JP6659350B2

JP6659350B2 - センサ装置および電流センサ

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Publication number: JP6659350B2
Application number: JP2015247822A
Authority: JP
Inventors: 俊明川崎; 威信中村
Original assignee: Asahi Kasei EMD Corp
Current assignee: Asahi Kasei EMD Corp
Priority date: 2015-12-18
Filing date: 2015-12-18
Publication date: 2020-03-04
Anticipated expiration: 2035-12-18
Also published as: JP2017111097A

Description

本発明は、センサ装置および電流センサに関する。

従来、電流路を流れる電流を検出する電流センサとして、磁気センサを有し、当該磁気センサが当該電流によって発生する磁場を検出するセンサが知られていた（例えば、特許文献１および２参照）。
特許文献１米国特許第５９４２８９５号明細書
特許文献２特表２０１３−５１３１０４号公報

このような電流センサは、流れる電流の急峻な立ち上がりおよび立ち下がり等の電流の過渡的な変化を検出すべく、良好な磁場の過渡応答特性が要求されることがある。しかしながら、良好な過渡応答特性を有する磁気センサを電流センサとして組み立てても、電流センサとして動作させると当該過渡応答特性が劣化してしまう場合があった。そして、当該過渡応答特性の劣化は、オーバーシュートが発生する場合と、遅延が発生する場合とがあり、原因が不明で良好な磁場の過渡応答特性を実現することが困難であった。また、磁気センサに圧力、または衝撃等が加わっても故障および破壊しない強度が要求されることがあった。

本発明の第１の態様においては、電流路を流れる電流を検出するセンサ装置であって、電流路を流れる電流によって生じる磁場を検出する磁気センサと、磁気センサに面して設けられる導電板と、を備え、導電板は、平面視で磁気センサが配置される箇所において離間して配置されて第１スリットを形成する第１導電部および第２導電部と、平面視で磁気センサが配置される箇所における第１スリットの両側の延長方向に位置する第３導電部および第４導電部と、第１スリットの第３導電部側の端部から第３導電部に沿って更に延伸し、導電板の外周に至る第２スリットと、を有するセンサ装置を提供する。

本発明の第２の態様においては、第１の態様のセンサ装置と、電流が流れることによって磁気センサに磁場を印加するように配置される電流路と、を備える電流センサを提供する。

なお、上記の発明の概要は、本発明の必要な特徴の全てを列挙したものではない。また、これらの特徴群のサブコンビネーションもまた、発明となりうる。

本実施形態に係るセンサ装置１００の構成例を、電流導体１０および固定基板２０と共に示す。本実施形態に係るセンサ装置１００の断面の構成例を示す。電流導体１０と導電板１３０の第１の配置例を示す。磁気センサ１１０に過渡的に検出磁場が増加した場合の、過渡応答特性の一例を示す。電流導体１０と導電板１３０の第２の配置例を示す。磁気センサ１１０に過渡的に検出磁場が減少した場合の、過渡応答特性の一例を示す。本実施形態に係るセンサ装置１００の構成例を示す。本実施形態に係る導電板１３０に発生する渦電流の第１例を示す。本実施形態に係る導電板１３０に発生する渦電流の第２例を示す。本実施形態に係る導電板１３０に発生する渦電流の第３例を示す。本実施形態に係る導電板１３０の構成例を示す。本実施形態に係るセンサ装置１００の過渡応答特性をシミュレートした結果の一例を示す。図１２に示すセンサ装置１００の過渡応答特性の拡大図を示す。本実施形態に係る導電板１３０の第１変形例を示す。本実施形態に係る導電板１３０の第２変形例を示す。本実施形態に係る導電板１３０の第３変形例を示す。本実施形態に係る導電板１３０の第４変形例を示す。本実施形態に係る導電板１３０の第５変形例を示す。本実施形態に係る導電板１３０の第６変形例を示す。本実施形態に係る導電板１３０の第７変形例を示す。

以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、以下の実施形態は特許請求の範囲にかかる発明を限定するものではない。また、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。

図１は、本実施形態に係るセンサ装置１００の構成例を、電流導体１０および固定基板２０と共に示す。図１は、センサ装置１００が電流導体１０を流れる電流を検出する電流センサとして用いられる例を示す。電流導体１０は、一例として、Ｙ軸方向に延伸し、＋Ｙ方向または−Ｙ方向の電流を流す。当該電流は、電流導体１０を中心としたＸＺ面と平行な面において、当該電流に対して右回りの（時計回りの）磁場を発生させる。図１の電流導体１０は、電流が流れる方向に対する断面視で、Ｚ方向が厚み方向となる（Ｚ方向が短辺となる）形状であるが、当該断面視で、Ｚ方向以外が（例えばＸ方向またはＹ方向が）厚み方向となる形状であってもよい。また、電流導体１０の電流が流れる方向に対する断面形状は、四角形、正方形、台形、多角形、円形、楕円形状等でよく、また、これらの組み合わせであってもよい。

センサ装置１００は、当該磁場が入力する位置に配置される。センサ装置１００は、例えば、固定基板２０の一方の面に設けられる。センサ装置１００は、固定基板２０の電流導体１０を向く面に配置されてよく、これに代えて、固定基板２０の電流導体１０とは反対側の面に配置されてもよい。固定基板２０は、回路等が形成され、センサ装置１００と電気信号等を授受してよい。また、固定基板２０は、センサ装置１００と、ＧＮＤライン、コモン電源ライン等が接続されてよい。これに代えて、固定基板２０は、センサ装置１００と無線接続または光接続されてもよい。固定基板２０は、プリント基板等でよい。

センサ装置１００は、電流導体１０といった電流路を流れる電流を検出する。センサ装置１００は、当該電流に基づく予め定められた方向に入力する磁場を検出する。図１は、センサ装置１００がＸ軸と略平行な方向に入力する磁場を検出する例を示す。即ち、図１は、センサ装置１００が電流導体１０の＋Ｙ方向に流れる電流に応じて発生する磁場のうち、−Ｘ方向の成分を検出する例を示す。

図２は、本実施形態に係るセンサ装置１００の断面の構成例を示す。図２は、図１の線分Ａ−Ａ'を通るＸＺ面と略平行な面の断面図の例を示す。センサ装置１００は、磁気センサ１１０と、基板１２０と、導電板１３０と、パッケージ部１４０とを備える。

磁気センサ１１０は、電流導体１０の延伸方向である電流路が配置されるべき位置に対向して設けられ、当該電流路を流れる電流によって生じる磁場を検出する。ここで対向とは、磁気センサ１１０の平面（図２においてはＸＹ平面）に対して略垂直な方向に当該電流路の少なくとも一部が配置される位置関係を意味する。磁気センサ１１０は、電流路とは略垂直な方向の磁場を検出してよい。磁気センサ１１０は、ホール素子を有してよい。また、磁気センサ１１０は、軟磁性体等の磁気収束板を有してもよい。ホール素子は、ホール効果によって、予め定められた方向に入力される磁場を検出する素子である。なお、ホール素子は、不純物がドープされたウェル領域によって形成されてよい。また、磁気センサ１１０は、磁気抵抗素子（ＭＲ）、巨大磁気抵抗素子（ＧＭＲ）、トンネル効果磁気抵抗素子（ＴＭＲ）、マグネトインピーダンス素子（ＭＩ素子）、および／またはインダクタンスセンサ等を有してよい。

基板１２０は、磁気センサ１１０が形成される。基板１２０は、一方の面に磁気センサ１１０が形成されてよく、これに代えて、内部に磁気センサ１１０が形成されてもよい。基板１２０は、シリコン等を有する半導体基板でよく、この場合、当該半導体基板に不純物等をドープすることにより磁気センサ１１０が形成されてよい。基板１２０は、表面および／または内部に、磁気センサ１１０と電気的に接続される配線部を有する。基板１２０は、ＩＣチップであってよく、この場合、端子を備え、外部の基板、回路、および配線等と電気的に接続されてよい。

導電板１３０は、電流導体１０の電流路が配置されるべき位置および磁気センサ１１０に面して設けられる。導電板１３０は、磁気を発生させない材料で形成されることが望ましい。導電板１３０は、例えば、非磁性の銅合金を含む。導電板１３０は、基板１２０と接して形成されてよく、また、基板１２０を支持してもよい。この場合、導電板１３０は基板１２０を支持できる程度の大きさを有してよい。導電板１３０は、リードフレームとして機能してよく、当該センサ装置１００の外部と、磁気センサ１１０とを電気的に接続してよい。この場合、導電板１３０は、外部と電気的に接続されるリード部を有してよい。

パッケージ部１４０は、磁気センサ１１０、基板１２０、および導電板１３０を内蔵する。パッケージ部１４０は、磁気を発生させない材料で形成されることが望ましい。パッケージ部１４０は、樹脂を含んでよく、磁気センサ１１０、基板１２０、および導電板１３０を覆うように形成されてよい。また、パッケージ部１４０は、磁気センサ１１０と導電板の少なくとも一部とを封止してよい。パッケージ部１４０は、導電板１３０がリード部を有する場合、当該リード部の少なくとも一部を外部に露出させて、当該導電板１３０を覆ってよい。

なお、図２は、導電板１３０の電流導体１０を向く面に基板１２０が形成され、当該基板１２０の電流導体１０を向く面に磁気センサ１１０が形成され、当該磁気センサ１１０、基板１２０、および導電板１３０をパッケージ部１４０が覆う例を示した。これに代えて、導電板１３０の電流導体１０とは反対側の面に基板１２０が形成され、当該基板１２０の電流導体１０とは反対側の面に磁気センサ１１０が形成されてもよい。

これに代えて、または、これに加えて、パッケージ部１４０は、電流導体１０を覆ってもよい。この場合、固定基板２０側から＋Ｚ方向に向けて、導電板１３０、基板１２０、磁気センサ１１０、電流導体１０の順にこれらが配列され、パッケージ部１４０が全体を覆ってよい。これに代えて、導電板１３０、基板１２０、電流導体１０、磁気センサ１１０の順にこれらが配列され、パッケージ部１４０が全体を覆ってもよい。これに代えて、磁気センサ１１０、基板１２０、導電板１３０、電流導体１０の順にこれらが配列され、パッケージ部１４０が全体を覆ってもよい。

以上のセンサ装置１００を組み立て、電流導体１０に流れる電流に応じた磁場を検出すると、磁場検出の過渡応答特性に劣化が生じる場合があった。そして、過渡応答特性の劣化は、オーバーシュートが発生する場合と、遅延が発生する場合とが発生し、原因が不明であった。そこで、まず、当該過渡応答特性の劣化の原因を解明した。そして、本実施形態のセンサ装置１００は、当該原因に基づいて、導電板１３０を最適化し、磁場検出の過渡応答特性を向上させる。ここで、磁場検出における過渡応答特性の劣化に対して解明した原因を、図３から図６を用いて説明する。

図３は、電流導体１０と導電板１３０の第１の配置例を示す。図３において、電流導体１０はＹ軸方向と略平行に延伸し、導電板１３０は当該電流導体１０に面して設けられる例を示す。即ち、導電板１３０はＸＹ平面と略平行に配置され、長手方向がＸ軸方向と略平行となる例を示す。この場合、磁気センサ１１０は、導電板１３０の電流導体１０側の面に形成され、図中の点線の四角形で示される位置に配置される場合を説明する。

電流導体１０の電流路の＋Ｙ方向に電流が流れると、当該電流路を中心として、ＸＺ面と平行な右回りの磁場が発生する。そして、発生した磁場の一部は、導電板１３０に入力し、その後、導電板１３０から出力する。図３には、入力磁場をＢ_ｉｎとして示す。この場合、過渡的に電流路に電流が流れて急峻に電流値が立ち上がると、入力磁場Ｂ_ｉｎも同様に立ち上がる。このような急激な磁場の変化に応じて、導電板１３０内部に入力磁場Ｂ_ｉｎを中心とした渦電流Ｉ_ｅｄｄｙが発生する。また、導電板１３０から出力する磁場も急峻な磁場となるので、当該導電板１３０内部に出力磁場を中心とした渦電流Ｉ_ｅｄｄｙが発生する。

図３に示すように、渦電流Ｉ_ｅｄｄｙは、侵入する磁場を打ち消す方向に発生するので、磁場の進行方向に対して反時計回り（左回り）に発生する。入力磁場および出力磁場の向きは互いに逆向きであることから、導電板１３０に発生する２つの渦電流は、互いに逆回りの電流となる。そして、当該２つの渦電流によって、過渡的な磁場Ｂ_ｅｄｄｙが発生する。当該磁場Ｂ_ｅｄｄｙは、２つの渦電流の略中心を通過するように発生し、図中の点線の四角形で示される磁気センサ１１０が配置される位置においては、電流導体１０に流れる電流によって当該磁気センサ１１０に入力する磁場と略同一方向（即ち、−Ｘ方向）の磁場となる。

即ち、図３に示すような配置で電流センサが形成されると、磁気センサ１１０は、磁場の急峻な立ち上がりの入力に応じて、当該入力磁場に過渡的な磁場Ｂ_ｅｄｄｙが更に加わった磁場を検出することになる。したがって、磁気センサ１１０は、導電板１３０がない場合と比較して、渦電流が流れている間は過渡的に増加した信号を出力することになり、過渡応答特性が劣化する。

図４は、磁気センサ１１０に過渡的に検出磁場が増加した場合の、過渡応答特性の一例を示す。図４の横軸は時間を示し、縦軸は入力磁場の強度および磁気センサ１１０の出力信号強度を示す。急峻な立ち上がりの入力磁場に対して、磁気センサ１１０の出力信号強度は、過渡的な磁場Ｂ_ｅｄｄｙが加わり、オーバーシュートが発生して過渡応答特性が劣化することがわかる。

図５は、電流導体１０と導電板１３０の第２の配置例を示す。図５において、電流導体１０はＹ軸方向と略平行に延伸し、導電板１３０は当該電流導体１０に面して設けられる例を示す。即ち、導電板１３０はＸＹ平面と略平行に配置され、長手方向がＸ軸方向と略平行となる例を示す。この場合、磁気センサ１１０は、導電板１３０の電流導体１０とは反対側の面に形成され、図中の点線の四角形で示される位置に配置される場合を説明する。

電流導体１０の電流路の＋Ｙ方向に電流が流れると、当該電流路を中心として、ＸＺ面と平行な右回りの磁場が発生する。そして、発生した磁場の一部は、導電板１３０に入力し、その後、導電板１３０から出力する。図５には、入力磁場をＢ_ｉｎとして示す。この場合、過渡的に電流路に電流が流れて急峻に電流値が立ち上がると、入力磁場Ｂ_ｉｎも同様に立ち上がる。このような急激な磁場の変化に応じて、導電板１３０内部に入力磁場Ｂ_ｉｎを中心とした渦電流Ｉ_ｅｄｄｙが発生する。また、導電板１３０から出力する磁場も急峻な磁場となるので、当該導電板１３０内部に出力磁場を中心とした渦電流Ｉ_ｅｄｄｙが発生する。

図５に示すように、渦電流Ｉ_ｅｄｄｙは、磁場の進行方向に対して反時計回り（左回り）に発生し、入力磁場および出力磁場の向きは互いに逆向きであることから、導電板１３０に発生する２つの渦電流は、互いに逆回りの電流となる。そして、当該２つの渦電流によって、過渡的な磁場Ｂ_ｅｄｄｙが発生する。当該磁場Ｂ_ｅｄｄｙは、２つの渦電流の略中心を通過するように発生し、図中の点線の四角形で示される磁気センサ１１０が配置される位置においては、電流導体１０に流れる電流によって当該磁気センサ１１０に入力する磁場と略反対方向（即ち、−Ｘ方向）の磁場となる。

即ち、図５に示すような配置で電流センサが形成されると、磁気センサ１１０は、磁場の急峻な立ち上がりの入力に応じて、当該入力磁場に過渡的な磁場Ｂ_ｅｄｄｙを差し引いた磁場を検出することになる。したがって、磁気センサ１１０は、導電板１３０がない場合と比較して、渦電流が流れている間は過渡的に減少した信号を出力することになり、過渡応答特性が劣化する。

図６は、磁気センサ１１０に過渡的に検出磁場が減少した場合の、過渡応答特性の一例を示す。図６の横軸は時間を示し、縦軸は入力磁場の強度および磁気センサ１１０の出力信号強度を示す。急峻な立ち上がりの入力磁場に対して、磁気センサ１１０の出力信号強度は、過渡的な磁場Ｂ_ｅｄｄｙが差し引かれ、遅延が発生して過渡応答特性が劣化することがわかる。

以上のように、過渡応答特性の劣化は、導電板１３０に発生する渦電流に起因することが判明した。本実施形態に係るセンサ装置１００は、このような導電板１３０に発生する渦電流を低減させて、過渡応答特性の劣化を防止する。このようなセンサ装置１００について説明する前に、まず、導電板１３０に形成するスリットについて次に説明する。

図７は、本実施形態に係るセンサ装置１００の構成例を示す。図７は、図１および２に示したセンサ装置１００のＸＹ平面と略平行な面による断面図の一例である。即ち、図７は、固定基板２０から電流導体１０に向けて、導電板１３０、基板１２０、磁気センサ１１０の順に配置される例を示す。磁気センサ１１０は、電流導体１０との位置合わせを容易に実行すべく、パッケージ部１４０の略中央に配置されることが望ましい。また、磁気センサ１１０は、導電板１３０の略中央に配置されることが望ましいが、当該中央に限定されるものではない。

導電板１３０は、複数のリード部１５０を有する。図７は、導電板１３０の＋Ｙ方向側および−Ｙ方向側の辺に、それぞれ４つのリード部１５０が配置された例を示す。リード部１５０のそれぞれは、一端がパッケージ部１４０の外側に露出し、他端がパッケージ部１４０の内部で導電板１３０、基板１２０、または磁気センサ１１０と電気的に接続される。即ち、リード部１５０の一端は、当該センサ装置１００の端子となる。また、リード部１５０の他端は、ワイヤボンディング等で各部と電気的に接続されてよい。また、リード部１５０は導電板１３０と接触または接続されなくてよい。

導電板１３０は、例えば、ＸＹ平面において略長方形の形状を有し、長手方向が電流導体１０の延伸方向（即ち、Ｙ軸方向）と略垂直に配置される。図７は、このような配置の例を示す。これに代えて、導電板１３０は、短手方向が電流導体１０の延伸方向と略平行に配置されてもよい。このように配置された導電板１３０に発生する渦電流について、図８を用いて説明する。

図８は、本実施形態に係る導電板１３０に発生する渦電流の第１例を示す。図８は、図７に示したセンサ装置１００の導電板１３０のリード部１５０を除いた矩形部分を示す。図８は、磁気センサ１１０が導電板１３０の略中央に配置され、電流導体１０の電流路が、当該磁気センサ１１０の配置に対応して、導電板１３０のＸ軸方向の略中央においてＹ軸方向に延伸するように配置される例を示す。電流導体１０の電流路に電流が流れると、図８において電流方向とした＋Ｙ方向に電流が流れ、磁気センサ１１０は−Ｘ方向の磁場を検出する。

導電板１３０は、図３で説明したように、急峻な磁場の入力に応じて、２つの渦電流Ｉ_ｅｄｄｙを発生させる。当該渦電流Ｉ_ｅｄｄｙは、電流路で分割された２つの領域のそれぞれに発生し、電流路を挟んで互いに逆向きとなる。そして、当該２つの渦電流Ｉ_ｅｄｄｙの発生に応じて、過渡的な磁場Ｂ_ｅｄｄｙが発生する。磁場Ｂ_ｅｄｄｙが磁気センサ１１０に入力する方向は、電流路に電流が流れることに応じて磁気センサ１１０に入力する磁場の方向（即ち、−Ｘ方向）と略同一の方向となる。このような過渡的な磁場の発生を低減すべく、スリットを形成することが考えられる。このようなスリットを有する導電板の例を次に説明する。

図９は、本実施形態に係る導電板１３０に発生する渦電流の第２例を示す。図９は、導電板１３０が、Ｔ字型のスリット１６２を有する例を示す。このように、渦電流の経路を電気的に切断するスリット１６２を形成することで、渦電流の発生を低減させることができる。このようなスリット１６２は、ＸＹ平面と平行な平面視において、磁気センサ１１０と重なるように形成することが望ましい。これにより、スリット１６２は、磁気センサ１１０の近傍で渦電流の発生を低減できるので、当該磁気センサ１１０に入力する過渡的な磁場を低減させることができる。ここで、導電板１３０のスリット１６２が形成されない領域においては、渦電流が発生するので、当該スリット１６２の長さはより長い方が好ましい。

図１０は、本実施形態に係る導電板１３０に発生する渦電流の第３例を示す。図１０は、図７に示したセンサ装置１００の導電板１３０のリード部１５０を除いた矩形部分を示す。図１０は、磁気センサ１１０が点線の四角形で示す導電板１３０の略中央に配置され、電流導体１０の電流路が、当該磁気センサ１１０の配置に対応して、２つの導電板１３０のＸ軸方向の略中央においてＹ軸方向に延伸するように配置される例を示す。電流導体１０の電流路に電流が流れると、図１０において電流方向とした＋Ｙ方向に電流が流れ、磁気センサ１１０は−Ｘ方向の磁場を検出する。

図１０は、導電板１３０が第１導電板１６４および第２導電板１６６を有し、第１導電板１６４および第２導電板１６６のＹ軸方向の間隔が、スリット１６８を形成する例を示す。当該スリット１６８は、図９で説明したスリット１６２を、導電板１３０の一辺から対辺に至るまで延伸させたスリットと略同一である。このようなスリット１６８は、第１導電板１６４および第２導電板１６６の間の渦電流の経路を切断するので、図９に示すスリット１６２と比較して、渦電流の発生をより低減させることができる。

しかしながら、このような導電板１３０は、Ｙ軸方向に流れる電流によって発生する磁場に起因する、Ｘ軸方向の過渡的な磁場を低減させることができる一方で、Ｘ軸方向に流れる電流によって発生する磁場に起因する、Ｙ軸方向の過渡的な磁場を低減させることができない。つまり、電流の向きによっては渦電流を低減できない場合がある。また、このような導電板１３０は、スリット１６８によってＸ軸方向に直線状に空隙が形成されるので、センサ装置１００の上面側または下面側から圧力または衝撃等が加わると、基板１２０にヒビ、割れ、および欠け等が生じ易くなってしまう。即ち、この場合、センサ装置１００は、故障の発生、破壊、および寿命の短縮化等につながってしまう。そこで、本実施形態に係るセンサ装置１００は、導電板１３０の機械的な強度を保ちつつ、過渡応答特性の劣化を防止する。

図１１は、本実施形態に係る導電板１３０の構成例を示す。図１１は、図７に示したセンサ装置１００の導電板１３０のリード部１５０を除いた矩形部分を示す。図１１は、磁気センサ１１０が点線の四角形で示す導電板１３０の略中央に配置される例を示す。電流導体１０の電流路に電流が流れると、図１１において電流方向とした＋Ｙ方向に電流が流れ、磁気センサ１１０は−Ｘ方向の磁場を検出する。導電板１３０は、第１導電部２１０、第２導電部２２０、第３導電部２３０、第４導電部２４０、第５導電部２５０、第６導電部２６０、第１スリット３１０、第２スリット３２０、第３スリット３３０、第４スリット３４０、および第５スリット３５０を有する。

第１導電部２１０および第２導電部２２０は、ＸＹ平面と平行な平面視で、磁気センサ１１０が配置される箇所において離間して配置され、第１スリット３１０を形成する。第１導電部２１０および第２導電部２２０は、第１スリット３１０の延伸方向に対する幅が略一定の値となるように、対向する辺が略等間隔に離間してよい。第１スリット３１０の延伸方向の幅は、磁気センサ１１０の磁場を検知する箇所の延伸方向の幅よりも広ければ広いほど渦電流起因の磁場の影響を受けにくいので望ましい。例えば磁気センサ１１０の磁場を検知する箇所の延伸方向の幅が３０μｍであれば、第１スリット３１０の延伸方向の幅は５０μｍ以上の方がよく、磁気センサ１１０の磁場を検知する箇所の延伸方向の幅が５０μｍであれば第１スリット３１０の延伸方向の幅は７０μｍ以上の方が良く、磁気センサ１１０の磁場を検知する箇所の延伸方向の幅が７０μｍであれば第１スリット３１０の延伸方向の幅は１００μｍ以上の方が良い。

第１スリット３１０は、ＸＹ平面と平行な平面視において、磁気センサ１１０と重なるように形成される。第１スリット３１０の延長方向は、導電板１３０の面内において、電流導体１０の電流路の延伸方向に対応する方向である。例えば、第１スリット３１０は、当該電流路の延伸方向に対して、略垂直または略平行な方向である。図１１は、電流導体１０に電流が流れる方向とは略垂直のＸ軸方向に、第１スリット３１０が延伸する例を示す。

第３導電部２３０および第４導電部２４０は、ＸＹ平面と平行な平面視で磁気センサ１１０が配置される箇所における第１スリット３１０の両側の延長方向に位置する。図１１は、第３導電部２３０が第１スリット３１０の−Ｘ方向側の端部に位置し、第４導電部２４０が第１スリット３１０の＋Ｘ方向側の端部に位置する例を示す。第１導電部２１０および第３導電部２３０は一体に形成される。また、第２導電部２２０および第４導電部２４０は、第１導電部２１０および第３導電部２３０とは離間して一体に形成される。

第２スリット３２０は、第１スリット３１０の第３導電部２３０側の端部から第３導電部２３０に沿って更に延伸し、当該導電板１３０の外周に至る。即ち、第２導電部２２０および第３導電部２３０は、平面視で、磁気センサ１１０が配置される箇所よりも−Ｙ方向側の領域において離間し、第２スリット３２０の少なくとも一部が形成される。第１スリット３１０の延長方向に対して、第２スリット３２０の延長方向は、略垂直な方向でよい。

第３スリット３３０は、第１スリット３１０の第４導電部２４０側の端部から第４導電部２４０に沿って更に延伸し、導電板１３０の外周に至る。即ち、第１導電部２１０および第４導電部２４０は、平面視で、磁気センサ１１０が配置される箇所よりも＋Ｙ方向側の領域において離間し、第３スリット３３０の少なくとも一部が形成される。第１スリット３１０の延長方向に対して、第３スリット３３０の延長方向は、略垂直な方向でよい。図１１は、電流導体１０に電流が流れる方向と略平行に、第２スリット３２０および第３スリット３３０が延伸する例を示す。

第５導電部２５０は、第１導電部２１０に対し第１スリット３１０とは反対側において、第１導電部２１０と並んで延伸する。第１導電部２１０、第３導電部２３０、および第５導電部２５０は、一体に形成されてよい。ここで、第４導電部２４０および第５導電部２５０は、平面視で、磁気センサ１１０が配置される箇所よりも＋Ｙ方向側の領域において離間し、第３スリット３３０の少なくとも一部が形成される。

第４スリット３４０は、第１導電部および第５導電部の間に設けられる。即ち、第１導電部２１０および第５導電部２５０は、平面視で、磁気センサ１１０が配置される箇所よりも＋Ｙ方向側の領域において離間し、第４スリット３４０の少なくとも一部が形成される。第１スリット３１０の延長方向に対して、第４スリット３４０の延長方向は、略平行な方向でよい。

第６導電部２６０は、第２導電部２２０に対し第１スリット３１０とは反対側において、第２導電部２２０と並んで延伸する。第２導電部２２０、第４導電部２４０、および第６導電部２６０は、第１導電部２１０、第３導電部２３０、および第５導電部２５０とは離間して一体に形成されてよい。ここで、第３導電部２３０および第６導電部２６０は、平面視で、磁気センサ１１０が配置される箇所よりも−Ｙ方向側の領域において離間し、第２スリット３２０の少なくとも一部が形成される。

第５スリット３５０は、第２導電部２２０および第６導電部２６０の間に設けられる。即ち、第２導電部２２０および第６導電部２６０は、平面視で、磁気センサ１１０が配置される箇所よりも−Ｙ方向側の領域において離間し、第５スリット３５０の少なくとも一部が形成される。第１スリット３１０の延長方向に対して、第５スリット３５０の延長方向は、略平行な方向でよい。図１１は、電流導体１０に電流が流れる方向と略垂直に、第１スリット３１０、第４スリット３４０、および第５スリット３５０が延伸する例を示す。

以上のように、本実施形態に係る導電板１３０は、第１スリット３１０が、磁気センサ１１０が配置される箇所および当該配置箇所の近傍において、第１導電部２１０から第２導電部２２０に向かう渦電流の経路の形成を防止する。また、第３導電部２３０の面積は、図８で説明した導電板１３０の面積の半分の面積と比較して、より小さい面積となる。したがって、電流導体１０に流れる電流が略同一の場合、図８における導電板１３０の短手方向の中央から−Ｘ方向側の面積に生じる渦電流と比較して、第３導電部２３０に生じる渦電流は、より小さくなる。

同様に、第４導電部２４０の面積は、図８で説明した導電板１３０の面積の半分の面積と比較して、より小さい面積となる。したがって、電流導体１０に流れる電流が略同一の場合、図８における導電板１３０の短手方向の中央から＋Ｘ方向側の面積に生じる渦電流と比較して、第４導電部２４０に生じる渦電流は、より小さくなる。

また、第１スリット３１０および第２スリット３２０により、第３導電部２３０は、第１スリット３１０が−Ｘ方向側に延伸する距離だけ、磁気センサ１１０から離間する。同様に、第１スリット３１０および第３スリット３３０により、第４導電部２４０は、第１スリット３１０が＋Ｘ方向側に延伸する距離だけ、磁気センサ１１０から離間する。したがって、第３導電部２３０および第４導電部２４０に発生する渦電流と、磁気センサ１１０との間のそれぞれの距離は、図８における導電板１３０に発生する渦電流と磁気センサ１１０との間のそれぞれの距離よりも離間させることができる。

したがって、仮に、図８における導電板１３０に発生する渦電流と略同一の密度の渦電流が本実施形態に係る導電板１３０に発生したとしても、当該渦電流から磁気センサ１１０を離間させているので、磁気センサ１１０に入力する過渡的な磁場を低減させることができる。また、本実施形態に係る導電板１３０は、第３導電部２３０および第４導電部２４０を除く領域に、第４スリット３４０および第５スリット３５０を設けるので、当該領域に発生する渦電流を低減させる。

また、第１スリット３１０の両端に、第３導電部２３０および第４導電部２４０が形成され、第１スリット３１０の両端は、導電板１３０の外周には到達しない。即ち、第３導電部２３０および第４導電部２４０は、第１スリット３１０に対して略垂直な方向に延伸する。したがって、第３導電部２３０および第４導電部２４０は、センサ装置１００の上面側または下面側から圧力または衝撃等が加わっても、基板１２０にヒビ、割れ、および欠け等が発生することを防止するように補強できる。

また、第１スリット３１０と略垂直に、第２スリット３２０および第３スリット３３０が延伸する例を説明したが、当該第２スリット３２０および第３スリット３３０は、第１スリット３１０を挟み、一直線には配置されない。また、第２スリット３２０の少なくとも一方の端部および第３スリット３３０の少なくとも一方の端部は、導電板１３０の外周には到達しない。これにより、センサ装置１００の上面側または下面側から圧力または衝撃等が加わっても、第２スリット３２０および第３スリット３３０が設けられる箇所等おいて、基板１２０にヒビ、割れ、および欠け等が発生することを防止できる。なお、第２スリット３２０および第３スリット３３０は、互いに角度を有して延伸してもよい。この場合の角度は、９０度未満でよい。

また、第１スリット３１０と略平行に、第４スリット３４０および第５スリット３５０が延伸する例を説明したが、当該第４スリット３４０および第５スリット３５０の両端または少なくとも一方の端部は、導電板１３０の外周には到達しない。これにより、センサ装置１００の上面側または下面側から圧力または衝撃等が加わっても、第４スリット３４０および第５スリット３５０が設けられる箇所等おいて、基板１２０にヒビ、割れ、および欠け等が発生することを防止できる。

なお、第４スリット３４０および第５スリット３５０は、第１スリット３１０に対して、角度を有して延伸してもよい。この場合の角度は、−９０度より大きく、９０度未満でよい。また、第１スリット３１０に対する第４スリット３４０の角度と、第５スリット３５０の角度とは、異なる角度でよい。

図１２は、本実施形態に係るセンサ装置１００の過渡応答特性をシミュレートした結果の一例を示す。また、図１３は、図１２に示すセンサ装置１００の過渡応答特性の拡大図を示す。図１２および図１３の横軸は時間、縦軸は入力磁場の強度および磁気センサ１１０の出力信号強度を示す。図１２および図１３の横軸は、入力磁場の波高値の最大値（または最終目標値）を１に規格化した結果を示す。当該シミュレーションは、導電板１３０のサイズを４．２ｍｍ×２．５ｍｍとし、電流路は導電板１３０より２．６ｍｍ離間した位置に配置され、磁気センサ１１０は導電板１３０の中央から＋Ｚ方向に４００μｍ離間した位置に配置されたことを条件とした。なお、図１２および図１３は、図２に示すように、＋Ｚ方向に向けて順に導電板１３０、基板１２０、磁気センサ１１０、電流導体１０の順にこれらが配列されているものとしている。

図１２および図１３において、入力電流の波形を破線で示す。また、本実施形態に係るセンサ装置１００による磁場検出結果を波形１で示す。また、磁気センサ１１０の比較対象として、図９で説明したＴ字型のスリットを有するセンサの磁場検出結果を波形２で示し、図１０で説明した両端が導電板の外周に至るスリットを有するセンサの磁場検出結果を波形３で示す。

入力電流の波形および波形２を比較することにより、導電板１３０の一部にスリットを形成することで、オーバーシュート量が１０％程度になることがわかる。また、入力電流の波形および波形３を比較することにより、導電板１３０を２つに分断するようにスリットを形成することで、オーバーシュート量が７％程度に低減することがわかる。これに対し、入力電流の波形および波形１を比較することにより、本実施形態に係るセンサ装置１００を用いることで、オーバーシュート量を５％程度に更に低減できることがわかる。

以上のように、本実施形態に係るセンサ装置１００は、圧力または衝撃等が加わっても故障および破壊しない強度を保ち、良好な磁場の過渡応答特性を実現できる。また、本実施形態の導電板１３０の例として、図１１を用いて説明したが、本例に限定されることはない。例えば、図１４から図２０に示すように、種々の変形例が考えられる。

図１４は、本実施形態に係る導電板１３０の第１変形例を示す。第１変形例の導電板１３０は、第２スリット３２０の両端が、導電板１３０の外周に至らない例を示す。これにより、導電板１３０の外周近傍において、第３導電部２３０および第６導電部２６０が電気的に接続される。したがって、図１１に示す導電板１３０の例と比較して、渦電流の発生が増加する場合があるが、磁気センサ１１０からは離間した位置なので、当該磁気センサ１１０に入力する磁場に影響はほとんどない。また、第３導電部２３０および第６導電部２６０が接続されるので、Ｘ軸方向の導電板１３０の強度は増加する。なお、図１４は、第２スリット３２０の両端が、導電板１３０の外周に至らない例を示したが、これに代えて、第３スリット３３０の両端が、導電板１３０の外周に至らなくてもよい。

図１５は、本実施形態に係る導電板１３０の第２変形例を示す。第２変形例の導電板１３０は、第１スリット３１０の延伸方向に対する幅が、図１１に示す第１スリット３１０の幅よりも広くなった例を示す。このように、磁気センサ１１０が配置される箇所の近傍において、導電板の面積を低減させることで、当該磁気センサ１１０に入力する磁場をより低減させることができる。

図１６は、本実施形態に係る導電板１３０の第３変形例を示す。第３変形例の導電板１３０は、第１スリット３１０の延伸方向に対する幅が湾曲した例を示す。このように、磁気センサ１１０が配置される箇所の近傍において、導電板の面積を低減させることで、当該磁気センサ１１０に入力する磁場をより低減させることができる。なお、第１スリット３１０の幅について、図１５および図１６を用いて説明したが、他のスリットの幅についても同様に、図１１に示す例と比較して、より広くしてよく、また、湾曲させてもよい。

図１７は、本実施形態に係る導電板１３０の第４変形例を示す。第４変形例の導電板１３０は、第１スリット３１０の延伸方向が、電流導体１０の電流路の延伸方向と略平行となった例を示す。図１１で説明したように、導電板１３０のうち、第３導電部２３０および第４導電部２４０は磁気センサ１１０から離間され、また、残りの導電板は第４スリット３４０および第５スリット３５０を有するので、渦電流の発生を低減できる。

図１８は、本実施形態に係る導電板１３０の第５変形例を示す。第５変形例の導電板１３０は、第４スリット３４０の一端が第３スリット３３０から離間して、他端が導電板１３０の外周に至る例を示す。また、第５変形例の導電板１３０は、第５スリット３５０の一端が第２スリット３２０から離間して、他端が導電板１３０の外周に至る例を示す。第４スリット３４０および第５スリット３５０は、導電板１３０のうち、第３導電部２３０および第４導電部２４０を除く領域に発生する渦電流を低減するように形成されればよく、形状および延伸方向はこのように自由度を有する。また、第４スリット３４０および第５スリット３５０に加えて、更にスリットが設けられてもよい。

以上の本実施形態に係る導電板１３０は、略長方形の形状である例を説明したが、本例に限定されるものではなく、導電板１３０は、正方形、多角形、円、および楕円等であってもよい。図１９は、本実施形態に係る導電板１３０の第６変形例を示す。第６変形例の導電板１３０は、凸多角形形状を有する。即ち、導電板１３０は、凸部を有する。当該凸部は、リード部１３２またはリード部１３２の一部であり、導電板１３０と一体に形成され、導電板１３０から当該センサ装置１００の端子へと延伸する。これに代えて、当該リード部１３２の端部が当該センサ装置１００の端子であってもよい。

また、導電板１３０は、凹部を有してもよい。図２０は、本実施形態に係る導電板１３０の第７変形例を示す。第７変形例の導電板１３０は、凹部１３４および凹部１３６を有する。このように、本実施形態のセンサ装置１００は、導電板１３０に凸状および／または凹状の部位等が更に形成されても、入力する磁場に応じて発生する渦電流の大きさが低減するので、磁気センサ１１０に悪影響を及ぼすことはなく、過渡応答特性を向上させ、電流路に流れる電流の急峻な立ち上がりおよび立ち下がり等を正確に検出することができる。なお、図１９および図２０において、導電板１３０に形成されるスリットについては記載を省略した。

以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更または改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。例えば、上記実施形態は磁気センサ１１０が基板１２０と平行な磁場を検知する例を示したが、磁気センサ１１０が基板１２０と垂直な磁場を検知してもよい。その様な変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。

特許請求の範囲、明細書、および図面中において示した装置、システム、プログラム、および方法における動作、手順、ステップ、および段階等の各処理の実行順序は、特段「より前に」、「先立って」等と明示しておらず、また、前の処理の出力を後の処理で用いるのでない限り、任意の順序で実現しうることに留意すべきである。特許請求の範囲、明細書、および図面中の動作フローに関して、便宜上「まず、」、「次に、」等を用いて説明したとしても、この順で実施することが必須であることを意味するものではない。
（項目１）
電流路を流れる電流を検出するセンサ装置であって、
上記電流路を流れる電流によって生じる磁場を検出する磁気センサと、
上記磁気センサに面して設けられる導電板と、を備え、
上記導電板は、
平面視で上記磁気センサが配置される箇所において離間して配置されて第１スリットを形成する第１導電部および第２導電部と、
平面視で上記磁気センサが配置される箇所における上記第１スリットの両側の延長方向に位置する第３導電部および第４導電部と、
上記第１スリットの上記第３導電部側の端部から上記第３導電部に沿って更に延伸し、上記導電板の外周に至る第２スリットと、
を有する
センサ装置。
（項目２）
上記第１スリットの延長方向に対して、上記第２スリットの延長方向は、略垂直な方向である項目１に記載のセンサ装置。
（項目３）
上記第１スリットの上記第４導電部側の端部から上記第４導電部に沿って更に延伸し、上記導電板の外周に至る第３スリットを更に有する項目１または２に記載のセンサ装置。
（項目４）
上記第１スリットの延長方向に対して、上記第３スリットの延長方向は、略垂直な方向である項目３に記載のセンサ装置。
（項目５）
上記第１導電部および上記第３導電部は一体に形成され、
上記第２導電部および上記第４導電部は上記第１導電部および上記第３導電部とは離間して一体に形成される項目１から４のいずれか一項に記載のセンサ装置。
（項目６）
上記第１導電部に対し上記第１スリットとは反対側において、上記第１導電部と並んで延伸する第５導電部を更に備える項目１から５のいずれか一項に記載のセンサ装置。
（項目７）
上記第２導電部に対し上記第１スリットとは反対側において、上記第２導電部と並んで延伸する第６導電部を更に備える項目６に記載のセンサ装置。
（項目８）
上記第１導電部、上記第３導電部、および上記第５導電部は一体に形成され、
上記第２導電部、上記第４導電部、および上記第６導電部は上記第１導電部、上記第３導電部、および上記第５導電部とは離間して一体に形成される項目７に記載のセンサ装置。
（項目９）
上記第１導電部および上記第５導電部の間に第４スリットを有する項目７または８に記載のセンサ装置。
（項目１０）
上記第２導電部および上記第６導電部の間に第５スリットを有する項目７から９のいずれか一項に記載のセンサ装置。
（項目１１）
上記第１スリットの延長方向は、上記導電板の面内において、上記電流路の延伸方向に対応する方向である項目１から１０のいずれか一項に記載のセンサ装置。
（項目１２）
上記磁気センサは、上記電流路が配置される位置に対向して設けられる項目１から１１のいずれか一項に記載のセンサ装置。
（項目１３）
項目１から１２のいずれか一項に記載のセンサ装置と、
電流が流れることによって上記磁気センサに磁場を印加するように配置される電流路と、
を備え、
上記磁気センサは、上記電流路が配置される位置に対向して設けられる
電流センサ。
（項目１４）
磁気収束板とホール素子とを有する磁気センサと、
上記磁気センサが配置される導電板と、
上記磁気センサと上記導電板の少なくとも一部とを封止するパッケージ部と、を備え、
上記導電板は、
平面視で上記磁気センサが配置される箇所において離間して配置されて第１スリットを形成する第１導電部および第２導電部と、
平面視で上記磁気センサが配置される箇所における上記第１スリットの両側の延長方向に位置する第３導電部および第４導電部と、
上記第１スリットの上記第３導電部側の端部から上記第３導電部に沿って更に延伸し、上記導電板の外周に至る第２スリットと、
を有する
センサ装置。

１０電流導体、２０固定基板、１００センサ装置、１１０磁気センサ、１２０基板、１３０導電板、１３２リード部、１３４凹部、１３６凹部、１４０パッケージ部、１５０リード部、１６２スリット、１６４第１導電板、１６６第２導電板、１６８スリット、２１０第１導電部、２２０第２導電部、２３０第３導電部、２４０第４導電部、２５０第５導電部、２６０第６導電部、３１０第１スリット、３２０第２スリット、３３０第３スリット、３４０第４スリット、３５０第５スリット

Claims

電流路を流れる電流を検出するセンサ装置であって、
前記電流路を流れる電流によって生じる磁場を検出する磁気センサと、
前記磁気センサが一方の面に設けられた基板と、
前記基板を支持するリードフレームと、を備え、
前記リードフレームは、
平面視で前記磁気センサが配置される箇所において離間して配置されて第１スリットを形成する第１導電部および第２導電部と、
平面視で前記磁気センサが配置される箇所における前記第１スリットの両側の延長方向に位置する第３導電部および第４導電部と、
前記第１スリットの前記第３導電部側の端部から前記第３導電部に沿って更に延伸し、前記リードフレームの外周に至る第２スリットと、
前記第１スリットの前記第４導電部側の端部から前記第４導電部に沿って更に延伸し、前記リードフレームの外周に至る第３スリットと、
を有する
センサ装置。
前記第１スリットの延長方向に対して、前記第２スリットの延長方向は、略垂直な方向である請求項１に記載のセンサ装置。
前記第１スリットの延長方向に対して、前記第３スリットの延長方向は、略垂直な方向である請求項１または２に記載のセンサ装置。
前記第１導電部および前記第３導電部は一体に形成され、
前記第２導電部および前記第４導電部は前記第１導電部および前記第３導電部とは離間して一体に形成される請求項１から３のいずれか一項に記載のセンサ装置。
前記第１導電部に対し前記第１スリットとは反対側において、前記第１導電部と並んで延伸する第５導電部を更に備える請求項１から４のいずれか一項に記載のセンサ装置。
前記第２導電部に対し前記第１スリットとは反対側において、前記第２導電部と並んで延伸する第６導電部を更に備える請求項５に記載のセンサ装置。
前記第１導電部、前記第３導電部、および前記第５導電部は一体に形成され、
前記第２導電部、前記第４導電部、および前記第６導電部は前記第１導電部、前記第３導電部、および前記第５導電部とは離間して一体に形成される請求項６に記載のセンサ装置。
前記第１導電部および前記第５導電部の間に第４スリットを有する請求項６または７に記載のセンサ装置。
前記第２導電部および前記第６導電部の間に第５スリットを有する請求項６から８のいずれか一項に記載のセンサ装置。
前記第１スリットの延長方向は、前記リードフレームの面内において、前記電流路の延伸方向に対応する方向である請求項１から９のいずれか一項に記載のセンサ装置。
前記磁気センサは、前記電流路が配置される位置に対向して設けられる請求項１から１０のいずれか一項に記載のセンサ装置。
請求項１から１１のいずれか一項に記載のセンサ装置と、
電流が流れることによって前記磁気センサに磁場を印加するように配置される電流路と、
を備え、
前記磁気センサは、前記電流路が配置される位置に対向して設けられる
電流センサ。
磁気収束板とホール素子とを有する磁気センサと、
前記磁気センサが一方の面に設けられた基板と、
前記基板を支持するリードフレームと、
前記磁気センサと前記リードフレームの少なくとも一部とを封止するパッケージ部と、を備え、
前記リードフレームは、
平面視で前記磁気センサが配置される箇所において離間して配置されて第１スリットを形成する第１導電部および第２導電部と、
平面視で前記磁気センサが配置される箇所における前記第１スリットの両側の延長方向に位置する第３導電部および第４導電部と、
前記第１スリットの前記第３導電部側の端部から前記第３導電部に沿って更に延伸し、前記リードフレームの外周に至る第２スリットと、
を有する
センサ装置。