JP4507599B2 - 電流検出器 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、モータ等の機器に流れる電流を検出するための電流検出器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の電流検出器は、たとえば特開平０８−２１１１０５号公報に開示されているように、図１１Ａ、１１Ｂのような構成を有している。図１２Ａは従来の電流検出器の構成を示す斜視図であり、図１２Ｂはその側面図である。基板２１上にはホール素子２２が実装され、ホール素子２２を挟むように基板２１の上下にリング状コア （以下、コアと称す）２３が構成されている。コア２３にはコイル２４が巻回されており、その両端の一部は半田で固定されている。電子回路２５はホール素子２２の出力を増幅するためのチップ部品２５ＡやＩＣ２５Ｂからなり、端子２６を介して検出された電流値を電圧値として出力する。
【０００３】
このような電流検出器は以下のような方法で製造される。すなわち、まず基板２１上にホール素子２２、電子回路２５を構成するチップ部品２５ＡやＩＣ２５Ｂ等を実装する。次にコア２３のギャップ部より予め巻回されたコイル２４をコア２３の磁路を横切る位置に挿入する。その状態でコア２３のギャップ部内にホール素子２２が配置されるようにコア２３を固定する。続いてコイル２４を基板２１に固定する。
【０００４】
またこのような電流検出器は、以下のように動作する。すなわち、コイル２４はモータ等の機器と直列接続され、機器に流れる電流がそのまま流れる。コイル２４に流れる電流によりコア２３に磁束を発生させ、この発生した磁束でホール素子２２の出力電圧を変化させる。電流検出器は、電子回路２５でホール素子２２の出力変化を増幅することで機器に流れる電流の大きさを検出する。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の構成では、電流検出器としての性能をアップさせるためにホール素子２２からの出力を大きくしようとすると、コア２３の磁束量を大きくする必要がある。そのためには、コアのギャップ間を狭くするか、あるいはコア２３に巻くコイル２４のターン数を増やす必要がある。
【０００６】
ところが従来の構成では、予め巻回されたコイル２４をコア２３のギャップの間から挿入しておき、その状態でホール素子２２がギャップ内に配置されるように固定する。このため、コア２３のギャップをコイル２４の線径（直径）よりも細くすることができない。したがって電流検出器としての性能をアップさせようとするとコア２３に巻くコイル２４のターン数を増やす必要があり、小型化が困難である。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の電流検出器は、基板をそのギャップで挟み込むように設けられたリング状コアと、コアのギャップ間に配設されるように前記基板上に設けられたホール素子と、コアの磁路を横切るように設けられたＵ字状コイルと、ホール素子の出力を増幅するための電子回路部とを備える。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の実施の形態における電流検出器について、図面を用いながら説明する。なお、同様の構成をなすものについては同じ符号を付して説明し、詳細な説明は省略する。
【０００９】
（実施の形態１）
図１Ａは実施の形態１における電流検出器の概略構成を示す斜視図、図１Ｂは同上面図、図１Ｃは同側面図である。
【００１０】
図１において、基板１上には樹脂で一体化された検出部６が半田付け用電極部部７で位置決め固定されて実装されている。検出部６はギャップを有するリング状コア（以下、コアと称す）３と、このギャップ間に設けられたホール素子２と、コア３の磁路を横切るように設けられたＵ字状コイル４とが樹脂で一体化されて構成されている。また、基板１上には検出部６内のホール素子２の出力を増幅するとともに電流値を検出するためのチップ部品５ＡやＩＣ５Ｂ等からなる電子回路５が設けられている。電子回路５は、ホール素子２の出力を所望の電圧値に増幅し、端子８を介して出力する。
【００１１】
このような電流検出器は、以下のように動作する。すなわち、コイル４はモータ等の機器と直列接続され、機器に流れる電流がそのまま流れる。コイル４に流れる電流によりコア３に磁束を発生させ、この発生した磁束でホール素子２の出力電圧を変化させる。この変化を電子回路５で増幅することで機器に流れる電流の大きさを検出する。
【００１２】
ここで、Ｕ字状コイル４の線径（直径）は、コア３のギャップよりも太く、コア３のリング穴よりも細く構成されている。またコア３のギャップはホール素子２が配設できるようにギリギリの間隔を設けている。またＵ字状コイル４は、従来のようにギャップ間から挿入することなく、コア３のリング穴にその一方を通して、コア３の磁路を横切らせて配設している。
【００１３】
これにより、コア３とホール素子２とのギャップ間をギリギリまで狭くすることができるため、コア３の磁束量が大きくなる。そのため、コア３に巻かれるコイルのターン数がＵ字状コイル４になったことで磁束量が減少した分もカバーされる。トータルとしてホール素子２からの出力が大きくなり、電流検出器としての性能が向上する。また、コイル４を非常に簡単に効率よく装着できるため、生産性が向上する。
【００１４】
次に、上記構成の電流検出器の製造工程を簡単に説明する。まずコア３と、ホール素子２と、コイル４とを上述したような所定の位置関係に配設して樹脂により一体に成形し、検出部６を形成する。次に、基板１上に、検出部６を、電子回路５を構成するチップ部品５ＡやＩＣ５Ｂ等同様に所定位置に実装する。ここで、検出部６は樹脂により一体に成形されているため、電子回路５を構成するチップ部品５ＡやＩＣ５Ｂ等同様に自動実装機での実装が可能となり、生産性が大幅に向上する。
【００１５】
次に基板１への検出部６の実装に関する構成を詳細に説明する。図２Ａ〜図２Ｃは検出部６の構成を示す斜視図である。
【００１６】
図２Ａにおいて、検出部６は、半田付け用電極７を有し、これを用いて位置決め固定される。これにより、検出部６は他の基板上の部品と同様の方法で容易に基板に位置決め固定される。
【００１７】
また図２Ｂでは、検出部６の底面に位置決め用突起部９を設けるとともに、この位置決め用突起部９と係合する係合部（図示せず）を基板１に設ける。そして位置決め用突起部９と係合部を係合させることで、検出部６は簡単に基板１に位置決め固定される。
【００１８】
検出部６の上面は、平坦にしたままでも自動実装機による吸着実装が可能である。ここで図２Ｃに示すように、検出部６の上面に自動実装用突起部１０を設けると、自動実装機での実装がより容易になる。
【００１９】
（実施の形態２）
図３Ａは実施の形態２における電流検出器の概略構成を示す側面図、図３Ｂは同上面図、図３Ｃは同斜視図、図３Ｄは同背面からの斜視図、図３Ｅは概略構成を示す図である。
【００２０】
基板１上には基板１に設けた切り欠き部１２を跨ぐ位置にホール素子２を配設している。またホール素子２がリング状コア（以下、コア）３のギャップ部に位置するようにコア３とＵ字状コイル（以下、コイル）４を配設している。またコア３は、ホール素子２が設けられた基板面とは逆の面側に位置する一端部から、基板切り欠き部１２内に向かって突出する突出部１６を有する構成となっている。また基板切り欠き部１２の切り欠き幅は、コア３がホール素子２と対向する部分のコアの幅よりも小さくしている。これにより、容易にホール素子２を切り欠き部１２を跨ぐように取り付け可能となる。ボビン１１はコイル４の一部を固定している。電子回路５は実施の形態１と同様の構成であり、端子８を介して外部回路へ検知した電流値を電圧として出力する。
【００２１】
これにより、リング状コアとホール素子２とのギャップが狭くなる。その結果、コイル４に流れる電流により発生する磁束を大きくすることが可能となり、電流検出器としての性能が向上する。
【００２２】
なお、突出部１６の幅は、コア３がホール素子２と対向する部分の幅よりも小さい。これにより、コア３のギャップを狭くしても基板１に対しコア３の突出部１６を容易に挿入しホール素子２を基板１に取付けた状態で、コア３のギャップの間に位置するように取付けることができる。また、コア３のホール素子に近接した部分の幅が小さくなることで、コア３の幅の小さい部分での磁束密度が高くなり、ホール素子に高い磁束密度を印加可能となる。
【００２３】
なお、ボビン１１は絶縁性樹脂で構成することが好ましい。これにより、電流検出器のコイル以外の部分と、コイル間の絶縁耐圧を確保する。また、ボビン１１を基板１に位置決め、固定することでコイル４は容易に基板１やコア３に対し位置決め、固定される。また、コイル４の表面に絶縁樹脂を塗布し基板上に固定することが好ましい。これにより、簡単な構成で、電流検出器のコイル以外の部分とコイル４の絶縁耐圧が確保される。
【００２４】
また、ボビン１１の表面は導電性材料（図示せず）で覆い、この導電性材料部をホール素子２の出力を増幅するための電子回路５のグランドに接続することが好ましい。これによりボビン１１の表面を覆った導電性材料がシールドとなる。また、コア３の最外層を導電性材料（図示せず）で覆い、この導電性材料部をホール素子２の出力を増幅するための電子回路５のグランドに接続することが好ましい。このように構成することにより、電流検出器を用いる機器でスイッチング等によりコイル４の電位が急激に変動した場合に電子回路５に発生するノイズが低減される。上記導電性材料で覆う方法としてはめっきや導電性樹脂を塗布する方法等が挙げられる。また、最外層に半田付け可能な材料からなる層を積層した積層コアをコア３として用い、基板１のグランドに接続してもよい。これにより上記と同様の効果が得られる。
【００２５】
また図３Ａ〜３Ｅに示すように、コイル４を保持するボビン１１は第1のツメ１３、第２のツメ１４、挟持部１５を有する。これらにより、コア３とコイル４を組立てる際、基板１とコア３やコイル４が第1のツメ１３、第２のツメ１４、挟持部１５にて固定される。
【００２６】
これにより、簡単な構成で基板１やコア３とボビン１１とを位置決め固定出来る。
【００２７】
また、コイル４のリード端子４Ａよりも、外部回路へとつながる端子８の長さを長くすることが好ましい。これにより、電流検出器をマザー基板（図示せず）に取付ける際に、端子８を先にマザー基板の抜き穴に挿入し位置決めして後、コイル４のリード端子４Ａを挿入することが可能となり、電流検出器のマザー基板への取付けが容易になる。
【００２８】
次に、上記構成の電流検出器の製造工程を簡単に説明する。まず基板１上に、ホール素子２と、電子回路５を構成する部品を実装する。次に、予めコア３に対しボビン１１を取り付けたコイル４をコア３の側面より挿入して組み合わせる。次にコア３とコイル４とを基板１の切り欠き部１２、１２Ａよりスライドして基板１に取り付ける。
【００２９】
この構成により、基板１に対し、コア３とコイル４とを基板の切り欠き部１２よりスライドさせることで、容易に組み立てることが出来る。また、コイル４をコア３に容易に組み立てることができるため、これらを非常に簡単に効率よく装着でき、生産性が向上する。
【００３０】
（実施の形態３）
図４Ａは実施の形態３における電流検出器の概略構成を示す側面図であり、図４Ｂは同上面図、図４Ｃは同斜視図である。
【００３１】
実施の形態３の基本的な構成は実施の形態２と同様である。実施の形態２と異なる点は、ホール素子２、コア３のギャップ、そして基板切り欠き部１２を覆うように保護樹脂１７を設けている点である。これにより、信頼性、特に耐湿性がより向上する。
【００３２】
なお、保護樹脂１２は軟弾力性樹脂で構成することが好ましい。これにより、使用環境でのホール素子２への応力が緩和され、ホール素子２への応力により発生する電流検出器の出力電圧値の変動が低減される。
【００３３】
（実施の形態４）
図５Ａは実施の形態４における電流検出器の概略構成を示す側面図であり、図５Ｂは同上面図、図５Ｃは同斜視図である。
【００３４】
実施の形態４の基本的な構成は実施の形態２と同様である。実施の形態２と異なる点は、ホール素子２、コア３のギャップ、そして基板切り欠き部１２を覆うように壁１８を設けいる点である。このように構成することで、内部構成が使用環境に対し保護される。なお、壁１８の代わりに中空キャップを設けてもよい。
【００３５】
（実施の形態５）
図６Ａは実施の形態６における電流検出器の概略構成を示す側面図であり、図６Ｂは同上面図である。
【００３６】
図において、基板１に設けた切り欠き１２の中にホール素子２を配設している。またホール素子２がリング状コア（以下、コア）３のギャップ部に位置するようにコア３とＵ字状コイル（以下、コイル）４を配設している。
【００３７】
これにより、従来、基板１とホール素子２の厚みで制約されていたコア３のギャップの長さが基板１の厚みのみの制約となり、コア３のギャップ長を狭くすることが可能となる。その結果、コイル４に流れる電流によりコア３及びそのギャップに発生する磁束を大きくすることが可能となり、電流検出器としての性能が向上する。
【００３８】
また、本実施の形態に実施の形態３の構成を適用する際に、保護樹脂を基板の切り欠き部１２上面より容易に塗布することが可能となり、生産性が向上する。
【００３９】
（実施の形態６）
図７Ａは実施の形態６における電流検出器の概略構成を示す側面図であり、図７Ｂは同斜視図である。
【００４０】
実施の形態６の基本的な構成は実施の形態２と同様である。実施の形態２と異なる点は、基板１表面に、グランドパターン２０が形成されている点である。
【００４１】
これにより、Ｕ字状コイル４と電子回路５間の基板表面に設けたグランドパターン２０がシールドとなる。これにより、電流検出器を用いる機器でスィッチング等によりＵ字状コイル４の電位が急激に変動した場合に電子回路５に発生するノイズが低減される。なお、グランドパターン２０の構成は、例えば全面あるいは格子状のパターンで構成する。
【００４２】
（実施の形態７）
図８Ａは実施の形態７におけるリング状コアの側面図、図８Ｂは実施の形態７におけるリング状コア付近の磁束の状態を説明する図である。本実施の形態では、リング状コア３がホール素子２と対向する側の一端部を、ホール素子２から遠ざかる方向に弓状にへこませ、凹部３Ａを設けた構成としている。これにより、図８Ｃのようにリング状コア３の両端が平坦な場合に比べ、リング状コア３がホール素子２と対向する側の一端部に対しホール素子２の位置がずれた場合、リング状コア３のホール素子２と対向する側の一端部の端面部分で、リング状コア３のギャップ部分に発生する磁束の急激な低下を改善することが出来る。
【００４３】
（実施の形態８）
図９は実施の形態８における電流検出器の上面図である。実施の形態８の基本的な構成は実施の形態２と同様である。本実施の形態においては、リング状コア３の角部の内周面３Ｂと外周面３Ｃを曲面で構成している。これにより、リング状コア３のギャップ部分に発生する磁束が増加する。なお、本実施の形態ではリング状コア３の角部の内周側３Ｂと外周側３Ｃとの両方を曲面で構成しているがどちらか一方を曲面で構成しても有効である。
【００４４】
（実施の形態９）
図１０Ａは実施の形態９における電流検出器の上面図である。実施の形態９の基本的な構成は実施の形態２と同様である。本実施の形態においては、図１０Ｂのようにリング状コア３を積層コアで形成し、図１０Ａのように各層の角部にカシメ部３Ｄを設けている。
【００４５】
これにより、リング状コア３を安価で透磁率の高い珪素鋼鈑で構成することが可能となる。また、積層コアの角部にカシメ部３Ｄを設けることにより、一体化したリング状コアとして扱えるため、組立てが容易になる。なお、積層するコアの材質については、パーマロイ材（ニッケルと鉄の合金）等、その他の材質でも良い。また、積層コアの各層を１枚の磁性板で構成してもよい。
【００４６】
また、図１０Ｄ〜１０Ｆに示すように、リング状コア３を２つの積層コアで構成してもよい。
【００４７】
これにより、リング状コア３のギャップを広げて予め巻回しリードの線径に影響されないコイル(図示せず)を前記ギャップ部よりリング状コア３の磁路を横切る位置に挿入取り付けが可能となる。
【００４８】
また、予め巻回したコイル４を挿入取り付け後にギャップの長さを狭めることで、コイル４に流れる電流によりコア３及びそのギャップに発生する磁束を大きくすることが可能となり、電流検出器としての性能が向上する。
【００４９】
また、ギャップの長さを自由に調節可能なため、コイル４に流れる電流によりコア３及びそのギャップに発生する磁束を調整することが可能となり電子回路５の増幅で行っていた出力電圧の調整を代用する事が可能となる。
【００５０】
その際、一方の各層が略Ｌ字状の磁性板３Ｅからなり、他方の各層が略Ｉ字状の磁性板３Ｆからなり、それぞれを交互に積層することで構成してもよい。これにより、積層により容易にリング状コアを形成出来る。
【００５１】
また、上記２つの積層体の回動支点となるつなぎ目３Ｄを、図１０ＣのようにＶノッチで形成することが好ましい。これにより、２つの積層体の回動支点となるつなぎ目を金型のパンチングで容易に形成することが出来る。
【００５２】
【発明の効果】
本発明によれば、リング状コア３のギャップをＵ字状コイル４の線径よりも細くしても、簡単にコイル４をコア３のリング穴に通してコア３の磁路を横切らせることができる。そしてコア３とホール素子２とのギャップを狭くすることで電流検出の性能が向上し、小型化もしやすくなる。
【００５３】
また、コア３とホール素子２とコイル４とを樹脂で一体化したことで機器としての耐湿性をより向上させることができるものである。
【００５４】
また基板１の、コア３のギャップ間の反対の位置に対応する位置と、コア３のギャップ間に対応する位置とに基板切り欠き部１２を設ける。そして基板切り欠き部１２を跨ぐようにホール素子２を配設する。このように構成することで基板１に対し、コア３とコイル４とを基板１の切り欠き部１２よりスライドさせることで、容易に小型化した状態に組み立てることが出来、かつ、ホール素子２からの出力に生じるノイズを低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】Ａは本発明の実施の形態１における電流検出器の構成を示す斜視図
Ｂは本発明の実施の形態１における電流検出器の構成を示す上面図
Ｃは本発明の実施の形態１における電流検出器の構成を示す側面図
【図２】Ａ〜Ｃは本発明の実施の形態１における電流検出器の磁気回路部の構成を示す斜視図
【図３】Ａは本発明の実施の形態２における電流検出器の構成を示す側面図
Ｂは本発明の実施の形態２における電流検出器の構成を示す上面図
Ｃは本発明の実施の形態２における電流検出器の構成を示す斜視図
Ｄは図３Ｃの裏側から見た斜視図
Ｅは本発明の実施の形態２における電流検出器の構成を示す図
【図４】Ａは本発明の実施の形態３における電流検出器の構成を示す側面図
Ｂは本発明の実施の形態３における電流検出器の構成を示す上面図
Ｃは本発明の実施の形態３における電流検出器の構成を示す斜視図
【図５】Ａは本発明の実施の形態４における電流検出器の構成を示す側面図
Ｂは本発明の実施の形態４における電流検出器の構成を示す上面図
Ｃは本発明の実施の形態４における電流検出器の構成を示す斜視図
【図６】Ａは本発明の実施の形態５における電流検出器の構成を示す側面図
Ｂは本発明の実施の形態５における電流検出器の構成を示す上面図
【図７】Ａは本発明の実施の形態６における電流検出器の構成を示す側面図
Ｂは本発明の実施の形態６における電流検出器の構成を示す斜視図
【図８】Ａは本発明の実施の形態７における電流検出器のリング状コアの上面図
Ｂ、Ｃは本発明の実施の形態７における電流検出器の動作を説明するリング状コアの一部拡大上面図
【図９】本発明の実施の形態８における電流検出器の構成を示す上面図
【図１０】Ａは本発明の実施の形態９における電流検出器の構成を示す上面図
Ｂは本発明の実施の形態９における電流検出器のリング状コアの側面図
Ｃは本発明の実施の形態９における電流検出器のリング状コアのカシメ部を説明する図
Ｄは本発明の実施の形態９における電流検出器のリング状コアの構成を示す図 Ｅは本発明の実施の形態９における電流検出器の、他のリング状コアの側面図 Ｆは図１０Ｅのリング状コアの他の側面図
【図１１】Ａは従来の電流検出器の構成を示す斜視図
Ｂは従来の電流検出器の構成を示す上面図
【符号の説明】
１ 基板
２ ホール素子
３ リング状コア
３Ａ 凹部
３Ｂ 角部内周面
３Ｃ 角部外周面
３Ｄ カシメ部
３Ｅ 略Ｌ字状磁性板
３Ｆ 略Ｉ字状磁性板
４ Ｕ字状コイル
５ 電子回路
５Ａ チップ部品
５Ｂ ＩＣ
６ 検出部（成形体）
７ 半田付け用電極
８ 端子
９ 位置決め用突起部
１０ 自動実装用突起部
１１ ボビン
１２ 基板切り欠き
１３ 第１のツメ
１４ 第２のツメ
１５ 挟持部
１６ リング状コアの突起部
１７ 保護樹脂
１８ 壁あるいは中空キャップ
１９ モールド樹脂
２０ グランドパターン
２１ 基板
２２ ホール素子
２３ リング状コア
２４ コイル
２５ 電子回路
２５Ａ チップ部品
２５Ｂ ＩＣ
２６ 端子
【発明の属する技術分野】
本発明は、モータ等の機器に流れる電流を検出するための電流検出器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の電流検出器は、たとえば特開平０８−２１１１０５号公報に開示されているように、図１１Ａ、１１Ｂのような構成を有している。図１２Ａは従来の電流検出器の構成を示す斜視図であり、図１２Ｂはその側面図である。基板２１上にはホール素子２２が実装され、ホール素子２２を挟むように基板２１の上下にリング状コア （以下、コアと称す）２３が構成されている。コア２３にはコイル２４が巻回されており、その両端の一部は半田で固定されている。電子回路２５はホール素子２２の出力を増幅するためのチップ部品２５ＡやＩＣ２５Ｂからなり、端子２６を介して検出された電流値を電圧値として出力する。
【０００３】
このような電流検出器は以下のような方法で製造される。すなわち、まず基板２１上にホール素子２２、電子回路２５を構成するチップ部品２５ＡやＩＣ２５Ｂ等を実装する。次にコア２３のギャップ部より予め巻回されたコイル２４をコア２３の磁路を横切る位置に挿入する。その状態でコア２３のギャップ部内にホール素子２２が配置されるようにコア２３を固定する。続いてコイル２４を基板２１に固定する。
【０００４】
またこのような電流検出器は、以下のように動作する。すなわち、コイル２４はモータ等の機器と直列接続され、機器に流れる電流がそのまま流れる。コイル２４に流れる電流によりコア２３に磁束を発生させ、この発生した磁束でホール素子２２の出力電圧を変化させる。電流検出器は、電子回路２５でホール素子２２の出力変化を増幅することで機器に流れる電流の大きさを検出する。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の構成では、電流検出器としての性能をアップさせるためにホール素子２２からの出力を大きくしようとすると、コア２３の磁束量を大きくする必要がある。そのためには、コアのギャップ間を狭くするか、あるいはコア２３に巻くコイル２４のターン数を増やす必要がある。
【０００６】
ところが従来の構成では、予め巻回されたコイル２４をコア２３のギャップの間から挿入しておき、その状態でホール素子２２がギャップ内に配置されるように固定する。このため、コア２３のギャップをコイル２４の線径（直径）よりも細くすることができない。したがって電流検出器としての性能をアップさせようとするとコア２３に巻くコイル２４のターン数を増やす必要があり、小型化が困難である。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の電流検出器は、基板をそのギャップで挟み込むように設けられたリング状コアと、コアのギャップ間に配設されるように前記基板上に設けられたホール素子と、コアの磁路を横切るように設けられたＵ字状コイルと、ホール素子の出力を増幅するための電子回路部とを備える。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の実施の形態における電流検出器について、図面を用いながら説明する。なお、同様の構成をなすものについては同じ符号を付して説明し、詳細な説明は省略する。
【０００９】
（実施の形態１）
図１Ａは実施の形態１における電流検出器の概略構成を示す斜視図、図１Ｂは同上面図、図１Ｃは同側面図である。
【００１０】
図１において、基板１上には樹脂で一体化された検出部６が半田付け用電極部部７で位置決め固定されて実装されている。検出部６はギャップを有するリング状コア（以下、コアと称す）３と、このギャップ間に設けられたホール素子２と、コア３の磁路を横切るように設けられたＵ字状コイル４とが樹脂で一体化されて構成されている。また、基板１上には検出部６内のホール素子２の出力を増幅するとともに電流値を検出するためのチップ部品５ＡやＩＣ５Ｂ等からなる電子回路５が設けられている。電子回路５は、ホール素子２の出力を所望の電圧値に増幅し、端子８を介して出力する。
【００１１】
このような電流検出器は、以下のように動作する。すなわち、コイル４はモータ等の機器と直列接続され、機器に流れる電流がそのまま流れる。コイル４に流れる電流によりコア３に磁束を発生させ、この発生した磁束でホール素子２の出力電圧を変化させる。この変化を電子回路５で増幅することで機器に流れる電流の大きさを検出する。
【００１２】
ここで、Ｕ字状コイル４の線径（直径）は、コア３のギャップよりも太く、コア３のリング穴よりも細く構成されている。またコア３のギャップはホール素子２が配設できるようにギリギリの間隔を設けている。またＵ字状コイル４は、従来のようにギャップ間から挿入することなく、コア３のリング穴にその一方を通して、コア３の磁路を横切らせて配設している。
【００１３】
これにより、コア３とホール素子２とのギャップ間をギリギリまで狭くすることができるため、コア３の磁束量が大きくなる。そのため、コア３に巻かれるコイルのターン数がＵ字状コイル４になったことで磁束量が減少した分もカバーされる。トータルとしてホール素子２からの出力が大きくなり、電流検出器としての性能が向上する。また、コイル４を非常に簡単に効率よく装着できるため、生産性が向上する。
【００１４】
次に、上記構成の電流検出器の製造工程を簡単に説明する。まずコア３と、ホール素子２と、コイル４とを上述したような所定の位置関係に配設して樹脂により一体に成形し、検出部６を形成する。次に、基板１上に、検出部６を、電子回路５を構成するチップ部品５ＡやＩＣ５Ｂ等同様に所定位置に実装する。ここで、検出部６は樹脂により一体に成形されているため、電子回路５を構成するチップ部品５ＡやＩＣ５Ｂ等同様に自動実装機での実装が可能となり、生産性が大幅に向上する。
【００１５】
次に基板１への検出部６の実装に関する構成を詳細に説明する。図２Ａ〜図２Ｃは検出部６の構成を示す斜視図である。
【００１６】
図２Ａにおいて、検出部６は、半田付け用電極７を有し、これを用いて位置決め固定される。これにより、検出部６は他の基板上の部品と同様の方法で容易に基板に位置決め固定される。
【００１７】
また図２Ｂでは、検出部６の底面に位置決め用突起部９を設けるとともに、この位置決め用突起部９と係合する係合部（図示せず）を基板１に設ける。そして位置決め用突起部９と係合部を係合させることで、検出部６は簡単に基板１に位置決め固定される。
【００１８】
検出部６の上面は、平坦にしたままでも自動実装機による吸着実装が可能である。ここで図２Ｃに示すように、検出部６の上面に自動実装用突起部１０を設けると、自動実装機での実装がより容易になる。
【００１９】
（実施の形態２）
図３Ａは実施の形態２における電流検出器の概略構成を示す側面図、図３Ｂは同上面図、図３Ｃは同斜視図、図３Ｄは同背面からの斜視図、図３Ｅは概略構成を示す図である。
【００２０】
基板１上には基板１に設けた切り欠き部１２を跨ぐ位置にホール素子２を配設している。またホール素子２がリング状コア（以下、コア）３のギャップ部に位置するようにコア３とＵ字状コイル（以下、コイル）４を配設している。またコア３は、ホール素子２が設けられた基板面とは逆の面側に位置する一端部から、基板切り欠き部１２内に向かって突出する突出部１６を有する構成となっている。また基板切り欠き部１２の切り欠き幅は、コア３がホール素子２と対向する部分のコアの幅よりも小さくしている。これにより、容易にホール素子２を切り欠き部１２を跨ぐように取り付け可能となる。ボビン１１はコイル４の一部を固定している。電子回路５は実施の形態１と同様の構成であり、端子８を介して外部回路へ検知した電流値を電圧として出力する。
【００２１】
これにより、リング状コアとホール素子２とのギャップが狭くなる。その結果、コイル４に流れる電流により発生する磁束を大きくすることが可能となり、電流検出器としての性能が向上する。
【００２２】
なお、突出部１６の幅は、コア３がホール素子２と対向する部分の幅よりも小さい。これにより、コア３のギャップを狭くしても基板１に対しコア３の突出部１６を容易に挿入しホール素子２を基板１に取付けた状態で、コア３のギャップの間に位置するように取付けることができる。また、コア３のホール素子に近接した部分の幅が小さくなることで、コア３の幅の小さい部分での磁束密度が高くなり、ホール素子に高い磁束密度を印加可能となる。
【００２３】
なお、ボビン１１は絶縁性樹脂で構成することが好ましい。これにより、電流検出器のコイル以外の部分と、コイル間の絶縁耐圧を確保する。また、ボビン１１を基板１に位置決め、固定することでコイル４は容易に基板１やコア３に対し位置決め、固定される。また、コイル４の表面に絶縁樹脂を塗布し基板上に固定することが好ましい。これにより、簡単な構成で、電流検出器のコイル以外の部分とコイル４の絶縁耐圧が確保される。
【００２４】
また、ボビン１１の表面は導電性材料（図示せず）で覆い、この導電性材料部をホール素子２の出力を増幅するための電子回路５のグランドに接続することが好ましい。これによりボビン１１の表面を覆った導電性材料がシールドとなる。また、コア３の最外層を導電性材料（図示せず）で覆い、この導電性材料部をホール素子２の出力を増幅するための電子回路５のグランドに接続することが好ましい。このように構成することにより、電流検出器を用いる機器でスイッチング等によりコイル４の電位が急激に変動した場合に電子回路５に発生するノイズが低減される。上記導電性材料で覆う方法としてはめっきや導電性樹脂を塗布する方法等が挙げられる。また、最外層に半田付け可能な材料からなる層を積層した積層コアをコア３として用い、基板１のグランドに接続してもよい。これにより上記と同様の効果が得られる。
【００２５】
また図３Ａ〜３Ｅに示すように、コイル４を保持するボビン１１は第1のツメ１３、第２のツメ１４、挟持部１５を有する。これらにより、コア３とコイル４を組立てる際、基板１とコア３やコイル４が第1のツメ１３、第２のツメ１４、挟持部１５にて固定される。
【００２６】
これにより、簡単な構成で基板１やコア３とボビン１１とを位置決め固定出来る。
【００２７】
また、コイル４のリード端子４Ａよりも、外部回路へとつながる端子８の長さを長くすることが好ましい。これにより、電流検出器をマザー基板（図示せず）に取付ける際に、端子８を先にマザー基板の抜き穴に挿入し位置決めして後、コイル４のリード端子４Ａを挿入することが可能となり、電流検出器のマザー基板への取付けが容易になる。
【００２８】
次に、上記構成の電流検出器の製造工程を簡単に説明する。まず基板１上に、ホール素子２と、電子回路５を構成する部品を実装する。次に、予めコア３に対しボビン１１を取り付けたコイル４をコア３の側面より挿入して組み合わせる。次にコア３とコイル４とを基板１の切り欠き部１２、１２Ａよりスライドして基板１に取り付ける。
【００２９】
この構成により、基板１に対し、コア３とコイル４とを基板の切り欠き部１２よりスライドさせることで、容易に組み立てることが出来る。また、コイル４をコア３に容易に組み立てることができるため、これらを非常に簡単に効率よく装着でき、生産性が向上する。
【００３０】
（実施の形態３）
図４Ａは実施の形態３における電流検出器の概略構成を示す側面図であり、図４Ｂは同上面図、図４Ｃは同斜視図である。
【００３１】
実施の形態３の基本的な構成は実施の形態２と同様である。実施の形態２と異なる点は、ホール素子２、コア３のギャップ、そして基板切り欠き部１２を覆うように保護樹脂１７を設けている点である。これにより、信頼性、特に耐湿性がより向上する。
【００３２】
なお、保護樹脂１２は軟弾力性樹脂で構成することが好ましい。これにより、使用環境でのホール素子２への応力が緩和され、ホール素子２への応力により発生する電流検出器の出力電圧値の変動が低減される。
【００３３】
（実施の形態４）
図５Ａは実施の形態４における電流検出器の概略構成を示す側面図であり、図５Ｂは同上面図、図５Ｃは同斜視図である。
【００３４】
実施の形態４の基本的な構成は実施の形態２と同様である。実施の形態２と異なる点は、ホール素子２、コア３のギャップ、そして基板切り欠き部１２を覆うように壁１８を設けいる点である。このように構成することで、内部構成が使用環境に対し保護される。なお、壁１８の代わりに中空キャップを設けてもよい。
【００３５】
（実施の形態５）
図６Ａは実施の形態６における電流検出器の概略構成を示す側面図であり、図６Ｂは同上面図である。
【００３６】
図において、基板１に設けた切り欠き１２の中にホール素子２を配設している。またホール素子２がリング状コア（以下、コア）３のギャップ部に位置するようにコア３とＵ字状コイル（以下、コイル）４を配設している。
【００３７】
これにより、従来、基板１とホール素子２の厚みで制約されていたコア３のギャップの長さが基板１の厚みのみの制約となり、コア３のギャップ長を狭くすることが可能となる。その結果、コイル４に流れる電流によりコア３及びそのギャップに発生する磁束を大きくすることが可能となり、電流検出器としての性能が向上する。
【００３８】
また、本実施の形態に実施の形態３の構成を適用する際に、保護樹脂を基板の切り欠き部１２上面より容易に塗布することが可能となり、生産性が向上する。
【００３９】
（実施の形態６）
図７Ａは実施の形態６における電流検出器の概略構成を示す側面図であり、図７Ｂは同斜視図である。
【００４０】
実施の形態６の基本的な構成は実施の形態２と同様である。実施の形態２と異なる点は、基板１表面に、グランドパターン２０が形成されている点である。
【００４１】
これにより、Ｕ字状コイル４と電子回路５間の基板表面に設けたグランドパターン２０がシールドとなる。これにより、電流検出器を用いる機器でスィッチング等によりＵ字状コイル４の電位が急激に変動した場合に電子回路５に発生するノイズが低減される。なお、グランドパターン２０の構成は、例えば全面あるいは格子状のパターンで構成する。
【００４２】
（実施の形態７）
図８Ａは実施の形態７におけるリング状コアの側面図、図８Ｂは実施の形態７におけるリング状コア付近の磁束の状態を説明する図である。本実施の形態では、リング状コア３がホール素子２と対向する側の一端部を、ホール素子２から遠ざかる方向に弓状にへこませ、凹部３Ａを設けた構成としている。これにより、図８Ｃのようにリング状コア３の両端が平坦な場合に比べ、リング状コア３がホール素子２と対向する側の一端部に対しホール素子２の位置がずれた場合、リング状コア３のホール素子２と対向する側の一端部の端面部分で、リング状コア３のギャップ部分に発生する磁束の急激な低下を改善することが出来る。
【００４３】
（実施の形態８）
図９は実施の形態８における電流検出器の上面図である。実施の形態８の基本的な構成は実施の形態２と同様である。本実施の形態においては、リング状コア３の角部の内周面３Ｂと外周面３Ｃを曲面で構成している。これにより、リング状コア３のギャップ部分に発生する磁束が増加する。なお、本実施の形態ではリング状コア３の角部の内周側３Ｂと外周側３Ｃとの両方を曲面で構成しているがどちらか一方を曲面で構成しても有効である。
【００４４】
（実施の形態９）
図１０Ａは実施の形態９における電流検出器の上面図である。実施の形態９の基本的な構成は実施の形態２と同様である。本実施の形態においては、図１０Ｂのようにリング状コア３を積層コアで形成し、図１０Ａのように各層の角部にカシメ部３Ｄを設けている。
【００４５】
これにより、リング状コア３を安価で透磁率の高い珪素鋼鈑で構成することが可能となる。また、積層コアの角部にカシメ部３Ｄを設けることにより、一体化したリング状コアとして扱えるため、組立てが容易になる。なお、積層するコアの材質については、パーマロイ材（ニッケルと鉄の合金）等、その他の材質でも良い。また、積層コアの各層を１枚の磁性板で構成してもよい。
【００４６】
また、図１０Ｄ〜１０Ｆに示すように、リング状コア３を２つの積層コアで構成してもよい。
【００４７】
これにより、リング状コア３のギャップを広げて予め巻回しリードの線径に影響されないコイル(図示せず)を前記ギャップ部よりリング状コア３の磁路を横切る位置に挿入取り付けが可能となる。
【００４８】
また、予め巻回したコイル４を挿入取り付け後にギャップの長さを狭めることで、コイル４に流れる電流によりコア３及びそのギャップに発生する磁束を大きくすることが可能となり、電流検出器としての性能が向上する。
【００４９】
また、ギャップの長さを自由に調節可能なため、コイル４に流れる電流によりコア３及びそのギャップに発生する磁束を調整することが可能となり電子回路５の増幅で行っていた出力電圧の調整を代用する事が可能となる。
【００５０】
その際、一方の各層が略Ｌ字状の磁性板３Ｅからなり、他方の各層が略Ｉ字状の磁性板３Ｆからなり、それぞれを交互に積層することで構成してもよい。これにより、積層により容易にリング状コアを形成出来る。
【００５１】
また、上記２つの積層体の回動支点となるつなぎ目３Ｄを、図１０ＣのようにＶノッチで形成することが好ましい。これにより、２つの積層体の回動支点となるつなぎ目を金型のパンチングで容易に形成することが出来る。
【００５２】
【発明の効果】
本発明によれば、リング状コア３のギャップをＵ字状コイル４の線径よりも細くしても、簡単にコイル４をコア３のリング穴に通してコア３の磁路を横切らせることができる。そしてコア３とホール素子２とのギャップを狭くすることで電流検出の性能が向上し、小型化もしやすくなる。
【００５３】
また、コア３とホール素子２とコイル４とを樹脂で一体化したことで機器としての耐湿性をより向上させることができるものである。
【００５４】
また基板１の、コア３のギャップ間の反対の位置に対応する位置と、コア３のギャップ間に対応する位置とに基板切り欠き部１２を設ける。そして基板切り欠き部１２を跨ぐようにホール素子２を配設する。このように構成することで基板１に対し、コア３とコイル４とを基板１の切り欠き部１２よりスライドさせることで、容易に小型化した状態に組み立てることが出来、かつ、ホール素子２からの出力に生じるノイズを低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】Ａは本発明の実施の形態１における電流検出器の構成を示す斜視図
Ｂは本発明の実施の形態１における電流検出器の構成を示す上面図
Ｃは本発明の実施の形態１における電流検出器の構成を示す側面図
【図２】Ａ〜Ｃは本発明の実施の形態１における電流検出器の磁気回路部の構成を示す斜視図
【図３】Ａは本発明の実施の形態２における電流検出器の構成を示す側面図
Ｂは本発明の実施の形態２における電流検出器の構成を示す上面図
Ｃは本発明の実施の形態２における電流検出器の構成を示す斜視図
Ｄは図３Ｃの裏側から見た斜視図
Ｅは本発明の実施の形態２における電流検出器の構成を示す図
【図４】Ａは本発明の実施の形態３における電流検出器の構成を示す側面図
Ｂは本発明の実施の形態３における電流検出器の構成を示す上面図
Ｃは本発明の実施の形態３における電流検出器の構成を示す斜視図
【図５】Ａは本発明の実施の形態４における電流検出器の構成を示す側面図
Ｂは本発明の実施の形態４における電流検出器の構成を示す上面図
Ｃは本発明の実施の形態４における電流検出器の構成を示す斜視図
【図６】Ａは本発明の実施の形態５における電流検出器の構成を示す側面図
Ｂは本発明の実施の形態５における電流検出器の構成を示す上面図
【図７】Ａは本発明の実施の形態６における電流検出器の構成を示す側面図
Ｂは本発明の実施の形態６における電流検出器の構成を示す斜視図
【図８】Ａは本発明の実施の形態７における電流検出器のリング状コアの上面図
Ｂ、Ｃは本発明の実施の形態７における電流検出器の動作を説明するリング状コアの一部拡大上面図
【図９】本発明の実施の形態８における電流検出器の構成を示す上面図
【図１０】Ａは本発明の実施の形態９における電流検出器の構成を示す上面図
Ｂは本発明の実施の形態９における電流検出器のリング状コアの側面図
Ｃは本発明の実施の形態９における電流検出器のリング状コアのカシメ部を説明する図
Ｄは本発明の実施の形態９における電流検出器のリング状コアの構成を示す図 Ｅは本発明の実施の形態９における電流検出器の、他のリング状コアの側面図 Ｆは図１０Ｅのリング状コアの他の側面図
【図１１】Ａは従来の電流検出器の構成を示す斜視図
Ｂは従来の電流検出器の構成を示す上面図
【符号の説明】
１ 基板
２ ホール素子
３ リング状コア
３Ａ 凹部
３Ｂ 角部内周面
３Ｃ 角部外周面
３Ｄ カシメ部
３Ｅ 略Ｌ字状磁性板
３Ｆ 略Ｉ字状磁性板
４ Ｕ字状コイル
５ 電子回路
５Ａ チップ部品
５Ｂ ＩＣ
６ 検出部（成形体）
７ 半田付け用電極
８ 端子
９ 位置決め用突起部
１０ 自動実装用突起部
１１ ボビン
１２ 基板切り欠き
１３ 第１のツメ
１４ 第２のツメ
１５ 挟持部
１６ リング状コアの突起部
１７ 保護樹脂
１８ 壁あるいは中空キャップ
１９ モールド樹脂
２０ グランドパターン
２１ 基板
２２ ホール素子
２３ リング状コア
２４ コイル
２５ 電子回路
２５Ａ チップ部品
２５Ｂ ＩＣ
２６ 端子
Claims (1)
- ホール素子を配置した第１の切り欠き部とギャップを有したリング状コアを保持した第２の切り欠き部とを並列して設けた基板と、
この基板上に前記ホール素子の出力を増幅する電子回路部と、
前記リング状コアの内周をボビンにより被覆して貫通させる被検出電流通電導体とを備え、
前記ギャップに前記ホール素子を位置させるとともに、
前記リング状コアにおける前記ギャップに対向する部位を第２の切り欠き部に挿入し保持させ、
前記ボビン表面を導電性材料で覆い、
この導電性材料を前記電子回路のグランドに接続した電流検出装置。
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