JP2003167009A

JP2003167009A - 電流検出装置

Info

Publication number: JP2003167009A
Application number: JP2001368689A
Authority: JP
Inventors: Katsutoshi Fukazawa; 勝利深沢; Masaaki Hatsumi; 正明初見; Kenichi Nakano; 健一中野
Original assignee: Stanley Electric Co Ltd
Current assignee: Stanley Electric Co Ltd
Priority date: 2001-12-03
Filing date: 2001-12-03
Publication date: 2003-06-13

Abstract

(57)【要約】【課題】車載用に適した電流検出装置（センサ）で、
小型化が可能で、電流バーの取り付け工程を省略するこ
とができ、また、製造工程が簡略化され、低コスト化を
図ることができるようにする。【解決手段】プリント基板１に、所望の電流を流すこ
とができる大電流パターン２を形成し、その近傍にホー
ル素子３を配置する。そして、この大電流パターン２を
持つプリント基板１をコア４に挿入し、更にケース６内
に収容して、ねじ５により大電流パターン２を接続端子
７に接続し、プリント基板１を固定する。その際、プリ
ント基板１の大電流パターン２がコア４の内部に入るよ
うにし、またホール素子３がコア４のギャップ部に位置
するようにする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、特に車載用に適し
た電流検出装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】図９はこの種の一般的な電流検出装置の
構成を示す分解斜視図である。同図において、１０１は
回路素子１０２及びランド穴１０３を設けたプリント基
板で、ホール素子１０４の取り付け穴も設けられてい
る。１０５はホール素子１０４挿入用のギャップ１０６
を有した筒状のコアで、フェライトや珪素鋼板などから
形成されている。１０７は上記コア１０５が収納される
コネクタ一体型のケースで、コネクタ端子１０８が取り
付けられており、またコア１０５の内部を貫通する筒体
１０９が設けられ、この筒体１０９に電流が流れる電流
バー１１０が挿入されるようになっている。

【０００３】上記構成の電流検出装置は、次のようにし
て形成される。

【０００４】（１）ホール素子１０４の出力を増幅する
回路とコネクタ端子接続用のランド穴１０３を設けたプ
リント基板１０１に、リードタイプのホール素子１０４
を矢印Ａ方向に直立させて実装する。

【０００５】（２）端子内蔵コネクタを一体成型（イン
サート成形）したケース１０７に、ギャップ１０６を有
したコア１０５を矢印Ｂ方向に挿入する。

【０００６】（３）コア１０５のギャップ１０６にホー
ル素子１０４が矢印Ｃ方向に入るようにプリント基板１
０１をケース１０７に挿入し、コネクタ端子１０８とプ
リント基板１０１を半田付け等により接続する。

【０００７】（４）この状態で回路の調整を行った後、
モールド材を充填してコア１０５とプリント基板１０１
の固定を行うとともに、蓋がなくても耐防水性が確保で
きるようにし、またコア１０５やプリント基板１０１の
耐振動性が確保できるようにする。

【０００８】（５）電流バー１１０をケース１０７の筒
体１０９に挿入し、コネクタ端子１０８から供給した電
源により回路を駆動する。

【０００９】以上のようにして形成された電流検出装置
は、電流バー１１０に電流が流れるとホール素子１０４
がそれを検知し、その検知出力をプリント基板１０１で
増幅して、ケース内のコネクタ端子１０８から外部に出
力する。これにより、電流バスバー１１０を流れる電流
値を検出することができる。

【００１０】次に、この電流検出原理について説明す
る。

【００１１】電流バー１１０に流れる電流の大きさに応
じて、アンペアの右ねじの法則により磁界が発生する。
この磁界をコア１０５により集磁し、ホール素子１０４
が検出可能な磁束密度にする。そして、コア１０５のギ
ャップ１０６に挿入されたホール素子１０４が、そのギ
ャップ部に発生した磁束密度に応じた電圧を出力し、こ
のホール素子１０４の出力電圧をプリント基板１０１に
実装された電子回路により適当なレベルまで増幅する。
これにより、電流バー１１０の電流の大きさに比例した
出力を得ることができる。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記のよう
な電流検出装置にあっては、次のような問題点があっ
た。

【００１３】（構造的な問題点）外形サイズがバスバー（電流バー）により制約を受
け、小型化が難しい。

【００１４】電流容量によりバスバーの断面積が決まる
が、バスバーの断面積→バスバーの穴サイズ→コアの内
径→コアの外形→センサ外形という手順で設計していく
ため、バスバーの断面積に依存したセンササイズになっ
てしまい、小型化が困難であった。また、コアのサイズ
も被検出電流のレンジから飽和しないように設計する必
要があり、むやみに小さくはできないとともに、ケース
の肉厚も強度の面からある程度の厚みを必要とするの
で、小型化には寄与しにくいパラメータである。

【００１５】コアの固定に樹脂の充填が必要となり、
コスト・工数がかかってしまう。

【００１６】コアはフェライトあるいは金属などで構成
されるが、コアを固定するために、ケースの内側をモー
ルド樹脂の充填により固定していた。この樹脂充填とい
う工程が、製造工数・コスト面で不利となっていた。

【００１７】バスバーを通す工程が煩雑である。

【００１８】組み込み工程においても、バスバーを所定
の穴に通して取り付ける必要があるため、装置を使用す
るメーカー等においても工数がかかり、コストが上がる
という問題があった。

【００１９】ホール素子がリード部品であるため、自
動マウンタ等の自動化が難しい。

【００２０】ＰＷＢ（プリント基板）に実装される電子
部品の中で、ホール素子だけがリード部品であり、他の
部品はすべてＳＭＤ（面実装部品）である。したがっ
て、ＳＭＤは自動マウンタでＰＷＤにマウントし、リフ
ローで半田付けができて自動化が可能であるが、ホール
素子はリードのフォーミング→半田ロボットあるいは手
半田による半田付けという手間のかかる工程を経ている
ため、コストがかかってしまうという問題があった。

【００２１】ホール素子自体はＳＭＤも存在するが、コ
アギャップの方向、樹脂充填方向、センサ感度やオフセ
ットを調整するためのボリウム調整などを考慮すると、
ＰＷＢに対して素子は垂直の関係にあることが望まし
く、ＳＭＤ部品を実装することができない。また、最終
的にケース内には樹脂を充填するが、ホール素子や回路
のばらつきをボリウム調整作業等を行ってから樹脂充填
をする必要があるため、回路調整面は上部から調整しや
すい位置に制限され、構造的にＰＷＢを立てるなどの小
型化の実施が困難である。

【００２２】（コスト的な問題点）上述の構造的な問題
はすべてコストに反映されるため、低コストの装置を生
産することは現状の構造では限界になっている。また、
上記の構造をとっているため小型化も限界にきており、
要望の強い低コストで小型の装置を実現することは難し
い状況にある。

【００２３】本発明は、上記のような問題点に鑑みてな
されたもので、小型化が可能で、電流バーの取り付け工
程を省略することができ、また、製造工程が簡略化さ
れ、低コスト化が可能な電流検出装置を提供することを
目的としている。

【００２４】

【課題を解決するための手段】本発明に係る電流検出装
置は、次のように構成したものである。

【００２５】（１）プリント板に所望の被検出電流が流
れる電流パターンを形成し、該電流パターンの近傍に磁
気センサを配置し、該磁気センサの出力から前記電流パ
ターンに流れる電流を検出するようにした。

【００２６】（２）上記（１）において、プリント板
は、電流パターンと他の配線パターンとが混在した単一
の基板であるようにした。

【００２７】（３）上記（１）において、プリント板
は、電流パターンのみ設けた単独の基板であるようにし
た。

【００２８】（４）上記（１）ないし（３）何れかにお
いて、磁気センサは、プリント板に面実装されたホール
素子であるようにした。

【００２９】（５）上記（１）ないし（４）何れかにお
いて、電流パターンは、磁気センサを中心にして該磁気
センサを囲むように形成した。

【００３０】（６）上記（１）ないし（５）何れかにお
いて、プリント板は、ケースにインサート成形された接
続端子と該ケース内で接続されるようにした。

【００３１】（７）上記（１）ないし（６）何れかにお
いて、ケース及び蓋に集磁チップをインサート成形し
た。

【００３２】（８）上記（７）において、ケースと蓋を
溶着もしくは接着により一体固定した。

【００３３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例を図面につ
いて説明する。

【００３４】図１は本発明の第１の実施例の構成を示す
分解斜視図であり、非接触式の電流センサとして構成し
た例を示している。

【００３５】図１において、１はＰＷＢ（プリント板）
として回路配線パターンが形成されたプリント基板、２
は所望の被検出電流（ここでは大電流）が流れる大電流
パターンで、プリント基板１の適当な位置に形成されて
いる。３は大電流パターン２の近傍に配置された磁気セ
ンサとしてのホール素子で、このホール素子３の出力か
ら大電流パターン２に流れる電流が検出される。

【００３６】４は大電流パターン２の周囲に配されるコ
ア、５は大電流パターン２をプリント基板１と共に箱状
のケース６の接続端子７に固定接続するねじで、接続端
子７はケース６の内側から外側に貫通して設けられてい
る。８はプリント基板１と他の装置とを電気的に接続す
るためのコネクタ端子である。

【００３７】図２は組み立て後のコア内部構造を示す断
面図である。ホール素子３は前述のＳＭＤタイプの部品
で、コア４のギャップ部に位置するようにプリント基板
１に面実装されている。

【００３８】図３は大電流パターン２の詳細を示す断面
図である。プリント基板１は、大電流パターン２と他の
通常パターン（配線パターン）９とが混在した単一の基
板、あるいは大電流パターン２のみの基板となってい
る。

【００３９】なお、プリント基板１は図４に示すよう
に、大電流パターン２のみ設けた単独の基板とし、他の
通常パターン９は別のプリント基板１０に形成して、２
ピース基板の構成としても良い。

【００４０】上記のプリント基板１における大電流パタ
ーン２は、複合銅厚基板、パワーラインとも呼ばれ、２
００μｍ〜４００μｍの厚さのパターンであり、このよ
うなパターンを持つ基板が量産可能になってきている。
そして、このプリント基板１に図３の（ａ）、（ｂ）に
示すように、通常パターン（１６μｍ〜３５μｍ）９の
層と大電流パターン２の層を混在させることで、プリン
ト基板１に直接大電流を流すことができる。

【００４１】例えば、４００μｍ厚のパターンを用いれ
ば、１０Ａ／ｍｍ幅の電流容量があるため、１０ｍｍ幅
で１００Ａの電流を流すことができる。また、これを２
層にすると、１０ｍｍ幅で２００Ａ、１５ｍｍ幅で３０
０Ａの容量を持つことになる。この通常パターンと大電
流パターン２が１枚の基板に混在する場合は、内層に大
電流パターン２を挟み、外層は通常パターンとなる。ま
た、電流容量をかせぐために、大電流パターン２を２層
分内層に挟むこともできる。

【００４２】また、２ピース基板構造にする場合は、コ
ア４を通す基板は大電流パターン２のあるプリント基板
１とし、ホール素子３などが実装されている基板は通常
パターンのあるプリント基板とする。この場合、図３の
（ｃ）に示すように、大電流パターン２のあるプリント
基板１は、両面にパターンを持つ２層基板で良い。この
ように、通常基板と大電流基板は電気的に接続されてい
る必要がないので、２ピース構造が可能となる。

【００４３】次に、上記プリント基板１を持つ電流セン
サ（電流検出装置）の組み立て方法について説明する。

【００４４】（１）大電流パターン２を設けたプリント
基板１に、面実装タイプのホール素子３や増幅回路など
の電子部品をマウンタとリフローの工程で実装し、ギャ
ップを設けたコア４に挿入する。このとき、コア４のギ
ャップ部にホール素子３が位置し、コアの内径の中を大
電流パターン２が通るようにプリント基板１は設計され
ている。

【００４５】（２）上記コア４は、フェライトなどの磁
性体を始め、ケイ素鋼板、パーマロイなどの金属板を積
み重ねたものなど、用途や価格によって所望の材料が選
択可能である。そして、ギャップ部は、ホール素子３と
プリント基板１が挿入可能な厚さの寸法に設計されてい
る。

【００４６】（３）接続端子７は、銅などの導電性の良
い金属で加工された端子であり、センサの固定と電流ラ
インとの接続をするためのものである。この接続端子７
をケース６にインサート成形することで、ケース６と接
続端子７は一体となる。また、ケース６内の接続端子７
にはプリント基板取り付け用の穴があいており、この穴
へネジ５を螺合させることによりプリント基板１とケー
ス６の接続を行う。プリント基板が２ピース構造の場合
は、別途通常基板用の取り付けボスなどを設けて、ケー
ス６とプリント基板を接続固定する。

【００４７】（４）コア４とケース６の固定は、ケース
６の内側にコア固定用ガイドを一体成形し、圧入などに
よりコア４をケース６に固定する。また、振動などの耐
環境性が求められる用途では、従来のように樹脂の充填
によりコア４とプリント基板１を固定しても良い。

【００４８】（５）ケース６にコア４とプリント基板１
を挿入して固定し、コネクタ端子８とプリント基板１の
端子用ランドを半田付けした後、ボリウムやレーザート
リミングなどの調整により回路のばらつきなどを補正す
る。

【００４９】（６）図示しないが、防水性などが問われ
ない用途であれば、樹脂で成型した蓋をケース６に取り
付けることによってセンサは完成する。防水性、耐環境
性などが問われる用途では、上述の樹脂の充填を行うこ
とにより、所定の性能を確保することができる。

【００５０】このように、本実施例では、大電流パター
ン２を設けたプリント基板１を用いることで、従来のよ
うにバスバーによるセンサ外形への制約がなくなり、小
型化が可能となる。また、バスバーがなくなることで、
バスバーの取り付け工程を省略することができる。

【００５１】また、本実施例では、コア４とプリント基
板１の位置関係が良好になり、ＳＭＤタイプのホール素
子３を実装することができ、その結果更に製造工程が簡
略化され、低コスト化が可能となる。

【００５２】図５は本発明の第２の実施例の構成を示す
分解斜視図であり、図１と同一符号は同一構成要素を示
している。

【００５３】図５において、１１はケース６と溶着もし
くは接着により一体固定される蓋、１２ａは蓋１１にイ
ンサート成形された集磁チップ、１２ｂはケース６にイ
ンサート成形された集磁チップである。

【００５４】本実施例では、プリント基板１上に大電流
パターン２を、ホール素子３を中心にして該ホール素子
３を囲むように形成している。その他の構成は図１の実
施例と同様であるので、説明は省略する。

【００５５】図６は本実施例のプリント基板１の大電流
パターン２に流れる電流と磁界の関係を示す図である。
電流Ａが矢印方向に流れると磁界Ｂは右螺子の法則に従
って発生するが、電流Ａは円を描いて流れるので磁束は
その円の中心、つまりホール素子３の方向に集まる。

【００５６】図７は大電流パターン２の詳細を示す断面
図である。プリント基板１は、大電流パターン２と他の
通常パターン（配線パターン）９とが混在した単一の基
板となっている。

【００５７】図８は組み立て後のケース内部構造を示す
断面図である。同図中、１３はプリント基板１に実装さ
れた電子部品を示している。また、集磁チップ１２ａ、
１２ｂはプリント基板１上のホール素子３と対応する位
置に設けられている。

【００５８】本実施例においても、プリント基板１に図
７の（ａ）、（ｂ）に示すように、通常パターン（１６
μｍ〜３５μｍ）９の層と大電流パターン２の層を混在
させることで、プリント基板１に直接大電流を流すこと
ができる。

【００５９】また、前述の実施例と同様、例えば４００
μｍ厚のパターンを用いれば、１０Ａ／ｍｍ幅の電流容
量があるため、１０ｍｍ幅で１００Ａの電流を流すこと
ができる。そして、これを２層にすると、１０ｍｍ幅で
２００Ａ、１５ｍｍ幅で３００Ａの容量を持つことにな
る。この通常パターンと大電流パターン２が１枚の基板
に混在する場合は、内層に大電流パターン２を挟み、外
層は通常パターンとなる。また、電流容量をかせぐため
に、大電流パターン２を２層分内層に挟むこともでき
る。

【００６０】次に、上記プリント基板１を持つ本実施例
の電流センサ（電流検出装置）の組み立て方法について
説明する。

【００６１】（１）図１の実施例と同様、大電流パター
ン２を設けたプリント基板１に、面実装タイプのホール
素子３や増幅回路などの電子部品をマウンタとリフロー
の工程で実装する。このとき、大電流パターン２はホー
ル素子３を囲むようにパターニングされていて、ホール
素子３の感磁部に最も磁束が集中するようにプリント基
板１は設計されている。また、ホール素子３とその他の
電子部品１３は、外層にパターニングされた通常パター
ンで接続され、処理回路で所定の増幅を行ってセンサと
しての出力が得られるようになっている。

【００６２】（２）現行方式では閉磁路コアを用いて磁
束を集磁するため、単位電流当たりの発生磁束は高く、
ホール素子３の感度領域に十分入っていたが、本実施例
では閉磁路コアを用いず、電流パターンにより集磁効果
を上げるようにしている。しかし閉磁路コアほどの集磁
効果が得られないので、補助的に集磁チップ１２ａ、１
２ｂでホール素子３を挟み込むことで、集磁効果を上げ
ることができるようにしている。

【００６３】上記の集磁チップ１２ａ、１２ｂは、フェ
ライトのみならず、パーマロイ・アモルファスなどの磁
性体をコストや効果の面から見て選択することができ
る。また、この集磁チップ１２ａ、１２ｂは、蓋１１と
ケース６に円筒形の凸部を設け、その中にインサート成
形することで、ケース６と一体になり、組み立て工数を
削減することができるとともに、ホール素子３との位置
精度を確保することができる。なお、集磁チップ１２
ａ、１２ｂは、大電流パターン２を流れる電流が大き
く、ホール素子３の感度領域に発生磁束が入る場合は、
設けなくても良い。

【００６４】（３）接続端子７は、銅などの導電性の良
い金属で加工された端子であり、センサの固定と電流ラ
インとの接続をするためのものである。この接続端子７
をケース６にインサート成形することで、ケース６と接
続端子７は一体となる。また、ケース６内の接続端子７
にはプリント基板取り付け用の穴があいており、この穴
へネジ５を螺合させることによりプリント基板１とケー
ス６の接続を行う。

【００６５】（４）ケース６にコア４とプリント基板１
を挿入して固定し、コネクタ端子８とプリント基板１の
端子用ランドを半田付けした後、ボリウムやレーザート
リミングなどの調整により回路のばらつきなどを補正す
る。

【００６６】（５）蓋１１は、防水性が求められる用途
では超音波溶着などによりケース６と接合することも可
能であり、汎用タイプでは接着あるいはねじ締めなどに
よりケース６と接続される。また、集磁チップ１２ａ、
１２ｂがない場合には、この蓋１１を省略し、前述の樹
脂の充填を行うことにより、電子部品１３を保護するよ
うにしても良い。

【００６７】このように、本実施例においても、大電流
パターン２を設けたプリント基板１を用いることで、従
来のようにバスバーによるセンサ外形への制約がなくな
り、小型化が可能となる。また、バスバーがなくなるこ
とで、バスバーの取り付け工程を省略することができ
る。

【００６８】更に、コア４とプリント基板１の位置関係
が良好になり、ＳＭＤタイプのホール素子３を実装する
ことができ、その結果更に製造工程が簡略化され、低コ
スト化が可能となる。

【００６９】また、本実施例では、大電流パターン２を
ホール阻止３を囲むようにパターニングしているので、
コアを省略することができる。そして、コアを省略して
集磁チップ１２ａ、１２ｂをケース６と蓋１１にインサ
ート成形することで、コアの固定に必要であった樹脂充
填を省略することができる。

【００７０】なお、本発明は車載用電流センサとして好
適であり、ハイブリッドカー・電気自動車用モータ制
御、バッテリー監視用アイドリング制御、電動パワース
テアリング用モータ制御など、使用温度範囲が広い環境
で比較的大きな電流（数十Ａ〜数百Ａ）を計測したい用
途に適している。

【００７１】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
小型化が可能で、電流バーの取り付け工程を省略するこ
とができ、また、製造工程が簡略化され、低コスト化が
可能になるという効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例の構成を示す分解斜視
図

【図２】第１の実施例のコア内部構造を示す断面図

【図３】第１の実施例の大電流パターンの詳細を示す
断面図

【図４】２ピース基板の場合の構成を示す断面図

【図５】本発明の第２の実施例の構成を示す分解斜視
図

【図６】第２の実施例における電流と磁界の関係を示
す説明図

【図７】第２の実施例の大電流パターンの詳細を示す
断面図

【図８】第２の実施例のケース内部構造を示す断面図

【図９】従来例の構成を示す分解斜視図

【符号の説明】

１プリント基板２大電流パターン３ホール素子４コア６ケース７接続端子９通常パターン１０プリント基板１１蓋１２ａ集磁チップ１２ｂ集磁チップ１３電子部品

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者中野健一東京都目黒区中目黒２丁目９番13号スタンレー電気株式会社内Ｆターム(参考） 2G017 AA01 AC07 AD53 2G025 AA03 AA05 AB02 AC04

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】プリント板に所望の被検出電流が流れる
電流パターンを形成し、該電流パターンの近傍に磁気セ
ンサを配置し、該磁気センサの出力から前記電流パター
ンに流れる電流を検出することを特徴とする電流検出装
置。
【請求項２】プリント板は、電流パターンと他の配線
パターンとが混在した単一の基板であることを特徴とす
る請求項１記載の電流検出装置。
【請求項３】プリント板は、電流パターンのみ設けた
単独の基板であることを特徴とする請求項１記載の電流
検出装置。
【請求項４】磁気センサは、プリント板に面実装され
たホール素子であることを特徴とする請求項１ないし３
何れか記載の電流検出装置。
【請求項５】電流パターンは、磁気センサを中心にし
て該磁気センサを囲むように形成したことを特徴とする
請求項１ないし４何れか記載の電流検出装置。
【請求項６】プリント板は、ケースにインサート成形
された接続端子と該ケース内で接続されることを特徴と
する請求項１ないし５何れか記載の電流検出装置。
【請求項７】ケース及び蓋に集磁チップをインサート
成形したことを特徴とする請求項１ないし６何れか記載
の電流検出装置。
【請求項８】ケースと蓋を溶着もしくは接着により一
体固定したことを特徴とする請求項７記載の電流検出装
置。