JP2014106065A - 電流センサ及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】位置精度と製造効率とを向上させることを可能とした電流センサ及びその製造方法を提供する。
【解決手段】電流センサ１は、ギャップＧを有し、電流検出の対象となる導体２が貫通する環状のコア３と、ギャップＧに配置され、導体２を流れる電流によってコア３に発生する磁界の強さを検出する磁気検出素子４と、コア３及び磁気検出素子４を一体化した第１の部材６と、第１の部材６の対向方向に貫通する貫通孔７ａを有し、カギ状に折り曲げた折曲リード７１ａが貫通孔７ａから突出したリードフレーム７１を一体化した第２の部材７とにより構成されている。磁気検出素子４の端子４１が貫通孔７ａから突出し、端子４１と折曲リード７１ａとが固定されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、電流センサ及びその製造方法に係り、特に、バスバーに流れる電流を検出する電流センサ及びその製造方法に関する。

ホールＩＣ等の磁気検出素子を用いて、バスバーに流れる電流を検出する従来の電流センサの一例としては、例えばコアのギャップに対する磁気検出素子（磁電変換素子）の位置精度を向上することができる電流センサが提案されている（例えば、特許文献１参照。）。

上記特許文献１記載の従来の電流センサは、コアが一体成形された樹脂ケースの収容部内に、磁気検出素子が実装された基板を配置する際に、磁気検出素子を、樹脂ケースのガイド部に接触させつつコアのギャップの略中央へ導く構成となっている。この構成によれば、コアのギャップに対する磁気検出素子の位置精度を向上させた電流センサが得られるとしている。

特開２０１０−６６１２４号公報

この種の電流センサにあっては、電流検出精度が磁気検出素子及びコアの位置関係に依存することから、磁気検出素子及び基板の実装誤差や磁気検出素子及びコアの組み付け誤差などの誤差の累積により、磁気検出素子の位置精度が決まる。磁気検出素子の位置出し精度には限界があり、高精度の電流検出が困難になる。

磁気検出素子とコアとの相対位置を最終的に決定する前に、磁気検出素子及び基板の相対位置を確保しておく必要があるが、様々な誤差の累積によっては、コアのギャップに対する磁気検出素子の位置精度を確保することは困難となり、生産性が悪化する。

従って、本発明の目的は、位置精度と製造効率とを向上させることを可能とした電流センサ及びその製造方法を提供することにある。

［１］本発明は、ギャップを有し、電流検出の対象となる導体が貫通する環状のコアと、前記ギャップに配置され、前記導体を流れる電流によって前記コアに発生する磁界の強さを検出する磁気検出素子と、前記コア及び前記磁気検出素子を一体化した第１の部材と、前記第１の部材の対向方向に貫通する貫通孔を有し、前記貫通孔に折り曲げて突出した折曲リードを有するリードフレームを一体化した第２の部材と、により構成され、前記磁気検出素子の端子が前記貫通孔から突出し、前記端子と前記折曲リードとが固定されてなることを特徴とする電流センサにある。

［２］上記［１］記載の前記磁気検出素子の端子は、クランク状に二段階に折り曲げた折曲端子からなり、前記折曲端子が、前記第２の部材の前記貫通孔から突出されてなることを特徴とする。

［３］上記［１］又は［２］記載の前記第２の部材の前記貫通孔は、前記磁気検出素子に対して前記リードフレームの設置位置を調整するための調整孔として構成されており、前記調整孔は、前記磁気検出素子の端子に対して前記折曲リードの位置が移動可能な大きさを有してなることを特徴とする。

［４］上記［１］〜［３］のいずれかに記載の前記第１の部材は、前記コアと前記磁気検出素子とを一組として複数組を一体化した構成であり、前記第２の部材は、前記磁気検出素子に対応して複数の前記リードフレームを一体化した構成であることを特徴とする。

［５］更に本発明にあっては、ギャップを有し、電流検出の対象となる導体が貫通する環状のコアと、前記ギャップに位置決めして配置した磁気検出素子とを一体化した第１の部材を準備する工程と、リードフレームの一部を折り曲げて折曲リードとし、前記折曲リードを前記第１の部材の対向方向に貫通する貫通孔から突出させた状態で前記リードフレームを一体化した第２の部材を準備する工程と、前記磁気検出素子の端子を前記貫通孔から突出させ、前記折曲リードに前記端子を重ね合わせて前記端子と前記折曲リードとを固定する工程と、を含むことを特徴とする電流センサの製造方法が提供される。

［６］上記［５］記載の前記第１の部材を準備する工程は、前記磁気検出素子の端子をクランク状に二段階に折り曲げて折曲端子を形成する工程を含むことを特徴とする。

本発明によれば、位置精度や製造効率を向上させた電流センサが効果的に得られる。

本発明の実施の形態に係る代表的な電流センサを説明するために模式的に示す断面図である。 実施の形態に係る電流センサを説明するために模式的に示す平面図である。 実施の形態に係る電流センサの製造工程を説明するための図である。 図３Ａの次の製造工程を説明するための図である。

以下、本発明の好適な実施の形態を添付図面に基づいて具体的に説明する。なお、この実施の形態に係る図においては、本発明の特徴を理解しやすくするため、電流センサを構成する部分の比率は実際のものとは異なり、誇張して示している。

（電流センサの全体構成）
図１において、全体を示す符号１は、この実施の形態における典型的な電流センサの全体構成を示している。この電流センサ１は、例えばハイブリット車や電気自動車等の車両用電源を制御するインバータ装置に搭載されるセンサであり、車両のモータやバッテリ等に流れる電流の大きさを検出するために用いられる。

この電流センサ１は、図１及び図２に示すように、電流が流れる導体であるバスバー２と、そのバスバー２が挿入貫通する空間を有する環状のコア３と、バスバー２を流れる電流によってコア３に発生する磁界の強さを検出する磁気検出素子４とを備えている。

この種のモータは、三相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）交流電流で駆動されるため、インバータ装置とモータとの電気的接続には三相交流電源用の３本のバスバー２が用いられており、そのバスバー２に対応してコア３及び磁気検出素子４が設けられている。

このバスバー２は、図１及び図２に示すように、例えばアルミニウム、銅や銅合金等の導電性材料からなる長尺平板状の部材である。この３本のバスバー２のそれぞれには、Ｕ相の交流電力、Ｖ相の交流電力、及びＷ相の交流電力がインバータ装置を介してバッテリから供給される。

この電流センサ１は、図１及び図２に示すように、バスバー２、コア３、及び磁気検出素子４などの部品を一組として三組を組み合わせることで一つのセンサモジュールとしている。この三組の電流センサ１のそれぞれは、同一の形状及び構造を有しているので、以下の説明では、１つの構造及び部材のみを説明する。

このコア３は、パーマロイや電磁鋼板等の強磁性部材からなり、例えば薄板状のコア片を複数枚に積層し、積層したコア片をプレス加工することで形成される。コア３の一部には、図１及び図２に示すように、磁気検出素子４を配置するギャップＧが形成されている。コア３は、バスバー２への通電電流により磁路を形成する。

このバスバー２とコア３とは、図１及び図２に示すように、コア３のギャップＧを露呈した状態でインサート成形したボディ６に一体とし、コア３のギャップＧに配置した磁気検出素子４をポッティング材５によりポッティングしている。これらの部材により第１の部材が構成される。

このバスバー２の両端は、図１及び図２に示すように、端子部としてボディ６から突出している。このボディ６としては、絶縁性及び耐湿性に優れる材料が好ましく、例えばポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）樹脂などが用いられる。

この磁気検出素子４は、図１及び図２に示すように、例えば増幅器などの電子部品が集積回路としてパッケージ化されたホールＩＣからなり、３本の端子４１が並列に延びている。３本の端子４１は、給電（電源）端子、出力端子、及び接地（ＧＮＤ）端子として構成されている。

この磁気検出素子４の検出結果は、図示しない３本の信号線を介して制御ユニットに出力される。この制御ユニットでは、インバータ装置とモータとの間に供給される電流値が認識される。

この磁気検出素子４の接続対象は、図１及び図２に示すように、３本のリードフレーム７１をモールド樹脂によりモールドした第２の部材である矩形状のモールド部材７として構成されている。このリードフレーム７１は、導電性金属板を打ち抜いて形成された細長い板材からなり、同一面上に並列配置されている。

リードフレーム７１の材質としては、例えばアルミニウム、銅や銅合金等の導電性を有する金属材料などが用いられる。モールド樹脂としては、例えば絶縁性及び耐湿性に優れるポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）樹脂等が用いられる。

（リードフレームと磁気検出素子の端子との構成）
この実施の形態に係る電流センサ１の基本の構成は、磁気検出素子４の端子４１の形状及びリードフレーム７１の形状と、それらの接続構造とにある。従って、上記のように構成された電流センサ１は、この実施の形態に係る一構成例を示しており、その構成部品の形状や構造などは、図示例に限定されるものではない。

磁気検出素子４の端子４１及びリードフレーム７１のそれぞれは、同一の形状及び構造を有しているので、実質的に同じ部材には同一の部材名と符号を付している。以下の説明では、１つの構造及び部材のみを説明する。

電流センサ１の検出精度は、コア３と磁気検出素子４との相対位置関係に依存する。従って、コア３と磁気検出素子４との相対位置を確保した後に、磁気検出素子４とリードフレーム７１との相対位置を決定することが肝要である。

このリードフレーム７１は、図１及び図２に示すように、細長い矩形形状の平板をカギ状に折り曲げた折曲リード７１ａを有している。この折曲リード７１ａがモールド部材７に貫通して形成された円形の貫通孔７ａから裏面の外部へ向けて延出されている。

この貫通孔７ａは、特に限定するものではないが、図１及び図２に示すように、リードフレーム７１の折曲リード７１ａの取付位置を調整するための調整孔として形成されている。三箇所の調整孔としては、異なる大きさを有する形態であってもよく、磁気検出素子４の端子４１に対して折曲リード７１ａの位置が移動可能な大きさを有していることが好適である。

この磁気検出素子４の端子４１は、図１及び図２に示すように、細長い矩形形状の平板をクランク状に二段階に折り曲げて形成された第１及び第２の折曲端子４１ａ，４１ｂを有している。この第１の折曲端子４１ａは、感磁面方向に所定の角度で折り曲げられており、相手方のリードフレーム７１に沿って延びている。

一方の第２の折曲端子４１ｂは、図１及び図２に示すように、第１の折曲端子４１ａの先端からリードフレーム７１の対向方向に向けて所定の角度をもって折り曲げられており、モールド部材７の貫通孔７ａから裏面の外部へ向けて延びている。この第２の折曲端子４１ｂとリードフレーム７１の折曲リード７１ａとは、例えばハンダ接合、レーザ溶接あるいはスポット溶接などの抵抗溶接を行うことで電気的に接続されている。

この第１の折曲端子４１ａの所定の角度と、第２の折曲端子４１ｂの所定の角度とは、リードフレーム７１の設置角度に応じて定められる。コア３と磁気検出素子４との相対位置を確保した後に、磁気検出素子４とリードフレーム７１との相対位置を決定することから、第１及び第２の折曲端子４１ａ，４１ｂは、モールド部材７の貫通孔７ａに対して変形可能に配置されており、リードフレーム７１の位置や向きを変更する際に加わる応力を吸収する構成となっている。

このような構成によれば、リードフレーム７１の寸法精度が多少悪くても、その折曲リード７１ａの変形に応じて磁気検出素子４の第１及び第２の折曲端子４１ａ，４１ｂの変形が追従することで、磁気検出素子４に加わる応力を低減することができる。

（電流センサの製造方法）
上述の構成を備えた電流センサ１は、この実施の形態における製造方法により効率的に製造される。

この電流センサ１の製造方法として好適な実施の形態によれば、コア３と磁気検出素子４との位置精度を確保した第１の部材と、コア３と磁気検出素子４との相対位置関係に拘束されない第２の部材とを組み合わせることで、一つのセンサモジュールを製造する。上記従来の電流センサと比較すると、電流センサを構成する部品の相対位置関係の信頼性を向上させることができるようになる。

この電流センサ１の製造方法は、図３Ａ（ａ）及び（ｂ）に示すように、第１の製造工程と、図３Ｂ（ｃ）に示すように、第２の製造工程と、図３Ｂ（ｄ）に示すように、第３の製造工程とを順次行う一連の工程を備えている。

（ボディ準備工程）
この第１の製造工程は、図３Ａ（ａ）及び（ｂ）に示すように、バスバー２とコア３とが一体成形されたボディ６を準備するボディ準備工程と、ボディ６に磁気検出素子４を固定する磁気検出素子固定工程とを含み、第１の部材が製造される。

このボディ準備工程は、図３Ａ（ａ）に示すように、バスバー２とコア３とが定法に従い一体成形され、コア３のギャップＧが露出されたボディ６を準備する。

一方の磁気検出素子固定工程は、図２及び図３Ａ（ｂ）に示すように、磁気検出素子４の三つの端子４１をクランク状に折り曲げ加工した折曲端子４１ａ，４１ｂとし、コア３のギャップＧに磁気検出素子４を位置決めして配置した状態で、コア３のギャップＧにポッティング材５をポッティングすることで、磁気検出素子４をボディ６に固定する。

（モールド部材準備工程）
この第１の製造工程の次の第２の製造工程は、図３Ｂ（ｃ）に示すように、モールド部材７を準備するモールド部材準備工程を含み、第２の部材が製造される。

このモールド部材準備工程は、図２及び図３Ｂ（ｃ）に示すように、一枚の導電性金属板を打ち抜き曲げ加工により、一端がカギ状に折り曲げた折曲リード７１ａを有する９本のリードフレーム７１として製造する。９本のリードフレーム７１が、定法に従い貫通孔７ａを除いてモールド樹脂により一体成形され、折曲リード７１ａが貫通孔７ａから裏面の外部へ向けて延出されたモールド部材７を準備する。

（固定工程）
この第２の製造工程の次の第３の製造工程は、図３Ｂ（ｄ）に示すように、モールド部材７の裏面に露出した導体同士を溶接する固定工程を含み、第１の部材と第２の部材とを互いに組み合わせることでセンサモジュールが製造される。

この固定工程は、図２、図３Ｂ（ｃ）及び（ｄ）に示すように、磁気検出素子４の折曲端子４１ａ，４１ｂがモールド部材７の貫通孔７ａの表面側から裏面側に挿入され、リードフレーム７１の折曲リード７１ａに磁気検出素子４の折曲端子４１ａ，４１ｂを位置決めして重ね合わせた状態で、折曲リード７１ａと折曲端子４１ｂとを抵抗溶接により溶接する。

以上の一連の製造工程により、コア３のギャップＧに対する磁気検出素子４の位置関係の誤差に左右されることはなく、電流センサ１が効果的に製造される。磁気検出素子４の位置関係を維持するための製造工程を簡略化することが可能となる。

（実施の形態の効果）
以上のように構成された電流センサ１及びその製造方法を採用することで、上記効果に加えて以下の効果が得られる。

（１）磁気検出素子４の感磁点をコア３のギャップＧの中心に高精度で設置することができるようになり、電流による磁界以外の外乱磁界の影響を少なくすることができる。
（２）リードフレーム７１の寸法精度が多少悪くても、磁気検出素子４の第１及び第２の折曲端子４１ａ，４１ｂとリードフレーム７１の折曲リード７１ａとにより応力が緩和されることから、コア３と磁気検出素子４との相対位置関係には拘束されない。従って、磁気検出素子４の取付精度を確保することができるので、バスバー２に流れる電流を高感度及び高精度に検出することが可能となる。
（３）磁気検出素子４の端子４１とリードフレーム７１との組み付け時において、コア３のギャップＧに対する磁気検出素子４の位置関係には拘束されないので、ボディ６とモールド部材７との取付精度を確保することができる。

［変形例］
以上より、本発明の電流センサ及びその製造方法を上記実施の形態及び図示例に基づいて説明したが、本発明は上記実施の形態及び図示例に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の態様において実施することが可能である。本発明にあっては、次に示すような変形例も可能である。

（１）上記実施の形態及び図示例では、リードフレーム７１に磁気検出素子４の端子４１を接合した構成を例示したが、電流センサの接続対象としてはリードフレームに限らず、例えば回路基板の回路パターン等の各種の導電部材にも効果的に用いることができることは勿論である。
（２）上記実施の形態及び図示例では、磁気検出素子４をポッティング材５によりポッティングすることで、ボディ６にバスバー２、コア３、及び磁気検出素子４を一体化した構成を例示したが、バスバー２、コア３、及び磁気検出素子４をモールド樹脂によりモールドしたボディ６としてもよく、バスバー２、コア３、及び磁気検出素子４をケース内にパッケージする構成であっても構わない。
（３）バスバー２を除いてコア３をボディ６に一体とし、コア３に挿入貫通する空間をボディ６に形成することでバスバー２を嵌め込み固定する構成であってもよい。
（４）バスバー２、コア３、磁気検出素子４、及びリードフレーム７１については、使用目的、使用箇所や使用用途などに応じて形状、大きさ、配置個数、配置位置や配置形態などを適宜に選択すればよい。
（５）磁気検出素子４としては、例えばＧＭＲ素子やＭＲ素子等を用いることができる。
（６）車両のモータやバッテリに接続される電路以外の他の電路に適用することができる。

以上の説明からも明らかなように、本発明に係る代表的な実施の形態、変形例及び図示例を例示したが、上記実施の形態、変形例及び図示例は特許請求の範囲に係る発明を限定するものではない。従って、上記実施の形態、変形例及び図示例の中で説明した特徴の組合せの全てが発明の課題を解決するための手段に必須であるとは限らない点に留意すべきである。

１…電流センサ、２…バスバー、３…コア、４…磁気検出素子、４１…端子、４１ａ，４１ｂ…折曲端子、５…ポッティング材、６…ボディ、７…モールド部材、７ａ…貫通孔、７１…リードフレーム、７１ａ…折曲リード、Ｇ…ギャップ

Claims (6)

1. ギャップを有し、電流検出の対象となる導体が貫通する環状のコアと、
   前記ギャップに配置され、前記導体を流れる電流によって前記コアに発生する磁界の強さを検出する磁気検出素子と、
   前記コア及び前記磁気検出素子を一体化した第１の部材と、
   前記第１の部材の対向方向に貫通する貫通孔を有し、前記貫通孔に折り曲げて突出した折曲リードを有するリードフレームを一体化した第２の部材と、
   により構成され、
   前記磁気検出素子の端子が前記貫通孔から突出し、前記端子と前記折曲リードとが固定されてなることを特徴とする電流センサ。
2. 前記磁気検出素子の端子は、クランク状に二段階に折り曲げた折曲端子からなり、
   前記折曲端子が、前記第２の部材の前記貫通孔から突出されてなることを特徴とする請求項１記載の電流センサ。
3. 前記第２の部材の前記貫通孔は、前記磁気検出素子に対して前記リードフレームの設置位置を調整するための調整孔として構成されており、
   前記調整孔は、前記磁気検出素子の端子に対して前記折曲リードの位置が移動可能な大きさを有してなることを特徴とする請求項１又は２記載の電流センサ。
4. 前記第１の部材は、前記コアと前記磁気検出素子とを一組として複数組を一体化した構成であり、
   前記第２の部材は、前記磁気検出素子に対応して複数の前記リードフレームを一体化した構成であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の電流センサ。
5. ギャップを有し、電流検出の対象となる導体が貫通する環状のコアと、前記ギャップに位置決めして配置した磁気検出素子とを一体化した第１の部材を準備する工程と、
   リードフレームの一部を折り曲げて折曲リードとし、前記折曲リードを前記第１の部材の対向方向に貫通する貫通孔から突出させた状態で前記リードフレームを一体化した第２の部材を準備する工程と、
   前記磁気検出素子の端子を前記貫通孔から突出させ、前記折曲リードに前記端子を重ね合わせて前記端子と前記折曲リードとを固定する工程と、
   を含むことを特徴とする電流センサの製造方法。
6. 前記第１の部材を準備する工程は、前記磁気検出素子の端子をクランク状に二段階に折り曲げて折曲端子を形成する工程を含むことを特徴とする請求項５記載の電流センサの製造方法。

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