JPH10267965A - 電流センサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 小型軽量化され、量産性に優れ、プリント基
板に実装でき、且つ所望に応じチップ部品化が可能で、
外来ノイズを遮断し得る高効率の電流センサを提供せん
とするものである。 【解決手段】 被測定電流を流す導体、磁性体の薄片、
磁電変換素子からなり、導体の昼間部に扁平な凸部を設
けその下部内則に被測定電流に対し垂直となるように磁
電変換素子を固定し、且つ電流によって発生する磁界を
磁電変換素子に収束させるための磁性体の薄片から構成
されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は電流検出器、特に被測定
電流の流れる導体と一体化して構成された電流センサに
関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、被測定回路から絶縁された状態で
電流に比例した電圧出力を得るようにした電流検出器と
しては、磁性体からなる閉磁気回路（閉磁路とも称す）
の一部に空隙を設け、被測定電流によって発生した磁界
を空隙に収束し、空隙内に設置されたホール素子等の磁
電変換素子によって被測定電流に比例した出力電圧を発
生させてこれを種々の用途に利用するようにした電流セ
ンサ、或いは電流変成器を利用したものが良く知られて
いる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】かかる電流センサをマ
イクロエレクトロニクスの分野にも適用する必要性が高
まっている。即ち、電流センサをプリント基板に設置し
て被測定電流を検出するか、あるいは電流センサをチッ
プ部品化することが要求されている。

【０００４】既知のように、現在実用化されているホー
ル素子はそれ自体非常に小型であるが、その電流検知部
に空隙を有する磁芯を利用しているため、電流センサと
しては軽量化および小型化がきわめて困難であるととも
にチップ部品化することができなかった。

【０００５】本発明の目的は上述した欠点を排除すると
ともに小型化され、且つ軽量化された高効率の電流セン
サを提供せんとするものである。本発明の他の目的は量
産性に優れ、プリント基板に実装でき、且つ所望に応じ
チップ部品化の可能な電流センサを提供せんとするもの
である。本発明のさらに他の目的はIＧＢＴ等の高周波
電圧または高周波電流の変化による外来ノイズを遮断し
得るようにした電子式電流センサを提供せんとするもの
である。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明電流センサは被測
定電流が流れる導体と、この導体の一部に設けられた凸
部と、この凸部の下方内側に凸部を流れる電流方向と垂
直になるように設けられた磁電変換素子と、これら導
体、凸部および磁電変換素子を相互に固着緊締して一体
化する磁性体薄片とを具えることを特徴とする。さらに
導体と磁電変換素子及び磁性体薄片との空隙はエポキシ
樹脂等で接着固定して把持力を補強すると共に、導体と
磁電変換素子との間の電気的な絶縁度を強化し得るよう
にする。また、前記磁電変換素子をホール素子により形
成する。さらに、前記磁電変換素子をホールＩＣまたは
磁気抵抗素子により形成する。さらに本発明増幅器付電
流センサは、被測定電流の流れる導体、この導体の一部
に設けられた凸部、入出力端子を有し前記凸部の下方内
側にこの凸部を流れる電流方向と垂直になるように前記
凸部に配設された磁電変換素子、鞍部状に形成され前記
凸部および前記磁電変換素子を固着保持する磁性体薄片
を有する電流センサユニットと、入出力端子を有し増幅
回路が設けられ前記電流センサユニットを装着し得るプ
リント基板と、前記導体の両端に導体と一体に設けられ
他のプリント回路板に装着するための入出力端子用突耳
とを具えることを特徴とする。

【０００７】

【作用】本発明によれば、被測定導体の中間に幅狭部を
設け、さらにその幅狭部分を扁平な凸部となるように構
成することにより、電流によって生じる凸部付近の磁界
分布は、他の幅広導体部の周りに生じる磁界の分布状態
と異なり、局部的に縮小されているため磁束密度の高い
磁界分布となる。更に磁性体の薄片でホール素子を挟持
しているので磁束が一層収束されるようになる。従って
測定感度を著しく増大させることができる。

【０００８】これがため、ホール素子自体の感磁部を通
過する磁束密度は電気的に閉回路を構成するホール素子
の入出力端子部付近を通過する磁束密度に比較して極め
て高くなり、従って磁束変化により生じる前記入出力端
子部による誘導電圧は、ホール素子自体の感磁部によっ
て得られる誘起電圧に比して著しく小さいので、入出力
端子部からの誘導電圧によるノイズ擾乱(dφ/dt)は極め
て小さいものとなる。これがため、測定感度のよい電流
検出器を得ることができる。

【０００９】導体として、使用する電流密度に適した断
面積を有する板状の導体を用いてプリント基板への装着
を容易にするとともに、扁平な凸部を設けるため導体を
長さの方向に屈折させることがないので、本発明電流検
出器は単純な構造となり従って容易に且つ廉価に製造す
ることができる。又、導体の中間部に設けられた幅狭部
における電流密度は導体の他の幅広部分よりも高いた
め、通電による発熱も大きくなるが幅狭部以外の導体部
分が幅広であるためヒートシンクとして作用して熱拡散
が良好となり、しかも導体自体が幅狭部を含めて板状で
偏平であるため表面積が大きくこれによっても熱発散が
大きいため、幅狭部が異常発熱する危険性は全くない。

【００１０】

【実施例】以下図面を参照して本発明を詳細に説明す
る。図１は本発明による電流センサの構造を示し、被測
定電流が流れる被測定導体１は例えば銅製とするととも
にその中央部に図１に示すような同じく銅製の幅狭部1a
を設け、且つこの幅狭部1aを扁平な凸部状に構成し、こ
の凸状部の下部内側にホール素子等の磁電変換素子３を
配置して鞍状に加工された磁性体の薄片２によってホー
ル素子等の磁電変換素子３を挟持し、且つ補強して被測
定導体と一体に構成するものである。この導体１は偏平
な薄板、例えば長さがほぼ５ｃｍ、幅がほぼ10ｍｍ、厚
さがほぼ２ｍｍの薄板を打抜き処理により前記凸部と同
時に打抜いて形成する。この際、幅狭部はその長さをほ
ぼ８乃至10ｍｍ、幅をほぼ２乃至３ｍｍとする。前記磁
電変換素子３は、例えばホール素子、ホールＩＣまたは
磁気抵抗素子等で構成することができ、且つ前述したよ
うに小型のものとするが、本例ではこれを例えばエポキ
シ樹脂のような絶縁性材料内に埋設して外部圧力から保
護し得るようにしている。

【００１１】一方、導体に流れる電流の状態によっては
ホール素子等の磁電変換素子３の入出力端子部分４にノ
イズが誘導され、磁電変換素子３のそれ自体により電流
変換された出力がノイズ擾乱を受ける場合がある。これ
がため、本発明ではホール素子等の磁電変換素子３の入
出力端子４のエポキシ樹脂等の絶縁保護材から導出され
る部分（いわゆる付根部分）が図２に示すように導体１
の底面より上方に位置するように、導体凸部1aの高さを
定めることによって電流ノイズの擾乱効果を減少させ、
外部磁界による影響をも減少せしめるようにする。

【００１２】さらに本発明では、導体１の両端近くに貫
通孔部５を設けて、電流センサ部を有する導体１を他の
導体にビス止めできる構造とすることによって、チップ
部品としての利用以外の目的、例えばシャント抵抗とし
て用いることによる電流測定にも対応させることができ
る。

【００１３】図３は図１のＡ−Ａ線上の断面をも示す本
発明電流センサの斜視図である。ここで導体１，磁性体
の薄片２，磁電変換素子３の各接触部の空間はエポキシ
樹脂等の絶縁材によって接着固定したものである。

【００１４】図４は図１乃至図３に示される本発明電流
センサの変形例を示す。本例では、例えばプラスチック
のような絶縁材料製の断面方形または断面長方形の空ケ
ース９、即ち、底の無いケースを設け、このケース９内
にホール素子等の磁電変換素子３を収容し、例えばエポ
キシ樹脂等の絶縁充填材により固着し、このケース９を
図１につき説明した所と同様に導体１の凸部の下側に磁
性体の薄片２によって固着する。従って磁電変換素子３
の耐外圧特性を著しく向上させることができる。この際
ケース９の外側と導体幅狭部1aとの間には空隙が形成さ
れるようにする。その他の点は図１につき説明した電流
センサの場合とほぼ同様であるため、その詳細な説明は
省略する。

【００１５】本例電流センサによれば、導体１の電流変
化による磁束変化によって入出力端子部４に発生する誘
導電圧に起因して生じるノイズ擾乱が図１に示す電流セ
ンサの場合よりも著しく少なくなる。

【００１６】さらに、磁電変換素子３をケース９内に入
れることによってケース９の内外の空所のため、沿面距
離が増大し電気的絶縁耐圧が向上する。

【００１７】本発明による電流センサの出力特性の一例
を下表１に示す。この表１から明らかなように、ここで
導体１に流れる電流をIf(A),磁電変換素子３の出力をVh
とすれば100A/34.07mVの電流センサが得られた。

【表１】 また、各電流センサ間のバラッキはIf＝100Aの時 34.07
mV±8%の範囲にあり、従って充分実用に供せるられるも
のであり、応答速度も１μsec で高速の電流変化に対応
できる電流センサであることが確認された。

【００１８】本発明の電流センサの出力は、上記表１に
示されるデータのようにmVの単位であり、利用する電気
回路によっては出力を増幅し、同時に増幅率を調整して
出力電圧の精度を±１％以下にすることが必要な場合が
ある。

【００１９】図５は本発明電流センサの実施例を示す。
本例では、上述したように利用する電気回路の種類によ
っては出力を増幅する必要があることに対応させ、増幅
回路と組合せた電流センサを提供する。即ち、図１およ
び図２に示す電流センサユニットを、例えば増幅器が設
けられたプリント基板６上に配設して固着一体化して増
幅器付電流検出器を構成することによって電流センサの
チップ部品化を可能とする。

【００２０】即ち、本例では、増幅器の電源回路および
電流変換出力用の複数の端子７をプリント基板６に設け
る。増幅器としては一般的な既知のものでよく、その種
々の回路素子、例えば可変抵抗ＶＲ、演算増幅器ＯＡ、
ダイオードＤ、抵抗ＲおよびコンデンサＣ等を既知のよ
うに適宜配設してプリント基板６上に設ければよく、従
って増幅器自体の詳細な説明は省略する。

【００２１】さらに本例ではこの増幅器付電流センサを
利用する他のプリント回路板に再搭載が可能となるよう
に被測定電流が流れる導体１の両端に端子状に加工され
たピン状突耳部８を設ける。この際、プリント基板６の
端子７はプリント基板６から下方に導出するとともに導
体１の両端部に設けられたピン状突耳部８も端子７と平
行に下方に突出させる。斯様にこれら端子８及び７をチ
ップ部品用に変更することで、本発明電流検出器は容易
にチップ部品化することができることは勿論である。

【００２２】さらに、図６に示す本発明電流センサの他
の実施例では、偏平な導体10に幅狭部10aを設けるとと
もにこの幅狭部10aを図１に示すように導体10の平面に
対し上方に突出させて凸部を形成し、その凸部の内側に
磁電変換素子３を配置し磁性体の薄片２により挟持して
電流センサユニットを構成する。斯様に構成された電流
センサユニットをプリント基板６に装着する。本例では
偏平な導体10の両端部に導体の平面に平行に突耳部8aを
設けるとともにプリント基板６にも基板平面に平行に入
出力端子7aを設けて各端子7aを導体10とほぼ同−線上に
配列し得るようにする。斯様に構成することによって、
他のプリント回路板上への実装面積を著しく小さくする
ことができる。

【００２３】本発明は上述した例にのみ限定されるもの
ではなく要旨を変更しない範囲内で種々の変形や変更が
可能となる。例えば、上記導体幅狭凸部は幅広導体自体
と一体に形成したが、幅狭凸部のみを予め設け、これに
磁電変換素子を磁性体薄片により固着緊締した後、この
幅狭凸部の両端を別設の幅広導体に、または他の導体部
分に例えば半田付けや溶接等により固着することができ
る。この場合には、幅狭凸部および磁電変換素子と磁性
体薄片との固着緊締作業が著しく容易となる。

【００２４】

【発明の効果】上述したように本発明電流センサは、被
測定電流の流れる電流導体と磁電変換素子とが一体化さ
れ且つ、電流検知部に磁芯を使用しないためきわめて簡
素な部品構成とすることができ、小型軽量化が容易であ
り、プリント基板に容易に実装し得ることはもちろん、
電流センサとしてチップ部品化が可能であり、製造コス
トが廉価となり量産性にすぐれている。さらに本発明電
流センサはマイクロエレクトロニクスの分野に適用でき
るだけでなく、通常の小型電気機器にも適用し得ること
は勿論である。また感磁部に対応する電流搬送導体の部
分が幅狭であるため磁束密度が高く、磁電変換素子を有
効に動作させることができ、応答速度が速く高速で変化
する電流の検出が可能となる。さらに、磁電変換素子が
扁平な導体凸部の内部に設置されているため外部からの
ノイズを受け難く、しかも外来ノイズによりセンサ出力
が擾乱されることも少なくなる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明電流センサの原理を説明するための斜視
図である。

【図２】図１に示す本発明電流センサの側面図である。

【図３】図１のＡ−Ａ線上を断面として示す本発明電流
センサの原理における感磁部の斜視図である。

【図４】図１のＢ−Ｂ線上を断面として示す本発明電流
センサの変形例を示す断面図である。

【図５】本発明電流センサの第１実施例を説明するため
の斜視図である。

【図６】本発明電流センサの第２実施例を説明するため
の斜視図である。

【符号の説明】

１，１′，１a,１ｂ 導体 ２，２′ 磁性体の薄片 ３，３′ ホール素子等磁電変換素子 ４，４′ ホール素子等磁電変換素子の端子 ５ 導体をビスで固定するための孔 ６ 増幅回路を搭載したプリント基板 ７，７a 増幅回路を搭載したプリント基板の端子 ８，８a 導体をプリント基板に搭載するために端子状
に加工した部分 ９ ケース ９ａ 絶縁充填材 10,10a 導体

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 被測定電流が流れる導体と、この導体の
   一部に設けられた凸部と、この凸部の下方内側に凸部を
   流れる電流方向と垂直になるように設けられた磁電変換
   素子と、これら導体、凸部および磁電変換素子を相互に
   固着緊締して一体化する磁性体薄片とを具えることを特
   徴とする電流センサ。
2. 【請求項２】 前記導体凸部の幅を導体の他の部分より
   も幅狭としたことを特徴とする請求項１に記載の電流セ
   ンサ。
3. 【請求項３】 前記導体および凸部を１枚の平板から打
   抜きにより形成することを特徴とする請求項２に記載の
   電流センサ。
4. 【請求項４】 前記導体および前記凸部を個別に設ける
   ようにしたことを特徴とする請求項２に記載の電流セン
   サ。
5. 【請求項５】 前記磁電変換素子をホール素子としたこ
   とを特徴とする請求項１に記載の電流センサ。
6. 【請求項６】 前記磁電変換素子をホールＩＣとしたこ
   とを特徴とする請求項１に記載の電流センサ。
7. 【請求項７】 前記磁電変換素子を磁気抵抗素子とした
   ことを特徴とする請求項１に記載の電流センサ。
8. 【請求項８】 被測定電流の流れる導体、この導体の一
   部に設けられた凸部、入出力端子を有し前記凸部の下方
   内側にこの凸部を流れる電流方向と垂直になるように前
   記凸部に配設された磁電変換素子、鞍部状に形成され前
   記凸部および前記磁電変換素子を固着保持する磁性体薄
   片を有する電流センサユニットと、入出力端子を有し増
   幅回路が設けられ前記電流センサユニットを装着し得る
   プリント基板と、前記導体の両端に導体と一体に設けら
   れ他のプリント回路板に装着するための入出力端子用突
   耳とを具えることを特徴とする増幅器付電流センサ。