JP4414545B2

JP4414545B2 - 電流センサーの製造方法

Info

Publication number: JP4414545B2
Application number: JP2000049510A
Authority: JP
Inventors: ブランチャード、ヒューバート
Original assignee: リエゾン、エレクトロニク−メカニク、エルウエム、ソシエテ、アノニム
Priority date: 1999-02-25
Filing date: 2000-02-25
Publication date: 2010-02-10
Anticipated expiration: 2020-02-25
Also published as: US6769166B1; JP2000249725A; CN1276531A; EP1031844A2; CN1189755C; EP1031844A3

Description

【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、導体部分の長さを短くした部分を形成することで、電流の向きと垂直な方向に対する断面減少部分を形成し、この部分に電流を集中させるものであり、前記導体部分は、前記略矩形断面における３方の側面を実質的に円形あるいは楕円形状からなる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、前記導体部分のうち前記略矩形断面における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、少なくとも磁束収束部を覆うことができる程度の寸法を有し、前記磁束収束部は、各々が少なくとも部分的に前記端部に向かい合う向きに配置され、各々台形状を呈すると共に小さい方の側面が空隙をおいて互いに向かい合い且つ前記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てあり、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、平坦な支持部材上に少なくとも電気導体材料の層及び透磁性材料の層を含む複数の層をサンドイッチ状に積み重ねて形成し、前記導体部分は、前記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前記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、前記磁気回路部分は、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前記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、磁束集束部は、前記支持部材と導体部分の間に形成される中間層又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、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おける前記空隙の近傍に固定されていることにある。
【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。
【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、磁気回路部分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 concentrating 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(magnetic 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１ａ，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，１７ａ，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，６ｂ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-resistive 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

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、導体部分の長さを短くした部分（６’）を形成することで、電流の向きと垂直な方向に対する断面減少部分を形成し、この部分（６’）に電流を集中させるものであり、前記導体部分は、前記略矩形断面における３方の側面を実質的に円形あるいは楕円形状からなる磁気回路部分（７）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、前記導体部分のうち前記略矩形断面における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、少なくとも磁束収束部（１０，１１）を覆うことができる程度の寸法を有し、前記磁束収束部（１０，１１）は、各々が少なくとも部分的に前記端部（７’，７”）に向かい合う向きに配置され、各々台形状を呈すると共に小さい方の側面が空隙をおいて互いに向かい合い且つ前記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てあり、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、
平坦な支持部材（１，１’，１”）上に少なくとも電気導体材料の層及び透磁性材料の層を含む複数の層をサンドイッチ状に積み重ねて形成し、
前記導体部分（６）は、前記支持部材（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）上に付着される前記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、
前記磁気回路部分（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前記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、
磁束収束部（１０，１１）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又は前記支持部材（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、
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おける前記空隙の近傍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。
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記載の電流センサーの製造方法。
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又は２記載の電流センサーの製造方法。
透磁性材料からなる磁気シールド層（１２）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１〜３のいずれかに記載の電流センサーの製造方法。
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１〜４のいずれかに記載の電流センサーの製造方法。
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１〜５のいずれかに記載の電流センサーの製造方法。
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１〜６のいずれかに記載の電流センサーの製造方法。