(57)【要約】【課題】小型であるとともに、検出精度が安定した電流センサを提供する。【解決手段】電流センサ１は、導電体からなり、コ字状の導体部２３が形成されたバスバー２と、バスバー２に流れる電流を磁気的に検出するホール素子４１とを備える。電流センサ１は、ホール素子４１と、ホール素子４１からの出力を処理する処理回路と、処理回路と外部との接続端子４４とが収容された半導体パッケージ４が樹脂材料によるモールド成形により形成され、バスバー２の両端部が露出するとともに、導体部２３の内部にホール素子４１が位置するように半導体パッケージ４が収容される収容空間３１が設けられる半導体パッケージ収容体３が樹脂材料によるモールド成形により形成され、半導体パッケージ収容体３の収容空間３１に半導体パッケージ４が収容される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
導電体からなり、コ字状の導体部が形成されたバスバーと、同バスバーに流れる電流を磁気的に検出する磁気検出素子とを備えた電流センサにおいて、
前記磁気検出素子と、同磁気検出素子からの出力を処理する処理回路と、同処理回路と外部との接続端子とが収容された半導体パッケージが樹脂材料によるモールド成形により形成され、
前記バスバーの両端部が露出するとともに、前記導体部の内部に同磁気検出素子が位置するように前記半導体パッケージが収容される収容空間が設けられる半導体パッケージ収容体が樹脂材料によるモールド成形により形成され、
前記半導体パッケージ収容体の収容空間に前記半導体パッケージが収容される
ことを特徴とする電流センサ。
【請求項２】
請求項１に記載の電流センサにおいて、
前記半導体パッケージと前記半導体パッケージ収容体とは、これらの一部が弾性的に係合して相互に固定される
ことを特徴とする電流センサ。
【請求項３】
請求項２に記載の電流センサにおいて、
前記半導体パッケージ収容体の収容空間の内側面と、前記半導体パッケージの外側面とのいずれか一方には凸部が形成され、これらの他方の同凸部に対向する位置には凹部が形成され、同凹部に凸部が嵌装することにより固定される
ことを特徴とする電流センサ。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか一項に記載の電流センサにおいて、
前記半導体パッケージ収容体の収容空間の内側面と、前記半導体パッケージの外側面とのいずれか一方には同半導体パッケージを同半導体パッケージ収容体の収容空間に誘導するための溝が形成され、これらの他方には同溝に案内される凸部が形成される
ことを特徴とする電流センサ。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか一項に記載の電流センサにおいて、
前記半導体パッケージ収容体の収容空間は、前記半導体パッケージの接続端子を囲繞するコネクタハウジングとなる
ことを特徴とする電流センサ。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか一項に記載の電流センサにおいて、
前記半導体パッケージと前記半導体パッケージ収容体とは常温硬化型の接着剤により固定される
ことを特徴とする電流センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、バスバーに流れる電流を検知する電流センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の電流センサとして、バスバーに流れた電流により生じた磁界の強度を磁気センサにより検出することで、バスバーに流れた電流を検出するものがある。同電流センサは、検出可能な磁束を得るために、磁束を集めるためのコアが設けられている（例えば、特許文献１参照。）。しかしながら、特許文献１に記載の電流センサでは、コアを設けるための配置スペースが必要であり、電流センサの大型化を招いていた。
【０００３】
そこで、コアをなくした電流センサが提案されている（例えば、特許文献２参照。）。特許文献２に記載の電流センサでは、バスバーをコ字形状とすることで、対向配置されて互いに逆方向に電流が流れる導体部が形成され、それら導体部の中間位置に磁気センサが設けられている。このように構成することで、対向配置された導体部に流れる電流（バスバーに流れる電流）により発生する磁界は、導体部の中間位置において増幅されるため、コアを設けなくても磁気の検出が可能となり、磁気センサからの検出信号に基づく電流検知が可能となる。
【特許文献１】特開２００２−２４３７６８号公報
【特許文献２】特開２００７−２１８７２９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、上記特許文献２に記載の電流センサは、前記磁気センサを構成する磁気検出素子が収容されたパッケージが磁気センサからの検出信号に基づき電流値を演算する演算装置等が設けられる基板に設けられてなる。この基板はバスバーの側方へ大きく突出して設けられることから、電流センサの大型化を招いていた。また、上記特許文献１に記載の電流センサにおいても、磁気検出素子は基板に設けられており、同様に電流センサの大型化を招いていた。これらの電流センサは、バスバーに対して磁気検出素子が設けられた基板を組み付けて使用するものであり、組み付ける際にバスバーに対して磁気検出素子がずれて、検出精度が低下するおそれがあった。そのため、小型であるととともに、検出精度が安定した電流センサが求められていた。
【０００５】
この発明は、こうした実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、小型であるとともに、検出精度が安定した電流センサを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
以下、上記目的を達成するための手段及びその作用効果について説明する。
請求項１に記載の発明は、導電体からなり、コ字状の導体部が形成されたバスバーと、同バスバーに流れる電流を磁気的に検出する磁気検出素子とを備えた電流センサにおいて、前記磁気検出素子と、同磁気検出素子からの出力を処理する処理回路と、同処理回路と外部との接続端子とが収容された半導体パッケージが樹脂材料によるモールド成形により形成され、前記バスバーの両端部が露出するとともに、前記導体部の内部に同磁気検出素子が位置するように前記半導体パッケージが収容される収容空間が設けられる半導体パッケージ収容体が樹脂材料によるモールド成形により形成され、前記半導体パッケージ収容体の収容空間に前記半導体パッケージが収容されることをその要旨としている。
【０００７】
同構成によれば、磁気検出素子及び処理回路等が収容されて半導体パッケージが形成されるため、従来のように磁気検出素子と基板に設けられた処理回路とが別々に配置されるものと比較して、小型にすることができる。そして、半導体パッケージは、磁気検出素子がバスバーのコ字状の導体部の内部に位置するように半導体パッケージ収容体の収容空間に収容されるため、従来のように磁気検出素子をバスバー或いは基板に組み付ける際に、バスバーに対して磁気検出素子がずれることがなく、検出精度を安定させることができる。また、電流センサの検査時において、半導体パッケージに収容される磁気検出素子等に起因して所定の検出精度が得られない際には、半導体パッケージ収容体は再度使用して半導体パッケージのみを交換することができるため、材料の廃棄を少なくすることができる。さらに、磁気検出素子等は半導体パッケージにモールドされ、バスバーは半導体パッケージ収容体にモールドされており、防水性及び防塵性がある。
【０００８】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の電流センサにおいて、前記半導体パッケージと前記半導体パッケージ収容体とは、これらの一部が弾性的に係合して相互に固定されることをその要旨としている。
【０００９】
半導体パッケージと半導体パッケージ収容体とは樹脂材料により形成されるため、弾性がある。そこで、上記構成によれば、半導体パッケージと半導体パッケージ収容体とはこれらの一部が弾性的に係合して相互に固定される、すなわちスナップフィットによるため、容易に組み付けることができる。
【００１０】
スナップフィットとしては、請求項３に記載のように、半導体パッケージ収容体の収容空間の内側面と半導体パッケージの外側面とに、凸部と凹部とが形成され、同凹部に同凸部が嵌装することにより固定するようにしてもよい。
【００１１】
請求項４に記載の発明は、請求項１〜３のいずれか一項に記載の電流センサにおいて、前記半導体パッケージ収容体の収容空間の内側面と、前記半導体パッケージの外側面とのいずれか一方には同半導体パッケージを同半導体パッケージ収容体の収容空間に誘導するための溝が形成され、これらの他方には同溝に案内される凸部が形成されることをその要旨としている。
【００１２】
同構成によれば、半導体パッケージ収容体の収容空間の内側面と半導体パッケージの外側面とのいずれか一方に形成された溝にこれらの他方に形成された凸部が位置して、同凸部が同溝に誘導されて、半導体パッケージ収容体の収容空間に半導体パッケージに容易に組み付けられる。
【００１３】
請求項５に記載の発明は、請求項１〜４のいずれか一項に記載の電流センサにおいて、前記半導体パッケージ収容体の収容空間は、前記半導体パッケージの接続端子を囲繞するコネクタハウジングとなることをその要旨としている。
【００１４】
同構成によれば、半導体パッケージ収容体の収容空間がコネクタハウジングとして兼用されるため、接続端子の保護と、接続時の接続端子への外部機器の接続端子の誘導を行うことができ、コネクタハウジングを別途形成することなく、形成工程の増加を抑制することができる。
【００１５】
請求項６に記載の発明は、請求項１〜５のいずれか一項に記載の電流センサにおいて、前記半導体パッケージと前記半導体パッケージ収容体とは常温硬化型の接着剤により固定されることをその要旨としている。
【００１６】
半導体パッケージと半導体パッケージ収容体とを常温硬化型の接着剤を用いて固定してもよい。ここで、熱変化によって硬化する接着剤では、熱変化を与える工程を要し、簡易でないため、常温硬化型を用いている。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、小型であるとともに、検出精度が安定した電流センサを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明の一実施形態について図１〜図４を参照して説明する。
図１に示されるように、車両のバッテリーに接続される電流検出対象である電路上に設けられる電流センサ１は、導電体としての帯状の金属板（本実施形態では銅板とする。）の中央部がコ字状に塑性変形されてなるバスバー２が電気絶縁性を有する樹脂材料によって覆われた半導体パッケージ収容体３と、同バスバー２に流れる電流を磁気的に検出する磁気検出素子等が電気絶縁性を有する樹脂材料によって覆われた半導体パッケージ４とを備えている。半導体パッケージ４は、半導体パッケージ収容体３に収容固定されている。
【００１９】
バスバー２のコ字状をなす導体部２３の両端には、第１接続孔２１ａが形成された第１接続部２１と、第２接続孔２２ａが形成された第２接続部２２とが設けられている。これら第１接続部２１及び第２接続部２２は、直方体状の半導体パッケージ収容体３の外面から突出するとともに、同軸上で逆方向へ延出している。なお、バスバー２の導体部２３の形成方法としては、コ字状の型を用いて鋳造によって形成してもよい。
【００２０】
図２に示されるように、半導体パッケージ４は、磁気検出素子としてのホール素子４１と、バスバー２の温度を検出するサーミスタ４２と、これらホール素子４１及びサーミスタ４２からの出力を処理する処理回路４３とが導電性ペーストにより図示しないリードフレームに実装され、絶縁性を有する樹脂材料により直方体状にモールド成形されてなる。リードフレームの一部は、外部の接続端子に接続される接続端子４４として半導体パッケージ４の外部へ突出している。
【００２１】
図２に示されるように、半導体パッケージ収容体３は、バスバー２が絶縁性を有する樹脂材料によりモールド成形されてなる。半導体パッケージ収容体３において導体部２３に対応する部位には、半導体パッケージ４が収容される収容空間３１が開口形成されている。そして、この半導体パッケージ収容体３の収容空間３１に半導体パッケージ４が収容されて、電流センサ１が構成される。半導体パッケージ４が半導体パッケージ収容体３の収容空間３１に収容された状態において、ホール素子４１がバスバー２の導体部２３の内部に位置するように収容空間３１の深さ等が設定されている。ここで、ホール素子４１は、磁界を検出できる感磁軸（感磁方向）が半導体パッケージ４の幅の大きい長側面４ａに垂直に設けられている。このため、図１に示されるように、半導体パッケージ４は、バスバー２に流れる電流Ｉによって発生する磁束がホール素子４１の長側面４１ａを垂直となるように通過するように配置されている。
【００２２】
また、半導体パッケージ４が収容空間３１に収容された状態において、半導体パッケージ４の接続端子４４は、収容空間３１の開口部側の内側面３１ａに囲繞されて露出した状態となっている。すなわち、収容空間３１は半導体パッケージ４の外部へ突出した接続端子４４を覆うコネクタハウジングとなっており、半導体パッケージ４の接続端子４４はコネクタ端子となっている。
【００２３】
図３（ａ）に示されるように、半導体パッケージ収容体３の収容空間３１のバスバー２に近い両内側面３１ａ，３１ａには、溝３２，３２が形成されている。これら溝３２，３２は、内側面３１ａの深さ方向へ延びており、これらの中央部分の内底面には、スナップフィット用の凹部３３，３３がそれぞれ形成されている。一方、図３（ｂ）に示されるように、半導体パッケージ４の幅の狭い短側面４ｂには、溝３２，３２に嵌装して誘導されるとともに、半導体パッケージ４が半導体パッケージ収容体３の収容空間３１に収容された状態において凹部３３，３３に係合固定されるスナップフィット用の凸部４５，４５が形成されている。
【００２４】
次に、半導体パッケージ収容体３と、同半導体パッケージ収容体３に収容される半導体パッケージ４とからなる電流センサ１の製造方法について図４を参照して説明する。
まず、外部との接続端子４４が形成されたリードフレームにホール素子４１、サーミスタ４２、及び処理回路４３を導電性ペーストにより実装する。リードフレームに実装されたホール素子４１、サーミスタ４２、及び処理回路４３を接続端子４４が突出するように、直方体状に絶縁性を有する樹脂材料によりモールド成形する。これにより、前述した半導体パッケージ４が形成される。
【００２５】
一方、半導体パッケージ４の工程とは別に、半導体パッケージ収容体３の製造を行う。すなわち、バスバー２の導体部２３の内部に半導体パッケージ４を収容する収容空間３１が形成されるように絶縁性を有する樹脂材料によりバスバー２をモールド成形する。ここで、半導体パッケージ４が半導体パッケージ収容体３に収容された状態において、収容空間３１は、導体部２３を流れる電流によって発生する磁束が半導体パッケージ４の長側面４ａを通過するように形成される。これにより、前述した半導体パッケージ収容体３が形成される。
【００２６】
そして、このように別々に製造された半導体パッケージ収容体３と半導体パッケージ４とを組み立てることにより電流センサ１を製造する。すなわち、半導体パッケージ４の凸部４５，４５が半導体パッケージ収容体３の収容空間３１の溝３２，３２に一致させた状態で半導体パッケージ４の接続端子４４と反対側の端部を収容空間３１に挿入する。この際、凸部４５，４５が溝３２，３２に誘導されるため、半導体パッケージ４は半導体パッケージ収容体３の収容空間３１に円滑に挿入される。半導体パッケージ４の接続端子４４と反対側の端部は、半導体パッケージ収容体３の収容空間３１の内底面に当接する位置まで挿入されると、半導体パッケージ４の凸部４５，４５が収容空間３１の凹部３３，３３に係合し、半導体パッケージ４が半導体パッケージ収容体３に固定され、脱落防止が図られる。この挿入位置において、半導体パッケージ４の接続端子４４は収容空間３１の内側面３１ａに囲繞された状態となり、収容空間３１の内側面３１ａの一部はコネクタハウジングとして機能する。また、バスバー２の導体部２３の内部にホール素子４１が位置する。以上で、電流センサ１の製造が完了となる。
【００２７】
次に、電流センサ１の作用について説明する。前述したように、電流センサ１はバッテリーに接続される電路上に第１接続部２１及び第２接続部２２を介して設けられ、また接続端子４４には図示しない外部機器の接続端子が接続された状態で使用される。
【００２８】
さて、図１に示されるように、バスバー２に電流Ｉが流れると、バスバー２の導体部２３の周囲には、右ねじの法則に基づき磁界ＭＦが形成される。このとき、バスバー２の導体部２３の内部には、磁束が集中することとなる。すなわち、導体部２３の内部では、磁界の向きが同じであることから、磁界が密になり、磁界が強められる。そして、このように磁束が集中する導体部２３内にホール素子４１が配置されていることからホール素子４１（正確には、その長側面４１ａ。）を垂直に通過する磁束密度、すなわち磁界強度が十分に確保され、バスバー２に流れる電流を磁気的に検出することができる。すなわち、電流によって発生した磁界をホール素子４１により電圧に変換して検出する。
【００２９】
ホール素子４１は磁界強度に応じた電圧を処理回路４３に出力する。また、サーミスタ４２は、バスバー２の温度を検出し、その温度に応じた電圧を処理回路４３に出力する。正確には、バスバー２に電流が流れることにより発生するジュール熱が半導体パッケージ収容体３及び半導体パッケージ４を介してサーミスタ４２に伝達され、同サーミスタ４２が温度を検出する。バスバー２の温度を検出することにより、バスバー２に接続されたバッテリーの異常発熱等を検知することができるようになる。処理回路４３はホール素子４１の出力値及びサーミスタ４２の出力値を演算して接続端子（リードフレーム）４４を介して図示しない外部機器の制御装置等に出力する。
【００３０】
以上、説明した実施形態によれば、以下の作用効果を奏することができる。
（１）磁気検出素子としてのホール素子４１及び演算装置としての処理回路４３等が収容されて半導体パッケージ４が形成されるため、従来のように磁気検出素子と基板に設けられた演算装置とが別々に配置されるものと比較して、小型にすることができる。そして、半導体パッケージ４は、ホール素子４１がバスバー２の導体部２３の内部に位置するように半導体パッケージ収容体３の収容空間３１に収容されるため、従来のようにバスバーに組み付ける際に、バスバーに対して磁気検出素子がずれることがなく、検出精度を安定させることができる。また、製造された電流センサ１の検査時において、半導体パッケージに収容されるホール素子４１等に起因して所定の検出精度が得られない際には、半導体パッケージ収容体３は再度使用して半導体パッケージ４のみを交換することができるため、材料の廃棄を少なくすることができる。さらに、ホール素子４１等は半導体パッケージ４にモールドされ、バスバー２は半導体パッケージ収容体３にモールドされており、防水性及び防塵性がある。
【００３１】
（２）半導体パッケージ４と半導体パッケージ収容体３とはこれらの一部が弾性的に係合して相互に固定される、すなわちスナップフィットによるため、容易に組み付けることができる。
【００３２】
（３）半導体パッケージ４を半導体パッケージ収容体３の収容空間３１に挿入する際に、半導体パッケージ収容体３の収容空間３１の内側面３１ａに形成された溝３２，３２に半導体パッケージ４の短側面４ｂ，４ｂに形成された凸部４５，４５が誘導されるため、半導体パッケージ収容体３の収容空間３１に半導体パッケージ４を容易に組み付けることができる。
【００３３】
（４）半導体パッケージ収容体３の収容空間３１がコネクタハウジングとして兼用されるため、接続端子４４の保護と、接続時の接続端子４４への外部機器の接続端子の誘導を行うことができ、コネクタハウジングを別途形成することなく、形成工程の増加を抑制することができる。
【００３４】
（５）半導体パッケージ４の接続端子４４をコネクタ端子としたことにより、従来のように外部の基板等への接続が不要である。
（６）バスバー２の両端に取付部としての第１接続部２１及び第２接続部２２が設けられたことにより、電流センサ１をバスバー２と一体に電路に取り付けることができる。
【００３５】
（７）車両のバッテリー及びその電路は雨水に曝されることが有り得るが本実施形態の電流センサ１は防水性及び防塵性があるため、耐久性を向上させることができる。
なお、上記実施形態は、これを適宜変更した以下の形態にて実施することができる。
【００３６】
・上記実施形態では、車両のバッテリーに接続される電路に電流センサ１を適用したが、車両のバッテリーに接続される電路に限らず他の電路に適用してもよい。
・上記実施形態では、バスバー２は銅板で形成されているものとしたが、バスバー２は例えばアルミニウム等の他の金属板で形成してもよい。
【００３７】
・上記実施形態では、半導体パッケージ４にホール素子４１と、サーミスタ４２と、処理回路４３とを収容したが、これらの他に必要な回路を収容してもよい。
・上記実施形態では、サーミスタ４２を半導体パッケージ４に収容したが、温度検出が必要なければ、省略した構成を採用してもよい。
【００３８】
・上記実施形態では、コネクタハウジングは、バスバー２をモールド成形する際に収容空間３１として形成したが、半導体パッケージ４をモールド成形する際に接続端子４４を囲繞する部分を形成してコネクタハウジングとしてもよい。すなわち、接続端子４４を半導体パッケージ収容体３から露出させる。
【００３９】
・上記実施形態では、ホール素子４１の接続端子４４をコネクタハウジングで覆ったが、コネクタハウジングを省略した構成にしてもよい。
・上記実施形態では、磁気検出素子としてホール素子４１を用いたが、ホール素子４１に限らずＧＭＲ（Ｇｉａｎｔ  Ｍａｇｎｅｔｏ  Ｒｅｓｉｓｔｉｖｅ）素子等の磁気検出素子を用いてもよい。
【００４０】
・上記実施形態では、半導体パッケージ収容体３の収容空間３１に溝３２，３２を形成するとともに、半導体パッケージ４に凸部４５，４５を形成することにより、半導体パッケージ４を半導体パッケージ収容体３の収容空間３１に誘導するようにしたが、半導体パッケージ４に溝を形成するとともに、半導体パッケージ収容体３に凸部を形成するようにしてもよい。
【００４１】
・また、半導体パッケージ４を半導体パッケージ収容体３の収容空間３１に誘導する構成である上記溝と凸部とを省略してもよい。
・上記実施形態では、半導体パッケージ収容体３の収容空間３１に凹部３３，３３を形成するとともに、半導体パッケージ４に凸部４５，４５を形成することにより、半導体パッケージ４を半導体パッケージ収容体３の収容空間３１に収容した状態で固定するスナップフィットを採用したが、スナップフィットを省略した構成を採用してもよい。例えば、圧入等により半導体パッケージ４を半導体パッケージ収容体３の収容空間３１に挿入固定するようにしてもよい。
【００４２】
・上記構成において、半導体パッケージ収容体３に対して半導体パッケージ４を常温硬化型の接着剤によって固定するようにしてもよい。例えば、図４に示されるように、半導体パッケージ４の上面４ｃに常温硬化型の接着剤５０を塗布して半導体パッケージ４を半導体パッケージ収容体３に挿入して固定させるようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】電流センサの構成を示す透過斜視図。
【図２】電流センサのＡ−Ａ断面図。
【図３】（ａ）半導体パッケージ収容体の下面図、（ｂ）半導体パッケージの下面図。
【図４】半導体パッケージ収容体及び半導体パッケージを示す斜視図。
【符号の説明】
【００４４】
１…電流センサ、２…バスバー、３…半導体パッケージ収容体、４…半導体パッケージ、４ａ…長側面、４ｂ…短側面、４ｃ…上面、２１…第１接続部、２１ａ…第１接続孔、２２…第２接続部、２２ａ…第２接続孔、２３…導体部、３１…収容空間、３１ａ…内側面、３２…溝、３３…凹部、４１…ホール素子、４２…サーミスタ、４３…処理回路、４４…接続端子、４５…凸部、５０…接着剤、Ｉ…電流、ＭＦ…磁界。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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