JP2000249725A - 電流センサーの製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 大量生産に適した電流センサーの製造方法な
らびに寄生的な磁場の影響を確実に除去することのでき
る電流センサーを提供すること。 【解決手段】 測定電流の流れる電気導体部分６はその
３方の側面を磁気回路部分７により囲まれる形で配置さ
れる。この磁気回路部分は、導体部分６の第四の側面の
ほぼ面内配置された平面をもった端部７’，７”を有
し、磁気検出器３は第四の側面に向かい合うように配置
される。導体部分６は電気導体材料の層をもって、磁気
回路部分７は透磁性材料の層をもって、それぞれ写真平
板をかけられ且つエッチングにより製作される。磁気検
出器３は、支持部材１又は第一の表面とは反対側のこの
部材の第二の表面上、または、支持部材の前記第二の表
面に配置される中間層９の１又はさらに多くの層又は部
分上に固定される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電流によって誘導
される磁場を検出することにより電流を測定するための
電流センサーの製造方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来のセンサーの製造方法においては、
特にセンサーの種々の部品を組み立てるコストにより、
相対的にコスト高となる傾向があった。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】かかる事情に鑑みて、
本発明の目的は、大量生産に適した電流センサーの製造
方法を開示し、非常に多くのセンサーの組み立てならび
に製造の簡易化を同時に図ることで、生産コストの削減
を可能とすることにある。

【０００４】さらに本発明は、前述の課題のみならず、
寄生的な磁場の影響を確実に除去するとともに、特にセ
ンサーの電流強度や感度の測定範囲に関し、よりすぐれ
た機能を発揮するセンサーを提供することをも課題とす
る。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明に係る電流センサ
ーの製造方法の特徴構成は、電流センサーが、略矩形断
面の１つの電気導体部分を少なくとも有し、この導体部
分はこの導体部分自身を測定する電流を供給する２つの
導体に直列接続することを可能ならしめるように配置さ
れた端子を有し、前記導体部分は、その３方の側面を磁
気回路部分により囲まれる形で配置されると共に、前記
磁気回路部分は、前記導体部分の第四の側面のほぼ面内
に配置された平面をもった端部を有し、磁場検出器は前
記第四の側面に向かい合うように配置されており、前記
導体部分は、平坦な支持部材の第一の表面上、又は、こ
の支持部材の前記表面に配置される一つ又はさらに多く
の中間層又は中間層部分上に付着される電気導体材料の
層をもって、写真平板にかけ且つエッチングすることで
製作され、磁気回路部分は、前記導体部分上及び支持部
材の前記第一の表面又は中間層の部分上に付着される透
磁性材料の層をもって、写真平板にかけ且つエッチング
することで製作され、前記磁場検出器は、前記支持部材
の中、前記第一の表面とは反対側のこの部材の第二の表
面上、または、支持部材の前記第二の表面に配置される
中間層の一つ又はさらに多くの層又は部分上に固定され
ていることにある。

【０００６】上記方法において、各々が少なくとも部分
的に前記磁気回路の前記端部に向かい合う向きに配置さ
れている磁束収束部を備え、前記磁束収束部は、前記支
持部材と導体部分の間に形成される中間層をもって透磁
性材料を写真平板にかけ且つエッチングすることで製作
される。また、上記方法において、各々が少なくとも部
分的に前記磁気回路の前記端部に向かい合う向きに配置
されている磁束収束部を備え、前記磁束収束部は、前記
支持部材と磁場検出器の間に形成される中間層をもって
透磁性材料を写真平板にかけ且つエッチングすることで
製作される。

【０００７】導電材料中の電気シールド層を前記導体部
分と前記磁場検出器との間に中間層として用いてもよ
い。また、電気絶縁層を、前記導体部分と前記支持部材
あるいは前記電気シールド層との間に中間層として用い
てもよい。透磁性材料からなる磁気シールド層は前記磁
気回路部分に組み込まれている。また、前記支持部材料
が印刷回路基板あるいは可撓性の印刷回路からなる磁場
検出器は、この検出器に収束させる磁束収束部を備えた
ホール効果検出器である。

【０００８】前記支持部材が、同時に多くの電流センサ
ーを製造するための主支持部材の一部分を構成し、前記
各層は、この支持部材のうちの一つ及び／又は他のもの
の表面に次々と用いられ、その後に、個々のセンサー毎
の前記支持部材に対応する部分で切断される。

【０００９】前記導体部分が電流の向きと垂直な方向に
対する断面減少部分を備え、導体部分の長さを短くした
部分に電流を集中させるものであり、前記磁束収束部は
各々台形状を呈すると共に小さい方の側面が互いに向か
い合い且つ導体部分の長さを短くした部分に面するよう
に配置される前記磁気回路は少なくとも前記磁束収束部
を覆うことができる程度の寸法を有する前記磁気回路
は、例えば、実質的に円形あるいは楕円形状からなる。
そして、楕円形状の前記磁気回路の長軸の向きが、電流
の流れる方向と垂直な方向に配向されている。

【００１０】一方、反対方向に流れる２つの電流の差分
測定のための電流センサーの製造方法の特徴は、互いに
絶縁された２つの導体部分が設けられ、前記磁気回路部
分及び前記磁束検出器が前記導体部分を流れる電流によ
り影響を受けるように配置されることにある。

【００１１】なお、前記各センサーは、望ましくは、電
気接続部分を設置した後、カプセル封入材料によりカプ
セル封入されている。

【００１２】

【発明の効果】このように、本発明の上記特徴によれ
ば、特に、本センサーを構成している部分の寸法や形状
に関する最適化により、高性能の電流センサーが低コス
トで製造可能となった。なお、本発明の他の目的、構成
及び効果については、以下の記載から明らかになるであ
ろう。

【００１３】

【発明の実施の形態】次に、添付図面を参照しながら、
本発明をさらに詳しく説明する。図１に示すように、本
発明に係る方法により製造される電流センサーは、特に
表面に電気接続トラックを形成している金属化部分２を
有する印刷回路基板や柔軟なフィルムといった、支持材
１’を有している。図１に示されている、基板１’の如
き形式の支持体は、商業的に用いられているハウジング
等に似たハウジング４に包まれたホール効果検出器等の
磁場検出器（磁気検出器）３を受け入れる開口と共に開
示される。一方、検出器３は、２’，２”のような金属
部にはんだ付けされることにより、固定又は接続され、
この金属部２’，２’は、２のような対応する金属部上
にハンダ付けされ、接続トラックを介して５，５’，
５”のようなコネクターと連結されている。

【００１４】図１及び図２において、測定される電流値
Iが流れる電気導体の部分は、参照番号６により示さ
れ、この導体部分は平坦な形状を呈すると共に断面が略
矩形であり、上記部分６のそれぞれの両端部にはんだ付
けされた導体１６，１７間を流れる電流Iの向きと垂直
の方向に対する減少部分を有することから、導体部分６
は、断面及び長さが減少させられた部分６’を有し、当
該部分６’はその上部ならびに下部に位置する６”や
６'''よりも電流密度が非常に高く、比較的大きな表面
を用いることにより、電流による熱の放散が可能とな
る。

【００１５】部分６’及び導体部分６の周囲は、以下の
実施例で示すように、その周囲の３つの側面の上で、端
部がほぼ円形である磁気回路部分７によって囲まれてい
る。導体部分６は電気絶縁層８に接着され、磁気回路７
は、一方では導体部分６上に、他方では２つの周辺部分
７’，７”において沿わせる形で電気絶縁層８上に接着
される。電気シールド層９は、接地のために電気シール
ド層８の下に設けられている。電気シールド層９と基板
１’の間には、２つの磁束収束部(magnetic flux conce
ntrating portions)１０，１１が配置され、これらの部
分は共に、小さい方の側面が互いに向かい合い、大きい
方の側面が、例えば図２に示したような円形状のアーク
の如き形状を呈した、これら２つの台形状の部分からな
る。

【００１６】部分７及び部分１０，１１からなる磁気回
路は、小さな辺の間の空隙と共に提供され、この空隙は
検出器３の近傍に位置しており、その結果、電流Ｉによ
り発生させられた磁場はこの検出器に影響を与える。図
１は、部分１０と１１の間の漏れ磁束を回復することに
よって、電流検出器の感度が増大することを可能にする
磁束収束部材を有する検出装置の使用例を特に示す。図
１において、点線でトレースされた中間の磁束(magneti
c flux)は、センサーを通過する磁束の流れを示したも
のである。

【００１７】センサーの磁気回路の部分７，１０，１１
それぞれの形状と寸法に関し、部分７は、外部磁束に対
して強固なシールドを確実にするために、少なくとも部
分１０，１１に重ね合わさった形で配置可能とすべく、
円形か楕円の形状を有していることに注目されるべきで
ある。電流の流れる向きを横切る方向に対する部分７の
大きな幅は、楕円の長軸が電流の向きに垂直なときに得
ることができ、さらにセンサーの感度を増大させること
ができる。一方、電流の向きにおける部分７の幅を大き
くすることで、高レベルでの飽和状態をもたらし、結果
として、より強度の高い電流の測定を可能にする。た
だ、実際上は、与えられたアプリケーションにおけるこ
れらの２つの効果の間で折衷案を見つけなければならな
い。

【００１８】図３は、反対の方向に流れる２つの電流１
ａ，１ｂを個別に電流測定するためのセンサーの構造を
示したものである。この場合, 部分６は電流の向きに延
長するスリットによって６ａ，６ｂの部分に分けられ、
例えば絶縁ワニス層等により互いに電気的に隔離されて
いる。部分６ａ，６ｂは、それぞれコネクタ１６ａ，１
７ａ，１６ｂ，１７ｂに接続される。センサーの他の部
分は、図２のものと同様の構造であり、 同じ参照番号
は対応する部品を指定するのに使用されている。また、
磁場検出器（磁気検出器）は、それぞれの部分６ａ，６
ｂを流れる２つの電流の間の差によって発生させられた
磁場(magnetic field)を検出するものである。

【００１９】電流センサーの製造に関する本方法は、例
えば図1に示すように、印刷回路等のサポート上で、連
続した層をサンドイッチ状に積み重ねることで形成され
る異なる要素と共に開示される。実際には、図４におけ
る主基板１上のように、多くのセンサーが同時に製造さ
れる。種々の層を準備した後、基板１の部分に対応する
基板１’と共に独立したセンサーが準備されるように、
基板は図４に図示されている点線部に沿って切断され
る。検出器は主基板を切断する前または後に取り付けら
れる。５，５’，５”のようなコネクタは、金属化部分
２上にはんだ付けされ、続いて、センサーは素子の機械
的安定性及び保護と同様に電気的絶縁を確実にするため
にカプセル封入樹脂１３でカバーしてもよい。さらに、
この樹脂は、複数の層が形成された後センサー内に部残
っている空隙へ流入する場合も考えられる。

【００２０】磁気回路を構成する７，１０，１１の部
分、磁気シールド層１２及び導体部分６のようなセンサ
ーの部分において、空間的形状が与えられる層は、公知
の方法による写真平板にかけ(photo-lithography)且つ
エッチングにより処理される。その他の層の最終的な形
はサンドイッチ状に切断することで得られる。

【００２１】図５〜８は本発明により提供されるセンサ
ー構造の異なった例を示したものである。これらの図で
は、類似する部分及び特に図１で記述されているもの
は、同じ参照番号で定義され、それらの記載や作用は前
述のものから理解され、これ以降繰り返されない。

【００２２】図５の実施形態は図１の構造に対応してい
るが、別の接着（粘着,adhesive）層を付加的に使用す
ることを開示するものである。接着（粘着）層１８は、
１０と１１の部分が形成される強磁性体の層が基板１に
接着（粘着）することを可能とし、接着層１９，２０，
２１は、各々が、１０，１１の部分上に電気シールド層
９を接着すること、及び、続いて電気絶縁層８ならびに
導体部分６を構成する層のあるものを他のものの上で接
着取付することを確実にする。その後、部分６の上に部
分７が形成される層は、接着層２２手段で付着される。
最終的には、外部の磁気シールド層は接着層２３を使用
して付着される。

【００２３】図６の実施形態において、絶縁材である支
持基板１”が使用され、上述の如く、シールド層１２と
共に導体部分６及び磁気回路部分７を設置するための層
はこれらのあるものが他のものの上に付着される。磁束
収束部１０，１１を形成する層は、基板１”の反対側表
面に接着される。最終的には、ハウジングにカプセル封
入された検出器２４は部分１０，１１に接着されること
になる。ハウジングから張り出しているコネクター２５
は、樹脂１３によって包まれることにより一定の場所に
固定されている。

【００２４】図７の実施形態は、接続トラック２を含ん
だ印刷回路基板の下に”フリップチップ”タイプの集積
回路の形で検出器を取り付けた例を示したものである。

【００２５】図８の実施形態では、センサーの磁気回路
を閉じるのに役立つ磁気抵抗性強磁性素子(magneto-res
istive ferromagnetic element)２６からなる検出器を
使用している。

【００２６】ところで、以上で述べた、この種のセンサ
ーの応用分野としては、例えば、電気モーター制御素
子、エネルギー測定素子ならびに電子ヒューズ等が挙げ
られる。

【００２７】なお、特許請求の範囲の項に記入した符号
は、あくまでも図面との対照を便利にするためのものに
すぎず、この記入により本発明は添付図面の構成に限定
されるものではない。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る電流センサーの横断面図である。

【図２】一部が除去されている図１に係る電流センサー
の下面図である。

【図３】２つの電流を個別に測定する場合に適合される
電流センサーの下面図である。

【図４】大量生産の中間過程において、本発明に係る複
数のセンサーを製作するために用いられる回路基板の一
部分に関する斜視図である。

【図５】本発明に係る電流センサーの第２実施形態にお
ける縦断面図である。

【図６】本発明に係る電流センサーの第３実施形態にお
ける縦断面図である。

【図７】本発明に係る電流センサーの第４実施形態にお
ける縦断面図である。

【図８】本発明に係る電流センサーの第５実施形態にお
ける縦断面図である。

【符号の説明】

１,１’,１” 支持部材 ３ 磁場検出器 ６，６ａ，６ｂ 電気導体部分 ７ 磁気回路部分 ７’,７” 磁気回路部分の端部 ８ 電気絶縁層 ９ 電気シールド層 １０，１１ 磁気回路部分 ２４，２６ 磁場検出器

Claims (12)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 電流によって発生させられた磁場を検出
   することにより電流（I，Ia，Iｂ）を測定する電流セン
   サーの製造方法であって、 この電流センサーは、略矩形断面の１つの電気導体部分
   （６，６ａ，６ｂ）を少なくとも有し、この導体部分は
   この導体部分自身を測定する電流を供給する２つの導体
   に直列接続することを可能ならしめるように配置された
   端子を有し、前記導体部分は、その３方の側面を磁気回
   路部分により囲まれる形で配置されると共に、前記磁気
   回路部分（７）は、前記導体部分の第四の側面のほぼ面
   内に配置された平面をもった端部（７’，７”）を有
   し、磁場検出器（３，２４，２６）は前記第四の側面に
   向かい合うように配置されており、 前記導体部分（６）は、平坦な支持部材（１，１’，
   １”）の第一の表面上、又は、この支持部材の前記表面
   に配置される一つ又はさらに多くの中間層又は中間層部
   分（８，９，１０，１１）上に付着される電気導体材料
   の層をもって、写真平板にかけ且つエッチングすること
   で製作され、 磁気回路部（７）は、前記導体部分（６）上及び支持部
   材（１，１’，１”）の前記第一の表面又は中間層
   （８）の部分上に付着される透磁性材料の層をもって、
   写真平板にかけ且つエッチングすることで製作され、 前記磁場検出器（３，２４，２６）は、前記支持部材
   （１，１’，１”）の中、前記第一の表面とは反対側の
   この部材の第二の表面上、または、支持部材の前記第二
   の表面に配置される中間層（９，１０，１１）の一つ又
   はさらに多くの層又は部分上に固定されていることを特
   徴とする電流センサーの製造方法。
2. 【請求項２】 各々が少なくとも部分的に前記磁気回路
   の前記端部（７’，７”）に向かい合う向きに配置され
   ている磁束収束部（１０，１１）を備え、この磁束収束
   部は、前記支持部材（１，１’）と導体部分（６）の間
   に形成される中間層をもって透磁性材料を写真平板にか
   け且つエッチングすることで製作されることを特徴とす
   る請求項１記載の電流センサーの製造方法。
3. 【請求項３】 各々が少なくとも部分的に前記磁気回路
   の前記端部（７’，７”）に向かい合う向きに配置され
   ている磁束収束部（１０，１１）を備え、前記磁束収束
   部は、前記支持部材（１，１”）と磁場検出器（２４）
   の間に形成される中間層をもって透磁性材料を写真平板
   にかけ且つエッチングすることで製作されることを特徴
   とする請求項１記載の電流センサーの製造方法。
4. 【請求項４】 導電材料中の電気シールド層（９）を前
   記導体部分（６）と前記磁場検出器（３，２４，２６）
   との間に中間層として用い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ーの製造方法。
5. 【請求項５】 電気絶縁層（８）を、前記導体部分
   （６）と前記支持部材あるいは前記電気シールド層
   （９）との間に中間層として用いることを特徴とする請
   求項１，２，４のいずれかに記載の電流センサーの製造
   方法。
6. 【請求項６】 透磁性材料からなる磁気シールド層（１
   ２）が前記磁気回路部分（７）に組み込まれていること
   を特徴とする、請求項１〜５のいずれかに記載の電流セ
   ンサーの製造方法。
7. 【請求項７】 前記支持部材料が、印刷回路基板あるい
   は可撓性の印刷回路からなることを特徴とする請求項１
   〜６記載のいずれかに電流センサーの製造方法。
8. 【請求項８】 磁場検出器（３）が、この検出器に収
   束させる磁束収束部（１４，１５）を備えたホール効果
   検出器であることを特徴とする請求項１〜７のいずれか
   に記載の電流センサーの製造方法。
9. 【請求項９】 前記支持部材（１’，１”）が、同時に
   多くの電流センサーを製造するための主支持部材（１）
   の一部分を構成し、前記各層は、この支持部材のうちの
   一つ及び／又は他のものの表面に次々と用いられ、その
   後に、個々のセンサー毎の前記支持部材に対応する部分
   で切断されることを特徴とする請求項１〜８のいずれか
   に記載の電流センサーの製造方法。
10. 【請求項１０】 前記導体部分（６）が電流の向きと垂
    直な方向に対する断面減少部分を備え、導体部分の長さ
    を短くした部分（６’）に電流を集中させるものであ
    り、前記磁束収束部（１０，１１）は各々台形状を呈す
    ると共に小さい方の側面が互いに向かい合い且つ導体部
    分の長さを短くした部分（６’）に面するように配置さ
    れることを特徴とする請求項１〜９のいずれかに記載の
    電流センサーの製造方法。
11. 【請求項１１】 前記磁気回路（７）が少なくとも前
    記磁束収束部（１０，１１）を覆うことができる程度の
    寸法を有することを特徴とする請求項１〜１０のいずれ
    かに記載の電流センサーの製造方法。
12. 【請求項１２】 前記磁気回路（７）が実質的に円形
    あるいは楕円形状からなることを特徴とする請求項１〜
    １１のいずれかに記載の電流センサーの製造方法。