはさらに後述する。

〔ケース体〕
ケース体１０２，１０４は、上記のように互いに組み合わされた状態で内部に磁性体コア１０６、回路基板１２０、銅板１３０、絶縁材１４０等を収容する。ケース体１０２，１０４は、これらの組み合わせ状態において矩形環形状をなし、その中央にはそれぞれ矩形状に開口（貫通）した挿通孔１０２ａ，１０４ａを有している。

ケース体１０２，１０４は、それぞれの挿通孔１０２ａ，１０４ａを取り囲む角筒形状の内周部１０２ｃ，１０４ｃを有する。一方のケース体１０２は、その組み合わせ状態において磁性体コア１０６の外側を取り囲む３面の外周部（外周壁）１０２ｂを有している。また、他方のケース体１０４は、その組み合わせ状態において回路基板１２０の外側を取り囲む外周部（外周壁）１０４ｂを有している。そしてケース体１０２，１０４は、これらの組み合わせ状態において互いに対向する外壁部１０２ｄ，１０４ｄをそれぞれ有している。外壁部１０２ｄ，１０４ｄは対向して一対をなし、ケース体１０２，１０４の組み合わせ状態においてそれぞれの外壁部１０２ｄ，１０４ｄと内周部１０２ｃ，１０４ｃとの間で磁性体コア１０６及び回路基板１２０の外側を覆うことができる。

〔使用形態〕
図３に示されているように、電流センサ１００はその使用形態においてケース体１０２，１０４の挿通孔１０２ａ，１０４ａ、つまり磁性体コア１０６の内側にバスバー等の一次導体ＢＵを挿通させている。なお、ケース体１０２，１０４の組み立て状態では、一方の内周部１０２ｃの内側に他方の内周部１０４ｃが挿入された状態となるため、ここでは挿通孔１０４ａのみが視認可能となっている。また、ここでは図示していないが、ケース体１０２，１０４には、リード端子１２８とは別に実装用の脚部等が付属してもよい。また、一次導体ＢＵが複数本ある使用形態であってもよい。

〔容量結合の態様〕
図４は、電流センサ１００の各部と一次導体ＢＵとの間の容量結合について説明する図である。ここでは概念的に、一次導体ＢＵと二次巻線１０８（インダクタンス）、回路基板１２０、回路素子１２２等が寄生容量（浮遊容量）Ｃｓによって容量結合され得ることが示されている。なお、図４中（Ａ）及び（Ｂ）では一部のみが示されているが、寄生容量Ｃｓは各種の位置や方向において多様に発生し得る。

〔遮蔽放熱体による低減〕
図４中（Ａ）：図３の使用形態からケース体１０４の図示を省略した電流センサ１００の斜視図である。この斜視方向では磁性体コア１０６及び二次巻線１０８の背後に隠れて見えないが、ケース体１０２の内面に密着して銅板１３０が配置されていることにより、特にケース体１０２の外壁部１０２ｄを介した容量結合の多くが低減（遮断でもよい。以下同じ。）されている。なお、ケース体１０４の内面にも同様の銅板を配置することで、さらに多くの容量結合を低減させることができる。

図４中（Ｂ）：電流センサ１００の縦断面図である。ここでは、図３の使用形態における上下方向を縦方向としている。この断面視によれば、銅板１３０による容量結合の低減がより明らかとなる。なお、概念上は図示しているが、銅板１３０を貫通するような位置の寄生容量Ｃｓはほとんど存在しなくなると考えてもよい。

〔内周部への適用〕
図５は、ケース体１０２の内部を示す斜視図である。ここでは、銅板１３０の配置をさらに拡張した別例を示している。

すなわち、先の一例では銅板１３０を外壁部１０２ｄの内面領域のみに配置していたが、銅板１３０に対して拡張部１３４，１３６を追加してもよい。これら拡張部１３４，１３６は、内周部１０２ｃの内面に密着するようにして配置されており、このうち対向一対の拡張部１３４は、それぞれ銅板１３０のＣ字環形状の各内周縁から折れ曲がるようにして突出し、対応する位置の内周部１０２ｃの内面に沿って挿通孔１０２ａと同方向に延びている。また、他の拡張部１３６は、銅板１３０の他の内周縁から折れ曲がるようにして突出し、対応する位置の内周部１０２ｃの内面に沿って挿通孔１０２ａの同方向に延びている。

図５の一例によれば、一次導体ＢＵを取り巻くようにして拡張部１３４，１３６が配置されるため、さらに多くの容量結合を低減させることができる。

〔充填／接着態様〕
図６は、ケース体１０２，１０４内部における充填ないし接着の態様を示す電流センサ１００の水平断面図である。図６中（Ａ）が水平断面視した底面図に相当し、図６中（Ｂ）がその斜視図に相当する。また、図６中（Ｂ）では二次巻線１０８の図示を省略している。

図６に示されているように、本実施形態ではケース体１０２，１０４の内部は全体的に封止樹脂等で充填されておらず、外壁部１０２ｄの内面から銅板１３０が埋まる程度の厚み分だけ可塑剤１５０が充填されている。なお、可塑剤１５０は熱伝導性を有するものとし、一般的な充填材ではなく接着剤とすることもできる。接着剤としての可塑剤１５０は、厚みをさらに薄くして銅板１３０と外壁部１０２ｄの内面との間に介在するだけでもよい。

いずれにしても、本実施形態では余計な誘電体をケース体１０２，１０４内に配置する必要がなく、さらに容量結合の発生を抑えることができる。

〔放熱経路〕
図７は、電流センサ１００の回路構成と銅板１３０による放熱経路との関係を示した図である。ここでは、回路基板１２０に形成されている電流検出回路の構成が回路図で示されている。

電流検出回路は、正極性の電源＋Ｖｃｃ及び負極性の電源−Ｖｃｃを電源とする（両電源）。このため、ホール素子１１０や増幅器（オペアンプ）ＩＣ１、トランジスタＱ１，Ｑ２を有する回路素子１２２は、両電源の中点で＋Ｖｃｃ及び−Ｖｃｃに接続されている。ここでは概念的に示しているが、＋Ｖｃｃの電源供給パターン１２５及び−Ｖｃｃの電源供給パターン１２６は、回路基板１２０の内層において幅広の面積を有した導電パターン（いわゆるベタパターン）として形成されている。そして上記の銅板１３０は、ベタパターンとしての＋Ｖｃｃ電源供給パターン１２５に対して半田付けされている。

〔発熱源〕
回路基板１２０（電流検出回路）の構成において、増幅器ＩＣ１やトランジスタＱ１，Ｑ２は大きな発熱源となる。これらの回路素子１２２は、その負荷による発熱量が特に多いため、いかにして放熱するかが重要となる。

そこで本実施形態では、これら増幅器ＩＣ１やトランジスタＱ１，Ｑ２等の回路素子１２２に接続されている電源供給パターン１２５，１２６をいずれも幅広のベタパターンとして熱容量を大きく確保している。これにより、回路基板１２０内では回路素子１２２の発する熱を効率的に各電源供給パターン１２５，１２６へと伝導させることができる。

また、実際の構成において、２つの電源供給パターン１２５，１２６は回路基板１２０の内層において隣接している。このため、２つの電源供給パターン１２５，１２６間の熱抵抗を可能な限り小さくすることができ、図中に白抜き矢印で示したように、一方の電源供給パターン１２６から他方の電源供給パターン１２５への熱伝導を効率的に行うことができる。

そして、＋Ｖｃｃの電源供給パターン１２５に集まってきた熱はさらに銅板１３０へと伝導していき、図中白抜き矢印で示すように、銅板１３０全体に熱を広く行きわたらせることができる。

〔放熱態様〕
図８は、銅板１３０による放熱経路と銅板１３０からの放熱態様を示した図である。
図８中（Ａ）：ここでは、銅板１３０を正面視で示している。上記のように、回路素子１２２から発せられた熱は回路基板１２０の内層において２つの電源供給パターン１２５，１２６で吸収され、また、−Ｖｃｃの電源供給パターン１２６で吸収した熱は内層において＋Ｖｃｃの電源供給パターン１２５に伝導する。そして、＋Ｖｃｃの電源供給パターン１２５に集まってきた熱は回路基板１２０の表面層において接続パターン１２４に伝導し、そこから銅板１３０へと伝導していく。なお、内層の電源供給パターン１２５と表面層の接続パターン１２４とはビアホール等で接続されている。

図８中（Ｂ）：ここでは銅板１３０を斜視図で示している。銅板１３０に広く行きわたるように伝導した熱は、最終的に銅板１３０から放出されることになる。これには、ケース体１０２，１０４への伝導、そしてケース体１０２，１０４の外面に触れる空気への放熱も含まれる。

〔積層構造〕
図９は、回路基板１２０の積層構造を層別に分解して示した平面図である。図９中（Ａ）及び（Ｄ）がそれぞれ表面層を示し、図９中（Ｂ）及び（Ｃ）がそれぞれ内層を示している。なお、図９中（Ｄ）については、図９中（Ａ）〜（Ｃ）と平面視の方向が反転していることに注意されたい。

〔表面層〕
図９中（Ａ）：銅板１３０が接続されない側の表面層１２０ａである。ここでは具体的なパターン形状を二点鎖線により省略して示しているが、実際には電流検出回路の構成に応じた配線パターンが担持されている。

〔内層〕
図９中（Ｂ）：先の表面層１２０ａに隣接して積層される内層１２０ｂである。この内層１２０ｂには、例えば−Ｖｃｃの電源供給パターン１２６が担持されており、そのパターン形状は、回路基板１２０の両側縁部に渡る領域にまで広がった幅広形状である。なお、部分的に斬りかかれている箇所には、図示しない他の導電パターンやスルーホール等が担持されている。

〔内層〕
図９中（Ｃ）：先の内層１２０ｂに隣接して積層される内層１２０ｃである。この内層１２０ｃには、例えば＋Ｖｃｃの電源供給パターン１２５が担持されており、そのパターン形状は、やはり回路基板１２０の両側縁部に渡る領域にまで広がった幅広形状である。同様に、部分的に斬りかかれている箇所には、図示しない他の導電パターンやスルーホール等が担持されている。白抜き矢印で示されているように、内層１２０ｂの電源供給パターン１２６から内層１２０ｃの電源供給パターン１２５への熱伝導が行われる。

〔表面層〕
図９中（Ｄ）：銅板１３０が接続される側の表面層１２０ｄである。ここでも具体的なパターン形状を二点鎖線により省略して示しているが、実際には電流検出回路の構成に応じた配線パターンが担持されている。そして、この表面層１２０ｄには、上記の接続パターン１２４が担持されており、この接続パターン１２４に銅板１３０が半田付けされている。そして、白抜き矢印で示されているように、内層１２０ｃの電源供給パターン１２５から表面層１２０ｄの接続パターン１２４への熱伝導がビアホール等の高熱伝導体を通じて行われ、接続パターン１２４から銅板１３０へと熱伝導が行われる。

〔放熱性の検証〕
図１０は、本実施形態の電流センサ１００の放熱性を比較例との対比により検証した結果を一覧表にして示した図である。図中の「本実施形態」は銅板１３０を有する試料のことであり、「比較例」は銅板１３０を有していない試料のことである。図１０の表中、左端カラムには、回路素子１２２の例としてＦＥＴ１〜ＦＥＴ４及び増幅器ＩＣ１を検証対象物（熱観測点）として示した。また、右側２本のカラムは、検査対象物別に測定した本実施形態と比較例それぞれの上昇温度を示した。

図１０の一覧表から以下の事項が明らかである。
すなわち、本実施形態では、比較例に対して全ての検証対象物（熱観測点）で上昇温度ΔＴの低減効果が見られる。これは、回路素子１２２の熱が効果的に他所へ逃がされていることを意味しており、本実施形態の電流センサ１００による放熱性能の高さを証明するものと言える。特に、ＦＥＴ１では本実施形態と比較例とで２０℃以上の差があることからも、本実施形態の放熱性能の高さがいかに優位であるかが分かる。

〔ｄＶ／ｄｔ特性の検証〕
図１１は、本実施形態の電流センサ１００のｄＶ／ｄｔ特性を観測した結果を示す図であり、図１２は、比較例についてｄＶ／ｄｔ特性を観測した結果を示す図である。これら２つの観測結果の対比により、本実施形態のｄＶ／ｄｔ特性の改善効果がより明らかとなる。

〔本実施形態〕
図１１中（Ａ）：本実施形態に対する被検出電流の電圧波形である。ｄＶ／ｄｔ特性の観測のため、ある時刻ｔ１でステップ状に電圧低下する波形を印加し、時刻ｔ２でステップ状に電圧上昇する波形を印加した。
図１１中（Ｂ）：印加波形に対する出力波形の観測結果である。印加波形がステップ状に高下した時刻ｔ１及び時刻ｔ２において、それぞれある程度の出力波形の変化（誤動作）が見られた。これらの出力波形の最大の誤動作電圧Ｖｐｐ１は、例えば２５０ｍＶ程度であった。

〔比較例〕
図１２中（Ａ）：比較例に対する被検出電流の電圧波形であるが、条件を同じにするため、本実施形態と同じ電圧波形を印加した。また、図１２中の時刻ｔ１０及び時刻ｔ２０は、それぞれ図１１中の時刻ｔ１及び時刻ｔ２に対応する。
図１２中（Ｂ）：比較例についての印加波形に対する出力波形の観測結果である。比較例では、印加波形がステップ状に高下した時刻ｔ１０及び時刻ｔ２０において、それぞれ極端な出力波形の変化（誤動作）が見られた。これらの出力波形の最大の誤動作電圧Ｖｐｐ２は、例えば３３０ｍＶ程度であった。

図１１及び図１２の観測結果から以下のことが明らかである。
すなわち、本実施形態では、比較例の場合よりも同条件におけるｄＶ／ｄｔ特性が大きく改善されている。これは、銅板１３０によって一次導体ＢＵと電流センサ１００の各種構成要素との間の容量結合が低減されたことによる顕著な効果を意味するものである。

〔効果のまとめ〕
また本発明の発明者等は、本実施形態による放熱性及びｄＶ／ｄｔ特性の改善効果に関して以下のような知見を得ている。

（１）例えば図７に示されているように、銅板１３０が回路基板１２０の＋Ｖｃｃ電源供給パターン１２５と接続されることによる効果は次の通りである。
「放熱性」：放熱が必要な増幅器ＩＣ１やトランジスタＱ１，Ｑ２は、回路基板１２０においてＶｃｃ電源供給パターン１２５，１２６と接続されているため、これら電源供給パターン１２５，１２６を放熱することが、最も効果的である。
「ｄＶ／ｄｔ特性」：印加波形の急峻な変化によるノイズは、銅板１３０を通じて＋Ｖｃｃの電源供給パターン１２５で受けることになる。この場合、電流検出回路としてはコモンモードでノイズを受けることとなり、コモンモードノイズは増幅器ＩＣ１（オペアンプ）のＣＭＲＲで除去されるため、上記のようにｄＶ／ｄｔ特性の改善が顕著となる。

（２）例えば図５に示されているように、銅板１３０がケース体１０２等の内面に沿った態様で配置されることによる効果は以下である。
「放熱性」：ケース体１０２，１０４の表面から外気への放熱が最も有効な点に鑑みると、銅板１３０がケース体１０２等の内面に沿った形での配置が最も放熱性にとって効果的である。
「ｄＶ／ｄｔ特性」：一次導体ＢＵと接近しているケース体１０２，１０４の表面からｄＶ／ｄｔノイズが侵入するため、その入口でノイズをシールドすることができる点で優位である。

（３）例えば図６に示されているように、ケース体１０２，１０４内で銅板１３０を可塑剤１５０により充填することによる効果は次の通りである。
「放熱性」：可塑剤１５０は従来一般的な充填剤ではなく、接着剤や放熱剤など、熱伝導率が高い材料であればなんでもよい。また、回路基板１２０は放熱のために充填・接着しなくてもよい。したがって、余計な寄生容量の発生そのものを抑えることができる。また、導電パターン（電源供給パターン１２５）と銅板１３０の両者を電気的に接続する半田は電気伝導率が高く、熱伝導率も高い。したがって十分に広い面積を有する銅板１３０のみを可塑剤１５０により充填することで、回路基板１２０についても高い放熱効果が得られる。
「ｄＶ／ｄｔ特性」：回路基板１２０の電流検出回路へ侵入するｄＶ／ｄｔノイズはノーマルモードとなり、誤動作が大きくなるが、本実施形態では回路基板１２０を充填する必要がないことで、電流検出回路と一次導体ＢＵ間の寄生容量が低減し、ｄＶ／ｄｔ特性が特に大きく向上される。

（４）例えば図９に示されているように、回路基板１２０を積層構造（多層基板）とすることによる「放熱性」効果は次の通りである。
すなわち、電源には両電源（例えば＋１５Ｖ，−１５Ｖ）があり、＋Ｖｃｃ側、−Ｖｃｃ側にそれぞれトランジスタＱ１，Ｑ２がある。銅板１３０を＋Ｖｃｃの電源供給パターン１２５だけに接続した場合、−Ｖｃｃ側の電源供給パターン１２６の放熱効果はあまり得られないが、回路基板１２０の内層でそれぞれ＋Ｖｃｃの電源供給パターン１２５と−Ｖｃｃの電源供給パターン１２６を幅広のベタパターンにすることで、両者間の熱抵抗を低くし、−Ｖｃｃの電源供給パターン１２６からの放熱効果をも同時に高めることができる。

〔水冷機能付銅板〕
図１３は、水冷機能付きの銅板２３０を用いた例を示す図である。
図１３中（Ａ）：ここでは、銅板２３０を水冷機能付きのものとする。水冷機能付きの銅板２３０は、例えば一方の面に冷却水袋ＷＢが設けられており、この内部に冷却水が充満（又は循環）している。
図１３中（Ｂ）：水冷機能付きの銅板２３０を用いる場合、冷却水袋ＷＢの面をケース体１０２の内側に配置することで、二次巻線１０８等との絶縁が可能となる。この場合、絶縁材１４０は不要となる。

なお、絶縁材１４０を用いて冷却水袋ＷＢを反対側の面に配置してもよいし、銅板２３０の両面に配置してもよい。いずれにしても、水冷機能付きの銅板２３０を用いることで、さらに放熱性を高めることができる。

本発明は、上述した一実施形態に制約されることなく、種種に変形して実施することができる。
一実施形態では、銅板１３０の形状をＣ字環形状としているが、銅板１３０の形状は適宜に変形可能である。また、回路基板１２０の積層は４層以外であってもよいし、電源供給パターン１２５，１２６が表面層に担持されていてもよい。

その他、実施形態等において図示とともに挙げた構造はあくまで好ましい一例であり、基本的な構造に各種の要素を付加し、あるいは一部を置換しても本発明を好適に実施可能であることはいうまでもない。

１００ 電流センサ
１０２，１０４ ケース体
１１０ ホール素子
１２０ 回路基板
１２２ 回路素子
１２４ 接続パターン
１２５，１２６ 電源供給パターン
１３０ 銅板
１５０ 可塑剤

Claims (7)

1. 一次導体での被検出電流の導通により発生する磁界を収束させる磁性体コアと、
   前記磁性体コアに収束した磁界の強度に応じた磁気検出信号を出力する検出素子と、
   少なくとも前記磁気検出信号の増幅を行って被検出電流の大きさに応じた電流検出信号を出力する電流検出回路と、
   前記電流検出回路を構成する導電パターン及び回路素子を担持する回路基板と、
   前記回路素子の発熱時に前記導電パターンから前記回路基板の外方へ熱を伝導して放出させる放熱経路を構成するとともに、当該放熱経路の構成部材が前記電流検出回路と前記一次導体との間に生じる容量結合を低減する遮蔽部材となる遮蔽放熱体と
   を備えた電流検出器。
2. 請求項１に記載の電流検出器において、
   前記回路基板は、
   前記導電パターンとして前記電流検出回路に電源電圧を供給する電源供給パターンを含み、
   前記遮蔽放熱体は、
   前記回路基板上で前記電源供給パターンと電気的に接続された状態で前記回路基板の外方に延びていることを特徴とする電流検出器。
3. 請求項１又は２に記載の電流検出器において、
   前記回路基板は、
   外面に形成された前記導電パターンに前記回路素子が実装される表面層と、内部に前記導電パターンを埋設して担持する内層とを含み、前記内層に担持される前記導電パターンが前記電流検出回路に電源電圧を供給する電源供給パターンとして前記回路基板の両側縁部に渡る領域に広がって延びており、
   前記遮蔽放熱体は、
   前記電源供給パターンから前記回路基板の外方へ熱を伝導して放出させていることを特徴とする電流検出器。
4. 請求項３に記載の電流検出器において、
   前記回路基板は、
   正極性の電源電圧を供給する正極パターンを前記電源供給パターンとして有する第１の内層と、負極性の電源電圧を供給する負極パターンを前記電源供給パターンとして有する第２の内層とを含み、前記第１の内層と前記第２の内層とを隣接した積層とすることで前記正極パターンと前記負極パターンとの間の熱抵抗を低減していることを特徴とする電流検出器。
5. 請求項１から４の何れかに記載の電流検出器において、
   前記磁性体コアが前記一次導体の周囲を取り巻いて配置される環形状をなしており、当該環状をなす前記磁性体コアとともに前記検出素子及び前記電流検出回路を含む前記回路基板を内部に収容する環形状のケース体をさらに備え、
   前記ケース体は、
   内部に収容した前記磁性体コア及び前記回路基板の外側を取り囲む外周部と、
   前記磁性体コアの内側で前記一次導体を挿通可能な開口を取り囲む内周部と、
   前記一次導体の挿通方向に対向して一対をなし、前記外周部と前記内周部との間で前記磁性体コア及び前記回路基板の外側を覆う外壁部とを含み、
   前記遮蔽放熱体は、
   前記内周部又は前記外壁部の少なくとも一方の内面に密着した状態で配置されていることを特徴とする電流検出器。
6. 請求項５に記載の電流検出器において、
   前記遮蔽放熱体は、
   熱伝導性の可塑剤により前記ケース体の内面に接着されていることを特徴とする電流検出器。
7. 請求項１から６のいずれかに記載の電流検出器において、
   前記遮蔽放熱体は、
   水冷機能付きの銅板を有することを特徴とする電流検出器。