WO2022219866A1 - 電流センサ - Google Patents

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WO2022219866A1
WO2022219866A1 PCT/JP2022/001092 JP2022001092W WO2022219866A1 WO 2022219866 A1 WO2022219866 A1 WO 2022219866A1 JP 2022001092 W JP2022001092 W JP 2022001092W WO 2022219866 A1 WO2022219866 A1 WO 2022219866A1
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WO
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busbar
detection element
magnetic
magnetic detection
current
Prior art date
Application number
PCT/JP2022/001092
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English (en)
French (fr)
Inventor
秀幸 佐藤
Original Assignee
株式会社村田製作所
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 株式会社村田製作所 filed Critical 株式会社村田製作所
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Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R15/00—Details of measuring arrangements of the types provided for in groups G01R17/00 - G01R29/00, G01R33/00 - G01R33/26 or G01R35/00
    • G01R15/14—Adaptations providing voltage or current isolation, e.g. for high-voltage or high-current networks
    • G01R15/20—Adaptations providing voltage or current isolation, e.g. for high-voltage or high-current networks using galvano-magnetic devices, e.g. Hall-effect devices, i.e. measuring a magnetic field via the interaction between a current and a magnetic field, e.g. magneto resistive or Hall effect devices

Definitions

  • the present invention relates to current sensors.
  • Patent Document 1 Japanese Patent Application Laid-Open Nos. 2016-40558
  • Patent Document 2 2015-152363
  • Patent Document 3 2020-30046
  • the current sensor described in Patent Document 1 includes a U-shaped current path, a first magnetic detection element and a second magnetic detection element.
  • the U-shaped current path includes a first current path and a second current path extending in parallel and spaced apart from each other, and a third current path connecting the first current path and the second current path to each other. .
  • Currents to be measured flowing through each of the first current path and the second current path flow in directions opposite to each other.
  • the first magnetic detection element detects a magnetic field generated by the current to be measured flowing through the first current path.
  • the second magnetic detection element detects a magnetic field generated by the current to be measured flowing through the second current path.
  • the current sensor described in Patent Document 2 includes a plurality of magnetoelectric transducers, conductors, lead frames, and insulating sheets.
  • a plurality of magnetoelectric conversion elements detect magnetic flux.
  • the conductor includes a first conductor portion and a second conductor portion formed via a step from the first conductor portion, through which current to be measured flows.
  • the lead frame forms signal terminals.
  • the insulating sheet is supported by the leadframe.
  • Each of the plurality of magnetoelectric conversion elements is arranged on both sides of the second conductor portion on the insulating sheet with the second conductor portion interposed therebetween.
  • a current sensor described in Patent Document 3 includes a conductor, a first magnetic element, a second magnetic element, a substrate, and a lead frame.
  • the conductor has a first channel portion through which a part of the current to be measured flows, and a second channel portion through which a current other than the part flows.
  • the first magnetic element detects the strength of the first magnetic field generated by the current flowing through the first flow path.
  • the second magnetic element detects the strength of the second magnetic field generated by the current flowing through the second flow path.
  • a substrate holds a first magnetic element and a second magnetic element.
  • a lead frame is connected to the first and second magnetic elements and the substrate. The lead frame is provided on one main surface side of the substrate.
  • the first magnetic element and the second magnetic element are arranged between the first flow path section and the second flow path section and between the lead frame and one main surface of the substrate.
  • the current to be measured flows intensively on the inner circumference side, which is the shortest route, of the U-shaped folded portion of the busbar, so the electrical resistance value of the busbar increases.
  • the current to be measured flowing through the busbar generates a magnetic field in a direction orthogonal to the magnetic field detection direction of the magnetic detection element having the magnetic field detection direction in a plane parallel to the upper surface of the busbar. Therefore, it is difficult to apply the magnetic sensing element.
  • an object of the present invention is to provide a current sensor in which a magnetic sensor chip can be surface-mounted.
  • a current sensor includes a busbar, a first magnetic detection element, and a second magnetic detection element.
  • a current to be measured flows through the busbar.
  • Each of the first magnetic detection element and the second magnetic detection element detects a magnetic field component in the first direction of the magnetic field generated by the current flowing through the busbar.
  • the busbar includes a first busbar portion, two second busbar portions, and two third busbar portions.
  • the first busbar portion extends in one direction of a second direction perpendicular to the first direction.
  • the two second busbar portions are spaced apart from each other in the first direction from the upper surface of the one end of the first busbar portion in the second direction and perpendicular to each of the first direction and the second direction. It extends in one of the third directions.
  • the two third busbar portions extend one by one from the one end in the third direction of each of the two second busbar portions toward the one in the second direction.
  • the first magnetic detection element is positioned above the first busbar portion.
  • the second magnetic detection element is positioned between the third busbar portions.
  • the first magnetic detection element detects a magnetic field component directed in one of the first directions in the magnetic field generated by the current flowing through the first busbar portion.
  • the second magnetic detection element detects a magnetic field component directed in the other of the first directions in the magnetic field generated by the current flowing through the third busbar portion.
  • the present invention it is possible to suppress an increase in the electric resistance value of the bus bar while applying a magnetic field in the in-plane direction parallel to the upper surface of the bus bar to the magnetic detection element, and surface-mount the magnetic sensor chip. can.
  • FIG. 1 is a perspective view showing the configuration of a current sensor according to Embodiment 1 of the present invention
  • FIG. FIG. 2 is a top view of the current sensor of FIG. 1 viewed from the direction of arrow II
  • FIG. 3 is a top view showing the configuration of the bus bar and the magnetic detection element included in the current sensor according to Embodiment 1 of the present invention
  • FIG. 4 is a perspective view of a busbar and a magnetic detection element included in the current sensor of FIG. 3 as viewed in the direction of arrow IV
  • FIG. 4 is a cross-sectional view of the current sensor of FIG. 3 as seen from the direction of the arrows on line VV.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view of the current sensor of FIG.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view of the current sensor of FIG. 3 as seen from the direction of the arrows on line VI-VI.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view of the current sensor of FIG. 3 as viewed in the direction of the arrows on line VII-VII;
  • 1 is a circuit diagram showing a circuit configuration of a current sensor according to Embodiment 1 of the present invention;
  • FIG. 5 is a top view showing the result of simulation analysis of the current density distribution when the current to be measured flows through the busbar of the current sensor according to the first embodiment of the present invention;
  • FIG. 5 is a side view showing the result of simulation analysis of the current density distribution when the current to be measured flows through the busbar of the current sensor according to Embodiment 1 of the present invention.
  • FIG. 10 is a plan view showing a state before the bus bar included in the current sensor according to Embodiment 2 of the present invention is bent;
  • FIG. 1 is a perspective view showing the configuration of a current sensor according to Embodiment 1 of the present invention.
  • FIG. 2 is a top view of the current sensor of FIG. 1 as seen from the direction of arrow II.
  • FIG. 3 is a top view showing the configuration of the busbar and the magnetic detection element included in the current sensor according to Embodiment 1 of the present invention.
  • FIG. 4 is a perspective view of the bus bar and the magnetic detection element included in the current sensor of FIG. 3 as viewed in the direction of arrow IV.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view of the current sensor of FIG. 3 as seen from the direction of the arrows on line VV.
  • the sealing resin is shown through.
  • FIGS. 3 and 5 the sealing resin is not illustrated, and the insulating base material is seen through.
  • FIG. 4 the sealing resin and the insulating base are not shown.
  • the direction orthogonal to the upper surface of the magnetic sensor chip is defined as the Z-axis direction as the third direction.
  • the current sensor 100 includes a bus bar 110, a first magnetic detection element 120, a second magnetic detection element 130, a magnetic sensor chip 140, It comprises a plurality of signal terminals 150 , an insulating base material 170 and a sealing resin 180 .
  • the busbar 110 includes a first busbar portion 111, a second busbar portion 112, a third busbar portion 113, a fourth busbar portion 114, a fifth busbar portion 115, and a third busbar portion 115.
  • 6 bus bar portion 116 , first terminal portion 117 and second terminal portion 118 are included.
  • Busbar 110 in the present embodiment includes two second busbar portions 112 and two third busbar portions 113 .
  • the first busbar portion 111 extends in one of the second directions (X-axis direction) perpendicular to the first direction (Y-axis direction).
  • the first busbar portion 111 in the present embodiment is connected to a fifth busbar portion 115 (to be described later) on the other side in the X-axis direction, and extends toward one side in the X-axis direction.
  • the two second busbar portions 112 extend in the first direction (Y-axis direction) from the upper surface of one end of the first busbar portion 111 in the second direction (X-axis direction). They are spaced from each other and extend in one of the third directions (Z-axis direction) perpendicular to each of the first direction (Y-axis direction) and the second direction (X-axis direction).
  • one second busbar portion 112a is positioned on one side in the Y-axis direction
  • the other second busbar portion 112b is positioned on the other side in the Y-axis direction.
  • the two third busbar portions 113 are arranged one by one from one end of each of the two second busbar portions 112 in the third direction (Z-axis direction). X-axis direction).
  • one third busbar portion 113a is connected to one second busbar portion 112a and positioned on one side in the Y-axis direction
  • the other third busbar portion 113b is connected to the other second bus bar portion 112b and positioned on the other side in the Y-axis direction.
  • the fourth busbar portion 114 connects one ends of the two third busbar portions 113 in the second direction (X-axis direction) to each other and extends in the other direction in the third direction (Z-axis direction). exist. Fourth busbar portion 114 in the present embodiment connects the ends of one third busbar portion 113a and the other third busbar portion 113b to each other. The fourth busbar portion 114 is connected to a sixth busbar portion 116, which will be described later, on the other side in the Z-axis direction. Note that the configuration of the fourth busbar portion 114 is not limited to the configuration in which one end portions of each of the two third busbar portions 113 are connected to each other. 114 may be connected one by one, and each of the two fourth bus bar portions 114 may be connected to the sixth bus bar portion 116 .
  • the fifth busbar portion 115 extends from the other side in the X-axis direction toward one side in the X-axis direction, and is connected to the first busbar portion 111 at one side in the X-axis direction.
  • the sixth busbar portion 116 is connected to the other end portion of the fourth busbar portion 114 in the Z-axis direction and extends in one direction in the X-axis direction.
  • the sixth busbar portion 116 is connected to each of the two third busbar portions 113 at the other side in the X-axis direction and extends toward the one side in the X-axis direction. May be extended.
  • each of first to sixth busbar portions 111 to 116 is arranged in a direction parallel or perpendicular to each other. They do not have to be arranged in orthogonal directions. That is, in each of the first to sixth busbar portions 111 to 116, the directions of the magnetic fields applied to each of the first magnetic detection element 120 and the second magnetic detection element 130, which will be described later, are opposite to each other in the Y-axis direction. For example, they may be arranged obliquely with respect to directions parallel or perpendicular to each other.
  • the first terminal portion 117 is connected to the other side of the fifth busbar portion 115 in the X-axis direction.
  • the second terminal portion 118 is connected to one side of the sixth busbar portion 116 in the X-axis direction.
  • the busbar 110 is made of copper.
  • the material of bus bar 110 is not limited to this, and may be a metal such as silver or aluminum, or an alloy containing these metals.
  • Bus bar 110 may be surface-treated.
  • at least one plated layer made of a metal such as nickel, tin, silver, copper, or an alloy containing these metals may be provided on the surface of bus bar 110 .
  • the current to be measured flows through the bus bar 110 .
  • busbar 110 the current to be measured flows from first terminal portion 117 and flows toward second terminal portion 118 through first to sixth busbar portions 111-116.
  • the current I1 flows through the fifth busbar portion 115 and the first busbar portion 111 in one direction in the X-axis direction.
  • a current I2 flows through the second busbar portion 112 in one direction in the Z-axis direction.
  • the current I2 is divided and flows through one second busbar portion 112a and the other second busbar portion 112b.
  • a current I3 flows through the third busbar portion 113 toward the other side in the X-axis direction.
  • the current I3 is divided and flows through one third busbar portion 113a and the other third busbar portion 113b.
  • a current I4 flows through the fourth busbar portion 114 toward the other side in the Z-axis direction.
  • a current I5 flows through the sixth busbar portion 116 in one direction in the X-axis direction.
  • the current flowing through bus bar 110 in the present embodiment flows from first terminal portion 117 and flows through first to sixth bus bar portions 111 to 116 to second terminal portion 118, but is limited to this configuration. Instead, the current may
  • the magnetic sensor chip 140 includes a substrate 141, a first magnetic detection element 120, and a second magnetic detection element .
  • substrate 141 is made of silicon.
  • the material forming the substrate 141 is not limited to silicon, and may be other semiconductors or insulators.
  • the first magnetic detection element 120 and the second magnetic detection element 130 are arranged on the substrate 141 .
  • each of the first magnetic detection element 120 and the second magnetic detection element 130 is mounted on one magnetic sensor chip 140.
  • the present invention is not limited to this configuration, and two The first magnetic detection element 120 and the second magnetic detection element 130 may be separately mounted on the magnetic sensor chip.
  • the first magnetic detection element 120 and the second magnetic detection element 130 are positioned side by side in the X-axis direction. Specifically, the first magnetic detection element 120 is positioned on the other side in the X-axis direction, and the second magnetic detection element 130 is positioned on one side in the X-axis direction.
  • the first magnetic detection element 120 is positioned above the first busbar portion 111 .
  • the first magnetic detection element 120 in the present embodiment is positioned on one side of the first busbar portion 111 in the Z-axis direction when viewed from the Y-axis direction.
  • the second magnetic detection element 130 is positioned between the third busbar portions 113 .
  • the second magnetic detection element 130 in the present embodiment is positioned between one third busbar portion 113a and the other third busbar portion 113b in the Y-axis direction when viewed from the Z-axis direction.
  • the first busbar portion 111 is positioned below the second magnetic detection element 130 . may be located.
  • FIG. 6 is a cross-sectional view of the current sensor in FIG. 3 viewed from the direction of the arrows on line VI-VI.
  • FIG. 7 is a cross-sectional view of the current sensor of FIG. 3 as viewed in the direction of arrows VII--VII.
  • Each of the first magnetic detection element 120 and the second magnetic detection element 130 detects the magnetic field component in the first direction (Y-axis direction) of the magnetic field generated by the current flowing through the busbar 110 .
  • the first magnetic detection element 120 detects a magnetic field component directed in one direction of the Y-axis in the magnetic field e1 generated by the current I1 flowing through the first busbar portion 111. do.
  • the second magnetic detection element 130 detects a magnetic field component directed in the other first direction (Y-axis direction) in the magnetic field e2 generated by the current I3 flowing through the third bus bar portion 113. to detect
  • the magnetic field component directed to the other in the Y-axis direction in the magnetic field e2 generated by the current I3 flowing through each of the one third busbar portion 113a and the other third busbar portion 113b is detected.
  • the first magnetic detection element 120 has a sensitivity axis 120a directed in one direction of the Y-axis, and when a magnetic field component directed in one direction of the Y-axis is detected, a positive value , and outputs a negative value when a magnetic field component pointing in the other Y-axis direction is detected.
  • the second magnetic detection element 130 has a sensitivity axis 130a in the other Y-axis direction, and outputs a positive value when detecting a magnetic field component directed in the other Y-axis direction. It has an odd function input/output characteristic that outputs a negative value when a magnetic field component directed toward is detected.
  • FIG. 8 is a circuit diagram showing the circuit configuration of the current sensor according to Embodiment 1 of the present invention.
  • each of the first magnetic detection element 120 and the second magnetic detection element 130 has a Wheatstone bridge type bridge circuit composed of four TMR (Tunnel Magneto Resistance) elements.
  • TMR Tunnelnel Magneto Resistance
  • each of the first magnetic detection element 120 and the second magnetic detection element 130 is a bridge circuit composed of a magnetoresistive element such as a GMR (Giant Magneto Resistance) element or an AMR (Anisotropic Magneto Resistance) element instead of the TMR element. may have.
  • each of the first magnetic detection element 120 and the second magnetic detection element 130 may have a half-bridge circuit composed of two magnetoresistive elements.
  • each of the first magnetic detection element 120 and the second magnetic detection element 130 may be a Hall element.
  • each of the first magnetic sensing element 120 and the second magnetic sensing element 130 is connected to the summing amplifier 190 .
  • the addition amplifier 190 By calculating the detection value of the first magnetic detection element 120 and the detection value of the second magnetic detection element 130 by the addition amplifier 190, the value of the current to be measured flowing through the bus bar 110 is calculated. Note that each of first magnetic detection element 120 and second magnetic detection element 130 may be connected to an adder instead of addition amplifier 190 .
  • the insulating base material 170 is, for example, insulating resin such as glass epoxy resin. As shown in FIGS. 2 and 3, in current sensor 100 according to the present embodiment, bus bar 110 is formed on a single printed circuit board including insulating base material 170 .
  • first busbar portion 111 , the second busbar portion 112 and the third busbar portion 113 is embedded in the insulating base material 170 .
  • first busbar portion 111, second busbar portion 112, third busbar portion 113, fourth busbar portion 114, part of fifth busbar portion 115 and part of sixth busbar portion 116 are each embedded in the insulating substrate 170 .
  • a plurality of signal terminals 150 are formed on the insulating base material 170 . A portion of each of the plurality of signal terminals 150 is embedded in the insulating base material 170 . Each of the plurality of signal terminals 150 is electrically connected to the magnetic sensor chip 140 by bonding wires 160 . Note that the plurality of signal terminals 150 may be electrically connected to the magnetic sensor chip 140 by flip-chip mounting.
  • openings 171 are provided in insulating base material 170 in the present embodiment.
  • the opening 171 is provided on one side of the insulating base material 170 in the Z-axis direction.
  • the magnetic sensor chip 140 is fixed inside the opening 171 by a not-shown die attach film, an insulating bonding material, or the like. Thereby, each of the first magnetic detection element 120 and the second magnetic detection element 130 is arranged inside the opening 171 .
  • each of the first magnetic detection element 120 and the second magnetic detection element 130 is arranged inside the opening 171, each of the first magnetic detection element 120 and the second magnetic detection element 130 and the first bus bar portion A part of the insulating base material 170 is interposed between them. This ensures insulation between each of the first magnetic detection element 120 and the second magnetic detection element 130 and the first bus bar portion 111 . It should be noted that the present invention is not limited to the present embodiment, and if insulation between each of first magnetic detection element 120 and second magnetic detection element 130 and first busbar portion 111 can be ensured, first magnetic detection element 120 and second magnetic detection element 120 and second magnetic detection element 130 can be connected. Part of the insulating base material 170 does not have to be interposed between each of the magnetic detection elements 130 and the first busbar portion 111 .
  • each of fifth busbar portion 115 and sixth busbar portion 116 in busbar 110, magnetic sensor chip 140, a portion of each of a plurality of signal terminals 150, bonding wires 160, and Each insulating base material 170 is sealed with a sealing resin 180 . That is, each of first busbar portion 111 , second busbar portion 112 , third busbar portion 113 , fourth busbar portion 114 , first magnetic detection element 120 and second magnetic detection element 130 is sealed with sealing resin 180 . It is The sealing resin 180 is an insulating resin such as epoxy resin.
  • FIG. 9 is a top view showing the result of simulation analysis of the current density distribution when the current to be measured flows through the busbar of the current sensor according to Embodiment 1 of the present invention.
  • FIG. 10 is a side view showing the result of simulation analysis of the current density distribution when the current to be measured flows through the busbar of the current sensor according to Embodiment 1 of the present invention.
  • a current of 100 A to be measured in the bus bar 110 was flowed in from the first terminal portion 117 and flowed out from the second terminal portion 118 through the first to sixth bus bar portions 111 to 116. .
  • the current to be measured flows in from the first terminal portion 117 and flows out from the second terminal portion 118 through the first to sixth busbar portions 111 to 116, as described above. Since most of the current to be measured flows in a short path, the current I3 flowing through the third busbar portion 113 has a higher current density on the other side in the Z-axis direction than on the other side, as shown in FIG.
  • busbar 110 In general, when the direction of current flow is changed by folding back the current flow path, the current tends to pass through a short path, resulting in a substantial decrease in the area of the current flow path. increases.
  • the first to fourth busbar portions 111 to 114 have folded portions in the Z-axis direction. As shown, the degree of bias in current density is slight, and the increase in electrical resistance is suppressed. From this point of view, it is preferable that the length dimension of the second busbar portion 112 in the Z-axis direction is equal to or less than the thickness dimension of the busbar 110 .
  • FIG. 12 is a graph showing the magnetic flux density distribution in the Y-axis direction by enlarging the XII section in the graph of FIG. 11 and 12, the vertical axis indicates the magnetic flux density (mT), and the horizontal axis indicates the position X (mm) from the starting point in the X-axis direction. Also, this magnetic flux density indicates the magnetic flux density on the same plane as the surfaces of the first magnetic detection element 120 and the second magnetic detection element 130 in the Z-axis direction.
  • the magnetic field components in the X-axis direction and the Z-axis direction of the magnetic field generated by the current flowing through the busbar 110 are the magnetic field components generated in each of the first to sixth busbar portions 111 to 116. It is hardly generated by canceling each other out.
  • the current flowing through bus bar 110 generates a magnetic field component in the Y-axis direction.
  • the current I1 flowing through the first busbar portion 111 generates a magnetic field component directed in one direction in the Y-axis direction.
  • the current I3 flowing through the third busbar portion 113 generates a magnetic field component directed in the other Y-axis direction.
  • the magnetic field generated by the current I1 flowing in the mounting area of the first magnetic detection element 120 and the second magnetic detection element 130 acts in one direction in the Y-axis direction, and the magnetic field generated by the current I3 flowing. acts toward the other in the Y-axis direction.
  • the position X As the distance increased, the magnetic field component in the Y-axis direction changed from about -9 mT to about +9 mT while maintaining linearity.
  • the second magnetic detection element 130 detects a magnetic field component of approximately +9 mT generated by the current flowing through the busbar 110 .
  • each of the first magnetic detection element 120 and the second magnetic detection element 130 detects magnetic field components in opposite directions in the Y-axis direction.
  • first busbar portion 111 of busbar 110 extends in one direction in the second direction (the X-axis direction), and second busbar portion 112 extends from first busbar portion 111 .
  • the third busbar portion 113 extends from one end of the second busbar portion 112 in the third direction (Z-axis direction) toward the third direction (Z-axis direction).
  • the first magnetic detection element 120 is arranged above the first busbar portion 111, and the second magnetic detection element 120 is arranged between the two third busbar portions 113.
  • element 130 By arranging element 130 , a magnetic field in the in-plane direction (XY direction) parallel to the upper surface of bus bar 110 can be applied to each of first magnetic detection element 120 and second magnetic detection element 130 .
  • the two second busbar portions 112 are spaced apart from each other in the first direction (the Y-axis direction) and extend from the upper surface of the end portion of the first busbar portion 111 to the second busbar portion 112 . It extends in one of three directions (Z-axis direction), and the third busbar portion 113 extends from one end of the second busbar portion 112 in the third direction (Z-axis direction) to the second direction (X-axis direction). Since the magnetic sensor chip 140 can be arranged between the third bus bar portions 113 by extending toward one side of the bus bar 113, the magnetic sensor chip 140 can be surface-mounted from above the bus bar 110 using a mounter. can be done.
  • current sensor 100 can be easily manufactured by forming bus bar 110 on a single printed circuit board.
  • opening 171 is provided in insulating base material 170 to provide insulation between bus bar 110 and each of first magnetic detecting element 120 and second magnetic detecting element 130 .
  • the creeping distance between each of the first magnetic detection element 120 and the second magnetic detection element 130 and the bus bar 110 can be secured, so that the insulation characteristics of the current sensor 100 are improved. can be made
  • one third bus bar portion 113 a and the other third bus bar portion 113 b of bus bar 110 are connected by fourth bus bar portion 114 and connected to sixth bus bar portion 116 .
  • fourth bus bar portion 114 and the sixth bus bar portion 116 By connecting the fourth bus bar portion 114 and the sixth bus bar portion 116, a large connection area can be secured. can be suppressed from increasing.
  • Embodiment 2 A current sensor according to Embodiment 2 of the present invention will be described below with reference to the drawings.
  • the current sensor according to the second embodiment of the present invention has a configuration similar to that of the current sensor 100 according to the first embodiment of the present invention because the configuration of the bus bar is different from that of the current sensor 100 according to the first embodiment of the present invention. will not be repeated.
  • FIG. 13 is a plan view showing a state before the busbar included in the current sensor according to Embodiment 2 of the present invention is bent.
  • the busbar included in the current sensor in the present embodiment is formed from one bent lead frame 210S.
  • the lead frame 210S is formed by bending the dotted line portions in FIG.
  • a fifth busbar portion 215, a sixth busbar portion 216, a first terminal portion 217 and a second terminal portion 218 are formed.
  • the first magnetic detection element is arranged above the first busbar portion 211 .
  • the second magnetic detection element is arranged between the third busbar portions 213 .
  • the first magnetic detection element detects a magnetic field component directed to one of the first directions in the magnetic field generated by the current flowing through the first busbar portion 211 .
  • the second magnetic detection element detects a magnetic field component directed in the other first direction in the magnetic field generated by the current flowing through the third busbar portion 213 .
  • the busbars are formed by bending one lead frame 210S, so that the busbars can be manufactured efficiently and inexpensively.
  • 100 current sensor 110 busbar, 111, 211 first busbar section, 112, 212 second busbar section, 112a one second busbar section, 112b other second busbar section, 113, 213 third busbar section, 113a one Third busbar portion, 113b Other third busbar portion, 114, 214 Fourth busbar portion, 115, 215 Fifth busbar portion, 116, 216 Sixth busbar portion, 117, 217 First terminal portion, 118, 218 Second Terminal part, 120 first magnetic detection element, 120a, 130b sensitivity axis, 130 second magnetic detection element, 140 magnetic sensor chip, 141 substrate, 150 signal terminal, 160 bonding wire, 170 insulating substrate, 171 opening, 180 sealing Stop resin, 190 summing amplifier, 210S lead frame, I1, I2, I3, I4, I5 current, e1, e2 magnetic field.

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Abstract

第１バスバー部(１１１)は、第２方向の一方に向けて延在する。第２バスバー部(１１２)は、第１バスバー部(１１１)の第２方向の一方から第３方向の一方に向けて延在する。第３バスバー部(１１３)は、第２バスバー部(１１２)の第３方向の一方から第２方向の一方に向けて延在する。第１磁気検出素子(１２０)は、第１バスバー部(１１１)の上方に位置する。第２磁気検出素子(１３０)は、第３バスバー部(１１３)同士の間に位置する。第１磁気検出素子(１２０)は、第１バスバー部(１１１)を流れる電流により発生する磁界における第１方向の一方に向いた磁界成分を検出する。第２磁気検出素子(１３０)は、第３バスバー部(１１３)を流れる電流により発生する磁界における第１方向の他方に向いた磁界成分を検出する。

Description

電流センサ
　本発明は、電流センサに関する。
　電流センサの構成を開示した先行文献として、特開２０１６－４０５５８号公報(特許文献１)、特開２０１５－１５２３６３号公報(特許文献２)および特開２０２０－３００４６号公報(特許文献３)がある。
　特許文献１に記載された電流センサは、Ｕ字形状の電流路と、第１磁気検出素子および第２磁気検出素子とを備える。Ｕ字形状の電流路は、互いに間隔をあけて平行に延在する第１電流路および第２電流路と、第１電流路と第２電流路とを互いに接続する第３電流路とを含む。第１電流路および第２電流路の各々を流れる測定対象電流は、互いに逆方向に流れる。第１磁気検出素子は、第１電流路を流れる測定対象電流により生ずる磁界を検出する。第２磁気検出素子は、第２電流路を流れる測定対象電流により生ずる磁界を検出する。
　特許文献２に記載された電流センサは、複数の磁電変換素子と、導体と、リードフレームと、絶縁シートとを備える。複数の磁電変換素子は、磁束を検出する。導体は、第一導体部分と、第一導体部分から段差を介して形成された第二導体部分とを含み、被測定電流が流れる。リードフレームは、信号端子を形成する。絶縁シートは、リードフレームに支持されている。複数の磁電変換素子の各々は、絶縁シート上に第二導体部分を挟んで第二導体部分の両側に配置されている。
　特許文献３に記載された電流センサは、導体と、第１磁気素子と、第２磁気素子と、基板と、リードフレームとを備える。導体は、測定対象の電流の一部の電流が流れる第１流路部と、上記一部以外の電流が流れる第２流路部とを有する。第１磁気素子は、第１流路部に流れる電流により発生する第１磁界の強さを検出する。第２磁気素子は、第２流路部に流れる電流により発生する第２磁界の強さを検出する。基板は、第１磁気素子および第２磁気素子を保持する。リードフレームは、第１磁気素子および第２磁気素子、並びに基板に接続されている。リードフレームは、基板の一方の主面側に設けられている。第１磁気素子および第２磁気素子は、第１流路部と第２流路部との間であって、リードフレームと基板の一方の主面との間に配置される。
特開２０１６－４０５５８号公報 特開２０１５－１５２３６３号公報 特開２０２０－３００４６号公報
　特許文献１に記載された電流センサにおいては、測定対象の電流がバスバーのＵ字形状の折り返し部分のうち最短経路である内周側に集中して流れるため、バスバーの電気抵抗値が増加する。
　特許文献２に記載された電流センサにおいては、バスバーを流れる測定対象の電流によって、バスバーの上面と平行な面内に磁界検出方向を有する磁気検出素子の磁界検出方向と直交する方向に磁界が発生しているため、当該磁気検出素子を適用することが難しい。
　特許文献３に記載された電流センサにおいては、バスバーの横方向から磁気センサチップを挿入する必要があり、バスバーの上方からマウンタを用いて磁気センサチップを実装する表面実装型の電流センサに適用することができない。
　本発明は上記の問題点に鑑みてなされたものであって、バスバーの上面と平行な面内方向の磁界を磁気検出素子に印加しつつ、バスバーの電気抵抗値の増加を抑制することができる、磁気センサチップを表面実装可能な電流センサを提供することを目的とする。
　本発明に基づく電流センサは、バスバーと、第１磁気検出素子および第２磁気検出素子とを備える。バスバーは、測定対象の電流が流れる。第１磁気検出素子および第２磁気検出素子の各々は、バスバーを流れる上記電流により発生する磁界の第１方向の磁界成分を検出する。バスバーは、第１バスバー部と、２つの第２バスバー部と、２つの第３バスバー部とを含む。第１バスバー部は、上記第１方向に直交する第２方向の一方に向けて延在する。２つの第２バスバー部は、第１バスバー部の上記第２方向の上記一方における端部の上面から上記第１方向に互いに間隔をあけて上記第１方向および上記第２方向の各々に直交する第３方向の一方に向けて延在する。２つの第３バスバー部は、２つの第２バスバー部の各々の上記第３方向の上記一方の端部から１つずつ上記第２方向の上記一方に向けて延在する。第１磁気検出素子は、第１バスバー部の上方に位置する。第２磁気検出素子は、第３バスバー部同士の間に位置する。第１磁気検出素子は、第１バスバー部を流れる上記電流により発生する磁界における上記第１方向の一方に向いた磁界成分を検出する。第２磁気検出素子は、第３バスバー部を流れる上記電流により発生する磁界における上記第１方向の他方に向いた磁界成分を検出する。
　本発明によれば、バスバーの上面と平行な面内方向の磁界を磁気検出素子に印加しつつ、バスバーの電気抵抗値の増加を抑制することができるとともに、磁気センサチップを表面実装することができる。
本発明の実施の形態１に係る電流センサの構成を示す斜視図である。 図１の電流センサを矢印ＩＩ方向から見た上面図である。 本発明の実施の形態１に係る電流センサが備えるバスバーおよび磁気検出素子の構成を示す上面図である。 図３の電流センサが備えるバスバーおよび磁気検出素子を矢印ＩＶ方向から見た斜視図である。 図３の電流センサをＶ－Ｖ線矢印方向から見た断面図である。 図３の電流センサをＶＩ－ＶＩ線矢印方向から見た断面図である。 図３の電流センサをＶＩＩ－ＶＩＩ線矢印方向から見た断面図である。 本発明の実施の形態１に係る電流センサの回路構成を示す回路図である。 本発明の実施の形態１に係る電流センサのバスバーに測定対象の電流が流れた際の電流密度の分布をシミュレーション解析した結果を示す上面図である。 本発明の実施の形態１に係る電流センサのバスバーに測定対象の電流が流れた際の電流密度の分布をシミュレーション解析した結果を示す側面図である。 図１０に示す始点(Ｘ＝０)から終点(Ｘ＝６)までの範囲の磁界の、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向およびＺ軸方向の各成分の磁束密度分布を示すグラフである。 図１１のグラフにおけるＸＩＩ部を拡大してＹ軸方向の磁束密度分布を示すグラフである。 本発明の実施の形態２に係る電流センサが備えるバスバーが折り曲げられる前の状態を示す平面図である。
　以下、本発明の各実施の形態に係る電流センサについて図を参照して説明する。以下の実施の形態の説明においては、図中の同一または相当部分には同一符号を付して、その説明は繰り返さない。
　(実施の形態１)
　図１は、本発明の実施の形態１に係る電流センサの構成を示す斜視図である。図２は、図１の電流センサを矢印ＩＩ方向から見た上面図である。図３は、本発明の実施の形態１に係る電流センサが備えるバスバーおよび磁気検出素子の構成を示す上面図である。図４は、図３の電流センサが備えるバスバーおよび磁気検出素子を矢印ＩＶ方向から見た斜視図である。図５は、図３の電流センサをＶ－Ｖ線矢印方向から見た断面図である。図２においては、封止樹脂を透視して図示している。図３および図５においては、封止樹脂を図示しておらず、絶縁基材を透視して示している。図４においては、封止樹脂および絶縁基材を図示していない。
　以下の説明においては、磁気検出素子の磁気検出方向を第１方向としてのＹ軸方向、磁気検出素子の磁気検出方向に直交かつ磁気センサチップの上面に沿う方向を第２方向としてのＸ軸方向、磁気センサチップの上面に直交する方向を第３方向としてのＺ軸方向とする。
　図１～図５に示すように、本発明の実施の形態１に係る電流センサ１００は、バスバー１１０と、第１磁気検出素子１２０と、第２磁気検出素子１３０と、磁気センサチップ１４０と、複数の信号端子１５０と、絶縁基材１７０と、封止樹脂１８０とを備える。
　図３～図５に示すように、バスバー１１０は、第１バスバー部１１１と、第２バスバー部１１２と、第３バスバー部１１３と、第４バスバー部１１４と、第５バスバー部１１５と、第６バスバー部１１６と、第１端子部１１７と、第２端子部１１８とを含む。本実施の形態におけるバスバー１１０は、第２バスバー部１１２および第３バスバー部１１３を２つずつ含む。
　図３および図５に示すように、第１バスバー部１１１は、第１方向(Ｙ軸方向)に直交する第２方向(Ｘ軸方向)の一方に向けて延在する。本実施の形態における第１バスバー部１１１は、Ｘ軸方向の他方において、後述する第５バスバー部１１５と接続され、Ｘ軸方向の一方に向かって延在している。
　図４および図５に示すように、２つの第２バスバー部１１２は、第１バスバー部１１１の第２方向(Ｘ軸方向)の一方における端部の上面から第１方向(Ｙ軸方向)に互いに間隔をあけて第１方向(Ｙ軸方向)および第２方向(Ｘ軸方向)の各々に直交する第３方向(Ｚ軸方向)の一方に向けて延在する。本実施の形態における２つの第２バスバー部１１２においては、一方の第２バスバー部１１２ａがＹ軸方向の一方に位置し、他方の第２バスバー部１１２ｂがＹ軸方向の他方に位置している。
　図３～図５に示すように、２つの第３バスバー部１１３は、２つの第２バスバー部１１２の各々の第３方向(Ｚ軸方向)の一方の端部から１つずつ第２方向(Ｘ軸方向)の一方に向けて延在する。本実施の形態における２つの第３バスバー部１１３においては、一方の第３バスバー部１１３ａが一方の第２バスバー部１１２ａと接続されてＹ軸方向の一方に位置し、他方の第３バスバー部１１３ｂが他方の第２バスバー部１１２ｂと接続されてＹ軸方向の他方に位置している。
　第４バスバー部１１４は、２つの第３バスバー部１１３の各々の第２方向(Ｘ軸方向)の一方の端部同士を互いに連結しつつ第３方向(Ｚ軸方向)の他方に向けて延在する。本実施の形態における第４バスバー部１１４は、一方の第３バスバー部１１３ａおよび他方の第３バスバー部１１３ｂの各々の端部同士を互いに連結している。第４バスバー部１１４は、Ｚ軸方向の他方において、後述する第６バスバー部１１６と接続されている。なお、第４バスバー部１１４は、２つの第３バスバー部１１３の各々の一方の端部同士を互いに連結する構成に限定されず、２つの第３バスバー部１１３の各々に２つの第４バスバー部１１４が１つずつ接続され、２つの第４バスバー部１１４の各々が第６バスバー部１１６と接続されていてもよい。
　第５バスバー部１１５は、Ｘ軸方向の他方からＸ軸方向の一方に向けて延在し、Ｘ軸方向の一方において第１バスバー部１１１と接続されている。第６バスバー部１１６は、第４バスバー部１１４のＺ軸方向の他方の端部に接続され、Ｘ軸方向の一方に向けて延在する。なお、バスバー１１０に第４バスバー部１１４を設けることなく、２つの第３バスバー部１１３の各々に対して第６バスバー部１１６がＸ軸方向の他方において接続されてＸ軸方向の一方に向かって延在していてもよい。
　なお、本実施の形態のバスバー１１０において、第１～第６バスバー部１１１～１１６の各々は、互いに平行または直交する方向に配置されているが、この構成に限定されず、厳密に互いに平行または直交する方向に配置されていなくてもよい。すなわち、第１～第６バスバー部１１１～１１６の各々は、後述する第１磁気検出素子１２０および第２磁気検出素子１３０の各々に印加される磁界の方向がＹ軸方向において互いに逆方向になれば、互いに平行または直交する方向に対して傾いて配置されていてもよい。
　第１端子部１１７は、第５バスバー部１１５のＸ軸方向の他方に接続されている。第２端子部１１８は、第６バスバー部１１６のＸ軸方向の一方に接続されている。
　バスバー１１０は、銅で構成されている。ただし、バスバー１１０の材料はこれに限られず、銀、アルミニウムなどの金属またはこれらの金属を含む合金でもよい。バスバー１１０は、表面処理が施されていてもよい。たとえば、ニッケル、錫、銀、銅などの金属またはこれらの金属を含む合金からなる、少なくとも１層のめっき層が、バスバー１１０の表面に設けられていてもよい。
　図５に示すように、バスバー１１０には、測定対象の電流が流れる。バスバー１１０において、測定対象の電流は、第１端子部１１７から流入し、第１～第６バスバー部１１１～１１６を通じて第２端子部１１８に向かって流れる。
　具体的には、第５バスバー部１１５および第１バスバー部１１１には、Ｘ軸方向の一方に向かって電流Ｉ１が流れる。第２バスバー部１１２には、Ｚ軸方向の一方に向かって電流Ｉ２が流れる。電流Ｉ２は、一方の第２バスバー部１１２ａと他方の第２バスバー部１１２ｂとに分かれて流れる。第３バスバー部１１３には、Ｘ軸方向の他方に向かって電流Ｉ３が流れる。電流Ｉ３は、一方の第３バスバー部１１３ａと他方の第３バスバー部１１３ｂとに分かれて流れる。第４バスバー部１１４には、Ｚ軸方向の他方に向かって電流Ｉ４が流れる。第６バスバー部１１６には、Ｘ軸方向の一方に向かって電流Ｉ５が流れる。なお、本実施の形態におけるバスバー１１０を流れる電流は、第１端子部１１７から流入し、第１～第６バスバー部１１１～１１６を通じて第２端子部１１８まで流れているが、この構成に限定されず、逆方向に電流が流れてもよい。
　図３および図４に示すように、磁気センサチップ１４０は、基板１４１と、第１磁気検出素子１２０と、第２磁気検出素子１３０とを含む。本発明の実施の形態１においては、基板１４１は、シリコンで構成されている。ただし、基板１４１を構成する材料は、シリコンに限られず、他の半導体または絶縁体であってもよい。
　第１磁気検出素子１２０および第２磁気検出素子１３０は、基板１４１上に配置されている。なお、本実施の形態においては、１つの磁気センサチップ１４０に対して、第１磁気検出素子１２０および第２磁気検出素子１３０の各々が実装されているが、この構成に限定されず、２つの磁気センサチップに対して第１磁気検出素子１２０と第２磁気検出素子１３０とが別々に実装される構成であってもよい。
　第１磁気検出素子１２０および第２磁気検出素子１３０は、Ｘ軸方向において並んで位置している。具体的には、第１磁気検出素子１２０がＸ軸方向の他方に位置し、第２磁気検出素子１３０がＸ軸方向の一方に位置している。
　第１磁気検出素子１２０は、第１バスバー部１１１の上方に位置している。本実施の形態における第１磁気検出素子１２０は、Ｙ軸方向から見て、第１バスバー部１１１のＺ軸方向の一方に位置している。
　第２磁気検出素子１３０は、第３バスバー部１１３同士の間に位置している。本実施の形態における第２磁気検出素子１３０は、Ｚ軸方向から見て、Ｙ軸方向において一方の第３バスバー部１１３ａと他方の第３バスバー部１１３ｂとの間に位置している。なお、第２磁気検出素子１３０の下方に、第１バスバー部１１１が位置していないことが望ましい。ただし、測定対象の電流がバスバー１１０を流れる際に発生する磁界のＹ軸方向の成分が第２磁気検出素子１３０に印加されていれば、第２磁気検出素子１３０の下方に第１バスバー部１１１が位置していてもよい。
　図６は、図３の電流センサをＶＩ－ＶＩ線矢印方向から見た断面図である。図７は、図３の電流センサをＶＩＩ－ＶＩＩ線矢印方向から見た断面図である。
　第１磁気検出素子１２０および第２磁気検出素子１３０の各々は、バスバー１１０を流れる電流により発生する磁界の第１方向(Ｙ軸方向)の磁界成分を検出する。具体的には、図５および図６に示すように、第１磁気検出素子１２０は、第１バスバー部１１１を流れる電流Ｉ１により発生する磁界ｅ１におけるＹ軸方向の一方に向いた磁界成分を検出する。
　また、図５および図７に示すように、第２磁気検出素子１３０は、第３バスバー部１１３を流れる電流Ｉ３により発生する磁界ｅ２における第１方向(Ｙ軸方向)の他方に向いた磁界成分を検出する。本実施の形態においては、一方の第３バスバー部１１３ａおよび他方の第３バスバー部１１３ｂの各々に電流Ｉ３が流れることにより発生する磁界ｅ２におけるＹ軸方向の他方に向いた磁界成分を検出する。
　図３に示すように、第１磁気検出素子１２０は、Ｙ軸方向の一方に向いた感度軸１２０ａを有しており、Ｙ軸方向の一方を向いた磁界成分を検出した場合に正の値で出力し、Ｙ軸方向の他方を向いた磁界成分を検出した場合に負の値で出力する、奇関数入出力特性を有している。第２磁気検出素子１３０は、Ｙ軸方向の他方に感度軸１３０ａを有しており、Ｙ軸方向の他方を向いた磁界成分を検出した場合に正の値で出力し、Ｙ軸方向の一方を向いた磁界成分を検出した場合に負の値で出力する、奇関数入出力特性を有している。
　図８は、本発明の実施の形態１に係る電流センサの回路構成を示す回路図である。図８に示すように、第１磁気検出素子１２０および第２磁気検出素子１３０の各々は、４つのＴＭＲ(Tunnel　Magneto　Resistance)素子からなるホイートストンブリッジ型のブリッジ回路を有する。なお、第１磁気検出素子１２０および第２磁気検出素子１３０の各々が、ＴＭＲ素子に代えて、ＧＭＲ(Giant　Magneto　Resistance)素子若しくはＡＭＲ(Anisotropic　Magneto　Resistance)素子などの磁気抵抗素子からなるブリッジ回路を有していてもよい。また、第１磁気検出素子１２０および第２磁気検出素子１３０の各々が、２つの磁気抵抗素子からなるハーフブリッジ回路を有していてもよい。さらに、第１磁気検出素子１２０および第２磁気検出素子１３０の各々は、ホール素子であってもよい。
　図８に示すように、第１磁気検出素子１２０および第２磁気検出素子１３０の各々は、加算増幅器１９０と接続されている。加算増幅器１９０によって、第１磁気検出素子１２０の検出値と第２磁気検出素子１３０の検出値とを演算することにより、バスバー１１０を流れる測定対象の電流の値が算出される。なお、第１磁気検出素子１２０および第２磁気検出素子１３０の各々は、加算増幅器１９０に代えて、加算器と接続されていてもよい。
　絶縁基材１７０は、たとえば、ガラスエポキシ樹脂などの絶縁性樹脂である。図２および図３に示すように、本実施の形態に係る電流センサ１００においては、バスバー１１０は、絶縁基材１７０を含む１枚のプリント基板に形成されている。
　第１バスバー部１１１、第２バスバー部１１２および第３バスバー部１１３の各々は、絶縁基材１７０に埋設されている。本実施の形態においては、第１バスバー部１１１、第２バスバー部１１２、第３バスバー部１１３および第４バスバー部１１４、ならびに、第５バスバー部１１５の一部および第６バスバー部１１６の一部の、各々が絶縁基材１７０に埋設されている。
　図２に示すように、絶縁基材１７０には、複数の信号端子１５０が形成されている。複数の信号端子１５０の各々の一部は、絶縁基材１７０に埋設されている。複数の信号端子１５０の各々は、ボンディングワイヤ１６０によって磁気センサチップ１４０と電気的に接続されている。なお、複数の信号端子１５０は、フリップチップ実装によって磁気センサチップ１４０と電気的に接続されていてもよい。
　図２、図３および図５に示すように、本実施の形態における絶縁基材１７０には、開口部１７１が設けられている。開口部１７１は、絶縁基材１７０のＺ軸方向の一方に設けられている。
　磁気センサチップ１４０は、図示しないダイアタッチフィルムまたは絶縁性接合材などにより、開口部１７１の内部に固定されている。これにより、第１磁気検出素子１２０および第２磁気検出素子１３０の各々は、開口部１７１の内部に配置されている。
　第１磁気検出素子１２０および第２磁気検出素子１３０の各々は、開口部１７１の内部に配置されていることによって、第１磁気検出素子１２０および第２磁気検出素子１３０の各々と第１バスバー部１１１との間に、絶縁基材１７０の一部が介在している。これにより、第１磁気検出素子１２０および第２磁気検出素子１３０の各々と第１バスバー部１１１との間の絶縁が確保される。なお、本実施の形態に限定されず、第１磁気検出素子１２０および第２磁気検出素子１３０の各々と第１バスバー部１１１との間の絶縁が確保できれば、第１磁気検出素子１２０および第２磁気検出素子１３０の各々と第１バスバー部１１１との間に絶縁基材１７０の一部が介在していなくてもよい。
　図１および図２に示すように、バスバー１１０における第５バスバー部１１５および第６バスバー部１１６の各々の一部、磁気センサチップ１４０、複数の信号端子１５０の各々の一部、ボンディングワイヤ１６０ならびに絶縁基材１７０の各々は、封止樹脂１８０に封止されている。すなわち、第１バスバー部１１１、第２バスバー部１１２、第３バスバー部１１３、第４バスバー部１１４、第１磁気検出素子１２０および第２磁気検出素子１３０の各々は、封止樹脂１８０により封止されている。封止樹脂１８０は、エポキシ樹脂などの絶縁性樹脂である。
　ここで、本発明の実施の形態１に係る電流センサ１００のバスバー１１０に測定対象の電流が流れた際に発生する磁界の分布についてシミュレーション解析を行なった結果について説明する。
　図９は、本発明の実施の形態１に係る電流センサのバスバーに測定対象の電流が流れた際の電流密度の分布をシミュレーション解析した結果を示す上面図である。図１０は、本発明の実施の形態１に係る電流センサのバスバーに測定対象の電流が流れた際の電流密度の分布をシミュレーション解析した結果を示す側面図である。
　シミュレーション解析の条件として、バスバー１１０において１００Ａの測定対象の電流を、第１端子部１１７から流入し、第１～第６バスバー部１１１～１１６を通じて第２端子部１１８から流出するように、流した。
　図９および図１０に示すように、測定対象の電流は、上述したように第１端子部１１７から流入し、第１～第６バスバー部１１１～１１６を通じて第２端子部１１８から流出する。測定対象の電流は、短い経路に多く流れるため、第３バスバー部１１３を流れる電流Ｉ３は、図１０に示すように、Ｚ軸方向において一方側より他方側の電流密度が高かった。
　一般に、電流の流路が折り返されることによって電流の流れる方向が変わる場合、電流が短い経路を通過しやすい傾向があるため、電流の流路面積が実質的に減少することになり、電気抵抗値が増加する。本実施の形態におけるバスバー１１０においては、第１～第４バスバー部１１１～１１４において、Ｚ軸方向において折り返し部分が存在しているが、第２バスバー部１１２の長さが短いため、図１０に示すように電流密度の偏りの程度は軽微であり、電気抵抗値の増加が抑制されている。この観点から、第２バスバー部１１２のＺ軸方向の長さの寸法は、バスバー１１０の厚みの寸法以下であることが好ましい。
　図１１は、図１０に示す始点(Ｘ＝０)から終点(Ｘ＝６)までの範囲の磁界の、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向およびＺ軸方向の各成分の磁束密度分布を示すグラフである。図１２は、図１１のグラフにおけるＸＩＩ部を拡大してＹ軸方向の磁束密度分布を示すグラフである。図１１および図１２においては、縦軸に磁束密度(ｍＴ)、横軸にＸ軸方向における始点からの位置Ｘ(ｍｍ)を示している。また、この磁束密度は、Ｚ軸方向の第１磁気検出素子１２０および第２磁気検出素子１３０の表面と同一平面上における磁束密度を示している。
　図１１に示すように、バスバー１１０に電流が流れることにより発生する磁界のＸ軸方向およびＺ軸方向の磁界成分は、第１～第６バスバー部１１１～１１６の各々において発生する磁界成分同士が打ち消し合うことによってほとんど発生していない。一方、バスバー１１０を電流が流れることにより、Ｙ軸方向の磁界成分が発生する。
　具体的には、第１バスバー部１１１を流れる電流Ｉ１がＹ軸方向の一方を向いた磁界成分を発生させている。第３バスバー部１１３を流れる電流Ｉ３は、Ｙ軸方向の他方を向いた磁界成分を発生させている。
　第１磁気検出素子１２０および第２磁気検出素子１３０の実装領域に対して、電流Ｉ１が流れることによって発生する磁界はＹ軸方向の一方に向かって作用し、電流Ｉ３が流れることによって発生する磁界はＹ軸方向の他方に向かって作用する。その結果、図１０および図１２に示すように、第１磁気検出素子１２０および第２磁気検出素子１３０の実装領域である、２．５ｍｍ≦Ｘ≦３．５ｍｍの範囲において、位置Ｘが始点から離れるに従って、Ｙ軸方向の磁界成分が線形性を有しつつ、約－９ｍＴから約＋９ｍＴまで変化していた。
　具体的には、図１２に示すように、電流が流れることによって発生するＹ軸方向の磁界成分は、始点からＸ＝２．５ｍｍの位置において、約－９ｍＴであり、始点からＸ＝３．５ｍｍの位置において、約＋９ｍＴであった。第１磁気検出素子１２０は、始点からＸ＝２．５ｍｍの位置に配置され、第２磁気検出素子１３０は、始点からＸ＝３．５ｍｍの位置に配置されている。すなわち、第１磁気検出素子１２０は、バスバー１１０に電流が流れることによって発生する約－９ｍＴの磁界成分を検出する。第２磁気検出素子１３０は、バスバー１１０に電流が流れることによって発生する約＋９ｍＴの磁界成分を検出する。このように、第１磁気検出素子１２０および第２磁気検出素子１３０の各々は、Ｙ軸方向において互いに逆向きの磁界成分を検出する。
　本発明の実施の形態１に係る電流センサ１００においては、バスバー１１０における第１バスバー部１１１が第２方向(Ｘ軸方向)の一方に延在し、第２バスバー部１１２が第１バスバー部１１１の端部の上面から第３方向(Ｚ軸方向)の一方に向けて延在し、第３バスバー部１１３が第２バスバー部１１２の第３方向(Ｚ軸方向)の一方の端部から第２方向(Ｘ軸方向)の一方に向けて延在することによって、バスバー１１０の電気抵抗値の増加を抑制することができる。
　また、本発明の実施の形態１に係る電流センサ１００においては、第１バスバー部１１１の上方に第１磁気検出素子１２０を配置し、２つの第３バスバー部１１３同士の間に第２磁気検出素子１３０を配置することによって、バスバー１１０の上面と平行な面内方向(ＸＹ方向)の磁界を第１磁気検出素子１２０および第２磁気検出素子１３０の各々に印加することができる。
　また、本発明の実施の形態１に係る電流センサ１００においては、２つの第２バスバー部１１２が第１方向(Ｙ軸方向)に間隔をあけつつ第１バスバー部１１１の端部の上面から第３方向(Ｚ軸方向)の一方に向けて延在し、第３バスバー部１１３が第２バスバー部１１２の第３方向(Ｚ軸方向)の一方の端部から第２方向(Ｘ軸方向)の一方に向けて延在することによって、磁気センサチップ１４０を第３バスバー部１１３同士の間に配置することができるため、マウンタを用いてバスバー１１０の上方から磁気センサチップ１４０を表面実装することができる。
　本発明の実施の形態１に係る電流センサ１００においては、バスバー１１０を１枚のプリント基板に形成することによって、電流センサ１００を簡易に製造することができる。
　本発明の実施の形態１に係る電流センサ１００においては、絶縁基材１７０に開口部１７１が設けられ、バスバー１１０と第１磁気検出素子１２０および第２磁気検出素子１３０の各々との間に絶縁基材１７０の一部を介在させることによって、第１磁気検出素子１２０および第２磁気検出素子１３０の各々とバスバー１１０との沿面距離を確保することができるため、電流センサ１００の絶縁特性を向上させることができる。
　本発明の実施の形態１に係る電流センサ１００においては、バスバー１１０における一方の第３バスバー部１１３ａと他方の第３バスバー部１１３ｂとが第４バスバー部１１４によって連結しつつ第６バスバー部１１６に接続されることによって、第４バスバー部１１４と第６バスバー部１１６との接続面積を広く確保することができるため、第６バスバー部１１６を流れる電流の流路面積を広く確保して電気抵抗値が増加することを抑制することができる。
　(実施の形態２)
　以下、本発明の実施の形態２に係る電流センサについて図を参照して説明する。本発明の実施の形態２に係る電流センサは、バスバーの構成が本発明の実施の形態１に係る電流センサ１００と異なるため、本発明の実施の形態１に係る電流センサ１００と同様である構成については説明を繰り返さない。
　図１３は、本発明の実施の形態２に係る電流センサが備えるバスバーが折り曲げられる前の状態を示す平面図である。
　図１３に示すように、本実施の形態における電流センサが備えるバスバーは、折り曲げられた１枚のリードフレーム２１０Ｓから形成されている。具体的には、リードフレーム２１０Ｓは、図１３における点線部分がプレス加工などにより折り曲げられることによって、第１バスバー部２１１、第２バスバー部２１２、第３バスバー部２１３、第４バスバー部２１４、第５バスバー部２１５、第６バスバー部２１６、第１端子部２１７および第２端子部２１８が形成される。
　図３に示すような実施の形態１の場合と同様に、第１磁気検出素子は、第１バスバー部２１１の上方に配置される。第２磁気検出素子は、第３バスバー部２１３同士の間に配置される。第１磁気検出素子は、第１バスバー部２１１を流れる電流により発生する磁界における第１方向の一方に向いた磁界成分を検出する。第２磁気検出素子は、第３バスバー部２１３を流れる電流により発生する磁界における第１方向の他方に向いた磁界成分を検出する。
　本発明の実施の形態２に係る電流センサにおいては、バスバーが１枚のリードフレーム２１０Ｓを折り曲げることにより形成されることによって、効率的に廉価にバスバーを製造することができる。
　上述した実施形態の説明において、組み合わせ可能な構成を相互に組み合わせてもよい。
　今回開示された実施形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
　１００　電流センサ、１１０　バスバー、１１１，２１１　第１バスバー部、１１２，２１２　第２バスバー部、１１２ａ　一方の第２バスバー部、１１２ｂ　他方の第２バスバー部，１１３，２１３　第３バスバー部、１１３ａ　一方の第３バスバー部、１１３ｂ　他方の第３バスバー部、１１４，２１４　第４バスバー部、１１５，２１５　第５バスバー部、１１６，２１６　第６バスバー部、１１７，２１７　第１端子部、１１８，２１８　第２端子部、１２０　第１磁気検出素子、１２０ａ，１３０ｂ　感度軸、１３０　第２磁気検出素子、１４０　磁気センサチップ、１４１　基板、１５０　信号端子、１６０　ボンディングワイヤ、１７０　絶縁基材、１７１　開口部、１８０　封止樹脂、１９０　加算増幅器、２１０Ｓ　リードフレーム、Ｉ１，Ｉ２，Ｉ３，Ｉ４，Ｉ５　電流、ｅ１，ｅ２　磁界。

Claims (5)

  1. 　測定対象の電流が流れるバスバーと、
    　前記バスバーを流れる前記電流により発生する磁界の第１方向の磁界成分を検出する、第１磁気検出素子および第２磁気検出素子とを備え、
    　前記バスバーは、
    　前記第１方向に直交する第２方向の一方に向けて延在する第１バスバー部と、
    　前記第１バスバー部の前記第２方向の前記一方における端部の上面から前記第１方向に互いに間隔をあけて前記第１方向および前記第２方向の各々に直交する第３方向の一方に向けて延在する２つの第２バスバー部と、
    　前記２つの第２バスバー部の各々の前記第３方向の前記一方の端部から１つずつ前記第２方向の前記一方に向けて延在する２つの第３バスバー部とを含み、
    　前記第１磁気検出素子は、前記第１バスバー部の上方に位置し、
    　前記第２磁気検出素子は、前記第３バスバー部同士の間に位置し、
    　前記第１磁気検出素子は、前記第１バスバー部を流れる前記電流により発生する磁界における前記第１方向の一方に向いた磁界成分を検出し、
    　前記第２磁気検出素子は、前記第３バスバー部を流れる前記電流により発生する磁界における前記第１方向の他方に向いた磁界成分を検出する、電流センサ。
  2. 　前記バスバーは、絶縁基材を含む１枚のプリント基板に形成されており、
    　前記第１バスバー部、前記第２バスバー部および前記第３バスバー部の各々は、前記絶縁基材に埋設されている、請求項１に記載の電流センサ。
  3. 　前記絶縁基材に開口部が設けられており、
    　前記第１磁気検出素子および前記第２磁気検出素子の各々は、前記開口部の内部に配置されており、
    　前記第１磁気検出素子および前記第２磁気検出素子の各々と前記第１バスバー部との間に、前記絶縁基材の一部が介在している、請求項２に記載の電流センサ。
  4. 　前記バスバーは、折り曲げられた１枚のリードフレームから形成されている、請求項１に記載の電流センサ。
  5. 　前記バスバーは、前記２つの第３バスバー部の各々の前記第２方向の前記一方の端部同士を互いに連結しつつ前記第３方向の他方に向けて延在する第４バスバー部をさらに備える、請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の電流センサ。
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