JP2004354254A

JP2004354254A - 電流センサ

Info

Publication number: JP2004354254A
Application number: JP2003153415A
Authority: JP
Inventors: Kenji Kuriyama; 憲治栗山
Original assignee: Asahi Kasei Electronics Co Ltd
Current assignee: Asahi Kasei Electronics Co Ltd
Priority date: 2003-05-29
Filing date: 2003-05-29
Publication date: 2004-12-16

Abstract

【課題】部品点数を減らして形状を小型化し、組立性の向上を図ること。
【解決手段】電流経路２に電流が流れることによって発生する磁束の検出手段である磁気センサ１を有している。磁性体４は、一方が開口部、他方が閉口部であるＵ字形状断面構造を有し、その空隙部には、電流経路２と磁気センサ１とが配置されている。この磁気センサ１は、磁性体４の開口部の内側に配置され、電流経路２は、磁気センサ１と磁性体４の閉口部との間に配置されているとともに、磁性体４のＵ字形状断面に対して略垂直方向に電流が流れるように配置されている。磁気センサ１のリードフレーム５ａ，５ｂは非磁性体で、このリードフレームの一部５ａが電流経路２であり、モールド樹脂などの絶縁梱包体３により磁気センサ１とともに一体成形されている。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電流センサに関し、より詳細には、電流により発生する磁束を磁気センサによって検出することで電流量を測定する電流センサに関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、磁気センサとしては、ホール効果を利用したホール素子や磁気抵抗素子などが知られている。従来から、磁気センサを用いた電流センサは、図８に示すような構造が広く知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
図８に示す電流センサは、電流経路１２に電流が流れることによって発生する磁束を磁性体コア１４で集磁し、磁性体１４のギャップ部に配置された磁気センサ１３により検出される磁束の変化から、その電流量を増幅器１５を介して測定するように構成されている。
【０００４】
【特許文献１】
特開平５−３１２８３９号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような構造の電流センサは、電流経路である金属導体とその周囲を囲む形状を有する磁性体コアが必要であったため、小型化が困難であり、携帯電話をはじめとする小型の電子機器に用いられるプリント配線基板上に実装することのできるサイズまで小さくすることができないという問題があった。
【０００６】
また、磁性体コアを排除して小型化を図ると、磁気センサの検出する磁束が減少するとともに、外部磁気ノイズの影響を受けやすくなるという問題があった。
【０００７】
さらに、磁気センサと磁性体コア、金属導体を個別に製造して組み立てる必要があるため、コストがかかり大量生産に適していないという課題もあった。
【０００８】
本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、磁気センサと電流経路となる金属導体、又は磁気センサと電流経路となる金属導体と磁性体コアを一体成型することにより、電流センサのサイズを小型化し、生産や組立性の向上を図り、安価で大量生産に適した表面実装可能かつ耐磁気ノイズ性を有する電流センサを提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、このような目的を達成するためになされたもので、請求項１に記載の発明は、被測定電流が流れる電流経路と、前記被測定電流により発生する磁束を収束する磁性体と、該磁性体で収束した磁束を検出する磁気センサとを備えた電流センサにおいて、前記磁性体が、一方が開口部で他方が閉口部であるＵ字形状断面構造を有し、前記磁気センサが、前記磁性体の前記開口部の内側に配置され、前記電流経路が、前記磁気センサと前記磁性体の前記閉口部との間に配置されているとともに、前記磁性体のＵ字形状断面に対して略垂直方向に電流が流れるように配置され、前記電流経路と前記磁性体と前記磁気センサとが電気的に絶縁されていることを特徴とする。
【００１０】
このような構成により、電流センサは、電流経路に電流が流れることで発生する磁束を磁性体により集磁し、空隙部の磁束を磁気センサにより検出する。発生する磁束を磁気センサにより高効率で検出するために、磁性体と空隙部により形成される磁路中に磁気センサを配置する必要があり、電流経路は、磁気センサよりも磁性体の閉口部側に配置することが望ましい。また、磁気センサの感磁部は、磁性体の開口部から空隙長以上内側にあることが望ましい。
【００１１】
また、磁性体が板状のものであるので、電流経路の両端子と磁気センサの端子を表面実装が可能となるように同一平面状に形成することができ、また組立性も向上する。
【００１２】
また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記磁気センサのリードフレームの一部が電流経路となっていることを特徴とする。
【００１３】
このような構成により、電流経路と磁気センサを同時に組み立てることができるようになり組立性が向上し、小型化が容易になる。
【００１４】
また、請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の発明において、前記磁気センサのモールドパッケージと前記磁性体に凹凸部を設け、該凹凸部により前記磁気センサと前記磁性体が固定されていることを特徴とする。
【００１５】
磁気センサにより磁束を高効率で検出できるように、磁性体は磁気センサの感磁部に近い部分を空隙内部に凸になるようにし、その形状に合わせて、磁気センサのモールドパッケージが凹になるような形状にすることが望ましい。また、磁気センサのモールドパッケージを磁性体の空隙部に配置する際に、空隙長が若干広がっても磁性体のバネ性によりもとに戻るようにするために、磁性体の凸部の大きさは、磁気センサのモールドパッケージが固定できる範囲で磁性体の板厚の２倍以下であることが望ましい。
【００１６】
このような構成により、接着材や樹脂を用いることなく、磁気センサと磁性体を固定することができるようになり、組立に要する時間を短縮し、組立性を向上させることができる。
【００１７】
また、請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の発明において、前記凹凸部が点状の凹凸部であることを特徴とする。
【００１８】
また、請求項５に記載の発明は、請求項１又は２に記載の発明において、前記磁気センサのモールドパッケージと前記磁性体に段差部を設け、該段差部により前記磁気センサと前記磁性体が固定されていることを特徴とする。
【００１９】
また、請求項６に記載の発明は、請求項２に記載の発明において、前記磁性体と前記磁気センサと該磁気センサのリードフレームの一部である前記電流経路を、モールド樹脂により一体成型されていることを特徴とする。
【００２０】
このような構成により、磁性体と電流経路と磁気センサを同時に組み立てることが出るようになり組立性が向上し、小型化が容易になる。
【００２１】
また、請求項７に記載の発明は、請求項１乃至６のいずれかに記載の発明において、前記磁気センサが、ホール効果を利用したホール素子であることを特徴とする。
【００２２】
また、請求項８に記載の発明は、請求項１乃至７のいずれかに記載の発明において、前記磁気センサの出力を前記被測定電流の電流量に換算する半導体集積回路を備えたことを特徴とする。
【００２３】
また、請求項９に記載の発明は、請求項１乃至８のいずれかに記載の発明において、最大面積を有する平面（縦×横）の寸法が、２ｍｍ×１．５ｍｍ以上、４ｍｍ×３ｍｍ以下で、該平面に垂直な方向（厚さ）の寸法が、０．５ｍｍ以上、１．５ｍｍ以下であることを特徴とする。
【００２４】
なお、磁気センサとしては、ホール効果を利用したホール素子や磁気抵抗効果を利用した磁気抵抗素子など、様々な磁気センサの適用が可能であり、アナログ出力型の磁気センサが望ましい。
【００２５】
電流経路としては、抵抗が小さく被測定電流の電圧降下が生じないもので、かつ被測定電流が流れていないとき電流経路に残留磁界が生じない非磁性体金属を材質にしたものが望ましい。その中でも、特に安価に入手可能な銅を用いるのがより好ましい。また、メッキ材料も非磁性である半田メッキや錫メッキを用いるのが望ましい。
【００２６】
また、磁性体についても様々な磁性材料が適用できるが、板状で、断面形状がＵ字加工しやすい珪素鋼板やパーマロイ、電磁軟鉄などが望ましい。その中でも、ヒステリスが小さいＰＣパーマロイを用いるとより好ましい。また、ＰＣパーマロイの場合、磁性体のバネ性効果の低下が小さくなるよう８００℃程度で焼鈍を行ったものを用いるのが望ましい。
【００２７】
また、磁性体の板厚は薄いほど望ましいが、磁性焼鈍時や輸送時の変形が起こらないよう配慮し、０．２ｍｍから０．５ｍｍの範囲内のものが望ましい。
また、磁性体のＵ字形状断面構造の開口部の空隙長は、磁気センサが配置可能な範囲でできるだけ小さいほうが望ましい。
また、磁性体のＵ字形状断面構造の閉口部の内側半径は、磁性体内の磁束の集中を起こりにくくするために、空隙長の半分の長さに近いほど望ましい。
【００２８】
また、磁性体と磁気センサのリードフレームとが接触しないようにするために、磁性体の電流経路に流れる電流方向の長さは、磁気センサのモールドパッケージの電流経路に流れる電流方向の長さよりも０．１ｍｍ以上小さい方が望ましい。
【００２９】
上述した構成を採ることにより、形状を小型化し、生産・組立性の向上した、安価で大量生産に適した表面実装可能かつ耐ノイズ性のある電流センサが実現でき、多様なアプリケーションに対して好都合に対応することが可能となる。
【００３０】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施例について説明する。
［実施例１］
図１（ａ），（ｂ）は、本発明に係る電流センサの実施例１を説明するための構成図で、図１（ａ）は全体斜視図、図１（ｂ）は図１（ａ）のＩ−Ｉ線断面図である。図中符号１は磁気センサ、２は電流経路、３は絶縁包囲体（モールド樹脂）、４は磁性体、５ａ，５ｂはリードフレームを示している。
【００３１】
本発明の電流センサには、電流経路２に電流が流れることによって発生する磁束の検出手段である磁気センサ１（本実施例では、ホール効果を利用したホール素子）を有している。磁性体４は、一方が開口部、他方が閉口部であるＵ字形状断面構造を有し、その空隙部には、電流経路２と磁気センサ１とが配置されている。
【００３２】
この磁気センサ１は、磁性体４の開口部の内側に配置され、より具体的には、磁気センサ１の感磁部が、開口部から空隙長ｄ以上内側に配置されていることが望ましい。また、電流経路２は、磁気センサ１と磁性体４の閉口部との間に配置されているとともに、磁性体４のＵ字形状断面に対して略垂直方向に電流が流れるように配置されている。
【００３３】
磁気センサ１のリードフレーム５ａ，５ｂは非磁性体で、そのリードフレームの一部５ａが電流経路２であり、モールド樹脂などの絶縁梱包体３（モールドパッケージ）により磁気センサ１ととものに一体成形されている。
【００３４】
また、最大面積を有する平面（縦×横）の寸法が、２ｍｍ×１．５ｍｍ以上、４ｍｍ×３ｍｍ以下で、該平面に垂直な方向（厚さ）の寸法が、０．５ｍｍ以上、１．５ｍｍ以下であることが望ましい。
【００３５】
［実施例２］
図２（ａ），（ｂ）は、本発明に係る電流センサの実施例２を説明するための構成図で、図２（ａ）は全体斜視図、図２（ｂ）は図２（ａ）のＩＩ−ＩＩ線断面図である。図中符号６は、モールドパッケージ３と磁性体４に設けられた凹凸部で、その他、図１と同じ機能を有する構成要素には同一の符号を付してある。
【００３６】
この実施例２の電流センサは、磁気センサ１のモールドパッケージ３と、磁性体４に凹凸部６を設け、この凹凸部６により磁気センサ１と電流経路２と磁性体４が固定できるように構成されており、電流経路２を流れる電流と同一方向に凹凸部６を線状に設けている。
【００３７】
［実施例３］
図３（ａ），（ｂ）は、本発明に係る電流センサの実施例３を説明するための構成図で、図３（ａ）は全体斜視図、図３（ｂ）は図３（ａ）のＩＩＩ−ＩＩＩ線断面図である。図中符号７は、モールドパッケージ３と磁性体４に設けられた凹凸部で、その他、図１と同じ機能を有する構成要素には同一の符号を付してある。
【００３８】
この実施例３の電流センサは、モールドパッケージ３と磁性体４に線状の凹凸部７を設け、この凹凸部７により磁気センサ１と電流経路２と磁性体４が固定できるように構成されており、電流経路２を流れる電流と磁性体４の空隙長方向（厚さ方向）に略垂直な方向の凹凸部７が設けられている。
【００３９】
［実施例４］
図４（ａ），（ｂ）は、本発明に係る電流センサの実施例４を説明するための構成図で、図４（ａ）は全体斜視図、図４（ｂ）は図４（ａ）のＩＶ−ＩＶ線断面図である。図中符号８は、モールドパッケージ３と磁性体４に設けられた段差部、８ａはモールドパッケージ３に設けられた凹状部分で、その他、図１と同じ機能を有する構成要素には同一の符号を付してある。
【００４０】
この実施例４の電流センサは、モールドパッケージ３の凹状部分８ａに磁性体４を嵌め込むようにするとともに、モールドパッケージ３と磁性体４に段差部８を設け、磁気センサ１と電流経路２と磁性体４が固定できるように構成されている。
【００４１】
［実施例５］
図５（ａ），（ｂ）は、本発明に係る電流センサの実施例５を説明するための構成図で、図５（ａ）は全体斜視図、図５（ｂ）は図５（ａ）のＶ−Ｖ線断面図である。図中符号９は、モールドパッケージ３と磁性体４に設けられた点状の凹凸部、９ａはモールドパッケージ３に設けられた凹状部分で、その他、図１と同じ機能を有する構成要素には同一の符号を付してある。
【００４２】
この実施例５の電流センサは、モールドパッケージ３の凹状部分９ａに磁性体４を嵌め込むようにするとともに、モールドパッケージ３と磁性体４に点状の凹凸部９を設け、磁気センサ１と電流経路２と磁性体４が固定できるように構成されている。
【００４３】
さらに、モールドパッケージ３の凹状部分９ａに磁性体４を嵌め込むようにするとともに、図２に示すように、電流経路２を流れる電流と同一方向に凹凸部を設けることで、磁気センサ１と電流経路２と磁性体４が固定できるように構成することも可能である。
【００４４】
［実施例６］
図６（ａ），（ｂ）は、本発明に係る電流センサの実施例６を説明するための構成図で、図６（ａ）は全体斜視図、図６（ｂ）は図６（ａ）のＶＩ−ＶＩ線断面図である。なお、図１と同じ機能を有する構成要素には同一の符号を付してある。
【００４５】
この実施例６の電流センサは、電流経路２を有する磁気センサ１のリードフレーム５ａ，５ｂと磁性体４とを固定し、電流経路２と磁気センサ１と磁性体４とをモールドパッケージ３により一体成型して構成されている。
【００４６】
図７は、本発明の電流センサにおける、被測定電流に対する電流センサの出力電圧の関係を示した図である。アンプ又は磁気センサとアンプを搭載した半導体集積回路を組み合わせれば、容易に出力値を調節することが可能である。
【００４７】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、磁性体が、一方が開口部で他方が閉口部であるＵ字形状断面構造を有し、磁気センサが、磁性体の開口部の内側に配置され、電流経路が、磁気センサと磁性体の閉口部との間に配置されているとともに、磁性体のＵ字形状断面に対して略垂直方向に電流が流れるように配置され、電流経路と磁性体と磁気センサとが電気的に絶縁されているので、従来の電流センサに必要であったプリント基板などの部品を削減でき、組立性も著しく向上し、携帯電話をはじめとする小型の電子機器に用いられるプリント配線基板上に実装可能となるように小型化することができる。そのため、多様なアプリケーションに対して対応することが可能な、小型で安価で大量生産に適した表面実装可能な電流センサを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る電流センサの実施例１を説明するための構成図で、（ａ）は全体斜視図、（ｂ）は（ａ）のＩ−Ｉ線断面図である。
【図２】本発明に係る電流センサの実施例２を説明するための構成図で、（ａ）は全体斜視図、（ｂ）は（ａ）のＩＩ−ＩＩ線断面図である。
【図３】本発明に係る電流センサの実施例３を説明するための構成図で、（ａ）は全体斜視図、（ｂ）は（ａ）のＩＩＩ−ＩＩＩ線断面図である。
【図４】本発明に係る電流センサの実施例４を説明するための構成図で、（ａ）は全体斜視図、（ｂ）は（ａ）のＩＶ−ＩＶ線断面図である。
【図５】本発明に係る電流センサの実施例５を説明するための構成図で、（ａ）は全体斜視図、（ｂ）は（ａ）のＶ−Ｖ線断面図である。
【図６】本発明に係る電流センサの実施例６を説明するための構成図で、（ａ）は全体斜視図、（ｂ）は（ａ）のＶＩ−ＶＩ線断面図である。
【図７】本発明の電流センサにおける、被測定電流に対する電流センサの出力電圧の関係を示した図である。
【図８】従来の電流センサの一例を示す斜視図である。
【符号の説明】
１磁気センサ
２電流経路
３絶縁包囲体（モールド樹脂）
４磁性体
５ａ，５ｂリードフレーム
６凹凸部
７線状の凹凸部
８段差部
８ａ凹状部分
９点状の凹凸部
９ａ凹状部分

Claims

被測定電流が流れる電流経路と、前記被測定電流により発生する磁束を収束する磁性体と、該磁性体で収束した磁束を検出する磁気センサとを備えた電流センサにおいて、
前記磁性体が、一方が開口部で他方が閉口部であるＵ字形状断面構造を有し、
前記磁気センサが、前記磁性体の前記開口部の内側に配置され、
前記電流経路が、前記磁気センサと前記磁性体の前記閉口部との間に配置されているとともに、前記磁性体のＵ字形状断面に対して略垂直方向に電流が流れるように配置され、
前記電流経路と前記磁性体と前記磁気センサとが電気的に絶縁されていることを特徴とする電流センサ。
前記磁気センサのリードフレームの一部が電流経路となっていることを特徴とする請求項１に記載の電流センサ。
前記磁気センサのモールドパッケージと前記磁性体に凹凸部を設け、該凹凸部により前記磁気センサと前記磁性体が固定されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の電流センサ。
前記凹凸部が点状の凹凸部であることを特徴とする請求項３に記載の電流センサ。
前記磁気センサのモールドパッケージと前記磁性体に段差部を設け、該段差部により前記磁気センサと前記磁性体が固定されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の電流センサ。
前記磁性体と前記磁気センサと該磁気センサのリードフレームの一部である前記電流経路を、モールド樹脂により一体成型されていることを特徴とする請求項２に記載の電流センサ。
前記磁気センサが、ホール効果を利用したホール素子であることを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の電流センサ。
前記磁気センサの出力を前記被測定電流の電流量に換算する半導体集積回路を備えたことを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載の電流センサ。
最大面積を有する平面（縦×横）の寸法が、２ｍｍ×１．５ｍｍ以上、４ｍｍ×３ｍｍ以下で、該平面に垂直な方向（厚さ）の寸法が、０．５ｍｍ以上、１．５ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１乃至８のいずれかに記載の電流センサ。