JPWO2003056347A1 - 電流検出器 - Google Patents

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Abstract

本発明の電流検知器は、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。この構成により、コアのギャップをコイルの線径よりも細くしても、簡単にコイルをコアのリング穴に通してコアの磁路を横切らせることができる。そしてコアとホール素子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、小型化しやすい。

Description

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。
背景技術
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。
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。
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。
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。
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。
発明の開示
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。
発明を実施するための最良の形態
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。
(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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
(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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。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。
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。
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。
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。
(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。
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。
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。
(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。
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。
(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。
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。
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。
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。
(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。
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。
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。
(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。
(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。
(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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
産業上の利用可能性
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。
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。
また基板1の、コア3のギャップ間の反対に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、容易に組み立てることが出来る。
【図面の簡単な説明】
図1A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である。
図1B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である。
図1C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である。
図2A〜図2C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である。
図3A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である。
図3B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である。
図3C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である。
図3Dは図3Cの裏側から見た斜視図である。
図3E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である。
図4A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である。
図4B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である。
図4C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である。
図5A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である。
図5B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である。
図5C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である。
図6A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である。
図6B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である。
図7A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である。
図7B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である。
図8A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である。
図8B、図8C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である。
図9は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である。
図10A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である。
図10B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である。
図10C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である。
図10D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である。
図10E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である。
図10Fは図10Eのリング状コアの他の側面図である。
図11Aは従来の電流検出器の構成を示す斜視図である。
図11Bは従来の電流検出器の構成を示す上面図である。
Figure 2003056347
【書類名】明細書
【特許請求の範囲】
【請求項1】基板と、
前記基板をそのギャップ間に挟み込むように設けられたリング状コアと、
前記基板の前記リング状コアのギャップに対応する位置に設けられた第1の切り欠き部と、
前記基板の前記リング状コアのギャップと対向する位置に設けられた第2の切り欠き部と、
前記第1の切り欠き部を跨ぐように設けられるとともに、前記リング状コアが前記第1および第2の切り欠き部に配設された際に、前記リング状コアのギャップ間に挟み込まれるように設けられたホール素子と、
前記第2の切り欠き部を跨ぐように設けられるとともに、前記リング状コアが前記第1および第2の切り欠き部に配設された際に、前記リング状コアのギャップと対向する位置の磁路を横切るように設けられたU字状コイルと、を備えた、電流検出器。
【請求項2】前記U字状コイルの線径が前記リング状コアのギャップよりも太く、前記リング状コアのリング穴よりも細い、
請求項1に記載の電流検出器。
【請求項3】少なくとも前記ホール素子と、前記リング状コアのギャップ間とを樹脂で覆った、
請求項1に記載の電流検出器。
【請求項4】少なくとも前記ホール素子と、前記リング状コアのギャップ間とを取り囲む壁と、を備え、
前記壁の内部を除く、前記基板全体を樹脂でコーティングした、
請求項1に記載の電流検出器。
【請求項5】少なくとも前記ホール素子と、前記リング状コアのギャップ間とを覆う中空キャップと、を備え、
前記基板全体を樹脂でコーティングした、
請求項1に記載の電流検出器。
【請求項6】前記リング状コアと前記ホール素子と前記U字状コイルとを樹脂で一体化した検知部と、を備えた、
請求項3に記載の電流検出器。
【請求項7】前記リング状コアの、前記ホール素子が接続された前記基板の面と逆の面側に位置する一端部から前記ホール素子に向かって突出する突出部を有する、
請求項1記載の電流検出装置。
【請求項8】前記第1の切り欠き部の切り欠き幅は、前記リング状コアが前記ホール素子と対向する部分の前記コアの幅よりも小さい、
請求項1記載の電流検出装置。
【請求項9】前記突出部の幅は、前記リング状コアが前記ホール素子と対向する部分の前記コアの幅よりも小さい、
請求項7記載の電流検出装置。
【請求項10】前記リング状コイルを固定するボビンと、をさらに備えた、請求項1記載の電流検出装置。
【請求項11】前記基板上に設けられ前記ホール素子の出力を増幅するための電子回路部と、をさらに備え、
前記ボビンの表面を導電性材料で覆い、前記導電性材料と前記電子回路部のグランドとを接続した、
請求項10に記載の電流検出器。
【請求項12】前記第1の切り欠き部内にホール素子を配設した、
請求項1に記載の電流検出装置。
【請求項13】前記基板表面にグランドパターンを有する、
請求項1に記載の電流検出装置。
【請求項14】前記基板上に設けられ前記ホール素子の出力を増幅するための電子回路部と、をさらに備え、
前記リング状コアの最外装を導電性材料で覆い、前記導電性材料と前記電子回路部のグランドとを接続した、
請求項1に記載の電流検出装置。
【請求項15】前記リング状コアを積層コアで形成した、
請求項1に記載の電流検出装置。
【請求項16】前記積層コアの各層の角部にカシメを設けた、
請求項15に記載の電流検出装置。
【請求項17】前記積層コアの各層が1枚の磁性板からなる、
請求項16に記載の電流検出装置。
【請求項18】前記リング状コアを、つなぎ目を支点に回動自在に構成された2つの部材から構成した、
請求項1に記載の電流検出装置。
【請求項19】前記2つの部材がそれぞれ積層体から構成され、
一方は各層が略L字状の磁性板からなり、他方は各層が略I字状の磁性板からなり、それぞれが交互に積層された、
請求項18に記載の電流検出装置。
【請求項20】前記2つの積層体の回動支点となるつなぎ目が、Vノッチで形成されている、
請求項19に記載の電流検出装置。
【請求項21】前記基板上に設けられ前記ホール素子の出力を増幅するための電子回路部と、をさらに備え、
前記コイルのリード端子よりも、前記電子回路部の端子が長い、
請求項1に記載の電流検出装置。
【請求項22】前記リング状コアの、前記ホール素子と対向する側の一端部が、前記ホール素子から遠ざかる方向に弓状にへこませた、
請求項1に記載の電流検出装置。
【請求項23】前記ボビンが、前記ボビンを前記基板に固定する第1の爪部を有する、
請求項10記載の電流検出装置。
【請求項24】前記ボビンが、前記基板を挟持する挟持部を有する、
請求項10記載の電流検出装置。
【請求項25】前記ボビンが、前記リング状コアを前記ボビンに固定する第2の爪部を有する、
請求項10記載の電流検出装置。
【発明の詳細な説明】
【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に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、容易に組み立てることが出来る。
【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 (26)

  1. 基板と、
    前記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、
    前記ギャップ間に配設されるように前記基板に接続されたホール素子と、
    前記リング状コアの磁路を横切るように設けられたU字状コイルと、を備えた、
    電流検出器。
  2. 前記U字状コイルの線径が前記リング状コアのギャップよりも太く、前記リング状コアのリング穴よりも細い、
    請求項1に記載の電流検出器。
  3. 少なくとも前記ホール素子と、前記リング状コアのギャップ間とを樹脂で覆った、
    請求項1に記載の電流検出器。
  4. 少なくとも前記ホール素子と、前記リング状コアのギャップ間とを取り囲む壁と、を備え、
    前記壁の内部を除く、前記基板全体を樹脂でコーティングした、
    請求項1に記載の電流検出器。
  5. 少なくとも前記ホール素子と、前記リング状コアのギャップ間とを覆う中空キャップと、を備え、
    前記基板全体を樹脂でコーティングした、
    請求項1に記載の電流検出器。
  6. 前記リング状コアと前記ホール素子と前記U字状コイルとを樹脂で一体化した検知部と、を備えた、
    請求項3に記載の電流検出器。
  7. 前記基板が、前記リング状コアのギャップ間の反対に位置に対応する位置と、前記リング状コアのギャップ間に対応する位置とで切り欠かれた構造を有し、前記ホール素子が前記基板の切り欠き部を跨いでいる、
    請求項1に記載の電流検出器。
  8. 前記リング状コアの、前記ホール素子が接続された前記基板の面と逆の面側に位置する一端部から前記ホール素子に向かって突出する突出部を有する、
    請求項7記載の電流検出装置。
  9. 前記基板の切り欠き幅は、前記リング状コアが前記ホール素子と対向する部分の前記コアの幅よりも小さい、
    請求項7記載の電流検出装置。
  10. 前記突出部の幅は、前記リング状コアが前記ホール素子と対向する部分の前記コアの幅よりも小さい、
    請求項8記載の電流検出装置。
  11. 前記コイルを固定するボビンと、をさらに備えた、
    請求項7記載の電流検出装置。
  12. 前記基板上に設けられ前記ホール素子の出力を増幅するための電子回路部と、をさらに備え、
    前記ボビンの表面を導電性材料で覆い、前記導電性材料と前記電子回路部のグランドとを接続した、
    請求項11に記載の電流検出器。
  13. 前記基板の切り欠き部内にホール素子を配設した、
    請求項7に記載の電流検出装置。
  14. 前記基板表面にグランドパターンを有する、
    請求項1に記載の電流検出装置。
  15. 前記基板上に設けられ前記ホール素子の出力を増幅するための電子回路部と、をさらに備え、
    前記リング状コアの最外装を導電性材料で覆い、前記導電性材料と前記電子回路部のグランドとを接続した、
    請求項1記載の電流検出装置。
  16. 前記リング状コアを積層コアで形成した、
    請求項1に記載の電流検出装置。
  17. 前記積層コアの各層の角部にカシメを設けた、
    請求項16に記載の電流検出装置。
  18. 前記積層コアの各層が1枚の磁性板からなる、
    請求項17に記載の電流検出装置。
  19. 前記リング状コアを、つなぎ目を支点に回動自在に構成された2つの部材から構成した、
    請求項1に記載の電流検出装置。
  20. 前記2つの部材がそれぞれ積層体から構成され、
    一方は各層が略L字状の磁性板からなり、他方は各層が略I字状の磁性板からなり、それぞれが交互に積層された、
    請求項19に記載の電流検出装置。
  21. 前記2つの積層体の回動支点となるつなぎ目が、Vノッチで形成されている、
    請求項20に記載の電流検出装置。
  22. 前記基板上に設けられ前記ホール素子の出力を増幅するための電子回路部と、をさらに備え、
    前記コイルのリード端子よりも、前記電子回路部の端子が長い、
    請求項1に記載の電流検出装置。
  23. 前記リング状コアの、前記ホール素子と対向する側の一端部が、前記ホール素子から遠ざかる方向に弓状にへこませた、
    請求項1に記載の電流検出装置。
  24. 前記ボビンが、前記ボビンを前記基板に固定する第1の爪部を有する、
    請求項11記載の電流検出装置。
  25. 前記ボビンが、前記基板を挟持する挟持部を有する、
    請求項11記載の電流検出装置。
  26. 前記ボビンが、前記リング状コアを前記ボビンに固定する第2の爪部を有する、
    請求項11記載の電流検出装置。
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