(57)【要約】【課題】磁性体が耐衝撃性や耐酸化性に優れているため、ケースと封止を必要とせず、センサユニットが、導体、電気絶縁リング、磁性体及びホール素子からなる一体構造物であって、一括して回路基板に実装されるので、部品点数や組付け工数の削減、小型化および設置容易化が図れ、しかもコストを安価にすることができる、極めて有効な電流検出センサを提供する。【解決手段】磁性材料と合成樹脂からなり、磁気ギャップを有する環状の磁性体１４と、前記磁性体１４を貫通し、検出すべき負荷電流の供給を受けたとき、前記磁気ギャップ２８を通過する磁束を変化させる導体６と、前記磁気ギャップ２８に嵌合された感磁性素子１８を有し、前記感磁性素子１８により前記磁束を検出し、検出した磁束に基づき、前記負荷電流を示す電気信号を出力する検出回路とを具備したことを特徴とする電流検出センサ。【選択図】　　　図１
2004077184.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁性材料と合成樹脂からなり、磁気ギャップを有する環状の磁性体と、
前記磁性体を貫通し、検出すべき負荷電流の供給を受けたとき、前記磁気ギャップを通過する磁束を変化させる導体と、
前記磁気ギャップに嵌合された感磁性素子を有し、前記感磁性素子により前記磁束を検出し、検出した磁束に基づき、前記負荷電流を示す電気信号を出力する検出回路と
を具備したことを特徴とする電流検出センサ。
【請求項２】
前記導体と前記磁性体との間に設けられ、これらが一体的に結合したユニットを形成する電気絶縁部材を更に含むことを特徴とする請求項１の電流検出センサ。
【請求項３】
前記ユニットは、
前記導体の両端に一体に形成され、回路基板への前記ユニットの取り付けに使用される取り付け部を更に含み、
前記感磁性素子は、前記ユニットが前記回路基板に取り付けられたとき、前記回路基板に電気的に接続される入出力端子を有する
ことを特徴とする請求項２に記載の電流検出センサ。
【請求項４】
前記磁性体は射出成形品であり、
前記磁気ギャップは前記感磁性素子の抜止めをなすロック部を更に有することを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載の電流検出センサ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電気回路に流れる電流を検出する電流検出センサに関する。
【０００２】
【関連する背景技術】
この種の電流検出センサは例えば特開平８−２０１４３８号公報に開示されている。この公知の電流検出センサは、電流検出導体と、この電流検出導体が巻回された磁気コアと、この磁気コアの磁気ギャップに配置された磁電変換素子とを備える。
上述の電流検出センサによれば、電流検出導体に検出すべき負荷電流が流れると、この負荷電流は磁気コアの磁界を変化させ、そして、この磁界の変化が磁電変換素子の出力に現れる。つまり、電流検出センサは負荷電流を磁電変換素子の出力として検出することができる。
【０００３】
ところで、上述した電流検出センサに使用される磁気コアには、焼結のフェライト又は鋳造の鉄等が一般的に用いられている。フェライトは外部からの衝撃等に対して脆弱であり、しかも、フェライト及び鉄は共に大気中の水分等により酸化され、電流検出センサの特性が劣化し易い問題点がある。
また、磁電変換素子は回路基板に実装されるのが一般的であり、磁気コアもまた回路基板上に取り付ける必要がある。
【０００４】
このような事情から前記公報の電流検出センサのように、磁電変換素子を備えた磁気コアは回路基板上に取り付けられた後、ケースに覆われるのが一般的であり、そして、ケースと回路基板との間は封止剤を介して封止されている。なお、封止剤は、回路基板上に磁気コアを固定するのにも使用される。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上述したケースや封止剤は、外部からの衝撃や湿気に対して磁気コアを保護するのには有効であるものの、電流検出センサの部品点数や組付け工数を増加させるばかりでなく、センサ全体の大形化を招く。
更に、磁気コアの磁気ギャップ内に磁電変換素子を保持するのにも封止剤が使用されるため、電流検出センサの組付けは更に複雑化し、そして、多量な封止剤の消費は電流検出センサのコストを上昇させている。
【０００６】
本発明は、上述問題を解決するためになされたものであり、部品点数や組付け工数の削減をはかることができ、しかも、コストの低減にも有利な電流検出センサを提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の電流検出センサは、磁性材料と合成樹脂からなり、磁気ギャップを有する環状の磁性体と、前記磁性体を貫通し、検出すべき負荷電流の供給を受けたとき、前記磁気ギャップを通過する磁束を変化させる導体と、前記磁気ギャップに嵌合された感磁性素子を有し、前記感磁性素子により前記磁束を検出し、検出した磁束に基づき、前記負荷電流を示す電気信号を出力する検出回路と、を具備する（請求項１）。
【０００８】
さらに、前記導体と前記磁性体との間に設けられ、これらが一体的に結合したユニットを形成する電気絶縁部材を更に含む（請求項２）。
また、前記ユニットは、前記導体の両端に一体に形成され、回路基板への前記ユニットの取り付けに使用される取り付け部を更に含み、前記感磁性素子は、前記ユニットが前記回路基板に取り付けられたとき、前記回路基板に電気的に接続される入出力端子を有する（請求項３）。
【０００９】
また、前記磁性体は射出成形品であり、前記磁気ギャップは前記感磁性素子の抜止めをなすロック部を更に有する（請求項４）。
このような電流検出センサによれば、磁性体が磁性材料と合成樹脂からなり、耐衝撃性や耐酸化性に優れているので、ユニットをケースで覆う必要がなく、そして、ケースと回路基板との間を封止剤にて封止する必要がない。また、ユニットは、導体、電気絶縁リング及び磁性体よりなり、且つ、磁性体に感磁性素子が装着された一体構造物であって、一括して回路基板に実装される。従って、ケースや封止剤が不要になるのと共に、部品点数や組付け工数の削減、小型化および設置容易化が図れ、しかもコストを安価にすることができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
図１は、第１の実施形態に係る電流検出センサを示し、この電流検出センサは回路基板２に実装されたセンサユニット４を備える。回路基板２上の導体６は略コの字形状のワイヤからなり、回路基板２と平行な支持部８と、この支持部８の両端からそれぞれ回路基板２に向けて延びる一対の脚部１０とを有する。これら脚部１０の先端はそれぞれ、回路基板２の装着孔（図示しない）に差し込み可能なプラグ１２として形成され、これらプラグ１２の差し込み後、導体６は回路基板２に半田付けにて固定されている。導体６のプラグ１２は、検出すべき電流、即ち、負荷電流が流れる配線（図示しない）にそれぞれ接続され、負荷電流の供給を受けることができる。
【００１１】
導体６の支持部８は円環状の磁性体、即ち、環状のプラスチックマグネット１４を貫通しており、このプラスチックマグネット１４は支持部８に合成樹脂製の電気絶縁リング１６を介して支持されている。
プラスチックマグネット１４の外周面にはその一部にギャップが形成され、このギャップは回路基板２に向けて開口している。ギャップには感磁性素子としてのホール素子１８が装着されており、このホール素子１８はそのパッケージと、このパッケージから回路基板２に向けて突出した入出力端子２０とを有する。この入出力端子２０は回路基板２上のプリント配線に半田を介して電気的に接続され、プリント配線は入出力端子２０を増幅器２２及びインタフェース保護回路２４を介してモニタ回路２６に接続しており、これら増幅器２２、インタフェース保護回路２４及びモニタ回路２６もまた回路基板２上に配置されている。
【００１２】
プラスチックマグネット１４は、フェライト粉末とバインダとの複合材料からなり、射出成形により得られる。ここで、バインダにはナイロン（ポリアミド系樹脂）やポリフェニレンスルフィド（ＰＰＳ）等の合成樹脂を使用することができる。なお、電気絶縁リング１６はＰＰＳ等の合成樹脂からなる。
ここで、センサユニット４は導体６、電気絶縁リング１６及びプラスチックマグネット１４を一体化して得られ、以下の手順にて成形される。
【００１３】
先ず、電気絶縁リング１６は導体６の支持部８をインサートととした射出成形により形成され、この後、プラスチックマグネット１４もまた電気絶縁リング１６をインサートととした射出成形により形成され、ここでの射出成形により、プラスチックマグネット１４のギャップも同時に形成される。
ギャップに関して詳述すると、図２に示すように、ギャップ２８は、プラスチックマグネット１４の外周面及び両端面にそれぞれ開口した溝からなり、ホール素子１８のパッケージ３０の外形形状に合致した断面形状を有する。即ち、パッケージ３０が断面が略台形の箱状をなし、そして、その入出力端子２０がパッケージ３０の長辺側の底面から突出している場合、ギャップ２８はプラスチックマグネット１４の外周面に向けて拡がるような逆台形の断面形状を有する。
【００１４】
また、ギャップ２８はパッケージ３０の高さよりも深く、ギャップ２８の底とプラスチックマグネット１４の内周面との間の肉厚は、プラスチックマグネット１４の周方向へのギャップ２８の拡開、つまり、プラスチックマグネット１４の弾性変形を許容すべく設定されている。
更に、ギャップ２８の両内壁面にはロック部３２がそれぞれ形成され、これらロック部３２はプラスチックマグネット１４の外周面の近傍に位置付けられている。ロック部３２はギャップ２８内に僅かに突出し、ギャップ２８の溝幅を縮小している。
【００１５】
図２に示す状態から、ホール素子１８のパッケージ３０がギャップ２８に押し込められると、プラスチックマグネット１４の弾性変形、即ち、ギャップ２８の拡開を伴い、パッケージ３０はギャップ２８内にロック部３２を乗り越えて完全に嵌合され、そして、この後、ギャップ２８が元に縮閉することで、ロック部３２はパッケージ３０の底面に係合する。従って、ギャップ２８にホール素子１８が一旦装着されると、ギャップ２８からのホール素子１８の抜け出しはロック部３２により阻止される。
【００１６】
上述したようにセンサユニット４は、導体６、電気絶縁リング１６及びプラスチックマグネット１４が一体的に組み合わされ、しかも、プラスチックマグネット１４のギャップ２８に装着されたホール素子１８を有する一体構造物となっている。従って、センサユニット４の導体６、つまり、その一対の脚部１０のプラグ１２が回路基板２の装着孔に差し込まれると同時に、ホール素子１８の入出力端子２０もまた回路基板２のプリント配線の所定位置に接触し、この結果、回路基板２上へのセンサユニット４の実装を簡単に行うことができる。
【００１７】
上述した電流検出センサ１によれば、センサユニット４の導体６に負荷電流が流れると、この負荷電流は導体６の周囲に磁界を発生する。この磁界はプラスチックマグネット１４内の磁束を増加させ、この磁束の変化がホール素子１８の入出力端子２０から出力される。この後、この出力は増幅器２２、インタフェース保護回路２４及びモニタ回路２６に供給され、このモニタ回路２６にて負荷電流の値が検出される。
【００１８】
センサユニット４のプラスチックマグネット１４はフェライト等からなる磁気コアに比べて、その耐衝撃性や耐酸化性に優れているので、センサユニット４をケースで覆い、そして、ケースと回路基板２との間を封止剤にて封止する必要はない。
従って、回路基板２へのセンサユニット４の実装に関して、ケースや封止剤が不要となるので、部品点数や組付け工数の削減を図れ、しかも、電流検出センサのコストもまた安価にすることができる。
【００１９】
また、前述したように回路基板２の装着孔に導体６のプラグ１２が差し込まれると同時に、回路基板２のプリント配線に対するホール素子１８、つまり、その入出力端子２０の位置決めや、回路基板２へのプラスチックマグネット１４の取り付けが完了し、センサユニット４の実装を容易に行うことができる。
この場合、回路基板２へのプラスチックマグネット１４の取り付けに封止剤は不要である。
【００２０】
更に、プラスチックマグネット１４は射出成形品であるから、そのギャップ２８もまたホール素子１８のパッケージ３０に合わせ、高精度に形成することができる。それ故、ギャップ２８へのホール素子１８の装着に封止剤が不要になるとともに、ギャップ２８の幅が必要以上に広くなって、ギャップ２８での磁束密度が不所望に減少することもない。
【００２１】
図３は、第２の実施形態に係る電流検出センサを示す。この電流検出センサを説明するにあたり、第１の実施形態に係る電流検出センサと同様な機能を有する部材及び部位には同一の参照符号を付して、それらの説明は省略し、相違する点のみを説明する。
第１の実施形態に係る電流検出センサは小さい負荷電流（１０Ａ以下）の検出に適用されるものであるが、第２の実施形態に係る電流検出センサは大きい負荷電流（１０Ａよりも大）の検出に適用される。
【００２２】
電流検出センサにおけるセンサユニット４の導体３４はワイヤではなく、断面が矩形の板材からなり、その一対の脚部１０の先端は互いに離反する方向に折曲されることで、取り付けパッド３６として形成されている。これら取り付けパッド３６にはボルトの挿通孔がそれぞれ形成され、これら挿通孔を通じてボルト３８が回路基板２にねじ込まれることで、取り付けパッド３６、即ち、センサユニット４は回路基板２に実装される。なお、取り付けパッド３６もまた、検出すべき負荷電流が流れる配線に電気的に接続され、負荷電流の供給を受けることができる。
【００２３】
また、上述したように導体３４が板材であることから、電気絶縁リング４０及びプラスチックマグネット４２もまた円環形状ではなく、その外周面及び内周面が共に矩形の角環形状をなしている。プラスチックマグネット４２は回路基板２に対向した下面を有し、この下面に形成したギャップ２８にホール素子１８のパッケージ３０が同様にして装着されている。
【００２４】
電流検出センサのセンサユニット４もまた、導体３４、電気絶縁リング４０及びプラスチックマグネット４２からなり、且つ、プラスチックマグネット４２にホール素子１８が装着された一体構造物であって、一括して回路基板２に実装され、第１の実施形態に係る電流検出センサの場合と同様な利点を有する。
なお、図３にて、増幅器２２、インタフェース保護回路２４及びモニタ回路２６は省略されている。
【００２５】
本発明は、前述した第１及び第２実施形態の電流検出センサに制約されるものではなく、更に種々の変形が可能である。
例えば、導体６，３４ははんだ付けやボルトを用いて回路基板２に固定されるが、他の固定手段を採用してもよい。
また、プラスチックマグネット１４，４２にはフェライト粉末以外に、パーマロイ、珪素鋼等の磁性材料の粉末を使用してもよい。
【００２６】
更に、増幅器２２、インタフェース保護回路２４及びモニタ回路２６は必ずしも回路基板２に配置する必要はない。
【００２７】
【発明の効果】
本発明の電流検出センサ（請求項１〜４）によれば、プラスチックマグネットが耐衝撃性や耐酸化性に優れているので、センサユニットをケースで覆う必要がなく、そして、ケースと回路基板との間を封止剤にて封止する必要がない。また、センサユニットは、導体、電気絶縁リング及びプラスチックマグネットからなり、且つ、プラスチックマグネットにホール素子が装着された一体構造物であって、一括して回路基板に実装される。従って、ケースや封止剤が不要になると共に、部品点数や組付け工数の削減、小型化および設置容易化が図れ、しかもコストを安価にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る電流検出センサを示す外観斜視図である。
【図２】本発明の第１の実施形態に係る磁性体のギャップ部とホール素子を示す正面断面図である。
【図３】本発明の第２の実施形態に係る電流検出センサを示す外観斜視図である。
【符号の説明】
２　回路基板
４　センサユニット
６　導体
８　支持部
１０　脚部
１２　プラグ
１４　プラスチックマグネット
１６　電気絶縁リング
１８　ホール素子
２０　入出力端子
２２　増幅器
２４　インタフェース保護回路
２６　モニタ回路
２８　ギャップ
３０　パッケージ
３２　ロック部
３４　導体
３６　取り付けパッド
３８　ボルト
４０　電気絶縁リング
４２　プラスチックマグネット
【図１】
2004077184.tif 000003
【図２】
2004077184.tif 000004
【図３】
2004077184.tif 000005